KR19980063595A - 발광 다이오드 조명기 - Google Patents

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    • Y10S362/80—Light emitting diode

Abstract

간단한 구성이며 조사에 불균일함이 없는 밝은 LED 조명기를 제공한다.
중공 원통형의 하우징(2)에 하측을 향하는 원통형상의 LED(1, ···)가 설치되어 있다. LED광은 확산 시트(8)에서 조사광의 불균일함을 균일화시키고, 차광실(63)에 의해서 한정된 조사광만이 집광 렌즈(6)로 투광된다. 집광 렌즈(6)로의 입사광은 렌즈(61)에서 집광되고, 편광 프리즘(5)의 제1 편광면(51)과 제 2 편광면(52)에 의해서 CCD 카메라(4)의 중심축 방향으로 편광된다. 소정의 초점 거리에서 상기 각각의 LED광은 중합된 조사광이 되어, 피검사물(7)을 비춘다.

Description

발광 다이오드 조명기
본 발명은 광원에 LED를 채용한 LED 조명기에 관한 것이다. 주된 용도로서는 CCD 카메라와 편성되어 외관 검사, 이물 검사와 같은 시각 인식 검사용 조명기이다. 구체적으로는 반도체 제조 장치에 있어서의 리드 굴성 검사, 극성 마크의 방향 판별, 성형의 결함이나 균열의 판별, 유리나 금속 제품 제조 라인에 있어서의 크기 검사, 탐상(결함) 검사, 기타 전자 부품 관계나 식품, 정제 등 약품의 검사 장치에 사용되는 것이다.
상기 종래의 조명기로서는 형광등이나 할로겐 전구 등의 조명용 광원이 이용된다. 상기 광원은 일반적으로 발열이 크고, 진동에 약하며, 전력량이 크다는 문제점이 있고, 이것을 조사용 광원으로서 사용하는 조사기는 램프가 나감에 따라 교환 작업을 필요로 하는 것 외에도, 조명 구조가 커지며, 전압 변도에 따른 광량 변화가 커서 실용성이 충분하지 않다는 등의 결점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 종래의 광원에서 LED 광원을 사용한 조명기로 변경이 모색되고 있다.
그런데, LED는 광량이 적기 때문에 이것을 보충시키는 연구가 필요하다. 그 연구로서, 사용 LED 개수를 늘리는 집광형 LED를 사용하거나, 또는 각종 렌즈를 사용하여 조사광을 집광, 확산시켜 외관상의 광원 크기를 크게 하는 등의 수단을 단독으로 또는 조합하여 사용하고 있었다.
도 4에 도시된 구성은 실용신안출원공개평성6년 제68205호 공보의 구성을 나타내는 것이다. 4개의 스폿 조명기(91, ···)를 중앙 축선 방향으로 비스듬히 조명기 부착판(92)에 장착하여, 중첩된 LED 스폿관(93)을 얻는 구성으로, 스폿 조명기(91)의 각도 보정이 필요하고, 조명기도 큰 것이었다.
또한, LED는 적색 LED, 황색 LED, 녹색 LED, 청색 LED와 같이 각 색이 단색인 LED가 제공되며, 따라서 조명기에 채용된 경우에 특정색의 조명 광원이 된다. 상기 각 검사용 조명 광원으로서는, 피검출물에 따라서 최적의 조명색과 광량이 있어서, 단색의 LED 조명기로서는 각종 검사기용 광원에 범용적으로 사용할 수 없는 문제점이 있었다. 예를 들면 CCD 카메라로 촬영한 화상을 2번 치화하여 검사하는 시각 인식을 위해서는 피검사물의 재질에 따라서 높은 명암의 대조를 얻는 것이 검사 정밀도 향상을 위해서는 필수적인 기술적 과제이기 때문이다.
덧붙여서 스폿 조명기(91)로부터의 피조사면으로 투영해내는 조사 분포는 각각 다르다. 이것은 LED 자체의 조사 분포가 내장된 LED 칩이나 해당 LED 칩을 둘러싼 수지 주형등의 형상에 의해서 좌우되며, 각 색, 또는 같은 종류라도, 차이가 있으면 그것이 조사 분포상에 있어서 조사 면적이나 조도의 불균일함 등에 영향을 주기 때문이다. 또한 LED의 구조상, 내장된 LED 칩의 상이 피조사면상에서 결상되는 등, 얻어지는 조도에는 불균일함이 있고, 균일성이 없었다. 이러한 점에서 LED 광을 그대로 집광하여 스폿광을 얻더라도, 각 LED에 따라서 스폿광의 조사 분포에 격차가 있었다.
