JP2021005441A

JP2021005441A - リング型光射出装置

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Publication number: JP2021005441A
Application number: JP2019116964A
Authority: JP
Inventors: 和彦土肥; Kazuhiko Doi; 猛宮下; Takeshi Miyashita
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: JP7223646B2

Abstract

【課題】装置の厚みを薄くすることができる。【解決手段】観測孔を有した平面基板と、前記観測孔を囲むように前記平面基板上にＬＥＤチップを環状に並べてなるＬＥＤチップ列と、前記ＬＥＤチップ列の内側に環状に設けられた第１ダム部材と、前記ＬＥＤチップ列の外側に環状に設けられた第２ダム部材と、前記第１ダム部材と前記第２ダム部材との間に充填された透光性部材とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、リング型光射出装置に関するものである。

ワークの検査システムに用いられる従来のリング型光射出装置として、特許文献１に示すように、複数の砲弾型ＬＥＤが実装されたフレキシブル配線基板を当該各砲弾型ＬＥＤが内面側に位置するように丸めて切頭円錐形状とした構造のものが知られている。

この種のリング型光射出装置では、光射出方向にワークを配置すると共に、当該光射出方向と反対側にカメラを配置し、当該リング型光射出装置に形成された観測孔からワークをカメラによって撮像できるように構成されている。

しかし、前記従来のリング型光射出装置は、フレキシブル配線基板を切頭円錐形状に丸めて形成した厚みのある構造になっているため、薄型化を図るには限界があった。また、砲弾型ＬＥＤが用いられているため、光量の飛躍的な増大を見込むことができない。

特開平２００８−１３９７０８号公報

そこで、本発明は、前記従来のリング型光射出装置に比べて、薄型化が可能であると共に、光量も増大させることが可能で、しかも製造が容易なリング型光射出装置を提供することを主な課題とするものである。

すなわち、本発明に係るリング型光射出装置は、観測孔を有した平面基板と、前記観測孔を囲むように前記平面基板上にＬＥＤチップを環状に並べてなるＬＥＤチップ列と、前記ＬＥＤチップ列の内側に環状に設けられた第１ダム部材と、前記ＬＥＤチップ列の外側に環状に設けられた第２ダム部材と、前記第１ダム部材と前記第２ダム部材との間に充填された透光性部材とを備えることを特徴とするものである。

このようなものであれば、平面基板上にＬＥＤチップを設置するＣＯＢタイプの構造を採用したので、薄型化できる。

また、前記ＣＯＢタイプの構造であるので、砲弾型ＬＥＤを用いた場合に比べて同面積に対してＬＥＤチップを密に設置できる。その結果、リング型光射出装置から射出される光量を増加させることができ、この点において検査精度や検査速度の向上に寄与し得る。

さらに、第１ダム部材と第２ダム部材との間に透光性部材を充填することにより、複数のＬＥＤチップをまとめて封止することができるため、その製造が容易である。

また、前記透光性部材の具体的な構成としては、前記透光性部材が、前記第１部材と前記第２部材との間に凸状に盛り上がるように充填されているものであってもよい。

このようなものであれば、凸状に盛り上がった透光性部材のレンズ効果により、各ＬＥＤチップから射出される光を特定の方向へ向けることができる。

また、前記第１ダム部材及び前記第２ダム部材の具体的な構成としては、前記第１ダム部材の高さと前記第１ダム部材の高さとが異なるように構成してもよい。

このようなものであれば、第１ダム部材の高さと第２ダム部材の高さを調節することにより、透光性部材の凸形状を変更することが可能となる。これにより、各ＬＥＤチップ列から射出される光の向きを自由に変更できる。

さらに、前記ＬＥＤチップ列の具体的な配置としては、前記ＬＥＤチップ列を、前記第１ダム部材よりも前記第２ダム部材寄りに配置してもよい。

このようなものであれば、ＬＥＤチップ列から射出された光を中心側に向けて照射する場合に第１ダム部材で遮られ難くなり、その結果、ＬＥＤチップ列から射出された光がより多く集光される。

