JP2003156688A - Uniformly distributed illuminator - Google Patents

Uniformly distributed illuminator

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JP2003156688A
JP2003156688A JP2001355507A JP2001355507A JP2003156688A JP 2003156688 A JP2003156688 A JP 2003156688A JP 2001355507 A JP2001355507 A JP 2001355507A JP 2001355507 A JP2001355507 A JP 2001355507A JP 2003156688 A JP2003156688 A JP 2003156688A
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spherical
lens array
spherical lens
lenses
spherical lenses
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Susumu Sato
佐藤  進
Takeshi Takahashi
猛 高橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a uniformly distributed illuminator in which the light intensity distribution of a light source is quite easily uniformized with a simple structure. SOLUTION: In the illuminator in which spherical lenses are arranged two- dimensionally, a second spherical lens array 12 is laminated in a way that spherical lenses 25 having the same structure and dimension are so arranged that the spherical lenses are superposed in gaps 31 between spherical lenses 21 in a spherical lens array 11 and a light flux which passes through the gaps 31, which is not shown in attached figure, among spherical lenses 21 in the first spherical lens array 11 passes through the spherical lenses 25 in the second spherical lens array 12. Thus, the illuminator which has a uniform distribution is composed because a light beam which passes through the gaps 31 among spherical lenses is given a convergent and divergent effect by the spherical lenses 25 in the second spherical lens array 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】本発明は露光用もしくは照明
用光源装置において、光源の光強度分布を均一化する照
明装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illuminating device for exposing or illuminating a light source for uniformizing the light intensity distribution of the light source.

【0003】[0003]

【従来の技術】露光用光源装置もしくは照明装置におい
て、光源の光強度が不均一な場合にその光強度分布を均
一化し、被照明面上を均一に照明することが求められて
おり、種々の照明装置が提案されている。従来、平面を
均一に照明する方法としては、光源発光部と被照明面と
の間に微小なレンズを2次元アレイ状としたレンズアレ
イを配置した照明装置がある。また、2次元アレイ状レ
ンズを発光部側から順に第1レンズアレイと第2レンズ
アレイとして2枚設け、発光部と第2レンズアレイ、第
1レンズアレイと被照明面とを光学的にそれぞれ共役関
係となるように配置した、オプティカルインテグレータ
を用いた照明装置があり、例えば特開平5−21785
5号公報、特開平6−13289号公報に開示されてい
る。
2. Description of the Related Art In an exposure light source device or an illuminating device, when the light intensity of a light source is not uniform, it is required to make the light intensity distribution uniform and illuminate a surface to be illuminated uniformly. Lighting devices have been proposed. Conventionally, as a method for uniformly illuminating a flat surface, there is an illuminating device in which a lens array in which minute lenses are formed into a two-dimensional array is arranged between a light source light emitting portion and an illuminated surface. Further, two two-dimensional array lenses are provided in order from the light emitting unit side as a first lens array and a second lens array, and the light emitting unit and the second lens array are optically conjugated with the first lens array and the illuminated surface, respectively. There is an illuminating device using an optical integrator arranged so as to have a relationship with each other, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 21785/1993.
No. 5 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-13289.

【0004】オプティカルインテグレータでは、発光部
から放射された光束が第1レンズアレイにより複数の光
束に分割され、第2レンズアレイ近傍で結像されるた
め、第2レンズアレイに対する複数の2次光源として機
能する。すなわち、第1レンズアレイ及び第2レンズア
レイを通った光束は被照明面上に重畳されることにな
り、被照明面を均一に照明することが可能となる。
In the optical integrator, the light flux emitted from the light emitting portion is divided into a plurality of light fluxes by the first lens array, and an image is formed in the vicinity of the second lens array. Therefore, as a plurality of secondary light sources for the second lens array. Function. That is, the light fluxes passing through the first lens array and the second lens array are superimposed on the illuminated surface, and the illuminated surface can be illuminated uniformly.

【0005】また、レンズアレイを構成するために、微
小なレンズ球を配列させたレンズアレイを固定する方法
が特開平7−104105号公報や特開平7−1342
02号公報に開示されている。
A method of fixing a lens array in which minute lens spheres are arranged in order to form a lens array is disclosed in JP-A-7-104105 and JP-A-7-1342.
No. 02 publication.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法は部品加工において高い精度が要求されるた
め、製造歩留まりの向上及び製造費用の低減が困難であ
るという問題点があった。
However, the above-mentioned conventional method has a problem that it is difficult to improve the manufacturing yield and reduce the manufacturing cost because high accuracy is required in the processing of parts.

