(57)【要約】【課題】被硬化物を均一に硬化することができる硬化装置を提供する。【解決手段】硬化装置は、爪塗料９等の被硬化物を硬化させるための光を放出する光源２と、被硬化物の位置を検出するカメラ６（センサー）と、カメラ６で検知した被硬化物の位置の情報に基づいて、光源２から放出された光１０の方向を変えるＭＥＭＳミラー３（光方向変換素子）とを備え、光源２は、被硬化物の厚みの２倍における鮮明度が０．５％以下である光を放出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被硬化物を硬化させるための光を放出する光源と、
前記被硬化物の位置を検出するセンサーと、
前記センサーで検知した前記被硬化物の位置の情報に基づいて、前記光源から放出された光の方向を変える光方向変換素子と、を備え、
前記光源は、前記被硬化物の厚みの２倍における鮮明度が０．５％以下である光を放出する硬化装置。
【請求項２】
前記被硬化物は、爪塗料であり、
前記光源から放出される光は、中心波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下であり、かつ、前記被硬化物の厚みが０．０３ｍｍ以上０．０７ｍｍ以下において鮮明度が０．５％以下である請求項１記載の硬化装置。
【請求項３】
前記光方向変換素子により方向が変えられた光は、前記硬化装置の外部との境界である窓部を通過して前記被硬化物に照射される請求項１または２記載の硬化装置。
【請求項４】
前記窓部には、前記光方向変換素子により方向が変えられた光が透過する透過部材が配備され、
前記透過部材により前記硬化装置の内部と外部とが空間分離されている請求項３記載の硬化装置。
【請求項５】
前記光源は、スーパールミネッセントダイオードを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬化装置。
【請求項６】
前記光源は、高周波重畳した半導体レーザを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬化装置。
【請求項７】
前記光源は、独立した複数の半導体レーザからの光を合成した構成である請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬化装置。
【請求項８】
前記光源は、位相非同期型半導体レーザアレイからの光を合成した構成である請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬化装置。
【請求項９】
前記光源は、互いに発振波長が異なる複数の半導体レーザからの光を合成した構成である請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬化装置。
【請求項１０】
前記光源は、複数の横モードで発振する半導体レーザを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の硬化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、爪塗料等の被硬化物を乾燥硬化させる硬化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化粧品を乾燥硬化させるために固体光源が使われている。その代表例は、爪化粧（美爪術、ネイルポリッシュ等）における爪塗料の乾燥である。爪塗料は、例えば、手の指の爪に対してはマニュキュア、足の指の爪に対してはペディキュアとして用いられる。特に最近はネイルアート市場の拡大とともに、爪塗料を短時間で乾燥硬化させることが重要になっている。
【０００３】
爪塗料は、光硬化性樹脂の一種であり、固体光源によって乾燥硬化する。爪塗料を乾燥硬化させるための固体光源としては、青紫色から青色の短波長帯域の光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が比較的よく使われている（例えば特許文献１）。しかし、特許文献１に記載された技術のように短波長の強い光を皮膚にまで照射することは一般的に健康上望ましくない。
【０００４】
そこで、カメラを用いて爪の位置を画像認識した後、半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）によって青紫色から青色の波長帯域のレーザ光をその爪の位置にのみ照射することが考えられる。これは、半導体レーザはＬＥＤに比べて点光源性が高く、例えば微小鏡の傾きを可変できるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等を用いて、レーザ光を特定位置に照射できるからである。
【０００５】
また、特許文献２には、半導体レーザを用いたネイルアート用の爪塗料硬化装置としてネイル成型装置１０００が開示されている。特許文献２に開示されたネイル成型装置１０００について、図１３を用いて説明する。
【０００６】
図１３に示すように、ネイル成型装置１０００では、光硬化樹脂（爪塗料）１００３が塗られた指１００１をネイル成型装置１０００に挿入し、位置決め部１０２０で指１００１の位置を固定する。そして、爪検出部１０２２で指１００１の爪の立体形状を測り、その測定値を制御部１００６に入力する。制御部１００６は、その測定値と通信部１０１９からの情報に基づき、光源１００４（半導体レーザ）と光描画部１００５（その内部の反射ミラー１００７）を制御し、光硬化樹脂１００３が塗られた爪上の所定の位置に光源１００４からのレーザ光を照射させる。なお、ビームスプリッタ１０２３により、レーザ光の一部は受光素子１０２４に入力されて出力光がモニターされ、制御部１００６にフィードバックされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−９８０７３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／０５２８７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示された爪塗料硬化装置には、以下の課題がある。
