特開 2023-85027 検査用光照射装置、及び、検査システム

(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】P2023085027

(43)【公開日】2023-06-20

(54)【発明の名称】検査用光照射装置、及び、検査システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/84 20060101AFI20230613BHJP

【ＦＩ】

G01N21/84 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021199480

(22)【出願日】2021-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】596099446

【氏名又は名称】シーシーエス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(72)【発明者】

【氏名】竹上 護

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA90

2G051AB01

2G051AB02

2G051BA01

2G051BB03

2G051CB01

2G051CC17

(57)【要約】

【課題】検査用光照射装置の発光面を大きくしつつ、ＬＥＤの放熱を十分に行う。
【解決手段】平板状の導光板２と、導光板２の外側周面２ｃに沿って設けられ、複数のＬＥＤ３２及び配線基板３１からなるＬＥＤ搭載基板３とを備えており、ＬＥＤ３２からの光が、導光板２の外側周面２ｃからその内部に入射して、導光板２の第１板面２ａで反射し、導光板２の第２板面２ｂから外部に射出されてワークＷに照射されるとともに、ワークＷを、導光板２の第１板面２ａ側から導光板２を通じて、撮像装置２００により撮像できるように構成されたものであって、ＬＥＤ搭載基板３に熱的に接続されるとともに、導光板２の厚み方向に沿って導光板２よりも外側に延びる放熱部材１０をさらに備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平板状の導光板と、前記導光板の外側周面に沿って設けられ、複数のＬＥＤ及び配線基板からなるＬＥＤ搭載基板とを備えており、前記ＬＥＤからの光が、前記導光板の前記外側周面からその内部に入射して、前記導光板の第１板面で拡散又は反射し、前記導光板の第２板面から外部に射出されてワークに照射されるとともに、前記ワークを、前記導光板の前記第１板面側から前記導光板を通じて、撮像装置により撮像できるように構成されたものであって、
前記ＬＥＤ搭載基板に熱的に接続されるとともに、前記導光板の厚み方向に沿って前記導光板よりも外側に延びる放熱部材をさらに備えている、検査用光照射装置。

【請求項2】

前記ＬＥＤ搭載基板は、配線基板の表面に前記複数のＬＥＤを搭載したものであり、
前記ＬＥＤは、前記配線基板に搭載された状態で前記配線基板の幅方向に向かって光を射出するサイドビュー型のＬＥＤである、請求項１に記載の検査用光照射装置。

【請求項3】

前記ＬＥＤ搭載基板は、前記配線基板が前記導光板の厚み方向において前記第１板面側に、前記ＬＥＤが前記導光板の厚み方向において前記第２板面側に位置するように設けられている、請求項１又は２に記載の検査用光照射装置。

【請求項4】

前記放熱部材は、前記ＬＥＤ搭載基板に対して前記導光板の厚み方向において前記第１板面側に延びている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の検査用光照射装置。

【請求項5】

前記ＬＥＤ搭載基板を支持する支持部材をさらに備え、
前記放熱部材は、前記支持部材により構成されている、請求項１乃至４の何れか一項に記載の検査用光照射装置。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか一項に記載の検査用光照射装置と、
前記導光板の前記第１板面側から前記導光板を通じて、前記ワークを撮像する撮像装置とを備える、検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製品の表面検査などのために光を照射する検査用光照射装置、及び、当該検査用光照射装置を用いた検査システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、製品などの対象物（以下、ワークともいう。）に対し、その全方位から可及的に一様な光を照射して検査できるようにした光照射装置（以下、全方位光照射装置ともいう。）が知られている。このような全方位光照射装置は、ワークの検査部位に曲面や凸凹があってもそれによる影を作らず、例えばワーク表面の印字や色の違い等を浮き立たせることができるので、球体、Ｒ形状ワーク、半田部分などの検査に適している。

