JP2820986B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば、光硬化型樹脂の硬化処理のよう
な光処理に使用される光照射装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、例えば光硬化型樹脂の硬化処理に使用され
る光照射装置では、超高圧水銀ランプのようなショート
アーク型の放電ランプから光を楕円集光鏡で集光して光
照射する装置が知られている。

一方、光照射の対象物が狭い場所にある場合など、汎
用性を考慮して、光ファイバからなる光学ユニットを光
照射装置に接合して導光させることも行われている。

光照射の対象物の形状はいろいろなものがあり、種々
の形状対象物を１つの装置及び光学ユニットで光照射で
きればきわめて汎用性の高いものとなる。種々の光照射
の形状を得るためには、アパーチャとかマスクとかの光
を一部遮断する手段を用いれば良いのであるが、光の利
用効率が落ちてしまう。光硬化型樹脂の硬化処理などで
は、照射面での照度（エネルギー密度）によって処理の
スピードが決ってしまうので、所望の光照射の形状を得
つつも、光を遮断することなく、うまく光を集めて高照
度で照射するようにすべきである。

この点で、顕微鏡用の光照射装置では、ハロゲンラン
プからの光をミラーコンデンサで集光して出射側がリン
グ状に束ねられた光ファイバに導光させる技術が知られ
ているので参考になる。

第５図（イ）は従来のミラーコンデンサ２が付いたハ
ロゲンランプ１を用い、出射端がリング状に束ねられた
光ファイバ３からなる光学ユニットを使用してリング状
４の形状の照射面５を得る光学ユニット及び光学装置の
説明図であり、同図（ロ）は同図（イ）の照射面におけ
る照度分布を示した図である。

また、第６図（イ）はショートアーク放電ランプと楕
円集光鏡を用い、出射端がリング状に束ねられた光ファ
イバ３からなる光学ユニットを使用してリング状４の形
状の照射面５を得る光学ユニット及び光照射装置の説明
図で、同図（ロ）は同図（イ）の照射面における照度分
布を示した図である。

［発明が解決しようとする課題］ 第５図（イ）に示す顕微鏡用の光照射の技術を参考に
すると、前述の光の利用効率を落とさずに種々の光照射
の形状を得るためには、所望の光照射の形状（例えばリ
ング状）に合わせて出射側が束ねられた光ファイバを使
用すれば良いことになる。

しかしながら、ミラーコンデンサ付のハロゲンランプ
は、ほぼ均一な配光分布で光ファイバに入射するため、
第４図（ロ）に示すようにリング状の光照射領域の各点
での照度はほぼ均一になるのに対し、ショートアーク型
の放電ランプを楕円集光鏡で集光する場合には、第５図
（イ）に示すように光が中抜けした状態で光ファイバに
入射するため、同図（ロ）に示すように、出射端から離
れた照射面では、リング状の光照射領域で光が中抜けし
て照度が不均一になってしまう。

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので
あり、種々の形状の光照射の対象物に対し光の利用効率
を落とすことなく光照射でき、かつショートアーク型の
放電ランプからの光を楕円集光鏡で集光する場合でも、
均一な照度で光照射することのできる光学ユニット及び
光照射装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために、この発明の光照射装置
は、入射側の端面が１つの丸形で、出射端の端面の形状
が入射側の端面と異なる形状になるように束ねられた光
ファイバと、この光ファイバを一体に固定保持する型材
と、光ファイバの出射端面を照射面または照射面の近傍
に投影するように配置された投影レンズとからなる光学
ユニットと、該光学ユニットと、ショートアーク型の放
電ランプと、この放電ランプのアークの位置が第１焦点
もしくはその近傍になるように配置された楕円集光鏡
と、前記放電ランプ及び楕円集光鏡を収納した灯体とか
らなり、上記光学ユニットは、上記光ファイバを一体に
固定保持する型材及び投影レンズを収納した鏡筒を具備
していて、上記灯体は、上記光学ユニットの入射側の端
面の位置が楕円集光鏡の第２焦点もしくはその近傍の位
置となるように、上記光学ユニットを接合する光学ユニ
ット接合部を具備したものである。

