(57)【要約】【課題】複数のＬＥＤ素子の各発光点を一纏まりに集光させることができるとともに、複数のＬＥＤ素子から出射された光の損失を極めて少なくすることが可能なＬＥＤ照明装置の提供する。【解決手段】光源としての複数のＬＥＤ素子１０と、光の入射面２１ａが複数のＬＥＤ素子１０のそれぞれに対応し、光の出射面２１ｂが近接、接触又は一体化されて一纏まりに配置された複数のロッド２１の集合体であるロッド集合体２０と、を備えた構成としてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としての複数のＬＥＤ素子と、
光の入射面が前記複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応し、光の出射面が近接、接触又は一体化されて一纏まりに配置された複数のロッドの集合体であるロッド集合体と、
を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
前記ロッド集合体の一纏まりに配置された光の出射面の総面積とほぼ同じ又は総面積を超える大きさの光の入射面を有する単体ロッドを備え、該単体ロッドの光の入射面を、前記ロッド集合体の一纏まりに配置された光の出射面に対向配置した請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
前記複数のＬＥＤ素子が、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子からなる請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
前記複数のＬＥＤ素子が、前記単体ロッドの光軸に対して垂直な平面上に配置され、
前記ロッド集合体の、前記複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応する光の入射面、又は一纏まりに配置された光の出射面の少なくとも一方が、前記単体ロッドの光軸に対して垂直な平面となっている請求項２又は３のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
前記ロッド集合体を構成する複数のロッドをそれぞれ錐台状とし、光の入射面と出射面との面積を異ならせた請求項１〜４のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
前記単体ロッドを錐台状とし、光の入射面と出射面との面積を異ならせた請求項２〜５のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
光の出射面の面積を互いに異ならせた複数の錐台状の前記単体ロッドと、
複数の前記単体ロッドの出射面を所定の照明位置に投影する照射レンズと、
を備え、複数の前記単体ロッドを交換可能とすることで、前記単体ロッドから出射される光のＮＡと、前記照射レンズから出射される光の照明領域とを変更可能とした請求項２〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項８】
前記照射レンズの瞳位置に配置された可変絞りを備えた請求項７に記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＬＥＤ素子を用いた照明装置に関し、例えば、検査装置用、露光装置用又は紫外線硬化樹脂への紫外線照射用など、照明強度、照明領域及び照度均一性が重視される産業用のＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子は、長寿命、高信頼性、低消費電力など、従来の光源にはない利点を有し、近年、民生用及び産業用の光源として、ＬＥＤ素子が急速に普及しつつある。例えば、室内照明器具などの民生用のＬＥＤ照明装置では、複数のＬＥＤ素子を直線状、円形状、アレイ状等に配置した構成のＬＥＤモジュールを備えた構成となっている（例えば、特許文献１〜５を参照）。
【０００３】
また、検査装置用、露光装置用又は紫外線硬化樹脂への紫外線照射用などの産業用の照明装置においては、従来から超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電ランプが光源として用いられてきたが、近年、ＬＥＤ素子を光源とする照明装置の適用が、特許出願により多数提案されるようになった（例えば、特許文献６〜１０を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６８２７６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６１７８１号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３７９１３号公報
【特許文献４】特開２０１３−１１８１６９号公報
【特許文献５】特開２０１３−１１５０７９号公報
【特許文献６】特開２０１１−１４５９３号公報
【特許文献７】特開２０１１−３８６６号公報
【特許文献８】特開２０１０−２１９３０９号公報
【特許文献９】特開２００８−２４１９８７号公報
【特許文献１０】特開２００８−６２４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
産業用の照明装置、特に、検査装置用、露光装置用又は紫外線硬化樹脂への紫外線照射用の照明装置においては、照明強度、照明領域の大きさ、照明領域における照度均一性を要求される。従来から露光装置などに用いられている超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の放電ランプであれば、発光点を点光源とみなして光学設計を行うことができるので、高出力のランプを用いることによって、要求される照明強度、照明領域の大きさに対応することができ、点光源として十分な輝度を得ることもできる。
