JP5703561B2 - 照明装置および照明装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置に適した照明装置およびその照明装置の製造方法に関するものである。

従来から、ＦＡ（Factory Automation）分野などにおいては、各種の画像処理技術が利用されている。たとえば、特開平１０−３２０５３８号公報（特許文献１）に開示される視覚センサ装置は、電子部品などの小型の対象物から自動車などの大型の対象物といった幅広い対象物をターゲットとする検査装置である。このような視覚センサでは、たとえば、対象物を撮像して得られた画像データに対して画像認識処理をすることで、当該対象物が良品／不良品が判断される。

この特許文献１には、対象物についての画像を取得するためのカメラと、撮像時に当該対象物を照明するための光源とが一体化されている構成が開示されている。

ところで、近年の環境問題などに起因して、より消費電力の少ない、ＬＥＤ（light Emitting Diode）などの発光素子を利用した照明装置の開発が急速に進んでいる。上述の特許文献１に開示される視覚センサにおいても、光源としてＬＥＤが採用されている。このようなＬＥＤを用いた照明装置としては、以下のような先行技術が存在する。

たとえば、特開２００６−１７９３８７号公報（特許文献２）に開示される光照射装置では、複数のＬＥＤを、各々の光軸がリング状本体部の軸線方向に向けて所定の傾斜角度を有するように配置し、かつ、当該複数のＬＥＤのうち、同一の円周上に位置するＬＥＤがそれぞれ同一の指向性を有し、さらに、少なくとも一組の隣り合う円周上に位置するＬＥＤが異なる指向性を有するように構成することで、同一円周上に位置するように配置されたＬＥＤごとに点灯切り替え可能となっている。これにより、光照射範囲を調整することができる。

さらに、特許文献２に開示される光照射装置では、フレキシブル配線基板の一部を切抜き、切り欠け片を接合して切頭円錐凹面を作ることで照射角度を調整可能となっている。

また、特開２００９−０５４２９３号公報（特許文献３）に開示されるＬＥＤ照明装置では、被照明物に光を照射する複数のＬＥＤと、これらＬＥＤが実装された基板と、基板を駆動して複数のＬＥＤの光軸方向を変化させる駆動機構とを具備する。これにより、ＬＥＤの個数を増やすことなく照明の明るさを安定させる。

また、特開２００８−１３９７０８号公報（特許文献４）に開示されるリング型照明装置では、複数のＬＥＤ列を同心円状に設けるとともに各ＬＥＤ列に対応させて複数の光学部材を同心円状に設け、各ＬＥＤ列によるワークへの照明態様が互いに異なるように構成する一方、各光学部材を連続させて一体構造とされている。これにより、複数種の対物レンズやワークに１台で対応することができる。

また、特開２００９−１４６８４１号公報（特許文献５）に開示されるＬＥＤ照明装置では、上面から上方に突起する複数の突起部を有するベース部と、上面に複数のＬＥＤが装着され、突起部の先端が貫通する貫通穴が突起部の数だけ形成され、対応する突起部貫通穴を突起部の先端が貫通することによりベース部の上面側に位置決めされて配置されたＬＥＤ基板と、貫通穴を貫通した突起部の先端が挿入される挿入穴が突起部の数だけ形成され、突起部の先端が対応する挿入穴に挿入されることによりＬＥＤ基板の上面の側に位置決めされて配置される。

特開平１０−３２０５３８号公報 特開２００６−１７９３８７号公報 特開２００９−０５４２９３号公報 特開２００８−１３９７０８号公報 特開２００９−１４６８４１号公報 特開２００６−２２２４１３号公報

上述したように、視覚センサは、多種多様な対象物を計測することが想定されているので、このような光源（すなわち、照明）は、いずれの対象物にも適用できるように、照明視野および照明距離（設置距離：Work Distance；以下「ＷＤ」とも称す。）についての多数のバリエーション（製品群）をラインナップすることが好ましい。

しかしながら、上述の特許文献１に開示される視覚センサでは、照明視野およびＷＤを調整できないので、バリエーションの数だけ筐体やＬＥＤを用意する必要があり、コストアップの要因となるという課題があった。

また、特許文献２に開示される光照射装置では、バリエーションの数だけフレキシブル配線基板を用意する必要があり、コストアップの要因となるという課題があった。また、光照射装置の照射方向に対して、各ＬＥＤを斜めに配置する必要があり、所望の照明視野およびＷＤを実現するための、角度の設定および調整が比較的難しいという課題があった。

また、特許文献３に開示されるＬＥＤ照明装置では、機械的に照明視野およびＷＤを調整する構成を採用するので、構造が相対的に複雑化し、コストアップの要因となるという課題があった。

また、特許文献４に開示されるリング型照明装置では、バリエーションの数だけ円環状のレンチキュラレンズを用意する必要があり、コストアップの要因となるという課題があった。

また、特許文献５に開示されるＬＥＤ照明装置では、各照明視野およびＷＤに応じて設計された複数の突起部を有するベース部をバリエーションの数だけ用意する必要があり、コストアップの要因となるという課題があった。また、１つのレンズホルダ内に複数のレンズを保持するため、基板にＬＥＤを実装する際の位置ずれを補正することができず、ＬＥＤとレンズとの間の相対的な位置精度が悪化するという課題もあった。

そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、その目的は、様々な照明視野および設置距離に対応可能な多数のバリエーションを有する照明装置のラインナップを、コストを抑制しつつ提供することである。また、本発明の別の目的は、上記のような多数のバリエーションを有する照明装置を実現するための製造方法を提供することである。

本発明のある局面に係る照明装置は、基板と、基板上に実装されるとともに、各々の光照射方向が基板に対して実質的に垂直となるように配置された複数の発光素子と、各々が複数の発光素子のうち１つとの間でペアを構成するように配置された複数のレンズとを含む。ペアの各々における発光素子とレンズとの相対的な位置関係が、対応する発光素子が配置されている基板上の位置に応じて異なっている。

なお、「相対的な位置関係」が「異なっている」とは、いずれかのペアにおける相対的な位置関係が、少なくとも１つの他のペアにおける相対的な位置関係とは異なっていることを意味するものである。そのため、２つのペアの間で、相対的な位置関係が一致する場合を含み得る。

好ましくは、ペアの各々において、レンズは、その光軸が、対応する発光素子の光照射方向の軸に位置合わせされた状態に対して、発光素子からの光を照射すべき方向にずれて配置される。

好ましくは、基板は、複数の発光素子からの光が対象物において反射して生じる反射光を通過させるための開口部を含み、ペアの各々において、レンズは、その光軸が、対応する発光素子の光照射方向の軸に比較してより開口部に近接するように配置される。

好ましくは、基板は、複数の発光素子からの光が対象物において反射して生じる反射光を受入れるための開口部を含み、開口部を中心として対称な位置に配置されている２つのペアにおいて、一方のペアにおける相対的な位置関係と他方のペアにおける相対的な位置関係との間に対称関係を有する。

好ましくは、照明装置は、各々が複数の発光素子のうち１つに対応付けて実装された、発光素子と同数の台座をさらに含む。台座の各々は、対応するレンズを保持するための保持部を含む。

さらに好ましくは、レンズの各々の透光可能な断面は、対応する発光素子の光照射断面より大きい。

さらに好ましくは、台座の各々は、対応する発光素子に対して予め定められた相対的な位置関係をもって、基板上に実装され、保持部は、それに保持されるレンズの台座に対する相対的な位置関係を調整可能にレンズを保持する。

あるいは、さらに好ましくは、保持部は、それに保持されるレンズが台座に対して予め定められた相対的な位置関係をもってレンズを保持するとともに、台座の各々は、対応する発光素子が実装されている基板上の位置に応じて定められる相対的な位置関係をもって、基板上に実装される。

好ましくは、レンズは、発光素子から光が入射する側の面の少なくとも一部に、反射面を含む。

本発明の別の局面に係る撮像装置の製造方法は、複数の発光素子を、各発光素子の光照射方向が基板に対して実質的に垂直となるように、当該基板上にそれぞれ実装するステップと、複数の台座を、各台座が複数の発光素子のうち１つに対して予め定められた相対的な位置関係となるように、基板上にそれぞれ実装するステップと、複数のレンズを、各レンズが複数の台座のうち１つに対応付けられるように、台座上にそれぞれ固定するステップとを含む。固定するステップでは、各レンズと当該レンズに対応する発光素子との間の相対的な位置関係が、当該発光素子が配置されている基板上の位置に応じて定められる。

