| 【発明の名称】 |
均一照明ユニット |
| 【発明者】 |
【氏名】渡部 晃一
【氏名】丸山 文夫
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| 【要約】 |
【課題】小口径のライトガイドにより照明必要領域全体を均一に照明することができる照明ユニットを提供すること。
【解決手段】ガウス型照射分布を持つ光ファイバーライトガイドを複数本使用する照明ユニットにおいて、複数本のライトガイドを各ライトガイドの出光端を同一平面上に規則的に配置し、発光面を形成したことを特徴とする照明ユニット。好ましい態様として隣接する各ライトガイドの出光端どうしの間隔が等間隔となるようにした態様、ライトガイドの出光端から所定の距離の位置に拡散板を配置し、その拡散板を発光面とした態様、ライトガイドの出光端から拡散板までのユニット内壁を反射ミラーとした態様を含む。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ガウス型照射分布を持つ光ファイバーライトガイドを複数本使用する照明ユニットにおいて、複数本のライトガイドを各ライトガイドの出光端を同一平面上に規則的に配置し、発光面を形成したことを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】 隣接する各ライトガイドの出光端どうしの間隔が等間隔になるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の照明ユニツト。
【請求項３】 隣接する各ライトガイドの出光端どうしの間隔が、単一のライトガイドの照射光の半値幅（ライトガイドからの照射光が中心部の最大光量の半分となる円周部の直径）をＰとしたときに０．８Ｐ〜１．２Ｐの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の照明ユニット。
【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明ユニットであって、ライトガイドの出光端から所定の距離の位置に拡散板を配置し、その拡散板を発光面とすることを特徴とする照明ユニツト。
【請求項５】 ライトガイドの出光端から拡散板までのユニット内壁を反射ミラーとしたことを特徴とする請求項４に記載の照明ユニツト。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＣＣＤカメラ等を入力装置とした画像処理装置において、被観察物に光を照射する照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来、画像処理用に用いられている照明方式は、一本のライトガイドやランプを多数用意し、いろいろな角度や距離から被観察物を照明するものや、ＣＣＤカメラレンズ周辺にリング状にライトガイドやランプを配置したものであったが、十分な均一性が得れない状況にあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光ファイバーライトガイドを用いた照明は、ライトガイドからの出射光がガウス型の配光分布となっており、均一な明るさが得られる範囲はガウス型分布の頂点付近のみである。そのため、必要な均一照明エリアに対して、非常に広い範囲を照明し、その中心部分のみが必要な均一照明エリアに相当する条件となるような形で使用しており、大部分の光を捨てている状況で、照明に使用する光源装置に大出力のものが必要であった。また、ライトガイドは大口径のものを製作するのが非常に困難で、必要な均一エリアが広い場合は、複数のライトガイドを使用し種々の角度から照射する方法がとられてきたが、十分な均一性が得られない状況にあった。特開平８−１８９８９３号公報や特開平９−２２３１８４号公報には中心に撮像用の開口を持つ平面に、光ファイバ群を同心円状（リング状）に配列した照明装置が開示されているが、光ファイバを同心的に何重にも配置するには高度の技術が必要であり、また、中心にカメラをセットするための開口があるため、カメラの焦点位置を近づけた状態で使用する場合、出射光の中抜けが起こり、中心部が暗くなるという問題がある。本発明は、従来技術におけるこれらの問題点を解決し、小口径のライトガイドにより照明必要領域全体を均一に照明することができる照明ユニットを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は次の構成を採ることにより前記課題を解決するものである。
