KR100193330B1

KR100193330B1 - 조명장치

Info

Publication number: KR100193330B1
Application number: KR1019950019767A
Authority: KR
Inventors: 마사히코 고쿠보; 겐지 우에야마; 겐지 엔도
Original assignee: 이시다 아키라; 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1999-06-15
Also published as: US5718503A; JP2957910B2; EP0691558A2; EP0691558A3; JPH0876049A

Abstract

피조사면에서 조도분포의 대칭성을 파괴하지 않고, 피조사면을 효과적으로 조명하는 조명장치가 개시되었다. 광원은 광원과 떨어진 위치에 광원이미지를 형성하기 위해 구형거울의 곡률중심에서 구형거울의 대칭축을 포함하는 이동평면의 방향으로 이동된다. 이 때문에 구형거울에서의 광선은 광원을 비켜 통과하고(즉, 광원이미지의 위치), 따라서 반사광이 광원에 의해 차폐, 흡수되지 않고 또 간섭도 받지 않아 빛의 효과적인 사용의 열화를 차례차례 방지한다. 또한 광원, 구형거울 및 렌즈가 피조사면의 중심축에 대해서 렌즈의 중심점으로 향해 경사지고, 중심축과 수직인 이동방향으로 일정 거리만큼 이동된 광원유니트에 조립된다. 그러므로, 피조사면에서의 조도분포가 조절되고, 피조사면에서 조도분포의 대칭성이 향상된다.

Description

조명장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 조명장치를 나타내는 도면.

제2a도는 및 제2b도는 광원의 광도분포특성을 나타내는 도면.

제3도는 광원 및 광원이미지 사이의 위치관계를 나타내는 개략도.

제4도는 광선의 수렴각도에서 이동량을 계산하는데 사용된 비례 상수의 그래프.

제5도는 광원유니트가 경사지지 않고 또 이동도 되지 않은 피조사면에서의 조도분포를 나타내는 그래프.

제6도는 광원유니트가 이동방향(X)으로 이동된 피조사면에서의 조도분포를 나타내는 그래프.

제7도는 광원유니트가 이동되지 않지만, 피조사면의 중심축에 대해서 경사진 피조사면에서 조도분포를 나타내는 그래프.

제8도는 광원유니트가 이동되고, 피조사면의 중심축에 대해서 경사진 피조사면에서 조도분포를 나타내는 그래프.

제9도는 본 발명의 제2실시예에 의한 조명장치를 나타내는 도면.

제10도는 광원유니트가 이동되지 않지만, 렌즈가 피조사면의 중심축에 대해 경사진 피조사면에서 조도분포를 나타내는 그래프.

제11도는 렌즈가 피조사면의 중심축에 대해서 경사질 뿐만 아니라, 광원유니트가 경사진 렌즈와 함께 이동되는 피조사면에서 조도분포의 그래프.

제12도는 본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 의한 조명장치를 나타내는 도면.

제13a, 13b, 13c도는 렌즈내에서 다중반사광의 광경로를 나타내는 도면.

제14a도 및 제14b도는 광확산면의 확산특성을 나타내는 도면.

제15도 및 제16도는 종래 조명장치의 개략적인 단면도.

제17도는 제16도의 조명장치내에서 광원, 광원이미지 및 구형거울 사이의 위치관계를 나타내는 도면.

제18도는 광원과 광원이미지의 광도분포특성을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 피조사면 4 : 광원

4a : 유리용기 4b : 발광부

6 : 구형거울 6a : 곡률중심

8 : 렌즈 10 : 광원이미지

14 : 유리플레이트(제1투명플레이트)

16 : 유리플레이트(제2투명플레이트)

18 : 프레스넬렌즈 CA : 중심축

OA : 광축 SA : 대칭축

본 발명은 플레이트(plate)를 제조하기 위한 접촉형 프린터와 액정표시장치(liquidcrystal display)등을 제조하기 위한 프록시미티(proximity) 노광장치등에 적용가능한 조명장치에 관한 것이다.

일본공개특허공보 평2-289834호에는 이러한 종류의 종래 조명장치가 개시되었다. 제15도는 개시된 조명장치의 개략단면도이다. 피조사면(2)을 조사하기 위한 종래의 조명장치는 광원(4), 구형거울(6) 및 콘덴서렌즈(8)를 구비한다. 조명장치에 있어서, 피조사면(2)과 대향하는 광원(4)의 전반면에서 방출된 광선은 콘덴서렌즈(8)을 통하여 피조사면(2)을 조명한다. 한편, 광원(4)이 구형거울(6)의 곡률중심에 위치되어 있기 때문에 구형거울(6)과 대향하는 광원(4)의 후반면에서 방출된 광선은 구형거울(6)에 의해 반사되어 광원(4)으로 되돌아간다. 반사광은 광원(4)을 통과해서 피조사면(2)이 조사되도록 콘덴서렌즈(8)로 들어간다. 이와 같은 방식으로, 구형거울(6)은 광원(4)에서 피조사면(2)까지 효과적으로 광선을 가이드하고, 피조사면(2)을 효과적으로 조명한다.

그러나, 구형거울(6)의 곡률중심에서 광원(4)의 위치는 다음과 같은 문제를 발생시킨다.

첫째, 구형거울(6)에 의해 반사된 광선은 되돌아가 광원(4)을 통과하기 때문에 광원(4)의 발광부분은 차폐, 흡수 또는 분산되어 광의 효과적인 사용과 반대된다.

