JP2014160623A - 光源ユニット及び照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の配置方向に延びる光の照度ムラを抑えつつ、輪郭のボケも十分に抑制できる光源ユニット及び照射装置を提供する。
【解決手段】並べられた複数のＬＥＤ４と、ＬＥＤ４の各々の光を制御して、ＬＥＤ４の並びの方向に延び、照度ムラを抑えた光を作る光学系７と、を備え、光学系７は、ＬＥＤ４の光を平行光にする反射部材９Ａと、延びる光の幅方向に長軸方向を向け、光の延びる方向に並んで配置した複数の楕円レンズ１５とを備えている。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数の発光素子を光源に備えた光源ユニット及び照射装置に関する。

従来、例えば、ＬＥＤなどの発光素子を複数並べた光源の光を拡散反射する拡散反射面を備えた照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この照明装置によれば、各々のＬＥＤを離間配置し、各ＬＥＤに対応した位置で照度が高くなる場合でも、各々のＬＥＤの光が拡散反射面で拡散されることから、照度ムラが抑制される。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１０１３０９号公報

しかしながら、離間配置した複数のＬＥＤの各々の光を十分に拡散させ、照度ムラを抑制しようとした場合、この拡散の強度に応じて照射野の輪郭にボケが生じるという問題がある。
すなわち、複数のＬＥＤを離間配置して、この離間配置の方向に延びる光を照射する場合には、光の延びる方向における照度ムラは解消されるものの、この延びる方向と直交する光の幅方向の輪郭にボケが生じる。

この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、発光素子の配置方向に延びる光の照度ムラを抑えつつ、輪郭のボケも十分に抑制できる光源ユニット及び照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光源ユニットは、並べられた複数の発光素子と、前記発光素子の各々の光を制御して、前記発光素子の並びの方向に延び、照度ムラを抑えた光を作る光学系と、を備え、前記光学系は、前記発光素子の光を平行光にする平行光化手段と、延びる前記光の幅方向に長軸方向を向け、前記光の延びる方向に並んで配置した複数の楕円レンズとを備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記平行光化手段は、複数の前記発光素子の光を反射して平行光にする反射面を有し、この反射面を、並べて配置された前記楕円レンズの各々の長軸方向の端部まで延ばしたことを特徴とする。

また、本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記発光素子が取り付けられた取付体を備え、この取付体の端部を並べて配置された前記楕円レンズの各々の長軸方向の端部まで延ばしたことを特徴とする。

また、本発明は、上記光源ユニットにおいて、前記取付体は柱状であり、複数の前記発光素子が前記取付体の外周面に並べて配置され、前記反射面は、前記取付体を囲み、前記外周面に対面するように設けられ、前記取付体は前記平行光化手段に対して嵌め込みによって取り付けられていることを特徴とする。

また、本発明の照射装置は、上記のいずれかの光源ユニットを備えたことを特徴とする。

本発明の光源ユニットによれば、楕円レンズに入射される光は、光学系によって発光素子の並びの方向に延びるように作られる光の延び方向に拡散されるので、光学系が作る光の照度ムラを抑えつつ、光の幅方向の輪郭のボケも十分に抑制できる。

本発明の実施形態に係る光源ユニットを有する照射装置の概念図である。 光源ユニットの光成形フィルタの一例を示す図である。 光源ユニットの光学系の出射光の照射野を、ＬＥＤの各々の光がカバーする領域とともに示す図であり、（Ａ）は、隣接するＬＥＤの光がカバーする領域が重ねられる場合を示し、（Ｂ）は、隣接するＬＥＤの光がカバーする領域ＥＡが重ねられない場合を示している。 照射装置の詳細な構成を示す図であり、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は底面図を示し、（Ｃ）は側面図を示し、（Ｄ）は正面図を示している。 照射装置の分解斜視図である。 光源ユニットの一部を分解して示す斜視図である。 図４の（Ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。 光成形フィルタの構成を示す図であり、（Ａ）は、光成形フィルタを入射面側から見た斜視図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図を示し、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図を示している。 光源ユニットの光学系が作る光の要部光線図である。 楕円レンズを通過する光の延び方向及び幅方向の広がりを説明する光線図である。 光源ユニットと比較例１，２の光源ユニットの各々の光学系が作る光の照度分布を示す図であり、（Ａ）は光源ユニットの照度分布を示し、（Ｂ）は、比較例１の光源ユニットの照度分布を示し、（Ｃ）は、比較例２の光源ユニットの照度分布を示している。

