JP4631408B2 - 検査用光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、受光素子の検査用光源装置に関し、詳しくは、検査用光源の寿命の改善と小型軽量化および色、光量の高速切替のための改良に関するものである。

従来、受光素子の検査では所定の光源を用いて検査対象である受光素子に既知の色や光量の光を照射し、受光素子から出力された電気信号をモニタするという構成が用いられている。

従来、このような受光素子の検査に用いられる検査用光源装置には次のようなものがある。
図６は、従来のハロゲンランプを用いた検査用光源装置の一例を示す構成図である。
図６において、ハロゲンランプ３１は、電流が一定になるように制御され所定量の発散光を出射する。レンズＡ３２は、ハロゲンランプ３１から出射された光束をほぼ平行光にし、絞り３３はレンズＡ３２の光束を制限して光量の調整を行う。照度均一化素子４２は、絞り３３を通過して入射した光の照度分布を均一にして出射し、レンズＢ４０は、照度均一化素子４２の出射光を所定の照射面積になるように集光して被検査撮像素子４１に照射する。

このような構成において、絞り３３と照度均一化素子４２の間の光路上には、ＮＤフィルタＡ３５とカラーフィルタ３７が配置され、照度均一化素子４２とレンズＢ４０の間の光路上にはＮＤフィルタＢ３９が配置される。ＮＤフィルタＡ３５は、円盤上に回転対称に透過率の異なるＮＤ（ニュートラルデンシティ）フィルタが取り付けられていて、モータＡ３４により円盤を回転させて透過率を変化させる。カラーフィルタ３７は、円盤上に回転対称に透過する色の異なるフィルタ取り付けられていて、モータＢ３６により、円盤を回転させて透過する光源色を変化させる。ＮＤフィルタＢ３９の構造は、ＮＤフィルタＡ３５と同一であり、モータＣ３８により円盤を回転させて透過率を変化させる。

この他に、発光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）ランプを用いた撮像素子検査装置がある（例えば特許文献１参照。）。

特開平２−９０６４５号公報

図７は従来のＬＥＤランプを用いた検査用光源装置の一例を示す構成図である。
図７において、ＬＥＤランプＲ４３、ＬＥＤランプＧ４４、ＬＥＤランプＢ４５は、ほぼ光量が等しいものが、それぞれ同一個数、平面上に対称に配置される。透過拡散板４６は、擦りガラスまたは乳白色のアクリルなどからできていて、ＬＥＤランプの光軸上に配置される。各ＬＥＤランプの光束は、この透過拡散板４６に入射し、被検査撮像素子４１に照射される。これにより、被検査撮像素子４１対して、透過拡散板４６が拡散光源に相当することとなる。

しかしながら、従来のハロゲンランプを用いた検査用光源装置では、以下のような問題点がある。
ハロゲンランプは駆動電流を変化させると光束と同時に色温度が変化する。したがって光量だけの変更にはフィルタを使わなければならない。図６の検査用光源装置では、ＮＤフィルタＡ３５とＮＤフィルタＢ３９をそれぞれモータＡ３４とモータＣ３８を用いて回転させて光量を変化させるが、機械的な動作のため切替時間は、１００ｍｓｅｃ程度が限界である。色温度の切替の場合も同じような時間が必要である。検査の高速化が要求される用途ではこの切替時間は許容されない時間である。

また、ハロゲンランプ１の寿命（ランプが点灯しなくなるまでの時間）は、２０００時間程度あるが、通常はそこまで達する前に光束が低下したり、色温度が変化してしまうため２週間から１ヶ月程度でランプ交換を行うのが現状である。交換に要する時間は、検査装置が停止してしまい検査作業が止まる。

さらに、被検査撮像素子４１に照射される光量の確認のために、定期的に被検査撮像素子の位置に照度計を置いて照度を確認する必要がある。

次に従来のＬＥＤランプを用いた検査用光源装置では、以下のような問題点がある。
Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）３色のＬＥＤからの光束を透過拡散板を用いて空間的に合成し擬似白色光にした簡易的な光源である。したがって分光分布は図８に示すようにそれぞれ局所的（Ｒ，Ｇ，Ｂの波長域）にしか存在しないことになる。このため分光分布が抜けている波長部分で起きる被検査撮像素子の不具合を検出できない。

図８は、従来のＬＥＤランプを用いた光源装置の発光分光分布を示す説明図である。
図８において、横軸は波長、縦軸は相対分光放射輝度を示している。分光分布のピークが波長４２０ｎｍ付近にあるＬＥＤランプＢ、波長５４０ｎｍ付近にあるＬＥＤランプＧ、波長６５０ｎｍ付近にあるＬＥＤランプＲが局所的に存在している様子を示したものである。

