JP7015132B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば製品等のワークに光を照射し、傷の有無やマーク読み取り等の検査を行うために用いられる光照射装置に関するものである。

この種の光照射装置としては、特許文献１に示すように、ワークに発光板を対向させるとともに、その発光板にワークで反射した光を通過させる光通過孔を複数形成したものがある。このような構成であれば、各光通過孔を介してワークを複数の方向から撮像することができるが、一方で光通過孔が複数形成されているので光量が低下してしまう。

そこで、特許文献２に示す光照射装置は、ワークに照射する光量を低下させることなく、ワークを撮像する方向を変更できるようにすべく、光通過孔をワークから反対側に向かって徐々に幅が広がる形状にしてある。

より具体的に説明すると、この光照射装置は、複数の光源を収容するとともに、ワークに対向する一面に開口が形成された一対のケーシングと、各ケーシングの開口を塞ぐ発光板とを備えており、一対のケーシングが各発光板の間に隙間を空けつつ対向配置されている。そして、各ケーシングの対向面を発光板から光源に向かって離間距離が徐々に長くなるように傾斜させることで、上述した光通過孔を形成してある。

ところが、上述した構成において、仮に発光板と光源の載置面とが互いに平行であると、図９（ａ）に示すように、発光板の光通過孔側の領域（以下、孔側領域という）に光が届きにくく、発光板の輝度の均一性が低下する。

一方、発光板の孔側領域に光を届けるべく、図９（ｂ）に示すように、発光板に対して光源の載置面を傾斜させると、各光源によって発光板との離間距離が変わるので、発光板の光源に近い部分は明るく、光源から遠い部分は暗くなってしまう。なお、各光源を発光板から遠ざければ、各光源と発光板との離間距離の差が小さくなるので上述した明暗は抑えられるが、この場合は装置が大型化するという新たな問題が生じる。

特開２０１１－６９６５１号公報 特開２０１７－３２２８９号公報

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、ワークに照射する光量を低減させることなく、複数の方向からワークを撮像することができ、なおかつ、装置を大掛かりにすることなく、輝度の均一性の向上を図ることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明にかかる光照射装置は、光源と、前記光源からの光を射出する光射出領域とを具備し、前記光射出領域から射出してワークで反射した光を前記光射出領域の反対側に向かって通過させる光通過孔が、前記光射出領域の反対側に向かって徐々に幅が広がる形状に形成された光照射装置であって、前記光源とは異なる位置に設けられた補助光源と、前記補助光源からの補助光を前記光射出領域における前記光通過孔側の孔側領域に導く導光機構をさらに具備することを特徴とするものである。

このような光照射装置であれば、光射出領域の反対側に向かって徐々に幅が広がる光通過孔が形成されているので、複数の光通過孔を設けることなく、即ち、ワークへの照射光量を低減させることなく、複数の方向からワークを撮像することができる。
そのうえ、光射出領域の孔側領域に補助光を導く導光機構を具備しているので、補助光により孔側領域の光量が補われ、例えば光源を載置する面を光射出領域に対して傾斜させたり、光源を光射出領域から遠ざけたりさせることなく、光源（補助光源を含む）から光照射領域に届く光量の均一化を図ることができる。これにより、装置の小型化を図りつつも、光射出領域の輝度の均一性を向上させることが可能となる。

具体的な実施態様としては、前記導光機構が、前記光通過孔側に配置されて前記補助光を前記孔側部分に向けて反射する第１反射面を備え、前記補助光が前記第１反射面に向かって進行するように構成されたものが挙げられる。
このような構成であれば、補助光が第１反射面で孔側領域に向かって反射するので、光射出領域の輝度を均一にすることができる。

また、前記導光機構が、前記第１反射面と対向して設けられ、前記補助光を前記第１反射面に向けて反射する第２反射面をさらに有し、前記補助光源が、前記補助光を前記第２反射面に向けて射出することが好ましく、このようにすれば、例えば、光源と補助光源とを近接させて一体的に設けることが可能となり、構造の簡素化を図ることができる。

