JP4046229B2 - 光照射装置及び光照射システム - Google Patents

Description

本発明は、ワーク表面の欠陥やマーク検出等の製品検査用として好適なものであって、その他に植物育成用等としても有用な光照射装置等に関するものである。

従来、特許文献１に示すように、ワークの表面を周囲から照明し、その表面検査を行ったり、あるいは、半導体ウェハの表面にあるアラインメントマークや記号等を読み取るための表面検査用等のＬＥＤを用いた光照射装置が知られている。

一方、近時、植物育成に必要な青色光を高輝度で放射するＬＥＤが開発されたことを機に、多数のＬＥＤを集合させた植物育成用光源が開発されつつある。かかる光源によれば、エネルギ効率問題、熱放射問題といった従来の白熱灯或いはナトリウムランプ光源等の不具合を解消できるうえ、さらには発光色、発光パターン、光量等の光照射条件を自在に制御できるため、植物育成には非常に有用なものとして特許文献２をはじめとする種々の文献で示唆され、それに対する注目が集まってきている。
特開平１０−２１７２９号公報 特開平８−８９０８４号公報

ところが、従来のこの種の光照射装置は、その光照射範囲や角度が固定されており、これを自在に変化させることができない。これは多数のＬＥＤを並べて構成してある点に原因の一つがある。すなわち、例えば通常であれば、光源と照明対象との間にレンズを介在させ、そのレンズと光源との距離を可変にして集光径を変えることが考えられるが、この種の光照射装置では多数のＬＥＤを並べて光源としている関係上、レンズが大きなものとなってコストや重量の点で問題が生じ得るからである。
その結果、例えば製品検査用のものであれば、製品、すなわちワークの大きさや検査範囲が変わるたびに、光照射装置を変える必要がある。
また植物育成用の場合、より効率的な光利用を行うべく各植物毎に光をスポット的に集光するといったことが困難で、植物の育成によって光の照射範囲を徐々に変えたいといった要請にも簡単な構造で応えることが難しいという不具合を有する。

本発明はかかる不具合に鑑みてなされたものであって、ＬＥＤを用いた光照射装置において、例えば製品検査等においては光照射対象物の大きさや形状に合わせて照明範囲を簡単に変えることができ、例えば植物育成においては、効率よく光を照射するためのスポット光照射が可能で、なおかつ植物の育成や種類に合わせてその光照射面積を変えられる簡単な構造の光照射装置を提供することをその主たる課題としたものである。

すなわち本発明に係る光照射装置は、ＬＥＤを光源とする複数の光射出器と、これら光射出器を環状に配設した支持体と、前記各光射出器をそれぞれ所定回転軸周りに回転可能に前記支持体に結合する回転結合機構とを備え、前記光射出器から射出される射出光の光軸が、当該光射出器の回転軸に対し所定角度傾斜しているものであることを特徴とする。

なお、光射出器は、あくまで光源がＬＥＤでありさえすればよく、ＬＥＤから直接光が照射されるものの他、ＬＥＤと実際に光が射出される部位との間で光を導く光ファイバ等のライトガイドを備えたものであってもよい。また「環状に配設した」とは、所定点の周りに配設したという意味であり、円上に配置したものの他、いびつな関係で配置する態様も含まれる。

より具体的な実施態様としては、前記複数の光射出器が所定点を中心に等間隔に配置されているものが好ましい。

また光照射範囲を拡げても中央に確実に光照射がなされるようにするには、前記所定点に配置した第２光射出器を備えたものであって、前記各光射出器の回転軸が、前記第２光射出器の光軸を中心として回転対称となり得るように構成しているものが望ましい。

各光射出器から射出光の指向性を均一化する具体的実施態様としては、前記光射出器が、ＬＥＤの前方に配置されたレンズ部材と、ケーシングと、前記レンズ部材とケーシングとの間でＬＥＤを狭圧固定する狭圧固定構造と、前記レンズ部材に設けられ、ＬＥＤの狭圧固定に伴って当該ＬＥＤに嵌合するとともにレンズ部材とＬＥＤとのラジアル方向の位置決めを行う嵌合部とを有しているものを挙げることができる。