상기로부터, 상술된 선행 기술에는 중첩된 LED 스폿광(93)에는 조사의 불균일함이라든지 중합되지 않는 여분의 조상광이 존재하는 등, 높은 명암의 대조가 얻어지지 않는, 시각 인식성에 선명함이 결여되어 왔다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 청구범위 제1항의 LED 조사기는 다수의 LED 소자가 소정의 배열 상태로 장착된 LED부와, 상기 다수의 LED 소자와 대향 배치된 편광 광학계부와, 이들 보유수단을 구비하여, 소정의 촛점거리에서, LED 조사광이 중합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구범위 제2항의 발명에서는 다수의 LED 소자가 소정의 배열 상태로 장착된 LED부와, 상기 다수의 LED 소자와 대향 배치된 집광 광학계부 및 편광 광학계부와, 이들 보유수단을 구비하여, 소정의 촛점거리에서 LED 조사광이 중합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
청구범위 제 3 항의 발명에서는 다수의 LED 소자가 소정의 배열 상태로 장착된 LED부와, 상기 다수의 LED 소자와 대향 배치된 집광 광학계부, 차광부, 집광 광학계부 및 편광 광학계부와, 이들 보유수단을 구비하여, 소정의 촛점거리에서 LED 조사광이 중합되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 청구범위 제 4 항의 발명은 광원측에 설치한 제 1 편광면과, 피조명면측에 설치한 제 2 편광면을 갖는 편광 프리즘으로 편광 광학계부를 구성한 것이며, 청구범위 제 5 항의 발명은 다수색의 LED 소자를 조합하여 사용하는 동시에 각 개별, 또는 색군마다 LED 소자의 광량을 조정하는 제어수단을 구비하는 것을 각각 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 LED 조명기 주요부 단면도.
도 2는 LED 조명기의 분해 사시도.
도 3은 LED 조명기의 회로도.
도 4는 종래의 LED 조명기의 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1:LED11:적색 LED
12:청색 LED13:녹색 LED
2:하우징3:LED 기판
4:CCD 카메라5:편광 프리즘
51:제1 편광면52:제 2 편광면
6:집광 렌즈63:차광실
7:피검사물8:확산 필름
본 발명의 실시 형태를 도면에 기재된 실시예에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 LED 조명기의 주요부 단면도이며, 도 2는 주요부 분해 사시도이고, 도 3은 회로도를 나타낸다.
1은 조명광원의 LED 소자이다. 실시예에서는 수지형성된 LED에 리드 프레임 다리부를 구비한 LED 램프이고, LED 기판(3)에 납땜하여 LED부로 하고, 급전회로에 편성되어 있다. LED 소자(1)는 적색, 청색, 녹색으로 각 색이 있고, 그 배치는 도 2에 도시된다. 도 2에서 LED 기판(3) 상부로부터 시계 방향으로 청색 LED(12), 녹색 LED(13), 적색 LED(11), 녹색 LED(13), 청색 LED(12), 녹색 LED(13), 적색 LED(11), 녹색 LED(13)로 각 색의 LED가 원주상에 균등하게 설치되어 있다. 녹색 LED(13)의 개수가 많은 이유는 적색, 청색의 LED와 비교하여 휘도가 낮기 때문이다. 각각의 LED광은 중합되어, 광 색이 백생이 된다.
LED(1)는 집광형의 LED로, 투광의 확산 각도는 10도 전후이다. 후술되는 촛점 거리를 조정하기 위해서는 확산 각도를 적절히 조정하여 집광하면 된다. 원판상의 기판(3)에는 중앙 구멍부가 있어 도우넛 형상이 되며, 하우징(2)의 내통부(21)와 외통부(22) 사이에 끼워 장착된다. 하우징(2)의 내통부(21) 속에는 CCD 카메라(4)가 상방으로부터 삽입되어, 본 발명에 따른 LED 조명기에 조명되는 피검사 물(7)을 촬영하도록 구성된다.