【0003】

こうした全方位光照射装置として、ドーム型のものが広く知られているが、高さ寸法がやや大きくなるため、近時では、特許文献１に示すように、平板状の導光板を用いて薄型にした平板型全方位光照射装置が開発されている。

【0004】

この種の平板型全方位光照射装置は、平板状の導光板と、この導光板の外側周面に沿って設けられ、複数のＬＥＤを有するＬＥＤ搭載基板と、このＬＥＤ搭載基板を収容するとともに導光板の周縁部を支持する枠体とを備えている。また、導光板の一方の板面には、多数の微細な拡散反射部が互いに隙間を空けて設けられている。

【0005】

この平板型全方位光照射装置では、ＬＥＤからの光が、導光板の外側周面からその内部に入射して、導光板の一方の板面で反射し、導光板の他方の板面から外部に射出されてワークに照射されるとともに、ワークを、導光板の一方の板面側から導光板を通じて、撮像装置により撮像できるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－８５８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の光照射装置では、撮像装置とワークとの距離を近づけるために平板型としていることから、導光板の厚み方向に対して寸法を大きくすることは避けなくてはならないという先入観がある。そのため、ＬＥＤ配線基板の裏面に密着する熱伝導体等の放熱部材は、導光板の平面方向に沿って外側（ＬＥＤの発光面に対して垂直）に延ばすことで、光照射装置の放熱性を向上することが考えられている。

【0008】

しかしながら、上記のように放熱部材を設けた場合には、導光板の周縁部を支持する枠体の幅寸法（導光板の平面方向に沿った寸法）が大きくなってしまい、光照射装置における非発光面のサイズが大きくなってしまう。そうすると、光照射装置の平面視における外形サイズに制約がある場合には、枠体の幅寸法が大きくなることから、導光板の発光面のサイズが小さくなってしまう。

【0009】

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、検査用光照射装置の発光面を大きくしつつ、ＬＥＤの放熱を十分に行うことをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

すなわち本発明に係る検査用光照射装置は、平板状の導光板と、前記導光板の外側周面に沿って設けられ、複数のＬＥＤ及び配線基板からなるＬＥＤ搭載基板とを備えており、前記ＬＥＤからの光が、前記導光板の前記外側周面からその内部に入射して、前記導光板の第１板面で反射し、前記導光板の第２板面から外部に射出されてワークに照射されるとともに、前記ワークを、前記導光板の前記第１板面側から前記導光板を通じて、撮像装置により撮像できるように構成されたものであって、前記ＬＥＤ搭載基板に熱的に接続されるとともに、前記導光板の厚み方向に沿って前記導光板よりも外側に延びる放熱部材をさらに備えていることを特徴とする。

【0011】

このような検査用光照射装置であれば、ＬＥＤ搭載基板に熱的に接続された放熱部材を、導光板の厚み方向に沿って前記導光板よりも外側に延びる構成としているので、検査用光照射装置の放熱性を向上させるためには、放熱部材を導光板の厚み方向に沿って延ばせば良く、導光板の平面方向に沿って延ばす必要がない。その結果、検査用光照射装置の平面視における外形サイズに制約がある場合であっても、検査用光照射装置の非発光面を小さくして検査用光照射装置の発光面を大きくしつつ、ＬＥＤの放熱を十分に行うことができる。

【0012】

前記ＬＥＤ搭載基板は、配線基板の表面に前記複数のＬＥＤを搭載したものであり、前記ＬＥＤは、前記配線基板に搭載された状態で前記配線基板の幅方向に向かって光を射出するサイドビュー型のＬＥＤであることが望ましい。
この構成であれば、配線基板の厚み方向が導光板の厚み方向と同じとなり、配線基板の裏面に放熱部材を熱的に接続することによって、放熱部材を導光板の厚み方向に沿って延ばすことができる。その結果、配線基板の裏面からの熱をその熱伝導方向に対する断面積を大きく維持したまま移動させることができるので、効率的に放熱を行うことができる。

