JP2023083095A - フライアイレンズ、それを備える光照射装置、およびフライアイレンズの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のものに比べて、広い露光域の照度を均一に合わせる調整が行いやすいフライアイレンズを提供する。【解決手段】フライアイレンズ１０を、複数のレンズセグメント２０を第１の方向に並べて構成する。各レンズセグメント２０を、それぞれ複数のレンズ２４を第１の方向に直交する第２の方向に並べて構成する。各レンズセグメント２０の表面と裏面とは、互いに異なる光学特性を有しており、フライアイレンズ１０の表面の一部をレンズセグメント２０の表面で構成し残部をレンズセグメント２０の裏面で構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、光照射領域における照度分布を均一にするフライアイレンズ、それを備える光照射装置、およびフライアイレンズの製造方法に関する。

露光装置等の光源として光照射装置が使用されている。例えば図８に示すように、この光照射装置は、ランプ１と、反射鏡２と、シャッタ３と、フライアイレンズ４と、コリメーションミラー５とで構成されている。

ランプ１から放射された光は、反射鏡２で反射して向きを変え、シャッタ３を通ってフライアイレンズ４に入射する。

フライアイレンズ４は、入射した光の露光面６における照度分布を均一にする役割を有している。

フライアイレンズ４から出た光は、コリメーションミラー５で反射することによって平行光となり、露光面６に照射される。

特許文献１に開示されたフライアイレンズは、矩形状のレンズが一方向に突き合わせて互いに融着させた短冊状の複数のレンズセグメントで構成されており、このレンズセグメントを一方向とは直交する方向に並べることによって形成されている。

これにより、個々のレンズセグメントにおいて互いに隣り合うレンズとレンズとの接続面に隙間が生じにくく、かつ、１つのレンズに汚れや傷が生じても、そのレンズを含むレンズユニットを容易に交換することができる。

特開２０１１－９６１１号公報

しかしながら、近年、液晶パネルの大型化に伴って露光域も大型化しており、フライアイレンズの全体サイズも大型化してきている。このため、フライアイレンズを調整することによって広い露光域の照度を均一に合わせることの難易度が上がってきている。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のものに比べて、広い露光域の照度を均一に合わせる調整が行いやすいフライアイレンズ、それを備える光照射装置、およびフライアイレンズの製造方法を提供することにある。

本発明の一局面によれば、
複数のレンズセグメントを第１の方向に並べて構成されたフライアイレンズであって、
前記各レンズセグメントは、それぞれ複数のレンズを前記第１の方向に直交する第２の方向に並べて構成されており、
前記各レンズセグメントの表面と裏面とは、互いに異なる光学特性を有しており、
前記フライアイレンズの表面は、一部が前記レンズセグメントの前記表面で構成されており、残部が前記レンズセグメントの前記裏面で構成されている
フライアイレンズが提供される。

本発明の別の局面によれば、
上述したフライアイレンズを備える光照射装置が提供される。

本発明の他の局面によれば、
複数のレンズを第１の方向に直交する第２の方向に並べて構成されており、表面と裏面とが互いに異なる光学特性を有するレンズセグメントを複数用意し、
複数の前記レンズセグメントを前記第１の方向に並べてフライアイレンズを製造する方法であって、
複数の前記レンズセグメントを並べる際、前記フライアイレンズの表面に前記レンズセグメントの前記表面および前記裏面のいずれを配置するか選択して前記フライアイレンズの集光具合を調整する
フライアイレンズの製造方法が提供される。

本発明に係るフライアイレンズによれば、互いに異なる光学特性を有する表裏面を備えるレンズセグメントを使用していることにより、当該フライアイレンズの表面に各レンズセグメントの表面を使用するか裏面を使用するかで露光域の照度の調整を行うことができる。これにより、本発明に係るフライアイレンズによれば、広い露光域の照度を均一に合わせる調整が行いやすくなる。

本発明が適用された実施形態に係るフライアイレンズ１０の斜視図（ａ）および断面図（ｂ）である。 レンズユニット１２を示す分解斜視図である。 レンズセグメント２０における、レンズ２４の厚さと、保持しろ２６の厚さとを示す図である。 ホルダ２２にレンズセグメント２０を取り付けた状態を示す一部断面図である。 照射面における照射範囲の外形状が「糸巻型」である例を示す図である。 照射面における照射範囲の外形状が「樽型」である例を示す図である。 ホルダ２２の変形例を示す分解斜視図である。 露光装置等の光源として使用される光照射装置の一例を示す図である。

（フライアイレンズ１０の構成）
本発明が適用された実施形態に係るフライアイレンズ１０について以下に説明する。このフライアイレンズ１０は、図１に示すように、大略、一対のレンズユニット１２と、ケース１４とを備えている。

