JP2019207186A - 光量計及びこれを備える光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ簡単な構成でありながら、光を遮ることなく光量を測定することが可能な光量計を提供する。【解決手段】光量計１が、光が入射する入射面と、入射面に入射した光が透過して出射される出射面と、入射面に入射した光の一部が導光されて出射される一端面と、を有する導光部１２と、一端面から出射される光を受光して電流に変換する光電変換部と、電流に基づいて、入射光の光量を算出する演算部と、演算部によって算出された光量を表示する表示部２６と、を備え、一端面から出射される光は、実質的に導光部の内部で発生する散乱光からなるように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、光の光量を測定する光量計と、これを備える光照射装置に関する。

従来、紫外光の照射によって硬化するＵＶインクを用いて印刷を行なう印刷装置が知られている。このような印刷装置では、ヘッドのノズルから媒体にインクを吐出した後、媒体に形成されたドットに紫外光を照射する。紫外光の照射により、ドットが硬化して媒体に定着するので、液体を吸収しにくい媒体に対しても良好な印刷を行うことができる。このような印刷装置は、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１には、印刷媒体を搬送する搬送ユニットと、搬送方向に並び、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック、オレンジ、グリーンのカラーインクをそれぞれ吐出する６つのヘッドと、各ヘッド間の搬送方向下流側に配置され、各ヘッドから印刷媒体上に吐出されたドットインクを仮硬化（ピニング）させる６つの仮硬化用照射部と、ドットインクを本硬化させて印刷媒体に定着させる本硬化用照射部とを備えた印刷装置が記載されている。特許文献１に記載の印刷装置は、ドットインクを仮硬化、本硬化の２段階で硬化させることにより、カラーインク間の滲みやドットの広がりを抑制している。

特許文献１に記載の仮硬化用照射部は、印刷媒体の上方に配置されて印刷媒体に紫外光を照射する、いわゆる紫外光照射装置であり、印刷媒体の幅方向にライン状の紫外光を照射する。仮硬化用照射部には、印刷装置自体の軽量化、及びコンパクト化の要請から、光源としてＬＥＤが用いられており、印刷媒体の幅方向沿って複数のＬＥＤが並んで配置されている。

このような印刷用途の紫外光照射装置においては、照射される紫外光のエネルギー量が低下すると、ドットインクの硬化状態が悪化してしまうため、エネルギー量（つまり、積算光量）を管理することが求められている。そして、一般に、このような紫外光のエネルギー量を管理するために、光量計による光量（照度）測定が行われている。

例えば、特許文献２に記載の光量計（紫外線照度測定装置）は、ワークの搬送方向に沿って並置される複数の紫外線ランプの下方に配置された紫外線受光部と、紫外線受光部を移動させる駆動部と、紫外線受光部入射した紫外線に基づいて紫外線ランプの照度を測定する制御部と、を有し、紫外線受光部を紫外線ランプの並置方向に移動させることによって、紫外線ランプの照度が測定されるように構成されている。

特開２０１３−２５２７２０号公報 特開２０１６−２００４２５号公報

特許文献２に記載された光量計によれば、被照射物の被照射面に照射される光の照度を測定することが可能であるが、紫外線照射装置ごとに光量計（つまり、紫外線受光部、駆動部、制御部）を設ける必要があるため、紫外線照射装置自体が大型化してしまうといった問題があった。

また、特許文献２に記載の光量計の紫外線受光部においては、紫外線による劣化及び発熱を防止するため、紫外線を可視光に変換する波長変換ガラス部材を備えているが、かかる波長変換ガラス部材は非常に高価であることから、波長変換ガラス部材を使用しない構成が求められていた。

また、特許文献２に記載の構成は、紫外線ランプの前方に紫外線受光部（つまり、光量計）を配置して紫外線照度を測定するため、紫外線照度を測定する場合には、紫外線ランプからの紫外光を遮ってしまい、リアルタイムに（つまり、ワークに対して紫外線を照射しながら）紫外線照度測定を行うことができないといった問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型かつ簡単な構成でありながら、光を遮ることなく光量を測定することが可能な光量計、及びこれを備える光照射装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の光量計は、光が入射する入射面と、入射面に入射した光が透過して出射される出射面と、入射面に入射した光の一部が導光されて出射される一端面と、を有する導光部と、一端面から出射される光を受光して電流に変換する光電変換部と、電流に基づいて、入射光の光量を算出する演算部と、演算部によって算出された光量を表示する表示部と、を備え、一端面から出射される光は、実質的に導光部の内部で発生する散乱光からなることを特徴とする。

このような構成によれば、導光部を光が通過する構成を採りつつも、導光部の内部で発生する散乱光によって光の光量を測定することができるため、光を遮ることなく光量を測定することが可能となる。

また、入射面及び出射面が、鏡面状に研磨されていることが望ましい。

また、導光部が、入射面及び出射面を覆うように形成され、入射面及び出射面の界面における反射を防止する第１の反射防止部を備えることが望ましい。また、この場合、第１の反射防止部が、入射面に入射する光の一部を吸収する材料を含有し、該光の他の一部を透過可能なシリコーン樹脂からなることが望ましい。