상기 LED부의 다른 구성으로서, LED 광원에 칩형 LED를 채용하여 렌즈와 편성시킨 구성, 또는 집합형 LED 램프 등 다른 LED 광원을 채용하더라도 동일한 작용 효과를 얻는다. 또한 프린트 배선 기판에 의한 LED부 이외에 단체의 LED 램프를 여러개 설치하여, LED부로 할 수 있다.
또한, 하우징(2)의 하방으로부터는 중공 원판상의 확산 필름(8), 동일하게 차광실(63)을 부착한 집광렌즈(6) 및 둥근 고리 형상의 편광 프리즘(5)을 내통부(21)와 외통부(22) 사이에 끼워서 장착한다. 확산 필름(8)은 확산성을 갖는 플라스틱 필름과 같은 투광성 재료로 형성되어 있다. 확산 필름(8)의 하방으로부터는 집광렌즈(6)가 설치된다. 집광렌즈(6)가 설치된다. 집광렌즈(6)는 원판상의 받침대(62)와, 받침대(62)의 하방을 렌즈부(61, ···)가 원주상으로 설치되어, 그것을 일체적으로 형성하고 있다. 차광실(63)은 투과 구멍(64, ···)이 원주상에 뚤린 중공 원판상의 부재로, 투과 구멍(64, ···)의 각 원 중심은 상기 렌즈부(61)의 각 중심과 각각 동축상에 있다. 차광실(63)은 집광렌즈(6)와의 위치 관계를 갖기 위해서 부착된 것이지만, 다른 구성으로서 집광렌즈(6)의 상부면에 마스킹 처리를 행하는 차광시트로서 렌즈(6)상에 고정하는 방법도 있다. 또한 상술된 확산 필름(8)은 LED(1)가 갖는 한쪽으로 치우진 조사 분포를 균일화하기 위한 것으로, 다른 집광렌즈(6)의 상면에 주름(crimp) 가공과 같은 광 확산 처리를 행하는 것과 같은 방법도 있다.
집광렌즈(6)의 받침대(62) 내주 가장자리 하면에는, 편광 프리즘(5)의 접촉부(53)가 하방으로부터 접촉되어 고착된다. 51은 LED측에 설치된 제 1 편광면이며, 52는 피조명면측에 설치된 제 2 편광면이고, 양면의 프리즘 효과에 의해서, 중앙 축선 방향으로 충분한 편광이 제공될 수 있다.
상기 편광 프리즘(5)은 투광성 재료로 형성되어 있다. 투광성을 갖는 재료라면 상응되는 작용을 가지면, 메타크릴 수지, AS 수지 등의 투명성이 있는 합성 수지, 유리 등의 무기질이라도 편광 프리즘으로서 사용할 수 있다.
다음에 도 1을 참조하여, LED 조사광의 경로를 이하에 설명한다.
LED(1)의 수지주형에 집광된 LED 조사광은 확산 필름(8)을 투과하여 조도가 균일한 조사광이 되며, 차광실(63)을 거쳐서 집광렌즈(63)에 입사된다. 집광렌즈(6)로의 입사광은 차광실(63)에 의해서, 투과 구멍(64)에 조사되는 광만이 투광된다. 그 이외의 조사광은 차페되기 때문에, 집광렌즈(6)로 조사되지 않는다. 집광렌즈(6)로의 입사광은 렌즈부(61)에 입사되고, 집광된다. 그대로 조사되면, LED(1)의 수직 하방을 비추게 된다. 이 때 LED(1)의 각 조사 면적은 차광실(63)에 의해서 스폿광만이 되며, 또한 투과 구멍(64)의 면적을 균일하게 함으로써, 각 조사 면적은 동일한 것이 된다.
다음에, 수직 하방을 향한 LED 조사광은 편광 프리즘(5)에 입사된다. 먼저 LED 측에 설치된 제 1 편광면(51)에 의해서, 또한 피조명면측에 설치된 제 2 편광면(52)에 의해서 LED 조명기의 중앙 축선 방향으로 편광되는 것이다.
이 때, LED 조명기와 피조명면의 거리를 소정의 촛점거리로 한 경우에, 다수의 LED 조사광이 중합되도록 편광 각도를 설정하여, 피검사물(7)을 LED 조사광이 중합된 조명 아래에 두도록 구성되어 있다.
