JPH062861U - 画像読取装置用の照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像を読取る対象物上の照度分布を均一化す
る。 【構成】 複数のＬＥＤ１を線状に配列した線状光源２
から、画像を読取る対象物の被照射面４までの照射光の
経路にレンチキュラレンズ５を配置する。このレンチキ
ュラレンズ５は、線状光源２からレンチキュラレンズ５
までの経路ａが、レンチキュラレンズ５から線状光源２
が実像を結像する位置１３までの経路ｂよりも長くなる
ように、その焦点距離及び配置される位置が決定され
る。 【効果】 レンチキュラレンズ５により形成される２次
的な光源１４が、ＬＥＤ１の配列ピッチよりも密に配列
されることになるので、対象物上の照度分布がより均一
に改善される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、例えばプリント基板の配線パターンの欠陥の検査に用いられる、 画像読取装置用の照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

プリント基板の配線パターンの欠陥の検査等に用いられる画像読取装置用の照 明装置の光源には、長寿命で安定性が高く保守を要しない発光ダイオード（ＬＥ Ｄ）が一般に用いられる。画像読取装置では２次元平面に展開された対象物の画 像（対象画像）を読み取る必要があるために、その照明装置は例えば実開昭６０ −１９２５５９号公報、特開昭６０−２５７１６４号公報に開示されるように、 多数のＬＥＤを線状に一方向に並べた線状光源を備えている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記の従来装置では検査対象物の表面である被照射面において 、均一な照度分布が得られないという問題点があった。図５はこの問題点を明確 にする実測に関する説明図である。代表的な従来装置において、図５（ａ）に示 すように、複数のＬＥＤ１を一方向に配列して成る線状光源２は、その配列の基 準線３が被照射面４に平行になるように配置され、基準線３と被照射面４との間 の距離ｈは、ｈ＝８０ｍｍである。また、線状光源２におけるＬＥＤ１の配列ピ ッチｄは５ｍｍである。図５（ｂ）はこの装置について行った実測により得られ た、被照射面４上の線状光源２の基準線３に平行な方向ｘに沿った照度分布を示 すグラフである。グラフが示すように、照度はＬＥＤ１の配列ピッチｄに対応し たピッチで反復する凹凸を有しており、極大照度と極小照度の比率は２：１を超 えている。

【０００４】 照度に凹凸があると対象画像における濃度情報が正しく得られないため、従来 の照明装置を用いた画像読取装置では、対象画像を読取って得られる画像信号に 、照度の凹凸に対応した補正を施している。すなわち、照度の低い領域に対応す る画像信号に対しては適宜増幅率を高くするような処理が施される。

【０００５】 しかしながら、高い増幅率で画像信号が増幅されるときには、画像信号に不可 避的に含まれるノイズ信号も、同じく高い増幅率で増幅される。このため従来の 照明装置を用いた画像読取装置では、照度の低い領域に対応する画像信号におい ては、他の領域に比べてノイズの比率が高くなるという問題点があった。従来装 置では更に、画像信号が２値化処理によりデジタル信号に変換されたときに、照 度が相対的に低い領域に対応する画像信号に、量子化誤差が過度に含まれるとい う問題点があった。

【０００６】 この考案は、従来装置が有する上記の欠点を解消することを目指したもので、 ほぼ均一な照度分布が得られる画像読取装置用の照明装置を提供することを目的 とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案にかかる請求項１に記載の画像読取装置用の照明装置は、画像を読取 る対象物を照明する画像読取装置用の照明装置であって、（ａ）線状に配列され た複数個の発光ダイオードと、（ｂ）前記発光ダイオードの照射光が前記対象物 へ至る経路に介在し、以下の条件（ｂ−１）、及び（ｂ−２）を満たすように、 その焦点距離及び前記経路上の位置が規定される、レンチキュラレンズと、を備 えるものである。