より具体的な実施態様としては、前記導光機構が、前記光源と前記光射出領域との間に設けられて前記ワークと対向する導光板を備えており、前記第１反射面及び／又は前記第２反射面が前記導光板の側面に設けられている態様が挙げられる。

このように構成した本発明によれば、ワークに照射する光量を低減させることなく、複数の方向からワークを撮像することができ、なおかつ、装置を大掛かりにすることなく、輝度の均一性の向上を図ることができる。

本実施形態の光照射装置の構成を示す側面図。 同実施形態の光照射装置の構成を示す断面図。 同実施形態の導光機構の構成を示す断面図。 変形実施形態の導光機構の構成を示す断面図。 変形実施形態の導光機構の構成を示す断面図。 変形実施形態の導光機構の構成を示す断面図。 変形実施形態の光照射装置の構成を示す斜視図及び断面図。 変形実施形態の光照射装置の構成を示す斜視図及び断面図。 従来の課題を説明するための模式図。

以下に本発明に係る光照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る光照射装置１００は、図１に示すように、ワークＷ（検査物）に光を照射するものであり、例えばラインセンサカメラと称される撮像装置ＣによってワークＷの所定領域を撮影し、得られた画像データを画像処理装置（図示しない）で取り込んで傷等の有無の表面検査を行う製品検査システムＸ等に用いられる。
なお、本実施形態におけるワークＷは、例えば、所定方向に一定速度で流れていく紙やフィルム等の連続物や、コンベアに載置されて連続して搬送されるカットフィルムやカット硝子等の個別品である。

この光照射装置１００は、ワークＷと撮像装置Ｃとの間に配置されるものであり、具体的には図２に示すように、ケーシング１０と、ワークＷに対向するようにケーシング１０に設けられた発光板２０と、発光板２０に対してワークＷとは反対側に設けられた導光板３０と、ケーシング１０に収容された光源ユニット４０とを具備する。

ケーシング１０は、図２に示すように、一面に形成された開口１０ａがワークＷに対向するように配置されるものであり、開口１０ａに対向する底壁１１と、底壁１１の周囲にある側壁１２とを有している。ここでの底壁１１は開口１０ａと平行であり、底壁１１の外面にはヒートシンクなどの放熱部材５０がネジ等によって取り付けられている。

本実施形態では、一対のケーシング１０が互いに離間して並設されており、例えば各ケーシング１０の側壁１２に取り付けられた連結部材６０によって連結されている。ここでは、各ケーシング１０の対向面１３が、ワークＷ側からその反対側（撮像装置Ｃ側）に向かって徐々に離間距離が長くなるように傾斜している。すなわち、これらの対向面１３は、ワークＷ側からその反対側に向かって徐々に幅が広がるテーパ状の光通過孔たるスリットＳを形成しており、ワークＷで反射した光がこのスリットＳを通過して撮像装置Ｃに向かうように構成されている。
かかる構成により、撮像装置Ｃの撮像方向をスリットＳの広がりに応じ変更してワークＷの所定領域を撮像することができる。これにより、例えばワークＷ表面の荒れ状態や傷の種類などに応じて、撮像装置ＣをワークＷに正対させればワークＷ表面で反射した光の正反射成分を除去して撮像することができるし、撮像装置Ｃを傾ければ正反射成分を利用して撮像することができる。

発光板２０は、図２に示すように、ワークＷに対向する光射出領域たる発光面２１からワークＷに向けて光を射出するものであり、ケーシング１０の開口１０ａを塞ぐように設けられている。具体的に発光板２０は、例えば矩形平板状の透光性を有する拡散板であり、ここではケーシング１０の底壁１１と平行に設けられている。
一対のケーシング１０の開口１０ａそれぞれに設けられた発光板２０は、それぞれの発光面２１が同一平面上に、互いに隙間を空けて配置されている。この隙間は上述したスリットＳの一部をなしている。言い換えれば、各発光板２０の互いに対向する側面２２は、スリットＳの一部を形成し、かつこれに沿う形状となっている。なお、これらの側面２２の外側には第１反射板７０が設けられており、この第１反射板７０によって各側面２２が覆われている。また、各ケーシング１０の対向面１３と、これと反対側の側壁１２は互いに平行となっており、当該側壁１２の内面には第２反射板７１が設けられている。

