JP4493482B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光を照射して製品等の検査（外観検査の他、マーク検出等も含む）を行う際に用いられる環状の光照射装置に関するものである。

従来、円環状をなし中心軸線上に配置したワークに光を照射してその検査（例えば表面検査や印字されている文字等の検出）に用いられる光照射装置が知られている。このような光照射装置では、ワークの周囲からムラなく光が照射されるため、一方向から光が照射されることによる陰影の影響を排除して、ワーク表面の状態を検査することができる。具体的には、光照射装置の中央に開いている観測孔を通してワークの表面をＣＣＤカメラ等で撮像し、その画像処理を行うことにより自動表面検査を行うことが一般的である。

このような光照射装置の発光体として従来はハロゲンランプや蛍光灯などが用いられていたが、近時、光量が安定で寿命や即応性等にも優れたＬＥＤを使用したものが開発されている。その例が特許文献１に示すものである。

このものは、円環板状をなすブラケット上にＬＥＤを複数並び設けるとともに、それらＬＥＤを発光方向側から覆うように断面半円状の光拡散樹脂を配置している。
登録実用新案第３０８５０５８号公報

ところが、このようなものでは光が外側にも拡散してしまうため、ワークへの光照射効率が極めて悪いという大きな問題点がある。

そこで本発明は、この種の光照射装置において、前記問題点を簡単な構成で解決し、ＬＥＤから射出された光が外側に逃げないようにしてワークへの光照射効率を従来に比べ格段に向上させ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光照射装置は、中心軸線上に配置したワークに光を照射する環状をなす光照射装置であって、前記中心軸線と直交する第１の板部材と、この第１の板部材の外方端部から中心軸線と平行又は略平行にワーク側に向かって延出する第２の板部材とを具備し、前記第２の板部材の内面に反射面を設けたか、又は前記第２の板部材の内面に設けたリフレクタ部材に反射面を設けた、環状をなす枠体と、前記第１の板部材に沿って配設した基板と、前記基板のワーク側を向く面に設定したＬＥＤ保持面に配設した複数のＬＥＤと、前記枠体の内側に取り付けた環状をなす透光部材とを備えてなり、前記枠体が、第１の板部材における中心軸線と直交する方向に沿った寸法と第２の板部材における中心軸線と平行な方向に沿った寸法とを略等しくしたものであり、前記透光部材が、透光性及び光拡散性を有するとともに、前記第１の板部材の内方端部と前記第２の板部材の先端部との間に亘って取り付けられて反射面及びＬＥＤ保持面を覆う、断面視概略１／４円形状をなす薄板状のものであることを特徴とする。

このようなものであれば、ＬＥＤの外側に内向きの反射面が配置されるため、ＬＥＤから射出されて外側に拡がろうとする光が、その反射面で内向きに反射されワークに到達するため、ワークへの光照射効率が従来に比べ良好なものとなる。さらに、ＬＥＤ保持面を平面にでき、しかもそこにＬＥＤを光軸が直交するように配置すればよいことから、構成や組み立てに無理のない簡単なものにすることができる。また、ワークにより多くの角度から光が照射され、なおかつ照度分布もよりムラがなくなるので、検査に好適なものとすることができる。ここで内向きとは中心軸線方向のことをいい、外向きとはその逆をいう。内側、外側の関係も同様である。また環状とは、中心孔が開いている形状のもので、円環状に限られず、多角形状をなす環状のものであってもよい。もちろん、中心孔の形状と、外側輪郭形状とが異なるものも含まれる。

