JP2020106493A - 紫外線照射装置、及び紫外線探傷装置 - Google Patents
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Abstract
Description
被照射面を紫外線により照射する紫外線LEDと、
前記被照射面上の任意の一方向にのみ集光する改良型リニアフレネルレンズと、
を備える紫外線照射装置において、
前記紫外線LED光源の中心を原点、前記被照射面上の任意の一方向に平行な方向をX軸方向、そのX軸方向に直交する前記被照射面上の方向をY軸方向、前記X軸方向及び前記Y軸方向と直交する前記紫外線LEDの光軸に平行な方向をZ軸方向、としたXYZ三次元直交座標系を用いたときに、
前記改良型リニアフレネルレンズは、前記X軸方向にのみ集光するレンズであり、前記Z軸負方向に前記紫外線LEDと前記被照射面との間に位置し、
前記被照射面は、前記Z軸負方向に前記改良型リニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、
前記改良型リニアフレネルレンズの前記X軸方向正負の各領域のフレネル角度は、
前記紫外線LEDから出射されたビームのXZ平面内の軌跡について、
前記紫外線LEDから前記X軸方向正の領域に入射したビームを、入射角度が小さいビームから前記被照射面における照射領域の前記X軸方向の負の最大値点から正の最大値点に向けて出射するビームに変換し、
前記紫外線LEDから前記X軸方向負の領域に入射したビームを、入射角度が小さいビームから前記被照射面における照射領域の前記X軸方向の正の最大値点から負の最大値点に向けて出射するビームに変換するように形成され、
前記改良型リニアフレネルレンズは、前記X軸方向において、正の領域と負の領域が互いにミラー対称に形成されることを特徴とする。
この構成により、改良型リニアフレネルレンズ20のフレネル角度αの調節が容易になる。
本構成とすることで、紫外線LED10から照射される紫外線の半分であるX軸方向正の領域に入射する紫外線をリニアフレネルレンズの一方(図1の改良型リニアフレネルレンズ20のX軸方向正の領域)を利用して被照射面3の全面(X軸方向の負の最大値点3aから正の最大値点3bまでの範囲)に半円状に投影し、もう半分の紫外線であるX軸方向負の領域に入射する紫外線をリニアフレネルレンズの他方(図1の改良型リニアフレネルレンズ20のX軸方向負の領域)を利用して被照射面3の全面(X軸方向の正の最大値点3bから負の最大値点3aまでの範囲)に半円状に投影される。
なお、本発明においては、被照射面3の照射幅全域において、紫外線放射照度の平均値の±10パーセントの範囲に紫外線放射照度が収まっている場合に、紫外線放射照度が均一化されているとしている。
α=θ2+θ3
ただし、各符号は、以下のものを示す。
n1:媒質1の屈折率(空気の屈折率1.0)
n2:媒質2の屈折率(改良型リニアフレネルレンズの屈折率)
θ1:改良型リニアフレネルレンズへの紫外線ビームの入射角
θ2:改良型リニアフレネルレンズ入射面での紫外線ビームの屈折角
θ3:媒質1への紫外線ビームの入射角
θ4:改良型リニアフレネルレンズ出射面での紫外線ビームの屈折角
α:フレネル角度
紫外線照射装置2は、図9(a)に示すように、被検査物4の長手方向(Y軸方向)に複数直線状一列に並べて配置してもよい。図9(a)においては、紫外線LED10と改良型リニアフレネルレンズ20等のユニットが5つ備えられた紫外線照射装置2を2個並べて配置しており、紫外線LED10が10個で均一となる。各紫外線は各紫外線LED10から出射され、改良型リニアフレネルレンズ20を通過した紫外線の配光全角の端縁が、被照射面3において、その紫外線LED10の隣、又はさらに先隣に配置された紫外線LED10の光軸とほぼ一致するように配置されるのが好ましい。
従って、被照射面3の照射領域の幅方向及び長手方向の両方向において、均一な紫外線放射照度分布を得ることが可能となる。
図1、図2及び図7に示される本実施形態に係る紫外線照射装置2が用いられた。すなわち、紫外線照射装置2は、被照射面3を紫外線により照射する紫外線LED10と、被照射面3上の任意の一方向にのみ集光する改良型リニアフレネルレンズ20と、を備え、紫外線LED10光源の中心を原点、被照射面3上の任意の一方向に平行な方向をX軸方向、そのX軸方向に直交する被照射面3上の方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向と直交する紫外線LED10の光軸に平行な方向をZ軸方向、としたXYZ三次元直交座標系を用いたときに、改良型リニアフレネルレンズ20は、X軸方向にのみ集光するレンズであり、Z軸負方向に紫外線LED10と被照射面3との間に位置し、被照射面3は、Z軸負方向に改良型リニアフレネルレンズ20から所定の距離離れて位