光照射装置
【課題】 複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された構成のものにおいて、ランプ点灯初期時と同様の均一な照度分布が長時間の間安定して得られる光照射装置を提供すること。
【解決手段】 この光照射装置は、各々バルブの内部に一対の電極が対向配置された複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された構成のものにおいて、隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう前記一方向に調整された位置に配列されている。
【解決手段】 この光照射装置は、各々バルブの内部に一対の電極が対向配置された複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された構成のものにおいて、隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう前記一方向に調整された位置に配列されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクや塗料の乾燥、樹脂の硬化処理に使用する光化学反応用装置の紫外線照射光源や、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光する露光装置の紫外線照射光源としては、例えば２００〜４００ｎｍの波長領域のいずれかにピークを有する、長尺なロングアーク型の高圧放電ランプが用いられている。この種の高圧放電ランプにおいては、ランプ自体の破損防止のためや、被処理物への熱的影響を回避するために、冷却されて使用されることが検討されている。
例えば、この冷却を効果的に行うことができる構造をもつロングアーク型高圧放電ランプとして、放電管の外周に外管を接触状態ないし密着状態に設け、外管の周囲を冷却することによって、放電管を間接的に冷却する構成のものが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
図１３は、従来の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
この光照射装置は、例えば石英ガラスからなる円筒状の外管７７と、この外管７７の内部において、外周面の少なくとも一部が外管７７の内周面に接触状態ないしは密着状態で配置された全体が棒状の放電管７１とにより構成された二重管構造のロングアーク型の高圧放電ランプ７０を光源として具えている。
放電管７１は、両端が封止された、例えば石英ガラスからなる直管状の内管７２の内部に、各々例えばタングステンからなる一対の棒状の電極７３が対向配置されると共に水銀および希ガスが適宜の量で封入されてなり、各電極７３が内管７２に形成されたロッド状の封止部７２Ａに気密に埋設された例えばモリブデンからなる金属箔７４を介して封止部７２Ａの外端より軸方向外方に突出して伸びる外部リード７５に電気的に接続されている。内管７２と外管７７は、両端部において、ベース７８を介して接着剤により固定されている。
この光照射装置は、高圧放電ランプ７０が内部に挿通された状態で高圧放電ランプ７０の管軸に沿って伸びるよう設けられ、これにより、高圧放電ランプ７０の外周面との間に冷却水が流過される冷却水流路Ｒを形成する円筒状の冷却管８０と、高圧放電ランプ７０および冷却管８０の両端に配置された、内部空間が高圧放電ランプ７０と冷却管８０との間の冷却水流路Ｒに連通する管状の冷却水供給流路形成部材８５および冷却水排出流路形成部材８６とにより構成された冷却機構を有する。高圧放電ランプ７０および冷却管８０は、例えば管軸が水平方向に伸びる姿勢で、両端部が冷却水供給流路形成部材８５および冷却水排出流路形成部材８６に接続された状態で、軸方向内方側の口締め部８８によって例えばＯリング（図示せず）を介して冷却管８０の外周面が保持固定されていると共に軸方向外方側の口締め部８９によって例えばＯリング（図示せず）を介して高圧放電ランプ７０の外周面が保持固定されている。
そして、高圧放電ランプ７０の光照射方向に対して背面側の位置には、反射鏡９０が設けられ、高圧放電ランプ７０からの光は、下方のマスクステージ９５に支持されたマスクＭを介して、ワークステージ９６上の被照射物Ｗに照射される。
【０００４】
近年、例えば液晶表示装置の大型化に伴い、液晶基板も幅寸法が大きいものが要求されるが、１本の棒状の高圧放電ランプでは、大面積の照射エリアをカバーすることが困難であるため、実際上は、棒状の高圧放電ランプの複数を、ワークの搬送路のレベルより上方のレベル位置において、ワークの幅方向（棒状の放電ランプの長さ方向）に並べると共に、隣接する高圧放電ランプの端部が干渉しないよう、互いに搬送方向に変位させた状態（例えば千鳥状）で配置し、これにより、ワークに対する積算光量がワークの幅方向において均一となるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４６９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
而して、複数のロングアーク型の高圧放電ランプをその長さ方向に並べて配置した構成のものにおいては、互いに隣接する２本の高圧放電ランプの境界領域（発光端部領域）において照度が不均一になることが回避されることが必要とされるところ、初期に境界領域の照度が均一であっても、点灯時間の経過と共に境界領域の照度が低下し、高圧放電ランプそれ自体の寿命より短い時間で、均一な照度分布を維持することができなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明者らは、境界領域の照度が低下する理由は、バルブにおける高圧放電ランプの電極の近傍を包囲する部分に黒化現象が生じるためであると推測し、高圧放電ランプの端部領域からの発光を利用しないようにすることにより、高圧放電ランプそれ自体の寿命まで、均一な照度分布が安定して得られるものと考え、本発明を完成させるに至った。
本発明の目的は、複数本の棒状の高圧放電ランプが各々のランプ中心軸が互いに同方向に延びるよう長さ方向に並んで配置されてなる構成のものにおいて、ランプ点灯初期時と同様の均一な照度分布が長時間の間安定して得られる光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光照射装置は、各々バルブの内部に一対の電極が対向配置された複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された光照射装置において、
隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう前記一方向に調整された位置に配列されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光照射装置においては、隣接する２つの高圧放電ランプの各々のランプ中心軸が、一方のランプ中心軸が他方のランプ中心軸に対して、前記一方向に直交する方向に同一の水平面内で変位されて配置された構成とすることができる。
【００１０】
また、本発明の光照射装置においては、前記高圧放電ランプの各々は、前記バルブの外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、前記遮光体が前記水冷管の内周面または外周面に設けられた構成、あるいは、前記高圧放電ランプの各々は、内部に前記バルブがその外周面の少なくとも一部が接触状態ないしは密着状態で配置された外管を有すると共に、当該外管の外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、前記遮光体が、前記水冷管の内周面または外周面、あるいは前記外管の外周面に設けられた構成とすることができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の光照射装置においては、前記遮光体が金属よりなる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光照射装置によれば、複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された構成のものにおいて、隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう一方向に調整された位置に配列された構成とされていることにより、ランプ点灯時間の経過に伴って照度が低下する端部領域からの発光を利用していないので、ランプ点灯初期時と同様の均一な照度分布を長時間の間安定して得ることができる。
