JP2002170404A

JP2002170404A - ライトガイド用照明光源

Info

Publication number: JP2002170404A
Application number: JP2000363622A
Authority: JP
Inventors: Sadaichi Ariga; 貞一有賀; Fumio Yagasaki; 文男矢ケ▲崎▼
Original assignee: TB Optical Co Ltd
Current assignee: TB Optical Co Ltd
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】長寿命で、比較的安いコストで製造でき、設
置スペースに合わせてケーシングの形状を柔軟に変更で
き、しかも検査に必要な充分な光量を得ることが可能な
ライトガイド用照明光源を提供する。【解決手段】ケーシング１１０内には、複数の発光ダ
イオード１４２と、この発光ダイオードの光を反射し集
光する凹面鏡１４１とからなる少なくとも２組以上の光
源ユニット１４０が、多面の反射鏡１６０を囲むように
配置されている。前記光源ユニット１４０からの光は、
前記多面の反射鏡１５０のそれぞれの面で反射されて一
ヶ所に集光し、光コネクタ１６０に導入されるようにな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工業製品等
の品質をＣＣＤカメラ等の撮像を利用して製造ライン上
で検査する際に、撮影個所を照らすために用いられるラ
イトガイド用の照明光源に関するものであり、更に詳し
くは、光源として発光ダイオードを利用したライトガイ
ド用照明光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント基板や半導体等の工業製品の品
質、例えば半田付けの不良、欠損、異物の付着等を製造
ライン上で検査する方法として、ＣＣＤカメラ等による
撮像を利用する方法が普及している。この方法は、部品
の特定個所を撮像し、正常な部品の撮像結果と比較する
ことにより異常の有無を検査するというものである。こ
のような検査法においては、ＣＣＤカメラの撮像部位を
照明装置によって明るく均一に照らし出す必要があり、
そのための照明装置の１つとして、ライトガイドが知ら
れている。

【０００３】上記ライトガイドは、多数本の光ファイバ
ーを収束し、その基端を受光部として光源から発した光
を入射させ、光ファイバーの先端を照射部として被検査
物に向け、光ファイバーの先端から出射される光を被検
査物に照射するようにした照明装置である。そして、上
記ＣＣＤカメラの撮像を利用した検査法を利用している
製造ラインにおいては、照明装置に不具合が発生し検査
不能になった場合、製造ラインを止めなければならなか
った。

【０００４】上記ライトガイドの光源として、一般にハ
ロゲンランプが多く用いられるが、ハロゲンランプは、
その寿命が約２００〜１０００時間と短く、しかもラン
プの寿命に著しい個体差があることから、例えばライト
ガイドを何百本も使用する半導体の製造ラインにおいて
は、製造ラインの停止を防止するために、切れたランプ
を即時交換できるように作業員が常時監視しなければな
らないという問題があった。また、検査中に照明をつけ
たり消したりする必要がある場合、ハロゲン光源ではラ
ンプの寿命が著しく低下するなど、問題が多かった。

【０００５】このような問題を解決するため、本出願人
による特開平１１−２１９６０８号公報には、発光ダイ
オードを利用した照明光源が提案されている。発光ダイ
オードは長寿命でランプ交換の必要がないので、製造ラ
インによる省力化、作業性の向上が図られるのである。
しかし、発光ダイオードの単体が発光する光は微弱であ
り、そのままでは照明用光源として利用できないため、
上記特開平１１−２１９６０８号では、集光部材により
発光ダイオードの光を集光し、照明に十分な明るさの光
を得ている。

【０００６】すなわち、同一面側を向くように基板に支
持された複数の発光ダイオードの発光部に、光を透過す
る材質からなる円錐台状の集光部材を、拡径された底面
が接するように配設し、前記複数の発光ダイオードから
発した光を集光することにより、照明に十分な明るさの
光を得る構造を採用している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１１−２１９６０８号に開示された技術では、集光
部材をなす円錐台状の透明な部材の製造、加工に手間が
かかり、製造コストが高くなると共に、透明部材が比較
的長いものとなるため、装置のコンパクト化を図れない
という問題があった。

