JP2010287759A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた光照射装置において、積算光量の突出を抑制し、被照射面における照度分布の均一化を図ること。
【解決手段】光照射装置はセグメント光源２を複数並べられて構成され、各セグメント光源２は、複数のＬＥＤ２３からの光が照射されるインテグレータレンズ２８と集光レンズ２９１とを有し、ＬＥＤ２３からの光はワーク５である光照射面に照射される。インテグレータレンズ２８１のＬＥＤ２３に対向する側の各セルレンズの開口サイズは、大きさの異なる複数のサイズＳ，Ｍ，Ｌから構成され、このため光照射面では、中心部分では最も照度が高く、中心から外縁に向かって順次照度が小さくなるような照度分布となる。このため、２つのセグメント光源が重ね合わされる部分は、照度が小さい部分が重ね合わせられることとなり、セグメント光源間における積算光量の突出を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光照射装置に係わり、特に、ＬＥＤを多数備えた線状ないし面状の光源を形成する光照射装置に関する。

ＬＥＤを備えた光照射装置としては、例えば、特許文献１に、多数のＬＥＤを基板上に並べて配置した紫外線照射装直が記載されている。この装置は、液晶パネル基板の最大サイズに相当するような、大面積の基板の全面にＬＥＤ素子を敷き詰めて配置し、予定されたシール剤の硬化に必要なＬＥＤのみを点灯させて照射する装置である。
また、特許文献２には、上記と同様に、同一基板上に発光ダイオードを配置し、その直下にある基板などのワークに対して光を照射する露光装置が記載されている。

図１６は、ＬＥＤが基板上に並べて配列されてなる光照射装置の概念図であり、図１６（ａ）は光源部分を正面から見た説明図、図１６（ｂ）は横方向から見た説明図である。 この光照射装置においては、光源１００は多数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）１０１によって構成されており、光源ステージ１０２上にＬＥＤ１０１が敷き詰められるように配置されている。
同装置には、ＬＥＤ１０１の各々に対してＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源装置（不図示）を備えており、ワーク１０３の形状に合わせて点灯領域が選択、指定されて、電源装置よりＬＥＤ１０１に電力が供給される。
例えば、特許文献１に記載の技術では、ワーク１０３は液晶パネル基板である。この場合、２枚の基板の間にはシール剤が所定の画枠に沿って矩形形状に形成されており、その画枠内に液晶が充填されている。基板に挟み込まれたシール剤の硬化を行なうために、矩形形状の点灯領域に対応したＬＥＤ１０１にのみ電力を供給して点灯する。

しかしながら、上記のような、基板上にＬＥＤ１０１を並べて配置した光照射装置では、個々のＬＥＤ１０１間の照度のばらつきや、ＬＥＤ１０１間の劣化特性のばらつきに起因して、照射領域において、均一な光照射を実現できないことがある。
このような条件のもので、図１６に示した装置のように、多数のＬＥＤ１０１を面上に並べて配置した装置では、例えば、ＬＥＤ１０１ごとに光量や、わずかであるが放射光のスペクトル（波長）にばらつきが生じる。そのため、照射領域において均一な照度やスペクトルを得ることが難しく、所望の光照射を行なうことができないことがある。
また、このような装置では、あるＬＥＤ１０１が不点灯になった場合、残りのＬＥＤ１０１のみで予定された照度を補完することは難しいという問題もある。
具体的には、１つのＬＥＤ１０１が不点灯になった場合、その周囲のＬＥＤ１０１の入力を上げたとしても、その入力の影響は異常のないＬＥＤ領域にまで及び、不点灯になったＬＥＤ部分で所定の照度が得られたとしても、それに隣接する部分において、高い照度分布となり、結果として全体の照度均一度が損なわれることになる。

このような問題を解決するため、図１７（ａ）に示すように、インテグレータレンズを用いたセグメント光源が考えられる。
図１７（ａ）では、基板２１上に複数のＬＥＤ２３を設け、各ＬＥＤ２３を透光性樹脂２２と透光性レンズ２７によって封止している。各ＬＥＤ２３からの出射光は透光性レンズ２７によって、紙面下側へ向かう略平行光とし、この平行光が２枚のインテグレータレンズ２８（２８１，２８２）に入射され、出射面２８２１から出射される。インテグレータレンズ２８には、略球面状のセルレンズが具備されており、各セルレンズに入射された平行光は、インテグレータレンズの出射面２８２１から出射されて、集光レンズ２９１で集光され、ワーク５の照射面上で重ね合わされる。これにより、照射面上では、図１７（ｂ）のような照射分布を形成し、セグメント光源の下方領域において均一な照度分布を得ることができる。

また、複数のＬＥＤ２３のうち、１つが不点灯になった場合でも、セグメント光源２内に設けられた、点灯できるＬＥＤの出力を上昇させることで、照射面において、その照度均一性を保持しつつ、所定の照度にすることができる。
特許文献１の光照射装置では、ＬＥＤの各々に対してＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源装置を備えることで、ワークの形状に合わせて点灯領域が選択、指定することができた。
このため、図１７のセグメント光源を複数隣接させることで、光照射装置を構成し、ワークの形状に合わせてセグメント光源を点灯／不点灯させることができるものと考えられる。

