JP2001250409A - Lighting device - Google Patents

Lighting device

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JP2001250409A
JP2001250409A JP2000063045A JP2000063045A JP2001250409A JP 2001250409 A JP2001250409 A JP 2001250409A JP 2000063045 A JP2000063045 A JP 2000063045A JP 2000063045 A JP2000063045 A JP 2000063045A JP 2001250409 A JP2001250409 A JP 2001250409A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting device capable of getting a lighting part close to a work and lighting the work at a high lighting illuminance without enlarging the diameter of the lighting part, and of efficient lighting without center drop of light on a lighted surface even if the lighting part and the work are far apart. SOLUTION: This lighting device enters light from a discharge lamp into an incident end of a light guide F and concentrates light emitted from an emission end of the light guide F on a lighted surface by a projection optics system, and lights a work arranged on the lighted surface. The projection optics system is comprised of a rod lens 40 having spherical surfaces of the same radius of curvature on both ends, a plano-convex lens 50 or a both-side convex lens. Also, this projection optics system is constructed with the rod lens having spherical surface on both ends and a radius of curvature of the emission end spherical surface of the rod lens is kept smaller than the radius of curvature of the incident end spherical surface.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、放電ランプから放
射される光をライトガイドで導いて被照射面に配置され
た被照射物(ワーク)に照射して光処理を行う光照射装
置に関し、更には狭い範囲の領域に紫外線を含む光を照
射して紫外線処理を行うのに適した光照射装置に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light irradiating apparatus for performing light processing by guiding light emitted from a discharge lamp by a light guide to irradiate an object (work) disposed on an irradiated surface. Further, the present invention relates to a light irradiation device suitable for performing ultraviolet treatment by irradiating light containing ultraviolet light to a narrow area.

【0002】[0002]

【従来の技術】光照射装置から出射される光をワークに
塗布した接着剤、塗料、インキ、レジストなどに照射し
て硬化させたり乾燥させることが行われる。また、逆
に、これらを溶融させたり軟化させるなどのさまざまな
処理が行われる。そして、紫外線硬化型接着剤による光
ディスク用のピックアップレンズの接着や、電子部品の
基板への接着の場合などは、微小域に光を照射する必要
があり、放電ランプの光を光ファイバーを多数束ねて構
成されるライトガイドで導いて微小域に照射する。
2. Description of the Related Art Light emitted from a light irradiation device is irradiated onto an adhesive, paint, ink, resist or the like applied to a work to cure or dry the work. Conversely, various processes such as melting and softening these are performed. In the case of bonding a pickup lens for an optical disk with an ultraviolet-curing adhesive or bonding an electronic component to a substrate, it is necessary to irradiate light in a very small area. The light is guided by a light guide configured to irradiate a minute area.

【0003】図1は、微小域に照射するための光照射装
置の内部構成の一例を示す。ミラー20が保持部材30
に固定され、放電ランプ10もミラー20の貫通孔21
に挿通された状態で保持部材30に固定されている。放
電ランプ10は、例えばキセノンランプや超高圧水銀ラ
ンプなどのショートアーク型の放電ランプであり、発光
管内に陰極11と陽極12が対向配置されている。ミラ
ー20は、断面形状が楕円形であり、放電ランプ10の
陰極11と陽極12の間の発光部の輝点がミラー20の
第1焦点に位置している。通常、発光部の輝点は陰極先
端付近にある。ミラー20の光軸L上にライトガイドF
が配置され、ライトガイドFの入射端Finがミラー2
0の第2焦点に位置している。また、ライトガイドFの
入射端Finと放電ランプ10との間にはシャッターS
tが配置されており、シャッターStを開くと、ミラー
20で集光された光はライトガイドFの入射端Finに
入射する。そして、ライトガイドFの出射端Fouから
出射した光は被照射面における光照射領域に配置された
光照射処理を行うワーク、例えば紫外線硬化型接着剤が
塗布されたレンズ部品や基板などに照射される。
FIG. 1 shows an example of the internal configuration of a light irradiation device for irradiating a minute area. The mirror 20 is the holding member 30
The discharge lamp 10 is also fixed to the through hole 21 of the mirror 20.
Is fixed to the holding member 30 while being inserted through the holding member 30. The discharge lamp 10 is a short arc type discharge lamp such as a xenon lamp or an ultra-high pressure mercury lamp, for example, in which a cathode 11 and an anode 12 are arranged opposite to each other in an arc tube. The mirror 20 has an elliptical cross-sectional shape, and the bright spot of the light emitting portion between the cathode 11 and the anode 12 of the discharge lamp 10 is located at the first focal point of the mirror 20. Usually, the bright spot of the light emitting portion is near the tip of the cathode. A light guide F on the optical axis L of the mirror 20;
Are arranged, and the light receiving end F of the light guide F
0 is located at the second focal point. In addition, a shutter S is provided between the incident end Fin of the light guide F and the discharge lamp 10.
When the shutter St is opened, the light condensed by the mirror 20 is incident on the incident end Fin of the light guide F. Then, the light emitted from the emission end Fou of the light guide F is applied to a work to be subjected to light irradiation processing, for example, a lens component or a substrate to which an ultraviolet-curable adhesive is applied, which is arranged in a light irradiation area on the irradiated surface. You.