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１は本発明の実施形態に係る光源ユニット３を有する照射装置１の概念図、図２は光源ユニット３の光成形フィルタ１１の一例を示す図である。

図１において、照射装置１は、例えば、シリコンウエハ（照射対象）に微細パターンを作成するために紫外線（光）を照射対象Ｓに照射する露光装置であり、照射対象Ｓには、所定方向に延びる光を照射する。
照射装置１は、光源ユニット３と、光源ユニット３を収納する後述のケース（不図示）とを備えている。
光源ユニット３は、発光素子たる複数のＬＥＤ４と、取付体５と、光学系７とを備えている。
複数のＬＥＤ４は、光源ユニット３の光源として備えられる。ＬＥＤ４には、紫外線を出射する紫外線ＬＥＤが用いられている。複数のＬＥＤ４は、取付体５に並べて取り付けられている。複数のＬＥＤ４の並べ方は、照射装置１の仕様に応じて、直線状や環状などに適宜設定される。
光学系７は、平行光化部材（平行光化手段）９と、光成形フィルタ１１とを備えている。
平行光化部材９には、複数のＬＥＤ４の各々の光が入射される。平行光化部材９は、入射されたＬＥＤ４の各々の光を平行光化して、光成形フィルタ１１に出射する。光を平行光化する技術は、レンズ（不図示）を用いるものや、反射鏡（不図示）を用いるものなど、周知の技術である。平行光化部材９は、これらの周知の技術を適宜採用して構成すればよく、平行光化部材９の構成は特に限定されるものではない。
また、複数のＬＥＤ４が並んで配置されることから、平行光化部材９の出射光ＬＦは、ＬＥＤ４の並びの方向に延び、所定方向に直交する方向の幅を有する。

平行光化部材９の出射光ＬＦは、光成形フィルタ１１の入射光ＬＰとなり、光成形フィルタ１１は、入射光ＬＰを、幅方向には拡散させずに、光が延びる方向に拡散させて照射対象Ｓに向かわせる構成とされている。光成形フィルタ１１から出射される光、言い換えれば、光学系７が作る光は、照射装置１の出射光ＬＦとして照射対象Ｓに向けられる。
出射光ＬＦの照射野ＳＡは、ＬＥＤ４の並びの方向に延び、この延び方向Ｖに直交する幅方向Ｗに所定の幅を有する。例えば、ＬＥＤ４が直線状に並べられている場合、出射光ＬＦの照射野ＳＡは、ＬＥＤ４の並ぶ直線方向（延び方向）Ｖに延び、延び方向Ｖに直交する幅方向Ｗに所定の幅を有する。

次いで、光成形フィルタ１１の具体例を挙げて、光源ユニット３の作用効果について説明する。
図１では、光学系７が所定方向に直線状に延びる光を作る例を説明したが、以下では、光学系７が環状の光を作る場合について説明する。
図２は光源ユニット３の光成形フィルタ１１の一例を示す斜視図である。図３は光源ユニット３の光学系７の出射光ＬＦの照射野ＳＢを、ＬＥＤ４の各々の光がカバーする領域ＥＡとともに示す図である。図３の（Ａ）は、隣接するＬＥＤ４の光がカバーする領域ＥＡが重ねられる場合を示し、図３の（Ｂ）は、隣接するＬＥＤ４の光がカバーする領域ＥＡが重ねられない場合を示している。

光成形フィルタ１１は、図２に示すように、複数の楕円レンズ１５を隙間なく周方向に並べて構成される環状のレンズ群１７を備えている。複数の楕円レンズ１５は、光学系７が作る出射光ＬＦの幅方向に長軸方向を向けて、出射光ＬＦが延びる方向（周方向）に並べて配置される。複数の楕円レンズ１５が入射光ＬＰを制御して、出射光ＬＦとするが、入射光ＬＰと出射光ＬＦとで延びる方向は同じである。
ここで、詳細には図示しないが、光源ユニット３では、複数のＬＥＤ４が等間隔で環状に配置されている。平行光化部材９によって平行光化された複数のＬＥＤ４の光は、環状の輪郭を有する入射光ＬＰとして、光成形フィルタ１１に入射される。

