JP5225799B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像測定機や光学顕微鏡等の光学測定機に使用される照明装置に関する。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）の光源としての利用が急速に普及してきている。その理由として、例えば、従来のハロゲンランプと比較した場合に、ＬＥＤが長寿命であること、高速応答が可能であること、消費電力が低いこと等が挙げられる。
発明者らは、このようなＬＥＤの特性を利用した照明装置を開発し、画像測定機や光学顕微鏡等の光学測定機の照明に適用している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の照明装置は、測定機の光学系の光軸上に配置したワークに照明光を照射するための装置であり、光学系の光軸と直交する平面内において光軸回りにリング状に配列された複数のＬＥＤと、各ＬＥＤの発光方向前方に設けられ各ＬＥＤからの照明光を光軸に向けて集光する集光手段とを備えて構成されている。
このような照明装置を備えることで、光学測定機は、光軸と所定角度で交差する方向に照明光を照射し、この照明光の進行方向にあるワークを照明するとともに、ワークを反射する光のうちの光軸方向に進行する反射光によってワークの観察を行う斜め照明、いわゆるリング照明を構成している。

特開２００３−３３７３６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置では、照明光がワークによって拡散するため、ワークの形状によっては、光学系の光軸に向かって反射する反射光が少なくなり、光量不足が生じてしまう場合がある。このようなワークの形状による光量不足の発生を少しでも回避するためには、照明装置の光量自体を増加させることが必要である。
照明装置の光量を増加させる手段として、まず、従来よりも高い輝度のＬＥＤを採用することが挙げられるが、ＬＥＤからの発熱量が従来のものよりも多くなってしまう。次に、複数のＬＥＤ素子を従来よりも密集して配列させ、ＬＥＤの集積度を高めることが挙げられるが、この場合にも照明装置からの発熱量が多くなってしまう。照明装置が従来の放熱特性のままで、ＬＥＤまたは照明装置からの発熱量だけが多くなると、照明装置の温度が上昇し、ＬＥＤの寿命の低下や、ＬＥＤの発光効率の低下といったＬＥＤ自体への影響が生じてしまう。また、照明装置の温度上昇により、照明装置が取り付けられる光学測定機などの温度も上昇するため、測定精度が低下してしまうという問題が生じる。

本発明の目的は、放熱効果に優れ、光量を増加させても照明装置自体の温度上昇を抑制でき、照明光の明るさを向上できる照明装置を提供することである。

本発明の照明装置は、光学系の光軸を中心とするリング状の内部空間を有するケースと、このケースの内部空間に前記光学系の光軸の周囲に沿ってリング状に配列された複数の光源モジュールと、前記光源モジュールから照射される照明光の進行方向の前方に配置され、当該照明光を前記光軸に沿った所定の位置に集光する集光手段とを備え、前記各光源モジュールは、金属製の基材を有する基板と、前記基板の一方の面に実装される複数の発光ダイオードと、前記基板の一方の面の周縁に沿って当該一方の面よりも前記発光ダイオード側に設けられるとともに、前記発光ダイオードおよび前記基板にて発生する熱を吸収して外部に放出する金属製のフレームと、前記基板の一方の面に対向して、かつ、複数の前記発光ダイオードと所定の間隔を離して前記フレームに固定されるとともに、前記各発光ダイオードに対応して配列された複数の集光レンズを有するレンズアレイとを備え、前記ケースには、前記リング状の内部空間を仕切る仕切板が設けられるとともに、この仕切板で仕切られた内部空間に連通する吸気口および排気口が前記仕切板を挟んで配置され、更に、前記吸気口から外部空気を吸入し、かつ、前記内部空間内の空気を前記排気口から排出するファンが収納されている、ことを特徴とする。

