CN109469838A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够使照射到照射位置的光量增加且实现光损失降低的光照射装置。光照射装置具备：棒状透镜(10)，在X方向上延伸且具有在与X方向正交的Y方向上有曲率的凸曲面，将照射到凸曲面的光在Y方向上进行聚光；第一LED阵列(21)，在X方向上排列LED，向凸曲面中的Y方向上的第一预定范围(A1)照射光；第二LED阵列(22)，在X方向上排列LED，向凸曲面中的Y方向上的第二预定范围(A2)照射光；以及反射构件(42)，对通过棒状透镜(10)后的来自第二LED阵列(22)的光进行反射，反射构件(42)能够使通过棒状透镜(10)后的来自第二LED阵列(22)的光向通过棒状透镜(10)后的来自第一LED阵列(21)的光呈带状地照射的预定照射位置呈带状地照射。

Description

光照射装置

技术领域

本发明涉及光照射装置。

背景技术

作为这种光照射装置，已知有具备产生紫外线的放电管和将来自放电管的紫外线朝向带状的照射位置进行反射的凹弯曲的反射构件的光照射装置(例如，参照专利文献1)。

另外，还已知有在X方向以及Y方向上排列多个紫外线LED来替代放电管，通过多个紫外线LED对照射位置进行照射的光照射装置(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2009-107190号公报

专利文献2：日本特开2006-136859号公报

发明内容

发明要解决的课题

关于前者的光照射装置，作为放电管，使用具有每1cm几百瓦的输出的放电管，所以在提高紫外线固化树脂(以下，也简单称为“树脂”)的固化速度方面优异，但放电管的寿命短。光照射装置大多被配置在树脂的固化工序的深处，所以放电管的更换费力费时。另外，由于放电管的更换，树脂的固化速度等有可能发生变化，因此，还有时需要在每次进行更换时进行树脂固化工序的再设定。另外，由于放电管会成为高温，因此还存在放电管必须与照射位置分离这一制约。

另一方面，后者的光照射装置使用紫外线LED，紫外线LED具有与放电管相比十几倍至几十倍的寿命。可是，即便是被称为功率LED的LED，每一个也仅有几瓦的输出，所以如后者的光照射装置那样，仅将紫外线LED在X方向以及Y方向上排列无法得到与使用了放电管的光照射装置同等的树脂固化速度。

例如，也可以考虑如图7所示，设置多个光照射装置100，在各光照射装置100设置沿X方向排列被称为功率LED的紫外线LED而得到的LED阵列110和以沿着LED阵列110的方式配置且将来自LED阵列110的光在与X方向正交的Y方向上进行聚光的由石英等形成的圆柱透镜120，使来自多个光照射装置100的光在1个带状的照射位置重合。由此，能够提高带状的照射位置的光能量密度。

在此，紫外线会由于通常的玻璃、透明塑料的透镜而大幅地衰减，因此作为透镜的材质，需要使用衰减小的石英等。此外，即便使用石英也会产生10％左右的衰减。

另外，从LED发出的光呈放射状地扩展，圆柱透镜120在X方向上不进行聚光。因此，为了防止光损失需要尽量使光照射装置和照射位置的距离靠近，具体而言大多要求靠近到50mm左右。

另一方面，由于这样的功率LED的发热量多，因此，需要使安装了LED阵列110的基板与水冷式散热器接触。即，需要在各光照射装置100设置水冷式散热器，所以各光照射装置的Y方向的尺寸会变大。具体而言，紫外线的功率LED具有相当的发热量，所以散热器的Y方向的尺寸大多为50mm左右或其以上。因此，如图7所示，将3个光照射装置100在Y方向上排列的情况下，会存在使光从45°左右的角度倾斜地向照射位置入射的光照射装置100。也存在使用空冷式散热器代替水冷式散热器的情况，但由于发热量大，因此肯定有散热器的尺寸变大的趋势。

