KR20100133888A - 광조사 장치 - Google Patents

Abstract

(과제)LED를 이용한 광조사 장치에 있어서, 적산광량의 돌출을 억제하고, 피조사면에 있어서의 조도 분포의 균일화를 도모하는 것.
(해결 수단)광조사 장치는 세그먼트 광원(2)을 복수 늘어 놓아 구성되고, 각 세그먼트 광원(2)은, 복수의 LED(23)로부터의 광이 조사되는 인터그레이터 렌즈(28)와 집광 렌즈(291)를 가지며, LED(23)로부터의 광은 워크(5)인 광조사면에 조사된다. 인터그레이터 렌즈(281)의 LED(23)에 대향하는 측의 각 셀 렌즈의 개구 사이즈는, 크기가 다른 복수의 사이즈 S, M, L로 구성되고, 이 때문에 광조사면에서는, 중심 부분에서는 가장 조도가 높고, 중심으로부터 바깥 가장자리를 향해 순차적으로 조도가 작아지는 조도 분포가 된다. 이 때문에, 2개의 세그먼트 광원이 서로 포개지는 부분은, 조도가 작은 부분이 서로 포개지게 되고, 세그먼트 광원간에 있어서의 적산광량의 돌출을 억제할 수 있다.

Description

광조사 장치 {LIGHT IRRADIATION APPARATUS}

본 발명은, 광조사 장치에 관련되며, 특히, LED를 다수 구비한 선형상 내지 면형상의 광원을 형성하는 광조사 장치에 관한 것이다.

LED를 구비한 광조사 장치로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1에, 다수의 LED를 기판 상에 늘어 놓아 배치한 자외선 조사 장치가 기재되어 있다. 이 장치는, 액정 패널 기판의 최대 사이즈에 상당하는, 대면적의 기판의 전면에 LED 소자를 전면에 깔아 배치하고, 예정된 시일제의 경화에 필요한 LED만을 점등시켜 조사하는 장치이다.

또, 특허 문헌 2에는, 상기와 마찬가지로, 동일 기판 상에 발광 다이오드를 배치하고, 그 직하에 있는 기판 등의 워크에 대해서 광을 조사하는 노광 장치가 기재되어 있다.

도 16은, LED를 기판 상에 늘어 놓아 배열되어 이루어지는 광조사 장치의 개념도이며, 도 16(a)는 광원 부분을 정면에서 본 설명도, 도 16(b)는 횡방향에서 본 설명도이다.

이 광조사 장치에 있어서는, 광원(100)은 다수의 발광 다이오드(이하, LED라고 한다)(101)에 의해 구성되어 있고, 광원 스테이지(102)상에 LED(101)가 전면에 깔리도록 배치되고 있다.

이 장치에는, LED(101)의 각각에 대해서 ON/OFF를 전환하는 전원 장치(도시 생략)를 구비하고 있고, 워크(103)의 형상에 맞추어 점등 영역이 선택, 지정되어, 전원 장치로부터 LED(101)에 전력이 공급된다.

예를 들면, 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 워크(103)는 액정 패널 기판이다. 이 경우, 2장의 기판의 사이에는 시일제가 소정의 화상 프레임을 따라 직사각형 형상으로 형성되어 있고, 그 화상 프레임 내에 액정이 충전되어 있다. 기판에 끼워 넣어진 시일제의 경화를 행하기 위해서, 직사각형 형상의 점등 영역에 대응한 LED(101)에만 전력을 공급하여 점등한다.

그러나, 상기와 같은, 기판 상에 LED(101)를 늘어 놓아 배치한 광조사 장치에서는, 개개의 LED(101)간의 조도의 편차나, LED(101)간의 열화 특성의 편차에 기인하여, 조사 영역에 있어서, 균일한 광조사를 실현할 수 없는 일이 있다.

이러한 조건의 것으로, 도 16에 나타낸 장치와 같이, 다수의 LED(101)를 면 상에 늘어 놓아 배치한 장치에서는, 예를 들면, LED(101)마다 광량이나, 적지만 방사광의 스펙트럼(파장)에 편차가 생긴다. 그 때문에, 조사 영역에 있어서 균일한 조도나 스펙트럼을 얻는 것이 어렵고, 원하는 광조사를 행하지 못하는 일이 있다.

또, 이러한 장치에서는, 어느 LED(101)가 부점등이 된 경우, 나머지의 LED(101)만으로 예정된 조도를 보완하는 것은 어렵다는 문제도 있다.

구체적으로는, 1개의 LED(101)가 부점등이 된 경우, 그 주위의 LED(101)의 입력을 올렸다고 해도, 그 입력의 영향은 이상이 없는 LED 영역에까지 미치고, 부점등이 된 LED 부분에서 소정의 조도가 얻어졌다고 해도, 그것에 인접하는 부분에 있어서, 높은 조도 분포가 되어, 결과적으로 전체의 조도 균일도가 손상되게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 도 17(a)에 나타내는 바와 같이, 인터그레이터 렌즈를 이용한 세그먼트 광원이 고려된다.

도 17(a)에서는, 기판(21) 상에 복수의 LED(23)를 설치하고, 각 LED(23)를 투광성 수지(22)와 투광성 렌즈(27)에 의해 시일링하고 있다. 각 LED(23)로부터의 출사광은 투광성 렌즈(27)에 의해, 지면 하측을 향하는 대략 평행광으로 하고, 이 평행광이 2장의 인터그레이터 렌즈(28)(281, 282)에 입사되고, 출사면(2821)으로부터 출사된다. 인터그레이터 렌즈(28)에는, 대략 구면 형상의 셀 렌즈가 구비되어 있고, 각 셀 렌즈에 입사된 평행광은, 인터그레이터 렌즈의 출사면(2821)으로부터 출사되어, 집광 렌즈(291)로 집광되고, 워크(5)의 조사면 상에서 서로 포개진다. 이로 인해, 조사면 상에서는, 도 17(b)와 같은 조사 분포를 형성하고, 세그먼트 광원의 하방 영역에 있어서 균일한 조도 분포를 얻을 수 있다.

또, 복수의 LED(23) 중, 1개가 부점등이 된 경우라도, 세그먼트 광원(2) 내에 설치된, 점등할 수 있는 LED의 출력을 상승시킴으로써, 조사면에 있어서, 그 조도 균일성을 유지하면서, 소정의 조도로 할 수 있다.

특허 문헌 1의 광조사 장치에서는, LED의 각각에 대해서 ON/OFF를 전환하는 전원 장치를 구비함으로써, 워크의 형상에 맞추어 점등 영역을 선택, 지정할 수 있었다.

이 때문에 도 17의 세그먼트 광원을 복수 인접시킴으로써, 광조사 장치를 구성하고, 워크의 형상에 맞추어 세그먼트 광원을 점등/부점등시킬 수 있는 것이라고 생각된다.

