JP4564677B2

JP4564677B2 - 発光ダイオード照明光源

Info

Publication number: JP4564677B2
Application number: JP2001034770A
Authority: JP
Inventors: 貞一有賀; 文男矢ケ▲崎▼
Original assignee: Kirin Techno System Co Ltd
Current assignee: Kirin Techno System Co Ltd
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2001-02-13
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: JP2002237967A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工業製品等の品質をＣＣＤカメラ等の撮像を利用して製造ライン上で検査する際に、撮影個所を照らすために用いられる、発光ダイオードを使用した照明光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板や半導体等の工業製品の品質、例えば半田付けの不良、欠損、異物の付着等を製造ライン上で検査する方法として、ＣＣＤカメラ等による撮像を利用する方法が普及している。この方法は、部品の特定個所を撮像し、正常な部品の撮像結果と比較することにより異常の有無を検査するというものである。このような検査法においては、ＣＣＤカメラの撮像部位を照明光源によって明るく均一に照らし出す必要がある。ここで、上記検査法においては、一般にはハロゲンランプ、発光ダイオード等が好適に使用され、撮像用カメラの周囲に環状に取り付ける方法が一般的に知られている。
【０００３】
しかしながら、上記方法では、前記環状の光源から、被検査物に対して斜めに光が当たることになり、その結果、被検査物が立体的形状の場合には影が発生して正確かつ安定な画像処理ができない場合がある。また、表面に透明なコーティング層等が存在する場合、斜めからの光では前記コーティング層表面で照射光が散乱するために下層の欠陥を判別できなくなる場合も生ずる。よって、このような検査対象においては被検査物に対して垂直に検査光を照射することが必要とされる。
【０００４】
上記問題点を解決する方法としては、撮像カメラと被検査物を結んだ直線上にハーフミラーを配置し、横からハーフミラーに向けて光を照射して光軸上に照明光を落射する、いわゆる同軸落射と呼ばれる技術が知られており広く行われている。
【０００５】
また、特開平９−３１１９２８号公報には、被検査物を撮像する撮像素子と、前記撮像素子の周囲に配置され、前記被検査物の真上から前記被検査物に光を照射する発光素子とを具備することを特徴とする同軸落射照明内蔵カメラであって、前記撮像素子がＣＣＤチップであり、前記発光素子が発光ダイオードである同軸落射照明内蔵カメラが開示されている。
【０００６】
更に、特開平１１−１７３８２２号公報には、電子部品に照明器から照明光を照射しながら、撮像素子で電子部品の外観及び表面の表示を撮像する装置であって、電子部品の平面に対してほぼ垂直に光を照射し、撮像素子の光軸を囲むようにリング状に配置されている第一の照明器と、電子部品の平面に対して斜めに光を照射する第二の照明器と、電子部品の平面に対してほぼ垂直な光軸で同平面を撮像する撮像素子とを有し、前記照明器が発光ダイオードである電子部品外観撮像装置が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の同軸落射による方法においては、光軸の問題は解決して完全な同軸落射となるものの、ハーフミラーを通過させることによって、被検査物への照射光量、及び撮像素子への到達光量が大幅に低下してしまうので、特に被検査物の微小部分を拡大して検査する場合等には光量不足となるという問題点がある。更に、ハーフミラーを同軸上に配置するので、構造も複雑でコンパクト化できず、またコスト高になるという問題点も生じる。
【０００８】
また、前記特開平９−３１１９２８号公報の技術においては、同軸落射照明をカメラに内蔵したので装置がコンパクトになり、ほぼ垂直に照射することが可能ではあるが、メンテナンス等が複雑となり、また、内蔵であるため既存のＣＣＤカメラには取り付けられず汎用性がないという問題点がある。
【０００９】
