CN204300754U - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可以照射均匀且高照度的大致平行光的光照射装置。对照射对象物上的矩形照射区进行光照射的光照射装置具备：多个发光元件，在基板上配置成正方格子状或者三角格子状并射出光；透镜单元，具有多个将从发光元件射出的光形成为规定的发散角的光的第一透镜；导光部件，将从透镜单元射出的光混合并进行传导；第二透镜，将从导光部件射出的来自各发光元件的光分别形成为平行光；第三透镜，以规定的倍率扩大从第二透镜射出的光，并聚光在照射对象物上；孔径光阑，具有以导光部件的光轴为中心的圆形开口，并配置于导光部件与第二透镜之间或者第二透镜与第三透镜之间。

Description

光照射装置

技术领域

本实用新型涉及一种可以对照射对象物上的矩形照射区照射大致平行光的光照射装置，特别涉及一种可以以均匀且高的照度照射照射对象物的光照射装置。

背景技术

以往，作为搭载于液晶用周边曝光装置等的光源装置(光照射装置)，使用对照射对象物上的矩形照射区照射紫外线波长区域的大致平行光的光源装置。这种光源装置记载于例如专利文献1中。

专利文献1中记载的光源装置具备搭载有发出紫外光的多个LED(Light Emitting Diode：发光二级管)的平面基板、将来自多个LED的照度不均匀的光束形成为平行光的一片非球面透镜、以及将来自非球面透镜的紫外光混合射出的四棱柱形透光性棒，将通过透光性棒成为均匀光的紫外光经由聚光透镜以及中继透镜等投影于玻璃基板上的矩形照射区，从而使照射区内的抗蚀剂曝光。

在先技术文献

专利文献1：日本专利特开2007-041466号公报。

实用新型内容

实用新型要解决的技术问题

根据专利文献1中记载的光源装置，由于来自多个LED的紫外光入射至透光性棒而被混合，所以能够得到均匀且高照度的紫外光。然而，在专利文献1记载的光源装置中，由于是一种通过一片非球面透镜使来自多个LED的紫外光形成为平行光并传导至透光性棒的构造，所以，如果不能准确地进行搭载有多个LED的基板、非球面透镜以及透光性棒的对位，则存在不能获得所希望的紫外光的问题。即，如果这些对位不能准确地进行，则会产生通过非球面透镜的紫外光不能成为平行光，不能形成均匀的紫外光的问题以及来自多个LED的紫外光的一部分被屏蔽，不能获得所希望的光照度的问题。

本实用新型是鉴于以上情况而完成的，其目的在于提供一种不需要进行光学部件的复杂的对位操作，就可以对照射对象物上的矩形照射区照射均匀且高照度的大致平行光的光照射装置。

解决技术问题的技术方案

为达成上述目的，本实用新型的光照射装置是一种对照射对象物上的矩形照射区照射光的光照射装置，具备：多个发光元件，在基板上的矩形区域将光轴的方向一致地配置成正方格子状或者三角格子状，并射出光；透镜单元，配置于各发光元件的光轴上，具有多个将从该发光元件射出的光形成为规定的发散角的光的第一透镜；导光部件，将从透镜单元射出的光混合并进行传导；第二透镜，具有与导光部件的光轴共同的光轴，将从导光部件射出的来自各发光元件的光分别形成为平行光；第三透镜，具有与导光部件的光轴共同的光轴，以规定的倍率扩大从第二透镜射出的光，并聚光在照射对象物上；孔径光阑，具有以导光部件的光轴为中心的圆形开口，并配置于导光部件与第二透镜之间或者第二透镜与第三透镜之间。

