CN103363442A - 透镜单元、光照射单元以及光照射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供容易组装及设置的用于射出具有线形的照度分布的照射光的透镜单元、光照射单元、以及光照射装置。透镜单元的特征在于，具备：第一透镜以及第二透镜，它们分别是在第一面形成有凸透镜面的柱面透镜；以及镜筒，其使第一透镜以及第二透镜以凸透镜面彼此隔开规定的距离对置且各光轴一致的方式进行保持，镜筒具有中间镜筒部，该中间镜筒部配置于第一透镜与第二透镜之间，并与各透镜的凸透镜面抵接，由此定位各透镜，第一透镜以及第二透镜配置为，在与光轴垂直的第一方向具有折射能力，而在与光轴以及第一方向垂直的第二方向不具有折射能力，在中间镜筒部的外周面，且穿过光轴并沿第一方向或者第二方向延伸的直线上的至少一处形成有标识。
Description
技术领域
本发明涉及将照射光的照度分布成形为细长的线形的透镜单元以及具备该透镜单元的光照射单元以及光照射装置。
背景技术
作为工业制品的涂层用粘结剂、光学部件等的组装用粘结剂，使用紫外线固化型树脂。紫外线固化型树脂是具有流动性的单基体、低聚物吸收紫外线（紫外光）发生光聚合反应而变化为固体聚合物的树脂。而且，作为用于使该紫外线固化型树脂固化的光源，开发有紫外线照射装置（以下称为“UV照射装置”。）。
作为UV照射装置，公知有以高压水银灯、水银氙气灯等为光源的灯型照射装置，但近年来，由于耗电的削减、装置尺寸的小型化的要求，从而开发有以能够发出紫外光的发光二极管（LED）为光源的UV照射装置（例如，专利文献1）。
专利文献1：日本特开2007-27295号公报
专利文献1所公开的UV照射装置具备两个以串联的方式配置于照射头内的球面透镜，从而将LED光聚光为点状。在使用这样的UV照射装置进行液晶面板的粘合工序之类的大面积的粘结的情况下，若以邻接的照射头的光点的末端彼此重合的方式将多个照射头排成一列地使用，则能够高效地固化粘结剂。然而，专利文献1的UV照射装置，因为借助球面透镜将照射光聚光于正交两方向，所以照射光的光点尺寸较小，因而不得不排列多个照射头。
另外，通过将球面透镜替换成柱面透镜（cylindrical lens），能够获得光束宽度在柱面透镜的焦线方向上长的线形的照射光，但为了获得在线方向（光束的长径方向）强度（照度）为均匀的照射光，从而需要以高的精度在焦线方向对齐两个柱面透镜。以往，在焦线方向调整柱面透镜是借助复杂的光学***来进行的，因此从球面透镜替换成柱面透镜，会大幅度增加制造成本。
另外，在排列多个输出线形的照射光的照射头进行使用的情况下，需要准确地使照射光的长径方向与排列照射头的方向一致，但因为紫外光不可见，所以不得不例如一边使照射光照射荧光板一边调整照射头的朝向，因而需要繁琐的调整作业。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，目的在于提供容易组装以及设置的用于射出具有线形的均匀的照度分布的照射光的透镜单元、光照射单元以及光照射装置。
为了实现上述目的，本发明的实施方式的透镜单元的特征在于，具备：第一透镜以及第二透镜，它们分别是在第一面形成有凸透镜面的柱面透镜；和镜筒，其将第一透镜以及第二透镜以凸透镜面彼此隔开规定的距离对置且各光轴一致的方式进行保持，镜筒具备中间镜筒部，该中间镜筒部配置于第一透镜与第二透镜之间，通过与各透镜的凸透镜面抵接来定位各透镜，第一透镜以及第二透镜配置成：在与光轴垂直的第一方向具有折射能力，而在与光轴以及第一方向垂直的第二方向不具有折射能力，在中间镜筒部的外周面的、穿过光轴并沿第一方向或者第二方向延伸的直线上的至少一处形成有标识。
根据上述结构，借助设于中间镜筒部的外周面的标识，能够准确地识别透镜单元的聚光方向，从而能够准确且容易地进行设置透镜单元时的定位。另外，根据上述结构，光束未被聚光在第二方向（长径方向），因此能够不缩短第二方向的光束宽度地提高射出光的强度。另外，根据上述结构，在组装时能够准确且容易地对齐两个柱面透镜的焦线的朝向。
