JP6588244B2 - レンズモジュール及びｌｅｄ光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のレンズをレンズホルダに取り付けてなるレンズモジュール及び当該レンズモジュールを用いたＬＥＤ光源装置に関する。

従来、複数のレンズをレンズホルダに取り付ける構成としては、例えば特許文献１に示すように、複数のレンズに対応した貫通孔を有する押さえ枠を用いたものがある。具体的には、各レンズの外周を光射出側から前記押さえ枠により押さえて固定する構造や、各レンズの外周に鍔部を形成して、当該鍔部を光射出側から前記押さえ枠により押さえて固定する構造が考えられている。

しかしながら、上記の押さえ枠を用いたものでは、各レンズの全周を押さえる構造となり、当該押さえ枠によって光が遮られてしまい、光量ロスが大きくなってしまう。例えば、露光用途の光源装置等のように、高い光強度が望まれる光源装置の場合には、この光量ロスによって光利用効率が低下してしまい、所望の光強度を得ることが難しくなるため、特に問題となる。

また、複数のレンズにおける光射出領域は、前記押さえ枠の貫通孔から露出した部分となるため、当該光射出領域の間隔は、前記押さえ枠に形成された貫通孔の間隔に制限を受けてしまい、複数のレンズにおける光射出領域を密に配置することが難しい。例えば、露光用途の光源装置等のように、均一な光強度分布が望まれる光源装置の場合には、前記光照射領域の密な配置が制限されることによって、均一な光強度分布を得ることが難しくなるため、特に問題となる。

特開２０１０−２７２８５８号公報

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、各レンズから射出される光量のロスを低減するとともに、複数のレンズにおける光射出領域を密に配置することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係るレンズモジュールは、複数のレンズと、前記複数のレンズが取り付けられるレンズホルダと、前記レンズの互いに離間した複数箇所において光射出面又は光入射面に係合して、前記レンズホルダに固定する複数の固定具とを備え、前記固定具が、前記複数のレンズのうち２つ以上のレンズで共用されていることを特徴とする。

このようなレンズモジュールであれば、複数の固定具が、レンズの光射出面又は光入射面における複数箇所に接触してレンズホルダに固定するので、レンズの固定具により遮られる部分を小さくすることができ、光量ロスを低減することができる。この光量ロスの低減により、光利用効率を向上させることができ、所望の光強度を得ることができるようになる。また、従来の押さえ枠を用いずに複数の固定具でレンズを固定するとともに、固定具が２つ以上のレンズで共用されているので、複数のレンズにおける光射出領域を密に配置することができる。前記光射出領域が密に配置できることにより、均一な光強度分布を得ることができるようになる。

前記複数のレンズが、所定の配列パターンで前記レンズホルダに取り付けられるものであり、前記固定具が、前記複数のレンズのうち互いに隣り合う２つ以上のレンズで共用されていることが望ましい。
このように所定の配列パターンで複数のレンズを取り付けるとともに、互いに隣り合う２つのレンズで固定具を共用しているので、レンズモジュールの組み立てを容易にすることができる。また、互いに隣り合う２つのレンズで固定具を共用することで、固定具を小型化することができる。

特に、複数のレンズを最密配置にして、均一な光強度分布を得るためには、前記複数のレンズの配列パターンが三角格子状であり、前記固定具が、前記複数のレンズのうち互いに隣り合う３つのレンズで共用されていることが望ましい。

前記複数の固定具が、前記レンズホルダに等ピッチ（等間隔）で配置されていることが望ましい。
この構成であれば、複数のレンズを等ピッチ（等間隔）で位置決めできるようになる。

前記レンズホルダに対するレンズの位置決めを容易にするためには、前記レンズホルダに前記複数のレンズそれぞれに対応して設けられた凹部が形成されていることが望ましい。

固定具の具体的な実施の態様としては、前記固定具が、前記レンズホルダとの間で前記レンズを挟み込む頭部を有するものが考えられる。この場合、レンズが傷付くのを防止するため、及びレンズをガタ無く固定するためには、前記頭部と前記レンズとの間にクッション部材が設けられていることが望ましい。

