KR100522634B1

KR100522634B1 - 검사 등에 사용하는 조명장치

Info

Publication number: KR100522634B1
Application number: KR10-2003-0023743A
Authority: KR
Inventors: 겐지 요네다; 시게키 마스무라
Original assignee: 씨씨에스 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2005-10-20
Also published as: DE60302273T3; EP1355124B2; JP2004003919A; JP3927878B2; ATE310226T1; US20030193817A1; EP1355124B1; EP1355124A1; US6964508B2; EP1548397A3; KR20030082438A; DE60302273T2; EP1548397B1; HK1059814A1; DE60302273D1; DE60311288T2; EP1548397A2; DE60311288D1; HK1078124A1

Abstract

본 발명은 헤드의 이동 용이성 및 장치의 신뢰성 등을 향상시킬 수 있고, 효율적인 조명도 가능한 조명장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 피조명물(W)에 조사하는 광의 조사구를 가지며, 가동 가능한 가동지지체에 지지된 헤드와, 상기 가동지지체와는 별도로 설치된 전원으로부터 전기 케이블을 개재하여 전력이 공급되어 발광하며 상기 가동지지체에 부착된 LED 광원장치와, 상기 LED 광원장치로부터 외부를 통하여 상기 헤드의 조사구에 광을 보내는 플렉시블한 광파이버를 구비시킨다.

Description

검사 등에 사용하는 조명장치{Illumination device using for inspection}

본 발명은 제품의 외관이나 상처 또는 마무리의 검사나 위치 검출 등에 사용하는 조명장치에 관한 것이다．

종래 이런 종류의 검사 등용 조명장치에 사용되는 광원으로서는, 대표적으로는 할로겐 램프가 알려져 있다．그러나，이런 할로겐 램프는 부피가 커진다고 하는 이유로부터 설치장소에 자유도가 적고 집광도 어렵기 때문에，할로겐 램프로부터 직접적으로 워크에 조명하는 것이 아니라，특개평 5-248820호 공보에 개시되어 있는 바와 같이，광파이버를 통하여 그 선단에 설치한 헤드에 빛을 유도하여 조명하도록 하고 있다．광파이버는 유연성(flexibility)을 가지며 길이도 임의이기 때문에 할로겐 램프를 예를들면, 먼쪽의 설치 용이한 장소에 자유롭게 배열 설치할 수 있기 때문이다．

그런데，예를들면 반송장치상에 정확하게 위치 결정되지 않고 배치되어 차례차례로 송부되어 오는 것처럼 항상 일정위치에 없는 워크를 조명하는 경우에는 각 워크의 위치에 따라 빛의 조사구를 가진 헤드를 빈번하게 이동시킬 수 있는 기능이 조명장치에 요구된다．

그리고 조사구가 빈번한 이동에 의해 당연히 광파이버도 연동하는 바，종래에는 광파이버가 유연성을 갖고 있기 때문에 이와 같이 헤드가 이동한다고 하는 용도에도 이런 종류의 조명장치로 충분히 대응할 수 있다고 생각되고 있었다．

그러나，실제로는 광파이버는 전선 등과 비교하여 부피가 커서 무겁고，특히 광파이버를 길게 (예를들면 2∼3m 이상) 한 경우에，그 광파이버를 잡아 돌리면서 헤드를 이동시키기 때문에 구동 기구가 커지거나 헤드의 이동이나 위치 제어가 어려워지거나 한다．

또한 광파이버는 전선에 비해 유연성에 뒤떨어지며，빈번한 굽힘이나 움직임에 의해 비교적 단기간에 파손되기 때문에 장치의 신뢰성이나 수명 등의 점에 있어서 문제가 발생하는 경우도 있다．

그런가 하면, 최근 할로겐램프에 대신하는 것으로서 주목을 받고 있는 LED를 광원으로 하고, 광파이버를 사용하지 않고 헤드에 직접 LED를 다수 장착한 경우에는，헤드의 소형화나 집광이 어렵다고 하는 문제가 발생한다．예를들면，프린트 기판의 탑재부품과 같이 극히 작은 부재를 조명하는 경우，직접 LED를 장착한 헤드와 같이 최소 집광경이 크면 쓸데없는 부위까지 조명하게 되며，효율적인 조명을 할 수 없다．

따라서 본원 발명은 종래와 같이 광파이버의 유연성이나 연장이 자유로운 성질을 이용하여 헤드를 이동시킨다고 하는 발상을 완전히 버림으로써 이루어진 것으로서，LED 광원장치가 가지는 경량성이나 컴팩트성 등에 관련되는 이점이나 광파이버 헤드를 소형화할 수 있다고 하는 이점을 손상시키지 않도록 하고，상술한 나쁜 상태를 단번에 해결하기 위해 도모한 것이다．

즉, 본 발명에 관련되는 조명장치는 피 조명물에 조사하는 빛의 조사구를 가지며，이동 가능한 가동 지지체에 지지시킨 헤드와，상기 가동 지지체와는 별도로 설치한 전원으로부터 전기 케이블을 통하여 전력이 공급되어 발광하는 것으로서，상기 가동 지지체에 설치하여 이루어지는 LED 광원장치와，상기 LED 광원 장치로부터 외부를 통과하여 상기 헤드의 조사구에 빛을 유도하는 유연한 또는 복수의 광파이버를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다．

이와 같은 것이라면，LED 광원장치의 경량화나 컴팩트화가 용이하게 가능하므로，가동 지지체에 LED 광원장치를 설치하고 있다고는 하나，가동 지지체 나아가서는 헤드의 구동에 거의 영향을 주지 않도록 할 수 있다．

또，헤드를 가동 지지체에 고정 지지시켜 LED 광원장치와 헤드와의 상대위치 관계를 바꾸지 않도록 하면，광파이버에 대한 부하를 경감할 수 있고, 신뢰성이나 수명 등에의 영향을 배제할 수 있다．물론，헤드를 광파이버의 신뢰성이나 수명 등에 문제가 없는 범위에서 가동 지지체에 대해 미동 또는 천천히 이동하도록 구성해도 무방하다．