편광 프리즘(5)의 2중 편광 구조는 LED 조명기와 피조명면간의 촛점거리를 짧게 하여, CCD 카메라를 피검사물(7)에 근접시키는 데 효과적이다. 동시에 이 구조를 채용함으로써 편광 각도가 커지기 때문에, LED 조명기의 둘레 방향 크기도 박형화되는 것이다.
가령, LED측에 설치된 제 1 편광면(51)의 편광 각도를 크게 하면, 1개의 편광면에서도 충분한 각도를 얻을 수 있다. 그런데 프리즘으로의 입사 각도가 작게 되기 때문에 LED 광의 입사 효율이 떨어지고, 또한 하우징(2)의 내통 하측 부분의 벽면에 LED광이 차단된다. 그래서 하우징(2)의 내주 벽면을 투명하게 하면 CCD 카메라로 LED 광의 새어나가는 빛이 입사되는 문제점이 있었다.
그레서 실시예에 나타낸 바와 같이 편광면(51)에 있어서 A°, 편광면(52)에 있어서, B°의 편광 각도를 부여하여, 2중 편광 구조로 함으로써 편광 각도가 크고, 촛점 거리가 짧은 화상 인식 검사기용 LED 조명기를 제공할 수 있다.
도 3은 LED 조명기의 회로도이다. 회로는 3계통으로, 적색 LED, 청색 LED, 및 녹색 LED의 회로 부분으로 구성된다. 적색 LED 부분은 적색 LED(11,11)와 병렬로 전류 제한 저항기, 및 직렬로 조광용 볼륨(14)과 전류 제한 저항기로 구성된다.
청색 LED 부분은 청색 LED(12,12)와 병렬로 전류 제한 저항기, 및 직렬로 조광용 볼륨(14)과 전류 제한 저항기로 구성된다. 녹색 LED 부분은 녹색 LED(13,13,13,13)와 병렬로 전류 제한 저항기, 및 직렬로 조광용 볼륨(14)과 전류 제한 저항기로 구성된다.
본 회로에서는 LED 군마다 설치된 조광용 볼륨(14)으로 각 색 LED로의 전류를 조정함으로써, 조명 밝기, 색도의 중합 상태를 조정할 수 있다.
이상에 본 발명과 관계되는 LED 조명기 실시예의 주요부, LED 광 경로 등의 구성에 대하여 설명하였다. LED 조명기는 조명기 본체와 조광용의 제어 유닛(도시하지 않음)으로 구성되어, 예를 들면 전자 부품 실장기의 화상 인식 기구 부분에 편성시켜 사용된다. 카메라 근방에 설치하여 조사된 피검사물을 촬영하는 양태가 통상의 사용 양태이다. 카메라로부터 촬영된 화상은 한번 화상 인식 기구 부분에서 해석되면, 그 신호를 제어 유닛이 받아들여 최적의 조사 조건이 되도록 조명 밝기, 색도의 중합 형편을 조정한다. 실시예의 LED 조명기에 의하면, LED부에는 적색, 청색, 녹색의 LED가 적절히 설치되어 있고, 각 색 LED로의 전류를 조정함으로써, 얻어지는 중합광이 조명 발기, 색도의 조광이 가능하다.
이에 따라 피검사물의 재질이나 색상에 따라서, 적당한 조명광, 광량을 갖는 중합광을 제공할 수 있으며, 높은 명암의 대조를 얻을 수 있다.
그 외, 피검사물 플레이트의 하면에 LED 조명기를 설치하여 투과광에 의한 사용 등, 편성 검사기, 검사 대상물에 따라서 각종의 사용 양태가 있다.
또한, 본 발명의 실시의 형태에 의한 설명 이외에도, 예를 들면, LED의 수지 주형을 이중으로 한 집광렌즈가 부착된 LED 램프를 채용할 수도 있으며, LED를 둘레 방향으로부터 안쪽을 향하여 설치하여 프리즘으로써 수직방향으로 편광시키는 구성도 가능하다.
그 외 LED는 투광의 확산 각도가 10도 전후인 것에 한정되지 않고, 30도나 45도 등도 가능하다.
