WO2017170092A1 - 光照射装置 - Google Patents

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Inventor
顕治 櫻井
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シーシーエス株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor

Definitions

  • the present invention relates to a light irradiation apparatus in which a plurality of LED substrates are arranged.
  • a mercury lamp is conventionally used as a light source (see Patent Document 1).
  • a mercury lamp is conventionally used as a light source (see Patent Document 1).
  • LED light sources instead of mercury lamps is also required in exposure apparatuses. is there.
  • the light output of ultraviolet light of one LED is smaller than that of a mercury lamp, it is necessary to use a large number of LEDs in order to obtain an equivalent light output.
  • the surface light source since the LED is a diffuse light source, in order to efficiently irradiate the fly-eye lens of the exposure apparatus with ultraviolet light, the ultraviolet light emitted from each LED is emitted in a substantially parallel direction by the lens, and each condenser lens is used to It is necessary to collect substantially parallel ultraviolet light on the fly-eye lens.
  • each LED is particularly ultraviolet light
  • the lens array is made of resin, its function is impaired due to its deterioration, so it is necessary to use a material such as glass.
  • the lens array is divided into a plurality of parts, it is necessary to divide the LED substrate accordingly. Furthermore, in order to suppress uneven irradiance as a whole and to emit uniform light from the whole, the optical axes of the lens arrays and the LED substrates must be aligned with high accuracy.
  • the light irradiation apparatus which has a surface light source of a large area used for an exposure apparatus, it will be expensive compared with a mercury lamp, and it will take time to assemble, and the manufacturing cost will increase. Difficult to make.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and a plurality of LEDs formed on a plurality of lens arrays and a plurality of LED optical axes arranged on a plurality of LED substrates by simple alignment. It is an object of the present invention to provide a light irradiation device that can accurately match the optical axis of a lens and can realize a large area surface light source at low cost.
  • the light irradiation apparatus includes four irradiation units each including an LED substrate and a lens array disposed on the LED substrate, and the four irradiation units pressed against each other, and the four irradiation units.
  • a positioning member having four arrangement reference surfaces for disposing the unit at a predetermined position, and the LED substrate is arranged based on the LED reference end surface and a distance from the LED reference end surface with respect to the LED reference end surface
  • a plurality of LEDs, and the lens array includes a lens reference end surface and a plurality of lenses arranged on the basis of the distance from the lens reference end surface with respect to the lens reference end surface.
  • the irradiation unit and the four arrangement reference planes are arranged so as to be four times rotationally symmetric, and one front of the arrangement reference plane is provided. Wherein the LED reference end surface and the lens reference end surface in the irradiation unit is pressed.
  • only one type of irradiation unit may be manufactured in order to make the light irradiation device a large area surface light source.
  • a plurality of LEDs and a plurality of lenses are arranged at the same position, and their optical axes are aligned. Can be made. Therefore, in order to obtain a surface light source having a large area, the irradiance unevenness of the entire surface light source is suppressed, and the labor for aligning the optical axis between each LED and each lens during assembly is reduced. Cost can be greatly reduced. For this reason, if it is the light irradiation apparatus which concerns on this invention, it will become possible to implement
  • the arrangement reference is used.
  • the surface includes a first side surface and a second side surface orthogonal to the first side surface, and the LED reference end surface is orthogonal to the first LED end surface and the first LED end surface pressed against the first side surface.
  • the second LED end surface pressed against the second side surface, and the lens reference end surface is orthogonal to the first lens end surface and the first lens end surface pressed against the first side surface, and What consists of a 2nd lens end surface pressed on a 2nd side surface may be sufficient.
  • the positioning member is formed in a cross shape, and the first side surface and the second side surface are provided for each quadrant. It only has to be formed.
  • the apparatus further includes heat sinks provided under the four irradiation units, and the heat sinks are connected to the four LED boards.
  • Four through holes for passing the supply cable may be provided, and each through hole may be arranged so as to be rotationally symmetrical four times.
  • each LED board is connected to the LED reference end surface.
  • the heat sink is plate-shaped and provided on the side of the heat sink where the irradiation unit is not provided. And a relay unit that is connected to the LED board with the power supply cable and connected to an external power source with a power cable.
  • the LEDs on the LED substrate and the lens array can be simply pressed against the positioning member while aligning the direction of the irradiation unit with the same shape with respect to the rotation direction.
  • the optical axes of the lenses can be matched. Therefore, radiation irradiation unevenness as a surface light source can be reduced by only a simple mounting operation, and a large area surface light source can be manufactured at low cost by the LED.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the typical top view which shows the state which removed the cover of the light irradiation apparatus, the condenser lens, and the lens array in the same embodiment.
  • the typical top view which shows the state which removed the cover and condenser lens of the light irradiation apparatus in the same embodiment.
  • the schematic diagram which shows the structure of the LED board in the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a lens array fixing structure in the same embodiment.
  • the light irradiation apparatus 100 is a surface light source used as a light source of an exposure apparatus used for manufacturing an electronic circuit board, for example, and as shown in FIGS. 1 to 3, a light emitting area required for the exposure apparatus. Are divided into four, and the four light emitting units 2 each bear the divided light emitting areas. More specifically, the light irradiation apparatus 100 includes an irradiation unit IR on the upper surface side and a power supply unit SP on the lower surface side.
  • the irradiation part IR is provided on the heat sink 1, a water-cooled heat sink 1 formed in a substantially plate shape, four irradiation units 2 arranged on the upper surface of the heat sink 1, and having a substantially square light emitting surface.
