JP2014110379A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用目的に応じた十分な光量を確保し、照明光の照度分布を高精度に均一化することができる照明装置を提供する。
【解決手段】入射面及び出射面を有する透光性板部材からなる導光板と、導光板の入射面に沿って所定の配列ピッチＰで並ぶ複数の光出射位置から入射面へ個別に光を入射させる複数の光源と、を備え、光出射位置の配列ピッチＰと、光出射位置から入射面へ出射される光の放射指向特性おける相対照度が５０％のときの放射半値角度θに対応する開口数ＮＡと、光出射位置から導光板を経由して出射面から出射された光が到達する照射面３０までの光学的光路長（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）との関係が、Ｐ／｛（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）｝＊ＮＡ≦１を充足する。但し、Ｌ：導光板の光学的光路長、ｎ：導光板の屈折率、ＷＤ_ＩＮ：光出射位置から導光板の入射面までの距離、ＷＤ_ＯＵＴ：導光板の出射面から照射面までの距離、開口数ＮＡ＝ｓｉｎθである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源を所定のピッチで長手方向に配置し、照射面をライン状に照明する照明装置に関し、特に、十分な光量を確保しつつ、照度分布が均一な照明光を得ることができる照明装置に関する。

例えば、紫外線照射装置によって、基板上に塗布した紫外線硬化樹脂を硬化させる場合には、図１６（ａ）〜（ｃ）に示すような照明装置１００を搬送ライン上に設置していた。これら図面において、従来の照明装置１００は、複数のＬＥＤ素子１１０、１１０、１１０・・・を一定の配列ピッチＰで長手方向に配置し、照射面２００をライン状に照明する構成になっていた。

特開２０１２−３８８７号公報

しかし、図１６（ａ）に示す従来の照明装置１００では、十分な光量を得るために、各ＬＥＤ素子１１０を照射面２００に近接させて配置しなければならず、照射面２００に対する照明装置１００の設置位置が制限されてしまう問題があった。

また、中心の光強度が高く、周辺の光強度が低い各ＬＥＤ素子１１０を一定の配列ピッチＰで並べているので、照明装置１００では、照射面２００に照射される照明光の照度分布が不均一（以下「照明斑」という）になってしまう問題もあった（図中の照明光のイメージを参照）。

照明斑を軽減する手段として、図１６（ｂ）に示す照明装置１００のように、各ＬＥＤ素子１１０から照射面２００までの距離ＷＤ（ワーキングディスタンス）を大きくすることが考えられる。しかし、各ＬＥＤ素子１１０から照射面２００までの距離ＷＤを大きくすると、照射面２００に照射される照明光の光量が著しく低下してしまう問題が生じる（図中の照明光のイメージを参照）。

照明光の光量を増大する手段として、図１６（ｃ）に示す照明装置１００のように、狭い配列ピッチＰで並べた多数のＬＥＤ素子１１０、１１０、１１０・・・を、照射面２００に近接させて配置することが考えられる。しかし、ＬＥＤ素子１１０の数を増大させたとしても、照明斑は完全には解消されず、照明装置１００の設置位置が制限されるのみならず、多数のＬＥＤ素子１１０に要するコスト増大を招くという問題がある。

図示しないが、照明光の光量を増大する手段として、各ＬＥＤ素子１１０の直下にレンズを配置することが考えられるが、一部分の狭い範囲しか改善することができない。さらに、照明斑を軽減する手段として、各ＬＥＤ素子１１０の直下に拡散板を配置することが考えられるが、拡散板の使用は照明光の光量を著しく低下させる。

なお、特開２０１２−３８８７号公報（特許文献１）には、複数のＬＥＤ素子を１又は複数列に並べて設け、これらＬＥＤ素子に臨むように板状導光部を配置した構成の照明装置が提案されている。特許文献１の照明装置によれば、各ＬＥＤ素子から出射された光が板状導光部内で反射を繰り返し、照明光の照度分布の均一化が図られる。

しかし、照明光の照度分布の均一化は、各ＬＥＤ素子の配列ピッチ、各ＬＥＤ素子から板状導光部へ出射された光の放射指向特性、及び各ＬＥＤ素子から照射面に至るまでの光学的光路長の影響を受ける。

