JP6171483B2 - 照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、線状光源を用いて照射領域を均一に照射する照射装置に係り、特に、線状光源よりも十分に長い照射領域を照射する技術に関する。

内壁面を反射面とした四角筒状のチャンバを備え、このチャンバに線状光源を収めた紫外線照射装置が知られている。この紫外線照射装置では、チャンバの内壁面を基部から先端に向けて拡開するように傾斜させ、この傾斜角度を適宜に調整することで、均一な照度での照射領域の拡大が図られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２１８７７５号公報

しかしながら、照射領域を広くするほど、チャンバの内壁面の先端も大きく拡がることから、その分、装置が大型化するという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、照射領域を拡げつつも小型化が可能な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に、本発明は、線状光源と、前記線状光源の上側を覆う主反射面と、前記線状光源の端部に対面配置された一対の側面反射面と、前記線状光源と照射領域の間に設けられた四角筒状の補助反射面とを有した照射装置において、前記補助反射面と前記線状光源の間であり前記線状光源の両端の側のそれぞれに、上端よりも下端が前記線状光源の中心に向けて入り込み、前記線状光源の光を前記主反射面、及び前記側面反射面に反射する第１反射面を設け、前記線状光源の両端の側の前記補助反射面の基端を、前記第１反射面の下端の位置に配置可能にし、前記主反射面に、前記線状光源に沿って、前記第１反射面の反射光を通す位置まで少なくとも延びる通気スリットを設け、前記通気スリットを通った前記第１反射面の反射光を、前記通気スリットを通って前記照射領域に向かうように反射する第２反射面を備えることを特徴とする。

また本発明は、上記照射装置において、前記線状光源よりも長い前記照射領域を、前記線状光源の直接光と、前記主反射面、一対の前記側面反射面、及び前記補助反射面の反射光とで所定の均斉度で照射することを特徴とする。

本発明によれば、補助反射面と線状光源の間であり線状光源の両端の側に、上端よりも下端が線状光源の中心に向けて入り込み、線状光源の光を主反射面に反射する第１反射面を設けることで、線状光源の両端の側の補助反射面の基端を、第１反射面の下端の位置に配置可能にした。
これにより、線状光源の両端の側の補助反射面の基端を、線状光源の中心に向けて入り込んだ位置に配置できることから、補助反射面の線状光源の長軸方向の長さが短くなり装置をコンパクトにできる。

本発明の実施形態に係る照射装置の外観斜視図である。 照射装置の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 紫外線ランプの管軸を含む照射装置の縦断面図である。 照射装置の横断面図である。 ワークの照度分布図であり、（Ａ）は紫外線ランプの照度分布を示し、（Ｂ）は光源ユニットの照射による照度分布を示し、（Ｃ）は照射装置の照射による照度分布を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る照射装置１の外観斜視図である。また図２は照射装置１の構成を示す図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は正面図、図２（Ｃ）は側面図である。

照射装置１は、線状光源たる直管型の紫外線ランプ１０を内蔵し、この紫外線ランプ１０の直下に設定されたワーク２の全域を均一な照度（すなわち良好な均斉度）で照射する装置であり、光源ユニット１２と、補助反射板１４とを備えている。
光源ユニット１２は、上記直管型の紫外線ランプ１０を備え、直下のワーク２を所定の均斉度で照射する。補助反射板１４は、光源ユニット１２とワーク２の間に配置され、当該光源ユニット１２の照射光を、光源ユニット１２の照射によるワーク２内の低照度箇所を補うように反射する。これによりワーク２の照度が均一となり、良好な均斉度が得られる。

