WO2022124057A1 - Ｌｅｄ光照射装置、及び、検査システム - Google Patents

Ｌｅｄ光照射装置、及び、検査システム Download PDF

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light
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貴彦 香山
憲久 吉村
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シーシーエス株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to, for example, an LED light irradiation device used for detecting scratches and marks on a product, and an inspection system using the LED light irradiation device.
  • a telecentric optical system is provided between the LED light irradiation device and the work to be inspected, and the light emitting surface of the LED light irradiation device is imaged on the work.
  • Patent Document 1 a telecentric optical system is provided between the LED light irradiation device and the work to be inspected, and the light emitting surface of the LED light irradiation device is imaged on the work.
  • the LED light irradiation device a device called spot illumination is used.
  • a device called spot illumination is used in the spot illumination 100A.
  • an LED light source 1A having a light emitting surface, a plano-convex lens 2A, and a rod lens 3A are provided side by side on the optical axis in this order.
  • the orientation of the plano-convex lens is set so that the light emitted from the LED light source 1A is incident on a plane and the light emitted from the convex surface is incident on the incident end surface of the rod lens 3A. This is because it has been considered that the required performance can be satisfied by preventing abrupt refraction from occurring in the plano-convex lens 2A, reducing the influence of spherical aberration, and minimizing the bias of the light distribution characteristics.
  • the light distribution characteristics are largely biased rather than supplying light by the conventional spot illumination 100A.
  • the presence of the light can enhance the uniformity of the illuminance on the work.
  • the present invention has been made based on the above-mentioned discoveries, and an object of the present invention is to provide an LED light irradiation device capable of improving the uniformity of illuminance in a system provided with a telecentric optical system.
  • an LED light source having a light emitting surface, a plano-convex lens provided so that the convex surface faces the light emitting surface, and light emitted from the plane of the plano-convex lens are incident. It is characterized by having a rod lens provided so as to be incident on the end face.
  • the convex surface of the plano-convex lens faces the light emitting surface, the light distribution characteristics of the light emitted from the emission end surface of the rod lens are biased due to the influence of spherical aberration.
  • the light intensity can be set to be the highest at a position deviated from the optical axis by a predetermined angle with respect to the optical axis. Then, when light having such a light distribution characteristic is incident on the telecentric optical system, the uniformity of the illuminance can be improved on the focused surface of the telecentric optical system as compared with the conventional case.
  • the present invention can realize preferable light distribution characteristics in the telecentric optical system.
  • the distance between the light emitting surface and the front principal point of the plano-convex lens is larger than twice the focal length of the plano-convex lens. It suffices if it is set short. This is because the spherical aberration can be increased and the amount of light incident on the plano-convex lens can be increased by making it shorter than twice, that is, by bringing the light emitting surface closer to the plano-convex lens.
  • the inspection system includes an LED light irradiation device according to the present invention and a telecentric optical system in which light emitted from the emission end surface of the rod lens is incident, the work is irradiated with light emitted from the telecentric optical system. By doing so, it is possible to irradiate a certain area of the work with highly uniform light. Therefore, the accuracy of detecting scratches and marks on the work can be improved as compared with the conventional case.
  • the work to be irradiated has the focus position of the telecentric optical system set. It should be.
  • a tangent line drawn from the intersection of the light emitting surface with the optical axis to the convex surface is ⁇
  • the opening diameter at which light is incident on the incident end surface of the rod lens is D
  • the diameter of the light emitting surface is Y
  • the convex surface of the plano-convex lens faces the light emitting surface of the LED light source, a telecentric optical system used for inspection or the like can be used by utilizing spherical aberration. It is possible to obtain a biased light distribution characteristic that can improve the uniformity of illuminance in the provided system.
  • the present invention can be applied not only to an LED light source that irradiates visible light, but also to an LED light source that emits light other than visible light such as ultraviolet light and infrared light. In this case, the radiant illuminance (visible light) can be applied. In the case of, it is possible to obtain a light distribution characteristic that can enhance the uniformity of the illuminance).
  • the schematic diagram which shows the structure of the LED light irradiation apparatus in one Embodiment of this invention The schematic diagram which shows the inspection system using the LED light irradiation apparatus in the same embodiment.