また、散乱光が、導光部内のレイリー散乱による光であることが望ましい。

また、導光部の透過率が、９０％以上であることが望ましい。

また、導光部は、第１方向と、第１方向と直交する第２方向とで規定される平面に平行な平板状のライトガイドからなり、該ライトガイドの第１主面及び第２主面に、それぞれ入射面及び出射面が形成されていることが望ましい。

また、導光部は、第１方向と、第１方向と直交する第２方向とで規定される平面上を、第１方向又は第２方向に延びる略円柱状のＮ本（Ｎは、１以上の整数）のライトガイドからなり、該ライトガイドの周面に入射面及び出射面が形成されていることが望ましい。また、この場合、Ｎは、２以上であり、ライトガイドが、第１方向又は第２方向に並列に配置され、ライトガイドの一端面側が、光電変換部の受光面と対向するように束ねられていることが望ましい。また、光電変換部は、第１の受光感度を有する第１の光センサと、第１の受光感度とは異なる第２の受光感度を有する第２の光センサと、を有し、ライトガイドの一端面側は、２分岐するように束ねられており、一方側の一端面が第１の光センサの受光面と対向し、他方側の基端面が第２の光センサの受光面と対向するように配置され、演算部は、第１の光センサの電流と第２の光センサの電流の比率に基づいて光の波長を算出し、表示部は、演算部によって算出された光の波長を表示することが望ましい。

また、ライトガイドの一端面と対向する他端面を覆い、該他端面での光の反射を防止する第２の反射防止部を備えることが望ましい。また、この場合、第２の反射防止部が、他端面から出射される光を吸収可能な材料を含有するシリコーン樹脂からなることが望ましい。

また、導光部は、第１方向と、第１方向と直交する第２方向とで規定される平面上を蛇行する略円柱状の１本のライトガイドからなることが望ましい。また、この場合、ライトガイドの一端面と対向する他端面が、光電変換部の受光面と対向するように配置されていることが望ましい。

また、ライトガイドは、石英ガラスからなるコアと、フッ素含有ポリマーからなるクラッドから構成される光ファイバであり、少なくとも入射面及び出射面において、クラッドが除去されていることが望ましい。

また、ライトガイドは、石英ガラスからなる石英ロッドであることが望ましい。

また、光量計は、第１方向と、第２方向とで規定される平面上を、第２方向に相対的に移動する被照射物に対し光を照射する光照射装置に対向して配置され、入射面が、光照射装置の照射領域を第１方向に横切るように配置されることが望ましい。また、この場合、演算部は、光電変換部によって発生した電流と、被照射物の移動速度に基づいて、被照射物の単位面積あたりに照射されるエネルギー量を算出し、表示部は、エネルギー量を表示することが望ましい。

また、導光部を支持する平板状の支持部材を備えることが望ましい。また、この場合、支持部材が、石英ガラスからなることが望ましい。

また、入射面に入射する光が、紫外線の波長域の光を含むように構成してもよい。

また、光電変換部が、シリコンフォトダイオードであることが望ましい。

また、別の観点からは、本発明の光照射装置は、上記いずれかの光量計と、入射面に対して光を出射する光源と、を備えることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、小型かつ簡単な構成でありながら、光を遮ることなく光量を測定することが可能な光量計が実現される。また、このような光量計を備える光照射装置が実現される。

本発明の第１の実施形態に係る光量計の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光量計の用途及び使用方法を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る光量計の受光部の詳細な構成を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る光量計の本体部の構成を説明するブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光量計の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光量計の受光部の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る光量計の受光部の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る光量計の本体部の構成を説明するブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光量計に備わる第１受光素子及び第２受光素子の受光感度特性を説明するグラフである。 本発明の第４の実施形態に係る光量計の受光部の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光量計１の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の光量計１は、受光部１０と、受光部１０と光学的に接続された本体部２０とで構成されており、例えば、紫外光の照射によって硬化するＵＶインクを用いて印刷を行なう印刷装置に搭載され、ライン状の紫外光を出射する光照射装置の光量とエネルギー量（つまり、積算光量）を測定する装置である。

図２は、本実施形態の光量計１の用途及び使用方法を説明する図であり、図２（ａ）は、光量計１の測定対象である光照射装置１００の一例を説明する図であり、図２（ｂ）は、光量計１の使用方法を説明する図である。なお、図２においては、説明の便宜のため、光照射装置１００から出射される紫外光の照射領域Ｌを灰色で示している。

図２（ａ）に示すように、一般に、印刷装置に搭載される光照射装置１００は、複数のＬＥＤ１１０を有し、ＬＥＤ１１０が、光照射装置１００に対して相対的に移動する被照射物Ｍ（例えば、印刷媒体）に対向するように配置され、照射領域Ｌを通過する被照射物Ｍ上に所定強度の紫外光（例えば、波長３６５ｎｍの光）が照射されるように構成されている。本実施形態の光量計１は、このように光照射装置１００に対して相対的に移動する被照射物Ｍに対し、光照射装置１００から照射される紫外光の光量とエネルギー量を測定するための装置であり、図２（ｂ）に示すように、受光部１０の受光領域Ｓが照射領域Ｌを、被照射物Ｍの移動方向に横切るように配置されて使用される。なお、本明細書においては、説明の便宜のため、光照射装置１００から出射されるライン状の紫外光の長手方向をＸ軸方向、短手方向（つまり、被照射物Ｍの移動方向）をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向（つまり、紫外光の出射方向）をＺ軸方向と定義して以下説明する。また、本実施形態においては、照射領域Ｌのサイズは、２１ｃｍ（Ｘ軸方向）×２ｃｍ（Ｙ軸方向）に設定されているものとして以下説明する。