【０００８】 この考案にかかる請求項２に記載の画像読取装置用の照明装置は、さらに以下 の条件（ｂ−３）を満たすものである。

【０００９】 この考案にかかる請求項３に記載の画像読取装置用の照明装置は、さらに以下 の条件（ｂ−４）を満たすものである。

【００１０】 ここで、上述の条件（ｂ−１）ないし（ｂ−４）は、 （ｂ−１）前記レンチキュラレンズの表面において凹凸の反復方向が前記発光ダ イオードの配列方向に平行であること、（ｂ−２）前記発光ダイオードの実質的 な光源の位置から前記レンチキュラレンズまでの前記照射光の経路が、当該レン チキュラレンズから前記光源の実像を結像する位置までの前記照射光の経路より も長いこと、（ｂ−３）前記実像を結像する位置から前記対象物までの前記照射 光の経路の長さが、前記レンチキュラレンズから前記実像を結像する位置までの 前記照射光の経路の長さ以上であること、（ｂ−４）前記レンチキュラレンズの 凹凸の反復ピッチが前記発光ダイオードの配列ピッチの３分の１以下であること 、である。

【００１１】 なお、この考案においてレンチキュラレンズとは、入射光を１本の線上に集束 させる複数の同一構成のシリンドリカルレンズを、当該線に垂直な方向に沿って 等ピッチで配列した構成を有するレンズをいい、シリンドリカルレンズを複数個 配列した形状に一体成型して成るもの、及び個別のシリンドリカルレンズを単に 配列して成るもの、の双方を含む概念である。

【００１２】

【作用】

この考案における照明装置では、線状に配列した複数個の発光ダイオードから の照射光の経路にレンチキュラレンズを配置し、その凹凸の反復方向を発光ダイ オードの配列方向に平行とし、しかも発光ダイオードの実質的な光源の位置から レンチキュラレンズまでの経路が、当該レンチキュラレンズから光源の実像を結 像する位置までの照射光の経路よりも長いので、発光ダイオードの配列密度より も密度の高い光源の実像が結像され、これらが２次的な光源となって対象物を照 明する。その結果、対象物上の照度の分布はほぼ均一になる（請求項１〜請求項 ３）。

【００１３】 この考案における照明装置では、更に、実像を結像する位置から対象物までの 照射光の経路が、レンチキュラレンズから前記実像を結像する位置までの経路以 上であるので、対象物上の照度の分布は各２次光源の拡散分布の重畳効果により 、更に均一になる（請求項２、請求項３）。

【００１４】 この考案における照明装置では、更に、レンチキュラレンズの凹凸の反復ピッ チが前記発光ダイオードの配列ピッチの３分の１以下であるようにレンチキュラ レンズが設定されるので、２次的な光源の密度が更に高くなる。このため、対象 物上の照度の分布は更に均一となる（請求項３）。

【００１５】

【実施例】

＜１．この考案の装置の原理＞ 図２はこの考案にかかる画像読取装置用の照明装置に用いられるレンチキュラ レンズの一例を示す斜視図である。レンチキュラレンズ５は入射光を線状に集束 させる複数のシリンドリカルレンズ６を、当該線に垂直な方向７に沿って等ピッ チで配列した構成である。複数のシリンドリカルレンズ６は互いに同一構成物で あり、従って互いに同一の焦点距離を有している。図２（ａ）は、シリンドリカ ルレンズ６を実質的に複数個配列した形状に一体成型して成るレンチキュラレン ズ５の例を示し、図２（ｂ）は、個別のシリンドリカルレンズ６を単に配列して 成るレンチキュラレンズ５の例を示す。

【００１６】 図１はこの考案にかかる画像読取装置用の照明装置の原理を説明する説明図で ある。ＬＥＤ１を線状に配列して成る線状光源２と被照射面４の間にレンチキュ ラレンズ５を配置する。線状光源２は、その基準線３が被照射面４に平行になる ように配置される。レンチキュラレンズ５は、シリンドリカルレンズ６の配列方 向７（凹凸の反復方向）が線状光源２の基準線３に平行になるように配置される 。