放熱を効果的に行うには、前記ＬＥＤを搭載した基板の面板部と前記ケーシングとが直接又は熱伝導部材を介して密着するように構成しているものが望ましい。

本発明を実現するための好適な態様としては、前記ＬＥＤが２００ｍＡ以上の電流を流すことが可能なパワーＬＥＤであることが好ましく、さらにこの場合は放熱をより効率的に行うために、前記ケーシングがその外表面に放熱フィンを形成してなるものであることが好ましい。

前記光射出器の回転軸周りの回転角度、すなわち回転位置を正確かつ簡易に段階的に定めることができるようにするには、前記光射出器を所定回転位置において所定力以下の回転力では回転できないように仮保持するクリックストップ機構をさらに備えているものが望ましい。

光射出器の回転角度を、例えば光を直視せずとも把握できるようにする具体的実施態様としては、前記クリックストップ機構が、いずれか１つを原点位置とする複数の回転位置で前記光射出器を仮保持するものであって、前記原点位置でのクリックストップ感等の保持態様を他の回転位置のものと異ならせることにより、オペレータに原点位置であることを認識させ得るように構成しているものを挙げることができる。

上述した光照射装置を複数備え、各光照射装置の支持体を共通化している光照射システムであれば、１つの支持体を筐体としてコストダウン等を図ることができる。

このような構成の本発明によれば、各光射出器を所定の回転位置に設定することにより、スパイラル状に光が射出されるため、例えば円筒状をなすワークの側面に接線方向から光を照射し、その側面の欠陥検査などを行うことができる。特にこの光照射装置であれば、その光の角度を可変にできるため、種々の大きさのワークに対応できるというメリットがある。

また、例えば植物育成用に用いた場合、植物の育成、種類に応じて、その光照射面積を変え、ほぼ植物のみに光を照射することができるうえ、斜め照射により葉の陰になる部分を減らすことができ、極めて効率のよい光照射が簡単な構成で可能となる。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る光照射装置１は、図１、図２等に示すように、複数の光射出器２と、これら光射出器２を環状に配設した等厚板状をなす支持体３と、前記各光射出器２をそれぞれ回転可能に前記支持体３に結合する回転結合機構４とを備えている。

各部を説明すると、光射出器２は、光源である単一のパワーＬＥＤ５と、このパワーＬＥＤ５の前方に配置したレンズ部材６と、これらパワーＬＥＤ５及びレンズ部材６を収容するケーシング７とを備えたものである。

パワーＬＥＤ５は、ＬＥＤ素子５１とそのＬＥＤ素子５１をボンディングした本体５２と前記ＬＥＤ素子５１を覆うように本体５２上に装着された透明樹脂カバー５３とを有するもので、本実施形態では薄いガラスエポキシ層を表面に被着した平板状をなすアルミ基板９に搭載してある。

レンズ部材６は、前方に行くにつれ徐々に拡がる切頭円錐状の中実な透明樹脂製のもので、その基端面（狭い方の端面）を前記ＬＥＤ５に臨ませて配置される。その先端面（広い方の端面）には中央部に凹陥部６１が設けてあり、この凹陥部６１の底面６１ａを前方に膨出させてレンズ作用を有するものとしている。そして、前記ＬＥＤ５から出た光のうち、この凹陥部底面６１ａを通過する前方に進む前方進行光を屈折させその拡がり角度を狭めるようにしている。一方、このレンズ部材６の側面６ａは、わずかに外側に膨出する湾曲面にしてあり、ＬＥＤ５から出た光のうち、前記凹陥部底面６１ａより外側に拡がる側方進行光を外気との屈折率差を利用して全反射し、その拡がり角度を狭めて前方に向かわせる反射面としての作用を営むように構成している。このようなレンズ部材６によって、パワーＬＥＤ５から出る光を非常に効率よく、前方にわずかに拡がりながら進行する射出光Ｌに変換するようにしている。

