JP2002170415A

JP2002170415A - 光照射装置

Info

Publication number: JP2002170415A
Application number: JP2000369789A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Yonejima; 邦啓米嶋
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-14
Also published as: KR20020044545A; TW558489B

Abstract

(57)【要約】【課題】光源ランプから放射される光を高い効率で利
用することができ、被照射面領域において均一性の極め
て高い照度分布が得られる光照射装置を提供する。【解決手段】光照射装置は、予め設定された被照射面
領域に対向して配置された棒状の光源ランプと、当該光
源ランプから放射された光を反射して上記被照射面領域
を照射する、上記光源ランプの管軸に対して垂直な方向
の断面が凹状の反射ミラーとを有し、前記反射ミラーが
複数の平面状ミラー素子により構成されており、各々の
平面状ミラー素子は、それによる反射光のすべてが、他
の平面状ミラー素子に入射されることなく、被照射面領
域の全域に照射されるよう配置されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば紫外光を放
射するランプを光源ランプとする光照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外光を照射する光源ランプを備えた光
照射装置を用いて、例えば被処理物における保護膜、接
着剤、塗料、インキ、フォトレジストなどに対して紫外
光を照射することにより、硬化、乾燥、溶融あるいは軟
化処理などを行うことが各分野で幅広く行われている。

【０００３】このような光照射装置においては、光源ラ
ンプとして、出力の大きな棒状の高圧水銀ランプやメタ
ルハライドランプなどを用い、処理時間の短縮を図って
いる。そして、これらの光源ランプから放射される光を
高い効率で被処理物に照射するために、当該光源ランプ
から被処理物以外の方向に放射される光を当該被処理物
の方向に反射する反射ミラーが設けられている。

【０００４】上記のような光照射装置を用い、紫外光を
被照射面領域に置かれた被処理物に照射する際、処理時
間を短く、被処理物全体を均一な条件で処理するため
に、当該光照射装置は被照射面領域全体を均一な照度分
布で照射するように構成される。例えば、図９に示すよ
うに、被照射面領域２１において均一性の高い照度分布
を得るために、当該被照射面領域２１から比較的大きく
離間した位置に配置した光源ランプ２２と、当該光源ラ
ンプ２２の背後において被照射面領域２１に対向して配
置された、光源ランプ２２の管軸に対して垂直な方向の
断面が半楕円状である桶状ミラー２３とよりなり、更に
光源ランプ２２から被照射面領域２１に向かって放射さ
れる光の光路となる空間を取り囲む筒型ミラー２５を組
み合わせて構成された光照射装置が提案されている（特
公平７−１０６３１６号公報参照）。この光照射装置に
よれば、光源ランプ２２から放射された光、および桶状
ミラー２３により反射された光のうち、被照射面領域２
１から外れる方向に向かう光の大部分を、筒型ミラー２
５によって当該被照射面領域２１の周辺部に向かって反
射させ、被照射面領域２１の周辺部の照度の低下を防ぐ
ことにより照度分布を改善している。

【０００５】しかしながら、このような光照射装置にお
いては、図９に折線Ｐで示すように、被照射面領域２１
の周辺部に照射される光の多くは、桶状ミラー２３と筒
状ミラー２５とにより、２回の反射を繰り返す。而し
て、光源ランプ２２から放射された光は反射ミラーで反
射される度にその強度が小さくなるため、光源ランプ２
２から放射される光を高い効率で利用することができ
ず、被照射面領域２１の周辺部の照度は、中央部付近の
照度に比べて十分に大きくすることができない。近年
は、被処理物を短時間で均一な処理ができるように、被
照射面領域をより均一な照度分布で照射することが望ま
れており、上記のような筒状ミラーによる得る反射だけ
では極めて高い照度分布の均一性を得ることができな
い、という問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な事情に基づいてなされたものであって、その目的は、
光源ランプから放射される光を高い効率で利用すること
ができ、被照射面領域において均一性の極めて高い照度
分布が得られる光照射装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光照射装置は、
予め設定された被照射面領域に対向して配置された棒状
の光源ランプと、当該光源ランプから放射された光を反
射して上記被照射面領域を照射する、上記光源ランプの
管軸に対して垂直な方向の断面が凹状の反射ミラーとを
有し、前記反射ミラーが複数の平面状ミラー素子により
構成されており、各々の平面状ミラー素子は、それによ
る反射光のすべてが、他の平面状ミラー素子に入射され
ることなく、上記被照射面領域の全域に照射されるよう
配置されてなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】以上の構成の光照射装置によれば、複数の平面
状ミラー素子により構成され、上記光源ランプの管軸に
対して垂直な方向の断面が凹状の反射ミラーを有してお
り、当該反射ミラーを構成する各々の平面状ミラー素子
による反射光のすべてが他の平面状ミラー素子に入射さ
れることなく、被照射面領域の全域に照射されるため、
光源ランプから放射される光を高い効率で利用すること
ができ、しかも被照射面領域において均一性の極めて高
い照度分布が得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】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
の概要を示す説明用概略図である。なお、同図は、光照
射装置の光源ランプの管軸に対して垂直な方向の断面図
である。この光照射装置においては、ある大きさの被処
理物全体を紫外光照射するために必要な面積を有する被
照射面領域１１が設定され、当該設定された被照射面領
域１１に対向するよう、例えば高圧水銀ランプ、メタル
ハライドランプなどの棒状の光源ランプ１２が配置され
ると共に、この光源ランプ１２から放射された光のうち
被照射面領域１１から外れる方向に向かって放射される
光を光照射口１４を介して被照射面領域１１に反射する
ための反射ミラー１３が設けられている。光源ランプ１
２は、その管軸が図１において紙面に垂直な方向に伸び
るよう配置されており、その管軸の全長は少なくとも被
照射面領域１１の紙面に垂直な方向の長さ以上の長さと
される。管軸の長さは、光源ランプ１２の発光長とほぼ
一致するので、被照射面領域１１における光源ランプ１
２の管軸方向の照度分布を均一にすることができる。