前記固定具が、前記レンズホルダに形成された雌ねじ孔に螺合するねじであることが望ましい。
この構成であれば、固定具をより一層小型化にすることができ、複数のレンズを互いに密着又は近接して敷き詰めることができる。このとき、固定具であるねじは、互いに密着又は近接されたレンズ間の領域に形成された雌ねじ孔にねじ込まれる。また、ねじを用いることにより、レンズの取り外しが容易となり、レンズの位置調整も容易となる。

また、本発明に係るＬＥＤ光源装置は、上述したレンズモジュールと、前記レンズユニットに取り付けられた複数のレンズそれぞれに対応して設けられた複数のＬＥＤとを備えることを特徴とする。
このようなＬＥＤ光源装置によれば、レンズモジュールにより得られる効果により、光利用効率を向上させて所望の光強度を得ることができるとともに、均一な光強度分布を得ることができる。

このように構成した本発明によれば、各レンズから射出される光量のロスを低減するとともに、複数のレンズにおける光射出領域を密に配置することができる。

本実施形態に係るＬＥＤ光源装置を示す斜視図。 同実施形態のＬＥＤ光源装置の平面図。 同実施形態のＬＥＤ光源装置の拡大断面図。 同実施形態のＬＥＤ光源装置の部分拡大断面図。 同実施形態のレンズホルダを示す平面図。 同実施形態のレンズ及び固定具の配置態様を示す図。 同実施形態のレンズの取付方法の一例を示すための図。 変形実施形態のレンズモジュールの平面図。 変形実施形態のレンズモジュールの平面図。 固定具の変形例を示す模式図。

以下に、本発明に係るＬＥＤ光源装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態に係るＬＥＤ光源装置１００は、例えば露光機用の光源装置として用いられるものである。なお、露光機（マスクアライナー）とは、紫外線を用いてワークに微細なパターンを転写・焼き付けするための装置をいい、主に、トランジスタ、ＩＣ等の半導体素子製造に用いられるものである。

具体的にＬＥＤ光源装置１００は、図１〜図３に示すように、例えば平面視概略矩形状をなす一面に光射出部を有する面発光装置であり、プリント配線基板２１上に並び設けられた複数のＬＥＤ２と、当該複数のＬＥＤ２それぞれに対応した複数のレンズ３１を有するレンズモジュール３と、複数のＬＥＤ２及びレンズモジュール３を収容する例えば概略直方体形状をなすケーシング４とを備えている。なお、ケーシングの裏面（光射出部とは反対側）には、ＬＥＤ２の熱を放熱するための放熱フィン４Ｆが設けられている。

前記複数のＬＥＤ２は、平面視概略矩形状をなすプリント配線基板２１上に所定の配列パターンで搭載されており、具体的には三角格子状となるように搭載されている。つまり、互いに隣り合う３つのＬＥＤ２の発光部が正三角形の頂点に位置するように搭載されている。各ＬＥＤ２は、その光軸が、プリント配線基板２１の表面に対して垂直となるように搭載されている。本実施形態のＬＥＤ２は、セラミックや樹脂などで成形したキャビティ内にＬＥＤチップを実装した表面実装型の紫外光ＬＥＤである。

前記レンズモジュール３は、複数のレンズ３１と、当該複数のレンズ３１が取り付けられるレンズホルダ３２とを有している。

前記複数のレンズ３１は、互いに同一形状をなすものである。各レンズ３１は、図４に示すように、回転体形状をなすものであり、回転軸方向における一方の面が平面状をなす光入射面３１ａとなり、回転軸方向における他方の面が凸状に湾曲した光射出面３１ｂとなるものである。

レンズホルダ３２は、平面視矩形状をなす平板状をなす部材であり、前記ケーシング４内において、複数のＬＥＤ２の光射出側前方に配置されるものである。具体的にレンズホルダ３２は、前記複数のＬＥＤ２に対応して形成された複数の貫通孔３２ｈを有しており、当該貫通孔３２ｈを介して前記ＬＥＤ２からの光を外部に射出できるように構成されている。つまり、図５に示すように、レンズホルダ３２において、前記複数の貫通孔３２ｈは、所定の配列パターン（本実施形態では三角格子状）となるように形成されている。

このレンズホルダ３２は、図３及び図４に示すように、前記複数の貫通孔３２ｈの光射出側の開口部それぞれにレンズ３１が取り付けられるように構成されている。つまり、レンズホルダ３２において、前記複数のレンズ３１は、前記複数のＬＥＤ２と同様に、所定の配列パターン（本実施形態では三角格子状）となるように取り付けられる（図２等参照）。