この構成によれば、発光ダイオードを実装する基板が金属製の基材を有して形成されているので、発光ダイオードおよび基板にて発生する熱が、金属製の基材に伝わって、発光ダイオードの実装面とは反対側の面、すなわち、基板の他方の面から外部に放熱される。また、基板の一方の面の周縁に沿って、金属製のフレームを取り付けたので、発生熱の一部が、基材からフレームに伝わって、フレームの表面から外部に放熱される。さらに、フレームを一方の面よりも発光ダイオード側に設けたので、複数の発光ダイオードが金属製のフレームに囲まれた状態となり、発光ダイオードにて発生する熱がフレームに伝わって、フレームの表面から外部に放熱される。
このように、発光ダイオードを光源とする光源モジュールにおいて、光源モジュールの放熱効果が向上されるので、発光ダイオードの光量を増加させても光源モジュール自体の温度上昇を抑制することができ、発光ダイオードの寿命の低下や、発光ダイオードの発光効率の低下といった発光ダイオード自体に与える影響を抑えることができる。従って、従来よりも光源モジュールの照明光の明るさを向上させることができる。
また、複数の発光ダイオードからの出射光の指向性を高めるためにレンズアレイを配置し、レンズアレイを基板とともにフレームに固定することで、基板とフレームとレンズアレイとを有する光源のモジュール化を容易に達成することができる。さらに、基板やレンズアレイ以外の光学部品などを光源モジュールに付加させる際にも、フレームを共通の支持手段として使用することにより、光源モジュールの小型化を図ることができる。
また、本発明の照明装置では、放熱効果に優れた上記光源モジュールを光軸の周囲に沿ってリング状に配列して照明装置を構成したので、光源モジュールの照明光の光量を増加させても照明装置自体の温度上昇を抑制することができる。このような照明装置を例えば光学測定機などの照明として使用すれば、光学測定機などの温度上昇も抑制することができ、測定精度を維持することができる。
ここで、複数の光源モジュールを用いるとともに、各光源モジュールを個別に駆動制御できる制御手段を備えてもよい。これによって、各光源モジュールから照射される照明光の光量を個別に制御することができる。
なお、ここで、「光軸の周囲に沿ってリング状に配列」とは、光軸を中心とする円環状や三角形、四角形または五角形以上の多角形状の配列を含む。また、光軸の周囲に沿った楕円形状や長円形状の配列も含まれる。
さらに、ケースには、仕切板、吸気口および排気口が設けられるとともに、前記吸気口から外部空気を吸入し、かつ、前記内部空間内の空気を前記排気口から排出するファンを設けたので、このケース内部に収納されたファンによって、ケース内に吸気口から外部の空気が取り込まれ、ケース内の空気が排気口から排出される。このようなケース内の空気の循環によって、発生熱を外部へ効率よく排熱することができ、照明装置の放熱性能が向上され、ケース内部の温度上昇を抑制することができる。

本発明の照明装置では、前記フレームは、前記一方の面の周縁から当該一方の面の略垂直方向に延設された板状部材によって構成され、前記板状部材の前記発光ダイオード側とは反対側の面には、放熱用のフィンが形成されていることが好ましい。
この構成によれば、発光ダイオードおよび基板の発生熱が、フレームを構成する板状部材の表面に形成された放熱用のフィンから放熱される。この際、板状部材における発光ダイオード側とは反対側の面は、発光ダイオード側の面よりも低温となるので、この反対側の面にフィンを形成することで、フレームが吸収した熱が効率よくフィンから外部に放出され、光源モジュールの放熱性能が向上される。

本発明の照明装置では、前記基板は、前記基材と、前記発光ダイオードを実装する外層回路と、前記基材および前記外層回路の間に介在される絶縁層とを有して構成されることが好ましい。
この構成によれば、金属製の基材に、絶縁層および外層回路を順番に積層させて基板を多層基板として構成するので、基板を効率よく製造することができるとともに、基板の薄型化を図ることができる。

本発明の照明装置では、複数の前記発光ダイオードは、互いに異なる発光色を有する少なくとも２種類から構成され、前記発光ダイオードの発光方向前方には、当該発光ダイオードから出射されて互いに異なる発光色を有する出射光を合成して照明光を生成する合成手段が設けられることが好ましい。
この構成によれば、異なる発光色を有する発光ダイオードから出射された出射光が、その前方に配置した合成手段によって所定の色合いの照明光に合成されるため、合成手段によって予め所定の色合いに合成された照明光が照射され、被測定物の表面色に応じた均一な色合いの照明光を照射することができる。従って、光学系により得られる像のコントラストが強調され、被測定物のエッジ等を検出する精度の向上を十分に図ることができる。
ここで、合成手段の例としては、光の波長に応じて、その光を透過または反射する特性を有したダイクロイックミラー（以降、ＤＣＭと示す）を挙げることができる。ＤＣＭの場合、発光ダイオードから出射された互いに異なる発光色を有する出射光を選択的に反射または透過することが可能で、発光色の異なる出射光を合成し、所定の色合いを有する照明光を生成することが容易となる。

