JPWO2011045968A1 - Ｌｅｄ光源装置 - Google Patents

Abstract

出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することができるＬＥＤ光源装置を提供する。ＬＥＤ光源装置（１）は、紫外光を前方に向けて出射するＬＥＤ（１０）が並設されたＬＥＤ並設領域（Ｒ）を有する紫外発光ＬＥＤアレイ（３）と、この紫外発光ＬＥＤアレイ（３）のＬＥＤ並設領域（Ｒ）の前方側に対向するように設けられ、直方体外形を呈すると共に、石英を含む材料で形成された光透過部材（４）と、を備えている。ＬＥＤ（１０）の前面（１０ａ）には、所定幅（Ｈ）の縁部（１１）で囲まれ紫外光を出射するための出射面（Ｓ）が設けられている。ここで、前方から見たときにおいて、光透過部材（４）の端は、紫外発光ＬＥＤアレイ（３）のＬＥＤ並設領域（Ｒ）の端に対し所定幅（Ｈ）の１／２内側から所定幅（Ｈ）の１／２外側の間に位置している。

Description

本発明は、紫外光を出射するＬＥＤ光源装置に関する。

従来のＬＥＤ光源装置としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。このようなＬＥＤ光源装置では、前方に可視光を出射するＬＥＤが並設されたＬＥＤアレイの前方側に、アクリルからなる透光性部材が配置されていると共に、ＬＥＤアレイと透光性部材との間の空間が、シリコンからなる透明樹脂によって封止されている。そして、ＬＥＤからの可視光が、透明樹脂及び透光性部材を介して出射される。

特開２００８−１８６９１４号公報

ここで、上述したようなＬＥＤ光源装置においては、例えば紫外光を出射し該紫外光の光エネルギを利用して処理を行なう場合、その処理能力は光量に大きく左右されるため、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することが特に望まれる。しかし、上述したようなＬＥＤ光源装置では、出射領域の端部にて光量が低下し易く、光量分布がいわゆる裾広がり状態になり易いため、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化するのが困難である。

そこで、本発明は、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することができるＬＥＤ光源装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るＬＥＤ光源装置は、前方に向けて紫外光を出射するＬＥＤが並設されたＬＥＤ並設領域を有する紫外発光ＬＥＤアレイと、紫外発光ＬＥＤアレイのＬＥＤ並設領域の前方側に対向するように設けられ、直方体外形を呈すると共に、石英を含む材料で形成された光透過部材と、を備え、ＬＥＤの前面には、所定幅の縁部で囲まれ紫外光を出射するための出射面が設けられており、前方から見て、光透過部材の端は、紫外発光ＬＥＤアレイのＬＥＤ並設領域の端に対し、所定幅の１／２内側から所定幅の１／２外側の間に位置していることを特徴とする。

このＬＥＤ光源装置では、ＬＥＤから出射した紫外光が光透過部材内で全反射を繰り返して前方へ出力されることから、この出力された紫外光（以下、「出力光」という）におけるピーク光量を高めることができる。ここで、光透過部材が直方体外形を呈することから、ＬＥＤから出射した紫外光を光透過部材へ確実に導くことができ、出力光の光量の低下（ロス）を抑制することができる。そして、これに加え、前方から見たときにおいて、光透過部材の端が、紫外発光ＬＥＤアレイのＬＥＤ並設領域の端に対し所定幅の１／２内側から所定幅の１／２外側の間に位置していることから、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することができる。これは、例えば図１４に示すように、光透過部材の端がＬＥＤ並設領域の端に対して内側に離れすぎると（図中の破線）、光量が出射領域の中心側に寄るように分布されることから、ピーク光量は高まるものの、出射領域の端部の光量が低いものとなる。また、光透過部材の端がＬＥＤ並設領域の端に対して外側に離れすぎると（図中の点線）、光量分布がいわゆる裾広がり状態になり、ピーク光量が低下してしまう。一方で、光透過部材の端がＬＥＤ並設領域の端に対して所定幅の１／２内側から１／２外側の範囲に位置すると（図中の実線）、ピーク光量を充分に確保しつつ光量分布の立ち上がり及び立ち下りの度合いを高めることが可能となるためである。

また、光透過部材は、ＬＥＤの前面に当接していることが好ましい。この場合、ＬＥＤから出射した紫外光を一層確実に光透過部材に導くことができ、出射領域において光量の低下を抑制することが可能となる。

また、紫外発光ＬＥＤアレイは、基板と、該基板の前面側に互いに近接するように並設されたＬＥＤと、を含むＬＥＤユニットを複数有し、ＬＥＤユニットは、ＬＥＤが近接するように並設されていることが好ましい。この場合、ＬＥＤを容易に密集配置することができ、出射領域において大きな光量を均一に得る事が可能となる。

このとき、ＬＥＤは、直方体外形を呈しており、その側面が基板の側面と同じ平面上に位置するよう基板に配置されている、又は、その側面が基板の側面よりも外側へ突出するよう基板に配置されていることが好ましい。この場合、並設されたＬＥＤユニット間におけるＬＥＤについても一層密集配置されることとなる。

また、基板の後面側に設けられ、基板に形成された貫通孔を介して複数のＬＥＤと熱的に接続された金属板と、金属板と熱的に接続されたヒートシンクと、を備えたことが好ましい。この場合、ＬＥＤの放熱性を高めることができ、ＬＥＤの動作安定性を向上することができる。

また、光透過部材は、その対向する一対の側面が間挿部材を介して押圧部材で挟持されることにより固定されていることが好ましい。この場合、紫外光によって光透過部材の固定が不十分になること等を防止でき、光透過部材を安定して固定することが可能となる。

