JP2019020442A - Coaxial epi-illumination device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同軸落射照明装置に関するものである。 The present invention relates to a coaxial epi-illumination device.
製品検査等において、人の目の代わりにカメラで被検査物を撮影し、得られた画像を認識し、位置決めや種別、計測、検査を行うマシンビジョン(Machine Vision)が広く利用されている。このマシンビジョンでは、カメラと同じ方向から被検査物に照明光を照射する場合に、同軸落射照明装置が用いられている(例えば特許文献1参照)。 In product inspection and the like, machine vision is widely used in which an object to be inspected is photographed with a camera instead of a human eye, the obtained image is recognized, and positioning, type, measurement, and inspection are performed. In this machine vision, a coaxial epi-illumination device is used when illuminating an object to be inspected from the same direction as the camera (see, for example, Patent Document 1).
照明装置の光源としては、例えば赤(R),緑(G),青(B)の三色のLED(light emitting diode)が用いられる。そして、各色のLEDの輝度を調節することにより、所望の色の光を得ている(例えば特許文献1,2参照)。 For example, red (R), green (G), and blue (B) LEDs (light emitting diodes) are used as the light source of the illumination device. And the light of the desired color is obtained by adjusting the brightness | luminance of LED of each color (for example, refer patent document 1, 2).
しかしながら、特許文献1に記載の照明装置では、LEDの前面に光拡散手段と透明な球状部材を配置する構成となっており、レンズに並行光を集めている。従って、光拡散板により拡散した光が球状部材により分光されるため、LEDの配置による配光特性の影響が強く出て、結果的に光を均一にミキシングできないという欠点がある。 However, the illumination device described in Patent Document 1 has a configuration in which a light diffusing unit and a transparent spherical member are arranged on the front surface of the LED, and collects parallel light in the lens. Therefore, since the light diffused by the light diffusing plate is dispersed by the spherical member, the influence of the light distribution characteristics due to the arrangement of the LEDs is strong, and as a result, there is a disadvantage that the light cannot be mixed uniformly.
また、特許文献2に記載の照明装置では、R,G,Bの各色LEDによる照明光を混合するバンドルファイバが配され、その光入射端がLEDの数に応じて分岐形成されている。そして、光射出端はそれらのファイバがランダムに束ねられた構成となっている。このように光ファイバを使用して光をミキシングしている点から、同軸落射照明装置としては大がかりになり、且つ製造コストも高くなるという問題がある。 Moreover, in the illuminating device described in Patent Document 2, a bundle fiber that mixes illumination light from each of the R, G, and B color LEDs is arranged, and its light incident end is branched according to the number of LEDs. The light exit end has a configuration in which these fibers are randomly bundled. Since light is mixed using an optical fiber in this way, there is a problem that the coaxial epi-illumination apparatus becomes large and the manufacturing cost increases.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、小型であり且つ安定した光を供給することができる同軸落射照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a coaxial epi-illumination device that is small in size and can supply stable light.
上記目的を達成するために、本発明の同軸落射照明装置は、光源、第1導光材、第1拡散材、第2導光材、第2拡散材、及びケースを有する。光源は、複数の発光素子とレンズとを有する。複数の発光素子は、互いに近接して配置される。レンズは、発光素子からの光を集める。第1導光材は、レンズからの光を導く。第1拡散材は、第1導光材からの光を拡散する。第2導光材は、第1拡散材からの光を導く。第2拡散材は、第2導光材からの光を拡散する。ケースは、光源、第1導光材、第1拡散材、第2導光材、及び第2拡散材を光路に保持する。 In order to achieve the above object, the coaxial epi-illumination device of the present invention includes a light source, a first light guide material, a first diffusion material, a second light guide material, a second diffusion material, and a case. The light source has a plurality of light emitting elements and a lens. The plurality of light emitting elements are arranged close to each other. The lens collects light from the light emitting element. The first light guide member guides light from the lens. The first diffusion material diffuses light from the first light guide material. The second light guide material guides light from the first diffusion material. The second diffusion material diffuses light from the second light guide material. The case holds the light source, the first light guide material, the first diffusion material, the second light guide material, and the second diffusion material in the optical path.
ケースは先端部、基端部、蓋部を順に連結した有底筒状体であり、有底筒状体の筒心に光路を有することが好ましい。光源及び第1導光材が基端部に配され、第2導光材及び第2拡散材が先端部に配され、第1拡散材が基端部又は先端部に配されることが好ましい。 The case is a bottomed cylindrical body in which a distal end portion, a base end portion, and a lid portion are connected in order, and it is preferable that the case has an optical path in a cylindrical center of the bottomed cylindrical body. It is preferable that the light source and the first light guide material are arranged at the base end portion, the second light guide material and the second diffusion material are arranged at the tip end portion, and the first diffusion material is arranged at the base end portion or the tip end portion. .