以下、本発明の一実施形態に係るリング照明装置１を図面に基づいて説明する。
図１は、対物レンズ２に取り付けられて被測定物（以降、ワークＷと呼ぶ。）に照明光Ｌ１を照射している状態のリング照明装置１の縦断面図である。
図１において、リング照明装置１は、図示しない画像測定装置の測定台３上のワークＷを照らす照明に用いられる照明装置であり、画像測定装置等の拡大光学系である対物レンズ２に取り付けられている。画像測定装置は、図示しない駆動装置によって、測定台３を水平面内の直交二軸方向、すなわち、図１中の左右方向および紙面に垂直な前後方向に駆動制御し、また、対物レンズ２を鉛直方向、すなわち、図１中の上下方向に駆動制御する。このように、水平面内の直交二軸方向における測定台３の位置決めを実行することで、ワークＷの位置を対物レンズ２の光軸Ｐ上となる位置に調整することができる。また、鉛直方向における対物レンズ２の位置決めを実行することで、ワークＷに対する対物レンズ２の合焦位置を調節することできる。
この際、リング照明装置１は、対物レンズ２に取り付けられているので、ワークＷとの距離（作動距離）に応じた照明角度θ１でワークＷに照明光Ｌ１を照射するようになっている。ここで、対物レンズ２の光軸Ｐは、本発明の光学系の光軸に相当する。

リング照明装置１は、対物レンズ２を囲み、対物レンズ２の光軸Ｐを中心とするリング状に形成されたケース１０と、このケース１０に収納された複数の光源モジュール２０と、ケース１０の鉛直方向下方に取り付けられた集光手段としての反射鏡３０とを備えて構成されている。

ケース１０は、金属板材等から加工され、その中央部を鉛直方向に貫通するレンズ挿通孔１１を備えたリング状に形成されている。このケース１０は、中心に貫通孔１２を形成した円盤状のケース本体１３と、ケース本体１３に対して上方から着脱自在に固定されたカバー１４とを有して構成される。カバー１４に形成されたレンズ挿通孔１１は、対物レンズ２を挿通できる内径寸法を備えている。ケース本体１３には、対物レンズ２を挿通した状態でリング照明装置１を対物レンズ２に取り付けるための図示しない取付部が設けられ、また、貫通孔１２を囲むように複数のスリット１５が形成されている。

図２は、図１の光源モジュール２０を拡大して示す縦断面図である。図３および図４は、光源モジュール２０の斜視図および分解斜視図である。
光源モジュール２０は、光源としての複数の発光ダイオード（以降、ＬＥＤ２１と呼ぶ。）と、ＬＥＤ２１を実装するとともに金属製（例えば、アルミニウム製）の基材２２１を有する基板２２と、光源モジュール２０の枠材としての金属製（例えば、アルミニウム製）のフレーム２３と、ＬＥＤ２１の出射光Ｌ２（図１参照）の指向性を向上させるためのレンズアレイ２４と、合成手段としてのミラー群２５とを有して構成されている。

略矩形平板状の基板２２の一方の表面Ｓ１には、複数のＬＥＤ２１としての３種類の発光色（赤、緑、青）を有するＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが、それぞれの種類ごとに配列されている。各色のＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、基板２２の略矩形の第１辺２２Ａ（図４に示す長い方の辺）に沿って一列に配列された赤色(Ｒ)ＬＥＤ２１Ｒ、緑色(Ｇ)ＬＥＤ２１Ｇおよび青色(Ｂ)ＬＥＤ２１Ｂによって構成されている。Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、１列ごとに５個ずつ並べられ、略矩形の一方の表面Ｓ１の法線方向に発光方向を向けて実装されている。また、ＬＥＤ２１は、基板２２の略矩形の第２辺２２Ｂ（図４に示す短い方の辺）に沿って所定間隔ごとに、赤色(Ｒ)ＬＥＤ２１Ｒ、緑色(Ｇ)ＬＥＤ２２Ｇおよび青色(Ｂ)ＬＥＤ２２Ｂの順に配列されている。
ＬＥＤ２１は、基板２２に形成された図示しない制御回路に接続され、基板２２を介して電源の供給を受ける。

基板２２は、図２に詳しく構成を示すように、金属製の基材２２１と、基材２２１上に積層された絶縁層２２２と、絶縁層２２２上に積層された外層回路２２３とを有して構成されている。
外層回路２２３には、３色のＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが実装されるとともに、各ＬＥＤ２１を駆動制御する制御回路が形成されている。ＬＥＤ２１を駆動する際に、ＬＥＤ２１および外層回路２２３から発生する熱は、金属製の基材２２１に伝わり、基材２２１の裏側表面、すなわち、ＬＥＤ２１の実装面とは反対側の基板２２の他方の表面Ｓ２から放出される。この基材２２１は、基板２２の発生熱を放熱する機能を有する。

