JP2003156688A - 均一分布照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成できわめて容易に光源の光強度分
布を均一化する照明装置均一照明装置を提供する。 【解決手段】 球体状レンズを２次元状に配置した照明
装置であって、第１の球体状レンズアレイ１１における
球体状レンズ２１間の図には示されていない隙間３１を
通る光束が第２の球体状レンズアレイ１２の球体状レン
ズ２５を通るように、球体状レンズアレイ１１における
球体状レンズ２１間の隙間３１に重なるように同一の構
造寸法を有する球体状レンズ２５を配置する第２の球体
状レンズアレイ１２を積層することで、球体状レンズ間
の隙間３１を通る光線に対しても第２の球体状レンズア
レイ１２における球体状レンズ２５により収束・発散効
果を及ぼすことができるため、均一な分布を有する照明
装置を構成することができる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は露光用もしくは照明
用光源装置において、光源の光強度分布を均一化する照
明装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】露光用光源装置もしくは照明装置におい
て、光源の光強度が不均一な場合にその光強度分布を均
一化し、被照明面上を均一に照明することが求められて
おり、種々の照明装置が提案されている。従来、平面を
均一に照明する方法としては、光源発光部と被照明面と
の間に微小なレンズを2次元アレイ状としたレンズアレ
イを配置した照明装置がある。また、２次元アレイ状レ
ンズを発光部側から順に第１レンズアレイと第２レンズ
アレイとして２枚設け、発光部と第２レンズアレイ、第
１レンズアレイと被照明面とを光学的にそれぞれ共役関
係となるように配置した、オプティカルインテグレータ
を用いた照明装置があり、例えば特開平５−２１７８５
５号公報、特開平６−１３２８９号公報に開示されてい
る。

【０００４】オプティカルインテグレータでは、発光部
から放射された光束が第１レンズアレイにより複数の光
束に分割され、第２レンズアレイ近傍で結像されるた
め、第２レンズアレイに対する複数の２次光源として機
能する。すなわち、第１レンズアレイ及び第２レンズア
レイを通った光束は被照明面上に重畳されることにな
り、被照明面を均一に照明することが可能となる。

【０００５】また、レンズアレイを構成するために、微
小なレンズ球を配列させたレンズアレイを固定する方法
が特開平７−１０４１０５号公報や特開平７−１３４２
０２号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法は部品加工において高い精度が要求されるた
め、製造歩留まりの向上及び製造費用の低減が困難であ
るという問題点があった。

【０００７】また、特開平７−１０４１０５号公報に開
示されている方法は、レンズ間隙における光量の損失を
防ぐことは困難である。また、特開平７−１３４２０２
号公報に開示されている方法は、工程を簡素化すること
やレンズ間隙における光量の損失を防ぐことは困難であ
ると言う問題点があった。

【０００８】本発明の目的は、上述の各問題を解決し、
簡単な構成できわめて容易に均一照明装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、球体状レンズを２次元アレイ状に配置した照明装置
において、第１の球体状レンズアレイにおける球体状レ
ンズ間の隙間を通る光束が第２の球体状レンズアレイの
球体状レンズを通るように第２の球体状レンズアレイが
積層されていることを特徴とし、前記第２の球体状レン
ズアレイにおける球体状レンズの近軸焦点位置が第１球
体状レンズアレイにおける球体状レンズの近軸焦点位置
に概略等しくなるように積層されていることを特徴とす
る。また、前記第２の球体状レンズアレイにおける球体
状レンズの近軸焦点位置が第１の球体状レンズアレイに
おける球体状レンズの焦点位置に概略等しくなるように
第１の球体状レンズアレイ及び第２の球体状レンズアレ
イを構成する球体状レンズの屈折率が設定されているこ
とを特徴とし、球体状レンズアレイを用いた均一分布照
明装置における各球体状レンズ間の空間が透明樹脂でモ
ールドされていることを特徴とする均一分布照明装置で
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図５に球体状レンズを２次
元アレイ状に配置した照明装置を模式的に示す。１０は
球体状レンズ２０を２次元状に配置した球体状レンズア
レイである。３０は球体状レンズアレイにおける球体状
レンズ間の隙間を示している。この２次元状アレイに光
源から光線を入射した場合には、球体状レンズアレイ１
０に入射した光線は球体状レンズ２０により収束効果を
受け、焦点位置よりも遠方では多数の球体状レンズによ
る発散光の集合として均一な分布を形成する効果を呈す
るが、球体状レンズ間の隙間３０を通る光束は散乱効果
を受けずに透過するため各隙間に対応した光強度が強い
箇所が生じるため、全体として一様な均一分布の照明装
置を構成することができない。 ［第１の実施形態］以下、本発明の実施の形態について
説明する。第１の実施形態の部分平面図を図１に、部分
側面図を図２に示す。第１の球状レンズアレイ１１にお
ける球体状レンズ２１間の図１には示されていない隙間
３１を通る光束が第２の球体状レンズアレイ１２の球体
状レンズ２５を通るように、球体状レンズアレイ１１に
おける球体状レンズ２１間の図１には示されていない隙
間３１に重なるように同一の構造寸法を有する球体状レ
ンズ２５を配置する第２の球体状レンズアレイ１２を積
層することで、球体状レンズ間の隙間３１を通る光線に
対しても第２の球体状レンズアレイ１２における球体状
レンズ２５により収束・発散効果を及ぼすことができる
ため、均一な分布を有する照明装置を構成することがで
きる。