【0007】また、特開平7−104105号公報に開
示されている方法は、レンズ間隙における光量の損失を
防ぐことは困難である。また、特開平7−134202
号公報に開示されている方法は、工程を簡素化すること
やレンズ間隙における光量の損失を防ぐことは困難であ
ると言う問題点があった。
Further, it is difficult for the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-104105 to prevent the loss of the amount of light in the lens gap. In addition, JP-A-7-134202
The method disclosed in the publication has a problem that it is difficult to simplify the process and prevent the loss of the light amount in the lens gap.

【0008】本発明の目的は、上述の各問題を解決し、
簡単な構成できわめて容易に均一照明装置を提供するこ
とにある。
The object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a uniform lighting device with a simple structure and very easily.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、球体状レンズを2次元アレイ状に配置した照明装置
において、第1の球体状レンズアレイにおける球体状レ
ンズ間の隙間を通る光束が第2の球体状レンズアレイの
球体状レンズを通るように第2の球体状レンズアレイが
積層されていることを特徴とし、前記第2の球体状レン
ズアレイにおける球体状レンズの近軸焦点位置が第1球
体状レンズアレイにおける球体状レンズの近軸焦点位置
に概略等しくなるように積層されていることを特徴とす
る。また、前記第2の球体状レンズアレイにおける球体
状レンズの近軸焦点位置が第1の球体状レンズアレイに
おける球体状レンズの焦点位置に概略等しくなるように
第1の球体状レンズアレイ及び第2の球体状レンズアレ
イを構成する球体状レンズの屈折率が設定されているこ
とを特徴とし、球体状レンズアレイを用いた均一分布照
明装置における各球体状レンズ間の空間が透明樹脂でモ
ールドされていることを特徴とする均一分布照明装置で
ある。
In order to solve the above problems, in a lighting device in which spherical lenses are arranged in a two-dimensional array, a light beam passing through a gap between the spherical lenses in the first spherical lens array is The second spherical lens array is laminated so as to pass through the spherical lenses of the second spherical lens array, and the paraxial focal position of the spherical lenses in the second spherical lens array is It is characterized in that they are laminated so as to be substantially equal to the paraxial focal position of the spherical lenses in the first spherical lens array. The first spherical lens array and the second spherical lens array are arranged so that the paraxial focal position of the spherical lens in the second spherical lens array is substantially equal to the focal position of the spherical lens in the first spherical lens array. Is characterized in that the refractive index of the spherical lenses constituting the spherical lens array is set, and the space between the spherical lenses in the uniform distribution illumination device using the spherical lens array is molded with a transparent resin. It is a uniform distribution illuminating device characterized in that

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図5に球体状レンズを2次
元アレイ状に配置した照明装置を模式的に示す。10は
球体状レンズ20を2次元状に配置した球体状レンズア
レイである。30は球体状レンズアレイにおける球体状
レンズ間の隙間を示している。この2次元状アレイに光
源から光線を入射した場合には、球体状レンズアレイ1
0に入射した光線は球体状レンズ20により収束効果を
受け、焦点位置よりも遠方では多数の球体状レンズによ
る発散光の集合として均一な分布を形成する効果を呈す
るが、球体状レンズ間の隙間30を通る光束は散乱効果
を受けずに透過するため各隙間に対応した光強度が強い
箇所が生じるため、全体として一様な均一分布の照明装
置を構成することができない。 [第1の実施形態]以下、本発明の実施の形態について
説明する。第1の実施形態の部分平面図を図1に、部分
側面図を図2に示す。第1の球状レンズアレイ11にお
ける球体状レンズ21間の図1には示されていない隙間
31を通る光束が第2の球体状レンズアレイ12の球体
状レンズ25を通るように、球体状レンズアレイ11に
おける球体状レンズ21間の図1には示されていない隙
間31に重なるように同一の構造寸法を有する球体状レ
ンズ25を配置する第2の球体状レンズアレイ12を積
層することで、球体状レンズ間の隙間31を通る光線に
対しても第2の球体状レンズアレイ12における球体状
レンズ25により収束・発散効果を及ぼすことができる
ため、均一な分布を有する照明装置を構成することがで
きる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 schematically shows an illumination device in which spherical lenses are arranged in a two-dimensional array. Reference numeral 10 is a spherical lens array in which spherical lenses 20 are two-dimensionally arranged. Reference numeral 30 denotes a gap between the spherical lenses in the spherical lens array. When light rays are incident on the two-dimensional array from the light source, the spherical lens array 1
The light rays incident on 0 are subjected to a converging effect by the spherical lens 20, and have an effect of forming a uniform distribution as a set of divergent light by a large number of spherical lenses at a distance from the focal position. Since the light flux passing through 30 does not undergo the scattering effect and passes therethrough, there are places where the light intensity is strong corresponding to the respective gaps, so that it is not possible to construct an illumination device having a uniform distribution as a whole. [First Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below. A partial plan view of the first embodiment is shown in FIG. 1, and a partial side view thereof is shown in FIG. The spherical lens array so that the light flux passing through the gap 31 not shown in FIG. 1 between the spherical lenses 21 in the first spherical lens array 11 passes through the spherical lenses 25 of the second spherical lens array 12. By stacking the second spherical lens array 12 in which the spherical lenses 25 having the same structural dimensions are arranged so as to overlap the gap 31 not shown in FIG. 1 between the spherical lenses 21 in FIG. Since the spherical lens 25 in the second spherical lens array 12 can also exert a converging / diverging effect on a light beam passing through the gap 31 between the circular lenses, an illumination device having a uniform distribution can be configured. it can.

