專利名稱：光照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光照射裝置，尤其涉及形成具備多個(gè)LED的線狀或面狀的光源的光照
射裝置。
背景技術(shù)：
作為具備LED的光照射裝置，例如在專利文獻(xiàn)1中記載有將多個(gè)LED排列配置于 基板上的紫外線照射裝置。該裝置是在相當(dāng)于液晶面板基板的最大尺寸的大面積基板的整 個(gè)面鋪滿配置LED元件，僅點(diǎn)亮預(yù)定的密封劑的硬化所必需的LED而進(jìn)行照射的裝置。另外，在專利文獻(xiàn)2中與上述同樣地，記載有在同一基板上配置發(fā)光二極管，相對(duì) 于其正下方的基板等的工件進(jìn)行照射光的曝光裝置。圖16是LED排列配列于基板上所成的光照射裝置的概念圖，圖16 (a)是從正面所 看到的光源部分的說明圖，圖16(b)是從橫方向所看到的說明圖。在該光照射裝置中，光源 100通過多個(gè)發(fā)光二極管(以下，稱為LED) 101所構(gòu)成，在光源平臺(tái)102上鋪滿LED 101地配置。在該裝置上，具備相對(duì)于LED 101的各個(gè)切換0N/0FF的電源裝置(未圖示)，符合 工件103的形狀，選擇、指定點(diǎn)燈區(qū)域，利用電源裝置向LED 101供給電力。例如，在專利文獻(xiàn)1所述的技術(shù)中，工件103是液晶面板基板。此時(shí)，在兩枚基板 之間密封劑沿著預(yù)定的畫框形成為矩形狀，在該畫框內(nèi)填充有液晶。為了進(jìn)行被夾在基板 的密封劑的硬化，僅向矩形形狀的點(diǎn)燈區(qū)域所對(duì)應(yīng)的LED 101供給電力進(jìn)行點(diǎn)燈。然而，如上述地，在基板上排列配置LED 101的光照射裝置中，起因于各個(gè)LED 101間的照度的參差不齊，或是LED 101間的劣化特性的參差不齊，在照射區(qū)域中，無法實(shí) 現(xiàn)均勻的光照射。以此種條件，如圖16所示的裝置，在將多個(gè)LED 101排列配置于面上的裝置中，例 如，每一個(gè)LED 101，在光量或稍微在放射光的光譜(波長)上產(chǎn)生參差不齊。所以，在照射 區(qū)域中很難得到均勻的照度或光譜，有時(shí)無法進(jìn)行所期望的光照射。另外，在此種裝置中，在有些LED 101為不點(diǎn)燈時(shí)，也有很難僅以剩余的LED 101 補(bǔ)充所預(yù)定的照度的問題。具體而言，在一個(gè)LED 101為不點(diǎn)燈時(shí)，即使提高其周圍的LED 101的輸入，其輸 入的影響也會(huì)及于無異常的LED區(qū)域，即使在成為不點(diǎn)燈的LED部分會(huì)得到預(yù)定的照度，而 鄰接于其的部分，也會(huì)成為高的照度分布，結(jié)果，損害整體的照度均勻度。為了解決此種問題，如圖17(a)所示，考慮使用了積分透鏡(integratorlens)的 分段光源。在圖17(a)中，在基板21上設(shè)置多個(gè)LED 23，而通過透光性樹脂22與透光性透鏡 27密封各LED 23。來自各LED 23的射出光通過透光性透鏡27，作為朝向紙面下側(cè)的大致 平行光，使得此平行光被入射于兩枚積分透鏡28 (281、282)，從射出面2821被射出。在積分 透鏡28上具備大致球面狀的晶胞透鏡(cell lens)，被入射于各分段光源的平行光從積分
3透鏡的射出面2821被射出，由聚光透鏡291被聚光，而被重疊在工件5的照射面上。通過 此，在照射面上，形成如圖17(b)所示的照射分布，而在分段光源的下方區(qū)域可得到均勻的 照度分布。另外，即使多個(gè)LED 23中有一個(gè)成為不點(diǎn)燈時(shí)，通過使設(shè)于分段光源2內(nèi)的可點(diǎn) 燈的LED的輸出上升，從而在照射面保持其照度均勻性，并且，可作成預(yù)定的照度。在專利文獻(xiàn)1的光照射裝置中，通過具備相對(duì)于LED的各個(gè)切換0N/0FF的電源裝 置，從而可符合工件的形狀選擇、指定點(diǎn)燈區(qū)域。因此，考慮通過使多個(gè)圖17的分段光源鄰接，構(gòu)成光照射裝置，符合工件的形狀 而可點(diǎn)燈或不點(diǎn)燈分段光源。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-235617公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2002-303988公報(bào)在專利文獻(xiàn)1的光照射裝置中，通過具備相對(duì)于LED的各個(gè)切換0N/0FF的電源裝 置，從而可符合工件的形狀選擇、指定點(diǎn)燈區(qū)域。同樣地，在上述圖17的分段光源中，也考慮通過使它們多個(gè)鄰接，來構(gòu)成光照射 裝置，可符合工件的形狀點(diǎn)燈或不點(diǎn)燈分段光源。