CN101030043A - 紫外线照射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种紫外线照射装置，其具有不会对入射面的中心部分产生损伤、且照射区域的外部轮廓变得清晰的棒形透镜。紫外线照射装置具有发射紫外线的灯、椭圆形反射镜、及柱状的棒形透镜。棒形透镜放置在第1筒状体中。棒形透镜的长轴方向的一端为入射面，而另一端为照射面。配置棒形透镜，使其入射面位于椭圆形反射镜的第2焦点F2上。在棒形透镜入射面的边缘上形成锥状部。以棒形透镜的入射面一侧作为前端，将其***第1筒状体中，然后将其固定。向棒形透镜的入射面上除了锥状部以外的平面区域射入利用椭圆形反射镜聚集的光。

Description

紫外线照射装置

技术领域

本方面涉及一种为了使紫外线硬化性粘着剂硬化等、而向被处理体的一定区域照射紫外线的紫外线照射装置。

背景技术

过去，为了以规定的图形(pattern)使印刷在基板上的紫外线硬化性的印剂(ink)或抗蚀膜(resist)曝光，而使用紫外线照射装置。

例如，在电子元器件和光学元器件的精密接合、DVD接合、半导体·液晶平板显示器(panel display)的加工等中，需要仅仅均匀地照射被照射体的一定区域。作为适用于这样用途的紫外线照射装置，如因特网的URL：http：//www.htl.co.jp/pro/uv/toscure251.html[紫外线点照射装置，ハリソン東芝ライティング株式会社，(2006年2月22日检索)]上所公开的，一般使用棒形透镜(rod-lens)。该棒形透镜一般固定在金属制的筒状构件内。

紫外线照射装置具有一种灯(lamp)，该灯能发射含有紫外线的光。通过反射镜(reflector)将从该灯发射出的光聚焦在第2焦点处。使这样聚焦的光入射棒形透镜的长轴方向端的一侧的面上。入射棒形透镜的光在棒形透镜内一边反复进行全反射，一边沿着长轴方向前进，再从另一个端面向外部射出。从棒形透镜射出的光所照射的区域的形状和棒形透镜的外周形状相似。为了抑制入射面的漫反射的发生，同时使照射区域的外部轮廓清晰，理想上最好棒形透镜的长轴方向端的边缘是有棱角的。

但是，当将边缘有棱角的棒形透镜***筒状构件时，在该操作中，因为棒形透镜的前端和筒状构件的内表面接触，所以有时缺少了该边缘部分。这样如果在棒形透镜的照射面边缘产生缺损，则在光的照射区域也会产生缺损。因此，在向棒形透镜的筒状构件进行***作业中，最好不要将照射面作为前端侧来进行。

对此，考虑了一种方法，即在棒形透镜照射面的边缘上设置曲率，将该照射面作为前端，将棒形透镜***筒状构件中。但是，在该方法中，光照射区域的外部轮廓变模糊了。另外，还考虑了将棒形透镜的入射面作为前端、将棒形透镜***筒状构件中的方法。但是，这该方法中，也可能在棒形透镜的入射面上产生缺损和裂纹。在棒形透镜上产生的这样的缺损和裂纹也有时会达到入射面的中心部分。

在反射镜的形状精度极高、另外灯的发光光源是点光源时，能够使其聚焦在棒形透镜入射面的极小区域上。但是，实际上聚焦区域具有某种程度展宽。因此，如果在棒形透镜的入射面上产生不只在该边缘部分、而向其中心部分扩大的缺损和裂纹，则在该部分会发生入射光的漫反射。这样发生漫反射的光在装置内反复进行异常的反射。这样会引起在光的照射面上残留异常光痕的问题。

本方面的目的在于提供一种具有棒形透镜的紫外线照射装置，该棒形透镜不会产生延伸到该入射面中心部分的损伤，而且能使照射区域的外部轮廓变得清晰。

发明内容

本发明提供一种紫外线照射装置，具有：发射含有紫外线的光的灯；聚焦从上述灯发射出的光的椭圆形反射镜；具有柱状形状、且长轴方向的一端为光的入射面另一端为光的照射面的棒形透镜；以及放置上述棒形透镜的筒状体，该紫外线照射装置的上述灯的光源位于上述椭圆形反射镜的第1焦点上，从上述灯发射出的光聚焦在上述椭圆形反射镜的第2焦点上，上述棒形透镜的入射面位于上述椭圆形反射镜的第2焦点上，其特点是：上述棒形透镜的入射面边缘具有锥体部，由上述椭圆形反射镜聚焦的光入射在除了该锥状部以外的上述入射面的平面区域。