図３は紫外線ランプ１０の管軸Ｍを含む照射装置１の縦断面図であり、図４は照射装置１の横断面図である。また図５は、ワーク２の照度分布図であり、図５（Ａ）は紫外線ランプ１０の照度分布を示し、図５（Ｂ）は光源ユニット１２の照射による照度分布を示し、図５（Ｃ）は照射装置１の照射による照度分布を示している。
光源ユニット１２は、図１〜図４に示すように、直管型の上記紫外線ランプ１０の他に、主反射板１６と、一対の側面反射板１８とを備えている。
この光源ユニット１２では、線状光源の数は１つであり、この線状光源の長軸を中心に対称に放射光が主反射板１６、及び一対の側面反射板１８によって配向される。この線状光源には、上記直管型の紫外線ランプ１０が用いられ、この紫外線ランプ１０には、高出力タイプの各種の紫外線光源ランプが用いられている。

紫外線ランプ１０でワーク２を照射した場合、ワーク２の照度分布は、図５（Ａ）に示すように、中心Ｏの直下の領域Ｘａで照度が高く、その周囲で照度が低くなる。
主反射板１６は、図４に示すように、主として紫外線ランプ１０の光を管軸Ｍと直交する方向（以下、幅方向Ｎと言う）に拡げるように配向することで、図５（Ｂ）に示すように、領域Ｘａの幅方向Ｎの両側の領域Ｘｂの照度を高めるものである。
具体的には、主反射板１６は、図１、図２、及び図４に示すように、紫外線ランプ１０の管軸Ｍに沿って延びる略断面樋状を成し、その内部に紫外線ランプ１０が配置されている。この主反射板１６では、紫外線ランプ１０の真上に管軸Ｍに沿って通気スリット２０が開口し、この通気スリット２０を通じて光源ユニット１２の内部の熱が放熱される。この主反射板１６は通気スリット２０によって２つのパーツに分割されている。

主反射板１６の反射面は、図４に示すように、大別すると、紫外線ランプ１０の上方を覆う上方主反射面２２と、紫外線ランプ１０の側方を覆う側方主反射面２４と、この側方主反射面２４の下端に連設された下縁部主反射面２６とを備えている。
上方主反射面２２、及び側方主反射面２４は、紫外線ランプ１０から上方に向かう光Ｋ１、及び側方に向かう光Ｋ２をワーク２に向けて反射する。これらの反射光、及び紫外線ランプ１０の直接光Ｋ０によってワーク２が光源ユニット１２によって直接的に照射される。
一方、下縁部主反射面２６は紫外線ランプ１０の光Ｋ３を補助反射板１４に反射し、この補助反射板１４による反射を用いてワーク２の幅方向Ｎの縁部２Ａを照射することで、図５（Ｂ）に示すように、当該縁部２Ａでの照度が確保される。

側面反射板１８は、図３に示すように、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの両側に配置され、紫外線ランプ１０の光Ｋ４を、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの直下、並びに、直下よりも外側の縁部２Ｂを含む範囲に反射する。さらに、この側面反射板１８は、縁部２Ｂでの照度を高めるべく、紫外線ランプ１０の光Ｋ５を補助反射板１４に補助反射板１４に反射し、この補助反射板１４による反射を用いてワーク２の縁部２Ｂを照射している。
係る側面反射板１８の反射により、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの直下のみならず、図５（Ｂ）に示すように、この直下よりも遠方の縁部２Ｂに亘る広い範囲が照射され、これにより、ワーク２の管軸Ｍの方向を紫外線ランプ１０の管長Ｌよりも十分に長くできる。

