JP7522429B2

JP7522429B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP7522429B2
Application number: JP2020058321A
Authority: JP
Inventors: 弘実小林
Original assignee: AI Tec System Co Ltd
Current assignee: AI Tec System Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2024-07-25
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP2021156772A

Description

本発明は、ラインセンサカメラにより紙幣や鋼板等の長尺物（検査対象物）の表面を検査する際、検査対象物を照明するライセンサカメラ用照明装置に関するものである。

従来、この種の検査などに用いられるラインセンサカメラ用照明装置として例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

このライセンサカメラ用照明装置は、基板の長手方向に直線的に並べて配置された複数の発光素子（ＬＥＤ）と、各ＬＥＤの照射方向に対向して配置され、ＬＥＤから照射された光を集光する集光レンズ（ロッドレンズ）とを備えている。

ここで、各ＬＥＤから照射された光は、ロッドレンズを通って検査対象物の表面にライン状に照射され、これにより検査対象物の検査領域が明るく照明される。

特開２０１６－２４９７５号公報

ところで、各ＬＥＤから照射される光は広がりをもって照射され、左右に隣接するＬＥＤの光が互いに重なって検査領域に照射されるため、検査領域の長手方向の中央側では充分であっても長手方向の両端側では左右に隣接するＬＥＤの個数が少なくなる分、照度が落ち込むという問題点を有していた。

このような問題点を解決するため、従来のラインセンサカメラ用照明装置は、基板を長くしてＬＥＤの個数を増加し、ロッドレンズも更に長いものを設置していたため、ラインセンサカメラ用照明装置の大型化を招くという問題点を有していた。

本発明の目的は、前記従来の問題点に鑑み、装置の大型化を招くことなく、端側発光素子に対応する照射領域において照度低下を防止できるラインセンサカメラ用照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、前記課題を解決するため、基板上に直線的に間隔をおいて複数設置された発光素子と、各発光素子に対向するよう配置された集光用のロッドレンズとを備え、発光素子から投射された光をロッドレンズを通じて照射領域に照射するラインセンサカメラ用照明装置において、ロッドレンズを円柱状に形成するとともに、基板の端側は基板の中央側よりもロッドレンズから離隔するよう形成し、発光素子のうち基板の端寄りに位置する複数の端側発光素子を、ロッドレンズの端との距離が短くなるに従ってロッドレンズとの対向距離が長くなるよう配置した構造となっている。

請求項１の発明によれば、各発光素子から投射された光はロッドレンズを通じて集光され照射領域に照射される。ここで、端側発光素子以外の発光素子（中央側発光素子）と対向する照射領域には近傍に多くの発光素子を有しているため、検査に十分な照度が得られる。一方、端側発光素子と対向する照射領域は、近傍の発光素子が少ない分、照射量が不足し照度が低下する。

そこで、請求項１に係る複数の端側発光素子は、ロッドレンズの端との距離が短くなるに従ってロッドレンズとの対向距離が長くなるよう配置している。これにより、端側発光素子から照射される光がロッドレンズで集光率が高くなり、端側発光素子と対向する照射領域において照度が増す。

また、端側発光素子を設置した基板について、ロッドレンズに対して所定角度で設置しても良いし（請求項２の発明）、ロッドレンズに対して弧線に沿って設置しても良いし（請求項３の発明）、ロッドレンズに対して階段状に並んで設置しても良い（請求項４の発明）。

更に、基板が設置される基板支持部を有し、基板支持部のうち端側発光素子が設置される基板に対応する部位を組立可能に形成した場合は、端側発光素子を設置した基板支持部を別個に用意できるため、発光素子の組立作業が簡単になる（請求項５の発明）。

更にまた、基板を可撓性部材で形成した場合は、基板を任意に曲げ、所定角度の形状や弧線に沿った形状に対応させることができるため、基板が一枚で済みラインセンサカメラ用照明装置の組立が簡単になる（請求項６の発明）。