【０００６】
このような産業用の照明装置の光源にＬＥＤ素子を用いた場合は、上述した放電ランプのように、単一のＬＥＤ素子を高出力にすることはできず、上述した従来技術のように、複数のＬＥＤ素子を直線状、円形状、アレイ状等に配置した構成とするほかに方法はなかった。
【０００７】
しかし、一般にＬＥＤ素子の光の放射角度は極めて広く、複数のＬＥＤ素子を配置した構成は、ＬＥＤ素子どうしが互いに間隔をおいて点在しているために、このような光源を点光源とみなして取り扱うことはできない。このため、複数のＬＥＤ素子を配置した構成では、要求される高い照明強度を得ることができず、また、最適なＮＡ（Numerical Aperture）を有する照明系、十分な照度均一性を有する光学系を提供することが現実的に困難である、という問題があった。
【０００８】
以下、上述した従来技術の問題点について、図９〜図１１に参照しつつ説明する。
【０００９】
＜問題点の所在＞
図９は、一般的な産業用の照明装置の光源に、従来の複数のＬＥＤ素子を適用した場合を想定した構成を示す側面図である。図９に示す照明装置１００は、同一平面上に配置した複数のＬＥＤ素子１１０、１１０、１１０・・・と、ロッド１２０と、拡大レンズ１３１、１３２とを備えた構成となっている。一般的な産業用の照明装置は、各ＬＥＤ素子１１０の代わりに、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の放電ランプを備えた構成なっており、図９に示す照明装置１００は、光源として複数のＬＥＤ素子１１０、１１０、１１０・・・を配置した以外は、一般的な産業用の照明装置と同じ構成である。ここで、図中の「θ」、「θ／２」は、光学系に入射又は光学系から出射される光の光軸に対する最大角度を示しており、「Ａ」は、予め定められた所定の大きさの照明領域を示す。
【００１０】
このような照明装置１００において、各ＬＥＤ素子１１０は、それぞれθの２倍の放射角度の光を、ロッド１２０の入射面に向けて出射する。ロッド１２０は、各ＬＥＤ素子１１０から入射した光を内部で反射させ、その照度を均一化する。そして、照度が均一化された光は、ロッド１２０の出射面からθの２倍の放射角度で出射される。その後、ロッド１２０から出射された光は、拡大レンズ１３１、１３２に入射される。拡大レンズ１３１、１３２は、所定の倍率（例えば２倍）を有しており、入射した光の角度をθからθ／２に減少させて、予め定められた所定の大きさの照明領域Ａに到達させる。
【００１１】
ところが、以上の図９に沿った説明は、あくまで理論上の一般論を述べたにすぎず、実際には、単に複数のＬＥＤ素子１１０、１１０、１１０・・・を配置しただけでは、実用可能な照明装置１００は成立しない。つまり、産業用の照明装置１００は、その用途に応じた照明領域Ａの大きさ、これを満たすための光の角度θ／２が要求されるが、単に複数のＬＥＤ素子１１０、１１０、１１０・・・を配置しただけでは、これらの要求を満たす構成を実現することは到底できない。
【００１２】
すなわち、各ＬＥＤ素子１１０の光の放射角度２＊θは極めて広く、かつＬＥＤ素子１１０どうしが互いに間隔をおいて点在しており、各ＬＥＤ素子１１０から出射された光を漏れなくロッド１２０に入射させるならば、図９の点線に示すような、断面積が極めて大きいロッド１２０を用いなければならない。
【００１３】
さらに、各ＬＥＤ素子１１０から出射された光を漏れなく過大なロッド１２０に入射させることができたとしても、この光の角度をθからθ／２に減少させるためには、倍率が極めて大きい拡大レンズ１３１、１３２を用いなければならない。
【００１４】
このように、産業用の照明装置１００は、照明領域Ａの大きさや照明光の角度θ／２に一定の値が要求され、単に複数のＬＥＤ素子１１０、１１０、１１０・・・を配置しただけの光源を適用しようとすれば、光学系であるロッド１２０及び拡大レンズ１３１、１３２が共に過大となり、光学系の大きさのみならず高額なコストの面からしても、従来の放電ランプの現実的な代替にならない。
【００１５】
＜改良案の問題点＞
ロッド１２０及び拡大レンズ１３１、１３２を大型化することなく、各ＬＥＤ素子１１０から出射された光を漏れなくロッド１２０に入射させるため、図１０に示すような縮小レンズ１４１、１４２を、各ＬＥＤ素子１１０とロッド１２０との間に介在させ、各ＬＥＤ素子１１０から出射された広範な光を、ロッド１２０の入射面に集光させることが考えられる。
【００１６】
しかし、図１０に示すような縮小レンズ１４１、１４２を介在させた場合、その集光面のＮＡは倍率分だけ大きくなる。縮小レンズ１４１、１４２のＮＡが大きくなると、ロッド１２０の入射面での反射率が高くなり、光の利用効率が著しく低下してしまうという問題がある。特に、図１０に示す構成において、ロッド１２０の代わりに光ファイバーを用いた場合は、ＮＡ≦０．２２程度の光しか利用することができない。このため、紫外線などの短波長の光を出射するＵＶ−ＬＥＤを光源に用いた場合には、その出力の大半が光ファイバーの入射面に集光されず、無駄になってしまう。
【００１７】
また、縮小レンズ１４１、１４２に代わる他の手段として、図１１に示すような分岐型光ファイバー１５０を、各ＬＥＤ素子１１０とロッド１２０との間に介在させ、各ＬＥＤ素子１１０から出射された広範な光を、ロッド１２０の入射面に集光させることが考えられる。
【００１８】
しかし、図１０に示すような分岐型光ファイバー１５０を介在させた場合は、上述した光ファイバーのＮＡの問題があり、各ＬＥＤ素子１１０から出射される光が、可視光の場合はＮＡ≦０．５６程度、紫外線などの短波長の光の場合はＮＡ≦０．２２程度の光しか集光することができない。これに加え、分岐型光ファイバー１５０は、一般的に高価であり、部品コストが大幅に高騰してしまう問題もある。