【００１３】
また、高圧放電ランプの各々が、バルブの外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、遮光体が水冷管の内周面に設けられた構成のものである場合には、ランプ点灯時において遮光体を冷却水によって直接冷却することができるので、高圧放電ランプからの光照射により加熱されて遮光体自体が劣化または破損することを防止することができ、従って、遮光体の所期の機能を長時間の間維持することができ、上記効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】本発明の光照射装置において用いられる高圧放電ランプの一例における構成の概略を示す、ランプ中心軸に沿った断面図である。
【図３】図２に示す高圧放電ランプの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】（Ａ）実験例１において作製した光照射ユニットにおける高圧放電ランプの配列状態を示す説明図、（Ｂ）隣接する高圧放電ランプの各々の端部の位置関係を示す説明図である。
【図５】（Ａ）実験例１において作製した比較用の光照射ユニットにおける高圧放電ランプの配列状態を示す説明図、（Ｂ）隣接する高圧放電ランプの各々の端部の位置関係を示す説明図である。
【図６】実験例１において作製した各光照射ユニットによる積算照度を測定するための照度測定システムの構成の概略を示す説明図である。
【図７】本発明に係る光照射ユニットによる一方向における照度分布を示すグラフである。
【図８】図７における隣接する高圧放電ランプの境界部分の照度分布を示すグラフである。
【図９】比較用の光照射ユニットによる一方向における照度分布を示すグラフである。
【図１０】図９における隣接する高圧放電ランプの境界部分の照度分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の光照射装置において用いられる高圧放電ランプの他の例における構成の概略を一部を拡大して示す、ランプ中心軸に沿った拡大断面図である。
【図１２】本発明の光照射装置において用いられる高圧放電ランプのさらに他の例における構成の概略を一部を拡大して示す、ランプ中心軸に沿った拡大断面図である。
【図１３】従来の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
この光照射装置は、内部に平板状の仕切り板５５により上下に区画されて形成された上部空間部および下部空間部を有し、下部空間部が複数の棒状の高圧放電ランプ１０が配置されるランプ配置空間部５１とされていると共に上部空間部が各々の高圧放電ランプ１０に給電する電源（不図示）などが配置される電装体配置空間部５２とされたケーシング５０を具えている。このケーシング５０は、例えば、適宜の搬送手段（図示せず）によって搬送される被照射物（ワーク）Ｗの搬送方向に直交する方向（図１において左右方向、被照射物Ｗの幅方向）に長尺な全体が略箱型形状のものである。
【００１６】
各々の高圧放電ランプ１０は、図２および図３に示すように、全体が略棒状の放電管１１と、この放電管１１が内部に挿通された状態で放電管１１の管軸に沿って伸びるよう設けられて放電管１１の外周面との間に冷却水が流通される冷却水流路Ｒを形成する例えば円筒状の水冷管２０とを具えた、いわゆる間接水冷型のものであって、例えば波長が２００〜４５０ｎｍである紫外線を含む光を放射する。
【００１７】
放電管１１は、両端が封止された例えば石英ガラスからなるバルブ１２の内部に、各々例えばタングステンからなる一対の棒状の電極１３が対向配置されると共に例えば１ｍｇ／ｃｍ3 以上の水銀およびアルゴンガスなどの希ガスが適宜の量で封入されてなる内管１６と、内周面が内管１６におけるバルブ１２の中央部の外周面に接触状態ないしは密着状態で配置された、例えば石英ガラスからなる外管１８により構成されており、内管１６と外管１８は、内管１６の両端の各々に設けられたランプベース１９を介して接着剤により固定されている。
内管１６における各電極１３は、バルブ１２におけるロッド状の封止部１２Ａに気密に埋設された例えばモリブデンからなる金属箔１４を介して封止部１２Ａの外端より軸方向外方に突出して伸びる外部リード１５に電気的に接続されている。バルブ１２における封止部１２Ａは、例えば、バルブの構成材料である直管状のパイプ体における両端部を溶融状態にして内部を減圧するシュリンクシール法により形成されている。
【００１８】
水冷管２０は、高圧放電ランプ１０から放射される紫外線を透過する材料、例えば石英ガラスにより構成されている。
【００１９】
この高圧放電ランプ１０においては、例えば、長さ方向における両端部の各々に、互いに同一の構成を有する水冷ベース２５が設けられている。各々の水冷ベース２５は、高圧放電ランプ１０の長さ方向に延びる中央貫通孔２６が形成された略円筒状のものであって、この中央貫通孔２６の内周面には、各々内径の大きさの異なる複数の略円柱状空間部を形成する複数の段部が形成されている。
【００２０】
放電管１１は、外管１８の端部部分が内径の大きさが最小の円柱状空間部内に挿入されて水冷ベース２５によって保持されており、外管１８の外周面に設けられた例えばＯ−リング３０Ａよりなるシール部材が最小径段部２７Ａを構成する外方側の平坦面上に位置された状態において、水冷ベース２５における高圧放電ランプ１０の長さ方向外方側の端面に螺子３１により取り付けられる円環状のプレート３２によって外管１８の外径より大きい内径を有する円筒状のワッシャ３３を介してＯ−リング３０Ａが押圧されて弾性的に変形され、これにより、水冷ベース２５に対して水密状態で固定されている。
また、水冷管２０は、その端部部分が内径の大きさが２番目に大きい円柱状空間部内に挿入されて水冷管２０の端縁面が最大径段部２７Ｂを構成する平坦面に対接された状態で、水冷ベース２５によって保持されており、水冷管２０の外周面に設けられた例えばＯ−リング３０Ｂよりなるシール部材が最大径段部２７Ｂを構成する内方側の平坦面上に位置された状態において、水冷ベース２５における高圧放電ランプ１０の長さ方向内方側の端面に螺子３１により取り付けられる円環状のプレート３２によって水冷管２０の外径より大きい内径を有する円筒状のワッシャ３３を介してＯ−リング３０Ｂが押圧されて弾性的に変形され、これにより、水冷ベース２５に対して水密状態で固定されている。
【００２１】
また、各々の水冷ベース２５の外周面には、例えば冷却水を導入または排出するためのプラグ３５Ａ，３５Ｂが径方向外方に向かって延びるよう穿設されており、一方の水冷ベース２５におけるプラグ３５Ａから導入された冷却水が冷却水流路Ｒ内を外管１８の外周面に沿って流通されて他方の水冷ベース２５におけるプラグ３５Ｂが排出され、これにより、ランプ点灯時において高圧放電ランプ１０を冷却する水冷機構が構成されている。
【００２２】
而して、上記の高圧放電ランプ１０の各々には、例えば長さ方向における両端部の各々に遮光体４０が設けられている。