  • the schematic diagram which shows the irradiation optical system of the inspection system in the same embodiment Simulation results on the light distribution characteristics on the optical axis of the conventional LED light irradiation device and the LED light irradiation device of the embodiment. Simulation results regarding the light distribution characteristics in the portion 10 deg from the optical axis of the conventional LED light irradiation device and the LED light irradiation device of the embodiment.
  • the schematic diagram which shows each design parameter of the LED light irradiation apparatus of this embodiment Simulation results showing changes in the uniformity of irradiance on the work and the efficiency of light utilization with respect to the evaluation values in the same embodiment.
  • the schematic diagram which shows the structure of the conventional LED light irradiation apparatus Simulation results showing changes in the uniformity of irradiance on the work and the efficiency of light utilization
  • LED light irradiation device 1 LED light source 2: Plano-convex lens 3: Rod lens 4: Casing 5: Lens barrel 6: Imaging lens 7: Beam splitter 8: Camera TL: Telecentric optical system ST: Aperture W: work
  • an LED light source 1 that emits near-infrared light, a plano-convex lens 2 made of glass, and a rod lens 3 made of glass are arranged from the proximal end side to the distal end side. It is a so-called spot illumination housed in the casing 4 in this order.
  • the casing 4 has a substantially two-stage cylindrical shape with a tapered tip side, and a heat dissipation support member (not shown) is arranged on the base end side where the LED light source 1 is provided.
  • the LED light source 1 has a light emitting surface having a predetermined area. That is, it is configured so that a light ray is emitted not from a point light source but from the entire light emitting surface having a predetermined size.
  • the plano-convex lens 2 is a hemispherical lens in which one of the convex surfaces is hemispherically formed in the present embodiment.
  • the convex surface is not limited to a hemispherical surface, and may be an aspherical surface.
  • the other surface of the plano-convex lens 2 is a flat surface. Further, as shown in FIG. 1, the plano-convex lens 2 is provided so that its convex surface faces the light emitting surface of the LED light source 1, and the light emitted from the light emitting surface is configured to be incident on the convex surface. Further, the light emitted from the plane of the plano-convex lens 2 is incident on the incident end surface of the rod lens 3.
  • the distance between the LED light source 1 and the plano-convex lens 2 is set so that the distance between the light emitting surface of the LED light source 1 and the front principal point of the plano-convex lens 2 is shorter than twice the focal length of the plano-convex lens 2. ing.
  • the front principal point is H shown in FIGS. 1 and 6.
  • the plano-convex lens 2 is a hemispherical lens, the front principal point is at the apex of the hemispherical lens.
  • an inspection system 200 including a telecentric optical system TL as shown in FIG. 2 is configured.
  • the inspection system 200 detects scratches and marks on the work W to be irradiated based on the captured image of the camera 8.
  • the inspection system 200 of the present embodiment is coaxial illumination configured so that the observation optical axis of the camera 8 and the irradiation optical axis of the inspection light for the work W are coaxial.
  • the inspection system 200 includes a cylindrical lens barrel 5 in which various optical instruments are housed, and an LED light irradiation device 100 is attached to a side surface of a central portion of the lens barrel 5.
  • An image pickup lens 6 is provided at one end of the lens barrel 5 so as to face the work W, and a camera 8 is attached to the other end. Further, a beam splitter 7 is provided at the center of the lens barrel 5 so that the light emitted from the LED light irradiation device 100 is reflected toward the image pickup lens 6. Further, the light reflected by the work W is configured to return to the inside of the lens barrel 5 again, pass through the image pickup lens 6 and the beam splitter 7, and enter the camera 8 at the other end.
  • the aperture ST is provided at the focal position inside the lens barrel 5 of the image pickup lens 6, and the telecentric optical system TL is configured by the image pickup lens 6 and the aperture ST.
  • the work W was ejected from each point on the ejection end surface of the rod lens 3 in the LED light irradiation device 100.
  • the main ray of light, the upper ray, and the lower ray are incident on the image pickup lens 6 in parallel states. Therefore, each angle component ejected from each point on the ejection end surface of the rod lens 3 is focused on one point on the work W.
  • FIG. 3 shows the trajectory of the light beam on the irradiation side.
  • ⁇ be the angle formed by the main ray of the light beam radiated to the outermost point in the irradiation region on the work W and the optical axis
  • I ( ⁇ ) be the light distribution characteristic emitted from the LED light irradiating device 100.