【０００９】
第１に、一般的に半導体レーザのレーザ光は干渉性が高く、物体に照射した場合、明るさの明暗が生じる。この明暗によって、爪塗料の乾燥が不均一になる。これを均一化させるためには、レーザ光を乾燥範囲内で走査させる必要があり、余分な工程が発生する。このため、短時間で爪塗料を乾燥硬化させることが難しい。この点、特許文献２では、現在市販されているジェルネイル（光硬化性樹脂の一種）の大半を硬化させるために、光源として４０５ｎｍ付近にピーク波長を有する半導体レーザを用いているが、レーザ光の干渉性は考慮していない。
【００１０】
第２に、特許文献２では、爪の位置を決めて固定するガイドを有しているため、指を特定の場所に固定しなければならない。このため、爪塗料を塗った人（ユーザ）は自由な動きが拘束されてしまう。この点、カメラおよび光反射など光学的な方法による爪検出部を有しているが、それは爪の立体形状を測定するものであり、爪自体の位置を検出するものではない。
【００１１】
第３に、爪塗料が乾燥するときに多量のガス（有機物）が発生するが、爪塗料の部分と光学系とが分離されておらず同じ空間内に存在するため、乾燥時に発生する有機物が半導体レーザの発光部や光学系に付着する。特に、特許文献２のように、波長が４０５ｎｍ付近で光密度の高いレーザ光では、有機物の半導体レーザの発光部等への付着が顕著になる。この結果、付着した有機物によってレーザ光が吸収および散乱され、光出力が所定の値に達せず、硬化能力が低下してしまう。
【００１２】
第４に、特許文献２では、爪塗料の硬化状態をモニターする機能を備えていない。このため、様々な種類の爪塗料ごとによって、あるいは、塗料を塗るときの温度や湿度などによって乾燥状態が異なり、それらに応じて光源条件（出力および照射時間など）を変えなければならないにもかかわらず、そのことが反映されないため、完全に硬化することができないことがある。
【００１３】
本開示は、このような課題を鑑みたものであるが、特に、光源の光の干渉性により被硬化物の乾燥が不均一になることを解決するものであり、被硬化物を均一に硬化することができる硬化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本開示に係る硬化装置の一態様は、被硬化物を硬化させるための光を放出する光源と、前記被硬化物の位置を検出するセンサーと、前記センサーで検知した前記被硬化物の位置の情報に基づいて、前記光源から放出された光の方向を変える光方向変換素子と、を備え、前記光源は、前記被硬化物の厚みの２倍における鮮明度が０．５％以下である光を放出する。
【００１５】
このように、光源から放出される光の鮮明度を０．５％以下にすることで、光源から放出される光の干渉を極めて小さくできるので、被硬化物に対して均一な光を照射することができる。これにより、被硬化物を均一に乾燥できるので、被硬化物を均一に硬化することができる。
【００１６】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記被硬化物は、爪塗料であり、前記光源から放出される光は、中心波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下であり、かつ、前記被硬化物の厚みが０．０３ｍｍ以上０．０７ｍｍ以下において鮮明度が０．５％以下であるとよい。
【００１７】
これにより、被硬化物である爪塗料をさらに均一に硬化することができる。つまり、爪塗料は樹脂によって構成されているので近紫外の光（波長帯域が４００ｎｍ〜４６０ｎｍの光）で硬化しやすい。さらに、爪塗料の厚みが０．０３ｍｍ以上０．０７ｍｍ以下である場合、この範囲の厚みに対して光源から放出される光の鮮明度が０．５％以下であって低い鮮明度であるので、爪塗料の硬化ムラが起きにくい。したがって、爪塗料をさらに均一に硬化することができる。
【００１８】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記光方向変換素子により方向が変えられた光は、前記硬化装置の外部との境界である窓部を通過して前記被硬化物に照射されるとよい。
【００１９】
これにより、被硬化物は硬化装置の外部に置かれることになる。したがって、被硬化物を硬化装置の内部に置く場合と比べて、被硬化物の置き方の設定の自由度が上がる。例えば、被硬化物が指の爪に塗られた爪塗料である場合、指の置き方の自由度が上がるので、指の拘束感が減り、ユーザの精神的ストレスを低減できる。
【００２０】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記窓部には、前記光方向変換素子により方向が変えられた光が透過する透過部材が配備され、前記透過部材により前記硬化装置の内部と外部とが空間分離されているとよい。
【００２１】
これにより、被硬化物の乾燥中に被硬化物から発生するガス（主に有機物）が硬化装置の部品に付着することを防ぐことができるので、硬化装置の信頼性が向上する。また、透過部材として光吸収率（光源波長における入射光量と出射光量との比）が小さい材料を用いることで、透過部材自体での光吸収を減らせることができる。この結果、光損失が減って光源の消費電力が下がるので、省エネルギー化を実現できる。
【００２２】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記光源は、スーパールミネッセントダイオードを有するとよい。
【００２３】
