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図面 (4)

課題

光の効率を低下させることなく照度分布が均一の状態で任意の方向に照射できる導光装置を提供する。

解決手段

超高圧水銀ランプ1の光を楕円鏡7で反射して集光し、ロッドレンズ10の一端の入射面11に入射する。射面11に入射された光はロッドレンズ10内で側面14で全反射を繰り返し、反射した光を混合してロッドレンズ10の他端の出射面12で均一な照度分布となる。出射面12が二次光源となり、均一な照度分布で光を出射する。ロッドレンズ10の出射面12から出射した均一な照度分布の光を、導光ファイバ16のアダプタ側から入射し、導光ファイバ16のファイバ体内を均一な照度分布で導光する。導光ファイバ16を湾曲させることにより、照射体17の照射する方向を任意の方向に向けられる。

概要

背景

従来、この種の導光装置としては、たとえば特開平11−186160号公報に記載の構成が知られている。この特開平11−186160号公報に記載の導光装置は、光源に対して、反射形の柱状のロッドレンズの一端の入射面を対向させ、このロッドレンズの他端の出射面からロッドレンズ内で反射された光を照射し、この照射された光をロッドレンズの出射面に対向させた反射鏡で反射し、この反射鏡で反射された光を結像レンズ系結像している。

そして、このようにロッドレンズ内で反射させることにより、ロッドレンズの入射面で集光光であった光を反射させて混合して出射面では照度分布を均一にしている。さらに、この出射面を2次光源として反射鏡で反射した後、結像レンズ系で結像して被照射面に照射している。

概要

光の効率を低下させることなく照度分布が均一の状態で任意の方向に照射できる導光装置を提供する。

超高圧水銀ランプ1の光を楕円鏡7で反射して集光し、ロッドレンズ10の一端の入射面11に入射する。射面11に入射された光はロッドレンズ10内で側面14で全反射を繰り返し、反射した光を混合してロッドレンズ10の他端の出射面12で均一な照度分布となる。出射面12が二次光源となり、均一な照度分布で光を出射する。ロッドレンズ10の出射面12から出射した均一な照度分布の光を、導光ファイバ16のアダプタ側から入射し、導光ファイバ16のファイバ体内を均一な照度分布で導光する。導光ファイバ16を湾曲させることにより、照射体17の照射する方向を任意の方向に向けられる。

目的

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、特別な光路を形成させることなく照度分布が均一の状態で任意の方向に照射できる導光装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

入射面および出射面を有し光源から入射面に入射された光を反射して出射面に導光する柱状のロッドレンズと;このロッドレンズの出射面からの出射光を導光して出射する複数のファイバ体で形成された導光ファイバと;を具備したことを特徴とする導光装置

請求項2

ロッドレンズは、入射面から入射される光の内中心の光が少なくとも一回反射する長さであることを特徴とする請求項1記載の導光装置。

請求項3

ロッドレンズは、多角形の柱状であることを特徴とする請求項1または2記載の導光装置。

請求項4

導光ファイバは、複数のファイバ体の断面の外周は円形で、この円形はロッドレンズの多角形の内接円であることを特徴とする請求項3記載の導光装置。

請求項5

ロッドレンズと導光ファイバのファイバ体との間隔は、1mm以下であることを特徴とする請求項1ないし4いずれか記載の導光装置。

請求項6

ロッドレンズは、入射面および出射面の少なくともいずれかが反射防止されていることを特徴とする請求項1ないし5いずれか記載の導光装置。

請求項7

ロッドレンズおよび導光ファイバのファイバ体は、溶着されていることを特徴とする請求項1ないし6いずれか記載の導光装置。

技術分野

0001

本発明は、光源からの光を導光して照射する導光装置に関する。

背景技術

0002

従来、この種の導光装置としては、たとえば特開平11−186160号公報に記載の構成が知られている。この特開平11−186160号公報に記載の導光装置は、光源に対して、反射形の柱状のロッドレンズの一端の入射面を対向させ、このロッドレンズの他端の出射面からロッドレンズ内で反射された光を照射し、この照射された光をロッドレンズの出射面に対向させた反射鏡で反射し、この反射鏡で反射された光を結像レンズ系結像している。

0003

そして、このようにロッドレンズ内で反射させることにより、ロッドレンズの入射面で集光光であった光を反射させて混合して出射面では照度分布を均一にしている。さらに、この出射面を2次光源として反射鏡で反射した後、結像レンズ系で結像して被照射面に照射している。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記特開平11−186160号公報に記載の構成の場合、ロッドレンズから照射された照射光を反射鏡で反射させたりする光路を形成させる必要がある。

