JP2017032288A - ライン光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライン光の線幅が広がることを防ぎ、測定精度を向上させたライン光照射装置を提供する。【解決手段】ライン状の光を照射するライン光照射装置１であって、直線状に配列された複数のＬＥＤと、各ＬＥＤから射出された光を集光する集光レンズ３と、複数のＬＥＤが配列された配列方向に沿って延伸し、各ＬＥＤから射出された光の一部を通過させる第１スリットが形成された第１スリット板１２とを備え、第１スリット板１２に、配列方向に間隔を隔てて配置された複数の光遮断板４が一体に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、被検査物の表面形状を検査する際に用いられるライン光照射装置に関する。

被検査物の表面形状の検査方法に、非常に細い線幅のライン光を被検査物に照射して被検査物で反射した光をエリアセンサなどで撮影した結果から表面形状を検査する光切断法があり、この光切断法に用いられるライン光照射装置として、例えば特許文献１記載の装置がある。

この特許文献１の装置は、直線状に配列された複数のＬＥＤと、複数のＬＥＤの光射出側に配置され、ＬＥＤの配列方向に延伸するスリット状の光射出窓（以下、スリットともいう）を備えたスリット板と、スリットを通過した光を集光するシリンドリカルレンズとを備える。そして、ＬＥＤから射出された光をスリットによりライン状の光に変換し、スリット通過後の光を集光レンズで集光することによって非常に細い線幅のライン光を生成するものである。

特開２００１−２１５１１５号公報

ところで、各ＬＥＤから射出された光は、ＬＥＤの配列方向（スリットの延伸方向）たるＸ方向、スリットの幅方向たるＹ方向、及びＬＥＤの光軸方向たるＺ方向を含む全方向に広がるが、図８に示すように、Ｘ方向に広がった光はスリットを通過して進行する。このとき、Ｘ方向に広がった光は、光軸上を進むＺ方向に向かう光に比べて、シリンドリカルレンズ等の集光レンズに到達するまでの距離が長くなる。そのため、Ｘ方向に広がった光は、Ｚ方向に向かう光に比べて、集光レンズに入射する光がＹ方向に広がり、また、Ｘ方向に広がった光は、Ｚ方向に向かう光に比べて、集光レンズの収差も大きくなり易いので、集光レンズによる集光位置が変化してライン光の線幅を一定にするのが困難になる。なお、このような問題は、光の進行距離が長くなる、特にライン光の両端部で顕著であり、当該両端部における線幅が中央部に比べて太くなり易い。この結果、被検査物を精度良く測定するのが難しくなる。

また、近年大型の被検査物を一度に検査したいという要望があり、この要望に応えるためには、ライン光のＸ方向の長さを被検査物よりも長くする必要がある。しかし、スリットをＸ方向に長くすると、スリット幅を一定に維持することが困難になるし、スリット板の撓みの影響も受ける。また、複数の部材を組み合わせてスリットを形成するような場合には、これらの組立時や取付時に作用する力などによってもスリット幅の不均一を生じる場合がある。このことによっても、ライン光の線幅を一定にできず、その結果、上記と同様、測定精度の低下を招くという問題がある。

本発明は上述した問題を鑑みて成されたものであって、ライン光の線幅が広がることを防止して線幅を一定にすることが可能なライン光照射装置を提供することをその主たる課題とするものである。

本発明のライン光照射装置は、ライン状の光を照射するライン光照射装置であって、直線状に配列された複数のＬＥＤと、前記各ＬＥＤから射出された光を集光する集光部材と、前記複数のＬＥＤが配列された配列方向に沿って延伸し、前記各ＬＥＤから射出された光の一部を通過させる第１スリットが形成された第１スリット部材とを備え、前記第１スリット部材に、前記配列方向に間隔を隔てて配置された複数の光遮断部材が一体に設けられていることを特徴とする。

このように、複数の光遮断部材が配列方向に間隔を隔てて設けられているので、光遮断部材が、ＬＥＤの光軸方向に対し所定角度以上で配列方向に広がる光を遮断し、ＬＥＤの光軸を中心にした所定角度範囲内の光のみを集光部材側に通過させる。従って、ＬＥＤの配列方向に広がり且つ第１スリットの幅方向にも広がる光によってライン光の線幅が広がることを防止し、当該線幅を一定にすることができる。これにより、例えば、被検査物の測定精度を高めることができる。

