JP2022152416A - 光照射装置及び光検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】光量ロスがほとんど生じず、簡単な構造で光量検出が可能な光照射装置１００を提供する。【解決手段】所定の光路上に設置した対象物に光を照射するＬＥＤ１と、前記ＬＥＤ１から射出される光量を検出する光検出器３とを備えた光照射装置１００において、前記光検出器３が、先端同士を接合して接点Ｐを形成した一対の金属素線４１を有する熱電対４を有し、該熱電対４の起電力を光量対応値として出力するものであり、前記金属素線４１の接点Ｐを含む一定部位が露出しており、該露出部位４１ａが前記光路上に配置されるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物の露光、硬化、接着等に好適に用いられる光照射装置に関する。

例えば、従来の露光用の光照射装置では、所望のドーズ量での露光を実現すべく、特許文献１に示すように、光路の途中にビームスプリッタを設けて射出光の一部を取り出し、これをフォトダイオードなどの光検出器に導入して光量を検出できるようにしている。

しかしながら、このような構成では、ビームスプリッタをはじめとする光学系が少なくとも必要となるうえ、ビームスプリッタで射出光の一部が分割されるため、光量の相当なロスが生じるという問題もある。

特開2017-142921号公報

本発明は、上記課題に鑑み、熱電対を利用するという、従来有り得ない新たな発想によって、光量ロスがほとんど生じず、簡単な構造で光量検出が可能な光照射装置を提供すべく図ったものである。

ここで、光量検出に熱電対を用いることが、なぜ新たな発想か、について、説明しておく。
そもそも、熱電対とは、周知のように熱起電力を利用して温度を測定するものであるから、光量を直接測定することはできず、光を特定の間接物に照射し、その間接物の温度を熱電対で測定することによって光量を間接的に測定するしかないと従来考えられている。

したがって、この種の光照射装置の光量検出に熱電対を適用するためには、前記間接物が必要となるうえ、その間接物に射出光の一部を導く光学系も必要となるので、結局のところ、前述したフォトダイオード等を用いる従来の光量検出手法と構成上の大きな差が出ない。さらに、フォトダイオード等による直接的な光量検出に比べ、熱を介在させた間接的な光量検出となるので、精度や安定性に劣るうえ、応答性についても分単位の時定数という極めて遅いものとなる。
以上の理由から、本発明の技術分野においては、光量検出に熱電対を用いるという発想自体が、そもそも生まれようがなかったわけである。

このような既存の技術常識に対し、本発明者は鋭意検討した結果、紫外光又は可視光を熱電対に直接照射すると、その理由は定かではないが、温度によるものとは考えにくい早い応答性で起電力が発生し、しかも、その出力値が実際の光量に精度よく対応することを初めて見出し、本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明に係る光照射装置は、所定の光路上に設置した対象物に光を照射する光源と、該光源から射出される光量を検出する光検出器とを備えたものである。

そして、前記光検出器が、先端同士を接合して接点を形成した一対の金属素線からなる熱電対を有し、該熱電対の起電力を光量対応値として出力するものであり、前記金属素線の接点を含む一定部位が露出させてあり、該露出部位が前記光路上に配置されていることを特徴とする。

このようなものであれば、細い金属素線が光路上に配置されるだけであり、射出光の一部を取り出すための光学系等も不要となるので、極めてシンプルな構成での実現が可能で、光量ロスもほぼ０に抑えることができる。さらに、上述したように、光量検出の応答性や精度、安定性も十分に担保できる。

より簡単な構造で本発明を実現できる具体的実施態様としては、内部に収容した前記光源の光を外部に射出する発光窓が形成された筐体を備え、前記発光窓に、前記露出部位が架け渡されているものを挙げることができる。

前記接点をできる限り小さくして、光量ロスを最小限にするとともに、製造の簡単化を図るには、接点をスポット溶接により形成することが好ましい。
前記光源が紫外光を発する露光用のものであれば、本発明の効果がより顕著となる。