このとき、間挿部材は、フッ素樹脂を含む材料で形成されていることが好ましい。この場合、光透過部材の固定に関し、耐紫外光特性及び耐熱特性を高めることができる。

また、押圧部材は、螺子機構を有することが好ましい。この場合、光透過部材の固定位置を容易に微調整することが可能となる。

紫外発光ＬＥＤアレイ及び光透過部材を収容するケースを備え、ケースの前面カバーには、光透過部材の長手方向に延在する一対の壁部が形成されており、光透過部材は、樹脂部材を介して一対の壁部で挟持されることにより前面カバーに固定されていることが好ましい。この場合、光透過部材の固定に際して当該光透過部材の位置決めを容易に行うことが可能となる。

このとき、樹脂部材は、光透過部材の側面を巻回するように設けられたＯリングであることが好ましい。この場合、光透過部材を容易に固定することができる。

また、光透過部材は、紫外発光ＬＥＤアレイに対し接着固定されていることが好ましい。この場合、光透過部材を安定して固定することが可能となる。

本発明によれば、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤ光源装置を示す前方斜視図である。 図１のＬＥＤ光源装置の前面カバーを外した状態を示す前方斜視図である。 図２のIII−III線に沿った断面の一部を示す概略図である。 図２のIV−IV線に沿った断面の一部を示す概略図である。 図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットを示す前方斜視図である。 図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットにおけるＬＥＤを示す後方斜視図である。 図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットにおける基板を示す正面図である。 図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットにおける伝熱板を示す図である。 図１のＬＥＤ光源装置の前面カバー及び上面カバーを外した状態の一部を示す前方斜視図である。 図１のＬＥＤ光源装置における光透過部材の他の例を示す図４に対応する概略図である。 図１のＬＥＤ光源装置における光透過部材の他の例を示す図３に対応する概略図である。 図１のＬＥＤ光源装置の端保持部を示す前方斜視図である。 図１のＬＥＤ光源装置の中間保持部を示す前方斜視図である。 図１のＬＥＤ光源装置においての位置と出力光の光出力（光量）との関係を示すグラフである。 光透過部材を紫外発光ＬＥＤアレイに対し接着固定する場合の例を示す図３に対応する断面図である。 光透過部材を示す背面図である。 図１６の一部を拡大して示す図である。 光透過部材を示す図３に対応する概略図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」「左」「右」の語は、図面に示される状態に基づいており便宜的なものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ光源装置を示す前方斜視図であり、図２は、図１のＬＥＤ光源装置の前面カバーを外した状態を示す前方斜視図である。図１，２に示すように、本実施形態のＬＥＤ光源装置１は、その外囲を構成する直方体外形のケース２内に、紫外発光ＬＥＤアレイ３、光透過部材４及びヒートシンク５（図９参照）を備えている。このＬＥＤ光源装置１は、前面カバー２ａに形成された開口ＯからＬＥＤ光としての紫外光（紫外線又はＵＶ光とも称される）を照射して、例えば樹脂硬化やインク乾燥等を行うものである。

紫外発光ＬＥＤアレイ３では、前方に向けて紫外光を出射する複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）１０がマトリクス状に並設されてＬＥＤ並設領域Ｒが構成されている。ここでの紫外発光ＬＥＤアレイ３では、複数のＬＥＤ１０がユニット化されたＬＥＤユニット２０（図５参照）を左右方向に近接するよう並設することで、複数のＬＥＤ１０が配置された配置領域としてのＬＥＤ並設領域Ｒが構成されている。このＬＥＤ並設領域Ｒは、前方（紫外線出射側）から見て、紫外発光ＬＥＤアレイ３（ＬＥＤ１０）の最外縁で囲まれている。なお、本実施形態のＬＥＤ並設領域Ｒは、上下２列で左右４５個（合計９０個）のＬＥＤ１０が並設されてなり、前方視にて上下方向を短手方向とし且つ左右方向を長手方向とする長方形形状の領域とされている。

図３は、図２のIII−III線に沿った断面の一部を示す概略図、図４は、図２のIV−IV線に沿った断面の一部を示す概略図、図５は、図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットを示す前方斜視図である。図３〜５に示すように、ＬＥＤユニット２０は、基板２１と、基板２１の前面２１ａ側に複数並設されたＬＥＤ１０と、基板２１の後面（裏面）２１ｂ側に固定された伝熱板（金属板）２２と、を有している。

ＬＥＤ１０は、直方体外形を呈する筐体Ｘ内に半導体結晶１５を収容し、ガラス板１４で封止した紫外発光チップ型発光素子であり、高出力の紫外光を出射する。このＬＥＤ１０（筐体Ｘ）は、紫外光が出射される前面１０ａ視で正方形形状とされ、例えば縦７ｍｍ×横７ｍｍの幅とされている。

具体的には、このＬＥＤ１０には、前面１０ａから見て、所定幅Ｈの枠状の縁部１１で囲まれるようにして断面円形の凹部１２が形成されている。換言すると、ＬＥＤ１０は、所定幅Ｈの矩形枠状の縁部１１の内側に設けられた凹部１２を有している。そして、この凹部１２の底面１２ａには、断面円形の凹部１３が形成されている。

凹部１２内において前面１０ａ側には、紫外光を透過させるガラス板１４が前面１０ａと同一平面となるよう設けられており、これにより、ＬＥＤ１０内が封止されている。このガラス板１４は、紫外光を出射する出射面Ｓを構成する。凹部１３の底面１３ａには、紫外光を発生させるための半導体結晶１５が固定されている。また、凹部１３の内側面は、紫外光を前方に向けて反射させるため、前方に拡がるように傾斜してなる反射面１３ｂとなっている。

以上により、本実施形態においてのＬＥＤ１０の所定幅Ｈとは、ＬＥＤ１０の出射面Ｓであるガラス板１４を囲む筐体Ｘの枠１１の幅である。換言すれば、所定幅Ｈとは、前方から見て、凹部１２の中心からＬＥＤ並設領域Ｒの辺縁に延ばした直線がＬＥＤ１０の縁部１１と交わっている部分の長さとなる。ここでは、所定幅Ｈは、２ｍｍとされている。なお、以下においては、この所定幅Ｈを所定値αの２倍（つまり、２α）と捉え、よって、所定値αを１ｍｍとしている。

