JP6748443B2 - ライン光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば工場等において製品等の対象物（ワーク）にライン状の光を照射するものであって、その外観検査などに好適に用いられるライン光照射装置に関する。

この種のライン光照射装置としては、特許文献１、２に示すように、長手方向に延びるケーシングの内部に、長手方向に沿って設けられた複数のＬＥＤと、当該複数のＬＥＤから出た光を集光してライン状の光を射出するロッドレンズとを収容したものがある。

また、ロッドレンズはプラスチック等の樹脂製のものが一般的に用いられており、この樹脂製のロッドレンズは、例えば金型を用いた押し出し成形によって製造される。

しかしながら、樹脂製のロッドレンズは、その加工の性質上、長手方向において歪みが生じてしまう。この長手方向の歪みにより、ライン光照射装置により照射されるライン光の照度ムラや照射幅の不均一が生じたり、ライン光が曲がってしまうという問題がある。

ここで、特許文献１では、ロッドレンズ表面に生じる脈打ち形状に起因する固定位置のずれを解消すべく、ロッドレンズとケーシング（具体的には固定用突起）との間に柔軟性を有する緩衝材を挿入した構成を採用している。ところが、緩衝材は柔軟性を有しているため、この構成ではロッドレンズの長手方向の歪みを矯正することができず、依然として、長手方向の歪みに起因するライン光の照度ムラが生じてしまう。

また、特許文献２では、ロッドレンズが挟持部材を介してケーシングに固定されているものの、ロッドレンズの長手方向の歪みを解消するものではない。

特開２０１０−１１２９３９号公報 特開２０１５−１２５００３号公報

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、棒状レンズの歪みを矯正しつつ棒状レンズを固定することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明にかかるライン光照射装置は、所定方向に配列された複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤの配列方向に沿って設けられ、前記複数のＬＥＤの光を集光する樹脂製の棒状レンズと、前記複数のＬＥＤ及び前記棒状レンズを収容するものであり、前記棒状レンズを挟んで設けられた一対の長手側壁部を有するケーシングと、一方の前記長手側壁部と前記棒状レンズとの間に設けられ、前記棒状レンズの長手側面を押圧して前記棒状レンズを固定する固定部材とを備え、前記固定部材は、前記棒状レンズの剛性よりも高い剛性を有する長尺状をなすものであることを特徴とする。

このようなライン光照射装置であれば、固定部材の剛性が棒状レンズの剛性よりも高いので、固定部材を棒状レンズに押圧することによって、棒状レンズを変形させることができる。特に、固定部材は長尺状のため、棒状レンズの歪みを長手方向に沿って矯正するのに好都合である。これにより、棒状レンズの歪みを矯正しつつ棒状レンズを固定することができる。

本発明では、一対の長手側壁部の両方に固定部材を設けて、それら両側の固定部材により棒状レンズを挟持しても良いが、この構成では、部品点数が増えてしまうだけでなく、棒状レンズの両側にケーシングとは別体をなす固定部材が配置されるため、ケーシングに対する棒状レンズの固定の位置決めが難しく、ひいては、ケーシングに固定された複数のＬＥＤに対して棒状レンズを精度よく位置決めすることが難しくなる恐れがある。
この問題を好適に解決するためには、他方の前記長手側壁部は、前記棒状レンズの長手側面に接触して前記棒状レンズの位置決め基準となるレンズ基準面を有しており、前記固定部材は、前記一方の長手側壁部と前記棒状レンズとの間に設けられ、前記棒状レンズの長手側面を押圧して前記棒状レンズを前記レンズ基準面に押圧するものであることが望ましい。
この構成であれば、棒状レンズは他方の長手側壁部と固定部材とにより挟まれて固定されるため、他方の長手側壁部に対する棒状レンズの位置決め精度を向上させることができる。また、部品点数を削減することができる。