この実施の形態に係る光照射装置においては、スリーブ状の遮光体４０が、バルブ１２におけるランプ点灯時間の経過に伴って黒化現象が生じうる部分、例えば電極周辺近傍の内壁部分の周囲を覆うよう、水冷管２０の内周面に挿入されて設けられている。具体的には、遮光体４０は、その一端部に形成されたフランジ部４１が水冷ベース２５における最大径段部２７Ｂを構成する平坦面と水冷管２０の端縁面との間で挟持されて保持固定されている。このように、遮光体４０が冷却水流通路Ｒ内に位置された構成とされていることにより、遮光体４０をランプ点灯時において冷却水によって直接冷却することができるので、遮光体４０自体が劣化または破損することを防止することができる。
【００２３】
遮光体４０を構成する材料としては、例えばアルミニウム、ステンレスなどの金属材料やセラミックス材料を用いることができる。
遮光体４０の厚みは、例えば１ｍｍ以下、０．１〜１．０ｍｍの範囲内である。
【００２４】
遮光体４０は、高圧放電ランプ１０の長さ方向における、内端縁の位置と電極１３の先端位置との間の離間距離が例えば２０ｍｍ以下、例えば５〜２０ｍｍとなる状態で、設けられていることが好ましい。これにより、ランプ点灯時間の経過に伴って黒化現象が生じうる部分からの発光を確実に遮光することができる。
【００２５】
この光照射装置においては、各々の高圧放電ランプ１０の、光照射方向（図１において下方）に対して背面側に、例えば断面が楕円面状の反射面を有する樋状の反射鏡６０が高圧放電ランプ１０の長さ方向に沿って延びるよう配置されている。なお、この反射鏡６０は、目的とする波長の紫外光のみを反射させ、不要な可視光および赤外光を透過させるコールドミラーコーティングが施されてなるものであってもよい。
【００２６】
而して、この光照射装置においては、ケーシング５０におけるランプ配置空間部５１に、例えば互いに同一の構成を有する複数の上記高圧放電ランプ１０が、各々のランプ中心軸Ｃが一方向（搬送されるワークＷの幅方向）に延びる状態で当該一方向に並んで配置されており、隣接する２つの高圧放電ランプの一方が他方に対して、均一な照度分布が得られるよう一方向に調整された位置に配列されている。
具体的には、図４（Ａ）を参照して説明すると、被照射物Ｗの搬送方向（図１において紙面に垂直な方向）から見たときに互いに隣接する２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）におけるランプ中心軸Ｃが他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）におけるランプ中心軸Ｃに対して、一方向に直交する方向（被照射物Ｗの搬送方向）に変位されて位置され、さらに、一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）と他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）の一部が被照射物Ｗの搬送方向において重なる状態、例えば千鳥状に配置されており、これにより、一方向（被照射物Ｗの幅方向）において均一な照度分布が得られる状態とされている。「均一な照度分布」とは、被照射物の搬送方向における積算照度の平均値が±１０％以内となる程度の均一性を有することをいう。
【００２７】
而して、上記構成の光照射装置によれば、両端部の各々に遮光体４０が設けられた複数の高圧放電ランプ１０が、均一な照度分布が得られるよう、互いに隣接する２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）におけるランプ中心軸が他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）におけるランプ中心軸Ｃに対して、一方向に直交する方向（被照射物Ｗの搬送方向）に変位されて位置され、さらに、一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）と他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）の一部が被照射物Ｗの搬送方向において重なる状態で、配置された構成とされていることにより、ランプ点灯時間の経過に伴って照度が低下する端部領域からの発光を利用していないので、ランプ点灯時間の経過に伴うバルブの黒化現象の発生の有無に拘らず、ランプ点灯初期時と同様の均一な照度分布を長時間の間安定して得ることができる。
【００２８】
また、高圧放電ランプ１０の各々が、バルブ１２の外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路Ｒを形成する水冷管２０を有し、遮光体４０が水冷管２０の内周面に設けられた構成とされていることにより、ランプ点灯時において遮光体４０を冷却水によって直接冷却することができるので、高圧放電ランプ１０からの光照射により加熱されて遮光体４０自体が劣化または破損することを防止することができ、従って、遮光体４０の所期の機能を長時間の間維持することができ、上記効果を確実に得ることができる。
【００２９】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
図４に示すように、図２および図３に示す構成を有する３本の間接水冷型の高圧放電ランプ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを、各々のランプ中心軸Ｃが同一の水平面内で一方向に延びる状態で、ランプ中心軸Ｃからの下方に１００ｍｍの位置（実際の光照射装置において被照射物の光照射面に相当する位置）において均一な照度分布が得られるよう千鳥状に配置した本発明に係る光照射ユニットを作製した。また、図５に示すように、図２および図３に示す構成の高圧放電ランプにおいて、遮光体を有さないことの他は図２および図３に示す構成のものと同一の構成を有する３本の高圧放電ランプ１０１，１０２，１０３を、各々のランプ中心軸Ｃが同一の水平面内で一方向に延びる状態で、ランプ中心軸Ｃからの下方に１００ｍｍの位置（実際の光照射装置において被照射物の光照射面に相当する位置）において均一な照度分布が得られるよう千鳥状に配置した比較用の光照射ユニットを作製した。各光照射ユニットの仕様は次に示す通りである。
各光照射ユニットにおいて、高圧放電ランプの配置位置は、図６に示すように、高圧放電ランプ１０のランプ中心軸Ｃからの下方に１００ｍｍの位置に配置された搬送機６５上に照度計６６を配置し、照度計６６を一方向に直交する方向（図４および図５において上下方向）に移動させて積算照度を測定する照度測定を、一方向における所定の間隔毎の複数箇所の測定位置について行い、すべての測定位置における積算照度値が平均値に対して±１０％以内の範囲内に収まるよう、設定した。
【００３０】
〔高圧放電ランプ（１０）〕
バルブ（１２）：石英ガラス製、中央部の内径がφ６ｍｍ、肉厚が２ｍｍ、全長が３６０ｍｍ、
外管（１８）：石英ガラス製、内径がφ１０ｍｍ、外径がφ１３ｍｍ、全長が３８０ｍｍ、
水冷管（２０）：石英ガラス製、内径がφ１６ｍｍ、肉厚が２ｍｍ、全長が３５０ｍｍ、
電極（１３）：タングステン製、電極間距離２５０ｍｍ、放電空間内に位置される電極部分の長さ３ｍｍ、
封入物：水銀；５．０ｍｇ／ｃｍ3 、アルゴンガス；１０ｋＰａ、
遮光体（４０）：アルミニウム製、外径がφ１６ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍ、高圧放電ランプの長さ方向における内側の端縁面の位置と電極先端面との離間距離（図４（Ｂ）におけるＬ１）が２０ｍｍ（高圧放電ランプの有効発光長が２１０ｍｍ）、
定格電圧；１０００Ｖ、定格電流；６Ａ、
【００３１】
〔本発明に係る光照射ユニット〕
隣接する２つの高圧放電ランプの、一方の高圧放電ランプ１０Ａの遮光領域と、他方の高圧放電ランプ１０Ｂの遮光領域とが重なる領域の一方向における寸法（図４（Ｂ）におけるＬ２）が１０ｍｍであり、一方の高圧放電ランプ１０Ａの電極先端面と他方の高圧放電ランプ１０Ｂの電極先端面との一方向における離間距離（図４（Ｂ）におけるＬ３）が３０ｍｍである。また、一方の高圧放電ランプ１０Ａにおけるランプ中心軸Ｃと他方の高圧放電ランプ１０Ｂにおけるランプ中心軸Ｃとの離間距離（図４（Ｂ）におけるＬ４）が１５０ｍｍである。また、高圧放電ランプ１０Ｂと高圧放電ランプ１０Ｃとの位置関係についても、高圧放電ランプ１０Ａと高圧放電ランプ１０Ｂとの位置関係と同様である。 各々の高圧放電ランプの、光照射方向に対して背面側の位置には、断面が楕円状の光反射面を有する樋状の反射鏡を各高圧放電ランプのランプ中心軸に沿って伸びるよう設けた。
