JP4590489B1 - ライン光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフレクタ部材とＬＥＤとを正確に位置決めでき、しかも組み立てが簡単でがたつきも生じず、部品点数も少ないライン光照射装置を提供する。
【解決手段】ケーシング２と、長尺基板３１に複数のＬＥＤ３２を１又は複数列に搭載してなる発光ユニット３と、ケーシング２の側板２１に支持されて発光ユニット３の左右に配置した一対のリフレクタ部材４とを備えたものであって、前記各リフレクタ部材４が発光ユニット３を、左右方向については、当該発光ユニット３の発光中心から左右に等しい位置に設けた各外向き面を、両側から直接的又は間接的に狭圧し、リフレクタ部材４が発光ユニット３を左右から狭圧する反力で、リフレクタ部材４が側板２１に押しつけられ、側板２１との間の左右方向のがたが解消されるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のＬＥＤを用い、ライン状の光を照射することができるライン光照射装置に関し、特にワーク（製品）の所定照射領域における傷の有無やマーク読み取り等の検査用として好適に用いられるものに関するものである。

従来、検査対象物であるＷＥＢ（連続物：フィルム・紙・金属板）等のインライン高速検査を行う場合、ラインセンサカメラを用い、流れていくワークの表面を次々と連続的に画像情報として取り込み、画像情報処理装置において明るさの違う部位を検出するなどして表面欠陥等を検出するようにしている。そしてその際に用いる照明装置（光照射装置）として、代表的には、ハロゲンランプや蛍光灯を利用したものが知られているが、近時では、特許文献１に示すように、速応性や光度安定性、寿命等に優れたＬＥＤを１列に複数並べたものも開発されてきている。

ところがＬＥＤは点光源であり、ライン状の光を得るべく一列に並べたとしても、全体としては不連続な光源となり、照度ムラができるという不具合がある。特にパワーＬＥＤと呼ばれる超高輝度タイプのＬＥＤを用いた場合、放熱の問題も発生することから、ＬＥＤの発光部分間のピッチを大きくせざるを得ず、照度ムラの問題が顕著になる。

そこで、本発明者らは、ＬＥＤ列の左右にリフレクタ部材を設け、照度ムラを効果的に抑えようとしたものを開発中である。

ところが、実際の組み立てにおいて、リフレクタ部材とＬＥＤ列との正確な位置決め、特にＬＥＤの光軸に左右対称に各リフレクタ部材を配置することが容易ではなく、そのずれが顕著なものに関しては照度ムラ等が生じて高品質の光を供給できないという問題が生じている。その原因として第１に挙げられるのが、ケーシングに対するリフレクタ部材及びＬＥＤの取り付け誤差である。現状では、リフレクタ部材及びＬＥＤを搭載した基板をそれぞれケーシングに取り付けるようにしているが、その時の取り付け位置の誤差によって、リフレクタ部材とＬＥＤ列との位置ずれが生じてしまう。また、第２に挙げられるのが、基板に対するＬＥＤの取付位置のばらつきである。なお機械実装を施せば、ＬＥＤだけに関して言えば、ほぼ正確に一列に並ばせることはできるが、基板とＬＥＤ列との相対位置のばらつきを防止するのは難しい。

これらの不具合を解決するために容易に考えられるのは、組立者の熟練や加工精度の向上を図ることであるが、これには限界があり、またその分だけコストや手間がかかってしまう。

特開２００１−２１５１１５公報

そこで本発明は、それら不具合を一挙に解決すべく、組み立てていく過程で、リフレクタ部材と発光ユニットとが押圧密接されて固定されそれらの間の正確な位置決めが自動的に行われるようにしたものであって、だれでもが品質にばらつきなく簡単に組み立てられて、しかも部品点数も抑制できるライン光照射装置を提供することをその所期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、左右一対の側板及び底板を少なくとも有し頂板側に開口部を形成してなるケーシングと、底板上に位置づけられ、長尺基板に複数のＬＥＤを長手方向に沿って列状に搭載してなる発光ユニットと、側板に取り付けられて発光ユニットの左右に配置された一対のリフレクタ部材とを備え、長手方向から見てＬＥＤから射出された光のうち所定角度以上外側に広がる光が前記各リフレクタ部材の内側面に設けた反射面で内向きに反射されるように構成したものであって、前記各リフレクタ部材によって発光ユニットの発光中心から左右に等しい位置に設けた各外向き面を両側から狭圧し、リフレクタ部材の左右対称軸に発光ユニットの発光中心を合致させるように構成した左右狭圧機構と、この左右狭圧機構によって左右方向に位置決めされている発光ユニットをケーシングに固定する固定機構とを備えていることを特徴とする。