0005

また、結像レンズ系を用いているため、容易に任意の方向に出射光を照射できない問題を有している。

0006

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、特別な光路を形成させることなく照度分布が均一の状態で任意の方向に照射できる導光装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

請求項1記載の導光装置は、入射面および出射面を有し光源から入射面に入射された光を反射して出射面に導光する柱状のロッドレンズと;このロッドレンズの出射面からの出射光を導光して出射する複数のファイバ体で形成された導光ファイバとを具備したもので、ロッドレンズの入射面から入射された光は反射された後に出射面から出射されるため、集光光も分散されて出射面の照度分布が均一になり、ロッドレンズの出射面からの均一な出射光を導光ファイバで導光して任意の方向に出射光を照射可能である。

0008

請求項2記載の導光装置は、請求項1記載の導光装置において、ロッドレンズは、入射面から入射される光の内中心の光が少なくとも一回反射する長さであるもので、ロッドレンズに入射面から入射される光の内中心の光が少なくとも一回反射するので、集光光も確実に分散され出射面の照度分布が均一になる。

0009

請求項3記載の導光装置は、請求項1または2記載の導光装置において、ロッドレンズは、多角形の柱状であるもので、入射された光はロッドレンズ内で効率良く反射可能である。

0010

請求項4記載の導光装置は、請求項3記載の導光装置において、導光ファイバは、複数のファイバ体の断面の外周は円形で、この円形はロッドレンズの多角形の内接円であるもので、導光ファイバに入射される光の照度分布を低下させることなく、ロッドレンズの出射面からの出射光を効率良く導光ファイバに入射可能である。

0011

請求項5記載の導光装置は、請求項1ないし4いずれか記載の導光装置において、ロッドレンズと導光ファイバのファイバ体との間隔は、1mm以下であるもので、ロッドレンズと導光ファイバのファイバ体との間隔が短くロッドレンズの出射面からの光が導光ファイバのファイバ体以外の方向に分散したり、ロッドレンズと導光ファイバ間での光の減衰を抑制でき、ロッドレンズの出射面からの光を効率良く利用可能である。

0012

請求項6記載の導光装置は、請求項1ないし5いずれか記載の導光装置において、ロッドレンズは、入射面および出射面の少なくともいずれかが反射防止されているもので、入射面および出射面の少なくともいずれかで反射防止することにより、入射および出射の際の光の損失を防止し、ロッドレンズによる光の損失を防止する。

0013

請求項7記載の導光装置は、請求項1ないし6いずれか記載の導光装置において、ロッドレンズおよび導光ファイバのファイバ体は、溶着されているもので、ロッドレンズおよび導光ファイバのファイバ体間でロッドレンズの出射面からの光が導光ファイバのファイバ体以外の方向に分散したり、ロッドレンズと導光ファイバ間での光の減衰を抑制でき、ロッドレンズの出射面からの光を効率良く利用可能である。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の導光装置の一実施の形態を図面に示す露光装置用の導光装置を参照して説明する。なお、この露光装置は、半導体ウエハフォトマスク用ガラス基板液晶表示用ガラス基板あるいは光ディスク用基板などの基板露光するものである。

0015

図1は導光装置を示す説明図で、この図1に示す露光装置は、光源として直流点灯用の超高圧水銀ランプ1を備え、この超高圧水銀ランプ1は前面に照射開口2を有する中空箱状の筐体3を有している。そして、この筐体3の照射開口2には透光性を有する透光板4が設けられ、筐体3内を気密にし、この筐体3内には、キセノンガス封入され照射開口2に向けて前後方向に電極5,6が設けられ、これら電極5,6間に放電経路が形成されている。

0016

また、この放電経路に光学的に対向して楕円鏡7が配設され、この楕円鏡7は照射開口2の方向に向けて放電経路からの光を反射して集光にする。そして、この超高圧水銀ランプ1は、たとえば365nm、405nm、436nmなどの波長紫外域の波長領域に渡って発光でき、紫外線露光用の光源に適している。

0017

なお、超高圧水銀ランプ1に代えて、キセノンランプメタルハライドランプなどの既存のランプを用いてもよい。また、本実施の形態においては、直流点灯用の超高圧水銀ランプ1を用いているが、ちらつきが発生しない程度の交流点灯用ランプを適用することもできる。

0018

さらに、超高圧水銀ランプ1に代えてキセノンフラッシュランプなどの点滅するランプを光源として用いることもでき、この場合は、必要時のみ点灯することにより露光でき、発光の立ち上がりの遅い光源を常時点灯させて必要時のみ、その光を基板の露光面に結像させるものに比べて、消費電力を抑制できる。また、光源を点滅させることにより、寿命を長くでき、メンテナンス効率も向上する。