また、前記第２ダム部材の外側に環状に設けられた第３ダム部材をさらに備え、前記第２ダム部材と前記第３ダム部材との間に第２ＬＥＤチップ列がさらに設けられており、前記第２ダム部材と前記第３ダム部材との間に充填された透光性部材がさらに設けられている構成としてもよい。

このようなものであれば、ＬＥＤチップ列が増えるため、光量が増加する。また、例えば、各ＬＥＤチップ列を切り替えて発光させることにより、各ＬＥＤチップ列から射出される光をワークへ別々に照射できるようになる。この場合、ＬＥＤチップ列毎に、発光色や照度分布が異なるように構成すれば、一つの装置で複数のタイプの光をワークへ照射できるようになる。

このように構成したリング型光射出装置によれば、薄型化が可能であると共に、光量も増大させることが可能である。また、製造が容易である。

実施形態に係るリング型光射出装置を模式的に示す斜視図である。実施形態に係るリング型光射出装置を示す模式図である。実施形態に係るリング型光射出装置の中心からの距離と放射照度との関係を示すグラフである。その他の実施形態に係るリング型光射出装置を模式的に示す断面図である。

以下に、本発明に係るリング型光射出装置を図面に基づいて説明する。

本発明に係るリング型光射出装置は、検査対象となるワークへ光を照射するために使用されるものである。例えば、ワークの輪郭形状や外寸等を検査する場合や、透明なワークの傷や汚れ等を検査する場合等に使用される。

＜実施形態＞本実施形態に係るリング型光射出装置１００は、図１及び図２に示すように、平面基板１０と、ＬＥＤチップ２０と、第１ダム部材３０と、第２ダム部材４０と、透光性部材５０と、を備えている。そして、リング型光射出装置１００は、平面基板１０にＬＥＤチップ２０を直接設置したＣＯＢタイプの構造になっている。なお、図２（ａ）は、リング型光射出装置１００の平面図であり、図２（ｂ）は、リング型光射出装置１００をＡ−Ａ線で切断した拡大断面図であり、図２（ｃ）は、リング型光射出装置１００をＬＥＤリング列２０ｒの一部に沿って切断した拡大断面図である。

前記平面基板１０は、図２（ａ）に示すように、中央に観測孔Ｈを有する円環状のものである。なお、平面基板１０は、例えば、放熱性の高いアルミニウム等の金属からなる板材によって形成されている。

前記ＬＥＤチップ２０は、例えば、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体がｎ型層、発光層及びｐ型層の順に積層された構造のもの、或いは、反射層が積層された導電性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体がｐ型層、発光層及びｎ型層の順に積層された構造のものである。

そして、前記ＬＥＤチップ２０は、観測孔Ｈを囲むように平面基板１０上に円環状に並べられてＬＥＤチップ列２０ｒをなしている。なお、ＬＥＤチップ２０は、観測孔Ｈの周方向に対して等間隔に配置されている。また、ＬＥＤチップ２０は、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、平面基板１０上に絶縁部材Ｘを介して設置されている。具体的には、ＬＥＤチップ列２０ｒは、平面基板１０上に絶縁部材Ｘを介して設置された配線基板ＺとワイヤＹで接続された隣り合うＬＥＤチップ２０ｓ，２０ｅを有している。そして、ＬＥＤチップ列２０ｒを構成する各ＬＥＤチップ２０は、前記隣り合うＬＥＤチップ２０ｓ，２０ｅの一方を始端とすると共に他方を終端とした場合、始端から終端に至るまでワイヤＹによって直列状に接続されている。なお、絶縁部材Ｘを形成する材料としては、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等を使用することができる。