本発明によれば、上述したように、光量ロスがほとんど生じず、簡単な構造で光量の検出が可能となる。

本発明の一実施形態における光照射装置を示す全体斜視図である。 同実施形態における光照射装置の正面図である。 同実施形態における光照射装置の平面図である。 図３におけるＡ－Ａ線断面図である。 図４におけるＢ部を拡大した部分拡大図である。 同実施形態における熱電対を用いた光検出器の光量検出特性を示すグラフである。 同実施形態における熱電対を用いた光検出器の応答性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態における光照射装置を示す全体斜視図である。 図８におけるＣ－Ｃ線部分断面図である。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る光照射装置１００は、図１等に示すように、紫外光を射出して対象物を露光するものであり、複数の紫外ＬＥＤ１と、該ＬＥＤ１を保持する筐体２と、ＬＥＤ１の光量（輝度）を検出する光検出器３とを備えている。
前記ＬＥＤ１は、図１、図２に示すように、例えば表面実装型のもので、矩形状をなす配線基板１ａ上に、縦横マトリクス状に複数が並び設けられている。

筐体２は、図１～図４に示すように、表板、裏板、平板、底板、左右側板を備えた直方体状をなすものである。前記表板には、前記ＬＥＤ１の紫外光を外部に射出する発光窓２ａが設けられている。この発光窓２ａは、一定の奥行きを有した矩形状の窓枠２１で形成されている。そして、この窓枠２１の奥に、前記配線基板１ａに搭載されたＬＥＤ１が、表側に向かって紫外光を射出するように配置されている。また、この窓枠２１の内側周面２１ａは鏡面にしてあり、ＬＥＤ１から射出された紫外光がこの内側周面２１ａで反射されるようにもしてある。

前記光検出器３は、先端同士を接合して接点Ｐを形成した一対の金属素線４１からなる熱電対４を有したものである。
これら金属素線４１は、図４等に示すように、その先端側が被覆されない裸の露出部位４１ａとなっており、その基端側がシースＳ（図５に示す。）で被覆された被覆部位４１ｂとなっている。
前記各金属素線４１の露出部位４１ａは、前記発光窓２ａに架け渡されて中空に配置されている。

より具体的に説明すると、図４、図５等に示すように、窓枠２１の対向する内側周面２１ａにはそれぞれ貫通孔が設けられており、各貫通孔から各金属素線４１の前記露出部位４１ａのみが、発光窓２ａ内に延出するように構成してある。この実施形態での該露出部位４１ａの延出方向は、発光窓２ａの短辺と平行な方向であり、前記接点Ｐは、正面から視て発光窓２ａの左右及び上下の中央となるように設定してある。

前記各金属素線４１の被覆部位４１ｂは、発光窓２ａ内には出ておらず、前記貫通孔から筐体２の内部を通り、筐体の裏板を貫通して外部に延伸している。そして、その延伸先である基端部分は、これら金属素線４１間に電圧として表れる熱起電力を測定し、この電圧（請求項でいう光量対応値）を光量に変換する計測器（図示しない）に接続されている。

この計測器は、アナログ回路とデジタル回路とからなる電気回路で構成されており、この電気回路によって、金属素線４１間の電圧を測定する電圧測定部と、測定した電圧を光量に変換する変換部としての機能を発揮するものである。この変換部での変換にあたっては、前記測定電圧と光量との相関関係が必要であるが、ここではその相関関係を予め実験によって求めてある。

図６にその実験結果を示す。別途、フォトダイオードによるＵＶセンサで測定した光量（センサー測定値）と、金属素線４１間の測定電圧（熱電対出力値）とが高い精度で安定して比例していることがわかる。この比例式が前記相関関係である。なお、同図中、「周囲温度」とは、熱電対４の周辺の温度のことで、別に設けた温度センサで測定した値である。熱電対４の周囲温度はほとんど変化しておらず、金属素線４１間の測定電圧（熱電対４の出力値）が周辺温度の影響によるものではなく、ＵＶ光の照射によるものであることを示している。
ちなみに、図７に、熱電対４を用いた光量測定の応答性を示しておく。この図７から、熱電対４を用いた光量測定の応答時定数が１０～３０秒程度であり、十分な速応性を有することが把握できる。

なお、この図７には、熱電対の線径を細くした場合のデータ（細径熱電対出力）も掲載している。この結果は驚くべきものである。仮に、熱電対４の出力が紫外線の照射による温度上昇で引き起こされているとすれば、熱電対を細くすれば、熱容量が小さくなるので、応答性が向上し、よりよい結果が得られるはずである。しかしながら、細径熱電対出力のグラフをみれば明らかなように、その出力値は発振している。したがって、熱電対４が、温度変化を感知しているのではなく、光の直接的な影響を受けて出力値が変動していることが推認される。これは全く新しい知見である。また、熱電対の径も細ければよいというものではなく、最適な径があることがわかる。

