特開 2023-95239 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】P2023095239

(43)【公開日】2023-07-06

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20230629BHJP

   G01N 21/84 20060101ALI20230629BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230629BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 435

F21S2/00 600

G01N21/84 E

F21Y115:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021211014

(22)【出願日】2021-12-24

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿南 真一

(72)【発明者】

【氏名】村上 忠史

【テーマコード（参考）】

2G051

3K244

【Ｆターム（参考）】

2G051AA90

2G051AB01

2G051AB02

2G051BA20

2G051BB02

2G051BB03

2G051BC01

2G051CA03

2G051CA04

2G051CA06

2G051CB05

3K244AA07

3K244BA09

3K244BA16

3K244BA31

3K244BA48

3K244CA03

3K244DA01

3K244EA02

3K244EA14

3K244EA22

3K244ED03

3K244ED12

3K244ED14

3K244ED27

(57)【要約】

【課題】光源からカメラへ直接入射する光の光量を抑制しつつ、高い照明率で対象物に光を照射する。
【解決手段】本実施形態に係る照明装置は、ＬＥＤ６０と、ＬＥＤ６０から入射された光を出射する第１面１１ａと、第１面１１ａと対向し、光を反射および／または屈折させる複数のプリズム７０が配置された第２面１１ｂとを有する第１導光板１１とを備える。ＬＥＤ６０は、第１導光板１１に対して、少なくとも２つの方向から光を出射する。各プリズム７０は、第１面１１ａと第２面１１ｂとが対向する第１方向に対して対称となる凹部７５を有する。凹部７５は、Ｚ方向に対して、互いに対称になるように形成された略平面である第１制御面７１および第２制御面７２と、第１制御面７１および第２制御面７２を接続する底面７３とを有する。第１制御面７１および第２制御面７２には、反射防止コーティングが施されている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から入射された光を出射する第１面と、前記第１面と対向し、前記光を反射および／または屈折させる複数のプリズムが配置された第２面とを有する導光板と、
前記光源と前記導光板とを収容し、前記第１面および前記第２面の外側に前記光を透過させる透過部を有する筐体とを備え、
前記光源は、前記導光板に対して、少なくとも２つの方向から前記光を出射し、
前記各プリズムは、前記第１面と前記第２面とが対向する第１方向に対して対称となる凹部を有し、
前記凹部は、前記第１方向に対して、互いに対称になるように形成された略平面である第１制御面および第２制御面と、前記第１制御面および前記第２制御面を接続する底面とを有し、
前記第１制御面および第２制御面には、反射防止コーティングが施されている、照明装置。

【請求項2】

前記凹部は、前記第１方向に対して回転対称である、請求項１記載の照明装置。

【請求項3】

前記光源は、前記導光板に対して、４つ以上の方向から前記光を出射する、請求項１または２に記載の照明装置。

【請求項4】

前記底面は、前記第２面とのなす角度が、前記第１制御面とのなす角度よりも小さい曲面である、請求項１～３のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項5】

前記第１制御面と前記第２面とのなす角度は、３５°以上６５°以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の照明装置。

【請求項6】

前記底面の幅は、前記凹部の開口の幅に対して、２５％以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、製品（以下、対象物ともいう）の外観検査などのために光を照射する照射装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【0003】

特許文献１では、導光板の一方の板面に複数の凹部が形成されており、各凹部の表面が滑らかな凹曲面で形成されている。これにより、導光板に入射した光が凹部で拡がるように反射し導光板の他方の板面から外部に射出されて、所定の対象物に照射されるとともに、対象物を、導光板の一方の板面側から導光板を通じて観察できるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０４５５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、対象物の外観検査を行う場合、例えば、導光板の各辺にＬＥＤ（光源）が設けられ、導光板の一面側に対象物が配置され、導光板の他面側に対象物を観察するためのカメラなどが配置される。この場合、導光板の他面側にプリズムなどが形成され、ＬＥＤから出射した光が、導光板に形成されたプリズムによって、導光板の一面側に反射され、対象物に照射されることとなる。

【0006】

ここで、上記構成では、ＬＥＤから出射した一部の光が、プリズムによって、導光板の他面側に反射され、カメラに直接入射してしまうことがある。カメラに直接入射する光の光量が多いと、カメラ画像のコントラスト低下などが発生し、外観検査の精度が低下する。

【0007】

さらに、上記構成では、対象物に凹部によって反射された拡散光が照射されるため、導光板から出射された光の一部しか対象物へ照射できず照明率が低くなる。

【0008】

本開示は、光源からカメラへ直接入射する光の光量を抑制しつつ、高い照明率で対象物に光を照射することができる照明装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る照明装置は、光源と、前記光源から入射された光を出射する第１面と、前記第１面と対向し、前記光を反射および／または屈折させる複数のプリズムが配置された第２面とを有する導光板と、前記光源と前記導光板とを収容し、前記第１面および前記第２面の外側に前記光を透過させる透過部を有する筐体とを備え、前記光源は、前記導光板に対して、少なくとも２つの方向から前記光を出射し、前記各プリズムは、前記第１面と前記第２面とが対向する第１方向に対して対称となる凹部を有し、前記凹部は、前記第１方向に対して、互いに対称になるように形成された略平面である第１制御面および第２制御面と、前記第１制御面および前記第２制御面を接続する底面とを有し、前記第１制御面および第２制御面には、反射防止コーティングが施されている、照明装置。

【発明の効果】

【0010】

本開示によると、光源からカメラへ直接入射する光の光量を抑制しつつ、高い照明率で対象物に光を照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態１に係る外観検査装置の概略構成図。