特開２００６−２３５６１７公報 特開２００２−３０３９８８公報

特許文献１の光照射装置では、ＬＥＤの各々に対してＯＮ／ＯＦＦを切り替える電源装置を備えることで、ワークの形状に合わせて点灯領域が選択、指定することができた。
同様に、上記図１７のセグメント光源においても、これらを複数隣接させることで、光照射装置を構成し、ワークの形状に合わせてセグメント光源を点灯／不点灯させることができるものと考えられる。
しかし、図１７に示すセグメント光源を隣接させると、以下のような問題が生ずることが分かった。
すなわち、セグメント光源を隣接させると、図１８に示すように照射面において、各セグメント光源からの照射光がその境界で重ね合わされることとなる。そうなると、図１８（ｂ）のように、照射光の重ね合わされた部分で、その光量が積算されて、その部分だけが突出した照度分布になってしまう。
このように、図１７のセグメント光源で、照度均一性を確保したとしても、光照射装置を構成すると、その照度均一性がセグメント光源間で失われてしまう問題がある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、セグメント光源間における積算光量の突出を抑制し、被照射面における照度分布の均一化を図ることができる光照射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明においては、各セグメント光源に設けられたインテグレータレンズのＬＥＤに対向する側の各セルレンズの開口サイズ、もしくは、各セルレンズの上記ＬＥＤに対向する側に設置されるマスクの各セルレンズに対応した位置に設けられた開口サイズを、大きさの異なる複数種類のサイズから構成し、各セグメント光源による被照射面における照度分布が、中心位置が最も照度が高く、中心から外縁に向かって順次照度が小さくなるようにする。
このようなセグメント光源を隣接させると、２つのセグメント光源が重ね合わされる部分は、照度が小さい部分が重ね合わせられることとなり、セグメント光源間における積算光量の突出を抑制することができる。
なお、上記のように構成することで、２つのセグメント光源が重ね合わされる部分については積算光量の突出を抑えることができるが、３以上のセグメント光源が突き合わされる部分では３以上のセグメント光源からの光が重なる部分が生じ、積算光量が突出し照度分布の均一性が悪くなる場合がある。
そこで、各セルレンズの角部分、もしくは、各セルレンズのＬＥＤに対向する側に設置されるマスクの開口の角部分に、コーナー半径又はコーナーカットを設ける。このように構成することで、３以上のセグメント光源からの光が重なる部分の積算光量の突出を抑えることができる。
ここで、上記インテグレータレンズのＬＥＤに対向する側の各セルレンズの形状（光入射面における形状）は相似形であり、各セルレンズの開口サイズとは、ここでは、各セルレンズのレンズとして機能する部分（球面になっている部分）のサイズ（面積あるいは縦、横の長さ等）とする。
また、各セルレンズのＬＥＤに対向する側にマスクを設置する場合、このマスクの開口も相似形であり、このマスクの開口サイズも、上記と同様、マスクの各開口のサイズ（面積あるいは縦、横の長さ等）とする。なお、マスクを設置する場合、インテグレータレンズの各セルレンズの開口サイズは同じでよい。
すなわち、本発明においては、以下のように前記課題を解決する。
（１）基板上に複数のＬＥＤが配置されたセグメント光源を、複数並べて構成した光照射装置において、上記各セグメント光源に、上記複数のＬＥＤからの光が照射されるインテグレータレンズと、該インテグレータレンズからの出射光が照射される集光レンズとを設ける。このインテグレータレンズは、複数のセルレンズによって構成され、インテグレータレンズの上記ＬＥＤに対向する側の各セルレンズの開口サイズを、大きさの異なる複数種類のサイズから構成する。
（２）基板上に複数のＬＥＤが配置されたセグメント光源を、複数並べて構成した光照射装置において、上記各セグメント光源に、上記複数のＬＥＤからの光が照射されるインテグレータレンズと、該インテグレータレンズからの出射光が照射される集光レンズとを設ける。
このインテグレータレンズは、複数のセルレンズによって構成され、該インテグレータレンズの上記ＬＥＤに対向する側に、各セルレンズに対応した位置に開口が設けられたマスクを配置し、このマスクの開口サイズを、大きさの異なる複数種類のサイズから構成する。
（３）上記（１）または（２）において、ＬＥＤに対向する側のセルレンズの角部分、あるいは、上記ＬＥＤに対向する側に配置されたマスクの開口の角部分に、コーナー半径又はコーナーカットを設ける。

