JP4480029B2 - ライン光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク表面の欠陥検出やマーク認識等に用いられる製品検査用等の照明装置に関し、特にライン状の光を照射するライン光照射装置に関するものである。

従来、ワーク表面の検査等を行うための種々の照明装置（光照射装置）が開発されており、例えば特許文献１に示すように、周囲からローアングル光を照射するリング型の照明装置や、ライン光がワークに照射されるように構成したライン型の照明装置等、ワークの態様やその照射目的に応じた種々のものが知られている。

特にこのようなライン型の照明装置のうち集光タイプのものは、従来、砲弾型のＬＥＤを直線状に一列に並べ、その前方にシリンドリカルレンズを配置して細い直線状の光がワークに照射されるようにしてある。
特開平１０−２１７２９号公報

ところが、前記ＬＥＤはある程度の発光面積を有し、点光源と見なせないため、例えばコンパクト化を図るべく焦点距離の短いレンズを用いると集光しきれず、十分な照明光度を得られないという不具合がある。一方、焦点距離の長いレンズを用いれば、そこそこ集光できるものの、今度はレンズが非常に大きくなり、コンパクト化や低コスト化を図れない。特にシリンドリカルレンズを複数列配設しようとした場合にレンズの大きさの問題点が顕著になるため、従来は、互いに照射立体角度の異なる複数列のライン光を集光照射できるようにしたものはあまり知られていない。

このように従来のこの種のライン型の照明装置では、集光効率（光利用効率）とコンパクト化とがトレードオフの関係になるため、中途半端な構成になりがちで、設計自由度が低く種々の照明ニーズに応えにくい。さらにＬＥＤを並べた場合、それらを密に連続させても、光源としてみれば隣り合うＬＥＤ間に隙間ができ、結果としてライン方向に照明のムラが生じるといった不具合もある。

本発明はかかる不具合に鑑みなされたものであって、コンパクトでありながら集光効率を向上させることができ、しかも照明ムラのほとんど無いライン光照射装置を提供することをその主たる課題としたものである。

すなわち本発明に係るライン光照射装置は、複数の光ファイバの光導出端部を一列又は複数列に密に配列し、それらが所定幅を有した直線状となるように構成した光射出部及びその光射出部の前方であって前記列方向に沿って延伸するように配置した柱状レンズを対で有し、直線状に収斂するライン光を射出する複数の発光部と、光照射対象であるワークに対向して配置され、そのワークを観測するための観測孔が貫通させてあるものであって、前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が所定線上で略交わるようにそれら発光部を保持する保持体とを備え、前記発光部を保持体に支持させたものであって、前記光ファイバの全て又は一部の長さを異ならせ、前記光射出部の中心線に対し、前記光ファイバを結束して形成された結束部がいずれか片方に偏るように構成していることを特徴とするものである。

ここで「密」にとは隣り合う光導出端部同士がほぼ隙間無く配置されている状態のことである。

このようなものであれば、光射出部から非常に細い線状の光を射出することができるため、焦点距離の短い柱状レンズを用いてこれを光射出部に近接させ発光部をコンパクト化しても、非常に細い線状に収斂するライン光を得ることができる。したがって複数の発光部を設けて種々の光照射態様を可能にしつつも、非常にコンパクトな構成とすることが可能であり、しかも理想的に線状に収斂する非常に集光効率の高いライン光を得ることができる。また光導出端部同士が密に配設されているため、ライン光にムラができることがなく、均一度の高い照明が可能になる。

光ファイバは単独では湾曲可能な可撓性を有するものであるが、上述のごとく結束した光ファイバ群では、光ファイバを曲げて結束部を前記列方向に偏位させることは非常に難しい。したがって例えばこの光ファイバ群を中心に対して線対称な形状とすると、複数の発光部を設ける場合に、光源を縦に配置せざるを得なくなり、厚み方向のコンパクト性が失われてしまう。そこで、光ファイバの全て又は一部の長さを異ならせ、前記光射出部の中心線に対し、前記結束部がいずれか片方に偏るように構成して、複数の光源を保持体に列方向に沿って配置しても光ファイバ群を無理なく取り付けられるようにし、厚み方向にコンパクトな形状にできるようにしている。