これと同様にワークへの光照射効率を向上させるための光照射装置としては中心軸線上に配置したワークに光を照射する環状をなす光照射装置であって、前記中心軸線と直交する第１の板部材と、この第１の板部材の外方端部から中心軸線と平行又は略平行にワーク側に向かって延出する第２の板部材とを具備し、前記第１の板部材のワーク側を向く面に反射面を設けたか、又は前記第１の板部材のワーク側を向く面に設けたリフレクタ部材に反射面を設けた、環状をなす枠体と、前記第２の板部材の内面に沿って配置した基板と、前記基板の内面に設定したＬＥＤ保持面に配設した複数のＬＥＤと、前記枠体の内側に取り付けた透光部材とを備えてなり、前記枠体が、第１の板部材における中心軸線と直交する方向に沿った寸法と第２の板部材における中心軸線と平行な方向に沿った寸法とを略等しくしたものであり、前記透光部材が、透光性及び光拡散性を有するとともに、前記第１の板部材の内方端部と前記第２の板部材の先端部との間に亘って取り付けられて反射面及びＬＥＤ保持面を覆う、断面視概略１／４円形状をなす薄板状のものであることを特徴とするものを挙げることができる。この態様は、ワークを近接配置する場合に好適である。

さらに、外側に拡がる光の損失を防ぎ、ワークへの光照射効率を一層向上させるためには、前記中心軸線に直交又は略直交し、前記ワーク側を向くように設定されるＬＥＤ保持面と、前記ＬＥＤ保持面に配設した複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤの外側に配置され、前記中心軸線の外側に膨らむように湾曲又は屈曲する内向きの反射面とを備えているものが望ましい。

上記同様にワークへの光照射効率を一層向上させるためには、前記中心軸線と平行又は略平行をなす内向きのＬＥＤ保持面と、前記ＬＥＤ保持面に配設した複数のＬＥＤと、前記ＬＥＤの反ワーク側に配置され、前記反ワーク側に膨らむように湾曲又は屈曲する前記ワーク側向きの反射面とを備えているものも挙げることができる。

透光性及び光拡散性を有する透光部材としては、透明板とその透明板に混入させた多数の光散乱粒子とからなるものを挙げることができる。

光拡散粒子とは、例えばフィラである。

ＬＥＤからでた光の色を変えるには、前記透光部材が、透明板とその透明板に混入させた多数の蛍光粒子とからなるものであることが好ましい。蛍光粒子からＬＥＤ本来の光の色とは異なる色の光が射出されるからである。このような蛍光粒子としては、例えばＹＡＧ系やノンＹＡＧ系のものが知られている。

反射効率を考えた場合、前記反射面が鏡面であることが望ましく、また光の拡散性を向上させるには、反射面が光拡散性を有する白色系の面であることが望ましい。

さらに効率を上げるには、前記ＬＥＤ保持面が鏡面又は光拡散性を有する白色系の面であることが好ましい。なお、鏡面とは凹凸を有したものであっても構わない。

このような構成の本発明によれば、ＬＥＤから射出される光のうち、ワークに向かわない光を反射面によって、１回乃至複数回反射し、ワークに向かわせることができるので、従来の光照射装置に比べ、光照射効率を向上させることが簡単な構成で可能になる。

＜第１実施形態＞
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る光照射装置１は、図１、図２に示すように、中央に観測孔１ａを有する円環状をなすもので、その中心軸線Ｃ上であって所定距離離間した位置に配置したワークＷに周囲からムラなく光を照射することができる。なお、ワークＷとは例えば製品の全部又は一部の検査すべき領域のことであり、前記観測孔１ａはワークＷよりも大きく設定してある。

具体的にこのものは、図３に示すように、円環状をなす基板２と、その基板２に半田付け等により取り付けた多数のＬＥＤ３と、前記配線基板２及びＬＥＤ３を支持する円環状の枠体４と、前記枠体４に取り付けたやはり円環状の透光部材５とを備えている。

基板２は円環状をなす等厚平板であり、例えばプリント配線基板と称されるものである。

ＬＥＤ３は、例えば発光素子（図示しない）と、その発光素子を内部にモールドする樹脂性の砲弾型モールド部材３１と、前記発光素子から前記モールド部材２１を通って外側に延出する一対のリード３２とを備えたもので、前記基板２の一方の面に設定したＬＥＤ保持面２ａに光軸が直交又は略直交するように配置される。本実施形態では、これらＬＥＤ３を複数列（３列）に円環状に配置しているが、１列でも構わない。これらＬＥＤ３へは所定の電源からケーブル（いずれも図示しない）を介して電力供給されるようにしてある。なお、ＬＥＤ３は砲弾型のものに限られず、チップ型のものや、電流を連続して２００ｍＡ以上流せるパワーＬＥＤなど、他のタイプのものでもかまわない。

