特許 6066308 光源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6066308

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】光源装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/027 20060101AFI20170116BHJP

   B29C 59/02 20060101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/30 502D

   B29C59/02 Z

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-58669(P2013-58669)

(22)【出願日】2013年3月21日

(65)【公開番号】特開2014-183298(P2014-183298A)

(43)【公開日】2014年9月29日

【審査請求日】2015年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松島 竹夫

【審査官】 松岡 智也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１１４４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８３８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２６７７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８５０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３０４５６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ ７／００

Ｇ０３Ｂ ２１／００−２１／１０、２１／１２−２１／１３、

２１／１３４−２１／３０、３３／００−３３／１６

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被照射物に対して光を照射するインプリント用の光源装置であって、
第１発光部及び第２発光部を含む光源と、
前記第１発光部及び前記第２発光部に対して各別に光量調整可能な制御部と、
ロッドインテグレータを複数備えてなるロッドインテグレータ群を有し、
前記ロッドインテグレータ群は、第１ロッドインテグレータと、前記第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成された第２ロッドインテグレータを含み、
前記第１ロッドインテグレータは、前記第１発光部から出射された光を取り込んで前記被照射物の第１照射領域に対して光を照射し、
前記第２ロッドインテグレータは、前記第２発光部から出射された光を取り込んで前記被照射物の前記第１照射領域とは異なる第２照射領域に対して光を照射する構成であり、
前記第２ロッドインテグレータは、前記第１ロッドインテグレータの同心軸上に形成されており、
前記第１ロッドインテグレータは、柱形状であり、
前記第２ロッドインテグレータは、環柱形状であることを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記第１ロッドインテグレータは、円柱又は楕円柱形状であり、
前記第２ロッドインテグレータは、円環柱又は楕円環柱形状であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光源装置に関し、特にインプリント法によって加工対象物に対して凹凸構造を形成する際に利用される光源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

微細な凹凸構造を製造する方法として、インプリント法が知られている（例えば、特許文献１参照）。加工対象物たる基材の上面にＵＶ硬化性樹脂を形成した状態で、成形したい型（金型）を基材に押し付ける。そして、ＵＶ光をこの加工対象物と金型に対して照射することで、基材上に金型の凹凸構造とは反対の凹凸構造が形成される。このとき、ＵＶ光の光源としてＬＥＤが用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１７１３６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、加工対象物たる基材及び型の双方の面が平面形状のものが想定されている。このため、光源から均一強度の光が出射されていれば、加工対象物の対象面、より詳細にはＵＶ硬化性樹脂に対して、均一な照度の光が照射される。

【0005】

しかし、この技術をレンズ面への凹凸構造の形成に適用しようとした場合には、以下の問題が生じる。図１は、インプリント技術を用いてレンズ面に対して凹凸構造を形成する場合の模式的概念図である。

【0006】

レンズ２５は、両面又は片面に曲面を有する構成が一般的である。この曲面上に凹凸を形成するためには、この対象面に押し当てる側の型２３の面もまた曲面に沿った構成となる。このとき、加工対象物たるレンズ２５上に形成された樹脂２７も、曲面上に形成されることになり、この結果、レンズ２５上の位置に応じて、光源２１から放射される光線（各発光部からレンズ２５に向かう直進性の高い光線）が樹脂２７に入射される角度、光源２１から樹脂２７までの光の直進成分に沿った距離、樹脂２７の光の直進成分に沿った厚みが位置に応じて異なってしまう。

【0007】

この状態で、光源２１から均一な光量の光が出射された場合、位置に応じては樹脂２７を硬化させるのに十分な光量が照射されず、処理ムラ（樹脂硬化ムラ）が生じてしまうという課題があった。

【0008】

また、型２３やレンズ２５が曲面（凹面又は凸面）を有している場合、光の入射面や出射面が曲面で形成されていると、この曲面において光が屈折して光の向きが曲げられる。このことも、位置に応じて樹脂２７に対して照射される光量を変化させる要因となっていた。

