JPWO2007023891A1

JPWO2007023891A1 - 照明装置

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Publication number: JPWO2007023891A1
Application number: JP2007532165A
Authority: JP
Inventors: 米田　賢治; 賢治米田
Original assignee: CCS Inc
Current assignee: CCS Inc
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2007023891A1; US20090129121A1; EP1925877A1; US7806540B2; EP1925877A4

Abstract

中心孔１１を有する回転体形状をなし発光面２ｃ及び導光面２ｂが設けてある光拡散用の透明体２と、前記透明体２の導光面２ｂに光を導入しこの透明体２の発光面２ｃに面発光を行わせる複数の発光体３とを備えており、前記導光面２ｂが前記中心孔１１を包囲する前記透明体２の内周部に設けてあり、前記透明体２の導光面２ｂ及び発光面２ｃ以外の面に光を反射するための反射層４１が設けてあり、前記発光体３からの光が前記透明体２の外周面２ｅに向けて照射されるように構成することで、より少ない数の発光体で、均一に面発光する照明装置を提供するようにした。

Description

本発明は、面発光を行う照明装置であって、バックライト照明によって製品検査をする場合等に好適に使用されるものに関する。

製品の表面検査等を行う方法として、下面に発光部を有する照明装置を用いて製品の上部から照光し、その反射光を該照明装置の近傍において目視又は撮影等を行って検査する方法が従来より一般的に知られている。このとき検査面において光度ムラが存在すると、検査面の微小な傷や仕上がり具合等の不具合を検出できない場合が生じる。したがって、この発光部として複数のＬＥＤ等の発光体を照明装置の下面にくまなく敷設して、当該発光体が下方向に発光し、同時に検査面の光度をムラなく一定に保つようにしたものが使用されている。

しかしながら、上記のような構成の照明装置であると、発光体を該照明装置の下面にくまなく敷設するために、大量の発光体が必要となり、組み立て時間が相応に長くなる。また、検査面の光度において、若干のムラができるのはもちろんのこと、組み立ての際に生じる発光体個々の取り付け方向のムラによっても該光度ムラは助長されるため、組み立て精度も要求される。更に、検査面が光沢面の場合は、発光体そのものが光沢面に写り込み、被検査体の表面状態が検出できないという不具合も発生する。

このため、上記のような従来の照明装置の有する問題を解決するために、本発明者は、中心孔を有する円盤状の透明体の外周面に複数の発光体を設けて、該発光体から中心孔に向けて光を照射して、当該透明体の下面より面発光する照明装置を開発している（特許文献１）。この照明装置（以下、先行照明装置という）は、発光面が均一な光度で発光し、この結果検査面における光度も一定でムラなく、検査面の微小な傷や仕上がり具合等の不具合も良好に検出できるという作用効果を奏する。

特開平１０−２１７１７号公報

しかしながら、検査対象の形状や検査箇所によっては、先行照明装置よりも照射する面積が少なくてもよい場合もあり、この場合はより少ない数の発光体でコストを抑えつつ先行照明装置と同様な効果を奏する照明装置が求められている。即ち、例えばシリコンウエハの位置決め用ノッチを検査する際に用いるバックライトは、シリコンウエハの周縁部のみに光を照射することができれば足り、シリコンウエハの全面に光を照射する必要はない。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、より少ない数の発光体で均一に面発光する、安価でコンパクトな照明装置を提供することをその主たる所期課題としたものである。

すなわち本発明に係る照明装置は、中心孔を有する回転体形状をなし発光面及び導光面が設けてある光拡散用の透明体と、前記透明体の導光面に光を導入しこの透明体の発光面に面発光を行わせる複数の発光体とを備えているものであって、前記導光面が前記中心孔を包囲する前記透明体の内周部に設けてあり、前記透明体の導光面及び発光面以外の面に光を反射するための反射層が設けてあり、前記発光体からの光が前記透明体の外周面に向けて照射されることを特徴とする。