【０００８】また、発光ダイオードはハロゲンランプに
くらべて光量は微弱であるため、検査に必要とされる照
明に充分な光量を得るためには多数の配置が必要とな
る。このため、１つの基板上に多数の発光ダイオードを
配置したのでは、基板そのものが大きくなることから装
置をコンパクトにできないという問題もあった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、長寿命でランプ
交換作業の必要がなく、比較的安いコストで製造でき、
使用中に照明をつけたり消したりすることも問題なくで
き、しかも検査に必要とされる照明に充分な光量を得る
ことが可能なライトガイド用照明光源を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のライトガイド用照明光源は、基板上に支持
され、発光部を同一面側に向けて配列された複数個の発
光ダイオードと、前記発光ダイオードが発した光を反射
し集光する凹面鏡からなる、少なくとも２以上の光源ユ
ニットと、前記２以上の光源ユニットの前記凹面鏡によ
り反射された光をそれぞれ反射させて1ヶ所に集光させ
る多面の反射鏡と、前記多面の反射鏡により集光される
位置に配置された、光ファイバーケーブルが接続される
光コネクタとを備えることを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、各光源ユニットの複数の
発光ダイオードで発光された光が、凹面鏡で反射された
後、多面の反射鏡で再反射されて光コネクタに集光され
るので、光コネクタに接続されたライトガイド用の光フ
ァイバーケーブルに効率よく光を導入して、必要とされ
る十分な光量を得ることができる。

【００１２】また、発光ダイオードは、長寿命で交換の
必要がほとんどないため、製造ラインによる省力化、作
業性の向上が図られる。更に、発光ダイオードは使用中
にひんぱんにつけたり消したりしても寿命が低下するこ
とがなく、発光ダイオードの色調を目的に合わせて選択
することもでき、それによって、検査等の精度を向上さ
せることができる。

【００１３】更に、集光手段として利用する凹面鏡は、
簡単な構造であるため製造コストを低くおさえることが
でき、軽量化を図ることもできる。また、２以上の光源
ユニットで集められた光を、多面の反射鏡で一ヶ所に集
めるようにしたので、より光量を大きくすることができ
る。

【００１４】本発明の好ましい１つの態様によれば、前
記基板の中央に光取出し孔が形成され、この光取出し孔
を囲んで前記発光ダイオードが環状に配列され、前記凹
面鏡で反射された光が前記光取出し孔を通して前記多面
の反射鏡に照射されるようにされている。

【００１５】上記態様によれば、前記基板の中央に形成
された光取出し孔を通して、光を前記多面の反射鏡に照
射するようにしたので、基板、凹面鏡及び多面の反射鏡
を同軸上に配置でき、コンパクト化することが可能とな
る。

【００１６】また、上記発明の更に好ましい態様によれ
ば、前記凹面鏡の中央部に孔が設けられ、前記凹面鏡の
背面側に別の基板が配置され、この基板に支持されて配
列されたもう1つの発光ダイオードの群があり、このも
う1つの発光ダイオードの群から発光された光が、前記
基板の光取出し孔を通して、直接前記多面の反射鏡に直
接照射されるように構成される。

【００１７】上記態様によれば、前記凹面鏡の背面側に
配置されたもう１つの発光ダイオードの群が発光した光
を、前記基板の光取出し孔を通して直接前記多面の反射
鏡に直接照射させることにより、前記環状に配列された
発光ダイオードが発光した光を集光して得られた出力光
の中央の暗い部分が補われ、径方向に均一な明るさの出
力光を得ることができる。

