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Dokumentenidentifikation DE202005010157U1 12.01.2006
Titel Vorrichtung für eine homogene hochkollimierte Beleuchtung
Anmelder Ingenieurbüro Dr. Jakob Neubert GmbH, Zürich, CH
Vertreter Rach, W., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 71083 Herrenberg
DE-Aktenzeichen 202005010157
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 12.01.2006
Registration date 08.12.2005
Application date from patent application 27.06.2005
IPC-Hauptklasse G21K 1/02(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F21V 7/06(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      F21V 7/07(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      G02B 27/09(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die zum hochkollimierten Belichten insbesondere Leiter- oder Schaltungsplatten dient.

Hintergrund der Erfindung, Stand der Technik

Leiter- oder Schaltungsplatten werden gemäss Stand der Technik typischerweise mit einer Vorrichtung, die aus einer UV-Lampe, einem Kollektor, einem Homogenisator und einem als Kollimator dienenden Spiegel besteht, belichtet.

Diese Vorrichtungen mit nur einem als Kollimator dienenden Spiegel haben den Nachteil, dass die Brennweite des Kollimators typischerweise relativ klein ist. Als Spiegel wird typischerweise gemäss Stand der Technik ein off-axis Paraboloid (als konkaver Spiegel) eingesetzt. Will man gemäss Stand der Technik die Brennweite vergrössern, so ergibt sich damit auch eine grössere Bauhöhe des Kollektors bzw. der gesamten Vorrichtung. Ausserdem ist die Effizienz bekannter Anordnungen nicht ausreichend.

Es stellt sich daher die Aufgabe eine Vorrichtung bereit zu stellen, die eine grössere Brennweite des Kollimators als konventionelle Vorrichtungen hat und die somit eine gleiche oder sogar geringere Bauhöhe sowie einen gleichen oder sogar kleineren Kollimationswinkel aufweist als die konventionellen Vorrichtungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Hauptansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Abbildungen

Im Folgenden werden weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und teilweise mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Die Figur ist schematisiert und nicht maßstäblich. Es zeigt:

1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im Folgenden wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung 10 zum Beleuchten von Leiter- oder Schaltungsplatten beschrieben. Dabei wird auf die 1 Bezug genommen. Die Vorrichtung 10 umfasst eine UV-Lichtquelle 1. Es kann zum Beispiel ein (Quecksilber-)UV-Brenner als UV-Lichtquelle 1 dienen. Die UV-Lichtquelle 1 ist in einem Kollektor 2 angeordnet, der das emittierte UV-Licht U1 in Richtung eines Homogenisators 3 richtet. Vorzugsweise kommt ein Kaltlichtspiegel 6 zum Einsatz, der zwischen dem Kollektor 2 und dem Homogenisator 3 angeordnet ist und das UV-Licht U1 in Richtung des Homogenisators 3 umlenkt. Nach dem Homogenisator 3 folgt ein Kollimator 4, der gemäss Erfindung aus einem konkaven Spiegel M1 und einem konvexen Spiegel M2 besteht. Der Kollimator 4 ist in 1 durch eine gestrichelte Line angedeutet. Vor den beiden Spiegeln M1, M2 des Kollimators 4 kann, wie in 1 gezeigt, ein Planspiegel M3 angeordnet sein, um das UV-Licht U2 nach dem Durchtritt durch den Homogenisator 3 in Richtung des Spiegels M2 umzulenken.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird also der eine Spiegel des Kollimators 4 durch die Anordnung aus dem konkaven Spiegel M1 (typischerweise als off-axis Paraboloid ausgeführt) und zusätzlich den konvexen Spiegel M2 (typischerweise als off-axis Hyperboloid ausgeführt) ersetzt. Gemäss Erfindung umfasst der Kollimator 4 also eine Kombination aus einem konkaven und einem konvexen Spiegel.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die UV-Lichtquelle 1, der Kollektor 2, der Homogenisator 3, der konkave Spiegel M1 und der konvexe Spiegel M2 so angeordnet sind, dass von der UV-Lichtquelle 1 ausgehendes UV-Licht vom Kollektor 2 gesammelt und auf den Homogenisator 3 hin gebündelt wird. Das UV-Licht U2 wird nach dem Durchtritt durch den Homogenisator 3 vom konvexen Spiegel M2 in Richtung des konkaven Spiegels M1 reflektiert und von dort auf die Leiter- oder Schaltungsplatte umgelenkt, die sich im Bereich des Belichtungsfeldes F befindet.

Es sind auch andere als die genannten Oberflächenformen der Spiegel M1 und M2 möglich.

Der Homogenisator 3 kann auch aus einem Linsenarray, einem Facettenspiegel bzw. aus Kombinationen derselben aufgebaut werden.

Es ist ein besonderer Vorteil dieser neuartigen und speziellen Anordnung, dass die Vorrichtung 10 einen kleineren Kollimationswinkel hat als bisherige (Beleuchtungs-)Vorrichtungen. Unter Der Kollimationswinkel versteht man den Öffnungswinkel eines Konus, der im Mittel über das Belichtungsfeld F 50% der eintreffenden Strahlungsleistung einschliesst.