スーパールミネッセントダイオードは、半導体レーザの少なくとも一つの端面を無反射にして、レーザ発振を抑制した構造を有する。このため、特定の波長が選択されることがなく、発光スペクトル半値は、ＬＥＤ並みに大きく、Δλ＝３０ｎｍ程度の幅を有し、光源から放出される光の鮮明度は小さな値になる。これにより、光源から放出される光の干渉を小さくできるので、被硬化物を均一に乾燥して硬化することができる。さらに、スーパールミネッセントダイオードの発光点は、半導体レーザ同様に、非常に小さく、点光源とみなすことができ、被硬化物に対して精度よく光を照射することが可能である。しかも、スーパールミネッセントダイオードは、内部に誘導放出機構を備えるため、高出力化が可能である。
【００２４】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記光源は、高周波重畳した半導体レーザを有するとよい。
【００２５】
半導体レーザの駆動に数百ＭＨｚの高周波を重畳すると、キャリア分布が揺らぎ、利得が最大となる波長も揺れる。この結果、半導体レーザは複数の波長で発振するようになり、平均的にはスペクトル半値がΔλ＝１０ｎｍ程度まで広がり、光源から放出される光の鮮明度を下げることができる。したがって、光源から放出される光の干渉を小さくできるので、被硬化物を均一に乾燥して硬化することができる。
【００２６】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記光源は、独立した複数の半導体レーザからの光を合成した構成であるとよい。
【００２７】
これにより、出力光が複数の位相を有し、また、その位相が互いに異なっている。このため、光源から放出される光は、干渉が生じにくく、鮮明度が小さくなる。したがって、光源から放出される光の干渉を小さくできるので、被硬化物を均一に乾燥して硬化することができる。
【００２８】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記光源は、位相非同期型半導体レーザアレイからの光を合成した構成であるとよい。
【００２９】
位相非同期型半導体レーザアレイにおいて、半導体レーザの各エミッタは独立して発振する。その各エミッタの出力光の位相は互いに異なっているが、各エミッタの出力光を合成しても、複数の位相を有する光になっている。このため、光源から放出される光は、干渉が生じにくく、鮮明度が小さくなる。したがって、光源から放出される光の干渉を小さくできるので、被硬化物を均一に乾燥して硬化することができる。
【００３０】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記光源は、互いに発振波長が異なる複数の半導体レーザからの光を合成した構成であるとよい。
【００３１】
これにより、実効的なスペクトル幅が広がるため、光源から放出される光は、干渉が生じにくく、鮮明度が小さくなる。したがって、光源から放出される光の干渉を小さくできるので、被硬化物を均一に乾燥して硬化することができる。
【００３２】
また、本開示に係る硬化装置の一態様において、前記光源は、複数の横モードで発振する半導体レーザを有するとよい。
【００３３】
複数の横モードで発振する半導体レーザでは、横モードは空間分布が異なり、空間的なコヒーレンシーが小さい。加えて、各横モードの有効屈折率が異なるため、発振波長も異なる。この結果、実効的なスペクトル幅が広がるため、光源から放出される光の鮮明度が小さくなる。したがって、光源から放出される光の干渉を小さくできるので、被硬化物を均一に乾燥して硬化することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本開示によれば、光源の光の干渉性により被硬化物の乾燥が不均一になることを抑制することができ、被硬化物を均一に硬化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態に係る爪塗料硬化装置の構成を示す図
【図２】実施の形態に係る爪塗料硬化装置の動作のフローを示す図
【図３】本開示における位置情報を説明する図
【図４】実施の形態に係る爪塗料硬化装置における光源の光の中心波長が４００ｎｍであるときの光路長と鮮明度との関係を示す図
【図５】実施の形態に係る爪塗料硬化装置における光源の光の中心波長が４６０ｎｍであるときの光路長と鮮明度との関係を示す図
【図６】一般的な半導体レーザの斜視図
【図７】実施例１の光源に用いられる半導体発光素子の斜視図
【図８】実施例２の光源の構成を示す斜視図
【図９】実施例３の光源の構成を示す斜視図
【図１０】実施例４の光源の構成を示す斜視図
【図１１】実施例５の光源の構成を示す斜視図
【図１２】実施例６の光源に用いられる半導体発光素子の斜視図
【図１３】従来の爪塗料硬化装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３７】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
【００３８】
（実施の形態）
［構成］
まず、実施の形態に係る爪塗料硬化装置１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る爪塗料硬化装置１の構成を示す図である。
【００３９】
図１に示すように、爪塗料硬化装置１は、光源２と、ＭＥＭＳミラー３と、ＭＥＭＳ制御回路４と、処理回路５と、カメラ６と、窓７と、ディスプレイ１１と、光源駆動回路１２と、記憶装置１３と、センサー１４とを備える。
【００４０】
光源２、ＭＥＭＳミラー３、ＭＥＭＳ制御回路４、処理回路５、カメラ６、光源駆動回路１２および記憶装置１３は、筐体１５内に収納されている。また、窓７、ディスプレイ１１およびセンサー１４は、筐体１５の側壁に設置されている。
【００４１】