ここで、一方の長手側壁部と棒状レンズとの間に固定部材を外部から押し込むことによって固定部材が棒状レンズの長手側面を押圧する構成とすることが考えられる。ところがこの構成では、押し込む際の摩擦により棒状レンズが傷ついてしまう恐れがある。また、固定部材を押し込んだ後に棒状レンズの歪みの矯正具合を調整することが難しい。
この問題を解決するためには、前記固定部材は、前記一方の長手側壁部に螺合された押しねじによって前記棒状レンズの長手側面に押圧されるものであることが望ましい。
この構成であれば、固定部材を一方の長手側壁部と棒状レンズとの間に配置した後に、押しねじにより固定部材を棒状レンズ側に押すことができ、棒状レンズが傷つくことを低減できる。また、押しねじを締めたり緩めたりすることにより、棒状レンズの歪みの矯正具合を調整することができる。

前記レンズ基準面により棒状レンズをＬＥＤから所定距離離間した位置に位置決めするためには、前記レンズ基準面は、前記ＬＥＤの光射出側を向く第１面を有することが望ましい。この構成であれば、第１面に棒状レンズを当接させることでＬＥＤに対して棒状レンズを位置決めすることができる。
また、棒状レンズを他方の長手側壁部側に向かって単に押圧するだけ、つまり、棒状レンズを光射出方向に直交する方向（横方向）から押圧するだけでは、棒状レンズが光射出側にずれてしまう恐れがあるが、前記固定部材を、前記棒状レンズの断面中心よりも前記ＬＥＤの光射出側の長手側面を押圧するように構成すれば、このような問題が生じるのを防止できる。

また、前記固定部材を、前記一方の長手側壁部と前記棒状レンズとの間に形成される隙間に配置された平板状をなすものとすれば、構成の簡素化を図ることができる。

前記複数のＬＥＤは、長尺状の基板に搭載されており、前記ケーシングは、前記他方の長手側壁部側に前記基板の長手側面に接触して前記基板の位置決め基準となる基板基準面を有し、前記基板は、前記基板基準面に接触して固定されていることが望ましい。
この構成であれば、棒状レンズ及びＬＥＤを一方の長手側壁部側を基準にして位置決めすることができ、棒状レンズ及びＬＥＤの位置決めを容易にすることができる。

ケーシングの剛性を高めるためには、前記ケーシングは、前記一対の長手側壁部と前記一対の長手側壁部を連結する底壁部とが一体形成されたものであることが望ましい。
この構成であれば、棒状レンズを押圧する固定部材からケーシングが受ける力又は固定部材により押圧された棒状レンズがケーシングに与える力によってケーシングが変形し難くなり、棒状レンズの歪みを確実に矯正することができる。なお、ケーシングや固定部材は、これを金属製とすれば、容易に一定レベル以上の剛性を確保できて好都合である。

このように構成した本発明によれば、棒状レンズの剛性よりも高い剛性を有する固定部材によって棒状レンズを押圧しているので、棒状レンズの歪みを矯正しつつ棒状レンズを固定することができる。したがって、ライン光照射装置から照射されるライン光を、照射幅が均一で照度ムラがなく、且つ真っ直ぐな光にできる。

本実施形態のライン光照射装置を用いた検査システムを示す模式図である。 同実施形態のライン光照射装置を示す斜視図である。 同実施形態のライン光照射装置を示す横断面図である。 同実施形態の固定部材を押しねじにより押した状態を示す模式図である。

以下に本発明に係るライン光照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るライン光照射装置１００は、図１に示すように、例えば検査物（ワーク）Ｗの被照射面Ｗ１にライン状の光を照射するものであり、ラインセンサ等の撮像装置２００で前記被照射面Ｗ１を撮影し、得られた画像データを、画像処理装置（図示しない）で取り込んで例えば傷や汚れ等の欠陥の有無、液体中の異物又はマーク検査等の自動検査を行う製品検査システム等に用いられる。なお、ライン状の光の照射幅は、用途に応じ適宜設定されるものであって、用途に応じたものである限り、太くても細くても良い。

図１のライン光照射装置１００は、前記被照射面Ｗ１に直交する方向（本実施形態では鉛直方向）に対して傾斜した方向からライン状の光を照射するように配置されており、撮像装置２００は、その撮像軸２００Ｃが前記被照射面Ｗ１に直交して配置されている。なお、ワークＷは、所定の搬送方向に沿って搬送される。

具体的にライン光照射装置１００は、図２及び図３に示すように、所定方向に配列された複数のＬＥＤ２と、複数のＬＥＤ２の光を集光するロッドレンズ３と、複数のＬＥＤ２及びロッドレンズ３を収容する長尺状のケーシング４とを備えている。