図１に示すように、光量計１の受光部１０は、複数のライトガイド１２（導光部）と、複数のライトガイド１２の先端部側の所定の領域を支持する支持板１４等を有し、光照射装置１００から出射される紫外光を、ライトガイド１２の受光領域Ｓの部分で受光して導光するように構成されている。本体部２０は、表示器２６と、操作部２５等を有し、受光部１０によって導光された紫外光の照射強度を求め、光照射装置１００に対して相対的に移動する被照射物Ｍに照射される光の光量とエネルギー量を算出するように構成されている。

図３は、本実施形態の受光部１０の詳細な構成を説明するための模式図であり、図３（ａ）は、平面図であり、図３（ｂ）は、側面図である。なお、図３の「Ｌ」は、受光部１０が光照射装置１００の出射面に対向して配置されたときの、紫外光の照射領域Ｌを示し、「Ｓ」は、受光部１０の受光領域Ｓを示している。また、図３においては、図面を分かり易くするために、支持板１４上において隣接するライトガイド１２間に空間を設けて示しているが、実際には支持板１４上において隣接するライトガイド１２はＸ軸方向に密接するように配置されている。

図３に示すように、受光部１０は、複数のライトガイド１２と、支持板１４と、反射防止部材１６と、コート材１８と、光コネクタ１９と、で構成されている。

ライトガイド１２は、石英ガラスからなるコアと、フッ素含有ポリマーからなるクラッドから構成される、直径約７０μｍのポリマークラッド光ファイバであり、本実施形態においては、例えば、３０〜４０本のポリマークラッド光ファイバが用いられている。

支持板１４は、複数のライトガイド１２の先端部を支持する、石英ガラスからなる矩形板状の部材である。支持板１４の表面には、各ライトガイド１２がＹ軸方向に延び、Ｘ軸方向に密接するように（つまり、複数のライトガイド１２が平面状に並べられて）並列に配置され、コート材１８によって被覆されて支持板１４の表面に固定されている。コート材１８は、例えば、紫外光を透過可能な樹脂（例えば、シリコーン）である。なお、本実施形態においては、複数のライトガイド１２が平面状に並べられている部分において、各ライトガイド１２のポリマークラッドが除去されており（つまり、コアが露出した状態になっており）、この部分に光照射装置１００からの紫外光を受光する受光領域Ｓが形成されている。なお、本実施形態においては、受光領域Ｓのサイズは、２ｃｍ（Ｘ軸方向）×１０ｃｍ（Ｙ軸方向）に設定されている。

受光部１０が光照射装置１００の出射面に対向して配置され、受光領域Ｓが照射領域ＬをＹ軸方向に横切るように配置されると（図２（ｂ）、図３（ａ））、光照射装置１００からの紫外光がコート材１８を通り、各ライトガイド１２のコアの円筒面に入射する。そして、各ライトガイド１２のコアの円筒面に入射した紫外光は、各ライトガイド１２のコアと支持板１４を透過して、支持板１４の裏面側から出射される。また、各ライトガイド１２のコアの円筒面に入射した紫外光は、各ライトガイド１２のコアを通過するときに、コア内の粒子によって散乱され（つまり、レイリー散乱が生じ）、その散乱光が各ライトガイド１２によって導光されるようになっている。なお、紫外光が各ライトガイド１２のコアを通過するときに、コアの境界面で反射すると、該反射光がコアの内部で発生する散乱光と同様に各ライトガイド１２によって導光されるが、本実施形態の各ライトガイド１２のコアの表面（つまり、入射面及び出射面）は、鏡面状に研磨されており、コアの境界面での反射が極力少なくなるように構成されている。従って、実質的にコアの内部で発生する散乱光のみが各ライトガイド１２によって導光される。また、別の実施形態として、各ライトガイド１２のコアを被覆するコート材１８に、コアの境界面での反射を防止する反射防止機能（第１の反射防止部）を持たせることもできる。この場合、コート材１８は、入射する紫外光の一部を吸収すると共に、入射する紫外光の他の一部を透過可能であることが望ましく、例えば、紫外線吸収材を含有するシリコーン樹脂によって構成することができる。

図３に示すように、複数のライトガイド１２は、基端部において１つに束ねられており、光コネクタ１９が取り付けられている。光コネクタ１９は、複数のライトガイド１２を本体部２０に光学的に接続する部材であり、本体部２０と接続されたときに、各ライトガイド１２の基端面が本体部２０の内部に設けられた受光素子２１の受光面と対向するように配置される。つまり、上述したように、光照射装置１００から出射された紫外光は、受光領域Ｓから各ライトガイド１２のコアに入射し、コアの内部で発生する散乱光が各ライトガイド１２によって導光され、各ライトガイド１２の基端面から、光コネクタ１９を介して、本体部２０の受光素子２１に入射するように構成されている（図４）。