楕円レンズ１５は、入射光ＬＰを、短軸方向に拡散させて出射する特性を有する。楕円レンズ１５の長軸方向は、光学系７が作り出す出射光ＬＦの幅方向に向けられているので、楕円レンズ１５の短軸方向は、出射光ＬＦの延びる方向に向けられる。このため、光成形フィルタ１１は、ＬＥＤの各々の光を平行光化した光を、楕円レンズ１５によって光成形フィルタ１１の出射光ＬＦが延在する方向に拡散した後に、領域ＥＡに向かわせる。従って、光成形フィルタ１１の出射光ＬＦの照度ムラが抑制される。また、光成形フィルタ１１は、ＬＥＤ４の各々の光を平行光化した光を、出射光ＬＦの幅方向には拡散させずに領域ＥＡの各々に向かわせる。このため、出射光ＬＦによる照射野ＳＢの幅方向の輪郭がボケない。
複数のＬＥＤ４の配列間隔を変えることで、光学系７の出射光ＬＦのうち、各ＬＥＤ４の光がカバーする主な領域ＥＡは、図３の（Ａ）に示すように、一部を重ねて連ねることも可能であるし、図３の（Ｂ）に示すように、重ねることなく並べることも可能である。
複数のＬＥＤ４は、要求される照度を確保し、かつ、要求される照度ムラの抑制条件を満足する範囲で適宜配列される。照度ムラの抑制条件は、例えば、照射野ＳＢでの均斉度を２０％以下にするなど、均斉度の値を指標としてもよい。

図２及び図３を用いて説明した光源ユニット３の作用効果は、光学系７が環状の輪郭を有する出射光ＬＦを作る場合について説明した。しかし、光学系７が、周方向に延びる出射光に限らず、幅方向Ｗに所定の幅を有し、所定の延び方向Ｖに延びる出射光を作る形態であれば、出射光ＬＦの照射野内の照度ムラ及び照射野の幅方向の両側の輪郭のボケが抑制される。

また、本実施形態の光源ユニット３は、複数のＬＥＤ４を冷却する冷却構造を有している。
図１に戻り、取付体５は、複数のＬＥＤ４を冷却する冷却体としての機能を兼ねている。取付体５には、一対の出入口ポート２１、２３が外周面に取付けられており、取付体５の内部には、一方の出入口ポート２１から他方の出入口ポート２３に至る流路２５が形成されている。流路２５には、例えば、冷却水等の冷却媒体が、出入口ポート２１から供給（導入）されて出入口ポート２３から排出されるように流される。流路２５を流れる冷却媒体が、複数のＬＥＤ４の熱を奪って外部に排出されることで、ＬＥＤ４が冷却される。

次いで、照射装置１の詳細構造に説明する。
図４は照射装置１の詳細な構成を示す図であり、図４の（Ａ）は平面図を示し、図４の（Ｂ）は底面図を示し、図４の（Ｃ）は側面図を示し、図４の（Ｄ）は正面図を示している。図５は照射装置１の分解斜視図である。図６は光源ユニット３の一部を分解して示す斜視図、図７は図４の（Ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
図４及び図５において、照射装置１は、ケースユニット２７に光源ユニット３を収めた構成を有している。
光源ユニット３は、図５及び図６に示すように、平行光化部材の一態様である反射部材９Ａ、複数のＬＥＤ４を取り付けた取付体５、及び光成形フィルタ１１を備えている。
反射部材９Ａは、一端面に開口する椀状の反射面４１が形成された円柱状に形成されている。また、反射面４１の底部には、取付体５を嵌め込むための嵌挿孔４３が形成されている。嵌挿孔４３には、他端側の穴径を、残りの部位の穴径に対して縮径させる段差部４５が形成されている。

