JPH11219608A - ライトガイド用照明光源及び照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長寿命で発熱が小さく、かつ、少ない電力消
費で十分な光量を照射させることが可能なライトガイド
用照明光源及び照明装置を提供する。 【解決手段】 基板１３２に複数個の発光ダイオード１
３１をそれらの発光部を同一面側に向けて支持する。こ
の発光ダイオード１３１の前方に、基端が光入射面１４
１をなし、先端が光出射面１４２をなし、周壁１４３が
先細のテーパ状をなす透明な集光部材１４０を配置す
る。集光部材１４０の光出射面１４２を、光コネクタ１
５０の光導入口１５１に臨ませる。また、上記集光部材
１４０の光出射面１４２に光ファイバーケーブル２１０
の受光端を対向配置して接続し、ライトガイド２００と
光源部１３０とを共通のフレームに一体化した照明装置
を構成することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、飲食品等
の容器や、プリント基板や、半導体等の工業製品の欠
損、異物の付着、位置決め精度等を、ＣＣＤカメラ等で
検査するときに用いられるライトガイド用の照明光源及
び照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、プリント基板の配線パターンや
半導体のボンディングワイヤーにおいては、欠損個所
や、異物の付着等があると、欠損部から腐食して断線し
たり、異物による絶縁不良を生じることがあるため、生
産ラインの随所において仕上がりの外観を検査すること
が行われている。

【０００３】このような半導体基板のパターンの確認、
処理ライン上における位置決め精度の確認、ボンディン
グワイヤの接続検査などは、ＣＣＤカメラなどにより部
品の特定箇所を撮像し、正常な部品の撮像結果と比較し
て異常がないかを判断させることにより、自動的に行わ
れている。このとき、ＣＣＤカメラの撮像部位を照明装
置によって明るく均一に照らし出す必要がある。

【０００４】このような目的で、例えば多数本の光ファ
イバーを集束し、その基端を受光部として、ハロゲンラ
ンプ等の光を入射させ、光ファイバーの先端を照射部と
して被検査物に向け、光ファイバーの先端から出射され
る光を被検査物に照射するようにしたライトガイドとい
う照明装置が用いられている。この照明装置では、光フ
ァイバーケーブルを介して照射部が照明光源と接続され
ており、照射部を縦横に移動しながら被検査物の特定箇
所を明るく照らし出すように操作する。

【０００５】このライトガイド用の照明光源としては、
ハロゲンランプを用いたものがほとんどであった。すな
わち、ハロゲンランプの前方に集光レンズを配置し、そ
の更に前方にライトガイドの光ファイバーを接続するた
めの光コネクタを配置し、ハロゲンランプの光を集光レ
ンズで集光して光コネクタに導入するようにした装置で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハロゲ
ンランプ等を用いた照明光源においては、ハロゲンラン
プが約２０００時間で寿命となり、しかもランプの寿命
に著しい個体差があるため、常にランプ交換の準備をし
ておく必要がある。ところが、例えば半導体の製造ライ
ン等においては、ライトガイドを何百本も使用し、それ
ぞれに照明光源を設置しているため、常にハロゲンラン
プのどれかが切れる可能性があり、作業員が常時見回っ
てハロゲンランプが切れたらすぐに交換しなければなら
なかった。また、ランプ交換作業の間、製造ラインを止
めて生産をストップしなければならなかった。

【０００７】更に、ハロゲンランプ等を用いた照明光源
においては、ハロゲンランプから強い熱エネルギーが放
出され、ハロゲンランプに隣接する周辺機器を熱損傷さ
せたり、極端な場合には火災を発生させたりする危険性
があるため、かなり大型のファンを設置して空冷する必
要があった。このため、装置が大型化し、コスト高とな
ると共に、電力の消費量も多くなるという問題があっ
た。

【０００８】このような問題を解決するため、ハロゲン
ランプに比べてはるかに長寿命で殆ど交換する必要がな
く、発光に伴う発熱量も少ない発光ダイオードを光源と
することも考えられるが、発光ダイオードは、ハロゲン
ランプに比べて１個当りの光量が非常に小さいという別
の問題があった。