【００１８】また、本発明の更に好ましい態様によれ
ば、前記発光ダイオードが、前記基板上に複数段で配列
されている。

【００１９】上記態様によれば、基板上の垂直方向に複
数の発光ダイオードを少なくとも２段以上に配置したた
め、同じ基板面積により多数の発光ダイオードを配置す
ることが可能となり、発光ダイオードの配置密度を上げ
て装置を小型にしたまま光量を増大させることができ
る。

【００２０】また、本発明の更に好ましい態様によれ
ば、前記凹面鏡が円周の対向する部分を平行な直線でカ
ットした形状をなしている。

【００２１】上記態様によれば、凹面鏡の形状をケーシ
ングの形状に合わせて縦長、横長等にできて設置スペー
スを最大限に有効活用できるとともに、前記凹面鏡は、
例えば円形の凹面鏡から両端部を切り出すことによって
製造できるので、通常の円形の凹面鏡と製造工程を共通
化して凹面鏡の製造コストを削減することができる。

【００２２】また、本発明の更に好ましい態様によれ
ば、前記多面の反射鏡の各面が凹曲面で構成されてい
る。

【００２３】上記態様によれば、それぞれの光源ユニッ
トから集められた光束を多面の反射鏡で折り返す際、凹
曲面で更に集光することが可能となるので効率良く集光
することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図１から図５に、本発明に
よるライトガイド用照明光源の一実施形態を示す。図１
は本発明によるライトガイド用照明光源の平面図、図２
は光源ユニットの要部平面図、図３は凹面鏡の正面図、
図４は第２基板の正面図、図５は第２基板の側面図を示
す。

【００２５】図１に示すように、本発明の照明光源１０
０は、箱状のケーシング１１０を有し、前記ケーシング
１１０の内部には電源回路１２０が配置され、各光源ユ
ニット１４０には冷却ファン１３０が配置されている。

【００２６】そして、ケーシング１１０内には２組の光
源ユニット１４０が、多面の反射鏡１５０を囲むように
配置されており、前記光源ユニット１４０からの光は前
記多面の反射鏡１５０のそれぞれの面で反射されるよう
に配置されている。また、光コネクタ１６０は前記多面
の反射鏡１５０で折り返された光がほぼ焦点を結ぶ位置
に設けられている。

【００２７】ここで、図１、図２に示す光源ユニット１
４０は、前記凹面鏡１４１が第１基板１４３に支持され
る第1発光ダイオード群１４２に対向する位置に配置さ
れている。前記第１基板１４３は、中央部に円形の光取
出し孔１４４を有し、前記第１発光ダイオード群１４２
は、前記光取出し孔１４４を囲んで環状に配列されてい
る。

【００２８】更に、第1発光ダイオード群１４２は、第
１基板１４３の面上の垂直方向に少なくとも２段以上に
配置されていることが好ましい。図２に示す一例では階
段状に３段に配列されている。この場合、同じ基板面積
で発光ダイオードの数を増やすため、図２の如く各段が
一部重なるように配列することが好ましく、これにより
発光ダイオードの配置密度を高めて光量を増大させるこ
とができる。

【００２９】また、中央部に孔１４５を有する凹面鏡１
４１は、その凹面が前記第１発光ダイオード群１４２に
対向するように配置されている。凹面鏡１４１として
は、真鍮等の金属を研磨加工したものや、ガラスや合成
樹脂をモールド成形し、その表面に金属蒸着を施したも
のなどが利用できる。

【００３０】凹面鏡１４１の形状は設置スペースに応じ
てケーシング１１０に合わせることができ、その形状は
特に限定されない。例えば長方形形状、楕円形状、小判
型形状等、ケーシング１１０に合わせて適宜選択可能で
あるが、より好ましくは図３の如く、円周１４６の対向
する部分を平行な直線１４７でカットした形状である。
この場合、予めその形状に金属プレスする成形方法や、
樹脂のモールド成形等により加工してもよく、また、第
１段階で円形の凹面鏡を製造した後、両端をカットする
ことによって製造してもよい。