なお、この照射装置１では、側面反射板１８のそれぞれの上端１８Ａには、第１反射板４０が連設されているが、これについては後述する。

補助反射板１４は、紫外線ランプ１０の端部１０Ａに対面する一対の端板３０と、紫外線ランプ１０の両側に対面する一対の側板３２とを有し、これらが四角筒状に組まれ、その内壁面が反射面として構成されている。
この補助反射板１４は、上述の通り、光源ユニット１２とワーク２の間に配置され、当該光源ユニット１２の照射光を、ワーク２内の低照度箇所の照度を補うように反射することで、ワーク２の照度を均一にして均斉度を高めるものである。
具体的には、光源ユニット１２の照度分布においては、図５（Ｂ）に示すように、領域Ｘａ、Ｘｂの各々の間、及び、縁部２Ａ、２Ｂで照度が他の箇所よりも低くなっている。これらの箇所の照度が補助反射板１４の反射光によって高められることで、図５（Ｃ）に示すように、ワーク２における照度分布の高低差が小さくなり、均斉度が高められる。
また、この補助反射板１４は、基端１４Ａの側から先端１４Ｂの側にかけて拡開するように端板３０、及び側板３２が傾斜することで、図３に示すように、紫外線ランプ１０の管長Ｌよりも十分に長いワーク２を照射するように構成されている。

この照射装置１では、紫外線ランプ１０の管軸Ｍの方向の寸法を抑えつつ、当該紫外線ランプ１０の管長Ｌよりも長いワーク２を均一な照度で照射可能にするために、第１反射板４０、及び第２反射板４２を備えている。
第１反射板４０は、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの各々の直下に設けられた反射板であり、また第２反射板４２は紫外線ランプ１０を挟んで第１反射板４０の真上に設けられた反射板である。

第１反射板４０は、図１、及び図２に示すように、補助反射板１４の端板３０と同じ幅を有する略矩形板状に形成され、図３に示すように、その上端４０Ａよりも下端４０Ｂが側面視で紫外線ランプ１０の中心Ｏに向けて入り込むように傾斜して設けられている。第１反射板４０の上面は反射面として構成されており、その上方には紫外線ランプ１０が位置し、この反射面によって紫外線ランプ１０の光Ｋ６が第２反射板４２に向けて反射される。
なお、図示を省略するが、第１反射板４０で反射した光の一部は、上方に位置する光源ユニット１２の側面反射板１８にも入射し、この側面反射板１８によってワーク２の縁部２Ｂの照射に利用されている。

一方、第２反射板４２は、図１〜図３に示すように、光源ユニット１２が備える側面反射板１８と同じ幅を有する矩形板形状に形成され、この側面反射板１８の上端１８Ａに連設されている。第２反射板４２は、その下面が反射面として構成され、この下面が上記第１反射板４０と紫外線ランプ１０を挟んで対面配置されており、第１反射板４０が反射した光Ｋ６をワーク２に向けて反射する。
この第２反射板４２は、補助反射板１４による反射光とともに光源ユニット１２による低照度箇所の照度を補うように反射し、これにより、ワーク２が均一な照度で照射され高い均斉度が得られようになっている。
なお、第２反射板４２は、紫外線ランプ１０から上方に向かう直接光Ｋ７もワーク２に反射しており、これにより光源の利用効率の向上も図られている。

ここで、上述の通り、第１反射板４０は、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの直下に亘って延在している。このため、紫外線ランプ１０の端部１０Ａ、及びその近傍から直下方向に放射される光Ｋ７については第１反射板４０の反射面で反射され、第２反射板４２の制御によってワーク２に照射される。このため、補助反射板１４にあっては、紫外線ランプ１０の端部１０Ａから直下方向に放射される光Ｋ７を制御する必要がない。したがって、補助反射板１４の端板３０は、図３に示すように、その基端１４Ａを、少なくとも第１反射板４０の下端４０Ｂの位置まで紫外線ランプ１０の中心Ｏに向かって入り込んだ位置に配置できる。

一方、この第１反射板４０が無い場合には、図３に仮想線で示すように、端板３０は、少なくとも紫外線ランプ１０の直下に基端１４Ａが配置され、そこから拡開ように傾斜することになる。この場合、紫外線ランプ１０の管長Ｌよりも長く、かつ均一な照度が得られるワーク２を得ようとすると、端板３０の先端１４Ｂは、ワーク２の縁部２Ｂを大きく超えて位置することとなり、装置が大型化してしまう。