【０００９】したがって、本発明の目的は、長寿命でラ
ンプ交換作業の必要がなく、発熱量も少なく、電力消費
量も少なくすることができ、しかも十分な光量を得るこ
とができるライトガイド用照明光源及び照明装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、一又は複数の基板上に支持され、発光部
を同一面側に向けて配列された複数個の発光ダイオード
と、一方の端面が光入射面をなし、他方の端面が光出射
面をなし、周壁が前記光出射面側に向けて先細のテーパ
状をなす透明な集光部材と、ライトガイドの光ファイバ
ーケーブルが着脱可能に接続される光コネクタとを備
え、前記集光部材は、前記発光ダイオードと前記光コネ
クタとの間にあって、その光入射面を前記発光ダイオー
ドの発光部側に向け、その光出射面を前記コネクタ側に
向けて配置され、前記発光ダイオードの光を前記集光部
材で集光して、前記光コネクタの光導入口に導くように
構成されたことを特徴とするライトガイド用照明光源を
提供するものである。

【００１１】本発明によれば、前記発光ダイオードの発
光部から照射された光は、所定の開口角で広がってしま
う前に、透明な集光部材の光入射面に導入され、集光部
材のテーパ状の周壁で反射されながら集束されて、集光
部材の光出射面から光コネクタの光導入口に向けて出射
される。そして、光コネクタに接続されたライトガイド
の光ファイバーに入射され、光ファイバーの先端から出
射されて被検査物に照射される。

【００１２】ところで、発光ダイオードは、ハロゲンラ
ンプに比べて１個当りの光量が小さいが、発光ダイオー
ドを複数設置することにより、それらの合計によって十
分な光量とすることができる。この場合、必要数の発光
ダイオードを並べると、その面積が大きくなり、それら
の光を集めて光コネクタに導くには、大きなレンズが必
要となる。そのようなレンズは極めて高価となり、製品
コストを著しく高めてしまう。

【００１３】本発明では、光入射面が大きく、光出射面
が小さくされ、周壁が光出射面側に向けて先細のテーパ
状をなす透明な集光部材を用いることにより、発光ダイ
オードを必要数並べた面積の大きな光源を用いても、集
光部材の光入射面の面積が大きいので、それらの光を逃
すことなく導入させることができ、集光部材の周壁で光
を反射させながら効果的に集光させて、絞られた強い光
束として光出射面から出射させ、光コネクタに入射させ
ることができる。

【００１４】このように、本発明によれば、発光ダイオ
ードを光源とするので、長寿命でほとんど交換の必要が
なくなり、製造ラインにおける省力化、作業性の向上が
図られる。また、ハロゲンランプ等に比べて発熱量が小
さいので、ファンを省略するか、あるいは小型化して、
装置全体をコンパクト化し、製造コストを低減すること
ができる。また、複数の発光ダイオードの光を集光部材
によって集めることにより、必要とされる光量も確保す
ることができる。

【００１５】また、本発明の前記発光ダイオードと前記
光コネクタとの間には、前記集光部材が複数段状に配列
され、複数の集光部材を通して集光した光を、最後に一
つの集光部材で集光して前記光コネクタの光導入口に導
くように構成されていてもよい。これによれば、光量を
高めるため、発光ダイオードの数を多くしたとき、大き
な集光部材を作らなくても、比較的小さな集光部材を多
段に配置するだけで対応することができ、用途に応じて
光量を変更することが容易になり、部品をできるだけ共
通化してコスト低減を図ることができる。

【００１６】また、前記集光部材の周面には、光反射層
が被覆されていることが好ましい。これによれば、集光
部材の周面から外部に漏れ出す光を減少させ、光損失を
少なくして、結果的に出力される光量を高めることがで
きる。なお、上記光反射層としては、例えば金属の蒸着
膜、金属箔、金属板等が好ましく使用される。

【００１７】一方、本発明の照明装置は、一又は複数の
基板上に支持され、発光部を同一面側に向けて配列され
た複数個の発光ダイオードと、一方の端面が光入射面を
なし、他方の端面が光出射面をなし、周壁が前記光出射
面側に向けて先細のテーパ状をなす透明な集光部材と、
前記集光部材の光出射面に基端面を対向させて接続され
た光ファイバーケーブルと、この光ファイバーケーブル
の先端を整列保持して所定形状の発光部を構成するヘッ
ドとを備え、これらの各構成部品が共通のフレームに支
持されて一体化されていることを特徴とする。