【００１１】次に第１の実施形態の具体例を示す。Ｐ−
ＳＫ１００ガラスによる直径が２ｍｍの球体状レンズを
図１及び図２に示したように格子状に配置した第１の球
体状レンズアレイを構成し、球体状レンズ間の隙間に同
じＰ−ＳＫ１００ガラスによる直径が２ｍｍの第２の球
体状レンズを配置した球体状レンズアレイを積層した２
次元状アレイを構成した。ここで、Ｐ−ＳＫ１００ガラ
スの屈折率（ｎｄ）は１．５９１７であり、直径が２ｍ
ｍの球体状レンズの焦点距離（ｆｄ）は１．３４５ｍｍ
であった。この２層構造の球体状レンズアレイに光源か
ら光線を入射した場合の出射光の分布を求めると、第１
層の球体状レンズ間の隙間を直接通る光線が第２の球体
状レンズにより収束効果を受けるため、図５に示した第
１の球体状レンズアレイのみの場合には球体状レンズア
レイから４ｍｍの距離における光強度分布の標準偏差が
１６．３であり、また１０ｍｍの距離では１８．５であ
ったものが、それぞれ５．９７、及び３．５１と、大幅
に改善することができた。

【００１２】以上のように、第１の球体状レンズアレイ
における球体状レンズの隙間に重なるように第２の球体
状レンズアレイを積層することで、均一な分布を有する
照明装置を構成することが可能となる。 ［第２の実施形態］以下に本発明の第２の実施形態にお
ける照明装置について説明する。第２の実施形態が第１
の実施形態と異なる点は、第２の球体状レンズアレイに
おける球体状レンズの近軸焦点位置が第１の球体状レン
ズアレイの近軸焦点位置と異なる点である。

【００１３】第２の球体状レンズアレイ１４における球
体状レンズ２７の近軸焦点位置が第１の球体状レンズア
レイ１３における球体状レンズ２２の近軸焦点位置に概
略等しくなるような球体状レンズ２７を、図３には示さ
れていない第１に球体状レンズアレイ１３における球体
状レンズ間の隙間３２の位置に重なるように積層した構
成の平面図を図３に、部分側面図を図４に示す。このよ
うに近軸焦点位置を概略等しくすることでさらに特性の
向上を図ることができる。

【００１４】次に第２の実施形態の具体例を示す。Ｐ−
ＳＫ１００ガラスによる直径が２ｍｍの球体状レンズを
図３及び図４に示したように２次元アレイ状に配置した
第１の球体状レンズアレイを構成し、球体状レンズ間の
隙間に、同様にＰ−ＳＫ１００ガラスによる直径が０．
７４ｍｍの第２の球体状レンズを配置した球体状レンズ
アレイを積層した。ここで、第２の球体状レンズの焦点
距離（ｆｄ）は０．４９８ｍｍであった。この場合には
第１の実施の形態における場合よりもさらに良好な標準
偏差が３以下の均一分布特性を得ることができた。ま
た、球体状レンズの屈折率を微調整した最適な材質を用
いて構成することで、両レンズアレイの近軸焦点位置を
ほぼ等しくすることができるので、よりすぐれた均一な
光強度分布特性を得ることができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
簡単な構成できわめて容易に均一照明装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す部分平面図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施形態を示す部分側面図であ
る。

【図３】本発明の第２の実施形態を示す平面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す部分側面図であ
る。

【図５】球体状レンズを２次元あれ以上に配置した分布
照明装置の部分平面図である。

【符号の説明】

１０，１１，１２，１３、１４ 球体状レンズアレイ ２０，２１，２２，２５，２７ 球体状レンズ ３０，３１，３２ 球体状レンズ間の隙間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】球体状レンズを２次元アレイ状に配置した
   照明装置において、第１の球体状レンズアレイにおける
   球体状レンズ間の隙間を通る光束が第２の球体状レンズ
   アレイの球体状レンズを通るように第２の球体状レンズ
   アレイが積層されていることを特徴とする均一分布照明
   装置。
2. 【請求項２】前記第２の球体状レンズアレイにおける球
   体状レンズの近軸焦点位置が第１球体状レンズアレイに
   おける球体状レンズの近軸焦点位置に概略等しくなるよ
   うに積層されていることを特徴とする、請求項１に記載
   の均一分布照明装置。
3. 【請求項３】前記第２の球体状レンズアレイにおける球
   体状レンズの近軸焦点位置が第１の球体状レンズアレイ
   における球体状レンズの焦点位置に概略等しくなるよう
   に第１の球体状レンズアレイ及び第２の球体状レンズア
   レイを構成する球体状レンズの屈折率が設定されている
   ことを特徴とする、請求項２に記載の均一分布照明装
   置。
4. 【請求項４】球体状レンズアレイを用いた均一分布照明
   装置における各球体状レンズ間の空間が透明樹脂でモー
   ルドされていることを特徴とする請求項１ないし３に記
   載の均一分布照明装置。