JP5202392B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に関し、更に詳しくは、画像処理検査装置に組み込むのに有用な照明装置に関する。

工業製品等の検査工程では、搬送中の検査対象物に、該搬送方向と直行するライン状照射光を当て、その反射光や透過光をＣＣＤカメラなどでとらえる、いわゆる画像処理検査装置が使用されている。この装置は、検査対象物中の傷や異物から発せられる散乱光を捉えて、前記傷や異物を検出している。しかし、照射光と同じ向きの傷や異物からは、散乱光は殆ど発せられない。仮に微小の散乱光が発せられても、このような散乱光は、直進光により打ち消されてしまう。従って、この装置では、散乱光が捉えにくい、すなわち傷や異物が検出されない場合があるという基本的問題があった。

そこで、光源に、複数方向の出射光を発するような光ファイバライトガイドを接続した照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。ここで用いられるライトガイトは、多数の光ファイバの出射端をライン状に配列し、かつ、このライン出射端を複数段に設けて、各段毎に出射方向を変える構造とされている。従って、この提案によると、検査対象物に少なくとも２方向からの光が照射されるので、傷や異物の向きに関係なく、散乱光が得られる利点がある。

しかし、上記の提案では、光ファイバライトガイドに関して、以下のような不利益もある。第一に、光ファイバからの出射光は、固有の広がり（開口数；ＮＡ）を呈するので、指向性が悪く、像がボケる。第二に、多数の光ファイバを精度良く整列させることは、非常に困難であるが、整列精度の悪化に伴って、像がボケてくる。第三に、発光部自体が、光源ボックスと保護管付きの光ファイバ束中間部とライン状出射端部の筐体とからなるので、全体として必然的に大きく、かつ、重くなる。

特開平２−１１０３５６号公報

従って、本発明の課題は、精度良く傷や異物を検出でき、しかも簡易且つ経済的な照明装置を提供することにある。

本発明者は、光ファイバ固有の端面反射や出射光の広がりが生じない中空柱状体の光伝達挙動に注目した結果、拡散光を発する発光部の前方に、中空柱状体の並列集合体を多段に積層し、該拡散光のうち、特定方向の光のみ出射・抽出する構造とした光抽出部品を配することにより、上記の課題を一挙に解決するに至った。

本発明において、以下のような顕著な効果が奏される。

（請求項１に記載の発明）
該光抽出部品を構成する中空柱状体の入射開口端面と出射開口端面で、光ファイバ固有の端面反射や出射光の広がりが生じないので、十分な光量と指向性とを兼備する出射光が得られる。このため、抽出・出射する方向を、検査対象物の搬送方向に対し斜めとした場合には、１方向からの光であっても、鮮明な散乱光が生じる。また、中空柱状体は、光ファイバに比べて、安価であるばかりかその集合体を得るのが極めて簡単である。

加えて、該光抽出部品の表面は無反射であるので、その表面で光が反射し、指向性を悪化させる懸念がない。

（請求項２に記載の発明）
該光抽出部品からの出射光を、少なくとも２方向から検査対象物に照射した場合には、該検査対象物中の傷や異物の向きの如何に拘わらず、より鮮明な散乱光が生じる。

（請求項３に記載の発明）
該光抽出部品からの出射光を、互いに交叉するような、対称な光とした場合には、発光部からの光を均一に抽出することができ、よりムラのない照明となる。

（請求項４に記載の発明）
発光ダイオード（以下、“ＬＥＤ”）を採用することにより、発光部の長寿命、低消費電力および小型・軽量化が実現される。しかも、後掲の図１〜２に示すように、発光部から光抽出部品までが一つの筐体に収まるので、照明装置全体としての小型・軽量化にもつながる。

（請求項５に記載の発明）
該ＬＥＤ 発光部に光量ムラがあっても、該ムラは拡散板により軽減される。

（請求項６に記載の発明）
該発光部の前方にレンズを配置することにより、光を集光し、より高光量の出射光が得られる。また、レンズと拡散板を併用することにより、より高光量でムラのない出射光が得られる。

（請求項７に記載の発明）
該発光部の前方にプリズムシートを配置することにより、直進光を斜光化でき該光抽出部品に入射する斜光成分を増やすことができ効率が上がるので出射光量が増える。
また、レンズと拡散板を併用することにより、さらに、高光量でムラのない出射光が得られる。