ケーシング７は、下端面７ａが開口する筒状をなすもので、上端面７ｂをその軸線７ｃに対し斜めに傾斜させてある。そして後述する狭圧固定構造８を利用して、その内部空間７ｓにパワーＬＥＤ５とレンズ部材６とを固定収容するものである。なお、このケーシング７には側面に電源ケーブル挿通用の貫通孔７ｄが設けてあるが、この孔７ｄにはＯリング７１を嵌め込み、このケーシング７の内部空間７ｓを防滴構造にしている。

狭圧固定構造８は、前記ケーシング７の内面に設けためねじ部８ａと、このめねじ部８ａに螺合するおねじ部８ｂを外周に有したリング部材８１とを利用して構成したもので、このリング部材８１に設けたＬＥＤ５側を向く面を、レンズ部材６の先端周縁部に当接させてこれをＬＥＤ５側へ押圧することにより、このレンズ部材６の基端面とケーシング７の内部空間底面との間でパワーＬＥＤ５を狭圧することのみによって固定するように構成している。そしてこのことにより前記基板９の裏面とケーシング内部空間７ｓの底面とを密着させ、パワーＬＥＤ５で発生した熱を効率的にケーシング７に伝達しうるようにしている。本実施形態ではこの裏面及び底面間にシリコーン等を塗布し、熱伝導性を向上させている。

一方、レンズ部材６の基端面（狭い方の端面）には、その中央に嵌合部である凹部６ｅが設けてあって、この凹部６ｅがＬＥＤ５の狭圧固定に伴って前記カバー５３の外周にがたなく嵌合することにより、レンズ部材６とＬＥＤ５とのラジアル方向の位置決め、すなわち双方の光軸を一致させる位置決めが行われるようにしてある。この実施形態では前記狭圧固定構造８の作用も伴って、それらレンズ部材６とＬＥＤ５との光軸が一致して射出光Ｌの光軸２ｃとなり、さらにその光軸２ｃがこのケーシング軸線７ｃと略一致するようにしてある。なお、この凹部６ｅとカバー５３との隙間には、レンズ部材６と屈折率の略等しい透明樹脂（図示しない）が充填される。

支持体３は、等厚の板状をなし、その下面に前述した光射出器２を所定点Ｐを中心に等間隔に複数（４つ）保持するものである。

回転結合機構４は、光射出器２から突出させた軸部材４１を、支持体３の厚み方向に垂直に貫通させた軸受け孔４２によって回転可能に支持させたものであり、光射出器２を支持体３に、前記軸受け孔４２に嵌合した軸部材４１の軸心である回転軸Ｃ周りに回転可能に結合するものである。そしてその軸部材４１の延伸方向である回転軸Ｃ方向と、前記光射出器２の光軸２ｃとを所定角度θ（本実施形態では６０度）傾斜させている。

軸部材４１は円柱状をなすもので、その一端部には軸部材４１より大径の円盤状のつば部４３が一体に設けてある。そして、前記軸受け孔４２の表面側から挿通した軸部材４１の他端部を、前記ケーシング７の上端面７ｂに開口させた有底取付穴４４に嵌入し、例えば側方から螺入した止めねじＴによって固定するようにしている。このようにして、前記つば部４３の底面４３ａとケーシング７の上端面７ｂとにより支持体３を表裏から略密着するように挟み込んである。

さらに本実施形態では、前記光射出器２を、予め定めた複数の所定回転位置において所定力以下の回転力では回転できないように仮保持するクリックストップ機構１０を設けている。

