TWI619968B - 光照射裝置 - Google Patents

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TWI619968B TW103126111A TW103126111A TWI619968B TW I619968 B TWI619968 B TW I619968B TW 103126111 A TW103126111 A TW 103126111A TW 103126111 A TW103126111 A TW 103126111A TW I619968 B TWI619968 B TW I619968B
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岸根努
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豪雅冠得光電股份有限公司
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Abstract

提供只用一光源就可以同時對圓環狀的照射區域照射之光照射裝置。將光照射於配置在特定位置之照射對象物之圓環狀的照射區域的光照射裝置，包括：LED元件，射出光；第一透鏡，與LED元件具有共通之光軸、且將LED元件射出之紫外光的發散角縮小，並使光形成具有特定發散角；第二透鏡，與第一透鏡具有共通光軸、且將穿透前述第一透鏡之光以使其成以光軸為中心之圓環狀光的方式折射；以及第三透鏡，與第二透鏡具有共通光軸，且將穿透前述第二透鏡之光圓環狀聚焦於前述照射區域上。

Description

光照射裝置
本發明係關於可對照射對象物照射圓環狀紫外光之一種光照射裝置。
過去，紫外線硬化樹脂被廣泛使用於將塑膠透鏡等光學零件固定於透鏡架等之光學零件的接著用途中。此種紫外線硬化樹脂，係被設計成藉由照射波長365nm左右之紫外光來硬化，紫外光之光照射裝置(即紫外線照射裝置)係用於紫外線硬化樹脂之硬化。
作為紫外線照射裝置，一直以來係以高壓水銀燈或水銀氙氣燈等為光源之燈型照射裝置，較為人所知。但近年來，基於削減耗電量、長壽命化、裝置尺寸小型化之要求，取代傳統的放電燈，以LED(Light Emitting Diode)作為光源的紫外線照射裝置已正式投入實際應用(例如，專利文獻1-日本專利第4303582號說明書)。
一般將塑膠透鏡等的光學零件固定於透鏡架(鏡筒)時，必須在塑膠透鏡之周緣與透鏡架接觸之多個位置上塗抹紫外線硬化樹脂，並讓多個位置之紫外線硬化樹脂同時硬化(即同時照射紫外光)。因此，專利文獻1所記載之紫外線照射裝置，係設置多個具備可照射紫外光之LED光源單元(照射頭)，且以可對塗抹在同一圓周上之多個位 置之紫外線硬化樹脂同時照射紫外光方式構成。
然而，記載於專利文獻1之紫外線照射裝置，因必須配合紫外線硬化樹脂之各塗佈位置配置光源單元，而需要多個光源單元，故有裝置整體尺寸大型化之問題。此外，為了使紫外光確實照射到紫外線硬化樹脂，必須在紫外線硬化樹脂之各塗佈位置上，針對光源單元射出之紫外光進行定位調整(即對準光學零件和光源單元之間的位置)。
在此，關於不需定位調整，且對塗佈於同一圓周上之多個位置之紫外線硬化樹脂同時照射紫外光之構造，也可考慮照射如覆蓋透鏡架與光學零件之大光束直徑(即廣域照射區域)之紫外光。然而，在此種構造下，由於紫外光照射區域會變廣，平均每單位面積之紫外光能量會變小，為了使紫外線硬化樹脂穩定且確實硬化，必須增強紫外光能量，或增長照射時間。為了增強紫外光能量，必須使用高輸出類型之LED，故會產生紫外線照射裝置整體成本上揚之問題。此外，一旦增長照射時間，為了使紫外線硬化樹脂硬化的工程將更費時，會產生生產效能降低之問題。
本發明係有鑒於上述原因而完成者，其目的在於提供不使用高輸出類型之LED，不增長照射時間，不需定位調整，且用一光源單元(即一光源)可以同時對塗佈在同一圓周上之多個位置之紫外線硬化樹脂(即對圓環狀的照射區域)照射紫外線的紫外線照射裝置(即光照射裝置)。
為達到上述目的，本發明之光照射裝置係為將光照射於配 置在特定位置之照射對象物之圓環狀的照射區域之光照射裝置，包括：LED(Light Emitting Diode)元件，射出前述光；第一透鏡；與前述LED元件具有共通之光軸、且將前述LED元件射出之紫外光的發散角縮小，並使光形成具有特定發散角；第二透鏡；與前述第一透鏡具有共通光軸、且將穿透前述第一透鏡之光以使其成為以前述光軸為中心之圓環狀光的方式折射；以及第三透鏡；與前述第二透鏡具有共通光軸，且將穿透前述第二透鏡之光於前述照射區域上聚焦成圓環狀。