また、光遮断部材と第１スリット部材とが一体的に設けられていて第１スリット部材の剛性が高められているので、第１スリットの延伸方向（ＬＥＤの配列方向）の長さを長くしたとしても、第１スリットの開口幅が広がることを防止することができる。このことによっても、例えば、被検査物の測定精度の悪化を防止することができる。

さらに、第１スリット部材に一体に光遮断部材を設けたので、これらを別部材で構成する場合に比べて部品点数を減らすことができる。

本発明のライン光照射装置の具体的な一形態としては、前記第１スリット部材は、前記第１スリットが厚み方向に貫通した平板状の部材から構成され、前記各光遮断部材は、前記第１スリットを横切って前記第１スリット部材の表面に対し起立した板状体から構成されているものを挙げることができる。

第１スリット部材によって光が遮断されると、遮断された光によって当該第１スリット部材が発熱するが、これと一体的に設けられた光遮断部材が放熱フィンとして機能するので、第１スリット部材の熱を光遮断部材により放熱することができる。これにより、第１スリット部材の熱変形を防止し、当該熱変形により第１スリットの開口幅が不均一になるのを防止することができる。

また、本発明のライン光照射装置の別の具体的な一形態としては、前記各光遮断部材は、曲げ加工により、前記第１スリットを横切って前記第１スリット部材の表面に対し起立した状態に形成されているものを挙げることができる。

上述のように構成すれば、例えば１つの部材に曲げ加工を施すことによって、第１スリット部材及びこれに一体に設けられた光遮断部材を構成することができるので、低コストでライン光照射装置を構成することができる。

また、本発明のライン光照射装置の別の具体的な一形態としては、前記第１スリット部材は、前記第１スリットが厚み方向に貫通した平板状の部材から構成され、前記複数の光遮断部材は、前記第１スリットを仕切るようにその内部に配置されているものを挙げることができる。

このように構成すれば、光遮断部材がスリットの内部に配置されているので、第１スリット部材の外側に光遮断部材を設けた場合と比べて、装置をさらに小型化することができる。

また、本発明のライン光照射装置の別の具体的な一形態としては、前記第１スリット部材は、前記複数のＬＥＤと前記集光部材との間に配置され、前記光遮断部材は、前記集光部材側に配置されているものを挙げることができる。

このように構成すれば、光遮断部材をＬＥＤ側に配置するときと比べて、より多くの光がスリットを通過することができ、光の利用効率を向上させることができるとともに、省スペース化を図ることができる。

また、本発明のライン光照射装置の別の具体的な一形態としては、前記集光部材によって集光された光の一部を通過させる第２スリットが形成された第２スリット部材をさらに備えているものを挙げることができる。

このように、第２スリット部材をさらに備えることによってライン光の線幅をさらに調整することができ、より細く且つ光の照射部と非照射部の境界が明確なライン光にすることができる。なお、第２スリットと第１スリットとのスリット幅の関係は、同じか第１スリットの方が小さいことが好ましく、これは、光源により近い第１スリットでライン光の線幅を制御しておかないと、光源から離れた光学系（集光部材や第２スリット）では制御しきれない場合が多く、得たいライン光の線幅が得られないことがあるからである。ただ、本発明では、第２スリットの方が第１スリットより大きい場合を排除するものではない。

本発明によれば、ライン光の線幅が広がることを防ぎ、線幅を一定にすることが可能なライン光照射装置を提供することができる。

第１実施形態におけるライン光照射装置を、内部構造も含めて示した斜視図。 第１実施形態におけるライン光照射装置を示す模式図。 第１実施形態におけるライン光照射装置の光の軌跡を示す模式図。 第１実施形態における第１スリット板及び光遮断板を示す斜視図。 第２実施形態における第１スリット板及び光遮断部材を示す斜視図。 （ａ）第３実施形態における第１スリット板及び光遮断板の表面側を示す斜視図。（ｂ）第３実施形態における第１スリット板及び光遮断板の裏面側を示す斜視図。 第３実施形態における第１スリット板及び光遮断板の製造過程を示す模式図。 従来のライン光照射装置を示す模式図。

