JP7349287B2 - 同軸照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、同軸照明装置に関するものである。

例えば、表面検査用の照明装置としては、特許文献１に示すように、検査対象であるワークに対してカメラの撮像方向から光を照射する同軸照明装置が知られている。

この同軸照明装置は、ハーフミラーと、当該ハーフミラーに光を照射するＬＥＤと、それらを収容する筐体を有している。そして、筐体は、天板、底板、左右側板、正面板及び背面板からなる直方体形状をなしており、それら６枚の板をネジを用いて組み立てることにより構成されている。また、ハーフミラーは、左右側板に保持される。

近年、カメラの高画素化が進む中で、ハーフミラーの微小な歪みさえも検査に影響しやすくなっている。ところが、従来の同軸照明装置では、各板をねじを用いて組み立てているので、各板の組み立て精度により、左右側板同士の相対位置がずれてしまい、ハーフミラーが歪みやすい。また、ハーフミラーによって生じる非点収差を嫌ってハーフミラーを薄くする傾向にあり、ハーフミラーはさらに歪みやすくなっている。

一方で、検査時間を短くしたいというニーズも多く、光源の更なる高輝度化が求められている。高輝度化するためにはＬＥＤに大電流を流すことになり、筐体の放熱性能を向上しなければならない。ところが、筐体の放熱性能を向上させるために単純に筐体のサイズを大きくすると、コスト的に高くなってしまうし、検査システムに組み込みにくくなる。

特開２０１７－１８７２９６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、ビームスプリッタの歪みを低減しつつ、光源の放熱性能を向上させることをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る同軸照明装置は、平板状のビームスプリッタと当該ビームスプリッタに向けて光を照射する光源とを収容する筐体を有する同軸照明装置であって、前記筐体は、天板、底板、左右側板、正面板及び背面板からなる直方体形状をなすものであり、前記左右側板には、前記ビームスプリッタを取り付けるための取付溝が形成されており、前記正面板には、前記光源が取り付けられており、前記正面板と前記左右側板の一方とが、単一部材により一体構造体とされており、前記左右側板の他方が、前記一体構造体に固定機構によって固定されていることを特徴とする。

このような同軸照明装置であれば、正面板と左右側板の一方（例えば左側板）とを一体構造体としているので、正面板に対して左右側板の他方（例えば右側板）を当接して固定することにより、左右側板の一方（例えば左側板）に対して左右側板の他方（例えば右側板）が位置決めされる。その結果、左側板の取付溝と右側板の取付溝との相対位置のずれを低減して同一平面上にすることができ、左右側板に取り付けられるビームスプリッタの歪みを低減することができる。ビームスプリッタの歪みが低減されることにより、撮像装置により撮像される画像を歪みがなく高精細なものにすることができる。また、ビームスプリッタの歪みが低減されることにより、撮像装置の撮像中心の位置調整を容易にすることもできる。
また、取付溝が形成された左右側板の一方（例えば左側板）と光源が取り付けられる正面板とが一体構造体としてあるので、光源とビームスプリッタとの位置決めも容易となり、ワークに対する光の照射精度を向上させることができる。
さらに、光源から発生する熱は正面板だけでなく左右側板の一方（例えば左側板）にも伝わりやすいので、放熱性能を向上させることができる。その結果、例えばＬＥＤ等の光源に大電流を流すことにより高輝度化を可能にすることができ、検査時間を短くすることができる。
その上、正面板と左右側板の一方とを一体構造体にしているので、部品点数を削減、光を漏れる箇所の低減、組み立て工数の削減等を可能にすることができる。
なお、一体構造体は概略Ｌ字形状をなすものであり、左右側板の一方に取付溝等の溝加工をする場合に、従来の平板状をなす側板への溝加工と同様に行うことができ、溝加工の加工精度が悪くなることはなく、また、加工時間も長くなることはない。

前記天板には撮像装置によりワークを撮像するための撮像窓が形成される。
このため、前記天板は、前記一体構造体の上面に当接して固定されることが望ましい。
この構成であれば、一体構造体（正面板及び左右側板の一方）に対して天板が位置決めされることになる。その結果、ビームスプリッタに対して撮像窓が位置決めされることになり、撮像装置により撮像される画像を歪みがなく高精細なものにすることができる。