すなわち、市場に流通しているＬＥＤ素子は、多種多様な光の放射指向特性を有しており、この放射指向特性は、直線状に並べた個々のＬＥＤ素子から出射される照明光の均一性に直接影響する。また、各ＬＥＤ素子の配列ピッチは、照射面にライン状に照射される照明光の長手方向の照度分布の均一性に影響を与える。各ＬＥＤ素子の放射指向特性によって、ライン状の照明光の照度分布を長手方向に均一にする最適な配列ピッチは異なる。

さらに、各ＬＥＤ素子から板状導光部の入射面までの距離、板状導光部自体の光学的光路長、板状導光部の出射面から照射面までの距離（これらをまとめて「各ＬＥＤ素子から照射面までの光学的光路長」という）は、照射面に照射される照明光の照度分布の均一性に影響を与えるのみならず、照明光の光量にも影響する。

特許文献１に記載された照明装置を他の産業用装置、例えば、検査装置、紫外線照射装置、露光装置などの照明に用いる場合は、これら装置を構成する機器や部品のレイアウトに照明装置を適合させなければならない。しかし、上述した各ＬＥＤ素子の放射指向特性、配列ピッチを考慮しつつ、照明光の光量と照度分布の均一性とが両立するような、各ＬＥＤ素子から照射面までの光学的光路長を決定することは困難である。

これに加え、照射面にライン状に照射される照明光は、長手方向の照度分布の均一性のみならず、短手方向の集光度が高くなければならない。特に、ワーキングディスタンス（ＷＤ_ＯＵＴ）を広くした場合、各ＬＥＤ素子から照射された光を、単に板状導光部に通すだけでは、照射面にライン状に照射される照明光の短手方向の集光度を高くすることはできない。

以上述べたとおり、特許文献１に記載された照明装置のように、単に板状導光部を使用するだけでは、他の産業用装置の構成に適合させ、実際の使用目的に応じた十分な光量の確保を確保しつつ、照明光の照度分布を高精度に均一化することはできない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、各光源の配列ピッチ、各光源から導光板へ出射された光の開口数、及び各光源から照射面に至るまでの光学的光路長を適切な関係とし、これにより、他の産業用装置の構成に適合させ、実際の使用目的に応じた十分な光量を確保しつつ、照明光の照度分布を高精度に均一化することができる照明装置の提供を目的とする。

（Ａ）上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、一の端面を入射面とし、これに対向する他の端面を出射面とする透光性を有する板部材からなる導光板と、前記導光板の入射面に沿って所定の配列ピッチＰで並ぶ複数の光出射位置から、前記入射面へ個別に光を入射させる一又は複数の光源と、を備え、前記光出射位置の配列ピッチＰと、前記光出射位置から前記入射面へ出射される光の放射指向特性おける相対照度が５０％のときの放射半値角度θに対応する開口数ＮＡと、前記光出射位置から前記導光板を経由して前記出射面から出射された光が到達する照射面までの光学的光路長（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）との関係が、下式（１）を充足する構成としてある。

Ｐ／｛（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）｝＊ＮＡ≦１・・・（１）

但し、Ｌ：導光板の光学的光路長、ｎ：導光板の屈折率、ＷＤ_ＩＮ：光出射位置から導光板の入射面までの距離、ＷＤ_ＯＵＴ：導光板の出射面から照射面までの距離、開口数ＮＡ＝ｓｉｎθ

（Ｂ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記光出射位置のそれぞれに個別の集光レンズを配置し、前記光源からの光を、各集光レンズを介して前記導光板の入射面に個別に入射させるようにするとよい。

（Ｃ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記導光板の入射面の両端部に最も近い前記光出射位置を、前記入射面の端部から前記配列ピッチの約１／２の距離に配置した構成にするとよい。

（Ｄ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記導光板の出射面と前記照射面との間に、前記導光板の短手方向に集光パワーを有する一又は複数のシリンドリカルレンズを配置した構成にするとよい。

（Ｅ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記導光板を断面略台形とし、前記出射面の短手方向の幅を、前記入射面の短手方向の幅よりも大きくした構成にするとよい。

