JP4457100B2

JP4457100B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP4457100B2
Application number: JP2006308259A
Authority: JP
Inventors: 茂海老原; 実斉藤
Original assignee: AI Tec System Co Ltd
Current assignee: AI Tec System Co Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2026-11-14
Also published as: JP2007225591A

Description

本発明は、例えば紙、鋼板などの帯状部材を成形する工程において、帯状部材の欠陥の有無を検査するためのラインセンサカメラの照明装置に関するものである。

一般に、この種の照明装置としては、帯状部材の幅方向に延びるように設けられた蛍光灯を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、連続的に成形されて長手方向に移動する帯状部材に蛍光灯の光を照射するとともに、蛍光灯の光が照射される部分をラインセンサカメラで撮像し、ラインセンサカメラによって帯状部材の欠陥の有無を検知するようにしている。

ところで、近年では技術の発達により帯状部材の成形速度が速くなり、ラインセンサカメラによる検知の高速化が要求されている。しかしながら、蛍光灯では高速で検知するために必要な光量を確保できないという問題点があった。

そこで、他の照明装置として、帯状部材の幅方向に並設された複数のＬＥＤと、各ＬＥＤの並設方向に延びるように設けられたシリンドリカルレンズとを備え、各ＬＥＤの光がシリンドリカルレンズを通過して帯状部材の表面に一直線状に集光するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平８−１７８８６０号公報実開２００１−２１５１１５号公報

しかしながら、後者の照明装置では、光源として複数のＬＥＤを使用しているので、集光位置において各ＬＥＤの並設方向に光量のむらを生じ、例えば他の部分より光量が少ない部分がラインセンサカメラによって欠陥として認識され、ラインセンサカメラによる欠陥の検知を正確に行うことができないという問題点があった。

一方、各ＬＥＤから集光位置までの光の経路中にすりガラスを設けると、各ＬＥＤからの光を拡散させて集光位置における光量のむらを低減することができるが、すりガラスは入射した光を乱反射するため光量が無用に減衰し、集光位置の光量を確保するために各ＬＥＤの出力を大きくしなければならないという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定方向に並設された複数の光源の光を無用に減衰させることなく所定の位置に線状に集光させることができ、しかも集光位置における光量のむらを低減することのできる照明装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、所定方向に並設された複数のＬＥＤと、各ＬＥＤの並設方向に延びるように設けられた集光レンズとを備え、各ＬＥＤの光が集光レンズを通過して集光レンズから所定の距離だけ離れた位置に線状に集光するようにした照明装置において、前記各ＬＥＤから集光位置までの光の経路中に光を主に各ＬＥＤの並設方向に拡散させる拡散レンズを設けるとともに、集光レンズの各ＬＥＤ側の面によって受光レンズ部を形成し、受光レンズ部を、各ＬＥＤ側に凸面状に形成するとともに各ＬＥＤの並設方向に延びるように形成し、各ＬＥＤにおいて他の照射角度範囲よりも光の照射量を多くした所定の照射角度範囲から照射される光を受光可能に配置し、前記拡散レンズを複数のレンズ部から形成し、各レンズ部を、各ＬＥＤの並設方向への曲率半径が各ＬＥＤの並設方向と直交する方向への曲率半径よりも小さい曲面状に形成するとともに、光の経路と交差する所定の面上に並ぶように配置し、前記各レンズ部を、互いに近傍に配置されたレンズ部同士で各ＬＥＤの並設方向への曲率半径が異なるように形成している。

これにより、拡散レンズによってＬＥＤの光が主に各ＬＥＤの並設方向に拡散することから、所定方向に並設された複数のＬＥＤの光が無用に減衰することなく所定の位置に線状に集光するとともに、集光位置における光量のむらが低減する。また、集光レンズの各ＬＥＤ側の面によって受光レンズ部が形成され、受光レンズ部は各ＬＥＤ側に凸面状に形成されるとともに各ＬＥＤの並設方向に延びるように形成されているので、例えば各ＬＥＤがＸ方向に並設されるとともに各ＬＥＤが下方に向かって光を照射するように設けられている場合は、各ＬＥＤにおける所定の照射角度範囲から照射された光が受光レンズ部においてＸ方向と直交するＹ方向の内側に向かって屈折するとともに、この屈折によって光が集光レンズ内を下方に向かって進み、集光レンズの下面を通過した光が集光位置に集光する。このため、各ＬＥＤの所定の照射角度範囲から照射された光はほとんど減衰することなく集光位置に照射される。また、拡散レンズが複数のレンズ部から形成され、各レンズ部が、光の経路と交差する所定の面上に並ぶように配置されるとともに、各ＬＥＤの並設方向への曲率半径が各ＬＥＤの並設方向と直交する方向への曲率半径よりも小さい曲面状に形成されているので、光は拡散レンズの各レンズを通過する際に各ＬＥＤの並設方向と直交する方向にはほとんど拡散されず、主に各ＬＥＤの並設方向に拡散される。さらに、各レンズ部は互いに近傍に配置されたレンズ部同士で各ＬＥＤの並設方向への曲率半径が異なるように形成されているので、各ＬＥＤの並設方向への光の拡散が効果的に行われる。

本発明によれば、所定方向に並設された複数のＬＥＤの光を無用に減衰させることなく所定の位置に線状に集光させることができ、しかも集光位置における光量のむらを低減することができるので、例えば高速で移動する帯状部材の表面に各ＬＥＤの光を集光させるとともに、光の照射されている部分をラインセンサカメラで撮像することにより、帯状部材の欠陥を高速且つ確実に検知することができ、生産性の向上及び品質の向上を図る上で極めて有利である。また、各ＬＥＤの所定の照射角度範囲から照射された光をほとんど減衰させることなく集光位置に照射することができるので、集光位置を明るく照明する上で極めて有利である。さらに、各ＬＥＤの並設方向への光の拡散が効果的に行われるので、光が線状に集光する位置の光量のむらを低減する上で極めて有利である。

