CN105229368B - 光照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在照射面上的规定照射位置上,照射在第1方向上延伸且在与第1方向正交的第2方向上具有规定线宽的线形光的光照射装置,其具备光学单元,该光学单元具有在基板上沿着第1方向延伸并隔着第1间隔排列,且在规定方向上使光轴的朝向一致配置的N个(N为2以上的整数)光源模块与配置于各光源模块的光路,并将来自各光源模块的光导向规定光路的N个光学元件,且对照射面射出与第1方向平行的线形光,其中,各光源模块具有沿着第1方向延伸的发光部,各光学元件在第1方向以规定倍率放大从发光部射出的光,在将第1间隔设成a、将发光部的第1方向的长度设成b、将规定倍率设成α时,满足以下条件式(1):α×b≧a…(1)。

Description

光照射装置
技术领域
本发明涉及一种照射线形照射光的光照射装置,尤其涉及一种具备在基板上排列成一列的多个光源模块的光照射装置。
背景技术
以往,使用通过紫外光的照射来进行硬化的紫外线硬化型油墨作为单页纸胶印印刷用油墨。此外,使用紫外线硬化树脂作为液晶面板或有机EL(Electro Luminescence)面板等、FPD(Flat Panel Display)的密封剂。一般来说,在这种紫外线硬化型油墨或紫外线硬化树脂的硬化中,使用照射紫外光的紫外光照射装置,但是,尤其在单页纸胶印印刷或FPD的用途中,需要照射宽幅的照射区域,因此,使用照射线形照射光的线形光照射装置。这种线形光照射装置在专利文献1中有所记载。
根据专利文献1所述的线形光照射装置为一种具备长条形的基板、沿着该基板的长边方向等间隔排列的多个LED发光二极管(Light Emitting Diode)以及在基板的短边方向聚光来自多个LED发光二极管的光的棒状透镜的所谓LED发光二极管单元,且射出沿着基板的长边方向的线形光。
此外,为了稳定且确实地使紫外线硬化型印墨或紫外线硬化树脂硬化,需要有高照射强度的紫外光,因此,通过使用多个如专利文献1所述的LED发光二极管单元,可照射高照射强度的紫外光的光照射装置也被实际应用(例如,专利文献2)。
根据专利文献2所述的光照射装置,通过将多个LED发光二极管单元相对于照射对象物放射状(圆弧状)地排列,且使从各LED发光二极管单元射出的线形光在照射对象物的规定位置重叠,进而对照射对象物照射线形的高照射强度的紫外光照射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2012-186015号公报
专利文献2:日本特开2010-287547号公报
发明内容
发明所要解决的问题:
根据专利文献2所述的光照射装置,能够照射与LED发光二极管单元的数量成比例的照射强度的紫外光,因此,若想得到高照射强度的紫外光,则单纯地增加LED发光二极管单元的数量即可。然而,从LED发光二极管单元的物理性大小来看,存在可放射状排列的LED发光二极管单元的数量被限制的问题。为了解决相关的问题,虽考虑使各LED发光二极管单元远离照射对象物来配置,但若进行这种配置时,会产生光照射装置整体大型化的问题。
此外,如专利文献2所述的光照射装置,以放射状排列多个LED发光二极管单元时,从各LED发光二极管单元射出的线形光的相对于照射对象物的入射角度均不同。入射角度变大时(即,倾斜地射入照射对象物时),由于照射对象物上的线形光的线宽(粗度)变粗,且线宽方向的照射强度分布也变平缓,因此,存在无法得到所期望的照射强度的问题。由于该问题会随着放射状配置的LED发光二极管单元数量的增加而变得显著,因此,从这种观点来看,还存在想要抑制所使用的LED发光二极管单元数量的要求。
本发明是鉴于这种情况而成的,其目的在于提供一种不增加LED发光二极管单元(光学单元)的数量(即,不会使装置大型化),便能够射出高照射强度的线形光的光照射装置。
用于解决问题的手段:
为达成上述目的,本发明为一种对照射面上的规定的照射位置,照射在第1方向上延伸且在与第1方向正交的第2方向上具有规定线宽的线形光的光照射装置,其具备对照射面射出平行于第1方向的线形光的光学单元,该光学单元具有在基板上沿着第1方向隔着第1间隔排列,并在规定方向上使光轴的朝向一致配置的N个(N为2以上的整数)光源模块与配置于各光源模块的光路,并将来自各光源模块的光导向规定光路的N个光学元件,各光源模块具有沿着第1方向延伸的发光部,发光部可构成为具有沿着第1方向隔着第2间隔排列的M个(M为2以上的整数)发光元件,各光学元件在第1方向上以规定倍率放大从发光部射出的光,在将第1间隔设成a、将所述发光部的所述第1方向的长度设成b、将所述规定倍率设成α时,满足以下的条件式(1)、(2)及(3):
α×b≧a…(1)
0.3≦b/a≦0.42…(2)
3.3≦α…(3)
根据这种构成,从各光源模块射出的光在第1方向上被放大,因此,在照射面上的照射位置能够产生从多个光源模块所射出的光相互重叠的部分。因此,具有高峰值强度的线形光从光学单元射出。
