JP2014142574A - 行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統 - Google Patents

Abstract

【課題】透光素子の重量及び体積を大幅に減らすことができる上、照明光源により目標エリアに高輝度の照明光を供給する行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統を提供する。
【解決手段】行走査に用いる多角度照明の光学部材は、第１の透光素子１１０、第２の透光素子１１２及び拡散フィルム１２０を備える。第１の透光素子１１０は、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターン１１５ａが表面上に形成される。第２の透光素子１１２は、第１の透光素子１１０と同様に、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターン１１５ｂが表面上に形成され、第２の透光素子１１２が有する立体パターン１１５ｂの面は、第１の透光素子１１０が有する立体パターン１１５ａの面に対向する。拡散フィルム１２０は、入射した光線を第２の次元において拡散させる。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、光源の光を投射して光線を拡散させる部材に関し、特に、行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統に関する。

光源系統は、自動光学検査装置（ＡＯＩ）において非常に重要な役割を担っている。例えば、液晶表示装置、半導体集積回路のチップ及びそれらの回路に関する製造過程では、精密な自動光学検査装置を使用しなければならないが、検査を行う際、検査エリアに光を照射することが必要であった。

従来の照明装置は、単純に光源（例えば、発光ダイオード）により検査エリアへ光を投射するが、精密検査装置の限られた空間中に配置される光源を効果的に利用することができない上、検査エリアへ好適な輝度を提供することもできなかった。

本発明の第１の目的は、多角度の照明を行う行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統を提供することにある。

本発明の第２の目的は、光源投射に必要な光学素子の占有体積が小さい行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統を提供することにある。

本発明の第３の目的は、光源投射に必要な光学素子の重量が小さい行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、第１の透光素子、第２の透光素子及び拡散フィルムを備えた行走査に用いる多角度照明の光学部材であって、前記第１の透光素子は、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、前記第２の透光素子は、前記第１の透光素子と同様に、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、前記第２の透光素子が有する前記立体パターンの面は、前記第１の透光素子が有する前記立体パターンの面に対向し、前記拡散フィルムは、入射した光線を第２の次元において拡散させる上、前記第１の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、前記第２の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、或いは、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間で、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に接触される箇所に設けられることを特徴とする、行走査に用いる多角度照明の光学部材が提供される。

前記立体パターンは、前記透光素子の表面に形成された複数の突起部であり、前記突起部の形状は、半球体又は四角錐体であることが好ましい。

前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子は、フレネルレンズであり、前記立体パターンは、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に形成された前記フレネルレンズのパターンであることが好ましい。

前記第１の透光素子、前記第２の透光素子及び前記拡散フィルムを備え、前記拡散フィルムが前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間に配置されないとき、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子とが直接接触されることが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第２の形態によれば、目標エリアへ光線を投射するために用いる光源系統であって、前記目標エリアへ光を投射する複数の光源と、前記光源のうちの１つに対応するとともに、前記光源と前記目標エリアとの間に設けられた複数の光学部材と、を含み、前記光学部材は、第１の透光素子、第２の透光素子及び拡散フィルムを含み、前記第１の透光素子は、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、前記第２の透光素子は、前記第１の透光素子と同様に、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、前記第２の透光素子が有する前記立体パターンの面は、前記第１の透光素子が有する前記立体パターンの面に対向し、前記拡散フィルムは、入射した光線を第２の次元で拡散させる上、前記第１の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、前記第２の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、或いは、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間で、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に接触される箇所に設けられることを特徴とする、光源系統が提供される。

前記光学部材の前記立体パターンは、前記透光素子の表面に形成された複数の突起部であり、前記突起部の形状は、半球体又は四角錐体であることが好ましい。

前記光学部材の前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子は、フレネルレンズであり、前記立体パターンは、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に形成された前記フレネルレンズのパターンであることが好ましい。

