-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Beleuchtungseinheiten zur Verwendung
bei der Überprüfung von
Produkten hinsichtlich ihrer äußeren Erscheinung,
Defekten oder Bearbeitungszuständen
oder bei der Positionserfassung oder dergleichen Anwendungen.
-
Beschreibung
des verwandten Sachstandes
-
Bisher
sind Halogenlampen als Repräsentanten
von Lichtquellen zur Verwendung in Beleuchtungseinheiten dieses
Typs bekannt. Da eine derartige Halogenlampe eine beschränkte Freiheit
bei der Auswahl eines geeigneten Platzes, an welchem die Halogenlampe
anzubringen ist, aufgrund ihrer Sperrigkeit aufweist und es daher
schwierig ist, Licht von der Halogenlampe zu kondensieren, ist es
herkömmliche
Praxis gewesen, ein Werkstück
nicht direkt von einer Halogenlampe zu beleuchten, sondern indirekt, indem
Licht von der Halogenlampe durch eine optische Faser zu einem Kopf
geführt
wird, der an dem vorderen Ende der optischen Faser angebracht ist, wie
in dem offengelegten japanischen Patent, Gazette Nr. HEI 5-248820,
beschrieben. Eine derartige optische Faser wird verwendet, weil
sie eine Flexibilität aufweist
und auf eine gewünschte
Länge abgeschnitten
werden kann und es somit zulässt,
dass die Halogenlampe frei an einem Platz mit einfacher Installation
angeordnet werden kann, auch wenn der Platz beispielsweise entfernt
von dem Beleuchtungsort ist.
-
Eine
Beleuchtungseinheit zum Beleuchten von Werkstücken, die konstant an nicht-festen
Positionen sind, wie etwa jene, die ungenau positioniert sind und
nacheinander von einer Fördereinheit
zugeführt
werden, muss eine Funktion aufweisen, die es zulässt, dass sich der Kopf, der
eine Anstahlapertur auf weist, häufig
in Übereinstimmung
mit der Position jedes Werkstücks
bewegt.
-
Natürlich bewegt
sich die optische Faser in einer derartigen Beleuchtungseinheit
mit häufigen Bewegungen
der Anstahlapertur. Da eine derartige optische Faser eine Flexibilität aufweist,
ist vordem in Erwägung
gezogen worden, dass eine derartige Beleuchtungseinheit gut zu Anwendungen
passt, wo der Kopf sich wie oben beschrieben bewegen muss.
-
Tatsächlich ist
es jedoch, insbesondere dort, wo eine relativ lange (beispielsweise
2 oder 3 Meter oder länger)
optische Faser verwendet wird, wahrscheinlich, dass ein vergrößerter Antriebsmechanismus
zum Bewegen des Kopfs benötigt
wird, während ein
Herbeiführen,
dass die zugeordnete optische Faser den Kopf oder diese Bewegung
von oder eine Positionssteuerung über den Kopf begleitet, schwierig wird,
weil eine optische Faser im allgemeinen sperrig und schwer verglichen
mit elektrischen Drähten
oder dergleichen ist.
-
Ferner
ist es, da optische Fasern weniger flexibel als elektrische Drähte sind,
wahrscheinlich, dass sie durch ein häufiges Biegen und Bewegen in relativ
kurzer Zeit beschädigt
werden, was zu Problemen hinsichtlich der Zuverlässigkeit, Lebensdauer und dergleichen
der Beleuchtungseinheit führen kann.
-
Es
ist möglich,
eine LED zu verwenden, die kürzlich
als Ersatz für
eine Halogenlampe als eine Lichtquelle Aufmerksamkeit gefunden hat.
Jedoch entsteht, wo eine Vielzahl von LEDs direkt in einen Kopf
eingepasst sind, ohne eine optische Faser zu verwenden, ein Problem,
dass eine Verkleinerung des Kopfs und ein Lichtkondensieren schwierig
sind. Beispielsweise dann, wenn ein sehr kleines Objekt, wie etwa
eine Komponente, die auf einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt
ist, beleuchtet werden soll, weist ein Kopf, der direkt mit LEDs
ausgestattet ist, einen relativ großen minimalen Brennpunktdurchmesser
auf und beleuchtet somit das Objekt wie auch unerwünschte Abschnitte,
was zu einer ineffizienten Beleuchtung führt.
-
Die
vorliegende Erfindung, die nicht ausgeführt wird, bis das herkömmliche
Konzept eines Bewegens des Kopfs unter Benutzung der Flexibilität und der
Längeneinstellbarkeit
einer optischen Faser vollständig
verlassen worden ist, beabsichtigt, die voranstehenden Probleme
jeweils zu lösen,
indem Vorteile der Helligkeit, Kompaktheit und dergleichen einer
LED-Lichtquellenvorrichtung wie auch der Vorteil eines optischen
Faserkopfs in seiner Möglichkeit,
die Größe davon
zu verringern, herangezogen werden.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Kabel; und zumindest eine flexible
optische Faser zum Leiten von Licht von der LED-Lichtquellenvorrichtung zu der Anstrahlapertur
des Kopfs bereitgestellt.
-
Mit
der Beleuchtungseinheit des oben beschriebenen Aufbaus können das
Gewicht und die Größe der LED-Lichtquellenvorrichtung
auf einfache Weise verringert werden, und deswegen kann die LED-Lichtquellenvorrichtung,
die somit im Gewicht und in der Größe verringert ist, obwohl sie
an dem beweglichen Halteelement angebracht ist, kaum einen Einfluss
auf das Antreiben des beweglichen Halteelements, somit des Kopfs,
ausüben.
-
Wenn
der Kopf fest von dem beweglichen Halteelement gehalten wird, um
die relative Positionsbeziehung zwischen der LED-Lichtquellenvorrichtung und dem Kopf
aufrechtzuerhalten, ist es möglich,
die Last, die der optischen Faser auferlegt wird, zu verringern,
wodurch der Einfluss einer derartigen Last auf die Zuverlässigkeit,
Lebensdauer und dergleichen der optischen Faser beseitigt wird.
Natürlich
kann der Kopf auf dem beweglichen Halteelement angebracht werden,
um so relativ zu dem beweglichen Halteelement geringfügig beweglich
oder langsam beweglich zu sein, außer wenn eine derartige Bewegung
die Zuverlässigkeit,
Lebensdauer und dergleichen der optischen Faser beeinträchtigt.
-
Da
der Kopf mit der optischen Faser verbunden ist und getrennt von
der LED-Lichtquellenvorrichtung ist, ist es möglich, das Format des Kopfs sehr
klein auszuführen
sowie Licht auf einer kleinen Fläche
zu kondensieren. Ferner ist es, da die Lichtquelle in einem gewissen
Ausmaß von
dem anzustrahlenden Objekt oder von einer Bildaufnahmevorrichtung
zum Abbilden des Objekts beabstandet sein kann, möglich, zu
verhindern, dass das Objekt oder die Bildaufnahmevorrichtung durch
Wärme beeinträchtigt werden,
die von der Lichtquelle erzeugt wird.
-
Die
LED-Lichtquellenvorrichtung kann mit elektrischer Energie entweder
von einer Batterie, die in oder vor der Lichtquelleneinheit bereitgestellt
ist, oder von einer elektrischen Energiequelle, die getrennt von
dem beweglichen Halteelement angeordnet ist, über ein elektrisches Kabel
versorgt werden. Mit der ersteren Anordnung kann die Lichtquelle
kabellos gemacht werden. Alternativ ist, obwohl die letztere Anordnung
ein elektrisches Kabel erfordert, das elektrische Kabel einer optischen
Faser hinsichtlich Flexibilität,
Beständigkeit,
Preis und dergleichen weit überlegen.