【００１０】反射ミラー１３は、光源ランプ１２の管軸
を含み被照射面領域１１に垂直な仮想平面（以下、「対
称面」という。）Ｍに関して対称（図１において左右対
称）な構造を有しており、上記光源ランプ１２の管軸に
対して垂直な方向の断面は光源ランプ１２に覆い被さる
ような凹状とされている。反射ミラー１３の光源ランプ
１２の管軸に平行な方向の全長は、少なくとも光源ラン
プ１２の全長以上の長さとされる。また、反射ミラー１
３の下端と被照射面領域１１との間には隙間がある。こ
れにより、光照射装置によって被処理物に対して光照射
処理を行う際に、被照射面領域１１への被処理物の搬入
を支障なく行うことができる。

【００１１】この図の例において、反射ミラー１３に
は、光照射口１４と反対側の位置に冷却風流通口１５が
形成されている。これにより、反射ミラー１３により囲
まれた空間に冷却風を流通させることができるため、動
作中の光照射装置における光源ランプ１２および反射ミ
ラー１３などの冷却を行うことができる。

【００１２】反射ミラー１３は、図１における対称面Ｍ
の右側および左側において、各々、第１の平面状ミラー
素子１３ａ、１３ａ’、第２の平面状ミラー素子１３
ｂ、１３ｂ’および第３の平面状ミラー素子１３ｃ、１
３ｃ’により順に構成されている。

【００１３】平面状ミラー素子１３ａ、１３ａ’、１３
ｂ、１３ｂ’、１３ｃ、１３ｃ’の各々は、光源ランプ
１２から放射された光の一部を反射するものであるが、
その反射光は他の平面状ミラー素子に入射することがな
く、しかも被照射面領域１１の全域に直接照射されるよ
う配置されている。

【００１４】具体的に、図１において対称面Ｍの右側に
配置された右側ミラーを形成する平面状ミラー素子１３
ａ、１３ｂ、１３ｃの形態および配置を、図２〜図５を
用いて説明する。各図において、反射ミラー１３の構成
要素は簡略化されており、線分ＡＢは被照射面領域１１
の光源ランプ１２の管軸に対して垂直な方向の断面形状
を表し、円Ｑは光源ランプ１２の発光部の断面形状を表
す。ｈは、光源ランプ１２の中心から被照射面領域１１
に引かれた垂線であり、線分ＡＢの二等分線でもある。

【００１５】ここで、被照射面領域１１からの光源ラン
プ１２の距離は、当該被照射面領域１１において必要と
される照度や照度分布、光源ランプ１２の外径および光
照射装置自体の大きさなどを考慮して設定される。

【００１６】（第１の平面状ミラー素子１３ａの形態と
配置）先ず、図２に示すように、線分ＡＢにおける一端
の点Ａから、垂線ｈと交差した後、円Ｑに接する直線Ａ
Ｃの延長線と、線分ＡＢの平行線である直線ｎとの交点
である点Ａ’を求めると共に、線分ＡＢにおける他端の
点Ｂから垂線ｈと交差した後、円Ｑに接する直線ＢＤの
延長線と、当該直線ｎとの交点である点Ｂ’を求める。
ここで、直線ｎは、例えば被照射面領域１１において必
要とされる照度、光源ランプ１２などの冷却の効率など
を考慮してその位置が定められるが、光源ランプ１２か
ら放射される光を高い効率で利用するために円Ｑに接近
した位置に設けられることが好ましい。

