JP2562299Y2 - 画像読取装置用の照明装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、例えばプリント基板
の配線パターンの欠陥の検査に用いられる、画像読取装
置用の照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板の配線パターンの欠陥の検
査等に用いられる画像読取装置用の照明装置の光源に
は、長寿命で安定性が高く保守を要しない発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）が一般に用いられる。画像読取装置では２
次元平面に展開された対象物の画像（対象画像）を読み
取る必要があるために、その照明装置は例えば実開昭６
０−１９２５５９号公報、特開昭６０−２５７１６４号
公報に開示されるように、多数のＬＥＤを線状に一方向
に並べた線状光源を備えている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来装置では検査対象物の表面である被照射面におい
て、均一な照度分布が得られないという問題点があっ
た。図５はこの問題点を明確にする実測に関する説明図
である。代表的な従来装置において、図５（ａ）に示す
ように、複数のＬＥＤ１を一方向に配列して成る線状光
源２は、その配列の基準線３が被照射面４に平行になる
ように配置され、基準線３と被照射面４との間の距離ｈ
は、ｈ＝８０ｍｍである。また、線状光源２におけるＬ
ＥＤ１の配列ピッチｄは５ｍｍである。図５（ｂ）はこ
の装置について行った実測により得られた、被照射面４
上の線状光源２の基準線３に平行な方向ｘに沿った照度
分布を示すグラフである。グラフが示すように、照度は
ＬＥＤ１の配列ピッチｄに対応したピッチで反復する凹
凸を有しており、極大照度と極小照度の比率は２：１を
超えている。

【０００４】照度に凹凸があると対象画像における濃度
情報が正しく得られないため、従来の照明装置を用いた
画像読取装置では、対象画像を読取って得られる画像信
号に、照度の凹凸に対応した補正を施している。すなわ
ち、照度の低い領域に対応する画像信号に対しては適宜
増幅率を高くするような処理が施される。

【０００５】しかしながら、高い増幅率で画像信号が増
幅されるときには、画像信号に不可避的に含まれるノイ
ズ信号も、同じく高い増幅率で増幅される。このため従
来の照明装置を用いた画像読取装置では、照度の低い領
域に対応する画像信号においては、他の領域に比べてノ
イズの比率が高くなるという問題点があった。従来装置
では更に、画像信号が２値化処理によりデジタル信号に
変換されたときに、照度が相対的に低い領域に対応する
画像信号に、量子化誤差が過度に含まれるという問題点
があった。

【０００６】この考案は、従来装置が有する上記の欠点
を解消することを目指したもので、ほぼ均一な照度分布
が得られる画像読取装置用の照明装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この考案にかかる請求項
１に記載の画像読取装置用の照明装置は、画像を読取る
対象物を照明する画像読取装置用の照明装置であって、
（ａ）線状に配列された複数個の発光ダイオードと、
（ｂ）前記発光ダイオードの照射光が前記対象物へ至る
経路に介在し、以下の条件（ｂ−１）、及び（ｂ−２）
を満たすように、その焦点距離及び前記経路上の位置が
規定される、レンチキュラレンズと、を備えるものであ
る。

【０００８】この考案にかかる請求項２に記載の画像読
取装置用の照明装置は、さらに以下の条件（ｂ−３）を
満たすものである。

【０００９】この考案にかかる請求項３に記載の画像読
取装置用の照明装置は、さらに以下の条件（ｂ−４）を
満たすものである。

【００１０】ここで、上述の条件（ｂ−１）ないし（ｂ
−４）は、（ｂ−１）前記レンチキュラレンズの表面に
おいて凹凸の反復方向が前記発光ダイオードの配列方向
に平行であること、（ｂ−２）前記発光ダイオードの実
質的な光源の位置から前記レンチキュラレンズまでの前
記照射光の経路が、当該レンチキュラレンズから前記光
源の実像を結像する位置までの前記照射光の経路よりも
長いこと、（ｂ−３）前記実像を結像する位置から前記
対象物までの前記照射光の経路の長さが、前記レンチキ
ュラレンズから前記実像を結像する位置までの前記照射
光の経路の長さ以上であること、（ｂ−４）前記レンチ
キュラレンズの凹凸の反復ピッチが前記発光ダイオード
の配列ピッチの３分の１以下であること、である。