【図2A】照明装置の要部の断面模式図。

【図2B】図２Ａの部分拡大図。

【図2C】第１面光源の平面模式図。

【図3A】第１照明モードで対象物に照明光を照射した場合の照明装置の要部の断面模式図。

【図3B】第２照明モードで対象物に照明光を照射した場合の照明装置の要部の断面模式図。

【図3C】第３照明モードで対象物に照明光を照射した場合の照明装置の要部の断面模式図。

【図4A】第１照明モードで対象物に照明光を照射した場合の対象物の画像の模式図。

【図4B】第２照明モードで対象物に照明光を照射した場合の対象物の画像の模式図。

【図4C】第３照明モードで対象物に照明光を照射した場合の対象物の画像の模式図。

【図5】画像信号の信号処理過程を示す図。

【図6】本実施形態に係る第１導光板における光路変更部の拡大断面図。

【図7】本実施形態に係る第１面光源の配光部分布を示す図。

【図8】本実施形態に係る第１面光源の配光部分布を示す図。

【図9】本実施形態の他の実施形態に係る第１導光板における光路変更部の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0013】

（実施形態１）
［外観検査装置の構成］
図１は、本実施形態に係る外観検査装置の概略構成図を示す。

【0014】

なお、以降の説明において、照明装置１００に組み込まれた状態の第１面光源１０の中心を通り、第１導光板１１の第１面１１ａと直交する方向と平行な方向をＺ方向と呼ぶことがある。また、第１導光板１１の第１面１１ａと平行な方向のうちの一の方向をＸ方向と呼び、第１導光板１１の第１面１１ａと平行であって、かつＸ方向と直交する方向をＹ方向と呼ぶことがある。また、Ｚ方向において、カメラ２００が配置される側を上または上方あるいは上側と呼ぶことがある。また、Ｚ方向において、対象物６００が配置される側を下または下方あるいは下側と呼ぶことがある。また、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに平行な平面をＸＹ平面と呼ぶことがある。

【0015】

また、照明装置１００をＺ方向から見た場合を「平面視」と呼ぶことがある。また、照明装置１００またはその断面をＸ方向またはＹ方向から見た場合を「断面視」と呼ぶことがある。

【0016】

なお、本願明細書において、「直交」や「平行」とは、外観検査装置５００に含まれる比較対象同士が、外観検査装置５００を構成する各部品の製造公差や組立公差を含んで直交している、または平行であるという意味である。比較対象同士が厳密な意味で直交している、または平行であることまでを意味するものではない。

【0017】

図１に示すように、外観検査装置５００は、照明装置１００とカメラ（撮像装置）２００と画像解析装置３００と備えている。また、外観検査装置５００は、照明用電源４００と照明制御装置４１０とをさらに備えている。

【0018】

照明装置１００は、第１～第３面光源１０，２０，３０を有している。第１～第３面光源１０，２０，３０は、上からこの順で重ね合わさられて配置されている。

【0019】

第１～第３面光源１０，２０，３０は、それぞれ対象物６００に向けて照明光を照射する。ただし、第１～第３面光源１０，２０，３０のそれぞれにおいて、対象物６００に向けた照明光の照射領域（図２Ｂ参照。以下、第１～第３照射領域１３，２３，３３と呼ぶことがある。）は、平面視で一部のみが重なるように配置されている。照明装置１００及び第１～第３面光源１０，２０，３０の構造は、後で詳述する。

【0020】

照明用電源４００は、照明制御装置４１０からの制御信号にしたがって、第１～第３面光源１０，２０，３０のそれぞれに含まれる光源、この場合はＬＥＤ（光源）６０（Light Emitting Diode；図２Ａ～２Ｃ参照）に電力を供給する。所定の電力が供給されたＬＥＤ６０が発光して、照明光が発生する。

【0021】

照明制御装置４１０は、予め準備されたプログラムまたはシーケンスにしたがって、第１～第３面光源１０，２０，３０のそれぞれに対して、照明光を発生させるタイミングや期間、つまり、照明光がオンする（点灯する）タイミングやオン期間を制御する制御信号を照明用電源４００に出力する。また、照明制御装置４１０は、予め準備されたプログラムまたはシーケンスにしたがって、第１～第３面光源１０，２０，３０のそれぞれに対して、照明光を停止させるタイミングや期間、つまり、照明光のオフする（消灯する）タイミングやオフ期間を制御する制御信号を照明用電源４００に出力する。照明制御装置４１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）を有しており、前述した機能は、ＣＰＵ上で前述のプログラムまたはシーケンスを実行することで実現される。

【0022】

カメラ２００は、照明装置１００からの照明光が照射された対象物６００を撮像し、その画像を取得する。カメラ２００は、レンズと撮像素子を有している（いずれも図示せず）。撮像素子として、公知のＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが用いられる。

【0023】

画像解析装置３００は、画像処理部３１０と記憶部３２０と表示部３３０とを少なくとも備えている。画像処理部３１０は、ＣＰＵまたはＧＰＵ（Graphics Processing Unit）あるいは、これらの両方を有している（いずれも図示せず）。画像処理部３１０は、カメラ２００で取得された画像を電気信号（以下、画像信号ともいう）として受け取り、画像信号に対して種々の信号処理、例えば、ノイズ除去処理やエッジ強調処理等を行うことが可能に構成されている。これらの信号処理機能は、ＣＰＵまたはＧＰＵで予め定められたシーケンス等を実行することで実現される。