このようなものであれば、ケーシング内でのリフレクタ部材及びＬＥＤのがたつきを防止し、かつねじ止めなどの組み立てに負担がかかる取り付け構造を排除することができる。

さらに、縦方向（底板と垂直な方向）について確実にガタを解消するには、リフレクタ部材とケーシングとの対向面間に弾性部を設け、その弾性部の弾性復帰力により、リフレクタ部材が底板方向に付勢され、側板に取り付けたリフレクタ部材の縦方向のガタが解消されるように構成しているものが望ましい。

その具体的な構成としては、リフレクタ部材の頂部に前記弾性部を一体に設け、リフレクタ部材とケーシングとの対向面間に光拡散板等の中間部材を挿入することにより、前記弾性部が変形してリフレクタ部材を底部方向に付勢するようにしているものを挙げることができる。

放熱効率を大幅に向上させるとともに、発光ユニットに無理な力が作用することなくがたつきを抑えられるようにするには、底板と発光ユニットの間に粘弾性を有する熱伝導部材を介在させているものが好ましい。熱伝導部材がクッションの役割を果たすとともに、発光ユニットの基板裏面に抵抗等の部品があっても、熱伝導部材はそれを包み込むように変形して密着するからである。

上記に加えて放熱の効率を向上させるためには、前記基板の各ＬＥＤに対応する部位に貫通孔を設け、その貫通孔に第２の熱伝導部材を嵌入して、その第２の熱伝導部材が、ＬＥＤの裏面と前記熱伝導部材とに接触するようにしていることが望ましい。さらに、前記ケーシングと前記熱伝導部材との接触面が凹凸面となるようにしていることが望ましい。

種々の長さに柔軟に対応でき、しかも製造の標準化を図れるようにするには、発光ユニットの長さとリフレクタ部材の長さとを異ならせ、１又は直列させた複数の発光ユニットに対し、発光ユニット数とは数の異なる複数の直列させたリフレクタ部材が対応するように構成しているものが好適である。

リフレクタ形状の具体例としては、例えば、列方向からみた場合に、リフレクタの表面が光照射方向に向かって拡がる放物線を形成し、ＬＥＤから出た光を反射して略平行にするように構成しているものなどを挙げることができる。

照度ムラを無くしさらに照射される光を均一化するための実施の態様としては、例えば、前記リフレクタが、そのリフレクタの光照射方向側の先端部に、前記ＬＥＤからの光を拡散する拡散面を有するものなどが考えられる。

照度ムラのより少ない光を得るためには、前記ＬＥＤ列の光照射方向側に配置され、ＬＥＤからでた光を少なくとも列方向に平均化しつつ透過させる光拡散板をさらに備えているものが好ましい。この光拡散板の具体例としては、例えば、列方向と垂直な筋目を有するレンチキュラレンズやプリズムシートなどを挙げることができる。もちろん、拡散に方向性のない通常の拡散板を用いてもよいし、レンチキュラレンズ等の拡散方向性のあるものと重ねて使用してもよい。

また、ＬＥＤ及びケーシング等の温度上昇を防ぐためには、前記ケーシングに、
冷却用流体を流通させるための流通経路を設けていることが望ましい。

前記ケーシングが、光照射方向に開口するように側板と底板とから構成され、その底板にＬＥＤを保持するようにしたものである場合には、底板が最も温度が高くなるので、前記流通経路を、前記底板の内部に設けていることが好適である。

