JP2021085808A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平板型全方位光照射装置における光量や均一性のさらなる向上を図る。【解決手段】光源２からの光が導光板１の側面１ｃからその内部に入射して、該導光板１の一方の板面１ａで反射し、該導光板１の他方の板面１ｂから外部に射出されて、所定の対象物Ｗに照射されるとともに、該対象物Ｗを、該導光板１の一方の板面１ａ側から該導光板を通じて観察できるように構成されたものであって、基板３には、長手方向に延びる光源配置領域Ｓ１と、光源配置領域Ｓ１よりも長手方向外側の光源非配置領域Ｓ２とが設けられており、光源非配置領域Ｓ２の長手方向に沿った長さＬ２を、所定ピッチｐ以上にした。【選択図】図５

Description

本発明は、製品の表面検査などのために光を照射する光照射装置に関するものである。

従来、製品などの対象物（以下、ワークともいう。）に対し、その全方位から可及的に一様な光を照射して検査できるようにした光照射装置（以下、全方位光照射装置ともいう。）が知られている。このような全方位光照射装置は、ワークの検査部位に曲面や凸凹があってもそれによる影を作らず、例えばワーク表面の印字や色の違い等を浮きだたせることができるので、球体、Ｒ形状ワーク、半田部分などの検査に適している。

こうした全方位光照射装置は、ドーム型のものが広く知られているが、高さ寸法がやや大きくなるため、近時では、特許文献１に示すように、平板矩形状の導光板を用いて薄型にした平板型全方位光照射装置が開発されている。

この種の平板型全方位光照射装置は、平板矩形状の導光板と、該導光板の各側面それぞれに臨むように配置された基板と、基板上に列状に配置された複数のＬＥＤと、これらのＬＥＤ及び基板を収容するとともに導光板の周縁部を支持する枠体とを備えている。

そして、導光板の一方の板面には、多数の微細な拡散反射部が互いに隙間を空けて設けてある。これにより、光源から射出されて導光板の側面からその内部に入射した光を、導光板の対向する板面間で繰り返し全反射させて進行させつつ、その光のうち、前記拡散反射部に当たった光を反射させ、導光板の他方の板面から外部に射出する、つまり、導光板の他方の板面だけを面状に発光させるようにしてある。なお、本明細書でいう「拡散」とは、例えば球面で反射することにより光が拡がる態様も含むものである。

このように導光板の他方の板面を発光させる構成において、外部に射出される光は、導光板の他方の板面のうち、該導光板の周縁部を支持する枠体よりも内側を通過してくる光である。

このことから、枠体の内側を通過してくる光の光量や均一性を向上させようとする場合、従来の本技術分野の固定概念や技術常識においては、枠体にマスクされている導光板の周縁部の周辺構造には着目してこなかった。

特開２００３−９８０９３号公報

このような中、本願発明者は、上述した平板型全方位光照射装置における光量や均一性のさらなる向上を図るべく、平板矩形状の導光板において枠体にマスクされている四隅の角部に初めて着目し、これらの角部における周辺構造にさらなる改善の余地があることを見出した。

すなわち、本願発明にかかる光照射装置は、平板矩形状の導光板と、前記導光板の各側面それぞれに臨む基板と、前記基板に所定ピッチで配置された複数の光源と、前記光源及び前記基板を収容するとともに前記導光板の周縁部を支持する枠体とを備え、前記光源からの光が前記導光板の前記側面からその内部に入射して、該導光板の一方の板面で反射し、該導光板の他方の板面から外部に射出されて、所定の対象物に照射されるとともに、該対象物を、該導光板の一方の板面側から該導光板を通じて観察できるように構成されたものである。

そして、本発明にかかる光照射装置は、前記基板には、長手方向に延びる光源配置領域と、前記光源配置領域よりも長手方向外側の光源非配置領域とが設けられており、前記光源非配置領域の前記長手方向に沿った長さが、前記所定ピッチ以上であることを特徴とするものである。

このように構成された光照射装置によれば、光源非配置領域の長手方向に沿った長さが所定ピッチ以上であり、従来の基板に比べて長手方向に長い基板を用いているので、この基板を導光板の角部まで延ばすことができる。これにより、導光板の内部に入射して角部に到達し光が、その角部から漏れ出ることを低減することができるようになる。その結果、光の利用効率が向上し、外部に射出される光の光量や均一性をこれまでよりも改善することが可能となる。