依據上述構造，LED元件射出之光形成圓環狀光，並照射在照射對象物之圓環狀的照射區域。因此，例如紫外線硬化樹脂塗佈在照射區域內時，該紫外線硬化樹脂會在接受光照後一次(即同時)硬化。
此外，本裝置可更具備將第三透鏡對第二透鏡相對移動之透鏡移動手段。根據此構造，可配合照射對象物的位置，變更穿透第二透鏡之光的聚焦位置。
又，第二透鏡，係可由將圓錐面朝向第一透鏡端或第三透鏡端之軸棱錐透鏡構成。
又，第二透鏡，係可由在第一透鏡側及第三透鏡側具備圓錐面之軸棱錐透鏡構成。
又，第二透鏡，係可由分別在第一透鏡側或第三透鏡側具備圓錐面之成對軸棱錐透鏡構成。
又，圓錐面之頂點角度，係以120°~150°尤佳。
又，第一透鏡，係可由雙凸透鏡、平凸透鏡或凸凹透鏡構成。
又，第三透鏡，係可由雙凸透鏡、平凸透鏡或凸凹透鏡構成。
此外，光照射裝置射出之光，係以紫外光區之波長之光尤佳。再者，此時紫外光區之波長之光，係以包含作用於紫外線硬化樹脂之波長之光尤佳。
如上所述，依據本發明之光照射裝置，從一LED元件射出的紫外光會形成圓環狀的紫外光，並照射於圓環狀的照射區域。因此，不需要如以往般設置多個光源單元，就能同時照射塗佈在照射區域內之多個位置上的紫外線硬化樹脂。此外，亦不需要以往必要之定位調整。此外，由於光僅照射於圓環狀的照射區域，故不需要使用高輸出類型之LED，亦不需要增長照射時間。
1‧‧‧光照射裝置
10‧‧‧LED單元
11‧‧‧殼體
11a‧‧‧開口部
11b‧‧‧側壁部
11c‧‧‧底部
11ca、11cb‧‧‧貫通孔
11d‧‧‧突起部
12‧‧‧LED元件
12a‧‧‧發光面
12b‧‧‧護罩玻璃
20‧‧‧第一透鏡單元
21‧‧‧鏡筒
21a、21b‧‧‧開口部
21c‧‧‧側壁部
22‧‧‧第一透鏡
23、231、232、233、234、235、236‧‧‧第二透鏡
23a‧‧‧入射面
23b‧‧‧出射面
30‧‧‧止動螺絲
30a‧‧‧螺孔
40‧‧‧第二透鏡單元
41‧‧‧鏡筒
41a、41b‧‧‧開口部
41c‧‧‧側壁部
42‧‧‧第三透鏡
100‧‧‧光學頭
200‧‧‧電源單元
233a、234a、235a、236a‧‧‧第一軸棱錐透鏡
233b、234b、235b、236b‧‧‧第二軸棱錐透鏡
300‧‧‧電纜
300a、300b‧‧‧導線
AX、O‧‧‧光軸
L‧‧‧透鏡
La‧‧‧凸緣
Lb‧‧‧基端面
WD‧‧‧工作距離
α‧‧‧角度
[第1圖]表示本發明之實施例之光照射裝置之概略結構的斜視圖。
[第2a至2c圖]說明本發明之實施例之光照射裝置之光學頭結構的側剖面圖。
[第3圖]從X軸方向觀看本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡時的外觀圖。
[第4圖]從X軸方向檢視本發明之實施例之光照射裝置之光學頭時的(即Y-Z平面上之)光路徑圖之一例。
[第5圖]表示在第4圖的WD=20mm位置的照射強度分布的濃淡圖。
[第6圖]表示在第4圖的WD=20mm、WD=30mm、WD=40mm各位置之Y軸方向之照射強度分布圖表。
[第7圖]從X軸方向觀看本發明之實施例之光照射裝置之光學頭時的(即Y-Z平面上之)光路徑圖之一例。
[第8圖]從X軸方向觀看本發明之實施例之光照射裝置之光學頭時的(即Y-Z平面上之)光路徑圖之一例。
[第9圖]表示在第7圖的WD=30mm的位置之Y軸方向之照射強度分布、以及在圖8的WD=40mm位置之Y軸方向之照射強度分布的圖表。
[第10a至10b圖]將本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡射入面頂點的角度α變更為160°時之光路徑圖、以及表示在特定之工作距離WD上之X軸方向的照射強度分布圖表。
[第11a至11b圖]將本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡射入面頂點的角度α變更為150°時之光路徑圖、以及表示在特定之工作距離WD上之X軸方向之照射強度分布圖表。
[第12a至12b圖]將本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡射入面頂點的角度α變更為120°時之光路徑圖、以及表示在特定之工作距離WD上之X軸方向之照射強度分布圖表。