本発明のさらに別の局面に係る照明装置の製造方法は、複数の発光素子を、各発光素子の光照射方向が基板に対して実質的に垂直となるように、当該基板上にそれぞれ実装するステップと、複数の台座を、各台座が複数の発光素子のうち１つに対応付けられるように、基板上にそれぞれ実装するステップと、複数のレンズを、各レンズが複数の台座のうち１つに対応付けられるように、台座上にそれぞれ固定するステップとを含む。複数の台座を実装するステップでは、各台座と当該台座に対応する発光素子との間の相対的な位置関係が、当該発光素子が配置されている基板上の位置に応じて定められる。

本発明のある局面によれば、発光素子とレンズとのペアの各々において、発光素子からの光が基板の垂直方向に対してペア別に定められた非ゼロの角度で外部に照射されるため、様々な照明視野および設置距離に対応可能な多数のバリエーションを有する照明装置のラインナップを、コストを抑制しつつ提供できる。また、本発明の別の局面によれば、多数のバリエーションを有する照明装置を実現するための製造方法を提供できる。

本発明の実施の形態１に係る視覚センサの要部を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットを構成するセル２の分解組立図である。 本発明の実施の形態１に係るレンズの斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットにおけるアライメントを説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットにおけるアライメントの状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットにおける設置距離のバリエーションを提供するための方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットの具現化例のサイズを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットにおける異なるレンズ形状による照射方向の調整を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットにおける設置距離のバリエーションを提供するための方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットの製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットの製造工程を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る照明ユニットの製造中の各状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る照明ユニットを構成するセルの分解組立図である。 本発明の実施の形態２に係る照明ユニットにおけるアライメントを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る照明ユニットの製造工程を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る照明ユニットの製造工程を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る照明ユニットの製造中の各状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズの構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズによる照明強度の改善効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズによる照明強度の改善効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズによる照射パターンの改善効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズの一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態の変形例２に係る照明ユニットの概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例３に係る照明装置の配置構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例３に係る照明装置の斜視図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１においては、一例として、本発明に係る照明装置を上述の特許文献１に開示されるような視覚センサに実装した場合の具現化例を示す。

＜Ａ．全体装置構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る視覚センサの要部を示す概略構成図である。図１を参照して、本実施の形態に係る視覚センサは、計測対象物（以下、単に「対象物」とも称す。）ＯＢＪに対向した位置に配置された撮像ユニット１００を有する。この撮像ユニット１００が対象物ＯＢＪの表面（露出面）を撮像することで画像データを取得する。この取得された画像データは、図示しない処理ユニットに送られて画像認識処理が実行される。そして、この画像認識処理の結果に従って、対象物ＯＢＪについての良品／不良品が判断される。

より具体的には、撮像ユニット１００は、その内部に、照明光を発生する照明ユニット１０と、照明光によって照らされた対象物ＯＢＪからの反射光を受光する撮像部５０と、撮像部５０の前段に配置されるレンズユニット４０とを含む。

照明ユニット１０は、その上に複数の発光素子２５が実装された基板を含み、各発光素子２５が発生する光が紙面左側から紙面右側に向けて照射される。この照射された光は、対象物ＯＢＪの表面において反射され、その反射によって生じた反射光は、照明ユニット１０に設けられた開口部６を通過してレンズユニット４０に入射する。レンズユニット４０は、公知の絞り機構やズーム機構（いずれも図示しない）を有しており、撮像部５０に入射する反射光の光量や拡大率などを調整する。すなわち、撮像部５０が対象物ＯＢＪを適切に撮像できるように光学的な調整が行なわれる。撮像部５０は、典型的には、ＣＣＤ（Charge Couple Device）やＣＭＯＳイメージセンサなどのデバイスからなる。

このように、撮像ユニット１００は、照明ユニット１０から照射される照明光を用いて、対象物ＯＢＪの露出面を示す画像データを取得（すなわち、撮像）する。

図１に示すように、本明細書において「照明視野」とは、撮像ユニット１００によって有効に照明できる、すなわち、目的の光量を照射できる範囲を意味する。言い換えれば、「照明視野」は、撮像ユニット１００を用いて、有効な画像データが取得できる対象物ＯＢＪの大きさ（範囲）を意味する。

また、本明細書において「設置距離」または「ＷＤ」とは、撮像ユニット１００によって有効に照明光を照射できる、撮像ユニット１００から対象物ＯＢＪまでの距離を意味する。

＜Ｂ．照明ユニット構造＞
図２は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０の斜視図である。図２を参照して、本実施の形態に係る照明ユニット１０は、基板４と、基板４上に整列配置された複数のセル２とを含む。セル２の各々は、対象物ＯＢＪを照明するための光を射出する単位であり、後述するように、一対の発光素子と凸形状のレンズとを含む。なお、図２においては、８個のセル２が整列配置された構成を示すが、後述するように、セル２の数がより多い構成、あるいは、セル２の数がより少ない構成を採用することができる。さらに、照明ユニット全体として略正方形となるようにセル２が整列配置されているが、適用先に応じて、それぞれのセル２を任意の位置に配置してもよい。

基板４には、複数のセル２からの照明光が対象物ＯＢＪにおいて反射して生じる反射光を通過させるための開口部６が形成されている。なお、開口部６の大きさ（開口サイズ）は、図１に示す撮像部５０などの開口径、照明視野、ＷＤなどの位置関係に応じて決定される。

＜Ｃ．セル構造＞
図３は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０を構成するセル２の分解組立図である。図４は、本発明の実施の形態１に係るレンズの斜視図である。図３および図４を参照して、セル２は、レンズ２２と、台座２４と、発光素子２５とを含む。レンズ２２と台座２４との間は、接着剤２３によって結合されており、台座２４と基板４との間は、接着剤２７によって結合されている。

発光素子２５は、ＬＥＤチップが内蔵され、レンズ部２５ａとベース部２５ｂとが形成された公知の表面実装型ＬＥＤパッケージであり、基板４上に実装される。このとき、発光素子２５は、光照射方向が特定の方向に向くように傾ける等の調整をされることなく、後述する通常の表面実装方法によって実装されるため、レンズ部２５ａの光軸方向すなわち発光素子２５の光照射方向が基板４の表面に対して実質的に垂直となるように配置されることになる。典型的には、基板４に形成されたパッド２８，２９が発光素子２５のベース部２５ｂに形成された電極（図示しない）と電気的に接続されるとともに、機械的にも固定される。

台座２４は、ロの字状の底部２４ａを有しており、基板４上に実装される発光素子２５を取り囲むように配置される。このとき、基板４上に実装された発光素子２５と同数の台座２４が基板４上に実装される。そして、台座２４の各々は、基板４上に実装された発光素子２５のうち１つに対応付けられる。基板４上の適切な位置に接着剤２７を塗布することで台座２４が固定される。実施の形態１においては、台座２４は、対応する発光素子２５に対して予め定められた相対的な位置関係をもって基板４上に実装される。典型的には、台座２４は、台座２４の開口部２４ｃの中心軸と発光素子２５の中心軸とが一致するように位置決めされた状態で基板４上に実装される。なお、台座２４の開口部２４ｃの大きさ（面積）は、発光素子２５の断面積より大きくなっている。

また、台座２４には、対応するレンズ２２を保持するための保持部２４ｂが形成されている。保持部２４ｂの上面にレンズ２２が装着されることで、底部２４ａから所定距離だけ上方の位置にレンズ２２を保持することができる。

レンズ２２は、台座２４において位置決めされ、発光素子２５で生成された照明光を外部へ射出する。すなわち、基板４上に実装された発光素子２５と同数のレンズ２２が配置され、各レンズ２２は、複数の発光素子２５のうち１つとの間でペアを構成する。レンズ２２は、ベース部２２ａと、主として発光素子２５からの光を収束するための透光性の凸型レンズ部２２ｂとが一体的に構成されている。なお、ベース部２２ａおよび凸型レンズ部２２ｂのいずれもが透光性を有していてもよいが、発光素子２５からの光は、主として凸型レンズ部２２ｂを透過するように位置決めされる。

後述するように、本実施の形態に係るセル２においては、レンズ２２と発光素子２５との間の相対的な位置関係を適切に設定することで、所望の照明視野およびＷＤを有する照明ユニット１０を提供する。すなわち、各セル２においては、レンズ２２が対応する発光素子２５との間で、発光素子２５からの光が基板４の垂直方向に対してセル別に定められた非ゼロの角度で外部に照射されるような相対的な位置関係で配置される。

そのため、台座２４の保持部２４ｂは、それに保持されるレンズ２２の台座２４に対する相対的な位置関係を調整可能に２２レンズを保持する。

具体的には、保持部２４ｂの各々は、その上面がＬ字状の平坦面となっている。一方、レンズのベース部２２ａの四隅には、一対の切欠部２２ｃおよび２２ｄがそれぞれ形成され、ベース部２２ａの切欠部以外の端部２２ｆは、その下面が長方形状の平坦面となっている。この端部２２ｆの下面が保持部２４ｂの上面に載った状態で、切欠部２２ｃおよび２２ｄにおいて、レンズ２２と台座２４とが接着剤２３によって固定される。

