JP5771776B2

JP5771776B2 - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP5771776B2
Application number: JP2010284807A
Authority: JP
Inventors: 田中　隆; 隆田中
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: JP2012134308A

Description

本発明は、予め決められた照射対象に紫外線を照射する紫外線照射装置に関する。

従来、ライン状の光を照射対象に照射する照射装置として、特許文献１には、複数の発光ダイオードが一列に並んで配置され、複数の発光ダイオードから放射された光の放射方向に２つの回折格子が形成された装置が開示されている。特許文献１に記載された照射装置では、２つの回折格子の一方が透明基材の表面に形成され、他方が透明基材の裏面に形成されている。特許文献１に記載された照明装置は、各発光ダイオードから放射された光を回折格子でライン方向に拡散させることによって、照射対象においてライン方向の照度分布を均一にすることができる。

特許第３６５９７７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された照射装置には、ライン方向と直交する幅方向の配光を規定していないという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為され、本発明の目的は、回折光学素子の両面に回折格子パターンが形成された構造で、照射対象にライン状に照射される紫外線の幅方向の配光を精度よく制御することができる紫外線照射装置を提供することにある。

本発明の紫外線照射装置は、予め決められた照射対象に紫外線を照射する紫外線照射装置であって、一列に並んで配置され、各々に設けられたＬＥＤが電流供給されると前記紫外線を放射する複数のＬＥＤモジュールと、前記複数のＬＥＤモジュールに対して当該複数のＬＥＤモジュールから放射された前記紫外線の放射方向に設けられ、当該紫外線を回折する回折光学素子とを備え、前記回折光学素子は、前記照射対象に照射される前記紫外線が前記複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向に細長くライン状になるように、前記複数のＬＥＤモジュールから放射された前記紫外線の入射面および出射面の各面に、当該紫外線の放射方向と直交する断面において当該紫外線の幅を一定にする回折格子パターンが形成されており、前記回折格子パターンは、前記複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向に沿って複数の溝が形成され、前記複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向において、断面形状が同じであることを特徴とする。

この紫外線照射装置において、前記複数のＬＥＤモジュールは、当該複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向において、２以上の前記ＬＥＤモジュールから放射された前記紫外線の少なくとも一部を重ね合わせて前記照射対象に照射するように配置されていることが好ましい。

本発明によれば、回折光学素子の入射面および出射面に形成された２つの回折格子パターンを用いて、照射対象にライン状に照射される紫外線の幅方向の配光を精度よく制御することができる。

実施形態１に係る紫外線照射装置の要部を示す概略図である。同上に係る紫外線照射装置の電気的な構成を示すブロック図である。同上に係る紫外線照射装置に用いられる回折光学素子を説明する説明図である。同上に係る紫外線照射装置に用いられる回折光学素子であって、（ａ）は出射面の回折格子パターンを示す部分拡大図、（ｂ）は入射面の回折格子パターンを示す部分拡大図である。１個当たりのＬＥＤモジュールから放射された紫外線について、（ａ）は幅方向の強度分布を示す特性図、（ｂ）はライン方向の強度分布を示す特性図である。１個のＬＥＤモジュールから放射された紫外線の配光を示す概略図である。実施形態２に係る紫外線照射装置に用いられる回折光学素子の要部であって、（ａ）は出射面の回折格子パターンを示す部分拡大図、（ｂ）は入射面の回折格子パターンを示す部分拡大図である。同上に係る紫外線照射装置において紫外線の回折について説明する説明図である。

以下の実施形態１，２では、予め決められた照射対象に紫外線を照射する紫外線照射装置について説明する。

（実施形態１）
実施形態１に係る紫外線照射装置は、図２に示すように、紫外線を外部に放射する複数のＬＥＤモジュール１と、各ＬＥＤモジュール１に直流電力を供給する直流電源２と、直流電源２を制御して各ＬＥＤモジュール１への供給電力を制御する制御部３とを備えている。また、本実施形態の紫外線照射装置は、図１に示すように、各々がＬＥＤモジュール１から放射された紫外線を回折する複数の回折光学素子（Diffractive Optical Element：ＤＯＥ）４をさらに備えている。本実施形態の紫外線照射装置は、予め決められた照射対象５に紫外線を照射する。