本发明的实施方式的透镜单元也可以构成为，中间镜筒部具有突出部，该突出部从中间镜筒部的内周面朝向中心轴突出，在突出部的、穿过光轴并沿第二方向延伸的直线上，隔着光轴设有一对切口部，第一透镜以及第二透镜的凸透镜面的前端部分别嵌入一对切口部，由此第一透镜以及第二透镜相对于第一方向以及第二方向分别被定位。
根据该结构，借助仅将各透镜的凸透镜面一边按压在中间镜筒部的突出部一边绕中心轴旋转这样的简单的操作，将凸透镜面的前端部嵌入切口部，从而能够高精度地定位各透镜的方向。
本发明的实施方式的透镜单元也可以构成为，第一透镜以及第二透镜分别具有圆柱形的侧面，中间镜筒部呈具有内径比第一透镜以及第二透镜的外径稍大的内周面的近似圆筒形，将第一透镜以及第二透镜的凸透镜面侧的至少一部分分别收容于该中间镜筒部的中空部内，突出部形成为具有比第一透镜以及第二透镜的外径小的内径的近似圆环形。
另外，本发明的实施方式的透镜单元也可以构成为，在中间镜筒部的内周面的、第二方向的隔着光轴的两侧，形成有一对槽，这一对槽从光轴方向的一端横切突出部并沿光轴方向延伸，通过形成这一对槽，来在突出部设置一对切口部。
根据上述结构，能够容易地形成切口部。
另外，本发明的实施方式的透镜单元也可以构成为，标识是沿中间镜筒部的轴向延伸的标识槽。
根据上述结构，例如使用加工中心加工中间镜筒部，由此能够以高相对位置精度形成切口部和标识，并且实现可视性良好的标识。
另外，本发明的实施方式的透镜单元也可以构成为，第一柱面透镜以及第二柱面透镜的外径相同。
根据上述结构，能够减少部件的种类，并能够以少的工序加工中间镜筒部，因此能够以低成本制造透镜单元。
本发明的实施方式的光照射单元具备光源单元、和将光源单元射出的光束在第一方向上聚光的上述透镜单元，生成具有在第二方向上长的线形照射区域的照射光。
另外，本发明的实施方式的光照射单元也可以构成为，光源单元具备二维排列的多个LED元件。另外，本发明的实施方式的光照射单元也可以构成为，光源单元具备矩形形状的发光面，该发光面具有与第一方向以及第二方向分别平行的两条边。
根据上述结构，即使照射光由于柱面透镜而仅在一个方向上聚光，也能够获得强度足够高的照射光。
本发明的实施方式的光照射装置的特征在于，具备多个上述光照射单元，多个光照射单元使所述光轴相互平行并沿第二方向以规定间隔排列，规定间隔为：与光照射单元的照射光的照射区域在第二方向上的总宽度的一半值相同的长度。
根据上述结构，能够实现在第二方向的照射区域长且强度均匀的光源。
如上所述，根据本发明的实施方式的结构，实现容易组装以及设置的将照射光的照度分布成形为细长的线形的照射头以及具备该照射头的光照射装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的UV照射装置1的外观图。
图2是表示本发明的实施方式的UV照射装置1的透镜单元120的简要结构的分解图。
图3是中间镜筒部30的从出射侧观察的主视图。
图4是中间镜筒部30的侧视图。
图5是中间镜筒部30的从入射侧观察的后视图。
图6是中间镜筒部30的纵剖视图。
图7是中间镜筒部30的、使焦线F朝向Z轴方向来将第一透镜20以及第二透镜40***中空部的状态的纵剖视图。
图8是中间镜筒部30的、正确地安装了第一透镜20以及第二透镜40的状态的纵剖视图。
图9是照射模块300的外观图。
图10是说明照射模块300的照射区域的照度分布的图。
图11是中间镜筒部30的、变更了柱面透镜的种类的各种变形例的纵剖视图。
附图标记说明：
1…UV照射装置；10…入射侧镜筒部；20…第一透镜；30…中间镜筒部；32…突出部；34…槽；36…标识槽；40…第二透镜；50…出射侧镜筒部；100…主体单元；120…透镜单元；121…镜筒；140…光源单元；141…套管；142…LED元件；160…缆线；200…电源单元；300…连结块；310…贯通孔；330…标识槽；1000…照射模块；F20、F40…焦线；Rn…内径（突出部）；Rw…内径（切口部）。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的UV照射装置1进行说明。图1是UV照射装置1的外观图，图2是UV照射装置1的分解图。此外，在以下的说明中，将后述的透镜单元120的光轴方向称为X轴方向，将后述的平凸柱面透镜（第一透镜20、第二透镜40）的焦线F的方向称为Y轴方向，将平凸柱面透镜的聚光方向称为Z轴方向。此外，平凸柱面透镜在焦线F的方向（Y轴方向）不具有折射能力，而在与焦线F垂直的方向（Z轴方向）具有折射能力。
