(57)【要約】【課題】ＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列方向に光を照射するものにおいて、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出射される光のロスを低減する。【解決手段】所定の配列方向に並び設けられた複数のＬＥＤ２と、複数のＬＥＤ２それぞれを覆うように装着された複数のレンズ部材３とを備え、各レンズ部材３は、ＬＥＤ２から出る光を受ける凹部３１が形成された底面３ａと、ＬＥＤ２からの光を出射する頂面３ｂと、ＬＥＤ２からの光を内方に全反射して頂面３ｂに向かわせる側周面３ｃとを有するとともに、頂面３ｂが部分円筒面をなすように構成されており、複数のレンズ部材３は、それら頂面３ｂの円筒軸方向と配列方向とが略合致した態様で、ＬＥＤ２に装着されている。【選択図】図１
2020071982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の配列方向に並び設けられた複数のＬＥＤ又は複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子それぞれを覆うように設けられた複数のレンズ部材とを備え、
前記各レンズ部材は、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部が形成された底面と、前記底面に対向し、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を出射する頂面と、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して前記頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面とを有するとともに、前記頂面が部分円筒面をなすように構成されており、
前記複数のレンズ部材は、それら頂面の円筒軸方向と前記配列方向とが略合致した態様で、前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子に対応して設けられている、光照射装置。
【請求項２】
前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子は、ライン状又は環状に配列されている、請求項１記載の光照射装置。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子が配列された平面に直行交する方向から視て、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子の発光中心と前記側周面の回転中心軸とが一致している状態において、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子の発光中心と前記頂面の円筒軸とが互いにずれている、請求項１又は２記載の光照射装置。
【請求項４】
ＬＥＤ又はＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子を覆うように設けられたレンズ部材とを備え、
前記レンズ部材は、
前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部が形成された底面と、
前記底面に対向し、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を出射する頂面と、
前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して前記頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面とを有し、
前記頂面は、部分円筒面をなすように構成されている、光照射装置。
【請求項５】
ＬＥＤ又はＬＥＤ素子を覆うように設けられるレンズ部材であって、
前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部が形成された底面と、
前記底面に対向し、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を出射する頂面と、
前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して前記頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面とを有し、
前記頂面は、部分円筒面をなすように構成されている、レンズ部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置及びこれに用いられるレンズ部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばライン状の光を照射するものとしては、特許文献１に示すように、複数のＬＥＤを列状に並び設け、それらＬＥＤの光出射側にロッドレンズを設けたものがある。
【０００３】
ところが、このタイプの光照射装置では、ＬＥＤから出射された光の全てをロッドレンズに入射させることが難しく、光量ロスが生じるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１５０８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、上述した問題を解決すべくなされたものであり、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列方向に沿った光を照射するものにおいて、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出射される光のロスを低減する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】
【０００６】
すなわち本発明に係る光照射装置は、所定の配列方向に並び設けられた複数のＬＥＤ又は複数のＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子それぞれを覆うように設けられた複数のレンズ部材とを備え、前記各レンズ部材は、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部が形成された底面と、前記底面に対向し、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を出射する頂面と、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して前記頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面とを有するとともに、前記頂面が部分円筒面をなすように構成されており、前記複数のレンズ部材は、それら頂面の円筒軸方向と前記配列方向とが略合致した態様で、前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子に対応して設けられていることを特徴とする。なお、前記頂面の円筒軸方向と前記配列方向とが略合致することには、完全に合致することのほか、実質的に合致することも含む。ここで、実質的に合致するとは、例えば円筒軸方向が配列方向に対して±１０度以内で傾いた状態である。