また、底板にはビームスプリッタからの光を透過する透過窓が形成される場合がある。
このため、前記底板は、前記一体構造体の下面に当接して固定されることが望ましい。
この構成であれば、一体構造体（正面板及び左右側板の一方）に対して底板が位置決めされることになる。その結果、ビームスプリッタに対して透過窓が位置決めされることになり、撮像装置により撮像される画像を歪みがなく高精細なものにすることができる。

左右側板の他方は、一体構造体の正面板に当接するだけでなく、天板にも当接することになる。天板が一体構造体に対してずれてしまうと、その影響が左右側板の他方に及んでしまう恐れがある。
このため、前記一体構造体において前記正面板及び前記左右側板の一方の間に段差が形成されており、前記天板には、前記段差に係合する係合部が形成されていることが望ましい。
この構成であれば、一体構造体に形成された段差に天板が係合して固定されるので、一体構造体に対して天板が精度良く位置決めされる。その結果、左右側板の他方も精度良く位置決めされる。

一体構造体の具体的な実施の態様としては、単一材料を切削して形成されたものであることが望ましい。単一材料を切削して形成する場合には、正面板及び左右側板をそれぞれ形成する場合に比べて、加工コストが高くなると考えがちであるが、部品点数の削減及び組み立て工数の削減によるトータルの製造コストは安価にすることができる。

このように構成した本発明によれば、ビームスプリッタの歪みを低減しつつ、光源の放熱性能を向上させることができる。

本実施形態の同軸照明装置を用いた外観検査システムを示す模式図である。 同実施形態の同軸照明装置の正面側左斜め上方から見た斜視図である。 同実施形態の同軸照明装置の背面側左斜め下方から見た斜視図である。 同実施形態の同軸照明装置の断面図である。 同実施形態の同軸照明装置の分解斜視図である。 同実施形態の一体構造体の背面側右斜め上方から見た斜視図である。 同実施形態の一体構造体の段差部及び天板部の係止部を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る同軸照明装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

＜１．装置構成＞
本実施形態の同軸照明装置１００は、図１に示すように、例えばワークＷ表面の傷や文字等の外観を検査する外観検査システムＺに用いられるものである。この外観検査システムＺは、ワークＷを照明する同軸照明装置１００と、当該同軸照明装置１００により照明されたワークＷを撮像する撮像装置２００と、撮像装置２００により得られた画像データを処理する処理装置３００とを備えている。

具体的に同軸照明装置１００は、ワークＷに対して撮像装置２００の撮像軸Ｃと同一方向（撮像方向）から光を照射するものであり、図２～図５に示すように、平板状のビームスプリッタ２と、ビームスプリッタ２に向けて光を照射する光源３と、それらを収容する筐体４とを有するものである。なお、図５は、同軸照明装置１００の分解斜視図であり、一部の構成を省略している。

ビームスプリッタ２は、例えばハーフミラーである。このハーフミラーは、矩形状をなすガラス板の表面を誘電体多層膜や金属薄膜等でコーティングしたものであり、その表面に対する入射角が４５度の光に対して、反射率がほぼ５０％、かつ透過率がほぼ５０％のものである。なお、ハーフミラーの特性として、反射率、透過率がともに５０％に限定されるものではない。

光源３は、複数のＬＥＤである。複数のＬＥＤは、ＬＥＤ配線基板３０に搭載されている。また、光源３から射出された光は、光源３の前方に設けられた拡散板５により拡散されてハーフミラー２に照射される。

筐体４は、天板４１、底板４２、左側板４３、右側板４４、正面板４５及び背面板４６からなる直方体形状をなすものである。この筐体４は、例えば、アルミ合金等から形成されている。

天板４１には、図２及び図４に示すように、撮像装置２００による撮像を可能にするための例えば平面視矩形状の撮像窓４１Ｗが形成されている。撮像窓４１Ｗには、例えば光学ガラス４１１が設けられている。また、天板４１の角部（正面板４５側の左角部）には、図２及び図５に示すように、光源３に接続された電源ケーブル６を取り出すための切り欠き部４１Ｋが形成されている。