本実施形態では、前記比例式を前記計測器が有するメモリに記憶させておき、該比例式に基づく演算をＣＰＵに行わせて前記測定電圧から光量を算出するようにしている。

しかして、このような構成であれば、光路、すなわち発光窓２ａ上には、細い金属素線４１のみが配置されるだけなので光量ロスをほぼ０に抑えることができる。また、光量測定のための光学系なども不要なので、極めてシンプルな構造にすることができる。しかも、上述したように、光量検出の応答性や精度、安定性も十分に担保できる。

さらに、この実施形態では、光路、すなわち発光窓２ａに金属素線４１が架け渡されているところ、その懸架方向を、発光窓２ａの短辺方向と平行にして、光を遮る金属素線４１の長さ、すなわち面積を最小にしている。このことによっても、光量ロスを可及的に減少させている。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、筐体の形態、ＬＥＤの種類や配置、発光窓の形状などは、適宜変更可能であるし、露光用の光照射装置のみならず、検査用の光照射装置等にも適用可能である。例えば、リング型の検査用光照射装置１００に本発明を適用した例を図８、図９に掲載する。この例では、図９に示すように、筐体２の内部に収容されたＬＥＤ１から透明なリング状カバー体９を通って光が外部に射出されるが、このＬＥＤ１とカバー体９との間の光路上に、平面視、径方向に延びる金属素線４１ａを架け渡すように配置して、その接点Ｐが中央部位に位置するようにしている。
光も紫外光に限られず、可視光でも構わない。

熱電対は複数でもよく、例えば光路上に複数対の金属素線が場所を異ならせて配置してもよい。
金属素線は前記実施形態のように光路（発光窓２ａ）を跨ぐように架け渡さなくともよい。例えば一対の金属素線がＶ字をなし、その頂点に接点がくるように、光路上に突出させてあっても構わない。もっとも、このような構成では、接点を確実に固定できないため、その位置が振動等で変化する恐れがある。これに対し、前記実施形態のように、ある程度の張力で金属素線を架け渡しておけば、簡単な構造で金属素線及び接点の安定した保持が可能になる。

また、光路上には金属素線の露出部位のみが配置されるようにすれば、光を遮る面積を最小にできるが、十分な光量が得られるとか、遮光による照度ムラが問題ない限度において被覆部位が多少光路上にあってもかまわない。

接点を含む素線の露出部位は、前記実施形態では、発光窓２ａ内に配置されていたが、光路上であれば、筐体の外に飛び出していても構わない。また、光路上ではなく、漏れ光など、射出光量と相関がある光が照射される部位に、露出部位を配置するようにしてもかまわない。

その他、本発明は前記実施形態や変形例に限られるものではなく、それらの各構成を適宜組み合わせるようにするなど、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・光照射装置
１・・・ＬＥＤ
２・・・筐体
２ａ・・・発光窓
３・・・光検出器
４・・・熱電対
４１・・・金属素線
４１ａ・・・露出部位
Ｐ・・・接点

Claims (6)

1. 所定の光路上に設置した対象物に光を照射する光源と、該光源から射出される光量を検出する光検出器とを備えた光照射装置であって、
   前記光検出器が、先端同士を接合して接点を形成した一対の金属素線からなる熱電対を有し、該熱電対の起電力を光量対応値として出力するものであり、
   前記金属素線の接点を含む一定部位が露出させてあり、該露出部位が前記光路上に配置されていることを特徴とする光照射装置。
2. 前記露出部位が、中空に浮いた状態で保持されていることを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
3. 内部に収容した前記光源の光を外部に射出する発光窓が形成された筐体を備え、前記発光窓に前記露出部位が架け渡されていることを特徴とする請求項２記載の光照射装置。
4. 前記接点が、スポット溶接により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の光照射装置。
5. 前記光源が紫外光を発するものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の光照射装置。
6. 所定の光路上に設置した対象物に光を照射する光源を備えた光照射装置に用いられる光検出器であって、
   先端同士を接合して接点を形成した一対の金属素線からなる熱電対を有し、該熱電対の起電力を光量対応値として出力するとともに、前記金属素線の接点を含む一定部位が露出させてあり、該露出部位が前記光路上に配置されることを特徴とする光検出器。
   
   

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