此外,发光部可构成为具有发出光的至少1个发光元件。
优选发光元件具有大致为正方形发光面的LED发光二极管(Light EmittingDiode)。
此外,各光学元件可构成为以从发光元件射出的光在照射位置形成为规定线宽内的方式,在分别与光轴方向及第1方向正交的第3方向上聚光从发光元件射出的光。
此外,优选各光学元件为非球面透镜,该非球面透镜具有射入来自各光源模块的光的第1透镜,及射入透过该第1透镜的光的第2透镜,第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面与由凸面形成的射出面,第2透镜具有在第3方向形成具有正光焦度的圆柱面的入射面与在第1方向及第3方向形成具有正光焦度的环形面的射出面。
此外,优选各光学元件为非球面透镜,该非球面透镜具有射入来自各光源模块的光的第1透镜,及射入透过该第1透镜的光的第2透镜,第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面与由凸面形成的射出面,第2透镜具有由平面形成的入射面与在第1方向及第3方向形成具有正光焦度的环形面的射出面。
此外,优选各光学元件为球面双凸透镜,该球面双凸透镜具有射入来自各光源模块的光的第1透镜,及射入透过了该第1透镜的光的第2透镜,第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面与由凸面形成的射出面,第2透镜具有由凸面形成的入射面与由凸面形成的射出面。
此外,从光轴方向观察时,第2透镜可构成为具有矩形的外形。在这种情况下,优选各光学元件的第2透镜沿着第1方向连结。
此外,光照射装置具备多个光学单元,多个光学单元由第1光学单元与第2光学单元构成,该第2光学单元相对于该第1光学单元仅以第1间隔的1/2的距离,相对第1方向偏移配置,从第1方向观察时,第1光学单元与第2光学单元可构成为以将照射位置中的垂线为对称轴使从各光学单元射出的光的光路成为线对称的方式,沿着以照射位置为中心的圆周交替配置。根据这种构成,来自照射强度分布均不同的第1光学单元与第2光学单元的光在照射位置重叠,因此,能够获得整体均匀且具有更高的照射强度的线形光。
发明效果:
如上所述,根据本发明,从沿着第1方向排列的多个光源模块射出的光在照射面的第1方向上重叠,因此,从光学单元射出高峰值强度的线形光。因此,提供一种不增加光学单元的数量(即,不使装置大型化),便能够射出高照射强度的线形光的光照射装置。
附图说明
图1为本发明的实施例所涉及的光照射装置的外观图。
图2为说明搭载于本发明的实施例所涉及的光照射装置的LED发光二极管单元的构成及配置的放大图。
图3为说明图2(a)所示的LED发光二极管单元的构成的放大图。
图4为图3的A-A′剖面图。
图5为图3的B-B′剖面图。
图6为图5的A部(虚线框)放大图。
图7为说明搭载于本发明的实施例所涉及的光照射装置的LED发光二极管单元的LED发光二极管元件的构成的图。
图8为表示从本实施例的光照射装置所射出的紫外光的Y轴方向的照射强度分布的图。
图9为表示从本实施例的光照射装置所射出的紫外光的X轴方向的照射强度分布的图。
图10为表示搭载于本发明的实施例所涉及的光照射装置的LED发光二极管晶粒的发光面的长度与射出的紫外光的效率的关系的图。
图11为表示搭载于本发明的实施例所涉及的光照射装置的LED发光二极管晶粒的发光面的长度与有效照射区域的长度的关系的图。
图12为表示搭载于本发明的实施例所涉及的光照射装置的LED发光二极管晶粒的发光面的长度与射出的紫外光的峰值强度的关系的图。
图13为表示搭载于本发明的实施例所涉及的光照射装置的LED发光二极管晶粒的发光面的长度与射出的紫外光的照射强度分布的均匀度的关系的图。
图中:
1:光照射装置
10:壳体
10a:开口部
20:基座块
100:光学单元
100a、100b、100c、100d、100e:LED发光二极管单元
110:LED发光二极管模块
111:LED发光二极管元件
111a:LED发光二极管晶粒
113、115:透镜
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的实施例加以详细说明。再者,对图中相同或相等部份标记相同符号,且不重复说明。
图1为本发明的实施例所涉及的光照射装置1的外观图。本实施例的光照射装置1为搭载于使作为单页纸胶印印刷用油墨使用的紫外线硬化型油墨或FPD(Flat PanelDisplay)等作为密封剂使用的紫外线硬化树脂硬化的光源装置的装置,且如后续所述,其配置于照射对象物的上方,对照射对象物射出线形紫外光(图2(b))。在本说明书中,将从光照射装置1射出的线形紫外光的长边(线长)方向定义为X轴方向(第1方向),将短边(线宽)方向定义为Y轴方向(第2方向),将与X轴及Y轴正交的方向(即,垂直方向)定义为Z轴方向,并加以说明。图1(a)为从Y轴方向观察时的光照射装置1的主视图。图1(b)为从Z轴方向观察时(从图1(a)的下侧向上侧观察时)的光照射装置1的仰视图。图1(c)为从X轴方向观察时(从图1(a)的右侧向左侧观察时)的光照射装置1的立体图。