【0024】

なお、画像解析装置３００は、入力部（図示せず）をさらに備えていてもよい。入力部は、例えば、キーボードやタッチパネル等のデバイスである。入力部から画像処理部３１０に所定の命令を入力して、画像処理部３１０に信号処理を実行させるようにしてもよい。

【0025】

記憶部３２０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＳＳＤ（Solid State Device）、あるいは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶デバイスで構成される。記憶部３２０は、信号処理前の画像信号や信号処理後の画像信号を保存する。また、記憶部３２０は、前述のシーケンス等を保存する。記憶部３２０は、これら以外の情報、例えば、対象物６００の外観検査結果等を保存してもよい。

【0026】

表示部３３０は、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等の表示デバイスである。表示部３３０は、画像処理部３１０で信号処理された後の対象物６００の画像を表示する。なお、表示部３３０は、信号処理前の対象物６００の画像を表示してもよい。また、表示部３３０は、これら以外の情報、例えば、対象物６００の外観検査結果等を表示してもよい。なお、表示部３３０をタッチパネルとして、入力部と兼用させてもよい。

【0027】

［照明装置の構成］
図２Ａは、照明装置の要部の断面模式図を示し、図２Ｂは、図２Ａの部分拡大図を示し、図２Ｃは、第１面光源の平面模式図を示す。

【0028】

図２Ａ，２Ｂに示すように、第１面光源１０は、第１導光板１１と複数のＬＥＤ（光源）６０と蓋材５０とを少なくとも有している。第２面光源２０は、第２導光板２１と複数のＬＥＤ６０とを少なくとも有している。第３面光源３０は、第３導光板３１と複数のＬＥＤ６０とを少なくとも有している。また、第１～第３面光源１０，２０，３０をそれぞれ所定の位置に配置して組み立てるにあたって、第１～第３固定具５１～５３が用いられる。なお、蓋材５０および第１～第３固定具５１～５３が筐体に相当する。

【0029】

第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれは、照明光に対して透明な材質、例えば、石英ガラス、アクリル等からなる基板である。また、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれは、平坦面である第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂとこれにＺ方向で対向する第１面１１ａ，２１ａ，３１ａとを有している。なお、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれにおいて、「第１面」とは、照明光が出射される面、すなわち、対象物６００が配置される側の面をいい、「第２面」とは、カメラ２００が配置される側の面をいう。本実施形態では、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれにおいて、第１面１１ａ，２１ａ，３１ａは、第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂよりもＺ方向で下方に位置している。また、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれにおいて、第１面１１ａ，２１ａ，３１ａと第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂは、それぞれ、Ｚ方向が法線方向である。

【0030】

平面視で、第２導光板２１は、第１導光板１１よりも大きく、第３導光板３１は、第２導光板２１よりも大きい。さらに言うと、平面視で、第１導光板１１の外周は、第２導光板２１の外周の内側に位置し、第２導光板２１の外周は、第３導光板３１の外周の内側に位置している。

【0031】

また、第１面光源１０と第２面光源２０と第３面光源３０とが、Ｚ方向に沿ってこの順に、かつそれぞれの中心軸Ｏ１～Ｏ３が一致するように重ね合わせられて配置されている。図２Ａに示すように、第１面光源１０の中心軸Ｏ１は、平面視で、第１導光板１１の中心を通り、かつＺ方向に延びる仮想軸である。同様に、第２及び第３面光源２０，３０のそれぞれの中心軸Ｏ２，Ｏ３は、平面視で、第２及び第３導光板２１，３１のそれぞれの中心を通り、かつＺ方向に延びる仮想軸である。中心軸Ｏ１は、第１面光源１０から出射される照明光の光軸に相当する。

【0032】

また、図２Ｂに示すように、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれは、内部に光路変更部１２，２２，３２が設けられている。光路変更部１２，２２，３２は、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれの側面から入射して内部に伝搬された照明光が、それぞれの第１面１１ａ，２１ａ，３１ａに向かうように光路を変更させる。光路変更部１２，２２，３２は、例えば、以下に示す方法で形成される。ただし、光路変更部１２，２２，３２の形成方法は、特にこれに限定されない。

【0033】

第１～第３導光板１１，２１，３１が、それぞれガラス材料である場合、例えば、第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂからレーザ光を照射し、ガラス表面を部分的に溶融・昇華させて凹部を形成する。この凹部表面では照明光に対する角度が異なるため、凹部で反射された光の一部が導光板の外へ取り出される。なお、光路変更部１２，２２，３２の構造は、特にこれに限定されない。前述したように、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれの内部で、照明光が第１面１１ａ，２１ａ，３１ａに向かうように光路を変更できる構造であればよい。なお、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれの内部における光路変更部１２，２２，３２の配置については後で述べる。

【0034】

なお、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれにおいて、側面を「第３面」と呼ぶことがある。第３面の法線方向は、第１面１１ａ，２１ａ，３１ａ及び第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂのそれぞれの法線方向、この場合は、Ｚ方向と交差している。

【0035】

複数のＬＥＤ６０は、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれの外周に沿って互いに間隔をあけて配置されている。また、図２Ｂ，２Ｃに示すように、複数のＬＥＤ６０は、ＬＥＤ基板６１の表面に実装されている。ＬＥＤ基板６１は、表面にＬＥＤ６０への給電用配線（図示せず）が形成されたプリント配線板である。給電用配線は、照明用電源４００に電気的に接続されている。

