JP6186799B2 - 照射器 - 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技術に関する。

四角筒形状のチャンバの内壁面を反射面とし、このチャンバに線状光源のランプを収めた紫外線照射装置がある。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た拡開の傾斜とし、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、反射面の傾斜角度の調整だけでは、照射領域の均斉度に限界がある。特にロングアークの直管型のランプを光源に用いた場合、光源の輝度ムラを十分には打ち消すことができず、照射領域に局所的な高照度箇所が生じる、という問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、照射領域に生じる局所的な高照度箇所の照度を簡単、かつ確実に抑えることができる照射器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、線状光源の直下の照射領域を、当該線状光源の直射光と、当該線状光源の周囲を囲む四角筒状の反射面の反射光とで均一な照度で照射する照射器において、前記反射面の面内に設けられ、前記照射領域に局所的に生じる高照度箇所に向かう光を透過して当該高照度箇所の照度を低める第１の開口部と、前記反射面に設けた開口部を通って外部に出た光を反射によって導光する導光手段と、前記反射面の前記照射領域の側の縁部に設けられ、前記導光手段の出口に導かれた光を前記照射領域に導入する第２の開口部と、を備えたことを特徴とする。

また本発明は、上記照射器において、前記導光手段は、前記反射面の前記第１、及び第２の開口部を覆う位置に配置された外側反射面を備え、前記外側反射面と前記反射面の外表面との間の反射により前記第１の開口部を通った光を導光することを特徴とする。

また本発明は、上記照射器において、前記導光手段は、前記外表面から前記外側反射板を離間した位置で支持する支持部材を備え、前記支持部材を前記反射板の外表面に延在させたことを特徴とする。

本発明によれば、線状光源の直下の照射野を、当該線状光源の直射光と、当該線状光源の周囲を囲む四角筒状の反射板の反射光とで均一な照度で照射する照射器において、反射板に開口部、光吸収部、低反射性部、又は拡散部を設け、前記照射領域に局所的に生じる高照度箇所の照度を低める構成とした。
この構成によれば、反射板の調整だけでは対応できない、照射領域に局所的に生じる高照度箇所の照度を、反射板に開口部、光吸収部、低反射性部、又は拡散部を設けることで、簡単、かつ確実に抑えることができる。

本発明の実施形態に係る照射器の外観斜視図である。 照射器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。 図１において照射器１の内部を透視した図である。 ワークの照度分布図であり、（Ａ）は照射器の照射による照度分布を示す。（Ｂ）は紫外線ランプのみの照射による照度分布を示す。（Ｃ）は紫外線ランプ、及び主反射板のみの照射による照度分布を示す。 補助反射板に照度制限用開口部が設けられていない場合のワークの照度分布図である。 本発明の第２実施形態に係る照射器の外観斜視図である。 照射器の断面図である。

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。以下の実施形態では、屋外建材の耐候試験に好適に用いられる照射器を例示する。

［第１実施形態］
図１は本実施形態に係る照射器１の外観斜視図である。また図２は照射器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。また図３は図１において照射器１の内部を透視した図である。
照射器１は、紫外線ランプ１０を内蔵し、照射領域たるワーク２の全域を均一な照度（すなわち良好な均斉度）で照射する器具であり、紫外線ランプ１０の放射光を制御する主反射板１２と、四角筒状の補助反射板１４とを備えている。また、四角筒状の補助反射板１４の先端１４Ｂの側には、耐紫外線材から成るガラス板１８が設けられている。

照射器１は、１つの線状光源によりワーク２を照射するものであり、この照射器１では、紫外線光源として直管型の高出力な上記紫外線ランプ１０が用いられている。

ワーク２は、図２（Ｂ）、及び図２（Ｃ）に示すように、ガラス板１８の直下に、隙間δをあけた位置に設定され、図３に示すように、補助反射板１４の先端１４Ｂの側の開口（以下、「照射開口」と称し、符号１６を付す）と略同じ大きさの領域である。この照射器１では照射開口１６から比較的近接した位置にワーク２が設定される。
図３に示すように、ワーク２の平面視中央の長軸Ｃに沿った真上に紫外線ランプ１０が延在する。また、紫外線ランプ１０の管長Ｍと略同じ長さ、或いは管長Ｍ以下の長さにワーク２の長辺Ｌａが設定されており、管長Ｍが長いランプアークのランプを紫外線ランプ１０に用いることでワーク２の大面積化が図られている。