根据这种构造，多个第一透镜通过透镜单元被一体地固定支撑，所以，无需进行各发光元件与各第一透镜的位置调整(对准调整)。另外，多个第一透镜通过透镜单元被一体地固定支撑，所以，虽然存在发光元件与第一透镜的光轴产生偏移，产生不同于设计值的不需要的光的情况，但不需要的光可以通过配置于光路中的孔径光阑被去除。因此，无需进行光学部件的复杂的对位操作，可以对照射对象物上的矩形照射区照射均匀且高照度的大致平行光。

另外，第二透镜可以由至少两片透镜构成。

另外，第二透镜可以由双凸透镜、平凸透镜、弯月形透镜或者这些透镜组合构成。

另外，第三透镜可以由至少两片透镜构成。

另外，第三透镜可以由双凸透镜、平凸透镜、弯月形透镜或者这些透镜组合构成。

另外，优选导光部件为具有与透镜单元相对、且将来自多个发光元件的光全部收入的矩形入射面、以及与第二透镜相对、且将从入射面入射的光向第二透镜射出的矩形射出面的四棱柱形玻璃棒。

另外，优选从第二透镜射出的平行光为发散角为25°以下的光。

另外，优选光为紫外线波长区域的光。

另外，多个发光元件可以由发出n种(n为2以上的整数)不同波长的光的n种发光元件构成。

另外，多个发光元件沿着与光轴的方向正交且彼此正交的第一方向与第二方向排列，从光轴的方向观察时，各发光元件为具有正方形的外形的LED，可以配置成该外形的两边与所述第一方向平行。

另外，多个发光元件沿着与光轴的方向正交且彼此正交的第一方向与第二方向排列，从光轴的方向观察时，各发光元件为具有正方形的外形的LED，可以配置成该外形的一个对角线与所述第一方向平行。

实用新型的效果

如上所述，根据本实用新型，能够实现不需要进行光学部件的复杂的对位操作，就可以对照射对象物上的矩形照射区照射均匀且高照度的大致平行光的光照射装置。

附图说明

图1为表示本实用新型的实施方式涉及的光照射装置的构造的模式图。

图2为表示本实用新型的实施方式涉及的光照射装置中具备的LED单元的构造的图。

图3为表示本实用新型的实施方式涉及的光照射装置中具备的LED元件的构造的图。

图4为表示本实用新型的实施方式涉及的光照射装置中具备的透镜单元的构造的图。

图5为表示本实用新型的实施方式涉及的光照射装置中具备的玻璃棒的构造的图。

图6为从本实用新型的实施方式涉及的光照射装置中具备的玻璃棒射出的紫外光的光路图。

图7(a)～图7(c)为表示从本实用新型的实施方式涉及的光照射装置射出的紫外光在照射对象物W上的光量分布与光束角的分布的曲线图。

图8为表示本实用新型的变形例涉及的光照射装置的LED单元的构造的图。

图9为表示本实用新型的变形例涉及的光照射装置的LED单元的构造的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型的实施方式加以详细说明。此外，对图中相同或者相当的部分标记相同的符号，不再重复其说明。

图1为表示本实用新型的实施方式涉及的光照射装置100的构造的模式图。本实施方式的光照射装置100为一种组装于液晶用周边曝光装置等，并对照射对象物W(例如，玻璃基板上的抗蚀剂等)上的矩形照射区照射紫外线波长区域的大致平行光的装置。

如图1所示，光照射装置100具有LED单元110、透镜单元120、玻璃棒130(导光部件)、聚光透镜140(第二透镜)、孔径光阑150、中继透镜160(第三透镜)、以及容纳这些部件的圆筒状壳体101。LED单元110、透镜单元120、玻璃棒130、聚光透镜140、孔径光阑150、以及中继透镜160朝向照射对象物W，将光轴对齐地(即、在光轴AX上)依次配置。此外，在本实施方式中，光照射装置100的工作距离WD(从壳体101到照射对象物W的距离)被设定为125mm，从光照射装置100射出的紫外线波长区域的光(以下，成为“紫外光”)在工作距离WD上聚光为均匀的光量分布(在后详述)。此外，在本说明书中，将从光照射装置100射出的紫外光的行进方向(即，平行于光轴AX的方向)设为Z轴方向，将与Z轴方向正交且相互正交的两个方向定义为X轴方向以及Y轴方向来进行说明。

