JP5375844B2

JP5375844B2 - ランプユニット

Info

Publication number: JP5375844B2
Application number: JP2011019700A
Authority: JP
Inventors: 一好鈴木; 秀之益田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: JP2012160364A; TWI535969B; KR20120089184A; TW201243214A; KR101650962B1

Description

本発明は、被照射物に偏光光の線状パターンを形成するために使用される光照射装置用のランプユニットに関する。

３Ｄ映像表示装置は三次元立体映像を現出させるものであり、このような３Ｄ映像表示装置としては、従来、劇場用のものやテレビ再生用のものが開発されている。今後、アミューズメント施設、店舗ディスプレイ、医療などの用途に利用されることが期待されており、近年脚光を浴びている。
特許文献１には、３Ｄ映像表示装置の一例が記載されている。

図１５は、特許文献１に記載される３Ｄ映像表示装置の構成の概略を示す説明図である。この３Ｄ映像表示装置は、右目用映像発信部１０１ｃと左目用映像発信部１０１ｄとが交互に配置された液晶（ＬＣＤ）製の３Ｄ映像発信部１０１と、右目用映像発信部１０１ｃの前方に配置された右目用映像表示部１０１ａと、左目用映像発信部１０１ｄの前方に配置された左目用映像表示部１０１ｂから構成された３Ｄ映像表示体形成用フィルム１０２と、３Ｄ映像発信部１０１の後方に設けられた光源１０３とにより構成されている。そして、右目用映像発信部１０１ｃ、左目用映像発信部１０１ｄから発信された映像が、それぞれ右目用映像表示部１０１ａ、左目用映像は左目用映像表示部１０１ｂに導入されて、観察者に送られる。
同文献の３Ｄ映像表示装置によれば、偏光の振動方向が異なる右目用映像と左目用映像とを観察者に送出することができ、観察者は、右目用映像および左目用映像を、右目用映像のみを透過する偏光板付右目用レンズと、左目用映像のみを透過する偏光板付左目用レンズとからなる偏光メガネを介して捉えることにより、右目用映像および左目用映像の合成映像がひとつの立体映像として認識される。
このような３Ｄ映像表示装置においては、右目用映像と左目用映像とを区別するために、パターン化位相差フィルムが用いられている。

パターン化位相差フィルムは、フィルム基材上に配向膜を介して形成された光重合性材料層に対して、それぞれ線状の遮光部および透光部が交互に並んで形成されてなるマスクを介して光を照射することにより、ストライプ状のパターンの液晶ポリマー層を形成し、その後、残存する光重合性液晶材料層を除去することによって得られる。
すなわち、図１６（ａ）に示すように、フィルム基材９０上に配向膜９１を介して形成された光重合性液晶材料層９２に対して、それぞれ線状の多数の遮光部９６および多数の透光部９７が交互に並ぶよう配置されたマスク９５を介して光を照射することにより、図１６（ｂ）に示すように、ストライプ状のパターンの液晶ポリマー層９３を形成し、その後、残存する光重合性液晶材料層９２を除去することによって得られる。
このようなパターン化位相差フィルムの製造では、紫外光などの活性エネルギー線を光重合性液晶材料層に対して広範囲にわたって照射することによって量産性を高めるために、通常、ロングアーク型の放電ランプを用いた光照射装置が用いられる。当該光照射装置は、線状の遮光部および透光部が伸びる方向に対して、放電ランプがその長手方向が直交するように配置される。

特開２００２−１８５９８３号公報

上述したように、パターン化位相差フィルムの製造には、ロングアーク型の放電ランプを用いた光照射装置が用いることが考えられる。しかし、ロングアーク型の放電ランプは線光源であるため、光学系によって、放電ランプから放射される光を当該放電ランプの長手方向において互いに平行な平行光とすることができない。
このため、図１７に示すように、マスク９５の透光部９７を透過する光の一部が、マスク９５にその面方向に対して斜交して入射されることにより、被照射物である光重合性液晶材料層９２における遮光部９６の縁部の直下に位置する領域に照射される結果、マスク９５のパターンに忠実で解像度の高いパターンを有する液晶ポリマー層９３を形成することが困難である。
本発明は、上記事情に基づいてなされたものであって、本発明の目的は、マスクのパターンに忠実で解像度の高いパタ一ンを形成することができ、均一な照度分布を有する光を照射することができるランプユニットを提供することである。

