JP2014010428A - Line illumination apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】明るさや入射効率を高めることができるライン照明装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る組を複数有している。各開口数変換レンズ12は、正の屈折力を有し、発光ダイオード11の出射光の開口数を小さくするよう、発光ダイオード11から焦点距離より短い間隔で配置されている。発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る各組は、直線状に配置され、その配列方向に対して垂直の同じ方向に向かって各発光ダイオード11からの光を出射可能に設けられている。シリンドリカルレンズ13が、1方向にのみ正の屈折力を有し、各開口数変換レンズ12を通過した各発光ダイオード11からの出射光が、各組の配列方向に対して平行な直線状に集光されるよう配置されている。
【選択図】図1
A line illumination device capable of increasing brightness and incident efficiency is provided.
A plurality of sets each including a light emitting diode and a numerical aperture conversion lens are provided. Each numerical aperture conversion lens 12 has a positive refractive power, and is arranged at an interval shorter than the focal length from the light emitting diode 11 so as to reduce the numerical aperture of the light emitted from the light emitting diode 11. Each set of the light emitting diode 11 and the numerical aperture conversion lens 12 is arranged in a straight line, and is provided so that light from each light emitting diode 11 can be emitted in the same direction perpendicular to the arrangement direction. . The cylindrical lens 13 has a positive refractive power only in one direction, and light emitted from each light emitting diode 11 that has passed through each numerical aperture conversion lens 12 is collected in a straight line parallel to the array direction of each set. Arranged to be illuminated.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ライン照明装置に関する。 The present invention relates to a line lighting device.
平面欠陥検査装置や画像読み取り装置等で使用されるラインカメラは、2次元カメラに比べて解像度が高く、被写体や撮像系を移動する系と組み合わせて、高解像度の2次元画像を得ることができる。このようなラインカメラには、一般的に、撮影時に被写体を照らすためのライン照明装置が装備されている。例えば液晶用ガラス欠陥検査装置の場合、ラインカメラの撮像範囲は1×300mm程度の非常に細長い領域であるため、ライン照明装置は、5×300mm程度の範囲を照明できればよい。 A line camera used in a planar defect inspection apparatus, an image reading apparatus, or the like has a higher resolution than a two-dimensional camera, and can obtain a high-resolution two-dimensional image in combination with a system that moves a subject or an imaging system. . Such a line camera is generally equipped with a line illumination device for illuminating a subject during photographing. For example, in the case of a liquid crystal glass defect inspection apparatus, the imaging range of the line camera is a very long and narrow area of about 1 × 300 mm, and therefore the line illumination apparatus only needs to illuminate a range of about 5 × 300 mm.
近年、ラインカメラの高解像度化、読み取りの高速化が進んでおり、それに対応したライン照明装置として、より明るく、より効率の良いものが求められている。そこで、このような要求に応じるものとして、LED(発光ダイオード)を用いたライン照明装置が開発されている。 In recent years, line cameras have been improved in resolution and reading speed, and a brighter and more efficient line illumination device is required as a corresponding line illumination device. Accordingly, line illuminators using LEDs (light emitting diodes) have been developed as a means to meet such demands.
LEDを用いたライン照明装置として、例えば、凹面反射鏡内に小型LEDチップを配置し、アクリルモールドレンズと一体成型した砲弾型LEDを直線上に配置し、この出力光をシリンドリカルレンズで集光するもの(例えば、特許文献1参照)や、セラミック等の基板に直線状にLEDを配列してボンディングし、カバーガラスや半球形状のシリコーンでモールドした光源基板を備え、その光源基板上に直線状に配列されたLEDの出力光を棒レンズや平凸シリンドリカルレンズで集光するもの(例えば、特許文献2または3参照)がある。 As a line illumination device using LEDs, for example, a small LED chip is arranged in a concave reflecting mirror, a bullet-type LED integrally formed with an acrylic mold lens is arranged on a straight line, and this output light is condensed by a cylindrical lens. A light source substrate that is linearly arranged and bonded to a substrate such as a ceramic (such as Patent Document 1) or ceramic, and is molded with a cover glass or hemispherical silicone, and is linearly formed on the light source substrate There exists what collects the output light of arranged LED with a rod lens or a plano-convex cylindrical lens (for example, refer to patent documents 2 or 3).