（Ｆ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記導光板の長手方向の幅を前記配列ピッチＰの倍数又は前記配列ピッチＰの約１／２とし、複数の前記導光板を長手方向に沿って直線状に並べて配置した構成にするとよい。

（Ｇ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記導光板が、天然若しくは人工のガラス又は合成樹脂からなる構成にするとよい。

（Ｈ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記光源が、前記導光板の入射面に沿って前記配列ピッチＰで配置した複数のＬＥＤ素子からなる構成にするとよい。

（Ｉ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記光源が、発光波長の異なる２種類以上の前記ＬＥＤ素子を含む構成にするとよい。

（Ｊ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、単一の前記光源から出射された光を光ファイバーで分岐させ、前記光の出口である前記光ファイバーの分岐端を、それぞれ前記導光板の入射面に沿って前記配列ピッチＰで配置した構成にするとよい。

（Ｋ）好ましくは、上述した本発明の照明装置において、前記光源をメタルハライドランプ、水銀ランプ又はハロゲンランプとした構成にするとよい。

（Ｌ）上述した（Ａ）〜（Ｋ）のいずれかに記載した本発明の照明装置は、他の産業用装置、例えば、検査装置、紫外線照射装置又は露光装置に適用することが可能である。

本発明の照明装置によれば、各光源の配列ピッチ、各光源から導光板へ出射された光の開口数、及び各光源から照射面に至るまでの光学的光路長を適切な関係とし、これにより、他の産業用装置の構成に適合させ、実際の使用目的に応じた十分な光量を確保しつつ、照明光の照度分布を高精度に均一化することができる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 上記照明装置の各部の寸法を示す正面図である。 ＬＥＤ素子の放射指向特性の理想的なモデルを示す配光図である。 本発明の第２実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第６実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第７実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第８実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第９実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 本発明の第１０実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 同図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の条件式の検証結果を示す表である。 同図（ａ）〜（ｄ）は、本発明の条件式の検証結果を示す表である。 上記検証結果を示すグラフである。 同図（ａ）〜（ｃ）は、従来の照明装置を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態に係る照明装置について、図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
＜＜照明装置の構成＞＞
まず、本発明の第１実施形態に係る照明装置について、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１及び図２において、本発明の照明装置１は、導光板２０の上端面２０Ａに沿って、光源である二つのＬＥＤ素子１０、１０を、所定の配列ピッチＰで一列に配置した構成としてある。

各ＬＥＤ素子１０は、どのような波長の光を放射するものでも構わない。例えば、ＬＥＤ素子１０として、例えば、波長３６５ｎｍの紫外線を照射するＵＶ−ＬＥＤ、種々の色の可視光を照射する通常のＬＥＤ素子を用いてもよい。

導光板２０の材料は、透光性を有するものであれば特に限定されず、例えば、天然若しくは人工のガラス、又はアクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィン系樹脂などの合成樹脂で形成することができる。本実施形態では、四角形の石英ガラス板からなる導光板２０を用いている。

本実施形態の導光板２０は、図中の縦長が所定の長さＬ、横長が配列ピッチＰの２倍、厚さｔが６ｍｍとなっている。各ＬＥＤ素子１０は、いずれも導光板２０の両端部から配列ピッチＰの約１／２の距離に配置してある。

上述した図１及び図２に示す照明装置１の構成によれば、導光板２０の上端面２０Ａから入射された各ＬＥＤ素子１０の光が、導光板２０の内面に繰り返し反射される。これにより、導光板２０の下端面２０Ｂから照射面３０に照射される照明光４０の照度分布が、導光板２０の長手方向（図中の横方向）において均一化され、かつ十分な光量が得られる。また、各ＬＥＤ素子１０から導光板２０の両端部までの距離を配列ピッチＰの約１／２とすることで、導光板２０の出射面である下端面２０Ｂの長手方向にわたって照明光４０の照度分布を均一にすることができる。

しかし、実際には、各ＬＥＤ素子１０の配列ピッチＰ、各ＬＥＤ素子１０から導光板２０へ出射される光の開口数ＮＡ、及び光の出射位置から照射面に至るまでの光学的光路長が適切な関係となるような設計をしなければ、照射面３０に照射される照明光４０の照明斑を改善することはできない。そこで、本実施形態では、次に述べる条件式を採用し、照明光４０の十分な光量と照度分布の均一化とを両立させた照明装置１を、極めて容易に設計することができるようにしている。