また、図７において透過拡散板４６を用いて光束を空間的に合成しているが、照度分布や色ムラを少なくするためには透過拡散板４６と各ＬＥＤランプの距離や透過拡散板４６と被検査撮像素子４１の距離を十分にとる必要がある。しかし、そうすると光量が低下しすぎるため、実用上は、照度分布をある程度犠牲にしなければならないし、大型化も許容しなければならない。

さらに、照度分布を対称にするためにＬＥＤランプＲ，ＬＥＤランプＧ，ＬＥＤランプＢをそれぞれ同一個数、対称に配置する必要があり、それぞれの光度も同一程度のものを選定する必要がある。

加えて、被検査撮像素子に照射される光量を確認するために、定期的に被検査撮像素子の位置に照度計を置いて、照度を確認する必要がある。

本発明は、このような従来の検査用光源装置が有していた問題を解決しようとするものであり、分光分布に抜けがなく、均一な照度分分布を有し、高速に光量や色の切替が可能で、メンテナンスの不要な長寿命であって、小型化した検査用光源装置を実現することを目的とする。

本発明は次の通りの構成になった検査用光源装置である。

（１）被検査受光素子に所定の光を照射する検査用光源装置において、
発光部からの出射光を同一照度分布とすると共に対象とする照射範囲を分割して照射し、横一列に並んで照射エリアを形成する複数の光学系を有し、
前記発光部は、発光の分光分布が異なる複数の発光素子から構成され、
前記発光素子は、分光輝度分布が重なり合って可視光の全波長範囲で連続した光を発生する発光ダイオードであり、
前記光学系は、ガラス四角柱または内面に全反射を持つミラーを組み合わせた空洞の四角柱であって、この一方の底面に前記発光部の光束が入射するように構成されるとともに、前記四角柱の高さが、前記四角柱の底面の長方形の辺の長さ及び前記発光素子から放射される光が前記光学系の内部に入って広がる発散角により決定され、
前記複数の光学系を固定する固定手段と、
前記複数の光学系の間および前記複数の光学系と前記固定手段の間に、空間を生成する空間生成手段を備え、
前記複数の光学系は、出射端で前記空間が無くなるように固定されることを特徴とする検査用光源装置。
（２）被検査受光素子に所定の光を照射する検査用光源装置において、
発光部からの出射光を同一照度分布とすると共に対象とする照射範囲を分割して照射し、横一列に並んで照射エリアを形成する複数の光学系を有し、
前記発光部は、発光の分光分布が異なる複数の発光素子から構成され、
前記発光素子は、分光輝度分布が重なり合って可視光の全波長範囲で連続した光を発生する発光ダイオードであり、
前記光学系は、ガラス四角柱または内面に全反射を持つミラーを組み合わせた空洞の四角柱であって、この一方の底面に前記発光部の光束が入射するように構成されるとともに、前記四角柱の高さが、前記四角柱の底面の長方形の辺の長さ及び前記発光素子から放射される光が前記光学系の内部に入って広がる発散角により決定され、
前記複数の光学系を固定する固定手段と、
前記複数の光学系の間および前記複数の光学系と前記固定手段の間に、空間を生成する空間生成手段を備え、
前記空間生成手段は、ワイヤであることを特徴とする検査用光源装置。

（３）前記光学系は、前記発光素子から放射される光が前記光学系の内部に入って広がる発散角をθとし、前記四角柱の底面の長方形の辺の長さをそれぞれｃ、ｄ、四角柱の高さをＬとした場合、次の式に示す条件を満たすように四角柱Ｌの長さが設定されることを特徴とする（１）または（２）に記載の検査用光源装置。

（４）前記ガラス柱の側面に金属を付着したことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の検査用光源装置。

（５）複数の前記ガラス柱を互いに側面で接着させたことを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の検査用光源装置。

（６）複数の前記空洞の柱を互いに側面で接着させたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の検査用光源装置。

（７）前記ガラス柱は前記一方の底面に前記発光部を具備することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の検査用光源装置。

（８）前記空洞の柱は前記一方の底面に前記発光部を具備することを特徴とする（１）、（２）または（６）に記載の検査用光源装置。

（９）前記光学系に支持部を設け、この支持部を前記固定手段と嵌合させて固定することを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかに記載の検査用光源装置。

（１０）前記複数の光学系と前記固定手段の間に空間を生成する空間生成手段は、前記固定手段に設けられた突起部であって、この突起部により前記光学系に加重をかけて前記複数の光学系を固定することを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載の検査用光源装置。

