JP6420030B2 - ライン状光照射装置 - Google Patents

Description

本発明はライン状光照射装置に関する。

従来、複数の光源（例えば、ＬＥＤ）を１方向に沿って直線状に配列するとともに、これらの光源の光出射方向にロッドレンズを配置し、各光源からの光をロッドレンズによりそれぞれ楕円形状に集光してこれらを重ね合わせることにより、ライン状の光（以下、「ライン光」ともいう）を形成する光照射装置が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

国際公開第２０１０／１２５８３６号 特開２０１２−１８６０１４号公報 特開２０１０−１１２９３９号公報 特開２００７−２７３４５６号公報

特許文献２には、レンズを一対の側壁部に固定するための固定機構を具備したライン光照射装置が開示されている。この固定機構は、押し出し又は引き抜き成型によりケーシングに一体的に形成されている。

また、特許文献３には、ロッドレンズの外径に合った突起物が設けられた光源装置が開示されている。この突起物は、アルミの押出し成型品と一体的に形成されている。

また、特許文献４には、複数の溝を有する押出形材を含み、前記複数の溝に光学部品を挿入することによりこれらを前記押出形材内に配置する発光装置が開示されている。

特許文献２〜４に記載の装置では、ロッドレンズを保持する部材が押し出し成型や引き抜き成型によって製造されており、ロッドレンズの全長に亘って設けられている。

しかしながら、ロッドレンズは製作上、径にばらつきがある場合がある。また、長尺方向にうねりが存在する場合がある。そのため、特許文献２〜４の装置では、ロッドレンズを保持部分に挿入する際にひっかかる等として所定位置に配置できない場合がある。また、配置できたとしてもロッドレンズの径のばらつきやうねりに起因して位置がずれ、複数の光源の直上に配置されない場合がある。

本発明は、前記の点に鑑み、レンズの位置合わせを容易とすることが可能なライン状光照射装置を提供することにある。

本発明のライン状光照射装置は、
１方向に沿って直線状に配列され、光軸が互いに平行な複数の光源と、
複数の前記光源からの光が入射する入射面及び当該光が出射する出射面を側面に有するロッドレンズと、
前記ロッドレンズを保持する保持機構とを有し、
前記保持機構は、前記ロッドレンズを挟持する挟持部と、たわみを形成することが可能なバー部とを有するカンチレバー構造からなることを特徴とする。

前記構成によれば、ロッドレンズを保持する保持機構が、前記ロッドレンズを挟持する挟持部と、たわみを形成することが可能なバー部とを有するカンチレバー構造からなる。従って、ロッドレンズに径のばらつきがある場合や、長尺方向にうねりが存在する場合にもバー部のたわみよりロッドレンズを所定位置に配置することができる。
また、カンチレバー構造によりロッドレンズを保持するため、挟持部に挟持されたロッドレンズが、バー部のたわみにより調芯される。その結果、レンズの位置合わせが容易となる。

前記構成において、前記保持機構は、前記ロッドレンズの一部分を保持する構成であっても構わない。

前記保持機構が、前記ロッドレンズの一部分を保持する構成であれば、ロッドレンズの全体を保持する構成に比較して、装置全体の軽量化が図れる。
また、ロッドレンズに径のばらつきがある場合や、長尺方向にうねりが存在する場合、押し出し成型等により形成された保持部材（例えば、特許文献２〜４参照）では、ロッドレンズを所定位置に押し込む必要があり、押し込まれた後は応力が加わった状態となる。しかしながら、前記構成であれば、ロッドレンズの一部分を保持するため、ロッドレンズへの負荷が軽減できる。

前記構成において、前記ロッドレンズは、前記入射面と前記出射面とが同一円周上にある構成であっても構わない。

入射面と出射面とが同一円周上にあると、ロッドレンズの円周方向のズレは、集光の精度に影響しないため、ロッドレンズの円周方向の位置決め精度は要求されない。その結果、ロッドレンズの位置合わせがより容易となる。

前記構成において、前記カンチレバー構造は、同一の素材で形成された一対のカンチレバーからなる構成であっても構わない。

カンチレバー構造が、同一の素材で形成された一対のカンチレバーからなる構成であると、各カンチレバーのたわみは同程度となる。その結果、光源の真上に配置されるように調芯し易い。

前記構成において、前記保持機構は、金属材料からなる構成であっても構わない。

保持機構を、金属材料からなる構成とすれば、光源として紫外線照射用の光源を用いる場合、紫外線による劣化の低減を図ることができる。また、たわみを形成するカンチレバー構造とし易い。