光源から反射層が設けられた透明体に光を導入して所定の面を面発光させる場合、光源である発光体から射出した光は透明体の反射面で正反射又は散乱反射され攪拌されながら発光面に導かれることにより、光の密度ムラが解消されるとともに発光体から射出された光は損失せずに発光面から導出される。従って、光源から発光面までの距離が近いものの方が反射面による攪拌が不充分になるので光源から射出直後の光の指向性が反映され発光面での光度にムラがあり、一方、光源から発光面までの距離が遠いと反射層で光が充分に攪拌されるので発光面での光度ムラが少ない。このため、同じ数の発光体を光源として中心孔を有する同じ大きさの回転体形状の透明体の周縁部を面発光させる場合、内周側から外周面に向けて光を導入する本発明の方が、先行照明装置のように透明体の外周側に発光体を設けたものより、発光面における光度のムラが抑えられて発光面は均一に発光することができる。一方で、光源から発光面までの距離を同じにしようとすると、透明体の外周側に発光体を設けるものは、内周側に発光体を設けるものより、回転体形状の半径を大きくすることが必要となる。

また、同じ数の発光体を光源として中心孔を有する回転体形状の透明体の周縁部を面発光させる場合、透明体の外周側に発光体を設けたものは、内周側に発光体を設けたものより、発光体間の間隔が広くなるので光の密度差が大きくなる。このことも発光面における光度のムラの原因となる。

従って、本発明に係る照明装置は、透明体の周縁部に発光面を設けた場合に、透明体のサイズが小さく被照射体と同程度であっても発光体から発光面までの距離を確保でき、反射層で充分に光を攪拌できるので、少ない発光体で均一に面発光する、安価でコンパクトなものとすることができる。

また、前記透明体の導光面及び発光面以外の面に設けた反射層のうち、透明体の発光面に対向する面に設けられた反射層が光を散乱反射するものであると、発光体から射出された光は発光面から導出される前に透明体内で充分に散乱して攪拌されるので、発光面はより均一な光度で発光する。

更に、前記発光体と透明体との間隙がシリコーン樹脂等の透明体と近似する屈折率を有する透明樹脂によって充填されていると、発光体から射出された光は損失なく透明体内に導入されるので、発光体が少なくとも効率的に発光面を発光させることができる。

本発明に係る照明装置に用いる透明体の形状は中心孔を有する回転体形状であれば特に限定されないが、前記透明体が円盤状であり発光面が中心軸の垂直方向に設定してあると、一方向から被検査体に向かう良好な面光源を得られる。また、透明体の発光面が、切頭円錐凹面形状をなしている場合には、バックライト照明した被検査体が濡れていて、発光面上に水滴が落下しても、発光面は周縁部から中心孔に向けて高さが低下するように傾斜しているので、水滴は中心孔を介して排出される。

このような構成を有する本発明に係る照明装置は、バックライト照明装置として使用することができ、例えばシリコンウエハの位置決め用ノッチの検査等に好適に用いることができる。本発明に係る照明装置を、バックライト照明装置として使用する場合は、発光体は赤色光又は赤外線を射出するＬＥＤであることが好ましい。

本発明に係る照明装置の他の態様としては、中心孔を有するとともに発光面及び導光面が設けてある光拡散用の透明体と、前記透明体の導光面に光を導入しこの透明体の発光面に面発光を行わせる複数の発光体とを備えている照明装置であって、前記導光面が前記中心孔を包囲する前記透明体の内周部に設けてあり、前記透明体の導光面及び発光面以外の面に光を反射するための反射層が設けてあり、前記発光体からの光が前記透明体の外周面に向けて照射されるようにしたものが挙げられる。

しかして、本発明によれば、少ない発光体数で、安価かつコンパクトなものでありながら、均一な光度で面発光する照明装置を提供することができるので、これをバックライト照明装置として用いるとコスト低下を図りつつ、検査箇所に生じた微小な傷や仕上がり具合等の不具合を良好に検出することができる。

本発明の一実施形態における照明装置の横断面図。同実施形態の照明装置の上面図。同実施形態の点灯時の光の概略進行を示した照明装置の横断面図。同実施形態の組み立て前の、発光体を搭載した発光体取り付け基板を示す正面図。同実施形態の発光体取り付け基板を屈曲し、円状にして透明体内周部に取着する際の発光体取り付け基板を示す正面図。本発明の他の実施形態における照明装置の横断面図。本発明の他の実施形態における発光体取り付け基板の正面図（ａ）及び部分断面図（ｂ）。本発明の他の実施形態における照明装置の上面図。