本発明によれば、以下のような効果がある。

請求項１に記載の発明によれば、ガラス柱や内面に全反射を持つミラーを組み合わせた空洞の柱などの照度均一化素子を並べて照射エリアを形成すると、単一のガラス角柱などからなる照度均一化素子で実現する場合よりもガラス柱の全長は短くなる。
従って、一度に検査できる被検査受光素子の数を増やすために、照射面積を大きくしたとしても、照度均一化素子の全長を短く抑えることができるため、照度均一化素子の価格を安くし、検査用光源装置全体の大きさや重さを低下させることが可能となる。
また、請求項１に記載の発明によれば、発光素部が発光の分光分布が異なる複数の発光素子から構成されることにより、分光分布に抜けがなく、均一な照度分分布を有し、高速に光量や色の切替が可能となる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、発光素子としてＬＥＤランプを用いることにより、メンテナンスの不要な長寿命を実現することができる。
また、請求項１に記載の発明によれば、ガラス柱などの照度均一化素子のそれぞれの間および照度均一化素子と固定部材の間には接触面積を最小限にして空間が作られ、照度均一化素子と空気との境界での全反射（反射率１００％）を利用することができる。
請求項１に記載の発明によれば、各照度均一化素子間および照度均一化素子と固定部材の間には接触面積を最小限にして空間が作られ、照度均一化素子と空気との境界での全反射（反射率１００％）を利用することができる。また、照度均一化素子の先端を密着させることにより、一つに集合した均一な照度の光を出射することができる。
請求項２に記載の発明によれば、各照度均一化素子間および照度均一化素子と固定部材の間にワイヤを挟むことにより、接触面積を最小限にして容易に空間が作られる。
請求項３に記載の発明によれば、５ｍｍ角の横一列に並んだ８個の受光素子を一度に検査する前述の例の場合、断面が正方形のガラス柱を５本並べて照射エリアを形成すると仮定すると正方形の底面の一辺はｃ＝ｄ＝８ｍｍであり、ロッド（角柱）の長さＬ≧（８×１．４１４／ｔａｎ(２０)×３）＝９３．２４ｍｍとなる。すなわち、単一のガラス角柱からなる照度均一化素子で実現する場合はロッドの長さＬは４６６ｍｍであったから、１／５で済むことになり、これにより、照度均一化素子の価格を安くし、検査用光源装置全体の大きさや重さを低下させることが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、ガラス柱の側面に例えばアルミニウムなど金属の蒸着を施すことにより、側面から光が漏れないようになる。

請求項５および請求項６に記載の発明によれば、照度均一化素子を互いに側面で接着させたことにより、並んで配置された複数の被検査対象のような広範囲に対して照射光を当てられるため、一度に多くの被検査対象を検査できる。
また、このように照射面積を拡大させたい場合でも照度均一化素子の全長を伸ばさずに実現できる。

請求項７および請求項８に記載の発明によれば、照度均一化素子の一方の底面に発光部を具備することにより、それぞれの照度均一化素子に多くの光束を入射させることができる。

請求項９に記載の発明によれば、各照度均一化素子に支持部を設け、この支持部を固定手段と嵌合させて固定することにより、位置決め精度を向上させるとともに強固な固定を実現する。

請求項１０に記載の発明によれば、突起部により光学系と固定手段の間に空間を生成し、この突起部により光学系に加重をかけて固定することにより、ワイヤの取り付け工数が削減できる。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の検査用光源装置の一実施例を示す構成図である。
図１において、ＬＥＤランプ群１は、異なる発光分光分布を持つ異なった種類のＬＥＤランプを同一平面上に複数配置したものである。ＬＥＤランプは、図２に示すように、分光分布の組み合わせにより可視光の波長範囲を隙間無く埋めるような発光波長のものが選択される。

図２は、本発明におけるＬＥＤランプの発光分光分布を示す説明図である。
図２において、横軸は波長、縦軸は相対分光放射輝度を示している。図２では本発明において使用されるＬＥＤランプの組み合わせの一例として、分光放射輝度のピーク波長が約４０ｎｍ置きになるような９種類のＬＥＤランプの発光分光分布を示している。これらのＬＥＤランプの分光輝度分布が重なり合って可視光の全波長範囲で連続した光を発生することになる。

図１に戻り、ＬＥＤランプ群１は、全部のＬＥＤが点灯したときの分光放射輝度のバランスがとれるように低輝度のＬＥＤランプは多数配置され、高輝度のＬＥＤランプは少数配置される。そして、空間的なＬＥＤランプの発光輝度分布が最大になる方向（光軸）が平行になるようにそろえられる。

レンズＡ２は、ＬＥＤランプ群１の光軸上に配置され、ＬＥＤランプが発光した時の光束を集光し、照度均一化素子３に入射させる。
照度均一化素子３は、例えば全面を研磨したガラスの円柱や角柱のようないわゆるライトパイプなどである。照度均一化素子３に入った光束は、柱の側面で反射を繰り返し、出射面では光束の分布が空間的に均一になる。
レンズＢ４は、照度均一化素子３から出射された光束を、必要とする広がり角を持つ光束にして、被検査撮像素子９に照射する。被検査撮像素子９は例えばＣＣＤ（電化結合素子）などの固体撮像素子である。これにより被検査撮像素子に所定の光量や相関色温度などの光信号が照射されることになる。