또한, 광원(4)의 수명이 종료될 때 새로운 광원으로 교체하는 것이 필요하지만, 광원이 동일하게 구성되더라도 정확히 같지 않기 때문에 새로운 광원(4)의 발광부는 교체후 이전위치에서 이동되므로 구형거울(6)로 부터의 반사광이 새로운 광원(4)을 통과하는 위치는 교체후 이전위치와는 다르게 된다. 이것이 광원이미지의 광도분포를 파괴시켜 피조사면(2)의 조명상태를 변화시킨다. 여기서 광도분포는 광원 또는 광원이미지의 광도가 여러 방향에서 어떻게 분포되었는가를 나타내는 분포이다.

또, 발광부의 온도는 구형거울(6)을 포함하지 않는 조명장치보다 상기 조명장치에서 더 증가한다. 발광부에서의 휘도가 향상되었지만, 이것은 광원(4)의 수명단축 또는 광원(4)의 폭발로 귀착된다.

이들 문제에 대한 종래의 해결책은, 예를들면 일본공개특허공보 평2-226606호에 개시된 바와 같이 구형거울(6)의 곡률중심에서 광원(4)을 이동시키는 것이다. 제16도에 있어서, 광원(4)은 광축(OA)과 대칭인 위치에서 광원(4)의 광원이미지(10)를 형성하기 위해 구형거울(6)의 곡률중심(6a)에서 광축(OA)과 수직인 방향(X)으로 이동된다. 그 결과, 구형거울(6)에 의해 반사된 광선이 광원(4)을 통과하지 못하게 되어, 상기 문제점이 해결된다.

그러나, 제16도의 조명장치는 또다른 문제를 발생시킨다. 즉, 광원이미지(10)의 광도분포의 대칭성이 광원(4)의 위치가 이동된 이동평면에서 크게 파괴된다(즉, 제16도의 평면). 따라서, 피조사면(2)에서의 조도분포는 피조사면(2)의 중심축(CA)에 대해서 비대칭으로 된다. 제16도의 장치에 있어서, 특히 중심축(CA)은 광축(OA)과 일치한다.

이 문제의 원인은 다음과 같다. 제17도 및 제18도가 참조된다. 예를들면, 제17도에 도시된 바와 같이 광원(4)의 구형거울(6)의 곡률중심(6a)에서 광축(OA)과 수직인 방향(X)으로 거리(dx)만큼 이동된다면, 광원이미지(10)에서 각도(θ)로 방출된 광선은 다음의 관계식을 만족한다.

여기서, R1은 광원(4)과 곡률반지름(R)을 가지는 구형거울(6) 사이의 거리이고, R2는 구형거울(6)과 광원이미지(10) 사이의 거리이다.

제18a도에 도시된 바와 같이, 곡률반지름(R)의 150㎜이고, 이동량(dx)이 15㎜라고 가정하면, 피조사면(2)으로 향한 광원이미지(10)의 광도분포의 대칭성은 이동평면상에서 크게 파괴된다(즉, 제18a도의 평면). 그러므로, 피조사면(2)으로 향한 광원(4)의 광도분포의 대칭성이 우수하더라도(제18b도), 2개의 광도분포가 오버랩(overlap)하는 피조사면(2)에서 조도분포는 중심축(CA)에 대해서 비대칭하게 된다.

피조사면(2)에서의 비대칭 광도분포와 열화된 조명효과는 제15도 및 제16도의 종래 조명장치의 문제만은 아니다. 종래의 조명장치에 있어서, 콘덴서렌즈(8)로 입사하는 광선이 광학평면에서 여러번 반사되거나 다중반사되기 때문에 일반광선(다중반사가 발생되지 않는)뿐만 아니라 다중반사광도 또한 콘덴서렌즈(8)에서 피조사면(2)으로 조사될 수 있다. 다중반사광은 피조사면(2)에서 국부적으로 집중될 수 있어 불균일한 조도분포가 발생된다. 그러므로, 이러한 다중반사광을 발생시키는 조명장치가 플레이트를 제조하기 위한 접촉형 프린터에 사용되면, 망판점의 밀도분포가 불규칙하게 된다. 이러한 다중반사광을 발생시키는 조명장치가 액정표시장치를 제조하기 위한 프록시미티 노광장치에 사용되면, 액정표시장치 플레이트에서의 휘도분포가 불규칙하게 된다.

본 발명은 중심축을 가지는 피조사면을 조명하기 위한 조명장치에 대한 것이다. 상기 장치는 전후반부를 가지고, 상기 전후반부에서 광선을 방출하는 광원과; 상기 후반부에서 광선을 반사하기 위해 광원의 후반부와 대향 배치되고, 대칭축과 곡률중심을 가지는 구형거울과; 전반부로부터의 광선과 구형거울로부터의 반사광을 피조사면으로 안내하기 위해 광원의 전반부와 대향 배치되는 광학수단을 구비하고, 광원은 구형거울의 곡률중심에서 구형거울의 대칭축이 위치된 이동평면으로 이동되며, 광학수단은 이동평면에서 피조사면의 중심축에 대해 경사지게 된다.

바람직한 실시예에 있어서, 광원은 광선을 방출하기 위한 발광수단과 상기 발광수단을 봉입하기 위한 원통형이나 구형의 유리용기를 구비하고, 광원은 구형거울의 곡률중심에서 유리용기의 반지름의 절반보다 더 큰 거리만큼 이동된다.

