JPWO2011001592A1 - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、この問題は、擬似太陽光照射装置に限らず、被照射面での照度むらの低減が求められる照明装置に共通する課題である。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、被照射面の照度むらを簡単な構成で低減できる照明装置を提供することを目的とする。
図1は、第1実施形態における擬似太陽光照射装置1の構成を模式的に示す縦断面図である。なお、図1においてWは幅方向を、Hは高さ方向を示している。擬似太陽光照射装置1は、複数の角材2を格子状に組んだ枠体4を有し、この枠体4は、例えば長さが略2m(メートル)、幅及び高さが略1.2〜1.3m程度の寸法に構成されている。枠体4の四方の各側面は、外部光の進入を防止するために遮光板(不図示)で覆われている。
擬似太陽光照射ボックス6には、図2及び図3に示すように、2本の直管型のランプ(光源)22が擬似太陽光照射ボックス6に沿って同軸に配置されて線状光源を構成している。これらのランプ22には、紫外領域〜可視領域〜赤外領域の広い波長領域に亘り、強い連続したスペクトルを有する、例えばキセノンフラッシュランプ等が用いられている。ランプ22のそれぞれの両端部には端子台40が配設されている。
被照射体10は、被照射面10Aが擬似太陽光照射ボックス6から所定の距離Lだけ離間するように、枠体4の上に取り付けられた試料支持枠12に載置され、被照射面10Aに対して、擬似太陽光照射ボックス6の上面6Bからの直接光と、反射面8で反射された反射光が照射される。反射光の配光は、被照射面10Aでの直接光の照度むらを補償するように制御されている。
保持具31は、反射板30の傾斜角度を調節するための角度調整機構を有し、これにより、反射板30のそれぞれを、互いに独立して光の反射角度を調整することができるようになっている。このとき、図1に示すように、枠体4の幅方向における両側面に近い幾つかの保持具31の高さが順次高くなされており、両側面側の反射板30の反射光が内側の反射板30に遮蔽されるのを防止している。
すなわち、擬似太陽光照射装置1では、反射面8の反射光による直接光の照度むら補償に加え、透過光量調整ユニット60によっても被照射面10Aの照度むらの低減が図られている。
透過光量調整ユニット60は、図4に示すように、ベース板62と、透過光量調整用の透光板積層体64と、表面フィルム(押さえ部材)66とを備え、被照射面10Aの照度が高い箇所に向かう光の光量を透光板積層体64が減じることで、被照射面10Aで照度分布を低い照度に合せて均一化する。
これらベース板62、透光板積層体64、及び、表面フィルム66には、擬似太陽光照射ボックス6が放射する擬似太陽光のスペクトルを変調しないように、それぞれ擬似太陽光のスペクトル範囲において透過率が一定(フラット)であり、さらに、好ましくは高い透過率を有する材質が用いられている。この材質として、本実施形態では、アクリル樹脂が用いられている。なお、この材質にはガラスを用いてもよい。
ベース板62の上面には、図5に示すように、被照射面10Aを照明する光が通過する照明光通過範囲Rに、透過光量を減じるべき位置のそれぞれに透光板積層体64が配置され、また照明光通過範囲Rの残余の箇所には、透光板積層体64や、この透光板積層体64を構成する透光板65、ベース板62と同一の素材であるアクリル樹脂から成る1枚の透光板68(以下、「スペーサ透光板68」と言う)が配置されている。これにより、照明光通過範囲Rには透光板積層体64及びスペーサ透光板68が隙間無く敷き詰められることとなる。このスペーサ透光板68は、透光板積層体64と同一寸法に形成されており、スペーサ透光板68と透光板積層体64との入れ替えが容易となっている。
透光板積層体64は、複数枚の透光板65(図6)を積層して構成されており、図5において符号64に添えて記載した括弧書きは、各透光板積層体64の透光板65の積層枚数を示している。なお、この透光板積層体64の具体的な構成、及び、光量調整の作用については後に詳述する。