如图1所示,光照射装置1具备壳体10、基座块20及5个LED发光二极管单元100a~100e。壳体10为收纳基座块20、LED发光二极管单元100a~100e的外壳。此外,LED发光二极管单元100a~100e均为射出与X轴平行的线形紫外光的单元,在本说明书中,LED发光二极管单元100a~100e统称为“光学单元100”。
基座块20为用于固定光学单元100的支撑部件,由不锈钢等金属形成。如图1(b)及(c)所示,基座块20为向X轴方向延伸的大致矩形的板状构材,下面成为沿着Y轴方向凹陷的部分圆柱面。在基座块20的下面(即,部分圆柱面),沿着Y轴方向(即,沿着部分圆柱面)排列配置有在X轴方向延伸的LED发光二极管单元100a~100e,且通过固定螺丝或焊接等来固接。
壳体10的下面(光照射装置1的下面),具有开口部10a,且构成为通过该开口部10a,向照射对象物射出来自各LED发光二极管单元100a~100e的紫外光。
图2为说明搭载于本实施例所涉及的光照射装置1的光学单元100的构成及配置的放大图。图2(a)为图1(b)的放大图,为了方便说明,省略基座块20,使图1(b)所示的光学单元100旋转90°的后,将基座块20的部分圆柱面(即,向左右延伸)展开成平面并予以表示。此外,图2(b)为图1(c)的放大剖面图,表示从X轴方向观察时的LED发光二极管单元100a~100e的配置。
在本实施例的光照射装置1中,将从壳体10的下端远离下方(Z轴方向)100mm的位置(即,工作距离100mm的位置(图2(b)中,表示为“WD100”))中的X-Y平面作为基准照射面R,且照射对象物构成为在照射面R上通过未图标的运送装置沿着Y轴方向从右被运送至左。而且,通过在照射面R上使照射对象物从右至左依次被运送的方式,使从LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光在照射对象物上依次移动(扫描),并使照射对象物上的紫外线硬化型油墨或紫外线硬化树脂依次硬化(定影)。再者,图2(b)中,“F1”表示从LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光聚光的照射面R上的聚光位置。此外,在图2(b)中,为了方便说明,将通过聚光位置F1的照射面R的垂线作为从光照射装置1射出的紫外光的光路的中心线O来表示。
如图2(a)所示,在从Z轴方向观察本实施例的光照射装置1时,从右侧朝向左侧(即,沿着Y轴),依次配置有LED发光二极管单元100a~100e。而且,LED发光二极管单元100a、100c、100e,相对于LED发光二极管单元100b、100d,在X轴方向上,仅以P/2(即,LED发光二极管模块110的配置间隔P的1/2)的距离偏移配置(后续详述)。
如图2(b)所示,本实施例的LED发光二极管单元100a~100e,在从X轴方向观察时,隔着10.5°的角度间隔被配置于以聚光位置F1为中心的半径为125mm的圆周的圆弧上。再者,在本实施例中,LED发光二极管单元100c被配置于聚光位置F1的垂直上方,以使LED发光二极管单元100c的光轴与中心线O大致一致,LED发光二极管单元100a~100e从X轴方向观察时,以中心线O为对称轴而线对称地配置。来自各LED发光二极管单元100a~100e的紫外光,构成为向基准照射面R上的聚光位置F1射出,且在基准照射面R上照射以聚光位置F1为中心的线宽LW的范围。再者,在本实施例中,紫外光的线宽LW被设定为相对于聚光位置F1±约20mm,线长LL(X轴方向的长度)被设定为约100mm。在本实施例中,通过这样使来自5个LED发光二极管单元100a~100e的紫外光在聚光位置F1重叠,来对照射对象物照射高照射强度的紫外光。
图3为说明LED发光二极管单元100a~100e的构成的图,图2(a)为放大图。此外,图4、图5及图6为说明图3所示的LED发光二极管单元100a~100e的内部构成的图,图4为图3的A-A′剖面图,图5为图3的B-B′剖面图,图6为图5的A部(虚线框)放大图。再者,在图4、图5及图6中,为了容易看清楚图面,省略表示一部分构成。此外,在图4、图5及图6中,以点划线表示从LED发光二极管单元100a~100e的LED发光二极管模块110射出的紫外光的光轴,以实线表示紫外光的光路OP。
再者,本实施例的LED发光二极管单元100a~100e只是各自配置的位置不同,而内部的构成相同,因此,以下,作为代表,对LED发光二极管单元100c加以说明。
