JPWO2014171317A1 - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

照射面上の所定の照射位置に、第１方向に延び、かつ第１方向と直交する第２方向に所定の線幅を有するライン状の光を照射する光照射装置が、基板上に第１方向に沿って第１の間隔をおいて並べられ、所定の方向に光軸の向きを揃えて配置されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の光源モジュールと、各光源モジュールの光路上に配置され、各光源モジュールからの光を所定の光路に導くＮ個の光学素子とを有し、照射面に対して第１方向に平行なライン状の光を出射する光学ユニットを備え、各光源モジュールは、第１方向に沿って延びる発光部を有し、各光学素子は、発光部から出射される光を第１方向に所定の倍率で拡大し、第１の間隔をａ、発光部の第１方向の長さをｂ、所定の倍率をαとしたときに、次の条件式（１）を満足する。 α×ｂ≧ａ ・・・（１）

Description

本発明は、ライン状の照射光を照射する光照射装置に関し、特に基板上に一列に並べられた複数の光源モジュールを備えた光照射装置に関する。

従来、オフセット枚葉印刷用のインキとして、紫外光の照射により硬化する紫外線硬化型インキが用いられている。また、液晶パネルや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネル等、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のシール剤として、紫外線硬化樹脂が用いられている。このような紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂の硬化には、一般に、紫外光を照射する紫外光照射装置が用いられるが、特にオフセット枚葉印刷やＦＰＤの用途においては、幅広の照射領域を照射する必要があるため、ライン状の照射光を照射するライン光照射装置が用いられる。このようなライン光照射装置は、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載のライン光照射装置は、長尺状の基板と、該基板の長手方向に沿って等間隔に並べられた複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と、複数のＬＥＤからの光を基板の短手方向に集光するロッドレンズとを備えた、いわゆるＬＥＤユニットであり、基板の長手方向に沿ったライン光を出射する。

また、紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂を安定かつ確実に硬化させるためには、高い照射強度の紫外光が必要となるため、特許文献１に記載されたようなＬＥＤユニットを複数用いることによって高い照射強度の紫外光を照射可能とした光照射装置も実用に供されている（例えば、特許文献２）。

特許文献２に記載の光照射装置は、複数のＬＥＤユニットを照射対象物に対して放射状に（円弧状に）並べ、各ＬＥＤユニットから出射されるライン光を照射対象物上の所定位置で重ね合わせることにより、ライン状の高い照射強度の紫外光を照射対象物に照射している。

特開２０１２−１８６０１５号公報 特開２０１０−２８７５４７号公報

特許文献２に記載の光照射装置によれば、ＬＥＤユニットの台数に比例した照射強度の紫外光を照射することができるため、高い照射強度の紫外光を得たければ、単純にＬＥＤユニットの台数を増やせばよい。しかしながら、ＬＥＤユニットの物理的な大きさから、放射状に並べることができるＬＥＤユニットの台数が制限されるといった問題がある。かかる問題を解決するためには、各ＬＥＤユニットを照射対象物から離して配置することが考えられるが、このような配置とすると、光照射装置全体が大型化してしまうといった問題が生ずる。

また、特許文献２に記載の光照射装置のように、複数のＬＥＤユニットを放射状に並べた場合、各ＬＥＤユニットから出射されるライン光の照射対象物に対する入射角度がそれぞれ異なることとなる。入射角度が大きくなると（つまり、照射対象物に対して斜めに入射すると）、照射対象物上でのライン光の線幅（太さ）が太くなり、線幅方向の照射強度分布もなだらかなものとなるため、所望する照射強度が得られないといった問題もある。かかる問題は、放射状に配置されるＬＥＤユニットの台数が増えるほど顕著となるため、このような観点からも使用するＬＥＤユニットの台数を抑えたいとの要請がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＬＥＤユニット（光学ユニット）の数を増やすことなく（つまり、装置を大型化することなく）、高い照射強度のライン状の光を出射可能な光照射装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、照射面上の所定の照射位置に、第１方向に延び、かつ、第１方向と直交する第２方向に所定の線幅を有するライン状の光を照射する光照射装置であって、基板上に第１方向に沿って第１の間隔をおいて並べられ、所定の方向に光軸の向きを揃えて配置されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の光源モジュールと、各光源モジュールの光路上に配置され、各光源モジュールからの光を所定の光路に導くＮ個の光学素子とを有し、照射面に対して第１方向に平行なライン状の光を出射する光学ユニットを備え、各光源モジュールは、第１方向に沿って延びる発光部を有し、各光学素子は、発光部から出射される光を第１方向に所定の倍率で拡大し、第１の間隔をａ、前記発光部の前記第１方向の長さをｂ、前記所定の倍率をαとしたときに、次の条件式（１）を満足することを特徴とする。
α×ｂ≧ａ ・・・（１）

このような構成によれば、各光源モジュールから出射される光が第１方向に拡大されるため、照射面上の照射位置において、複数の光源モジュールから出射された光が互いに重なり合う部分ができる。このため、高いピーク強度を有するライン状の光が光学ユニットから出射される。