【0004】かかる光照射装置において、上記したよう
にミラー20の中央部分には貫通孔21が形成されてい
るので、この部分には反射光が存在せず、ミラー20で
反射する光は、図1において点線斜線で示した光のみが
ライトガイドFの入射端Finに入射する。つまり、入
射端Finには、入射角度の大きな光が多く入射し、入
射角度の小さな0゜に近い光はほとんど入射しない。
In such a light irradiation device, since the through hole 21 is formed in the central portion of the mirror 20 as described above, there is no reflected light in this portion, and the light reflected by the mirror 20 is not shown in FIG. In FIG. 1, only the light indicated by the dotted diagonal line is incident on the incident end Fin of the light guide F. That is, a large amount of light having a large incident angle is incident on the incident end Fin, and almost no light having a small incident angle near 0 ° is incident.

【0005】ライトガイドFの入射端Finに入射した
光は、光ファイバーの性質として角度が保持された状態
で反射を繰り返してライトガイドF内を伝送し、入射角
と同じ角度で出射端Fouから出射する。上記したよう
にライトガイドFには、入射角度の大きな光が多く入射
するので、出射端Fouから出射する光は、図1におい
て点線斜線で示した出射角度の大きな光が多く出射す
る。ここで、ライトガイドFの出射端Fouとワークが
配置される被照射面との距離dが短いと、被照射面の照
度分布は、出射角度の小さな0゜に近い光が少なくて
も、ライトガイドFの光ファイバの収束径がある程度、
例えばφ5mmやφ3.5mmという大きさを有するた
め、中央の照度が高く、周辺部ほど低い山形になる。
The light incident on the light input end Fin of the light guide F is repeatedly reflected and transmitted through the light guide F while maintaining the angle as a property of the optical fiber, and is emitted from the light output end Fou at the same angle as the incident angle. I do. As described above, since a large amount of light having a large incident angle is incident on the light guide F, a large amount of light having a large outgoing angle indicated by a hatched dotted line in FIG. 1 is emitted from the outgoing end Fou. Here, if the distance d between the emission end Fou of the light guide F and the surface to be illuminated on which the workpiece is arranged is short, the illuminance distribution of the surface to be illuminated is small even if there is little light with a small emission angle close to 0 °. The converging diameter of the optical fiber of the guide F is
For example, since it has a size of φ5 mm or φ3.5 mm, the illuminance at the center is high, and the peripheral portion has a lower mountain shape.

【0006】しかし、ライトガイドFの出射端Fouと
被照射面との距離dが大きくなると、被照射面における
照射領域の照度は周辺部に比べて中央部が低くなり、
「中抜け」と称する現象が生じる。図2は、光ファイバ
の収束径がφ3.5mmの場合に、ライトガイドFの出
射端Fouと被照射面との距離dと「中抜け」の関係を
示すが、距離dが20mm以上になると「中抜け」現象
が顕著になる。そして、ワークの大きさや形状、ワーク
の搬入、搬出機構とのクリアランスの関係などから、ラ
イトガイドFの出射端Fouとワークが配置される被照
射面との距離dを20mm以上にする場合が多い。
However, when the distance d between the emission end Fou of the light guide F and the surface to be illuminated becomes large, the illuminance of the illuminated area on the illuminated surface becomes lower at the central portion than at the peripheral portion,
A phenomenon called "hollow" occurs. FIG. 2 shows the relationship between the distance d between the emission end Fou of the light guide F and the irradiated surface and the “hollow hole” when the converging diameter of the optical fiber is φ3.5 mm. "Punching" phenomenon becomes remarkable. In addition, the distance d between the emission end Fou of the light guide F and the irradiation surface on which the work is arranged is often set to 20 mm or more due to the size and shape of the work, the clearance between the work loading and unloading mechanism, and the like. .

