JP5416598B2

JP5416598B2 - 光照射装置

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Publication number: JP5416598B2
Application number: JP2010006178A
Authority: JP
Inventors: 武瀬木; 恵司金田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: JP2011143350A

Description

本発明は、光照射装置に関する。

接着剤やコーティング剤の硬化方法として、紫外線硬化法が知られている。紫外線硬化法は、紫外線硬化材料に紫外線を照射して光重合反応を生じさせ、モノマー（液体）をポリマー（固体）に変化させる技術である。この紫外線硬化法では、紫外線を照射するための光照射装置が必要になる。

特許文献１には、紫外線を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を照射ヘッドの中に組み込んだ光照射装置（ダイレクト型光照射装置）が記載されている。但し、このようなダイレクト型光照射装置では、発熱源でもあるＬＥＤが照射ヘッドの中に組み込まれるため、照射ヘッドが熱くなってしまう。

そこで、ＬＥＤなどの光源を照射ヘッドに組み込むのではなく、光照射装置の本体側に設けることが考えられている。特許文献２には、紫外線ＬＥＤから放射された紫外線を光ファイババンドルに入射し、光ファイババンドル内を紫外線が伝搬し、光ファイババンドルの出射側の照射ヘッドから紫外線を照射する光照射装置（光ファイババンドル型光照射装置）が記載されている。

特開２００６−２８１１３０号公報国際公開第２００８／１１４８６９号パンフレット

紫外線硬化材料の中には、硬化速度が温度に依存するものがある。例えば、エポキシを主成分とするカチオン重合型の紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射したときの硬化速度が温度に依存する。

このような紫外線硬化材料に紫外線を照射させて紫外線硬化材料を硬化させる場合、紫外線硬化材料の温度を制御できれば、硬化速度を制御することが可能と考えられる。そこで、紫外線照射装置の紫外線の照射範囲に赤外線を照射することによって、紫外線の照射範囲を加熱することが考えられる。なお、ここで、紫外線や赤外線の照射範囲とは、これらの光強度が一定以上になる範囲をいう。

しかし、紫外線照射装置とは別に赤外線照射装置を用意して、それぞれの光照射装置から紫外線と赤外線を別々に照射した場合、紫外線も赤外線も目に見えない光であるため、紫外線の照射範囲に赤外線を照射することが難しい。

本発明は、紫外線の照射範囲に赤外線を照射することが容易な光照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、紫外線光源と、赤外線光源と、前記紫外線光源から放射された紫外線をそれぞれ伝搬する複数の紫外線伝搬用光ファイバを密に束ねた紫外線伝搬用光ファイババンドルと、前記紫外線伝搬用光ファイバとは異なる光ファイバであり、前記赤外線光源から放射された赤外線を伝搬する赤外線伝搬用光ファイバと、前記紫外線伝搬用光ファイババンドルを構成する前記複数の紫外線伝搬用光ファイバと前記赤外線伝搬用光ファイバとを束ねた束の先端部を溶融一体化することによって形成されたロッドレンズを含み、前記複数の紫外線伝搬用光ファイバにより伝搬された紫外線と、前記赤外線伝搬用光ファイバにより伝搬された赤外線とを前記ロッドレンズの側面に反射させて合波した光を前記ロッドレンズの端面から照射する照射ヘッドとを備えることを特徴とする光照射装置である。

本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、紫外線の照射範囲に赤外線を照射することが容易になる。

図１Ａは、比較例の説明図である。図１Ｂは、本発明を適用した一実施形態を説明する図である。光照射装置の外観図である。光照射装置の基本構成の説明図である。図４Ａは、赤外線ＬＤ１２と赤外線伝搬用光ファイバ２２の入射側の端面との光結合についての説明図である。図４Ｂは、紫外線ＬＥＤ１１と紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の入射端面２６Ａとの光結合についての説明図である。図５Ａは、照射ヘッド３１の外観図である。図５Ｂは、照射ヘッド３１内の照射側光ファイババンドル２４の先端部の説明図である。図６Ａは、赤外線伝搬用光ファイバの開口数が紫外線伝搬用光ファイバの開口数と同じ場合の照射範囲の説明図である。図６Ｂは、赤外線伝搬用光ファイバの開口数が紫外線伝搬用光ファイバの開口数よりも大きい場合の照射範囲の説明図である。屈折率ｎと光ファイバの開口数ＮＡとの関係の説明図である。図８Ａ及び図８Ｂは、第１実施形態の変形例の説明図である。図８Ａは、照射ヘッド３１内の照射側光ファイババンドル２４の先端部の説明図である。図８Ｂは、照射ヘッドの断面の概略図である。図９Ａは、第２実施形態の構成の説明図である。図９Ｂは、第２実施形態の照射ヘッド３１内の照射側光ファイババンドル２４の先端部の説明図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、第２実施形態の構成における赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数の影響の説明図である。図１０Ａは、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が比較的低い場合の説明図であり、図１０Ｂは、図１０Ａよりも赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が大きい場合の説明図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、第２実施形態の第１変形例の説明図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、第２実施形態の第２変形例の説明図である。第２実施形態の第３変形例の説明図である。図１４Ａ及び図１４Ｂは、第３実施形態の説明図である。図１４Ａは、第３実施形態の照射側光ファイババンドルの先端部付近の構成の説明図である。図１４Ｂは、或る光ファイバを伝搬した光のロッドレンズ内の伝搬経路の説明図である。図１５Ａ及び図１５Ｂは、第３実施形態の変形例の説明図である。図１５Ａは、照射側光ファイババンドルの先端部付近の構成の説明図である。図１５Ｂは、或る光ファイバを伝搬した光の中空管内の伝搬経路の説明図である。図１６Ａは、別の照射ヘッド３１の外観図である。図１６Ｂは、図１６Ａの照射ヘッド３１に用いられる照射側光ファイババンドル２４の先端部端面の説明図である。図１６Ｃは、更に別の照射側光ファイババンドル２４の先端部端面の説明図である。

後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

紫外線光源と、赤外線光源と、前記紫外線光源から放射された紫外線をそれぞれ伝搬する複数の第１の光ファイバを密に束ねた第１の光ファイババンドルと、前記赤外線光源から放射された赤外線を伝搬する第２の光ファイバと、前記第１の光ファイババンドルを構成する前記複数の第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとを束ねた束の先端部を含み、前記複数の第１の光ファイバにより伝搬された紫外線と、前記第２の光ファイバにより伝搬された赤外線とを照射する照射ヘッドとを備えることを特徴とする光照射装置が明らかとなる。
このような光照射装置によれば、紫外線の照射範囲に赤外線を照射することが容易になる。

前記束の先端部端面において、前記第２の光ファイバは中央付近に配置されていることが望ましい。これにより、紫外線の照射範囲の中心付近に赤外線を照射することができる。

前記第２の光ファイバの開口数が、前記複数の第１の光ファイバの開口数よりも大きいことが望ましい。これにより、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広げることができる。なお、第２の光ファイバのコアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比を、その周りに位置する第１の光ファイバのコアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比よりも低くすることによって、第２の光ファイバのそれぞれの開口数は、その周りに位置する第１の光ファイバの開口数よりも大きくなる。

