JP2005524989A5

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Publication number: JP2005524989A5
Application number: JP2004504270A
Authority: JP
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2006-07-06

Claims

目標領域の物質変換のための光モジュールであって、
複数の固体発光器と、
１つ以上の前記固体発光器に関連付けて配置される少なくとも１つの光学要素と、
前記光モジュールの１つ以上の部品の熱制御を行う熱管理手段と、を備え、
前記複数の固体発光器と、前記少なくとも１つの光学要素と、前記熱管理手段のうちの少なくともいずれかは、前記物質変換を少なくとも部分的に実現するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器が、指定の波長と、指定の波長の群と、指定の波長範囲と、指定の波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを照射するように構成されて、前記物質変換を少なくとも部分的に実現することを特徴とする光モジュール。
請求項２に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、発光器のタイプと、発光器の電力定格と、合計発光器数と、発光器のパッケージ化密度と、２つの発光器の中心間の間隔のうちの少なくともいずれかについて、前記物質変換を少なくとも部分的に実現できるように設定されることを特徴とする光モジュール。
請求項２に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学要素が、空間指向性と、均一性と、コヒーレンスと、スペクトル形成と、スペクトルフィルタリングのうちの少なくともいずれかを含む光学特性を１つ以上提供して、前記物質変換を少なくとも部分的に実現することを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記物質変換を実現するために、
前記複数の固体発光器が、発光器のタイプと、発光器の電力定格と、合計発光器数と、発光器のパッケージ化密度と、２つの発光器の中心間の間隔のうちの少なくともいずれかについて設定され、
前記複数の個体発光器は、指定の波長と、指定の波長の群と、指定の波長範囲と、指定の波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを照射するように構成され、
前記少なくとも１つの光学要素が、空間指向性と、均一性と、コヒーレンスと、スペクトル形成と、スペクトルフィルタリングのうちの少なくともいずれかを含む光学特性を１つ以上提供し、
前記熱管理手段が、前記固体発光器の１つ以上の熱制御を行うように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、発光器のタイプと、発光器の電力定格と、合計発光器数と、発光器のパッケージ化密度と、２つの発光器の中心間の間隔のうちの少なくともいずれかについて、物質変換に適合する照射を少なくとも部分的に提供するように設定されることを特徴とする光モジュール。
請求項６に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、約５０ｍＷ／ｃｍ²以上のパワー密度の出力を提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項６に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、約５０ｍＷ／ｃｍ²と約６０００ｍＷ／ｃｍ²の間のパワー密度の出力を提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項６に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、約６０００ｍＷ／ｃｍ²より高いパワー密度の出力を提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の発光器は、物質変換に応じて指定されるものと大部分が一致するか、またはほぼ同様である波長と、波長の群と、波長範囲と、波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、ポリマー硬化と、イメージング露光と、ステレオリソグラフィのうちの少なくともいずれかを目的とした物質変換を実現するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、ポリマー硬化での印刷時のインクの硬化と、イメージング露光での半導体回路またはプリント回路基板の製造におけるレジストまたは他の感光性材料の露光と、ステレオリソグラフィでの高速プロトタイピング時の連続材料層の硬化のうちの少なくともいずれかの物質変換を実現するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器が、約３００ｎｍから約４００ｎｍの間である、波長と、波長の群と、波長範囲と、波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを提供するように構成されて、ポリマー硬化を目的とした物質変換を実現することを特徴とする光モジュール。
請求項１３に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、約３０ｍＷ／ｃｍ²と約３００ｍＷ／ｃｍ²の間、または約４００ｍＷ／ｃｍ²より高いパワー密度の出力を提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器が、約２４６ｎｍと、約３６５ｎｍと、約４０５ｎｍと、約４３６ｎｍと、約３５０ｎｍから約４２５ｎｍまでの範囲のうちの少なくともいずれかである、波長と、波長の群と、波長範囲と、波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを提供するように構成されて、イメージング露光を目的とした物質変換を実現することを特徴とする光モジュール。