また、発光部は、光を発する少なくとも１個の発光素子を有するように構成することができる。

また、発光部は、第１方向に沿って第２の間隔をおいて並べられたＭ個（Ｍは２以上の整数）の発光素子を有するように構成することができる。この場合、発光素子が、略正方形状の発光面を有するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であることが望ましい。

また、第１の間隔ａ、発光部の第１方向の長さｂ、及び所定の倍率αが、次の条件式（２）及び（３）を満足するように構成することができる。
０．３０≦ｂ／ａ≦０．４２ ・・・（２）
３．３≦α ・・・（３）

また、各光学素子は、発光素子から出射される光が照射位置において所定の線幅内となるように、光軸の方向及び第１方向のそれぞれと直交する第３方向に発光素子から出射される光を集光するように構成することができる。

また、各光学素子は、各光源モジュールからの光が入射する第１レンズと、該第１レンズを透過した光が入射する第２レンズとを有し、第１レンズは、平面、凸面又は凹面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有し、第２レンズは、第３方向に正のパワーを有するシリンドリカル面が形成された入射面と、第１方向及び第３方向に正のパワーを有するトロイダル面が形成された出射面とを有する非球面レンズであることが望ましい。

また、各光学素子は、各光源モジュールからの光が入射する第１レンズと、該第１レンズを透過した光が入射する第２レンズとを有し、第１レンズは、平面、凸面又は凹面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有し、第２レンズは、平面で形成された入射面と、第１方向及び第３方向に正のパワーを有するトロイダル面が形成された出射面とを有する非球面レンズであることが望ましい。

また、各光学素子は、各光源モジュールからの光が入射する第１レンズと、該第１レンズを透過した光が入射する第２レンズとを有し、第１レンズは、平面、凸面又は凹面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有し、第２レンズは、凸面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有する球面両凸レンズであることが望ましい。

また、第２レンズは、光軸方向から見たときに、矩形状の外形を有するように構成することができる。この場合、各光学素子の第２レンズが、第１方向に沿って連結していることが望ましい。

また、光照射装置は、光学ユニットを複数備え、複数の光学ユニットは、第１光学ユニットと、該第１光学ユニットに対して第１の間隔の１／２の距離だけ第１方向に相対的にずれて配置される第２光学ユニットから成り、第１光学ユニットと第２光学ユニットは、第１方向から見たときに、各光学ユニットから出射される光の光路が照射位置における垂線を対称軸として線対称となるように、照射位置を中心とする円周に沿って交互に配置される構成とすることができる。このような構成によれば、照射強度分布がそれぞれ異なる第１光学ユニットと第２光学ユニットからの光が照射位置で重なり合うため、全体として均一で、かつ、より高い照射強度のライン状の光が得られる。

以上のように、本発明によれば、第１方向に沿って並べられた複数の光源モジュールから出射された光が照射面上において第１方向に重なり合うため、光学ユニットからは高いピーク強度のライン状の光が出射される。このため、光学ユニットの数を増やすことなく（つまり、装置を大型化することなく）、高い照射強度のライン状の光を出射可能な光照射装置が提供される。

本発明の実施形態に係る光照射装置の外観図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載されるＬＥＤユニットの構成及び配置を説明する拡大図である。 図２（ａ）に示すＬＥＤユニットの構成を説明する拡大図である。 図３のＡ−Ａ’断面図である。 図３のＢ−Ｂ’断面図である。 図５のＡ部（点線枠）拡大図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載されるＬＥＤユニットのＬＥＤ素子の構成を説明する図である。 本実施形態の光照射装置から出射される紫外光のＹ軸方向の照射強度分布を示す図である。 本実施形態の光照射装置から出射される紫外光のＸ軸方向の照射強度分布を示す図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載されるＬＥＤダイの発光面の長さと、出射される紫外光の効率との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載されるＬＥＤダイの発光面の長さと、有効照射エリアの長さとの関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載されるＬＥＤダイの発光面の長さと、出射される紫外光のピーク強度との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る光照射装置に搭載されるＬＥＤダイの発光面の長さと、出射される紫外光の照射強度分布の均一度との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施形態に係る光照射装置１の外観図である。本実施形態の光照射装置１は、オフセット枚葉印刷用のインキとして用いられる紫外線硬化型インキや、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等でシール剤として用いられる紫外線硬化樹脂を硬化させる光源装置に搭載される装置であり、後述するように照射対象物の上方に配置され、照射対象物に対してライン状の紫外光を出射する（図２（ｂ））。本明細書においては、光照射装置１から出射されるライン状の紫外光の長手（線長）方向をＸ軸方向（第１方向）、短手（線幅）方向をＹ軸方向（第２方向）、Ｘ軸及びＹ軸と直交する方向（すなわち、鉛直方向）をＺ軸方向と定義して説明する。図１（ａ）は、Ｙ軸方向から見たときの光照射装置１の正面図である。図１（ｂ）は、Ｚ軸方向から見たとき（図１（ａ）の下側から上側に見たとき）の光照射装置１の底面図である。図１（ｃ）は、Ｘ軸方向から見たとき（図１（ａ）の右側から左側に見たとき）の光照射装置１の側面図である。

