JP3842257B2

JP3842257B2 - 照明装置

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Publication number: JP3842257B2
Application number: JP2003304434A
Authority: JP
Inventors: 健一早見; 正明金子
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: US20050047772A1; CN100460987C; US7136582B2; JP2005077468A; CN1591160A

Description

本発明は、発光ダイオード等、発光素子によって構成された照明装置に関する。より詳細には、発光素子の温度変化に依存せずに安定した光度を提供し得る、簡易な構成であってカメラ等に対する脱着が容易な照明装置に関する。

例えば、カメラを用いて対象物を撮影し、その撮影結果に基づいて対象物の品質管理を行う検査装置がある。このような検査装置においては、対象物の影像をより明瞭なものとするために、対象物を照らす照明装置も同時に用いられている。この照明装置には、本来指向性が高く反射板等が不要であること、小型低消費電力であること等の理由から、発光ダイオードを複数個用いたものが使用されている。

発光ダイオードはその温度が使用状況に応じて変化し、且つその温度変化に応じて光量も変化するという特性を有している。具体的にはその温度が上昇した場合には光量が低下してしまい、例えば点灯後光量が一時的に安定した後は、点灯時間の経過と共にその温度が上昇して光量が低下するという課題がある。このため、通常これら発光ダイオードは、その近傍に温度測定装置およびペルチェ素子等の冷却装置を配置し、その温度を制御しながら使用されている（例えば特許文献１〜３参照）。

上述した検査装置として、半導体製品の外観検査装置（例えば特許文献４参照。）、あるいは物品の形状認識装置（例えば特許文献５参照。）がある。これら装置においては、指向性の高い光りを対象物に対して照射し、当該光の反射によって明瞭化された対象物層を撮影し、その撮影結果に基づいて検査結果、形状認識結果等を得ている。これら撮影対象物として、回路基板上にチップ等が実装されたものも考えられる。このよう対象物の撮影においては、近年チップの小型化、実装状態の高密度化等に対応するために、より指向性が高く且つ安定した光量を提供し得る光源と、感度の高いカメラあるいはカラー撮影可能なカメラとの組み合わせが求められる。

特開２００２−１０１２７４号公報特開２００１−０４３７２８号公報特開２０００−３３７９６７号公報特開平１０−２０６２３７号公報特開平１０−３１２４５０号公報

多品種少量生産の高密度実装電子部品の検査工程において用いられる検査装置では、その高さ、大きさ、反射率、色調等の異なった、種々の基板、実装チップ、これらの組み合わせ等の明瞭な影像を撮影する必要がある。このような照明装置としての対象物の照明状態が変化した場合であっても、その変化量は通常の撮影条件においてはこれまでは問題とならなかった、あるいは問題とならない条件にて撮影等が行われていた。しかし、例えば、電子部品の実装状態を検査する場合、電子部品、実装基板等がさらに小型化し、且つその材質における色調等が近いものとなると、上述した照明状態の変化が無視できなくなることも考えられる。

このため、照明装置の焦点とカメラの焦点とを容易且つ迅速に変更し、撮影対象物に対しては略等しい光量で略等しい方向から照明光をあて、これらの影像を得ることが求められる。こういった要求は、電子部品の小型化、高機能化に伴って、今後益々厳しくなると考えられる。また、カメラ、照明装置が小型化し、さらにこれらの脱着を容易にしようとした場合、温度測定装置を照明装置内に配置すること自体が困難となる場合も想定される。

また、より解像困難な撮影対象を撮影、解析するために、影像をカラーにて得るカメラも使用されている。通常、これらカメラにおいては、黒色体との放射温度の差に基づいて各色の抽出が行われる。このため、発光ダイオードからの熱伝導あるいは発光ダイオードからの放射熱によってカメラ自体の温度が上昇した場合、撮影対象物が同一の場合であっても、得られた画像の色が部位によって異なる恐れもある。現在の使用において、この色変化が問題とならない場合であっても、撮影対象物が小型化、複雑化した場合には、この色変化を考慮した撮影系を構築することが求められる。

