JP2008227062A - Ultraviolet ray irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、たとえば紫外線硬化型樹脂を硬化させる際に用いられる紫外線照射装置に関する。 The present invention relates to an ultraviolet irradiation device used when, for example, an ultraviolet curable resin is cured.
紫外線硬化型樹脂は、紫外線領域の波長の光を照射することによって、液体から固体に硬化する樹脂であり、硬化時間が短く樹脂の取扱いが比較的容易であるため、小型電子部品の接着や、レジスト皮膜の形成など、幅広い分野で用いられている。 An ultraviolet curable resin is a resin that cures from a liquid to a solid by irradiating light with a wavelength in the ultraviolet region, and since the curing time is short and the handling of the resin is relatively easy, It is used in a wide range of fields such as resist film formation.
従来、この紫外線硬化型樹脂を硬化させるための紫外線照射手段としては、光源に高圧水銀ランプや水銀キセノンランプを使用した紫外線照射装置が一般的である(たとえば特許文献1参照)。このような紫外線照射装置では、光源から出射された光を、石英ファイバを束ねたライトガイドを介してヘッド部まで伝達し、このヘッド部から紫外線を照射する。
しかしながら、高圧水銀ランプや水銀キセノンランプは発熱量が大きいので、大型の冷却機構が必要となり、装置が大型化する。また、高圧水銀ランプや水銀キセノンランプは、発光を安定化させるために常時点灯が必要となるので、エネルギー消費量が大きく、ランプの寿命が短い。 However, high-pressure mercury lamps and mercury-xenon lamps generate a large amount of heat, so a large cooling mechanism is required and the apparatus becomes large. In addition, high-pressure mercury lamps and mercury xenon lamps need to be constantly lit to stabilize light emission, so that energy consumption is large and lamp life is short.
本発明はこうした状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型、かつ装置寿命を向上した紫外線照射装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultraviolet irradiation device that is small in size and has an improved device life.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の紫外線照射装置は、レーザ光を出射する半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光を紫外線領域のレーザ光に変換する波長変換素子と、波長変換素子からのレーザ光を集光する集光手段と、を備える。 In order to solve the above problems, an ultraviolet irradiation device according to an aspect of the present invention includes a semiconductor laser that emits laser light, a wavelength conversion element that converts laser light from the semiconductor laser into laser light in the ultraviolet region, and wavelength conversion. Condensing means for condensing the laser light from the element.
この態様によると、光源として半導体レーザを用いることにより、発熱量が比較的小さくなるので、それほど大型の冷却機構は必要なく、装置を小型化できる。また、半導体レーザは、元来高圧水銀ランプや水銀キセノンランプに比べて寿命が長い上に、短時間で発光を安定化できるので、照射が必要なときだけ発光させればよい。従って、装置寿命を向上させることができる。 According to this aspect, since a heat generation amount is relatively small by using a semiconductor laser as a light source, a very large cooling mechanism is not necessary, and the apparatus can be miniaturized. In addition, a semiconductor laser originally has a longer life than a high-pressure mercury lamp or a mercury xenon lamp and can stabilize light emission in a short time. Therefore, it is only necessary to emit light when irradiation is necessary. Therefore, the life of the apparatus can be improved.
半導体レーザからのレーザ光を波長変換素子に導くライトガイドをさらに備えてもよい。この場合、紫外線を出射するヘッド部を小型化できるので、装置の取扱いが容易となる。 You may further provide the light guide which guides the laser beam from a semiconductor laser to a wavelength conversion element. In this case, since the head unit that emits ultraviolet rays can be reduced in size, the apparatus can be handled easily.
ライトガイドは、プラスチック光ファイバまたは多成分系光ファイバで構成されてもよい。この場合、装置を安価に構成できる。 The light guide may be composed of a plastic optical fiber or a multicomponent optical fiber. In this case, the apparatus can be configured at low cost.
赤外光を出射する赤外光源と、赤外光源からの赤外光と半導体レーザからのレーザ光とを合波する合波手段と、をさらに備えてもよい。紫外線硬化型接着剤には、硬化条件として、高温環境が必要となるものもある。このように構成することにより、赤外光で紫外線硬化型接着剤を加熱し、硬化反応を好適に行うことができる。 You may further provide the infrared light source which radiate | emits infrared light, and the multiplexing means to multiplex the infrared light from an infrared light source, and the laser beam from a semiconductor laser. Some UV curable adhesives require a high temperature environment as a curing condition. By comprising in this way, an ultraviolet curable adhesive can be heated with infrared light, and a curing reaction can be performed suitably.
