JP5429925B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の面発光素子を備え、この複数の面発光素子の光を互いに重ね合わせて被照射物に照射する紫外線照射装置に関するものである。

紫外線照射装置は、医療分野での生体内外部の紫外線照射による殺菌、治療や、レンズやスピーカのボイルコイル等の電子部品を接着させる際に用いる紫外線硬化樹脂を硬化させるための装置として適用されている。

一般的に、紫外線照射装置の光源としては、面発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）が用いられている。近年、単位面積当たりの照射強度を向上させるために、複数の発光ダイオードを備え、その光を互いに重ね合わせて被照射物に照射する光照射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

次に、図１９及び図２０を参照して従来の紫外線照射装置について説明する。
図１９は、面発光素子の配置例を示す模式図、図２０は、被照射物に投影された光を示す説明図である。

図１９に示すように、紫外線照射装置１００は、支持台１０１と、４つの略四角形状の面発光素子１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと、を有している。支持台１０１は、被照射物に対向する略円形の載置面１０１ａを有している。４つの面発光素子１０２ａ〜１０２ｄは、支持台１０１の載置面１０１ａに縦方向及び横方向に２つずつ並べて配置されている。なお、この面発光素子から照射される光は、面発光素子の形状に対応した形が被照射物に投影されるものである。

この４つの面発光素子１０２ａ〜１０２ｄから照射された光は、不図示の集光レンズによって互いにずれることなく重ね合わされる。そして、図２０に示すように、被照射物には、略四角形状の光の像（以下、「像光」という。）Ｌが投影される。

特開２００４−３６３３５２号公報

一般的に、光学部品のレンズや、スピーカのボイスコイル等の被照射物は、略円形に形成されている。しかしながら、図２０に示すように、従来の紫外線照射装置１００の構成では、被照射物に投影される像光Ｌが略四角形状、すなわち非円形であるため、効率的に被照射物に対して光を照射することができない、という問題があった。

また、この従来の紫外線照射装置１００で一度に照射可能な被照射物の大きさは、最大で像光Ｌに内接する円Ｐまでである。そのため、この円Ｐより大きな照射面積を有する被照射物では、複数回に分けて光を照射する必要があり、作業効率の低下を招いていた。更に、従来の紫外線照射装置１００では、面発光素子の数を増やしても像光Ｌの大きさが変化することがなく、一度に照射可能な被照射物の大きさは、像光に内接する円Ｐである。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、効率的に光を照射することができると共に、照射面積の拡大を図ることができる紫外線照射装置を提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の紫外線照射装置は、被照射物に対向する載置面を有する支持台と、照射方向を略同一方向に向けて支持台の載置面に搭載される複数の面発光素子と、これらの複数の面発光素子からのそれぞれの光の像が被照射物で互いに重なり合うように、光を集光させる集光レンズと、を備える。
そして、これら複数の面発光素子のそれぞれは、同一の形状を有して支持台の載置面上に、面発光素子の発光面の中心が略同心円状にかつ等角度間隔で配置されており、隣接する面発光素子に対して、面発光素子の形状及び面発光素子の数に応じて決定される角度であって、面発光素子における被照射物に投影される光の像の形状がｎ回対称であって、かつ面発光素子の数をｍとすると、３６０°／（ｎ*ｍ）の角度にだけ回転した状態で配置されるようにする。

本発明の紫外線照射装置によれば、複数の面発光素子のそれぞれは、同一の形状を有して支持台の載置面上に配置されており、隣接する面発光素子に対して、面発光素子の形状及び面発光素子の数に応じて決定される所定の角度だけ回転した状態で配置されるようにしている。このため、被照射物には、複数の面発光素子からの複数の光の像が所定の角度をもって回転した状態で投影される。これにより、被照射物に投影される光の像の形状を被照射物の形状に対応した略円形に近付けることができ、効率的に光を照射することができると共に照射面積の拡大を図ることが可能である。

本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例の回路構成を示すブロック図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例にかかる照射ヘッドを示す断面図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例にかかる照射ヘッドの要部を示す斜視図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例にかかる照射ヘッドにおける面発光素子の配置例を示す平面図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例にかかる１つの発光素子によって投影される光の像を示す説明図である。 本発明の紫外線照射装置として適用した紫外線照射装置の第１の実施の形態例に かかる照射ヘッドのレンズ系の配置を示す平面図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例にかかる照射ヘッドのレンズ系の配置を示す側面図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例にかかる発光面の他の変形例を示す説明図である。 本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例と従来の紫外線照射装置の単位面積当たりの照射強度を示すグラフである。 本発明の紫外線照射装置の第２の実施の形態例にかかる照射ヘッドにおける面発光素子の配置例を示す平面図である。 本発明の紫外線照射装置の第２の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。 本発明の紫外線照射装置の第３の実施の形態例にかかる照射ヘッドにおける面発光素子の配置例を示す平面図である。 本発明の紫外線照射装置の第３の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。 本発明の紫外線照射装置の第４の実施の形態例にかかる照射ヘッドにおける面発光素子の配置例を示す平面図である。 本発明の光照射装置として適用した紫外線照射装置の第４の実施の形態例 にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。 本発明の紫外線照射装置の第５の実施の形態例にかかる照射ヘッドにおける面発光素子の配置例を示す平面図である。 本発明の紫外線照射装置の第５の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。 従来の紫外線照射装置にかかる面発光素子の配置例を示す平面図である。 従来の紫外線照射装置から照射される光の像を示す説明図である。

