光照射装置
【課題】 光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度な光を照射することのできる光照射装置を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ２０の出射平面２０ａに片凸レンズ７の入射平面７ａを密着して固着させることにより、ＬＥＤ２０から広角に出射する光を、片凸レンズ７に漏れなく入射させる。そして、ＬＥＤ２０から入射した光を片凸レンズ７によって所定の狭角に絞り込むことにより、光照射装置１を光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度の光を照射する。
【解決手段】 ＬＥＤ２０の出射平面２０ａに片凸レンズ７の入射平面７ａを密着して固着させることにより、ＬＥＤ２０から広角に出射する光を、片凸レンズ７に漏れなく入射させる。そして、ＬＥＤ２０から入射した光を片凸レンズ７によって所定の狭角に絞り込むことにより、光照射装置１を光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度の光を照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装型の発光ダイオードを光源とする光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、紫外線硬化樹脂や接着剤等からなる被照射部に紫外線を照射するための紫外線照射装置等のように、特に、工業分野等で使用される光照射装置では、被照射部に高照度の光を照射する必要があり、このためには、光源から放射線状に出射する光を例えば略平行な光束に集光する必要がある。このような出射光の平行光等への変換は、例えば、特許文献１に開示されているように、レンズ光学系にコリメーションレンズ等を用いることで実現が可能である。
【０００３】
ところで、近年においては、比較的小型で高出力な表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く普及しており、このＬＥＤを光照射装置の光源として好適に利用することが期待されている。
【特許文献１】特開２００３−１０７１２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に、表面実装型のＬＥＤから出射する光の出射角は１６０°〜１８０°程度と極めて広角であり、このように広角な出射光をコリメーションレンズで略平行光に変換するためには、ＬＥＤの出射平面からコリメーションレンズまでの光軸方向の距離を長く設定する必要がある。
【０００５】
その一方で、ＬＥＤの出射平面からコリメーションレンズまでの距離を長く設定した場合、特に出射角が広角な表面実装型のＬＥＤを用いた光照射装置においては、ＬＥＤから出射する光の利用効率が低下する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度な光を照射することのできる光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、表面実装型の発光ダイオードと、前記発光ダイオードの出射平面に入射平面が密着して固着する片凸レンズと、前記片凸レンズからの出射光が入射するレンズ光学系と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光照射装置によれば、光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度な光を照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図１は本発明の第１の形態に係わり、図１は光照射装置の要部断面図である。
【００１０】
図１において、符号１は、光照射装置の一例としての紫外線照射装置を示す。この紫外線照射装置１は、照射対象に対して紫外線をスポット照射するもので、例えば、略円筒形状をなす鏡筒２内に、レンズ光学系１５とともに、表面実装型（チップ型）の紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ：以下、単にＬＥＤと称す）２０を光源として内蔵する。
【００１１】
具体的に説明すると、本形態において、鏡筒２は、その内周の基部側に、段付の雌ネジ部３を有する。この雌ネジ部３には、外周に雄ネジ部５を有するリング部材４が螺合するようになっており、鏡筒２は、雌ネジ部３の先端に形成した段部３ａによって、ＬＥＤ２０を実装した回路基板６を、リング部材４との間に挟持する。
【００１２】