反射部材９Ａは、反射面４１以外の部分を樹脂により作製され、反射面４１はアルミニウムを蒸着することで形成されている。
また、嵌挿孔４３には、取付体５が嵌め込みによって取り付けられている。取付体５は、本体部４７と、蓋部４９とを備えている。
本体部４７は、図５及び図７に示すように、断面多角形の外形を有する柱状であり、長手方向の一端面に開口する断面円形の凹部５１が形成されている。多角形に形成された本体部４７の角数は、取り付けたＬＥＤ４の数と同じであり、本実施形態では、１０としている。
また、蓋部４９は円板状をなし、凹部５１を塞ぐように設けられる。凹部５１の開口端側の内周面には、雌ねじが形成されている。また、蓋部４９の外周面には、雄ねじが形成されており、蓋部４９は凹部５１にねじ込まれて、本体部４７に固定されている。これにより、取付体５内には、前述した通り、図７に示すように、冷却媒体を流すための流路２５が形成されるが、この詳細については後述する。

また、本体部４７の他端近傍には、段差部５７が形成され、本体部４７の他端側での外形がステップ状に狭められている。取付体５は、本体部４７の他端側を、反射部材９Ａの嵌挿孔４３に嵌挿して配置され、椀状の反射面４１内に収められている。即ち、取付体５の外周面は、反射面４１に囲まれる位置に配置される。本体部４７の段差部５７と反射部材の段差部４５とが互いに当接するまで、取付体５が反射部材９Ａに対して嵌め込まれている。
本体部４７の一端近傍には段差部５５が形成され、本体部４７の一端側での外形がステップ状に狭められている。
また、本体部４７は、一端近傍から他端近傍に至るまで、漸次外形が小さくなるように構成されている。これにより、本体部４７の外周面（取付体５の外周面）５２には、漸次傾斜する１０個の壁面が形成される。傾斜する１０個の壁面が、反射面４１に対面する光源取付面５３とされている。

また、図６及び図７に示すように、反射面４１の開口縁部と、環状に連続する光源取付面５３の一端部との間には、反射面４１を臨む環状の開口部５９が形成される。また、反射面４１は、周方向に連続して配置される複数の凹状反射面６１によって構成されており、凹状反射面６１の各々が、複数の光源取付面５３と対面している。
光源取付面５３の各々には、ＬＥＤ４が、ＬＥＤ基板６３を介して取り付けられている。これにより、ＬＥＤ４は、取付体５の外周面５２に周方向に並べて配置される。凹状反射面６１の各々が、ＬＥＤ４の各々に対応する位置に配置され、対応するＬＥＤ４の光を平行光化して開口部５９に向かわせる。
また、環状の光成形フィルタ１１が、この開口部５９を塞ぐ位置に設けられ、開口部５９を介して入射される光を制御する。
ここで、図７に示すように、光源取付面５３は、開口部５９とは逆側を臨む方向に傾斜されている。これに、ＬＥＤ４の光軸方向Ｋは、開口部５９の開口と平行な面に対して角度αだけ傾斜され、ＬＥＤ４の光は、出射方向の前方に向かって開口部５９の開口から離れる方向に向かう。これにより、ＬＥＤ４の光軸方向Ｋが、開口部５９の開口と平行である場合と比較して、ＬＥＤ４の光が、直接光成形フィルタ１１に向かうことが抑制される。即ち、ＬＥＤ４の光の主要部が反射面４１に反射された後に光成形フィルタ１１に向かう。

図８は光成形フィルタ１１の構成を示す図であり、図８の（Ａ）は、光成形フィルタ１１を入射面１１Ａ側から見た斜視図を示し、図８の（Ｂ）は図８の（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図を示し、図８の（Ｃ）は図８の（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図を示している。
光成形フィルタ１１は、上述したように、出射光ＬＦの幅方向に長軸方向を向けた複数の楕円レンズ１５を、隙間なく円環状に並べたレンズ群７１，７３を備えている。
この実施態様では、光成形フィルタ１１は、略同心円状に配置される２列のレンズ群７１，７３を有している。２列のレンズ群７１，７３は、長軸方向を列方向として、長軸方向にも隙間なく配列されている。レンズ群７１，７３の入射面１１Ａは、複数の楕円レンズ１５の入射面１５Ａにより構成される。楕円レンズ１５の各々の入射面１５Ａは、長軸方向に直交する断面、及び短軸方向に直交する断面のそれぞれが凹状の曲面である。
なお、楕円レンズ１５の長軸方向の長さ及び断面の曲率に応じて、光学系７が作る光の幅が変わる。また、レンズ群７１，７３の列は、２列によらず、光学系７が作る光の幅に応じて適宜設定すればよい。
また、２列のレンズ群７１，７３からは、周方向の全域に亘ってフランジ６５，６７が延出されている。２列のレンズ群７１，７３は、フランジ６５，６７に対して入射面１５Ａ側を凸とする断面形状とされている。