【００３２】
〔比較用の光照射ユニット〕
隣接する２つの高圧放電ランプの、一方の高圧放電ランプ１０１の電極先端面と他方の高圧放電ランプ１０２の電極先端面との一方向における離間距離（図５（Ｂ）におけるＬ５）が１０ｍｍであり、一方の高圧放電ランプ１０１におけるランプ中心軸Ｃと他方の高圧放電ランプ１０２におけるランプ中心軸Ｃとの離間距離（図５（Ｂ）におけるＬ６）が１５０ｍｍである。また、高圧放電ランプ１０２と高圧放電ランプ１０３との位置関係についても、高圧放電ランプ１０１と高圧放電ランプ１０２との位置関係と同様である。
各々の高圧放電ランプの、光照射方向に対して背面側の位置には、断面が楕円状の光反射面を有する樋状の反射鏡を各高圧放電ランプのランプ中心軸に沿って伸びるよう設けた。
【００３３】
本発明に係る光照射ユニットおよび比較用の光照射ユニットの各々について、図６に示す照度測定システムによって、波長３６５ｎｍの光の積算照度を照度計によって測定し、各々の高圧放電ランプのランプ中心軸に沿った一方向（搬送機による照度計の搬送方向）における照度分布の均一性の、ランプ点灯時間の経過に伴う変化の程度を調べた。ここに、各々の高圧放電ランプの点灯条件は、アーク長１ｃｍあたりのランプ入力を２４０Ｗ／ｃｍ、冷却水流路に流通される冷却水の流量を１０リットル／ｍｉｎとした。
【００３４】
図７は、本発明に係る光照射ユニットによる一方向における積算照度分布を示すグラフ、図８は、図７における隣接する高圧放電ランプの境界部分の積算照度分布を示すグラフである。図７および図８において、曲線（Ａ）がランプ点灯初期時の積算照度分布を示し、曲線（Ｂ）がランプ点灯時間が２０００時間を経過したときの積算照度分布を示す。
この結果から明らかなように、本発明に係る光照射ユニットによれば、点灯初期時の積算照度分布の均一性が長時間の間にわたって維持されることが確認された。この理由は、予め端部に遮光体が設けられた複数の高圧放電ランプを、隣接する高圧放電ランプの各々の端部領域からの発光を利用せずに均一な照度分布が得られるよう、配列した構成とすることにより、ランプ点灯時間の経過に伴うバルブの黒化現象の発生の有無に拘らず、ランプ点灯初期時の照度分布の均一性が維持することができたものと考えられる。また、遮光体は、高圧放電ランプからの紫外線を受けることによって加熱されることになるが、冷却水によって直接的に冷却されるため、遮光体それ自体が劣化または破損することが回避されて所期の機能が長時間の間維持された点も、照度分布の均一性が維持される理由として考えられる。
【００３５】
一方、図９および図１０に示すように、比較用の光照射ユニットにおいては、一方向における積算照度分布における積算照度値の最大値と最小値との差が平均値に対して１０％程度の範囲内に収まる均一度を有していたランプ点灯初期時（図９および図１０における曲線（Ａ））に対して、ランプ点灯時間が１０００時間を経過した時点（図９および図１０における曲線（Ｂ））で、積算照度値の最大値と最小値との差が平均値に対して２０％程度の大きさとなり、積算照度分布における均一度が低下することが確認された。この理由は、図９および図１０から明らかなように、隣接する高圧放電ランプの各々の端部領域（境界部分）における積算照度が低下したためであり、ランプ点灯時間が１０００時間を経過した時点の高圧放電ランプの端部領域を目視で観察したところ、電極の先端の周囲に位置されるバルブの内壁部分に黒化が生じていることが確認された。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、上記の実施の形態に係る高圧放電ランプにおいては、長さ方向における両端部の各々に遮光体が設けられた構成とされているが、複数の高圧放電ランプが並ぶ一方向の最外側に位置される高圧放電ランプにおいては、他の高圧放電ランプに隣接する一方の端部のみに遮光体が設けられた構成とされていてもよい。また、遮光体は、スリーブ状のものに限定されず、例えば蒸着膜により構成されていてもよい。
【００３７】
また、遮光体が配置される位置は、水冷管の内周面に限定されるものではなく、高圧放電ランプの端部領域からの発光を遮光することのできる位置であればよい。
例えば、図１１に示すように、遮光体４０が放電管１１を構成する外管１８の外周面に設けられた構成とされていてもよい。この高圧放電ランプ１０においては、スリーブ状の遮光体４０が、内部に放電管１１を構成する外管１８の端部部分が挿入された状態で、水冷ベース２５における最小径段部２７Ａを構成する円柱状空間部内に挿入されて保持されている。また、図１２に示すように、遮光体４０が水冷管２０の外周面に設けられた構成とされていてもよい。この高圧放電ランプ１０においては、スリーブ状の遮光体４０が、内部に水冷管２０の端部部分が挿入された状態で、その一端部に形成されたフランジ部４１が水冷ベース２５における内方側の端面に対接された状態で螺子３１により固定されている。
【００３８】
さらにまた、高圧放電ランプは二重管構造のものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 高圧放電ランプ
１０１，１０２，１０３ 高圧放電ランプ
１１ 放電管
１２ バルブ
１２Ａ 封止部
１３ 電極
１４ 金属箔
１５ 外部リード
１６ 内管
１８ 外管
Ｃ ランプ中心軸
１９ ランプベース
２０ 水冷管
Ｒ 冷却水流路
２５ 水冷ベース
２６ 中央貫通孔
２７Ａ 最小径段部
２７Ｂ 最大径段部
３０Ａ，３０Ｂ Ｏ−リング
３１ 螺子
３２ プレート
３３ ワッシャ
３５Ａ, ３５Ｂ プラグ
４０ 遮光体
４１ フランジ部
５０ ケーシング
５１ ランプ配置空間部
５２ 電装体配置空間部
５５ 仕切り板
６０ 反射鏡
６５ 搬送機
６６ 照度計
７０ 高圧放電ランプ
７１ 放電管
７２ 内管
７２Ａ 封止部
７３ 電極
７４ 金属箔
７５ 外部リード
７７ 外管
７８ ベース
８０ 冷却管
８５ 冷却水供給流路形成部材
８６ 冷却水排出流路形成部材
８８，８９ 口締め部
９０ 反射鏡
９５ マスクステージ
９６ ワークステージ
Ｗ 被照射物（ワーク）
Ｍ マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクや塗料の乾燥、樹脂の硬化処理に使用する光化学反応用装置の紫外線照射光源や、半導体基板や液晶ディスプレイ用の液晶基板を露光する露光装置の紫外線照射光源としては、例えば２００〜４００ｎｍの波長領域のいずれかにピークを有する、長尺なロングアーク型の高圧放電ランプが用いられている。この種の高圧放電ランプにおいては、ランプ自体の破損防止のためや、被処理物への熱的影響を回避するために、冷却されて使用されることが検討されている。
例えば、この冷却を効果的に行うことができる構造をもつロングアーク型高圧放電ランプとして、放電管の外周に外管を接触状態ないし密着状態に設け、外管の周囲を冷却することによって、放電管を間接的に冷却する構成のものが知られている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
図１３は、従来の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
この光照射装置は、例えば石英ガラスからなる円筒状の外管７７と、この外管７７の内部において、外周面の少なくとも一部が外管７７の内周面に接触状態ないしは密着状態で配置された全体が棒状の放電管７１とにより構成された二重管構造のロングアーク型の高圧放電ランプ７０を光源として具えている。