图2为表示本实施方式的LED单元110的构造的图。如图2所示，本实施方式的LED单元110具备大致正方形的基板112、以及在该基板112上的矩形区域112a内、在Z轴方向上使光轴一致地配置的多个LED元件114(发光元件)。本实施方式的LED元件114具有6.8mm(X轴方向长度)×6.8mm(Y轴方向长度)的矩形外形(图3)，其两边为与X轴方向平行的方向，在矩形区域112a内配置为6列(Y轴方向)×6个(X轴方向)的二维正方格子状，并与基板112电连接。基板112为由玻璃环氧树脂、陶瓷等构成的电子电路基板，与未图示的LED驱动电路连接，经由基板112将来自LED驱动电路的驱动电流供给各LED元件114。

图3为表示本实施方式的LED元件114的构造的图。如图3所示，本实施方式的LED元件114具备在其内部配置成正方格子状的4个LED芯片114a。当向各LED元件114供给驱动电流时，则各LED芯片114a以对应于驱动电流的光量发光，从各LED元件114射出规定光量的紫外光。此外，在本实施方式中，各LED芯片114a被构造成从LED驱动电路接受驱动电流的供给，并射出波长为365nm的紫外光。即，从基板112上的各LED元件114以规定光量射出波长为365nm的紫外光。

此外，以本实施方式的各LED元件114射出大致相同的光量的紫外光的方式调整供给至各LED元件114的驱动电流。另外，如图2所示，在本实施方式中，LED元件114的X轴方向的节距PH、以及Y轴方向的节距PV都被设定为10mm左右。另外，本实施方式的LED单元110以基板112上的矩形区域112a的中心C与光轴AX大致一致的方式配置于壳体(未图示)内。

图4为表示本实施方式的透镜单元120的构造的图。如图4所示，本实施方式的透镜单元120具备底板122以及多个第一透镜124。底板122为用于一体地固定支撑多个第一透镜124的板状部件，在底板122上设置有安装有第一透镜124的6列(Y轴方向)×6个(X轴方向)的圆形开口122a，第一透镜124嵌入并固定于各开口122a。此外，作为将第一透镜124固定于底板122的方法，可以应用通过底板122和与底板122大致相同形状的板(未图示)夹持第一透镜123的方法以及嵌合、压接、粘合等方法。

第一透镜124为将从LED元件114射出的紫外光形成为规定的发散角的紫外光的平凸透镜，各第一透镜124的光轴以与各LED元件114的光轴大致一致的方式调整位置并配置。进而，通过各第一透镜124的紫外光朝后段玻璃棒130射出(图1)。

如上所述，在本实施方式的透镜单元120中，形成将多个第一透镜124一体地固定支撑的构造，不需要进行各LED元件114与各第一透镜124的位置调整(对准调整)。即，只要仅仅进行LED单元110与透镜单元120的位置调整，则各第一透镜124的光轴与各LED元件114的光轴大致一致，因此，被构造为各第一透镜124能够有效地(即，没有浪费)收入来自各LED元件114的紫外光，并向后段的玻璃棒130射出。在此，为了各第一透镜124的光轴与各LED元件114的光轴大致一致，需要在基板112上的规定位置准确配置各LED元件114，另外，也需要在底板122上的规定位置准确配置各第一透镜124，而实际上，存在基板112、LED元件114、第一透镜124、底板112的制造上的偏差以及组装上的误差，因此难以准确地使全部LED元件114的光轴和全部的第一透镜124的光轴一致。于是，第一透镜124的光轴与LED元件114的光轴不一致时(即，光轴倾斜、移位时)，通过第一透镜124的紫外光不形成所希望的发散角，从透镜单元120射出与规定的发散角的紫外光混合的、比规定的发散角更大的发散角的紫外光(以下，称为“不需要的光”)。在此，在本实施方式中，在紫外光的光路中配置孔径光阑150来解决涉及到的问题(在后详述)。

