JP3900781B2 - Light irradiation device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプから放射される光をライトガイドで導いて被照射面に配置された被照射物(ワーク)に照射して光処理を行う光照射装置に関し、更には狭い範囲の領域に紫外線を含む光を照射して紫外線処理を行うのに適した光照射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光照射装置から出射される光をワークに塗布した接着剤、塗料、インキ、レジストなどに照射して硬化させたり乾燥させることが行われる。また、逆に、これらを溶融させたり軟化させるなどのさまざまな処理が行われる。そして、紫外線硬化型接着剤による光ディスク用のピックアップレンズの接着や、電子部品の基板への接着の場合などは、微小域に光を照射する必要があり、放電ランプの光を光ファイバーを多数束ねて構成されるライトガイドで導いて微小域に照射する。
【0003】
図1は、微小域に照射するための光照射装置の内部構成の一例を示す。ミラー20が保持部材30に固定され、放電ランプ10もミラー20の貫通孔21に挿通された状態で保持部材30に固定されている。放電ランプ10は、例えばキセノンランプや超高圧水銀ランプなどのショートアーク型の放電ランプであり、発光管内に陰極11と陽極12が対向配置されている。ミラー20は、断面形状が楕円形であり、放電ランプ10の陰極11と陽極12の間の発光部の輝点がミラー20の第1焦点に位置している。通常、発光部の輝点は陰極先端付近にある。ミラー20の光軸L上にライトガイドFが配置され、ライトガイドFの入射端Finがミラー20の第2焦点に位置している。また、ライトガイドFの入射端Finと放電ランプ10との間にはシャッターStが配置されており、シャッターStを開くと、ミラー20で集光された光はライトガイドFの入射端Finに入射する。そして、ライトガイドFの出射端Fouから出射した光は被照射面における光照射領域に配置された光照射処理を行うワーク、例えば紫外線硬化型接着剤が塗布されたレンズ部品や基板などに照射される。
【0004】
かかる光照射装置において、上記したようにミラー20の中央部分には貫通孔21が形成されているので、この部分には反射光が存在せず、ミラー20で反射する光は、図1において点線斜線で示した光のみがライトガイドFの入射端Finに入射する。つまり、入射端Finには、入射角度の大きな光が多く入射し、入射角度の小さな0゜に近い光はほとんど入射しない。
【0005】
ライトガイドFの入射端Finに入射した光は、光ファイバーの性質として角度が保持された状態で反射を繰り返してライトガイドF内を伝送し、入射角と同じ角度で出射端Fouから出射する。上記したようにライトガイドFには、入射角度の大きな光が多く入射するので、出射端Fouから出射する光は、図1において点線斜線で示した出射角度の大きな光が多く出射する。ここで、ライトガイドFの出射端Fouとワークが配置される被照射面との距離dが短いと、被照射面の照度分布は、出射角度の小さな0゜に近い光が少なくても、ライトガイドFの光ファイバの収束径がある程度、例えばφ5mmやφ3.5mmという大きさを有するため、中央の照度が高く、周辺部ほど低い山形になる。
【0006】
しかし、ライトガイドFの出射端Fouと被照射面との距離dが大きくなると、被照射面における照射領域の照度は周辺部に比べて中央部が低くなり、「中抜け」と称する現象が生じる。図2は、光ファイバの収束径がφ3.5mmの場合に、ライトガイドFの出射端Fouと被照射面との距離dと「中抜け」の関係を示すが、距離dが20mm以上になると「中抜け」現象が顕著になる。そして、ワークの大きさや形状、ワークの搬入、搬出機構とのクリアランスの関係などから、ライトガイドFの出射端Fouとワークが配置される被照射面との距離dを20mm以上にする場合が多い。
【0007】
光処理時間を短くするためには、高い照度で処理する必要がある。しかし、出射端Fouとワークが配置される被照射面との距離が長い場合に、光ディスク用のピックアップレンズなどの小さなワークを照射領域の中央に配置すると、「中抜け」現象のためにワークに照射される光の照度が低くなり、処理時間が長くなる。このため、ワークを照射領域の中央からずらして、照度が高い照射領域の周辺部に配置して照射している。しかし、異なる種類のワークを光処理するときや、ライトガイドFの出射端Fouとワークが配置される被照射面との距離dが変更されると、その都度被照射面の照度分布を測定して、照度が最も高くなる場所を求め、ワークがその位置に来るように適宜設定する必要がある。また、照度の高い領域は照射領域の周辺部であり、その範囲は狭いので、精度良くワーク位置を合わせ込む必要があり、段取り変えに手間と時間を要していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この「中抜け」現象を解消するために、ライトガイドの出射端から出射する光を投影光学系にて被照射面に集光して、被照射面に配置されたワークに照射することが考えられる。この場合、ライトガイドの出射端の照度分布を投影光学系にて被照射面に投影するので、被照射面において照射を必要とする領域に対して、効率よく光を照射できるとともに、照度分布の「中抜け」現象を解消することができる。
