JP7434139B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの傷検査や印字検査などに用いられる光照射装置に関するものである。

従来、この種の光照射装置として、検査軸と同方向から光を照射するタイプのものや、前記検査軸の周囲から光を照射するリングタイプのものなどが開発されており、検査目的に応じたタイプの光照射装置が選べるようになっている。なお、検査軸とは、光照射装置の中心軸のことである。光照射装置を挟んでその発光面側の検査軸上にワークを設置し、反発光面側の検査軸上にカメラ等を設置することにより、光を照射されたワークをカメラ等で適切に検査することができる。

このような光照射装置の基本的な構造としては、複数のＬＥＤ及びこれらＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板からなる光源ユニットと、この光源ユニットを内蔵するケーシングとが設けられているところ、近時では、ワークに対して異なる検査を一挙に行えるようにすべく、異なるタイプの光照射装置をそれぞれの検査軸を合致させて積み重ねたものが考えられている。

しかしながら、単純に光照射装置を積み重ねたのでは、ケーシングも積み重なるので、全体の厚みが大きくなる。そうすると、前述のように、検査は、光照射装置越しにカメラや目視等でワークを観測して行うところ、光照射装置を積み重ねて全体の厚みが大きくなれば、その分、カメラ等をワークから遠ざけざるを得ず、検査精度が落ちることとなる。

特許第４０７９８５２号公報

そこで、本発明は、ワークに対して異なる検査を一挙に行うことができる一方で、厚みを可及的に小さくでき、検査精度を担保できる光照射装置を提供することを主たる課題とするものである。

すなわち、本発明に係る光照射装置は、
所定の第１検査軸まわりに配置された複数の第１ＬＥＤ及びこれら第１ＬＥＤを搭載する第１基板を備えた第１光源ユニットと、
所定の第２検査軸まわりに配置された複数の第２ＬＥＤ及びこれら第２ＬＥＤを搭載する第２基板を備えた第２光源ユニットと、
前記各光源ユニットを積層状態で収容する共通のケーシングと、
前記各光源ユニットの検査軸線同士が合致するように位置決めする位置決め構造とを備えているものである。

このような構成であれば、積層させた各光源ユニットが共通のケーシングに収容されているので、背景技術で述べたようなケーシングまでもが積み重なっている構造のものに比べて、装置全体の厚みを小さくでき、検査時にカメラ等をワークＷから遠ざけることなく検査精度を担保することが可能になる。

また、例えば第１光源ユニットと第２光源ユニットとのタイプを異ならせておけば、積層されたこれら光源ユニットの検査軸は合致しているので、該検査軸上にワークＷを設置しさえすれば、そのワークＷを動かすことなく、第１光源ユニットと第２光源ユニットとの切り替えにより、異なる検査を一挙に行うことができる。

前記位置決め構造が、前記第１光源ユニットに設けられた係合部と、前記第２光源ユニットに設けられ、前記係合部に係合する被係合部とを備えたものであれば、位置決めのための専用の部材を別途設ける必要がないので、構造の簡単化やコンパクト化を図ることができる。

より好ましくは、前記係合部が、前記第１基板の反ＬＥＤ搭載面に形成されており、前記被係合部が、前記第２ＬＥＤに形成されているものがよい。このようなものであれば、第１ＬＥＤと第２ＬＥＤとが第１基板を挟み込むように配置されるので、両ＬＥＤを積層方向に可及的に近づけることができ、装置全体の厚みをさらに小さくできるからである。

その具体的な実施態様としては、前記第１基板が前記第１検査軸と直交するように配置されたものであり、前記第２ＬＥＤがその発光面を前記第２検査軸に向けて周回配置された砲弾型のものであって、前記係合部が、前記第１基板の反ＬＥＤ搭載面に設けられた円環状をなす凹部に形成されており、前記被係合部が、前記第２ＬＥＤの基端部に設けられた鍔部に形成されているものを挙げることができる。

前記第１基板が金属製のものであれば、第１光源ユニットの発光によって生じる熱を効率良く放熱できるとともに、さらに第１基板に係合している第２光源ユニットの発光によって生じる熱も効率良く放熱できる。
他の好ましい実施態様としては、前記第１光源ユニットが拡散板を備え、前記係合部が前記拡散板に形成されているものを挙げることができる。

前記第１光源ユニットが前記第１検査軸と同方向から光を射出するタイプのものであり、前記第２光源ユニットがローアングル光を射出するタイプのものにおいては、前記第１光源ユニットの光射出側に前記第２光源ユニットが積層されていることが好ましい。第２光源ユニットがリングタイプであり、第１光源ユニットの光を邪魔せずに通過させることができるからである。