【０００７】
このような光照射装置であれば、レンズ部材がＬＥＤ又はＬＥＤ素子からの光を受ける凹部を有し、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面を有しているので、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出た光をロス無く頂面から出射させることができる。
ここで、レンズ部材の頂面が部分円筒面をなしているので、当該頂面から出射される光は頂面によって円筒軸方向と直交する方向のみに集光される。そして、この頂面の円筒軸方向とＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列方向とを略合致させているので、当該配列方向における照度不足を低減することができる。
また、レンズ部材がＬＥＤ又はＬＥＤ素子毎に設けられているので、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列数や配列パターンに合わせてレンズ部材を設けることができる。このようにレンズ部材を汎用的に用いることができるので、光照射装置の照射パターンの設計自由度を増すことができる。
さらに、従来のロッドレンズを用いた構成では、当該ロッドレンズの熱膨張率を考慮して筐体を設計する必要があり、筐体の長手寸法が決められている場合にはその光照射面の長手寸法が制約されてしまう。具体的には、ロッドレンズの両端部を支持する側板にロッドレンズの熱膨張量を吸収するクリアランスを設ける必要があり、その分だけ側板が厚くなってしまい、光照射面の長手寸法が短くなる。例えば、樹脂製のロッドレンズ１ｍの場合、６０℃温度上昇すると約４．２ｍｍの伸びとなるが、ロッドレンズや筐体の公差等を考慮すると、全体として１０ｍｍ程度のクリアランスを取る必要がある。本発明では、各レンズ部材の熱膨張量を小さくすることができるので、側板にクリアランスを設ける必要がなく、あるいはクリアランスを小さくすることができ、側板を薄くすることができる。その結果、筐体の長手寸法が決められている場合であっても、光照射面の長手寸法を大きくすることができる。
【０００８】
前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子は、ライン状又は環状に配列されていることが望ましい。ライン状に配列されている場合には、配列数を変更することによってライン状の光の長手方向の長さを変更することができる。このとき、レンズ部材は、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列数に合わせて変更すれば良い。また、環状に配列されている場合には、配列数を変更することによって環状の光のサイズを変更することができる。このとき、レンズ部材は、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列数に合わせて変更すれば良い。
【０００９】
前記複数のＬＥＤ又は前記複数のＬＥＤ素子が配列された平面に直交する方向から視て、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子の発光中心と前記側周面の回転中心軸とが一致している状態において、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子の発光中心と前記頂面の円筒軸とが互いにずれていても良い。
このように発光中心と頂面の円筒軸とが互いにずれていることにより、頂面から出射される光を複数のＬＥＤ又は複数のＬＥＤ素子が配列された平面に直交する方向に対して傾けることができ、これによっても光照射装置の照射パターンの設計自由度を増すことができる。
【００１０】
また本発明に係る光照射装置は、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子を覆うように設けられたレンズ部材とを備え、前記レンズ部材は、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部が形成された底面と、前記底面に対向し、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を出射する頂面と、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して前記頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面とを有し、前記頂面は、部分円筒面をなすように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような光照射装置であれば、レンズ部材がＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部を有し、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面を有しているので、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出た光をロス無く頂面から出射させることができる。
ここで、レンズ部材の頂面が部分円筒面をなしているので、当該頂面から出射される光は頂面によって円筒軸方向と直交する方向のみに集光される。この光照射装置を複数個組み合わせた場合、光照射装置の配列方向と頂面の円筒軸方向とを略合致させることにより、当該配列方向における照度不足を低減することができる。
また、光照射装置の配列数や配列パターンによって、種々の照射パターンを形成することができる。
【００１２】