本発明のライン状光照射装置によれば、レンズの位置合わせを容易とすることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るライン状光照射装置を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は、図１に示したライン状光照射装置の左側面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 図１に示したライン状光照射装置の外カバーを外した状態を示す斜視図である。 （ａ）は、図３に示したライン状光照射装置の左側面図であり、（ｂ）は、その正面図である。 図４（ｂ）に示したライン状光照射装置のＡ−Ａ線断面図である。 図４（ｂ）に示したライン状光照射装置の正面図中央縦断面図である。 他の実施形態に係るライン状光照射装置の側面図縦断面図である。 図７に示したライン状光照射装置の正面図中央縦断面図である。

本発明の一実施形態に係るライン状光照射装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

図１は、本発明の一実施形態に係るライン状光照射装置を模式的に示す斜視図であり、図２（ａ）は、その左側面図であり、図２（ｂ）は、その正面図である。

ライン状光照射装置１０は、本体１２と本体１２の側面を覆う外カバー１４とを備える。外カバー１４は、本体１２の左右側面を覆うカバー１４ａと正面及び背面を覆うカバー１４ｂとから構成される。カバー１４ａは、ヒートシンク２０の側面を覆わない態様で本体１２の左右にネジ止めされている。カバー１４ａ及びカバー１４ｂは、板状の金属で形成されている。

ライン状光照射装置１０の上側は、ロッドレンズ２８が露出しており、本体１２で形成されたライン光がロッドレンズ２８から出射する。また、ライン状光照射装置１０の下面は、ヒートシンク２０が露出している。

図３は、図１に示したライン状光照射装置の外カバーを外した状態を示す斜視図であり、図４（ａ）は、その左側面図であり、図４（ｂ）は、その正面図である。また、図５は、図４（ｂ）に示したライン状光照射装置のＡ−Ａ線断面図であり、図６は、正面図中央縦断面図である。

本体１２は、冷却水路を備えた水冷方式のヒートシンク２０と、複数のＬＥＤ２１が１方向に沿って直線状に配列されたＬＥＤ基板２２と、複数のＬＥＤ２１からの光をライン状に集光させるロッドレンズ２８とを備える。なお、本実施形態では、ヒートシンクが水冷方式の場合について説明するが、ヒートシンクは水冷方式に限定されず、例えば、フィンを備える空冷方式のヒートシンクであってもよい。その場合、自然空冷のみならずファンを用いた強制空冷方式のヒートシンクであってもよい。

ＬＥＤ基板２２は、平面視で矩形状を有しており、長辺がヒートシンク２０の長辺方向と平行となるように、ヒートシンク２０上に配置されている。ＬＥＤ基板２２上には、複数のＬＥＤ２１が長辺方向に一定の間隔で配置されている。各ＬＥＤ２１は、光軸が互いに平行となるように配置されている。ＬＥＤ２１は、発光体であるＬＥＤ素子２１ａと、ＬＥＤ素子２１ａの上面に設けられた平凸レンズ２１ｂとから構成されている（図６参照）。

ＬＥＤ素子２１ａは、ライン状光照射装置１０から出射させたい光の波長に応じて適宜選択することができる。例えば、ライン状光照射装置１０から紫外光を出射させる場合には、ＬＥＤ素子２１ａとして、紫外光を発する素子を採用すればよい。

本実施形態において、平凸レンズ２１ｂは、各ＬＥＤ素子２１ａから出射された光の広がりをある程度抑制することが可能な集光レンズである。これによりＬＥＤ等の光源から出射される光を効率よくロッドレンズ２８の入射面２８ｂ（図５参照）に導くことができる。なお、平凸レンズ２１ｂとしてコリメートレンズを用いてもよい。

また、ＬＥＤ基板２２の上側には、基板２２を保護するための保護部材２３が設けられている。保護部材２３は、平面視が矩形状で断面形状がコの字型（Ｕ字型）の金属製の部材であり、開放面を下面にしてＬＥＤ基板２２上に配置されている。保護部材２３の上面には、ＬＥＤ２１の間隔と対応させた複数の貫通穴２３ａ（図３参照）が形成されており、各ＬＥＤ２１からの光が各貫通穴２３ａを通過する。