【0009】
特開昭64−75067号公報には、上記投影光学系として複数のレンズを組み合わせたレンズユニットを使用することが開示されている。図3は、第1レンズL1と第2レンズL2からなるレンズユニットLUの一例を示し、ライトガイド出射端にレンズユニットLUが取り付けられ、光照射部が構成されている。図3において、ライトガイドFの出射端Fouから出射した光は、ライトガイドFを形成する光ファイバーの開口数NAに従って一定の広がりを持つ。例えば石英ガラス製の光ファイバーの場合、開口数NA=約0.22であり、その空気中の広がり角は約12.7゜に相当する。
【0010】
ここで、レンズユニットLUのレンズL1,L2をライトガイドFの出射端Fouに近づけると、レンズユニットLUによって被照射面に投影される倍率が大きくなる。つまり被照射面における投影面積が大きくなるので、照射領域全体の照度は低くなる。従って、狭い領域に高い照度で照射するためには、レンズユニットLUのレンズL1,L2をライトガイドFの出射端Fouから所定距離だけ離す必要がある。そして、ライトガイドFの出射端Fouから出射した光を有効に利用するために、前記した約12.7゜の広がり角で広がった光のほとんどをレンズにより集光しなければならないが、そのためには、図3に示すように、レンズユニットLUのレンズ径を大きくする必要がある。このため、レンズを保持するホルダHを含むレンズユニット径がライトガイドFの径よりもかなり大きくなり、光出射部の形状が大型化する。
なお、レンズと被照射面との距離を長くする場合にも、ライトガイドFの出射端Fouからレンズまでの距離を長くする必要があるので、上記したように、レンズ系は大きくなり、光出射部の形状は大型化する。
【0011】
実際の光照射処理においては、ワークを固定するための治具がその周りを囲っていたり、光を照射する部分が基板に実装された他の部品に囲まれた中に位置する場合などがあるが、いずれにしても、光出射部の形状が大型であれば、光出射部をワークの光を照射する部分に十分に接近させて照射することができず、所望の放射照度を得られない不具合がある。
【0012】
そこで本発明は、光出射部の径が大型化することがなく、光出射部をワークに接近させて高い放射照度で光照射することが可能であり、また、光出射部とワークとが離れていても、被照射面に照射される光の「中抜け」がなく、効率よく光照射することが可能な光照射装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項1の発明は、放電ランプから放射された光をミラーで集光し、集光した光を、ミラーの光軸上に配置したライトガイドの入射端に入射し、ライトガイドの出射端から出射する上記光を投影光学系により被照射面に集光し、被照射面に配置された被照射物に照射する光照射装置において、前記投影光学系は、両端に曲率半径が同じ球面を有し、入射端がライトガイドの出射端に、1mm以内の間隔で近接して配置された、外径がライトガイドの収束径にほぼ等しいロッドレンズと、ロッドレンズの出射端に近接して配置された外径が該ライトガイドの収束径にほぼ等しい平凸または両凸レンズからなり、前記ロッドレンズは、ロッドレンズに入射した光が、ロッドレンズの外周面に当たることなくロッドレンズの出射面に広がるように、nsinθ=n’sinθ’(ロッドレンズの材質の屈折率をn’、空気の屈折率をn、空気中での光の広がり角度をθ)に基づいて求められるロッドレンズ中の光の広がり角度θ’とロッドレンズの径とから計算された長さであり、ロッドレンズおよび平凸または両凸レンズは筒状ホルダーに保持され、ホルダーはライトガイドの出射端を覆う筒状の接合部に接合されている。
また、請求項2の発明は、この投影光学系は、入射端がライトガイドの出射端に、1mm以内の間隔で近接して配置された、外径がライトガイドの収束径にほぼ等しい両端が球面のロッドレンズからなり、ロッドレンズの出射端の球面の曲率半径が入射端の球面の曲率半径よりも小さく、ロッドレンズに入射した光が、ロッドレンズの外周面に当たることなくロッドレンズの出射面に広がるように、nsinθ=n’sinθ’(ロッドレンズの材質の屈折率をn’、空気の屈折率をn、空気中での光の広がり角度をθ)に基づいて求められるロッドレンズ中の光の広がり角度θ’とロッドレンズの径とから計算された長さであり、ロッドレンズは筒状ホルダーに保持され、ホルダーはライトガイドの出射端を覆う筒状の接合部に接合されている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の実施の形態を具体的に説明する。図4は、請求項1の発明の光出射部の実施例の断面図である。つまり、本発明の光照射装置の光源部分は図1に示すとおりであり、図1のライトガイドFの先端部が図4に示す構造になっている。