更に、前記特開平１１−１７３８２２号公報の技術においては、電子部品の平面に対してほぼ垂直に光を照射する第一の照明器が撮像素子の周囲に直接配置されているので、発光ダイオードの数が増えた場合には光軸から離れた外周位置に環状等に配置されることになる。このため、検査エリアが非常に小さい半導体等の場合には、被検査物に対して垂直に落射されないという問題点を生じる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、検査に必要とされる照明に充分な光量を、被検査物にほぼ垂直に落射でき、しかも、比較的安いコストでコンパクトに製造でき、尚且つ既存の撮像カメラに取り付け可能である発光ダイオード照明光源を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の発光ダイオード照明光源は、所定箇所に孔が形成された１枚の基板と、前記基板上の前記孔の周囲に実装支持された第１発光ダイオード群と、前記基板の前記第１発光ダイオード群の周囲に、同心円状に実装支持された第２発光ダイオード群と、多角錐台の中央に撮像用の孔を設け、該多角錐台の周壁を構成する複数の斜面を反射面とし、前記撮像用の孔が前記基板の孔と整合するように、前記基板に取付けられた多面反射鏡とを備え、前記第１発光ダイオード群は、それらの足部を折り曲げられて、光の照射方向が前記多面反射鏡の対応する反射面を指向し、発した光が前記多面反射鏡の対応する反射面で反射して被検査物に照射されるように、放射状に配置されており、前記第２発光ダイオード群は、発した光が直接被検査物に向けて照射されるように、配置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、前記第１発光ダイオード群で発光された光が、前記多面反射鏡で折り返されて反射鏡の直下の被検査物に対して照射される。この場合、前記反射鏡を利用することにより、撮像光軸に極めて近い位置で反射させることが可能であることから、前記撮影光軸に対してほぼ同軸に落射することができ、検査範囲が狭い場合においても適用可能である。
また、前記多面反射鏡を利用して放射状に設置された複数の発光ダイオード光を同時に落射できるので、十分な光量を得ることができる。
更に、中央部に撮像用の孔を設けたので、既存のＣＣＤカメラ等にも容易に設置可能であり汎用性に優れる。
【００１３】
また、第１発光ダイオード群による、ほぼ同軸の落射に加え、第２発光ダイオード群による斜め方向からの照射も可能となり、第１及び第２発光ダイオード群を同時に又は切換えて使用することにより、更に検査精度を向上させることができる。
本発明においては、前記多面反射鏡と前記第１発光ダイオード群との間の円周上に支持台が配置され、この支持台には前記第１発光ダイオード群の各発光ダイオードに対応して凹部が形成されており、前記各発光ダイオードは、それらの足部を折り曲げられて前記凹部に嵌合して、前記多面反射鏡の対応する反射面を指向するように支持されていることが好ましい。
本発明においては、前記基板上には、前記第２発光ダイオード群の各発光ダイオードに対応する複数の孔を環状に有すると共に、前記多面反射鏡が望む孔を中心部に有するハウジングが、前記第２発光ダイオード群の各発光ダイオードが対応する前記孔に挿入されて前記被検査物を指向するように設置されていることが好ましい。
本発明においては、前記多面反射鏡の各反射面は、凹曲面をなすものであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図４に、本発明による発光ダイオード照明光源の一実施形態を示し、本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明による発光ダイオード照明光源の側面図、図２は同照明光源の平面図、図３は同照明光源の斜視図、図４は同照明光源の分解斜視図を示す。
【００１５】
図１〜図４に示すように、本実施形態の発光ダイオード照明光源１００は、基板１１０、多面反射鏡１２０、第１発光ダイオード群１３０、支持台１４０、押え板１５０、第２発光ダイオード群１６０、及びハウジング１７０から構成されている。
【００１６】
以下、各構成要素について説明する。
基板１１０は、前記多面反射鏡１２０を貫通させる孔１１１を有しており、更には抵抗器等の回路部品１１２、電源用のコネクタ１１３が配置されている。また、孔１１１の周囲には、第１発光ダイオード群１３０が支持されており、更に第１発光ダイオード群１３０の周囲には、同心円状に第２発光ダイオード群１６０が支持されている。
【００１７】
ここで、第１発光ダイオード群１３０及び第２発光ダイオード群１６０に用いる発光ダイオードとしては、従来より通常用いられているものが使用でき、特に限定されない。また、発光ダイオードとして、所望の色のものを選択することにより、目的に応じた色の照明光を出力させることができる。この場合、予めＲＧＢ３色の発光ダイオードを交互に混ぜて配置し、目的とする色に応じて所望の発光ダイオードだけを発光させるようにすれば、１つの照明光源で各種の色を出力させることも可能である。
【００１８】