爪塗料硬化装置１は、被硬化物を硬化させるための硬化装置の一例である。本実施の形態において、爪塗料硬化装置１は、硬化物として爪塗料９を乾燥硬化させている。爪塗料９は、例えば人（ユーザ）の指の爪に塗られたマニキュアである。乾燥させる爪塗料９が塗られたユーザの指は、爪塗料硬化装置１の外部に置かれる。爪塗料９の厚みは、例えば０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍであるとして予め設定されている。
【００４２】
光源２は、被硬化物である爪塗料９を硬化させるための光１０を放出する。本実施の形態において、光源２は、爪塗料９に照射させる光１０を放出する。つまり、光源２から出射した光１０は、爪塗料９に照射される。具体的には、光源２から出射した光１０は、ＭＥＭＳミラー３で反射して爪塗料９に照射される。
【００４３】
光源２は、例えば、半導体発光素子を有しており、半導体発光素子により光１０を放射する。光源２から出射する光１０は、爪塗料９の厚みの２倍における鮮明度が０．５％以下である。本実施の形態において、光源２から放出される光は、中心波長が４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下であり、かつ、爪塗料９の厚みが０．０３ｍｍ以上０．０７ｍｍ以下において鮮明度が０．５％以下である。
【００４４】
ＭＥＭＳミラー３は、光源２から放出された光１０の方向を変える光方向変換素子の一例である。本実施の形態において、ＭＥＭＳミラー３は、カメラ６で検知した爪塗料９の位置の情報に基づいて、光源２から放出された光１０の方向を変える。ＭＥＭＳミラー３は、例えば、反射ミラーとして二軸の回転軸を有する鏡面を有する。
【００４５】
ＭＥＭＳミラー３により方向が変えられた光源２の光１０は、爪塗料硬化装置１の外部との境界である窓部を通過して爪塗料９に照射される。本実施の形態において、窓部は、筐体１５の側壁に設けられた開口部である。窓部（開口部）には、ＭＥＭＳミラー３により方向が変えられた光１０が透過する窓７が配備されており、窓７によって窓部が塞がれている。このように、爪塗料硬化装置１では、窓７によって爪塗料硬化装置１の内部と外部とが空間分離されており、ＭＥＭＳミラー３により方向が変えられた光源２の光１０は、窓７を透過して爪塗料９に照射される。
【００４６】
ＭＥＭＳ制御回路４は、ＭＥＭＳミラー３の鏡面の角度を制御する。具体的には、ＭＥＭＳ制御回路４は、処理回路５で演算されたＭＥＭＳミラー３の鏡面の角度の情報に基づいて、ＭＥＭＳミラー３の鏡面の角度を変更する。
【００４７】
処理回路５は、画像処理回路および位置特定回路を含み、カメラ６で撮像した爪塗料９の撮像画像を処理して爪塗料９の位置を特定する。処理回路５によって特定された爪塗料９の位置の情報（位置情報）は、ＭＥＭＳ制御回路４に出力される。
【００４８】
また、処理回路５は、ＡＩ（人工知能）を有している。処理回路５は、このＡＩにより、最適な光照射条件を決定する。処理回路５で決定される光照射条件は、例えば、光源２の駆動条件、および、ＭＥＭＳミラー３の鏡面（反射ミラー）の角度等である。
【００４９】
カメラ６は、被硬化物の位置を検出するセンサーの一例である。カメラ６は、例えばイメージセンサ等の撮像素子であり、爪塗料９が塗られたユーザの指を撮像することで、爪塗料９の位置を検出する。図１に示される有効範囲８は、カメラ６で撮像することができる撮像可能範囲である。つまり、カメラ６は、有効範囲８に置かれた対象物を撮像することができる。
【００５０】
窓７は、ＭＥＭＳミラー３により方向が変えられた光１０が透過する透過部材である。窓７は、光源２から出射する光１０および有効範囲８の光を透過する材料によって構成されている。窓７の具体的な材料としては、石英ガラス又はホウケイ酸ガラスを用いるとよい。これにより、爪塗料９が乾燥する時に爪塗料９から放出される有機物が爪塗料硬化装置１内の部品（例えば、ＭＥＭＳミラー３、光源２、その他爪塗料硬化装置１内のレンズなどの光学部品など）に付着することを防ぐことができる。したがって、付着した有機物によって光源２の光１０が吸収および散乱されて光出力が低下することを抑制できるので、長期の信頼性を確保できる。なお、本実施の形態では、窓７の材料として石英ガラスを用いた。
【００５１】
ディスプレイ１１は、例えばタッチパネル式液晶ディスプレイである。ディスプレイ１１には、カメラ６で撮像した画像が表示される。また、ディスプレイ１１は、爪塗料９の種類などの初期設定をユーザが入力するためのインターフェースとしても機能する。
【００５２】
光源駆動回路１２は、処理回路５により演算された光源２の駆動条件をもとに光源２を駆動する。
【００５３】
記憶装置１３は、例えばフラッシュメモリーである。記憶装置１３には、データベースとして、ディスプレイ１１により過去に入力された初期設定情報、カメラ６および処理回路５により過去に算出された爪塗料９の位置情報、および、センサー１４により過去に検出された環境情報とともに、処理回路５で演算された過去の光照射条件等が記憶されている。
【００５４】
センサー１４は、例えば環境測定センサーである。センサー１４は、例えば、温度、湿度、および、太陽光など他の紫外線の有無などの環境情報を検出する。
【００５５】
［使用方法と動作］
次に、実施の形態に係る爪塗料硬化装置１の使用方法と動作について、図１を参照しながら、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態に係る爪塗料硬化装置１の動作のフローを示す図である。
【００５６】
まず、ユーザは、爪塗料９の種類などの初期設定を、タッチパネル式液晶ディスプレイであるディスプレイ１１を用いて行う（ステップＳ１１）。この初期設定により取得された情報（初期設定情報）は、ディスプレイ１１から処理回路５に出力される。
【００５７】
次に、ユーザは、爪塗料９としてマニキュアが塗られた手の指を爪塗料硬化装置１の有効範囲８に置く（ステップＳ１２）。このとき、ディスプレイ１１には、カメラ６で撮像した画像が表示されているので、ユーザは、そのディスプレイ１１を見ながら、爪に爪塗料９が塗られた指が有効範囲８内に存在するように、有効範囲８の任意の位置に指を置く。