なお、砲弾型LEDを除き、チップLED光の出射パターンは、ランベルト分布をしている。LED光が入射する光学系の入射開口数をNAinとすると、LED光が光学系に入射する効率ηinは、ランベルト分布を入射開口数に対する角度まで積分した値であり、
ηin=sin2θ=NAin2
となる。図7に、LEDの法線と出射光との成す角度θに対するLED出力光の光度および入射効率のグラフを示す。図7に示すように、NAin=1であれば入射効率は100%となり、これに近いほど効率が高くなる。
Except for the bullet-type LED, the emission pattern of the chip LED light has a Lambertian distribution. When the numerical aperture of the optical system in which the LED light is incident is NAin, the efficiency ηin in which the LED light is incident on the optical system is a value obtained by integrating the Lambertian distribution up to an angle with respect to the incident numerical aperture.
ηin = sin 2 θ = NAin 2
It becomes. FIG. 7 shows a graph of the luminous intensity and incident efficiency of the LED output light with respect to the angle θ formed by the normal line of the LED and the emitted light. As shown in FIG. 7, when NAin = 1, the incident efficiency is 100%, and the closer to this, the higher the efficiency.
特許文献1に記載のライン照明装置では、砲弾型LEDからLEDチップ正面の法線方向に出射する光は、直接レンズで偏向され砲弾前方へ出射されるが、法線方向からある程度の角度を持って出射される光やチップ側面から出射される光は、LEDチップ側面の反射鏡によって砲弾前方へ反射された後、レンズで偏向されるため、これら2つの経路を持つ光を一つのレンズで結像することはできず、明るさや入射効率を上げるのは困難であるという課題があった。 In the line illumination device described in Patent Document 1, light emitted from the bullet-type LED in the normal direction in front of the LED chip is directly deflected by the lens and emitted forward, but has a certain angle from the normal direction. The light emitted from the side of the chip and the light emitted from the side surface of the chip are reflected by the lens after being reflected by the reflecting mirror on the side surface of the LED chip, and are then deflected by the lens. There is a problem that it is difficult to increase the brightness and incidence efficiency.
また、特許文献2に記載の棒レンズを利用したライン照明装置では、棒レンズの入射開口数が0.5程度であるため、図7から入射効率は25%程度となり、非常に低いという課題があった。 Further, in the line illumination device using the rod lens described in Patent Document 2, since the numerical aperture of the rod lens is about 0.5, the incident efficiency is about 25% from FIG. there were.
また、特許文献2や3に記載の棒レンズや平凸シリンドリカルレンズのような、1方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズのみから成る光学系には、以下に示すように、集光に問題がある。すなわち、棒レンズを例にすると、図8に示すように、棒レンズ52はY方向に正の屈折力を有し、X方向には屈折力を持たないため、1つの発光点51から出た光はX方向に直線上に集光される。しかし、図8および図9に示すように、YZ平面上に出射した光線Aと、YZ平面と30度の角度を持つ平面上で出射した光線Bとを比較すると、光線Bは、発光点51から棒レンズ52までの距離が光線Aよりも長く、レンズの曲率が光線Aよりも小さく、レンズ内を通過する長さが光線Aよりも長いため、光線Aよりも手前で集光し、像面湾曲が発生する。このように、シリンドリカルレンズに入射する光の開口数NAが大きくなると、像面湾曲が発生し、その像面湾曲による収差が増えて照度が落ちるという課題があった。 In addition, an optical system consisting only of a cylindrical lens having a refractive power only in one direction, such as a rod lens and a plano-convex cylindrical lens described in Patent Documents 2 and 3, has a problem in condensing light as shown below. is there. That is, taking a rod lens as an example, as shown in FIG. 8, the rod lens 52 has a positive refractive power in the Y direction and does not have a refractive power in the X direction. The light is collected on a straight line in the X direction. However, as shown in FIGS. 8 and 9, when comparing the light beam A emitted on the YZ plane with the light beam B emitted on a plane having an angle of 30 degrees with the YZ plane, the light beam B has a light emitting point 51. Since the distance from the lens 52 to the rod lens 52 is longer than that of the light beam A, the curvature of the lens is smaller than that of the light beam A, and the length passing through the lens is longer than the light beam A, the light is condensed before the light beam A. Surface curvature occurs. As described above, when the numerical aperture NA of the light incident on the cylindrical lens is increased, field curvature occurs, and there is a problem in that aberration due to the field curvature increases and illuminance decreases.