前記光学部材は、前記第１の透光素子、前記第２の透光素子及び前記拡散フィルムを含み、前記拡散フィルムは、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間に位置しない場合、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子とが直接接触されることが好ましい。

本発明の行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統は、２つの透光素子が有する立体パターンの面と面とを対向させて配置する方式により、透光素子の重量及び体積を大幅に減らすことができる上、拡散フィルムを組み合わせることにより、光学部材の働きにより光線を線状光にした後、その次元上に大きな角度で照射し、照明光源により目標エリアに高輝度の照明光を提供する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る光学部材を示す模式図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係る光学部材を示す模式図である。 図３Ａは、本発明の第３実施形態に係る光学部材の第１実施例を示す模式図である。 図３Ｂは、本発明の第３実施形態に係る光学部材の第２実施例を示す模式図である。 図３Ｃは、本発明の第３実施形態に係る光学部材の第３実施例を示す模式図である。 図４は、光線がフレネルレンズ群だけを透過した光路を示す等角図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る光線が光学部材を透過した後の光路を示す側面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る光学部材を使用した光源系統の光路を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

図１を参照する。図１は、本発明の第１実施形態に係る光学部材を示す模式図である。図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る光学部材１００は、第１の透光素子１１０、第２の透光素子１１２及び拡散フィルム（Ｌｉｇｈｔ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ：ＬＳＤ）１２０を含む。

第１の透光素子１１０は、立体パターン１１５ａが表面上に形成されている。立体パターン１１５ａは、光線が立体パターン１１５ａの表面から入射すると１つの次元（例えば、第１の次元）だけに集光される。第１の透光素子１１０の一表面には、突起部が形成されて粗化処理され、立体パターン１１５ａが形成される。立体パターン１１５ａの突起形状は、様々な設計により前述の「光線が第１の次元上（例えば、Ｘ軸上）だけに集光される」効果を得るがこれは当業者であれば容易に発明することができる。例えば、半球体又は四角錐体を利用することもできるが、勿論本発明はこれだけに限定されるわけではない。図１は、半球体を利用したときの状態を示しており、図２は、四角錐体を利用したときの状態を示しているが、入射された光線を１次元上に集光させることができる。１次元上に集光されることに関しては、以下、図５に基づいて詳説する。

第２の透光素子１１２は、第１の透光素子１１０に等しい。本実施形態が採用する特殊な配置方式とは、第１の透光素子１１０と第２の透光素子１１２とをちょうど反対向きに配置する方式のことである。即ち、第２の透光素子１１２が有する立体パターン１１５ｂの面は、第１の透光素子が有する立体パターン１１５ａの面に対して対向するように設けられる（図１及び図２参照）。

拡散フィルム１２０は、入射した光線を第２の次元（例えば、Ｙ軸上）において略１次元上で拡散現象を発生させるが、残りの次元上の拡散レベルは、光を第１の次元上で線分に成形することに影響を与えることがない。即ち、光線が主に第２の次元上で拡散されて拡散フィルム１２０により第１の次元上に拡散現象を発生させ、第１の次元上の集光に悪影響を与えず、光源からの光は、第１の次元上において（例えば、Ｘ軸方向上）、光成形の線分の拡散現象に対して悪影響を与えることがない。

拡散フィルム１２０は、例えば、米国Ｌｕｍｉｎｉｔ（ＬＣＣ）社製のＬＳＤシリーズの拡散フィルムでもよい。拡散フィルム１２０は、１ｍｍ未満の厚さであることが好ましい。拡散フィルム１２０の拡散角（本実施形態ではＹ軸方向の拡散角と定義される）では、６０度、８０度などの拡散角を採用してもよい。例えば、６０度×１度のＬＳＤとは、Ｙ軸方向の拡散角が６０度である一方、Ｘ軸方向の拡散角が僅か１度であることを表す。光学検査装置の狭い空間中で、１度の拡散角は、光を線分に成形するレベルでは影響を受けない。第２の次元の拡散については、以下、図６に基づいて詳細に説明する。

