JP2005158490A - 画像処理検査用リング状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射面での照度分布の均一性を高めるとともに、高い照度が得られる画像処理検査用リング状照明装置を提供する。
【解決手段】中央部にＣＣＤカメラ等で撮影するための開口を有するドーナツ状基板１と、この基板１の下面に所定間隔ごとに配置した所定配光領域内に発光する複数のＬＥＤ２からなるリング状光源３とを備え、リング状光源３からの発光により限定された照射範囲を照明する画像処理検査用リング状照明装置Ｌにおいて、リング状光源３の外側に配置し、リング状光源３からの発光光線を照射面に向かって拡散反射させる筒状の拡散反射外筒４と、リング状光源３の内側に配置した拡散反射外筒４よりも短長な拡散反射内筒５とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば工業製品等の被検物の品質をＣＣＤカメラの撮影を利用した画像処理検査方法により検査する際に、被検物を照明するための画像処理検査用リング状照明装置に関する。

従来よりプリント基板や半導体等の工業製品の品質、例えば、はんだ付けの不良、欠損、異物の付着等、および飲用缶の製造日等の印字ミス等を製造ライン上で検査する方法として、ＣＣＤカメラ等による撮影を利用する画像処理検査方法が用いられている。この検査方法は、製品の特定箇所を撮影し、正常な製品の撮影結果と比較することにより異常の有無を検査するというものである。このような検査方法においては、被検物を明るく均一に照明する必要があり、そのための照明装置として、例えばリング型照明装置や、ドーム型照明装置等が用いられている。

上述のようなリング型照明装置では、切頭円錐形状に構成したプリント配線基板の凹面側に複数のＬＥＤを密に実装することによりリング状光源を構成し、このリング状光源からの発光光線を照射面に直接照射（直射）している。また、ドーム型照明装置では、複数のＬＥＤをリング状に並べて構成したリング状光源からの発光光線を、ドーム状の拡散反射部材により拡散反射させ、この拡散反射光を照射面に照射させている。
特開２００２−１１７７０６号公報

しかしながら、上記特許文献に記載のリング型照明装置では、リング状光源からの光線を照射面に直射させているため、照射面での照度は高いが、照度ムラが生じ、照射面の照度分布の均一性は低くなってしまう。このとき、一般には照射面での照射範囲の中央部の照度が最も高くなる。したがって、照射面に置いた被検物の表面が均一に照明されないため、適切な画像処理検査が行えないという問題が生じてしまう。一方、ドーム型照明装置では、照度ムラが少なく照射面の照度分布の均一性は高いが、直射光と比して照度が低くなってしまい、画像処理検査に必要な所望の照度が得られないという問題が生じてしまう。また、ドーム状の拡散反射部材で拡散反射された光は、必要とする照射範囲の外方へ広範囲に広がってしまうため、利用されない無駄な照射領域が生じてしまう。

また、例えば、アルミパックに印字された日付や刻印文字等、鏡面性の表面を有する被検物を検査する場合、リング型照明装置からの直射光により被検物を照明すると、被検物の表面の凹凸によりギラツキが生じたり、被検物により反射される鏡面反射成分が多いために、ＣＣＤカメラに取り込む光量が少ないといった問題が生じる。また、この鏡面反射成分により、被検物表面にリング状光源を構成するＬＥＤの像が写り、それをＣＣＤカメラが取り込んでしまい、適切な画像処理検査が行えないという問題が生じてしまう。一方、ドーム型照明装置からの拡散反射光により被検物を照明した場合は、被検物の表面にＬＥＤの像が写り込んでしまうという問題は解消されるが、直射光と比して照射面での照度は低下してしまうため、画像処理検査に必要な所望の照度が得られないという問題が生じてしまう。

本発明は、このような従来技術が有していた問題を解決しようとするものであり、その目的とするところは、照射範囲と非照射範囲との境界を明確にし、照射面での照度分布の均一性を高め、且つ高い照度が得られる画像処理検査用リング状照明装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、中央部にＣＣＤカメラ等で撮影するための開口を有するドーナツ状基板と、該ドーナツ状基板の下面に所定間隔ごとに配置した複数のＬＥＤからなるリング状光源とを備えた画像処理検査用リング状照明装置において、前記リング状光源の外側に配置し、前記リング状光源からの発光光線の外方への配光を規制し、且つ前記リング状光源の内方且つ下方に位置する照射面に向かって拡散反射させる筒状の拡散反射外筒を備え、該拡散反射外筒の内面は、その内径が前記照射面に向かって拡大するような傾斜面に構成したことを特徴とする。