光成形フィルタ１１は、図５〜図７に示すように、入射面１１Ａ側を反射面４１に向け、レンズ群７１，７３が開口部５９に嵌め込まれるように配置されており、開口部５９が、レンズ群７１，７３によって覆われている。また、一方のフランジ６５は、開口部５９の内周縁部を形成する取付体５の段差部５５に合わせられ、また、他方のフランジ６７が、開口部５９の外周縁部を形成する反射部材９Ａの端面に合わせられている。
このとき、反射面４１の端部は、図７に示すように、レンズ群７３を構成する楕円レンズ１５の各々の長軸方向の端部まで延ばされている。また、取付体５の一端は、レンズ群７１を構成する楕円レンズ１５の各々の長軸方向の端部まで延ばされている。

光成形フィルタ１１は、図８の（Ａ）に示すように、１０個のフィルタ片７５を環状に並べて配置して構成されている。即ち、フィルタ片７５は、図８の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、レンズ群７１を構成するレンズ形成部８１及びレンズ群７３を構成するレンズ形成部８３を備えている。即ち、レンズ形成部８１，８３には、それぞれ複数の楕円レンズ１５が短軸方向に隙間なく並べられて、並べられた複数の楕円レンズ１５は、長軸方向に２列に配されている。
また、レンズ形成部８１からは、フランジ６５を構成するフランジ構成部８５が延出され、また、レンズ形成部８３からは、フランジ６７を構成するフランジ構成部８７が延出されている。
これにより、フィルタ片７５を環状に並べることで、楕円レンズ１５の長軸方向を列方向として２列に配置されるレンズ群７１、７３と、レンズ群７１，７３から延出されるフランジ６５，６７が形成される。

次いで、光源ユニット３のケースユニット２７への取付け構造について説明する。
ケースユニット２７は、図４、図５、及び図７に示すように、取付ベース３１と、ベースカバー３３と、押さえ蓋３５とを備えている。照射装置１は、取付ベース３１内に配置した光源ユニット３を、取付ベース３１とベースカバー３３及び押さえ蓋３５との間に挟み込んで構成されている。
取付ベース３１は有底円筒状をなしている。取付ベース３１の底部の中央部には、図５及び図７に示すように、取付体５を挿入するための貫通穴３７が形成されている。
光源ユニット３は、本体部４７の他端面が貫通穴３７に挿入されるように、取付ベースに同軸に配置されている。また、取付ベース３１の底部外壁面には、貫通穴３７を覆う位置に、取付金具３９が設けられている。取付金具３９は、断面コ字状に形成され、取付金具３９の底部が取付ベース３１に固定されている。また、取付金具３９に、貫通穴３７に挿入された本体部４７の他端が固定されている。
また、取付ベース３１の底部外壁面には、端子台６２が取り付けられている。図示しない配線が、端子台６２の各端子とＬＥＤ基板６３を接続するように引き回されている。配線は、外部からＬＥＤ基板６３に電源を供給してＬＥＤ４を点灯させるための電源線や、ＬＥＤ４の点灯を制御したりするための信号をＬＥＤ基板６３に送るための通信線であり、ＬＥＤ４の点灯を外部から制御することが可能なっている。

また、光源ユニット３の光成形フィルタ１１は、ベースカバー３３と押さえ蓋３５を用いて、反射部材９Ａと取付体５に対して固定される。
ベースカバー３３は、円筒部８９と、円筒部８９の一端の周方向の全域から径方向の内側に所定の幅に延びる押さえ部９１を備えている。ベースカバー３３の円筒部８９に、取付ベース３１が、その先端側から嵌め込まれ、押さえ部９１と反射部材９Ａの端面との間にフランジ６７が挟み込まれている。この状態で、ベースカバー３３が取付ベース３１に固定されている。
また、円板状の押さえ蓋３５が、取付体５の一端面を覆うように設けられている。押さえ蓋３５の外周部は、本体部４７の外周縁部から延出している。押さえ蓋３５は、その外周部と本体部４７の段差部５５との間にフランジ６５を挟み込んだ状態で、ねじ（不図示）によって、本体部４７の一端面に対して固定されている。
また、ベースカバー３３の押さえ部９１の端部と、押さえ蓋３５の外周面との間に形成される開口が、照射装置１の出射開口９０を構成する。