【００１９】
＜問題点のまとめ＞
以上述べたとおり、各ＬＥＤ素子１１０の光の放射角度２＊θは極めて広く、かつＬＥＤ素子１１０どうしが互いに間隔をおいて点在しており、単に複数のＬＥＤ素子を配置しただけでは、産業用の照明装置に要求される照明領域の大きさ、これを満たすための光の角度を満たす構成を実現することができない。また、互いに間隔をおいて点在する複数のＬＥＤ素子では、照明領域における照度均一性の要求も満たすことはできない。
【００２０】
さらに、各ＬＥＤ素子から出射される光を、集光レンズや分岐型光ファイバーによって集光した場合は、著しい出力の低下をまねき、複数のＬＥＤ素子で高出力の照明系を提供することができない。特に、紫外線などの短波長の光を用いた検査装置用、露光装置用又は紫外線硬化樹脂への紫外線照射用等の照明装置に、複数のＬＥＤ素子を配置した構成を適用することができない。
【００２１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数のＬＥＤ素子の各発光点を一纏まりに集光させることができるとともに、複数のＬＥＤ素子から出射された光の損失を極めて少なくすることが可能なＬＥＤ照明装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
（１）上記目的を達成するために、本発明のＬＥＤ照明装置は、光源としての複数のＬＥＤ素子と、光の入射面が前記複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応し、光の出射面が近接、接触又は一体化されて一纏まりに配置された複数のロッドの集合体であるロッド集合体と、を備えた構成としてある。
【００２３】
上記構成からなる本発明のＬＥＤ照明装置では、各ＬＥＤ素子から出射された光は、ロッド集合体を構成する複数のロッドの各入射面にそれぞれ入射され、各ロッド内で繰り返し反射されて照度の均一化が図られる。照度が均一化された光は、各ロッドの近接、接触又は一体化されて一纏まりに配置された出射面から出射される。これにより、複数のＬＥＤ素子の各発光点を一纏まりに集光させて、照度を均一化することができるとともに、複数のＬＥＤ素子から出射された光の損失を極めて少なくすることが可能となる。
【００２４】
（２）好ましくは、上記（１）のＬＥＤ照明装置において、前記ロッド集合体の一纏まりに配置された光の出射面の総面積とほぼ同じ又は総面積を超える大きさの光の入射面を有する単体ロッドを備え、該単体ロッドの光の入射面を、前記ロッド集合体の一纏まりに配置された光の出射面に対向配置した構成にするとよい。
【００２５】
実際上、複数のＬＥＤ素子から出射される光の明るさには、製造誤差によるばらつきが生じる。また、ロッド集合体の各出射面から出射される光は、ロッド集合体を構成する各ロッドによって均一化されるものの、各ロッドの形状や長さによっては、明暗の光強度分布が生じる場合がある。さらに、ロッド集合体の各出射面を近接又は接触させた場合は、各出射面の輪郭や隙間に相当する箇所が暗くなる。そこで、上記構成からなる単体ロッドを用いることで、ロッド集合体の各出射面から出射された光を、照度が均一化された１つの光にすることが可能となる。
【００２６】
（３）好ましくは、上記（２）のＬＥＤ照明装置において、前記複数のＬＥＤ素子が、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子からなる構成にするとよい。
【００２７】
上記構成によれば、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子の光を、単体ロッドにより十分に均一化することができ、照明光の波長帯域を広くすることが可能となる。
【００２８】
また、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子の一部を選択的に点灯させることで、照明光の発光波長を切り換えることも可能である。このように、一部のＬＥＤ素子を点灯させない場合でも、ロッド集合体の一部の出射面から出射された光が、単体ロッドによって十分に均一化されるので、照明光が斑になることはない。
【００２９】
（４）好ましくは、上記（２）又は（３）のいずれかのＬＥＤ照明装置において、前記複数のＬＥＤ素子が、前記単体ロッドの光軸に対して垂直な平面上に配置され、前記ロッド集合体の、前記複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応する光の入射面、又は一纏まりに配置された光の出射面の少なくとも一方が、前記単体ロッドの光軸に対して垂直な平面となっている構成にするとよい。
【００３０】
ロッド集合体を構成する各ロッドの入射面及び出射面が、その中心軸に対して垂直な平面である場合は、各ロッドの出射面を一纏まりに配置してロッド集合体を構成するときに、いずれかのロッドを傾けなければならないので、傾けたロッドの入射面及び出射面も傾くことになる。このため、複数のＬＥＤ素子も、各ロッドの傾いた入射面に合わせて傾けなければならない。
【００３１】
そこで、上記構成によれば、ロッド集合体の光の入射面を、単体ロッドの光軸に対して垂直な平面とした場合は、複数のＬＥＤ素子を平面上に整列配置することができ、複数のＬＥＤ素子を含む実装基板を容易に構成することが可能となる。
【００３２】
（５）好ましくは、上記（１）〜（４）のいずれかのＬＥＤ照明装置において、前記ロッド集合体を構成する複数のロッドをそれぞれ錐台状とし、光の入射面と出射面との面積を異ならせた構成にするとよい。
【００３３】
