WO2005015186A1 - ライン光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでありながら集光効率を向上させることができ、しかも照明ムラのほとんど無いライン光照射装置を提供する。【解決手段】複数の光ファイバ４の光導出端部４ａを一列に密に配列してなる光射出部２１及びその光射出部２１の前方であって前記列方向Ｐに沿って延伸するように配置した柱状レンズを対で有し、線状に収斂するライン光ＬＬを射出する複数の発光部２と、光照射対象であるワークＷに対向して配置され、そのワークＷを観測するための観測孔３ａ、３ｂが貫通させてあるものであって、前記各発光部２から射出されるライン光ＬＬの光軸面が所定線上で交わるようにそれら発光部２を保持する保持体３とを具備させた。

Description

ライン光照射装置

技術分野

[0001] 本発明は、ワーク表面の欠陥検出やマーク認識等に用いられる製品検査用等の照 明装置に関し、特にライン状の光を照射するライン光照射装置に関するものである。 背景技術

[0002] 従来、ワーク表面の検査等を行うための種々の照明装置 (光照射装置)が開発され ており、例えば特許文献 1に示すように、周囲からローアングル光を照射するリング型 の照明装置や、ライン光がワークに照射されるように構成したライン型の照明装置等 、ワークの態様やその照射目的に応じた種々のものが知られている。

[0003] 特にこのようなライン型の照明装置のうち集光タイプのものは、従来、砲弾型の LED を直線状に一列に並べ、その前方にシリンドリカルレンズを配置して細い直線状の光 力 Sワークに照射されるようにしてある。

特許文献 1：特開平 10— 21729号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ところが、前記 LEDはある程度の発光面積を有し、点光源と見なせないため、例えば コンパ外ィ匕を図るべく焦点距離の短いレンズを用いると集光しきれず、十分な照明 光度を得られないという不具合がある。一方、焦点距離の長いレンズを用いれば、そ こそこ集光できるものの、今度はレンズが非常に大きくなり、コンパクト化や低コストィ匕 を図れな!/ヽ。特にシリンドリカルレンズを複数列配設しょうとした場合にレンズの大きさ の問題点が顕著になるため、従来は、互いに照射立体角度の異なる複数列のライン 光を集光照射できるようにしたものはあまり知られて ヽな 、。

[0005] このように従来のこの種のライン型の照明装置では、集光効率 (光利用効率)とコンパ タト化とがトレードオフの関係になるため、中途半端な構成になりがちで、設計自由度 が低く種々の照明ニーズに応えにくい。さらに LEDを並べた場合、それらを密に連 続させても、光源としてみれば隣り合う LED間に隙間ができ、結果としてライン方向に 照明のムラが生じるといった不具合もある。

[0006] 本発明は力かる不具合に鑑みなされたものであって、コンパクトでありながら集光効 率を向上させることができ、し力も照明ムラのほとんど無いライン光照射装置を提供す ることをその主たる課題としたものである。

課題を解決するための手段

[0007] すなわち本発明に係るライン光照射装置は、複数の光ファイバの光導出端部を一列 又は複数列に密に配列し、それらが所定幅を有した直線状となるように構成した光射 出部及びその光射出部の前方であって前記列方向に沿って延伸するように配置した 柱状レンズを対で有し、直線状に収斂するライン光を射出する複数の発光部と、光照 射対象であるワークに対向して配置され、そのワークを観測するための観測孔が貫 通させてあるものであって、前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が所定線 上で略交わるようにそれら発光部を保持する保持体とを備えて ヽることを特徴とする ものである。

[0008] ここで「密」にとは隣り合う光導出端部同士がほぼ隙間無く配置されている状態のこと である。

[0009] 互いに異なる立体角度で周囲から光を照射することができるようにするには、前記各 発光部から射出されるライン光の光軸面が前記列方向力 みて放射状をなすように、 それら各発光部を前記保持体に配設して!、るものが好ま U、。