それぞれのレンズユニット１２は、図２に示すように、複数のレンズセグメント２０と、これらレンズセグメント２０を第１の方向（図中の左右方向）に並べて保持するホルダ２２とを有している。

各レンズセグメント２０は、複数のレンズ２４を第２の方向（第１の方向に直交する方向：図中の上下方向）に並べて構成されている。また、各レンズセグメント２０の両端部には、ホルダ２２に保持される保持しろ２６が形成されている。

各レンズ２４は、それらの表裏面で互いに異なる光学特性を有するように形成されており、これらレンズ２４を並べて構成された各レンズセグメント２０は、表裏面で互いに異なる光学特性を有している。なお、レンズ２４の材質としては、石英（合成・溶融）、ホウケイ酸ガラス、樹脂等が考えられる。

互いに異なる光学特性とは、例えば、一方の面が凸で他方の面が平面状のレンズ（平凸レンズ）、両面ともに凸状であるが、互いに径（湾曲の度合い）が異なるレンズ（両凸レンズ）等が考えられる。例えば、レンズ２４の図２における手前側の面（表面）は湾曲の度合いが比較的きつく、反対側の面（裏面）は湾曲の度合いが比較的緩くなっている。

また、各レンズ２４を接着によって第２の方向に繋げて並べてもよいし、プレス加工や低融点ガラスによる接着等によって複数のレンズ２４を第２の方向に並べた状態に構成してもよい。

なお、保持しろ２６の厚さは、図３に示すように、レンズ２４の厚さよりも薄くなるように形成してもよいし（ａ）、レンズ２４の厚さよりも厚くなるように形成してもよい（ｂ）。また、保持しろ２６の厚さをレンズ２４の厚さと同じにしてもよい。

図２に戻り、ホルダ２２は、上述のように複数のレンズセグメント２０を第１の方向に並べて保持する部材であり、一対の縦保持枠３０と上側横保持枠３２と下側横保持枠３４とで四角形状に形成されている。なお、ホルダ２２の材質としては、アルミ、ステンレス、真鍮等が考えられる。

縦保持枠３０は、ホルダ２２の縦方向左右に配置される部材であり、その厚みは、レンズセグメント２０を構成するレンズ２４の最大厚みよりもやや厚く形成されている。

上側横保持枠３２はホルダ２２の横方向上側に配置された部材であり、下側横保持枠３４はホルダ２２の横方向下側に配置された部材である。

また、上側横保持枠３２および下側横保持枠３４には、それぞれ断面をＬ字状に形成することによってそれぞれ内側に向かう保持溝４２が形成されており、この保持溝４２に各レンズセグメント２０の保持しろ２６が載置できるようになっている。

さらに、上側横保持枠３２および下側横保持枠３４の少なくともいずれか一方（本実施形態では上側横保持枠３２）における保持溝４２には、載置されたレンズセグメント２０を上側横保持枠３２および下側横保持枠３４のいずれか他方（本実施形態では下側横保持枠３４）に向けて押圧する第１押圧部材４６が配設されている。本実施形態の第１押圧部材４６には板バネが使用されているが、第１押圧部材４６は板バネに限定されるものではなく、上記機能を有する弾性部材であればどのようなものであってもよい。

また、一対の縦保持枠３０のいずれか一方（本実施形態では図中右側の縦保持枠３０）には、載置されたレンズセグメント２０を他方の縦保持枠３０（本実施形態では図中左側の縦保持枠３０）に向けて押圧する第２押圧部材４８が配設されている。本実施形態の第２押圧部材４８にも板バネが使用されているが、第２押圧部材４８は板バネに限定されるものではなく、上記機能を有する弾性部材であればどのようなものであってもよい。

ホルダ２２に必要な枚数のレンズセグメント２０を配置していくと、これら第１押圧部材４６および第２押圧部材４８の押圧力によってレンズセグメント２０がひとつの隅（本実施形態では図中左下側の隅）に向けて押圧されるので、この隅が基準位置（基準面）となって各レンズセグメント２０を正確な位置に配置することができる。

加えて、ホルダ２２は、上側横保持枠３２および下側横保持枠３４の保持溝４２に載置したレンズセグメント２０の保持しろ２６に当接するようにそれぞれ重ねて載せる一対の挟持板材４４を備えている。なお、この挟持板材４４は、単なる板材でもよいし、レンズセグメント２０保持しろ２６を保持溝４２に向けて押圧するような弾性材料（例えば板バネ）で構成してもよい。

これにより、第１押圧部材４６からの押圧力を受ける各レンズセグメント２０の図中上側の保持しろ２６が挟持板材４４と保持溝４２との間で挟持され（図４参照）、さらに、図中下側の保持しろ２６も挟持板材４４と保持溝４２との間で挟持されるので、各レンズセグメント２０がホルダ２２から浮き上がるのを防止できる。