また、回路基板６に実装されて鏡筒２内に臨まされたＬＥＤ２０の出射平面２０ａには、例えば透光性を有する接着剤等を介して、片凸レンズ７の入射平面７ａが密着して固着している。そして、片凸レンズ７は、入射平面７ａがＬＥＤ２０の出射平面２０ａに密着することにより、ＬＥＤ２０から広角（例えば、１６０°程度、図１中の２点鎖線参照）に出射する光を漏れなく入射し、所定の狭角（例えば、３０°程度）に絞り込んで出射する。
【００１３】
また、鏡筒２は、その内周の先端側に、内向フランジ８を有し、さらに、この内向フランジ８よりも先端寄りに、雌ネジ部９を有する。この雌ネジ部９には、外周に雄ネジ部１０ａを有するリング部材１０が螺合するようになっており、鏡筒２は、内向フランジ８によって、レンズ光学系１５をリング部材１０との間に挟持する。ここで、本形態において、レンズ光学系１５は、例えば、単一のコリメーションレンズで構成されており、片凸レンズ７から入射する光を平行光に変換して出射する。
【００１４】
このような形態によれば、ＬＥＤ２０の出射平面２０ａに片凸レンズ７の入射平面７ａを密着して固着させる構成により、ＬＥＤ２０から広角に出射する光を、片凸レンズ７に漏れなく入射させることができる。そして、ＬＥＤ２０から入射した光を片凸レンズ７によって所定の狭角に絞り込んで出射することにより、光照射装置１を光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度の光を照射することができる。
【００１５】
すなわち、ＬＥＤ２０の出射平面２０ａに密着した片凸レンズ７の作用によって、出射角を狭角に絞り込んだ光をレンズ光学系１５に入射させることができるので、ＬＥＤ２０からレンズ光学系１５までの光路長を長く設定することなく、レンズ光学系１５の機能（本形態においてはコリメーションレンズの機能）を十分に発揮させることができる。
【００１６】
また、ＬＥＤ２０からレンズ光学系１５までの光路長を短く設定できるので、ＬＥＤ２０からレンズ光学系１５に入射する光のエネルギーロスを低減でき、ＬＥＤ２０からの出射光の利用効率を向上することができる。
【００１７】
次に、図２乃至図５は本発明の第２の形態に係わり、図２は光照射装置を出射側から見た平面図、図３は図２のＩ−Ｉ断面図、図４は図３の変形例を示す要部断面図、図５は図３の変形例を示す要部断面図である。ここで、本形態は、上述の第１の形態で示した光照射装置１を光照射モジュール５２として複数個用い、各光照射モジュール５２から出射する光束によって全体として１つの光束を形成し、照射対象を照射する光照射装置５０を示すものである。なお、上述の第１の形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００１８】
図２，３に示すように、本形態において、光照射装置５０は、例えば略円筒形状をなす筐体５１を有する。この筐体５１は、内部に複数（例えば、４個）の光照射モジュール５２を収容保持し、所定の照射距離において、各光照射モジュール５２から出射する光を互いに重畳させる。
【００１９】
具体的に説明すると、図３に示すように、本形態において、筐体５１は、その内周の中途に、内向フランジ５５を有し、さらに、内向フランジ５５よりも基端側に、雌ネジ部５６を有する。この雌ネジ部５６には、外周に雄ネジ部５８を有するリング部材５７が螺合するようになっており、筐体５１は、内向フランジ５５によって、各光照射モジュール５２を一体的に保持するホルダ５９を、リング部材５７との間に挟持する。
【００２０】
図２，３に示すように、ホルダ５９は、例えば回転部分円弧形状をなす曲板で構成されており、このホルダ５９の曲面上には、各光照射モジュール５２を保持するための保持穴６０が等間隔毎に開口している。そして、各保持穴６０に光照射モジュール５２がそれぞれ嵌入することにより、ホルダ５９は、各光照射モジュール５２をそれぞれ内方に所定角度傾斜させた状態で筐体５１内に保持する。
【００２１】
これにより、各光照射モジュール５２から出射する光束は、予め設定した照射距離において、互いに重畳する。なお、各光照射モジュール５２からの出射光を互いに重畳させるための距離（照射距離）は、光照射装置５０の用途等に応じて、ホルダ５９の曲率や各保持穴６０の開口位置を変更することにより、適宜、調整が可能である。
【００２２】
このような構成によれば、上述の第１の形態で得られる効果に加え、片凸レンズ７を固着したＬＥＤ２０を光源として内蔵した光照射モジュール５２を複数用いることにより、より高照度の光を被照射部に照射することができるという効果を奏する。
【００２３】