[0010] ムラのない照明のためのより好ましい実施態様としては、各発光部力ものライン光を 隙間無く隣接させ連続した立体角度の光にすることがよい。そしてそのためには、前 記各柱状レンズ力 前記列方向から見て略一直線上に配置されているものが好適で ある。

[0011] 多数の光導出部を無理なくまとめて保持するには、前記光射出部が、一対の狭持板 をさらに備えたものであり、それら狭持板が前記複数の光導出端部を挟み込んで保 持するようにしたものが望まし 、。

[0012] 各光ファイバに効率よぐし力も均一に光を導入する構成としては、前記光ファイバの 光導入端部を結束して結束部を形成し、その結束部に光源からの光を導入するよう に構成して 、るものが好適である。 [0013] 光ファイバは単独では湾曲可能な可撓性を有するものであるが、上述のごとく結束し た光ファイバ群では、光ファイバを曲げて結束部を前記列方向に偏位させることは非 常に難 、。したがって例えばこの光ファイバ群を中心に対して線対称な形状とする と、複数の発光部を設ける場合に、光源を縦に配置せざるを得なくなり、厚み方向の コンパクト性が失われてしまう。そこで、複数の光源を保持体に列方向に沿って配置 しても光ファイバ群を無理なく取り付けられるようにし、厚み方向にコンパクトな形状と するには、前記光射出部の中心線に対し、前記結束部がいずれか片方に偏るように 構成して!/、るものが好まし 、。

[0014] 具体的な光源の態様としては、前記光ファイバに光を導入する光源が 200mA以上 の電流を流すことの可能なパワー LEDを挙げることができる。

[0015] ライン光の照射幅を変更できるようにし、さらに種々の態様の光照射を可能とするに は、前記光射出部と柱状レンズとの距離を変え得るように構成しているものが望まし い。

[0016] ワークとの距離に変更があってもそれに応じて集光位置をワーク上に設定することが できるようにするには、前記発光部を列方向に平行な回転軸を中心に回転可能に構 成し、その回転角度を設定できるようにして 、るものが望ま 、。

[0017] 基本部品の標準化を図ってコストアップを抑えつつ、長さの異なるライン光を照射で きる複数種類の光照射装置を取り揃えるためには、光射出部を複数直列させている ものが好ましい。光射出部の直列数を変えることでライン光の照射長さを変えることが 容易にできるからである。

[0018] 特に標準化を促進するには、各光射出部が同一長さ（より好ましくは同一形状)であ ればよい。一方、このようにするとライン光長さが光射出部の長さの整数倍に制限さ れる。長さのノリエーシヨンをより多くするには、数種類の長さの光射出部を直列させ たものが好ましい。ただし光射出部の長さのノリエーシヨンをあまり多くすると、部品の 標準化効果が小さくなる。

[0019] 柱状レンズまでも標準化し、コストダウン効果等をより顕著にするには、同一長さ又は 数種類の長さの発光部を複数直列させて 、るものが望ま 、。

[0020] 力かる構成を利用して、ライン光の各部で照度を異ならせるといった多様な光照射態 様を実現し、製品検査の際に用いられる画像処理装置への負担軽減や、その他の ユーザニーズに柔軟に応えられるようにするには、各光射出部に対し個別に光源を 設けて 、るものが好適である。

発明の効果

[0021] このように構成した本発明によれば、光射出部から非常に細い線状の光を射出する ことができるため、焦点距離の短い柱状レンズを用いてこれを光射出部に近接させ発 光部をコンパクトィ匕しても、非常に細 、線状に収斂するライン光を得ることができる。 したがって複数の発光部を設けて種々の光照射態様を可能にしつつも、非常にコン ノ^トな構成とすることが可能であり、し力も理想的に線状に収斂する非常に集光効 率の高いライン光を得ることができる。また光導出端部同士が密に配設されているた め、ライン光にムラができることがなぐ均一度の高い照明が可能になる。

発明を実施するための最良の形態

[0022] 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。

[0023] 本実施形態に係るライン光照射装置 1は、図 1一図 4に示すように、線状に収斂する ライン光 LLを射出する複数の発光部 2と、それら発光部 2を保持する保持体であるケ 一シング 3とを備えている。