如图1所示，通过各第一透镜124的紫外光射入后段玻璃棒130的入射面130a。图5为表示本实施方式的玻璃棒130的构造的图。如图5所示，玻璃棒130是由四棱柱形玻璃制成的导光部件，入射面130a形成于一个端面，出射面130b形成于另一端面。此外，本实施方式的玻璃棒130的尺寸为58mm(X轴方向)×58mm(Y轴方向)×250mm(Z轴方向)，被构造成从透镜单元120射出的全部紫外光都射入入射面130a。如上所述，入射至玻璃棒130的入射面130a的紫外光(即，从透镜单元120射出的紫外光)具有规定的发散角，所以在玻璃棒130内，各角度成分的紫外光分别一边被反射(即，一边被混合)一边被传导，从出射面130b射出均匀的光量分布的紫外光。此外，本实施方式的玻璃棒130为四棱柱形，因此入射至入射面130a的紫外光的发散角在出射面130b上也被维持，从出射面130b向着后段的聚光透镜140、孔径光阑150、中继透镜160射出规定的发散角的紫外光(即，具有与从透镜单元120射出的紫外光大致相等的发散角的紫外光)。

图6为从本实施方式的玻璃棒130的出射面130b射出的紫外光的光路图。本实施方式的聚光透镜140与中继透镜160为以规定的倍率扩大出射面130b的图像并投影在照射对象物W上的投影光学系，如上所述，从本实施方式的玻璃棒130的出射面130b射出均匀的光量分布的紫外光，所以在照射对象物W上照射均匀的光量分布的紫外光。

如图1以及图6所示，聚光透镜140为一种将从玻璃棒130入射的紫外光形成为大致平行光的透镜。在本实施方式中，由一对双凸透镜141、142构成，从玻璃棒130入射的紫外光通过一对双凸透镜141、142后，形成具有Z轴方向±14°以下的扩散角的紫外光。

从聚光透镜140射出的紫外光通过孔径光阑150后射入中继透镜160。本实施方式的孔径光阑150为在中心具有直径86mm的圆形开口的光阑，具有去除从聚光透镜140射出的紫外光中不需要的光的功能。

如上所述，由于基板112、LED元件114、第一透镜124、底板122的制造上的偏差和组装上的误差的影响，从透镜单元120射出与规定的发散角的紫外光混合的、比规定的发散角大的发散角的紫外光(即，不需要的光)。该不需要的光也通过玻璃棒130、聚光透镜140，但是不需要的光的发散角比规定的发散角大，因此，即使通过聚光透镜140，也不能成为规定的(即，设计值)±14°以下的发散角。于是，如此一来，如果发散角大的不需要的光照射在照射对象物W上则会产生光量分布均匀性下降的问题。因此，在本实施方式中，构成为通过在聚光透镜140与中继透镜160之间配置孔径光阑150去除不需要的光，从而在照射对象物W上能够得到均匀的光量分布。即，在本实施方式中，通过配置孔径光阑150，消除了基板112、LED元件114、第一透镜124、底板122的制造上的偏差和组装上的误差的影响。因此，通过孔径光阑150去除不需要的光，使得仅仅规定的发散角的紫外光(即，通过聚光透镜140得到的具有Z轴方向±14°以下的发散角的紫外光)通过中继透镜160，并照射至照射对象物W上。

如图1以及图6所示，中继透镜160为以规定的倍率扩大通过孔径光阑后入射的紫外光，并在照射对象物W上聚光的透镜。在本实施方式中，由以凸面彼此相对的方式配置的一对平凸透镜161、162构成，通过孔径光阑150后入射的紫外光通过一对平凸透镜161、162后，在配置于工作距离WD上的照射对象物W上的矩形照射区内聚光，均匀地照明该照射区。