図６は、図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットにおけるＬＥＤを示す後方斜視図である。図６に示すように、ＬＥＤ１０の後面１０ｂ（前面１０ａと反対側の面）の両端部には、平行に延在するカソード端子１６ａ及びアノード端子１６ｂが設けられている。後面１０ｂにおいて、カソード端子１６ａとアノード端子１６ｂとの間には、ＬＥＤ１０を放熱するためのものとして、矩形状を呈する金属製の放熱面１７が設けられている。

図７は、図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットにおける基板を示す正面図である。図７に示すように、基板２１は、対向する２辺が直線状部を有する矩形板状を呈しており、ＬＥＤ１０を伝熱板２２と当接させるための貫通孔２４を複数有している。貫通孔２４は、並設されるＬＥＤ１０に対応するように構成され、ここでは、上下方向に延在すると共に、左右方向に４列形成されている。また、この基板２１には、ＬＥＤユニット２０をケース２内に固定するネジ３１（図２参照）を挿通させる貫通孔２５が一対形成されている。

また、基板２１の上部には、給電配線部２６が設けられている。この給電配線部２６は、基板２１に設けられＬＥＤ１０に電気的に接続する電気配線パターン（不図示）をまとめたものであり、ＬＥＤ１０に対する給電部を統一化する。なお、図９に示すように、この給電配線部２６は、上面カバー２ｃに固定された基板３３の回路素子等に対し配線８によって電気的に接続されている。

図８（ａ）は図１のＬＥＤ光源装置のＬＥＤユニットにおける伝熱板を示す正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のVIII（ｂ）−VIII（ｂ）線に沿っての断面図である。図８に示すように、伝熱板２２は、基板２１毎に１枚設けられ、複数のＬＥＤ１０の熱をまとめてヒートシンク５へ伝える伝熱部材として機能するものであり、例えば銅等の熱伝導性の高い金属材料で形成されている。この伝熱板２２の前面２２ａには、基板２１の貫通孔２４に進入してＬＥＤ１０の放熱面１７に当接するものとして、上下方向に延在する凸部２７が複数形成されている。この凸部２７は、基板２１の厚さ分少なくとも突出している。また、伝熱板２２には、基板２１の貫通孔２５に連通する貫通孔３５が一対形成されている。伝熱板２２は、基板２１の後面２１ｂ内に収まるような大きさ及び形状とされている。

図５に示すように、このようなＬＥＤ１０、基板２１及び伝熱板２２を有するＬＥＤユニット２０では、基板２１の前面２１ａにおいて各貫通孔２４，２４，２４，２４上に、複数のＬＥＤ１０が並置されつつ該ＬＥＤ１０の端子１６ａ，１６ｂと給電配線部２６とが電気配線パターン（不図示）を介して電気的に接続されている。ここでは、２行４列のＬＥＤ１０が、互いの側面を近接させて基板２１に配置され固定されている。また、ＬＥＤ１０及び基板２１は、ＬＥＤユニット２０の並設方向である左右方向の両側部のそれぞれにおいて、ＬＥＤ１０の側面１０ｃが基板２１の側面２１ｃに沿って且つ近接するように配置されている。より詳細には、ＬＥＤ１０の側面１０ｃが基板２１の側面２１ｃに対し同じ平面上に位置するように（面一となるように）なっている。

これと共に、図３，４に示すように、基板２１を挟んだ状態で基板２１の後面２１ｂ内に収まるように配置された伝熱板２２の凸部２７が貫通孔２４に入り込みつつ、該伝熱板２２がＬＥＤ１０の後面１０ｂの放熱面１７（図６参照）にロウ付けされて固定される。これにより、ＬＥＤ１０、基板２１及び伝熱板２２が一体化されつつ、ＬＥＤ１０の後面１０ｂの放熱面１７（図６参照）が伝熱板２２に熱的に接続される。そして、このＬＥＤユニット２０を、隣り合うＬＥＤユニット２０の左右の側面同士が近接するように、より好ましくは隙間無く、ケース２内にて左右方向に並設することで、ＬＥＤ１０が連続的に近接配置された紫外発光ＬＥＤアレイ３を形成している。

図９は、図１のＬＥＤ光源装置の前面カバー及び上面カバーを外した状態の一部を示す前方斜視図である。図９に示すように、ヒートシンク５は、ＬＥＤ１０の熱を放熱するものであり、例えばアルミ材で形成されている。このヒートシンク５は、図４に示すように、複数の金属板が互いに離間して左右方向に積層されたフィン構造を有する本体２８と、本体２８を固定すると共に該本体２８を伝熱板２２に接合する板状の接合部２９と、を有している。

このヒートシンク５は、ケース２内にてＬＥＤユニット２０の後方側に配置されている。これと共に、その接合部２９が、伝熱性の高い樹脂（グリース）を介してＬＥＤユニット２０の伝熱板２２に当接されている。そして、ＬＥＤユニット２０の貫通孔２５，３５に挿通されたネジ３１によって、ヒートシンク５とＬＥＤユニット２０とが互いに接合され固定されている。なお、このように、接合部２９と伝熱板２２をグリースを介して当接させることで、密着性を高めることで放熱性を高めることができる。

図２に戻り、光透過部材４は、紫外発光ＬＥＤアレイ３と同様に、上下方向を短手方向、左右方向を長手方向とし、短手方向の長さよりも短い厚さを有する直方体外形を呈しており、石英で形成されている。光透過部材４は、レンズ或いはミキシング部材としての機能を有するものであり、ＬＥＤ１０から出射した紫外光を内部で繰り返し全反射させ、紫外光のピーク光量を高めつつ、光量を均一化する。この光透過部材４は、その外面に鏡面研磨が施されている。なお、光透過部材４の厚さは３ｍｍ〜２０ｍｍ、より好ましくは４〜１２ｍｍであり、本実施形態においては５ｍｍとしている。