符号の説明

２・・・透明体
２ｃ・・・発光面
２ｂ・・・導光面
２ｅ・・・外周面
３・・・発光体
１１・・・中心孔

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る照明装置１は、図１及び図２に示すように、中心孔１１を有する円盤状の透明体２と、透明体２の内周部、即ち中心軸に平行な内周面２ｂに対向して設けられ、透明体２の外周面２ｅに向かって中心孔１１の軸心と直交する方向に導光される複数のＬＥＤ等の発光体３とから構成される。そして、透明体２の内周面２ｂが発光体３から射出された光を透明体２内に導入する導光面２ｂとなり、上面が発光体３から射出された光を透明体２外に導出する発光面２ｃとなっている。

本実施形態においては、透明体２は内周側の一定領域に設けられた導光部２１と、その外周側に設けられた発光部２２と、導光面２ｂから中心孔１１に向かって導光面２ｂと直交するように発光面２ｃの延長面上に突出して設けられたつば２３とから構成される。導光部２１の上面及び下面と外周面２ｅには鏡や透明体からなる光を正反射する反射層４１が設けられ、発光部２２の下面、即ち発光面２ｃと対向する面には白色に塗装等され光を散乱反射する反射層４２が設けられている。そして、透明体２の発光面２ｃには微細な凹凸が設けられ、すりガラス面状にしてある。なお、導光部２１の下面にあるめねじ孔６１は本照明装置１を取着するためのものである。

発光体３はフレキシブル基板等の屈曲可能な発光体取り付け基板５に搭載され透明体２の導光面２ｂに対向して設けられ、発光体３と透明体２との間隙には透明体２と屈折率が近いシリコーン樹脂等の透明樹脂が充填されている。各発光体３には、前記発光体取り付け基板５を介して電源ケーブル８から電力が供給される。

透明体２の導光面２ｂとそれに直交するつば２３とからなる透明体２の内周部は、発光体３を収容して蓋部７により封鎖される。蓋部７はねじ孔６２により透明体２の内周部に固定されている。

このような構成において、本実施形態の照明装置１を点灯した場合について図３をもとに説明する。各発光体３を発した光は透明樹脂内を殆ど損失なく進行し、導光面２ｂより透明体２内部に導かれ上下左右方向に発散する。そして、図３の光線ＢＭに示すように、発光体３から射出された光は透明体２の導光部２１の上下面及び外周面２ｅに設けられた反射層４１で正反射されて、透明体２中を発光面２ｃ近傍まで進行し、更に透明体２の発光部２２の発光面２ｃに対向して設けられた反射層４２で散乱反射して、一部の光は透明体２の発光面２ｃでも散乱されて、最終的に透明体２の発光面２ｃから一様に射出される。このとき発光面２ｃがすりガラス状であるため、光は導出時に更に散乱され、発光面２ｃ全体が均一な光度で面発光することとなる。

このような構成であれば、発光体３から射出された光は透明体２の導光部２１の上下面及び外周面２ｅに設けられた反射層４１で正反射され攪拌されて、透明体２中を損失なく発光面２ｃまで導かれるので、発光体３の総数を減らしても、発光面２ｃの光度を維持することができる。また、各発光体３の向きに多少の狂いが生じても光は反射層４１で正反射しかつ反射層４２で散乱反射しつつ進行するため、発光面２ｃの光度にムラが生じにくい。また、本照射装置１の厚さを発光体３の略外径寸法にできるので、照明装置１を嵩低くでき、コンパクトなものにできる。