但是，若使圖17所示的分段光源鄰接，可知會(huì)產(chǎn)生如下的問題。 即，若使分段光源鄰接，則如圖18所示，在照射面上來自各分段光源的照射光在 其分界成為重疊。這樣的話，如圖18(b)所示，在照射光的重疊部分，其光量被累計(jì)，成為僅 該部分突出的照度分布。這樣，即使以圖17的分段光源確保照度均勻性，若構(gòu)成光照射裝置，也有其照度 均勻性在分段光源間喪失的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種抑制在分段光源間的 累計(jì)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裝置。為了解決上述課題，在本發(fā)明中，將設(shè)于各分段光源的積分透鏡相對(duì)于LED的一 側(cè)的各晶胞透鏡的開口尺寸，或?qū)⒃O(shè)在各晶胞透鏡相對(duì)于上述LED的一側(cè)所設(shè)置的掩膜的 各晶胞透鏡所對(duì)應(yīng)的位置的開口尺寸，由大小不相同的多種尺寸所構(gòu)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、從中心朝向外緣依次減小照度。若使此種分段光源鄰接，則兩個(gè)分段光源重疊的部分成為照度小的部分相互重 疊，可抑制分段光源間的累計(jì)光量的突出。另外，通過如上述地構(gòu)成，針對(duì)于兩個(gè)分段光源重疊的部分，可抑制累計(jì)光量的突 出，但在3個(gè)以上的分段光源面對(duì)面的部分產(chǎn)生來自3個(gè)以上的分段光源的光重疊的部分， 而有累計(jì)光量突出、照度分布的均勻性變差的情形。如此，在各晶胞透鏡的角部分，或是在各晶胞透鏡相對(duì)于LED的一側(cè)所設(shè)置的掩 膜的開口的角部分，設(shè)置角半徑或切角。通過如此地構(gòu)成，可抑制來自3個(gè)以上的分段光源 的光重疊的部分的累計(jì)光量的突出。這里，上述積分透鏡相對(duì)于LED的一側(cè)的各晶胞透鏡的形狀(光入射面的形狀) 為相似形，各晶胞透鏡的開口尺寸在這里為各晶胞透鏡的透鏡而起作用的部分(成為球面
4的部分)的尺寸(面積或是縱、橫長度等)。另外，在各晶胞透鏡相對(duì)于LED的一側(cè)設(shè)置掩膜時(shí)，該掩膜的開口也呈相似形，該 掩膜的開口尺寸也與上述同樣，為掩膜的各開口的尺寸(面積或縱、橫的長度等)。另外，在 設(shè)置掩膜時(shí)，積分透鏡的各晶胞透鏡的開口尺寸相同為好。即，在本發(fā)明中，如以下地解決上述課題。(1) 一種光照射裝置，是將在基板上配置有多個(gè)LED的分段光源排列多個(gè)所構(gòu)成 的光照射裝置，在上述各分段光源上設(shè)有來自上述多個(gè)LED的光所照射的積分透鏡、及來 自該積分透鏡的射出光所照射的聚光透鏡。該積分透鏡由多個(gè)晶胞透鏡所構(gòu)成，積分透鏡 相對(duì)于上述LED的一側(cè)的各晶胞透鏡的開口尺寸，由大小不相同的多種尺寸所構(gòu)成。(2) 一種光照射裝置，是將在基板上配置有多個(gè)LED的分段光源排列多個(gè)所構(gòu)成 的光照射裝置，在上述各分段光源上設(shè)有來自上述多個(gè)LED的光所照射的積分透鏡、及來 自該積分透鏡的射出光所照射的聚光透鏡。該積分透鏡由多個(gè)晶胞透鏡所構(gòu)成，在該積分透鏡相對(duì)于上述LED的一側(cè)，配置 有在對(duì)應(yīng)于各晶胞透鏡的位置設(shè)有開口的掩膜，該掩膜的開口尺寸由大小不相同的多種尺 寸所構(gòu)成。(3)上述(1)或(2)中，在相對(duì)于LED的一側(cè)的晶胞透鏡的角部分、或在相對(duì)于上 述LED的一側(cè)所配置的掩膜的開口的角部分，設(shè)有角半徑或切角。這里，希望在上述分段光源的各LED的照射區(qū)域內(nèi)，以各尺寸的晶胞透鏡或各尺 寸的掩膜的開口至少包含各一個(gè)的方式，配置各晶胞透鏡或掩膜的各開口。如上述地構(gòu)成，通過構(gòu)成為來自各LED的光分別入射至各尺寸的晶胞透鏡(掩膜 的開口)，向各尺寸的晶胞透鏡(掩膜的開口)的來自各LED的射出光的入射面積沒有很大 不相同，即使熄滅一個(gè)LED，若提高其他LED的射出光的強(qiáng)度，則各分段光源的在被照射面 的照度分布在熄燈前后，能夠同樣地維持。S卩，如下述地，在由多個(gè)尺寸的晶胞透鏡所構(gòu)成的積分透鏡中，根據(jù)某一規(guī)則排列 各尺寸的晶胞透鏡的每一個(gè)，并將該組作為“1組”，規(guī)則地配置該1組的晶胞透鏡，由此構(gòu) 成積分透鏡，來自各LED的光大致均等地入射于各組的晶胞透鏡地構(gòu)成，由此各分段光源 的在被照射面的照度分布在熄燈前后能夠同樣地維持。