바람직하게, 광원, 구형거울 및 광학수단은 피조사면의 중심축에 대해서 하나의 유니트로서 경사지게 된다.

광학수단는 렌즈시스템과 렌즈시스템에서 광선의 반사를 제어하기 위한 반사제어수단을 구비할 수 있다.

반사제어수단은 반사방지수단을 구비할 수 있다.

또다른 바람직한 실시예에 있어서, 렌즈시스템은 프레스넬면과 광원을 향하고 있고 평면을 가지는 프레스넬렌즈와; 프레스넬렌즈의 광원쪽에 배치된 제1투명플레이트와; 프레스넬렌즈의 피조사면쪽에 배치된 제2투명플레이트를 구비하고, 제1투명플레이트와 프레스넬렌즈는 광학적으로 서로 밀접하게 접촉된다.

반사제어수단은 광확산수단을 구비할 수 있다.

본 발명의 제1측면에 의하면, 광학수단은 광원의 전반부와 대향하도록 배치되고, 구형거울은 광원의 후반부와 대향하도록 배치되며, 광원은 구형거울의 곡률중심으로부터 구형거울의 대칭축을 포함하는 이동평면으로 이동된다. 그러므로, 광원에서 방출된 광선중 구형거울과 대향하는 광원의 후반부에서 방출된 광선은 광원과 떨어진 위치에서 광원이미지를 형성하기 위해 구형거울에 의해 반사된다. 그래서, 구형거울에서의 광선은 광원을 비켜 통과하고(즉, 광원이미지의 위치), 반사광은 차폐, 흡수 및 분산되지 않고 또 광원에 의해 간섭도 받지 않아 차례차례, 광의 효과적인 사용의 열화를 방지한다. 또한, 광학수단이 이동평면에서 피조사면의 중심축에 대해서 경사져 있기 때문에, 피조사면에서의 조도분포는 피조사면의 중심축에 대해서 거의 대칭적이 되게 조절된다.

본 발명의 제2측면에 의하면, 광원은 광선을 방출하기 위한 발광수단과, 발광수단을 봉입하기 위한 원통형이나 구형의 유기용기 및, 구형거울의 곡률중심에서 유리용기의 반지름의 절반보다 큰 거리만큼 이동되는 광원을 구비한다. 그러므로, 광원들이 서로 오버랩되지 않아 빛의 효과적인 사용이 가능하다.

본 발명의 제3측면에 의하면, 광원, 구형거울 및 광학수단은 피조사면의 중심축에서 이동평면으로 하나의 유니트와 같이 이동된다. 그러므로, 피조사면의 조도분포는 더 조절되고, 피조사면에서 조도분포의 대칭성은 더욱 향상된다.

본 발명의 제4측면에 의하면, 광원, 구형거울 및 광학수단은 피조사면의 중심축에 대해서 경사져 하나의 유니트와 같이 배치된다. 그러므로, 피조사면에서의 조도분포는 조절되고, 피조사면에서의 조도분포 대칭성은 향상된다.

본 발명의 제5측면에 의하면, 광학수단은 렌즈시스템과 반사제어수단을 구비한다. 그러므로, 광학수단내에서 전파되는 반사광은 반사제어수단으로 제어된다.

본 발명의 제6측면에 의하면, 광학수단내에서 반사광은 차례차례 다중 반사광의 발생을 억제하는 반사제어수단의 반사방지수단으로 억제된다.

본 발명의 제7측면에 의하면, 제1투명플레이트와 프레스넬렌즈는 광학적으로 서로 밀접하게 접촉되어 있다. 이 광학적 밀접접촉은 프레스넬렌즈와 대향하는 제1투명플레이트의 평면과 제1투명플레이트와 대향하는 프레스넬렌즈의 평면사이에 접착제 또는 액체를 충전하기 위한 수단을 포함한다. 서로 광학적으로 서로 밀접하게 접촉되어 결합되었을 때, 이들 평면은 반사면같이 작용하지 않는다. 그러므로, 다중 반사광선의 발생이 억제된다.

본 발명의 제8측면에 의하면, 광학수단는 광확산수단을 구비한다. 그러므로, 곽학수단내에서 전파되는 광선이 광확산장치에서 반사되더라도, 결과적으로 반사광은 일정한 각도범위에서 확산된다. 이것이 피조사면에서 다중 반사광의 국부적인 집중을 방지하므로 피조사면에서 조도분포의 균일성을 향상시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은, 피조사면에서 조도분포의 대칭성을 파괴하지 않고, 효과적으로 피조사면을 조명하는 조명장치를 얻는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 다중반사광의 발생을 억제하면서 피조사면을 조명하는 조명장치를 얻는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 다중반사광의 국부적인 집중을 감소시키고, 피조사면에서 조도분포의 균일성을 향상시키는 조명장치를 얻는데 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 양상, 이점들은 첨부된 도면과 결합된 이하의 상세한 설명에서 보다 명백하게 될 것이다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 조명장치를 나타내는 도면이다. 조명장치는 제16도의 종래 조명장치와 크게 두가지 다른점이 있다. 첫째, 광원(4), 구형거울(6) 및 렌즈(8)가 하나의 유니트에 조립되고, 이 조립품(이하 광원유니트라 한다)(12)이 피조사면(2)의 중심축에 대해서 경사지게 된다. 둘째, 광원유니트(12)는 중심축(CA)에 대해서 수직인 방향(X)(즉, 이동방향)으로 일정거리(dxi)만큼 이동된다. 그 밖에, 제1실시예의 조명장치는 제16도의 종래 조명장치와 기본적으로 동일하다.