【0011】次に第1の実施形態の具体例を示す。P−
SK100ガラスによる直径が2mmの球体状レンズを
図1及び図2に示したように格子状に配置した第1の球
体状レンズアレイを構成し、球体状レンズ間の隙間に同
じP−SK100ガラスによる直径が2mmの第2の球
体状レンズを配置した球体状レンズアレイを積層した2
次元状アレイを構成した。ここで、P−SK100ガラ
スの屈折率(nd)は1.5917であり、直径が2m
mの球体状レンズの焦点距離(fd)は1.345mm
であった。この2層構造の球体状レンズアレイに光源か
ら光線を入射した場合の出射光の分布を求めると、第1
層の球体状レンズ間の隙間を直接通る光線が第2の球体
状レンズにより収束効果を受けるため、図5に示した第
1の球体状レンズアレイのみの場合には球体状レンズア
レイから4mmの距離における光強度分布の標準偏差が
16.3であり、また10mmの距離では18.5であ
ったものが、それぞれ5.97、及び3.51と、大幅
に改善することができた。
Next, a specific example of the first embodiment will be shown. P-
The first spherical lens array in which spherical lenses having a diameter of 2 mm made of SK100 glass are arranged in a lattice shape as shown in FIGS. 1 and 2 is formed, and the same P-SK100 glass is used in the gap between the spherical lenses. A spherical lens array in which a second spherical lens having a diameter of 2 mm is arranged is laminated 2
A dimensional array was constructed. Here, the refractive index (nd) of P-SK100 glass is 1.5917, and the diameter is 2 m.
The focal length (fd) of the spherical lens of m is 1.345 mm
Met. When the distribution of the emitted light when a light ray is incident on the spherical lens array having the two-layer structure is obtained,
Light rays that directly pass through the gaps between the spherical lenses of the layer are subjected to the converging effect by the second spherical lens, so that in the case of only the first spherical lens array shown in FIG. The standard deviation of the light intensity distribution at a distance was 16.3, and the standard deviation at a distance of 10 mm was 18.5, which was significantly improved to 5.97 and 3.51, respectively.

【0012】以上のように、第1の球体状レンズアレイ
における球体状レンズの隙間に重なるように第2の球体
状レンズアレイを積層することで、均一な分布を有する
照明装置を構成することが可能となる。 [第2の実施形態]以下に本発明の第2の実施形態にお
ける照明装置について説明する。第2の実施形態が第1
の実施形態と異なる点は、第2の球体状レンズアレイに
おける球体状レンズの近軸焦点位置が第1の球体状レン
ズアレイの近軸焦点位置と異なる点である。
As described above, by stacking the second spherical lens array so as to overlap the gap between the spherical lenses in the first spherical lens array, an illumination device having a uniform distribution can be constructed. It will be possible. [Second Embodiment] An illumination device according to a second embodiment of the present invention will be described below. The second embodiment is the first
The third embodiment is different from the first embodiment in that the paraxial focal position of the spherical lenses in the second spherical lens array is different from the paraxial focal position of the first spherical lens array.

【0013】第2の球体状レンズアレイ14における球
体状レンズ27の近軸焦点位置が第1の球体状レンズア
レイ13における球体状レンズ22の近軸焦点位置に概
略等しくなるような球体状レンズ27を、図3には示さ
れていない第1に球体状レンズアレイ13における球体
状レンズ間の隙間32の位置に重なるように積層した構
成の平面図を図3に、部分側面図を図4に示す。このよ
うに近軸焦点位置を概略等しくすることでさらに特性の
向上を図ることができる。
The spherical lens 27 such that the paraxial focal position of the spherical lens 27 in the second spherical lens array 14 is approximately equal to the paraxial focal position of the spherical lens 22 in the first spherical lens array 13. FIG. 3 is a plan view of a structure in which the first and second are stacked so as to overlap the positions of the gaps 32 between the spherical lenses in the spherical lens array 13 which are not shown in FIG. Show. By making the paraxial focal positions substantially equal in this way, it is possible to further improve the characteristics.