また、本発明に係るライン光照射装置は、複数の光ファイバの光導出端部を一列又は複数列に密に配列し、それらが所定幅を有した直線状となるように構成した光射出部及びその光射出部の前方であって前記列方向に沿って延伸するように配置した柱状レンズを対で有し、直線状に収斂するライン光を射出する複数の発光部と、光照射対象であるワークに対向して配置され、そのワークを観測するための観測孔が貫通させてあるものであって、前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が所定線上で略交わるようにそれら発光部を保持する保持体とを備え、前記発光部を列方向に平行な回転軸を中心に回転可能に構成し、その回転角度を設定できるようにしていることを特徴とする。

このようなものであれば、ワークとの距離に変更があってもそれに応じて集光位置をワーク上に設定することができる。

互いに異なる立体角度で周囲から光を照射することができるようにするには、前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が前記列方向からみて放射状をなすように、それら各発光部を前記保持体に配設しているものが好ましい。

ムラのない照明のためのより好ましい実施態様としては、各発光部からのライン光を隙間無く隣接させ連続した立体角度の光にすることがよい。そしてそのためには、前記各柱状レンズが、前記列方向から見て略一直線上に配置されているものが好適である。

多数の光導出部を無理なくまとめて保持するには、前記光射出部が、一対の狭持板をさらに備えたものであり、それら狭持板が前記複数の光導出端部を挟み込んで保持するようにしたものが望ましい。

各光ファイバに効率よく、しかも均一に光を導入する構成としては、前記結束部が前記光ファイバの光導入端部を結束して形成され、その結束部に光源からの光を導入するように構成しているものが好適である。

具体的な光源の態様としては、前記光ファイバに光を導入する光源が２００ｍＡ以上の電流を流すことの可能なパワーＬＥＤを挙げることができる。

ライン光の照射幅を変更できるようにし、さらに種々の態様の光照射を可能とするには、前記光射出部と柱状レンズとの距離を変え得るように構成しているものが望ましい。

基本部品の標準化を図ってコストアップを抑えつつ、長さの異なるライン光を照射できる複数種類の光照射装置を取り揃えるためには、光射出部を複数直列させているものが好ましい。光射出部の直列数を変えることでライン光の照射長さを変えることが容易にできるからである。

特に標準化を促進するには、各光射出部が同一長さ（より好ましくは同一形状）であればよい。一方、このようにするとライン光長さが光射出部の長さの整数倍に制限される。長さのバリエーションをより多くするには、数種類の長さの光射出部を直列させたものが好ましい。ただし光射出部の長さのバリエーションをあまり多くすると、部品の標準化効果が小さくなる。

柱状レンズまでも標準化し、コストダウン効果等をより顕著にするには、同一長さ又は数種類の長さの発光部を複数直列させているものが望ましい。

かかる構成を利用して、ライン光の各部で照度を異ならせるといった多様な光照射態様を実現し、製品検査の際に用いられる画像処理装置への負担軽減や、その他のユーザニーズに柔軟に応えられるようにするには、各光射出部に対し個別に光源を設けているものが好適である。

このように構成した本発明によれば、光射出部から非常に細い線状の光を射出することができるため、焦点距離の短い柱状レンズを用いてこれを光射出部に近接させ発光部をコンパクト化しても、非常に細い線状に収斂するライン光を得ることができる。したがって複数の発光部を設けて種々の光照射態様を可能にしつつも、非常にコンパクトな構成とすることが可能であり、しかも理想的に線状に収斂する非常に集光効率の高いライン光を得ることができる。また光導出端部同士が密に配設されているため、ライン光にムラができることがなく、均一度の高い照明が可能になる。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るライン光照射装置１は、図１〜図４に示すように、線状に収斂するライン光ＬＬを射出する複数の発光部２と、それら発光部２を保持する保持体であるケーシング３とを備えている。

