JP7546313B2 - 照明装置の光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理用或いは検査用の照明装置に光を供給する光源装置に関するものである。

画像処理用或いは検査用の照明装置として図１５に示すものが知られている。この照明装置１００はベルトコンベア１０１に載置された例えば帯状の検査物１０２を照明するもので、照明装置１００から検査用の光を照射し、検査物１０２に付いた傷や汚れの有無をカメラ１０３により検出するようになっている。

このような照明装置１００に使用される光源装置として図１６に示すものが用いられている。この光源装置２００は赤色の光を発する赤色ＬＥＤ２０１、青色の光を発する青色ＬＥＤ２０２及び緑色の光を発する緑色ＬＥＤ２０３を有し、各ＬＥＤ２０１，２０２，２０３に対して光量を調整する調光回路を備えた基板２０４，２０５，２０６を有している。また、光源装置１００はダイクロイッククロスプリズムからなる方形状の光透過・反射体２０７を有している。この光透過・反射体２０７の４側面中、３側面と対向する位置には、各ＬＥＤ２０１，２０２，２０３が配置されている。

光透過・反射体２０７は、図１７に示すように、三角柱形状の４個のレンズを組み合わせたもので、各レンズの接触面には対角線状に交差するよう延びる２種類の光透過・反射膜２０７ａ，２０７ｂを有している。ここで、一方の光透過・反射膜２０７ａは赤色以上の波長となっている光を反射しかつそれ以外の波長となっている光を透過し、他方の光透過・反射膜２０７ｂは青色以下の波長となっている光を反射しかつそれ以外の波長となっている光を透過する構造となっている。

この照明装置１００によれば、図１７に示すように、赤色ＬＥＤ２０１から照射された光は一方の光透過・反射膜２０７ａに反射し、青色ＬＥＤ２０２から照射された光は他方の光透過・反射膜２０７ｂに反射し、緑色ＬＥＤ２０３から照射された光は各光透過・反射膜２０７ａ，２０７ｂのいずれも透過する。これにより、光透過・反射体２０７の出光側から赤色、青色及び緑色の光となって出光する。この３色の光は合成され、広帯域光（白色）となって照明装置１００に入射される。

特開２０１７－３３６０号公報

ところで、ダイクロイッククロスプリズム製の光透過・反射体２０７は、構造上、三角柱形状の４個のレンズを組み合わせて構成されるため、４個のレンズの角部が集まる部分、すなわち、光透過・反射膜２０７ａ，２０７ｂの交差部分がコーティング不良を起こしたり、或いは、隙間ができ、各ＬＥＤ２０１，２０２，２０３から照射された光が漏れ、照明装置１００の照度が低下するという問題点を有していた。

本発明の目的は、検査等に好適な照度の高い光を生成する照明装置の光源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、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤから投射された光を光透過・反射体の入光側の３方向からそれぞれ入光し、光透過・反射体で透過又は反射した光を出光側から出光する、検査用等の光を生成する照明装置の光源装置であって、光透過・反射体は青色及び赤色の波長領域の光を反射させ、かつ、それ以外の波長領域の光を透過させるダイクロイックミラーで構成するとともに、緑色ＬＥＤは青色ＬＥＤから投射された光を緑色が主波長になるよう励起する蛍光体を施してなり、青色ＬＥＤと前記赤色ＬＥＤは光透過・反射体を間に対向するよう配置する一方、緑色ＬＥＤは光透過・反射体の出光側と対向するよう配置した構造となっている。

