JPH0542416Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は均等な照明を表面に提供するための光
照射装置に関し、更に詳細には、不均等な光源か
らの光線によつて平らな表面を均等に照明する光
照射装置に関する。

〔従来の技術及び考案が解決しようとする問題点〕

表面を一様に照明することが望まれる場合に対
し、光源を使用する種々の適用があり、そのため
には表面の共通な照明が望ましい。例えば、映画
を見るために像を反射スクリーン上に投射すると
きある程度の均等性が望ましい。これ等の適用の
いくつかは表面の照明の高い均等性を必要としな
いが、他のものは必要とする。例えば、表面上に
形成されるべきラインが１ミクロン程度離して作
られることができるマイクロ回路の製造方法にお
けるフオトレジストを露出する工程は照明の高度
の均等性を必要とする。

一般的に、照明されるべき平面上に光源を映し
出す多くのシステムは光源からの光の均等な放射
があるときのみその表面の均等な照明を生成す
る。しかし乍ら、いくつかの光源からの放射線の
角度分布は空間分布よりもより均等である。即
ち、光源内の種々の点は異なる強さを有している
が、各々の点からの放射線の角度分布は実質的に
均等である。この事実は第１図及び第２図に示さ
れた如き従来技術のシステムに利用されてきた。

第１図に示された従来技術のシステムにおい
て、光源１０から放射される光線は、光源を対物
レンズ１８上に映すレンズ１２及び１４より成つ
ているコンデンサーレンズ１６を通過する。レン
ズ１８からの光線は視準レンズ２０を通過し、そ
して平らな表面２２を照明する。

このシステムにおいて、像平面２２上の照明の
均等性はコンデンサーレンズのセツト１６から来
る光の均等性に依存しており、このコンデンサー
のセツト１６は更に光源１０からの放射線の角度
分布の均等性に依存している。このシステムにお
いて、像平面２２における光の変化は約５％より
も大きく、これはいくつかの目的のために十分に
均等ではない。

第２図に示された従来技術のシステムでは、像
平面２２における光の均等性は視野レンズ２４
ａ，２４ｂ及び２４ｃを具備している場合レンズ
２４を用い第１図のコンデンサーレンズの１部を
取替えることによつて改良された。これ等の視野
レンズの各々はレンズ２６ａ，２６ｂ及び２６ｃ
を具備している対応する対物レンズ２６上に光源
の像を生成し、レンズ２６ａ，２６ｂ及び２６ｃ
の各々は更に像平面２２上にその関連した視野レ
ンズの像を生成する。集光レンズ２８は対物レン
ズからの像を平面２２における１つの像内に投入
する機能に役立つ。

第２図に示されたシステムの如き、従来技術の
システムは平らな表面上に実質的に均等な光を生
成するのに有効であつた。しかし乍ら、そのシス
テムによつて表面であるレンズの組合せは複雑で
あり、且つ高価であり、そして表面上の照明の高
い均等性を提供する簡単なシステムが望ましい。

複雑なレンズの配置を有していないが焦点合せ
レンズをその代りに有しているシステムが光源か
らの光線を所望の方向に向けるために従来技術に
おいて使用されてきた。このようなシステムの実
施例が「放射線を発生する装置（Apparatus
and Method for Generating Radiation）」と題
する米国特許第3872349号（Spero）に開示され
ている。

このシステムにおいて、マイクロ波発生プラズ
マ光源がリフレクターの焦点に又はその近くの放
物面のリフレクター内側に配置されている。光源
からの光線は平行に外方に反射される。米国特許
第3872349号に開示された如きシステムの１つの
目的は物体上に落ち照明の均等性に関係なく照射
される物体に出来る限り多くの放射される光を向
けることであつた。楕円の又は放物面のリフレク
ターの如き焦点合せリフレクターの焦点における
光源は表面を均等に照明しないということは公知
であるから、表面上に均等な照明を提供する場合
に光源及び焦点合せリフレクターの可能性は従来
技術において認められなかつた。

