TWI239377B - Line light emission device - Google Patents

Description

1239377 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於工件表面的缺陷檢測及標誌認識等的 製品檢查用等的照明裝置，尤其是關於照射線狀光的線狀光 照射裝置。 【先前技術】 以往，開發有進行工件表面的檢查等用的種種照明裝置 (光照射裝置），例如，如參照專利文獻1所示，已知有從周 圍照射仰光的環型照明裝置，及以線狀光照射於工件上的方 式構成的線型照明裝置等，依工件的態樣及其照射目的之種 種裝置。 尤其是，如此的線型照明裝置中聚光型的裝置，以往係爲 將砲彈型的led呈直線狀一列排列，在其前方配置柱狀透 鏡而將細直線狀的光照射於工件上的構成。 (專利文獻1)日本特開平10-2 1729號公報 【發明內容】 二V ’ r ; ” (發明所欲解決之問題） 但是，上述LED具有某種程度的發光面積，無法視爲點 光源，因此，例如若欲達成小型化而使用焦點距離短的透鏡 時則無法徹底聚光，從而有無法獲得充分的照明亮度的不利 狀況。另一方面，若使用焦點距離長的透鏡，在此雖可聚光， 但又因爲透鏡變得非常大，從而無法實現小型化及低成本 化。尤其是，在欲複數列配設柱狀透鏡的情況，因爲透鏡大 小的問題點變得突出，因此以往幾乎不知可聚光照射相互的 1239377 照射立體角度各異的複數列線狀光的類似構成。 在如此般的習知此種線型照明裝置中，因爲聚光效率（光 利用效率）與小型化形成一種協調關係，所以容易形成不完 美的構成，勢必造成設計自由度降低且不易應對種種的照明 需求。又，在排列有LED的情況，即使使此等LED密集連 續，但作爲一種光源來看，在鄰接的LED間仍存在有間隙， 結果有在線狀方向產生照明斑點的不利狀況。 本發明係鑒於上述不利狀況所提出的發明，其主要課題 爲，提供一種雖小型但仍可提高聚光效率，而且，幾乎無照 明斑點的線狀光照射裝置。 (解決問題之手段） 亦即，本發明之線狀光照射裝置，其特徵爲具備用以射出 收斂爲直線狀的線狀光的複數發光部：係成對具有將複數的 光纖的光導出端部緊密排列成爲一列或複數列，且以此等成 爲具有指定寬度的直線狀的方式所構成的光射出部，及在該 光射出部的前方沿上述列方向延伸狀配置的柱狀透鏡，及保 持體，爲與屬光照射對象的工件對向配置，且貫穿有觀測該 工件用的觀測孔者，並爲使從上述各發光部射出的線狀光的 光軸面在指定線上略相交，而保持此等發光部。 在此，所謂「緊密」係指鄰接的光導出端部彼此大致配置 爲無間隙的狀態。 要以相互各異的立體角度從周圍照射光，最好將此等各發 光部配設於上述保持體上，以使從上述列方向看，從上述各 發光部射出的線狀光的光軸面形成爲放射狀。 1239377 作爲無光斑的照明用的較佳實施態樣，可將來自各發光部 的線狀光形成爲無間隙鄰接而連續的立體角度的光。爲此， 上述各柱狀透鏡，以從上述列方向看配置於大致一直線上者 爲較佳。 爲能不勉強地集中保持多數的光導出部，以上述光射出部 更具備一對夾板，利用此等夾板夾入上述複數光導出端部而 予以保持的方式爲較佳。 作爲可使各光纖的效率良好，且導入均勻光的構成，以紮 束上述光纖的光導入端部而形成紮束部，於該紮束部導入來 自光源的光的構成爲較佳。 光纖係在單獨的情況爲具有可彎曲的可撓性者，在如上述 般紮束的光纖群中，彎曲光纖且使紮束部朝上述列方向偏位 的情況非常之難。因此，例如，若將該光纖群相對於中心設 爲線對稱的形狀，則在設置複數的發光部的情況，變得必須 將光源縱向配置，從而喪失了厚度方向的緊湊性。在此，爲 以即使沿列方向將複數的光源配置於保持體上仍能不用免 強地安裝光纖群的方式，在厚度方向設成緊湊形狀，則以相 對於上述光射出部的中心線，使上述紮束部偏向任一單側的 方式所構成者爲較佳。 