なお、光透過・反射体としてダイクロイックミラーに変えてダイクロイックプリズムを用いても良い（請求項２の発明）。

本発明によれば、光透過・反射体の出光側には緑色が主波長の蛍光及び緑色ＬＥＤの光が共に照射されるため、照度が高くなり、検査用等に好適な光を得ることができる。

本発明の第１前提技術に係る照明装置の光源装置を示す概略構成図 本発明の第１前提技術に係る光透過・反射体及びＬＥＤの配置状態を示す斜視図 本発明の第１前提技術に係る光透過・反射体の透過・反射率の変化を示すグラフ 本発明の第１前提技術に係る光の透過・反射経路を示す構成図 本発明の第２前提技術に係る光透過・反射体及びＬＥＤの配置状態を示す斜視図 本発明の第２前提技術に係る光透過・反射体の透過・反射率の変化を示すグラフ 本発明の第２前提技術に係る光の透過・反射経路を示す構成図 本発明の第３前提技術に係る照明装置の光源装置の概略構成図 本発明の第３前提技術に係る光透過・反射体及びＬＥＤの配置状態を示す斜視図 本発明の第３前提技術に係る光の透過・反射経路を示す構成図 本発明の第４前提技術に係る光透過・反射体及びＬＥＤの配置状態を示す斜視図 本発明の第４前提技術に係る光の透過・反射経路を示す構成図 本発明の第１実施形態に係る光の透過・反射経路を示す構成図 本発明の第２実施形態に係る光の透過・反射経路を示す構成図 照明装置の検査状況を示す概略構成図 従来の照明装置の光源装置を示す概略構成図 従来の光の透過・反射経路を示す構成図

図１乃至図４は本発明に係る照明装置の光源装置の前提となる第１前提技術を示すものである。なお、背景技術の欄で説明した照明装置及び光源装置の構成と同一構成部分は同一符号を用いて説明する。

本発明に係る照明装置１００は背景技術（図１５を参照）と同様であり、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ようになっている。

照明装置１００の光源装置１０は、青色の光を発する青色ＬＥＤ１１及び緑色の光を発する緑色ＬＥＤ１２を有し、各ＬＥＤ１１，１２に対して光量を調整する調光回路を備えた基板１３，１４を有している。各ＬＥＤ１１，１２の間には光透過・反射体１５として特定の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックミラーが配置されている。このダイクロイックミラーは、例えば誘電体の多層膜より構成される薄膜（図示しない）をコーティングして鏡面形成したものである。

各ＬＥＤ１１，１２は、図２に示すように、一方の壁（左壁）１６には青色ＬＥＤ１１が前後に複数配置される一方、他方の壁（右壁）１７には緑色ＬＥＤ１２が同じく前後に複数配置され、各ＬＥＤ１１，１２は互いに対向するよう設置されている。また、緑色ＬＥＤ１２の表面には、図４に示すように、青色の光を受けたとき緑色が主波長となるよう励起する薄膜の蛍光体１２ａがコーティングされている。

光透過・反射体１５は、図２に示すように、左右の壁１６，１７の間に配置されたもので、各ＬＥＤ１１，１２から投射された光が光透過・反射体１５の各面に約４５°で入光するよう配置されている。ここで、光透過・反射体１５の特性を光透過・反射率をグラフで表すならば図３に示すとおりである。

すなわち、透過率或いは反射率が大きく変化しない、４００～４７０ｎｍに対応する第１の波長帯域、５００～５６０ｎｍに対応する第２の波長帯域及び６１０～７００ｎｍに対応する第３の波長帯域を有している。第１の波長帯域にある光は９０％以上が透過され、第２の波長帯域にある光は９０％以上が反射され、第３の波長帯域にある光は９０％以上が透過されようになっている。ここで、青色の光量が高くなる波長は４５５ｎｍ付近であり、第１の波長帯域の範囲内にあるため、青色の光のほとんどが透過される。また、緑色の光量が高くなる波長は５１０～５４５ｎｍであり、第２の波長帯域の範囲内にあるため、緑色の光はほとんど反射される。

第１前提技術によれば、図４に示すように、青色ＬＥＤから投射された青色の光は左側（図４に向かって）の入光側から光透過・反射体１５に入る。ここで、青色の光は透過する構造となっているため、光透過・反射体１５を通過し緑色ＬＥＤ１２に向かって照射される。緑色ＬＥＤ１２の蛍光体１２ａに青色の光が到達すると、青色の光が蛍光体１２ａにより励起し緑色が主波長となる、例えば緑色の光を発する。この緑色の光は光透過・反射体１５に向かって照射される。ここで、光透過・反射体１５は緑色の光を反射する構造となっているため、出光側に向かって反射する。