本実施形態では、図４及び図５に示すように、複数の貫通孔３２ｈの光射出側の開口部それぞれにレンズ３１の一部を収容する収容凹部３２１が形成されている。この収容凹部３２１は、レンズ３１の平面視形状と略同一の平面視形状をなすものであり、貫通孔３２ｈの直径よりも大きい直径を有し、平面視において前記貫通孔３２ｈと同心円状に形成されている。また、前記収容凹部３２１は、レンズ３１が収容された状態で、当該レンズ３１の光射出面３１ｂが、レンズホルダ３２よりも外部に位置するように構成されている。

そして、複数のレンズ３１は、複数の固定具５によって、レンズホルダ３２に固定されている。

具体的に、複数の固定具５は、特に図２、図３及び図６に示すように、レンズ３１の互いに離間した複数箇所に光射出側から光射出面３１ｂに係合して、レンズホルダ３２に固定するものである。本実施形態では、各レンズ３１に対して３つの固定具５が係合するように構成されている。詳細には、３つの固定具５が、各レンズ３１の周囲において周方向に等間隔に配置され、レンズ３１の光射出面３１ｂの周縁部において周方向に等間隔である３箇所に係合する。

各固定具５は、同一のものであり、レンズホルダ３２に形成された雌ねじ孔３２Ｍに螺合するねじである。そして、このねじ５を前記雌ねじ孔３２Ｍに螺合させることによって、ねじ５の頭部５１とレンズホルダ３２との間でレンズ３１を挟み込んで固定する。

本実施形態では、レンズ３１の傷付きや破損を防ぎつつ、レンズ３１をガタ無く固定するために、ねじ５の頭部５１とレンズ３１との間にクッション部材６を設ける構成としてある。このクッション部材６は、例えば樹脂ワッシャであり、本実施形態では、ねじ５の頭部５１と略同一径を有するものである。この構成により、ねじ５を雌ねじ孔３２Ｍに螺合させることによって樹脂ワッシャ６がレンズ３１の光射出面３１ｂにおける周縁部に接触し、レンズ３１が固定される。

そして、固定具５が、複数のレンズ３１のうち互いに隣り合う２つ以上のレンズ３１で共用される構成としてある。本実施形態では、互いに隣り合う３つのレンズ３１で共用される固定具５と、互いに隣り合う２つのレンズ３１で共用される固定具５とがある。

互いに隣り合う３つのレンズ３１で共用される固定具５は、図６に示すように、三角格子状に配置（最密配置）された複数のレンズ３１において互いに隣り合う３つのレンズ３１、つまり、三角格子点（正三角形の頂点）に位置する３つのレンズ３１で共用されている。このとき、レンズホルダ３２の雌ねじ孔３２Ｍは、前記互いに隣り合う３つのレンズ３１の間の領域において、それらレンズ３１から等距離の位置に形成されている。つまり、前記互いに隣り合う３つのレンズ３１で共用される固定具５は、前記互いに隣り合う３つのレンズ３１の間の領域に形成された雌ねじ孔３２Ｍにねじ込まれる。

また、互いに隣り合う２つのレンズ３１で共用された固定具５は、図２に示すように、外周部分に位置する複数のレンズ３１において互いに隣り合う２つのレンズ３１で共用されている。このとき、レンズホルダ３２の雌ねじ孔３２Ｍは、前記互いに隣り合う２つのレンズ３１から等距離の位置に形成されている。

本実施形態では、三角格子状に配置（最密配置）された複数のレンズ３１を固定する複数の固定具５も、複数のレンズ３１と同様に、三角格子状に配置されている。三角格子状に配置された複数のレンズ３１は、図７に示すように、複数のレンズ３１からなる複数のレンズ列３１Ｌから構成される。また、三角格子状に配置された複数の固定具５も、複数の固定具５からなる複数の固定具列５Ｌから構成される。

このレンズモジュール３の組み立てとしては、最外側（例えば最左側）のレンズ列３１Ｌから順番に固定していく。具体的には最外側のレンズ列３１Ｌを構成する各レンズ３１を固定する３つの固定具５のうち、外側（左側）に位置する２つの固定具５（最外側の固定具群５Ｌ）から締め付ける。この外側に位置する２つの固定具５を締め付けることによって、最外側のレンズ列３１Ｌを構成する各レンズ３１は、収容凹部３２１の内側周面において当該２つの固定具５とは反対側（右側）に密着して位置決めされる。