또한，헤드가 광파이버에 접속되고 LED 광원장치와는 별체이기 때문에 헤드의 초소형화나 작은 면적에의 집광이 가능하다．또 광원과 피 조명물 혹은 이 피 조명물을 촬영하기 위한 촬상장치를 어느 정도 이간시킬 수 있기 때문에 광원으로부터 발하는 열의 피 조명물 또는 렌즈 등의 촬상장치에 대한 악영향을 방지할 수도 있다．

한편，LED 광원장치에는 그 장치 내 또는 장치에 부수시킨 전지로부터 전력을 공급해도 되며，상기 가동 지지체와는 별도로 설치한 전원으로부터 전기케이블을 통하여 상기 LED 광원장치에 전력을 공급하도록 해도 된다. 전자의 구성이면，케이블리스화가 가능하게 된다．또 후자의 구성이면，전기 케이블이 필요해 지기는 하나，전기 케이블은 광파이버보다도 가요성이나 내구성，가격 등에 있어서 훨씬 우수하기 때문에 종래와 같이 광파이버를 연동하는 것에 의한 부하에 비해 대단히 작은 부하로 또한 높은 신뢰성 가동 지지체나 헤드를 구동할 수 있게 된다．전력 공급에는 그 밖에 촬상장치로부터 행하는 구성도 고려될 수 있다．

또 본 발명에 의하면，상기 광원장치를 상기 조사구의 부근에 배열 설치함으로써 광파이버를 짧게 하고(예를들면 1m이하), 경량화 할 수 있다．그리고 그와 같이 구성한 경우에는 가동 지지체에 헤드를 이동 가능하게 지지시켜도 헤드의 구동을 무리없이 행할 수 있다．이때 헤드는 광파이버의 신뢰성이나 수명 등에 문제가 없는 범위에서，가동 지지체에 대해 미동 또는 천천히 이동하도록 구성해 두는 것이 바람직하다．

집광성을 향상시키기 위해서는 광파이버의 헤드 측 선단에 렌즈를 설치하고 있는 것이 바람직하다．

전기 케이블의 바람직한 형태로서는 로봇 케이블을 들 수 있다．

본 발명은 상기와 같은 기술사상을 발전시켜서 다음과 같은 라인 검사용의 조명장치를 구성한 것이다．

본 발명에 의한 라인 검사용의 조명장치의 기본형은，LED 광원의 광 출사면에 대향하도록 한 수광단으로부터 헤드유닛 본체내까지 뻗는 여러개의 광파이버를 결속·수용한 파이버 케이블과，상기 헤드유닛 본체내에 있어서 동 본체의 후단으로부터 도입된 여러개의 광파이버의 선단부의 결속상태를 풀고, 동일 평면내에 있어서 순차적으로 인접시켜서 각 파이버의 광 출사단을 횡 일선으로 지지한 광파이버 정렬·지지부재와，상기 횡 일선으로 정렬한 광파이버의 출사단으로부터 나온 빛의 띠를 실질적인 평행광으로 하기 위한 제1렌즈 및 상기 제１렌즈로부터 나온 빛을 가늘고 긴 빛의 띠로부터 이루어지는 라인광으로 되도록 집속시키기 위한 제２렌즈로 이루어지며, 상기 헤드유닛 본체의 전단부에 장착된 한쌍의 렌즈를 구비한 것이다．

상기의 구성에는 다시 상기 광파이버 정렬·지지부재를 상기 헤드유닛 본체에 대해 전후방향에 있어서 위치조정이 자유롭도록 설치함으로써 라인광으로서 초점을 연결하는 위치를 조정하고，피 조명체에 따른 조명을 행하도록 할 수 있다．

상기의 구성에는 다시 상기 라인광의 라인방향에 있어서의 휘도분포를 균일화하기 위한 광학부재를 상기 조명헤드 본체의 전단부에 있어서，상기 한 쌍의 렌즈에 관련하여 배치할 수 있다．

상기의 구성에는 다시 상기 여러개의 파이버의 횡 일선으로 정렬한 광 출사단의 좌우 양단으로부터 상기 한 쌍의 렌즈의 좌우 양단까지를 덮는 상기 헤드유닛 본체의 양측 내벽면을 평면경으로 함으로써 광 출사단의 좌우 양단부로부터 동일 평면내를 양 외측으로 빗나가는 빛을 반사하여 라인광의 양단부에 있어서의 광량의 감쇄를 보상하는 것이다．

상기의 구성에는 다시 복수개의 상기 조명유닛의 헤드유닛을 병렬 배치함으로써 그들 유닛의 합계폭에 대응하는 길이의 연속라인 광조사 패턴을 형성할 수 있도록 한 것이다．

본 발명은 상기의 구성과 공통하는 구성으로서，LED 광원의 광 출사면에 대향하도록 한 수광단으로부터 헤드유닛 본체 내까지 뻗는 여러개의 광파이버를 결속·수용한 파이버 케이블과，상기 헤드유닛 본체의 후단으로부터 동 본체 내에 도입된 여러개의 광파이버의 선단부의 결속상태를 풀고, 동일 평면내에 있어서 순차적으로 인접시켜서 각 파이버의 광 출사단을 횡 일선으로 지지한 광파이버 정렬·지지 부재로서，상기 헤드유닛 본체내에서 전후 방향으로 위치조정 가능하게 된 것과，상기 횡 일선으로 정렬한 광파이버의 출사단으로부터 나온 빛의 띠를 집속하여 상기 헤드유닛 본체의 앞쪽에 보다 가는 빛의 띠를 조사하기 위해 상기 헤드유닛 본체의 전단부에 장착된 집속·조사수단과，상기 헤드유닛 본체의 전단부에 있어서 상기 집속·조사수단과 관련하여 배치한 라인광의 라인방향에 있어서의 휘도분포를 균일화하기 위한 렌티큘러 스크린과，상기 여러개의 파이버의 횡 일선으로 정렬한 광 출사단의 좌우 양단으로부터 상기 집속·조사수단의 좌우 양단까지를 덮도록 상기 헤드유닛 본체의 양측 내벽면에 형성된 평면경을 구비한 조명장치를 제공하는 것이다．