図4において、ライトガイドFは、石英ガラスからなる多数の光ファイバーを、個々の光ファイバーの入射端Finにおける位置と出射端Fouにおける位置がランダムになるように配列して束ねたものである。このライトガイドFの出射端Fouの側面は筒状の金物である接合部FJで覆われており、接合部FJに筒状のホルダーHが接合されている。そして、ホルダーH内には、投影光学系として働く石英ガラス製のロッドレンズ40および平凸レンズ50が保持されている。ここで、ロッドレンズ40および平凸レンズ50の外径は光ファイバーの収束径にほぼ等しいか、少し大きめである。光ファイバーの収束径の具体例は、例えばφ3.5mmであり、接合部FJの外径はφ9mmである。ロッドレンズ40および平凸レンズ50の外径は、φ3.5mmと同じか、幾分大きい程度である。従って、ホルダーHの外径を接合部FJの外径よりも大きくすることなく、投影光学系を設ることができるので、光出射部の外径は拡大しない。
【0015】
ロッドレンズ40の両端は球面であり、一方の端はライトガイドFからの光を入射する入射面、もう一方の端は入射した光を出射する出射面である。ロッドレンズ40の入射面をライトガイドFの出射端Fouに近接して設ける。つまり、ロッドレンズ40の入射面はライトガイドFの出射端Fouに接触するか、もしくは1mm以内の短い間隔で保持されている。ロッドレンズ40の入射面の曲率半径R1 と出射面の曲率半径R2 とは等しくなっている。また、ロッドレンズ40の出射面側に設けられた平凸レンズ50の曲率半径はR3 であり、この曲率半径R3 、およびロッドレンズ40の曲率半径R1 (=R2 )とロッドレンズ40の光軸方向の長さは、平凸レンズ50を出射した光を集光させる被照射面までの距離dに応じて設計される。
なお、平凸レンズ50は両凸レンズであってもよい。
【0016】
図5は請求項2の発明の光出射部の実施例を示すが、ホルダーH内には、外径が光ファイバーの収束径にほぼ等しいか、少し大きめのロッドレンズ40のみが保持されている。ロッドレンズ40の両端は上記第1の実施例の場合と同様に球面であるが、出射面の曲率半径R2 を入射面の曲率半径R1 よりも小さくすることにより、ロッドレンズ40の出射側に凸レンズを設けることを不要とすることができる。そして、曲率半径R1 およびR2 とロッドレンズ40の光軸方向の長さは、ロッドレンズ40を出射した光を集光させる被照射面までの距離dに応じて設計される。
【0017】
しかして、図1に示す放電ランプ10を点灯し、シャッターStを開くと、ミラー20で集光された光はライトガイドFの入射端Finに入射し、ライトガイドFの出射端Fouから出射するが、請求項1の発明の場合は、図6に示すように、ライトガイドFの出射端Fouのほぼ中央部の光ファイバーから出射した光は、最大出射角度を12.7゜(ファイバーのNAの約0.22に相当)とすると、ロッドレンズ40の入射面で屈折し、約8.6゜の角度で広がりながらロッドレンズ40の出射面に達する。そして、ロッドレンズ40の出射面から光軸にほぼ平行な光として出射する。
一方、ライトガイドFの出射端Fouの周辺部の光ファイバーから出射した光は、ロッドレンズ40の入射面が球面形状であるので、ライトガイドFの光軸方向に屈折してロッドレンズ40に入射し、その後は、約8.6゜の角度で広がりながら、ロッドレンズ40の出射面に達する。そして、ロッドレンズ40の出射面でライトガイドFの中央部から出射した光と重なり、光軸に対して12.7゜に近い角度でロッドレンズ40の出射面から出射する。
なお、ロッドレンズ40中での広がり角度θ´(約8.6゜)は、ロッドレンズ40の材質である石英ガラスの屈折率n´(=1.47)、空気の屈折率n(=1)、空気中での広がり角度θ(12.7゜)から、スネルの法則(nsinθ=n´sinθ´)に基づいて求めることができる。
【0018】
光を最も効率よく利用するために、ロッドレンズ40に入射した光は、図6に示すように、ロッドレンズ40の外周面に当たることなく、ロッドレンズ40の出射面一杯に広がるようにする。そこで、ロッドレンズ40の長さは、材質が石英ガラスであり、径がφ3.5mmの場合、広がり角度が約8.6゜であるので、約12mmまたは12mmよりやや短かめにする。
【0019】
ロッドレンズ40の出射面から出射した光は、平凸レンズ50に入射し、平凸レンズ50から出射した光は、平凸レンズ50の曲率半径R3 に基づいて屈折し、設定された位置の光照射面に集光する。ここで、平凸レンズ50から被照射面までの距離dは平凸レンズ50の焦点距離に相当する。すなわち、ロッドレンズ40と平凸レンズ50が、ライトガイドFの出射端Fouの照度分布を被照射面に投影する投影レンズの働きをする。また、ライトガイドFの出射端Fouの照度分布は、光ファイバーのランダム配列の効果により均一化されている。従って、ロッドレンズ40の働きにより、出射部から被照射面までの距離dを長くしても被照射面における照射領域の照度分布に「中抜け」が生じない。
【0020】
図8は、ライトガイドFの出射端Fouにロッドレンズ40および平凸レンズ50からなる投影光学系を設けた前述の実施例、およびライトガイドFの出射端Fouに投影光学系を設けない図1に示す従来例の放射照度分布曲線を示す。平凸レンズ50ないしライトガイドFの出射端Fouから被照射面までの距離dが15mmおよび20mmの場合の放射照度分布曲線を求めたが、ロッドレンズ40および平凸レンズ50は、前記の距離d=15mmとして設計した。また、光ファイバーの収束径はφ3.5mmである。
