JP2018160478A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
所定の方向に沿って配置された複数の光源と、
前記光源から発せられる光を集光する第1レンズと、
前記第1レンズから発せられる光を前記所定の方向に拡散させる拡散レンズと、
前記光源が熱伝導可能に設けられた伝達部と、
前記第1レンズに沿って取付けられる弾性変形可能な第1の挟持部と、
前記第1レンズに沿って取付けられる弾性変形可能な第2の挟持部と、を備え、
前記第1レンズは、前記第1の挟持部及び前記第2の挟持部の付勢力によって全体に亘って押圧されて挟持されることを特徴とする。
本発明の第1の実施態様によれば、
所定の方向に沿って配置された複数の光源(例えば、後述する複数のLED212など)と、
前記光源から発せられる光を集光する第1レンズ(例えば、後述するロッドレンズ220など)と、
前記第1レンズから発せられる光を前記所定の方向に拡散させる拡散レンズ(例えば、後述する拡散レンズ230など)と、
前記拡散レンズから発せられる光を集光する第2レンズ(例えば、後述するシリンドリカルレンズ240など)と、を備え、
前記複数の光源から前記第2レンズに向かう方向において、前記第1レンズの曲率中心(例えば、後述する曲率中心ccなど)を基準にして、前記第1レンズの曲率半径(例えば、後述する曲率半径crなど)の2倍以上の距離だけ離隔した位置に前記第2レンズが配置される照明装置が提供される。
照明装置は、複数の光源と第1レンズと拡散レンズと第2レンズとを備える。複数の光源と第1レンズと拡散レンズと第2レンズとによって、照明装置の光学系が構成される。照明装置の光学系は、共通する光軸(例えば、後述する光軸方向Zなど)を有する。光軸は、光束の代表となる仮想的な光線である。
本実施の形態では、光が進む方向について3つの方向を定義する。
3つの方向のうちの1つの方向は、光軸方向である。上述したように、光軸は、複数の光源から発せられた光束の代表となる仮想的な光線である。なお、光軸は、1次元の単一の線である必要はなく、2次元の平面状のものもよい。光軸方向は、本実施の形態では、複数の光源から発せられ、第1レンズと拡散レンズと第2レンズとを通過する光束のうち、光の強度が最も高く中心的な位置を通過すると仮想できる光線の向きにすることができる。光軸方向は、複数の光源から発せられた光の全体的な進行方向となる。なお、本実施の形態では、この光軸を、光源などの光学素子の光軸と区別する必要がある場合には、光学系の光軸(例えば、後述する図7〜図9の光軸Tなど)と称する。
また、複数の光源の各々から発せられた光は、光軸方向に進むに従って徐々に広がる。この光は、複数の光源の各々を中心にして略円錐状に広がる(後述する図7のL1参照)。光が広がる方向(以下、拡径方向と称する)について、互いに垂直な2つの方向を定義することができる。
第1の拡径方向は、複数の光源が並べられた方向に沿った向きであり、この方向を「光源の配列方向」と称する。上述した「所定の方向」は、光源の配列方向を意味する。第1の拡径方向である光源の配列方向は、光軸方向に対して垂直な方向となる。「光源の配列方向」によって、照明装置の照明領域の長さN(後述する図7参照)を規定することができる。
さらに、第2の拡径方向は、第1の拡径方向に対して垂直な方向であり、複数の光源の各々から発せられる光の幅を規定する方向となる。この方向を「光源の幅方向」と称する。第2の拡径方向である光源の幅方向も、光軸方向に対して垂直な方向となる。すなわち、光源の幅方向は、光軸方向と第1の拡径方向との2つの方向に対して垂直となる。「光源の幅方向」によって、照明装置の照明領域の幅W(後述する図7参照)を規定することができる。
複数の光源は、所定の方向に沿って配置される。上述したように、「所定の方向」は、「光源の配列方向」を意味する。光源の配列方向は、照明する対象物(以下、被照明体と称する)の形状や大きさに応じて定めればよく、直線状の方向でも曲線状の方向でもよい。また、複数の光源は、一列に配置される場合だけでなく、複数列に配置されてもよい。