在该紫外线照射装置中，棒形透镜的照射面侧边缘最好具有棱角。灯最好使用点光源型放电灯。

在本发明的紫外线照射装置中，在棒形透镜的入射面边缘部分设置规定的锥状部分。然后，使光射入该锥状部分内侧的平坦区域。通过这样的结构，当将棒形透镜装入筒状体时，能够避免发生延伸到棒形透镜入射面中心部分的损伤。通过这样，能够防止在棒形透镜的入射面产生的入射光的漫反射。结果，能够使光的照射区域上不产生异常的光痕。另外，因为在棒形透镜照射面的边缘不产生损伤，且能够保持具有棱角的形状，所以照射区域的外部轮廓变得清晰。这样，例如在向紫外线硬化性树脂上进行紫外线照射时，能够在照射区域中得到均匀的硬化状态。

附图说明

图1是紫外线照射装置的简要构成图。

图2是表示棒形透镜形状的主视图、侧视图和后视图。

图3A是表示光射入棒形透镜的入射状态图。

图3B是表示光射入棒形透镜的其它的入射状态图。

图3C是表示光射入棒形透镜的另一种的入射状态图。

图4A是表示在棒形透镜上形成的锥状部的其它形态的立体图。

图4B是表示在棒形透镜上形成的锥状部的另一种形态的立体图。

图5是表示在过去棒形透镜的入射面上产生缺损的形态的图。

标号说明

10紫外线照射装置

12灯

12a光源

14椭圆形反射镜

16、32、34棒形透镜

16a、32a、34a锥状部

18透镜组

20a第1筒状体

20b第2筒状体

22旋转型光阑

22a调光圆板

22b、24b步进电动机

24旋转型光闸

24b光闸圆板

28被照射体

30框架

92棒形透镜

94缺损部分

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的实施形态。图1表示紫外线照射装置的简要结构。

该紫外线照射装置10具有：发射包含紫外线的光的灯12、聚焦从灯12发射出的光的椭圆形反射镜14(reflector)、用于将由椭圆形反射镜14聚焦的光照射到被照射体28的规定区域的棒形透镜16、用于将从棒形透镜16射出的光扩大到一定的宽度的透镜组18、用于放置棒形透镜16的第1筒状体20a、用于放置透镜组18的第2筒状体20b、用于调整射入棒形透镜16的入射光的光通量的旋转型光阑22、以及用于从棒形透镜16向被照射体28进行照射/遮光的旋转型光闸(shutter)24。这些灯12、椭圆形反射镜14、第1筒状体20a、旋转型光阑22、旋转型光闸24保持在框架(frame)30中。

配置灯12，使该光源12a位于椭圆形反射镜14的第1焦点F1上。作为灯12，例如采用高压汞灯。灯12最好是点光源型(所谓短弧型(short-arc type))。这时，因为能够在椭圆形反射镜14的第2焦点F2的狭小区域上进行聚焦，所以容易和直径小的棒形透镜相对应。另外，如下所述，即使是因灯12而引起在第2焦点F2上的聚焦面积扩大的情况，也能够将该扩大抑制到最小值。

作为椭圆形反射镜14最好是使用在金属或玻璃(glass)等基材的内表面上形成紫外线发射性的多干涉膜的结构。

棒形透镜16最好使用紫外线透射性优越的合成石英制品。一般棒形透镜可以是圆柱形、四棱柱体及六棱柱体等多棱柱体。选择棒形透镜的形状，使其与所希望的照射区域的形状一致。

这里以四棱柱体作为棒形透镜16为例。图2是表示棒形透镜形状的主视图、侧视图和后视图。棒形透镜16的长轴方向的一端为入射面，另一端为照射面。图2的左图(主视图)表示入射面，图2的右图(后视图)表示照射面。配置棒形透镜16，使其入射面位于椭圆形反射镜14的第2焦点F2上。

如图2所示，在棒形透镜16的入射面的边缘部分实施锥状处理(tapermachining)(倒角(chamfering))，形成锥状部(taper)16a。通过这样，如下面详细说明那样，当将棒形透镜16***第1筒状体20a时，能够防止在棒形透镜16的入射面的平面区域S(图2的左图的斜线阴影(hatching)区域)内产生缺损和裂纹。