また、本発明の第２の発明は、前記リング状光源の内側に配置し、前記リング状光源からの発光光線を前記拡散反射外筒方向に拡散反射させる前記拡散反射外筒よりも短長な拡散反射内筒を備えたことを特徴とし、第３の発明は、前記拡散反射内筒に設けられ、且つ前記リング状光源に近接対置されるリング状の透過性拡散板を備えたことを特徴とし、第４の発明は、前記拡散反射外筒は、筒長を調節できる筒長調節手段を備えたことを特徴とする。

本発明の画像処理検査用リング状照明装置によると、リング状光源からの直射光と、拡散反射外筒により拡散反射された拡散反射光との双方により照射面を照明することにより、照射面での照射分布の均一性を高め、且つ高い照度が得られる画像処理検査用リング状照明装置が提供できる。また、拡散反射外筒によりリング状光源からの発光光線の外方への配光が規制されるため、照射範囲と非照射範囲との境界が明確となり、無駄な照射領域がなくなる。その結果、照射範囲内の何処に被検物を置いても一定の照度で照射できるため、照射面に被検物を置く際の位置合わせ等が容易になる。

また、鏡面性の表面を有する被検物を検査する場合でも、リング状の透過性拡散板をリング状光源に近接対置するよう拡散反射内筒に取り付けることにより、リング状光源からの直射光が被検物に照射されないため、被検物により反射される鏡面反射成分がＣＣＤカメラに取り込まれることがなくなる。すなわち、被検物の表面に写ったリング状光源を構成するＬＥＤの像をＣＣＤカメラが取り込んでしまうといった問題が解消される。その結果、適切な画像処理検査を行うことができ、且つ高い照度により被検物を照明できる。

以下、本発明に係る画像処理検査用リング状照明装置（以下、リング状照明装置という）の一実施例を図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本発明によるリング状照明装置を示す概略斜視図、図２は、図１におけるＭ−Ｍ’線断面図、図３は、本発明のリング状照明装置を示す平面図である。

本発明のリング状照明装置Ｌは、ドーナツ状基板１と、ドーナツ状基板１に配置された複数のＬＥＤ２からなるリング状光源３と、リング状光源３の外側に配置された拡散反射外筒４と、リング状光源３の内側に配置された拡散反射内筒５とで構成される。また、ドーナツ状基板１、拡散反射外筒４、及び拡散反射内筒５はそれぞれ取付ネジ又は接着剤等（図示せず）で一体的に固定されている。

まず、リング状照明装置Ｌの各構成要素について説明する。ドーナツ状基板１は、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属からなり、中央部にＣＣＤカメラ等で撮影するための覗き穴となる開口１ａを有する円盤状に構成されている。

各ＬＥＤ２はそれぞれ、発光体であるチップが樹脂やガラス等の光透過部材でパッケージされた構造になっている。また各ＬＥＤ２は配光性を有し、所定の配光領域内で発光する配光性の広いパワーＬＥＤから構成されている。そして、各ＬＥＤ２はそれぞれ、ＬＥＤ２の光軸が軸Ｃと平行になるように、所定の間隔でドーナツ状基板１上に接着剤やはんだ付け等で固定されている。その結果、複数個（本実施例では９個）のＬＥＤ２がリング状に配置されたリング状光源３が構成される。また、各ＬＥＤ２はドーナツ状基板１上の配線やリード線（図示せず）で電気的に接続され、このリード線等を介して外部電源（図示せず）より電力が供給される。

拡散反射外筒４は、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属からなるとともに筒状に構成され、リング状光源３の外側に配置されるよう、ドーナツ状基板１と取付ネジ又は接着剤等（図示せず）で一体化されている。ＬＥＤ２からの発熱をこの熱伝導性の高い拡散反射外筒４に伝達して放熱させることができる。拡散反射外筒４の内面は、光が拡散反射されるべく所定の表面処理（例えばフッ化マグネシウム等による塗装）が施されているとともに、その内径が照射面Ｘに向かって拡大するような傾斜面に構成されている。本実施例では、約５度の傾斜となっている。また、拡散反射外筒４は、リング状光源３からの発光光線の外方への配光を抑え（すなわち規制し）、且つリング状光源３からの発光光線を照射面Ｘに向かって拡散反射させる機能を有する。

拡散反射内筒５は、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属からなるとともに筒状に構成され、リング状光源３の内側に配置されるよう、ドーナツ状基板１と取付ネジ又は接着剤等（図示せず）で一体化されている。ＬＥＤ２からの発熱は、この熱伝導性の高い拡散反射内筒５にも伝達され放熱させることができる。拡散反射内筒５の外面は、光が拡散反射されるべく所定の表面処理（例えばフッ化マグネシウム等による塗装）が施されている。また、拡散反射内筒５の軸Ｃ方向の長さ（以下、筒長という）は、拡散反射外筒４の筒長よりも短く（すなわち短長に）構成してある。さらに、拡散反射外筒４の筒長は、照射面Ｘでの照度分布、及び照度が最適となるような長さに構成されている。

