JP4842090B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置に関するものであり、特に、製品検査等に好適なＬＥＤ照明装置関するものである。

従来、カメラによって製品の画像を取り込んで、製品の傷や印刷された文字等を識別する場合に、照明光の照射角度によって傷や文字と背景とのコントラストが大きく変化することが知られている。そこで、製品検査等のために、例えばＬＥＤを使用し、広い角度に照明光を照射することができる照明装置が提案されている。

下記の特許文献１には、本発明者が先に出願したＬＥＤ照明装置が記載されている。図６は、このＬＥＤ照明装置を使用した製品検査の構成を示す説明図である。ＬＥＤ照明装置８１は、半ドーナツ型の光拡散樹脂板の内部にＬＥＤ素子を配列して発光させることにより、光拡散樹脂板内での乱反射により光拡散樹脂板の形状に沿った光が外部の広範囲に均一に照射されるものである。製品検査においては、ＬＥＤ照明装置８１において試料８０を照明し、カメラ８３において試料８０の表面の傷や印刷された文字等を撮影する。

この時、照明光の照射角度によって傷や印刷された文字等の見え方が異なり、例えば背景とのコントラストが最大となる最適な照射角度が存在する。そして、試料８０の表面の材質や仕上げの方法などによって最適な照射角度は異なる。そこで、ＬＥＤ照明装置８１と試料８０との距離を変えることにより、試料８０への光の照射角度を変えて、最適な照射角度になる位置を見つけ、ＬＥＤ照明装置８１をその位置に固定する。そして、検出対象が替わった場合にはＬＥＤ照明装置８１の位置も変更する。
特開２００６−０７３７６７号公報

前記したような製品検査において照明が必要な領域は検査対象物の置かれている中央の領域のみである。ところが、上記した従来のＬＥＤ照明装置においては、ＬＥＤ照明装置の下方の全ての方向に光を照射しており、照明効率が悪く、照度が低いという問題点があった。また、従来のＬＥＤ照明装置は異なる角度から同時に照明することができないという問題点もあった。本発明は、上記した課題を解決し、任意の照射角度で必要な領域に光を効率良く照射することができるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ照明装置は、中央部に開口部を備え、外部形状が略円錐台形状であり、内部は凹曲面に構成されているレンズ手段と、中央部に開口部を備え、前記レンズ手段の上部から照明光を照射する第１のＬＥＤ照明手段と、中央部に開口部を備え、前記レンズ手段の周囲から照明光を照射する第２のＬＥＤ照明手段とを備えたことを主要な特徴とする。

また、上記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズ手段が内部に固着されている円筒形状の外筒と、前記第１および第２のＬＥＤ照明手段が内部に固着されており、円筒形状で前記外筒と軸方向に摺動可能に係合している内筒とを備えた点にも特徴がある。また、上記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズ手段は、内部の凹曲面が球面または楕円球面の一部である点にも特徴がある。

また、上記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズ手段の内面に設けられた光拡散手段を備えた点にも特徴がある。また、上記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズ手段は、前記円錐台形状の外面の下部が上部よりもより広がっている点にも特徴がある。

また、上記したＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ照明手段は、リング状のＬＥＤ基板に多数のＬＥＤが装着されており、少なくとも一部のＬＥＤは光軸がリングの中心軸方向に傾斜して配置されている点にも特徴がある。また、上記したＬＥＤ照明装置において、更に、前記ＬＥＤ照明手段毎に特定の色のＬＥＤのみを任意の電流で駆動可能なＬＥＤ電源装置を備えた点にも特徴がある。

本発明のＬＥＤ照明装置は上記のような特徴によって下記のような効果を奏する。
（１）レンズを使用することにより、必要な領域に光を効率良く照射することができるので、従来と同じＬＥＤを使用した場合には従来よりも照度が向上する。また、従来よりも少ないＬＥＤでも従来と同じ照度が得られ、従来よりも発熱が減少する。

（２）ＬＥＤ照明手段であるＬＥＤ基板を複数個配置したので、必要に応じて複数の角度から同時に照明光を照射することができる。
（３）ＬＥＤ照明装置自体に調整機構を設けたので、照明装置と検査対象物１０との距離を固定したままで照明角度の調整を容易に行うことができる。

以下実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＬＥＤ照明装置を含む製品検査装置の構成を示す正面図である。本発明の照明装置（外筒）１１は、支持部材１５に固着されており、支持部材１５は、基台２５に固着されている支持棒２６に嵌合しており、調整つまみ１６を回動させることにより上下に移動し、かつ任意の位置に停止可能に構成されている。

照明装置（１１）は、上下の中央部に開口部を有する円筒形の形状を有しており、外筒１１の内部に内筒１２が摺動可能に係合している。内筒１２の内部には多数のＬＥＤが装着されたＬＥＤ基板が複数個配置されている。また外筒１１の底部には特殊な形状のレンズ（４０）が装着されている。ＬＥＤ電源装置１４は、例えば作業者の手動設定により照明装置の各発光色毎に独立してＬＥＤ回路を定電流駆動する。照明装置１１はＬＥＤ電源装置１４の駆動に基づき、所定の照射角度で周囲から検査対象物１０を照明する。