【0013】

具体的なＬＥＤ搭載基板の配置態様としては、前記ＬＥＤ搭載基板は、前記配線基板が前記導光板の厚み方向において前記第１板面側に、前記ＬＥＤが前記導光板の厚み方向において前記第２板面側に位置するように設けられていることが望ましい。
この構成であれば、配線基板が導光板の厚み方向において第１板面側に位置しているので、当該配線基板の裏面に熱的に接続される放熱部材も導光板の厚み方向において第１板面側に延びることになる。つまり、放熱部材は、撮像装置側に延びることになり、導光板をワークに近づけることができる。また、放熱部材がワークの搬送を邪魔することなく、検査用光照射装置を設置することができる。その結果、本発明の検査用光照射装置を用いた検査システムを小型化することができる。
さらに、放熱部材がワークとは反対側に設けられることになり、ワークにＬＥＤからの熱が伝わりにくくなる。その結果、ワークの温度特性の影響を受けて検査精度が悪化したり、検査中にワークの品質が低下するリスクを軽減できる。

【0014】

上述したＬＥＤ搭載基板の配置態様に関わらず、前記放熱部材は、前記ＬＥＤ搭載基板に対して前記導光板の厚み方向において前記第１板面側に延びていることが望ましい。
この構成であれば、放熱部材は撮像装置側に延びることになり、導光板をワークに近づけることができる。また、放熱部材がワークの搬送を邪魔することなく、検査用光照射装置を設置することができる。その結果、本発明の検査用光照射装置を用いた検査システムを小型化することができる。
さらに、放熱部材がワークとは反対側に設けられることになり、ワークにＬＥＤからの熱が伝わりにくくなる。その結果、ワークの温度特性の影響を受けて検査精度が悪化したり、検査中にワークの品質が低下するリスクを軽減できる。

【0015】

本発明の検査用光照射装置は、前記ＬＥＤ搭載基板を支持する支持部材をさらに備えている。
この構成において、部品点数を削減するためには、前記放熱部材は、前記支持部材により構成されていることが望ましい。

【0016】

また、本発明に係る検査システムは、上記の検査用光照射装置と、前記導光板の前記第１板面側から前記導光板を通じて、前記ワークを撮像する撮像装置とを備えていることを特徴とする。
この検査システムであれば、検査用光照射装置の平面視における外形サイズを小さくしつつ、ＬＥＤの放熱を十分に行うことができる。また、放熱部材が撮像装置側に延びる構成であるため、導光板をワークに近づけても、放熱部材が邪魔にならない。したがって、撮像装置とワークとの距離を小さくすることができる。

【発明の効果】

【0017】

このように構成した本発明によれば、検査用光照射装置の発光面を大きくしつつ、ＬＥＤの放熱を十分に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る検査用光照射装置を用いた検査システムを示す模式図である。

【図2】同実施形態の検査用光照射装置の分解斜視断面図である。

【図3】同実施形態の導光板の第１板面側から見た平面図である。

【図4】同実施形態の検査用光照射装置の拡大斜視断面図である。

【図5】変形実施形態の検査用光照射装置の拡大斜視断面図である。

【図6】変形実施形態の検査用光照射装置の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る検査用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。なお、以下に示すいずれの図についても、わかりやすくするために、適宜省略し又は誇張して模式的に描かれている。同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。

【0020】

＜１．装置構成＞
本実施形態の検査用光照射装置１００は、図１に示すように、全体として薄い平板状をなすものであり、検査の対象物であるワークＷに対し、そのほぼ全方位（ほぼ１８０°全天方向）から可及的に一様な光を照射することによって、ワークＷの表面の曲面や多少の凸凹などによる影をキャンセルする機能を有している。

【0021】

より具体的に説明すると、この検査用光照射装置１００は、図１及び図２に示すように、平板状をなす導光板２と、導光板２の外側周面２ｃに沿って設けられ、複数のＬＥＤ３２が搭載されたＬＥＤ搭載基板３と、ＬＥＤ搭載基板３を収容するとともに導光板２の周縁部を支持する枠体４とを備えている。