＜＜照明装置の設計に採用する条件式＞＞
本実施形態の照明装置１は、各ＬＥＤ素子１０（厳密にはその光出射位置）の配列ピッチＰと、各ＬＥＤ素子１０から導光板２０の上端面２０Ａへ出射される光の放射指向特性おける相対照度が５０％のときの放射半値角度θに対応する開口数ＮＡと、各ＬＥＤ素子１０の光出射位置から導光板２０を経由して、その下端面２０Ｂから出射された光が到達する照射面までの光学的光路長（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）との関係が、下式（１）を充足するようにしてある。

Ｐ／｛（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ＋ＷＤ_ＯＵＴ）｝＊ＮＡ≦１・・・（１）

但し、Ｌ：導光板の光学的光路長、ｎ：導光板の屈折率、ＷＤ_ＩＮ：光出射位置から導光板の入射面までの距離、ＷＤ_ＯＵＴ：導光板の出射面から照射面までの距離、開口数ＮＡ＝ｓｉｎθ

＜＜放射半値角度θ＞＞
上述したように、市場に流通しているＬＥＤ素子は、多種多様な光の放射指向特性を有しており、この放射指向特性は、直線状に並べた個々のＬＥＤ素子から出射される照明光の照度分布の均一性に直接影響する。また、ＬＥＤ素子に限らず、他の光源、光源に備えられた集光レンズによっても光の放射指向特性は多種多様となる。

ここで、図３は、ＬＥＤ素子の放射指向特性の理想的なモデルを示す配光図である。ＬＥＤ素子の放射指向特性は、相対照度Ｉと放射角度θの関係によって定まる。相対照度Ｉは、Ｃｏｓ^Ｎθによって求められる。Ｃｏｓ^Ｎθの指数Ｎの値が４０、１０、４、２、１、０．５の各ＬＥＤ素子の放射指向特性を、図中に楕円形又は円形の線で示す。同図に示すように、Ｎ値が大きいほど放射角度θは小さくなり、Ｎ値が小さいほど放射角度θは大きくなる。例えば、Ｎ＝１の場合の円形の放射指向特性は、一般にランバート配光と呼ばれるものである。

従来からＮ値に対応する放射指向特性は知られているが、このような放射指向特性がそれぞれ、どのような開口数ＮＡに相当するものなのか、明確な定義が存在しなかった。また、実際のＬＥＤ素子の放射指向特性は、図３に示すような整った形にはならず、Ｎ値の異なる各種ＬＥＤ素子の放射指向特性のうち、どこの放射角度θを基準にして、適切なＬＥＤ素子の配列ピッチＰ、導光板の光学的光路長Ｌ、距離ＷＤ_ＩＮ及びＷＤ_ＯＵＴを定めるべきか不明であった。

そこで、本発明者らは、図３に示す相対照度Ｉが５０％（図中の０〜１に対する０．５）になるときの放射角度θを「放射半値角度θ」とし、この放射半値角度θに対応する開口数ＮＡを、そのＬＥＤ素子の開口数ＮＡとみなすこととした。

そして、発明者らは、放射半値角度θに基づいて、Ｎ値の異なる各種ＬＥＤ素子の開口数ＮＡを定義し、照明光の均一性（図２を参照）を測定する実験を繰り返した。その結果、Ｐ／｛（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）｝＊ＮＡの値が１を超えると、照明光の照度分布の均一性が５％を超えてしまい、各ＬＥＤ素子から照射されたそれぞれの照明光が区別できるようになって照明斑が生じてしまうことが分かった。

本実施形態のように、放射半値角度θに対応する開口数ＮＡを、そのＬＥＤ素子の開口数ＮＡとみなし、上記条件式（１）に基づいて、Ｐ／｛（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）｝＊ＮＡの値が１以下となるように照明装置を設計することで、照射面に照射される照明光の照度分布の均一性が５％以下になり、照明光の長手方向の照度分布の均一性を向上させることができる。このような本実施形態の手法を用いれば、種々の放射指向特性を有する光源、種々の配列ピッチＰ、種々の寸法及び屈折率の導光板Ｌ、種々の距離ＷＤ_ＩＮ及びＷＤ_ＯＵＴに対応して、これらを適切な関係とした照明装置を容易に設計することが可能となる。

