光照射装置的制作方法

专利名称：光照射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光照射装置，尤其涉及形成具备多个LED的线状或面状的光源的光照
射装置。
背景技术：
作为具备LED的光照射装置，例如在专利文献1中记载有将多个LED排列配置于 基板上的紫外线照射装置。该装置是在相当于液晶面板基板的最大尺寸的大面积基板的整 个面铺满配置LED元件，仅点亮预定的密封剂的硬化所必需的LED而进行照射的装置。另外，在专利文献2中与上述同样地，记载有在同一基板上配置发光二极管，相对 于其正下方的基板等的工件进行照射光的曝光装置。图16是LED排列配列于基板上所成的光照射装置的概念图，图16 (a)是从正面所 看到的光源部分的说明图，图16(b)是从横方向所看到的说明图。在该光照射装置中，光源 100通过多个发光二极管(以下，称为LED) 101所构成，在光源平台102上铺满LED 101地配置。在该装置上，具备相对于LED 101的各个切换0N/0FF的电源装置(未图示)，符合 工件103的形状，选择、指定点灯区域，利用电源装置向LED 101供给电力。例如，在专利文献1所述的技术中，工件103是液晶面板基板。此时，在两枚基板 之间密封剂沿着预定的画框形成为矩形状，在该画框内填充有液晶。为了进行被夹在基板 的密封剂的硬化，仅向矩形形状的点灯区域所对应的LED 101供给电力进行点灯。然而，如上述地，在基板上排列配置LED 101的光照射装置中，起因于各个LED 101间的照度的参差不齐，或是LED 101间的劣化特性的参差不齐，在照射区域中，无法实 现均勻的光照射。以此种条件，如图16所示的装置，在将多个LED 101排列配置于面上的装置中，例 如，每一个LED 101，在光量或稍微在放射光的光谱(波长)上产生参差不齐。所以，在照射 区域中很难得到均勻的照度或光谱，有时无法进行所期望的光照射。另外，在此种装置中，在有些LED 101为不点灯时，也有很难仅以剩余的LED 101 补充所预定的照度的问题。具体而言，在一个LED 101为不点灯时，即使提高其周围的LED 101的输入，其输 入的影响也会及于无异常的LED区域，即使在成为不点灯的LED部分会得到预定的照度，而 邻接于其的部分，也会成为高的照度分布，结果，损害整体的照度均勻度。为了解决此种问题，如图17(a)所示，考虑使用了积分透镜(integratorlens)的 分段光源。在图17(a)中，在基板21上设置多个LED 23，而通过透光性树脂22与透光性透镜 27密封各LED 23。来自各LED 23的射出光通过透光性透镜27，作为朝向纸面下侧的大致 平行光，使得此平行光被入射于两枚积分透镜28 (281、282)，从射出面2821被射出。在积分 透镜28上具备大致球面状的晶胞透镜(cell lens)，被入射于各分段光源的平行光从积分
3透镜的射出面2821被射出，由聚光透镜291被聚光，而被重叠在工件5的照射面上。通过 此，在照射面上，形成如图17(b)所示的照射分布，而在分段光源的下方区域可得到均勻的 照度分布。另外，即使多个LED 23中有一个成为不点灯时，通过使设于分段光源2内的可点 灯的LED的输出上升，从而在照射面保持其照度均勻性，并且，可作成预定的照度。在专利文献1的光照射装置中，通过具备相对于LED的各个切换0N/0FF的电源装 置，从而可符合工件的形状选择、指定点灯区域。因此，考虑通过使多个图17的分段光源邻接，构成光照射装置，符合工件的形状 而可点灯或不点灯分段光源。专利文献1 日本特开2006-235617公报专利文献2 日本特开2002-303988公报在专利文献1的光照射装置中，通过具备相对于LED的各个切换0N/0FF的电源装 置，从而可符合工件的形状选择、指定点灯区域。同样地，在上述图17的分段光源中，也考虑通过使它们多个邻接，来构成光照射 装置，可符合工件的形状点灯或不点灯分段光源。但是，若使图17所示的分段光源邻接，可知会产生如下的问题。 即，若使分段光源邻接，则如图18所示，在照射面上来自各分段光源的照射光在 其分界成为重叠。