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、明るさや入射効率を高めることができるライン照明装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to provide a line illumination device capable of increasing brightness and incident efficiency.
上記目的を達成するために、本発明に係るライン照明装置は、発光ダイオードと、正の屈折力を有し、前記発光ダイオードの出射光の開口数を小さくするよう、前記発光ダイオードから焦点距離より短い間隔で配置された開口数変換レンズと、1方向にのみ正の屈折力を有し、前記開口数変換レンズを通過した前記発光ダイオードからの出射光が直線状に集光されるよう配置されたシリンドリカルレンズとを、有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a line illuminating device according to the present invention has a light emitting diode and a positive refractive power, and has a focal length from the light emitting diode so as to reduce the numerical aperture of light emitted from the light emitting diode. A numerical aperture conversion lens arranged at a short interval and a positive refractive power only in one direction, and arranged so that light emitted from the light emitting diode that has passed through the numerical aperture conversion lens is condensed linearly. And a cylindrical lens.
本発明に係るライン照明装置は、正の屈折力を有する開口数変換レンズが、発光ダイオードの出射光の開口数NAを小さくするよう、発光ダイオードから焦点距離より短い間隔で配置されており、その開口数変換レンズを通過した発光ダイオードからの出射光がシリンドリカルレンズに入射するよう構成されているため、像面湾曲の発生を抑制することができる。このため、収差を減少させて、照度を高めることができる。また、シリンドリカルレンズにより集光された光の直線性を高めることもできる。開口数変換レンズの出射開口数は、シリンドリカルレンズの像面湾曲収差を低く抑えるよう、0.3以下であることが好ましい。 In the line illumination device according to the present invention, the numerical aperture conversion lens having a positive refractive power is arranged at an interval shorter than the focal length from the light emitting diode so as to reduce the numerical aperture NA of the light emitted from the light emitting diode. Since the light emitted from the light-emitting diode that has passed through the numerical aperture conversion lens is configured to enter the cylindrical lens, it is possible to suppress the occurrence of field curvature. For this reason, aberration can be reduced and illuminance can be increased. Moreover, the linearity of the light condensed by the cylindrical lens can be improved. The exit numerical aperture of the numerical aperture conversion lens is preferably 0.3 or less so as to keep the curvature of field aberration of the cylindrical lens low.
本発明に係るライン照明装置は、開口数変換レンズの入射開口数を高めに設定することにより、入射効率を高めることができる。本発明に係るライン照明装置で、シリンドリカルレンズは、開口数変換レンズを通過した発光ダイオードからの出射光を直線状に集光可能であれば、例えば棒レンズや平凸シリンドリカルレンズ、シリンドリカルフレネルレンズなど、いかなるものであってもよい。 The line illuminating device according to the present invention can increase the incident efficiency by setting the incident numerical aperture of the numerical aperture conversion lens to be high. In the line illumination device according to the present invention, if the cylindrical lens can condense light emitted from the light emitting diode that has passed through the numerical aperture conversion lens in a straight line, for example, a rod lens, a plano-convex cylindrical lens, a cylindrical Fresnel lens, etc. Anything can be used.
本発明に係るライン照明装置は、前記発光ダイオードと前記開口数変換レンズとを複数組有し、各組は直線状に配置され、その配列方向に対して垂直の同じ方向に向かって各発光ダイオードからの光を出射可能に設けられ、前記シリンドリカルレンズは、各開口数変換レンズを通過した各発光ダイオードからの出射光が、前記配列方向に対して平行な直線状に集光されるよう配置されていることが好ましい。この場合、集光される直線状の光を長くすることができる。また、直線状に配置する発光ダイオードと開口数変換レンズとの組の数や各組の間隔により、集光される直線状の光の明るさや長さを調節することができる。なお、1つの発光ダイオードの配列方向の照射幅は、発光ダイオード配置間隔の2〜4倍であることが好ましい。これは、発光ダイオード配置間隔が狭いと配列方向での光の均一性が落ち、発光ダイオード配置間隔が長すぎると配列方向の照射端で、照射範囲以外を照射することになり、効率が悪くなるためである。 The line illumination device according to the present invention includes a plurality of sets of the light emitting diodes and the numerical aperture conversion lens, and each set is linearly arranged, and each light emitting diode is directed in the same direction perpendicular to the arrangement direction. The cylindrical lens is arranged so that the emitted light from each light emitting diode that has passed through each numerical aperture conversion lens is condensed in a straight line parallel to the arrangement direction. It is preferable. In this case, the condensed linear light can be lengthened. Further, the brightness and length of the collected linear light can be adjusted by the number of the light emitting diodes arranged in a straight line and the numerical aperture conversion lens, and the distance between the sets. In addition, it is preferable that the irradiation width of the arrangement direction of one light emitting diode is 2 to 4 times the light emitting diode arrangement interval. This is because if the light emitting diode arrangement interval is narrow, the uniformity of the light in the arrangement direction is reduced, and if the light emitting diode arrangement interval is too long, the irradiation end in the arrangement direction is irradiated outside the irradiation range, resulting in poor efficiency. Because.