一方、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光は、同じく、光透過・反射体１５で反射し、出光側に向かって反射する。

以上のように、第１前提技術に係る光源装置１０において、青色ＬＥＤ１１の光が蛍光体１２ａで励起して発した緑色の光と、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光が、光透過・反射体１５の出光側に共に緑色の光として照射されるため、照明装置１００に供給される光の照度が高くなり、検査用の照明として好適な光を提供することができる。

また、ダイクロイックミラーで形成された光透過・反射体１５は一枚板であり、従来のダイクロイッククロスプリズムの如く交差する部位がないため、各ＬＥＤ１１，１２から投射された光が光透過・反射体１５の出光側に全て照射され、照明装置１００の照度の低下を防止することができる。

なお、青色ＬＥＤ１１の光路長の伸長により光強度が低下し、また、照明の光の色彩が変化（白色から緑色に変化）するものの、検査速度は照度に依存するため、特に、白黒カメラにより撮影・検査する場合は検査等の阻害要因となることはない。

図５乃至図７は本発明に係る照明装置の光源装置の前提となる第２前提技術を示すものである。なお、前記第１前提技術と同一構成部分は同一符号を付しその説明を省略する。

前記第１前提技術では光透過・反射体としてダイクロイックミラーを用いた例を示しているが、第２前提技術では光透過・反射体として特定の波長の光を反射しその他の波長の光を透過するダイクロイックプリズムを用いている。

この光透過・反射体２０は一対の直角三角柱形状のプリズムを組み合わせて全体として四角柱形状となっている。また、各プリズムの境界面には誘電体の多層膜で形成された薄膜状の光透過・反射膜２０ａが形成されている。

また、光透過・反射体２０は、図５に示すように、左右の壁１６，１７の間に配置されたもので、各ＬＥＤ１１，１２から投射された光が光透過・反射体２０の各面に約４５°で入光するよう配置されている。ここで、光透過・反射体２０の特性について光透過・反射率をグラフで表示するならば図６に示すとおりである。

すなわち、透過率或いは反射率が大きく変化しない、波長帯域は４１０～４７０ｎｍに対応する第１の波長帯域、５００～５５０ｎｍに対応する第２の波長帯域及び６１０～６４０ｎｍに対応する第３の波長帯域を有している。第１の波長帯域にある光は略９０％が透過され、第２の波長帯域にある光は略９０％が反射され、第３の波長帯域にある光は略９０％が透過されようになっている。ここで、青色の光量が高くなる波長は４５５ｎｍ付近であり、第１の波長帯域の範囲内にあるため、青色の光はほとんど透過される。また、緑色の光量が高くなる波長は５１０～５４５ｎｍであり、第２の波長帯域の範囲内にあるため、緑色の光はほとんど反射される。

第２前提技術によれば、図７に示すように、青色ＬＥＤ１１から投射された青色の光は左側（図７に向かって）の入光側から光透過・反射体２０に入る。ここで、青色の光は透過する構造となっているため、光透過・反射体２０を通過し緑色ＬＥＤ１２に向かって照射される。緑色ＬＥＤ１２の蛍光体１２ａに青色の光が到達すると、青色の光が蛍光体１２ａにより励起し緑色が主波長となる、例えば緑色の光を発する。この緑色の光は光透過・反射体２０に向かって照射される。ここで、光透過・反射体２０は緑色の光を反射する構造となっているため、出光側に向かって反射する。

一方、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光は、同じく、光透過・反射体２０で反射し、出光側に向かって反射する。

以上のように、第２前提技術に係る光源装置１０においても、青色ＬＥＤ１１の光が蛍光体１２ａで励起して発した緑色の光と、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光が、光透過・反射体２０の出光側に共に緑色の光として照射されるため、照明装置１００に供給される光の照度が高くなり、検査用の照明として好適な光を提供することができる。

