CN108885405A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

为了提供一种能够廉价地实现大面积的面光源的光照射装置，具备4个照射单元和定位构件，LED基板具备LED基准端面以及以LED基准端面为基准而基于距该LED基准端面的距离排列的多个LED，透镜阵列具备透镜基准端面以及以所述透镜基准端面为基准而基于距该透镜基准端面的距离排列的多个透镜，4个所述照射单元以及4个配置基准面配置成4次旋转对称，1个所述照射单元中的所述LED基准端面以及所述透镜基准端面被相对于1个所述配置基准面推压。

Description

光照射装置

技术领域

本发明涉及一种排列有多个LED基板的光照射装置。

背景技术

例如，在用于电子电路基板的曝光装置中，以往，作为光源而使用水银灯(参照专利文献1)。近年来，为了实现功耗、排放CO₂的削减、光源的长寿命化、由未使用的水银等带来的环境负荷的降低，逐渐要求在曝光装置中也取代水银灯而置换成LED光源。

然而，由于1个LED的紫外光的光输出相比水银灯较小，所以，为了得到同等的光输出，需要使用大量的LED，为了在曝光装置中使用，就会成为大面积的面光源。另外，LED是扩散光源，所以，为了将紫外光高效地照射到曝光装置的复眼透镜，需要用透镜使从各LED发出的紫外光向大致平行的方向射出，并且用聚光透镜使各大致平行的紫外光向复眼透镜会聚。

通过做成这样的结构，从而在排列有多个LED的LED基板内，即使1个或者2个左右的LED不亮灯或者放射照度降低，也能在对基板进行曝光的曝光面抑制整体上的放射照度不均。

然而，特别是在从各LED射出的光是紫外光的情况下，如果将透镜阵列设为树脂制成的，则由于其劣化，会损害其功能，所以需要使用玻璃等材料。

然而，玻璃与树脂相比，比重较大，所以如果想要制作例如具有曝光装置所需要的程度的面积的一整张透镜阵列，则会变得非常重。因此，制作大的一整张透镜阵列因制造上的界限、成本的问题而难以实现。另外，如果用粘接剂将透镜连接起来，则由于透镜彼此的位置精度劣化、由紫外光导致的粘接剂的劣化，从而会在长期的耐用性方面存在问题。因此，采用分割成比所需的面积小的多个透镜阵列而进行形成。

然而，如果将透镜阵列分割成多个而形成，则与此相匹配地，需要将LED基板分割而形成。进一步地，为了抑制整体上的放射照度不均而从整体射出均匀的光，必须对各透镜阵列与各LED基板的光轴分别高精度地进行对位。

因此，如果想要制造具有用于曝光装置那样的大面积的面光源的光照射装置，则与水银灯相比，与组装相关的时间劳力变大，制造成本上升，所以，难以得到廉价的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2010－33094号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种仅通过简单的对位就能够使配置于多个LED基板上的多个LED的光轴与多个透镜阵列中形成的多个透镜的光轴高精度地一致、并且能够廉价地实现大面积的面光源的光照射装置。

解决技术问题的技术手段

即，本发明涉及一种光照射装置，其特征在于，具备：4个照射单元，它们具备LED基板以及配置于所述LED基板上的透镜阵列；以及定位构件，其具备4个配置基准面，4个所述照射单元分别被推压到该4个配置基准面，使4个所述照射单元配置于规定的位置，所述LED基板具备LED基准端面、以及以所述LED基准端面为基准而基于距该LED基准端面的距离排列的多个LED，所述透镜阵列具备透镜基准端面、以及以所述透镜基准端面为基准而基于距该透镜基准端面的距离排列的多个透镜，4个所述照射单元以及4个配置基准面配置成4次旋转对称，1个所述照射单元中的所述LED基准端面以及所述透镜基准端面被相对于1个所述配置基准面推压。

如果是这样，则为了将光照射装置设为大面积的面光源，仅制造1种照射单元即可。进一步地，仅通过将各照射单元分别相对于周向而向相同朝向推压到定位构件的配置基准面，就能够将多个LED与多个透镜配置于相同位置，使各自的光轴一致。因此，尽管为了得到大面积的面光源而分割成多个要素，仍能够抑制面光源整体的放射照度不均，并且能够大幅降低组装时的各LED与各透镜之间的光轴对准的时间劳力、成本。因此，如果是本发明的光照射装置，则能够通过LED廉价地实现例如曝光装置所要求的大面积的面光源。