〔問題点を解決するための手段〕

ここに開示された本考案は、放物線の不均等な
光射出器であり、焦点合せリフレクターの焦点に
おける又はその近くに配置されている体積光源か
ら放射される光線が表面上に均等な照明を提供す
るような方法で組合つている通路内で反射される
という予期しない発見に基づいている。

従つて本考案の１つの目的は不均等な光源を使
用する表面を均等に照射する光照射装置を提供す
ることである。

本考案によれば、光線を反射するための焦点合
せリフレクターと、光源のボリユーム全体に亘り
点から点に光の空間的に不均等な光の放射を有し
ており、焦点合せリフレクターの焦点において又
はその近くで該焦点合せリフレクターの前に配置
されている体積光源とを具備している表面を均等
に照明するための光照射装置が提供される。

本考案の１見地において、光源は発光ガスの囲
まれた本体を具備しており、その水平線が中心に
関して、極の近くでより明るく見え、赤道の近く
で薄暗く、又は逆に赤道の平面の近くの位置から
見たとき極の近くで薄暗くそして赤道の近くでよ
り明るく見える。この場合に極が焦点合せリフレ
クターの軸線上にある光源の表面を指示してお
り、赤道が光源の幾何学的中心を通り、且つ該焦
点合せリフレクターの軸線に垂直な平面における
該光源の表面上の点を表わしており、そして水平
線は光源の外側の任意の点から見た光源の周囲で
ある。

本考案の更に他の見地において、視準レンズは
像平面上に均等な照明及びテレセントリツク照明
の双方を提供するために、焦点合せリフレクター
から反射される光線を視準するために設けられて
いる。この視準レンズは像平面に平行な平面にお
いて、且つ焦点合せリフレクターの制限開口が視
準レンズの焦点にある又はその近くにあるように
光源からのある距離において、像平面と光源との
間に配置されている。

本文に説明されている装置によつて達成される
像平面の光照明の均等性は、楕円の又は放物線の
典型的なリフレクターの如き焦点合せリフレクタ
ーの焦点における光源が表面を均等に照明しない
という事実から見て予期されない。

本文に説明した装置は高度の均等性を達成し、
なお構成部品は比較的簡単である。この装置はマ
イクロ回路を作るための工程においてホトレジス
トを露出する場合に特に有用である。

本文に使用されている如き用語「焦点合せリフ
レクター（focusing reflector）」は回転表面又は
ほぼ回転表面を規定する反射表面のことを言い、
且つ楕円の、放物面の、球形の及び他の算術的に
あまり規定できないリフレクターを含んでいる。
例えば、有用である焦点合せリフレクターは、共
通の軸線の周りの一連のリング又は平らなセグメ
ントを組立てることによつて構成されることがで
きた。楕円のリフレクターは理論的には最もよい
が、しかし乍ら、リフレクターから像の平面まで
の距離とリフレクターの焦点距離との比が約５よ
りも大きい（即ち、５：１以上の像の比のとき）
のが最もよく、楕円のリフレクターと放物面のリ
フレクターとの間に実際的な差はない。

用語（テレセントリツク）と言うのは、射線の
角度分布が像平面上のすべての点において同じで
あることを言う。

用語「制限開口（limiting aperture）」と言う
のは焦点合せリフレクターの周囲によつて囲まれ
た面積、又は焦点合せリフレクター前にある任意
のより制限されている開口を言う。

〔実施例〕

本考案は他の平均等放物線源の使用も可能であ
るが、本装置は無電極光源と共に使用するのに特
に適合されており、そして本考案はこのような装
置を説明することによつて詳細に示される。無電
極光源は例えば米国特許第4485332号に記載され
ている。一般的に、プラズマ形成媒体を含んでい
るバルブがリフレクター及びメツシユを具備して
いるマイクロ波空洞内に配置されており、そして
マイクロ波エネルギーがランプを励起するために
空洞に結合される。