上記構成によれば、ロッド集合体を構成する各ロッドを、それぞれ光の入射面と出射面との面積を異なる錐台状とすることによって、各ロッドから出射される光のＮＡ、及び最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域の大きさを、レンズを用いることなくコントロールすることが可能となる。
【００３４】
すなわち、各ロッドを入射面が大きく出射面が小さい錐台状とした場合、各ロッドの出射面から出射される光の放射角度（ＮＡ）は、ＬＥＤ素子から出射される光の放射角度よりも大きくなる。この結果、最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域は小さくなる。
【００３５】
これとは逆に、各ロッドを入射面が小さく出射面が大きい錐台状とした場合、各ロッドの出射面から出射される光の放射角度（ＮＡ）は、ＬＥＤ素子から出射される光の放射角度よりも小さくなる。この結果、最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域は大きくなる。
【００３６】
（６）好ましくは、上記（２）〜（５）のいずれかのＬＥＤ照明装置において、前記単体ロッドを錐台状とし、光の入射面と出射面との面積を異ならせた構成にするとよい。
【００３７】
上記構成によれば、上記（５）と同じ原理により、単体ロッドから出射される光のＮＡ、及び最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域の大きさを、レンズを用いることなくコントロールすることが可能となる。特に、上記（５）の構成と相俟って、光のＮＡ及び照明領域の大きさのコントロールの幅が広がる。
【００３８】
（７）好ましくは、上記（２）〜（６）のいずれかのＬＥＤ照明装置において、光の出射面の面積を互いに異ならせた複数の錐台状の前記単体ロッドと、複数の前記単体ロッドの出射面を所定の照明位置に投影する照射レンズと、を備え、複数の前記単体ロッドを交換可能とすることで、前記単体ロッドから出射される光のＮＡと、前記照射レンズから出射される光の照明領域とを変更可能とした構成にするとよい。
【００３９】
上記構成によれば、光の出射面の面積が異なる錐台状の単体ロッドを交換可能とすることで、ＬＥＤ照明装置を構成した後に、単体ロッドから出射される光のＮＡ、及び最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域の大きさを、極めて容易に変更することが可能となる。また、各単体ロッドのみを交換してＮＡ及び照明領域の大きさを変更することができるので、交換可能な各ロッドの入射面が互いに同じ面積であれば、交換の前後で光量の損失は生じない。
【００４０】
（８）好ましくは、上記（７）のＬＥＤ照明装置において、前記照射レンズの瞳位置に配置された可変絞りを備えた構成にするとよい。
【００４１】
上記構成によれば、照射レンズの瞳位置に配置された可変絞りによって、ＬＥＤ照明装置を構成する光学系のフレア防止を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明のＬＥＤ照明装置によれば、複数のＬＥＤ素子の各発光点を一纏まりに集光させることができるとともに、複数のＬＥＤ素子から出射された光の損失を極めて少なくすることが可能となる。これにより、産業用の照明装置に要求される照明強度、照明領域の大きさ、照明領域における照度均一性を十分に満たすことができ、光源にＬＥＤ素子を用いた産業用の照明装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置を示すものであり、同図（ａ）は装置全体の斜視図、同図（ｂ）は各ＬＥＤ素子の出射面とロッド集合体の出射面とにおける発光点の状態を比較した模式図である。
【図２】上記ＬＥＤ照明装置を構成するロッド集合体の一構成要素を示すものであり、同図（ａ）は分解斜視図、同図（ｂ）は第１の態様の側面図、同図（ｃ）は第２の態様の側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置を示すものであり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ照明装置を示す斜視図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るＬＥＤ照明装置を示す側面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るＬＥＤ照明装置を示すものであり、同図（ａ）は第１の態様の側面図、同図（ｂ）は第２の態様の側面図、同図（ｃ）は第３の態様の側面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るＬＥＤ照明装置を示すものであり、同図（ａ）は第１の態様の側面図、同図（ｂ）は第２の態様の側面図である。
【図８】同図（ａ）、（ｂ）は上記ＬＥＤ照明装置における単体ロッドの交換機構を示す斜視図である。
【図９】一般的な産業用の照明装置の光源に、従来の複数のＬＥＤ素子を適用した場合を想定した構成を示す側面図である。
【図１０】図９の照明装置に拡大レンズを適用した改良案の構成を示す側面図である。
【図１１】図９の照明装置に分岐型光ファイバーを適用した改良案の構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置について、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。
【００４５】
図１（ａ）において、本発明のＬＥＤ照明装置１は、光源としての複数のＬＥＤ素子１０、１０、１０・・・と、各ＬＥＤ素子１０に対応する複数のロッド２１、２１、２１・・・からなるロッド集合体２０とで構成してある。