이하에 본 발명의 한 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다．

본 실시형태에 관련된 조명장치는 도 1에 나타낸 바와 같이，수평 2축방향，즉 X축 방향 및 Y축 방향으로 수평이동 가능한 가동 지지체인 XY 스테이지(1)를 이용하는 것으로，이 XY 스테이지(1)에 지지된 장치본체(2)와，상기 XY 스테이지(1)와는 다른 장소에 설치한 전원(3)과，그 전원(3)으로부터 로봇 케이블(4)을 통하여 전력 공급되는 LED 광원장치(5A，5B)와，피조명물인 워크(W)에 조사하는 빛의 조사구(6Aa，6Ba)를 구비하고, 상기 장치본체(2)에 장착된 헤드(6A，6B)와，상기 LED 광원장치(5A，5B)로부터 상기 헤드(6A，6B)에 빛을 유도하는 라이트 가이드인 광파이버 다발(7A，7B)과，상기 워크(W)를 촬영하기 위한 촬상장치(8)를 구비한다．그리고，반송장치에 의해 반송되어 오는 피검사체인 워크(W)상에 조사구(6Aa，6Ba)로부터 사출된 조명 빛을 쬐고，촬상장치(8)에 의해 그 외관상태를 검사하는 것이다．

각 부분을 설명하면, XY 스테이지(1)는 예를 들면, 반송장치나 바닥등에 설치된 고정체(K)에 의해 X축 방향으로 수평 슬라이드 가능하게 지지된 X 스테이지(11)와，이 X 스테이지(11)에 의해 Y축 방향으로 수평 슬라이드 가능하게 지지된 Y 스테이지(12)를 구비하고，이 Y 스테이지(12)를 수평 2차원 방향으로 자유롭게 위치 설정할 수 있도록 구성한 것이다．각 스테이지(11，12)는 예를 들면, 도시하지 않는 스테핑 모터 등의 구동기구를 이용하며，원격조작 또는 자동으로 위치설정 가능하게 구동하도록 하고 있다．

장치본체(2)는 상기 XY 스테이지(1)，구체적으로는 상기 Y 스테이지(12)에 브래킷(B)을 통하여 고정된 것으로，원통형상을 이루어 수직으로 기립하는 광도통관(21)을 구비하고，이 광도통관(21) 내부에 도시하지 않은 반투명경이나 렌즈 등의 광학부품을 수용하여 이루어진다．그리고，상기 광 도통관(21)이 워크(W)의 바로 위에 위치하도록，XY 스테이지(1)를 구동하여 이 장치본체(2)를 이동시키도록 구성하고 있다．

촬상장치(8)는 예를 들면, CCD 카메라이며 상기 광 도통관(21)의 상단부에 그 촬상면이 아래쪽을 향하도록 고정하고 있다．

전원(3)은 LED 광원장치(5A，5B)에 전력 공급하기 위한 직류타입의 것으로，XY 스테이지(1)로부터 이간한 소정 장소에 배치하고 있다．이 전원(3)으로부터 뻗어 나오는 로봇케이블(4)은 자바라상의 케이블 베어(41)를 끼워 관통하여 LED 광원장치(5A，5B)에 유도된다．이 케이블 베어(41)는 도 1에서는 X 스테이지(11)에 한 끝이 장착되고，다른 끝이 Y 스테이지(12)에 장착된 것으로，X 스테이지(11)에 대한 Y 스테이지(12)의 움직임에 의해 케이블(4)이 비틀어지거나 엉클어지거나 하는 것을 방지하는 역할을 한다． 물론 고정체(K)와 X 스테이지(11)와의 사이에 또 하나의 케이블 베어를 설치해도 무방하다．

LED 광원장치(5A，5B)는 본 실시형태에서는 예를 들면, 2종류를 설치하고 있다．그 중의 한쪽(5A)은 하나의 파워 LED(52)를 상자체(53)안에 내장하여 이루어지는 것이며, 다른 쪽은 색이 다른 복수(R，G，B의 3개)의 파워 LED(52A)를 상자체(53A)안에 내장하여 이루어진 것이다．

한쪽의 LED 광원장치(5A)는 도 2에 나타낸 바와 같이，기판(51)상에 배열 설치한 LED(52)와 이 LED(52)로부터 발해지는 빛을 집광하기 위한 렌즈기구(54)와，이 렌즈기구(54)의 집광부(54a)로부터 나온 빛을 광파이버 다발 (7A)에 유도하는 광출력 커넥터(55)를 구비한 것이다．LED(52)는 표면발광 타입의 베어 칩이며，이 LED(52)를 지지하는 기판(51)에는 전기케이블(4)이 접속되어서 상자체(53)의 측면으로부터 뻗어 나오게 하고 있다. 렌즈기구(54)는 쌍을 이루는 렌즈를 직렬로 배치하여 이루어지는 것으로，LED(52)와 광출력 커넥터(55)와의 사이에 개재시키고 있다．

그리고，LED(52)측에 배치한 제1의 렌즈로 먼저 LED(52)로부터 나온 빛을 평행으로 하고, 제2의 렌즈로 그 평행광을 집광한다．본 실시형태에서는，원추형상의 렌즈(541)와 집광용 볼록렌즈(542)를 대향하도록 배치하고 있다． 그리고，상기 LED(52)의 발광면을 상기 제1의 렌즈(541)의 기단부에 매설하여 설치함과 동시에，제2의 렌즈(542)의 기단부를 LED(52)로부터의 빛이 수속하는 집광부(54a)로 하고 있다．