[특허 문헌 1]일본국 특허공개 2006-235617 공보 [특허 문헌 2]일본국 특허공개 2002-303988 공보

특허 문헌 1의 광조사 장치에서는, LED의 각각에 대해서 ON/OFF를 전환하는 전원 장치를 구비함으로써, 워크의 형상에 맞추어 점등 영역을 선택, 지정할 수 있었다.

마찬가지로, 상기 도 17의 세그먼트 광원에 있어서도, 이것들을 복수 인접시킴으로써, 광조사 장치를 구성하고, 워크의 형상에 맞추어 세그먼트 광원을 점등/부점등시킬 수 있는 것이라고 생각된다.

그러나, 도 17에 나타내는 세그먼트 광원을 인접시키면, 이하와 같은 문제가 발생하는 것을 알 수 있었다.

즉, 세그먼트 광원을 인접시키면, 도 18에 나타내는 바와 같이 조사면에 있어서, 각 세그먼트 광원으로부터의 조사광이 그 경계에서 서로 포개지게 된다. 그렇게 되면, 도 18(b)와 같이, 조사광이 서로 포개진 부분에서, 그 광량이 적산되어, 그 부분만큼이 돌출된 조도 분포로 되어 버린다.

이와 같이, 도 17의 세그먼트 광원으로, 조도 균일성을 확보했다고 해도, 광조사 장치를 구성하면, 그 조도 균일성을 세그먼트 광원간에서 잃게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 세그먼트 광원간에 있어서의 적산광량의 돌출을 억제하고, 피조사면에 있어서의 조도 분포의 균일화를 도모할 수 있는 광조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 있어서는, 각 세그먼트 광원에 설치된 인터그레이터 렌즈의 LED에 대향하는 측의 각 셀 렌즈의 개구 사이즈, 혹은, 각 셀 렌즈의 상기 LED에 대향하는 측에 설치되는 마스크의 각 셀 렌즈에 대응한 위치에 설치된 개구 사이즈를, 크기가 다른 복수 종류의 사이즈로 구성하고, 각 세그먼트 광원에 의한 피조사면에 있어서의 조도 분포가, 중심 위치가 가장 조도가 높고, 중심으로부터 바깥 가장자리를 향해 순차적으로 조도가 작아지도록 한다.

이러한 세그먼트 광원을 인접시키면, 2개의 세그먼트 광원이 서로 포개지는 부분은, 조도가 작은 부분이 서로 포개지게 되고, 세그먼트 광원간에 있어서의 적산 광량의 돌출을 억제할 수 있다.

또한, 상기와 같이 구성함으로써, 2개의 세그먼트 광원이 서로 포개지는 부분에 대해서는 적산광량의 돌출을 억제할 수 있지만, 3 이상의 세그먼트 광원이 서로 마주하는 부분에서는 3 이상의 세그먼트 광원으로부터의 광이 포개지는 부분이 생기고, 적산광량이 돌출되어 조도 분포의 균일성이 나빠지는 경우가 있다.

그래서, 각 셀 렌즈의 각 부분, 혹은, 각 셀 렌즈의 LED에 대향하는 측에 설치되는 마스크의 개구의 모서리 부분에, 코너 반경 또는 코너 커트를 설치한다. 이와 같이 구성함으로써, 3 이상의 세그먼트 광원으로부터의 광이 포개지는 부분의 적산 광량의 돌출을 억제할 수 있다.

여기서, 상기 인터그레이터 렌즈의 LED에 대향하는 측의 각 셀 렌즈의 형상(광입사면에 있어서의 형상)은 상사형이며, 각 셀 렌즈의 개구 사이즈란, 여기에서는, 각 셀 렌즈의 렌즈로서 기능하는 부분(구면으로 되어 있는 부분)의 사이즈(면적 혹은 세로, 가로 길이 등)로 한다.

또, 각 셀 렌즈의 LED에 대향하는 측에 마스크를 설치하는 경우, 이 마스크의 개구도 상사형이며, 이 마스크의 개구 사이즈도, 상기와 같이, 마스크의 각 개구의 사이즈(면적 혹은 세로, 가로 길이 등)로 한다. 또한, 마스크를 설치하는 경우, 인터그레이터 렌즈의 각 셀 렌즈의 개구 사이즈는 같아도 된다.

즉, 본 발명에 있어서는, 이하와 같이 상기 과제를 해결한다.

(1)기판 상에 복수의 LED가 배치된 세그먼트 광원을, 복수 늘어 놓아 구성한 광조사 장치에 있어서, 상기 각 세그먼트 광원에, 상기 복수의 LED로부터의 광이 조사되는 인터그레이터 렌즈와, 그 인터그레이터 렌즈로부터의 출사광이 조사되는 집광렌즈를 설치한다. 이 인터그레이터 렌즈는, 복수의 셀 렌즈에 의해 구성되고, 인터그레이터 렌즈의 상기 LED에 대향하는 측의 각 셀 렌즈의 개구 사이즈를, 크기가 다른 복수 종류의 사이즈로 구성한다.

(2)기판 상에 복수의 LED가 배치된 세그먼트 광원을, 복수 늘어 놓아 구성한 광조사 장치에 있어서, 상기 각 세그먼트 광원에, 상기 복수의 LED로부터의 광이 조사되는 인터그레이터 렌즈와, 그 인터그레이터 렌즈로부터의 출사광이 조사되는 집광 렌즈를 설치한다.

상기 인터그레이터 렌즈는, 복수의 셀 렌즈에 의해 구성되고, 그 인터그레이터 렌즈의 상기 LED에 대향하는 측에, 각 셀 렌즈에 대응한 위치에 개구가 설치된 마스크를 배치하고, 이 마스크의 개구 사이즈를, 크기가 다른 복수 종류의 사이즈로 구성한다.

(3)상기 (1) 또는 (2)에 있어서, LED에 대향하는 측의 셀 렌즈의 모서리 부분, 혹은, 상기 LED에 대향하는 측에 배치된 마스크의 개구의 모서리 부분에, 코너 반경 또는 코너 커트를 설치한다.

여기서, 상기 세그먼트 광원의 각 LED의 조사 에어리어 내에, 각 사이즈의 셀 렌즈, 혹은, 각 사이즈의 마스크의 개구가 적어도 1개씩 포함되도록, 각 셀 렌즈 혹은 마스크의 각 개구를 배치하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성하고, 각 사이즈의 셀 렌즈(마스크의 개구)에, 각 LED로부터의 광이 각각 입사하도록 하고, 각 사이즈의 셀 렌즈(마스크의 개구)에의 각 LED로부터의 출사광의 입사 면적이 크게 다르지 않도록 구성함으로써, 하나의 LED가 소등해도, 다른 LED의 출사광의 강도를 올리면, 각 세그먼트 광원에 의한 피조사면에서의 조도 분포는, 소등 전후에 있어서, 똑같이 유지하는 것이 가능해진다.