为了能够以使多个LED的二维位置与多个透镜的二维位置一致的方式简单地进行配置、并且使各自的光轴高精度地一致，所述配置基准面由第一侧面以及与所述第一侧面处于正交关系的第二侧面构成，所述LED基准端面由被推压到所述第一侧面的第一LED端面、以及与所述第一LED端面处于正交关系、并且被推压到所述第二侧面的第二LED端面构成，所述透镜基准端面由被推压到所述第一侧面的第一透镜端面、以及与所述第一透镜端面处于正交关系、并且被推压到所述第二侧面的第二透镜端面构成即可。

为了容易设为大面积的面光源、并且使对定位构件安装照射单元的安装作业变简单，所述定位构件形成为十字形，在各个象限分别形成有所述第一侧面以及所述第二侧面即可。

为了减少在以使LED与透镜的光轴一致的方式配置了LED基板与透镜阵列的状态下用于固定的作业数量、并且防止对透镜阵列施加大的力而破裂，还具备按压体即可，该按压体安装于LED基板和定位构件的上表面，对邻接的所述照射单元的所述透镜阵列的两方进行按压固定。

为了即使在存在对在各LED基板产生的热进行散热的散热器的情况下也不需要使用于对各LED基板供给电力的电力供给电缆向散热器的外侧环绕、并且能够防止例如收容各照射单元和散热器的外壳构造复杂化、降低制造成本，还具备设置于4个所述照射单元的下侧的散热器，所述散热器具备4个贯通孔，该4个贯通孔用于使连接到4个所述LED基板的电力供给电缆穿过，各贯通孔配置成4次旋转对称即可。

为了使得将所述电力供给电缆从散热器的上侧的面向下侧的面引导的情况下的处置变得更好、并且能够降低与组装相关的制造成本，所述LED基板在与所述LED基准端面相反的一侧具备连接有所述电力供给电缆的电源连接器，在所述LED基板被推压到所述定位构件的状态下，所述贯通孔配置于所述LED基板的外侧且所述电源连接器的附近即可。

作为用于使得即使在散热器的下侧的面也能够简单地安装电力供给电缆的具体构成，可列举以下构成：所述散热器是板状，还具备设置于所述散热器上未设置有所述照射单元的一侧的中继单元，所述中继单元构成为通过所述电力供给电缆与所述LED基板连接，并且通过电源电缆与外部电源连接。

发明效果

这样一来，根据本发明的光照射装置，关于相同形状的照射单元，仅通过一边使其朝向相对于旋转方向一致，一边压紧到定位构件，就能够使处于LED基板以及透镜阵列上的LED和透镜的光轴一致。因此，仅通过简单的安装作业，就能够减小作为面光源的放射照射不均，能够通过LED廉价地制造大面积的面光源。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的光照射装置的示意立体图。

图2是示出在该实施方式中将光照射装置的罩子、聚光透镜以及透镜阵列拆卸后的状态的示意俯视图。

图3是示出在该实施方式中拆卸了光照射装置的罩子以及聚光透镜的状态的示意俯视图。

图4是示出该实施方式中的LED基板的构造的示意图。

图5是示出该实施方式中的透镜阵列的构造的示意图。

图6是示出该实施方式中的定位构件的构造的示意立体图。

图7是示出该实施方式中的透镜阵列的固定构造的示意剖面图。

图8是示出该实施方式中的光照射装置的下表面侧的从LED基板至中继单元为止的布线的示意立体图。

图9是示出该实施方式中的光照射装置的下表面侧的从中继单元至电源连接器为止的布线的示意立体图。

图10是示出该实施方式中的中继单元的示意立体图。

图11是示出本发明的其他实施方式的光照射装置的示意图。

符号说明

100…光照射装置

1…散热器

2…照射单元

3…定位构件

31…基座部

32…突出部

3A…配置基准面的第一侧面

3B…配置基准面的第二侧面

4…聚光透镜

5…外壳

6…LED基板

61…印刷基板

62…LED

63…电源连接器

6A…第一LED端面

6B…第二LED端面

7…透镜阵列

71…透镜

7A…第一透镜端面

7B…第二透镜端面

8…按压体

9…中继单元。

具体实施方式

参照各图，说明本发明的一个实施方式的光照射装置100。本实施方式的光照射装置100例如为被用作在电子电路基板的制造中使用的曝光装置的光源的面光源，如图1至图3所示，将作为曝光装置所需的发光面积分割成4份，使4个照射单元2分别担负分割而得到的发光面积。更具体来说，所述光照射装置100由上表面侧的照射部IR和下表面侧的电力供给部SP构成。