【００１７】次に図３に示すように、点Ａ’を通り円Ｑ
に接する直線Ａ’Ｅと、直線ＡＡ’の延長線とがつくる
角αの二等分線Ｌ₁を求め、更に図４に示すように、当
該二等分線Ｌ₁を対称軸として円Ｑの線対称体である円
Ｑ₁を求める。そして、点Ｂを通り円Ｑ₁に接する直線
ＢＦ（線分ＡＢとなす角が大きくなる方の接線）と、二
等分線Ｌ₁との交点Ｇ₁を求める。このようにして得ら
れた線分Ａ’Ｇ₁に一致するよう第１の平面状ミラー素
子１３ａが配置される。

【００１８】（第２の平面状ミラー素子１３ｂの形態と
配置）図５に示すように、点Ｇ₁を通り円Ｑに接する直
線Ｇ₁Ｊ（線分Ａ’Ｇ₁となす角が小さくなる方の接
線）と、直線ＡＧ₁の延長線とがつくる角βの二等分線
Ｌ₂を求め、更に、この二等分線Ｌ₂を対称軸として円
Ｑの線対称体である円Ｑ ₂を求め、点Ｂを通り円Ｑ₂に
接する直線ＢＫ（線分ＡＢとなす角が大きくなる方の接
線）と、二等分線Ｌ₂との交点Ｇ₂を求める。このよう
にして得られた線分Ｇ₁Ｇ₂に一致するよう第２の平面
状ミラー素子１３ｂが配置される。

【００１９】（第３の平面状ミラー素子１３ｃの形態と
配置）第２の平面状ミラー素子１３ｂと同様の手法によ
り、図５に示すような線分Ｇ ₁Ｇ₂に続く線分Ｇ₂Ｇ₃
が得られる。これに一致するよう第３の平面状ミラー素
子１３ｃが配置される。そして、直線Ｇ₂Ｇ₃の先端
（図５において点Ｇ₃）が線分ＡＢと接近していること
から、第２の平面状ミラー素子と同様の手法によって得
られる、線分Ｇ₂Ｇ₃に続く新たな線分は、線分ＡＢの
延長線と交差することとなるため、これに第３の平面状
ミラー素子１３ｃに続く平面状ミラー素子を設けること
は、実際には行わない。ただし、設定される被照射面領
域１１から光源ランプ１２までの距離によっては、平面
状ミラー素子１３ｃに続く平面状ミラー素子を設ける場
合もある。

【００２０】ここで、図１において対称面Ｍの左側に配
置される左側ミラーを形成する平面状ミラー素子１３
ａ’、１３ｂ’、１３ｃ’は、対称面Ｍにおいて右側ミ
ラーと対称な形態および配置とされる。なお、得られた
線分Ａ’Ｂ’の位置には、平面状ミラー素子は配置され
ず、例えば冷却風流通口１５などを設けることができ
る。

【００２１】以上のような形態により配置された複数の
平面状ミラー素子の各々には、それぞれ１個の光源ラン
プ１２の像が映し出されることとなり、その結果、被照
射面領域１１のいずれの位置から反射ミラー１３方向を
見ても、当該反射ミラー１３を構成する平面状ミラー素
子の合計数である、６個の光源ランプ像が確認されるこ
ととなる。従って、被照射面領域１１においては、いず
れの位置からも実際の光源ランプ１２を含めて７個の光
源が存在するように見える。

【００２２】以上の構成による光照射装置においては、
光源ランプ１２より放射された光の一部は、そのまま光
照射口１４を介して当該被照射面領域１１に照射され、
それ以外の光、すなわち被照射面領域１１から外れる方
向に向かって放射された光の殆どは、先ず反射ミラー１
３を構成する平面状ミラー素子１３ａ、１３ａ’、１３
ｂ、１３ｂ’、１３ｃ、１３ｃ’のいずれかに入射す
る。そして、図６に示すように、平面状ミラー素子１３
ａ、１３ａ’、１３ｂ、１３ｂ’、１３ｃ、１３ｃ’の
各々の反射光は、当該平面状ミラー素子１３ａ、１３
ａ’、１３ｂ、１３ｂ’、１３ｃ、１３ｃ’に映し出さ
れた見かけ上の光源１２ａ、１２ａ’、１２ｂ、１２
ｂ’、１２ｃ、１２ｃ’（図６において、それぞれ点線
で示す。）から放射された光としてそれぞれ独立した光
路を形成し、そのすべてが他の平面状ミラー素子に反射
されることなく光照射口１４を介して被照射面領域１１
の全域に重なるように照射される。