固化对象的树脂的形状、颜色、表面状态是各种各样的，但是在树脂印刷中的树脂的固化的情况下，对于黑色而言，光难以入射到内部，所以与其它的颜色相比，存在固化慢的趋势。即，若使光倾斜地向照射位置入射则容易发生反射，入射深度也有变浅的趋势，所以为了使光进入到树脂的内部以便不产生这样的损失，优选使光从尽量接近90°的方向向照射位置入射。

本发明鉴于这样的情况而提出，目的在于提供一种能够在使照射到照射位置的光量增加的同时实现光损失的降低的光照射装置。

用于解决课题的技术方案

本发明的第一技术方案涉及的光照射装置具备：棒状透镜，其在X方向上延伸，且具有在与所述X方向正交的Y方向上有曲率的凸曲面，将照射到该凸曲面的光在所述Y方向上进行聚光；第一LED阵列，其在所述X方向上排列LED，向所述凸曲面中的所述Y方向上的第一预定范围照射光；第二LED阵列，其在所述X方向上排列LED，向所述凸曲面中的所述Y方向上的第二预定范围照射光；以及反射构件，其对通过所述棒状透镜后的来自所述第二LED阵列的光进行反射，该反射构件能够使通过所述棒状透镜后的来自所述第二LED阵列的光呈带状地向预定的照射位置进行照射，所述预定的照射位置是通过所述棒状透镜后的来自所述第一LED阵列的光呈带状地进行照射的位置。

在上述第一技术方案中，向同一棒状透镜照射来自第一LED阵列的光和来自第二LED阵列的光，来自第二LED阵列的光被反射构件反射而向来自第一LED阵列的光呈带状地照射的照射位置呈带状地进行照射。因此，来自第一以及第二LED阵列的光会向带状的照射位置进行照射，能够使照射到照射位置的光量增加。

另外，例如通过使第一LED阵列与第二LED阵列在Y方向上的距离靠近、和/或使棒状透镜与反射构件在Y方向上的距离靠近，能够使通过棒状透镜后的来自第一LED阵列的光的光轴与被反射构件反射后的来自第二LED阵列的光的光轴所形成的角度的差减小。

本发明的第二技术方案涉及的光照射装置具备：棒状透镜，其在X方向上延伸，且具有在与所述X方向正交的Y方向上有曲率的凸曲面，将照射到该凸曲面的光在所述Y方向上进行聚光；第一紫外线LED阵列，其在所述X方向上排列，照射所述凸曲面中的所述Y方向上的第一预定范围；第二紫外线LED阵列，其在所述X方向排列，照射所述凸曲面中的所述Y方向上的第二预定范围；第一反射构件，其对通过所述棒状透镜后的来自所述第一紫外线LED阵列的光进行反射，使其向预定的照射位置呈带状地进行照射；以及第二反射构件，其能够对通过所述聚光棒状透镜后的来自所述第二紫外线LED阵列的光进行反射，使其向所述预定的照射位置呈带状地进行照射。

在上述第二技术方案中，向同一棒状透镜照射来自第一LED阵列的光和来自第二LED阵列的光，来自第二LED阵列的光通过第二反射构件被向照射位置呈带状地进行照射，该照射位置是来自第一LED阵列的光通过第一反射构件被呈带状地进行照射的位置。因此，来自第一以及第二LED阵列的光会向带状的照射位置进行照射，能够使照射到照射位置的光量增加。

另外，例如通过使第一LED阵列与第二LED阵列在Y方向上的距离靠近、和/或使棒状透镜与第一以及第二反射构件在Y方向上的距离靠近，能够减小被第一反射构件反射后的来自第一LED阵列的光的光轴和被第二反射构件进行反射后的来自第二LED阵列的光的光轴所形成的角度的差。

发明效果

根据本发明，能够在使照射到照射位置的光量增加的同时实现光损失的降低。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式涉及的光照射装置的概略结构图。