なお、スペーサ板70の素材には、透光板積層体64と同一の素材(本実施形態ではアクリル樹脂)を用いることが好ましい。こうすることで、スペーサ板70の光学特性が、照明光通過範囲Rに設けたスペーサ透光板68と同等になるため、被照射面10Aの面積が広がり照明光通過範囲Rが多少周囲に拡張された場合でも、被照射面10Aの全域を照明することができる。
図4に示すように、擬似太陽光照射装置1には、擬似太陽光照射ボックス6と平行に延びるズレ落ち防止ブラケット80が、該擬似太陽光照射ボックス6を挟んだ両側の側面にそれぞれ設けられている。また、各ズレ落ち防止ブラケット80には、断面L字状の固定用Lアングル82が固定されており、各固定用Lアングル82に、透過光量調整ユニット60のベース板62の両縁部62Aを載せることで該ベース板62が設置される。
ベース板62の両縁部62Aの上面には、スペーサ板70と擬似太陽光照射装置1の側面の隙間を埋めてスペーサ板70の横ずれを防止する横ずれ防止用Lアングル84が設けられている。
次いで、ベース板62の上に、スペーサ板70、透光板積層体64及びスペーサ透光板68を敷き詰める。そして、これらスペーサ板70、透光板積層体64及びスペーサ透光板68を横ずれ防止用Lアングル84とともに表面フィルム66で覆う。最後に、表面フィルム66の縁部を押さえバー86で押さえ、この押さえバー86を横ずれ防止用Lアングル84にボルト89で固定する。以上の作業により、透過光量調整ユニット60の取付けが完了する。
図6は、図5に示したI−I’線の断面を模式的に示す図である。
この図に示すように、透光板積層体64は、それぞれ矩形状の透光面が同一寸法のアクリル樹脂から成る透光板65を複数枚重ねて構成されている。この透光板積層体64に擬似太陽光Fを入射した場合、各透光板65の表裏の各界面で擬似太陽光Fの裏面反射が生じ、この裏面反射の分だけ透光板積層体64の透過光量が減じられる。また、この透光板積層体64の透過率は、透光板65の厚みには依らず、該透光板65を重ねた枚数で決定されており、このような透光板積層体64の透過特性について以下に説明する。
これらの図に示すように、透光板65は、擬似太陽光Fとして用いられる紫外領域(波長400nm)〜赤外領域(波長900nm)の広い波長範囲Kに亘り透過率がほぼ一定(フラット)になる透過特性を有し、また、高い透過率を有していることが分かる。したがって、この透光板65、並びに、この透光板65と同一素材から成るスペーサ透光板68、スペーサ板70、ベース板62によれば、擬似太陽光照射ボックス6が発する擬似太陽光Fを、そのスペクトルを変調することなく高効率に透過し、照明効率の低下を防止できる。
一方、図8に示すように、10mm厚のベース板62の上に重ねる透光板65の枚数を1枚ずつ増やすと、透光板65の枚数に比例して、透過率が全波長域で略一様に減少する。
この理由としては、透光板65の材質であるアクリル樹脂が擬似太陽光Fに対して高い透過率を有するため、擬似太陽光Fが透光板65を透過する際に透光板65への吸収は、ほぼ生じないものの、透光板65の表裏の各界面で裏面反射が発生することから各裏面反射により透過光量が減じられるためと考えられる。この理由の妥当性は、図9に示すように、厚み0.5mmの透光板65を4枚重ねた場合と、厚み1mmの2枚の透光板65に厚み0.5mmの2枚の透光板65を重ねた場合とで、透光板65の厚みが異なるにもかかわらず透過率はほぼ一致し、また、枚数を5枚に変えても同様な結果が得られることからも裏付けられる。
このように、接着剤等のバインダーを用いずに透光板65同士を単純に重ね合せ、これら透光板65の間に空気層90のみを形成することで、透光板積層体64の透過率が透光板65の積層枚数に比例して減少させることができ、透光量の調整が容易な透光板積層体64が得られることとなる。
なお、透過光量調整ユニット60では、透光板積層体64の下にベース板62を、上に表面フィルム66をそれぞれ備え、また、透光板積層体64が無い場所には、スペーサ透光板68が配置されるため、これらベース板62、表面フィルム66及びスペーサ透光板68の各界面でも同様に裏面反射が生じる。したがって、これらの裏面反射を加味して、透光板積層体64の透光板65の枚数が決定される。