【００４６】
＜＜ＬＥＤ素子＞＞
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、各ＬＥＤ素子１０は、パッケージ基板上の電極膜に発光素子であるチップ１１を実装し、該チップ１１をカバーガラス１２で覆った構成となっている。
【００４７】
ここで、本実施形態では、面発光型のＬＥＤ素子１０を用いているが、この構成に限定されるものではない。以下に述べる本実施形態の構成は、例えば、砲弾型のＬＥＤ素子に適用することも可能である。但し、面発光型のＬＥＤ素子１０は、一般に、砲弾型のＬＥＤ素子と比較してパワーが大きく、産業用の照明装置の光源として好適である。また、面発光型のＬＥＤ素子１０は、光の放射角度が極めて広く、複数の面発光型のＬＥＤ素子１０から放射された光を一纏まりに集めることが困難である。本発明は、このような困難性を解消するためのものであり、本実施形態の構成は、このような困難性を有する面発光型のＬＥＤ素子１０に適用した場合に有意義である。
【００４８】
また、本実施形態では、各ＬＥＤ素子１０をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、明るさを可変させるとともに、出射される光のちらつきを防止している。
【００４９】
＜＜ロッド集合体＞＞
ロッド集合体２０（図１を参照）を構成する各ロッド２１は、四角柱状のガラスロッドであり、一端が光の入射面２１ａ、他端が光の出射面２１ｂとなっている。ロッド２１は、入射面２１ａから内部に入射された光を、四角柱状の４つの内面で繰り返し反射させて均一化する。均一化された光は、各ロッド２１の出射面２１ｂから外部へ出射される。ロッド２１の材料として、例えば、各ＬＥＤ素子１０から出射される光が紫外線である場合は、石英ガラスを用いるとよい。各ＬＥＤ素子１０から出射される光が可視光である場合は、ロッド２１の材料は、特に限定されない。
【００５０】
なお、本実施形態では、四角柱状のロッド２１を用いたが、ロッド２１の形状は、特に限定されるものではなく、三角柱状、五角柱状、六角柱状又は円柱状などのロッドによってロッド集合体２０を形成した構成にしてもよい。
【００５１】
＜＜各ロッドの入射面＞＞
本実施形態では、各ロッド２１の入射面２１ａを、各ＬＥＤ素子１０のカバーガラス１２に近接（図２（ｂ）を参照）又は接触（図２（ｃ）を参照）させてある。このような構成により、各ＬＥＤ素子１０から出射された光の光量損失を抑え、各ロッド２１の入射面２１ａに効果的に入射させることができる。
【００５２】
図２（ｂ）に示すように、各ロッド２１の入射面２１ａと、各ＬＥＤ素子１０のカバーガラス１２との間に最小限の間隔をあけて、両者を近接させた場合は、入射面２１ａ及びカバーガラス１２の当接による傷を防止することができる。一方、各ロッド２１の入射面２１ａと、各ＬＥＤ素子１０のカバーガラス１２との間に間隔をあけず、両者を接触させた場合は、各ＬＥＤ素子１０から出射された光の光量損失を最大限に抑えることが可能となる。
【００５３】
なお、図示しないが、各ＬＥＤ素子１０のカバーガラス１２を省略し、各ＬＥＤ素子１０のチップ１１を、各ロッド２１の入射面２１ａに埋設した構成にしてもよい。このような構成とした場合は、入射面２１ａ及びカバーガラス１２の当接による傷を防止しつつ、各ＬＥＤ素子１０から出射された光の光量損失を最大限に抑えることができる。
【００５４】
＜＜各ロッドの出射面＞＞
図１（ａ）に戻り、ロッド集合体２０を構成する各ロッド２１の出射面２１ｂは、互いに近接して一纏まりに整列配置してある。本実施形態では、各ロッド２１どうしの当接による傷を防止するため、各出射面２１ｂどうしの間に最小限の間隔をあけている。
【００５５】
但し、各ロッド２１の出射面２１ｂの配置態様は、図１（ａ）に示す近接に限定されるものではない。例えば、各ロッド２１の出射面２１ｂは、互いに間隔をあけずに接触して一纏まりに整列配置してもよい。このような構成とした場合は、一纏まりに整列配置した各出射面２１ｂの隙間をなくすことができる。これにより、一纏まりに整列配置した各出射面２１ｂの境界における光量の低下を少なくし、各出射面２１ｂ全体の照度の均一化を図ることができる。さらに、各ロッド２１の出射面２１ｂを一体化して一纏まりにしてもよい。
【００５６】
＜＜作用効果＞＞
上記構成からなる本実施形態のＬＥＤ照明装置１では、各ＬＥＤ素子１０から出射された光は、ロッド集合体２０を構成する各ロッド２１の入射面２１ａにそれぞれ入射され、各ロッド２１内で繰り返し反射されて照度の均一化が図られる。照度が均一化された光は、各ロッド２１の一纏まりに整列配置した出射面２１ｂから出射される。
【００５７】
このような本実施形態のＬＥＤ照明装置１によれば、各ＬＥＤ素子１０の各発光点を一纏まりに集光させて、照度を均一化することができるとともに、複数のＬＥＤ素子１０から出射された光の損失を極めて少なくすることが可能となる。
【００５８】
すなわち、図１（ｂ）に示すように、各ＬＥＤ素子１０は、図示しない実装基板上に間隔をあけて整列配置されている。各ＬＥＤ素子１０の発光素子であるチップ１１が、互いに点在しているため、図示したような９つのＬＥＤ素子１０の全体を点光源とみなして取り扱うことはできない。これに対し、ロッド集合体２０の各出射面２１ｂから出射される光は、それぞれの照度が均一化された状態で一纏まりに集光され、全体としてより点光源に近づく。また、このようなロッド集合体２０による光の照度の均一化及び集光の過程において、光の損失はほとんど生じない。
【００５９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置について、図３（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６０】