  • the irradiance on the work W can be expressed by I ( ⁇ ) ⁇ cos 3 ⁇ . Therefore, the inventors of the present application have found that if the LED light irradiation device 100 can realize the light distribution characteristic of I ( ⁇ ) ⁇ 1 / cos 3 ⁇ , the irradiance on the work W will be completely uniform.
  • the convex surface of the plano-convex lens 2 in the present embodiment Is opposed to the light emitting surface of the LED light source 1 so that the influence of spherical aberration is greatly exhibited.
  • FIGS. 4 and 5 show the case where the plane of the plano-convex lens 2 faces the light emitting surface of the LED light source 1 as in the conventional LED light irradiation device 100, and the case where the plane of the plano-convex lens 2 faces the light emitting surface of the LED light source 1 as in the present embodiment.
  • the simulation result of the light distribution characteristic when the convex surfaces of the plano-convex lens 2 are opposed to each other is shown.
  • the convex surface of the plano-convex lens 2 is opposed to the light emitting surface of the LED light source 1 as compared with the case where the plane of the plano-convex lens 2 is opposed to the light emitting surface of the LED light source 1.
  • the amount of light of the angle component of ⁇ 10 deg with respect to the optical axis can be made larger than the amount of light on the optical axis by utilizing the spherical aberration in the plano-convex lens 2 (I ( ⁇ ) ⁇ 1 /). It can be approached to the light distribution characteristic of cos3 ⁇ ).
  • the angle formed by the tangent line drawn from the intersection of the light emitting surface of the LED light source 1 and the optical axis to the convex surface of the plano-convex lens 2 and the optical axis is ⁇
  • the opening diameter at which light is incident on the incident end surface of the rod lens 3 is D
  • the light emitting surface is Y
  • FIG. 7 shows the simulation results showing the uniformity of the irradiance on the work W with respect to the evaluation value EV and the change in the light utilization efficiency.
  • the three graphs show the simulation results in the three change patterns when ⁇ is changed, Y is changed, and D is changed in the configuration of the LED light irradiation device 100, respectively.
  • the LED light irradiation device 100 of the present embodiment is configured to satisfy such an EV.
  • the amount of light of an angle component of ⁇ 10 deg with respect to the optical axis can be converted into the amount of light on the optical axis. It is possible to make it larger than that, and it is possible to approach the light distribution characteristic of I ( ⁇ ) ⁇ 1 / cos3 ⁇ . Since such light distribution characteristics are realized, the uniformity of irradiance can be improved more than before on the in-focus surface OP of the telecentric optical system TL to which light is supplied from the LED light irradiation device 100. can.
  • the LED light irradiation device was used for the inspection system in the above-described embodiment, the LED light irradiation device according to the present invention may be used for other purposes.
  • the LED light irradiation device may be used in an application in which it is preferable that the intensity of the angle component around the light distribution characteristic is higher than the intensity on the optical axis.
  • the light emitted from the LED light irradiation device does not necessarily have to be incident on the telecentric optical system. That is, the LED light irradiation device may be used alone.
  • the light emitted from the LED light source 1 is not limited in any way, and may be infrared light other than visible light, ultraviolet light, and near-infrared light, in addition to near-infrared light.
  • the present invention is suitable for ultraviolet light and infrared light (including near-infrared light) to which a resin reflector lens often used in the case of visible light is not suitable, and the plano-convex lens 2 and the rod lens 3 are used. In combination, the uniformity of irradiance can be easily improved.
  • the image pickup lens is not limited to one composed of one lens, and may be composed of a combination of a plurality of lenses.
  • the plano-convex lens is not limited to a lens having a convex surface formed by a continuous curved surface, and may be a lens composed of a plurality of divided lens elements such as a Fresnel lens.
  • the convex surface causes spherical aberration to be larger than that of the other surface, and it is sufficient that such a convex surface faces the LED light source.
  • an LED light emitting device having a biased light distribution characteristic capable of improving the uniformity of illuminance in a system provided with a telecentric optical system used for, for example, inspection by utilizing spherical aberration. can. Further, by using such an LED light emitting device, it is possible to provide an inspection system in which highly uniform light is irradiated in a certain area and the detection accuracy of scratches and marks on the work is improved as compared with the conventional one.