【００１１】なお、この考案においてレンチキュラレン
ズとは、入射光を１本の線上に集束させる複数の同一構
成のシリンドリカルレンズを、当該線に垂直な方向に沿
って等ピッチで配列した構成を有するレンズをいい、シ
リンドリカルレンズを複数個配列した形状に一体成型し
て成るもの、及び個別のシリンドリカルレンズを単に配
列して成るもの、の双方を含む概念である。

【００１２】

【作用】この考案における照明装置では、線状に配列し
た複数個の発光ダイオードからの照射光の経路にレンチ
キュラレンズを配置し、その凹凸の反復方向を発光ダイ
オードの配列方向に平行とし、しかも発光ダイオードの
実質的な光源の位置からレンチキュラレンズまでの経路
が、当該レンチキュラレンズから光源の実像を結像する
位置までの照射光の経路よりも長いので、発光ダイオー
ドの配列密度よりも密度の高い光源の実像が結像され、
これらが２次的な光源となって対象物を照明する。その
結果、対象物上の照度の分布はほぼ均一になる（請求項
１〜請求項３）。

【００１３】この考案における照明装置では、更に、実
像を結像する位置から対象物までの照射光の経路が、レ
ンチキュラレンズから前記実像を結像する位置までの経
路以上であるので、対象物上の照度の分布は各２次光源
の拡散分布の重畳効果により、更に均一になる（請求項
２、請求項３）。

【００１４】この考案における照明装置では、更に、レ
ンチキュラレンズの凹凸の反復ピッチが前記発光ダイオ
ードの配列ピッチの３分の１以下であるようにレンチキ
ュラレンズが設定されるので、２次的な光源の密度が更
に高くなる。このため、対象物上の照度の分布は更に均
一となる（請求項３）。

【００１５】

【実施例】＜１．この考案の装置の原理＞ 図２はこの考案にかかる画像読取装置用の照明装置に用
いられるレンチキュラレンズの一例を示す斜視図であ
る。レンチキュラレンズ５は入射光を線状に集束させる
複数のシリンドリカルレンズ６を、当該線に垂直な方向
７に沿って等ピッチで配列した構成である。複数のシリ
ンドリカルレンズ６は互いに同一構成物であり、従って
互いに同一の焦点距離を有している。図２（ａ）は、シ
リンドリカルレンズ６を実質的に複数個配列した形状に
一体成型して成るレンチキュラレンズ５の例を示し、図
２（ｂ）は、個別のシリンドリカルレンズ６を単に配列
して成るレンチキュラレンズ５の例を示す。

【００１６】図１はこの考案にかかる画像読取装置用の
照明装置の原理を説明する説明図である。ＬＥＤ１を線
状に配列して成る線状光源２と被照射面４の間にレンチ
キュラレンズ５を配置する。線状光源２は、その基準線
３が被照射面４に平行になるように配置される。レンチ
キュラレンズ５は、シリンドリカルレンズ６の配列方向
７（凹凸の反復方向）が線状光源２の基準線３に平行に
なるように配置される。

【００１７】ＬＥＤ１は、集光性を向上させるために凸
レンズ状の透明樹脂モールドを有している。このため、
ＬＥＤ１の発光点８からの照射光９は、ＬＥＤ１の表面
で屈折して照射光１０となる。このため線状光源２は、
仮想的な点光源１１がＬＥＤ１の配列ピッチと同一のピ
ッチｄをもって、基準線３に平行な仮想基準線１２上に
配列したものと等価である。