次に、最外側のレンズ列３１Ｌを構成する各レンズ３１を固定する３つの固定具５のうち、内側（右側）に位置する残り１つの固定具５（２番目の固定具列５Ｌ）を締め付ける。当該残り１つの固定具（２番目の固定具列５Ｌ）を締め付けることによって最外側のレンズ列３１Ｌは固定される。また、２番目の固定具列５Ｌを締め付けることによって、２番目のレンズ列３１Ｌが、収容凹部３２１の内側周面において当該２番目の固定具列５Ｌとは反対側（右側）に密着して固定される。このようにして、ＬＥＤ列３１Ｌごとに順番に固定具列５Ｌを締め付けることによって、レンズ３１の位置決め及び固定が行われる。

なお、本実施形態のＬＥＤ光源装置１００では、図３及び図４に示すように、レンズモジュール３が複数の第２レンズ３３及び当該第２レンズ３３が取り付けられる第２レンズホルダ３４を有している。

前記第２レンズ３３は、ＬＥＤ２の光を集光する集光レンズである。本実施形態では、第２レンズ３３により集光された光を前記レンズ３１により平行光として導出するように構成されている。

第２レンズホルダ３４は、前記複数のＬＥＤ２に対応した複数の貫通孔３４ｈを有しており、当該貫通孔３４ｈに第２レンズ３４が取り付けられている。具体的には貫通孔３４ｈの光入射側の開口部に前記第２レンズ３３が係止する鍔部３４１が形成されており、当該鍔部３４１に第２レンズ３３が係止して貫通孔３４ｈに第２レンズ３３が設けられる。そして、この第２レンズホルダ３４の光射出側面に前記レンズホルダ３２を取り付けて、第２レンズ３３が第２レンズホルダ３４に固定される。具体的には、レンズホルダ３２の貫通孔３２ｈの光入射側の開口部に第２レンズ３３の光射出面側を押圧するための鍔部３２２が形成されている。なお、当該鍔部３２２と第２レンズ３３との間には、Ｏリング３５が設けられている。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のＬＥＤ光源装置１００によれば、複数の固定具５が、レンズ３１の複数箇所に係合してレンズホルダ３２に固定するので、レンズ３１において固定具５により遮られる部分を小さくすることができ、光量ロスを低減することができる。この光量ロスの低減により、光利用効率を向上させることができ、所望の光強度を得ることができる。
なお、ＬＥＤ２のＬＥＤチップ上面にパッド電極等の非発光部が設けられている場合には、ＬＥＤ２の光軸周りにおいて当該非発光部が固定具５を向くように配置することで、光量ロスをより一層低減することができる。

また、従来の押さえ枠を用いずに複数の固定具５でレンズ３１を固定するとともに、固定具５が２つ以上のレンズ３１で共用されているので、複数のレンズ３１における光射出領域を密に配置することができる。前記光射出領域が密に配置できることにより、均一な光強度分布を得ることができる。特に、複数のレンズ３１の配列パターンが三角格子状であるため、複数のレンズ３１を最密配置にして、均一な光度分布を得ることができる。

三角格子状に配置された複数のレンズ３１において互いに隣り合う３つのレンズ３１で固定具５を共用しているので、レンズモジュール３の組み立てを容易にすることができる。ここで、レンズホルダ３２に収容凹部３２１を形成しているので、一層組み立てを容易にすることができる。また、固定具５は、互いに隣り合う３つのレンズ３１の間の領域に取り付けられて、当該領域を形成する互いに隣り合う３つのレンズ３１で共用されるので、固定具５を小型化することができる。

さらに固定具５がねじであるので、固定具５を容易に小型化にすることができ、複数のレンズ３１を互いに密着又は近接して敷き詰めることができる。また、ねじ５を用いることにより、レンズ３１の取り外しが容易となり、レンズ３１の位置調整も容易となる。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、レンズ３１の配列パターンが三角格子状であったが、図８に示すように、正方格子等の四角格子状（マトリックス状）であっても良い。そして、各レンズ３１に対して４つの固定具５が係合するように構成した場合、固定具５は、互いに隣り合う２つのレンズ又は互いに隣り合う４つのレンズで共用されることになる。

