JP4281495B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品実装装置や電子部品実装後の検査を行う外観検査装置などにおいて電子部品を撮像する際に使用される照明装置に関するものである。

電子部品実装装置や電子部品実装後の検査を行う外観検査装置では、電子部品の位置を検出する目的や実装後の半田接合部の良否を判定するなどの目的で、カメラで基板を撮像して電子部品の画像が取り込まれる。カメラでの撮像に際しては、照明装置によって撮像対象に対して照明光が照射される。このような照明装置として、複数のＬＥＤを並べた光源に拡散板やレンズを組み合わせた構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平２−２０１４８６号公報

電子部品の位置認識や外観検査において良好な品質の画像を取得するためには、撮像範囲の各部に対して均一に照明光が照射されることが必要である。しかしながら、ＬＥＤを用いた従来の照明装置では、明るさのむらのない均一な照明状態を実現することが困難であった。特に近年照明装置として撮像対象に応じて照明光の色を切り換えられるよう、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤを交互に配列したものが用いられるようになっており、この場合には同時に点灯されるＬＥＤの間隔が大きくなることから、特に照明光の明るさのむらが顕著となる。

そこで本発明は、照明光の明るさのむらの少ない照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、撮像対象の電子部品に対して照明光を照射する照明装置であって、ＬＥＤを透光体で被覆して構成されたＬＥＤユニットを略平面状に複数配列したＬＥＤアレイと、前記ＬＥＤアレイの投光側に該ＬＥＤアレイの少なくとも中央部を覆って設けられ、前記ＬＥＤユニットから投光軸を中心として投光される光を前記投光軸から拡散する方向に屈折させる凹レンズ機能を有するレンズ部を集合して形成された光拡散手段とを備え、前記光拡散手段は、前記ＬＥＤアレイの中央部を覆って設けられＬＥＤユニットからの光を投光軸に対して軸対称に拡散する第１のレンズユニットと、前記ＬＥＤアレイの周辺部を覆って設けられＬＥＤユニットからの光を投光軸に対して前記中央部側に偏って拡散する第２のレンズユニットとを備えた。

本発明によれば、各ＬＥＤユニットからの光を拡散する方向に屈折させる凹レンズ機能を有するレンズ部を集合して形成された光拡散手段を備えることにより、照明光の明るさのむらの少ない照明装置を実現することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の外観検査装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態の照明装置の構成説明図、図３は本発明の一実施の形態の照明装置のＬＥＤユニットの照明光の拡散状態の説明図、図４は本発明の一実施の形態の照明装置の照明光による照度分布の説明図、図５は本発明の一実施の形態の照明装置の構成説明図である。

まず図１を参照して外観検査装置の構成を説明する。図１において、基板保持部１上に
は基板２が保持されている。基板２には電子部品（図示省略）が実装されており、電子部品の搭載状態や半田付け状態が外観検査の対象となる。基板保持部１の上方には、撮像ユニット３が配設されている。撮像ユニット３はカメラ４と照明装置６が装着された照明光学系５より構成される。検査のための撮像時には、照明装置６からの光をハーフミラー５ａによって基板２の表面に投射した状態で、カメラ４によって基板２を撮像する。

撮像によって得られた画像データは画像処理部７に送られ、ここで所定の画像処理が実行される。そして画像処理結果は検査処理部８に送られ、検査処理部８は画像処理結果に基づいて検査処理を実行する。照明装置６は照明駆動部９によって点灯され、照明駆動部９は照明制御部１０によって制御される。

制御部１１は検査処理部８および照明制御部１０を制御する。表示部１２はディスプレイ装置であり、カメラ４によって撮像された画像や、画像処理部７による処理画像、操作入力時の案内画像を表示する。操作・入力部１３は、キーボードやマウスなどの入力手段であり、検査作業時の操作コマンド入力やデータ入力を行う。

次に図２、図３を参照して、照明装置６の構成を説明する。照明装置６は撮像対象の電子部品に対して照明光を照射する機能を有しており、図２に示すように、ＬＥＤ（半導体発光素子）を透光体で被覆して構成されたＬＥＤユニット１５を、基部１６に略平面状に格子配列で配列したＬＥＤアレイ１４を主体としている。図３に示すように、ＬＥＤユニット１５はＬＥＤ１５ａから発光された光を集光して照明方向に対してほぼ平行方向に投光するよう構成されており、ＬＥＤの投光側を覆う透光体１５ｂは、前述の投光特性を実現するような屈折特性を有する３次元曲面に成形されている。

