特開 2017-133984 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-133984(P2017-133984A)

(43)【公開日】2017年8月3日

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/84 20060101AFI20170707BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/84 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-15090(P2016-15090)

(22)【出願日】2016年1月29日

(71)【出願人】

【識別番号】392026888

【氏名又は名称】京都電機器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092727

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 忠昭

(74)【代理人】

【識別番号】100146891

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 ひろ美

(72)【発明者】

【氏名】車谷 寿光

(72)【発明者】

【氏名】野村 幸男

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA73

2G051AB01

2G051AB02

2G051AB14

2G051BA01

2G051BB01

2G051BB11

2G051CA04

2G051CA06

(57)【要約】

【課題】光源からの光を効率良く照明に利用可能な照明装置の提供
【解決手段】照明装置１Ａは、リング状光源２と、反射面４３ｃを有する反射部材４Ａと、を備え、反射面４３ｃは、２つの焦点Ｆ，Ｆ’を有する楕円Ｂの一部を成す曲線を、中心軸Ｃを中心に１回転させることにより空間内に形成される凹曲面である。リング状光源２の各ＬＥＤ６の光軸Ｐを含む有効配光角内の全ての光が反射面４３ｃに当たるように各ＬＥＤ６と反射面４３ｃとの位置関係が定められ、リング状光源２の各ＬＥＤ６から発し反射面４３ｃで反射した光を照射面Ｘに照射する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸を中心に環状に配置された複数の発光源を有するリング状光源と、
前記複数の発光源から発せられた光を反射するための反射面を有する反射部材と、を備え、
前記反射面は、前記中心軸及び前記複数の発光源のうちの１つを含む断面のうちの前記中心軸で区分される一方の半断面において、前記発光源を第１の焦点とし第２の焦点を前記中心軸を挟んで前記第１の焦点の反対側に位置する点とした楕円の一部を成す曲線を、前記中心軸を中心に１回転させることにより空間内に形成される凹曲面であり、
前記リング状光源の各発光源の光軸を含む有効配光角内の全ての光が前記反射面に当たるように各発光源と前記反射面との位置関係が定められ、前記リング状光源の各発光源から発し前記反射面で反射した光を照射面に照射するようにしたことを特徴とする照明装置。

【請求項2】

前記照射面は、前記第１の焦点と前記第２の焦点の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

【請求項3】

中心軸を中心に環状に配置された複数の発光源を有するリング状光源と、
前記複数の発光源から発せられた光を反射するための反射面を有する反射部材と、を備え、
前記反射面は、前記中心軸及び前記複数の発光源のうちの１つを含む断面のうちの前記中心軸で区分される一方の半断面において、前記発光源を第１の焦点とし第２の焦点を前記中心軸上に位置する点とした楕円の一部を成す曲線を、前記中心軸を中心に１回転させることにより空間内に形成される凹曲面であり、
前記リング状光源の各発光源の光軸を含む有効配光角内の全ての光が前記反射面に当たるように各発光源と前記反射面との位置関係が定められ、前記リング状光源の各発光源から発し前記反射面で反射した光を前記回転軸上の第２の焦点又はその近傍に照射し、
前記中心軸は、各発光源の上記光軸に沿って延びることを特徴とする照明装置。

【請求項4】

前記反射面は、各発光源からの光を拡散反射させる拡散反射面であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の照明装置。

【請求項5】

前記リング状光源を支持するベースを更に備え、前記ベースの片面に前記リング状光源が固定され、前記ベースの他面には複数の放熱フィンが突設されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば画像処理検査等において被検査物を照明するために用いられる照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、液晶パネルや半導体等の工業製品の品質、例えば、ハンダ付けの不良や異物の付着等、あるいは飲料用缶に印字される製造日等の印字等を製造ライン上で検査する際に、ＣＣＤカメラ等による撮像を利用した画像処理検査が行われている。この画像処理検査においては、被検査物の種類や大きさ等によって最適な照明装置が使用される。例えば、特許文献１に示す様なドーム状照明装置が用いられている。

【0003】

図９に、一般的なドーム状照明装置の一例を示す。このドーム状照明装置１０１は、複数のＬＥＤ１０６から発せられた光をドーム状の反射面１４３により反射させ、このようにして反射された反射光により照射面Ｘにおかれた被検査物Ｙを照らすように構成されている。

【0004】

また、特許文献２では、反射面を楕円の一部をなす曲面で構成された照明装置が提案されている。この照明装置では、筒体の外周に複数のＬＥＤが並べて配置され、各ＬＥＤからの光が反射面により照射面へ向けて反射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−８４２５８号公報

