(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-23
(45)【発行日】2022-08-31
(54)【発明の名称】光照射装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/58 20100101AFI20220824BHJP
H01L 33/00 20100101ALI20220824BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20220824BHJP
B01J 19/12 20060101ALI20220824BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20220824BHJP
【ＦＩ】
H01L33/58
H01L33/00 L
F21S2/00 340
B01J19/12 C
F21Y115:10
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2017197322
(22)【出願日】2017-10-11
(65)【公開番号】P2019071370
(43)【公開日】2019-05-09
【審査請求日】2020-09-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000102212
【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106862
【弁理士】
【氏名又は名称】五十畑 勉男
(72)【発明者】
【氏名】松島 竹夫
【審査官】右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１５－５２５４５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国登録特許第０９５５３２１（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】特開２０１５－１７３１４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０９００５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１０９５４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５１９４３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１２７０２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１４７３４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１６９５０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３５２２０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０７３０８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５２３６７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１９９８５２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４
Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０
Ｆ２１Ｓ ２／００
Ｆ２１Ｋ ９／００ － ９／９０
Ｂ０１Ｊ １９／１２
Ｆ２１Ｙ １１５／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に複数のＬＥＤが第一方向およびこれと直交する第二方向に配列されてなる発光部を備え、前記発光部が前記第一方向に沿って複数並べられて、該第一方向に長尺な発光面を形成する光照射装置において、
前記発光部には、前記ＬＥＤの個々に対応するレンズを複数備えたレンズ複合体が設けられており、
前記レンズ複合体に設けられる各レンズは、それぞれ同一形状のレンズ表面を備えており、
前記発光部における前記第一方向において、前記レンズ複合体の個々のレンズの配列ピッチ（Ｌｐ１）が前記ＬＥＤの配列ピッチ（Ｅｐ１）よりも大きくされており、
前記ＬＥＤの光軸と前記レンズの中心軸の偏位量が、前記発光部の中央部から端部に向かって大きくなっていることを特徴とする光照射装置。
【請求項2】