発光部２は、非常に細い（この実施形態では直径０．２５ｍｍ）多数の光ファイバ４の光導出端部４ａを所定方向Ｐ（図５、図６に示す）一列又は複数列で密に配列してなる光射出部２１及びその光射出部２１の前方であって前記列方向Ｐに沿って延伸するように配置した柱状レンズであるロッドレンズ２２を対で有したものである。そして複数の発光部２が列方向から見て放射状をなすように配置してある。

この光射出部２１は、図５〜図７に示すように平板状をなす一対の狭持板２１ａ、２１ｂを備えており、これら狭持板２１ａ、２１ｂで光ファイバ４の光導出端部４ａを挟み込むことにより、光導出端面が所定幅（０．２５ｍｍ〜１ｍｍ程度）の直線となるように略隙間無く数列並ぶように構成している。ロッドレンズ２２は、断面が円形状をなす中実の円柱状透明体であり、その中心軸が、前記光射出部２１から射出される光の光軸面Ｔ上に位置するように配置してある。

ケーシング３は、図１〜図４に示すように、略直方体状をなす中空のものであり、その底面を光照射対象であるワークＷに対向して配置される。そしてこのケーシング３の頂板３１及び底板３２には、前記ワークＷを観測するための帯状の観測孔３ａ、３ｂがそれぞれ貫通させてある。

さらにこのケーシング３には、取付具３４を介して前記発光部２が複数（この実施形態では４つ）、前記観測孔３ｂに臨む位置に互いに平行に取り付けてある。各発光部２は、前記列方向Ｐからみて略一直線上に配設してあり、それらから出るライン光ＬＬの光軸面Ｔが前記列方向Ｐからみて放射状をなすように構成してある。より具体的には、各発光部２からでたライン光ＬＬの光軸面Ｔが、所定直線上で交わり、なおかつその所定直線上で収斂するように設定してある。隣り合う発光部２の離間寸法は、中央で隣り合う発光部２を除き、それらからのライン光ＬＬ同士がほぼ隙間無く隣接するように設定してあり、前記ワークＷに対し、略連続した立体角度の光が照射されるようにしてある。

また、このケーシング３の側板３３には、各発光部２に対応するようにそれらと同数の光源６が角柱状をなすブラケット３５を介して取り付けてある。各光源６は、単一のパワーＬＥＤ（図示しない）と、そのパワーＬＥＤの前方に配置したレンズ機構（図示しない）と、これらパワーＬＥＤ及びレンズ機構を収容する円筒状の筐体６１とを備えたものであり、本実施形態では、これら光源６を各側板３３に２づつ、奥行き方向に隣接させて外側から取り付けている。そしてそのために、ブラケット３５には外側方に開口する光源取着穴３５ａを設けている。光源６はその発光端部をこの光源取着穴３５ａに嵌合させ止めねじＢ１を用いて着脱可能に取り付けてある。ここでパワーＬＥＤとは２００ｍＡ以上の電流を流すことの可能な高輝度タイプのＬＥＤのことである。

一方、前記光ファイバ４は、ケーシング３の内部に収容してあり、図５〜図７に示すように、それらの光導入端部４ｂを発光部２毎に円筒状をなす結束具７で密に結束して結束部４１を形成し、その結束部４１を前記ブラケット３５に設けた結束部取着穴３５ｂに内側方から取り付けている。具体的には前記結束具７を結束部取着穴３５ｂに嵌合させ、止めねじＢ２を用いてこの結束部取着穴３５ｂに着脱可能に取着している。