다른 쪽의 LED 광원장치(5B)는 도 3，도 4에 나타내는 바와 같이，상기 LED(52A)를 3개 병렬로 배열 설치하여 이루어지는 것으로, 그에 따라 기판 (51)，렌즈기구(54)도 3개 가지고 있다． 그리하여 광출력 커넥터(55)는 상기 한쪽의 광원장치(5A)의 것과 공통된 형상을 이루어 하나만이 설치되어 있다．각 렌즈기구(54)의 집광부(54a)에는 내부 광파이버 다발(56)의 1단부가 조밀하게 묶여져서 각각 장착되어 있고，그들 내부 광파이버 다발(56)의 다른 단부는 일체로, 또한 랜덤으로 조밀하게 묶여서 이 광출력 커넥터(55)에 설치되어 있다．

이들 각 LED 광원장치(5A，5B)로부터는 외장 튜브로 덮인 플렉시블한(flexible; 가요성(可撓性)을 가진) 라이트 가이드인 광파이버 다발(7A，7B)이 뻗어 나와 외부를 통과하여 장치본체(2)에 장착한 헤드(6A，6B)에 접속하고 있다．이 광파이버 다발(7A，7B)은 30cm∼40cm 정도의 극히 짧은 것으로，그 기단에는 상기 광출력 커넥터(55)에 끼워 맞추는 광입력 커넥터(71)를 설치하고 있는 한편，선단에는 상기 헤드(6A，6B)가 각각 설치되어 있다．그리고，이들 광입력 커넥터(71)，광파이버 다발 7A (7B) 및 헤드 6A (6B)가 일조로 되어 도 5，도 6에 나타내는 바와 같이, 헤드장치 HA(HB)를 구성하도록 하고 있다. 또한, 도 9는 광파이버를 조밀하게 묶어서 이루어지는 광파이버 다발 7A (7B)의 일례를 나타내고 있다．

동 도면중 (a)보다도 (b)의 쪽이 선의 직경이 작다．

그러나 헤드(6A，6B)는 상기 LED 광원장치(5A，5B)에 대응시켜서 복수(2개)가 상기 장치본체(2)에 장착되어 있고, 그 외경이 10mm∼30mm 정도의 초소형의 것이다．

한쪽의 헤드(6A)는 도 6∼도 8에 나타낸 바와 같이，상기 한쪽의 LED 광원장치(5A)로부터 뻗는 광파이버 다발(7A)의 선단부를，내부에서 분리시켜 각 광파이버(7a) 마다 간헐적으로, 또한 링 형상으로 되도록 지지하는 것이다．구체적으로, 이것은 각 광파이버(7a)의 선단부를 끼워 넣어 지지하는 파이버 유지구멍(F1)을 동일 간격으로 링 형상으로 나열하여 설치한 링 형상의 헤드본체(6A1)와，파이버 유지구멍(F1)과 중합하는 부위에 볼 렌즈(9)를 지지하는 볼렌즈 유지구멍(9a)을 나열하여 설치한 링 형상의 렌즈 누름판(6A2)과，상기 광 도통관(21)에 설치하기 위한 원통형상 설치부재(6A3)를 구비하는 것으로，이 헤드본체(6A1)에 렌즈 누름판(6A2)을 동축이 되도록 나사 고정함으로써，각 광파이버(7A)의 선단에 각 볼 렌즈(9)가 한번의 공정으로 접촉 또는 근접 배치되도록 구성하고 있다．

이 헤드(6A)는 도 1에 나타낸 바와 같이，상기 설치부재(6A3)를 이용하여 상기 광 도통관(22)의 하단부에 상하 슬라이드 가능하게 끼워 붙임하고 있다．그리고 볼 렌즈 유지구멍(9a)의 아래면 개구를 조사구(6Aa)로 하고，아래쪽에 위치하는 워크(W)에 주위 윗쪽으로부터 조명하도록 하고 있다. 또한, 각 광파이버(7a)의 선단은 볼 렌즈(9)의 최상단보다도 약간 바깥측에 설치되어 있어서，각 광파이버(7a)로부터 나온 빛은 볼 렌즈(9)에 의해 지향성이 강해지도록 굴절되어지는 동시에 안쪽으로 구부러지고，워크(W)의 피 조명부위에 집합하도록 하고 있다．

상기 다른 쪽의 헤드(6B)는 도 5에 나타낸 바와 같이，다른 쪽의 LED 광원장치(5A，5B)로부터 뻗는 광파이버 다발(7A，7B)의 선단을 조밀하게 묶어서 지지하는 가늘고 긴 원통형상을 이루는 것으로，상기 조밀하게 집합시킨 선단면으로부터, 이 헤드(6A，6B)의 선단에 형성한 원형형상의 조사구(6Ba)를 통하여 빛이 사출되도록 하고 있다. 이 헤드(6B)는 도 1에 나타낸 바와 같이，그 조사구(6Ba)를 상기 광 도통관(21)의 축방향으로 직교하는 방향으로 향한 자세로，상기 광 도통관(21)의 상단부에 설치되어 있고，조사구(6a)로부터 나온 빛이 광 도통관(21) 내부에 설치한 반투명경 등의 광학부재를 통하여 반사나 굴절하고，광 도통관(21)의 축에 따라 아래쪽으로 진행하고, 그 하단 개구로부터 사출되어서 워크(W)를 조명하도록 구성되어 있다．

이처럼 구성된 조명장치는 이하와 같이 동작한다．

먼저 반송장치에 의해 프린트 기판 등의 워크(W)가 반송되어 오면，예를 들면 워크의 얼라인먼트 마크를 촬상장치(8)로부터 빼 내고，도시하지 않는 화상인식부에서 인식시켜 그 얼라인먼트 마크의 위치정보를 산출한다．그리고，그 위치정보로부터 워크(W)의 피 조명부위의 바로 위에 광 도통관(21)을 위치시키도록，XY 스테이지(1)를 자동제어 한다．이 결과，상기 헤드 (6A，6B)로부터 조사된 빛에 의해 피 조명부위가 바로 위 및 주위로부터 조명되어 촬상장치(8)에 의해 피 조명부위의 화상이 얻어진다.