本発明によれば、装置の大型化を招くことなく、端側発光素子対応の照射領域において照度低下を防止できる。

本発明の第１実施形態に係るラインセンサカメラ用照明装置を示す一部省略斜視図本発明の第１実施形態に係る発光素子の配置状態を示す側面図本発明の第１実施形態に係る発光素子から照射された光の集光状態を示す正面図本発明と従来例の照度変化を示すグラフ本発明の第１実施形態に係る発光素子の組み付け方法の第１例を示す側面図本発明の第１実施形態に係る発光素子の組み付け方法の第２例を示す側面図本発明の第１実施形態に係る発光素子の組み付け方法の第３例を示す側面図本発明の第１実施形態に係る発光素子の組み付け方法の第４例を示す側面図本発明の第２実施形態に係る発光素子の組み付け方法を示す側面図本発明の第３実施形態に係る発光素子の組み付け方法を示す側面図

図１乃至図４は本発明に係るラインセンサカメラ用照明装置の第１実施形態を示すものである。

本実施形態に係るラインセンサカメラ用照明装置１は画像処理用或いは検査用として使用するもので、例えば帯状の被検査対象物をカメラにより撮影し被検査対象物に付いた傷や汚れを検出する際、被検査対象物を照明するものである。

ラインセンサカメラ用照明装置１は、図１に示すように、横長の上下開口のケーシング１１を有し、上部開口は拡散フィルムなどが貼り付けられたカバー体１２で覆われる一方、下部開口は放熱体１３で閉塞された構造となっている。

放熱体１３の中央は上部開口方向に向かって突出した基板支持部１４を有している。この基板支持部１４の上面にはケーシング１１の長手方向に沿って基板１５が設置されている。基板１５の上面にはＬＥＤ（発光素子）１６が長手方向に所定間隔をおいて直線的に多数設置され、このＬＥＤ１６から照明用の光が照射される。また、各ＬＥＤ１６と対向するように円柱状のロッドレンズ１７が設置され、ＬＥＤ１６から照射された光がロッドレンズ１７で集光されカバー体１２を通じて照射される。

以上のような構成はラインセンサカメラ用照明装置においては周知の構造であり、本発明の特徴的構造は基板１５の設置構造にある。以下、本発明の特徴的構造を説明する。

図２及び図４に示すように、基板支持部１４は両端側の基板支持部（以下、端側基板支持部という）１４ａと端側基板支持部を除く部分（以下、中央側基板支持部という）１４ｂとからなり、中央側基板支持部１４ｂはロッドレンズ１７と等距離で対向する一方、端側基板支持部１４ａは例えば傾斜角度２°でロッドレンズ１７と対向するよう形成している。これにより、中央側基板支持部１４ｂに設置される基板（以下、中央側基板という）１５ｂはロッドレンズ１７と等距離で対向する一方、端側基板支持部１４ａに設置される基板（以下、端側基板という）１５ａはロッドレンズ１７から徐々に離隔するよう中央側基板１５ｂに対して２度傾斜している。

即ち、端側基板１５ａに設置された端側ＬＥＤ１６ａは、ロッドレンズ１７の端との距離が長い端側ＬＥＤ１６ａから短い端側ＬＥＤ１６ａになるに従ってロッドレンズ１７との対向距離が長くなるよう設置されている。図２を参照すれば、対向距離がＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３となるよう配置されている。

以上のように構成されたラインセンサカメラ用照明装置１において、ＬＥＤ１６に通電するときは、各ＬＥＤ１６が発光しロッドレンズ１７に投射される。ロッドレンズ１７を通過する光は、図３に示すように、集光され照射領域Ｓ，Ｓ１に照射される。

ここで、照射領域の照度変化を実験で調査したところ、図４のグラフに示す結果となった。

グラフ中、実線で表示した曲線は従来例の照度変化を示し、二点鎖線で示す曲線は本発明の照度変化を示している。また、照射面長さ；４００ｍｍ、ロッドレンズ径；φ２５ｍｍ、端側基板長さ；１００ｍｍ、端側基板の傾斜角度；２°、ＷＤ（ワーキングディスタンス）；５０ｍｍ、評価面長さ；４００ｍｍ、と設定している。

このグラフから理解できるように、ＬＥＤ１６から照射される光の照度は、従来例では１００ｍｍ及び－１００ｍｍの位置（端側基板１５ａの位置）から照度の低下が始まり、１４０ｍｍ及び－１４０ｍｍの位置では既に許容照度（０．９）を下回る値となっている。これに対して、本発明では１００ｍｍ及び－１００ｍｍの位置では未だ照度が低下することなく、ＬＥＤ１６の照度が許容照度を下回る位置は１７０ｍｍ近傍及び－１７０ｍｍ近傍となっている。