【特許文献2】特開２００３−４６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、図９に示す様なドーム状照明装置１０１では、ＬＥＤ１０６から発せられた有効光の一部はドーム状の反射面１４３を規定するドーム１０４内で反射を繰り返して減衰したり、また反射を繰り返すことによってＬＥＤ１０６から発せられた光を効率良く被検査物の照明に利用することができないという問題があった。

【0007】

また、特許文献２に開示の照明装置においては、複数のＬＥＤを筒体の外周に配置するために構成が複雑になり、製造コストが高くなるという問題があった。

【0008】

本発明は、光源からの光を効率良く照明に利用可能な照明装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る照明装置は、中心軸を中心に環状に配置された複数の発光源を有するリング状光源と、前記複数の発光源から発せられた光を反射するための反射面を有する反射部材と、を備え、前記反射面は、前記中心軸及び前記複数の発光源のうちの１つを含む断面のうちの前記中心軸で区分される一方の半断面において、前記発光源を第１の焦点とし第２の焦点を前記中心軸を挟んで前記第１の焦点の反対側に位置する点とした楕円の一部を成す曲線を、前記中心軸を中心に１回転させることにより空間内に形成される凹曲面であり、前記リング状光源の各発光源の光軸を含む有効配光角内の全ての光が前記反射面に当たるように各発光源と前記反射面との位置関係が定められ、前記リング状光源の各発光源から発し前記反射面で反射した光を照射面に照射するようにしたことを特徴とする。

【0010】

また、前記照射面は、前記第１の焦点と前記第２の焦点の間に位置することを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る照明装置は、 中心軸を中心に環状に配置された複数の発光源を有するリング状光源と、前記複数の発光源から発せられた光を反射するための反射面を有する反射部材と、を備え、
前記反射面は、前記中心軸及び前記複数の発光源のうちの１つを含む断面のうちの前記中心軸で区分される一方の半断面において、前記発光源を第１の焦点とし第２の焦点を前記中心軸上に位置する点とした楕円の一部を成す曲線を、前記中心軸を中心に１回転させることにより空間内に形成される凹曲面であり、前記リング状光源の各発光源の光軸を含む有効配光角内の全ての光が前記反射面に当たるように各発光源と前記反射面との位置関係が定められ、前記リング状光源の各発光源から発し前記反射面で反射した光を前記回転軸上の第２の焦点又はその近傍に照射し、前記中心軸は、各発光源の上記光軸に沿って延びることを特徴とする。

【0012】

また、前記反射面は、各発光源からの光を拡散反射させる拡散反射面であることを特徴とする。

【0013】

更に、本発明に係る照明装置は、前記リング状光源を支持するベースを更に備え、前記ベースの片面に前記リング状光源が固定され、前記ベースの他面には複数の放熱フィンが突設されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の照明装置によれば、発光源は反射面を規定する楕円の第１の焦点に位置するので、発光源からの有効光は、反射面により楕円の第２の焦点に向かって反射されるので、反射部材内において繰り返し反射されて減衰することがなく、照射面における照度を向上できる。また、楕円の第２の焦点を、第１の焦点から中心軸を挟んで反対側に置くことにより、第１の焦点と第２の焦点との間に位置する照射面上における照射領域を広くできると共に、照射領域における照度を均一にできる。

【0015】

また、反射部材の反射面を楕円の一部をなす曲面で構成したので、反射部材の縦寸法（中心軸に沿う方向における長さ寸法）を小さくできる。

【0016】

また、反射面を拡散反射面とすることにより、被検査物に対して種々の方向から光を当てることができ、被検査物上に不要な影が生じるのを防止できる。

【0017】

更に、片面にリング状光源が固定されるベースの他面には複数の放熱フィンが突設されているので、各発光源からの熱をベースを介して放熱フィンに伝達させ、放熱フィンを介して大気中に放出させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す斜視図。

【図2】図１に示す照明装置の分解斜視図。

【図3】図１のイ―イ’線から断面した拡大断面図。

【図4】図１に示す照明装置における照射範囲を説明する平面図。

【図5】図１に示す照明装置を用いた照度の検証方法を説明する概略図。

【図6】図１に示す照明装置と図９のドーム状照明装置の照度を示すグラフ。

【図7】本発明の第２実施形態に係る照明装置の断面図。

【図8】照明範囲における照度分布を示すグラフ。

【図9】従来のドーム状照明装置の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［第１実施形態］
以下、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る照明装置について説明する。図１〜図３を参照して、本実施形態に係る照明装置１は、リング状光源２と、リング状光源２を支持するリング状のベース３と、ベース３に取り付けられた反射部材４と、を備える。