본 발명의 제1실시예에 있어서, 광원(4)은 이동방향(X)에 대해서 수직인 방향(이하 Y방향이라 한다)으로 연장하는 소정 반지름(즉, 반지름 r4a)의 원통형 유리용기내에 발광부를 봉입해서 제조된 금속할로겐 램프이다. 이렇게 제조된 광원(4)은 제2a도 및 제2b도에 도시된 광도분포특성을 갖는다.

광원(4)은 구형거울의 곡률중심에서 제1도에 도시된 유리용기의 반지름(r4a)의 절반 보다 큰 거리(dx)만큼 이동된다. 그러므로, 광원(4)에서 방출된 광선중, 구형거울(6)과 대향하는 광원(4)의 후반면에서 방출된 광선은 구형거울(6)에 의해 반사되어, 구형거울(6)에 대칭축(SA)에 대해서 대칭인 위치에서 광원이미지(10)에 집중된다. 광원이미지(10)가 광원(4)과 떨어져 형성되고, 구형거울(6)에서의 광선이 광원(4)과 떨어진 위치(즉, 광원이미지 10 위치)를 통과하기 때문에, 반사광은 광원(4)의 발광부에 의해 차폐, 흡수, 분산 및 간섭도 받지 않아 빛의 효과적인 사용이 유지된다. 제1실시예는 광원(4)이 광원이미지(10)를 오버랩하지 않게 거리(dx) 이상으로 이동되는 것이 필요하지만, 광원(4)이 구형거울(6)의 곡률중심(6a)에서 떨어져 이동되는한 광원이미지(10)와 광원(4)의 위치가 일치하는 것을 방지할 수 있으므로 빛의 효과적인 사용을 보장한다.

지금부터, 빛의 효과적인 사용을 향상시키기 위한 광원(4)의 최적 이동에 대한 설명에 대해서 제3도가 참조된다. 제3도는 광원(4)의 발광부(4b)에서 방출된 광선이 구형거울(6)에 의해 반사되어, 광원(4)의 유리용기(4a)의 외면과 접해서 광원(4)을 통과하는 광선의 광경로를 나타낸다. 광선이 각도(θ) 이하에서 이러한 광경로를 따라 전파될 때, 광부(4b)의 후반면에서 방출된 광선은 유리용기(4a)를 통과하지 않고 광원이미지(10)을 형성한다. 그러므로, 유리용기(4a)의 존재 때문에 빛의 일부가 감소되지 않아 빛을 보다 잘 사용할 수 있다. 제3도는 조명을 투명하게 하기 위해 광원(4)에 가깝게 배치된 구형거울(6)을 나타내지만, 일반적으로 구형거울(6)의 곡률반지름은 유리용기(4a)의 반지름(r4a)보다 충분히 크다.

제3도에 도시된 바와 같이 광선이 전파될 때, 거리(dx)는 다음과 같이 표현된다.

여기서, r4b는 발광부(4b)의 반지름이고, θ는 광원이미지에서 나타내는 각도이다. 비례상수(A)는 제4도 도시된 바와 같이 변화한다. 그래서, 분기각도, 즉 광원(4) 및 광원이미지(10)에서 렌즈(8)로 입사하는 광선의 수렴각도(θ)가 일단 결정되면, 구형거울(6)의 곡률중심(6a)에서 상기 식(2)에 나타난 거리(dx) 이상으로 광원(4)을 이동시키는 것에 의해 빛이 효과적으로 사용될 수 있다.

제1도를 다시 참조하면, 구형거울(6)의 대향하는 광원(4)의 후반면에서 방출된 광선을 반사하고, 구형거울(6)의 대칭축(SA)에 대해서 대칭인 위치에서 광원(10)을 형성하기 위해 구형거울(6)은 피조사면(2)의 반대측, 즉 광원(4)에서 볼 때, -Z방향에 배치된다. 장방형 개구를 포함하는 광차폐플레이트(20)는 광원이미지(10)와 광원(4)이 위치된 XY평면에 배치된다. 광차폐플레이트(20)의 기능은 피조사면(2) 또는 렌즈(8)에 의해 반사되어 구형거울(6)과 충돌해서 구형거울(6)로 다시 되돌아가는 불필요한 광선을 방지하는 것이다. 그러므로, 피조사면(2)에서의 조도분포는 우수한 대칭상태로 유지된다.

렌즈(8)는 광원(4)와 피조사면(2)사이에 위치된다. 렌즈(8)는 2개의 유리플레이트(14, 16)와 그 사이에 배치된 하나의 프레스넬렌즈(18)로 형성된다.

상기와 같은 구성을 가지는 조명장치는, 광원(12)의 이동량(dxi)과 기울기(dθ)에 의해 피조사면(2)에서 조도분포를 조절할 수 있고, 따라서 피조사면(2)에서 중심축(CA)에 대해 거의 대칭인 조명을 보장할 수 있다.

상기 실시예는 피조사면(2)의 중심축(CA)에 대해서 경사지게 될 뿐만 아니라 이동방향(X)으로 이동된 광원유니트(12)를 필요로 하지만, 광원유니트(12)가 단지 경사지게 될 때에도 유사한 효과가 얻어진다.

이제, 상기와 같은 구성을 가지는 조명장치의 효과(즉, 피조사면 2에서 조도분포의 우수한 대칭성)를 논하기 위해 조명장치의 4가지 변형의 구체적인 구성이 설명될 것이다.