所述照射部IR具备：形成为大致板状的水冷式的散热器1、配置于散热器1的上侧的面并且具有大致正方形形状的发光面的4个照射单元2、设置于散热器1上并且作为用于使4个照射单元2配置于规定位置的基准的定位构件3、设置于照射单元2和定位构件3的上侧的聚光透镜4以及覆盖各构件的外壳5。

所述照射单元2具备LED基板6以及重叠地设置于LED基板6的上侧的透镜阵列7，LED基板6具备：至少2个端面正交的印刷基板61、在基板上正方形格子状地排列的LED62以及用于支承所述透镜阵列7的支承体(定位构件3、后述的按压体8、保持体81、固定构件82)。

所述印刷基板61具备作为多个LED62在该印刷基板61上的二维坐标位置的基准的LED基准端面。该LED基准端面是被推压到定位构件3的侧面的面，由第一LED端面6A以及与第一LED端面6A处于正交关系的第二LED端面6B构成。如图4的放大图所示，该印刷基板61具有在俯视时正方形的1个角向外侧凸出的凸出部的形状。并且，第一LED端面6A与第二LED端面6B构成与所述凸出部相反的一侧的端面。在所述凸出部处，将连接用于对多个LED62供给电力的电力供给电缆C的电源连接器63设置于与LED62相同的一侧的面。另外，在散热器1处，在电源连接器63的附近，设置有用于将电力供给电缆C向该散热器1的下侧的面引导的贯通孔11。如图1至图3所示，在散热器1处，对应于4个照射单元2分别形成有贯通孔11，配置成以中心点作为旋转中心而4次旋转对称。

多个LED62射出紫外光，以所述LED基准端面为基准，基于距该LED基准端面的距离而呈正方形格子状地排列。即，在从第一LED端面6A起向垂直方向的距离以及从第二LED端面6B起向垂直方向的距离下，设定各LED62在印刷基板61上的二维坐标位置。

如图5的放大图所示，所述透镜阵列7是使与LED62相同数量的透镜71二维地排列并利用例如玻璃一体形成的具有大致正方形形状的面板部的薄板状的构件。该透镜阵列7具有作为各透镜71在透镜阵列7中的二维坐标位置的基准的透镜基准端面。所述透镜基准端面由被推压到定位构件3的侧面的第一透镜端面7A以及与所述第一透镜端面7A处于正交关系的第二透镜端面7B构成。即，透镜阵列7中的透镜71的二维坐标位置按与第一透镜端面7A垂直的方向的距离以及与第二透镜端面7B垂直的方向的距离来设定。此外，第一透镜端面7A以及所述第二透镜端面7B作为向外侧突出的突起而设置。另外，在本实施方式中，在1个LED基板6上，层叠有3张透镜阵列7。

定位构件3在散热器1上设置成大致十字形。更具体来说，通过在正交的2个方向上延伸的突条而形成有定位构件3。所述突条由在横截面视图中比印刷基板61稍厚的基座部31以及比基座部31细并且从基座部31的中央部向上侧突出的突出部32构成。LED基板6的LED基准端面被推压到基座部31的侧面，3张透镜阵列7的透镜基准端面被推压到突出部32的侧面。

即，4个照射单元2分别被推压到定位构件3，定位构件3在侧面具备使4个照射单元2配置于规定的位置的4个配置基准面。配置基准面由第一侧面3A以及与第一侧面3A处于正交关系的第二侧面3B构成。在每个象限分别形成有第一侧面3A以及第二侧面3B。第一侧面3A以及第二侧面3B通过基座部31的侧面以及突出部32的侧面而构成为具有高低差的面。第一侧面3A以及第二侧面3B配置成以定位构件3的中心作为中心点而4次旋转对称。

说明基于这样构成的照射单元2以及定位构件3的散热器1上的定位以及组装。

如上所述，4个照射单元2均是相同的形状以及构成，以将定位构件3的中心作为中心点而4次旋转对称的方式配置于散热器1上。更具体来说，各LED基板6将第一LED端面6A推压到定位构件3(基座部31)的第一侧面3A，并且将第二LED端面6B推压到定位构件3(基座部31)的第二侧面3B。通过这样，以定位构件3为基准来决定LED基板6以及在该LED基板6上排列的LED62在散热器1上的位置。一边使各LED基板6的朝向每次旋转90°，一边将LED基准端面推压到定位构件3的侧面。