＜＜単体ロッド＞＞
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態のＬＥＤ照明装置２は、ロッド集合体２０の各出射面２１ｂに隣接して、四角柱状の単体ロッド３０を配設した構成としてある。この単体ロッド３０の入射面３０ａ及び出射面３０ｂは、ロッド集合体２０の一纏まりに整列配置された出射面２１ｂの総面積（図１（ｂ）を参照）とほぼ同じ（若干大きい）面積となっており、入射される光の損失が生じないようにしてある。
【００６１】
単体ロッド３０の入射面３０ａは、ロッド集合体２０の各出射面２１ｂに対向配置されている。本実施形態では、単体ロッド３０の入射面３０ａと、ロッド集合体２０の各出射面２１ｂとの間に、接触による傷を防止するために最小限の間隔をあけているが、これらの面を接触させてもよい。
【００６２】
このような単体ロッド３０は、ロッド集合体２０と同様の材料で構成され、例えば、各ＬＥＤ素子１０から出射される光が紫外線である場合は、石英ガラスを用いるとよい。各ＬＥＤ素子１０から出射される光が可視光である場合は、ロッド２１の材料は、特に限定されない。また、単体ロッド３０の形状は、四角柱状に限定されるものではなく、三角柱状、五角柱状、六角柱状、円柱状などであってもよい。
【００６３】
＜＜作用効果＞＞
上記構成からなる本実施形態のＬＥＤ照明装置２では、ロッド集合体２０の各出射面２１ｂから出射された光は、単体ロッド３０の入射面３０ａに入射され、その後、単体ロッド３０内で繰り返し反射されて、照度が均一化された１つの光に変換される。
【００６４】
すなわち、実際上、各ＬＥＤ素子１０から出射される光の明るさには、製造誤差によるばらつきが生じる。また、ロッド集合体２０の各出射面２１ｂから出射される光は、ロッド集合体２０を構成する各ロッド２１によって均一化されるものの、各ロッド２１の形状や長さによっては、明暗の光強度分布が生じる場合がある。さらに、ロッド集合体２０の各出射面２１ｂを近接又は接触させた場合は、各出射面２１ｂの輪郭や隙間に相当する箇所（図１（ｂ）を参照）の光量が低下する。
【００６５】
そこで、ロッド集合体２０の各２１ｂから出射された光を、さらに１本の単体ロッド３０に入射させることで、各出射面２１ｂから出射された光を、照度が均一化された１つの光にすることが可能となる。また、単体ロッド３０によって照度が均一化された１つの光は、点光源とみなして取り扱うことができる。
【００６６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ照明装置について、図４を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する第３実施形態において、第１及び第２実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
＜＜複数種類のＬＥＤ素子＞＞
図４に示すように、本実施形態のＬＥＤ照明装置３は、ロッド集合体２０を構成する各ロッド２１の入射面２１ａに、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを近接又は接触させて配置した構成となっている。複数種類のＬＥＤ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの発光波長としては、例えば、ｉ線（３６５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｇ線（３６５ｎｍ）又は可視光線のいずれか２種類以上とすることができる。
【００６８】
＜＜作用効果＞＞
上記構成からなる本実施形態のＬＥＤ照明装置３によれば、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの光を、単体ロッド３０により十分に均一化することができ、照明光の波長帯域を広くすることが可能となる。
【００６９】
また、発光波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの一部を選択的に点灯させることで、照明光の発光波長を切り換えることも可能である。このように、ＬＥＤ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの一部を点灯させない場合でも、ロッド集合体２０の一部の出射面２１ｂから出射された光が、単体ロッド３０によって十分に均一化されるので、照明光が斑になることはない。
【００７０】
例えば、本ＬＥＤ照明装置３が露光装置の照明に適用され、かつ複数種類のＬＥＤ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの発光波長を、ｉ線、ｈ線、ｇ線及び可視光線の４種類とした場合は、ＬＥＤ素子１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの一部を選択的に点灯させることで、ｉ線のみの１波長、ｉ線とｈ線の２波長、ｉ線とｈ線とｇ線の３波長の光を出射することが可能となり、これら波長の光を基板の露光に用いることができる。また、可視光は、基板のアライメントや検査を行う場合に用いることができる。
【００７１】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るＬＥＤ照明装置について、図５を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する第４実施形態において、第１〜第３実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７２】
