(57)【要約】【課題】被照射物に対して照度分布の均一性が高い光照射領域を形成することができる光源ユニットを提供する。【解決手段】被照射物に光を照射するＬＥＤ素子と、前記被照射物からの反射光または蛍光を導光する導光体と、この導光体からの光を検出する受光素子とを備えてなり、前記導光体は、前記被照射物の光照射面に平行な受光面と、前記受光素子に対向する出光面とを有し、前記ＬＥＤ素子は、その光軸が前記導光体の受光面の法線方向に伸びる受光軸と平行となる状態で当該導光体に隣接して配置され、前記ＬＥＤ素子の発光面に対向してレンズが設けられ、このレンズは、その光軸が前記ＬＥＤ素子の光軸から前記導光体の受光軸に接近する方向に変位した位置に配置されており、前記レンズにおける前記被照射物の光照射面側の面が凸面とされていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射物に光を照射するＬＥＤ素子と、前記被照射物からの反射光または蛍光を導光する導光体と、この導光体からの光を検出する受光素子とを備えてなり、
前記導光体は、前記被照射物の光照射面に平行な受光面と、前記受光素子に対向する出光面とを有し、
前記ＬＥＤ素子は、その光軸が前記導光体の受光面の法線方向に伸びる受光軸と平行となる状態で当該導光体に隣接して配置され、
前記ＬＥＤ素子の発光面に対向してレンズが設けられ、このレンズは、その光軸が前記ＬＥＤ素子の光軸から前記導光体の受光軸に接近する方向に変位した位置に配置されており、
前記レンズにおける前記被照射物の光照射面側の面が凸面とされていることを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
前記ＬＥＤ素子の光軸と前記レンズの光軸とを通る断面において、当該ＬＥＤ素子と前記被照射物の光照射面との間の位置には、反射鏡が前記導光体の受光軸に対して傾斜した状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子の複数が一方向に沿って並ぶよう配置され、前記導光体の受光面が、前記ＬＥＤ素子が並ぶ一方向に沿って伸びるよう形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源ユニット。
【請求項４】
前記レンズは、球面レンズまたはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源ユニットに関し、更に詳しくは被検査物に光を照射して検査・識別するための光検出装置に好適に用いることができる光源ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶基板等の被検査物の表面の傷を検査するために光を照射して反射光により傷を検査する光検出装置や、紙などの薄い被検査物に光を照射して、当該被検査物の表面に保持された光学的情報を読み取る光検出装置が知られている。かかる光検出装置においては、発光素子および受光素子を有する光源ユニットが搭載されており、光源ユニットにおける発光素子から特定波長の光を被検査物に照射しながら、当該被検査物を当該光源ユニットに対して相対的に移動させる。次いで、被検査物からの反射光または蛍光を、光源ユニットにおける受光素子によって受光することにより、被検査物に担持された光学的情報が読み取られる。そして、読み取られた光学的情報によって、被検査物の傷を検出したり、被検査物の真偽が判定されたりする。
【０００３】
図８は、従来の光源ユニットが搭載された光検出装置の一例における構成を示す説明図である。このような光検出装置は、例えば特許文献１に開示されている。
この光検出装置は、紫外線を出射するＬＥＤ素子８０および紙葉類よりなる被照射物Ｗからの光を受光する受光素子８５を有する光源ユニット７０と、この光源ユニット７０の下方に設けられた、被照射物Ｗを水平方向に搬送する搬送機構９０とを備えてなる。
光源ユニット７０は、外形が直方体状の筐体７１を有する。この筐体７１の上壁部はプリント基板７２によって形成されている。また、筐体７１の下壁部には開口が形成され、この開口を塞ぐよう、石英ガラスよりなる光透過窓７３が配置されている。筐体７１内には、ＬＥＤ素子８０が、その光軸が被照射物Ｗの光照射面の法線方向に対して傾斜した状態で、光透過窓７３を臨むよう配置されている。このＬＥＤ素子８０と光透過窓７３との間には、紫外線透過フィルタ７４が配置されている。また、筐体７１内には垂直方向に沿って遮光壁Ｐが配置されている。この遮光壁Ｐによって区画された空間Ａ内における光透過窓７３の上方位置には、受光素子８５が当該光透過窓７３を臨む姿勢で、プリント基板７２の表面（図において下面）に配置されている。この受光素子８５と光透過窓７３との間には、赤外線カットフィルタ７５および集光レンズ７６が配置されている。また、プリント基板７２の表面には、受光素子８５からの出力電流を電圧に変換して増幅するアンプ（図示省略）が設けられており、プリント基板７２の裏面（図において上面）には、外部接続用コネクタ８６が設けられている。