ここで、図４に示すように、本形態において、光照射装置５０は、各光照射モジュール５２から出射する光束の光路を互いに一致する方向に変換するための光学部材６５を筐体５１の先端部に設けることにより、任意の照射距離に配設された被照射部に対して、高照度の光を照射することが可能である。この場合、図示のように、光学部材６５としては、例えば、断面略菱形形状のプリズムを好適に用いることが可能である。また、光学部材６５の筐体５１への保持は、例えば、外周に雄ネジ部７３を有するリング部材７２を螺合する有段の雌ネジ部７０を筐体５１の先端部に設け、雌ネジ部７０の基端部側に形成した段部７１によって、リング部材７２との間に光学部材６５を挟持することにより、実現が可能である。
【００２４】
また、図５に示すように、本形態において、光照射装置５０は、各光照射モジュール５２から出射する光束の方向を互いに一致させるための凹レンズ６６を筐体５１の先端部に設けることにより、任意の照射距離に配設された被照射部に対して、高照度の光を照射することが可能である。この場合、図示のように、光照射モジュール５２に用いるレンズ光学系１５としては、コリメーションレンズに代えて、片凸レンズ７から入射する光を所定の焦点距離で集光させるコンデンサレンズ等を好適に用いることが可能である。また、凹レンズ６６の筐体５１への保持は、上述の光学部材６５の保持と同様、例えば、外周に雄ネジ部７３を有するリング部材７２を螺合する有段の雌ネジ部７０を筐体５１の先端部に設け、雌ネジ部７０の基端部側に形成した段部７１によって、リング部材７２との間に凹レンズ６６を挟持することにより、実現が可能である。
【００２５】
なお、上述の各形態において、レンズ光学系１５を単一のコリメーションレンズ（或いは、コンデンサレンズ）で構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のレンズによってレンズ光学系１５を構成しても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の形態に係わり、光照射装置の要部断面図
【図２】本発明の第２の形態に係わり、光照射装置を出射側から見た平面図
【図３】同上、図２のＩ−Ｉ断面図
【図４】同上、図３の変形例を示す要部断面図
【図５】同上、図３の変形例を示す要部断面図
【符号の説明】
【００２７】
１…光照射装置、７…片凸レンズ、７ａ…入射平面、１５…レンズ光学系、２０…ＬＥＤ（表面実装型の発光ダイオード）、２０ａ…出射平面、５０…光照射装置
代理人 弁理士 伊 藤 進
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面実装型の発光ダイオードを光源とする光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、紫外線硬化樹脂や接着剤等からなる被照射部に紫外線を照射するための紫外線照射装置等のように、特に、工業分野等で使用される光照射装置では、被照射部に高照度の光を照射する必要があり、このためには、光源から放射線状に出射する光を例えば略平行な光束に集光する必要がある。このような出射光の平行光等への変換は、例えば、特許文献１に開示されているように、レンズ光学系にコリメーションレンズ等を用いることで実現が可能である。
【０００３】
ところで、近年においては、比較的小型で高出力な表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く普及しており、このＬＥＤを光照射装置の光源として好適に利用することが期待されている。
【特許文献１】特開２００３−１０７１２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に、表面実装型のＬＥＤから出射する光の出射角は１６０°〜１８０°程度と極めて広角であり、このように広角な出射光をコリメーションレンズで略平行光に変換するためには、ＬＥＤの出射平面からコリメーションレンズまでの光軸方向の距離を長く設定する必要がある。
【０００５】
その一方で、ＬＥＤの出射平面からコリメーションレンズまでの距離を長く設定した場合、特に出射角が広角な表面実装型のＬＥＤを用いた光照射装置においては、ＬＥＤから出射する光の利用効率が低下する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度な光を照射することのできる光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、表面実装型の発光ダイオードと、前記発光ダイオードの出射平面に入射平面が密着して固着する片凸レンズと、前記片凸レンズからの出射光が入射するレンズ光学系と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光照射装置によれば、光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度な光を照射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図１は本発明の第１の形態に係わり、図１は光照射装置の要部断面図である。