＜作用効果＞
上述した本実施形態の照明装置１によれば、各ＬＥＤ素子１０の配列ピッチＰ、各ＬＥＤ素子１０から導光板２０へ出射された光の開口数ＮＡ、及び各ＬＥＤ素子１０から導光板２０の照射面に至るまでの光学的光路長を適切な関係とし、これにより、他の産業用装置の構成に適合させ、実際の使用目的に応じた十分な光量を確保しつつ、照明光４０の長手方向の照度分布の均一性を向上させることができる。

また、各ＬＥＤ素子１０から導光板２０の両端部までの距離を配列ピッチＰの約１／２とすることで、導光板２０の出射面である下端面２０Ｂの長手方向にわたって照明光の照度分布を均一にすることが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る照明装置について、図４を参照しつつ説明する。なお、上述した第１実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図４において、本実施形態の照明装置２は、導光板２０の上端面２０Ａに沿って、各ＬＥＤ素子１０にそれぞれ対応する個別の集光レンズ５０、５０を、所定の配列ピッチＰで一列に配置した構成としてある。各集光レンズ５０の光の出射面は、図１及び図２に示す光出射位置に位置している。

ここで、導光板２０の下端面２０Ｂから出射される照明光４０の広がり（開口数ＮＡ）は、導光板２０の上端面２０Ａに入射される光の広がりに等しい。一方で、一般的なＬＥＤ素子１０から出射される光の放射角度θは比較的大きく、そのまま導光板２０の上端面２０Ａに入射させると、ライン状の照明光４０の短手方向（導光板２０の厚さｔの方向）の集光度が低い場合がある。そこで、本実施形態では、各ＬＥＤ素子１０から出射された光を、それぞれ個別の集光レンズ５０、５０によって集光させてから、導光板２０の上端面２０Ａに入射させるようにしている。

このような集光レンズ５０は、光源からの光を集光させるものであれば、特に限定されないが、本実施形態のように、光源がＬＥＤ素子１０である場合は、半球レンズを用いることが好ましい。

このような本実施形態の照明装置２によれば、各集光レンズ５０によって、導光板２０の上端面２０Ａに入射される光の広がりを抑えることができ、導光板２０の下端面２０Ｂから出射される照明光４０の短手方向の集光度を向上させることが可能となる。すなわち、本実施形態の照明装置２は、上述した第１実施形態と同様の構成によって、照明光４０の長手方向の照度分布の均一性が良好となり、本実施形態の独自の構成によって、照明光４０の短手方向の集光度が向上する。この結果、十分な光量を確保しつつ、照明光４０の照度分布を高精度に均一化することができる。

＜第３及び４実施形態＞
次に、本発明の第３及び第４実施形態に係る照明装置について、図５及び図６を参照しつつ説明する。なお、上述した第１及び２実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図５において、第３実施形態の照明装置３は、導光板２０の下端面２０Ｂと照射面３０との間に、導光板２０の短手方向に集光パワーを有する単一のシリンドリカルレンズ６０を配置した構成としてある。

上述した第２実施形態では、導光板２０の上端面２０Ａ側に集光レンズ５０を配置して、照明光４０の短手方向の集光度を向上させた。本実施形態では、導光板２０の下端面２０Ｂ側にシリンドリカルレンズ６０を配置して、照明光４０の短手方向の集光度を向上させている。

本実施形態のように、集光レンズ５０とシリンドリカルレンズ６０との両方を備えた構成とした場合は、図５中の照明光のイメージに示すように、導光板２０の下端面２０Ｂから出射された照明光４０の短手方向の集光度を向上させ、照明光４０の光量を増大させることが可能となる（照明光のイメージの黒色部分を参照）。