この結束部取着穴３５ｂは、一端を前記ブラケット３５の内側方に開口し、他端を前記光源取着穴３５ａの底面に開口するもので、当該光源取着穴３５ａと軸を一致させてある。そしてこれら光源取着穴３５ａ及び結束部取着穴３５ｂにそれぞれ光源６及び結束部７を取り付けることにより、前記光源６からの光、すなわち前記パワーＬＥＤからの光が、この結束部４１と略同一径に集光されて、光ファイバ４の光導入端面からほぼ漏れなく導入されるようにしている。

なお本実施形態では、図５、図６に示すように、前記光ファイバ４の全て又は一部の長さを互いに異ならせ、前記光射出部２１の中心線に対し、平面視前記結束部４１がいずれか片方に偏るように構成している。光ファイバ４は単独では湾曲可能な可撓性を有するものであるが、上述のごとく結束した光ファイバ群４Ａにおいて、結束部４１を前記列方向Ｐに偏らせるのは非常に難しいためであり、厚み方向のコンパクト性を担保すべく、光源６を奥行き方向（列方向）Ｐに並べ、各光源６が発光部２の中心線に対して偏位するように構成している本実施形態では、それに合わせて予め結束部４１を偏らせているこの形状が非常に有効なものとなる。この実施形態では同一の光ファイバ群４Ａを４つ形成しておき、表裏を逆にして取り付けるようにしている。

このように構成した本実施形態によれば、光射出部２１が、非常に小さい点発光源と見なせる光ファイバ４の先端部を一列又は数列に密に配列してなるものであり、非常に細い線状の光を射出するものであるため、焦点距離の短いロッドレンズ２２を前記光射出部２１に近接させて集光しても、やはり非常に細い線状に収斂するライン光ＬＬとなる。したがって、各発光部２を非常にコンパクトにして省スペースでの構成を可能としながらも、理想的に線状に収斂する非常に集光効率の高い、言い換えれば明るい照明を得ることができる。

また、光導出端部４ａ同士が密に配設されているため、ライン光ＬＬにムラができることがなく、均一度の高い照明が可能になる。さらにロッドレンズ２２という安価なレンズを利用できるのでコストダウンも図れる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、上述した構成であると、長さの異なるライン光を照射する複数種類の製品ラインアップを揃える場合に、種類毎に光ファイバ４の数を変え、狭持板２１ａ、２１ｂの長さも変えなければならなくなる。

しかしそうすると、光ファイバ４や狭持板２１ａ、２１ｂといった基幹部品を標準化することができず、製作ロットが小さくなったり製作の手間が増大するなどしてコストアップにつながる。

そこでこの実施形態では、かかる不具合を解決すべく、図８に示すように同一長さ、同一形状の発光部２（光射出部２１と柱状レンズ２２）を１ユニットとしてモジュール化し、これを列方向Ｐに沿って複数直列させた構成にしている。さらにこの例では図示していないが、各発光部２毎に１つの光源６を接続している。もちろん各発光部２に接続される光ファイバ４の数や光ファイバ群４Ａの形状も同一にしている。

このようなものであれば、列方向Ｐにユニット化された発光部２の直列数を変えることにより、長さの異なるライン光を照射する複数種類の製品ラインアップを揃えることができ、しかも基幹部品である発光部２が１種類になって部品標準化を促進できるため、製作コストの低減を図ることができる。

さらに、発光部２毎に光量を異ならせることもできるため、一様な照度のライン光のみならず、多様な光照射態様が可能になりこれにより種々の効果が得られる。例えば、ワークＷを観測孔３ａを介してカメラ（図示しない）で撮像し、画像処理を行って自動製品検査をするような使われ方をする場合、カメラのレンズ特性から画像の端部部分は暗くなる。これを従来は画像処理装置側で補正していたが、その補正によりＳ／Ｎ比が劣化するうえ、画像処理時間が必要になる。これに対し、この実施形態のものであれば、端部の照度を中央部分に比べ明るくすることにより、画像処理装置側での画像補正を可及的に減らすことができるので、Ｓ／Ｎ比を良好に保ちしかも高速処理が可能になる。