例如，從某一 LED所射出的光向開口尺寸為Ll的晶胞透鏡的入射面積S 1、與從 其他LED所射出的光向開口尺寸Ll的晶胞透鏡的入射面積S2構(gòu)成沒有很大不同；同樣地， 從某一 LED所射出的光向開口尺寸為L2的晶胞透鏡的入射面積S3、與從其他LED所射出 的光向開口尺寸L2的晶胞透鏡的入射面積S3構(gòu)成沒有很大不同。另外，針對(duì)開口尺寸為 L3、L4、…的晶胞透鏡也同樣地構(gòu)成，由此如上述地，可大致同樣地保持在熄燈前后的各分 段光源的被照射面的照度分布。這意味著在考慮上述開口尺寸為Li、L2、L3、…向晶胞透鏡的來自各LED的射出 光的入射面積的比時(shí)，該比對(duì)于各LED成為大致同樣的比率。在本發(fā)明中，可得到以下的效果。(1)通過將設(shè)于各分段光源的積分透鏡相對(duì)于LED的一側(cè)的各晶胞透鏡的開口尺 寸、或?qū)⒃O(shè)在各晶胞透鏡相對(duì)于上述LED的一側(cè)所設(shè)置的掩膜的各晶胞透鏡所對(duì)應(yīng)的位置 的開口尺寸，由大小不相同的多種尺寸構(gòu)成，可抑制在分段光源間的累計(jì)光量的突出，可實(shí)
5現(xiàn)照度分布的均勻化。(2)在分段光源的各LED的照射區(qū)域內(nèi)，以開口尺寸不相同的各尺寸的晶胞透鏡 至少包含一個(gè)的方式配置各晶胞透鏡，或?qū)⑴渲糜谙鄬?duì)于LED的一側(cè)的掩膜的開口，以不 相同的各尺寸的開口至少包含一個(gè)的方式配置于分段光源的各LED的照射區(qū)域內(nèi)，以對(duì)于 各尺寸的晶胞透鏡或是開口的來自各LED的射出光的入射面積沒有很大不同的方式構(gòu)成， 由此即使一個(gè)LED熄燈，若提高其他LED的射出光的強(qiáng)度，則各分段光源的在被照射面的照 度分布在熄燈前后能夠同樣地維持。(3)在相對(duì)于LED的一側(cè)的晶胞透鏡的角部分，或在相對(duì)于上述LED的一側(cè)所配置 的掩膜的開口的角部分設(shè)有角半徑或切角，由此可抑制來自3個(gè)以上的分段光源的光重疊 的部分的累計(jì)光量的突出。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的光照射裝置及光源單元的立體圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例的分段光源的構(gòu)成與光照射面的照度分布的圖。圖3是表示鄰接分段光源時(shí)的構(gòu)成與光照射面的照度分布的圖。圖4是表示配置于LED側(cè)的積分透鏡的構(gòu)成例的圖。圖5是表示配置于LED側(cè)的積分透鏡的光出口側(cè)的面的構(gòu)成例、及取代透光性透 鏡而設(shè)于LED的反射鏡的構(gòu)成例的圖。圖6是表示以一枚構(gòu)成積分透鏡的情形的分段光源的構(gòu)成的圖。圖7是表示積分透鏡的其它構(gòu)成例的圖。圖8是表示代替以多種尺寸構(gòu)成積分透鏡的晶胞透鏡，而在積分透鏡的光入口側(cè) 配置掩膜的情形的構(gòu)成例的圖。圖9是表示在積分透鏡的光的入口側(cè)的一面重疊來自各LED的射出光的圖。圖10是表示如圖9所示配置晶胞透鏡與LED時(shí)的光照射面的照度分布的圖。圖11是表示晶胞透鏡的尺寸為三種類時(shí)的優(yōu)選的晶胞透鏡及LED的配置例的圖。圖12是表示晶胞透鏡的尺寸為四種類時(shí)的優(yōu)選的晶胞透鏡及LED的配置例的圖。圖13是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的圖。圖14是用于說明第2實(shí)施例的比較例，是表示未設(shè)置角半徑時(shí)的照度分布的圖。圖15是表示設(shè)置角半徑時(shí)的光照射面的照度分布的圖。圖16是LED排列配置于基板上所成的光照射裝置的概念圖。圖17是表示使用積分透鏡的分段光源的構(gòu)成例的圖。圖18是表示鄰接圖17的分段光源時(shí)的光照射面的照度分布的圖。圖中，1 光照射裝置；2 分段光源；3 光源單元；5 工件；8 支撐板；9 水冷板； 91 水冷孔；10 電源單元；21 基板；22 透光性樹脂；23 =LED元件；24 導(dǎo)光體；27 透光 性透鏡體；28、281 286 積分透鏡；291 聚光透鏡；30 掩膜；301 開口 ；SEl SE4 分段 光源。
具體實(shí)施例方式針對(duì)于本發(fā)明的第1實(shí)施例，使用圖1至圖4加以說明。