【００５８】
次に、有効範囲８内に存在する指の爪に塗られた爪塗料９をカメラ６で撮像して爪塗料９の位置を検出し、処理回路５によって爪塗料９（爪）の位置（爪に塗られたマニキュアの存在範囲）を特定する（ステップＳ１３）。これにより、有効範囲８に置かれた指の爪に塗られた爪塗料９の位置の情報（位置情報）を算出することができる。処理回路５によって算出された爪塗料９の位置情報は、ＭＥＭＳ制御回路４に出力される。
【００５９】
この爪塗料９の位置情報は、例えば、図３に示すように、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２の座標である。なお、爪塗料９の位置情報は、４つの座標点に限るものではなく、爪形状にあわせて、爪塗料９の位置情報としてより多くの座標点を算出してもよい。また、爪塗料９の位置情報は、２次元情報に限らず、ｚ軸を加えた３次元情報であってもよい。また、爪塗料９の位置情報は、リアルタイムに算出するとよい。これにより、手（指）が動いても、爪塗料９の位置情報（座標）の特定を追尾させることができる。処理回路５によって算出された爪塗料９の位置情報は、リアルタイムに処理回路５からＭＥＭＳ制御回路４に常時送られている。なお、爪塗料９の位置情報の特定は、単一の指の爪に塗布された爪塗料９（マニキュア）の範囲で行ってもよいし、複数の指の爪に塗布された複数の爪塗料９（マニュキア）の範囲で行ってもよい。
【００６０】
一方、処理回路５は、センサー１４で検出される環境情報をセンサー１４から常時取得している（ステップＳ１４）。センサー１４は、環境情報として、例えば、温度、湿度、および、太陽光など他の紫外線の有無などを検出している。
【００６１】
そして、処理回路５は、処理回路５の内部にあるＡＩにより、ステップＳ１１により得られた初期設定情報、ステップＳ１３により得られた爪塗料９の位置情報、および、ステップＳ１４による得られた環境情報を、記憶装置１３に保存された過去のデータベースに照らし合わせて最適な光照射条件を自動で決定する（ステップＳ１５）。
【００６２】
処理回路５では、光照射条件として、光源２の駆動条件、および、ＭＥＭＳミラー３の鏡面の角度等が演算される。ＭＥＭＳミラー３の鏡面の角度（傾き）は、光源２から出射してＭＥＭＳミラー３で反射した光１０が爪塗料９に照射されるように演算される。処理回路５で決定された光源２の駆動条件は、光源駆動回路１２に送られる。また、ＭＥＭＳミラー３の鏡面の角度は、ＭＥＭＳ制御回路４に送られる。
【００６３】
光源駆動回路１２は、受け取った光源２の駆動条件の情報に基づいて、光源２に通電する電流、駆動時間および駆動形態（連続動作、パルス動作）などを決定し、光源２を制御する（ステップＳ１６）。なお、光源２から放出される光が、複数の異なるピーク波長の光を出射するレーザ光である場合、その複数のピーク波長も決定する。
【００６４】
一方、ＭＥＭＳ制御回路４は、送られてきたＭＥＭＳミラー３の鏡面の角度の情報に基づいて、ＭＥＭＳミラー３にその角度についての信号を送る。この信号によって、ＭＥＭＳミラー３の二軸の回転軸を有する鏡面の傾きを変える（ステップＳ１７）。
【００６５】
以上の処理が完了した後、光源駆動回路１２により光源２がＯＮとなる。これにより、光源２から光１０が出射して、光源２による爪塗料９への光１０の照射が開始する（ステップＳ１８）。光１０が照射された爪塗料９は、乾燥し硬化しはじめる。
【００６６】
また、この爪塗料９が乾燥硬化する状態（乾燥硬化状態）は、カメラ６によって常時モニターされている（ステップＳ１９）。このモニター結果は、処理回路５に送られる。処理回路５は、リアルタイムに常に送られて刻々と変化する各種情報（爪塗料９の位置情報（ステップＳ１３）、環境情報（ステップＳ１４）と、乾燥硬化状態情報（ステップＳ１９）を用いて、過去のデータベースに照らし合わせて（ステップＳ１５）、ＡＩによって最適な光照射条件（制御情報）を刻々と決定する。処理回路５で決定された光照射条件の決定値についての信号は、光源駆動回路１２およびＭＥＭＳ制御回路４に送られる。これにより、光源駆動回路１２およびＭＥＭＳ制御回路４が上記の制御を行って（ステップＳ１６、Ｓ１７）、爪塗料９を乾燥硬化するのに最適な乾燥硬化状態が維持される。
【００６７】
処理回路５は、ＡＩによって乾燥硬化状態情報（ステップＳ１９）に基づいて乾燥硬化が完了したと判断した場合、光源駆動回路１２により光源２がＯＦＦとなる。これにより、光源２による爪塗料９への光１０の照射が終了する（ステップＳ２０）。
【００６８】
最後に、今回の爪塗料９の硬化に用いた情報（爪塗料９の位置情報、環境情報、乾燥硬化状態情報など）は、記憶装置１３にデータベースとして蓄えて機械学習させ、今後の判断に活用する（ステップＳ２１）。
【００６９】
［作用効果］
次に、実施の形態に係る爪塗料硬化装置１の作用効果について、本開示の一態様に至った経緯も含めて説明する。
【００７０】
上記のように、一般的に半導体レーザから出射するレーザ光は干渉性が高く、物体に照射した場合に明るさの明暗が生じる。このような明暗が生じると、爪塗料にレーザ光を照射したときに爪塗料の乾燥が不均一になってしまい、爪塗料を均一に硬化することができなくなる。
【００７１】
一般的な半導体レーザを用いたときに爪塗料が不均一になることに関しては、以下のような論理で説明することができる。
【００７２】
爪塗料が塗られる爪の屈折率をｎ１とし、爪塗料の屈折率をｎ２とした場合、爪と爪塗料との界面が平坦であるとすると、その界面での反射率Ｒは、以下の式１で表すことができる。
【００７３】
Ｒ＝｛（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）｝２・・・式１
【００７４】