这样的话，如图18(b)所示，在照射光的重叠部分，其光量被累计，成为仅 该部分突出的照度分布。这样，即使以图17的分段光源确保照度均勻性，若构成光照射装置，也有其照度 均勻性在分段光源间丧失的问题。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种抑制在分段光源间的 累计光量的突出，可得到被照射面的照度分布的均勻化的光照射装置。为了解决上述课题，在本发明中，将设于各分段光源的积分透镜相对于LED的一 侧的各晶胞透镜的开口尺寸，或将设在各晶胞透镜相对于上述LED的一侧所设置的掩膜的 各晶胞透镜所对应的位置的开口尺寸，由大小不相同的多种尺寸所构成，各分段光源的被 照射面的照度分布作成中心位置照度最高、从中心朝向外缘依次减小照度。若使此种分段光源邻接，则两个分段光源重叠的部分成为照度小的部分相互重 叠，可抑制分段光源间的累计光量的突出。另外，通过如上述地构成，针对于两个分段光源重叠的部分，可抑制累计光量的突 出，但在3个以上的分段光源面对面的部分产生来自3个以上的分段光源的光重叠的部分， 而有累计光量突出、照度分布的均勻性变差的情形。如此，在各晶胞透镜的角部分，或是在各晶胞透镜相对于LED的一侧所设置的掩 膜的开口的角部分，设置角半径或切角。通过如此地构成，可抑制来自3个以上的分段光源 的光重叠的部分的累计光量的突出。这里，上述积分透镜相对于LED的一侧的各晶胞透镜的形状(光入射面的形状) 为相似形，各晶胞透镜的开口尺寸在这里为各晶胞透镜的透镜而起作用的部分(成为球面
4的部分)的尺寸(面积或是纵、横长度等)。另外，在各晶胞透镜相对于LED的一侧设置掩膜时，该掩膜的开口也呈相似形，该 掩膜的开口尺寸也与上述同样，为掩膜的各开口的尺寸(面积或纵、横的长度等)。另外，在 设置掩膜时，积分透镜的各晶胞透镜的开口尺寸相同为好。即，在本发明中，如以下地解决上述课题。(1) 一种光照射装置，是将在基板上配置有多个LED的分段光源排列多个所构成 的光照射装置，在上述各分段光源上设有来自上述多个LED的光所照射的积分透镜、及来 自该积分透镜的射出光所照射的聚光透镜。该积分透镜由多个晶胞透镜所构成，积分透镜 相对于上述LED的一侧的各晶胞透镜的开口尺寸，由大小不相同的多种尺寸所构成。(2) 一种光照射装置，是将在基板上配置有多个LED的分段光源排列多个所构成 的光照射装置，在上述各分段光源上设有来自上述多个LED的光所照射的积分透镜、及来 自该积分透镜的射出光所照射的聚光透镜。该积分透镜由多个晶胞透镜所构成，在该积分透镜相对于上述LED的一侧，配置 有在对应于各晶胞透镜的位置设有开口的掩膜，该掩膜的开口尺寸由大小不相同的多种尺 寸所构成。(3)上述(1)或(2)中，在相对于LED的一侧的晶胞透镜的角部分、或在相对于上 述LED的一侧所配置的掩膜的开口的角部分，设有角半径或切角。这里，希望在上述分段光源的各LED的照射区域内，以各尺寸的晶胞透镜或各尺 寸的掩膜的开口至少包含各一个的方式，配置各晶胞透镜或掩膜的各开口。如上述地构成，通过构成为来自各LED的光分别入射至各尺寸的晶胞透镜(掩膜 的开口)，向各尺寸的晶胞透镜(掩膜的开口)的来自各LED的射出光的入射面积没有很大 不相同，即使熄灭一个LED，若提高其他LED的射出光的强度，则各分段光源的在被照射面 的照度分布在熄灯前后，能够同样地维持。S卩，如下述地，在由多个尺寸的晶胞透镜所构成的积分透镜中，根据某一规则排列 各尺寸的晶胞透镜的每一个，并将该组作为“1组”，规则地配置该1组的晶胞透镜，由此构 成积分透镜，来自各LED的光大致均等地入射于各组的晶胞透镜地构成，由此各分段光源 的在被照射面的照度分布在熄灯前后能够同样地维持。例如，从某一 LED所射出的光向开口尺寸为Ll的晶胞透镜的入射面积S 1、与从 其他LED所射出的光向开口尺寸Ll的晶胞透镜的入射面积S2构成没有很大不同；同样地， 从某一 LED所射出的光向开口尺寸为L2的晶胞透镜的入射面积S3、与从其他LED所射出 的光向开口尺寸L2的晶胞透镜的入射面积S3构成没有很大不同。另外，针对开口尺寸为 L3、L4、…的晶胞透镜也同样地构成，由此如上述地，可大致同样地保持在熄灯前后的各分 段光源的被照射面的照度分布。这意味着在考虑上述开口尺寸为Li、L2、L3、…向晶胞透镜的来自各LED的射出 光的入射面积的比时，该比对于各LED成为大致同样的比率。在本发明中，可得到以下的效果。(1)通过将设于各分段光源的积分透镜相对于LED的一侧的各晶胞透镜的开口尺 寸、或将设在各晶胞透镜相对于上述LED的一侧所设置的掩膜的各晶胞透镜所对应的位置 的开口尺寸，由大小不相同的多种尺寸构成，可抑制在分段光源间的累计光量的突出，可实