【００１８】本発明の照明装置によれば、発光ダイオー
ドを利用した照明光源をライトガイドと一体化させて共
通のフレームに支持させたことにより、コンパクトな照
明装置が実現できる。この照明装置は、被検査物上を移
動させる際に、ライトガイドと照明光源とが一体で移動
するため、ライトガイドの光ファイバーケーブルに繰り
返しの曲げ応力等がかからず、光ファイバーケーブルの
屈曲疲労による折損等を防止することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１〜３には、本発明によるライ
トガイド用照明光源の一実施形態が示されている。図１
は同照明光源とそれに接続されるライトガイドを示す全
体説明図、図２（ａ）は同照明光源の内部を左側面から
見た透視図、図２（ｂ）は同照明光源の右側面図、図３
は同照明光源のプリント基板に搭載された発光ダイオー
ドと集光部材とを示す部分拡大図である。

【００２０】図１において、１００は、本発明によるラ
イトガイド用照明光源であり、２００は、この照明光源
１００に接続されるライトガイドである。ライトガイド
２００は、多数本の光ファイバーを集束し、チューブで
被覆したた光ファイバーケーブル２１０と、光ファイバ
ーケーブル２１０の基端に取付けられた光プラグ１５３
と、光ファイバーケーブル２１０の先端に取付けられた
環状のヘッド２２０とを有している。光プラグ１５３
は、照明光源１００の光ソケット１５２に差し込まれて
接続されるものであり、これらの部材１５２、１５３が
光コネクタ１５０を構成している。

【００２１】また、ヘッド２２０内には、光ファイバー
ケーブル２１０の先端から突出する光ファイバーが環状
に配列され、それらの先端を下方に向けて保持されてい
る。そして、環状に配列された光ファイバーの先端から
出射した光Ｌが、被検査物３００に照射されるようにな
っている。更に、ヘッド２２０の中心の挿入孔２２１を
通してＣＣＤカメラ２２２等が挿入され、被検査物３０
０の所定箇所を撮像するようになっている。

【００２２】光源１００は、箱形のケーシング１１０を
有し、その下部に電源部１２０が設置されている。電源
部１２０は、光源部１３０の発光ダイオード１３１に電
力を供給するものであり、ケーシング１１０の右側面に
配置された電源スイッチ１２１によってＯＮ、ＯＦＦさ
れ、同じく右側面に配置された光強度調整スイッチ１２
２によって発光ダイオード１３１への供給電力を変更
し、照明光の強度を調整できるようになっている。

【００２３】電源部１２０の上部には、Ｌ字状に折曲さ
れたブラケット１３３を介して、プリント基板１３２が
垂直に支持されており、この基板１３２の一方の面に複
数個の発光ダイオード１３１…１３１が取付けられ、そ
れらのリード線が基板１３２の配線に半田付けされてい
る。図３に示すように、発光ダイオード１３１…１３１
は、円形の領域に配列され、それらの発光部ｅ…ｅを同
一面側に向けており、全体としてほぼ円形の発光面Ｅを
形成している。なお、基板１３２、発光ダイオード１３
１…１３１が光源部１３０を構成している。

【００２４】光源部１３０の発光面Ｅの前方には、図示
しない支持具によってケーシング１１０に固定された集
光部材１４０が配置されている。集光部材１４０は、例
えばアクリル等の合成樹脂、あるいはガラスなどからな
る透明な部材を用いて、モールド、切削、研摩等の手段
で作られており、一方の端面が拡径された光入射面１４
１をなし、他方の端面が縮径された光出射面１４２をな
し、周壁１４３が先細テーパ状をなす、全体として円錐
台形状の部材からなる。

【００２５】集光部材１４０の光入射面１４１は、上記
光源部１３０の発光面Ｅに隣接して配置され、光出射面
１４２は、光コネクタ１５０をなす光ソケット１５２の
光導入口１５１に臨むように配置されている。光入射面
１４１は、光源部１３０の発光面Ｅ全体をカバーできる
直径をなし、光出射面１４２は、光ソケット１５２の光
導入口１５１に適合する直径とされている。