前記第１ダム部材３０は、ＬＥＤチップ列２０ｒの内側に、平面基板１０の内縁に沿って円環状に設けられている。また、前記第２ダム部材４０は、ＬＥＤチップ列２０ｒの外側に、平面基板１０の外縁に沿って円環状に設けられている。そして、第１ダム部材３０及び第２ダム部材４０は、平面基板１０上に樹脂を盛って形成されており、断面凸状になっている。当該樹脂としては、白色のシリコーン系樹脂等を使用できる。白色の樹脂とすることにより、ＬＥＤチップ列２０ｒから射出された光が反射され易くなる。また、本実施形態では、第１ダム部材３０及び第２ダム部材４０の材料として、透光性部材５０の材料よりも粘性の高い樹脂を採用したが、これに限定されるものではない。

なお、前記第１ダム部材３０及び前記第２ダム部材４０は、いずれもＬＥＤチップ列２０ｒと同心円状に設けられている。よって、第１部材３０及び第２部材４０は、同心円状に配置された二重環状をなしている。

また、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の第２ダム部材４０の高さは、第１ダム部材３０よりも高くなるように構成されている。さらに、本実施形態のＬＥＤチップ列２０ｒは、第１ダム部材３０よりも第２ダム部材４０寄りに配置されている。すなわち、ＬＥＤチップ列２０ｒは、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間における内外方向（径方向）中心よりも外側に配置される。

前記透光性部材５０は、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間に凸状に盛り上がるように充填されている。なお、透光性部材５０は、その峰５１がＬＥＤチップ列２０ｒよりも第１ダム部材３０側に位置している。すなわち、透光性部材５０は、内外方向（径方向）の断面を見た場合に、その頂点がＬＥＤチップ列２０ｒよりも第１ダム部材３０側に位置している。これにより、図３に示すように、観測孔Ｈの中心に向かって放射照度が強くなり、観測孔Ｈの中心で放射照度が最大となる照度分布が得られる。なお、透光性部材５０としては、蛍光体を含有した透光性のあるシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等を使用できる。

なお、前記透光性部材５０は、例えば、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間に充填された樹脂が、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間に生じる表面張力により盛り上がることによって凸状に形成される。

このような構成のものであれば、平面基板１０上にＬＥＤチップ２０を直接設置したＣＯＢタイプの構造になっているため、薄型化できる。さらに、ＬＥＤチップ２０を密に配置することができ、光量を増大できる。また、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間に透光性部材５０を充填する構造としたので、その製造が容易となる。また、平面基板１０上にＬＥＤチップ２０を直接設置したＣＯＢタイプの構造にすれば、前記従来のリング型光射出装置に比べて絶対最大定格電流を高く設定でき、これによっても光量の増大が見込める。

＜その他の実施形態＞前記実施形態に係るリング型光射出装置１００の変形例として図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す形態のものが挙げられる。なお、図４（ａ）〜図４（ｄ）においては、絶縁部材Ｘ、ワイヤＹ、配線基板Ｚは省略している。

図４（ａ）に示すリング型光射出装置１００は、ＬＥＤチップ列２０ｒが、第１ダム部材３０よりも第２ダム部材４０寄りに配置され、第２ダム部材４０の高さが、第１ダム部材３０の高さよりも低くなるように構成されている。そして、透光性部材５０は、その峰５１がＬＥＤチップ列２０ｒよりも第１ダム部材３０側に位置している。このような構成のものであっても、ＬＥＤチップ列２０ｒから射出された光を多く集光できる。

また、図４（ｂ）に示すリング型光射出装置１００は、第２ダム部材４０の外側に第３ダム部材６０をさらに設け、第２ダム部材４０と第３ダム部材６０との間に第２ＬＥＤチップ７０を環状に並べてなる第２ＬＥＤチップ列７０ｒを設け、第２ダム部材４０と第３ダム部材６０との間に充填された第２透光性部材８０を設けるように構成されている。このような構成のものであれば、リング型光射出装置１００に第２ＬＥＤチップ列７０ｒが加わるため、光量が増加する。なお、当該実施形態では、ダム部材を三重に設けているが、三重以上設けてもよい。

このように複数のＬＥＤチップ列２０ｒ，７０ｒを備えるものにおいては、各ＬＥＤチップ列２０ｒ，７０ｒを切り替えて点灯できるように構成してもよい。また、この場合、各ＬＥＤチップ列２０ｒ，７０ｒが、波長や照度分布等が異なる光を射出するように構成すれば、ＬＥＤチップ列２０ｒ，７０ｒ毎に異なるタイプの光をワークへ照射できる。