  • a positioning member 3 serving as a reference for arranging the four irradiation units 2 at predetermined positions, a condenser lens 4 provided above the irradiation unit 2 and the positioning member 3, and a casing 5 covering each member. ing.
  • the irradiation unit 2 includes an LED substrate 6 and a lens array 7 provided on the upper side of the LED substrate 6.
  • the LED substrate 6 includes a printed circuit board 61 having at least two end faces orthogonal to each other, and a substrate on the substrate.
  • the LED 62 arranged in a square lattice shape and a support for supporting the lens array 7 (positioning member 3, pressing body 8, described later, holding body 81, fixing member 82) are provided.
  • the printed circuit board 61 includes an LED reference end surface that serves as a reference for a two-dimensional coordinate position of the plurality of LEDs 62 on the printed circuit board 61.
  • the LED reference end surface is a surface pressed against the side surface of the positioning member 3, and includes a first LED end surface 6A and a second LED end surface 6B that is orthogonal to the first LED end surface 6A.
  • the printed circuit board 61 has a shape having a bulging portion in which one corner of a square bulges outward in a plan view.
  • the first LED end face 6A and the second LED end face 6B form an end face opposite to the bulging portion.
  • a power connector 63 to which a power supply cable C for supplying power to the plurality of LEDs 62 is connected is provided on the same side as the LEDs 62 in the bulging portion.
  • the heat sink 1 is provided with a through hole 11 for guiding the power supply cable C to the lower surface of the heat sink 1 in the vicinity of the power connector 63.
  • the heat sink 1 has through holes 11 corresponding to the four irradiation units 2, respectively, and is arranged so as to be an object to be rotated four times around the center point. is there.
  • the plurality of LEDs 62 emit ultraviolet light, and are arranged in a square lattice pattern based on the distance from the LED reference end surface with respect to the LED reference end surface. That is, the two-dimensional coordinate position of each LED 62 on the printed circuit board 61 is set with respect to the distance in the vertical direction from the first LED end face 6A and the distance in the vertical direction from the second LED end face 6B.
  • the lens array 7 is a thin plate having a substantially square face plate portion in which the same number of lenses 71 as the LEDs 62 are two-dimensionally arranged and integrally formed of, for example, glass.
  • the lens array 7 has a lens reference end surface that serves as a reference for a two-dimensional coordinate position in the lens array 7 of each lens 71.
  • the lens reference end surface includes a first lens end surface 7A that is pressed against the side surface of the positioning member 3 and a second lens end surface 7B that is orthogonal to the first lens end surface 7A.
  • the two-dimensional coordinate position of the lens 71 in the lens array 7 is set by a distance in a direction perpendicular to the first lens end surface 7A and a distance in a direction perpendicular to the second lens end surface 7B.
  • the first lens end surface 7A and the second lens end surface 7B are provided as protrusions protruding outward.
  • three lens arrays 7 are laminated on one LED substrate 6.
  • the positioning member 3 is provided on the heat sink 1 so as to have a substantially cross shape. More specifically, the positioning member 3 is formed by ridges extending in two orthogonal directions.
  • the protrusion includes a base portion 31 that is slightly thicker than the printed board 61 in a cross-sectional view, and a protrusion 32 that is thinner than the base portion 31 and protrudes upward from the center portion of the base portion 31.
  • the LED reference end surface of the LED substrate 6 is pressed against the side surface of the base portion 31, and the lens reference end surfaces of the three lens arrays 7 are pressed against the side surface of the protruding portion 32.
  • the positioning member 3 is provided with four arrangement reference planes on the side surface, in which the four irradiation units 2 are pressed, respectively, and the four irradiation units 2 are arranged at specified positions.
  • the arrangement reference surface includes a first side surface 3A and a second side surface 3B that is orthogonal to the first side surface 3A.
  • the first side surface 3A and the second side surface 3B are formed for each quadrant.
  • the first side surface 3 ⁇ / b> A and the second side surface 3 ⁇ / b> B are configured as surfaces having a step by the side surface of the base portion 31 and the side surface of the protruding portion 32.
  • the first side surface 3 ⁇ / b> A and the second side surface 3 ⁇ / b> B are arranged so as to be rotated four times around the center of the positioning member 3.
  • each LED board 6 has the first LED end face 6A pressed against the first side face 3A of the positioning member 3 (base part 31), and the second LED end face 6B is the first side face of the positioning member 3 (base part 31). 2 is pressed against the side surface 3B.
  • the position of the LED board 6 and the LED 62 arranged on the LED board 6 on the heat sink 1 is determined with the positioning member 3 as a reference.
  • the LED reference end face is pressed against the side surface of the positioning member 3 while rotating each LED board 6 by 90 °.
  • the first lens end surface 7A of the lens array 7 of the first lens array 7 is pressed against the first side surface 3A of the positioning member 3 (projecting portion 32) and the second lens end surface 7B. Is pressed against the second side surface 3B of the positioning member 3 (projecting portion 32).
  • the lens array 7 is placed in a state where it is stretched over the base portion 31 and the placement portion of the holding body 81 (the same height as the base portion 31). In this way, the position of the lens 71 on the heat sink 1 is determined with the positioning member 3 as a reference.
  • the lens reference end face is pressed against the side surface of the positioning member 3 while rotating each lens array 7 by 90 °. Such an assembling operation is similarly performed for the second and third lens arrays 7.