この光透過部材４は、図３，４に示すように、紫外発光ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ並設領域Ｒの前方側に対向するように設けられている。具体的には、光透過部材４は、その後面４ｂがＬＥＤ１０の前面１０ａに当接されている。そして、図２に示すように、光透過部材４の長手方向の両端部が、端保持部４１によってヒートシンク５の接合部２９に保持され固定されていると共に、長手方向の中間部が中間保持部５１によってＬＥＤユニット２０を介して接合部２９に保持され固定されている。

ここで、図４に示すように、光透過部材４は、前方から見て、長手方向（左右方向）の一端及び他端のそれぞれが、紫外発光ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ並設領域Ｒの一端及び他端のそれぞれに対して、所定値αだけ内側に位置している。つまり、前方から見て、光透過部材４の長手方向の端が、紫外発光ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ並設領域Ｒの端に対し、縁部１１の所定幅Ｈの１／２だけ内側に入り込んでいる。換言すると、ＬＥＤ並設領域Ｒが、長手方向において光透過部材４に対して所定値α（所定幅Ｈの１／２）だけ突出している。

また、図３に示すように、光透過部材４は、前方から見て、短手方向（上下方向）の一端及び他端も、紫外発光ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ並設領域Ｒの一端及び他端に対して所定値αだけ内側に位置している。つまり、前方から見て、光透過部材４の短手方向の端が、紫外発光ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ並設領域Ｒの端に対し、縁部１１の所定幅Ｈの１／２だけ内側に入り込んでいる。換言すると、ＬＥＤ並設領域Ｒが、短手方向において光透過部材４に対して所定値αだけ突出している。

或いは、本実施形態では、図１０に示すように、前方から見て、光透過部材４の長手方向の端が、紫外発光ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して所定値α（所定幅Ｈの１／２）だけ外側に位置している、換言すると、ＬＥＤ並設領域Ｒが、長手方向において光透過部材４に対して所定値αだけ内側に入り込んでいる場合もある。また、図１１に示すように、前方から見て、光透過部材４の短手方向の端が、紫外発光ＬＥＤアレイ３のＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して所定値α（所定幅Ｈの１／２）だけ外側に位置している、換言すると、ＬＥＤ並設領域Ｒが、短手方向において光透過部材４に対して所定値αだけ内側に入り込んでいる場合もある。

すなわち、本実施形態の光透過部材４の端は、長手方向及び短手方向のそれぞれにおいて、前方から見たときに、ＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して所定値α（所定幅Ｈの１／２）だけ内側から所定値αだけ外側の範囲に位置していればよい。つまり、長手方向及び短手方向のそれぞれについて、光透過部材４を配置した際の位置関係を示した下式（１）の条件を満たしていればよい。
［ＬＥＤ並設領域Ｒの端−所定値α］≦［光透過部材４の端］≦［ＬＥＤ並設領域Ｒの端＋所定値α］ …（１）

なお、長手方向及び短手方向のそれぞれについて、上式（１）を満たすような光透過部材４の大きさを表す式としては、下式（２）が挙げられる。ちなみに、下式（２）において、ＬＥＤ１０が隙間無く密着して配列されている場合には、ＬＥＤ並設領域Ｒの幅を（ＬＥＤ幅β×ＬＥＤ数ｎ）に置き換えることができる。
［ＬＥＤ並設領域Ｒの幅−２×所定値α］≦［光透過部材４の幅］≦［ＬＥＤ並設領域Ｒの幅＋２×所定値α］ …（２）

図１２に示すように、光透過部材４にあっては、上述したように、長手方向の両端部が端保持部４１によって接合部２９に保持され固定されている。端保持部４１は、接合部２９の端部に設けられたステー４２、ステー４２に左右方向移動可能に固定され光透過部材４の左右の側面４ｃを押圧するための押圧部材４３、及び、押圧部材４３と光透過部材４との間に介在された間挿部材４４を有している。

ステー４２は、板材を屈曲してなる断面Ｌ字状を呈しており、左右方向に延在する基部４２ｘと、基部４２ｘの左右方向内側に連続し前方に突出するように延びる突出部４２ｙと、を含んでいる。基部４２ｘは、ヒートシンク５の接合部２９の端部にネジ４５で固定されている。突出部４２ｙには、貫通孔４６が設けられており、この貫通孔４６の内周面には、押圧部材４３と螺合する雌螺子４７が形成されている。

押圧部材４３は、ネジが用いられ、その外周面に雄螺子４８が形成されている。間挿部材４４は、フッ素樹脂を含む材料で形成された板部材とされている。間挿部材４４の材料としては、例えばテフロン（登録商標）が用いられている。

この端保持部４１では、押圧部材４３を貫通孔４６に挿通して雄螺子４８を雌螺子４７に螺合させると共に、その螺合作用により押圧部材４３を左右方向内側に移動させることで、押圧部材４３の先端部４３ｘでもって間挿部材４４を介して光透過部材４の側面４ｃ，４ｃ（図２参照）を左右方向から挟持する。これにより、光透過部材４は、間挿部材４４を介した押圧部材４３のネジ止めの押圧力により、接合部２９に対して機械的に保持され固定されることとなる。

また、図１３に示すように、光透過部材４にあっては、上述したように、長手方向の中間部が中間保持部５１によってＬＥＤユニット２０を介して接合部２９に保持され固定されている。中間保持部５１は、光透過部材４を上下方向に挟むよう一対設けられた本体ブロック５２，５２、本体ブロック５２，５２に上下方向移動可能に固定され光透過部材４の上下の側面４ｄを押圧するための押圧部材５３、及び、押圧部材５３と光透過部材４との間に介在された間挿部材５４を有している。

本体ブロック５２，５２は、左右方向を長手方向とする直方体外形を呈し、光透過部材４を介して対向するようにそれぞれ配設されている。本体ブロック５２において左右方向の両端部には、ＬＥＤユニット２０の貫通孔２５，３５に連通する貫通孔５２ｘが設けられている。また、本体ブロック５２には、上下に延びる貫通孔５２ｙが設けられており、この貫通孔５２ｙの内周面には、押圧部材５３と螺合する雌螺子５５が形成されている。