導光板３０は、後述する光源ユニット４０からの光を受けて発光板２０に導くもので、発光板２０と同様、例えば矩形平板状をしており、発光板２０における発光面２１の裏面２３に接触して当該発光板２０と平行に配置されている。
一対のケーシング１０内それぞれに設けられた導光板３０は、発光板２０と同様、同一平面上に隙間を空けて配置されている。この隙間は上述したスリットＳの一部をなしている。言い換えれば、各導光板３０において互いに対向する側面（以下、第１の側面という）３１ａは、スリットＳの一部を形成し、かつこれに沿う形状となっている。なお、各第１の側面３１ａは、発光板２０の互いに対向する側面２２と同一平面上に設けられ、上述した第１反射板７０によって覆われている。また、導光板３０の第１の側面３１ａの反対側の側面（以下、第２の側面という）３１ｂは、当該側面３１ａと平行に形成されており、当該側面３１ｂも、同様に、第２反射板７１によって覆われている。

光源ユニット４０は、図２に示すように、各ケーシング１０の底壁１１に設けられ、前方に向けて光を照射する。なお、各光源ユニット４０は、図示しない制御部から送信されるＯＮ／ＯＦＦ信号や光量信号などの制御信号に基づいて調光制御されるものであり、ここでは、それぞれを独立して制御できるように構成されている。

具体的に各光源ユニット４０は、複数のＬＥＤ光源４１と、これらのＬＥＤ光源４１が搭載されたＬＥＤ基板４２とを有しており、各ＬＥＤ光源４１の光軸が導光板３０の面板部３２に直交するように配置されている。

上述した構成により、図３に示すように、発光面２１は、例えば、最もスリットＳ側（内側）に配置されたＬＥＤ光源４１の光軸よりもスリットＳ側に対応する孔側領域２１ａと、孔側領域２１ａよりもスリットＳの反対側（外側）に対応し、後述する補助光源８１以外のＬＥＤ光源４１からの光（以下、主用光ともいう）が照射される反孔側領域２１ｂとを有する。なお、本実施形態では、このように孔側領域２１ａと反孔側領域２１ｂとを規定したが、これに限定されるものではなく、例えば孔側領域２１ａを図３に示す領域よりもスリットＳの反対側にさらに延ばしても良いし、図３に示す領域よりもスリットＳ側の領域としても良い。

然して、本実施形態の光照射装置１００は、反孔側領域２１ｂに照射される主用光とは別の補助光を射出する補助光源８１と、補助光源８１からの補助光を発光面２１の孔側領域２１ａに導く導光機構８０をさらに具備している。

補助光源８１は、ＬＥＤ光源４１のうち、主用光を射出するＬＥＤ光源４１（主用光源８２）とは異なる位置に設けられており、例えば、スリットＳから最も離れた（外側の）ＬＥＤ光源４１が該当する。このように、前記光源ユニット４０は、主用光源８２及び補助光源８１として機能し、これらが一体的に（ここでは同一のＬＥＤ基板４２に）設けられている。

導光機構８０は、導光板３０と、第１反射板７０及び第２反射板７１とから構成される。第２反射板７１は、その反射面（第２反射面）８２ｂにより、補助光源８１からの補助光を第１反射板７０の反射面（第１反射面）８２ａに向けて反射し、導光板３０は、第２反射面８２ｂによって反射された補助光を第１反射面８２ａ側に向けて進行させ、第１反射板７０は、その反射面８２ａにより、第２反射面８２ｂ側から第１反射面８２ａ側に進行した補助光を孔側領域２１ａに向けて反射する。なお、本実施形態では、第１反射面８２ａ及び第２反射面８２ｂ、並びに第１の側面３１ａ及び第２の側面３１ｂは、面板部３２及び補助光源８１の光軸に対して略４５°傾斜している。

なお、「補助光を第１反射面８２ａ側に向けて進行させる」とは、導光板３０の上面や下面に当たることなく第１反射面８２ａ側に補助光を進行させることのみならず、導光板３０の上面や下面に１又は複数回当たって反射しながら第１反射面８２ａ側に補助光を進行させることも含まれる。