次に、本実施形態における照明装置１の組み立て方法について、特に発光体３の取り付けを中心に図４及び図５をもとに説明する。透明体２は、図４に示すように、まず発光体取り付け基板５を直線状にして各発光体３を該取り付け基板５に一列に搭載し、次に、該取り付け基板５がフレキシブル基板等の屈曲可能な物質によって作られていることを利用して、発光体３の搭載された取り付け基板５ごと、透明体２の導光面２ｂに対向するように発光体３を外側にしてつば２３上に載置し、発光体３と透明体２との間隙を透明シリコーンによって充填した後蓋部７を取り付けることによって組み立てられる。反射層４１、４２は透明体２にあらかじめ設けておいてもよいし、発光体３の取り付け後設けてもよい。また、電源ケーブル８は、図４の段階で発光体３を搭載するのと同時に該取り付け基板５に装着する。このようにして、本発明による照明装置１は完成する。したがって、発光体３の発光体取り付け基板５への搭載が、従来どおり電子部品を通常の基板に搭載するのと同じ方法で可能になる。その上、前述したように発光体３の総数が少なく、また各発光体３の搭載方向に多少のばらつきが生じても本発明による照明装置１の性能への影響が小さいので組み立てに対する制限が減少するため、組み立て時間が短くなり、かつ組み立ても容易となる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、図６に示すように、発光面２ｃは切頭円錐凹面形状であってもよい。このような構成によると、本発明に係る照明装置をバックライト照明装置として用い、被検査体が濡れている場合であっても、被検査体から発光面２ｃ上に落下した水滴は、発光面２ｃを中心孔１１に向けて滑降し、中心孔１１から容易に排出される。

また、図７に示すように、発光体３としてサイドビュー型のものを用い、発光体取り付け基板５として円盤状のものを用いてもよい。この場合、中心孔を有する円盤状の発光体取り付け基板５の外周に沿って、発光体３の発光面が外周側を向くように、発光体３のリードＬを基板５上に設けたスルーホール（図示しない）に嵌め入れることにより、発光体３を基板５上に起立させて取り付けることができる。この場合、発光体３が設置された基板５を透明体２の中心孔１１に嵌め込んで、照射装置１を組み立てる。

更に、透明体２は任意の色に着色されていてもよい。発光体３に関しても、ストロボ的に照明してもよいし、光度が必要なときは多列に周設してもよいし、単色に限らず、赤色、青色、緑色等を混合して使用し、その混合比によって発光面２ｃを任意の色に発光させてもよい。

透明体２と発光体３の間隙には透明樹脂を充填しなくてもよく、透明体２の導光面２ｂ近傍に若干の発光ムラを生じるものの、検査対象によっては充分な照明機能を持たせることが可能である。

透明体２の内周部に複数の凹部を設け、そこに発光体３を１個づつ収容してもよい。

透明体２における導光部２１と発光部２２の比率は照明対象によって適宜変えることができ、発光部２２、即ち発光面２ｃがより狭くてもよい。

また、本発明に係る照明装置に用いる透明体の形状は、中心孔を有する回転体形状に特に限定されず、例えば、図８に示すように、矩形形状とすることができる。

また、製品等の被検査体を目視あるいは撮影などするために設けている中心孔の形状を、平面視円形状としているが、これに限られるものではなく、例えば、平面視矩形状などであっても良い。

その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。

このような構成を有する本発明に係る照明装置は、バックライト照明装置として使用することができ、例えば、シリコンウエハの位置決め用ノッチを検査する際等に好適に用いることができる。

Claims

中心孔を有する回転体形状をなし発光面及び導光面が設けてある光拡散用の透明体と、前記透明体の導光面に光を導入しこの透明体の発光面に面発光を行わせる複数の発光体とを備えている照明装置であって、
前記導光面が前記中心孔を包囲する前記透明体の内周部に設けてあり、
前記透明体の導光面及び発光面以外の面に光を反射するための反射層が設けてあり、
前記発光体からの光が前記透明体の外周面に向けて照射されることを特徴とする照明装置。
前記透明体の発光面に対向する面に設けられた反射層は、光を散乱反射する請求項１記載の照明装置。
前記発光体と透明体との間隙が透明樹脂によって充填されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記透明体が円盤状であり、発光面が中心軸の垂直方向に設定してある請求項１記載の照明装置。
前記透明体の発光面が切頭円錐凹面形状をなしている請求項１記載の照明装置。
中心孔を有するとともに発光面及び導光面が設けてある光拡散用の透明体と、前記透明体の導光面に光を導入しこの透明体の発光面に面発光を行わせる複数の発光体とを備えている照明装置であって、
前記導光面が前記中心孔を包囲する前記透明体の内周部に設けてあり、
前記透明体の導光面及び発光面以外の面に光を反射するための反射層が設けてあり、
前記発光体からの光が前記透明体の外周面に向けて照射されることを特徴とする照明装置。
請求項１、２、３、４、５又は６記載の照明装置を用いてなるバックライト照明装置。