第1レンズは、光源から発せられた光を集光する集光レンズとして機能する。好ましくは、第1レンズは、複数の光源の各々から発せられた光を集光する。第1レンズは、必ずしもレンズである必要はなく、光源から発せられた光を集光できる光学素子であればよい。
拡散レンズには、第1レンズから出射された光が入射される。拡散レンズは、拡散レンズに入射した光のうち、主に、光源の配列方向の成分の光を拡散させる。光源の配列方向の成分の光を拡散させることで、光源の配列方向の成分の光の明るさのムラを抑え、明るさを均一に近づけることができる。光の明るさを示すパラメータとしては、照度や輝度や光度や強度などを適宜に用いることができる。いずれのパラメータを用いた場合でも、均一に近づけた明るさで被照明体を照明できればよい。
第2レンズには、拡散レンズから発せられた光が入射される。第2レンズは、入射した光を集光する機能を有する。第2レンズは、拡散レンズから発せられた光を集光し、集光した光を出射する。第2レンズは、必ずしもレンズである必要はなく、拡散レンズから発せられた光を集光できる光学素子であればよい。
複数の光源から発せられた光は、全体として、光学系の光軸方向に沿って進む。本実施の形態では、光軸方向は、光源の配列方向に対して略垂直な方向である。光源から発せられた光は、各々の光源の光軸を中心にして徐々に広がりながら進む。複数の光源から発せられる光には、光軸方向の成分とは異なる方向の成分の光も含まれているが、全体として光学系の光軸方向に沿って進む。
複数の光源から第2レンズに向かう方向において、第1レンズの曲率中心を基準にして、第1レンズの曲率半径の2倍以上の距離だけ離隔した位置に第2レンズが配置される。すなわち、第1レンズ及び第2レンズの相対的な位置について、第1レンズの曲率中心を基準にして、第1レンズの曲率半径の2倍以上に離れて、第1レンズ及び第2レンズが配置されるという配置条件を満たす。
第1レンズによって集光されて出射される光は、第1レンズから離れるに従って徐々に広がって進む場合がある。上述した第1の配置条件を満たすように第2レンズを配置することで、第2レンズによって再び集光して、光軸方向に沿っておおよそ平行に進む光に変換することができる。すなわち、上述した第1の配置条件を満たすように、第1レンズ及び第2レンズを配置することで、光軸方向に沿って広がりにくい光に変換することができる。
本発明の第2の実施態様は、本発明の第1の実施態様において、
前記光源から発せられた光が前記第1レンズに至るまでの第1の光路長(例えば、後述する光路L11の長さなど)が、前記第1レンズから発せられた光が前記第2レンズに至るまでの第2の光路長(例えば、後述する光路L31と光路L41との長さなど)よりも短い。
本発明の第3の実施態様は、本発明の第1の実施態様において、
前記光源で発生した熱を放熱するための複数の放熱フィン(例えば、後述する放熱フィン350など)を有する放熱部(例えば、後述する放熱系300など)と、
前記放熱部に連結され前記光源で発生した熱を前記放熱部に伝達するための熱伝達部であって、前記光源が熱伝導可能に設けられた第1の伝達部(例えば、後述する第1の伝達部320など)と、前記第1の伝達部と熱伝導可能に連結され前記光源から離れる方向に延在する第2の伝達部(例えば、後述する第2の伝達部330など)と、を有する熱伝達部(例えば、後述する放熱フレーム310など)と、をさらに備え、
前記複数の放熱フィンの各々は、互いに離隔して形成され、
前記複数の放熱フィンの各々は、前記第2の伝達部の延在方向に沿って前記第2の伝達部と熱伝導可能に連結された固定端(例えば、後述する固定端352など)と、前記固定端から離れた位置に形成された開放端(例えば、後述する開放端354など)と、を有する。