ロッドレンズ２８は、ＬＥＤ基板２２の長辺と同一の長さを有する断面が円形状の集光レンズ（丸棒レンズ）である。ロッドレンズ２８は、複数のＬＥＤ２１の光軸Ｃ１（図５参照）とロッドレンズ２８の光軸Ｃ２（図５参照）とが一致するように、ＬＥＤ基板２２の上部に配置されている。なお、ロッドレンズ２８は、断面が円形状であるため、ＬＥＤ２１からの光が入射する入射面２８ｂと当該光が出射する出射面２８ｃとは同一円周上に配置される。

ロッドレンズ２８の形成材料は、特に限定されず、例えば、アクリル樹脂、シリコン樹脂、ガラス等を挙げることができる。ライン状光照射装置１０を紫外線照射用として使用する場合には、ロッドレンズ２８は、紫外線劣化を避けるために、ガラスで形成されていることが好ましい。

ロッドレンズ２８は、保持機構３０により保持されている。保持機構３０は、同一の素材で形成された、一対のカンチレバー３１（カンチレバー３１−１、及び、カンチレバー３１−２）からなるカンチレバー構造となっている（図４（ａ）参照）。

カンチレバー３１は、挟持部３１ａ（挟持部３１ａ−１、３１ａ−２）と挟持部３１ａから延伸した、たわみを形成することが可能なバー部３１ｂ（バー部３１ｂ−１、３１ｂ−２）とを有する。カンチレバー３１の素材としては、たわんで応力を発生させるものであれば特に限定されず、アルミニウム等の各種金属及びその合金を用いることができる。カンチレバー３１を、金属材料からなる構成とすれば、光源として紫外線照射用の光源を用いる場合、紫外線による劣化の低減を図ることができる。また、たわみを形成するカンチレバー構造とし易い。

保持機構３０が、挟持部３１ａと、たわみを形成することが可能なバー部３１ｂとを有するカンチレバー構造からなるため、ロッドレンズ２８に径のばらつきがある場合や、長尺方向にうねりが存在する場合にもバー部３１ｂのたわみよりロッドレンズ２８を所定位置に配置することができる。特に、ロッドレンズ２８が、ガラス材で形成されている場合、製作上、径のばらつきや長尺方向のうねりが出やすい。このような場合であっても、保持機構３０によれば、ロッドレンズ２８を確実に所定位置に配置することができる。例えば、ライン状光照射装置１０を紫外線照射用として使用する場合には、ロッドレンズ２８は、紫外線劣化を避けるためにガラスで形成されていることが好ましいが、このような場合であっても、ロッドレンズ２８を確実に所定位置に配置することができる。

カンチレバー３１は、バー部３１ｂの挟持部３１ａとは反対側において、ヒートシンク２０にネジ止めされている。保持機構３０は、ロッドレンズ２８の端部２８ａに対応する位置に配置された２つのカンチレバー３１により、ロッドレンズ２８を両側（図４（ａ）では左右側）から挟持している。バー部３１ｂがヒートシンク２０に固定された状態において、２つのカンチレバー３１は、その狭持部３１ａ−１と狭持部３１ａ−２に接する内接円の円周が、ロッドレンズ２８の円周よりも小さくなる構造となっているため、ロッドレンズ２８が挟持部３１ａ−１と挟持部３１ａ−２の間に配置されると、バー部３１ｂ−１とバー部３１ｂ−２は、同程度たわんだ状態で、ロッドレンズ２８が挟持部３１ａ−１と挟持部３１ａ−２との間に挟持される。カンチレバー３１は同一の素材で形成されているため、バー部３１ｂのたわみ量は同程度となる。これにより、バー部３１ｂ（３１ｂ−１、３１ｂ−２）のたわみによる付勢力が、ロッドレンズ２８の両側（図４（ａ）では左右側）に同程度働き、ロッドレンズ２８は、ＬＥＤ２１の真上に配置されるように調芯される。このとき、挟持部３１ａの曲面３２の曲率は、ロッドレンズ２８の曲率よりも小さいため、ロッドレンズ２８の側面が曲面の中央に円柱方向に設けられているＶ溝３３に嵌まり込んだ状態で挟持部３１ａ−１と挟持部３１ａ−２との間に挟持される。従って、ロッドレンズ２８が高さ方向に位置決めされ、確実に固定することができる。また、ロッドレンズ２８は、断面が円形状である。そのため、円周方向のズレは、集光の精度に影響しない。従って、ロッドレンズ２８の円周方向の位置決め精度は要求されない。その結果、ロッドレンズ２８の位置合わせが容易となる。