[第13a至13b圖]將本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡射入面頂點的角度α變更為100°時之光路徑圖、以及表示在特定之工作距離WD上之X軸方向之照射強度分布圖表。
[第14a至14b圖]將本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡射入 面頂點的角度α變更為80°時之光路徑圖、以及表示在特定之工作距離WD上之X軸方向之照射強度分布圖表。
[第15a至15b圖]表示本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡之第一變形例的光路徑圖、以及表示X軸方向之照射強度分布圖表。
[第16a至16b圖]表示本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡之第二變形例的光路徑圖、以及表示X軸方向之照射強度分布圖表。
[第17a至17b圖]表示本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡之第三變形例的光路徑圖、以及表示X軸方向之照射強度分布圖表。
[第18a至18b圖]表示本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡之第四變形例的光路徑圖、以及表示X軸方向之照射強度分布圖表。
[第19a至19b圖]表示本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡之第五變形例的光路徑圖、以及表示X軸方向之照射強度分布圖表。
[第20a至20b圖]表示本發明之實施例之光照射裝置之第二透鏡之第六變形例的光路徑圖、以及表示X軸方向之照射強度分布圖表。
以下針對本發明之實施例，參照圖面進行詳細說明。此外，於圖中相同或相當部分附加相同符號，不再反覆其說明。
第1圖係表示本發明之一實施例之光照射裝置之概略構造的斜視圖。本實施例之光照射裝置1係將特定的照射強度分布(光束分布)之紫外光(例如波長365nm之光)照射於自被照射對象物(透鏡L)的外周面圓環狀突出之凸緣La之裝置。凸緣La之基端面Lb(第1圖中以斜線表示之側面)為接著面，紫外線硬化樹脂塗佈於凸緣La之基端面Lb 上多個位置，並與圖中未標示之透鏡架抵接。當紫外光照射於凸緣La時，凸緣La和透鏡架間之紫外線硬化樹脂會硬化，透鏡L會固定於透鏡架。
如第1圖所表示，光照射裝置1，包括：光學頭100，射出紫外光；電源單元200，供給電力給光學頭100同時調整光學頭100射出之紫外光之照射強度；電纜300，電性連接光學頭100及電源單元200。此外，本實施例之電纜300，係由分別連接於後述LED元件12之陽極端子及陰極端子之2條導線300a、300b(第2圖)所構成。
透鏡L，係與光學頭100相隔一特定距離，且使透鏡L之光軸AX與光學頭100之光軸O成同軸的方式調整位置並配置。以下將光學頭100之射出端面與透鏡L之基端面Lb(接著面)之間的距離稱為「工作距離WD」。
此外，本說明書中，將光學頭100射出之紫外光的射出方向(即光軸AX方向)定義為Z軸方向，與Z軸垂直且彼此亦相互垂直之兩個方向定義為X軸方向及Y軸方向，以此進行說明。
第2圖係說明光學頭構造的側剖面圖。第2a圖係光學頭100組裝前之分解圖，第2b圖及第2c圖係光學頭100組裝後之側剖面圖。如第2圖所表示，本實施形態之光學頭100係由LED單元10、第一透鏡單元20、止動螺釘30、第二透鏡單元40所構成。如第2b圖及第2c圖所表示，本實施形態之光學頭100係以藉由調整止動螺釘30之位置來使第一透鏡單元20和第二透鏡單元40之相對位置關係可調整之方式構成。
LED單元10，包括：殼體11以及固定於殼體11之LED (Light Emitting Diode)元件12。殼體11係為有底的圓筒體形狀構件，包括開口部11a、圓筒形之側壁部11b以及連接於側壁部11b之一體成形之底部11c，電纜300從開口部11a插入並固定。此外，底部11c形成有2個貫通孔11ca、11cb，與光學頭100之光軸O平行延伸，且從貫通孔11ca、11cb分別拉出電纜300之2條導線300a、300b，並分別連接於LED元件12之陽極端子(未標示)及陰極端子(未標示)。此外，底部11c形成有用來接著固定LED元件12之突起部11d，以沿著光學頭100之光軸O突出之方式形成。
