JP7482050B2 - 光照射ユニット及び光照射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光照射ユニット及びこの光照射ユニットを備える光照射装置に関する。
特許文献1に示すような製品検査システム等に用いられる光照射装置においては、求められる発光面の大きさが、検査対象や目的等によって異なる。そのため、従来は、求められる発光面の大きさに応じて光照射装置を1つ1つ設計して製造している。
これに対して、小さい発光面を有する光照射ユニットを製造し、これを2次元的に複数並べてより大きな発光面を有する光照射装置を製造することができれば、小さい発光面を有する光照射ユニットだけを製造すればよいので、光照射装置の製造コストを従来よりも下げることができると考えられる。
しかしながら、単独で使用できるように光源等を収容する筐体を備えた光照射ユニットをそのまま並べて使用すると、前記筐体によって気流が遮られるので、周囲を他の光照射ユニットによって取り囲まれた中央部の光照射ユニットには外気が届きにくくなり、中央部に配置された光照射ユニットの放熱効率が大きく低下してしまうという問題がある。
特開2011-247779号公報
本発明は前述したような課題に鑑みてなされたものであり、複数個を並べて使用しても、中央部に配置された光照射ユニットの放熱部まで外気を届けることができる光照射ユニットを提供することを主な目的とする。
すなわち、本発明に係る光照射ユニットは、一端面に設けられた発光面と、該発光面の周囲に設けられた側周面とを有する筐体と、該筐体に保持されて前記発光面から光を射出する光源と、前記光源からの熱を放熱する放熱部とを備え、前記発光面を他の光照射ユニットの発光面と連続するように並べて使用することが可能なものであって、
前記筐体には、前記側周面を貫通するように前記放熱部に外気を供給する流路が形成されており、前記流路の一端である開口が、前記他の光照射ユニットの前記側周面に形成された前記開口と対向する位置に形成されていることを特徴とするものである。
このように構成した光照射ユニットによれば、複数の光照射ユニットを、前記開口同士を対向させるように並べることによって、前記流路を複数の光照射ユニットにわたって連続するように配置することが可能である。そのため、筐体同士を密接させて並べても、中央部に配置された光照射ユニットの放熱部に外気をできるだけ低い温度のまま届けることができる。その結果、中央部の光照射ユニットでも十分に放熱が可能である。
より放熱効率を向上させるには、前記放熱部が、板状の放熱フィンを複数並べたものであって、該放熱フィンの側方に前記流路が形成されおり、前記放熱フィンが、前記流路に対して垂直に配置されていることが好ましい。このような構成にすれば、全ての放熱フィンの間に比較的低温なままの気流をできるだけ均一に送り込むことができるからである。
前述したような構造の放熱部においては、放熱フィンの根本部分に気流を送り込むことができれば、より放熱効率を向上させることができる。そこで、複数の前記放熱フィンの側方端面に設けられ、前記発光面から離れた側の前記放熱フィン間の隙間の一部を遮蔽する遮蔽構造を備えていることが好ましい。
前記光照射ユニットの発光面を複数並べて形成した複合発光面全体にわたって射出される光の強度を均一にするためには、前記光源が、複数のLED又は複数のLED群であり、前記光照射ユニットを複数並べて配置した場合に、隣り合う光照射ユニットと当該光照射ユニットとを跨ぐ前記LED又はLED群の配設ピッチが、当該光照射ユニットの、複数の前記光照射ユニットが並んでいる方向における前記LED又は前記LED群の配設ピッチと等しくなるように構成されていることが好ましい。
前記発光面以外の部分を反射面とすれば、前記筐体の前記発光面が形成されている面における、外部から前記発光面の周囲に戻って来る反射光を再反射して前記発光面から射出される光の強度を補強することができるので好ましい。
他の光照射ユニットと並べて配置した場合であっても、前記筐体内の空気をスムーズに外部に排出できるようにするには、前記放熱部を通過した空気を排出する排気口が、前記筐体の底板に形成されていることが好ましい。
放熱効率をより向上させるためには、前記排気口に向かう気流の全てが前記放熱フィンの間を通過するように構成されていることが好ましい。