図１乃至図９は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は照明装置の斜視図、図２は照明装置のＸ方向断面図、図３は照明装置のＹ方向断面図、図４は照明装置の組立方法を示す斜視図、図５は拡散レンズの要部平面図、図６は拡散レンズのＹ方向断面図、図７は拡散レンズのＸ方向断面図、図８は各ＬＥＤによって光を照射する際の照明装置のＹ方向断面図、図９は各ＬＥＤによって光を照射する際の照明装置のＸ方向断面図である。

この照明装置は、図１に示すＸ方向に延びるように形成された照明装置本体１と、Ｘ方向に並設された複数のＬＥＤ１０と、各ＬＥＤ１０の並設方向に延びるように設けられた第１レンズ２０及び第２レンズ３０と、各レンズ２０，３０の間に設けられた拡散レンズ４０とを備えている。

照明装置本体１は、Ｘ方向に延びるように形成された平板状の天板部１ａと、天板部１ａのＹ方向両端からそれぞれ下方に延びる一対の平板状の側板部１ｂと、天板部１ａのＸ方向両端からそれぞれ下方に延びる一対の端面部１ｃとを有する。即ち、照明装置本体１内は中空状に形成され、下方に開口している。照明装置本体１内には反射シート２が設けられ、反射シート２は各ＬＥＤ１０の光が下方に向かって反射されるように曲面状に形成されている。

各ＬＥＤ１０は互いにＸ方向に等間隔をおいて配置され、それぞれ天板部１ａの下面に固定されている。

第１レンズ２０及び第２レンズ３０は周知のリニアフレネルレンズから成り、第１レンズ２０及び第２レンズ３０は各ＬＥＤ１０の光をＹ方向に集光する。即ち、各ＬＥＤ１０の光は第１レンズ２０及び第２レンズ３０によって図１に示す集光位置Ｌ１に集光される。詳しくは、各ＬＥＤ１０の光は第１レンズ２０によって略平行光になり、第１レンズ２０を通過した光は第２レンズ３０によって集光位置Ｌ１に集光される。集光位置Ｌ１は各ＬＥＤの並設方向であるＸ方向に延びる直線状の位置であり、第２レンズ３０から所定の距離だけ離れている。

拡散レンズ４０は透明なポリカーボネイトや透明なポリエステル等の樹脂材料から成る。拡散レンズ４０は、各レンズ２０、３０と同様に各ＬＥＤ１０の並設方向に延びるように形成されたシート状の基板４１と、基板４１の上面に並ぶように設けられた複数のレンズ部４２とを有する。即ち、基板４１は第１レンズ２０を通過して第２レンズ３０に入射する光の経路と交差する所定の面上に延びるように設けられ、各レンズ部４２は前記所定の面上に並ぶように設けられている。

各レンズ部４２は基板４１の上面から上方に突出するように形成されるとともに、Ｙ方向に長い略楕円形状に形成された凸レンズから成る。各レンズ部４２は、例えばＸ方向の寸法が数十μｍ〜数百μｍに形成され、Ｙ方向の寸法が数ｍｍ〜数十ｍｍに形成されている。即ち、各レンズ部４２はＸ方向への曲率半径ＲＸがＹ方向への曲率半径ＲＹよりも小さい（図６及び図７参照）。また、Ｙ方向への曲率半径ＲＹは可能な限り大きくすることが好ましい。また、各レンズ部４２は大きさが不規則になるように形成されている（図５参照）。これにより、互いに近傍に配置されたレンズ部４２同士でＸ方向への曲率半径ＲＸが異なる（図７参照）。この場合、近傍とは隣接していることを必ずしも必要とするものではない。例えば、互いに数個のレンズ部４２を挟んで配置された２つのレンズ部４２同士は互いに近傍に配置されている。また、各レンズ部４２は基板４１の上面に不規則に配置されている（図５参照）。

拡散レンズ４０は各レンズ２０，３０の間に配置され、図示しないボルトによって照明装置本体１の下端部に取付けられている（図４参照）。

以上のように構成された照明装置において、各ＬＥＤ１０によって第１レンズ２０に光を照射すると、光は第１レンズ２０、拡散レンズ４０及び第２レンズ３０を通過するとともに、集光位置Ｌ１に集光される。

この時のＹ方向断面における光の経路は図８に示す通りである。即ち、各ＬＥＤ１０から第１レンズ２０に照射された光は第１レンズ２０を通過することによって略平行光となる。また、光は第１レンズ２０を通過した後に拡散レンズ４０の各レンズ部４２を通過する。ここで、各レンズ部４２のＹ方向への曲率半径ＲＹは可能な限り大きく形成されているので、光は各レンズ部４２を通過する際にＹ方向に屈折しない。但し、各レンズ部４２のＹ方向端部は小さな曲率半径ＲＴを有するので、各レンズ部４２のＹ方向端部を通過する光のみがＹ方向に屈折する。Ｙ方向に屈折せずに拡散レンズ４０を通過した光は第２レンズ３０を通過すると集光位置Ｌ１に集光される。即ち、各ＬＥＤ１０から第１レンズ２０に照射された光の殆どが集光位置Ｌ１に集光される。

また、この時のＸ方向断面における光の経路は図９に示す通りである。即ち、各ＬＥＤ１０から第１レンズ２０に照射された光は第１レンズ２０によってＸ方向に屈折しない。また、光は第１レンズ２０を通過した後に拡散レンズ４０の各レンズ部４２を通過する。ここで、各レンズ部４２のＸ方向への曲率半径ＲＸはＹ方向への曲率半径ＲＹよりも小さく形成されているので、光は各レンズ部４２の曲面に応じてＸ方向に屈折する。これにより、拡散レンズ４０を通過することにより光がＸ方向に拡散される。また、拡散レンズ４０を通過した光は第２レンズ３０によってＸ方向に屈折しないので、光は拡散レンズ４０によって屈折した方向に進む。

即ち、拡散レンズ４０は各ＬＥＤ１０の光を主にＸ方向に拡散させる。各ＬＥＤ１０から第１レンズ２０に照射された光は、各レンズ２０，３０及び拡散レンズ４０により、Ｘ方向に拡散されるとともにＹ方向に集光される。