このような構成において、レンズＢ４と被検査撮像素子９の間にはビームスプリッタ５を配置する。ビームスプリッタ５は、例えば研磨したガラス板にハーフミラー膜を付着させたもので、一定の光量を通過させて残りの光量を反射する。これにより、レンズＢ４の出射光の一定の光量を所定の方向に反射させる。これが光束分割手段である。

レンズＣ６は、ビームスプリッタ５が反射した光を集光し、光量検出素子７に入射する。光量検出素子７は、入射された光量に応じた電気信号を出力するもので例えばフォトダイオードである。これが光量検出手段である。
調節手段８は、光量検出素子７の出力信号が入力されると共に、ＬＥＤランプ群１の各ＬＥＤランプを発光させるため、ＬＥＤランプの種類に対応したチャネル数の駆動電流を出力する。以上のビームスプリッタ５、レンズＣ６、光量検出素子７、調節手段８が制御手段に相当する。

調節手段８は、例えば、図示しないプロセッサ，ドライバ，メモリなどから構成される。メモリには、同じ種類のＬＥＤランプを一まとめとして、種類ごとに駆動電流値と被検査撮像素子９への照射光量の関係式を予め求めて記憶しておく。プロセッサは光量検出素子７が検出した光量とメモリの関係式により各種類のＬＥＤランプの照射光量が一定になるように駆動電流値を計算する。ドライバはこれらの電流値の電流を出力する。これらの電流で各種類のＬＥＤランプが発光することにより、各波長成分が均一な白色光を出力することができる。

上述の関係式は、次のようにして求められる。被検査対象の位置にフォトダイオードなどの光センサを設置して照射光量を実測し、このときの駆動電流を求める。これをＬＥＤランプの動作基準点とし、既知の傾きを持った照射光量の変化量と駆動電流の変化量との関係により決定される。

光量を変化させる場合には、各種類のＬＥＤランプの照射光量比率が一定になり、絶対値が一定量変化するように各駆動電流を変更すればよい。こうすることにより、分光分布を変えずに光量のみを変えることができる。

照射光の相関色温度は、分光的な放射輝度分布の違いとみなせる。相関色温度を変更するには、各種類のＬＥＤランプの駆動電流を変えて放射光量のバランスを変えればよい。前述のように、照射光量と電流の関係は既知であるため、電流量を調整することにより、相関色温度も変更できる。

ＬＥＤランプは、駆動電流の変化に対して光量は瞬時（ｍｓｅｃ以下）に変わるため、モータ制御によりフィルタが取り付けられた円盤を回して光量をかえる方式に比べて切替時間はほとんど無視できる。

異なった分光分布を持つ各種類のＬＥＤランプの出射光量の測定は、同じ分光分布をもつ同種類のＬＥＤランプのみを点灯させて、その時の光量検出素子７の出力信号を測定する。この作業をＬＥＤランプの全ての種類に対して行えばよい。これにより、光量の経時変化にも対応できる。撮像素子の検査時には検査済みの撮像素子を次に検査するものと入れ替えるインデックスタイムが必ず必要なので、その間で経時変化の補正を行えば自動化も可能である。

以上により、ＬＥＤランプの寿命はハロゲンランプの１００倍以上、理論的には１０年程度あるので実質的にランプ交換は不要となり、光量、色温度の切替時間がフィルタ切替のものに対して１／１０００以下になった。

また、可視光領域で分光輝度分布に抜けがないため、特定の波長に起きる欠陥を見落とすことがなく、異なる分光分布をもつＬＥＤランプの個数や放射輝度が同一でない場合でも、被検査撮像素子面で均一な照度分布を得ることができる。

さらに、インデックスタイムに各ＬＥＤの光量をモニタし、光量に変化があった場合には、すぐにフィードバックすることが可能であるし、ランプ切れの検出もできる。

実施例では、照度均一化素子を透過した後の光束を直接、被検査撮像素子に入射しているが、例えば照度均一化素子の後段などの光学系の途中にバンドルファイバなどのライトガイドを挿入することによって、光束を必要な部分に導くことができる。特に、被検査撮像素子の周辺にスペースが無く光源装置全体を設置できない場合に有効である。

また、光量検出素子への光束の分割は平行ガラス板のビームスプリッタを用いているが、バンドルファイバの一部のファイバを分離し、その先に光量検出素子を設置してもよい。
さらに、被検査撮像素子が１個について説明しているが、検査時間を短縮するために、照射エリアを広げて、複数個の撮像素子を一度に検査することも可能である。

加えて、ほぼ平行光で被検査撮像素子に光を当てる例を示したが、照射光は、平行光に限るものではなく拡散光や収束光でもよい。
また、撮像素子の検査用光源装置という例を示したが、光量や色温度を自由に変更できる特性を生かして、一般的な画像処理用の光源に適用することもできる。