搬送機構９０は、被照射物Ｗの搬送路を形成するガイド板９１，９２と、被照射物Ｗを搬送する搬送ローラ９５，９６とにより構成されている。
【０００４】
上記の光検出装置においては、搬送機構９０によって、被照射物Ｗが搬送されて光源ユニット７０の下方を通過する。この光源ユニット７０においては、ＬＥＤ素子８０からの紫外線が、紫外線透過フィルタ７４および光透過窓７３を介して被照射物Ｗの表面に照射される。これにより、被照射物Ｗの表面には、光照射領域Ｓが形成される。そして、被照射物Ｗにおける光照射領域Ｓからの光が、光透過窓７３、集光レンズ７６および赤外線カットフィルタ７５を介して、受光素子８５に受光される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８３２８１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、上記の光検出装置においては、発光素子８０を被照射物Ｗの照射面に対して傾斜した状態で配置されているため、被照射物Ｗにおける光照射領域Ｓにおいては、ＬＥＤ素子８０から遠い箇所の照度が、ＬＥＤ素子８０に近い箇所の照度よりも低くなり、その結果、照度分布の均一性が高い光照射領域Ｓを形成することが困難である、という問題がある。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、被照射物に対して照度分布の均一性が高い光照射領域を形成することができる光源ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光源ユニットは、被照射物に光を照射するＬＥＤ素子と、前記被照射物からの反射光または蛍光を導光する導光体と、この導光体からの光を検出する受光素子とを備えてなり、
前記導光体は、前記被照射物の光照射面に平行な受光面と、前記受光素子に対向する出光面とを有し、
前記ＬＥＤ素子は、その光軸が前記導光体の受光面の法線方向に伸びる受光軸と平行となる状態で当該導光体に隣接して配置され、
前記ＬＥＤ素子の発光面に対向してレンズが設けられ、このレンズは、その光軸が前記ＬＥＤ素子の光軸から前記導光体の受光軸に接近する方向に変位した位置に配置されており、
前記レンズにおける前記被照射物の光照射面側の面が凸面とされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光源ユニットにおいては、前記ＬＥＤ素子の光軸と前記レンズの光軸とを通る断面において、当該ＬＥＤ素子と前記被照射物の光照射面との間の位置に、反射鏡が前記導光体の受光軸に対して傾斜した状態で配置されていることが好ましい。
また、前記ＬＥＤ素子の複数が一方向に沿って並ぶよう配置され、前記導光体の受光面が、前記ＬＥＤ素子が並ぶ一方向に沿って伸びるよう形成されていることが好ましい。
また、前記レンズは、球面レンズまたはシリンドリカルレンズであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光源ユニットによれば、ＬＥＤ素子の発光面に対向して設けられたレンズは、その光軸がＬＥＤ素子の光軸から導光体の受光軸に接近する方向に変位した位置に配置されているため、当該ＬＥＤ素子からの光が当該レンズによって屈折する。これにより、レンズから出射される光は、導光体側に広がる。その結果、被照射物に対して照度分布の均一性が高い光照射領域を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の光源ユニットが搭載された光検出装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
【図２】本発明の光源ユニットにおける筐体内部の構成を拡大して示す説明図である。
【図３】導光体における第１の光反射面を拡大して示す説明用断面図である。
【図４】ＬＥＤ素子、導光体およびレンズの位置関係を拡大して示す説明用断面図である。
【図５】種々の形態のＬＥＤ素子における光軸を示す説明図である。