5现照度分布的均勻化。(2)在分段光源的各LED的照射区域内，以开口尺寸不相同的各尺寸的晶胞透镜 至少包含一个的方式配置各晶胞透镜，或将配置于相对于LED的一侧的掩膜的开口，以不 相同的各尺寸的开口至少包含一个的方式配置于分段光源的各LED的照射区域内，以对于 各尺寸的晶胞透镜或是开口的来自各LED的射出光的入射面积没有很大不同的方式构成， 由此即使一个LED熄灯，若提高其他LED的射出光的强度，则各分段光源的在被照射面的照 度分布在熄灯前后能够同样地维持。(3)在相对于LED的一侧的晶胞透镜的角部分，或在相对于上述LED的一侧所配置 的掩膜的开口的角部分设有角半径或切角，由此可抑制来自3个以上的分段光源的光重叠 的部分的累计光量的突出。


图1是本发明的实施例的光照射装置及光源单元的立体图。图2是表示本发明的实施例的分段光源的构成与光照射面的照度分布的图。图3是表示邻接分段光源时的构成与光照射面的照度分布的图。图4是表示配置于LED侧的积分透镜的构成例的图。图5是表示配置于LED侧的积分透镜的光出口侧的面的构成例、及取代透光性透 镜而设于LED的反射镜的构成例的图。图6是表示以一枚构成积分透镜的情形的分段光源的构成的图。图7是表示积分透镜的其它构成例的图。图8是表示代替以多种尺寸构成积分透镜的晶胞透镜，而在积分透镜的光入口侧 配置掩膜的情形的构成例的图。图9是表示在积分透镜的光的入口侧的一面重叠来自各LED的射出光的图。图10是表示如图9所示配置晶胞透镜与LED时的光照射面的照度分布的图。图11是表示晶胞透镜的尺寸为三种类时的优选的晶胞透镜及LED的配置例的图。图12是表示晶胞透镜的尺寸为四种类时的优选的晶胞透镜及LED的配置例的图。图13是表示本发明的第2实施例的图。图14是用于说明第2实施例的比较例，是表示未设置角半径时的照度分布的图。图15是表示设置角半径时的光照射面的照度分布的图。图16是LED排列配置于基板上所成的光照射装置的概念图。图17是表示使用积分透镜的分段光源的构成例的图。图18是表示邻接图17的分段光源时的光照射面的照度分布的图。图中，1 光照射装置；2 分段光源；3 光源单元；5 工件；8 支撑板；9 水冷板； 91 水冷孔；10 电源单元；21 基板；22 透光性树脂；23 =LED元件；24 导光体；27 透光 性透镜体；28、281 286 积分透镜；291 聚光透镜；30 掩膜；301 开口 ；SEl SE4 分段 光源。
具体实施例方式针对于本发明的第1实施例，使用图1至图4加以说明。
图1(a)是表示本发明的实施例的光照射装置的立体图，该图表示从下方观看光 照射装置的立体图，图1(b)是图1(a)的光照射装置所具备的光源单元组的立体图。如图1(a)所示，该光照射装置1是平面状地排列多个光源单元3所构成的装 置，其被照射区域的大小(fXg)在例如液晶面板基板的G8基板用基板中，可形成约 2200mmX 2500mm的大画面。在此实施例，以5 X 2单元、即全部10个单元配置构成光源单元 3。如图1 (b)所示，光源单元3是平面状地排列配置多个分段光源2所构成。分段光源2是排列配置固定于分别地形成有可供电的引出线(未图示)的支撑板 8上，而多个排列配置的分段光源2 —体地构成被单元化的光源单元组3。在支撑板8上设置有在背面形成有水冷孔91的水冷板9，另外在其背面部分 配置有被连接于上述引出线的电源单元10。该光源单元组3的大小(dXe)为例如约 1130mmX 510mm。接着，使用图2针对于上述光源单元3所具备的分段光源2加以说明。