作爲具體的光源的態樣，可列舉導入光於上述光纖的光源 爲可流動200mA以上的電流的功率LED。 爲以可變更線狀光的照射寬度的方式，可進一步進行種種 的態樣的光照射，則以可改變上述光射出部與柱狀透鏡的距 離的方式構成者爲較佳。 -7- 1239377 爲即使改變與工件的距離，仍可對應於此將聚光位置設定 於工件上，則以將上述發光部構成爲可以平行於列方向的旋 轉軸爲中心進行旋轉，且可設定該旋轉角度的構成爲較佳。 爲邊達成基本零件的標準化、抑制成本的上升，邊備齊可 照射長度各異的線狀光的複數種類的光照射裝置，以使光射 出部複數串聯者爲較佳。這是因爲利用改變光射出部的串聯 數可容易改變線狀光的照射長的緣故。 尤其是，爲促進標準化，只要各光射出部爲相同長度（更 佳，則爲相同形狀）即可。另一方面，若如此設定的話，則 線狀光的長度限爲光射出部的長度的整數倍。爲讓長度的變 化量更大，以使數種類的長度的光射出部進行串聯者爲較 佳。只是，若光射出部的長度的變化量太多時，則會造成零 件的標準化效果減小。 爲將柱狀透鏡也標準化，且進一步突顯成本降低的效果 等，以複數串聯相同長度或數種類的長度的發光部者爲較 佳。 爲利用上述構成，實現在線狀光的各部使亮度互異的多形 態的光照射態樣，減輕對用於製品檢查時的影像處理裝置的 負擔，靈活應對其他的用戶的需求，以相對各光射出部個別 設置光源者爲較佳。 (發明效果） 根據如此般的構成的本發明，因爲可從光射出部射出非常 細的線狀光，即使使用焦點距離短的柱狀透鏡以使其接近於 光射出部而將發光部小型化，仍可獲得收斂爲非常細線狀的 1239377 線狀光。因此，即使設置複數的發光部而可成爲種種的光照 射態樣，仍可形成爲非常緊湊的構成，而且，可獲得收斂爲 理想線狀的聚光效率非常高的線狀光。另外，因爲光導出端 部彼此緊密地配設，因此於線狀光不會產生斑點，可獲得均 勻度高的照明。 【實施方式】 以下，參照圖式說明本發明之一實施形態。 本實施形態之線狀光照射裝置1，如第1圖〜第4圖所示， 具備射出收斂爲線狀的線狀光LL的複數發光部2 ;及保持 此等發光部2的保持體的殻體3。 發光部2係成對具有將非常細的（本實施形態中，直徑爲 0.25mm)複數的光纖4的光導出端部4a緊密排列於指定方向 P(如第5圖、第6圖所示）成爲一列或複數列所構成的光射 出部2 1，及在該光射出部2 1的前方沿上述列方向P延伸狀 配置的柱狀透鏡的棒透鏡22。並且，從列方向看，複數發光 部2係呈放射狀配置。 如第5圖〜第7圖所示，該光射出部2 1，具備成爲平板狀 的一對夾板21a、21b，此等夾板21a、21b夾入光纖4的光 導出端部4a，以使光導出端面成爲指定寬度（〇.25mm〜lmm 程度）的直線狀的大致無間隙的數列排列狀的構成。棒透鏡 22係剖面成爲圓形狀的中實圓柱狀透明體，其中心軸係配置 爲位於從上述光射出部2 1射出的光的光軸面T上。 如第1圖〜第4圖所示，殼體3係成爲略長方體狀的中空 者，其底面與屬光照射對象的工件W呈對向配置。在該殼 -9- 1239377 體3的頂板3 1及底板3 2，分別貫穿有觀測上述工件W用的 帶狀的觀測孔3a、3b。 另外於該殻體3介由安裝構件34在朝向上述觀測孔3b的 位置相互平行地安裝有複數（本實施形態中爲4個）上述發光 部2。各發光部2從上述列方向P看，係配置於大致一直線 上，從此等處出射的線狀光LL的光軸面T，從上述列方向P 看，形成爲放射狀。更爲具體而言，從各發光部2出射的線 狀光LL的光軸面T，係設定爲在指定線上相交，並且收斂 於該指定直線上。鄰接的發光部2的分離尺寸，除中央鄰接 的發光部2外，設定爲來自此等的線狀光LL彼此大致無間 隙鄰接的狀態，且相對於上述工件W，照射大致連續的立體 角度的光。 另外，在殼體3的側板33，以對應於各發光部2的方式介 由角柱狀的支架35安裝有與此等同數量的光源6。