Deswegen ist die letztere Anordnung in der Lage, das bewegliche
Halteelement und den Kopf mit einer sehr geringen Last auf dem elektrischen
Kabel verglichen mit der Last, die einer optischen Faser in herkömmlicher
Weise auferlegt worden ist, wenn die optische Faser mit der Bewegung des
Kopfs bewegt wird, anzutreiben. Eine Anordnung zum Zuführen einer
elektrischen Energie von einer Bildaufnahmevorrichtung kann auch
konzipiert werden.
-
In
der vorliegenden Erfindung kann die Lichtquellenvorrichtung neben
der Anstrahlapertur angeordnet werden, um die optische Faser zu
verkürzen (beispielsweise
auf 1 m oder weniger), wodurch das Gewicht der optischen Faser verringert
wird. Mit diesem Merkmal kann der Kopf sanft angetrieben werden,
auch wenn er an dem beweglichen Halteelement beweglich angebracht
ist. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass der Kopf an dem beweglichen
Halteelement so angebracht ist, relativ zu dem beweglichen Halteelement
geringfügig
beweglich oder langsam beweglich zu sein, außer eine derartige Bewegung
beeinträchtigt die
Zuverlässigkeit,
Lebensdauer und dergleichen der optischen Faser.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist eine Beleuchtungseinheit zur Verwendung
bei einer Linienüberprüfung bereitgestellt,
die aus dem oben beschriebenen technischen Konzept entwickelt ist.
-
Die
Beleuchtungseinheit zur Verwendung in einer Linienüberprüfung umfasst:
ein Faserkabel, in welchem eine Mehrzahl optischer Fasern, die von Lichtaufnahmeenden
davon verlaufen, die einer Licht-emittierenden Fläche einer
LED-Lichtquelle gegenüberstehen,
in einem Kopfeinheitskörper
gebündelt
und untergebracht sind; ein Ausricht- und Halteelement für optische
Fasern, das Licht-emittierende Enden der jeweiligen optischen Fasern
ausgerichtet in einer horizontalen Zeile hält, indem der gebündelte Zustand
vorderer Endabschnitte der Mehrzahl optischer Fasern, die in den
Kopfeinheitskörper
von einem hinteren Ende davon innerhalb des Kopfeinheitskörpers eingeführt sind,
freigegeben werden und die vorderen Endabschnitte miteinander in
einer gleichen Ebene nebeneinander angeordnet werden; und ein Linsenpaar,
das an einem vorderen Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers eingepasst
ist, wobei das Linsenpaar aus einer ersten Linse zum Ablenken eines
Lichtbands, das aus der horizontalen Zeile der Licht-emittierenden
Enden der optischen Fasern emittiert wird, in im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen,
und einer zweiten Linse besteht, um herbeizuführen, dass Licht, das aus der
ersten Linse austritt, in ein Linienlicht konvergiert, das aus einem länglichen
Lichtband besteht.
-
In
dem oben beschriebenen Aufbau kann das Ausricht- und Halteelement
für die
optischen Fasern an dem Kopfeinheitskörper angebracht werden, um
so in Vor-und-Zurück-Richtungen
positionsmäßig einstellbar
zu sein, wodurch die Fokussierposition des Linienlichts eingestellt
wird. Somit ist die Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung in Übereinstimmung
mit anzustrahlenden Objekten in der Lage.
-
Die
Beleuchtungseinheit des oben beschriebenen Aufbaus kann weiter ein
optisches Element zum Bereitstellen einer gleichförmigen Luminanzverteilung
in einer Richtung umfassen, in welcher das Linienlicht verläuft, wobei
das optische Element an dem vorderen Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers angeordnet
ist, um so dem Linsenpaar zugeordnet zu sein.
-
In
dem oben beschriebenen Aufbau weist der Kopfeinheitskörper gegenüberliegende
Innenwandflächen
auf, die mit jeweiligen Ebenen Spiegeln gebildet sind, die verlaufen,
um sich von gegenüberliegenden
Enden der horizontalen Zeile der Lichtemittierenden Enden der Mehrzahl
optischer Fasern zu gegenüberliegenden
Außenteilen
des Linsenpaars zu erstrecken. Dieses Merkmal lässt es zu, dass die gegenüberstehenden
Innenflächen
Licht, das in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt ist, in der
gleichen Ebene außerhalb
der gegenüberstehenden
Enden der Zeile der Licht-emittierenden Enden reflektieren, wodurch
ein Lichtmengenverlust an gegenüberstehenden
Enden der Lichtlinie kompensiert wird.
-
Es
ist auch eine Lichteinheit bereitgestellt, die eine Mehrzahl von
oben erwähnten
Beleuchtungseinheiten umfasst, wobei jeweilige Kopfeinheiten in
einer Zeile angeordnet sind, um ein kontinuierliches Linienlicht-Anstrahlmuster
zu bilden, das eine Länge
aufweist, die einer Gesamtbreite der Kopfeinheiten entspricht.
-
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungseinheit
zur Verwendung in einer Linienüberprüfung bereitgestellt,
umfassend: ein Faserkabel, in welchem eine Mehrzahl optischer Fasern,
die von Lichtaufnahmeenden davon verlaufen, die einer Licht-emittierenden
Fläche
einer LED-Lichtquelle gegenüberstehen, in
einem Kopfeinheitskörper
gebündelt
und untergebracht sind; ein Ausricht- und Halteelement für optische
Fasern, das Licht-emittierende Enden der jeweiligen optischen Fasern
ausgerichtet in einer horizontalen Zeile hält, indem der gebündelte Zustand vorderer
Endabschnitte der Mehrzahl optischer Fasern, die in den Kopfeinheitskörper von
einem hinteren Ende davon innerhalb des Kopfeinheits körpers eingeführt werden,
freigegeben werden und die vorderen Endabschnitte miteinander in
einer gleichen Ebene sequenziell nebeneinander angeordnet werden,
wobei das Ausricht- und Halteelement für optische Fasern in Vor-und-Zurück-Richtungen
innerhalb des Kopfeinheitskörpers
positionsmäßig einstellbar ist;
eine Konvergier- und Anstrahleinrichtung, die an einem vorderen
Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers
bereitgestellt ist, um zu veranlassen, dass ein Lichtband, das von
einer horizontalen Zeile der Licht-emittierenden Enden der optischen
Fasern emittiert wird, in ein dünneres
Lichtband an einer Position vor dem Kopfeinheitskörper konvergiert;
einen linsenförmigen
Schirm zum Bereitstellen einer gleichförmigen Luminanzverteilung in
einer Richtung, in welcher die Lichtlinie verläuft, wobei der linsenförmige Schirm
an einem vorderen Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers angeordnet ist, um so
der Konvergier- und Anstrahleinrichtung zugeordnet zu sein; und ein
Paar von ebenen Spiegeln, die an gegenüberliegenden Innenwandflächen des
Kopfeinheitskörpers gebildet
sind, um so zu verlaufen, sich von gegenüberliegenden Enden der horizontalen
Zeile der Licht-emittierenden Enden der Mehrzahl optischer Fasern
zu gegenüberliegenden
Außenteilen
der Konvergier- und Anstrahleinrichtung zu erstrecken.