本発明の第4の実施態様は、本発明の第3の実施態様において、
前記熱伝達部は、前記第1の伝達部と熱伝導可能に連結され、互いに離隔して向かい合う第1の対向伝達部(例えば、後述する第1の対向伝達部340Rなど)及び第2の対向伝達部(例えば、後述する第2の対向伝達部340Lなど)を有し、
前記第1レンズを前記光源に対して一定の位置でかつ前記第1レンズに沿って挟持する第1の挟持部(例えば、後述する第1の挟持部360RU及び360RBなど)及び第2の挟持部(例えば、後述する第2の挟持部360LU及び360LBなど)を有し、
前記第1の挟持部は前記第1の対向伝達部に熱伝導可能に設けられ、前記第2の挟持部は前記第2の対向伝達部に熱伝導可能に設けられる。
本発明の第5の実施態様は、本発明の第3の実施態様において、
前記光源を制御するための制御回路部(例えば、後述する回路系400など)は、前記放熱部と前記第2の伝達部を挟んで配置される。
本発明の第6の実施態様は、本発明の第3の実施態様において、
前記複数の放熱フィンの各々は、前記第1の伝達部及び前記第2の伝達部の双方に対して傾斜して設けられる。
本発明の第7の実施態様は、本発明の第3の実施態様において、
前記複数の放熱フィンの各々は、前記固定端から前記開放端に向かって徐々に細くなる。
本発明の第8の実施態様は、本発明の第4の実施態様において、
前記第2レンズは、断熱部材によって第1の対向伝達部及び第2の対向伝達部に設けられている。
照明装置100は、被照明体を照明するための装置である。例えば、被照明体として表面を検査するための物品などがある。照明装置100で物品の表面を照明して、欠陥の有無や、欠陥の態様を検査するために用いられる。
光学系200は、主に、光源210と、ロッドレンズ220と、拡散レンズ230と、シリンドリカルレンズ240とを有する。
光源210は、複数のLED212からなる。複数のLED212として、いわゆるパワーLEDを用いるのが好ましい。パワーLEDは、一般的なLEDと比較して大きい電流で駆動されるLEDである。パワーLEDを用いることで輝度を高くして照度を高めることができる。
ロッドレンズ220は、円柱形状のレンズであり、円柱状の形状を有する。ロッドレンズ220は、長尺な形状を有する。ロッドレンズ220の長さは、被照明体である物品の大きさや形状に応じて適宜に決めることができる。ロッドレンズ220は、アクリルなどの合成樹脂によって形成されている。ロッドレンズ220は、透光性を有し、屈折によって光を集光できる材料で形成されていればよい。アクリルなどの合成樹脂のほか、ガラスなどで形成してもよい。
拡散レンズ230は、薄板状の形状を有する。拡散レンズ230は、長尺な形状を有する。拡散レンズ230の長さは、被照明体である物品の大きさや形状に応じて適宜に決めることができる。拡散レンズ230は、ポリカーボネイトやアクリルなどの合成樹脂によって形成されている。
シリンドリカルレンズ240は、全体的に薄板状の形状を有する。シリンドリカルレンズ240は、長尺な形状を有する。シリンドリカルレンズ240の長さは、被照明体である物品の大きさや形状に応じて適宜に決めることができる。シリンドリカルレンズ240は、ポリカーボネイトやアクリルなどの合成樹脂によって形成されている。また、ガラスなどで形成してもよい。
<光軸方向(Z方向)>
光軸は、複数のLED212から発せられた光束の代表となる仮想的な光線である。例えば、本実施の形態では、光軸方向は、複数のLED212から発せられ、ロッドレンズ220と拡散レンズ230とシリンドリカルレンズ240とを通過する光束のうち、光の強度が最も高く中心的な位置を通過すると仮想できる光線の向きにすることができる。光軸方向は、複数のLED212から発せられた光の全体的な進行方向となる。本実施の形態では、光軸方向をZ方向とする。