图7(a)～图7(c)为通过模拟求得的使用本实施方式的光照射装置100照明照射对象物W时的紫外光的光量分布以及光束角的分布的结果。图7(a)为照射对象物W上的X轴方向的紫外光的光量分布，横轴表示将光轴AX的位置设为0mm的X轴方向的位置，纵轴表示紫外光的强度(mW/cm²)。另外，图7(b)为照射对象物W上的Y轴方向的紫外光的光量分布，横轴表示将光轴AX的位置设为0mm的Y轴方向的位置，纵轴表示紫外光的强度(mW/cm²)。另外，图7(c)为射入照射对象物W的紫外光的光束角的分布，横轴表示将光轴AX的方向(即，Z轴方向)设为0°时的紫外光的光束角度，纵轴为通过相对值表示各角度的度数的轴。如图7(a)以及图7(b)所示，可知配置于工作距离WD上的照射对象物W上的矩形照射区(±35mm×±35mm)内被紫外光均匀照明。另外，如图7(c)所示，可知在照射区内仅照明±14°以内的紫外光。

如上所述，在本实施方式的光照射装置100中，采用通过透镜单元120一体地固定支撑多个第一透镜124的构造，不需要进行各LED元件114与各第一透镜124的位置调整(对准调整)。另外，通过在紫外光的光路中配置孔径光阑150而去除通过采用这种构造而产生的不需要的光。从而，根据本实施方式的构造，不需要进行光学部件的复杂的对位操作，就可以对照射对象物W上的矩形照射区照射均匀且高照度的大致平行光。

以上为本实施方式的说明，但本实用新型并不局限于以上构造，在本实用新型的技术思想范围内可以进行多种变形。

例如，在本实施方式中，虽然采用在聚光透镜140与中继透镜160之间配置孔径光阑150的构造，但孔径光阑150只要配置于紫外光的光路中即可，例如，可以配置于玻璃棒130与聚光透镜140之间。

另外，本实施方式的聚光透镜140采用由一对双凸透镜141、142构成的构造，但并不局限于这种构造，例如，也可以由一对平凸透镜、或者一对弯月形透镜构成。另外，聚光透镜140可以由两片以上的透镜组合构成，也可以由双凸透镜、平凸透镜、弯月形透镜或者这些透镜组合构成。

另外，本实施方式的中继透镜160采用由以凸面彼此相对的方式配置的一对平凸透镜161、162构成的构造，但并不局限于这种构造，一对平凸透镜161、162可以配置成平面彼此相对，另外，也可以配置成两个凸面或者两个平面的方向一致。另外，中继透镜160可以由一对双凸透镜、或者一对弯月形透镜构成。另外，中继透镜160可以由两片以上的透镜组合构成，也可以由双凸透镜、平凸透镜、弯月形透镜或者这些透镜组合构成。

另外，本实施方式的玻璃棒130作为呈现四棱柱形的形状的部件进行说明，但只要能够混合射入入射面130a的紫外光并导光即可，例如也可以应用棱台形状的部件。

另外，在本实施方式中，虽然采用从玻璃棒130射出的紫外光通过聚光透镜140被形成为具有Z轴方向±14°以下的发散角的紫外光的构造，但并不局限于这种构造，能够根据照射对象物W的规格和求得的紫外光的规格适当改变。一般而言，可以认为如果是发散角为±25°以下的紫外光，则可以应用于组装有本实施方式的光照射装置100的液晶用周边曝光装置等，但是为了在照射对象物W上照射均匀的光量分布的紫外光，希望通过聚光透镜140的紫外光的发散角越小(即、希望越接近平行光)，优选为±20°以下，更优选为±15°以下的构造。

