DE19752455A1

DE19752455A1 - Anordnung zur gleichmäßigen Beleuchtung einer in einer Beleuchtungsebene liegenden Beleuchtungsfläche

Info

Publication number: DE19752455A1
Application number: DE1997152455
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Ing Welsch; Claus Dr Ing Dietrich; Joerg Dr Ing Kiesewetter; Karsten Stoll; Christfried Symanowski; Dietrich Schmidt
Original assignee: Karl Suss Dresden GmbH
Current assignee: Karl Suss Dresden GmbH
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-05-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur gleichmäßigen Be leuchtung einer in einer Beleuchtungsebene liegenden Beleuch tungsfläche mit einem Reflektor und einer zwischen dem Reflek tor und der Beleuchtungsfläche liegenden längserstreckten Lichtquelle.

Bei bekannten Leiterplattenbeschichtungsanlagen, wie einer Leiterplattenbeschichtungsanlage MA 600 der Anmelderin werden zur Belichtung von Leiterplatten, die mit einer Fotolack schicht versehen sind, Niederdruck-Quecksilberentladungslampen eingesetzt, die im Verhältnis zu ihrer Längserstreckung einen relativ geringen Durchmesser aufweisen. Zur Verbesserung der Lichtausbeute ist eine derartige Lampe in einem Lampengehäuse angeordnet, in dem Planplatten als Reflektoren eingesetzt sind. Diese Planplatten sind in Richtung zur Beleuchtungs fläche, die die Leiterplattenoberfläche darstellt, welche in einer Beleuchtungsebene liegt, geneigt angeordnet.

Eine derartige Beleuchtungsanordnung zeigt zwar den Vorteil, daß sie relativ kostengünstig herstellbar ist, da einerseits die Lampe ein kostengünstiges Bauteil darstellt und anderer seits die Planplatten als Reflektoren einfach herstellbar sind. Allerdings zeigt diese Beleuchtungseinrichtung den Nach teil, daß sie auf der Beleuchtungsfläche eine relativ un gleichmäßige Ausleuchtung erzeugt. Außerdem sendet eine solche Lichtquelle sehr hohe Anteile der Lichtleistung mit großen Aperturwinkeln aus.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine An ordnung zur gleichmäßigen Beleuchtung einer in einer Beleuch tungsebene liegenden Beleuchtungsfläche anzugeben, die einer seits kostengünstig herstellbar ist und die andererseits eine Verbesserung der Ausleuchtung der Beleuchtungsfläche hin sichtlich der Apertur und der Gleichmäßigkeit bewirkt.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Reflektor als erster Hohlspiegel ausgeführt ist, durch dessen Focus sich die Lichtquelle erstreckt. Dieser erste Hohlspiegel weist die Form eines Rotationsparaboloiden auf, dessen Öff nungsdurchmesser mindestens gleich der größten Ausdehnung der auszuleuchtenden Fläche ist. Weiterhin ist dieser erste Hohl spiegel so dimensioniert, daß ein vom Focus ausgehender Strahl, der zur optischen Achse des ersten Hohlspiegels einen Winkel von 90° einschließt, senkrecht auf die Beleuchtungs ebene auftrifft.

Dadurch wird erreicht, daß einerseits eine kostengünstige Lichtquelle eingesetzt werden kann und andererseits eine ver besserte Ausleuchtung der Beleuchtungsfläche eintritt, in dem eine höhere Gleichmäßigkeit und geringere Aperturwinkel er reicht werden.

In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Öffnung des ersten Hohlspiegels eine solche Größe aufweist, daß Aperturstrahlen, die vom Rand her in Richtung der optischen Achse zielen, übertragen werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der erste Hohlspiegel aus wärmebeständigem Geräteglas besteht und als Kaltlichtspiegel ausgeführt ist. Hierdurch wird eine Wärmebelastung des ersten Hohlspiegels und der Be leuchtungsfläche verringert, so daß diese Ausgestaltung den Einsatz sehr leistungsfähiger Lichtquellen die zugleich zu meist auch eine hohe Abwärmebelastung mit sich bringen, er möglicht wird.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen der Lichtquelle und der Beleuchtungs ebene eine Abschirmung angeordnet ist, die eine in Richtung der optischen Achse direkt auf die Beleuchtungsfläche gerich tete Strahlung der Lichtquelle abschirmt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die gesamte Lichtstrahlung über den Reflek tor geleitet wird, wodurch die Gleichmäßigkeit der Ausleuch tung durch gezielte Beeinflussung genau eingestellt werden kann.

Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Abschirmung aus einem zen trisch unter der Lichtquelle angeordneten sphärischen zweiten Hohlspiegel besteht. Dieser zweite Hohlspiegel weist einen Durchmesser auf, der annähernd so groß ist, wie die quer zur optischen Achse liegende größte Ausdehnung der Lichtquelle. Dieser zweite Hohlspiegel dient einerseits der Abschirmung einer direkten Bestrahlung der Beleuchtungsfläche und anderer seits wird durch diesen zweiten Hohlspiegel die in Richtung zur Beleuchtungsfläche aus der Lichtquelle austretenden Licht strahlung gegen den Reflektor gerichtet, wodurch die gesamte Strahlungsenergie eine bessere Ausnutzung erfährt.

Auch hierbei ist es zweckmäßig, daß der zweite Hohlspiegel aus wärmebeständigen Geräteglas besteht und mit einem Wärmeschutz belag versehen ist, was ebenfalls dem möglichen Einsatz ener gieintensiver Strahlungsquellen dient.

Zur Erhöhung der Lichtausbeute bei gleichzeitiger Einhaltung äußerer Abmessungen ist vorgesehen, daß an den ersten Hohl spiegel mindestens ein sphärischer Ringspiegel konzentrisch zu dem ersten Hohlspiegel angeordnet ist. Durch diese Ringspiegel wird eine Strahlung, die am Rand des ersten Hohlspiegels nor malerweise vorbeigehen würde, aufgefangen und in den ersten Hohlspiegel reflektiert, von wo aus sie auf die Beleuchtungs ebene gelangt. Dieser Ringhohlspiegel wird um den ersten Hohl spiegel herum angeordnet und erstreckt sich dabei im wesentli chen in der Richtung der optischen Achse. Durch diese Anord nung wird die radiale Ausdehnung der Beleuchtungsanordnung nicht vergrößert, wohingegen jedoch die Lichtausbeute und die Gleichmäßigkeit verbessert werden kann.

Besonders zweckmäßig ist es, daß der Ringspiegel aus mehreren Ringsegmenten besteht. Einerseits sind diese Ringsegmente leichter zu fertigen, andererseits können sie leichter mon tiert werden wodurch insbesondere Wartungsarbeiten erleichtert werden.

Weiterhin ist es möglich, daß der Ringspiegel aus Metall be steht, da dieser Ringspiegel bei Wartungsarbeiten gegebenen falls zu entfernen sein wird, erleichtert eine derartige Ge staltung die Wartungsarbeiten, da die Bruchgefahr des Spiegels hierfür sinkt. Außerdem ist eine Fertigung aus Metall erheb lich herstellungsgünstiger.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtquelle aus einer Niederdruck- Quecksilberentladungslampe besteht. Derartige Quecksilber entladungslampen weisen zumeist eine im Verhältnis zum Durch messer größere Längserstreckung auf, sind also weit entfernt von der Gestaltung sogenannter Punktlichtquellen. Diese Nie derdruck-Quecksilberentladungslampen sind jedoch sehr kosten günstige Lichtquellen, die in die erfindungsgemäße Anordnung eingesetzt werden können und mit ihr gemeinsam eine Beleuch tungsanordnung schaffen, die bei vertretbaren Kosten sehr gute Ausleuchteigenschaften zeigt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung.

In dem darstellten Ausführungsbeispiel wird eine erfindungs gemäße Beleuchtungsanordnung zur Leiterplattenbeschichtung eingesetzt. Dabei befindet eine nicht näher dargestellte Lei terplatte in einer Beleuchtungsebene 1. Die Oberfläche der Leiterplatte ist mit einem Fotoresistlack versehen, der mit tels der Beleuchtungsanordnung belichtet werden soll. Diese Oberfläche stellt somit die Beleuchtungsfläche 2 dar, die seitlich begrenzt ist.

Die Anordnung beinhaltet einen ersten Hohlspiegel 3. Dieser erste Hohlspiegel 3 weist seinerseits eine optische Achse 4 auf. Zwischen dem ersten Hohlspiegel 3 und der Beleuchtungs ebene 1 ist eine Niederdruck-Quecksilberentladungslampe als Lichtquelle 5 angeordnet. Diese Lichtquelle 5 weist quer zur optischen Achse 4 eine Längserstreckung auf. Dabei ist die Lichtquelle 5 so angeordnet, daß sie mit ihrer Längserstrec kung durch den Focus 6 des ersten Hohlspiegels 3 verläuft.