本発明のライン光照射装置の実施形態について、以下図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係るライン光照射装置の用途としては、被検査物の検査に限られるものではなく、紫外光による硬化や乾燥などにも適用でき、何ら限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
第１実施形態のライン光照射装置１は、図１、２、３に示すように、直線状に配列された複数のＬＥＤ２と、複数のＬＥＤ２から射出された光を集光する集光レンズ３と、複数のＬＥＤ２と集光レンズ３との間に配置された第１スリット板１２と、集光レンズ３の光射出側に配置された第２スリット板５と、複数のＬＥＤ２、集光レンズ３、第１スリット板１２及び第２スリット板５を収容するケース６とを備える。

なお、以下の説明では、図２に示すように、ＬＥＤ２の配列方向をＸ方向、ＬＥＤ２の光軸方向をＺ方向、ＸＺ平面に直交する方向（スリット幅方向）をＹ方向とする。

前記複数のＬＥＤ２は、ヒートシンク７の上面に設けられており、このＬＥＤ２の設置面が光射出面７ａとなっている。光射出面７ａと対向する反対側の面には複数のＬＥＤ２から発生する熱を放熱するための複数のフィン８が接続されている。またヒートシンク７の一側面には、複数のＬＥＤ２に電力を供給するための配線９が接続されている。なお、本実施形態においてＬＥＤ２にはチップ型のものが用いられているが、砲弾型のものを用いてもよい。また、ＬＥＤ２から射出される光は、可視光（例えば白色）だけでなく、紫外光や赤外光であっても良い。

集光レンズ３は、図２に示すように、複数のＬＥＤ２から射出された光を所定の位置に集光するものであって、シリンドリカルレンズ等で構成される。本実施形態では断面半円状をなす長尺な半円柱レンズであって、その底面に平板状のコバ部１０が設けられたものである。なお、集光レンズ３は、半円柱型ではなく、円柱型のものを用いるようにしても良い。この集光レンズ３が、請求項にいう集光部材に該当する。

しかして、第１スリット板１２は、図３、４に示すように、Ｘ方向に延伸する長尺な第１スリット１４がその厚み方向（Ｚ方向）に貫通して設けられたものである。本実施形態において、第１スリット板１２のＹ方向の略中央部には、Ｘ方向に延伸する凹状の溝１１が形成されており、第１スリット１４は、この溝１１の中に形成されている。厚みの薄い溝１１の部分に第１スリット１４を形成すれば、光が第１スリット１４を通過する距離を短くすることができ、第１スリット１４の内周面で反射される光を減らすことができる。この第１スリット板１２が、請求項にいう第１スリット部材に該当する。

そして、第１スリット板１２には、Ｙ方向に沿って且つＸ方向に間隔を隔てて配置された複数の光遮断板４が一体に設けられている。この光遮断板４は、第１スリット１４をＹ方向に横切って、第１スリット板１２の表面に対して起立するように配置されたものである。このように光遮断板４を配置することによって、Ｚ方向に対し所定角度以上でＸ方向に広がる光を光遮断板４の側面により遮断するとともに、光遮断板４を放熱フィンとして機能させることができる。

第２スリット板５は、例えば、被検査物に照射するライン光の線幅を規定する第２スリット１５が形成されたものであって、具体的には、Ｘ方向に延伸する長尺な第２スリット１５がその厚み方向（Ｚ方向）に貫通して設けられたものである。なお、第２スリット１５のＹ方向の幅は、第１スリット１４のＹ方向の幅と同じか大きく形成されていることが好ましい。この第２スリット板５が、請求項にいう第２スリット部材に該当する。

ケース６は、図１に示すように、上下が開口した筒状をなすものであって、上側の開口を塞ぐように第２スリット板５が配置されている。なお、図１では、内部構造を示すため、前面板を省略した図となっている。

また、ケース６の下側の開口には、ヒートシンク７が嵌め込まれており、ヒートシンク７に接続された複数のフィン８や配線９はケース６の下側からはみ出ている。

ケース６の内面に設けられた凹部１６には、集光レンズ３のコバ部１０が嵌め込まれている。この構成により、集光レンズ３の位置が一義的に定まるので、製品ごとのばらつきを防ぐことができる。また、この状態で、集光レンズ３は第２スリット部材５に近接して配置されているので、装置の小型化を図ることができる。

集光レンズ３と光射出面７ａとの間には、第１スリット板１２が配置されている。このとき、光遮断板４は集光レンズ３側に配置されている。そのため、光遮断板４をＬＥＤ２側に配置するときと比べて、より多くの光が第１スリット１４を通過することができ、光の利用効率を向上させることができるとともに、省スペース化を図ることができる。