また、この場合、各組が互いに平行な複数列の直線状に配置され、前記シリンドリカルレンズは、各開口数変換レンズを通過した各発光ダイオードからの出射光が、前記配列方向に対して平行な直線帯状領域に集光されるよう配置されていてもよい。この場合、発光ダイオードと開口数変換レンズとの組による列の数や各列の間隔により、集光される直線帯状領域の明るさや幅を調節することができる。 Further, in this case, each set is arranged in a plurality of lines that are parallel to each other, and the cylindrical lens has light emitted from each light emitting diode that has passed through each numerical aperture conversion lens parallel to the arrangement direction. You may arrange | position so that it may concentrate on a linear strip | belt-shaped area | region. In this case, the brightness and width of the straight strip-shaped region to be collected can be adjusted by the number of rows and the spacing between the rows of the combination of the light emitting diode and the numerical aperture conversion lens.
本発明によれば、明るさや入射効率を高めることができるライン照明装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the line illuminating device which can improve brightness and incident efficiency can be provided.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1乃至図4に、本発明の第1の実施の形態のライン照明装置を示す。
図1および図2(a)に示すように、ライン照明装置10は、複数の発光ダイオード11と複数の開口数変換レンズ12とシリンドリカルレンズ13とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show a line illumination device according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 1 and 2A, the line illumination device 10 includes a plurality of light emitting diodes 11, a plurality of numerical aperture conversion lenses 12, and a cylindrical lens 13.
各発光ダイオード11は、所定の間隔を開けて直線状に配置されている。各発光ダイオード11は、その配列方向に対して垂直の同じ方向に向かって光を出射可能に配置されている。また、発光ダイオード11の底辺は、配列方向と平行である。 Each light emitting diode 11 is arranged in a straight line at a predetermined interval. Each light emitting diode 11 is arranged so as to be able to emit light in the same direction perpendicular to the arrangement direction. The bottom side of the light emitting diode 11 is parallel to the arrangement direction.
各開口数変換レンズ12は、それぞれ各発光ダイオード11に対応して配置されている。各開口数変換レンズ12は、正の屈折力を有し、面12aの側を発光ダイオード11に向けて、発光ダイオード11との間隔が焦点距離より短くなるよう配置されている。これにより、各開口数変換レンズ12は、発光ダイオード11の出射光の開口数を小さくするよう構成されている。 Each numerical aperture conversion lens 12 is arranged corresponding to each light emitting diode 11. Each numerical aperture conversion lens 12 has a positive refractive power, and is disposed so that the surface 12a faces the light emitting diode 11 and the distance from the light emitting diode 11 is shorter than the focal length. Thereby, each numerical aperture conversion lens 12 is configured to reduce the numerical aperture of the light emitted from the light emitting diode 11.
シリンドリカルレンズ13は、1方向にのみ正の屈折力を有している。シリンドリカルレンズ13は、各発光ダイオード11との間に各開口数変換レンズ12を挟むよう、各開口数変換レンズ12の面12bの側に配置されている。シリンドリカルレンズ13は、その面13aの側を各開口数変換レンズ12に向けて、発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る各組の配列方向と平行を成すよう配置されている。これにより、シリンドリカルレンズ13は、各開口数変換レンズ12を通過した各発光ダイオード11からの出射光が、配列方向に対して平行な直線状に集光されるよう構成されている。 The cylindrical lens 13 has a positive refractive power only in one direction. The cylindrical lens 13 is disposed on the surface 12b side of each numerical aperture conversion lens 12 so as to sandwich the numerical aperture conversion lens 12 between each light emitting diode 11. The cylindrical lens 13 is disposed so as to be parallel to the arrangement direction of each set of the light emitting diode 11 and the numerical aperture converting lens 12 with its surface 13a facing the numerical aperture converting lens 12. Thereby, the cylindrical lens 13 is configured such that the emitted light from each light emitting diode 11 that has passed through each numerical aperture conversion lens 12 is condensed in a straight line parallel to the arrangement direction.