押圧部材５３及び間挿部材５４は、上記押圧部材４３及び間挿部材４４と同様に構成されている。すなわち、押圧部材５３は、ネジが用いられ、その外周面に雄螺子５６が形成されている。間挿部材５４は、フッ素樹脂を含む材料で形成された板部材である。

この中間保持部５１では、貫通孔５２ｘ及びＬＥＤユニット２０の貫通孔２５，３５（図５参照）が互いに連通するよう本体ブロック５２，５２が配置され、これら貫通孔５２ｘ，２５，３５にネジ３１が挿通されてネジ止めされている。これにより、ヒートシンク５の接合部２９とＬＥＤユニット２０の基板３３と中間保持部５１の本体ブロック５２とが、互いに固定されている。

この固定状態で、押圧部材５３を貫通孔５２ｙに挿通して雄螺子５６を雌螺子５５に螺合させると共に、その螺合作用により押圧部材５３を上下方向内側に移動させることで、押圧部材５３の先端部でもって間挿部材５４を介して光透過部材４の側面４ｄ，４ｄを上下方向から挟持する。これにより、光透過部材４は、間挿部材５４を介した押圧部材５３のネジ止めの押圧力により、接合部２９に対してさらに機械的に保持され固定されることとなる。

なお、図９に示すように、中間保持部５１の本体ブロック５２の左右方向中央部において基板３３との間には、隙間Ｃが形成されている。この隙間Ｃによれば、中間保持部５１と給電配線部２６との干渉を避けることができると共に、ＬＥＤユニット２０の放熱性ひいてはＬＥＤ１０の放熱性を高めることが可能となる。

ちなみに、ＬＥＤ光源装置１では、冷却構造として、ヒートシンク５の後方に、ケース２内の空気をケース２外へ送出するファン装置（不図示）が配置されている。このファン装置により、前面カバー２ａに設けられた冷却用通風孔Ｋ１（図１参照）、ケース側面２ｄに設けられた冷却用通風口Ｋ２、及びケース下面２ｅに設けられた冷却用通風口を介して、冷却空気がケース２内に導入される。そして、内部に導入された冷却空気は、ヒートシンク５に沿って後方へ流通して該ヒートシンク５を冷却し、ケース２の後面２ｂ（図１参照）からケース２外へと導出されることとなる。

このとき、図１，２に示すように、前面カバー２ａを取り付けた状態にて、冷却用通風孔Ｋ１がＬＥＤユニット２０の給電配線部２６よりも上方に位置していることから、被照射物からの放出物等の異物が冷却用通風孔Ｋ１を通って内部に進入したとしても、この異物が給電配線部２６に至って該給電配線部２６に悪影響を及ぼすことを抑制できる。さらに、ＬＥＤユニット２０に遮られることなく空気が導入及び導出されるため、ＬＥＤ１０を好適に冷却することができ、ＬＥＤ１０の動作安定性を一層向上することが可能となる。

以上のように構成されたＬＥＤ光源装置１では、給電配線部２６を介して各ＬＥＤユニット２０のＬＥＤ１０に電力が供給され、ＬＥＤ並設領域ＲにおけるＬＥＤ１０から紫外光が前方へ出射される。この紫外光は、光透過部材４に導かれ該光透過部材４内にて全反射を繰り返し、そのピーク光量が高められると共に、均一化される。そして、この紫外光は、前面カバー２ａの開口Ｏを通じて前方へ出力光として出力され、被照射物に照射される。

ところで、紫外光である出力光で光エネルギを利用した処理をするにあたり、この出力光は、光源から紫外光が取り出される領域である出射領域の全域（つまり、光透過部材４の光出射面全域）に亘って所定光量以上で均一であることが好ましい。しかし、従来、ＬＥＤ１０単体の光量は例えば放電ランプ単体の光量に比べて低く、且つ、出射領域においてＬＥＤ１０が配置された部分と隣接するＬＥＤ１０，１０間の部分とでは光量に差が生じる等ことから、出射領域の光量を所定以上で均一化するのは困難とされていた。

この点、本実施形態では、光透過部材４が直方体外形を呈することから、光透過部材４として例えば円柱外形を呈するもの（いわゆる丸ロッドレンズ）を用いた場合に比べ、ＬＥＤ１０から出射された紫外光を光透過部材４へ導く際の反射等を抑制することができる。つまり、紫外光を光透過部材４へ確実に導くことができ、出力光の光量の低下（ロス）を抑制することができる。

加えて、本実施形態の光透過部材４の端は、上述したように、長手方向及び短手方向のそれぞれにおいて前方から見たとき、ＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して、出射面Ｓを囲む縁部１１の所定幅Ｈの１／２内側から所定幅Ｈの１／２外側の範囲に位置している。よって、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することができる。これは、以下の理由による。

図１４は、図１のＬＥＤ光源装置においての位置と出力光の光出力（光量）との関係を示すグラフである。図中における位置（横軸）は、出射領域を通る長手方向（又は短手方向）に沿った位置を示しており、出射領域の中心を基準（０ｍｍ）として表している。

図１４の破線に示すように、長手方向において、光透過部材４の端がＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して内側に離れすぎると（［光透過部材４の端］＜［ＬＥＤ並設領域Ｒの端］−［所定値α］）、光量が出射領域の中心側に寄るように分布され、ピーク光量は高まるものの、出射領域の端部での光量が低いものとなる。

また、図１４の点線に示すように、光透過部材４の端がＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して外側に離れすぎると（［光透過部材４の端］＞［ＬＥＤ並設領域Ｒの端］＋［所定値α］）、光量分布が端部でなだらかに低下するいわゆる裾広がり状態になると共に、ピーク光量が低下してしまう。よって、これらの場合、出射領域全域にて光量を所定光量以上且つ均一化するのは困難である。