또한，이와 같이 하여 XY 스테이지(1)의 위치제어를 행함으로써，반대로 워크의 위치정보가 얻어진다. 이 위치정보를 그 후의 공정에 이용해도 되고，본 장치는 워크의 위치측정 장치로서 이용할 수 있다．또 그 밖에 바코드 판독 등에도 이용할 수 있다．

따라서 이와 같은 것이라면，LED 광원장치(5A，5B)의 경량화나 컴팩트화가 용이하게 가능하므로，XY 스테이지(1)에 LED 광원장치(5A，5B)를 설치하고 있다고는 하나, XY 스테이지(1), 나아가서는 헤드(6A，6B)의 구동에 거의 영향을 주지 않도록 할 수 있다．

또，전기 케이블(4)은 광파이버보다도 가요성이나 내구성，가격 등에 있어서 훨씬 우수하기 때문에 종래와 같이 광파이버를 연동함에 의한 부하에 비해, 대단히 작은 부하로 XY 스테이지(1)나 헤드(6A，6B)를 구동할 수 있을 뿐더러，내구성이나 신뢰성에도 뛰어난 것으로 된다．

또한，헤드(6A，6B)가 광파이버 다발(7A，7B)의 선단에 설치한 것이기 때문에 헤드(6A，6B)의 초소형화나 소면적에의 집광이 가능하다．또，헤드(6A，6B)를 XY 스테이지(1)에 고정 지지시키고 있으므로，LED 광원장치 (5A，5B)와 헤드(6A，6B)와의 상대위치 관계가 원칙적으로 변하지 않고，광파이버 다발(7A，7B)이 변형하는 일이 없다．그 때문에，광파이버 다발 (7A，7B)의 움직임에 의한 파괴를 방지할 수 있고，장치의 신뢰성이나 수명등에의 영향을 배제할 수 있다．

또한 본 실시 형태에서는，각 광파이버의 헤드측 선단에 각각 1개씩 렌즈(9)를 설치하도록 하고 있으므로 집광도를 크게 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다．이하에 설명하는 문 중 또는 그림 중에 있어서 상기 실시형태와 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다．

도 10，도 11은 헤드(6)의 조사구(6a)가 凹 구면상에 형성되도록 한 헤드 장치(H)를 나타내고 있다．조사구(6a)는 凹 구면상에 조밀하게 배열설치되고，각 조사구(6a)에는 볼 렌즈(9)를 통하여 광파이버(7a)의 선단이 임하도록 하고 있다．이 헤드장치(H)는 광입력 커넥터(71)를 복수개(3개) 가지며，그에 대응하여 광파이버 다발(7)도 복수개(3개) 가지고 있다．그리고 상기 실시형태와는 다르고，각각의 파이버 다발(7)을 구성하는 광파이버(7a)가 하단，중단，상단에 대응하여 접속되고，컬러 하이라이트 조명과 같은 사용방법을 할 수 있다．중앙에는 상기 실시형태와 동일하게，상하로 관통하는 관통공이 설치되어 있어서，이 관통공을 통하여 워크(W)를 검사한다. 또한, 헤드(6) 안에서 각 광파이버 다발(7)을 랜덤하게 집합시켜도 된다．

도 12는 조밀하게 묶은 상태에서의 광파이버 다발(7)의 선단과 볼 렌즈(9)와의 거리를 가변으로 할 수 있는 헤드(6)를 복수개 가진 헤드장치(H)를 나타내고 있다．이들 헤드(6)는 초점거리를 바꿀 수 있는 것으로，스폿 조명에 매우 적합하게 사용된다．구체적으로는，원통형상을 이루는 ２개의 헤드요소(6c，6d)를 서로 끼워 맞춤하여 이루어지며，그 끼워맞춤 깊이를 변경함으로써 광파이버 다발(7)의 선단과 볼 렌즈(9)와의 거리를 가변으로 하는 구조의 것이다．또한 상기 실시형태와 같이 광파이버의 하나 하나에 볼 렌즈가 설치되어 있는 것이 아니라，볼 렌즈(9)는 오직 하나가 설치되어 있다．

도 13∼도 15에 나타내는 헤드장치(H)는 라인 검사용의 것이며，각 광파이버(7a)는 그 선단을 1 열 혹은 복수열로 나열한 상태에서 헤드(6)에 유지되어 있다．그림 중에는 집광을 위해 리니어 프레넬 렌즈를 2단으로 하여 이루어지는 렌즈 어레이(9)를 사용하고 있으나，리니어 프레넬 렌즈 대용으로 실린드리컬 타입의 것이라도 무방하다．

도 16∼도 17은 상기 라인 검사용의 헤드장치(H)의 구체적 설계 예를 나타내는 것이다．

먼저 도 16(A)는 복수의 헤드유닛(60)(여기서는 2개)를 기판(100)상에 병렬하고，그림의 앞측의 유닛(60)을 반으로 종단하여 내부구조를 알 수 있도록 한 사시도이며，도 16(B)는 광파이버 정렬·지지부재의 주요 부분을 반전하여 나타낸 사시도이다．

이들 그림에 있어서，파이버 케이블(7)은 LED 광원으로서의 광출력 커넥터의 광출사면에 대향하도록 한 수광단으로서의 광입력 커넥터(71)로부터 여러개의 광파이버(7a)를 결속·수용하여 헤드유닛(60)의 후단까지 유도하고，이들 여러개의 광파이버(7a)의 선단부는 그 헤드유닛(60)본체 내에서 결속 상태가 풀려지고，광파이버 정렬·지지부재(80)의 상하 협지판(80a，80b)에 의해 동일 평면 내에 있어서 순차적으로 인접하도록 정렬·지지된다．