[0024] 発光部 2は、非常に細い (この実施形態では直径 0. 25mm)多数の光ファイバ 4の光 導出端部 4aを所定方向 P (図 5、図 6に示す)一列又は複数列で密に配列してなる光 射出部 21及びその光射出部 21の前方であって前記列方向 Pに沿って延伸するよう に配置した柱状レンズであるロッドレンズ 22を対で有したものである。そして複数の発 光部 2が列方向から見て放射状をなすように配置してある。

[0025] この光射出部 21は、図 5—図 7に示すように平板状をなす一対の狭持板 21a、 21bを 備えており、これら狭持板 21a、 21bで光ファイバ 4の光導出端部 4aを挟み込むこと により、光導出端面が所定幅 (0. 25mm— lmm程度）の直線となるように略隙間無 く数列並ぶように構成している。ロッドレンズ 22は、断面が円形状をなす中実の円柱 状透明体であり、その中心軸が、前記光射出部 21から射出される光の光軸面 T上に 位置するように配置してある。

[0026] ケーシング 3は、図 1一図 4に示すように、略直方体状をなす中空のものであり、その 底面を光照射対象であるワーク Wに対向して配置される。そしてこのケーシング 3の 頂板 31及び底板 32には、前記ワーク Wを観測するための帯状の観測孔 3a、 3bがそ れぞれ貫通させてある。

[0027] さらにこのケーシング 3には、取付具 34を介して前記発光部 2が複数 (この実施形態 では 4つ）、前記観測孔 3bに臨む位置に互いに平行に取り付けてある。各発光部 2 は、前記列方向 Pからみて略一直線上に配設してあり、それらから出るライン光 LLの 光軸面 Tが前記列方向 Pからみて放射状をなすように構成してある。より具体的には 、各発光部 2からでたライン光 LLの光軸面 Tが、所定直線上で交わり、なおかつその 所定直線上で収斂するように設定してある。隣り合う発光部 2の離間寸法は、中央で 隣り合う発光部 2を除き、それらからのライン光 LL同士が

ほぼ隙間無く隣接するように設定してあり、前記ワーク Wに対し、略連続した立体角 度の光が照射されるようにしてある。

[0028] また、このケーシング 3の側板 33には、各発光部 2に対応するようにそれらと同数の 光源 6が角柱状をなすブラケット 35を介して取り付けてある。各光源 6は、単一のパヮ 一 LED (図示しない）と、そのパワー LEDの前方に配置したレンズ機構（図示しない） と、これらパワー LED及びレンズ機構を収容する円筒状の筐体 61とを備えたもので あり、本実施形態では、これら光源 6を各側板 33に 2づっ、奥行き方向に隣接させて 外側から取り付けている。そしてそのために、ブラケット 35には外側方に開口する光 源取着穴 35aを設けて 、る。光源 6はその発光端部をこの光源取着穴 35aに嵌合さ せ止めねじ B 1を用 、て着脱可能に取り付けてある。ここでパワー LEDとは 200mA 以上の電流を流すことの可能な高輝度タイプの LEDのことである。

[0029] 一方、前記光ファイバ 4は、ケーシング 3の内部に収容してあり、図 5—図 7に示すよう に、それらの光導入端部 4bを発光部 2毎に円筒状をなす結束具 7で密に結束して結 束部 41を形成し、その結束部 41を前記ブラケット 35に設けた結束部取着穴 35bに 内側方から取り付けている。具体的には前記結束具 7を結束部取着穴 35bに嵌合さ せ、止めねじ B2を用いてこの結束部取着穴 35bに着脱可能に取着して 、る。

[0030] この結束部取着穴 35bは、一端を前記ブラケット 35の内側方に開口し、他端を前記 光源取着穴 35aの底面に開口するもので、当該光源取着穴 35aと軸を一致させてあ る。そしてこれら光源取着穴 35a及び結束部取着穴 35bにそれぞれ光源 6及び結束 部 7を取り付けることにより、前記光源 6からの光、すなわち前記パワー LEDからの光 力 この結束部 41と略同一径に集光されて、光ファイバ 4の光導入端面からほぼ漏 れなく導入されるようにして 、る。