本实施方式的UV照射装置1具备箱形的电源单元200、和从电源单元200的正面延伸的细长的主体单元100。另外，主体单元100具备透镜单元120、光源单元140以及缆线部160。缆线160是利用金属挠性管覆盖保护用于对光源单元140供电的电力线、发送用于控制光源单元140的动作的信号的信号线而成的，用于连接电源单元200和主体单元100。光源单元140具有近似圆筒形状的套管141，并在一端配置有LED元件142。在光源单元140的套管141内收容有用于驱动LED元件142的驱动电路（未图示），光源单元140的另一端经由缆线160与电源单元200连接。另外，在光源单元140的一端安装有透镜单元120。
透镜单元120具备与光源单元140的外壳141具有大致相同的外径的镜筒121、和保持于镜筒121内的一对平凸柱面透镜（第一透镜20、第二透镜40）。第一透镜20和第二透镜40具有相同的形状以及光学特性。镜筒121在光轴方向被分割成三个部件（从光源单元140侧依次为入射侧镜筒部10、中间镜筒部30、出射侧镜筒部50）。另外，第一透镜20夹在入射侧镜筒部10与中间镜筒部30之间并保持在镜筒121内，第二透镜40夹在中间镜筒部30与出射侧镜筒部50之间并保持在镜筒121内。
接下来对中间镜筒部30的结构进行说明。图3～图5依次是中间镜筒部30的主视图、侧视图、以及后视图。另外，图6是中间镜筒部30的纵剖视图。中间镜筒部30是近似圆筒形状的部件，但在其内周面的X轴方向中央部形成有向内侧突出的近似环形的突出部32。如图2所示，作为一对平凸柱面透镜的第一透镜20以及第二透镜40分别将凸面（凸透镜面）朝向中间镜筒部30配置，凸面侧的一部分收容于中间镜筒部30的中空部内。图7以及图8是表示第一透镜20以及第二透镜40的凸面侧的一部分***中间镜筒部30的中空部内的状态的图。具体而言，图7表示使第一透镜20的焦线F20以及第二透镜40的焦线F40分别朝向Z轴方向将各透镜***中间镜筒部30的状态，图8表示使焦线F20以及焦线F40分别朝向Y轴方向将各透镜***中间镜筒部30的状态。图8所示的配置是光源单元140完成时的配置。
在中间镜筒部30的内周面且在Y轴方向两端部（图3中箭头Rw所示的位置）形成有槽34。槽34从中间镜筒部30的X轴正方向侧的一端（图6中的右端）形成至超过突出部32的位置。由此，在突出部32的Y轴方向两端部设有切口部35（图5）。
如图3以及图8所示，中间镜筒部30在突出部32的内径Rn（例如φ7.5mm）成形为比第一透镜20以及第二透镜40的外径（例如φ8.2mm）小。另外，中间镜筒部30在未形成有突出部32的位置的内径Rw（例如φ8.2（正公差）mm）成形为比第一透镜20以及第二透镜40的外径稍大。因此，即使将第一透镜20以及第二透镜40***中间镜筒部30的中空部，由于第一透镜20以及第二透镜40的凸面的至少一部分与突出部32抵接，所以成为无法进一步向里进入的状态。
如图7所示，若使各焦线F20以及F40朝向未形成有突出部32的槽34的方向（例如Z轴方向），将第一透镜20以及第二透镜40***中间镜筒部30的中空部，则第一透镜20以及第二透镜40的凸面的顶点V与突出部32抵接。在该状态下，若将第一透镜20以及第二透镜40一边按压于突出部32一边使它们绕中间镜筒部30的中心轴C旋转，使各焦线F20以及F40的方向与形成有槽34的Y轴方向一致，则如图8所示，第一透镜20以及第二透镜40的凸面的前端部（顶点V及其附近的部分）嵌入未形成有突出部32的切口部35，由此第一透镜20以及第二透镜40被定位在正确的位置。即，第一透镜20和第二透镜40的光轴C以及焦线F20、焦线F40的方向大致完全一致。另外，由于各透镜20、40的凸面的前端部嵌入切口部35，所以在将各透镜压入中间镜筒部30的状态下，各透镜难以绕中心轴C旋转。因此，第一透镜20的焦线F20以及第二透镜40的焦线F40的方向相对于中间镜筒部30被保持在正确的方向。另外，借助槽34在Z轴方向的尺寸，还能够准确地设定第一透镜20和第二透镜40之间的间隔。