【0007】光処理時間を短くするためには、高い照度
で処理する必要がある。しかし、出射端Fouとワーク
が配置される被照射面との距離が長い場合に、光ディス
ク用のピックアップレンズなどの小さなワークを照射領
域の中央に配置すると、「中抜け」現象のためにワーク
に照射される光の照度が低くなり、処理時間が長くな
る。このため、ワークを照射領域の中央からずらして、
照度が高い照射領域の周辺部に配置して照射している。
しかし、異なる種類のワークを光処理するときや、ライ
トガイドFの出射端Fouとワークが配置される被照射
面との距離dが変更されると、その都度被照射面の照度
分布を測定して、照度が最も高くなる場所を求め、ワー
クがその位置に来るように適宜設定する必要がある。ま
た、照度の高い領域は照射領域の周辺部であり、その範
囲は狭いので、精度良くワーク位置を合わせ込む必要が
あり、段取り変えに手間と時間を要していた。
In order to shorten the light processing time, it is necessary to perform processing with high illuminance. However, if a small work such as a pickup lens for an optical disk is arranged at the center of the irradiation area when the distance between the emission end Fou and the irradiation surface on which the work is arranged is long, the work may be lost due to the "hollow-out" phenomenon. The illuminance of the irradiated light decreases, and the processing time increases. For this reason, the workpiece is shifted from the center of the irradiation area,
Irradiation is performed by arranging in the periphery of the irradiation area with high illuminance.
However, when different types of workpieces are subjected to light processing, or when the distance d between the emission end Fou of the light guide F and the workpiece surface on which the workpiece is arranged is changed, the illuminance distribution of the workpiece surface is measured each time. Therefore, it is necessary to find a place where the illuminance is the highest, and to set appropriately so that the work comes to that position. In addition, the region with high illuminance is the peripheral portion of the irradiation region, and the range is narrow. Therefore, it is necessary to accurately adjust the work position, and it takes time and effort to change the setup.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】この「中抜け」現象を
解消するために、ライトガイドの出射端から出射する光
を投影光学系にて被照射面に集光して、被照射面に配置
されたワークに照射することが考えられる。この場合、
ライトガイドの出射端の照度分布を投影光学系にて被照
射面に投影するので、被照射面において照射を必要とす
る領域に対して、効率よく光を照射できるとともに、照
度分布の「中抜け」現象を解消することができる。
In order to solve this "hollow-out" phenomenon, light emitted from the light-emitting end of the light guide is condensed on a surface to be irradiated by a projection optical system and arranged on the surface to be irradiated. It is conceivable that the irradiated work is irradiated. in this case,
Since the illuminance distribution at the light-emitting end of the light guide is projected onto the illuminated surface by the projection optical system, it is possible to efficiently irradiate the area requiring illumination on the illuminated surface, The phenomenon can be eliminated.

【0009】特開昭64−75067号公報には、上記
投影光学系として複数のレンズを組み合わせたレンズユ
ニットを使用することが開示されている。図3は、第1
レンズL1と第2レンズL2からなるレンズユニットL
Uの一例を示し、ライトガイド出射端にレンズユニット
LUが取り付けられ、光照射部が構成されている。図3
において、ライトガイドFの出射端Fouから出射した
光は、ライトガイドFを形成する光ファイバーの開口数
NAに従って一定の広がりを持つ。例えば石英ガラス製
の光ファイバーの場合、開口数NA=約0.22であ
り、その空気中の広がり角は約12.7゜に相当する。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-75067 discloses the use of a lens unit combining a plurality of lenses as the projection optical system. FIG. 3 shows the first
Lens unit L including lens L1 and second lens L2
An example of U is shown, in which a lens unit LU is attached to a light guide emission end to constitute a light irradiation unit. FIG.
, The light emitted from the emission end Fou of the light guide F has a certain spread according to the numerical aperture NA of the optical fiber forming the light guide F. For example, in the case of an optical fiber made of quartz glass, the numerical aperture NA is about 0.22, and the divergence angle in the air is about 12.7 °.

【0010】ここで、レンズユニットLUのレンズL
1,L2をライトガイドFの出射端Fouに近づける
と、レンズユニットLUによって被照射面に投影される
倍率が大きくなる。つまり被照射面における投影面積が
大きくなるので、照射領域全体の照度は低くなる。従っ
て、狭い領域に高い照度で照射するためには、レンズユ
ニットLUのレンズL1,L2をライトガイドFの出射
端Fouから所定距離だけ離す必要がある。そして、ラ
イトガイドFの出射端Fouから出射した光を有効に利
用するために、前記した約12.7゜の広がり角で広が
った光のほとんどをレンズにより集光しなければならな
いが、そのためには、図3に示すように、レンズユニッ
トLUのレンズ径を大きくする必要がある。このため、
レンズを保持するホルダHを含むレンズユニット径がラ
イトガイドFの径よりもかなり大きくなり、光出射部の
形状が大型化する。なお、レンズと被照射面との距離を
長くする場合にも、ライトガイドFの出射端Fouから
レンズまでの距離を長くする必要があるので、上記した
ように、レンズ系は大きくなり、光出射部の形状は大型
化する。
Here, the lens L of the lens unit LU
When 1 and L2 are brought closer to the emission end Fou of the light guide F, the magnification projected on the irradiated surface by the lens unit LU increases. In other words, the projection area on the irradiation surface increases, so that the illuminance of the entire irradiation area decreases. Therefore, in order to irradiate a narrow area with high illuminance, it is necessary to separate the lenses L1 and L2 of the lens unit LU from the emission end Fou of the light guide F by a predetermined distance. In order to effectively use the light emitted from the emission end Fou of the light guide F, most of the light spread at a divergence angle of about 12.7 ° has to be collected by a lens. As shown in FIG. 3, it is necessary to increase the lens diameter of the lens unit LU. For this reason,
The diameter of the lens unit including the holder H that holds the lens is considerably larger than the diameter of the light guide F, and the shape of the light emitting portion is increased. When the distance between the lens and the surface to be irradiated is increased, the distance from the output end Fou of the light guide F to the lens needs to be increased. The shape of the part becomes large.