Mit der Vorrichtung 10 kann man problemlos grössere Belichtungsfelder mit hochkollimiertem UV-Licht U3 beleuchten.

Im Vergleich zum Stand der Technik bleibt die Bauhöhe (in 1 ersichtlich als die vertikale Ausdehnung des Kollektors 4) gleich, oder sie kann sogar reduziert werden, wobei der Kollimationswinkel im Belichtungsfeld F gleich bleibt oder sogar abnimmt.

Es kann ein Ellipsoid als Kollektor 2 eingesetzt werden, wie in 1 gezeigt. Als Homogenisator 3 kann ein Linsenarray oder ein Facettenspiegel zum Einsatz kommen.

Die Kollimator-Anordnung 4 nach 1 hat gegenüber der dem Stand der Technik entsprechenden, aus lediglich einem konvexen Spiegel bestehenden Anordnung den Vorteil, dass eine wesentlich grössere Brennweite des Kollimators 4, bestehend aus den Spiegeln M1 und M2, bei gleicher oder geringerer Bauhöhe der Anordnung, erreicht werden kann.

Eine grosse Brennweite des Kollimators 4 ist insofern von Vorteil, als in der Anordnung nach 1 das Verhältnis des nutzbaren Durchmessers des Homogenisators 3 zur Brennweite des Kollimators 4 den Kollimationswinkel im Belichtungsfeld F bestimmt. Der nutzbare Durchmesser des Homogenisators 3 ist für die Effizienz der Vorrichtung 10, bzw. die Bestrahlungsstärke im Belichtungsfeld F, ausschlaggebend und man ist daher bestrebt, diesen Durchmesser möglichst gross auszulegen. Eine Reduzierung des nutzbaren Durchmessers des Homogenisators 3 kommt daher als Mittel zur Reduzierung des Kollimationswinkels nicht in Betracht. Man hat daher gemäss Erfindung die Reduzierung des Kollimationswinkels durch eine Erhöhung der Brennweite des Kollimators herbeigeführt.

Ein weiterer Vorteil der grossen Brennweite des aus zwei Spiegeln M1, M2 bestehenden Kollimators 4 (der als Kollektor dient) besteht darin, dass bei gleich bleibendem Kollimationswinkel im Belichtungsfeld F der nutzbare Durchmesser des Homogenisators 3 erhöht werden kann, was zu einer Verbesserung der Effizienz bzw. Erhöhung der Bestrahlungsstärke im Belichtungsfeld F führt.

Mit einem erfindungsgemässen Leiter- oder Schaltungsplattenbelichter kann man eine Homogenität von bis zu 10% bei einem Deklinationswinkel von max 1° und einem Kollimationswinkel von maximal 1° erreichen. Diese Angaben gelten für verschieden grosse Belichtungsfelder F.

Es kann gemässe Erfindung für ein Belichtungsfeld von 700 mm × 700 mm eine Beleuchtungsstärke von bis zu 0,3W/m2 erreicht werden, wenn man eine UV-Quelle 1 einsetzt, die eine elektrische Leistungsaufnahme von 5kW hat und eine UV-Lichtleistung von ca. 1kW abgibt.

Für ein Belichtungsfeld F von ca. 700 mm × 700 mm hat die Brennweite des Kollimators 4 einen typischen Wert in der Grössenordnung von 3,5 m. Das führt zu einer Bauhöhe des Kollimators 4 von lediglich ca. 650 mm.

Die Beleuchtung des Belichtungsfelds F eines erfindungsgemässen Leiterplattenbelichters ist sehr homogen, hochkollimiert und senkrecht.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Beleuchten von Leiter- oder Schaltungsplatten mit einer UV-Lichtquelle (1) einem Kollektor (2), einem Homogenisator (3) und einem Kollimator, dadurch gekennzeichnet, dass

    – der Kollimator (4) einen konkaven Spiegel (M1) und einen konvexen Spiegel (M2) umfasst.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Lichtquelle (1), der Kollektor (2), der Homogenisator (3), der konkave Spiegel (M1) und der konvexe Spiegel (M2) so angeordnet sind, dass von der UV-Lichtquelle (1) ausgehendes UV-Licht vom Kollektor (2) gesammelt und auf den Homogenisator (3) hin gebündelt wird, das UV-Licht nach dem Durchtritt durch den Homogenisator (3) vom konvexen Spiegel (M2) in Richtung des konkaven Spiegels (M1) reflektiert und von dort auf die Leiter- oder Schaltungsplatte umgelenkt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Spiegel (M1) und der konvexe Spiegel (M2) des Kollimators (4) als Kollektor dienen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter- oder Schaltungsplatte in einem Belichtungsfeld (S) positionierbar ist, das in Richtung des Strahlengangs gesehen hinter dem konkaven Spiegel (M1) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Spiegel (M1) ein off-axis Paroboloid-Spiegel ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der konvexe Spiegel (M2) ein off-axis Hyperboloid-Spiegel ist.
  7. Leiter- oder Schaltungsplattenbelichter mit einer UV-Lichtquelle (1) einem Kollektor (2), einem Homogenisator (3) und einem Kollimator, dadurch gekennzeichnet, dass

    – der Kollimator (4) einen konkaven Spiegel (M1) und einen konvexen Spiegel (M2) umfasst.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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