ここで、拡散レンズ４０は互いに近傍に配置されたレンズ部４２同士で各ＬＥＤ１０の並設方向への曲率半径ＲＸが異なるように形成されており、光はレンズ部４２の曲面に応じてＸ方向に屈折するので、各ＬＥＤ１０の光がＸ方向に屈曲する角度が不規則になり、Ｘ方向への光の拡散が効果的に行われる。

また、各レンズ部４２は基板４１の上面に不規則に配置されているので、各ＬＥＤ１０の光がＸ方向に屈曲する角度が不規則になり、Ｘ方向への光の拡散が効果的に行われる。

このように、本実施形態によれば、Ｘ方向に並設された各ＬＥＤ１０から第２レンズ３０までの光の経路中に拡散レンズ４０が設けられ、拡散レンズ４０は光を主にＸ方向に拡散させるとともに、拡散レンズ４０を通過した光は第２レンズ３０によって集光位置Ｌ１に集光されることから、Ｘ方向に並設された複数のＬＥＤ１０の光を無用に減衰させることなく集光位置Ｌ１に集光させることができ、しかも集光位置Ｌ１における光量のむらを低減することができる。これにより、例えば連続的に成形されて長手方向に高速で移動する帯状部材の表面に各ＬＥＤ１０の光を集光させるとともに、光の照射されている部分をラインセンサカメラで撮像することにより、帯状部材の欠陥を高速且つ確実に検知することができ、生産性の向上及び品質の向上を図る上で極めて有利である。

前記拡散レンズ４０に光の経路と交差する所定の面上に並ぶ複数のレンズ部４２を設け、各レンズ部４２を各ＬＥＤ１０の並設方向であるＸ方向の曲率半径ＲＸが各ＬＥＤ１０の並設方向と直交する方向であるＹ方向への曲率半径ＲＹよりも小さくなる曲面状に形成したので、光は拡散レンズ４０の各レンズ部４２を通過する際にＹ方向にほとんど拡散せずに主にＸ方向に拡散する。また、各レンズ部４２はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ所定の曲率半径ＲＸ，ＲＹを有する滑らかな曲面から成るので、各レンズ部４２は光を上方に反射することがない。このため、各ＬＥＤ１０の光は無用に減衰することなく集光位置Ｌ１に照射される。

また、各レンズ部４２はＸ方向に長い略楕円形状の凸レンズから成るので、各レンズ部４２をＸ方向の曲率半径ＲＸがＹ方向への曲率半径ＲＹよりも小さい曲面状に確実に形成することができ、前記機能を有する拡散レンズ４０の製造を容易に行うことができる。

また、拡散レンズ４０を、第１レンズ２０を通過して第２レンズ３０に入射する光の経路と交差する所定の面上に延びるように設けられた透明な基板４１と、基板４１上に並ぶように設けられた複数のレンズ部４２とから構成したので、簡単な構造によって拡散レンズ４０の前記機能を確保することができ、製造コストの低減を図る上で極めて有利である。

また、各レンズ部４２は互いに近傍に配置されたレンズ部４２同士でＸ方向への曲率半径ＲＸが異なるように形成されているので、Ｘ方向への光の拡散が効果的に行われ、集光位置Ｌ１における光量のむらを低減する上で極めて有利である。

さらに、各レンズ部４２は基板４１上に不規則に配置されているので、Ｘ方向への光の拡散が効果的に行われ、集光位置Ｌ１における光量のむらを低減する上で極めて有利である。

また、各ＬＥＤ１０の光を集光位置Ｌ１に集光するために第１レンズ２０及び第２レンズ３０を設けるとともに、各レンズ１０，２０の間に拡散レンズ４０を設け、第１レンズ２０は各ＬＥＤ１０からの光を略平行光にして拡散レンズ４０に入射するようにしたので、光が拡散レンズ４０を通過し易くなり、拡散レンズ４０による光量の減衰を抑制する上で極めて有利である。

尚、本実施形態では、シート状の基板４１の上面に複数の略楕円形状の凸レンズから成るレンズ部４２を設けた拡散レンズ４０を示したが、シート状の基板５１の上面に複数のシリンドリカルレンズ部５２を有する拡散レンズ５０を用いることも可能である（図１０及び図１１）。この場合、拡散レンズ５０は周知のレンチキュラーレンズであり、各シリンドリカルレンズ部５２はＹ方向に延びるように設けられている。各シリンドリカルレンズ部５２は、例えばＸ方向の寸法が数数十μｍ〜数百μｍに形成されている。これにより、光は拡散レンズ５０を通過するとＸ方向にのみ拡散されるので、Ｘ方向に並設された複数のＬＥＤ１０の光を無用に減衰させることなく集光位置Ｌ１に集光させることができ、しかも集光位置Ｌ１における光量のむらを低減することができる。また、各シリンドリカルレンズ部５２を、互いに近傍に配置されたシリンドリカルレンズ部５２同士でＸ方向への曲率半径ＲＸが異なるように形成することも可能である。

また、本実施形態では、シート状の基板４１の上面に複数の略楕円形状の凸レンズから成るレンズ部４２を設けた拡散レンズ４０を示したが、シート状の基板６１の上面に複数の略楕円形状の凹レンズから成るレンズ部６２を設けた拡散レンズ６０を用いることも可能である（図１２乃至図１４参照）。この場合も、各レンズ部６２のＸ方向の曲率半径ＲＸはＹ方向の曲率半径ＲＹよりも小さい。

尚、本実施形態では、各ＬＥＤ１０の光を集光位置Ｌ１に集光するために第１レンズ２０及び第２レンズ３０を用いたものを示したが、第２レンズ３０のみを用いることも可能である（図１５参照）。この場合、各ＬＥＤ１０の光は直接拡散レンズ４０に照射されるとともに、拡散レンズ４０によって主にＸ方向に拡散され、拡散レンズ４０を通過した光が第２レンズ３０によって集光位置Ｌ１に集光される。