請求項１５に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、約２５ｍＷ／ｃｍ²と約３００ｍＷ／ｃｍ²の間、または約１００ｍＷ／ｃｍ²より高いパワー密度の出力を提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１０に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、ステレオリソグラフィを目的とした物質変換を実現するため、約３２５ｎｍから約３５５ｎｍの間の、波長と、波長の群と、波長範囲と、波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１７に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、約１０ｍＪ／ｃｍ²より高いパワー密度の出力を提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
少なくとも前記複数の固体発光器から選択された固体発光器は、実質的に均一な光強度を提供するように構成されることを特徴とする光モジュール。
請求項１９に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、実質的に均一な光強度を提供するために選択されたバランス要素と結合されることを特徴とする光モジュール。
請求項１９に記載の光モジュールにおいて、
前記バランス要素は、薄膜パッシブコンポーネントと、調整可能な厚膜パッシブコンポーネントと、ボンディングワイヤと、回路トレースと、プログラム可能な１つ以上の電流源と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１９に記載の光モジュールにおいて、
前記選択された固体発光器に関する発光器のタイプと、発光器の電力定格と、発光器数と、発光器のパッケージ化密度と、発光器の中心間の間隔は、イメージング露光を目的とした物質変換を実現できる十分に均一な光強度を提供するように決定されることを特徴とする光モジュール。
請求項２２に記載の光モジュールにおいて、
イメージング露光は投影リソグラフィを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、目標領域より大きい光パターンを生成するように設けられることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、固体発光器のアレイを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項２５に記載の光モジュールにおいて、
前記アレイは、少なくとも２つの固体発光器の中心間の間隔が約３ミリメートル以下であることを特徴とする光モジュール。
請求項２５に記載の光モジュールにおいて、
前記アレイは、少なくとも２つの固体発光器の中心間の間隔が約１ミリメートルと約２ミリメートルの間であることを特徴とする光モジュール。
請求項２５に記載の光モジュールにおいて、
前記アレイは、少なくとも部分的には、物質変換に関連付けられた照射量と整合するように中心間の間隔が決定されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、少なくとも部分的には、物質変換に関連付けられた照射量と整合するように個数が決定されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、少なくとも部分的には、物質変換に関連付けられた照射量と整合するようにパッケージ化密度が決定されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器の少なくとも１つは、発光ダイオードと、レーザダイオードと、垂直共振器型面発光レーザと、ポリマー発光ダイオードと、エレクトロルミネッセンス装置のうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器は、発光ダイオードと、レーザダイオードと、垂直共振器型面発光レーザと、ポリマー発光ダイオードと、エレクトロルミネッセンス装置のうちのいずれか１つを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学要素は、空間指向性と、均一性と、コヒーレンスと、スペクトル形成と、スペクトルフィルタリングのうちの少なくともいずれかを含む光学特性を１つ以上提供して、前記物質変換を少なくとも部分的に実現することを特徴とする光モジュール。
請求項３３に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学要素は、燐光体と蛍光発光物質の少なくとも一方を含み、前記燐光体または蛍光発光物質は、波長と、波長の群と、波長範囲と、波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを持つ照射であって、前記複数の固体発光器の少なくとも１つから入射する照射光に感応する照射を提供することを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学要素は、屈折部品、回折部品、反射部品、スプリッタ部品、屈折率分布回折部品、フレネル部品、他の光学的再指向技術、またはこれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上のマイクロレンズアレイを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項３５に記載の光モジュールにおいて、
前記マイクロレンズアレイは、前記複数の固体発光器の少なくとも１つの発光器からの光出力に対して、コリメートと、集束と、均一化のうちの少なくともいずれかを提供することを特徴とする光モジュール。
請求項３５に記載の光モジュールであって、
前記マイクロレンズアレイは、前記複数の固体発光器のうちの選択された固体発光器の間隔に対応して配列されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学要素は、スペクトルフィルタと、コリメータと、拡散器と、集光器と、スプリッタと、マグニファイ装置と、エンラージ化装置と、縮小装置と、増幅装置と、コンデンサと、インテンシファイ装置と、反射器と、ウインドウのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールであって、
前記少なくとも１つの光学部品は、少なくとも１つの光学的エンハンスメント材料を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項３９に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学的エンハンスメント材料は、１つ以上の屈折率を光路に一致させるために、前記複数の固体発光器の１つと少なくとも１つの光学要素の間の光路内に配置されることを特徴とする発光モジュール。