従って、本発明の照射領域Ｓが従来例の照射領域Ｓよりも両側方向にそれぞれ略３０ｍｍ程拡大し、検査可能な領域がロッドレンズ１７の長手方向に大きく広がっている。

本発明において照射領域の増大が図られた理由は、ロッドレンズ１７の端に近づくに従ってロッドレンズ１７と端側ＬＥＤ１６ａとの距離を長くとったことにある。即ち、ロッドレンズ１７と端側ＬＥＤ１６ａとの距離が長くなる分、図３に示すように、ロッドレンズ１７に投射された光の屈折角度が大きくなり（集光率が増大し）、端側ＬＥＤ１６ａと対向する照射領域Ｓ１において照度が上昇した。

図４の中に照射領域Ｓの照明形状を表示した。従来例の照明形状と本発明の照明形状を比較すると、本発明に係る照明形状は両端寄りの照射領域Ｓ１（端側ＬＥＤ１６ａと対向する照射領域Ｓ１）の幅が先端に向かうに従って徐々に狭くなっている。

以上のように、端側ＬＥＤ１６ａと対向する照射領域Ｓ１は徐々に狭くなっているが、ラインセンサカメラは線状に照明された検査対象物の損傷を発見するものであるから、照明幅が多少狭くなったとしてもさほど検査品質に影響を与えることはない。

図５は第１実施形態に係るＬＥＤ１６の組み付け方法の第１例を示すものである。第１例においては、端側基板支持部１４ａは中央側基板支持部１４ｂに対して２度傾いているため、端側基板支持部１４ａに設置する端側基板１５ａと中央側基板支持部１４ｂに設置する中央側基板１５ｂをそれぞれ別個に形成し、各基板１５ａ，１５ｂを矢印に示すように各基板支持部１４ａ，１４ｂに設置して、ＬＥＤ１６，１６ａを組み付けている。

この組み付け方法によれば、基板１５を構成する端側基板１５ａと中央側基板１５ｂを別個に用意し、これらが端側基板支持部１４ａと中央側基板支持部１５ａに別々に設置されるため、基板１５の組み付け作業が簡単になっている。

図６は第１実施形態に係るＬＥＤ１６の組み付け方法の第２例を示すものである。第２例においては、端側基板支持部１４ａと中央側基板支持部１４ｂと分離して構成し、各基板支持部１４ａ，１４ｂに各基板１５ａ，１５ｂを個別に設置した後、端側基板支持部１４ａと中央側基板支持部１４ｂを組み付けるようにしてもよい。

この組み付け方法によれば、各基板１５ａ，１５ｂの設置作業を各基板支持部１４ａ，１４ｂ毎に行うことができるため、各基板１５ａ，１５ｂの組み付け作業が簡単になる。

図７は第１実施形態に係るＬＥＤ１６の組み付け方法の第３例を示すものである。第３例においては、前記第２例では端側基板支持部１４ａ全体を中央側基板支持部１４ｂから分離しているが、第３例では端側基板支持部１４ａの一部（端側基板１６ａの設置側部分１４ａ－１）を分離して構成している。

この組み付け方法によれば、設置側部分１４ａ－１が全体に小さくなるため、設置側部分１４ａ－１への端側基板１６ａの設置作業はもとより、設置側部分１４ａ－１の端側基板支持部１４ａへの設置作業が簡単になる。

図８は第１実施形態に係るＬＥＤ１６の組み付け方法の第４例を示すものである。前記第１例乃至第３例では基板１５を端側基板１５ａと中央側基板１５ｂとを分離して構成したが、第４例では基板１５を分離することなく一体に形成したものを用い、基板１５を可撓性部材、例えばアルミニウム材を用いている。

この組み付け方法によれば、端側基板支持部１４ａ及び中央側基板支持部１４ｂに対して、それらの取付面に対応するよう基板１５を曲げて設置できるため、基板１５の取付作業が一回で済ませることができる。

図９は本発明に係るラインセンサカメラ用照明装置の第２実施形態を示すものである。前記第１実施形態では端側基板１５ａの傾斜角度を２度に設定するため、端側基板支持部１４ａの基板取付面を平面に形成したが、本実施形態は端側基板支持部１４ａの基板取付面を弧線に沿って形成し、端側基板１５ａをこの基板取付面に設置した構造となっている。なお、端側基板１５ａの部材は可撓性部材及び非可撓性部材のいずれでもよい。

