JP4090116B2

JP4090116B2 - 照明装置

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Publication number: JP4090116B2
Application number: JP16378098A
Authority: JP
Inventors: 晴樹大江
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: JPH11353926A

Description

【０００１】
本発明は、例えば電子部品を撮像する装置や、例えば貨幣等の凹凸の有る物を撮像する装置に用いられる照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品を基板に実装する電子部品実装装置には、電子部品（読取対象物）を認識すべく当該電子部品を撮像する撮像装置が付設されており、この撮像装置には、電子部品を照明する照明装置が備えられている。
【０００３】
この照明装置は、例えば特開平１０−２１７２７号公報に記載のように、照明用光源群を備え、この照明用光源群間の上方に位置する電子部品を、当該照明用光源群により斜め下方から所定の投射仰角で照射するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような照明装置では、照明用光源群と電子部品との間に、例えば１〜３ｍｍの薄肉ガラス板を配置して、照明用光源群を保護するのが一般的である。
【０００５】
図８は、照明用光源群と電子部品との間にガラス板（透明な平行平面板）を配置して所定の投射仰角で照明用光源群による照明を行った際の光の屈折の様子を示す説明図である。
【０００６】
同図に示すように、照明用光源群５１を構成する照明用光源５２は、ガラス板５３の下端面（一方側の端面）に対して所定の配置角（投射仰角）α１°で斜めに並設される。すなわち、照明用光源５２による光はガラス板５３の下端面に対して投射角θ１°（投射仰角α１°；θ１°＋α１°＝９０°）で投射される。この投射光は、屈折の法則に従い、ガラス板５３の下端面で屈折角θ２°で屈折しさらに上端面（他方側の端面）で屈折して出射角θ１°（出射仰角α１°）で出射され、当該出射光により電子部品が照明される。
【０００７】
このように、平行平面ガラス板５３では、ガラス板５３に対する光の投射角θ１°とガラス板５３からの光の出射角θ１°とは等しくなる。
【０００８】
ここで、電子部品を例えば半球状のリードを有する電子部品として当該リードを照明する場合には、ガラス板５３からの光の出射角θ１°を略７０°以上（ガラス板５３からの光の出射仰角α１°で言えば略２０°以下）として当該リードを照明するのが、撮像に最適であるというのを本発明者は見出した。このため、照明用光源群５１は、ガラス板５３に対する光の投射角θ１°が略７０°以上（ガラス板５３に対する光の投射仰角α１°で言えば略２０°以下）となるように配置されることになる。
【０００９】
しかしながら、ガラス板５３に対する光の投射角θ１°を上記のように略７０°以上とすると、図５に示すように、ガラス板５３の下端面での反射率が略２０％以上になり、この反射率は損失となるため、光を有効に活用することができないという問題がある。
【００１０】
また、照明用光源群５１のガラス板５３の下端面に対する配置角α１°が略２０°以下となり、当該照明用光源群５１がガラス板５３に接近するため、照明用光源５２の外径が大きいとガラス板５３に干渉してしまうという問題がある。また、この干渉を避けるには、照明用光源群５１を同一配置角α１°でリードに対して遠ざければ良いが、このように照明用光源群５１をリードに対して遠ざけると、装置がガラス板５３の軸線に対する垂直方向に大型化するといった問題がある。