圖1(a)是表示本發(fā)明的實(shí)施例的光照射裝置的立體圖，該圖表示從下方觀看光 照射裝置的立體圖，圖1(b)是圖1(a)的光照射裝置所具備的光源單元組的立體圖。如圖1(a)所示，該光照射裝置1是平面狀地排列多個(gè)光源單元3所構(gòu)成的裝 置，其被照射區(qū)域的大小(fXg)在例如液晶面板基板的G8基板用基板中，可形成約 2200mmX 2500mm的大畫面。在此實(shí)施例，以5 X 2單元、即全部10個(gè)單元配置構(gòu)成光源單元 3。如圖1 (b)所示，光源單元3是平面狀地排列配置多個(gè)分段光源2所構(gòu)成。分段光源2是排列配置固定于分別地形成有可供電的引出線(未圖示)的支撐板 8上，而多個(gè)排列配置的分段光源2 —體地構(gòu)成被單元化的光源單元組3。在支撐板8上設(shè)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 配置有被連接于上述引出線的電源單元10。該光源單元組3的大小(dXe)為例如約 1130mmX 510mm。接著，使用圖2針對(duì)于上述光源單元3所具備的分段光源2加以說明。圖2(a)是從透光性透鏡體27的光射出面?zhèn)扔^看分段光源2的圖，圖2 (b)是圖 2(a)的A-A剖面圖。圖2(c)是表示從分段光源2所射出的光被照射于圖2 (b)所示的工件 5上的照度分布的圖。在圖2上，與圖1所示的部件相同的部件標(biāo)注相同的符號(hào)。如圖2所示，分段光源2是于同一基板21上例如具備5個(gè)模制于透光性樹脂22 的LED元件23 (以下稱為LED 23)所構(gòu)成，在本實(shí)施例中，與基板21垂直，且朝著光放射方 向使得導(dǎo)光體24橫跨一定長度延伸的方式形成。LED 23均放射大致同一波長的光。另外，在這里所稱的“光”，是指例如在曝光用 途中，包含遠(yuǎn)紫外光(波長約200 300nm的光)、近紫外光(波長約300 400nm的光)。 另外，在粘貼液晶那樣的樹脂硬化的用途中，以往使用水銀燈，為其主波長(365nm、405nm、 436nm)，本申請(qǐng)所稱的LED 23也包含從包括該主波長的近紫外區(qū)域至可見光。如此地，之所以具備多個(gè)同一波長帶域的LED 23，是因?yàn)樵诩僭O(shè)1個(gè)為不點(diǎn)燈時(shí)， 來自其他LED 23的光輸出也可以補(bǔ)充其。即，通過增大對(duì)于其他可點(diǎn)燈的LED 23的供電 量，從而可增加它們的光輸出，結(jié)果可補(bǔ)充成為不點(diǎn)燈的LED 23的光輸出。另外，所謂同一 波長帶域并不是指光譜分布作成完全一致，而是在一個(gè)分段光源2內(nèi)，若LED 23可互相地 補(bǔ)充光的程度，則即使存在參差不齊也沒關(guān)系。導(dǎo)光體24使用例如將金屬板成形為方形筒體的中空筒體，以不會(huì)朝外方向泄漏 從LED 23所放射的光的方式而構(gòu)成。另外，內(nèi)面是反射面，或是光吸收面的任何一個(gè)均可 以。模制于透光性樹脂22的各LED 23，進(jìn)一步被模制于透光性透鏡體27，透光性透 鏡體27具有將從LED 23所放射的光，放射作為朝紙面下側(cè)的平行光的功能，而從透光性 透鏡體27所放射的光，例如通過積分透鏡28(281、282)被混合而從導(dǎo)光體24的積分透鏡 28(282)的光射出面2821射出。即，在該分段光源2中，透光性透鏡體27及積分透鏡28， 具備混合來自LED 23的光而導(dǎo)光至光射出面2821的功能。另外，這里，將相對(duì)于從光源所 放射的光的中心光線以16°以下的角度所放射的光稱為平行光。從積分透鏡28所射出的光，如圖2所示，以聚光透鏡291被聚光，而被重疊在工件 5的照射面上。在本實(shí)施例中，聚光透鏡291是具有以垂直于透鏡面的軸作為中心的軸對(duì)稱
7的聚光性的菲湼耳透鏡(Frenellens)，配置成菲湼耳透鏡的中心與積分透鏡28的中心一致。這里，安裝有LED 23的基板21的大小是例如30 X 30mm，而基板21至聚光透鏡291 的距離是例如40mm。另外，上述透光性透鏡體27例如直徑為Φ 11mm,而光軸方向的高度是 IOmm0該積分透鏡28由多個(gè)晶胞透鏡(cell lens)所構(gòu)成，晶胞透鏡的LED側(cè)的面(光 的入口側(cè)的面)的開口尺寸(作為透鏡而起作用的球面部分的尺寸)并不同一，而由直徑 不相同的多種透鏡所構(gòu)成。在圖2(b)中，直徑由S、M、L的三種類尺寸的透鏡所形成。在光的入口側(cè)的面形成有尺寸不相同的晶胞透鏡S、M、L，則被入射于各晶胞透鏡 S、M、L的球面的光的尺寸(面積)也成為三種類。因此，例如被入射于最小尺寸的晶胞透鏡S的光的尺寸，在工件5的照射面中，照 射尺寸也變小。這樣的話，根據(jù)晶胞尺寸的種類，在工件5的照射面，形成對(duì)應(yīng)于其種類的 照射尺寸，互相地重疊在一起，使得其累計(jì)光量成為如圖2(c)所示的形狀。S卩，在工件5的中心部分，通過累計(jì)來自光入射側(cè)的開口尺寸為S、M、L的三種類 的晶胞透鏡的光，從而照度為最高，以圍繞其的方式，形成累計(jì)來自第2大尺寸的開口尺寸 M的晶胞透鏡，及第3大尺寸的開口尺寸L的晶胞透鏡的光的部分。另外，以圍繞來自開口 尺寸M、L的晶胞透鏡的光的累計(jì)部分的方式，形成照射來自尺寸L的晶胞透鏡的光的部分。通過這樣，來自分段光源2的照射光形成從中心朝外緣使得照度依次變小的照度 分布。