前記発光部における前記第二方向において、前記レンズ複合体の個々のレンズの配列ピッチ（Ｌｐ２）が前記ＬＥＤの配列ピッチ（Ｅｐ２）よりも小さくされており、前記ＬＥＤの光軸と前記レンズの中心軸の偏位量が、前記発光部の中央部から端部に向かって大きくなっ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】
前記発光部における前記第１方向での前記ＬＥＤおよび前記レンズの配列が奇数配列であり、当該配列の中央の配列が、前記発光部の中央部上に位置す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4】
前記発光部における前記第１方向での前記ＬＥＤおよび前記レンズの配列が偶数配列であり、当該配列の中央の２配列の中間位置が、前記発光部の中央部上に位置することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は光照射装置に関するものであり、特に、搬送される記録媒体に光照射してインクを硬化させる光照射装置に係わるものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、記録媒体上に紫外線硬化型のインクを塗布した後に、前記記録媒体の全域に光照射装置から紫外線を照射してインクを硬化させて画像形成処理する技術がある。
このような光照射装置では、複数のＬＥＤが配列された発光部を複数並列配置してライン状の発光面を形成したものが用いられている。
図９にその一例が示されており、光照射装置１００は、筐体１１０内に、複数の光源ユニット１２１、１２１からなる光源部１２０と、電装部１３０と、冷却ファン１４０が収納されている。
前記光源ユニット１２１は、発光素子として複数のＬＥＤ１２２と、これが実装されたＬＥＤ基板１２３と、このＬＥＤ基板１２３が装着されたヒートシンク１２４とからなる。
このような光照射装置では、複数のＬＥＤが配列された発光部を複数並列配置してライン状の発光面を形成したものが用いられている。
図９にその一例が示されており、光照射装置１００は、筐体１１０内に、複数の光源ユニット１２１、１２１からなる光源部１２０と、電装部１３０と、冷却ファン１４０が収納されている。
前記光源ユニット１２１は、発光素子として複数のＬＥＤ１２２と、これが実装されたＬＥＤ基板１２３と、このＬＥＤ基板１２３が装着されたヒートシンク１２４とからなる。
【0003】
このような光照射装置は、図１０に示すように、搬送される記録媒体１５０上に設置され、光源部１２０のＬＥＤ１２２から紫外光を照射して、記録媒体上のインクを硬化させるものである。
ところで、このような光照射装置では、複数の光源ユニット１２１を連設する構造であるために、隣接配置された各光源ユニット１２１の連設部分（隣り合う領域）において光量に落ち込みが生じてしまい、そのため、全体の照射領域内において照度分布が不均一なものとなってしまうという不具合がある。
ところで、このような光照射装置では、複数の光源ユニット１２１を連設する構造であるために、隣接配置された各光源ユニット１２１の連設部分（隣り合う領域）において光量に落ち込みが生じてしまい、そのため、全体の照射領域内において照度分布が不均一なものとなってしまうという不具合がある。
【0004】
図１１に示すように、各光源ユニット１２１は、基板上に設置された複数のＬＥＤ１２２と、これに対向配置された複数のレンズ１２５とを備えてなり、各ＬＥＤ１２２からの光は、レンズ１２５を介して記録媒体上の照射面に照射される。
このような構成では、各光源ユニット１２１に対応した各照射領域Ｓ内においては光量の均一性が保たれるものの、隣接する照射領域Ｓの間の隣接領域Ｔでは、光量が十分ではなく照度低下が発生するという不具合がある。
このような構成では、各光源ユニット１２１に対応した各照射領域Ｓ内においては光量の均一性が保たれるものの、隣接する照射領域Ｓの間の隣接領域Ｔでは、光量が十分ではなく照度低下が発生するという不具合がある。
【0005】
そこで、このような不具合を解消するものとして、特開２０１４－９００５５号公報（特許文献１）では、隣り合う光照射デバイス（光源ユニット）の間（連設領域）での照度低下を抑えるために、光照射デバイスの端部領域に配されるＬＥＤの光軸が前記隣接領域に向けられるように、当該ＬＥＤに対応するレンズの形状を工夫することが開示されている。
【0006】