前述したような光照射ユニットを複数備えた光照射装置において、光の均一度をより向上させ、かつ前記複合発光面全体から射出される光強度を補強するという観点から、前記複合発光面の外側に、該複合発光面を取り囲む反射部材が設けられていることが好ましい。
前記複数の光照射ユニットを連結する連結機構が、前記筐体の側面に形成された溝と、該溝内に配置されることで、光照射ユニットを位置決めする位置決め部材とを備えるものであることが好ましい。このような連結機構によれば、前記位置決め部材が前記溝内に配置されるので、前記光照射ユニットをマトリクス状に並べた場合であっても、前記光照射ユニットの前記筐体同士を隙間なく並べて使用することが可能である。
光照射ユニットを、例えば、マトリクス状に複数並べて使用した場合であっても、中央部に配置された光照射ユニットについて充分な放熱が可能であるので、基本サイズとなる発光面を有する光照射ユニットを製造すれば、この光照射ユニットを複数個並べるだけで所望の大きさの発光面を有する光照射装置を簡単に製造することができる。
本発明の一実施形態に係る光照射ユニットの全体模式図。 本実施形態に係る光照射ユニットの発光面を示す模式図。 本実施形態に係る光照射ユニットを図2のA-A線で切った断面模式図。 本実施形態に係る光照射ユニットを図2のB-B線で切った断面模式図。 本実施形態に係る光照射ユニットを図2のC-C線で切った断面模式図。 本実施形態に係る光照射ユニットにおける気流を示す模式図。 本実施形態に係る光照射ユニットを複数並べた光照射装置の全体模式図。 本実施形態に係る光照射ユニットを複数並べた光照射装置の全体模式図。 本実施形態に係る光照射装置の発光面(複合発光面)を示す模式図。
以下に、本発明に係る光照射ユニット1及び光照射装置100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ユニット1は、例えば、樹脂等を硬化させる紫外線照射装置等に用いられるものであり、図1又は図2に示すように、一端面に発光面11aが形成された筐体11と、該筐体11の内部に収容されて前記発光面11aに向けて光を射出する光源部12と、前記筐体11に保持されて、前記光源部12からの熱を放熱する放熱部13とを備える。
前記筐体11は、例えば、図3~5に示すように、直方体状のものであり、前記発光面11aが形成された天板111と、前記天板111に対向するように配置された底板112と、これら天板111と底板112との間に配置されて、その外面が前記筐体11の側周面11bを形成する4つの側板113とを備えるものである。
前記発光面11aは、前記光源部12からの光が前記筐体11から外部へ射出される仮想面であり、本実施形態では、図2に示すように、前記天板111に形成されて、前記光源部12からの光を透過させる複数の透過窓が前記発光面11aとなっている。前記天板111の外面のうち、前記透過窓が形成されている部分以外の面は、例えば鏡面加工が施される等して反射面となっている。
前記光源部12は、図2に示すように、前記発光面11aに対して平行に配置された矩形状の基板121と、該基板121上に配置された光源122とを備えるものである。本実施形態では、前記光源122である前記複数のLEDが、4つのLEDからなるLED群として配置されており、このLED群が前記基板121の縦方向及び横方向において、それぞれ等ピッチになるように複数個配置されている。複数の前記LED群はそれぞれ、複数の前記透過窓の直下に位置するように配置されている。
前記LEDに電源を供給するために前記基板121上に配置された配線等は、前記透過窓の直下をできるだけ避けるように配置されている。
前記放熱部13は、例えば、前記光源部12とともに前記筐体11に保持されているものであり、本実施形態では、図3~5に示すように、前記筐体11の内部に配置されている。前記放熱部13は、例えば、前記基板121に密着するように配置される面を有する板状のベース部材131と、このベース部材131の前記基板121が載置されている面とは反対側の面から起立するように複数並べられた板状の放熱フィン132とを備えるものである。前記光源部12から前記板状のベース部材131に伝えられた熱は、前記放熱フィン132に伝えられ、これら放熱フィン132の間を空気が通過することによって、前記光源部12において発生した熱が前記筐体11の外部に放出されるようになっている。
前記放熱フィン132の前記ベース部材131とは反対側の端部には、複数の前記放熱フィン132の流路11eに面している側方端面に設けられ、前記放熱フィン132の間の隙間の一部を遮蔽する遮蔽構造133が設けられている。