一方、上述の構成ではライン光長さが光射出部２１の長さの整数倍に制限される。長さのバリエーションをより多くするには、数種類（２〜９種類）程度の長さの光射出部２１を直列させてもよい。ただし光射出部２１の長さのバリエーションをあまり多くすると、部品の標準化効果が小さくなる。

また柱状レンズ２２は切断工程のみで種々の長さに対応できるため、光射出部２１のみをユニット化して、柱状レンズ２２は必ずしもユニット化しなくともよいが、この実施形態のように発光部２そのものをユニット化しておく方がモジュール効果はより顕著なものとなる。

その他にも、種々の変形が可能である。例えば、前記観測孔３ａ、３ｂ上にハーフミラーを傾斜姿勢で設け、観測孔３ａ、３ｂからも光がワークＷに照射されるようにしてもよい。さらに、この観測孔３ａ、３ｂをガラス板等の透明部材で閉塞し、ケーシング内部に埃等が侵入するのを防止するようにしてもよい。

また光射出部と柱状レンズとの距離を変え得るようにしたものでも構わない。このようにすればワークに照射されるライン光の照射幅を変更することができるうえ、各発光部から射出されるライン光の光軸面をそれぞれ調整する際の利便性が向上する。

あるいは、図９、図１０に示すように、発光部２を列方向に平行な軸線を中心に回転可能にケーシング３に保持させ、一定範囲内で自在の角度に、あるいは複数段階の角度に設定できるようにしてもよい。このようにすれば、ワークとの距離に応じて、各発光部の角度を調整することにより、集光位置をワーク上に設定することができる。

回転中心は、柱状レンズ２２の軸心が好ましい。発光部２同士の回転による干渉を可及的に抑制できるからである。この場合の柱状レンズ２２の回転支持構造の具体例としては、柱状レンズ２２の端面中心から軸心方向（列方向）に回転軸９１を突出させ、これをケーシング３に設けた軸受９２に支持させればよい。また角度の変更には、例えば発光部２の回転中心Ｘ又はそこから偏位した部位から列方向にハンドル９３を突出させ、このハンドル９３の操作により角度を変え得るようにしておけばよい。さらに角度の固定には、例えばケーシング３からねじ９４を内方に突出させ、そのねじ９４の先端で発光部２の端面を押圧して固定できるようにすればよい。

また前述したように、発光部２（又は光射出部２１）を列方向に複数直列させる場合には、図９、図１０に示すように、１列の発光部２全体を共通して保持する保持部材９５を設け、この保持部材９５の回転角度を調整可能にケーシング３に支持させればよい。

柱状レンズもロッドレンズに限られず、例えばかまぼこ型のシリンドリカルレンズでもよいし、フレネルレンズ等でも構わない。また、図９、図１０に示すように柱状レンズ２２において光の進行に関与しない側周面部位から軸方向に沿って延びる突条や溝等の取付補助部２２ａを設け、その取付補助部２２ａに保持部材９５を係合させることでこの柱状レンズ２２を支持するようにしてもよい。このようにすれば柱状レンズ２２を一端面から他端面に亘って連続的に保持することができ、柱状レンズ２２を端部のみで支持するものと比べて、柱状レンズ２２の曲がりやねじれを抑制して正確に保持することができる。

さらに、光源と結束部との間に、光を均一化するロッドレンズ等の光均一化部材を介在させてもよい。このようにすれば、各光ファイバへ導入される光の強度がより等しくなるので、ライン光の照度ムラをより低減させることができる。ライン光の照度ムラ低減の他の態様としては、光射出部と柱状レンズとの間にレンチキュラーレンズ等の拡散板を介在させるようにしたものも考えられる。

加えて各発光部から射出されるライン光の色を互いに異ならせたり、あるいは変えられるようにしたものでもよい。

もちろん、光源は保持体の頂面等、適宣な場所に取り付ければよく、さらに言えば必ずしも保持体に取り付ける必要はない。例えば、光ファイバを長くして、光源を保持体とは別に設置しても構わない。光源の数も前記実施形態に限られず、さらに多くしても構わないし、ＬＥＤを用いたものに限られるものではない。

