JP4223044B2 - 検査用照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、工場等において製品に光を照射して製品の外観や傷等の検査を行う場合に特に有効に用いることができ、又、基板への電子部品等の装着を行う時の位置合わせ等に用いられる検査用照明装置に関する。

上記検査用照明装置においては、例えば本願出願人が先に提案している特開２００２−８４１０に示されるものが挙げられる。これは、ほぼ中心に開口が形成された環状の基板に多数の発光ダイオードを敷き詰め、各発光ダイオードから照射される光を同一箇所に集光させるためのフレネルレンズを発光ダイオードの照射面側に配置し、前記開口からＣＣＤカメラのレンズを貫通させた状態で配置することにより、発光ダイオードからの光を検査対象物に照射して反射してきた光をＣＣＤカメラのレンズに取り込み、その取り込んだ光を画像処理してモニター等に映し出して各種の検査が行えるようにしている。
特開２００２−８４１０号公報（図１〜図３参照）

図５に前述した従来の構成による原理図を示している。（分かり易くするために、図では１個の発光ダイオード２１のみ示している）これは、発光ダイオード２１から発する光を見ると、光軸付近ではほぼ平行な光（平行光）を発しているものの、光軸から外側に向かっていくに従って徐々に照射角（視野角）が拡がっていく特性を有している。このことから、発光ダイオードの光軸上付近のほぼ平行光は、フレネルレンズ２２にて屈折させて検査対象物２３の同一箇所Ｓに集光させることができるのであるが、光軸から外側に位置する平行光でない照射角が拡がっている光をフレネルレンズ２２にて前記同一箇所Ｓに集光させることができず、検査対象物２３に対してある範囲Ｌに散らばった状態で照射されることになる。そのため、フレネルレンズ２２にて同一箇所に集光させることができない光が発生すればするほど、強い光を得ることができず、特に半導体等の小さな電子部品等の検査を行う場合等において光量が不十分になり、検査精度の低下等を招く不都合が発生していた。因みに、指向性の狭い（照射角の小さな）発光ダイオードを用いることによって、前記範囲Ｌを小さくして前記不都合をある程度解消することができるものの、同一箇所に集光させることができないだけでなく、指向性の狭い発光ダイオードは光量が少なく根本的な解消にはならないものであり、改善の余地がある。又、前記光量を増大するために多数の発光ダイオードを配置することが考えられるが、照明装置全体の大型化による取扱性の悪化を招くだけでなく、発光ダイオードの温度上昇による光度低下を招いたり、レンズや基板の変形等のトラブル発生を招く他、消費電力の増大によるランニングコストの高騰等を招く不都合もある。

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、発光体の個数を増大させることなく、光量の増大化を図ることができる検査用照明装置を提供する点にある。

本発明の検査用照明装置は、前述の課題解決のために、検査対象物に照射するための発光体の複数をリング状１列に配置し、前記発光体から照射される光又は前記発光体から照射される光を光ファイバー等の光案内部材を介して案内された光を、平行光にするために該発光体から照射される光のうち所定の指向角を有する光が直接入射するように、第１レンズを該発光体の照射面側又は該光案内部材の光射出面側において該発光体又は該光案内部材と近接配置し、前記第１レンズからの平行光を集光させると共に各発光体からの光軸を検査対象物の同一箇所に集中させるための第２レンズを該第１レンズの前方に配置し、前記第２レンズからの光を拡散させ、前記検査対象物の特定範囲へ均一に光を照射するための拡散部材を設けることによって、検査対象物にそれの特定範囲に渡って均一な光で照射することができる。

前記第１レンズを、前記発光体に対応させて配置したレンズアレイから構成することによって、各発光体からの照射光を確実に平行光に変換することができ、変換ロスによる光量の減少を抑制することができる。尚、前記光の照射方向と直交する方向で隣り合うレンズアレイの複数を一体化しておくことによって、レンズアレイの組み付け作業を迅速に行うことができる。

前記複数の発光体を環状に配置し、それら発光体群のほぼ中心部に検査対象物に照射して反射してきた光を取り込むための撮像手段のレンズを挿入可能な開口を形成することによって、コンパクト（小型）な検査装置を構成することができる。

前記発光体、第１レンズ、第２レンズを収納するためのケーシングに、前記撮像手段のレンズを支持するための支持部を備えさせ、前記ケーシングの一部に前記発光体により発生する熱を放熱するための放熱フィンを兼用構成している。撮像手段のレンズを支持部に支持させることによって、請求項２と同様にコンパクト（小型）な検査装置を構成することができる。又、ケーシングの一部を利用して発光体から発生する熱を外部に放出することができるから、部品点数の削減化を図りながらも、発光体の温度上昇による光度低下を効率よく抑制することができるだけでなく、レンズや基板の変形等のトラブル発生を防止することができる。