複数の発光素子は三色光の各光をそれぞれ発光し、且つ各光の光量が個別に制御され、レンズは発光素子を覆う湾曲突出面を有する光透過性樹脂であることが好ましい。 It is preferable that the plurality of light emitting elements respectively emit three colors of light, the amount of each light is individually controlled, and the lens is a light transmissive resin having a curved protruding surface that covers the light emitting elements.
本発明によれば、小型で安定した光を供給することができる同軸落射照明装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the coaxial epi-illumination device which can supply the small and stable light can be provided.
図1に示すように、本発明の同軸落射照明装置(以下、単に照明装置という)10は検査装置11に装着される。検査装置11は、例えばCCD等のイメージエリアセンサ12aを有するカメラ12と撮影レンズ13とを有する。撮影レンズ13は、イメージエリアセンサ12aに被検査物15の光学像を結像する。
As shown in FIG. 1, a coaxial epi-illumination device (hereinafter simply referred to as illumination device) 10 of the present invention is attached to an
撮影レンズ13には、取付フランジ14が設けられている。取付フランジ14には照明装置10の先端部26aが挿入され、図示しないネジによりに照明装置10が撮影レンズ13に固定される。この固定によって、撮影レンズ13の撮影光軸CL1と照明装置10の照明光軸CL2とが直交する。
The taking
撮影光軸CL1と照明光軸CL2との交差位置で撮影レンズ13には、ビームスプリッタ17が配されている。ビームスプリッタ17は、照明光を反射して、被検査物15に照明光を照射する。また、ビームスプリッタ17は、撮影光を透過する。これにより、照明光で照射された被検査物15の画像はイメージエリアセンサ12aに結像し、撮像される。
A
図2及び図3に示すように、同軸落射照明装置10は、光源21、第1導光材22、第1拡散材23、第2導光材24、第2拡散材25、及びケース26を有する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the coaxial
ケース26は、先端部26a、基端部26b、蓋部26cの3部品を順に連結した有底筒状体から構成されている。ケース26は、光源21、第1導光材22、第1拡散材23、第2導光材24、及び第2拡散材25を順に筒心(光路)に沿って保持している。
The
先端部26a及び基端部26bは筒状に構成されている。基端部26bには、筒心に沿って先端側から順に、第1拡散材収納穴31と第1導光材収納孔32と光源収納穴33とが形成されている。蓋部26cは、取付枠40とこの取付枠40に連続するフランジ41とを有する。
The
第1拡散材収納穴31の内径は第1拡散材23の外径と略同じであり、第1拡散材23が収納される。第1導光材収納孔32の内径は第1導光材22の外径と略同じであり、第1導光材22が収納される。光源収納穴33の内径は取付枠40の外径と略同じであり、蓋部26cの取付枠40が収納される。
The inner diameter of the first diffusing
フランジ41の外径は、基端部26bの外径と略同じであり、基端部26bの光源収納穴33を塞ぐ。光源収納穴33には段部33aが形成されている。この段部33aに取付枠40の先端面40aが係止することで、光源収納穴33内に光源21が位置決めされる。
The outer diameter of the
基端部26bの外周面には、複数の周溝34の形成により例えば筒心方向に沿って3個の冷却フィン35が形成されている。また、図2に示すように、筒心方向の中央の周溝34には、ネジ孔36が形成されている。ネジ孔36には取付ネジ37が取り付けられ、第1導光材22を第1導光材収納孔32に固定する。また、基端部26bの外周面で基端近くには、外周方向に等ピッチでネジ孔38が形成されている。ネジ孔38には取付ネジ39が挿入され、基端部26bに蓋部26cが固定される。
On the outer peripheral surface of the
図4に示すように、取付枠40の先端面40aの中央には、取付ネジ42により光源21が取り付けられる。光源21は、基板45に発光素子46〜48を取り付けて構成されている。
As shown in FIG. 4, the
発光素子46〜48は、R,G,BのLEDからなるウェハー素子から構成されている。各発光素子46〜48は、基板45の中心に形成される直径が2.5mmの同心円49上で周方向に120°間隔で、基板45にワイヤーボンディングされている。発光素子46〜48は例えば一辺が1mmの正方形の発光面を持ち、消費電力が1Wである。各発光素子46〜48は、シリコン、ポリカーボネイト等の光透過性樹脂50により一体的に覆われて、図2に示すように、表面は外側に突出した湾曲突出面50aとなっている。この湾曲突出面50aを有する光透過性樹脂50がレンズ51となって、第1導光材22の入射面22aにむけて各発光素子46〜48からの照射光が集光される。
The