複数のＬＥＤモジュール１は、図１のＸ軸方向に一列に並んで配置されている。図示しないが、各ＬＥＤモジュール１は、ＬＥＤチップと、上記ＬＥＤチップが収納される基台とを備えている。上記ＬＥＤチップは、直流電源２（図２参照）から電流が供給されると、照射対象５に向けて紫外線を放射する。なお、各ＬＥＤモジュール１は、１個のＬＥＤチップのみを備えていてもよいし、複数個のＬＥＤチップを備えていてもよい。

図２に示す直流電源２は、例えばＡＣ−ＤＣコンバータなどを備え、交流電源６から交流電力を受け取り、受け取った交流電力を直流電力に変換する。この直流電力は、制御部３による制御に基づいて直流電源２から各ＬＥＤモジュール１に供給される。つまり、直流電源２から各ＬＥＤモジュール１のＬＥＤチップに電流が流れる。

制御部３は、例えばマイクロコンピュータなどで構成され、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって、直流電源２から各ＬＥＤモジュール１に供給される直流電力を制御する。

図１に示す各回折光学素子４は、ＬＥＤモジュール１に対して紫外線の放射方向（図１のＺ軸方向）に設けられ、ＬＥＤモジュール１から放射された紫外線を回折する。回折光学素子４の材料としては、主としてガラス材料、代表的なものとして合成石英ガラスやホウケイ酸クラウン光学ガラスなどがあり、用途などに応じて種々選択することができる。

各回折光学素子４は、図３に示すように、紫外線の入射面４１および出射面４２の両面に回折格子パターンが形成されている。各回折格子パターンは、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向と直交する方向（図３のＹ軸方向）の配光を制御して回折後の紫外線が帯状の紫外線７１，７２になるように入射面４１および出射面４２に形成されている。回折光学素子４で回折された紫外線は、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向（図３のＸ軸方向）に細長いライン状の紫外線７３となって、出射面４２から照射対象５に出射される。つまり、各回折格子パターンは、照射対象５に照射される紫外線が複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向に細長くライン状になるように、紫外線の放射方向（図３のＺ軸方向）と直交する断面において上記紫外線の幅（図３のＹ軸方向の長さ）を一定にするように入射面４１および出射面４２に形成されている。

ところで、各回折光学素子４の入射面４１および出射面４２には、図４に示すように、回折格子パターンとして、それぞれ、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向（図４のＸ軸方向）に沿って複数の溝４３，４４が形成されている。つまり、入射面４１に形成された回折格子パターンは、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向において、断面形状が同じである。同様に、出射面４２に形成された回折格子パターンは、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向において、断面形状が同じである。

上記のような回折格子パターンが回折光学素子４の入射面４１および出射面４２に形成されていることによって、各ＬＥＤモジュール１から放射された紫外線は、幅方向（図１のＹ軸方向）においては図５（ａ）に示すように急峻に立ち上がるように配光制御される。一方、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向（図１のＸ軸方向）においては配光制御されない（図５（ｂ）参照）。

したがって、ＬＥＤモジュール１が１個である場合、図６に示すように細長く配光された紫外線が照射対象５に照射される。ＬＥＤモジュール１が複数個である場合、図１に示すようなライン状の紫外線が照射対象５に照射される。

本実施形態の回折光学素子４では、入射面４１および出射面４２の両面に形成された回折格子パターンによって、配光制御を容易にする。なお、回折格子パターンが１つである場合、回折角を大きく変化させる必要があるため、配光制御が難しい。