以上に述べた本発明に係る光照射装置によれば、ワークに対して異なる検査を一挙に行うことができる一方で、厚みを可及的に小さくでき、検査精度を担保できる。

本発明の第１の実施形態における光照射装置を示す斜視図である。 同実施形態の光照射装置を示す縦断面図である。 同実施形態の光照射装置の分解縦断面図である。 同実施形態の第１光源ユニットを示す平面図である。 同実施形態の第２光源ユニットを示す平面図である。 同実施形態の光照射装置の位置決め構造を示す部分拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態における光照射装置を示す斜視図である。 同実施形態の光照射装置を示す縦断面図である。 同実施形態の光照射装置の位置決め構造を示す部分拡大断面図である。

以下に、本発明に係る光照射装置の実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞

本実施形態の光照射装置１００は、図１に示すように、その裏面から検査対象となるワークＷに検査光を照射するものである。この光照射装置１００には、光を透過する観測孔Ｈが厚み方向に貫通させてあり、前記検査光が照射されているワークＷを、光照射装置１００の表面側から、該観測孔Ｈを通じてカメラ等の観測手段ＣＡによって観測し検査することができるようにしてある。なお、以下の説明において、「表」とは、前記観測手段ＣＡ側のことを指し、「裏」とはワークＷ側、すなわちこの光照射装置１００の光射出方向のことを指すものとする。
次に、この光照射装置１００について詳述する。
この光照射装置１００は、図２等に示すように、第１光源ユニットＬ１及び第２光源ユニットＬ２と、これらを収容するケーシング３と備えている。

前記第１光源ユニットＬ１は、図２～図４等に示すように、円板状をなす導光板１１と、該導光板１１の周囲に配置され、その側周面から内部に向かって光を射出する複数の第１ＬＥＤ１２と、これら第１ＬＥＤ１２を搭載した第１基板１３とを備えたものである。なお、前記導光板１１の中心軸が、当該第１光源ユニットＬ１の検査軸（以下、第１検査軸Ｃ１ともいう。）である。

前記導光板１１は、透明なガラスや樹脂等で形成されたもので、その表面１１ａには多数の微細な光散乱部（図示しない）が設けられており、側周面から内部に導入された光を前記光散乱部で散乱して裏面１１ｂから射出する機能を有する。光散乱部としては、例えば微細な傷や塗着された微細な散乱ドットなどを挙げることができる。
前記第１ＬＥＤ１２は、表面実装型のものであり、ここでは、その光射出面に直交するように電極が配置された横置きタイプのものが採用されている。

前記第１基板１３は、その裏面側に金属層、表面側に薄い配線層を配した円環状をなすものであり、その中心孔は、表側から順に、前記導光板１１と略同径の大径部１３ａと、前記導光板１１より小径の小径部１３ｂとが形成された段形状をなすものである。
この第１基板１３の表面には、前記中心孔の周囲に、複数の第１ＬＥＤ１２がその光射出面を該第１基板１３の中心に向けた姿勢で周回配置されている。

前記大径部１３ａには導光板１１が嵌め入れられており、この大径部１３ａと前記小径部１３ｂとの段差部分によって、導光板１１を抜け落ちないように保持している。

上述した構成によって、この第１光照射ユニットＬ１は、各第１ＬＥＤ１２から射出され、導光板１１の側周面からその内部に導かれた光を、前記光散乱部で散乱して、該導光板１１の裏面１１ｂ（より正確には、前記小径部１３ｂで囲まれた部位である発光面）から、第１検査光である光（本実施形態では拡散光）をワークＷに照射する。なお、第１光照射ユニットＬ１の表側からは、前記中心孔及び導光板１１を介して、第１検査光が照射されているワークＷを観測することができる。

前記第２光源ユニットＬ２は、図２、図３、図５に示すように、先端の光射出面を内側に、底面を外側に向けて等間隔で円状に配置された複数の第２ＬＥＤ２２と、これら第２ＬＥＤ２２を保持搭載する第２基板２３とを備えたものである。なお、これら第２ＬＥＤ２２が形成する円の中心軸が、この第２光源ユニットＬ２の第２検査軸Ｃ２である。