【0022】

なお、本実施形態の検査用光照射装置１００は、図１に示すように、ワークＷの所定照射領域に光を照射して、撮像装置２００で所定照射領域を撮像し、得られた画像データを画像処理装置３００に取り込んで、傷等の有無の自動表面検査を行う製品検査システムＺ等に用いられる。

【0023】

以下、検査用光照射装置１００の各部について説明する。

【0024】

導光板２は、例えば等厚で円形状をなす樹脂製（例えばＰＭＭＡ製）の透明板である。導光板２において、互いに対向する平行な板面のうちの一方の板面（以下、第１板面）２ａには光を拡散又は反射させる拡散反射部５が形成されており（図３参照）、他方の板面（以下、第２板面）２ｂは平滑化されて鏡面状態とされている。ここで、第１板面２ａが撮像装置２００に対向する面となり、第２板面２ｂがワークＷに対向する面となる。

【0025】

拡散反射部５は、導光板２内に入射した光を第２板面２ｂに向けて拡散又は反射させるものであり、例えば第１板面２ａに形成された多数の微細な凹部である。なお、本明細書でいう「拡散」とは、例えば球面等で反射することにより光が拡がる態様も含むものである。

【0026】

具体的に拡散反射部５は、図３に示すように、例えば導光板２の第１板面２ａに穿たれた部分凹球状のものであり、例えば、複数の拡散反射部５は、正方格子点上に規則正しく整列されている。なお、拡散反射部５の形状や配置はこれに限らず、種々の態様に変更することができる。

【0027】

ＬＥＤ搭載基板３は、図１及び図２に示すように、導光板２の外側周面２ｃを取り囲む円環状の配線基板３１の表面に、複数のＬＥＤ３２を配線基板３１の周方向に沿って実装したものである。ここでは、複数のＬＥＤ３２が、一列に所定ピッチで、より具体的には、等ピッチで配置されている。

【0028】

ＬＥＤ３２は、例えば表面実装型のものであり、発光色のラインナップとしては、白色、赤色、青色など、複数色が取り揃えられているが、ここでは白色のものを用いている。より具体的にＬＥＤ３２は、配線基板３１に搭載された状態で配線基板３１の幅方向に向かって、つまり、配線基板３１の径方向内側に向かって、光を射出するサイドビュー型のＬＥＤである。複数のＬＥＤ３２は、配線基板３１に光が当たって光をロスしないように、また、ＬＥＤ３２と導光板２の外側周面２ｃとの距離を可及的に近づけて光の利用効率を向上させるために、配線基板３１の径方向内側端部に設けられている。

【0029】

枠体４は、図１、図２及び図４に示すように、円形枠状をなすものであり、ＬＥＤ搭載基板３を支持する円環状の支持部材４１と、当該支持部材４１に取り付けられて支持部材４１とともに導光板２の周縁部を挟持する円環状のケース部材４２とを有している。

【0030】

支持部材４１は、図４に示すように、導光板２が載置されて導光板２の周縁部を支持する内側段部４１ａと、当該内側段部４１ａの径方向外側に形成され、ＬＥＤ搭載基板３が載置されてＬＥＤ搭載基板３を支持する外側段部４１ｂとを有する。

【0031】

内側段部４１ａに導光板２を載置することにより、導光板２の周縁部における第１板面２ａが支持部材４１により覆われる。内側段部４１ａに導光板２を載置し、外側段部４１ｂにＬＥＤ搭載基板３を載置することによって、導光板２とＬＥＤ搭載基板３とが位置決めされる。そして、ＬＥＤ搭載基板３に搭載されたＬＥＤ３２の発光面が導光板２の外側周面２ｃに臨む構成となる。このような構成により、ＬＥＤ３２から射出された光が、導光板２の外側周面２ｃからその内部に入射する。なお、支持部材４１の外側段部４１ｂの上面とＬＥＤ搭載基板３の裏面との間には、粘弾性を有する熱伝導体６が設けられている。また、導光板２、ＬＥＤ搭載基板３及び／又は支持部材４１の熱膨張収縮を吸収するために、内側段部４１ａと導光板２との間、及び／又は、外側段部４１ｂとＬＥＤ搭載基板３との間にクリアランスを設けても良い。