また、本実施形態では、各ＬＥＤ１０の光を集光位置Ｌ１に集光するために第１レンズ２０及び第２レンズ３０を用いたものを示したが、各レンズ２０，３０の代わりに第１レンズ７０を用いることも可能である（図１６参照）。この場合、第１レンズ７０は周知のシリンドリカルレンズから成る。各ＬＥＤ１０の光は第１レンズ７０を通過した後に拡散レンズ４０を通過する。これにより、各ＬＥＤ１０の光は拡散レンズ４０によって主にＸ方向に拡散され、第１レンズ７０によって集光位置Ｌ１に集光される。

また、拡散レンズ４０の下面に平板状のガラス板８０を設けることも可能である（図１７参照）。これにより、樹脂材料から形成されている拡散レンズ４０がガラス板８０によって保護され、拡散レンズ４０による光量の減衰を抑制する上で極めて有利である。

尚、本実施形態では、各レンズ２０，３０と拡散レンズ４０とを図示しないボルトによって組付けるようにしたものを示したが、各レンズ２０，３０と拡散レンズ４０とを透明な両面テープまたは透明な接着剤によって互いに貼り合わせることも可能である。

また、本実施形態では、各ＬＥＤ１０の光を集光するための各レンズ２０，３０と拡散レンズ４０とを別体で設けたものを示したが、上面に複数のレンズ部９１を有するとともに下面にリニアフレネルレンズ部９２を有する一枚のレンズ９０を用いることも可能である（図１８参照）。各レンズ部９１は拡散レンズ４０の各レンズ部４２と同様に形成されている。この場合、各ＬＥＤ１０の光を各レンズ部９１に照射すると、照射された光は各レンズ部９１によってＸ方向に拡散されるととに、リニアフレネルレンズ部９２によって集光位置に集光される。即ち、各ＬＥＤ１０の光の集光及び拡散を一枚のレンズで行うことができるので、照明装置の構造が簡素化され、製造コストの低減を図る上で極めて有利である。

尚、本実施形態では、各ＬＥＤ１０の光を集光するためにリニアフレネルレンズから成る各レンズ２０，３０を用いたものを示したが、各レンズ２０，３０の代わりにＸ方向に延びる円柱状のレンズを用いることも可能である。

また、本実施形態では、各ＬＥＤ１０を一直線状に並設したものを示したが、各ＬＥＤ１０を曲線状に並設するとともに、各レンズ２０，３０及び拡散レンズ４０を各ＬＥＤ１０の並設方向に延びるように設けることも可能である。この場合、各ＬＥＤ１０の光は所定の位置に曲線状に集光される。

図１９乃至図２４は本発明の第２実施形態を示すもので、図１９は照明装置の斜視図、図２０は照明装置のＹ方向断面図、図２１はＬＥＤの一部断面側面図、図２２はＬＥＤの指向特性図、図２３は各ＬＥＤによって光を照射する際の光の経路図、図２４は照度の測定結果を示す表である。尚、第１実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。

この照明装置は、第１実施形態と同様の照明装置本体１及び拡散レンズ４０と、Ｘ方向に並設され、それぞれ照明装置本体１の天板部１ａの下面に固定された複数のＬＥＤ１００と、各ＬＥＤ１００の並設方向に延びるように設けられたロッドレンズ１１０とを備えている。また、第１実施形態では照明装置本体１内に反射シート２を設けたが、第２実施形態では照明装置本体１内に反射シートを設けていない。

各ＬＥＤ１００は、ＬＥＤチップ１０１と、ＬＥＤチップ１０１を覆うように設けられた半球状の透明カバー１０２とを有する（図２１参照）。また、各ＬＥＤ１００は図２２に示す指向特性を有し、各ＬＥＤ１００は中央部から略４０°の照射角度範囲の光の照射量が他の照射角度範囲の光の照射量に比べて多くなるように形成されている。ここで、各ＬＥＤ１００の中央部から略４０°の照射角度範囲内の光の照射量は最も照射量の多い中央部の光の照射量の７０％以上である（図２２参照）。ここでは、照射量が最も多い部分に対して略７０％以上の照射量を有する照射角度範囲を他の照射角度範囲よりも光の照射量を多くしている範囲としている。また、各ＬＥＤ１００において中央部から略４０°の照射角度範囲が特許請求の範囲に記載した所定の照射角度範囲に相当する。尚、本実施形態では、照射量が最も多い部分に対して略７０％以上の照射量を有する照射角度範囲を他の照射角度範囲よりも光の照射量を多くしている範囲としたが、照射量が最も多い部分に対して略９０％以上の照射量を有する照射角度範囲を他の照射角度範囲よりも光の照射量を多くしている範囲とすることも可能である。

ロッドレンズ１１０はアクリルなどの透明なプラスチックやガラスから成り、円柱状に形成されるとともに、各側板部１ｂによって両端を支持されている。ロッドレンズ１１０は各ＬＥＤ１００の真下に各ＬＥＤ１００に沿って延びるように設けられ、ロッドレンズ１１０の上面（各ＬＥＤ１００側の面）によって受光レンズ部１１０ａが形成されている。即ち、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００側に凸面状に形成され、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００の並設方向に延びるように形成されている。また、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００に接触しており、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００における中央部から略５５°の照射角度範囲から照射される光を受光するようになっている。即ち、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００における中央部から略４０°の照射角度範囲（以下、各ＬＥＤ１００の所定の照射角度範囲とする。）から照射される光も受光するようになっている（図２０参照）。