另外，在以下中，將來自上述開口尺寸S的晶胞透鏡的光所累計(jì)的區(qū)域稱為S’，將 來自上述開口尺寸M的晶胞透鏡的光所累計(jì)的區(qū)域稱為M’，而將來自開口尺寸L的晶胞透 鏡的光所累計(jì)的區(qū)域稱為L’。圖3表示鄰接此種分段光源2的情形，圖3(a)是表示與圖2(b)同樣的分段光源 2的剖面圖，圖3(b)是表示從兩個(gè)分段光源2所射出的光重疊在工件上所形成的照度分布 的圖，圖3(c)是表示照度分布的形狀(輪廓)的圖。另外，各分段光源的構(gòu)成是與圖2所 示相同，與圖2所示相同的部件標(biāo)注相同的符號(hào)。當(dāng)使圖2所示的分段光源2鄰接，則如圖3所示，在各分段光源所鄰接的分界，被 累計(jì)來自紙面右側(cè)的分段光源2的區(qū)域M’、L’的光、及來自紙面左側(cè)的分段光源2的區(qū)域 L’的光。同樣地，被累計(jì)來自紙面左側(cè)的分段光源2的區(qū)域M’、L’的光、及來自紙面右側(cè) 的分段光源2的區(qū)域L’的光。兩個(gè)分段光源被重疊的部分，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。通過重疊此光，可形成如圖3(c)所示的照度分布，而可抑制在 課題所說明的突出的照度分布。圖4(a)是觀看配置于接近LED的一側(cè)的積分透鏡281的光的入口側(cè)的一面時(shí)的 圖。如圖4(a)那樣，積分透鏡28的光的入口側(cè)以多個(gè)尺寸的晶胞透鏡S、M、L所形成。另外，在本申請(qǐng)所稱的晶胞透鏡的尺寸，是如上述地例如圖4(a)的各晶胞透鏡的 面積。圖4(b)是圖4(a)的F-F剖面圖(一部分的放大圖)。另外，圖5 (a)是觀看積分 透鏡28的光出口側(cè)的一面時(shí)的圖。
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積分透鏡28的光的入口側(cè)的一面由開口尺寸不相同的多個(gè)晶胞透鏡所構(gòu)成，作 為晶胞透鏡未起作用的各晶胞透鏡的分界部分(未成為球面的部分)，如圖4(b)所示，頂 部形成平面狀的凸部28a。凸部的表面例如作成擴(kuò)散面，而從該部分所入射的光為擴(kuò)散光。 另外，也可以將上述凸部的表面作成光吸收面。另外，積分透鏡28的光的出口側(cè)的一面的各晶胞透鏡的開口尺寸，如圖5(a)所示 為相同，而上述凸部28a并未形成于各晶胞透鏡的分界部分。另外，積分透鏡28的各晶胞透鏡S、M、L的透鏡面的曲率如圖4(b)所示例如為 R5mm,晶胞透鏡S的尺寸為3mm，晶胞透鏡M的尺寸為3. 5mm,而晶胞透鏡L的尺寸為4mm。另外，在圖2等中，在LED 23上設(shè)置透光性透鏡27形成平行光，但也可以以圖 5(b)所示的反射鏡272形成平行光。另外，在圖2等中，如圖4(b)所示，由于形成多個(gè)積分透鏡28的入口側(cè)的晶胞尺 寸S、M、L，因而突出不是晶胞透鏡的球面的部分而形成了凸部28a，但如下述的圖6所示，也 可以作成凹部。如此地，將在晶胞透鏡的球面沒有的部分作成突出或凹部，是為了使其中心位置 成為一致地以1對(duì)1相對(duì)配置面積不相同的積分透鏡281的入口側(cè)的晶胞透鏡、及出口側(cè) 的晶胞透鏡。圖6是表示以1枚構(gòu)成積分透鏡28的例子的圖，其他的構(gòu)成與圖2相同，在相同 的部分標(biāo)注相同的符號(hào)。另外，在圖6中，如上述地將在晶胞透鏡的球面沒有的部分作成凹 部。在上述圖2中，以兩枚形成了積分透鏡28，但在紙面上下方向形成為較長時(shí)，如圖 6所示也可以為1枚積分透鏡283。圖7是表示積分透鏡的其他構(gòu)成例的圖，該圖是從透光性透鏡體27的光射出面?zhèn)?觀看分段光源2的圖。若可形成多個(gè)S、M、L尺寸的晶胞透鏡，其形狀是如圖4那樣也可以為正方形，但如 圖7所示也可以為六邊形。在圖7中，在積分透鏡284的光入口側(cè)設(shè)有S、M、L的尺寸的六 邊形狀的晶胞透鏡A、B、C。在圖2至圖7中，針對(duì)于使積分透鏡的光入口側(cè)的晶胞透鏡的尺寸作成不相同的 情形加以說明，但代替將晶胞透鏡的尺寸作成不相同，也可以在積分透鏡281、283的光入 口側(cè)設(shè)置開口尺寸不相同的掩膜。圖8是表示在上述圖2所示的分段光源中，于積分透鏡的光入口側(cè)設(shè)置掩膜的上 述實(shí)施例的變形例的圖。掩膜30如圖8(a)所示設(shè)于積分透鏡285的光入口側(cè)，在掩膜30上如圖8(b)所 示，在對(duì)應(yīng)于積分透鏡281的各晶胞透鏡的位置，設(shè)有尺寸不相同的開口 301。另外，此時(shí)積 分透鏡285的光入口側(cè)的各晶胞透鏡的尺寸如圖5(a)所示相同地構(gòu)成。如此地，設(shè)置于具有開口尺寸不相同的開口 301的掩膜30的積分透鏡284的光入 口側(cè)，也與上述圖2至圖7所示同樣，形成從中心朝著外緣照度依次變小的照度分布。