-
Die
voranstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und einhergehende Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen
offensichtlich werden.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
perspektivische Gesamtansicht einer Beleuchtungseinheit gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2(A) und 2(B) eine
vertikale Schnittansicht bzw. eine Rückansicht einer ersten LED-Lichtquellenvorrichtung
in der gleichen Ausführungsform;
-
3 eine
teilweise ausgeschnittene Vorderaufrissansicht einer zweiten LED-Lichtquellenvorrichtung
in der gleichen Ausführungsform;
-
4 eine
teilweise aufgeschnittene Seitenaufrissansicht der zweiten LED-Lichtquellenvorrichtung
in der gleichen Ausführungsform;
-
5 eine
Gesamtansicht einer ersten Kopfvorrichtung in der gleichen Ausführungsform;
-
6 eine
vertikale Schnittansicht einer zweiten Kopfvorrichtung in der gleichen
Ausführungsform;
-
7 eine
Unteransicht der zweiten Kopfvorrichtung in der gleichen Ausführungsform;
-
8 eine
Teilschnittansicht der zweiten Kopfvorrichtung in der gleichen Ausführungsform;
-
9 eine
Endansicht, die einen eng gebündelten
Zustand optischer Fasern in der gleichen Ausführungsform veranschaulicht;
-
10 eine
vertikale Schnittansicht einer Kopfvorrichtung in einer weiteren
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
11 eine
Unteransicht der Kopfvorrichtung in der gleichen Ausführungsform;
-
12 eine
vertikale Schnittansicht einer Kopfvorrichtung in noch einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
13 eine
vertikale Schnittansicht einer Kopfvorrichtung für eine Linienüberprüfung in
noch einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
14 eine
Querschnittsansicht der Kopfvorrichtung in der gleichen Ausführungsform;
-
15 eine
Unteransicht der Kopfvorrichtung in der gleichen Ausführungsform;
-
16(A) eine teilweise perspektivische Schnittansicht
einer spezifischen Form der Kopfvorrichtung für eine Linienüberprüfung, die
in den 13 bis 14 gezeigt
ist, und 16(B) eine perspektivische
invertierte Ansicht eines interessierenden Abschnitts der Kopfvorrichtung;
-
17(A) bis 17(D) den
Aufbau der Kopfvorrichtung für
eine Linienüberprüfung in
größerem Detail;
spezifisch 17(A), 17(B) und 17(C) eine ebene Ansicht, eine Seitenschnittansicht
bzw. eine vordere Endansicht eines interessierenden Abschnitts der
Kopfvorrichtung und 17(D) eine schematische
Ansicht, die einen Zustand außerhalb
eines Brennpunkts veranschaulicht, der angenommen wird, wenn eine
Zylinderlinse verwendet wird; und
-
18 eine
vertikale Schnittansicht einer Kopfvorrichtung in noch einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Die vorliegende
Erfindung wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen
beschrieben werden, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende
Teile durchgehend in mehreren Ansichten bezeichnen.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 ist eine Beleuchtungseinheit
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, die eine XY-Stufe 1 als
ein bewegliches Halteelement benutzt, das biaxial in einer horizontalen
Ebene beweglich, d.h. horizontal beweglich entlang der X-Achse und
der Y-Achse ist. Die Beleuchtungseinheit schließt einen Einheitskörper 2,
der von der XY-Stufe 1 gehalten wird, eine elektrische
Energiequelle 3, die getrennt von der XY-Stufe 1 angebracht
ist, LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B,
welchen elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle 3 über ein
Roboterkabel 4 zuzuführen
ist, Köpfe 6A und 6B,
die auf dem Einheitskörper 2 befestigt
sind und Anstrahlaperturen 5Aa bzw. 6Ba definieren,
zum Richten von Licht auf ein Werkstück W als ein anzustrahlendes
Objekt, optische Faserbündel 7A und 7B als
Lichtleiter zum Leiten von Licht von den LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B zu
den Köpfen 6A und 6B und
eine Bildaufnahmevorrichtung 8 zum Abbilden des Werkstücks W ein.
Die Beleuchtungseinheit ist ausgelegt, Licht, das aus den Anstrahlaperturen 6Aa und 6Ba austritt,
auf das Werkstück
W als ein zu überprüfendes Objekt
zu richten, das zu einer vorbestimmten Position von einer Beförderungseinheit
befördert worden
ist, und die äußere Erscheinung
des Werkstücks
W mittels der Bildaufnahmevorrichtung 8 zu überprüfen.
-
Eine
Beschreibung jedes Teils der Beleuchtungseinheit wird ausgeführt werden.
-
Die
XY-Stufe 1 umfasst beispielsweise eine X-Stufe 22,
die zum horizontalen Gleiten entlang der X-Achse von einem stationären Element
K gehalten wird, das beispielsweise auf der Beförderungseinheit oder dem Boden
platziert ist, und eine Y-Stufe 12, die von der X-Stufe 11 gehalten
wird, zum horizontalen Gleiten entlang der Y-Achse. Somit kann die
Y-Stufe 12 frei in einer horizontalen Ebene durch ein biaxiales Bewegen
in der horizontalen Ebene positioniert werden. Jede der Stufen 11 und 12 wird
zu einer Position entweder durch eine Fernsteuerung oder automatisch
unter Verwendung nicht-veranschaulichter Antriebsmechanismen, wie
beispielsweise eines Schrittmotors, angetrieben.
-
Der
Einheitskörper 2 ist
an der XY-Stufe 1, spezifisch an der Y-Stufe 12 über einen
Träger
B befestigt und schließt
eine zylindrische Lichtpfadröhre 21 ein,
die vertikal steht und darin nicht-veranschaulichte optische Komponenten,
wie etwa einen Halbspiegel und eine Linse, aufnimmt. Durch ein Antreiben
der XY-Stufe 1 kann der Einheitskörper 2 so bewegt werden,
dass die Lichtpfadröhre 21 genau
oberhalb des Werkstücks
W positioniert wird.
-
Die
Bildaufnahmevorrichtung 8 ist beispielweise eine LCD-Kamera
und ist an einem oberen Endabschnitt der Lichtpfadröhre 21 so
befestigt, dass ihre Bildaufnahmeseite abwärts orientiert ist.
-
Die
elektrische Energiequelle 3 ist eine Gleichspannungs-Energiequelle zum
Zuführen
einer Energie zu den LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B und
ist an einem vorbestimmten Ort entfernt von der XY-Stufe 1 angeordnet.
Das Roboterkabel 4, das von der elektrischen Energiequelle 3 verläuft, läuft durch
einen Kabelhalter 41 einer Balgkonfiguration und erreicht
die LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B. In 1 weist
der Kabelhalter 41 ein Ende angebracht an der X-Stufe 11 und
das andere Ende angebracht an der Y-Stufe 12 auf und funktioniert,
zu verhindern, dass das Kabel 4 aufgrund einer Bewegung
der Y-Stufe 12 relativ zu der X-Stufe 11 verdreht
oder verwickelt wird. Es ist natürlich
möglich,
einen anderen Kabelhalter zwischen dem stationären Element K und der X-Stufe 11 bereitzustellen.
-
Zwei
Typen von LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B werden
beispielsweise in dieser Ausführungsform
verwendet. Die LED-Lichtquellenvorrichtung 5A umfasst
eine einzelne Leistungs-LED 52, die in einem Gehäuse 53 untergebracht
ist, während die
LED-Lichtquellenvorrichtung 5B eine Mehrzahl von Leistungs-LEDs 52A zum
Emittieren von Licht unterschiedlicher Farben (drei Farben R, G
und B) umfasst, die in einem Gehäuse 53A untergebracht sind.
-
Wie
in 2 gezeigt, schließt eine LED-Lichtquellenvorrichtung 5A die
LED 52, die auf einem Substrat 51 angebracht ist,
einen Linsenmechanismus 54 zum Kondensieren von Licht,
das von der LED 52 emittiert wird, und einen optischen
Ausgangsverbinder 55 zum Leiten von Licht, das aus einem
Lichtkondensierabschnitt 54a des Linsenmechanismus 54 austritt,
zu dem optischen Faserbündel 7A ein.
Die LED 52 ist ein blanker Chip ei nes Flächen-emittierenden
Typs, und das Substrat 51, das mit der LED 52 verbunden
ist, ist mit dem elektrischen Kabel 4 verbunden, das sich
von einer Seite des Gehäuses 53 erstreckt.
