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HOME > 技術情報 > LED照明・電源まるわかりガイド-LED照明の基礎知識
 
LED照明とは?
まずLEDとはLight Emitting Diodeの頭文字の略称で発光ダイオードとも呼ばれ、電流を流すと発光する半導体素子の一種です。
1963年に米国で最初に開発されました。1993年には高輝度の青色LEDが日本で量産化され、続いて1996年に青色LEDに黄色の蛍光体を組み合わせた白色LEDが日本で量産化されました。ここからLEDは飛躍的に進歩し、近年では光量も大幅にアップし次世代の省エネルギー光源として最も注目されています。
カメラによる画像処理検査に使われるマシンビジョン用照明の種類には、LED照明、蛍光灯、ハロゲン光源などがありますが、FA分野ではその特徴を活かし検査の精度、安定性を確保するための最適な照明としてLED照明が使われています。
LEDの特徴
LEDの特徴 画像処理用照明としてのメリット
形状の自由度が高い リング照明・面照明・スポット照明など用途に応じた形状が製作できます。 
光の指向性が強い 意図した方向の光を検査ワークに照射できます。
波長を選択できる 検査内容や検査ワークの波長特性に合わせることでS/N比の高い画像を得られます。
寿命が長い/高効率で低消費電力 メンテナンス頻度の軽減と設備の長期利用によりトータルランニングコストを抑えられます。
高速応答でスイッチングに強い 撮像のタイミングに合わせて照明のON/OFFが可能です。
LED自身の発熱も抑えられ、照明の劣化の抑制、長寿命化が図れます。
また、瞬間的に発光させるストロボ発光の場合、オーバードライブさせることで通常の数倍の明るさで発光できますので、高速シャッターで利用が可能です。
画像処理用照明に求められるものは?
(1) S/N比の高い画像であること
検査画像では検査対象となる特徴情報がシグナル、それ以外はノイズです。
このS / N比が最大となるように照明環境(形状・波長・位置・角度)を最適化することが、検査品質の向上につながります。
(2) 均一な照明であること
対象ワークを照明で照らして特徴情報を抽出しますので、照射エリア内で照度ムラがあると対象ワークの表面状態を正しく反映することができず、検査が不安定となります。
(3) 安定した照度であること
時間や周囲環境などにより、照度が大きく変化してしまうと検査精度に影響を及ぼします。
またメンテナンス頻度の高い照明では稼働率の低下とメンテナンスに要する人的コストの増加につながります。
LED照明と他の照明との違いは?
LED照明と他の照明(ハロゲン/蛍光灯/キセノン)との比較表です。
応答速度、消費電力、寿命において大きくLEDがリードしています。
光源 寿命 明るさ 波長の選択 形状自由度 均一性 指向性 コスト スイッチング特性 消費電力
LED照明
ハロゲン × ×
蛍光灯 × ×
キセノン × ×

画像処理用の光源としてLED照明が使用される理由は、検査に応じた最適な照明が実現しやすいからと言えます。

 


どんな種類があるの?
LED照明を対象物へ照射する方法として、明視野照明暗視野照明に分類できます。
明視野照明 照射した光が反射もしくは透過した直接光を観察するタイプの照明
暗視野照明 照射した光が反射もしくは透過して散乱した光を観察するタイプの照明
さらに発光面がLEDダイレクトタイプと拡散タイプがあります。
検査対象に合わせて最適な照明の形状や波長(赤、白、青、緑)を選択し、必要に応じて拡散板、偏光板なども併用して検査を行います。
大分類 中分類 シリーズ
明視野照明 ダイレクトタイプ ダイレクトリング照明、
フラットダイレクトリング照明
拡散タイプ 拡散リング照明、同軸照明、スポット照明、
バックライト照明、ドーム照明
暗視野照明 ダイレクトタイプ ローアングルリング照明、
水平ダイレクトリング照明、バー照明
拡散タイプ 拡散ローアングルリング照明、
拡散ローアングル角型照明

これだけは知っておきたい基本用語
用語 用語説明
照度(illuminance) 受光面の単位面積当たりに入射する光を人間の目の感度(CIE標準分光視感度V[λ])で評価した測光量で、半空間の全ての方向から受光面に入射する光を含んだものです。照度の単位は、lx[ルクス]が使用されます。
輝度(luminance) 光源や二次光源(反射面や透過面)から観測者の方向へ向かって発する「光の強さ」を人間の目の感度(CIE標準分光視感度V[λ])で評価した測光量で、特定方向(観測方向)のみに着目しています。輝度の単位は、cd/m² [[カンデラ 毎平方メートル]が使用されます。
S/N比(Signal to Noise ratio) Signal(信号)とNoise(ノイズ)の比を表す数値で画質や音質の評価に利用される指標です。S/N比が高いということはノイズに対して信号の比率が大きい画質ということになります。
スペクトル(spectrum) 電波・赤外線・可視光線・紫外線・X線・ガンマ線など電磁波の波長ごとの強度の分布を(分光)スペクトルという。LED照明では赤外光、可視光、紫外光の波長分布を示します。
分光感度特性
(spectral sensitivity function)
カメラの波長による感度の違いを、横軸に波長、縦軸に相対感度をとってグラフ化したものです。カメラのメーカー、機種により異なります。光源選定の際、カメラの分光感度特性を十分考慮する必要があります。
標準比視感度
(standard luminosity factor)
人間の目が最も強く感じる波長555nm(ナノメートル)の光を1として、他の波長の明るさを感じる度合いの比を表現したもの。カメラの受光素子(CCD・COMS)の分光感度特性は標準比視感度と同じとは限りません。光源選定の際、カメラの分光感度特性を十分考慮する必要があります。また、照度/輝度の値もこの標準比視感度の係数がかかっており、青色や赤色の照度/輝度は緑色に対して小さくなります。

ピーク波長

(peak warelength)

光源のスペクトル分布のなかで、放射強度が最大となる波長のことです。通常LEDは急峻なスペクトル分布となっており、±50~100nm程度の広がりを持っています。青色LEDに黄色蛍光体を組み合わせた白色LEDは、青色の470nm前後にピーク波長がありますが、550nmあたりにも第二のピークを持っています。

色温度

(color temperature)

黒体(完全放射体)というエネルギーを完全に吸収する理想的な物体は、温度が上昇していくと、発する光の色が赤→黄→白→青と変化していきます。このときの絶対温度T[K](ケルビン)を色温度といいます。白色の色の度合いを表すときによく使われます。赤っぽいほど色温度は低く、青っぽいほど色温度は高くなります。蛍光灯は一般に「電球色」「昼白色」「昼光色」に分類されており、順に約3,000K、5,000K、6,500Kとなります。