図１に示すように、光照射装置１は、ケース１０と、基台ブロック２０と、５個のＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅとを備えている。ケース１０は、基台ブロック２０、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅを収容するケースである。また、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅは、共にＸ軸に平行なライン状の紫外光を出射するユニットであり、本明細書においては、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅを総称して「光学ユニット１００」ともいう。

基台ブロック２０は、光学ユニット１００を固定するための支持部材であり、ステンレス鋼等の金属によって形成されている。図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、基台ブロック２０は、Ｘ軸方向に延びる略矩形の板状の部材であり、下面はＹ軸方向に沿って凹む部分円筒面となっている。基台ブロック２０の下面（すなわち、部分円筒面）には、Ｘ軸方向に延びるＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅがＹ軸方向に沿って（すなわち、部分円筒面に沿って）並んで配置され、ネジ止めやハンダ付け等によって固着されている。

ケース１０の下面（光照射装置１の下面）は開口部１０ａを有しており、この開口部１０ａを通って、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅからの紫外光が照射対象物に向かって出射するように構成されている。

図２は、本実施形態に係る光照射装置１に搭載される光学ユニット１００の構成及び配置を説明する拡大図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）の拡大図であり、説明の便宜のため、基台ブロック２０を省略し、図１（ｂ）に示す光学ユニット１００を９０°回転させた上で、基台ブロック２０の部分円筒面を平面に展開して（つまり、左右に引き延ばして）示している。また、図２（ｂ）は、図１（ｃ）の拡大断面図であり、Ｘ軸方向から見たときのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅの配置を示している。

本実施形態の光照射装置１においては、ケース１０の下端から下方（Ｚ軸方向）に１００ｍｍ離れた位置（すなわち、ワーキングディスタンス１００ｍｍの位置（図２（ｂ）中、「ＷＤ１００」と示す））におけるＸ−Ｙ平面を基準の照射面Ｒとし、照射対象物は、不図示の搬送装置によって照射面Ｒ上をＹ軸方向に沿って右から左に搬送されるように構成されている。そして、照射対象物が照射面Ｒ上を右から左に順次搬送されることにより、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光が照射対象物上を順次移動（走査）し、照射対象物上の紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂を順次硬化（定着）させる。なお、図２（ｂ）中、「Ｆ１」は、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光が集光する照射面Ｒ上の集光位置を示している。また、図２（ｂ）においては、説明の便宜のため、集光位置Ｆ１を通る照射面Ｒの垂線を光照射装置１から出射される紫外光の光路の中心線Ｏとして示している。

図２（ａ）に示すように、本実施形態の光照射装置１をＺ軸方向から見たとき、右側から左側に向かって（つまり、Ｙ軸に沿って）、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅが順番に配置されている。そして、ＬＥＤユニット１００ａ、１００ｃ、１００ｅは、ＬＥＤユニット１００ｂ、１００ｄに対して、Ｘ軸方向にＰ／２（すなわち、ＬＥＤモジュール１１０の配置間隔Ｐの１／２）の距離だけオフセットして配置されている（詳細は後述）。

図２（ｂ）に示すように、本実施形態のＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅは、Ｘ軸方向から見たときに、集光位置Ｆ１を中心とする半径１２５ｍｍの円周の円弧上に、１０．５°の角度間隔をおいて配置されている。なお、本実施形態においては、ＬＥＤユニット１００ｃの光軸が中心線Ｏと略一致するように、ＬＥＤユニット１００ｃが集光位置Ｆ１の鉛直上方に配置され、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅはＸ軸方向から見たときに、中心線Ｏを対称軸として線対称に配置される。各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅからの紫外光は、基準の照射面Ｒ上の集光位置Ｆ１に向かって出射され、基準の照射面Ｒ上において集光位置Ｆ１を中心とする線幅ＬＷの範囲を照射するように構成されている。なお、本実施形態においては、紫外光の線幅ＬＷは集光位置Ｆ１に対して±約２０ｍｍに設定されており、線長ＬＬ（Ｘ軸方向の長さ）は約１００ｍｍに設定されている。本実施形態においては、このように５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅからの紫外光を集光位置Ｆ１で重ね合わせることにより、高い照射強度の紫外光を照射対象物に対して照射している。

図３は、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅの構成を説明する図であり、図２（ａ）の拡大図である。また、図４、図５及び図６は、図３に示すＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅの内部の構成を説明する図であり、図４は図３のＡ−Ａ’断面図であり、図５は図３のＢ−Ｂ’断面図であり、図６は図５のＡ部（点線枠）拡大図である。なお、図４、図５及び図６においては、図面を見やすくするために一部の構成を省略して示している。また、図４、図５及び図６においては、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅのＬＥＤモジュール１１０から出射される紫外光の光軸を一点鎖線で示し、紫外光の光路ＯＰを実線で示している。

