(57)【要約】【課題】紫外線照射装置を小型化し、かつ装置寿命を向上する。【解決手段】紫外線照射装置１００は、半導体レーザ１２と、ライトガイド３０と、波長変換素子２２と、集光レンズ２６と、を備える。半導体レーザ１２は、可視光領域のレーザ光１０２を出射する。ライトガイド３０は、レーザ光１０２を波長変換素子２２に伝達する。波長変換素子２２は、レーザ光１０２の少なくとも一部を、紫外線レーザ光１０４に変換する。集光レンズ２６は、紫外線レーザ光１０４を集光し、対象物に照射する。【選択図】図１
2008227062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザからのレーザ光を紫外線領域のレーザ光に変換する波長変換素子と、
前記波長変換素子からのレーザ光を集光する集光手段と、
を備えることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記半導体レーザからのレーザ光を前記波長変換素子に導くライトガイドをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記ライトガイドは、プラスチック光ファイバまたは多成分系光ファイバで構成されることを特徴とする請求項２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
赤外光を出射する赤外光源と、前記赤外光源からの赤外光と前記半導体レーザからのレーザ光とを合波する合波手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記半導体レーザは、可視光領域のレーザ光を出射することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の紫外線照射装置。
【請求項６】
前記波長変換素子は、入射光に対して第２次高調波または第３次高調波を発生する非線形光学結晶で形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の紫外線照射装置。
【請求項７】
前記非線形光学結晶は、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬＢ４のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば紫外線硬化型樹脂を硬化させる際に用いられる紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線硬化型樹脂は、紫外線領域の波長の光を照射することによって、液体から固体に硬化する樹脂であり、硬化時間が短く樹脂の取扱いが比較的容易であるため、小型電子部品の接着や、レジスト皮膜の形成など、幅広い分野で用いられている。
【０００３】
従来、この紫外線硬化型樹脂を硬化させるための紫外線照射手段としては、光源に高圧水銀ランプや水銀キセノンランプを使用した紫外線照射装置が一般的である（たとえば特許文献１参照）。このような紫外線照射装置では、光源から出射された光を、石英ファイバを束ねたライトガイドを介してヘッド部まで伝達し、このヘッド部から紫外線を照射する。
【特許文献１】特開２００６−１２４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、高圧水銀ランプや水銀キセノンランプは発熱量が大きいので、大型の冷却機構が必要となり、装置が大型化する。また、高圧水銀ランプや水銀キセノンランプは、発光を安定化させるために常時点灯が必要となるので、エネルギー消費量が大きく、ランプの寿命が短い。
【０００５】
本発明はこうした状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、小型、かつ装置寿命を向上した紫外線照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の紫外線照射装置は、レーザ光を出射する半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光を紫外線領域のレーザ光に変換する波長変換素子と、波長変換素子からのレーザ光を集光する集光手段と、を備える。
【０００７】
この態様によると、光源として半導体レーザを用いることにより、発熱量が比較的小さくなるので、それほど大型の冷却機構は必要なく、装置を小型化できる。また、半導体レーザは、元来高圧水銀ランプや水銀キセノンランプに比べて寿命が長い上に、短時間で発光を安定化できるので、照射が必要なときだけ発光させればよい。従って、装置寿命を向上させることができる。