【0014】次に第2の実施形態の具体例を示す。P−
SK100ガラスによる直径が2mmの球体状レンズを
図3及び図4に示したように2次元アレイ状に配置した
第1の球体状レンズアレイを構成し、球体状レンズ間の
隙間に、同様にP−SK100ガラスによる直径が0.
74mmの第2の球体状レンズを配置した球体状レンズ
アレイを積層した。ここで、第2の球体状レンズの焦点
距離(fd)は0.498mmであった。この場合には
第1の実施の形態における場合よりもさらに良好な標準
偏差が3以下の均一分布特性を得ることができた。ま
た、球体状レンズの屈折率を微調整した最適な材質を用
いて構成することで、両レンズアレイの近軸焦点位置を
ほぼ等しくすることができるので、よりすぐれた均一な
光強度分布特性を得ることができる。
Next, a specific example of the second embodiment will be shown. P-
A spherical lens having a diameter of 2 mm and made of SK100 glass is arranged in a two-dimensional array as shown in FIGS. 3 and 4 to form a first spherical lens array. -SK100 glass has a diameter of 0.
A spherical lens array in which a 74 mm second spherical lens was arranged was laminated. Here, the focal length (fd) of the second spherical lens was 0.498 mm. In this case, it was possible to obtain a uniform distribution characteristic with a standard deviation of 3 or less, which is better than that in the first embodiment. Also, by using the optimum material with the fine adjustment of the refractive index of the spherical lens, it is possible to make the paraxial focal points of both lens arrays almost equal, so that a more uniform and uniform light intensity distribution characteristic can be obtained. Obtainable.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
簡単な構成できわめて容易に均一照明装置を提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a uniform lighting device with a simple structure very easily.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を示す部分平面図であ
る。
FIG. 1 is a partial plan view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態を示す部分側面図であ
る。
FIG. 2 is a partial side view showing the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施形態を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施形態を示す部分側面図であ
る。
FIG. 4 is a partial side view showing a second embodiment of the present invention.

【図5】球体状レンズを2次元あれ以上に配置した分布
照明装置の部分平面図である。
FIG. 5 is a partial plan view of a distributed lighting device in which spherical lenses are arranged two-dimensionally or more.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,11,12,13、14 球体状レンズアレイ 20,21,22,25,27 球体状レンズ 30,31,32 球体状レンズ間の隙間 10, 11, 12, 13, 14 Spherical lens array 20, 21, 22, 25, 27 Spherical lens 30, 31, 32 Gap between spherical lenses

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】球体状レンズを2次元アレイ状に配置した
照明装置において、第1の球体状レンズアレイにおける
球体状レンズ間の隙間を通る光束が第2の球体状レンズ
アレイの球体状レンズを通るように第2の球体状レンズ
アレイが積層されていることを特徴とする均一分布照明
装置。
1. In an illuminating device in which spherical lenses are arranged in a two-dimensional array, a light beam passing through a gap between spherical lenses in a first spherical lens array causes spherical lenses of a second spherical lens array to pass through the spherical lenses. A uniform distribution illumination device, wherein a second spherical lens array is laminated so as to pass therethrough.
【請求項2】前記第2の球体状レンズアレイにおける球
体状レンズの近軸焦点位置が第1球体状レンズアレイに
おける球体状レンズの近軸焦点位置に概略等しくなるよ
うに積層されていることを特徴とする、請求項1に記載
の均一分布照明装置。
2. Laminated so that the paraxial focal position of the spherical lenses in the second spherical lens array is approximately equal to the paraxial focal position of the spherical lenses in the first spherical lens array. The uniformly distributed lighting device according to claim 1, which is characterized in that:
【請求項3】前記第2の球体状レンズアレイにおける球
体状レンズの近軸焦点位置が第1の球体状レンズアレイ
における球体状レンズの焦点位置に概略等しくなるよう
に第1の球体状レンズアレイ及び第2の球体状レンズア
レイを構成する球体状レンズの屈折率が設定されている
ことを特徴とする、請求項2に記載の均一分布照明装
置。
3. The first spherical lens array so that the paraxial focal position of the spherical lens in the second spherical lens array is approximately equal to the focal position of the spherical lens in the first spherical lens array. The uniform distribution illuminating device according to claim 2, wherein the refractive index of the spherical lens forming the second spherical lens array is set.
【請求項4】球体状レンズアレイを用いた均一分布照明
装置における各球体状レンズ間の空間が透明樹脂でモー
ルドされていることを特徴とする請求項1ないし3に記
載の均一分布照明装置。
4. The uniform distribution lighting device according to claim 1, wherein a space between the spherical lenses in the uniform distribution lighting device using the spherical lens array is molded with a transparent resin.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101446247B1 (en) * 2013-03-25 2014-10-01 김창환 Multi ball lense for led and led lamp including thereof

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