前記光源非配置領域の反射率が、前記光源配置領域よりも高いことが好ましい。
これならば、導光板の角部から漏れ出た光を、光源非配置領域で導光板の側面に向けて反射し、再びその内部に入射させることができるので、外部に射出される光の光量や均一性のさらなる向上を図れる。

より具体的な反射率としては、前記光源非配置領域の反射率が５０％以上であることが好ましい。

導光板から漏れ出た光を上述したように反射させるための具体的な態様としては、前記基板における少なくとも前記光源非配置領域に白色ソルダーレジスト層が形成されている態様を挙げることができる。

このように白色ソルダーレジスト層を用いる場合、前記基板における前記光源配置領域及び前記光源非配置領域に白色ソルダーレジスト層が形成されていることが好ましい。
これならば、例えば白色ソルダーレジスト層が形成された従来の基板を延ばすことにより、光源非配置領域が設けられた基板を簡単に製造することができ、ひいては本光照射装置を、部品点数の増大や高コスト化を招くことなく製造することが可能となる。

また、導光板の角部から漏れ出た光を反射するための別の具体的な態様としては、前記基板における前記光源非配置領域に半田レベラーが設けられている態様を挙げることができる。

前記光源非配置領域が、前記導光板の前記側面と対向するとともに、これらの間を光が遮られることなく通過することが好ましい。
これらならば、角部から漏れ出た光を導光板の側面により確実に反射させることができる。

このように構成した本願発明によれば、平板型全方位光照射装置における光量や均一性を従来よりも向上させることができる。

本実施形態における光照射装置を含む検査システムを示す斜視図である。 同実施形態における光照射装置の縦断面図である。 同実施形態における導光板の一方の板面側から見た平面図である。 同実施形態における導光板及び基板の構成を示す簡略化した平面図である。 同実施形態における光源配置領域及び光源非配置領域を示す模式図である。 同実施形態における光源非配置領域を示す斜視図である。 光源非配置領域に光源を配置した場合の現象を説明するための模式図である。 従来構成における基板の角部からの光漏れを説明するための斜視図である。 その他の実施形態における光源非配置領域を示す斜視図である。

以下に本願発明に係る光照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

＜装置構成＞
本実施形態の光照射装置１００は、図１に示すように、全体として薄い平板矩形状をなすものであり、背景技術でも述べたが、検査の対象物であるワークＷに対し、そのほぼ全方位（ほぼ１８０°全天方向）から可及的に一様な光を照射することによって、ワークＷの表面の曲面や多少の凸凹などによる影をキャンセルする機能を有している。

より具体的に説明すると、この光照射装置１００は、図１及び図２に示すように、平板状をなす導光板１と、導光板１の周囲に配置された光源たる複数のＬＥＤ２と、ＬＥＤ２が搭載されるとともに導光板１の各側面それぞれに臨む基板３と、ＬＥＤ２及び基板３を収容するとともに導光板１の周縁部を支持する枠体４とを備えたものである。

導光板１は、図３に示すように、例えば等厚で正方形状や長方形状をなす樹脂製（ここでは、ＰＭＭＡ製）の透明板である。そして、図２に示すように、互いに対向する平行な板面のうちの一方の板面１ａには光を反射させる拡散反射部５が形成してあり、他方の板面１ｂは平滑鏡面に形成してある。

拡散反射部５は、導光板１内に入射した光を他方の板面１ｂに向けて拡散させるものであり、例えば一方の板面１ａに形成された多数の微細な凹部である。なお、本明細書でいう「拡散」とは、例えば球面等で反射することにより光が拡がる態様も含むものである。

具体的にこれらの拡散反射部５は、例えば導光板１の一方の板面１ａに穿たれた部分凹球状のものであり、この実施形態では、図３に示すように、正方格子点上に規則正しく整列させてある。なお、拡散反射部５の形状や配置はこれに限らず、種々の態様に変更して構わない。

ＬＥＤ２は、図２に示すように、例えば表面実装型のものであり、発光色のラインナップとしては、白色、赤色、青色など、複数色が取り揃えられているが、ここでは白色のものを用いている。

基板３は、ＬＥＤ２が搭載されるプリント配線基板であり、図４に示すように、導光板１の四辺それぞれに対応して設けられている。各基板３は、導光板１の側面１ｃに沿って延びる長尺状のものであり、ここでは複数のＬＥＤ２が、１列に所定ピッチで、より具体的には等ピッチｐで配置されている。なお、図４においては、基板３やＬＥＤ２の理解を容易にするべく、枠体４の内部構造の一部を省略してある。