如图2(a)及图3所示,LED发光二极管单元100c具备在X轴方向延伸的矩形基板101与10个LED发光二极管模块110。10个LED发光二极管模块110沿着在X轴方向延伸的基板101的中心线CL(图3)稠密地配置于基板101上,且与基板101电性连接。LED发光二极管单元100c的基板101连接于未图标的LED发光二极管驱动电路,在各LED发光二极管模块110中,经由基板101供给来自LED发光二极管驱动电路的驱动电流。若驱动电流被供给至各LED发光二极管模块110,从各LED发光二极管模块110射出对应驱动电流的光量的紫外光,从各LED发光二极管单元100c射出与X轴平行的线形紫外光。再者,如后续所述,本实施例的各LED发光二极管模块110,具备内置有4个LED发光二极管(Light Emitting Diode)晶粒111a的LED发光二极管元件111(图3),且以从各LED发光二极管晶粒111a射出大致相等的照射强度分布的紫外光的方式,调整被供给至各LED发光二极管模块110(即,各LED发光二极管晶粒111a)的驱动电流。而且,从LED发光二极管单元100c射出的线形紫外光,在照射面R上,在X轴方向具有规定的照射强度分布(详细内容如后续所述)。再者,如图2(a)、图3所示,本实施例的各LED发光二极管模块110的配置间隔P,与后述LED发光二极管元件111的封装111p的大小相等,在本实施例中被设定为约14mm。
如图3~图6所示,LED发光二极管单元100a具备LED发光二极管元件111(光源模块)、透镜113及透镜115(光学元件)。
图7为说明LED发光二极管元件111的构成的图,图7(a)系平面图,图7(b)为图7(a)的C-C′剖面图。如图7所示,本实施例的LED发光二极管元件111具备方形封装111p,其内部内置有4个LED发光二极管晶粒111a(发光元件)。此外,封装111p的开口部用盖玻璃111c密封。LED发光二极管晶粒111a具备大致正方形的发光面,并且是一种从LED发光二极管驱动电路接收驱动电流的供给,射出波长为365nm的紫外光的半导体元件。在本实施例中,各LED发光二极管晶粒111a具备0.85×0.85mm的发光面,且沿着封装111p的中心线(即,与1组相对的边平行的中心线)以1.2mm间隔排列。而且,各LED发光二极管元件111以使LED发光二极管晶粒111a沿着X轴方向排列的方式安装于基板101。
如图3~图6所示,在各LED发光二极管元件111的光轴上,配置有被未图示的透镜夹持器保持的透镜113及透镜115。透镜113为通过例如硅氧树脂的注塑成形来形成的,例如LED发光二极管元件111侧为平面的球面平凸透镜,聚光从各LED发光二极管晶粒111a一边扩散一边射入的紫外光,并导光至后段的透镜115。透镜115为由硅氧树脂的注塑成形而形成的非球面透镜,且具备在Y轴方向形成具有焦度的圆柱面的入射面与在Y轴方向与X轴方向形成具有不同焦度的环形面的射出面,在Y轴方向聚光从透镜113射入的紫外光,并在X轴方向上以规定倍率(例如,约10倍)进行放大。因此,如图4所示,从X轴方向观察时,从各LED发光二极管元件111(即,各LED发光二极管晶粒111a)射出的紫外光通过透镜113及透镜115聚光至聚光位置F1。此外,如图5所示,从Y轴方向观察时,从各LED发光二极管元件111射出的紫外光,通过透镜113及透镜115在X轴方向扩散,且构成为在照射面R上与来自其他LED发光二极管元件111的紫外光相互重叠。再者,在本实施例中,透镜113为与光轴正交的方向的最大径为φ13.5mm的透镜。此外,透镜115为与光轴正交的方向的剖面为矩形的透镜,在本实施例中,各LED发光二极管单元100a的透镜115连结于X轴方向,构成为1个部件。通过这种构成,从各LED发光二极管晶粒111a射入的紫外光会被有效地(即,不会发生由透镜113及透镜115所致的光晕)引导至照射面R上。
如此一来,在本实施例中,通过以使从各LED发光二极管元件111射出的紫外光在照射面R上在X轴方向相互重叠的方式构成,来构成为高照射强度(峰值强度)的紫外光从各LED发光二极管单元100a~100e射出。即,以各LED发光二极管单元100a~100e其自身,形成为射出高于以往的LED发光二极管单元(例如,专利文献2中所述)的峰值强度的紫外光。此外,本实施例的光照射装置1通过使用这种构成的5个LED发光二极管单元100a~100e,且使来自LED发光二极管单元100a~100e的紫外光在聚光位置F1重叠,对照射对象物照射更高的照射强度的紫外光。
图8表示从本实施例的光照射装置1射出的紫外光的Y轴方向的照射强度分布的图,并表示光照射装置1的长边方向的中心位置(即,紫外光的线长LL(X轴方向的长度)的1/2的位置)上的Y轴方向的照射强度分布。图8(a)表示从各LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的照射强度分布,图8(b)表示从5个LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的总照射强度分布。比较图8(a)与(b)可知,通过使来自5个LED发光二极管单元100a~100e的紫外光在聚光位置F1重叠,可在聚光位置F1(图8中,用“0mm”表示)得到从各LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的峰值强度的5倍(约8000mW/cm2的峰值强度)的紫外光。
