KR100859400B1 - 광 조사 장치 - Google Patents

Abstract

조사 영역이 좁은 인테그레이터 렌즈를 이용해도, 광원 이미지가 이웃의 렌즈로 벗어 나가지 않고 광 조사면에서의 노광 정밀도를 악화시키지 않도록 하는 것이다.

광원(1)으로부터 출사된 광을, 인테그레이터 렌즈(4)를 통해서 광 조사면(8)에 조사한다. 이 광 조사 장치에 있어서, 조사 영역의 크기가 상이한 2개의 인테그레이터 렌즈(41, 42)를 준비하여, 상기 광 조사 장치의 광로 중에 선택적으로 삽입한다. 또한, 상기 2개의 인테그레이터 렌즈(41, 42) 중, 조사 영역이 좁은 인테그레이터 렌즈(42)의 광 입사측의 렌즈군과 광 출사측의 렌즈군의 사이에, 광 출사측의 렌즈의 경계면을 따른 차광 부재(9)를 설치한다.

Description

광 조사 장치{LIGHT IRRADIATION APPARATUS}

본 발명은, 액정 등의 디스플레이 패널이나, 디스플레이 패널용의 컬러 필터, 또한 프린트 기판의 제조에 이용되는 노광 장치의 광 조사 장치에 관한 것이다.

액정 등의 디스플레이 패널이나 프린트 기판의 회로 패턴의 형성, 또, 디스플레이 패널용의 컬러 필터의 RGB 화소 패턴의 형성을 행하는 공정에서 노광 공정이 있다. 상기의 디스플레이 패널, 프린트 기판, 컬러 필터를 제조하는 데에 사용되는 기판 재료는 해마다 대형화하고 있다.

기판의 대형화에 따라서, 노광 공정에서 사용되는 노광 장치의 광 조사 영역(조사 영역)은, 예를 들면 컬러 필터의 제조에서는 1100㎜×750㎜의 크기가 요구되고 있다. 현재 상태로 일반적으로는, 패턴을 형성한 마스크를 통해서, 상기와 같은 광 조사 영역을 1회로 노광하는 장치가 많이 이용되고 있다.

이들 노광 장치는, 노광광을 조사하는 광 조사 장치를 구비한다. 상기와 같 은 넓은 광 조사 영역을, 보다 높은 조도로 조사하기 위해서, 광 조사 장치에서, 종래 1개의 램프에 의해 구성되어 있었던 광원을, 2개의 램프로 구성하는 것이 제안되어 있다. 이와 같은 예로서, 특허문헌 1, 특허문헌 2에 기재된 것이 있다.

한편, 노광 패턴의 다양화에도 대응할 수 있도록, 1대의 노광 장치로 크기가 상이한 광 조사 영역을 효율적으로 노광할 수 있는 장치도 요망되고 있다.

이 때문에, 1대의 노광 장치의 광 조사 장치에서, 출사각(θ2)이 상이한 다수의 인테그레이터 렌즈를 준비하고, 이것을 교환함으로써, 영역을 전환한다는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3, 특허문헌 4, 특허문헌 5, 특허문헌 6, 특허문헌 7 참조).

여기에서, 상기 인테그레이터 렌즈의 작용에 대해서 설명한다.

광 조사 영역, 즉 광 조사면에서의 조도 분포를 균일하게 하기 위해서, 광 조사 장치에는, 인테그레이터 렌즈(플라이 아이 렌즈라고도 말한다)가 이용된다.

인테그레이터 렌즈는, 다수의 렌즈를 종횡 방향으로 다수개 병렬 배치한 것이다. 인테그레이터 렌즈를 구성하는 각각의 렌즈는, 각각 입사측의 렌즈군과 출사측의 렌즈군으로 이루어진다.

도 13을 이용하여, 인테그레이터 렌즈의 작용을 간단히 설명한다.

(a) 광원(1)으로부터의 광이, 인테그레이터 렌즈(4)를 통해서 광 조사면(8)에 투영된다.

(b) 인테그레이터 렌즈(4)를 구성하는 렌즈군의 광 입사측의 렌즈군을 4a, 광 출사측의 렌즈군을 4b로 한다. 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b) 은, 광축 방향으로 이간되어 설치되어 있다.

(c) 광 입사측 렌즈군(4a) 상에는, 광원(1)으로부터 방사한 광이 집광경의 작용에 의해 집광된다. 그리고, 광 출사측 렌즈군(4b) 상에는, 광 입사측 렌즈군(4a)의 작용에 의해, 광원 이미지(1')가 투영된다.

(d) 광 입사측 렌즈(4a) 상에 집광된 광의 조도 분포는, 광 출사측 렌즈군(4b)의 작용에 의해, 광 조사면(8) 상에 투영된다.

(e) 인테그레이터 렌즈(4)에는, 이와 같은 렌즈가 다수 2차원적으로 배치되어 있기 때문에, 다수의 렌즈의 상기의 조도 분포가 광 조사면(8)에 서로 겹쳐져서 투영되고, 광 조사면(8)에서의 조도 분포를 균일하게 한다.