以下、本発明の紫外線照射装置の実施の形態例について、図１〜図１８を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
また、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態例
１−１．紫外線照射装置の構成
１−２．紫外線照射装置の回路構成
１−３．照射ヘッドの構成
２．第２の実施の形態例
３．第３の実施の形態例
４．第４の実施の形態例
５．第５の実施の形態例

＜１．第１の実施の形態例＞
まず、本発明の紫外線照射装置の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）の構成を図１〜図１０に従って説明する。

１−１．紫外線照射装置の構成
本例の紫外線照射装置１は、紫外線発光ダイオード（ＵＶ ＬＥＤ）を光源として紫外線を照射するものである。紫外線照射装置１は、例えば、医療分野での生体内外部の紫外線照射による殺菌、治療や、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させるために用いられている。この紫外線照射装置１は、複数の電子ユニット（本例では、４つ）が電気的に接続可能に積み重ねられたものである。

図１に示すように、紫外線照射装置１は、電源を有する親機２と、３つの子機３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、親機２及び３つの子機３Ａ，３Ｂ，３Ｃに着脱可能に取り付けられる４つの照射ヘッド６とから構成されている。この紫外線照射装置１は、親機２の上に３つの子機３Ａ〜３Ｃが積み重ねられている。そして、これらの親機２と３つの子機３Ａ〜３Ｃは、不図示の連結機構によって着脱可能に連結されている。なお、紫外線照射装置１を構成する子機の数は、２つ以下でもよく、または４つ以上でもよい。

［親機］
親機２は、略直方体に形成されている。親機２の正面には、操作表示部８と、照射ヘッド接続部９が設けられている。この親機２には、電源回路３１と、親機出力回路３２と、制御回路３３が内蔵されている。この照射ヘッド接続部９には、照射ヘッド６が着脱可能に取り付けられる。照射ヘッド６には、後述するように紫外線を放射する複数の発光ダイオードが内蔵されており、この照射ヘッド６から紫外線が照射される。また、親機２は、上面部に上部コネクタ１１を有している。この親機２の上面部に、第１の子機３Ａが載置される。

［子機］
３つの子機３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、それぞれ同一の構成を有しているため、ここでは、第１の子機３Ａについてのみ説明し、第２の子機３Ｂと第３の子機３Ｃには、第１の子機３Ａと同一の符号を付す。

第１の子機３Ａは、略直方体に形成されている。なお、本例では、親機２及び３つの子機３Ａ〜３Ｃをそれぞれ略長方形に形成した例を説明したが、これに限定されるものではない。更に、親機２及び３つの子機３Ａ〜３Ｃを全て同じ形状として説明したが、親機２及び３つの子機３Ａ〜３Ｃの形状をそれぞれ異なる形状としてもよい。

第１の子機３Ａの正面部には、親機２と同様に照射ヘッド接続部９が設けられており、照射ヘッド６が着脱可能に取り付けられる。そして、照射ヘッド６から紫外線が照射される。第１の子機３Ａには、子機出力回路３４が内蔵されている。

また、第１の子機３Ａは、上部コネクタ１１と、下部コネクタ１２を有している。なお、第３の子機３Ｃの上部コネクタ１１には、着脱可能な保護シールが貼り付けられている。そして、この保護シールによって上部コネクタ１１の略全体が覆われる。これにより、上部コネクタ１１から第３の子機３Ｃ内にゴミや埃等が侵入することを防ぐことができる。また、親機２及び３つの子機３Ａ〜３Ｃを連結しない際には、親機２及び３つの子機３Ａ〜３Ｃの下部コネクタ１２及び上部コネクタ１１に保護シールを貼り付けてもよい。

ここで、第１の子機３Ａの場合、下部コネクタ１２は、第１の子機３Ａを親機２に載置した際に、親機２に設けた上部コネクタ１１と電気的に接続される。また、第２の子機３Ｂの場合では、第２の子機３Ｂの下部コネクタ１２が、第２の子機３Ｂを第１の子機３Ａに載置した際に、第１の子機３Ａに設けた上部コネクタ１１と電気的に接続される。更に、第３の子機３Ｃの場合では、第３の子機３Ｃの下部コネクタ１２が、第３の子機３Ｃを第２の子機３Ｂに載置した際に、第２の子機３Ｂに設けた上部コネクタ１１と電気的に接続される。すなわち、下部コネクタ１２は、子機３のすぐ下に配置される親機２または他の子機３に設けた上部コネクタ１１と電気的に接続されるものである。