このクリックストップ機構１０は、前記つば部４３に装着され、その底面６１ａから突出方向に弾性付勢された先端部がボール形状をなす突出部材１０１と、前記支持体３の表面であって光射出器２が回転したときの前記突出部材１０１の軌道上に複数設けた凹み１０２とからなるものである。そして前記突出部材１０１の先端部が所定回転位置において前記凹み１０２に嵌り込むことで、クリックストップ感をオペレータに認識させるとともに、正確な位置決めが行えるようにしてある。

この図では、突出部材１０１が２箇所に設けてあり、前記複数の回転位置のうちのいずれか１つに設定した原点位置では、それら２つの突出部材１０１が双方凹み１０２に嵌入し、他の回転位置では１つの突出部材１０１のみが凹み１０２に嵌入するように設定してある。つまり、前記原点位置でのクリックストップ感等の保持態様を他の回転位置のものと異ならせることにより、オペレータに原点位置であることを認識させ得るように構成している。もちろん、原点位置での凹み１０２の大きさを変えるなど、種々の変形が可能である。

加えて、本実施形態では、前記所定点Ｐにさらに第２光射出器２Ａを固定している。この第２光射出器２Ａはその光軸２Ａｃが、前記各光射出器２の回転軸Ｃと平行、すなわち支持体３の面板部に対し垂直となるように取り付けてある。なお、この第２光射出器２Ａの内部構造に関しては、第１光射出器２と同様であるので説明を省略する。そして、例えば各光射出器２が前記原点位置にある場合に、それら各光射出器２の光軸２ｃが、この第２光射出器２Ａの光軸２Ａｃを中心として回転対称となるように構成している。

このように構成した本実施形態に係る光照射装置１を植物育成に用いた例を以下に述べる。

前提として、１つの植物に対応させて１つの光照射装置１を用いる。植物は、各第２光射出器２Ａの光軸２Ａｃ上に植える。

まず、植物が小さい間は、図３、図４に示すように、各光射出器２を、それらの光軸２ｃがそれぞれ第２光射出器２Ａの光軸２Ａｃを向くように、その回転位置（これを原点位置とする）を定める。このことにより、全ての光射出器２からの光が前記光軸２Ａｃ上に集光し、それらをトータルした光照射面積が最小となる。

そして、植物が大きくなっていくに連れ、図４〜図６に示すように、各光射出器２を回転させていく。このことにより、各光射出器２の光は、第２光射出器２Ａの光軸２Ａｃから斜めにずれ、全体の照射面積が大きくなる。なお、回転させるには、前記つば部４３を回転させてもよいし、光射出器２そのものを回転させてもよい。

このように、本実施形態によれば、植物の育成、種類に応じて、その光照射面積を変え、ほぼ植物のみに光を照射することができるうえ、図４〜図６に示すように、斜め照射により葉の陰になる部分を減らすことができるため、極めて効率のよい光照射が可能となる。もちろん、ＬＥＤ５を光源としているので、高効率である点、熱放射が少ないという点などの特長を有するのは言うまでもなく、その他に発光色、発光パターン、光量等の制御自在性に富むといった効果も奏し得る。

また、クリックストップ機構１０により、各光射出器２の回転位置を正確に位置決めできるうえ、原点位置を光射出器２をみなくとも把握できるので、支持体３の上面から光射出器２をみることなくつば部４３を回転させて各光射出器２の位置決めを行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記各光射出器２を、常に全てが同一の回転位置となるように回転させる必要はなく、例えば植物がいびつな形をしている場合には、それに合わせていずれか１つ以上の光射出器２を他のものと異なる回転位置に設定しても構わない。

また、前記実施形態のように、必ずしも個々の光射出器２を独立して回転可能にする必要はない。例えば、同期機構を設け、１つの操作で各光射出器２が一斉に回転するように構成してもよい。

さらに、この光照射装置１によれば、各光射出器２を回転させることにより、スパイラル状に光が射出されるため、例えば、図８、図９に示すように、円柱状や円筒状をなすワークＷの側面に接線方向から光を照射し、その側面の欠陥検査などを行うことができる。特にこの光照射装置１であれば、その光の角度を可変にできるため、種々の大きさのワークＷに対応できるというメリットがある。これらの例では、中央の第２照射装置はなく、支持体３を円環状のものにしている。