図1に示す具体的な一例では、各発光ダイオード11は、寸法L=1mm角である。また、各開口数変換レンズ12は、入射開口数0.7(入射効率:約50%)であり、出射開口数1の発光ダイオード11の光を開口数0.2程度の光に変換可能になっている。シリンドリカルレンズ13は、出射面13bから照射面14までの距離が100mmの位置に配置されている。また、光学系のY方向の結像倍率が5倍である。 In the specific example shown in FIG. 1, each light emitting diode 11 has a dimension L = 1 mm square. Each numerical aperture conversion lens 12 has an incident numerical aperture of 0.7 (incidence efficiency: about 50%), and can convert light from the light emitting diode 11 having an output numerical aperture of 1 into light having a numerical aperture of about 0.2. It has become. The cylindrical lens 13 is disposed at a position where the distance from the emission surface 13b to the irradiation surface 14 is 100 mm. Further, the imaging magnification in the Y direction of the optical system is 5 times.
また、各開口数変換レンズ12の面12aの曲率半径r1(mm)および面12bの曲率半径r2(mm)、シリンドリカルレンズ13の面13aのY方向の曲率半径r3(mm)および面13bのY方向の曲率半径r4(mm)、光軸における発光ダイオード11と開口数変換レンズ12との間隔d0(mm)、開口数変換レンズ12の中心厚d1(mm)、光軸における開口数変換レンズ12とシリンドリカルレンズ13との間隔d2(mm)、シリンドリカルレンズ13の中心厚d3(mm)、光軸におけるシリンドリカルレンズ13と照射面14との間隔d4(mm)、開口数変換レンズ12の屈折率n1、シリンドリカルレンズ13の屈折率n2、開口数変換レンズ12のアッベ数ν1、シリンドリカルレンズ13のアッベ数ν2、開口数変換レンズ12の面12bの円錐定数k2、シリンドリカルレンズ13の面13bの円錐定数k4を、以下に示す。 Further, the curvature radius r1 (mm) of the surface 12a and the curvature radius r2 (mm) of the surface 12b, the curvature radius r3 (mm) in the Y direction of the surface 13a of the cylindrical lens 13, and the Y of the surface 13b. Radius of curvature r4 (mm), distance d0 (mm) between the light emitting diode 11 and the numerical aperture conversion lens 12 in the optical axis, the center thickness d1 (mm) of the numerical aperture conversion lens 12, and the numerical aperture conversion lens 12 in the optical axis Between the cylindrical lens 13 and the cylindrical lens 13, the center thickness d 3 (mm) of the cylindrical lens 13, the distance d 4 (mm) between the cylindrical lens 13 and the irradiation surface 14 in the optical axis, and the refractive index n 1 of the numerical aperture conversion lens 12. , Refractive index n2 of the cylindrical lens 13, Abbe number ν1 of the numerical aperture conversion lens 12, Abbe number ν2 of the cylindrical lens 13, The conical constant k2 of the surface 12b of the numerical aperture conversion lens 12 and the conical constant k4 of the surface 13b of the cylindrical lens 13 are shown below.
d0=3
r1=−16 d1=8 n1=1.492 ν1=57.44
r2=−6.3 d2=22.3 k2=−0.19
r3=77.1 d3=10 n2=1.492 ν2=57.44
r4=−20.1 d4=100 k4=−1.26
d0 = 3
r1 = −16 d1 = 8 n1 = 1.492 ν1 = 57.44
r2 = −6.3 d2 = 22.3 k2 = −0.19
r3 = 77.1 d3 = 10 n2 = 1.492 ν2 = 57.44
r4 = -20.1 d4 = 100 k4 = -1.26
比較のために、開口数変換レンズ12を有さない、従来のシリンドリカルレンズ63のみで設計した照明装置60を図2(b)に示す。図2(b)に示す従来の照明装置60は、図1と同一条件、すなわち各発光ダイオード61の寸法L=1mm角、入射開口数0.7、Y方向の結像倍率5倍、面63bから照射面64までの距離100mm、で設計している。 For comparison, FIG. 2B shows an illuminating device 60 that is designed only with a conventional cylindrical lens 63 that does not have the numerical aperture conversion lens 12. The conventional illumination device 60 shown in FIG. 2B has the same conditions as in FIG. 1, that is, the dimension L of each light emitting diode 61 is 1 mm square, the incident numerical aperture is 0.7, the imaging magnification is 5 times in the Y direction, and the surface 63b The distance from the irradiation surface 64 to the irradiation surface 64 is 100 mm.