【0020】

リング状光源２は、リング状の基板５と、基板５に配置された複数のＬＥＤ（発光源）６と、を備える。基板５は、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属からなり、中央部にＣＣＤカメラＺで撮影するための覗き穴となる開口５１を設けている。
各ＬＥＤ６は、所定の配光領域内で発光する配光性の広いパワーＬＥＤから構成されている。これらのＬＥＤ６は、その光軸Ｐ（図３）が照明装置１の中心軸Ｃと平行になるように、基板５の上面に環状に配置されて固定されている。また、各ＬＥＤ６はリード線（図示せず）を介して相互に電気的に接続されると共に、外部電源（図示せず）より各ＬＥＤ６へ電力が供給される。

【0021】

アルミニウム等の熱伝導性の高い金属から構成したリング状のベース３は、その中央部に基板５の開口５１と同一寸法の開口３１が設けられ、ベース３の片面３２にリング状光源２が載置固定されている。また、ベース３の片面３２の周縁部には環状の切欠き段部３２ａが設けられている。ベース３の他面３３には複数の環状の放熱フィン３４が同心円状に凸設されている。かかる構成により、各ＬＥＤ６からの熱は基板５を介してベース３に伝達され、放熱フィン３４から大気中へ放熱される。

【0022】

反射部材４は略キャップ状に構成され、その開放端側部４１がベース３の切欠き段部３２ａに当接されて固定されている。また、反射部材４の開放端側とは反対側の基端部側には、覗き孔となる開口４２が設けられている。反射部材４の内面は反射面とされており、ここでは特に光が拡散反射されるべく白色塗装の表面処理が施された拡散反射面４３とされている。

【0023】

拡散反射面４３は、反射部材４の基端部側に位置する第１の拡散反射面４３ａと、開放端側に位置し中心軸Ｃを中心とした円筒形状に構成された第２の拡散反射面４３ｂと、を有する。第１の拡散反射面４３ａは楕円（二次の非球面曲線）Ａ，Ａ’の一部を構成する凹曲面とされている。この楕円Ａ，Ａ’は２つの焦点Ｆ，Ｆ’を有し、一方の焦点（第１焦点）ＦがＬＥＤ６に位置し、他方の焦点（第２焦点）Ｆ’が中心軸Ｃと照射面Ｘとの交点に位置する。

【0024】

すなわち、楕円Ａ（又はＡ’）の２つの焦点Ｆ，Ｆ’を結ぶ線である長軸Ｓは中心軸Ｃに対して角度θ１だけ傾斜しており、第２焦点Ｆ’を固定して楕円Ａを中心軸Ｃを中心に１回転させることにより形成される曲面の一部が、三次元空間における第１の拡散反射面４３ａとなっている。よって、楕円Ａの長軸Ｓは、各ＬＥＤ６の光軸Ｐに対して角度θ１だけ傾斜している。なお、これらの配置は多少ずれていても実用上は差し支えない。

【0025】

ここで、各ＬＥＤ６から発する光の光軸Ｐを中心とした有効発光角の半値をｗとすると、ＬＥＤ６からは、光軸Ｐを中心とした有効発光角範囲±ｗ内にほとんどの光が放射される。そして、第１の拡散反射面４３ａは、各ＬＥＤ６から発光される有効発光角範囲±ｗを確実にカバーする位置に設けられている。即ち、第１の拡散反射面４３ａは、ＬＥＤ６から発した有効発光角範囲±ｗ内の光（即ち、有効光）のうち、光軸Ｐから角度−ｗだけ離れた最外角の光Ｌ１と、光軸Ｐから角度＋ｗだけ離れた他方の最外角の光Ｌ２を、第１の拡散反射面４３ａにより拡散反射できるように決定される。なお、ＬＥＤ６からの一部の光は第２の拡散反射面４３ｂで拡散反射されるが、被検査物の照明に寄与するものではない。