【0021】
図8から分かるように、本実施例は、d=15mmおよびd=20mmのいずれの場合も「中抜け」現象は認められなかった。そして、本実施例は、光がd=15mmの被照射面に集光されるので、照射領域中央部の照度が従来例よりもずっと大きく、シャープな分布曲線が得られた。一方、従来例では、照射領域中央部の照度が本実施例より低いばかりでなく、d=20mmの場合に「中抜け」現象が見られた。
【0022】
図7は、平凸レンズ50を使用しない請求項2の発明の光路図の1例を示すが、ロッドレンズ40に入射した光が出射面に到達するまでは、請求項1の発明の光路図を示す図6と同じである。しかし、ロッドレンズ40の出射面の曲率半径R2 が入射面の曲率半径R1 よりも小さいので、光は入射時より大きく屈折してロッドレンズ40から出射し、設定された位置の光照射面に集光する。すなわち、ロッドレンズ40が、ライトガイドFの出射端Fouの照度分布を被照射面に投影する投影レンズの働きをするので、平凸レンズ50を使用したのと同じ効果があり、被照射面における照射領域の照度分布に「中抜け」が生じない。そして、平凸レンズ50を使用しないので、部品点数を少なくでき、反射や吸収による光の損失が減るので照度が高くなる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ライトガイドから出射する光を、ロッドレンズ、またはロッドレンズと平凸または両凸レンズからなる投影光学系により被照射面に集光するので、被照射面までの距離が大きい場合にも、照度分布に「中抜け」現象が発生せず、照射領域中央部の放射照度を高くすることができる。
また、従来、ライトガイドとレンズとの間、レンズとレンズとの間の空気層の占める割合が多く、その分レンズ径が大きくなっていたが、該空気層を屈折率の大きいロッドレンズと置き換えることにより、ロッドレンズおよび平凸または両凸レンズの径をライトガイドの径とほぼ同等にすることがてきる。従って、ライトガイドの出射端に投影光学系を設けたにもかかわらず光出射部の径は拡大しない。このため、被照射物であるワークとその搬入機構などとのクリアランスが小さい場合にも、光出射部をワークに接近させることが可能になる。また、出射部からワークまでの距離が大きくなっても「中抜け」のない光を照射することができる。従って、出射端から被照射面までの距離の長短にかかわらず、照射条件の調整を容易に行うことができ、ワークの材質や種類が変化しても、その照射条件に対して自在に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光照射装置の説明図である。
【図2】照度分布の「中抜け」の説明図である。
【図3】光出射部の従来例の説明図である。
【図4】請求項1の発明の光出射部の断面図である。
【図5】請求項2の発明の光出射部の断面図である。
【図6】請求項1の発明の光路図である。
【図7】請求項2の発明の光路図である。
【図8】放射照度分布曲線図である。
【符号の説明】
10 放電ランプ
11 陰極
12 陽極
20 ミラー
30 保持部材
40 ロッドレンズ
50 平凸レンズ
F ライトガイド
Fin ライトガイドの入射端
Fou ライトガイドの出射端
FJ 接合部
H ホルダー
St シャッター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light irradiation apparatus that performs light treatment by guiding light emitted from a discharge lamp with a light guide to irradiate an object to be irradiated (work) disposed on the surface to be irradiated, and further to a narrow area. The present invention relates to a light irradiation apparatus suitable for performing ultraviolet treatment by irradiating light including ultraviolet light.
[0002]
[Prior art]
The adhesive, paint, ink, resist, or the like applied to the workpiece is irradiated with light emitted from the light irradiation device to be cured or dried. Conversely, various processes such as melting or softening these are performed. In addition, in the case of bonding an optical disk pickup lens with an ultraviolet curable adhesive or bonding an electronic component to a substrate, it is necessary to irradiate light in a very small area. It is guided by a light guide that is configured to irradiate a minute area.