爪の屈折率ｎ１は、個人差があるばかりでなく、同一人物であっても日によって異なる。このため、爪塗料の屈折率ｎ２を調整する（例えばｎ１＝ｎ２にする）ことで、爪と爪塗料との界面での反射を無くすことは困難である。
【００７５】
また、爪塗料を乾燥硬化させるための光源として半導体レーザを用いる場合、爪塗料の厚さをｄとし、半導体レーザのレーザ光の波長をλとし、ｍを整数とすると、以下の式２を満たすときには、爪塗料に入射するレーザ光（入射レーザ光）と、爪と爪塗料との界面で反射するレーザ光（反射レーザ光）とが強め合うので、爪塗料が乾燥硬化しやすい。
【００７６】
ｄ＝（λ／４ｎ２）・２ｍ・・・式２
【００７７】
一方、以下の式３を満たすときには、入射レーザ光と反射レーザ光とが弱め合うので、爪塗料が乾燥硬化しにくくなる。つまり、爪塗料が十分に固まらなくなる。
【００７８】
ｄ＝（λ／４ｎ２）・（２ｍ＋１）・・・式３
【００７９】
これらのこと（式２、式３）は、レーザ光の干渉性が高いことに起因する。
【００８０】
したがって、屈折率の調整が困難な反射が存在する状態において、爪塗料を乾燥硬化させるための光源として半導体レーザを用いると、爪塗料への光照射にムラが生じて、爪塗料を均一に硬化することが難しい。
【００８１】
また、爪塗料は人の手作業によって爪に塗られるため、爪塗料の厚さｄは爪の表面で一様でなく、爪の場所によってはレーザ光の照射強度に濃淡が生じる。したがって、レーザ光の干渉性を考慮して屈折率を調整したつもりでも、結果として、爪塗料を均一に硬化することができない場合もある。
【００８２】
本開示は、このような課題を解決するものであり、光の干渉性により被硬化物の乾燥が不均一になることを抑制し、被硬化物を均一に硬化することができる硬化装置を実現することを目的とする。
【００８３】
この目的を達成するために、本実施の形態における爪塗料硬化装置１では、光源２から放出される光の鮮明度を規定している。具体的には、光源２から放出される光の鮮明度（爪塗料９の厚みの２倍における鮮明度）を０．５％以下にしている。
【００８４】
これにより、光源２から放出される光の干渉を極めて小さくできるので、爪塗料９に対して均一な光を照射することができる。したがって、爪塗料９を均一に乾燥できるので、爪塗料９を均一に硬化することができる。
【００８５】
この点について、以下説明する。まず、光源２の光の干渉性を定量化する鮮明度について説明する。
【００８６】
光源２の鮮明度（Ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）Ｖは、光源２から放出された光（波長λ、パワースペクトルの半値幅Δλ）を、光路長の異なる二つの光路に分け（光路長差ΔＬ）、再び合成したときに、光強度が最も強くなる箇所の光強度をＩｍａｘ、光強度が最も弱くなる箇所の光強度をＩｍｉｎとすると、以下の式４で表すことができる。
【００８７】
Ｖ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）・・・式４
【００８８】
この鮮明度Ｖは、特開２０１２−２２０１２号公報に記載されているように、以下の式５に近似することができる。
【００８９】
Ｖ＝ｅｘｐ｛−π（Δλ／λ２）ΔＬ｝・・・式５
【００９０】
鮮明度Ｖは、光の干渉性を示しており、Ｉｍａｘ≒Ｉｍｉｎのとき（すなわち明るさの濃淡がほとんどないとき）はほぼ０％となり、Ｉｍａｘ≫Ｉｍｉｎ＝０のとき（明るさのコントラストが非常に大きいとき）はほぼ１００％となる。したがって、Ｖ＝０．５％以下である場合、式４から、Ｉｍｉｎ／Ｉｍａｘ≧９９％となり、光の干渉性がほとんどなく、ほぼ均一に照射される。
【００９１】
また、式５に基づけば、光源２のスペクトル半値をパラメータとして、光路長と鮮明度とは、図４および図５に示される関係がある。図４は、光源２の光の中心波長が４００ｎｍであるときの光路長と鮮明度との関係を示す図である。また、図５は、光源２の光の中心波長が４６０ｎｍであるときの光路長と鮮明度との関係を示す図である。なお、被硬化物である爪塗料９の表面に入射する光（入射光）と、爪塗料９の裏面（反射面）で反射する光（反射光）との光路長差は、爪塗料９の厚みの２倍となる。
【００９２】
したがって、光源２から放出される光について、爪塗料９の厚みの２倍における鮮明度を０．５％以下にすることで、光源２から放出される光の干渉を小さくすることができ、爪塗料９に対して均一な光を照射することができる。この結果、爪塗料９を均一に乾燥して硬化することができる。
【００９３】
［光源の具体例］
ここで、本実施の形態における爪塗料硬化装置１の光源２に用いられる半導体レーザの具体例について、以下説明する。なお、以下の図では、説明を簡単にするため、説明上必要な部分のみを図示している。
【００９４】
図６は、一般的な半導体レーザ１００の斜視図である。
【００９５】
図６に示すように、一般的な半導体レーザ１００は、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０１と、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３と、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０１およびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３の間に形成されたＩｎＧａＮ活性層１０２とを備える。また、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３の上部にはリッジ（導波路）１０４が形成されている。さらに、誘電体多層膜を用いて、半導体レーザ１００の前端面１０５には低反射膜が形成され、半導体レーザ１００の後端面１０６には高反射膜が形成されている。
【００９６】