本発明に係る照明装置の一例を示す斜視図である。 図１の一部破断斜視図である。 光抽出部品の全体形状を示す斜視図である。 光抽出部品を構成する複数枚の中空柱状体を分離した状態を示す斜視図である。 本発明の別の態様を示す照明装置の一例を示す一部破断斜視図である。

本発明を、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の照明装置の一例を示す斜視図である。
図２は、図１の一部破断斜視図である。
図３は、光抽出部品の全体形状を示す斜視図である。
図４は、光抽出部品を構成する複数枚の中空柱状体を分離した状態を示す斜視図である。
図５は、本発明の別の態様を示す照明装置の一例を示す一部破断斜視図である。

図１において、１は光抽出部品、２、３は固定板、４は右側面板、５は左側面板である。以下、図２〜図４により、本発明の部材について詳述する。

図２は、図１に向かって前方の固定板２の右半分を取り除いた際の内部状態を示す。該図で、６は拡散板、７はレンズ、８はＬＥＤ素子、そして、９はＬＥＤを載置・配列する基板、１０はプリズムシートである。
この態様では、ＬＥＤ８をライン状に横一列に配列して発光部とし、その拡散光の進行方向に沿って、レンズ７、拡散板６、光抽出部品１が配置されている。このとき、各部品は、その特性に応じて所望の間隔で配置してもよい。また、ＬＥＤはライン状に複数列配列させたり、ライン状に配列したＬＥＤからの出射光を導光板により面状に発光させたり、面上に並べてもよい。また、発光部の発熱量が大きくなる場合には、放熱フィンを配置するなど、適宜、放熱手段を設けるとよい。

図３には、中空柱状体の並列集合体（以下、“並列集合体”）の６枚が積層されてなる光抽出部品１の全体像が示されている。この態様では、３枚の同じ並列集合体１ａと３枚の並列集合体１ｂとが順次積層された状態にある。そして、図４には、光抽出部品１を構成する６枚の並列集合体を分離した状態が示されている。この図４において特徴的なことは、隣り合う並列集合体間で、中空部（ここでは、横断面形状が四角形）の向きが互いに相反していることである。つまり、集合体１ａの中空部の向きは、図４に示されるように、右肩上がりの点線で示される（矢印ａ）。これに隣り合う中空柱状体１ｂの中空部の向きは、左肩上がりの点線で示される（矢印ｂ）。この結果、前者から出射する光と後者から出射する光は、互いに交叉しながらライン状に出射する。

図４の態様において、特に好ましいのは、２方向からの出射光を対称に交叉させることである。例えば、並列集合体１ａの出射端面と中空部とのなす角度（θ）を４５°とし他方、並列集合体１ｂのθを、並列集合体１ａの角度ベースで、１３５°といった対称角に調整する。これにより、２方向からの出射光は対称に交叉するので、光抽出部品からの出射光の光量はより均一化される。

また、図４の態様において、３枚の並列集合体１ａのθは必ずしも同じある必要はなく、目的に応じて、互いに異なるようにしてもよい。このことは、２枚の並列集合体１ｂについても言える。また、並列集合体１ａ、１ｂの枚数も、必要に応じて、適宜選定すればよい。

上記の並列集合体１ａ、１ｂを構成する中空柱状体について述べると、これを構成する材質は、色および表面状態も含めて、光を反射しないものであればよい。その際、中空柱状体の肉厚は、薄い方が好ましく、可及的に中空柱状体の形態を保てる最小の厚さにて形成するのがよい。中空部（開口）面積は、小さい方が光の角度が絞られるので好ましいが、絞りすぎると、光量低下を招きかねない。この中空部形状の長さは、長い方が光の角度が絞られるので好ましいが、長すぎると、光量が低くなる懸念がある。

図５は、本発明の別の態様を示すもので、図２の拡散板６に代わりにプリズムシート１０を配設した場合の内部状態を示す。
この態様では、プリズムシートが直進光を斜光化でき光抽出部品に入射する斜光成分を増やすことができ効率が上がるので出射光量が増える。
さらに、拡散板を併用することにより、高光量でよりムラのない出射光が得られる。