本発明では上記課題を次のように解決する。
複数の光源素子が一方向に並ぶように配置された光源素子列の光出射側に、上記一方向に垂直な断面が放物線状の光反射面を有するシリンドリカルパラボラミラーにより構成される集光部材が上記一方向に沿って配置され、上記光源素子列から出射する光が、上記集光部材により上記一方向に伸びるように線状に集光される光照射装置に適用され、ショートアーク型の放電ランプ、およびこの放電ランプを取り囲むよう配置されたリフレクタよりなる複数の光源素子が一方向に並ぶように配置されてなる、それぞれ同方向に伸びる複数の光源素子列と、各光源素子に対応した光源素子収容部を有する光源素子支持枠体とを有してなるランプユニットを以下のように構成する。
前記各光源素子を、その出射光の光軸が平行になるように、前記光源素子収容部に配列し、前記光源素子列における複数の光源素子が配置された方向を第１の方向としたとき、前記複数の光源素子列は、前記第１の方向に直交する第２の方向に並んで配列する。さらに、一の光源素子列Ｒ１に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点Ｃ１と、当該光源素子に最も接近する、他の光源素子列Ｒ２に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点Ｃ２とを結ぶ直線が、前記第１の方向と斜交するように配置し、前記光源素子列の列数をＮとし、各光源素子列における隣り合う光源素子の、放電ランプの電極間中心点の距離をＡとしたとき、前記電極間中心点Ｃ１とＣ２の、前記第１の方向の距離がＨ＝Ａ／Ｎとなるようにする。
また、前記光源素子支持枠の、前記光源素子列Ｒ１を収納した部分の前記第１の方向の端面と、前記光源素子列Ｒ２を収納した部分の前記第１の方向の端面は、前記第１の方向において前記Ｈの段差を有するように構成する。
なお、上記ランプユニットを以下のように構成してもよい。
（１）上記において、前記光源素子支持枠の各光源素子収容部間に隔壁を形成し、各光源素子を、該隔壁を隔てて隣り合って配置する。
（２）上記ランプユニットまたは上記（１）において、前記光源素子支持枠の光出射側の面にガラスを設け、前記光源素子を、ランプの管軸が該ガラス面に対して垂直になるように配置し、該光源素子のリフレクタの光出射開口側の端面が前記ガラスに押し付けられるように、前記光源素子は弾性力によりガラス面側に付勢する。
（３）上記ランプユニットまたは上記（１）または（２）のランプユニットを、隣り合うランプユニットの前記段差を有する前記第１の方向の端面が接するように前記第１の方向に連結して、ランプユニットを構成する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）ショートアーク型の放電ランプとリフレクタよりなる複数の光源素子を、その出射光の光軸が平行になるように、一方向に並べて配列して光源素子列を形成し、この光源素子列を前記第１の方向に直交する第２の方向に複数並べてランプユニットを構成し、一の光源素子列Ｒ１に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点Ｃ１と、当該光源素子に最も接近する、他の光源素子列Ｒ２に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点Ｃ２とを結ぶ直線が、前記第１の方向と斜交するように配置し、前記光源素子列の列数をＮとし、各光源素子列における隣り合う光源素子の、放電ランプの電極間中心点の距離をＡとしたとき、前記電極間中心点Ｃ１とＣ２の、前記第１の方向の距離がＨ＝Ａ／Ｎとなるようにしたので、一の光源素子列Ｒ１における各光源素子の照度ピークの谷の部分が、他の光源素子列Ｒ２における各光源素子の照度ピークの山の部分によって補償され、光照射領域における照度分布を均一にすることができる。
また、上記光源素子列を収納した光源素子支持枠の、前記光源素子列Ｒ１を収納した部分の前記第１の方向の端面と、前記光源素子列Ｒ２を収納した部分の前記第１の方向の端面を、前記第１の方向において前記Ｈの段差を有するように構成することにより、上記ランプユニットを上記第１の方向に連結して、同様の光学的性能を有する長いランプユニットを構成することができる。
さらに、本発明のランプユニットを、光源素子が並ぶ一方向に伸びる多数の線状の遮光部を有するマスクを備える光照射装置に適用することで、一方向において平行な光をマスクを介して被照射物に照射することができる。このため、上記マスクが、上記線状方向に直交する多数の線状の遮光部を有するものであれば、マスクの遮光部の直下に位置する領域に光が照射されることが防止または抑制され、マスクのパターンに忠実で解像度の高いパターンを形成することができる。
（２）光源素子列を光源素子支持枠の光源素子収容部に収納して、上記構成のランプユニットを構成したので、特定のランプが使用寿命を迎えた場合に、ランプユニット単位で、多数のランプを簡単に新品のものに交換することができ、ランプ交換に要する時間を著しく短縮することができる。また、全ての新品のランプの照度分布調整を事前に済ませておくことにより、現場で照度分布調整を行うことなく、速やかにランプユニットを交換することができる。さらに、ランプユニットは、各光源素子から出射する光の光軸が平行になるように構成されているので、各光源素子の光軸調整を行うことなく、そのまま光照射装置に取り付けることができる。
（３）各光源素子を、光源素子支持枠の各光源素子収容部間に形成された隔壁を隔て、光源支持枠に収納しているので、各光源素子の位置決めが容易であり、また、隣接する放電ランプから受ける熱の影響を緩和することができる。また、漏れ光があっても、隣のランプに影響を与えることがない。
（４）前記光源素子支持枠の光出射側の面にガラスを設け、前記光源素子を、ランプの管軸が該ガラス面に対して垂直になるように配置し、該光源素子のリフレクタの光出射開口側の端面が前記ガラスに押し付けられるように、前記光源素子は弾性力によりガラス面側に付勢しているので、前面ガラスの平面度を高くしておけば、格別の調整をすることなく、各光源素子１２から出射する光を平行光にすることができる。
（５）本発明のランプユニットを、光出射部からの光を線状に集光する集光部材を備える光照射装置に適用することで、該集光部材からの光をマスクを介して被照射物に照射する際、上記線状方向において平行な光をマスクを介して被照射物に照射することができる。
従って、上記したランプユニットにおける各放電ランプからの放射光を、各リフレクタおよび集光部材によりＸ方向に伸びる線状に集光することが、有効照射幅ｄ（図４、図５参照）の範囲内に光を集光させるために有効であり、これにより、マスクのパターンに忠実で高解像度のパターンを形成することができる。