（１）ガウス型照射分布を持つ光ファイバーライトガイドを複数本使用する照明ユニットにおいて、複数本のライトガイドを各ライトガイドの出光端を同一平面上に規則的に配置し、発光面を形成したことを特徴とする照明ユニット。
（２）隣接する各ライトガイドの出光端を、隣接する出光端どうしの間隔が等間隔になるように配置したことを特徴とする前記（１）の照明ユニツト。
（３）隣接する各ライトガイドの出光端どうしの間隔が、単一のライトガイドの照射光の半値幅（ライトガイドからの照射光が中心部の最大光量の半分となる円周部の直径）をＰとしたときに０．８Ｐ〜１．２Ｐの範囲であることを特徴とする前記（２）の照明ユニット。
（４）前記（１）〜（３）のいずれか１つの照明ユニットであって、ライトガイドの出光端から所定の距離の位置に拡散板を配置し、その拡散板を発光面とすることを特徴とする照明ユニツト。
（５）ライトガイドの出光端から拡散板までのユニット内壁を反射ミラーとしたことを特徴とする前記（４）の照明ユニツト。
【０００５】本発明の照明ユニットは複数本のライトガイド（複数の光ファイバを束にした構成のもの）を、それぞれの出光端を基板に固定するなどの方法により、各ライトガイドの出光端が同一平面上に規則的に配置されるように配設し、その出光端が配置された面を発光面としたものである。ライトガイドの入射側は一本もしくは複数本に束ねられ、光源装置に光学的に接続されている。規則的な配置の方式としては、隣接する出光端どうしの間隔が等しくなるようにするのが好ましく、複数本のライトガイドをその出光端が一定の問隔の正三角形を形成（更に正六角形を形成）するように配置する。
【０００６】このようにライトガイドの出光端が配置されたライトガイド面から所定の距離の位置に、ライトガイド面と同程度の大きさの拡散板を配置し、その拡散板を発光面とすることにより、より均一な照明が可能となる。更に、ライトガイド面から拡散板までの間の照明ユニットの内壁を反射ミラーとすることにより、特に照明領域周辺部での照明の均一性が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は本発明の基本原理を説明したもので、図１は１本のライトガイド１からガウス型に照射される光２の分布を示し、Ｘ軸をライトガイド１の端面から一定の距離離れた位置における横方向の距離、Ｙ軸を光量とし、レコーダににより光量分布３の波形を記録したものが図１である。図２は図１で得られたガウス型の波形を基に、同一のライトガイド１を２本用い、出射光を重ね合わせた場合の照射される光の分布を示したものである。
【０００８】重ね合わせる条件、すなわち、隣接するライトガイド出光端の間隔は、次のようにするのが好ましい。図１で得られたガウス型の分布データで、中心部の最大光量（Ｉｍａｘ）の半分に当たる光量（１／２・Ｉｍａｘ）の位置のＸ軸方向の幅を半値幅Ｐ（ライトガイドからの照射光が中心部の最大光量の半分となる円周部の直径）とし、２本のライトガイドを並べる場合の間隔（ピツチ）をＰとする。図２で示したように、半値幅Ｐのピッチで２本のライトガイド１を並べると２本のライトガイド１からの出射光が１／２・Ｉｍａｘの位置で重なり合い、重なり合った部分の光が２倍の光量になるので図２の光量分布４のような照明パターンとなり、２本のライトガイド間の照射ムラが軽減される。したがって、隣接する２本のライトガイドの間隔をＰを中心として０．８Ｐ〜１．２Ｐの範囲とし、この位置関係を保持しながら複数のライトガイドを連続的に配列させることにより、照射ムラの軽減された照明装置とすることができる。
【０００９】図３は実際に照明装置を製作する際、図２の原理を基に基板６に円状にライトガイドの出光端５を配置した構成を示す説明図である。配置する際の注意点は、全てのライトガイドの出光端５が等問隔になるように、すなわち互いに正三角形を形成するように配置し、例えば、特定の出光端５を基準にした場合に、その周りの出光端５が正六角形の頂点の位置になるようにする。こうすることによって、照明装置の発光面全体の照射ムラが解消できる。なお、正三角形に配列していった場合、外周部に出光端を配置できなくなる（出光端の間隔が大きくなる）箇所ができるがこの場合は、その間隔の部分にさらに出光端を配置し、出光端どうしの問隔が広がらないようにし、三角形を形成させることが重要である。問隔が広がってしまうと、その箇所で照射ムラを発生させてしまう要因となるためである。
