JP2007234527A

JP2007234527A - 照明装置

Info

Publication number: JP2007234527A
Application number: JP2006057798A
Authority: JP
Inventors: Takao Kousaka; 宇生幸坂
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】光源からの放射光を高効率で光学部品へ入射させることができる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置の一例である紫外線照射装置１０は、光を放射するランプ１２と、ランプ１２の光源がその第１焦点に位置するように配置され，ランプ１２から放射される光を第２焦点に集光する楕円反射鏡１４と、楕円反射鏡１４により集光された光をさらに小さい領域に再集光する集光鏡１６と、集光鏡１６により再集光された光を入射させる光学部品たるロッドレンズ１８を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から放射された光を集光させて光学部品に入射させ、該光学部品から光を照射させる照明装置に関する。

従来から、図６に示されるように、放電ランプ９２等の光源９２ａから放射された光を楕円反射鏡（リフレクタ）９４を用いてその第２焦点に集光させ、こうして集光された光を光ファイバやレンズ等の光学部品９６に入射させ、その光学部品９６から外部に向けて光を照射する照明装置９０が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

このような照明装置９０では、光源９２ａから放射された光を、光学部品９６の入射面よりも狭い領域に集光して光学部品９６に入射させることが必要である。しかし、光源９２ａは一定の大きさを有していること、楕円反射鏡９４の形状のばらつき、楕円反射鏡９４の集光面に施される反射材コーティングの膜厚ばらつき等によって、現実には、図６に示されるように、第２焦点の近傍において一定の拡がりをもって集光される。またその際に、必ずしも楕円反射鏡９４の第２焦点位置でもっとも集光径が小さくなるわけではない。

そのため、楕円反射鏡９４による集光領域が、図６に示されるように、光学部品９６の入射許容領域を超えることが起こり得る。この場合、光源９２ａから放射された光の一部は有効に利用されなくなってしまう。そのため、光学部品９６からの照射光強度が要求値を満たすようにするためには、放射光量の大きい放電ランプ９２が必要となり、照明装置９０の大型化を招く。また、その点灯にも大きなエネルギーが必要になるという問題が生じる。さらに、光学部品９６の入射許容領域を超えた光は、照明装置９０内で不要な反射を引き起こした後に光学部品９６に入射し、これが光学部品９６からの照射均一性を乱すおそれもある。
特開平８−１３８４０７号公報（図１、段落［００１１］等）特開２００５−５０５７５号公報（図２、段落［００２１］，［００２２］等）

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、光源からの放射光を高効率で光学部品へ入射させることができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、光を放射するランプと、前記ランプの光源がその第１焦点に位置するように配置され、該ランプから放射される光をその第２焦点に集光するための楕円反射鏡と、前記楕円反射鏡により集光された光をより小さな領域に再集光させるための集光鏡と、前記集光鏡により再集光された光を入射させるための光学部品とを具備することを特徴とする照明装置を提供する。

この照明装置においては、集光鏡として、円錐台形または角錐台形の筒状体が好適に用いられ、その長径側の端面がランプ側となるように配置される。集光鏡は、その短径側端面が楕円反射鏡の第２焦点を中心として光軸方向において±１０ｍｍの範囲に位置するように、配置することが好ましい。集光鏡による集光領域は、光学部品の入射面の入射許容領域よりも狭いことが好ましい。集光鏡は、光学部品の入射面への光入射の入射／遮光を切り替えるためのシャッタを有する照明装置においては、そのシャッタに取り付けることが好ましい。

本発明によれば、光源から放射される光を楕円反射鏡で一定領域に集光させ、それを集光鏡によって集光領域がさらに小さくなるように再集光した後に光学部品の入射許容領域に入射させるので、光源から放射された光を高効率で光学部品に入射させることができる。これにより、従来よりも放射光量の小さいランプを用いることができるようになり、照明装置をコンパクト化、低電力化することができる。逆に、ランプを変えることなく、照射光強度を高めることができるようになる。また、装置内での不要な反射光の発生を抑制することができるので、光学部品からの照射均一性を維持することができる。

以下、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。ここでは、電子部品や光学部品の精密接着，ＤＶＤ接着，半導体・液晶パネルディスプレイのプロセス加工等、紫外線硬化性樹脂による部品接着を行うために被照射体の一定領域にのみ紫外線を均一に照射する目的に使用される紫外線照射装置を例に挙げることとする。図１に紫外線照射装置１０の概略構成を示す。

この紫外線照射装置１０は、紫外線を含む光を放射するランプ１２と、ランプ１２の光源１２ａがその第１焦点に位置するように配置された楕円反射鏡（リフレクタ）１４と、楕円反射鏡１４によって集光された光をより小さな領域に再集光させるための筒型の集光鏡１６と、集光鏡１６により再集光された光を被照射体２８の一定領域に照射するためのロッドレンズ１８と、ロッドレンズ１８から照射される光を一定の広さに拡大するためのレンズ群２０と、ロッドレンズ１８およびレンズ群２０を収容するための筒体２２と、ロッドレンズ１８への入射光量を調整するための回転型絞り２４と、ロッドレンズ１８から被照射体２８への照射の照射／遮光を行うための回転型シャッタ２６を備えている。