図４はワーク２の照度分布図であり、図４（Ａ）は照射器１の照射による照度分布を示す。図４（Ｂ）は紫外線ランプ１０のみの照射による照度分布を示し、図４（Ｃ）は紫外線ランプ１０、及び主反射板１２のみの照射による照度分布を示す。
照射器１は、上述の通り、主反射板１２と補助反射板１４とを備え、紫外線ランプ１０の直射光Ｋ０（図２（Ｂ））と、主反射板１２、及び補助反射板１４の反射光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３（図２（Ｂ））とでワーク２を均一な照度で照射している。
ここで紫外線ランプ１０の直射光Ｋ０のみによってワーク２を照射した場合、ワーク２の長軸Ｃを含む近傍の照度分布には、図４（Ｂ）に示すように、紫外線ランプ１０の管軸Ｎ方向の輝度分布が略直接的に反映される。
そこで、紫外線ランプ１０から放射されワーク２を外れる光を主反射板１２、及び補助反射板１４で反射し、ワーク２における直射光の照度分布を補うように照らすことで、ワーク２の均斉度が高められている。

主反射板１２は、図４（Ｃ）に示すように、紫外線ランプ１０の光をワーク２の短辺Ｌｂの方向に拡げて、この方向での照度の均一化を図るものである。
主反射板１２は、図１〜図３に示すように、紫外線ランプ１０の管軸Ｎに沿って延びる樋状に形成され、紫外線ランプ１０の周囲（より正確には上、及び水平方向）に放射する光をワーク２に反射する。具体的には、主反射板１２は、紫外線ランプ１０の上側に延在する上面反射板１２Ａと、紫外線ランプ１０の両側に延在する側面反射板１２Ｂとを備え、それぞれの紫外線ランプ１０と対向する面が反射面に形成されている。上面反射板１２Ａは、紫外線ランプ１０から上に向かう光Ｋ１（図２（Ｂ））を直下のワーク２に向け、かつ短辺Ｌｂの方向に拡げて反射することで、この短辺Ｌｂの方向を比較的均一に照射する。側面反射板１２Ｂは、紫外線ランプ１０から水平方向に向かう光Ｋ２（図２（Ｂ））を下方のワーク２に向けて反射する。この主反射板１２の反射によって、図４（Ｃ）に示すように、ワーク２には、紫外線ランプ１０の直下に延在する領域Ｘａの両側に、この領域Ｘａと共に延在し、かつ同等の照度を有する領域Ｘｂが出現する。これにより、ワーク２の短辺Ｌｂの方向に、紫外線ランプ１０の直下の照度が振り分けられて照らされることとなる。

この主反射板１２では、その全長が紫外線ランプ１０に合わせて比較的長いことから、全長の略中央には、形状を保持するための棒状ガイド部材１３Ａが設けられている。また同様に、主反射板１２の両端部には、面状ガイド部材１３Ｂが設けられており、この面状ガイド部材１３Ｂに設けたＵ字状切欠部１７に上記紫外線ランプ１０の端部が保持されている。なお、図３では、棒状ガイド部材１３Ａ、及び面状ガイド部材１３Ｂの図示を省略している。

補助反射板１４は、主反射板１２とワーク２の間に設けられ、ワーク２の外に漏れる光Ｋ３（図２（Ｂ））をワーク２に向けて反射することで、紫外線ランプ１０、及び主反射板１２の照射による照度分布を補うものである。
詳述すると、この照射器１では、図４（Ｃ）に示すように、紫外線ランプ１０、及び主反射板１２のみで照射した場合、領域Ｘｃ、及び領域Ｘｄで照度が不足する。領域Ｘｃは紫外線ランプ１０の両端部に対応する領域であり、領域Ｘｄは紫外線ランプ１０の直下の領域Ｘａと両側の上記領域Ｘｂに挟まれた領域Ｘｄである。この照射器１では、これら領域Ｘｃ、領域Ｘｄの照度不足を反射光によって補うように補助反射板１４が構成されている。

具体的には、補助反射板１４は、紫外線ランプ１０の両端に対面する一対の端板２０と、紫外線ランプ１０の両側に対面する一対の側板２１とを有し、これらが紫外線ランプ１０の四方を囲む四角筒状に組まれ、その内壁面が反射面として構成されている。補助反射板１４の基端部１４Ａの側には主反射板１２が設けられ、先端１４Ｂの側が平面視矩形に開口し、この開口が上記照射開口１６として構成されている。なお、この補助反射板１４では、基端部１４Ａの側に主反射板１２との間の隙間を塞ぐ遮光性の上板１５が設けられ、また照射開口１６には紫外線透過性の上記ガラス板１８が設けられる。