Der Linsenmechanismus 54 umfasst ein Paar erster und zweiter
Linsen, die seriell angeordnet sind, und greift zwischen der LED 52 und
dem optischen Ausgangsverbinder 55 ein. Die erste Linse,
die auf der LED 52-Seite positioniert ist, lenkt Licht,
das aus der LED 52 emittiert wird, in parallele Lichtstrahlen
ab, und die zweite Linse kondensiert die parallelen Lichtstrahlen
dann. In der vorliegenden Ausführungsform
sind eine konische Linse 541 und eine konvexe Kondensorlinse 542 angeordnet,
einander gegenüberzustehen.
Die Licht-emittierende Fläche
der LED 52 ist in einen Basisendabschnitt der ersten Linse 541 eingebettet.
Ein Basisendabschnitt der zweiten Linse 542 dient als der Lichtkondensierabschnitt 54a,
um herbeizuführen, dass
Licht, das aus der LED 52 emittiert wird, konvergiert.
-
Wie
in den 3 und 4 gezeigt, umfasst die andere
LED-Lichtquellenvorrichtung 5B drei LEDs 52A,
die in einer Zeile angeordnet sind. Dementsprechend schließt die LED-Lichtquellenvorrichtung 5B drei
Substrate 51 und drei Linsenmechanismen 54 für jeweilige
LEDs 52A ein. Die LED-Lichtquellenvorrichtung 5B verwendet
nur einen einzigen optischen Ausgangsverbinder 55, der
eine Form identisch zu jener aufweist, die in der LED-Lichtquellenvorrichtung 5A verwendet
wird. Ein Endabschnitt eines internen optischen Faserbündels 56,
in welchem Endabschnitte der jeweiligen optischen Fasern eng gebündelt sind,
ist an dem Lichtkondensierabschnitt 54a jedes Linsenmechanismus 54 angebracht.
Der andere Endabschnitt des internen optischen Faserbündels 56,
in welchem Endabschnitte jeweiliger optischer Fasern einheitlich,
zufällig
und eng gebündelt
sind, ist mit dem optischen Ausgangsverbinder 55 verbunden.
-
Die
optischen Faserbündel 7A und 7B als flexible
Lichtleiter, die mit jeweiligen äußeren Röhren umhüllt sind,
verlaufen von den LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A bzw. 5B und
sind nach außen
freigelegt, bevor sie mit jeweiligen Köpfen 6A und 6B verbunden
sind, die an dem Einheitskörper 2 angebracht sind.
Die optischen Faserbündel 7A und 7B,
die jeweils sehr kurz sind, wie etwa 30 bis etwa 40 cm, weisen jeweilige
hintere Enden jeweils angebracht an einem optischen Eingangsverbinder 71,
der in den optischen Ausgangsverbinder 71 eingepasst ist,
und jeweilige vordere Enden angebracht an jeweiligen Köpfen 6A und 6B auf.
Der optische Eingangsverbinder 71, das optische Faserbündel 7A (7B)
und der Kopf 6A (6B) sind kombiniert, eine Kopfvorrichtung
HA (HB), wie in den 5 und 6 gezeigt,
zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass 9 Beispiele
des optischen Faserbündels 7A (7B)
veranschaulicht, das eng gebündelte
optische Fasern umfasst. In dieser Figur sind optische Fasern, die
ein Bündel
(a) bilden, jeweils kleiner im Durchmesser als jene, die ein Bündel-(b)
bilden.
-
Die
beiden Köpfe 6A und 6B,
die an dem Einheitskörper 2 angebracht
sind, der den beiden LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B entspricht,
sind jeweils in der Größe sehr
gering, indem sie einen Außendurchmesser
von ungefähr
10 bis ungefähr
30 mm aufweisen.
-
Wie
in den 6 bis 8 gezeigt, trennt ein Kopf 6A vordere
Endabschnitte der optischen Fasern 7a, die den vorderen
Endabschnitt des optischen Faserbündels 7A bilden, das
von der zugeordneten LED-Lichtquellenvorrichtung 5A verläuft, darin voneinander
und hält
die getrennten vorderen Endabschnitte kreisförmig angeordnet mit einer Beabstandung
voneinander. Spezifisch schließt
der Kopf 6A einen ringförmigen
Kopfkörper 6A1,
der Faserhaltelöcher
F1 aufweist, die gleich beabstandet und ringförmig angeordnet sind, wobei
die Faserhaltelöcher F1
darin jeweilige vordere Endabschnitte der optischen Fasern 7a aufnehmen,
um sie zu halten, eine ringförmige
Linsendruckplatte 6A2, die Kugellinsen-Haltelöcher 9a aufweist,
die an Abschnitten angeordnet sind, die den Faserhaltelöchern F1 überlagert
sind, um Kugellinsen 9 zu halten, und eine zylindrische
Befestigung 6A3 zum Anbringen des Kopfs 6a an
der Lichtpfadröhre 21 ein.
Der Kopf 6A ist so konfiguriert, dass die Kugellinsen 9 jeweils
in Kontakt mit den jeweiligen vorderen Enden der optischen Fasern 7A gebracht
werden oder nahe an diesen positioniert werden, indem die Linsendruckplatte 6A2 an dem Kopfkörper 6A1 mit
einer Schraube koaxial befestigt wird. Wie in 1 gezeigt,
ist der Kopf 6A vertikal gleitend an einem unteren Endabschnitt
der Lichtpfadröhre 22 mittels
der Befestigung 6A3 eingepasst. Aperturen, die unter den
jeweiligen Kugelhaltelöchern 9a definiert
sind, dienen als Anstrahlaperturen 6Aa zum Anstrahlen des
Werkstücks
W, das unter dem Kopf 6A positioniert ist, von oben und
um dieses herum. Das vordere Ende jeder optischen Faser 7a ist
leicht auswärts
von der Oberseite der zugeordneten Kugellinse 9 angebracht,
so dass die Kugellinsen 9 Licht von den optischen Fasern 7a brechen, um
die Direktionalität
davon zu verstärken,
während Licht
einwärts
abgelenkt wird, um sich auf einen Abschnitt des Werkstücks W, das
anzustrahlen ist, zu konzentrieren.
-
Wie
in 5 gezeigt, ist der andere Kopf 6B von
einer länglichen
röhrenförmigen Form
zum engen Bündeln
und Halten vorderer Endabschnitte optischer Fasern, die das optische
Faserbündel 7B bilden,
das von der zugeordneten LED-Lichtquellenvorrichtung 5B verläuft. Licht
wird von vorderen Endflächen
der eng gebündelten
optischen Fasern über eine
kreisförmige
Anstrahlapertur 6Ba emittiert, die an dem vorderen Ende
des Kopfs 6B definiert ist. Wie in 1 gezeigt,
ist der Kopf 6B an einem oberen Endabschnitt der Lichtpfadröhre 21 angebracht,
wobei seine Anstrahlapertur 6Ba, die in einer Richtung senkrecht
zu der Achse der Lichtpfadröhre 21 orientiert
ist, so dass Licht, das aus der Anstrahlapertur 6a austritt, über die
optischen Komponenten, wie etwa einen Halbspiegel, der innerhalb
der Lichtpfadröhre 21 angeordnet
ist, reflektiert oder gebrochen wird, sich abwärts entlang der Achse der Lichtpfadröhre 21 ausbreitet
und dann aus einem unteren offenen Ende der Lichtpfadröhre 21 emittiert
wird, um das Werkstück
W anzustrahlen.
-
Die
somit aufgebaute Beleuchtungseinheit arbeitet wie folgt.
