JP2007010380A

JP2007010380A - Ｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP2007010380A
Application number: JP2005189068A
Authority: JP
Inventors: Masao Shimamoto; 正男嶋本
Original assignee: SHIMATEC KK
Current assignee: SHIMATEC KK
Priority date: 2005-06-28
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-28
Also published as: JP4836231B2

Abstract

【課題】少ないＬＥＤで必要な領域に光を効率良く照射することができるＬＥＤ照明装置を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置１０は、光軸が照明装置の中心軸方向に傾斜して配置された複数のＬＥＤ１５と、ＬＥＤの前面に配置され、ＬＥＤの中心からレンズの中心へ延びる軸が照明装置の中心軸側に傾斜しているレンズとを備える。レンズの表面等に光拡散手段１４を備えてもよい。更に、円錐形の側面形状のプリント配線基板に複数の表面実装型ＬＥＤを装着してもよい。従来よりも必要な領域に光を効率良く照射することができるので、従来と同じＬＥＤを使用した場合には従来よりも照度が上がり、また従来より少ないＬＥＤでも従来と同じ照度が得られ、発熱も減少する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置関するものであり、特に、製品検査等に好適なＬＥＤ照明装置関するものである。

従来、カメラによって製品の画像を取り込んで、製品の傷や印刷された文字等を識別する場合に、照明光の照射角度によって傷や文字と背景とのコントラストが大きく変化することが知られている。そこで、製品検査等のために、例えばＬＥＤを使用し、広い角度に照明光を照射することができる照明装置が提案されている。

下記の特許文献１には、本発明者が先に出願したＬＥＤ照明装置が記載されている。図６は、このＬＥＤ照明装置を使用した製品検査の構成を示す説明図である。ＬＥＤ照明装置８１は、半ドーナツ型の光拡散樹脂板の内部にＬＥＤ素子を配列して発光させることにより、光拡散樹脂板内での乱反射により光拡散樹脂板の形状に沿った光が外部の広範囲に均一に照射されるものである。

製品検査においては、ＬＥＤ照明装置８１において試料８０を照明し、カメラ８３において試料８０の表面の傷や印刷された文字等を撮影する。この時、照明光の照射角度によって傷や印刷された文字等の見え方が異なり、例えば背景とのコントラストが最大となる最適な照射角度が存在する。そして、試料８０の表面の材質や仕上げの方法などによって最適な照射角度は異なる。

そこで、ＬＥＤ照明装置８１と試料８０との距離を変えることにより、試料８０への光の照射角度を変えて、最適な照射角度になる位置を見つけ、ＬＥＤ照明装置８１をその位置に固定する。そして、検出対象が替わった場合にはＬＥＤ照明装置８１の位置も変更する。
登録実用新案公報第３０８５０５８号

前記したような製品検査において照明が必要な領域は内側の試料の置かれている近傍の領域のみである。ところが、上記した従来のＬＥＤ照明装置においては、ＬＥＤ照明装置の下方の全ての方向に光を照射しており、照明効率が悪く、照度が低いという問題点があった。また、照度を上げるためには多数のＬＥＤを必要とし、発熱も大きくなるので小型化が困難であるという問題点もあった。本発明は、上記した課題を解決し、少ないＬＥＤで必要な領域に光を効率良く照射することができるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤ照明装置は、中央の開口部分の周囲に配置され、光軸が照明装置の中心軸方向に傾斜して配置された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ発光手段と、前記ＬＥＤ発光手段の前面に配置され、照明装置の中心軸を通る断面において前記ＬＥＤ発光手段の中心からレンズの中心へ延びる軸が中心軸側に傾斜しているレンズ手段とを備えたことを主要な特徴とする。

また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズ手段の一方あるいは双方の表面、前記ＬＥＤ発光手段と前記レンズ手段の間に設けられた光拡散手段を備えた点にも特徴がある。また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ発光手段は、円錐形の側面を異なる位置で軸に垂直な平面で切断した形状のプリント配線基板に装着された複数の表面実装型ＬＥＤである点にも特徴がある。