즉, 후술하는 바와 같이 복수의 사이즈의 셀 렌즈로 구성되는 인터그레이터 렌즈에 있어서, 각 사이즈의 셀 렌즈의 하나씩을, 어떤 규칙에 의해 늘어 놓고, 이 조를 「1세트」라고 하고, 이 1세트의 셀 렌즈를 규칙적으로 배치함으로써, 인터그레이터 렌즈를 구성하고, 각 세트의 셀 렌즈에 각 LED로부터의 광이 대략 균등하게 입사하도록 구성함으로써, 각 세그먼트 광원에 의한 피조사면에서의 조도 분포는, 소등 전후에 있어서, 똑같이 유지하는 것이 가능해진다.

예를 들면, 어느 LED로부터 출사하는 광의, 개구 사이즈가 L1인 셀 렌즈로의 입사 면적(S1), 다른 LED로부터 출사하는 광의, 개구 사이즈가 L1인 셀 렌즈로의 입사 면적(S2)이 크게 다르지 않도록 구성하고, 마찬가지로, 어느 LED로부터 출사하는 광의, 개구 사이즈가 L2인 셀 렌즈로의 입사 면적(S3)과, 다른 LED로부터 출사하는 광의, 개구 사이즈가 L2인 셀 렌즈로의 입사 면적(S3)이 크게 다르지 않도록 구성하고, 또한 개구 사이즈가 L3, L4,···인 셀 렌즈에 대해서도 똑같이 구성함으로써, 상기와 같이 소등 전후에서의 각 세그먼트 광원에 의한 피조사면에서의 조도 분포를 대략 같게 유지할 수 있다.

이것은, 상기 개구 사이즈가 L1, L2, L3,···인 셀 렌즈로의, 각 LED로부터의 출사광의 입사 면적의 비를 생각했을 때, 이 비가 각 LED에 대해서, 대략 같은 비율이 되도록 하는 것을 의미한다.

본 발명에 있어서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1)각 세그먼트 광원에 설치된 인터그레이터 렌즈의 LED에 대향하는 측의 각 셀 렌즈의 개구 사이즈, 혹은, 각 셀 렌즈의 상기 LED에 대향하는 측에 설치되는 마스크의 각 셀 렌즈에 대응한 위치에 설치된 개구 사이즈를, 크기가 다른 복수 종류의 사이즈로 구성함으로써, 세그먼트 광원간에 있어서의 적산 광량의 돌출을 억제할 수 있고, 조도 분포의 균일화를 도모할 수 있다.

(2)세그먼트 광원의 각 LED의 조사 에어리어 내에, 개구 사이즈가 다른 각 사이즈의 셀 렌즈가 적어도 1개 포함되도록 각 셀 렌즈를 배치하거나, LED에 대향하는 측에 배치되는 마스크의 개구를, 세그먼트 광원의 각 LED의 조사 에어리어 내에, 다른 각 사이즈의 개구가 적어도 1개 포함되도록 배치하고, 각 사이즈의 셀 렌즈, 혹은 개구로의 각 LED로부터의 출사광의 입사 면적이 크게 다르지 않도록 구성함으로써, 하나의 LED가 소등해도, 다른 LED의 출사광의 강도를 올리면, 각 세그먼트 광원에 의한 피조사면에서의 조도 분포는, 소등 전후에 있어서, 똑같이 유지하는 것이 가능해진다.

(3)LED에 대향하는 측의 셀 렌즈의 모서리 부분, 혹은, 상기 LED에 대향하는 측에 배치된 마스크의 개구의 모서리 부분에 코너 반경 또는 코너 커트를 설치함으로써, 3 이상의 세그먼트 광원으로부터의 광이 포개지는 부분의 적산 광량의 돌출을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 광조사 장치 및 광원 유닛의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 세그먼트 광원의 구성과 광조사면에 있어서의 조도 분포를 나타내는 도면이다.
도 3은 세그먼트 광원을 인접시킨 경우의 구성과 광조사면에 있어서의 조도 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 LED측에 배치된 인터그레이터 렌즈의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 LED측에 배치된 인터그레이터 렌즈의 광출구측의 면의 구성예 및 투광성 렌즈에 대신하여 LED에 설치되는 미러의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 6은 인터그레이터 렌즈를 1장으로 구성한 경우의 세그먼트 광원의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 인터그레이터 렌즈의 다른 구성예를 나타내는 도면이다.
도 8은 인터그레이터 렌즈의 셀 렌즈를 복수 종류의 사이즈로 구성하는 대신에, 인터그레이터 렌즈의 광입구측에 마스크를 배치한 경우의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 9는 인터그레이터 렌즈의 광의 입구측의 면에, 각 LED로부터의 출사광을 포개어 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9와 같이 셀 렌즈와 LED를 배치한 경우의 광조사면에 있어서의 조도 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은 셀 렌즈의 사이즈가 3종류인 경우의 바람직한 셀 렌즈 및 LED의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 12는 셀 렌즈의 사이즈가 4종류인 경우의 바람직한 셀 렌즈 및 LED의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14는 제2 실시예를 설명하기 위한 비교예이며, 코너 반경을 설치하지 않는 경우의 조도 분포를 나타내는 도면이다.
도 15는 코너 반경을 설치한 경우의, 광조사면에 있어서의 조도 분포를 나타내는 도면이다.
도 16은 LED를 기판 상에 늘어 놓아 배열되어 이루어지는 광조사 장치의 개념도이다.
도 17은 인터그레이터 렌즈를 이용한 세그먼트 광원의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17의 세그먼트 광원이 인접된 경우의 광조사면에 있어서의 조도 분포를 나타내는 도면이다.

본 발명의 제1 실시예에 대해서, 도 1~도 4를 이용하여 설명한다.

도 1(a)는, 본 발명의 실시예의 광조사 장치를 나타낸 사시도이며, 이 도면은 광조사 장치를 아래로부터 본 사시도를 나타내고 있고, 도 1(b)는, 도 1(a)의 광조사 장치에 구비된 광원 유닛군의 사시도이다.

도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 이 광조사 장치(1)는, 광원 유닛(3)을 평면 형상으로 복수 늘어 놓아 구성한 것으로서, 그 피조사 영역의 크기(f×g)는, 예를 들면 액정 패널 기판의 G8 기판용의 것으로는, 약 2200㎜×2500㎜라고 하는, 대화면을 형성할 수 있다. 이 실시예에서는, 광원 유닛(3)을 5×2유닛, 즉 전 10유닛 배치하여 구성되어 있다.

도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 광원 유닛(3)은, 세그먼트 광원(2)을 다수, 평면형상으로 늘어 놓아 배치함으로써 구성된다.

세그먼트 광원(2)은, 개별적으로 급전이 가능해지는 리드선(도시 생략)이 형성된 지지판(8) 상에 늘어 놓아 배치하여 고정되고, 다수 늘어 놓아 배치된 세그먼트 광원(2)은 일체로 유닛화된 광원 유닛군(3)을 구성하고 있다.