따라서, 인테그레이터 렌즈(4)로부터 광 조사면(8) 사이에서의 거리를 일정하게 한 경우, 출사각(θ2)이 크면 광 조사면에서의 광 조사 영역이 넓어지고, 작으면 좁아진다. 출사각(θ2)이 큰 인테그레이터 렌즈(4)를 사용하고, 좁은 광 조사 영역밖에 필요없는 경우, 사용하지 않는 영역까지 조사되어 광이 쓸모없게 되지만, 출사각(θ2)이 작은 인테그레이터 렌즈로 교환함으로써, 필요한 영역에 대해서 효율적으로 조사할 수 있다.

다음에, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리(d), 인테그레이터 렌즈(4)의 집광각(θ1)(입사각(θ1)이라고도 한다), 출사각(θ2)의 관계에 대해서 설명한다.

(a) 상기한 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)는, 예를 들면 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)으로 구성되고, 광 출사측의 렌즈(4b)에 광원(1)의 이미지(광원 이미지), 즉 집광경의 개구부가 투영되지만, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리(d)에 따라서, 광 출사측 렌즈군(4b)에 투영되는 광원 이미지의 크기가 변화해 간다.

(b) 도 14(a)에 도시하는 바와 같이, 상기 d가 짧으면, 광 입사측 렌즈군(4a)에 입사각(집광각)(θ1)으로 입사한 광은, 그 각도를 유지하여 출사하기 때문에, 광 출사측 렌즈군(4b)에 투영되는 광원 이미지의 크기는 작아지고, 한편, 인테그레이터 렌즈(4)로부터의 출사각(θ2)이 커진다. 따라서, 입사각(θ1)≤출사각(θ2)의 관계가 된다.

(c) 또, 도 14(b)에 도시하는 바와 같이, 상기 d가 길어지면, 광 출사측 렌즈군(4b)에 투영되는 광원 이미지의 크기는 커지고, 인테그레이터 렌즈(4)로부터의 출사각(θ2)이 작아진다. 따라서, 입사각(θ1)>출사각(θ2)의 관계가 된다. 여기에서, 입사각(θ1)은 집광경의 반사면의 크기와, 광 입사측 렌즈군(4a)까지의 거리로 결정되고, 출사각(θ2)은 광 입사측 렌즈군(4a)의 렌즈 소자 1장의 크기와, 광 입사측 렌즈군(4a)으로부터 광 출사측 렌즈군(4b)까지의 거리(d)로 결정된다.

즉, 도 13(a)에 도시하는 바와 같이, 광 입사측 렌즈(4a)와 광 출사측 렌즈(4b)의 거리(d)가 어느 길이일 때, θ1=θ2가 되어, 광 출사측 렌즈에 투영되는 광원 이미지가, 광 출사측 렌즈(4b)와 거의 동일 크기가 되고, 광 입사측 렌즈(4a)와 광 출사측 렌즈(4b)의 거리(d)가 그보다 짧은 경우, 도 13(b)에 도시하는 바와 같이, 광 출사측 렌즈(4b)에 투영되는 광원 이미지는 작아지고, 또한, 광 입사측 렌즈(4a)와 광 출사측 렌즈(4b)의 거리(d)가 그보다도 긴 경우, 도 13(c)에 도시하 는 바와 같이 광 출사측 렌즈(4b)에 투영되는 광원 이미지는 광 출사측 렌즈(4b)보다 커진다.

거리(d)가 일정한 경우, 또, 광 입사측 렌즈군(4a)의 렌즈 소자 1장의 크기를 크게 하면, 출사각(θ2)의 크기가 커진다.

이상과 같이, 상기 특허문헌 3, 특허문헌 4, 특허문헌 5, 특허문헌 6, 특허문헌 7에 기재되는 바와 같이 1대의 노광 장치의 광 조사 장치에 있어서, 출사각(θ2)이 상이한 다수의 인테그레이터 렌즈를 준비하고, 이것을 교환하여 광 조사 영역을 전환하는 경우에는, 각 인테그레이터 렌즈로서, 광 입사측 렌즈군(4a)의 렌즈 소자 1장의 크기나 광입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리(d)를 변화시킨 것을 사용하면 된다.

(특허문헌 1) 일본국 특개평 7-135149호 공보

(특허문헌 2) 일본국 특개평 11-260705호 공보

(특허문헌 3) 일본국 특개평 3-165023호 공보

(특허문헌 4) 일본국 특개평 11-338162호 공보

(특허문헌 5) 일본국 특개 2000-19742호 공보

(특허문헌 6) 일본국 특개 2003-76030호 공보

(특허문헌 7) 일본국 특개 2003-188091호 공보

상기한 바와 같이, 1대의 노광 장치의 광 조사 장치에 있어서, 출사각(θ2)이 상이한 다수의 인테그레이터 렌즈를 준비하고, 이것을 교환함으로써, 광 조사 영역을 전환한다는 기술이 제안되어 있다.

넓은 광 조사 영역을 보다 높은 조도로 조사하기 위해서, 상기한 다수개의 램프로 광원을 구성하는 노광 장치(광 조사 장치)에 있어서도, 노광 패턴의 다양화에도 대응할 수 있도록, 인테그레이터 렌즈를 교환하여, 좁은 광 조사 영역도 조사하고 싶다는 요망이 있다.