ＬＥＤの冷却を均一的に行うため、さらには配管上の利便を図るためには、前記流通経路が、列方向に延びる経路であり、少なくとも１回往復していることが挙げられる。

このような構成の本発明によれば、リフレクタ部材と、発光ユニットのＬＥＤとの正確な位置決めがなされるため、従来のように位置決めが不正確なことによる光質の劣化を防止できるうえ、ねじ止め等によらず、部材同士の押圧だけでリフレクタ部材と発光ユニットとの固定が行われるため、組み立てが極めて簡単で部品点数も可及的に削減でき、さらには、リフレクタ部材や発光ユニットのがたつきも防止することが可能になる。

本発明の一実施形態における光照射装置を示す全体斜視図。 同実施形態における光照射装置の内部を示す組み立て途中図。 同実施形態における光照射装置の横断面図。 図３における要部拡大図。 同実施形態におけるリフレクタ部材を示す斜視図。 同実施形態における光照射装置の組み立て途中図及びその部分拡大図。 同実施形態における光照射装置の流通経路を示す底面図。 本発明における発光中心を説明する説明図。

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、例えば検査物（ワーク）の所定照射領域にライン状の光を照射するもので、撮像装置（図示しない）で前記所定照射領域を撮影し、得られた画像データを、画像処理装置（図示しない）で取り込んで傷等の有無の自動表面検査を行う製品検査システム等に用いられる。

具体的にこのライン光照射装置１は、図１〜図５に示すように、ケーシング２と、長尺配線基板３１に複数のＬＥＤ３２を１列に搭載してなる発光ユニット３と、ケーシング２の側板２１に支持されて発光ユニット３の左右に配置した一対のリフレクタ部材４とを備えている。なお、以下の説明で、ＬＥＤ３２の並ぶ列方向を長手方向ともいい、その長手方向に直交しかつケーシング２の側板２１と直交する方向を左右方向、前記長手方向に直交しかつケーシング２の底板２２と直交する方向を縦方向と便宜上言うこととする。

以下に各部を詳述する。

ケーシング２は、図１〜図３に示すように、長尺金属製の直方体形状をなすもので、左右一対の側板２１及び頂板２４、底板２２、エンドプレート２３を備えている。

側板２１及び頂板２４は、例えば押し出し（引き抜き）成型した一体のものである。側板２１の外側面には長手方向に延びる複数の溝が設けてあってその間に形成された突条が放熱フィンＦとしての役割を果たすようにしてある。また側板２１の頂部からは内向きに頂板２４が一体に延出し、それら左右の頂板２４間に、ライン光を射出するための帯状の開口部Ｍが形成されている。底板２２は、側板２１と同じく押し出し（引き抜き）成型した厚肉平板状のもので、互いに内面を対向させて離間配置した前記側板２１の底面にねじ止め等により密着させてある。この底板２２には、冷却用流体を流通させるための長手方向に延びる流通経路Ｒを設けている。その流通経路Ｒは、図７に示すように、少なくとも１回往復して入口と出口が同じエンドプレート２３に開口するように構成している。なお、この流通経路Ｒを使用する場合は、底板２２の底にさらに蓋部材２５（図３に想像線で示す。他の図ではこの蓋部材２５は取り付けられていない。）を取り付ける必要がある。エンドプレート２３は、側板２１の各端面に取り付けられる矩形板状のものである。

発光ユニット３は、図２〜図４に示すように、帯状のプリント配線基板３１の表面に、複数のＬＥＤ３２を、光軸を一定方向に揃えて略直線状に１列に機械実装したものである。ＬＥＤ３２は、連続して２００ｍＡ以上の電流を流すことが可能ないわゆるパワーＬＥＤと称されるもので、この実施形態では薄い矩形板状をなすパッケージ３２１の中央にＬＥＤ素子３２２を配設した表面実装型のものである。かかるＬＥＤ３２は、例えば、前記ＬＥＤ素子３２２が所定の間隔で略直線１列に並ぶように配置される。

リフレクタ部材４は、図２〜図５に示すように長尺板状をなす部材本体４１と、部材本体４１の底面外側から一体に突出させた複数の突起４２（この例では各端部に１つずつ、計２箇所）からなるもので、ケーシング側板２１の内側面に、凹凸係合部を介して取り付けられる。この凹凸係合部は、若干のガタを有してスライド係合可能な長手方向に延びる凹溝５１及び突条５２であり、リフレクタ部材４と側板２１とを長手方向にスライドさせて前記凹溝５１及び突条５２を係合させることにより、当該リフレクタ部材４を側板２１に取り付けられるように構成している。