本発明の光出射部（ランプユニット）を備えた光照射装置の概略構成を示す図である。図１に示す光照射装置をＹＺ面で切断した断面図である。図１に示す光照射装置をＸＺ面で切断した断面図である。マスクの具体的な構成例を示す図である。搬送手段のローラーとマスク近傍の拡大図である。パターン化位相差フィルムの製造工程の一例を示す図である。図１〜図３に示した光照射装置により照射される光の向きを説明する図である。図１〜図３に示した光照射装置を用いた場合の光照射領域におけるＸ方向の照度分布を示す曲線図である。本発明の実施例のランプユニットの具体的な構成例を示す斜視図である。光源素子が収納されていないハニカム構造体を示す斜視図である。ハニカム構造体の光源素子収容部の断面図である。図９に示すランプユニットの２つを連結して長いランプユニットを構成した場合を示す図である。図１２に示したランプユニットを光照射装置に組み込む様子を示す図である。ランプユニットの他の実施例を示す図である。３Ｄ映像表示装置の構成の一例を示す概略図である。パターン化位相差フィルムの製造工程を示す説明図である。従来の光照射装置を用いた場合のマスクの透光部を通過する光を示す説明図である。

図１は本発明の光出射部（以下、ランプユニットともいう）を備えた光照射装置の概略構成を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）はランプユニットにおける各光源素子の配置を光出射側から見た図である。また、図２は、図１に示す光照射装置をＹＺ面で切断した断面図、図３は、この光照射装置をＸＺ面で切断した断面図である。
本実施例の光照射装置は、前述したパターン化位相差フィルムを製造するために用いることができ、複数の光源素子１２から構成されるランプユニット１０と、このランプユニット１０からの光を、光源素子１２の並び方向（第１の方向：Ｘ方向）に伸びるように線状に集光する集光部材２０と、この集光部材２０からの光をストライプ状に整形するマスク３０を備える。なお、上記集光部材２０とマスク３０の間に、必要に応じて図２、図３に示すように偏光素子３５が設けられる。偏光素子３５としては、例えばワイヤグリッド偏光素子等を用いることができる。なお、図１では偏光素子３５は省略されている。
被照射物Ｗ（例えば前記パターン化位相差フィルムを形成するための配向膜を介して形成された光重合性液晶材料層を有するフィルム基材）は、図２に示すように、搬送手段４０のローラー４１に接した状態で、マスク３０の直下に搬送される。

ランプユニット１０は、図１に示すように、複数の光源素子１２が一方向（Ｘ方向）に並ぶように配置された光源素子列１１ａ，１１ｂを有し、この光源素子列１１ａ．１１ｂは、上記Ｘ方向に直交する方向（第２の方向：Ｙ方向）に並んで配列される。
光源素子列１１ａ，１１ｂにおける光源素子１２の各々は、図２に示すように、発光管１４内にその管軸に沿って互いに対向するよう一対の電極（図示省略）が配置されてなるショートアーク型の放電ランプ１３と、この放電ランプ１３を取り囲むよう配置された、当該放電ランプ１３からの光を反射するリフレクタ１５とを有する。
上記放電ランプ１３としては、発光管１４内に水銀、希ガスおよびハロゲンが封入された、例えば波長２７０〜４５０ｎｍの紫外光を高い効率で放射する超高圧水銀ランプを用いることができる。このような放電ランプ１３において、一対の電極間の電極間距離が例えば０．５〜２．０ｍｍ、水銀の封入量が例えば０．０８〜０．３０ｍｇ／ｍｍ³である。

光源素子列１１ａにおける光源素子１２と、光源素子列１１ｂにおける光源素子１２は、上記Ｘ方向に対して斜め方向に配置されている。すなわち、各光源素子１２は、光源素子列１１ａの光源素子１２における放電ランプ１３の電極間中心点と、当該光源素子１２に最も接近する、他の光源素子列１１ｂの光源素子１２における放電ランプ１３の電極間中心点とを結ぶ直線Ｔが、上記Ｘ方向に伸びる直線Ｘと斜交するように配置されている。
そして、図１（ｂ）に示すように、光源素子列１１ａの各光源素子１２の中心位置Ａ１（放電ランプ１３の電極間中心点）と、当該光源素子１２に最も接近する光源素子列１１ｂの光源素子１２の中心位置Ａ２（放電ランプ１３の電極間中心点）とのＸ方向の離間距離をＨとすると、Ｈは、以下の式１によって表される。
Ｈ＝Ａ／Ｎ…（式１）
ここでＨは上記離間距離、Ａは、各光源素子のＸ方向における幅、Ｎは光源素子列の列数である。なお、ランプユニットの光源素子列の列数は２列以上であってもよく、図１に示すように光源素子列の列数が２の場合、上記離間距離ＨはＡ／２となる。

各光源素子１２のリフレクタ１５は、その光軸Ｃを中心とする回転放物面状の光反射面を有するパラボラミラーにより構成されており、当該リフレクタ１５は、その光軸Ｃが放電ランプ１３における発光管１４の管軸上に位置され、かつ、その焦点Ｆが放電ランプ１３における電極間の輝点に位置するよう配置されている。
また、各光源素子１２は、図２、図３に示すように、その出射光の光軸がＺ方向に平行になるように配列されており、各光源素子１２から出射する光は、図２、図３に示すように平行光となり、集光部材２０に入射する。