[0031] なお本実施形態では、図 5、図 6に示すように、前記光ファイバ 4の全て又は一部の 長さを互いに異ならせ、前記光射出部 21の中心線に対し、平面視前記結束部 41が V、ずれか片方に偏るように構成して 、る。光ファイバ 4は単独では湾曲可能な可撓性 を有するものである力 上述のごとく結束した光ファイバ群 4Aにおいて、結束部 41を 前記列方向 Pに偏らせるのは非常に難しいためであり、厚み方向のコンパクト性を担 保すベぐ光源 6を奥行き方向（列方向） Pに並べ、各光源 6が発光部 2の中心線に対 して偏位するように構成して 、る本実施形態では、それに合わせて予め結束部 41を 偏らせているこの形状が非常に有効なものとなる。この実施形態では同一の光フアイ バ群 4Aを 4つ形成しておき、表裏を逆にして取り付けるようにして!/、る。

[0032] このように構成した本実施形態によれば、光射出部 21が、非常に小さい点発光源と 見なせる光ファイバ 4の先端部を一列又は数列に密に配列してなるものであり、非常 に細い線状の光を射出するものであるため、焦点距離の短いロッドレンズ 22を前記 光射出部 21に近接させて集光しても、やはり非常に細い線状に収斂するライン光 LL となる。したがって、各発光部 2を非常にコンパクトにして省スペースでの構成を可能 としながらも、理想的に線状に収斂する非常に集光効率の高い、言い換えれば明る い照明を得ることができる。

[0033] また、光導出端部 4a同士が密に配設されているため、ライン光 LLにムラができること がなぐ均一度の高い照明が可能になる。さらにロッドレンズ 22という安価なレンズを 利用できるのでコストダウンも図れる。

[0034] なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

[0035] 例えば、上述した構成であると、長さの異なるライン光を照射する複数種類の製品ラ インアップを揃える場合に、種類毎に光ファイバ 4の数を変え、狭持板 21a、 21bの長 さも変えなければならなくなる。

[0036] しかしそうすると、光ファイバ 4や狭持板 21a、 21bといった基幹部品を標準化すること ができず、製作ロットが小さくなつたり製作の手間が増大するなどしてコストアップにつ ながる。

[0037] そこでこの実施形態では、かかる不具合を解決すベぐ図 8に示すように同一長さ、 同一形状の発光部 2 (光射出部 21と柱状レンズ 22)を 1ユニットとしてモジュールィ匕し 、これを列方向 Pに沿って複数直列させた構成にしている。さらにこの例では図示し ていないが、各発光部 2毎に 1つの光源 6を接続している。もちろん各発光部 2に接 続される光ファイバ 4の数や光ファイバ群 4Aの形状も同一にしている。

[0038] このようなものであれば、列方向 Pにユニットィ匕された発光部 2の直列数を変えること により、長さの異なるライン光を照射する複数種類の製品ラインアップを揃えることが でき、し力も基幹部品である発光部 2が 1種類になって部品標準化を促進できるため 、製作コストの低減を図ることができる。

[0039] さらに、発光部 2毎に光量を異ならせることもできるため、一様な照度のライン光のみ ならず、多様な光照射態様が可能になりこれにより種々の効果が得られる。例えば、 ワーク Wを観測孔 3aを介してカメラ（図示しな ヽ）で撮像し、画像処理を行って自動 製品検査をするような使われ方をする場合、カメラのレンズ特性カゝら画像の端部部分 は暗くなる。これを従来は画像処理装置側で補正していたが、その補正により SZN 比が劣化するうえ、画像処理時間が必要になる。これに対し、この実施形態のもので あれば、端部の照度を中央部分に比べ明るくすることにより、画像処理装置側での画 像補正を可及的に減らすことができるので、 SZN比を良好に保ちし力も高速処理が 可會 になる。