１−２．紫外線照射装置の回路構成
次に、紫外線照射装置１の回路構成について説明する。
図１に示すように、親機２と３つの子機３Ａ〜３Ｃは、上部コネクタ１１及び下部コネクタ１２を介して電気的に接続されている。また、３つの子機３Ａ〜３Ｃの下部コネクタ１２は、子機出力回路３４に接続されている。

親機２に内蔵された電源回路３１は、親機出力回路３２と、制御回路３３と、上部コネクタ１１に接続されている。そして、電源回路３１からの電力は、制御回路３３及び親機出力回路３２に供給されると共に上部コネクタ１１及び下部コネクタ１２を介して３つの子機３Ａ〜３Ｃの子機出力回路３４に供給される。

制御回路３３は、親機出力回路３２と、操作表示部８と、上部コネクタ１１に接続されている。この制御回路３３は、操作表示部８に入力された入力信号に基づいて、親機出力回路３２と上部コネクタ１１に制御信号を出力する。親機出力回路３２は、制御回路３３から入力された制御信号に基づいて紫外線照射信号を生成し、照射ヘッド接続部９に接続された照射ヘッド６に出力する。この紫外線照射信号に基づいて親機２に接続された照射ヘッド６から紫外線が照射される。

また、親機２の上部コネクタ１１に入力された制御信号は、３つの子機３Ａ〜３Ｃの下部コネクタ１２及び上部コネクタ１１を介して、３つの子機３Ａ〜３Ｃに内蔵された子機出力回路３４に出力される。３つの子機３Ａ〜３Ｃの子機出力回路３４は、それぞれ照射ヘッド接続部９に接続されている。そして、３つの子機３Ａ〜３Ｃの子機出力回路３４は、親機２から入力された制御信号に基づいて紫外線照射信号を生成し、照射ヘッド６に出力する。この紫外線照射信号に基づいて３つの子機３Ａ〜３Ｃに接続された照射ヘッド６から紫外線が照射される。

１−３．照射ヘッドの構成
次に、図１に加えて、図２〜図６を参照して照射ヘッド６の構成について説明する。
図２は、照射ヘッドの要部を示す断面図、図３は、照射ヘッドの要部を示す斜視図、図４は、照射ヘッドにかかる発光ダイオードの配置例を示す平面図、図５は、１つの発光ダイオードによって投影される像光を示す説明図である。図６は、照射ヘッドのレンズ系を示す平面図である。

図２に示すように、照射ヘッド６は、把持部１３と、この把持部１３に嵌合されるレンズ鏡筒１４とから構成されている。そして、照射ヘッド６は、後述するように、図１に示す接続コード１５と、接続コネクタ１６を介して親機２または子機３Ａ〜３Ｃの照射ヘッド接続部９に接続されている。把持部１３は、略円柱状に形成されおり、内部には軸方向に沿って配線１７が挿通する挿通孔１３ａが設けられている。また、把持部１３は、軸方向の一端に嵌合部１９が設けられており、軸方向の他端からは配線１７に接続された接続コード１５が延在している（図１参照）。なお、把持部１３は、略円柱状だけでなく、角柱状に形成してもよい。

接続コード１５の先端には、親機２又は子機３Ａ〜３Ｃの照射ヘッド接続部９と接続される接続コネクタ１６が設けられている（図１参照）。そして、この接続コネクタ１６が親機２又は子機３Ａ〜３Ｃの照射ヘッド接続部９に接続されることで、照射ヘッド６と親機２又は子機３Ａ〜３Ｃとが電気的に接続される。

また、図２に示すように、把持部１３の軸方向の一端部には、本発明の支持台の一具体例を示す基板１８が配設されている。この基板１８は、光を照射する際に被照射物Ｍに対して対向する。そして、図３に示すように、基板１８は、略円盤状に形成されており、その一面である載置面１８ａには、面発光素子の一具体例を示す４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄが搭載されている。また、載置面１８ａと反対側の面には、配線１７が電気的に接続されている。

なお、本例では、基板１８を略円盤状に形成したが、基板１８を例えば四角形状や六角形状をなす平板として形成してもよい。また、ここでは、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄを基板１８に搭載した例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄを把持部１３の軸方向の一端に直接搭載してもよい。この場合、把持部１３が本発明の支持台となり、把持部１３の軸方向の一端面が本発明の載置面となる。

［面発光素子の配置例］
図３及び図４に示すように４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄは、それぞれ略中心に発光面２１ａ〜２１ｄを有している。この４つの発光面２１ａ〜２１ｄは、それぞれ略正方形、すなわち４回対称をなす形状に形成されている。ここで、本例に適用される４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄは、波長３００〜４００ｎｍ近傍、例えば波長３８０ｎｍ付近の紫外線を照射するものである。そして、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄから照射される紫外線は、全て同一の波長である。