枠体４は、前記中心軸線Ｃに直交する第１の板部材４１と、この第１の板部材４１の外方端部から中心軸線Ｃ方向に延出する第２の板部材４２とからなる断面が概略Ｌ字状をなすものである。そして前記第１の板部材４１の一方の面（第２の板部材４２が延びる方向の面）に、ＬＥＤ３を取り付けた前記基板２を配設して、ＬＥＤ保持面２ａが前記中心軸線Ｃに直交し、ＬＥＤ３の光軸が同中心軸線Ｃに平行となるようにしている。また、ＬＥＤ３の外側に位置する前記第２の板部材４２の内向き面には、鏡面を設け、これを光を反射する反射面４ａとしている。この反射面４ａは中心軸線Ｃ周りを周回する円筒内面であり、ＬＥＤ保持面２ａの外側から中心軸線Ｃと平行に延出させてその先端がＬＥＤ３の先端よりもワークＷ側に位置するようにしてある。また枠体４の外周面、すなわち第２の板部材４２の外周面には、ＬＥＤ３の近傍に溝を複数形成することにより放熱フィンＦを設けている。さらに、基板２の裏面と第１の板部材４１との間には、少なくとも空気より熱伝導性に優れた熱伝導部材６（例えば柔軟性のあるシリコーン等）を入れて基板２と第１の板部材４１とにそれぞれ密着するようにし、ＬＥＤ３からの熱を熱伝導部材６を介して枠体４に伝え、放熱フィンＦから外気へ効率的に逃がすようにして温度上昇を極力防ぎ、その温度上昇によるＬＥＤ３の劣化を防止している。

透光部材５は、前記第１の板部材４１の内方端部と前記第２の板部材４２の先端部との間に亘って取り付けられた断面１／４円形状をなす薄板状のものであり、前記ＬＥＤ保持面２ａ及び反射面４ａの内側及びワークＷ側を覆うように配置される。具体的にこのものは、一定厚みを有する例えば樹脂性の透明板５１とその透明板５１に混入させた多数の光散乱粒子であるフィラ５２とを備えた透光性及び光拡散性を有するものである。

このような構成において、ＬＥＤ３から射出された光のうち、中心軸と略平行乃至内向きに進む光は、透光部材５を通過することにより拡散光となってワークＷに照射される。一方、外側に拡がる光は、前記反射面４ａで内向きに反射された後、透光部材５を通過することにより拡散光となってやはりワークＷに照射される。

したがって、この実施形態によれば、ＬＥＤ３からでた光のほぼすべてがワークＷに照射されるため、光照射効率を大きく向上させることができる。すなわち、同じ照度であれば従来のものよりＬＥＤ３の発光強度を低くして消費電力を低減し、同じ供給電力であれば、従来のものよりもワークＷでの照度を上げることができる。

また、平面状のプリント配線基板２にＬＥＤ３を垂直に配設し、枠体４に組み込んで透光部材５を取り付ければよいだけの構成であり、組み立てに特に負担が生じることはなく、また各部材にも複雑な形状や製作工程は要求されないため、非常に構成が簡単である。

さらに、透光部材５を光が通過するため、ワークＷにより多くの角度から光が照射され、なおかつ照度分布もよりムラがないものとなる。

＜第２実施形態＞

以下に第２実施形態を図４を参照して説明する。なお、前記第１実施形態における部材と対応する部材には同一の符号を付している。

本実施形態に係る光照射装置１は、前記第１実施形態とＬＥＤ３及び枠体４の構成が異なり、なかでも反射鏡４ａの構成が大きく異なる。

ＬＥＤ３としては、２００ｍＡ以上の電流を流すことが可能ないわゆるパワーＬＥＤと称される面実装タイプのものを用い、ＬＥＤ保持面２ａに光軸が直交又は略直交するように配置している。本実施形態では、これらＬＥＤ３を１列に円環状に配置しているが、複数列でも構わない。これらＬＥＤ３へは所定の電源からケーブル（いずれも図示しない）を介して電力供給されるようにしてある。