另外，如上述地替代配置掩膜，在積分透鏡285的光入口側(cè)也可以設(shè)置與圖8(b) 所示的掩膜同樣的形狀的光遮光(光吸收)部分?？墒?，在本發(fā)明中，將積分透鏡28的光入射側(cè)的各尺寸的晶胞透鏡，無不均衡地均勻地配置在光入射面上，而來自各LED的光均勻地入射于此些各尺寸的晶胞透鏡而配置 LED,由此如上述地，即使熄滅一個(gè)LED，若提高其他LED的射出光的強(qiáng)度，利用各分段光源 的在被照射面的照度分布，在熄燈前后，同樣地也可以維持。以下，在LED的熄燈前后，針對(duì)于同樣地可維持照度分布的積分透鏡28的各尺寸 的晶胞透鏡的配置及LED的配置加以說明。圖9是如圖4(a)所示，從光入射側(cè)觀看積分透鏡281的圖，各尺寸的各晶胞透鏡 的配置與圖4(a)所示同樣。圖9是在圖4(a)所示的積分透鏡的光的入口側(cè)的一面，重疊來自各LED的射出光 (圖8的圓)的圖。在圖9所示的例子中，以來自各LED的射出光被入射于多個(gè)尺寸的晶胞透鏡的面 積成為大致相同的方式，配置各尺寸的晶胞透鏡及LED。例如LED有1至5的5個(gè)，若LEDl被輸入S尺寸的面積、被輸入M尺寸的面積與被 輸入L尺寸的面積的比率作成3 3 4，則LED2也為S M L = 3 3 4，而LED3 5也配置成為同樣的比率。這即表示被輸入于尺寸不相同的各晶胞透鏡的光量相對(duì)于各 LED大致相同。這時(shí)候，即使熄滅一個(gè)LED，若提高其他的LED的射出光的強(qiáng)度，則利用各分段光 源的在被照射面的照度分布在熄燈前后，同樣地維持也成為可能。將此利用圖10加以說明。圖10是表示各尺寸的晶胞透鏡與LEDl LED5如圖9那樣地配置的情形的光照 射面的照度分布的圖，以各陰影線所表示的區(qū)域表示如該圖所示那樣地利用LEDl LED5 所照射的區(qū)域，圖10(a)表示所有的LED點(diǎn)燈的情形，圖10(b)表示LED5熄燈的情形(以 虛線所表示的部分由于熄燈而減少)，圖10(c)表示增加LED4的照度、補(bǔ)充LED5的熄燈部 分量的情形，圖10(d)表示增加LEDl LED4的照度、補(bǔ)充LED5的熄燈部分量的情形。在圖10中，各LED中有一個(gè)(LED5)成為不點(diǎn)燈的情形，在其分段光源的照度分布 是成為從圖10(a)至圖10(b)。在紙面左右方向的照度分布兩者都不變化，但在圖8(b)中 無法得到預(yù)定的照度(縱軸方向)，因而必須以可點(diǎn)燈的4個(gè)LED補(bǔ)充。這時(shí)候，成為不點(diǎn)燈的LED5對(duì)于晶胞透鏡的入射光量的比率為S M 1 = 3:3: 4，而點(diǎn)燈的LED4對(duì)于晶胞透鏡的入射光量的光為S M 1 = 3 3 4，若與 LED5為同一比率，則使相對(duì)于LED4的供電倍增，而在使其光量倍增時(shí)，如圖10(c)所示，不 會(huì)變化在分段光源的照度分布，而可以LED4補(bǔ)充所喪失的LED5的照度。另外，若增加對(duì)于一個(gè)LED4的供電，則與未增加供電的LEDl 3相比較會(huì)降低壽 命，因而若增加各LEDl 4的供電例如25%，則對(duì)于在各LEDl 4的S M L的光量比 率，為與對(duì)于LED5的S M L的光量比率大致相同，因而照度分布成為如圖10(d)所示 那樣。即，在其分段光源的照度分布，可作成與LED5點(diǎn)燈的分布(圖10(a))大致相同，且 可以LEDl 4補(bǔ)充LED5的照度。另外，來自各LED的射出光，被輸入于多個(gè)尺寸的晶胞透鏡的面積互相不相同的 情形成為如下。例如LED有1 5的5個(gè)，若LED5被輸入S尺寸的面積、被輸入在M尺寸的面積、 及被輸入在L尺寸的面積比率作成3 3 4，則在LED4中成為S M L = 7 2 1。
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這即表示被輸入在尺寸不相同的各晶胞透鏡的光量也對(duì)應(yīng)于上述比率而不相同。這時(shí)候，例如在LED5成為不點(diǎn)燈時(shí)，即使試著使對(duì)于LED4的供電倍增，使其射出 光量倍增，LED5的比率與LED4的比率也不相同，因而即使補(bǔ)充LED5的光量，在分段光源的 照度分布也會(huì)變化。針對(duì)于在LED熄燈前后同樣地維持照度分布成為可能的晶胞透鏡與LED的配置， 再加以說明。為了在LED熄燈前后同樣地維持在被照射面的照度分布而考慮優(yōu)選如下地構(gòu)成。(1)構(gòu)成為以1個(gè)LED照明各尺寸的多個(gè)晶胞透鏡的每一個(gè)。另外，至少以5個(gè)以 上構(gòu)成LED。(2)將各種晶胞透鏡的配置作為1組，而規(guī)則地配置其1組。以下，針對(duì)于上述(2)再加以說明。(實(shí)例1)晶胞透鏡的尺寸種類為3的情形圖11(a)是從光入射側(cè)觀看由大、中、小的三種類晶胞透鏡所構(gòu)成的積分透鏡的 圖，表示重疊來自5個(gè)LED A E的光(該圖中的圓)。