また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズ手段は断面が円形であることことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ発光手段は同心円状の複数列に配置されたＬＥＤを備え、更に特定の列のＬＥＤのみを選択的に点灯させる点灯列制御手段を備えた点にも特徴がある。

また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記レンズ手段の基台に対する位置を調整するレンズ位置調整手段を備えた点にも特徴がある。また、前記したＬＥＤ照明装置において、前記ＬＥＤ発光手段の基台に対する位置を調整するＬＥＤ位置調整手段を備えた点にも特徴がある。

本発明の他のＬＥＤ照明装置は、複数のＬＥＤおよびレンズを内蔵した直線状の照明ユニットを回動可能に保持したことを主要な特徴とする。また、前記したＬＥＤ照明装置において、複数の照明ユニットを環状に配置し、全ての照明ユニットが連動して回動するための連結回動手段を備えた点にも特徴がある。

本発明のＬＥＤ照明装置は上記のような特徴によって、必要な領域に光を効率良く照射することができるので、従来と同じＬＥＤを使用した場合には従来よりも照度が上がるという効果がある。また従来よりも少ないＬＥＤでも従来と同じ照度が得られ、従来よりも発熱が減少するという効果がある。

ＬＥＤ照明装置に本発明の調整手段を備えれば、出荷時あるいは製品検査の現場において、主な照射角度や集光度合いを調整可能であり、特定の照射角度において照度が最大になるように調整することができるという効果がある。

以下実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＬＥＤ照明装置の実施例１〜３の構成を示す断面図である。また、図２は、本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示す正面図および側面図である。本発明のＬＥＤ照明装置１０は図２に示すように中央に開口部２５を備えた円形あるいは四角形の形状を有している。なお、形状は任意の角数の正多角形であってもよい。

ＬＥＤ照明装置１０は基台１１、レンズ１３を兼ねたカバー１２、複数のＬＥＤ１５が同心円状に装着されたプリント配線基板１６からなる。基台１１は、ＬＥＤ照明装置１０を構成するためのベースであり、例えばネジを切った孔を設けることにより図示しない支持装置にネジで固定する。基台１１は放熱効果を持たせるために例えばアルミニウム等の金属板により作成される。

カバー１２は、例えば透明な樹脂素材でできたブロックを全体形状がドーナツを中心軸と垂直な平面で切断した半ドーナツ型に切削するか、あるいは射出成形したものである。カバー１２の一部はレンズ１３を兼ねている。ＬＥＤ照明装置１０の中心軸１７を通る断面におけるレンズ１３の光軸１８は前記中心軸１７に対して傾斜している。カバー１２は基台１１に接着剤等によって固着されている。

レンズ１３の形状として、図１においてはカバー１２の内側の断面が直線である片凸レンズの形状が開示されているが、レンズの形状は両凸レンズ、断面が円形のレンズ、フレネルレンズなど集光機能を有する公知の任意のレンズ形状を採用可能である。

リング状のプリント配線基板１６は、例えば絶縁用のシートを挟んで図示しないネジあるいは接着剤等によって基台１１に固着されている。プリント配線基板１６には複数のＬＥＤ１５が例えば３列の同心円状に装着されている。個々のＬＥＤ１５は、光軸が照明装置の中心軸方向に傾斜して配置されており、ＬＥＤ１５の光軸とレンズ１３の光軸１８とは平行になっている。

なお、ＬＥＤ１２とレンズ１３の距離および光軸の方向については、必要とする照射領域内において照度むらが許容範囲内に収まり、かつ照度がなるべく高くなるように実験により決定すればよい。

図５は、本発明のＬＥＤ照明装置１０およびＬＥＤ駆動装置７０の回路を示す回路図である。照明装置１０において、ＬＥＤ１５は例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のＬＥＤを基板１６上に交互に配置し、同じ発光色のＬＥＤ１５を例えば３個直列接続した直列回路を複数回路並列に接続している。なお、直列接続するＬＥＤの個数は任意である。