フレーム２３は、基材２２１と同じ金属製で、基板２２の略矩形の３辺に沿って連続する略コ字状をなし、基板２２よりＬＥＤ２１の発光方向と同方向に突出して形成されている。略矩形の３辺は、図４中の基板２２の第１辺２２Ａおよびこの第１辺２２Ａの両端に位置する２つの第２辺２２Ｂ，２２Ｂである。
フレーム２３は、リング照明装置１のケース本体１３（図１参照）に固定されるとともに、基板２２、レンズアレイ２４、ミラー群２５を支持するためのものである。なお、フレーム２３は、基材２２１に直に接した状態で基板２２を支持している。
また、フレーム２３は、コ字状に一体形成された３つの片部２３１，２３２，２３３を有する。すなわち、フレーム２３は、基板２２の一方の第２辺２２Ｂに沿って配置された第１片部２３１と、基板２２の第１辺２２Ａに沿って配置された第２片部２３２と、基板２２の他方の第２辺２２Ｂに沿って形成された第３片部２３３とを有する。３つの片部２３１，２３２，２３３は、基板２２の一方の表面Ｓ１よりＬＥＤ２１側に設けられ、かつ、一方の表面Ｓ１の略垂直方向に延設された板状部材である。

３つの片部２３１，２３２，２３３には、それぞれ外向きに複数のフィン２３４が形成されている。すなわち、フィン２３４は、３つの片部２３１，２３２，２３３のＬＥＤ２１側とは反対側の表面Ｔ１（図２参照）に形成されている。第１片部２３１および第３片部２３３に形成されたフィン２３４は、基板２２の第２辺２２Ｂに平行に形成されている。また、第２片部２３２に形成されたフィン２３４は、基板２２の第１辺２２Ａに平行に形成されている。これらのフィン２３４間には、溝条部２３５が形成されている。
前述の基板２２での発生熱については、その一部が、基材２２１から直接、フレーム２３に伝わり、フィン２３４から放出される。すなわち、フィン２３４は、基板２２からの発生熱およびＬＥＤ２１からの発生熱を吸収して外部に放出するために設けられている。このように、フレーム２３は、光源モジュール２０のヒートシンク（以降、放熱板と示す。）を構成している。

図２にて、各色のＬＥＤ２１の発光方向前方には、個々のＬＥＤ２１に一対一で対応して形成された複数の集光レンズ２４１を有し、全体として基板２２の一方の表面Ｓ１に対向する略矩形板状に形成されたレンズアレイ２４が配置され、ＬＥＤ２１と所定の間隔を離してフレーム２３に固定されている。複数の集光レンズ２４１は、レンズの素材で一体形成され、かつ、ＬＥＤ２１の発光方向前方に突出した凸レンズ状となっている。このため、ＬＥＤ２１からの出射光Ｌ２（図１参照）が集光レンズ２４１を通過する際、ＬＥＤ２１の発光方向を基準とする当該出射光Ｌ２の拡散角が小さくなり、出射光Ｌ２の指向性が向上される。

レンズアレイ２４を通過した出射光Ｌ２の発光方向前方には、さらに、３種類のミラー２５１，２５２，２５３から構成されるミラー群２５が配置され、フレーム２３に固定されている。３種類のミラー２５１，２５２，２５３は、それぞれ略長方形の平板状に形成され、それらの長手方向が、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの列と略平行にされ、長手方向の長さが、基板２２の第１辺２２Ａの長さ寸法と略等しくされている。また、各ミラー２５１，２５２，２５３の表面の法線方向と、ＬＥＤ２１の発光方向とのなす角度は、略４５°に設定され、各ミラー２５１，２５２，２５３は互いに平行に設置されている。具体的には、コ字状のフレーム２３の一対の第１片部２３１および第３片部２３３には、３つの傾斜面２３６がそれぞれ形成されている。傾斜面２３６に、ミラー２５１，２５２，２５３の両端部が貼り付けられている。

赤色ＬＥＤ２１Ｒから出射された出射光Ｌ２が入射する１枚目のミラー２５１は、反射ミラーであり、出射光Ｌ２を基板２２の第２辺２２Ｂに平行な方向へ、赤色ＬＥＤ２１Ｒから青色ＬＥＤ２１Ｂへ進行する向きに反射するように設置されている。
緑色ＬＥＤ２１Ｇおよび青色ＬＥＤ２１Ｂから出射された出射光Ｌ２が入射する２枚目のミラー２５２および３枚目のミラー２５３はそれぞれ、ダイクロイックミラー（以降、ＤＣＭと示す。）であり、所定の波長より短い波長の光を反射し、当該所定の波長より長い波長の光を透過する特性、または所定の波長より短い波長の光を透過し、当該所定の波長より長い波長の光を反射する特性を有している。すなわち、２枚目のミラー２５２および３枚目のミラー２５３は、光の波長に応じた反射から透過、または、透過から反射の特性移行の回数が所定の波長における１回のみのＤＣＭである。このようなＤＣＭを用いることで、各ＬＥＤ２１から出射された３色の発光色を有する出射光Ｌ２を選択的に反射または透過することが可能で、３種類の出射光Ｌ２を合成し、所定の色合いを有する照明光Ｌ１（図１参照）を生成することが容易となる。