ここで、上記セグメント光源の各ＬＥＤの照射エリア内に、各サイズのセルレンズ、あるいは、各サイズのマスクの開口が少なくとも１つずつ含まれるように、各セルレンズあるいはマスクの各開口を配置するのが望ましい。
上記のように構成し、各サイズのセルレンズ（マスクの開口）へ、各ＬＥＤからの光がそれぞれ入射するようにし、各サイズのセルレンズ（マスクの開口）への各ＬＥＤからの出射光の入射面積が大きく異ならないように構成することで、一つのＬＥＤが消灯しても、他のＬＥＤの出射光の強度を上げれば、各セグメント光源による被照射面での照度分布は、消灯前後において、同様に維持することが可能となる。
すなわち、後述するように複数のサイズのセルレンズから構成されるインテグレータレンズにおいて、各サイズのセルレンズの一つずつを、ある規則により並べて、この組を「１セット」とし、この１セットのセルレンズを規則的に配置することにより、インテグレータレンズを構成し、各セットのセルレンズに各ＬＥＤからの光が略均等に入射するように構成することで、各セグメント光源による被照射面での照度分布は、消灯前後において、同様に維持することが可能となる。
例えば、あるＬＥＤから出射する光の、開口サイズがＬ１のセルレンズへの入射面積Ｓ１と、他のＬＥＤから出射する光の、開口サイズＬ１のセルレンズへの入射面積Ｓ２が大きく異ならないように構成し、同様に、あるＬＥＤから出射する光の、開口サイズがＬ２のセルレンズへの入射面積Ｓ３と、他のＬＥＤから出射する光の、開口サイズＬ２のセルレンズへの入射面積Ｓ３が大きく異ならないように構成し、さらに開口サイズがＬ３，Ｌ４，…のセルレンズについても同様に構成することで、上記のように消灯前後での各セグメント光源による被照射面での照度分布を略同様に保つことができる。
これは、上記開口サイズがＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…のセルレンズへの、各ＬＥＤからの出射光の入射面積の比を考えたとき、この比が各ＬＥＤについて、略同様の比率になるようにすることを意味する。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）各セグメント光源に設けられたインテグレータレンズのＬＥＤに対向する側の各セルレンズの開口サイズ、もしくは、各セルレンズの上記ＬＥＤに対向する側に設置されるマスクの各セルレンズに対応した位置に設けられた開口サイズを、大きさの異なる複数種類のサイズから構成することで、セグメント光源間における積算光量の突出を抑制することができ、照度分布の均一化を図ることができる。
（２）セグメント光源の各ＬＥＤの照射エリア内に、開口サイズの異なる各サイズのセルレンズが少なくとも１つ含まれるように各セルレンズを配置したり、ＬＥＤに対向する側に配置されるマスクの開口を、セグメント光源の各ＬＥＤの照射エリア内に、異なる各サイズの開口が少なくとも１つ含まれるように配置し、各サイズのセルレンズ、あるいは開口への各ＬＥＤからの出射光の入射面積が大きく異ならないように構成することで、一つのＬＥＤが消灯しても、他のＬＥＤの出射光の強度を上げれば、各セグメント光源による被照射面での照度分布は、消灯前後において、同様に維持することが可能となる。
（３）ＬＥＤに対向する側のセルレンズの角部分、あるいは、上記ＬＥＤに対向する側に配置されたマスクの開口の角部分にコーナー半径又はコーナーカットを設けることで、３以上のセグメント光源からの光が重なる部分の積算光量の突出を抑えることができる。

本発明の実施例の光照射装置および光源ユニットの斜視図である。 本発明の実施例のセグメント光源の構成と光照射面における照度分布を示す図である。 セグメント光源を隣接させた場合の構成と光照射面における照度分布を示す図である。 ＬＥＤ側に配置されたインテグレータレンズの構成例を示す図である。 ＬＥＤ側に配置されたインテグレータレンズの光出口側の面の構成例及び透光性レンズから代えてＬＥＤに設けられるミラーの構成例を示す図である。 インテグレータレンズを一枚で構成した場合のセグメント光源の構成を示す図である。 インテグレータレンズの他の構成例を示す図である。 インテグレータレンズのセルレンズを複数種類のサイズで構成する代わりに、インテグレータレンズの光入口側にマスクを配置した場合の構成例を示す図である。 インテグレータレンズの光の入口側の面に、各ＬＥＤからの出射光を重ねて示した図である。 図９のようにセルレンズとＬＥＤを配置した場合の光照射面における照度分布を示す図である。 セルレンズのサイズが３種類の場合の好ましいセルレンズ及びＬＥＤの配置例を示す図である。 セルレンズのサイズが４種類の場合の好ましいセルレンズ及びＬＥＤの配置例を示す図である。 本発明の第２の実施例を示す図である。 第２の実施例を説明するための比較例であり、コーナー半径を設けない場合の照度分布を示す図である。 コーナー半径を設けた場合の、光照射面における照度分布を示す図である。 ＬＥＤが基板上に並べて配列されてなる光照射装置の概念図である。 インテグレータレンズを用いたセグメント光源の構成例を示す図である。 図１７のセグメント光源を隣接された場合の光照射面における照度分布を示す図である。

本発明の第１の実施例について、図１〜図４を用いて説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施例の光照射装置を示した斜視図であり、同図は光照射装置を下から見た斜視図を示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）の光照射装置に具備された光源ユニット群の斜視図である。
図１（ａ）に示すように、この光照射装置１は、光源ユニット３を平面状に複数並べて構成したものであって、その被照射領域の大きさ（ｆ×ｇ）は、例えば液晶パネル基板のＧ８基板用のものでは、約２２００ｍｍ×２５００ｍｍという、大画面を形成することができる。この実施例では、光源ユニット３を５×２ユニット、つまり全１０ユニット配置して構成されている。

図１（ｂ）に示すように、光源ユニット３は、セグメント光源２を多数、平面状に並べて配置することで構成される。
セグメント光源２は、個別に給電が可能となるリード線（不図示）が形成された支持板８上に並べて配置して固定され、多数並べて配置されたセグメント光源２は一体にユニット化された光源ユニット群３を構成している。
支持板８には背面に水冷孔９１が形成された水冷板９が設けられ、更にその背面部分には、前記リード線に接続された電源ユニット１０が配置されている。この光源ユニット群３の大きさ（ｄ×ｅ）は、例えば約１１３０ｍｍ×５１０ｍｍである。

