JP2011143350A - 光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、紫外線光源から放射された紫外線をそれぞれ伝搬する複数の第1の光ファイバを密に束ねた第1の光ファイババンドルと、赤外線光源から放射された赤外線を伝搬する第2の光ファイバと、前記第1の光ファイババンドルを構成する前記複数の第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを束ねた束の先端部を含み、前記複数の第1の光ファイバにより伝搬された紫外線と、前記第2の光ファイバにより伝搬された赤外線とを照射する照射ヘッドとを備えることを特徴とする光照射装置である。
【選択図】図1
Description
このような光照射装置によれば、紫外線の照射範囲に赤外線を照射することが容易になる。
図1Aは、比較例の説明図である。この例では、紫外線用照射ヘッドと赤外線用照射ヘッドが別々に用意されている。図中左側の紫外線用照射ヘッドは、紫外線伝搬用光ファイバを束ねた束を含み、紫外線伝搬用光ファイバにより伝搬された紫外線を照射する。図中右側の赤外線用照射ヘッドは、赤外線伝搬用光ファイバを束ねた束を含み、赤外線伝搬用光ファイバにより伝搬された赤外線を照射する。つまり、この例では、別々の照射ヘッドから紫外線と赤外線をそれぞれ照射するので、紫外線の照射範囲と赤外線の照射範囲がずれ易い。従って、紫外線の照射範囲と赤外線の照射範囲を合わせることが困難である。特に、目に見えない光である紫外線と赤外線を用いているため、これらの光の照射範囲を合わせる作業は困難となる。また、一方の照射ヘッドを移動させたとき、紫外線の照射範囲と赤外線の照射範囲を合わせるには、他方の照射ヘッドを別途移動させる必要がある。
<全体構成>
図2は、光照射装置の外観図である。図3は、光照射装置の基本構成の説明図である。
図4Aは、赤外線LD12と赤外線伝搬用光ファイバ22の入射側の端面(以下、入射端面)との光結合についての説明図である。赤外線LD12と赤外線伝搬用光ファイバ22の入射端面との間に集束レンズが設けられている。赤外線LD12から放射された光は、集束レンズによって狭い領域に絞られて、赤外線伝搬用光ファイバ22の入射端面から入射する。なお、レーザダイオード(LD)から放射される光は、発光ダイオード(LED)と比べて、集束レンズで狭い領域に絞ることが可能である。
図5Aは、照射ヘッド31の外観図である。図5Bは、照射ヘッド31内の照射側光ファイババンドル24の先端部の説明図である。図5Bでは、赤外線伝搬用光ファイバ22を黒丸で示し、紫外線伝搬用光ファイバ21を白丸で示している。これにより、赤外線伝搬用光ファイバ22と紫外線伝搬用光ファイバ21とを区別している。また、紫外線伝搬用光ファイバ21の数を実際よりも少なくし、図を簡略化している。
第1の方法として、クラッドの屈折率が低い光ファイバを赤外線伝搬用光ファイバ22として用いる方法がある。
図7は、屈折率nと光ファイバの開口数NAとの関係の説明図である。図中では、コアの屈折率をn1とし、クラッドの屈折率をn2とし、臨界角をφcとしている。光ファイバ内では臨界角φcよりも大きい入射角φiの光だけが伝搬しているため、光ファイバから出射する光のうちの最大角度θmax(=NA)の光は、図中の点線で示す光になる。つまり、臨界角φcが小さいほど、光ファイバの開口数NAは大きくなる。臨界角φc(=sin−1(n2/n1))は、コアの屈折率n1に対するクラッドの屈折率n2が低いほどが小さくなる。つまり、クラッドの屈折率n2が低い光ファイバほど高NAの光ファイバとなるのである。
本実施形態では、赤外線伝搬用光ファイバ22のコアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比(n2/n1)が、紫外線伝搬用光ファイバ21のコアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比よりも低くなるように、赤外線伝搬用光ファイバ22及び紫外線伝搬用光ファイバ21を選択している。
上記の説明では、高NAの赤外線伝搬用光ファイバ22を用いることによって、赤外線の照射範囲を広げていた(図6B参照)。但し、赤外線伝搬用光ファイバ22自身の開口数が大きくなくても、赤外線の照射範囲を広げることは可能である。
上記の第1実施形態では、赤外線伝搬用光ファイバ22が1本だけであり、この赤外線伝搬用光ファイバ22が照射側光ファイババンドル24の中心付近に位置していた。但し、この第2実施形態に示すように、赤外線伝搬用光ファイバ22は複数であっても良く、赤外線伝搬用光ファイバ22の位置は照射側光ファイババンドル24の中心付近でなくても良い。
前述の図9A及び図9Bに示す実施形態では、赤外線を放射する赤外線光源が1個であり、1個の赤外線光源から放射された赤外線が赤外線伝搬用光ファイババンドル22Bの赤外線光源側に設けた端面からに入射されることによって、複数の赤外線伝搬用光ファイバ22に赤外線を伝搬させていた。但し、以下に説明するように、赤外線を放射する赤外線光源は、複数であっても良い。また、赤外線伝搬用光ファイババンドル22Bを用いずに、複数の赤外線伝搬用光ファイバ22に赤外線を伝搬させても良い。
前述の第2実施形態では、照射側光ファイババンドル24において、複数の赤外線伝搬用光ファイバ22が分散配置されており、各赤外線伝搬用光ファイバ22の周りにそれぞれ複数の紫外線伝搬用光ファイバ21が囲むように配置されていた(図9B、図11B参照)。このため、各赤外線伝搬用光ファイバ22の外周に隣接する全ての光ファイバが、紫外線伝搬用光ファイバ21であった。但し、照射側光ファイババンドル24における光ファイバの配置は、これに限られるものではない。
前述の説明では、赤外線伝搬用光ファイバ22の数が紫外線伝搬用光ファイバ21の数よりも少なかった。
第3実施形態では、照射ヘッド31は、照射側光ファイババンドル24の先端部の先に設けたインテグレータ光学系をさらに含んでいる。そして、複数の紫外線伝搬用光ファイバ21により伝搬された紫外線と赤外線伝搬用光ファイバ22により伝搬された赤外線とがインテグレータ光学系に入射され、インテグレータ光学系を通った紫外線と赤外線が照射ヘッド31から照射される。これにより、第3実施形態の光照射装置は、紫外線及び赤外線を均一に照射している。以下に説明する実施形態では、インテグレータ光学系は、照射側光ファイババンドル24の先端部に一体的に形成されたロッドレンズである。