【0011】実際の光照射処理においては、ワークを固
定するための治具がその周りを囲っていたり、光を照射
する部分が基板に実装された他の部品に囲まれた中に位
置する場合などがあるが、いずれにしても、光出射部の
形状が大型であれば、光出射部をワークの光を照射する
部分に十分に接近させて照射することができず、所望の
放射照度を得られない不具合がある。
In an actual light irradiation process, when a jig for fixing a work surrounds the periphery of the work, or when a part to be irradiated with light is positioned inside another part mounted on a substrate. In any case, if the shape of the light emitting portion is large, the light emitting portion cannot be illuminated sufficiently close to a portion of the workpiece to be irradiated with light, and a desired irradiance cannot be obtained. There is a problem that cannot be obtained.

【0012】そこで本発明は、光出射部の径が大型化す
ることがなく、光出射部をワークに接近させて高い放射
照度で光照射することが可能であり、また、光出射部と
ワークとが離れていても、被照射面に照射される光の
「中抜け」がなく、効率よく光照射することが可能な光
照射装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention makes it possible to irradiate light with high irradiance by bringing the light emitting portion close to the work without increasing the diameter of the light emitting portion. It is an object of the present invention to provide a light irradiation device capable of efficiently irradiating light without causing “missing” of light applied to a surface to be irradiated even when the light irradiation device is away from the object.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、放電ランプから放射された光
をミラーで集光し、集光した光を、ミラーの光軸上に配
置したライトガイドの入射端に入射し、ライトガイドの
出射端から出射する光を投影光学系により被照射面に集
光し、被照射面に配置されたワークに照射する光照射装
置において、投影光学系を、両端に曲率半径が同じ球面
を有し、入射端がライトガイドの出射端に近接して配置
されたロッドレンズと、このロッドレンズの出射端に近
接して配置された平凸または両凸レンズとで構成する。
また、請求項2の発明は、この投影光学系を、入射端が
ライトガイドの出射端に近接して配置された、両端が球
面のロッドレンズで構成し、ロッドレンズの出射端の球
面の曲率半径を入射端の球面の曲率半径よりも小さくす
る。更には請求項3の発明は、紫外線硬化型接着剤を硬
化するために、上記のように構成した投影光学系を備え
た光照射装置を用いる。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, light emitted from a discharge lamp is condensed by a mirror, and the condensed light is focused on an optical axis of the mirror. A light irradiating device, which irradiates the light incident on the incident end of the arranged light guide and converges the light emitted from the exit end of the light guide onto the surface to be irradiated by the projection optical system and irradiates the work arranged on the surface to be irradiated with the light, The optical system includes a rod lens having a spherical surface having the same radius of curvature at both ends, an entrance end disposed close to the exit end of the light guide, and a plano-convex or a convex arrangement disposed close to the exit end of the rod lens. It consists of a biconvex lens.
According to a second aspect of the present invention, the projection optical system includes a rod lens having a spherical end at both ends, the entrance end of which is disposed close to the exit end of the light guide, and the curvature of the spherical surface at the exit end of the rod lens. The radius is made smaller than the radius of curvature of the spherical surface at the entrance end. Further, the invention of claim 3 uses a light irradiation device having the projection optical system configured as described above to cure the ultraviolet-curable adhesive.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、図面に基づいて本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図4は、請求項1の発
明の光出射部の実施例の断面図である。つまり、本発明
の光照射装置の光源部分は図1に示すとおりであり、図
1のライトガイドFの先端部が図4に示す構造になって
いる。図4において、ライトガイドFは、石英ガラスか
らなる多数の光ファイバーを、個々の光ファイバーの入
射端Finにおける位置と出射端Fouにおける位置が
ランダムになるように配列して束ねたものである。この
ライトガイドFの出射端Fouの側面は筒状の金物であ
る接合部FJで覆われており、接合部FJに筒状のホル
ダーHが接合されている。そして、ホルダーH内には、
投影光学系として働く石英ガラス製のロッドレンズ40
および平凸レンズ50が保持されている。ここで、ロッ
ドレンズ40および平凸レンズ50の外径は光ファイバ
ーの収束径にほぼ等しいか、少し大きめである。光ファ
イバーの収束径の具体例は、例えばφ3.5mmであ
り、接合部FJの外径はφ9mmである。ロッドレンズ
40および平凸レンズ50の外径は、φ3.5mmと同
じか、幾分大きい程度である。従って、ホルダーHの外
径を接合部FJの外径よりも大きくすることなく、投影
光学系を設ることができるので、光出射部の外径は拡大
しない。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view of an embodiment of the light emitting section according to the first aspect of the present invention. That is, the light source portion of the light irradiation device of the present invention is as shown in FIG. 1, and the distal end of the light guide F in FIG. 1 has the structure shown in FIG. In FIG. 4, a light guide F is formed by bundling a large number of optical fibers made of quartz glass in such a manner that the positions of the optical fibers at the input end Fin and the output end Fou are random. The side surface of the emission end Fou of the light guide F is covered with a joint FJ which is a cylindrical metal member, and a cylindrical holder H is joined to the joint FJ. And in the holder H,
A quartz glass rod lens 40 serving as a projection optical system
And a plano-convex lens 50 are held. Here, the outer diameters of the rod lens 40 and the plano-convex lens 50 are almost equal to or slightly larger than the converging diameter of the optical fiber. A specific example of the convergent diameter of the optical fiber is, for example, 3.5 mm, and the outer diameter of the joint FJ is 9 mm. The outer diameters of the rod lens 40 and the plano-convex lens 50 are equal to or slightly larger than φ3.5 mm. Therefore, since the projection optical system can be provided without making the outer diameter of the holder H larger than the outer diameter of the joint FJ, the outer diameter of the light emitting portion does not increase.