レンズ２１が装着されたカメラ２０は、照明装置１１と同様に支持部材２７に固着され、手動で高さ調整が可能に構成されている。カメラ２０は、本発明の照明装置１１の中央の開口部を通して検査対象物１０を撮影し、例えばモニタ装置２３に画像データを出力する。カメラ２０は例えばＣＣＤ撮像素子を使用したビデオカメラであってもよく、モノクロであってもよいが、カラーカメラの方が好ましい。また、赤外線あるいは紫外線に感度を有するものであってもよい。

図２は、本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示す断面図である。照明装置１１は、上下の中央部に開口部３３、４１を有する円筒形の形状を有しており、金属製の外筒１１の内部に金属製の内筒１２が摺動可能に係合している。内筒１２の内部には多数のＬＥＤ３１、３５が装着された２個のリング状のＬＥＤ基板３０、３４が配置されている。第１のＬＥＤ基板３０は、レンズ４０の上部（レンズの円錐の頂点方向）に配置されており、絶縁版３２を挟んで内筒１２の天井板内面に固着されている。第１のＬＥＤ基板３０の内径は開口部３３の直径と同じである。第１のＬＥＤ基板３０には、照射角度の狭い砲弾型のＬＥＤ３１が基板と垂直な向きに装着されている。

やはりリング状の第２のＬＥＤ基板３５は、第１のＬＥＤ基板３０よりも直径が大きく、内部空間にレンズ４３が挿入可能に形成されている。第２のＬＥＤ基板３５は、レンズ４０の周囲となる内筒１２の下部内側面に固着されている。第２のＬＥＤ基板３４には、照射角度の狭い砲弾型のＬＥＤ３１が照明装置の中心軸に向かって斜めに装着されている。それぞれのＬＥＤ基板３０、３４は、図示しないケーブル（１３）によってＬＥＤ電源装置１４に接続されている。

外筒１１の底部には特殊な形状のレンズ４０が固着されている。レンズ４０は透明な樹脂あるいはガラス製であり、円筒形状のブロックを切削することにより製作可能である。レンズ４０の形状は中心軸対称であり、中央に開口部４１を備え、上部が平面４２である略円錐台形である。内面はほぼ半球面の形状を為している。Ａ−Ａの点線で示した位置より下側（円錐の頂点と反対方向）の形状は上部とは異なり、外面４５は円錐の下部の裾野が上部より広がっている。内面４６も球面ではなく、円錐形の側面形状となっている。

レンズ４０の内面４４、４６には、光拡散手段として光を散乱させるための細かな凹凸を付けてもよい。この加工は例えば表面に砂を吹き付けるサンドブラスト加工を施すことによって達成できる。

図３は、本発明のＬＥＤ照明装置の調整機構の構成を示す断面図である。図３においては、ＬＥＤ基板３０、３４やレンズ４３は省略してある。また、隙間等は誇張して描いてある。照明装置は、金属製の外筒１１の内部に金属製の内筒１２が摺動可能に係合している。外筒１１の内側の複数箇所には円筒形の突起５０が設けられており、突起５０には円筒形状のローラ５１が回動可能に装着されている。

ローラ５１は内筒１２の側面に設けられた、幅がローラ５１の径より僅かに大きい斜めの切り欠き５２と係合している。従って、内筒１２を外筒１１に対して軸を中心として回動させることにより、ローラ５１が切り欠き５２内を移動し、内筒１２が外筒１１に対して軸と平行な上下方向に移動する。そして、手を離すと外筒１１と内筒１２の接触面の摩擦によってその状態を保持する。

図２に示した内筒１２の位置は、内筒１２を最も下に下げた場合の位置を示している。また、この位置において、第２のＬＥＤ基板３４のＬＥＤ３５のみを点灯した場合の照明光の光路を矢印付きの直線で示している。この場合には、図２に図示されているように検査対象物１０に水平面に対して浅い角度の照明光が照射される。

図５は、本発明のＬＥＤ電源装置１４の回路を示す回路図である。ＬＥＤ電源装置１４は、各ＬＥＤ基板３０、３４と対応してそれぞれ３個の周知の可変定電流電源回路７１〜７３、７４〜７６を備えている。可変定電流電源回路７１〜７３、７４〜７６は図示しないボリューム等による手動設定（あるいは外部からの制御信号）に基づき、それぞれ所望の電流値に調整される。

ＬＥＤ回路は例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＬＥＤをそれぞれ基板３０、３４上に交互に配置し、同じ発光色のＬＥＤを例えば３個直列接続した直列回路を複数回路並列に接続している。なお、直列接続するＬＥＤの個数は任意である。そして、各色のＬＥＤ駆動電流が他の色のＬＥＤに影響を与えないように、各色のＬＥＤ回路と各可変定電流電源回路７１〜７６の間を接続するリード線は、各色それぞれ完全に独立している。