本考案の実施において、光源がラジオ周波数か
らマイクロ波に及ぶ範囲の電磁波によつて付勢さ
れる電磁結合された無電極ランプが使用されるこ
とができる。

第３図に示された如きシステムにおいて、光源
３０がプラズマ形成媒体で充たされた球形の融解
石英バルブによつて示されており、プラズマ形成
媒体はマイクロ波空洞３４に結合されているマイ
クロ波エネルギーによつて励起される。空洞３４
は１方側をスクリーン３６によつて、そして他方
の側をリフレクター３２によつておおわれてお
り、その光軸は２−２である。スクリーン３６と
焦点合せリフレクター３２の周辺３３を電気的に
接続している円筒状本体３５は非反射性の導電性
内面を有している。バルブ３０から放射する光線
はリフレクター３２から視準レンズ３８の方に反
射され、そして像平面４０上に入射する。

点Ａはシステムの光軸が像平面４０を通過する
点である。光は主として球形の光源３０の表面か
ら放射するが、光線は光源３０の中心から点Ａま
でトレースされることができる。実際にバルブ３
０の中心からトレースされ、そしてリフレクター
３２に当たる放射線は点Ａまでトレースされる。

像平面４０上の点Ｂに達する射線の分析は第４
図及び第５図に関連して示されているように簡単
ではない。第４図及び第５図は、リフレクター３
２の最も縁から反射後点Ｂに達する４つの射線の
詳細を示している。第４図に示された如く、射線
１及び３は第５図に示された射線２及び４と同様
に、光源３０の表面から接線方向に放射する。こ
れ等の射線は、源３０からトレースされ、且つ像
平面４０上の点Ｂに達するすべての射線が源から
切線方向に放射するので、点Ｂに達するこれ等の
射線を代表している。更に、リフレクター３２の
最も縁から反射する射線は点Ｂよりも遠いＡ点か
らの像平面４０に当たらない。Ｂ点は円上にあ
り、その円は全リフレクター３２によつて照射さ
れる像平面のその部分の境界であり、そしてその
円は均等に照射される像平面のその部分の周囲で
ある。

焦点合せリフレクターの周囲が一定の直径及び
位置の円であるとき、像平面内の点Ｂを通る円は
光源の中心が焦点合せリフレクターの周囲の平面
にあるとき最大であり、そしてリフレクターは光
源のためのその位置に適応するように設計され
る。光源はリフレクターの周囲を規定する平面に
又はその近くにあるのが理想的である。

第６図及び第７図は第４図及び第５図に類似し
ており、そして光源の表面から放射し、第４図及
び第５図に示された光線１乃至４よりもその中心
に近い点でリフレクター３２に当たり、そしてＢ
に達する光線５，６，７及び８を示している。光
源３０から接線方向に放射し、光線７と同じ点で
リフレクター３２に当たる第６図に示された光線
９は、点Ｂよりも第３図の点Ａから離れた点で像
平面に当たり、そして照明の有用な領域外に落ち
る。従つて、リフレクター３２のより中心領域は
リフレクター３２の外方部分よりもリフレクター
３２のより中心領域が像平面上に光源のより大き
い像を生成する。

第３図のマイクロ波空洞は、システムの光軸に
一致している空洞の軸線に平行な振動電場を生ず
るためにマイクロ波によつて駆動される。バルブ
３０内のガスはこの場によつて励起されて、そし
て第８ｂ図、第３ｃ図及び第８ｄ図に示された如
き強さのパターンを有している光を放射する。

第８ｂ図は第８図のライン２−２によつて示さ
れた如き電場に垂直な方向から光源をみて、且つ
第８図のラインｘ−ｘによつて示された如き電場
に垂直な方向にバルブを走査している測光器によ
つて測定したときの強さパターンを示している。
かくの如く明らかにされた強さパターンは、光源
が放射性ガスの中空球形シエルであり、且つ源の
中心のガスがより多くの放射線を提供しないとい
う事実から生じている。光源は、表面層の見掛上
のより厚い厚さのため表面がある角度で見られる
よきより強く見える。

第８ｃ図は源がライン２−２に沿つて電場に平
行な方向に走査されるとき幾分異なる強さパター
ンを示している。このパターンは、場が表面に平
行である場合光源はより明るく、そして場が表面
に垂直である場合光源が領域における比較的冷た
い、幾分吸収性のガスの層によつてカバーされる
という事実から生ずる。