  • the LED reference end surface that becomes the reference of the position of each LED 62 and the lens reference end surface that becomes the reference of the position of each lens 71 with respect to the positioning member 3 can be accurately arranged at the design position. Therefore, the two-dimensional coordinate positions of the LEDs 62 and the lenses 71 on the heat sink 1 can be substantially matched. That is, since the optical axis of each LED 62 and the optical axis of each lens 71 coincide with each other in all combinations, the surface light source is closest to the design state, and the irradiance unevenness can be reduced.
  • the lens array 7 is pressed and fixed from the upper surface side to the lower surface side of the positioning member 3 after being positioned. More specifically, a pressing body 8 for pressing and fixing the lens array 7 downward is provided on the upper surface of the protruding portion 32 of the positioning member 3, and the pressing body 8 is sandwiched between the upper surface of the base portion 31. A pressing force is directly applied only to the three lens arrays 7 formed.
  • the pressing body 8 is composed of a resin washer and a screw, and a metal shim having a diameter larger than that of the washer and a thin plate between the washer and the lens array 7 in order to prevent the washer from being deteriorated by ultraviolet light ( (Not shown) is sandwiched.
  • This washer has a diameter larger than the width dimension of the protruding portion 32, and the outer edge portion of the washer protrudes outward when attached to the upper surface of the protruding portion 32.
  • the power supply cable C connected to the power connector 63 of each LED board 6 uses an FFC cable and is led to the lower surface of the heat sink 1 through the through hole 11. As shown in FIG. 8, the two power supply cables C guided from the two LED boards 6 to the lower surface of the heat sink 1 are connected to one relay unit 9.
  • one first connector 91 is provided on each of the back surface and the front surface of the substrate, and a second connector 92 is provided on the surface of the substrate.
  • a power supply cable C connected to the LED board 6 is connected to the first connector 91, and a power cable L connected to the external power supply connector OC is connected to the second connector 92.
  • the pair of first connectors 91 are arranged so as to be symmetrical in the vertical direction with respect to the board, and the orientation of the first connector 91 on the front side is the through hole as shown in FIG.
  • the power supply cable C led from 11 can be connected as it is without being bent.
  • the power supply cable C led from the through hole 11 can be bent and connected to the first connector 91 on the back side.
  • the LED substrate 6 and the lens array 7 can be accurately positioned at the design position on the substrate simply by pressing each irradiation unit 2 against the arrangement reference surface of the positioning member 3 in the same direction with respect to the circumferential direction. can do. Since the LED reference end surface and the lens reference end surface, which are the reference positions of the LEDs 62 and the lenses 71, are accurately positioned by the positioning member 3, the LEDs 62 and the corresponding lenses 71 are arranged at the same position. Each optical axis can be made to correspond.
  • each LED 62 and each lens 71 at the time of assembly is achieved while suppressing unevenness of irradiance in the entire surface light source, even though the surface light source is divided into a plurality of parts to produce a large area surface light source.
  • the labor and cost can be greatly reduced.
  • a surface light source having a large area as required for an exposure apparatus can be realized at low cost with LEDs.
  • the through hole 11 is provided in the heat sink 1, the power supply cable C connected to each LED unit can be guided to the lower surface side of the heat sink 1 through the through hole 11. Accordingly, there is no need to bypass the outside of the heat sink 1 and connect the power supply cable C, so that there is no gap in the casing 5 and, for example, measures against leakage of ultraviolet rays can be facilitated. Moreover, since the power supply cable C led to the back side of the heat sink 1 is connected by the relay unit 9, the wiring to the external power source can be improved.
  • the light irradiation apparatus 100 can significantly reduce the manufacturing cost while realizing a surface light source with a large area, and can be replaced with a mercury lamp currently used as a light source in an exposure apparatus. Is possible.
  • the number of lens arrays 7 stacked on one LED substrate 6 is not limited to three, and may be one or two, or four or more. Further, the shape and structure of the lens array 7 may be different or the same.
  • the arrangement shape of the positioning member 3 and the orientation of the LED reference end face and the lens reference end face are not limited to those shown in the above embodiment.
  • the positioning member 3 it is preferable to use an integral member in order to make the positional relationship between the LED 62 and the lens 71 highly accurate.
  • the positioning member 3 may have a square frame shape, and an arrangement reference surface may be formed on the inner surface of the positioning member 3.
  • the LED reference end face and the lens reference end face may be set not on the inner peripheral end face but on the outer peripheral end face with respect to the rotation center.
  • the irradiation unit 2 may be arranged so as to be four times rotationally symmetric.
  • the positioning member 3 may be partially out of rotational symmetry.
  • the square frames are not all continuous as in the example of FIG. 11, and may be interrupted in the middle.
  • the shape of the ridge constituting the positioning member 3 may be the same shape instead of different shapes for each portion where the LED substrate 6 and the lens array 7 abut.
  • the number of relay units may be one, and the power connector may be arranged in the center in a state where each irradiation unit is arranged.
  • the LEDs arranged on the LED substrate may be bullet-type LEDs or LED chips.
  • the arrangement of the LEDs and the lenses is not limited to the square lattice shape, and may be various arrangements such as a regular triangular lattice shape and a regular hexagonal lattice shape.
  • the light irradiation apparatus of the present invention can be used for applications requiring various large area surface light sources in addition to the exposure apparatus.
  • a light irradiation device having a large area surface light source can be provided at low cost.