次に、上記のようにして構成したリング状照明装置Ｌの動作について図２を用いて説明する。まず、照射面Ｘの上方に、且つ照射面Ｘに対してリング状光源３が略平行となるようにリング状照明装置Ｌを設置する。この時、各ＬＥＤ２はドーナツ状基板１の下面に配置され、各ＬＥＤ２が照射面Ｘ側に向くようにする。各ＬＥＤ２に電力を供給すると、各ＬＥＤ２が発光する。ＬＥＤ２が発光することによりＬＥＤ２は発熱するが、各ＬＥＤ２からの発熱はドーナツ状基板１、拡散反射外筒４、及び拡散反射内筒５に伝熱され、大気中に放熱される。

説明の都合上、図２において、紙面に向かって左側に位置しているＬＥＤ２からの発光光線の光路のみを示す。また、図示する光路は、一部の発光光線についてのみであり、実際にはこれ以外にも多数の発光光線が存在することは言うまでもない（図４も同様）。ＬＥＤ２からは、例えば角度θ１+θ２+θ３の配光領域内で発光する。角度θ１の範囲におけるＬＥＤ２からの発光光線は、拡散反射外筒４の内面、及び拡散反射内筒５の外面で拡散反射されることなく、ＬＥＤ２から照射面に向かって直射され、直射光として照射面Ｘに照射される。この時、拡散反射内筒５の筒長を、拡散反射内筒５がＬＥＤ２から照射面Ｘに照射される直射光を遮らないような長さに構成してある。

また、角度θ２の範囲におけるＬＥＤ２からの発光光線は、拡散反射外筒４の内面で拡散反射され（図２中の拡大図参照）、拡散反射光として照射面Ｘに照射される。これにより、拡散反射外筒４は、リング状光源３からの発光光線の外方への配光を規制していることになる。さらに、角度θ３の範囲におけるＬＥＤ２からの発光光線は、拡散反射内筒５の外面で拡散反射された後、拡散反射外筒４方向へ向かう。そして、さらに拡散反射外筒４の内面で拡散反射されて、拡散反射光として照射面Ｘに照射される。

各ＬＥＤ２はリング状に配置されているため、各ＬＥＤ２からの直射光が照射面Ｘ上で重なり合い、その結果、直射光は照射面Ｘの照射範囲Ｘ’（図１参照）の中央部の照度を高めるという効果を奏する。また、各ＬＥＤ２からの拡散反射光は、照射範囲Ｘ’の外周付近の照度を高めるという効果を奏する。その結果、照射範囲Ｘ’の全域に亘ってほぼ均一な照度となる。

以上のように、照射面Ｘでは、各ＬＥＤ２からの直射光、及び拡散反射光の双方により照射されることとなり、照射範囲Ｘ’における照度分布の均一性が高くなり、且つ照射範囲Ｘ’での照度が高くなる。この時、照射面Ｘの照射範囲Ｘ’の形状は、多角形の外周を有する形状となり、この照射範囲Ｘ’内のどのポイントにおいてもほぼ同じ照度となる。

したがって、照射範囲Ｘ’内の何処に被検物Ｙを置いても、常にほぼ一定の照度で被検物Ｙの表面を照明することが可能となり、検査の際の被検物Ｙの位置合わせが容易に行える。また、照射範囲Ｘ’の外周、すなわち照射範囲Ｘ’と非照射範囲との境界が明確であり、従来のように必要とする照射範囲Ｘ’の外方に照明が広がってしまうということがないため、無駄な照射領域が生じず、ＬＥＤ２からの光を効率よく照射面Ｘに導くことが可能となる。

本発明のリング状照明装置Ｌを用いた画像処理検査方法について、図１を用いて簡単に説明する。リング状照明装置Ｌの下方の照射範囲Ｘ’内に被検物Ｙを載置し、被検物Ｙの上方より被検物Ｙの表面を照明する。リング状照明装置Ｌの上部にはＣＣＤカメラＺが設置されており、ドーナツ状基板１の開口１ａよりＣＣＤカメラＺを用いて被検物Ｙを撮影し、撮影して得た画像信号をパソコン等（図示せず）へ送信して画像処理検査を行う。

図４は、本発明の他の実施例によるリング状照明装置の、図１におけるＭ−Ｍ’線断面図である。本図において、図２と同一な構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