反射防止部材１６（第２の反射防止部）は、複数のライトガイド１２の先端部を覆うように設けられ、各ライトガイド１２の先端面での反射を防止する部材であり、例えば、紫外光を吸収する材料を含有する樹脂（例えば、シリコーン樹脂）によって形成されている。上述したように、光照射装置１００から出射された紫外光は、受光領域Ｓから各ライトガイド１２のコアに入射し、コアの内部で発生する散乱光が各ライトガイド１２によって導光されるが、各ライトガイド１２の先端面の方向（Ｙ軸方向と相反する方向）に導光される散乱光が、先端面で反射されてしまうと、その反射光が各ライトガイド１２の基端面の方向（Ｙ軸方向）に戻ってしまい、各ライトガイド１２の基端面から出射される光（つまり、本体部２０の受光素子２１に入射する光）が増加してしまうといった問題がある。そこで、本実施形態においては、かかる問題を解決するため、反射防止部材１６を設け、各ライトガイド１２の先端面での反射を防止している。

このように、本実施形態の受光部１０は、光照射装置１００からの紫外光を、複数のライトガイド１２が平面状に並べられた受光領域Ｓによって受光し、各ライトガイド１２のコアの内部で発生する散乱光を本体部２０の受光素子２１に導光している。なお、受光部１０は、光照射装置１００からの紫外光に曝されることによって高温となるが、本実施形態においては、支持板１４及び各ライトガイド１２に石英ガラスを使用しており、両者の熱膨張率が略等しいため、支持板１４及び各ライトガイド１２が高温になったとしても、ライトガイド１２が破損することはない。

また、本実施形態の受光部１０は、各ライトガイド１２のコアの内部で発生する散乱光を本体部２０の受光素子２１に導光するが、各ライトガイド１２のコアに入射した紫外光の殆どは、コアを透過して支持板１４の裏面側から出射するため、受光部１０において紫外光の損失は殆どない。つまり、受光部１０の受光領域Ｓの透過率は極めて高く、例えば、９０％以上であり、好ましくは９５％以上である。このように、本実施形態の受光部１０においては、各ライトガイド１２のコアに入射した紫外光がほぼ損失することなく出射されるため、受光部１０を光照射装置１００と被照射物Ｍとの間に常に配置しておくことも可能である。そして、このような構成によれば、光照射装置１００から被照射物Ｍに対して出射される紫外光の光量をリアルタイムで測定することが可能となる。

図４は、本実施形態の本体部２０の構成を説明するためのブロック図である。図４に示すように、本体部２０は、受光素子２１と、電流電圧変換回路２２と、Ａ／Ｄ変換回路２３と、演算回路２４と、操作部２５と、表示器２６と、電源回路２７と、レセプタクル２９とを備えており、受光部１０の光コネクタ１９がレセプタクル２９に接続されることにより、受光部１０の各ライトガイド１２の基端面が受光素子２１の受光面と対向するように配置され、受光領域Ｓによって受光された紫外光が、受光素子２１に導光される。

電源回路２７は、本体部２０の各構成部品（電流電圧変換回路２２、Ａ／Ｄ変換回路２３、演算回路２４、操作部２５、表示器２６）に電力を供給する回路であり、例えば、バッテリである。電源回路２７は、不図示の電源ボタンがユーザによって押下されると、本体部２０の各構成部品に電力を供給する。

受光素子２１は、受光面（不図示）に入射される紫外光の強度に応じて電流を発生する光電変換素子であり、例えば、紫外域に感度を有するシリコンフォトダイオード（例えば、浜松ホトニクス製：Ｓ１３３６）である。受光部１０からの紫外光が受光素子２１に入射すると、紫外光の強度に応じた電流が発生し、後段の電流電圧変換回路２２に出力される。一般に、紫外光が受光素子２１に入射すると、受光素子２１の紫外線による劣化が問題となるが、本実施形態においては、各ライトガイド１２のコアの内部で発生する、極めて微弱な散乱光を受光する構成であるため、受光素子２１の劣化の問題は殆どなく、紫外域に感度を有する一般的なシリコンフォトダイオードを使用することが可能となる。

電流電圧変換回路２２は、受光素子２１において発生した電流を電圧に変換する回路であり、例えば、抵抗器によって構成される。電流電圧変換回路２２を通ることによって、受光素子２１において発生した電流が電圧に変換され、後段のＡ／Ｄ変換回路２３に出力される。

Ａ／Ｄ変換回路２３は、電流電圧変換回路２２から入力される電圧をデジタル値に変換する部材であり、Ａ／Ｄ変換回路２３を通ることによって、受光素子２１において発生した電流がデジタル値として演算回路２４に出力される。

操作部２５は、ユーザからの入力を受け付けるユーザインターフェースであり、例えば、キーパッドである。ユーザが、操作部２５を操作することにより、測定モード（光量又はエネルギー量）の設定、測定レンジの設定、被照射物Ｍの移動速度の設定、表示モードの設定、光照射装置１００から出射される紫外光の波長の設定等を行うことができる。