【００１７】 ＬＥＤ１は、集光性を向上させるために凸レンズ状の透明樹脂モールドを有し ている。このため、ＬＥＤ１の発光点８からの照射光９は、ＬＥＤ１の表面で屈 折して照射光１０となる。このため線状光源２は、仮想的な点光源１１がＬＥＤ １の配列ピッチと同一のピッチｄをもって、基準線３に平行な仮想基準線１２上 に配列したものと等価である。

【００１８】 以上の配置において、仮想基準線１２とレンチキュラレンズ５との間の距離ａ 、レンチキュラレンズ５の焦点距離ｆに対して、レンチキュラレンズ５から、

【００１９】

【数１】

【００２０】 の関係を満たす距離ｂをもって離れた面１３上に、仮想点光源１１の実像が結像 される。これらの実像が、２次的な点光源１４となって被照射面４を照明する。 被照射面４上の照度分布を均一化するためには、２次的な点光源１４を緻密に配 列することが必要である。

【００２１】 １個のシリンドリカルレンズ６によって結像される、複数の仮想点光源１１に 対応した複数の点光源１４の間隔ｒは、

【００２２】

【数２】

【００２３】 で与えられる。従来装置におけるよりも均一な被照射面４上の照度分布を得るた めには、

【００２４】

【数３】

【００２５】 であることが要求される。従って、数２の関係から、

【００２６】

【数４】

【００２７】 であることが条件となる。

【００２８】 更に、レンチキュラレンズ５におけるシリンドリカルレンズ６の配列ピッチｐ は、短いほど被照射面４上の照度分布はより均一となる。実用的には、

【００２９】

【数５】

【００３０】 であれば好ましい結果が得られる。

【００３１】 また、被照射面４は面１３からより遠方に位置するほど、照度分布はより均一 となる。実用的には、

【００３２】

【数６】

【００３３】 の条件を満たすことが望ましい。

【００３４】 ＜２．実測の結果＞ 図３は、上述の数４ないし数６の条件を満たす図１の配置を備える照明装置に おいて、被照射面４上の基準線３に平行な方向ｘに沿った、照度分布を測定した 結果を示すグラフである。図３の縦軸と横軸のスケールは図５と同一である。こ の照明装置において、ＬＥＤ１の配列ピッチｄは、ｄ＝５ｍｍであり、基準線３ と被照射面４の間の距離ｈは、ｈ＝８０ｍｍである。これらの条件は、図５に示 す実測の条件と同一である。レンチキュラレンズ５の焦点距離ｆ、シリンドリカ ルレンズ６の配列ピッチｐは、それぞれｆ＝５ｍｍ、ｐ＝０．５ｍｍに設定され ている。

【００３５】 図３のグラフが示すように照度分布は、図５に示す従来装置における結果に比 べて相当に平坦である。極大照度と極小照度の差の平均照度に対する比率は、１ ０％未満であり、従来装置における５０％を超える比率から大きく改善されてい る。

【００３６】 ＜３．装置の構成と動作＞ 図４は、上述の原理に基づいて構成される、この考案の一実施例としての照明 装置を組み込んだ、プリント基板の検査に用いられる画像読取装置の断面図であ る。画像読取装置５０は、照明装置６０、撮像部１００、及び対象物載置部７０ とを備えている。対象物載置部７０は、検査対象物であるプリント基板２０を透 明ガラス板１５の上に載置し、正及び負のＹ方向に移動する機構を備える。照明 装置６０は反射照明部２００と透過照明部３００とを備えている。反射照明部２ ００はプリント基板２０の上方よりプリント基板２０に向かって光を照射する装 置であり、透過照明部３００はプリント基板２０の下方から光を照射する装置で ある。撮像部１００は、反射照明部２００による照射光がプリント基板２０の上 面において反射した反射光と、透過照明部３００による照射光がプリント基板２ ０のスルーホール２５などを通過した透過光とを光学的に処理して、画像信号を 得る装置である。