ＬＥＤ駆動装置７０は、３個の可変定電流電源回路７１、７２、７３および、外部からの制御信号あるいはボリューム等による手動設定に基づき、３個の可変定電流電源回路７１、７２、７３をそれぞれ所望の電流値に制御する制御回路７４からなる。

なお、各色のＬＥＤ駆動電流が他の色のＬＥＤに影響を与えないように、照明装置１０の各色のＬＥＤ回路とＬＥＤ駆動装置２１内の３個の可変定電流電源回路４０、４１、４２の間を接続するリード線は、各色それぞれ完全に独立している。このような構成によって任意の色の照明が可能であるので、例えば傷や印刷と背景とのコントラストが最大となる最適な色に調整することができる。

実施例１の構成においては、ＬＥＤ照明装置１０の中心軸１７を通る断面においてＬＥＤ１５の中心からレンズ１３の中心へ延びる軸１８を中心軸１７側に傾斜させたことにより、レンズ１３によって集光された光の最も強い光軸１８の方向が試料が置かれるＬＥＤ照明装置１０の中心軸１７の方向に向くので、同じＬＥＤを使用した場合に従来よりも試料近傍の照度が向上する。

図１（ｂ）は本発明のＬＥＤ照明装置の実施例２の構成を示す断面図である。実施例２は、実施例１の構成に光拡散手段を付加したものである。光拡散手段としては、例えばレンズ１３の表面１４あるいは内面（裏面）のどちらか一方、あるいは双方にサンドブラスト加工等を施し、表面で光が乱反射するようにする。あるいはレンズ１３の表面あるいは内面（裏面）のどちらか一方、あるいは双方に光拡散シート１４を貼り付けてもよい。

また、レンズ１３の材質を例えば乳白色などの光を拡散する樹脂で形成してもよい。更に、ＬＥＤ１５とレンズ１３の間の空間に例えば光を拡散する樹脂でできた光拡散板を配置してもよい。光拡散手段を設けることにより、場所や照明装置１０の高さによる照度むら、色むらが減少する。実施例２の構成は後述する実施例３以降の構成と組み合わせて実施可能である。

図１（ｃ）は本発明のＬＥＤ照明装置の実施例３の構成を示す断面図である。この実施例３は実施例１の構成において、プリント配線基板１９として曲面基板を使用し、表面実装型ＬＥＤ２０を実装できるようにした例である。プリント配線基板１９は円錐形の側面を異なる位置で軸に垂直な平面で切断した曲面形状であり、表面実装型ＬＥＤ２０を実装する。なお、このような曲面状のプリント配線基板は入手可能である。実施例３によればＬＥＤ２０の位置決めが容易となり、ＬＥＤ照明装置の製造が容易となる。実施例３の構成は後述する実施例４〜７の構成と組み合わせて実施可能である。

図３（ａ）は本発明のＬＥＤ照明装置の実施例４の構成を示す断面図である。この実施例４は実施例１の構成において、断面が円形のレンズ３１を採用した例である。レンズ３１は断面が円のドーナツ状であり、このようなレンズは容易に入手可能である。このようなレンズを採用することにより、集光率が向上して照度が増す。なお、レンズの形状は両凸レンズであってもよい。

実施例４の構成においては実施例１と同様に、ＬＥＤ照明装置１０の中心軸を通る断面においてＬＥＤ１５の中心からレンズ３１の中心へ延びる光軸を中心軸側に傾斜させたことにより、レンズ３１によって集光された光の最も強い光軸の方向が試料が置かれるＬＥＤ照明装置１０の中心軸の方向に向くので、同じＬＥＤを使用した場合に従来よりも試料近傍の照度が向上する。実施例４の構成は後述する実施例５〜７の構成と組み合わせて実施可能である。