本発明を用いて被検査撮像素子上にパターンを投影して検査する場合には、図１の照度均一化素子３の出射面付近にパターンが描かれたマスクを設置すればよい。

本発明をレンズが一体化された撮像素子の検査に用いる場合には、図１の被検査撮像素子９の部分に透過拡散板を設置し、その拡散板を透過した光を拡散光源として検査することもできる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。例えば以下の通りである。

上述した実施例（図１）の検査用光源装置では、多数の異なる角度で異なる位置に入射する発光素子のからの光束を照射部で均一にしなければならないため、照度均一化素子３が必要である。照度均一化素子としてはガラスの四角柱などが考えられる。

この場合、ガラス四角柱の一方の底面から入射した光束は四角柱の側面で反射を繰り返し、その結果もう一方の底面では均一な照度分布が得られるのである。この場合、十分な拡散性能を得るためには一般的に側面反射回数を３回以上とする必要がある。

例えば、図３に示すようにガラスの四角柱入射後の広がり角が２０度の光の場合、１／ｔａｎ(２０)×３＝８．２４で入射底面の対角線に対して、８．２４倍の長さを取る必要がある。底面を正方形とすると対角線の長さは１辺の１．４１４倍であるから、底辺の長さの１１．６５倍の長さが必要になる。

一方で、撮像素子などの受光素子の検査用光源では、一度に検査できる受光素子の数を増やしたいため、照射範囲の面積をできるだけ大きく取りたいという要求がある。
以下に記載の発明は、このような問題を解決するものであって、照度均一化素子を大型化することなく、照射範囲を拡大できる光源装置を実現する。

図４は、本発明の他の実施例である。なお、図４では、検査用光源装置における発光素子（ＬＥＤ）と照度均一化素子について図示すると共にその構成について説明する。ＬＥＤの光量の制御に係る構成要素などのその他の構成要素は前出の実施例と同様であるのでここでは図示しない。

図４において、発光部である発光素子群１ａ〜１ｅはそれぞれ複数の発光素子の集まりで、例えば表面実装用ＬＥＤや小型ＬＥＤランプなどの発光素子である。これら発光素子群１ａ〜１ｅは、それぞれが異なる発光分光輝度分布を持つ異なった種類の発光素子を複数種類設置し、前出の実施例同様、ＬＥＤランプの分光輝度分布が重なり合って可視光の全波長範囲で連続した光を発生するようにしても良い。

照度均一化素子３ａ〜３ｅは、例えばガラス四角柱であり、これら照度均一化素子３ａ〜３ｅの一方の底面から多くの光束が入射できるよう配置する。本実施例では、発光素子をガラス四角柱の底面に接着したり、図示しない取り付け部材により直近に設置している。発光素子から放射される光がガラス四角柱３ａ〜３ｅの内部に入って広がる発散角をθとし、ガラス四角柱の底面の長方形の辺の長さをそれぞれｃ，ｄ、四角柱の高さをＬとした場合、次の式に示す条件を満たすように四角柱Ｌの長さを設定する。

なお、ガラス四角柱３ａ〜３ｅの側面にはそれぞれ、アルミニウムなどの蒸着を施し、側面から光が漏れないようにし、それぞれがばらばらにならないように接着などにより接合しておいても良い。

発光素子群１ａから放射された光束はガラス四角柱３ａの一方の底面（図４に示した本実施例では上面）から入射し、側面で多重反射した後、もう一方の底面（図４に示した本実施例では下面）から放射される。この時、下面から放射される光束は照度が均一になっている。

例えば、５ｍｍ角の横一列に並んだ８個の受光素子を一度に検査する前述の例の場合、次のような構成が考えられる。断面が正方形のガラス柱を５本並べて照射エリアを形成すると仮定すると正方形の底面の一辺はｃ＝ｄ＝８ｍｍであり、ロッド（角柱）の長さＬ≧（８×１．４１４／ｔａｎ(２０)×３）＝９３．２４ｍｍとなる。単一のガラス角柱からなる照度均一化素子で実現する場合はロッドの長さＬは４６６ｍｍであったから、１／５で済むことになる。

この場合、異なるガラス柱からの照射光を同一の照射範囲に用いるため、発光素子群１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅの各発光素子群の光量と色を揃えるように光学的な制御を行うことが望ましい。例えば、各ガラス柱からの出射光ごとに前出の図１のようなビームスプリッタ、光量検出素子および調整手段を設け、光量や色のフィードバック制御を行えばよい。

以上説明したように、複数の照度均一化素子の出射光で照射したい対象部分全体を分割して照らすので、各照度均一化素子の照射範囲は狭いままでよく、照度均一化素子の全長を伸ばす必要がない。