ところで、本実施形態の複数のＬＥＤモジュール１は、図１に示すように、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向（図１のＸ軸方向）において、２以上のＬＥＤモジュール１から放射された紫外線の一部を重ね合わせて照射対象５に照射するように配置されている。

上述した構成の紫外線照射装置は、例えば印刷機において、印刷用紙の上の印刷インクを紫外線によって定着させるために用いられる。複数のＬＥＤモジュール１は、印刷インクが付着した印刷用紙に紫外線を照射できるように取り付けられる。

以上、本実施形態の紫外線照射装置によれば、各回折光学素子４の入射面４１および出射面４２に形成された２つの回折格子パターンを用いて、照射対象５にライン状に照射される紫外線の幅方向の配光を精度よく制御することができる。

また、本実施形態の紫外線照射装置によれば、各回折光学素子４の入射面４１および出射面４２において、それぞれ複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向に沿って溝４３，４４を形成すればよいので、各回折格子パターンの形状を簡単にすることができる。

さらに、本実施形態の紫外線照射装置によれば、複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向つまりライン方向において、紫外線の強度のむらを低減することができ、均一な配光分布に近づけることができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る紫外線照射装置は、実施形態１の回折格子パターンとは異なる回折格子パターンが回折光学素子４に形成されている点で、実施形態１に係る紫外線照射装置と相違する。以下、本実施形態の紫外線照射装置について図７，８を用いて説明する。なお、実施形態１の紫外線照射装置と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の回折光学素子４は、図７に示すような回折格子パターンが入射面４１および出射面４２に形成されている。なお、実施形態１の回折光学素子４（図４参照）と同様の機能については説明を省略する。

本実施形態の回折光学素子４では、図８（ａ）に示すように、入射面４１および出射面４２の両面に形成された回折格子パターンによって、配光制御を容易にする。これに対して、図８（ｂ）に示すように回折格子パターンが１つである場合、回折角θを大きく変化させる必要があるため、配光制御が難しい。

以上、本実施形態の紫外線照射装置においても、各回折光学素子４の入射面４１および出射面４２に形成された２つの回折格子パターンを用いて、照射対象５にライン状に照射される紫外線の幅方向の配光を精度よく制御することができる。

また、本実施形態の紫外線照射装置においても、各回折光学素子４の入射面４１および出射面４２において、それぞれ複数のＬＥＤモジュール１が並んでいる方向に沿って溝４３，４４を形成すればよいので、各回折格子パターンの形状を簡単にすることができる。

なお、各実施形態での回折光学素子４の回折格子パターンの形状は一例であり、回折光学素子４の回折格子パターンは、各実施形態での形状には限定されない。

１ＬＥＤモジュール
４回折光学素子
４１入射面
４２出射面
４３，４４溝
５照射対象

Claims

予め決められた照射対象に紫外線を照射する紫外線照射装置であって、
一列に並んで配置され、各々に設けられたＬＥＤが電流供給されると前記紫外線を放射する複数のＬＥＤモジュールと、
前記複数のＬＥＤモジュールに対して当該複数のＬＥＤモジュールから放射された前記紫外線の放射方向に設けられ、当該紫外線を回折する回折光学素子とを備え、
前記回折光学素子は、前記照射対象に照射される前記紫外線が前記複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向に細長くライン状になるように、前記複数のＬＥＤモジュールから放射された前記紫外線の入射面および出射面の各面に、当該紫外線の放射方向と直交する断面において当該紫外線の幅を一定にする回折格子パターンが形成されており、前記回折格子パターンは、前記複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向に沿って複数の溝が形成され、前記複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向において、断面形状が同じである
ことを特徴とする紫外線照射装置。
前記複数のＬＥＤモジュールは、当該複数のＬＥＤモジュールが並んでいる方向において、２以上の前記ＬＥＤモジュールから放射された前記紫外線の少なくとも一部を重ね合わせて前記照射対象に照射するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。