【0036】

また、ＬＥＤ６０が実装されたＬＥＤ基板６１は、スペーサ６２に保持され、さらに、第１～第３固定具５１～５３により、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれに取り付け固定される。このことにより、第１～第３導光板１１，２１，３１と各ＬＥＤ基板６１との距離及び第１～第３導光板１１，２１，３１に対する各ＬＥＤ基板６１の位置が定まる。

【0037】

複数のＬＥＤ６０は、それぞれ公知の白色ＬＥＤである。よって、第１～第３面光源１０，２０，３０のそれぞれから出射される照明光は、白色光である。ただし、ＬＥＤ６０の発光色は、特にこれに限定されない。対象物６００の材質や形状に応じて、所望の外観検査を行う上で適宜変更されうる。例えば、照明光が可視光ではない赤外光であってもよい。

【0038】

第１～第３固定具５１～５３及び蓋材５０は、入射された照明光を所定以上の比率で吸収する材質からなる吸光部材である。例えば、蓋材５０は、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムの薄板であり、第１～第３固定具５１～５３は、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウムの成形品または組立品である。第１～第３固定具５１～５３や蓋材５０は、入射された照明光（白色光）の９０％以上を吸収する。ただし、照明光の吸収比率は特にこの値に限定されず、外観検査に求められる仕様等に応じて適宜変更されうる。

【0039】

図２Ｃに示すように、第１面光源１０において、蓋材５０は、第１導光板１１の外周から所定の長さだけ内側に入り込んで、第１導光板１１の第２面１１ｂを覆うように設けられている。すなわち、蓋材５０には、開口５０ａ（図２Ｂ，２Ｃにおいて、ドットパターンが付された領域）を有する。この開口５０ａは、平面視で、四角形であるが、その形状は、図２Ｃに示したものに特に限定されない。例えば、円形や楕円形でもよいし、ｎ角形（ｎは４以上の整数）でもよい。なお、図２Ｂ，２Ｃにおいて、平面視で、蓋材５０に覆われていない部分を第１照射領域１３と呼ぶことがある。また、図２Ｃに示す例では、第１導光板１１は四角形であるが、これも特に限定されず、適宜変更しうる。例えば、円形でもよいし、ｎ角形でもよい。

【0040】

また、図２Ｂに示すように、第１固定具５１の下方部分は、第１導光板１１の第１面１１ａのうち、外縁部分、つまり、第１導光板１１の外周から所定の長さだけ内側に入り込んだ部分を覆っている。また、第１～第３面光源１０，２０，３０が、重ね合わせて配置された状態で、第１固定具５１の下方部分は、第２導光板２１の第２面２１ｂのうち、外縁部分を覆っている。

【0041】

同様に、第２固定具５２の下方部分は、第２導光板２１の第１面２１ａのうち、外縁部分を覆っている。また、第１～第３面光源１０，２０，３０が、重ね合わせて配置された状態で、第２固定具５２の下方部分は、第３導光板３１の第２面３１ｂのうち、外縁部分を覆っている。つまり、第１及び第２固定具５１，５２と蓋材５０とは、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれにおいて、第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂの外縁部分を覆うように設けられている。

【0042】

また、第３固定具５３の下方部分は、第３導光板３１の第１面３１ａのうち、外縁部分を覆っている。具体的には、第３固定具５３は、第３面光源３０において、第３導光板３１の外周から所定の長さだけ内側に入り込んで、第３導光板３１の第１面３１ａを覆うように設けられている。すなわち、第３固定具５３の下方部分には、開口５３ａが形成されている。この開口５３ａは、平面視で、例えば、四角形であるが、その形状は、特に限定されない。なお、開口５０ａ，５３ａが透過部に相当する。

【0043】

第２導光板２１のうち、平面視で、第１固定具５１の下方部分に覆われた部分（図２Ｂにおいて、ドットパターンが付された領域）を、第２照射領域２３と呼ぶことがある。第３導光板３１のうち、平面視で、第２固定具５２の下方部分に覆われた部分（図２Ｂにおいて、ドットパターンが付された領域）を、第３照射領域３３と呼ぶことがある。

【0044】

図示しないが、第２導光板２１の第２面２１ｂのうち、第１固定具５１で覆われていない部分の外形は、前述の第１照射領域１３の外形と略同じであってもよい。ただし、当該部分の外形が、第１照射領域１３の外形と異なっていてもよく、例えば、平面視で、ｎ角形でも円形でも楕円形でもよい。同様に、第３導光板３１の第２面３１ｂのうち、第２固定具５２で覆われていない部分の外形は、第１照射領域１３の外形と略同じであっても、異なっていてもよく、例えば、平面視で、ｎ角形でも円形でも楕円形でもよい。

【0045】

図示しないが、第２照射領域２３及び第３照射領域３３は、いずれも、平面視で環状である。中心軸Ｏ１～Ｏ３から見て、第２照射領域２３は、第１照射領域１３の外側に位置し、第３照射領域３３は、第２照射領域２３の外側に位置する。ただし、第１照射領域１３の外縁部分と第２照射領域２３の内縁部分とが一部重なっているのが好ましい。同様に、第２照射領域２３の外縁部分と第３照射領域３３の内縁部分とが一部重なっているのが好ましい。

【0046】

後で述べるように、本実施形態の外観検査装置５００は、外観検査項目に応じて、第１～第３面光源１０，２０，３０のいずれから照明光が照射されるのかをコントロールできる。その際、第１～第３面光源１０，２０，３０のすべてから照明光を対象物６００に向けて照射する場合がある（例えば、図４Ｃ参照）。この場合、平面視で、第１照射領域１３と第２照射領域２３との間、また、第２照射領域２３と第３照射領域３３との間に隙間があると、対象物６００の表面で照明光のムラが生じ、所望の画像を取得できない場合がある。一方、前述したように、第１照射領域１３と第２照射領域２３、また、第２照射領域２３と第３照射領域３３とで、それぞれ平面視での重なりを生じるようにすると、対象物６００の表面での照明光のムラの発生を防止し、所望の画像を取得することが可能となる。