【図６】ＬＥＤ素子、導光体およびレンズの位置関係を示す平面図である。
【図７】本発明の光源ユニットの他の例におけるＬＥＤ素子、導光体およびレンズの位置関係を示す平面図である。
【図８】従来の光源ユニットが搭載された光検出装置の一例における構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の光源ユニットの実施の形態について説明する。
図１は、本発明の光源ユニットが搭載された光検出装置の一例における構成を示す説明用断面図である。この光検出装置は、被照射物Ｗに光を照射する光源ユニット１０を有する。この光源ユニット１０の下方には、被照射物Ｗを水平方向に搬送する搬送機構４０が設けられている。
【００１３】
光源ユニット１０は、下面に開口が形成された矩形の箱型の筐体１１を有する。この筐体１１の開口には、光透過窓１２が設けられている。筐体１１内には、図２に示すように、水平でかつ被照射物Ｗの搬送方向（図２において紙面に垂直な方向）に対して垂直な一方向に沿って並ぶよう配置された、それぞれ被照射物Ｗに光を照射する複数（例えば１５個）のＬＥＤ素子１５と、被照射物Ｗからの反射光または蛍光を導光する導光体２０と、この導光体２０からの光を検出する受光素子３０とが設けられている。なお、受光素子３０は筐体１１の外部に設けられていてもよい。
【００１４】
導光体２０は、ＬＥＤ素子１５が並ぶ一方向に沿って伸びる受光部２１と、この受光部２１の一端（図２において右端）に形成された中間部２５と、この中間部２５の一端（図２において右端）に形成された、当該中間部２５から上方に伸びる出光部２６とにより構成されている。
【００１５】
導光体２０の受光部２１における下面は、被照射物Ｗからの光を受光する、当該被照射物Ｗの光照射面に平行な受光面２２とされている。受光面２２から被照射物Ｗまでの距離は、例えば１５〜２５ｍｍである。
【００１６】
受光部２１における受光面２２に対向する上面は、受光面２２に受光された光を中間部２５に向かって反射する第１の光反射面２３とされている。
第１の反射面２３は、図３にも拡大して示すように、受光面２２に対して平行な平面部２３ａと、受光面２２に対して傾斜した傾斜面部２３ｂとが交互に配置されることによって、中間部２５に向かうに従って受光面２２との距離が大きくなるよう階段状に形成された、多数の微小プリズム２３ｃによって構成されている。
このような微小プリズム２３ｃよりなる第１の反射面２３を形成することにより、受光面２２に受光された光が、第１の反射面２３を構成する微小プリズム２３ｃの各々によって反射された後、各反射光が合成されるため、被照射物Ｗに対して、照度分布の均一性が一層高い光照射領域を形成することができる。
【００１７】
また、導光体２０の出光部２６においては、その上面が水平な平坦面とされ、下面が中間部２５に向かうに従って降下する傾斜面とされている。
そして、出光部２６の上面は、受光素子３０に出光する、当該受光素子３０に対向する出光面２７とされている。
出光部２６の下面は、中間部２５からの光を出光面２７に向かって反射する第２の光反射面２８とされている。出光面２７に対する第２の光反射面２８の傾斜角度は、例えば４５°である。
【００１８】
導光体２０を構成する材料としては、被照射物Ｗからの光を導光し得るものであれば特に限定されず、例えばアクリル樹脂等の透光性樹脂や、ガラス材料などを用いることができる。
また、導光体２０は、受光部２１、中間部２５および出光部２６が連続して一体に形成されてなるものであっても、それぞれ別体の受光部２１、中間部２５および出光部２６が接合されてなるものであってもよい。
【００１９】
導光体２０の具体的な寸法の一例を示すと、受光部２１の受光面２２の寸法が１５０ｍｍ×４ｍｍ、受光部２１と中間部２５との境界面の寸法が２０ｍｍ×４ｍｍ、出光部２６における出光面２７の寸法が２２ｍｍ×４ｍｍである。
【００２０】
ＬＥＤ素子１５の各々は、図４に拡大して示すように、発光面が下方の光透過窓１２に向いた姿勢で、それぞれの光軸Ｌ１が導光体２０の受光面２２の法線方向（上下方向）に伸びる受光軸Ｌ２と平行となる状態で当該導光体２０に隣接して配置されている。
ＬＥＤ素子１５としては、目的および用途に応じて、可視光線を放射するもの、紫外線を放射するもの、赤外線を放射するものを選択して用いることができる。
ＬＥＤ素子１５の形態は特に限定されず、表面実装型若しくはパッケージ型のＬＥＤ素子、ＬＥＤチップ、レンズ一体型のＬＥＤ素子、砲弾型のＬＥＤ素子などであってもよい。この例におけるＬＥＤ素子１５は、表面実装型の矩形のものであり、その平面の寸法は、例えば７ｍｍ×７ｍｍである。