-
Zunächst liest
die Bildaufnahmevorrichtung 8, wenn das Werkstück W, wie
etwa eine gedruckte Schaltungsplatine, zu einer vorbestimmten Position von
der Beförderungseinheit
befördert
wird, beispielsweise eine Ausrichtungsmarkierung des Werk- stücks W, veranlasst
einen nicht-veranschaulichten Bilderkennungsabschnitt dazu, die
Markierung zu erkennen, und berechnet die Positionsinformation von
der Markierung. Die XY-Stufe 1 wird wiederum auf der Grundlage
der Positionsinformation automatisch gesteuert, so dass die Lichtpfadröhre 21 genau
oberhalb eines Abschnitts des anzustrahlenden Werkstücks W positioniert
wird. Folglich wird der interessierende Abschnitt genau von oben
und von rundum mit Licht angestrahlt, das aus den Köpfen 6A und 6B emittiert
wird, und die Bildaufnahmevorrichtung 8 nimmt das Bild
des interessierenden Abschnitts auf.
-
Umgekehrt
kann die Positionsinformation über
das Werkstück
W durch ein Steuern der Position der XY-Stufe 1 anstelle
eines Lesens einer derartigen Ausrichtungsmarkierung oder dergleichen
erhalten werden. Da die somit erhaltene Positionsinformation in
der nachfolgenden oder einer späteren
Prozedur benutzt werden kann, kann die Beleuchtungseinheit gemäß dieser
Ausführungsform
als eine Werkstückpositions-Bestimmungsvorrichtung
benutzt werden. Die Beleuchtungseinheit kann auch zum Lesen von Strichcodes
oder dergleichen benutzt werden.
-
Da
es eine derartige Beleuchtungseinheit zulässt, dass die Gewichte und
Größen der
LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B auf einfache
Weise verringert werden, können
die LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B, obwohl
sie auf einer XY-Stufe 1 angebracht sind, kaum irgendeinen
Einfluss auf das Antreiben der XY-Stufe 1, somit der Köpfe 6A und 6B ausüben.
-
Da
das elektrische Kabel 4 einer optischen Faser hinsichtlich
Flexibilität,
Beständigkeit,
Preis und dergleichen weit überlegen
ist, ist die Beleuchtungseinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform
in der Lage, die XY-Stufe 1 und die Köpfe 6A und 6B mit
einer sehr geringen Last auf das elektrische Kabel verglichen mit
der Last anzutreiben, die einer optischen Faser in herkömmlicher
Weise auferlegt worden ist, wenn die optische Faser mit Bewegungen
der XY-Stufe 1 und der Köpfe 6A und 6B bewegt
wird. Somit zeigt die Beleuchtungseinheit überlegene Beständigkeit
und Zuverlässigkeit
auf.
-
Ferner
ist es, da die Köpfe 6A und 6B an
jeweiligen vorderen Enden der optischen Faserbündel 7A und 7B positioniert
sind, möglich,
die Größen der Köpfe 6A und 6B sehr
gering auszuführen,
wie auch Licht auf eine sehr kleine Fläche zu kondensieren. Überdies
werden sich, da die Köpfe 6A und 6B fest von
der XY-Stufe 1 gehalten werden, um die relative Positionsbeziehung
zwischen den LED-Lichtquellenvorrichtungen 5A und 5B und
den Köpfen 6A und 6B allgemein
aufrechtzuerhalten, die optischen Faserbündel 7A und 7B nicht
deformieren. Aus diesem Grund kann eine Zerstörung aufgrund einer Bewegung
der optischen Faserbündel 7A und 7B vermieden
werden, was den schädlichen
Einfluss auf die Zuverlässigkeit,
Lebensdauer und dergleichen der Beleuchtungseinheit beseitigen kann.
-
Außerdem kann,
da die vorliegende Ausführungsform
das Merkmal aufweist, dass jede der optischen Fasern an einer Linse
an ihrem vorderen Ende auf der Kopfseite befestigt ist, ein Kondensieren
von Licht wesentlich verbessert werden.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt
ist und verschiedenen Änderungen
und Modifikationen unterworfen sein kann.
-
Die 10 und 11 veranschaulichen eine
Kopfvorrichtung H, die einen Kopf 6 aufweist, der Anstrahlaperturen 6a auf
einer konkaven sphärischen
Fläche
definiert. Die Anstrahlaperturen 6a sind dicht auf der
konkaven optischen Fläche
angeordnet und stehen jeweils einem vorderen Ende jeder optischen
Faser 7a über
eine Kugellinse 9 gegenüber. Die
Kopfvorrichtung H weist mehrfache (drei) optische Eingangsverbinder 71 und
mehrfache (drei) optische Faserbündel 7,
die diesen entsprechen, auf. Anders als in der früheren Ausführungsform
sind die optischen Fasern 7a, die die jeweiligen optischen
Faserbündel 7 bilden,
entsprechend mit unteren, mittleren und oberen Abschnitten verbunden,
wodurch die Beleuchtungseinheit für eine Farb-Hervorhebungs-Anstrahlung verwendet
werden kann. Wie in der früheren
Ausführungsform
definiert die Kopfvorrichtung H ein Durchloch, das vertikal durch
einen zentralen Abschnitt davon verläuft, um ein Werkstück W dorthindurch
zu überprüfen. Die
optischen Faserbündel 7 können in
dem Kopf 6 zufallsmäßig aufgenommen
werden.
-
12 veranschaulicht
eine Kopfvorrichtung H, die mehrfache Köpfe 6 aufweist, die
jeweils in der Lage sind, die Beabstandung zwischen einer Kugellinse 9 und
dem vorderen Ende des optischen Faserbündels 7, an welchem
vordere Enden der optischen Fasern eng gebündelt sind, zu variieren. Diese
Köpfe sind
in der Lage, die Brennweite zu variieren und sind somit für eine Punktbeleuchtung
geeignet. Spezifisch ist jeder Kopf 6 von einem Aufbau,
der zweite Elemente 6c und 6d aufweist, die miteinander
eingepasst sind, um die Beabstandung zwischen der Kugellinse 9 und
dem vorderen Ende des entsprechenden optischen Faserbündels 7 variabel
auszuführen, indem
die Tiefe der Einpassung zwischen den Kopfelementen 6c und 6d variiert
wird. Anders als in der früheren
Ausführungsform,
bei der die optischen Fasern mit Kugellinsen in einer Eins-zu-eins-Beziehung versehen
sind, ist nur die einzelne Kugellinse für jeden Kopf 6 bereitgestellt.
-
Die 13 bis 15 veranschaulichen eine
Kopfvorrichtung H zur Verwendung in einer Linienüberprüfung, wobei optische Fasern
innerhalb ihrer jeweiligen vorderen Enden gehalten werden, die in
einer einzelnen Linie oder mehrfachen Linien durch einen Kopf 6 angeordnet
sind. Während
ein Linsenfeld 9, das lineare Fresnel-Linsen in zwei Stufen
umfasst, zum Kondensieren von Licht in diesen Zeichnungen verwendet
wird, kann statt der linearen Fresnel-Linsen eine Zylinderlinse
verwendet werden.
-
Die 16 und 17 veranschaulichen eine
spezifische Form der oben beschriebenen Kopfvorrichtung H zur Verwendung
einer Linienüberprüfung. 16(A) ist eine perspektivische Ansicht
der Kopfvorrichtung H, die mehrfache (zwei in dieser Ausführungsform)
Kopfeinheiten 60 einschließt, die auf einem Substrat 100 nebeneinander
angeordnet sind, wobei die nähere
Kopfeinheit 60 in dieser Ansicht vertikal in der Hälfte aufgeschnitten
gezeichnet ist, um den inneren Aufbau davon zu zeigen. 16(B) ist eine invertierte perspektivische
Ansicht, die einen interessierenden Abschnitt eines Ausricht- und
Halteelements für
optische Fasern zeigt. In diesen Ansichten verläuft ein Faserkabel 7, in
welchem eine Mehrzahl optischer Fasern 7a gebündelt und
untergebracht sind, von einem optischen Eingangsverbinder 71,
der als ein Lichtaufnahmeende dient, das angeordnet ist, einer Licht-emittierenden
Fläche
eines Lichtausgangsverbinders gegenüberzustehen, der als eine LED-Lichtquelle dient,
zu einem hinteren Ende jeder Kopfeinheit 60. Die vorderen
Endabschnitte der Mehrzahl optischer Fasern 7a sind von
dem gebündelten
Zustand innerhalb des Körpers
der Kopfeinheit 60 freigegeben und werden ausgerichtet
und gehalten, um so sequenziell nebeneinander in der gleichen Ebene
durch obere und untere Klemmplatten 80a und 80b des
Ausricht- und Halteelements 80 für optische
Fasern angeordnet zu werden.