このように構成された半導体レーザ１００では、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０１とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３のリッジ１０４との間に電圧が印加されて電流が流れる。この電流によりリッジ１０４内に利得が生じる。そして、前端面１０５と後端面１０６との間で反射されて往復する光は、その利得によって増大するとともに、前端面１０５と後端面１０６との間の距離（共振器長）で決まる単一波長および単一位相の光となり（共振状態）、レーザ光１０７として前端面１０５から出射する。このような単一波長および単一位相の光は鮮明度が極めて高い（〜１００％）。
【００９７】
これに対して、本実施の形態における光源２では、爪塗料９の厚みの２倍における鮮明度が０．５％以下となる光を出射する半導体発光素子を用いている。具体的には、光源２には、以下の図７〜図１２に示される半導体発光素子のいずれか、または、それらの組み合わせを用いている。
【００９８】
なお、以下の各半半導体発光素子の材料としては、図６に示す半導体レーザ１００と同様に、ＧａＮ系の半導体材料を用いている。また、特に指定がなければ、半導体発光素子の中心発振波長は４００ｎｍであり、鮮明度は、爪塗料９の厚さの設定最大厚さである０．０７ｍｍの２倍の０．１４ｍｍで測定した値である。
【００９９】
［実施例１］
図７は、実施例１の光源２に用いられる半導体発光素子２００の斜視図である。
【０１００】
本実施例の半導体発光素子２００では、前端面２０５がリッジ２０４の導波路方向に対して垂直でなく斜めになった傾斜面となっている。例えば、図７の破線部分をドライエッチングなどで除去することによって前端面２０５を傾斜面にすることができる。これにより、前端面２０５の反射率が下がるので、前端面２０５での反射を皆無にすることができる。この結果、レーザ共振に至らず、単一波長および単一位相の光にならない。このように構成された半導体発光素子２００は、誘導放出のみが生じ、半導体レーザとは別分類のＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）と称される。本実施例において、前端面２０５は、導波路の垂直方向に対して約５度の傾きで形成した。この場合、スペクトル幅は３０ｎｍ以上と十分広く、半導体発光素子２００から出射する光２０７の鮮明度を０．１％以下にすることができた。
【０１０１】
［実施例２］
図８は、実施例２の光源２の構成を示す斜視図である。
【０１０２】
一般的に半導体レーザは単一波長で発振するが、半導体レーザに高周波（数百ＭＨｚ程度）を重畳することにより、キャリア分布が変動し、多数の波長で発振する。本実施例ではこれを適用し、光源２として、高周波を重畳した半導体レーザを用いている。具体的には、光源２は、図８に示すように、半導体レーザである半導体発光素子３００と、半導体発光素子３００に接続された直流電源（または数ＭＨｚ程度までのパルス電源）３１０と、直流電源３１０と直列に接続された高周波電源３２０（例えば６００ＭＨｚの高周波電源）とによって構成されている。これにより、半導体発光素子３００（半導体レーザ）のレーザ光３０７は多数の波長（スペクトル幅１０ｎｍ）で発振するようになり、レーザ光３０７の鮮明度を０．１％以下にまで低減することができる。
【０１０３】
なお、本実施例において、半導体発光素子３００としては、例えば図６に示す半導体レーザ１００と同様に、ＧａＮ系の半導体レーザを用いることができる。
【０１０４】
［実施例３］
図９は、実施例３の光源２の構成を示す斜視図である。
【０１０５】
本実施例において、光源２は、独立した複数の半導体レーザからの光を合成した構成である。独立とは、複数の半導体レーザの発振状態（波長、位相など）が相互に無関係であることを意味する。
【０１０６】
具体的には、本実施例では、図９に示すように、第１半導体発光素子４００Ａと第２半導体発光素子４００Ｂとして、２個の半導体レーザを用いている。この場合、第１半導体発光素子４００Ａと第２半導体発光素子４００Ｂについては、少なくとも位相は無関係である。
【０１０７】
そして、本実施例では、第１半導体発光素子４００Ａおよび第２半導体発光素子４００Ｂから出射した各レーザ光４０７Ａ、４０７Ｂをレンズなどの光学素子４１０で１本のレーザ光４０７に合成している。これにより、鮮明度が小さいレーザ光４０７を実現することができる。例えば５個の半導体レーザを用いて５本のレーザ光を合成すると、レーザ光の鮮明度は０．５％と小さい値になる。
【０１０８】
なお、本実施例において、第１半導体発光素子４００Ａおよび第２半導体発光素子４００Ｂとしては、例えば図６に示す半導体レーザ１００と同様に、ＧａＮ系の半導体レーザを用いることができる。
【０１０９】
［実施例４］
図１０は、実施例４の光源２の構成を示す斜視図である。
【０１１０】
本実施例において、光源２は、位相非同期型半導体レーザアレイからの光を合成した構成である。
【０１１１】
具体的には、本実施例では、図１０に示すように、半導体発光素子５００として、２本アレイチップである位相非同期型半導体レーザアレイを用いている。このような半導体発光素子５００は、第１リッジ５０４Ａと第２リッジ５０４Ｂの２つのリッジを有している。そして、第１リッジ５０４Ａと第２リッジ５０４Ｂの距離を５μｍ以上離すことにより、各リッジ内の光が相互に影響し合うことなく独立に発振し、レーザ光５０７Ａおよび５０７Ｂの２つのレーザ光が出射する。
【０１１２】
そして、本実施例では、レーザ光５０７Ａ、５０７Ｂをレンズなどの光学素子５１０で１本のレーザ光５０７に合成している。レーザ光５０７Ａとレーザ光５０７Ｂとは異なる位相を有するので、その合成光であるレーザ光５０７の鮮明度は小さくなる。例えば、半導体発光素子５００として５つのリッジを有する５本アレイを用いる場合、隣り合うリッジの間隔を５０μｍとすると、光学素子５１０で合成された後のレーザ光５０７の鮮明度を０．５％にすることができる。
【０１１３】
［実施例５］