さらに、図６に示す第４実施形態の照明装置４のように、導光板２０の下端面２０Ｂと照射面３０との間に、複数のシリンドリカルレンズ６１、６２を配置した構成としてもよい。このような構成とした場合は、照明光４０の集光度が更に向上し、導光板２０の下端面２０Ｂから照射面３０までの距離ＷＤ_ＯＵＴをより大きくすることが可能となる。この結果、本実施形態の照明装置４を、他の産業機械の構成中に自由に配置することができるようになる。

なお、導光板２０の下端面２０Ｂ側に設けるシリンドリカルレンズの数は、特に限定されるものではないが、第４実施形態のように、シリンドリカルレンズ６１、６２の数を２つにすると、収差が良好になるので好ましい。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る照明装置について、図７を参照しつつ説明する。なお、上述した第１〜４実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図７において、第５実施形態の照明装置５は、光源として、発光波長の異なる２種類以上のＬＥＤ素子１１、１２を、所定の配列ピッチＰで交互に配置した構成となっている。同図に示すように、同種のＬＥＤ素子１１、１１どうし、ＬＥＤ素子１２、１２どうしを、それぞれ配列ピッチＰで配置してあり、異種のＬＥＤ素子１１と１２とは、互いに配列ピッチＰより狭い等間隔で並べてある。

本実施形態では、ＬＥＤ素子１１の発光波長を３６５ｎｍ、ＬＥＤ素子１２の発光波長を３８５ｎｍとし、より広い範囲の波長域にわたる照明光４０の照射を可能としている。すなわち、各ＬＥＤ素子１１、１２から出射された発光波長の異なる２つの光は、それぞれ各集光レンズ５０に集光され、導光板２０の上端面２０Ａに入射される。その後、発光波長の異なる２つ光は、導光板２０の内面に繰り返し反射されて合成され、下端面２０Ｂから照射面３０に照射される。

なお、本実施形態では、２種類のＬＥＤ素子１１、１２を採用したが、発光波長の異なる３種類以上のＬＥＤ素子１１、１２、１３・・・を、所定の配列ピッチＰで交互に配置した構成としてもよい。

本実施形態の照明装置５によれば、発光波長の異なる光を合成して、より広い範囲の波長域にわたる照明光４０を照射することができるとともに、この照明光４０の十分な光量確保と照度分布の均一化とを両立させることが可能である。

特に、従来の紫外線照射装置では、紫外線硬化樹脂を硬化させるために、３６５ｎｍの単一の発光波長のＬＥＤ素子を用いていたが、この波長の光が紫外線硬化樹脂の深部まで十分に到達できず、硬化が不十分であるという問題があった。本実施形態の照明装置５によれば、ＬＥＤ素子１１の発光波長を３６５ｎｍ、ＬＥＤ素子１２の発光波長を３８５ｎｍとし、より広い範囲の波長域にわたる照明光４０の照射を可能としているので、紫外線照射装置に適用した場合は、紫外線硬化樹脂を表面から深部まで良好に硬化させることができるようになる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る照明装置について、図８を参照しつつ説明する。なお、上述した第１〜５実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図８において、第６実施形態の照明装置６は、導光板２１を断面略台形とし、出射面である下端面２１Ｂの短手方向の幅を、入射面である上端面２１Ａの短手方向の幅よりも大きくした構成としてある。

上述した第１〜５実施形態における断面長方形状の導光板２０は、内部の反射面が互いに平行面となっているので、導光板２０の下端面２０Ｂから出射される照明光４０の広がり（開口数ＮＡ）は、導光板２０の上端面２０Ａに入射される光の広がりに等しい。これに対し、本実施形態の断面略台形の導光板２１は、内部の反射面が互いに外側に向かって傾斜するテーパ面となっているので、導光板２１の下端面２１Ｂから出射される照明光４０の広がりは、導光板２１の上端面２１Ａに入射される光の広がりよりも小さくなる。これにより、照明光４０の短手方向の集光度を向上させることができる。

＜第７及び８実施形態＞
次に、本発明の第７及び第８実施形態に係る照明装置について、図９及び図１０を参照しつつ説明する。なお、上述した第１〜６実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図９において、第７実施形態の照明装置７は、導光板２０の長手方向の幅を配列ピッチＰの２倍とし、複数の導光板２０、２０・・・を長手方向に沿って直線状に並べて配置した構成としてある。隣り合う導光板２０、２０どうしの間には、微小間隙を設けるか又は薄板を介在させ、互いの側端面を直接接触させないようにしてある。隣り合う導光板２０、２０の側端面が接触すると、接触箇所において光が透過してしまい、照明光４０の照度分布の均一性に悪影響を与えてしまうからである。