この遮蔽構造133は、例えば、前記側方端面のうち、前記ベース部材131とは反対側の端から3分の2程度の高さまでを覆うように、該側方端面の間にかけ渡された板状の遮蔽部材を備えるものである。
前記放熱フィン132の間を流れる気流を発生させるために、前記筐体11には、図4に示すように、前記筐体11の内部に外気を取り込む吸気口11cと、取り込まれた外気を前記筐体11の外部に排出するための排気口11dとが形成されている。
また、前記筐体11内には、図3~5に示すように、前記吸気口11cから前記排気口11dに向かう気流を発生させるファン14が設けられている。
前記ファン14は、例えば、前記放熱部13と前記排気口11dとの間に設けられて、前記放熱フィン132の間を通過した空気を前記排気口11dから外部へ排出することによって前記筐体11内に気流を発生させるものである。
前記筐体11には、図4又は図6に示すように、前記吸気口11cから取り込んだ外気を前記放熱部13に供給するための流路11eが形成されている。該流路11eは、前記筐体11が備える4つの側板113のうち、例えば、対向する2つの側板113を貫通するように形成されている。この流路11eは、例えば、前記放熱フィン132の外縁と前記側板113の内面との間に形成されており、前記放熱フィン132の側方を、前記放熱フィン132に対して空気が垂直に流れるように形成されているものである。前記流路11eの両端は、前記側板113にそれぞれ形成された開口11fとなっており、これら開口11fが前記吸気口11cとしての機能を果たしている。なお、図6では、流路11eを流れる気流の一部が放熱部に流れ込む様子を図示するために、光照射ユニットの一部を省略して記載している。
前記流路11eと前記排気口11dとの間には、前記排気口11dから排出される空気のほとんど全てが前記放熱フィン132の間を流れるように誘導するための隔壁15が設けられている。この隔壁15は、例えば、図3~5に示すように、前記ファン14を内部に収容するファンベースが、各前記放熱フィン132の前記流路11eに面する縁と前記側板113の内面との間を遮蔽するように配置されることによって、その機能を果たすようにしてある。
前記排気口11dは、前記筐体11の前記底板112に形成されている。
前記底板112には、前記排気口11dの他にも、外部の電源から前記LEDに電源を供給するためのケーブル等と前記筐体11内部に配置された配線とを接続するコネクタ部16が設けられている。前記筐体11の内部には、図5に示すように、前記放熱部13から前記排気口11dへと向かう気流が通る空間と前記コネクタ部16が配置されている空間とを隔てる仕切り板17が設けられている。
以上に説明した光照射ユニット1は、それ自体を単独で使用することももちろん可能であるが、例えば、図6~8に示すように、複数の光照射ユニット1の各発光面11aを同一面上に連ねて並べることによって、より大きい複合発光面100aを形成することが可能である。
このように複数の光照射ユニット1を並べて連結し光照射装置100を構成する際には、前記開口11fが形成された側周面11b同士が隣り合うように光照射ユニット1を並べる。図6に示すように、これら光照射ユニット1を一列に並べたときに前記流路11eも一列に並んでつながるように、前記開口11fは、隣り合う他の光照射ユニット1の開口11fと対向する位置に形成されている。
以上に説明したような光照射ユニット1を複数備えた光照射装置100は、図7~8に示すように、前記光照射ユニット1を複数並べて連結する連結機構101を備えている。
前記連結機構101は、例えば、前記光照射ユニット1の筐体11の側板113に形成された溝102と、この溝102内に位置決めされる位置決め部材103と、この位置決め部材103同士をさらに結合する結合部104とを備えるものである。
前記溝102は、本実施形態では、前記筐体11の対向する前記側板113にそれぞれ形成されているものであり、複数の前記光照射ユニット1を、前記開口11fが形成されている側周面11b同士が向かい合うように一列に並べて配置した場合に、隣接する複数の光照射ユニット1にわたって連続するように形成されている。さらに、この溝102は、複数の前記光照射ユニット1を前記溝102が形成されている側周面11b同士が向かい合うように並べて配置した場合に、前記溝102同士が対向するように形成されていることが好ましい。