图2是表示由第一实施方式的光照射装置照射的光的分布的图。

图3是表示由第一实施方式的光照射装置照射的光的分布的图。

图4是第一实施方式的第一变形例的光照射装置的概略结构图。

图5是第一实施方式的第二变形例的光照射装置的概略结构图。

图6是本发明的第二实施方式涉及的光照射装置的概略结构图。

图7是现有的光照射装置的概略结构图。

附图标记的说明

10…棒状透镜；21…第一LED阵列；22…第二LED阵列；23…第三LED阵列；30…照射装置主体；31…散热器；32…侧板；42、43…反射构件；42a、43a…反射面；42b、43b…螺纹构件；P…树脂

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的第一实施方式涉及的光照射装置进行说明。

如图1所示，该光照射装置具有作为在X方向(图1的纸面厚度方向)上延伸的圆柱透镜的棒状透镜10。棒状透镜10优选由石英、硼硅酸玻璃等对紫外线的衰减少的材质形成。

光照射装置具有：第一LED阵列21，其在X方向上排列紫外线LED，向棒状透镜10的上表面(凸曲面)中的Y方向(图1的左右方向)上的第一预定范围A1照射光；第二LED阵列22，在X方向上排列紫外线LED，向棒状透镜10的上表面中的Y方向上的第二预定范围A2照射光；以及第三LED阵列23，在X方向上排列紫外线LED，向棒状透镜10的上表面中的Y方向上的第三预定范围A3照射光。

在本实施方式中，X方向与各LED阵列21、22、23的LED的并排设置方向一致，与X方向以及Y方向正交的方向是Z方向。另外，棒状透镜10将照射在其上表面的光在Y方向上进行聚光，作为一例，将从LED呈放射状地发出的光以如图1那样成为大致平行光的方式在Y方向上进行折射。在此所说的聚光是指使来自LED的光朝向LED的光轴L1、L2、L3在Y方向上进行折射，也包含通过棒状透镜10后的光边稍扩展边前进的情况。此外，图1所示的虚线表示光线轨迹的概况(image)，不表示完全准确的光线轨迹。

该光照射装置具有分别安装了第一～第三LED阵列21、22、23的基板21a、22a、23a。另外，具有照射装置主体30，该照射装置主体30具备：固定有基板21a、22a、23a的散热器31；一对侧板32，其各自的一端分别安装在散热器31的Y方向的两端，该一对侧板32在Z方向上延伸；安装于侧板32的另一端的透明的盖33；以及在X方向的一端以及另一端对形成在一对侧板32之间的空间进行封闭的一对端构件(未图示)。散热器31在内部设置供冷却水流通的冷却水通路(未图示)，从冷却水供给装置向冷却水通路供给冷却水。另外，棒状透镜10的两端例如由照射装置主体30的一对端构件支承。

在本实施方式中，第一LED阵列21的光轴L1与Z轴平行，相对于光轴L1，第二以及第三LED阵列22、23的光轴L2、L3在Y方向上倾斜45°。

光照射装置具有：对通过棒状透镜10的来自第二LED阵列22的光进行反射的反射构件42和对通过棒状透镜10的来自第三LED阵列23的光进行反射的反射构件43。

各反射构件42、43安装于照射装置主体30。具体而言，各反射构件42、43的Z方向的一端(靠近各LED阵列21、22、23侧)固定于照射装置主体30，各反射构件42、43的Z方向的另一端侧通过螺纹构件(调整机构)42b、43b在Y方向上被定位。

在反射构件42的棒状透镜10侧的面设置有对来自第二LED阵列22的光进行反射的平面状的反射面42a，在反射构件43的棒状透镜10侧的面设置有对来自第三LED阵列23的光进行反射的平面状的反射面43a。各反射面42a、43a例如是在基材表面蒸镀铝而形成的白色的反射面、对基材表面进行研磨而形成的镜面。基材是玻璃、金属、塑料等。各反射构件42、43形成为反射面42a、43a的间隔从Z方向的一端侧朝向另一端侧逐渐地分离。