さらに本発明に係るレンズ部材は、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子を覆うように設けられるレンズ部材であって、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部が形成された底面と、前記底面に対向し、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を出射する頂面と、前記ＬＥＤ又は前記ＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して前記頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面とを有し、前記頂面は、部分円筒面をなすように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
このようなレンズ部材によれば、レンズ部材がＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出る光を受ける凹部を有し、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子からの光を内方に全反射して頂面に向かわせる回転体形状をなす側周面を有しているので、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出た光をロス無く頂面から出射させることができる。
ここで、レンズ部材の頂面が部分円筒面をなしているので、当該頂面から出射される光は頂面によって円筒軸方向と直交する方向のみに集光される。そして、この頂面の円筒軸方向とＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列方向とが略合致するように、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子にレンズ部材を装着することで、当該配列方向に直交する方向における照度不足を低減することができる。
また、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列数や配列パターンに合わせてレンズ部材を汎用的に用いることができるので、光照射装置の照射パターンの設計自由度を増すことができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成した本発明によれば、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子の配列方向に沿った光を照射するものにおいて、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子から出射される光のロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の光照射装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】同実施形態の光照射装置を模式的に示す長手方向の断面図及び短手方向の断面図である。
【図３】同実施形態のレンズ部材の斜視図である。
【図４】同実施形態のレンズ部材の円筒軸方向に直交する縦断面図である。
【図５】同実施形態のレンズ部材の円筒軸方向に沿った縦断面図である。
【図６】同実施形態のレンズ部材を通過する光路を示す模式図である。
【図７】同実施形態のレンズ部材の配置態様を示す模式図である。
【図８】変形実施形態のレンズ部材の縦断面図である。
【図９】変形実施形態に係る光照射装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る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。
【００１７】
本実施形態の光照射装置１００は、図１に示すように、例えば検査物（ワーク）の被照射面にライン状の光（以下、ライン光ともいう。）を照射するものであり、ラインセンサ等の撮像装置で被照射面を撮影し、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。
【００１８】
具体的に光照射装置１００は、図１及び図２に示すように、所定の配列方向に並び設けられた複数のＬＥＤ２と、複数のＬＥＤ２それぞれを覆うように設けられた複数のレンズ部材３と、複数のＬＥＤ２及び複数のレンズ部材３を収容するケーシング４とを備えている。
【００１９】
複数のＬＥＤ２は、本実施形態では表面実装型ＬＥＤ（ＳＭＤ）であり、例えば矩形状をなす基板２０上にその長手方向に沿って例えば直線状に一列で等間隔に搭載されている。
【００２０】
複数のレンズ部材３は、それぞれ１つのＬＥＤ２毎に対応して設けられている。つまり、基板２０の長手方向に沿って例えば直線状に一列で等間隔に設けられている。このレンズ部材３は、中実透明なものであり、光を出射する先端面と、回転体形状をなす側周面とを有している。また、レンズ部材３は、例えばプラスチックなどの樹脂製である。なお、レンズ部材３は、ケーシング４によって固定される構成としてもよいし、基板２０によって固定される構成としても良いし、その他の部材によって固定される構成としても良い。
【００２１】
ケーシング４は、複数のＬＥＤ２が搭載された基板２０及び複数のレンズ部材３を収容する長手方向に延びる収容空間４Ｓを有するものであり、先端面にライン状の光を出射する光出射部４Ｘが形成されている。なお、ケーシング４の光出射部４Ｘには、複数のレンズ部材３から出射されたライン光の照度分布を均一化するために拡散板５を設けても良い。この拡散板５は、複数のレンズ部材３の光出射側前方（上部）に設けられており、拡散板５の光出射側面（上面）には、保護カバーを設けても良い。
【００２２】
しかして、本実施形態のレンズ部材３は、図３、図４及び図５に示すように、ＬＥＤ２から出る光の略全てを受ける凹部３１が形成された底面である基端面３ａと、当該基端面３ａに対向し、ＬＥＤ２からの光を出射する頂面である先端面３ｂと、ＬＥＤ２からの光を内方に全反射して先端面３ｂに向かわせる側周面３ｃとを有している。
【００２３】
本実施形態では、凹部３１の開口をＬＥＤ２の発光面に近接して設けることにより、ＬＥＤ２から出る光の略全てを受ける構成としてある。なお、凹部３１の内部にＬＥＤ２の一部又は全部を収容することによって、ＬＥＤ２から出る光の略全てを受ける構成としても良い。
【００２４】
凹部３１の底面３１ａは、基端面３ａ側に向かって膨らませた凸レンズ形状とされており、凹部３１の側面３１ｂは、基端面３ａ側に向かうに連れて徐々に拡がるテーパ面とされている。なお、底面３１ａは、凸レンズ形状以外に、凹レンズ形状としてもよいし、平坦面としても良いし、種々の形状とすることができる。また、側面３１ｂは、テーパ面以外に、等断面形状をなす面としても良いし、種々の形状とすることができる。
【００２５】