前記第２の光ファイバの前記赤外線光源とは反対側の端面に、またはその端面の先に、レンズが設けられていることが望ましい。これにより、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広げることができる。

前記照射ヘッドは、前記束の先端部の先に設けたインテグレータ光学系をさらに含み、前記複数の第１の光ファイバにより伝搬された紫外線と前記第２の光ファイバにより伝搬された赤外線とが前記インテグレータ光学系に入射され、前記インテグレータ光学系を通った紫外線と赤外線が前記照射ヘッドから照射されることが望ましい。これにより、均一に紫外線及び赤外線が照射される。

前記インテグレータ光学系は、前記束の先端部に一体的に形成されたロッドレンズであることが望ましい。これにより、光の損失が少ない状態で、紫外線及び赤外線を照射できる。

前記インテグレータ光学系は、前記束の先端部が一部挿入されている中空管であって、内壁面が反射面になっている中空管であることが望ましい。これにより、均一に紫外線及び赤外線が照射される。

前記赤外線光源が複数存在し、複数の前記赤外線光源のそれぞれから放射された赤外線をそれぞれ伝搬する複数の前記第２の光ファイバが存在し、これらの複数の前記第２の光ファイバを束ねて第２の光ファイババンドルとし、前記照射ヘッドは、前記第１の光ファイババンドルを構成する前記複数の第１の光ファイバと、前記第２の光ファイババンドルを構成する複数の前記第２の光ファイバとを束ねた束の先端部を含むことが望ましい。これにより、赤外線光源から放射された赤外線を複数の第２の光ファイバに伝搬させることができる。

前記束の先端部端面において、第２の光ファイバ同士は互いに離れて配置されていることが望ましい。これにより、赤外線の照射範囲を効率よく増やすことが可能である。また、この場合、前記第２の光ファイバの開口数は、前記複数の第１の光ファイバの開口数よりも大きいことが望ましい。これにより、照射ヘッドと被照射物との距離が短くても、隙間無く赤外線を照射しやすくなる。

前記紫外線光源は、発光ダイオードで構成され、前記赤外線光源は、レーザダイオードで構成されることが望ましい。これにより、十分な出力の赤外線を照射することができる。

＝＝＝概要＝＝＝
図１Ａは、比較例の説明図である。この例では、紫外線用照射ヘッドと赤外線用照射ヘッドが別々に用意されている。図中左側の紫外線用照射ヘッドは、紫外線伝搬用光ファイバを束ねた束を含み、紫外線伝搬用光ファイバにより伝搬された紫外線を照射する。図中右側の赤外線用照射ヘッドは、赤外線伝搬用光ファイバを束ねた束を含み、赤外線伝搬用光ファイバにより伝搬された赤外線を照射する。つまり、この例では、別々の照射ヘッドから紫外線と赤外線をそれぞれ照射するので、紫外線の照射範囲と赤外線の照射範囲がずれ易い。従って、紫外線の照射範囲と赤外線の照射範囲を合わせることが困難である。特に、目に見えない光である紫外線と赤外線を用いているため、これらの光の照射範囲を合わせる作業は困難となる。また、一方の照射ヘッドを移動させたとき、紫外線の照射範囲と赤外線の照射範囲を合わせるには、他方の照射ヘッドを別途移動させる必要がある。

図１Ｂは、本発明を適用した一実施形態を説明する図である。この実施形態では、照射ヘッドは、紫外線伝搬用光ファイババンドルを構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバと赤外線伝搬用光ファイバとを束ねた束を含み、複数の紫外線伝搬用光ファイバにより伝搬された紫外線と赤外線光ファイバにより伝搬された赤外線とを照射する。これにより、複数の紫外線伝搬用光ファイバが紫外線を照射する照射範囲と、赤外線伝搬用光ファイバが赤外線を照射する照射範囲がずれなくて済むのである。

なお、紫外線伝搬用光ファイバは、紫外線光源から放射された紫外線を伝搬する光ファイバである。紫外線伝搬用光ファイバとして、例えば、紫外線の伝搬に適した光ファイバである紫外線専用光ファイバが用いられても良い。紫外線専用光ファイバが用いられた場合、紫外線の波長域での損失特性は良いが、赤外線の波長域での損失特性は良くない。

赤外線伝搬用光ファイバは、赤外線光源から放射された赤外線を伝搬する光ファイバである。赤外線伝搬用光ファイバとして、例えば、赤外線の伝搬に適した光ファイバである赤外線専用光ファイバが用いられても良い。赤外線専用光ファイバが用いられた場合、赤外線の波長域での損失特性は良いが、紫外線の波長域での損失特性は良くない。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜全体構成＞
図２は、光照射装置の外観図である。図３は、光照射装置の基本構成の説明図である。

光照射装置１は、照射ヘッド３１から紫外線及び赤外線を照射する光ファイババンドル型光照射装置である。光照射装置１は、複数の紫外線ＬＥＤ１１と、１個の赤外線ＬＤ１２と、複数本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３と、１本の赤外線伝搬用光ファイバ２２と、照射ヘッド３１とを備える。

紫外線ＬＥＤ１１は、紫外線を放射する紫外線光源である。図３では、紫外線ＬＥＤ１１を示す矩形ブロックに、「ＵＶ」と記載している。ここでは、４個の紫外線ＬＥＤ１１が設けられている。各紫外線ＬＥＤ１１は実装基板６０上に実装されている。この実装基板６０は、ヒートシンク５１に接するように配置されている。これにより、発光時の紫外線ＬＥＤから発生する熱を、実装基板６０を介してヒートシンク５１に吸収・拡散させることができる。紫外線ＬＥＤ１１は、基板６０上の１カ所にではなく、複数カ所に分散配置されている。このため、紫外線ＬＥＤから発生する熱が１カ所に集中するのを防ぐことができる。

赤外線ＬＤ１２（ＬＤ：レーザダイオード）は、赤外線を放射する赤外線光源である。図３では、赤外線ＬＤ１２を示す矩形ブロックに、「ＩＲ」と記載している。レーザダイオードは発光ダイオードと比べて高出力である。このため、本実施形態では、紫外線光源としての紫外線ＬＥＤを複数設けているのに対し、赤外線光源としての赤外線ＬＤが１個だけ設けられている。この赤外線ＬＤ１２も実装基板６０上に実装されており、ヒートシンク５１に熱的に接合されている。

紫外線伝搬用光ファイババンドル２３は、例えば、数百といった多数の紫外線伝搬用光ファイバ２１を密に束ねたものである。この紫外線伝搬用光ファイババンドル２３は、紫外線ＬＥＤ１１と同じ数だけ設けられている。つまり、本実施形態では、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３は、４本設けられている。なお、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３は第１の光ファイババンドルに相当し、紫外線伝搬用光ファイバ２１は第１の光ファイバに相当する。

紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の紫外線ＬＥＤ１１側の端面は、それぞれ、紫外線ＬＥＤ１１と対向して配置されている。これにより、紫外線ＬＥＤ１１から放射された紫外線は、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の端面から入射されて、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１により伝搬される。紫外線伝搬用光ファイババンドル２３は、その紫外線ＬＥＤ１１側の端面を介して紫外線ＬＥＤ１１と光結合している。