前記第２ＬＥＤ２２は、図６に示すように、先端部位に半球状の光射出面２２ａ、中間部位に円柱状の胴部２２ｂ、基端部位に前記胴部２２ｂから突出する鍔部２２ｃがそれぞれ形成された透明樹脂製の本体部と、この本体部内に埋設されたＬＥＤチップ(図示しない）と、前記本体部の底面から突出するリード２２ｄとを備えたいわゆる砲弾型のものである。

前記第２基板２３は、帯状をなすフレキシブル配線基板を丸めて短尺円筒状となるように形成したものである。その内面には、前記第２ＬＥＤ２２が、その光軸を前記第２検査軸Ｃ２に向けるようにして配置されている。

当該第２光源ユニットＬ２は、絶縁体でありながら熱伝導性に富む伝熱体２４をさらに備えている。この伝熱体２４は、第２基板２３の外周を覆うように配置された粘弾性を有する円環状のものであり、ケーシング３に接触させてある。

この伝熱体２４には、第２基板２３を貫通した前記リード２２ｄが埋没させてあり、このリード２２ｄを介して第２ＬＥＤ２２の熱が伝熱体２４に伝導するように構成されている。

この第２光照射ユニットＬ２は、上述した構成によって、ワークＷに対し、各第２ＬＥＤ２２から出た第２検査光であるローアングル光を照射する。なお、前記第２ＬＥＤ２２に囲まれて形成された貫通孔２ａを介して、第２検査光が照射されているワークＷを表側から観測することができる。
前記ケーシング３は、短尺円筒状をなす側周板３１と、該側周板３１の両端開口をそれぞれ覆う円形状の表板３２及び裏板３３とを備えたものである。

前記側周板３１は、その内周面に段差がつくように、反光射出側（表側）を薄肉部、光射出側（裏側）を厚肉部としたものであり、前記薄肉部で囲まれた大径収容空間３ａと前記厚肉部で囲まれた小径収容空間３ｂとを形成する。

前記表板３２及び裏板３３には、その中央にそれぞれ円形の窓が開口させてある。表板３２の窓が、カメラ等による観測が行われる観測窓３ｃであり、裏板３３の窓が検査光を射出する発光窓３ｄである。

さて、このケーシング３において、第１光源ユニットＬ１は、前記大径収容空間３ａに収容され、前記第２光源ユニットＬ２は、それよりも裏側（ワークＷ側）の前記小径収容空間３ｂに収容されて、これらが積層状態となっている。

そして、第１光源ユニットＬ１から射出された第１検査光は、第２光源ユニットＬ２の前記貫通孔２ａ及びケーシング裏板３３の発光窓３ｄを通って、ワークＷに照射されるようにしてある。
他方、第２光源ユニットＬ２から射出された第２検査光は、ケーシング裏板３３の発光窓３ｄを通って、ワークＷに照射されるようにしてある。

この収容状態において、第１光源ユニットＬ１及び第２光源ユニットＬ２は、ケーシング３の表板３２及び裏板３３に挟まれて、積層方向（軸方向）にガタなく保持されている。なお、図中、符号４は、前記観測窓３ｃに設けられた透明カバー、符号５は、環状スペーサ５であり、これら透明カバー４及び環状スペーサ５を介して、前記表板３２は、第１光源ユニットＬ１の第１基板１３を押しつけている。

また、この収容状態においては、前記大径収容空間３ａに前記第１基板１３が径方向にガタなく嵌まり込んで、第１光源ユニットＬ１の検査軸Ｃ１がケーシング３の中心軸Ｃと合致するように構成されている。

しかして、第２光源ユニットＬ２は、次に述べる位置決め構造６によって、前記第１光源ユニットＬ１と、互いの検査軸Ｃ１、Ｃ２が合致するように積層させてある。

この位置決め構造６は、前記第１光源ユニットＬ１に形成された係合部６１と、第２光源ユニットＬ２に形成された被係合部６２とによって構成されたものである。
前記係合部６１は、前記第１基板１３の反ＬＥＤ搭載面に設けられた凹部たる円環状の溝である。
前記被係合部６２は、前記第２ＬＥＤ２２の鍔部２２ｃがその機能を担うようにしてある。

そして、ケーシング３内での収容状態では、前記各第２ＬＥＤ２２の鍔部２２ｃが、前記溝６１に嵌まり込むことによって第１光源ユニットＬ１と第２光源ユニットＬ２との検査軸Ｃ１、Ｃ２を合致させている。

より具体的には、前記溝６１の内側周面と各鍔部２２ｃの前面とが当接することにより、これら第１光源ユニットＬ１と第２光源ユニットＬ２とが、径方向に位置決めされるようにしてある。

