(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状光源より発せられた光をシリンドリカルレンズにて一方向に集光して対象物に照射する照明装置であって、
前記シリンドリカルレンズが、端面を研磨した複数本のシリンドリカルレンズを該端面で突き合わせて構成したものからなるものにおいて、
前記線状光源から発せられる光量の角度特性は、前記シリンドリカルレンズの突き合わせ面に対して左右対称であり、
前記線状光源から発せられた光が前記シリンドリカルレンズに入射する入射角の最大値θ1 が、
ｎ22／ｎ12−sin2θ1＞１
ただし、ｎ1 は空気の屈折率、ｎ2 はシリンドリカルレンズの屈折率、
の関係を満たすことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状の光源から発せられた光を一方向に収束して対象に照射する照明装置であって、特に幅広い範囲を一度に照射できる照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ラインセンサカメラを用いた測定装置に適した照明装置として、測定対象を線状に照明する装置が用いられている。このような装置の例として、例えば特開平９−３１１２７９に開示された照明装置が知られている。この装置は、光ファイバ束を利用したラインライトガイドから発せられた光をシリンドリカルレンズで集光することにより、光量を有効に使用して、対象物を線状に照明するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような照明装置についても、次に述べるような問題があった。すなわち、通常、ラインライトガイドにはファイバ総量から決まる幅の制約があり、例えば、鋼板のように幅の広い帯状の対象を照明するためには、ラインライトガイドとシリンドリカルレンズを組にして、それらを複数組、照射対象の幅方向に並べる必要があった。その際、ラインライトガイドやシリンドリカルレンズをできるだけ密接するように並べるが、高い分解能で検査を行うような場合には、隣り合うラインライトガイドやシリンドリカルレンズの間で、隙間の影響を受けることを避けることができなかった。また、たとえ径の細いファイバを隙間なく並べられたとしても、シリンドリカルレンズに関して隙間の影響がでないようするためには一本ものを用いる以外なく、その場合にはレンズ単体のコストが非常に高くなるといった問題があった。
本発明は、これらの課題を解決した幅広い範囲を一度に照射できる照明装置をに提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、線状光源より発せられた光をシリンドリカルレンズにて一方向に集光して対象物に照射する照明装置であって、前記シリンドリカルレンズが、端面を研磨した複数本のシリンドリカルレンズを該端面で突き合わせて構成したものからなるものにおいて、前記線状光源から発せられる光量の角度特性は、前記シリンドリカルレンズの突き合わせ面に対して左右対称であり、前記線状光源から発せられた光が前記シリンドリカルレンズに入射する入射角の最大値θ1 が、ｎ22／ｎ12−sin2θ1＞１、となるようにしたものである。ただし、ｎ1 は空気の屈折率、ｎ2 はシリンドリカルレンズの屈折率である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
いま、図１に示すような屈折率ｎ2 のシリンドリカルレンズ１０を用いて、シリンドリカルレンズ１０の平面１１よりシリンドリカルレンズの主軸に沿って、屈折率ｎ1 の媒体から入射角θ1 で光が入射する場合を考える。
その場合、図２に示すように、シリンドリカルレンズの平面１１より入射した光線１は、下記のスネルの法則により、
ｎ1・sinθ1＝ｎ2・sinθ2                ・・・（式１）
を満たす角θ2 で屈折し、その後、シリンドリカルレンズの凸面１２に到達した光線１は、再度屈折角θ1 で屈折し、レンズ凸面１２から出射される。
【０００９】
一方、シリンドリカルレンズ１０の平面１１よりシリンドリカルレンズの主軸に沿って、屈折率ｎ1 の媒体から入射角θ1 で光が入射した後、シリンドリカルレンズ１０の凸面１２に到達する前に端面１３に到達する光線２は、端面１３に対しては、入射角π／２−θ2 で入射することになる。これが端面１３から屈折角θ3で出射するとすると、スネルの法則により、
ｎ2・sin（π／２−θ2）＝ｎ1・sinθ3      ・・・（式２）
ゆえに、
sinθ3＝ｎ2／ｎ1・cosθ2                  ・・・（式３）
（式１）より、
cosθ2＝（１−ｎ12／ｎ22・sin2θ1）1/2     ・・・（式４）
（式３）及び（式４）より、
sinθ3 ＝（ｎ22／ｎ12−sin2θ1）1/2       ・・・（式５）
光線２がシリンドリカルレンズ１０の端面１３で全反射を起こし、端面１３から光が漏れない条件は、sinθ3＞１である。この全反射条件を書き換えれば、
ｎ22／ｎ12−sin2θ1＞１                   ・・・（式６）
となる。
【００１０】