【００２３】そして、反射ミラー１３の右側を構成す
る、例えば平面状ミラー素子１３ａの反射光と、反射ミ
ラー１３の左側を構成する平面状ミラー１３ａ’の反射
光とは、反射ミラー１３が対称面Ｍにおいて対称な構造
を有するため、その反射光の照度分布も対称となり、こ
れらが被照射面領域１１の全域において重なり合うこと
から互いに補償され、同様に、反射ミラー素子１３ｂお
よび１３ｂ’による反射光、反射ミラー素子１３ｃおよ
び１３ｃ’による反射光も互いに補償される。その結
果、反射ミラー１３のから被照射面領域１１に照射され
る反射光は当該被照射面領域１１において均一性を有す
るものとなる。このようにして、光源ランプ１２から放
射された殆どの光は、その一部が光源ランプ１２から直
接、また、他の一部が反射ミラー１３を介して被照射面
領域１１の全域に照射される。

【００２４】以上の構成の光照射装置によれば、連続す
る複数の平面状ミラー素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよ
び１３ａ’、１３ｂ’、１３ｃ’により構成され、上記
光源ランプ１２の管軸に対して垂直な方向の断面が凹状
の反射ミラー１３を有しており、当該反射ミラー１３を
構成する各々の平面状ミラー素子１３ａ、１３ｂ、１３
ｃおよび１３ａ’、１３ｂ’、１３ｃ’による反射光の
すべてが他の平面状ミラー素子に入射されることなく、
被照射面領域１１の全域に照射されることから、反射ミ
ラー１３により光源ランプ１２から放射された光を被照
射面領域１１の全域に照射させることができると共に、
当該反射ミラーに映し出された見かけ上の６個の光源の
各々からは、光源ミラー１２から放射される光の強度と
同程度の大きさを有する光が放射されることとなるた
め、光源ランプ１２から放射される光を高い効率で利用
することができ、しかも被照射面領域１１において均一
性の極めて高い照度分布が得られる。

【００２５】本発明の光照射装置は、例えば、被処理物
の表面に塗布された、保護膜、接着剤、塗料、インキ、
フォトレジストなどを、紫外光を照射することにより硬
化、乾燥、溶融あるいは軟化処理させるための光照射処
理装置において、当該被処理物の表面に対して光を照射
する光源部として用いることができる。この場合には、
本発明の光照射装置よりなる光源部により、あらかじめ
設定された被照射面領域に均一な照度分布で、しかも大
きな照度の紫外光を照射することができる。従って、被
照射面領域１１に配置した被処理物の処理速度を速く、
且つ被処理物全体を均一に処理することができる。

【００２６】以上、本発明の実施の形態について具体的
に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものでは
なく、各部の具体的構成については種々の変更を加える
ことができる。例えば、反射ミラーを構成する平面状ミ
ラー素子の合計数は、被照射面領域と光源ランプとの距
離および被照射面領域において光照射処理がなされる被
処理物の高さなどにより適宜に変更することができる。

【００２７】また、図７に示すように、反射ミラー１３
は、被処理物の搬送などに問題がなければ、被処理面領
域１１近傍にまで延長してもよい。延長部分を点線で示
す。これにより、被処理面領域１１と反射ミラー１３と
の間から漏れる光を被処理面領域１１方向に反射するこ
とができ、光を有効に利用することができる。また、平
面状ミラー素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃおよび１３
ａ’、１３ｂ’、１３ｃ’は、１つの反射ミラー１３を
折り曲げたものであってもよく、別々の平面状のミラー
によって構成されるものであってもよい。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明がこれによって制限されるものではない。

【００２９】＜実施例１＞図７に示されている構成に従
い、縦２２０ｍｍ、横２２０ｍｍの大きさの被照射面領
域（１１）を有する光照射装置を作製した。この光照射
装置においては、外径２２ｍｍ、全長２５０ｍｍ、ラン
プ入力７ｋＷの高圧水銀ランプを光源ランプ（１２）と
して用い、被照射面領域（１１）と光源ランプ（１２）
の中心との距離を３７５ｍｍとした。また、反射ミラー
（１３）としては、第１の平面状ミラー素子（１３ａ、
１３ａ’）、第２の平面状ミラー素子（１３ｂ、１３
ｂ’）および第３の平面状ミラー素子（１３ｃ、１３
ｃ’）を有する、合計６枚の平面状ミラー素子よりなる
反射ミラーを用いた。この反射ミラー（１３）には、光
源ランプに接近した位置に冷却風流通口が設けられてお
り、また、反射ミラー（１３）の外端から被照射面領域
（１１）までの距離が１５ｍｍとなるよう設けられてい
る。