図４は、本発明のＬＥＤ照明装置の照明光の経路を示す断面図である。図２には内筒１２を最も下に下げた場合の位置を示したが、図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ外筒１１に対して内筒１２を中間位置あるいは最も上に上げた場合の位置を示している。そして、それぞれの場合に２つのＬＥＤ基板３０、３４のＬＥＤ３１、３５の双方を点灯させた場合の照明光の光路を矢印付きの直線で示している。

図示されているように、（ａ）においては検査対象物１０に斜め方向から照明光が照射され、（ｂ）においては検査対象物１０に垂直に近い方向から照明光が照射される。従って、照明装置と検査対象物１０との距離を固定したままで照明角度の調整を容易に行うことができる。

以上のように、本発明のＬＥＤ照明装置は、外筒１１と内筒１２の相対位置およびＬＥＤ電源装置１４を調整することによって、任意の照明角度で任意の色の照明が可能であるので、例えば傷や印刷と背景とのコントラストが最大となるように照明を調整することができる。

図７は、本発明のＬＥＤ照明装置のレンズの他の実施例の構成を示す断面図である。図７（ａ）はレンズ９０の外面９１を単純な円錐台形とし、内面は半球面９３および外面と同様の形状の円錐形の側面９４を組み合わせたものとしたものである。図７（ｂ）はレンズ９０の外面９１は実施例１と同様の形状とし、内面は半球面の代わりに楕円球（垂直断面が楕円形である立体）面９５および円錐形の側面を組み合わせたものとしたものである。

図７（ｃ）はレンズ９０の外面の円錐側面と上部平面との接続部分をなめらかな曲面で構成した形状としたものである。Ａ−Ａの点線付近の外面あるいは内面の接続部分をなめらかな曲面で構成してもよい。図７（ｄ）はレンズ９０の外面のＡ−Ａの点線より下部の部分をなめらかな凸曲面で構成した形状としたものである。

以上、実施例について説明したが、本発明には以下のような変形例も考えられる。実施例においてはレンズ４０の上面４２は平面となっているが、図７（ａ）に示すように上面も円錐形の側面形状９９としてもよい。このようにすれば、上部からの集光効果がより増大する。
実施例においては、２個のＬＥＤ基板を設ける例を開示したが、例えば内筒１２の側面の中央部分に第２のＬＥＤ基板と同様の構成の第３のＬＥＤ基板を設けてもよい。

実施例においては、照明装置の調整は手動で行う例を開示したが、支持棒２６に対する支持部材１５および外筒１１の移動および外筒１１に対する内筒１２の移動をステッピングモータによって駆動してもよい。また、支持部材１５に対して内筒１２を固定して外筒１１を移動させるようにしてもよい。
実施例においては、水平断面が円形の照明装置を開示したが、水平断面は四角形以上の任意の角数の多角形であってもよい。

本発明のＬＥＤ照明装置を含む製品検査装置の構成を示す正面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の調整機構の構成を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の照明光の経路を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ電源装置１４の回路を示す回路図である。 従来のＬＥＤ照明装置の構成を示す説明図である。 本発明のＬＥＤ照明装置のレンズの他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１０…検査対象物
１１…ＬＥＤ照明装置の外筒
１２…ＬＥＤ照明装置の内筒
１３、２２…ケーブル
１４…ＬＥＤ電源装置
１５、２７…支持部材
１６、２８…調整つまみ
２０…カメラ
２１…レンズ
２３…モニタ装置
２５…基台
２６…支持棒

Claims (4)

1. 上下の中央部に開口部を有する円筒形状の外筒と、
   上下の中央部に開口部を有する円筒形状であり、前記外筒と軸方向に摺動可能に係合している内筒と、
   前記外筒の底部に装着され、外部形状が中心軸対称な略円錐台形状であり、中央部に開口部を備え、内部は球面または楕円球面の一部である凹曲面に構成されているレンズ手段と、
   前記内筒の天井板内面に固着され、中央部に開口部を備えたリング状のＬＥＤ基板に多数のＬＥＤが装着されており、前記レンズ手段の上部から照明光を照射する第１のＬＥＤ照明手段と、
   前記内筒の下部内側面に固着され、中央部に前記レンズ手段を挿入可能な開口部を備えたリング状のＬＥＤ基板に多数のＬＥＤが装着されており、前記レンズ手段の周囲から照明光を照射するＬＥＤ照明手段であって、少なくとも一部のＬＥＤは光軸がリングの中心軸方向に傾斜して配置されている第２のＬＥＤ照明手段と
   を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記レンズ手段の内面に設けられた光拡散手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記レンズ手段は、前記円錐台形状の外面の下部が上部よりもより広がっていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 更に、前記ＬＥＤ照明手段毎に特定の色のＬＥＤのみを任意の電流で駆動可能なＬＥＤ電源装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。

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