すなわち、図４に示すように、レンズ２２の端部２２ｆの下面（ハッチング部分）の全部または一部が保持部２４ｂの上面と接するように、レンズ２２が保持される。

台座２４とレンズ２２との形状およびサイズを上述のような関係で設計することで、台座２４に対して所望の相対的な位置関係となるように、レンズ２２を位置決めできる。

なお、上述したように、レンズ２２を発光素子２５の中心軸から所定距離だけずらして（バイアスさせて）配置できるように、レンズ２２の凸型レンズ部２２ｂにおける断面、すなわちレンズ２２の透光可能な断面は、対応する発光素子２５のレンズ部２５ａにおける断面、すなわち発光素子２５の光照射断面より大きくなるように構成される。この凸型レンズ部２２ｂの断面サイズは、台座２４とレンズ２２との間のクリアランスの大きさを考慮して設計される。

＜Ｄ．アライメントによる調整＞
図５は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０におけるアライメントを説明するための図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０におけるアライメントの状態を示す図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０における設置距離のバリエーションを提供するための方法を説明するための図である。

図５（ａ）には、発光素子２５の光照射方向の光軸Ａｘ１と、レンズ２２中心の光軸Ａｘ２とが一致するように位置合わせされている状態を示す。図５（ｂ）には、図５（ａ）に示す状態に対して、レンズ２２が紙面右側に所定距離だけずれて配置されている状態を示す。本明細書において、このような相対的な位置関係を調整する操作および調整された状態を「アライメント」とも称す。上述したように、実施の形態１に係るセル２においては、発光素子２５と台座２４との間の相対的な位置関係は予め定まっており、台座２４に対するレンズ２２の相対的な位置関係を調整（レンズアライメント）することで、照明ユニット１０から射出される照明光の照明視野およびＷＤのバリエーションを提供する。

より具体的には、図５（ａ）に示すように、発光素子２５の光軸Ａｘ１とレンズ２２の光軸Ａｘ２とが一致する場合には、発光素子２５で生成された照明光Ｂ１は光軸Ａｘ１に沿って伝搬する。このとき、レンズ２２の光軸Ａｘ２が光軸Ａｘ１と同一直線上に存在するので、レンズ２２を通過した照明光Ｂ１はその伝搬方向を保ったまま、照明光Ｂ２として外部へ射出される。

これに対して、図５（ｂ）に示すように、レンズ２２の光軸Ａｘ２が発光素子２５の光軸Ａｘ１に対してずれて配置されている場合には、発光素子２５で生成された照明光Ｂ１がレンズ２２に入射した後、その伝搬方向が変化する。すなわち、レンズ２２に入射した照明光Ｂ１は、レンズ２２の中心軸に向けて収束するので、結果的に、発光素子２５の光軸Ａｘ１に対して非ゼロの所定角度に傾いた方向に、照明光Ｂ２は射出される。光軸Ａｘ１およびＡｘ２は、いずれも基板４と垂直になっているので、照明ユニット１０から外部へ照射される照明光Ｂ２は、基板４の垂直方向に対してセル別に定められた非ゼロの角度で伝搬することになる。

図５に示すように、照明ユニット１０から射出される照明光Ｂ２の伝搬方向は、レンズ２２のアライメント方向と同じ向きに傾くことになる。すなわち、セル２の各々においては、レンズ２２は、対応する発光素子２５の光照射方向の光軸Ａｘ１に位置合わせされた状態に対して、発光素子２５からの光を照射すべき方向にずれて配置される。

また、レンズ２２のアライメント量（変位量）を大きくさせるほど、照明光Ｂ２の射出方向も光軸Ａｘ１に対してより大きく傾くことになる。

したがって、適切な変位方向および変位量にアライメントすることによって、所望の照明視野およびＷＤを実現できる。言い換えれば、同一の発光素子２５およびレンズ２２を用いつつ、種々のアライメント方向およびアライメント量を設定することで、様々な照明視野およびＷＤを有する照明ユニット１０を提供できる。したがって、照明視野およびＷＳのバリエーションの数だけ発光素子２５やレンズ２２を個別に設計したり、発光素子を傾けて実装したりする必要がなく、その結果、製造コストなどを低減できる。

照明ユニット１０に含まれるそれぞれのセル２が照射する照明光が全体として、目的の照明視野およびＷＤとなるように、それぞれのセル２においては、基板４上におけるセル２の位置に応じてアライメントされる。たとえば、図６に示すように、照明ユニット１０の中心軸（開口部６の中心点に相当）に向けて照明光を照射する場合には、それぞれのセル２において、発光素子２５に対するレンズ２２がより開口部６に近接する方向にずれた位置に配置される。

図６には、発光素子２５の光軸Ａｘ１と凸型レンズ部２２ｂの光軸Ａｘ２とが一致している状態（図５（ａ）の状態に相当）における凸型レンズ部２２ｂの位置を破線（符号２１ｂ）で示している。前述の通り、レンズ２２の凸型レンズ部２２ｂにおける断面は、対応する発光素子２５のレンズ部２５ａにおける断面より大きくなるように構成されるため、図６に示す通り、基板４の表面に垂直な方向から見て、レンズ部２５ａは符号２１ｂの領域の中に収まっている。この符号２１ｂに示す基準状態に対して、たとえば、紙面最上段の中央に位置するセル２のレンズ２２は、紙面上で開口部６に近接するようにずらして配置されている（紙面下方向へのアライメント量Ｌ１）。同様に、紙面最上段の左側に位置するセル２においては、レンズ２２が紙面上で開口部６に近接するようにずらして配置されている（紙面右方向へのアライメント量Ｌ２および紙面下方向へのアライメント量Ｌ３）。また、紙面中段の左側に位置するセル２においては、レンズ２２が紙面上で開口部６に近接するようにずらして配置されている（紙面右方向へのアライメント量Ｌ４）。

他のセル２についても同様に規則に従ってアライメントされている。このように、所望の照明視野およびＷＤを実現できるように、照明ユニット１０を構成するそれぞれのセル２においては、各セル２の基板４上における位置に応じた変位方向および変位量でアライメントされる。

なお、図６においては、照明ユニット１０の中心方向に照明光を照射する場合のアライメントの例を示すが、別の方向に照明光を照射する必要がある場合には、その所望の照射方向に応じたアライメントがなされる。

上述のように、セル２の各々における発光素子２５とレンズ２２との間の相対的な位置関係は、対応する発光素子２５が配置されている基板４上の位置に応じて定められる。そして、セル２の各々では、レンズ２２は、その光軸Ａｘ２（図５参照）が、対応する発光素子の光照射方向の光軸Ａｘ１（図５参照）に比較して、より開口部６に近接するように配置される。

なお、図６に示すように、複数のセル２が開口部６を中心として対称的に配置される構成においては、開口部６を中心として対称な位置に配置されている２つのセル２の間において、一方のセル２における相対的な位置関係と他方のセル２における相対的な位置関係との間に対称関係が成立する。すなわち、たとえば、図６に示す紙面最上段の中央に位置するセル２におけるアライメント量（紙面下方向へのアライメント量Ｌ１）と、図６に示す紙面最下段の中央に位置するセル２におけるアライメント量（紙面上方向へのアライメント量Ｌ１）とが等しくなるようにする。

次に、上述のようなアライメントと照明視野および設置距離（ＷＤ）の調整との関係を説明する。図７（ａ）には、セル２におけるアライメント量が相対的に大きい場合の照射状態を示し、図７（ｂ）には、セル２におけるアライメント量が相対的に小さい場合の照射状態を示す。なお、セル２においては、照明ユニット１０の開口部６の方向にレンズ２２がアライメントされているものとする。

また、所定の軸上にレンズユニット４０および撮像部５０が整列配置されているものとする（図１参照）。そのため、撮像部５０が撮像できる範囲（以下「計測視野」とも称す。）は、撮像部５０の光軸Ａｘ３を中心とする範囲となる。なお、この光軸Ａｘ３は、照明ユニット１０の開口部６の中心点を貫通するように設定されることが好ましい。

図７（ａ）に示す例では、アライメント量が相対的に大きいので、紙面左側のセル２からの照明光は、照明ユニット１０の基板に垂直な方向に対して、相対的に大きな傾き（射出角）をもって照射される。そのため、照明ユニット１０から相対的に近接した位置（図７（ａ）に示す計測視野１に対応する位置）において、光軸Ａｘ３を中心とする範囲が照射される。一方で、照明ユニット１０からより離れた位置（図７（ａ）に示す計測視野２）においては、撮像部５０の計測視野からずれた範囲を照明することになる。