各ＬＥＤ１００の光は受光レンズ部１１０ａによってＹ方向の内側に向かって屈折し、屈折した光はロッドレンズ１１０内を若干Ｙ方向に広がりながら下方に向かって進む（図２３参照）。これは、受光レンズ部１１０ａが各ＬＥＤ１００側に凸面状に形成されるとともに、空気の屈折率（１．０程度）に対してロッドレンズ１１０の屈折率（アクリルやガラスで１．５程度）が大きいためである。また、ロッドレンズ１１０内を通過した光はロッドレンズ１１０の下面を通過して略平行光になり、ロッドレンズ１１０から所定の距離だけ離れた集光位置Ｌ２に集光される（図１９及び図２３参照）。この集光位置Ｌ２は所定の幅寸法を有するとともにＸ方向に延びる直線状の位置である。ここで、ロッドレンズ１１０が円柱状に形成されているので、各ＬＥＤ１００から受光レンズ部１１０ａに照射される光のうち照射角度範囲外側の光は照射角度範囲内側の光に比べて受光レンズ部１１０ａでの屈折が大きくなる（図２３参照）。このため、集光位置Ｌ２におけるＹ方向両端側の照度が他の部分の照度よりも若干高くなり、Ｙ方向両端側の照度が高い方がラインセンサカメラを用いた集光位置Ｌ２の撮像を行う上で有利である。

拡散レンズ４０はロッドレンズ１１０の下側に配置され、図示しないボルトによって照明装置本体１の下端部に取付けられている。

以上のように構成された照明装置において、各ＬＥＤ１００によってロッドレンズ１１０に光を照射すると、照射された光はロッドレンズ１１０を通過して集光位置Ｌ２に集光される。この時、ロッドレンズ１１０の下側に拡散レンズ４０が配置されているので、第１実施形態に示すように、ロッドレンズ１１０を通過した光は拡散レンズ４０によって主にＸ方向に拡散されて無用にＹ方向に拡散されることがない。このため、Ｘ方向に並設された複数のＬＥＤ１００の光を無用に減衰させることなく集光位置Ｌ２に集光させることができ、集光位置Ｌ２における光量のむらを低減することができる。これにより、例えば連続的に成形されて長手方向に高速で移動する帯状部材の表面に各ＬＥＤ１００の光を集光させるとともに、光の照射されている部分をラインセンサカメラで撮像することにより、帯状部材の欠陥を高速且つ確実に検知することができる。

このように、第２実施形態では、ロッドレンズ１１０の各ＬＥＤ１００側に受光レンズ部１１０ａが設けられ、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００の所定の照射角度範囲から照射される光を受光する。また、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００側に凸面状に形成されるとともに各ＬＥＤ１００の並設方向に延びるように形成されており、受光レンズ部１１０ａの屈折率は空気の屈折率よりも大きいので、各ＬＥＤ１００における所定の照射角度範囲から照射された光が受光レンズ部１１０ａにおいてＹ方向内側に向かって屈折するとともに、この屈折によって光がロッドレンズ１１０内を下方に向かって進み、ロッドレンズ１１０の下面を通過して略平行光となって集光位置Ｌ２に照射される。このため、各ＬＥＤ１００の所定の照射角度範囲から照射された光はほとんど減衰することなく集光位置Ｌ２に照射される。また、各ＬＥＤ１００は所定の照射角度範囲を他の照射角度範囲よりも光の照射量を多くしているので、第２実施形態は集光位置Ｌ２を明るく照明する上で極めて有利である。

ここで、第１実施形態の反射シート２を用いて各ＬＥＤ１００の光を下方に向かって反射する場合（比較例）とロッドレンズ１１０によって各ＬＥＤ１００の光を下方に向かって屈折させる場合（実施形態Ａ）の集光位置Ｌ２における照度の測定結果を図２４に示す。比較例は第２実施形態においてロッドレンズ１１０の代わりに反射シート２を設けたものであり、その他の構成、各ＬＥＤ１００への通電条件、測定位置などは同じである。これにより、比較例の場合でも十分な照度を得ることができるが、実施形態は比較例の略３倍の照度を得ることができるので、集光位置Ｌ２を効率良く照明する上で極めて有利である。

また、各ＬＥＤ１００と受光レンズ部１１０ａとを接触させたので、各ＬＥＤ１００と受光レンズ部１１０ａとの距離を極力小さくすることができる。即ち、光が空気中を通過する際に生ずる拡散を極力少なくすることができ、しかも受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００の照射角度範囲のうち極力広い照射角度範囲の光を受光するので、集光位置Ｌ２を効率良く照明する上で極めて有利である。

また、各ＬＥＤ１００からの光を集光位置Ｌ２に集光させるためにロッドレンズ１１０を用い、ロッドレンズ１１０の各ＬＥＤ１００側の面によって受光レンズ部１１０ａを形成したので、各ＬＥＤ１００側に凸面上に形成されるとともに各ＬＥＤ１００の並設方向に延びるように形成された受光レンズ部１１０ａを安価に設けることができ、集光位置Ｌ２の照度を向上しながら製造コストの低減を図る上で極めて有利である。

尚、第２実施形態では、各ＬＥＤ１００の光がロッドレンズ１１０の上面（受光レンズ部１１０ａ）によって屈折するとともにロッドレンズ１００内を下方に向かって進み、ロッドレンズ１１０の下面で屈折して集光位置Ｌ２に照射されるようにしたものを示したが、ロッドレンズ１１０の表面に反射防止膜を形成し、ロッドレンズ１１０の上面及び下面における反射による光の損失を低減することも可能である。この反射防止膜は物質の境界面で生ずる反射を低減するためにめがねや双眼鏡のレンズ等で用いられている周知の薄膜である。

また、第２実施形態では、照明装置本体１内に反射シートが設けられていないものを示したが、照明装置本体１内に第１実施形態で用いた反射シート２を設けることも可能である（図２５参照）。この場合、反射シート２はロッドレンズ１１０を上方から覆うように形成され、各ＬＥＤ１００から照射される光のうち受光レンズ部１１０ａ以外の方向に照射される光が下方に向かって反射するように曲面状に形成されている。これにより、各ＬＥＤ１００から照射される光のうち受光レンズ部１１０ａ以外の方向に照射される光も有効に利用され、集光位置Ｌ２の照度をより向上することができる。この場合の集光位置Ｌ２における照度（実施形態Ｂ）は反射シート２を設けない場合の照度（実施形態Ａ）に比べて明らかに高くなる（図２４参照）。