通常カメラの焦点は、その内蔵するレンズを駆動することによって容易に調節可能である。しかし、指向性の高い発光ダイオードを複数個用いて構成された照明装置を光源として用いる場合、当該照明装置の焦点を移動させることは通常困難である。また、発光ダイオードの発光色を変化させることが求められた場合、通常はフィルタ等を発光ダイオード前面に配置して対応せざるを得ない。通常考えられる対応方法としては、焦点距離の異なる照明装置を複数種類予め準備し、用途に応じてこれらをカメラに固定する方法がある。照明装置の構成としては、例えば特許文献２あるいは３に開示されたものがある。

しかし、上述したように、発光ダイオードから安定した光量を得るためには、発光ダイオードを一定の温度環境下にて使用する必要がある。このため、特許文献２あるいは３に開示されるように、この照明装置は、温度計、冷却装置としてのペルチェ素子、およびこれらの制御系を備える必要があり、当該照明装置は実際には複雑な配線等を伴うと考えられる。従って、これら特許文献に開示される照明装置を実際のカメラへ装着しようと試みた場合、その操作を容易且つ迅速に行うことは困難と思われる。

また、特許文献１には、発光ダイオード、ペルチェ素子、および放熱板を一体とした構成が開示されており、メンテナンス等に際してこれらを分離可能とする内容が開示されている。しかし、当該文献に開示される構成は、メンテナンス時においてのみ分離を許容するものであり、例えば頻繁な発光ダイオードの交換を行うことには好適ではないと考えられる。また、特許文献１〜３に開示される構成においては、発光ダイオード等が固定されるカメラ等に発生する、発光ダイオード等に起因する温度変化を低減することは困難と思われる。

本発明は、以上の状況に鑑みて為されたものであり、照明装置としての発光ダイオード等をカメラに対して着脱容易となる構成を提供することを目的としている。また、着脱容易な構成であると共に、照明装置が固定されるカメラ等の被固定物の温度についても、調節可能な照明ユニットあるいは装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る照明ユニットは、被装着体に固定されて所定の焦点近傍を照明する照明ユニットであって、被装着体を収容する収容空間が上下方向に形成されて所定の焦点に対して光りを照射可能な複数の発光ダイオードが下方端面に固定された発光ダイオードケースと、被装着体を収容する収容空間が上下方向に形成されて下方端面が発光ダイオードケースにおける上方端面と密着可能である温度制御素子と、被装着体を収容する収容空間が上下方向に形成されて下方端面が温度制御素子における上方端面と密着可能であると共に上方端面に放熱構造が形成された放熱体とを各々独立して有し、発光ダイオードケースおよび放熱体の少なくとも一方に対して弾性部により付勢されて発光ダイオードケース、温度制御素子および放熱体を一体化した際に発光ダイオードケースおよび放熱体の他方と接触し、他方を一方の方向に付勢して発光ダイオードケース、温度制御素子および放熱体を相互に密着させる固定部材とをさらに有することを特徴としている。

なお、上記照明ユニットは、少なくとも温度制御素子における前記収容空間に配置されて、温度制御素子における収容空間側の端部および被装着体の表面と接触する伝熱体をさらに有することが好ましい。また、上記照明ユニットにおいては、固定部材は一方の端部において弾性部を有する部材を介して発光ダイオードケースおよび放熱体の少なくとも一方に対して固定されており、他方の端部において上下方向とは所定の角度を有する接触面を有し、接触面が他方の端部もしくは発光ダイオードケースの外周に設けられた凹部と接触することによって上下方向の付勢力を加えることが好ましい。また、上記照明ユニットにおいては、発光ダイオードケースは、発光ダイオードと接続された保護回路を有することが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、被装着体に固定されて所定の焦点近傍を照明する照明装置であって、被装着体を収容する収容空間が上下方向に形成されて所定の焦点に対して光りを照射可能な複数の発光ダイオードが下方端面に固定された発光ダイオードケースと、被装着体を収容する収容空間が上下方向に形成されて下方端面が発光ダイオードケースにおける上方端面と密着可能である温度制御素子と、少なくとも温度制御素子における収容空間に配置されて温度制御素子における収容空間側の端部および被装着体の表面と接触する伝熱体をさらに有することを特徴としている。