なお、本実施形態のＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅは、それぞれ配置される位置のみが異なり、内部の構成は同一であるため、以下、代表してＬＥＤユニット１００ｃについて説明する。

図２（ａ）及び図３に示すように、ＬＥＤユニット１００ｃは、Ｘ軸方向に延びる矩形状の基板１０１と、１０個のＬＥＤモジュール１１０を備えている。１０個のＬＥＤモジュール１１０は、Ｘ軸方向に延びる基板１０１の中心線ＣＬ（図３）に沿って稠密に基板１０１上に配置され、基板１０１と電気的に接続されている。ＬＥＤユニット１００ｃの基板１０１は、不図示のＬＥＤ駆動回路に接続されており、各ＬＥＤモジュール１１０には、基板１０１を介してＬＥＤ駆動回路からの駆動電流が供給されるようになっている。各ＬＥＤモジュール１１０に駆動電流が供給されると、各ＬＥＤモジュール１１０からは駆動電流に応じた光量の紫外光が出射され、ＬＥＤユニット１００ｃからはＸ軸に平行なライン状の紫外光が出射される。なお、後述するように、本実施形態の各ＬＥＤモジュール１１０は、４つのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ダイ１１１ａを内蔵したＬＥＤ素子１１１を備えており（図３）、各ＬＥＤダイ１１１ａから略等しい照射強度分布の紫外光が出射されるように各ＬＥＤモジュール１１０（すなわち、各ＬＥＤダイ１１１ａ）に供給される駆動電流が調整されている。そして、ＬＥＤユニット１００ｃから出射されるライン状の紫外光は、照射面Ｒ上でＸ軸方向において所定の照射強度分布を有している（詳細は後述）。なお、図２（ａ）、図３に示すように、本実施形態の各ＬＥＤモジュール１１０の配置間隔Ｐは、後述するＬＥＤ素子１１１のパッケージ１１１ｐのサイズに等しく、本実施形態においては約１４ｍｍに設定されている。

図３〜図６に示すように、ＬＥＤユニット１００ａは、ＬＥＤ素子１１１（光源モジュール）、レンズ１１３及びレンズ１１５（光学素子）を備えている。

図７は、ＬＥＤ素子１１１の構成を説明する図であり、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図７に示すように、本実施形態のＬＥＤ素子１１１は、枡形のパッケージ１１１ｐを備え、その内部に４つのＬＥＤダイ１１１ａ（発光素子）を内蔵している。また、パッケージ１１１ｐの開口部は、カバーガラス１１１ｃで封止されている。ＬＥＤダイ１１１ａは、略正方形の発光面を備え、ＬＥＤ駆動回路から駆動電流の供給を受けて、波長３６５ｎｍの紫外光を出射する半導体素子である。本実施形態においては、各ＬＥＤダイ１１１ａは、０．８５×０．８５ｍｍの発光面を備え、パッケージ１１１ｐの中心線（つまり、１組の向かい合う辺に平行な中心線）に沿って１．２ｍｍ間隔で並べられている。そして、各ＬＥＤ素子１１１は、ＬＥＤダイ１１１ａがＸ軸方向に沿って並ぶように基板１０１に取り付けられる。

図３〜図６に示すように、各ＬＥＤ素子１１１の光軸上には、不図示のレンズホルダに保持されたレンズ１１３及びレンズ１１５が配置されている。レンズ１１３は、例えばシリコーン樹脂の射出成形により形成された、例えば、ＬＥＤ素子１１１側が平面の球面平凸レンズであり、各ＬＥＤダイ１１１ａから拡散しながら入射する紫外光を集光して後段のレンズ１１５に導光する。レンズ１１５は、例えばシリコーン樹脂の射出成形により形成された非球面レンズであり、Ｙ軸方向にパワーを有するシリンドリカル面が形成された入射面と、Ｙ軸方向とＸ軸方向とで異なるパワーを有するトロイダル面が形成された出射面とを備え、レンズ１１３から入射する紫外光をＹ軸方向に集光すると共に、Ｘ軸方向に所定の倍率（例えば、約１０倍）で拡大する。このため、図４に示すように、Ｘ軸方向から見たとき、各ＬＥＤ素子１１１（つまり、各ＬＥＤダイ１１１ａ）から出射された紫外光は、レンズ１１３及びレンズ１１５を通り、集光位置Ｆ１に集光する。また、図５に示すように、Ｙ軸方向から見たとき、各ＬＥＤ素子１１１から出射された紫外光は、レンズ１１３及びレンズ１１５を通り、Ｘ軸方向に拡がり、他のＬＥＤ素子１１１からの紫外光と照射面Ｒ上で互いに重なり合うように構成されている。なお、本実施形態においては、レンズ１１３は光軸に直交する方向の最大径がφ１３．５ｍｍのレンズである。また、レンズ１１５は光軸に直交する方向の断面が矩形のレンズであり、本実施形態においては、各ＬＥＤユニット１００ａのレンズ１１５がＸ軸方向に連結されており、１つの部材として構成されている。このような構成により、各ＬＥＤダイ１１１ａから入射する紫外光が効率よく（つまり、レンズ１１３及びレンズ１１５によるケラレが発生することなく）照射面Ｒ上に導かれる。