そして、このような主用光源８２及び補助光源８１によれば、主用光源８２からの光については、導光板３０を透過して発光板２０（孔側領域２１ａ及び反孔側領域２１ｂ）から拡散光がワークＷに向けて照射され、一方、補助光源８１からの光については、第２反射板７１の第２反射面８２ｂ、導光板３０及び第１反射板７０の第１反射面８２ａを介して孔側領域２１ａから拡散光がワークＷに向けて照射される。なお、第２反射板７１の第２反射面８２ｂ、導光板３０及び第１反射板７０の第１反射面８２ａを介して孔側領域２１ａに導かれる光の中に、補助光源８１ではなく、主用光源８２からの光が含まれていても、何ら問題はない。

このように構成された本実施形態の光照射装置１００によれば、発光面２１の反対側に向かって徐々に幅が広がるスリットＳが形成されているので、ワークＷに照射する光量を低減させることなく、上述したように複数の方向からワークＷを撮像することができる。
そのうえ、補助光源８１から射出された補助光が、導光機構８０により発光面２１の孔側領域２１ａに導かれて当該部分における光量を補うことができる。これにより、例えばＬＥＤ光源４１を載置する底壁１１を発光面２１に対して傾斜させたり、ＬＥＤ光源４１を発光面２１から遠ざけたりさせることなく、光源ユニット４０から発光面２１全体に届く光量を均一にすることができる。これにより、装置の小型化を図りつつ、発光面２１の輝度の均一性を向上させることができる。

さらに、ケーシング１０の底壁１１に設けられた複数のＬＥＤ光源４１の一部を補助光源８１として利用しているので、例えば導光板３０の側方に新たなＬＥＤ光源を配置する構成に比べて、装置構成を簡素化することができる。

加えて、第１の側面３１ａ及び第２の側面３１ｂの両方が面板部３２に対して４５度傾斜しているので、導光板３０の製造が容易であり、しかも第２の側面３１ｂに接触する第２反射面８２ｂで反射した補助光を第１の側面３１ａに接触する第１反射面８２ａで発光面２１に向けて反射させることができる。

そのうえ、発光板２０の互いに対向した側面２２や導光板３０の第１の側面３１ａが導光板３０の面板部３２に対して４５度傾斜しているので、撮像装置Ｃを傾ける角度範囲が４５度よりも小さければ（例えばワークＷに正対する向きから左右それぞれに２５度ずつ）、例えばケーシング１０の対向面１３など撮像装置Ｃの角度範囲に被らない位置に補強部材を設けることができる。これにより、ケーシング１０のスリットＳ側の機械的強度を向上させることが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、導光板３０の第１の側面３１ａに接触して第１反射板７０の第１反射面８２ａを設けるとともに、第２の側面３１ｂに接触して第２反射板７１の第２反射面８２ｂを設けたが、第１の側面３１ａ及び第２の側面３１ｂの一方又は両方に、蒸着膜などの反射膜を形成すれば、導光板３０とは別に反射板７０、７１を設ける必要がなく、部品点数が増えるのを防止できる。

また、前記実施形態では、ケーシング１０の底部に設けられた複数のＬＥＤ光源４１の一部を補助光源８１として利用していたが、図４に示すように、導光板３０の第２の側面３１ｂの側方に光源ユニット４０とは別の光源を補助光源８１として配置しても良い。この場合、前記実施形態で説明した第２反射板７１は不要であり、また、導光板３０の第２の側面３１ｂは面板部３２に対して傾斜している必要もない。

さらに、前記実施形態の第２反射面８２ｂと第２の側面３１ｂとは接触していたが、図５に示すように、導光板３０の第２の側面３１ｂを面板部３２に対し垂直にして、第２反射面８２ｂと第２の側面３１ｂとの間に隙間が形成されていても良い。そのうえ、導光板３０の第１の側面３１ａに関しても、面板部３２に対して垂直にしても良く、第１反射面８２ａと第１の側面３１ａとの間に隙間が形成されていても良い。なお、第１反射板７０と第２反射板７１の角度は、図２や図３に示したように必ずしも平行でなくて良い。
また、図６に示すように、導光板３０を省略して、第１反射板７０と第２反射板７１により補助光を発光面２１側に導くようにしても良い。