各光源6 具備單一的功率LED(未圖示）、配置於該功率LED前方的透 鏡機構（未圖示）、及收容此等功率LED與透鏡機構的圓筒狀 的框體6 1，在本實施形態中’使鄰接於縱深方向且從外側安 裝各2個此等光源6於各側板3 3上。爲此，在支架3 5設有 朝外側面開口的光源安裝孔3 5 a。光源6係讓其發光端部嵌 合於該光源安裝孔3 5 a ’並使用固緊螺絲B 1安裝爲可拆裝 狀。在此，功率LED係指可流動20〇mA以上的電流的高亮 度型的LED。 另一方面，上述光纖4係收容於殻體3的內部，如第5圖 〜第7圖所示’於每一發光部2由形成爲圓筒狀的紮束具7 -10- 1239377 緊密紮束此等的光導入端部4b而形成紮束部4 1，且從內側 面將該紮束部4 1安裝於上述支架3 5上所設的紮束部安裝孔 3 5b內。更爲具體而言，讓上述紮束具7嵌合於紮束部安裝 孔3 5 b內，並使用固緊螺絲b 2安裝於該紮束部安裝孔3 5 b 且成爲可拆裝狀。 該紮束部安裝孔35b係讓其一端朝上述支架35的內側面 開口，另一端朝上述光源安裝孔3 5 a的內底面開口，並使該 光源安裝孔3 5 a與軸一致。然後，藉由於此等光源安裝孔3 5 a 及紮束部安裝孔35b分別安裝光源6及紮束具7，可將來自 上述光源6的光、亦即來自上述功率LED的光，聚光爲與 該紮束部41大致相同直徑，從而可成爲從光纖4的光導入 端面大致無拽漏地導入的構成。 又’本實施形態中，如第5圖、第6圖所示，係以使上述 光纖4的全部或局部的長度相互各異，且相對於上述光射出 部2 1的中心線，使上述紮束部4 1俯視爲偏向任一單側的方 式所構成。光纖4係在單獨的情況爲具有可彎曲的可撓性 者，但在如上述般紮束的光纖群4A中，要讓紮束部41朝上 述列方向P偏位的情況非常之難，因此，在以應予保證厚度 方向的緊湊性，將光源6朝縱深方向（列方向）p排列，且光 源6相對於發光部2的中心線偏位的方式予以構成的本實施 形態中，對應於此而預先使紮束部4 1偏位的該形狀變得非 常有效。本實施形態中，係將同一光纖群4A形成爲4個， 且以表裏相反狀予以安裝。 根據如此般構成的本實施形態，光射出部21係將視作爲 -11- 1239377 非常小的點發光源的光纖4的前端部緊密排列成一列或複數 列者，因爲是射出非常細的線狀光，所以即使讓焦點距離短 的棒透鏡22近接於上述光射出部2 1進行聚光，仍成爲收斂 爲非常細的線狀的線狀光LL。因此，不緊可邊讓各發光部2 非常的緊湊且成爲省空間的構成，還可邊獲得收斂爲理想的 線狀的聚光效率非常高的、換言之，明亮的照明。 另外，光導出端部4a彼此緊密配設，因此可於線狀光LL 不產生斑點，可成爲均勻度高的照明。又，可利用稱爲棒透 鏡22的廉價透鏡，因此可達成成本的降低。 又，本發明並不限於上述實施形態。 例如，若爲上述的構成，在備齊照射長度各異的線狀光的 複數種類的製品系列的情況時，必須要於每一種類改變光纖 4的數量，還要改變夾板21a、21b的長度。 但若如此構成的話，則無法將光纖4及夾板2 1 a、2 1 b等 的基本零件標準化，使得製作批量減少或製作功夫增大而造 成成本的上升。 在此，本實施形態中，爲解決上述的不利狀況，如第8圖 所示，係將相同長度、相同形狀的發光部2(光射出部2 1與 柱狀透鏡22)作爲一單元而模組化，並沿列方向P使其複數 串聯予以構成。又，本例中雖未圖示，但每一發光部2連接 著一個光源6。當然，連接於各發光部2的光纖4的數量及 光纖群4A的形狀也相同。 若爲如此的構成的話，藉由改變沿列方向P而被單元化的 發光部2的串聯數，即可備齊照射長度各異的線狀光的複數 -12- 1239377 種類的製品系列，而且屬基本零件的發光部2成爲一種類而 可促進零件的標準化，因此可實現製作成本的降低。 又，可於每一發光部2使光量各異，因此不僅可爲同樣亮 度的線狀光，而且可成爲多樣的光照射態樣，藉此可獲得種 種的效果。