前記拡散部材が、前記撮像手段のレンズへの光通過用孔を備え、かつ、検査対象物側の面が光入射面側に凹んだ凹状に形成された半透明部材又は該検査対象物の面がブラスト処理された部材からなっている。

請求項１の発明によれば、発光体から照射される照射光又は発光体から照射される光を光ファイバー等の光案内部材を介して案内された光を、第１レンズにより平行光に変換し、変換された平行光を第２レンズにて集光させる構成にすることによって、従来のように外側に拡がってしまう光、つまり検査対象物の同一箇所に照射することができなかった光をも光軸又は光軸付近に集光させて、検査対象物の同一箇所に照射させる光量を飛躍的に増大させることができ、発光体の個数を増大させることなく、強い光による照明を行うことができることから、装置の小型化やランニングコストの低減を図ることができるだけでなく、発光体から発生する熱によるレンズや基板の変形等のトラブル発生を防止することができる信頼性の高い検査用照明装置を提供することができる。前記第２レンズからの光を拡散させるための拡散部材を設けるだけで、検査対象物にそれの特定範囲に渡って均一な光で照射することができ、検査範囲を拡大することができる検査用照明装置を容易に構成することができる。

請求項２の発明によれば、第１レンズを、前記発光体に対応させて配置したレンズアレイから構成することによって、各発光体からの照射光を確実に平行光に変換することができ、変換ロスによる光量の減少を抑制することができ、より強い光を得ることができる。

請求項３の発明によれば、複数の発光体を環状に配置し、それら発光体群のほぼ中心部に検査対象物に照射して反射してきた光を取り込むための撮像手段のレンズを挿入可能な開口を形成することによって、コンパクト（小型）な検査装置を構成することができ、特に半導体等の小さな検査対象物を検査する場合に取扱上において有効となる。

請求項４の発明によれば、撮像手段のレンズを支持部に支持させることによって、請求項２と同様にコンパクト（小型）な検査装置を構成することができ、特に半導体等の小さな検査対象物を検査する場合に取扱上において有効となる。又、ケーシングの一部を利用して発光体から発生する熱を外部に放出することができるから、部品点数の削減化を図りながらも、発光体の温度上昇による光度低下を効率よく抑制することができるだけでなく、レンズや基板の変形等のトラブル発生を防止することができる信頼性の高いものに構成することができる。

図１及び図２に、本発明の検査用照明装置が示されている。この検査用照明装置は、中央に開口１Ａが形成されたほぼ円環状（楕円環状や角環状等であってもよい）の基板１上に、照射面が前方に向いた状態で１つの円周上に沿って複数（図では１０個であるが、装置の大きさや使用目的等に応じて個数は自由に変更することができる）の発光体としての発光ダイオード２を取り付け、前記各発光ダイオード２から照射される照射光を平行光にするための第１レンズとしての透明な２個が連なったレンズアレイ３の５個を、各発光ダイオード２の照射面側に位置させた状態で中央に開口４Ａが形成されると共に後述のケーシング７に固定された透明な円環状（発光ダイオード２の配置によって形状は自由に変更できる）のレンズ取付板４に取り付け、前記レンズアレイ３からの平行光を集光させると共に各発光ダイオード２からの光軸２Ａを検査対象物（ワーク）５の同一箇所に集中させるための第２レンズとしてのフレネルレンズ６を前記第１レンズ３の前方に配置している。尚、ここでは、発光ダイオード２からの光を第１レンズ３に直接照射する構成としているが、発光ダイオード２からの光を光ファイバー等の光案内部材（図示していない）を介して案内された光を第１レンズ３に照射する構成であってもよい。前記発光ダイオード２を１つの円周上（円の他、楕円又は角でもよい）に配置することによって、装置の小型化を図ることができるが、２つ以上の円周上に配置してもよいし、円周上に整列した状態ではなくランダムに配置することもできる。又、前記フレネルレンズ６は、前記取付板４と同様に中央に開口６Ａが形成された円環状（前記レンズ取付板４と同様に変更可能である）に形成されている。前記のように各発光ダイオード２からの光軸２Ａを検査対象物５の同一箇所に集中させる場合がその集中箇所においてより強い光を照射することができる利点があるが、検査の内容等によっては検査に支障のない程度であれば多少ずれた箇所、つまりほぼ同一箇所に各発光ダイオード２からの光軸２Ａが位置するように構成してもよい。前記レンズアレイ３を２個が連なったものから構成することによって、１個ずつのものを前記レンズ取付板４に取り付けるものに比べて取り付け作業において有利であるが、１個ずつのレンズアレイであってもよいし、又、３個以上が連なったものや、全てが連なったものでもよく、連なる個数が多いほど部品点数の削減化を図ることができると共に組み付け作業が有利になる。又、前記第１レンズ３としては、前記レンズアレイの他、ボールレンズ等でもよく、発光ダイオード２からの光を平行光に変換できるものであれば、どのような構成のものであってもよい。又、第２レンズ６としては、フレネルレンズを用いることによって、小型軽量化を図れる利点はあるが、通常の凸レンズ（複合レンズも含む）等、第１レンズ３からの光を集光させるものであれば、どのような構成のものであってもよい。図１に示す１４は、電源コードである。