여러개의 광파이버(7a)의 선단부는 상하 협지판(80a，80b)에 의해 인접·지지된 시점에서는 불규칙하게 돌출한 상태이며，여기서 협지판(80a，80b)의 앞단면과 함께 평면화 처리 된다．이 전단면이 불규칙하게 돌출한 광파이버(7a)의 선단부는 먼저 열 커터 등으로 앞단면과 동일면내에 있어서 절단되고，그들 절단면은 연마 혹은 핫 플레이트를 사용한 열처리에 의해 평활화 및 연전(延展) 되어서 상하 협지판(80a，80b)에 의한 파이버용 슬릿(80C)의 전단부(도16B) 내에 있어서 인접 파이버의 절단면과 거의 완전하게 접촉·연속하고，극히 가는 광출사면을 일체적으로 형성하는 것으로 된다．

하부 협지판(80b)에는 접착제 홈(81)이 형성되고，여러개의 광파이버(7a)의 선단 정렬부분이 고정됨과 동시에，광출사단은 상하 협지판(80a，80b)의 전단면과 동일면내에 있어서 횡 일선으로 유지된다．또한 상부 협지판(80a)의 윗면에 고정되어 뒤쪽에 돌출한 정렬·지지부재(80)의 가이드부(82)의 전단면도 이들과 동일면내에 유지된다．가이드부(82)의 윗면에는 나사구멍이 형성되고，이 나사구멍이 헤드유닛(60)에 설치된 긴 구멍(61)에 대응하는 범위내에서 정렬·지지부재(80)의 헤드유닛(60)에 대하는 전후방향 위치를 조정하고，비스(83) 등의 체결수단으로 고정할 수 있다．

파이버 정렬·지지부재(80)의 전방에 있어서의 헤드유닛(60)의 전단부에는 정렬한 광파이버(7a)의 출사단으로부터 나온 빛의 띠를 평행광으로 하기 위한，예를들면 라인 프레넬 렌즈로 이루어지는 제１렌즈(9a)，및 상기 제１ 렌즈로부터 나온 빛을 극히 가는 띠 모양의 라인광(90)으로 되도록 집속시키기 위한，동일하게 라인 프레넬 렌즈로부터 구성할 수 있는 제2의 렌즈(9b)가 일정한 간격을 두고 배치된다．이와같이 하여 형성된 헤드유닛(60)자체는 키(62)를 통하여 베이스판(100)에 고정된다．

도 17(A，B，C，D)는 도 16에 나타낸 라인 검사용의 헤드장치의 구조를 보다 상세히 나타내기 위해 삼각법으로 그린 것이나，이 중(A)의 평면도에 있어서는，헤드유닛(60)의 상판(60a)을 제거하여 나타내고，또 도 16 이전의 그림과 동일한 참조부호를 사용한 부분은 이들의 부호를 붙여서 이미 설명한 것과 동일한 기능부분인 것에 유의해야 한다．도 17에 나타내는 대로 이 예에서는 헤드유닛(60)의 전단면에，라인광의 라인방향에 있어서의 휘도 분포를 균일화하기 위한 렌티큘러 스크린등과 같은 광학부재(63)가 배치된다．이 광학부재(63)의 위치는 전술한 한쌍의 렌즈(9a，9b)의 중간 또는 다른 근접위치라도 무방하다．도 17(B)에 있어서의 렌즈(9a，9b) 사이의 凹부(63')는 그를 위한 설치용 리세스이다．

도 17(A，C)에 있어서，바람직하게는 광파이버(7a)의 횡 일선으로 정열한 광출사단의 좌우 양단으로부터，한쌍의 렌즈(9a，9b)의 좌우 양단까지를 덮는 헤드유닛(60)의 양측 내벽면에는，예를들면 크롬 도금에 의해 평면경(64)이 형성된다．이로 인해 경면이 없는 경우에 광파이버(7a)의 광출사단으로부터 확산하여 양측 내벽면에 닿고，난반사하여 감쇄되어야 할 광량을 안측으로 되접어 라인광 양단부의 광량을 보상할 수 있다．

상기와 같이 도 16 및 도 17에 있어서 구체적으로 나타낸 라인 검사용의 균일라인 광조명 장치에 있어서는，한쌍의 렌즈(9a，9b)를 라인 프레넬 렌즈 또는 이와 등가의 광학소자로 함으로써 예를들면，도 17(D)의 미소범위(Ra)로 나타내는 것처럼，실린드리컬 렌즈에 있어서 발생하는 것과 같은 촛점흐림(구면 수차에 준한 원통면 수차) 없이 조명헤드(60)의 전방에 정밀한 촛점선을 형성하고，피검물에의 조사면을 그 전후의 적당한 위치에 설정하여 적당한 폭의 균일 라인광을 얻을 수 있다.

예를들면，도 17(B)에 있어서 광파이버(7a)의 광출사단의 위치를 한쌍의 렌즈(9a，9b)로부터 떨어진 위치(P1)에 세트한 경우，촛점선의 위치는 조명헤드(60)의 전단으로부터 비교적 가까운 위치(F1)로 되나，한쌍의 렌즈(9a，9b)에 의해 근접한 위치(P2)에 세트하면，촛점선의 위치는 조명헤드(60)의 전단으로부터 비교적 먼 위치(F2)로 되어서，보다 가는 라인광을 얻는데 적합하기 때문에 검사의 필요에 따라 조정할 수 있다．

또 헤드유닛(60)의 양측 벽은 도 17에 나타낸 바와 같이，파이버(7a)의 평면 배열폭에 비해 극히 얇기 때문에 필요한 조명위치에 있어서의 라인광의 길이는 헤드유닛의 폭과 동등 또는 그것을 약간 상회하는 것으로 되기 때문에，복수개의 헤드유닛(60)을 병렬 배치함으로써，그들 헤드유닛의 합계 폭에 대응하는 길이의 균일라인 광조사 패턴을 형성할 수 있다．