另外，這里，以陰影線的不同表示各 晶胞透鏡的尺寸。此實(shí)例的“1組”，是如圖1Kb)所示，由左依中、小、大的順序所配置的1套，而所 謂“規(guī)則地配置1組”，是如圖11(C)所示，是指依次傾斜地配置或是依次橫向地配置“1組” 的情形。由此，可將來自各LED的光，同樣地入射于各尺寸的晶胞透鏡，來自某一 LED的光 僅入射于例如尺寸大的晶胞透鏡等，可抑制來自各LED的光所入射的晶胞透鏡的種類偏離 的情形。例如，對(duì)于來自稱為A的LED的光僅入射于大的晶胞透鏡，而如來自稱為B的LED 的光僅入射于小的晶胞透鏡的情形那樣，若來自各LED的光所入射的晶胞透鏡的種類有所 偏離，則在稱為A的LED成為不點(diǎn)燈時(shí)，即使以稱為B的LED欲增強(qiáng)A的LED的光量，則僅 小的晶胞透鏡的光增強(qiáng)，而在LED的熄燈前后無法同樣地維持在被照射面的照度分布。對(duì)于此，如圖11(a)所示，當(dāng)“將各種晶胞透鏡的配置作為1組，且規(guī)則地配置其1 組”，則各LED的光所入射的晶胞透鏡，成為包含該“1組”，而通過以其他的LED的光量補(bǔ)充 成為不點(diǎn)燈的LED的光量，從而在LED的熄燈前后同樣地維持被照射面的照度分布成為可 能。(實(shí)例2)晶胞透鏡的尺寸種類為4個(gè)的情形圖12(a)是從光入射側(cè)觀看由大、中大、中小、小的4種類晶胞透鏡所構(gòu)成的積分 透鏡的圖，表示重疊來自5個(gè)LEDA E的光(該圖中的圓)。此實(shí)例的“1組”，是按圖12(b)的大、中大、中小、小的順序所配置的1組，而所謂 “規(guī)則地配置1組”，是如圖12(c)所示，是指依次縱向地配置或依次橫向地配置“1組”的情形。如此地，即使增加晶胞透鏡的種類，也與實(shí)例1同樣地，雖然產(chǎn)生不點(diǎn)燈的LED，但 通過以其他LED的光量補(bǔ)充成為不點(diǎn)燈的LED的光量，在LED熄燈前后同樣地維持被照射 面的照度分布成為可能。在上述中，針對(duì)于積分透鏡由多個(gè)尺寸的晶胞透鏡所構(gòu)成的情形加以說明，但如 上述圖8所示，在積分透鏡的光入口側(cè)設(shè)置掩膜的情形，通過將掩膜的多個(gè)尺寸的開口配置如上述那樣作成，也可得到同樣的效果。圖13是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的圖，表示在相對(duì)于LED的一側(cè)的晶胞透鏡的角 部分設(shè)置角半徑的實(shí)施例，與上述圖4(a)同樣，從光入射側(cè)觀看積分透鏡286的圖。另外，在以下中，針對(duì)于在晶胞透鏡的角部分設(shè)置角半徑或切角的情形加以了說 明，但在相對(duì)于圖8所示的LED的一側(cè)設(shè)置掩膜的情形，也同樣地可適用，這時(shí)候在掩膜的 開口的角部分設(shè)置角半徑或切角。圖14是用于說明第2實(shí)施例的比較例，如本實(shí)施例那樣，表示未設(shè)置角半徑或切 角的情形的光照射面的照度分布。利用圖14，針對(duì)于如本實(shí)施例那樣地在晶胞透鏡的角部 分未設(shè)置角半徑或切角的情形的問題點(diǎn)加以說明。圖14(a)是從分段光源側(cè)觀看來自工件的照射面的4個(gè)分段光源SEl SE4的各 照射分布時(shí)的圖。該圖的虛線、單點(diǎn)劃線、雙點(diǎn)劃線、點(diǎn)線是分別表示從分段光源SEl SE4 所射出的光的照射區(qū)域。圖14(b)表示在圖14(a)的B-B剖面的照度分布，圖14 (c)表示在圖14(a)的C-C 剖面的照度分布。另外，圖14(d)僅表示圖14(c)的照射分布的輪廓。在使多個(gè)分段光源鄰接的情形，不僅如圖3那樣使其橫向地鄰接，實(shí)際上，也如圖 1 (b)所示，需要在X-Y方向使其鄰接，且面對(duì)面配置4個(gè)分段光源的角部。因此，如圖14(a)所示，在照射面，可作成來自4個(gè)分段光源的照射光重疊的部分 (該圖的P)。分段光源是如在第1實(shí)施例所說明那樣，其外緣的照度比中央的照度低，因而如 圖14(b)所示，在來自兩個(gè)分段光源的射出光重疊的區(qū)域中，可抑制在其分界的光量突出。 但是，如圖14(c)所示，在來自四個(gè)分段光源的射出光重疊的區(qū)域中，有其分界的光量突出 過大，其照度分布的均勻性變差的情形。S卩，如圖14(c)所示，在來自四個(gè)分段光源的射出光重疊的區(qū)域中，來自分段光源 SEl SE4的光重疊，而在該部分的光量如圖14(d)所示地突出。因此，如圖13所示，在積分透鏡286的各晶胞透鏡的頂點(diǎn)位置設(shè)置角半徑R。如此地構(gòu)成，可抑制在來自分段光源SEl SE4的光重疊的部分的光量的突出。另 外，例如積分透鏡286的晶胞透鏡的尺寸如上述地，在S尺寸為3mm，M尺寸為3. 5mm，L尺寸 為4mm的情形，角半徑是例如R = 0. 