これに対して、この照射装置１によれば、補助反射板１４の端板３０の基端１４Ａを、図３に示すように、第１反射板４０の下端４０Ｂの位置に配置できる。このため、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの直下から下端４０Ｂまでの水平距離Ｑの分だけ、装置をコンパクトにできることとなる。なお、この配置にあっては、補助反射板１４と第１反射板４０とは側面視で略「く」の字状を成す。

ここで、光源ユニット１２には、上述の通り、紫外線ランプ１０の上方を覆う上方主反射面２２を有した主反射板１６が設けられている。すなわち、この上方主反射面２２は、紫外線ランプ１０を挟んで第１反射板４０と対面する位置に配置されていることから、この上方主反射面２２に、上記第２反射板４２と同等の機能を有する反射面を構成しても良い。すなわち、この場合には、上方主反射面２２には、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの真上を覆う位置に、第２反射板４２と同様に側面視で傾斜した反射面が一体に形成される。

ただし、この場合、上方主反射面２２に他の反射面を一体に形成することから、製造が複雑化する。これに加え、上方主反射面２２には、上述の通り、放熱のための通気スリット２０が形成されることから、この上方主反射面２２に第２反射板４２の反射面を設けると、この反射面のために通気スリット２０の全長が制限され、十分な放熱性能が得られない。

そこで、この照射装置１にあっては、上述の通り、通気スリット２０が主反射板１６を完全に２つのパーツに分割するように設けることとしている。これにより、図２（Ａ）の斜線部Ｒで示すように、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの真上にも通気スリット２０の開口が延び、この部分から第１反射板４０で反射した光が上方主反射面２２の外に取り出される。この通気スリット２０の斜線部Ｒで示す開口部分には、その部分を覆うように第２反射板４２が配置される。このため、上方主反射面２２の外に取り出された光は、第２反射板４２によって反射され通気スリット２０の開口を通してワーク２に照射される。
このように、第２反射板４２を主反射板１６の上方主反射面２２とは別に構成したため、上方主反射面２２の通気スリット２０に十分な大きさを確保して高い放熱性を維持しながらも装置をコンパクトにできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、補助反射板１４と紫外線ランプ１０の間であり紫外線ランプ１０の両方の端部１０Ａの側に、上端４０Ａよりも下端４０Ｂが紫外線ランプ１０の中心Ｏに向けて入り込み、紫外線ランプ１０の光Ｋ６、Ｋ７を主反射板１６に反射する第１反射板４０を設ける構成とした。
この構成によれば、補助反射板１４にあっては、紫外線ランプ１０の両方の端部１０Ａの側の基端１４Ａを、第１反射板４０の下端４０Ｂの位置、すなわち、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの直下から中心Ｏに向けて入り込んだ位置に配置できる。これにより、補助反射板１４の紫外線ランプ１０の管軸Ｍの方向の長さを短くでき装置をコンパクトにできる。

特に、本実施形態の照射装置１は、１本の紫外線ランプ１０を光源として、この紫外線ランプ１０の管長Ｌよりも長いワーク２を、この紫外線ランプ１０の直接光Ｋ０と、主反射板１６、一対の側面反射板１８、第２反射板４２、及び補助反射板１４の反射光とで照射し、所定の均斉度を得る構成としている。

詳述すると、一般に、直管型の紫外線ランプ１０は端部１０Ａでの輝度低下が大きいことから、１本の紫外線ランプ１０により均一な照度で照射できる範囲は、紫外線ランプ１０の中心Ｏの近傍に制限される。また例えば、上述の特許文献１（特開２０１０−２１８７７５号公報）のように、多数本の紫外線ランプ１０を並列配置して面光源を構成することで、均一な照度で照射できる範囲を比較的簡単に拡張できる。しかしながら、紫外線ランプ１０の各々の特性のバラツキなどにより、ワーク２に照度ムラが生じ易くなる。