このように、本実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１１から出射された紫外光が照射面Ｒ上でＸ軸方向に互いに重なり合うように構成することで、高い照射強度（ピーク強度）の紫外光が各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射されるように構成している。つまり、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅそれ自体で、従来のＬＥＤユニット（例えば、特許文献２に記載のもの）よりも高いピーク強度の紫外光が出射されるようになっている。また、本実施形態の光照射装置１は、このような構成の５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅを用い、ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅからの紫外光を集光位置Ｆ１で重ね合わせることにより、更に高い照射強度の紫外光を照射対象物に対して照射する。

図８は、本実施形態の光照射装置１から出射される紫外光のＹ軸方向の照射強度分布を示す図であり、光照射装置１の長手方向の中心位置（すなわち、紫外光の線長ＬＬ（Ｘ軸方向の長さ）の１／２の位置）でのＹ軸方向の照射強度分布を示している。図８（ａ）は、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光の照射強度分布を示し、図８（ｂ）は、５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光のトータルの照射強度分布を示している。図８（ａ）と（ｂ）とを比較すると分かるように、５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅからの紫外光が集光位置Ｆ１で重ね合わされることにより、集光位置Ｆ１（図８中、「０ｍｍ」で示す）では、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光のピーク強度の５倍（約８０００ｍＷ／ｃｍ^２のピーク強度）の紫外光が得られる。

図９は、本実施形態の光照射装置１から出射される紫外光のＸ軸方向の照射強度分布を示す図であり、光照射装置１の短手方向の中心位置（すなわち、集光位置Ｆ１）でのＸ軸方向の照射強度分布を示している。図９（ａ）は、ＬＥＤユニット１００ａ、１００ｃ、１００ｅのそれぞれから出射される紫外光の照射強度分布を示し、図９（ｂ）は、ＬＥＤユニット１００ｂ、１００ｄのそれぞれから出射される紫外光の照射強度分布を示し、図９（ｃ）は、５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光のトータルの照射強度分布を示している。なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）においては、説明の便宜のため、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅの各ＬＥＤ素子１１１から出射される紫外光の照射強度分布を実線で示し、ＬＥＤユニット全体から出射される紫外光（つまり、各ＬＥＤ素子１１１から出射される紫外光の総和）の照射強度分布を点線で示している。

上述したように、本実施形態の各ＬＥＤ素子１１１から出射された紫外光は、レンズ１１３及びレンズ１１５によって、Ｘ軸方向に拡げられて、照射面Ｒ上に照射される。ここで、各ＬＥＤ素子１１１から出射される紫外光は、Ｘ軸方向に沿って等間隔に並べられた４つのＬＥＤダイ１１１ａから出射される紫外光に他ならないため、各ＬＥＤ素子１１１から出射される紫外光のＸ軸方向の照射強度分布は、４つのピークを有する離散的な照射強度分布となる。そして、このような離散的な照射強度分布を有する紫外光がレンズ１１３及びレンズ１１５によって、所定の倍率でＸ軸方向に拡げられて、照射面Ｒ上に照射される（図９（ａ）及び図９（ｂ）の実線部）。その結果、照射面Ｒ上において、複数のＬＥＤ素子１１１からの紫外光がＸ軸方向に重なり合い、光照射装置１の長手方向の中心位置（すなわち、紫外光の線長ＬＬ（Ｘ軸方向の長さ）の１／２の位置）を中心とする所定の範囲（本実施形態においては、±約３５ｍｍの範囲）で照射強度が高められる（図９（ａ）及び図９（ｂ）の点線部）。このように、本実施形態においては、Ｘ軸方向に並ぶ複数のＬＥＤ素子１１１からの紫外光をＸ軸方向に重ね合わせることにより、ピーク強度の高い紫外光を得ている。なお、本明細書においては、紫外光が重なり合い、ピーク強度が高くなる部分を「有効照射エリア」と称し、本実施形態においては、この部分に照射対象物が配置される。

なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光の照射強度分布は、有効照射エリアでピーク強度が高められるものの、所々櫛歯状に変動したもの（つまり、不均一なもの）となる。これは、Ｘ軸方向に並ぶＬＥＤダイ１１１ａの密度が一定ではなく、各ＬＥＤ素子１１１間にＬＥＤダイ１１１ａが配置されない部分が存在するためである。そこで、本実施形態においては、光照射装置１全体から出射される紫外光の照射強度分布が略均一となるように、ＬＥＤユニット１００ａ、１００ｃ、１００を、ＬＥＤユニット１００ｂ、１００ｄに対して、Ｘ軸方向にＰ／２（すなわち、ＬＥＤモジュール１１０の配置間隔Ｐの１／２）の距離だけオフセットして配置している。ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅをこのように配置すると、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光の照射強度の低くなる部分が照射面Ｒ上で互いに打ち消される。このため、光照射装置１全体の紫外光の照射強度分布（つまり、５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光のトータルの照射強度分布）としては、Ｘ軸方向において略均一なものとなり、また各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅから出射される紫外光のピーク強度の５倍（約８０００ｍＷ／ｃｍ^２）のピーク強度となる。