係る構成の下、一対の端板２０は、上記領域Ｘｃに向けて光を反射し、また一対の側板２１は上記領域Ｘｄに向けて光を反射し、これらの反射光によって領域Ｘｃ、Ｘｄの照度が補われる。
また補助反射板１４は、基端部１４Ａの側から先端１４Ｂの側にかけて拡開するように端板２０、及び側板２１が傾斜することで、主反射板１２が臨む基端部１４Ａの側の開口よりも広い範囲を照射する。
また、端板２０、及び側板２１の傾斜角度は、照度を補うべき領域Ｘｃ、Ｘｄに反射光を照射するように調整され、これにより、均斉度が高められる。

ここで、補助反射板１４は、端板２０に設けた差込スリット２０Ａに側板２１の端部２１Ａを差し込むことで組立てられている。このような差し込みによる組立構造によれば、差込スリット２０Ａの延在方向によって側板２１の傾斜角度が決定されることから、組立時に側板２１の傾斜角度に誤差が生じ難くなる。

ただし、これら端板２０、及び側板２１の角度調整だけではワーク２の照度を十分に均一にすることはできず、局所的に照度が高くなる高照度箇所が生じる。すなわち、図５に示すように、ワーク２の四隅である隅部Ｙａでは、端板２０、及び側板２１の両方の反射光が照射されることで照度が高くなる。また、ワーク２の中央部Ｙｂでは、紫外線ランプ１０の輝度分布に起因して高照度箇所が出現する。さらに主反射板１２がワーク２の両側に紫外線ランプ１０の光を振り分けていることから、紫外線ランプ１０の輝度分布に起因してワーク２の両側の縁部中央Ｙｃにも高照度箇所が出現する。

これに対して、端板２０、及び側板２１の反射面内に、隅部Ｙａや中央部Ｙｂ、縁部中央Ｙｃの高照度箇所に向かう光を別の箇所に振り分けるための反射面を追加することでワーク２の均斉度を上げることができる。しかしながら、別途に反射面を構成するため、部品点数が増え高コストとなる。また組立精度が低いと均斉度を悪化させる要因になることから、高い組立精度が要求されてしまう。

そこで、この照射器１では、補助反射板１４の側板２１に、隅部Ｙａや中央部Ｙｂ、縁部中央Ｙｃの高照度箇所に向かう反射光を生じる箇所に照度制限開口部３０を設ける構成としている。
具体的には、この照射器１では、側板２１には、側板２１の高さ方向の略中央部と、先端１４Ｂの側の縁部とのそれぞれに、複数の照度制限開口部３０が管軸Ｎの方向に並んで設けられている。前者の照度制限開口部３０は、中央部Ｙｂの照度を抑えるものであり、後者の照度制限開口部３０は隅部Ｙａ、縁部中央Ｙｃの照度を抑えるものである。これらの照度制限開口部３０では光が通過することで反射光が生じないから、ワーク２に局所的に生じる高照度箇所の照度が低められ、図４（Ａ）に示すように、ワーク２の全域が均一な照度で照射されることとなる。

さらに、照度制限開口部３０が複数設けられることで、これらが照射器１の中に籠もる熱気を逃がす通気口として機能し、紫外線ランプ１０の点灯の安定化に寄与する。
特に、この照射器１では、補助反射板１４の側板２１の先端１４Ｂの側の縁部、すなわち照射開口１６の開口端と、その上方に位置する面内に照度制限開口部３０が形成されている。これにより、照射開口１６の照度制限開口部３０から冷気を照射器１の中に導入し、内部を冷却して上方の照度制限開口部３０から排出するという排出経路が形成され、補助反射板１４、及びガラス板１８で囲まれた内部が効率良く冷却される。

このように本実施形態によれば、補助反射板１４に照度制限開口部３０設け、ワーク２に局所的に生じる高照度箇所の隅部Ｙａ、中央部Ｙｂ、縁部中央Ｙｃの照度を低める構成とした。この構成により、補助反射板１４の調整だけでは対応できない、照射領域に局所的に生じる高照度箇所の照度を、補助反射板１４に照度制限開口部３０を設けるだけで、簡単、かつ確実に抑えることができる。

なお、本実施形態では、高照度箇所への反射光を抑える目的で補助反射板１４を加工して照度制限開口部３０を設けた。しかしながら、照度制限開口部３０に代えて、反射光を抑制する、例えば拡散板や拡散シート等の拡散材を備える拡散部、紫外線に対する反射率が低い低反射材を備える低反射性部、或いは紫外線を吸収する紫外線吸収材を有した紫外線吸収部を照度制限開口部３０の位置に設けても良い。