【０００８】
半導体レーザからのレーザ光を波長変換素子に導くライトガイドをさらに備えてもよい。この場合、紫外線を出射するヘッド部を小型化できるので、装置の取扱いが容易となる。
【０００９】
ライトガイドは、プラスチック光ファイバまたは多成分系光ファイバで構成されてもよい。この場合、装置を安価に構成できる。
【００１０】
赤外光を出射する赤外光源と、赤外光源からの赤外光と半導体レーザからのレーザ光とを合波する合波手段と、をさらに備えてもよい。紫外線硬化型接着剤には、硬化条件として、高温環境が必要となるものもある。このように構成することにより、赤外光で紫外線硬化型接着剤を加熱し、硬化反応を好適に行うことができる。
【００１１】
半導体レーザは、可視光領域のレーザ光を出射してもよい。可視光領域の半導体レーザは、高出力の半導体レーザが実用化されているので、装置の照射パワーを大きくできる。また、可視光領域のレーザ光を、ユーザが紫外線照射領域を視認するためのマーカとして利用できる。
【００１２】
波長変換素子は、入射光に対して第２次高調波または第３次高調波を発生する非線形光学結晶で形成されてもよい。非線形光学結晶は、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＣＬＢＯ、ＬＢ４のいずれかであってもよい。これらの非線形光学結晶は、紫外線に対する透明性が高いため、好適に波長変換を行うことができる。
【００１３】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型、かつ装置寿命を向上した紫外線照射装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る紫外線照射装置の構成を示す図である。図１は、部品Ａと部品Ｂ上に塗布された紫外線硬化型接着剤５０に、紫外線を照射している様子を示している。紫外線照射装置１００は、本体部１０と、ヘッド部２０と、ライトガイド３０と、を備える。
【００１６】
本体部１０は、半導体レーザ１２と、カップリングレンズ１４と、を備える。半導体レーザ１２は、可視光領域の波長のレーザ光１０２を出射する。ここでは、一例として波長６５０ｎｍのレーザ光１０２を出射するものとする。カップリングレンズ１４は、半導体レーザ１２から出射されたレーザ光１０２を、ライトガイド３０に結合するためのレンズである。図１では、１つのカップリングレンズ１４を用いた結合光学系を図示するが、湾曲ミラーや複数のレンズを用いて結合光学系が構成されてもよい。なお、図示は省略したが、本体部１０は、その他に半導体レーザ１２に電流を供給するための電源装置、半導体レーザ１２の冷却装置などを有する。
【００１７】
ライトガイド３０は、半導体レーザ１２により出射されたレーザ光１０２を、ヘッド部２０に導く機能を有する。ライトガイド３０を設けることにより、ヘッド部２０に光源を設ける必要がなくなるので、ヘッド部２０が小型となり、装置の取扱いが容易となる。
【００１８】
ライトガイド３０は、単線の光ファイバにより形成される。光ファイバは、半導体レーザ１２の波長や用途に応じて、好適なファイバを選択する。本実施の形態に係る紫外線照射装置１００では、波長６５０ｎｍの半導体レーザ１２を用いているので、光ファイバとして、石英光ファイバ、プラスチック光ファイバ、多成分系光ファイバなどを用いることができる。光源の波長や出力などの特性に適した光ファイバを選択することが好ましい。石英光ファイバと比較して安価なプラスチック光ファイバや多成分系光ファイバを用いることにより、装置を安価に構成できる。さらに、プラスチック光ファイバは、曲げ耐久性が高いので、装置の取扱いが容易になるという利点もある。
【００１９】
ヘッド部２０は、波長変換素子２２と、波長選択性ミラー２４と、集光レンズ２６と、を備える。波長変換素子２２は、ライトガイド３０により導かれたレーザ光１０２の少なくとも一部を、紫外線領域の紫外線レーザ光１０４に変換する。波長変換素子２２は、入射光に対して第２次高調波を発生する非線形光学結晶で形成される。このような第２次高調波発生の非線形光学結晶としては、ＢＢＯ（β−ＢａＢ２Ｏ４）、ＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）、ＬＢ４（ＬｉＢ４Ｏ７）を例示できる。これらの非線形光学結晶は、紫外線に対する透明性が高いため、紫外線発生に好適であることが知られている。本実施の形態に係る紫外線照射装置１００では、半導体レーザ１２からのレーザ光１０２の少なくとも一部は、波長変換素子２２により波長３２５ｎｍの紫外線レーザ光１０４に変換される。