ところで、本実施形態の光源ユニット３は、前述の通り、取付体５に取り付けた複数のＬＥＤ４を効率よく冷却する冷却構造を有しており、以下にその詳細構造について説明する。
前述の通り、取付体５は、本体部４７の一端に開口する凹部５１を蓋部４９で塞いで構成されている。
図１、及び図７に示すように、本体部４７の他端側に位置する凹部５１の底部からは、凹部５１内の空間を２つに仕切る仕切り板９３が、突出されている。仕切り板９３の先端は、蓋部４９との間に隙間があけて配置され、仕切られた空間５１Ａ，５１Ｂの間をつなぐ流路が形成される。
また、取付体５の端部を反射部材９Ａの嵌挿孔４３に嵌挿してはめ込むことで、取付体５が反射部材９Ａに対して取り付けられている。嵌挿孔４３に挿入された取付体５の他端面には、一対の出入口ポート２１，２３が突設されている。一対の出入口ポート２１，２３は、取付金具３９の底部に設けられた通し穴３９Ａに挿通されている。出入口ポート２１の一端が、空間５１Ａに挿入され、出入口ポート２３の一端が空間５１Ｂに挿入されている。これにより、一方の出入口ポート２１から空間５１Ａ及び空間５１Ｂを経由して他方の出入口ポート２３に至る流路２５が形成される。

また、一方の出入口ポート２１の他端には、冷却水を流路２５に供給するための配管（不図示）が接続され、他方の出入口ポート２３の他端には、冷却水を流路２５から排水するための配管（不図示）が接続される。
このように、取付体５の端部から冷却媒体を導入／排出する構造としたため、冷却水を導入／排出するための配管は、光学系７の制御光に影響を与えない位置に配置される。
即ち、取付体５の端部に取り付けられる配管は、取付体５の外周面に取り付けられる複数のＬＥＤ４と複数のＬＥＤ４を囲む光学系７との間の光の経路を阻害しないので、光学系７の制御光に影響を与えない。
ＬＥＤ４が発する熱は、ＬＥＤ基板６３を介して取付体５に伝導される。取付体５を構成する本体部４７の材料としては、例えば、銅など、熱伝導性のよい金属を用いて作製され、本体部４７の表面には、ニッケルめっきが施されている。これにより、ＬＥＤ４の熱が効率よく本体部４７を伝導し、流路２５に到達する。冷却水を流路２５に流すことで、冷却水が、取付体５の熱を奪って外部に持ち出す。

次いで、この実施態様の光源ユニット３の効果を、比較例の光源ユニットと比較して説明する。
図９は光源ユニット３の光学系７が作る光の要部光線図である。なお、図９の光線図は、一つのＬＥＤ４から出射される光のみに特化して図示しているが、他のＬＥＤ４から出射される光の光線図も同様である。図１０は楕円レンズ１５を通過する光線の延び方向Ｖ及び幅方向Ｗの広がりを説明する光線図である。図１１は光源ユニット３と比較例１，２の光源ユニットの各々の光学系が作る光の照度分布を示す図である。図１１の（Ａ）は光源ユニット３の照度分布を示し、図１１の（Ｂ）は、比較例１の光源ユニットの照度分布を示し、図１１の（Ｃ）は、比較例２の光源ユニットの照度分布を示している。比較例１の光源ユニットは、光成形フィルタ１１に代え、透明なガラスを用いた他は、光源ユニット３と同様に構成されている。比較例２の光源ユニットは、光成形フィルタ１１に代えすりガラスを用いた他は、光源ユニット３と同様に構成されている。