확산 필름, 차단실과, 실시예의 배치 관계만에 제한되지 않고, 예를 들면 편광 프리즘의 제 1 반사면(51)의 상면으로 광 확산시키는 처리를 시행할 수도 있으며, 집광렌즈의 하면측에 차광 처리를 시행하는 것도 가능하다.
편광 프리즘은 실시예에서는 일체의 둥근 고리 형상체로서, 원추형면의 프리즘면이지만 프리즘면은 평면상으로 형성할 수도 있으며, 각 LED에 대응하는 개별 프리즘이라도 가능하다. 채용하는 다수색의 LED는 적색, 황색, 녹색, 오렌지색, 청색 기타 각 색의 LED를 2종류 이상 적절히 조합함으로써 사용하는 검사기에 최적의 조합을 얻을 수 있다. 그 외에 본원 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러가지 설계 변경과 동종 상품으로의 채용이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 LED 조명기는 편광 광학계부에 의해서 LED 조사광을 편광, 중합하므로 LED를 정립시키는 등 제조상 용이한 LED부의 구성으로 밝은 중합 조명광이 얻어진다. 따라서, 종래의 LED 조명기에 있어서 각 LED의 각도 보정이 곤란하였던 것을 용이하게 제조할 수 있고, 간단한 구성으로써 소형으로, 또한 염가에 제공할 수 있는 등 실용상의 효과가 크다.
또한, 집광 광학계부를 추가 설치함으로써 LED 조사광을 확산광으로부터 스폿 조명적 LED 조사광으로 할 수 있고, 단위 면적당 광량이 증가되었다.
또한 확산 광학계부를 추가 설치함으로써, LED 특유의 조사광 불균일함을 균일화시키고, 추가하여 차광부를 설치함으로써, 집광렌즈(6)에는 조사 면적을 선정한 불균일함이 없는 조사광이 입사된다. 집광 광학계부, 편광 광학계부를 거쳐서 피조사면에 얻어지는 스폿 조사광은 여분의 조사 면적이나 조사 불균일함이 없는 균일한 조사 분포를 갖는 중합광이 된다.
그 외 2개의 편광면을 편광 광학계부에 채용하여 편광 각도를 크게 잡고, 촛점 거리가 짧아지는 등 편성되는 검사 장치의 소형화, 피검사물과의 근접화에 공헌하는 조명광색의 임의 조정에 의해서 피검사물이 검출되기 쉬운 조명광색이 얻어지는 등 편성되는 화상 인식 검사기의 촬영 화질의 선명화, 높은 명암의 대조화에 이바지하는 것이다.
본 발명의 목적은 엘이디(LED) 광원 발광다이오드 광원을 이용한 LED 조명기를 구성함에 있어서, 간단한 구성이면서 조명 불균일함이 없는 밝은 LED 조명기를 제공하는데 있다.
또한, 임의의 조명색을 얻는 LED 조명기를 제공하여, 각종 검사기용 광원에 범용적으로 사용할 수 있는 LED 조명기를 제공하는데 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 LED 소자가 소정의 배열 상태로 장착된 LED부와, 상기 다수의 LED 소자와 대향 배치된 편광 광학계부와, 이들 보유수단을 구비하여, 소정의 촛점거리에서, LED 조사광이 중합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 조명기.
  2. 다수의 LED 소자가 소정의 배열 상태로 장착된 LED부와, 상기 다수의 LED 소자와 대향 배치된 집광 광학계부 및 편광 광학계부와, 이들 보유수단을 구비하여, 소정의 촛점거리에서 LED 조사광이 중합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 조명기.
  3. 다수의 LED 소자가 소정의 배열 상태로 장착된 LED부와, 상기 다수의 LED 소자와 대향 배치된 집광 광학계부, 확산 광학계부, 편광 광학계부 및 차광부와, 이들 보유수단을 구비하여, 소정의 촛점거리에서 LED 조사광이 중합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 LED 조명기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 광학계부는 광원측에 설치된 제 1 편광면과, 피조명면측에 설치된 제 2 편광면을 갖는 편광 프리즘으로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 조명기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 LED 소자는 여러 색의 LED 소자를 조합하여 사용되고, 각 개별, 또는 색군마다 LED 소자의 광량을 조정하는 제어수단을 구비하는 것을 각각 특징으로 하는 LED 조명기.
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