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Abstract

大面積の面光源を安価に実現することができる光照射装置を提供するために、４つの照射ユニットと、位置決め部材とを備え、ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ基準端面と、ＬＥＤ基準端面を基準として当該ＬＥＤ基準端面からの距離に基づいて配列された複数のＬＥＤとを具備し、レンズアレイが、レンズ基準端面と、前記レンズ基準端面を基準として当該レンズ基準端面からの距離に基づいて配列された複数のレンズとを具備し、４つの前記照射ユニット及び４つの配置基準面が、４回回転対称となるように配置されており、１つの前記配置基準面に対して１つの前記照射ユニットにおける前記ＬＥＤ基準端面及び前記レンズ基準端面を押し当てた。

Description

光照射装置
　本発明は、ＬＥＤ基板が複数配列された光照射装置に関するものである。
　例えば電子回路基板向けの露光装置では、従来、光源として水銀ランプが用いられている（特許文献１参照）。近年、消費電力や排出ＣＯ２の削減、光源の長寿命化、水銀未使用等により環境負荷の低減を実現するために、露光装置においても水銀ランプの代わりにＬＥＤ光源への置き換えが求められつつある。
　ところが、ＬＥＤ１個の紫外光の光出力は、水銀ランプに比べて小さいため、同等の光出力を得るためには、多数のＬＥＤを使用する必要があり、露光装置に使用するには、大面積の面光源となる。また、ＬＥＤは拡散光源であるため、露光装置のフライアイレンズに紫外光を効率よく照射するためには、各ＬＥＤから出た紫外光をレンズで概略平行な方向へ出射し、コンデンサレンズによって各概略平行な紫外光をフライアイレンズへ集光する必要がある。
　このような構成にすることで、複数のＬＥＤが配列されたＬＥＤ基板の内、１個又は２個程度のＬＥＤが不点灯になったり、放射照度が低下したりしたとしても、基板を露光する露光面では、全体としての放射照度ムラを抑えることができる。
　しかしながら、各ＬＥＤから射出される光が特に紫外光の場合、レンズアレイを樹脂製とすると、その劣化によってその機能が損なわれてしまうため、ガラス等の材料を用いる必要がある。
　ところが、ガラスは樹脂に比べて比重が大きいので、例えば露光装置に必要とされるほどの面積を有した１枚物のレンズアレイを作成しようとすると非常に重くなってしまう。このため、大きな１枚物のレンズアレイを作成することは製造上の限界やコストの問題によって実現が難しい。また、レンズを接着剤で繋ぎ合わせると、レンズ同士の位置精度が悪化することや、紫外光による接着剤の劣化により長期の耐久性に問題がある。したがって、必要となる面積よりも小さい複数のレンズアレイに分割して形成することになる。
　しかしながら、レンズアレイが複数に分割されて形成されていると、それに合わせてＬＥＤ基板を分割して形成する必要がある。さらに、全体としての放射照度ムラを抑え、均一な光が全体から射出されるようにするには各レンズアレイと各ＬＥＤ基板の光軸をそれぞれ高精度に位置合わせしなくてはならない。
　このため、露光装置に用いられるような大面積の面光源を有した光照射装置を製造しようとすると、水銀ランプと比較して組み立てにかかる手間が大きくなり、製造コストが上昇するため安価なものにするのが難しい。
特開２０１０－３３０９４号公報
　本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、簡単な位置合わせだけで複数のＬＥＤ基板上に配置された複数のＬＥＤの光軸と、複数のレンズアレイに形成された複数のレンズの光軸とを精度よく一致させることができ、大面積の面光源を安価に実現することができる光照射装置を提供することを目的とする。
　すなわち、本発明に係る光照射装置は、ＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤ基板上に配置されるレンズアレイとを具備する４つの照射ユニットと、４つの前記照射ユニットがそれぞれ押し当てられ、４つの前記照射ユニットを規定の位置に配置させる４つの配置基準面を具備する位置決め部材とを備え、前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ基準端面と、前記ＬＥＤ基準端面を基準として当該ＬＥＤ基準端面からの距離に基づいて配列された複数のＬＥＤとを具備し、前記レンズアレイが、レンズ基準端面と、前記レンズ基準端面を基準として当該レンズ基準端面からの距離に基づいて配列された複数のレンズとを具備し、４つの前記照射ユニット及び４つの配置基準面が、４回回転対称となるように配置されており、１つの前記配置基準面に対して１つの前記照射ユニットにおける前記ＬＥＤ基準端面及び前記レンズ基準端面が押し当てられていることを特徴とする。
　このようなものであれば、光照射装置を大面積の面光源とするために照射ユニットを１種類だけ製造すればよい。さらに、各照射ユニットを位置決め部材の配置基準面に対してそれぞれ周方向に対して同じ向きに押し当てていくだけで、複数のＬＥＤと複数のレンズを同じ位置に配置し、それぞれの光軸を一致させることができる。したがって、大面積の面光源を得るために複数要素に分割しているにもかかわらず、面光源全体における放射照度ムラを抑えつつ、組み立て時における各ＬＥＤと各レンズ間の光軸合わせの手間やコストを大幅に低減できる。このため、本発明に係る光照射装置であれば、例えば露光装置に求められるような大面積の面光源をＬＥＤで安価に実現することが可能となる。