また、同収容状態では、第２光源ユニットＬ２における第２ＬＥＤ２２、より具体的には、その胴部２２ｂの表側部位が、前記第１基板１３の裏面に当接し、かつ、前記伝熱体２４が、該第１基板１３における溝６１の底面にも接触するようにしてある。

しかして、このように構成した本光照射装置１００によれば、それぞれではケーシングを有さない各光源ユニットＬ１、Ｌ２が、共通のケーシング３に収容されているので、背景技術で述べたようなケーシングまでもが積み重なっている構造のものに比べて、装置全体の厚みを小さくでき、検査時にカメラ等をワークＷから遠ざけることなく検査精度を担保することが可能になる。

また、積層されたこれら光源ユニットＬ１、Ｌ２の検査軸Ｃ１、Ｃ２が合致しているので、該検査軸Ｃ１（Ｃ２）上にワークＷを設置しさえすれば、そのワークＷを動かすことなく、第１光源ユニットＬ１と第２光源ユニットＬ２との切り替えだけで、異なる検査、すなわちローアングル光での検査と、検査軸Ｃ１と同方向からの拡散光での検査を一挙に行うことができる。

さらに、前記位置決め構造６が、前記第１光源ユニットＬ１及び第２光源ユニットＬ２に直接的に設けられており、位置決めのための専用の部材を別途設けてはいないので、構造の簡単化やコンパクト化を図ることができる。

特にこの実施形態では、第１ＬＥＤ１２と第２ＬＥＤ２２とが第１基板１３を挟み込むように配置されているので、両ＬＥＤ１２、２２を積層方向に可及的に近づけることができ、装置全体の厚みをより小さくできる。

また、本実施形態では、金属製または主として金属製の第１基板１３の裏面をケーシング３の段差部分で保持してこれに接触させることにより、該第１ＬＥＤ１２の熱を第１基板１３を介してケーシング３から放熱できるようにしているところ、この第１基板１３に第２ＬＥＤ２２及び／又はその伝熱体２４をも接触させているので、第２ＬＥＤ２２の熱も第１基板１３を介して外部に放出することができる。
＜第２の実施形態＞

本実施形態に係る光照射装置１００は、第２光源ユニットＬ２は前記第１実施形態と同様であるが、第１光源ユニットＬ１が異なり、またそれに応じてケーシング３の形状も異なっているので、以下では、主として、第１光源ユニットＬ１及びケーシング３について説明する。なお、第１実施形態に対応する部材、部位には同一の符号を付してある。

前記第１光源ユニットＬ１は、中心に円孔１３ｅが設けられた正方形状をなす第１基板１３と、この第１基板１３の裏面に敷設された表面実装型の複数の第１ＬＥＤ１２と、前記第１基板１３から所定距離隔離して配置された、正方形状をなす拡散板１４とを備えたものである。

この拡散板１４の中心には、前記第１基板１３の円孔１３ｅと平面視同じ位置に円孔１４ａが設けられている。なお、この円孔１４ａの中心軸が、当該第１光源ユニットＬ１の検査軸たる第１検査軸Ｃ１である。

この第１光照射ユニットＬ１は、上述した構成によって、各第１ＬＥＤ１２から射出された光を拡散板１４で拡散し、その裏面から、第１検査光である拡散光をワークＷに照射する。なお、第１光照射ユニットＬ１の表側からは、前記円孔１３ｅ、１４ａを介して、第１検査光が照射されているワークＷを観測することができる。
前記ケーシング３は、短尺正方環状をなす側周板３１と、該側周板３１の両端開口をそれぞれ覆う表板３２及び裏板３３とを備えたものである。

前記側周板３１の内周面には、周回する２つの溝が設けてあり、これら溝に前記第１基板１３及び拡散板１４が嵌まり込んで、これらがガタなく収容保持されている。他方、当該側周板３１の前記溝よりも裏側（ワークＷ側）は、平面視円形状にしてあり、ここに前記第２光源ユニットＬ２が収容保持されている。

表板３２及び裏板３３は、正方形状をなすものであり、前記第１実施形態同様、その中央にそれぞれ円形の窓が開口させてある。表板３２の窓が、カメラ等による観測が行われる観測窓３ｃであり、裏板３３の窓が検査光を射出する発光窓３ｄとなる。
収容状態においては、第１光源ユニットＬ１及び第２光源ユニットＬ２は、積層方向（軸方向）にガタなく保持されている。