放電管７１は、両端が封止された、例えば石英ガラスからなる直管状の内管７２の内部に、各々例えばタングステンからなる一対の棒状の電極７３が対向配置されると共に水銀および希ガスが適宜の量で封入されてなり、各電極７３が内管７２に形成されたロッド状の封止部７２Ａに気密に埋設された例えばモリブデンからなる金属箔７４を介して封止部７２Ａの外端より軸方向外方に突出して伸びる外部リード７５に電気的に接続されている。内管７２と外管７７は、両端部において、ベース７８を介して接着剤により固定されている。
この光照射装置は、高圧放電ランプ７０が内部に挿通された状態で高圧放電ランプ７０の管軸に沿って伸びるよう設けられ、これにより、高圧放電ランプ７０の外周面との間に冷却水が流過される冷却水流路Ｒを形成する円筒状の冷却管８０と、高圧放電ランプ７０および冷却管８０の両端に配置された、内部空間が高圧放電ランプ７０と冷却管８０との間の冷却水流路Ｒに連通する管状の冷却水供給流路形成部材８５および冷却水排出流路形成部材８６とにより構成された冷却機構を有する。高圧放電ランプ７０および冷却管８０は、例えば管軸が水平方向に伸びる姿勢で、両端部が冷却水供給流路形成部材８５および冷却水排出流路形成部材８６に接続された状態で、軸方向内方側の口締め部８８によって例えばＯリング（図示せず）を介して冷却管８０の外周面が保持固定されていると共に軸方向外方側の口締め部８９によって例えばＯリング（図示せず）を介して高圧放電ランプ７０の外周面が保持固定されている。
そして、高圧放電ランプ７０の光照射方向に対して背面側の位置には、反射鏡９０が設けられ、高圧放電ランプ７０からの光は、下方のマスクステージ９５に支持されたマスクＭを介して、ワークステージ９６上の被照射物Ｗに照射される。
【０００４】
近年、例えば液晶表示装置の大型化に伴い、液晶基板も幅寸法が大きいものが要求されるが、１本の棒状の高圧放電ランプでは、大面積の照射エリアをカバーすることが困難であるため、実際上は、棒状の高圧放電ランプの複数を、ワークの搬送路のレベルより上方のレベル位置において、ワークの幅方向（棒状の放電ランプの長さ方向）に並べると共に、隣接する高圧放電ランプの端部が干渉しないよう、互いに搬送方向に変位させた状態（例えば千鳥状）で配置し、これにより、ワークに対する積算光量がワークの幅方向において均一となるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４６９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
而して、複数のロングアーク型の高圧放電ランプをその長さ方向に並べて配置した構成のものにおいては、互いに隣接する２本の高圧放電ランプの境界領域（発光端部領域）において照度が不均一になることが回避されることが必要とされるところ、初期に境界領域の照度が均一であっても、点灯時間の経過と共に境界領域の照度が低下し、高圧放電ランプそれ自体の寿命より短い時間で、均一な照度分布を維持することができなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明者らは、境界領域の照度が低下する理由は、バルブにおける高圧放電ランプの電極の近傍を包囲する部分に黒化現象が生じるためであると推測し、高圧放電ランプの端部領域からの発光を利用しないようにすることにより、高圧放電ランプそれ自体の寿命まで、均一な照度分布が安定して得られるものと考え、本発明を完成させるに至った。
本発明の目的は、複数本の棒状の高圧放電ランプが各々のランプ中心軸が互いに同方向に延びるよう長さ方向に並んで配置されてなる構成のものにおいて、ランプ点灯初期時と同様の均一な照度分布が長時間の間安定して得られる光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光照射装置は、各々バルブの内部に一対の電極が対向配置された複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された光照射装置において、
隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう前記一方向に調整された位置に配列されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光照射装置においては、隣接する２つの高圧放電ランプの各々のランプ中心軸が、一方のランプ中心軸が他方のランプ中心軸に対して、前記一方向に直交する方向に同一の水平面内で変位されて配置された構成とすることができる。
【００１０】
また、本発明の光照射装置においては、前記高圧放電ランプの各々は、前記バルブの外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、前記遮光体が前記水冷管の内周面または外周面に設けられた構成、あるいは、前記高圧放電ランプの各々は、内部に前記バルブがその外周面の少なくとも一部が接触状態ないしは密着状態で配置された外管を有すると共に、当該外管の外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、前記遮光体が、前記水冷管の内周面または外周面、あるいは前記外管の外周面に設けられた構成とすることができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の光照射装置においては、前記遮光体が金属よりなる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光照射装置によれば、複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された構成のものにおいて、隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう一方向に調整された位置に配列された構成とされていることにより、ランプ点灯時間の経過に伴って照度が低下する端部領域からの発光を利用していないので、ランプ点灯初期時と同様の均一な照度分布を長時間の間安定して得ることができる。
【００１３】
また、高圧放電ランプの各々が、バルブの外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、遮光体が水冷管の内周面に設けられた構成のものである場合には、ランプ点灯時において遮光体を冷却水によって直接冷却することができるので、高圧放電ランプからの光照射により加熱されて遮光体自体が劣化または破損することを防止することができ、従って、遮光体の所期の機能を長時間の間維持することができ、上記効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】本発明の光照射装置において用いられる高圧放電ランプの一例における構成の概略を示す、ランプ中心軸に沿った断面図である。
【図３】図２に示す高圧放電ランプの一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】（Ａ）実験例１において作製した光照射ユニットにおける高圧放電ランプの配列状態を示す説明図、（Ｂ）隣接する高圧放電ランプの各々の端部の位置関係を示す説明図である。
【図５】（Ａ）実験例１において作製した比較用の光照射ユニットにおける高圧放電ランプの配列状態を示す説明図、（Ｂ）隣接する高圧放電ランプの各々の端部の位置関係を示す説明図である。
【図６】実験例１において作製した各光照射ユニットによる積算照度を測定するための照度測定システムの構成の概略を示す説明図である。
【図７】本発明に係る光照射ユニットによる一方向における照度分布を示すグラフである。
【図８】図７における隣接する高圧放電ランプの境界部分の照度分布を示すグラフである。
【図９】比較用の光照射ユニットによる一方向における照度分布を示すグラフである。
【図１０】図９における隣接する高圧放電ランプの境界部分の照度分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の光照射装置において用いられる高圧放電ランプの他の例における構成の概略を一部を拡大して示す、ランプ中心軸に沿った拡大断面図である。