【0015】ロッドレンズ40の両端は球面であり、一
方の端はライトガイドFからの光を入射する入射面、も
う一方の端は入射した光を出射する出射面である。ロッ
ドレンズ40の入射面をライトガイドFの出射端Fou
に近接して設ける。つまり、ロッドレンズ40の入射面
はライトガイドFの出射端Fouに接触するか、もしく
は1mm以内の短い間隔で保持されている。ロッドレン
ズ40の入射面の曲率半径R1 と出射面の曲率半径R2
とは等しくなっている。また、ロッドレンズ40の出射
面側に設けられた平凸レンズ50の曲率半径はR3 であ
り、この曲率半径R3 、およびロッドレンズ40の曲率
半径R1 (=R2 )とロッドレンズ40の光軸方向の長
さは、平凸レンズ50を出射した光を集光させる被照射
面までの距離dに応じて設計される。なお、平凸レンズ
50は両凸レンズであってもよい。
Both ends of the rod lens 40 are spherical, one end is an entrance surface for receiving light from the light guide F, and the other end is an exit surface for emitting the incident light. The entrance surface of the rod lens 40 is connected to the exit end Fou of the light guide F.
It is provided close to. That is, the entrance surface of the rod lens 40 is in contact with the exit end Fou of the light guide F or is held at a short interval of 1 mm or less. The radius of curvature R1 of the entrance surface of the rod lens 40 and the radius of curvature R2 of the exit surface
Is equal to The radius of curvature of the plano-convex lens 50 provided on the exit surface side of the rod lens 40 is R3. This radius of curvature R3, the radius of curvature R1 (= R2) of the rod lens 40, and the radius of curvature of the rod lens 40 in the optical axis direction. The length is designed according to the distance d to the surface to be irradiated on which the light emitted from the plano-convex lens 50 is collected. Note that the plano-convex lens 50 may be a biconvex lens.

【0016】図5は請求項2の発明の光出射部の実施例
を示すが、ホルダーH内には、外径が光ファイバーの収
束径にほぼ等しいか、少し大きめのロッドレンズ40の
みが保持されている。ロッドレンズ40の両端は上記第
1の実施例の場合と同様に球面であるが、出射面の曲率
半径R2 を入射面の曲率半径R1 よりも小さくすること
により、ロッドレンズ40の出射側に凸レンズを設ける
ことを不要とすることができる。そして、曲率半径R1
およびR2 とロッドレンズ40の光軸方向の長さは、ロ
ッドレンズ40を出射した光を集光させる被照射面まで
の距離dに応じて設計される。
FIG. 5 shows an embodiment of the light emitting portion according to the second aspect of the present invention. In the holder H, only the rod lens 40 whose outer diameter is almost equal to or slightly larger than the converging diameter of the optical fiber is held. ing. Both ends of the rod lens 40 are spherical as in the case of the first embodiment. However, by making the radius of curvature R2 of the exit surface smaller than the radius of curvature R1 of the entrance surface, a convex lens is formed on the exit side of the rod lens 40. Can be dispensed with. And the radius of curvature R1
The length of R2 and the length of the rod lens 40 in the optical axis direction are designed in accordance with the distance d to the irradiated surface on which the light emitted from the rod lens 40 is collected.