集光部材２０は、Ｘ方向に垂直な断面が放物線状の光反射面を有する、Ｘ方向に沿って伸びるシリンドリカルパラボラミラーにより構成されており、当該集光部材２０は、ランプユニット１０における各リフレクタ１５の光軸Ｃに垂直な光出射面の前方において、その焦点ｆが被照射物Ｗの表面上に位置するよう配置されている。
この集光部材２０は、目的とする波長の紫外光のみを反射させ、不要な可視光および赤外光を透過させるコールドミラーコーティングが施されているものであってもよい。

マスク３０は、Ｘ方向に長尺な矩形の板状のものであって、集光部材２０の下方において、当該集光部材２０による反射光の光軸Ｌに対して垂直な平面に沿って配置されている。このマスク３０は、それぞれＸ方向に垂直な方向であるＺ方向（図３において上下方向）に伸びる線状の多数の遮光部および多数の透光部がＸ方向に交互に並ぶよう配置されてなるものである。
図４は、マスク３０の具体的な構成の一例を示す説明図であり、同図（ａ〉は平面図、（ｂ）は側面図である。このマスク３０においては、例えば石英ガラスよりなる透光性基板３１の一面に、例えばクロムよりなる多数の線状の遮光膜３２が所要の間隔で離間して並ぶよう配置されており、遮光膜３２が形成された領域によって線状の遮光部３３が形成され、隣接する遮光膜３２間の領域によって透光部３４が形成されている。このマスク３０には、図４（ａ）において破線Ｌｂで示すように、遮光部３３および透光部３４が並ぶＸ方向に伸びる帯状の光が入射される。なお、ｄは有効照射幅である。

図５に上記搬送手段４０のローラー４１とマスク３０近傍の拡大図を示す。
搬送手段４０は、被照射物Ｗに接して当該被照射物Ｗを搬送するローラー４１を有する。具体的には、ローラー４１は、被照射物Ｗに接する箇所がマスク３０の直下位置に位置されるよう、当該ローラー４１の回転軸（図示省略）が前記Ｘ方向に伸びる姿勢で配置されており、当該ローラー４１が回転することにより、被照射物ＷがＺ方向に搬送される。
なお、ローラー４１に水冷機構を設けることにより、被照射物Ｗに高照度の紫外光が照射された場合でも、被照射物Ｗに接したローラー４１により被照射物Ｗを冷却することができるので、被照射物Ｗのシュリンクなどの変形を防止することができる。
被照射物Ｗは、搬送手段４０によってＺ方向に搬送され、マスク３０は被照射物Ｗに対してギャップＧだけ離間して配置される。マスク３０と被照射物Ｗとの間の最小ギャップＧは、例えば５０〜１０００μｍである。なお、ローラー４１の偏芯を少なくすることにより、マスク３０と、ローラー４１に接したフィルム状の被照射物Ｗとの間のギャップを一定に保つことができる。

図５からわかるように、マスク３０と被照射物Ｗとの間のギャップは、当該被照射物ＷがＺ方向に搬送されるにつれて変動する。すなわち、被照射物Ｗが搬送されてマスク３０の直下領域を通過する際には、被照射物Ｗとマスク３０との間のギャップは、先ず、被照射物ＷがＺ方向に移動するにつれて小さくなり、マスク３０の中央位置の直下に到達した後には、被照射物ＷがＺ方向に移動するにつれて大きくなる。このため、有効照射幅ｄが大きい程、ギャップの変動幅も大きくなり、マスク３０のパターンに忠実で高解像度のパターンを形成することができない。
そこで、マスク３０における集光部材２０からの光が入射される有効照射幅ｄを、マスク３０と被照射物Ｗとの間のギャップの許容変動値や、ローラー４１の半径を考慮して可能な範囲で小さく設定することが好ましい。

具体的には、図５に示すようにマスク３０と被照射物Ｗとの間のギャップの許容変動値をａ、ローラー４１の半径をｒとしたとき、有効照射幅ｄは、ｄ＝√｛ｒ²−（ｒ−ａ）²｝×２により求めることができる。なお、理論上は、被照射物Ｗの厚みを勘案することが必要であるが、被照射物Ｗの厚みは、ローラー４１の半径に比較して極めて小さいため、無視することができる。
具体例をあげると、マスク３０と被照射物Ｗとの間のギャップの許容変動値が５０μｍ、ローラー４１の半径ｒが３００ｍｍである場合には、有効照射幅ｄは約１１ｍｍ以下であることが好ましい。

図１、図２、図３に示す光照射装置において、ランプユニット１０の各光源素子１２の放電ランプ１３から放射された光は、リフレクタ１５の光反射面によって反射されて、リフレクタ１５の光軸Ｃに沿った平行光とされて集光部材２０に向かって出射される。
このランプユニット１０から出射する平行光は、集光部材２０における光反射面により下方に向かって反射されて、Ｘ方向に伸びる線状に集光され、偏光素子３５を介してマスク３０に入射する。マスク３０に入射される光は、Ｘ方向において互いに平行な平行光である。
マスク３０に入射した光は、マスク３０の遮光部および透光部によってストライプ状に整形され、被照射物Ｗに照射されることにより、被照射物Ｗにおけるローラー４１が接する箇所の表面には、マスク３０における遮光部および透光部のパターンに対応するストライプ状の光照射領域が形成される。そして、被照射物Ｗが搬送手段４０によってＺ方向に搬送されることにより、当該被照射物Ｗに対して、所要の光照射処理が達成される。