【0047】

また、図２Ｂに示すように、第１～第３照射領域１３，２３，３３の内部に、それぞれ光路変更部１２，２２，３２が形成されている。言い換えると、第１～第３照射領域１３，２３，３３は、それぞれ、第１～第３導光板１１，２１，３１において、光路変更部１２，２２，３２が形成された領域である。

【0048】

なお、第１照射領域１３は、第１面光源１０の中心軸Ｏ１を通る位置に配置される。このようにすることで、対象物６００に照明光が照射された後の戻り光が、蓋材５０や第１～第３固定具５１～５３に覆われていない第１照射領域１３を透過してカメラ２００に入射される。よって、カメラ２００で対象物６００の画像を確実に取得でき、対象物６００の表面状態を正しく評価できる。

【0049】

なお、光路変更部１２，２２，３２においてプリズムとして機能する部分は、対象物６００からの戻り光に対して、実際には不透明である。よって、第１照射領域１３におけるプリズムとして機能する部分は、平面視で、互いに間隔をあけて形成されることが好ましい。また、平面視で、第１照射領域１３におけるプリズムとして機能する部分の面積は、第１照射領域１３の全体の面積よりも小さい一定の割合に制限することが好ましい。例えば、本実施形態では、プリズムとして機能する部分の面積を、第１照射領域１３の全体の面積の２０％程度としている。この割合であれば、第１照射領域１３の全体に光路変更部１２を設けても、カメラ２００により対象物６００の画像を確実に取得できる。なお、当該割合は、特にこの値に限定されない。当該割合が、５％～４０％程度の範囲であれば、外観検査を行うにあたって、実用的な対象物６００の画像を取得できる。

【0050】

また、第２照射領域２３や第３照射領域３３は、それぞれ第２面２１ｂ，３１ｂが第１固定具５１と第２固定具５２に覆われており、対象物６００からの戻り光は透過しない構造である。したがって、第２照射領域２３及び第３照射領域３３のそれぞれにおいて、平面視で、全体の面積に対するプリズムとして機能する部分の面積は、第１照射領域１３における前述した割合よりも大きくてもよい。

【0051】

なお、外観検査装置５００において、カメラ２００は、対象物６００にピントが合うように配置されている。つまり、カメラ２００に設けられたレンズの焦点が対象物６００の表面に位置するように、カメラ２００が配置されている。この場合、第１照射領域１３に形成された光路変更部１２は、対象物６００の画像にほとんど映り込まないため、対象物６００の画像解析に大きな影響は与えない。

【0052】

また、通常の外観検査において、平面視で、第２照射領域２３や第３照射領域３３は、対象物６００の外側に位置する。それぞれの領域から出射される照明光は、空間的な広がりを有している。このため、第２照射領域２３や第３照射領域３３と対象物６００とのＺ方向の距離を適切に設定することで、照明光を対象物６００に照射することができる。同様に、対象物６００のＸ方向及びＹ方向のサイズに対する第２照射領域２３や第３照射領域３３のＸ方向及びＹ方向のサイズを適切に設定することで、照明光を対象物６００に照射することができる。

【0053】

一方、照明光が対象物６００に確実に照射されるように、プリズムとして機能する部分の形状を制御して形成することもできる。つまり、第１導光板１１に形成された光路変更部１２により、照明光は、光軸が中心軸Ｏ１と略一致するように光路を変更されて、第１導光板１１の第１面１１ａから出射される。一方、照明光は、第２導光板２１に形成された光路変更部２２により、光路を変更されて、Ｚ方向から傾いて、中心軸Ｏ２の延長線上に向かうように、第２導光板２１の第１面２１ａから出射される。同様に、照明光は、第３導光板３１に形成された光路変更部３２により光路を変更されて、Ｚ方向から傾いて、中心軸Ｏ３の延長線上に向かうように、第３導光板３１の第１面３１ａから出射される。なお、中心軸Ｏ２，Ｏ３に対する照明光の出射方向の角度が、第２面光源２０よりも第３面光源３０で大きくなるのは言うまでもない。

【0054】

なお、図２Ｂに示すように、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれにおいて、第１面１１ａ，２１ａ，３１ａ及び第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂのうち、第１～第３固定具５１～５３及び蓋材５０に覆われていない部分には、反射防止コーティング４０が設けられている。反射防止コーティング４０は、照明光や対象物６００によって反射、散乱された照明光の戻り光に対して所定以下の反射率、例えば、４％未満の反射率を有する材料からなる。当該部分に反射防止コーティング４０を設けることにより、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれから外部に出射される照明光が、第１～第３導光板１１，２１，３１のそれぞれの第１面１１ａ，２１ａ，３１ａおよび第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂで不要な反射を受けるのを防止できる。このことにより、対象物６００に照射される際に光路変更部１２のプリズムで出射された照明光が界面で上方へ反射されて、カメラに向かい、撮像を阻害することを防止することができる。また、対象物６００で反射または散乱されて、カメラ２００に戻ってくる照明光の戻り光が、第１～第３導光板１１，２１，３１でそれぞれの第２面１１ｂ，２１ｂ，３１ｂで不要な反射を受けるのを防止できる。このことにより、照明光の戻り光が、第１～第３導光板１１，２１，３１をそれぞれ透過してカメラ２００に入射される際のロスを低減できる。したがって、対象物６００の鮮明な画像を取得でき、対象物６００の表面状態を正しく評価できる。