半導体レーザは、可視光領域のレーザ光を出射してもよい。可視光領域の半導体レーザは、高出力の半導体レーザが実用化されているので、装置の照射パワーを大きくできる。また、可視光領域のレーザ光を、ユーザが紫外線照射領域を視認するためのマーカとして利用できる。 The semiconductor laser may emit laser light in the visible light region. As a semiconductor laser in the visible light region, since a high-power semiconductor laser has been put into practical use, the irradiation power of the apparatus can be increased. Further, the laser beam in the visible light region can be used as a marker for the user to visually recognize the ultraviolet irradiation region.
波長変換素子は、入射光に対して第2次高調波または第3次高調波を発生する非線形光学結晶で形成されてもよい。非線形光学結晶は、BBO、LBO、CLBO、LB4のいずれかであってもよい。これらの非線形光学結晶は、紫外線に対する透明性が高いため、好適に波長変換を行うことができる。 The wavelength conversion element may be formed of a nonlinear optical crystal that generates a second harmonic or a third harmonic with respect to incident light. Nonlinear optical crystal, BBO, LBO, CLBO, may be any of LB 4. Since these nonlinear optical crystals have high transparency with respect to ultraviolet rays, wavelength conversion can be suitably performed.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、小型、かつ装置寿命を向上した紫外線照射装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ultraviolet irradiation device which was small and improved the apparatus lifetime can be provided.
図1は、本発明の実施の形態に係る紫外線照射装置の構成を示す図である。図1は、部品Aと部品B上に塗布された紫外線硬化型接着剤50に、紫外線を照射している様子を示している。紫外線照射装置100は、本体部10と、ヘッド部20と、ライトガイド30と、を備える。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultraviolet irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in which the ultraviolet
本体部10は、半導体レーザ12と、カップリングレンズ14と、を備える。半導体レーザ12は、可視光領域の波長のレーザ光102を出射する。ここでは、一例として波長650nmのレーザ光102を出射するものとする。カップリングレンズ14は、半導体レーザ12から出射されたレーザ光102を、ライトガイド30に結合するためのレンズである。図1では、1つのカップリングレンズ14を用いた結合光学系を図示するが、湾曲ミラーや複数のレンズを用いて結合光学系が構成されてもよい。なお、図示は省略したが、本体部10は、その他に半導体レーザ12に電流を供給するための電源装置、半導体レーザ12の冷却装置などを有する。
The
ライトガイド30は、半導体レーザ12により出射されたレーザ光102を、ヘッド部20に導く機能を有する。ライトガイド30を設けることにより、ヘッド部20に光源を設ける必要がなくなるので、ヘッド部20が小型となり、装置の取扱いが容易となる。
The
ライトガイド30は、単線の光ファイバにより形成される。光ファイバは、半導体レーザ12の波長や用途に応じて、好適なファイバを選択する。本実施の形態に係る紫外線照射装置100では、波長650nmの半導体レーザ12を用いているので、光ファイバとして、石英光ファイバ、プラスチック光ファイバ、多成分系光ファイバなどを用いることができる。光源の波長や出力などの特性に適した光ファイバを選択することが好ましい。石英光ファイバと比較して安価なプラスチック光ファイバや多成分系光ファイバを用いることにより、装置を安価に構成できる。さらに、プラスチック光ファイバは、曲げ耐久性が高いので、装置の取扱いが容易になるという利点もある。
The
ヘッド部20は、波長変換素子22と、波長選択性ミラー24と、集光レンズ26と、を備える。波長変換素子22は、ライトガイド30により導かれたレーザ光102の少なくとも一部を、紫外線領域の紫外線レーザ光104に変換する。波長変換素子22は、入射光に対して第2次高調波を発生する非線形光学結晶で形成される。このような第2次高調波発生の非線形光学結晶としては、BBO(β−BaB2O4)、LBO(LiB3O5)、CLBO(CsLiB6O10)、LB4(LiB4O7)を例示できる。これらの非線形光学結晶は、紫外線に対する透明性が高いため、紫外線発生に好適であることが知られている。本実施の形態に係る紫外線照射装置100では、半導体レーザ12からのレーザ光102の少なくとも一部は、波長変換素子22により波長325nmの紫外線レーザ光104に変換される。
The
波長選択性ミラー24は、波長変換素子22による波長変換を効率的に行うために設けられる。波長選択性ミラー24は、紫外線領域の波長の光のみを透過し、その他の波長の光を反射するよう構成される。本実施の形態では、波長変換素子22のライトガイド30側の端面に部分反射膜が形成されており、この反射膜と波長選択性ミラー24とで光共振器を構成している。このように、光共振器を用いることにより、波長変換素子22内部の基本波強度が高められ、高効率の変換ができることが知られている。集光レンズ26は、波長選択性ミラー24を透過した紫外線レーザ光104を集光し、紫外線硬化型接着剤50に向けて照射する。