本発明に係る照明ユニットによれば、複数の発光ダイオードを有する発光ダイオードケース、ペルチェ素子、および放熱体を被装着体たるカメラに対して、固定部材を用いて容易に固定し、個々の密着化を図ることが可能である。従って、撮像すべき対象物の高さが変わった場合、色調が変わった場合、複数の焦点を有する光源が必要となった場合等において、発光ダイオードをそのケースごと、専用の照明装置として容易に交換することが可能である。また、ペルチェ素子に関しても、その冷却効率に応じて交換することが容易となり、照明ユニットとしての汎用性が格段に向上する。また、本発明においては、発光ダイオードケースに対して温度ヒューズ、サーモスタット等の発光ダイオードの保護回路を配置することにより、各構成間に配置される配線の数を低減し、各構成の簡略化を図っている

また、本発明に係る照明装置によれば、ペルチェ素子を用いて被装着体たるカメラの温度も同時に制御することとしている。発光ダイオード、カメラ等を熱的に一体の系として、伝熱体を介してペルチェ素子と密着させることによって、カメラの温度を一定に保持することが可能となり、カラーカメラを用いた場合であっても、一定の色調の影像を得ることが可能となる。また、本構成においては、カメラ等の可動初期にペルチェ素子を用いて発光ダイオード、カメラ等を昇温することも可能であり、設備自体の立ち上げ時間の短縮を図る効果も得られる。

本発明に係る照明装置を用いた実施例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る照明装置をユニット化し、これをカメラに取り付けた状態の概略斜視図を、図２は、その断面概略をそれぞれ示している。照明装置１は略環状の形状を有し、その貫通孔（収容空間）部分にカメラ２０が挿貫されている。また、照明装置１は、複数のLED３が下方に向けて固定された環状のLEDケース１４と、LEDケース１４裏面に密着する環状のペルチェ素子７を有する。

LEDケース１４における収容空間である貫通孔の内周部分にはペルチェ素子７とも密着する円筒状の伝熱体１６が密着固定されている。カメラ２０は伝熱体１６に密着して、貫通孔を貫通しており、この伝熱体１６を介して、LEDケース１４と同じ温度に保持される。また、ペルチェ素子７はLEDケース１４との密着面とは逆の面に放熱板１８が取り付けられており、ペルチェ素子７の冷却効率を高めている。LED３およびペルチェ素子７は、不図示の電源および測定系に各々接続されており、LED３、ペルチェ素子７およびカメラ２０の温度を略一定に保持している。

放熱板１８に対しては、その上端部においてスプリングからなる弾性部材１７の一端部が固定されている。弾性部材１７の他端部は、固定部材１９の上方端部に固定されている。固定部材１９の下端部には、上下方向に対して所定の角度を有すると共に貫通孔方向の上方に向かって設けられた接触面１９ａが形成されており、当該接触面１９ａはLEDケース１４の外周下端部と接触可能となっている。弾性部材１７によって固定部材１９は貫通孔方向に付勢されており、接触面１９ａはLEDケース１４の外周下端面と当接して、LEDケース１４を上方、すなわち放熱板方向に付勢している。これにより、LEDケース１４、ペルチェ素子７および放熱板１８は各々密着し、一体として動作可能となる。

次に、図３Ａ〜３Ｃを用いて、本実施の形態において用いられるLEDケース１４、ペルチェ素子７および放熱板１８について詳述する。図３Ａ〜図３Ｃは、各々LEDケース１４、ペルチェ素子７および放熱板１８の斜視図を示している。LEDケース１４は、ペルチェ素子７と密着するための平坦面１４ｂをその上位面において有し、所定の位置に共通の焦点を有するように環状に配置された複数のLED３をその下面において有している。また、環状に配置されたLED３の略中央部には、カメラ２０が挿貫される収容空間１４ａが形成されている。なお、この収容空間１４ａには略円筒状の伝熱体１６が配置されており、伝熱体１６の外周部はLEDケース１４における収容空間１４ａ側の内周部分と密着している。