【００３１】更に、第２発光ダイオード群１４８を支持
する第２基板１４９が、前記第２発光ダイオード群１４
８の発光部が第1発光ダイオード群１４２に対向するよ
うに、前記凹面鏡１４１の背面側に連接されて支持され
ている。図４に示すように、前記第２発光ダイオード群
１４８は前記第２基板１４９の中央部に円形に配列され
ており、更に、図５に示すように、発光した光が前記凹
面鏡１４１の焦点Ｆに集光するように傾斜して配置され
ている。

【００３２】そして、図２に示すように、前記第２発光
ダイオード群１４８は、その先端部が前記凹面鏡１４１
の中央の孔１４５に挿入されており、前記第２発光ダイ
オード群１４８が発光した光は、図１の想像線で示すよ
うに、前記孔１４５を通り前記多面の反射鏡１５０に向
かって直接照射されるようになっている。

【００３３】各光源ユニット１４０から集められた光束
は、次に多面の反射鏡１５０によって折り返すように反
射されて一ヶ所に集光される。ここで、多面の反射鏡１
５０は光源ユニット１４０の数に対応する多数の反射面
を有しており、図１の例では三角柱をなしている。

【００３４】ここで、多面の反射鏡１５０としてはアル
ミニウムや真鍮等の金属を研磨加工したものや、ガラス
や合成樹脂をモールド成形し、その表面にアルミニウム
等の金属蒸着を施したものなどが好適に利用できる。

【００３５】また、多面の反射鏡１５０により反射され
た光束がほぼ集まる位置には、前記ケーシング１１０を
貫通して挿入された筒状の光コネクタ１６０の基端部が
配置されている。前記光コネクタ１６０は、光ファイバ
ーケーブル（図示しない）の差込み孔１６１を有してい
る。

【００３６】次に、この照明光源１００の作用について
説明する。まず、照明光源１００の電源回路１２０から
第１基板１４３を介して第１発光ダイオード群１４２に
所定の電圧が供給されて第１発光ダイオード群１４２が
発光し、同じく電源回路１２０から第２基板１４９を介
して第２発光ダイオード群１４８に所定の電圧が供給さ
れて第２発光ダイオード群１４８が発光する。また、冷
却ファン１３０が作動し、前記第１発光ダイオード群１
４２及び前記第２発光ダイオード群１４８の発熱等によ
る過熱を防止する。

【００３７】図２の想像線で示すように、前記第１発光
ダイオード群１４２から発光した光は、前記凹面鏡１４
１で反射され、更に多面の反射鏡１５０の対応する反射
面で反射されて、光コネクタ１６０の導光部に集光され
る。ここで、前記第１発光ダイオード群１４２は環状に
配列されているため、第１発光ダイオード群１４２だけ
の光では、焦点面上に集光された出力光の中心部が周縁
部より暗くなる傾向がある。

【００３８】しかし、前記第２発光ダイオード群１４８
から発光した光が、凹面鏡１４１の孔１４５を通り、前
記多面の反射鏡１５０に直接照射されるため、第１発光
ダイオード群１４２の出力光のむらを補い、前記光コネ
クタ１６０の導光部に集光される出力光の明るさが径方
向に均等になる。

【００３９】ここで、図３において、凹面鏡１４１は円
周の対向する部分を平行な直線でカットした形状をなし
ているので、ライトガイド用照明光源装置のケーシング
１１０の形状全体を縦長または横長とすることができ、
幅方向の設置スペースを狭めることが可能となるので更
に装置がコンパクト化でき、狭幅な検査スペースにおい
ても設置することが可能となる。

【００４０】また、図１、図２の如く、発光ダイオード
群１３１は、基板１３０の面上の垂直方向に少なくとも
２段以上に配置されているので、同じ基板面積上に多数
の発光ダイオードを配置することが可能となって配置密
度を高めることができ、装置を小型化したまま光量を増
加させることができる。