しかしながら、このような手段では、光照射デバイスの端部領域の光軸のみが傾けられたものであって、隣接領域での照度低下は抑えられるものの、各光照射デバイスに対応した照射領域内での照度均一性に問題があり、ひいては、複数連接された光照射デバイスの発光面全体での出射光量の分布が不均一となってしまい、より高い照度均一化を図ることが難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１４－９００５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、基板上に複数のＬＥＤが第一方向およびこれと直交する第二方向に配列されてなる発光部を備え、前記発光部が前記第一方向に沿って複数並べられて、該第一方向に長尺な発光面を形成する光照射装置において、隣接された発光部間の隣接領域での照度低下を防止するとともに、全体の照射領域内の照度分布をより均一化することが可能な光照射装置の構成を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、この発明の光照射装置は、前記発光部には、前記ＬＥＤの個々に対応するレンズを複数備えたレンズ複合体が設けられており、前記発光部における前記第一方向において、前記レンズ複合体の個々のレンズの配列ピッチ（Ｌｐ１）が前記ＬＥＤの配列ピッチ（Ｅｐ１）よりも大きくされており、前記ＬＥＤの光軸と前記レンズの中心軸の偏位量が、前記発光部の中央部から端部に向かって大きくなっていることを特徴とする。
【0010】
また、前記発光部における前記第二方向において、前記レンズ複合体の個々のレンズの配列ピッチ（Ｌｐ２）が前記ＬＥＤの配列ピッチ（Ｅｐ２）よりも小さくされており、前記ＬＥＤの光軸と前記レンズの中心軸の偏位量が、前記発光部の中央部から端部に向かって大きくなっていることを特徴とする。
また、前記発光部における前記第１方向での前記ＬＥＤおよび前記レンズの配列が奇数配列であり、当該配列の中央の配列が、前記発光部の中央部上に位置することを特徴とする。
また、前記発光部における前記第１方向での前記ＬＥＤおよび前記レンズの配列が偶数配列であり、当該配列の中央の２配列の中間位置が、前記発光部の中央部上に位置することを特徴とする。
また、前記レンズ複合体に設けられる各レンズは、それぞれ同一形状のレンズ表面を備えていることを特徴とする。
また、前記発光部における前記第１方向での前記ＬＥＤおよび前記レンズの配列が奇数配列であり、当該配列の中央の配列が、前記発光部の中央部上に位置することを特徴とする。
また、前記発光部における前記第１方向での前記ＬＥＤおよび前記レンズの配列が偶数配列であり、当該配列の中央の２配列の中間位置が、前記発光部の中央部上に位置することを特徴とする。
また、前記レンズ複合体に設けられる各レンズは、それぞれ同一形状のレンズ表面を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
この発明の光照射装置によれば、各発光部における前記レンズ複合体の個々のレンズの配列ピッチ（Ｌｐ１）が前記ＬＥＤの配列ピッチ（Ｅｐ１）よりも大きくされており、前記ＬＥＤの光軸と前記レンズの中心軸の偏位量が、前記発光部の中央部から端部に向かって大きくなっていることにより、隣接する発光部間の隣接領域での照度低下が防止されるとともに、各発光部内での照度分布が配列方向において均一なものとなり、照射領域全体としての照度均一性が確保される。
また、このような照度均一性を、ＬＥＤピッチとレンズピッチのみを設定することで達成できるので、製作が容易でかつコストも安価なものとなる。
また、このような照度均一性を、ＬＥＤピッチとレンズピッチのみを設定することで達成できるので、製作が容易でかつコストも安価なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の光照射装置における発光部の側面図
【図3】発光部の配置図
【図5】第２の実施例の側面図
【図7】第３の実施例の下面図
【図9】従来の光照射装置
【図10】従来の光照射装置の設置説明図
【図11】従来技術の不具合の説明図
【発明を実施するための形態】
【0013】
図１および図２は、本発明の光照射装置１における発光部２の側面図および下面図である。
発光部２は、基板３１上に配列された複数のＬＥＤ３と、これに個々に対応する複数のレンズ４を備えたレンズ複合体５とからなる。ここで、各レンズ４は同一形状のレンズ表面を備えていることが製造上及びコスト面からみて好適である。
図２に示されるように、複数のＬＥＤ３およびレンズ４は、第一方向Ａおよびこれと直交する第二方向Ｂに配列されている。この第１方向Ａは、後述するように、記録媒体の搬送方向と直交する方向であり、また、第２方向Ｂは、記録媒体の搬送方向に沿った方向である。
図１、２に示すように、このＬＥＤ３およびレンズ４の配列は、前記第１方向Ａにおいて、レンズ複合体５における各レンズ４の配列ピッチ（Ｌｐ１）（以下、レンズピッチともいう）は、各ＬＥＤ４１の配列ピッチ（Ｅｐ１）（以下、ＬＥＤピッチともいう）よりも大きくされている（Ｌｐ１＞Ｅｐ１）。そして、前記ＬＥＤ３の光軸３２と前記レンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘは、前記発光部２の中央部２１から端部に向かって大きくなっている。