部材本体４１の内側面４ａは傾斜させてあり、各リフレクタ部材４をそれぞれ側板２１に取り付けた状態では、各内側面４ａ間の距離が、開口部Ｍに向かって徐々に大きくなるように構成している。また、この内側面４ａの略全域は、ＬＥＤ３２からの光を反射する反射面として機能するように蒸着面加工により鏡面にしている。なお、内側面４ａの開口側先端部分は、微少な凹凸を形成したり、あるいは白色塗装したりして一部拡散面にしてもよい。また、内側面４ａの傾斜は、長手方向から見て開口部に向かって拡がる放物線とし、ＬＥＤ３２から出た光を反射して光軸と略平行にするように構成しているが、直線状にしても構わない。

リフレクタ部材４としては、金属や樹脂を用いることができる。また、この実施形態では１つの側板２１に複数のリフレクタ部材４を直列保持させているが、１つの側板に１つのリフレクタ部材４にしても構わない。

しかしてこの実施形態では、図３、図４に特に示すように、左右方向については、前記各リフレクタ部材４によって、ＬＥＤパッケージ３２１の左右両側面３２ａ、３２ｂを両側から直接的又は間接的に狭圧するように構成した左右狭圧機構を設けるとともに、縦方向については、前記左右狭圧機構により左右方向に位置決めされている発光ユニット３をケーシング２に固定する固定機構とを設けている。

まず左右狭圧機構について詳述する。この実施形態では、リフレクタ部材４に設けた複数の突起４２の内面によって、対応する部位にあるＬＥＤパッケージ３２１の左右側面３２ａ、３２ｂを挟み込むようにしている。自然状態では左右の突起４２の内面間の幅は、ＬＥＤパッケージ３２１の左右幅寸法よりも若干狭く、これら突起４２でＬＥＤ３２を挟み込むことにより、突起４２が若干弾性変形してＬＥＤ３２を狭圧する（図４の横の矢印が狭圧方向を示す）。一方、その反力でリフレクタ部材４は左右方向外側に付勢され、ケーシング側板２１にガタなく押しつけられることになる。

次に固定機構について詳述する。この実施形態では、ケーシング側板２１の底部内側面から一体に鍔部２６を内方に突出させ、ケーシング底板２２をケーシング側板２１に締結することによって、前記鍔部２６における底板２２側を向く面と底板２２との間で前記発光ユニット２の基板３１における左右両側部が挟み込まれて固定されるように構成している（図４の縦の矢印は鍔部２６による付勢方向を示す）。なお、発光ユニット３の裏面とケーシング底板２２の内面との間には熱伝導部材９が介在させてある。この熱伝導部材９は、配線基板３１と略同じ幅を有する帯状の平板でシリコーン等の所定の粘弾性及び絶縁性を有する素材で形成してある。そして、側板２１と底板２２とが締結されることにより、熱伝導部材９は、配線基板３１の裏側に配した抵抗等の部品を凹むように変形し、配線基板３１に理想的に面接触してＬＥＤ３２から底板２２への熱伝導効率を高める役割を果たす。

本実施形態では、さらにリフレクタ部材４の頂面から、縦方向に弾性変形可能な弾性部である三角状の複数の突出体７（この例では各端部に１つずつ、計２箇所）を突出させている。

リフレクタ部材４をケーシング側板２１に取り付けた状態では、リフレクタ部
材４とケーシング頂板２４間に隙間が形成されるようにしてあり、その隙間に、一定厚みの帯状拡散板８を長手方向に沿ってスライド挿入することにより、前記頂板２４から拡散板８を介して突出体７に没入方向の力が作用し、その突出体７の弾性復帰力によりリフレクタ部材４が底板２２に向かって付勢されるようにしてある。そしてこのことにより、前記凹凸係合によるリフレクタ部材４の縦方向のガタが解消されリフレクタ部材４の縦方向の位置決めが行なわれる。