【0017】しかして、図1に示す放電ランプ10を点
灯し、シャッターStを開くと、ミラー20で集光され
た光はライトガイドFの入射端Finに入射し、ライト
ガイドFの出射端Fouから出射するが、請求項1の発
明の場合は、図6に示すように、ライトガイドFの出射
端Fouのほぼ中央部の光ファイバーから出射した光
は、最大出射角度を12.7゜(ファイバーのNAの約
0.22に相当)とすると、ロッドレンズ40の入射面
で屈折し、約8.6゜の角度で広がりながらロッドレン
ズ40の出射面に達する。そして、ロッドレンズ40の
出射面から光軸にほぼ平行な光として出射する。一方、
ライトガイドFの出射端Fouの周辺部の光ファイバー
から出射した光は、ロッドレンズ40の入射面が球面形
状であるので、ライトガイドFの光軸方向に屈折してロ
ッドレンズ40に入射し、その後は、約8.6゜の角度
で広がりながら、ロッドレンズ40の出射面に達する。
そして、ロッドレンズ40の出射面でライトガイドFの
中央部から出射した光と重なり、光軸に対して12.7
゜に近い角度でロッドレンズ40の出射面から出射す
る。なお、ロッドレンズ40中での広がり角度θ´(約
8.6゜)は、ロッドレンズ40の材質である石英ガラ
スの屈折率n´(=1.47)、空気の屈折率n(=
1)、空気中での広がり角度θ(12.7゜)から、ス
ネルの法則(nsinθ=n´sinθ´)に基づいて
求めることができる。
When the discharge lamp 10 shown in FIG. 1 is turned on and the shutter St is opened, the light condensed by the mirror 20 is incident on the incident end Fin of the light guide F, and is emitted from the output end Fou of the light guide F. In the case of the first aspect of the invention, as shown in FIG. 6, the light emitted from the optical fiber substantially at the center of the emission end Fou of the light guide F has a maximum emission angle of 12.7 ° (fiber). (Approximately 0.22 of NA), the light is refracted on the incident surface of the rod lens 40 and reaches the exit surface of the rod lens 40 while spreading at an angle of about 8.6 °. Then, the light exits from the exit surface of the rod lens 40 as light substantially parallel to the optical axis. on the other hand,
The light emitted from the optical fiber around the emission end Fou of the light guide F is refracted in the optical axis direction of the light guide F and enters the rod lens 40 because the incidence surface of the rod lens 40 has a spherical shape. Reaches the exit surface of the rod lens 40 while spreading at an angle of about 8.6 °.
Then, the light exits from the central portion of the light guide F on the exit surface of the rod lens 40 and overlaps with the light axis by 12.7.
The light exits from the exit surface of the rod lens 40 at an angle close to ゜. The spread angle θ ′ (about 8.6 °) in the rod lens 40 is determined by the refractive index n ′ (= 1.47) of quartz glass, which is the material of the rod lens 40, and the refractive index n (=
1) From the spread angle θ in air (12.7 °), it can be obtained based on Snell's law (n sin θ = n′sin θ ′).

【0018】光を最も効率よく利用するためには、ロッ
ドレンズ40に入射した光は、図6に示すように、ロッ
ドレンズ40の外周面に当たることなく、ロッドレンズ
40の出射面一杯に広がることが望ましい。そこで、ロ
ッドレンズ40の長さは、材質が石英ガラスであり、径
がφ3.5mmの場合、広がり角度が約8.6゜である
ので、約12mmまたは12mmよりやや短かめにする
のがよい。
In order to use the light most efficiently, the light incident on the rod lens 40 must spread to the exit surface of the rod lens 40 without hitting the outer peripheral surface of the rod lens 40 as shown in FIG. Is desirable. Therefore, the length of the rod lens 40 is preferably about 12 mm or slightly shorter than 12 mm because the material is quartz glass and the divergence angle is about 8.6 ° when the diameter is 3.5 mm. .

【0019】ロッドレンズ40の出射面から出射した光
は、平凸レンズ50に入射し、平凸レンズ50から出射
した光は、平凸レンズ50の曲率半径R3 に基づいて屈
折し、設定された位置の光照射面に集光する。ここで、
平凸レンズ50から被照射面までの距離dは平凸レンズ
50の焦点距離に相当する。すなわち、ロッドレンズ4
0と平凸レンズ50が、ライトガイドFの出射端Fou
の照度分布を被照射面に投影する投影レンズの働きをす
る。また、ライトガイドFの出射端Fouの照度分布
は、光ファイバーのランダム配列の効果により均一化さ
れている。従って、ロッドレンズ40の働きにより、出
射部から被照射面までの距離dを長くしても被照射面に
おける照射領域の照度分布に「中抜け」が生じない。
The light emitted from the exit surface of the rod lens 40 enters the plano-convex lens 50, and the light emitted from the plano-convex lens 50 is refracted based on the radius of curvature R3 of the plano-convex lens 50, and the light at the set position is obtained. Focus on the irradiation surface. here,
The distance d from the plano-convex lens 50 to the irradiated surface corresponds to the focal length of the plano-convex lens 50. That is, the rod lens 4
0 and the plano-convex lens 50 are positioned at the exit end Fou of the light guide F.
Illuminance distribution on the surface to be irradiated. Further, the illuminance distribution at the output end Fou of the light guide F is made uniform by the effect of the random arrangement of the optical fibers. Therefore, due to the function of the rod lens 40, even when the distance d from the emission unit to the surface to be irradiated is increased, “hollowness” does not occur in the illuminance distribution of the irradiation area on the surface to be irradiated.