本実施形態の枠体４は、前記中心軸線Ｃの直交する第１の板部材４１と、この第１の板部材４１の外方端部から中心軸線Ｃ方向に延出する第２の板部材４２とからなり、さらにこの第２の板部材４２のワークＷ側内方端部に設けたリフレクタ部材４３とからなる。そして前記第１の板部材４１の一方の面（第２の板部材４２が延びる方向の面）に、ＬＥＤ３を取り付けた前記基板２を配設して、ＬＥＤ保持面２ａが前記中心軸線Ｃに直交し、ＬＥＤ３の光軸が同中心軸線Ｃに平行となるようにしている。また、前記第２の板部材４２に設けたリフレクタ部材４３は、前記第２の板部材４２から延出している基材４３１とその基材４３１の中心軸線Ｃ側からＬＥＤ３方向に突出した突出部材４３２とからなる。この基材４３１と突出部材４３２との内向き面により、中心軸線Ｃの外側に膨らむように屈曲した鏡面（湾曲した鏡面でも構わない）を形成し、これを光を反射する反射面４ａとしている。この反射面４ａは中心軸線Ｃ周りを周回する屈曲面（湾曲面）であり、ＬＥＤ３から外側に拡がる光のほとんど全てを反射できるように、反射面４ａの反ワーク側端部の位置を設定している。

なお、リフレクタ部材４３の反射面４ａの反ワーク側端部を、ＬＥＤ保持面２ａとＬＥＤの外側で連続するようにしても良い。さらに、この場合には、リフレクタ部材４３を設けるまでもなく、第２の板部材４２の内向き面により、中心軸線Ｃの外側に膨らむように屈曲あるいは湾曲した鏡面を形成するようにしても良い。

このように構成した本実施形態の光照射装置１によれば、反射面が４ａが平面のものに比して、さらに２０％程度光照射効率を向上させることができる。

なお、本発明は前記第１、第２実施形態に限られるものではない。

例えば、図５に示すように、中心軸線Ｃに直交する第１の板部材４１のワークＷ側の面に反射面４ａを設けるとともに、第２の板部材４２の内面に基板２を配設してその内向き面をＬＥＤ保持面２ａとし、ＬＥＤ３をラジアル方向に内側を向くように配設するようにしたものでも構わない。ここで基板２はフレックス性を有する帯状のものを用い、それを平板状態にしてＬＥＤ３を取り付けた後、ＬＥＤ３が内側を向くように周回湾曲させて前記第２の基板２の内面に取り付けるようにしている。なお、この図５において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。

さらに、図６に示すように、中心軸線Ｃに直交する第１の板部材４１のワークＷ側の面にリフレクタ部材４３を設け、このリフレクタ部材４３に反射面４ａを設けるとともに、第２の板部材４２の内面に基板２を配設してその内向き面をＬＥＤ保持面２ａとし、ＬＥＤ３をラジアル方向に内側を向くように配設するようにしたものでも構わない。なお、この図６において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。

その他にも本発明は種々変形が可能である。

例えば前記反射面は鏡面のみならず、白色系塗料を塗布したり、白色系樹脂板で構成するなどして、光拡散性を有したものにしても構わない。このことにより、射出される光の拡散性をより強くすることができる。

また、ＬＥＤ保持面に第２の反射面を設けるようにしても構わない。このようにすれば、ＬＥＤの後方に射出される光や、複数回反射してＬＥＤ保持面に到達した光をも、ワークに向かわせることが可能になるため、ワークへの光照射効率をさらに向上させることができる。もちろん、このＬＥＤ保持面は鏡面のみならず、光拡散性を有した面であってもよい。

さらに、ＬＥＤはプリント配線基板に保持させるのが組み立て容易化の上で好適であるが、枠体に直接配置するような態様であっても構わない。透光部材は必ずしも必要でないし、その形状も１／４円状に限られず、断面が直線形状などでもよい。その他本発明は前記図示例等に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