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、照明用光源群と読取対象物との間に配置された透明板での光の損失を低減しつつ当該読取対象物を最適に照明できると共に、照明用光源群の透明板に対する干渉の回避且つ装置の小型化を実現できる照明装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による照明装置は、読取対象物に光を照射する照明用光源群と、この照明用光源群と読取対象物との間に配置された透明板と、を備えた照明装置において、透明板は、その外周面に、読取対象物側に向かうに従い広がる傾斜面を有し、照明用光源群は、傾斜面に対して光を照射し、透明板の出射面に対する垂線と傾斜面とが成す傾斜面の傾斜角をθ０°、傾斜面に対する照明用光源群による光の投射角をθ４°、透明板からの光の出射角をθ１°、空気の屈折率をｎ１、透明板の屈折率をｎ２として、θ１°≧略７０°とした時、θ０°は、式θ４°＝ｓｉｎ^-1［（ｎ２／ｎ１）・ｓｉｎ〔９０°−θ０°−ｓｉｎ^-1｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎθ１°｝〕］≦略７０°を満たす角度に設定されることを特徴としている。
【００１３】
このような本発明に係る照明装置によれば、透明板の外周に、上記式を満たす傾斜角θ０°の傾斜面が設定されると共に、照明用光源群が、当該傾斜面に対して光が投射されるように配置されるため、照明用光源群が、透明板の軸線に対する垂直方向に必要以上に遠ざけられなくても透明板に対して離隔配置可能にされ、照明用光源群の透明板に対する干渉の回避且つ装置の小型化が実現される。この時、透明板から出射され読取対象物を照明する光の出射角θ１°が略７０°以上にされるため、読取対象物が最適に照明されると共に、透明板外周の傾斜面に対して投射される照明用光源群による光の投射角θ４°が略７０°以下にされるため、当該透明板での反射率が略２０％以下にされて光の損失が低減される。
【００１４】
ここで、透明板としては種々のものが採用され得るが、例えばガラス板を採用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る照明装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、第１実施形態に係る照明装置１０Ａを適用した撮像装置１０を示す断面図、図２は、図１中の照明装置１０Ａ及び電子部品３を拡大して示す詳細断面図であり、本実施形態の撮像装置１０は、電子部品３を基板に実装する電子部品実装装置に適用されるものである。
【００１７】
図１に示すように、撮像装置１０は概略、角筒状のケーシング５と、このケーシング５内の上部に配置された照明装置１０Ａ及び下部に配置された撮像部１０Ｂと、から構成される。
【００１８】
照明装置１０Ａは、特に図２に示すように、ケーシング５の上部に開口された開口部１と、この開口部１に嵌め込まれてケーシング５内を密閉すると共に外部から内部を保護するガラス板９と、ケーシング５内に配置された３段の照明用光源群６〜８と、を備え、ガラス板９の上方を、吸着ノズル２に吸着された電子部品３が高速で通過する時に、当該電子部品３を照明用光源群６〜８の何れかの群により下方から瞬間的に照明する。
【００１９】
開口部１を塞ぐガラス板９は矩形状を成し、その厚みが例えば５ｍｍにされて従来に比して厚くされている。
【００２０】
このガラス板９は、特に本実施形態においては、その外周面に、電子部品３側（図示上方）に向かうに従い広がる傾斜面９ａを四方に有しており、当該傾斜面９ａがケーシング５内に突出するように配置されている。
【００２１】
照明用光源群６〜８は各々、ケーシング５の内壁に沿い、電子部品３から延びる反射光軸線（電子部品３の反射光路Ｂ１の軸線）Ａ１の周囲を取り囲むように配置されており、例えば発光ダイオード等の照明用光源２１，２２，２３を複数並設して成る。また、上段の照明用光源群６、中段の照明用光源群７、下段の照明用光源群８は、反射光軸線Ａ１に対して略水平に配置されている。
【００２２】
上段の照明用光源群６を構成する多数の照明用光源２１は、角筒状を成すケーシング５の四方の内壁に設けられた４個の支持板２９に載置され、上記ガラス板９の傾斜面９ａに対して光が投射されてガラス板９を屈折透過した出射光が電子部品３を向くように配置角α２°で傾斜配置される（詳しくは後述）。ここで言う配置角とは、反射光軸線Ａ１に直交する平面と照明用光源群からの光との成す角を言う。
【００２３】
この上段の照明用光源群６は、主として、図２に示す半球状のリード４１を有する電子部品３を対象とし、特に、リード４１のみを認識するために設けられている。このため、配置角α２°、ガラス板９の上端面９ｂからの光の出射角θ１°（出射仰角α１°）も、この種の電子部品３を想定して設定される（詳しくは後述）。