上述した実施形態では、挟持部３１ａが内側に曲面３２を有している場合について説明した。しかしながら、本発明における挟持部の形状は、ロッドレンズを挟持することができれば、この例に限定されない。例えば、曲面３２を、２つの平面を有する形状（例えば、２つの平面が交わったＶ字形状や、２つの平面が側面視で交わらない形状）に変更した構成を挙げることができる。これにより、ロッドレンズの側面が２つの平面の各々に当接され、挟持部３１ａ−１と挟持部３１ａ−２との間に挟持される。従って、ロッドレンズ２８が高さ方向に位置決めされ、確実に固定することができる。また上記同様、ロッドレンズ２８は断面が円形状のため、円周方向のズレは、集光の精度に影響しない。従って、ロッドレンズ２８の円周方向の位置決め精度は要求されない。その結果、ロッドレンズ２８の位置合わせが容易となる。
また、前記狭持部３１ａの曲面３２の曲率は、ロッドレンズの曲率より大きくともよい。この場合、ロッドレンズ２８の側面が曲面３２上の二点で当接されるため、挟持部３１ａ−１と挟持部３１ａ−２との間で狭持した際に、ロッドレンズ２８が高さ方向に位置決めされ、確実に固定される。

上述した実施形態の他、本発明におけるカンチレバーの狭持部３１ａの形状は、ロッドレンズの側面の二箇所（狭持部３１ａ−１と狭持部３１ａ−２の間で狭持した際には四箇所）と当接する形状であることが、ロッドレンズの中心を位置決めする上で好ましい。

本実施形態において、保持機構３０（カンチレバー３１）は、ロッドレンズ２８の両方の端部２８ａを保持しており、端部２８ａよりも中央部側においては、保持機構３０（カンチレバー３１）を設ける必要がない。従って、ロッドレンズ２８の全体を保持する構成（例えば、特許文献２〜４の装置の構成）に比較して、装置全体の軽量化が図れる。
また、ロッドレンズ２８に径のばらつきがある場合や、長尺方向にうねりが存在する場合、押し出し成型等により形成された保持部材では、ロッドレンズ２８を所定位置に押し込む必要があり、押し込まれた後は応力が加わった状態となる。しかしながら、ライン状光照射装置１０によれば、ロッドレンズ２８を端部２８ａ（ロッドレンズの一部分）において保持するため、ロッドレンズ２８への負荷が軽減できる。

上述の実施形態では、保持機構３０（カンチレバー３１）がロッドレンズ２８の端部２８ａのみを保持している場合について説明した。しかしながら、本発明における保持機構の配置としては、例えば、ロッドレンズの端部以外の箇所にさらに保持機構（カンチレバー）を設けてもよい。この構成は、例えば、長尺のロッドレンズを保持する場合に採用することができる。また、本発明において保持機構はロッドレンズの全体を保持する構成であってもよい。このような構成であっても、ロッドレンズをバー部のたわみにより調芯することができる。

ライン状光照射装置１０では、保持機構３０がたわみを形成することが可能なバー部３１ｂを有するため、保持機構３０とロッドレンズ２８との間に緩衝部材を用いなくとも好適にロッドレンズ２８を保持することができる。緩衝部材を用いなければならない構成の場合、緩衝部材が光源からの光や熱により劣化するため、定期的な交換を要することになる。しかしながら、ライン状光照射装置１０では、緩衝部材を用いなくてもよいため、定期的な交換の手間等が削減できる。また、保持機構３０とロッドレンズ２８との間に緩衝部材を用いなくてもよいため、ロッドレンズ２８の設置工程の複雑化を回避できる。ただし、本発明は、ロッドレンズと保持機構との間に緩衝部材を配置する構成を排除するものではなく、必要に応じて配置してもよい。

以上、ライン状光照射装置１０の構成について説明した。

上述した実施形態では、本発明の光源がＬＥＤである場合について説明した。しかしながら、本発明における光源は、この例に限定されず、例えば、光ファイバーの出射端であってもよい。

図７は、他の実施形態に係るライン状光照射装置の側面図縦断面図であり、図８は、その正面図中央縦断面図である。図７、及び、図８に示すライン状光照射装置６０は、光源として光ファイバーを用いた点でライン状光照射装置１０と異なり、他の点で共通する。従って、異なる点以外は、ライン状光照射装置１０と同一の符号を付し、共通する部分の説明は省略することとする。なお、図７及び図８では、外カバーの図示を省略している。