続いて図２を用いて、前記光源ユニット３に具備されるセグメント光源２について、説明する。
図２（ａ）は、セグメント光源２を透光性レンズ体２７の光出射面側から見た図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示すワーク５上に、セグメント光源２から出射された光が照射されたときの照度分布を示す図である。なお、図２には、図１に示したものと同じものに同一の符号が付されている。
図２に示すようにセグメント光源２は、同一基板２１上に透光性樹脂２２にモールドされたＬＥＤ素子２３（以下ＬＥＤ２３という）を、例えば、５つ備えて構成されており、本実施例では基板２１と垂直に、かつ光放射方向に向かって導光体２４が一定の長さに亘って伸びるように形成されている。
ＬＥＤ２３は、いずれもほぼ同一波長の光を放射するものである。なお、ここでいう「光」とは、例えば露光用途においては、遠紫外光（波長約２００〜３００ｎｍの光）、近紫外光（波長約３００〜４００ｎｍの光）を含んでいる。また、液晶の貼り合わせのような樹脂硬化の用途においては、従来水銀ランプが用いられており、この主波長（３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４３６ｎｍ）であり、本願でいうＬＥＤ２３は、この主波長を含む近紫外域から可視光までも含んでいる。

このように、同一波長域のＬＥＤ２３を複数備えるのは、１つが仮に不点灯となった場合でも、他のＬＥＤ２３からの光出力でこれを補うことができるようにするためである。すなわち、他の点灯できるＬＥＤ２３への給電量を大きくすることで、これらの光出力を大きくすることができ、結果的に不点灯となったＬＥＤ２３の光出力を補うことができる。なお、同一波長域とはスペクトル分布が完全に一致することを意味するものではなく、１つのセグメント光源２内においてＬＥＤ２３が互いに光を補うことができる程度であれば、ばらつきがあっても構わない。
導光体２４は、例えば金属板を角状の筒体に成形した中空の筒体のものが用いられ、ＬＥＤ２３から放射された光を外方向に漏れないように構成される。なお、内面は反射面、あるいは光吸収面のいずれであってよい。

透光性樹脂２２にモールドされた各ＬＥＤ２３は、さらに、透光性レンズ体２７にモールドされており、透光性レンズ体２７は、ＬＥＤ２３から放射された光を、紙面下側に向かう平行光として放射する機能を有し、透光性レンズ体２７から放射された光は、例えば、インテグレータレンズ２８（２８１，２８２）により混合されて導光体２４のインテグレータレンズ２８（２８２）の光出射面２８２１より出射される。すなわち、このセグメント光源２においては、透光性レンズ体２７と、インテグレータレンズ２８が、ＬＥＤ２３からの光を混合して光出射面２８２１に導光するための機能を備えている。なお、ここでは、光源から放射される光の中心光線に対して１６°以下の角度で放射される光を平行光ということとする。
インテグレータレンズ２８から出射した光は、図２に示すように集光レンズ２９１で集光され、ワーク５の照射面上で重ね合わされる。本実施例において、集光レンズ２９１はレンズ面に垂直な軸を中心とした軸対称の集光性を持つフレネルレンズであり、フレネルレンズの中心がインテグレータレンズ２８の中心に一致するように配置される。
ここで、ＬＥＤ２３が取り付けられた基板２１の大きさは例えば３０×３０ｍｍであり、基板２１から集光レンズ２９１までの距離は例えば４０ｍｍである。さらに、上記透光性レンズ体２７は例えば径がφ１１ｍｍであり、光軸方向の高さは１０ｍｍである。

このインテグレータレンズ２８は複数のセルレンズからなり、セルレンズのＬＥＤ側の面（光の入口側の面）の開口サイズ（レンズとして機能する球面部分のサイズ）は同一ではなく、径の異なる複数種類のレンズから構成される。図２（ｂ）においては径がＳ，Ｍ，Ｌの３種類のサイズのレンズから形成されている。
光の入口側の面にサイズの異なるセルレンズＳ，Ｍ，Ｌが形成されると、各セルレンズＳ，Ｍ，Ｌの球面に入射される光のサイズ（面積）も３種類となる。
従って、例えば最も小さいサイズのセルレンズＳに入射された光のサイズは、ワーク５の照射面においても、照射サイズが小さくなる。そうなると、セルサイズの種類によって、ワーク５の照射面においても、その種類に応じた照射サイズが形成され、互いに重なり合うことで、その積算光量が図２（ｃ）に示すような形状となる。
すなわち、ワーク５の中心部分では、光入射側の開口サイズがＳ，Ｍ，Ｌの３種類のセルレンズからの光が積算されることで、最も照度が高く、これを取り囲むように、２番目にサイズの大きい開口サイズＭのセルレンズと、３番目にサイズの大きい開口サイズＬのセルレンズとからの光が積算された部分が形成される。さらに開口サイズＭ，Ｌのセルレンズからの光の積算部分を取り囲むように、サイズＬのセルレンズからの光が照射される部分が形成される。
これにより、セグメント光源２からの照射光は、中心から外縁に向かって順次照度が小さくなる照度分布が形成される。
なお、以下では、上記開口サイズＳのセルレンズからの光が積算される領域をＳ’、上記開口サイズＭのセルレンズからの光が積算される領域をＭ’、開口サイズＬのセルレンズからの光が積算される領域をＬ’という。