請求項３９に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学的材料は、気体と、液体と、重合体のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項３９に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学的エンハンスメント材料はコーティングを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項４２に記載の光モジュールにおいて、
前記コーティングは、１以上の選択された波長または波長範囲において前記光学要素の光透過率を拡大させるように、少なくとも１つの光学要素の表面に設けられた薄膜コーティングを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項４２に記載の光モジュールにおいて、
前記コーティングは反射防止被膜を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項３９に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学的エンハンスメントは、ブラッグ反射器の形成と整合するように設けられることを特徴とする光モジュール。
請求項３９に記載の光モジュールにおいて、
前記複数の固体発光器の少なくとも１つが基板上に配置され、
前記少なくとも１つの光学的エンハンスメントは、前記基板上に設けられた反射コーティングを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学要素は、単一または複数の素子を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの光学要素は、前記複数の固体発光器のそれぞれに対応する１対１対応の関係、または前記複数の固体発光器のうちのいくつかの固体発光器に対応する１対多対応の関係のいずれかの関係で配置されることを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記熱管理手段は、前記複数の固体発光器の少なくとも１つに関連付けて実装または形成された熱伝導性基板を含むことを特徴とする光モジュール。
請求項４９に記載の光モジュールにおいて、
前記基板は、セラミック材料と、ガラスと、半導体材料と、回路基板と、熱伝導のためにサーマルビアまたは金属層を使用する積層材料または材料と、サーマルビアを有する誘電体と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項４９に記載の光モジュールにおいて、
前記基板は、アルミナと、窒化アルミニウムと、サファイアと、炭化ケイ素と、ダイアモンドと、酸化ベリリウムと、砒化ガリウムと、ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項４９に記載の光モジュールにおいて、
前記熱管理手段は、前記光モジュールに関連する温度を検知するために設けられた少なくとも１つの温度センサをさらに含むことを特徴とする光モジュール。
請求項１に記載の光モジュールにおいて、
前記熱管理手段は、前記複数の固体発光器の少なくとも１つに熱結合された、ヒートシンクと、ヒートパイプと、熱電クーラと、流体冷却したヒートシンクと、前記少なくとも１つの固体発光器と前記少なくとも１つの光学要素の間に配設された熱放散材料と、クーラント用の１つ以上のチャネルまたは管と、乱流を有するクーラントと、これらの任意の組み合わせのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする光モジュール。
目標領域の物質変換に対応するシステムであって、
熱管理サブシステムと、出力制御サブシステムと、光モジュールと、を含み、
前記光モジュールは、複数の固体発光器と、前記複数の固体発光器の１つ以上に関連付けて配置される少なくとも１つの光学要素と、熱管理手段と、を含み、
前記熱管理手段は、前記熱管理サブシステムと協働して、前記光モジュールの１つ以上の部品の熱制御を行い、
前記熱管理サブシステムと、前記出力制御サブシステムと、前記光モジュールは、それぞれ個別に、または組み合わされて、前記物質変換を少なくとも部分的に実現するように構成されることを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記物質変換を少なくとも部分的に実現するため、
前記光モジュールの構成が、
前記複数の固体発光器が、少なくとも発光器のタイプと、発光器の定格電力と、合計発光器数と、発光器のパッケージ化密度と、２つの発光器の中心間の間隔について設定されることと、
前記複数の個体発光器が、指定の波長と、指定の波長の群と、指定の波長範囲と、指定の波長範囲の群と、これらの任意の組み合わせのうちのいずれかを照射するように構成されることと、
前記少なくとも１つの光学要素が、空間指向性と、均一性と、コヒーレンスと、スペクトル形成と、スペクトルフィルタリングのうちの少なくともいずれかを含む光学特性を１つ以上提供することと、
前記熱管理手段が、前記熱管理サブシステムと協働して、前記固体発光器を１つ以上熱制御する構成であること、のうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とする光モジュール。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記熱管理手段は、前記複数の固体発光器の少なくとも１つに熱結合された、ヒートシンクと、ヒートパイプと、熱電クーラと、流体冷却したヒートシンクと、前記少なくとも１つの固体発光器と前記少なくとも１つの光学要素の間に配設された熱放散材料と、クーラント用の１つ以上のチャネルまたは管と、クーラントと、乱流を有するクーラントと、前記複数の固体発光器の少なくとも１つに関連付けて設置または形成された熱伝導性基板と、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを含むことを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記熱管理手段は、前記光モジュールに関連する温度を検知するために設けられ、かつ検知した温度を前記熱管理サブシステムに提供するように連結された少なくとも１つの温度センサを含むことを特徴とするシステム。