【図１２】本発明の光照射装置において用いられる高圧放電ランプのさらに他の例における構成の概略を一部を拡大して示す、ランプ中心軸に沿った拡大断面図である。
【図１３】従来の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の光照射装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
この光照射装置は、内部に平板状の仕切り板５５により上下に区画されて形成された上部空間部および下部空間部を有し、下部空間部が複数の棒状の高圧放電ランプ１０が配置されるランプ配置空間部５１とされていると共に上部空間部が各々の高圧放電ランプ１０に給電する電源（不図示）などが配置される電装体配置空間部５２とされたケーシング５０を具えている。このケーシング５０は、例えば、適宜の搬送手段（図示せず）によって搬送される被照射物（ワーク）Ｗの搬送方向に直交する方向（図１において左右方向、被照射物Ｗの幅方向）に長尺な全体が略箱型形状のものである。
【００１６】
各々の高圧放電ランプ１０は、図２および図３に示すように、全体が略棒状の放電管１１と、この放電管１１が内部に挿通された状態で放電管１１の管軸に沿って伸びるよう設けられて放電管１１の外周面との間に冷却水が流通される冷却水流路Ｒを形成する例えば円筒状の水冷管２０とを具えた、いわゆる間接水冷型のものであって、例えば波長が２００〜４５０ｎｍである紫外線を含む光を放射する。
【００１７】
放電管１１は、両端が封止された例えば石英ガラスからなるバルブ１２の内部に、各々例えばタングステンからなる一対の棒状の電極１３が対向配置されると共に例えば１ｍｇ／ｃｍ3 以上の水銀およびアルゴンガスなどの希ガスが適宜の量で封入されてなる内管１６と、内周面が内管１６におけるバルブ１２の中央部の外周面に接触状態ないしは密着状態で配置された、例えば石英ガラスからなる外管１８により構成されており、内管１６と外管１８は、内管１６の両端の各々に設けられたランプベース１９を介して接着剤により固定されている。
内管１６における各電極１３は、バルブ１２におけるロッド状の封止部１２Ａに気密に埋設された例えばモリブデンからなる金属箔１４を介して封止部１２Ａの外端より軸方向外方に突出して伸びる外部リード１５に電気的に接続されている。バルブ１２における封止部１２Ａは、例えば、バルブの構成材料である直管状のパイプ体における両端部を溶融状態にして内部を減圧するシュリンクシール法により形成されている。
【００１８】
水冷管２０は、高圧放電ランプ１０から放射される紫外線を透過する材料、例えば石英ガラスにより構成されている。
【００１９】
この高圧放電ランプ１０においては、例えば、長さ方向における両端部の各々に、互いに同一の構成を有する水冷ベース２５が設けられている。各々の水冷ベース２５は、高圧放電ランプ１０の長さ方向に延びる中央貫通孔２６が形成された略円筒状のものであって、この中央貫通孔２６の内周面には、各々内径の大きさの異なる複数の略円柱状空間部を形成する複数の段部が形成されている。
【００２０】
放電管１１は、外管１８の端部部分が内径の大きさが最小の円柱状空間部内に挿入されて水冷ベース２５によって保持されており、外管１８の外周面に設けられた例えばＯ−リング３０Ａよりなるシール部材が最小径段部２７Ａを構成する外方側の平坦面上に位置された状態において、水冷ベース２５における高圧放電ランプ１０の長さ方向外方側の端面に螺子３１により取り付けられる円環状のプレート３２によって外管１８の外径より大きい内径を有する円筒状のワッシャ３３を介してＯ−リング３０Ａが押圧されて弾性的に変形され、これにより、水冷ベース２５に対して水密状態で固定されている。
また、水冷管２０は、その端部部分が内径の大きさが２番目に大きい円柱状空間部内に挿入されて水冷管２０の端縁面が最大径段部２７Ｂを構成する平坦面に対接された状態で、水冷ベース２５によって保持されており、水冷管２０の外周面に設けられた例えばＯ−リング３０Ｂよりなるシール部材が最大径段部２７Ｂを構成する内方側の平坦面上に位置された状態において、水冷ベース２５における高圧放電ランプ１０の長さ方向内方側の端面に螺子３１により取り付けられる円環状のプレート３２によって水冷管２０の外径より大きい内径を有する円筒状のワッシャ３３を介してＯ−リング３０Ｂが押圧されて弾性的に変形され、これにより、水冷ベース２５に対して水密状態で固定されている。
【００２１】
また、各々の水冷ベース２５の外周面には、例えば冷却水を導入または排出するためのプラグ３５Ａ，３５Ｂが径方向外方に向かって延びるよう穿設されており、一方の水冷ベース２５におけるプラグ３５Ａから導入された冷却水が冷却水流路Ｒ内を外管１８の外周面に沿って流通されて他方の水冷ベース２５におけるプラグ３５Ｂが排出され、これにより、ランプ点灯時において高圧放電ランプ１０を冷却する水冷機構が構成されている。
【００２２】
而して、上記の高圧放電ランプ１０の各々には、例えば長さ方向における両端部の各々に遮光体４０が設けられている。
この実施の形態に係る光照射装置においては、スリーブ状の遮光体４０が、バルブ１２におけるランプ点灯時間の経過に伴って黒化現象が生じうる部分、例えば電極周辺近傍の内壁部分の周囲を覆うよう、水冷管２０の内周面に挿入されて設けられている。具体的には、遮光体４０は、その一端部に形成されたフランジ部４１が水冷ベース２５における最大径段部２７Ｂを構成する平坦面と水冷管２０の端縁面との間で挟持されて保持固定されている。このように、遮光体４０が冷却水流通路Ｒ内に位置された構成とされていることにより、遮光体４０をランプ点灯時において冷却水によって直接冷却することができるので、遮光体４０自体が劣化または破損することを防止することができる。
【００２３】
遮光体４０を構成する材料としては、例えばアルミニウム、ステンレスなどの金属材料やセラミックス材料を用いることができる。
遮光体４０の厚みは、例えば１ｍｍ以下、０．１〜１．０ｍｍの範囲内である。
【００２４】
遮光体４０は、高圧放電ランプ１０の長さ方向における、内端縁の位置と電極１３の先端位置との間の離間距離が例えば２０ｍｍ以下、例えば５〜２０ｍｍとなる状態で、設けられていることが好ましい。これにより、ランプ点灯時間の経過に伴って黒化現象が生じうる部分からの発光を確実に遮光することができる。
【００２５】
この光照射装置においては、各々の高圧放電ランプ１０の、光照射方向（図１において下方）に対して背面側に、例えば断面が楕円面状の反射面を有する樋状の反射鏡６０が高圧放電ランプ１０の長さ方向に沿って延びるよう配置されている。なお、この反射鏡６０は、目的とする波長の紫外光のみを反射させ、不要な可視光および赤外光を透過させるコールドミラーコーティングが施されてなるものであってもよい。
【００２６】
而して、この光照射装置においては、ケーシング５０におけるランプ配置空間部５１に、例えば互いに同一の構成を有する複数の上記高圧放電ランプ１０が、各々のランプ中心軸Ｃが一方向（搬送されるワークＷの幅方向）に延びる状態で当該一方向に並んで配置されており、隣接する２つの高圧放電ランプの一方が他方に対して、均一な照度分布が得られるよう一方向に調整された位置に配列されている。
具体的には、図４（Ａ）を参照して説明すると、被照射物Ｗの搬送方向（図１において紙面に垂直な方向）から見たときに互いに隣接する２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）におけるランプ中心軸Ｃが他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）におけるランプ中心軸Ｃに対して、一方向に直交する方向（被照射物Ｗの搬送方向）に変位されて位置され、さらに、一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）と他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）の一部が被照射物Ｗの搬送方向において重なる状態、例えば千鳥状に配置されており、これにより、一方向（被照射物Ｗの幅方向）において均一な照度分布が得られる状態とされている。「均一な照度分布」とは、被照射物の搬送方向における積算照度の平均値が±１０％以内となる程度の均一性を有することをいう。