【0020】図8は、ライトガイドFの出射端Fouに
ロッドレンズ40および平凸レンズ50からなる投影光
学系を設けた前述の実施例、およびライトガイドFの出
射端Fouに投影光学系を設けない図1に示す従来例の
放射照度分布曲線を示す。平凸レンズ50ないしライト
ガイドFの出射端Fouから被照射面までの距離dが1
5mmおよび20mmの場合の放射照度分布曲線を求め
たが、ロッドレンズ40および平凸レンズ50は、前記
の距離d=15mmとして設計した。また、光ファイバ
ーの収束径はφ3.5mmである。
FIG. 8 shows the above-described embodiment in which the projection optical system including the rod lens 40 and the plano-convex lens 50 is provided at the emission end Fou of the light guide F, and no projection optical system is provided at the emission end Fou of the light guide F. 2 shows an irradiance distribution curve of the conventional example shown in FIG. 1. The distance d from the plano-convex lens 50 or the emission end Fou of the light guide F to the surface to be irradiated is 1
The irradiance distribution curves at 5 mm and 20 mm were obtained, and the rod lens 40 and the plano-convex lens 50 were designed with the above distance d = 15 mm. The convergent diameter of the optical fiber is 3.5 mm.

【0021】図8から分かるように、本実施例は、d=
15mmおよびd=20mmのいずれの場合も「中抜
け」現象は認められなかった。そして、本実施例は、光
がd=15mmの被照射面に集光されるので、照射領域
中央部の照度が従来例よりもずっと大きく、シャープな
分布曲線が得られた。一方、従来例では、照射領域中央
部の照度が本実施例より低いばかりでなく、d=20m
mの場合に「中抜け」現象が見られた。
As can be seen from FIG. 8, in the present embodiment, d =
In both cases of 15 mm and d = 20 mm, the “hollow-out” phenomenon was not recognized. In this embodiment, since light is condensed on the surface to be irradiated with d = 15 mm, the illuminance at the center of the irradiation area is much larger than in the conventional example, and a sharp distribution curve is obtained. On the other hand, in the conventional example, the illuminance at the center of the irradiation area is not only lower than that of the present embodiment, but also d = 20 m.
In the case of m, a "hollow-out" phenomenon was observed.

【0022】図7は、平凸レンズ50を使用しない請求
項2の発明の光路図の1例を示すが、ロッドレンズ40
に入射した光が出射面に到達するまでは、請求項1の発
明の光路図を示す図6と同じである。しかし、ロッドレ
ンズ40の出射面の曲率半径R2 が入射面の曲率半径R
1 よりも小さいので、光は入射時より大きく屈折してロ
ッドレンズ40から出射し、設定された位置の光照射面
に集光する。すなわち、ロッドレンズ40が、ライトガ
イドFの出射端Fouの照度分布を被照射面に投影する
投影レンズの働きをするので、平凸レンズ50を使用し
たのと同じ効果があり、被照射面における照射領域の照
度分布に「中抜け」が生じない。そして、平凸レンズ5
0を使用しないので、部品点数を少なくでき、反射や吸
収による光の損失が減るので照度が高くなる。
FIG. 7 shows an example of an optical path diagram according to the second embodiment in which the plano-convex lens 50 is not used.
Until the light incident on the light source reaches the emission surface, it is the same as FIG. 6 showing the optical path diagram of the first aspect of the present invention. However, the radius of curvature R2 of the exit surface of the rod lens 40 is equal to the radius of curvature R of the entrance surface.
Since it is smaller than 1, the light is refracted more than at the time of incidence, exits from the rod lens 40, and is condensed on the light irradiation surface at a set position. That is, since the rod lens 40 functions as a projection lens for projecting the illuminance distribution of the emission end Fou of the light guide F onto the surface to be illuminated, the same effect as using the plano-convex lens 50 is obtained. There is no "void" in the illuminance distribution of the area. And the plano-convex lens 5
Since 0 is not used, the number of parts can be reduced, and light loss due to reflection and absorption is reduced, so that illuminance is increased.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ライト
ガイドから出射する光を、ロッドレンズ、またはロッド
レンズと平凸または両凸レンズからなる投影光学系によ
り被照射面に集光するので、被照射面までの距離が大き
い場合にも、照度分布に「中抜け」現象が発生せず、照
射領域中央部の放射照度を高くすることができる。ま
た、従来、ライトガイドとレンズとの間、レンズとレン
ズとの間の空気層の占める割合が多く、その分レンズ径
が大きくなっていたが、該空気層を屈折率の大きいロッ
ドレンズと置き換えることにより、ロッドレンズおよび
平凸または両凸レンズの径をライトガイドの径とほぼ同
等にすることがてきる。従って、ライトガイドの出射端
に投影光学系を設けたにもかかわらず光出射部の径は拡
大しない。このため、被照射物であるワークとその搬入
機構などとのクリアランスが小さい場合にも、光出射部
をワークに接近させることが可能になる。また、出射部
からワークまでの距離が大きくなっても「中抜け」のな
い光を照射することができる。従って、出射端から被照
射面までの距離の長短にかかわらず、照射条件の調整を
容易に行うことができ、ワークの材質や種類が変化して
も、その照射条件に対して自在に対応できる。
As described above, according to the present invention, light emitted from a light guide is condensed on a surface to be irradiated by a rod lens or a projection optical system including a rod lens and a plano-convex or biconvex lens. Even when the distance to the irradiation surface is large, the "hollowness" phenomenon does not occur in the illuminance distribution, and the irradiance at the center of the irradiation area can be increased. Further, conventionally, the air layer between the light guide and the lens and between the lens and the lens occupy a large proportion, and the lens diameter is increased accordingly, but the air layer is replaced with a rod lens having a large refractive index. Thus, the diameter of the rod lens and the plano-convex or biconvex lens can be made substantially equal to the diameter of the light guide. Therefore, despite the provision of the projection optical system at the exit end of the light guide, the diameter of the light exit section does not increase. Therefore, even when the clearance between the work to be irradiated and the loading mechanism is small, the light emitting portion can be made to approach the work. In addition, even when the distance from the emission unit to the workpiece increases, light without “holes” can be emitted. Therefore, regardless of the length of the distance from the emission end to the surface to be irradiated, it is possible to easily adjust the irradiation conditions, and to cope with the irradiation conditions freely even if the material or type of the work changes. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】光照射装置の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a light irradiation device.

