JPH08220467A - 照明光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない数の光源を用い簡単な機構で照明角度
を連続的に変えることのできる照明装置を提供する。 【構成】 反射鏡３０として放物線の一部を放物線の軸
に垂直な軸の回りに回転させることにより形成される凹
曲面を利用する。光源３２は、反射鏡３０の中心軸３３
の回りに放射状に配置する。光源からの光線３４は水平
方向から反射面に入射される。光源３２は、反射鏡３０
の中心軸３３に沿って可動とし、その上下方向位置を変
えることにより観察対象物３５の照明角度を連続的に変
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、観察対象物を照明する
ための照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品や電子回路等の組立・検査装置
では、対象物の像をスクリーン上に投影して目視した
り、あるいはＣＣＤカメラ等の撮像装置で撮像するため
に照明装置が用いられる。この照明装置は、対象物の表
面状態に応じて、また検査等の目的に応じて光照射角度
等の照明条件を変えることが必要になる。例えば、対象
物の表面が鏡面に近い場合、一般にはスクリーンへの投
影レンズあるいは撮像装置に正反射光が入射しないよう
な角度で照明することが望まれ、反対に光拡散性の強い
表面の観察においては像の明るさを確保するために正反
射条件に近い角度で照明することが望まれる。また、Ｃ
ＣＤカメラ等で対象物表面を撮像して得た画像を画像処
理して特徴部分の位置や寸法を読みとるような場合、表
面凹凸によって陰影が生じると計測誤差の原因となるた
め、陰影が生じないような照明が必要である。逆に対象
物の特徴を検出するために、表面凹凸による陰影を強調
する照明が望まれる場合もある。 従来の照明装置は、
ＬＥＤ等の指向性光源を直接照射面に向けて配置し、前
記した照明状態を変える要請に応えるため、図２に示す
ように複数の光源群２１，２３を同心円状に配置する構
成をとっていた。例えば、外側の光源群２１を使用する
と斜め方向から観察対象物２５を照明することができ、
内側の光源群２３を使用すると垂直方向に近い角度で対
象物２５を照明することができる。照明された対象物２
５は、垂直方向からＣＣＤカメラ２７等で撮像されて観
察や検査が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の照明装置
は、多数の光源を照射方向すなわち角度を変えて配置す
るものであるため各光源の位置や方向の調整が煩雑であ
った。光源の数は照明方向の数に比例して増加するなる
ため、照明方向の数を増やすとこの光源の調整の問題は
ますます深刻になる。また、照明方向は予め用意された
離散的角度の中でしか選択することができないため、常
に観察対象物の表面状態あるいは観察目的に最適な照明
条件を満足することはできなかった。

【０００４】本発明は、少ない数の光源を用い簡単な機
構で照明角度を連続的に変えることのできる照明装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、反射鏡と
して放物線の一部を放物線の軸に垂直な軸の回りに回転
させることにより形成される凹曲面を利用し、光源移動
機構等によって、この反射鏡への光入射位置を変化させ
ることにより照明角度を連続的に変化させることができ
ることを見出した。

【０００６】また、本発明者らは、反射鏡として円錐面
又は多角錐面を利用し、この反射鏡とフレネルレンズを
組み合わせ、光源移動機構等によって、反射鏡への光入
射位置を変化させることにより照明角度を連続的に変化
できることを見出した。本発明は、これらの知見に基づ
いてなされたものである。 光源は、放物線の一部を放
物線の軸に垂直な軸の回りに回転させることにより形成
される凹曲面、円錐面あるいは多角錐面からなる反射鏡
の中心軸の回りに放射状に配置される。光源からの光線
は反射鏡の中心軸に略垂直な方向から反射面に入射され
る。光源からの光線は、直接反射鏡に入射させてもよい
し、反射鏡の内部に配置した小型の円錐ミラー又は多角
錐ミラーで反射してから反射鏡に入射させてもよい。
光源、あるいは前記小型の円錐ミラー又は多角錐ミラー
は、反射鏡の中心軸に沿って可動とし、その位置を変え
ることにより照明角度を連続的に変化させる。 光源と
してはＬＥＤやミニハロゲンランプ等の指向性の強い光
源を用いるのがよい。

【０００７】

【作用】放物線の一部を放物線の軸に垂直な軸の回りに
回転させることにより形成される凹曲面を利用する反射
光学系、あるいは円錐面又は多角錐面とフレネルレンズ
を組み合わせて利用する反射屈折光学系と、光源移動機
構等によって反射鏡への光入射位置を変化させる構成の
採用により、簡単な機構で照明角度を連続的に無段階で
変化させることができる。