原則として、撮像部５０の計測範囲内における照明強度は、均一であることが好ましい。そのため、図７（ａ）に示す例では、照明ユニット１０のＷＤは、計測視野１に相当する位置となり、その計測視野１において照明される範囲が照明視野となる。言い換えれば、照明ユニット１０のＷＤは、照明視野の中心が撮像部５０の計測視野の中心である光軸Ａｘ３と一致するような場所を意味する。これに対して、計測視野２においては、計測視野の面内光量分布が不均一となるため、適切に対象物ＯＢＪを撮像することができない。なお、本明細書において設置距離（ＷＤ）は、特定の値のみを意味するものではなく、撮像部５０の計測視野を適切に照明することのできる、ある程度の幅をもった距離の範囲をも意味する。

一方、図７（ｂ）に示す例では、計測視野２の位置において、照明ユニット１０から照射される照明視野の中心が光軸Ａｘ３と一致するようにアライメント量が設定される。すなわち、照明ユニット１０からより離れた位置にある対象物ＯＢＪに対して適切に照明光を照射できるように、照明光の射出角度がより小さくなっている。この例においては、上述の図７（ａ）に示す例とは逆に、計測視野１における面内光量分布は不均一となるため、適切に対象物ＯＢＪを撮像することができない。

このように、製造段階において各セル２におけるアライメント量を適宜調整することで、撮像部５０により撮像される対象物ＯＢＪがどの程度離れているかに応じた、適切な設置距離（ＷＤ）を有する照明ユニット１０を提供できる。

たとえば、計測視野が５〜１０ｍｍ、かつ、ＷＤが３５〜５０ｍｍの製品、計測視野が１０〜５０ｍｍ、かつ、ＷＤが３５〜２００ｃｍの製品といった具合に、共通のレンズ２２、台座２４および発光素子２５を用いながらも、豊富なラインナップを提供できる。

（設計例）
以下、典型的な設計例について示す。

図８は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０の具現化例のサイズを示す図である。図８に示すように、照明ユニット１０の基板サイズが３６ｍｍ×３６ｍｍであり、各セル２（台座２４の外形）のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍであり、開口部６の直径が１２ｍｍであるとする。

このような場合、以下の２つの場合を考える。
（１）計測視野が５〜１０ｍｍ（直径値）、かつ、設置距離（ＷＤ）が３５〜４０ｍｍ
（２）計測視野が１０〜５０ｍｍ（直径値）、かつ、設置距離（ＷＤ）が３５〜２００ｍｍ
上述の（１）の場合は、図７（ａ）に示すような位置関係に相当し、上述の（２）の場合は、図７（ｂ）に示すような位置関係に相当する。

計算機シミュレーションによれば、（１）に示すようなスペックは、０．４ｍｍのアライメント量でレンズ２２と発光素子２５との間の相対的な位置関係をずらすことで実現できる。また、（１）に示すようなスペックは、０．２ｍｍのアライメント量でレンズ２２と発光素子２５との間の相対的な位置関係をずらすことで実現できる。

＜Ｅ．レンズ形状による調整＞
先に、発光素子２５とレンズ２２との間の相対的な位置関係を調整（アライメント）することで、照明視野および設置距離（ＷＤ）のバリエーションを提供できることについて説明したが、形状の異なる複数の種類のレンズ２２を用意することで、より多数の照明視野および設置距離（ＷＤ）のバリエーションを提供することもできる。

図９は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０における異なるレンズ形状による照射方向の調整を示す図である。図１０は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０における設置距離のバリエーションを提供するための方法を説明するための図である。

図９を参照して、形状の異なる複数種類のレンズ２２の典型例として、レンズ径の異なる２種類のレンズ２２Ａおよび２２Ｂを用いた場合の光学的な挙動の相違について説明する。図９（ａ）には、相対的に大きな曲率半径ｒ１を有するレンズ２２Ａを用いた場合の例を示し、図９（ｂ）には、相対的に小さな曲率半径ｒ２（ｒ２＜ｒ１）を有するレンズ２２Ｂを用いた場合の例を示す。

図９（ａ）に示すように、相対的に大きな曲率半径ｒ１を有するレンズ２２Ａでは、その内部を伝搬する照明光に対する屈折率が小さくなるので、収束半径が相対的に大きくなる。そのため、レンズ２２Ａを透過して射出される照明光の光束径は、相対的に大きく、より広い範囲を照射することになる。すなわち、各セル２の照明視野は相対的に大きくなる。

これに対して、図９（ｂ）に示すように、相対的に小さな曲率半径ｒ２を有するレンズ２２Ｂでは、その内部を伝搬する照明光に対する屈折率が大きくなるので、収束半径が相対的に小さくなる。そのため、レンズ２２Ｂを透過して射出される照明光の光束径は、相対的に小さく、より狭い範囲を照射することになる。すなわち、各セル２の照明視野は相対的に小さくなる。

図９に示すように異なるレンズ径を有するレンズを用いた場合の照明視野は、図１０に示すようになる。すなわち、図１０（ａ）には、図９（ａ）に示すようなレンズの曲率半径が相対的に大きな場合を示し、この場合には、照明ユニット１０から計測視野２まで離れた位置であっても、計測視野２の全体をカバーするような照明視野を提供できる。これに対して、図１０（ｂ）には、図９（ｂ）に示すようなレンズの曲率半径が相対的に小さな場合を示し、この場合には、１つのセル２の照明視野では、計測視野２の全体をカバーできない。

ただし、各セル２から照射される照明光の光量が同じであるとすれば、図１０（ａ）の照明視野における照明強度は、図１０（ｂ）の照明視野における照明強度より小さくなる。そのため、照明ユニット１０を構成するセル２の数および配置構成、計測される対象物ＯＢＪの位置や面積などを考慮して、それぞれのセル２からの照明光をどのような範囲に照射するのかが適宜設計される。

このように曲率半径（屈折率）の異なる複数種類のレンズ２２を用意することで、照明視野を容易に変更することができ、これにより、コストを抑制しつつ、より多くのバリエーションを有する製品群を提供することができる。

＜Ｆ．製造プロセス＞
図１１は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０の製造工程を示すフローチャートである。図１２は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０の製造工程を示す模式図である。図１３は、本発明の実施の形態１に係る照明ユニット１０の製造中の各状態を説明するための図である。

図１１を参照して、まず、ステップＳ１０２において、照明ユニット１０を構成する基板４を用意する。続くステップＳ１０４において、用意された基板４に対して、所定数の発光素子２５を実装する。典型的には、公知の表面実装方法を用いて、用意された基板４上の所定位置に発光素子２５が一括または順次実装される。すなわち、パッド２８，２９上にクリームはんだを印刷した後にチップマウンタで発光素子２５を載置し、その後リフロー炉で加熱してクリームはんだを溶かし、発光素子２５の図示しない電極をパッドにはんだ付けすることにより、発光素子２５を基板４に固定する。これにより、複数の発光素子２５が、各発光素子２５の光照射方向が基板４に対して実質的に垂直となるように、当該基板４上にそれぞれ実装される。なお上記の一般的な表面実装方法を用いると、各発光素子２５の基板４における実装位置には一定の範囲内でずれが生じる。

さらに続くステップＳ１０６において、発光素子２５が実装された基板４が洗浄（典型的には、イソプロピルアルコールなどへの浸漬処理）され、さらにステップＳ１０８において、恒温槽などで浸漬後の基板４を乾燥する。ステップＳ１０８の実行後、図１２の「１．発光素子実装」工程に示すような基板４が得られる。図１３（ａ）には、８個の発光素子２５が実装された状態の基板４を示す。

以上のような工程によって、発光素子が実装された状態の基板４が得られると、ステップＳ１１０以下に示すような台座２４の実装工程へ進む。

ステップＳ１１０において、基板４上に実装されている発光素子２５の位置認識を行う。これは、前述の通り基板４上に実装される発光素子２５が基板４に対して常に同じ位置関係をもって実装されるとは限らないからである。より具体的には、図１２の「２．ベアチップ認識」工程に示すように、公知の画像処理技術を用いて、ベアチップ（外装などの施されていない状態の発光素子２５）の位置が特定される。

続くステップＳ１１２において、基板４上の特定された発光素子２５の位置に応じて定められる範囲に、接着剤２７を塗布する。作業工程上、接着剤２７としては、紫外線硬化樹脂（以下、「ＵＶ接着剤」とも称す。）が用いられることが多いが、熱硬化性あるいは可視硬化性の接着剤を用いてもよい。このとき、図１２の「３．接着剤塗布」工程に示すように、画像認識結果に従って公知のディスペンサ（液体定量吐出装置）が位置決めされた後、所定量の接着剤２７が塗布される。図１３（ｂ）には、発光素子２５を取り囲む四辺に接着剤２７が塗布された状態の基板４を示す。