ペルチェ素子７はリング形状を有しており、その内部にカメラ２０が挿貫される収容空間７ａを有している。前述した伝熱体１６はこの収容空間７ａまで延在し、ペルチェ素子７における収容空間７ａ側の内周部分とも密着している。なお、円筒状の伝熱体１６の貫通孔に挿貫されるカメラ２０の外径は伝熱体１６における貫通孔内径とほぼ等しく、カメラ２０の挿貫時においてカメラ２０の外周部と伝熱体１６の内周部分とが密着することとなる。

放熱板１８はペルチェ素子７と密着する平坦面１８ａを下面に有し、ヒートシンク１８ｂをその上面に有している。放熱板１８もカメラ２０が挿貫される収容空間１８ｃを有しているが、伝熱体１６は当該収容空間１８ｃまでは延在していない。放熱板１８はペルチェ素子７から排出される熱を空間に放出する機能を有するものであり、伝熱体１６とは熱的に絶縁されている必要がある。従って、放熱板１８と伝熱体１６との距離が近い場合には、両者の間に断熱用の部材を配置することが好ましい。

本実施の形態においては、ヒートシンク１８ｂの上端部にスプリング１７の一端が固定されており、当該スプリング１７の他端は前述したように固定部材１９の上端部と接続されている。固定部材１９は上下方向に延在し、その下端部において、収容空間方向且つ上方向に向かう接触面１９ａが形成されている。固定部材１９は、収容空間方向（水平方向）に駆動可能となっており、スプリング１７によって収容空間方向に付勢されている。

なお、本実施の形態においては、固定部材１９は水平方向に駆動可能な構成としたが、例えばその長さ方向の略中央部に支点を設けてその支点を中心として回転可能となる構成としても良い。この場合、スプリング１７である弾性部材は例示した場合とは逆の方向（収容空間から離れる方向）に固定部材１９に付勢することとすれば良い。また、本実施の形態においては、固定部材１９は、弾性部材１７を介して放熱板１８に固定することとしているが、これらをLEDケース１４側に固定することとしても良い。この場合、接触面１９ａは、放熱板１８と接触することとなる。

従って、固定部材１９は、弾性を有する部材であるスプリング１７等を付加して、発光ダイオードケースであるLEDケース１４等を固定する固定部材として作用する。また、本実施の形態においては、固定部材の接触面１９ａはＬＥＤケース４の下端と接触することとしているが、例えばLEDケース１４の外周部に凹部を設け、この部分と接触面１９ａが接触する構成としても良い。また、固定部材１９、スプリング１７等からなる固定部材を、Ｃ字形状あるいはコの字形状等の形状を有する、弾性を有したいわゆるクリップから構成することとしても良い。

また、本実施の形態においては、LEDケース１４、ペルチェ素子７および放熱板１８を個別の構成としている。通常LEDは、発熱による破損が生じ易い。また、LED等の温度を測定しようとした場合、LED用の配線と温度計用の配線とが必要となり、これらを一体化させた場合配線が非常に複雑なものとなる。このため、本実施の形態においては、LEDケース１４の内部に、図４Ａによって示される回路を構成するようにサーモスタット２２が内蔵されている。当該サーモスタット２２によって、ペルチェ素子７のON/OFF制御が行われる。また、サーモスタット２２は、図示の如くLED３と直列に接続されてLEDの保護回路としても作用し、LEDの破損を防止している。

なお、サーモスタット２２に換えて、図４Ｂに示すように温度ヒューズ２３を用いた回路構成とし、温度ヒューズ２３をLEDケース１４に内蔵させることとしても良い。当該回路構成においても、温度ヒューズ２３はLEDの保護回路として作用し、LEDの破損を防止するという効果が得られる。また、サーモスタット２２あるいは温度ヒューズ２３をLEDケース１４に内蔵したことにより、温度制御に関連する配線を低減することが可能となり、配線数を大きく低減するという効果が得られる。