【００３０】作製した光照射装置の光源ランプ（１２）
を点灯させ、被照射面領域（１１）内における任意の１
３点の照度を測定し、その最大値Ｉ_maxおよび最小値Ｉ
_minから、下記の式（１）により照度分布の均一度を調
べたところ、その値は±３．２％であり、この光照射装
置によれば、被照射面領域（１１）において極めて高い
均一性が得られることが明らかとなった。

【００３１】

【数１】

【００３２】また、被照射面領域（１１）における、光
源ランプ（１２）の管軸方向に垂直な方向における照度
の分布を測定した。結果の一例を図８に示す。この測定
における被照射面領域（１１）内の照度の最大値Ｉ_max
は３４０ｍＷ／ｃｍ²、最小値Ｉ_minは３２４ｍＷ／ｃ
ｍ²であり、この光照射装置によれば、光源ランプ（１
２）から放射される光を高い効率で利用することがで
き、しかも被照射面領域（１１）において極めて高い照
度分布の均一度が得られることが明らかとなった。

【００３３】＜比較例１＞図９に示されている構成に従
い、実施例１と同様の被照射面領域を有する光照射装置
を作製した。この光照射装置においては、実施例１と同
様の高圧水銀ランプを光源ランプとして用い、また被照
射面領域と光源ランプの中心との距離を実施例１と同様
に設定した。また、反射ミラーとしては、高さ６０ｍｍ
の桶状ミラーと、高さ２７０ｍｍであって、その端部か
ら被照射面領域までの距離が１５ｍｍとなるよう設けら
れた筒状ミラーとを用いた。作製した光照射装置の光源
ランプを点灯させ、実施例１と同様の手法によって被照
射面領域内における照度分布の均一度を調べたところ、
その値は±１５％であった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の光照射装置によれば、複数の平
面状ミラー素子により構成され、上記光源ランプの管軸
に対して垂直な方向の断面が凹状の反射ミラーを有して
おり、当該反射ミラーを構成する各々の平面状ミラー素
子による反射光のすべてが他の平面状ミラー素子に入射
されることなく、被照射面領域の全域に照射されるた
め、光源ランプから放射される光を高い効率で利用する
ことができ、しかも被照射面領域において均一性の極め
て高い照度分布が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光照射装置の一例の概要を示す説明用
概略図である。

【図２】本発明の光照射装置における被照射面領域と光
源ランプとを示す簡略化した説明図である。

【図３】本発明の光照射装置に係る反射ミラーの構成を
説明するための第１の説明図である。

【図４】本発明の光照射装置に係る反射ミラーの構成を
説明するための第２の説明図である。

【図５】本発明の光照射装置に係る反射ミラーの構成を
説明するための第３の説明図である。

【図６】図１の光照射装置の光源ランプが点灯した状態
を示す説明図である。

【図７】本発明の光照射装置の他の例の概要を示す説明
用概略図である。

【図８】本発明の光照射装置の被照射面領域における、
光源ランプの管軸方向に垂直な方向の照度の分布を示す
グラフである。

【図９】従来の光照射装置の概要を示す説明用概略図で
ある。

【符号の説明】

１１被照射面領域１２光源ランプ１２ａ、１２ａ’、１２ｂ、１２ｂ’、１２ｃ、１２
ｃ’ 平面状ミラー素子に映し出された見かけ上の光
源１３反射ミラー１３ａ、１３ａ’、１３ｂ、１３ｂ’、１３ｃ、１３
ｃ’ 平面状ミラー素子１４光照射口１５冷却風流通口２１被照射面領域２２光源ランプ２３桶状ミラー２５筒型ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め設定された被照射面領域に対向して
配置された棒状の光源ランプと、当該光源ランプから放
射された光を反射して上記被照射面領域を照射する、上
記光源ランプの管軸に対して垂直な方向の断面が凹状の
反射ミラーとを有し、前記反射ミラーが複数の平面状ミラー素子により構成さ
れており、各々の平面状ミラー素子は、それによる反射
光のすべてが、他の平面状ミラー素子に入射されること
なく、被照射面領域の全域に照射されるよう配置されて
なることを特徴とする光照射装置。