つまり、上述したように５ｍｍ角の横一列に並んだ８個の受光素子を一度に検査する場合、ガラスの断面が正方形だとするとＣ＝Ｄ＝８ｍｍであり、ロッドの長さＬ≧(８×１．４１４／ｔａｎ(２０)×３)＝９３．２４ｍｍになる。

従って、単一のガラス角柱からなる照度均一化素子で実現する場合はロッドの長さＬは４６６ｍｍであったから、１／５で済む。
これにより、照度均一化素子の価格を安くし、検査用光源装置全体の大きさや重さを低下させることが可能である。なお、ガラスの体積比は８×８×９３．２４×５／４０×４０×４６６＝１／２５である。

また、本実施例では照度均一化素子をガラス柱としたが、周囲を全反射ミラーで形成した空洞であっても良い。

さらに、本実施例では発光素子からの放射光を直接照度均一化素子に入射させたが、発光素子からの放射光の広がり角を制限するために、光学系を用いても良い。放射光の広がりを制限する光学系としては、レンズと絞りを組み合わせる方法、ＮＡ（開口数）の決まった光ファイバを通す構成などがある。

加えて、図４では照度均一化素子を５本一列に並べた例を示したが、並べる数を制限するものではない。また、列数も１列ではなく、２列以上の複数の列に並べることも可能である。

また、本実施例の場合、照度均一化素子からの放射光は、発光素子の放射光と同じ角度分布を持つ。拡散光を放射する発光素子を用いれば、ガラス柱の断面と同じ面積を持つ拡散光源を形成することになる。さらに別の照射条件が必要な場合には、この光源と被検査物の間にレンズ等の光学素子を設置して、別の照射条件をつくることもできる。

上述の実施例では、複数のガラス柱からの出射光を一つの均一面光源として用いる場合、ガラス柱どうしを密着させる必要がある。完全に密着させると全体が一つの太いガラス柱となってしまい上記の断面積と長さの関係を保てなくなってしまう。
このため、ガラス柱間を分離する為にガラス柱の周囲に金属薄膜を蒸着したロッドを用いた。

しかし、反射率は例えばアルミコートでは８５％程度であるが、３回の反射では（０．８５×３＝０．６１４）６１％になってしまう。ガラスロッドの中心を直接伝播してくる光と側面で反射した光の強度が４０％近く異なると照度分布の均一化が不十分になる。

このような現象を避けるためにはガラスロッドの側面には蒸着を施さないで、ガラスロッドと空気との境界での全反射（反射率１００％）を利用するのが望ましい。しかし、この場合ガラスロッドが接触しないように空間を空ける必要がある。空間を空けるとロット開口端（光の照射端）でロッド間に隙間ができて照度分布の不均一となる。
このような問題を解決するための構成として、以下にガラスロッド間に空間を保持しながら照度分布も均一に保つ構造について説明する。

図５は、本発明の第３の実施例を示した構成図である。
図５には、照度均一化素子の構成について図示し、ＬＥＤおよびＬＥＤの光量の制御に係る構成要素などのその他の構成要素は前出の実施例と同様であるのでここでは図示しない。

図５（ａ）は、６本の照度均一化素子を並べた状態の上面（光の入射面側）を示した平面図である。
照度均一化素子の一例である硝材でできた四角柱のガラスロッド３ｆから３ｋは、固定部材５２で固定される。固定部材５２は、例えば、４枚のアルミなどの金属板から成り、これらの金属板をネジ止めすることにより四角形の中空部材を形成する。この中空部にガラスロッド３ｆから３ｋが２行３列に配列される。

組み立て順序の一例として、最初に２枚の金属板によりＬ字形の台を形成し、ここに各ガラスロッドを並べていく。Ｌ字形により、ガラスロッドの配置が効率よく行える。ガラスロッドを並べる際に、各ガラスロッドおよび各ガラスロッドと金属板の間に金属製のワイヤ５１ａから５１ｐを挿入していく。なお、ワイヤ５１ｈから５１ｐは、図５（ｂ）または図５（ｃ）で示している。

そして、ガラスロッド３ｆから３ｋおよびワイヤ５１ａから５１ｐの配置が終了したら残り２枚の金属板でガラスロッド３ｆから３ｋを囲むようにしてＬ字形の金属板に２枚の金属板をネジ止めする。これにより、固定部材５２によりガラスロッドが固定される。
なお、各金属板には、ワイヤ用の貫通穴が設けられていて、各ワイヤを対応する位置の貫通穴に通して、ワイヤの位置決めを行う。ここで、固定部材が固定手段、ワイヤが空間生成手段に相当する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ´部分を矢印方向から見た断面図である。
ガラスロッド３ｆ，３ｇ，３ｈのそれぞれの間にワイヤ５１ｂ，５１ｃ，５１ｊ，５１ｋを挟み込む。ワイヤ５１ｂ，５１ｃは、例えば０．数ｍｍ程度の径であって光の入射端側で挟まれる。これにより、ガラスロッド３ｆ，３ｇ，３ｈ間に空気の層が作られる。なお、光の入射効率を考慮して、ガラスロッド３ｆ，３ｇ，３ｈの広がりをできるだけ狭くするため、ワイヤの径はガラスロッド３ｆ，３ｇ，３ｈ間の空間を保ちつつできるだけ小さくする。