【００１８】以上の配置において、仮想基準線１２とレ
ンチキュラレンズ５との間の距離ａ、レンチキュラレン
ズ５の焦点距離ｆに対して、レンチキュラレンズ５か
ら、

【００１９】

【数１】

【００２０】の関係を満たす距離ｂをもって離れた面１
３上に、仮想点光源１１の実像が結像される。これらの
実像が、２次的な点光源１４となって被照射面４を照明
する。被照射面４上の照度分布を均一化するためには、
２次的な点光源１４を緻密に配列することが必要であ
る。

【００２１】１個のシリンドリカルレンズ６によって結
像される、複数の仮想点光源１１に対応した複数の点光
源１４の間隔ｒは、

【００２２】

【数２】

【００２３】で与えられる。従来装置におけるよりも均
一な被照射面４上の照度分布を得るためには、

【００２４】

【数３】

【００２５】であることが要求される。従って、数２の
関係から、

【００２６】

【数４】

【００２７】であることが条件となる。

【００２８】更に、レンチキュラレンズ５におけるシリ
ンドリカルレンズ６の配列ピッチｐは、短いほど被照射
面４上の照度分布はより均一となる。実用的には、

【００２９】

【数５】

【００３０】であれば好ましい結果が得られる。

【００３１】また、被照射面４は面１３からより遠方に
位置するほど、照度分布はより均一となる。実用的に
は、

【００３２】

【数６】

【００３３】の条件を満たすことが望ましい。

【００３４】＜２．実測の結果＞ 図３は、上述の数４ないし数６の条件を満たす図１の配
置を備える照明装置において、被照射面４上の基準線３
に平行な方向ｘに沿った、照度分布を測定した結果を示
すグラフである。図３の縦軸と横軸のスケールは図５と
同一である。この照明装置において、ＬＥＤ１の配列ピ
ッチｄは、ｄ＝５ｍｍであり、基準線３と被照射面４の
間の距離ｈは、ｈ＝８０ｍｍである。これらの条件は、
図５に示す実測の条件と同一である。レンチキュラレン
ズ５の焦点距離ｆ、シリンドリカルレンズ６の配列ピッ
チｐは、それぞれｆ＝５ｍｍ、ｐ＝０．５ｍｍに設定さ
れている。

【００３５】図３のグラフが示すように照度分布は、図
５に示す従来装置における結果に比べて相当に平坦であ
る。極大照度と極小照度の差の平均照度に対する比率
は、１０％未満であり、従来装置における５０％を超え
る比率から大きく改善されている。

【００３６】＜３．装置の構成と動作＞ 図４は、上述の原理に基づいて構成される、この考案の
一実施例としての照明装置を組み込んだ、プリント基板
の検査に用いられる画像読取装置の断面図である。画像
読取装置５０は、照明装置６０、撮像部１００、及び対
象物載置部７０とを備えている。対象物載置部７０は、
検査対象物であるプリント基板２０を透明ガラス板１５
の上に載置し、正及び負のＹ方向に移動する機構を備え
る。照明装置６０は反射照明部２００と透過照明部３０
０とを備えている。反射照明部２００はプリント基板２
０の上方よりプリント基板２０に向かって光を照射する
装置であり、透過照明部３００はプリント基板２０の下
方から光を照射する装置である。撮像部１００は、反射
照明部２００による照射光がプリント基板２０の上面に
おいて反射した反射光と、透過照明部３００による照射
光がプリント基板２０のスルーホール２５などを通過し
た透過光とを光学的に処理して、画像信号を得る装置で
ある。

【００３７】反射照明部２００の光源である線状光源２
０１〜２０３は、おのおの支持材２０４〜２０６を介し
て撮像部本体１３０に取り付けられている。線状光源２
０１〜２０３は、それぞれＸ軸の方向（紙面に垂直な方
向）に配列したＬＥＤを備えている。線状光源２０１〜
２０３の照射方向の前面に、それぞれレンチキュラレン
ズ２０７〜２０９が配置されている。これらのレンチキ
ュラレンズ２０７〜２０９は、支持材２１０〜２１２を
介して撮像部本体１３０に固定されている。レンチキュ
ラレンズ２０７〜２０９において、これらを構成するシ
リンドリカルレンズはＸ軸方向に配列している。すなわ
ち、シリンドリカルレンズの配列の方向は、線状光源２
０１〜２０３におけるＬＥＤの配列する方向に平行であ
る。