図３（ｂ）は本発明のＬＥＤ照明装置の実施例５の構成を示す断面図である。この実施例５は実施例４の構成において、複数列のＬＥＤ３２の内の駆動する列を選択するようにした例である。プリント配線基板には複数のＬＥＤ３２が例えば５列の同心円状に配列されている。個々のＬＥＤ３２は、光軸がレンズ３１の中心を向くように配置されている。そして、ＬＥＤ３２の５つの列がそれぞれ独立した回路を備えており、独立してオン／オフできるように構成されている。

実施例５において、例えば垂直に近い照射角度を得たい場合には内側の３列のＬＥＤ３２のみをオンにする。また、照射角度を４５度程度にしたい場合には外側の３列のＬＥＤのみをオンにする。照射角度を６０度程度にしたい場合には中間の３列のＬＥＤのみをオンにする。このように、オンにするＬＥＤ３２の列を選択することにより、光の最も強い照射角度を変えることが可能となる。

なお、この実施例において、照度が足りれば１列のみあるいは隣接する２列だけをオンにしてもよい。更に発熱が許容できれば隣接する４列あるいは５列をオンにしてもよい。実施例５の構成は後述する実施例６、７の構成と組み合わせて実施可能である。

図３（ｃ）は本発明のＬＥＤ照明装置の実施例６の構成を示す断面図である。この実施例６は実施例１〜５の構成において、レンズ１３あるいは３１の位置を垂直方向に調整可能にした例である。基台３５には内側と外側の２つの円筒形状のリブが設けられ、外側のリブ３６の外面にはネジ山が切られている。また、カバー３７の基台１１の前記ネジ山と対向する内面にも前記ネジ山と嵌合するネジ山が切られている。

従って、基台１１を固定してカバー３７全体を回転させることにより、レンズと基台１１との垂直方向の距離が変化し、基台１１に固着されている基板に装着されているＬＥＤ１５との距離も変化する。なお、ＬＥＤ照明装置１０の中心軸を通る断面においてＬＥＤ１５の中心とレンズ３１の中心との垂直位置がずれているので、レンズとＬＥＤ１５との距離を変化させると、光の照射角度も変化する。

実施例６においては、現場で所望の照射角度において照度が最高になるように調整することが可能となり、照射効率がより向上するという効果がある。また、実施例６においてはカバー３７の取り付け、取り外しが可能であるので、複数種類のレンズ付きカバーを用意しておくことにより、現場においてレンズを交換することができるという効果もある。なお、ネジ山は内側のリブに設けてもよく、またリブ３６がカバー３７の外側にくるようにしてもよい。

図３（ｄ）は本発明のＬＥＤ照明装置の実施例７の構成を示す断面図である。この実施例７は実施例１〜６の構成において、ＬＥＤの装着されているプリント配線基板４４の位置を垂直方向に調整可能にした例である。基台４０の円周を３等分した位置にネジ孔が設けられ、ネジ４１が挿入されている。なお、図３（ｄ）においてはネジが双方に現れているが、ネジを３カ所に設けた場合には断面の双方にはネジは現れない。

ネジ孔の下部はネジ４１の頭部より径が小さくなっている。ネジ４１はネジ孔、コイルバネ４３、プリント配線基板４４を貫通してナット４２と嵌合している。ナット４２はプリント配線基板４４に固着されているか、あるいは回動しないように基板４４に係合している。

従って、ドライバーによって３本のネジ４１をそれぞれ同じ回転角度だけ回転させることにより、ＬＥＤの装着されているプリント配線基板４４の位置を垂直方向に調整できる。ネジ４１の数は、２本では基板が十分固定されず、４本以上では基板がねじれる恐れがあるので、３本が好ましい。
実施例７においては、やはり現場で所望の照射角度において照度が最高になるように調整することが可能となり、照射効率がより向上するという効果がある。