-
Die
vorderen Endabschnitte der Mehrzahl optischer Fasern 7a sind
jeweils in einem unregelmäßig vorstehenden
Zustand, wenn sie nebeneinander angeordnet zwischen den oberen und
unteren Klemmplatten 80a und 80b gehalten werden.
Dann werden die vorderen Endabschnitte der Fasern 7a bündig mit
den vorderen Endflächen
der Klemmplatten 80a und 80b gemacht. Spezifisch
werden die vorderen Endabschnitte der optischen Fasern 7a,
die unregelmäßig von
den vorderen Endflächen
der Klemmplatten 80a und 80b vorstehen, durch
eine Heißschneideeinrichtung
oder dergleichen abgeschnitten, um so mit den vorderen Endflächen koplanar
zu sein, und dann werden die Schnittflächen der optischen Fasern 7a geglättet und
durch ein Schleifen oder durch eine Wärmebehandlung unter Verwendung
einer heißen
Platte ausgeweitet. Somit kommen benachbarte Schnittflächen der
optischen Fasern 7a im Wesentlichen vollständig in
Kontakt und kontinuierlich zueinander an der vorderen Kante (siehe 16B) eines Faserhalteschlitzes 80c,
der durch die oberen und unteren Klemmplatten 80a und 80b definiert
ist, wodurch eine sehr dünne
einheitliche Licht-emittierende Fläche gebildet wird.
-
Die
untere Klemmplatte 80b ist mit einer Klebenut 81 ausgebildet,
die die ausgerichteten vorderen Endabschnitte der Mehrzahl optischer
Fasern 7a fixiert, während
die Licht-emittie renden Enden ausgerichtet in einer horizontalen
Zeile in der gleichen Ebene mit den vorderen Endflächen der
oberen und unteren Klemmplatten 80a und 80b gehalten
werden. Ein Führungsabschnitt 82 des
Ausricht- und Halteelements 80, das an der oberen Klemmplatte 80a befestigt
ist und nach hinten vorsteht, wird auch in der gleichen Ebene mit
den vorderen Endflächen
der oberen und unteren Klemmplatten 80a und 80b gehalten.
Eine obere Fläche
des Führungsabschnitts 82 ist
mit einem Gewindeloch versehen, welches es zulässt, dass die Vor-und-Zurück-Position des Ausricht-
und Halteelements 80 innerhalb des Bereichs eingestellt
wird, der einem Schlitz 61 entspricht, der in der Kopfeinheit 60 definiert
ist, und es gestattet, dass das Ausricht- und Halteelement 80 durch
eine Befestigungseinrichtung, wie etwa eine Schraube 83, befestigt
wird.
-
In
einem vorderen Endabschnitt der Kopfeinheit 60, der vor
dem Faserausricht- und Halteelement 80 angeordnet ist,
sind eine erste Linse 9a, die beispielsweise aus einer
Linien-Fresnel-Linse
besteht, zum Umlenken eines Lichtbands, das aus den ausgerichteten
Licht-emittierenden Enden der optischen Fasern 7a austritt,
in parallele Lichtstrahlen, und eine zweite Linse 9b angeordnet,
die auch aus einer Linien-Fresnel-Linse besteht, um herbeizuführen, dass Licht,
das aus der ersten Linse 9a austritt, in eine sehr dünne Lichtlinie
konvergiert, wobei die ersten und zweiten Linsen 9a und 9b um
einen vorbestimmten Abstand dazwischen beabstandet sind. Die Kopfeinheit 60 ist
körperlich
in einer Grundplatte 100 mittels eines Keils 62 befestigt.
-
Die 17(A) bis 17(D) zeigen
die Kopfvorrichtung für
eine Linienüberprüfung trigonometrisch, um
den Aufbau davon detaillierter zu veranschaulichen. Es sei darauf
hingewiesen, dass die Kopfeinheit 60 gezeigt ist, wobei
ihre obere Platte 60a in der ebenen Ansicht in 17(A) weggelassen ist, und dass gleiche
Bezugszeichen gleiche Funktionsteile durchgehend in den 1 bis 17 bezeichnen.
In dem in den 17(A) bis 17(D) gezeigten Beispiel ist ein optisches
Element 63, wie etwa ein linsenförmiger Schirm, an einer vorderen
Endfläche
der Kopfeinheit 60 bereitgestellt, um die Luminanzverteilung
in einer Richtung gleichförmig
zu machen, in welcher das Linienlicht verläuft. Das optische Element 63 kann
entweder zwischen oder neben dem zuvor erwähnten Linsenpaar 9a und 9b positioniert
werden. Ein Dellenabschnitt 63' zwischen den Linsen 9a und 9b in 17(B) ist eine Aussparung zum Aufnehmen des
optisches Elements 63.
-
Unter
Bezugnahme insbesondere auf die 17(A) und 17(C) sind die gegenüberliegenden inneren Wandflächen der
Kopffeinheit 60, die, um die gegenüberliegenden Enden der horizontalen
Zeile der Licht-emittierenden Enden der optischen Fasern 7a abzudecken,
zu den gegenüberliegenden
Außenteilen
des Linsenpaars 9a und 9b verlaufen, jeweils mit
einem ebenen Spiegel 64 durch beispielsweise Chrommetallisieren
gebildet. Mit diesem Merkmal kann ein Verlust einer Lichtmenge an
gegenüberliegenden
Enden der Lichtlinie, der anderenfalls aufgrund einer Diffusion
Reflexion von Licht herbeigeführt
würde,
das von den Licht-emittierenden Enden der optischen Fasern 7a diffundiert
ist und auf die gegenüberliegenden
inneren Wandflächen
fällt,
durch die ebenen Spiegel 64, die Licht regelmäßig einwärts reflektieren,
kompensiert werden.
-
Wie
oben beschrieben, setzt die Beleuchtungseinheit, die eine gleichförmige Lichtlinie
für eine Linienüberprüfung emittiert,
die spezifisch in den 16 und 17 gezeigt
ist, das Linsenpaar 9a und 9b ein, das jeweils
aus einer Linien-Fresnel-Linse oder einer hierzu äquivalenten
optischen Komponente -besteht. Aus diesem Grund ist die Beleuchtungseinheit
in der Lage, eine präzise
Brennpunktlinie vor dem Beleuchtungskopf 60 bereitzustellen, ohne
einen Zustand aus dem Brennpunkt, der wesentlich für eine Zylinderlinse
ist, zu erzeugen (zylindrische Aberration ähnlich sphärischer Aberration), was beispielsweise
als ein sehr kleiner Bereich Ra in 17(D) gezeigt
ist. Dementsprechend ist die Beleuchtungseinheit in der Lage, eine
gleichförmige Lichtlinie
bereitzustellen, die eine geeignete Breite aufweist, wenn eine angestrahlte
Fläche
eines interessierenden Objekts geeignet vor oder hinter der Brennpunktlinie
positioniert ist.