演算回路２４は、Ａ／Ｄ変換回路２３から入力される、受光素子２１において発生した電流のデジタル値と、操作部２５から入力される各設定値に基づいて、被照射物Ｍに対して光照射装置１００から照射される紫外光の光量とエネルギー量（つまり、積算光量）を算出する回路であり、例えば、マイクロプロセッサである。具体的には、演算回路２４は、紫外光の光量をＰ（Ｗ）、操作部２５から入力された紫外光の波長における受光素子２１の受光感度をＲ（Ａ／Ｗ）、Ａ／Ｄ変換回路２３の出力値（つまり、受光素子２１において発生した電流の電流値）をＩ（Ａ）としたときに、以下の式（１）を演算する。

Ｐ＝Ｉ／Ｒ ・・・ （１）

また、演算回路２４は、照射領域Ｌを被照射物Ｍが速度ｖ（ｃｍ／ｓ）で通過すると仮定したときの、被照射物Ｍの単位面積（１ｃｍ^２）に照射される紫外光のエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）を以下の式（２）によって算出する。なお、式（２）において、ｄ（ｃｍ）は、照射領域ＬのＹ軸方向の長さを示している。

Ｅ＝Ｐ／（ｖ・ｄ） ・・・ （２）

表示器２６は、演算回路２４によって演算された結果を表示する表示装置であり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）ディスプレイである。表示器２６は、操作部２５によって設定された測定モードに応じて、紫外光の光量Ｐ（Ｗ）またはエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）を表示する。

このように、本実施形態の本体部２０は、受光部１０の受光領域Ｓによって受光された紫外光が入力されるように構成されており、入力された光から、その光量Ｐ（Ｗ）を演算、表示するように構成されている。また、受光部１０又は光照射装置１００を移動させることなく、光照射装置１００に対して相対的に移動する被照射物Ｍに照射される光のエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）を演算、表示するように構成されている。従って、本実施形態の光量計１の構成によれば、光照射装置１００から出射される紫外光の光量Ｐ（Ｗ）及び被照射物Ｍに照射される光のエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）を的確に管理することが可能となる。また、本実施形態の受光部１０においては、各ライトガイド１２のコアに入射した紫外光がほぼ損失することなく出射されるため、受光部１０を光照射装置１００と被照射物Ｍとの間に常に配置しておくことも可能であり、光照射装置１００から被照射物Ｍに対して出射される紫外光の光量Ｐ（Ｗ）及びエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）をリアルタイムで測定、管理することが可能となる。

以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。

例えば、本実施形態においては、ライトガイド１２は、ポリマークラッド光ファイバであるものとして説明したが、ライトガイド１２は、受光領域Ｓによって受光された紫外光を導光できるものであればよく、例えば、円筒面から紫外光が入射可能に構成された石英ロッドを用いることもできる。

また、本実施形態においては、本体部２０が受光素子２１を備えるものとして説明したが、受光素子２１は、各ライトガイド１２に接続される態様で、受光部１０側にあってもよい。なお、この場合、受光部１０と本体部２０は電気的に接続される。

また、本実施形態の受光部１０は、複数（３０〜４０本）のライトガイド１２を備えるものとして説明したが、このような構成に限定されるものではなく、Ｎ本（Ｎは、１以上の整数）のライトガイド１２を用いることができる。

また、本実施形態の光量計１は、光照射装置１００から被照射物Ｍに照射される紫外光の光量及びエネルギー量を測定するものとして説明したが、必ずしも紫外光を測定するものに限定されるものではなく、可視光や赤外光のエネルギー量を測定するものであってもよく、光照射装置１００の用途は、ＵＶインクを用いて印刷を行なう印刷装置に限定されるものでもない。

また、本実施形態の光量計１は、受光部１０が光照射装置１００の出射面に対向して配置され、受光領域Ｓが照射領域ＬをＹ軸方向に横切るように配置される（つまり、受光領域Ｓが照射領域Ｌの光の一部を取り込む）ものとしたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、受光領域ＳのサイズをＸ軸方向に大きくし、照射領域Ｌの光の全部（つまり、光照射装置１００から出射される光の全部）を受光領域Ｓに取り込むように構成することもできる。

また、本実施形態の光量計１は、受光部１０が光照射装置１００の出射面に対向して配置され、受光領域Ｓが照射領域ＬをＹ軸方向に横切るように配置されるものとしたが、図５に示すように、受光領域Ｓが照射領域Ｌを覆うように配置し（つまり、各ライトガイド１２がＸ軸方向に延び、Ｙ軸方向に密接するように配置し）、光照射装置１００から出射される全ての紫外光が受光領域Ｓに入射するように構成することもできる。また、受光部１０を光照射装置１００の出射面（例えば、出射窓）と一体的に構成することができる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る光量計１Ａの受光部１０Ａの構成を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態の受光部１０Ａは、照射領域ＬをＹ軸方向に複数回横切るように蛇行し、かつＸ軸方向に密接するように並列配置された１本の略円柱状のライトガイド１２Ａを有する点で、第１の実施形態の受光部１０と異なる。