この構成により、ベース板62と透光板積層体64及びスペーサ透光板68を接着剤等のバインダーを用いて固定する必要がないため、これら透光板積層体64及びスペーサ透光板68を交換自在にしつつ、設置時の衝撃や地震の振動が透過光量調整ユニット60に加わっても、透光板積層体64の位置ずれを防止できる。
この構成により、該表面フィルム66が透光板積層体64の表面を押さえることで透光板65の横ずれが確実に防止される。
このように、擬似太陽光照射装置1側面のランプ22と被照射面10Aとの間に、ランプ22から放射された光のうち被照射面10Aから外れた箇所に向かう光を被照射面10Aに向けて反射する補助反射面150A,150Bを配置する構成とした。この構成により、枠体4の側面に配置した遮光板によって遮光されてしまう光を有効利用して、被照射面10Aの照度低下を補うことができるとともに、補助反射面を枠体4の下部に配置する場合に比べ、擬似太陽光照射装置1を小型化することができる。
第1実施形態では、被照射面10Aの照度むらを低減するために、ランプ22と被照射面10Aの間に透過光量を調整する透過光量調整ユニット60を設けていたが、第2実施形態では、透過光量調整ユニット60に代えて、光を拡散する光拡散ユニット101を設けている。
図11は、第2実施形態に係る擬似太陽光照射装置100の構成を模式的に示す縦断面図である。また、図12は擬似太陽光照射装置100の右半分を示す平面図であり、図13は擬似太陽光照射装置100の構成を示す横断面図である。なお、これら図11〜図13では、図1〜3に示す擬似太陽光照射装置1と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
補助反射面150A,150Bの傾斜角度は0°〜5°程度に設定されるのが望ましく、補助反射面150A,150Bは、被照射面10Aの四隅の照度を低下させないように、傾斜角度が0°〜5°程度に調整された場合に、互いに隙間を生じさせない長さに形成されている。本実施形態では、長手側の補助反射面150Aの長さが約1400mmに、短手側の補助反射面150Bの長さが約920mmに設定されている。
そこで、本実施形態では、擬似太陽光照射ボックス6と被照射面10Aの間に、該被照射面10Aの全面を覆い該被照射面10Aでの照度分布を均一化するように光を拡散する光拡散ユニット101が設けられている。すなわち、擬似太陽光照射装置100では、反射面8の反射光による直接光の照度むら補償に加え、光拡散ユニット101によっても被照射面10Aの照度むらの低減が図られている。
光拡散ユニット101は、図14(A)に示すように、ベース板102と、光拡散効果を有する二層の光拡散部材110,120とを備え、被照射面10Aの照度が高い箇所に向かう光を光拡散部材110,120が拡散することで、被照射面10Aで照度分布を均一化する。
これらベース板102、及び光拡散部材110,120には、擬似太陽光照射ボックス6が放射する擬似太陽光のスペクトルを変調しないように、それぞれ擬似太陽光のスペクトル範囲において透過率が一定(フラット)であり、さらに、好ましくは高い透過率を有する材質が用いられている。
図15は光拡散部材110,120の位置を変えて被照射面10Aの照度むらを測定した実験を示す説明図であり、図15(A)は光拡散部材110,120の配置位置を示す図であり、図15(B)は光拡散部材110,120の位置及び光拡散部材110,120に使用した拡散板の種類と照度むらの測定結果との関係を示す図であり、図15(C)は光拡散部材110,120に使用した拡散板の種類を示す図である。
光拡散部材110,120の配置位置は、図15(A)に示すように、ランプ22からの距離とする。図15(B)には、光拡散部材110をランプ22から400mの位置に配置するとともに、光拡散部材120をランプ22から200mm、300mm、又は400mmの位置に配置した場合の照度むらの測定結果が示されている。