また、光遮断板４とＬＥＤ２とはＸ方向において重ならない位置関係となっており、ＬＥＤ２の光軸が光遮断板４の下面（ＬＥＤ２側の面）で遮られないようになっている。

上述のように構成したライン光照射装置１の動作について以下に説明する。

複数のＬＥＤ２から光が射出されると、射出された光は放射状に広がるが、その一部が第１スリット１４及び光遮断板４間の隙間を通過して集光レンズ３に至る。具体的には、Ｚ方向に対し所定角度以上でＹ方向に広がった光は第１スリット１４を通過することなく当該第１スリット板１２により遮断されるとともに、第１スリット１４を通過した光のうち、所定角度以上でＸ方向に広がった光は、図３に示すように、光遮断板４の側面で遮断され、第１スリット板１２及び光遮断板４で遮断されなかった光が、即ち、Ｚ方向を中心に所定角度範囲内にある光のみが集光レンズ３に到達する。

集光レンズ３に向かう光は、Ｙ方向に徐々に広がりながら進行して当該集光レンズ３に入射し、集光レンズ３により所定の集光位置に集光されてエッジが明瞭化したライン光に変換される。そして、最後に第２スリット板５で、集光レンズ３により集光された光の一部を通過させるので、被検査物には、より線幅が一定のライン光が照射される。

上述したように構成した第１実施形態のライン光照射装置１は、以下のような格別の効果を有する。

つまり、複数の光遮断板４をＸ方向に間隔を隔てて第１スリット板１２に設けたので、光遮断板４により、Ｚ方向に対し所定角度以上でＸ方向に広がる光を遮断し、Ｚ方向を中心にした所定角度範囲内の光のみを集光レンズ３側に通過させることができる。このため、Ｘ方向に広がる光によってライン光の線幅が広がることを防止し、当該線幅を一定にすることができる。これにより、被検査物を高精度に測定することができる。

また、光遮断板４と第１スリット板１２とが一体的に設けられていて第１スリット板１２の剛性が大きいので、第１スリット１４のＸ方向の長さを長くしたとしても、第１スリット１４の開口幅が広がることを防止することができる。このことによっても、測定精度の悪化を防止することができる。

さらに、第１スリット板１２に光遮断板４を一体に形成したので、これらを別部材で構成する場合に比べて部品点数を減らすことができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態のライン光照射装置は、第１スリット板２０の構成が第１実施形態と異なっている。しかしそれ以外の部分は第１実施形態と同じであるため、同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態の第１スリット板２０は、図５に示すように、表面のＹ方向の略中央に凹状の溝２３が形成されるとともに、溝２３の内部に厚み方向に貫通する第１スリット２１が形成されたものである。そして、複数の光遮断部材２２が、Ｘ方向に間隔を隔てて第１スリット２１を仕切るようにその内部に一体に設けられている。

光遮断部材２２は、第１スリット２１の厚みと同じに設けられ、隣り合う光遮断部材２２で区切られた第１スリット２１は、長穴形状の長軸方向とＬＥＤ２の配列方向とが一致する長穴形状をなし、その長軸方向の幅は、ＬＥＤ２の幅と同じかそれ以上となるように構成されている。これにより、第１スリット２１とＬＥＤ２とがＸ方向において重ならない位置関係となり、Ｚ方向にほぼ沿った角度で進行する光が光遮断部材２２で遮られないようにすることができる。なお、第１スリット２１は、このような長穴形状に限られず、例えば、長方形や楕円形状でも良い。

上述したように構成した第２実施形態のライン光照射装置は、光遮断部材２２により、Ｚ方向に対し所定角度以上でＸ方向に広がる光が遮断されるので、第１実施形態と同様にライン光の線幅が広がることを防ぐことができる。

また、第１実施形態と異なり、光遮断部材２２が第１スリット２１の内部に配置されているので、装置をさらに小型化することができる。加えて、第１スリット板２０の厚みが薄くなる溝２３の中に第１スリット２１を形成したので、第１スリット２１を通過する光の距離を短くして、スリット２１の内周面で反射される光を減らすことができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態のライン光照射装置は、第１スリット板３０の構成が第１、２実施形態と異なっている。しかしそれ以外の部分は第１、２実施形態と同じであるため、同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