LED元件12係為半導體發光元件，具有略正方形之發光面12a(在第2圖中未標示)以及護罩玻璃12b(在第2圖中未標示)，且將由該發光面12a發出之波長365nm之紫外光通過護罩玻璃12b射出。LED元件12，係以使其光軸與光學頭100之光軸O一致(即與殼體11之中心軸成一致)的方式調整位置，並接著固定在突起部11d之前端。如上所述，LED元件12之陽極端子及陰極端子，係以電纜300為媒介連接於電源單元200，且從LED元件12射出對應於電源單元200所供給之驅動電流的特定光量之紫外光。此外，在本實施例中，以從LED元件12所射出以光軸O為中心、一邊以60°發散角擴散成圓形一邊前進之紫外光者，作為說明。
第一透鏡單元20，係具備：鏡筒21、第一透鏡22及第二透鏡23。鏡筒21係為具有開口部21a、21b及圓筒狀之側壁部21c之中空筒狀體形狀的構件。鏡筒21之開口部21a側之內徑較殼體11之側壁部11b之外徑略大，而殼體11(即LED單元10)係從開口部21a插入，並固定 於鏡筒21內的特定位置(第2b、2c圖)。此外，在鏡筒21之側壁部21c的外周面形成有公螺紋(未標示)，可與在止動螺絲30之內周面及第二透鏡單元40之內周面形成之母螺紋抵接，詳細將於之後敘述。
此外，在鏡筒21之開口部21b側收容有第一透鏡22及第二透鏡23。第一透鏡22，係以使其光軸與LED元件12之光軸(即光學頭100之光軸O)成一致的方式定位並接合固定於鏡筒21之內周面，當LED單元10收容於鏡筒21內時，第一透鏡22係配置接近於LED元件12(如相隔0.35mm)。本實施例之第一透鏡22係厚度3.75mm之雙凸透鏡，將LED元件12射出之紫外光的發散角縮小，並使光形成具有特定發散角。
第二透鏡23，係以與第一透鏡22相隔特定的間隔(如1.5mm的間隔)，且使其光軸與第一透鏡22之光軸(即光學頭100之光軸O)成一致的方式定位並接合固定於鏡筒21之內周面。本實施例之第二透鏡23，係為將圓錐面朝向第一透鏡22側之厚度4mm之軸棱錐透鏡(Axicon lens)，將穿透第一透鏡22之紫外光以使其成以光軸O為中心之圓環狀光的方式(即以使穿透光軸O周邊之光消失的方式)折射。第3圖係將本實施形態之第二透鏡23從X軸方向觀看時之外形圖。如第3圖所表示，本實施形態之第二透鏡23，係具有圓錐狀之入射面23a及平面之出射面23b之軸棱錐透鏡，在本實施例中，圓錐狀之入射面23a之頂點的角度α(即第二透鏡23Y-Z平面上之斷面的2條稜線間之角度)係為140°。
止動螺絲30(第2圖)，係在中心有螺孔30a之圓環狀構件，將後述的第二透鏡單元40對於鏡筒21固定。螺孔30a之內徑較鏡筒21之 側壁部21c外徑略大，在螺孔30a係形成有與鏡筒21之側壁部21c之外周面的公螺紋抵接的母螺紋(未標示)。因此，藉由將鏡筒21(即第一透鏡單元20)之前端部(開口部21b側之端部)擰進螺孔30a，並使止動螺絲30朝順時針方向轉動，止動螺絲30就能安裝於鏡筒21之側壁部21c。
第二透鏡單元40係為具備：鏡筒41及第三透鏡42。鏡筒41，係為具有開口部41a、41b及圓筒形之側壁部41c的中空圓筒體形狀之構件。鏡筒41之開口部41a側的內徑，較鏡筒21之側壁部21c的外徑略大，鏡筒41的內周面形成有母螺紋(未表示)，可與鏡筒21之側壁部21c的外周面所形成之公螺紋抵接。因此，藉由將鏡筒21(即第一透鏡單元20)之前端部(開口部21b側之端部)擰進鏡筒41之開口部41a，並使其朝順時針方向轉動，鏡筒21會插入鏡筒41的內部。然後，鏡筒41會固定在鏡筒41之基端部(開口部41a側之端部)與止動螺絲30相接的位置。如此，本實施例之鏡筒41和止動螺絲30係所謂的雙螺帽的構造，且藉由變更止動螺絲30之位置，可使鏡筒41相於對鏡筒21並沿光軸O(即朝Z軸方向)移動。換言之，藉由變更止動螺絲30之位置，可變更第二透鏡23和第三透鏡42之間隔。將鏡筒41安裝於鏡筒21後，藉由將止動螺絲30朝逆時針方向轉動，鏡筒41會完全固定於鏡筒21。