[0040] 一方、上述の構成ではライン光長さが光射出部 21の長さの整数倍に制限される。長 さのノリエーシヨンをより多くするには、数種類 (2— 9種類)程度の長さの光射出部 2 1を直列させてもよい。ただし光射出部 21の長さのノリエーシヨンをあまり多くすると、 部品の標準化効果が小さくなる。

[0041] また柱状レンズ 22は切断工程のみで種々の長さに対応できるため、光射出部 21の みをユニットィ匕して、柱状レンズ 22は必ずしもユニットィ匕しなくともよいが、この実施形 態のように発光部 2そのものをユニットィ匕しておく方がモジュール効果はより顕著なも のとなる。 [0042] その他にも、種々の変形が可能である。例えば、前記観測孔 3a、 3b上にハーフミラ 一を傾斜姿勢で設け、観測孔 3a、 3bからも光がワーク Wに照射されるようにしてもよ い。さらに、この観測孔 3a、 3bをガラス板等の透明部材で閉塞し、ケーシング内部に 埃等が侵入するのを防止するようにしてもょ 、。

[0043] また光射出部と柱状レンズとの距離を変え得るようにしたものでも構わない。このよう にすればワークに照射されるライン光の照射幅を変更することができるうえ、各発光 部から射出されるライン光の光軸面をそれぞれ調整する際の利便性が向上する。

[0044] あるいは、図 9、図 10に示すように、発光部 2を列方向に平行な軸線を中心に回転可 能にケーシング 3に保持させ、一定範囲内で自在の角度に、あるいは複数段階の角 度に設定できるようにしてもよい。このようにすれば、ワークとの距離に応じて、各発光 部の角度を調整することにより、集光位置をワーク上に設定することができる。

[0045] 回転中心は、柱状レンズ 22の軸心が好ましい。発光部 2同士の回転による干渉を可 及的に抑制できるからである。この場合の柱状レンズ 22の回転支持構造の具体例と しては、柱状レンズ 22の端面中心から軸心方向（列方向）に回転軸 91を突出させ、 これをケーシング 3に設けた軸受 92に支持させればよい。また角度の変更には、例 えば発光部 2の回転中心 X又はそこ力も偏位した部位力も列方向にハンドル 93を突 出させ、このハンドル 93の操作により角度を変え得るようにしておけばよい。さらに角 度の固定には、例えばケーシング 3からねじ 94を内方に突出させ、そのねじ 94の先 端で発光部 2の端面を押圧して固定できるようにすればょ 、。

[0046] また前述したように、発光部 2 (又は光射出部 21)を列方向に複数直列させる場合に は、図 9、図 10に示すように、 1列の発光部 2全体を共通して保持する保持部材 95を 設け、この保持部材 95の回転角度を調整可能にケーシング 3に支持させればよい。

[0047] 柱状レンズもロッドレンズに限られず、例えばかまぼこ型のシリンドリカルレンズでもよ いし、フレネルレンズ等でも構わない。また、図 9、図 10に示すように柱状レンズ 22に ぉ 、て光の進行に関与しな 、側周面部位から軸方向に沿って延びる突条ゃ溝等の 取付補助部 22aを設け、その取付補助部 22aに保持部材 95を係合させることでこの 柱状レンズ 22を支持するようにしてもよ!、。このようにすれば柱状レンズ 22を一端面 力も他端面に亘つて連続的に保持することができ、柱状レンズ 22を端部のみで支持 するものと比べて、柱状レンズ 22の曲がりやねじれを抑制して正確に保持することが できる。

[0048] さらに、光源と結束部との間に、光を均一化するロッドレンズ等の光均一化部材を介 在させてもよい。このようにすれば、各光ファイバへ導入される光の強度がより等しく なるので、ライン光の照度ムラをより低減させることができる。ライン光の照度ムラ低減 の他の態様としては、光射出部と柱状レンズとの間にレンチキュラーレンズ等の拡散 板を介在させるようにしたものも考えられる。