このようなセグメント光源２を隣接させた場合を図３に示す。図３（ａ）は、図２（ｂ）と同様にセグメント光源２の断面図、図３（ｂ）は、２つのセグメント光源２から出射された光がワーク上で重ね合わされて形成された照度分布を示す図、図３（ｃ）は照度分布の形状（アウトライン）を示す図である。なお、各セグメント光源の構成は図２に示したものと同一であり、図２に示したものと同一のものには同一の符号が付されている。
図２に示したセグメント光源２を隣接させると、図３に示すように、各セグメント光源が隣接する境界においては、紙面右側のセグメント光源２からの領域Ｍ’，Ｌ’の光と、紙面左側のセグメント光源２からの領域Ｌ’の光とが積算される。同様に紙面左側のセグメント光源２からの領域Ｍ’，Ｌ’の光と、紙面右側のセグメント光源２からの領域Ｌ’の光とが積算される
２つのセグメント光源が重ね合わされる部分は、各セグメント光源２での照度分布において２番目や３番目の照度の部分であり、すなわち照度を抑制した部分である。この光を重ね合わせることで、図３（ｃ）に示すような照度分布を形成することができ、課題で説明したような突出した照度分布は抑制できる。

図４（ａ）は、ＬＥＤに近い側に配置されたインテグレータレンズ２８１の光の入口側の面を見たときの図である。図４（ａ）のように、インテグレータレンズ２８の光の入口側は、複数のサイズのセルレンズＳ，Ｍ，Ｌで形成される。
なお、本願で言うセルレンズのサイズとは、前述したように例えば図４（ａ）における各セルレンズの面積である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）のＦ−Ｆ断面図（一部分の拡大図）である。また、図５（ａ）はインテグレータレンズ２８の光出口側の面を見たときの図である。
インテグレータレンズ２８の光の入口側の面は開口サイズの異なる複数のセルレンズから構成されており、セルレンズとして機能しない各セルレンズの境界部分（球面になっていない部分）は、図４（ｂ）に示すように頂部が平面状の凸部２８ａが形成される。凸部の表面は例えば拡散面とされ、この部分から入射する光は拡散光となる。なお、上記凸部の表面を光吸収面としてもよい。
また、インテグレータレンズ２８の光の出口側の面の各セルレンズの開口サイズは、図５（ａ）に示すように同一であり、各セルレンズの境界部分に上記凸部２８ａは形成されていない。
なお、インテグレータレンズ２８の各セルレンズＳ，Ｍ，Ｌのレンズ面の曲率は図４（ｂ）に示すように例えばＲ５ｍｍであり、セルレンズＳのサイズは３ｍｍ、セルレンズＭのサイズは３．５ｍｍ、セルレンズＬのサイズは４ｍｍである。

なお、図２などで、ＬＥＤ２３には、透光性レンズ２７を設けて平行光を形成したが、図５（ｂ）に示すミラー２７２で平行光を形成してもかまわない。
また、図２などでは、図４（ｂ）に示すように、インテグレータレンズ２８の入口側のセルサイズＳ，Ｍ，Ｌを複数形成するため、セルレンズの球面でない部分を突出させて凸部２８ａを形成していたが、後述する図６に示すように、凹部にしてもかまわない。
このように、セルレンズの球面で無い部分を突出させたり、凹部にしたりするのは、面積が相違するインテグレータレンズ２８１の入口側のセルレンズと、出口側のセルレンズを、その中心位置が一致するように１対１で対向配置させるためである。
図６は、インテグレータレンズ２８を１枚で構成した例を示す図であり、その他の構成は図２と同じであり同一のものには同一の符号が付されている。なお、図６では前記したようにセルレンズの球面で無い部分を凹部にしている。
前記図２では、インテグレータレンズ２８を２枚で形成していたが、紙面上下方向に長く形成できるときは、図６に示すように１枚のインテグレータレンズ２８３であってもかまわない。
図７は、インテグレータレンズの他の構成例を示す図であり、同図は、セグメント光源２を透光性レンズ体２７の光出射面側から見た図である。
Ｓ，Ｍ，Ｌのサイズのセルレンズを複数形成できれば、その形状は、図４のように四角形でも良いが、図７に示すように六角形であってもよい。図７においては、インテグレータレンズ２８４の光入口側にＳ，Ｍ，Ｌのサイズの六角形状のセルレンズＡ，Ｂ，Ｃが設けられる。

図２〜図７では、インテグレータレンズの光入口側のセルレンズのサイズを異ならせた場合について説明したが、セルレンズのサイズを異ならせる代わりに、インテグレータレンズ２８１、２８３の光入口側に開口サイズの異なるマスクを設けてもよい。
図８は、前記図２に示したセグメント光源において、インテグレータレンズの光入口側にマスクを設けた前記実施例の変形例を示す図である。
マスク３０は図８（ａ）に示すようにインテグレータレンズ２８５の光入口側に設けられる。マスク３０には、図８（ｂ）に示すようにインテグレータレンズ２８１の各セルレンズに対応したた位置に、サイズの異なる開口３０１が設けられている。なお、この場合、インテグレータレンズ２８５の光入口側の各セルレンズのサイズは図５（ａ）に示したように同じに構成されている。
このように開口サイズの異なる開口３０１を持つマスク３０インテグレータレンズ２８４の光入口側に設けても、前記図２〜図７に示したもとの同様、中心から外縁に向かって順次照度が小さくなる照度分布が形成される。
なお、上記のようにマスクを配置する代わりにインテクレータレンズ２８５の光入口側に、図８（ｂ）に示すマスクと同様な形状の光遮光（光吸収）部分を設けてもよい。