また、ダイクロイックプリズムで形成された光透過・反射膜２０ａは一面で構成され、従来のダイクロイッククロスプリズムの如く交差する部位がないため、第２前提技術に係る光源装置１０においても、各ＬＥＤ１１，１２から投射された光が光透過・反射体２０の出光側に全て照射され、照明装置１００の照度の低下を防止することができる。

なお、青色ＬＥＤ１１の光路長の伸長により光強度が低下し、また、照明の光の色彩が変化（白色から緑色に変化）するものの、検査速度は照度に依存するため、第２前提技術に係る光源装置１０においても、白黒カメラにより撮影・検査する場合は検査等の阻害要因となることはない。

図８乃至図１０は本発明に係る照明装置の光源装置の前提となる第３前提技術を示すものである。なお、前記第１前提技術と同一構成部分は同一符号を付しその説明を省略する。

前記第１前提技術では青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２から投射される光を用いて光透過・反射体から照度の高い光を出光したが、第３前提技術では赤色ＬＥＤ３０の光も出光するよう構成されている。

すなわち、光源装置１０は、図８に示すように、赤色ＬＥＤ３０及び赤色ＬＥＤ３０に対して光量を調整する調光回路を備えた基板３１を有している。また、赤色ＬＥＤ３０は、図９に示すように、上壁１８に多数並んで配置されており、赤色ＬＥＤ３０の光が光透過・反射体１５に向かって投射されるようになっている。

以上のように構成された第３前提技術に係る光源装置１０において、図１０に示すように、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２から光透過・反射体１５に向かって投射された光は、前記第１前提技術と同様の光経路で照射され、光透過・反射体１５の出光側に緑色の光が照射される。

一方、図１０に示すように、赤色ＬＥＤ３０から投射された赤色の光において、赤色の光量が高くなる波長が６２５ｎｍ付近であり、第３の波長帯域の範囲内にある（図３参照）。このため、赤色の光のほとんどが光透過・反射体１５を透過して出光側に照射される。

以上のように、第３前提技術に係る光源装置１０において、青色ＬＥＤ１１の光が蛍光体１２ａで励起して発した緑色の光と、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光が、光透過・反射体１５の出光側に共に緑色の光として照射されるとともに、赤色ＬＥＤ３０から投射された光が光透過・反射体１５の出光側に照射される。

第３前提技術によれば、赤色ＬＥＤの光も利用しているため、赤色ＬＥＤ３０を有する既存の光源装置（背景技術に記載された光源装置）にも容易に転用することができる。なお、その他の構成及び作用は前記第１前提技術と同様であるため、その説明を省略する。

図１１及び図１２は本発明に係る照明装置の光源装置の前提となる第４前提技術を示すものである。なお、前記第２前提技術と同一構成部分は同一符号を付しその説明を省略する。

前記第２前提技術ではダイクロイックプリズムで構成された光透過・反射体２０を用いて、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２から投射される光を共に緑色で照射している。これに対して、第４前提技術では赤色ＬＥＤ３０の光も出光するよう構成されている。

すなわち、赤色ＬＥＤ３０は、図１１に示すように、上壁１８に多数並んで配置されており、赤色ＬＥＤ３０の光が光透過・反射体２０に向かって投射されるようになっている。

以上のように構成された第４前提技術に係る光源装置１０において、図１２に示すように、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２から光透過・反射体２０に向かって投射された光は、前記第２前提技術と同様の光経路で照射され、光透過・反射体２０の出光側に緑色の光が照射される。

一方、図１２に示すように、赤色ＬＥＤ３０から投射された赤色の光において、赤色の光量が高くなる波長が６２５ｎｍ付近であり、第３の波長帯域の範囲内にある（図６参照）。このため、赤色の光のほとんどが光透過・反射体２０を透過して出光側に照射される。