本実施形態のライトガイド１２Ａは、第１の実施形態のライトガイド１２と同様、直径約７０μｍのポリマークラッド光ファイバであり、受光領域Ｓにおいて、ライトガイド１２ＡがＹ軸方向に沿って複数回折り返され、折り返された部分がＸ軸方向に密接するように配置され、コート材１８によって支持板１４の表面に固定されている。なお、本実施形態においては、ライトガイド１２Ａの先端部及び基端部を１つに束ねるように光コネクタ１９が取り付けられており、光コネクタ１９を本体部２０に接続したときに、ライトガイド１２Ａの先端面及び基端面が、本体部２０の受光素子２１の受光面と対向するように配置される。このように、１本のライトガイド１２Ａを蛇行させて（屈曲させて）、受光領域Ｓで平面状に並べることによっても、第１の実施形態と同様の機能及び作用効果を有する受光部１０Ａが得られる。

なお、本実施形態の受光部１０Ａは、照射領域ＬをＹ軸方向に複数回横切るように蛇行し、かつＸ軸方向に密接するように並列配置された１本のライトガイド１２Ａを有するものとしたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、ライトガイド１２Ａは、照射領域ＬをＸ軸方向に複数回横切るように蛇行し、かつＹ軸方向に密接するように並列配置されてもよい。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る光量計１Ｂの受光部１０Ｂの構成を示す模式図である。また、図８は、本発明の第３の実施形態に係る光量計１Ｂの本体部２０Ｂの構成を説明するブロック図である。

図７に示すように、本実施形態の受光部１０Ｂは、複数のライトガイド１２が支持板１４の外側において１つに束ねられた後、基端部において２分岐するように束ねられており、一方側に光コネクタ１９ａが取り付けられ、他方側に光コネクタ１９ｂが取り付けられている点で、第１の実施形態の受光部１０と異なる。また、図８に示すように、本実施形態の本体部２０Ｂは、光コネクタ１９ａ、１９ｂにそれぞれ接続される２つのレセプタクル２９ａ、２９ｂと、２つの光学フィルタ（第１フィルタ２８ａ、第２フィルタ２８ｂ）と、２つの受光素子（第１受光素子２１ａ、第２受光素子２１ｂ）を備え、演算回路２４Ｂが２つの受光素子（第１受光素子２１ａ、第２受光素子２１ｂ）の出力に基づいて、上記式（１）、式（２）によって、紫外光の光量Ｐ（Ｗ）及びエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）を求めると共に、さらに受光部１０Ｂの受光領域Ｓによって受光された紫外光の波長を求める点で、第１の実施形態の本体部２０と異なる。

上述のように、本実施形態の受光部１０Ｂにおいては、複数のライトガイド１２が支持板１４の外側において１つに束ねられているため、第１の実施形態の受光部１０と同様、各ライトガイド１２によって導光される光（つまり、散乱光）が互いにミキシングされる。そして、ミキシングされた光が、基端部において２分岐するため、各光コネクタ１９ａ、１９ｂからは略等しい強度の紫外光が出射される。そして、光コネクタ１９ａから出射された紫外光（散乱光）は、第１フィルタ２８ａを通って、第１受光素子２１ａによって受光され、光コネクタ１９ｂから出射された紫外光（散乱光）は、第２フィルタ２８ｂを通って、第２受光素子２１ｂによって受光される。

第１フィルタ２８ａ及び第２フィルタ２８ｂは、それぞれ異なる透過率特性を有する、青色の波長域の光を選択的に透過させる色ガラスフィルタであり、例えば、第１フィルタ２８ａは、ＨＯＹＡ株式会社製：硝種Ｂ３７０であり、第２フィルタ２８ｂは、ＨＯＹＡ株式会社製：硝種Ｂ３９０である。なお、第１受光素子２１ａ及び第２受光素子２１ｂは、同一のシリコンフォトダイオード（例えば、浜松ホトニクス製：Ｓ１３３６）である。

図９は、本実施形態の第１受光素子２１ａ及び第２受光素子２１ｂの受光感度特性を説明するグラフであり、「α」は、第１フィルタ２８ａと第１受光素子２１ａの合成感度を示し、「β」は、第２フィルタ２８ｂと第２受光素子２１ｂの合成感度を示し、「γ」は、第１フィルタ２８ａと第２フィルタ２８ｂの感度比率を示している。なお、図９の左側の縦軸は受光感度（Ａ／Ｗ）であり、右側の縦軸は感度比率であり、横軸は波長λ（ｎｍ）である。

図９に示すように、本実施形態の第１フィルタ２８ａ及び第２フィルタ２８ｂは、それぞれ異なる透過率特性を有するため、第１フィルタ２８ａと第１受光素子２１ａの合成感度αは、波長約３８０ｎｍをピークとする特性となり、第２フィルタ２８ｂと第２受光素子２１ｂの合成感度βは、波長約３８０ｎｍをピークとする特性となり、第２フィルタ２８ｂと第２受光素子２１ｂの合成感度βは、波長約４２０ｎｍをピークとする特性となっている。そして、第１フィルタ２８ａと第２フィルタ２８ｂの感度比率γが、波長３６５ｎｍ〜４０５ｎｍの範囲において、リニアに変化するように構成されている。本実施形態においては、このよう波長に応じてリニアに変化する第１フィルタ２８ａと第２フィルタ２８ｂの感度比率γを利用して、受光部１０Ｂの受光領域Ｓによって受光された紫外光の波長を求めている。つまり、本実施形態の構成においては、第１フィルタ２８ａと第２フィルタ２８ｂの感度比率γは、そのまま第１受光素子２１ａと第２受光素子２１ｂの出力比率となって現れることから、第１受光素子２１ａの出力と第２受光素子２１ｂの出力との比率を求め、その結果から受光部１０Ｂの受光領域Ｓによって受光された紫外光の波長を求めている。