続くステップＳ１１４において、対象の発光素子２５に対して、一定の相対的な位置関係を有するように、台座２４が実装される。本実施の形態においては、台座２４の開口部２４ｃの中心が発光素子２５の中心と位置するように、台座２４が実装される。より具体的には、図１２の「４．台座実装」工程に示すように、公知のロボット装置を用いて台座２４を吸着しつつ、目的の相対位置に位置決めを行う。

さらにステップＳ１１６において、基板４に台座２４が配置されると、接着剤２７に対して紫外線硬化する。より具体的には、図１２の「５．ＵＶ硬化」工程に示すように、公知の紫外線照射装置を用いて、接着剤２７に対して所定量の紫外線を照射する。図１３（ｃ）には、発光素子２５を取り囲むように台座２４が実装された状態を示す。

なお、ステップＳ１１４とステップＳ１１６との間の工程において、台座２４および接着剤２７を安定化するためにプレアニール処理（熱処理）を行ってもよい。

以上の工程により、１つのセル２における台座２４の実装が完了する。すなわち、ステップＳ１１０〜Ｓ１１６の工程においては、複数の台座２４を、各台座２４が複数の発光素子２５のうち１つに対して予め定められた相対的な位置関係となるように、基板４上にそれぞれ実装する。

次に、レンズ２２のアライメントおよび実装が行われる。
ステップＳ１２０において、台座２４のレンズ２２を保持する範囲に接着剤２３を塗布する。接着剤２３についても、上述の接着剤２７と同様に、紫外線硬化樹脂（以下、「ＵＶ接着剤」とも称す。）が用いられることが多いが、熱硬化性あるいは可視硬化性の接着剤を用いてもよい。このとき、図１２の「６．接着剤塗布」工程に示すように、台座２４の保持部２４ｂの四隅に所定量の接着剤２３が塗布される。

続くステップＳ１２２において、台座２４に対して、その位置に応じた所望の相対的な位置関係を有するように、レンズ２２が実装される。すなわち、上述の図６に示したように、基板４上の位置に応じたアライメント量が生じるように、対応する台座２４を基準としてレンズ２２が位置決めされる。より具体的には、図１２の「７．レンズアライメント＋実装」工程に示すように、公知のロボット装置を用いてレンズ２２を吸着しつつ、目的の相対位置に位置決めを行う。

さらにステップＳ１２４において、台座２４にレンズ２２が配置されると、接着剤２３に対して紫外線硬化する。より具体的には、図１２の「８．ＵＶ硬化」工程に示すように、公知の紫外線照射装置を用いて、接着剤２３に対して所定量の紫外線を照射する。図１３（ｄ）には、台座２４に対してレンズ２２が実装された状態を示す。

なお、ステップＳ１２２とステップＳ１２４との間の工程において、レンズ２２および接着剤２３を安定化するためにプレアニール処理（熱処理）を行ってもよい。

以上の工程により、１つのセル２におけるレンズ２２の実装が完了する。すなわち、ステップＳ１２０〜Ｓ１２４の工程においては、複数のレンズ２２を、各レンズ２２が複数の台座２４のうち１つに対応付けられるように、台座２４上にそれぞれ固定する。このとき、各レンズ２２に対応する発光素子２５からの光が基板４の垂直方向に対してセル別に定められた非ゼロの角度で外部に照射されるように、各レンズ２２と当該対応する発光素子２５との間の相対的な位置関係を位置決めする。相対的な位置関係の各々は、対応する発光素子２５が配置されている基板４上の位置に応じて定められる。

その後、ステップＳ１３０において、基板４上に実装された発光素子２５のすべてについて、レンズ２２の実装が完了したか否かを判断する。レンズ２２の実装が未完了の発光素子２５が存在すれば（ステップＳ１３０においてＮＯ）、ステップＳ１１０以下の処理が繰返される。

これに対して、すべての発光素子２５に対するレンズ２２の実装が完了していれば（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、ステップＳ１３２において、照明ユニット１０に対する検査を行う。検査で良品と判断されると、完成品として出荷される。図１３（ｅ）には、照明ユニット１０として組み上がった状態を示す。

＜Ｇ．作用・効果＞
本実施の形態によれば、共通の基板上に、共通の発光素子、台座、レンズを任意の相対的な位置関係で実装することにより、照明視野および設置距離（ＷＤ）の仕様を様々に異ならせた多数のバリエーション（製品群）を、コストを抑制しつつラインナップできる。

［実施の形態２］
上述の実施の形態１においては、発光素子と台座とをそれぞれ基板に固定した上で、台座に対するレンズの固定位置をずらせることで、発光素子とレンズの相対的な位置関係をアライメントする構成について例示した。一方、実施の形態２においては、レンズを特定の位置関係で固定できる台座を用いて、この台座の発光素子に対する相対的な位置関係をアライメントする構成について例示する。

＜Ａ．全体装置構成＞
本発明の実施の形態２に係る視覚センサは、上述の図１に示す実施の形態１に係る視覚センサと同様の構成を採用するので、詳細な説明は繰返さない。

＜Ｂ．照明ユニット構造＞
本発明の実施の形態２に係る照明ユニット１０についても、図２に示す実施の形態１に係る照明ユニットと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。ただし、セル２に代えて、セル３が使用される。

＜Ｃ．セル構造＞
図１４は、本発明の実施の形態２に係る照明ユニット１０を構成するセル３の分解組立図である。図１４を参照して、セル３は、レンズ３２と、台座３４と、発光素子２５とを含む。レンズ３２と台座３４との間は、後述する「ツメ」状の部材による係合によって固定される。台座３４と基板４との間は、接着剤３７によって結合されている。

発光素子２５は、基板４上に実装される。この実装形態については、上述の実施の形態１に係るセル２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

台座３４は、ロの字状の底部３４ａを有しており、基板４上に実装される発光素子２５を取り囲むように配置される。すなわち、基板４上に実装された発光素子２５と同数の台座３４が基板４上に実装される。そして、台座３４の各々は、基板４上に実装された発光素子２５のうち１つに対応付けられる。基板４上の適切な位置に接着剤３７を塗布することで台座３４が固定される。

実施の形態２においては、台座３４は、対応する発光素子２５が配置されている基板４上の位置に応じて定められる相対的な位置関係に従って、対応する発光素子２５に対して相対配置される。すなわち、発光素子２５に対して、台座３４がアライメントされる。この詳細については、後述する。なお、台座３４をアライメントできるように、台座３４の開口部３４ｃの大きさ（面積）は、発光素子２５の断面積より大きくなっている。

また、台座３４には、対応するレンズ３２をスナップフィット方式によって保持するための保持部３４ｂが形成されている。保持部３４ｂは底部３４ａの四隅に配置され、底部３４ａから基板４に垂直な方向に伸びる基部３４ｅと、基部３４ｅの先端から底部３４ａの内側に向かって伸びるように形成されたテーパ部３４ｆと、底部３４ａから基部３４ｅと同じ方向に基部３４ｅの途中まで伸びる支持部３４ｄとからなる。レンズ３２が、基板４の垂直方向に沿って紙面上側から紙面下側に押込まれると、まずレンズ３２のベース部３２ａがテーパ部３４ｆを押すことによって、それぞれの保持部３４ｂが底部３４ａの外側へ歪む。レンズ３２がさらに押込まれると、ベース部３２ａの下面が支持部３４ｄの上面に押し当てられる。テーパ部３４ｆは、ベース部３２ａの下面が支持部３４ｄと接触した状態で、ベース部３２ａの上面が位置する高さまで形成されている。そのため、レンズ３２が支持部３４ｄに接触する程度まで押込まれると、テーパ部３４ｆとベース部３２ａの側面との接触がなくなり、それぞれの保持部３４ｂが底部３４ａの内側へ復帰する。これにより、テーパ部３４ｆと支持部３４ｄがベース部３２ａの四隅を把持し、レンズ３２の基板４に垂直な方向への移動が規制される。

また、同一辺上に並んで配置される保持部３４ｂの間の距離は、ベース部３２ａに形成された一対の切欠部３２ｃの間の距離と一致するように構成されている。すなわち、ベース部３２ａの切欠部３２ｃが両側に配置されている保持部３４ｂの基部３４ｅの側面と接触するように、レンズ３２は装着される。その結果、レンズ３２のＸ−Ｘ方向への移動が規制される。以上により、レンズ３２が台座３４に固定される。