另外，在中间镜筒部30的侧面的Z轴方向两端，以高位置精度形成有沿光轴方向延伸的标识槽36。用户在设置主体单元100时能够根据标识槽36的朝向来准确地识别从主体单元100照射的照射光的长径方向，因此能够不使UV照射装置1工作地正确且容易地定位主体单元100。
在Y轴方向以规定间隔排列多个上述所说明的本实施方式的主体单元100，由此能够形成长线形的照射区域。图9是具备多个主体单元100（100A～100D）的照射模块1000的外观图。照射模块1000具备在Y轴方向排列的四个主体单元100A～100D、和连结上述主体单元100A～100D的连结块300。在连结块300沿着Y轴方向以相等间隔形成有沿X轴方向贯通的四个贯通孔310。各贯通孔310具有比透镜单元120的外径稍大的内径，在各贯通孔310分别***主体单元100A～100D的透镜单元120。另外，在连结块300且穿过各贯通孔310的中心轴的Z轴上贯通有螺孔320。主体单元100A～100D借助被拧入螺孔320的止动螺钉（未图示）而固定于连结块300。另外，在连结块300的出射侧（X轴正方向侧）的面，形成有从各贯通孔310的上端沿Z轴方向延伸的标识槽330。
照射模块1000的组装过程如下。首先，将主体单元100A的透镜单元120向连结块300的各贯通孔310从出射侧镜筒部50***至入射侧镜筒部10（中间镜筒部30穿过贯通孔310为止）。此时，使各透镜单元120的前端从连结块300的出射侧的端面向X轴方向突出的长度准确一致，以使来自各透镜单元120的照射光在照射区域的强度均匀。接下来，使主体单元100A旋转，从而使设于中间镜筒部30的侧面的标识槽36与形成于连结块300的出射侧面的标识槽330的位置对齐，并在该状态下借助止动螺钉将主体单元100A固定于连结块300。对主体单元100B～100D也实施该顺序，由此完成照射模块1000。
如上所述，标识槽36形成于穿过透镜单元120的光轴（X轴）并与焦线方向（Y轴方向）正交的平面（ZX平面）上。另外，标识槽330形成于穿过贯通孔310的中心轴并与贯通孔310的排列方向正交的平面上。透镜单元120以大体上无间隙的方式收容于贯通孔310内，因此透镜单元120的光轴（X轴）配置于贯通孔310的中心轴上。另外，使主体单元100A～100D旋转来使标识槽36与标识槽330的位置对齐，从而透镜单元120的焦线方向（Y轴方向）与贯通孔310的排列方向一致。因此，从四个主体单元100A～100D射出的线形的照明光与邻接的照明光在末端的部分重合，从而形成一束沿Y轴方向延伸的线形的照明光。
图10是说明从照射模块1000射出的照明光在Y轴方向的光束轮廓的图。图10的坐标图的横轴表示Y轴方向的位置，纵轴表示照射模块1000的照射光在各位置的强度（照度）。此外，照射光的强度分布（照度分布）根据离照射模块1000的距离而变化。图10的坐标图表示从照射模块1000的前端离开规定的设计距离（例如28mm）的位置的强度。
图10中的实线Psum是照射模块1000整体的光束轮廓，虚线PA～PD分别是主体单元100A～100D单个所照射的光束的光束轮廓。在本实施方式中，以与各主体单元100的光线轮廓在Y轴方向的总宽度的一半值相等的间隔，沿Y轴方向排列主体单元100A～100D。因此，能够获得邻接的各主体单元100的照射光的末端的部分重合，且在各主体单元100的照射光的边界部分也大致平坦的光束轮廓。在进行液晶面板的粘合工序之类的大面积的粘结时，使用这样具有单向延伸且平坦的光束轮廓的紫外线照射光，从而能够高效地进行均匀的粘结。
以上是对本发明的实施方式的一个例子的说明，但本发明不限定于上述实施方式的结构，而能够在权利要求的记载所表现的技术思想的范围内实施各种变形。
在上述实施方式中，透镜单元120使用了将凸透镜面彼此相对地配置的一对平凸柱面透镜，但外侧的透镜面的形状不限定于平面，例如也可以是使用了外侧的透镜面也为凸面的两凸透镜（参照图11（A））、外侧的透镜面为凹面的具有正折射能力的凹凸透镜的结构（参照图11（B））。并且，在上述的实施方式中，凸透镜面彼此相对地配置的各透镜呈相同的形状，但不必限定于相同形状，也可以组合使用形状不同的透镜（参照图11（C））。