このような光照射装置においては、光配向膜用材料を用い、以下のようにしてパターン化位相差フィルムを製造することができる。
先ず、図６（ａ）に示すように、フィルム基材５１上に、液状の光配向膜用材料を塗布して乾燥または硬化することによって光配向膜用材料層５５Ａを形成する。
次いで、光配向膜用材料層５５Ａに対して、上記の光照射装置によって直線偏光光による選択的露光処理を行うことにより、図６（ｂ）に示すように、フィルム基材５１上にストライプ状にパターニングされた第１の光配向膜５５を形成する。
更に、適宜の光照射装置によって、上記図６（ｂ）で照射した偏光光と９０°偏光方向が異なる直線偏光光により全面露光処理を行うことにより、図６（ｃ）に示すように隣接する第１の光配向膜５５間に第２の光配向膜５６を形成する。
次いで、図６（ｄ）に示すように、第１の光配向膜５５および第２の光配向膜５６の表面上に、適宜の光照射装置によって全面露光処理を行って、当該光重合性液晶材料層５７Ａを硬化させることにより、図６（ｅ）に示すように、第１の光配向膜５５上に形成された第１の液晶ポリマー層部分５７およびこの第１の液晶ポリマー層部分５７とは液晶の配光状態が異なる第２の液晶ポリマー層部分５８がストライプ状にパターン化されてなる液晶ポリマー層５９が形成され、以て、パターン化位相差フィルムが得られる。

図１、図２、図３に示す光照射装置では、点光源であるショートアーク型の放電ランプ１３と回転放物面状の光反射面を有するリフレクタ１５とよりなる複数の光源素子１２を一方向（Ｘ方向）に沿って並ぶよう配置されてなる光源素子列１１ａ，１１ｂによって、ランプユニット１０が構成されている。
したがって、当該光源素子列１１を構成する光源素子１２の各々における放電ランプ１３から放射される光が、当該光源素子１２の各々におけるリフレクタ１５によって、光源素子１２が並ぶ一方向において互いに平行な平行光とされ、これにより、集光部材２０からの光は、図７に示すように、マスク３０の透光部３４にその面方向に対して直交若しくは略直交して入射して当該透光部３４を透過する。従って、被照射物Ｗにおけるマスク３０の遮光部３３の直下に位置する領域に光が照射されることが防止または抑制され、マスク３０のパターンに忠実で解像度の高いパターンを形成することができる。

また、上記ランプユニットの２つの光源素子列１１ａ，１１ｂは、一方の光源素子列１１ａに係る光源素子１２における放電ランプ１３の電極間中心点Ａ１と、当該光源素子１２に最も接近する、他方の光源素子列１１ｂに係る光源素子１２における放電ランプ１３の電極間中心点Ａ２とを結ぶ直線Ｔが、Ｘ方向に伸びる直線Ｘと斜交するよう配置されている。このため、被照射領域において、均一な照度分布が得られる。
図８は、光照射領域におけるＸ方向の照度分布を示す曲線図である。この図において、縦軸は相対照度、横軸はＸ方向における相対的な位置を示し、実線は一方の光源素子列１１ａからの光による光照射領域の照度分布曲線、点線は他方の光源素子列１１ｂからの光による光照射領域の照度分布曲線を示す。

同図に示すように、一の光源素子列１１ａに係る光源素子１２からの光の照射領域の照度のボトム位置に対して、当該光源素子に最も接近する、他の光源素子列１１ｂに係る光源素子１２からの光の照射領域の照度のピーク位置が重畳すると共に、光源素子列１１ｂに係る光源素子１２からの光の照射領域の照度のボトム位置に対して、光源素子列１１ａに係る光源素子１２からの光の照射領域のピーク位置が重畳する結果、均一な照度分布が得られる。
上記ランプユニット１０によれば、集光部材２０により集光された光照射領域では、各光源素子列１１ａ，１１ｂにおける各光源素子１２からの出射光の照度ピークの山および谷が、各光源素子列毎に、光源素子１２が並ぶ一方向において前述したＡ／２ずつ異なる位置に表れる。
従って、一の光源素子列１１ａにおける各光源素子１２の照度ピークの谷の部分が、他の光源素子列１１ｂにおける各光源素子１２の照度ピークの山の部分によって補償される。即ち、一の光源素子列１１ａにおける各光源素子１２の照度ピークの山および谷と、他の光源素子列１１ｂにおける各光源素子１２の照度ピークの山および谷とが、相補的な関係となるように、各光源素子１２からの集光光が重畳する。以上により、本発明のランプユニットを備える光照射装置は、照度分布が均一になる。

ところで、放電ランプは、初期の照度に比して照度が所定の割合以上に低下することにより使用寿命を迎えた場合に、新品のものに交換することが必要である。しかし、放電ランプ毎に使用寿命は異なるので、光出射部における特定のランプのみが、その照度が他の放電ランプの照度に比べて早期に著しく低下することによって使用寿命を迎えることもある。
この場合、当該特定のランプのみを新品のものに交換すると、交換した新品のランプの照度とそれ以外のランプの照度とが異なるため、照射領域における照度分布が不均一になる。そのため、上記のように、特定のランプが使用寿命を早期に迎えた場合、光出射部を構成する全てのランプを一括して新品のものに交換する必要がある。
また、上記の光照射装置における光源素子列の一方向の全長は、被照射物の大きさに応じて変動する。光源素子列の一方向の全長が５００〜１５００ｍｍである場合は、通常、８×８灯（計１６灯）〜２４×２４灯（計４８灯）のランプを含む光源素子を使用する。
つまり、上記のように特定のランプが使用寿命を迎えた場合は、多数のランプを一括して新品のものに交換することが必要である。