複数のＬＥＤ２は、矩形板状をなすＬＥＤ搭載基板２０上にその長手方向に沿って例えば一列で等間隔に搭載されている。

ロッドレンズ３は、複数のＬＥＤ２の光射出側において、複数のＬＥＤ２の配列方向に沿って設けられている。このロッドレンズ３は、断面円形状をなすものであり、プラスチック（例えば、アクリル）などの樹脂製である。

ケーシング４は、ＬＥＤ搭載基板２０及びロッドレンズ３を収容する長手方向に延びる収容空間２Ｓを有するものであり、先端面にライン状の光を射出する光射出部２Ｘが形成されている。

具体的にケーシング４は、ロッドレンズ３を挟んで長手方向に延びる互いに平行な一対の長手側壁部４１、４２と、この一対の長手側壁部４１、４２を連結する長手方向に延びる底壁部４３とを有している。底壁部４３には、長手方向に延びる放熱フィン４３Ｆが形成されている。なお、以下において、一対の長手側壁部４１、４２のうち一方の長手側壁部を右側壁部４２とし、他方の長手側壁部を左側壁部４１とする。

このケーシング４は、一対の長手側壁部４１、４２と底壁部４３とが例えば押し出し成形などにより一体形成された金属製（例えば、アルミニウム製）のものである。

また、ケーシング４の長手方向両端部には、一対の長手側壁部４１、４２の間に形成される収容空間２Ｓの長手方向両端の開口を閉塞する閉塞ブロック４４、４５が固定されている。なお、一方の閉塞ブロック４４には、複数のＬＥＤ２に給電するための給電コネクタ（不図示）が設けられている。

なお、ケーシング２の光射出部２Ｘには、ロッドレンズ３から射出されたライン光の照度分布を均一化するために拡散板６が設けられている。この拡散板６は、ロッドレンズ３の光射出側前方（上部）に設けられており、拡散板６の光射出側面（上面）には、保護カバーを設けても良い。

しかして本実施形態のライン光照射装置１００は、図３に示すように、右側壁部４２とロッドレンズ３との間に設けられ、ロッドレンズ３の長手側面３ａを押圧してロッドレンズ３を固定する固定部材５を備えている。この固定部材５により、ロッドレンズ３が左側壁部４１及び右側壁部４２の間に保持される。

この固定部材５は、樹脂製のロッドレンズ３の剛性よりも高い剛性を有するものであり、例えばアルミニウム等の金属製である。具体的に固定部材５は、矩形状且つ長尺な板材から構成されており、長手方向において等断面形状を有するものである。また、固定部材５の長手方向寸法は、ロッドレンズ３と略同一であり、固定部材５は、ロッドレンズ３の長手方向一端から他端に亘って接触する構成としてある。

以下に、固定部材５による固定構造について図３を参照して詳述する。
左側壁部４１には、ロッドレンズ３の長手側面３ａに接触してロッドレンズ３の位置決め基準となるレンズ基準面４１ｘが設けられている。このレンズ基準面４１ｘは、左側壁部４１に一体に設けられ、その内面において長手方向に沿って形成されている。

レンズ基準面４１ｘは、長手方向に直交する断面においてロッドレンズ３の周方向に離間した２箇所に接触するものであり、ＬＥＤ２の光射出側を向く第１面４１ｘ１と、当該第１面４１ｘ１よりも光射出側に形成され、右側壁部４２に正対する第２面４１ｘ２とを有している。第１面４１ｘ１は、左側壁部４１の内面から内側に突出した凸部４１１に形成されている。

また、右側壁部４２には、前記レンズ基準面４１ｘとともにロッドレンズ３を支持する支持面４２ｘが形成されている。この支持面４２ｘは、ＬＥＤ２の光射出側を向いており、右側壁部４２の内面から内側に突出した凸部４２１により形成されている。

これらレンズ基準面４１ｘ及び支持面４２ｘによりロッドレンズ３が支持された状態で、ロッドレンズ３の長手側面３ａと、右側壁部４２の内面との間に固定部材５を収容する隙間が形成される。つまり、固定部材５は、凸部４２１の光射出側を向く面（図３では上面）と、ロッドレンズ３の長手側面３ａと、右側壁部４２の内面とにより囲まれる隙間に配置される。