一方、図１４の実線に示す本実施形態のように、光透過部材４の端を最適範囲に位置させると（［ＬＥＤ並設領域Ｒの端］−［所定値α］≦［光透過部材４の端］≦［ＬＥＤ並設領域Ｒの端］＋［所定値α］）、ピーク光量を充分に確保できると共に、光量分布の立ち上がり及び立ち下りを急峻なものにし、出射領域の端部での光量低下領域を縮小できる。よって、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することが可能となるのである。

なお、図１４の一点鎖線に示すように、光透過部材４として丸ロッドレンズを用いた場合には、ピーク光量が低いだけでなく、ＬＥＤ１０から出射された紫外光の利用効率（出力光の積分光量）も低下しているのがわかる。つまり、この場合、光透過部材４へ入射するべき紫外光が蹴られてしまうと共に、光透過部材４からの紫外光の取り出し量も低減することから、出力光の光量が低下しているのがわかる。また、図１４の二点鎖線に示すように、光透過部材４を設けない場合、ピーク光量が著しく低下し、顕著な裾広がり状態となっているのがわかる。ちなみに、光透過部材４に代えてリフレクタを用いた場合、紫外光の反射の際にロスが生じるため、この場合でも、光量のロスが大きくなってしまう。

また、本実施形態では、上述したように、光透過部材４の後面４ｂがＬＥＤ１０の前面１０ａに当接しているため、ＬＥＤ１０から出射された紫外光を確実に光透過部材４に導くことができ、光量の低下を抑制することが可能となる。その結果、ＬＥＤ光源装置１では、出射領域において大きな光量の出力光を得ることができる。また、紫外発光ＬＥＤアレイ３と光透過部材４とが面接触することとなり、振動等の外部要因により、紫外発光ＬＥＤアレイ３と光透過部材４の位置関係が変化し、出力光の出射条件が変化してしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態では、上述したように、ＬＥＤ１０をＬＥＤユニット２０としてユニット化している。よって、交換時や製造時のＬＥＤ１０の取扱いを容易化することができる。そしてまた、複数のＬＥＤユニット２０にあっては、ＬＥＤ１０が基板３３の前面３３ａ側に互いに近接するように並設された状態で、隣接するＬＥＤユニット２０間でＬＥＤ１０が近接するように並設されている。よって、ＬＥＤ１０を容易に密集配置することができ、出射領域において大きな光量を均一に得る事が可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、ＬＥＤユニット２０において、ＬＥＤ１０の側面１０ｃと基板２１の側面２１ｃとが同一平面となるように（つまり、ＬＥＤ１０の辺縁と基板３３の辺縁とが一致するように）、ＬＥＤ１０が基板２１に配置されている。よって、ＬＥＤユニット２０を出射領域に応じて近接して並設（隙間なく隣接）させることで、ＬＥＤユニット２０間のＬＥＤ１０についても密集配置することができ、ひいては、光源全体としてＬＥＤ１０を密集配置できる。その結果、出射領域において一層大きな光量を均一に得る事が可能となる。なお、上記における同一平面（同じ平面）は、「完全同一」だけでなく「ほぼ同一」の平面を含むものであり、例えば寸法公差や製造上の誤差等によるばらつきを含むものである。

また、本実施形態では、上述したように、基板３３に形成された貫通孔２４を介して、複数のＬＥＤ１０の放熱面１７が伝熱板２２に接続され、この伝熱板２２にヒートシンク５が接続されている。よって、ＬＥＤ１０の放熱性を高めることができ、ＬＥＤ１０の動作安定性を向上すると共に、ＬＥＤ１０の出力低下や寿命低下を防止することが可能となる。特に、ＬＥＤ１０毎に伝熱板２２を設けるのではなく、複数のＬＥＤ１０をまとめて伝熱板２２に接続させるため、より熱容量の大きな放熱板を使用することができる。その結果、ＬＥＤ光源装置１においては、大きな光量の出力光を安定して得ることができる。

また、本実施形態では、上述したように、光透過部材４の側面４ｃ，４ｃが間挿部材４４を介して押圧部材４３のネジ止めの押圧力で挟持されると共に、光透過部材４の側面４ｄ，４ｄが間挿部材５４を介して押圧部材５３のネジ止めの押圧力で挟持され、これにより、光透過部材４が固定されている。このように機械的保持で光透過部材４を固定すると、例えば接着固定のみで光透過部材４を固定した場合に紫外光の影響によって接着剤が劣化し、固定能が不充分になるということを防止でき、光透過部材４を長期に亘って安定して固定することが可能となる。

また、間挿部材４４，５４は、上記のように、紫外光や高温に対して高い耐性を有するために劣化し難いフッ素樹脂を含む材料で形成されている。そのため、光透過部材の固定に関し、耐紫外光特性及び耐熱特性を高めることができる。加えて、フッ素樹脂を含む材料は石英よりも柔らかいため、押圧部材４３，５３のネジ止めによる集中的な応力が、破損し易い石英部材である光透過部材４に直接的に及ぶのを抑制することができる。

また、押圧部材４３，５３としてネジが用いられており（押圧部材４３，５３が螺子機構を有し）、ネジ止めの押圧力で光透過部材４が固定されているため、押圧力の微調整や固定位置の微調整等を容易に行うことができる。

なお、本実施形態では、本体ブロック５２，５２の貫通孔５２ｘ及びＬＥＤユニット２０の貫通孔２５，３５にネジ３１を挿通してネジ止めすることで、接合部２９と基板３３と本体ブロック５２とを互いに固定している。よって、中間保持部５１の固定構造とＬＥＤユニット２０の固定構造とを兼用することが可能となる。

ちなみに、従来の光源装置のようにランプを光源として用いると、光源の寿命が短く、また、熱に弱い被照射物への照射が困難であったが、本実施形態のようにＬＥＤ１０を用いることで、長寿命化が可能となり、且つ、熱に弱い被照射物にも照射可能となる。また、光透過部材４は、例えば被照射物からの異物によるＬＥＤ１０の汚染を防止するための窓材としても機能する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光透過部材４を紫外発光ＬＥＤアレイ３に対し機械的保持によってのみ固定したが、これに加え、例えば以下に示すように、光透過部材４を紫外発光ＬＥＤアレイ３に対し接着固定してもよい。