【００２４】
この電子部品３は、リード支持面３ａ上に、高さＴの半球状のリード４１を一定のピッチＰで複数個配列させている。なお、この半球状のリード４１に代えて、円板状のリードを用いることもできる。
【００２５】
中段の照明用光源群７を構成する多数の照明用光源２２は、４個の支持板３０に載置され、ガラス板９の下端面９ｃに対して光が投射されてガラス板９を屈折透過した出射光が電子部品３を向くように配置角β°で傾斜配置される。この配置角β゜は、例えば３０゜〜６０゜の範囲で任意に設定でき、本実施形態では、例えば４５゜に設定されている。
【００２６】
この中段の照明用光源群７は、主として、リード支持面３ａの反射率が高く且つリード４１の反射率も高い電子部品３のリード４１を認識するのに特に有効である。
【００２７】
下段の照明用光源群８を構成する多数の照明用光源２３は、４個の支持板３１に載置され、ガラス板９の下端面９ｃに対して光が投射されてガラス板９を屈折透過した出射光が電子部品３を向くように配置角γ°で傾斜配置される。この配置角γ゜は、例えば６０゜〜９０゜の範囲で任意に設定でき、上記中段の照明用光源群７の配置角β゜よりも大きく設定される。そして、本実施形態では、例えば７５゜に設定されている。
【００２８】
この下段の照明用光源群８は、主として、リード支持面３ａの反射率が低く且つリード４１の反射率が高い電子部品３のリード４１を認識するのに特に有効である。
【００２９】
そして、これらの上段、中段及び下段の照明用光源群６〜８は相互間の点灯を切り替えることが可能に構成されている。
【００３０】
なお、照明用光源群６〜８の各々に、ケーシング５の内壁の四隅に配置される補助照明（不図示）をさらに設けて、照明用光源群６〜８では十分に照明できない部分を補助的に照明するようにしても良い。
【００３１】
一方、ケーシング５内の上記下段の照明用光源群８の下方には、上記撮像部１０Ｂが配置されている。この撮像部１０Ｂは、電子部品３からの反射光を集光する結像レンズ１１と、この結像レンズ１１により集光された反射光を受光する撮像カメラ１２と、を備える。結像レンズ１１及び撮像カメラ１２は、上記反射光軸線Ａ１上に配置されている。
【００３２】
因みに、前述した照明用光源群６〜８は、反射光路Ｂ１外に配置されているので、これらの照明用光源群６〜８の像が、反射光路Ｂ１を通って撮像カメラ１２で撮像されることはない。
【００３３】
ここで、前述したガラス板９の傾斜面９ａ、この傾斜面９ａに対して光を投射してリード４１を照明する上段の照明用光源群６に関して、図３を参照しながらさらに説明する。
【００３４】
ガラス板９の上端面（出射面）９ｂに対する垂線１３ｂとガラス板９の傾斜面９ａとが成す傾斜面９ａの傾斜角をθ０°、傾斜面９ａに対する照明用光源群６による光の投射角（傾斜面９ａの法線と照明用光源群６からの光との成す角）をθ４°、ガラス板９内部での光路と傾斜面９ａの法線との成す角をθ３°、ガラス板９内部での光路と上端面９ｂの法線との成す角をθ２°、ガラス板９からの光の出射角をθ１°（上端面９ｂの法線と出射光との成す角；出射仰角α１°）、下端面９ｃと照明用光源群６からの光との成す角、すなわち下端面９ｃに対する投射仰角（前述した配置角）をα２°、空気の屈折率をｎ１（＝略１）、ガラス板９の屈折率をｎ２（＝略１．５２）とすると、以下の式（１）〜式（３）が成り立つ。
【００３５】
ｎ１・ｓｉｎθ１°＝ｎ２・ｓｉｎθ２° ……（１）
ｎ２・ｓｉｎθ３°＝ｎ１・ｓｉｎθ４° ……（２）
θ２°＋θ３°＋θ０°＝９０° ……（３）
上記式（１）〜式（３）をθ４°について解くと、θ４°は以下の式（４）で表される。
【００３６】
θ４°＝ｓｉｎ^-1［（ｎ２／ｎ１）・ｓｉｎ〔９０°−θ０°−ｓｉｎ^-1｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎθ１°｝〕］ ……（４）
そして、本実施形態では、ガラス板９からの光の出射角θ１°が略７０°以上（出射仰角α１°が２０°以下）とした時に、傾斜面９ａの傾斜角θ０°が、上記式（４）での傾斜面９ａに対する照明用光源群６による光の投射角θ４≦略７０°を満たす角度に設定されている。
【００３７】
具体的には、この第１実施形態では、図４に示すように、θ１°＝８０°（≧７０°；α１°＝１０°）、θ０°＝４５°にされて、θ４°＝約７°（≦７０°）にされている。