지지판(8)에는 배면에 수냉 구멍(91)이 형성된 수냉판(9)이 설치되고, 또한 그 배면 부분에는, 상기 리드선에 접속된 전원 유닛(10)이 배치되어 있다. 이 광원 유닛군(3)의 크기(d×e)는, 예를 들면 약 1130㎜×510㎜이다.

계속해서 도 2를 이용하여, 상기 광원 유닛(3)에 구비되는 세그먼트 광원(2)에 대해서, 설명한다.

도 2(a)는, 세그먼트 광원(2)을 투광성 렌즈체(27)의 광출사면측에서 본 도면이며, 도 2(b)는, 도 2(a)의 A-A 단면도이다. 도 2(c)는, 도 2(b)에 나타내는 워크(5) 상에, 세그먼트 광원(2)으로부터 출사된 광이 조사되었을 때의 조도 분포를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2에는, 도 1에 나타낸 것과 같은 것에 동일한 부호가 부여되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이 세그먼트 광원(2)은, 동일 기판(21) 상에 투광성 수지(22)에 몰드된 LED 소자(23)(이하 LED(23)라고 한다)를, 예를 들면, 5개 구비하여 구성되어 있고, 본 실시예에서는 기판(21)과 수직으로, 또한 광방사 방향을 향해 도광체(24)가 일정한 길이에 걸쳐 신장하도록 형성되어 있다.

LED(23)는, 모두 거의 동일한 파장의 광을 방사하는 것이다. 또한, 여기서 말하는 「광」이란, 예를 들면 노광 용도에 있어서는, 원자외광(파장 약 200~300㎚의 광), 근자외광(파장 약 300~400㎚의 광)을 포함하고 있다. 또, 액정의 점착과 같은 수지 경화의 용도에 있어서는, 종래 수은 램프가 이용되고 있고, 이 주파장(365㎚, 405㎚, 436㎚)이며, 본원에서 말하는 LED(23)는, 이 주파장을 포함하는 근자외역으로부터 가시광까지도 포함하고 있다.

이와 같이, 동일 파장역의 LED(23)를 복수 구비하는 것은, 1개가 만일 부점등이 된 경우라도, 다른 LED(23)로부터의 광출력으로 이것을 보충할 수 있도록 하기 위해서이다. 즉, 다른 점등할 수 있는 LED(23)에의 급전량을 크게 함으로써, 이들 광출력을 크게 할 수 있고, 결과적으로 부점등이 된 LED(23)의 광출력을 보충할 수 있다. 또한, 동일 파장역과는 스펙트럼 분포가 완전하게 일치하는 것을 의미하는 것이 아니라, 1개의 세그먼트 광원(2) 내에 있어서 LED(23)가 서로 광을 보충할 수 있는 정도이면, 편차가 있어도 상관없다.

도광체(24)는, 예를 들면 금속판을 각형상의 통체에 성형한 중공의 통체의 것이 이용되고, LED(23)로부터 방사된 광을 바깥 방향으로 새지 않도록 구성된다. 또한, 내면은 반사면, 혹은 광흡수면 중 어느 하나여도 된다.

투광성 수지(22)에 몰드된 각 LED(23)는, 또한, 투광성 렌즈체(27)에 몰드되어 있고, 투광성 렌즈체(27)는 LED(23)로부터 방사된 광을, 지면 하측을 향하는 평행광으로서 방사하는 기능을 가지며, 투광성 렌즈체(27)로부터 방사된 광은, 예를 들면, 인터그레이터 렌즈(28(281, 282))에 의해 혼합되어 도광체(24)의 인터그레이터 렌즈(28(282))의 광출사면(2821)으로부터 출사된다. 즉, 이 세그먼트 광원(2)에 있어서는, 투광성 렌즈체(27)와, 인터그레이터 렌즈(28)가, LED(23)로부터의 광을 혼합하여 광출사면(2821)에 도광하기 위한 기능을 구비하고 있다. 또한, 여기에서는, 광원으로부터 방사되는 광의 중심광선에 대해서 16° 이하의 각도로 방사되는 광을 평행광으로 하기로 한다.

인터그레이터 렌즈(28)로부터 출사한 광은, 도 2에 나타내는 바와 같이 집광 렌즈(291)로 집광되고, 워크(5)의 조사면 상에서 서로 포개진다. 본 실시예에 있어서, 집광 렌즈(291)는 렌즈면에 수직인 축을 중심으로 한 축대칭의 집광성을 가지는 프레넬 렌즈이며, 프레넬 렌즈의 중심이 인터그레이터 렌즈(28)의 중심에 일치하도록 배치된다.

여기서, LED(23)가 부착된 기판(21)의 크기는 예를 들면 30×30㎜이며, 기판(21)으로부터 집광 렌즈(291)까지의 거리는 예를 들면 40㎜이다. 또한, 상기 투광성 렌즈체(27)는 예를 들면 직경이 φ11㎜이며, 광축 방향의 높이는 10㎜이다.

이 인터그레이터 렌즈(28)는 복수의 셀 렌즈로 이루어지고, 셀 렌즈의 LED측의 면(광의 입구측의 면)의 개구 사이즈(렌즈로서 기능하는 구면 부분의 사이즈)는 동일하지 않고, 직경이 다른 복수 종류의 렌즈로 구성된다. 도 2(b)에 있어서는 직경이 S, M, L인 3종류의 사이즈의 렌즈로 형성되어 있다.

광의 입구측의 면에 사이즈가 다른 셀 렌즈 S, M, L이 형성되면, 각 셀 렌즈 S, M, L의 구면에 입사되는 광의 사이즈(면적)도 3종류가 된다.

따라서, 예를 들면 가장 작은 사이즈의 셀 렌즈 S에 입사된 광의 사이즈는, 워크(5)의 조사면에 있어도, 조사 사이즈가 작아진다. 그렇게 되면, 셀 사이즈의 종류에 따라, 워크(5)의 조사면에 있어서도, 그 종류에 따른 조사 사이즈가 형성되고, 서로 포개짐으로써, 그 적산 광량이 도 2(c)에 나타내는 바와 같은 형상이 된다.

즉, 워크(5)의 중심 부분에서는, 광입사측의 개구 사이즈가 S, M, L인 3종류의 셀 렌즈로부터의 광이 적산됨으로써, 가장 조도가 높고, 이것을 둘러싸도록, 2번째로 사이즈가 큰 개구 사이즈 M의 셀 렌즈와, 3번째로 사이즈가 큰 개구 사이즈 L의 셀 렌즈로부터의 광이 적산된 부분이 형성된다. 또한 개구 사이즈 M, L의 셀 렌즈로부터의 광의 적산 부분을 둘러싸도록, 사이즈 L의 셀 렌즈로부터의 광이 조사되는 부분이 형성된다.