置し、改良型リニアフレネルレンズ20のX軸方向正負の各領域のフレネル角度αは、紫外線LED10から出射されたビームのXZ平面内の軌跡について、紫外線LED10からX軸方向正の領域に入射したビームを、入射角度が小さいビームから被照射面3における照射領域のX軸方向の負の最大値点3aから正の最大値点3bに向けて出射するビームに変換し、紫外線LED10からX軸方向負の領域に入射したビームを、入射角度が小さいビームから被照射面3における照射領域のX軸方向の正の最大値点3bから負の最大値点3aに向けて出射するビームに変換するように形成され、改良型リニアフレネルレンズ20は、X軸方向において、正の領域と負の領域が互いにミラー対称に形成されるといった特徴を有している。
(紫外線放射照度分布試験)
実施例1の紫外線照射装置2を用いた場合における被照射面3の紫外線放射照度分布が測定された。改良型リニアフレネルレンズ20から600mmの離れた距離に位置する被照射面3のX軸方向の照射幅200mmの領域における紫外線放射照度分布を測定し、図7(c)の下図に示すような紫外線放射照度分布が得られた。すなわち、照射幅全域において、紫外線放射照度の平均値の±10パーセントの範囲に紫外線放射照度が収まっており、紫外線放射照度が均一化されていることが確認できた。
2 紫外線照射装置
3 被照射面
3a 被照射面における照射領域のX軸方向の負の最大値点
3b 被照射面における照射領域のX軸方向の正の最大値点
4 被検査物
9 通常のリニアフレネルレンズ
10 紫外線LED
20 改良型リニアフレネルレンズ
21(21a,21b) フレネル面
22(22a,22b) ライズ面
24 溝
25 改良型リニアフレネルレンズの上面
26 中央面
26a 中心部
27 一方側
28 他方側
29 平坦面
30 紫外線透過フィルタ
40 筐体
41 紫外線出射口
50 凸レンズ
α フレネル角度
d 中心部からの距離
d1 被照射面の照射幅
d2 凸レンズを追加した場合に得られる被照射面の照射幅
d3 改良型リニアフレネルレンズから被照射面までの距離
h ライズ面の高さ
pt 改良型リニアフレネルレンズのピッチ
t 改良型リニアフレネルレンズの厚さ
Claims (5)
- 被照射面を紫外線により照射する紫外線LEDと、
前記被照射面上の任意の一方向にのみ集光する改良型リニアフレネルレンズと、
を備える紫外線照射装置において、
前記紫外線LED光源の中心を原点、前記被照射面上の任意の一方向に平行な方向をX軸方向、そのX軸方向に直交する前記被照射面上の方向をY軸方向、前記X軸方向及び前記Y軸方向と直交する前記紫外線LEDの光軸に平行な方向をZ軸方向、としたXYZ三次元直交座標系を用いたときに、
前記改良型リニアフレネルレンズは、前記X軸方向にのみ集光するレンズであり、前記Z軸負方向に前記紫外線LEDと前記被照射面との間に位置し、
前記被照射面は、前記Z軸負方向に前記改良型リニアフレネルレンズから所定の距離離れて位置し、
前記改良型リニアフレネルレンズの前記X軸方向正負の各領域のフレネル角度は、
前記紫外線LEDから出射されたビームのXZ平面内の軌跡について、
前記紫外線LEDから前記X軸方向正の領域に入射したビームを、入射角度が小さいビームから前記被照射面における照射領域の前記X軸方向の負の最大値点から正の最大値点に向けて出射するビームに変換し、
前記紫外線LEDから前記X軸方向負の領域に入射したビームを、入射角度が小さいビームから前記被照射面における照射領域の前記X軸方向の正の最大値点から負の最大値点に向けて出射するビームに変換するように形成され、
前記改良型リニアフレネルレンズは、前記X軸方向において、正の領域と負の領域が互いにミラー対称に形成されることを特徴とする、
紫外線照射装置。 - 前記改良型リニアフレネルレンズの前記X軸方向正負の各領域のフレネル角度は、入射角度が小さいビームから紫外線LEDの指向角で入射するビームまでを変換するように形成されることを特徴とする、
請求項1に記載の紫外線照射装置。 - 前記紫外線照射装置は、前記紫外線LEDと前記改良型リニアフレネルレンズとを取り囲み、前記紫外線LEDから発せられた紫外線を出射する紫外線出射口を有する筐体を更に備え、
前記紫外線出射口には、可視光を遮断可能な紫外線透過フィルタが配置されることを特徴とする、
請求項1または2に記載の紫外線照射装置。 - 前記紫外線LEDと前記改良型リニアフレネルレンズとの間に凸レンズが配置されることを特徴とする、
請求項1乃至3に記載の紫外線照射装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の前記紫外線照射装置を、前記Y軸方向に複数直線状一列に並べて配置することを特徴とする紫外線探傷装置。
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