(57)【要約】【課題】  光源からの光線を効率良く集光し、最終の検査部で有効利用出来る出射角の狭い光量を得る光学系を実現した光源装置を提供する。【解決手段】  光源装置は、光源と、この光源からの光線を入光して被検査対象物方向に出射する導光体とを備えた検査用光源装置であって、光源からの光線を妨げない位置に設け、この光線方向に反射させる第１反射手段と、導光体の入射側端面近傍位置に設け、光源からの光線を第１反射手段方向に反射させる第２反射手段と、を備えたことである。【選択図】  図１
2006032812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源からの光線を入光して被検査対象物方向に出射する導光体とを備えた検査用光源装置であって、
前記光源からの光線を妨げない位置に設け、該光線方向に反射させる第１反射手段と、
前記導光体の入射側端面近傍位置に設け、前記光源からの光線を前記第１反射手段方向に反射させる第２反射手段と、
を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置であって、
更に、前記被検査対象物の近傍位置に、前記導光体から前記被検査対象物に照射された光線を前記導光体の出射側端面方向に反射させる第３反射手段を備えたことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
前記導光体は、角柱体で形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記角柱体は、ガラス又はプラスチック等の透明多角柱体であり、その内部のみを光が伝達するものである請求項２に記載の光源装置。
【請求項５】
前記導光体の出射側端面と前記被検査対象物との間に、前記被検査対象物に結像させる結像手段を備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１反射手段は、前記光源を支持する支持部材を反射鏡で形成したことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項７】
前記光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光源は、複数の光源からなることを特徴とする請求項１、２、６又は７に記載の光源装置。
【請求項９】
前記導光体は、前段が光ファイバーを束ねて作成したバンドルファイバーで、後段が角柱体で形成したことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記角柱体は、ガラス又はプラスチック等の透明多角柱体であり、その内部のみを光が伝達するものである請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記複数の光源と前記導光体との間に、集光光学系を用いて集光する集光手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置に関するもので、詳しくは光源から出射する光線を反射鏡等を用いて導光体に入光する光束から漏れた光線を集光させることで被検査対象物に照射する光線の光量を増やすことができる光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術における光源装置は、図４に示すように、光ファイバー６を利用して曲げて使用することができるもので、２つの光源４Ａ、４Ｂと、これら２つの光源４Ａ、４Ｂのそれぞれに集光レンズ５Ａ、５Ｂを備え、光ファイバー６の受光端面６ａに立体角Ωの範囲内で光を入射できるように配置されている。そして、この光ファイバー６の出光端面６ｂは集光するレンズ７を介して元素検出部８に照射する構成になっている。このような構成において、２つの光源４Ａ、４Ｂから光ファイバー６の受光端面６ａに入射した光は光ファイバー６内で重ね合わせられ、そしてレンズ７を介して元素検出部８へ導かれる。