0019

この、超高圧水銀ランプ1の照射開口2に対向して、石英製の反射形あるいは屈折形のロッドレンズ10が配設されている。このロッドレンズ10は多角形である六角柱で、このロッドレンズ10の超高圧水銀ランプ1側の一端には、超高圧水銀ランプ1からの照射光を入射する入射面11が形成され、ロッドレンズ10の他端側には出射光を出射する出射面12が形成され、これら入射面11および出射面12間の周面には6枚の側面14が形成されている。そして、これら入射面11および出射面12には反射防止用コーティングがなされており、入射および出射の際の光損失を防止するとともに、入射面11、出射面12および側面14が光学研磨されており、これら入射面11、出射面12および側面14では反射の際に散乱による光損失が生じないようにしている。また、側面14は全て平面であるため、ロッドレンズ10内に入射された光は効率良く反射され、ロッドレンズ10内に入射された光はロッドレンズ10の側面で反射されながら混合されて、出射面12で照度が均一になるように形成されている。なお、ロッドレンズ10は、超高圧水銀ランプ1の集光光の立体角などに基づき、ロッドレンズ10の入射面11の中心に入射した光が少なくとも必ず1回側面で反射する長さであり、入射面11に反射した光が側面14で少なくとも1回反射することにより、出射面12での照度が均一になる。

0020

そして、ロッドレンズ10の出射面12に1mm以下の間隔で対向して、一端にアダプタ15を有する可撓性を有する導光ファイバ16が配設され、導光ファイバ16の他端には導光ファイバ16から光を照射する照射体17が取り付けられ、この照射体17により露光面などの被照射面を照射する。さらに、照射体17から照射される照射光は分散光であるため、露光などで結像が必要な場合には結像レンズ形を取り付ける。なお、この導光ファイバ16は石英素線のファイバ体を束ねて形成されている。また、導光ファイバ16のファイバ体の断面の外周はほぼ円形で、ロッドレンズ10の六角形の内接円である。さらに、ロッドレンズ10の出射面12と導光ファイバ16のファイバ体とは接着剤により接着してもよい。

0021

次に、上記実施の形態の動作について説明する。

0022

まず、超高圧水銀ランプ1では電極5,6間に発生した光が楕円鏡7で反射されて集光され、ロッドレンズ10の一端の入射面11に入射される。そして、入射面11に入射された光はロッドレンズ10内で側面14で全反射を繰り返し、反射された光が混合されてロッドレンズ10の他端の出射面12で均一な照度分布となり、この出射面12が二次光源となり、均一な照度分布で光を出射する。

0023

このロッドレンズ10の出射面12から出射された均一な照度分布の光は、導光ファイバ16のアダプタ側から入射し、導光ファイバ16のファイバ体内を均一な照度分布で導光され、照射体17から被照射体18に向けて照射される。また、導光ファイバ16を湾曲させることにより、照射体17の照射する方向を任意の方向に向けることができる。

0024

さらに、超高圧水銀ランプ1から照射されロッドレンズ10の入射面11に入射される光のうち中心の光でも少なくとも1回ロッドレンズ10の側面14で反射され、ロッドレンズ10内で全反射を繰り返すことにより、図2のaに示すように出射面12では照度勾配がなだらかになって照度分布が平坦になり、図2のbに示す入射面11のように照度のピークがなくなる。したがって、導光ファイバ16へ入射される光量勾配が平坦化され、従来は導光ファイバ16のファイバ体を入射側が外側であったものを出射側では内側に、入射側では内側であったものを出射側では外側に、入射側で隣り合っていたものを出射側では離れた位置にするように、ファイバ体を編みこんでランダム編みさせて出射側の照度分布を均一にさせる必要が無くなり、導光ファイバ16のファイバ体を単に平行に束ねたのみのものでも十分に出射側の照度分布を均一にできる。

0025

また、照度分布の均一化に伴ない温度分布も同様に均一化する。このため、従来は超高圧水銀ランプ1に消費電力700Wのものを用いると、ロッドレンズ10の入射面11の集光する部分の温度が900℃に上昇していたが、ロッドレンズ10内で反射させて出射面12での照度分布を均一にすることにより、1/2以下の400℃以下にピーク温度が低下する。このため、従来と同じ耐熱で従来より消費電力の大きな超高圧水銀ランプ1を使用できるので、装置を大型化することなく照射光を明るくできる。