２枚目のミラー２５２は、１枚目のミラー２５１で反射された赤色の出射光Ｌ２を透過し、緑色ＬＥＤ２１Ｇから出射された赤色の出射光Ｌ２よりも波長の短い緑色の出射光Ｌ２を、１枚目のミラー２５２で反射された赤色の出射光Ｌ２と同じ向きへ反射するように設置されている。
３枚目のミラー２５３は、２枚目のミラー２５２を透過した赤色の出射光Ｌ２および２枚目のミラー２５２で反射された緑色の出射光Ｌ２を透過し、青色ＬＥＤ２１Ｂから出射された赤色や緑色の出射光Ｌ２よりも波長の短い青色の出射光Ｌ２を、１枚目のミラー２５１で反射された赤色の出射光Ｌ２および２枚目のミラー２５２で反射された緑色の出射光Ｌ２と同じ向きへ反射するように設置されている。このため、３枚目のミラー２５３で透過された赤色および緑色の出射光Ｌ２と、３枚目のミラー２５３で反射された青色の出射光Ｌ２とが、合成して照明光Ｌ１となる。照明光Ｌ１の進行方向は、基板２２における赤色ＬＥＤ２１Ｒから青色ＬＥＤ２１Ｂへの向きと同一の向きである。

図５は、カバー１４を外した状態のリング照明装置１を示す斜視図である。
ケース本体１３には、図５に示すように、光軸Ｐ周りに４つの光源モジュール２０がリング状に配置されている。４つの光源モジュール２０は、ＬＥＤ２１が実装された基板２２の一方の表面Ｓ１（図２参照）が内方を向く姿勢で配置されている。なお、リング照明装置１は、４つの光源モジュール２０を個別に駆動制御できる図示しない制御手段を備えており、各光源モジュール２０から照射される照明光Ｌ１の光量が個別に制御される。
また、図１に戻って、光源モジュール２０は、合成された照明光Ｌ１の進行方向が光軸Ｐと略平行となるように配置されている。光源モジュール２０から発せられる照明光Ｌ１は、ケース本体１３のスリット１５を通過して、照明光Ｌ１の進行方向の前方に設置された反射鏡３０に入射される。

図１にて、反射鏡３０は、ケース本体１３のワークＷ側に配置され、第１反射鏡３１と第２反射鏡３２とを組み合わせて構成される。
第１反射鏡３１は、金属製の反射鏡本体からなり、スリット１５を通過した照明光Ｌ１を、光軸Ｐから離れる方向へ反射する、鏡面仕上げされた第１反射面３１１を備えている。第１反射鏡３１は、ケース本体１３の下面に取り付けられている。

第２反射鏡３２は、金属製の反射鏡本体からなり、光軸Ｐと対向する側の側面に鏡面仕上げによって形成された第２反射面３２１を有する。この第２反射面３２１は、第１反射面３１１で反射された照明光Ｌ１を、光軸Ｐ上に配置されたワークＷの方向へ照明角度θ１をもって反射し、リング状に整形してワークＷへ集光する。
このため、第２反射面３２１は、光軸Ｐに沿った断面方向に関して、光軸Ｐから離れる方向に窪んだ凹状の曲率を有した曲面状に形成されている。具体的には、第２反射面３２１の光軸Ｐに沿った断面形状は、放物線となっており、第２反射鏡３２は、放物ミラーを構成している。
また、第２反射面３２１は、光軸Ｐと略直交する断面方向に関しても、第１反射面３１１を反射した照明光Ｌ１をワークＷの方向へ集光させるために、光軸Ｐから離れる方向に窪んだ凹状の曲率を有した曲面状に形成されている。

図６は、カバー１４を２点鎖線で示したリング照明装置１の斜視図である。
ケース１０は、光軸Ｐを中心とするリング状に形成され、４つの光源モジュール２０を収納する内部空間を有する。この内部空間には、さらに３つのファン４０が収納されている。また、内部空間を仕切る仕切板５０が設けられている。
仕切板５０は、４つの光源モジュール２０のうちの隣り合う任意の２つの光源モジュール２０間に配置されている。３つのファン４０は、仕切板５０が配置されていない光源モジュール２０間にそれぞれ１つずつ配置されている。そして、仕切板５０によって仕切られた内部空間に連通する吸気口１４１および排気口１４２が、当該仕切板５０を挟む位置であるカバー１４の外周面にそれぞれ形成されている。３つのファン４０を駆動制御する図示しない制御手段が設けられ、制御手段によって各ファン４０を駆動すると、吸気口１４１から外部空気が吸入され、内部空間内の空気が排気口１４２から排出されるようになっている。