그 요망을 만족하기 위해서는, 종래와 동일하게, 출사각(θ2)이 작은 인테그레이터 렌즈(4)를 준비하면 되지만, 이것을 적용하면 이하와 같은 문제가 발생하였다.

(a) 상기한 바와 같이, 좁은 광 조사 영역을 조사하는 경우에는, 인테그레이터 렌즈(4)의 출사각(θ2)을 작게 하게 되지만, 이것을 위해서는 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리(d)가 길어지거나, 광 입사측 렌즈군(4a)의 렌즈 소자의 크기가 작아진다.

(b) 거리(d)가 길어지면, 도 13의 (c)나 도 14(b)에 도시하는 바와 같이, 광 입사측 렌즈군(4a)으로부터 투영되는 광원 이미지가, 대응하는 광 출사측 렌즈군(4b)에서 벗어나, 이웃의 렌즈에 광이 입사한다. 또, 광 입사측 렌즈군(4a)의 렌즈 소자의 크기를 작게 하면, 이것에 따라서 광 출사측 렌즈군(4b)의 렌즈 소자 의 크기가 작아져서, 마찬가지로 광원 이미지가 벗어 난다.

(c) 이웃의 렌즈에 입사한 광은 노광에는 사용할 수 없고, 이 때문에 광의 이용 효율이 나빠진다. 또, 이 광은 미광(迷光)이 되어 광 조사면 내의 일부만을 스폿적으로 조사하는 경우가 있기 때문에, 조도 균일성이 나빠져서, 노광 정밀도를 악화시키는 원인이 된다.

따라서, 실제로 광 조사 장치의 광학 설계를 행하는 경우, θ1≤θ2가 되도록 설계를 행한다.

그러나, 상기 특허문헌 1, 특허문헌 2와 같이, 2개의 램프로 광원을 구성한 경우, 1개의 램프의 경우에 비해서, 집광경의 반사면의 면적이 넓어져서, 인테그레이터 렌즈(4)로의 입사각(θ1)이 크다. 이 때문에, θ1=θ2라는 거의 한계점의 값으로 인테그레이터 등이 설계되는 경우가 많다.

이 경우에는, 광 출사측 렌즈군(4b)에 광원 이미지(광 입사측 렌즈군(4a)으로부터의 광)를 정확하게 받아들이게 된다.

이와 같은 광학 설계에 있어서, 좁은 광 조사 영역에 대응하기 위해서, 출사각(θ2)이 작은 θ1>θ2가 되는 것과 같은 인테그레이터 렌즈로 교환하면, 광 출사측 렌즈군(4b)으로부터 광원 이미지가 벗어나, 이웃의 렌즈에 광이 입사한다. 이 때문에, 상술한 바와 같이 광의 이용 효율이 나빠지는 동시에, 미광이 발생하여 광 조사면에서의 노광 정밀도를 악화시킨다.

이상과 같이, 다수개의 램프로 광원을 구성하는 노광 장치에서는, 인테그레이터 렌즈로의 입사각(θ1)이 커져, θ1>θ2가 되는 것과 같은 인테그레이터 렌즈 를 이용하면, 광의 이용 효율이 나빠지고, 또 미광에 의해 광 조사면에서의 노광 정밀도를 악화시킨다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 입사각(θ1)>출사각(θ2)이 되는 것과 같은 조사 영역이 좁은 인테그레이터 렌즈를 이용한 경우에도, 광원 이미지가 이웃의 렌즈로 벗어 나가지 않고, 광 조사면에서의 노광 정밀도를 악화시키지 않는 광 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 상기 과제를 다음과 같이 해결한다.

(1) 광원으로부터 출사된 광을, 광 입사측의 렌즈군과 광 출사측의 렌즈군을 광축 이간하여 배치한 인테그레이터 렌즈를 통해서 피조사물에 조사하는 광 조사 장치에 있어서, 광원과 인테그레이터 렌즈 사이의 광로 내에 삽입되어, 광원으로부터의 광을 차광하여, 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈군에 입사하는 광의 집광각을 좁게 하는 차광 수단을 설치한다.

그리고, 광 입사측의 렌즈군을 광축 방향으로 이동시켜, 인테그레이터 렌즈의 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군 사이의 거리를 길게 하여, 상기 조사 영역을 좁게 할 때에는, 상기 차광 수단을 상기 광원과 인테그레이터 렌즈 사이의 광로 내에 삽입한다. 또, 상기 인테그레이터 렌즈의 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군 사이의 거리를 짧게 하여, 상기 조사 영역을 넓게 할 때에는, 상기 차광 수단을 상기 광원과 인테그레이터 렌즈 사이의 광로 내로부터 퇴피시킨다.

(2) 상기 광 조사 장치에 있어서, 조사 영역의 크기가 상이한 다수의 인테그레이터 렌즈를 준비하여, 상기 광 조사 장치의 광로 중에 선택적으로 삽입한다. 또, 상기와 동일하게, 광원과 인테그레이터 렌즈 사이의 광로 내에 삽입되어, 광원으로부터의 광을 차광하고, 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈군에 입사하는 광의 집광각을 좁게 하는 차광 수단을 설치한다.