제1변형의 구성(a)은 광원유니트(12)가 경사지지 않고, 또 이동도 되지않는 것이다(제16도의 종래기술). 제2변형의 구성(b)은 광원유니트(12)가 이동만 된 것이다. 제3변형의 구성(c)은 광원유니트(12)가 경사만 진 것이다. 제4변형의 구성(d)은 광원유니트(12)가 경사지고, 또 이동된 것이다.

표 1은 조명장치의 구체적인 구성을 나타낸다. 4가지 변형에 있어서, 피조사면(2)은 1000㎜×800㎜이고, 광원(4)의 이동량(dx)은 15㎜이다.

표 1에서, 제일 왼쪽칸의 기호(i)에 대해서, i=0는 광원(4)을 나타내고, i=1은 구형거울(6)의 반사면을 나타내며, i=2는 광원이미지(10)를 나타내고, 그리고 i=3-8은 렌즈(8)를 형성하는 유리플레이트(14), 프레스넬렌즈(18) 및 유리플레이트(16)의 표면을 나타낸다. 다음칸 기호(ri)에 대해서, r1은 구형거울(6)의 곡률반지름을 나타내고, r3∼r8은 렌지(8)를 형성하는 유리플레이트(14), 프레스넬렌즈(18) 및 유리플레이트(16) 표면의 곡률반지름을 나타낸다. 그 다음칸의 기호(di)는 광축 OA상의 i면과(i+1)면 사이의 면대면거리를 나타낸다. 가장 오른쪽 칸의 기호(n404.66)는 404.66㎜의 파장을 가지는 빛에 대한 플레이트(14), 프레스넬렌즈(18) 및 유리플레이트(16)의 굴절율을 나타낸다.

(a) 제5도는 광원유니트(12)가 경사지지 않고, 이동도 되지않은 피조사면(2)에서의 조도분포를 나타낸다(dθ=0°; dxi=0). 제5도(또한 제6도 내지 제8도, 제10도 및 제11도)에 있어서, 실선은 피조사면(2)의 중심으로부터 이동방향(X)으로 피조사면(2)에서의 조도를 나타내고, 점선은 피조사면(2)의 중심으로부터 Y방향으로 피조사면(2)에서의 조도를 나타내며, 일점쇄선은 피조사면(2) 중심으로부터 이동방향(X)(즉, 피조사면의 대각선 방향)에 대해서 38.7°의 방향으로 피조사면(2)에서의 조도를 나타낸다. 제5도에 있어서, 조도는 조사면 중심의 조도가 100인 상대치로 도모된다. 제5도에서 알 수 있는 바와 같이, 이동방향(X)에서 조도의 대칭성은 크게 파괴된다(실선). 또한, 전체로서 피조사면(2)에서 조도분포의 대칭성은 나쁘다.

(b) 제6도는 광원유니트(12)가 이동방향(X)으로 이동량 dxi-45㎜ 만큼 이동된 피조사면(2)에서의 조도분포를 나타낸다(dθ=0°; dxi=45㎜). 조도분포의 대칭성은 광원유니트(12)를 이동방향(X)으로 이동시키는 것만으로 향상되지 않는다. 피조사면(2)에서의 조도는 여전히 비대칭이다.

(c) 제7도는 광원유니트(12)가 이동되지 않지만 피조사면(2)의 중심축(CA)에 대해서 3.5° 경사진 피조사면(2)에서의 조도분포를 나타낸다(dθ=3.5°; dxi=0). 제5도와 제6도를 비교하여 피조사면(2)에서 조도분포의 대칭성은 광원유니트(12)가 경사질 때, 크게 향상되는 것을 명백하게 나타낸다. 특히 이동방향(X)에 있어서, 대칭성의 향상은 현저하다.

(d) 제8도는 광원유니트(12)가 피조사면(2)의 중심축에 대해서 3.5°경사질 뿐만 아니라 이동방향(X)는 45㎜ 이동된 피조사면(2)에서 조도분포를 나타낸다(dθ=3.5°; dxi=45㎜). 이것은 상기 제1실시예와 같다. 제7도와 같이 제8도에 있어서, 피조사면(2)에서 조도분포의 대칭성은 크게 향상된다. 게다가, 피조사면(2)의 대각선 방향에서의 조도가 제7도의 피조사면(2)의 단부에서 떨어지지만(제7도의 일점쇄선), 조도의 떨어짐은 제8도에서 억제된다. 따라서, 피조사면(2)이 더 조명된다.

상기한 바와같이, 광원유니트(12)가 피조사면(2)의 중심축(CA)에 대해서 경사질 때, 피조사면(2)에서의 조도분포는 중심축(CA)에 대해서 거의 대칭으로 조절되어 피조사면(2)이 더 조명된다.

또한, 이동방향(X)으로 광원유니트(12)를 이동시키는 것에 의해 피조사면(2)의 단부에서 조도의 떨어짐이 억제되어 피조사면(2)이 더 조명된다.

제9도는 본 발명의 제2실시예에 의한 조명장치를 나타내는 도면이다. 제1실시예에 의한 조명장치와 달리 제2실시예에 의한 조명장치에서는 렌즈(8)만이 피조사면(2)의 중심축(CA)에 대해서 경사지게 배치되었다. 그러나, 광원(4), 구형거울(6) 및 렌즈(8)로 형성된 광원유니트(12)가 하나의 유니트로서 제1실시예와 같이 경사진 렌즈(8)와 함께 이동량(dxi)만큼 이동방향(x)으로 이동된다. 그 밖에, 제2실시예의 조명장치는 제1실시예의 조명장치와 같고, 따라서 중복설명은 간단히 생략될 것이다.