赤外線伝搬用光ファイバ２２の赤外線ＬＤ１２側の端面は、赤外線ＬＤ１２と対向して配置されている。これにより、赤外線ＬＤ１２から放射された赤外線は、赤外線伝搬用光ファイバ２２の端面から入射されて赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬される。赤外線伝搬用光ファイバ２２は、その赤外線ＬＤ１２側の端面（入射端面）を介して赤外線ＬＤ１２と光結合している。この赤外線伝搬用光ファイバ２２は、第２の光ファイバに相当する。

なお、本実施形態では、紫外線伝搬用光ファイバ２１には赤外線は入射されず、赤外線伝搬用光ファイバ２２には紫外線は入射されない構成となっている。このため、紫外線伝搬用光ファイバ２１に紫外線専用光ファイバを用い、赤外線伝搬用光ファイバ２２に赤外線専用光ファイバを用いた場合、これらの光ファイバが、それぞれの特性にあった光を伝搬することができる。

４本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する紫外線伝搬用光ファイバ２１と、赤外線伝搬用光ファイバ２２とが、照射ヘッド３１側で密に束ねられて１つの束とされている。なお、この照射ヘッド側の束を、以下、「照射側光ファイババンドル」と呼ぶ。

各紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する数百本の光ファイバは、それぞれ、照射側光ファイババンドル２４の先端部端面（出射端面）において分散して配置されている。これにより、複数の紫外線ＬＥＤ１１の光出力にばらつきがあったり、紫外線ＬＥＤ１１と紫外線光ファイババンドル２３の入射端との間の光結合効率にばらつきがあったり、個々の紫外線伝搬用光ファイバ２１（紫外線伝搬用光ファイバ１本１本それぞれ）の光出力にばらつきがあったりしても、紫外線の照射範囲の照度（Ｗ／ｃｍ^２）の分布の均一化を図ることができる。

本実施形態では、複数の紫外線ＬＥＤ１１から放射された紫外線は、複数の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３で伝搬されるため、それらを束ねた照射側光ファイババンドル２４で伝搬されることになる。つまり、複数の紫外線ＬＥＤ１１から放射された紫外線は、照射側光ファイババンドル２４で合波されることになる。これにより、紫外線ＬＥＤが一つのダイレクト型光照射装置と比較すると、本実施形態では光出力（Ｗ）を高めることができる。但し、紫外線ＬＥＤ１１が一つでも出力が十分なのであれば、紫外線ＬＥＤ１１は複数ある必要はなく、紫外線伝搬用光ファイババンドルも複数ある必要はない。

照射側光ファイババンドル２４は、例えば、金属製のフレキシブル管２５（図２参照）によって保護されている。このフレキシブル管２５によって、光照射装置の筐体３と照射ヘッド３１が連結されている。

照射ヘッド３１は、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と赤外線伝搬用光ファイバ２２とを束ねた照射側光ファイババンドル２４の先端部を含んでいる。具体的には、照射ヘッド３１には、照射側光ファイババンドル２４の先端部が挿入されている。そして、照射ヘッド３１は、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１により伝搬された紫外線と、赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬された赤外線とを照射する。

また、光照射装置１は、コントローラ４１と操作パネル４１Ａを備えている。操作パネル４１Ａは、図２に示すように、表示部と各種のボタンとを有している。これらのコントローラ４１と操作パネル４１Ａは互いに接続されている。コントローラ４１は、光照射装置１の全体の制御を司る制御部である。すなわち、例えば、コントローラ４１は、操作パネル４１Ａの操作に基づいて、紫外線及び赤外線の照射条件（例えば、照射時間、照射強度など）を設定する。また、コントローラ４１は、操作パネル４１Ａの操作に基づいて、紫外線及び赤外線の照射をオン・オフする。コントローラ４１は、照射がオンされると、設定された照射条件に従って、紫外線ＬＥＤ１１や赤外線ＬＤ１２の発光を制御する。

光照射装置１には、冷却ファン５２が設けられている。冷却ファン５２は、ヒートシンク５１の放熱板に向かって送風し、ヒートシンク５１の冷却効果を高めている。但し、冷却ファン５２を設けずに、ヒートシンク５１からの放熱だけで光源の冷却を行っても良い。

＜入射側について＞
図４Ａは、赤外線ＬＤ１２と赤外線伝搬用光ファイバ２２の入射側の端面（以下、入射端面）との光結合についての説明図である。赤外線ＬＤ１２と赤外線伝搬用光ファイバ２２の入射端面との間に集束レンズが設けられている。赤外線ＬＤ１２から放射された光は、集束レンズによって狭い領域に絞られて、赤外線伝搬用光ファイバ２２の入射端面から入射する。なお、レーザダイオード（ＬＤ）から放射される光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）と比べて、集束レンズで狭い領域に絞ることが可能である。

図４Ｂは、紫外線ＬＥＤ１１と紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の入射端面２６Ａとの光結合についての説明図である。

既に説明したように、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３は、数百といった多数の紫外線伝搬用光ファイバ２１を密に束ねた束で構成されている。そして、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の入射側の端部には、束ねられた光ファイバの先端部を溶融一体化して形成した一体化部２６がある。一体化部２６は、先端側（光源側）に進むにつれて外形が小さくなるような部分円錐形状を有しており、その先端には平面に研磨された入射端面２６Ａがある。入射端面２６Ａは、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の紫外線光源側に設けた端面となる。

紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する紫外線伝搬用光ファイバ２１は、入射する光を伝送するコアと、コアの周囲を覆うように設けられたクラッドと、クラッドの周囲を覆うように設けられた樹脂製の被覆部から構成されている。一体化部２６を形成するときには、端部の被覆部を除去して口出しした紫外線伝搬用光ファイバ２１を多数用意する。次に、口出しした複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１を束ねてガラスパイプ内に充填する。次に、紫外線伝搬用光ファイバ２１が充填されたガラスパイプをバーナーで加熱し、紫外線伝搬用光ファイバ２１とガラスパイプとを溶融一体化する。そして、溶融一体化された部分を切断し、切断部の先端を研磨する。これにより、図に示すような形状の一体化部２６や入射端面２６Ａが形成される。

紫外線ＬＥＤ１１から放射された紫外線は、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の紫外線光源側に設けた入射端面２６Ａから入射される。入射端面２６Ａに入射された紫外線は、スネルの法則により伝搬方向が曲げられた後、一体化部２６のテーパ面２６Ｂで反射して、紫外線伝搬用光ファイバ２１に入射する。これにより、紫外線伝搬用光ファイバ２１への入射角を、入射端面２６Ａへの入射角よりも小さくすることができる。ここでは、テーパ面２６Ｂでの反射によって、紫外線伝搬用光ファイバ２１への入射角がほぼ０度になっている。つまり、実質的に紫外線ＬＥＤ１１からの光の放射角を小さくさせて、紫外線伝搬用光ファイバ２１に光を入射させている。この結果、紫外線ＬＥＤ１１から放射された光に対する紫外線伝搬用光ファイバ２１を伝搬する光の割合が高くなる（光結合効率が高くなる）。そして、紫外線ＬＥＤ１１から放射された紫外線は、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の紫外線光源側に設けた入射端面２６Ａから入射されて複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１により伝搬される。