枠体４は、図１、図２に示すように、４つの辺部材４１からなる矩形枠状をなすものであり、各辺部材４１には、長手方向に沿って端から端まで延び、導光板１が載置されて該導光板１の周縁部を支持する段部４ａが設けてある。これによって導光板１の周縁部が枠体４によりマスクされて（覆われて）いる。また、この段部４ａは、前記基板３をも保持しており、この基板３に搭載されたＬＥＤ２の発光面が導光板１の側面１ｃに臨むように構成されている。このような構成によって、ＬＥＤ２から射出された光が、導光板１の四辺側面１ｃからその内部に導入されるようにしてある。

このような構成の光照射装置１００においては、ＬＥＤ２から射出された光は、導光板１の側面１ｃから入射し、該導光板１の対向する板面間で繰り返し全反射しながら内部を進行する。そして、その光の多くは、進行中に拡散反射部５に当たり、そこで拡散反射して、導光板１の他方の板面１ｂから外側に射出される。より具体的には、上述したように、導光板１の周縁部が枠体４により覆われていることから、導光板１の他方の板面１ｂにおける枠体４の内側から光が射出される。これにより、他方の板面１ｂが発光面となる。

なお、図２中、符号６は、導光板１の一方の板面１ａ上を覆う透明なカバー板６である。符号７は、配線基板３の裏面と枠体４との間に介在するとともに双方に密着して、ＬＥＤ２の熱を枠体４に伝導し放熱させる、粘弾性を有する熱伝導体７である。また、同図中符号８は、配線基板３の表面と導光板１の側面１ｃとの間に介在して、これらの間の距離を一定に保つスペーサ８である。

このスペーサ８は、本実施形態では、図２に示すように、その外側に設けられた弾性体９（コイルばねや板バネ）によって、内側（ＬＥＤ２の光射出方向）に向かって付勢してあり、このことによって、スペーサ８の表側当たり面が導光板１の側面１ｃに密接するようにしてある。

他方、基板３は、前記熱伝導体７によって、内側（ＬＥＤ２の光射出方向）に向かって付勢してあり、このことによって、スペーサ８の裏側当たり面に密接させてある。

この構造によって、スペーサ８が基板３の表面と導光板１の側面１ｃとの間に密接介在することとなり、その間の距離が一定に保たれるわけである。

次に、このような構成の光照射装置１００を用いた検査システム２００について簡単に説明する。この検査システム２００は、図１、図２に示すとおり、光照射装置１００の他に、カメラＣを備えている。そして、前記導光板１の他方の板面１ｂがワークＷを向くように配置されて、該他方の板面１ｂから射出される拡散光によりワークＷが照明される一方、このようにして照明されたワークＷを、導光板１を挟んで逆側から、すなわち導光板１の一方の板面１ａ側からカメラＣによって撮像し、その撮像画像が検査に供されるようにしてある。

然して、本実施形態の基板３には、図５及び図６に示すように、長手方向に延びる光源配置領域Ｓ１と、光源配置領域Ｓ１よりも長手方向外側の光源非配置領域Ｓ２とが設けられており、光源非配置領域Ｓ２の長手方向に沿った長さＬ２を、ＬＥＤ２のピッチｐ以上にしてある。なお、ここでいうピッチｐとは、長手方向に沿って互いに隣り合うＬＥＤ２の対応する箇所同士の間隔であり、例えば対応する辺同士の間隔や中心同士の間隔（離間距離）である。

より詳細に説明すると、光源配置領域Ｓ１は、図６に示すように、導光板１の側面１ｃに対面するとともに、ＬＥＤ２が所定ピッチｐで配置されている領域であり、言い換えれば、基板３に搭載されているＬＥＤ２の全てが、光源配置領域Ｓ１に配置されていることになる。
ここでの光源配置領域Ｓ１は、図５に示すように、基板３の表面において、両端に位置するＬＥＤ２の一方から他方に亘って設定されており、その長手方向に沿った長さＬ１は、ＬＥＤ２の長手方向に沿った寸法をｚ、互いに隣り合うＬＥＤ２の長手方向に沿った間隔をｄ、基板３に搭載されたＬＥＤ２の個数をｎとした場合に、Ｌ１＝ｚ×ｎ＋ｄ×（ｎ−１）で表される。なお、間隔ｄは、ピッチｐからＬＥＤ２の寸法ｚを差し引いた長さである。