前記溝102は、例えば、前記開口11fが形成されていない1つの側板113に2本形成されており、この側板113に対向する側板113にも2本形成されていることが好ましい。
前記位置決め部材103は、光照射ユニット1にわたって形成された前記溝102内に配置される真っすぐな板状のものであり、複数の前記光照射ユニット1を前記溝102が形成されている側周面11b同士が向かい合うように並べて配置した場合に、前記側周面11b同士を当接させることができるように、溝102同士を対向するように配置した場合の2つの溝102によって形成された空間の奥行と同じ厚みかそれ以下の厚みのものであることが好ましい。
前記結合部104は、前記光照射ユニット1を複数個連結した位置決め部材103同士をさらに結合することによって、光照射ユニット1をマトリクス状に連結するためのものであり、例えば、前記位置決め部材103を固定する固定部104aと、この固定部104aを支持する棒状の枠体104bとを備えるものである。前記固定部104aは、前記位置決め部材103と前記枠体104bとを繋ぐ、例えば、L字型の板状の部材である。
このような連結機構101を使用して、光照射ユニット1をマトリクス状に並べて連結する方法としては、例えば、前述したように、まず複数の光照射ユニット1を直列に並べた光照射ユニット1の列を作り、これらの列を並列に並べることが考えられる。
本実施形態では、光照射ユニット1をその側板113に形成された溝102が連続するように並べた状態で、これら光照射ユニット1を両側から挟むように前記溝102内に位置決め部材103を配置して、これら位置決め部材103を固定部104aによって枠体104bに対して固定することによって、光照射ユニット1を連結している。
本実施形態では、図9に示すように、前記光照射ユニット1を複数個連結したときに複数の光照射ユニット1の発光面11aによって形成された複合発光面100a全体における前記LED群の配設ピッチが、縦方向及び横方向において、それぞれ等ピッチになっていることが好ましい。そのために、前記光照射ユニット1を跨ぐ前記LED群の縦方向の配設ピッチ100b及び横方向の配設ピッチ100cが、前記光照射ユニット1の前記基板121における前記LED群の縦方向の配設ピッチ12a、及び横方向の配設ピッチ12bと同じピッチになるようにしてある。前記光照射ユニット1をマトリクス状に並べて使用する場合には、前記基板121における前記LED群の縦方向の配設ピッチ12aと横方向の配設ピッチ12bとが互いに同じであることが好ましい。
本実施形態では、図8に示すように、前記光照射装置100が、前記複合発光面100aをその側方から取り囲む反射部材105をさらに備えるようにしている。この反射部材105は、例えば、その表面が鏡面になっている。
この反射部材105は、例えば、前記複合発光面100aの4つの辺とそれぞれ同じ長さの辺を有する4枚の板材から形成されており、前述した同じ長さの辺同士が突き合わされるように、前記複合発光面100aを形成している光照射ユニット1のうち最も外側に配置されている筐体11の側板113に、その鏡面が前記複合発光面100aの側を向くように取り付けられている。本実施形態では、前記反射部材105が前記複合発光面100aに対して垂直になるように取り付けられているが、この取り付け角度は用途等によって適宜変更することができる。
このように構成された光照射ユニット1および光照射装置100によれば、以下のような効果を奏することができる。
複数の前記光照射ユニット1を一列に並べたときに、前記流路11eも一列に並んでつながるようにしてあるので、前記光照射ユニット1の列を並列して複数並べて、前記光照射ユニットをマトリクス状に並べた場合にも、中央部に位置する光照射ユニット1の放熱部13にも外気を供給することができる。より具体的には、例えば図6に示すように、光照射ユニット1の開口11f同士を対向するように並べることができるので、流路11eの一端である開口11fから流路11e内に導入されて、放熱フィン132の間に流入せずに流路11e内を直進した気流は該流路11eの他端に形成された開口11fから外部へ流出し、隣接する光照射ユニット1の開口11fから隣接する光照射ユニット1の流路11e内に導入される。このようにして、いくつもの光照射ユニット1の流路11eを経由して、中央部に位置する光照射ユニット1の内部まで空気が流れ込んで行くので、放熱部13にも外気をできるだけ低温のまま供給することができるのである。