［作用］ 上記の構成を有することにより、光照射の対象物の形
状に合わせて、均一な照度で効率良く光照射することが
できる。

［実施例］ 第１図（イ）はこの発明の一実施例である光照射装置
の主要部の概略構成を示す側断面図、同図（ロ）は同図
（イ）の光照射の形状を示す平面図である。

第１図において、14は、ショートアーク型の放電ラン
プ11,楕円集光鏡12,平面鏡13を内部にそれぞれ有する灯
体で、放電灯11のアークの位置は楕円集光鏡12の第１焦
点もしくはその近傍になるように配置されている。ここ
で、「近傍」とは、同一の技術効果を奏しうる範囲内で
わずかにずれても良いという意味である。15は鏡筒で、
内部には入射側の端面が１つの丸形の形状に形成され、
出射側の端面の形状がリング状になるように束ねられた
光ファイバ18,レンズ20,平面鏡21及び投影レンズ22が設
けられて光学ユニットを構成している。この光学ユニッ
トは、光学ユニット接合部16に螺合する止めネジ17の先
端が鏡筒15の凹部に嵌合することによって、光学ユニッ
ト接合部16に接合されている。

また、光学ユニット接合部16は灯体14の側部で、かつ
楕円集光鏡12の第２焦点もしくはその近傍の位置に光フ
ァイバ18の入射側の端面がくるように設定されているの
で、光学ユニットを構成する鏡筒15を、この光学ユニッ
ト接合部16に止めネジ17で取り付ければ、光学ユニット
と灯体14との位置合わせはなされている。「近傍」の意
味は、前記第一焦点の場合と同じである。

第１図の実施例では、レンズ20,投影レンズ22を設け
て光ファイバ18の出射側の端面の像を照射面に投影させ
ているので、照射面の照度はほぼ均一になる。即ち、光
ファイバ18は入射角を保持して出射するので、光ファイ
バ18から出射する光は入射の場合と同様に拡がり、第５
図に示すように不均一な分布となる。しかし、本実施例
では、第１図に示すように、出射した光を投影レンズ2
0,22で照射面Ｓ上に結ばせているので、均一な照度とな
る。尚、光ファイバ18の出射側の端面の像を完全に結像
させてしまうと、素線の像が映り、かえって照度が不均
一となるので、対象物は結像位置より少しずれて、多少
ボケた位置に置いた方が良い。

第２図は本発明の第２の実施例である光照射装置の光
学ユニットの主要部の概略構成を示す側面図で、24は光
ファイバ28を収納した可撓管、25は光ファイバ28を金具
27内に固定させる型材、16は金具27を灯体14に結合させ
るための光照射装置の光学ユニット接合部である。

この第２の実施例の光照射装置の光学ユニットは、光
照射の対象物が例えば装置内の狭い場所にあるときや、
離れた場合にあるときなどに使用される。

第５図及び第６図に示すように、光ファイバを折り曲
げても良いのであるが、以下のような問題がある。即
ち、通常、ライトガイドファイバのような光ファイバの
入射側及び出射側は、素線の保護コーティングを削り落
として束ねられている。保護コーティングを落として、
第５図及び第６図のように曲げた場合、素線が石英系等
の径の太いファイバである場合には非常に折れ易くなっ
てしまう。従って、結局保護コーティングを落とさずに
曲げる他はないが製作が難しい。また、保護コーティン
グがある場合には、光ファイバの出射側の端面全体の面
積に対する光を透過（伝送）する部分の面積（コアの総
面積）はその分低くなり、従って、端面から出射する光
のエネルギー密度が低くなってしまう。第１図及び第２
図に示す実施例の光学ユニットはこの欠点がなく、高い
エネルギー密度で光を出射することができる。また、平
面鏡21を使用することにより照射方向を変えることがで
きる。

第３図は本発明の第３の実施例を示す光照射装置の光
学ユニットの主要部の概略構成を示す側断面図で、第５
図に示す光学ユニットの光ファイバの出射側に投影レン
ズ20,22を設けたものである。前述の説明から明らかな
ように、保護コーティングを落とすことができないの
で、第１図及び第２図に示す実施例に比べ、出射する光
のエネルギー密度は若干落ちるものの、第５図に示す場
合と比べると、均一な照度で光照射することができるの
で好適である。

第３図においては、光ファイバ38の出射側を鏡筒35内
で折曲げて、出射側の端面の形状が入射側の端面と異な
る形状にして型材39で固着してあり、その出射側の端面
にレンズ20,投影レンズ22を設けて光照射面に光ファイ
バ出射側の端面の像が結像するように構成されている。

第３図の構成によれば、光ファイバ38の出射側の端面
を照射面に対して鏡筒35内で折曲げているので、平面鏡
を設けることなく、作成することができる。また、光フ
ァイバは場合によっては特に折り曲げる必要はなく、平
面鏡もなくてよいので使用目的に合せた光学系にするこ
とができる。