螺纹构件42b、43b分别在X方向上以隔开间隔的方式设置有多个。另外，螺纹构件42b、43b与侧板32螺合，并且在Y方向上与各反射构件42、43的Z方向的另一端侧抵接。通过该构造，螺纹构件42b、43b能够使各反射构件42、43的Z方向的另一端侧以相互靠近的方式在Y方向上弹性变形，对反射面42a、43a的Y方向的倾斜的角度α进行调整。例如，在使螺纹构件42b旋转而使螺纹构件42b的向照射装置主体30内的突出量增加时，反射构件42的弹性变形量变大，角度α变小。

来自第一LED阵列21的光通过棒状透镜10在Y方向上被进行聚光，被呈带状地照射到朝向预定的输送方向A输送的树脂P上的预定的照射位置。另外，来自第二LED阵列22的光通过棒状透镜10在Y方向上被进行聚光，并且被反射构件42反射，呈带状地照射到树脂P上。来自第三LED阵列23的光通过棒状透镜10在Y方向上被进行聚光，并且被反射构件43反射，呈带状地照射到树脂P上。

这样一来，根据本实施方式，对同一棒状透镜10照射来自第一LED阵列21的光、来自第二LED阵列22的光和来自第三LED阵列23的光，来自第二LED阵列22的光被反射构件42反射而呈带状地对照射位置进行照射，该照射位置是来自第一LED阵列21的光呈带状地照射的位置，另外，来自第三LED阵列23的光也被反射构件43反射而呈带状地进行照射。因此，来自第一、第二以及第三LED阵列21、22、23的光会向带状的照射位置进行照射，能够使照射到照射位置的光量增加。

另外，通过使第一LED阵列21的位置和第二LED阵列22的位置在Y方向上靠近、和/或使棒状透镜10的位置和反射构件42的位置在Y方向上靠近，能够使来自第一LED阵列21的光的光轴L1与通过反射构件42反射后的来自第二LED阵列22的光的光轴L2所形成的角度β减小。关于第三LED阵列23以及反射构件43也是同样的。

另外，在图1的状态下，在LED基板22a、23a按照光轴L2以及光轴L3在Y方向上倾斜45°的方式安装于散热器31并且来自第一～第三LED阵列21、22、23的光照射到了同一照射位置的状态下，角度β为15°左右，但通过减小光轴L2、L3的在Y轴方向上的倾斜，使LED基板22a以及LED基板23a的位置与LED基板21a的位置在Y方向上靠近，能够进一步减小角度β。

另外，具有螺纹构件42b、43b作为用于调整反射构件42、43的Z方向的另一端侧(反射面42a、43a)的Y方向的倾斜的调整机构。因此，能够通过螺纹构件42b、43b调整反射面42a、43a在Y方向上的倾斜，使来自第二LED阵列22的光的带状的照射位置例如向输送方向A的上游侧移动，使来自第三LED阵列23的光的带状的照射位置向例如输送方向A的下游侧移动。

例如，在图1中，第一、第二以及第三LED阵列21、22、23的带状的照射位置一致，所以如图2所示，成为照射位置内的各位置的光量多的状态，但是，在使第二LED阵列22的光的照射位置向输送方向A的上游侧移动与其宽度相当的量，而不使第三LED阵列23的光的照射位置移动的情况下，如图3那样，照射位置在输送方向A上变宽，并且照射位置内的各位置处的光量发生变化。此外，在使第二LED阵列22的光的照射位置向输送方向A的上游侧移动，使第三LED阵列23的光的照射位置向输送方向A的下游侧移动时，能够使照射宽度变宽，并同时使角度β进一步变小。

这样一来，通过调整反射构件42、43的Z方向上的另一端侧在Y方向上的倾斜，能够对照射位置的照射宽度、光量的分布进行调整。根据要固化的树脂的种类、形状、特性、向输送方向A的输送速度等，照射位置的宽度、光量的最佳条件不同，所以该构成在应对各种状况方面极为有利。