【０００８】そして、前記光学系の性質により、照明角
度を変化させても常に観察中心を高い照度で照明するこ
とが可能である。また、光源の数が少ないため、光学系
の調整が極めて容易である。

【０００９】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。 〔実施例１〕図１は、放物線の一部を放物線の軸に垂直
な軸の回りに回転させることにより形成される凹面反射
面を示すものである。図１（ａ）に示すように、焦点Ｆ
を有する放物線１０の一部１１を、放物線の軸１２に垂
直な軸１３の回りに回転することにより、図１（ｂ）に
示すような回転面１５を得る。回転面１５の回転軸１３
付近の部分１６は、後述する観察光学系のための開口部
とするのが好ましい。本実施例では、この回転面１５を
照明光学系の反射面として利用する。

【００１０】図３（ａ）に断面を略示するように、前記
回転反射面を有する光反射体３０は押さえ部材８６によ
って外側円筒部材８０に固定され、外側円筒部材８０は
上方の固定板３１に固定されている。従って、光反射体
３０は、固定板３１からつり下げられた状態になってお
り、光照射面との間には観察対象物３５を出し入れする
ための隙間が形成されている。複数の光源３２は、光反
射体３０の回転軸すなわち中心軸３３の回りに放射状に
配置されている。複数の光源３２は、光源固定板３８上
に固定され、光源移動機構によって一体として中心軸３
３に沿って移動可能に設けられる。この例では、反射面
の元となる放物線の焦点Ｆが観察中心Ｃに一致するよう
に、すなわち中心軸３３上で、かつ光照射面上にあるよ
うに設定されている。 観察は、回転軸３３上に配置し
たＣＣＤカメラのような撮像装置３７によって行われ
る。撮像装置３７はネジ８５によって照明装置に固定さ
れており、ネジ８５を緩めることによって撮像装置の高
さ位置を調整できるようになっている。また、撮像装置
３７は、後述する光源移動機構の可動部分によって撮像
レンズに入射する光線がけられないように適当な焦点距
離のレンズを装着している。撮像装置３７の焦点合わせ
は、レンズ調整により行われる。観察は、回転軸３３上
に投影レンズを配置するとともに光反射体３０の上方に
スクリーンを配置し、観察対象物３５の像をその投影レ
ンズによってスクリーン上に投影することで行うことも
できる。

【００１１】光源３２を固定した光源固定板３８は、図
３（ｂ）に略示するように、内側円筒部材８３の下端に
取り付けられている。そして、この内側円筒部材８３
は、光反射体３０の頂部に押さえ部材８６によって固定
された外側円筒部材８０中に移動可能に挿入されてい
る。外側円筒部材８０にはスロット８１が設けられてお
り、内側円筒部材８３はこのスロット８１を通る固定ネ
ジ８４により外側円筒部材８０に対して固定される。し
たがって、固定ネジ８４を緩めた後、固定ネジ８４を持
って内側円筒部材８３を上下に移動させて光源３２の高
さを定め、その状態で固定ネジ８４を締めることによっ
て光源３２を任意の高さ位置に設定することができる。
各光源３２は、その光軸を水平方向、かつ光軸３３から
放射方向に向けて配置されており、光源３２から発せら
れた光線３４は光反射体３０で反射されて観察対象物３
５の表面を所定の角度で照明する。なお、図３に示した
固定ネジを用いる光源移動機構はあくまで一例にすぎ
ず、どのような光源移動機構を用いても本発明の目的を
達成できることは明らかである。

【００１２】図４（ａ），（ｂ）に示すように、この照
明装置によると、光源３２の位置を上下方向に変えるこ
とにより照明角度を、例えば７５°〜１５°の範囲で連
続的に変えることができる。すなわち、光源３２が光照
射面から離れるほど、垂直に近い照明角度が得られ、光
源３２が光照射面に近づくほど水平に近い照明角度が得
られる。しかも、放物線の軸に平行に入射した光線は放
物線で反射されたのち焦点を通るという放物線の性質か
ら、光源位置が変わっても常に観察対象物の観察中心Ｃ
付近を高照度で照明することができる。 図５（ａ）
は、焦点距離８０ｍｍの放物線の焦点を回転軸上に位置
させて反射面を形成し、この焦点を照射面上に位置させ
た条件とし、１２個のＬＥＤ光源を３０°間隔で配置し
たとき、照射面上での照度分布を計算したものである。
各等高線に付した数字は、相対照度を表す。図５（ｂ）
は観察中心点Ｃを通る線上での照度プロフィールを示し
たものである。図５から分かるように、観察中心点から
±２０ｍｍの範囲で最高照度の２０％以上の照度が得ら
れており、この照明装置によれば直径４０ｍｍの対象物
を周辺部まで十分な照度で観察することができることが
示される。