また、図５に示すように、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄのうち１つの発光ダイオードから照射された光が、後述するレンズ系（図６及び図７参照。）を通過すると、被照射物Ｍには、非円形である四角形に近い像光Ｌが投影される。なお、下記では略正方形の像光Ｌが被照射物Ｍに投影されるものとして説明する。

更に、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄは、それぞれの発光面２１ａ〜２１ｄの中心が略同心円状に位置し、且つ等角度間隔で基板１８に配置されている。なお、本例では、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄは、略９０°間隔で配置されている。

第２の発光ダイオード２１Ｂは、載置面１８ａと平行で、且つ第１の発光ダイオード２１Ａに対して第２の発光面２１ｂの中心を軸として角度θ_１をもって回転させて配置されている。また、第３の発光ダイオード２１Ｃは、第２の発光ダイオード２１Ｂに対して第３の発光面２１ｃの中心を軸として角度θ_１に回転させて配置されている。すなわち、第３の発光ダイオード２１Ｃは、第１の発光ダイオード２１Ａに対して第３の発光面２１ｃの中心を軸として角度２×θ_１をもって回転させて配置されている。

更に、第４の発光ダイオード２１Ｄは、第３の発光ダイオード２１Ｃに対して第４の発光面２１ｄの中心を軸として角度θ_１に回転させて配置されている。そして、第１の発光ダイオード２１Ａは、第４の発光ダイオード２１Ｄに対して第１の発光面２１ａの中心を軸として角度θ_１をもって回転させて配置されている。すなわち、第４の発光ダイオード２１Ｄは、第１の発光ダイオード２１Ａに対して第４の発光面２１ｄの中心を軸として角度３×θ_１に回転させて配置されている。従って、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄは、載置面１８ａに平行で、且つそれぞれの発光面２１ａ〜２１ｄの中心を軸として全て異なる回転角度に回転させて配置されている。

なお、４つの発光面２１ａ〜２１ｄの回転角度は、それぞれ対応する４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの回転角度と一致するものである。

４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの回転角度は、例えば次のようにして設定される。本例にかかる４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの発光面２１ａ〜２１ｄの形状は、略正方形、すなわち４回対称をなす形状であるため、９０°回転させると元の形状と重なり合う。よって、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの回転角度は、０°〜９０°の範囲に設定される。本例では、角度θ_１は、９０°を発光ダイオードの数で割った２２．５°に設定されている。

なお、本例では、被照射物Ｍに投影される像光が略正方形になる発光ダイオードを用いた例を説明したが、例えば像光が略長方形や他の多角形状に投影される発光ダイオードを用いてもよい。ここで、投影される像光が略長方形になる発光ダイオードの場合では、長方形が２回対称の図形であるため、回転角度を１８０°未満に設定することが好ましい。すなわち、第２の発光ダイオードは、第１の発光ダイオードに対して１８０°未満の回転角度で回転して配置されるものである。

また、投影される像光がｎ回対称の場合では、回転角度を３６０°／ｎ未満に設定することが好ましい。その結果、被照射物には、３６０°／ｎずつ回転した像光が投影される。なお、本発明は、１回対称の図形も含むものである。更に、回転角度は、発光ダイオードの数で割ることが好ましい。すなわち、例えば発光ダイオードの数をｍ個とすると、回転角度は、３６０°／（ｎ×ｍ）となる。

更に、図２に示すように、把持部１３の軸方向の一端に設けた嵌合部１９には、レンズ鏡筒１４が嵌合されている。レンズ鏡筒１４は、筒体２２と、この筒体２２に収納された第１の集光レンズ２３及び第２の集光レンズ群２４とを有している。第２の集光レンズ群２４は、４つのレンズ２４Ａ〜２４Ｄから構成されている（図６参照）。筒体２２は、把持部１３に近い基端部側が円錐台形状に形成されており、被照射物Ｍに向けられる先端部側が円筒形に形成されている。この筒体２２の先端部側には、第１の集光レンズ２３が固定されている。また、筒体２２の基端部側には、第２の集光レンズ群２４がレンズホルダ２６に保持された状態で固定されている。

図２及び図６に示すように、レンズホルダ２６は、略円板状に形成されており、等間隔に４つの開口部２６ａが設けられている。そして、このレンズホルダ２６の４つの開口部２６ａには、第２の集光レンズ群２４の４つのレンズ２４Ａ〜２４Ｄが嵌め込まれている。

この第２の集光レンズ群２４は、レンズ鏡筒１４を把持部１３に取り付けることで、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄにおける光の照射方向の前方に配置される。具体的には、図６に示すように、第１のレンズ２４Ａは、第１の発光ダイオード２１Ａの前方に位置し、第２のレンズ２４Ｂは、第２の発光ダイオード２１Ｂの前方に位置している。なお、第３及び第４のレンズ２４Ｃ，２４Ｄも同様に、第３及び第４の発光ダイオード２１Ｃ，２１Ｄの前方に位置している。また、４つのレンズ２４Ａ〜２４Ｄは、対応する４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの発光面２１ａ〜２１ｄの中心よりもその中心軸がレンズホルダ２６の中心Ｏ側にずらして配置されている。