그리고, 조사 영역이 좁은 인테그레이터 렌즈를 상기 광로 중에 삽입할 때에는, 상기 차광 수단을 상기 광원과 인테그레이터 렌즈 사이의 광로 내에 삽입하고, 조사 영역이 넓은 인테그레이터 렌즈를 상기 광로 중에 삽입할 때에는, 상기 차광 수단을 상기 광원과 인테그레이터 렌즈 사이의 광로 내로부터 퇴피시킨다.

(3) 상기 광 조사 장치에 있어서, 조사 영역의 크기가 상이한 2개의 인테그레이터 렌즈를 준비하여, 상기 광 조사 장치의 광로 중에 선택적으로 삽입한다. 또, 상기 2개의 인테그레이터 렌즈 중, 조사 영역이 좁은 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈군과 광 출사측의 렌즈군의 사이에, 광 출사측의 렌즈의 경계면을 따른 차광 부재를 설치한다.

본 발명에서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 광원과 인테그레이터 렌즈 사이의 광로 내에 광원으로부터의 광을 차광하고, 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈군에 입사하는 광의 집광각을 좁게 하는 차광 수단을 설치하였기 때문에, 조사 영역을 좁게 하기 위해서, 인테그레이터 렌즈로의 광의 입사각이, 인테그레이터 렌즈로부터의 광의 출사각보다도 커지는 인테그레이터 렌즈를 이용한 경우에도, 차광 수단에 의해 입사각이 작아지고, 출사각보다도 커지지 않기 때문에, 출사측의 렌즈에 있어서, 광원 이미지가 이웃의 렌즈로 벗어 나가는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 미광의 발생을 막을 수 있고, 광 조사면에서의 노광 정밀도의 악화를 방지할 수 있다.

(2) 조사 영역이 좁은 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈군과 광 출사측의 렌즈군의 사이에, 광 출사측의 렌즈의 경계면을 따른 차광 부재를 설치함으로써, 광 출사측의 렌즈에 있어서, 이웃의 렌즈로 벗어 나가서 투영되는 부분을 차광할 수 있다. 이 때문에, 상기와 동일하게 광 조사면에서의 미광를 막을 수 있고, 광 조사면에서의 노광 정밀도의 악화를 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

(1) 제1 실시예

도 1은, 제1 실시예의 광 조사 장치의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 본 실시예는, 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈를 이동시키는 렌즈 이동 기구를 설치하여, 넓은 광 조사 영역에도 좁은 광 조사 영역에도 대응할 수 있도록 한 실시예를 나타내고 있다.

동일 도면에서, 1은 광원이고, 본 실시예에서는 광원(1)으로서 2개의 램프(1a, 1b) 및 집광경(1c, 1d)을 사용하고 있다. 2개의 집광경(1c, 1d)은, 각각의 제2 초점이 일치하도록 배치된다.

이 광원(1)의 집광경(1c, 1d)의 근방에는, 차광판(2)이 설치되어 있다. 차광판(2)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 차광판 구동 기구(2a)에 의해, 집광경(1c, 1d)의 개구 주변부에 삽입되어, 광원(1)의 주변부로부터 출사하는 광을 차광한다. 또한, 도 2에서는, 광원(1)의 형상이 일 방향으로 길기 때문에, 차광판(2)을 길이방향의 광을 차광하도록, 대향하는 2방향에만 설치하였지만, 4방향으로 설치해도 된다.

또, 도 1에 도시하는 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측 렌즈군(4a)에는, 렌즈 이동 기구(4d)가 설치되고, 광 입사측 렌즈군(4a)은, 가이드(4c)에 의해 가이드되어 광축 방향으로 이동한다. 렌즈 이동 기구(4d)에 의해 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 간격을 넓히면, 출사각(θ2)이 작아져서, 좁은 조사 영역에 대응하여 조사할 수 있다.

상기 렌즈 이동 기구(4d)와 상기 차광판 구동 기구(2a)는, 제어부(10)에 의해 동작을 제어받고, 렌즈 이동 기구(4d)가 광 입사측 렌즈군(4a)을 구동하여, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리를 크게 하면, 이것에 연동하여, 차광판 구동 기구(2a)가 차광판(2)을 집광경(1c, 1d)의 개구부에 삽입하도록 이동시킨다. 또, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리가 작아지면, 차광판(2)은 집광경(1c, 1d)의 개구부로부터 퇴피한다.

또한, 상기 렌즈 이동 기구(4d)가 이동시키는 렌즈는 광 입사측의 렌즈(4a) 이고, 광 출사측 렌즈군(4b)은 이동시키지 않는다. 그 이유는, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 출사측 렌즈군(4b)으로부터 광을 평행하게 하는 광학 부재인 콜리메이터 렌즈(7)까지의 거리가 기준이 되어, 광 조사면(8)에서의 광의 평행도 등의 광학 설계가 이루어지기 때문이다. 또한, 콜리메이터 렌즈(7) 대신에 콜리메이터 미러를 이용해도 된다. 광 입사측의 렌즈(4a)를 이동시킴으로써, 광 입사측 렌즈군(4a)의 위치가 광원의 초점 위치로부터 다소 어긋나게 되지만, 실제로는 그 이동량이 수㎜∼20㎜ 정도이고, 광 입사측 렌즈군(4a)으로부터 집광경까지의 거리는, 이 이동량의 100배 이상의 길이이기 때문에, 실질상 거의 문제는 없다.