【００３８】
次に、このように構成された撮像装置１０の作用について説明する。
【００３９】
ガラス板９の上方を、吸着ノズル２に吸着された電子部品３が高速で通過するにあたって、何れかの照明用光源群が点灯される。
【００４０】
中段または下段の照明用光源群７，８が点灯されると、中段または下段の照明用光源群７，８による光はガラス板９の下端面９ｃに対して投射仰角β°（前述した配置角）またはγ°で投射され、この投射光は、図８で説明したのと同様に、屈折の法則に従い、ガラス板９の下端面９ｃで屈折しさらに上端面９ｂで屈折して上記投射仰角と同様な出射仰角β°またはγ°で出射され、当該出射光により電子部品３が照明される。
【００４１】
何れの段の照明用光源群６〜８による照明でも、当該照明用光源群が反射光軸線Ａ１の周囲に配置されているので、電子部品３（リード４１を含む）は、点灯した照明用光源群により周囲から略均一に照明される。
【００４２】
そして、電子部品３の下面で反射光軸線Ａ１に沿って反射された光が、反射光路Ｂ１を形成しながら結像レンズ１１を介して撮像カメラ１２に集光されて、当該電子部品３の像が撮像される。
【００４３】
一方、本実施形態の特徴を成す上段の照明用光源群６が点灯されると、傾斜角θ０＝４５°の傾斜面９ａに対して上段の照明用光源群６からの光が投射角θ４°＝約７°で投射される。この投射光は、屈折の法則に従い、ガラス板９の傾斜面９ａで屈折しさらに上端面９ｂで屈折して、出射角θ１°＝８０°（出射仰角α１°＝１０°）で出射され、当該出射光により電子部品３が照明される。
【００４４】
ここで、図５に示すように、投射角θ４°＝約７°に対する反射率は約４％であるため、ガラス板９での光の損失を大幅に低減できるようになっている。
【００４５】
また、投射角θ４°＝約７°ということは、配置角α２°＝約５２°となるため、上段の照明用光源群６を、ガラス板９の軸心に対する垂直方向に必要以上に遠ざけなくてもガラス板９に対して離隔配置できることになる。このため、上段の照明用光源群６のガラス板９に対する干渉の回避且つ装置の小型化を実現できるようになっている。
【００４６】
また、出射角θ１°＝８０°（出射仰角α１°＝１０°）であるため、電子部品３のリード４１を最適に照明できるようになっている。
【００４７】
なお、照明用光源群６〜８を切り替える場合、何れの段の照明用光源群を点灯させるかは、対象となる電子部品３の形状や性質等による。
【００４８】
図６は、第２実施形態に係る照明装置の上段の照明用光源群とガラス板を示す説明図である。
【００４９】
この第２実施形態では、θ１°＝８０°（α１°＝１０°）、θ０°＝１５°にされて、θ４°＝約６０°（≦７０°）にされている。図５に示すように、投射角θ４°＝約６０°に対する反射率は約９％であるため、ガラス板９での光の損失を大幅に低減できるようになっている。また、θ４°＝約６０°ということは、α２°＝約７５°となるため、上段の照明用光源群６を、ガラス板９の軸心に対する垂直方向に必要以上に遠ざけなくてもガラス板９に対して離隔配置できるようになっている。勿論、θ１°＝８０°（α１°＝１０°）であるため、リード４１を最適に照明できるようになっている。すなわち、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５０】
図７は、第３実施形態に係る照明装置の上段の照明用光源群とガラス板を示す説明図である。
【００５１】
この第３実施形態では、θ１°＝８０°（α１°＝１０°）、θ０°＝３０°にされて、θ４°＝約３１°（≦７０°）にされている。図５に示すように、投射角θ４°＝約３１°に対する反射率は約４％であるため、ガラス板９での光の損失を大幅に低減できるようになっている。また、θ４°＝約３１°ということは、α２°＝約６１°となるため、上段の照明用光源群６を、ガラス板９の軸心に対する垂直方向に必要以上に遠ざけなくてもガラス板９に対して離隔配置できるようになっている。すなわち、第１、第２実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５２】