　複数のＬＥＤの二次元的な位置と、複数のレンズの二次元的な位置とが一致するように簡単に配置して、それぞれの光軸を精度よく一致できるようにするには、前記配置基準面が、第１側面と、前記第１側面と直交関係にある第２側面とからなり、前記ＬＥＤ基準端面が、前記第１側面に押し当てられる第１ＬＥＤ端面と、前記第１ＬＥＤ端面と直交関係にあるとともに前記第２側面に押し当てられる第２ＬＥＤ端面とからなり、前記レンズ基準端面が、前記第１側面に押し当てられる第１レンズ端面と、前記第１レンズ端面と直交関係にあるとともに前記第２側面に押し当てられる第２レンズ端面とからなるものであればよい。
　大面積の面光源としやすく、位置決め部材に対する照射ユニットの取り付け作業を簡単にするには、前記位置決め部材が、十字状に形成されており、各象限ごとに前記第１側面及び前記第２側面が形成されていればよい。
　ＬＥＤとレンズの光軸が一致するようにＬＥＤ基板とレンズアレイが配置された状態で固定するための作業数を減らせるとともに、レンズアレイに大きな力がかかって割れてしまうことを防ぐには、ＬＥＤ基板と位置決め部材の上面に取り付けられ、隣接する前記照射ユニットの前記レンズアレイの両方を押圧固定する押圧体をさらに備えたものであればよい。
　各ＬＥＤ基板で発生する熱を放熱するヒートシンクがある場合でも、各ＬＥＤ基板に電力を供給するための電力供給ケーブルをヒートシンクの外側へ回す必要がなく、例えば各照射ユニットとヒートシンクを収容するケーシング構造が複雑化するのを防ぎ、製造コストを低減できるようにするには、４つの前記照射ユニットの下側に設けられたヒートシンクをさらに備え、前記ヒートシンクが、４つの前記ＬＥＤ基板へ接続される電力供給ケーブルを通すための貫通穴を４つ備えており、各貫通穴が、４回回転対称となるように配置されていればよい。
　前記電力供給ケーブルをヒートシンクの上側の面から下側の面へ導く場合における取り回しをさらに良くし、組み立てにかかる製造コストを低減できるようにするには、前記各ＬＥＤ基板が、前記ＬＥＤ基準端面とは反対側に前記電力供給ケーブルが接続される電源コネクタを具備し、前記ＬＥＤ基板が前記位置決め部材に押し当てられた状態において、前記貫通穴が前記ＬＥＤ基板の外側かつ前記電源コネクタの近傍に配置されていればよい。
　ヒートシンクにおける下側の面でも電力供給ケーブルの取り付けを簡単にできるようにするための具体的な構成としては、前記ヒートシンクが板状であり、前記ヒートシンクにおいて前記照射ユニットが設けられていない側に設けられた中継ユニットをさらに備え、前記中継ユニットが、前記ＬＥＤ基板と前記電力供給ケーブルで接続されるとともに、電源ケーブルで外部電源と接続されるように構成されているものが挙げられる。
　このように本発明に係る光照射装置によれば、同じ形状の照射ユニットについてその向きを回転方向に対して揃えながら位置決め部材に対して押し付けていくだけで、ＬＥＤ基板及びレンズアレイ上にあるＬＥＤ及びレンズの光軸を一致させることができる。したがって、簡単な取り付け作業のみで面光源としての放射照射ムラを小さくすることができ、ＬＥＤによって大面積の面光源を安価に製造することができる。
本発明の一実施形態に係る光照射装置を示す模式的斜視図。 同実施形態において光照射装置のカバー、コンデンサレンズ、及び、レンズアレイを取り外した状態を示す模式的上面図。 同実施形態において光照射装置のカバー及びコンデンサレンズを取り外した状態を示す模式的上面図。 同実施形態におけるＬＥＤ基板の構造を示す模式図。 同実施形態におけるレンズアレイの構造を示す模式図。 同実施形態における位置決め部材の構造について示す模式的斜視図。 同実施形態におけるレンズアレイの固定構造について示す模式的断面図。 同実施形態における光照射装置の下面側におけるＬＥＤ基板から中継ユニットまでの配線を示す模式的斜視図。 同実施形態における光照射装置の下面側における中継ユニットから電源接続コネクタまでの配線を示す模式的斜視図。 同実施形態における中継ユニットを示す模式的斜視図。 本発明の別の実施形態に係る光照射装置を示す模式図。
１００・・・光照射装置
１　　・・・ヒートシンク
２　　・・・照射ユニット
３　　・・・位置決め部材
３１　・・・土台部
３２　・・・突出部
３Ａ　・・・配置基準面の第１側面
３Ｂ　・・・配置基準面の第２側面
４　　・・・コンデンサレンズ
５　　・・・ケーシング
６　　・・・ＬＥＤ基板
６１　・・・プリント基板
６２　・・・ＬＥＤ
６３　・・・電源コネクタ
６Ａ　・・・第１ＬＥＤ端面
６Ｂ　・・・第２ＬＥＤ端面
７　　・・・レンズアレイ
７１　・・・レンズ
７Ａ　・・・第１レンズ端面
７Ｂ　・・・第２レンズ端面
８　　・・・押圧体
９　　・・・中継ユニット
　本発明の一実施形態に係る光照射装置１００について各図を参照しながら説明する。本実施形態の光照射装置１００は、例えば電子回路基板の製造に用いられる露光装置の光源として用いられる面光源であり、図１乃至図３に示すように、露光装置として必要とされる発光面積を４つに分割し、分割された発光面積をそれぞれ４つの照射ユニット２が担うようにしてある。より具体的には、前記光照射装置１００は、上面側の照射部ＩＲと、下面側の電力供給部ＳＰとからなる。