尚、第２実施形態では、各ＬＥＤ１００とロッドレンズ１１０の受光レンズ部１１０ａとが接触するようにしたものを示したが、図２６に示すように、各ＬＥＤ１２０と受光レンズ部１１０ａとの間に所定の間隔Ｇ１を設けることも可能である。この場合、各ＬＥＤ１２０は中央部から略２０°の照射角度範囲内の光の照射量が最も照射量の多い中央部の光の照射量の７０％以上であり、中央部から略２０°の照射角度範囲が特許請求の範囲に記載した所定の照射角度範囲に相当する。受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１２０における中央部から略２５°の照射角度範囲から照射される光を受光するようになっており、各ＬＥＤ１００における中央部から略２０°の照射角度範囲から照射される光も受光するようになっている。図２６では照明装置本体１内に反射シート２が設けられているものを示す。各ＬＥＤ１００の光は受光レンズ部１１０ａによってＹ方向の内側に向かって屈折し、屈折した光はロッドレンズ１１０内を略平行光となって下方に向かって進む（図２７参照）。また、ロッドレンズ１１０内を通過した光はロッドレンズ１１０の下面を通過してＹ方向に収束するように進み、ロッドレンズ１１０から所定の距離だけ離れた集光位置Ｌ３に集光される（図２７参照）。この集光位置Ｌ３は前記集光位置Ｌ２よりも小さい所定の幅寸法を有するとともにＸ方向に延びる直線状の位置である。即ち、各ＬＥＤ１００とロッドレンズ１１０との距離によって集光位置Ｌ３の幅寸法を変更することができる。また、受光レンズ部１１０ａが各ＬＥＤ１００側に凸面状に形成されているので、各ＬＥＤ１２０から受光レンズ部１１０ａに照射される光のうち照射角度範囲外側の光は照射角度範囲内側の光に比べて受光レンズ部１１０ａでの屈折が大きくなる（図２６参照）。このため、集光位置Ｌ３におけるＹ方向両端側の照度が他の部分の照度よりも若干高くなり、ラインセンサカメラを用いて集光位置Ｌ３の撮像を行う上で有利である。

尚、第２実施形態では、ロッドレンズ１１０の下側に拡散レンズ４０のみを配置したものを示したが、ロッドレンズ１１０と拡散レンズ４０との間にシリンドリカルレンズ１３０を配置することも可能である（図２８参照）。図２８では照明装置本体１内に反射シート２が設けられているものを示す。これにより、ロッドレンズ１１０を通過した平行光はシリンドリカルレンズ１３０によってＹ方向に収束し、前記集光位置Ｌ２よりも幅寸法の小さい集光位置に光を集光することができる。

また、第２実施形態では、ロッドレンズ１１０の下側に拡散レンズ４０を配置したものを示したが、拡散レンズ４０を各ＬＥＤ１００とロッドレンズ１１０の上面（受光レンズ部１１０ａ）との間に配置することも可能である（図２９及び図３０参照）。図２９及び図３０では照明装置本体１内に反射シート２を設けたものを示す。これにより、複数の拡散レンズ４０を各ＬＥＤ１００の並設方向に並べて設けることが可能となる。この場合、各拡散レンズ４０の端部が各ＬＥＤ１００の間に配置されるようにする。このため、前記集光位置Ｌ２に各拡散レンズ４０の端部が影となってあらわれることがない。また、各ＬＥＤ１００の光が主にＸ方向に拡散されてＹ方向に無用に拡散されることがないという第１実施形態の作用効果も得ることができる。

このように、各ＬＥＤ１００とロッドレンズ１１０の上面との間に拡散レンズ４０を配置する場合は、複数の拡散レンズ４０を各ＬＥＤ１００の並設方向に並べて設けることができるので、照明装置本体１のＸ方向の寸法に応じた拡散レンズ４０を準備する必要がない。即ち、拡散レンズ４０の寸法を調整するために拡散レンズ４０の端材が発生しないので、製造コストの低減を図る上で有利である。

また、拡散レンズ４０は光を主にＸ方向に拡散するようになっているので、受光レンズ部１１０ａが各ＬＥＤ１００の所定の照射角度範囲から照射される光を受光可能な位置に配置されていれば、前述と同様に集光位置Ｌ２を効率良く照明することができる。

尚、第２実施形態では、ＬＥＤチップ１０１と透明カバー１０２とから成るＬＥＤ１００を用いたものを示したが、透明カバー１０２が設けられていないＬＥＤチップ１０１から成るＬＥＤ１００を用いることも可能である。この場合、ＬＥＤ１００の光源であるＬＥＤチップ１０１と受光レンズ部１１０ａとをさらに近づけることができる。

図３１は本発明の第３実施形態を示す照明装置のＹ方向断面図である。尚、第１実施形態及び第２実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。

この照明装置は第２実施形態においてロッドレンズ１１０の代わりにシリンドリカルレンズ１４０を設け、照明装置本体１内に第１実施形態と同様の反射シート２を設けたものである（図３１参照）。シリンドリカルレンズ１４０はアクリルなどの透明なプラスチックやガラスから成る。また、シリンドリカルレンズ１４０は各ＬＥＤ１００の真下に各ＬＥＤ１００に沿って延びるように設けられるとともに、シリンドリカルレンズ１４０の上面（各ＬＥＤ１００側の面）によって受光レンズ部１４０ａが形成されている。また、シリンドリカルレンズ１４０は上側に凸面が設けられている。また、受光レンズ部１４０ａは各ＬＥＤ１００に接触しており、受光レンズ部１４０ａは各ＬＥＤ１００における中央部から略６５°の照射角度範囲から照射される光を受光するようになっている。即ち、受光レンズ部１１０ａは各ＬＥＤ１００における中央部から略４０°の照射角度範囲（以下、各ＬＥＤ１００の所定の照射角度範囲とする。）から照射される光も受光するようになっている。これにより、各ＬＥＤ１００の光は受光レンズ部１４０ａによってＹ方向の内側に屈折するとともに、若干Ｙ方向に広がりながら下方に向かって進む光となり、第２実施形態の集光位置Ｌ２よりも幅寸法の大きい集光位置に集光される。このため、各ＬＥＤ１００における所定の照射角度範囲から照射された光はほとんど減衰することなく集光位置に照射される。また、ロッドレンズ１１０の代わりにシリンドリカルレンズ１４０を設けたので、照明装置本体１における光の照射方向の寸法を小さくすることができ、照明装置の小型化及び軽量化を図る上で極めて有利である。