在鏡筒41之開口部41b側收容有第三透鏡42。第三透鏡42，係以使其光軸與第一透鏡22及第二透鏡23之光軸(即光學頭100之光軸O)成一致的方式，定位並接合固定於鏡筒41之內周面。在本實施例中，鏡筒21安裝於鏡筒41時，第二透鏡23與第三透鏡42之間的間隔，係配合止動螺絲30之位置，在2mm(第2b圖)~25mm(第2c圖)的範 圍內調整。本實施例之第三透鏡42係厚度3mm平凸透鏡，且將穿透第二透鏡23的紫外光，於特定之工作距離WD上所配置之透鏡L的基端面Lb(接著面)聚焦(投影)成圓環狀。
第4圖係從X軸方向檢視本實施例之光學頭100時的(即Y-Z平面上之)光路徑圖之一例，且為了使工作距離WD為20mm(即使圓環狀之紫外光投影於距離光學頭100之射出端面20mm的位置)，而將第二透鏡23和第三透鏡42之間的間隔，調整成特定距離(例如19mm)時的光路徑圖。此外，在本實施例中，由於從LED元件12係照射出一邊擴散成圓形一邊前進之紫外光，故所有通過Z軸之平面上的光路徑圖皆與第4圖相同。因此，本說明書僅用第4圖說明Y-Z平面上之光路徑。
此外，在第4圖中，為使圖面淺顯易懂，故省略光學頭100之部分構造，僅表示出LED元件12和第一透鏡22、第二透鏡23、第三透鏡42，並在每隔10°的位置表示從LED元件12射出之60°發散角之紫外光的光路徑。此外，在第4圖中，將LED元件12所射出之紫外光中，通過光軸O之光路徑的紫外光表示為發散角0°的光(即射出角度為0°的光)，朝光軸O上側(即Y軸方向+側)射出之紫外光表示為+發散角之紫外光，朝光軸O下側(Y軸方向-側)射出之紫外光表示為-發散角之紫外光。又，第4圖中，將工作距離WD為20mm、30mm、40mm的位置，表示為「WD=20mm」、「WD=30mm」、「WD=40mm」。
如第4圖所表示，在LED元件12之發光面12a發光之波長365nm之紫外光，係通過護罩玻璃12b，射入第一透鏡22。射入第一透鏡22的紫外光，係藉由第一透鏡22來折射，縮小發散角，並射入第二透 鏡23。在本實施形態中，係以使LED元件12所射出的發散角±60°之紫外光，幾乎全部射入第二透鏡23的方式構成。
穿透第一透鏡22的紫外光，係射入第二透鏡23的入射面23a。如上所述，本實施例的第二透鏡23係軸棱錐透鏡，且因入射面23a呈圓錐面，故各光路徑係朝光軸O之方向彎曲。然後，越通過第二透鏡23之內側的光(即發散角較小之光)，射出角度(光軸O之角度)變越大，從第二透鏡23之出射面23b射出的紫外光，係在第二透鏡23附近位置，以與光軸O呈交叉的方式射出。如此，因從本實施例之第二透鏡23的出射面23b射出的紫外光，係距離光軸O越近以越大的角度折射，距離光軸O越遠以越小的角度折射，故穿透光軸O之周邊的光就會消失(即穿透光軸O周圍之光，會逐漸重疊於偏離光軸O的光)，且以成為以光軸O為中心的圓環狀的光的方式射出。
穿透第二透鏡23的紫外光，係更藉由第三透鏡42來折射，並在WD=20mm的位置聚焦成圓環狀。之後，在WD=20mm位置上聚焦成圓環狀的紫外光，係隨距離漸遠逐漸失焦。
第5圖係表示在第4圖的WD=20mm位置的照射強度分布的濃淡圖。第5圖的縱軸係表示以光軸O為0之Y軸方向的距離(mm)，橫軸係表示以光軸O為0之X軸方向的距離(mm)，且藉由4階段的濃淡來表示照射強度(mW/cm2)。此外，第6圖係表示在第4圖的WD=20mm、WD=30mm、WD=40mm各位置之Y軸方向之照射強度分布圖表。第6圖的縱軸，係照射強度(mW/cm2)，橫軸，係以光軸O為0之Y軸方向的距離(mm)。
如第5圖及第6圖所表示，在WD=20mm的位置中，因從光學頭100射出的紫外光聚焦成圓環狀，故可得到有尖峰強度約1800mW/cm2的直徑約8mm之圓環狀的紫外光。
此外，如第6圖所表示，可得知在WD=30mm的位置中，紫外光因失焦而形成尖峰強度約600mW/cm2的平穩的照射強度分布，在WD=40mm的位置中，紫外光因進一步失焦，故無法形成圓環狀的光。
如此，在本實施例中，因以射出60°之發散角之紫外光的LED元件12為光源，故平行光不射入第二透鏡23的入射面23a，且穿透第三透鏡42的紫外光，不形成平行的圓環狀的紫外光。因此而有工作距離WD一旦不同，便無法得到所希望之圓環狀的紫外光的問題。因此，在本實施例中，為了在所希望之工作距離WD上能得到所希望之照射強度之圓環狀的紫外光，而採用可使鏡筒41對著鏡筒21沿光軸O移動的構造，並採用使第二透鏡23與第三透鏡42之間的間隔可以調整的方式。