【００４１】また、各光源ユニット１４０により集めら
れた光が、多面の反射鏡１５０によって更に折り返すよ
に反射されて一ヶ所に集光されるので、ハロゲンランプ
と比べても遜色のないような光量を容易に得ることがで
きる。

【００４２】更に、複数の光源ユニットを組合せること
により、発光ダイオードの数が増えても１つあたりの凹
面鏡は小さくですむのでケーシングの形状の自由度が高
まり、設置スペースを最大限利用できる。また、凹面鏡
は常に同じ大きさで製造してその光源ユニット数で全体
の光量を決定できるので、製造部品を共通化して製造コ
ストも低減できる。

【００４３】こうして集光された出力光は、図示しない
光ファイバーケーブルを通して、同じく図示しないライ
トガイドの環状発光部から、検査すべきワークに向けて
照射される。こうして照明されたワークの検査箇所をＣ
ＣＤカメラが撮像し、検査が行われる。

【００４４】このように、この照明光源１００によれ
ば、少なくとも２以上の光源ユニット１４０により集め
られた光が、多面の反射鏡１５０により折り返されて一
ヶ所に集光されるので、ハロゲンランプと比べても遜色
のない光量を得ることが可能となる。

【００４５】また、複数の発光ダイオードの光を非円形
の凹面鏡１５０を使用して集光するため、ワーク３００
の検査に十分な明るさの光を出力させることができると
ともに、凹面鏡の形状をケーシング１１０の形状に合わ
せることができるので設置スペースの有効利用が可能で
ある。

【００４６】そして、発光ダイオードの寿命は長いの
で、ランプ交換等の必要がなくなり、製造ラインにおけ
る省力化が図れると共に作業性を向上させることができ
る。また、凹面鏡１４１を用いることにより、第１発光
ダイオード群１４２を光出力側に配置することができる
ので、装置内部のスペースが有効活用され、装置全体を
コンパクト化することができる。

【００４７】図６には、本発明によるライトガイド用照
明光源の他の実施形態が示されている。なお、前記実施
形態と実質的に同一部分には同符合を付してその説明を
省略することにする。

【００４８】図６に示すように、このライトガイド用照
明光源では、ケーシング１１０内に４組の光源ユニット
１４０が、多面の反射鏡１５１を囲むように配置されて
おり、前記各光源ユニット１４０からの光は、前記多面
の反射鏡１５１の対応する反射面に照射されるように配
置されている。このように、前記実施形態と相違する点
は、光源ユニット１４０を４組用い、それに合わせて反
射鏡１５１を四角錐形状とした点にある。

【００４９】これにより、光量は前記実施形態にくらべ
て約２倍となる。このように光源ユニット数と反射鏡の
組合せにより自在に光量を増加させることが可能とな
る。また、複数の光源ユニットを組合せることにより、
発光ダイオードの数が増えても１つあたりの凹面鏡は小
さくですむので、ケーシングの形状の自由度が高まり、
設置スペースを最大限に利用できる。また、凹面鏡は常
に同じ大きさで製造してその光源ユニット数で全体の光
量を決定できるので、製造工程も簡略で光源ユニットを
共通化できるので製造コストも低減できる。

【００５０】一方、図７および図８には、本発明の多面
の反射鏡の他の実施形態が示されている。この実施形態
では、多面の反射鏡１５２、１５３の表面がそれぞれ凹
曲面１５２ａ、１５３ａを有する点が上記と異なってい
る。一般に発光ダイオード光源は、光源色によって８度
から２５度程度の広がりを有する。よって、前記多面の
反射鏡の各面を凹曲面とすることにより、各光源ユニッ
ト１４０からの光束を単に反射して折り返すのみでな
く、反射された光を再度集光して光ファイバーに入射す
る集光効率を増大させることができる。