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Abstract

テレセントリック光学系を具備するシステムにおいて照度の均一性を向上させることができるＬＥＤ光照射装置を提供するために、発光面を具備するＬＥＤ光源１と、凸面が前記発光面と対向するように設けられた平凸レンズ２と、前記平凸レンズ２の平面から射出された光が入射端面に入射するように設けられたロッドレンズ３と、を備えた。

Description

ＬＥＤ光照射装置、及び、検査システム
　本発明は、例えば製品の傷やマークの検出等に用いられるＬＥＤ光照射装置や、ＬＥＤ光照射装置を用いた検査システムに関するものである。
　製品の検査等に用いられる検査システムの一例としては、ＬＥＤ光照射装置と、検査対象であるワークとの間にテレセントリック光学系が設けられ、ワーク上にＬＥＤ光照射装置の発光面が結像するように構成されたものがある（特許文献１）。
　このような検査システムでは、例えばワーク上の一定領域に照射される光の利用効率をできるだけ高めることが求められる。そこで、ＬＥＤ光照射装置として、スポット照明と称されるものが使用されている。具体的には、図８に示すようにスポット照明１００Ａは、発光面を具備するＬＥＤ光源１Ａと、平凸レンズ２Aと、ロッドレンズ３Ａがこの順番で光軸上に並べて設けられたものである。平凸レンズの向きは、ＬＥＤ光源１Ａから射出された光が平面に入射して、凸面から射出される光がロッドレンズ３Ａの入射端面に入射するように設定されている。これは平凸レンズ２Ａにおいて急激な屈折が生じないようにして、球面収差の影響を低減し、配光特性の偏りをできる限りに小さくしたほうが求められる性能を満たせると考えられていたからである。
　しかしながら、本願発明者らが鋭意検討を行ったところ、上述したようなテレセントリック光学系を備えた検査システムにおいては、従来のスポット照明１００Ａによって光を供給するよりも、むしろ配光特性に偏りが大きく存在するほうがワーク上における照度の均一性を高められることが初めて見出された。
特開２０１４－１０９５２０号公報
　本発明は上述したような発見に基づいてなされたものであり、テレセントリック光学系を具備するシステムにおいて照度の均一性を向上させることができるＬＥＤ光照射装置を提供することを目的とする。
　すなわち、本発明に係るＬＥＤ光照射装置は、発光面を具備するＬＥＤ光源と、凸面が前記発光面と対向するように設けられた平凸レンズと、前記平凸レンズの平面から射出された光が入射端面に入射するように設けられたロッドレンズと、を備えたことを特徴とする。
　このようなものであれば、前記発光面に対して前記平凸レンズの凸面が対向しているので、球面収差の影響により、前記ロッドレンズの射出端面から射出される光の配光特性に偏りを形成することができる。具体的には光軸上よりも光軸から所定角度ずれた位置で光の強度が最も高くなるようにできる。そして、このような配光特性を有した光をテレセントリック光学系に入射させると、当該テレセントリック光学系のピントが合う面においては照度の均一性を従来よりも向上させることができる。
　言い換えると、従来は、光の利用効率を高めるために球面収差を出来るだけ発生しないようにしなくてはならないと考えられていたところ、本発明はこのような技術常識を超えて、あえて球面収差を発生させている。この結果、本発明は、テレセントリック光学系においては好ましい配光特性を実現できる。
　テレセントリック光学系において好ましい配光特性が得られるとともに、光の利用効率も高くするには、前記発光面と前記平凸レンズの前側主点との距離が、前記平凸レンズの焦点距離の２倍よりも短く設定されていればよい。これは、２倍よりも短くする、即ち、発光面と平凸レンズを近づけることで、球面収差を大きくし、かつ平凸レンズに入射する光量を増やすことができるからである。
　本発明に係るＬＥＤ光照射装置と、前記ロッドレンズの射出端面から射出された光が入射するテレセントリック光学系とを備えた検査システムであれば、前記テレセントリック光学系から射出される光をワークに照射することで、当該ワークの一定領域内に均一性の高い光を照射できる。したがって、ワーク上の傷やマークの検出精度を従来よりも向上させることができる。