図１５（ａ）は、光透過部材４を紫外発光ＬＥＤアレイ３に対し接着固定する場合の一例を示す図３に対応する断面図であり、図１５（ｂ）は、光透過部材４を紫外発光ＬＥＤアレイ３に対し接着固定する場合の他の一例を示す図３に対応する断面図である。図１５（ａ）に示すように、光透過部材４の端がＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して内側に位置する場合には、ＬＥＤ１０の前面１０ａと光透過部材４の側面４９との間に隅肉状に接着剤Ｂを設け、光透過部材４を接着固定してもよい。また、図１５（ｂ）に示すように、光透過部材４の端がＬＥＤ並設領域Ｒの端に対して内側に位置する場合には、ＬＥＤ１０の側面１９と光透過部材４の後面４ｂとの間に隅肉状に接着剤Ｂを設け、光透過部材４を接着固定してもよい。

このように、光透過部材４を紫外発光ＬＥＤアレイ３に対し接着固定することで、光透過部材４を安定して且つ安価に固定することがきる。また、ＬＥＤ１０の側面１９と光透過部材４の後面４ｂとの間に接着剤Ｂを設けて接着固定する場合、ＬＥＤ１０の出射面Ｓを含む前面１０ａよりも後方側に接着剤Ｂが配置されることになるため、接着剤Ｂに紫外光の悪影響が及ぶのを抑制することができる。

また、上記実施形態では、ＬＥＤ１０の側面１０ｃが基板２１の側面２１ｃに対し同じ平面上に位置するようにＬＥＤ１０を基板２１に配置したが、ＬＥＤ１０の側面１０ｃが基板２１の側面２１ｃの側面２１ｃよりも外側へ突出するように（ＬＥＤ１０が基板２１からはみ出るように）ＬＥＤ１０を基板２１に配置してもよく、同様の効果が得られる。

また、上記実施形態の光透過部材４は、押圧部材４３のネジ止めの押圧力で長手方向から挟持され固定されると共に、押圧部材５３のネジ止めの押圧力で短手方向から挟持され固定されているが、長手方向又は短手方向の何れか一方から挟持されていてもよい。このとき、光透過部材４を長手方向から挟持すると、短手方向から挟持する場合に比べ、光透過部材４の固定能に与える影響が大きいために好ましい。なお、この機械的保持については、上記のように光透過部材４の接着固定と併用してもよいし、場合によっては接着固定のみとして、機械的保持を不要にもできる。

また、上記実施形態では、光透過部材４とＬＥＤ１０とが互いに当接しているが、これらの間に所定の隙間が形成されていてもよい。また、上記実施形態では、縁部１１を矩形枠状としているが、縁部はこれに限定されず、ＬＥＤ１０の前面１０ａの形状に応じて構成されるものであり、前面１０ａにおいて出射面Ｓとは面一ではない領域として構成されていてもよい。例えば、出射面Ｓとなるガラス板１４を縁部１１上に載置するように、段差状になっていてもよい。

また、上記実施形態では、複数のＬＥＤ１０がマトリクス状に並設されてＬＥＤ並設領域Ｒが構成されているが、ライン状に並設されてＬＥＤ並設領域Ｒが構成されていてもよい。また、ＬＥＤ１０において、短手方向における縁部１１の所定幅Ｈと長手方向における縁部１１の所定幅Ｈとが同じ大きさとされているが、これらは異なっていてもよい。この場合、所定値αは、短手方向及び長手方向のそれぞれの所定幅Ｈに対応する。

なお、各図面ではＬＥＤ１０同士が互いに密着するように配置されているが、光量のばらつきの生じない程度に多少の隙間を有して配置されていてもよい。この場合、ＬＥＤユニット２０ひいてはＬＥＤ光源装置１の製造を容易化できる。

また、光透過部材４の固定については、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のようにして光透過部材４をＬＥＤ光源装置１において固定してもよい。

図１６は光透過部材を示す背面図、図１７は図１６の一部を拡大して示す図、図１８は光透過部材を示す図３に対応する概略図である。図１６〜１８に示すように、光透過部材４は、ケース２の前面カバー２ａの内面側にＯリング（樹脂部材）４２を介して装着されている。

前面カバー２ａの内面における開口Ｏの上側及び下側には、左右方向に延在する壁部としてのフランジ４１ｘ，４１ｙがそれぞれ設けられている。この前面カバー２ａでは、開口Ｏの幅（上下長さ）が光透過部材４の幅（上下長さ）と略等しくされている。Ｏリング４２は、樹脂により形成されている。

ここでの光透過部材４にあっては、具体的には、その側面４ｃ，４ｄを巻回するようにＯリング４２が設けられ、この状態で前面カバー２ａのフランジ４１ｘ，４１ｙ間によって挟持されるようにフランジ４１ｘ，４１ｙ間に嵌め込まれている。つまり、光透過部材４は、その上面及び下面がフランジ４１ｘ，４１ｙによってＯリング４２を介して挟持されて、前面カバー２ａに固定されている。よって、図１８に示すように、光透過部材４は、ＬＥＤ１０の前側に対向するようにＬＥＤ１０に当接されつつ、ＬＥＤ１０及び開口Ｏに対し位置決めされながら前面カバー２ａに固定される。その結果、ＬＥＤ１０は、光透過部材４を介して開口Ｏから外部に臨むこととなる。

以上に説明した変形例によれば、光透過部材４を前面カバー２ａの内面側にＯリング４２を介して固定して装着することから、光透過部材４の固定に際して該光透過部材４の位置決めを容易に行うことができると共に、簡易且つ精度よく光透過部材４をＬＥＤ光源装置１にて固定することが可能となる。また、前面カバー２ａを外すだけで光透過部材４をＬＥＤ１０側から取り外すことができるため、光透過部材４の清掃等のメンテナンスが容易となる。また、ＬＥＤ１０の交換時にも光透過部材４の固定解除が不要となる。