图9表示从本实施例的光照射装置1射出的紫外光的X轴方向的照射强度分布的图,并表示光照射装置1的短边方向的中心位置(即,聚光位置F1)上的X轴方向的照射强度分布。图9(a)表示分别从LED发光二极管单元100a、100c、100e射出的紫外光的照射强度分布,图9(b)表示分别从LED发光二极管单元100b、100d射出的紫外光的照射强度分布,图9(c)表示从5个LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的总照射强度分布。再者,在图9(a)及图9(b)中,为了方便说明,用实线表示从各LED发光二极管单元100a~100e的各LED发光二极管元件111射出的紫外光的照射强度分布,用虚线表示从LED发光二极管单元整体射出的紫外光(即,从各LED发光二极管元件111射出的紫外光的总和)的照射强度分布。
如上所述,从本实施例的各LED发光二极管元件111射出的紫外光,通过透镜113及透镜115扩散至X轴方向,且照射至照射面R上。在此,从各LED发光二极管元件111射出的紫外光,除了从沿着X轴方向以等间隔排列的4个LED发光二极管晶粒111a射出的紫外光外并无其他,因此,从各LED发光二极管元件111射出的紫外光的X轴方向的照射强度分布会形成为具有4个峰值的离散的照射强度分布。而且,具有这种离散的照射强度分布的紫外光通过透镜113及透镜115以规定倍率扩散至X轴方向,且照射于照射面R上(图9(a)及图9(b)的实线部)。结果,在照射面R上,来自多个LED发光二极管元件111的紫外光在X轴方向重叠,且可在以光照射装置1的长边方向的中心位置(即,紫外光的线长LL(X轴方向的长度)的1/2的位置)为中心的规定范围内(在本实施例中,为±约35mm的范围),提高照射强度(图9(a)及图9(b)的虚线部)。如此一来,在本实施例中,通过使来自排列于X轴方向的多个LED发光二极管元件111的紫外光在X轴方向重叠,得到峰值强度高的紫外光。再者,在本说明书中,将紫外光重叠且峰值强度变高的部分称为“有效照射区域”,在本实施例中,照射对象物配置于该部分。
再者,如图9(a)及图9(b)所示,从各LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的照射强度分布,虽然可在有效照射区域提高峰值强度,但有些地方会有齿状变动(即,不均匀的部分)。这是因为排列于X轴方向的LED发光二极管晶粒111a的密度不固定,而在各LED发光二极管元件111间存在没有配置LED发光二极管晶粒111a的部分。因此,在本实施例中,以使光照射装置1整体射出的紫外光的照射强度分布大致均匀的方式,使LED发光二极管单元100a、100c、100e相对于LED发光二极管单元100b、100d,在X轴方向上仅以P/2(即,LED发光二极管模块110的配置间隔P的1/2)的距离偏移配置。像这样配置LED发光二极管单元100a~100e时,从各LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的照射强度降低的部分在照射面R上相互抵消。因此,作为光照射装置1整体的紫外光的照射强度分布(即,从5个LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的总照射强度分布),在X轴方向上成为大致均匀,此外,形成为从各LED发光二极管单元100a~100e射出的紫外光的峰值强度的5倍(约8000mW/cm2)的峰值强度。
如此一来,在本实施例的各LED发光二极管单元100a~100e中,构成为在X轴方向排列多个(10个)具备多个(4个)LED发光二极管晶粒111a的LED发光二极管元件111,且通过在X轴方向上放大从各LED发光二极管元件111射出的紫外光,射出峰值强度高的紫外光。即,从各LED发光二极管单元100a~100e自身,射出高峰值强度的紫外光。此外,构成为以使来自5个LED发光二极管单元100a~100e的紫外光聚光至照射面R上的聚光位置F1的方式,配置各LED发光二极管单元100a~100e,由此,进一步提高峰值强度,且射出均匀的照射强度分布的紫外光。因此,根据这种构成的光照射装置1,可使照射对象物上的紫外线硬化型油墨或紫外线硬化树脂稳定且硬化(定影)。
以上虽说明了本实施例,但本发明并不限定于上述构成,可在本发明的技术思想范围内进行各种变形。
例如,虽说明了本实施例的光照射装置1具备5个LED发光二极管单元100a~100e,但如上所述,由于被构成为在各LED发光二极管单元100a~100e射出峰值强度高的紫外光,因此,只要根据所期望的峰值强度来调整所使用的LED发光二极管单元的个数即可,且光照射装置1只要具备1个以上LED发光二极管单元即可。