　ワーク上の各点において入射する光線の向きについても揃えられるようにして、さらに検査精度を向上させられるようにするには、照射対象であるワークに前記テレセントリック光学系のピント位置が設定されたものであればよい。
　前記ワーク上における照度の均一性と、前記ＬＥＤ光源から射出された光の利用効率とを両立させることができる具体的態様としては、前記発光面の光軸との交点から前記凸面に引いた接線と光軸とがなす角をθ、前記ロッドレンズの入射端面において光が入射する開口径をＤ、前記発光面の直径をＹ、評価値をEV=D×θ×（1/Y）とした場合に、２５０≦ＥＶ≦３２５を満たすように構成されたものが挙げられる。
　このように本発明に係るＬＥＤ光射出装置であれば、前記平凸レンズの凸面が前記ＬＥＤ光源の発光面に対向しているので、球面収差を利用して例えば検査等に用いられるテレセントリック光学系を具備するシステムにおいて照度の均一性を向上させることができる偏りのある配光特性を得ることができる。なお、本発明は、可視光を照射するＬＥＤ光源だけでなく、紫外光や赤外光といった可視光以外の光を射出するＬＥＤ光源にも適用することができ、この場合は放射照度（可視光の場合は照度）の均一性を高めることができる配光特性を得ることができる。
本発明の一実施形態におけるＬＥＤ光照射装置の構成を示す模式図。 同実施形態におけるＬＥＤ光照射装置を用いた検査システムを示す模式図。 同実施形態における検査システムの照射光学系を示す模式図。 従来のＬＥＤ光照射装置と実施形態のＬＥＤ光照射装置の光軸上における配光特性に関するシミュレーション結果。 従来のＬＥＤ光照射装置と実施形態のＬＥＤ光照射装置の光軸から１０ｄｅｇの部分における配光特性に関するシミュレーション結果。 本実施形態のＬＥＤ光照射装置の各設計パラメータを示す模式図。 同実施形態における評価値に対するワーク上の放射照度の均一度と光の利用効率の変化を示すシミュレーション結果。 従来のＬＥＤ光照射装置の構成を示す模式図。
２００　：検査システム
１００　：ＬＥＤ光照射装置
１　　　：ＬＥＤ光源
２　　　：平凸レンズ
３　　　：ロッドレンズ
４　　　：ケーシング
５　　　：鏡筒
６　　　：撮像レンズ
７　　　：ビームスプリッタ
８　　　：カメラ
ＴＬ　　：テレセントリック光学系
ＳＴ　　：絞り
Ｗ　　　：ワーク
　本発明の一実施形態におけるＬＥＤ光照射装置１００、及び、このＬＥＤ光照射装置１００を用いた検査システム２００について各図を参照しながら説明する。図１に示すように本実施形態のＬＥＤ光照射装置１００は、近赤外光を射出するＬＥＤ光源１、ガラス製の平凸レンズ２、ガラス製のロッドレンズ３が、基端側から先端側に向かってこの順番でケーシング４内に収容されたいわゆるスポット照明である。ケーシング４は、先端側が先細った概略二段円筒状をなすものであり、ＬＥＤ光源１が設けられている基端側に放熱用支持部材（図示しない）が配置されている。
　ＬＥＤ光源１は所定面積の発光面を有するものである。すなわち、点光源ではなく、所定の大きさのある発光面全体から光線が射出されるように構成されている。
　平凸レンズ２は、本実施形態では一方の面である凸面が半球状に形成された半球レンズである。なお、凸面は半球状をなすものに限らず、非球面であっても構わない。平凸レンズ２の他方の面は平面である。また、平凸レンズ２は図１に示すようにその凸面がＬＥＤ光源１の発光面と対向するように設けられており、発光面から射出された光は凸面に入射するように構成されている。また、平凸レンズ２の平面から射出される光は、ロッドレンズ３の入射端面に入射する。
　また、ＬＥＤ光源１と平凸レンズ２との距離は、ＬＥＤ光源１の発光面と平凸レンズ２の前側主点との距離が、平凸レンズ２の焦点距離の２倍よりも短くなるように設定されている。ここで、前側主点とは図１及び図６に示すHのことである。本実施形態では平凸レンズ２は半球レンズであるため前側主点は半球レンズの頂点にある。