ワイヤ５１ｊ，５１ｋは、ワイヤ５１ｂ，５１ｃよりも小さい径のワイヤであって、出射端側で挟まれる。これにより、各ガラスロッド間の隙間を出射端に向かって減少させていき出射端では隙間が無い状態が構成される。

なお、ワイヤ５１ｊ，５１ｋは、各ガラスロッドの隙間を出射端に向かって狭くするためのものであるため、ガラスロッドの出射端がそれぞれ密着する構成であれば必ずしも必要ではない。

また、ガラスロッド３ｆ，３ｈと固定部材５２の間には、ワイヤ５１ａ，５１ｄ，５１ｉ，５１ｌを挟み、ガラスロッド３ｆ，３ｈと固定部材５２の間に空間を作る。ワイヤ５１ａ，５１ｄは入射端側で挟まれ、ワイヤ５１ｉ，５１ｌは、出射端側で挟まれる。

ガラスロッド群が先細りになっていて、ガラスロッド３ｆ，３ｈと固定部材５２の間の隙間が出射端側の方が広いため、ワイヤ５１ｉ，５１ｌは、ワイヤ５１ａ，５１ｄに比べて径を大きくすることにより、ガラスロッド全体の側面に加重をかけ保持をする。

図５（ｃ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ´部分を矢印方向から見た断面図である。
ガラスロッド３ｊ，３ｇの間にワイヤ５１ｆ，５１ｈを挟み込む。ワイヤ５１ｆは、光の入射端側で挟まれ、例えば０．数ｍｍ程度の径である。このワイヤ５１ｆをガラスロッド間に挟むことにより、ガラスロッド間に空気の層を作る。なお、光の入射効率を考慮して、ガラスロッドの広がりをできるだけ狭くする。

ワイヤ５１ｈは、ワイヤ５１ｆよりも小さい径のワイヤであって、出射端側で挟まれる。これにより、各ガラスロッド間の隙間を出射端に向かって減少させていき出射端では隙間が無い状態が構成される。
なお、ワイヤ５１ｈは、ガラスロッドの隙間を出射端に向かって狭くするためのものであるため、ガラスロッドの出射端がそれぞれ密着する構成であれば必ずしも必要ではない。

ガラスロッド３ｊ，３ｇと固定部材５２の間には、ワイヤ５１ｇ，５１ｅ，５１ｏ，５１ｐを挟み、ガラスロッドと固定部材５２の間に空間を作る。ワイヤ５１ｇ，５１ｅは入射端側で挟まれ、ワイヤ５１ｏ，５１ｐは、出射端側で挟まれる。

ガラスロッド群が先細りになっていて、ガラスロッドと固定部材５２の間の隙間が出射端側の方が広いため、ワイヤ５１ｏ，５１ｐは、ワイヤ５１ｇ，５１ｅに比べて径を大きくすることにより、ガラスロッド全体の側面に加重をかけ保持をする。

以上により、各ガラスロッド間およびガラスロッドと固定部材の間には接触面積を最小限にして空間が作られ、ガラスと空気との境界での全反射（反射率１００％）を利用することができる。また、ガラスロッドの先端を密着させることにより、一つに集合した均一な照度の光を出射することができる。

また、支持部５３ａから５３ｆはガラスロッドに設けられた凸部であって、固定部材５２に設けられた凹部とそれぞれ嵌合させて、押さえ板５４ａ，５４ｂで固定する。なお、この支持部は、他のガラスロッドにも設けられる（図５（ｂ）では５３ｄ，５３ｅ，５３ｆが相当する。）。

ガラスロットの支持部５３ａ，５３ｂは、例えば金属片を光の入射端寄りの位置に精度よく接着をする。入射端寄りの部分ではまだ照度が均一化されていないので金属片を接着しても影響が少ない。接着された金属片を固定部材に嵌め合せ、上から押さえ板５４ａ，５４ｂを固定部材にネジ止めあるいは接着して保持し、ガラスロッドの光の出射端の上下方向の位置を合わせる。
これにより位置決め精度が向上すると共に強固な固定が実現できる。

なお、本実施例では、ガラスロッド６本の構成について説明したが、ガラスロッドの数はこれに限るものではない。
また、各ガラスロッドの間やガラスロッドと固定部材の間に挟む部材としてワイヤを用いたが安定した形状であればワイヤに限るものではない。使用するワイヤの数も本実施例に限定するものではなく、１本でも２本以上であってもよい。
さらに、ガラスロッドと固定部材の間に空間を生成するワイヤの代わりに、固定部材に突起部を設け、この突起部によりガラスロッドに加重をかけて固定するようにしてもよい。