　前記照射部ＩＲは、概略板状に形成された水冷式のヒートシンク１と、ヒートシンク１の上側の面に配置され、概略正方形状の発光面を有する４つの照射ユニット２と、ヒートシンク１上に設けられ、４つの照射ユニット２を所定位置に配置させるための基準となる位置決め部材３と、照射ユニット２及び位置決め部材３の上側に設けられるコンデンサレンズ４と、各部材を覆うケーシング５と、を備えている。
　前記照射ユニット２は、ＬＥＤ基板６と、ＬＥＤ基板６の上側に重ねて設けられるレンズアレイ７とを備えており、ＬＥＤ基板６は、少なくとも２つの端面が直交するプリント基板６１と、基板上において正方形格子状に配列されたＬＥＤ６２と、前記レンズアレイ７を支持するための支持体（位置決め部材３、後述の押圧体８、保持体８１、固定部材８２）と、を備えたものである。
　前記プリント基板６１は、複数のＬＥＤ６２の当該プリント基板６１上における二次元座標位置の基準となるＬＥＤ基準端面を備えている。このＬＥＤ基準端面は、位置決め部材３の側面に対して押し当てられる面であり、第１ＬＥＤ端面６Ａと、第１ＬＥＤ端面６Ａと直交関係にある第２ＬＥＤ端面６Ｂとからなる。このプリント基板６１は図４の拡大図に示されるように平面視において正方形の１つの角が外側へ膨出した膨出部を有した形状となっている。そして、第１ＬＥＤ端面６Ａと第２ＬＥＤ端面６Ｂは前記膨出部とは反対側の端面をなすものである。前記膨出部には、複数のＬＥＤ６２に対して電力を供給するための電力供給ケーブルＣが接続される電源コネクタ６３がＬＥＤ６２と同じ側の面に設けてある。また、ヒートシンク１には電源コネクタ６３の近傍において電力供給ケーブルＣを当該ヒートシンク１の下側の面へと導くための貫通穴１１が設けてある。図１乃至図３に示されるようにヒートシンク１には４つの照射ユニット２に対応させてそれぞれ貫通穴１１が形成してあり、中心点を回転中心として４回回転対象となるように配置してある。
　複数のＬＥＤ６２は、紫外光を射出するものであって、前記ＬＥＤ基準端面を基準として当該ＬＥＤ基準端面からの距離に基づいて正方形格子状に配列してある。すなわち、第１ＬＥＤ端面６Ａからの垂直な方向への距離と、第２ＬＥＤ端面６Ｂからの垂直な方向への距離において各ＬＥＤ６２のプリント基板６１上における二次元座標位置が設定してある。
　前記レンズアレイ７は、図５の拡大図に示すようにＬＥＤ６２と同数のレンズ７１を二次元的に配列させて例えばガラスで一体形成した概略正方形状の面板部を有する薄板状のものである。このレンズアレイ７は、各レンズ７１のレンズアレイ７における二次元座標位置の基準となるレンズ基準端面を有している。前記レンズ基準端面は、位置決め部材３の側面に押し当てられる第１レンズ端面７Ａと、前記第１レンズ端面７Ａと直交関係にある第２レンズ端面７Ｂとからなる。すなわち、レンズアレイ７におけるレンズ７１の２次元座標位置は、第１レンズ端面７Ａに対して垂直な方向の距離と、第２レンズ端面７Ｂに対して垂直な方向の距離で設定してある。なお、第１レンズ端面７Ａ及び前記第２レンズ端面７Ｂは外側へ突出する突起として設けてある。また、本実施形態では１つのＬＥＤ基板６上に３枚のレンズアレイ７が積層してある。
　位置決め部材３は、ヒートシンク１上において概略十字状となるように設けてある。より具体的には、直交する２つの方向に延びる突条により位置決め部材３は形成してある。前記突条は、横断面視においてプリント基板６１よりも若干厚みのある土台部３１と、土台部３１よりも細く、土台部３１の中央部から上側へと突出する突出部３２からなる。土台部３１の側面にはＬＥＤ基板６のＬＥＤ基準端面が押し当てられ、突出部３２の側面には３枚のレンズアレイ７のレンズ基準端面が押し当てられる。
　すなわち、位置決め部材３は４つの照射ユニット２がそれぞれ押し当てられ、４つの照射ユニット２を規定の位置に配置させる４つの配置基準面を側面に具備する。配置基準面は、第１側面３Ａと、第１側面３Ａと直交関係にある第２側面３Ｂとからなる。第１側面３Ａ及び第２側面３Ｂは各象限ごとに形成してある。第１側面３Ａ及び第２側面３Ｂは、土台部３１の側面と突出部３２の側面によって段差を有した面として構成してある。第１側面３Ａ及び第２側面３Ｂは、位置決め部材３の中心を中心点として４回回転対象となるように配置してある。
　このように構成された照射ユニット２及び位置決め部材３によるヒートシンク１上における位置決め及び組み立てについて説明する。
　４つの照射ユニット２は、前述したようにすべて同じ形状かつ構成であり、位置決め部材３の中心を中心点として４回回転対称となるようにヒートシンク１上に配置してある。より具体的には、各ＬＥＤ基板６は第１ＬＥＤ端面６Ａが位置決め部材３（土台部３１）の第１側面３Ａに押し当てられるとともに、第２ＬＥＤ端面６Ｂが位置決め部材３（土台部３１）の第２側面３Ｂに押し当てられている。このようにして、位置決め部材３を基準としてＬＥＤ基板６及び当該ＬＥＤ基板６上に配列されているＬＥＤ６２のヒートシンク１上の位置が決定される。各ＬＥＤ基板６の向きは９０°ずつ回転しながら位置決め部材３の側面に対してＬＥＤ基準端面が押し当てられるようにしてある。