【００３７】 反射照明部２００の光源である線状光源２０１〜２０３は、おのおの支持材２ ０４〜２０６を介して撮像部本体１３０に取り付けられている。線状光源２０１ 〜２０３は、それぞれＸ軸の方向（紙面に垂直な方向）に配列したＬＥＤを備え ている。線状光源２０１〜２０３の照射方向の前面に、それぞれレンチキュラレ ンズ２０７〜２０９が配置されている。これらのレンチキュラレンズ２０７〜２ ０９は、支持材２１０〜２１２を介して撮像部本体１３０に固定されている。レ ンチキュラレンズ２０７〜２０９において、これらを構成するシリンドリカルレ ンズはＸ軸方向に配列している。すなわち、シリンドリカルレンズの配列の方向 は、線状光源２０１〜２０３におけるＬＥＤの配列する方向に平行である。

【００３８】 線状光源２０１〜２０３からの照射光は、これらレンチキュラレンズ２０７〜 ２０９を経てプリント基板２０の上面を照明する。線状光源２０１からの照射光 は、略水平方向に放出されるために、ハーフミラー２１４により一旦その進行方 向を変更されて、プリント基板２０の上面を照明する。ハーフミラー２１４は、 支持材２１５によって撮像部本体１３０へ取付られている。プリント基板２０を 照明する照射光はプリント基板２０の上面で反射し、その反射光が撮像部１００ へ入射する。

【００３９】 透過照明部３００は、透過照明部本体３０１に支持材３０２を介して線状光源 ３０３が取り付けられている。透過照明部本体３０１と撮像部本体１３０とは、 互いに固定的に連結している。線状光源３０３は、線状光源２０１〜２０３と同 様に、Ｘ軸の方向に配列したＬＥＤを備えている。線状光源３０３からの照射光 は、線状光源３０３の前面に配置される全反射ミラー３０４によってその進行方 向を変更する。全反射ミラー３０４は、支持材３０５を介して透過照明部本体３ ０１に固定されている。全反射ミラー３０４の上方にはレンチキュラレンズ３０ ６が設けられており、進行方向を変更した照射光は、このレンチキュラレンズ３ ０６を通過してプリント基板２０の下面を照明する。レンチキュラレンズ３０６ において、これを構成するシリンドリカルレンズはＸ軸方向、すなわち線状光源 ３０３を構成するＬＥＤの配列方向に平行な方向に配列する。プリント基板２０ の下面を照明する照射光は、スルーホール２５などの貫通孔を通過し、透過光と して撮像部１００へ入射する。なお、線状光源２０１〜２０３からの照射光と線 状光源３０３からの照射光とは、互いに波長が異なるように設定されている。

【００４０】 撮像部１００は、これらの反射光及び透過光を結像レンズ系１４０で処理し、 分離ミラー１５０でこれら２種類の光を、その波長の差異に基づいて互いに分離 する。分離された反射光はＣＣＤセンサ１６１により光の強度に対応した電気信 号すなわち画像信号ＰＳに変換し、他方の透過光は同じくＣＣＤセンサ１６２に より画像信号ＨＳに変換される。撮像部１００は、Ｙ方向に移動しつつあるプリ ント基板２０からの、Ｘ方向に広がりを持った反射光及び透過光を逐次、画像信 号ＰＳ、ＨＳに変換する。これによって、撮像部１００はプリント基板２０の基 板本体２１の上面に形成された配線パターン２２の画像、及びスルーホール２５ などの画像を表現する画像信号を得る。なお、対象物載置部７０及び撮像部１０ ０、また線状光源２０１〜２０３、３０３については、同一出願人による特開平 ４−３４３４５号公報においてその詳細が開示されている。

【００４１】 反射照明部２００及び透過照明部３００における、線状光源２０１〜２０３、 ３０３、レンチキュラレンズ２０７〜２０９、３０６、及び被照射面４としての プリント基板２０の板面の幾何学的な相対位置関係、並びにレンチキュラレンズ ２０７〜２０９、３０６の焦点距離は、前述の数４〜数６の条件を満たすように 設定されている。従って、撮像部１００へ入射する反射光、透過光は、ともに起 伏の小さいＸ軸方向の照度分布を有している。撮像部１００は、このためＣＣＤ センサー１６１、１６２の画像信号にノイズ信号成分が少なく、かつ量子化を行 うに際しての量子化誤差の影響を受けにくい。