이로 인해, 세그먼트 광원(2)으로부터의 조사광은, 중심으로부터 바깥 가장자리를 향해 순차적으로 조도가 작아지는 조도 분포가 형성된다.

또한, 이하에서는, 상기 개구 사이즈 S의 셀 렌즈로부터의 광이 적산되는 영역을 S＇, 상기 개구 사이즈 M의 셀 렌즈로부터의 광이 적산되는 영역을 M＇, 개구 사이즈 L의 셀 렌즈로부터의 광이 적산되는 영역을 L＇라고 한다.

이러한 세그먼트 광원(2)을 인접시킨 경우를 도 3에 나타낸다. 도 3(a)는, 도 2(b)와 마찬가지로 세그먼트 광원(2)의 단면도, 도 3(b)는, 2개의 세그먼트 광원(2)으로부터 출사된 광이 워크 상에서 서로 포개져 형성된 조도 분포를 나타내는 도면, 도 3(c)는 조도 분포의 형상(아웃라인)을 나타내는 도면이다. 또한, 각 세그먼트 광원의 구성은 도 2에 나타낸 것과 동일하며, 도 2에 나타낸 것과 동일한 것에는 동일한 부호가 부여되어 있다.

도 2에 나타낸 세그먼트 광원(2)을 인접시키면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 세그먼트 광원이 인접하는 경계에 있어서는, 지면 우측의 세그먼트 광원(2)으로부터의 영역 M＇, L＇의 광과, 지면 좌측의 세그먼트 광원(2)로부터의 영역 L＇의 광이 적산된다. 마찬가지로 지면 좌측의 세그먼트 광원(2)으로부터의 영역 M＇, L＇의 광과, 지면 우측의 세그먼트 광원(2)으로부터의 영역 L＇의 광이 적산된다.

2개의 세그먼트 광원이 서로 포개지는 부분은, 각 세그먼트 광원(2)에서의 조도 분포에 있어서 2번째나 3번째의 조도의 부분이며, 즉 조도를 억제한 부분이다. 이 광을 서로 포개지게 함으로써, 도 3(c)에 나타내는 바와 같은 조도 분포를 형성할 수 있고, 과제에서 설명한 바와 같은 돌출된 조도 분포는 억제할 수 있다.

도 4(a)는, LED에 가까운 측에 배치된 인터그레이터 렌즈(281)의 광의 입구측의 면을 보았을 때의 도면이다. 도 4(a)와 같이, 인터그레이터 렌즈(28)의 광의 입구측은, 복수의 사이즈의 셀 렌즈 S, M, L로 형성된다.

또한, 본원에서 말하는 셀 렌즈의 사이즈란, 상술한 바와 같이 예를 들면 도 4(a)에 있어서의 각 셀 렌즈의 면적이다.

도 4(b)는, 도 4(a)의 F-F단면도(일부분의 확대도)이다. 또, 도 5(a)는 인터그레이터 렌즈(28)의 광출구측의 면을 보았을 때의 도면이다.

인터그레이터 렌즈(28)의 광의 입구측의 면은 개구 사이즈가 다른 복수의 셀 렌즈로 구성되어 있고, 셀 렌즈로서 기능하지 않는 각 셀 렌즈의 경계 부분(구면으로 되어 있지 않은 부분)은, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 정상부가 평면형상인 볼록부(28a)로 형성된다. 볼록부의 표면은 예를 들면 확산면으로 되고, 이 부분으로부터 입사하는 광은 확산광이 된다. 또한, 상기 볼록부의 표면을 광흡수면으로 해도 된다.

또, 인터그레이터 렌즈(28)의 광의 출구측의 면의 각 셀 렌즈의 개구 사이즈는, 도5(a)에 나타내는 바와 같이 동일하고, 각 셀 렌즈의 경계 부분에 상기 볼록부(28a)는 형성되어 있지 않다.

또한, 인터그레이터 렌즈(28)의 각 셀 렌즈 S, M, L의 렌즈면의 곡률은 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 예를 들면 R5㎜이며, 셀 렌즈 S의 사이즈는 3㎜, 셀 렌즈 M의 사이즈는 3.5 ㎜, 셀 렌즈 L의 사이즈는 4㎜이다.

또한, 도 2 등에서, LED(23)에는, 투광성 렌즈(27)를 설치하여 평행광을 형성했지만, 도 5(b)에 나타내는 미러(272)로 평행광을 형성해도 상관없다.

또, 도 2 등에서는, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 인터그레이터 렌즈(28)의 입구측의 셀 사이즈 S, M, L을 복수 형성하기 때문에, 셀 렌즈의 구면이 아닌 부분을 돌출시켜 볼록부(28a)를 형성하고 있었지만, 후술하는 도 6에 나타내는 바와 같이, 오목부로 해도 상관없다.

이와 같이, 셀 렌즈의 구면이 아닌 부분을 돌출시키거나, 오목부로 하거나 하는 것은, 면적이 상위한 인터그레이터 렌즈(281)의 입구측의 셀 렌즈와, 출구측의 셀 렌즈를, 그 중심 위치가 일치하도록 1대 1로 대향 배치시키기 위해서이다.

도 6은, 인터그레이터 렌즈(28)를 1장으로 구성한 예를 나타내는 도면이며, 그 외의 구성은 도 2와 같고 동일한 것에는 동일한 부호가 부여되어 있다. 또한, 도 6에서는 상기한 바와 같이 셀 렌즈의 구면이 아닌 부분을 오목하게 하고 있다.

상기 도 2에서는, 인터그레이터 렌즈(28)를 2장으로 형성하고 있었지만, 지면 상하 방향으로 길게 형성할 수 있을 때는, 도 6에 나타내는 바와 같이 1장의 인터그레이터 렌즈(283)여도 상관없다.

도 7은, 인터그레이터 렌즈의 다른 구성예를 나타내는 도면이며, 이 도면은, 세그먼트 광원(2)을 투광성 렌즈체(27)의 광출사면측에서 본 도면이다.

S, M, L의 사이즈의 셀 렌즈를 복수 형성할 수 있으면, 그 형상은, 도 4와 같이 사각형이어도 되지만, 도 7에 나타내는 바와 같이 육각형이어도 된다. 도 7에 있어서는, 인터그레이터 렌즈(284)의 광입구측에 S, M, L의 사이즈의 육각형상의 셀 렌즈 A, B, C가 설치된다.

도 2~도 7에서는, 인터그레이터 렌즈의 광입구측의 셀 렌즈의 사이즈를 다르게 한 경우에 대해서 설명했지만, 셀 렌즈의 사이즈를 다르게 하는 대신에, 인터그레이터 렌즈(281, 283)의 광입구측에 개구 사이즈가 다른 마스크를 설치해도 된다.

도 8은, 상기 도 2에 나타낸 세그먼트 광원에 있어서, 인터그레이터 렌즈의 광입구측에 마스크를 설치한 상기 실시예의 변형예를 나타내는 도면이다.