图2(a)是从透光性透镜体27的光射出面侧观看分段光源2的图，图2 (b)是图 2(a)的A-A剖面图。图2(c)是表示从分段光源2所射出的光被照射于图2 (b)所示的工件 5上的照度分布的图。在图2上，与图1所示的部件相同的部件标注相同的符号。如图2所示，分段光源2是于同一基板21上例如具备5个模制于透光性树脂22 的LED元件23 (以下称为LED 23)所构成，在本实施例中，与基板21垂直，且朝着光放射方 向使得导光体24横跨一定长度延伸的方式形成。LED 23均放射大致同一波长的光。另外，在这里所称的“光”，是指例如在曝光用 途中，包含远紫外光(波长约200 300nm的光)、近紫外光(波长约300 400nm的光)。 另外，在粘贴液晶那样的树脂硬化的用途中，以往使用水银灯，为其主波长(365nm、405nm、 436nm)，本申请所称的LED 23也包含从包括该主波长的近紫外区域至可见光。如此地，之所以具备多个同一波长带域的LED 23，是因为在假设1个为不点灯时， 来自其他LED 23的光输出也可以补充其。即，通过增大对于其他可点灯的LED 23的供电 量，从而可增加它们的光输出，结果可补充成为不点灯的LED 23的光输出。另外，所谓同一 波长带域并不是指光谱分布作成完全一致，而是在一个分段光源2内，若LED 23可互相地 补充光的程度，则即使存在参差不齐也没关系。导光体24使用例如将金属板成形为方形筒体的中空筒体，以不会朝外方向泄漏 从LED 23所放射的光的方式而构成。另外，内面是反射面，或是光吸收面的任何一个均可 以。模制于透光性树脂22的各LED 23，进一步被模制于透光性透镜体27，透光性透 镜体27具有将从LED 23所放射的光，放射作为朝纸面下侧的平行光的功能，而从透光性 透镜体27所放射的光，例如通过积分透镜28(281、282)被混合而从导光体24的积分透镜 28(282)的光射出面2821射出。即，在该分段光源2中，透光性透镜体27及积分透镜28， 具备混合来自LED 23的光而导光至光射出面2821的功能。另外，这里，将相对于从光源所 放射的光的中心光线以16°以下的角度所放射的光称为平行光。从积分透镜28所射出的光，如图2所示，以聚光透镜291被聚光，而被重叠在工件 5的照射面上。在本实施例中，聚光透镜291是具有以垂直于透镜面的轴作为中心的轴对称
7的聚光性的菲湼耳透镜(Frenellens)，配置成菲湼耳透镜的中心与积分透镜28的中心一致。这里，安装有LED 23的基板21的大小是例如30 X 30mm，而基板21至聚光透镜291 的距离是例如40mm。另外，上述透光性透镜体27例如直径为Φ 11mm,而光轴方向的高度是 IOmm0该积分透镜28由多个晶胞透镜(cell lens)所构成，晶胞透镜的LED侧的面(光 的入口侧的面)的开口尺寸(作为透镜而起作用的球面部分的尺寸)并不同一，而由直径 不相同的多种透镜所构成。在图2(b)中，直径由S、M、L的三种类尺寸的透镜所形成。在光的入口侧的面形成有尺寸不相同的晶胞透镜S、M、L，则被入射于各晶胞透镜 S、M、L的球面的光的尺寸(面积)也成为三种类。因此，例如被入射于最小尺寸的晶胞透镜S的光的尺寸，在工件5的照射面中，照 射尺寸也变小。这样的话，根据晶胞尺寸的种类，在工件5的照射面，形成对应于其种类的 照射尺寸，互相地重叠在一起，使得其累计光量成为如图2(c)所示的形状。S卩，在工件5的中心部分，通过累计来自光入射侧的开口尺寸为S、M、L的三种类 的晶胞透镜的光，从而照度为最高，以围绕其的方式，形成累计来自第2大尺寸的开口尺寸 M的晶胞透镜，及第3大尺寸的开口尺寸L的晶胞透镜的光的部分。另外，以围绕来自开口 尺寸M、L的晶胞透镜的光的累计部分的方式，形成照射来自尺寸L的晶胞透镜的光的部分。通过这样，来自分段光源2的照射光形成从中心朝外缘使得照度依次变小的照度 分布。另外，在以下中，将来自上述开口尺寸S的晶胞透镜的光所累计的区域称为S’，将 来自上述开口尺寸M的晶胞透镜的光所累计的区域称为M’，而将来自开口尺寸L的晶胞透 镜的光所累计的区域称为L’。