一方、図１０に示す第８実施形態の照明装置８のように、導光板２２の長手方向の幅を配列ピッチＰの約１／２とし、複数の導光板２２、２２・・・を長手方向に沿って直線状に並べて配置した構成としてもよい。各導光板２２の上端面２２Ａの中央には、単一のＬＥＤ素子１０が配置してある。また、上述した第７実施形態とは逆に、隣り合う導光板２２、２２どうしの側端面を互いに密着させ、導光板２２の内部に入射された光が側端面を透過するようにする。

このような第７及び第８実施形態に係る照明装置７、８によれば、同一構成からなる照明装置のユニット７’又は８’を直線上に複数配置することで装置の全長を自由に変更することができ、所望するラインの長さにフレキシブルに対応することが可能となる。

＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係る照明装置について、図１１を参照しつつ説明する。なお、上述した第１〜８実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図１１において、第９実施形態の照明装置９は、上述した第７実施形態に係る照明装置７を構成する２つのユニット７’を、互いに平行に並べて配置した構成となっている。図示しないが、３つ以上のユニット７’、７’、７’・・・を平行に並べる構成としてもよく、平行に並べた複数のユニット７’、７’、７’・・・の側端面に、更に他のユニット７’、７’、７’・・・を連結させて、第７実施形態のように直線状にした構成としてもよい。

第９実施形態の照明装置９によれば、複数のユニット７’を互いに平行に並べて配置することにより、照明光４０の照度を大きくすることができ、本照明装置９の適用可能な用途が拡大する。

なお、例えば、基板上に塗布した紫外線硬化樹脂を硬化させる場合など、搬送ライン上を移動する物体を照明光４０で走査する用途ならば、平行に並べて配置した複数のユニット７’、７’、７’・・・間に大きな間隔をあけてもよい。照明すべき物体が複数のユニット７’の照明光４０を繰り返し通過するので、結果的に照度の大きい照明光４０が照射されたことになる。

＜第１０実施形態＞
次に、本発明の第１０実施形態に係る照明装置について、図１２を参照しつつ説明する。なお、上述した第１〜９実施形態と同様の構成については、図中に同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図１２において、第１０実施形態の照明装置７０は、単一の光源装置８０から出射された光を光ファイバー８１で分岐させ、光の出口である光ファイバー８１の分岐端８１ａ、８１ａ、８１ａを、それぞれ導光板２０の上端面２０Ａに沿って配列ピッチＰで配置した構成としてある。また、光ファイバー８１の各分岐端８１ａには、それぞれ集光レンズ５０、５０、５０が対向配置してある。

光源装置８０内には、例えば、単一の光源であるメタルハライドランプ（図示せず）が内蔵されている。このメタルハライドランプから出射された光は、光ファイバー８１を通って各分岐端８１ａから出射され、各集光レンズ５０に集光された後、導光板２０の上端面２０Ａに入射される。その後は、上述した各実施形態と同様に、導光板２０に入射された光は、導光板２０の内面に繰り返し反射され、導光板２０の下端面２０Ｂから照射面３０に照明光４０が照射される。

第１０実施形態の照明装置７０によれば、単一の光源の光を、光ファイバー８１によって分岐させ、所定の配列ピッチＰで導光板２０の上端面２０Ａに入射させることができ、上述した各実施形態と同様に、十分な光量と照度分布の均一性とを両立する照明光４０を生成することが可能となる。

＜条件式の検証結果＞
本発明の照明装置が採用する条件式の検証結果を、図１３〜図１５に示す。本検証試験では、厚さｔ＝６ｍｍの四角形の石英ガラスからなる導光板の上端面に沿って、所定の配列ピッチＰで４つのＬＥＤ素子を配置し、導光板の下端面から照射面までの間に距離ＷＤ_ＯＵＴをあけた。各ＬＥＤ素子の光出射位置から導光板の上端面までの距離ＷＤ_ＩＮは、ほぼ０に近いので無視した（ＬＥＤ素子の数は異なるが、図２に示す配置関係とほぼ同じ）。