このように本実施形態の各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅにおいては、Ｘ軸方向に複数（４つ）のＬＥＤダイ１１１ａを備えたＬＥＤ素子１１１を複数（１０個）並べ、各ＬＥＤ素子１１１から出射される紫外光をＸ軸方向に拡大することでピーク強度の高い紫外光が出射されるように構成されている。つまり、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅそれ自体から、高いピーク強度の紫外光が出射されるようになっている。また、５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅからの紫外光が照射面Ｒ上の集光位置Ｆ１に集光するように、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅを配置することで、更にピーク強度が高く、均一な照射強度分布の紫外光が出射されるように構成されている。従って、このような構成の光照射装置１によれば、照射対象物上の紫外線硬化型インキや紫外線硬化樹脂を安定して硬化（定着）させることができる。

以上が本実施形態の説明であるが、本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において様々な変形が可能である。

例えば、本実施形態の光照射装置１は、５つのＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅを備えるものとして説明したが、上述したように各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅにおいてピーク強度の高い紫外光が出射されるように構成されているため、所望するピーク強度に応じて使用するＬＥＤユニットの数を調整すればよく、光照射装置１は、１つ以上のＬＥＤユニットを備えればよい。

また、本実施形態の各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅは、１０個のＬＥＤモジュール１１０を備えるものとして説明したが、各ＬＥＤモジュール１１０から出射される紫外光が照射面Ｒ上で少しでも重なるように構成すれば紫外光のピーク強度を高めることができるため、各ＬＥＤユニット１００ａ〜１００ｅは、Ｘ軸方向に少なくとも２つ以上のＬＥＤモジュール１１０を備えればよい。

また、本実施形態のＬＥＤ素子１１１は、０．８５×０．８５ｍｍの発光面を有し、Ｘ軸方向に１．２ｍｍ間隔で並ぶ４つのＬＥＤダイ１１１ａを備えるものとして説明したが、発光面のサイズ、ＬＥＤダイ１１１ａの数、ＬＥＤダイ１１１ａの間隔は、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。つまり、ＬＥＤ素子１１１から出射される紫外光がＸ軸方向に拡大されたときに、他のＬＥＤ素子１１１（例えば、隣接するＬＥＤ素子１１１）からの紫外光と少しでも重なるように構成すれば紫外光のピーク強度を高めることができるため、ＬＥＤ素子１１１としては、Ｘ軸方向に延びる紫外光を出射できるものであればよく、複数のＬＥＤダイ１１１ａを備えるものに代えて、例えば、Ｘ軸方向に延びる１つの発光面（つまり、１つのＬＥＤダイ１１１ａ）を備えたものを適用することができる。なお、この場合、発光面の大きさ（長さ）は、本実施形態の複数のＬＥＤダイ１１１ａによって構成される発光部の長さ（つまり、複数のＬＥＤダイ１１１ａが配置される領域のＸ軸方向の長さ）に相当し、使用するレンズ１１３及びレンズ１１５のサイズ、有効照射エリアの長さ、所望する紫外光のピーク強度、所望する紫外光の照射強度分布の均一度等を考慮して適宜設定される。しかし、１つのＬＥＤ素子１１１から出射される紫外光がＸ軸方向に拡大され、他のＬＥＤ素子１１１からの紫外光と重なるためには、ＬＥＤ素子１１１の間隔をａ、発光面のＸ軸方向の長さをｂ、レンズ１１３及びレンズ１１５によるＸ軸方向の倍率をαとしたとき、以下の条件式（１）を満たすことが条件となる。
α×ｂ≧ａ ・・・（１）

図１０〜図１３は、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面（発光部）の長さを求めるために発明者が行ったシミュレーション結果を示すグラフである。図１０は、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（発光長）と出射される紫外光の効率との関係をシミュレーションした結果である。ここで、出射される紫外光の効率とは、ＬＥＤダイ１１１ａから出射される紫外光の効率をいい、本明細書においては、（照射面Ｒ上での紫外光の光量）／（ＬＥＤダイ１１１ａから出射される紫外光の光量）と定義する。また、図１１は、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さと有効照射エリアの長さとの関係をシミュレーションした結果である。図１２は、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さと出射される紫外光のピーク強度との関係をシミュレーションした結果である。図１３は、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さと出射される紫外光の照射強度分布の均一度との関係をシミュレーションした結果である。出射される紫外光の照射強度分布の均一度とは、有効照射エリア内における照射強度のバラツキをいい、本明細書においては、（（有効照射エリア内の最大強度）−（有効照射エリア内の最小強度））／（（有効照射エリア内の最大強度）＋（有効照射エリア内の最小強度））と定義する。なお、図１０〜図１３に示すシミュレーションにおいては、本実施形態と同一のレンズ１１３及びレンズ１１５がＬＥＤ素子１１１の光路上に配置され、各ＬＥＤモジュール１１０（つまり、ＬＥＤ素子１１１）の配置間隔Ｐも、本実施形態と同一の１４ｍｍであるものとして、シミュレーションを行った。