また、シリンドリカルレンズ１４０と拡散レンズ４０との間に第１実施形態の第１レンズ２０（リニアフレネルレンズ）を設けることも可能である（図３２参照）。これにより、各ＬＥＤ１００の光は受光レンズ部１４０ａによって若干Ｙ方向に広がりながら下方に進む光となり、その光が第１レンズ２０によってＹ方向に収束する。即ち、各ＬＥＤ１００の光が第２実施形態の集光位置Ｌ２よりも幅寸法の小さい集光位置に集光される。

さらに、拡散レンズ４０をシリンドリカルレンズ１４０と第１レンズ２０との間に設けることも可能である（図３３参照）。この場合、シリンドリカルレンズ１４０と第１レンズ２０によって拡散レンズ４０を保持することができるので、拡散レンズ４０が薄く成形されている場合でも照明装置本体１への取付けを容易に行うことができ、製造コストの低減を図る上で有利である。また、拡散レンズ４０がシリンドリカルレンズ１４０及び第１レンズ２０によって保護されるので、拡散レンズ４０の耐久性を向上する上で極めて有利である。

また、図３２において各ＬＥＤ１００と受光レンズ部１４０ａとの間に所定の隙間Ｇ２を設けることも可能である（図３４参照）。この場合、受光レンズ部１４０ａは各ＬＥＤ１００における中央部から略４０°の照射角度範囲（各ＬＥＤ１００における所定の照射角度範囲）から照射される光を受光するようになっている。これにより、各ＬＥＤ１００の光は受光レンズ部１４０ａによってＹ方向の内側に向かって屈折するとともに、略平行光となって下方に向かって進み、第１レンズ２０によってＹ方向に収束する。また、図３２の場合に比べてＹ方向の収束が早くなる。即ち、各ＬＥＤ１００と受光レンズ部１４０ａとの距離によって集光位置を調整することができる。

また、図３２において第１レンズ２０の代わりにシリンドリカルレンズ１５０を設けることも可能である（図３５参照）。この場合、シリンドリカルレンズ１５０は下側に凸面を有している。これにより、各ＬＥＤ１００の光は受光レンズ部１４０ａによってＹ方向の内側に向かって屈折するとともに、若干Ｙ方向に広がりながら下方に進む光となり、シリンドリカルレンズ１５０によって略平行光となるとともに、第２実施形態の集光位置Ｌ２と同様の集光位置に照射される。

さらに、図３５において各シリンドリカルレンズ１４０，１５０の間に拡散レンズ４０を設けることも可能である（図３６）。この場合でも各ＬＥＤ１００の光は拡散レンズ４０によって主にＸ方向に拡散されてＹ方向に無用に拡散されることがない。また、各シリンドリカルレンズ１４０，１５０によって拡散レンズ４０を保持することができるので、拡散レンズ４０が薄く成形されている場合でも照明装置本体１への取付けを容易に行うことができ、製造コストの低減を図る上で有利である。また、拡散レンズ４０が各シリンドリカルレンズ１４０，１５０によって保護されるので、拡散レンズ４０の耐久性を向上する上で極めて有利である。

また、図３２において第１レンズ２０の代わりにロッドレンズ１７０を設けることも可能である（図３７参照）。この場合、各ＬＥＤ１００の光は受光レンズ部１４０ａによって屈折するとともに、若干Ｙ方向に広がりながら下方に進む光となり、ロッドレンズ１７０によってＹ方向に収束する。

図３８は本発明の第４実施形態を示す照明装置のＹ方向断面図である。尚、第１実施形態及び第２実施形態と同等の構成部分には同一の符号を付して示す。

この照明装置は第２実施形態においてロッドレンズ１１０の代わりにロッドレンズ１７０及び平板状の透明板１８０を設け、照明装置本体１内に第１実施形態と同様の反射シート２を設けたものである。ロッドレンズ１７０はアクリルなどの透明なプラスチックやガラスから成り、各ＬＥＤ１００に沿って延びるように設けられている。透明板１８０はアクリルなどの透明なプラスチックやガラスから成り、各ＬＥＤ１００とロッドレンズ１７０との間に配置されている。また、透明板１８０は各ＬＥＤ１００の真下に各ＬＥＤ１００に沿って延びるように設けられ、透明板１８０の上面１８０ａは各ＬＥＤ１００に接触している。一方、第２実施形態に示すように、各ＬＥＤ１００は中央部から略４０°の照射角度範囲（各ＬＥＤ１００の所定の照射角度範囲）内の光の照射量を他の照射角度範囲よりも多くしている。

ここで、透明板１８０の上面１８０ａは各ＬＥＤ１００に接触しているので、各ＬＥＤ１００において中央部から略４０°の照射角度範囲内の光は透明板１８０の上面１８０ａに照射される。また、透明板１８０の屈折率は空気の屈折率よりも大きいので、透明板１８０の上面１８０ａによって各ＬＥＤ１００の光がＹ方向の内側に向かって屈折し、若干Ｙ方向に広がりながら下方に進む光となる。また、透明板１８０の下方にはロッドレンズ１７０が設けられているので、透明板１８０を通過した光はロッドレンズ１７０によって第２実施形態の集光位置Ｌ２と同様の集光位置に照射される。