第7圖及第8圖係從X軸方向觀看本發明之實施例之光照射裝置之光學頭100時的(即Y-Z平面上之)光路徑圖之一例。第7圖係為使工作距離WD成30mm(即讓圓環狀的紫外光投影在距離光學頭100之射出端面30mm的位置)，而將第二透鏡23和第三透鏡42之間的間隔，調整至特定距離(例如15mm)時的光路徑圖。另外，第8圖係為使工作距離WD成40mm(即讓圓環狀的紫外光投影在距離光學頭100之射出端面40mm的位置)，而將第二透鏡23和第三透鏡42之間的間隔，調整至特定距離(例如8mm)時的光路徑圖。此外，第9圖係表示在第7 圖的WD=30mm的位置之Y軸方向之照射強度分布(第9圖中表示為「WD=30mm」)，以及在第8圖的WD=40mm位置之Y軸方向之照射強度分布(第9圖中表示為「WD=40mm」)的圖表。第9圖之縱軸係照射強度(mW/cm2)，橫軸係以光軸O為0之Y軸方向的距離(mm)。
如第7圖、第9圖所表示，將第二透鏡23和第三透鏡42之間的間隔調整的話，可使圓環狀的紫外光在WD=30mm位置聚焦，並且可在WD=30mm的位置上得到有尖峰強度約580mW/cm2的直徑約10mm之圓環狀的紫外光。
又，如第8圖、第9圖所表示，將第二透鏡23和第三透鏡42之間的間隔調整的話，可使圓環狀的紫外光在WD=40mm位置聚焦，並且可在WD=40mm的位置上得到有尖峰強度約200mW/cm2的直徑約14mm之圓環狀的紫外光。
如上所述說明，依據本實施形態之光照射裝置1，從一LED元件12射出的紫外光形成圓環狀的紫外光，並照射於配置在工作距離WD上之照射對象物(即透鏡L)之圓環狀的照射區域(即基端面Lb)。因此，不需要如以往般設置多個光源單元(光學頭)，就能藉由紫外光同時照射塗佈在照射區域內之多個位置上的紫外線硬化樹脂。此外，亦不需要以往必要之定位調整。此外，由於紫外光係僅照射於圓環狀的照射區域，故不需要使用高輸出類型之LED，亦不需要增長照射時間。
另外，如上所述，在本實施例中，係以藉由調整止動螺釘30之位置來使第二透鏡23和第三透鏡42之間隔可調整之方式構成。因將第二透鏡23和第三透鏡42之間的間隔變更的話，穿透第二透鏡23之紫外 光的聚焦位置會改變，故工作距離WD亦會改變。換言之，根據本實施例之構造，藉由變更第二透鏡23和第三透鏡42之間的間隔，可對應各種不同的工作距離WD，並可有效率地將圓環狀的紫外光照射在對應的工作距離WD的位置上(即透鏡L之基端面(接著面))。
以上為本實施例之說明，但本發明並不僅限於上述結構者，在本發明之技術思想範圍內亦可有各種不同變形。
舉例而言，本實施例之光照射裝置1，係以使圓環狀照射區域內之紫外線硬化樹脂硬化作為說明，但並不僅限於此用途，亦可適用於需要圓環狀的光的其他用途(例如對不希望將光照射在中心部之圓形狀的照射對象物照射)。
此外，本實施例之光照射裝置1，係以照射波長365nm之紫外光之裝置作為說明，但以紫外光區之其他波長之紫外光照射亦可。近年，照射接近紫外光區波長(例如波長405nm)之光之LED元件已被實際應用，而其LED元件亦可適用於本實施例之光照射裝置1。換言之，本說明書中「紫外光」、「紫外光區之波長之光」之意，係包含接近紫外光區之波長之光，且只要能產生本發明之作用、效果，即在本發明技術思想之範圍內。此外，如上所述，將本實施例之光照射裝置1應用於需要圓環狀的光的其他用途(即讓紫外線硬化樹脂硬化之用途以外之用途)時，光照射裝置1並不限於必須是照射紫外線之裝置，亦可是照射可見光區或紅外光區波長之光之裝置。
又，本實施例之第一透鏡22係以雙凸透鏡作為說明，但並不僅限於此結構者，例如亦可適用平凸透鏡或凸凹透鏡。
又，本實施例之第三透鏡42係以平凸透鏡作為說明，但並不僅限於此結構者，例如亦可適用雙凸透鏡或凸凹透鏡。再者，若為平凸透鏡時，亦可配置成凸面為入射面，平面為出射面。
又，在本實施例中，係將第二透鏡23之圓錐狀之入射面23a之頂點的角度α以140°作為說明，但並不僅限於此結構者。第10圖~第14圖係分別將本實施例之第二透鏡23入射面23a之頂點的角度α變更成160°、150°、120°、100°、80°時之光路徑圖(第10a圖~第14a圖)，以及表示在特定工作距離(WD=20mm)上之X軸方向之照射強度分布圖表(第10b圖~第14b圖)。再者，第10b圖~第14b圖之縱軸係與第6圖同為照射強度(mW/cm2)，橫軸係以光軸O為0之X軸方向及Y軸方向之距離(mm)。
如第10a、10b圖所表示，第二透鏡23之入射面23a之頂點的角度α為160°時，因第二透鏡23所產生之折射力會變小，故200mW/cm2左右之光會殘留於光軸O周邊(即中心部)，且無法得到完全之圓環狀的紫外光。如此，若光殘留於照射區域之中心部，其周邊之光之光量即會減少，故尖峰強度係成為些微下降者，但若能讓特定工作距離WD上之紫外線硬化樹脂硬化，仍可適用此種結構。