前記流路11eが前記放熱フィン132の側方に形成されており、前記放熱フィン132が該流路11eに対して垂直になるように配置されているので、複数の前記放熱フィン132の間に、前記流路11eを流れる気流をできるだけ均一に流入させることができる。
前記放熱フィン132の流路11eに面している側方端面のうち、前記ベース部材131とは反対側の端部にかけ渡された遮蔽構造133を備えているので、気流は前記放熱フィン132の前記ベース部材131側から放熱フィン132の間に流入する。その結果、前記放熱フィン132の付け根に外気を供給することができ、前記放熱部13による放熱効率を向上させることができる。
前記放熱フィン132と前記ファン14との間に、前記隔壁15が形成されているので、前記排気口11dへ向かう気流のほとんど全てが前記放熱フィン132の間を通るようにすることができ、放熱効率をより高めることができる。
また、隔壁15が設けられていることにより、放熱フィン132の間を通過して温められた空気が再度流路11eに戻ることを抑えて、流路11eを通って、中央部に配置された光照射ユニット1に送りこまれる空気をできるだけ低温のまま保つことができる。
前記天板111に形成された透過窓以外の部分の外面、つまり透過窓の周囲が反射面になっているので、外部から前記天板111に戻って来る反射光を再度反射することができる。そのため、前記光照射ユニット1から射出される光の発光強度を補強することができる。
また、前記天板111の透過窓以外の部分によって前記基板121上に配置された配線などが覆われているので、前記基板121上に配置された配線等を前記反射光から保護することができる。
前記排気口11d及び前記コネクタ部16が前記筐体の底板112に形成されているので、前記光照射ユニット1を並べて使用する場合に、前記側板113同士を当接させて隙間なく並べることができる。
前記排気口11dへ向かう気流が通る空間と、前記コネクタ部16が配置されている空間とを仕切る仕切り板17が設けられているので、前記排気口11dへ向かう気流が前記コネクタ部16周辺で滞留することを防いで、気流を前記排気口11dから前記筐体11の外部へスムーズに導くことができる。
前述したように、光照射ユニット1の各側板113には2本の溝102が形成されているので、位置決め部材103と結合部104によって固定された光照射ユニット1の列を、さらに並列に並べる際に、隣り合う列において、位置決め部材103が内部に配置されている溝102と、位置決め部材が内部に配置されていない溝102とを対向させるように光照射ユニット1の列を並べることができる。そうすると、前記光照射ユニット1の列をさらに並列に並べる際に、位置決め部材103を溝102の内部に収容することができる。その結果、これら光照射ユニットを列の方向にも、これら列を並列させた方向にも隙間なく並べることができる。
前記複合発光面100a全体にわたって、前記LED群がその縦方向及び横方向にそれぞれ等ピッチで配設されるようにしてあるので、前記複合発光面100a全体から射出される光をできるだけ均一にすることができる。
前記複合発光面100aを側方から取り囲む反射部材105をさらに備えているので、前記複合発光面100aの周辺における光のムラを抑えて、照射対象の表面における光の均一性をより向上させることができる。
本発明に係る光照射ユニット及び光照射装置は、前述した実施形態に限られるものではない。
前記流路は、前記筐体の側周面を形成している前記側板を貫通するように形成されていればよく、必ずしも対向する2つの側板を貫通するものでなくても良い。この場合には、前記開口が対向するように、前記光照射ユニットの向きを適宜変えて並べることによって、前記流路が蛇行するように連続してもよい。
前記発光面は、複数の透過窓で形成されたものに限らず、1つの透過窓で形成されていても良いし、前記筐体の一端面すべてが発光面となっていても良い。
前記光源は、1つのLEDであってもよく、前述したように複数のLEDを備えたLED群であっても良い。LED群を構成するLEDの数は4つに限られず、2つや3つであってもよいし、5つ以上であっても良い。また、光源は、必ずしもその全体が筐体の内部に収容されている必要はなく、例えば、光源の外表面が発光面を形成するように筐体に保持されていても良い。