［リング照明装置の操作方法］
先ず、ワークＷの大きさや形状、測定範囲に応じて設定される合焦位置に対物レンズ２を位置調整し、リング照明装置１を対物レンズ２に取り付ける。
ワークＷの色合いに応じて、照明光Ｌ１の色合いを調節するには、光源として配列されたＲ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤ２１のうち、適切な色のＬＥＤ２１を選択し、点灯または消灯制御を行う。すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤ２１を全て点灯すれば、ミラー群２５によって合成される照明光Ｌ１は白色となり、いずれか１色のみを点灯すれば、当該１色の照明光Ｌ１となる。また、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤ２１のうち、いずれか２色を選択し点灯すれば、当該選択された２色が合成された照明光Ｌ１となる。さらに、選択したいずれかのＬＥＤ２１を部分的に点灯または消灯すれば、中間色の照明光Ｌ１を合成することもできる。

［発生熱の放熱について］
発光ダイオード（ＬＥＤ）２１を実装する外層回路２２３は、アルミニウム製の基材２２１に積層されているので、ＬＥＤ２１および外層回路２２３にて発生する熱は、基材２２１に伝わって、ＬＥＤ２１の実装面とは反対側の表面、すなわち、基板２２の他方の表面Ｓ２から外部に放熱される。また、基板２２の一方の表面Ｓ１の周縁に沿って、アルミニウム製のフレーム２３を取り付けたので、発生熱の一部が、基材２２１からフレーム２３に伝わって、フレーム２３のフィン２３４から外部に効率的に放熱される。さらに、フレーム２３を一方の表面Ｓ１よりもＬＥＤ２１側に設けたので、実装された全てのＬＥＤ２１がフレーム２３に囲まれた状態となり、ＬＥＤ２１にて発生する熱がフレーム２３に伝わって、フレーム２３のフィン２３４から外部に放熱される。また、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤ２１毎に所定の駆動電流にて点灯させることで所望の照度及び色合いの照明光Ｌ１を合成することができる。

また、ファン４０によって、ケース１０内に吸気口１４１から外部の空気が取り込まれ、放熱によって温められたケース１０内の空気は、排気口１４２から外部へ排出される。このようなケース１０内の空気の循環によって、排出される空気とともに発生熱が外部へ排熱されるようになっている。

［本実施形態による効果］
本実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）光源モジュール２０の放熱効果が向上されるので、ＬＥＤ２１の光量を増加させても光源モジュール２０自体の温度上昇を抑制することができ、ＬＥＤ２１の寿命の低下や、ＬＥＤ２１の発光効率の低下といったＬＥＤ２１自体に与える影響を抑えることができる。従って、従来よりも光源モジュール２０の照明光の明るさを向上できる。

例えば、光量を増加させるため、ＬＥＤ２１として、従来のＬＥＤよりも高い輝度の出射光Ｌ２を発光可能な高輝度ＬＥＤを用いることで、ＬＥＤ２１の発光能力が向上され、光源モジュール２０から照射される照明光Ｌ１の光量が増加される。このため、従来よりもリング照明装置１の明るさを向上させることができる。この場合、従来のＬＥＤを用いる場合よりも発熱量が増加するが、アルミニウムの基材２２１を有する基板２２と、アルミニウム製のフィン２３４を有するフレーム２３との組み合せによって、放熱性能に優れた光源モジュール２０を構成したので、発熱量の増加による問題を回避できる。
一方、従来の光量を維持することが条件の場合には、ＬＥＤ２１として高輝度ＬＥＤを用いることで、ＬＥＤ２１の数量を削減でき、光源モジュール２０の小型化を図ることができる。
なお、ＬＥＤ２１として従来のＬＥＤを用いる場合であっても、ＬＥＤ２１の集積度を向上させることで、照明光Ｌ１の光量を増加させることができる。

このような放熱効果に優れた光源モジュール２０を用いて、リング照明装置１を構成したので、光源モジュール２０の照明光Ｌ１の光量を増加させてもリング照明装置１自体の温度上昇を抑制することができる。このようなリング照明装置１を例えば光学測定機などの照明として使用すれば、光学測定機などの温度上昇も抑制することができ、測定精度を維持することができる。