これらランプ１２，楕円反射鏡１４，集光鏡１６，筒体２２，回転型絞り２４，回転型シャッタ２６はフレーム３０に保持されている。

ランプ１２としては、楕円反射鏡１４の第２焦点における集光領域を狭めるために、例えば、ショートアークタイプの高圧水銀ランプが好適に用いられる。

楕円反射鏡１４および集光鏡１６としては、金属またはガラス等の基材からなり、その内面に紫外線反射性の多干渉膜が形成された構造を有しているものが好適に用いられる。

集光鏡１６は、円錐台形状でその側面は曲面となっている。この集光鏡１６による集光形態を図２に模式的に示す。先に図６を参照しながら説明したように、楕円反射鏡１４による集光領域は、その第２焦点において一定の拡がりをもっているため、集光鏡１６がない場合には、ロッドレンズ１８に入射しない光がある。そこで集光鏡１６は、楕円反射鏡１４により集光された光をロッドレンズ１８の入射面に漏れなく入射させるために、ロッドレンズ１８の入射面よりも小さい領域に光を再集光する。

集光鏡１６は、このような再集光を行うために、開口径が長い方の端面（長径側端面）がランプ１２側となるように配置される。また、開口径の短い方の端面（短径側端面）の開口面積は、ロッドレンズ１８の入射面の面積よりも小さくなっている。

この集光鏡１６を装着することにより、光源１２ａから放射された光を高効率でロッドレンズ１８に入射させることができる。こうして、被照射体２８への紫外線照射に要求される照射光強度を満たすために、従来よりも放射光量の小さい放電ランプを用いることができるようになり、紫外線照射装置１０をコンパクト化、低電力化することができる。逆に、ランプ１２を変えることなく、ロッドレンズ１８からの照射光強度を高めることができるようになる。こうして照射光強度が高められると、紫外線照射時間を短縮することができるので、生産効率を高めることができるという効果が得られる。さらに、紫外線照射装置１０内での不要な反射光の発生を抑制することができるので、ロッドレンズ１８からの照射均一性を確保することができる。これにより紫外線硬化性樹脂を露光領域において均一に硬化させることができる。

集光鏡１６は、必ずしも楕円反射鏡１４の第２焦点位置でもっとも集光径が小さくなるわけではないことを考慮し、その短径側端面が光軸（Ｚ軸）方向において楕円反射鏡１４の第２焦点を中心として±１０ｍｍの範囲に位置するように配置することが好ましい。これにより集光鏡１６による集光漏れを実質的に抑えることができる。ロッドレンズ１８の配置は、集光鏡１６の配置に合わせればよく、ロッドレンズ１８の入射面を集光鏡１６の短径側端面に近接させることが好ましい。なお、この集光鏡１６は、ロッドレンズ１８を収容している筒体２２と一体となっていてもよい。

集光鏡１６は、図１および図２に示した円錐台形状のものに限定されるものではなく、図３Ａに示すような角錐台形状の集光鏡１６ａや、図３Ｂに示すような円錐台形状であってもその側面が曲率を有さない集光鏡１６ｂであってもよい。

さらに、ロッドレンズ１８の形状に適合する集光鏡を選択することも好ましい。すなわち、ロッドレンズ１８には、円柱状や四角柱状，六角柱状等の多角形柱状のものが知られており、被照射体２８への照射領域の形状に適合するものが用いられるので、円柱状のロッドレンズを用いる場合には円錐台形状の集光鏡を、四角柱状のロッドレンズを用いる場合には四角錐台形状の集光鏡を、六角柱状のロッドレンズを用いる場合には六角錐台形状の集光鏡を、それぞれ用いることができる。

ロッドレンズ１８には、紫外線透過性に優れた合成石英製のものが用いられる。レンズ群２０は、例えば、複数枚の凹レンズ等から構成される。

回転型絞り２４は、調光円板２４ａと、調光円板２４ａを回転させるためのステッピングモータ２４ｂを備えている。また、回転型シャッタ２６は、２枚のシャッタ円板２６ａと、これらのシャッタ円板２６ａを回転させるためのステッピングモータ２６ｂを備えている。

図４に示す平面図は、これら調光円板２４ａとシャッタ円板２６ａの構造および配置関係を表している。図４が描かれている紙面に垂直な方向が光軸（Ｚ軸））方向である。

調光円板２４ａには、周方向で開口率が変化するように複数の穴部３２が形成されている。シャッタ円板２６ａには、４５℃回転するごとにロッドレンズ１８への光入射を入射／遮光することができるように、穴部３４が形成されている。