加えて、ＬＥＤからでた光の色を変えるべく、前記透光部材に、光散乱粒子に代えて蛍光粒子を用いてもよい。例えば青色ＬＥＤを用いる場合に、ＹＡＧ系あるいはノンＹＡＧ系の蛍光粒子を利用すれば、蛍光粒子がＬＥＤからの光によって励起されて別の色の光を出すため、それらが混ざり合って白色光を得ることができる。もちろん、蛍光粒子の種類やＬＥＤの色に応じて他の色の光を得ることができるのは言うまでもない。さらに、光散乱粒子と蛍光粒子を混合させても構わない。

その他本発明は、前記図示例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で、種々変形が可能である。

本発明の第１実施形態における光照射装置の中央縦端面図。 同実施形態における光照射装置の平面図。 同実施形態における光照射装置の要部を示す部分拡大端面図。 本発明の第２実施形態における光照射装置の要部を示す部分拡大端面図。 本発明の他の実施形態における光照射装置の要部を示す部分拡大端面図。 本発明の他の実施形態における光照射装置の要部を示す部分拡大端面図。

符号の説明

１・・・光照射装置
２ａ・・・ＬＥＤ保持面
３・・・ＬＥＤ
４ａ・・・反射面
５・・・透光部材
５１・・・透明板
５２・・・光散乱粒子（フィラ）
Ｃ・・・中心軸線
Ｗ・・・ワーク

Claims (6)

1. 中心軸線上に配置したワークに光を照射する環状をなす光照射装置であって、
   前記中心軸線と直交する第１の板部材と、この第１の板部材の外方端部から中心軸線と平行又は略平行にワーク側に向かって延出する第２の板部材とを具備し、
   前記第２の板部材の内面に反射面を設けたか、又は前記第２の板部材の内面に設けたリフレクタ部材に反射面を設けた、環状をなす枠体と、
   前記第１の板部材に沿って配設した基板と、
   前記基板のワーク側を向く面に設定したＬＥＤ保持面に配設した複数のＬＥＤと、
   前記枠体の内側に取り付けた環状をなす透光部材とを備えてなり、
   前記枠体が、第１の板部材における中心軸線と直交する方向に沿った寸法と第２の板部材における中心軸線と平行な方向に沿った寸法とを略等しくしたものであり、
   前記透光部材が、透光性及び光拡散性を有するとともに、前記第１の板部材の内方端部と前記第２の板部材の先端部との間に亘って取り付けられて反射面及びＬＥＤ保持面を覆う、断面視概略１／４円形状をなす薄板状のものであることを特徴とする光照射装置。
2. 中心軸線上に配置したワークに光を照射する環状をなす光照射装置であって、
   前記中心軸線と直交する第１の板部材と、この第１の板部材の外方端部から中心軸線と平行又は略平行にワーク側に向かって延出する第２の板部材とを具備し、
   前記第１の板部材のワーク側を向く面に反射面を設けたか、又は前記第１の板部材のワーク側を向く面に設けたリフレクタ部材に反射面を設けた、環状をなす枠体と、
   前記第２の板部材の内面に沿って配置した基板と、
   前記基板の内面に設定したＬＥＤ保持面に配設した複数のＬＥＤと、
   前記枠体の内側に取り付けた透光部材とを備えてなり、
   前記枠体が、第１の板部材における中心軸線と直交する方向に沿った寸法と第２の板部材における中心軸線と平行な方向に沿った寸法とを略等しくしたものであり、
   前記透光部材が、透光性及び光拡散性を有するとともに、前記第１の板部材の内方端部と前記第２の板部材の先端部との間に亘って取り付けられて反射面及びＬＥＤ保持面を覆う、断面視概略１／４円形状をなす薄板状のものであることを特徴とする光照射装置。
3. 前記透光部材が、透明板とその透明板に混入させた多数の光散乱粒子とからなるものである請求項１又は２記載の光照射装置。
4. 前記透光部材が、透明板とその透明板に混入させた多数の蛍光粒子とからなるものである請求項１又は２記載の光照射装置。
5. 前記反射面が鏡面又は光拡散性を有する白色系の面である請求項１、２、３又は４記載の光照射装置。
6. 前記ＬＥＤ保持面が鏡面又は光拡散性を有する白色系の面である請求項１、２、３、４又は５記載の光照射装置。