なお、本例では、本発明の集光レンズを第１の集光レンズ２３と第２の集光レンズ群２４で構成した例を説明したが、第２の集光レンズ群２４のみで本発明の集光レンズを構成してもよい。また、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄから照射された光が被照射物Ｍで互いに重なり合うようなレンズ系であれば、上述したレンズ系に限定されるものではない。

［照射ヘッドから照射される光について］
次に、図７及び図８を参照して上述した構成を有する照射ヘッド６から放射された光が被照射物Ｍに投影される像光Ｌ１について説明する。
図７は、照射ヘッド６のレンズ系の配置を示す側面図、図８は照射ヘッド６から照射される像光を示す説明図である。

図７に示すように、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの発光面２１ａ〜２１ｄから出射された光Ｔ_１〜Ｔ_４は、それぞれ第２の集光レンズ群２４における対応する４つのレンズ２４Ａ〜２４Ｄに入射される。次に、この第２の集光レンズ群２４に入射された光Ｔ_１〜Ｔ_４は、第２の集光レンズ群２４を透過して、第１の集光レンズ２３に入射される。

ここで、第２の集光レンズ群２４の４つのレンズ２４Ａ〜２４Ｄは、その中心軸が対応する４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの発光面２１ａ〜２１ｄの中心からレンズホルダ２６の中心Ｏ側にずらして配置されている。そのため、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄから照射された光Ｔ_１〜Ｔ_４の光束は、第２の集光レンズ群２４の４つのレンズ２４Ａ〜２４Ｄによって、レンズホルダ２６の中心Ｏ側に曲げられる。これにより、第２の集光レンズ群２４の前方に配置された第１の集光レンズ２３の直径や度数を小さくすることができ、レンズ鏡筒１４の小型化を図ることができる。

次に、第１の集光レンズ２３に入射された光Ｔ_１〜Ｔ_４は、第１の集光レンズ２３によって集光され被照射物Ｍに集光される。すなわち、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの発光面２１ａ〜２１ｄから放射される光の主光線は、前記被照射物Ｍで全て一点に集光される。そして、図８に示すように、被照射物Ｍには、４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄからの像光Ｌ_Ａ〜Ｌ_Ｄが互いに重なり合うことで像光Ｌ１が投影される。

なお、図８に示すように、第２の発光ダイオード２１Ｂから照射された像光Ｌ_Ｂは、被照射物Ｍにおいて第１の発光ダイオード２１Ａから照射された像光Ｌ_Ａに対して、角度θ_１をもって回転して投影されている。第３の発光ダイオード２１Ｃから照射された像光Ｌ_Ｃ及び第４の発光ダイオードから照射された像光Ｌ_Ｄも同様に、第２の発光ダイオード２１Ｂ及び第３の発光ダイオード２１Ｃから照射された像光Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃに対して、角度θ_１をもって回転して投影されている。すなわち、被照射物Ｍに投影される像光Ｌ１は、載置面１８ａに配置された４つの発光ダイオード２１Ａ〜２１Ｄの回転角度と対応している。

そして、図８に示す被照射物Ｍに投影された像光Ｌ１内には、一つの発光ダイオードから投影された像光内に内接する円Ｐよりも大きい円Ｑを描くことができる。このように、本例の照射ヘッド６によれば、図１９に示す従来の紫外線照射装置１００よりも照射面積を大きくすることが可能である。さらに、図８に示すように、被照射物Ｍに円形に近い像光Ｌ１を投影することができるため、効率的に光を照射することができる。

なお、本例では、発光ダイオードの発光面の形状を四角形状に形成されたものを用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示す発光面２１１では、２つの対角に２つのパターン２１２，２１２が設けられている。そして、この２つのパターン２１２，２１２には、それぞれワイヤー２１３，２１３が接続されている。この図９に示す発光面２１１では、２つのパターン２１２，２１２が影となるため、図５に示す像光Ｌから２つの対角が切り欠かれた像光が投影される。また、配置した箇所によっては、２つのワイヤー２１３，２１３も影となる。

このような構成を有する発光面２１１を用いても、被照射物Ｍには複数の発光ダイオードからの像光が所定の回転角度で回転して重なり合って投影される。そのため、パターン２１２やワイヤー２１３で影になった箇所を他の発光ダイオードからの光で補完することができ、効率的に光を照射することが可能である。

なお、この発光面２１１を用いる場合、２つのパターン２１２，２１２を２つの対角に設けたことで略２回対称をなす像光が投影される。そのため、第２の発光ダイオードは、第１の発光ダイオードに対して１８０°未満の回転角度で回転させて配置することが好ましい。

