JP4078050B2

JP4078050B2 - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP4078050B2
Application number: JP2001254145A
Authority: JP
Inventors: 健岩井; 雄三中山
Original assignee: Kyoto Denkiki Co Ltd
Current assignee: Kyoto Denkiki Co Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP2003065960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査物の認識や検査を行う画像機器等に使用して好適なＬＥＤ照明装置に関し、更に詳しくは、面状の所定の被照射範囲を均一の照度で照明するＬＥＤ照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人間の目視やカメラで撮影した画像などによって被検査物の認識や検査を行うためには、その目的に見合った最適な照明が必要である。このような照明の一つとして、拡散光を利用した間接照明が知られている。例えば、特許３１１８５０３号公報には、リング状の光拡散用の透明体の内部に、それを取り囲むように外周側に設けた複数のＬＥＤから光を導入し、該透明体の一方の平坦面を発光面として拡散光を放射する照明装置が開示されている。このように、拡散照明（間接照明）装置は、基本的に、発光源から発した光を透光性拡散体（板）を通して外部へと取り出し、これをワーク（例えば検査対象物）に照射するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の拡散照明装置によっても、該装置から或る程度の距離だけ離間した位置にある被照射面上のワーク領域内をむらなく均一の照度で照明することは難しい。何故なら、仮想的な面光源から放射された光は被照射面に向かうに従い拡がり、ワーク領域内の中央付近から周辺にいくほど照度が低下するからである。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、照明装置から所定距離離間した位置にある被照射面上の所定のワーク領域を、高い均一性でむらなく照明することができるＬＥＤ照明装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段、及び効果】
上記課題を解決するために成された本発明に係るＬＥＤ照明装置は、
a)ＬＥＤの集合体からなる面状の光源と、
b)該光源から所定距離離間し、且つ該光源と略平行に配置された第１透光性拡散手段と、
c)前記光源と第１透光性拡散手段との間に配置され、その内周面が前記光源からの入射光を反射させるとともに拡散させる反射拡散面である筒状の第１導光手段と、
d)前記第１透光性拡散手段と照射対象である被照射面との間に配置され、該第１透光性拡散手段を透過した後に外方へと向かう光を内方に指向させる環状の光偏向手段であって、当該光偏向手段の中央開口を通過する光が照射される前記被照射面上の所定のワーク領域の周辺部に光を重ね合わせるように環状に照明する光偏向手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係るＬＥＤ照明装置では、光源の各ＬＥＤから放出された光は第１導光手段内を進み、第１透光性拡散手段に当たる。光は第１透光性拡散手段を透過する際に拡散される、つまり様々な方向へと光が発散されるため、１個１個のＬＥＤの光源像は現れず、第１透光性拡散手段は面状の拡散光源として光を放射する。これにより、この第１透光性拡散手段による放射光の輝度分布は所定範囲内でほぼ均一になるが、放射された光は被照射面へ向かって進むに従い拡がるから、ワーク領域の周辺部では外方にいくほど徐々に照度が落ちる。環状の光偏向手段は周辺部においてこのように弱まる光を内方に向けて折り曲げ、光の重ね合わせを増すことにより、周辺部での照度低下の裾の広がりを抑える。
【０００８】
このようにして本発明に係るＬＥＤ照明装置によれば、当該照明装置から適宜の距離離間した被照射面上の所定のワーク領域内で、照度の均一性の高い、むらのない間接照明を行うことができる。
【０００９】
なお、前記光偏向手段は光の進行方向を変えることができる手段であれば各種の態様を採ることができるが、具体的な一態様としては、プリズム又はフレネルレンズのいずれかとすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るＬＥＤ照明装置では、前記第１透光性拡散手段と光偏向手段との間で、且つ該第１透光性拡散手段から所定距離離間した位置に第２透光性拡散手段を配置するとともに、該第２透光性拡散手段と前記第１透光性拡散手段との間に筒状の第２導光手段を配置した構成とすることができる。
【００１１】
この構成によれば、第１透光性拡散手段の出射面での輝度の均一性が充分でない場合でも、第２導光手段及び第２透光性拡散手段を介して更に光の拡散を進めているため、第２透光性拡散手段の出射面では輝度の均一化が一層促進され、被照射面上のワーク領域内でのむらを無くすことができる。
【００１２】