제2실시예에 있어서, 광원(4)이 구형거울(6)의 곡률중심에서 떨어져 배치되므로 광원이미지(10)는 광원(4)의 위치에 형성되지 않는다. 그러므로, 광원(4)의 발광부는 광선을 차폐, 흡수하지 않고 또 분산시키지도 않으므로 빛의 효과적인 사용이 유지된다. 게다가, 렌즈(8)가 경사지게 배치되고, 광원유니트(12)가 이동된 위치에 배치되므로, 피조사면(2)에서의 조도분포는 중심축(CA)에 대해서 거의 대칭으로 조절되고, 따라서 피조사면(2)을 더 조명한다.

제2실시예는 렌즈(8)가 경사지고, 광원유니트(12)가 경사진 렌즈(8)와 함께 이동방향(X)으로 이동되는 것을 필요로 하지만, 렌즈(8)가 경사지고, 광원유니트(12)가 이동되지 않더라도 유사한 효과가 얻어진다.

이제, 상기한 구성을 가지는 조명장치 효과를 논하기 위해(즉, 피조사면 2에서 조도분포의 우수한 대칭성), 조명장치의 2가지 변형의 구체적인 구성이 설명될 것이다. 제1변형의 구성(a)은 렌즈(8)만이 경사진 것이고, 제2변형의 구성(b)은 렌즈(8)가 경사지고, 광원유니트(12)도 이동된 것이다.

(a) 제10도는 렌즈(8)만이 피조사면(2)의 중심축(CA)에 대해서 3.5° 경사지고, 광원유니트(12)는 이동되지 않은 피조사면(2)에서의 조도분포를 나타낸다(dθ=3.5°; dxi=0). 제10도에 있어서, 단지 렌즈(8)만 경사지게 배치하는 것에 의해 피조사면(2)에서 조도분포의 대칭성은 크게 향상된다.

(b) 제11도는 렌즈(8)가 피조사면(2)의 중심축(CA)에 대해서 3.5° 경사지고, 광원유니트(12)가 경사진 렌즈(8)와 함께 이동방향(X)으로 4.5㎜ 이동된 피조사면(2)에서의 조도분포를 나타낸다(dθ=3.5°; dxi=45㎜). 이것은 상기 제1실시예와 동일하다. 제10도와 같이 제11도에 있어서, 피조사면(2)에서 조도분포의 대칭성은 크게 향상된다. 또, 피조사면(2)의 대각선 방향에서의 조도는 제10도의 피조사면(2)의 단부에서 떨어진 반면에, 조도의 떨어짐은 제11도에 억제된다. 따라서, 피조사면(2)이 더 조명된다.

상기 실시예들은 광원(4)으로서 원통형광원(금속할로겐 램프)을 사용하지만, 광원(4)은 이것에 한정되지 않는다. 오히려, 할로겐램프나 구형광원이 광원(4)으로 사용될 수 있다. 또, 상기한 바와 같이 원통형 유리용기내에 발광부를 봉입해서 제조된 광원(4)을 사용하는 대신에 발광부만을 구성된 광원이 광원(4)로 사용될 수 있다.

렌즈(8)의 구성은 프레스넬렌즈를 사용해서 형성된 상기 렌즈(8)에 한정되지 않는다. 오히려, 제12도에 도시된 바와 같이 조명장치분야에서 통상적으로 사용되는 일반콘덴서렌즈가 사용될 수 있다. 유리플레이트(14, 16)는 투명한 광학수지 플레이트로 대체될 수 있다. 유리플레이트(14, 16)는 유리플레이트이나 광학수지플레이트로 형성된 제1 및 제2투명플레이트이다. 프레스넬렌즈(18)는 이러한 재료로 구성된 제1 및 제2투명플레이트 사이에 배치되어, UV광의 노출에 의한 프레스넬렌즈(18) 재료의 열화를 방지하고, 렌즈(18) 표면의 긁힘을 방지한다. 이것은 먼지로부터의 프레스넬표면을 보호한다.

상술한 바와 같이, 피조사면에서 조도분포의 대칭성과 피조사면을 조명하는 효율성에 관한 발명이 설명되었다. 본 발명은 피조사면에 더욱 밝은 조명이 필요할 때, 특히 조명장치가 플레이트를 제조하기 위한 접촉형 프린터 및 액정표시장치 등을 제조하기 위한 프록시미티 노광장치에 사용될 때 더욱 유리하다. 이러한 필요성 때문에, 상술한 바와 같이 비대칭 조도분포가 억제될 뿐만 아니라 광선의 다중반사 및 국부적인 집중이 감소되어야 한다. 지금부터, 제1도의 조명장치내에서 다중반사광의 발생구조 및 다중 반사광을 방지하기 위한 수단을 구비하는 제1도 조명장치의 변형예가 상세하게 설명될 것이다.

다중반사광은 다양한 패턴의 광경로를 따라 발생될 수 있다. 이를 광경로중 제13a도, 제13b도 및 제13c도에 도시된 3가지 패턴은 플레이트를 제조하기 위한 접촉형 프린터와 액정표시장치등을 제조하는 프록시미티 노광장치에 악영향을 미친다.