以上の構成からなる照明装置１を用いることによって、カメラ２０の温度を一定の保持することが可能となり、被写体を一定の色調にて撮影することが可能となる。従って、カラー影像であっても、明瞭な被写体像を安定して得ることが可能となる。また、照明装置１の各構成を、各々別個に構築してこれらを組み合わせて照明装置を構成することが可能となり、カメラ２０に固定することが容易な小型・簡易な構成でであり且つ被写体の撮影条件等に応じて安定した光量を提供し、明瞭なカラー影像等を得ることを可能とする照明装置を提供することが可能となる。

次に、本発明に係る照明装置に関して、その変形例に関して図面を参照して説明する。図５は本発明に係る照明装置に関して、その変形例をカメラ２０に取り付ける際の組み付け図を示している。なお、本例における各構成で、上述の実施の形態において示した構成と同一の構成に関しては、同一の参照符号を用いて説明することとする。本変形例においては、LEDケース１４、ペルチェ素子７および放熱板１８は、熱伝導率の高い接着剤等、Ｃ字形状あるいはコの字形状等の形状を有する、弾性を有したいわゆるクリップ等によって、既に一体化されている場合について述べる。

なお、本変形例における放熱板１８はその上面において円筒状の突起部１８ｄを有している。円筒状の突起１８ｄはその延在方向に形成されたスリット１８ｆと、その外周部に形成されたテーパー付きおねじ１８ｅとを有している。また、LEDケース１４における収容空間およびペルチェ素子７における収容空間の内径はほぼ等しく、放熱板１８およびその突起部１８ｄにおける収容空間１８ｃの内径はこれらより大きく設定されている。円筒状の伝熱体１６は、放熱板１８と対応する部分に断熱部材２５が巻かれている。

これら各構成の関係によって、LEDケース１４等の収容空間に対して伝熱体１６を挿貫した場合、LEDケース１４およびペルチェ素子７は伝熱体１６の外周部と密着し、放熱板１８は断熱部材２５の外周部と略密着することとなる。なお、伝熱体１６にも、その延在方向にスリット１６ａが形成されている。

組み付け時においては、LEDケース１４の収容空間等に伝熱体１６を挿貫し、突起部１８ｄにテーパー付きめねじリング２７を取り付け、各収容空間を貫通するようにカメラ２０を挿入する。この状態で、テーパー付きおねじ１８ｅに対してテーパー付きめねじリング２７を締め付ける。これにより、スリット１８ｆおよびスリット１６ａの幅が減少し、LDEケース１４等、および伝熱体１６等が一体となり、カメラ２０の外周部を締め付けるようにして固定される。当該構成によれば、伝熱体１６が前述した実施の形態と比較して、カメラの広範囲を覆うことから、カメラの温度をより安定して保つことが可能となる。

本発明の実施の形態として、安定した光量によって照明された物品をカメラにて検査する構成に対して用いられる照明装置を例示した。しかしながら、本発明の実施は、当該分野に限られず、その使用温度を一定に保ちつつ且つLEDの指向性等を利用した種々の光源を必要とする構成に対して適用することが可能である。従って、前述した収容空間は円筒形状に限られず、方形等種々の形状とすることが可能である。また、本発明の思想は、LEDに対してのみ適用されるものではなく、その使用温度が安定しなければ提供し得る光量も安定しない光源に対しても応用可能である。具体的には、当該光源を冷却あるいは過熱することで安定した光量を提供する光源を用いる装置において、当該光源と共に用いられ且つこれと近接する装置の温度を一定に保つことを要する場合に適用することが可能である。

本発明の実施例に係る照明装置を取り付けたカメラの概略構成を示す図である。図１に示す構成の断面概略を示す図である。図１に示すLEDケースの詳細を示す図である。図１に示すペルチェ素子の詳細を示す図である。図１に示す放熱板の詳細を示す図である。本実施の形態に係るLED用の回路構成の主要部を示す図である。本実施の形態に係るLED用の回路構成の主要部を示す図である。本発明に実施の形態であってその変形例を示す図である。

符号の説明

１：照明装置
３：発光ダイオード（LED）
７：温度制御装置（ペルチェ素子）
１４：LEDケース
１６：伝熱体
１７：弾性部材
１８：放熱板
１９：固定部材
２０：カメラ
２２：サーモスタット
２３：温度ヒューズ
２５：断熱部材
２７：テーパー付きめねじリング