【００３８】線状光源２０１〜２０３からの照射光は、
これらレンチキュラレンズ２０７〜２０９を経てプリン
ト基板２０の上面を照明する。線状光源２０１からの照
射光は、略水平方向に放出されるために、ハーフミラー
２１４により一旦その進行方向を変更されて、プリント
基板２０の上面を照明する。ハーフミラー２１４は、支
持材２１５によって撮像部本体１３０へ取付られてい
る。プリント基板２０を照明する照射光はプリント基板
２０の上面で反射し、その反射光が撮像部１００へ入射
する。

【００３９】透過照明部３００は、透過照明部本体３０
１に支持材３０２を介して線状光源３０３が取り付けら
れている。透過照明部本体３０１と撮像部本体１３０と
は、互いに固定的に連結している。線状光源３０３は、
線状光源２０１〜２０３と同様に、Ｘ軸の方向に配列し
たＬＥＤを備えている。線状光源３０３からの照射光
は、線状光源３０３の前面に配置される全反射ミラー３
０４によってその進行方向を変更する。全反射ミラー３
０４は、支持材３０５を介して透過照明部本体３０１に
固定されている。全反射ミラー３０４の上方にはレンチ
キュラレンズ３０６が設けられており、進行方向を変更
した照射光は、このレンチキュラレンズ３０６を通過し
てプリント基板２０の下面を照明する。レンチキュラレ
ンズ３０６において、これを構成するシリンドリカルレ
ンズはＸ軸方向、すなわち線状光源３０３を構成するＬ
ＥＤの配列方向に平行な方向に配列する。プリント基板
２０の下面を照明する照射光は、スルーホール２５など
の貫通孔を通過し、透過光として撮像部１００へ入射す
る。なお、線状光源２０１〜２０３からの照射光と線状
光源３０３からの照射光とは、互いに波長が異なるよう
に設定されている。

【００４０】撮像部１００は、これらの反射光及び透過
光を結像レンズ系１４０で処理し、分離ミラー１５０で
これら２種類の光を、その波長の差異に基づいて互いに
分離する。分離された反射光はＣＣＤセンサ１６１によ
り光の強度に対応した電気信号すなわち画像信号ＰＳに
変換し、他方の透過光は同じくＣＣＤセンサ１６２によ
り画像信号ＨＳに変換される。撮像部１００は、Ｙ方向
に移動しつつあるプリント基板２０からの、Ｘ方向に広
がりを持った反射光及び透過光を逐次、画像信号ＰＳ、
ＨＳに変換する。これによって、撮像部１００はプリン
ト基板２０の基板本体２１の上面に形成された配線パタ
ーン２２の画像、及びスルーホール２５などの画像を表
現する画像信号を得る。なお、対象物載置部７０及び撮
像部１００、また線状光源２０１〜２０３、３０３につ
いては、同一出願人による特開平４−３４３４５号公報
においてその詳細が開示されている。

【００４１】反射照明部２００及び透過照明部３００に
おける、線状光源２０１〜２０３、３０３、レンチキュ
ラレンズ２０７〜２０９、３０６、及び被照射面４とし
てのプリント基板２０の板面の幾何学的な相対位置関
係、並びにレンチキュラレンズ２０７〜２０９、３０６
の焦点距離は、前述の数４〜数６の条件を満たすように
設定されている。従って、撮像部１００へ入射する反射
光、透過光は、ともに起伏の小さいＸ軸方向の照度分布
を有している。撮像部１００は、このためＣＣＤセンサ
ー１６１、１６２の画像信号にノイズ信号成分が少な
く、かつ量子化を行うに際しての量子化誤差の影響を受
けにくい。