本発明のその余の構成要件について触れる。発光部は、標準的な光量が得られるＬＥＤや高輝度タイプ等、市販されている各種仕様のものから構成される。発光部の経済性を重視しない場合は、汎用されている、光源ボックスとライトガイドとからなる照明装置を光源部として用いてもよい。レンズ７は、発光部から拡散される光をライン状に整形する機能を持つものであればよく、小型化、軽量化の観点から、フレネルレンズが好ましく用いられる。拡散板６は、ＬＥＤ間にみられる光量低下現象を軽減したり、ＬＥＤ同士の光量バラツキをするためのもので、ディフューザーとして公知のものから適宜選択される。
プリズムシート１０は、発光部から拡散される光を斜光化する機能を持つものであればよく、アクリル等の樹脂で作られた汎用のプリズムシートが好ましく用いられる。

白色で発光面がφ５ｍｍのパワー型ＬＥＤ８を２７個用いて、幅２０ｍｍ、長さ２００ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ製のＬＥＤ取付基板９にライン状一列に配置した。この際のＬＥＤ間の取付ピッチは０．４ｍｍとした。そして、ＬＥＤ８から２０ｍｍの間隔で該ＬＥＤに平行にアクリル製リニアフレネルレンズ７を配置した。このリニアフレネルレンズから１０ｍｍの間隔で該レンズに平行に乳白色のアクリル拡散板６を配置し、さらに拡散板６から１０ｍｍの間隔で該板に平行に光抽出部品１を配置した。

光抽出部品１は、黒色で無反射処理が施されたポリプロピレン製のプラスチックダンボールシートから作成した。その際、該シートを、中空部と出射、入射端面のなす角度がθ＝４０°になるように斜めにカットして、幅２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの並列集合体を得た。次いで、これら並列集合体の６枚を互い違いに６段積層することにより、光抽出部品１を作成した。なお、中空柱状体の肉厚は０．２５ｍｍ、中空部の形状は幅２．５ｍｍ、長さ４ｍｍであった。

ついで、発光部（ＬＥＤ８）、フレネルレンズ７、拡散板８および光抽出部品1を、黒アルマイト処理を施したアルミ製の筐体にセットし、照明装置を作成した。

図５に示すように、ＬＥＤ８、フレネルレンズ７、光抽出部品１は実施例１と同一とし、リニアフレネルレンズから１０ｍｍの間隔で該レンズに平行に市販のアクリル製プリズムシート１０を配置し、さらにプリズムシート１０から１０ｍｍの間隔で該シートに平行に光抽出部品１を黒アルマイト処理を施したアルミ製の筐体にセットし、照明装置を作成した。

本発明の照明装置は、簡易且つ経済的な構造で任意の方向の光を抽出・出射するので、傷や異物の検出のみならず、顕微鏡用、商品展示用、屋内照明用あるいは医療用の照明装置としても使用できる。

１ 光抽出部品
１ａ 中空柱状体の並列集合体
１ｂ 中空柱状体の並列集合体
２ 固定板
３ 固定板
４ 右側面版
５ 左側面板
６ 拡散板
７ レンズ
８ ＬＥＤ
９ 基板
１０ プリズムシート

Claims (7)

1. 拡散光を発する発光部を含む照明装置において、該発光部の前方に、中空柱状体の並列集合体を多段に積層してなり、その表面が無反射性の黒色である光抽出部品を配し、その際、該部品の一方の開口端面から入射した光を、他方の開口端面から、該拡散光のうち所望する特定方向の光のみ抽出・出射させるようにし、所望しない光は該光抽出部品の表面で反射させず、該他方の開口端面から出射されないようにしたことを特徴とする照明装置。
2. 該並列集合体から抽出・射出される光が少なくとも２方向である請求項１に記載の照明装置。
3. 一方の並列集合体の各開口端面と中空部とのなす角度（θ）と、該集合体に隣接・積層された他方の集合体の各開口端面と中空部とのなす角度（θ）が、対称である請求項２に記載の照明装置。
4. 該発光部が、発光ダイオードの配列体である請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
5. 該発光部と平行に少なくとも1つの拡散板を具備する請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置。
6. 該発光部と平行に少なくとも１つの集光レンズを具備する請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
7. 該発光部と平行に少なくとも１つのプリズムシートを具備する請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
   

Images