【００４２】

【考案の効果】

この考案における照明装置では、線状に配列した複数個の発光ダイオードから の照射光の経路にレンチキュラレンズを配置し、その凹凸の反復方向を発光ダイ オードの配列方向に平行とし、しかも発光ダイオードの実質的な光源の位置から レンチキュラレンズまでの経路が、当該レンチキュラレンズから光源の実像を結 像する位置までの光路よりも長いので、発光ダイオードの配列密度よりも密度の 高い光源の実像が結像され、これらが２次的な光源となって対象物を照明する。 このため、この考案による照明装置では、対象物上の照度分布がほぼ均一になる 効果がある（請求項１〜請求項３）。

【００４３】 この考案における照明装置では、更に、実像を結像する位置から対象物までの 経路が、レンチキュラレンズから前記実像を結像する位置までの経路以上である ので、各２次光源の拡散分布の重畳効果によって、対象物上の照度分布が更に均 一になる（請求項２、請求項３）。

【００４４】 この考案における照明装置では、更に、レンチキュラレンズの凹凸の反復ピッ チが前記発光ダイオードの配列ピッチの３分の１以下であるようにレンチキュラ レンズが設定されるので、２次的な光源の密度が更に高くなる。このため、この 考案による照明装置では、対象物上の照度分布が更に均一となる効果がある（請 求項３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の装置の原理を説明する説明図であ
る。

【図２】この考案の照明装置に用いられるレンチキュラ
レンズの一例を示す斜視図である。

【図３】この考案の実施例に係る照明装置の特性の実測
結果を示すグラフである。

【図４】この考案の実施例に係る照明装置を組み込んだ
画像読取装置の断面図である。

【図５】従来の装置の特性の実測に関する説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ＬＥＤ（発光ダイオード） ３ ＬＥＤの配列の基準線（発光ダイオードの配列の方
向） ４ 被照射面（対象物） ５ レンチキュラレンズ ７ シリンドリカルレンズの配列方向（凹凸の反復方
向） １１ 仮想点光源（実質的な光源） １３ 結像位置 ５０ 画像読取装置 ６０ 照明装置 ｄ ＬＥＤの配列ピッチ ｐ シリンドリカルレンズの配列ピッチ（凹凸の反復ピ
ッチ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 21/88 Ｆ 8304−2Ｊ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像を読取る対象物を照明する画像読取
   装置用の照明装置であって、 （ａ）線状に配列された複数個の発光ダイオードと、 （ｂ）前記発光ダイオードの照射光が前記対象物へ至る
   経路に介在し、以下の条件（ｂ−１）、及び（ｂ−２）
   を満たすように、その焦点距離及び前記経路上の位置が
   規定される、レンチキュラレンズと、 を備える画像読取装置用の照明装置。ここで、前記条件
   （ｂ−１）、及び（ｂ−２）は、 （ｂ−１）前記レンチキュラレンズの表面において凹凸
   の反復方向が前記発光ダイオードの配列方向に平行であ
   ること、 （ｂ−２）前記発光ダイオードの実質的な光源の位置か
   ら前記レンチキュラレンズまでの前記照射光の経路が、
   当該レンチキュラレンズから前記光源の実像を結像する
   位置までの前記照射光の経路よりも長いこと、 である。
2. 【請求項２】 さらに以下の条件（ｂ−３）を満たす請
   求項１に記載の画像読取装置用の照明装置。ここで、前
   記条件（ｂ−３）は、 （ｂ−３）前記実像を結像する位置から前記対象物まで
   の前記照射光の経路の長さが、前記レンチキュラレンズ
   から前記実像を結像する位置までの前記照射光の経路の
   長さ以上であること、 である。
3. 【請求項３】 さらに以下の条件（ｂ−４）を満たす請
   求項２に記載の画像読取装置用の照明装置。ここで、前
   記条件（ｂ−４）は、 （ｂ−４）前記レンチキュラレンズの凹凸の反復ピッチ
   が前記発光ダイオードの配列ピッチの３分の１以下であ
   ること、 である。