与此不同的是，棒形透镜16的照射面的边缘具有棱角。在棒形透镜16的照射面的边缘不进行锥状处理。通过这样，使被照射体28上的照射区域的外部轮廓变得清晰。另外，能够对一定区域照射均匀强度的光。当使用该棒形透镜时，被照射体28上的光的照射区域的外形为正方形。该正方形与垂直于棒形透镜16的长轴方向的截面的形状相似。其放大率由透镜组18的结构来调节。另外，光照射区域的形状在圆柱形透镜的情况下为圆形，在六棱柱体透镜的情况下为六边形。

当在第1筒状体20a中放置棒形透镜16时，第1筒状体20a的长轴方向端面中位于棒形透镜16的入射面一侧的端面的开口直径与棒形透镜16的外径大致相等。

如图1所示，在紫外线照射装置10中，使棒形透镜16的照射面从第1筒状体20a突出。在将第2筒状体20b安装在第1筒状体20a上的状态下，棒形透镜16的照射面的边缘维持在自由的状态。这是为了使照射区域的外部轮廓变得清晰。当希望使第1筒状体20a比棒形透镜16要短时，只要在第1筒状体20a上使位于棒形透镜16的照射面一侧的端面的开口直径比棒形透镜16的外径要长即可。

使棒形透镜16保持在第1筒状体20a上的结构的例子如下所述。即在第1筒状体20a的侧面设置固定用的螺丝孔(screw hole)。使螺丝(screw)旋入该螺丝孔，将棒形透镜16按压第1筒状体20a的内表面。通过这样将棒形透镜16保持在第1筒状体20a内。这时，最好在棒形透镜16和螺丝的前端之间设置夹杂物，从而使螺丝的前端不会伤到棒形透镜16。

第1筒状体20a和第2筒状体20b具有能够自由嵌合的结构。在保持棒形透镜16的第1筒状体20a上嵌合保持透镜组18的第2筒状体20b。第1筒状体20a和第2筒状体20b分别在将它们嵌合的状态下形成连通的螺丝孔。在该螺丝孔处用螺丝旋紧第1筒状体20a和第2筒状体20b，保持连接状态。

为了调整射入棒形透镜16的入射光通量，旋转型光阑22具有在圆周方向形成数值孔径变化的多个孔部的调光圆板22a。旋转型光闸24用于进行曝光时间的调整。旋转型光闸24具有在规定位置形成孔部的光闸圆板24a，使得在例如每旋转45°时能够控制向棒形透镜16的入射/遮光。另外，图1中标号22b、24b分别表示步进电动机(stepping motor)。

在如上所述结构的紫外线照射装置10中，使从灯12射出的含有紫外线的光聚焦在椭圆形反射镜14的第2焦点F2上。使聚焦的光射入棒形透镜16的入射面一定时间。这时，根据需要调整其光通量。射入棒形透镜16的光在棒形透镜16内一边反复进行全反射，一边沿着长轴方向前进，然后从照射面射出。利用透镜组18，使射出的光扩大到希望的大小，再照射到被照射体28的规定区域上。

然后，来说明将棒形透镜16装入第1筒状体20a的放置方法、以及射入棒形透镜16的光的入射状态。以棒形透镜16的入射面一侧作为前端，从如图1所示的第1筒状体20a的下端开口面(即与第2筒状体20b嵌合的一侧的开口面)，将棒形透镜16***第1筒状体20a。通过这样，棒形透镜被放入第1筒状体20a中。在该方法中，即使作为棒形透镜16的入射面的前端与第1筒状体20a的开口端面碰撞，或与内壁接触，也能够防止在该部分产生缺损和裂纹。特别是，能够防止到达棒形透镜16入射面的中心部分那样的损伤。另外，如果采用该方法，因为棒形透镜16的照射面不与第1筒状体20a接触，所以能够保护其边缘。

图3A～图3C表示射入棒形透镜16的光的入射状态。根据椭圆形反射镜14的形状，来确定第2焦点F2。在紫外线照射装置10的制造工序中，将保持棒形透镜16的第1筒状体20a安装在框架30上，使得棒形透镜16的入射面位于该第2焦点F2上。

图3A表示射入棒形透镜16的理想的入射状态。聚焦在包含第2焦点F2的较小区域上。这样的状态需要：(a)灯12的光源实质上是点光源，(b)该点光源确实位于椭圆形反射镜14的第1焦点F1处，(c)椭圆形反射镜14的形状没有歪斜，(d)极其正确地按照各构件的光学设计进行配置(光轴没有偏差)。要实现这些并不一定容易。