【0032】

また、ケース部材４２は、支持部材４１の外側周面にねじ等により固定されるものであり、支持部材４１に固定されることによって、ＬＥＤ搭載基板３を覆うとともに、支持部材４１との間で導光板２を挟持するものである。ケース部材４２を支持部材４１に固定することにより、導光板２の周縁部における第２板面２ｂがケース部材４２により覆われる。本実施形態では、導光板２の第２板面２ｂ上を覆うカバー板７がスペーサ８を介して設けられており、ケース部材４２は、カバー板７及びスペーサ８を介して導光板２の周縁部を挟持する。

【0033】

本実施形態では、支持部材４１の外形サイズは、ＬＥＤ搭載基板３の外形サイズよりも、ケース部材４２の厚み分程度（例えば１ｍｍ程度）しか大きくならないように構成されている。具体的には、図４に示すように、支持部材４１の外側周面には、ケース部材４２を取り付けるための取付段部４１ｃが形成されており、当該取付段部４１ｃは、撮像方向に直交する方向において、ＬＥＤ搭載基板３の外側周面の近傍まで形成されている。また、取付段部４１ｃの撮像方向に直交する深さ寸法は、ケース部材４２の取付用円筒部４２１の厚み寸法と実質的に同じとしてある。この構成により、ＬＥＤ搭載基板３の外側は、ケース部材４２の取付用円筒部４２１の厚み分程度しか大きくならず、検査用光照射装置１００の非発光面の面積を小さくすることができる。

【0034】

このような構成の検査用光照射装置１００においては、ＬＥＤ３２から射出された光は、導光板２の外側周面２ｃから入射し、導光板２の対向する板面間で繰り返し全反射しながら内部を進行する。そして、その光の多くは、進行中に拡散反射部５に当たり、そこで拡散又は反射して、導光板２の第２板面２ｂから外側に射出される。より具体的には、上述したように、導光板２の周縁部が枠体４により覆われていることから、導光板２の第２板面２ｂにおける枠体４の内側から光が射出される。これにより、第２板面２ｂが発光面となる。

【0035】

＜２．放熱部材１０の構成＞
そして、本実施形態の検査用光照射装置１００は、図１、図２及び図４に示すように、ＬＥＤ搭載基板３に熱的に接続されるとともに、導光板２の厚み方向（撮像装置２００の撮像方向）に沿って導光板２よりも外側に延びる放熱部材１０をさらに備えている。

【0036】

本実施形態の放熱部材１０は、ＬＥＤ３２により生じる熱を外部に放出するものであり、支持部材４１により構成され、円環状をなすものである。支持部材４１により構成される放熱部材１０は、ＬＥＤ搭載基板３に対して導光板２の厚み方向において第１板面２ａ側に延びている。なお、支持部材４１により構成された放熱部材１０は、撮像装置２００の撮像用の窓枠を兼ねることになる。

【0037】

ここで、ＬＥＤ搭載基板３は、配線基板３１が導光板２の厚み方向において第１板面２ａ側に、ＬＥＤ３２が導光板２の厚み方向において第２板面２ｂ側に位置するように設けられており、配線基板３１の裏面に熱的に接続される放熱部材１０（支持部材４１）は導光板２の厚み方向において第１板面２ａ側に延びることになる。つまり、放熱部材１０（支持部材４１）は、撮像装置２００側に延びることになり、導光板２をワークＷに近づけることができる。このような構成により、放熱部材１０は、ＬＥＤ３２からの熱を撮像装置２００側の開放空間に放熱することになる。