又,虽说明了本实施例的各LED发光二极管单元100a~100e具备10个LED发光二极管模块110,但,只要被构成为在照射面R上即使从LED发光二极管模块110射出的紫外光较少但也重叠,即可提高紫外光的峰值强度,因此,各LED发光二极管单元100a~100e只要在X轴方向具备至少2个以上的LED发光二极管模块110即可。
此外,虽说明了本实施例的LED发光二极管元件111具有0.85×0.85mm的发光面,在X轴方向具备以1.2mm间隔排列的4个LED发光二极管晶粒111a,但发光面的尺寸、LED发光二极管晶粒111a的个数、LED发光二极管晶粒111a的间隔并不一定被限定为这种构成。即,从LED发光二极管元件111射出的紫外光在X轴方向被放大时,只要被构成为即使来自其他LED发光二极管元件111(例如,邻接的LED发光二极管元件111)的紫外光较少但也重叠,即可提高紫外光的峰值强度,因此,LED发光二极管元件111只要可射出在X轴方向延伸的紫外光即可,代替具备多个LED发光二极管晶粒的部件,例如可应用具备在X轴方向延伸的1个发光面(即,1个LED发光二极管晶粒111a)的部件。再者,在这种情况下,发光面的大小(长度)相当于由本实施例的多个LED发光二极管晶粒111a构成的发光部的长度(即,配置有多个LED发光二极管晶粒111a的区域的X轴方向的长度),且考虑使用的透镜113及透镜115的尺寸、有效照射区域的长度、所期望的紫外光的峰值强度、所期望的紫外光的照射强度分布的均匀度等来进行适当地设定。但是,为了使从1个LED发光二极管元件111射出的紫外光在X轴方向被放大且与来自其他LED发光二极管元件111的紫外光重叠,在将LED发光二极管元件111的间隔设为a、将发光面的X轴方向的长度设为b、将透镜113及透镜115的X轴方向的倍率设为α时,则满足以下条件式(1)成为条件。
α×b≧a…(1)
图10~图13为表示为了求出LED发光二极管晶粒111a的发光面(发光部)的长度发明人所进行的模拟结果的曲线图。图10为模拟LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(发光长度)与射出的紫外光的效率的关系的结果。在此,所谓射出的紫外光的效率指从LED发光二极管晶粒111a射出的紫外光的效率,在本说明书中,定义为(照射面R上的紫外光的光量)/(从LED发光二极管晶粒111a射出的紫外光的光量)。此外,图11为模拟LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度与有效照射区域的长度的关系的结果。
图12为模拟LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度与射出的紫外光的峰值强度的关系的结果。图13为模拟LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度与射出的紫外光的照射强度分布的均匀度的关系的结果。所谓射出的紫外光的照射强度分布的均匀度指有效照射区域内的照射强度的偏差,在本说明书中,定义为((有效照射区域内的最大强度)-(有效照射区域内的最小强度))/((有效照射区域内的最大强度)+(有效照射区域内的最小强度))。再者,在图10~13所示的模拟中,与本实施例相同的透镜113及透镜115配置于LED发光二极管元件111的光路上,而各LED发光二极管模块110(即,LED发光二极管元件111)的配置间隔P也设成为与本实施例相同的14mm,并进行模拟。
如图10所示,LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(发光长度)变长时,射出的紫外光的效率会逐渐下降。这是因为,通过使LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度变长,会产生由透镜113及透镜115所致的光晕(即,从发光面射出的紫外光的一部分不会被取入到透镜113及透镜115)。因此,将效率≧75%设为目标值时,在使用本实施例的透镜113及透镜115的情况下,优选LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度设为5.8mm以下。
如图11所示,LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(发光长度)变长时,有效照射区域的长度(有效照射区域长)逐渐缩短。这是因为,发光长度变长时,紫外光的重叠在有效照射区域长的中心部变多,故峰值强度变高,另一方面,有效照射区域长的两端侧的照射强度相对下降。因此,将有效照射区域长≧70mm设为目标值时,优选LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度设为5.8mm以下。