도 1에서, 광원(1)으로부터의 광은, 제1 평면경(3)에서 꺾여 반사되어, 제2 초점 위치에 놓여진 인테그레이터 렌즈(4)에 입사한다.

인테그레이터 렌즈(4)에 의해 광 조사면(8)에서의 조도 분포가 균일하게 되 도록 조정된 광은, 셔터(5)를 통해서, 제2 평면경(6)에서 꺾여 반사되어, 콜리메이터 렌즈(7)에 입사한다. 그리고, 콜리메이터 렌즈(7)에서 중심 광선(즉 광 출사측의 렌즈군(4b)의 중심으로부터 나온 광선)이 평행하게 되어 광 조사면(8)에 조사된다.

또한, 도 1에서는 콜리메이터 렌즈(7)를 도시하였지만, 콜리메이터 미러여도 된다.

다음에, 도 3(a)와 (b)에 의해 본 실시예의 동작을 설명한다. 또한, 도 3에서는, 상기한 제1 평면경(3), 제2 평면경(6), 콜리메이터 렌즈(7) 등은 생략되어 있다. 또, 도 3(b)에서는, (a)에 대해서 렌즈의 위치 관계가 광 입사측 렌즈 군(4a)이 이동하지 않고, 광 출사측의 렌즈(4b)가 이동하고 있는 것과 같은 도면으로 되어 있지만, 실제로는, 광 출사측 렌즈군(4b)을 이동시키고 있는 것이 아니라, 광 입사측 렌즈군(4a)이 이동한다.

도 3(a)는, 넓은 조사 영역을 조사하는 경우이고, 이 경우, 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측의 렌즈(4a)와 광 출사측의 렌즈(4b)의 거리(d)를 작게 한다.

광원으로부터의 광은 집광각(θ1)으로 인테그레이터 렌즈(4)에 입사하고, 출사각(θ2)으로 출사한다. 이 경우, 집광경(1c, 1d)의 근방에 설치한 차광판(2)은, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이 퇴피하고 있다.

도 3(b)는, 좁은 조사 영역을 조사하는 경우이고, 이 경우, 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측의 렌즈(4a)와 광 출사측의 렌즈(4b)의 간격(d)을 넓게 한다.

*이 경우, 집광경(1c, 1d)의 근방에 설치한 차광판(2)이 차광판 구동 기구(2a)에 의해, 집광경(1c, 1d)의 개구 주변부에 삽입된다. 차광판(2)의 삽입에 의해, 광원(1)의 주변부로부터 출사하는 광이 차광되기 때문에, 인테그레이터 렌즈(4)에 입사하는 광의 집광각(입사각)(θ1')은, 도 3(a)일 때의 집광각(θ1)보다도 작아진다.

따라서, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측 렌즈군(4a)으로부터 출사된 광이, 광 출사측 렌즈군(4b)에서 이웃의 렌즈에 입사하는 일이 없다. 이것에 의해 미광의 발생을 방지할 수 있다.

도 3(c)는, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 출사측 렌즈군(4b)에 투영되는 광원 이미지를 광축 방향에서 본 도면이다. 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 차광판(2)은, 출사측의 렌즈(4b)에 투영되는 광원 이미지에서, 이웃의 렌즈로 벗어나 투영되는 부분을 차광한다.

또한, 차광판(2)을 광원부(1), 즉 집광경(1c, 1d)의 개구에 어디까지 삽입할지는, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 각 렌즈 소자의 크기와 간격(d)에 의해서 적당히 설계한다. 차광판(2)의 재질은 예를 들면 알루미늄판이다.

(2) 제1 실시예의 변형예

도 4는 상기 제1 실시예의 변형예를 도시하는 도면이다. 본 실시예는, 상기 도 1에 도시한 제1 실시예에서, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 출사측 렌즈군(4b)에도, 차광판(9)을 설치한 것으로, 그 밖의 구성은 도 1에서 설명한 제1 실시예와 동일하다.

차광판(9)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 렌즈의 경계면에 맞추어 설치되어, 광 출사측 렌즈군(4b)에서 이웃의 렌즈에 입사하는 광을 차광한다. 여기에서, 본 실시예에서는, 광 조사 영역이 직사각형 형상이기 때문에, 인테그레이터 렌즈(4)의 각 렌즈는 직사각형 형상의 것을 이용하고 있다.

또한, 도 5에서는, 각 렌즈의 양쪽 방향(4변)에 차광판을 설치하고 있지만, 광이 벗어 나가는 방향이 일 방향만인 경우에는, 어느 일 방향(대향하는 2변)에만 설치해도 된다. 또, 차광판(9)에 조사된 광이 정반사하면 미광이 되기 때문에, 알루미늄판에 흑도금한 것을 사용하였다.