ここで、ＬＥＤアレイ１４を構成するＬＥＤユニット１５の種類は、検査対象の特性に応じて各種の組み合わせが用いられる。すなわち、ＬＥＤにはＲ，Ｇ，Ｂの３色が存在するが、ＬＥＤアレイ１４の全体を単色のＬＥＤで構成する場合と、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類のＬＥＤを交互に配列して用いる場合とがある。前者は、検査対象の特性が固定されている場合に採用され、検査対象に応じて単色光のＬＥＤが選定される。また後者は特性が異なる複数の検査対象を同一の照明装置によって照明する場合に採用され、この場合には検査対象に応じてＲ，Ｇ，ＢのいずれかのＬＥＤを選択して発光させる。

ＬＥＤアレイ１４の投光側には、光拡散部１７が装着されている。光拡散部１７は、ＬＥＤアレイ１４の中央部および周辺部をそれぞれ覆って設けられた２つのレンズユニット１８，１９を備えている。レンズユニット１８，１９は，図３（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ個別のＬＥＤユニット１５の投光側の３次元曲面に沿った形状の凹状曲面１８ｂ、１９ｂが形成された透光体であるレンズ部１８ａ、１９ａを集合して形成されている。各レンズ部１８ａ、１９ａはそれぞれのＬＥＤユニット１５から、投光軸（ＬＥＤユニットの中心線）を中心として投光される光を、投光軸から拡散する方向に屈折させる凹レンズ機能を有している。

すなわち、レンズユニット１８，１９は，ＬＥＤアレイ１４の少なくとも中央部を覆って設けられ、ＬＥＤユニット１５から投光軸を中心として投光される光を投光軸から拡散する方向に屈折させる凹レンズ機能を有するレンズ部１８ａ、１９ａを集合して形成された光拡散手段となっている。

次に図３を参照して、レンズ部１８ａ、１９ａの光拡散特性について説明する。図３（ａ）に示すように、レンズ部１８ａはＬＥＤユニット１５の３次曲面のほぼ全面を覆う形状の凹状曲面１８ｂを有しており、本来ならば集光されてほぼ平行方向に集中して投光されるＬＥＤ１５ａからの照明光を、凹状曲面１８ｂの凹レンズ機能により拡散させること
ができる。ここで凹状曲面１８ｂは投光軸に対して軸対称となっていることから、ＬＥＤユニット１５からの光は軸対称に広がり、この拡散光が照射された照射面においては、中心点Ｏを中心とする前方向の照射幅Ｗ１にわたって対称な照度分布を示す。

図３（ｂ）は、レンズ部１９ａの光拡散特性を示している。レンズ部１９ａはＬＥＤユニット１５の３次曲面のうち、ＬＥＤアレイ１４の中央側のほぼ半分のみを覆う形状の凹状曲面１９ｂを有している。したがってＬＥＤ１５ａから発光された照明光は、ＬＥＤアレイ１４の中央部側については透光体１５ｂによって集光されたまま投射され、ＬＥＤアレイ１４の周辺側については凹状曲面１９ｂの凹レンズ機能により図３（ａ）に示す場合と同様に拡散する。

そして拡散光が照射された照射面においては、照度分布は中心点Ｏに対して点対称とはならず、ＬＥＤアレイ１４の中央部側については図３（ａ）と同様の照射幅Ｗ１であり、ＬＥＤアレイ１４の周辺部側についてはＷ１よりも狭い照射幅Ｗ２となるような非対称の分布を示す。すなわち、レンズ部１９ａは、ＬＥＤユニット１５からの光を投光軸に対してＬＥＤアレイ１４の中央部側に偏って拡散させる拡散特性を有している。

したがって、レンズユニット１８，１９よりなる光拡散部１７は、ＬＥＤアレイ１４の中央部を覆って設けられＬＥＤユニット１５からの光を投光軸に対して軸対称に拡散するレンズユニット１８（第１のレンズユニット）と、ＬＥＤアレイ１４の周辺部を覆って設けられＬＥＤユニット１５からの光を投光軸に対してＬＥＤアレイ１４の中央部に偏って拡散するレンズユニット１９（第２のレンズユニット）とを備えた構成となっている。

図４は、このような特性の光拡散部１７によってレンズアレイ１４の光を拡散させた場合の拡散光による照射面の照度分布を示している。本実施の形態に示す照明装置６においては、レンズアレイ１４の周辺部に沿った２列のＬＥＤユニット（符号１５（２）で区別して示す）については、図３（ｂ）に示す拡散特性が実現され、レンズアレイ１４の中央部に位置するＬＥＤユニット（符号１５（１）で区別して示す）については、図３（ａ）に示す拡散特性が実現される。