次に簡単にこのライン光照射装置１の組み立て方法の一例について説明する。

まず、側板２１の長手方向一方側端部にエンドプレート２３を取り付ける。

次に、側板２１の長手方向他方側端部からリフレクタ部材４をスライド挿入し、側板２１に係合保持させる（この状態が図２である）。

次に底方向から発光ユニット３を、ＬＥＤパッケージ３２１が左右の突起４２に挟み込まれるように、嵌め入れる。発光ユニット３の裏面には、長さが揃うように１乃至複数枚の熱伝導部材９を貼り付けておく。

次に底板２２を取り付ける。

次に拡散板８を側板２１の長手方向他方側端部からスライド挿入し、この拡散板８で開口を閉塞する（この途中状態が図６である）。

最後に、側板２１の長手方向他方側端部にエンドプレート２３を取着する。

なお、この組み立て方法はあくまで一例であり、他の手順も考えられる。例えば底板２２の取り付けと拡散板８の挿入とは手順が逆でも構わない。また、側板２１にリフレクタ部材４を挿入した後、エンドプレート２３を側板２１の長手方向一方側端部に取り付けてもよい。

このように、本実施形態によれば、発光ユニット３がケーシング２に対して自在に動ける状態で、その発光ユニット３に搭載されたＬＥＤ３２に対し、リフレクタ部材４が左右からこれを挟み込んで狭圧するのでリフレクタ部材４に対するＬＥＤ３２の左右方向の位置決めを、だれでもが無理なく正確に行うことができ、ひいては製品毎の光の品質を高度に保つことができる。

またＬＥＤ３２への狭圧力等の反力で、リフレクタ部材４や発光ユニット３がケーシング２に押しつけられるので、これらリフレクタ部材４や発光ユニット３のケーシング２内でのがたつきをも防止できる。

さらに、ねじ止めなどの組み立てに負担がかかり部品点数も増える取り付け構造も可及的に排除されているので、手間やコストの大幅な削減も図れる。

特にこの実施形態では、固定機構により、発光ユニット３が熱伝導部材９を介してケーシング底板２２に押圧されているので、ＬＥＤ３２から発する熱を効率よくケーシング２に伝えて放熱できる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない（以下の説明中、必要に応じて前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付している）。

固定機構について、リフレクタ部材４と底板２２との間で発光ユニット３を挟み込んで固定するようにしたものでもよい。

具体的には、例えば、部材本体４１の底面や、突起４２に設けた段部など、リフレクタ部材４におけるケーシング底板２２を向く面を設けることによって、発光ユニット３を押圧するようにすればよい。この場合、縦方向について前記実施形態同様、リフレクタ部材４とケーシング２との間に突出体７を介在させておけばよい。その突出体７の弾性復帰力により、リフレクタ部材４が底板２２方向に付勢され、側板２１に取り付けたリフレクタ部材４の縦方向のガタを解消できるとともに、発光ユニット３に無理な力を作用させることなく好適に押圧固定できるからである。

また例えば、縦方向について、拡散板８を介在させずとも、ケーシング頂板２４と弾性部である突出体７とを直接接触させるようにしてもよい。弾性部は、ケーシング側に設けてもよい、要は、縦方向について、リフレクタ部材底面とケーシング底板との間など、リフレクタ部材とケーシングとの対向する面間に、弾性部を介在させればよい。

逆に左右方向には、左右の突起４２とＬＥＤパッケージ３２１の左右各側面３２ａ、３２ｂとの間に、同一の左右幅寸法を有するスペーサを介在させるようにしてもよい。

また、突起４２を設けずに、リフレクタ部材４の内側面４ａで直接狭圧してもよい。さらに発光ユニット３において、挟み込まれる左右外向き面は、ＬＥＤパッケージ３２１の左右側面３２ａ、３２ｂに限られず、その発光中心から左右均等な位置でさえあればよく、配線基板３１に別途ピンをたてるなどして形成しても構わない。