一方、光源非配置領域Ｓ２は、導光板１の側面１ｃに対面するとともに、光源たるＬＥＤ２が配置されていない領域である。
ここでの光源非配置領域Ｓ２は、図５に示すように、光源配置領域Ｓ１よりも長手方向に沿った一方の外側及び他方の外側の双方に設定されている。これらの各光源非配置領域Ｓ２は、図５及び図６に示すように、基板３の表面において、両端に位置するＬＥＤ２よりも長手方向外側の全領域であり、長手方向に沿った長さＬ２が、上述したピッチｐ以上である。本実施形態においては、各光源非配置領域Ｓ２の長手方向に沿った長さＬ２は、ピッチｐよりもさらに長く、且つ、各光源非配置領域Ｓ２の全面が導光板１の側面１ｃに対面する寸法としてある。これにより、本実施形態の基板３は、導光板１の側面１ｃの長手方向に沿った長さと略等しい或いは若干短い長さである。

ここで、本光照射装置１００から照射される光の光量を向上させるためには、一見すると、図７に示すように、光源非配置領域Ｓ２にもＬＥＤ２’を配置したほうが良いようにも思われる。

しかしながら、このＬＥＤ２’から導光板１までの距離にも依ろうが、光源非配置領域Ｓ２に配置されたＬＥＤ２’から射出される光の一部は、同図７に示すように、導光板１の側面１ｃよりも外側に拡がってしまい導光板１の内部には入射しない。このことから、部品点数を増やしたにもかかわらず、光量の向上は少なく、思うような費用対効果が得られない。

一方、光源非配置領域Ｓ２にＬＥＤ２を設けないのであれば、基板３が不必要に長くなるだけであり、単に材料費の増大を招来するに過ぎないとの考えに到りがちであり、この考えこそが本技術分野における固定概念といえる。

ところが、光源非配置領域Ｓ２を設けていない従来の構成であると、図８に示すように、導光板１内に入射して導光板１の角部１ｘに到達した光は、この角部１ｘから導光板１の外部に漏れてしまい、光の利用効率の低下や、導光板１の四隅が暗くなることに起因する照射光の均一性の低下を招来する。

そこで、本実施形態では、上述したように光源非配置領域Ｓ２を設けつつ、この光源非配置領域Ｓ２に、導光板１の少なくとも角部１ｘから漏れ出た光を、導光板１の側面１ｃや角部１ｘに向かって反射し、再び導光板１内に入射させる反射面としての機能を備えさせている。

詳述すると、光源非配置領域Ｓ２は、上述したように基板３の側面１ｃと対向しており、これらの間を光が遮られることなく通過するように配置されている。そして、この光源非配置領域Ｓ２は、光源配置領域Ｓ１よりも反射率が高く、具体的には反射率が５０％以上であり、本実施形態では８０％以上である。

ここで、本実施形態の反射率は、光源たるＬＥＤ２から射出される光の波長、言い換えれば、本光照射装置１００の照射光の波長に対する反射率であり、具体的には、ある領域に入射した入射光の全エネルギーに対する、同領域で反射した反射光の全エネルギーの割合である。なお、上述したように、本実施形態では光源として白色ＬＥＤを用いており、本実施形態の反射率は、白色光の波長に対する反射率である。

また、本実施形態において、光源配置領域Ｓ１の反射率や光源非配置領域Ｓ２の反射率は、それぞれ各領域全体における反射率の平均値であり、光源配置領域Ｓ１の反射率は、ＬＥＤ２の反射率を含めた反射率の平均値である。

本実施形態では、図５に示すように、基板３の少なくとも光源非配置領域Ｓ２に白色ソルダーレジスト層Ｒ（図中の二重斜線で示したもの）を形成してあり、ここでは光源非配置領域Ｓ２のみならず光源配置領域Ｓ１にも白色ソルダーレジスト層Ｒを形成してある。

この白色ソルダーレジスト層Ｒは、白色のレジストインキにより基板３の表面を覆う絶縁膜であり、ここでは反射率が例えば８５以上９０％以下のものである。具体的に白色ソルダーレジスト層Ｒは、例えばシリコンや酸化チタン等からなるものであり、例えば真っ白なものや、青みがかった白色や、乳白色のものなどであっても良い。