第８ｄ図は、電場に平行な方向から光源を見て
いる測光器を用いて第８ａ図のラインｙ−ｙに沿
つて光源の中心を通る通路に沿つた走査結果を示
している。その結果得られた強さパターンは光源
の前述の論理結果である。

前述の如き光源が、球の外観を有しており、そ
の水平線は中心に比較して、赤道の近くでより明
るく、そして極の近くでより暗い、この場合極は
リフレクターの軸線上にある光源の点であり、赤
道はリフレクターの軸線に垂直は平面における光
源の表面上の大きな円であり、そして水平線は光
源の外側の任意の点から見た光源の周囲である。

所望により、明るさ及び薄暗さの相対位置は光
軸に垂直な電場と共に周辺に分極されたマイクロ
波の場の使用によつて逆にされることができる。

光源は球形である如く説明したが、他の幾何学
的形状を有する光源が使用されることができる。
例えば、長球円、又は扁球の長球円形状の光源が
使用されることができる。しかしながら、実質的
に球形又は長球円形状からの逸脱は利点を提供し
ない。

第９図乃至第１４図は像平面内にあり、且つ第
３図の点Ａ及びＢを通過する線に沿つた光の強さ
を例示している。第９図は第４図及び第５図の点
１によつて反射された光によるこのラインの強さ
に対する寄与を例示している。

第１０図は第４図及び第５図の点３による光の
寄与を例示しており、そして第１１図は点２及び
４による寄与を例示している。これ等の強さのパ
ターンは上記の如き光源の強さのパターンの結果
である。点１，２，３及び４の寄与の合計が点Ａ
及びＢを通るラインの多少均等な照明である。

第１２図は第６図及び第７図の点５に基づいて
いる。

第１３図は点７に基づいており、そして第１４
図は点６及び８に基づいている。これ等の点はＡ
及びＢを通りラインのより大きな長さを照明す
る。

点５，６，７及び８の寄与の合計が点Ｂと同様
に点Ａに接近又はより接近したすべての点に対す
るラインのかなり均等な照明である。

リフレクター上に無限数の点があり、そして、
代表的な１つのみについて説明するが、楕円リフ
レクターは、光源の不均等性を削除して照明の均
等性を生ずるように光源からの光を分布すること
は理解されるであろう。システムの軸対称によ
り、Ａ及びＢを通るラインに沿う照明の均等性が
像平面上のずべての点に加えられ、これ等の点は
もはやＡ，Ｂのへだたりはない。

第１５図は赤道平面に近い位置５０からみたと
き体積光源３０の極４４，４６、赤道４０及び水
平線４２の位置を例示するために提供されてい
る。

上記の如く、像平面を均等に照明するために光
源からの光を十分によく同じような方法で像平面
上に反射する楕円のリフレクター以外のリフレク
ターが使用されることができる。これ等のリフレ
クターは放物面状の、球形の、又は他の算術的に
明確に定義づけられない平面を含んでいる。

像平面は視準レンズなしで均等に照明される
が、いくつかの目的のために像平面に当たるすべ
ての光線に対してテレセントリツク、即ち像平面
内のすべての点で光線の角度分布が同一であるこ
とが重要である。光線は、リフレクターの制限開
口が視準レンズの焦点に又はその近くにあるよう
に光源からのある距離において、像平面と光源と
の間に視準レンズを挿入することによつてテレセ
ントリツクにされることができる。