【0009】

本発明は、上記の課題に鑑み、加工対象物の形状に関係なく、位置に応じた処理ムラが生じないように加工対象物に対するインプリント加工を施すことの可能な光源装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、被照射物に対して光を照射するインプリント用の光源装置であって、
第１発光部及び第２発光部を含む光源と、
前記第１発光部及び前記第２発光部に対して各別に光量調整可能な制御部と、
ロッドインテグレータを複数備えてなるロッドインテグレータ群を有し、
前記ロッドインテグレータ群は、第１ロッドインテグレータと、前記第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成された第２ロッドインテグレータを含み、
前記第１ロッドインテグレータは、前記第１発光部から出射された光を取り込んで前記被照射物の第１照射領域に対して光を照射し、
前記第２ロッドインテグレータは、前記第２発光部から出射された光を取り込んで前記被照射物の前記第１照射領域とは異なる第２照射領域に対して光を照射する構成であることを特徴とする。

【0011】

上記構成によれば、第１ロッドインテグレータの出射面からの出射光量と、第２ロッドインテグレータの出射面からの出射光量は、それぞれ制御部によって各別に制御が可能な構成である。そして、第１ロットインテグレータから出射される光は、照度が均一な状態で被照射面の第１照射領域に照射され、同様に、第２ロッドインテグレータから出射される光は、照度が均一な状態で被照射面の第２照射領域に照射される。

【0012】

つまり、被照射面の異なる照射領域毎に、同一照射領域内の照度を均一に保ったまま、照射光量の調整を行うことができる。

【0013】

ここで、第２ロットインテグレータは、第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成されている。これにより、第２ロッドインテグレータからの出射光が照射される第２照射領域は、被照射面上において、第１ロッドインテグレータからの出射光が照射される第１照射領域の外側に位置される。つまり、被照射面の内側と外側において、各照射領域内の照度を一定にしつつ、その照射光量を調整することができる。

【0014】

例えば、本装置を、レンズ表面のインプリント加工に利用する場合を想定する。この時、レンズは曲面で構成されているため、内側と外側で被照射面の光源に対する傾きが異なる。このような場合に、当該傾きに応じて第１発光部と第２発光部の光量を調整することで、被照射面の全体に対して処理に必要な光量の光を照射させることが可能である。

【0015】

光量の調整としては、第１発光部や第２発光部から放射される光量に差異を設ける方法の他、発光時間に差異を設ける方法や、これらを組み合わせる方法が採用され得る。

【0016】

なお、上記構成において、前記第２ロッドインテグレータを、前記第１ロッドインテグレータの同心軸上に形成するものとしても構わない。

【0017】

更には、前記第１ロッドインテグレータを円柱又は楕円柱形状で形成し、
前記第２ロッドインテグレータを円環柱又は楕円環柱形状で形成するものとしても構わない。

【0018】

ロッドインテグレータ群は、第１ロッドインテグレータを取り囲む環状の第２ロッドインテグレータを複数備える構成としても構わない。この場合、各第２ロッドインテグレータに対して光を入射させるための第２発光部を、第２ロッドインテグレータの数に対応させて備える。

【0019】

つまり、前記光源は、複数の前記第２発光部を備え、
前記制御部は、複数の前記第２発光部のそれぞれに対して、各別に光量調整可能な構成であり、
前記ロッドインテグレータ群は、それぞれが前記第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成された複数の前記第２ロッドインテグレータを備え、
複数の前記第２ロッドインテグレータのそれぞれは、異なった前記第２発光部から出射された光を取り込んで、異なった前記第２照射領域に対して光を照射する構成であることを別の特徴とする。

【0020】

この構成とした場合、複数の第２ロッドインテグレータから出射される光は、それぞれ照度が均一な状態で、被照射面の異なる第２照射領域に照射される。つまり、照射光量の調整が可能な照射領域数を増加させることができる。これにより、より細かい照射光量の調整が可能となる。

【0021】

なお、この場合には、被照射物の照射面上において、複数の第２ロッドインテグレータそれぞれの出射光が照射される各第２照射領域のそれぞれは、被照射面上において、第１ロッドインテグレータからの光が照射される第１照射領域の外側に位置される。つまり、第１照射領域の外側に、一の第２照射領域が形成され、その外側に別の第２照射領域が形成され、以下、第２ロッドインテグレータの数に応じた数だけその外側に別の第２照射領域が形成される構成となる。これによって、被照射面の内側と外側において、各照射領域内の照度を位置しつつ、その照射光量を細かく調整することができる。