その場合に、図３に示すように、端面１３を完全に研磨した２本のシリンドリカルレンズ１０，１０を突き合わせると、端面１３へ入射された光線２及び光線３は、それぞれ全反射され折り返されるが、もし光線２と光線３の光量が全く等しければ、見た目には光線２’はあたかも光線３が屈折して出射したものであるごとく、そして、光線３’も全く同様に光線２が屈折して出射したものであるごとく観察される。これは即ち、あたかもシリンドリカルレンズの継ぎ目がない一本のシリンドリカルレンズと、全く同じ状態である。従って、隣り合うシリンドリカルレンズの端面の突き合わせ目に入射する全ての光が、その合わせ目に対して角度特性及び光量に関して左右対称であれば、完全に一本のシリンドリカルレンズを用いているのと同様の光源の特性とすることができる。その結果、分割したシリンドリカルレンズを用いても、長尺の一本もののシリンドリカルレンズを用いた場合と全く同じ光学状態を実現することができる。
【００１１】
上記の例では、シリンドリカルレンズを２本突き合わせた場合について説明したが、３本以上突き合わせた場合でも、それぞれの合わせ目に対して角度特性及び光量に関する光源の特性が左右対称であれば同様に作用する。
【００１２】
通常シリンドリカルレンズは端面面取りをしてあるのが普通であるが、本発明の場合には、面取りされた面での光の散乱・予期せぬ方向への屈折を避けるために、端面面取りをせずに端面どうしを合わせる方がよく、これにより合わせ目も目立たなくなる。なお、ガラスの場合は面取りをしないと「欠け」が生じる恐れもあるので、シリンドリカルレンズの素材としては、アクリル等の樹脂を用いるのが望ましい。
【００１３】
また、上記の原理を利用した複数本のシリンドリカルレンズを突き合わせしてなるシリンドリカルレンズを用いた場合、複数本のシリンドリカルレンズに剛性を持たせる必要が生じるが、それには、例えば、一体型のホルダを利用して複数本のシリンドリカルレンズを保持するようにすることで、ホルダの剛性と同等の剛性を得ることが可能になる。その場合、金属のホルダを用いるのが通常であるが、特にアクリル等の樹脂製のシリンドリカルレンズを用いた場合には、シリンドリカルレンズに対して熱膨張係数の差が大きくなるため、温度変化が生じた場合にレンズがゆがんだり、破損したりすることが懸念される。そのために、樹脂製のシリンドリカルレンズを用いた場合、図４に示すように、膨張の影響が小さなシリンドリカレンズ１０の径方向では、僅かな熱膨脹の差を考慮するのみでシリンドリカルレンズ１０をホルダ１５にほぼ確実に保持し（図４（ａ）参照）、一方、膨張の影響が大きな長手方向では、シリンドリカルレンズ１０とホルダ１５の間に生じる大きな熱膨張の差を考慮して、予めシリンドリカレンズ１０をホルダ１５に対して余裕を持たせて固定する必要がある。この長手方向の固定方法として、例えば、ホルダ１５の左右両端にバネやラバー等の弾性体を配して、これらによりシリンドリカルレンズ１０をホルダ１５に固定し、シリンドリカルレンズ１０の熱による長さ方向の寸法変化をその弾性力により吸収する等の方法が考えられる（図４（ｂ）参照）。なお、図４（ｂ）中、１６は締付力調整用のバネ、１７はバネを保持するためのネジ、１８はシリンドリカルレンズ１０とバネ１６との間に置かれた押さえ板である。
【００１４】
上記のような複数本のシリンドリカルレンズを用いる場合、線状光源としては、例えば図５に示すように、光ファイバをバンドル２０にして取り込み、その光ファイバを出射端でライン状に幅方向ぎりぎりまで並べた（図中、このライン状光ファイバは２１で表されている）複数のラインライトガイド２２を密接させて使用することができる。ただし、本発明を実施するためには、左右のラインライトガイドの出射光量を等しくしておくこと、ラインライトガイドの出射端のファイバの出射角度特性及びファイバ自身の向きをそろえておくことが必須であることは言うまでもない。
【００１５】
最後に、これまで説明してきたシリンドリカルレンズ、およびラインライトガイドを用いた、本発明に係る照明装置の実施例の概略構成を図６に示しておく。ここにおいて、光源２３から発せられた光は光ファイババンドル２０を介し、光ファイバがライン上に並べられたラインライトガイド２２に入る。そして、このラインライトガイド２２から出た光は、シリンドリカルレンズ１０を通して集光され、検査等が行われる幅広の対象物（例えば鋼板）２４に照射される。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明装置によれば、複数本のシリンドリカルレンズを使用して、シリンドリカルレンズの継ぎ目の影響を受けずに、しかも一本もののシリンドリカルレンズを用いたと同等の効果で鋼板のように幅の広い対象物を照明することが可能となり、従って、幅広い範囲を一度に照射するための装置をより安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンドリカルレンズの斜視図。
【図２】シリンドリカルレンズの平面からその主軸に沿って光が入射した場合の光路を示す模式図。
【図３】２つのシリンドリカルレンズの端面を研磨してそれを突き合わせした状態で、シリンドリカルレンズの平面からその主軸に沿って光が入射した場合の光路を示す模式図。
【図４】複数のシリンドリカルレンズとそれらを保持するホルダとの関係を示す構造図。
【図５】複数のラインライトガイドを並べて使用する際の例示図である。
【図６】本発明に係る照明装置の実施例を示す装置の構成図である。
【符号の説明】
１０  シリンドリカルレンズ、１１  シリンドリカルレンズの平面、１２  シリンドリカルレンズの凸面、１３  シリンドリカルレンズの端面、１５  ホルダ、１６バネ、１７、ネジ、２０、光ファイバのバンドル、２２  ラインライトガイド、２３  光源、２４  鋼板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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