このように、台座３４の保持部３４ｂは、それに保持されるレンズ３２が台座３４に対して予め定められた相対的な位置関係を維持できるように構成される。

レンズ３２は、台座３４に固定され、発光素子２５で生成された照明光を外部へ射出する。すなわち、基板４上に実装された発光素子２５と同数のレンズ３２が配置され、各レンズ３２は、複数の発光素子２５のうち１つとの間でペアを構成する。レンズ３２は、ベース部３２ａと、主として発光素子２５からの光を収束するための透光性の凸型レンズ部３２ｂとが一体的に構成されている。なお、ベース部３２ａおよび凸型レンズ部３２ｂのいずれもが透光性を有していてもよいが、発光素子２５からの光は、主として凸型レンズ部３２ｂを透過するように位置決めされる。

なお、上述したように、台座３４（および、台座３４に固定されるレンズ３２）を発光素子２５の中心軸から所定距離だけずらして（バイアスさせて）配置するので、レンズ３２の凸型レンズ部３２ｂにおける断面、すなわち、レンズ３２の透光可能な断面は、対応する発光素子２５の光照射断面より大きくなるように構成される。

本実施の形態に係るセル３においては、台座３４（および、台座３４に固定されるレンズ３２）と発光素子２５との間の相対的な位置関係を適切に設定することで、所望の照明視野およびＷＤを有する照明ユニット１０を提供する。すなわち、各セル３においては、台座３４（および、台座３４に固定されるレンズ３２）が対応する発光素子２５との間で、発光素子２５からの光が基板４の垂直方向に対してセル別に定められた非ゼロの角度で外部に照射されるような相対的な位置関係で配置される。

そのため、台座３４の底部３４ａは、発光素子２５に対して台座３４をアライメントできるように、発光素子２５の実装面積に対して、最大アライメント量に応じたマージンを有するように設計される。すなわち、底部３４ａの開口面積は、発光素子２５の実装面積より大きい。

このように、台座３４の底部３４ａを上述のような大きさで設計することで、台座３４（および、台座３４に固定されるレンズ３２）を、発光素子２５に対して所望の相対的な位置関係となるように位置決めできる。

＜Ｄ．アライメントによる調整＞
図１５は、本発明の実施の形態２に係る照明ユニット１０におけるアライメントを説明するための図である。図１５（ａ）には、発光素子２５の光照射方向の光軸Ａｘ１と、レンズ３２中心の光軸Ａｘ２とが一致するように位置合わせされている状態を示す。図１５（ｂ）には、図１５（ａ）に示す状態に対して、台座３４（および、台座３４に固定されるレンズ３２）が紙面右側に所定距離だけずれて配置されている状態を示す。

上述したように、実施の形態２に係るセル３においては、レンズ３２と台座３４との間の相対的な位置関係は予め定まっており、発光素子２５に対する台座３４の相対的な位置関係を調整（台座アライメント）することで、照明ユニット１０から射出される照明光の照明視野およびＷＤのバリエーションを提供する。

より具体的には、図１５（ａ）に示すように、発光素子２５の光軸Ａｘ１とレンズ２２の光軸Ａｘ２とが一致する場合には、発光素子２５で生成された照明光Ｂ１は光軸Ａｘ１に沿って伝搬する。このとき、レンズ３２の光軸Ａｘ２が光軸Ａｘ１と同一直線上に存在するので、レンズ２２を通過した照明光Ｂ１はその伝搬方向を保ったまま、照明光Ｂ２として外部へ射出される。

これに対して、図１５（ｂ）に示すように、台座３４がアライメントされ、台座３４に固定されているレンズ３２の光軸Ａｘ２が発光素子２５の光軸Ａｘ１に対してずれて配置されている場合には、発光素子２５で生成された照明光Ｂ１がレンズ３２に入射した後、その伝搬方向が変化する。すなわち、レンズ３２に入射した照明光Ｂ１は、レンズ３２の中心軸に向けて収束するので、結果的に、発光素子２５の光軸Ａｘ１に対して非ゼロの所定角度に傾いた方向に、照明光Ｂ２は射出される。光軸Ａｘ１およびＡｘ２は、いずれも基板４の垂直方向に定義されるので、照明ユニット１０から外部へ照射される照明光Ｂ２は、基板４の垂直方向に対してセル別に定められた非ゼロの角度で伝搬することになる。

図１５に示すように、照明ユニット１０から射出される照明光Ｂ２の伝搬方向は、台座３４のアライメント方向と同じ向きに傾くことになる。すなわち、セル３の各々においては、台座３４は、対応する発光素子２５の光照射方向の光軸Ａｘ１に位置合わせされた状態に対して、発光素子２５からの光を照射すべき方向にずれて配置される。また、台座３４のアライメント量（変位量）を大きくさせるほど、照明光Ｂ２の射出方向も光軸Ａｘ１に対してより大きく傾くことになる。

したがって、適切な変位方向および変位量にアライメントすることによって、所望の照明視野およびＷＤを実現できる。言い換えれば、同一の発光素子２５、レンズ３２および台座３４を用いつつ、種々のアライメント方向およびアライメント量を設定することで、様々な照明視野およびＷＤを有する照明ユニット１０を提供できる。したがって、照明視野およびＷＳのバリエーションの数だけ発光素子２５、レンズ３２および台座３４を個別に設計するような必要がなく、その結果、製造コストなどを低減できる。

なお、照明ユニット１０全体としての設計などについては、上述の図６〜図８と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

＜Ｅ．レンズ形状による調整＞
上述の実施の形態１において例示したように、形状の異なる複数の種類のレンズ３２を用意することで、より多数の種類の照明視野および設置距離（ＷＤ）のバリエーションを提供することもできる。

その原理的な説明などについては、上述の図９と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

特に、実施の形態２においては、台座３４の保持部３４ｂが「スナップフィット」形状であるので、レンズ３２を容易に装着できる。そのため、ベース部３２ａの大きさを共通につつ、凸型レンズ部３２ｂの形状を異ならせた複数のレンズ群を用意することで、照明視野を容易に変更することができる。これにより、コストを抑制しつつ、より多くのバリエーションを有する製品群を提供することができる。

さらに、基板４上に発光素子２５および台座３４のみを装着した半製品を先に製造しておき、顧客から注文があった時点で、要求された照明視野およびＷＤに応じたレンズ３２を先に用意していた半製品に装着することで、コストを抑制しつつ、顧客の要求に迅速かつ細やかに対応することができる。

＜Ｆ．製造プロセス＞
図１６は、本発明の実施の形態２に係る照明ユニット１０の製造工程を示すフローチャートである。図１７は、本発明の実施の形態２に係る照明ユニット１０の製造工程を示す模式図である。図１８は、本発明の実施の形態２に係る照明ユニット１０の製造中の各状態を説明するための図である。

図１６を参照して、まず、ステップＳ２０２において、照明ユニット１０を構成する基板４を用意する。続くステップＳ２０４において、用意された基板４に対して、所定数の発光素子２５を実装する。典型的には、公知の表面実装方法を用いて、用意された基板４上の所定位置に発光素子２５が一括または順次実装される。これにより、複数の発光素子２５が、各発光素子２５の光照射方向が基板４に対して実質的に垂直となるように、当該基板４上にそれぞれ実装される。

さらに続くステップＳ２０６において、発光素子２５が実装された基板４が洗浄（典型的には、イソプロピルアルコールなどへの浸漬処理）され、さらにステップＳ２０８において、恒温槽などで浸漬後の基板４を乾燥する。ステップＳ２０８の実行後、図１７の「１．発光素子実装」工程に示すような基板４が得られる。図１８（ａ）には、８個の発光素子２５が実装された状態の基板４を示す。

以上のような工程によって、発光素子が実装された状態の基板４が得られると、ステップＳ２１０以下に示すような台座３４の実装工程へ進む。

ステップＳ２１０において、基板４上に実装されている発光素子２５の位置認識を行う。これは、基板４上に実装される発光素子２５が基板４に対して常に同じ位置関係をもって実装されるとは限らないからである。より具体的には、図１７の「２．ベアチップ認識」工程に示すように、公知の画像処理技術を用いて、ベアチップ（外装などの施されていない状態の発光素子２５）の位置が特定される。

続くステップＳ２１２において、基板４上の特定された発光素子２５の位置に応じて定められる範囲に、接着剤３７を塗布する。このとき、図１７の「３．接着剤塗布」工程に示すように、画像認識結果に従って公知のディスペンサ（液体定量吐出装置）が位置決めされた後、所定量の接着剤３７が塗布される。図１８（ｂ）には、発光素子２５を取り囲む四辺に接着剤３７が塗布された状態の基板４を示す。