しかしながら、このように多数のランプを一括して新品のものに交換する作業は、容易ではなく、長時間を要していた。特に、光源素子列が一方向に全長が長い、即ち光源素子の個数が多い場合は、全てのランプを取外すとともに新品のランプを装着するだけでも長時間を要する。
また、各放電ランプの照度は個別に異なるため、全てのランプを交換した際には、照度分布調整が必要になる。この照度分布調整は、全てのランプを一斉点灯させ、照度分布を測定することによって行う。その際、他の放電ランプに比べ照度が極端に高いものや低いものを除外し、平均的な照度を有するランプを選択する等の作業が必要になる。そのため、照度分布調整は光源素子の個数が多いほど長時間を要する。仮に、光照射装置が設置されたユーザーの工場において、かかる照度分布調整の作業を行った場合、長時間に亘り光照射装置を停止させる必要があるため、生産効率を低下させ、ユーザーに多大な迷惑をかけることになりかねない。

したがって、ランプが使用寿命を迎えた場合に、ランプユニットを構成する全てのランプを速やかに交換することが必要である。また、光照射装置のユーザーの工場において照度分布調整を行う必要がないように、新品のランプを組み込んでなるランプユニットの照度分布調整を予め済ませておくことが好ましい。
上記のように、ショートアーク型の放電ランプを一方向に並べて配置してなる複数の光源素子列を有するランプユニットを備えた光照射装置においては、ランプユニットが使用寿命を迎えた場合、ランプユニット単位で交換することとなる。
以下、上述した、光出射部から出射される光を線状に集光する集光部材を備え、該集光部材により第１の方向に線状に集光した光を被照射物に照射する光照射装置に用いられ、上記光出射部を構成するランプユニットであって、ショートアーク型の放電ランプ、およびこの放電ランプを取り囲むよう配置されたリフレクタよりなる複数の光源素子が、上記第１の方向に並ぶように配置され、それぞれ同方向に伸びる複数の光源素子列と、各光源素子に対応した光源素子収容部を有する光源素子支持枠体とを有し、ランプユニット単位で交換可能なランプユニットにおいて、均一な照度分布を得ることができ、ランプユニット単位で交換することが可能で、必要に応じて長いランプユニットを構成することができる本発明のランプユニットの具体的な構成例について説明する。

図９は、本発明の実施例のランプユニットの具体的な構成例を示す斜視図である。なお、図９に示すランプユニットは単一でも使用できるが、後述するように複数のランプユニットを光源素子の並び方向（前記Ｘ方向）に連結することにより、より長いランプユニットを構成することができる。
本実施例のランプユニット１０は、前記したようにショートアーク型の放電ランプ１３とリフレクタ１５よりなるそれぞれ８つの光源素子１２を、一方向（前記Ｘ方向）に並べて配置して光源素子列１１ａ，１１ｂを構成し、この２つの光源素子列１ａ，１１ｂを上記一方向に直交する方向（前記Ｙ方向）に並べたものであり、各光源素子１２は、光源素子収容部を有するハニカム構造体（光源素子支持枠体）１６に収納されている。つまり、ランプユニット１０は合計１６個の光源素子１２から構成され、一方向における全長は約５００ｍｍである。各光源素子１２の放電ランプからリード線１２ａが引き出され端子１２ｂが接続されている。

ハニカム構造体１６は、図１０に示すように、光源素子１２の個数と同数の光源素子収容部１６ａを有し、各光源素子収容部１６ａの間には隔壁１６ｂが設けられる。ハニカム構造体１６の各光源素子収容部１６ａは、光源素子列１１ａの８個の光源素子１２と、光源素子列１１ｂの８個の光源素子１２が収納できるように２列の収容部から構成される。
ハニカム構造体１６の各光源素子収容部１６ａに収納される各光源素子１２の光出射側（前面）には、図９に示すように、前面ガラス１８が設けられ、前面ガラス１８はガラス固定金具１８ａで固定される。
ガラス固定金具１８ａは、光源素子１２の個数と同数の開口を有する板状体であり、各ランプユニット毎に一体成形されてなり、ハニカム構造体１６の光出射側端面にネジ止めされている。ガラス固定金具１８ａの各開口の大きさは、前面ガラス１８が抜け落ちることのないよう、各光源素子１２における前面ガラス１８よりもやや小さくなっている。

なお、ハニカム構造体１６に収納される各光源素子１２は、前記図１（ｂ）に示したように光源素子列１１ａの各光源素子１２の中心位置Ａ１と、当該光源素子１２に最も接近する他の光源素子列１１ｂの光源素子１２の中心位置Ａ２との、Ｘ方向における離間距離をＨ、各光源素子１２のＸ方向における幅をＡとすると、Ｈは、Ｈ＝Ａ／Ｎを満たすように、設定される。
このため、ハニカム構造体１６の光源素子列１１ａを収納した部分の光源素子１２の並び方向（前記Ｘ方向）の端面１６ｄと、前記光源素子列１１ｂを収納した部分の光源素子１２の並び方向（前記Ｘ方向）の端面１６ｅは、図１（ｂ）、図９、図１０に示すように、光源素子１２の並び方向（前記Ｘ方向）において前記Ｈ（光源素子列が２列の場合Ａ／２）の段差を有することになる。