図９及び図１０に示すように、ＬＥＤ４の光は、反射面４１に反射されて略平行光化された後に、光成形フィルタ１１のレンズ群７１，７３に入射され、レンズ群７１，７３に制御されて出射される。光源ユニット３では、光成形フィルタ１１の出射光ＬＦ、言い換えれば、光学系７が作る光は、入射光ＬＰに対して、幅方向に大きく拡張することが抑制されている。また、図１１の（Ａ）に示すように、光源ユニット３では、出射光ＬＦの照度ムラ、及び輪郭のボケが抑制される結果となった。
一方、比較例１の光源ユニットでは、図１１の（Ｂ）に示すように、出射光ＬＦの幅方向Ｗの輪郭ボケは大きくないものの、大きな照度ムラが出射光に残る結果となった。また、比較例２の光源ユニットでは、図１１の（Ｃ）に示すように、出射光ＬＦの照度ムラが改善されるものの、出射光ＬＦの輪郭がボケる結果となった。

以上の結果について考察する。
光源ユニット３では、環状に並べられた複数のＬＥＤ４の光から、反射部材９Ａによって、概略所定幅で延びる環状の平行光を作り出して、この光を楕円レンズ１５によって制御している。前述したように、楕円レンズ１５の入射面１５Ａは、短軸方向の両端間に曲率を有しており、この曲率によって、平行光化した入射光ＬＰを、主に短軸方向に拡散させて出射する。楕円レンズ１５の長軸方向は、光成形フィルタ１１の出射光ＬＦの幅方向Ｗに向けられることから、光成形フィルタ１１は、入射光ＬＰを、楕円レンズ１５の並びの方向に延びる出射光ＬＦの延び方向Ｖに主に拡散して出射する。複数のＬＥＤ４の光の各々が延び方向Ｖに延び、互いに延び方向の両側を重ねる位置に配置されて環状の光が作られている。各ＬＥＤ４が出射する光の照射先での照射領域ＥＢ（図１０参照）は、平行化した光のみを楕円レンズ１５を介して出射した光の幅となるように概略設定される。

ここで、図１０に示すように、各ＬＥＤ４が出射する光のうち、ＬＥＤ４と楕円レンズ１５の入射面１５Ａの長軸方向の両端を結ぶ範囲θｗに出射される光は、平行光化されることなく、入射面１５Ａに直接向かう。前述したように、楕円レンズ１５の入射面１５Ａは、長軸方向の両端間にも曲率を有している。この長軸方向の両端間の曲率は、ＬＥＤ４から入射面１５Ａに直接入射される光に対して、進行方向を変化させて、各ＬＥＤ４の照射領域ＥＢの幅方向の内側に向かうように設定されている。即ち、図１０中の破線で示すように、入射面１５Ａに入射して、照射領域ＥＢの幅方向外側の範囲ＲＡに向かおうとするＬＥＤ４の直接光の進行方向を、照射領域ＥＢ内に向かわせるように、入射面１５Ａの長軸方向の両端間の曲率が設定されている。
このため照射領域ＥＢの外側に向かおうとする光の成分が抑えられ、光源ユニット３では、図１１の（Ａ）に示すように、出射光ＬＦの照度ムラ及び幅方向Ｗの輪郭ボケが十分に抑制されたと判断できる。
比較例１の光源ユニットでは、環状に並べた複数のＬＥＤ４の光を平行光化した後、単に透明ガラスを透過させるだけである。各ＬＥＤ４の光は、光束の中央部で照度が高くなる。このため、各ＬＥＤ４の光を反射部材９Ａによって平行光化した後の入射光ＬＰには、照度ムラが残るが、透明ガラスは、入射光ＬＰをそのまま出射するため、比較例１の光源ユニットでは、出射光の照度ムラが大きくなったと判断できる。
また、比較例２の光源ユニットでは、環状の入射光ＬＰをすりガラスにより拡散させて出射光としている。これにより、出射光の照度ムラが抑制されるものの、すりガラスに入射される環状の入射光ＬＰは、周方向以外にも拡散されて出射されるので、出射光の幅方向の両側の輪郭がボケたと判断できる。

この発明の実施形態に係る光源ユニット３では、並べられたＬＥＤ４の光を平行光した光を、光学系７により作る出射光ＬＦの幅方向に向けて配置される複数の楕円レンズ１５を介して出射している。楕円レンズ１５は、入射光ＬＰを、ＬＥＤ４の並びの方向に、光学系７によって作られる出射光ＬＦの延び方向に拡散して出射するので、出射光ＬＦの照度ムラを抑えつつ、出射光の幅方向の輪郭のボケも十分に抑制できる。