그 밖의 구성은 도 1에서 설명한 제1 실시예와 동일하고, 상기한 바와 같이, 광원(1)의 집광경(1c, 1d)의 근방에는 차광판(2)이 설치되어 있다. 차광판(2)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 차광판 구동 기구(2a)에 의해, 집광경(1c, 1d)의 개구 주변부에 삽입되어, 광원(1)의 주변부로부터 출사하는 광을 차광한다. 또, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측 렌즈군(4a)에는, 렌즈 이동 기구(4d)가 설치되고, 광 입사측 렌즈군(4a)은, 가이드(4c)에 의해 가이드되어 광축 방향으로 이동한다.

다음에, 도 6(a), 도 6(b)에 의해 본 실시예의 동작을 설명한다.

도 6(a)는, 넓은 조사 영역을 조사하는 경우이고, 이 경우, 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측의 렌즈(4a)와 광 출사측의 렌즈(4b)의 거리를 작게 한다.

광원으로부터의 광은 집광각(θ1)으로 제1 인테그레이터 렌즈(41)에 입사하여, 출사각(θ2)으로 출사한다.

이 경우, 집광경(1c, 1d)의 근방에 설치한 차광판(2)은, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이 퇴피하고 있고, 또, 광 출사측 렌즈군(4b)의 광 입사측에 설치한 차광판(9)은 작용하고 있지 않다. 그러나, 차광판(9)을 설치함으로써, 광 출사측 렌즈군(4b)의 각 렌즈의 주변부에 입사하는 광의 일부가 반사 등에 의해 인접하는 렌즈에 입사하는 것을 차단할 수 있다.

도 6(b)는, 좁은 조사 영역을 조사하는 경우이고, 이 경우, 동일 도면에 도 시하는 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측의 렌즈(4a)와 광 출사측의 렌즈(4b)의 간격(d)을 넓게 한다.

또, 집광경(2a, 2b)의 근방에 설치한 차광판(2)이 차광판 구동 기구(2a)에 의해, 집광경(1c, 1d)의 개구 주변부에 삽입된다. 차광판(2)의 삽입에 의해, 광원(1)의 주변부로부터 출사하는 광이 차광되기 때문에, 인테그레이터 렌즈(4)에 입사하는 광의 집광각(입사각)(θ1')은, 도 6(a)일 때의 집광각(θ1)보다도 작아진다.

따라서, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측 렌즈군(4a)으로부터 출사한 광이, 광 출사측 렌즈군(4b)에서 이웃의 렌즈에 입사하는 일이 없다. 이것에 의해 미광의 발생을 방지할 수 있다. 또, 상기한 바와 같이 차광판(9)에 의해, 광 출사측 렌즈군(4b)의 각 렌즈의 주변부에 입사하는 광의 일부가 반사 등에 의해 인접하는 렌즈에 입사하는 것을 차단할 수 있다.

(3) 제2 실시예

도 7은, 제2 실시예의 광 조사 장치의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 본 실시예는, 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈와, 광 출사측의 렌즈의 간격이 상이한 2조의 인테그레이터 렌즈를 준비하여, 조사 영역의 크기에 따라서, 인테그레이터 렌즈를 교환함으로써, 넓은 광 조사 영역에도 좁은 광 조사 영역에도 대응할 수 있도록 한 실시예를 나타내고 있으며, 그 밖의 구성은, 상기 제1 실시예와 동일하다.

동일 도면에서, 41은 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군의 간격을 좁게 하여, 출사각(θ2)을 크게 한 제1 인테그레이터 렌즈, 42는 광 입사측 렌즈군과 광 출사측 렌즈군의 간격을 넓게 하여 출사각(θ2)을 작게 한 제2 인테그레이터 렌즈이다.

제1, 제2 인테그레이터 렌즈(41, 42)는, 인테그레이터 렌즈 교환 기구(4e)에 의해 교환 가능하고, 이 렌즈 교환 기구(4e)에 의해, 제1 인테그레이터 렌즈(41)를 제1 평면경(3)과 셔터(5) 사이의 광로 중에 삽입하면, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 간격은 좁아져서, 인테그레이터 렌즈(41)의 출사각(θ2)이 커져서 넓은 조사 영역에 대응하여 조사할 수 있다. 한편, 제2 인테그레이터 렌즈(42)를 제1 평면경(3)과 셔터(5)의 사이에 삽입하면, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 간격은 넓어져서, 인테그레이터 렌즈(42)의 출사각(θ2)이 작아져서, 좁은 조사 영역에 대응하여 조사할 수 있다.

또, 제1 실시예와 동일하게, 집광경(1c, 1d)의 개구부에는 차광판(2)이 설치되고, 상기 렌즈 교환 기구(4e)와 상기 차광판 구동 기구(2a)는, 제어부(10)에 의해 동작을 제어받고, 렌즈 교환 기구(4e)가, 제2 인테그레이터 렌즈(42)를 상기 광로 중에 삽입하면, 이것에 연동하여, 차광판 구동 기구(2a)는 차광판(2)을 집광경(1c, 1d)의 개구부에 삽입하도록 이동시킨다. 또, 제1 인테그레이터 렌즈(41)를 상기 광로 중에 삽입하면, 차광판(2)은 집광경(1c, 1d)의 개구부로부터 퇴피한다.