【００４２】

【考案の効果】この考案における照明装置では、線状に
配列した複数個の発光ダイオードからの照射光の経路に
レンチキュラレンズを配置し、その凹凸の反復方向を発
光ダイオードの配列方向に平行とし、しかも発光ダイオ
ードの実質的な光源の位置からレンチキュラレンズまで
の経路が、当該レンチキュラレンズから光源の実像を結
像する位置までの光路よりも長いので、発光ダイオード
の配列密度よりも密度の高い光源の実像が結像され、こ
れらが２次的な光源となって対象物を照明する。このた
め、この考案による照明装置では、対象物上の照度分布
がほぼ均一になる効果がある（請求項１〜請求項３）。

【００４３】この考案における照明装置では、更に、実
像を結像する位置から対象物までの経路が、レンチキュ
ラレンズから前記実像を結像する位置までの経路以上で
あるので、各２次光源の拡散分布の重畳効果によって、
対象物上の照度分布が更に均一になる（請求項２、請求
項３）。

【００４４】この考案における照明装置では、更に、レ
ンチキュラレンズの凹凸の反復ピッチが前記発光ダイオ
ードの配列ピッチの３分の１以下であるようにレンチキ
ュラレンズが設定されるので、２次的な光源の密度が更
に高くなる。このため、この考案による照明装置では、
対象物上の照度分布が更に均一となる効果がある（請求
項３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の装置の原理を説明する説明図であ
る。

【図２】この考案の照明装置に用いられるレンチキュラ
レンズの一例を示す斜視図である。

【図３】この考案の実施例に係る照明装置の特性の実測
結果を示すグラフである。

【図４】この考案の実施例に係る照明装置を組み込んだ
画像読取装置の断面図である。

【図５】従来の装置の特性の実測に関する説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ＬＥＤ（発光ダイオード） ３ ＬＥＤの配列の基準線（発光ダイオードの配列の方
向） ４ 被照射面（対象物） ５ レンチキュラレンズ ７ シリンドリカルレンズの配列方向（凹凸の反復方
向） １１ 仮想点光源（実質的な光源） １３ 結像位置 ５０ 画像読取装置 ６０ 照明装置 ｄ ＬＥＤの配列ピッチ ｐ シリンドリカルレンズの配列ピッチ（凹凸の反復ピ
ッチ）

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を読取る対象物を照明する画像読取
   装置用の照明装置であって、 （ａ）線状に配列された複数個の発光ダイオードと、 （ｂ）前記発光ダイオードの照射光が前記対象物へ至る
   経路に介在し、以下の条件（ｂ−１）、及び（ｂ−２）
   を満たすように、その焦点距離及び前記経路上の位置が
   規定される、レンチキュラレンズと、 を備える画像読取装置用の照明装置。ここで、前記条件
   （ｂ−１）、及び（ｂ−２）は、 （ｂ−１）前記レンチキュラレンズの表面において凹凸
   の反復方向が前記発光ダイオードの配列方向に平行であ
   ること、 （ｂ−２）前記発光ダイオードの実質的な光源の位置か
   ら前記レンチキュラレンズまでの前記照射光の経路が、
   当該レンチキュラレンズから前記光源の実像を結像する
   位置までの前記照射光の経路よりも長いこと、 である。
2. 【請求項２】 さらに以下の条件（ｂ−３）を満たす請
   求項１に記載の画像読取装置用の照明装置。ここで、前
   記条件（ｂ−３）は、 （ｂ−３）前記実像を結像する位置から前記対象物まで
   の前記照射光の経路の長さが、前記レンチキュラレンズ
   から前記実像を結像する位置までの前記照射光の経路の
   長さ以上であること、 である。
3. 【請求項３】 さらに以下の条件（ｂ−４）を満たす請
   求項２に記載の画像読取装置用の照明装置。ここで、前
   記条件（ｂ−４）は、 （ｂ−４）前記レンチキュラレンズの凹凸の反復ピッチ
   が前記発光ダイオードの配列ピッチの３分の１以下であ
   ること、 である。