【特許文献１】特開昭５９−２１４７３４号公報（第２頁  第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来技術で説明した光ファイバー、特に光ファイバーを束ねて形成したバンドルファイバーを使って受光（入光）端面に集光する方式では、受光端面に入射する光の立体角はラグランジェの不変量＝「像の大きさと像側の集光角の積は、物体の大きさと物体側の取り込み角の積に等しい」という考え方から、像側で使える有効光束はバンドルファイバー受光端面に入射する角度で決まる。そして、その値は、そのバンドルファイバーの開口数（ＮＡ）より小さいのが常であることから、入射角を考慮しないで集光した光は、受光端面への入射光量を増やすことが出来たとしても、被検査対象に到達する光量は著しく少なくなる。
【０００４】
そのため、ＬＥＤの出射光をバンドルファイバー受光端面に直接照射するか、レンズにて集光する場合、ＬＥＤとバンドルファイバー受光端面の距離をある程度保って入射角が浅くなるように配置することが肝要である。しかし、ＬＥＤをバンドルファイバー受光端面から離すとＬＥＤから発光する光量が立体角に準じて低下するため、バンドルファイバー受光端面に入射する光量は減ってしまい、これを補うため、集光レンズは欠かせないといえる。しかし、複数光源の本数分を用意することはコスト的に負担が大きいと共に、良く集光された光であってもＬＥＤは点光源でないため、集光レンズの倍率に応じた結像サイズ以下には出来ない（最小径は光源と同面積）。よって、遠方より照射してバンドルファイバー受光端面に全て取り込むことは難しいという問題がある。
【０００５】
従って、複数のＬＥＤ光源を効率良く集光し、最終の検査部で有効利用出来る出射角の狭い光量を得る光学系を実現することに解決しなければならない課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本願発明の光源装置は、次に示す構成にしたことである。
【０００７】
（１）光源装置は、複数の光源と、該複数の光源からの光線を入光して被検査対象物方向に出射する導光体とを備えた検査用光源装置であって、前記複数の光源からの光線を妨げない位置に設け、該光線方向に反射させる第１反射手段と、前記導光体の入射側端面近傍位置に設け、前記複数の光源からの光線を前記第１反射手段方向に反射させる第２反射手段と、を備えたことである。
（２）（１）に記載の光源装置であって、更に、前記被検査対象物の近傍位置に、前記導光体から前記被検査対象物に照射された光線を前記導光体の出射側端面方向に反射させる第３反射手段を備えたことを特徴とする光源装置。
（３）前記導光体は、角柱体で形成したことを特徴とする（１）又は（２）に記載の光源装置。
（４）前記角柱体は、ガラス又はプラスチック等の透明多角柱体であり、その内部のみを光が伝達するものである（２）に記載の光源装置。
（５）前記導光体の出射側端面と前記被検査対象物との間に、前記被検査対象物に結像させる結像手段を備えたことを特徴とする（１）、（２）又は（３）に記載の光源装置。
（６）前記第１反射手段は、前記複数の光源を支持する支持部材を反射鏡で形成したことを特徴とする（１）に記載の光源装置。
（７）前記複数の光源は、発光ダイオードであることを特徴とする（１）に記載の光源装置。
（８）前記導光体は、前段が光ファイバーを束ねて作成したバンドルファイバーで、後段が角柱体で形成したことを特徴とする（１）に記載の光源装置。
（９）前記角柱体は、ガラス又はプラスチック等の透明多角柱体であり、その内部のみを光が伝達するものである（８）に記載の光源装置。
（１０）前記複数の光源と前記導光体との間に、集光光学系を用いて集光する集光手段を備えたことを特徴とする（１）に記載の光源装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光源装置は、光源側に光源から出射する光線方向に反射させる第１反射手段を備え、導光体の入射側端面近傍位置に光源からの外れた光線を第１反射手段方向に反射させる第２反射手段を備えた構成にすることで、光源から出射された光線のうち、導光体に入射できなかった光線を第２反射手段で第１反射手段方向に反射させ、その反射させた光線を第１反射手段で受け、入射側端面に入射させるようにしたことで、光源からの光線を有効に活用して、導光体に入射させる光量を増大させることができる。
【０００９】
このように集光効率の向上を図ることができること、即ち、反射鏡を具備することで、約１５０パーセントの効果が期待でき、又、被検査対象物の周囲に配した反射鏡でも約１２０パーセントの効果が期待できる。
【００１０】