【0038】

上記の検査用光照射装置１００において、導光板２の第２板面２ｂがワークＷを向くように配置して、第２板面２ｂから射出される拡散光によりワークＷを照明する。このようにして照明されたワークＷを、導光板２を挟んで逆側から、すなわち導光板２の第１板面２ａ側から撮像装置２００によって撮像する。ここで、放熱部材１０は、撮像装置２００側に延びており、撮像装置２００を取り囲むように配置されることになる。つまり、放熱部材１０の内側に撮像装置２００の先端部を配置することができ、撮像装置２００を導光板２に近づける場合に、放熱部材１０が邪魔にはならない。

【0039】

＜３．本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態の検査用光照射装置１００によれば、ＬＥＤ搭載基板３に熱的に接続された放熱部材１０を、導光板２の厚み方向に沿って前記導光板２よりも外側に延びる構成としているので、検査用光照射装置１００の放熱性を向上させるためには、放熱部材１０を導光板２の厚み方向に沿って延ばせば良く、導光板２の平面方向に沿って延ばす必要がない。その結果、検査用光照射装置１００の平面視における外形サイズに制約がある場合であっても、検査用光照射装置１００の非発光面を小さくして検査用光照射装置１００の発光面を大きくしつつ、ＬＥＤ３２の放熱を十分に行うことができる。

【0040】

＜４．その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0041】

例えば、前記実施形態のＬＥＤ３２はサイドビュー型のＬＥＤであり、ＬＥＤ搭載基板３は、導光板２と平行に設けられる構成であったが、図５に示すように、配線基板３１に垂直な方向に光を射出するＬＥＤ３２であっても良い。

【0042】

この場合、ＬＥＤ搭載基板３の配線基板３１は、その板面が導光板２の外側周面２ｃに対向するように配置される。放熱部材１０となる支持部材４１は、導光板２の厚さ方向に延びる構成は前記実施形態と同様である。

【0043】

また、図６に示すように、ＬＥＤ搭載基板３に搭載されたＬＥＤ３２が導光板２の厚み方向（配線基板３１の厚み方向）に光を射出する構成において、当該ＬＥＤ３２から射出された光を反射ミラー１１で反射させて、導光板２の外側周面２ｃに入射するようにしても良い。なお、図６では、反射ミラー１１をＬＥＤ３２の光射出方向に対して４５度傾けた構成であるが、ＬＥＤ３２及び導光板２の相対位置に応じて反射ミラー１１の配置態様は適宜変更可能である。

【0044】

前記実施形態の導光板２は平面視において円形状をなすものであったが、平面視において矩形状をなすものであっても良い。この場合、ＬＥＤ搭載基板３は、導光板２の４辺それぞれに対応して設けられ、導光板２の各側面に向けて光を射出する構成となる。また、導光板２は、平面視において、三角形状、五角形状又は六角形状等の多角形状であっても良い。

【0045】

また、前記実施形態の放熱部材１０は、支持部材４１と一体形成されたものであったが、支持部材４１とは別体としても良い。この場合、放熱部材１０は、支持部材４１に直接又は熱伝導体を介して接続されることになる。この構成であれば、支持部材４１を汎用部品としつつ、ＬＥＤ３２の発熱量に合わせて放熱部材１０を適宜変更することができる。

【0046】

さらに、放熱部材１０は、前記実施形態のように中実のものであっても良いし、複数の放熱フィンからなる構成としても良い。

【0047】

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のは言うまでもない。

【符号の説明】

【0048】

Ｚ ・・・検査システム
Ｗ ・・・ワーク
１００・・・検査用光照射装置
２００・・・撮像装置
２ ・・・導光板
２ａ ・・・第１板面
２ｂ ・・・第２板面
２ｃ ・・・外側周面
３ ・・・ＬＥＤ搭載基板
３１ ・・・配線基板
３２ ・・・ＬＥＤ
４１ ・・・支持部材
１０ ・・・放熱部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】