이렇게 하여 얻어지는 균일라인 광조명은 비교적 고휘도로 연속된 가늘고 긴 라인광 조사면을 형성할 수 있기 때문에 그 조사면내에 있어서, 극미한 凹凸면이 있는 경우에도 조사광의 반사상태의 변화로 되어 정밀한 광학적 관찰을 가능하게 한다．특히, 파이버 1개마다 휘도편차가 발생하여 밝기가 불연속적으로 이루어진다고 하는 종래의 결점은 렌티큘러 스크린에 의해 균일화를 도모하는 것으로 해결할 수 있다．또，라인 프레넬 렌즈에 의해 집광하고, 라인센서에 있어서 불필요하게 빛을 분산시키지 않기 위해 전력소비를 적게 할 수 있다. 따라서 이 라인 광조명 장치는 특히 프린트 기판이나 핀 그리드 어레이의 검사용 조명으로서 바람직하게 사용할 수 있다．

도 18은 상기 실시형태와 동일하게, 링 타입의 헤드장치(H)를 나타내고 있다．이것은 헤드(6)의 두께가 얇고，예를들면 현미경 등，워크(W)와 조사 구(6a)와의 거리가 짧은 것에 사용하여 매우 적합한 것이다．

물론，헤드장치 이외에도 변형은 생각될 수 있다．예를 들면，상기 LED 광원장치를 상기 조사구의 부근에 배열 설치함으로써 광파이버를 짧게 하여 경량화할 수 있기 때문에 XY 스테이지에 헤드를 이동 가능하게 지지시켜도，헤드의 구동을 무리 없이 행할 수 있다．이 때，헤드는 광파이버의 신뢰성이나 수명 등에 문제가 없는 범위에서 XY 스테이지에 대해 미동 또는 천천히 이동하도록 구성해 두면 좋다．

또，광파이버 다발에 한하지 않고 1개의 광파이버라도 구성 가능하다． LED 광원장치에 전지를 내장 또는 부대시켜서 전원으로 해도 된다．이와 같이 하면 케이블리스화가 도모된다．또，촬상장치나 XY 스테이지의 구동 기구등，본 조명장치를 구성하는 다른 기구로부터 전력을 LED 광원장치에 공급하도록 해도 된다．

또한，가동 지지체는 XY 스테이지에 한하지 않고，3차원에 위치설정 가능한 것등，다양한 것을 사용할 수 있다．

복수색(3색)의 LED를 사용하여 풀컬러 조명을 행하는 경우，헤드(6A，6B) 측에서 각 색으로 발광하는 광파이버가 편차없이 벼열설치되어 있는 것이 바람직하다．

그 밖에 본 발명은 상기 각 도시예에 한정되지 않고，그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변형이 가능한 것임은 말할 필요도 없다．

이상 상술한 바와 같이，본 발명에 의하면 LED 광원장치의 경량화나 컴팩트화가 용이하게 가능하기 때문에 가동 지지체에 LED 광원장치를 설치하고 있다고는 하나, 가동 지지체, 나아가서는 헤드의 구동에 거의 영향을 주지 않도록 할 수 있다．

또한 헤드를 가동 지지체에 고정 지지시켜 LED 광원장치와 헤드와의 상대 위치관계를 변경하지 않도록 하면，광파이버에 대하는 부하를 경감할 수 있고，신뢰성이나 수명 등에의 영향을 배제할 수 있다．물론 헤드를 광파이버의 신뢰성이나 수명 등에 문제가 없는 범위에서 가동 지지체에 대해 미동 또는 천천히 이동하도록 구성해도 무방하다．

또한，헤드가 광파이버에 접속되고, LED 광원장치와는 별체이기 때문에 헤드의 초소형화와 소면적에의 집광이 가능하다．또 광원과 피 조명물 또는 이 피 조명물을 촬영하기 위한 촬상장치를 어느 정도 이간시킬 수 있기 때문에 광원으로부터 발생하는 열의 피조명물 또는 렌즈 등의 촬상장치에 대한 악영향을 방지할 수 있다．

한편，LED 광원장치에는 그 장치 내 또는 장치에 부수시킨 전지로부터 전력을 공급해도 되며，상기 가동 지지체와는 별도로 설정한 전원으로부터 전기 케이블을 통하여 상기 LED 광원장치에 전력 공급하도록 해도 된다. 전자의 구성이면 케이블리스화가 가능하게 된다．또 후자의 구성이면 전기 케이블이 필요하게 되기는 하나 전기 케이블은 광파이버보다도 가요성이나 내구성，가격 등에 있어서 훨씬 우수하기 때문에 종래와 같이 광파이버를 연동하는 것에 따른 부하에 비해 상당히 작은 부하로 또한 높은 신뢰성 가동 지지체나 헤드를 구동할 수 있게 된다．전력 공급에는 그 밖에 촬상장치로부터 행하는 구성도 생각될 수 있다．

또，본 발명에 의하면，상기 광원장치를 상기 조사구의 부근에 배열설치함으로써 광파이버를 짧게하여(예를들면 1m이하) 경량화 할 수 있다．그리고 이와 같이 구성한 경우에는，가동 지지체에 헤드를 이동 가능하게 지지시켜도 헤드의 구동을 무리 없이 행할 수 있다．이 때 헤드는 광파이버의 신뢰성이나 수명 등에 문제가 없는 범위에서，가동 지지체에 대해 미동 또는 천천히 이동하도록 구성해 두는 것이 바람직하다．