また、右側壁部４２には、前記隙間に収容された固定部材５をロッドレンズ３側（つまり、左側壁部４１側）に押すための押しねじ７が螺合する雌ねじ孔４２ｈが形成されている。この雌ねじ孔４２ｈは、右側壁部４２の長手方向に２箇所設けられている。

この固定構造において、固定部材５は、前記隙間に配置された状態で、押しねじ７により押されて、ロッドレンズ３の断面中心ＣよりもＬＥＤ２の光射出側の長手側面３ａを押圧するように構成されている。具体的に押しねじ７は、ロッドレンズ３の断面中心Ｃよりも光射出側にずれた位置に設けられている。そして、この押しねじ７を締め付けて平板状の固定部材５を押すことにより、固定部材５はロッドレンズ３の長手側面３ａを押圧するとともに長手側面３ａを覆うように傾斜又は変形する（図４参照）。

これにより、ロッドレンズ３は左側壁部４１側及びＬＥＤ２側（つまり、光射出側とは反対側）に押されることになり、レンズ基準面４１ｘの第１面４１ｘ１及び第２面４１ｘ２の両方に押圧され、ロッドレンズ３は左側壁部４１に対して左右方向及び上下方向に位置決め固定される。

その際、ロッドレンズ３は第２面４１ｘ２に押圧されることにより、主として左右方向における歪みが矯正される。また、ロッドレンズ３は第１面４１ｘ１に押圧されることにより、主として上下方向における歪みが矯正される。なお、ロッドレンズ３は、支持面４２ｘから離れても、接触したままでも、どちらでも構わない。

また、ケーシング４は、左側壁部４１側にＬＥＤ搭載基板２０の長手側面に接触してＬＥＤ搭載基板２０の位置決め基準となる基板基準面４ｚを有している。この基板基準面４ｚは、左側壁部４１の内面において長手方向に沿って形成されたものであっても良いし、底壁部４３の上面において左側壁部４１側に形成されたものであっても良い。そして、ＬＥＤ搭載基板２０は、基板基準面４ｚに接触した状態で、底壁部４３に固定される。これにより、ＬＥＤ搭載基板２０は、左側壁部４１に対して左右方向に位置決めされる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のライン光照射装置１００によれば、固定部材５の剛性がロッドレンズ３の剛性よりも高いので、固定部材５をロッドレンズ３に押圧することによって、ロッドレンズ３を変形させることができる。特に、固定部材５は長尺状をなすものであり、ロッドレンズ３の歪みを長手方向に沿って矯正することができる。これにより、ロッドレンズ３の歪みを矯正しつつロッドレンズ３を固定することができる。ここで、ケーシング４を金属製の一体形成品とし、固定部材５を金属製としているので、ロッドレンズ３の歪みを確実に矯正することができる。

また、ロッドレンズ３は左側壁部４１と固定部材５とにより挟まれて固定されるため、左側壁部４１に対するロッドレンズ３の位置決め精度を向上させることができる。また、部品点数を削減することができる。ここで、ＬＥＤ搭載基板２０も左側壁部４１に対して位置決めされているので、ロッドレンズ３及びＬＥＤ搭載基板２０（ＬＥＤ２）を容易且つ高精度に位置決めすることができる。

さらに、右側壁部４２とロッドレンズ３との間に配置された固定部材５が押しねじ７によってロッドレンズ３の長手側面３ａに押圧されるので、ロッドレンズ３が傷つくこともない。また、押しねじ７を締めたり緩めたりすることにより、ロッドレンズ３の歪みの矯正具合を調整することができる。

その上、固定部材５がロッドレンズ３の断面中心ＣよりもＬＥＤ２の光射出側の長手側面３ａを押圧するので、ロッドレンズ３が光射出側にずれることを防止することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、固定部材５を押しねじ７により固定するものであったが、その他、固定部材５と右側壁部４２との間に間欠的にくさび部材を挿し込むことにより固定部材５をロッドレンズ３に押圧するものであっても良い。

また、前記実施形態では、１つの固定部材５により１つロッドレンズ３を押圧するものであったが、右側壁部４２側に２つ以上の固定部材を１つのロッドレンズ３の長手方向に沿って配置して、それら２以上の固定部材により１つのロッドレンズ３を押圧するものであっても良い。加えて、一対の長手側壁部４１、４２の両側に固定部材を設けてロッドレンズ３を押圧するものであっても良い。