마스크(30)는 도 8(a)에 나타내는 바와 같이 인터그레이터 렌즈(285)의 광입구측에 설치된다. 마스크(30)에는, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 인터그레이터 렌즈(281)의 각 셀 렌즈에 대응한 위치에, 사이즈가 다른 개구(301)가 설치되어 있다. 또한, 이 경우, 인터그레이터 렌즈(285)의 광입구측의 각 셀 렌즈의 사이즈는 도 5(a)에 나타낸 바와 같이 똑같이 구성되어 있다.

이와 같이 개구 사이즈가 다른 개구(301)를 가지는 마스크(30) 인터그레이터 렌즈(284)의 광입구측에 설치해도, 상기 도 2~도 7에 나타낸 것과 같이, 중심으로부터 바깥 가장자리를 향해 순차적으로 조도가 작아지는 조도 분포가 형성된다.

또한, 상기와 같이 마스크를 배치하는 대신에 인터그레이터 렌즈(285)의 광입구측에, 도 8(b)에 나타내는 마스크와 같은 형상의 광차광(광흡수) 부분을 설치해도 된다.

그런데, 본 발명에 있어서는, 인터그레이터 렌즈(28)의 광입사측의 각 사이즈의 셀 렌즈를, 광입사면 상에서 치우침 없이 균일하게 배치하고, 각 LED로부터의 광이 이들 각 사이즈의 셀 렌즈에 균일하게 입사하도록 LED를 배치함으로써, 상술한 바와 같이 하나의 LED가 소등해도, 다른 LED의 출사광의 강도를 올리면, 각 세그먼트 광원에 의한 피조사면에서의 조도 분포는, 소등 전후에 있어서, 똑같이 유지하는 것이 가능해진다.

이하, LED의 소등 전후에 있어서, 조도 분포를 똑같이 유지할 수 있는, 인터그레이터 렌즈(28)에 있어서의 각 사이즈의 셀 렌즈의 배치 및 LED의 배치에 대해서 설명한다.

도 9는, 도 4(a)에서 나타낸 바와 같이, 인터그레이터 렌즈(281)를 광입사측에서 본 도면이며, 각 사이즈의 각 셀 렌즈의 배치는, 도 4(a)에 나타낸 것과 같다.

도 9는 도 4(a)에 나타낸 인터그레이터 렌즈의 광의 입구측의 면에, 각 LED로부터의 출사광(도 8에 있어서의 원)을 포갠 것이다.

도 9에 나타낸 예에서는, 각 LED로부터의 출사광이, 복수의 사이즈의 셀 렌즈에 입사되는 면적이 대략 동일해지도록, 각 사이즈의 셀 렌즈 및 LED가 배치되어 있다.

예를 들면 LED가 1~5의 5개가 있고, LED1이 S사이즈에 입력되는 면적과 M사이즈에 입력되는 면적과 L사이즈에 입력되는 면적의 비율이 3:3:4이었다고 하면, LED2도 S:M:L=3:3:4이며, LED3~5도 같은 비율이 되도록 배치되어 있다. 이것은, 즉, 사이즈가 다른 각 셀 렌즈에 입력되는 광량이, 각 LED에 대해서 대략 동일한 것을 나타내고 있다.

이 경우, 하나의 LED가 소등되어도, 다른 LED의 출사광의 강도를 올리면, 각 세그먼트 광원에 의한 피조사면에서의 조도 분포는, 소등 전후에 있어서, 똑같이 유지하는 것이 가능해진다. 이것을 도 10에 따라 설명한다.

도 10은, 각 사이즈의 셀 렌즈와 LED1~LED5가 도 9와 같이 배치되어 있는 경우의 광조사면에 있어서의 조도 분포를 나타내는 도면이며, 각 해칭으로 나타낸 영역은 이 도면에 나타내는 바와 같이 LED1~LED5에 의해 조사되는 영역을 나타내고, 이 도면 (a)는 모든 LED가 점등되어 있는 경우, (b)는 LED5가 소등된 경우(점선으로 나타낸 부분이 소등에 의해 감소하고 있다), (c)는 LED4에 의한 조도를 증가시키고, LED5의 소등분을 보충한 경우, (d)는, LED1~LED4에 의한 조도를 증가시켜 LED5의 소등분을 보충한 경우를 나타내고 있다.

도 10에 있어서, 각 LED 중 1개(LED5)가 부점등으로 된 경우, 그 세그먼트 광원에서의 조도 분포는, 도 10(a)로부터 도 10(b)가 된다. 지면 좌우 방향에서의 조도 분포는 양자 모두 변하지 않지만, 도 8(b)에서는 소정의 조도(세로축 방향)를 얻을 수 없기 때문에, 점등할 수 있는 4개의 LED로 보충하지 않으면 안 된다.

이 때, 부점등이 된 LED5의 셀 렌즈로의 입사광량의 비율이 S:M:L=3:3:4이며, 점등하고 있는 LED4의 셀 렌즈로의 입사광량의 광이 S:M:L=3:3:4와 같이, LED5와 동일한 비율이면, LEb4로의 급전을 배증시키고, 그 광량을 배증시켰을 때, 도 10(c)과 같이, 세그먼트 광원에서의 조도 분포를 바꾸지 않고, 잃은 LED5의 조도를 LED4로 보충할 수 있다.

또한, 하나의 LED4로의 급전을 크게 시키면, 급전을 크게 하고 있지 않는 LED1~3에 비해 수명이 저하하므로, 각 LED1~4의 급전을 예를 들면 25% 크게 하면, 각 LED1~4에서의 S:M:L로의 광량 비율이, LED5에서의 S:M:L로의 광량 비율과 대략 동일하므로, 조도 분포는 도 10(d)에 나타내게 된다. 즉, 그 세그먼트 광원에서의 조도 분포는, LED5가 점등하고 있던 것(도 10(a))과 대략 동일하게 할 수 있고, 또한, LED5의 조도를 LED1~4로 보충할 수 있다.

또한, 각 LED로부터의 출사광이, 복수의 사이즈의 셀 렌즈에 입력되는 면적이 서로 다른 경우는, 다음과 같이 된다.

예를 들면 LED가 1~5의 5개가 있고, LED5가 S사이즈에 입력되는 면적과, M사이즈에 입력되는 면적과, L사이즈에 입력되는 면적의 비율이 3:3:4이었다고 하면, LED4에서는 S:M:L=7:2:1과 같이 된다.

이것은, 즉, 사이즈가 다른 각 셀 렌즈에 입력되는 광량도, 상술의 비율에 따라 다른 것을 나타내고 있다.

이 경우, 예를 들면 LED5가 부점등으로 되어 버렸을 때에, LED4로의 급전을 배증시켜, 그 출사광량을 배증시키려고 시도해도, LED5에 있어서의 비율과 LED4의 비율이 다르기 때문에, LED5의 광량을 보충했다고 해도, 세그먼트 광원에 있어서의 조도 분포는 바뀌어 버린다.