上述した配置関係で、放射半値角度θに対応する開口数ＮＡが「０．７１」、「０．５４」、「０．２６」、「０．１３」、「０．４」の５種類のＬＥＤ素子を用意し、これらＬＥＤ素子について、配列ピッチＰ、導光板の光学的光路長Ｌ、導光板の下端面から照射面までの間の距離ＷＤ_ＯＵＴ（図１３及び１４における「ＷＤ」の欄を参照）を変化させ、照射面に照射される照明光の照度分布の均一性（図２を参照）をシミュレーションした。

その結果、図１３〜図１５に示すように、Ｐ／｛（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）｝＊ＮＡ≦１の関係を充足する場合は、いずれも照明光の照度分布の均一性が５％以下となり、照明斑が生じることはなかった。

１、２、３、４、５、６、７、８、７０ 照明装置
１０、１１、１２ ＬＥＤ素子（光源）
２０、２１ 導光板
３０ 照射面
４０ 照明光
５０ 集光レンズ
６０、６１、６２ シリンドリカルレンズ
８０ 光源装置
８１ 光ファイバー
８１ａ 分岐端

Claims (13)

1. 一の端面を入射面とし、これに対向する他の端面を出射面とする透光性を有する板部材からなる導光板と、
   前記導光板の入射面に沿って所定の配列ピッチＰで並ぶ複数の光出射位置から、前記入射面へ個別に光を入射させる一又は複数の光源と、を備え、
   前記光出射位置の配列ピッチＰと、
   前記光出射位置から前記入射面へ出射される光の放射指向特性おける相対照度が５０％のときの放射半値角度θに対応する開口数ＮＡと、
   前記光出射位置から前記導光板を経由して前記出射面から出射された光が到達する照射面までの光学的光路長（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）との関係が、下式（１）を充足することを特徴とする照明装置。
   Ｐ／｛（Ｌ＊ｎ）＋（ＷＤ_ＩＮ＋ＷＤ_ＯＵＴ）｝＊ＮＡ≦１・・・（１）
   但し、Ｌ：導光板の光学的光路長、ｎ：導光板の屈折率、ＷＤ_ＩＮ：光出射位置から導光板の入射面までの距離、ＷＤ_ＯＵＴ：導光板の出射面から照射面までの距離、開口数ＮＡ＝ｓｉｎθ
2. 前記光出射位置のそれぞれに個別の集光レンズを配置し、前記光源からの光を、各集光レンズを介して前記導光板の入射面に個別に入射させるようにした、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記導光板の入射面の両端部に最も近い前記光出射位置を、前記入射面の端部から前記配列ピッチＰの約１／２の距離に配置した、請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記導光板の出射面と前記照射面との間に、前記導光板の短手方向に集光パワーを有する一又は複数のシリンドリカルレンズを配置した、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記導光板を断面略台形とし、前記出射面の短手方向の幅を、前記入射面の短手方向の幅よりも大きくした、請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記導光板の長手方向の幅を前記配列ピッチＰの倍数又は前記配列ピッチＰの約１／２とし、複数の前記導光板を長手方向に沿って直線状に並べて配置した、請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記導光板の長手方向の幅を前記配列ピッチＰの倍数又は前記配列ピッチＰの約１／２とし、複数の前記導光板を互いに平行に並べて配置した、請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 前記導光板が、天然若しくは人工のガラス又は合成樹脂からなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 前記光源が、前記導光板の入射面に沿って前記配列ピッチＰで配置した複数のＬＥＤ素子からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
10. 前記光源が、発光波長の異なる２種類以上の前記ＬＥＤ素子を含む、請求項９に記載の照明装置。
11. 単一の前記光源から出射された光を光ファイバーで分岐させ、前記光の出口である前記光ファイバーの分岐端を、それぞれ前記導光板の入射面に沿って前記配列ピッチＰで配置した、請求項１〜８のいずれか１項に記載の照明装置。
12. 前記光源をメタルハライドランプ、水銀ランプ又はハロゲンランプとした、請求項１１に記載の照明装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の照明装置を備えた紫外線照射装置。