当这些(a)～(d)的条件不能同时满足时，例如如图3B所示，发生光束在棒形透镜16的入射面的前面聚焦的情况。从而，入射面的聚光焦直径变长。另外，如果椭圆形反射镜14有歪斜，则如图3C所示，发生焦点偏离棒形透镜16的轴心的情况。

在过去的紫外线照射装置具有的棒形透镜的入射面上不形成锥状部。这样通过确保扩大棒形透镜入射面上的平面区域，来适应图3B、3C所示的入射光。但是，在这样的结构中，将棒形透镜***第1筒状体20a时，其入射面的边缘有时产生缺损，或向入射面的中心部分延伸产生裂纹。图5表示这样的情况。在图5中，标号92表示棒形透镜，标号94表示缺损部分。另外，在图5中，射入棒形透镜92的光的入射状态与图3B所示的状态相同。

如果光射入缺损部分94，则在此处发生漫反射。该漫反射对于向该被照射体的均匀照射产生不良影响。为了不使光射入这样的缺损部分94，必须通过调整光学***，使入射区域变得极其狭小。这样的调整很困难。在棒形透镜是细小的透镜时，结果该棒形透镜则不能使用。

与此不同的是，在棒形透镜16中，如果入射光照射在锥状部16a上，则在该部分上发生反射。当该反射光在紫外线照射装置10内反复进行异常的反射时，在被照射体28的照射面上有可能会残留下异常的光痕。为了避免该问题，使得利用椭圆形反射镜14聚焦的光入射至锥状部16a的内侧区域内、即在入射面上没有进行锥状处理的平面区域S内。

由于形成了锥状部16a，因此棒形透镜16的平面区域S比垂直于棒形透镜16的长轴的截面的面积要小。但是，当将棒形透镜16***第1筒状体20a时，能够防止在棒形透镜16上产生缺损。刚才说明了在过去的紫外线照射装置的制造工序中会发生的危险。通过使用棒形透镜16，能够避免该危险。

最好设置锥状部16a，使得只要当将棒形透镜16***第1筒状体20a时，在棒形透镜16的入射面上不产生缺损和裂纹，则尽量确保大的平面区域S。这个就是上面所述的内容。

以上，是说明了本发明的实施形态，但是本发明不限于这样的形态。例如，在将灯12使用长弧(long-arc)灯的情况下，如果与使用短弧灯的情况相比，则在椭圆形反射镜14的第2焦点F2处的聚焦区域变大。但是，如上所述，只要能够使光射入棒形透镜16的入射面的平面区域S，则能够使用长弧灯。

另外，如图2所示，在棒形透镜16的入射面上形成的锥状部最好是有曲率的光滑曲面。但是，这样的加工往往不一定容易。

图4A、图4B是表示在棒形透镜上形成的锥状部的其它形态的立体图。在图4A中所示的圆柱形的棒形透镜32上形成的锥状部32a相对于长轴方向具有一定的倾斜角度。通过组合角度不同的斜面，能够使锥状部32a接近与如图2所示的、具有一定曲率的锥状部16a相似的形态。在如图4B所示的六棱柱体的棒形透镜34上形成锥状部34a，使得入射面上的平坦区域S的形状为圆形。这样，在棒形透镜入射面的边缘上进行的锥状处理并不是一定要沿着其边沿来形成的。通过筒状研削加工，能够容易形成图4A、图4B中分别表示的锥状部32a、32b。

Claims (4)

1.一种紫外线照射装置，其特征在于，具有：

发射含有紫外线的光的灯；

将从所述灯发射出的光聚焦的椭圆形反射镜；

具有柱状形状、且长轴方向的一端为光的入射面而另一端为光的照射面的棒形透镜；以及

收纳所述棒形透镜的筒状体，

该紫外线照射装置的所述灯的光源位于所述椭圆形反射镜的第1焦点上，从所述灯发射出的光聚焦在所述椭圆形反射镜的第2焦点上，所述棒形透镜的入射面位于所述椭圆形反射镜的第2焦点上，所述紫外线照射装置中，

所述棒形透镜入射面的边缘具有锥状部，由所述椭圆形反射镜聚集的光射入除了该锥状部以外的所述入射面的平面区域。

2.如权利要求1中所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述棒形透镜照射面的边缘具有棱角。

3.如权利要求1中所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述灯是一种点光源型放电灯。

4.如权利要求2中所述的紫外线照射装置，其特征在于，

所述灯是一种点光源型放电灯。

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