Claims

カメラに固定されて、前記カメラにおける所定の焦点近傍を照明する照明ユニットであって、
前記カメラを挿貫可能な貫通孔が上下方向に形成され、前記所定の焦点に対して光を照射可能な複数の発光ダイオードが下方端面に固定された発光ダイオードケースと、
前記カメラを挿貫可能な貫通孔が上下方向に形成され、下方端面が前記発光ダイオードケースにおける上方端面と密着可能である温度制御素子と、
前記カメラを挿貫可能な貫通孔が上下方向に形成され、下方端面が前記温度制御素子における上方端面と密着可能であると共に上方端面に放熱構造が形成された放熱体とを各々独立して有し、
前記カメラが前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子及び前記放熱体各々の貫通孔に挿貫される際に、前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子及び前記放熱体各々は該下方より該順序にて配置され、
前記発光ダイオードケースおよび前記放熱体の少なくとも一方に対して前記部材の一端が固定された弾性部材と、前記弾性部材の他端に対して一端が固定されて前記上下方向に延在する固定部材とを更に有し、
前記弾性部材は水平方向において前記固定部材に付勢し、
前記固定部材は、他方の端部において前記上下方向とは所定の角度を有する接触面を有し、前記接触面が前記発光ダイオードケースの下方端面の外周或いは前記外周に設けられた凹部と接触することによって、前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子および前記放熱体を前記上下方向において相互に密着させる前記弾性部材の付勢力に基づいた付勢力を得ることとし、前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子及び前記放熱体各々は前記固定部材及び前記弾性部材によって一体化されることを特徴とする照明ユニット。
カメラに固定されて、前記カメラにおける所定の焦点近傍を照明する照明ユニットであって、
前記カメラを挿貫可能な貫通孔が上下方向に形成され、前記所定の焦点に対して光を照射可能な複数の発光ダイオードが下方端面に固定された発光ダイオードケースと、
前記カメラを挿貫可能な貫通孔が上下方向に形成され、下方端面が前記発光ダイオードケースにおける上方端面と密着可能である温度制御素子と、
前記カメラを挿貫可能な貫通孔が上下方向に形成され、下方端面が前記温度制御素子における上方端面と密着可能であると共に上方端面に放熱構造が形成された放熱体とを各々独立して有し、
前記カメラが前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子及び前記放熱体各々の貫通孔に挿貫される際に、前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子及び前記放熱体各々は該下方より該順序にて配置され、
弾性を有する部材を有し、前記発光ダイオードケースおよび前記放熱体の少なくとも一方に対して前記部材の一端が固定され、前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子および前記放熱体を一体化した際に、前記発光ダイオードケースおよび前記放熱体の他方と前記部材の他端とが接触して、前記弾性によって前記発光ダイオードケースを前記放熱体に向けて付勢して前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子および前記放熱体を相互に密着させる固定部材とをさらに有し、前記発光ダイオードケース、前記温度制御素子及び前記放熱体各々は前記固定部材によって一体化され、
少なくとも前記温度制御素子における前記貫通孔の内周部分に配置されて、前記温度制御素子における前記貫通孔側の端部および前記カメラの表面と接触する伝熱体をさらに有することを特徴とする照明ユニット。
前記発光ダイオードケースは、前記発光ダイオードと接続された保護回路を有することを特徴とする請求項１或いは２何れかに記載の照明ユニット。
被装着体に固定されて、所定の焦点近傍を照明する照明装置であって、
前記被装着体を収容する収容空間が上下方向に形成され、前記所定の焦点に対して光を照射可能な複数の発光ダイオードが下方端面に固定された発光ダイオードケースと、
前記被装着体を収容する収容空間が上下方向に形成され、下方端面が前記発光ダイオードケースにおける上方端面と密着可能である温度制御素子と、
少なくとも前記温度制御素子における前記収容空間に配置されて、前記温度制御素子における前記収容空間側の端部および前記被装着体の表面と接触する伝熱体をさらに有することを特徴とする照明装置。