続くステップＳ２１４において、対象の発光素子２５に対して、その位置に応じた所望の相対的な位置関係を有するように、台座３４が実装される。すなわち、上述の図６に示したように、基板４上の位置に応じたアライメント量が生じるように、対応する発光素子２５を基準として台座３４が位置決めされる。より具体的には、図１７の「４．台座アライメント＋実装」工程に示すように、公知のロボット装置を用いて台座２４を吸着しつつ、目的の相対位置に位置決めを行う。

さらにステップＳ２１６において、基板４に台座３４が配置されると、接着剤３７に対して紫外線硬化する。より具体的には、図１７の「５．ＵＶ硬化」工程に示すように、公知の紫外線照射装置を用いて、接着剤３７に対して所定量の紫外線を照射する。図１８（ｃ）には、発光素子２５を取り囲むように台座３４が実装された状態を示す。

なお、ステップＳ２１４とステップＳ２１６との間の工程において、台座３４および接着剤３７を安定化するためにプレアニール処理（熱処理）を行ってもよい。

以上の工程により、１つのセル３における台座３４の実装が完了する。すなわち、ステップＳ２１０〜Ｓ２１６の工程においては、複数の台座３４を、各台座３４が複数の発光素子２５のうち１つに対応付けられるように、基板４上にそれぞれ実装する。このとき、対応する発光素子２５からの光が対応するレンズ３２を透過した後に基板４の垂直方向に対してセル別に定められた非ゼロの角度で外部に照射されるように、各台座３４についての当該対応する発光素子２５との間の相対的な位置関係を位置決めする。この相対的な位置関係の各々は、対応する発光素子２５が配置されている基板４上の位置に応じて定められる。

その後、ステップＳ２２０において、基板４上に実装された発光素子２５のすべてについて、台座３４の実装が完了した否かを判断する。台座３４の実装が未完了の発光素子２５が存在すれば（ステップＳ２２０においてＮＯ）、ステップＳ２１０以下の処理が繰返される。

これに対して、すべての発光素子２５に対する台座３４の実装が完了していれば（ステップＳ２２０においてＹＥＳ）、各台座３４に対して、レンズ３２を装着する（ステップＳ２２２）。より具体的には、図１７の「６．レンズ装着」工程に示すように、公知のロボット装置または人手にて、所望のレンズが台座３４の保持部３４ｂに順次装着される。すなわち、複数のレンズ３２を、各レンズ３２が複数の台座３４のうち１つに対応付けられるように、台座３４上にそれぞれ固定する。図１８（ｄ）には、すべての台座３４が実装された状態を示し、図１８（ｅ）には、各台座３４にレンズ３２が装着された状態を示す。

続くステップＳ２２４において、照明ユニット１０に対する検査を行う。検査で良品と判断されると、完成品として出荷される。

＜Ｇ．作用・効果＞
本実施の形態によれば、共通の基板上に、共通の発光素子、台座、レンズを目的の相対的な位置関係で実装することにより、照明視野および設置距離（ＷＤ）の仕様を様々に異ならせた多数のバリエーション（製品群）を、コストを抑制しつつラインナップできる。

特に、本実施の形態によれば、台座を実装後に、必要なレンズを装着すればよいので、より作業工程を簡略化できるとともに、事後的にバリエーションを増加させることもできる。

［実施の形態３］
上述の実施の形態１および２においては、発光素子２５に対して、レンズおよび台座がそれぞれ独立した部品として実装される構成を例示したが、レンズと台座とを一体的に形成してもよい。この場合には、レンズと台座とを一体化した部品を発光素子に対して、位置決めすることになる。

その他の構成や製造方法については、上述の実施の形態１および２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

［実施の形態１〜３の変形例１］
上述の実施の形態１〜３に係る各セルにおいては、発光素子２５から光が入射する側の面の少なくとも一部に反射面を含むレンズを採用してもよい。

図１９は、本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズの構造を示す断面図である。図２０および図２１は、本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズによる照明強度の改善効果を説明するための図である。図２２は、本発明の実施の形態の変形例１に係るレンズによる照射パターンの改善効果を説明するための図である。

図１９（ａ）には、上述の実施の形態１において説明したレンズ２２の断面構造を示し、図１９（ｂ）には、本変形例に係るレンズ２２＃の断面構造を示す。

図１９（ｂ）に示すように、本変形例に係るレンズ２２＃では、ベース部２２ａが、レンズ２２に比較してより発光素子２５の側に膨らむような形状となっており、発光素子２５が発生する照明光をより放射面に導くように構成される。特に、レンズ２２＃においては、発光素子２５からの光が入射する側の面に、反射面２２ｅが形成される。反射面２２ｅは、典型的には、アルミ蒸着などの方法によって構成されるアルミミラーである。なお、反射面２２ｅとしては、正反射を生じるように鏡面仕上げが好ましい。もちろん、反射面２２ｅの材質や製法などについては、公知の任意の技術を用いることができる。

図１９を参照して、本変形例に係るレンズ２２＃を用いることによって、照射強度が改善できることについて説明する。

図１９（ａ）に示すように、反射面２２ｅを設けない構造においては、発光素子２５から射出された出射角が相対的に小さい照明光は、凸型レンズ部２２ｂに入射した後、照明光Ｂ１として対象物ＯＢＪへ照射される。これに対して、発光素子２５から射出された出射角が相対的に大きい照明光は、凸型レンズ部２２ｂに入射することができず、レンズ２２の射出面とは異なる部分から外部へ射出され（符号Ｂ１２）、もしくは、レンズ２２内で減衰してしまう。そのため、発光素子２５が発生する照明光の一部のみを対象物ＯＢＪへ照射することしかできない。

これに対して、図１９（ｂ）に示すように、反射面２２ｅを設ける構造を採用することで、発光素子２５から射出された出射角が相対的に大きい照明光であっても、ベース部２２ａの射出面側の界面で反射された後、反射面２２ｅに入射する。さらに、反射面２２ｅで反射された照明光は、ベース部２２ａ内を伝搬して、射出面側から外部へ照射される（符号Ｂ１３）。

そのため、発光素子２５が発生する照明光の多くを対象物ＯＢＪへ照射することができる。したがって、このようなレンズ２２＃を用いることで、同じ発光素子２５を採用した場合であっても、その照射される照明光の強度をより高めることができる。

図２０に示すように、あるセル２から照射される照明視野内における照明強度のプロファイルを比較した結果を、図２１に示す。図２１（ａ）には、図２０に示す照明視野の対角線Ａ１−Ａ１上の照明強度プロファイルを示し、図２１（ｂ）には、図２０に示す照明視野の対辺Ａ２−Ａ２上の照明強度プロファイルを示す。これらの照明強度プロファイルは、計算機シミュレーションにより算出したものである。なお、図２１において、「レンズのみ」は、図１９（ａ）に示す反射面２２ｅを含まないレンズ２２を用いた場合のプロファイルを示し、「レンズ＋反射面」は、図１９（ｂ）に示す反射面２２ｅを含むレンズ２２＃を用いた場合のプロファイルを示す。

図１９（ａ）には、それぞれの場合の照明強度プロファイルに加えて、照明視野における面内均一性（最大強度に対する各部分の強度の比率）が９０％を確保できる範囲を示している。

図１９（ａ）に示すように、対角線Ａ１−Ａ１において、レンズ２２を用いた場合には５５ｍｍの範囲が面内均一性９０％を確保できており、一方、レンズ２２＃を用いた場合には１００ｍｍの範囲が面内均一性９０％を確保できている。また、図１９（ｂ）に示すように、対辺Ａ２−Ａ２において、レンズ２２を用いた場合には４０ｍｍの範囲が面内均一性９０％を確保できており、一方、レンズ２２＃を用いた場合には７０ｍｍの範囲が面内均一性９０％を確保できている。

すなわち、反射面２２ｅを含むレンズ２２＃を用いた場合には、反射面２２ｅを含まないレンズ２２を用いた場合の照明強度プロファイルに比較して、９０％の面内均一性を確保できている領域が、約１．８倍に拡大されていることがわかる。これにより、反射面２２ｅを含むレンズ２２＃を用いることで、面内均一性が改善されるといえる。

たとえば、特定の照明視野内の面内均一性を確保する場合を考える。まず、反射面２２ｅを含まないレンズ２２を用いる場合には、図２２（ａ）に示すように、計測視野において、各セル２から照射される照明光が重複するようなパターンを用意して、計測視野内の面内均一性を確保する必要がある。すなわち、上述したように、反射面２２ｅを含まないレンズ２２を用いる場合には、面内均一性を確保できる範囲が相対的に狭いので、複数の照明光を重ねる必要がある。そのため、目的の計測視野外に照明光が照射されることになるので、照明効率が必然的に低下する。