前記放熱部は、前述したように、その全体が筐体の内部に収容されているものに限らず、その一部又は全部が前記筐体の外側に配置されているものであっても良い。
前記遮蔽構造は、前記放熱フィンとは別に形成して取り付けられたものであっても良いし、放熱フィンの余剰部分を折り込むことによって形成されたものであっても良い。
前記実施形態では、前記ファンベースが、前記隔壁としての機能を果たす場合を説明したが、これに限られず、例えば、前記筐体の側板の内面と前記放熱フィンの外縁との間に形成されている板状の部材を別途設けることによって、前記排気口から排出される気流の全てが前記放熱部を通過するようにしても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
100 ・・・光照射装置
1 ・・・光照射ユニット
11 ・・・筐体
11a ・・・発光面
11b ・・・側周面
112 ・・・底板
11d ・・・排気口
121 ・・・光源
13 ・・・放熱部
132 ・・・放熱フィン
133 ・・・遮蔽構造
11e ・・・流路
11f ・・・開口
100a・・・複合発光面
101 ・・・連結機構
102 ・・・溝
103 ・・・位置決め部材
105 ・・・反射部材

Claims (9)

  1. 一端面に設けられた発光面及び該発光面の周囲に設けられた側周面とを有する直方体状の筐体と、前記筐体に保持されて前記発光面から光を射出する光源と、前記筐体に保持されて前記光源からの熱を放熱する放熱部とを備え、前記発光面が他の光照射ユニットの一端面に設けられた発光面と連続するように、当該他の光照射ユニットと連結される光照射ユニットであり、
    前記筐体には、前記側周面のうちの互いに対向する2つの側周面に開口した2つの開口の間に前記筐体を貫通するように形成されて前記放熱部に外気を供給する流路が形成されており、
    前記流路の開口が、前記他の光照射ユニットの側周面に形成された開口と対向する位置に形成されており、
    前記放熱部が、板状の放熱フィンを前記発光面に対して垂直に複数並べたものであり、
    該放熱フィンと前記側周面との間に前記流路が形成されており、
    前記発光面に対して垂直な方向からみた場合に、前記放熱フィンが、前記流路に対して垂直に配置されていることを特徴とする光照射ユニット。
  2. 前記放熱部が、前記光源に密着する面を備えたベース部材をさらに備え、
    前記放熱フィンは、前記ベース部材の前記光源と密着する面とは反対側の面から前記発光面とは反対側に向けて起立するように設けられており、
    複数の前記放熱フィンの側方端面に設けられ、前記放熱フィンの前記ベース部材とは反対側の端部において、前記放熱フィン間の隙間の一部を遮蔽する遮蔽構造を備えている請求項1に記載の光照射ユニット。
  3. 前記光源が、LED又はLEDを複数備えたLED群であり、
    前記光照射ユニットを複数並べて配置した場合に、
    前記光照射ユニットの、複数の前記光照射ユニットが並んでいる方向における前記LED又は前記LED群の配設ピッチと、隣り合う光照射ユニットと当該光照射ユニットとを跨ぐ前記LED又は前記LED群の配設ピッチとが等しくなるように構成されている請求項1又は2に記載の光照射ユニット。
  4. 前記筐体の前記発光面が形成されている面における、該発光面以外の部分が反射面になっている請求項1乃至3の何れか一項に記載の光照射ユニット。
  5. 前記筐体が、前記発光面と対向するように配置された底板を備え、
    前記底板に前記放熱部を通過した空気を排出する排気口が形成されている請求項1乃至4の何れか一項に記載の光照射ユニット。
  6. 前記排気口に向かう気流を、前記放熱部を通過するように誘導する隔壁をさらに備えている請求項5記載の光照射ユニット。
  7. 請求項1乃至6の何れか一項に記載の光照射ユニットを1つ又は複数備えた光照射装置。
  8. 複数の前記光照射ユニットの前記発光面によって形成された複合発光面と、
    前記複合発光面を側方から取り囲む反射部材とを備えている請求項7記載の光照射装置。
  9. 複数の前記光照射ユニットを連結する連結機構を備え、
    前記連結機構が、前記筐体の側周面に形成された溝と、該溝内に配置される位置決め部材とを備える請求項7又は8記載の光照射装置。
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