LED의 소등 전후에 있어서 조도 분포를 똑같이 유지하는 것이 가능해지는 셀 렌즈와 LED의 배치에 대해서, 더 설명한다.

피조사면에서의 조도 분포를, LED의 소등 전후에 있어서 똑같이 유지하기 위해서는, 이하와 같이 구성하는 것이 바람직하다고 생각된다.

(1)1개의 LED로 각 사이즈의 셀 렌즈를 복수개씩 조명하도록 구성하고, 또, LED를 적어도 5개 이상으로 구성한다.

(2)각종 셀 렌즈의 배치를 1세트로 하고, 그 1 세트를 규칙적으로 배치한다.

이하, 상기 (2)에 대해 더 설명한다.

(사례 1)셀 렌즈의 사이즈의 종류가 3인 경우

도 11(a)은 대, 중, 소의 3 종류의 셀 렌즈로 구성되는 인터그레이터 렌즈를 광입사측에서 본 도면이며, 5개의 LEDA~E로부터의 광(이 도면 중의 원)을 포개어 나타내고 있다. 또한, 여기서는, 각 셀 렌즈의 사이즈를 해칭의 차이로 나타내고 있다.

이 사례에서의 「1세트」란, 예를 들면 도 11(b)에 나타내는 바와 같이, 왼쪽으로부터 중·소·대의 순으로 배치된 1그룹이며, 「1세트를 규칙적으로 배치한다」란, 도 11(c)에 나타내는 바와 같이, 「1세트」를 순차적으로 비스듬하게 배치하거나, 순차적으로 가로로 배치하는 것을 의미한다. 이로 인해, 각 LED로부터의 광을, 각 사이즈의 셀 렌즈에 똑같이 입사시킬 수 있고, 어느 LED로부터의 광이 예를 들면 사이즈가 큰 셀 렌즈에만 입사하는 등, 각 LED로부터의 광이 입사하는 셀 렌즈의 종류가 치우치는 것을 억제할 수 있다.

예를 들면, A라고 하는 LED로부터의 광이 대의 셀 렌즈에만 입사되는 반면, B라고 하는 LED로부터의 광이 소의 셀 렌즈에만 입사되는 경우와 같이, 각 LED로부터의 광이 입사하는 셀 렌즈의 종류가 치우치면, A라고 하는 LED가 부점등으로 되었을 때에, B라고 하는 LED로 A의 LED의 광량을 보강하려고 해도, 소의 셀 렌즈의 광만 강하게 되어 버려, 피조사면에서의 조도 분포를, LED의 소등 전후에 있어서 똑같이 유지할 수 없게 된다.

이에 대해서, 도 11(a)에 나타내는 바와 같이 「각종의 셀 렌즈의 배치를 1세트로 하여, 그 1세트를 규칙적으로 배치한다」와, 각 LED의 광이 입사되는 셀 렌즈는, 이 「1세트」를 포함하게 되고, 부점등이 된 LED의 광량을, 다른 LED의 광량으로 보충함으로써, 피조사면에서의 조도 분포를, LED의 소등 전후에 있어서 똑같이 유지할 수 있게 된다.

(사례 2)셀 렌즈의 사이즈의 종류가 4개인 경우

도 12(a)는 대, 중대, 중소, 소의 4종류의 셀 렌즈로 구성되는 인터그레이터 렌즈를 광입사측에서 본 도면이며, 5개의 LEDA~E로부터의 광(이 도면중의 원)을 포개어 나타내고 있다.

이 사례에서의 「1세트」란, 도 12(b)의 대·중대·중소·소가 순서대로 배치된 1그룹이며, 「1세트를 규칙적으로 배치한다」란, 도 12(c)와 같이, 「1세트」를 순차적으로 세로로 배치하거나, 순차적으로 가로로 배치하는 것이다.

이와 같이, 셀 렌즈의 종류가 증가해도, 사례 1과 같이, 부점등의 LED가 생겨도, 부점등이 된 LED의 광량을, 다른 LED의 광량으로 보충함으로써, 피조사면에서의 조도 분포를, LED의 소등 전후에 있어서 똑같이 유지하는 것이 가능해진다.

상기에서는, 인터그레이터 렌즈가, 복수의 사이즈의 셀 렌즈로 구성되는 경우에 대해서 설명했지만, 상기 도 8에 나타낸 바와 같이, 인터그레이터 렌즈의 광입구측에 마스크를 설치한 경우에도, 마스크의 복수의 사이즈의 개구의 배치를 상기와 같이 함으로써, 똑같은 효과를 얻을 수 있다.

도 13은, 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면이며, LED에 대향하는 측의 셀 렌즈의 모서리 부분에 코너 반경을 설치한 실시예를 나타내고 있고, 상기 도 4(a)와 같이, 인터그레이터 렌즈(286)를 광입사측에서 본 도면이다.

또한, 이하에서는, 셀 렌즈의 모서리 부분에 코너 반경 또는 코너 커트를 설치한 경우에 대해서 설명하지만, 도 8에 나타낸 LED에 대향하는 측에 마스크를 설치한 경우에도 똑같이 적용할 수 있고, 이 경우는, 마스크의 개구의 모서리 부분에 코너 반경 또는 코너 커트를 설치했다.

도 14는, 제2 실시예를 설명하기 위한 비교예이며, 본 실시예와 같이, 코너 반경 또는 코너 커트를 설치하지 않는 경우의 광조사면에 있어서의 조도 분포를 나타낸다. 도 14에 의해, 본 실시예와 같이 셀 렌즈의 모서리 부분에 코너 반경 또는 코너 커트를 설치하지 않는 경우의 문제점에 대해서 설명한다.

도 14(a)는, 워크의 조사면에 있어서의 4개의 세그먼트 광원 SE1~SE4로부터의 각 조사 분포를 세그먼트 광원측에서 보았을 때의 도면이다. 이 도면의 파선, 일점 쇄선, 이점 쇄선, 점선은, 각각 세그먼트 광원 SE1~SE4로부터 출사하는 광의 조사 영역을 나타내고 있다.

도 14(b)는, 도 14(a)에서의 B-B단면에 있어서의 조도 분포를 나타내고, 도 14(c)는 도 14(a)에서의 C-C단면에 있어서의 조도 분포를 나타내고 있다. 또, 도 14(d)는, 도 14(c)의 조사 분포의 윤곽만을 나타낸 것이다.

복수의 세그먼트 광원을 인접시키는 경우, 도 3과 같이 가로로 인접시킬 뿐만 아니라, 실제로는 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, X-Y 방향으로 인접시키고, 4개의 세그먼트 광원의 모서리부를 서로 마주하게 하여 배치할 필요가 있다.