另外，上述的实施方式使用LED来作为光源，但也可以使用其它种类的光源（例如，水银灯、金属卤化物灯等的放电灯、半导体激光）。另外，上述的实施方式是将光源单元与透镜单元直接连接的结构，但也可以是经由束状纤维等的光导体将光源单元与透镜单元连接的结构。
另外，上述的实施方式是标识槽36形成于中间镜筒部30的侧面的Z轴方向（照射光的长径方向）的两端的结构，但也可以是仅在一端形成标识槽的结构。另外，上述的实施方式也可以是在中间镜筒部30的侧面的Y轴方向（照射光的短径方向）的至少一端形成标识槽36的结构。
Claims (14)
1.一种透镜单元，该透镜单元对入射的光束进行聚光而输出具有线形照度分布的照明光，其特征在于，具备：
第一透镜以及第二透镜，它们分别是在第一面形成有凸透镜面的柱面透镜；以及
镜筒，其将所述第一透镜以及所述第二透镜以所述凸透镜面彼此隔开规定的距离对置且各光轴一致的方式进行保持，
所述镜筒具备中间镜筒部，该中间镜筒部配置于所述第一透镜与所述第二透镜之间，通过与各透镜的所述凸透镜面抵接来定位各透镜，
所述第一透镜以及所述第二透镜配置成：在与所述光轴垂直的第一方向具有折射能力，而在与所述光轴以及所述第一方向垂直的第二方向不具有折射能力，
在所述中间镜筒部的外周面的、穿过所述光轴并沿所述第一方向或者所述第二方向延伸的直线上的至少一处形成有标识。
2.根据权利要求1所述的透镜单元，其特征在于，
所述中间镜筒部具有突出部，该突出部从所述中间镜筒部的内周面朝向中心轴突出，
在所述突出部的、穿过所述光轴并沿所述第二方向延伸的直线上，隔着所述光轴设有一对切口部，
所述第一透镜以及所述第二透镜的所述凸透镜面的前端部分别嵌入一对所述切口部，由此所述第一透镜以及所述第二透镜相对于所述第一方向以及所述第二方向分别被定位。
3.根据权利要求2所述的透镜单元，其特征在于，
所述第一透镜以及所述第二透镜分别具有圆柱形的侧面，
所述中间镜筒部呈具有内径比所述第一透镜以及所述第二透镜的外径稍大的内周面的近似圆筒形，将所述第一透镜以及所述第二透镜的所述凸透镜面侧的至少一部分分别收容于该中间镜筒部的中空部内，
所述突出部形成为具有比所述第一透镜以及所述第二透镜的外径小的内径的近似圆环形。
4.根据权利要求2或3所述的透镜单元，其特征在于，
在所述中间镜筒部的内周面的、所述第二方向的隔着所述光轴的两侧，形成有一对槽，这一对槽从所述光轴方向的一端横切所述突出部并沿所述光轴方向延伸，通过形成这一对槽，来在所述突出部设置一对所述切口部。
5.根据权利要求1或2所述的透镜单元，其特征在于，
所述标识是沿所述光轴方向延伸的标识槽。
6.根据权利要求3所述的透镜单元，其特征在于，
所述标识是沿所述光轴方向延伸的标识槽。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的透镜单元，其特征在于，
所述第一透镜的外径和所述第二透镜的外径相同。
8.根据权利要求4所述的透镜单元，其特征在于，
所述第一透镜的外径和所述第二透镜的外径相同。
9.根据权利要求5所述的透镜单元，其特征在于，
所述第一透镜的外径和所述第二透镜的外径相同。
10.根据权利要求6所述的透镜单元，其特征在于，
所述第一透镜的外径和所述第二透镜的外径相同。
11.一种光照射单元，其特征在于，具备：
光源单元；以及
权利要求1～10中任一项所述的透镜单元，其将所述光源单元输出的光束在所述第一方向上聚光，
生成具有在所述第二方向上长的线形照射区域的照射光。
12.根据权利要求11所述的光照射单元，其特征在于，
所述光源单元具备二维排列的多个LED元件。
13.根据权利要求11或12所述的光照射单元，其特征在于，
所述光源单元具备矩形形状的发光面，该发光面具有与所述第一方向以及所述第二方向分别平行的两条边。
14.一种光照射装置，其特征在于，
具备多个权利要求11～13中任一项所述的光照射单元，
多个所述光照射单元使所述光轴相互平行并沿所述第二方向以规定间隔排列，
所述规定间隔为：与所述光照射单元的照射光的照射区域在所述第二方向上的总宽度的一半值相同的长度。
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