又、集光効率が上がることで、ＬＥＤの電流を定格ぎりぎりまで使わなくても所望の明るさが得られるため、寿命を延ばすことができる。更に、ＬＥＤの光軸調整に余裕がでるため組立て、調整の作業効率が著しく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本願発明に係る光源装置の実施例について、図面を参照して説明する。
（実施例１）
【００１２】
以下、本発明の検査用光源装置は、入射側をダブルミラー構造、即ち、第１反射手段と第２反射手段を具備した構造とし、漏れ光を再度導光体、実施例において角柱体（角柱ロット）に導き集光効率アップを図ったものである。
それは、図１に示すように、角柱ロット１４の入射側端面（入光端面）１４ａに対向するように波長の異なる光源であるＬＥＤ１１を円錐状に並べ、ＬＥＤ１１の出射光が角柱ロット１４の入射側端面１４ａに直接照射するよう構成されている。ＬＥＤ１１はそれぞれ角柱ロット１４の入射側端面１４ａに向くよう保持部材で固定されているが、その保持部材の内面は鏡面仕上げとした第１反射鏡１２である第１反射手段を備えた構成になっている。又、角柱ロット１４の入射側端面１４ａにも第２反射鏡１３を配置した第２反射手段を備え、第１反射手段の第１反射鏡１２と向かい合わせとなった一対の内面反射鏡を構成する。
【００１３】
このように、被検査対象物１６に結像光学系１５で照明される光量が出来るだけロスをなくす有効な光であるために、角柱ロット１４の出射側端面（出光端面）１４ｂから出射される光はできるだけ発散角の少ない（光軸に対する角度が浅い）光であることが望ましく、それを実現するために入射側端面１４ａより入射する角度が浅いことが重要である。
【００１４】
角柱ロット１４の入射角を浅くするには、ＬＥＤ１１を角柱ロット１４の入射側端面１４ａに対してある程度離して設置する必要がある。しかしながら、ＬＥＤ１１を角柱ロット１４の入射側端面１４ａから離すとＬＥＤ１１から発光する光量が立体角Ωの２乗に準じて低下するため、角柱ロット１４の入射側端面１４ａには多くの光を取り込むことができない。そのため、ＬＥＤ１１は狭指向性のものが好ましい。又、狭指向性を補うため集光レンズも有効である。
【００１５】
ここで、図２は光学シュミレーションソフトを用いて、角柱ロット１４の入射側端面１４ａに入らなかった漏れ光を再利用するシミュレーション結果を表したものである。この図によれば、狭指向性ＬＥＤ１１を用いたとしても全ての出射光を取り込むことは出来ず、図で示したように角柱ロット１４の入射側端面１４ａの周りには、漏れ光が存在する。その漏れ光は第２反射鏡１３で反射し再び第１反射鏡１２で反射して角柱ロット１４の入射側端面１４ａへ導かれている様子である。適度な曲率を持たせることで発散光を集光し、角柱ロット１４の入射側端面１４ａを狙える。この時、鏡面は微細な凹凸を有したバンプ形状で最適化したものであっても良い。更には自転車に装備される反射板のごとく、微細なコーナーキューブをびっしり並べた平面鏡や、それに曲率を持たせた成形鏡であっても良い。
【００１６】
角柱ロット１４の入射側端面１４ａの前方周囲に円錐状の内面反射コーンリフレクターなどを配置、漏れ光を反射させ、再び角柱ロット１４に導くなど考えられるが、この場合入射角が大きくなり角柱ロット１４の入射側端面１４ａには入るものの被検査対象物１６に照射できる有効な光として寄与しない。本構成によれば入射角はＬＥＤ１１で直接狙った入射角と同等に出来ることから、集光利用出来る形で再集光することが可能である。
【００１７】
又、新たに反射鏡を設置することなく、保持部材を直接研磨して光沢を出したり、高反射率の金属を蒸着することで、コストアップを抑えることが出来る。集光レンズを複数のＬＥＤの数だけ使った場合に対し、１／１０〜３０のコストに抑えることが可能である。又、金型を起こして板金で成形したり、モールドで成形すれば安価な反射鏡となり、ＬＥＤ集合部と一対の反射鏡が全て一体となった光源として供給することが出来、メンテナンスの大幅な向上につながる。
図３には、集光レンズ１２と反射鏡を同時に構成しているが、そのようにしても有用である。
【００１８】
次の例として、図１に示すように、入射側のダブルミラーと併用し出射側にもミラー（第３反射鏡１７）を１枚置く第３反射手段を備えた構造で、被検査対象物１６から漏れた光を第１反射鏡１２の第１反射手段まで戻し、再利用する。
入射側のダブルミラー構造に付加する形で、被検査対象物１６の周りに被検査対象物のマスク（遮光）になるよう穴をあけた第３反射鏡１７を配置し、被検査対象物１６に有効な光として照明されなかった光を結像光学系１５に再び戻し、再び被検査対象物１６に対して有用な光として利用する。