従来の照明装置60の光学系の各定数、すなわち、シリンドリカルレンズ63の面63aのY方向の曲率半径r1(mm)および面63bのY方向の曲率半径r2(mm)、光軸における発光ダイオード61とシリンドリカルレンズ63との間隔d0(mm)、シリンドリカルレンズ63の中心厚d1(mm)、光軸におけるシリンドリカルレンズ63と照射面64との間隔d2(mm)、シリンドリカルレンズ63の屈折率n1、シリンドリカルレンズ63のアッベ数ν1、シリンドリカルレンズ63の面63bの円錐定数k2を、以下に示す。 Each constant of the optical system of the conventional illumination device 60, that is, the curvature radius r1 (mm) in the Y direction of the surface 63a of the cylindrical lens 63 and the curvature radius r2 (mm) in the Y direction of the surface 63b, and the light emitting diode 61 on the optical axis. Between the cylindrical lens 63, the center thickness d 1 (mm) of the cylindrical lens 63, the distance d 2 (mm) between the cylindrical lens 63 and the irradiation surface 64 on the optical axis, the refractive index n 1 of the cylindrical lens 63, and the cylindrical The Abbe number ν1 of the lens 63 and the conic constant k2 of the surface 63b of the cylindrical lens 63 are shown below.
d0=13.9
r1=−125 d1=10 n1=1.883 ν1=40.77
r2=−13.1 d2=100 k2=−0.69
d0 = 13.9
r1 = −125 d1 = 10 n1 = 1.883 ν1 = 40.77
r2 = −13.1 d2 = 100 k2 = −0.69
図2(a)に示すライン照明装置10および図2(b)に示す照明装置60において、1個の発光ダイオード11、61から出た光のスポットダイヤグラムを、それぞれ図3(a)および(b)に示す。図3に示すように、ライン照明装置10では、全域にわたって収差がほとんど無く、幅5mmの直線上に分布しているが、従来の照明装置60では、光軸付近では収差が無いが、その周辺では像面湾曲による収差によりスポットが広がっていることが確認できる。 In the line illuminating device 10 shown in FIG. 2A and the illuminating device 60 shown in FIG. 2B, the spot diagrams of the light emitted from one light emitting diode 11, 61 are respectively shown in FIGS. ). As shown in FIG. 3, the line illuminating device 10 has almost no aberration over the entire region and is distributed on a straight line having a width of 5 mm, but the conventional illuminating device 60 has no aberration near the optical axis, but the periphery thereof. Then, it can be confirmed that the spot is widened due to the aberration caused by the curvature of field.
また、図2(a)に示すライン照明装置10および図2(b)に示す照明装置60において、全光束100ルーメン(lm)の発光ダイオード11,61を10mm間隔で無限に配置したときの、Y方向の照度分布を、それぞれ図4(a)および(b)に示す。図4に示すように、ライン照明装置10は、5mm幅のみを効率よく照射しており、5mm幅の照射部の照度が、従来の照明装置60の約2倍であることが確認できる。 Moreover, in the line illuminating device 10 shown in FIG. 2A and the illuminating device 60 shown in FIG. 2B, when the light emitting diodes 11 and 61 having a total luminous flux of 100 lumens (lm) are arranged infinitely at intervals of 10 mm, The illuminance distribution in the Y direction is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively. As shown in FIG. 4, the line illumination device 10 efficiently irradiates only the 5 mm width, and it can be confirmed that the illuminance of the irradiation unit with the 5 mm width is about twice that of the conventional illumination device 60.