請求項５７に記載のシステムにおいて、
前記熱管理サブシステムは、前記複数の固体発光器の少なくとも１つに供給する出力を少なくとも部分的に制御する前記出力制御サブシステムとの相互作用と、前記熱管理サブシステム自身の制御の少なくともいずれかによって光モジュールが過熱することを、検知した温度に応答して、防止するように構成されることを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記熱管理サブシステムは、ファンと、ポンプと、他のクーラント循環装置と、クーラント供給源と、クーラントコンジットと、これらの任意の組み合わせのうちの少なくともいずれかを含む熱移動要素を含むことを特徴とするシステム。
請求項５９に記載のシステムにおいて、
前記熱管理サブシステムは、光モジュール内の１つ以上の選択された部分を熱制御するように構成され、
前記熱制御は、前記複数の固体発光器の少なくとも１つに供給する出力を少なくとも部分的に制御する出力制御サブシステムとの相互作用と、前記熱移動要素の管理の少なくともいずれかによって実行されることを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記熱管理サブシステムと前記熱管理手段は、前記光モジュール内の指定の構成要素にクーラントを直接接触させる構造であることを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記熱管理サブシステムは、アナログ回路とデジタル回路の少なくともいずれかを備えたコントローラを含むことを特徴とするシステム。
請求項６２に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、制御回路と、マイクロコントローラと、マイクロプロセッサと、コンピュータと、他のデジタル演算手段のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムは、前記熱管理サブシステムに応答して、前記複数の固体発光器の少なくとも１つに供給される出力の制御を行うことを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムは、アナログ回路とデジタル回路の少なくともいずれかを備えたコントローラを含むことを特徴とするシステム。
請求項６５に記載のシステムにおいて、
前記コントローラは、制御回路と、マイクロコントローラと、マイクロプロセッサと、コンピュータと、他のデジタル演算手段のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムであって、前記熱管理サブシステムと前記出力制御サブシステムの両方に作用するコントローラをさらに含むことを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムが出力を制御して、前記複数の固体発光器の少なくとも１つについて、出力波形が、
任意の各種電流レベルで連続して供給される定電圧と、オン／オフ期間または周波数を反復または変動させながら規則的に供給されるパルス出力と、任意の各種電流レベルで供給されるパルス出力と、固体発光器の規格より大きい電流で供給されるパルス出力と、変動する電流レベルで供給されるパルス出力と、上向きの傾斜電流レベルで供給されるパルス出力と、下向きの傾斜電流レベルで供給されるパルス出力と、各種のパルス繰返し率およびデューティサイクルで供給される任意の電圧および電流と、電流レベルにおける正弦または正弦様の変動量を用いて供給される出力と、これらの波形の１つ以上の組み合わせのうちの少なくともいずれかの波形になるようにすることを特徴とするシステム。
請求項６８に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムが出力を制御して、前記複数の固体発光器の少なくとも１つをスーパーパルス駆動することを特徴とするシステム。
請求項６８に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムが出力を制御して、前記複数の固体発光器の少なくとも１つのオンオフ駆動とパルス駆動の少なくともいずれかを、所定期間または所定の可変期間においてと、選択された強度または可変の強度においての少なくともいずれかにおいて実行することを特徴とするシステム。
請求項６８に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムは、前記複数の固体発光器の少なくとも１つをパルス駆動して出力強度を増加させるように構成されることを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムは、出力波形に関する前記サブシステムの遠隔制御とモニタリングの少なくともいずれかを実行できる手段を含むことを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムにおいて、
前記出力制御サブシステムは、前記複数の固体発光器の光強度のばらつきの均衡化と、平均化と、制御のうちの少なくともいずれかを行うことを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムであって、
複数の光モジュールをさらに含むことを特徴とするシステム。
請求項７４に記載のシステムにおいて、
前記複数の光モジュールは、直線またはアレイの少なくともいずれかに配列されることを特徴とするシステム。
請求項５４に記載のシステムであって、
支持体と、起動手段と、をさらに含み、
前記支持体は、Ｘ軸に沿って、あるいはＸ軸に対して所定の角度で取り付けられた少なくとも１つの光モジュールの上に配置され、
前記起動手段は、前述したように配置された少なくとも１つの光モジュールを目標領域に対して相対的に移動させ、
前記移動は、Ｙ軸に沿った移動とＸ軸に沿った移動の少なくともいずれかを含むことを特徴とするシステム。
請求項７６に記載のシステムにおいて、
前記起動手段は、Ｙ軸に沿った移動とＸ軸に沿った移動の両方を含む、目標領域に対する相対移動を行うことを特徴とするシステム。
請求項７７に記載のシステムにおいて、
前記起動手段は、少なくとも２方向における振動による移動と、選択された１つ以上の軸に沿った選択された移動のうちの少なくともいずれかを含む移動を提供して、目標領域の照射の平均化または均一性を強化することを特徴とするシステム。
請求項７６に記載のシステムであって、
光平均化光学素子と、光出力をＺ軸に整列させる少なくとも１つの光学素子のうちの少なくともいずれかをさらに含むことを特徴とするシステム。