なお、前記第１導光手段はその筒内面が円筒状であるものとすることができる。このような構成では製造が容易であり、且つ被照射面上のワーク領域内での照度の均一性を一層高めることができる。
【００１３】
また、本発明では、光源の各ＬＥＤから発した光は被照射面に到達するまでの間に多数回重なり合って混合されることになる。そこで、前記光源として異なった発光波長、つまり発光色の異なるＬＥＤを含む構成とすれば、その異なる色の光が混合してできる他の色の照明を行うことができるとともに、必要に応じて或る特定の発光色のＬＥＤのみを点灯させて当該色の照明を行うといった、色の選択が可能であるような照明を行える。
【００１４】
具体的には、例えば、光の三原色である赤色、青色、緑色のＬＥＤを適宜配置した構成とすることができる。この構成では、上記三色のＬＥＤを全て点灯させれば白色の照明を行うことができ、いずれか一色又は二色のＬＥＤを点灯させれば赤色、青色、緑色又はそれらの混合色の照明を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係るＬＥＤ照明装置の基本構成とその動作について説明する。図１は本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を軸Ｃを含む平面で切断した縦端面図、図２はこのＬＥＤ照明装置の外観斜視図である。このＬＥＤ照明装置は軸Ｃに略直交して広がる被照射面Ｐから所定距離離間した位置に配置され、その被照射面Ｐ上で軸Ｃを中心とする所定径のワーク領域内を照明するものである。
【００１６】
光源１は、軸Ｃを中心とする円板状の基板１２上に、発光源である複数個のＬＥＤ１１を、軸Ｃを中心とする所定径の円形領域（後述の図３中のＡ）を除いた円環状に、同一方向（図１では垂直上向き）に向けて配置したものである。従って、この光源１は図２に示すような面状の環状光源１’であると看做すことができる。光源１は金属製で円盤状のホルダ２に固定されており、ホルダ２は円筒状のハウジング３の内部に固定されている。
【００１７】
ハウジング３の内側には、第１導光手段として円筒状の導光管４が嵌挿されており、光源１はその導光管４の内側に位置している。導光管４の内周面４ａは反射拡散面になっている。具体的には、例えば合成樹脂などから成る円筒体の内周面にフッ化マグネシウム等の白色拡散塗料を塗布するようにすればよい。また、それ以外の光拡散処理であってもよい。
【００１８】
導光管４の他方の端面には第１透光性拡散手段として円板状の拡散板５が取り付けられており、拡散板５は上記面状の環状光源１’と略平行となっている。拡散板５は、例えばアクリル樹脂等のプラスチックやガラスの上面（出射面）にブラスト処理などによって拡散面を形成したものを利用することができる。それ以外にも、多数の拡散用の微小粒子を内部に含むプラスチックなど、各種のものを利用することができる。更に、拡散板５の上には光偏向手段として、軸Ｃを中心とする円環状のプリズム６が設けられている。
【００１９】
図３は、光源１におけるＬＥＤ１１の配置の一例を示す上面図である。この例では、ＬＥＤ１１として赤色、緑色、青色という光の三原色に対応する三種類の異なる発光波長を有するＬＥＤが使用されており、これらＬＥＤが混合して基板１２上の所定の位置に取り付けられている。
【００２０】
次に本ＬＥＤ照明装置の動作について、上記図１〜図３に加えて図４を参照して説明する。図４は、図１中の各水平面において軸Ｃと交差する直線上の輝度又は照度の分布を示している。
【００２１】
光源１の各ＬＥＤ１１から放射された光は図１中に示すように（図１では一部のみを示している）大きく拡がりながら上方向へと進み、その光の一部は導光管４の内周面４ａに当たる。上述したように光源１のＬＥＤ１１はその中央部が抜けた状態に配置されているので、ＬＥＤ１１の上端の水平面（つまり上記環状光源１’）での輝度分布は図４（ａ）に示すように中央部が窪んだ形状となっている。
【００２２】
上述したように導光管４の内周面４ａは反射拡散面になっている。従って、この内周面４ａに当たった光は反射するとともに拡散して様々な方向へと進む。このようにして直接に又は反射しつつ拡散板５に到達した光は拡散板５を透過するが、その際に散乱して様々な方向へと出射する。拡散板５に到達するまでに各ＬＥＤ１１から放射された光は重なり合うとともに中央部の輝度の窪みの影響も緩和されて、拡散板５の下面（入射面）では図４（ｂ）に示すように一様な照度分布に近づく。そして、拡散板５を透過することにより、一層光の重なり合いが進行して、拡散板５の上面、つまり出射面における輝度分布は図４（ｃ）に示すようにほぼ均一になる。また、各色の光が混じり合うことによって光はむらのない白色光となる。従って、拡散板５はほぼ一様な輝度を有する面状の白色拡散光源であると看做すことができる。
【００２３】
いま、プリズム６が存在しないと仮定すると、拡散板５から放射された光は様々な方向へと進行するから、拡散板５から離れるに伴いその周辺部で光が拡がって、被照射面Ｐの位置での照度分布は図４（ｄ）に示すように周辺部（軸Ｃから離れた部分）の裾がなだらかに広がり、所定径のワーク領域内でほぼ均一の照度を確保することが難しい。そのため、本実施形態によるＬＥＤ照明装置では、環状のプリズム６によって周辺外方へと向かう光を内方へと屈折させ、周辺部における光量をかさ上げしている。すなわち、図４（ｅ）に示すように、プリズム６が存在しない場合に裾部となる筈の光をなくしてその内方へ振り向けることにより、被照射面Ｐの位置でのワーク領域内の照度分布をほぼ均一にすることができる。