【００５１】なお、本発明の照明光源は、予めライトガ
イドを接続し、ライトガイドと一体のフレームに支持し
た照明装置として構成することもできる。この場合に
は、照明光源とライトガイドとを一体にして、それら全
体をワークの検査箇所に応じて移動させることになる
が、それによってライトガイドの光ファイバーケーブル
に繰り返しの曲げ応力等がかからなくなるので、光ファ
イバーケーブルの屈曲疲労による折損等を防止すること
ができる。

【００５２】また、発光ダイオードとして、所望の色の
ものを選択することにより、目的に応じた色の照明光を
出力させることができる。この場合、予めＲＧＢ３色の
発光ダイオードを交互に混ぜて配置し、目的とする色に
応じて所望の発光ダイオードだけを発光させるようにす
れば、１つの照明光源で各種の色を出力させることも可
能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
長寿命でランプ交換作業の必要がなく、比較的安いコス
トで製造でき、しかも小型で検査に必要な充分な光量を
得ることが可能なライトガイド用照明光源を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるライトガイド用照明光源の一実施
形態の平面図である。

【図２】同照明光源における光源ユニットの要部平面図
である。

【図３】同照明光源における凹面鏡の正面図である。

【図４】同照明光源における第２基板の正面図である。

【図５】同照明光源における第２基板の側面図である。

【図６】本発明によるライトガイド用照明光源の他の実
施形態の平面図である。

【図７】本発明によるライトガイド用照明光源における
反射鏡の他の実施形態の斜視図である。

【図８】本発明によるライトガイド用照明光源における
反射鏡の更に他の実施形態の斜視図である。

【符号の説明】

１００照明光源１１０ケーシング１４０光源ユニット１４１凹面鏡１４２第１発光ダイオード群１４３第１基板１４８第２発光ダイオード群１４９第２基板１５０多面の反射鏡１６０光コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 21/956 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｆ２１Ｓ 1/02 Ｇ // Ｆ２１Ｙ 101:02 1/00 ＦＦターム(参考） 2G051 AA65 AB14 BA02 BA20 BB02 BB17 BB20 5F041 AA06 DC07 DC22 DC23 EE23 FF11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に支持され、発光部を同一面側に
向けて配列された複数個の発光ダイオードと、前記発光
ダイオードが発した光を反射し集光する凹面鏡からな
る、少なくとも２以上の光源ユニットと、前記２以上の光源ユニットの前記凹面鏡により反射され
た光をそれぞれ反射させて1ヶ所に集光させる多面の反
射鏡と、前記多面の反射鏡により集光される位置に配置された、
光ファイバーケーブルが接続される光コネクタとを備え
ることを特徴とするライトガイド用照明光源。
【請求項２】前記基板の中央に光取出し孔が形成さ
れ、この光取出し孔を囲んで前記発光ダイオードが環状
に配列され、前記凹面鏡で反射された光が前記光取出し
孔を通して前記多面の反射鏡に照射されるようにされて
いる請求項１記載のライトガイド用照明光源。
【請求項３】前記凹面鏡の中央部に孔が設けられ、前
記凹面鏡の背面側に別の基板が配置され、この基板に支
持されて配列されたもう1つの発光ダイオードの群があ
り、このもう1つの発光ダイオードの群から発光された
光が、前記基板の光取出し孔を通して、多面の反射鏡に
直接照射されるように構成されている請求項２記載のラ
イトガイド用照明光源。
【請求項４】前記発光ダイオードが、前記基板上に複
数段で配列されている請求項１〜３のいずれか１つに記
載のライトガイド用照明光源。
【請求項５】前記凹面鏡が円周の対向する部分を平行
な直線でカットした形状をなす請求項１〜４のいずれか
１つに記載のライトガイド用照明光源。
【請求項６】前記多面の反射鏡の各面が凹曲面である
請求項１〜５のいずれか１つに記載のライトガイド用照
明光源。