【００２６】また、集光部材１４０の周壁１４３は、金
属の蒸着膜、金属箔、金属板等からなる光反射層１４４
で被覆しても良い。この光反射層１４４により、集光部
材１４０内に入射した光を、周壁１４３で確実に反射さ
せて光損失を低減することができる。なお、光反射層１
４４は、例えばシートで形成して、その基端部を延長さ
せ、発光ダイオード１３１の発光部ｅを囲むようにする
ことがより好ましい。

【００２７】光コネクタ１５０の一方をなす光ソケット
１５２には、ライトガイド２００の光ファイバーケーブ
ル２１０の光プラグ１５２を挿入したとき、抜け止めを
するための固定用ねじ１５４が設けられている。なお、
図示していないが、ケーシング１１０内には、発光ダイ
オード１３１…１３１に向けて送気して過熱を防止する
ファンを設置してもよい。ただし、発光ダイオード１３
１…１３１は、ハロゲンランプに比べると発熱量が著し
く少ないので、ファンを設置しなくてもよく、設置する
としても小型のもので十分である。

【００２８】次に、上記ライトガイド用照明光源１００
の作用について説明する。図１に示すように、ライトガ
イド２００のヘッド２２０は、被検査物３００に向けて
支持され、ＣＣＤカメラ２２２が、ヘッド２２０の挿入
孔２１に差し込まれ、被検査物３００の検査部位に向け
て正しく位置決めされて支持されている。この状態で、
ライトガイド２００の光ファイバーケーブル２１０の光
プラグ１５３を照明光源１００の光ソケット１５２に差
し込み、ライトガイド２００と照明光源１００とを連結
する。

【００２９】そして、照明光源１００の電源スイッチ１
２１を入れて電源部１２０をオンにすると、電源部１２
０及び基板１３２を介して各発光ダイオード１３１に所
定の電圧が供給され、各発光ダイオード１３１の発光部
ｅが発光する。この光は、集光部材１４０の光入射面１
４１に入射される。その際に、発光面Ｅに集光部材１４
０が近接して配置されているため、発光ダイオード１３
１から出射した光が所定の開口角で広がってしまう前に
光入射面１４１に導入できる。

【００３０】このようにして光が導入されると、集光部
材１４１の周壁１４３が光出射面１４２に向かって先細
テーパ状であるため、その導入光を集光させて光出射面
１４２から出射させ、光コネクタ１５０の光導入口１５
１に導入する。この場合、前述したように、集光部材１
４１の周壁１４３に光反射層１４４を設けておくことに
より、集光部材１４０内に入射した光を周壁１４３で確
実に反射させて光損失を低減することができる。また、
光反射層１４４を例えばシートで形成して、その基端部
を延長させ、発光ダイオード１３１の発光部ｅを囲むよ
うにすることにより、発光ダイオード１３１から出射さ
れる光の損失を更に少なくすることができる。

【００３１】光導入口１５１に導入された光は、光ソケ
ット１５２を通じて光プラグ１５３に導入され、光ファ
イバーケーブル２１０内を通る多数本の光ファイバーの
基端部に入射される。そして、この光は、各光ファイバ
ー内を通って、ヘッド２２０内で環状に配列された各光
ファイバーの先端から出射され、被検査物３００に向け
て照射される。

【００３２】このように、本発明の照明光源１００によ
れば、テーパ状の集光部材１４１を用いて、複数個の発
光ダイオード１３１の光を集めてライトガイド２００に
導入することができるので、発光ダイオードを用いても
必要とされる光量を確保することが可能となる。このた
め、ハロゲンランプを用いた場合に比べて消費電力も少
なくてすみ、発熱量が少ないので、大型ファンの設置等
の必要もなくなる。また、長寿命の発光ダイオードを用
いることにより、ランプ交換の必要がほとんどなくな
り、製造ラインにおけるランプ交換のための作業員がい
らなくなり、ランプ交換のためにラインを停止する必要
もなくなる。