如第11a、11b圖所表示，第二透鏡23之入射面23a之頂點的角度α為150°時，與本實施例相同，可於特定工作距離WD上得到直徑約10mm之圓環狀的紫外光。
如第12a、12b圖所表示，第二透鏡23之入射面23a之頂點的角度α為120°時，因第二透鏡23變厚，故雖穿透第一透鏡22之紫外光 之一部分(發散角較大之光)不會射入第二透鏡23，且光之利用效率會略微下降，但仍與本實施例相同，可在特定工作距離WD上得到直徑約12mm之圓環狀的紫外光。而且，在本變形例中，為了提升光之利用效率，只要加大第二透鏡23之外徑即可。
如第13a、13b圖所表示，第二透鏡23入射面23a之頂點的角度α為100°時，因第二透鏡23厚度會比角度α為120°時變更厚，故光之利用效率會更加降低，但仍與本實施例相同，可在特定工作距離WD上得到直徑約18mm之圓環狀的紫外光。而且，在本變形例中，為了提升光之利用效率，可與角度α為120°時相同，只要加大第二透鏡23外徑即可。
如第14a、14b圖所表示，第二透鏡23之入射面23a之頂點的角度α為80°時，因第二透鏡23厚度會比角度α為100°時變更厚，故光之利用效率會更加降低，但仍與本實施例相同，可在特定工作距離WD上得到直徑約24mm之圓環狀的紫外光。而且，在本變形例中，為了提升光之利用效率，可與角度α為120°、100°時相同，只要加大第二透鏡23外徑即可。
如此，本實施例之第二透鏡23之圓錐狀之入射面23a之頂點的角度α非限於140°，只要在160°以下，即可在特定工作距離WD上得到圓環狀的紫外光。此外，如前所述，當第二透鏡23之入射面23a之頂點的角度α為160°時，光之利用效率會因光殘留於中心部而降低，而且角度α愈小，第二透鏡23就愈厚，光之利用效率就愈低。因此，第二透鏡23之入射面23a之頂點的角度α以120°~150°為佳。
此外，本實施例之第二透鏡23，係以將圓錐面朝向第一透鏡22端之軸棱錐透鏡做為說明，但並不僅限於此結構者，而可有各種不同變形例。
第15圖係表示本實施例之第二透鏡23之第一變形例的光路徑圖(第15a圖)、以及表示WD=20mm上之X軸方向之照射強度分布圖表。(第15b圖)。本變形例之第二透鏡231係將圓錐面朝向第三透鏡42端之軸棱錐透鏡，此點與本實施例之第二透鏡23不同。即使像這樣將圓錐面配置在出射面側，仍可達到與本實施例之第二透鏡23相同機能，且可在WD=20mm上得到直徑約7mm之圓環狀的紫外光。
第16圖係表示本實施例之第二透鏡23之第二變形例的光路徑圖(第16a圖)、以及表示WD=20mm上之X軸方向之照射強度分布圖表(第16b圖)。本變形例之第二透鏡232係在第一透鏡22側(即入射面側)及第三透鏡42側(即出射面側)都具圓錐面之軸棱錐透鏡，此點與本實施例之第二透鏡23不同。即使像這樣以圓錐面構成入射面及出射面，仍可達到與本實施例之第二透鏡23相同機能，且可在WD=20mm上得到直徑約14mm之圓環狀的紫外光。此外，在本變形例中，即使在光軸O的周邊(即中心部)有些許之紫外光的照射，但只要可在工作距離WD上得到圓環狀的紫外光，即可使透鏡L之基端面Lb之紫外線硬化樹脂硬化，因此並不會造成問題。
第17圖係表示本實施例之第二透鏡23之第三變形例的光路徑圖(第17a圖)、以及表示WD=20mm上X軸方向之照射強度分布圖表(第17b圖)。本變形例之第二透鏡233，係由將圓錐面朝向第三透 鏡42側之第一軸棱錐透鏡233a和將圓錐面朝向第一透鏡22側之第二軸棱錐透鏡233b所構成，此點與本實施例之第二透鏡23不同。如此以使圓錐面相對的方式配置之成對軸棱錐透鏡，可達到與本實施例之第二透鏡23相同機能，且依據此種結構仍可在WD=20mm上得到直徑約15mm之圓環狀的紫外光。
第18圖係表示本實施例之第二透鏡23之第四變形例的光路徑圖(第18a圖)、以及表示WD=20mm上X軸方向之照射強度分布圖表(第18b圖)。本變形例之第二透鏡234，係由將圓錐面朝向第一透鏡22側之第一軸棱錐透鏡234a和將圓錐面朝向第三透鏡42側之第二軸棱錐透鏡234b所構成，此點與本實施例之第二透鏡23不同。如此以使圓錐面朝逆向的方式配置之成對軸棱錐透鏡，可達到與本實施例之第二透鏡23相同機能，且依據此種結構仍可在WD=20mm上得到直徑約14mm之圓環狀的紫外光。此外，在本變形例中，與第二變形例相同，即使在光軸O的周邊(即中心部)有些許之紫外光的照射，但只要可在工作距離WD上得到圓環狀的紫外光，即可使透鏡L之基端面Lb之紫外線硬化樹脂硬化，因此並不會造成問題。