ＬＥＤ素子１５の配置ピッチは、例えば１０ｍｍである。
ＬＥＤ素子１５の光軸Ｌ１と導光体２０の受光軸Ｌ２との離間距離は、例えば５〜７ｍｍである。
【００２１】
ＬＥＤ素子１５の光軸Ｌ１とは、当該ＬＥＤ素子１５から放射される光の中心軸を意味する。具体的な例を挙げて説明すると、図５（ａ）に示すように、単一の発光部１５ａを有するＬＥＤ素子１５においては、当該発光部１５ａの中心を通る軸が光軸Ｌ１となる。また、図５（ｂ）に示すように、複数の発光部１５ａを有するＬＥＤ素子１５においては、複数の発光部１５ａが形成された領域の中心を通る軸が光軸Ｌ１となる。この例のＬＥＤ素子１５には、その周側面に端子１５ｄや凹部１５ｅが形成されているが、このような端子１５ｄや凹部１５ｅが形成されていても、光軸Ｌ１の位置に影響はない。また、図５（ｃ）に示すように、レンズ一体型のＬＥＤ素子１５においては、レンズ１５ｃの中心軸が光軸Ｌ１となる。また、図５（ｄ）に示すように、砲弾型のＬＥＤ素子１５においては、ＬＥＤ素子１５の砲弾形状によって定まる中心軸が光軸Ｌ１となる。
【００２２】
ＬＥＤ素子１５の各々の発光面に対向する位置には、図６にも示すように、球面レンズ１６が当該ＬＥＤ素子１５に対応して設けられている。球面レンズ１６の各々は、一面が平坦面で他面が凸面であり、ＬＥＤ素子１５側の面が平坦面で、被照射物Ｗの光照射面側の面が凸面となるよう配置されている。この球面レンズ１６の径は、例えば５ｍｍである。
また、球面レンズ１６の各々は、その光軸Ｌ３が当該球面レンズ１６に対応するＬＥＤ素子１５の光軸Ｌ１から導光体２０の受光軸Ｌ２に接近する方向に変位して当該受光軸Ｌ２にとなる位置に配置されている。ＬＥＤ素子１５の光軸Ｌ１に対する球面レンズ１６の光軸Ｌ３の変位量（ＬＥＤ素子１５の光軸Ｌ１と球面レンズ１６の光軸Ｌ３との距離）は、０．４〜０．８ｍｍであることが好ましい。この変位量が過小である場合には、被照射物Ｗに対する光照射領域が狭くなるため、好ましくない。一方、この変位量が過大である場合には、形成される光照射領域において、ＬＥＤ素子１５に接近する箇所の照度が大きくなり、照度分布の高い均一性を得ることが困難となることがある。
【００２３】
また、ＬＥＤ素子１５と球面レンズ１６との離間距離は、０．３ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１ｍｍ以下である。この離間距離が過大である場合には、被照射物Ｗに対する光照射領域が狭くなるため、好ましくない。
【００２４】
図示の例では、ＬＥＤ素子１５の光軸Ｌ１と球面レンズ１６の光軸Ｌ２とを通る断面において、当該ＬＥＤ素子１５と被照射物Ｗの光照射面との間の位置に、２つの反射鏡３５が、導光体２０の受光軸Ｌ２に対して当該導光体２０の受光面２２に向くよう傾斜した状態で互いに対向するよう配置されている。受光軸Ｌ２に対する反射鏡３５の傾斜角度は、例えば１３〜２０°である。
【００２５】
受光素子３０としては、被照射物Ｗからの光の波長域に感度を有するものであれば、特に限定されず、種々のものを用いることができる。
【００２６】
搬送機構４０は、被照射物Ｗが保持される搬送ベルト４１と、この搬送ベルト４１を水平方向に移動させる搬送ローラ４２とにより構成されている。
【００２７】
上記の光検出装置においては、搬送機構４０によって、被照射物Ｗが搬送されて光源ユニット１０の下方を通過する。この光源ユニット１０においては、ＬＥＤ素子１５からの光が、球面レンズ１６および光透過窓１２を介して被照射物Ｗの表面に照射される。これにより、被照射物Ｗの表面には、ＬＥＤ素子１５が並ぶ一方向に伸びる長尺な矩形の光照射領域Ｓが形成される。そして、被照射物Ｗにおける光照射領域Ｓからの反射光または蛍光が、光透過窓１２を介して、導光体２０の受光面２２に受光され、当該導光体２０によって導光されて出光面２７から出光され、更に受光素子３０に受光される。
【００２８】