以上のように、第４前提技術に係る光源装置１０において、青色ＬＥＤ１１の光が蛍光体１２ａで励起して発した緑色の光と、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光が、光透過・反射体２０の出光側に共に緑色の光として照射されるとともに、赤色ＬＥＤ３０から投射された光が光透過・反射体２０の出光側に照射される。

第４前提技術によれば、赤色ＬＥＤ３０の光も利用しているため、赤色ＬＥＤ３０を有する既存の光源装置（背景技術に記載された光源装置）にも容易に転用することができる。なお、その他の構成及び作用は前記第２前提技術と同様であるため、その説明を省略する。

図１３は本発明に係る照明装置の光源装置の第１実施形態を示すものである。なお、前記第３前提技術と同一構成部分は同一符号を付しその説明を省略する。

第１実施形態と第３前提技術は以下の点で共通する。すなわち、光源として、青色ＬＥＤ１１、緑色ＬＥＤ１２及び赤色ＬＥＤ３０の三者を用いる点、また、光透過・反射体４０としてダイクロイックミラーを用いる点において共通する。

一方、第１実施形態と第３前提技術は次の点で相違する構成となっている。まず、各ＬＥＤ１１，１２，３０の配置構造が異なっている。すなわち、青色ＬＥＤ１１と赤色ＬＥＤ３０が互いに対向配置し、緑色ＬＥＤ１２は出光側と対向配置している。続いて、光透過・反射体４０の光透過・反射特性が異なっている。すなわち、光透過・反射体４０は青色及び赤色の光を反射する一方、緑色の光を透過する構成なっている。

本実施形態によれば、青色ＬＥＤ１１から投射された青色の光は入光側から光透過・反射体４０に入る。ここで、青色の光は反射する構造となっているため、光透過・反射体４０で反射し緑色ＬＥＤ１２に向かって照射される。緑色ＬＥＤ１２の蛍光体１２ａに青色の光が到達することにより、青色の光が蛍光体１２ａにより励起し緑色の光を発する。この緑色の光は光透過・反射体４０に向かって照射される。ここで、光透過・反射体４０は緑色の光を透過する構造となっているため、出光側に向かって透過する。

また、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光は、同じく、光透過・反射体４０を透過し、出光側に向かって照射される。

更に、赤色ＬＥＤ３０から投射された赤色の光は光透過・反射体４０で反射し、出光側に向かって照射される。

以上のように、本実施形態に係る光源装置１０は、前記第３前提技術と同様に、青色ＬＥＤ１１の光が励起して緑色の光と、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光が、光透過・反射体４０の出光側に共に緑色の光として照射されるとともに、赤色ＬＥＤ３０から投射された光が光透過・反射体４０の出光側に照射される。

したがって、本実施形態においても第３前提技術と同様の作用・効果を発揮することできる。

図１４は本発明に係る照明装置の光源装置の第２実施形態を示すものである。なお、前記第４前提技術と同一構成部分は同一符号を付しその説明を省略する。

第２実施形態と第４前提技術の以下の点で共通する。すなわち、光源として、青色ＬＥＤ１１、緑色ＬＥＤ１２及び赤色ＬＥＤ３０の三者を用いる点、また、光透過・反射体５０としてダイクロイックプリズムを用いる点において共通する。

一方、第２実施形態と第４前提技術は次の点で相違する構成となっている。まず、各ＬＥＤ１１，１２，３０の配置構造が異なっている。すなわち、青色ＬＥＤ１１と赤色ＬＥＤ３０が互いに対向配置し、緑色ＬＥＤ１２は出光側と対向配置している。続いて、光透過・反射体５０の光透過・反射特性が異なっている。すなわち、光透過・反射体５０にコーティングされた光透過・反射膜５０ａは、青色の光を反射しそれ以外の光を透過する部材及び赤色の光を反射しそれ以外の光を透過する部材の２種類をコーティングしてなり、この結果、青色及び赤色の光を反射する一方、緑色の光を透過する構成となっている。