【００１０】
図１において、符号１は、光照射装置の一例としての紫外線照射装置を示す。この紫外線照射装置１は、照射対象に対して紫外線をスポット照射するもので、例えば、略円筒形状をなす鏡筒２内に、レンズ光学系１５とともに、表面実装型（チップ型）の紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ：以下、単にＬＥＤと称す）２０を光源として内蔵する。
【００１１】
具体的に説明すると、本形態において、鏡筒２は、その内周の基部側に、段付の雌ネジ部３を有する。この雌ネジ部３には、外周に雄ネジ部５を有するリング部材４が螺合するようになっており、鏡筒２は、雌ネジ部３の先端に形成した段部３ａによって、ＬＥＤ２０を実装した回路基板６を、リング部材４との間に挟持する。
【００１２】
また、回路基板６に実装されて鏡筒２内に臨まされたＬＥＤ２０の出射平面２０ａには、例えば透光性を有する接着剤等を介して、片凸レンズ７の入射平面７ａが密着して固着している。そして、片凸レンズ７は、入射平面７ａがＬＥＤ２０の出射平面２０ａに密着することにより、ＬＥＤ２０から広角（例えば、１６０°程度、図１中の２点鎖線参照）に出射する光を漏れなく入射し、所定の狭角（例えば、３０°程度）に絞り込んで出射する。
【００１３】
また、鏡筒２は、その内周の先端側に、内向フランジ８を有し、さらに、この内向フランジ８よりも先端寄りに、雌ネジ部９を有する。この雌ネジ部９には、外周に雄ネジ部１０ａを有するリング部材１０が螺合するようになっており、鏡筒２は、内向フランジ８によって、レンズ光学系１５をリング部材１０との間に挟持する。ここで、本形態において、レンズ光学系１５は、例えば、単一のコリメーションレンズで構成されており、片凸レンズ７から入射する光を平行光に変換して出射する。
【００１４】
このような形態によれば、ＬＥＤ２０の出射平面２０ａに片凸レンズ７の入射平面７ａを密着して固着させる構成により、ＬＥＤ２０から広角に出射する光を、片凸レンズ７に漏れなく入射させることができる。そして、ＬＥＤ２０から入射した光を片凸レンズ７によって所定の狭角に絞り込んで出射することにより、光照射装置１を光軸方向に大型化させることなく、少ないエネルギーロスで、被照射部に高照度の光を照射することができる。
【００１５】
すなわち、ＬＥＤ２０の出射平面２０ａに密着した片凸レンズ７の作用によって、出射角を狭角に絞り込んだ光をレンズ光学系１５に入射させることができるので、ＬＥＤ２０からレンズ光学系１５までの光路長を長く設定することなく、レンズ光学系１５の機能（本形態においてはコリメーションレンズの機能）を十分に発揮させることができる。
【００１６】
また、ＬＥＤ２０からレンズ光学系１５までの光路長を短く設定できるので、ＬＥＤ２０からレンズ光学系１５に入射する光のエネルギーロスを低減でき、ＬＥＤ２０からの出射光の利用効率を向上することができる。
【００１７】
次に、図２乃至図５は本発明の第２の形態に係わり、図２は光照射装置を出射側から見た平面図、図３は図２のＩ−Ｉ断面図、図４は図３の変形例を示す要部断面図、図５は図３の変形例を示す要部断面図である。ここで、本形態は、上述の第１の形態で示した光照射装置１を光照射モジュール５２として複数個用い、各光照射モジュール５２から出射する光束によって全体として１つの光束を形成し、照射対象を照射する光照射装置５０を示すものである。なお、上述の第１の形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。
【００１８】
図２，３に示すように、本形態において、光照射装置５０は、例えば略円筒形状をなす筐体５１を有する。この筐体５１は、内部に複数（例えば、４個）の光照射モジュール５２を収容保持し、所定の照射距離において、各光照射モジュール５２から出射する光を互いに重畳させる。
【００１９】
具体的に説明すると、図３に示すように、本形態において、筐体５１は、その内周の中途に、内向フランジ５５を有し、さらに、内向フランジ５５よりも基端側に、雌ネジ部５６を有する。この雌ネジ部５６には、外周に雄ネジ部５８を有するリング部材５７が螺合するようになっており、筐体５１は、内向フランジ５５によって、各光照射モジュール５２を一体的に保持するホルダ５９を、リング部材５７との間に挟持する。
【００２０】
図２，３に示すように、ホルダ５９は、例えば回転部分円弧形状をなす曲板で構成されており、このホルダ５９の曲面上には、各光照射モジュール５２を保持するための保持穴６０が等間隔毎に開口している。そして、各保持穴６０に光照射モジュール５２がそれぞれ嵌入することにより、ホルダ５９は、各光照射モジュール５２をそれぞれ内方に所定角度傾斜させた状態で筐体５１内に保持する。