　このようなＬＥＤ光照射装置１００を用いて、図２に示すようなテレセントリック光学系ＴＬを具備する検査システム２００が構成されている。この検査システム２００は、照射対象であるワークＷ上の傷やマークをカメラ８の撮像画像に基づいて検出するものである。本実施形態の検査システム２００は、カメラ８の観測光軸と、ワークＷに対する検査光の照射光軸が同軸となるように構成された同軸照明である。具体的に検査システム２００は、各種光学機器が内部に収容された筒状の鏡筒５を具備し鏡筒５の中央部側面にＬＥＤ光照射装置１００が取り付けられたものである。鏡筒５においてワークＷに対向するように設けられる一端部に撮像レンズ６が設けられており、他端部にはカメラ８が取り付けられる。また、鏡筒５の中央部にはビームスプリッタ７が設けられており、ＬＥＤ光照射装置１００から射出された光が撮像レンズ６側へと反射されるように構成されている。また、ワークＷにおいて反射された光は再び鏡筒５内へと戻って、撮像レンズ６及びビームスプリッタ７を通過して他端部にあるカメラ８へと入射するように構成されている。
　本実施形態では、撮像レンズ６の鏡筒５内側の焦点位置に絞りＳＴが設けられており、撮像レンズ６及び絞りＳＴによってテレセントリック光学系ＴＬが構成されている。また、図２の光線の軌跡に示すようにワークＷを撮像レンズ６の鏡筒外側の焦点位置に配置することで、ＬＥＤ光照射装置１００におけるロッドレンズ３の射出端面の各点から射出された光の主光線と上光線と下光線はそれぞれ平行の状態で撮像レンズ６に入射する。したがって、ロッドレンズ３の射出端面の各点から射出される各角度成分は、ワークＷ上の１点に集光される。
　図３に照射側の光線の軌跡を示す。図３においてワークＷ上の照射領域において最も外側の点に照射される光線の主光線と光軸がなす角をΘ、ＬＥＤ光照射装置１００から射出される配光特性をI（Θ）とすると、ワークＷ上の放射照度はI（Θ）×cos3Θで表すことができる。したがって、I（Θ）∝１／cos3Θとなる配光特性をＬＥＤ光照射装置１００で実現できれば、ワークＷ上の放射照度が完全均一となることを本願発明者らは見出した。
　このような知見に基づいて、ＬＥＤ光照射装置１００から射出される光の配光特性をI（Θ）∝１／cos3Θに近づくようにするために、本実施形態では平凸レンズ２の凸面がＬＥＤ光源１の発光面と対向するようにして、球面収差の影響が大きく表れるようにしている。
　図４及び図５に従来のＬＥＤ光照射装置１００のようにＬＥＤ光源１の発光面に対して平凸レンズ２の平面を対向させた場合と、本実施形態のようにＬＥＤ光源１の発光面に対して平凸レンズ２の凸面を対向させた場合の配光特性のシミュレーション結果を示す。図４および図５に示すように、ＬＥＤ光源１の発光面に対して平凸レンズ２の平面を対向させた場合と比べて、ＬＥＤ光源１の発光面に対して平凸レンズ２の凸面を対向させた場合の方が、平凸レンズ２における球面収差を利用して例えば光軸に対して±１０ｄｅｇの角度成分の光量を光軸上の光量よりも大きくすることができる（I（Θ）∝１／cos3Θとなる配光特性に近づけることができる）。
　次にワークＷ上における放射照度の均一度だけでなく、ＬＥＤ光源１から射出される光の利用効率を向上させるための構成について説明する。図６のＬＥＤ光照射装置１００の各設計パラメータを示す模式図に基づいて説明する。
　ＬＥＤ光源１の発光面と光軸との交点から平凸レンズ２の凸面に引いた接線と光軸とがなす角をθ、ロッドレンズ３の入射端面において光が入射する開口径をＤ、発光面の直径をＹ、評価値をEV=D×θ×（1/Y）とする。
　図７に評価値ＥＶに対するワークＷ上の放射照度の均一度と、光の利用効率の変化を示すシミュレーション結果を示す。３つのグラフはＬＥＤ光照射装置１００の構成においてそれぞれθを変化させた場合、Yを変化させた場合、Dを変化させた場合の３つの変化パターンにおけるシミュレーション結果を示している。グラフから分かるように２５０≦ＥＶ≦３２５を満たすように構成すれば、テレセントリック光学系ＴＬの構成によらず、それぞれ好ましい均一度と効率を両立させて得られる事がわかる。したがって、本実施形態のＬＥＤ光照射装置１００はこのようなＥＶを満たすように構成されている。