제1패턴에서(제13a도), 유리플레이트(14)쪽에서 프레스넬렌즈(18)로 충돌하가는 광선(F)의 일부가 반사광(FR1)과 같이 렌즈표면(18a)에 의해 프레스넬렌즈(18)의 평면(18b)쪽으로 반사된다. 반사광(FR1)은 평면(18b)에 의해 부분적으로 반사되고, 유리플레이트(14)의 상면(14a)에 의해 부분적으로 반사되어(제13a도에서는 평면 18b 및 유리플레이트 14에서의 반사광이 동일선으로 나타낸다), 결과적으로 반사광이 다중 반사광과 같이 프레스넬렌즈(18)와 유리플레이트(16)를 통해 피조사면(2)을 향해서 렌즈(8)를 나간다. 평면(18b)과 상면(14a)을 통과한 광선은 유리플레이트(14)의 하면(14b)에 의해 반사되어, 다중반사광과 같이 유리플레이트(14), 프레스넬렌즈(18) 및 유리플레이트(16)를 통해 피조사면(2)을 향해서 렌즈(8)를 나간다.

제2패턴에서(제13b도), 프레스넬렌즈(18)에서 유리플레이트(16)로 향한 광선(F)은 유리플레이트(16)의 하면(16a)에 의해 반사되어, 결과적으로 반사광(FR2)은 다시 프레스넬렌즈(18)로 안내된다. 이때, 반사광(FR2)은 평면(18b, 14a, 14b)에 의해 각각 반사되어 제1패턴과 같이 피조사면(2)에 충돌하는 다중반사광이 된다. 제13b도에 도시되지 않았지만 유리플레이트(16)의 상명(16b)에 의해 반사된 광선은 또한 유사한 광경로로를 이동하여 피조사면(2)을 향해 렌즈(8)를 나간다.

제3패턴에서(제13c도), 렌즈(8)를 통해 피조사면에 조명된 광선(F)은 피조사면(2)에 의해 부분적으로 반사되고, 결과적으로 반사광(FR3)은 유리플레이트(16)을 통해 프레스넬렌즈(18)로 되돌아온다. 반사광(FR3)은 평면(18b, 14a, 14b)에 의해 각각 반사되어, 제1 및 제2패턴과 같이 피조사면(2)상에 충돌하는 다중반사광이 된다.

상기 다중반사광의 광경로의 분석으로부터 반사면에서의 반사율 및 반사면 크기의 감소는 다중반사광을 억제하는 효과적인 수단이라고 생각된다. 그러므로, 다음의 부가적인 구성을 더 구비하기 위해 변형된다면, 제1도, 제9도 및 제12도의 조명장치는 다중 반사광을 감소시킨다.

특히, 부가적인 구성은 유리플레이트(14)의 평면(14a, 14b)에서 반사광을 확산시켜 다중반사광의 국부적인 집중을 감소시키는 것을 목적으로 광확산면을 가지는 빛나지 낳는 유리플레이트와 같이 유리플레이트(14)를 형성하는 것이 필요하다. 반사방지막은 프레스넬렌즈(18)의 평면(18b)과 유리플레이트(16)의 평면(16a, 16b)상에 형성될 수 있다. 렌즈(8)가 통상의 콘덴서렌즈(제12도)에 의해 형성되고, 다중반사가 콘덴서렌즈내에서 발생되므로(다중반사의 광경로는 여기서 설명되지 않는다), 콘덴서렌즈내(8)의 렌즈면이 반사방지막으로 코팅될 수 있다. 또한, 피조사면(2)에 미치는 불필요한 다중반사가 렌즈(8)의 일부 표면영역에서 국부적으로만 발생되므로, 일부 표면영역이 반사방지막으로 코팅될 수 있다. 부가적인 구성의 목적은 렌즈(8)의 구성에 관계없이 광선이 출입하는 광경로를 따라 반사방지막으로 완전하게 또는 부분적으로 코팅된 반사방지막표현을 배치하는 것이다. 이러한 부가적인 구성에 의해 다중반사광이 감소된다.

상술한 바와 같이, 렌즈(8)는 제1도 및 제9도의 조명장치에서 2개의 유리플레이트(14, 16)(제1 및 제2투명플레이트)에 프레스넬렌즈(18)을 삽입해서 형성된다. 이러한 구성을 가지는 렌즈(8)을 제조하기 위해 프레스넬렌즈(18)의 광원(4)쪽에 배치되는 프레스넬렌즈(18) 및 유리플레이트(14)는 프레스넬렌즈(18)과 유리플레이트(14)사이에 접착제나 액체(유동파라핀)를 충전함으로서 광학적으로 서로 결합된다. 이 프레스넬렌즈(18)와 유리플레이트(14)의 광학적 결합은 실제로 반사면(18b, 14a)을 제거하기 때문에 렌즈(8)는 보다 적은 반사면을 포함한다. 그 결과, 다중반사 광선의 발생이 억제된다.