[0003]
FIG. 1 shows an example of the internal configuration of a light irradiation apparatus for irradiating a minute region. The
[0004]
In such a light irradiation apparatus, since the through-
[0005]
The light incident on the incident end Fin of the light guide F is repeatedly reflected in a state where the angle is maintained as a property of the optical fiber, is transmitted through the light guide F, and is emitted from the emission end Fou at the same angle as the incident angle. As described above, since a large amount of light with a large incident angle is incident on the light guide F, a large amount of light with a large emission angle indicated by the dotted line in FIG. Here, if the distance d between the light emitting end Fou of the light guide F and the irradiated surface on which the work is placed is short, the illuminance distribution on the irradiated surface can be reduced even if there is little light close to 0 ° with a small emission angle. Since the convergent diameter of the optical fiber of the guide F has a certain size, for example, φ5 mm or φ3.5 mm, the illuminance at the center is high and the peripheral portion becomes a lower mountain shape.
[0006]
However, when the distance d between the light emitting end Fou of the light guide F and the irradiated surface is increased, the illuminance of the irradiated area on the irradiated surface is lower in the central portion than in the peripheral portion, and a phenomenon called “hollow” occurs. . FIG. 2 shows the relationship between the distance d between the light emitting end Fou of the light guide F and the irradiated surface and the “void” when the convergent diameter of the optical fiber is 3.5 mm. When the distance d is 20 mm or more, FIG. The “missing” phenomenon becomes noticeable. In many cases, the distance d between the light emitting end Fou of the light guide F and the irradiated surface on which the work is disposed is set to 20 mm or more due to the size and shape of the work, the clearance relationship with the work loading / unloading mechanism, and the like. .
