JP4919502B2 - 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照明装置に関するものである。

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。そして、製品の表面の材質や仕上げの方法などによって、例えば傷や文字と背景とのコントラストが最大となる最適な照射角度は異なる。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。ＬＥＤ照明装置は、光軸が照明装置の中心軸方向に傾斜して配置された複数のＬＥＤと、ＬＥＤの前面に配置され、ＬＥＤの中心からレンズの中心へ延びる軸が照明装置の中心軸側に傾斜しているレンズとを備えている。必要な領域に光を効率良く照射することができるので、従来よりも照度が上がる。
特開２００７−１０３８０号公報 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。製品検査においては、図示しない支持装置によって高さが調整可能に支持されたＬＥＤ照明装置５１（５２）において試料５３を照明し、ＣＣＤカメラ５０によって試料５３の表面の傷や印刷された文字等を撮影する。ここで、ＬＥＤ照明装置と試料５３との距離を変えることにより、試料５３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照明装置をその位置で固定する。

上記した従来のＬＥＤ照明装置においては、明るい光の照射角度の範囲が狭く、かつ試料からの距離が離れると全体に暗くなるという問題点があった。従って、検出対象が替わった場合には検査対象に合ったＬＥＤ照明装置に交換するか、あるいはＬＥＤ照明装置の位置を変更する必要があり、面倒であった。
本発明は、上記した課題を解決し、光の照射角度の広い範囲をカバーし、かつより明るい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、全体が中央部に開口部を備えたドーナツ状であり、中心軸に垂直な一方の面、および前記一方の面と続く、前記開口部を形成する内側円筒の下部面が開放されているケースと、前記ケースの内部に装着され、前記ケースの中心軸方向に光を照射する複数のＬＥＤ素子が装着され、中央部に開口部を備えた円盤状の印刷配線基板と、前記ケースの開放面に嵌合して前記ケースの中心軸と平行に移動可能であり、前記複数のＬＥＤ素子と前記ケースの中心軸の間に配置され、前記複数のＬＥＤ素子側の面は断面が円弧状である略ドーナツ状のレンズとを備えたことを主要な特徴とする。

また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズの前記ケースの中心軸側の面が円錐の側面形状である点にも特徴がある。

本発明のＬＥＤ照明装置は上記したような特徴によって、以下のような効果がある。
（１）レンズを移動可能とすることにより、従来の照明装置より光の照射角度の広い範囲をカバーすることができる。従って、検査ごとに照明装置を交換する必要が無く、１つのＬＥＤ照明装置で多様な検査が可能となる。
（２）レンズを移動可能とすることにより、ＬＥＤ照明装置自体の上下位置の調整が不要になるか、あるいは調整範囲が従来よりも少なくて済む。
（３）レンズを移動可能とすることにより、従来よりもＬＥＤ照明装置自体を試料の近くに配置して照明することができ、従来よりも明るい照明が可能となる。
（４）特殊形状のレンズを使用することにより、従来よりも明るく、かつむらの無い照明が可能となる。

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照明装置の実施例の構成を示す平面図および断面図である。本発明のＬＥＤ照明装置は、大きく分けてケース１０、複数のＬＥＤ１２を備えた印刷配線基板１３、移動可能なレンズ１１からなる。

ケース１０は、全体が中央部に開口部１４を備えたドーナツ状であり、ケースの中心軸１６に垂直な一方の面（図１断面図においては下面）およびこの一方の面と続く、開口部１４を形成する内側円筒部１７の下部面が開放されている。従って、ケース１０は上部の円盤部と外側円筒部１８、内側円筒部１７を組み合わせた形状であり、ケースの断面は略Ｊ字を上下反転させた形状となっている。

ケース１０は放熱効果を得るため例えばアルミニウム等の金属により一体に形成されている。ケース１０は、例えば上部の円盤部にネジを切った孔を設けることにより図示しない支持装置にネジで固定される。

ＬＥＤ素子１２用の回路が形成されている印刷配線基板１３は、例えば絶縁用のシートを挟んで図示しないネジあるいは接着剤等によってケース１０の内部に固着されている。

図４は、印刷配線基板１３の構成を示す平面図である。印刷配線基板１３は中央部に開口部を備えた円盤（リング）形状であり、基板上には、図４に示すように、複数のＬＥＤ素子１２が、ケースの中心軸１６の方向であり、かつ図１の断面図の水平方向＝基板１３と並行な方向に光を照射するように装着されている。印刷配線基板１３は後述するＬＥＤ駆動装置４０とリード線２２で接続されている。

ＬＥＤ素子１２は、照明むらを減少させるため、およびＬＥＤの配置密度を高めるために１つおきに基板１３からの高さを変えて装着してある。ＬＥＤ素子１２は例えば砲弾型のレンズを備えた白色ＬＥＤ素子であってもよい。このようなＬＥＤ素子は市販されている。

レンズ１１は、例えば透明な樹脂製であり、全体がケースと同様の略ドーナツ状である。レンズ１１は、複数のＬＥＤ素子１２とケース１０の中心軸１６の間に配置され、レンズ１１のＬＥＤ素子側の面は断面がほぼ半円の円弧状となっている。

レンズの断面の円弧の中心１５は、ケース１０の中心軸１６からの距離がほぼ内側の円筒１７と等しく、かつレンズ１１を上部に移動させた場合にＬＥＤ素子１２の光軸の中心付近に位置する。レンズ１１の断面の円弧の直径は中央部の開口部１４のほぼ１／３程度である。また、レンズ１１のケースの中心軸側の面は上部ほど径が小さい円錐の側面形状となっている。