第19圖係表示本實施例之第二透鏡23之第五變形例的光路徑圖(第19a圖)、以及表示WD=20mm上X軸方向之照射強度分布圖表(第19b圖)。本變形例之第二透鏡235，係由將圓錐面朝向第一透鏡22側之第一軸棱錐透鏡235a及第二軸棱錐透鏡235b所構成，此點與本實施例之第二透鏡23不同。如此以使圓錐面朝向第一透鏡22側的方式配置之成對軸棱錐透鏡，仍可達到與本實施例之第二透鏡23相同機能， 且依據此種結構仍可在WD=20mm上得到直徑約14mm之圓環狀的紫外光。此外，在本變形例中，與第二、第四變形例相同，即使在光軸O的周邊(即中心部)有些許之紫外光的照射，但只要可在工作距離WD上得到圓環狀的紫外光，即可使透鏡L之基端面Lb之紫外線硬化樹脂硬化，因此並不會造成問題。
第20圖係表示本實施例之第二透鏡23之第六變形例的光路徑圖(第20a圖)、以及表示WD=20mm上X軸方向之照射強度分布圖表(第20b圖)。本變形例之第二透鏡236，係由將圓錐面朝向第三透鏡42側之第一軸棱錐透鏡236a及第二軸棱錐透鏡236b所構成，此點與本實施例之第二透鏡23不同。如此以使圓錐面朝向第三透鏡42側的方式配置之成對軸棱錐透鏡，仍可達到與本實施例之第二透鏡23相同機能，且依此種結構仍可在WD=20mm上得到直徑約14mm之圓環狀的紫外光。此外，在本變形例中，與第二、第四、第五變形例相同，即使在光軸O的周邊有些許之紫外光的照射，但只要可在工作距離WD上得到圓環狀的紫外光，即可使透鏡L基端面Lb之紫外線硬化樹脂硬化，因此並不會造成問題。
此外，本發明揭示之實施例及變形例全部為例示，並非對本發明有所限制者。本發明之範圍並不限於上述說明，而是依專利申請範圍所表示，包含與專利申請範圍均等的意圖及範圍內之所有變更。

Claims (9)

  1. 一種光照射裝置，將光照射於配置在特定位置之一照射對象物之圓環狀的一照射區域，包括：一LED元件，射出前述光；一第一透鏡，與前述LED元件具有共通之一光軸，且將前述LED元件射出之紫外光的發散角縮小，並使光形成具有一特定發散角；一第二透鏡，與前述第一透鏡具有共通光軸，且將穿透前述第一透鏡之光以使其成以前述光軸為中心之圓環狀光的方式折射；一第三透鏡，與前述第二透鏡具有共通之光軸，且將穿透前述第二透鏡之光於前述照射區域上聚焦成圓環狀；以及透鏡移動手段，將前述第三透鏡相對前述第二透鏡移動，且變更穿透前述第二透鏡之光的聚焦位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之光照射裝置，其中，前述第二透鏡係為將圓錐面朝向前述第一透鏡端或前述第三透鏡端之軸棱錐透鏡。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之光照射裝置，其中，前述第二透鏡係在前述第一透鏡側及前述第三透鏡側具有一圓錐面之軸棱錐透鏡。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之光照射裝置，其中，前述第二透鏡係為分別在前述第一透鏡側或前述第三透鏡側具有一圓錐面之成對軸棱錐透鏡。
  5. 如申請專利範圍第2項至第4項任一項所記載之光照射裝置，其中，前述圓錐面之頂點的角度為120°~150°。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載之光照射裝置，其中，前述第一透鏡係為雙凸透鏡、平凸透鏡或凸凹透鏡。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載之光照射裝置，其中，前述第三透鏡為雙凸透鏡、平凸透鏡或凸凹透鏡。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項任一項所記載之光照射裝置，其中，從前述光照射裝置照射之光係一紫外光區之波長之光。
  9. 如申請專利範圍第8項所記載之光照射裝置，其中，前述紫外光區之波長之光係包含作用於紫外線硬化樹脂之波長之光。
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