[0007]
In order to shorten the light processing time, it is necessary to process with high illuminance. However, if a small work such as a pickup lens for an optical disk is placed in the center of the irradiation area when the distance between the emitting end Fou and the irradiated surface on which the work is placed is long, the work is caused by a “hollow-out” phenomenon. The illuminance of the irradiated light is reduced and the processing time is increased. For this reason, the work is shifted from the center of the irradiation area and is arranged and irradiated on the periphery of the irradiation area where the illuminance is high. However, when different types of workpieces are optically processed, or when the distance d between the exit end Fou of the light guide F and the irradiated surface on which the workpiece is placed is changed, the illuminance distribution on the irradiated surface is measured each time. Thus, it is necessary to obtain a place where the illuminance is highest and to set the work appropriately so that the workpiece comes to that position. Moreover, since the area | region with high illumination intensity is a peripheral part of an irradiation area | region and the range is narrow, it is necessary to align a workpiece | work position with sufficient precision, and time and effort were required for setup change.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In order to eliminate this “hollow-out” phenomenon, it is considered that the light emitted from the light guide exit end is focused on the irradiated surface by the projection optical system and irradiated to the workpiece placed on the irradiated surface. It is done. In this case, since the illuminance distribution at the exit end of the light guide is projected onto the irradiated surface by the projection optical system, light can be efficiently irradiated to the area that needs to be irradiated on the irradiated surface, and the illuminance distribution The “missing” phenomenon can be eliminated.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-75067 discloses that a lens unit in which a plurality of lenses are combined is used as the projection optical system. FIG. 3 shows an example of a lens unit LU composed of a first lens L1 and a second lens L2. The lens unit LU is attached to the light guide emitting end, and a light irradiation unit is configured. In FIG. 3, the light emitted from the emission end Fou of the light guide F has a certain spread according to the numerical aperture NA of the optical fiber forming the light guide F. For example, in the case of an optical fiber made of quartz glass, the numerical aperture NA = about 0.22, and the spread angle in air corresponds to about 12.7 °.
[0010]
Here, when the lenses L1 and L2 of the lens unit LU are brought close to the emission end Fou of the light guide F, the magnification projected onto the irradiated surface by the lens unit LU increases. That is, since the projected area on the irradiated surface is increased, the illuminance of the entire irradiated region is reduced. Therefore, in order to irradiate a narrow area with high illuminance, it is necessary to separate the lenses L1 and L2 of the lens unit LU from the emission end Fou of the light guide F by a predetermined distance. In order to effectively use the light emitted from the light emitting end Fou of the light guide F, most of the light spread at the above-mentioned spread angle of about 12.7 ° must be collected by the lens. As shown in FIG. 3, it is necessary to increase the lens diameter of the lens unit LU. For this reason, the diameter of the lens unit including the holder H that holds the lens is considerably larger than the diameter of the light guide F, and the shape of the light emitting portion is increased.
Even when the distance between the lens and the irradiated surface is increased, the distance from the exit end Fou of the light guide F to the lens needs to be increased. The shape of the part increases.
[0011]
In actual light irradiation processing, there are cases where a jig for fixing a work surrounds the periphery of the jig, or a portion that irradiates light is surrounded by other components mounted on the substrate. However, in any case, if the shape of the light emitting part is large, it is not possible to irradiate the light emitting part sufficiently close to the part that irradiates the light of the workpiece, and the desired irradiance cannot be obtained. There is a bug.
[0012]
Therefore, the present invention does not increase the diameter of the light emitting portion, allows the light emitting portion to be close to the workpiece and irradiates light with high irradiance, and the light emitting portion and the workpiece are separated from each other. Even so, an object of the present invention is to provide a light irradiating apparatus capable of irradiating light efficiently without causing “spotting” of the light irradiated on the irradiated surface.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the invention of claim 1 condenses the light emitted from the discharge lamp by the mirror, and the collected light enters the incident end of the light guide arranged on the optical axis of the mirror. In the light irradiation apparatus for condensing the light emitted from the emission end of the light guide onto the irradiated surface by the projection optical system and irradiating the irradiated object arranged on the irradiated surface, the projection optical system has both ends A rod lens having a spherical surface with the same radius of curvature and having an incident end close to the light guide exit end at an interval of 1 mm or less, and an outer diameter substantially equal to the convergence diameter of the light guide , The rod lens is composed of a plano-convex lens or a bi-convex lens whose outer diameter is arranged close to the exit end, which is substantially equal to the convergence diameter of the light guide , and the rod lens does not allow the light incident on the rod lens to hit the outer peripheral surface of the rod lens. Rodley Nsin θ = n′sin θ ′ (the refractive index of the rod lens material is n ′, the refractive index of air is n, and the spread angle of light in air is θ). The length is calculated from the light spread angle θ ′ in the rod lens and the diameter of the rod lens. The rod lens and plano-convex or biconvex lens are held by a cylindrical holder, and the holder covers the light guide emission end. It is joined to the tubular joint.