そのうえ、第１反射面８２ａや第２反射面８２ｂの面板部３２に対する傾斜角度は必ずしも４５度である必要はなく、適宜変更して構わない。

また、前記実施形態の光照射装置１００は、一対のケーシング１０を用いて構成されていたが、図７に示すように、平板状の光照射装置１００としても良い。具体的にこの光照射装置１００は、例えば平面視概略正方形状のものであり、ワークＷに対向する発光板２０と、発光板２０に対してワークＷの反対側に設けられた導光板３０と、導光板３０よりもさらにワークＷの反対側に設けられた複数のＬＥＤ光源４１とを備えている。なお、光照射装置１００の平面視形状は、概略長方形状や概略円盤形状など、種々変更して構わない。
ここでは、平板状の光照射装置１００を厚み方向に貫通することでスリットＳを形成してあり、発光板２０や導光板３０も厚み方向に貫通してある。この構成では、導光板３０の第１の側面３１ａは、スリットＳを形成する内側周面であり、第２の側面３１ｂは、第１の側面３１ａとは反対側に位置する外側周面である。
このような構成であれば、前記実施形態におけるケーシング１０を不要にすることができ、装置全体を厚み方向によりコンパクト化することができる。

さらに加えて、前記実施形態では光通過孔をスリットとして説明したが、光通過孔は、例えば図８に示すように、発光面２１（光射出領域）の反対側に向かって徐々に幅が広がる切頭円錐形状などであっても良い。

加えて、スリットＳは、スリットＳの延伸方向から視た断面が左右非対象な形状や、発光面２１側からその反対側に向かって湾曲しながら徐々に幅が広がる形状や、発光面２１側からその反対側に向かって段階的に広がる形状などであっても構わない。

また、前記実施形態では発光板２０の発光面２１が光射出領域である場合について説明したが、光照射装置１００は、必ずしも発光板２０を備えている必要はなく、この場合の光射出領域は、ケーシング１０に形成された開口１０ａとなる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・光照射装置
Ｃ ・・・撮像装置
Ｗ ・・・ワーク
１０ ・・・ケーシング
１０ａ・・・開口
２１ ・・・発光面（光射出領域）
３０ ・・・導光板
３１ａ ・・・第１の側面
３１ｂ ・・・第２の側面
３２ ・・・面板部
８０ ・・・導光機構
８１ ・・・補助光源
８２ａ・・・第１反射面
８２ｂ・・・第２反射面

Claims (5)

1. 光源と、前記光源からの光である主用光を射出する平面状の光射出領域とを具備し、前記光源の光軸が前記光射出領域と直交しており、前記光射出領域から射出してワークで反射した主用光を前記光射出領域の反対側に向かって通過させる光通過孔が、前記光射出領域の反対側に向かって徐々に幅が広がる形状に形成された光照射装置であって、
   前記光源とは異なる位置に設けられて、前記主用光とは別の光である補助光を射出する補助光源と、
   前記補助光源からの前記補助光を前記光射出領域の一部として規定された領域であって前記光通過孔側に位置する領域として規定された孔側領域に導く導光機構とをさらに具備する光照射装置。
2. 前記導光機構が、前記光通過孔側に配置されて前記補助光を前記孔側領域に向けて反射する第１反射面を備え、
   前記補助光が前記第１反射面に向かって進行するように構成されている請求項１記載の光照射装置。
3. 前記導光機構が、前記補助光を前記第１反射面に向けて反射する第２反射面をさらに有し、
   前記補助光源が、前記補助光を前記第２反射面に向けて射出する請求項２記載の光照射装置。
4. 前記導光機構が、前記光源と前記光射出領域との間に設けられて前記ワークと対向する導光板を備えており、
   前記第１反射面が前記導光板の側面に設けられている請求項２記載の光照射装置。
5. 前記導光機構が、前記光源と前記光射出領域との間に設けられて前記ワークと対向する導光板を備えており、
   前記第１反射面及び前記第２反射面の一方又は両方が前記導光板の側面に設けられている請求項３記載の光照射装置。

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