The wavelength
以上のように構成された紫外線照射装置100の動作について説明する。半導体レーザ12から出射されたレーザ光102は、カップリングレンズ14を介してライトガイド30に入射される。ライトガイド30を伝達されたレーザ光102は、波長変換素子22により少なくとも一部が紫外線レーザ光104に変換される。波長選択性ミラー24を透過した紫外線レーザ光104は、集光レンズ26を介して、紫外線硬化型接着剤50に照射される。これにより、紫外線硬化型接着剤50が液体から固体に硬化され、部品Aと部品Bを接着できる。
The operation of the
以上のように構成された紫外線照射装置100によれば、光源として半導体レーザ12を用いることにより、発熱量が比較的小さくなるので、それほど大型の冷却機構は必要なく、装置を小型化できる。また、半導体レーザ12は、元来高圧水銀ランプや水銀キセノンランプに比べて寿命が長い上に、短時間で発光を安定化できるので、照射が必要なときだけ発光させればよい。従って、半導体レーザ12の寿命が延び、ひいては紫外線照射装置100の寿命を向上できる。
According to the
従来の高圧水銀ランプや水銀キセノンランプを用いた紫外線照射装置では、紫外線領域の光を伝達するために、ライトガイドとして高価な石英ファイバを用いざるを得なかった。本実施の形態に係る紫外線照射装置100によれば、ライトガイド30により伝達されるレーザ光102は、可視光領域のレーザ光であるので、目的に応じて様々な光ファイバを選択することが可能である。たとえば、石英ファイバでライトガイド30を構成することにより、光利用効率を向上した紫外線照射装置100を構成できる。また、プラスチック光ファイバや多成分系光ファイバでライトガイド30を構成することにより、安価に紫外線照射装置100を構成できる。また、可視光領域の半導体レーザは、高出力の半導体レーザが既に実用化されているので、装置の照射パワーを大きくすることが可能である。
In an ultraviolet irradiation apparatus using a conventional high-pressure mercury lamp or mercury xenon lamp, an expensive quartz fiber has to be used as a light guide in order to transmit light in the ultraviolet region. According to the
また、従来の高圧水銀ランプや水銀キセノンランプでは、必要な紫外線領域の波長の光の他に、不要な波長の光が照射されており、この不要な波長の光が対象物にダメージを与えたり、歪みや残留応力の原因となっていた。本実施の形態に係る紫外線照射装置100によれば、紫外線レーザ光104のみを照射できるので、このような問題を回避できる。
In addition, conventional high-pressure mercury lamps and mercury xenon lamps emit light with an unnecessary wavelength in addition to light with a wavelength in the necessary ultraviolet region, and the light with this unnecessary wavelength damages an object. Was the cause of strain and residual stress. According to the
図2は、紫外線照射装置の別の構成例を示す図である。図2においては、図1と同一または対応する構成要素には同様の符号を付すと共に、重複する説明は適宜省略する。図2において、部品Aと部品Bの上に塗布された紫外線硬化型接着剤60は、硬化条件として高温環境を必要とする紫外線硬化型接着剤である。
FIG. 2 is a diagram illustrating another configuration example of the ultraviolet irradiation device. In FIG. 2, the same or corresponding components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. In FIG. 2, the ultraviolet
本実施の形態に係る紫外線照射装置200は、主に本体部210の構成が図1に示す紫外線照射装置100と異なる。紫外線照射装置200の本体部210は、半導体レーザ12と、コリメータレンズ28、32と、プリズム34と、カップリングレンズ14と、赤外半導体レーザ36と、を備える。
The
コリメータレンズ28は、半導体レーザ12からの波長650nmのレーザ光102を平行光に変換する。赤外半導体レーザ36は、赤外線領域の赤外線レーザ光106を出射する。赤外半導体レーザ36は、赤外LEDや赤色LEDであってもよい。コリメータレンズ32は、赤外線レーザ光106を平行光に変換する。プリズム34は、コリメータレンズ28からのレーザ光102の平行光と、コリメータレンズ32からの赤外線レーザ光106の平行光とを合波する。カップリングレンズ14は、プリズム34により合波された合波レーザ光108を、ライトガイド30に結合する。
The
ヘッド部220の波長選択性ミラー24は、紫外線領域の波長の光だけでなく、赤外線領域の波長の光も透過するよう構成することが好ましい。
The wavelength
図2に示す紫外線照射装置200の動作を説明する。半導体レーザ12からのレーザ光102と、赤外半導体レーザ36から赤外線レーザ光106とは、プリズム34により合波され、合波レーザ光108としてライトガイド30に入射される。ライトガイド30にて伝送された合波レーザ光108のうち、レーザ光102の少なくとも一部は、波長変換素子22により紫外線レーザ光に変換される。波長選択性ミラー24を透過した紫外線レーザ光と赤外線レーザ光の合波レーザ光110は、集光レンズ26により集光され、紫外線硬化型接着剤60に照射される。紫外線硬化型接着剤60は、赤外線レーザ光により加熱されるので、紫外線硬化型接着剤60を好適に硬化できる。
The operation of the