-
Beispielsweise
ist, wenn die Licht-emittierenden Enden der optischen Fasern 7a an
einem Punkt P1 beabstandet von dem Linsenpaar 9a und 9b in 17(B) positioniert sind, die resultierende
Brennpunktlinie an einem Punkt F1 relativ nahe dem vorderen Ende
des Beleuchtungskopfs 60 positioniert. Im Gegensatz dazu
ist, wenn die Licht-emittierenden Enden der optischen Fasern 7a an
einem Punkt P2 näher
an dem Linsenpaar 9a und 9b in 17(B) positioniert
sind, die resultierende Brennpunktlinie an einem Punkt F2 relativ
entfernt von dem vorderen Ende des Beleuchtungskopfs 60 positioniert,
wodurch eine dünnere
Lichtlinie bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann die Brennweite
der Beleuchtungseinheit wie in der Überprüfung gewünscht eingestellt werden.
-
Wie
in 17 gezeigt, sind die gegenüberliegenden Seitenwände der
Kopfeinheit 60 jeweils sehr dünn verglichen mit der Breite
der horizontalen Zeile der optischen Fasern 7a und somit
ist die Länge eines
Linienlichts an einer erforderlichen Anstrahlposition gleich oder
geringfügig
größer als
die Breite der Kopfeinheit. Durch ein Anordnen einer Mehrzahl derartiger
Kopfeinheiten in einer Zeile ist es möglich, ein gleichförmiges Linienlicht-Anstrahlmuster
zu bilden, das eine Länge
aufweist, die der Gesamtbreite dieser Kopfeinheiten entspricht.
-
Die
somit verwirklichte gleichförmige
Linienlichtanstrahlung ist in der Lage, eine mit einem kontinuierlichen
und länglichen
Linienlicht angestrahlte Fläche
zu zeigen, die eine relativ hohe Luminanz aufweist. Aus diesem Grund
ist, auch wenn eine sehr geringe Rauheit in der angestrahlten Fläche vorhanden
ist, eine derartige Rauheit als eine Variation in der Reflexion
von Anstrahllicht gezeigt, was eine präzise optische Beobachtung ermöglicht.
Insbesondere kann der Nachteil des Stands der Technik, dass eine Variation
einer Luminanz für
jede optische Faser auftritt, was dazu führt, dass sich eine Diskontinuität einer
Helligkeit ergibt, überwunden
werden, indem die Luminanzverteilung unter Verwendung des linsenförmigen Schirms
gleichförmig
gemacht wird. Die Verwendung der Linien-Fresnel-Linse zum Kondensieren von Licht
verhindert, dass Licht in unnötiger
Weise für
den Liniensensor diffundiert, und ermöglicht es somit, den Energieverbrauch
zu verringern. Aus diesem Grund kann die Linienlicht-emittierende
Beleuchtungseinheit vorzugsweise für eine Beleuchtung für eine Überprüfung insbesondere
von gedruckten Schaltungsplatinen und Anschlussstift-Gitterfeldern
verwendet werden.
-
18 zeigt
eine Kopfvorrichtung H eines Ringtyps ähnlich der vorangehenden Ausführungsform.
Die Kopfvorrichtung H weist einen dünnen Kopf 6 auf und
ist somit zur Verwendung in Anwendungen geeignet, wo der Abstand
zwischen einem Werkstück W
und der Anstrahlapertur 6a kurz ist, wie etwa in einem
Mikroskop.
-
Natürlich sind
Variationen anderer Komponenten als des Kopfs möglich. Da die Länge und
das Gewicht der optischen Fasern verringert werden können, wenn
die LED-Lichtquellenvorrichtungen
neben den jeweiligen Anstrahlaperturen angeordnet sind, können die
Köpfe sanft
auch dann angetrieben werden, wenn sie beweglich auf der XY-Stufe
gehalten werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Köpfe geringfügig oder
langsam relativ zu der XY-Stufe beweglich ausgeführt werden, außer wenn ein
Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit,
Lebensdauer oder dergleichen der optischen Fasern auftritt.
-
Die
Beleuchtungseinheit der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung
einer einzelnen optischen Faser anstelle unter Verwendung eines
optischen Faserbündels
aufgebaut werden. Es ist auch möglich,
dass eine Batterie in oder vor jeder LED-Lichtquellenvorrichtung
als eine elektrische Energiequelle enthalten ist. Indem so verfahren
wird, kann die Beleuchtungseinheit kabellos ausgeführt werden.
Alternativ ist eine derartige Anordnung möglich, dass die LED-Lichtquellenvorrichtungen
mit einer elektrischen Energie von einem anderen die Anordnung bildenden
Teil der Beleuchtungseinheit der vorliegenden Erfindung als die
elektrische Energiequelle versorgt werden, wie etwa der Bildaufnahmevorrichtung
oder der Antriebsanordnung, die der XY-Stufe zugeordnet ist.
-
Das
bewegliche Halteelement ist nicht auf die XY-Stufe beschränkt und
kann irgendeines einer Vielzahl beweglicher Halteelemente sein,
einschließlich
einem, das zu einer dreidimensionalen Positionierung in der Lage
ist.
-
Wenn
eine Vollfarbbeleuchtung unter Verwendung von LEDs durchgeführt wird,
die mehrfache Farben (drei Farben) emittieren, ist es vorzuziehen, dass
optische Fasern zum Emittieren von Lichtanteilen jeweiliger Farben
homogen auf den Kopf-6A, 6B-Seiten angeordnet sind.
-
Wie
im Detail beschrieben worden ist, ermöglicht es die vorliegende Erfindung,
das Gewicht und die Größe der LED-Lichtquellenvorrichtung
auf einfache Weise zu verringern, und deswegen kann die somit im
Gewicht und in der Größe verringerte Lichtquellenvorrichtung,
obwohl sie an dem beweglichen Halteelement angebracht ist, kaum
einen Einfluss auf das Antreiben des beweglichen Halteelements,
somit des Kopfs, ausüben.
-
Wenn
der Kopf fest von dem beweglichen Halteelement gehalten wird, um
die relative Positionsbeziehung zwischen der LED-Lichtquellenvorrichtung und dem Kopf
aufrechtzuerhalten, ist es möglich,
die Last, die der optischen Faser auferlegt wird, zu verringern,
wodurch der Einfluss einer derartigen Last auf die Zuverlässigkeit,
Lebensdauer und dergleichen der optischen Faser beseitigt wird.
Natürlich
kann der Kopf an dem beweglichen Halteelement angebracht werden,
um so geringfügig
beweglich oder langsam beweglich zu sein, außer wenn eine derartige Bewegung
die Zuverlässigkeit,
Lebensdauer und dergleichen der optischen Faser beeinträchtigt.
-
Da
der Kopf mit der optischen Faser verbunden ist und getrennt von
der LED-Lichtquellenvorrichtung ist, ist es möglich, die Größe des Kopfs
sehr gering auszuführen
wie auch Licht auf eine kleine Fläche zu kondensieren. Ferner
ist es, da die Lichtquelle in gewissem Maß von dem anzustrahlenden Objekt
oder von der Bildaufnahmevorrichtung zum Abbilden des Objekts beabstandet
sein kann, auch möglich
zu verhindern, dass das Objekt o der die Bildaufnahmevorrichtung
durch Wärme
beeinträchtigt werden,
die von der Lichtquelle erzeugt wird.
-
Die
LED-Lichtquellenvorrichtung kann mit einer elektrischen Energie
entweder von einer Batterie, die in oder vor der Beleuchtungseinheit
bereitgestellt ist, oder von einer elektrischen Energiequelle, die
getrennt von dem beweglichen Element angeordnet ist, über ein
elektrisches Kabel versorgt werden. Mit der ersteren Anordnung kann
die Beleuchtungseinheit kabellos ausgeführt werden. Alternativ ist,
obwohl die letztere Anordnung ein elektrisches Kabel erfordert, das
elektrische Kabel einer optischen Faser hinsichtlich Flexibilität, Beständigkeit,
Preis und dergleichen weit überlegen.