上記の説明では、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の入射端面２６Ａが平面であるが、所望の光学的な効果が得られるように入射端面を曲面にしても良い。また、図中の一体化部２６のテーパ面２６Ｂの縦断面が直線になっているが、縦断面が曲線になるようにテーパ面を形成しても良い。

また、上記の説明では、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の入射端側を溶融一体化することによって光結合効率を高めているが、光結合効率が低くても構わないのであれば、入射端側を溶融一体化せずに、複数の光ファイバを単に束ねただけにしても良い。

＜出射側について＞
図５Ａは、照射ヘッド３１の外観図である。図５Ｂは、照射ヘッド３１内の照射側光ファイババンドル２４の先端部の説明図である。図５Ｂでは、赤外線伝搬用光ファイバ２２を黒丸で示し、紫外線伝搬用光ファイバ２１を白丸で示している。これにより、赤外線伝搬用光ファイバ２２と紫外線伝搬用光ファイバ２１とを区別している。また、紫外線伝搬用光ファイバ２１の数を実際よりも少なくし、図を簡略化している。

図に示すように、照射ヘッド３１側では、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と赤外線伝搬用光ファイバ２２とが円柱状に束ねられている。そして、照射側光ファイババンドル２４の先端部端面において、赤外線伝搬用光ファイバ２２が照射側光ファイババンドル２４の中心に配置されている。言い換えると、照射側光ファイババンドル２４の先端部端面において、円柱状に束ねられた複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１の束と赤外線伝搬用光ファイバ２２とが同軸に配置されている。なお、赤外線伝搬用光ファイバ２２の配置は、中心位置から多少ずれていてもよい。つまり、赤外線伝搬用光ファイバ２２は、照射側光ファイババンドル２４の中心付近に配置されていればよい。

本実施形態では、照射ヘッド３１において複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１とともに赤外線伝搬用光ファイバ２２が束ねられている。これにより、紫外線と赤外線が一緒に照射ヘッド３１から照射される。このため、照射ヘッド３１を動かしても紫外線の照射範囲に対する赤外線の照射範囲はズレないで済む。

図６Ａは、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数と同じ場合の照射範囲の説明図である。両光ファイバの開口数が同じであっても、照射側光ファイババンドル２４の中心に赤外線伝搬用光ファイバ２２が配置されていれば、紫外線の照射範囲の中心に赤外線を照射することが可能である。つまり、光照射装置１の照射範囲の中心では、紫外線を照射しつつ、赤外線も照射することができる。但し、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数と同じ場合、赤外線の照射範囲は、紫外線の照射範囲よりも狭い範囲になってしまう。

そこで、本実施形態では、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が、紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数よりも大きくなるようにしている。つまり、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が、その周りに位置する紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数よりも大きくなるようにしている。

図６Ｂは、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数よりも大きい場合の照射範囲の説明図である。赤外線伝搬用光ファイバ２２を大きい開口数（高ＮＡ）にすることによって、図６Ａと比べて、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広げることができる。また、照射ヘッド３１と被照射物を所定距離よりも離せば、紫外線の照射される全ての範囲に赤外線を照射することが可能になる。

例えば、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、照射側光ファイババンドル２４の直径Ｄが４ｍｍ、照射ヘッドと被照射物との距離Ｌが２７ｍｍであるとする。この場合、図６Ａのように赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数ＮＡ_ＩＲが紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数ＮＡ_ＵＶと同じ０．１５であれば、赤外線の照射範囲の直径Ａ_ＩＲは８ｍｍになり、紫外線の照射範囲の直径Ａ_ＵＶは１２ｍｍになり、赤外線の照射範囲は、紫外線の照射範囲よりも狭い範囲になってしまう。これに対し、図６Ｂのように赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数ＮＡ_ＩＲが０．２２であれば、赤外線の照射範囲の直径Ａ_ＩＲは１２ｍｍになり、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広くすることができる。

赤外線伝搬用光ファイバ２２を高ＮＡ化させるには、種々の方法がある。
第１の方法として、クラッドの屈折率が低い光ファイバを赤外線伝搬用光ファイバ２２として用いる方法がある。
図７は、屈折率ｎと光ファイバの開口数ＮＡとの関係の説明図である。図中では、コアの屈折率をｎ１とし、クラッドの屈折率をｎ２とし、臨界角をφ_ｃとしている。光ファイバ内では臨界角φ_ｃよりも大きい入射角φ_iの光だけが伝搬しているため、光ファイバから出射する光のうちの最大角度θmax（＝ＮＡ）の光は、図中の点線で示す光になる。つまり、臨界角φ_ｃが小さいほど、光ファイバの開口数ＮＡは大きくなる。臨界角φ_ｃ（＝ｓｉｎ^−１（ｎ２／ｎ１））は、コアの屈折率ｎ１に対するクラッドの屈折率ｎ２が低いほどが小さくなる。つまり、クラッドの屈折率ｎ２が低い光ファイバほど高ＮＡの光ファイバとなるのである。
本実施形態では、赤外線伝搬用光ファイバ２２のコアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比（ｎ２／ｎ１）が、紫外線伝搬用光ファイバ２１のコアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比よりも低くなるように、赤外線伝搬用光ファイバ２２及び紫外線伝搬用光ファイバ２１を選択している。

なお、クラッドの材質を変更するだけでは、高ＮＡ化に限界がある。そこで、赤外線伝搬用光ファイバ２２としてホーリーファイバ（若しくはクリスタルファイバ）を採用しても良い。ホーリーファイバは、コアの周囲のクラッドに空孔が設けられた光ファイバである。空孔内の空気の屈折率（約１）が低いため、コアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比が実質的に低くなり、ホーリーファイバの開口数ＮＡは、通常の光ファイバと比べると大きくなる。

赤外線伝搬用光ファイバ２２を高ＮＡ化させる第２の方法として、光ファイバの出射端面を曲面に研磨して、光ファイバの端面に光学レンズを形成する方法がある。これにより、赤外線伝搬用光ファイバ２２の出射端面（光源とは反対側の端面）にレンズを設けることができる。この方法の場合、赤外線伝搬用光ファイバ２２の出射端面をレンズ加工する必要があるが、光ファイバの開口数ＮＡの設計の自由度が向上する。

なお、赤外線伝搬用光ファイバ２２を高ＮＡ化させて照射範囲を広げると、その赤外線伝搬用光ファイバ２２の照射範囲における照射強度が低下する。但し、赤外線の光源であるレーザダイオード（ＬＤ）は発光ダイオード（ＬＥＤ）と比べて高出力な光源である。このため、赤外線伝搬用光ファイバ２２を高ＮＡ化させて赤外線の照射範囲を広げても、赤外線の必要な照射強度が保たれている。