【0026】

このような配置とすることにより、ＬＥＤ６から放射された有効光（有効発光角範囲±ｗ内の光）は全て第１の拡散反射面４３ａで焦点Ｆ’に向かって拡散反射される。また、各ＬＥＤ６は基板５の内側縁近傍に配置されているので、第１の拡散反射面４３ａで拡散反射された拡散反射光（反射光）は、基板５やベース３に邪魔されることなく、基板５の開口５１及びベース３の開口３１を介して照射面Ｘの焦点Ｆ’またはその近傍に照射される。よって、ＬＥＤ６から放射された有効発光角範囲±ｗ内の有効光が反射拡散面４３により繰り返し反射されて減衰するといった問題が生じず、ＬＥＤ６からの有効光を確実に照射面Ｘに照射させることができる。

【0027】

楕円Ａは次の様にして決定される。即ち、予め規定されている照明装置１の設置領域（ＣＣＤカメラＺと照射面Ｘとの間の領域）に基づく照明装置１のサイズや照射面Ｘから照明装置１までの距離Ｄ（ワークディスタンス）に基づき、焦点Ｆ，Ｆ’の位置や楕円Ａの形状を選択する。例えば、縦方向（中心軸Ｃに沿う方向）における照明装置１の寸法（厚み）を小さく抑える場合には、長軸Ｓの中心軸Ｃに対する傾き角度θ１を大きく設定し、横方向（中心軸Ｃに垂直な方向）に比較的長い楕円とする。逆に、照明装置１の横方向の寸法を小さく抑える場合には、長軸Ｓの中心軸Ｃに対する傾き角度θ１を小さく設定し、縦方向に比較的長い楕円とする。

【0028】

次に、このように構成された照明装置１の動作について説明する。リング状光源２に電力を供給すると、各ＬＥＤ６が発光する。ＬＥＤ６が発光することによりＬＥＤ６は発熱するが、各ＬＥＤ６からの熱は基板５を介してベース３に伝達され、放熱フィン３４から大気中に放熱される。

【0029】

一方、ＬＥＤ６から発せられた有効光は、全て第１の拡散反射面４３ａで拡散反射され照射面Ｘに照射される。このとき、各ＬＥＤ６による照射面Ｘでの照射範囲は、図４中にＤ’で示すように焦点Ｆ’を中心とする略長楕円形状となるが、複数のＬＥＤ６がリング状に配置されているため、このような略長楕円形状の照明が照射面Ｘ上で複数重なり合い、その結果、図４中にＤで示す様な円形状の照射範囲が得られる。

【0030】

そして、この照明装置１を用いて画像処理検査を行うには、上述した照射面Ｘ上における照射範囲Ｄ内に被検査物Ｙ（図１参照）を載置し、被検査物Ｙを照明する。照明装置１の上方に設置されたＣＣＤカメラＺを用いて照明装置１の覗き孔（即ち、開口４２，５１，３１）から被検査物（被照射物）Ｙを撮影し、得られた画像信号に基づき画像処理検査を行う。

【0031】

このように、本実施形態における照明装置１では、各ＬＥＤ６からの有効光は、拡散反射面４３（より具体的には、第１の拡散反射面４３ａ）により拡散反射された後、確実に基板５の開口５１及びベース３の開口３１を介して照射面Ｘ側に照射させることができる。また、第１の拡散反射面４３ａを規定する楕円Ａの他方の焦点Ｆ’上（または焦点Ｆ’近傍）に照射面Ｘを設定することで、各ＬＥＤ６からの有効光を確実に照明に利用でき、より高い照度で照明できる。

【0032】

更に、鏡面に代えて拡散反射面４３を用いるため、被検査物Ｙを照らした際に不要な影が生じにくくなり、画像処理検査をより正確に行うことができる。

【0033】

［実施例］
本実施形態に係る照明装置１と従来のドーム状照明装置１’を用いた場合における照度の違いを比較した。この実験では、図５に示す様に、ドーム状照明装置１’及び照明装置１の各々に対向させて照度計Ｅを配置し、この照度計Ｅを用いて各照明装置１，１’による照度を測定した。従来のドーム状照明装置１’には、ドーム照明ＫＤＤＤ２―ＰＫ８０Ｗ（株式会社京都電機器社製）を用い、照度計Ｅには、デジタル照度計ＩＭ−５（株式会社トプコンテクノハウス社製）を用いた。ワークディスタンスＤ（照明装置１，１’から照度計Ｅまでの距離）は５ｍｍである。即ち、照度形Ｅの位置が被検査物Ｙを置く照射面Ｘである。リング状光源（２）への印加電流は１．１Ａとした。