また、複数のLED212の各々から発せられた光は、配光特性に従って、光軸方向に進むに従って徐々に広がる。この光は、複数のLED212の各々の光軸方向を中心にして略円錐状に広がる(図7のL1、図8のL11及びL12参照)。光が広がる拡径方向について、互いに垂直な2つの方向を定義することができる。
図9に示すように、第1の拡径方向は、複数のLED212が並べられた方向であり、複数のLED212に沿った向きであり、この方向を「光源の配列方向」と称する。本実施の形態では、光源実装基板214に、26個のLED212が直線状にかつ一列に取り付けられ、6枚の光源実装基板214が直線状にかつ一列に配置される。合計で156個(=6枚×26個)のLED212が直線状にかつ一列に配置される。156個のLED212が直線状にかつ一列に配置された方向が「光源の配列方向」である。光源の配列方向(X方向)は、光軸方向(Z方向)に対して垂直な方向となる。
第2の拡径方向は、第1の拡径方向に対して垂直な方向であり、複数のLED212の各々から発せられた光の幅を規定する方向となる。この方向を「光源の幅方向」と称する。第2の拡径方向である光源の幅方向(Y方向)も、光軸方向(Z方向)に対して垂直な方向となる。「光源の幅方向」によって、照明装置の照明領域の幅を規定することができる。
放熱系300は、放熱フレーム310からなる。放熱フレーム310は、長尺な形状を有し、長手方向の長さが、光源210やロッドレンズ220や拡散レンズ230やシリンドリカルレンズ240よりも若干長く形成されている。放熱フレーム310は、熱伝導性の高い部材、例えば、アルミニウムなどの金属から構成される。後述するに、放熱フレーム310は、各種の部品を保持する機能も有し、各種の部品を一定の位置に保持できるとともに、各種の部品から発せられる熱を伝達できる材料で構成されていればよい。
第1の伝達部320は、長尺な板状の形状を有する。第1の伝達部320は、放熱フレーム310の略中央部に位置し、水平方向に延在するフレームである。
第2の伝達部330は、第1の伝達部320の上面の略中央部に連結して立設されている。第2の伝達部330は、長尺な板状の形状を有する。第2の伝達部330は、第1の伝達部320に対して垂直に立設され、鉛直方向に延在するフレームである。第2の伝達部330によって照明装置100の上側の領域を画定することができる。
第1の伝達部320には、第1の対向伝達部340R及び第2の対向伝達部340Lが設けられている。図3に示すように、第1の伝達部320は、水平方向について第1の端部329Rと第2の端部329Lとを有する。図3において、第1の端部329Rは右側の端部であり、第2の端部329Lは左側の端部である。
第1の対向伝達部340R及び第2の対向伝達部340Lの外側には、段差部380が形成されている。段差部380には、筐体のカバー(図示せず)が係止される。段差部380を形成したことで、第1の対向伝達部340R及び第2の対向伝達部340Lに筐体のカバーを一定の位置に取り付けることができ、光学系200を構成する各種の光学素子を的確に保護することができる。また、筐体のカバーを取り付けたときに、外側面を平坦にすることができ、照明装置100の位置決めなどを容易にし取り扱いを簡便にできる。
第1の伝達部320の第2の端部329Lの上側には、溝部384が形成されている。溝部384は、第1の伝達部320の長手方向の全体に亘って形成されており、溝部384にカバー板金(図示せず)を安定的に係止させて取り付けることができる。
第1の伝達部320の第1の端部329Rには、溝部386Rが形成され、第1の伝達部320の第2の端部329Lには、溝部386Lが形成されている。溝部386R及び溝部386Lは、いずれも第1の伝達部320の長手方向の全体に亘って形成されている。溝部386R及び溝部386Lには、照明装置100を取り付けるためのスライドナットが挿嵌される。溝部386R及び溝部386Lの複数の箇所でスライドナットによって照明装置100を支持することができ、照明装置100を一定の位置に保持することができる。照明装置100を一定の位置に保持することで、外部の振動などの影響を受けにくくし、開口部110から出射される光Rを被照明体に安定的に照明することができる。