（２）フレーム２３の第１片部２３１〜第３片部２３３におけるＬＥＤ２１側とは反対側の表面Ｔ１は、ＬＥＤ側の面よりも温度が低くなるので、この反対側の表面Ｔ１にフィン２３４を形成したことで、フレーム２３が吸収した熱が効率よくフィン２３４から放出され、光源モジュール２０の放熱性能が向上される。

（３）レンズアレイ２４およびミラー群２５を基板２２とともにフレーム２３に固定するので、基板２２とフレーム２３とレンズアレイ２４とミラー群２５とを有する光源のモジュール化を容易に実施することができる。また、フレーム２３を共通の支持手段として使用することにより、光源モジュール２０の小型化を図ることもできる。

（４）アルミニウム製の基材２２１に、絶縁層２２２および外層回路２２３を順番に積層させて基板２２を多層基板として構成するので、基板２２を効率よく製造することができるとともに、基板２２の薄型化を図ることができる。

（５）３色の発光色を有する３種類の出射光Ｌ２が、その前方に配置したミラー群２５によって所定の色合いの照明光Ｌ１に合成されるため、ミラー群２５によって予め所定の色合いに合成された照明光Ｌ１が照射され、ワークＷの表面色に応じた均一な色合いの照明光Ｌ１を照射することができる。従って、光学系により得られる像のコントラストが強調され、ワークＷのエッジ等を検出する精度の向上を十分に図ることができる。

（６）４つの光源モジュール２０を用いるとともに、各光源モジュール２０を個別に駆動制御できる制御手段を備えているので、各光源モジュール２０から照射される照明光Ｌ１の光量を個別に制御することができる。

（７）ケース１０内部に収納されたファン４０によって、ケース１０内に吸気口１４１から外部の空気が取り込まれ、ケース１０内の空気が排気口１４２から排出される。このようなケース１０内の空気の循環によって、発生熱を外部へ効率よく排熱することができ、リング照明装置１の放熱性能が向上され、ケース１０内部の温度上昇を抑制することができる。
（８）ケース１０のリング状の内部空間に４つの光源モジュール２０を収納したので、光源モジュール２０からの照明光Ｌ１が外部に漏れることを防ぐことができる。

［本発明の変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前述の各実施形態では、画像測定装置に用いられるリング照明装置について説明を行ったが、測定顕微鏡、工具顕微鏡、投影機、三次元画像測定機等に用いてもよい。なお、本発明の光源モジュールは、リング照明装置以外の照明装置に適用してもよい。
前述の各実施形態では、リング照明装置を対物レンズに取り付けたが、これに限らず、測定装置等の本体や測定台に取り付けてもよく、また、これらの測定装置等とは別にリング測定装置を支持する部材を設け、この部材に取り付けてもよい。

また、図７に示すように、光源モジュールを構成してもよい。図７に示す光源モジュール２０Ａには、金属製の基材２２１Ａの裏側、すなわち、基板２２ＣにおいてＬＥＤ２１を実装する表面Ｓ１とは反対側の表面Ｓ２に、放熱用のフィン２３４を形成してもよい。例えば、アルミニウム製の基材２２１Ａに放熱用のフィン２３４が一体形成されたアルミヒートシンク基板などを利用できる。この場合、発生熱の放熱性能を一層向上させることができる。なお、図７のように、金属製の基材２２１Ａと、前記実施形態のケースに相当する部材とを一体形成すれば、部品点数を削減できる点で効果的である。
また、前記実施形態では、フィンを有するフレームについて説明したが、フィンのない金属製のフレームであっても、金属製のフレーム自体が、表面からの放熱によって、発生熱を放出するので、本発明の効果を奏することができる。

また、光源モジュールのミラーとして、赤色の出射光および緑色の出射光を透過させるとともに青色の出射光を反射させる機能を有する３枚目のミラーを設けて、合成された照明光が、基板の第２辺に平行な方向に進行するようにしたが、これに限らない。例えば、赤色の出射光および緑色の出射光を反射させるとともに青色の出射光を透過させる機能を有する３枚目のミラーを設けて、合成された照明光が、３枚目のミラーからＬＥＤの発光方向に平行な方向に進行するように構成してもよい。
なお、合成手段としては、ミラー群に限らず、プリズムなどを利用してもよい。
また、前記実施形態では、光源モジュールをケース本体に取り付ける際、光源モジュールの基板の実装面が光軸に平行となる姿勢（縦姿勢）で取り付けられているが、これに限らず、当該実装面が光軸に垂直となる姿勢（横姿勢）で取り付けられてもよい。