图3表示邻接此种分段光源2的情形，图3(a)是表示与图2(b)同样的分段光源 2的剖面图，图3(b)是表示从两个分段光源2所射出的光重叠在工件上所形成的照度分布 的图，图3(c)是表示照度分布的形状(轮廓)的图。另外，各分段光源的构成是与图2所 示相同，与图2所示相同的部件标注相同的符号。当使图2所示的分段光源2邻接，则如图3所示，在各分段光源所邻接的分界，被 累计来自纸面右侧的分段光源2的区域M’、L’的光、及来自纸面左侧的分段光源2的区域 L’的光。同样地，被累计来自纸面左侧的分段光源2的区域M’、L’的光、及来自纸面右侧 的分段光源2的区域L’的光。两个分段光源被重叠的部分，是在各分段光源2的照度分布的第2或第3的照度 部分，即抑制了照度的部分。通过重叠此光，可形成如图3(c)所示的照度分布，而可抑制在 课题所说明的突出的照度分布。图4(a)是观看配置于接近LED的一侧的积分透镜281的光的入口侧的一面时的 图。如图4(a)那样，积分透镜28的光的入口侧以多个尺寸的晶胞透镜S、M、L所形成。另外，在本申请所称的晶胞透镜的尺寸，是如上述地例如图4(a)的各晶胞透镜的 面积。图4(b)是图4(a)的F-F剖面图(一部分的放大图)。另外，图5 (a)是观看积分 透镜28的光出口侧的一面时的图。
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积分透镜28的光的入口侧的一面由开口尺寸不相同的多个晶胞透镜所构成，作 为晶胞透镜未起作用的各晶胞透镜的分界部分(未成为球面的部分)，如图4(b)所示，顶 部形成平面状的凸部28a。凸部的表面例如作成扩散面，而从该部分所入射的光为扩散光。 另外，也可以将上述凸部的表面作成光吸收面。另外，积分透镜28的光的出口侧的一面的各晶胞透镜的开口尺寸，如图5(a)所示 为相同，而上述凸部28a并未形成于各晶胞透镜的分界部分。另外，积分透镜28的各晶胞透镜S、M、L的透镜面的曲率如图4(b)所示例如为 R5mm,晶胞透镜S的尺寸为3mm，晶胞透镜M的尺寸为3. 5mm,而晶胞透镜L的尺寸为4mm。另外，在图2等中，在LED 23上设置透光性透镜27形成平行光，但也可以以图 5(b)所示的反射镜272形成平行光。另外，在图2等中，如图4(b)所示，由于形成多个积分透镜28的入口侧的晶胞尺 寸S、M、L，因而突出不是晶胞透镜的球面的部分而形成了凸部28a，但如下述的图6所示，也 可以作成凹部。如此地，将在晶胞透镜的球面没有的部分作成突出或凹部，是为了使其中心位置 成为一致地以1对1相对配置面积不相同的积分透镜281的入口侧的晶胞透镜、及出口侧 的晶胞透镜。图6是表示以1枚构成积分透镜28的例子的图，其他的构成与图2相同，在相同 的部分标注相同的符号。另外，在图6中，如上述地将在晶胞透镜的球面没有的部分作成凹 部。在上述图2中，以两枚形成了积分透镜28，但在纸面上下方向形成为较长时，如图 6所示也可以为1枚积分透镜283。图7是表示积分透镜的其他构成例的图，该图是从透光性透镜体27的光射出面侧 观看分段光源2的图。若可形成多个S、M、L尺寸的晶胞透镜，其形状是如图4那样也可以为正方形，但如 图7所示也可以为六边形。在图7中，在积分透镜284的光入口侧设有S、M、L的尺寸的六 边形状的晶胞透镜A、B、C。在图2至图7中，针对于使积分透镜的光入口侧的晶胞透镜的尺寸作成不相同的 情形加以说明，但代替将晶胞透镜的尺寸作成不相同，也可以在积分透镜281、283的光入 口侧设置开口尺寸不相同的掩膜。图8是表示在上述图2所示的分段光源中，于积分透镜的光入口侧设置掩膜的上 述实施例的变形例的图。掩膜30如图8(a)所示设于积分透镜285的光入口侧，在掩膜30上如图8(b)所 示，在对应于积分透镜281的各晶胞透镜的位置，设有尺寸不相同的开口 301。另外，此时积 分透镜285的光入口侧的各晶胞透镜的尺寸如图5(a)所示相同地构成。如此地，设置于具有开口尺寸不相同的开口 301的掩膜30的积分透镜284的光入 口侧，也与上述图2至图7所示同样，形成从中心朝着外缘照度依次变小的照度分布。另外，如上述地替代配置掩膜，在积分透镜285的光入口侧也可以设置与图8(b) 所示的掩膜同样的形状的光遮光(光吸收)部分。