【００２０】
波長選択性ミラー２４は、波長変換素子２２による波長変換を効率的に行うために設けられる。波長選択性ミラー２４は、紫外線領域の波長の光のみを透過し、その他の波長の光を反射するよう構成される。本実施の形態では、波長変換素子２２のライトガイド３０側の端面に部分反射膜が形成されており、この反射膜と波長選択性ミラー２４とで光共振器を構成している。このように、光共振器を用いることにより、波長変換素子２２内部の基本波強度が高められ、高効率の変換ができることが知られている。集光レンズ２６は、波長選択性ミラー２４を透過した紫外線レーザ光１０４を集光し、紫外線硬化型接着剤５０に向けて照射する。
【００２１】
以上のように構成された紫外線照射装置１００の動作について説明する。半導体レーザ１２から出射されたレーザ光１０２は、カップリングレンズ１４を介してライトガイド３０に入射される。ライトガイド３０を伝達されたレーザ光１０２は、波長変換素子２２により少なくとも一部が紫外線レーザ光１０４に変換される。波長選択性ミラー２４を透過した紫外線レーザ光１０４は、集光レンズ２６を介して、紫外線硬化型接着剤５０に照射される。これにより、紫外線硬化型接着剤５０が液体から固体に硬化され、部品Ａと部品Ｂを接着できる。
【００２２】
以上のように構成された紫外線照射装置１００によれば、光源として半導体レーザ１２を用いることにより、発熱量が比較的小さくなるので、それほど大型の冷却機構は必要なく、装置を小型化できる。また、半導体レーザ１２は、元来高圧水銀ランプや水銀キセノンランプに比べて寿命が長い上に、短時間で発光を安定化できるので、照射が必要なときだけ発光させればよい。従って、半導体レーザ１２の寿命が延び、ひいては紫外線照射装置１００の寿命を向上できる。
【００２３】
従来の高圧水銀ランプや水銀キセノンランプを用いた紫外線照射装置では、紫外線領域の光を伝達するために、ライトガイドとして高価な石英ファイバを用いざるを得なかった。本実施の形態に係る紫外線照射装置１００によれば、ライトガイド３０により伝達されるレーザ光１０２は、可視光領域のレーザ光であるので、目的に応じて様々な光ファイバを選択することが可能である。たとえば、石英ファイバでライトガイド３０を構成することにより、光利用効率を向上した紫外線照射装置１００を構成できる。また、プラスチック光ファイバや多成分系光ファイバでライトガイド３０を構成することにより、安価に紫外線照射装置１００を構成できる。また、可視光領域の半導体レーザは、高出力の半導体レーザが既に実用化されているので、装置の照射パワーを大きくすることが可能である。
【００２４】
また、従来の高圧水銀ランプや水銀キセノンランプでは、必要な紫外線領域の波長の光の他に、不要な波長の光が照射されており、この不要な波長の光が対象物にダメージを与えたり、歪みや残留応力の原因となっていた。本実施の形態に係る紫外線照射装置１００によれば、紫外線レーザ光１０４のみを照射できるので、このような問題を回避できる。
【００２５】
図２は、紫外線照射装置の別の構成例を示す図である。図２においては、図１と同一または対応する構成要素には同様の符号を付すと共に、重複する説明は適宜省略する。図２において、部品Ａと部品Ｂの上に塗布された紫外線硬化型接着剤６０は、硬化条件として高温環境を必要とする紫外線硬化型接着剤である。
【００２６】
本実施の形態に係る紫外線照射装置２００は、主に本体部２１０の構成が図１に示す紫外線照射装置１００と異なる。紫外線照射装置２００の本体部２１０は、半導体レーザ１２と、コリメータレンズ２８、３２と、プリズム３４と、カップリングレンズ１４と、赤外半導体レーザ３６と、を備える。
【００２７】
コリメータレンズ２８は、半導体レーザ１２からの波長６５０ｎｍのレーザ光１０２を平行光に変換する。赤外半導体レーザ３６は、赤外線領域の赤外線レーザ光１０６を出射する。赤外半導体レーザ３６は、赤外ＬＥＤや赤色ＬＥＤであってもよい。コリメータレンズ３２は、赤外線レーザ光１０６を平行光に変換する。プリズム３４は、コリメータレンズ２８からのレーザ光１０２の平行光と、コリメータレンズ３２からの赤外線レーザ光１０６の平行光とを合波する。カップリングレンズ１４は、プリズム３４により合波された合波レーザ光１０８を、ライトガイド３０に結合する。