【0034】

その測定結果を図６に示す。図６における横軸は、中心軸Ｃを基準として左右方向への距離を示し、縦軸は従来のドーム状照明装置１’における最も高い照度を１００％とした場合における明るさの割合を示している。図６から理解される通り、本実施形態の照明装置１では、従来のものと比較して約１１７％の照度を得ることができた。

【0035】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る照明装置について説明する。なお、上述した第１実施形態の照明装置１と実質同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

【0036】

図７を参照して、本実施形態に係る照明装置１Ａは、上述した照明装置１と略同一の構成を有するが、反射部材４に代えて反射部材４Ａを備え、この反射部材４Ａの第１の拡散反射面４３ｃを図３の楕円Ａ―Ａ’に代えて、楕円（二次の非球面曲線）Ｂ，Ｂ’の一部を構成させた点で異なる。

【0037】

この楕円Ｂ，Ｂ’は各々に２つの焦点Ｆ，Ｆ’を有し、各々の一方の焦点（第１焦点）ＦはＬＥＤ６に位置する。各々の他方の焦点（第２焦点）Ｆ’は、一方の焦点Ｆからみて中心軸Ｃの反対側に位置している。即ち、２つの焦点Ｆ，Ｆ’は中心軸Ｃの左右両側に位置している。

【0038】

そして、上述した楕円Ａ（又はＡ’）と同様、楕円Ｂ（又はＢ’）の２つの焦点Ｆ，Ｆ’を結ぶ線である長軸は中心軸Ｃに対して所定角度だけ傾斜しており、中心軸Ｃを中心に楕円Ｂを１回転させることにより形成される曲面の一部が、三次元空間における第１の拡散反射面４３ｃとなっている。また、楕円Ｂの長軸は、各ＬＥＤ６の光軸（Ｐ）に対して上記所定角度だけ傾斜している。また、照射面Ｘは、焦点Ｆ’より少し上方に（焦点Ｆ寄り）に設けられる。

【0039】

かかる構成においても、ＬＥＤ６から放射された有効光は全て第１の拡散反射面４３ｃで拡散反射され、基板５の開口５１及びベース３の開口３１を介して照射面Ｘに照射される。よって、ＬＥＤ６からの有効光が反射拡散面４３Ａにより繰り返し反射されることにより減衰してしまうといった問題が生じず、ＬＥＤ６からの有効光を確実に照射面Ｘに照射させることができる。

【0040】

また、照射面Ｘを楕円Ｂ（又はＢ’）の２つの焦点Ｆ，Ｆ’の間に設定していることから、上述した第１実施形態におけるものと比較して、照射範囲を広くできる。

【0041】

即ち、照射面Ｘを他方の焦点Ｆ’よりも焦点Ｆ寄りに設定しているため、焦点Ｆ’の位置に一致させて照射面Ｘを設定した上記第１実施形態の場合と比較して照射範囲を広くできる。即ち、上述した照射装置１において照射面を焦点Ｆ’よりも焦点Ｆ寄りの照射面Ｘ’（図３参照）とすると、照射面を照射面Ｘとした場合と比較して照射範囲は広くなるものの、図８（ａ）に示す様に、中心軸Ｃ付近における照度がその周辺における照度よりも低くなるという問題が生じる。この点、本実施形態における照明装置１Ａでは、図８（ｂ）に示すように中心軸Ｃ付近における照度とその周辺部位における照度とをほぼ同一にできる。

【0042】

なお、照射面Ｘの位置としては、ＬＥＤ６からの有効光に含まれる２つの最外角の光Ｌ１，Ｌ２に対応する２つの拡散反射光（反射光）をＬ１’，Ｌ２’とした場合において、一方の拡散反射光Ｌ１’と中心軸Ｃと交点Ｐ１と、他方の拡散反射光Ｌ２’と中心軸Ｃとの交点Ｐ２と、の間に設定するのが好ましい。このように設定することにより、中心部の照度を下げることなく広い照射範囲を実現できる。

【0043】

以上、本発明の実施形態に係る照明装置について添付の図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形、修正が可能である。

【0044】

例えば、上記実施形態においては、ベース３の他面３３には複数のリング状の放熱フィン３４が設けられているが、これらリング状の放熱フィン３４に代えて、平板状や棒状の放放熱フィンを設けるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0045】

１，１ 照明装置
２ リング状光源
３ ベース
４ 反射部材
５ 基板
６ ＬＥＤ
４３ 反射面（拡散反射面）
Ａ，Ｂ 楕円
Ｃ 中心軸
Ｆ，Ｆ’ 焦点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】