図１１にハニカム構造体における光源素子収容部の断面図を示す。
同図に示すように、ハニカム構造体１６の光出射側の端面には、ガラス固定金具１８ａで固定された前面ガラス１８が設けられ、また、ハニカム構造体１６の上記光出射側の反対側の面には、ランプ固定用の底蓋１６ｃが設けられている。
各光源素子１２は、図１１に示すようにしてハニカム構造体１６の各光源素子収容部１６ａに固定される。
まず、前面ガラス１８をガラス固定金具１８ａに取付ける。次に、放電ランプ１３の管軸が前面ガラス１８と直交するよう光源素子１２をハニカム構造体１６の光源素子収容部１６ａに配置する。光源素子１２は、放電ランプ１３とリフレクタ１５とリフレクタベース１７から構成され、これらが接着剤等により、固定されている。
前記したようにハニカム構造体１６の光源素子収容部１６ａは隔壁１６ｂにより仕切られており、各光源素子１２は隔壁１６ｂにより互いに隔てられて各光源素子収容部１６ａに収納される。なお、図１１に示すものにおいては、四角形状の光源素子収容部１６ａに、光出射側から見た形状が円形のリフレクタ１５を有する光源素子１２を収納するため、リフレクタ１５の一部を切り欠いており、図１１に示す曲線１５ａは切り欠かれたリフレクタ１５の端部を示している。

そして、同図に示すように、スプリング１９を上記リフレクタベース１７と底蓋１６ｃの間に介挿させ、スプリング１９により、光源素子１２のリフレクタ１５の光出射開口側の端面が前面ガラス１８に押し付けられるように、光源素子１２をガラス面側に付勢する。これにより、前面ガラス１８の前端面はガラス固定用金具１８ａのエッジ部の光源素子側の内面に押し付けられ、光源素子１２のリフレクタ１５の光出射開口側の端面が前面ガラス１８の光源素子１２側の面に押し付けられることにより、ハニカム構造体１６に固定される。
上記のように構成することで、各光源素子１２のリフレクタ１５の光出射開口側の端面を光源素子１２から出射する光の光軸に対して垂直になるように設定しておき、また、前面ガラスの平面度を高くしておけば、光源素子１２を下からスプリング１９で押し上げるだけで、格別の調整をすることなく、各光源素子１２から出射する光を平行光にすることができる。
また、各光源素子１２は隔壁１６ｂを隔ててハニカム構造体１６に収納されているので、各光源素子１２の位置決めが容易であり、また、隣接する放電ランプから受ける熱の影響を緩和することができる。また、漏れ光があっても、隣のランプに影響を与えることがない。

上記ランプユニット１０は、各ランプ毎に照度にバラツキがあるため、予め照度分布が調整されている。照度分布の調整は、例えばランプを一斉点灯させて照度分布を測定し、照度分布が均一であるかを確認し、照度分布が不均一である場合は次のようにして調整を行う。
他のランプに比して照度が極端に高いか或いは低い為に照度分布を乱す原因となる特定のランプを突き止め、当該特定のランプを除外して他のものに交換し、再度照度分布を測定して照度分布が均一になるかを確認する。かかる一連の手順を、前記図８に示すように、一の光源素子列に係る光源素子の照射領域の照度のボトム位置に対し、他の光源素子列に係る光源素子の照射領域の照度のピーク位置が重畳することによって均一な照度分布が得られるまで繰返し行う。

以上のように照度分布が調整されたランプユニットを用意しておくことにより、前述した光照射装置において、ランプユニット１０のランプが使用寿命を迎えた場合に、照度分布調整を行うことなく、ユーザの工場などで速やかにランプユニットを交換することができる。また、ランプユニットは、各光源素子１２から出射する光の光軸が平行になるように構成されているので、各光源素子の光軸調整を行うことなく、そのまま光照射装置に取り付けることができる。

図１２に示すランプユニットは、図９に示すランプユニット１０ａ、１０ｂの２つを、板状の連結用金具１６ｆを用いてネジ止めすることによって連結したものである。ランプユニット１０ａ、１０ｂの連結は、ランプユニット１０ａの光源素子１２の並び方向の端面１６ｄと１６ｅが、それぞれランプユニット１０ｂの端面１６ｅと１６ｄに接するように合わせて、連結金具１６ｆで連結する。各光源素子１２の放電ランプからリード線１２ａが引き出され端子１２ｂが接続されている。
上記のように連結されたランプユニットは、合計３２個の光源素子から構成され、一方向における全長は約１０００ｍｍである。
上記のように構成されたランプユニットも、前記図９のものと同様、一の光源素子列の各光源素子１２の中心位置Ａ１と、当該光源素子１２に最も接近する他の光源素子列の光源素子１２の中心位置Ａ２結ぶ直線が、上記光源素子の並び方向（前記Ｘ方向）に伸びる直線と斜交するように配置され、中心位置Ａ１とＡ２の上記並び方向の距離Ｈは、Ｈ＝Ａ／２である。