このように、第４実施形態によれば、各ＬＥＤ１００とロッドレンズ１７０との間に透明板１８０が設けられ、各ＬＥＤ１００と透明板１８０の上面１８０ａとが接触しているので、各ＬＥＤ１００の光は透明板１８０の上面に照射されるとともに、透明板１８０の上面１８０ａによってＹ方向内側に向かって屈折し、その光がロッドレンズ１７０によって所定の集光位置に集光される。即ち、各ＬＥＤ１００から出た光をＹ方向内側に向かって屈折させることができ、空気中を通過する際に生ずる拡散も極力少なくすることができるので、集光位置を効率良く照明する上で有利である。

本発明の第１実施形態を示す照明装置の斜視図照明装置のＸ方向断面図照明装置のＹ方向断面図照明装置の組立方法を示す斜視図拡散レンズの要部平面図拡散レンズのＹ方向断面図拡散レンズのＸ方向断面図各ＬＥＤによって光を照射する際の照明装置のＹ方向断面図各ＬＥＤによって光を照射する際の照明装置のＸ方向断面図第１実施形態の第１変形例を示す拡散レンズの要部平面図第１実施形態の第１変形例を示す拡散レンズのＸ方向断面図第１実施形態の第２変形例を示す拡散レンズの要部平面図第１実施形態の第２変形例を示す拡散レンズのＹ方向断面図第１実施形態の第２変形例を示す拡散レンズのＸ方向断面図第１実施形態の第３変形例を示す照明装置のＸ方向断面図第１実施形態の第４変形例を示す照明装置のＸ方向断面図第１実施形態の第５変形例を示す照明装置のＸ方向断面図第１実施形態の第６変形例を示すレンズのＹ方向断面図本発明の第２実施形態を示す照明装置の斜視図照明装置のＹ方向断面図ＬＥＤの一部断面側面図ＬＥＤの指向特性図各ＬＥＤによって光を照射する際の光の経路図照度の測定結果を示す表第２実施形態の第１変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第２実施形態の第２変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第２実施形態の第２変形例において各ＬＥＤによって光を照射する際の光の経路図第２実施形態の第３変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第２実施形態の第４変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第２実施形態の第４変形例を示す照明装置のＸ方向断面図本発明の第３実施形態を示す照明装置の断面図第３実施形態の第１変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第３実施形態の第２変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第３実施形態の第３変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第３実施形態の第４変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第３実施形態の第５変形例を示す照明装置のＹ方向断面図第３実施形態の第６変形例を示す照明装置のＹ方向断面図本発明の第４実施形態を示す照明装置のＹ方向断面図

符号の説明

１…照明装置本体、２…反射シート、１０…ＬＥＤ、２０…第１レンズ、３０…第２レンズ、４０…拡散レンズ、４１…基板、４２…レンズ部、５０…拡散レンズ、５１…基板、５２…シリンドリカルレンズ部、６０…拡散レンズ、６１…基板、６２…レンズ部、７０…第１レンズ、８０…ガラス板、９０…レンズ、９１…レンズ部、９２…リニアフレネルレンズ部、ＲＸ…Ｘ方向への曲率半径、ＲＹ…Ｙ方向への曲率半径、１００…ＬＥＤ、１１０…ロッドレンズ、１１０ａ…受光レンズ部、１２０…ＬＥＤ、１３０…シリンドリカルレンズ、１４０…シリンドリカルレンズ、１４０ａ…受光レンズ部、１５０…シリンドリカルレンズ、１６０…ロッドレンズ、１７０…ロッドレンズ、１８０…透明板、１８０ａ…上面、Ｌ１…集光位置、Ｌ２…集光位置、Ｌ３…集光位置。

Claims

所定方向に並設された複数のＬＥＤと、各ＬＥＤの並設方向に延びるように設けられた集光レンズとを備え、各ＬＥＤの光が集光レンズを通過して集光レンズから所定の距離だけ離れた位置に線状に集光するようにした照明装置において、
前記各ＬＥＤから集光位置までの光の経路中に光を主に各ＬＥＤの並設方向に拡散させる拡散レンズを設けるとともに、集光レンズの各ＬＥＤ側の面によって受光レンズ部を形成し、
受光レンズ部を、各ＬＥＤ側に凸面状に形成するとともに各ＬＥＤの並設方向に延びるように形成し、各ＬＥＤにおいて他の照射角度範囲よりも光の照射量を多くした所定の照射角度範囲から照射される光を受光可能に配置し、
前記拡散レンズを複数のレンズ部から形成し、各レンズ部を、各ＬＥＤの並設方向への曲率半径が各ＬＥＤの並設方向と直交する方向への曲率半径よりも小さい曲面状に形成するとともに、光の経路と交差する所定の面上に並ぶように配置し、
前記各レンズ部を、互いに近傍に配置されたレンズ部同士で各ＬＥＤの並設方向への曲率半径が異なるように形成した
ことを特徴とする照明装置。
前記各レンズ部を、各ＬＥＤの並設方向と直交する方向に長い略楕円形状の凸レンズから形成した
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記拡散レンズを、光の経路と交差する所定の面上に延びるように設けられた透明な基板と、基板上に並ぶように設けられた前記各レンズ部とから構成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
前記各ＬＥＤと受光レンズ部とを接触させた
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の照明装置。
前記集光レンズを各ＬＥＤの並設方向に延びるロッドレンズから形成し、
前記受光レンズ部をロッドレンズにおける各ＬＥＤ側の面によって構成した
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の照明装置。
前記集光レンズを各ＬＥＤの並設方向に延びるシリンドリカルレンズから形成し、
前記受光レンズ部をシリンドリカルレンズの凸面によって構成した
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の照明装置。
前記集光レンズを、それぞれ各ＬＥＤの並設方向に延びるとともに光の経路と交差する方向に並設された２枚のシリンドリカルレンズから形成し、
前記受光レンズ部を各シリンドリカルレンズのうち各ＬＥＤ側のシリンドリカルレンズの凸面によって構成した
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の照明装置。
前記拡散レンズを各シリンドリカルレンズの間に配置した
ことを特徴とする請求項７記載の照明装置。
前記拡散レンズを前記受光レンズ部と各ＬＥＤとの間に配置した
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の照明装置。
前記各レンズ部を前記所定の面上に不規則に並べて配置した
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の照明装置。