このように、ライン照明装置10は、正の屈折力を有する開口数変換レンズ12が、発光ダイオード11の出射光の開口数を小さくするよう、発光ダイオード11から焦点距離より短い間隔で配置されており、その開口数変換レンズ12を通過した発光ダイオード11からの出射光がシリンドリカルレンズ13に入射するよう構成されているため、像面湾曲の発生を抑制することができる。このため、収差を減少させて、照度を高めることができる。また、シリンドリカルレンズ13により集光された光の直線性を高めることもできる。 As described above, the line illumination device 10 is configured such that the numerical aperture conversion lens 12 having a positive refractive power is disposed at a distance shorter than the focal length from the light emitting diode 11 so as to reduce the numerical aperture of the light emitted from the light emitting diode 11. In addition, since the light emitted from the light emitting diode 11 that has passed through the numerical aperture conversion lens 12 is configured to enter the cylindrical lens 13, the occurrence of field curvature can be suppressed. For this reason, aberration can be reduced and illuminance can be increased. In addition, the linearity of the light collected by the cylindrical lens 13 can be improved.
また、ライン照明装置10は、開口数変換レンズ12の入射開口数を高めに設定することにより、入射効率を高めることができる。ライン照明装置10は、直線状に配置された発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る組の数や各組の間隔により、集光される直線状の光の明るさや長さを調節することができる。なお、ライン照明装置10は、集光される光が途中で途切れず直線状に連続するよう、発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る各組の間隔が調整されていることが好ましい。 Moreover, the line illuminating device 10 can raise incident efficiency by setting the incident numerical aperture of the numerical aperture conversion lens 12 high. The line illumination device 10 adjusts the brightness and length of the linear light to be collected according to the number of pairs of light emitting diodes 11 and numerical aperture conversion lenses 12 arranged in a straight line and the interval between the pairs. be able to. In the line illumination device 10, it is preferable that the distance between each set of the light emitting diode 11 and the numerical aperture conversion lens 12 is adjusted so that the collected light is not interrupted and continues linearly.
なお、図1および図2(a)に示す実施例では、従来との比較のために、開口数変換レンズ12の入射NAを0.7で計算したが、実用的には容易にNA0.9以上の開口数変換レンズ12を設計可能である。撮像系との干渉等の条件を考えると、シリンドリカルレンズ13の出射NAは、0.2程度が望ましい。従って、Y方向の結像倍率は、5倍程度となる。照射幅を5mmとすると、チップLEDのサイズは1mmとなる。これらの条件の範囲を考慮すると、発光ダイオード11のチップサイズは、0.5〜2mmが望ましい。 In the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2A, the incident NA of the numerical aperture conversion lens 12 is calculated as 0.7 for comparison with the prior art. The above numerical aperture conversion lens 12 can be designed. Considering conditions such as interference with the imaging system, the output NA of the cylindrical lens 13 is preferably about 0.2. Therefore, the imaging magnification in the Y direction is about 5 times. If the irradiation width is 5 mm, the size of the chip LED is 1 mm. Considering the range of these conditions, the chip size of the light emitting diode 11 is desirably 0.5 to 2 mm.
図5および図6に、本発明の第2の実施の形態のライン照明装置を示す。
図5に示すように、ライン照明装置20は、複数の発光ダイオード11と複数の開口数変換レンズ12とシリンドリカルレンズ13とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第1の実施の形態のライン照明装置10と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
5 and 6 show a line illumination device according to a second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, the line illumination device 20 includes a plurality of light emitting diodes 11, a plurality of numerical aperture conversion lenses 12, and a cylindrical lens 13. In the following description, the same reference numerals are given to the same components as those of the line illumination device 10 according to the first embodiment of the present invention, and redundant descriptions are omitted.
図5に示すように、ライン照明装置20は、発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る各組が互いに平行な2列の直線状に配置されている。シリンドリカルレンズ13は、各開口数変換レンズ12を通過した各発光ダイオード11からの出射光が、発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る組の各列の配列方向に対して平行な直線帯状領域に集光されるよう配置されている。 As shown in FIG. 5, in the line illumination device 20, each set of the light emitting diode 11 and the numerical aperture conversion lens 12 is arranged in two rows of straight lines that are parallel to each other. The cylindrical lens 13 is a linear strip in which the emitted light from each light emitting diode 11 that has passed through each numerical aperture conversion lens 12 is parallel to the arrangement direction of each row of the set including the light emitting diode 11 and the numerical aperture conversion lens 12. It arrange | positions so that it may concentrate on an area | region.