ところで、本発明においては、インテグレータレンズ２８の光入射側の各サイズのセルレンズを、光入射面上で偏り無く均一に配置し、各ＬＥＤからの光がこれら各サイズのセルレンズに均一に入射するようにＬＥＤを配置することで、前述したように一つのＬＥＤが消灯しても、他のＬＥＤの出射光の強度を上げれば、各セグメント光源による被照射面での照度分布は、消灯前後において、同様に維持することが可能となる。
以下、ＬＥＤの消灯前後において、照度分布を同様に維持することができる、インテグレータレンズ２８における各サイズのセルレンズの配置及びＬＥＤの配置について説明する。
図９は、図４（ａ）で示したように、インテグレータレンズ２８１を光入射側から見た図であり、各サイズの各セルレンズの配置は、図４ (ａ) に示したものと同様である。
図９は図４（ａ）に示したインテグレータレンズの光の入口側の面に、各ＬＥＤからの出射光（図８における円）を重ねたものである。
図９に示した例では、各ＬＥＤからの出射光が、複数のサイズのセルレンズに入射される面積が略同一になるように、各サイズのセルレンズおよびＬＥＤが配置されている。
例えばＬＥＤが１〜５の５つあり、ＬＥＤ１がＳサイズに入力される面積とＭサイズに入力される面積とＬサイズに入力される面積との比率が３：３：４であったとすると、ＬＥＤ２もＳ：Ｍ：Ｌ＝３：３：４であり、ＬＥＤ３〜５も同様の比率になるように配置されている。これは、すなわち、サイズの異なる各セルレンズに入力される光量が、各ＬＥＤについて略同一であることを示している。

この場合、一つのＬＥＤが消灯しても、他のＬＥＤの出射光の強度を上げれば、各セグメント光源による被照射面での照度分布は、消灯前後において、同様に維持することが可能となる。これを図１０により説明する。
図１０は、各サイズのセルレンズとＬＥＤ１〜ＬＥＤ５が図９のように配置されている場合の光照射面における照度分布を示す図であり、各ハッチングで示した領域は同図に示すようにＬＥＤ１〜ＬＥＤ５により照射される領域しを示し、同図（ａ）は全てのＬＥＤが点灯している場合、（ｂ）はＬＥＤ５が消灯した場合（点線で示した部分が消灯により減少している）、（ｃ）はＬＥＤ４による照度を増加させ、ＬＥＤ５の消灯分を補った場合、（ｄ）は、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４による照度を増加させてＬＥＤ５の消灯分を補った場合を示している。
図１０において、各ＬＥＤのうち１つ（ＬＥＤ５）が不点灯になった場合、そのセグメント光源での照度分布は、図１０（ａ）から図１０（ｂ）となる。紙面左右方向での照度分布は両者とも変わらないが、図８（ｂ）では所定の照度（縦軸方向）が得られないので、点灯できる４つのＬＥＤで補わなければならない。

このとき、不点灯になったＬＥＤ５のセルレンズへの入射光量の比率がＳ：Ｍ：Ｌ＝３：３：４であって、点灯しているＬＥＤ４のセルレンズへの入射光量の光がＳ：Ｍ：Ｌ＝３：３：４のように、ＬＥＤ５と同一の比率であれば、ＬＥＤ４への給電を倍増させ、その光量を倍増させたとき、図１０（ｃ）のように、セグメント光源での照度分布を変えることなく、失ったＬＥＤ５の照度をＬＥＤ４で補うことができる。
なお、一つのＬＥＤ４への給電を大きくさせると、給電を大きくしていないＬＥＤ１〜３に比べて寿命が低下するので、各ＬＥＤ１〜４の給電を例えば２５％大きくすれば、各ＬＥＤ１〜４でのＳ：Ｍ：Ｌへの光量比率が、ＬＥＤ５でのＳ：Ｍ：Ｌへの光量比率と略同一であることから、照度分布は図１０（ｄ）に示すようになる。すなわち、そのセグメント光源での照度分布は、ＬＥＤ５が点灯していたもの（図１０（ａ））と略同一にすることができ、且つ、ＬＥＤ５の照度をＬＥＤ１〜４で補うことができる。

なお、各ＬＥＤからの出射光が、複数のサイズのセルレンズに入力される面積が互いに異なる場合は、次のようになる。
例えばＬＥＤが１〜５の５つあり、ＬＥＤ５がＳサイズに入力される面積と、Ｍサイズに入力される面積と、Ｌサイズに入力される面積との比率が３：３：４であったとすると、ＬＥＤ４ではＳ：Ｍ：Ｌ＝７：２：１のようになる。
これは、すなわち、サイズの異なる各セルレンズに入力される光量も、前述の比率に応じて異なっていることを示している。
この場合、例えばＬＥＤ５が不点灯になってしまったときに、ＬＥＤ４への給電を倍増させて、その出射光量を倍増させようと試みても、ＬＥＤ５における比率とＬＥＤ４の比率が異なることから、ＬＥＤ５の光量を補ったとしても、セグメント光源における照度分布は変わってしまう。