発光部２は、基板３１上に配列された複数のＬＥＤ３と、これに個々に対応する複数のレンズ４を備えたレンズ複合体５とからなる。ここで、各レンズ４は同一形状のレンズ表面を備えていることが製造上及びコスト面からみて好適である。
図２に示されるように、複数のＬＥＤ３およびレンズ４は、第一方向Ａおよびこれと直交する第二方向Ｂに配列されている。この第１方向Ａは、後述するように、記録媒体の搬送方向と直交する方向であり、また、第２方向Ｂは、記録媒体の搬送方向に沿った方向である。
図１、２に示すように、このＬＥＤ３およびレンズ４の配列は、前記第１方向Ａにおいて、レンズ複合体５における各レンズ４の配列ピッチ（Ｌｐ１）（以下、レンズピッチともいう）は、各ＬＥＤ４１の配列ピッチ（Ｅｐ１）（以下、ＬＥＤピッチともいう）よりも大きくされている（Ｌｐ１＞Ｅｐ１）。そして、前記ＬＥＤ３の光軸３２と前記レンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘは、前記発光部２の中央部２１から端部に向かって大きくなっている。
【0014】
この第１の実施例は、ＬＥＤ３およびレンズ４が第１方向Ａおよび第２方向Ｂともに５列ずつ配列された例が示されており、第１方向Ａにおいて、発光部２の中央部２１上に中央のＬＥＤ３およびレンズ４が配置されている。
この配置により、前記第１方向Ａにおいて、発光部２の中央部２１から端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘ（Ｘ１、Ｘ２）は、レンズピッチ（Ｌｐ１）とＬＥＤピッチ（Ｅｐ１）の差分（Ｌｐ１－Ｅｐ１）が積算されていき、より大きくなる（Ｘ２＞Ｘ１）。
なお、この実施例では、第２方向ＢでのＬＥＤ３の配列ピッチ（Ｅｐ２）とレンズ４の配列ピッチ（Ｌｐ２）が同一のものが示されている。
この配置により、前記第１方向Ａにおいて、発光部２の中央部２１から端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘ（Ｘ１、Ｘ２）は、レンズピッチ（Ｌｐ１）とＬＥＤピッチ（Ｅｐ１）の差分（Ｌｐ１－Ｅｐ１）が積算されていき、より大きくなる（Ｘ２＞Ｘ１）。
なお、この実施例では、第２方向ＢでのＬＥＤ３の配列ピッチ（Ｅｐ２）とレンズ４の配列ピッチ（Ｌｐ２）が同一のものが示されている。
【0015】
図３には、上記のような発光部２を、第１方向Ａに沿うように複数（この図では２つ）配列しているものが示されていて、この複数の発光部２により第１方向Ａに沿って長尺な発光面が形成される。
この第１方向Ａが、図１０で示した搬送される記録媒体の幅方向（搬送方向とは直交する方向）に沿う方向となるように光照射装置が配置される。
図４はこの実施例の作用説明図であって、第１方向Ａにおいて、各発光部２の中央部２１から両端部に向かうに従って、ＬＥＤ３からレンズ４を経た光は少しずつ外方向（端部方向）に偏位するように照射されていく。これにより、隣接する発光部２間の隣接領域Ｔにおいても光量の低下が生じることがなく、かつ、発光部２内の照射領域Ｓ内での照度均一性が担保される。
この第１方向Ａが、図１０で示した搬送される記録媒体の幅方向（搬送方向とは直交する方向）に沿う方向となるように光照射装置が配置される。
図４はこの実施例の作用説明図であって、第１方向Ａにおいて、各発光部２の中央部２１から両端部に向かうに従って、ＬＥＤ３からレンズ４を経た光は少しずつ外方向（端部方向）に偏位するように照射されていく。これにより、隣接する発光部２間の隣接領域Ｔにおいても光量の低下が生じることがなく、かつ、発光部２内の照射領域Ｓ内での照度均一性が担保される。
【0016】
図５、６には他の第２の実施例が示されていて、この実施例では、第１方向Ａにおいて、各発光部２でのＬＥＤ３およびレンズ４の数が６列ずつ配列されている。この実施例でも、各レンズの配列ピッチ（Ｌｐ１）は、各ＬＥＤ４１の配列ピッチ（Ｅｐ１）よりも大きくされている。そして、前記ＬＥＤ３の光軸３２と前記レンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘは、前記発光部２の中央部２１から端部に向かって大きくなっている。
そして、この実施例では、発光部２の中央部２１に相当する箇所にはＬＥＤ３およびレンズ４は存在せず、中央２列のＬＥＤ３およびレンズ４の間に中央部２１が存在する。
この配置により、各発光部２においては、その中央部２１から両端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘ（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）は、より大きくなる（Ｘ３＞Ｘ２＞Ｘ１）。