【００２７】
而して、上記構成の光照射装置によれば、両端部の各々に遮光体４０が設けられた複数の高圧放電ランプ１０が、均一な照度分布が得られるよう、互いに隣接する２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）におけるランプ中心軸が他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）におけるランプ中心軸Ｃに対して、一方向に直交する方向（被照射物Ｗの搬送方向）に変位されて位置され、さらに、一方の高圧放電ランプ１０Ａ（１０Ｂ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）と他方の高圧放電ランプ１０Ｂ（１０Ｃ）における遮光体４０が設けられた領域（遮光領域）の一部が被照射物Ｗの搬送方向において重なる状態で、配置された構成とされていることにより、ランプ点灯時間の経過に伴って照度が低下する端部領域からの発光を利用していないので、ランプ点灯時間の経過に伴うバルブの黒化現象の発生の有無に拘らず、ランプ点灯初期時と同様の均一な照度分布を長時間の間安定して得ることができる。
【００２８】
また、高圧放電ランプ１０の各々が、バルブ１２の外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路Ｒを形成する水冷管２０を有し、遮光体４０が水冷管２０の内周面に設けられた構成とされていることにより、ランプ点灯時において遮光体４０を冷却水によって直接冷却することができるので、高圧放電ランプ１０からの光照射により加熱されて遮光体４０自体が劣化または破損することを防止することができ、従って、遮光体４０の所期の機能を長時間の間維持することができ、上記効果を確実に得ることができる。
【００２９】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
図４に示すように、図２および図３に示す構成を有する３本の間接水冷型の高圧放電ランプ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを、各々のランプ中心軸Ｃが同一の水平面内で一方向に延びる状態で、ランプ中心軸Ｃからの下方に１００ｍｍの位置（実際の光照射装置において被照射物の光照射面に相当する位置）において均一な照度分布が得られるよう千鳥状に配置した本発明に係る光照射ユニットを作製した。また、図５に示すように、図２および図３に示す構成の高圧放電ランプにおいて、遮光体を有さないことの他は図２および図３に示す構成のものと同一の構成を有する３本の高圧放電ランプ１０１，１０２，１０３を、各々のランプ中心軸Ｃが同一の水平面内で一方向に延びる状態で、ランプ中心軸Ｃからの下方に１００ｍｍの位置（実際の光照射装置において被照射物の光照射面に相当する位置）において均一な照度分布が得られるよう千鳥状に配置した比較用の光照射ユニットを作製した。各光照射ユニットの仕様は次に示す通りである。
各光照射ユニットにおいて、高圧放電ランプの配置位置は、図６に示すように、高圧放電ランプ１０のランプ中心軸Ｃからの下方に１００ｍｍの位置に配置された搬送機６５上に照度計６６を配置し、照度計６６を一方向に直交する方向（図４および図５において上下方向）に移動させて積算照度を測定する照度測定を、一方向における所定の間隔毎の複数箇所の測定位置について行い、すべての測定位置における積算照度値が平均値に対して±１０％以内の範囲内に収まるよう、設定した。
【００３０】
〔高圧放電ランプ（１０）〕
バルブ（１２）：石英ガラス製、中央部の内径がφ６ｍｍ、肉厚が２ｍｍ、全長が３６０ｍｍ、
外管（１８）：石英ガラス製、内径がφ１０ｍｍ、外径がφ１３ｍｍ、全長が３８０ｍｍ、
水冷管（２０）：石英ガラス製、内径がφ１６ｍｍ、肉厚が２ｍｍ、全長が３５０ｍｍ、
電極（１３）：タングステン製、電極間距離２５０ｍｍ、放電空間内に位置される電極部分の長さ３ｍｍ、
封入物：水銀；５．０ｍｇ／ｃｍ3 、アルゴンガス；１０ｋＰａ、
遮光体（４０）：アルミニウム製、外径がφ１６ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍ、高圧放電ランプの長さ方向における内側の端縁面の位置と電極先端面との離間距離（図４（Ｂ）におけるＬ１）が２０ｍｍ（高圧放電ランプの有効発光長が２１０ｍｍ）、
定格電圧；１０００Ｖ、定格電流；６Ａ、
【００３１】
〔本発明に係る光照射ユニット〕
隣接する２つの高圧放電ランプの、一方の高圧放電ランプ１０Ａの遮光領域と、他方の高圧放電ランプ１０Ｂの遮光領域とが重なる領域の一方向における寸法（図４（Ｂ）におけるＬ２）が１０ｍｍであり、一方の高圧放電ランプ１０Ａの電極先端面と他方の高圧放電ランプ１０Ｂの電極先端面との一方向における離間距離（図４（Ｂ）におけるＬ３）が３０ｍｍである。また、一方の高圧放電ランプ１０Ａにおけるランプ中心軸Ｃと他方の高圧放電ランプ１０Ｂにおけるランプ中心軸Ｃとの離間距離（図４（Ｂ）におけるＬ４）が１５０ｍｍである。また、高圧放電ランプ１０Ｂと高圧放電ランプ１０Ｃとの位置関係についても、高圧放電ランプ１０Ａと高圧放電ランプ１０Ｂとの位置関係と同様である。 各々の高圧放電ランプの、光照射方向に対して背面側の位置には、断面が楕円状の光反射面を有する樋状の反射鏡を各高圧放電ランプのランプ中心軸に沿って伸びるよう設けた。
【００３２】
〔比較用の光照射ユニット〕
隣接する２つの高圧放電ランプの、一方の高圧放電ランプ１０１の電極先端面と他方の高圧放電ランプ１０２の電極先端面との一方向における離間距離（図５（Ｂ）におけるＬ５）が１０ｍｍであり、一方の高圧放電ランプ１０１におけるランプ中心軸Ｃと他方の高圧放電ランプ１０２におけるランプ中心軸Ｃとの離間距離（図５（Ｂ）におけるＬ６）が１５０ｍｍである。また、高圧放電ランプ１０２と高圧放電ランプ１０３との位置関係についても、高圧放電ランプ１０１と高圧放電ランプ１０２との位置関係と同様である。
各々の高圧放電ランプの、光照射方向に対して背面側の位置には、断面が楕円状の光反射面を有する樋状の反射鏡を各高圧放電ランプのランプ中心軸に沿って伸びるよう設けた。
【００３３】
本発明に係る光照射ユニットおよび比較用の光照射ユニットの各々について、図６に示す照度測定システムによって、波長３６５ｎｍの光の積算照度を照度計によって測定し、各々の高圧放電ランプのランプ中心軸に沿った一方向（搬送機による照度計の搬送方向）における照度分布の均一性の、ランプ点灯時間の経過に伴う変化の程度を調べた。ここに、各々の高圧放電ランプの点灯条件は、アーク長１ｃｍあたりのランプ入力を２４０Ｗ／ｃｍ、冷却水流路に流通される冷却水の流量を１０リットル／ｍｉｎとした。
【００３４】
図７は、本発明に係る光照射ユニットによる一方向における積算照度分布を示すグラフ、図８は、図７における隣接する高圧放電ランプの境界部分の積算照度分布を示すグラフである。図７および図８において、曲線（Ａ）がランプ点灯初期時の積算照度分布を示し、曲線（Ｂ）がランプ点灯時間が２０００時間を経過したときの積算照度分布を示す。
この結果から明らかなように、本発明に係る光照射ユニットによれば、点灯初期時の積算照度分布の均一性が長時間の間にわたって維持されることが確認された。この理由は、予め端部に遮光体が設けられた複数の高圧放電ランプを、隣接する高圧放電ランプの各々の端部領域からの発光を利用せずに均一な照度分布が得られるよう、配列した構成とすることにより、ランプ点灯時間の経過に伴うバルブの黒化現象の発生の有無に拘らず、ランプ点灯初期時の照度分布の均一性が維持することができたものと考えられる。また、遮光体は、高圧放電ランプからの紫外線を受けることによって加熱されることになるが、冷却水によって直接的に冷却されるため、遮光体それ自体が劣化または破損することが回避されて所期の機能が長時間の間維持された点も、照度分布の均一性が維持される理由として考えられる。