【００３３】図４には、本発明によるライトガイド用照
明光源の別の実施形態が示されている。図４はケーシン
グを仮想線にして内部構造を示しており、同図（ａ）は
平面から見た透視図、（ｂ）は正面から見た透視図、
（ｃ）は左側面から見た透視図である。

【００３４】この照明光源４００では、光源部１３０の
発光ダイオード１３１が、３つの基板１３２に別れて装
着されている。すなわち、電源部１２０上に立設された
１個のブラケット１３３を介して１つの基板１３２が支
持され、ケーシング１１０の天板から垂下された２つの
ブラケット１３３を介して２つの基板１３２が支持され
ており、これら３つの基板１３２に装着された発光ダイ
オード１３１の群が、下方に１つの円形集合をなし、上
方に２つの円形集合をなして、互いに隣接して配置され
ている。

【００３５】更に、上記発光ダイオード１３１の群のそ
れぞれの発光面に、円錐台形をなす前記と同様な集光部
材１４０がそれぞれ配置されている。そして、これら３
つの集光部材１４０の前方に、それらの光出射面１４２
を光入射面４４１で覆うように当接して、もう１つの集
光部材４４０が配置されている。この集光部材４４０の
周面４４３には、前記と同様な光反射層４４４が設けら
れていてもよい。そして、集光部材４４０の光出射面４
４２が光ソケット１５２の光導入口１５１に臨まされて
いる。

【００３６】この照明光源４００では、３つの基板１３
２に搭載された発光ダイオード１３１がそれぞれ発光
し、それらの光はそれらの前方に配置された３つの集光
部材１４０に導入される。そして、３つの集光部材１４
０によってそれぞれ集束され、それらの光出射面１４２
から出射された光は、更にその前方に配置された集光部
材４４０に入射され、集光部材４４０内で一つの光束に
集束される。こうして、３つの発光ダイオード１３１の
群から発光された光は、集光部材４４０内で最終的に一
つの絞られた光束に集束されて、光ソケット１５２の光
導入口１５１に導入される。

【００３７】このように、発光ダイオード１３１の数を
増やして光量を大きくしたいときには、発光ダイオード
１３１を搭載する基板１３２を複数設け、集光部材１４
０、４４０を多段に設けることにより、大型の集光部材
等を作らなくても容易に対応することができる。したが
って、要求される光量に応じて容易に設計変更すること
ができ、それぞれの部品も共通化してコスト低減を図る
ことができる。

【００３８】図５には、本発明による照明装置の一実施
形態が示されている。図５は、ケーシングを仮想線にし
て、照明光源とそれに接続されるライトガイドを側面か
ら見た透視図として示したものである。なお、図１〜４
に示した実施形態と実質的に同一部分には同符号を付し
てその説明を省略することにする。

【００３９】この照明装置５００は、前記実施形態と同
様に、ブラケット１３３を介して支持されたプリント基
板１３２に取付けられた複数の発光ダイオード１３１か
らなる光源部１３０を有する。発光ダイオード１３１の
前方には、前記と同様な円錐形の集光部材１４０が配置
されている。

【００４０】集光部材１４０の光出射面１４２には、コ
ネクタ５１２を介して、ライトガイド２００の光ファイ
バーケーブル２１０の受光端５１１が対向配置されて接
続されている。したがって、集光部材１４０で集められ
た光は、光出射面１４２から出射して光ファイバーケー
ブル２１０の受光端５１１に導入される。

【００４１】光ファイバーケーブル２１０の先端には、
前記と同様にヘッド２２０が取付けられており、光ファ
イバーはこのヘッド２２０で環状に配列されて、被検査
物３００に向けて光照射するようになっている。

【００４２】そして、これらの構成部品が、本発明にお
ける共通フレームとしてのケーシング５１０に収容され
てされており、光源部１３０とライトガイド２００とが
一体化された照明装置５００が構成されている。なお、
ヘッド２２０からの光を外部に照射できるように、ケー
シング５１０には開口部５２０が設けられている。