左右側板４３、４４の内面には、図４及び図５に示すように、ビームスプリッタ２を取り付けるための第１の取付溝４３ａ、４４ａが傾斜して形成されている。本実施形態の第１の取付溝４３ａ、４４ａは、正面板４５に対して４５度傾斜している。これら第１の取付溝４３ａ、４４ａは、ビームスプリッタ２の厚みよりも大きい幅を有するものであり、ビームスプリッタ２の両辺部に取り付けられたスペーサ（不図示）が挿し込まれることにより、ビームスプリッタ２が取り付けられる。

その他、左右側板４３、４４の内面には、正面板４５に取り付けられた光源３に対向して拡散板５を取り付けるための第２の取付溝４３ｂ、４４ｂが上下に沿って形成されている。この第２の取付溝４３ｂ、４４ｂは、第１の取付溝４３ａ、４４ａよりも正面板４５側に形成されている。これら第２の取付溝４３ｂ、４４ｂは、拡散板５の厚みよりも大きい幅を有し、拡散板５の両辺部が挿し込まれる。

正面板４５の内面には、図４に示すように、光源であるＬＥＤ３が複数搭載されたＬＥＤ配線基板３０が取り付けられている。複数のＬＥＤ３から射出された光は、拡散板５により拡散された後に、ビームスプリッタ２で反射されることにより、ワークＷに照射される。

底板４２は、図３及び図４に示すように、左右側板４３、４４、正面板４５、背面板４６から構成される下側開口を覆うものであり、本実施形態では、ビームスプリッタ２により反射された光を遮らないように設けられている。具体的に底板４２は、下側開口において、正面板４５から拡散板５が設けられている位置までを覆うように設けられている。底板４２に覆われていない下側開口が光射出口となる。

然して、本実施形態の筐体４は、特に図５及び図６に示すように、正面板４５と左側板４３とが、単一部材により一体構造体４０とされている。この一体構造体４０は、平面視において概略Ｌ字形状をなすものであり、例えばアルミ合金などの単一材料を切削して形成されたものである。

そして、一体構造体４０における正面板４５の右側面には右側板４４の内面が当接して、右側板４４が固定機構７によって固定される。この固定機構７は、例えばネジを用いて構成されており、被締結板（ここでは右側板４４）に形成された貫通孔（ボルト穴）を通して相手板（ここでは正面板４５）に形成された雌ネジ穴に螺合されることにより、右側板４４を固定する。

一体構造体４０の上面には天板４１の下面が当接して、天板４１が固定機構７によって固定される。また、天板４１の下面は、右側板４４の上面及び背面板４６の上面にも当接する。

また、一体構造体４０の下面には底板４２の上面が当接して、底板４２が固定機構７によって固定される。また底板４２の上面は、右側板４４の下面にも当接する。

さらに、一体構造体４０の左側板４３の内面には背面板４６の左側面が当接して、背面板４６が固定機構７によって固定される。また背面板４６の右側面は、右側板４４の内面に当接する。

上記の通り、本実施形態では、概略Ｌ字形状をなす一体構造体４０を基準にしてその他の板（天板４１、底板４２、右側板４４及び背面板４６）を組み立てることができ、同軸照明装置１００の組み立て精度を向上させることができる。

本実施形態では、特に図７に示すように、一体構造体４０において、正面板４５と左側板４３との間には、段差部４０ｘが形成されている。この段差部４０ｘは、正面板４５の上面を左側板４３の上面よりも低くすることにより構成されている。また、一体構造体４０に固定された右側板４４と正面板４５との間にも、段差部４０ｘと同じ高さの段差部４０ｙが形成される。そして、天板４１の下面には、段差部４０ｘに係合するように係合部４１ｘが形成されている。この係合部４１ｘは、天板４１の下面から突出するように形成された凸部であり、段差部４０ｙにも係合するように形成されている。この係合部４１ｘが段差部４０ｘに当接することにより、一体構造体４０に対して天板４１が位置決めされる。また、係合部４１ｘが段差部４０ｙに当接することにより、一体構造体４０に対する天板４１の位置決め精度を向上させることができる。