另外，例如也能够使第一LED阵列21的紫外线LED的种类和第二LED阵列22的紫外线LED的种类不同。例如，能够对第一LED阵列21使用在405nm的附近有光量的峰的紫外线LED，对第二LED阵列22使用在365nm的附近有光量的峰的紫外线LED。在该情况下，在形成为图3的状态时，向在输送方向A上输送的树脂P最先照射第二LED阵列22的光，之后会照射第一以及第三LED阵列21、23的光。根据树脂的种类、形状、特性等，也可能存在产生固化的契机的紫外线的波长和推进固化的紫外线的波长不同的情况。在这样的状况时，使各LED阵列21、22、23的紫外线LED的种类不同是有效的。

此外，在本实施方式中，也能够设为不设置第三LED阵列23的规格。另一方面，例如图4所示，还可能设置如第四LED阵列24以及第五LED阵列25那样另外的其它LED阵列。在该情况下，来自第四LED阵列24的光和来自第五LED阵列25的光也分别沿着光轴L4、L5向树脂P上照射。

进而，反射面42a、42b也可以是凹弯曲的反射面、由多个平面形成的反射面等。例如，如图5所示那样，也可以使反射面42a、42b为凹弯曲面。通过调整凹弯曲的程度，也能够如图5所示那样使照射位置处的光轴L2以及L3和光轴L4以及L5的距离靠近，还能够使它们一致。

以下，参照附图对本发明的第二实施方式涉及的光照射装置进行说明。

如图6所示，该光照射装置在第一实施方式中是不设置第一LED阵列21的规格。另外，在第二实施方式中，不设置第一LED阵列21，所以将第二LED阵列22称为第一LED阵列，将第三LED阵列23称为第二LED阵列。另外，将反射构件42称为第一反射构件，将反射构件43称为第二反射构件。

在本实施方式中，与第一实施方式同样地，向同一棒状透镜10照射来自第一LED阵列22的光和来自第二LED阵列23的光，来自第二LED阵列23的光被反射构件43反射而呈带状地向照射位置进行照射，该照射位置是来自第一LED阵列22的光通过第一反射构件42呈带状地进行照射的位置。因此，会向带状的照射位置照射来自第一以及第二LED阵列22、23的光，能够使照射到照射位置的光量增加。

另外，与第一实施方式同样地，能够使第一LED阵列22的位置与第二LED阵列23的位置在Y方向上靠近、使棒状透镜10的位置与反射构件42、43的位置在Y方向上靠近、和/或使光轴L2、L3在Y轴方向上的倾斜减小。

另外，与第一实施方式同样地，能够通过螺纹构件42b、43b对反射构件42、43的Z方向的另一端侧(反射面42a、43a)的Y方向的倾斜进行调整，能够在输送方向A上调整来自各LED阵列22、23的光的照射位置。

另外，与第一实施方式同样地，也能够使第一LED阵列22的紫外线LED的种类和第二LED阵列23的紫外线LED的种类不同，还能够设置LED阵列24以及LED阵列25，也可以使反射面42a、42b为凹弯曲的反射面、由多个平面构成的反射面等。

此外，在第一实施方式中，还能够使第一LED阵列21的各紫外线LED的位置和第二LED阵列22的各紫外线LED的位置在X方向上错开，并且使第二LED阵列22的各紫外线LED的位置和第三LED阵列23的各紫外线LED的位置在X方向上错开。由此，能够降低照射位置处的光量的不均匀。

同样地，在第二实施方式中，也能够将第一LED阵列22的各紫外线LED的位置和第二LED阵列23的各紫外线的位置在X方向上错开。

另外，在第一以及第二实施方式中，为了降低照射位置处的光量的不均匀，也能够在棒状透镜10以及反射构件42、43与照射位置之间配置使光进行漫射的漫射透镜。作为漫射透镜，能够使用如复眼透镜，能够在盖33的附近或代替盖33而设置漫射透镜。