本実施形態によれば、端側基板１５ａを弧線に沿って配置する場合も、同じく、ロッドレンズ１７の端との距離が短くなるに従ってロッドレンズ１７との対向距離が長くなるため、前記第１実施形態と同様に、端側ＬＥＤ１６ａから照射される光がロッドレンズ１７で集光率が高くなり、端側ＬＥＤ１６ａと対向する照射領域Ｓ１において照度が増し、検査可能な領域がロッドレンズ１７の長手方向に大きく広がる。なお、その他の構成及び作用は前記第１実施形態と同様である。

図１０は本発明に係るラインセンサカメラ用照明装置の第３実施形態を示すものである。前記第１実施形態では端側基板支持部１４ａの基板取付面を平面に形成し、また、前記第２実施形態では端側基板支持部１４ａの基板取付面を弧線に沿って形成しているが、本実施形態においては端側基板支持部１４ａの基板取付面を階段状に形成し、各段差部分に複数の端側基板１５ａ－１を設置している。

本実施形態によれば、端側基板１５ａ－１を階段状に配置する場合も、同じく、ロッドレンズ１７の端との距離が短くなるに従ってロッドレンズ１７との対向距離が長くなるため、前記第１実施形態と同様に、端側ＬＥＤ１６ａから照射される光がロッドレンズ１７で集光率が高くなり、端側ＬＥＤ１６ａと対向する照射領域Ｓ１において照度が増し、検査可能な領域がロッドレンズ１７の長手方向に大きく広がる。なお、その他の構成及び作用は前記第１実施形態と同様である。

前記第３実施形態では一枚の端側基板１５ａ－１に複数の端側ＬＥＤ１６ａを設置した例を掲げたが、一枚の端側基板１５ａ－１に一個の端側ＬＥＤ１６ａを設置するようにしてもよい。なお、その他の構成及び作用は前記第１実施形態と同様である。

以上の各実施例では、ＬＥＤ１６のうち端側基板支持部１４ａの端側ＬＥＤ１６ａをロッドレンズ１７の端との距離が短くなる従ってロッドレンズ１７との対向距離が長くなるよう配置し、端側ＬＥＤ１６ａと対向する照射領域Ｓ１において照度を増大しているが、これに加え、ケーシング１１及びロッドレンズ１７の両端に設置された端面カバー（図示しない）の内側を鏡面で構成する場合は、端側ＬＥＤ１６ａから照射された光が当該鏡面で反射するため、照度がさらに増大するという利点を有する。

１…ラインセンサカメラ用照明装置、１４…基板支持部，１５…基板、１５ａ…端側基板、１６…ＬＥＤ，１６ａ…端側ＬＥＤ，１７…ロッドレンズ、Ｓ，Ｓ１…照射領域。

Claims

基板上に直線的に間隔をおいて複数設置された発光素子と、該各発光素子に対向するよう配置された集光用のロッドレンズとを備え、該発光素子から投射された光を該ロッドレンズを通じて照射領域に照射するラインセンサカメラ用照明装置において、
前記ロッドレンズを円柱状に形成するとともに、前記基板の端側は該基板の中央側よりも該ロッドレンズから離隔するよう形成し、
前記発光素子のうち前記基板の端寄りに位置する複数の端側発光素子を、前記ロッドレンズの端との距離が短くなるに従って該ロッドレンズとの対向距離が長くなるよう配置した
ことを特徴とするラインセンサカメラ用照明装置。
前記端側発光素子を設置した基板を前記ロッドレンズに対して所定角度で設置した
ことを特徴とする請求項１記載のラインセンサカメラ用照明装置。
前記端側発光素子を設置した基板を前記ロッドレンズに対して弧線に沿って設置した
ことを特徴とする請求項１記載のラインセンサカメラ用照明装置。
前記端側発光素子を設置した基板を前記ロッドレンズに対して階段状に並べて配置した
ことを特徴とする請求項１記載のラインセンサカメラ用照明装置。
前記基板が設置される基板支持部を有し、該基板支持部のうち前記端側発光素子が設置される基板に対応する部位を組立可能に形成した
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項記載のラインセンサカメラ用照明装置。
前記基板を可撓性部材で形成した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項記載のラインセンサカメラ用照明装置。