＜＜ロッド集合体＞＞
図５に示すように、本実施形態のＬＥＤ照明装置４では、ロッド集合体２０２を構成する複数のロッド２２、２２、２２の入射面２２ａ及び出射面２２ｂが、いずれも単体ロッド３０の光軸（図中の一点鎖線を参照）に対して垂直な平面となっている。また、各ロッド２２の入射面２２ａに対向配置された各ＬＥＤ素子１０は、いずれも単体ロッド３０の光軸に対して垂直な平面上に配置してある。
【００７３】
＜＜作用効果＞＞
上述した第１〜３実施形態のように、ロッド集合体２０を構成する各ロッド２１の入射面２１ａ及び出射面２１ｂが、その中心軸に対して垂直な平面である場合は、各ロッド２１の出射面２１ｂを一纏まりに配置してロッド集合体２０を構成するときに、単体ロッド３０の光軸上に位置する中央のロッド２１以外のロッド２１を傾けなければならない。このため、傾けたロッド２１の入射面２１ａ及び出射面２１ｂも傾くことになる。このため、複数のＬＥＤ素子１０、１０、１０・・・も、各ロッド２１の傾いた入射面２１ａに合わせて傾けなければならない（以上の構成については、図１、図３及び図４を参照）。
【００７４】
そこで、上記構成からなる本実施形態のＬＥＤ照明装置４のように、ロッド集合体２０２の光の入射面２２ａを、単体ロッド３０の光軸に対して垂直な平面とすれば、複数のＬＥＤ素子１０、１０、１０・・・を平面上に整列配置することができ、各ＬＥＤ素子１０を含む実装基板を容易に構成することが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態のＬＥＤ照明装置４のように、ロッド集合体２０２の出射面２２ｂを、単体ロッド３０の光軸に対して垂直な平面とすれば、これら出射面２２ｂが、単体ロッド３０の入射面３０ａと平面どうしで対向し、両者間の光の出入射における光量損失をより低減することが可能となる。
【００７６】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るＬＥＤ照明装置について、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する第５実施形態において、第１〜第４実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７７】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態の第１〜第３の態様に係るＬＥＤ照明装置５、６、７をそれぞれ示している。各ＬＥＤ照明装置５、６、７は、ロット集合体２０３、２０４を構成する各ロッド２３、２４をそれぞれ錐台状とした点、又は単体ロッド３１を錐台状とした点が、上述した各実施形態と異なる。
【００７８】
＜＜第１の態様＞＞
図６（ａ）に示すように、本実施形態の第１の態様に係るＬＥＤ照明装置５では、ロッド集合体２０３を構成する各ロッド２３をそれぞれ錐台状とし、入射面２３ａの面積を大きくするとともに、出射面２３ｂの面積を小さくした構成としてある。
【００７９】
＜＜第２の態様＞＞
図６（ｂ）に示すように、本実施形態の第２の態様に係るＬＥＤ照明装置６では、上述した第１の態様とは逆に、ロッド集合体２０４を構成する各ロッド２４をそれぞれ錐台状とし、入射面２４ａの面積を小さくするとともに、出射面２４ｂの面積を大きくした構成としてある。
【００８０】
＜＜第３の態様＞＞
図６（ｃ）に示すように、本実施形態の第３の態様に係るＬＥＤ照明装置７では、上述した第１の態様の構成において、単体ロッド３１を錐台状とし、入射面３１ａの面積を小さくするとともに、出射面３１ｂの面積を大きくした構成としてある。
【００８１】
＜＜作用効果＞＞
本実施形態の第１及び第２の態様に係るＬＥＤ照明装置５、６によれば、ロッド集合体２０３、２０４を構成する各ロッド２３、２４を、それぞれ光の入射面２３ａ、２４ａと出射面２３ｂ、２４ｂとの面積を異なる錐台状とすることによって、各ロッド２３、２４から出射される光のＮＡ、及び最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域の大きさを、レンズを用いることなくコントロールすることが可能となる（照射レンズ及び光の照明領域については、図７（ａ）、（ｂ）の符号４１、４２、Ａを参照）。
【００８２】
すなわち、図６（ａ）に示すように、各ロッド２３を入射面２３ａが大きく出射面２３ｂが小さい錐台状とした場合、各ロッド２３の出射面２３ｂから出射される光の放射角度（ＮＡ）は、各ＬＥＤ素子１０から出射される光の放射角度よりも大きくなる。この結果、最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域は小さくなる。
【００８３】
これとは逆に、図６（ｂ）に示すように、各ロッド２４を入射面２４ａが小さく出射面２４ｂが大きい錐台状とした場合、各ロッド２４の出射面２４ｂから出射される光の放射角度（ＮＡ）は、各ＬＥＤ素子１０から出射される光の放射角度よりも小さくなる。この結果、最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域は大きくなる。
【００８４】
また、図６（ｃ）に示す第３の態様に係るＬＥＤ照明装置７によれば、上述した第１及び第２の態様と同じ原理により、単体ロッド３１から出射される光のＮＡ、及び最終的に照射レンズから照明位置に出射される光の照明領域の大きさを、レンズを用いることなくコントロールすることが可能となる。特に、図６（ａ）、（ｂ）に示す第１又は第２の態様の構成と相俟って、光のＮＡ及び照明領域の大きさのコントロールの幅が広がる。