另外，在第一以及第二实施方式中，示出了螺纹构件42b、43b对抗反射构件42、43的弹性变形的反作用力，使反射构件42、43的Z方向的另一端侧沿Y方向移动。与此相对，也可以构成为设置将反射构件42、43的Z方向的另一端侧向相互分离的方向施力的弹簧等施力构件，螺纹构件42b、43b对抗施力构件的作用力而使反射构件42、43的Z方向的另一端侧沿Y方向移动。在该情况下，即便反射构件42、43本身不是可以弹性变形的构件，也能够通过使螺纹构件42b、43b的向照射装置主体30内的突出量变化，对反射构件42、43的Z方向上的另一端侧的倾斜进行调整。此外，也能够构成使用马达、齿轮等其它机构来代替螺纹构件42b、43b对反射构件42、43的Y方向上的倾斜进行调整的调整机构。

另外，在第一以及第二实施方式中，构成为能够调整反射构件42、43的Z方向上的另一端侧的Y方向的位置，但也可以构成为调整反射构件42、43的Z方向上的一端侧的Y方向的位置。

另外，在第一以及第二实施方式中，也可以构成为使各LED阵列21、22、23、24、25的LED为射出可见光的LED，通过光照射装置对检查对象呈带状地照射光。在该情况下，能够使用检查用传感器观察带状的照射位置，通过光量的增加来实现检查的高速化。

此外，也能够使各LED阵列21、22、23、24、25为照射相互不同的颜色的LED阵列。例如，在图1中，能够使第一LED阵列21为照射蓝色的光的LED阵列，使第二LED阵列22为照射绿色的光的LED阵列，使第三LED阵列23为照射红色的光的LED阵列。由此，能够对照射位置照射蓝、绿或红色的光，进而，还能够照射蓝、绿、红色的光进行混合而得到的光。

Claims (5)

1.一种光照射装置，具备：

棒状透镜，其在X方向上延伸，且具有在与所述X方向正交的Y方向上有曲率的凸曲面，将照射到该凸曲面的光在所述Y方向上进行聚光；

第一LED阵列，其在所述X方向上排列LED，向所述凸曲面中的所述Y方向上的第一预定范围照射光；

第二LED阵列，其在所述X方向上排列LED，向所述凸曲面中的所述Y方向上的第二预定范围照射光；以及

反射构件，其对通过所述棒状透镜后的来自所述第二LED阵列的光进行反射，

该反射构件能够使通过所述棒状透镜后的来自所述第二LED阵列的光向预定的照射位置呈带状地进行照射，所述预定的照射位置是通过所述棒状透镜后的来自所述第一LED阵列的光呈带状地进行照射的位置。

2.一种光照射装置，具备：

棒状透镜，其在X方向上延伸，且具有在与所述X方向正交的Y方向上有曲率的凸曲面，将照射到该凸曲面的光在所述Y方向上进行聚光；

第一LED阵列，其在所述X方向上排列，照射所述凸曲面中的所述Y方向上的第一预定范围；

第二LED阵列，其在所述X方向上排列，照射所述凸曲面中的所述Y方向上的第二预定范围；

第一反射构件，其对通过所述棒状透镜后的来自所述第一LED阵列的光进行反射，使其向预定的照射位置呈带状地进行照射；以及

第二反射构件，其能够对通过所述棒状透镜后的来自所述第二LED阵列的光进行反射，使其向所述预定的照射位置呈带状地进行照射。

3.根据权利要求1所述的光照射装置，具备：

第三LED阵列，其在所述X方向上排列，向所述凸曲面中的所述Y方向上的第三预定范围照射光；和

其它反射构件，其对通过所述棒状透镜后的来自所述第三LED阵列的光进行反射，

该其它反射构件能够使通过所述棒状透镜后的来自所述第三LED阵列的光向所述预定的照射位置呈带状地进行照射。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的光照射装置，

还具备对所述各反射构件的所述Y方向的倾斜进行调整的调整机构。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光照射装置，

所述第二LED阵列的LED相对于所述第一LED阵列的LED在不同的波长具有光量的峰。