例如，在用作爲介由觀測孔3a而由照相機（未圖 示）拍攝工件W，進行影像處理以實施自動製品檢查的使用 方法的情況，因照相機的透鏡特性，使得影像的端部部分變 暗。這在習知技術中係在影像處理裝置側進行修正，但藉由 該修正，不僅S/N比劣化，而且需要有影像處理時間。相對 於此，若爲本實施形態的構成，藉由將端部的亮度設爲較中 央部分明亮，可盡量減少在影像處理裝置側的影像修正，可 保持良好的S/N比，且能達成高速處理。 另一方面，上述構成中，線狀光長度係限制於光射出部2 1 的長度的整數倍。爲進一步增加長度的變化量，可使數種類 (2〜9種類）程度的長度的光射出部21串聯。只是，若光射 出部2 1的長度的變化量太多時，則會造成零件的標準化效 果減小。 另外，柱狀透鏡2 2係僅利用切斷步驟而可對應種種的長 度，因此僅將光射出部2 1卓兀化’而柱狀透鏡2 2不一*定要 單元化，但如本實施形態般將發光部2本身也單元化者，可 使模組效果更爲顯著。 其他還可進行種種的變形。例如，也可在上述觀測孔3 a、 3b上以傾斜姿勢設置半透明反射鏡，而使光從觀測孔3 a、 -13- 1239377 3b照射於工件上。又，由玻璃板等的透明構件閉塞該觀測孔 3a、3b，可防止灰塵等侵入殻體內部。 另外，即使爲可改變光射出部與柱狀透鏡的距離的構成亦 無妨。若爲如此的構成，在可改變照射於工件的線狀光的照 射幅度的基礎上，可提高分別調整從各發光部射出的線狀光 的光軸面時的便利性。 或是，如第9圖、第10圖所示，也可爲使發光部2可以 平行於列方向的軸線爲中心進行旋轉而保持於殻體3，且在 一定範圍內可設定爲自由的角度或複數階段的角度的構 成。若爲如此的構成，藉由與工件的距離相對應，調整各發 光部的角度，可將聚光位置設定於工件上。 旋轉中心最好爲柱狀透鏡2 2的軸心。可盡量抑制發光部2 彼此的旋轉造成的干涉。作爲該情況的柱狀透鏡22的旋轉 支持構造的具體例子，只要使旋轉軸9 1從柱狀透鏡22的端 面中心朝軸心方向（列方向）突出，並將其支持於殻體3上所 設的軸承9 2上即可。另外，至於角度的變更，例如，只要 使操縱把手9 3從發光部2的旋轉中心X或從此處偏位的部 位朝列方向突出，並藉由該操縱把手9 3的操作改變角度即 可。又，至於角度的固定，例如，只要使螺絲94從殼體3 朝內側突出，可由該螺絲94的前端抵壓發光部2的端面而 予以固定即可。 另外’如上述，在使發光部2 (或光射出部2 1)沿列方向複 數串聯的情況，如第9圖、第1 〇圖所示，只要設置共同保 持一列的發光部2全體的保持構件95，且可調整該保持構件 -14- 1239377 9 5的旋轉角度地支持於殼體3即可。 - 柱狀透鏡也不限於棒透鏡，例如，可爲半圓柱體型的柱狀 透鏡，也可爲菲涅耳透鏡等。另外，如第9圖、第10圖所 示，也可在柱狀透鏡22設置從與光的行進無關的側周面部 ~ 位沿軸方向延伸的突條或溝等的安裝輔助部22a，.利用將保 一 持構件95繫合於該安裝輔助部22a，以支持該柱狀透鏡22。 若爲如此的構成，即可從一端面至另一端面連續保持柱狀透 鏡22，與僅在端部支持柱狀透鏡22的構成比較，可抑制柱 狀透鏡22的彎曲或扭曲而保持正確的姿勢。 || 又，也可在光源與紮束部之間介入將光均勻化的棒透鏡等 的光均勻化構件。若爲如此的構成，可使導入各光纖的光更 爲均等，因此可進一步減低線狀光的亮斑。作爲減低線狀光 的亮斑的其他態樣，也可考慮在光射出部與柱狀透鏡之間介 入雙凸透鏡等的擴散板。 除此之外，也可爲使從各發光部射出的線狀光的顏色各 異，或改變其的構成。 當然，光源只要安裝於保持體的頂面等的適當場所即可， β 進一步而言，並不一定要安裝於保持體上。例如，也可加長 光纖，而與保持體分開設置光源。光源的數量也不限於上述 實施形態，也可爲更多，並不限於使用LED者。 其他，從上述列方向看，以可將各發光部配置於例如圓弧 上。 