第４図は、上記各実施例における入射側の端面の形状
及び出射側の端面の形状を示す図である。第４図（ａ）
は上記各実施例における入射側の端面の形状を示し、同
図（ｂ）は上記各実施例における出射側の端面の形状を
示す。また、同図（ｃ）〜（ｅ）は他の実施例における
出射側の端面の形状を示す。

第４図において、ライトガイドファイバなどの光ファ
イバは、石英ガラスまたは多成分ガラス等からなる素線
181が、通常数100本束ねられて構成されている。その
際、入射側の端面の形状は第４図（ａ）に示すように丸
型となっている。これは、楕円集光鏡でショートアーク
形の放電ランプの光を集光した場合、集光位置（第２焦
点）での光芒の形状は丸形となるので、これにい合せて
丸形としておくのが最む効率が良いからである。一方、
出射側の端面の形状は、第４図（ｂ）に示すようにリン
グ状になっている。これは、光照射の対象物（形状はワ
ークによって種々有り、例えばモータ部品や光ディスク
等のリング状）の場合には、光をリング状に照射する必
要があるからである。このように、光照射の対象物の形
状に合せて光ファイバの出射側の素線を束ねておけば、
対象物と同じ形状の光照射ができる。即ち、口状に光照
射したい場合は第４図（ｃ）のように、Ｌ状に光照射し
たい場合は、同図（ｄ）のように、さらに散点状に光照
射したい場合は同図（ｅ）のように、それぞれ出射側の
素線181を束ねて端面の形状を整形すれば良い。

第１図，第２図，第３図で示された各実施例における
光照射装置の光学ユニットそれぞれは、灯体14に取付け
られた時、灯体内に設けられている楕円集光鏡12の第２
焦点の位置に、それぞれの光ファイバの入射側の端面が
くるように、各光学ユニットの光学ユニット接合部16へ
の接合構造を同一にしておけば良い。それによって、同
一の光照射装置に対して異なる光学ユニットを適宜交換
して取付ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の光照射装置の光学ユ
ニットによれば、光照射すべき対象物の形状に合わせた
形状で光照射することができる。この際、アパーチャな
どの光を遮断する手段を用いないで、光の利用効率が低
下せず、また投影レンズで出射側の端面の像を投影して
いるので、光の均一性が良く効率良く光照射することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）はこの発明の一実施例である光照射装置の
主要部の概略構成を示す側断面図、同図（ロ）は同図
（イ）の光照射の形状を示す平面図、第２図は本発明の
第２の実施例である光照射装置の光学ユニットの主要部
の概略構成を示す側面図、第３図は本発明の第３の実施
例を示す光照射装置の光学ユニットの主要部の概略構成
を示す側断面図、第４図（ａ）〜（ｅ）は各実施例にお
ける入射側の端面の形状及び出射側の端面の形状を示す
図である。第５図（イ）は従来のミラーコンデンサ付き
のハロゲンランプを用い、出射端がリング状に束ねられ
た光ファイバからなる光学ユニットを使用してリング状
の形状の照射面を得る光学ユニット及び光学装置の説明
図、同図（ロ）は同図（イ）のワーク面における照度分
布を示した図、第６図（イ）は光源をショートアーク型
のランプにした場合のリング状の照射面を得る光学ユニ
ット及び光学装置の説明図、同図（ロ）は同図（イ）の
ワーク面における照度分布を示した図である。 図中． 11:放電灯、12:楕円集光鏡 13,21:平面鏡、14:灯体 15:鏡筒、16:光学ユニット接合部 17:止めネジ、18:光ファイバ 19:型材、20,22:結像レンズ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射側の端面が１つの丸形で、出射端の端
   面の形状が入射側の端面と異なる形状になるように束ね
   られた光ファイバと、この光ファイバを一体に固定保持
   する型材と、光ファイバの出射端面を照射面または照射
   面の近傍に投影するように配置された投影レンズとから
   なる光学ユニットと、 該光学ユニットと、ショートアーク型の放電ランプと、
   この放電ランプのアークの位置が第１焦点もしくはその
   近傍になるように配置された楕円集光鏡と、前記放電ラ
   ンプ及び楕円集光鏡を収納した灯体とからなる光照射装
   置において、 上記光学ユニットは、上記光ファイバを一体に固定保持
   する型材及び投影レンズを収納した鏡筒を具備してい
   て、 上記灯体は、上記光学ユニットの入射側の端面の位置が
   楕円集光鏡の第２焦点もしくはその近傍の位置となるよ
   うに、上記光学ユニットを接合する光学ユニット接合部
   を具備している ことを特徴とする光照射装置。