具体的には、第１受光素子２１ａの電流と第２受光素子２１ｂの電流は、それぞれ後段の電流電圧変換回路２２によって電圧に変換され、さらにＡ／Ｄ変換回路２３によってデジタル値に変換された後、演算回路２４Ｂによって、以下の式（３）の演算が行われる。なお、式（３）において、「Ａ１」は第１受光素子２１ａの出力値であり、「Ａ２」は第２受光素子２１ｂの出力値であり、「ｋ」は、第１受光素子２１ａの出力と第２受光素子２１ｂの出力の比率である。

ｋ＝Ａ１／Ａ２ ・・・ （３）

そして、式（３）によって比率ｋが求まると、演算回路２４Ｂは、予め不図示のメモリに記憶された図９の感度比率γの特性から、紫外光の波長を求める。例えば、比率ｋ＝１．０の場合には、図９の感度比率γから紫外光の波長は３９０ｎｍとなり、比率ｋ＝１．２の場合には、図９の感度比率γから紫外光の波長は３６５ｎｍとなる。そして、演算回路２４Ｂによって得られた紫外光の波長は、表示器２６に表示されると共に、上記式（１）、式（２）によって紫外光の光量Ｐ（Ｗ）及びエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）を算出する際に利用される。

このように、本実施形態の光量計１Ｂにおいては、受光部１０Ｂの受光領域Ｓによって受光された紫外光の波長が自動で求められるため、ユーザによる波長の設定が不要となる。つまり、ユーザが波長の設定を行わなくとも、紫外光の光量Ｐ（Ｗ）及びエネルギー量Ｅ（Ｊ／ｃｍ^２）が正確に得られる。

（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る光量計１Ｃの受光部１０Ｃの構成を示す模式図であり、図１０（ａ）は、平面図であり、図１０（ｂ）は、側面図である。図１０に示すように、本実施形態の受光部１０Ｃは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とで規定される平面に平行な矩形平板状のライトガイド１２Ｃと、ライトガイド１２Ｃによって導光される散乱光を受光する受光素子１５とを備え、不図示の本体部に対して受光素子１５で発生した電流を、ケーブル１５ａを介して出力する点で、第１の実施形態の受光部１０と異なる。

図１０に示すように、本実施形態の受光部１０Ｃは、支持板１４上に、石英ガラスからなるライトガイド１２Ｃを備えている。第１の実施形態の受光部１０と同様、本実施形態の受光部１０Ｃが光照射装置１００の出射面に対向して配置され、受光領域Ｓが照射領域ＬをＹ軸方向に横切るように配置されると、光照射装置１００からの紫外光がライトガイド１２Ｃの表面（Ｘ軸方向側の面）に入射する。そして、ライトガイド１２Ｃの表面に入射した紫外光は、ライトガイド１２Ｃと支持板１４を透過して、支持板１４の裏面側（Ｚ軸方向側の面）から出射される。また、ライトガイド１２Ｃの表面に入射した紫外光は、ライトガイド１２Ｃを通過するときに、ライトガイド１２Ｃの内部の粒子によって散乱され（つまり、レイリー散乱が生じ）、その散乱光がライトガイド１２Ｃによって導光されるようになっている。なお、紫外光がライトガイド１２Ｃを通過するときに、ライトガイド１２Ｃの境界面で反射すると、該反射光が内部で発生する散乱光と同様にライトガイド１２Ｃによって導光されるが、本実施形態のライトガイド１２Ｃの表面及び裏面（つまり、入射面及び出射面）は、鏡面状に研磨されており、境界面（入射面及び出射面）での反射が極力少なくなるように構成されている。従って、実質的にライトガイド１２Ｃの内部で発生する散乱光のみがライトガイド１２Ｃによって導光される。また、別の実施形態として、第１の実施形態と同様、ライトガイド１２Ｃの表面を被覆するコート材１８を設け、ライトガイド１２Ｃの境界面での反射を防止するように構成することもできる。

図１０に示すように、ライトガイド１２Ｃの基端部には、受光素子１５が取り付けられている。受光素子１５は、受光面に入射される紫外光の強度に応じて電流を発生する光電変換素子である。ライトガイド１２Ｃからの紫外光（散乱光）が受光素子１５に入射すると、紫外光の強度に応じた電流が発生し、ケーブル１５ａを介して後段の本体部に出力される。なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、ライトガイド１２Ｃの先端部は、反射防止部材１６によって覆われており、ライトガイド１２Ｃの先端面での反射が防止されている。

このように、矩形平板状のライトガイド１２Ｃを用いることによっても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。つまり、本実施形態の受光部１０Ｃにおいても、ライトガイド１２Ｃに入射した紫外光がほぼ損失することなく出射されるため、受光部１０Ｃを光照射装置１００と被照射物Ｍとの間に常に配置しておくことが可能である。そして、このような構成によれば、光照射装置１００から被照射物Ｍに対して出射される紫外光の光量をリアルタイムで測定することが可能となる。

なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 光量計
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 受光部
１２、１２Ａ、１２Ｃ ライトガイド
１４ 支持板
１５ 受光素子
１５ａ ケーブル
１６ 反射防止部材
１８ コート材
１９、１９ａ、１９ｂ 光コネクタ
２０、２０Ｂ 本体部
２１ 受光素子
２１ａ 第１受光素子
２１ｂ 第２受光素子
２２ 電流電圧変換回路
２３ Ａ／Ｄ変換回路
２４ 演算回路
２５ 操作部
２６ 表示器
２７ 電源回路
２８ａ 第１フィルタ
２８ｂ 第２フィルタ
２９、２９ａ、２９ｂ レセプタクル
１００ 光照射装置
１１０ ＬＥＤ

Claims (23)

1. 光が入射する入射面と、前記入射面に入射した光が透過して出射される出射面と、前記入射面に入射した光の一部が導光されて出射される一端面と、を有する導光部と、
   前記一端面から出射される光を受光して電流に変換する光電変換部と、
   前記電流に基づいて、前記入射光の光量を算出する演算部と、
   前記演算部によって算出された前記光量を表示する表示部と、
   を備え、
   前記一端面から出射される光は、実質的に前記導光部の内部で発生する散乱光からなる
   ことを特徴とする光量計。
2. 前記入射面及び前記出射面が、鏡面状に研磨されていることを特徴とする請求項１に記載の光量計。
3. 前記導光部が、前記入射面及び前記出射面を覆うように形成され、前記入射面及び前記出射面の界面における反射を防止する第１の反射防止部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光量計。
4. 前記第１の反射防止部が、前記入射面に入射する光の一部を吸収する材料を含有し、該光の他の一部を透過可能なシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項３に記載の光量計。
5. 前記散乱光が、前記導光部内のレイリー散乱による光であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光量計。
6. 前記導光部の透過率が、９０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光量計。
7. 前記導光部は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とで規定される平面に平行な平板状のライトガイドからなり、該ライトガイドの第１主面及び第２主面に、それぞれ前記入射面及び前記出射面が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光量計。
8. 前記導光部は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とで規定される平面上を、前記第１方向又は前記第２方向に延びる略円柱状のＮ本（Ｎは、１以上の整数）のライトガイドからなり、該ライトガイドの周面に前記入射面及び前記出射面が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光量計。
9. 前記Ｎは、２以上であり、
   前記ライトガイドが、前記第１方向又は前記第２方向に並列に配置され、
   前記ライトガイドの前記一端面側が、前記光電変換部の受光面と対向するように束ねられていることを特徴とする請求項８に記載の光量計。
10. 前記光電変換部は、第１の受光感度を有する第１の光センサと、前記第１の受光感度とは異なる第２の受光感度を有する第２の光センサと、を有し、
    前記ライトガイドの前記一端面側は、２分岐するように束ねられており、一方側の前記一端面が前記第１の光センサの受光面と対向し、他方側の前記基端面が前記第２の光センサの受光面と対向するように配置され、
    前記演算部は、前記第１の光センサの電流と前記第２の光センサの電流の比率に基づいて前記光の波長を算出し、
    前記表示部は、前記演算部によって算出された前記光の波長を表示する
    ことを特徴とする請求項９に記載の光量計。
11. 前記ライトガイドの前記一端面と対向する他端面を覆い、該他端面での光の反射を防止する第２の反射防止部を備えることを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の光量計。
12. 前記第２の反射防止部が、前記他端面から出射される光を吸収可能な材料を含有するシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項１１に記載の光量計。
13. 前記導光部は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向とで規定される平面上を蛇行する略円柱状の１本のライトガイドからなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光量計。
14. 前記ライトガイドの前記一端面と対向する他端面が、前記光電変換部の受光面と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の光量計。
15. 前記ライトガイドは、石英ガラスからなるコアと、フッ素含有ポリマーからなるクラッドから構成される光ファイバであり、少なくとも前記入射面及び前記出射面において、前記クラッドが除去されていることを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか一項に記載の光量計。
16. 前記ライトガイドは、石英ガラスからなる石英ロッドであることを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか一項に記載の光量計。
17. 前記光量計は、前記第１方向と、前記第２方向とで規定される平面上を、前記第２方向に相対的に移動する被照射物に対し光を照射する光照射装置に対向して配置され、
    前記入射面が、前記光照射装置の照射領域を前記第１方向に横切るように配置される
    ことを特徴とする請求項７から請求項１６のいずれか一項に記載の光量計。
18. 前記演算部は、前記光電変換部によって発生した電流と、前記被照射物の移動速度に基づいて、前記被照射物の単位面積あたりに照射されるエネルギー量を算出し、
    前記表示部は、前記エネルギー量を表示する
    ことを特徴とする請求項１７に記載の光量計。
19. 前記導光部を支持する平板状の支持部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の光量計。
20. 前記支持部材が、石英ガラスからなることを特徴とする請求項１９に記載の光量計。
21. 前記入射面に入射する光が、紫外線の波長域の光を含むことを特徴とする請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の光量計。
22. 前記光電変換部が、シリコンフォトダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか一項に記載の光量計。
23. 請求項１から請求項２２のいずれか一項に記載の光量計と、
    前記入射面に対して光を出射する光源と、
    を備えることを特徴とする光照射装置。