側周面３ｃは、凸レンズ形状をなす底面３１ａの光軸に対して回転体形状をなすものであり、本実施形態では、断面輪郭が例えば放物線をなすように形成した湾曲膨出面である。つまり、側周面３ｃは、光軸に直交する断面輪郭の面積が基端面３ａから先端面３ｂに向かうに連れて徐々に増加するように形成されている。
【００２６】
本実施形態では、図６に示すように、ＬＥＤ２から出た光のうち、凹部３１の側面３１ｂを通過した略全ての光が、側周面３ｃに到達し、そこで全反射されて先端面３ｂに向かうように構成されている。また、ＬＥＤ２から出た光のうち、凹部３１の底面３１ａを通過した略全ての光は、側周面３ｃを介すること無く、先端面３ｂに向かうように構成されている。
【００２７】
そして、特に図４、図５に示すように、本実施形態の先端面３ｂは、部分円筒面をなすように構成されており、光を一方向に集光するシリンドリカルレンズとして機能するように構成されている。
【００２８】
ここで、各レンズ部材３は、図７に示すように、ＬＥＤ２が配列された平面に直交する方向（以下、光出射方向ともいう。）から視て、その先端面３ｂの円筒軸方向３ｘがＬＥＤ２の配列方向と略合致するように装着されている。本実施形態では、ＬＥＤ２が直線状に一列で配置されているので、各レンズ部材３における先端面３ｂの円筒軸方向が略同一直線状となるように装着される。このように複数のレンズ部材３を装着することによって、複数のレンズ部材３によりＬＥＤ２から出た光は、ＬＥＤ２の配列方向に直交する方向に集光される。
【００２９】
また本実施形態では、光出射方向から視て、先端面３ｂの円筒軸３ｘがＬＥＤ２の発光中心２ｘと重なるように構成されている。つまり、側周面３ｃの回転中心軸と円筒軸３ｘが交わるように構成されている。また、側周面３ｃの回転中心軸がＬＥＤ２の発光中心２ｘを通るように構成されている。その結果、ＬＥＤ２の発光中心２ｘから被照射面に到達するまで光軸は一直線となる。なお、円筒軸３ｘとは、先端面３ｂにおける近軸の曲率半径の中心軸である。
【００３０】
このように構成した本実施形態の光照射装置１００によれば、レンズ部材３がＬＥＤ２から出る光を受ける凹部３１を有し、ＬＥＤ２からの光を内方に全反射して先端面３ｂ（頂面）に向かわせる回転体形状をなす側周面３ｃを有しているので、ＬＥＤ２から出た光をロス無く先端面３ｂから出射させることができる。
【００３１】
ここで、レンズ部材３の先端面３ｂが部分円筒面をなしているので、当該先端面３ｂから出射される光は先端面３ｂにより円筒軸方向と直交する方向のみに集光される。そして、この先端面３ｂの円筒軸方向とＬＥＤ２の配列方向とを略合致させているので、当該配列方向における照度不足を低減することができる。
【００３２】
また、レンズ部材３がＬＥＤ２毎に設けられているので、ＬＥＤ２の配列数や配列パターンに合わせてレンズ部材３を設けることができる。このようにレンズ部材３を汎用的に用いることができるので、光照射装置１００の照射パターンの設計自由度を増すことができる。
【００３３】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３４】
例えば、図８に示すように、側周面３ｃの回転中心軸に対して先端面３ｂの円筒軸３ｘがずれた位置となるように構成しても良い。つまり、光出射方向から視て、ＬＥＤ２の発光中心２ｘと先端面３ｂの円筒軸３ｘとが互いにずれる構成としても良い。この構成であれば、先端面３ｂから出射される光をＬＥＤ２が配列された平面に直交する方向に対して傾けることができ、これによっても光照射装置１００の照射パターンの設計自由度を増すことができる。
【００３５】
例えば、複数のＬＥＤ２を３列に配置した場合、中央のＬＥＤ列では、光出射方向から視て、発光中心２ｘと頂面の円筒軸３ｘとが一致するようにし、両サイドのＬＥＤ列では、レンズ部材３から出射される光が中央側に傾くように、その発光中心２ｘと先端面３ｂの円筒軸３ｘとがずれるようにすることが考えられる。
【００３６】
前記実施形態の頂面は、単一の曲率を有する部分円筒面としているが、例えば頂面の中央部と周辺部とで曲率半径が互いに異なる部分円筒面としても良い。また、頂面全体を部分円筒面とする他、その一部を部分円筒面としても良い。
【００３７】
また、前記実施形態では、複数のＬＥＤ２が直線状に一列に配列されてライン状の光を照射するものであったが、図９に示すように、複数のＬＥＤ２が円環状に配列されてリング状の光を照射するものであっても良い。この場合、円環状に配置された複数のＬＥＤ２を円環中央部に集光するために、レンズ部材３の先端面３ｂの円筒軸３ｘをＬＥＤ２の発光中心２ｘから内側にずらすことが考えられる。
なお、前記円筒軸は、例えばＬＥＤ２が円環状に配列されていることに合わせて曲線にするなど、直線でなくても良い。
【００３８】
さらに、複数のＬＥＤ２の配列方向は、直線状又は環状に限られず、湾曲又は屈曲した曲線状であっても良い。
【００３９】
その上、前記実施形態では、表面実装型ＬＥＤを用いた光照射装置を説明したが、金属基板上に複数のＬＥＤチップを搭載した所謂チップオンボード（ＣＯＢ）を用いた光照射装置であっても良い。この場合、レンズ部材の底面に形成された凹部は、金属基板上の１又は複数のＬＥＤを収容する構成となる。また、ＬＥＤとしては、ポッティングによりレンズが一体に形成されたものであってもよいし、ＬＥＤ又はＬＥＤ素子に近接してレンズが設けられたものであっても良い。
【００４０】
加えて、前記実施形態では、複数のＬＥＤ２を備えた光照射装置について説明したが、１つのＬＥＤ２及び１つのレンズ部材３を備えた光照射装置としても良い。この場合、この光照射装置を複数個組み合わせて、それらの配列数や配列パターンによって、種々の照射パターンを形成することができる。このとき、光照射装置の配列方向と先端面３ｂの円筒軸方向とを略合致させることにより、当該配列方向に直交する方向における照度不足を低減することができる。
【００４１】
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】
【００４２】
１００・・・光照射装置
２    ・・・ＬＥＤ
３    ・・・レンズ部材
３１  ・・・凹部
３ａ  ・・・底面（基端面）
３ｂ  ・・・頂面（先端面）
３ｃ  ・・・側周面
２ｘ  ・・・発光中心
３ｘ  ・・・頂面の円筒軸
【図１】
2020071982.tif 000003
【図２】
2020071982.tif 000004
【図３】
2020071982.tif 000005
【図４】
2020071982.tif 000006
【図５】
2020071982.tif 000007
【図６】
2020071982.tif 000008
【図７】
2020071982.tif 000009
【図８】
2020071982.tif 000010
【図９】
2020071982.tif 000011