次に、図１０を参照して本例の紫外線照射装置１と従来の紫外線照射装置１００における光の照度分布の違いについて説明する。
図１０は、本例の紫外線照射装置１と従来の紫外線照射装置１００の単位面積当たりの照射強度を示すグラフである。縦軸は、単位面積当たりの照射強度（ｍＷ／ｃｍ^２）を示しており、横軸は、照射エリアの中心からの位置（ｍｍ）を示している。また、この図１０は、図８に示す像光Ｌ１の中心を通る線分Ｓ上の照射強度の分布を示している。なお、本例の紫外線照射装置１及び従来の紫外線照射装置１００にかかる一つの発光ダイオードの照射強度は、同一に設定されている。

図１０に示すように、従来の紫外線照射装置１００は、中心から７ｍｍ離れた地点までは高い照射強度を有しているが、中心から８ｍｍを超えると照射強度が急激に減少している。そして、中心から９ｍｍ離れた地点では、照射強度が０ｍＷ／ｃｍ^２になっている。

これに対し、本例の紫外線照射装置１は、中心から７ｍｍ離れた地点から照射強度が減少しているが、中心から９ｍｍ離れた地点でも照射強度で約３５０ｍＷ／ｃｍ^２の光を照射している。これにより、本例の紫外線照射装置１のほうが従来の紫外線照射装置１００よりも広い照射面積を有していることが分かる。

＜２．第２の実施の形態例＞
次に、図１１及び図１２を参照して紫外線照射装置の第２の実施の形態例について説明する。
図１１は、面発光素子の配置例を示す平面図、図１２は、この第２の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される像光を示す説明図である。

この第２の実施の形態例にかかる紫外線照射装置４０は、照射ヘッド４６に５つの発光ダイオード４１Ａ〜４１Ｅを設けたものである。図１１に示すように、第２の発光ダイオード４１Ｂは、第１の発光ダイオード４１Ａに対して角度θ_２をもって回転させて配置されている。同様に、第３〜第５の発光ダイオード４１Ｃ〜４１Ｅは、第２〜第４の発光ダイオード４１Ｂ〜４１Ｄに対して角度θ_２ずつ回転させて配置されている。すなわち、第５の発光ダイオード４１Ｅは、第１の発光ダイオード４１Ａに対して角度４×θ_２に回転させて配置されている。角度θ_２は、９０°を発光ダイオードの数で割った１８°に設定されている。

図１２に示すように、被照射物Ｍには、５つの発光ダイオード４１Ａ〜４１Ｅから照射された像光Ｌ_Ａ〜Ｌ_Ｅが互いに重なり合うことで像光Ｌ２が投影される。なお、第２の発光ダイオード４１Ｂから照射された像光Ｌ_Ｂは、被照射物Ｍにおいて第１の発光ダイオード４１Ａから照射された像光Ｌ_Ａに対して、角度θ_２をもって回転して投影される。

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる紫外線照射装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する紫外線照射装置４０によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる紫外線照射装置１と同様の作用効果を得ることができる。

＜３．第３の実施の形態例＞
次に、図１３及び図１４を参照して紫外線照射装置にかかる照射ヘッドの第３の実施の形態例について説明する。
図１３は、面発光素子の配置例を示す平面図、図１４は、この第３の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。

この第３の実施の形態例にかかる紫外線照射装置５０は、照射ヘッド５６に６つの発光ダイオード５１Ａ〜５１Ｆを設けたものである。図１３に示すように、第２の発光ダイオード５１Ｂは、第１の発光ダイオード５１Ａに対して角度θ_３をもって回転させて配置されている。同様に、第３〜第６の発光ダイオード５１Ｃ〜５１Ｆは、第２〜第５の発光ダイオード５１Ｂ〜５１Ｅに対して角度θ_３ずつ回転させて配置されている。すなわち、第６の発光ダイオード５１Ｅは、第１の発光ダイオード５１Ａに対して角度５×θ_２に回転させて配置されている。角度θ_３は、９０°を発光ダイオードの数で割った１５°に設定されている。

図１４に示すように、被照射物Ｍには、６つの発光ダイオード５１Ａ〜５１Ｆから照射された像光Ｌ_Ａ〜Ｌ_Ｆが互いに重なり合うことで像光Ｌ３が投影される。なお、第２の発光ダイオード５１Ｂから照射された像光Ｌ_Ｂは、被照射物Ｍにおいて第１の発光ダイオード５１Ａから照射された像光Ｌ_Ａに対して、角度θ_３をもって回転して投影される。

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる紫外線照射装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する紫外線照射装置５０によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる紫外線照射装置１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、図１２及び図１４に示すように、面発光素子である発光ダイオードの数を増やすごとに、被照射物Ｍに投影される像光Ｌ２，Ｌ３をより円形に近付けることができる。さらに、像光Ｌ２，Ｌ３内に描くことができる最大の円Ｑ２，Ｑ３も大きくなり、照射面積を広くすることができる。