【0055】

以上に説明したように、第１～第３面光源１０，２０，３０においては、ＬＥＤ６０から照射された光は、光路変更部１２，２２，３２によって、第１面１１ａ，２１ａ，３１ａに向かうように光路がそれぞれ変更（反射）され、第３固定具５３の開口５３ａを介して、対象物６００に照射される。そして、対象物６００に照射された光は、対象物６００によって反射され、第３固定具５３の開口５３ａおよび蓋材５０の開口５０ａを介して、カメラ２００に入射する。

【0056】

［外観検査装置の動作］
図３Ａ～３Ｃは、それぞれ第１～第３照明モードで対象物に照明光を照射した場合の照明装置の要部の断面模式図を示す。図４Ａ～４Ｃは、それぞれ第１～第３照明モードで対象物に照明光を照射した場合の対象物の画像の模式図を示す。図５は、画像信号の信号処理過程を示す。図６は、対象物の表面の物理状態と照明モードの違いによる対象物の画像の明暗状態の一覧を示す。なお、図３Ａ～３Ｃにおいて、光路変更部１２，２２，３２と反射防止コーティング４０の図示を省略している。

【0057】

なお、図４Ａ～４Ｃに示す対象物６００は、ベース基板６１０の上に、２本の金属パターン６２０が設けられている。また、２本の金属パターン６２０を跨ぐように、これらの上に白色樹脂からなる四角形の樹脂パターン６３０が設けられている。また、樹脂パターン６３０の上には、円形パターン６３１が存在している。２本の金属パターン６２０のうち、一方の表面には鉤状の傷６２１が存在し、他方の表面には輪郭が略楕円形の凸状欠陥６２３と輪郭が略三角形の汚れ６２２とが存在している。

【0058】

図１に示す外観検査装置５００を用いて対象物６００の外観検査を行うにあたって、以下に示す３つの照明モードで対象物６００に照明光を照射する。このようにすることで、対象物６００の表面の物理状態に応じて、検出したい欠陥等の画像を確実に取得することができる。

【0059】

まず、図３Ａに示すように、第１面光源１０のみを動作させて対象物６００に照明光を照射する（第１照明モード）。この場合、照明光の光軸は、中心軸Ｏ１に略一致する。また、対象物６００の表面に対して、照明光の光軸が直交するように照射され、対象物６００の表面で反射された戻り光が主としてカメラ２００に入射される。その結果、図６に示すように、表面の物理状態が照明光を反射する性質が強くなっている箇所は明るく映り、それ以外の箇所は暗く映る。例えば、図４Ａに示すように、金属パターン６２０の輪郭や凸状欠陥６２３は明瞭に認識できる。また、金属パターン６２０上の傷６２１や汚れ６２２については、暗く見えるが、背景となる金属パターン６２０が明るく見えるために視認性はかえって良くなる。一方、樹脂パターン６３０の輪郭や円形パターン６３１の輪郭は明瞭には視認されない。

【0060】

また、第１照明モードでは、第２面光源２０や第３面光源３０は動作していない。対象物６００の表面で反射された戻り光が、第２照射領域２３や第３照射領域３３に入射した場合、第１固定具５１や第２固定具５２に戻り光が吸収される。そのため、第２導光板２１や第３導光板３１の内部で、戻り光の不要な伝搬が抑制される。

【0061】

次に、図３Ｂに示すように、第３面光源３０のみを動作させて対象物６００に照明光を照射する（第２照明モード）。この場合、対象物６００の表面に対して、照明光が斜めから照射される。その結果、対象物６００の表面で散乱された散乱光が戻り光として主にカメラ２００に入射される。その結果、図６に示すように、表面の物理状態が照明光を散乱する性質が強くなっている箇所は明るく映り、それ以外の箇所は暗く映る。例えば、図４Ｂに示すように、樹脂パターン６３０の輪郭及び円形パターン６３１の輪郭は明瞭に認識できる。一方、金属パターン６２０の輪郭や凸状欠陥６２３は明瞭には視認されない。また、背景となる金属パターン６２０が暗く見えるため、金属パターン６２０上の傷６２１や汚れ６２２についての視認性は、図４Ａに示す場合よりも低下する。

【0062】

また、第２照明モードでは、第１面光源１０や第２面光源２０は動作していない。対象物６００の表面で散乱等された戻り光が、第２照射領域２３に入射した場合、第１固定具５１に戻り光が吸収される。そのため、第２導光板２１の内部で、戻り光の不要な伝搬が抑制される。また、第１導光板１１において、蓋材５０で覆われた部分に戻り光が入射した場合、蓋材５０に戻り光が吸収される。そのため、第１導光板１１の内部で、戻り光の不要な伝搬が抑制される。

【0063】

さらに、図３Ｃに示すように、第１～第３面光源１０，２０，３０をすべて動作させて対象物６００に照明光を照射する（第３照明モード）。この場合、照明光には、対象物６００の表面に対して、光軸が直交するように照射される成分と斜めから照射される成分とが含まれる。よって、カメラ２００に入射される戻り光は、対象物６００の表面で反射された反射光と対象物６００の表面で散乱された散乱光とが主な成分である。その結果、図６に示すように、表面の物理状態が照明光を反射するかまたは散乱する性質が強くなっている箇所は明るく映り、それ以外の箇所は暗く映る。例えば、図４Ｃに示すように、金属パターン６２０の輪郭や凸状欠陥６２３は明瞭に認識できる。同様に、樹脂パターン６３０の輪郭及び円形パターン６３１の輪郭は明瞭に認識できる。ただし、背景となる金属パターン６２０が暗く見えるため、金属パターン６２０上の傷６２１や汚れ６２２についての視認性は、図４Ａに示す場合よりも低下する。