これに対して、反射面２２ｅを含むレンズ２２＃を用いた場合には、図２２（ｂ）に示すように、面内均一性を確保できる範囲を相対的に広くできるので、各セル２の照明視野を計測視野にほぼ一致させるように構成できる。すなわち、各セル２から照射される照明光を、目的の計測視野内にのみ照射できるので、照明効率を高めることができる。シミュレーション結果によれば、図２２に示す例においては、反射面２２ｅを含まないレンズ２２を用いる場合に比較して、反射面２２ｅを含むレンズ２２＃を用いることで、照明効率（照明強度）を約１．５倍に向上できることがわかった。

なお本変形例に係るレンズの反射面２２ｅは、特開２００６−２２２４１３（特許文献６）に開示されているような複数の反射領域として形成してもよい。このような反射面が形成されたレンズの一例を図２３に示す。

すなわち、図２３に示すレンズ２２には、そのベース部２２ａの基板側に所定の区画毎に複数の反射面２２ｅが形成される。そして、この反射面２２ｅで反射された発光素子２５から光が、レンズ２２の全面側へ照射される。

本変形例によれば、対象物ＯＢＪに対して、効率的に照明光を照射できるので、照明強度を高めることができる。照明強度（照明効率）を高めることで、計測精度を向上できるとともに、必要な照明強度をより少ない電力量で実現できるため、消費電力や発生熱を抑制することもできる。

［実施の形態１〜３の変形例２］
図２４は、本発明の実施の形態の変形例２に係る照明ユニットの概略構成を示す図である。図２４に示すように、目的の照明視野および照明距離（ＷＤ）についてのバリエーションをラインナップする際には、必要な全体光量を調整する必要もある。すなわち、照明視野が大きくなるほど、単位面積あたりの照明強度は低下する。そのため、必要な照明強度を確保するためには、図２４（ａ）に示すような８個のセルを配置した照明ユニット１０だけでなく、図２４（ｂ）に示すような１２個のセルを配置した照明ユニット１０Ａや、図２４（ｃ）に示すような２４個のセルを配置した照明ユニット１０Ｂを構成してもよい。

さらに、セルの配置パターンについては、計測対象の対象物ＯＢＪの状態や設置状況などに応じて、適宜設計することができる。特に、本実施の形態に係るセルは、互いに独立に構成されているので、特に制約を受けることなく基板上に実装できる。

［実施の形態１〜３の変形例３］
上述の実施の形態１〜３においては、本発明を照明ユニット１０および撮像部５０が一体化された撮像ユニット１００として具現化した例を示したが、撮像部５０とは別に、照明装置として具現化してもよい。

たとえば、図２５に示すように、複数のセル２がアレイ状に配置されてなる照明装置２００を４台用いて、対象物ＯＢＪを照明してもよい。すなわち、レンズユニット４０および撮像部５０を中心にして、四方に照明装置２００を配置して対象物ＯＢＪを照明する。

この場合には、各照明装置２００と対象物ＯＢＪとの相対的な位置に応じて、各照明装置２００に含まれる各セル２のアライメント量が決定される。典型的には、各照明装置２００において、各セル２は、そのセル２が配置されている照明装置２００の短手方向に光を照射するようにアライメントの量および方向を決定する。このようにそれぞれのセル２を構成することによって、各照明装置２００からは、その一方の短辺側により多くの照明光が照射されることになる。したがって、このより多くの照明光を照射する方向を対象物ＯＢＪが配置される側に一致させることで、対象物ＯＢＪを適切に照明できる。

図２６は、本発明の実施の形態の変形例３に係る照明装置の斜視図である。図２６を参照して、本変形例に係る照明装置２００は、基板４上に２列にわたって配置された複数のセル２を含む。各セル２の構成は、上述したものと同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２，３ セル、４ 基板、６ 開口部、１０，１０Ａ，１０Ｂ 照明ユニット、２２，２２Ａ，２２Ｂ レンズ、２２ａ ベース部、２２ｂ 凸型レンズ部、２２ｃ 切欠部、２２ｄ 切欠部、２２ｅ 反射面、２３，３７ 接着剤、２４ 台座、２４ａ 底部、２４ｂ 保持部、２４ｃ 開口部、２５ 発光素子、２５ａ レンズ部、２５ｂ ベース部、２７ 接着剤、３２ レンズ、３２ａ ベース部、３２ｂ 凸型レンズ部、３４ 台座、３４ａ 底部、３４ｂ 保持部、３４ｃ 開口部、４０ レンズユニット、５０ 撮像部、１００ 撮像ユニット、２００ 照明装置、ＯＢＪ 対象物。

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板上に実装されるとともに、各々の光照射方向が前記基板に対して実質的に垂直となるように配置された複数の発光素子と、
   各々が前記複数の発光素子のうち１つとの間でペアを構成するように配置された複数のレンズと、
   各々が前記複数の発光素子のうち１つに対応付けて実装された、前記発光素子と同数の台座とを備え、
   前記ペアを構成する前記レンズと前記台座とは、互いに当接する平面を有しており、
   前記ペアを構成した状態において、各々の前記レンズと隣接するレンズとの間に隙間を有し、各々の前記レンズの光軸の位置を、前記基板と平行な面に沿って調整可能であり、
   前記ペアの各々における前記発光素子と前記レンズとの相対的な位置関係が、対応する前記発光素子が配置されている前記基板上の位置に応じて異なっている、照明装置。
2. 前記ペアの各々において、前記レンズは、その光軸が、対応する前記発光素子の光照射方向の軸に位置合わせされた状態に対して、前記発光素子からの光を照射すべき方向にずれて配置される、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記基板は、前記複数の発光素子からの光が対象物において反射して生じる反射光を通過させるための開口部を含み、
   前記複数の発光素子は、前記開口部を中心とした予め定められた対称性をもって前記基板上に実装される、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記基板は、前記複数の発光素子からの光が対象物において反射して生じる反射光を通過させるための開口部を含み、
   前記ペアの各々において、前記レンズは、その光軸が、対応する前記発光素子の光照射方向の軸に比較してより前記開口部に近接するように配置される、請求項１または２に記載の照明装置。
5. 前記基板は、前記複数の発光素子からの光が対象物において反射して生じる反射光を受入れるための開口部を含み、
   前記開口部を中心として対称な位置に配置されている２つの前記ペアにおいて、一方のペアにおける前記相対的な位置関係と他方のペアにおける前記相対的な位置関係との間に対称関係を有する、請求項１または２に記載の照明装置。
6. 前記レンズの各々の透光可能な断面は、対応する前記発光素子の光照射断面より大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記台座の各々は、対応する前記発光素子に対して予め定められた相対的な位置関係をもって、前記基板上に実装され、
   前記台座に対する相対的な位置関係を調整可能に、前記レンズを保持する保持部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 対応するレンズを前記台座に対して予め定められた相対的な位置関係をもって保持する保持部をさらに備え、
   前記台座の各々は、対応する前記発光素子が実装されている前記基板上の位置に応じて定められる相対的な位置関係をもって、前記基板上に実装される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 前記レンズは、前記発光素子から光が入射する側の面の少なくとも一部に、反射面を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
10. 複数の発光素子を、各発光素子の光照射方向が基板に対して実質的に垂直となるように、当該基板上にそれぞれ実装するステップと、
    複数の台座を、各台座が前記複数の発光素子のうち１つに対して予め定められた相対的な位置関係となるように、前記基板上にそれぞれ実装するステップと、
    複数のレンズを、各レンズが前記複数の台座のうち１つに対応付けられるように、前記台座上にそれぞれ固定するステップとを備え、ペアを構成する前記レンズと前記台座とは、互いに当接する平面を有しているとともに、前記ペアを構成した状態において、各々の前記レンズと隣接するレンズとの間に隙間を有し、各々の前記レンズの光軸の位置を、前記基板と平行な面に沿って調整可能であり、
    前記固定するステップでは、各レンズと当該レンズに対応する発光素子との間の相対的な位置関係が、当該発光素子が配置されている前記基板上の位置に応じて定められる、照明装置の製造方法。
11. 前記実装するステップは、前記ペアの各々について、前記レンズを、その光軸が、対応する前記発光素子の光照射方向の軸に位置合わせされた状態に対して、前記発光素子からの光を照射すべき方向にずれて配置するステップを含む、請求項１０に記載の照明装置の製造方法。
12. 前記基板は、前記複数の発光素子からの光が対象物において反射して生じる反射光を通過させるための開口部を含み、
    前記実装するステップは、前記複数の発光素子を、前記開口部を中心とした予め定められた対称性をもって実装するステップを含む、請求項１０または１１に記載の照明装置の製造方法。

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