【００１０】図３の仕様で作製した照明装置の１例を図４に、図４の装置により照射された光の分布図を図５に示す。図４中の符号７はライトガイド１の出光端を配置した基板６を組み込んだ照明装置本体であり、８はライトガイド１の保護チューブ、１０はライトガイド１を光源に接続する光源口金、９は照明エリアである。図５に示すように、この仕様により照射ムラはある程度解消され、ほぼ均一になっている。しかし、ライトガイドが配置されている部分とライトガイドが配置されていない間の部分では光量分布に若干の差があり、ムラが完全に無くなるまでには至っておらず、また、照射エリアの均一性が中心部のみであり周辺部については照射ムラができていて均一性は改善されておらず、完全な均一照明の解決には至っていない。
【００１１】図６は図４の仕様では達成できなっかった、ライトガイドが配置されている部分とライトガイドが配置されていない間の部分に残る若干の照射ムラの改善を目的とした装置構成の１例を示す説明図である。この仕様は、図４の照明装置の正面のライトガイド１の出光端を配置した基板６から所定の距離の位置に、バラツキを押さえることを目的として拡散板１１を配置したものであり、図７はこの仕様で照射した光の分布図である。拡散板１１を配置することにより、ライトガイド１が配置されている部分と配置されていない部分との間の光量分布の差は改善されており、拡散板１１の効果で光の指向性が無くなり、当初の目的通りの均一な光が出射されるようになる。但しこの場合でも、照射エリア周辺部での照射ムラを完全に無くすまでには至っていない。なお、拡散板の取付け位置は取付け前の照射ムラが１０％以下になる位置とするのが好ましい。具体的な例としては図８に示すようにライトガイド１Ａ、１Ｂ、１Ｃを間隔Ｐで配置し、ライトガイド１Ｂを基準としてライトガイド１Ａから出射される端の光がライトガイド１Ｂ及び１Ｃのピッチ１／２・Ｐで重なるようにした際の高さをｈとし、ここに拡散板１１を設置すれば照射光１６の照射ムラを拡散板設置前の約１／１０以下とすることができる。
【００１２】図９は図６の方式でも達成できなかった照射エリア周辺部の照射ムラの改善を目的とした装置構成の１例を示す説明図である。この仕様は図６の照明装置のライトガイドの出光端を配置した基板６と拡散板１１間の空問部分の内壁に反射ミラー１２を取り付けたもので、図１０はこの仕様で照射した光の分布図である。図１０から内壁に反射ミラー１２を取り付けることで、ライトガイド１と拡散板１１の内側で反射が起こり照射エリア周辺部の照射ムラが改善され、発光面の全域にわたって均一光が得られることがわかる。
【００１３】本発明の照明ユニットを使用した照明装置の使用形態の１例を図１１に示す。照明装置本体７からの光をハーフミラー１３を介して観察物体１４に照射することによって、均一な照射が行われ、カメラ１５で鮮明な画像を得ることができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、ある一定の小口径のライトガイドを等問隔にポイント状に配置することで均一な明るさが得られ、従来製作が困難であった大口径のライトガイドを製作する必要が無い。しかも発光面の全域で均一な明るさが得られるため、広い範囲を照明し、中心部分の光のみを使用し大部分の光を捨てていた従来の方式と比較して、照明系の小型化が可能であり、また、従来必要とされていた大出力の光源装置を必要とすることなく同等以上の性能を得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１００９９３６
【氏名又は名称】株式会社住田光学ガラス
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| 【出願日】 |
平成１１年９月３日（１９９９．９．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７２８４４
【弁理士】
【氏名又は名称】萩原 亮一 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−７６５２０（Ｐ２００１−７６５２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４９８７８ |
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