【0064】

なお、カメラ２００で取得された対象物６００の画像を解析するにあたって、パターンの輪郭や欠陥や汚れ等の視認性を向上させる必要がある。このため、例えば、図５に示すように、カメラ２００の撮像素子から出力される画素信号に対して、画像処理部３１０で差動検出処理を行う。このようにすることで、画素信号の振幅、言い換えると、信号強度が２倍にできるとともに、オフセット成分、例えば、コモンモードノイズ等を除去できる。

【0065】

［光路変更部の構成］
図６は本実施形態に係る第１導光板における光路変更部の拡大断面図を示す。なお、図６では、図面左側に設けられたＬＥＤ６０から照射された光を破線で示している。

【0066】

図６に示すように、光路変更部１２は、複数のプリズム７０を有する。複数のプリズム７０は、第１～第３導光板１１の第２面１１ｂに形成されている。各プリズム７０は、Ｚ軸（第１方向）に対して対称となるような、図面上部に開口７４を有する略円錐状（回転対称）の凹部７５として形成されている。そして、各プリズム７０（凹部７５）の表面には、反射防止コーティング（ＡＲコート）が施されている。

【0067】

具体的に、プリズム７０（凹部７５）は、第１制御面７１、第２制御面７２および底面７３を有する。

【0068】

第１制御面７１は、プリズム７０における図面左側の面であり、図面左側に配置されたＬＥＤ６０から照射された光を下方に反射させる。第２制御面７２は、プリズム７０における図面右側の面であり、図面右側に配置されたＬＥＤ６０から照射された光を下方に反射させる。図６に示すように、第１制御面７１および第２制御面７２は、Ｘ軸に対して、裾野角θをなすような略平面として形成されている。また、第１制御面７１および第２制御面７２は、Ｚ軸に対して対称となるように形成されている。

【0069】

底面７３は、第１制御面７１および第２制御面７２の間に形成された平面である。図６に示すように、底面７３は、第１制御面７１と第２制御面７２とを接続する平面として形成されている。図６に示すように、底面７３は、凹部７５のＸ方向中央部に配置されており、その断面がＸ方向と一致するような直線状となるように形成されている。また、底面７３は、第１導光板１１の第２面１１ｂとのなす角度が、第１制御面７１とのなす角度よりも小さい。この底面７３を第１制御面７１と第２制御面７２との間に形成することにより、第１制御面７１と第２制御面７２とのＸ方向の距離を空けることができる。

【0070】

図６では、図面左側に配置されたＬＥＤ６０から照射された光を、矢印で示している。図６に示すように、第１制御面７１と第２制御面７２とのＸ方向の距離を空けることがで、第１制御面７１に入射した光が、第２制御面７２に入射せず、図面右側に抜けるようになる。すなわち、第１制御面７１および第２制御面７２の間に底面７３を設けることにより、第１制御面７１に入射した光が第２制御面７２に入射して、カメラ２００に直接入射することを抑止することができる。

【0071】

さらに、第１制御面７１、第２制御面７２および底面７３には、反射防止コーティングが施されている。図６では、第２制御面７２に反射防止コーティングが施されていない場合のＬＥＤ６０から照射された光の光路を二点鎖線で示している。図６に示すように、第２制御面７２に反射防止コーティングが施されていない場合、ＬＥＤ６０から照射された光の一部がカメラ２００に直接入射することなる。これにより、第１制御面７１および第２制御面７２に入射した光が、カメラ２００側に透過することを防止することができるため、ＬＥＤ６０からカメラ２００に直接入射することを抑止することができる。

【0072】

図７は本実施形態に係る第１面光源の配光部分布を示す図である。図７では、第１面光源１０において、第１制御面７１の上端と第２制御面７２の上端とのＸ方向における間隔（開口７４のＸ方向における幅）をプリズム幅とし、底面７３のＸ方向の幅を底面幅とした場合の、プリズム幅と底面幅と裾野角θとの関係を説明するための図である。図７では、行方向が裾野角θの設定値を示し、列方向がプリズム幅と底面幅との設定値を示し、それぞれの設定値における第１面光源１０の配光曲線を図示している。また、図７には、ＬＥＤ６０が出力する光量を「出力全光束」、第１面光源１０が上方２０°（Ｚ方向における上方に対して±１０°の範囲）に出力する光量を「自明光２０°」、第１面光源１０が下方に出力した光のうち、下方１００ｍｍの位置にある１２０ｍｍ角の領域に入射した「下方１２０ｍｍ」、第１面光源１０のＳ／Ｎ比（（第１面光源１０が下方に出力する光量）／（第１面光源１０が上方に出力する光量））を「下方１２０ｍｍ／２０°自明光」として示している。なお、図７では、プリズム７０に反射防止コーティング（ＡＲコート）が施されておらず、第１導光板１１の一辺の長さを１００ｍｍ、開口５１ａ，５３ａの一辺を７０ｍｍとし、第１導光板１１の厚みを３ｍｍとしている。そして、対象物６００が第１導光板１１から下方に９８．５ｍｍの位置に配置されている。