＜４．第４の実施の形態例＞
次に、図１５及び図１６を参照して紫外線照射装置にかかる照射ヘッドの第４の実施の形態例について説明する。
図１５は、面発光素子の配置例を示す平面図、図１６は、この第４の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。
この第４の実施の形態例にかかる紫外線照射装置６０は、第３の実施の形態例にかかる紫外線照射装置５０から発光ダイオードの配置を変更したものである。

図１５に示すように、第２の発光ダイオード６１Ｂは、第１の発光ダイオード６１Ａに対して角度θ_４をもって回転させて照射ヘッド６６に配置されている。同様に、第３の発光ダイオード６１Ｃは、第２の発光ダイオード６１Ｂに対して角度θ_４をもって回転させて配置されている。そして、第４の発光ダイオード６１Ｄは、第１の発光ダイオード６１Ａと同じ回転角度で配置されている。更に、第５の発光ダイオード６１Ｅは、第２の発光ダイオード６１Ｂと同じ回転角度で配置されており、第６の発光ダイオード６１Ｆは、第３の発光ダイオード６１Ｃと同じ回転角度で配置されている。ここで、角度θ_４は、３０°に設定されている。

図１６に示すように、被照射物Ｍには、６つの発光ダイオード６１Ａ〜６１Ｆから照射された像光Ｌ_Ａ〜Ｌ_Ｆが互いに重なり合うことで像光Ｌ４が投影される。そして、第２の発光ダイオード６１Ｂから照射された像光Ｌ_Ｂは、被照射物Ｍにおいて第１の発光ダイオード６１Ａから照射された像光Ｌ_Ａに対して、角度θ_４をもって回転して投影される。

なお、第１の発光ダイオード６１Ａの像光Ｌ_Ａと第４の発光ダイオード６１Ｄと像光Ｌ_Ｄは、ずれることなく重なり合う。同様に、第２の発光ダイオード６１Ｂの像光Ｌ_Ｂと第５の発光ダイオード６１Ｅの像光Ｌ_Ｅ、第３の発光ダイオード６１Ｃの像光Ｌ_Ｃと第６の発光ダイオード６１Ｆの像光Ｌ_Ｆがずれることなく重なり合う。

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる紫外線照射装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する紫外線照射装置６０によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる紫外線照射装置１と同様の作用効果を得ることができる。

この第４の実施の形態例にかかる紫外線照射装置６０のように、全ての面発光素子を異なる回転角度で配置しなくてもよく、少なくとも半数以上の面発光素子をそれぞれ異なる回転角度で配置すれば、その効果を発揮できるものである。

また、第１〜第３の発光ダイオード６１Ａ〜６１Ｃは、同一の波長を照射し、第４〜第６の発光ダイオード６１Ｄ〜６１Ｆは、第１〜第３の発光ダイオード６１Ａ〜６１Ｃと異なる波長を照射するよう設定してもよい。このように、発光ダイオードから照射される光の波長は、全て同一に設定しなくてもよい。

＜５．第５の実施の形態例＞
次に、図１７及び図１８を参照して紫外線照射装置にかかる照射ヘッドの第５の実施の形態例について説明する。
図１７は、面発光素子の配置例を示す平面図、図１８は、この第５の実施の形態例にかかる照射ヘッドから照射される光の像を示す説明図である。

この第５の実施の形態例にかかる紫外線照射装置７０は、照射ヘッド７６に９つの発光ダイオード７１Ａ〜７１Ｉを設けたものである。図１７に示すように、９つの発光ダイオード７１Ａ〜７１Ｉは、載置面７８ａと平行をなす横方向及び縦方向に３つずつ配置されている。そして、第２の発光ダイオード７１Ｂは、第１の発光ダイオード７１Ａに対して略１０°をもって回転させて配置されている。同様に、第３〜第９の発光ダイオード７１Ｃ〜７１Ｉは、第２〜第８の発光ダイオード７１Ｂ〜７１Ｈに対して略１０°回転させて配置されている。

図１８に示すように、被照射物Ｍには、９つの発光ダイオード７１Ａ〜７１Ｉから照射された像光Ｌ_Ａ〜Ｌ_Ｉが互いに重なり合うことで像光Ｌ５が投影される。そして、第２の発光ダイオード７１Ｂから照射された像光Ｌ_Ｂは、被照射物Ｍにおいて第１の発光ダイオード７１Ａから照射された像光Ｌ_Ａに対して、略１０°回転して投影される。同様に、第３〜第９の発光ダイオード７１Ｃ〜７１Ｉから照射された像光Ｌ_Ｃ〜Ｌ_Ｉも、第２〜第８の発光ダイオード７１Ｂ〜７１Ｈに対して略１０°回転して投影される。