図１３は、図１２に示したランプユニットを光照射装置に組み込む様子を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、（ｂ）はランプユニットを光出射側から見た図である。なお、図１３では２のランプユニットを連結して構成したものを光照射装置に組み込む場合を示しているが、図９に示した単一のランプユニットも同様に光照射装置に組み込むことができる。
図１３（ａ）に示すように、光照射装置の装置本体６０側には、ランプユニット１０を着脱するための複数のランプユニットレール６２が設けられている。各レール６２は、ランプユニット１０の各光源素子列の光源素子１２の並び方向と直交する方向に伸びるように、各ランプユニットの長手方向の両端付近にそれぞれ形成される。
ランプユニット１０に係るハニカム構造体１６の底面には、上記装置本体６０のランプユニットレール６２に対応して、各ハニカム構造体１６の長手方向の両端付近に、それぞれ上記レール６２と同方向に伸びる脚部６１が形成される。また、装置本体６０には、ランプユニット１０を当接させ位置決めを行うための位置決め用ブロック６３が、ランプユニット１０の両端部のそれぞれと中央部とに対応する箇所に設けられている。
ランプユニット１０は、ハニカム構造体１６の底面に設けられた各脚部６１を、上記装置本体６０に設けられた各レール６２に対して上記光源素子列の光源素子１２の並び方向と直交する方向にスライドさせ、図１３（ｂ）に示すように、ハニカム構造体１６の両端部の端面を上記位置決め用ブロック６３に当接させることによって装置本体６０に装着される。

図１３に示したものは、２つのランプユニットをその長手方向に連結したものであるが、光照射装置に組み込まれるランプユニットの個数は、被処理物の全長との関係で適宜調整することができる。同図の例は、被処理物に照射される線状の集光光による光照射領域の、光源素子が並ぶ一方向における全長が１０００ｍｍの場合を示す。該光照射領域の全長が例えば５００ｍｍ程度と短い場合は、ランプユニットの個数は１つでも良い。
尚、複数のランプユニットを連結する場合は、個々のランプユニットの形状は同一であることが好ましい。即ち、複数のランプユニットを連結する場合、図９等に示したように、各光源素子がそれぞれ一方向に配列された複数個（例えば８個）の光源素子からなるランプユニットの複数を、該一方向において連結することが好ましい。このようにすることで、各ランプユニットの連結部分の直下の光照射領域において、照度ムラが発生することなく、均一な照度分布を得ることができる。

図１４は、ランプユニットの上記以外の実施例を示す。
図１４（ａ）（ｂ）に示すように、ランプユニット１０は、複数の光源素子１２が一方向に並んで形成される光源素子列１１を３列以上有するものであっても良い。光源素子列１１の列数が多いほど照度分布の均一度が向上する。図１４（ａ）（ｂ）に示すランプユニットによれば、前記集光部材２０により集光された光照射領域では、各光源素子列における各光源素子１２からの出射光の照度ピークの山および谷が、各光源素子列毎に、光源素子が並ぶ一方向においてＡ／３ずつ異なる位置に表れる。従って、各光源素子の照度ピークの谷の部分が、各光源素子の山の部分によって補償される。即ち、各光源素子の照度ピークにおける山および谷が相補的な関係となるように、各光源素子からの集光光が重畳するため、照度分布が均一になる。

１０，１０ａ、１０ｂランプユニット
１１，１１ａ，１１ｂ光源素子列
１２光源素子
１２ａリード線
１３放電ランプ
１４発光管
１５リフレクタ
１６ハニカム構造体
１６ａ光源素子収容部
１６ｂ隔壁
１６ｃ底蓋
１６ｄ，１６ｅ端面
１６ｆ連結用金具
１７リフレクタベース
１８前面ガラス
１８ａガラス固定金具
１９スプリング
２０集光部材
３０マスク
３１透光性基板
３２遮光膜
３３遮光部
３４透光部
３５偏光素子
４０搬送手段
４１ローラー
５１フィルム基材
５２配向膜
５２Ａ配向膜用材料層
５３液晶ポリマー層
５３Ａ光重合性液晶材料層
６０装置本体
６１脚部
６２ランプユニットレール
６３位置決め用ブロック

Claims

複数の光源素子が一方向に並ぶように配置された光源素子列の光出射側に、上記一方向に垂直な断面が放物線状の光反射面を有するシリンドリカルパラボラミラーにより構成される集光部材が上記一方向に沿って配置され、上記光源素子列から出射する光が、上記集光部材により上記一方向に伸びるように線状に集光される光照射装置に適用されるランプユニットであって、
上記ランプユニットは、ショートアーク型の放電ランプ、およびこの放電ランプを取り囲むよう配置されたリフレクタよりなる複数の光源素子が上記一方向に並ぶように配置されてなる、それぞれ同方向に伸びる複数の光源素子列と、各光源素子に対応した光源素子収容部を有する光源素子支持枠体とを有したものであり、
前記各光源素子は、その出射光の光軸が平行になるように、前記光源素子収容部に配列されており、前記光源素子列における複数の光源素子が配置された方向を第１の方向としたとき、前記複数の光源素子列は、前記第１の方向に直交する第２の方向に並んで配列されるとともに、一の光源素子列Ｒ１に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点Ｃ１と、当該光源素子に最も接近する、他の光源素子列Ｒ２に係る光源素子における放電ランプの電極間中心点Ｃ２とを結ぶ直線が、前記第１の方向と斜交するように配置され、
前記光源素子列の列数をＮとし、各光源素子列における隣り合う光源素子の、放電ランプの電極間中心点の距離をＡとしたとき、前記電極間中心点Ｃ１とＣ２の、前記第１の方向の距離がＨ＝Ａ／Ｎであり、
前記光源素子支持枠の、前記光源素子列Ｒ１を収納した部分の前記第１の方向の端面と、前記光源素子列Ｒ２を収納した部分の前記第１の方向の端面は、前記第１の方向において前記Ｈの段差を有している
ことを特徴とするランプユニット。