ケース１４は、上述したレンズユニット１２を２枚収容できるようになっており、図１（ｂ）に示すように、各レンズユニット１２は所定の間隔をあけて対面状態で配置される。なお、ケース１４の材質としては、アルミ、ステンレス、真鍮等が考えられる。いずれの材質を選択する場合であっても、ホルダ２２の材質とケース１４の材質とを一致させるのが好適である。

（フライアイレンズ１０の組立・調整方法）
次に、上述したフライアイレンズ１０を組み立てる方法を簡単に説明し、然る後、このフライアイレンズ１０による露光域の照度の調整方法について説明する。

用意した複数のレンズセグメント２０の各両端（保持しろ２６）を上下の保持溝４２に載置して各レンズセグメント２０を第１の方向に並べていく。すべてのレンズセグメント２０を配置し終わった段階で、第１押圧部材４６および第２押圧部材４８によって各レンズセグメント２０が基準位置（本実施形態では左下側の隅）に対して正確に位置決めされる。

然る後、一対の挟持板材４４をそれぞれ上側横保持枠３２および下側横保持枠３４に取り付けることによってレンズユニット１２が完成する。そして、２枚のレンズユニット１２をケース１４に組み込むことでフライアイレンズ１０が完成する。なお、２枚のレンズユニット１２を組み込む際には、各レンズユニット１２における基準位置がフライアイレンズ１０の光軸方向を基本として同じ軸上にあるように設定するのが好適である。

フライアイレンズ１０による露光域の照度分布を調整する際には、レンズユニット１２を構成する複数のレンズセグメント２０のうちのいくつか（最低１つ）を裏返すことによって行う。つまり、複数のレンズセグメント２０を並べる際、フライアイレンズ１０の表面にレンズセグメント２０の表面および裏面のいずれを配置するか選択する。この結果、調整が終了した状態のフライアイレンズ１０では、一部がレンズセグメント２０の表面で構成されており、残部がレンズセグメント２０の裏面で構成される。

露光域の照度分布の調整についてより具体的に説明する。一般に、レンズ２４の凸面（本実施形態では表面）が外側になるように配置した場合、照射面における照射範囲の外形状は「糸巻型」（図５参照）となり、凸面が内側になるように配置した場合（つまり、本実施形態における裏面が外側になるように配置した場合）、照射面における照射範囲の外形状は「樽型」（図６参照）となる。そして、「糸巻型」では照射範囲における四隅の照度が比較的低くなり、逆に、「樽形」では照射範囲における四隅の照度が比較的高くなる。

このような特性を利用して、各レンズユニット１２を構成するレンズセグメント２０の一部を反転させることにより、照射範囲の外形状や照度分布を変化させることができるようになる。

もちろん、レンズセグメント２０毎に表面・裏面のどちらを外側に向けるかを調整してもよいし、複数のレンズセグメント２０の向きをまとめて調整してもよい。さらに言えば、レンズユニット１２単位でどちらの面を外側に向けるか調整してもよい。

なお、調整による照射状態の影響度は、調整したレンズセグメント２０がレンズユニット１２におけるどの位置にあるかによって異なる。一般に、光照射装置におけるランプから照射された光のフライアイレンズ１０に対する照度分布は、当該フライアイレンズ１０の中心付近が最も高く、当該中心付近から同心円状に低くなる。このため、レンズユニット１２の中央付近に配置されたレンズセグメント２０を調整した方が照射面における照度分布の変化も大きくなる。

また、一対のレンズユニット１２同士の間隔を変更することによっても照度分布の調整を行うことができる。

（フライアイレンズ１０の特徴）
本実施形態に係るフライアイレンズ１０によれば、互いに異なる光学特性を有する表裏面を備えるレンズセグメント２０を使用していることにより、当該フライアイレンズ１０の表面に各レンズセグメント２０の表面を使用するか裏面を使用するかで露光域の照度の調整を行うことができる。これにより、本発明に係るフライアイレンズ１０によれば、広い露光域の照度を均一に合わせる調整が行いやすくなる。

また、本実施形態に係るフライアイレンズ１０は、レンズユニット１２を２枚１組で使用しており、相対する１組のレンズ２４同士の中心軸を他の組のレンズ２４同士の中心軸とそれぞれ平行に揃えておく必要があるが、１つのレンズユニット１２におけるレンズセグメント２０単位で配置位置調整が可能であることから、これら中心軸の調整も容易に行うことができる。