第1の対向伝達部340R及び第2の対向伝達部340Lの先端部には、2つの保持部材370が取り付けられている。2つの保持部材370は、シリンドリカルレンズ240を第1の対向伝達部340R及び第2の対向伝達部340Lに保持する。
回路系400は、駆動回路410からなる。駆動回路410は、主に、電源電流や制御信号などを光源実装基板214に供給する回路である。駆動回路410は、LED212を駆動するための定電流などを生成して光源実装基板214に供給する。駆動回路410には、商用電源などが接続されて駆動される。駆動回路410は、LED212を供給するための大電流を生成したり、各種の駆動電流を生成したりする。このため、駆動回路410の消費電力も大きく発熱量も多くなる。駆動回路410から発せられる熱を適宜に放熱する必要がある。
上述したように、光学系200は、主に、光源210と、ロッドレンズ220と、拡散レンズ230と、シリンドリカルレンズ240とを有する。以下では、これらの光学素子によって生成される光路について説明する。
図7〜図9に示すように、複数のLED212から発せられた光L1は、全体として、光学系の光軸方向(Z方向)に沿って進む。光源から発せられた光L1は、配光特性に従って、光学系の光軸Tを中心にして徐々に広がりながら進む。複数のLED212から発せられた光L1には、光軸方向の成分(L11)とは異なる方向の成分の光(L12)も含まれているが、全体として光学系の光軸方向に沿って進む。
複数のLED212からシリンドリカルレンズ240に向かう方向(例えば、光軸方向Z)において、ロッドレンズ220の曲率中心ccを基準にして、ロッドレンズ220の曲率半径crの2倍以上の距離だけ離隔した位置にシリンドリカルレンズ240が配置される。すなわち、ロッドレンズ220及びシリンドリカルレンズ240の相対的な位置について、ロッドレンズ220の曲率中心ccを基準にして、ロッドレンズ220の曲率半径crの2倍以上に離れて、ロッドレンズ220及びシリンドリカルレンズ240が配置されるという第1の配置条件を満たす。
ロッドレンズ220によって集光されて出射される光は、ロッドレンズ220から離れるに従って徐々に広がって進む場合がある。上述した第1の配置条件を満たすようにシリンドリカルレンズ240を配置することで、シリンドリカルレンズ240によって再び集光して、光軸方向(Z方向)に沿っておおよそ平行に進む光に変換することができる。言い換えれば、光軸方向において、ロッドレンズ220の曲率中心ccを基準にして、ロッドレンズ220の曲率半径crの2倍以上の距離だけ離隔した位置にシリンドリカルレンズ240を配置するという第1の配置条件を満たすようにすることで、光軸方向(Z方向)に沿って広がりにくい光、すなわち、平行光に近い光を形成することができる。
<配置構成>
図11は、LED212と、ロッドレンズ220と、シリンドリカルレンズ240とのそれぞれの間の長さを異ならしめて配置した構成を示す図である。なお、簡便のため、図11では、拡散レンズ230を省略して示した。
200 光学系
300 放熱系
400 回路系
Claims (1)
- 所定の方向に沿って配置された複数の光源と、
前記光源から発せられる光を集光する第1レンズと、
前記第1レンズから発せられる光を前記所定の方向に拡散させる拡散レンズと、
前記光源が熱伝導可能に設けられた伝達部と、
前記第1レンズに沿って取付けられる弾性変形可能な第1の挟持部と、
前記第1レンズに沿って取付けられる弾性変形可能な第2の挟持部と、を備え、
前記第1レンズは、前記第1の挟持部及び前記第2の挟持部の付勢力によって全体に亘って押圧されて挟持される照明装置。
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