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 있어서의 조명장치의 전체 사시도,

도 2는 동 실시형태에 있어서의 한쪽의 LED 광원장치의 종단면도 및 배면도,

도 3은 동 실시형태에 있어서의 다른 쪽의 LED 광원장치의 일부를 파단시킨 정면도,

도 4는 동 실시형태에 있어서의 다른 쪽의 LED 광원장치의 일부를 파단시킨 측면도．

도 5는 동 실시형태에 있어서의 다른 쪽의 헤드장치의 전체도,

도 6은 동 실시형태에 있어서의 한쪽의 헤드장치의 종단면도,

도 7은 동 실시형태에 있어서의 한쪽의 헤드장치의 바닥면도,

도 8은 실시형태에 있어서의 한쪽의 헤드장치의 부분 단면도,

도 9는 동 실시형태에 있어서의 광파이버를 조밀하게 묶은 상태를 나타내는 단면도,

도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 있어서의 헤드장치의 종단면도,

도 11은 동 실시 형태에 있어서의 헤드장치의 바닥면도,

도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 헤드장치의 종단면도,

도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 라인검사용 헤드장치의 종단면도,

도 14는 동 실시형태에 있어서의 헤드장치의 횡단면도,

도 15는 동 실시형태에 있어서의 헤드장치의 바닥면도,

도 16은 도 13∼도 15에 나타낸 라인 검사용의 헤드장치의 구체적 설계 예를 나타내는 일부종단 사시도(A) 및 그 주요부를 반전하여 나타낸 사시도(B),

도 17은 도 16에 나타낸 라인 검사용의 헤드장치의 구조를 보다 상세히 나타내는 주요부 평면도(A)，측단면도(B)，전단면도(C) 및 실린드리컬 렌즈를 사용한 경우의 촛점흐림을 나타내는 약도(D),

도 18은 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서의 헤드장치의 종단면도임.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가동 지지체(XY 스테이지) 3 : 전원

4 : 전기 케이블 5A，5B : LED 광원장치

6Aa，6Ba，6a : 조사구 6A，6B，6 : 헤드

7A，7B，7 : 광파이버 다발 9 : 렌즈

9a，9b : 라인 프레넬 렌즈 60 : 헤드유닛

63 : 렌티큘러 스크린 64 : 평면경

80 : 광파이버 정렬·지지부재

Claims

피조명물에 조사하는 빛의 조사구를 가지며，이동 가능한 가동 지지체에 지지시킨 헤드와，

상기 가동 지지체에 설치하여 이루어지는 LED 광원장치와，

상기 LED 광원장치로부터 외부를 통과하여 상기 헤드의 조사구에 빛을 유도하는 가요성을 가진 하나 또는 복수의 광파이버를 구비하는 것을 특징으로 하는 검사 등에 사용하는 조명장치．
제 1 항에 있어서,

상기 가동 지지체와는 별도로 설치한 전원으로부터 전기 케이블을 통하여 상기 LED 광원장치에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 검사 등에 사용하는 조명장치．
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 광원장치가 상기 조사구의 부근에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 검사 등에 사용하는 조명장치．
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

광파이버의 헤드측 선단에 렌즈를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는검사 등에 사용하는 조명장치．
LED 광원의 광 출사면에 대향하도록 한 수광단으로부터 헤드유닛 본체 내까지 뻗는 여러개의 광파이버를 결속·수용한 파이버 케이블과，상기 헤드유닛 본체 내에 있어서 동 본체의 후단으로부터 도입된 여러개의 광파이버의 선단부의 결속 상태를 풀고, 동일 평면 내에 있어서 순차적으로 인접시켜서 각 파이버의 광 출사단을 횡 일선으로 유지한 광파이버 정렬·지지부재와，상기 횡 일선에 정렬한 광파이버의 출사단으로부터 나온 빛의 띠를 실질적인 평행광으로 하기 위한 제１렌즈 및 상기 제１렌즈로부터 나온 빛을 가늘고 긴 빛의 띠로 이루어지는 라인광으로 되도록 집속시키기 위한 제２렌즈로 이루어지고, 상기 헤드유닛 본체의 전단부에 장착된 한쌍의 렌즈를 구비한 것을 특징으로 하는 검사 등에 사용하기 위한 조명장치．
제 5 항에 있어서,

상기 광파이버 정렬·지지 부재를 상기 헤드유닛 본체에 대해，전후방향에 있어서 위치조정 자유롭게 설치한 것을 특징으로 하는 조명장치．
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 라인광의 라인방향에 있어서의 휘도분포를 균일화하기 위한 광학부재를 상기 조명헤드 본체의 전단부에 있어서，상기 한쌍의 렌즈에 관련하여 배치한 것을 특징으로 하는 조명장치．
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 여러개의 파이버의 횡 일선에 정렬한 광 출사단의 좌우 양단으로부터 상기 한 쌍의 렌즈의 좌우양단까지를 덮는 상기 헤드유닛 본체의 양측 내 벽면을 평면거울로 한 것을 특징으로 하는 조명장치．
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

복수개의 상기 조명유닛의 헤드유닛을 병렬 배치함으로써 이들 유닛의 합계 폭에 대응하는 길이의 연속라인 광조사 패턴을 형성할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 조명장치．
LED 광원의 광출사면에 대향하도록 한 수광단으로부터 헤드유닛 본체내까지 뻗는 여러개의 광파이버를 결속·수용한 파이버 케이블과 ，상기 헤드유닛 본체의 후단으로부터 동 본체 내에 도입된 여러개의 광파이버의 선단부의 결속상태를 풀어 동일 평면 내에 있어서 순차적으로 인접시켜서 각 파이버의 광출사단을 횡 일선으로 유지한 광파이버 정렬·지지 부재로서，상기 헤드유닛 본체내에서 전후 방향으로 위치조정 가능으로 된 것과，상기 횡 일선에 정렬한 광파이버의 출사단으로부터 나온 빛의 띠를 집속하여 상기 헤드유닛 본체의 앞쪽에 보다 가는 빛의 띠를 조사하기 위해 상기 헤드유닛 본체의 전단부에 장착된 집속·조사수단과，상기 헤드유닛 본체의 전단부에 있어서 상기 집속·조사 수단과 관련하여 배치한 라인광의 라인방향에 있어서의 휘도 분포를 균일화하기 위한 렌티큘러 스크린과，상기 여러개의 파이버의 횡 일선으로 정렬한 광출사단의 좌우 양단으로부터 상기 집속·조사수단의 좌우 양단까지를 덮도록 상기 헤드유닛 본체의 양측 내 벽면에 형성된 평면경을 구비한 것을 특징으로 하는 검사 등에 사용하기 위한 조명장치．