ＬＥＤの消灯前後において照度分布を同様に維持することが可能となるセルレンズとＬＥＤの配置について、さらに説明する。
被照射面での照度分布を、ＬＥＤの消灯前後において同様に維持するためには、以下のように構成することが好ましいと考えられる。
（１）１個のＬＥＤで各サイズのセルレンズを複数個ずつ照明するように構成し、また、ＬＥＤを少なくとも５個以上で構成する。
（２）各種のセルレンズの配置を１セットとして、その１セットを規則的に配置する。

以下、上記（２）についてさらに説明する。
（事例１）セルレンズのサイズの種類が３の場合
図１１（ａ）は大、中、小の３種類のセルレンズから構成されるインテグレータレンズを光入射側から見た図であり、５つのＬＥＤＡ〜Ｅからの光（同図中の円）を重ねて示している。なお、ここでは、各セルレンズのサイズをハッチングの違いで示している。
この事例での「１セット」とは、例えば図１１（ｂ）に示すように、左から中・小・大の順に配置された１グループであり、「１セットを規則的に配置する」とは、図１１（ｃ）に示すように、「１セット」を順次斜めに配置したり、順次横に配置することを意味する。これにより、各ＬＥＤからの光を、各サイズのセルレンズに同じように入射させることができ、あるＬＥＤからの光が例えばサイズの大きいセルレンズのみに入射するなど、各ＬＥＤからの光が入射するセルレンズの種類が偏ることを抑制することができる。
例えば、ＡというＬＥＤからの光が大のセルレンズばかりに入射されるのに対し、ＢというＬＥＤからの光が小のセルレンズばかりに入射される場合のように、各ＬＥＤからの光が入射するセルレンズの種類が偏ると、ＡというＬＥＤが不点灯になったときに、ＢというＬＥＤでＡのＬＥＤの光量を補強しようとしても、小のセルレンズの光ばかり強くなってしまって、被照射面での照度分布を、ＬＥＤの消灯前後において同様に維持することができなくなる。
これに対し、図１１（ａ）に示すように「各種のセルレンズの配置を１セットとして、その１セットを規則的に配置する」と、各ＬＥＤの光が入射されるセルレンズは、この「１セット」を含むようになり、不点灯になったＬＥＤの光量を、他のＬＥＤの光量で補いことで、被照射面での照度分布を、ＬＥＤの消灯前後において同様に維持することが可能となる。

（事例２）セルレンズのサイズの種類が４つの場合
図１２（ａ）は大、中大、中小、小の４種類のセルレンズから構成されるインテグレータレンズを光入射側から見た図であり、５つのＬＥＤＡ〜Ｅからの光（同図中の円）を重ねて示している。
この事例での「１セット」とは、図１２（ｂ）の大・中大・中小・小が順に配置された１グループであり、「１セットを規則的に配置する」とは、図１２（ｃ）のように、「１セット」を順次縦に配置したり、順次横に配置することである。
このように、セルレンズの種類が増えても、事例１と同様に、不点灯のＬＥＤが生じても、不点灯になったＬＥＤの光量を、他のＬＥＤの光量で補いことで、被照射面での照度分布を、ＬＥＤの消灯前後において同様に維持することが可能となる。
上記では、インテグレータレンズが、複数のサイズのセルレンズから構成される場合について説明したが、前記図８に示したように、インテグレータレンズの光入口側にマスクを設けた場合にも、マスクの複数のサイズの開口の配置を上記のようにすることで、同様の効果を得ることができる。

図１３は、本発明の第２の実施例を示す図であり、ＬＥＤに対向する側のセルレンズの角部分にコーナー半径を設けた実施例を示しており、前記図４（ａ）と同様、インテグレータレンズ２８６を光入射側から見た図である。
なお、以下では、セルレンズの角部分にコーナー半径又はコーナーカットを設けた場合について説明するが、図８に示したＬＥＤに対向する側にマスクを設けた場合にも同様に適用することができ、この場合は、マスクの開口の角部分にコーナー半径又はコーナーカットを設ける。
図１４は、第２の実施例を説明するための比較例であり、本実施例のように、コーナー半径又はコーナーカットを設けない場合の光照射面における照度分布を示す。図１４により、本実施例のようにセルレンズの角部分にコーナー半径又はコーナーカットを設けない場合の問題点について説明する。
図１４（ａ）は、ワークの照射面における４つのセグメント光源ＳＥ１〜ＳＥ４からの各照射分布をセグメント光源側から見たときの図である。同図の破線、一点鎖線、二点鎖線、点線は、それぞれセグメント光源ＳＥ１〜ＳＥ４から出射する光の照射領域を示している。
図１４（ｂ）は、図１４（ａ）でのＢ−Ｂ断面における照度分布を示し、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）でのＣ−Ｃ断面における照度分布を示している。また、図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）の照射分布の輪郭だけを示したものである。

複数のセグメント光源を隣接させる場合、図３のように横に隣接させるだけでなく、実際には図１（ｂ）に示したように、Ｘ−Ｙ方向に隣接させ、４つのセグメント光源の角部を突きあわせて配置する必要がある。
このため、図１４（ａ）に示すように、照射面においては、４つのセグメント光源からの照射光が重ね合わされる部分ができる（同図のＰ）。
セグメント光源は、第１の実施例で説明したように、中央での照度よりもその外縁での照度を低くしているので、図１４（ｂ）に示すように、２つのセグメント光源からの出射光が重なった領域では、その境界での光量突出を抑制できる。しかし、図１４（ｃ）に示すように、４つのセグメント光源からの出射光が重なった領域では、その境界での光量突出が大きすぎて、その照度分布の均一性が悪くなってしまうことがある。
すなわち、図１４（ｃ）に示すように、４つのセグメント光源からの出射光が重なった領域ではセグメント光源ＳＥ１〜ＳＥ４からの光が重なり、この部分での光量が図１４（ｄ）に示すように突出する。