【００３５】
一方、図９および図１０に示すように、比較用の光照射ユニットにおいては、一方向における積算照度分布における積算照度値の最大値と最小値との差が平均値に対して１０％程度の範囲内に収まる均一度を有していたランプ点灯初期時（図９および図１０における曲線（Ａ））に対して、ランプ点灯時間が１０００時間を経過した時点（図９および図１０における曲線（Ｂ））で、積算照度値の最大値と最小値との差が平均値に対して２０％程度の大きさとなり、積算照度分布における均一度が低下することが確認された。この理由は、図９および図１０から明らかなように、隣接する高圧放電ランプの各々の端部領域（境界部分）における積算照度が低下したためであり、ランプ点灯時間が１０００時間を経過した時点の高圧放電ランプの端部領域を目視で観察したところ、電極の先端の周囲に位置されるバルブの内壁部分に黒化が生じていることが確認された。
【００３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、上記の実施の形態に係る高圧放電ランプにおいては、長さ方向における両端部の各々に遮光体が設けられた構成とされているが、複数の高圧放電ランプが並ぶ一方向の最外側に位置される高圧放電ランプにおいては、他の高圧放電ランプに隣接する一方の端部のみに遮光体が設けられた構成とされていてもよい。また、遮光体は、スリーブ状のものに限定されず、例えば蒸着膜により構成されていてもよい。
【００３７】
また、遮光体が配置される位置は、水冷管の内周面に限定されるものではなく、高圧放電ランプの端部領域からの発光を遮光することのできる位置であればよい。
例えば、図１１に示すように、遮光体４０が放電管１１を構成する外管１８の外周面に設けられた構成とされていてもよい。この高圧放電ランプ１０においては、スリーブ状の遮光体４０が、内部に放電管１１を構成する外管１８の端部部分が挿入された状態で、水冷ベース２５における最小径段部２７Ａを構成する円柱状空間部内に挿入されて保持されている。また、図１２に示すように、遮光体４０が水冷管２０の外周面に設けられた構成とされていてもよい。この高圧放電ランプ１０においては、スリーブ状の遮光体４０が、内部に水冷管２０の端部部分が挿入された状態で、その一端部に形成されたフランジ部４１が水冷ベース２５における内方側の端面に対接された状態で螺子３１により固定されている。
【００３８】
さらにまた、高圧放電ランプは二重管構造のものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 高圧放電ランプ
１０１，１０２，１０３ 高圧放電ランプ
１１ 放電管
１２ バルブ
１２Ａ 封止部
１３ 電極
１４ 金属箔
１５ 外部リード
１６ 内管
１８ 外管
Ｃ ランプ中心軸
１９ ランプベース
２０ 水冷管
Ｒ 冷却水流路
２５ 水冷ベース
２６ 中央貫通孔
２７Ａ 最小径段部
２７Ｂ 最大径段部
３０Ａ，３０Ｂ Ｏ−リング
３１ 螺子
３２ プレート
３３ ワッシャ
３５Ａ, ３５Ｂ プラグ
４０ 遮光体
４１ フランジ部
５０ ケーシング
５１ ランプ配置空間部
５２ 電装体配置空間部
５５ 仕切り板
６０ 反射鏡
６５ 搬送機
６６ 照度計
７０ 高圧放電ランプ
７１ 放電管
７２ 内管
７２Ａ 封止部
７３ 電極
７４ 金属箔
７５ 外部リード
７７ 外管
７８ ベース
８０ 冷却管
８５ 冷却水供給流路形成部材
８６ 冷却水排出流路形成部材
８８，８９ 口締め部
９０ 反射鏡
９５ マスクステージ
９６ ワークステージ
Ｗ 被照射物（ワーク）
Ｍ マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々バルブの内部に一対の電極が対向配置された複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された光照射装置において、
隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう前記一方向に調整された位置に配列されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
隣接する２つの高圧放電ランプの各々のランプ中心軸が、一方のランプ中心軸が他方のランプ中心軸に対して、前記一方向に直交する方向に同一の水平面内で変位されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記高圧放電ランプの各々は、前記バルブの外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、
前記遮光体が前記水冷管の内周面または外周面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記高圧放電ランプの各々は、内部に前記バルブがその外周面の少なくとも一部が接触状態ないしは密着状態で配置された外管を有すると共に、当該外管の外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、
前記遮光体が、前記水冷管の内周面または外周面、あるいは前記外管の外周面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記遮光体が金属よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光照射装置。
【請求項１】
各々バルブの内部に一対の電極が対向配置された複数の棒状の高圧放電ランプが、各々のランプ中心軸が一方向に延びる状態で、当該一方向に並んで配置された光照射装置において、
隣接する２つの高圧放電ランプの各々の端部には、遮光体が設けられており、当該２つの高圧放電ランプの一方の高圧放電ランプが他方の高圧放電ランプに対して、均一な照度分布が得られるよう前記一方向に調整された位置に配列されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
隣接する２つの高圧放電ランプの各々のランプ中心軸が、一方のランプ中心軸が他方のランプ中心軸に対して、前記一方向に直交する方向に同一の水平面内で変位されて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記高圧放電ランプの各々は、前記バルブの外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、
前記遮光体が前記水冷管の内周面または外周面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記高圧放電ランプの各々は、内部に前記バルブがその外周面の少なくとも一部が接触状態ないしは密着状態で配置された外管を有すると共に、当該外管の外周面に沿って冷却水を流通させる冷却水流路を形成する水冷管を有し、
前記遮光体が、前記水冷管の内周面または外周面、あるいは前記外管の外周面に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記遮光体が金属よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１２３７９（Ｐ２０１３−１２３７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３９３０（Ｐ２０１１−１４３９３０）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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