[0049] 加えて各発光部から射出されるライン光の色を互いに異ならせたり、あるいは変えら れるようにしたものでもよい。

[0050] もちろん、光源は保持体の頂面等、適宣な場所に取り付ければよぐさらに言えば必 ずしも保持体に取り付ける必要はない。例えば、光ファイバを長くして、光源を保持体 とは別に設置しても構わない。光源の数も前記実施形態に限られず、さらに多くして も構わな ヽし、 LEDを用いたものに限られるものではな 、。

[0051] その他、各発光部を、前記列方向からみて例えば円弧上に配置してもよい。

図面の簡単な説明

[0052] [図 1]本発明の一実施形態におけるライン光照射装置の全体斜視図。

[図 2]同実施形態におけるライン光照射装置の概略縦断面図。

[図 3]同実施形態におけるライン光照射装置のロッドレンズを取り付けた状態でのケ 一シングを示す平面図。

[図 4]同実施形態におけるケーシングの側面図。

[図 5]同実施形態における光ファイバの結束態様を示す斜視図。

[図 6]同実施形態における光ファイバの結束態様を示す平面図。

[図 7]同実施形態における光ファイバの結束態様を示す正面図。

[図 8]本発明の他の実施形態における発光部を示す模式的斜視図。

[図 9]本発明のさらに他の実施形態における発光部を示す部分側面図。

[図 10]同実施形態における発光部を示す部分平面図。

符号の説明 1· ··ライン光照射装置 2…発光部 21…光射出部 22…柱状レンズ (ロッドレンズ) 21a 、 21b…狭持板 3…保持体 (ケーシング） 3a、 3b…観測孔 4· ··光ファイバ 41…結束部 4a…光導出端部 6…光源 P…列方向 LL…ライン光 W…ワーク

Claims

請求の範囲

[1] 複数の光ファイバの光導出端部を一列又は複数列に密に配列し、それらが所定幅を 有した直線状となるように構成した光射出部及びその光射出部の前方であって前記 列方向に沿って延伸するように配置した柱状レンズを対で有し、直線状に収斂するラ イン光を射出する複数の発光部と、 光照射対象であるワークに対向して配置され、 そのワークを観測するための観測孔が貫通させてあるものであって、前記各発光部 力 射出されるライン光の光軸面が所定線上で略交わるようにそれら発光部を保持 する保持体とを備えて ヽるライン光照射装置。

[2] 前記各発光部から射出されるライン光の光軸面が前記列方向からみて放射状をなす ように、それら各発光部を前記保持体に配設して!、る請求項 1記載のライン光照射装 置。

[3] 前記各柱状レンズが、前記列方向から見て略一直線上に配置されている請求項 1又 は 2記載のライン光照射装置。

[4] 前記光射出部が、一対の狭持板をさらに備えたものであり、それら狭持板が前記複 数の光導出端部を挟み込んで保持している請求項 1、 2又は 3記載のライン光照射 装置。

[5] 前記光ファイバの光導入端部を結束して結束部を形成し、その結束部に光源力 の 光を導入するように構成している請求項 1、 2、 3又は 4記載のライン光照射装置。

[6] 前記光源を保持体に支持させたものであって、前記光ファイバの全て又は一部の長 さを異ならせ、前記光射出部の中心線に対し、前記結束部がいずれか片方に偏るよ うに構成して！/ヽる請求項 5記載のライン光照射装置。

[7] 前記光ファイバに光を導入する光源が 200mA以上の電流を流すことの可能なパヮ 一 LEDである請求項 1、 2、 3、 4、 5又は 6記載のライン光照射装置。

[8] 前記光射出部と柱状レンズとの距離を変え得るように構成している請求項 1、 2、 3、 4

、 5、 6又は 7記載のライン光照射装置。

[9] 前記発光部を列方向に平行な回転軸を中心に回転可能に構成し、その回転角度を 設定できるようにしている請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7又は 8記載のライン光照射装置

[10] 光射出部を前記列方向に沿って複数直列させている請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8 又は 9記載のライン光照射装置。

[11] 光射出部の長さが全て同一である請求項 10記載のライン光照射装置。

[12] 各光射出部に対し個別に光源を設けている請求項 10又は 11記載のライン光照射装 置。