可是，在本发明中，将积分透镜28的光入射侧的各尺寸的晶胞透镜，无不均衡地均勻地配置在光入射面上，而来自各LED的光均勻地入射于此些各尺寸的晶胞透镜而配置 LED,由此如上述地，即使熄灭一个LED，若提高其他LED的射出光的强度，利用各分段光源 的在被照射面的照度分布，在熄灯前后，同样地也可以维持。以下，在LED的熄灯前后，针对于同样地可维持照度分布的积分透镜28的各尺寸 的晶胞透镜的配置及LED的配置加以说明。图9是如图4(a)所示，从光入射侧观看积分透镜281的图，各尺寸的各晶胞透镜 的配置与图4(a)所示同样。图9是在图4(a)所示的积分透镜的光的入口侧的一面，重叠来自各LED的射出光 (图8的圆)的图。在图9所示的例子中，以来自各LED的射出光被入射于多个尺寸的晶胞透镜的面 积成为大致相同的方式，配置各尺寸的晶胞透镜及LED。例如LED有1至5的5个，若LEDl被输入S尺寸的面积、被输入M尺寸的面积与被 输入L尺寸的面积的比率作成3 3 4，则LED2也为S M L = 3 3 4，而LED3 5也配置成为同样的比率。这即表示被输入于尺寸不相同的各晶胞透镜的光量相对于各 LED大致相同。这时候，即使熄灭一个LED，若提高其他的LED的射出光的强度，则利用各分段光 源的在被照射面的照度分布在熄灯前后，同样地维持也成为可能。将此利用图10加以说明。图10是表示各尺寸的晶胞透镜与LEDl LED5如图9那样地配置的情形的光照 射面的照度分布的图，以各阴影线所表示的区域表示如该图所示那样地利用LEDl LED5 所照射的区域，图10(a)表示所有的LED点灯的情形，图10(b)表示LED5熄灯的情形(以 虚线所表示的部分由于熄灯而减少)，图10(c)表示增加LED4的照度、补充LED5的熄灯部 分量的情形，图10(d)表示增加LEDl LED4的照度、补充LED5的熄灯部分量的情形。在图10中，各LED中有一个(LED5)成为不点灯的情形，在其分段光源的照度分布 是成为从图10(a)至图10(b)。在纸面左右方向的照度分布两者都不变化，但在图8(b)中 无法得到预定的照度(纵轴方向)，因而必须以可点灯的4个LED补充。这时候，成为不点灯的LED5对于晶胞透镜的入射光量的比率为S M 1 = 3:3: 4，而点灯的LED4对于晶胞透镜的入射光量的光为S M 1 = 3 3 4，若与 LED5为同一比率，则使相对于LED4的供电倍增，而在使其光量倍增时，如图10(c)所示，不 会变化在分段光源的照度分布，而可以LED4补充所丧失的LED5的照度。另外，若增加对于一个LED4的供电，则与未增加供电的LEDl 3相比较会降低寿 命，因而若增加各LEDl 4的供电例如25%，则对于在各LEDl 4的S M L的光量比 率，为与对于LED5的S M L的光量比率大致相同，因而照度分布成为如图10(d)所示 那样。即，在其分段光源的照度分布，可作成与LED5点灯的分布(图10(a))大致相同，且 可以LEDl 4补充LED5的照度。另外，来自各LED的射出光，被输入于多个尺寸的晶胞透镜的面积互相不相同的 情形成为如下。例如LED有1 5的5个，若LED5被输入S尺寸的面积、被输入在M尺寸的面积、 及被输入在L尺寸的面积比率作成3 3 4，则在LED4中成为S M L = 7 2 1。
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这即表示被输入在尺寸不相同的各晶胞透镜的光量也对应于上述比率而不相同。这时候，例如在LED5成为不点灯时，即使试着使对于LED4的供电倍增，使其射出 光量倍增，LED5的比率与LED4的比率也不相同，因而即使补充LED5的光量，在分段光源的 照度分布也会变化。针对于在LED熄灯前后同样地维持照度分布成为可能的晶胞透镜与LED的配置， 再加以说明。为了在LED熄灯前后同样地维持在被照射面的照度分布而考虑优选如下地构成。(1)构成为以1个LED照明各尺寸的多个晶胞透镜的每一个。另外，至少以5个以 上构成LED。(2)将各种晶胞透镜的配置作为1组，而规则地配置其1组。