図3は、紫外線照射装置のさらに別の構成を示す図である。図3に示す紫外線照射装置300は、本体部310と、ケーブル314と、ヘッド部320と、を備える。紫外線照射装置300は、ヘッド部320に光源である半導体レーザ12を有する点が、上述の紫外線照射装置と異なる。
FIG. 3 is a diagram showing still another configuration of the ultraviolet irradiation device. The
本体部310は、半導体レーザ12の駆動電流を制御する電流制御部312を備える。電流制御部312により出力された駆動電流は、ケーブル314を介して半導体レーザ12に供給される。
The
ヘッド部320は、半導体レーザ12と、波長変換素子22と、波長選択性ミラー24と、集光レンズ26と、を備える。半導体レーザ12は、波長650nmのレーザ光102を出射する。半導体レーザ12から出射されたレーザ光102は、少なくとも一部が波長変換素子22により紫外線レーザ光104に変換される。波長選択性ミラー24を透過した紫外線レーザ光104は、集光レンズ26により集光され、紫外線硬化型接着剤50に照射される。
The
以上のように構成された紫外線照射装置300によれば、ヘッド部320が光源である半導体レーザ12を有することにより、光を伝達するためのライトガイドが不要となるので、装置を安価に構成できる。また、ケーブル314は、光ファイバで構成されたライトガイドよりも曲げ耐久性が高いので、装置の取扱いが容易となる。
According to the
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能である。また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements. Those skilled in the art will appreciate that such modifications are also within the scope of the present invention.
たとえば、上述の実施の形態では、半導体レーザ12として、波長650nmの半導体レーザを用いたが、他の波長の半導体レーザであってもよい。また、波長変換素子22の第3次高調波発生を用いてもよい。たとえば、波長1050nmのレーザ光の第3次高調波発生により、波長350nmの紫外線レーザ光を出力することができる。
For example, in the above-described embodiment, a semiconductor laser having a wavelength of 650 nm is used as the
また、図1の紫外線照射装置100では、紫外光のみ選択的に透過するよう波長選択性ミラー24を構成したが、可視光領域のレーザ光の一部が透過するように構成してもよい。この場合、波長選択性ミラー24を透過した可視光領域のレーザ光を、紫外線照射領域をユーザが視認するためのマーカとして利用することができる。
Further, in the
10、210、310 本体部、 12 半導体レーザ、 14 カップリングレンズ、 16 波長変換素子、 20、220、320 ヘッド部、 22 波長変換素子、 24 波長選択性ミラー、 26 集光レンズ、 28、32 コリメータレンズ、 30 ライトガイド、 34 プリズム、 36 赤外半導体レーザ、 50、60 紫外線硬化型接着剤、 100、200、300 紫外線照射装置、 312 電流制御部、 314 ケーブル。 10, 210, 310 Main body part, 12 Semiconductor laser, 14 Coupling lens, 16 Wavelength conversion element, 20, 220, 320 Head part, 22 Wavelength conversion element, 24 Wavelength selective mirror, 26 Condensing lens, 28, 32 Collimator Lens, 30 light guide, 34 prism, 36 infrared semiconductor laser, 50, 60 UV curable adhesive, 100, 200, 300 UV irradiation device, 312 current control unit, 314 cable.
Claims (7)
前記半導体レーザからのレーザ光を紫外線領域のレーザ光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子からのレーザ光を集光する集光手段と、
を備えることを特徴とする紫外線照射装置。 A semiconductor laser that emits laser light;
A wavelength conversion element that converts laser light from the semiconductor laser into laser light in the ultraviolet region;
Condensing means for condensing the laser light from the wavelength conversion element;
An ultraviolet irradiation device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007061739A JP2008227062A (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Ultraviolet ray irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007061739A JP2008227062A (en) | 2007-03-12 | 2007-03-12 | Ultraviolet ray irradiation device |
Publications (1)
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Country | Link |
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2007
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