ここで発光中心とは、基本的には、ＬＥＤが１列など奇数列の場合は中心列のＬＥＤの発光部位を結ぶ直線である。また機械実装であっても、厳密には、一直線状のＬＥＤ列を作ることは困難であり、ＬＥＤが若干直線からずれて配置されている場合は、左右方向における各ＬＥＤの発光部位のばらつきの平均位置を示す直線が好ましい。実際には、例えば図８に示すように、左右方向に最も外れた各ＬＥＤの外向き面間の中心に設定することもある。またＬＥＤが偶数列の場合は、左右ＬＥＤの対称中心線か、又は左右方向における各ＬＥＤの発光部位の平均中心位置を示す直線である。これについても、発光中心を、左右方向に最も外れた各ＬＥＤの外向き面間の中心に設定することもある。

加えて言えば、リフレクタ部材により、ＬＥＤに斜め内向き、すなわち縦方向と左右方向とを合成した方向の力が作用するようにしてもよい。この場合はリフレクタ部材にＬＥＤの左右隅部を斜め内向きに押圧する傾斜面を設けておけばよい。

その他、放熱の方式や、ケーシング形状など種々変更が可能であるし、ＬＥＤは１列に限らず、２列や３列でも構わない。ＬＥＤが複数列の場合は最も外側のＬＥＤの外側面を狭圧するようにすればよい。

また、熱伝導部材は必ずしも必要なく、使用態様によっては省略可能である。ＬＥＤもパワーＬＥＤやチップタイプのものに限られず、通常の電流で動作するものや砲弾型のタイプでも構わない。さらにケーシングに１つの発光ユニットを内蔵させるのではなく、発光ユニットを複数直列または並列させてもよい。その場合、リフレクタ部材は、発光ユニットに１対１に対応させてもよいし、発光ユニットよりも長いものや、短いものを用いてよく、全体としての長ささえ一致するようにすればよい。このようにすれば、少ない種類の発光ユニットやリフレクタ部材を用いて種々の長さのライン光照射装置を製造することもできる。

以上に詳述したように、本発明によれば、ＬＥＤとリフレクタ部材の正確な位置決めを簡単に行えるとともに、それらのがたつきを防止でき、さらには少ない部品点数で構成可能なライン光照射装置を提供することができる。

１・・・光照射装置
２・・・ケーシング
２１・・・側板
２２・・・底板
２６・・・鍔部
３・・・発光ユニット
３１・・・基板
３２・・・ＬＥＤ
３２ａ、３２ｂ・・・外向き面（ＬＥＤの左右側面）
４・・・リフレクタ部材
４ａ・・・内側面
４１・・・部材本体
４２・・・突起
７・・・弾性部（突出体）
８・・・光拡散板（中間部材）

Claims (4)

1. 左右一対の側板及び底板を少なくとも有し頂板側に開口部を形成してなるケーシングと、底板上に位置づけられ、長尺基板に複数のＬＥＤを長手方向に沿って列状に搭載してなる発光ユニットと、側板に取り付けられて発光ユニットの左右に配置された一対のリフレクタ部材とを備え、長手方向から見てＬＥＤから射出された光のうち所定角度以上外側に広がる光が前記各リフレクタ部材の内側面に設けた反射面で内向きに反射されるように構成したものであって、
   前記各リフレクタ部材によって発光ユニットの各外向き面を両側から狭圧するように構成し、
   リフレクタ部材が、凹凸係合部を介して、側板に若干のガタを有して取り付けられたものであって、リフレクタ部材が発光ユニットを左右から狭圧する反力で、当該リフレクタ部材が側板に押しつけられ、側板との間の左右方向のがたが解消されるように構成しているライン光照射装置。
2. リフレクタ部材とケーシングとの対向面間に弾性部を設け、その弾性部の弾性復帰力により、リフレクタ部材が底板方向に付勢され、側板に取り付けたリフレクタ部材の縦方向のガタが解消されるように構成している請求項１記載のライン光照射装置。
3. リフレクタ部材の頂部に前記弾性部を一体に設け、リフレクタ部材とケーシングとの対向面間に光拡散板等の中間部材を挿入することにより、前記弾性部が変形してリフレクタ部材を底部方向に付勢するようにしている請求項２記載のライン光照射装置。
4. 底板と発光ユニットの間に粘弾性を有する熱伝導部材を介在させている請求項１乃至３いずれか記載のライン光照射装置。