拡散フィルム１２０は、以下（１）〜（３）のうちの一箇所に形成してもよい。（１）第１の透光素子１１０の立体パターン１１５ａが設けられていない側の面上、（２）第２の透光素子１１２の立体パターン１１５ｂが設けられていない側の面上、（３）第１の透光素子１１０と第２の透光素子１１２との間で、第１の透光素子１１０及び第２の透光素子１１２に接触される箇所。

好適には、光学部材１００は、第１の透光素子１１０、第２の透光素子１１２及び拡散フィルム１２０を含む。拡散フィルム１２０は、第１の透光素子１１０と第２の透光素子１１２との間に形成されていないとき、第１の透光素子１１０及び第２の透光素子１１２に直接接触される（図３Ａ〜図３Ｃ参照）。

図３Ａ〜図３Ｃを参照する。図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の第３実施形態に係る光学部材の第１実施例〜第３実施例を示す模式図である。本発明の第３実施形態に係る光学部材は、第１の透光素子１１０及び第２の透光素子１１２の一表面に突起部が形成され、粗化処理により形成される立体パターン１１５ａ，１１５ｂは、フレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｌｅｎｓ）のパターンに形成される。即ち、第１の透光素子１１０及び第２の透光素子１１２は、フレネルレンズ（例えば、バイリニアフレネルレンズにより構成されたレンズ群）であり、行走査の一応用例では、焦点距離が０．２５〜６インチのフレネルレンズを採用してもよい。拡散フィルム１２０は、図３Ａに示すように第１の透光素子１１０の立体パターン１１５ａが設けられていない側の面上に設けられたり、図３Ｂに示すように、第２の透光素子の立体パターン１１５ｂが設けられていない側の面上に設けられたり、図３Ｃに示すように、第１の透光素子１１０と第２の透光素子１１２との間に形成されて第１の透光素子１１０及び第２の透光素子１１２に接触されたりしてもよい。

本実施形態の光学部材は、第１の次元上に集光された２つの特殊な透光素子に対向するように配置され、第２の次元上で拡散させる拡散フィルムの配置により、光学部材の光線が集光されて長めの光線が生成され、光学検査装置上で光を走査するために使用される。

続いて、図４を参照する。図４は、光線がフレネルレンズ群だけを透過した光路を示す等角図である。図４に示すように、光源２００から出射された光線がフレネルレンズ群（即ち、互いに対向するように配置されたフレネルレンズ）を透過した後、第１の次元（Ｘ軸）の方向で集光され、第２の次元（Ｙ軸）の方向で直進して拡散されないため、集光される光の線分Ｌが短めとなる。

図５を参照する。図５は、本発明の一実施形態に係る光線が光学部材を透過した後の光路を示す側面図である。図５に示すように、光源２００から出射された光線が本実施形態の光学部材１００を透過した後、同様に第１の次元（Ｘ軸）方向で集光される。

図６を参照する。図６は、本発明の一実施形態に係る光学部材を使用した光源系統の光路を示す平面図である。光源系統は、目標エリア３００が設けられた範囲に光線を投射するために用いる。光源系統で使用する複数の光源２００（図６では、３個のＬＥＤ光源が用いられている）は、各光源２００から出射される光線が本実施形態の光学部材１００を透過した後、図５の第１の次元（Ｘ軸）の方向で集光される以外に、第２の次元（Ｙ軸）の方向で拡散現象を発生させる。各光源２００が対応する光学部材１００により構成された１ピース式光拡散装置（複数の光学部材で構成される）により、目標エリア３００の中間部位が受ける照明強度を効果的に高め、各光源の光線が光学部材１００を透過した後、第２の次元上で照明角度が大幅に高まる。互いに隣接した光源により、目標エリア３００上に投射した照明エリアは、大きな照明角度を得ることができる（例えば、図６のエリアＨ）。