図11〜図13に示すように、擬似太陽光照射装置100には、枠体4の上部及び擬似太陽光照射ボックス6の上方に、擬似太陽光照射ボックス6と平行に延びる板状の光拡散部材受け103が、該擬似太陽光照射ボックス6を挟んだ両側の側面にそれぞれ設けられている。また、枠体4の上部及び擬似太陽光照射ボックス6の上方に、擬似太陽光照射ボックス6と直交して延びる断面L字状の光拡散部材受け104が、該擬似太陽光照射ボックス6の長さ方向において対面する側面にそれぞれ設けられている。
ベース板102及び光拡散部材110は枠体4の上部に設けられた光拡散部材受け103,104に載置され、図示しない抑え金具によって固定され、光拡散部材120は擬似太陽光照射ボックス6の上方に設けられた光拡散部材受け103,104に載置され、図示しない抑え金具によって固定される。
被照射面10A側の光拡散部材110は、ベース板102の上面に配置され、複数枚(本実施形態では、2枚)の光拡散板111,112を積層して構成されている。被照射面10A側の光拡散板111は、被照射面10Aを照明する光が通過する照明光通過範囲全体を覆う大きさに形成された板状部材であり、両面に艶消し加工を施したマット状の拡散面を有している。本実施形態の光拡散板111は、厚みが約3mmであり、ベース板102とほぼ同じ光学的特徴を有する素材(本実施形態では、アクリル樹脂)を用いて形成されている。
二層の光拡散部材110,120を被照射面10A側に積層配置した場合には、図16(A)に示すように、照度が0.8−0.85SUN(1SUN=1000W/m2)の範囲から1.05−1.1SUNの範囲にあり、その差は0.3SUNである。
これに対し、上記擬似太陽光照射装置100のように二層の光拡散部材110,120を離間配置した場合には、図16(B)に示すように、照度が0.9−0.95SUNの範囲から1.05−1.1SUNの範囲にあり、その差は0.15SUNとなっており、被照射面10Aの照度むらが良好に低減されている。さらに、二層の光拡散部材110,120を積層配置した場合に比べ、複数の反射板30(図12)に起因する照度の境界が目立たなくなっている。
照度調整板124を配置した擬似太陽光照射装置100による被照射面10Aの照度むらの測定結果を図17に示す。この図において、照度は0.98−0.99SUNの範囲から1.01−1.02SUNの範囲にあるとともに、照度むらは約1.8%となっており、本実施形態の擬似太陽光照射装置100では、被照射面10Aの照度むらを良好に低減できることが実証された。また、複数の反射板30(図12)に起因する照度の境界も、より目立たなくなっている。
この構成により、被照射面10Aに向かう光を拡散して均一化できるので、被照射面10Aの仮想分割区画に配置するために透過率が異なる複数種類の透過型光学フィルター板を用意せずとも、二層の光拡散部材110,120を離間配置した簡単な構成で被照射面10Aの照度むらを低減できる。また、光を拡散することにより、被照射面10Aの四隅の照度の落ち込みを低減できる。
この構成により、複数の反射板30を並設して反射面8を形成した場合であっても、複数の反射板30の境界を目立たなくさせることができる。すなわち、反射面8を複数の反射板30で形成できるので、反射面8を一枚の反射板を湾曲させて形成する場合に比べ、簡単な構成で反射面8を形成できるとともに、反射板30の反射角度(傾斜角度)を調整することにより、被照射面10Aの照度低下を容易に補うことができる。
この構成により、照度が局部的に高い箇所に照度調整板124を配置することで、照度むらの微調整を容易に行うことができる。また、ランプ22側の光拡散部材120に照度調整板124を配置することにより、照度調整板124で拡散した光を被照射面10A側の光拡散部材110で拡散できるので、被照射面10A側の光拡散部材110に照度調整板を配置する場合に比べ、照度むらをより低減できる。
この構成により、ランプ22側の光拡散部材120で拡散された光を反射できるので、ランプ22と反射面8との間に補助反射面を配置する場合に比べ、被照射面10Aの照度低下を補償すべき所望の場所に光を向かわせつつ、光をより拡散させて均一化できる。また、枠体4の側面に配置した遮光板によって遮光されてしまう光を有効利用して、被照射面10Aの照度低下を補うことができるとともに、補助反射面を枠体4の下部に配置する場合に比べ、擬似太陽光照射装置100を小型化できる。