【圖式簡單說明】 第1圖爲顯示本發明之一實施形態的線狀光照射裝置的全 -15- 1239377 體立體_ ° 第2 _爲顯示同實施形態的線狀光照射裝置的槪略縱剖視 圖。 第3 爲顯示同實施形態的線狀光照射裝置的安裝棒透鏡 白勺狀態、下的殻體的俯視圖。 第4圖爲顯示同實施形態的殼體的側視圖。 第5圖爲顯示同實施形態的光纖的紮兔態樣的立體圖。 第6圖爲顯不同實施形態的光纖旳紮束態樣的俯視圖。 第7圖爲顯示同實施形態的光纖的紮束態樣的前視圖。 第8圖爲顯示本發明之又一實施形態的發光部的模式立體 圖。 第9圖爲顯示本發明之再一實施形態的發光部的部分側視 圖。 第1 0圖爲顯示同實施形態的發光部的部分俯視圖。 (元件符號說明） 1 線狀光照射裝置 2 發光部 21 光射出部 22 柱狀透鏡（棒透鏡） 2 1a 、21b 夾板 3 保持體（殼體） 3a' 3b 觀測孔 4 光纖 41 紮束部 -16- 1239377 4 a 光 導 出端部 6 光 源 P 列 方 向 LL 線 狀 光 W 工 件

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Claims (1)

1239377 十、申請專利範圍： 1. 一種線狀光照射裝置，其特徵爲具備： 用以射出收斂爲直線狀的線狀光複數發光部，係成對具 有將複數的光纖的光導出端部緊密排列成爲一列或複數 列，且以此等成爲具有指定寬度的直線狀的方式所構成的 光射出部，及在該光射出部的前方沿上述列方向延伸狀配 置的柱狀透鏡；及 保持體，爲與屬光照射對象的工件對向配置，且貫穿有 觀測該工件用的觀測孔者，並爲使從上述各發光部射出的 線狀光的光軸面在指定線上略相交，而保持此等發光部。 2. 如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，爲使從 上述列方向看，以從上述各發光部射出的線狀光的光軸面 形成爲放射狀，而將此等各發光部配設於上述保持體上。 3 .如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，上述各 柱狀透鏡，從上述列方向看，係配置於大致一直線上。 4. 如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，上述光 射出部更具備一對夾板，利用此等夾板夾入上述複數光導 出端部而予以保持。 5. 如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，紮束上 述光纖的光導入端部而形成紮耒部，於該紮束部導入來自 光源的光。 6 .如申請專利範圍第5項之線狀光照射裝置，其中，構成爲 使上述光源支持於保持體上’並使上述光纖的全部或局部 長度互異，且相對於上述光射出部的中心線使上述紮束部 -18· 1239377 偏向任一單側。 ~ 7 .如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，導入光 於上述光纖的光源爲可流動200mA以上的電流的功率 LED。 ' 8. 如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，構成爲 ~ 可改變上述光射出部與柱狀透鏡的距離。 9. 如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，將上述 發光部構成爲能以平行於列方向的旋轉軸爲中心進行旋 轉，且可設定該旋轉角度。 Φ 10.如申請專利範圍第1項之線狀光照射裝置，其中，使光射 出部沿上述列方向複數串聯。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之線狀光照射裝置，其中，光射 出部的長度均相同。 12.如申請專利範圍第10項之線狀光照射裝置，其中，對各 光射出部個別設置光源。 -19-