【００２４】
このようにして、本実施形態によるＬＥＤ照明装置では、当該照明装置から所定距離離間した位置に置かれた被照射面Ｐ上の所定のワーク領域内を、照度むら及び色むらなく一様に照明することができる。
【００２５】
図５は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤ照明装置を示す縦端面図である。このＬＥＤ照明装置は、先のＬＥＤ照明装置よりも更に照度の一様性を高めるように構成している。すなわち、第１拡散板（図１の拡散板５と同じ）５から所定距離離間した位置に第２透光性拡散手段である第２拡散板８を配置し、両拡散板５，８の間には、第２導光手段として円筒状の第２導光管７を設けている。第２拡散板８は第１拡散板５と同一のものを使用することができる。一方、第２導光管７は第１導光管４と同様に内周面が拡散反射面であってもよいが、ここでは、その内周面が特に鏡面性を重視した拡散反射面に形成されている。
【００２６】
上述したように第１拡散板５の出射面ではその輝度はかなり均一性が高くなっているが、光源１のＬＥＤ１１の中抜けの影響が残る場合がある。そのような場合であっても、第１拡散板５から放射されて様々な方向へと進む光は、直接的に又は第２導光管７の内周面で適度に拡散されつつ反射されて第２拡散板８へと到達する。その間に更に光の照度及び色の均一化が進み、第２拡散板８の出射面での輝度は非常に均一になる。そのあとは上述した通り、プリズム６によって外方向へと拡がろうとする光が内方へと向けられ、被照射面Ｐのワーク領域内での照度の均一性が確保される。
【００２７】
勿論、このように導光管及び拡散板を追加することによって全体として光量の損失が若干増加することは避けられないが、被照射面において照度及び色の均一性を一層高めるために導光管及び拡散板を更に追加してもよい。
【００２８】
上記実施形態の構成では、三色のＬＥＤを全て点灯させれば被照射面Ｐにおいて白色光を得ることができるが、ＬＥＤを選択的に点灯させることにより、赤色、青色、緑色の各色の照明を行うことができるのは勿論のこと、任意の二色を混合してできる他の色の照明を行うことも可能である。従って、同一の照明装置において、必要に応じて白色やそれ以外の色の照明を自在に選択的に行える点が本装置の利点の一つである。勿論、白色の照明のみが必要な場合には白色ＬＥＤを利用すればよく、それ以外の色のＬＥＤを利用することも当然考え得る。
【００２９】
なお、上記実施形態は本発明の単に一例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を加えても、本願の特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＬＥＤ照明装置を軸Ｃを含む平面で切断した縦端面図。
【図２】本実施形態によるＬＥＤ照明装置の外観斜視図。
【図３】本実施形態によるＬＥＤ照明装置においてＬＥＤの配置の一例を示す上面図。
【図４】図１中の各水平面において軸Ｃと交差する直線上の輝度又は各平面における輝度又は照度の分布を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態によるＬＥＤ照明装置を軸Ｃを含む平面で切断した縦端面図。
【符号の説明】
１…光源
１１…ＬＥＤ
１２…基板
２…ホルダ
３…ハウジング
４…導光管（第１導光管）
４ａ…内周面
５…拡散板（第１拡散板）
６…プリズム
７…第２導光管
８…第２拡散板

Claims

a)ＬＥＤの集合体からなる面状の光源と、
b)該光源から所定距離離間し、且つ該光源と略平行に配置された第１透光性拡散手段と、
c)前記光源と第１透光性拡散手段との間に配置され、その内周面が前記光源からの入射光を反射させるとともに拡散させる反射拡散面である筒状の第１導光手段と、
d)前記第１透光性拡散手段と照射対象である被照射面との間に配置され、該第１透光性拡散手段を透過した後に外方へと向かう光を内方に指向させる環状の光偏向手段であって、当該光偏向手段の中央開口を通過する光が照射される前記被照射面上の所定のワーク領域の周辺部に光を重ね合わせるように環状に照明する光偏向手段と、
を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記光偏向手段はプリズム又はフレネルレンズのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１透光性拡散手段と前記光偏向手段との間で、且つ該第１透光性拡散手段から所定距離離間した位置に第２透光性拡散手段を配置するとともに、該第２透光性拡散手段と前記第１透光性拡散手段との間に前記第１導光手段と同様の内周面を有する筒状の第２導光手段を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１導光手段はその筒内面が円筒状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
前記光源は異なった発光波長のＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。