＜２．本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の同軸照明装置１００によれば、正面板４５と左側板４３とを一体構造体４０としているので、正面板４５に対して右側板４４を当接して固定することにより、左側板４３に対して右側板４４が位置決めされる。その結果、左側板４３の第１の取付溝４３ａと右側板４４の第１の取付溝４４ａとの相対位置のずれを低減して同一平面上にすることができ、左右側板４３、４４に取り付けられるビームスプリッタ２の歪みを低減することができる。ビームスプリッタ２の歪みが低減されることにより、撮像装置２００により撮像される画像を歪みがなく高精細なものにすることができる。また、ビームスプリッタ２の歪みが低減されることにより、撮像装置２００の撮像中心の位置調整を容易にすることもできる。

また、第１の取付溝４３ａが形成された左側板４３と光源３が取り付けられる正面板４５とが一体構造体４０としてあるので、光源３とビームスプリッタ２との位置決めも容易となり、ワークＷに対する光の照射精度を向上させることができる。

さらに、光源３から発生する熱は正面板４５だけでなく正面板４５と一体の左側板４３にも伝わりやすくなるので、放熱性能を向上させることができる。その結果、例えばＬＥＤ等の光源３に大電流を流すことにより高輝度化を可能にすることができ、検査時間を短くすることができる。

その上、正面板４５と左側板４３とを一体構造体４０にしているので、部品点数を削減、光を漏れる箇所の低減、組み立て工数の削減等を可能にすることができる。

なお、一体構造体４０は概略Ｌ字形状をなすものであり、左側板４３に第１の取付溝４３ａや第２の取付溝４３ｂ等の溝加工をする場合に、従来の平板状をなす側板への溝加工と同様に行うことができ、溝加工の加工精度が悪くなることはなく、また、加工時間も長くなることはない。

＜３．その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、正面板４５と左側板４３とが一体構造体４０を構成していたが、正面板４５と右側板４４とが一体構造体を構成するものであっても、前記実施形態と同様の効果を奏する。

また、前記実施形態は、左右側板４３、４４に拡散板５を取り付ける構成であったが、左右側板４３、４４に拡散板５を取り付けない構成としても良い。また、光源３と拡散板５とが一体になったものを用いても良い。

さらに、前記実施形態では、底板４２は、正面板４５から拡散板５までを覆う構成であったが、下側開口全体を覆う構成とし、その底板４２の一部に光照射窓を形成したものであっても良い。

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のは言うまでもない。

１００・・・同軸照明装置
２ ・・・ビームスプリッタ（ハーフミラー）
３ ・・・光源（ＬＥＤ）
４ ・・・筐体
４１ ・・・天板
４２ ・・・底板
４３ ・・・左側板
４３ａ・・・第１の取付溝
４４ ・・・右側板
４４ａ・・・第１の取付溝
４５ ・・・正面板
４６ ・・・背面板
４０ ・・・一体構造体
４０ｘ・・・段差
４１ｘ・・・係合部

Claims (4)

1. 平板状のビームスプリッタと当該ビームスプリッタに向けて光を照射する光源とを収容する筐体を有する外観検査用の同軸照明装置であって、
   前記筐体は、天板、底板、左右側板、正面板及び背面板からなる直方体形状をなすものであり、
   前記左右側板には、前記ビームスプリッタを取り付けるための取付溝が形成されており、
   前記正面板には、前記光源が取り付けられており、
   前記正面板と前記左右側板の一方とが、単一部材により一体構造体とされており、
   前記一体構造体は、平面視において概略Ｌ字形状をなし、単一材料を切削して形成されたものであり、
   前記左右側板の他方が、前記正面板に当接して固定機構によって固定されることにより、前記左右側板の一方に形成された前記取付溝と前記左右側板の他方に形成された前記取付溝とが位置決めされている、同軸照明装置。
2. 前記天板は、前記一体構造体の上面に当接して固定されている、請求項１記載の同軸照明装置。
3. 前記底板は、前記一体構造体の下面に当接して固定されている、請求項１又は２記載の同軸照明装置。
4. 前記一体構造体において前記正面板及び前記左右側板の一方の間に第１の段差が形成されており、
   前記一体構造体に固定された前記左右側板の他方及び前記正面板の間に第２の段差が形成されており、
   前記天板には、前記第１の段差及び前記第２の段差の両方に係合する係合部が形成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の同軸照明装置。