以下，针对于上述(2)再加以说明。(实例1)晶胞透镜的尺寸种类为3的情形图11(a)是从光入射侧观看由大、中、小的三种类晶胞透镜所构成的积分透镜的 图，表示重叠来自5个LED A E的光(该图中的圆)。另外，这里，以阴影线的不同表示各 晶胞透镜的尺寸。此实例的“1组”，是如图1Kb)所示，由左依中、小、大的顺序所配置的1套，而所 谓“规则地配置1组”，是如图11(C)所示，是指依次倾斜地配置或是依次横向地配置“1组” 的情形。由此，可将来自各LED的光，同样地入射于各尺寸的晶胞透镜，来自某一 LED的光 仅入射于例如尺寸大的晶胞透镜等，可抑制来自各LED的光所入射的晶胞透镜的种类偏离 的情形。例如，对于来自称为A的LED的光仅入射于大的晶胞透镜，而如来自称为B的LED 的光仅入射于小的晶胞透镜的情形那样，若来自各LED的光所入射的晶胞透镜的种类有所 偏离，则在称为A的LED成为不点灯时，即使以称为B的LED欲增强A的LED的光量，则仅 小的晶胞透镜的光增强，而在LED的熄灯前后无法同样地维持在被照射面的照度分布。对于此，如图11(a)所示，当“将各种晶胞透镜的配置作为1组，且规则地配置其1 组”，则各LED的光所入射的晶胞透镜，成为包含该“1组”，而通过以其他的LED的光量补充 成为不点灯的LED的光量，从而在LED的熄灯前后同样地维持被照射面的照度分布成为可 能。(实例2)晶胞透镜的尺寸种类为4个的情形图12(a)是从光入射侧观看由大、中大、中小、小的4种类晶胞透镜所构成的积分 透镜的图，表示重叠来自5个LEDA E的光(该图中的圆)。此实例的“1组”，是按图12(b)的大、中大、中小、小的顺序所配置的1组，而所谓 “规则地配置1组”，是如图12(c)所示，是指依次纵向地配置或依次横向地配置“1组”的情形。如此地，即使增加晶胞透镜的种类，也与实例1同样地，虽然产生不点灯的LED，但 通过以其他LED的光量补充成为不点灯的LED的光量，在LED熄灯前后同样地维持被照射 面的照度分布成为可能。在上述中，针对于积分透镜由多个尺寸的晶胞透镜所构成的情形加以说明，但如 上述图8所示，在积分透镜的光入口侧设置掩膜的情形，通过将掩膜的多个尺寸的开口配置如上述那样作成，也可得到同样的效果。图13是表示本发明的第2实施例的图，表示在相对于LED的一侧的晶胞透镜的角 部分设置角半径的实施例，与上述图4(a)同样，从光入射侧观看积分透镜286的图。另外，在以下中，针对于在晶胞透镜的角部分设置角半径或切角的情形加以了说 明，但在相对于图8所示的LED的一侧设置掩膜的情形，也同样地可适用，这时候在掩膜的 开口的角部分设置角半径或切角。图14是用于说明第2实施例的比较例，如本实施例那样，表示未设置角半径或切 角的情形的光照射面的照度分布。利用图14，针对于如本实施例那样地在晶胞透镜的角部 分未设置角半径或切角的情形的问题点加以说明。图14(a)是从分段光源侧观看来自工件的照射面的4个分段光源SEl SE4的各 照射分布时的图。该图的虚线、单点划线、双点划线、点线是分别表示从分段光源SEl SE4 所射出的光的照射区域。图14(b)表示在图14(a)的B-B剖面的照度分布，图14 (c)表示在图14(a)的C-C 剖面的照度分布。另外，图14(d)仅表示图14(c)的照射分布的轮廓。在使多个分段光源邻接的情形，不仅如图3那样使其横向地邻接，实际上，也如图 1 (b)所示，需要在X-Y方向使其邻接，且面对面配置4个分段光源的角部。因此，如图14(a)所示，在照射面，可作成来自4个分段光源的照射光重叠的部分 (该图的P)。分段光源是如在第1实施例所说明那样，其外缘的照度比中央的照度低，因而如 图14(b)所示，在来自两个分段光源的射出光重叠的区域中，可抑制在其分界的光量突出。 但是，如图14(c)所示，在来自四个分段光源的射出光重叠的区域中，有其分界的光量突出 过大，其照度分布的均勻性变差的情形。S卩，如图14(c)所示，在来自四个分段光源的射出光重叠的区域中，来自分段光源 SEl SE4的光重叠，而在该部分的光量如图14(d)所示地突出。因此，如图13所示，在积分透镜286的各晶胞透镜的顶点位置设置角半径R。