5mm左右。圖15是從分段光源側(cè)觀看來自如圖13那樣構(gòu)成時(shí)的工件的照射面的四個(gè)分段光 源1 4的各照射分布時(shí)的圖。該圖的虛線、單點(diǎn)劃線、雙點(diǎn)劃線、點(diǎn)線分別表示從分段光 源SEl SE4所射出的光的照射區(qū)域。圖15(b)表示在圖15(a)的D-D剖面的照度分布，圖15 (c)表示在圖15(a)的E-E 剖面的照度分布。另外，圖15(d)是僅表示圖15(c)的照度分布的輪廓的圖。如圖13所示，通過在各晶胞透鏡的頂點(diǎn)位置設(shè)置角半徑R，從而如圖15(a)所示， 反映了晶胞透鏡的角半徑R，而在其照度分布的頂點(diǎn)位置形成有R。在未形成有角半徑R的圖15(a)的D-D剖面即圖15(b)的照度分布中，與圖14(b) 未有不同。對(duì)于此，在形成有角半徑R的圖15(a)的E-E剖面即圖15(c)的照度分布中，分 段光源SEl SE4的重疊部分變少，因而如圖15(d)所示可減小在分段光源的分界的突出。在圖15(d)中，點(diǎn)線部分相當(dāng)于圖14(d)的實(shí)線部分(未設(shè)置角半徑時(shí)的照度分
12布)，而圖15(d)的實(shí)線部分表示設(shè)置角半徑時(shí)的照度分布的輪廓，比較兩者可知，如本實(shí) 施例那樣通過設(shè)置角半徑R，可抑制光量突出，可知可提高其照度分布的均勻性。另外，在圖13中，在所有的晶胞透鏡上設(shè)置角半徑R，但并不一定全部設(shè)置，各分 段光源重疊的結(jié)果，只要設(shè)置在顯著突出的部分即可，以圖15的例子來說，在來自其他的 分段光源的光未被累計(jì)的S尺寸的晶胞透鏡上，即使不設(shè)置角半徑R也沒關(guān)系。如上述地，如圖15(a)的中央部分那樣，只要可抑制四個(gè)分段光源的光重疊的情 形即可，因此并不一定需要角半徑R，例如，如圖13(b)所示，將四邊形的頂點(diǎn)位置直線狀地 設(shè)置切角C，例如如果為多邊形(如果在圖13(b)中為八邊形)，重疊部分變小，因而也可使 用其。
權(quán)利要求
一種光照射裝置，是將在基板上配置有多個(gè)LED的分段光源排列多個(gè)所構(gòu)成的光照射裝置，其特征為在上述分段光源上設(shè)有來自上述多個(gè)LED的光所照射的積分透鏡、及來自該積分透鏡的射出光所照射的聚光透鏡，該積分透鏡由多個(gè)晶胞透鏡所構(gòu)成，上述積分透鏡相對(duì)于上述LED的一側(cè)的各晶胞透鏡的開口尺寸，由大小不相同的多種尺寸所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的光照射裝置，其特征為在相對(duì)于上述LED的一側(cè)的晶胞透鏡的角部分，設(shè)有角半徑或切角。
3.一種光照射裝置，是將在基板上配置有多個(gè)LED的分段光源排列多個(gè)所構(gòu)成的光照 射裝置，其特征為在上述分段光源上設(shè)有來自上述多個(gè)LED的光所照射的積分透鏡、及來自該積分透鏡 的射出光所照射的聚光透鏡，該積分透鏡由多個(gè)晶胞透鏡所構(gòu)成，在上述積分透鏡相對(duì)于上述LED的一側(cè)，配置有在對(duì)應(yīng)于各晶胞透鏡的位置設(shè)有開口 的掩膜，上述掩膜的開口尺寸由大小不相同的多種尺寸所構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的光照射裝置，其特征為在相對(duì)于上述LED的一側(cè)所配置的掩膜的開口的角部分，設(shè)有角半徑或切角。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用了LED的光照射裝置，能抑制累計(jì)光量的突出，實(shí)現(xiàn)被照射面的照度分布的均勻化。光照射裝置是排列多個(gè)分段光源(2)而構(gòu)成的，各分段光源(2)具有來自多個(gè)LED(23)的光所照射的積分透鏡(28)及聚光透鏡(291)，來自LED(23)的光被照射于工件(5)的光照射面。積分透鏡(281)相對(duì)于LED(23)的一側(cè)的各晶胞透鏡的開口尺寸，由大小不相同的多個(gè)尺寸S、M、L所構(gòu)成，所以在光照射面，成為在中心部分照度最高、從中心朝外緣依次照度變小的照度分布。因此，兩個(gè)分段光源重疊的部分成為照度小的部分重疊在一起，可抑制分段光源間的累計(jì)光量的突出。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK101922628SQ201010203029
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者片岡研, 矢野一晃, 石田賢志, 羽田博成, 蕪木清幸 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社