이 때문에, 도 14(a)에 나타내는 바와 같이, 조사면에 있어서는, 4개의 세그먼트 광원으로부터의 조사광이 서로 포개지는 부분이 생긴다(이 도면의 P).

세그먼트 광원은, 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 중앙에서의 조도보다도 그 바깥 가장자리에서의 조도를 낮게 하고 있으므로, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 2개의 세그먼트 광원으로부터의 출사광이 포개진 영역에서는, 그 경계에서의 광량 돌출을 억제할 수 있다. 그러나, 도 14(c)에 나타내는 바와 같이, 4개의 세그먼트 광원으로부터의 출사광이 포개진 영역에서는, 그 경계에서의 광량 돌출이 너무 커, 그 조도 분포의 균일성이 나빠지는 경우가 있다.

즉, 도 14(c)에 나타내는 바와 같이, 4개의 세그먼트 광원으로부터의 출사광이 포개진 영역에서는 세그먼트 광원 SE1~SE4로부터의 광이 포개지고, 이 부분에서의 광량이 도 14(d)에 나타내는 바와 같이 돌출한다.

그래서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 인터그레이터 렌즈(286)의 각 셀 렌즈의 정점 위치에 코너 반경(R)을 설치했다.

이와 같이, 구성함으로써, 세그먼트 광원 SE1~SE4로부터의 광이 포개지는 부분에서의 광량의 돌출을 억제할 수 있다. 또한, 예를 들면 인터그레이터 렌즈(286)의 셀 렌즈의 사이즈가 상술한 바와 같이, S사이즈가 3㎜, M사이즈가 3.5㎜, L사이즈가 4㎜인 경우, 코너 반경은 예를 들면 R=0.5㎜ 정도이다.

도 15는, 도 13과 같이 구성한 경우의, 워크의 조사면에 있어서의 4개의 세그먼트 광원 1~4로부터의 각 조사 분포를 세그먼트 광원측에서 보았을 때의 도면이다. 이 도면의 파선, 일점 쇄선, 이점 쇄선, 점선은, 각각 세그먼트 광원 SE1~SE4로부터 출사하는 광의 조사 영역을 나타내고 있다.

도 15(b)는, 도 15(a)에서의 D-D 단면에 있어서의 조도 분포를 나타내고, 도 15(c)는, 도 15(a)에서의 E-E 단면에 있어서의 조도 분포를 나타내고 있다. 또, 도 15(d)는, 도 15(c)의 조사 분포의 윤곽만을 나타낸 것이다.

도 13에 나타내는 바와 같이 각 셀 렌즈의 정점 위치에 코너 반경(R)을 설치함으로써, 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 셀 렌즈의 코너 반경(R)이 반영되어, 그 조도 분포의 정점 위치에는 R이 형성된다.

코너 반경(R)이 형성되어 있지 않은 도 15(a)의 D-D 단면인 도 15(b)의 조도 분포에 있어서는, 도 14(b)와 상위하지 않다. 이에 대해서, 코너 반경(R)이 형성된, 도 15(a)의 E-E 단면인 도 15(c)의 조도 분포에 있어서는, 세그먼트 광원 SE1~SE4가 서로 포개지는 부분이 적어지므로, 도 15(d)에 나타내는 바와 같이 세그먼트 광원의 경계에서의 돌출을 작게 할 수 있다.

도 15(d)에 있어서, 점선 부분은 도 14(d)의 실선 부분(코너 반경을 설치하지 않는 경우의 조도 분포)에 상당하고, 도 15(d)의 실선 부분은, 코너 반경을 설치한 경우의 것이 조도 분포의 윤곽을 나타낸 것이며, 양자를 비교하면 알 수 있듯이, 본 실시예와 같이 코너 반경(R)을 설치함으로써, 광량 돌출을 억제할 수 있고, 그 조도 분포의 균일성을 높일 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 13에서는, 모든 셀 렌즈에 코너 반경(R)을 설치했지만, 반드시 모두에 설치할 필요가 없고, 각 세그먼트 광원이 서로 포개진 결과, 현저하게 돌출하는 부분에 설치하면 되고, 도 15의 예로 말하면, 다른 세그먼트 광원으로부터의 광이 적산되지 않는 S사이즈의 셀 렌즈에는, 코너 반경(R)을 설치하지 않아도 상관없다.

상술한 바와 같이, 도 15(a)의 중앙 부분과 같이 4개의 세그먼트 광원의 광이 서로 겹치는 것을 억제할 수 있으면 되므로, 반드시 코너 반경(R)일 필요도 없고, 예를 들면, 도 13(b)에 나타내는 바와 같이, 사각형의 정점 위치를 직선형상으로 코너 커트(C)를 설치하여, 예를 들면 다각형(도 13(b)에서는 팔각형)으로 하면, 겹침 부분은 작아지므로, 이것도 이용할 수 있다.

1:광조사 장치 2:세그먼트 광원
3:광원 유닛 5:워크
8:지지판 9:수냉판
91:수냉 구멍 10:전원 유닛
21:기판 22:투광성 수지
23:LED 소자 24:도광체
27:투광성 렌즈체 28, 281~286:인터그레이터 렌즈
291:집광 렌즈 30:마스크
301:개구 SE1~SE4:세그먼트 광원

Claims (4)

1. 기판 상에 복수의 LED가 배치된 세그먼트 광원을, 복수 늘어 놓아 구성한 광조사 장치로서,
   상기 세그먼트 광원에는, 상기 복수의 LED로부터의 광이 조사되는 인터그레이터 렌즈와, 상기 인터그레이터 렌즈로부터의 출사광이 조사되는 집광 렌즈가 설치되고,
   상기 인터그레이터 렌즈는, 복수의 셀 렌즈에 의해 구성되고,
   상기 인터그레이터 렌즈의 상기 LED에 대향하는 측의 각 셀 렌즈의 개구 사이즈는, 크기가 상이한 복수 종류의 사이즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 LED에 대향하는 측의 셀 렌즈의 모서리 부분에는, 코너 반경 또는 코너 커트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
3. 기판 상에 복수의 LED가 배치된 세그먼트 광원을, 복수 늘어 놓아 구성한 광조사 장치로서,
   상기 세그먼트 광원에는, 상기 복수의 LED로부터의 광이 조사되는 인터그레이터 렌즈와, 상기 인터그레이터 렌즈로부터의 출사광이 조사되는 집광 렌즈가 설치되고,
   상기 인터그레이터 렌즈는, 복수의 셀 렌즈에 의해 구성되고,
   상기 인터그레이터 렌즈의 상기 LED에 대향하는 측에는, 각 셀 렌즈에 대응한 위치에 개구가 설치된 마스크가 배치되고,
   상기 마스크의 개구 사이즈는, 크기가 상이한 복수 종류의 사이즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 LED에 대향하는 측에 배치된 마스크의 개구의 모서리 부분에는, 코너 반경 또는 코너 커트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.

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