また、上記変形例では、上述したように、開口Ｏの左右方向側にはフランジ等の壁部が設けられておらず、Ｏリング４２が左右方向から押圧されていない。これにより、Ｏリング４２が設けられた光透過部材４を前面カバー２ａに取り付ける際、生じる力を左右方向に開放させることができ（つまり、前面カバー２ａの左右方向に、いわゆる逃げ部を形成でき）、かかる取付けを容易化することができると共に、取付けの際の光透過部材４の破損可能性を低減することができる。また、この逃げ部によれば、熱膨張時の熱応力をも開放させることが可能となる。

また、上記変形例では、上述したように、左右方向に長尺形状を呈する光透過部材４の上下の側面４ｄ，４ｄを挟持し固定していることから、光透過部材４の左右の側面４ｃ，４ｃを挟持し固定する場合に比べ、固定に係る面積を大きくすることができ、光透過部材４を確実に固定することができる。また、このように固定に係る面積を大きくできるため、光透過部材４を固定する際に該光透過部材４に作用する応力を低減することができ、光透過部材４の破損可能性を低減することが可能となる。

また、上記変形例では、上述したように、光透過部材４がＯリング４２を介して固定されることから、光透過部材４が熱膨張した場合、Ｏリング４２を緩衝材として作用させることができ、光透過部材４の破損可能性をより低減することが可能となる。

また、上記変形例におけるＯリング４２の厚さ（前後方向長さ）は、光透過部材４の厚さよりも薄くなっている。これにより、例えば、Ｏリング４２がＬＥＤ１０の出射領域内に進入して光量が低減したり、ＬＥＤ１０と光透過部材４との密着性がＯリング４２により低減したり等するのを抑制することができる。

なお、Ｏリング４２に代えて、板状の樹脂部材を光透過部材４とフランジ４１ｘ，４１ｙとの間に介在させることで、光透過部材４を固定してもよい。ちなみに、上記変形例のようにＯリング４２を用いて光透過部材４を固定する場合には、Ｏリング４２の取扱い性の高さから、光透過部材４を容易に前面カバー２ａに固定することができる。

本発明によれば、出射領域の光量を所定光量以上で且つ均一化することが可能となる。

１…ＬＥＤ光源装置、２…ケース、２ａ…前面カバー、３…紫外発光ＬＥＤアレイ、４…光透過部材、４ｃ，４ｄ…光透過部材の側面、５…ヒートシンク、１０…ＬＥＤ、１０ａ…ＬＥＤの前面、１０ｃ…ＬＥＤの側面、１１…縁部、２０…ＬＥＤユニット、２１…基板、２１ａ…基板の前面、２１ｂ…基板の後面、２１ｃ…基板の側面、２２…伝熱板（金属板）、２４…貫通孔、４２…Ｏリング（樹脂部材）、４３，５３…押圧部材、４４，５４…間挿部材、Ｈ…所定幅、Ｒ…ＬＥＤ並設領域、Ｓ…出射面。

Claims (11)

1. 前方に向けて紫外光を出射するＬＥＤが並設されたＬＥＤ並設領域を有する紫外発光ＬＥＤアレイと、
   前記紫外発光ＬＥＤアレイの前記ＬＥＤ並設領域の前方側に対向するように設けられ、直方体外形を呈すると共に、石英を含む材料で形成された光透過部材と、を備え、
   前記ＬＥＤの前面には、所定幅の縁部で囲まれ前記紫外光を出射するための出射面が設けられており、
   前記前方から見て、前記光透過部材の端は、前記紫外発光ＬＥＤアレイの前記ＬＥＤ並設領域の端に対し、前記所定幅の１／２内側から前記所定幅の１／２外側の間に位置していることを特徴とするＬＥＤ光源装置。
2. 前記光透過部材は、前記ＬＥＤの前面に当接していることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。
3. 前記紫外発光ＬＥＤアレイは、基板と、該基板の前面側に互いに近接するように並設された前記ＬＥＤと、を含むＬＥＤユニットを複数有し、
   前記ＬＥＤユニットは、前記ＬＥＤが近接するように並設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＬＥＤ光源装置。
4. 前記ＬＥＤは、直方体外形を呈しており、その側面が前記基板の側面と同じ平面上に位置するよう前記基板に配置されている、又は、その側面が前記基板の側面よりも外側へ突出するよう前記基板に配置されていることを特徴とする請求項３記載のＬＥＤ光源装置。
5. 前記基板の後面側に設けられ、前記基板に形成された貫通孔を介して複数の前記ＬＥＤと熱的に接続された金属板と、
   前記金属板と熱的に接続されたヒートシンクと、を備えたことを特徴とする請求項３又は４記載のＬＥＤ光源装置。
6. 前記光透過部材は、その対向する一対の側面が間挿部材を介して押圧部材で挟持されることにより固定されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のＬＥＤ光源装置。
7. 前記間挿部材は、フッ素樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項６記載のＬＥＤ光源装置。
8. 前記押圧部材は、螺子機構を有することを特徴とする請求項６又は７記載のＬＥＤ光源装置。
9. 前記紫外発光ＬＥＤアレイ及び前記光透過部材を収容するケースを備え、
   前記ケースの前面カバーには、前記光透過部材の長手方向に延在する一対の壁部が形成されており、
   前記光透過部材は、樹脂部材を介して前記一対の壁部で挟持されることにより前記前面カバーに固定されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載のＬＥＤ光源装置。
10. 前記樹脂部材は、前記光透過部材の側面を巻回するように設けられたＯリングであることを特徴とする請求項９記載のＬＥＤ光源装置。
11. 前記光透過部材は、前記紫外発光ＬＥＤアレイに対し接着固定されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項記載のＬＥＤ光源装置。

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