検査用光源は、入射角を規制した平行光に近い照明光の使用が一般的であるため、結像光学系１５で最大限且つ均一に照射できたとしても、角柱ロット１４の出射側端面１４ｂでの光量の数パーセント〜数十パーセントしか被検査対象物１６に届かず、殆どの部分が外に漏れていた。平行光に近く、漏れ量が多ければ多いほど反射鏡での効果が期待できる。
又、第３反射鏡１７に反射板（微細なコーナーキューブをびっしり並べた平面鏡）を使用するのも有効である。
【００１９】
（実施例２）
次に、本願発明の光源装置の第２実施例について、図３を参照して説明する。
【００２０】
第２実施例の光源装置は、導光体にバンドルファイバーと角柱体とを組み合わせたもので曲げても正確に光線を導光できる構造にしたものであり、それは、図３に示すように、複数の光源であるＬＥＤ２１と、円錐形状に形成された保持部材に形成された第１反射鏡２２と、この保持部材に等間隔で配置された集光レンズ２３と、バンドルファイバー２５の受光端面２５ａから外れた位置に、第１反射鏡２２と対向するように設けた第２反射鏡２４と、バンドルファイバー２５の後端の出光端面２５ｂに入射側端面２６ａを合わせた多角柱体である角柱ロット２６と、角柱ロット２６の出射側端面２６ｂからの光線を被検査対象物２９に結像させるための結像光学系２７と、被検査対象物２９と、被検査対象物２９の近傍位置に設け、漏れた光線を反射させて第１反射鏡２２に戻す第３反射鏡２８とから大略構成されている。
【００２１】
このような構成からなる光源装置において、先ず、光源であるＬＥＤ２１から発射された光線が集光レンズ２３で集光されてバンブルファイバー２５の受光端面２５ａに入射される。ここで漏れた光が第２反射鏡２４で反射され、第１反射鏡２２方向に反射される。そして、この第１反射鏡２２で反射された光線をバンブルファイバー２５の受光端面２５ａに入光させる。当初からの光及び漏れた光をバンブルファイバー２５を通して通過させ、次に角柱ロット２６を通過して角柱ロット２６の出射側端面２６ｂから出射し、結像光学系２７により被検査対象物２９に結像させる。ここで被検査対象物２９に光線を結像させるわけであるが、漏れた光線は第３反射鏡２８により反射され、出射側端面２６ｂに入り逆方向に通過して第１反射鏡２２で反射され、再度受光端面２５ａに入り、角柱ロット２６の出射側端面２６ｂから出射し、結像光学系２７により被検査対象物２９に結像される。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
光源と導光体との間に対向する一対の反射鏡を備えた構成にすることで、漏れた光線も導光体に送り込むことができるようにしたことで、導光体で送る光量を増やすことができる光源装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本願発明の第１実施例の光源装置を略示的に示した説明図である。
【図２】本願発明の対向する一対の反射鏡を用い、角柱ロットを導光体とした光源装置の光線の状態をシミュレーションしたときの説明図である。
【図３】本願発明の第２実施例の光源装置を略示的に示した説明図である。
【図４】従来技術における光源装置を略示的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１      ＬＥＤ
１２      第１反射鏡
１３      第２反射鏡
１４      角柱ロット
１４ａ    入射側端面
１４ｂ    出射側端面
１５      結像光学系
１６      被検査対象物
１７      第３反射鏡
２１      ＬＥＤ
２２      第１反射鏡
２３      集光レンズ
２４      第２反射鏡
２５      バンドルファイバー
２５ａ    受光端面
２５ｂ    出光端面
２６      角柱ロット
２６ａ    入射側端面
２６ｂ    出射側端面
２７      結像光学系
２８      第３反射鏡
２９      被検査対象物。
【図１】
2006032812.tif 000003
【図２】
2006032812.tif 000004
【図３】
2006032812.tif 000005
【図４】
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