Zwischen der Lichtquelle 5 und der Beleuchtungsebene 1 ist weiterhin eine Abschirmung vorgesehen. Diese Abschirmung be steht aus einem rotationssymetrischen sphärischen zweiten Hohlspiegel 7. Der Durchmesser dieses zweiten Hohlspiegels 7 ist so gewählt, daß er annähernd der größten Erstreckung der Lichtquelle 5 quer zur optischen Achse 4, daß heißt also der Längserstreckung der Lichtquelle 5 entspricht. Damit werden direkt von der Lichtquelle 5 in Richtung zur Beleuchtungs fläche 2 ausgehende Lichtstrahlen einerseits abgeschirmt, andererseits werden diese Lichtstrahlen in den ersten Hohl spiegel 3 reflektiert und gelangen von dort auf die Beleuch tungsfläche 2.
Um den ersten Hohlspiegel 3 sind konzentrisch zu dem ersten Hohlspiegel 3 sphärische Ringspiegel 8 bis 10 angeordnet. Diese Ringspiegel 8 bis 10 weisen unterschiedliche Krümmungen auf. Sie dienen der Reflektion von Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 5, die über den Rand der ersten Hohlspiegels 3 hinausgehen. Die Ringspiegel 8 bis 10 sind derart ausgebildet, daß sie derartige Strahlen auf den ersten Hohlspiegel 3 zu rückreflektieren, von wo aus diese nahezu senkrecht auf die Beleuchtungsfläche 2 geworfen werden. Die Ringspiegel 8 bis 10 erstrecken sich dabei im Verhältnis zu ihrer radialen Erstrec kung überwiegend parallel zur optischen Achse 4. Damit wird einerseits die Lichtausbeute der gesamten Beleuchtungsanord nung erhöht und andererseits eine Vergrößerung der Beleuch tungsanordnung in axialer Richtung weitgehend vermieden.

Wie in der Zeichnung dargestellt, werden Strahlen 11 der Lichtquelle 5, die einen Winkel α zur optischen Achse ein schließen, der größer als 90° ist, von dem ersten Hohlspie gel 3 in Richtung zur Beleuchtungsfläche 2 reflektiert, wo sie nahezu senkrecht auftreffen. Strahlen 12, deren Winkel α < 90° ist, können von den Ringspiegeln 8 bis 10 erfaßt werden und gelangen über den ersten Hohlspiegel 3 ebenfalls nahezu senk recht auf die Beleuchtungsfläche 2. Strahlen deren Winkel α so klein ist, daß sie nicht mehr auf den untersten Ringspiegel 10 treffen, gelangen zur Beleuchtungsebene 1. Dabei verhindert der zweite Hohlspiegel 7, daß derartige Strahlen direkt auf die Beleuchtungsfläche 2 auftreffen. Diese werden in nicht näher dargestellter Weise über den ersten Hohlspiegel 3 de finiert auf die Beleuchtungsfläche 2 geleitet.

Bezugszeichenliste

1

Beleuchtungsebene

2

Beleuchtungsfläche

3

erster Hohlspiegel

4

optische Achse

5

Lichtquelle

6

Focus

7

zweiter Hohlspiegel

8

sphärischer Ringspiegel

9

sphärischer Ringspiegel

10

sphärischer Ringspiegel

11

Strahl

12

Strahl

13

Strahl
α Winkel

Claims

1. Anordnung zur gleichmäßigen Beleuchtung einer in einer Beleuchtungsebene liegenden Beleuchtungsfläche mit einem Reflektor und einer zwischen dem Reflektor und der Be leuchtungsfläche liegenden längserstreckten Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Re flektor als erster Hohlspiegel (3) ausgeführt ist, durch dessen Focus (6) sich die Lichtquelle (5) erstreckt und der die Form eines Rotationsparaboloiden aufweist, dessen Öffnungsdurchmesser mindestens gleich der größten Aus dehnung der Beleuchtungsfläche (2) ist und der so dimen sioniert ist, daß ein vom Focus (6) ausgehender Strahl, der zur optischen Achse (4) des ersten Hohlspiegels (3) einen Winkel (α) von 90° einschließt, senkrecht auf die Beleuchtungsebene (1) auftrifft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Öffnung des ersten Hohl spiegels (3) eine solche Größe aufweist, daß die Apertur strahlen, die vom Rand her in Richtung der optischen Achse (4) zielen, übertragen werden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der erste Hohlspiegel (3) aus wärmebeständigen Geräteglas besteht und als Kaltlicht spiegel ausgeführt ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung zwischen der Lichtquelle (5) und der Beleuchtungsebene (1) angeord net ist, die eine in Richtung der optischen Achse (4) direkt auf die Beleuchtungsfläche (2) gerichtete Strahlung der Lichtquelle (5) abschirmt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abschirmung aus einem zentrisch unter der Lichtquelle (5) angeordneten sphärischen zweiten Hohlspiegel (7) besteht, der einen Durchmesser aufweist, der näherungsweise so groß ist, wie die quer zur optischen Achse (4) liegende größte Ausdehnung der Lichtquelle (5).

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite Hohlspiegel (7) aus wärme beständigen Geräteglas besteht und mit einem Wärmeschutz belag versehen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß um den ersten Hohlspie gel (3) mindestens ein sphärischer Hohlspiegel (8 bis 10) konzentrisch zu dem ersten Hohlspiegel (3) angeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ringspiegel (8 bis 10) aus mehre ren Ringsegmenten besteht.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ringspiegel (8 bis 10) aus Metall besteht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5) aus einer Niederdruck-Quecksilberentladungslampe besteht.