そこで、図１３に示すように、インテグレータレンズ２８６の各セルレンズの頂点位置にコーナー半径Ｒを設ける。
このように、構成することで、セグメント光源ＳＥ１〜ＳＥ４からの光が重なる部分での光量の突出を抑制することができる。なお、例えばインテグレータレンズ２８６のセルレンズのサイズが前述したように、Ｓサイズが３ｍｍ、Ｍサイズが３．５ｍｍ、Ｌサイズが４ｍｍの場合、コーナー半径は例えばＲ＝０．５ｍｍ程度である。
図１５は、図１３のように構成した場合の、ワークの照射面における４つのセグメント光源１〜４からの各照射分布をセグメント光源側から見たときの図である。同図の破線、一点鎖線、二点鎖線、点線は、それぞれセグメント光源ＳＥ１〜ＳＥ４から出射する光の照射領域を示している。
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）でのＤ−Ｄ断面における照度分布を示し、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）でのＥ−Ｅ断面における照度分布を示している。また、図１５（ｄ）は、図１５（ｃ）の照射分布の輪郭だけを示したものである。
図１３に示すように各セルレンズの頂点位置にコーナー半径Ｒを設けることにより、図１５（ａ）に示すように、セルレンズのコーナー半径Ｒが反映されて、その照度分布の頂点位置には、Ｒが形成される。
コーナー半径Ｒが形成されていない図１５（ａ）のＤ−Ｄ断面である図１５（ｂ）の照度分布においては、図１４（ｂ）と相違しない。これに対して、コーナー半径Ｒが形成された、図１５（ａ）のＥ−Ｅ断面である図１５（ｃ）の照度分布においては、セグメント光源ＳＥ１〜ＳＥ４の重なりあう部分が少なくなるので、図１５（ｄ）に示すようにセグメント光源の境界での突出が小さくすることができる。

図１５（ｄ）において、点線部分は図１４（ｄ）の実線部分（コーナー半径を設けない場合の照度分布）に相当し、図１５（ｄ）の実線部分は、コーナー半径を設けた場合のが照度分布の輪郭を示したものであり、両者を比較すると分かるように、本実施例のようにコーナー半径Ｒを設けることで、光量突出を抑制することができ、その照度分布の均一性を高めることができることが分かる。
なお、図１３では、全てのセルレンズにコーナー半径Ｒを設けたが、必ずしも全てに設ける必要がなく、各セグメント光源が重なり合った結果、著しく突出する部分に設ければよく、図１５の例で言えば、他のセグメント光源からの光が積算されることのないＳサイズのセルレンズには、コーナー半径Ｒを設けなくてもかまわない。

上述したように、図１５（ａ）の中央部分のように４つのセグメント光源の光が重なり合うことを抑制できればよいので、必ずしもコーナー半径Ｒである必要もなく、例えば、図１３（ｂ）に示すように、四角形の頂点位置を直線状にコーナーカットＣを設けて、例えば多角形（図１３（ｂ）では八角形）にすれば、重なり部分は小さくなるので、これも用いることができる。

１ 光照射装置
２ セグメント光源
３ 光源ユニット
５ ワーク
８ 支持板
９ 水冷板
９１ 水冷孔
１０ 電源ユニット
２１ 基板
２２ 透光性樹脂
２３ ＬＥＤ素子
２４ 導光体
２７ 透光性レンズ体
２８，２８１〜２８６ インテグレータレンズ
２９１ 集光レンズ
３０ マスク
３０１ 開口
ＳＥ１〜ＳＥ４ セグメント光源

Claims (4)

1. 基板上に複数のＬＥＤが配置されたセグメント光源を、複数並べて構成した光照射装置であって、
   上記セグメント光源には、上記複数のＬＥＤからの光が照射されるインテグレータレンズと、該インテグレータレンズからの出射光が照射される集光レンズとが設けられ、
   該インテグレータレンズは、複数のセルレンズによって構成され、
   上記インテグレータレンズの上記ＬＥＤに対向する側の各セルレンズの開口サイズは、大きさの異なる複数種類のサイズから構成される
   ことを特徴とする光照射装置。
2. 上記ＬＥＤに対向する側のセルレンズの角部分には、コーナー半径又はコーナーカットが設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 基板上に複数のＬＥＤが配置されたセグメント光源を、複数並べて構成した光照射装置であって、
   上記セグメント光源には、上記複数のＬＥＤからの光が照射されるインテグレータレンズと、該インテグレータレンズからの出射光が照射される集光レンズとが設けられ、
   該インテグレータレンズは、複数のセルレンズによって構成され、
   上記インテグレータレンズの上記ＬＥＤに対向する側には、各セルレンズに対応した位置に開口が設けられたマスクが配置され、
   上記マスクの開口サイズは、大きさの異なる複数種類のサイズから構成される
   ことを特徴とする光照射装置。
4. 上記ＬＥＤに対向する側に配置されたマスクの開口の角部分には、コーナー半径又はコーナーカットが設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。

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