図１１は、実施例５の光源２の構成を示す斜視図である。
【０１１４】
本実施例において、光源２は、互いに発振波長が異なる複数の半導体レーザからの光を合成した構成である。つまり、発振波長を強制的に変えさせた複数のレーザ光を合成している。
【０１１５】
具体的には、本実施例では、図１１に示すように、半導体発光素子６００として、第１リッジ６０４Ａと第２リッジ６０４Ｂの２つのリッジを有する分布帰還型の半導体レーザを用いている。したがって、第１リッジ６０４Ａおよび第２リッジ６０４Ｂの各リッジの表面（または内部）には周期的に凹凸が作りこまれており、屈折率が周期的に変化している。
【０１１６】
ここで、この周期的な変化の間隔をΛとすると、発振波長λは、Λ＝（λ／２／ｎｅｆｆ）・ｍなる関係で与えられる。ここで、ｎｅｆｆは、導波路の有効屈折率であり、ｍは整数である。
【０１１７】
したがって、第１リッジ６０４Ａと第２リッジ６０４Ｂの各々の周期を互いに異なるようにすることで、第１リッジ６０４Ａおよび第２リッジ６０４Ｂの各々に対応するレーザ光６０７Ａ、６０７Ｂは異なる波長になる。さらに、図１０に示す実施例４と同様に、レーザ光６０７Ａ、６０７Ｂは、位相も異なる。
【０１１８】
したがって、レーザ光６０７Ａ、６０７Ｂをレンズなどの光学素子６１０で１本に合成されたレーザ光６０７の鮮明度は小さくなる。例えば、半導体発光素子６００として１０個のリッジを有する１０本アレイを用いる場合、４００ｎｍ〜４１０ｎｍのおよそ１ｎｍごとの発振波長にすると、光学素子６１０で合成された後のレーザ光６０７の鮮明度を０．４％にまで小さくすることができる。
【０１１９】
なお、本実施例では、半導体発光素子６００として、分布帰還型半導体レーザを用いたが、これに限らず、端面近傍のみに周期構造を形成した分布ブラッグ反射型半導体レーザを用いてもよい。
【０１２０】
［実施例６］
図１２は、実施例６の光源２に用いられる半導体発光素子７００の斜視図である。
【０１２１】
本実施例において、光源２では、複数の横モードで発振する半導体レーザを用いている。
【０１２２】
具体的には、半導体発光素子７００として、リッジ７０４の幅（リッジ幅）を広くしたワイドストライプ半導体レーザを用いている。例えば、リッジ７０４の幅は、５μｍ以上である。リッジ７０４の幅を大きくすると、リッジ７０４内に複数の横モードの光が異なる波長および異なる位相で同時に発振し、レーザ光７０７Ａおよび７０７Ｂの２つのレーザ光が出射する。
【０１２３】
図示しないが、レーザ光７０７Ａおよび７０７Ｂをレンズなどの光学素子で１本のレーザ光に合成すると、複数の横モードの波長および位相が入り混じり、合成したレーザ光の鮮明度は小さくなる。例えば、リッジ７０４の幅を４０μｍにまで広げることにより、１０次以上の横モードが同時に発振し、合成後のレーザ光の鮮明度は０．３％になる。
【０１２４】
（変形例）
以上、本開示に係る硬化装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【０１２５】
例えば、上記実施の形態において、爪塗料硬化装置１は、手の指の爪に塗られた爪塗料９を硬化する場合に用いたが、これに限らない。爪塗料硬化装置１は、足の指の爪に塗られた爪塗料を硬化する場合にも適用できる。
【０１２６】
また、上記実施の形態において、爪塗料９の位置を検出するセンサーとして、単一のカメラ６を用いたが、これに限らない。例えば、爪塗料９の位置を検出するセンサーとしては、単一のカメラの他に、ステレオカメラなどの複数のカメラを用いてもよいし、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方式による測距センサーを用いてもよい。測距センサーを用いる場合、測距センサーで取得した距離情報を処理回路５で処理することで、爪塗料９の位置を特定することができる。
【０１２７】
また、上記実施の形態において、光源２から放出された光１０の方向を変える光方向変換素子としてＭＥＭＳミラー３を用いたが、これに限らない。このような光方向変換素子として、液体レンズなどを用いることもできる。
【０１２８】
また、上記実施の形態において、爪塗料硬化装置１は、被硬化物として爪塗料９を硬化する場合に用いたが、これに限らない。例えば、爪塗料硬化装置１は、広く硬化装置として、爪塗料以外の被硬化物を硬化する場合に用いてもよい。
【０１２９】
その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本開示の技術は、爪塗料等の化粧品の被硬化物を均一に硬化することができる硬化装置等として広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１３１】
１  爪塗料硬化装置
２  光源
３  ＭＥＭＳミラー
４  ＭＥＭＳ制御回路
５  処理回路
６  カメラ
７  窓
８  有効範囲
９  爪塗料
１０  光
１１  ディスプレイ
１２  光源駆動回路
１３  記憶装置
１４  センサー
１５  筐体
１００  半導体レーザ
１０１  クラッド層
１０２  ＩｎＧａＮ活性層
１０３  クラッド層
１０４、２０４、７０４  リッジ
１０５、２０５  前端面
１０６  後端面
１０７、３０７、４０７、４０７Ａ、４０７Ｂ、５０７、５０７Ａ、５０７Ｂ、６０７、６０７Ａ、６０７Ｂ、７０７Ａ、７００Ｂ  レーザ光
２００、３００、５００、６００、７００  半導体発光素子
２０７  光
３１０  直流電源
３２０  高周波電源
４００Ａ  第１半導体発光素子
４００Ｂ  第２半導体発光素子
４１０、５１０、６１０  光学素子
５０４Ａ、６０４Ａ  第１リッジ
５０４Ｂ、６０４Ｂ  第２リッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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