0026

また、ロッドレンズ10の入射面11および出射面12に反射防止コーティングをすることにより、入射および出射の際の反射による光損失を抑制し、入射面11、出射面12および側面14を光学研磨することにより、ロッドレンズ10内での反射の際に光の拡散による光損失を抑制する。一方、側面14を平面にすることによりロッドレンズ10内での反射を確実にする。

0027

さらに、導光ファイバ16のファイバ体の断面の外周がロッドレンズ10の出射面12の六角に内接する円であるため、ロッドレンズ10の出射面12からの照度分布の均一性を低下させることなく、効率良くロッドレンズ10の出射面12からの出射光を導光ファイバ16に伝達できるとともに、ロッドレンズ10の出射面12と導光ファイバ16のファイバ体との間隔を1mm以下にすることにより、ロッドレンズ10の出射面12から出射された光が導光ファイバ16のファイバ体以外の部分に分散されることが少なくロッドレンズ10の出射面12および導光ファイバ16のファイバ体の間で減衰されることが少ないので光損失が少なく光の効率が向上する。また、ロッドレンズの出射面12と導光ファイバ16のファイバ体とを接着することによりより光損失を小さくできる。

0028

次に、他の実施の形態の導光装置を図3を参照して説明する。

0029

図3は他の実施の形態の導光装置で、この図3に示す実施の形態の導光装置は、図1に示す実施の形態の導光装置において、ロッドレンズ10の出射面12と導光ファイバ16のファイバ体を溶着して溶着部21を形成し、ロッドレンズ10から導光ファイバ16のアダプタまでの部分を一体の筐体22で被覆したものである。

0030

このように、ロッドレンズ10の出射面12と導光ファイバ16のファイバ体を溶着して溶着部21を形成することにより、ロッドレンズ10の出射面12と導光ファイバ16のファイバ体との間の光損失を図1に示す実施の形態に比べてもより小さくでき、光の効率を向上できる。

発明の効果

0031

請求項1記載の導光装置によれば、ロッドレンズの入射面から入射された光はロッドレンズ内で反射された後に出射面から出射されるため、集光光も分散されて出射面の照度分布が均一になり、導光ファイバで導光して任意の方向にロッドレンズの出射面からの均一な出射光を照射できる。

0032

請求項2記載の導光装置によれば、請求項1記載の導光装置に加え、ロッドレンズに入射面から入射される光の内中心の光が少なくとも一回反射するので、集光光も確実に分散され出射面の照度分布を均一にできる。

0033

請求項3記載の導光装置によれば、請求項1または2記載の導光装置に加え、ロッドレンズは多角形の柱状であるので、入射された光はロッドレンズ内で効率良く反射可能できる。

0034

請求項4記載の導光装置によれば、請求項3記載の導光装置に加え、導光ファイバは複数のファイバ体の断面の外周は円形で、この円形はロッドレンズの多角形の内接円であるので、導光ファイバに入射される光の照度分布を低下させることなく、ロッドレンズの出射面からの出射光を効率良く導光ファイバに入射可能できる。

0035

請求項5記載の導光装置によれば、請求項1ないし4いずれか記載の導光装置に加え、ロッドレンズと導光ファイバのファイバ体との間隔が1mm以下であるためロッドレンズの出射面からの光が導光ファイバのファイバ体以外の方向に分散したり、ロッドレンズと導光ファイバ間での光の減衰を抑制でき、ロッドレンズの出射面からの光を効率良く利用可能できる。

0036

請求項6記載の導光装置によれば、請求項1ないし5いずれか記載の導光装置に加え、ロッドレンズは入射面および出射面の少なくともいずれかで反射防止することにより、入射および出射の際の光の損失を防止し、ロッドレンズによる光の損失を防止できる。

0037

請求項7記載の導光装置によれば、請求項1ないし6いずれか記載の導光装置に加え、ロッドレンズおよび導光ファイバのファイバ体は溶着されているので、ロッドレンズおよび導光ファイバのファイバ体間でロッドレンズの出射面からの光が導光ファイバのファイバ体以外の方向に分散したり、ロッドレンズと導光ファイバ間での光の減衰を抑制でき、ロッドレンズの出射面からの光を効率良く利用可能できる。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明の導光装置の一実施の形態を示す説明図である。
図2同上ロッドレンズの入射面および出射面の位置と照度との関係を示すグラフである。
図3同上他の実施の形態の導光装置を示す説明図である。

--

0039

1光源としての超高圧水銀ランプ
10ロッドレンズ
11入射面
12出射面
16 導光ファイバ

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