【0022】

上記の構成に加えて、ロッドインテグレータ群と被照射物の間に投影光学系を備える構成としても構わない。

【0023】

すなわち、前記ロッドインテグレータ群から出射された光を前記被照射物に投影する投影光学系を備え、
前記第１ロッドインテグレータから出射された光は、前記投影光学系を介して前記第１照射領域に投影され、
前記第２ロッドインテグレータから出射された光は、前記投影光学系を介して前記第２照射領域に投影されることを別の特徴とする。

【0024】

上記構成によれば、ロッドインテグレータ群と被照射物の間に一定の距離を確保しつつも、被照射物に対して、被照射面の異なる照射領域毎に、同一照射領域内の照度を均一に保ったまま、照射光量の調整を行うことができる。

【0025】

なお、上記構成において、前記第１発光部及び前記第２発光部をＬＥＤで構成しても構わない。特に、ＵＶ硬化性樹脂を用いて被照射物に対する加工を施す場合には、ＵＶ−ＬＥＤで構成することが可能である。

【発明の効果】

【0026】

本発明の構成によれば、被照射面の異なる照射領域毎に、同一照射領域内の照度を均一に保ったまま、照射光量の調整を行うことができる。よって、被照射面が平面形状でないことに由来して、光源から加工対象物までの距離や加工対象物自体の厚みが当該面内で異なっていたとしても、第１発光部や第２発光部から出射される光量を調整することで、照射領域毎に要求される光量を照射させることが可能となる。よって、面の位置によらずに過不足なく光を照射して処理を完遂させることができる。これにより、処理ムラを回避するために無用に光照射時間を長くしたり過剰な照射光量の光を照射したりすることなく、高効率に所定の処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】インプリント技術を用いてレンズ面に対して凹凸構造を形成する場合の模式的概念図である。

【図2】光源装置の光学系の構成を示す模式図である。

【図3】光源の構成を示す模式図である。

【図4】被照射物の照射領域の光強度の分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

【0029】

図２は光源装置の光学系の構成を示す模式図である。光源装置１は、光源２、ロッドインテグレータ群３、制御部４、及び投影光学系５を備える。

【0030】

光源２は、複数の発光部（本実施形態では「ＬＥＤ素子」とする。）を備える。図３は、光源２の構成を示す模式図である。光源２は、基板１０上に複数のＬＥＤ素子２１が配列されて構成されている。複数のＬＥＤ素子２１は、領域別に発光部３１，発光部３２ａ，発光部３２ｂ，発光部３２ｃを構成している。なお、発光部３１が「第１発光部」に対応し、発光部３２ａ，発光部３２ｂ，発光部３２ｃを含む発光部３２が「第２発光部」に対応する。

【0031】

制御部４は、光源２を構成する各発光部（３１，３２）の光量の調整を行う。より具体的には、各発光部３１，３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対して、各発光部単位でそれぞれ光量の調整を行うことができる。例えば、制御部４は、発光部３１からの光量のみを増加させたり、発光部３２ａからの光量のみを減少させたりすることが可能である。つまり、同一発光部を構成している複数のＬＥＤ素子２１に対しては、共通の光量制御が行われるものとして構わない。

【0032】

ロッドインテグレータ群３は、複数のロッドインテグレータ（１１，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を備える。なお、ロッドインテグレータ１１が「第１ロッドインテグレータ」に対応し、ロッドインテグレータ１２ａ，ロッドインテグレータ１２ｂ，ロッドインテグレータ１２ｃを含むロッドインテグレータ１２が「第２ロッドインテグレータ」に対応する。

【0033】

本実施形態では、ロッドインテグレータ１１が円柱形状を示し、各ロッドインテグレータ１２が、ロッドインテグレータ１１の外周を取り囲むように、ロッドインテグレータ１１と同心軸上の円環柱状を示す構成としている。より詳細には、ロッドインテグレータ１２ａが、ロッドインテグレータ１１の外周を取り囲むような円環柱状で構成され、ロッドインテグレータ１２ｂが、更にロッドインテグレータ１２ａの外周を取り囲むような円環柱状で構成され、ロッドインテグレータ１２ｃが、更にロッドインテグレータ１２ｂの外周を取り囲むような円環柱状で構成される。

【0034】

ただし、ロッドインテグレータ１１は、矩形柱状又は多角形柱状でも構わないし、楕円柱状でも構わない。この場合、各ロッドインテグレータ１２は、ロッドインテグレータ１１の形状に応じた形状の環柱状としてよい。