図４は、本発明のＬＥＤ照明装置の実施例８の構成を示す正面図、断面図である。実施例８は、位置調整可能なＬＥＤおよびレンズを内蔵した直線状の照明ユニットを回動可能に保持したものである。そして、複数の照明ユニットを環状に配置し、全ての照明ユニットが連動して回動する連結手段を備えたものである。

図４に示す実施例８は４個の照明ユニット５０を使用したものである。中央に開口部を備えた正方形の基台５３は四隅に照明ユニット５０を回動可能に支持する箱状部材を備え、４つの照明ユニット５０が箱状部材に回動可能に装着されている。

それぞれの照明ユニット５０の端部円周部分には傾斜角度４５度の傘歯車５２が形成されており、隣接する傘歯車５２同士はそれぞれ係合している。従って１つの照明ユニット５０を回動させると他の照明ユニット５０も、照明ユニット５０の光軸と照明装置１０の中心軸となす角度が同じ角度になるように回動する。

照明ユニット５０は、断面を図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように円柱状のケースの内部に多数のＬＥＤ６１が装着されたプリント配線基板５８が位置調整可能に装着されている。ＬＥＤ６１の前面にはケースと一体にかまぼこ状のレンズ６１が形成されている。プリント配線基板５８の両端は、例えば図３（ｄ）に示した実施例７の構造と同じネジ５５、ナット５６、バネ５７によって保持されており、２カ所のネジ５５を同じ回転角度だけ回動させることにより、ＬＥＤ６１とレンズ６０との距離を調整できる。

この実施例においては、ＬＥＤ６１とレンズ６０との距離および照明ユニット５０の基台５３に対する方向（光軸方向）を調整できるので、必要とされる照射角度、照射面積、照度等に応じて最適な状態に調整を行うことができる。

なお、実施例においては、照明ユニット５０を４個を使用する例を開示したが、５個以上の任意個を使用して照明装置を作成することも可能である。また、ＬＥＤ６１とレンズ６０との距離調整手段であるネジ５５を省略してプリント配線基板５８をケースに固着してもよい。また、傘歯車５２を省略してそれぞれの照明ユニットが独立して回動するように構成してもよい。

本発明のＬＥＤ照明装置の実施例１〜３の構成を示す断面図である。本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示す正面図および側面図である。本発明のＬＥＤ照明装置の実施例４〜７の構成を示す断面図である。本発明のＬＥＤ照明装置の実施例８の構成を示す正面図、断面図である。本発明のＬＥＤ照明装置１０およびＬＥＤ駆動装置７０の回路を示す回路図である。ＬＥＤ照明装置を使用した製品検査の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０…ＬＥＤ照明装置
１１…基台
１２…カバー
１３…レンズ
１４…光拡散シート
１５…ＬＥＤ
１６…プリント配線基板

Claims

中央の開口部分の周囲に配置され、光軸が照明装置の中心軸方向に傾斜して配置された複数のＬＥＤからなるＬＥＤ発光手段と、
前記ＬＥＤ発光手段の前面に配置され、照明装置の中心軸を通る断面において前記ＬＥＤ発光手段の中心からレンズの中心へ延びる軸が中心軸側に傾斜しているレンズ手段と
を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記レンズ手段の一方あるいは双方の表面、前記ＬＥＤ発光手段と前記レンズ手段の間に設けられた光拡散手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ発光手段は、円錐形の側面を異なる位置で軸に垂直な平面で切断した形状のプリント配線基板に装着された複数の表面実装型ＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記レンズ手段は断面が円形であることことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ発光手段は同心円状の複数列に配置されたＬＥＤを備え、
更に特定の列のＬＥＤみを選択的に点灯させる点灯列制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記レンズ手段の基台に対する位置を調整するレンズ位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤ発光手段の基台に対する位置を調整するＬＥＤ位置調整手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
複数のＬＥＤおよびレンズを内蔵した直線状の照明ユニットを回動可能に保持したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
複数の前記照明ユニットを環状に配置し、全ての前記照明ユニットが連動して回動するための連結回動手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ照明装置。