また、図４（ｃ）に示すリング型光射出装置１００は、ＬＥＤチップ列２０ｒが、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間における内外方向中心に配置し、第１ダム部材３０の高さと第２部材４０の高さとが、同一の高さになるように構成されている。そして、透光性部材５０は、その峰５１が第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間における内外方向中心上に位置するように凸状に盛り上がった形状に形成されている。このような構成のものであっても、ＬＥＤチップ列２０ｒから射出された光が、透光性部材５０によって集光される。

また、図４（ｄ）に示すリング型光射出装置１００は、ＬＥＤチップ列２０ｒが、第１ダム部材３０よりも第２ダム部材４０寄りに配置され、第１ダム部材３０の高さと第２部材４０の高さとが、同一の高さになるように構成されている。そして、透光性部材５０は、その表面がフラット状に形成されている。

なお、透光性部材５０は、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間に充填して凹状に窪んだ形状になるように形成したものであってもよい。

このように、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間におけるＬＥＤチップ列２０ｒの位置、透光性部材の形状、を適宜調節することにより、ＬＥＤチップ列２０ｒから射出される光の照度分布を変更することができる。なお、光の照度分布としては、観測孔Ｈの中心（平面基板１０の内側）に光を集光する態様に限らず、ＬＥＤチップ列２０ｒの前方に光を集光したり、平面基板１０の外側に光を集光するようにしても良い。

また、前記実施形態においては、第１ダム部材３０、第２ダム部材４０、ＬＥＤチップ列２０ｒを円環状に形成しているが、例えば、四角形や五角形等のように多角形の環状に形成してもよく、環状であれば、その他の形状（例えば、星形状等）に形成してもよい。

さらに、前記実施形態においては、第１ダム部材３０と第２ダム部材４０との間にＬＥＤチップ列２０ｒを一列設ける構成としたが、複数列設ける構成としてもよい。このようなものであっても、リング型光射出装置１００を構成するＬＥＤチップ列２０ｒが増えるため、光量が増大する。

また、前記実施形態においては、平面基板１０として金属製の基板を使用しているが、例えば、プリント基板やセラミックス基板等を使用してもよい。この場合、前記実施形態のように平面基板１０とＬＥＤチップ２０との間に絶縁部材Ｘを設ける必要がない。

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００リング型光射出装置
１０平面基板
Ｈ観測孔
２０ＬＥＤチップ
２０ｒＬＥＤチップ列
３０第１ダム部材
４０第２ダム部材
５０透光性部材
６０第３ダム部材
７０第２ＬＥＤチップ
８０第２透光性部材

Claims

観測孔を有した平面基板と、
前記観測孔を囲むように前記平面基板上にＬＥＤチップを環状に並べてなるＬＥＤチップ列と、
前記ＬＥＤチップ列の内側に環状に設けられた第１ダム部材と、
前記ＬＥＤチップ列の外側に環状に設けられた第２ダム部材と、
前記第１ダム部材と前記第２ダム部材との間に充填された透光性部材とを備えることを特徴とするリング型光射出装置。
前記透光性部材が、前記第１ダム部材と前記第２ダム部材との間に凸状に盛り上がるように充填されたものである請求項１記載のリング型光射出装置。
前記第１ダム部材の高さと前記第２ダム部材の高さとが異なるように構成されている請求項１又は２のいずれかに記載のリング型光射出装置。
前記ＬＥＤチップ列が、前記第１ダム部材よりも前記第２ダム部材寄りに配置されている請求項１乃至３のいずれかに記載のリング型光射出装置。
前記第２ダム部材の外側に環状に設けられた第３ダム部材をさらに備え、
前記第２ダム部材と前記第３ダム部材との間に第２ＬＥＤチップ列がさらに設けられており、
前記第２ダム部材と前記第３ダム部材との間に充填された透光性部材がさらに設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載のリング型光射出装置。