【0035】

各ロッドインテグレータ（１１，１２）は、入射された光の出射面での照度を均一化する機能を有する。また、各ロッドインテグレータ（１１，１２）は、光が入射される入射元の発光部（３１，３２）が異なる。

【0036】

すなわち、本実施形態の構成では、ロッドインテグレータ１１は、発光部３１から出射された光が取り込まれ、出射面１１ｚ上での照度が均一化される（図２及び図３参照）。ロッドインテグレータ１２ａは、発光部３２ａから出射された光が取り込まれ、出射面１２ａｚでの照度が均一化される。ロッドインテグレータ１２ｂは、発光部３２ｂから出射された光が取り込まれ、出射面１２ｂｚでの照度が均一化される。ロッドインテグレータ１２ｃは、発光部３２ｃから出射された光が取り込まれ、出射面１２ｃｚでの照度が均一化される。

【0037】

更に、各ロッドインテグレータ（１１，１２）は、それぞれが異なる領域に対して光を照射する。より具体的には、ロッドインテグレータ１１からの出射光は、投影光学系５を介して被照射物６の照射領域１５に投影される。ロッドインテグレータ１２ａからの出射光は、投影光学系５を介して被照射物６の照射領域１６ａに投影される。ロッドインテグレータ１２ｂからの出射光は、投影光学系５を介して被照射物６の照射領域１６ｂに投影される。ロッドインテグレータ１２ｃからの出射光は、投影光学系５を介して被照射物６の照射領域１６ｃに投影される。なお、照射領域１５が「第１照射領域」に対応し、照射領域１６ａ，照射領域１６ｂ，照射領域１６ｃを含む照射領域１６が「第２照射領域」に対応する。

【0038】

図４は、被照射物６の照射領域の光強度の分布を示す図である。図４（ａ）は、被照射物６の各照射領域を模式的に示したものであり、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、各発光部（３１，３２）からの光量を異ならせた場合の、図４（ａ）の線Ａ−Ａ上における各照射領域での光強度の分布を示したものである。

【0039】

より詳細には、図４（ｂ）は、制御部４によって、発光部３１からの光量を最も多くし、発光部３２ａ，３２ｂ，３２ｃの順に発光光量が少なくなるように制御した場合の光強度分布である（図３参照）。また、図４（ｃ）は、図４（ｂ）とは逆に、制御部４によって、発光部３１からの光量を最も少なくし、発光部３２ａ，３２ｂ，３２ｃの順に発光光量が多くなるように制御した場合の光強度分布である（図３参照）。

【0040】

図４（ｂ）によれば、照射領域１５の照度が最も高く、照射領域１６ａ，１６ｂ，１６ｃの順に照度が低くなっている。つまり、この場合、被照射物６に対して内側に行くほど照射光量が高く、外側に行くほど照射光量が低くなるように設定されている。

【0041】

また、図４（ｃ）によれば、照射領域１５の照度が最も低く、照射領域１６ａ，１６ｂ，１６ｃの順に照度が高くなっている。つまり、この場合、被照射物６に対して内側に行くほど照射光量が低く、外側に行くほど照射光量が高くなるように設定されている。

【0042】

以上により、制御部４によって各発光部（３１，３２）の発光光量を調整することで、被照射物６に対して、照射領域毎に照射光量を調整できることが分かる。従って、処理領域の位置に応じて、その領域に必要な照射光量の光を照射することができるので、処理ムラを回避するために無用に光照射時間を長くして、過剰に光を照射することなく、効率的に所定の処理を完遂させることができる。

【0043】

光源装置１を、図１に示したようにレンズ表面のインプリント加工に利用する場合を想定する。この場合、被照射物６は、加工対象面に樹脂２７が形成されたレンズ２５及び加工対象形状を有する型２３を含む構成となる。このとき、加工対象面はレンズ２５由来の曲面を有するため、内側と外側で、被照射面の光源２に対する傾きが異なる。このような場合に、当該傾きに応じて制御部４によって各発光部（３１，３２）の光量を調整することで、被照射面の全体に対して処理に必要な光量の光を照射させることが可能である。