多面反射鏡１２０は、基板１１０への取付けのためのフランジ部１２１と、基板１１０の孔１１１を介して前記基板１１０の裏面から挿入されて基板上に突出する多角錐台状の本体とを有している。また、フランジ部１２１の孔１２４を利用し、後述の止めネジ１５１によって基板１１０に固定されている。
【００１９】
本発明においては、多面反射鏡１２０は、多角錐台の中央に撮像用の孔１２３を有しており、その多角錐台の周壁を構成する複数の斜面が反射面１２２をなしている。図１〜４の本実施の形態では９面の反射面を有する９面反射鏡となっており、９角錐台の形状となっている。なお、多角錐台の反射面１２２の数は特に限定されず、必要な光量に合わせて３角錐台、４角錐台等適宜選択可能である。また、多面反射鏡１２０の大きさも特に限定されないが、撮像光軸に対してより同軸に近く落射するためには小さいほうが好ましい。
【００２０】
反射面１２２としては、アルミニウムや真鍮等の金属を研磨加工したものや、ガラスや合成樹脂をモールド成形し、その表面にアルミニウム、金、銀等の金属蒸着を施したものなど、発光ダイオード光を好適に反射する材料が適宜利用できる。また、反射面１２２の傾斜角度も被検査物１８０の大きさ、照射距離によって適宜変更できる。
【００２１】
撮像用の孔１２３の大きさ、形状は特に限定されず、撮像カメラ１９０の素子部の大きさ、形状に合わせて適宜選択でき、必ずしも円形でなくともよい。更に、反射面１２２は必ずしも平面である必要はなく、凹曲面等にして反射した発光ダイオード光が広がらないようにすることも可能である。
【００２２】
支持台１４０は、多面反射鏡１２０を貫通させる孔１４２を有しており、基板１１０上の、前記多面反射鏡１２０と第１発光ダイオード群１３０との間の円周上に配置されている。ここで、支持台１４０には、第１発光ダイオード群１３０の各発光ダイオードに対応して凹部１４１が形成されており、基板１１０に実装された各発光ダイオードは、それらの足部を折り曲げられて上記凹部１４１に嵌合して水平に支持され、光の照射方向が前記多面反射鏡１２０の対応する反射面１２２に指向するように放射状に配置されている。
【００２３】
更にその上部から、やはり多面反射鏡１２０が望む孔１５２を有する押え板１５０が配置され、止めネジ１５１をこの押え板１５０、支持台１４０、基板１１０を通して多面反射鏡のフランジ部１２１に螺着することにより、第１発光ダイオード群１３０及び多面反射鏡１２０が基板１１０に固定されている。
【００２４】
一方、同じく基板１１０上に支持され、前記第１発光ダイオード群１３０の周囲に同心円状に配置された第２発光ダイオード群１６０は、ハウジング１７０の孔１７１に挿入されて、所定の照射角度で支持されるようになっている。すなわち、ハウジング１７０は、第２発光ダイオード群１６０の各発光ダイオードに対応する複数の孔１７１を環状に有し、中心部には多面反射鏡１２０が望む孔１４２を有している。そして、ハウジング１７０は、第２発光ダイオード群１６０の上部から嵌め込まれ、フランジ部の孔１７２を通して図示しない止めネジを基板１１０に螺着させることにより、基板１１０に固定されている。
【００２５】
ここで、ハウジング１７０の孔１７１は、被検査物１８０への照射角度に合わせた所定の角度をなして成形されており、第2発光ダイオード群１６０の各発光ダイオードは、上記孔１７１に内挿されて、所定の照射角度をなして保持されるようになっている。
【００２６】
第２発光ダイオード群１６０の被検査物１８０への照射角度は、被検査物１８０への照射範囲、距離等によって適宜設定することができ、ハウジング１７０の孔１７１の角度を変えることにより変更可能である。また、環状に配列された第２発光ダイオード群はかならずしも１列である必要はなく、２重、３重に環状に配列していても差し支えない。
【００２７】
撮像カメラ１９０は、図１に示すように多面反射鏡１２０の撮像用の孔１２３を望む上部にあり、撮像素子（図示しない）の光軸は、被検査物１８０に向けて垂直になるように配置される。撮像素子としてはＣＣＤ等が好適に用いることができる。
【００２８】
ここで、本発明の発光ダイオード照明光源１００と被検査物１８０の距離は、被検査物１８０の大きさ、照射範囲等により選択可能であり特に限定されない。また、撮像カメラ１８０は、図１に示すように発光ダイオード照明光源１００と離れて配置されていてもよく、多面反射鏡１２０の撮像用の孔１２３に内挿されていてもよい。
【００２９】
次に、この発光ダイオード照明光源１００の作用について説明する。
まず、電源回路（図示しない）から基板１１０上のコネクタ１１３、電子回路部品１１２を有する回路パターン配線（図示しない）を介して第１発光ダイオード群１３０及び第２発光ダイオード群１６０に所定の電圧が供給されて発光ダイオード群が発光する。
【００３０】