在对LED基板6进行定位之后，关于第一张透镜阵列7，将透镜阵列7的第一透镜端面7A推压到定位构件3(突出部32)的第一侧面3A，并且将第二透镜端面7B推压到定位构件3(突出部32)的第二侧面3B。此时，透镜阵列7以架设于基座部31与保持体81的载置部(与基座部31相同高度)的状态载置。这样一来，散热器1上的透镜71的位置就以定位构件3为基准而决定。一边使各透镜阵列7的朝向每次旋转90°，一边将透镜基准端面推压到定位构件3的侧面。关于第二张以及第三张透镜阵列7，也同样地进行这样的组装作业。

通过这样做，能够将作为各LED62的位置的基准的LED基准端面以及作为各透镜71的位置的基准的透镜基准端面相对于定位构件3高精度地配置于设计位置。因此，能够使各LED62与各透镜71在散热器1上的二维坐标位置大致一致。即，各LED62的光轴与各透镜71的光轴在所有的组合中一致，所以，作为面光源最接近于设计状态，能够减小放射照度不均。

进一步地，如图7所示，透镜阵列7在被定位之后从定位构件3的上表面侧向下表面侧按压而固定。更具体来说，在定位构件3的突出部32的上表面，设置有将透镜阵列7向下方按压固定的按压体8，该按压体8使按压力仅直接作用于被夹入在按压体8与基座部31的上表面之间的3张透镜阵列7。该按压体8由树脂制的垫片和螺纹构件构成，为了防止垫片由于紫外光而劣化，在所述垫片与透镜阵列7之间夹入有直径大于垫片且薄板的金属制隔片(未图示)。该垫片具有比突出部32的宽度尺寸大的直径，在安装于突出部32的上表面的状态下，其外边缘部向外侧鼓出。由此，能够用1个垫片同时对邻接的透镜阵列7的两方进行按压固定，能够减小固定各透镜阵列7所需的螺纹构件数量，从而降低组装成本。此外，透镜阵列7也通过设置于保持体81的与按压体8相同构造的固定构件82来固定。

接下来，参照图8至图10，说明所述电力供给部SP。

连接于各LED基板6的电源连接器63的电力供给电缆C使用FFC电缆，经由所述贯通孔11向散热器1的下侧面引导。如图8所示，从2个LED基板6引导到散热器1的下侧面的2根电力供给电缆C连接到1个中继单元9。

所述中继单元9分别在基板的背面和表面各设置有一个第一连接器91，另外，在基板的表面设置有第二连接器92。将与LED基板6连接的电力供给电缆C连接到第一连接器91，将与外部电源连接器OC连接的电源电缆L连接到第二连接器92。

如图10所示，1组第一连接器91配置成相对于基板在上下方向上对称，如图8所示，表侧的第一连接器91的朝向设成无需折弯从所述贯通孔11导出的电力供给电缆C就能够直接连接。另一方面，能够通过折弯从所述贯通孔11导出的电力供给电缆C而连接到背侧的第一连接器91。

如果是这样构成的本实施方式的光照射装置100，则为了做成大面积的面光源，仅制造1种LED基板6以及透镜阵列7即可。进一步地，仅通过将各照射单元2分别相对于周向而向相同朝向推压到定位构件3的所述配置基准面，就能够将LED基板6和透镜阵列7高精度地定位到基板上的设计位置。并且，由于利用定位构件3高精度地对作为各LED62和各透镜71的位置的基准的LED基准端面以及透镜基准端面进行定位，所以，能够将各LED62和多个对应的各透镜71配置于相同位置，并且使各自的光轴一致。

因此，尽管为了做成大面积的面光源而分割成多个地制作，仍能够抑制面光源整体的放射照度不均，并且大幅降低组装时的各LED62与各透镜71之间的光轴对准的时间劳力、成本。

因此，能够通过LED廉价地实现曝光装置所要求的大面积的面光源。

另外，由于在散热器1上设置贯通孔11，所以，能够将经由该贯通孔11连接于各LED单元的电力供给电缆C引导到散热器1的下表面侧。因此，不需要绕过散热器1的外侧而连接电力供给电缆C，所以，在外壳5不产生间隙，例如容易应对紫外线的泄漏等。另外，由于引导到散热器1的背面侧的电力供给电缆C由中继单元9连接，所以，能够较好地处置直至外部电源为止的布线。