本発明の検査用光源装置の一実施例を示す構成図である。 本発明におけるＬＥＤランプの発光分光分布を示す説明図である。 照度均一化素子における入射面の対角線長と全長との関係を説明する説明図である。 本発明の検査用光源装置の他の実施例を示す構成図である。 本発明の第３の実施例を示した構成図である。 従来のハロゲンランプを用いた検査用光源装置の一例を示す構成図である。 従来のＬＥＤ（発光ダイオード）ランプを用いた検査用光源の一例を示す構成図である。 従来のＬＥＤランプを用いた光源装置の発光分光分布を示す説明図である。

符号の説明

１ ＬＥＤランプ群
１ａ〜１ｅ 発光素子群
２ レンズＡ
３ 照度均一化素子
３ａ〜３ｅ 照度均一化素子
３ｆ〜３ｋ ガラスロッド
４ レンズＢ
５ ビームスプリッタ
６ レンズＣ
７ 光量検出素子
８ 調節手段
９ 被検査撮像素子
５１ａ〜５１ｐ ワイヤ
５２ 固定部材
５３ｂ、５３ｅ、５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ 支持部
５４ａ、５４ｂ 押さえ板

Claims (10)

1. 被検査受光素子に所定の光を照射する検査用光源装置において、
   発光部からの出射光を同一照度分布とすると共に対象とする照射範囲を分割して照射し、横一列に並んで照射エリアを形成する複数の光学系を有し、
   前記発光部は、発光の分光分布が異なる複数の発光素子から構成され、
   前記発光素子は、分光輝度分布が重なり合って可視光の全波長範囲で連続した光を発生する発光ダイオードであり、
   前記光学系は、ガラス四角柱または内面に全反射を持つミラーを組み合わせた空洞の四角柱であって、この一方の底面に前記発光部の光束が入射するように構成されるとともに、前記四角柱の高さが、前記四角柱の底面の長方形の辺の長さ及び前記発光素子から放射される光が前記光学系の内部に入って広がる発散角により決定され、
   前記複数の光学系を固定する固定手段と、
   前記複数の光学系の間および前記複数の光学系と前記固定手段の間に、空間を生成する空間生成手段を備え、
   前記複数の光学系は、出射端で前記空間が無くなるように固定されることを特徴とする検査用光源装置。
2. 被検査受光素子に所定の光を照射する検査用光源装置において、
   発光部からの出射光を同一照度分布とすると共に対象とする照射範囲を分割して照射し、横一列に並んで照射エリアを形成する複数の光学系を有し、
   前記発光部は、発光の分光分布が異なる複数の発光素子から構成され、
   前記発光素子は、分光輝度分布が重なり合って可視光の全波長範囲で連続した光を発生する発光ダイオードであり、
   前記光学系は、ガラス四角柱または内面に全反射を持つミラーを組み合わせた空洞の四角柱であって、この一方の底面に前記発光部の光束が入射するように構成されるとともに、前記四角柱の高さが、前記四角柱の底面の長方形の辺の長さ及び前記発光素子から放射される光が前記光学系の内部に入って広がる発散角により決定され、
   前記複数の光学系を固定する固定手段と、
   前記複数の光学系の間および前記複数の光学系と前記固定手段の間に、空間を生成する空間生成手段を備え、
   前記空間生成手段は、ワイヤであることを特徴とする検査用光源装置。
3. 前記光学系は、前記発光素子から放射される光が前記光学系の内部に入って広がる発散角をθとし、前記四角柱の底面の長方形の辺の長さをそれぞれｃ、ｄ、四角柱の高さをＬとした場合、次の式に示す条件を満たすように四角柱Ｌの長さが設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の検査用光源装置。
   

   
4. 前記ガラス柱の側面に金属を付着したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の検査用光源装置。
5. 複数の前記ガラス柱を互いに側面で接着させたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の検査用光源装置。
6. 複数の前記空洞の柱を互いに側面で接着させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の検査用光源装置。
7. 前記ガラス柱は前記一方の底面に前記発光部を具備することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の検査用光源装置。
8. 前記空洞の柱は前記一方の底面に前記発光部を具備することを特徴とする請求項１、２または６のいずれかに記載の検査用光源装置。
9. 前記光学系に支持部を設け、この支持部を前記固定手段と嵌合させて固定することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の検査用光源装置。
10. 前記複数の光学系と前記固定手段の間に空間を生成する空間生成手段は、前記固定手段に設けられた突起部であって、この突起部により前記光学系に加重をかけて前記複数の光学系を固定することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の検査用光源装置。

Images