【0044】

また、各ロッドインテグレータ（１１，１２）は、それぞれの出射面で照度が均一化されており、各ロッドインテグレータの出射面からの出射光は、被照射物６の異なる照射領域に照射される。これにより、同一の照射領域内においては、同一照度の光を照射させることができる。よって、被照射物の形状に対称性があるような場合など、照度条件を同一にさせたい箇所には同一照度で光を照射させつつ、照度条件を異ならせたい箇所に対してのみ発光部（３１，３２）の強度を調整して対応することが可能となる。

【0045】

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

【0046】

〈１〉 上述の実施形態では、投影光学系５を介して被照射物６の被照射面に対してロッドインテグレータ群３からの出射光が投影される構成とした。しかし、被照射物６をロッドインテグレータ群３の出射面の近傍に設置する場合には、投影光学系５を備えない構成としても構わない。この場合においても、各ロッドインテグレータ（１１，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）からの出射光は、被照射物６の異なる照射領域上に照射される。

【0047】

〈２〉 本実施形態の光源装置１を、加工対象物に対してインプリント技術によって凹凸形状を構成する場合、被照射物６としては、加工対象面に光硬化性樹脂が形成された加工対象物と当該加工対象物の加工対象面に接触した型を含む構成となる。この場合、ロッドインテグレータ群３からの出射光を、型を介して光硬化性樹脂に照射させる構成としても構わないし、加工対象物を介して光硬化性樹脂に照射させる構成としても構わない。つまり、加工対象物と型のどちらをロッドインテグレータ群３側に設置しても構わない。

【0048】

〈３〉 上述の実施形態では、ロッドインテグレータ群３は、ロッドインテグレータ１１の外周に複数のロッドインテグレータ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）が取り囲まれてなる構成とした。しかし、ロッドインテグレータ１１の外周に少なくとも一つのロッドインテグレータ１２を備える構成であればよい。そして、光源２はロッドインテグレータの数に応じた光源部を備える構成とすればよく、この場合は、発光部３１と、発光部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを一括して光量調整可能な発光部３２を備えればよい。

【0049】

この構成においても、制御部４によって発光部３１及び３２に対する光量調整を行うことで、被照射物６の被照射面の内側と外側の領域に対する照射光量の調整が可能となる。これにより、被照射物６の形状に応じて被照射面の内側領域と外側領域の照射光量を調整することで、処理ムラの減少が図られる。

【0050】

逆に、ロッドインテグレータ１１の外周を取り囲むロッドインテグレータ１２（第２ロッドインテグレータ）の数を増やし、このロッドインテグレータ１２の数に応じて発光部３２（第２発光部）の数を増やすことで、被照射物６の照射領域毎の照度調整をより細かく制御することができる。

【0051】

〈４〉 上述の実施形態では、光源２を複数のＬＥＤ素子２１で実現していた。しかし、発光部（３１，３２）毎に制御部４によって光量調整が可能な構成であれば、光源を構成する素子としてはＬＥＤ素子に限定されるものではない。例えばランプなども利用可能である。

【0052】

〈５〉 図２の構成では、光源２の外側に制御部４を設ける構成としていたが、光源２が搭載された基板１０と同一基板上に制御部４が搭載されるものとしても構わない。

【0053】

〈６〉 図２に示す光源装置１において、光源２とロッドインテグレータ群３の間にコリメートレンズ及び光学絞りを配置して両側テレセントリックの光学系を構成しても構わない。同様に、ロッドインテグレータ群３と被照射物６の間に光学系を配置して両側テレセントリックの光学系を構成しても構わない。このような構成とすることで、被照射物６に対して、照射領域毎に均一照度の光を照射させることができる。

【符号の説明】

【0054】

１ ： 光源装置
２ ： 光源
３ ： ロッドインテグレータ群
４ ： 制御部
５ ： 投影光学系
６ ： 被照射物
１０ ： 基板
１１ ： ロッドインテグレータ（第１ロッドインテグレータ）
１１ｚ ： ロッドインテグレータ１１の出射面
１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ） ： ロッドインテグレータ（第２ロッドインテグレータ）
１２ａｚ ： ロッドインテグレータ１２ａの出射面
１２ｂｚ ： ロッドインテグレータ１２ｂの出射面
１２ｃｚ ： ロッドインテグレータ１２ｃの出射面
１５ ： 第１照射領域
１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ） ： 第２照射領域
２１ ： ＬＥＤ素子
２３ ： 型
２５ ： レンズ
２７ ： 樹脂
３１ ： 発光部（第１発光部）
３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ） ： 発光部（第２発光部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】