다음에, 도 8(a) (b)에 의해 본 실시예의 동작을 설명한다.

도 8(a)는, 제1 인테그레이터 렌즈(41)를 이용하여 넓은 조사 영역을 조사하 는 경우이다. 광원으로부터의 광은 집광각(θ1)으로 제1 인테그레이터 렌즈(41)에 입사하여, 출사각(θ2)으로 출사한다.

도 8(b)는, 제2 인테그레이터 렌즈(42)로 교환하여, 좁은 조사 영역을 조사하는 경우이다. 제2 인테그레이터 렌즈(42)의 입사측 렌즈(4a)와 출사측 렌즈(4b)의 간격(d)은, 제1 인테그레이터 렌즈(41)의 간격보다도 넓다.

이 경우, 집광경(1c, 1d)의 근방에 설치한 차광판(2)이 차광판 구동 기구(2a)에 의해, 집광경(1c, 1d)의 개구 주변부에 삽입된다. 차광판(2)의 삽입에 의해, 광원(1)의 주변부로부터 출사하는 광이 차광되기 때문에, 제2 인테그레이터 렌즈(42)에 입사하는 광의 집광각(θ1')은, θ1보다도 작아진다. 따라서, 인테그레이터 렌즈(42)의 광 입사측 렌즈군(4a)으로부터 출사한 광이, 광 출사측 렌즈군(4b)에서 이웃의 렌즈에 입사하는 일이 없다. 이것에 의해 미광의 발생을 방지할 수 있다.

도 8(b)의 경우에서도, 상기 도 3(c)에 도시한 바와 같이, 차광판(2)에 의해, 인테그레이터 렌즈(42)의 광 출사측 렌즈군(4b)에 투영되는 광원 이미지에 있어서, 이웃의 렌즈로 벗어 나가 투영되는 부분이 차광된다.

또한, 본 실시예에서는, 상이한 크기의 영역을 조사하기 위한 출사각(θ2)이 상이한 인테그레이터 렌즈로서, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리(d)를 변화시킨 것을 나타내었지만, 상기한 바와 같이, 인테그레이터 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 크기를 변화시킴으로써, 출사각(θ2)의 각도를 상이하게 한 것을 사용해도 된다.

이 경우, 렌즈의 크기가 작아지면 출사각(θ2)의 각도가 작아지기 때문에, 렌즈가 작은 인테그레이터 렌즈를 사용할 때, 차광판이 광로 중에 삽입된다.

(4) 제3 실시예

도 9는, 제3 실시예의 광 조사 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 상기 제2 실시예에서는, 집광경(1c, 1d)의 개구부에 차광판(2)을 설치하고 있었지만, 본 실시예에서는, 차광판(2) 대신에, 인테그레이터 렌즈(42)의 광 출사측의 렌즈(4b)에 상기 도 5에 도시한 차광판(9)을 설치하고 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 광이 벗어 나가는 방향이 일 방향만인 경우에는, 차광판(9)을 어느 일 방향에만 설치해도 된다.

그 밖의 구성은, 상기 도 7에 도시한 제2 실시예와 동일하고, 제1, 제2 인테그레이터 렌즈(41, 42)가 설치되고, 인테그레이터 렌즈 교환 기구(4e)에 의해 교환 가능하다.

인테그레이터 렌즈 교환 기구(4e)에 의해, 제1 인테그레이터 렌즈(41)를 제1 평면경(3)과 셔터(5) 사이의 광로 중에 삽입하면, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 간격은 좁아져서, 인테그레이터 렌즈(41)의 출사각(θ2)이 커져서 넓은 조사 영역에 대응하여 조사할 수 있다. 한편, 제2 인테그레이터 렌즈(42)를 제1 평면경(3)과 셔터(5)의 사이에 삽입하면, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 간격은 넓어져서, 인테그레이터 렌즈(42)의 출사각(θ2)은 작아진다.

다음에, 도 10(a) (b)에 의해 본 실시예의 동작을 설명한다.

도 10(a)는, 제2 실시예와 동일하게, 제1 인테그레이터 렌즈(41)를 이용하여 넓은 조사 영역을 조사하는 경우이다. 광원으로부터의 광은 집광각(θ1)으로 제1 인테그레이터 렌즈(41)에 입사하여, 출사각(θ2)으로 출사한다.

도 10(b)는, 제2 인테그레이터 렌즈(42)로 교환한 경우이다. 제2 인테그레이터 렌즈(42)에는, 제1 인테그레이터 렌즈(41)의 경우와 동일하게, 광 입사측 렌즈군(4a)에 집광각(θ1)으로 광이 입사한다. 그러나, 광 출사측 렌즈군(4b)에서, 이웃의 렌즈에 입사하는 광의 성분은, 렌즈의 경계면에 맞추어 설치된 차광판(9)에 의해서 차단되어, 이웃의 렌즈에 입사하는 일이 없다. 이것에 의해 미광의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서도, 제2 실시예와 동일하게, 상이한 크기의 영역을 조사하기 위한 출사각(θ2)이 상이한 인테그레이터 렌즈로서, 광 입사측 렌즈군(4a)과 광 출사측 렌즈군(4b)의 거리(d)를 변화시킨 것을 나타내었지만, 인테그레이터 렌즈를 구성하는 각 렌즈의 크기를 변화시킴으로써 출사각(θ2)의 각도를 상이하게 한 것을 사용해도 된다.