另外，本实施方式的LED元件114形成为具备配置成正方格子状的4个LED芯片114a，但并不局限于这种构造，只要具备至少一个LED芯片即可。

另外，本实施方式的LED元件114采用射出波长为365nm的紫外光的部件，但并不局限于这种构造，可以为射出其他波长(例如，波长385nm、波长405nm)的紫外光的部件，也可以组合波长不同的多种LED元件(即，混合多个波长)而构成。

另外，本实施方式的LED单元110采用具备6列(Y轴方向)×6个(X轴方向)的配置成二维正方格子状的36个LED元件114的构造，但是只要均等配置于矩形区域112a内即可，并不局限于36个的构造。另外，LED元件114无需一定要配置成二维正方格子状，例如，如图8所示，也可以配置成三角格子状。另外，在本实施方式中，LED元件114采用其两边在平行于X轴方向的方向上配置的部件，但是例如，如图9所示，也可以LED元件114的一个对角线在平行于X轴方向的方向上配置。

此外，应该认为此次公开的实施方式在所有方面仅是示例，而非限定的解释。本实用新型的范围并不由上述说明所体现，而是包含由权利要求书所示的、与权利要求等同的范围以及范围内的全部变更。

符号说明

100     光照射装置

101     壳体

110     LED单元

112     基板

114     LED元件

114a    LED芯片

120     透镜单元

122     底板

124     第一透镜

130     玻璃棒

140     聚光透镜

141、142     双凸透镜

150          孔径光阑

160          中继透镜

161、162     平凸透镜。

Claims (11)

1.一种光照射装置，对照射对象物上的矩形照射区照射光，其特征在于，具备：

多个发光元件，在基板上的矩形区域使光轴的方向一致地配置成正方格子状或者三角格子状，并射出所述光；

透镜单元，配置在各发光元件的光轴上，具有多个将从该发光元件射出的光形成为规定的发散角的光的第一透镜；

导光部件，将从所述透镜单元射出的光混合并进行传导；

第二透镜，具有与所述导光部件的光轴共同的光轴，将从所述导光部件射出的来自所述各发光元件的光分别形成为平行光；

第三透镜，具有与所述导光部件的光轴共同的光轴，以规定的倍率扩大从所述第二透镜射出的光，并聚光在所述照射对象物上；以及

孔径光阑，具有以所述导光部件的光轴为中心的圆形开口，并配置于所述导光部件与所述第二透镜之间或者所述第二透镜与所述第三透镜之间。

2.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述第二透镜由至少两片透镜构成。

3.根据权利要求2所述的光照射装置，其特征在于，

所述第二透镜由双凸透镜、平凸透镜、弯月形透镜或者这些透镜组合构成。

4.根据权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，

所述第三透镜由至少两片透镜构成。

5.根据权利要求4所述的光照射装置，其特征在于，

所述第三透镜由双凸透镜、平凸透镜、弯月形透镜或者这些透镜组合构成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述导光部件是具有与所述透镜单元相对且将来自所述多个发光元件的光全部收入的矩形入射面、以及与所述第二透镜相对且将从所述入射面入射的光向所述第二透镜射出的矩形射出面的四棱柱形的玻璃棒。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的光照射装置，其特征在于，

从所述第二透镜射出的平行光是发散角为25°以下的光。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述光是紫外线波长区域的光。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述多个发光元件由发出n种不同波长的光的n种发光元件构成，其中，n为2以上的整数。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述多个发光元件沿着与所述光轴的方向正交且彼此正交的第一方向与第二方向排列，

从所述光轴的方向观察时，所述各发光元件是具有正方形的外形的LED，并配置成该外形的两边与所述第一方向平行。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的光照射装置，其特征在于，

所述多个发光元件沿着与所述光轴的方向正交且彼此正交的第一方向与第二方向排列，

从所述光轴的方向观察时，所述各发光元件是具有正方形的外形的LED，并配置成该外形的一个对角线与所述第一方向平行。