そして、本発明の光源ユニット１０によれば、ＬＥＤ素子１５の発光面に対向して設けられた球面レンズ１６は、その光軸Ｌ２がＬＥＤ素子１５の光軸Ｌ１から導光体２０の受光軸Ｌ２に接近する方向に変位した位置に配置されているため、当該ＬＥＤ素子１５からの光が当該球面レンズ１６によって屈折する。これにより、球面レンズ１６から出射される光は導光体２０側に広がる。その結果、被照射物Ｗに対して照度分布の均一性が高い光照射領域Ｓを形成することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば図２および図６に示す構成においては、複数の球面レンズ１６がＬＥＤ素子１５に対応して配置されているが、図７に示すように、半円柱状のシリンドリカルレンズ１７が、被照射物の光照射面側の面が凸面となる姿勢で、複数のＬＥＤ素子１５の発光面の各々に対向するよう配置されていてもよい。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の光源ユニットの具体的な実施例について説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３１】
〈実施例１〜７および比較例１〉
図１に示す構成に従い、下記の仕様の光源ユニットを作製した。
［ＬＥＤ素子］
形態：表面実装型
発光波長：３９２ｎｍ
発光面における発光部の寸法：１ｍｍ×１ｍｍ
出力：０．５Ｗ
ＬＥＤ素子の数：１５個
ＬＥＤ素子の配置ピッチ：１０ｍｍ
［導光体］
材質：アクリル樹脂
受光面の寸法：１５０ｍｍ×４ｍｍ
受光部と中間部との境界面の寸法：２０ｍｍ×４ｍｍ
出光面の寸法：２２ｍｍ×４ｍｍ
受光面から被照射物までの距離：２０ｍｍ
ＬＥＤ素子の光軸Ｌ１と導光体の受光軸Ｌ２との離間距離：６ｍｍ
［球面レンズ］
直径：５ｍｍ
ＬＥＤ素子の光軸Ｌ１に対する球面レンズの光軸Ｌ３の変位量：下記表１のとおり
ＬＥＤ素子との離間距離：０．１ｍｍ
【００３２】
〈比較例２〉
ＬＥＤ素子および球面レンズを、それぞれの光軸Ｌ１および光軸Ｌ３が導光体の受光軸Ｌ２に対して２０°傾斜した姿勢で配置したこと以外は、比較例１と同様の構成の光源ユニットを作製した。
【００３３】
〔評価〕
実施例１〜７および比較例１〜２に係る光源ユニットの各々を点灯させ、被照射物の表面に、１０ｍｍ×６ｍｍの長尺な矩形の光照射領域を形成した。そして、この光照射領域の長手方向の中央位置において、当該長手方向に垂直な方向における照度分布を測定し、平均照度（ｍＷ／ｃｍ2 ）、実施例５に係る光源ユニットによる平均照度を１００としたときの相対値、および照度分布不均一性（％）を求めた。ここで、照度分布不均一性は、〔（最大照度−最小照度）／平均照度〕×１００により算出した。以上、結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2014224701.tif 000003
【００３５】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜７に係る光源ユニットによれば、被照射物に対して、照度が高く、照度分布の均一性が高い光照射領域を形成することができることが確認された。
これに対して、比較例１に係る光源ユニットにおいては、ＬＥＤ素子の光軸Ｌ１と球面レンズの光軸Ｌ３とが一致しているため、形成される光照射領域は照度分布の均一性が低いものであった。
また、比較例２に係る光源ユニットにおいては、照度の高い光照射領域を形成することができなかった。
【符号の説明】
【００３６】
１０  光源ユニット
１１  筐体
１２  光透過窓
１５  ＬＥＤ素子
１５ａ  発光部
１５ｃ  レンズ
１５ｄ  端子
１５ｅ  凹部
１６  球面レンズ
１７  シリンドリカルレンズ
２０  導光体
２１  受光部
２２  受光面
２３  第１の光反射面
２３ａ  平面部
２３ｂ  傾斜面部
２３ｃ  微小プリズム
２５  中間部
２６  出光部
２７  出光面
２８  第２の光反射面
３０  受光素子
３５  反射鏡
４０  搬送機構
４１  搬送ベルト
４２  搬送ローラ
７０  光源ユニット
７１  筐体
７２  プリント基板
７３  光透過窓
７４  紫外線透過フィルタ
７５  赤外線カットフィルタ
７６  集光レンズ
８０  ＬＥＤ素子
８５  受光素子
８６  外部接続用コネクタ
９０  搬送機構
９１，９２  ガイド板
９５，９６  搬送ローラ
Ａ    空間
Ｌ１  ＬＥＤ素子の光軸
Ｌ２  導光体の受光軸
Ｌ３  球面レンズの光軸
Ｐ    遮光板
Ｗ    被照射物
【図１】
2014224701.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014224701.tif 000008
【図６】
2014224701.tif 000009
【図７】
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【図８】
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