The projection optical system according to a second aspect of the present invention has a projection optical system, the incident end of which is arranged close to the light guide emission end at an interval of 1 mm or less, and both ends having an outer diameter substantially equal to the convergence diameter of the light guide. It consists of a spherical rod lens, the radius of curvature of the spherical surface of the exit end of the rod lens is smaller than the radius of curvature of the spherical surface of the entrance end, and the light incident on the rod lens does not hit the outer peripheral surface of the rod lens. In the rod lens obtained based on n sin θ = n ′ sin θ ′ (the refractive index of the rod lens material is n ′, the refractive index of air is n, and the spread angle of light in the air is θ). The length is calculated from the light spread angle θ ′ and the diameter of the rod lens. The rod lens is held by a cylindrical holder, and the holder is bonded to a cylindrical joint that covers the light guide emission end. .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the light emitting portion of the invention of claim 1. That is, the light source part of the light irradiation device of the present invention is as shown in FIG. 1, and the tip of the light guide F in FIG. 1 has the structure shown in FIG.
In FIG. 4, the light guide F is formed by bundling a large number of optical fibers made of quartz glass so that the positions of the individual optical fibers at the incident end Fin and the output end Fou are random. The side surface of the light emitting end Fou of the light guide F is covered with a joint portion FJ that is a cylindrical hardware, and a cylindrical holder H is joined to the joint portion FJ. A quartz
[0015]
Both ends of the
The plano-
[0016]
FIG. 5 shows an embodiment of the light emitting portion according to the invention of claim 2. In the holder H, only the
[0017]
When the discharge lamp 10 shown in FIG. 1 is turned on and the shutter St is opened, the light collected by the
On the other hand, the light emitted from the optical fiber at the periphery of the light emitting end Fou of the light guide F is refracted in the optical axis direction of the light guide F and is incident on the
The spread angle θ ′ (about 8.6 °) in the
[0018]
In order to use the light most efficiently , the light incident on the
[0019]
The light emitted from the exit surface of the
[0020]
8 shows the above-described embodiment in which the projection optical system including the
[0021]
As can be seen from FIG. 8, in this example, no “collapse” phenomenon was observed in both cases of d = 15 mm and d = 20 mm. In this example, since the light is condensed on the irradiated surface with d = 15 mm, the illuminance at the center of the irradiation region is much larger than that of the conventional example, and a sharp distribution curve is obtained. On the other hand, in the conventional example, not only the illuminance at the central portion of the irradiation area is lower than in the present embodiment, but also a “collapse” phenomenon is observed when d = 20 mm.
[0022]
FIG. 7 shows an example of the optical path diagram of the invention of claim 2 in which the plano-
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the present invention condenses the light emitted from the light guide on the irradiated surface by the rod lens or the projection optical system composed of the rod lens and the planoconvex or biconvex lens. Even when the distance is large, the “distribution” phenomenon does not occur in the illuminance distribution, and the irradiance at the center of the irradiation area can be increased.
Conventionally, the ratio of the air layer between the light guide and the lens is large, and the lens diameter is large correspondingly. The air layer is replaced with a rod lens having a large refractive index. As a result, the diameters of the rod lens and the plano-convex or biconvex lens can be made substantially equal to the diameter of the light guide. Therefore, the diameter of the light emitting portion does not increase despite the provision of the projection optical system at the light guide emitting end. For this reason, even when the clearance between the workpiece, which is an object to be irradiated, and its carry-in mechanism, etc. is small, the light emitting section can be brought close to the workpiece. Further, even if the distance from the emitting portion to the workpiece is increased, it is possible to irradiate light without “hollow-out”. Therefore, it is possible to easily adjust the irradiation conditions regardless of the distance from the emitting end to the irradiated surface, and even if the material and type of the workpiece change, it is possible to respond freely to the irradiation conditions. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a light irradiation device.
FIG. 2 is an explanatory diagram of “blank” in the illuminance distribution.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional example of a light emitting unit.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a light emitting portion according to the first aspect of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a light emitting portion according to the invention of claim 2. FIG.
6 is an optical path diagram of the invention of claim 1; FIG.
7 is an optical path diagram of the invention of claim 2. FIG.