＜変形例＞
上記の説明では、高ＮＡの赤外線伝搬用光ファイバ２２を用いることによって、赤外線の照射範囲を広げていた（図６Ｂ参照）。但し、赤外線伝搬用光ファイバ２２自身の開口数が大きくなくても、赤外線の照射範囲を広げることは可能である。

図８Ａ及び図８Ｂは、第１実施形態の変形例の説明図である。図８Ａは、照射ヘッド３１内の照射側光ファイババンドル２４の先端部の説明図である。図８Ｂは、照射ヘッド３１の断面の概略図である。図８Ｂでは、赤外線伝搬用光ファイバ２２を黒色で示している。これにより、赤外線伝搬用光ファイバ２２と紫外線伝搬用光ファイバ２１とを区別している。また、紫外線伝搬用光ファイバ２１の数を実際よりも少なくして、図を簡略化している。

この変形例では、赤外線伝搬用光ファイバ２２の出射側（光源とは反対側）の端面の先に、レンズ７１が設けられている。赤外線伝搬用光ファイバ２２から出射した赤外線は、このレンズ７１によって照射ヘッド３１から広角で照射される。これにより、前述の図６Ｂと同様に、赤外線の照射範囲を広げることができる。

なお、この変形例では、レンズ７１を保持する鏡筒７２が設けられている。赤外線伝搬用光ファイバ２２の先端は鏡筒７２の端部に挿入されており、赤外線伝搬用光ファイバ２２と鏡筒７２との間が接着剤で固定されている。これにより、赤外線伝搬用光ファイバ２２の出射端とレンズ７１との位置関係が固定されている。

また、鏡筒７２の外周は、赤外線伝搬用光ファイバ２２と隣接する数本の紫外線伝搬用光ファイバ２１によって固定されている。これにより、照射側光ファイババンドル２４における赤外線の出射位置が固定されている。

ところで、図８Ｂに示すように、この変形例では、紫外線伝搬用光ファイバ２１の出射端よりも鏡筒７２が突出しないようにしている。これは、もし仮に鏡筒７２が突出していると、隣接する紫外線伝搬用光ファイバ２１から出射した紫外線が鏡筒７２に当たってしまい、紫外線の照射範囲に鏡筒７２の影ができてしまうからである。

なお、光ファイバの出射端の前にレンズ７１を設けて照射範囲を広げると、その照射範囲における照射強度が低下する。但し、赤外線の光源であるレーザダイオード（ＬＤ）は発光ダイオード（ＬＥＤ）と比べて高出力な光源である。このため、赤外線伝搬用光ファイバ２２を高ＮＡ化させて赤外線の照射範囲を広げても、赤外線の必要な照射強度は保たれている。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
上記の第１実施形態では、赤外線伝搬用光ファイバ２２が１本だけであり、この赤外線伝搬用光ファイバ２２が照射側光ファイババンドル２４の中心付近に位置していた。但し、この第２実施形態に示すように、赤外線伝搬用光ファイバ２２は複数であっても良く、赤外線伝搬用光ファイバ２２の位置は照射側光ファイババンドル２４の中心付近でなくても良い。

図９Ａは、第２実施形態の構成の説明図である。第２実施形態の光照射装置１は、複数の紫外線ＬＥＤ１１と、１個の赤外線ＬＤ１２と、複数本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３と、１本の赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂと、照射ヘッド３１とを備える。第１実施形態では、１本の赤外線伝搬用光ファイバ２２が設けられていたが、本実施形態では、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２を密に束ねた赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂが設けられている。この赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂは、第２の光ファイババンドルに相当する。なお、本実施形態の紫外線ＬＥＤ１１、赤外線ＬＤ１２及び紫外線伝搬用光ファイババンドル２３の構成は、上記の第１実施形態と同様なので、説明を省略する。

第２実施形態の光照射装置１には赤外線伝搬用光ファイバ２２が複数存在し、これらの複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２を密に束ねて赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂが構成されている。

赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂの赤外線ＬＤ１２側の端面は、赤外線ＬＤ１２と対向して配置されている。これにより、赤外線ＬＤ１２から放射された赤外線は、赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂの赤外線ＬＤ１２側に設けた端面から入射されて複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬される。赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂは、その赤外線ＬＤ１２側の端面を介して赤外線ＬＤ１２と光結合している。

４本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と、１本の赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂを構成する複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２とが、照射ヘッド３１側で密に束ねられて１つの束とされている。つまり、第２実施形態の照射側光ファイババンドル２４は、４本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と、１本の赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂを構成する複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２とを密に束ねた束になっている。

図９Ｂは、第２実施形態の照射ヘッド３１内の照射側光ファイババンドル２４の先端部の説明図である。図中では、赤外線伝搬用光ファイバ２２を黒丸で示し、紫外線伝搬用光ファイバ２１を白丸で示している。これにより、赤外線伝搬用光ファイバ２２と紫外線伝搬用光ファイバ２１とを区別している。また、紫外線伝搬用光ファイバ２１の数を実際よりも少なくして、図を簡略化している。

第２実施形態では、赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂを構成する複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２は、照射側光ファイババンドル２４の先端部端面において、分散して配置される。つまり、照射側光ファイババンドル２４の先端部端面において、赤外線伝搬用光ファイバ２２同士は互いに離れて配置されている。

照射ヘッド３１は、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂを構成する複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２とを束ねた照射側光ファイババンドル２４の先端部を含んでいる。具体的には、照射ヘッド３１には、照射側光ファイババンドル２４の先端部が挿入されている。そして、照射ヘッド３１は、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１により伝搬された紫外線と、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬された赤外線とを照射する。

第２実施形態においても、照射ヘッド３１において複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１とともに赤外線伝搬用光ファイバ２２が束ねられている。これにより、照射ヘッド３１から紫外線と赤外線が一緒に照射される。このため、照射ヘッド３１を動かしても紫外線の照射範囲に対する赤外線の照射範囲はズレないで済む。

また、第２実施形態では、第１実施形態と比べて、赤外線伝搬用光ファイバ２２の数が増えている。これにより、赤外線伝搬用光ファイバが１本の場合と比べて赤外線の照射範囲を広げることができ、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広げることができる。また、第２実施形態では、赤外線伝搬用光ファイバ２２同士が互いに離れて配置されている。これにより、赤外線の照射範囲を広げることができる。

第２実施形態において、照射側光ファイババンドル２４内において赤外線伝搬用光ファイバ２２が紫外線伝搬用光ファイバ２２によって囲まれている。これにより、赤外線伝搬用光ファイバ２２を囲んでいる紫外線伝搬用光ファイバ２２の紫外線の照射範囲の内側に、赤外線を照射することが可能である。但し、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数と同じ場合、赤外線の照射範囲は、紫外線の照射範囲よりも狭い範囲になってしまう。そこで、第２実施形態においても、第１実施形態で説明したように、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が、紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数よりも大きいことが望ましい。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、第２実施形態の構成における赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数の影響の説明図である。図１０Ａは、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が比較的低い場合の説明図であり、図１０Ｂは、図１０Ａよりも赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が大きい場合の説明図である。ここでは、説明の簡略化のため、赤外線伝搬用光ファイバ２２の数を２本にしている。