上述したことから分かるように、本発明に係る行走査に用いる多角度照明の光学部材及びそれを使用する光源系統は、２つの透光素子が有する立体パターンの面と面とを対向させて配置する方式により、第１の次元で光線を集光させることができる上、拡散フィルムを組み合わせることにより、第２の次元上の光線の照射角度を大きくし、目標エリアに多角度の照明光を提供する上、２つの透光素子を対向させて配置する方式により、透光素子の重量及び体積を大幅に減らして光学検査装置の限られた空間を占有する体積を減らすことができる。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１００ 光学部材
１１０ 第１の透光素子
１１２ 第２の透光素子
１１５ａ 第１の透光素子が有する立体パターン
１１５ｂ 第２の透光素子が有する立体パターン
１２０ 拡散フィルム
２００ 光源
３００ 目標エリア
Ｈ エリア
Ｌ 光の線分
Ｘ 軸方向
Ｙ 軸方向

Claims (8)

1. 第１の透光素子、第２の透光素子及び拡散フィルムを備えた行走査に用いる多角度照明の光学部材であって、
   前記第１の透光素子は、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、
   前記第２の透光素子は、前記第１の透光素子と同様に、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、前記第２の透光素子が有する前記立体パターンの面は、前記第１の透光素子が有する前記立体パターンの面に対向し、
   前記拡散フィルムは、入射した光線を第２の次元において拡散させる上、前記第１の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、前記第２の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、或いは、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間で、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に接触される箇所に設けられることを特徴とする、行走査に用いる多角度照明の光学部材。
2. 前記立体パターンは、前記透光素子の表面に形成された複数の突起部であり、
   前記突起部の形状は、半球体又は四角錐体であることを特徴とする、請求項１に記載の行走査に用いる多角度照明の光学部材。
3. 前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子は、フレネルレンズであり、
   前記立体パターンは、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に形成された前記フレネルレンズのパターンであることを特徴とする、請求項１に記載の行走査に用いる多角度照明の光学部材。
4. 前記第１の透光素子、前記第２の透光素子及び前記拡散フィルムを備え、
   前記拡散フィルムが前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間に配置されないとき、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子とが直接接触されることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の行走査に用いる多角度照明の光学部材。
5. 目標エリアへ光線を投射するために用いる光源系統であって、
   前記目標エリアへ光を投射する複数の光源と、前記光源のうちの１つに対応するとともに、前記光源と前記目標エリアとの間に設けられた複数の光学部材と、を含み、
   前記光学部材は、第１の透光素子、第２の透光素子及び拡散フィルムを含み、
   前記第１の透光素子は、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、
   前記第２の透光素子は、前記第１の透光素子と同様に、表面から入射した光線を第１の次元だけに集光させる立体パターンが表面上に形成され、前記第２の透光素子が有する前記立体パターンの面は、前記第１の透光素子が有する前記立体パターンの面に対向し、
   前記拡散フィルムは、入射した光線を第２の次元で拡散させる上、前記第１の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、前記第２の透光素子の前記立体パターンが設けられていない側の面上、或いは、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間で、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に接触される箇所に設けられることを特徴とする、光源系統。
6. 前記光学部材の前記立体パターンは、前記透光素子の表面に形成された複数の突起部であり、
   前記突起部の形状は、半球体又は四角錐体であることを特徴とする、請求項５に記載の光源系統。
7. 前記光学部材の前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子は、フレネルレンズであり、
   前記立体パターンは、前記第１の透光素子及び前記第２の透光素子に形成された前記フレネルレンズのパターンであることを特徴とする、請求項５に記載の光源系統。
8. 前記光学部材は、前記第１の透光素子、前記第２の透光素子及び前記拡散フィルムを含み、
   前記拡散フィルムは、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子との間に位置しない場合、前記第１の透光素子と前記第２の透光素子とが直接接触されることを特徴とする、請求項５乃至７の何れかに記載の光源系統。

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