加えて、パワーＬＥＤ５に限らず、通常のＬＥＤを用いてもよいのはもちろんであるし、各光射出器の色を異ならせるといったことも可能である。

またかかる光照射装置を、１つの共通の支持体に複数並べ設け、光照射システムを構成しても構わない。

その他、本発明は前記図示例等に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態における光照射装置及び光照射システムの全体を示す平面図。 同実施形態における光射出器及び第２光射出器の内部構造を示すＡ−Ａ線部分断面図。 同実施形態における光射出器を所定回転位置にした状態での光の照射態様を示す模式的平面図。 図３における光の照射態様を示す模式的側面図。 同実施形態における光射出器の回転位置を変えた場合の光の照射態様を示す模式的平面図。 同実施形態における光射出器の回転位置をさらに変えた場合の光の照射態様を示す模式的側面図。 図６における光の照射態様を示す模式的平面図。 本発明の他の実施形態における光照射装置による光の照射態様を示す模式的平面図。 前記他の実施形態における光照射装置による光の照射態様を示す模式的平面図。

符号の説明

１…光照射装置
２…光射出器
３…支持体
４…回転結合機構
５…ＬＥＤ（パワーＬＥＤ）
６…レンズ部材
７…ケーシング
８…狭圧固定構造
９…基板
１０…クリックストップ機構
２ｃ…光軸
２Ａ…第２光射出器
２Ａｃ…第２光射出器の光軸
６ｅ…嵌合部（凹部）
９ａ…面板部（裏面）
Ｃ…回転軸
θ…所定角度
Ｐ…所定点

Claims (9)

1. ＬＥＤを光源とする複数の光射出器と、これら光射出器を環状に配設した支持体と、前記各光射出器をそれぞれ回転可能に前記支持体に結合する回転結合機構とを備え、前記光射出器から射出される射出光の光軸が、当該光射出器の回転軸に対し所定角度傾斜しているものであることを特徴とする光照射装置。
2. 前記複数の光射出器が所定点を中心に等間隔に配置されている請求項１記載の光照射装置。
3. 前記所定点に配置した第２光射出器を備えたものであって、前記各光射出器の回転軸が、前記第２光射出器の光軸を中心として回転対称となり得るように構成している請求項２記載の光照射装置。
4. 前記光射出器が、ＬＥＤの前方に配置されたレンズ部材と、ケーシングと、前記レンズ部材とケーシングとの間でＬＥＤを狭圧固定する狭圧固定構造と、前記レンズ部材に設けられ、ＬＥＤの狭圧固定に伴って当該ＬＥＤに嵌合するとともにレンズ部材とＬＥＤとのラジアル方向の位置決めを行う嵌合部とを有しているものである請求項１、２又は３記載の光照射装置。
5. 前記ＬＥＤを搭載した基板の面板部と前記ケーシングとが、直接又は熱伝導部材を介して密着するように構成している請求項４記載の光照射装置。
6. 前記ＬＥＤが２００ｍＡ以上の電流を流すことが可能なパワーＬＥＤである請求項４又は５記載の光照射装置。
7. 前記光射出器を、所定回転位置において所定力以下の回転力では回転できないように仮保持するクリックストップ機構をさらに備えている請求項１、２、３、４、５又は６記載の光照射装置。
8. 前記クリックストップ機構が、いずれか１つを原点位置とする複数の回転位置で前記光射出器を仮保持するものであって、前記原点位置でのクリックストップ感等の保持態様を他の回転位置のものと異ならせることにより、オペレータに原点位置であることを認識させ得るように構成している請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の光照射装置。
9. 請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の光照射装置を複数備えたものであって、各光照射装置の支持体を共通化していることを特徴とする光照射システム。
   

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