その他の構成は、第１の実施の形態にかかる紫外線照射装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有する紫外線照射装置７０によっても、上述した第１の実施の形態例にかかる紫外線照射装置１と同様の作用効果を得ることができる。

この第５の実施の形態例にかかる紫外線照射装置７０のように、面発光素子の中心を全て同心円状に配置しなくても、その目的を達成できるものである。また、面発光素子は、その像光が被照射物で互いに重なり合えば、ランダムに配置してもよい。

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。本発明では、紫外線照射装置を用いた例を説明したが、他に、レーザ加工装置、その他各種の複数の面発光素子を備える光照射装置に適用できるものである。

また、上述した実施の形態例では、複数の面発光素子を規則正しく回転させて配置した例を説明したが、面発光素子の回転角度は、少なくとも半数以上の面発光素子と異なる回転角度であればランダムに設定してもよい。更に、面発光素子として紫外線を照射する発光ダイオードを用いた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、可視光を照射する発光ダイオードを用いてもよく、または半導体レーザ（ＬＤ）や有機ＥＬ等のその他各種の面発光素子を用いてもよい。更に、被照射物に発光素子の発光面における発光面の形状と略等しい像光が投影される結像系の光学系にも適用できるものである。

１，４０，５０，６０，７０…紫外線照射装置（光照射装置）、 ６，４６，５６，６６，７６…照射ヘッド、 １３…把持部、 １４…レンズ鏡筒、 １８…基板（支持台）、 １８ａ，７８ａ…載置面、 ２１Ａ…第１の発光ダイオード（第１の面発光素子）、 ２１Ｂ…第２の発光ダイオード（第２の面発光素子）、 ２１Ｃ…第３の発光ダイオード（第３の面発光素子）、 ２１Ｄ…第４の発光ダイオード（第４の面発光素子）、 ２１ａ…第１の発光面、 ２１ｂ…第２の発光面、 ２１ｃ…第３の発光面、 ２１ｄ…第４の発光面、２１１…発光面、 ２３…第１の集光レンズ（集光レンズ）、 ２４…第２の集光レンズ群（集光レンズ）、 ２４Ａ…第１のレンズ、 ２４Ｂ…第２のレンズ、 ２４Ｃ…第３のレンズ、 ２４Ｄ…第４のレンズ、 ２６…レンズホルダ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ…光の像（像光）

Claims (6)

1. 被照射物に対向する載置面を有する支持台と、
   照射方向を略同一方向に向けて前記支持台の載置面に搭載される複数の面発光素子と、
   前記複数の面発光素子からのそれぞれの光の像が前記被照射物で互いに重なり合うように、前記光を集光させる集光レンズと、を備え、
   前記複数の面発光素子のそれぞれは、同一の形状を有して前記支持台の載置面上に、前記面発光素子の発光面の中心が略同心円状にかつ等角度間隔で配置されており、
   隣接する面発光素子に対して、前記面発光素子の形状及び前記面発光素子の数に応じて決定される角度であって、前記面発光素子における前記被照射物に投影される光の像の形状がｎ回対称であって、かつ面発光素子の数をｍとすると、３６０°／（ｎ*ｍ）の角度にだけ回転した状態で配置される、
   紫外線照射装置。
2. 前記複数の面発光素子における被照射物に投影される光の像の形状は、４回対称（ｎ＝４）となる略正方形に設定される、
   請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記複数の面発光素子は、少なくとも半数以上の面発光素子が、前記複数の面発光素子のうちの基準となる一つの面発光素子の基準線に対して異なる角度をもって回転させて配置されている
   請求項１または２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記複数の面発光素子における被照射物に投影される光の像の形状は、２回対称（ｎ＝２）となる略長方形に設定される、
   請求項１に記載の紫外線照射装置。
5. 前記複数の面発光素子から放射される光の主光線は、前記被照射物で全て一点に集光される、
   請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線照射装置。
6. 被照射物に対向する載置面を有する支持台と、
   前記支持台の前記載置面に搭載され、多角形形状に結像し得る光を発光し、前記光の照射方向が前記被照射物と略同一方向である、第一の面発光素子と、
   前記第一の面発光素子と同一の多角形形状に結像し得る光を発光し、前記光の照射方向が前記被照射物と略同一方向であり、前記支持台の前記載置面に、前記第一の面発光素子の前記載置面における搭載方向に対して所定の角度回転された状態で搭載される第二の面発光素子と、
   前記第二の面発光素子と同一の多角形形状に結像し得る光を発光し、前記光の照射方向が前記被照射物と略同一方向であり、前記支持台の前記載置面に、前記第一の面発光素子の前記載置面における搭載方向と、前記第二の面発光素子の前記載置面における搭載方向との何れにも異なる角度にて回転された状態で搭載される第三の面発光素子と、
   前記第一の面発光素子、前記第二の面発光素子及び前記第三の面発光素子から照射される各々の光の像が前記被照射物で互いに重なり合うように、前記光を集光させる集光レンズと
   を備える紫外線照射装置。

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