【００１３】なお、上の説明では、放物線の焦点が観察
中心Ｃに一致するように、すなわち回転軸３３上で、か
つ光照射面上にあるように設定したが、使用光源等の特
性によっては、焦点位置を観察中心Ｃから上下方向ある
いは左右方向にある程度ずらした設定とする方が照射面
上の照度分布を一様にする上で有利な場合もある。光源
は、その発光面を放物線の一部を回転させた反射面（以
下、主反射面という）に向けて直接光照射する代わり
に、図６に略示するように、光源３２からの光線を他の
反射面（以下、副反射面という）４０で一度反射させて
から主反射面３０に入射させるようにしてもよい。副反
射面４０としては、円錐ミラー又は光源の数と同じ数の
斜面を有する多角錐ミラーを用いることができる。円錐
ミラー又は多角錐ミラーは、その中心軸を前記主反射面
の中心軸３３と一致させて主反射面の内部空間に配置す
る。副反射面４０を用いると、光源３２はその長軸方向
を上下方向に向けて配置することが可能となり、コンパ
クトな設計とすることができる。

【００１４】また、光源３２と副反射面４０とを一体と
して上下方向に移動させる機構を設けることにより、図
７（ａ）、（ｂ）に示すように照明角度を連続的に変え
ることができる。図７（ａ）は光源３２及び副反射面４
０の高さを高く設定した場合を示し、観察対象物３５を
垂直に近い角度で照明することができる。また、図７
（ｂ）は光源３２及び副反射面４０の高さを低く設定し
た場合を示し、観察対象物３５は水平に近い角度で照明
される。

【００１５】そして、光源が細長い形状を有する場合
に、各光源の光軸を直接光反射面に向ける図３のような
配置をとると、光源の発光点が主反射面の回転軸３３か
ら離れてしまい光源の上方への移動範囲が制限されて垂
直に近い照明角度を得ることが困難になるが、副反射面
４０を用いる図６の配置によると、この不都合が解消さ
れ細長い光源を用いた場合においても垂直に近い照明角
度を容易に得ることが可能となる。光源及び副反射面を
一体として移動させる機構として任意のもの、例えば図
３に例示した機構を用いることができる。 なお副反射
面４０は中心軸付近を切り取り、観察光学系の配置を容
易にするのが好ましい。〔実施例２〕円錐面又は多角錐
面を有する光反射体とフレネルレンズの組立体を用いる
照明装置の実施例について説明する。

【００１６】図８（ａ）は反射面として頂角が９０°の
円錐面を有する光反射体５０を使用する照明装置の外観
図である。円錐面光反射体５０の下方にはフレネルレン
ズ６０が取り付けられており、全体は例えば前記実施例
におけるように上方に設けられた固定板からつり下げら
れている。ＣＣＤカメラ等の撮像装置３７は、円錐面光
反射体５０の中心軸上に配置するのが有利である。観察
光学系の配置のために必要があれば、円錐面光反射体５
０の頭部を切断して開口部を設けることができる。

【００１７】反射体として円錐面の代わりに、図８
（ｂ）に示すように、光源の数（図の場合、８個）と同
じ数の斜面を有し、各斜面が中心軸となす角度が４５°
である多角錐面７０を用いても同様の照明装置を構成す
ることができる。以下では、光反射体５０として円錐面
を用いた場合について説明する。 光反射体となる円錐
面の中心軸の回りには、実施例１の場合と同様に複数の
光源が放射状に配置される。観察対象物３５を配置する
光照射面はフレネルレンズ６０の下方、フレネルレンズ
６０の焦点距離付近に設定するのが好ましい。

【００１８】図９の断面図に略示するように、光源３２
から略水平方向に発せられた光線は反射体５０で反射さ
れて略垂直方向に向きを変えられ、次いでフレネルレン
ズ６０で屈折されて光照射面上の観察対象物３５を所定
の角度で照明する。任意の構造を有する光源移動機構に
より光源３２の位置を上下移動すると、フレネルレンズ
６０における光通過位置が変化し、それに伴って観察対
象物３５の照明角度が変化する。光照射面をフレネルレ
ンズ６０の焦点距離の近くに設定しているため、照明角
度が変化しても常に観察中心Ｃの付近を高照度で照明す
ることができる。