前記発光ダイオード２、第１レンズとしての前記レンズアレイ３、第２レンズとしての前記フレネルレンズ６は、ケーシング７内に収納されている。図１に示すように、前記ケーシング７は、光照射側に位置し、かつ、光照射側（先端側）ほど先窄まり形状に形成されたほぼ円錐型で筒状の金属製（他の材料でもよい）の前側ケーシング部８と、この前側ケーシング部８の後端側に連結され、かつ、後端に撮像手段であるカメラのレンズ１０を挿入可能な開口が形成されると共に該レンズ１０を支持するための支持部１１をねじ止め可能にするための円環状の取付部９Ａを備えた金属製の後側ケーシング部９とからなっているが、ケーシング７の形状及び具体的構成は、図に示すものに限定されるものではない。又、前記後側ケーシング部９の外面９Ｂには、環状の凹凸部が形成され、前記発光ダイオード２から発生する熱を外部に放出するための放熱フィンを構成している。前記前側ケーシング部８にも放熱フィンを備えさせて実施してもよい。又、前記放熱フィンに代えて外部に内部の熱を放出するための放熱ファンを内部に、設けてもよいし、又、放熱フィンに加えて、放熱ファンを内部に設けて更に放熱効果を高めるようにしてもよい。ここでは、レンズ１０を円周上に配置された発光ダイオード２の内周の開口に配置することによって、小型の（コンパクトな）検査装置（ここではレンズ１０を取り付けて使用する場合を検査装置と称し、レンズ１０を用いていない場合を単に検査用照明装置と称するものとする）を構成することができるものを示しているが、レンズ１０を装着するための開口や支持部１１のない単なる検査用照明装置であってもよい。前記レンズ１０を支持部１１に装着せず、その支持部１１の開口を通して検査対象物から反射してきた光を目視してもよいし、又、支持部１１を取り外した状態で目視してもよい。又、前記検査装置及び検査用照明装置は、主として工場や検査室等において半導体等の小さな製品の検査の他、半導体の実装時の位置合わせのためのもの等、他の目的で用いてもよい。

前記支持部１１は、前記レンズ１０を内挿して保持するための円筒状部１１Ｂと、この円筒状部１１Ｂの先端（前端）外面に一体形成された円盤状のフランジ部１１Ａとからなっているが、他の形状であってもよい。前記円筒状部１１Ｂを前記取付部９Ａの中央に形成の開口を通してケーシング７内に挿入した時に前記フランジ部１１Ａの前端面が接当して支持部１１の位置決めを行い、この状態でボルトＢにより固定することができるようになっているが、溶接等により取り外し不能に支持部１１を備えさせてもよいし、取付部９Ａに支持部１１を一体形成して構成してもよい。図１及び図２に示すＮは、円筒状部１１Ｂにレンズ１０をそれの先端が図１R>１に示すように３位置（２点鎖線で示す）のいずれかに位置する場合でも固定できるように円筒状部１１Ｂの長手方向２箇所（３箇所以上でもよい）に備えさせたねじであり、又、周方向にも２箇所（３箇所以上でもよい）にも前記ねじＮを備えさせている。又、前記支持部には、外部に連通する開口１１Ｋが形成されており、この開口１１Ｋを通して内部に発生する熱気を外部に放出することができるようにしている。