【図2】照度分布の「中抜け」の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of “hollow” in the illuminance distribution.

【図3】光出射部の従来例の説明図である。FIG. 3 is an explanatory view of a conventional example of a light emitting unit.

【図4】請求項1の発明の光出射部の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a light emitting portion according to the first embodiment of the present invention.

【図5】請求項2の発明の光出射部の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a light emitting portion according to the second aspect of the present invention.

【図6】請求項1の発明の光路図である。FIG. 6 is an optical path diagram according to the first aspect of the present invention.

【図7】請求項2の発明の光路図である。FIG. 7 is an optical path diagram according to the second aspect of the present invention.

【図8】放射照度分布曲線図である。FIG. 8 is an irradiance distribution curve diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 放電ランプ 11 陰極 12 陽極 20 ミラー 30 保持部材 40 ロッドレンズ 50 平凸レンズ F ライトガイド Fin ライトガイドの入射端 Fou ライトガイドの出射端 FJ 接合部 H ホルダー St シャッター Reference Signs List 10 discharge lamp 11 cathode 12 anode 20 mirror 30 holding member 40 rod lens 50 plano-convex lens F light guide Fin light guide incident end Fou light guide exit end FJ joint H holder St shutter

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放電ランプから放射された光をミラーで
集光し、集光した光を、ミラーの光軸上に配置したライ
トガイドの入射端に入射し、ライトガイドの出射端から
出射する上記光を投影光学系により被照射面に集光し、
被照射面に配置された被照射物に照射する光照射装置に
おいて、 前記投影光学系は、両端に曲率半径が同じ球面を有し、
入射端が該ライトガイドの出射端に近接して配置された
ロッドレンズと、該ロッドレンズの出射端に近接して配
置された平凸または両凸レンズからなることを特徴とす
る光照射装置。
1. A light radiated from a discharge lamp is condensed by a mirror, and the condensed light is incident on an incident end of a light guide disposed on an optical axis of the mirror and is emitted from an exit end of the light guide. The light is condensed on the surface to be irradiated by the projection optical system,
In a light irradiation device that irradiates an object to be illuminated disposed on an illuminated surface, the projection optical system has a spherical surface having the same radius of curvature at both ends,
A light irradiating device comprising: a rod lens having an incident end close to an exit end of the light guide; and a plano-convex or biconvex lens arranged close to the exit end of the rod lens.
【請求項2】 放電ランプから放射された光をミラーで
集光し、集光した光を、ミラーの光軸上に配置したライ
トガイドの入射端に入射し、ライトガイドの出射端から
出射する上記光を投影光学系により被照射面に集光し、
被照射面に配置された被照射物に照射する光照射装置に
おいて、 前記投影光学系は、入射端が該ライトガイドの出射端に
近接して配置された、両端が球面のロッドレンズからな
り、該ロッドレンズの出射端の球面の曲率半径が入射端
の球面の曲率半径よりも小さいことを特徴とする光照射
装置。
2. A light emitted from a discharge lamp is condensed by a mirror, and the condensed light is incident on an incident end of a light guide disposed on an optical axis of the mirror and is emitted from an exit end of the light guide. The light is condensed on the surface to be irradiated by the projection optical system,
In a light irradiation device that irradiates an object to be illuminated disposed on a surface to be illuminated, the projection optical system includes a rod lens having a spherical end at both ends, the incident end of which is arranged close to the emission end of the light guide. A light irradiation device, wherein the radius of curvature of the spherical surface at the exit end of the rod lens is smaller than the radius of curvature of the spherical surface at the entrance end.
【請求項3】 紫外線硬化接着剤が塗布された前記被照
射物に前記光を照射することを特徴とする請求項1又は
請求項2記載の光照射装置。
3. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the light is irradiated to the object to which the ultraviolet curing adhesive is applied.
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