しかしてこの実施形態においては、前記第１光源ユニットＬ１における拡散板１４の裏面に、前記第１実施形態同様の円環状の溝６１（係合部）が形成されており、この溝６１に前記第２ＬＥＤ２２の鍔部２２ｃ（被係合部６２）が嵌まり込んで、これら第１光源ユニットＬ１と第２光源ユニットＬ２との検査軸を合致させる位置決め構造６としての機能を担う。

しかしてこのような光照射装置１００であれば、第１実施形態同様、装置全体の厚みを小さくでき、検査時にカメラ等をワークＷから遠ざけることなく検査精度を担保することが可能になる。また、積層されたこれら光源ユニットＬ１、Ｌ２の検査軸Ｃ１、Ｃ２が合致しているので、該検査軸Ｃ１，Ｃ２上にワークＷを設置しさえすれば、そのワークＷを動かすことなく、第１光源ユニットＬ１と第２光源ユニットＬ２との切り替えだけで、異なる検査、すなわちローアングル光での検査と、検査軸Ｃ１と同方向からの拡散光での検査を一挙に行うことができる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。
例えば第１光源ユニットと第２光源ユニットとの間に専用の部材を介在させ、その部材によって位置決めするように構成してもよい。

係合部は、第１光源ユニットを構成する第１基板や拡散板以外の部材によって形成してもよく、例えば第１ＬＥＤや導光板によって形成してもよい。また、被係合部は、第２光源ユニットを構成する第２ＬＥＤ以外の部材によって形成してもよく、例えば第２基板によって形成してもよい。

前記各実施形態では、拡散タイプの光源ユニット（第１光源ユニット）にリングタイプの光源ユニット（第２光源ユニット）を積層しているが、３以上の光源ユニットが積層したものでもよい。また、異なるタイプの光源ユニットではなく、同一タイプの光源ユニットを積層させても構わない。例えば、リングタイプの光源ユニット（第２光源ユニット）を複数積層させれば、ワークに対する検査光のアングルを変えることができる。
光源ユニットとしては、拡散タイプやリングタイプ以外のものでもよい。例えば同軸落射タイプなどに本発明を適用しても構わない。
その他、本発明は前記各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し、開示した各実施形態の一部同士を組み合わせるなどしてもよい。

Ｗ ワーク
１００ 光照射装置
Ｌ１ 第１光源ユニット
１１ 導光板
１２ 第１ＬＥＤ
１３ 第１基板
Ｌ２ 第２光源ユニット
２２ 第２ＬＥＤ
２３ 第２基板
２４ 伝熱体
６ 位置決め構造
６１ 溝（係合部）
６２（２２ｃ） 鍔部
３ ケーシング
１４ 拡散板

Claims (7)

1. 所定の第１検査軸まわりに配置された複数の第１ＬＥＤ及びこれら第１ＬＥＤを搭載する第１基板を備えた第１光源ユニットと、
   所定の第２検査軸まわりに配置された複数の第２ＬＥＤ及びこれら第２ＬＥＤを搭載する第２基板を備えた第２光源ユニットと、
   前記各光源ユニットを積層状態で収容する共通のケーシングと、
   前記各光源ユニットの検査軸線同士が合致するように位置決めする位置決め構造とを備え、
   前記位置決め構造が、前記第１光源ユニットに設けられた係合部と、前記第２光源ユニットに設けられ、前記係合部に係合する被係合部とを備えたものであることを特徴とする光照射装置。
2. 前記第１光源ユニットと前記第２光源ユニットとのタイプが異なることを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
3. 前記係合部が、前記第１基板の反ＬＥＤ搭載面に形成されており、前記被係合部が、前記第２ＬＥＤに形成されていることを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
4. 前記第１基板が前記第１検査軸と直交するように配置されており、前記第２ＬＥＤがその光射出面を前記第２検査軸に向けて周回配置された砲弾型のものにおいて、
   前記係合部が、前記第１基板の反ＬＥＤ搭載面に設けられた凹部に形成されており、前記被係合部が、前記第２ＬＥＤの基端部に設けられた鍔部に形成されていることを特徴とする請求項３記載の光照射装置。
5. 前記第１基板が金属製または金属を主体としたものであることを特徴とする請求項３又は４記載の光照射装置。
6. 前記第１光源ユニットが拡散板を備え、前記係合部が前記拡散板に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
7. 前記第１光源ユニットが前記第１検査軸と同方向から光を射出するタイプのものであり、前記第２光源ユニットがローアングル光を射出するタイプのものであり、前記第１光源ユニットの光射出側に前記第２光源ユニットが積層されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の光照射装置。