Die letztere Anordnung ist in der Lage, das bewegliche Halteelement
und den Kopf mit einer sehr geringen Last auf das elektrische Kabel verglichen
mit der Last in hohem Maße
zuverlässig anzutreiben,
die in herkömmlicher
Weise einer optischen Faser auferlegt worden ist, wenn die optische Faser
mit der Bewegung des Kopfs bewegt wird. Eine Anordnung zum Zuführen einer
elektrischen Energie von der Bildaufnahmevorrichtung kann auch betrachtet
werden.
-
In
der vorliegenden Erfindung kann die Lichtquellenvorrichtung neben
der Anstrahlapertur angeordnet werden, um die optische Faser (beispielsweise
auf 1 m oder weniger) zu verkürzen,
wodurch das Gewicht der optischen Faser verringert wird. Mit diesem
Merkmal kann der Kopf sanft auch dann angetrieben werden, wenn er
beweglich an dem beweglichen Halteelement angebracht ist. In diesem
Fall ist es vorzuziehen, dass der Kopf an dem beweglichen Halteelement
angebracht ist, um so relativ zu dem beweglichen Halteelement geringfügig beweglich oder
langsam beweglich zu sein, außer
wenn eine derartige Bewegung die Zuverlässigkeit, Lebensdauer und dergleichen
der optischen Faser beeinträchtigt.
-
Während nur
bestimmte gegenwärtig
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, können, wie Fachleuten
offensichtlich sein wird, bestimmte Änderungen und Modifikationen
in den Ausführungsformen
ausge führt
werden, ohne von dem Grundgedanken und Umfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
-
Die
folgenden Erläuterungen
können
Fachleuten helfen, ein besseres Verständnis der Erfindung oder ihres
Standes der Technik zu erhalten:
Wie bereits oben stehend erwähnt, umfasst
eine Beleuchtungseinheit: einen Kopf, der eine Anstrahlapertur zum
Richten von Licht auf ein anzustrahlendes Objekt definiert, wobei
der Kopf von einem beweglichen Halteelement gehalten wird; eine
LED-Lichtquellenvorrichtung,
die an dem beweglichen Halteelement befestigt ist; und zumindest
eine flexible optische Faser zum Leiten von Licht von der LED-Lichtquellenvorrichtung
zu der Anstrahlapertur des Kopfes.
-
Vorzugsweise
wird die LED-Lichtquellenvorrichtung mit elektrischer Energie von
einer elektrischen Energiequelle, die getrennt von dem beweglichen
Halteelement angeordnet ist, über
ein elektrisches Kabel versorgt.
-
Ferner
ist die Lichtquellenvorrichtung vorzugsweise neben der Anstrahlapertur
angeordnet.
-
Dadurch
ist die optische Faser in vorteilhafter Weise mit einer Linse an
einem vorderen Ende davon auf einer Kopfseite ausgestattet.
-
Eine
Beleuchtungseinheit kann auch umfassen: ein Faserkabel, in welchem
eine Mehrzahl optischer Fasern, die von Lichtempfangsenden davon, die
einer Licht-emittierenden Fläche
einer LED-Lichtquelle gegenüberstehen,
in einen Kopfeinheitskörper verlaufen,
gebündelt
und untergebracht ist; ein Ausricht- und Halteelement für eine optische
Faser, das Licht-emittierende Enden der jeweiligen optischen Fasern
in einer horizontalen Zeile ausgerichtet hält, indem der gebündelte Zustand
vorderer Endabschnitte der Mehrzahl optischer Fasern, die in den
Kopfeinheitskörper
von einem hinteren Ende davon eingeführt sind, innerhalb des Kopfeinheitskörpers freigegeben
wird und die vorderen Endabschnitte zueinander sequenziell in der
gleichen Ebene nebeneinander angeordnet werden; und ein Linsenpaar,
das an einem vorderen Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers eingepasst
ist, wobei das Linsenpaar aus einer ersten Linse zum Ablenken eines
Lichtbandes, das aus der horizontalen Zeile der Licht-emittierenden
Enden der optischen Fasern in im Wesentlichen parallele Lichtstrahlen
emittiert wird, und einer zweiten Linse besteht, um herbeizuführen, dass Licht,
das aus der ersten Linse austritt, in ein Linienlicht konvertiert,
das aus einem länglichen
Lichtband besteht.
-
Dadurch
ist das Ausricht- und Halteelement für die optische Faser vorzugsweise
an dem Kopfeinheitskörper
angebracht, um so in Vor-und-Zurück-Richtungen
positionsmäßig einstellbar
zu sein.
-
In
vorteilhafter Weise umfasst die Beleuchtungseinheit ferner ein optisches
Element zum Bereitstellen einer gleichförmigen Luminanzverteilung in
einer Richtung, in welcher das Linienlicht verläuft, wobei das optische Element
an den vorderen Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers angeordnet ist, um so
dem Linsenpaar zugeordnet zu sein.
-
Dadurch
weist der Kopfeinheitskörper
in vorteilhafter Weise gegenüberliegende
Innenwandflächen
auf, die mit jeweiligen ebenen Spiegeln gebildet sind, die verlaufen,
um sich von gegenüberliegenden Enden
der horizontalen Zeile der Lichtemittierenden Enden der Mehrzahl
optischer Fasern zu gegenüberliegenden
Außenteilen
des Linsenpaars zu erstrecken.
-
Eine
Beleuchtungseinheit kann auch eine Mehrzahl von Beleuchtungseinheiten,
wie sie oben stehend definiert sind, umfassen, wobei jeweilige Kopfeinheiten
in einer Zeile angeordnet sind, um ein kontinuierliches Linienlicht-Anstrahlmuster
zu bilden, das eine Länge
aufweist, die einer Gesamtbreite der Kopfeinheiten entspricht.
-
Eine
Beleuchtungseinheit kann auch umfassen: ein Faserkabel, in welchem
eine Mehrzahl optischer Fasern, die von Lichtempfangsenden davon, die
einer Licht-emittierenden Fläche
einer LED-Lichtquelle gegenüberstehen,
in einen Kopfeinheitskörper verlaufen,
gebündelt
und untergebracht sind; ein Ausricht- und Halteelement für eine optische
Faser, das Licht-emittierende Enden der jeweilige optischen Fasern
ausgerichtet in einer horizontalen Zeile hält, indem der gebündelte Zustand
vorderer Endabschnitte der Mehrzahl optischer Fasern, die in den
Kopfeinheitskörper
von einem hinteren Ende davon eingeführt sind, innerhalb des Kopfeinheitskörpers freigegeben
werden und die vorderen Endabschnitte zueinander in einer gleichen
Ebene sequenziell nebeneinander angeordnet werden, wobei das Ausricht- und Halteelement
für die
optische Faser in Vor-und-Zurück-Richtungen positionsmäßig innerhalb
des Kopfeinheitskörpers
einstellbar ist; eine Konvergier- und Anstrahleinrichtung, die an
einem vorderen Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers bereitgestellt ist, um
zu veranlassen, dass ein Lichtband, das aus der horizontalen Zeile
der Licht-emittierenden Enden der optischen Fasern emittiert wird, in
ein dünneres
Lichtband an einer Position vor dem Kopfeinheitskörper konvergiert;
einen linsenförmigen Schirm
zum Bereitstellen einer gleichförmigen
Luminanzverteilung in einer Richtung, in welcher das Linienlicht
verläuft,
wobei der linsenförmige
Schirm an einem vorderen Endabschnitt des Kopfeinheitskörpers angeordnet
ist, um so der Konvergier- und Anstrahleinrichtung zugeordnet zu
sein; und ein Paar von ebenen Spiegeln, die an gegenüberliegenden
Innenwandflächen
des Kopfeinheitskörpers
gebildet sind, um so zu verlaufen, sich von gegenüberliegenden Enden
der horizontalen Zeile der Licht-emittierenden Enden der Mehrzahl
optischer Fasern zu gegenüberliegenden
Außenteilen
der Konvergier- und Anstrahleinrichtung zu erstrecken.