如图12所示,LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(发光长度)变长时,射出的紫外光的峰值强度增大。这是因为,从各LED发光二极管晶粒111a照射的紫外光的照射面R上的长度变长,导致在X轴方向重叠的紫外光的长度也变长。因此,将紫外光的峰值强度≧600mW设为目标值时,优选LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度设为4.2mm以上。
如图13所示,对应于LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(发光长度),射出的紫外光的均匀度产生变化。因此,将紫外光的照射强度分布的均匀度≦7%设为目标值时,优选LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度设为4.2mm以上。
从上述模拟结果,可知若考虑紫外光的效率、有效照射区域的长度、紫外光的峰值强度、紫外光的照射强度分布的均匀度,优选LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(b)设为4.2mm~5.8mm的范围。且,若考虑本实施例的LED发光二极管元件111的间隔(a)为14mm时,则可从条件式(1)得到以下条件式(2)。
0.30≦b/a≦0.42…(2)
即,可知优选LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(b),相对于LED发光二极管元件111的间隔(a),设在0.30~0.42的范围。
此外,从条件式(1)与条件式(2),可得到以下条件式(3)及(4)。
3.3≦α…(3)
2.3≦α…(4)
即,可知LED发光二极管元件111的间隔(a)与LED发光二极管晶粒111a的发光面的长度(b)满足条件式(2)时,为了使从各LED发光二极管晶粒111a照射的紫外光在照射面R上重叠,优选将透镜113及透镜115的X轴方向的倍率(α)设为3.3以上(即,满足条件式(3))。
此外,在本实施例中,虽说明了各LED发光二极管单元100a的透镜115连结于X轴方向,但透镜115也可与各LED发光二极管单元100a分开配置。
此外,在本实施例中,透镜113虽为球面平凸透镜,但,并不限定于这种构成,例如,也可使用双凸透镜、凹凸透镜。
此外,在本实施例中,透镜115虽为形成有圆柱面与环形面的非球面透镜,但,并不限定于这种构成,例如,也可使用形成有平面与环形面的非球面透镜、球面双凸透镜。
此外,在本实施例中,透镜113及透镜115虽为由硅氧树脂形成,但,并不限定于硅氧树脂,例如,也可使用其他光学用透明树脂或玻璃。
再者,本次公开的实施例的所有要点均为例示,应认为并不是对其进行限制。本发明的范围并非上述说明,而是通过申请专利范围所示,包含与申请专利范围等同的含意及范围内的全部变更。

Claims (15)

1.一种光照射装置,其在照射面上的规定照射位置,照射在第1方向上延伸且在与所述第1方向正交的第2方向上具有规定线宽的线形光,其特征在于,
所述光照射装置具备光学元件,该光学元件具有在基板上沿着所述第1方向隔着第1间隔排列,并在规定方向上使光轴的朝向一致配置的N个光源模块,其中,N为2以上的整数,及配置于所述各光源模块的光路,并将来自所述各光源模块的光导向规定光路的N个光学元件,且对所述照射面射出平行于所述第1方向的线形光,
所述各光源模块具有沿着所述第1方向延伸的发光部,所述发光部具有沿着所述第1方向隔着第2间隔排列的M个所述发光元件,其中,M为2以上的整数,
所述各光学元件在所述第1方向以规定倍率放大从所述发光部所射出的光,
在将所述第1间隔设成a、将所述发光部的所述第1方向的长度设成b、将所述规定倍率设成α时,满足以下的条件式(1)、(2)及(3):
α×b≧a…(1)
0.3≦b/a≦0.42…(2)
3.3≦α…(3)。
2.根据权利要求1所述的光照射装置,其特征在于,
所述发光元件为具有大致为正方形的发光面的LED发光二极管。
3.根据权利要求1所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件以使从所述发光元件射出的光在所述照射位置成为所述规定线宽的方式,在分别与所述光轴方向及所述第1方向正交的第3方向上聚集从所述发光元件射出的光。
4.根据权利要求2所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件以使从所述发光元件射出的光在所述照射位置成为所述规定线宽的方式,在分别与所述光轴方向及所述第1方向正交的第3方向上聚集从所述发光元件射出的光。