本実施形態によれば、青色ＬＥＤ１１から投射された青色の光は入光側から光透過・反射体５０に入る。ここで、青色の光は反射する構造となっているため、光透過・反射体５０で反射し緑色ＬＥＤ１２に向かって照射される。緑色ＬＥＤ１２の蛍光体１２ａに青色の光が到達することにより、青色の光が蛍光体１２ａにより励起し緑色の光を発する。この緑色の光は光透過・反射体５０に向かって照射される。ここで、光透過・反射体５０は緑色の光を透過する構造となっているため、そのまま出光側に向かって透過する。

また、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光は、同じく、光透過・反射体５０を透過し、出光側に向かって照射される。

更に、赤色ＬＥＤ３０から投射された赤色の光は光透過・反射体５０で反射し、出光側に向かって照射される。

以上のように、本実施形態に係る光源装置１０は、前記第４前提技術と同様に、青色ＬＥＤ１１の光が励起して発した緑色の光と、緑色ＬＥＤ１２から直接に投射された緑色の光が、光透過・反射体５０の出光側に共に緑色の光として照射されるとともに、赤色ＬＥＤ３０から投射された光が光透過・反射体５０の出光側に照射される。

したがって、本実施形態においても第４前提技術と同様の作用・効果を発揮することできる。

なお、本発明に係る光源装置１０において、蛍光体１２ａは青色ＬＥＤ１１から照射された光を緑色が主波長となるよう励起するよう構成しており、蛍光体１２ａにより緑色に発光する例（第１実施形態及び至第２実施形態）を掲げて説明したが、同じく緑色が主波長とした光において白色に発光するよう構成することも可能である。

ここで、蛍光体１２ａで白色が発光するよう構成するとき、蛍光体１２ａで発光した白色の光が光透過・反射体１５，２０，４０，５０を透過或いは反射して出光側に照射される一方、緑色ＬＥＤ１２から直接に緑色の光が光透過・反射体１５，２０，４０，５０を透過或いは反射して出光側に照射される（図示しない）。これにより、光透過・反射体１５，２０，４０，５０の出光側に白色の光と緑色の光が照射され、照明装置１００に供給される光の照度が高くなり、検査用の照明として好適な光を提供することができる。

１０…光源装置、１１…青色ＬＥＤ、１２…緑色ＬＥＤ、１２ａ…蛍光体，１５，２０，４０，５０…光透過・反射体、３０…赤色ＬＥＤ。

Claims (2)

1. 赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤから投射された光を光透過・反射体の入光側の３方向からそれぞれ入光し、該光透過・反射体で透過又は反射した光を出光側から出光する、検査用等の光を生成する照明装置の光源装置であって、
   前記光透過・反射体は青色及び赤色の波長領域の光を反射させ、かつ、それ以外の波長領域の光を透過させるダイクロイックミラーで構成するとともに、前記緑色ＬＥＤは青色ＬＥＤから投射された光を緑色が主波長になるよう励起する蛍光体を施してなり、
   前記青色ＬＥＤと前記赤色ＬＥＤは前記光透過・反射体を間に対向するよう配置する一方、前記緑色ＬＥＤは前記光透過・反射体の出光側と対向するよう配置した
   ことを特徴とする照明装置の光源装置。
2. 赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤから投射された光を光透過・反射体の入光側の３方向からそれぞれ入光し、該光透過・反射体で透過又は反射した光を出光側から出光する、検査用等の光を生成する照明装置の光源装置であって、
   前記光透過・反射体は青色及び赤色の波長領域の光を反射させ、かつ、それ以外の波長領域の光を透過させる光透過・反射膜を有するダイクロイックプリズムで構成するとともに、前記緑色ＬＥＤは青色ＬＥＤから投射された光を緑色が主波長になるよう励起する蛍光体を施してなり、
   前記青色ＬＥＤと前記赤色ＬＥＤは前記光透過・反射体を間に対向するよう配置する一方、前記緑色ＬＥＤは前記光透過・反射体の出光側と対向するよう配置した
   ことを特徴とする照明装置の光源装置。

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