【0073】

図７における配光分布の各図において、第１面光源１０の下方１２０ｍｍの光量が高ければ、対象物６００に対して効果的に光を照射することができる。また、第１面光源１０の上方２０°の照度が低ければ、ＬＥＤ６０からカメラ２００に直接入射することを抑止できる。すなわち、第１面光源１０のＳ／Ｎ比が高ければ、対象物６００に対して効果的に光を照射しつつ、ＬＥＤ６０からカメラ２００に直接入射することを抑止できるといえる。

【0074】

図７の各図を参照すると、裾野角θが３５°～６５°の範囲で、下方２０°の光量が高くなっており、裾野角θが５５°となる場合に、下方１２０ｍｍの光量が最も高くなっている。したがって、プリズム７０における裾野角θが３５°～６５°の範囲に設定すれば、対象物６００に対して効果的に光を照射することができる。

【0075】

また、図７の各図を参照すると、底面幅を大きくするにつれて、第１面光源１０のＳ／Ｎ比が高くなる。特に、プリズム幅に対して、底面幅を２５％（例えば、プリズム幅＝２８０μｍ、底面幅＝４０μｍ）以上に設定した場合、第１面光源１０のＳ／Ｎ比の上昇幅が高くなっている。したがって、底面幅を２５％以上に設定すれば、対象物６００に対して効果的に光を照射しつつ、ＬＥＤ６０からカメラ２００に直接入射することを抑止できる。

【0076】

図８は本実施形態に係る第１面光源の配光部分布を示す図である。図８では、プリズム７０に反射防止コーティングが施されている点において、図７と異なる。図８と図７とを比較すると、図８の方が第１面光源１０のＳ／Ｎ比が高くなっている。したがって、プリズム７０に反射防止コーティングを施すことにより、対象物６００に対して効果的に光を照射しつつ、ＬＥＤ６０からカメラ２００に直接入射することを抑止できる。

【0077】

以上に説明したように、本実施形態に係る照明装置は、ＬＥＤ６０（光源）と、ＬＥＤ６０から入射された光を出射する第１面１１ａと、第１面１１ａと対向し、光を反射および／または屈折させる複数のプリズム７０が配置された第２面１１ｂとを有する第１導光板１１と、ＬＥＤ６０と第１導光板１１とを収容し、第１面１１ａおよび第２面１１ｂの外側に光を透過させる開口５０ａ，５３ａ（透過部）を有する蓋材５０および第１～第３固定具５１～５３（筐体）とを備える。ＬＥＤ６０は、第１導光板１１に対して、少なくとも２つの方向から光を出射する。各プリズム７０は、第１面１１ａと第２面１１ｂとが対向するＺ方向（第１方向）に対して対称となる凹部７５を有する。凹部７５は、Ｚ方向に対して、互いに対称になるように形成された略平面である第１制御面７１および第２制御面７２と、第１制御面７１および第２制御面７２を接続する底面７３とを有する。第１制御面７１および第２制御面７２には、反射防止コーティング（ＡＲコート）が施されている。

【0078】

この構成によると、第１制御面７１および第２制御面７２の間に底面７３を形成することにより、第１制御面７１と第２制御面７２とのＸ方向の距離を空けることができる。これにより、例えば、ＬＥＤ６０から第１制御面７１に入射した光が、第２制御面７２に入射しないようになるため、第１制御面７１に入射した光が第２制御面７２に入射して、カメラ２００に直接入射することを抑止することができる。また、第１制御面７１および第２制御面７２には、反射防止コーティングが施されている。これにより、第１制御面７１および第２制御面７２に入射した光が、カメラ２００側に透過することを防止することができるため、ＬＥＤ６０からカメラ２００に直接入射することを抑止することができる。さらに、第１制御面７１および第２制御面７２に反射防止コーティングを施すことによって、ＬＥＤ６０から第１制御面７１および第２制御面７２に入射した光が、対象物６００に対する方向に、より反射しやすくなる。これにより、対象物６００に対する照明率を高めることができる。したがって、光源（ＬＥＤ６０）からカメラへ直接入射する光の光量を抑制しつつ、高い照明率で対象物に光を照射することができる。

【0079】

また、凹部７５は、Ｚ方向に対して回転対称である。また、ＬＥＤ６０は、第１導光板１１に対して、４つ以上の方向から光を出射する。これにより、対象物６００に対して、異方性の少ない光を照射でき、さらに光量を増加させることができる。

【0080】

底面７３は、第２面１１ｂとのなす角度が、第１制御面７１とのなす角度よりも小さい曲面である。これにより、底面７３の角度の急変がなく、製造のムラが発生しにくくなるため、プリズム７０をレーザ加工により作成可能となる。

【0081】

（その他の実施形態）
また、上記実施形態では、プリズム７０の底面７３が、平面状になるように形成されているが、底面７３の形状はこれに限られない。例えば、図９に示すように、底面７３が下方に凹むような曲面状に形成されていてもよい。すなわち、本実施形態におけるプリズム７０の底面７３は、平面や曲面などの略平面で形成されていれば、どのような形状であってもよい。なお、本実施形態では、略平面とは、その断面が略直線状となるような面を指す。

【符号の説明】

【0082】

１０ 第１面光源
１１ 第１導光板
１１ａ 第１導光板の第１面
１１ｂ 第１導光板の第２面
１２ 光路変更部
５０ 蓋材（筐体）
５１ 第１固定具（筐体）
５２ 第２固定具（筐体）
５３ 第３固定具（筐体）
６０ ＬＥＤ（光源）
７０ プリズム
７１ 第１制御面
７２ 第２制御面
７３ 底面
７４ 開口
７５ 凹部
６００ 対象物

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】