　ＬＥＤ基板６が位置決めされた後、１枚目のレンズアレイ７についてレンズアレイ７の第１レンズ端面７Ａが位置決め部材３（突出部３２）の第１側面３Ａに押し当てられるとともに第２レンズ端面７Ｂが位置決め部材３（突出部３２）の第２側面３Ｂに押し当てられる。その際、レンズアレイ７は、土台部３１と保持体８１の載置部（土台部３１と同一高さ）に掛け渡された状態で載置される。このようにして、位置決め部材３を基準としてヒートシンク１上におけるレンズ７１の位置が決定される。各レンズアレイ７の向きは９０°ずつ回転しながら位置決め部材３の側面に対してレンズ基準端面が押し当てられるようにしてある。このような組み立て作業を２枚目及び３枚目のレンズアレイ７についても同様に行われる。
　このようにすることで、位置決め部材３に対して各ＬＥＤ６２の位置の基準となるＬＥＤ基準端面と、各レンズ７１の位置の基準となるレンズ基準端面を設計位置に精度よく配置することができる。したがって、各ＬＥＤ６２と各レンズ７１とのヒートシンク１上における二次元座標位置をほぼ一致させることができる。すなわち、各ＬＥＤ６２の光軸と各レンズ７１の光軸がすべての組み合わせで一致するので、面光源として最も設計状態に近くなり、放射照度ムラを小さくすることができる。
　さらに図７に示すようにレンズアレイ７は位置決めされた後に位置決め部材３の上面側から下面側へと押圧して固定してある。より具体的には、位置決め部材３の突出部３２の上面にレンズアレイ７を下方へと押圧固定する押圧体８が設けてあり、この押圧体８は、土台部３１の上面との間に挟み込まれた３枚のレンズアレイ７のみに対して押圧力を直接作用させる。この押圧体８は樹脂製のワッシャとネジからなるものであり、前記ワッシャとレンズアレイ７との間にはワッシャが紫外光により劣化することを防ぐためにワッシャより大径且つ薄板の金属製シム（図示せず）が挟み込まれる。このワッシャは突出部３２の幅寸法よりも大きい直径を有するものであり、突出部３２の上面に取り付けられた状態でその外縁部が外側へはみ出すようにしてある。これにより、隣接するレンズアレイ７の両方を１つのワッシャで同時に押圧固定でき、各レンズアレイ７を固定するのに必要なネジ数を減らして組み立てコストを低減できる。なお、レンズアレイ７は、保持体８１に設けられる、押圧体８と同構造の固定部材８２によっても固定される。
　次に前記電力供給部ＳＰについて図８乃至図１０を参照しながら説明する。
　各ＬＥＤ基板６の電源コネクタ６３に接続された電力供給ケーブルＣはＦＦＣケーブルを用いており、前記貫通穴１１を介してヒートシンク１の下側面へと導かれる。図８に示すように２つのＬＥＤ基板６からヒートシンク１の下側面に導かれた２本の電力供給ケーブルＣは、１つの中継ユニット９に接続される。
　前記中継ユニット９は、基板の裏面と表面のそれぞれに第１コネクタ９１が１つずつ設けてあり、また、基板の表面には第２コネクタ９２が設けてある。第１コネクタ９１にはＬＥＤ基板６と接続された電力供給ケーブルＣが接続され、第２コネクタ９２には外部電源接続コネクタＯＣと接続される電源ケーブルＬが接続される。
　図１０に示されるように１組の第１コネクタ９１は基板に対して上下方向に対称となるように配置してあり、図８に示すように表側の第１コネクタ９１の向きが前記貫通穴１１から導かれた電力供給ケーブルＣを折り曲げることなくそのまま接続できるようにしてある。一方、裏側の第１コネクタ９１には前記貫通穴１１から導かれた電力供給ケーブルＣを折り曲げることで接続できるようにしてある。
　このように構成された本実施形態の光照射装置１００であれば、大面積の面光源とするためにＬＥＤ基板６及びレンズアレイ７を１種類だけ製造すればよい。さらに、各照射ユニット２を位置決め部材３の前記配置基準面に対してそれぞれ周方向に対して同じ向きに押し当てていくだけで、ＬＥＤ基板６とレンズアレイ７を基板上の設計位置へ精度よく位置決めすることができる。そして、位置決め部材３によって各ＬＥＤ６２と各レンズ７１の位置の基準となるＬＥＤ基準端面及びレンズ基準端面が精度よく位置決めされるので、各ＬＥＤ６２と複数の対応する各レンズ７１を同じ位置に配置し、それぞれの光軸を一致させることができる。
　したがって、大面積の面光源とするために複数に分割して製作しているにもかかわらず、面光源全体における放射照度ムラを抑えつつ、組み立て時における各ＬＥＤ６２と各レンズ７１間の光軸合わせの手間やコストを大幅に低減できる。
　このため、露光装置に求められるような大面積の面光源をＬＥＤで安価に実現することができる。
　また、ヒートシンク１に貫通穴１１が設けてあるので、この貫通穴１１を介して各ＬＥＤユニットに接続された電力供給ケーブルＣをヒートシンク１の下面側に導くことができる。したがって、ヒートシンク１の外側を迂回させて電力供給ケーブルＣを接続する必要がないので、ケーシング５に隙間ができず、例えば紫外線の漏れ対策等が容易になる。また、ヒートシンク１の裏面側に導かれた電力供給ケーブルＣは中継ユニット９により接続されるので、外部電源までの配線の取り回しをよくすることができる。
　これらのことから、本実施形態の光照射装置１００であれば、大面積の面光源を実現しつつ、その製造コストを大幅に低減でき、現在露光装置において光源として使われている水銀灯との置き換えが可能となる。