照射面では、レンズアレイ１４を構成する複数のＬＥＤユニット１５からの光が重ね合わせられることから、全体の照度分布は図３に示す照度分布を各ＬＥＤユニット１５について重ね合わせたものとなる。すなわち、最外周のＬＥＤユニット１５の中心から中央部側の範囲Ｗ３については、近接する複数のＬＥＤユニット１５から拡散して照射された照明光が重ね合わされ、この範囲Ｗ３に対応した照射範囲ではむらのない均一な照度分布が実現される。

そしてレンズアレイ１４の周辺部に沿った２列のＬＥＤユニット１５（２）からは中央部側に偏って照射光が投光されることから、最外周のＬＥＤユニット１５（２）から外側に対して照射される照明光の照射幅Ｗ４が狭くなる。すなわちこの照射幅Ｗ４の領域では、照明光の重ね合わせはないものの、単位面積あたりの光量は中央部側より大きいことから照度の低下は少ない。したがって、従来の照明装置において発生していた照明装置の周辺部の低照度域を、極力減少させることが可能となっている。

図５は、上述例に示す光拡散部１７と同様の機能を有する光拡散部１７Ａの構成例を示している。図５に示す光拡散部１７Ａは、図２に示す例では個別に設けられたレンズユニット１７，１８を合体させた構成となっている。すなわち、図５（ｂ）に示すように、図２に示す例では存在しないハッチング部２８ａ、２８ｂを付加することにより、レンズユニット１７，１８の機能を変えることなく、一体化されたレンズユニット２８を実現して
いる。

すなわちハッチング部２８ａ、２８ｂは、透光体をＬＥＤユニット１５の３次曲面に沿った形状に同じ厚さを保って形成したものであり、同じ厚さであって凹レンズ機能を有しないことから光学的には存在しないに等しい。したがって、このような構成の光拡散部１７Ａを用いることにより、図４に示す例と同様の照度分布が実現される。すなわちレンズアレイ１４の周辺部に沿った２列のＬＥＤユニット１５（２）からは、中央部側に偏って照射光が投光されることから、最外周のＬＥＤユニット１５（２）から外側に対して照射される照明光の照射幅Ｗ４が狭くなり、従来の照明装置において発生していた照明装置の周辺部の低照度域を極力減少させることが可能となっている。

上記説明したように、本実施の形態の照明装置６は、各ＬＥＤユニット１５からの光を拡散する方向に屈折させる凹レンズ機能を有するレンズ部を集合して形成された光拡散手段を備えることにより、撮像範囲の各部に対して均一に照明光を照射することができ、照明光の明るさのむらの少ない照明装置を実現することができる。特に撮像対象に応じて照明光の色を切り換えられるよう、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のＬＥＤを交互に配列した照明装置において、同時に点灯されるＬＥＤの間隔が大きくなる場合にあっても、照明光の明るさのむらを極力軽減することができる。

なお上記実施の形態においては、照明装置６を外観検査装置に適用した例を示しているが、本発明は上記用途には限定されず、電子部品実装装置における部品認識やスクリーン印刷装置における半田検査のための撮像など、電子部品実装分野の各種装置に適用可能である。

本発明の照明装置は、照明光の明るさのむらの少ない照明装置を実現することができるという効果を有し、電子部品実装後の検査を行う外観検査装置や電子部品実装装置における電子部品の認識など電子部品実装分野の各種装置に利用可能である。

本発明の一実施の形態の外観検査装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態の照明装置の構成説明図 本発明の一実施の形態の照明装置のＬＥＤユニットの照明光の拡散状態の説明図 本発明の一実施の形態の照明装置の照明光による照度分布の説明図 本発明の一実施の形態の照明装置の構成説明図

符号の説明

３ 撮像ユニット
４ カメラ
６ 照明装置
１４ ＬＥＤアレイ
１５ ＬＥＤユニット
１５ａ ＬＥＤ
１５ｂ 透光体
１７，１７Ａ 光拡散部
１８、１９、２８ レンズユニット
１８ａ、１９ａ レンズ部

Claims (1)

1. 撮像対象の電子部品に対して照明光を照射する照明装置であって、ＬＥＤを透光体で被覆して構成されたＬＥＤユニットを略平面状に複数配列したＬＥＤアレイと、前記ＬＥＤアレイの投光側に該ＬＥＤアレイの少なくとも中央部を覆って設けられ、前記ＬＥＤユニットから投光軸を中心として投光される光を前記投光軸から拡散する方向に屈折させる凹レンズ機能を有するレンズ部を集合して形成された光拡散手段とを備え、前記光拡散手段は、前記ＬＥＤアレイの中央部を覆って設けられＬＥＤユニットからの光を投光軸に対して軸対称に拡散する第１のレンズユニットと、前記ＬＥＤアレイの周辺部を覆って設けられＬＥＤユニットからの光を投光軸に対して前記中央部側に偏って拡散する第２のレンズユニットとを備えたことを特徴とする照明装置。

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