図5に示す具体的な一例では、ライン照明装置20は、図2(a)に示すライン照明装置10と同じ各発光ダイオード11と各開口数変換レンズ12とシリンドリカルレンズ13とを用い、発光ダイオード11と開口数変換レンズ12とから成る組を、直線状に2列に配置して構成されている。各列の間隔は、5mmである。このときのY方向の照度分布を、図6に示す。図6に示すように、ライン照明装置20は、図4(a)と比べて、2倍の幅を有する直線帯状の領域を効率よく照射していることが確認できる。 In a specific example shown in FIG. 5, the line lighting device 20 uses the same light emitting diodes 11, numerical aperture conversion lenses 12, and cylindrical lenses 13 as the line lighting device 10 shown in FIG. 11 and the numerical aperture conversion lens 12 are arranged in two lines in a straight line. The interval between each row is 5 mm. The illuminance distribution in the Y direction at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 6, it can be confirmed that the line illuminating device 20 efficiently irradiates a linear strip region having a width twice as large as that in FIG.
このように、ライン照明装置20は、発光ダイオード11と開口数変換レンズ12から成る組による各列の間隔により、集光される直線帯状領域の明るさや幅を調節することができる。また、列の数を増やすことにより、集光される直線帯状領域の明るさや幅を調節することもできる。また、Z方向の配置を変えることにより、照射面14の深度を深くすることもできる。 As described above, the line illumination device 20 can adjust the brightness and width of the condensed linear belt-shaped region by the interval between the rows of the set including the light emitting diode 11 and the numerical aperture conversion lens 12. Further, by increasing the number of columns, it is possible to adjust the brightness and width of the condensed straight belt-like region. Moreover, the depth of the irradiation surface 14 can be increased by changing the arrangement in the Z direction.
10、20 ライン照明装置
11 発光ダイオード
12 開口数変換レンズ
12a (入射)面
12b (出射)面
13 シリンドリカルレンズ
13a (入射)面
13b (出射)面
14 照射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20 Line illumination apparatus 11 Light emitting diode 12 Numerical aperture conversion lens 12a (incident) surface 12b (emitted) surface 13 Cylindrical lens 13a (incident) surface 13b (emitted) surface 14 Irradiated surface
Claims (3)
正の屈折力を有し、前記発光ダイオードの出射光の開口数を小さくするよう、前記発光ダイオードから焦点距離より短い間隔で配置された開口数変換レンズと、
1方向にのみ正の屈折力を有し、前記開口数変換レンズを通過した前記発光ダイオードからの出射光が直線状に集光されるよう配置されたシリンドリカルレンズとを、
有することを特徴とするライン照明装置。 A light emitting diode;
A numerical aperture conversion lens that has a positive refractive power and is arranged at an interval shorter than the focal length from the light emitting diode so as to reduce the numerical aperture of the light emitted from the light emitting diode;
A cylindrical lens that has a positive refractive power only in one direction and is arranged so that light emitted from the light emitting diode that has passed through the numerical aperture conversion lens is linearly collected;
A line lighting device comprising:
前記シリンドリカルレンズは、各開口数変換レンズを通過した各発光ダイオードからの出射光が、前記配列方向に対して平行な直線状に集光されるよう配置されていることを
特徴とする請求項1記載のライン照明装置。 There are a plurality of sets of the light emitting diodes and the numerical aperture conversion lenses, and each set is arranged in a straight line so that light from each light emitting diode can be emitted in the same direction perpendicular to the arrangement direction. ,
The cylindrical lens is arranged so that light emitted from each light-emitting diode that has passed through each numerical aperture conversion lens is condensed in a straight line parallel to the arrangement direction. The line lighting device described.
前記シリンドリカルレンズは、各開口数変換レンズを通過した各発光ダイオードからの出射光が、前記配列方向に対して平行な直線帯状領域に集光されるよう配置されていることを
特徴とする請求項2記載のライン照明装置。
Each set is arranged in a straight line of multiple rows parallel to each other,
The cylindrical lens is arranged so that light emitted from each light emitting diode that has passed through each numerical aperture conversion lens is condensed in a linear strip region parallel to the arrangement direction. 2. The line illumination device according to 2.
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- 2012-07-03 JP JP2012149459A patent/JP2014010428A/en active Pending
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