【００８５】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係るＬＥＤ照明装置について、図７（ａ）、（ｂ）及び図８（ａ）、（ｂ）を参照しつつ説明する。なお、以下に説明する第６実施形態において、第１〜第５実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８６】
＜＜交換可能な単体ロッド＞＞
図７（ａ）に示すように、本実施形態のＬＥＤ照明装置８は、図中の一点鎖線で示す光軸上に、複数のＬＥＤ素子１０と、ロッド集合体２０と、錐台状の単体ロッド３２と、一対の照射レンズ４１、４２と、可変絞り５０とを備えた構成としてある。同図（ａ）に示す単体ロッド３２は、入射面３２ａが大きく出射面３２ｂが小さい錐台状をしている。
【００８７】
そして、図７（ｂ）に示すように、本実施形態のＬＥＤ照明装置８では、同図（ａ）に示す錐台状の単体ロッド３２が、光の出射面３３ｂの面積を異ならせた他の錐台状の単体ロッド３３と光軸上で交換可能な構成となっている。同図（ｂ）に示す単体ロッド３３は、同図（ａ）に示す単体ロッド３２とは逆に、入射面３３ａが小さく出射面３３ｂが大きい錐台状をしている。
【００８８】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、交換可能な２本の単体ロッド３２、３３の入射面３２ａ、３３ａは、いずれも同じ面積となっている。また、これら単体ロッド３２、３３の入射面３２ａ、３３ａの面積は、ロッド集合体２０の一纏まりに整列配置された出射面２１ｂの総面積（図１（ｂ）を参照）とほぼ同じ（若干大きい）面積となっており、入射される光の損失が生じないようにしてある。
【００８９】
一対の照射レンズ４１、４２は、交換可能な単体ロッド３２又は３３の出射面３２ｂ又は３３ｂを、所定の照明位置に投影する。そして、これら照射レンズ４１、４２の瞳一には、上述した可変絞り５０が配置してある。
【００９０】
＜＜単体ロッドの交換機構＞＞
本実施形態のＬＥＤ照明装置８は、出射面３２ｂ、３３ｂの面積を互いに異ならせた複数の錐台状の単体ロッド３２、３３を光軸上で交換可能とした点に特徴がある。これら単体ロッド３２、３３を交換可能とする機構は、特に限定されるものではないが、その具体例を図８（ａ）、（ｂ）に示す。
【００９１】
図８（ａ）、（ｂ）において、例えば、ＬＥＤ照明装置８は、１本の四角柱状の単体ロッド３０と、３本の錐台状の単体ロッド３２、３３、３４とを備えた構成となっている。これら４本の単体ロッド３０、３２、３３、３４は、いずれも同じ面積の入射面３０ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａを有し、かつ互いに異なる面積の出射面３０ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂを有する。
【００９２】
これら４本の単体ロッド３０、３２、３３、３４は、いずれも回転台であるターレット３００に装着してある。図８（ａ）、（ｂ）中の矢印方向に、ターレット３００を９０°ずつ回転させることにより、４本の単体ロッド３０、３２、３３、３４のいずれかを光軸上に配置することが可能となっている。
【００９３】
＜＜作用効果＞＞
本実施形態のＬＥＤ照明装置８では、出射面３２ｂ、３３ｂ、３４ｂの面積が異なる錐台状の単体ロッド３２、３３、３４を交換可能とすることで、本ＬＥＤ照明装置８を構成した後に、単体ロッド３２、３３、３４から出射される光のＮＡ、及び最終的に照射レンズ４２から照明位置に出射される光の照明領域Ａの大きさを、極めて容易に変更することが可能となる。また、各単体ロッド３２、３３、３４のみを交換してＮＡ及び照明領域Ａの大きさを変更することができるので、交換可能な各ロッド３２、３３、３４の入射面３２ａ、３３ａ、３４ａが互いに同じ面積であれば、交換の前後で光量の損失は生じない。
【００９４】
また、本実施形態のＬＥＤ照明装置８では、錐台状の単体ロッド３２、３３、３４に加えて、入射面３０ａと出射面３０ｂとの面積が等しい四角柱状の単体ロッド３０にも交換することもできるので、変更可能なＮＡ及び照明領域Ａの大きさのバリエーションが広がる。
【００９５】
さらに、本実施形態のＬＥＤ照明装置８では、照射レンズ４１、４２の瞳位置に配置された可変絞り５０によって、本ＬＥＤ照明装置８を構成する光学系のフレア防止を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９６】
１、２、３、４、５、６、７、８  ＬＥＤ照明装置
１０  ＬＥＤ素子
１１  チップ
１２  カバーガラス
２０、２０２、２０３、２０４  ロッド集合体
２１、２２、２３、２４  ロッド
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ  入射面
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ  出射面
３０、３１、３２、３３、３４単体ロッド
３０ａ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ  入射面
３０ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ  出射面
３００  ターレット機構
４１、４２  照射レンズ
５０  可変絞り
Ａ  照明領域
【図１】
2015088410.tif 000003
【図２】
2015088410.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015088410.tif 000009
【図８】
2015088410.tif 000010
【図９】
2015088410.tif 000011
【図１０】
2015088410.tif 000012
【図１１】
2015088410.tif 000013