据此，如果是本实施方式的光照射装置100，则能够实现大面积的面光源，并且大幅降低其制造成本，能够与当前在曝光装置中用作光源的水银灯进行置换。

说明其他实施方式。

层叠于1个LED基板6之上的透镜阵列7的张数不限于3张，既可以是1张或者2张，也可以是4张以上。另外，透镜阵列7的形状、构造既可以分别不同，也可以相同。

定位构件3的配置形状、LED基准端面以及透镜基准端面的朝向不限于如所述实施方式所示。定位构件3为了使LED62与透镜71的位置关系的精度变高，优选使用一体的构件，但只要能够得到容许范围内的位置精度，则也可以分体地构成。例如，也可以如图11所示，做成正方形框状的定位构件3，并在该定位构件3的内侧面形成配置基准面。在该情况下，将所述LED基准端面以及所述透镜基准端面不设定为相对于旋转中心处于内周侧的端面，而是设定为外周侧的端面即可。总之，将所述照射单元2配置成4次旋转对称即可。此外，关于所述定位构件3，旋转对称也可以局部缺损。例如，如图11的例子所示，四角框也可以并非全部不间断，而是在中途中断。另外，如图11所示，构成定位构件3的突条的形状也可以不做成在LED基板6与透镜阵列7抵接的每个部分各不相同的形状，而是做成相同形状。

另外，中继单元也可以是1个，关于电源连接器，也可以在配置了各照射单元的状态下，配置于中央部。

进一步地，在LED基板上排列的LED也可以是炮弹型的LED、LED芯片。另外，关于LED以及透镜的排列，也不限于正方形格子状，例如也可以是正三角形格子状、正六边形格子状等各种配置。

另外，本发明的光照射装置除了曝光装置以外，还能够用于各种需要大面积的面光源的用途。

此外，只要不违背本发明的主旨，则也可以进行各种实施方式的组合、变形。

产业上的可利用性

根据本发明，能够廉价地提供具备大面积的面光源的光照射装置。

Claims (7)

1.一种光照射装置，其特征在于，具备：

4个照射单元，它们具备LED基板以及配置于所述LED基板上的透镜阵列；以及

定位构件，其具备4个配置基准面，4个所述照射单元分别被推压到该4个配置基准面，使4个所述照射单元配置于规定的位置，

所述LED基板具备LED基准端面、以及以所述LED基准端面为基准而基于距该LED基准端面的距离排列的多个LED，

所述透镜阵列具备透镜基准端面、以及以所述透镜基准端面为基准而基于距该透镜基准端面的距离排列的多个透镜，

4个所述照射单元以及4个配置基准面配置成4次旋转对称，

1个所述照射单元中的所述LED基准端面以及所述透镜基准端面被相对于1个所述配置基准面推压。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述配置基准面由第一侧面以及与所述第一侧面处于正交关系的第二侧面构成，

所述LED基准端面由被推压到所述第一侧面的第一LED端面、以及与所述第一LED端面处于正交关系、并且被推压到所述第二侧面的第二LED端面构成，

所述透镜基准端面由被推压到所述第一侧面的第一透镜端面、以及与所述第一透镜端面处于正交关系、并且被推压到所述第二侧面的第二透镜端面构成。

3.根据权利要求2所述的光照射装置，其特征在于，

所述定位构件形成为十字形，在各个象限分别形成有所述第一侧面以及所述第二侧面。

4.根据权利要求3所述的光照射装置，其特征在于，

还具备按压体，该按压体安装于所述定位构件的上表面，对邻接的所述照射单元的所述透镜阵列的两方进行按压固定。

5.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

还具备设置于4个所述照射单元的下侧的散热器，

所述散热器具备4个贯通孔，该4个贯通孔用于使连接到4个所述LED基板的电力供给电缆穿过，

各贯通孔配置成4次旋转对称。

6.根据权利要求5所述的光照射装置，其特征在于，

所述LED基板在与所述LED基准端面相反的一侧具备连接有所述电力供给电缆的电源连接器，

在所述LED基板被推压到所述定位构件的状态下，所述贯通孔配置于所述LED基板的外侧且所述电源连接器的附近。

7.根据权利要求5所述的光照射装置，其特征在于，

所述散热器是板状，

还具备设置于所述散热器上未设置有所述照射单元的一侧的中继单元，

所述中继单元构成为通过所述电力供给电缆与所述LED基板连接，并且通过电源电缆与外部电源连接。