上述した実施形態では、本発明に係る照明装置として、擬似太陽光照射装置を例示したが、これに限らない。すなわち、被照射面の照度むらを低減すべき照明装置であれば、任意の照明装置に、本発明の透過光量調整ユニット又は光拡散ユニットを設けることができる。このような照明装置としては、例えば紫外線硬化装置が挙げられる。紫外線硬化装置は、UVインキ、UV塗料、UV接着剤などの紫外線硬化素材が塗布された面に均一に紫外線を照射して、紫外線硬化素材を硬化させるものであり、印刷や上面コーティング、半導体や電子部品、光学部品の接着、液晶パネルの張り合わせなど様々な表面処理加工システムに応用されている。この紫外線硬化装置に本発明の透過光量調整ユニット又は光拡散ユニットを設けることで、より一層むらを抑えた表面処理加工が可能な紫外線硬化装置が実現される。
6 擬似太陽光照射ボックス
8 反射面
10 被照射体
10A 被照射面
22 ランプ(光源)
30 反射板
50,150A,150B 補助反射面
60 透過光量調整ユニット
62 ベース板
64 透光板積層体
65 透光板
66 表面フィルム(押さえ部材)
68 スペーサ透光板(1枚の透光板)
70 スペーサ板(スペーサ部材)
101 光拡散ユニット
110 光拡散部材
120 光拡散部材
124 照度調整板
D 距離
F 擬似太陽光
K 波長範囲
R 照明光通過範囲
Claims (7)
- 被照射面を照明する光源を備えた照明装置において、
前記被照射面での照度分布を均一化するように透過光量を調整する透過光量調整ユニットを前記光源と被照射面の間に備え、
前記透過光量調整ユニットを、透過すべき光の波長範囲で透過率が一定な透光板を前記透過光量の調整量に応じた枚数分だけ重ねて各透光板の表裏の各界面で入射光を反射するようにした透光板積層体を設けて構成したことを特徴とする照明装置。 - 前記透光板を重ねる枚数に応じて各透光板を薄くして全体の厚みを一定にした前記透光板積層体を、前記透過光量を調整すべき位置のそれぞれに配置し、
前記透光板積層体の間に生じた隙間には、前記透光板を前記透光板積層体と同じ厚みに形成して成る一枚の前記透光板を配置して、前記被照射面を照明する光が透過する範囲に、前記透光板積層体及び前記一枚の透光板を敷き詰めるとともに、
前記透光板積層体及び前記一枚の透光板を敷き詰めた周囲には、前記透光板積層体及び前記一枚の透光板の位置ずれを防ぐスペーサ部材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記透光板積層体及び前記一枚の透光板のそれぞれの表面を覆って押さえる押さえ部材を備えたことを特徴とする請求項2に記載の照明装置。
- 被照射面を照明する光源を備えた照明装置において、
前記被照射面での照度分布を均一化するように、光を拡散する光拡散ユニットを前記光源と被照射面の間に備え、
前記被照射面と前記光源との間に、二層の光拡散部材を離間配置して前記光拡散ユニットを構成したことを特徴とする照明装置。 - 前記光源に対して前記被照射面と反対側に、複数の反射板を並設して反射面を形成し、前記被照射面に、前記光源から直接放射される直接光、及び前記反射面で反射された反射光を照射する構成とし、
前記複数の反射板の境界が目立たなくなる距離だけ、前記二層の光拡散部材の間を離したことを特徴とする請求項4に記載の照明装置。 - 前記二層の光拡散部材のうち前記光源側の光拡散部材に、照度場所むら調整用の照度調整板を設けたことを特徴とする請求項4又は5に記載の照明装置。
- 装置側面の前記光源と前記被照射面との間に、前記光源から放射された光のうち前記被照射面から外れた箇所に向かう光を前記被照射面に向けて反射する補助反射面を配置したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の照明装置。
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