前記前側ケーシング部８の先端に形成された開口８Ａには、射出面１２Ａが円弧状に形成され、かつ、光入射面１２Ｂが偏平で、しかも前記光軸２Ａに対して垂直な面をなすように形成された透明な拡散部材としての拡散ドーム１２を装着しており、前記第２レンズ６からの光を拡散させて検査対象物５の特定箇所（特定範囲）へ均一に光を照射することができるようにしてあり、検査内容に応じて装着したり、非装着状態にすることにより検査範囲を拡大させることができる利点があるが、全く無い状態で実施することもできる。図に示す１２Ｃは、前記レンズ１０への光を通過させるための光通過用孔である。前記拡散ドーム１２は、透明アクリル材を前記のような形状に加工した後、光射出面（検査対象物側の面）１２Ａをブラスト処理等を施すことにより光射出面１２Ａにおいて光を拡散させることができる構成にする他、半透明の部材で構成する等、比較的安価な構成にしているが、拡散レンズ等から構成することもできる。又、前記拡散ドーム１２は、光射出面１２Ａを光入射面側へ凹んだ凹状に形成することによって、検査対象物５が小さなものであれば、光射出面１２Ａ側の凹部にて形成される空間内に検査対象物５の一部又は全部を突出位置させた状態で該検査対象物５に光を照射させて検査することもできる。又、前記光射出面１２Ａを、球面状、つまり図においてそれの断面形状がほぼ半円状にしているが、それの断面形状がほぼ三角形状のものの他、偏平なシート状のもの等から構成することもできる。又、図１では、光射出面１２Ａを光軸２Ａと垂直となるように形成したが、図３に示すように光入射面１２Ｂと同一の曲率半径（異なる曲率半径でもよい）を有する拡散ドーム１２であってもよい。図３で示した他の構成は、図１のものと同一であるため、同一の符号を付すと共に説明を省略している。

前記基板１の裏面と前記後側ケーシング９の取付部９Ａの内面との間に熱伝導性の材１３を備えさせているが、省略して実施することもできる。前記材１３としては、熱伝導性を向上させる為の適当な充填材（例えば熱伝導性のよいセラミック粒子等）を充填したシリコーンエラストマーシート等の固形物の他、ゲル状に構成された半固形のものやグリス等の液状のものを用いることができる。

検査用照明装置の縦断側面図である。 検査用照明装置の縦断正面図である。 形状の異なる拡散ドームを装着した検査用照明装置の縦断側面図である。 発光ダイオードからの光を一箇所に集光させるための原理図を示している。 発光ダイオードからの光をフレネルレンズにて集光させるための従来構成の原理図を示している。

符号の説明

１ 基板
１Ａ 開口
２ 発光ダイオード
２Ａ 光軸
３ レンズアレイ（第１レンズ）
４ レンズ取付板
５ 検査対象物
６ フレネルレンズ（第２レンズ）
７ ケーシング
８ 前側ケーシング部
８Ａ 開口
９ 後側ケーシング
９Ａ 取付部
９Ｂ 外面（放熱フィン）
１０ レンズ
１１ 支持部
１１Ａ フランジ部
１１Ｂ 円筒状部
１１Ｋ 開口
１２ 拡散ドーム（拡散部材）
１２Ａ 光射出面
１２Ｂ 光入射面
１２Ｃ 光透過用孔
１３ 熱伝導性の材
１４ 電源コード
２１ 発光ダイオード
２２ フレネルレンズ
２３ 検査対象物
Ｂ ボルト
Ｌ 範囲
Ｎ ねじ
Ｓ 同一箇所

Claims (5)

1. 検査対象物に照射するための発光体の複数をリング状１列に配置し、前記発光体から照射される光又は前記発光体から照射される光を光ファイバー等の光案内部材を介して案内された光を、平行光にするために該発光体から照射される光のうち所定の指向角を有する光が直接入射するように、第１レンズを該発光体の照射面側又は該光案内部材の光射出面側において該発光体又は該光案内部材と近接配置し、前記第１レンズからの平行光を集光させると共に各発光体からの光軸を検査対象物の同一箇所に集中させるための第２レンズを該第１レンズの前方に配置し、前記第２レンズからの光を拡散させ、前記検査対象物の特定範囲へ均一に光を照射するための拡散部材を設けてなる検査用照明装置。
2. 前記第１レンズが、前記発光体に対応させて配置したレンズアレイからなる請求項１記載の検査用照明装置。
3. 前記複数の発光体を環状に配置し、それら発光体群のほぼ中心部に検査対象物に照射して反射してきた光を取り込むための撮像手段のレンズを挿入可能な開口を形成してなる請求項１又は２記載の検査用照明装置。
4. 前記発光体、第１レンズ、第２レンズを収納するためのケーシングに、前記撮像手段のレンズを支持するための支持部を備えさせ、前記ケーシングの一部に前記発光体により発生する熱を放熱するための放熱フィンを兼用構成してなる請求項１又は２又は３記載の検査用照明装置。
5. 前記拡散部材が、前記撮像手段のレンズへの光通過用孔を備え、かつ、検査対象物側の面が光入射面側に凹んだ凹状に形成された半透明部材又は該検査対象物の面がブラスト処理された部材からなる請求項１〜４のいずれかに記載の検査用照明装置。

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