また、前記実施形態では、リング照明装置を上方から平面視した場合に、ＬＥＤを実装する複数の基板が、光軸を中心とする平面略矩形の各辺の位置に配列されているが、これに限らず、平面略円形の円周上の位置に配列されていてもよく、また、平面略三角形や五角形または、それ以上の多角形の各辺の位置に配列されていてもよい。
Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤの配列は、前述の各実施形態で示した順に限らず、異なった配列としてもよく、その際、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤの配列に応じた、反射または透過の特性を有するＤＣＭを使用することができる。
Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のＬＥＤに加えて、白色のＬＥＤを用いてもよい。この場合、光源モジュールは合成手段を備えていなくてもよく、ＬＥＤからの出射光を照明光として集光手段に入射させてもよい。

また、前記実施形態では、ケースは、金属板材から加工されるものとしたが、これに限らず、合成樹脂製であってもよい。また、反射鏡は、金属製で反射面が鏡面仕上げされるものとしたが、これに限らず、ガラス製や合成樹脂製としてもよく、反射面のみにガラスや金属を用いたものでもよく、反射面にメッキ等が施されたものでもよい。なお、集光手段としては、第１反射鏡および第２反射鏡からなる反射鏡に限らず、コリメートレンズなどで構成してもよい。

本発明は、画像測定装置に用いられるリング照明装置に限らず、測定顕微鏡、工具顕微鏡、投影機、三次元画像測定機等のリング照明装置として利用できる。また、リング照明装置以外の照明装置にも利用することができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置を示す縦断面図。 図１において、前記照明装置の光源モジュールを示す縦断面図。 前記光源モジュールを示す斜視図。 前記光源モジュールを示す分解斜視図。 前記照明装置についてカバーを外した状態を示す斜視図。 前記照明装置を示す斜視図。 本発明の変形例に係る光源モジュールを示す縦断面図。

符号の説明

１…リング照明装置（照明装置）
１０…ケース
２０，２０Ａ…光源モジュール
２１…発光ダイオード（ＬＥＤ）
２２，２２Ｃ…基板
２３…フレーム
２４…レンズアレイ
２５…ミラー群（合成手段）
３０…反射鏡（集光手段）
４０…ファン
１４１…吸気口
１４２…排気口
２２１，２２１Ａ…基材
２２２…絶縁層
２２３…外層回路
２３１…第１片部（板状部材）
２３２…第２片部（板状部材）
２３３…第３片部（板状部材）
２３４…フィン
２４１…集光レンズ
Ｌ１…照明光
Ｌ２…出射光
Ｐ…光軸
Ｓ１…一方の表面（一方の面）
Ｔ１…反対側の表面（反対側の面）。

Claims (4)

1. 光学系の光軸を中心とするリング状の内部空間を有するケースと、このケースの内部空間に前記光学系の光軸の周囲に沿ってリング状に配列された複数の光源モジュールと、 前記光源モジュールから照射される照明光の進行方向の前方に配置され、当該照明光を前記光軸に沿った所定の位置に集光する集光手段とを備え、
   前記各光源モジュールは、金属製の基材を有する基板と、前記基板の一方の面に実装される複数の発光ダイオードと、前記基板の一方の面の周縁に沿って当該一方の面よりも前記発光ダイオード側に設けられるとともに、前記発光ダイオードおよび前記基板にて発生する熱を吸収して外部に放出する金属製のフレームと、前記基板の一方の面に対向して、かつ、複数の前記発光ダイオードと所定の間隔を離して前記フレームに固定されるとともに、前記各発光ダイオードに対応して配列された複数の集光レンズを有するレンズアレイとを備え、
   前記ケースには、前記リング状の内部空間を仕切る仕切板が設けられるとともに、この仕切板で仕切られた内部空間に連通する吸気口および排気口が前記仕切板を挟んで配置され、更に、前記吸気口から外部空気を吸入し、かつ、前記内部空間内の空気を前記排気口から排出するファンが収納されている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記フレームは、前記一方の面の周縁から当該一方の面の略垂直方向に延設された板状部材によって構成され、
   前記板状部材の前記発光ダイオード側とは反対側の面には、放熱用のフィンが形成されていることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の照明装置において、
   前記基板は、前記基材と、
   前記発光ダイオードを実装する外層回路と、
   前記基材および前記外層回路の間に介在される絶縁層とを有して構成されることを特徴とする照明装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置において、
   複数の前記発光ダイオードは、互いに異なる発光色を有する少なくとも２種類から構成され、
   前記発光ダイオードの発光方向前方には、当該発光ダイオードから出射されて互いに異なる発光色を有する出射光を合成して照明光を生成する合成手段が設けられることを特徴とする照明装置。

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