如此地构成，可抑制在来自分段光源SEl SE4的光重叠的部分的光量的突出。另 外，例如积分透镜286的晶胞透镜的尺寸如上述地，在S尺寸为3mm，M尺寸为3. 5mm，L尺寸 为4mm的情形，角半径是例如R = 0. 5mm左右。图15是从分段光源侧观看来自如图13那样构成时的工件的照射面的四个分段光 源1 4的各照射分布时的图。该图的虚线、单点划线、双点划线、点线分别表示从分段光 源SEl SE4所射出的光的照射区域。图15(b)表示在图15(a)的D-D剖面的照度分布，图15 (c)表示在图15(a)的E-E 剖面的照度分布。另外，图15(d)是仅表示图15(c)的照度分布的轮廓的图。如图13所示，通过在各晶胞透镜的顶点位置设置角半径R，从而如图15(a)所示， 反映了晶胞透镜的角半径R，而在其照度分布的顶点位置形成有R。在未形成有角半径R的图15(a)的D-D剖面即图15(b)的照度分布中，与图14(b) 未有不同。对于此，在形成有角半径R的图15(a)的E-E剖面即图15(c)的照度分布中，分 段光源SEl SE4的重叠部分变少，因而如图15(d)所示可减小在分段光源的分界的突出。在图15(d)中，点线部分相当于图14(d)的实线部分(未设置角半径时的照度分
12布)，而图15(d)的实线部分表示设置角半径时的照度分布的轮廓，比较两者可知，如本实 施例那样通过设置角半径R，可抑制光量突出，可知可提高其照度分布的均勻性。另外，在图13中，在所有的晶胞透镜上设置角半径R，但并不一定全部设置，各分 段光源重叠的结果，只要设置在显著突出的部分即可，以图15的例子来说，在来自其他的 分段光源的光未被累计的S尺寸的晶胞透镜上，即使不设置角半径R也没关系。如上述地，如图15(a)的中央部分那样，只要可抑制四个分段光源的光重叠的情 形即可，因此并不一定需要角半径R，例如，如图13(b)所示，将四边形的顶点位置直线状地 设置切角C，例如如果为多边形(如果在图13(b)中为八边形)，重叠部分变小，因而也可使 用其。
权利要求
一种光照射装置，是将在基板上配置有多个LED的分段光源排列多个所构成的光照射装置，其特征为在上述分段光源上设有来自上述多个LED的光所照射的积分透镜、及来自该积分透镜的射出光所照射的聚光透镜，该积分透镜由多个晶胞透镜所构成，上述积分透镜相对于上述LED的一侧的各晶胞透镜的开口尺寸，由大小不相同的多种尺寸所构成。
2.如权利要求1所述的光照射装置，其特征为在相对于上述LED的一侧的晶胞透镜的角部分，设有角半径或切角。
3.一种光照射装置，是将在基板上配置有多个LED的分段光源排列多个所构成的光照 射装置，其特征为在上述分段光源上设有来自上述多个LED的光所照射的积分透镜、及来自该积分透镜 的射出光所照射的聚光透镜，该积分透镜由多个晶胞透镜所构成，在上述积分透镜相对于上述LED的一侧，配置有在对应于各晶胞透镜的位置设有开口 的掩膜，上述掩膜的开口尺寸由大小不相同的多种尺寸所构成。
4.如权利要求3所述的光照射装置，其特征为在相对于上述LED的一侧所配置的掩膜的开口的角部分，设有角半径或切角。
全文摘要
本发明提供一种使用了LED的光照射装置，能抑制累计光量的突出，实现被照射面的照度分布的均匀化。光照射装置是排列多个分段光源(2)而构成的，各分段光源(2)具有来自多个LED(23)的光所照射的积分透镜(28)及聚光透镜(291)，来自LED(23)的光被照射于工件(5)的光照射面。积分透镜(281)相对于LED(23)的一侧的各晶胞透镜的开口尺寸，由大小不相同的多个尺寸S、M、L所构成，所以在光照射面，成为在中心部分照度最高、从中心朝外缘依次照度变小的照度分布。因此，两个分段光源重叠的部分成为照度小的部分重叠在一起，可抑制分段光源间的累计光量的突出。
文档编号F21Y101/02GK101922628SQ201010203029
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月10日 优先权日2009年6月12日
发明者片冈研, 矢野一晃, 石田贤志, 羽田博成, 芜木清幸 申请人:优志旺电机株式会社