FIG. 8 is an irradiance distribution curve diagram.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Discharge lamp 11 Cathode 12
Claims (2)
前記投影光学系は、両端に曲率半径が同じ球面を有し、入射端が該ライトガイドの出射端に、1mm以内の間隔で近接して配置された、外径が該ライトガイドの収束径にほぼ等しいロッドレンズと、該ロッドレンズの出射端に近接して配置された外径が該ライトガイドの収束径にほぼ等しい平凸または両凸レンズからなり、
前記ロッドレンズは、該ロッドレンズに入射した光が、該ロッドレンズの外周面に当たることなくロッドレンズの出射面に広がるように、nsinθ=n’sinθ’(ロッドレンズの材質の屈折率をn’、空気の屈折率をn、空気中での光の広がり角度をθ)に基づいて求められるロッドレンズ中の光の広がり角度θ’とロッドレンズの径とから計算された長さであり、
前記ロッドレンズおよび平凸または両凸レンズは筒状ホルダーに保持され、該ホルダーは該ライトガイドの出射端を覆う筒状の接合部に接合されていることを特徴とする光照射装置。Light emitted from the discharge lamp is collected by a mirror, and the collected light is incident on an incident end of a light guide disposed on the optical axis of the mirror, and the above-mentioned light emitted from the exit end of the light guide is projection optics. In the light irradiation device that focuses on the irradiated surface by the system and irradiates the irradiated object arranged on the irradiated surface,
The projection optical system has spherical surfaces having the same radius of curvature at both ends, the incident end is disposed close to the light emitting end of the light guide at an interval of 1 mm or less , and the outer diameter is the convergence diameter of the light guide. A substantially equal rod lens, and a plano-convex or biconvex lens having an outer diameter arranged close to the exit end of the rod lens is substantially equal to the convergence diameter of the light guide ,
The rod lens has nsin θ = n′sin θ ′ (the refractive index of the material of the rod lens is n ′ so that the light incident on the rod lens spreads on the exit surface of the rod lens without hitting the outer peripheral surface of the rod lens. , The refractive index of air is n, and the light spread angle θ ′ in the air is calculated based on the light spread angle θ ′ in the rod lens and the diameter of the rod lens.
The rod lens and the plano-convex lens or the biconvex lens are held by a cylindrical holder, and the holder is bonded to a cylindrical bonding portion that covers an emission end of the light guide .
前記投影光学系は、入射端が該ライトガイドの出射端に、1mm以内の間隔で近接して配置された、外径が該ライトガイドの収束径にほぼ等しい両端が球面のロッドレンズからなり、該ロッドレンズの出射端の球面の曲率半径が入射端の球面の曲率半径よりも小さく、該ロッドレンズに入射した光が、該ロッドレンズの外周面に当たることなくロッドレンズの出射面に広がるように、nsinθ=n’sinθ’(ロッドレンズの材質の屈折率をn’、空気の屈折率をn、空気中での光の広がり角度をθ)に基づいて求められるロッドレンズ中の光の広がり角度θ’とロッドレンズの径とから計算された長さであり、
前記ロッドレンズは筒状ホルダーに保持され、該ホルダーは該ライトガイドの出射端を覆う筒状の接合部に接合されていることを特徴とする光照射装置。Light emitted from the discharge lamp is collected by a mirror, and the collected light is incident on an incident end of a light guide disposed on the optical axis of the mirror, and the above-mentioned light emitted from the exit end of the light guide is projection optics. In the light irradiation device that focuses on the irradiated surface by the system and irradiates the irradiated object arranged on the irradiated surface,
The projection optical system is composed of a spherical rod lens whose both ends are arranged close to the exit end of the light guide at an interval of 1 mm or less and whose outer diameter is substantially equal to the convergence diameter of the light guide , The radius of curvature of the spherical surface of the exit end of the rod lens is smaller than the radius of curvature of the spherical surface of the entrance end so that light incident on the rod lens spreads on the exit surface of the rod lens without hitting the outer peripheral surface of the rod lens. , N sin θ = n ′ sin θ ′ (the refractive index of the rod lens material is n ′, the refractive index of air is n, the light spread angle in the air is θ), and the light spread angle in the rod lens is the length calculated from θ ′ and the diameter of the rod lens,
The rod lens is held by a cylindrical holder, and the holder is joined to a tubular joint that covers the light guide output end .
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