【００２８】
ヘッド部２２０の波長選択性ミラー２４は、紫外線領域の波長の光だけでなく、赤外線領域の波長の光も透過するよう構成することが好ましい。
【００２９】
図２に示す紫外線照射装置２００の動作を説明する。半導体レーザ１２からのレーザ光１０２と、赤外半導体レーザ３６から赤外線レーザ光１０６とは、プリズム３４により合波され、合波レーザ光１０８としてライトガイド３０に入射される。ライトガイド３０にて伝送された合波レーザ光１０８のうち、レーザ光１０２の少なくとも一部は、波長変換素子２２により紫外線レーザ光に変換される。波長選択性ミラー２４を透過した紫外線レーザ光と赤外線レーザ光の合波レーザ光１１０は、集光レンズ２６により集光され、紫外線硬化型接着剤６０に照射される。紫外線硬化型接着剤６０は、赤外線レーザ光により加熱されるので、紫外線硬化型接着剤６０を好適に硬化できる。
【００３０】
図３は、紫外線照射装置のさらに別の構成を示す図である。図３に示す紫外線照射装置３００は、本体部３１０と、ケーブル３１４と、ヘッド部３２０と、を備える。紫外線照射装置３００は、ヘッド部３２０に光源である半導体レーザ１２を有する点が、上述の紫外線照射装置と異なる。
【００３１】
本体部３１０は、半導体レーザ１２の駆動電流を制御する電流制御部３１２を備える。電流制御部３１２により出力された駆動電流は、ケーブル３１４を介して半導体レーザ１２に供給される。
【００３２】
ヘッド部３２０は、半導体レーザ１２と、波長変換素子２２と、波長選択性ミラー２４と、集光レンズ２６と、を備える。半導体レーザ１２は、波長６５０ｎｍのレーザ光１０２を出射する。半導体レーザ１２から出射されたレーザ光１０２は、少なくとも一部が波長変換素子２２により紫外線レーザ光１０４に変換される。波長選択性ミラー２４を透過した紫外線レーザ光１０４は、集光レンズ２６により集光され、紫外線硬化型接着剤５０に照射される。
【００３３】
以上のように構成された紫外線照射装置３００によれば、ヘッド部３２０が光源である半導体レーザ１２を有することにより、光を伝達するためのライトガイドが不要となるので、装置を安価に構成できる。また、ケーブル３１４は、光ファイバで構成されたライトガイドよりも曲げ耐久性が高いので、装置の取扱いが容易となる。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能である。また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３５】
たとえば、上述の実施の形態では、半導体レーザ１２として、波長６５０ｎｍの半導体レーザを用いたが、他の波長の半導体レーザであってもよい。また、波長変換素子２２の第３次高調波発生を用いてもよい。たとえば、波長１０５０ｎｍのレーザ光の第３次高調波発生により、波長３５０ｎｍの紫外線レーザ光を出力することができる。
【００３６】
また、図１の紫外線照射装置１００では、紫外光のみ選択的に透過するよう波長選択性ミラー２４を構成したが、可視光領域のレーザ光の一部が透過するように構成してもよい。この場合、波長選択性ミラー２４を透過した可視光領域のレーザ光を、紫外線照射領域をユーザが視認するためのマーカとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る紫外線照射装置の構成を示す図である。
【図２】紫外線照射装置の別の構成例を示す図である。
【図３】紫外線照射装置のさらに別の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、２１０、３１０  本体部、  １２  半導体レーザ、  １４  カップリングレンズ、  １６  波長変換素子、  ２０、２２０、３２０  ヘッド部、  ２２  波長変換素子、  ２４  波長選択性ミラー、  ２６  集光レンズ、  ２８、３２  コリメータレンズ、  ３０  ライトガイド、  ３４  プリズム、  ３６  赤外半導体レーザ、  ５０、６０  紫外線硬化型接着剤、  １００、２００、３００  紫外線照射装置、  ３１２  電流制御部、  ３１４  ケーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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