5.根据权利要求3所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件具有射入来自所述各光源模块的光的第1透镜,及射入透过该第1透镜的光的第2透镜,
所述第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面,及由凸面形成的射出面,
所述第2透镜为非球面透镜,其具有在所述第3方向形成具有正光焦度的圆柱面的入射面,及在所述第1方向及所述第3方向形成具有正光焦度的环形面的射出面。
6.根据权利要求4所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件具有射入来自所述各光源模块的光的第1透镜,及射入透过该第1透镜的光的第2透镜,
所述第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面,及由凸面形成的射出面,
所述第2透镜为非球面透镜,其具有在所述第3方向形成具有正光焦度的圆柱面的入射面,及在所述第1方向及所述第3方向形成具有正光焦度的环形面的射出面。
7.根据权利要求3所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件具有射入来自所述各光源模块的光的第1透镜,与射入透过该第1透镜的光的第2透镜,
所述第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面,及由凸面形成的射出面,
所述第2透镜为非球面透镜,其具有由平面形成的入射面,及在所述第1方向及所述第3方向形成具有正光焦度的环形面的射出面。
8.根据权利要求4所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件具有射入来自所述各光源模块的光的第1透镜,与射入透过该第1透镜的光的第2透镜,
所述第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面,及由凸面形成的射出面,
所述第2透镜为非球面透镜,其具有由平面形成的入射面,及在所述第1方向及所述第3方向形成具有正光焦度的环形面的射出面。
9.根据权利要求3所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件具有射入来自所述各光源模块的光的第1透镜,与射入透过该第1透镜的光的第2透镜,
所述第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面,及由凸面形成的射出面,
所述第2透镜为球面双凸透镜,其具有由凸面形成的入射面,及由凸面形成的射出面。
10.根据权利要求4所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件具有射入来自所述各光源模块的光的第1透镜,与射入透过该第1透镜的光的第2透镜,
所述第1透镜具有由平面、凸面或凹面形成的入射面,及由凸面形成的射出面,
所述第2透镜为球面双凸透镜,其具有由凸面形成的入射面,及由凸面形成的射出面。
11.根据权利要求5~10中任一项所述的光照射装置,其特征在于,
所述第2透镜,系从光轴方向观察时,具有矩形状的外形。
12.根据权利要求11所述的光照射装置,其特征在于,
所述各光学元件的第2透镜沿着所述第1方向连结。
13.根据权利要求1~10中任一项所述的光照射装置,其特征在于,
所述光照射装置具备有多个光学单元,
所述多个光学单元由第1光学单元及第2光学单元构成,该第2光学单元相对于该第1光学单元,仅以所述第1间隔的1/2的距离,与所述第1方向相对地偏移配置,
从所述第1方向观察时,所述第1光学单元与所述第2光学单元以使从所述各光学单元射出的光的光路以所述照射位置中的垂线为对称轴而形成线对称的方式,沿着以所述照射位置为中心的圆周交替配置。
14.根据权利要求11所述的光照射装置,其特征在于,
所述光照射装置具备有多个光学单元,
所述多个光学单元由第1光学单元及第2光学单元构成,该第2光学单元相对于该第1光学单元,仅以所述第1间隔的1/2的距离,与所述第1方向相对地偏移配置,
从所述第1方向观察时,所述第1光学单元与所述第2光学单元以使从所述各光学单元射出的光的光路以所述照射位置中的垂线为对称轴而形成线对称的方式,沿着以所述照射位置为中心的圆周交替配置。
15.根据权利要求12所述的光照射装置,其特征在于,
所述光照射装置具备有多个光学单元,
所述多个光学单元由第1光学单元及第2光学单元构成,该第2光学单元相对于该第1光学单元,仅以所述第1间隔的1/2的距离,与所述第1方向相对地偏移配置,
从所述第1方向观察时,所述第1光学单元与所述第2光学单元以使从所述各光学单元射出的光的光路以所述照射位置中的垂线为对称轴而形成线对称的方式,沿着以所述照射位置为中心的圆周交替配置。
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