上記の説明では、インテグレータ光学系としてロッドレンズ27が用いられていた。但し、インテグレータ光学系は、ロッドレンズ以外の光学系であっても良い。また、照射側光ファイババンドル24の先端部にインテグレータ光学系を一体的に形成するのではなく、単に照射側光ファイババンドル24の出射端側にインテグレータ光学系を取り付けただけでも良い。以下に説明する変形例では、インテグレータ光学系は、照射側光ファイババンドル24の先端部が一部挿入されている中空管であって、内壁面が反射面になっている中空管である。
上記の第1〜3実施形態の光照射装置は、紫外線硬化材料に紫外線を照射して硬化させるのに利用される。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更・改良され得ると共に、本発明には、その等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる形態であっても、本発明に含まれる。
前述の実施形態では、光照射装置が紫外線と赤外線の両方を照射していたが、これに限られるものではない。前述の構成の光照射装置が、赤外線LDをオフにして紫外線のみを照射するように用いられても良いし、紫外線LEDをオフにして赤外線のみを照射するように用いられても良い。
前述の実施形態では、紫外線LED11の数が4個であり、赤外線LD12の数が1個であった。但し、光源の数は、これに限られるものではない。
前述の照射側光ファイババンドルでは複数の光ファイバが円柱状に束ねられており、照射ヘッドの照射範囲が円状になっていた。但し、光ファイバの束の形状や、照射範囲の形状は、これに限られるものではない。
11 紫外線LED、12 赤外線LD、
21 紫外線伝搬用光ファイバ、22 赤外線伝搬用光ファイバ、22B 赤外線伝搬用光ファイババンドル、
23 紫外線伝搬用光ファイババンドル、24 照射側光ファイババンドル、
25 フレキシブル管、
26 一体化部、26A 入射端面、26B テーパ面、
27 ロッドレンズ、28 中空管、
31 照射ヘッド、
41 コントローラ、41A 操作パネル、
51 ヒートシンク、52 冷却ファン、
60 実装基板、
71 レンズ、72 鏡筒
Claims (11)
- 紫外線光源と、
赤外線光源と、
前記紫外線光源から放射された紫外線をそれぞれ伝搬する複数の第1の光ファイバを密に束ねた第1の光ファイババンドルと、
前記赤外線光源から放射された赤外線を伝搬する第2の光ファイバと、
前記第1の光ファイババンドルを構成する前記複数の第1の光ファイバと前記第2の光ファイバとを束ねた束の先端部を含み、前記複数の第1の光ファイバにより伝搬された紫外線と、前記第2の光ファイバにより伝搬された赤外線とを照射する照射ヘッドと
を備える
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項1に記載の光照射装置であって、
前記束の先端部端面において、前記第2の光ファイバは中央付近に配置されている
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項1又は2に記載の光照射装置であって、
前記第2の光ファイバの開口数が、前記複数の第1の光ファイバの開口数よりも大きい
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項2又は3に記載の光照射装置であって、
前記第2の光ファイバの前記赤外線光源とは反対側の端面に、またはその端面の先に、レンズが設けられている
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の光照射装置であって、
前記照射ヘッドは、前記束の先端部の先に設けたインテグレータ光学系をさらに含み、
前記複数の第1の光ファイバにより伝搬された紫外線と前記第2の光ファイバにより伝搬された赤外線とが前記インテグレータ光学系に入射され、前記インテグレータ光学系を通った紫外線と赤外線が前記照射ヘッドから照射される
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項5に記載の光照射装置であって、
前記インテグレータ光学系は、前記束の先端部に一体的に形成されたロッドレンズである
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項5に記載の光照射装置であって、
前記インテグレータ光学系は、前記束の先端部が一部挿入されている中空管であって、内壁面が反射面になっている中空管である
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項1に記載の光照射装置であって、
前記赤外線光源が複数存在し、
複数の前記赤外線光源のそれぞれから放射された赤外線をそれぞれ伝搬する複数の前記第2の光ファイバが存在し、これらの複数の前記第2の光ファイバを束ねて第2の光ファイババンドルとし、
前記照射ヘッドは、前記第1の光ファイババンドルを構成する前記複数の第1の光ファイバと、前記第2の光ファイババンドルを構成する複数の前記第2の光ファイバとを密に束ねた束の先端部を含む
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項8に記載の光照射装置であって、
前記束の先端部端面において、第2の光ファイバ同士は互いに離れて配置されている
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項9に記載の光照射装置であって、
前記第2の光ファイバの開口数は、前記複数の第1の光ファイバの開口数よりも大きい
ことを特徴とする光照射装置。 - 請求項1〜10のいずれかに記載の光照射装置であって、
前記紫外線光源は、発光ダイオードで構成され、
前記赤外線光源は、レーザダイオードで構成される
ことを特徴とする光照射装置。
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