図１０に示すように、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（発光長）が長くなると、出射される紫外光の効率は徐々に低下する。これは、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さが長くなることにより、レンズ１１３及びレンズ１１５によってケラレが発生するため（つまり、発光面から出射される紫外光の一部がレンズ１１３及びレンズ１１５に取り込まれなくなるため）である。従って、効率≧７５％を目標値とすると、本実施形態のレンズ１１３及びレンズ１１５を用いる場合、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さは、５．８ｍｍ以下とするのが好ましい。

図１１に示すように、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（発光長）が長くなると、有効照射エリアの長さ（有効照射エリア長）が徐々に短くなる。これは、発光長が長くなると、有効照射エリア長の中心部で紫外光の重なりが多くなるためピーク強度は高くなるが、一方で有効照射エリア長の両端側の照射強度が相対的に下がるためである。従って、有効照射エリア長≧７０ｍｍを目標値とすると、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さは、５．８ｍｍ以下とするのが好ましい。

図１２に示すように、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（発光長）が長くなると、出射される紫外光のピーク強度が徐々に大きくなる。これは、各ＬＥＤダイ１１１ａから照射される紫外光の照射面Ｒ上での長さが長くなるため、これによってＸ軸方向に重ね合わせられる紫外光の長さも長くなるためである。従って、紫外光のピーク強度≧６００ｍＷを目標値とすると、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さは、４．２ｍｍ以上とするのが好ましい。

図１３に示すように、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（発光長）に応じて、出射される紫外光の均一度が変化する。従って、紫外光の照射強度分布の均一度≦７％を目標値とすると、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さは、４．２ｍｍ以上とするのが好ましい。

以上のシミュレーション結果から、紫外光の効率、有効照射エリアの長さ、紫外光のピーク強度、紫外光の照射強度分布の均一度を考慮すると、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（ｂ）は、４．２ｍｍ〜５．８ｍｍの範囲に設定するのが好ましいといえる。そして、本実施形態のＬＥＤ素子１１１の間隔（ａ）が１４ｍｍであることを考慮すると、条件式（１）から以下の条件式（２）が得られる。
０．３０≦ｂ／ａ≦０．４２ ・・・（２）
つまり、ＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（ｂ）は、ＬＥＤ素子１１１の間隔（ａ）に対して０．３０〜０．４２の範囲で設定するのが好ましいことが分かる。

また、条件式（１）と条件式（２）から、以下の条件式（３）及び（４）が得られる。
３．３≦α ・・・（３）
２．３≦α ・・・（４）
つまり、ＬＥＤ素子１１１の間隔（ａ）とＬＥＤダイ１１１ａの発光面の長さ（ｂ）が条件式（２）を満たすとき、各ＬＥＤダイ１１１ａから照射される紫外光が照射面Ｒ上で重なるためには、レンズ１１３及びレンズ１１５によるＸ軸方向の倍率（α）を３．３以上に設定すること（つまり、条件式（３）を満たすこと）が好ましいことが分かる。

また、本実施形態においては、各ＬＥＤユニット１００ａのレンズ１１５がＸ軸方向に連結されているものとして説明したが、レンズ１１５は、各ＬＥＤユニット１００ａに独立して配置されてもよい。

また、本実施形態においては、レンズ１１３は、球面平凸レンズであるとしたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、両凸レンズ、凹凸レンズを適用することも可能である。

また、本実施形態においては、レンズ１１５は、シリンドリカル面とトロイダル面が形成された非球面レンズであるとしたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば、平面とトロイダル面が形成された非球面レンズ、球面両凸レンズを適用することも可能である。

また、本実施形態においては、レンズ１１３及びレンズ１１５は、シリコーン樹脂によって形成されるものとしたが、シリコーン樹脂に限定されるものではなく、他の光学用透明樹脂やガラスを適用することも可能である。

なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【０００３】
光照射装置を提供することである。
課題を解決するための手段
［００１０］
上記目的を達成するため、本発明の光照射装置は、照射面上の所定の照射位置に、第１方向に延び、かつ、第１方向と直交する第２方向に所定の線幅を有するライン状の光を照射する光照射装置であって、基板上に第１方向に沿って第１の間隔をおいて並べられ、所定の方向に光軸の向きを揃えて配置されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の光源モジュールと、各光源モジュールの光路上に配置され、各光源モジュールからの光を所定の光路に導くＮ個の光学素子とを有し、照射面に対して第１方向に平行なライン状の光を出射する光学ユニットを備え、各光源モジュールは、第１方向に沿って第１の間隔よりも短い第２の間隔をおいて並べられたＭ個（Ｍは２以上の整数）の発光素子から構成され、第１方向に沿って延びる発光部を有し、各光学素子は、発光部から出射される光を第１方向に所定の倍率で拡大し、第１の間隔をａ、前記発光部の前記第１方向の長さをｂ、前記所定の倍率をαとしたときに、次の条件式（１）、（２）及び（３）を満足することを特徴とする。
α×ｂ≧ａ ・・・（１）
０．３０≦ｂ／ａ≦０．４２ ・・・（２）
３．３≦α ・・・（３）
［００１１］
このような構成によれば、各光源モジュールから出射される光が第１方向に拡大されるため、照射面上の照射位置において、複数の光源モジュールから出射された光が互いに重なり合う部分ができる。このため、高いピーク強度を有するライン状の光が光学ユニットから出射される。
［００１２］
［００１３］
また、発光素子が、略正方形状の発光面を有するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であることが望ましい。
［００１４］

Claims (12)

1. 照射面上の所定の照射位置に、第１方向に延び、かつ、前記第１方向と直交する第２方向に所定の線幅を有するライン状の光を照射する光照射装置であって、
   基板上に前記第１方向に沿って第１の間隔をおいて並べられ、所定の方向に光軸の向きを揃えて配置されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の光源モジュールと、前記各光源モジュールの光路上に配置され、前記各光源モジュールからの光を所定の光路に導くＮ個の光学素子とを有し、前記照射面に対して前記第１方向に平行なライン状の光を出射する光学ユニットを備え、
   前記各光源モジュールは、前記第１方向に沿って延びる発光部を有し、
   前記各光学素子は、前記発光部から出射される光を前記第１方向に所定の倍率で拡大し、
   前記第１の間隔をａ、前記発光部の前記第１方向の長さをｂ、前記所定の倍率をαとしたときに、次の条件式（１）を満足することを特徴とする光照射装置。
   α×ｂ≧ａ ・・・（１）
2. 前記発光部は、光を発する少なくとも１個の発光素子を有することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記発光部は、前記第１方向に沿って第２の間隔をおいて並べられたＭ個（Ｍは２以上の整数）の前記発光素子を有することを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記発光素子が、略正方形状の発光面を有するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記第１の間隔ａ、前記発光部の前記第１方向の長さｂ及び前記所定の倍率αが、次の条件式（２）及び（３）を満足することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光照射装置。
   ０．３０≦ｂ／ａ≦０．４２ ・・・（２）
   ３．３≦α ・・・（３）
6. 前記各光学素子は、前記発光素子から出射される光が前記照射位置において前記所定の線幅内となるように、前記光軸の方向及び前記第１方向のそれぞれと直交する第３方向に前記発光素子から出射される光を集光することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光照射装置。
7. 前記各光学素子は、前記各光源モジュールからの光が入射する第１レンズと、該第１レンズを透過した光が入射する第２レンズと、を有し、
   前記第１レンズは、平面、凸面又は凹面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有し、
   前記第２レンズは、前記第３方向に正のパワーを有するシリンドリカル面が形成された入射面と、前記第１方向及び前記第３方向に正のパワーを有するトロイダル面が形成された出射面とを有する非球面レンズである
   ことを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
8. 前記各光学素子は、前記各光源モジュールからの光が入射する第１レンズと、該第１レンズを透過した光が入射する第２レンズと、を有し、
   前記第１レンズは、平面、凸面又は凹面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有し、
   前記第２レンズは、平面で形成された入射面と、前記第１方向及び前記第３方向に正のパワーを有するトロイダル面が形成された出射面とを有する非球面レンズである
   ことを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
9. 前記各光学素子は、前記各光源モジュールからの光が入射する第１レンズと、該第１レンズを透過した光が入射する第２レンズと、を有し、
   前記第１レンズは、平面、凸面又は凹面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有し、
   前記第２レンズは、凸面で形成された入射面と、凸面で形成された出射面とを有する球面両凸レンズである
   ことを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
10. 前記第２レンズは、光軸方向から見たときに、矩形状の外形を有することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の光照射装置。
11. 前記各光学素子の第２レンズが、前記第１方向に沿って連結していることを特徴とする請求項１０に記載の光照射装置。
12. 前記光照射装置は、前記光学ユニットを複数備え、
    前記複数の光学ユニットは、第１光学ユニットと、該第１光学ユニットに対して前記第１の間隔の１／２の距離だけ前記第１方向に相対的にずれて配置される第２光学ユニットから成り、
    前記第１光学ユニットと前記第２光学ユニットは、前記第１方向から見たときに、前記各光学ユニットから出射される光の光路が前記照射位置における垂線を対称軸として線対称となるように、前記照射位置を中心とする円周に沿って交互に配置される
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の光照射装置。

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