その他、各発光部を、前記列方向からみて例えば円弧上に配置してもよい。

本発明の一実施形態におけるライン光照射装置の全体斜視図。 同実施形態におけるライン光照射装置の概略縦断面図。 同実施形態におけるライン光照射装置のロッドレンズを取り付けた状態でのケーシングを示す平面図。 同実施形態におけるケーシングの側面図。 同実施形態における光ファイバの結束態様を示す斜視図。 同実施形態における光ファイバの結束態様を示す平面図。 同実施形態における光ファイバの結束態様を示す正面図。 本発明の他の実施形態における発光部を示す模式的斜視図。 本発明のさらに他の実施形態における発光部を示す部分側面図。 同実施形態における発光部を示す部分平面図。

１…ライン光照射装置
２…発光部
２１…光射出部
２２…柱状レンズ（ロッドレンズ）
２１ａ、２１ｂ…狭持板
３…保持体（ケーシング）
３ａ、３ｂ…観測孔
４…光ファイバ
４１…結束部
４ａ…光導出端部
６…光源
Ｐ…列方向
ＬＬ…ライン光
Ｗ…ワーク

Claims (11)

1. 複数の光ファイバの光導出端部を一列又は複数列に密に配列し、それらが所定幅を有した直線状となるように構成した光射出部及びその光射出部の前方であって前記列方向に沿って延伸するように配置した柱状レンズを対で有し、直線状に収斂するライン光を射出する複数の発光部と、
   光照射対象であるワークに対向して配置され、そのワークを観測するための観測孔が貫通させてあるものであって、前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が所定線上で略交わるようにそれら発光部を保持する保持体とを備え、
   前記発光部を保持体に支持させたものであって、前記光ファイバの全て又は一部の長さを異ならせ、前記光射出部の中心線に対し、前記光ファイバを結束して形成された結束部がいずれか片方に偏るように構成しているライン光照射装置。
2. 複数の光ファイバの光導出端部を一列又は複数列に密に配列し、それらが所定幅を有した直線状となるように構成した光射出部及びその光射出部の前方であって前記列方向に沿って延伸するように配置した柱状レンズを対で有し、直線状に収斂するライン光を射出する複数の発光部と、
   光照射対象であるワークに対向して配置され、そのワークを観測するための観測孔が貫通させてあるものであって、前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が所定線上で略交わるようにそれら発光部を保持する保持体とを備え、
   前記発光部を列方向に平行な回転軸を中心に回転可能に構成し、その回転角度を設定できるようにしているライン光照射装置。
3. 前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が前記列方向からみて放射状をなすように、それら各発光部を前記保持体に配設している請求項１又は２記載のライン光照射装置。
4. 前記各柱状レンズが、前記列方向から見て略一直線上に配置されている請求項１、２又は３記載のライン光照射装置。
5. 前記光射出部が、一対の狭持板をさらに備えたものであり、それら狭持板が前記複数の光導出端部を挟み込んで保持している請求項１、２、３又は４記載のライン光照射装置。
6. 前記結束部が前記光ファイバの光導入端部を結束して形成され、その結束部に光源からの光を導入するように構成している請求項１、２、３、４又は５記載のライン光照射装置。
7. 前記光ファイバに光を導入する光源が２００ｍＡ以上の電流を流すことの可能なパワーＬＥＤである請求項１、２、３、４、５又は６記載のライン光照射装置。
8. 前記光射出部と柱状レンズとの距離を変え得るように構成している請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のライン光照射装置。
9. 光射出部を前記列方向に沿って複数直列させている請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のライン光照射装置。
10. 光射出部の長さが全て同一である請求項９記載のライン光照射装置。
11. 各光射出部に対し個別に光源を設けている請求項９又は１０記載のライン光照射装置。