【００２１】
これにより、各光照射モジュール５２から出射する光束は、予め設定した照射距離において、互いに重畳する。なお、各光照射モジュール５２からの出射光を互いに重畳させるための距離（照射距離）は、光照射装置５０の用途等に応じて、ホルダ５９の曲率や各保持穴６０の開口位置を変更することにより、適宜、調整が可能である。
【００２２】
このような構成によれば、上述の第１の形態で得られる効果に加え、片凸レンズ７を固着したＬＥＤ２０を光源として内蔵した光照射モジュール５２を複数用いることにより、より高照度の光を被照射部に照射することができるという効果を奏する。
【００２３】
ここで、図４に示すように、本形態において、光照射装置５０は、各光照射モジュール５２から出射する光束の光路を互いに一致する方向に変換するための光学部材６５を筐体５１の先端部に設けることにより、任意の照射距離に配設された被照射部に対して、高照度の光を照射することが可能である。この場合、図示のように、光学部材６５としては、例えば、断面略菱形形状のプリズムを好適に用いることが可能である。また、光学部材６５の筐体５１への保持は、例えば、外周に雄ネジ部７３を有するリング部材７２を螺合する有段の雌ネジ部７０を筐体５１の先端部に設け、雌ネジ部７０の基端部側に形成した段部７１によって、リング部材７２との間に光学部材６５を挟持することにより、実現が可能である。
【００２４】
また、図５に示すように、本形態において、光照射装置５０は、各光照射モジュール５２から出射する光束の方向を互いに一致させるための凹レンズ６６を筐体５１の先端部に設けることにより、任意の照射距離に配設された被照射部に対して、高照度の光を照射することが可能である。この場合、図示のように、光照射モジュール５２に用いるレンズ光学系１５としては、コリメーションレンズに代えて、片凸レンズ７から入射する光を所定の焦点距離で集光させるコンデンサレンズ等を好適に用いることが可能である。また、凹レンズ６６の筐体５１への保持は、上述の光学部材６５の保持と同様、例えば、外周に雄ネジ部７３を有するリング部材７２を螺合する有段の雌ネジ部７０を筐体５１の先端部に設け、雌ネジ部７０の基端部側に形成した段部７１によって、リング部材７２との間に凹レンズ６６を挟持することにより、実現が可能である。
【００２５】
なお、上述の各形態において、レンズ光学系１５を単一のコリメーションレンズ（或いは、コンデンサレンズ）で構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のレンズによってレンズ光学系１５を構成しても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の形態に係わり、光照射装置の要部断面図
【図２】本発明の第２の形態に係わり、光照射装置を出射側から見た平面図
【図３】同上、図２のＩ−Ｉ断面図
【図４】同上、図３の変形例を示す要部断面図
【図５】同上、図３の変形例を示す要部断面図
【符号の説明】
【００２７】
１…光照射装置、７…片凸レンズ、７ａ…入射平面、１５…レンズ光学系、２０…ＬＥＤ（表面実装型の発光ダイオード）、２０ａ…出射平面、５０…光照射装置
代理人 弁理士 伊 藤 進
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面実装型の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの出射平面に入射平面が密着して固着する片凸レンズと、
前記片凸レンズからの出射光が入射するレンズ光学系と、
を具備したことを特徴とする光照射装置。
【請求項１】
表面実装型の発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの出射平面に入射平面が密着して固着する片凸レンズと、
前記片凸レンズからの出射光が入射するレンズ光学系と、
を具備したことを特徴とする光照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１２８２１７（Ｐ２００６−１２８２１７Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１１３３６（Ｐ２００４−３１１３３６）
【出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【出願人】（０００１１１６７２）ハリソン東芝ライティング株式会社 (995)
【Ｆターム（参考）】
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