本体６２は、冷却水路を備えた水冷方式のヒートシンク２０と、１方向に沿って直線状に配列された複数の光ファイバー出射端８２と、複数の光ファイバー出射端８２からの光をライン状に集光させるロッドレンズ２８とを備える。光ファイバー出射端８２は、光ファイバー８０の出射端であり、光ファイバー８０の入射端（図示せず）から入射された光が出射される。なお、光ファイバー出射端８２から出射される光は、ある程度平行化されたものであるため、ライン状光照射装置１０が備える集光レンズとしての平凸レンズ２１ｂ等を用いない構成とすることができる。

本実施形態に係るライン状光照射装置６０であっても、ライン状光照射装置１０と同様、ロッドレンズ２８を保持する保持機構３０が、ロッドレンズ２８を挟持する挟持部３１ａと、たわみを形成することが可能なバー部３１ｂとを有するカンチレバー構造からなるため、ロッドレンズ２８に径のばらつきがある場合や、長尺方向にうねりが存在する場合にもバー部３１ｂのたわみよりロッドレンズ２８を所定位置に配置することができる。
また、カンチレバー構造によりロッドレンズ２８を保持するため、挟持部３１ａに挟持されたロッドレンズ２８が、バー部３１ｂのたわみにより調芯される。その結果、レンズの位置合わせが容易となる。

本発明のロッドレンズの形状は複数の光源からの光を集光することができる形状であれば特に限定されないが、複数の光源からの光が入射する入射面と当該光が出射する出射面とが同一円周上にあることが好ましい。入射面と出射面とが同一円周上にあると、ロッドレンズの円周方向のズレは、集光の精度に影響しないため、ロッドレンズの円周方向の位置決め精度は要求されない。その結果、ロッドレンズの位置合わせがより容易となる。このようなロッドレンズとしては、上述したロッドレンズ２８のような断面形状が円形状の丸棒レンズや、丸棒レンズの側面２箇所を、入射面及び出射面にかからない程度に面取りしたものを挙げることができる。
また、本発明のライン状光照射装置には、入射面と出射面とが同一円周上にないロッドレンズを用いることも可能である。このようなロッドレンズとしては、例えば、平凸レンズを挙げることができる。入射面と出射面とが同一円周上にないロッドレンズを用いる場合は、当該ロッドレンズの円周方向（長手方向に伸びる軸のローリング方向）の位置決め精度が要求されるものの、前記保持機構によりロッドレンズが好適に調芯され、光源の真上に位置させることができる。

上述した実施形態では、複数の光源が直線状に１列配列されている場合について説明した。しかしながら、本発明において複数の光源の配列はこれに限定されず、例えば、２列以上であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した例に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。

１０、６０ ライン状光照射装置
１２、６２ 本体
１４ 外カバー
１４ａ カバー
１４ｂ カバー
２０ ヒートシンク
２１ ＬＥＤ
２１ａ ＬＥＤ素子
２１ｂ 平凸レンズ
２２ ＬＥＤ基板
３０ 保持機構
３１（３１−１、３１−２） カンチレバー
３１ａ（３１ａ−１、３１ａ−２） 挟持部
３１ｂ（３１ｂ−１、３１ｂ−２） バー部
３２（３２−１、３２−２） （挟持部３１ａの）曲面
２８ ロッドレンズ
２８ａ （ロッドレンズ２８の）端部
２８ｂ 入射面
２８ｃ 出射面
Ｃ１ ＬＥＤ２１の光軸
Ｃ２ ロッドレンズ２８の光軸

Claims (5)

1. １方向に沿って直線状に配列され、光軸が互いに平行な複数の光源と、
   複数の前記光源からの光が入射する入射面及び当該光が出射する出射面を側面に有する、断面が円形状のロッドレンズと、
   前記ロッドレンズを保持する保持機構とを有し、
   前記保持機構は、前記ロッドレンズを挟持する挟持部と、たわみを形成することが可能なバー部とを有するカンチレバー構造からなり、
   前記保持機構は、挟持部とバー部とを有するカンチレバーが一対となるカンチレバー構造であり、
   各前記挟持部は、前記ロッドレンズの側面の二箇所と当接する形状であることを特徴とするライン状光照射装置。
2. 前記保持機構は、前記ロッドレンズの一部分を保持していることを特徴とする請求項１に記載のライン状光照射装置
3. 前記ロッドレンズは、前記入射面と前記出射面とが同一円周上にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のライン状光照射装置。
4. 前記カンチレバー構造は、同一の素材で形成された一対のカンチレバーからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のライン状光照射装置。
5. 前記保持機構は、金属材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のライン状光照射装置。

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