【００１９】光源３２は、その発光面を円錐反射面（以
下、主反射面という）５０に向けて直接光照射する代わ
りに、図１０に略示するように、光源３２からの光線を
他の反射面（以下、副反射面という）４０で一度反射さ
せてから主反射面５０に入射させるようにしてもよい。
副反射面４０としては、円錐ミラー又は光源の数と同じ
数の斜面を有する多角錐ミラーを用いることができる。
円錐ミラー又は多角錐ミラー４０は、その中心軸を前記
主反射面の中心軸と一致させて主反射面の内部空間に配
置することができる。副反射面４０を用いると、光源３
２はその長軸方向を上下方向に向けて配置することが可
能となり、コンパクトな設計とすることができる。

【００２０】また、光源３２と副反射面４０とを一体と
して上下方向に移動させる機構を設けることにより、前
述した実施例と同様に照明角度を連続的に変えることが
できる。光源が細長い形状を有する場合に副反射面４０
を用いる照明光学系を採用すると、光源の軸方向を上下
方向に向けて配置することができるため、主反射面の内
部空間での光源の移動制限が緩和され、垂直に近い照明
角度を得ることが可能となる。光源及び副反射面を一体
として移動させる機構としては任意のものを採用するこ
とができる。また、副反射面４０は中心軸付近を切り取
り、観察光学系の配置を容易にするのが好ましい。

【００２１】

【発明の効果】本発明によると、常に観察中心を十分な
照度で照明しながら、照明角度を無段階に連続して変え
ることができる。また、光源の数が少ないため、装置の
調整が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放物線の一部を回転して形成される反射面の説
明図。

【図２】従来の照明装置の概念図。

【図３】本発明による照明装置の一実施例の概略断面
図。

【図４】照明角度変更の原理を説明する図。

【図５】光照射面の照度分布の説明図。

【図６】光源部分を変更した本発明による照明装置の一
実施例の概略断面図。

【図７】図６の実施例における照明角度変更の原理を説
明する図。

【図８】本発明による照明装置の他の実施例の概略図。

【図９】図８の照明装置の光路説明図。

【図１０】光源部分を変更した他の実施例の説明図。

【符号の説明】

１０…放物線、１２…放物線の軸、１５…回転面、２
１、２３…光源群、２５，３５…観察対象物、２７…Ｃ
ＣＤカメラ、３０…光反射体、３１…固定板、３２…光
源、３３…中心軸（回転軸）、３７…撮像装置、３８…
光源固定板、４０…副反射面、５０…円錐面光反射体、
６０…フレネルレンズ、７０…多角錐面、８０…外側円
筒部材、８１…スロット、８３…内側円筒部材、８４…
固定ネジ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】観察対象物を照明するための照明装置にお
   いて、光源と、光反射体とを含み、前記光反射体の光反
   射面は放物線の一部を該放物線の軸に垂直な軸の回りに
   回転させることにより形成される凹曲面であり、前記光
   源からの光線は前記回転軸と略直交する方向から前記反
   射面に入射し、観察光学系の光軸は前記回転軸と略一致
   していることを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】前記光源を前記回転軸に沿って移動させる
   手段を備えることを特徴とする請求項１記載の照明装
   置。
3. 【請求項３】中心軸を前記回転軸と一致させて前記光反
   射体の内部空間に配置された円錐ミラー又は多角錐ミラ
   ーを備え、前記光源からの光線は前記円錐ミラー又は多
   角錐ミラーで反射された後、前記光反射体の光反射面に
   入射することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 【請求項４】前記円錐ミラー又は多角錐ミラーを前記回
   転軸に沿って移動させる手段を備えることを特徴とする
   請求項３記載の照明装置。
5. 【請求項５】観察対象物を照明するための照明装置にお
   いて、光源と、光反射体と、フレネルレンズとを含み、
   前記光反射体の光反射面は円錐面又は多角錐面であり、
   前記フレネルレンズは前記光反射体と観察対象物の間に
   前記光反射体面の中心軸に垂直に配置され、前記光源か
   らの光線は前記光反射面の中心軸と略直交する方向から
   前記光反射面に入射し、前記フレネルレンズを通って該
   フレネルレンズの焦点距離に略等しい位置に配置された
   観察対象物に照射されることを特徴とする照明装置。
6. 【請求項６】前記光源を前記光反射体の中心軸に沿って
   移動させる手段を備えることを特徴とする請求項５記載
   の照明装置。
7. 【請求項７】中心軸を前記光反射体の中心軸に一致させ
   て前記光反射体の内部空間に配置された円錐ミラー又は
   多角錐ミラーを備え、前記光源からの光線は前記円錐ミ
   ラー又は多角錐ミラーで反射された後、前記光反射体の
   光反射面に入射することを特徴とする請求項５記載の照
   明装置。
8. 【請求項８】前記円錐ミラー又は多角錐ミラーの位置を
   前記光反射面の中心軸に沿って移動させる手段を備える
   ことを特徴とする請求項７記載の照明装置。