また、前記実施形態では、複数のレンズ列を有する配置としているが、複数のレンズ３１を一列配置としても良い。このとき、例えば、図９に示すように、レンズ列に沿って一方側に複数の固定具５を設け、他方側に複数のレンズ３１に当接する当接面７を設けて、レンズ３１を前記当接面７に当接した状態で固定具５を締め付けることが考えられる。なお、このとき、固定具５は、互いに隣り合う２つのレンズ３１で共用されることになる。

さらに、前記固定具５は、ねじの他、レンズホルダに形成された固定用孔に挿入される挿入部と、当該挿入部の一端に形成された頭部とを有し、前記挿入部に返しが形成されたものであっても良い。なお、この返しによって固定用孔から抜脱不能に構成されたものであっても良い。

その上、前記固定具５は、図１０に示すように、複数のレンズ３１に亘って延び、各レンズ３１の外縁部における周方向一部に接触する押圧体８を有し、当該押圧体８をレンズホルダ３２に固定することによって、複数のレンズ３１で共用されるように構成されたものであっても良い。

また、前記実施形態の各レンズは、１つのＬＥＤに対応した１つのレンズ部分のみを有するものであったが、複数のＬＥＤ２に対応した複数のレンズ部分を有するものであっても良い。例えば、前記実施形態の複数（例えば２個又は３個など）のレンズが一体形成されたレンズユニットであっても良い。この場合であっても、前記実施形態と同様に、固定具は、２つ以上のレンズユニットで共用される構成とされる。

レンズ形状は、前記実施形態に限定されず、例えば、シリンドリカルレンズであっても良い。この場合、シリンドリカルレンズは、１つのＬＥＤに対応して設けられたものであっても良いし、複数のＬＥＤに対応して設けられたものであっても良い。

加えて、前記実施形態のレンズホルダは、収容凹部を有さずに、レンズ取り付け面が平面状をなすものであっても良い。また、収容凹部を有さずに、レンズを位置決めするためにレンズ側周面に当接する突起等の位置決め部を有するものであっても良い。

前記実施形態では、露光機用の光源装置について説明したが、ワークの表面検査等の検査用の光源装置にも適用できる。この他、レンズ３１の光射出面３１ｂ側でなく、光入射面３１ａ側を固定具５により固定するようにしても良い。具体的には、レンズホルダ３２の複数の貫通孔３２ｈの光入射側の開口部それぞれに前記レンズ３１が開口部側を向くように取り付けられる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１００・・・ＬＥＤ光源装置
２・・・ＬＥＤ
３・・・レンズモジュール
３１・・・レンズ
３２・・・レンズホルダ
３２１・・・凹部
３２Ｍ・・・雌ねじ孔
５・・・固定具
５１・・・頭部
６・・・クッション部材

Claims (7)

1. 複数のレンズと、
   前記複数のレンズが取り付けられるレンズホルダと、
   前記レンズの互いに離間した複数箇所において光射出面又は光入射面に係合して、前記レンズホルダに固定する複数の固定具とを備え、
   前記複数のレンズが、所定の配列パターンで前記レンズホルダに取り付けられるものであり、
   前記固定具が、前記複数のレンズのうち互いに隣り合う２つ以上のレンズで共用されているレンズモジュール。
2. 前記複数のレンズの配列パターンが三角格子状であり、
   前記固定具が、前記複数のレンズのうち互いに隣り合う３つのレンズで共用されている請求項１記載のレンズモジュール。
3. 前記複数の固定具が、前記レンズホルダに等ピッチで配置されている請求項１又は２記載のレンズモジュール。
4. 前記レンズホルダに前記複数のレンズそれぞれに対応して設けられた凹部が形成されている請求項１乃至３の何れか一項に記載のレンズモジュール。
5. 前記固定具が、前記レンズホルダとの間で前記レンズを挟み込む頭部を有しており、
   前記頭部と前記レンズとの間にクッション部材が設けられている請求項１乃至４の何れか一項に記載のレンズモジュール。
6. 前記固定具が、前記レンズホルダに形成された雌ねじ孔に螺合するねじである請求項１乃至５の何れか一項に記載のレンズモジュール。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のレンズモジュールと、
   前記レンズモジュールに取り付けられた複数のレンズそれぞれに対応して設けられた複数のＬＥＤとを備えるＬＥＤ光源装置。