図１０Ａに示すように、照射ヘッドと被照射物との距離をＬ１よりも離したときに、離れて配置された２本の赤外線伝搬用光ファイバ２２の照射範囲が重複するようになる。言い換えると、図１０Ａでは、照射ヘッドと被照射物との距離がＬ１よりも近いと、赤外線の２つの照射範囲の間に隙間が生じてしまう。これに対し、図１０Ｂに示すように赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が大きければ、照射ヘッドと被照射物との距離がＬ１よりも短い距離Ｌ２であっても（Ｌ２＜Ｌ１）、離れて配置された２本の赤外線伝搬用光ファイバ２２の照射範囲が重複するようになる。このように、第２実施形態において、互いに離れて配置された複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２のそれぞれの開口数を比較的大きくすると、照射ヘッドと被照射物との距離が短くても、隙間無く赤外線を照射しやすくなる。

また、照射ヘッドと被照射物が十分に離れた距離Ｌの場合について図１０Ａと図１０Ｂとを比較すると、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が大きければ、２本の赤外線伝搬用光ファイバ２２の照射範囲の重複領域が広い。このように、第２実施形態において、互いに離れて配置された複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２のそれぞれの開口数を比較的大きくすると、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２の照射範囲同士の重複領域を広くすることができる。

＜第１変形例＞
前述の図９Ａ及び図９Ｂに示す実施形態では、赤外線を放射する赤外線光源が１個であり、１個の赤外線光源から放射された赤外線が赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂの赤外線光源側に設けた端面からに入射されることによって、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２に赤外線を伝搬させていた。但し、以下に説明するように、赤外線を放射する赤外線光源は、複数であっても良い。また、赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂを用いずに、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２に赤外線を伝搬させても良い。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、第２実施形態の第１変形例の説明図である。第１変形例の光照射装置１は、複数の紫外線ＬＥＤ１１と、複数の赤外線ＬＤ１２と、複数本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３と、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２と、照射ヘッド３１とを備える。

第１変形例では、赤外線を放射する赤外線ＬＤ１２が複数存在し、赤外線を伝搬する赤外線伝搬用光ファイバ２２も複数存在する。そして、それぞれの赤外線伝搬用光ファイバ２２の赤外線ＬＤ１２側の端面は、それぞれの赤外線ＬＤ１２と対向して配置されている。これにより、複数の赤外線ＬＤ１２のそれぞれから放射された赤外線は、それぞれの赤外線伝搬用光ファイバ２２の端面から入射されて、それぞれの赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬される。赤外線伝搬用光ファイバ２２は、その赤外線ＬＤ１２側の端面を介して赤外線ＬＤ１２と光結合している。

図１１Ｂに示すように、４本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２とが、照射ヘッド３１側で密に束ねられて１つの束とされている。つまり、第１変形例の照射側光ファイババンドル２４も、４本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２とを密に束ねた束になっている。

照射ヘッド３１には、照射側光ファイババンドル２４の先端部が挿入されている。そして、照射ヘッド３１は、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１により伝搬された紫外線と、赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬された赤外線とを照射する。

この第１変形例においても、前述の図９Ｂと同様な照射側光ファイババンドル２４を構成することが可能であり、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、この第１変形例においても、前述の第１実施形態及び第２実施形態と同様に、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が、紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数よりも大きいことが望ましい。これにより、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広げることができる。また、互いに離れて配置された複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２のそれぞれの開口数が大きければ、前述の第２実施形態と同様に、隙間無く赤外線を照射しやすくなる。

＜第２変形例＞
前述の第２実施形態では、照射側光ファイババンドル２４において、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２が分散配置されており、各赤外線伝搬用光ファイバ２２の周りにそれぞれ複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１が囲むように配置されていた（図９Ｂ、図１１Ｂ参照）。このため、各赤外線伝搬用光ファイバ２２の外周に隣接する全ての光ファイバが、紫外線伝搬用光ファイバ２１であった。但し、照射側光ファイババンドル２４における光ファイバの配置は、これに限られるものではない。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、第２実施形態の第２変形例の説明図である。第２変形例の光照射装置は、複数の紫外線ＬＥＤ１１と、複数の赤外線ＬＤ１２と、複数本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３と、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２と、照射ヘッド３１とを備える。第２変形例においても、第１変形例と同様に、赤外線を放射する赤外線ＬＤ１２が複数設けられ、赤外線を伝搬する赤外線伝搬用光ファイバ２２も複数設けられている。そして、それぞれの赤外線伝搬用光ファイバの赤外線ＬＤ１２側の端面は、それぞれの赤外線ＬＤ１２と対向して配置されている。これにより、それぞれの赤外線ＬＤ１２から放射された赤外線は、それぞれの赤外線伝搬用光ファイバ２２の端面から入射されて、それぞれの赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬される。赤外線伝搬用光ファイバ２２は、その赤外線ＬＤ１２側の端面を介して赤外線ＬＤ１２と光結合している。

更に、第２変形例では、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２が束ねられ、束ねられた複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２によって赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂが構成されている（図１２Ａ参照）。また、前述の図９Ｂや図１１Ｂでは、照射側光ファイババンドル２４において赤外線伝搬用光ファイバ２２が分散配置されているが、この第２変形例では、照射側光ファイババンドル２４において複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２が密集している（図１２Ｂ参照）。

つまり、この第２変形例では、赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂとして束ねられたままの複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２と、紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する数百本の紫外線伝搬用光ファイバ２１とが、照射ヘッド３１側で密に束ねられて１つの束とされている。つまり、第２変形例の照射側光ファイババンドル２４は、４本の紫外線伝搬用光ファイババンドル２３を構成する複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１と、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２を束ねた赤外線伝搬用光ファイババンドル２２Ｂとを密に束ねた束になっている。

照射ヘッド３１には、照射側光ファイババンドル２４の先端部が挿入されている。そして、照射ヘッド３１は、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１により伝搬された紫外線と、複数の赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬された赤外線とを照射する。

この第２変形例においても、照射ヘッド３１において複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１とともに赤外線伝搬用光ファイバ２２が束ねられている。これにより、照射ヘッド３１から紫外線と赤外線が一緒に照射される。このため、照射ヘッド３１を動かしても紫外線の照射範囲に対する赤外線の照射範囲はズレないで済む。

また、この第２変形例においても、前述の実施形態と同様に、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数が、紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数よりも大きいことが望ましい。これにより、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広げることができる。

なお、第１変形例と第２変形例とを比較すると、第１変形例では赤外線の照射強度が均一に分布しやすいのに対し、第２変形例では、照射範囲の中央部において赤外線の照射強度が強くなる。