상기 변형예에서 반사면에서의 반사율을 감소시키고, 반사면의 수를 감소시켜 다중반사광을 억제하는 대신에, 예를들면 유리플레이트(14)의 표면(14a)의 피조사면(2)에서 다중반사광의 국부적인 집중을 줄이고, 조도분포의 균일성을 개선시키기 위해 광확산면으로 형성될 수 있다. 예를들면, 유리플레이트(14)의 표면(14a)은 광확산면과 같이 표면(14a)을 다듬기 위해 버프(buff)될 수 있다. 버핑(Buffing)은 1에서 수 미크론(micron)을 지시하는 거칠기를 가지는 광확산면을 형성한다. 이와 같은 방법으로 형성된 광확산면(14a)은 제14a도 및 제14b도에 도시된 것과 같은 확산특성을 나타낸다. 입사각으로 확산면에 충돌하는 광강도의 분포를 나타내는 제14a도 및 제14b도중, 제14A도는 투과광에 대한 확산특성을 나타내고, 제14b도는 반사광에 대한 확산특성을 나타낸다. 이 변형예에 있어서, 광원(4)로부터 광확산면에 충돌하는 광선(F)은 입사각에 ±수도의 각도 범위로 확산되고(제14a도), 반사광(FR1∼FR3)이 광확산면(14a)에 다시 반사될 때, 입사각에서 ±수도의 방위로 각각 확산된다. 그래서, 반사광(FR1∼FR3)은 일정한 각도 범위에서 확산된다. 그러므로, 다중반사광의 국부적인 집중이 감소되고, 다중반사광의 악영향이 억제된다.

상기 변형예는 광확산면으로서 유리플레이트(14)의 표면(14a)만을 형성하는 것이 필요하지만, 유리플레이트(14)의 양면이 광확산면이 될 수도 있다. 또, 유리플레이트(16)의 한면이나 더욱이 양면이 광확산면으로 형성될 수 있다. 프레스넬렌즈(18)의 평면(18b)도 또한 광확산면으로 형성될 수 있다. 피조사면(2)에 미치는 불필요한 다중반사가 렌즈(8)의 일부 표면영역에서 국부적으로만 발생되므로, 광확산영역은 렌즈(8)의 전체 표면영역보다 불필요한 다중 반사가 발생되는 일부 표면영역에서만 필요하게 될 수 있다. 바꾸어 말하면, 광확산영역으로 전체 또는 일부분이 코팅된 광확산면이 광선이 렌즈(8)를 출입하는 광경로를 따라 배치될 때, 다중 반사광의 국부적인 집중이 감소된다.

조명장치가 프레스넬(18)과 2개의 유리플레이트(14, 16)로 형성된 렌즈(8)를 포함하는 경우(제1도 및 제9도), 조명장치는 반사방지막표면과 광확적 결합 또는 광확산면의 조합을 포함할 수 있다. 예를들면, 피조사면(2)은 유리플레이트(14)의 자유면(14b)상에 반사방지막을 형성하는 것 또는 유리플레이트(14)과 프레스넬렌즈(18)를 서로 광학적으로 결합시키는 것에 부가해서 광확산면으로 표면(14b)을 교대로 형성하는 것에 의해 다중반사광의 악영향으로부터 효과적으로 보호된다.

본 발명이 상세하게 설명되었지만 상기한 설명은 예시일 뿐 그것에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위를 이탈하기 않는 한 수 많은 변형 및 변경이 고안될 수 있는 것은 물론이다.

Claims

중심축을 가지는 피조사면을 조명하기 위한 조명장치에 있어서, 전후반부를 가지고, 상기 전후반부에서 광선을 방출하는 광원과, 상기 후반부에서 상기 광선을 반사하기 위해 상기 광원의 후반부와 대향해서 배치되고, 대칭축과 곡률중심을 가지는 구형거울 및, 전반부에서의 상기 광선 및 상기 구형거울에서의 상기 반사광을 상기 피조사면으로 안내하기 위해 상기 광원의 전반부와 대향해서 배치되는 광학수단을 구비하고, 상기 광원은, 상기 구형거울의 곡률중심에서 상기 구형거울의 대칭축이 위치된 이동평면으로 이동되고, 상기 광학수단은, 상기 이동평면에서 상기 피조사면의 중심축에 대해서 경사지도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.
제1항에 있어서, 상기 광원은, 광선을 방출하는 발광수단과 상기 발광수단을 봉입하기 위한 원통형 또는 구형의 유리용기도록한 피조사면을 조명하기 위한 구비하고, 상기 광원은, 상기 유리용기 반지름 반보다 더 큰 거리만큼 상기 구형거울의 곡률중심으로부터 이동되도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.
제2항에 있어서, 상기 광원, 상기 구형거울 및 상기 광학수단은 상기 피조사면의 중심축에서 상기 이동평면으로 하나의 유니트와 같이 이동되도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.
제3항에 있어서, 상기 광원, 상기 구형거울 및 상기 광학수단은 상기 피조사면의 중심축에 대해서 하나의 유니트와 같이 경사지도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.
제3항에 있어서, 상기 광학수단은, 렌즈시스템과 상기 렌즈시스템에서 상기 광선의 반사를 제어하기 위한 반사제어수단을 구비하도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.
제5항에 있어서, 상기 반사제어수단은 방사방지장치를 구비하도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.
제5항에 있어서, 상기 렌즈시스템은, 프레스넬표면과 평면을 가지고, 상기 평면이 상기 광원쪽으로 향해진 프레스넬렌즈와, 상기 프레스넬렌즈의 광원쪽에 배치되는 제1투명플레이트와, 상기 프레스넬렌즈의 피조사면쪽에 배치되는 제2투명플레이트를 구비하고, 상기 제1투명플레이트와 상기 프레스넬렌즈는 광학적으로 서로 밀적하게 접촉되도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.
제5항에 있어서, 상기 반사제어수단은 광확산수단을 구비하도록한 피조사면을 조명하기 위한 조명장치.