また、反射部材９Ａの反射面４１は、並べて配置された楕円レンズ１５の各々の長軸方向の端部まで延ばされている。
この構成によれば、楕円レンズ１５を通らずに、楕円レンズ１５と反射面４１との間から出射される光がなくなるので、出射光ＬＦの輪郭がボケることを一層抑制できる。
また、取付体５の端部が、並べて配置された楕円レンズ１５の各々の長軸方向の端部まで延ばされている。
この構成によれば、楕円レンズ１５を通らずに、楕円レンズ１５と取付体５との間から出射される光がなくなるので、出射光ＬＦの輪郭がボケることが一層抑制される。

また、反射面４１が、複数のＬＥＤ４が外周面に並べて取り付けられた取付体５を囲んで配置され、取付体５を、反射部材９Ａに対して嵌め込みによって取り付けられている。
この構成によれば、取付体５は反射部材９Ａに対して嵌め込みによって取り付けられているので、光源ユニット３の組み立て性を向上させることができる。

また、柱状の取付体５の内部に、冷却媒体の流路２５を設けた構成とされている。
この構成によれば、ＬＥＤ４を外周面に取り付けた取付体５の内部に冷却媒体の流路２５を設けるという簡易な構造によって、複数のＬＥＤ４を一斉、かつ均等に冷却できるので、簡単、かつ効率良くＬＥＤ４の各々を冷却できる。
また、光学系７を構成する反射部材９Ａの嵌挿孔４３に嵌挿して嵌め込んだ取付体５の端部から冷却媒体を流路２５に導入、及び排出する構成とされている。
この構成によれば、取付体５の端部から冷却媒体を導入／排出するので、例えば、取付体５の外周面から導入／排出するのに比べて、取付体５を囲む反射部材９Ａの制御光に影響を与えない位置に、冷却媒体の導入／排出のための配管をまとめて配置できる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
例えば上述した実施態様では、光学系７が環状の光を作るものとして説明したが、所定の幅で直線状に延びる光や、所定の幅で曲線状に延びる光を作るものであってもよい。
また、発光素子の一例としてＬＥＤ４を例示したが、これに限らず、有機ＥＬ等の他の発光素子でも良い。
また、ＬＥＤ４、紫外線を出射する紫外線ＬＥＤであるものとして説明したが、紫外線を出射するものによらず、光源ユニット３の用途に応じて異なる種類の光を出射するものを用いてもよい。
また、楕円レンズ１５は隙間なく並べるものとして説明したが、ある程度、隙間があいていてもよい。この場合でも、出射光ＬＦの照度ムラ及び輪郭ボケを抑制する効果が全て消失するものではない。

１ 照射装置
３ 光源ユニット
４ ＬＥＤ（発光素子）
５ 取付体
７ 光学系
９ 平行光化部材（平行光化手段）
９Ａ 反射部材（平行光化手段）
１５ 楕円レンズ
４１ 反射面

Claims (5)

1. 並べられた複数の発光素子と、
   前記発光素子の各々の光を制御して、前記発光素子の並びの方向に延び、照度ムラを抑えた光を作る光学系と、を備え、
   前記光学系は、
   前記発光素子の光を平行光にする平行光化手段と、
   延びる前記光の幅方向に長軸方向を向け、前記光の延びる方向に並んで配置した複数の楕円レンズと
   を備えることを特徴とする光源ユニット。
2. 前記平行光化手段は、複数の前記発光素子の光を反射して平行光にする反射面を有し、この反射面を、並べて配置された前記楕円レンズの各々の長軸方向の端部まで延ばした
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 前記発光素子が取り付けられた取付体を備え、
   この取付体の端部を並べて配置された前記楕円レンズの各々の長軸方向の端部まで延ばした
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源ユニット。
4. 前記取付体は柱状であり、複数の前記発光素子が前記取付体の外周面に並べて配置され、
   前記反射面は、前記取付体を囲み、前記外周面に対面するように設けられ、
   前記取付体は前記平行光化手段に対して嵌め込みによって取り付けられている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の光源ユニット。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の光源ユニットを備えたことを特徴とする照射装置。