＜第３変形例＞
前述の説明では、赤外線伝搬用光ファイバ２２の数が紫外線伝搬用光ファイバ２１の数よりも少なかった。

但し、照射する赤外線のエネルギーを高める必要がある場合、あるいは赤外線と紫外線の照射範囲の重なりを正確にする必要がある場合には、図１３に示すように、赤外線伝搬用光ファイバ２２と紫外線伝搬用光ファイバ２１をほぼ同数にしても良い。図に示した変形例であっても、照射側光ファイババンドル２４において紫外線伝搬用光ファイバ２１と赤外線伝搬用光ファイバ２２が束ねられており、照射ヘッド３１から紫外線と赤外線が一緒に照射される。このため、照射ヘッド３１を動かしても紫外線の照射範囲に対する赤外線の照射範囲はズレないで済む。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第３実施形態では、照射ヘッド３１は、照射側光ファイババンドル２４の先端部の先に設けたインテグレータ光学系をさらに含んでいる。そして、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１により伝搬された紫外線と赤外線伝搬用光ファイバ２２により伝搬された赤外線とがインテグレータ光学系に入射され、インテグレータ光学系を通った紫外線と赤外線が照射ヘッド３１から照射される。これにより、第３実施形態の光照射装置は、紫外線及び赤外線を均一に照射している。以下に説明する実施形態では、インテグレータ光学系は、照射側光ファイババンドル２４の先端部に一体的に形成されたロッドレンズである。

図１４Ａは、第３実施形態の照射側光ファイババンドル２４の先端部付近の構成の説明図である。なお、図中の光ファイバの数は実際よりも少なく描かれている。

まず説明の簡略化のため、紫外線伝搬用光ファイバ２１と赤外線伝搬用光ファイバ２２を区別せず、複数の光ファイバから構成された照射側光ファイババンドル２４の先端部に一体的にロッドレンズを形成する方法やロッドレンズの機能について説明する。

照射側光ファイババンドル２４は、複数の光ファイバを束ねて構成されている。そして、照射側光ファイババンドル２４の先端部の先には、束ねられた光ファイバの先端部を溶融一体化して形成したロッドレンズ２７がある。ロッドレンズ２７の端部には、平面に研磨された出射端面がある。

照射側光ファイババンドル２４を構成する各光ファイバは、入射する光を伝送するコアと、コアの周囲を覆うように設けられたクラッドと、クラッドの周囲を覆うように設けられた樹脂製の被覆部から構成されている。ロッドレンズ２７を形成するときには、光ファイバの端部の被覆部を除去して口出し、口出しした多数の光ファイバを束ねてガラスパイプ内に充填する。次に、多数の光ファイバが充填されたガラスパイプをバーナーで加熱し、光ファイバとガラスパイプとを溶融一体化させ、断面積が一定の所定長さのロッドレンズ２７を形成する。そして、ロッドレンズ２７の先端を研磨して、図に示すような形状のロッドレンズ２７や出射端面が形成される。このようにして、照射側光ファイババンドル２４を構成する光ファイバの束の先端部に、ロッドレンズ２７が一体的に形成される。

図１４Ｂは、或る光ファイバを伝搬した光のロッドレンズ２７内の伝搬経路の説明図である。

或る光ファイバ（図中の中央の光ファイバ）を伝搬した光の一部（前述の入射角φｉ（図７参照）が比較的大きい光）は、ロッドレンズ２７に入射し、ロッドレンズ２７の側面には当たらずに、出射端面から直接出射している。但し、それ以外の光は、ロッドレンズ２７に入射した後、ロッドレンズ２７の側面で反射してから、出射端面に到達する。

ここで、例えば図中に×印で示した点に到達する光に着目すると、図中に点線で示すように、光ファイバから直接到達した光だけでなく、ロッドレンズ２７の側面で反射した光も到達する。このように、出射端面の各点において、ロッドレンズ２７内で異なる経路を経た光が重ね合わされる。

さらに、或る１つの光ファイバだけに着目して説明していたが、実際には、照射側光ファイババンドル２４を構成する各光ファイバからの光が、出射端面の各点において重ね合わされることになる。この結果、ロッドレンズ２７の出射端面では、実際の光ファイバの数よりも多い数の光ファイバによって光が重ね合わされたときのように、光が均一になる（光の強度が均一に分布する）。つまり、照射側光ファイババンドル２４の先端部にロッドレンズ２７を形成することによって、ロッドレンズ２７の出射端面から均一な光が出射する。

ロッドレンズ２７を長くすれば、ロッドレンズ２７の側面に複数回反射された光も出射端面に到達するようになり、ロッドレンズ２７の出射端面から出射される光がより均一化される。ロッドレンズ２７の側面では光が全反射しており、鏡面での光の反射と比べて損失が少ない。このため、ロッドレンズ２７を長くしてロッドレンズ２７内での光の最大反射回数を多くしても、光の損失は少ない。

また、照射側光ファイババンドル２４を構成する光ファイバの先端部を溶融することによって、照射側光ファイババンドル２４の先端部にロッドレンズ２７が一体的に形成されている。これにより、単に照射側光ファイババンドル２４の先端部の先に別部材のロッドレンズを取り付けた場合と比べて、照射側光ファイババンドル２４とロッドレンズとの境界での光の損失が少なくなる。

上記の説明では、説明の簡略化のため、紫外線伝搬用光ファイバ２１と赤外線伝搬用光ファイバ２２を区別せず、照射側光ファイババンドルにロッドレンズ２７を形成する場合について説明した。そして、上記の説明のように、複数の光ファイバの先端部を溶融一体化してロッドレンズ２７を形成すれば、光の損失が少ないという効果を得ることができる。

更に、本実施形態の照射側光ファイババンドル２４は、第１実施形態や第２実施形態で説明したように紫外線伝搬用光ファイバ２１だけでなく赤外線伝搬用光ファイバ２２も含まれており、紫外線伝搬用光ファイバ２１及び赤外線伝搬用光ファイバ２２の先端部を溶融一体化してロッドレンズ２７が形成される。この構成によれば、紫外線伝搬用光ファイバ２１を伝搬した紫外線と赤外線伝搬用光ファイバ２２を伝搬した赤外線とがロッドレンズ２７に入射され、紫外線及び赤外線がロッドレンズ２７を通って照射ヘッド３１から照射される。この結果、ロッドレンズ２７の出射端面では、均一な紫外線が出射されるとともに、均一な赤外線が出射される。つまり、本実施形態の照射ヘッド３１は、紫外線と赤外線を合波した均一な光を照射できる。

＜変形例＞
上記の説明では、インテグレータ光学系としてロッドレンズ２７が用いられていた。但し、インテグレータ光学系は、ロッドレンズ以外の光学系であっても良い。また、照射側光ファイババンドル２４の先端部にインテグレータ光学系を一体的に形成するのではなく、単に照射側光ファイババンドル２４の出射端側にインテグレータ光学系を取り付けただけでも良い。以下に説明する変形例では、インテグレータ光学系は、照射側光ファイババンドル２４の先端部が一部挿入されている中空管であって、内壁面が反射面になっている中空管である。

図１５Ａ及び図１５Ｂは、第３実施形態の変形例の説明図である。図１５Ａは、照射側光ファイババンドル２４の先端部付近の構成の説明図である。図１５Ｂは、或る光ファイバを伝搬した光の中空管２８内の伝搬経路の説明図である。なお、図中の光ファイバの数は実際よりも少なく描かれている。