第３実施形態の第１スリット板３０は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、Ｙ方向の略中央部にＸ方向に延伸する長尺な第１スリット３３がその厚み方向（Ｚ方向）に貫通するように設けられたものである。

そして、第１スリット板３０には、第１スリット３３を横切って第１スリット板３０の表面に対して起立するように光遮断板３２が配置されている。そして、この光遮断板３２は、その一端が第１スリット板３０の表面と裏面とをつなぐ側端面に接続され、曲げ加工により形成される。以下では、この加工法について説明する。

図７に示すように、一枚板の部材の略中央に第１スリット３３を形成するとともに、第１スリット３３を形成した周囲（第１スリット板となる部分３４）を切り取る。このときに、光遮断板となる部分３５を、第１スリット板となる部分３４に繋げた状態で残しておく。そして、光遮断板となるべく残しておいた部分３５に曲げ加工を施して、第１スリット板３０に対して起立するように曲げる。

上述したように構成した第３実施形態のライン光照射装置は、１つの部材に曲げ加工を施すことによって、第１スリット板３０及びこれに一体に設けられた光遮断板３２を構成したので、低コストでライン光照射装置を構成することができる。

なお、本願発明は上述した本実施形態に限られたものではない。

例えば、第１スリットや第２スリットの開口形状は、上述の実施形態に限られたものではなく、ＬＥＤから離れるに従ってその開口幅が大きく或いは小さくなるテーパ状に構成されたものであってもよい。

また、スリット板のスリット形成部における厚みが厚くなるように突出させ、突出したスリット形成部にＬＥＤを近づけて配置すれば、装置のＺ方向の長さをより短くしてより装置を小型化することができるとともに、光の利用効率を向上させることができる。

また、ＬＥＤにＬＥＤチップを用いる場合、ＬＥＤチップの長手方向とスリットの長手方向とをあわせれば、光の利用効率を向上させることができる。

上記実施形態では、第２スリット板が集光レンズの光射出側に設けられていたが、集光レンズの入射側に第２スリット板を設けてもよい。また、第２スリット板は、光遮断板と同様に複数のスリットを直線状に配列したものや、放熱フィンを設けたものであってもよい。さらに、上述した第１スリット板、光遮断板及び集光レンズによって所望の線幅を得られる場合には、第２スリット板は省略できる。

また、光遮断板の形状は、上述の実施形態に限られたものではなく、例えば第１スリット部材の表裏両面に対して、第１スリットを横切るように起立して設けたものであってもよい。また、光遮断板の枚数は上述の実施形態に限られたものではなく適宜変更することができる。

本発明は、その趣旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。

１・・・ライン光照射装置
２・・・ＬＥＤ
３・・・集光レンズ
４・・・光遮断板
５・・・第２スリット板
１１・・複数のスリット
１２・・第１スリット板
１３・・放熱フィン

Claims (6)

1. ライン状の光を照射するライン光照射装置であって、
   直線状に配列された複数のＬＥＤと、
   前記各ＬＥＤから射出された光を集光する集光部材と、
   前記複数のＬＥＤが配列された配列方向に沿って延伸し、前記各ＬＥＤから射出された光の一部を通過させる第１スリットが形成された第１スリット部材とを備え、
   前記第１スリット部材に、前記配列方向に間隔を隔てて配置された複数の光遮断部材が一体に設けられていることを特徴とするライン光照射装置。
2. 前記第１スリット部材は、前記第１スリットが厚み方向に貫通した平板状の部材から構成され、
   前記各光遮断部材は、前記第１スリットを横切って前記第１スリット部材の表面に対し起立した板状体から構成されていることを特徴とする請求項１記載のライン光照射装置。
3. 前記各光遮断部材は、曲げ加工により、前記第１スリットを横切って前記第１スリット部材の表面に対し起立した状態に形成されていることを特徴とする請求項２記載のライン光照射装置。
4. 前記第１スリット部材は、前記第１スリットが厚み方向に貫通した平板状の部材から構成され、
   前記各光遮断部材は、前記第１スリットを仕切るようにその内部に配置されていることを特徴とする請求項１記載のライン光照射装置。
5. 前記第１スリット部材は、前記複数のＬＥＤと前記集光部材との間に配置され、
   前記光遮断部材は、前記集光部材側に配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のライン光照射装置。
6. 前記集光部材によって集光された光の一部を通過させる第２スリットが形成された第２スリット部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のライン光照射装置。