なお、θ１°、θ０°、θ４°は、上記実施形態の角度に限定されるものではなく、要は、θ１°≧略７０°（撮像を最適に行う角度）とした時、θ０°が、上記式（４）≦略７０°（ガラス板９での反射率を略２０％以下とする角度）を満たす角度に設定されていれば、上記第１〜第３実施形態の効果を得ることができる。
【００５３】
因みに、図８に示したような外周面に傾斜面を有しない平行平板ガラス５３の当該外周面（端面に対して垂直な外周面）に対して光を入射すると考えると、たとえ光路が外周面に略平行（入射角θ４°＝略９０°）になるように照明用光源群を配置したとしても、ガラス板５３内部に入射した光は、当該ガラス板５３の上端面で全反射を起こすため、ガラス板５３から出ることはない。従って、ガラス板５３の外周面を、上記条件を満たす傾斜面とするのが必須条件となる。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるというのはいうまでもなく、例えば、上記実施形態においては、読取対象物を例えば電子部品３（特にリード４１）としているが、例えば貨幣等の凹凸の有る物とすることもできる。
【００５５】
また、上記実施形態においては、透明板を矩形状のガラス板９としているが、例えば円板状のガラス板に代えることもでき、さらには、ガラス板を、例えば樹脂等より成る透明板に代えることもできる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明による照明装置は、読取対象物と照明用光源群との間に配置した透明板のその外周面に、前述した式を満たす傾斜角θ０°の傾斜面を設定すると共に、照明用光源群を、傾斜面に対して光が投射されるように配置し、当該照明用光源群を、透明板の軸線に対する垂直方向に必要以上に遠ざけることなく透明板に対して離隔配置し得るようにしているため、照明用光源群の透明板に対する干渉の回避且つ装置の小型化を実現できる。その結果、設計の自由度の向上及び省スペース化を図ることが可能となる。この時、透明板から出射され読取対象物を照明する光の出射角θ１°を略７０°以上としているため、読取対象物を最適に照明できると共に、透明板外周の傾斜面に対して投射される照明用光源群による光の投射角θ４°を略７０°以下としているため、当該透明板での反射率が略２０％以下にされて光の損失を低減できる。その結果、最適且つ所望の撮像が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る照明装置を適用した撮像装置を示す断面図である。
【図２】図１中の照明装置及び電子部品を拡大して示す詳細断面図である。
【図３】ガラス板の傾斜面に対して照明用光源群による照明を行った際の光の屈折の様子を示す説明図である。
【図４】図１中の上段の照明用光源群とガラス板を示す説明図である。
【図５】ガラス板に対する光の投射角と反射率との関係を示す線図である。
【図６】第２実施形態に係る照明装置の上段の照明用光源群とガラス板を示す説明図である。
【図７】第３実施形態に係る照明装置の上段の照明用光源群とガラス板を示す説明図である。
【図８】照明用光源群と電子部品との間にガラス板を配置して所定の投射仰角で照明用光源群による照明を行った際の光の屈折の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
６…照明用光源群、９…ガラス板（透明板）、９ａ…傾斜面、９ｂ…出射面、１０Ａ…照明装置、１３ｂ…垂線、２１…照明用光源、４１…リード（読取対象物）。

Claims

読取対象物に光を照射する照明用光源群と、
この照明用光源群と前記読取対象物との間に配置された透明板と、を備えた照明装置において、
前記透明板は、その外周面に、前記読取対象物側に向かうに従い広がる傾斜面を有し、
前記照明用光源群は、前記傾斜面に対して光を照射し、
前記透明板の出射面に対する垂線と前記傾斜面とが成す前記傾斜面の傾斜角をθ０°、前記傾斜面に対する前記照明用光源群による光の投射角をθ４°、前記透明板からの光の出射角をθ１°、空気の屈折率をｎ１、前記透明板の屈折率をｎ２として、前記θ１°≧略７０°とした時、前記θ０°は、式
θ４°＝ｓｉｎ^-1［（ｎ２／ｎ１）・ｓｉｎ〔９０°−θ０°−ｓｉｎ^-1｛（ｎ１／ｎ２）・ｓｉｎθ１°｝〕］≦略７０°を満たす角度に設定されることを特徴とする照明装置。
前記透明板はガラス板であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。