図１の想像線で示すように、前記第１発光ダイオード群１３０から前記多面反射鏡１２０の反射面１２２に向かって発光した光は、対応する各反射面１２２で反射されて被検査物１８０に照射され、前記多面反射鏡１２０の撮像用の孔１２３を介して、撮像カメラ１９０によって検査が行われる。
【００３１】
このとき、多面反射鏡１２０は撮像用の孔１２３の周囲に隣接して反射面１２２を有しているので、発光ダイオードの光は撮像光軸に対してほぼ平行に近く、これにより、同軸落射に近い照明効果が得られる。
また、第１発光ダイオード群１３０の数を増加させた場合にも、各発光ダイオードは放射状に配置できるためスペース上の制限が少なく、反射面１２２の数を増やすことにより対応可能であるために多面反射鏡を大きくする必要はない。よって、落射の角度は、ほぼ撮像光軸と平行に維持したまま、発光ダイオードの数を増やして光量を増加させることができるので、周囲に直接ダイオードを配置した場合に比べて非常に有利であり、特に、被検査物が非常に小さい場合や、微小部分を拡大して検査する必要な場合等においても十分な光量でかつ同軸落射に近い照射が可能となるものである。
【００３２】
また、本発明の発光ダイオード照明光源においては、撮像カメラ１９０は、前記多面反射鏡１２０の撮像用の孔１２３を介して検査可能であるので、既存のＣＣＤカメラ等に取り付け可能でありながら、同軸落射に近い照明効果を得ることができるので汎用性に優れる。しかも低コストで生産可能であり、内蔵型に比べてメンテナンス性にも優れるものである。
【００３３】
一方、第２発光ダイオード群１６０から発した光は、直接被検査物１８０に向けて斜めに照射される。これにより、前記第１発光ダイオード群１３０のみでは検査精度が不十分な垂直方向の凹凸形状等の検査も可能とすることができ、更に第１発光ダイオード群１３０では不十分な光量、明るさのムラも補うことができることになる。
【００３４】
尚、本発明においては、第２発光ダイオード群１６０は、第１発光ダイオード群１３０と同時に併用して使用してもよく、また第１発光ダイオード群１３０と切換えて別個に使用してもよく適宜選択可能である。これにより、被検査物１８０の形状や性質に合わせて、必要な部分を精度良く検査することが共通の照明光源で可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、検査に必要とされる照明に充分な光量を、被検査物が小さい場合、又は画像処理で拡大が必要な狭い検査範囲に対してもほぼ垂直に落射でき、しかも、比較的安いコストでコンパクトに製造でき、尚且つ既存の撮像カメラに取り付け可能である発光ダイオード照明光源を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発光ダイオード照明光源の側面図である。
【図２】同照明光源の平面図である。
【図３】同照明光源の斜視図である。
【図４】同照明光源の分解斜視図である。
【符号の説明】
１００発光ダイオード照明光源
１１０基板
１２０多面反射鏡
１２２反射面
１２３撮像用の孔
１３０第１発光ダイオード群
１４０支持台
１５０押え板
１６０第２発光ダイオード群
１７０ハウジング
１８０被検査物
１９０撮像カメラ

Claims

所定箇所に孔が形成された１枚の基板と、
前記基板上の前記孔の周囲に実装支持された第１発光ダイオード群と、
前記基板の前記第１発光ダイオード群の周囲に、同心円状に実装支持された第２発光ダイオード群と、
多角錐台の中央に撮像用の孔を設け、該多角錐台の周壁を構成する複数の斜面を反射面とし、前記撮像用の孔が前記基板の孔と整合するように、前記基板に取付けられた多面反射鏡とを備え、
前記第１発光ダイオード群は、それらの足部を折り曲げられて、光の照射方向が前記多面反射鏡の対応する反射面を指向し、発した光が前記多面反射鏡の対応する反射面で反射して被検査物に照射されるように、放射状に配置されており、
前記第２発光ダイオード群は、発した光が直接被検査物に向けて照射されるように、配置されていることを特徴とする発光ダイオード照明光源。
前記多面反射鏡と前記第１発光ダイオード群との間の円周上に支持台が配置され、この支持台には前記第１発光ダイオード群の各発光ダイオードに対応して凹部が形成されており、前記各発光ダイオードは、それらの足部を折り曲げられて前記凹部に嵌合して、前記多面反射鏡の対応する反射面を指向するように支持されている請求項１記載の発光ダイオード照明光源。
前記基板上には、前記第２発光ダイオード群の各発光ダイオードに対応する複数の孔を環状に有すると共に、前記多面反射鏡が望む孔を中心部に有するハウジングが、前記第２発光ダイオード群の各発光ダイオードが対応する前記孔に挿入されて前記被検査物を指向するように設置されている請求項１又は２記載の発光ダイオード照明光源。
前記多面反射鏡の各反射面は、凹曲面をなす請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光ダイオード照明光源。