【００４３】この照明装置５００は、全体が例えば図５
中の矢印５３０で示すように動き、被検査物３００の各
部に移動できるようになっている。このため、光ファイ
バーケーブル２１０に繰り返しの屈曲応力が作用するこ
とがなく、耐久性を高めることができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
テーパ状の集光部材を用いて、複数個の発光ダイオード
の光を集めてライトガイドに導入することができるの
で、発光ダイオードを用いても必要とされる光量を確保
することが可能となる。また、長寿命の発光ダイオード
を用いることにより、ランプ交換の必要がほとんどなく
なり、製造ラインにおけるランプ交換のための作業員が
いらなくなり、ランプ交換のためにラインを停止する必
要もなくなる。また、ハロゲンランプを用いた場合に比
べて消費電力も少なくてすみ、発熱量が少ないので、大
型ファンの設置等の必要もなくなる。更に、光源部とラ
イトガイドとを一体化して、軽量コンパクトな照明装置
を構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるライトガイド用照明
光源とそれに接続されるライトガイドを示す全体説明図
である。

【図２】同照明光源を示す図であって、（ａ）は同照明
光源の内部を左側面から見た透視図、図２（ｂ）は同照
明光源の右側面図である。

【図３】同照明光源のプリント基板に搭載された発光ダ
イオードと集光部材とを示す部分拡大図である。

【図４】本発明の別の実施形態によるライトガイド用照
明光源を示し、（ａ）は平面から見た透視図、（ｂ）は
正面から見た透視図、（ｃ）は左側面から見た透視図で
ある。

【図５】本発明による照明装置の一実施形態を示し、ケ
ーシングを仮想線にして、照明光源とそれに接続される
ライトガイドを側面から見た透視図である。

【符号の説明】

１００、４００ 照明光源 １１０ ケーシング １２０ 電源部 １３０ 光源部 １３１ 発光ダイオード １３２ プリント基板 １４０，４４０ 集光部材 １４１，４４１ 光入射面 １４２，４４２ 光出射面 １４３，４４３ 周壁 １４４，４４４ 光反射層 １５０ 光コネクタ １５１ 光導入口 １５２ 光ソケット １５３ 光プラグ ２００ ライトガイド ２１０ 光ファイバーケーブル ２２０ ヘッド ５００ 照明装置 Ｅ 発光面 ｅ 発光部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一又は複数の基板上に支持され、発光部
   を同一面側に向けて配列された複数個の発光ダイオード
   と、 一方の端面が光入射面をなし、他方の端面が光出射面を
   なし、周壁が前記光出射面側に向けて先細のテーパ状を
   なす透明な集光部材と、 ライトガイドの光ファイバーケーブルが接続される光コ
   ネクタとを備え、 前記集光部材は、前記発光ダイオードと前記光コネクタ
   との間にあって、その光入射面を前記発光ダイオードの
   発光部側に向け、その光出射面を前記コネクタ側に向け
   て配置され、前記発光ダイオードの光を前記集光部材で
   集光して、前記光コネクタの光導入口に導くように構成
   されたことを特徴とするライトガイド用照明光源。
2. 【請求項２】 前記発光ダイオードと前記光コネクタと
   の間に、前記集光部材が複数段状に配列され、複数の集
   光部材を通して集光した光を、最後に一つの集光部材で
   集光して前記光コネクタの光導入口に導くように構成さ
   れた請求項１記載のライトガイド用照明光源。
3. 【請求項３】 前記集光部材の周面には、光反射層が被
   覆されている請求項１又は２記載のライトガイド用照明
   光源。
4. 【請求項４】 前記光反射層は、金属の蒸着膜、金属箔
   又は金属板のいずれか一つで形成されている請求項３記
   載のライトガイド用照明光源。
5. 【請求項５】 一又は複数の基板上に支持され、発光部
   を同一面側に向けて配列された複数個の発光ダイオード
   と、 一方の端面が光入射面をなし、他方の端面が光出射面を
   なし、周壁が前記光出射面側に向けて先細のテーパ状を
   なす透明な集光部材と、 前記集光部材の光出射面に基端面を対向させて接続され
   た光ファイバーケーブルと、 この光ファイバーケーブルの先端を整列保持して所定形
   状の発光部を構成するヘッドとを備え、 これらの各構成部品が共通のフレームに支持されて一体
   化されていることを特徴とする照明装置。