本考案について説明したが、次の実施は本考案
をより詳細に例示するために提供されている。

第３図に従つて構成されたシステムは、直径
3.7インチ（約94mm）、幅２インチ（約51mm）の円
筒状の壁によつておおわれたマイクロ波空洞と、
円筒の１方の端におけるスクリーンと、他方の端
の放物面のリフレクターとを有している。放物面
のリフレクターは円筒の軸線上にその焦点を有し
ている。光源は水銀ガス（mercurygas）を満た
したバルブであり、且つ200ナノメータから24ナ
ノメータの波長で紫外線光を生成するために
1.5kwのパワーレベルを有しているマイクロ波に
よつて付勢される。放物面のリフレクターの軸線
と一致している軸線を有している視準レンズが放
物面のリフレクターの焦点から24インチ（約610
mm）に配置されている。焦点は焦点合せリフレク
ターの周囲によつて規定された平面にある。像平
面上の照明レベルは有効面積を４％以上超えない
だけ変化する。

放物面のリフレクターはリフレクターから像平
面までの距離と焦点から像平面までの距離との比
が充分大きく、従つて楕円のリフレクターと放物
面リフレクターとの間に実際上の差がないので、
その容易な適用性により本実施例に説明されたシ
ステムに使用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は不均等放射線源を使用する表面を均等
に照明するための１つの従来技術の概略的な図で
ある。第２図は不均等放射源を使用している表面
を均等に例示するための他の従来技術の概略的な
図である。第３図は不均等な光源を使用している
表面を均等に照明するための本考案の光照射装置
の概略的な図である。第４図及び第５図は本考案
による光源及び楕円のリフレクターの配置を示し
ており、且つ楕円の表面に当たる光線の通路を例
示しているそれぞれ側面図及び正面図の概略的な
図である。第６図及び第７図は、第４図及び第５
図に示されているよりも中心に近い点でリフレク
ターに当たる光線の通路を例示している本考案に
よる光源及び関連する楕円のリフレクターを示し
ている、それぞれ側面図及び正面図の概略的な図
である。第８図はアイクロ波空洞内の光源の側面
図の概略的な図である。第８ａ図は第８図の光源
の正面図の概略的な図である。第８ｂ図はマイク
ロ波電場に垂直な方向から第８図のｘ−ｘ線に沿
つて源を見て測光器によつて測定したとき第８図
の光源に対する光の強さの変化を示しているグラ
フである。第８ｃ図はマイクロ波電場に平行なラ
インに沿つて電源を見て測光器によつて測定した
ときの第８図の光源に対する光の変化を示してい
るグラフである。第８ｄ図は第８ａ図のｙ−ｙ線
に沿つて電源を見て測光器によつて測定したとき
の第８図の光源に対する光の強さの変化を示して
いるグラフである。第９図乃至第１４図は像平面
内にあり、且つ第３図の点Ａ及びＢを通過するラ
インに沿う光の強さの変化を例示している。第１
５図は赤道の近くの位置からの極、赤道、及び水
平線の相対位置を例示している。 １０……光源、１６……コンデンサーレンズ、
１８……対物レンズ、２０……視準レンズ、２
２，４０……像平面、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…
…視野レンズ、２８……集光レンズ、３０……放
射光源、３２……リフレクター、３４……マイク
ロ波空洞、３５……円筒状本体、３６……スクリ
ーン。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 所定の光軸に対し軸対称形状を有する集光性
   反射面を一端部に有すると共に光を透過させる
   がマイクロ波は透過させないメツシユで開口部
   を閉塞したマイクロ波室を設け、前記マイクロ
   波室内における前記集光性反射面の焦点上又は
   その近傍に配置させ且つ内部にマイクロ波によ
   つて励起されて発光する発光物質を充填した無
   電極ランプを設け、前記ランプからの光が前記
   反射面の異なつた位置で反射されて収束する位
   置に像平面を位置させ、前記無電極ランプの表
   面上の発光分布が前記光軸に関して実質的に軸
   対称的であるように前記マイクロ波室内にマイ
   クロ波を供給し、前記像平面上に実質的に一様
   な光照射を与えることを特徴とする光照射装
   置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項において、前
   記ランプと像平面との間に視準レンズを配置さ
   せたことを特徴とする光照射装置。 ３ 実用新案登録請求の範囲第２項において、前
   記視準レンズは、前記反射面の制限開口が前記
   視準レンズの焦点又はその近傍に位置するよう
   な前記ランプからの距離に配置させることを特
   徴とする光照射装置。