さらに、固定部材５の形状は前記実施形態に限られず、ロッドレンズ３と長手側壁部４１、４２との間に配置されてロッドレンズ３の長手側面３ａを押圧できる形状であれば良い。

その上、左側壁部４１に設けたレンズ基準面４１ｘは、左側壁部４１に一体形成したものの他、左側壁部４１の内面に、前記レンズ基準面４１ｘを形成するレンズ基準面形成部材を固定することによって形成しても良い。

加えて、レンズ基準面４１ｘは前記実施形態に限られず、ロッドレンズ３の長手側面に周方向の２ヶ所以上で接触する断面形状を有すれば良い。例えば、断面円形状のロッドレンズ３の場合には、レンズ基準面４１ｘは、断面部分円形状やＶ溝状をなすものであれば良い。

さらに加えて、前記実施形態では、棒状レンズとしてロッドレンズ３を用いた例を示したがその他シリンドリカルレンズ等の集光レンズを用いても良い。また、上記ライン光照射装置１００は、検査用の他、紫外光によって樹脂硬化や露光を行う用途にも適用できる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・ライン光照射装置
２・・・ＬＥＤ
２０・・・基板（ＬＥＤ搭載基板）
３・・・棒状レンズ
３ａ・・・長手側面
４・・・ケーシング
４１・・・左側壁部（他方の長手側壁部）
４１ｘ・・・レンズ基準面
４１ｘ１・・・第１面
４１ｘ２・・・第２面
４２・・・右側壁部（一方の長手側壁部）
４２ｘ・・・支持面
４３・・・底壁部
５・・・固定部材
７・・・押しねじ

Claims (7)

1. 所定方向に配列された複数のＬＥＤと、
   前記複数のＬＥＤの配列方向に沿って設けられ、前記複数のＬＥＤの光を集光する樹脂製の棒状レンズと、
   前記複数のＬＥＤ及び前記棒状レンズを収容するものであり、前記棒状レンズを挟んで設けられた一対の長手側壁部を有するケーシングと、
   一方の前記長手側壁部と前記棒状レンズとの間に設けられた固定部材とを備え、
   前記固定部材は、前記棒状レンズの剛性よりも高い剛性を有する長尺状をなすものであって、当該棒状レンズの長手側面を押圧することにより、当該棒状レンズの歪みを長手方向に沿って矯正しつつ当該棒状レンズを固定するように構成されているライン光照射装置。
2. 他方の前記長手側壁部は、前記棒状レンズの長手側面に接触して前記棒状レンズの位置決め基準となるレンズ基準面を有しており、
   前記固定部材は、前記一方の長手側壁部と前記棒状レンズとの間に設けられ、前記棒状レンズの長手側面を押圧して前記棒状レンズを前記レンズ基準面に押圧するものである請求項１記載のライン光照射装置。
3. 前記棒状レンズは、長手方向に直交する断面が円形状をなすものであり、
   前記レンズ基準面は、前記ＬＥＤの光射出側を向く第１面を有しており、
   前記固定部材は、前記棒状レンズの断面中心よりも前記ＬＥＤの光射出側の長手側面を押圧するものである請求項２記載のライン光照射装置。
4. 前記固定部材は、平板状をなすものであり、前記一方の長手側壁部と前記棒状レンズとの間に形成される隙間に配置されるものである請求項２又は３記載のライン光照射装置。
5. 前記固定部材は、前記一方の長手側壁部に螺合された押しねじによって前記棒状レンズの長手側面に押圧されるものである請求項２乃至４の何れか一項に記載のライン光照射装置。
6. 前記複数のＬＥＤは、長尺状の基板に搭載されており、
   前記ケーシングは、前記他方の長手側壁部側に前記基板の長手側面に接触して前記基板の位置決め基準となる基板基準面を有し、
   前記基板は、前記基板基準面に接触して固定されている請求項２乃至５の何れか一項に記載のライン光照射装置。
7. 前記ケーシングは、前記一対の長手側壁部と前記一対の長手側壁部を連結する底壁部とが一体形成されたものである請求項１乃至６の何れか一項に記載のライン光照射装置。