そして、この実施例では、発光部２の中央部２１に相当する箇所にはＬＥＤ３およびレンズ４は存在せず、中央２列のＬＥＤ３およびレンズ４の間に中央部２１が存在する。
この配置により、各発光部２においては、その中央部２１から両端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘ（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）は、より大きくなる（Ｘ３＞Ｘ２＞Ｘ１）。
【0017】
図６はこの第２の実施例の作用説明図であって、各発光部２の中央部２１から両端部に向かうに従って、ＬＥＤ３からレンズ４を経た光は少しずつ外方向（端部方向）に偏位するように照射されていき、これにより、隣接する発光部２間の隣接領域Ｔにおいても光量の低下が生じることがなく、かつ、発光部２内の照射領域Ｓ内での照度均一性が担保されることは、図４の説明と同様である。
【0018】
以上のように、発光部２における第１方向にＬＥＤ３およびレンズ４が奇数列配列されている場合は、その中央のＬＥＤ３とレンズ４の列が、発光部２の中央部２１上に位置するものであり、また、偶数列配列されている場合は、中央の２列の間の中間位置が、発光部２の中央部２１上に位置するものである。
こうすることで、発光部２において、その中央部２１から両端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘが、より大きくなるという構成が得られる。
こうすることで、発光部２において、その中央部２１から両端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｘが、より大きくなるという構成が得られる。
【0019】
図７に更に他の第３の実施例が示されている。図１、２の第１の実施例では、発光部２の第２方向ＢでのＬＥＤ３とレンズ４の配列ピッチは、同一であったが、この第３の実施例では、第２方向Ｂにおいて、レンズ複合体５の個々のレンズ４の配列ピッチ（Ｌｐ２）がＬＥＤ３の配列ピッチ（Ｅｐ２）よりも小さくされている（Ｌｐ２＜Ｅｐ２）。
そして、この第２方向Ｂでの発光部２の中央部２２上に中央のＬＥＤ３およびレンズ４が配置されている。この配置により、前記第２方向Ｂにおいて、発光部２の中央部２２から両端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｙ（Ｙ１、Ｙ２）は、より大きくなる（Ｙ２＞Ｙ１）。
そして、この第２方向Ｂでの発光部２の中央部２２上に中央のＬＥＤ３およびレンズ４が配置されている。この配置により、前記第２方向Ｂにおいて、発光部２の中央部２２から両端部に向かうほど、ＬＥＤ３の光軸３２とレンズ４の中心軸４２の偏位量Ｙ（Ｙ１、Ｙ２）は、より大きくなる（Ｙ２＞Ｙ１）。
【0020】
この第３の実施例では、図８に示すように、ＬＥＤ３からの光はレンズ４により集光され、記録媒体の搬送方向に見た照射領域は中央部側に徐々に絞られて、光量密度の高いライン状の光照射が可能となる。
【0021】
なお、発光部２に設けられるＬＥＤ３やレンズ４の配列数は上記に限定されるものではなく、また、隣接配置される発光部２の数も同様である。
【0022】
以上説明したように、本発明の光照射装置では、複数のＬＥＤとこれに対応する複数のレンズを備えた発光部における第一方向において、前記個々のレンズの配列ピッチ（Ｌｐ１）が前記ＬＥＤの配列ピッチ（Ｅｐ１）よりも大きくされており、前記ＬＥＤの光軸と前記レンズの中心軸の偏位量が、前記発光部の中央部から端部に向かって大きくなっていることにより、複数の発光部を隣接配置した時の連接領域における光量の低下を防止できとともに、各発光部内での照射領域における照度均一性が担保され、その結果、照射領域全体での光量低下がなく、照度を均一化できるという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【0023】
１ ：光照射装置
２ ：発光部
２１：（第１方向Ａの）中央部
２２：（第２方向Ｂの）中央部
３ ：ＬＥＤ
３１：基板
３２：ＬＥＤの光軸
４ ：レンズ
４２：レンズの中心軸
５ ：レンズ複合体
Ａ ：第１方向
Ｂ ：第２方向
Ｌｐ：レンズの配列ピッチ
Ｅｐ：ＬＥＤの配列ピッチ
Ｘ ：ＬＥＤの光軸とレンズの中心軸の偏位量
Ｓ ：発光部の照射領域
Ｔ ：隣接領域
２ ：発光部
２１：（第１方向Ａの）中央部
２２：（第２方向Ｂの）中央部
３ ：ＬＥＤ
３１：基板
３２：ＬＥＤの光軸
４ ：レンズ
４２：レンズの中心軸
５ ：レンズ複合体
Ａ ：第１方向
Ｂ ：第２方向
Ｌｐ：レンズの配列ピッチ
Ｅｐ：ＬＥＤの配列ピッチ
Ｘ ：ＬＥＤの光軸とレンズの中心軸の偏位量
Ｓ ：発光部の照射領域
Ｔ ：隣接領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】