이 경우, 렌즈를 작게 함으로써, 출사각(θ2)을 작게 한 인테그레이터 렌즈의 광 출사측 렌즈군(4b)에 차광판(9)을 설치하게 된다.

또한, 상기 제2 실시예에서, 상기 제1 실시예의 변형예와 같이, 제3 실시예에 나타내는 차광판(9)을 광 출사측 렌즈군(4b)에 설치해도 된다. 이것에 의해, 상기 제1 실시예의 변형예에서 설명한 바와 같이, 광 출사측 렌즈군(4b)의 각 렌즈 의 주변부에 입사하는 광의 일부가 반사 등에 의해 인접하는 렌즈에 입사하는 것을 차단할 수 있다.

또, 상기 제1 실시예에서, 집광경(1c, 1d)의 근방에 차광판(2)을 설치하는 대신에, 도 11에 도시하는 바와 같이 차광판(9)을 광 출사측 렌즈군(4b)에 설치해도 된다.

도 12에, 상기한 바와 같이 구성한 경우의 동작을 도시한다.

도 12(a)는, 넓은 조사 영역을 조사하는 경우이고, 이 경우, 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측의 렌즈(4a)와 광 출사측의 렌즈(4b)의 거리를 작게 한다. 광원으로부터의 광은 집광각(θ1)으로 제1 인테그레이터 렌즈(41)에 입사하여, 출사각(θ2)으로 출사한다.

도 12(b)는, 좁은 조사 영역을 조사하는 경우이고, 이 경우, 동일 도면에 도시하는 바와 같이, 인테그레이터 렌즈(4)의 광 입사측의 렌즈(4a)와 광 출사측의 렌즈(4b)의 간격(d)을 넓게 한다.

이 경우, 광 입사측 렌즈군(4a)에 집광각(θ1)으로 광이 입사하지만, 광 출사측 렌즈군(4b)에서, 이웃의 렌즈에 입사하는 광의 성분은, 차광판(9)에 의해서 차단되어, 이웃의 렌즈에 입사하는 일이 없다. 이것에 의해 미광의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 광 조사 장치의 개략 구성을 도시하는 도면,

도 2는 광원의 근방에 설치되는 차광판을 설명하는 도면,

도 3은 본 발명의 제1 실시예의 동작을 설명하는 도면,

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 변형예를 도시하는 도면,

도 5는 인테그레이터 렌즈의 광 출사측 렌즈군에 설치된 차광판을 설명하는 도면,

도 6은 본 발명의 제1 실시예의 변형예의 동작을 설명하는 도면,

도 7은 본 발명의 제2 실시예의 광 조사 장치의 개략 구성을 도시하는 도면,

도 8은 본 발명의 제2 실시예의 동작을 설명하는 도면,

도 9는 본 발명의 제3 실시예의 광 조사 장치의 개략 구성을 도시하는 도면,

도 10은 본 발명의 제3 실시예의 동작을 설명하는 도면,

도 11은 도 1의 실시예에서 차광판을 광 출사측의 렌즈에 설치한 경우의 구성예를 도시하는 도면,

도 12는 도 11의 동작을 설명하는 도면,

도 13은 인테그레이터 렌즈의 작용을 설명하는 도면,

도 14는 인테그레이터 렌즈의 광 입사측 렌즈와 광 출사측 렌즈의 거리와 입사각(θ1), 출사각(θ2)의 관계를 설명하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광원 1a, 1b : 램프

1c, 1d : 집광경 2 : 차광판

2a : 차광판 구동 기구 3 : 제1 평면경

4 : 인테그레이터 렌즈 4a : 광 입사측 렌즈군

4b : 광 출사측 렌즈군 4c : 가이드

4d : 렌즈 이동 기구 4e : 인테그레이터 렌즈 교환 기구

5 : 셔터 6 : 제2 평면경

7 : 콜리메이터 렌즈 8 : 광 조사면

9 : 차광판 10 : 제어부

Claims (1)

1. 광원으로부터 출사된 광을, 광 입사측의 렌즈군과 광 출사측의 렌즈군을 광축 방향으로 이간하여 배치한 인테그레이터 렌즈를 통해서, 피조사물에 조사하는 광 조사 장치에 있어서,

   광이 조사되는 조사 영역의 크기가 상이한 2개의 인테그레이터 렌즈와,

   상기 2개의 인테그레이터 렌즈를, 상기 광 조사 장치의 광로 중에 선택적으로 삽입하는 인테그레이터 렌즈 교환 수단과,

   상기 2개의 인테그레이터 렌즈 중, 조사 영역이 좁은 인테그레이터 렌즈의 광 입사측의 렌즈군과 광 출사측의 렌즈군의 사이에, 광출사측의 렌즈의 경계면을 따른 차광 부재가 광출사측 렌즈군의 경계면과 수직방향으로 설치되어, 광출사측 렌즈군에 있어서 이웃의 렌즈에 입사하는 성분을 차단하는 것을 특징으로 하는 광 조사 장치.

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