［第２実施形態］
この実施形態では、照度制限開口部３０を通って外部に出た光をワーク２の照射に利用することで、高効率化が図られる照射器１００について説明する。
図６は本実施形態に係る照射器１００の外観斜視図であり、図７は断面図である。
これらの図に示すように、照射器１００は、照度制限開口部３０から外部に抜ける光をワーク２に導光する導光部５０を備えている点で、第１実施形態の照射器１と構成を大きく異にしている。
この照射器１００の導光部５０は、側板２１の外表面２１Ｇに対面配置された板状の導光用反射板５１と、この導光用反射板５１を外表面２１Ｇの間に所定の隙間をあけて支持する支持手段としての側壁５２とを備えている。

この導光部５０は、導光用反射板５１が照度制限開口部３０を覆って設けられており、図６に示すように、照度制限開口部３０を通過した光Ｋ４が導光用反射板５１と側板２１の外表面２１Ｇの間で反射を繰り返して側板２１の先端１４Ｂの側に導かれる。この照射器１００では、導光部５０によって導光された光Ｋ４が、側板２１の先端１４Ｂの側の照度制限開口部３０から照射器１の中に導入されてワーク２を照射する。
これにより、照度制限開口部３０から外部に抜けた光Ｋ４がワーク２の照射に利用されることから、高効率化が図られる。このとき導光用反射板５１と側板２１の外表面２１Ｇの間での複数回の反射により、光Ｋ４が十分に拡げられることから、この光Ｋ４によってワーク２に局所的な高照度箇所を生じることも無い。

また、この導光部５０にあっては、導光用反射板５１を支持する側壁５２が、補助反射板１４の側板２１を上下方向に延在し、当該側板２１の剛性を高めるリブとして機能する。これにより、側板２１の自重等による歪みも抑えられ、当該歪みによる均斉度の低下を防止できる。
特に、四角筒状の補助反射板１４の各面のうち、最も面積が大きな側板２１に照度制限開口部３０を設けることで、端板２０に設ける場合に比べて剛性の低下が抑えられ、更に、上記導光部５０の側壁５２によって反射面の歪みも抑えられる。

なお、この照射器１００では、導光部５０が導光した光Ｋ４を側板２１の照度制限開口部３０から補助反射板１４の中に入射する構成としたが、入射用開口を側板２１に別途に設けても良い。
また、導光部５０には、照度制限開口部３０から出射した光Ｋ４を導光可能な構成であれば任意の導光手段を用いることが可能であり、例えば光ファイバ等を用いることもできる。

なお、上述した各実施形態は、あくまでも本発明の一実施の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、照射器１、１００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Ｎを同軸に直列に並べ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配列した線状光源を用いることもできる。

また、本発明の照射器１、１００は、屋外建材の耐候試験の他にも、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できる。この用途には、例えば液晶パネルの光配向処理や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、１００ 照射器
２ ワーク（照射領域）
１０ 紫外線ランプ（線状光源）
１２ 主反射板
１４ 補助反射板
１４Ａ 基端部
１４Ｂ 先端
１６ 照射開口
１８ ガラス板
２０ 端板
２０Ａ 差込スリット
２１ 側板
２１Ａ 端部
２１Ｇ 外表面
３０ 照度制限開口部（開口部）
５０ 導光部（導光手段）
５１ 導光用反射板
５２ 側壁（支持手段）
Ｙａ ワークの隅部（高照度箇所）
Ｙｂ ワークの中央部（高照度箇所）
Ｙｃ ワークの縁部中央（高照度箇所）
Ｋ０ 直射光
Ｋ１、Ｋ２ 主反射板による反射光
Ｋ３ 補助反射板による反射光
Ｋ４ 導光部により導光される光

Claims (3)

1. 線状光源の直下の照射領域を、当該線状光源の直射光と、当該線状光源の周囲を囲む四角筒状の反射面の反射光とで均一な照度で照射する照射器において、
   前記反射面の面内に設けられ、前記照射領域に局所的に生じる高照度箇所に向かう光を透過して当該高照度箇所の照度を低める第１の開口部と、
   前記反射面に設けた開口部を通って外部に出た光を反射によって導光する導光手段と、
   前記反射面の前記照射領域の側の縁部に設けられ、前記導光手段の出口に導かれた光を前記照射領域に導入する第２の開口部と、
   を備えたことを特徴とする照射器。
2. 前記導光手段は、
   前記反射面の前記第１、及び第２の開口部を覆う位置に配置された外側反射面を備え、
   前記外側反射面と前記反射面の外表面との間の反射により前記第１の開口部を通った光を導光することを特徴とする請求項１に記載の照射器。
3. 前記導光手段は、
   前記外表面から前記外側反射面を離間した位置で支持する支持部材を備え、前記支持部材を前記反射面の外表面に延在させたことを特徴とする請求項２に記載の照射器。