レンズ１１のケース１０側の端部にはレンズ内部円筒部１９が一体に形成されており、またレンズ１１のケース１０と反対側の端部には中心軸１６に対して垂直なレンズ円盤部２０が一体に形成され、更にレンズ円盤部２０の縁にはレンズ外部円筒部２１が一体に形成されている。

そして、レンズ内部円筒部１９はケースの内側円筒部１７の中心軸１６と反対側に摺動可能に嵌合し、またレンズ外部円筒部２１はケースの外側円筒部１８の内面に摺動可能に嵌合している。従って、レンズ１１は、ケース１０の中心軸１６と平行に所定の長さだけ移動可能である。

図２は、本発明のＬＥＤ照明装置においてレンズを移動した状態を示す断面図である。レンズのロック用のネジ２６は、ケース１０の外側円筒部１８に設けられた中心軸１６方向に長い長孔２７を貫通して、レンズ外部円筒部２１に設けられているネジ孔に嵌合している。レンズ１１を移動させる場合には、まずネジ２６を緩めてからレンズ１１の位置を調整し、調整が完了した後に再びネジ２６を締めてレンズ１１をケース１０に固着する。

図２（ａ）はレンズ１１をケース１０方向に移動させた場合の配置を示している。ＬＥＤ素子１２とレンズ１１とが図２（ａ）に示すような位置にある場合には、ＬＥＤから照射された光はレンズ１１によって、図２における水平に近い方向に集光されて試料２５を照明する。

図２（ｂ）はレンズ１１をケース１０と反対方向に移動させた場合の配置を示している。ＬＥＤ素子１２とレンズ１１とが図２（ｂ）に示すような位置にある場合には、ＬＥＤから照射された光はレンズ１１によって、図２において斜め下方に集光されて試料２５を照明する。いずれの場合でもＬＥＤ素子１２から照射された光がレンズ１１によって集光されるので、照度が向上する。

図５は、本発明のＬＥＤ照明装置およびＬＥＤ駆動装置の回路を示す回路図である。印刷配線基板１３においては、白色のＬＥＤ素子を例えば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。ＬＥＤ駆動装置４０は、可変定電流電源回路４１および、外部からの制御信号あるいはボリューム等による手動設定に基づき、可変定電流電源回路４１所望の電流値に制御する制御回路４４からなる。

図３は、本発明のＬＥＤ照明装置の実施例２の構成を示す断面図である。実施例１においては、ＬＥＤ素子１２を中心軸１６に向かって中心軸１６と直角に装着する例を開示したが、この構成の場合には水平方向への照度は十分明るくなるが、照明角度が垂直に近くなるほど暗くなってしまうという課題がある。
そこで、実施例２においては、複数のＬＥＤ素子３０が、ケースの中心軸１６の方向であり、かつ図３の断面図の斜め下方に向けて光を照射するように装着されている。このような構成にすることにより、照明角度が垂直に近い場合でも照度を明るくすることができる。

以上実施例を開示したが、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、レンズは透明な材質で形成する例を開示したが、レンズに光拡散手段を設けてもよい。光拡散手段としては、例えばレンズの表面あるいは裏面のどちらか一方、あるいは双方にサンドブラスト加工等を施し、表面で光が乱反射するようにする。あるいはレンズの表面あるいは裏面のどちらか一方、あるいは双方に光拡散シートを貼り付けてもよい。また、レンズ１１の材質を例えば乳白色などの光を拡散する樹脂で形成してもよい。更に、ＬＥＤ素子１２とレンズ１１の間の空間に例えば光を拡散する樹脂でできた光拡散板を配置してもよい。光拡散手段を設けることにより、照度むらが減少する。

実施例においては、レンズ１１のケースの中心軸側の面は、上部ほど径が小さい円錐の側面形状となっている例を開示したが、照射角度範囲によっては、レンズ１１のケースの中心軸側の面は円筒形状でもよく、また上部ほど径が大きい円錐の側面形状であってもよい。

本発明のＬＥＤ照明装置は製品検査時等における照明に適用可能である。

本発明のＬＥＤ照明装置の実施例の構成を示す平面図および断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置においてレンズを移動した状態を示す断面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置の実施例２の構成を示す断面図である。 印刷配線基板の構成を示す平面図である。 本発明のＬＥＤ照明装置およびＬＥＤ駆動装置の回路を示す回路図である。 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。

符号の説明

１０…ケース
１１…レンズ
１２…ＬＥＤ素子
１３…印刷配線基板
１４…開口部
１６…ケースの中心軸
２２…リード線
２５…試料
２６…ロック用ネジ

Claims (1)

1. 全体が中央部に開口部を備えた略ドーナツ状であり、中心軸に垂直な一方の面、および前記一方の面と続く、前記開口部を形成する内側円筒の下部面が開放されているケースと、
   前記ケースの内部に装着され、中央部に開口部を備えた円盤状の印刷配線基板と、
   砲弾型のレンズを備え、前記ケースの中心軸が垂直に配置された場合に光軸が水平になるように、前記印刷配線基板上に１つおきに前記印刷配線基板からの高さを変えて装着され、前記ケースの中心軸方向に光を照射する複数のＬＥＤ素子と、
   前記ケースの開放面に嵌合して前記ケースの中心軸と平行に移動可能であり、前記複数のＬＥＤ素子と前記ケースの中心軸の間に配置され、前記複数のＬＥＤ素子側の面は断面が円弧状であり、前記ケースの中心軸側の面が、前記ケースの中心軸が垂直に配置された場合に上部ほど径が小さい円錐の側面形状であり、前記ケースと反対側の端部には前記ケースの中心軸に対して垂直な円盤部材が一体に形成された略ドーナツ状のレンズと、
   任意の位置で前記レンズを前記ケースに固着するロック用ネジと
   を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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