さらに、先に述べたように、基板となるガラスや液晶パネルの大型化に伴ってフライアイレンズも大型化していることから、フライアイレンズ自体の重量や寸法が大きくなっており、取り扱いが困難になっているところ、本実施形態に係るフライアイレンズ１０であれば、レンズセグメント２０単位で組み立てていけるので、ホルダ２２への設置が容易になる。

また、従来のように１枚もののレンズユニット１２の場合、どこか一つでも欠陥があればレンズユニット１２全体が無駄になってしまうが、本実施形態に係るフライアイレンズ１０であれば、欠陥が生じたレンズ２４を含むレンズセグメント２０のみを交換すればよいので、レンズユニット１２（フライアイレンズ１０）の歩留まりが向上する。

（変形例１）
上述した実施形態では、各レンズセグメント２０は複数のレンズ２４を第２の方向（図中上下方向）に並べて構成されており、複数のレンズセグメント２０を第１の方向（図中左右方向）に引き揃えるようにしてレンズユニット１２が構成されていたが、第１の方向と第２の方向とを逆にして、複数のレンズ２４を第２の方向（左右方向）に並べてレンズセグメント２０を構成し、複数のレンズセグメント２０を第１の方向（上下方向）に引き揃えるようにしてレンズユニット１２を構成してもよい。

（変形例２）
ホルダ２２の構造は、上述したものに限られず、例えば、図７に示すように、一対の縦保持枠３０と上側横保持枠３２と下側横保持枠３４とをそれぞれ別個に形成し、これらを組み上げることで四角形状のホルダ２２を構成してもよい。

縦保持枠３０は、ホルダ２２を組み上げたときに縦方向左右に配置される部材であり、両端部には、レンズセグメント２０の保持しろ２６と同じ厚みの保持枠保持しろ３６が形成されている。また、保持枠保持しろ３６以外の本体部分の厚みは、レンズセグメント２０を構成するレンズ２４の最大厚みよりもやや厚く形成されている。

上側横保持枠３２は、ホルダ２２を組み上げたときに横方向上側に配置される部材であり、その下面には長手方向に延びる上側溝３８が形成されている。この上側溝３８は、レンズセグメント２０の保持しろ２６や、縦保持枠３０の保持枠保持しろ３６が嵌め込まれるようになっている。

下側横保持枠３４は、ホルダ２２を組み上げたときに横方向下側に配置される部材であり、その上面には長手方向に延びる下側溝４０が形成されている。この下側溝４０は、レンズセグメント２０の保持しろ２６や、縦保持枠３０の保持枠保持しろ３６が嵌め込まれるようになっている。

この変形例２に係るホルダ２２を用いてフライアイレンズ１０を組み立てる場合、用意した複数のレンズセグメント２０を第１の方向に並べた後、左右両端にホルダ２２の縦保持枠３０を並べる。これで、各レンズセグメント２０の保持しろ２６と、一対の縦保持枠３０の保持枠保持しろ３６とが一方向に並んだ状態になる。

然る後、上側横保持枠３２の上側溝３８に保持しろ２６および保持枠保持しろ３６が嵌まるようにして上側横保持枠３２を取り付ける。同様に、下側から下側横保持枠３４を取り付ける。

ここまででレンズユニット１２が完成する。完成した一対のレンズユニット１２をケース１４内に収容してフライアイレンズ１０が完成する。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０…フライアイレンズ、１２…レンズユニット、１４…ケース
２０…レンズセグメント、２２…ホルダ
２４…レンズ、２６…保持しろ
３０…縦保持枠、３２…上側横保持枠、３４…下側横保持枠、３６…保持枠保持しろ、３８…上側溝、４０…下側溝、４２…保持溝、４４…挟持板材、４６…第１押圧部材、４８…第２押圧部材

Claims (3)

1. 複数のレンズセグメントを第１の方向に並べて構成されたフライアイレンズであって、
   前記各レンズセグメントは、それぞれ複数のレンズを前記第１の方向に直交する第２の方向に並べて構成されており、
   前記各レンズセグメントの表面と裏面とは、互いに異なる光学特性を有しており、
   前記フライアイレンズの表面は、一部が前記レンズセグメントの前記表面で構成されており、残部が前記レンズセグメントの前記裏面で構成されている
   フライアイレンズ。
2. 請求項１に記載のフライアイレンズを含む光照射装置。
3. 複数のレンズを第１の方向に直交する第２の方向に並べて構成されており、表面と裏面とが互いに異なる光学特性を有するレンズセグメントを複数用意し、
   複数の前記レンズセグメントを前記第１の方向に並べてフライアイレンズを製造する方法であって、
   複数の前記レンズセグメントを並べる際、前記フライアイレンズの表面に前記レンズセグメントの前記表面および前記裏面のいずれを配置するか選択して前記フライアイレンズの集光具合を調整する
   フライアイレンズの製造方法。

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