図４には、ロッドレンズ１８へ最大光量の光を入射させることができる状態が示されている。この状態でシャッタ円板２６ａを４５°回転させると、ロッドレンズ１８への光の入射が遮断されるので、このようなシャッタ円板２６ａの動作によって露光時間を調節することができる。また、例えば、図４に示す調光円板２４ａの領域Ａがロッドレンズ１８の入射面上においてシャッタ円板２６ａの穴部３４と重なるように、調光円板２４ａを所定角度回転させ、その位置で保持すると、図４に示す状態よりもロッドレンズ１８への入射光量を少なくすることができる。

なお、図１に示すように、回転型シャッタ２６は、調光円板２４ａを挟むように２枚のシャッタ円板２６ａを備えており、これら２枚のシャッタ円板２６ａにはそれぞれ光軸（Ｚ軸）方向から見て重なる位置に穴部３４が形成されている。ランプ１２側のシャッタ円板２６ａは、主に、調光円板２４ａによってロッドレンズ１８への入射光量が絞られているときに、調光円板２４ａによる反射光が紫外線照射装置１０内で散乱することを抑制する。

このように構成された紫外線照射装置１０では、ランプ１２から放出される紫外線を含む光を楕円反射鏡１４の第２焦点に集光させ、この第２焦点近傍でさらに集光鏡１６によってさらに集光径を絞ってロッドレンズ１８の入射面に入射させる。ロッドレンズ１８に入射した光はロッドレンズ１８内で全反射を繰り返しながら長軸方向に進んで照射面から照射され、レンズ群２０により所望の大きさに拡大されて、被照射体２８の一定領域に照射される。このとき、回転型絞り２４によりロッドレンズ１８への入射光量を調整し、回転型シャッタ２６のオン／オフ動作により露光時間を調整することができる。

図５に紫外線照射装置１０の変形例を示す。この紫外線照射装置１０Ａは、集光鏡１６が、ロッドレンズ１８側のシャッタ円板２６ａに取り付けられた構造を有しており、このような構造によっても、先に説明した紫外線照射装置１０と同様に、光源１２ａから放射された光を高効率でロッドレンズ１８に入射させることができる。紫外線照射装置１０Ａでは、集光鏡１６の長径側端面をシャッタ円板２６ａのロッドレンズ１８側の面に取り付けた構造としているが、集光鏡１６の短径側端面をシャッタ円板２６ａのランプ１２側の面に取り付けた構造としてもよい。

また、集光鏡１６を備えていない同等構造の紫外線照射装置のシャッタ円板に集光鏡１６を取り付けることにより、またはそのシャッタ円板を集光鏡１６が取り付けられた新たなシャッタ円板と交換することにより、ロッドレンズ１８からの照射光強度を上げ、かつ、照射均一性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、集光鏡は必ずしも筒型でなければならないものではなく、上述した筒型の集光鏡と同様の機能を有するならば、これと異なる構造であってもよい。

また、上記説明においては、紫外線照射装置を例に挙げたが、これに限定されず、可視光線照射装置や赤外線照射装置であってもよい。集光鏡により集光された光を伝送等するための光学部品は、凸型レンズや光ファイバであってもよい。本発明に係る照明装置は、屋内外の各種照明施設としても好適に用いられ、必ずしも具体的な被照射体がある必要もない。

紫外線照射装置の概略構造を示す図。集光鏡による集光形態を模式的に示す図。角錐台形状の集光鏡を示す斜視図。別の円錐台形状の集光鏡を示す斜視図。調光円板とシャッタ円板の構造および配置関係を示す平面図。別の紫外線照射装置の概略構造図。従来の照明装置における集光形態を示す図。

符号の説明

１０・１０Ａ…紫外線照射装置、１２…ランプ、１２ａ…光源、１４…楕円反射鏡、１６…集光鏡、１８…ロッドレンズ、２０…レンズ群、２２…筒体、２４…回転型絞り、２４ａ…調光円板、２４ｂ・２６ｂ…ステッピングモータ、２６…回転型シャッタ、２６ａ…シャッタ円板、２８…被照射体、３０…フレーム、３２・３４…穴部、９０…照明装置、９２…ランプ、９２ａ…光源、９４…楕円反射鏡、９６…光学部品。

Claims

光を放射するランプと、
前記ランプの光源がその第１焦点に位置するように配置され、該ランプから放射される光をその第２焦点に集光するための楕円反射鏡と、
前記楕円反射鏡により集光された光をより小さな領域に再集光させるための集光鏡と、
前記集光鏡により再集光された光を入射させるための光学部品とを具備することを特徴とする照明装置。
前記集光鏡は円錐台形または角錐台形の筒状体であり、その長径側の端面が前記ランプ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記集光鏡は、その短径側端面が前記楕円反射鏡の第２焦点を中心として光軸方向において±１０ｍｍの範囲に位置するように、配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記集光鏡による集光領域は、前記光学部品の入射面の入射許容領域よりも狭いことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の照明装置。
前記光学部品の入射面への光入射の入射／遮光を切り替えるためのシャッタをさらに具備し、
該シャッタに前記集光鏡が取り付けられていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。