この変形例では、照射側光ファイババンドル２４の先端部（光源側とは反対側の端）の一部が中空管２８に挿入されることによって、照射側光ファイババンドル２４の先端部の先に中空管２８が取り付けられている。この中空管２８の内壁面は、光を反射する反射面になっている。前述のロッドレンズ２７と同様に、例えば図中に×印で示した点に到達する光に着目すると、図中に点線で示すように、この点には、光ファイバから直接到達した光だけでなく、中空管２８の内壁面で反射した光も到達する。このように、中空管２８の出射口の各点において、中空管２８内で異なる経路を経た光が重ね合わされる。さらに、或る１つの光ファイバだけに着目して説明していたが、実際には、照射側光ファイババンドル２４を構成する各光ファイバからの光が、中空管２８の出射口の各点において重ね合わされることになる。この結果、中空管２８の出射口では、実際の光ファイバの数よりも多い数の光ファイバによって光が重ね合わされたときのように、光が均一になる（光の強度が均一に分布する）。つまり、この変形例のように、照射側光ファイババンドル２４の端部に中空管２８を取り付けることによって、中空管２８から均一な光が出射する。

なお、上記の説明では、説明の簡略化のため、紫外線伝搬用光ファイバ２１と赤外線伝搬用光ファイバ２２を区別せず、複数の光ファイバから構成された光ファイババンドルの先端部の先に中空管２８を取り付ける場合について説明したが、本実施形態の照射側光ファイババンドル２４では、第１実施形態や第２実施形態で説明したように紫外線伝搬用光ファイバ２１だけでなく赤外線伝搬用光ファイバ２２も含まれており、このような照射側光ファイババンドル２４の先端部の先に中空管２８を取り付けることになる。この構成によれば、紫外線伝搬用光ファイバ２１を伝搬した紫外線と赤外線伝搬用光ファイバ２２を伝搬した赤外線とが中空管２８に入射され、紫外線及び赤外線が中空管２８を通って照射ヘッド３１から照射される。この結果、中空管２８から均一な紫外線が出射されるとともに、均一な赤外線が出射される。つまり、本実施形態の照射ヘッド３１は、紫外線と赤外線を合波した均一な光を照射できる。

但し、中空管２８の内壁面での光の反射率は１００％ではなく、一部の光が吸収されてしまう。このため、この変形例では、中空管２８を長くして最大反射回数を多くすると、光の損失が大きい。

＝＝＝光照射装置の使用例＝＝＝
上記の第１〜３実施形態の光照射装置は、紫外線硬化材料に紫外線を照射して硬化させるのに利用される。

紫外線硬化材料は、紫外線を照射すると硬化する性質があり、この性質を利用して接着剤としても利用されている。紫外線硬化材料を接着剤として用いた場合、即乾性・透明性に優れ、乾燥後の体積変化が少ないなどの利点がある。このため、光学部品の接着の際に、光照射装置を用いることが考えられる。具体的には、ＣＤプレイヤーやＤＶＤプレイヤーのピックアップレンズの接着の際に、前述の光照射装置を用いることができる。

また、印刷用インクや塗料に紫外線硬化材料を用い、紫外線を照射して乾燥させるときにも、前述の光照射装置を用いることができる。

なお、エポキシを主成分とするカチオン重合型の紫外線硬化樹脂は、紫外線を照射したときの硬化速度が温度に依存している。このように、硬化速度が温度に依存している紫外線硬化材料に対して紫外線を照射するときに前述の光照射装置を用いれば、赤外線によって加熱しながら紫外線を照射することができるので、特に有効である。

＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更・改良され得ると共に、本発明には、その等価物が含まれることは言うまでもない。特に、以下に述べる形態であっても、本発明に含まれる。

＜光照射装置について＞
前述の実施形態では、光照射装置が紫外線と赤外線の両方を照射していたが、これに限られるものではない。前述の構成の光照射装置が、赤外線ＬＤをオフにして紫外線のみを照射するように用いられても良いし、紫外線ＬＥＤをオフにして赤外線のみを照射するように用いられても良い。

＜光源について＞
前述の実施形態では、紫外線ＬＥＤ１１の数が４個であり、赤外線ＬＤ１２の数が１個であった。但し、光源の数は、これに限られるものではない。

＜照射ヘッドについて＞
前述の照射側光ファイババンドルでは複数の光ファイバが円柱状に束ねられており、照射ヘッドの照射範囲が円状になっていた。但し、光ファイバの束の形状や、照射範囲の形状は、これに限られるものではない。

図１６Ａは、別の照射ヘッド３１の外観図である。図１６Ｂは、図１６Ａの照射ヘッド３１に用いられる照射側光ファイババンドル２４の説明図である。図１６Ｃは、更に別の照射側光ファイババンドル２４の説明図である。

図に示すように、複数の紫外線伝搬用光ファイバ２１を四角柱状に束ね、その中に赤外線伝搬用光ファイバ２２を配置しても良い。また、紫外線の照射範囲は、矩形状であっても良い。また、図に示すように、赤外線伝搬用光ファイバ２２は、１本であっても良いし、複数本であっても良い。また、この場合においても、赤外線伝搬用光ファイバ２２の開口数ＮＡが、紫外線伝搬用光ファイバ２１の開口数よりも大きいことが望ましい。これにより、紫外線と赤外線の両方が照射される範囲を広げることができる。

なお、照射ヘッド３１の照射範囲の形状は、円形や矩形状に限られるものではなく、例えばスリット状であっても良い。

１光照射装置、３筐体、
１１紫外線ＬＥＤ、１２赤外線ＬＤ、
２１紫外線伝搬用光ファイバ、２２赤外線伝搬用光ファイバ、２２Ｂ赤外線伝搬用光ファイババンドル、
２３紫外線伝搬用光ファイババンドル、２４照射側光ファイババンドル、
２５フレキシブル管、
２６一体化部、２６Ａ入射端面、２６Ｂテーパ面、
２７ロッドレンズ、２８中空管、
３１照射ヘッド、
４１コントローラ、４１Ａ操作パネル、
５１ヒートシンク、５２冷却ファン、
６０実装基板、
７１レンズ、７２鏡筒

Claims

紫外線光源と、
赤外線光源と、
前記紫外線光源から放射された紫外線をそれぞれ伝搬する複数の紫外線伝搬用光ファイバを密に束ねた紫外線伝搬用光ファイババンドルと、
前記紫外線伝搬用光ファイバとは異なる光ファイバであり、前記赤外線光源から放射された赤外線を伝搬する赤外線伝搬用光ファイバと、
前記紫外線伝搬用光ファイババンドルを構成する前記複数の紫外線伝搬用光ファイバと前記赤外線伝搬用光ファイバとを束ねた束の先端部を溶融一体化することによって形成されたロッドレンズを含み、前記複数の紫外線伝搬用光ファイバにより伝搬された紫外線と、前記赤外線伝搬用光ファイバにより伝搬された赤外線とを前記ロッドレンズの側面に反射させて合波した光を前記ロッドレンズの出射端面から照射する照射ヘッドと
を備える
ことを特徴とする光照射装置。
請求項１に記載の光照射装置であって、
前記紫外線光源は、発光ダイオードで構成され、
前記赤外線光源は、レーザダイオードで構成される
ことを特徴とする光照射装置。