＜作用効果＞
このように構成された光照射装置１００によれば、光源非配置領域Ｓ２の長手方向に沿った長さが、ＬＥＤ２のピッチｐ以上であり、しかも光源非配置領域Ｓ２が反射面としての機能を備えているので、導光板１の内部に入射して角部１ｘから漏れた光を再び導光板１の内部に入射させることができる。
これにより、導光板１の角部１ｘからの光漏れを低減させることができ、光の利用効率が向上し、照射光の光量や均一性をこれまでよりも改善することができる。

さらに、本実施形態の基板３は、光源非配置領域Ｓ２のみならず、光源配置領域Ｓ１にも白色ソルダーレジスト層Ｒが形成されているので、例えば白色ソルダーレジスト層が形成された従来の基板を光源非配置領域Ｓ２が形成される程度の長さに延ばすことで簡単に製造することができる。これにより、本光照射装置１００を、部品点数の増大や高コスト化を招くことなく製造することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
なお、本願発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、基板３の表面に白色ソルダーレジスト層Ｒを形成していたが、基板３が例えば緑色ソルダーレジスト層が形成されたガラスエポキシ基板の場合に、光源非配置領域Ｓ２に半田レベラーを設けても良い。このように半田レベラーを用いた場合、光源配置領域Ｓ１の反射率は６０〜７０％となり、光源配置領域Ｓ１の反射率より高くなる。なお、前記実施形態のように、基板３の表面に白色ソルダーレジスト層Ｒを形成した構成において、光源非配置領域Ｓ２に半田レベラーを設けても良い。

また、基板３の長さ寸法は、前記実施形態では、導光板１の側面１ｃの長手方向に沿った長さと略等しい或いは若干短かったが、図９に示すように、導光板１の側面１ｃの長手方向に沿った長さよりも長くても良い。
このような構成であれば、互いに隣り合う基板３が、隙間を介さずに或いは殆ど隙間なく配置されるので、前記実施形態に比べて材料費が上がるものの、導光板１の角部１ｘからの光漏れをより抑制することができる。

さらに、ＬＥＤ２は等間隔に配置されている必要はなく、例えば中央部よりも外側の方を密に配置したり、その逆の関係で配置したりしても良い。要は、ＬＥＤ２は基板３の長手方向に沿って規則的に配置されていれば良い。この場合の光源非配置領域Ｓ２は、前記実施形態のように光源配置領域Ｓ１よりも長手方向外側の領域であって、ＬＥＤ２の配置規則に従った場合にＬＥＤ２を配置可能な長さを有し、且つ、ＬＥＤ２が配置されていない領域である。

その他、本願発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・光照射装置
１ ・・・導光板
１ａ ・・・一方の板面
１ｂ ・・・他方の板面
１ｃ ・・・側面
１ｘ ・・・角部
２ ・・・ＬＥＤ
３ ・・・基板
４ ・・・枠体
Ｓ１ ・・・光源配置領域
Ｓ２ ・・・光源非配置領域

Claims (7)

1. 平板矩形状の導光板と、前記導光板の各側面それぞれに臨む基板と、前記基板に所定ピッチで配置された複数の光源と、前記光源及び前記基板を収容するとともに前記導光板の周縁部を支持する枠体とを備え、
   前記光源からの光が前記導光板の前記側面からその内部に入射して、該導光板の一方の板面で反射し、該導光板の他方の板面から外部に射出されて、所定の対象物に照射されるとともに、該対象物を、該導光板の一方の板面側から該導光板を通じて観察できるように構成されたものであって、
   前記基板には、長手方向に延びる光源配置領域と、前記光源配置領域よりも長手方向外側の光源非配置領域とが設けられており、
   前記光源非配置領域の前記長手方向に沿った長さが、前記所定ピッチ以上であることを特徴とする光照射装置。
2. 前記光源非配置領域の反射率が、前記光源配置領域の反射率よりも高い請求項１記載の光照射装置。
3. 前記光源非配置領域の反射率が５０％以上である請求項１又は２記載の光照射装置。
4. 前記基板における少なくとも前記光源非配置領域に白色ソルダーレジスト層が形成されている請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の光照射装置。
5. 前記基板における前記光源配置領域及び前記光源非配置領域に白色ソルダーレジスト層が形成されている請求項４記載の光照射装置。
6. 前記基板における前記光源非配置領域に半田レベラーが設けられている請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の光照射装置。
7. 前記光源非配置領域が、前記導光板の前記側面と対向するとともに、これらの間を光が遮られることなく通過する請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の光照射装置。

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