この実施例によるリング状照明装置Ｌでは、リング状光源３と近接対置されるリング状の透過性拡散板６を、拡散反射内筒５の開口端周縁部に取付ネジ又は接着剤等で固定している。この時、透過性拡散板６は、角度θ１の範囲の発光光線をカバーしている。これにより、角度θ１の範囲におけるＬＥＤ２からの発光光線（すなわちＬＥＤ２からの直射光）は、透過性拡散板６により透過拡散される。したがって、照射面Ｘに置かれた鏡面性の表面を有する被検物Ｙを検査する際に、被検物Ｙには直射光は照明されず、拡散反射光及び透過拡散光のみが照明されるため、直射光による鏡面反射成分が無くなり、被検物Ｙの表面にＬＥＤ２の像が写り込むことがなく、適切な画像処理検査を行うことができ、且つ高い照度により被検物Ｙを照明できる。

図５は、本発明の更に他の実施例によるリング状照明装置の、図１におけるＭ−Ｍ’線断面図である。本図において、図２と同一な構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

この実施例によるリング状照明装置Ｌでは、拡散反射外筒４の外面に、筒長調節用拡散反射筒７を設ける。筒長調節用拡散反射筒７は、筒状に構成され、拡散反射外筒４の外径より僅かに大きい内径を有し、その内面は、光が拡散反射されるべく所定の表面処理が施してある。拡散反射外筒４の外面に複数箇所設けた軸Ｃ方向の長溝８内に、筒長調節用拡散反射筒７の内面に長溝８に対応する箇所に設けた突起９を嵌合させ、筒長調節用拡散反射筒７を軸Ｃ方向にスライドさせることにより、突起９が長溝８内に沿って移動する。その結果、筒長調節用拡散反射筒７が拡散反射外筒４の外面上をスライド移動し、拡散反射外筒４の筒長を任意に可変することが可能となる。リング状光源３からの発光光線は、筒長調節用拡散反射筒７の内面で拡散反射され、拡散反射外筒４と同様の効果が得られる。拡散反射外筒４の筒長を長くすることにより、照射面Ｘでの照射分布の均一性を増大させることができる。

上記各実施例は本発明の単に一例に過ぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を加えても、本願の特許請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば、本実施例ではＬＥＤからの発熱をドーナツ状基板、拡散反射外筒、及び拡散反射内筒に伝熱させて大気中に放熱させているが、ドーナツ状基板の上面に放熱フィンを設け、この放熱フィンから放熱させるようにしてもよい。あるいは、拡散反射内筒を、その外面に拡散反射用表面処理を施さず、単に透過性拡散反射板を支持するための支持部材として用いてもよい。

本発明の一実施例によるリング状照明装置を示す概略斜視図。 図１におけるＭ−Ｍ’線断面図。 本発明の一実施例によるリング状照明装置を示す平面図。 本発明の他の実施例による図１におけるＭ−Ｍ’線断面図。 本発明の更に他の実施例による図１におけるＭ−Ｍ’線断面図。

符号の説明

Ｌ リング状照明装置
１ ドーナツ状基板
１ａ 開口
２ ＬＥＤ
３ リング状光源
４ 拡散反射外筒
５ 拡散反射内筒
６ 透過性拡散反射板
７ 筒長調節用拡散反射筒
８ 長溝
９ 突起
Ｘ 照射面
Ｘ’ 照射範囲
Ｙ 被検物
Ｚ ＣＣＤカメラ

Claims (4)

1. 中央部にＣＣＤカメラ等で撮影するための開口を有するドーナツ状基板と、該ドーナツ状基板の下面に所定間隔ごとに配置した複数のＬＥＤからなるリング状光源とを備えた画像処理検査用リング状照明装置において、前記リング状光源の外側に配置し、前記リング状光源からの発光光線の外方への配光を規制し、且つ前記リング状光源の内方且つ下方に位置する照射面に向かって拡散反射させる筒状の拡散反射外筒を備え、該拡散反射外筒の内面は、その内径が前記照射面に向かって拡大するような傾斜面に構成したことを特徴とする画像処理検査用リング状照明装置。
2. 前記リング状光源の内側に配置し、前記リング状光源からの発光光線を前記拡散反射外筒方向に拡散反射させる前記拡散反射外筒よりも短長な拡散反射内筒を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像処理検査用リング状照明装置。
3. 前記拡散反射内筒に設けられ、且つ前記リング状光源に近接対置されるリング状の透過性拡散板を備えたことを特徴とする請求項２に記載の画像処理検査用リング状照明装置。
4. 前記拡散反射外筒は、筒長を調節できる筒長調節手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像処理検査用リング状照明装置。

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