　このように構成された本実施形態のＬＥＤ光照射装置１００であれば、平凸レンズ２における球面収差を利用することで、例えば光軸に対して±１０ｄｅｇの角度成分の光量を光軸上の光量よりも大きくすることができ、かつI（Θ）∝１／cos3Θとなる配光特性に近づけることができる。このような配光特性を実現しているので、ＬＥＤ光照射装置１００から光が供給されるテレセントリック光学系ＴＬのピントが合う面ＯＰ上では、放射照度の均一度を従来よりも向上させることができる。したがって、ピントが合う面ＯＰ上に配置されるワークＷの各点では、それぞれほぼ同じ光量で、かつ、ほぼ同じ照射態様の光を入射させることができる。このため、カメラ８で撮像される条件をワークＷ上の各点で揃えることができ、検査精度を従来よりも向上させることができる。
　その他の実施形態について説明する。
　前述した実施形態ではＬＥＤ光照射装置を検査システムに用いていたが、その他の用途に本発明に係るＬＥＤ光照射装置を用いても構わない。言い換えると、配光特性が光軸上における強度よりも、その周囲の角度成分の強度のほうが高くなったほうが好ましい用途にＬＥＤ光照射装置を用いてもよい。
　また、ＬＥＤ光照射装置から射出される光を必ずしもテレセントリック光学系に入射させなくてもよい。すなわち、ＬＥＤ光照射装置単体で使用してもよい。ＬＥＤ光源１から射出される光は何ら限定されるものではなく、近赤外光の他、可視光や紫外光、近赤外光以外の赤外光であっても良い。特に、可視光の場合によく利用される樹脂製のリフレクターレンズが適さない紫外光や赤外光（近赤外光を含む）に本発明は好適であり、前記平凸レンズ２やロッドレンズ３と組み合わせて、簡単に放射照度の均一性を高めることができる。
　撮像レンズは１枚のレンズで構成されたものに限られず、複数枚のレンズを組み合わせて構成されるものであってもよい。また、平凸レンズは、凸面が連続的な曲面で形成されたものに限られず、例えばフレネルレンズのように複数の分割されたレンズ要素で構成されたものであってもよい。要するに平凸レンズにおいて、凸面は球面収差がもう一方の面よりも大きく発生するものであり、このような凸面がＬＥＤ光源に対して対向させてあればよい。
　その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や、各実施形態の一部同士の組み合わせを行っても構わない。
　本発明によれば、球面収差を利用して例えば検査等に用いられるテレセントリック光学系を具備するシステムにおいて照度の均一性を向上させることができる偏りのある配光特性を有するＬＥＤ光射出装置を提供できる。また、このようなＬＥＤ光射出装置を用いて、一定領域内に均一性の高い光を照射し、ワーク上の傷やマークの検出精度を従来よりも向上させた検査システムを提供できる。

 
 

Claims (5)

  1. 　発光面を具備するＬＥＤ光源と、
    　凸面が前記発光面と対向するように設けられた平凸レンズと、
    　前記平凸レンズの平面から射出された光が入射端面に入射するように設けられたロッドレンズと、を備えたＬＥＤ光照射装置。
  2. 　前記発光面と前記平凸レンズの前側主点との距離が、前記平凸レンズの焦点距離の２倍よりも短く設定されている請求項１記載のＬＥＤ光照射装置。
  3. 　請求項１記載のＬＥＤ光照射装置と、
    　前記ロッドレンズの射出端面から射出された光が入射するテレセントリック光学系とを備えた検査システム。
  4. 　照射対象であるワークに前記テレセントリック光学系のピント位置が設定された請求項３記載の検査システム。
  5. 　前記発光面と光軸との交点から前記凸面に引いた接線と光軸とがなす角をθ、前記ロッドレンズの入射端面において光が入射する開口径をＤ、前記発光面の直径をＹ、評価値をEV=D×θ×（1/Y）とした場合に、２５０≦ＥＶ≦３２５を満たすように構成された請求項３記載の検査システム。
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