本実施形態では、発光素子46〜48をワイヤーボンディングしてR,G,Bの発光部面積が極力小さくなるようにコンパクト化を図り、且つ発光素子46〜48を覆う光透過性樹脂50によるレンズ51によって集光している。このため、高輝度であり照射出力が高い光源21が得られる。なお、光透過性樹脂50によりレンズ効果を出して集光性を高めているが、光透過性樹脂50に代えて又は加えて個別のレンズを用いてもよい。
In the present embodiment, the
図3に示すように、第1導光材22は、透明なアクリル製の円柱体であり、例えば外径が6mmで長さが21mmである。
As shown in FIG. 3, the first
第1拡散材23及び第2拡散材25は、外径6mmで厚みが0.10mm以上0.40mm以下の円盤状のポリカーボネイトやアクリル製の光拡散フィルムであり、例えば株式会社オプティカルソリューションズ製やクラレ製のものが用いられる。
The
第1拡散材23の入射面23aには、ミクロンサイズのマイクロレンズが例えばランダムな状態で多数配置されている。これにより、光源21の輝度むらを無くして、任意の角度に拡散する均質度の高い光を得ることができる。しかも、光透過率が約90%と高いため、光源21の光を無駄にすることなく利用することができる。第1拡散材23は本実施形態では拡散指向角が15°以上30°以下で厚みが0.12mmのクラレ製のマイクロレンズを用いている。
A large number of micron-sized microlenses are arranged on the
ケース26の先端部26aは、基端側で基端部26bに嵌合する接続筒53と、中間位置で中間筒54と、先端側で撮影レンズ13の取付フランジ14に嵌合する嵌合筒55とを有する。先端部26aには、筒心に沿って第2導光材24及び第2拡散材25を収納する収納孔61が形成されている。中間筒54の外周面にはネジ孔58が形成されている。ネジ孔58には取付ネジ59が取り付けられ、第2導光材24を収納孔61に固定する。接続筒53には、基端部嵌合穴53aが形成されている。第2導光材24は、第1導光材22と同様に、透明なアクリル製の円柱体であり、サイズは例えば外径が6mmで長さが23mmである。
The
第2拡散材25も、第1拡散材23と同様に、その入射面25aには微細なマイクロレンズが多数配されている。第2拡散材25は、例えば拡散指向角が60°で厚みが0.35mmのオプティカルソリューションズ製のマイクロレンズを用いている。
Similarly to the first diffusing
図2に示すように、ケース26の先端部26aの照射孔60の内径は、第2導光材24の収納孔61の内径及び第2拡散材25の外径よりも小さくなっている。これにより、第2拡散材25が照射孔60から脱落することがない。
As shown in FIG. 2, the inner diameter of the
照明装置10の組み立てに際しては、先端部26aの収納孔61に先端から順に第2拡散材25、第2導光材24を収納し、これら24,25を取付ネジ59で先端部26aに固定する。また、基端部26bの第1拡散材収納穴31に第1拡散材23を配し、この状態で、先端部26aの基端側を基端部26bに嵌合し、両部26a,26bを取付ネジ39により固定する。
When the
次に、基端部26bの第1導光材収納孔32に第1導光材22を収納する。第1導光材22の収納後に、取付ネジ37を締めつけて第1導光材22を第1導光材収納孔32に固定する。次に、光源21が取り付けられた蓋部26cを基端部26bの光源収納穴33に嵌合し、両部26b,26cを取付ネジ39により固定する。このようにして、3分割されたケース26の先端部26a、基端部26b、蓋部26cを用いて、照明装置10を構成するため、第1拡散材23及び第2拡散材25、第1導光材22及び第2導光材24をケース26内に簡単に組み込むことができる。
Next, the 1st
図1に示すように、照明装置10の蓋部26cからは電源線70が出ている。電源線70は、R,G,Bの各発光素子46〜48(図2参照)を駆動するためのものであり、各発光素子46〜48と光源コントローラ71とを接続している。光源コントローラ71は、R,G,Bの各発光素子46〜48を個別に駆動するものであり、周知のLED駆動回路が用いられる。光源コントローラ71の各つまみ72〜74を調節することにより、各発光素子46〜48への供給電力が制御され、R,G,Bの各発光素子46〜48を個別の光量で駆動させることができる。従って、カメラ12の感度特性にあった波長の光が供給可能になる。また、様々な撮影条件下で分光反射率の異なる材質が混在している被検査物15であっても良好なコントラストが得られる。
As shown in FIG. 1, the
図10は本実施形態の照明装置10の効果を確認するための比較例の構成を示している。比較例は、本発明の第2拡散材25と第2導光材24と同じ材質のものを用いた1段構成であり、第2導光材24の長さが16mmとなっている。また、光源21は本実施形態と同じものを用いている。
FIG. 10 shows a configuration of a comparative example for confirming the effect of the
本実施形態では、導光材と拡散材とを連結したものを2段構成で用いており、全体としてコンパクト化を図りつつ照射むらのない均質な照明光を照射することができる。また、光源21としてR,G,Bの三色光のLEDを用いる光源の場合には、光の色むらを無くして、被検査物15を均一に照明することができる。