これに対して、本実施形態によれば、第１反射板４０、及び第２反射板４２により、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの光、並びに、中心Ｏから端部１０Ａの直下の側に入射する光が効率良く制御される。この制御された光は、上記主反射板１６、側面反射板１８及び補助反射板１４とともに、紫外線ランプ１０の端部１０Ａの直下の照射に利用され、十分な照度が確保される。
これにより、１本の紫外線ランプ１０を光源としながらも、この紫外線ランプ１０の管長Ｌよりも長いワーク２を均一な照度で照射し所定の均斉度を得ることができる。

また本実施形態によれば、主反射板１６に、紫外線ランプ１０に沿って、第１反射板４０の反射光を通す位置まで少なくとも延びる通気スリット２０を設け、この通気スリット２０を通った第１反射板４０の反射光を、通気スリット２０を通ってワーク２に向かうように反射する第２反射板４２を備える構成とした。
この構成によれば、第１反射板４０の光を反射するために、主反射板１６に設けた通気スリット２０を制限する必要がなく、紫外線ランプ１０等の放熱が阻害されることがない。また、第２反射板４２が主反射板１６とは別体に設けられることから、主反射板１６の製造が複雑化することも無い。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示するものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
例えば、照射装置１の線状光源には、２本以上の直管型の紫外線ランプ１０を、各々の管軸Ｍを同軸に直列に並べて実質的に１つの線状光源に構成したものを用いることもできる。また紫外線ランプ１０に代えて、紫外線ＬＥＤ等の発光素子を直線状に複数配列した線状光源を用いることもできる。発光素子を用いて線状光源を構成する場合、線状光源の長軸の周囲に光を放射可能にすべく、長軸の周りに背中合わせに設けた少なくとも２つ以上の発光素子の組を、当該長軸に沿って並べて線状光源を構成することが好ましい。

また、本発明の照射装置１は、紫外線の均一な照射が要求される用途に好適に用いることがきできる。この用途には、例えば、屋外建材に均一な紫外線を照射して行われる耐候試験や、液晶パネルに均一な紫外線を照射して行われる光配向処理、半導体製造プロセスにおける露光処理等が挙げられる。

１ 照射装置
２ ワーク（照射領域）
１０ 紫外線ランプ（線状光源）
１０Ａ 端部
１２ 光源ユニット
１４ 補助反射板（補助反射面）
１４Ａ 基端
１４Ｂ 先端
１６ 主反射板（主反射面）
１８ 側面反射板（側面反射面）
２０ 通気スリット
２２ 上方主反射面
２４ 側方主反射面
２６ 下縁部主反射面
３０ 端板
３２ 側板
４０ 第１反射板（第１反射面）
４２ 第２反射板（第２反射面）
Ｌ 管長（光源長）
Ｍ 管軸（線状光源の長軸）
Ｏ 中心（線状光源の中心）

Claims (2)

1. 線状光源と、前記線状光源の上側を覆う主反射面と、前記線状光源の端部に対面配置された一対の側面反射面と、前記線状光源と照射領域の間に設けられた四角筒状の補助反射面とを有した照射装置において、
   前記補助反射面と前記線状光源の間であり前記線状光源の両端の側のそれぞれに、上端よりも下端が前記線状光源の中心に向けて入り込み、前記線状光源の光を前記主反射面、及び前記側面反射面に反射する第１反射面を設け、
   前記線状光源の両端の側の前記補助反射面の基端を、前記第１反射面の下端の位置に配置可能にし、
   前記主反射面に、前記線状光源に沿って、前記第１反射面の反射光を通す位置まで少なくとも延びる通気スリットを設け、
   前記通気スリットを通った前記第１反射面の反射光を、前記通気スリットを通って前記照射領域に向かうように反射する第２反射面を備える
   ことを特徴とする照射装置。
2. 前記線状光源よりも長い前記照射領域を、前記線状光源の直接光と、前記主反射面、一対の前記側面反射面、及び前記補助反射面の反射光とで所定の均斉度で照射することを特徴とする請求項１に記載の照射装置。

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