　その他の実施形態について説明する。
　１つのＬＥＤ基板６の上に積層されるレンズアレイ７の枚数は３枚に限られず、１枚または２枚であってもよいし、４枚以上であっても構わない。また、レンズアレイ７の形状や構造はそれぞれ異なっていても、同じであっても良い。
　位置決め部材３の配置形状やＬＥＤ基準端面及びレンズ基準端面の向きは前記実施形態に示したものに限られない。位置決め部材３は、ＬＥＤ６２とレンズ７１の位置関係を高精度にするため一体ものを用いることが好ましいが、許容範囲内の位置精度が得られるのであれば、別体で構成しても構わない。例えば、図１１に示すように正方形枠状の位置決め部材３とし、当該位置決め部材３の内側面に配置基準面が形成されているものであってもよい。この場合には前記ＬＥＤ基準端面及び前記レンズ基準端面は回転中心に対して内周側の端面ではなく、外周側の端面に設定すればよい。要するに前記照射ユニット２が４回回転対称となるように配置すればよい。なお、前記位置決め部材３については回転対称が一部くずれていてもよい。例えば図１１の例のように四角枠がすべて一続きになるものではなく、途中で途切れていてもよい。また、図１１に示すように位置決め部材３を構成する突条の形状はＬＥＤ基板６とレンズアレイ７が当接する部分ごとに異なる形状とせず、同一の形状としてもよい。
　また、中継ユニットは１つであってもよく、電源コネクタについては各照射ユニットが配置された状態において中央部に配置するようにしてもよい。
　さらに、ＬＥＤ基板上に配列されるＬＥＤは、砲弾型のＬＥＤやＬＥＤチップであっても構わない。また、ＬＥＤ及びレンズの配列についても正方形格子状に限られず例えば正三角格子状や正六角格子状等様々な配置であっても構わない。
　また、本発明の光照射装置は露光装置以外にも様々な大面積の面光源が必要な用途に用いることができる。
　その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせや変形を行っても構わない。
　本発明によれば、大面積の面光源を備えた光照射装置を安価に提供できる。

Claims (7)

  1. 　ＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤ基板上に配置されるレンズアレイとを具備する４つの照射ユニットと、
    　４つの前記照射ユニットがそれぞれ押し当てられ、４つの前記照射ユニットを規定の位置に配置させる４つの配置基準面を具備する位置決め部材とを備え、
    　前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ基準端面と、前記ＬＥＤ基準端面を基準として当該ＬＥＤ基準端面からの距離に基づいて配列された複数のＬＥＤとを具備し、
    　前記レンズアレイが、レンズ基準端面と、前記レンズ基準端面を基準として当該レンズ基準端面からの距離に基づいて配列された複数のレンズとを具備し、
    　４つの前記照射ユニット及び４つの配置基準面が、４回回転対称となるように配置されており、
    　１つの前記配置基準面に対して１つの前記照射ユニットにおける前記ＬＥＤ基準端面及び前記レンズ基準端面が押し当てられていることを特徴とする光照射装置。
  2. 　前記配置基準面が、第１側面と、前記第１側面と直交関係にある第２側面とからなり、
    　前記ＬＥＤ基準端面が、前記第１側面に押し当てられる第１ＬＥＤ端面と、前記第１ＬＥＤ端面と直交関係にあるとともに前記第２側面に押し当てられる第２ＬＥＤ端面とからなり、
    　前記レンズ基準端面が、前記第１側面に押し当てられる第１レンズ端面と、前記第１レンズ端面と直交関係にあるとともに前記第２側面に押し当てられる第２レンズ端面とからなる請求項１記載の光照射装置。
  3. 　前記位置決め部材が、十字状に形成されており、各象限ごとに前記第１側面及び前記第２側面が形成されている請求項２記載の光照射装置。
  4. 　前記位置決め部材の上面に取り付けられ、隣接する前記照射ユニットの前記レンズアレイの両方を押圧固定する押圧体をさらに備えた請求項３記載の光照射装置。
  5. 　４つの前記照射ユニットの下側に設けられたヒートシンクをさらに備え、
    　前記ヒートシンクが、４つの前記ＬＥＤ基板へ接続される電力供給ケーブルを通すための貫通穴を４つ備えており、
    　各貫通穴が、４回回転対称となるように配置されている請求項１記載の光照射装置。
  6. 　前記ＬＥＤ基板が、前記ＬＥＤ基準端面とは反対側に前記電力供給ケーブルが接続される電源コネクタを具備し、
    　前記ＬＥＤ基板が前記位置決め部材に押し当てられた状態において、前記貫通穴が前記ＬＥＤ基板の外側かつ前記電源コネクタの近傍に配置されている請求項５記載の光照射装置。
  7. 　前記ヒートシンクが板状であり、
    　前記ヒートシンクにおいて前記照射ユニットが設けられていない側に設けられた中継ユニットをさらに備え、
    　前記中継ユニットが、前記ＬＥＤ基板と前記電力供給ケーブルで接続されるとともに、電源ケーブルで外部電源と接続されるように構成されている請求項５記載の光照射装置。
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