In the present embodiment, a structure in which a light guide material and a diffusing material are connected is used in a two-stage configuration, and uniform illumination light without uneven irradiation can be irradiated while achieving compactness as a whole. Further, in the case of a light source using LEDs of three colors of R, G, and B as the
図5〜図9は、各発光素子46〜48の配置を変更した光源81〜85の変形例1〜5を示している。図5に示す変形例1の光源81では、各発光素子46〜48を可能な限り接近させたものであり、各発光素子46〜48間の最小隙間は0.1mmであり、同心円91の直径は1.38mmである。各発光素子46〜48は光透過性樹脂50により覆われて第1実施形態とおなじように、レンズ効果を持たせている。なお、他の変形例2〜5においても、同様に光透過性樹脂50により各発光素子46〜48が覆われている。
5 to 9 show modified examples 1 to 5 of the
図6に示す変形例2の光源82では、照明光軸CL2を中心にした放射線方向で且つ同心円92上に3個の発光素子46〜48を配列したものであり、各発光素子46〜48間の最小隙間は0.1mmであり、同心円92の直径は1.69mmである。
In the
図7に示す変形例3の光源83では、照明光軸CL2を中心にした放射線方向で且つ同心円93上に3個の発光素子46〜48を配列したものであり、各発光素子46〜48の各角部を近接させている。各発光素子46〜48間の最小隙間は0.1mmであり、同心円93の直径は1.52mmである。
In the
図8に示す変形例4の光源84では9個の発光素子46〜48をマトリックス状に配列したものであり、各発光素子46〜48の各辺を近接させている。各発光素子46〜48間の各辺間の隙間は0.3mmである。なお、各発光素子46〜48の各辺を接近させる代わりに、各発光素子46〜48を変形例4のものよりも45度回転させて、各角を接近させるように、各発光素子46〜48をマトリックスに配置してもよい。また、図9に示す変形例5の光源85のように、変形例4の光源84に対して、赤外線発光素子87を加えてもよい。また、赤外線発光素子87に代えて又は加えて紫外線発光素子を追加してもよい。
In the
実施形態及び変形例1〜5での光源21,81〜85を用いることにより、コンパクトでありながら照射効率が高い光源が得られ、カメラ12の感度特性に合わせた波長の光を被検査物15に照射することができる。
By using the
10 同軸落射照明装置
11 検査装置
12 カメラ
12a イメージエリアセンサ
13 撮影レンズ
14 取付フランジ
15 被検査物
17 ビームスプリッタ
21,81〜85 光源
22 第1導光材
22a 入射面
23 第1拡散材
24 第2導光材
25 第2拡散材
26 ケース
26a 先端部
26b 基端部
26c 蓋部
31 第1拡散材収納穴
32 第1導光材収納孔
33 光源収納穴
33a 段部
34 周溝
35 冷却フィン
36,38 ネジ孔
37,39,42 取付ネジ
40 取付枠
40a 先端面
41 フランジ
45 基板
46〜48 発光素子
49,91〜93 同心円
50 光透過性樹脂
50a 湾曲突出面
51 レンズ
53 接続筒
54 中間筒
55 嵌合筒
60 照射孔
61 収納孔
70 電源線
71 光源コントローラ
72〜74 つまみ
CL1 撮影光軸
CL2 照明光軸
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記レンズからの光を導く第1導光材と、
前記第1導光材からの光を拡散する第1拡散材と、
前記第1拡散材からの光を導く第2導光材と、
前記第2導光材からの光を拡散する第2拡散材と、
前記光源、前記第1導光材、前記第1拡散材、前記第2導光材、及び前記第2拡散材を光路に保持するケースとを、有する同軸落射照明装置。 A light source having a plurality of light emitting elements arranged close to each other and a lens that collects light from the light emitting elements;
A first light guide that guides light from the lens;
A first diffusion material for diffusing light from the first light guide material;
A second light guide material for guiding light from the first diffusion material;
A second diffusion material for diffusing light from the second light guide material;
A coaxial epi-illumination device comprising: the light source, the first light guide material, the first diffusion material, the second light guide material, and a case for holding the second diffusion material in an optical path.
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