CN102385162B - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光源装置，在合成多个LED光源的放射光并加以射出的构造中，能够射出具有多个峰值波长的连续的广范围的波长范围的光线，并且可获得高亮度。此光源装置合成峰值波长相互不同的3个以上LED光源的各自的放射光并加以射出，具有：合成从第1LED光源放射的放射光及从第2LED光源放射的放射光的第1分光镜、及合成第1分光镜所致的合成光及来自第3LED光源的放射光的第2分光镜；第2分光镜反射通过第1分光镜所得的合成光，并且透射来自第3LED光源的放射光，从而得到合成光。

Description

光源装置
技术领域
本发明是关于例如作为在进行半导体及液晶基板、彩色滤光片等的制造工序的曝光处理时的曝光用光源、或者作为投影机装置的光源所使用的光源装置。
背景技术
例如，作为在进行半导体及液晶基板、彩色滤光片等的制造工序的曝光处理时所使用的曝光用光源，公知具有如图4所示的紫外线波长区域的多个LED元件多个被配置成面状而构成的LED发光部80，将从该LED发光部80放射的放射光，通过适当的聚光光学系统来加以聚光，并射出至曝光面S的构造的光源装置(例如参照专利文献1)。在图4中，符号81是椭圆面反射镜，82是球面透镜，83是圆锥反射镜，84是透光杆，85是聚光透镜，86是中继透镜。
然而，在此种构造的光源装置中，因为仅可射出以LED元件的峰值波长为中心的波长范围比较狭窄的单色光线，故例如有无法作为需要与感光树脂的各感光强度对应的波长光，用以进行彩色滤光片等的制造工序的曝光处理的曝光用光源所利用的问题。
并且，有在从LED元件放射的光线通过聚光光学系统聚光的过程中，产生各种损耗而使光线的利用效率降低，无法获得充分高亮度的光线的问题。
另一方面，提案有将从具有可视区域的波长范围中被选择的相互不同峰值波长的、多个LED光源分别放射的光线，例如使用分光镜来加以合成并射出的构造的光源装置(例如参照专利文献2)。
此光源装置如图5所示，具有：具有可视区域的预定波长范围中相互不同的峰值波长的3个LED光源90A、90B、90C、相互波长选择特性不同的第1分光镜91及第2分光镜92、配置于第1LED光源90A、第2LED光源90B及第3LED光源90C的各光放射方向前方侧，将来自LED光源的放射光，作为平行光而射出至分光镜的准直透镜93。
在此光源装置中，将来自第1LED光源90A的放射光透射第1分光镜91的透射光，与来自第2LED光源90B的放射光通过第1分光镜91反射的反射光合成，进而，将基于在第1分光镜91所致的合成光透射第2分光镜92的透射光，与来自第3LED光源90C的反射光通过第2分光镜92反射的反射光合成。
然而，已得知在分别将从峰值波长相互不同的多个LED光源各自放射的放射光，通过分光镜加以合成时，只不过利用将多个LED光源及分光镜，构成前述构造的光学系统的方式配置而已，无法射出充分高亮度的光线。
专利文献
专利文献1：日本特开2007-041467号公报
专利文献2：日本特开2001-042431号公报
发明内容
本发明是依据以上的状况进行的发明，目的为提供在合成多个LED光源的放射光并加以射出的构造中，能够射出具有多个峰值波长的连续的广范围的波长范围的光线，并且能够获得高亮度的光源装置。
本发明的光源装置的特征在于，具有：
3个以上的LED光源，其峰值波长相互不同：
第1分光镜，将从第1LED光源放射的放射光与从第2LED光源放射的放射光合成：及
第2分光镜，将通过该第1分光镜合成的合成光与从第3LED光源放射的放射光合成，且该第2分光镜的波长选择特性与前述第1分光镜不同；
前述第2分光镜反射通过前述第1分光镜所得的合成光，并且透射来自前述第3LED光源的放射光。
发明的效果：
依据本发明的光源装置，使第2分光镜成为反射通过第1分光镜所得的、将来自第1LED光源的放射光及来自第2LED光源的放射光合成的合成光，并且透射来自第3LED光源的放射光，由此，因为尽可能地降低来自各LED光源的放射光透射分光镜的透射次数的合计，故依据在各分光镜中，比光线通过分光镜反射所致的放射光量的衰减程度，光线透射分光镜所致的放射光量的衰减程度较大，可进一步提升光的利用效率，并获得充分高的亮度。
附图说明
图1是表示本发明光源装置的光学系统的一例的构造概略的说明图。
图2是概略表示来自第1LED元件的放射光、来自第2LED元件的放射光及来自第3LED元件的放射光的合成光的分光分布曲线的说明图。
图3是表示关于本发明光源装置的光学系统的其他例的构造概略的说明图。
图4是表示先前的使用LED元件的光源装置的一例的光学系统的构造概略的说明图。
图5是表示先前的使用LED元件的光源装置的其他例的光学系统的构造概略的说明图。
符号说明：
10：第1LED元件
10A：光射出面
20：第2LED元件
20A：光射出面
30：第3LED元件
30A：光射出面
40：第4LED元件
C1：基准轴(第1LED元件的光射出面的中心轴)
C2：第2LED元件的光射出面的中心轴
C3：第3LED元件的光射出面的中心轴
51：第1分光镜
51A：一面
51B：另一面
56：第2分光镜
56A：一面
56B：另一面
58：第3分光镜
58A：一面
58B：另一面
61：第1准直透镜
62：第2准直透镜
63：第3准直透镜
70：第1反射镜
71：第2反射镜
72：第3反射镜
70A、71A、72A：反射面
80：LED发光部
81：椭圆面反射镜
82：球面透镜
83：圆锥反射镜
84：透光杆
85：聚光透镜
86：中继透镜
90A：第1LED光源
90B：第2LED光源
90C：第3LED光源
91：第1分光镜
92：第2分光镜
93：准直透镜
S：曝光面
101：第1LED光源
201：第2LED光源
301：第3LED光源
401：第4LED光源
102，202，302，402：抛物面镜
具体实施方式
以下，针对本发明的实施形态，进行详细说明。
图1是表示本发明光源装置的光学系统的一例的构造概略的说明图。
此光学系统是合成分别放射具有相互不同的峰值波长λ1[nm]，λ2[nm]及λ3[nm](λ1＞λ2＞λ3)的光线的第1LED光源、第2LED光源及第3LED光源的3个LED光源的各放射光的光学系统。
在此光学系统中，(圆)板状的第1分光镜51及(圆)板状的第2分光镜56，在一方对于另一方于面方向位移后的位置，第1分光镜51的一面51A与第2分光镜56的另一面56B相互对置地配置，并且，构成第1LED光源的第1LED元件10，在第1分光镜51的一面侧，在第1LED元件10的光射出面10A的中心轴C1相对于第1分光镜51的一面51A倾斜的状态下被配置。
然后，构成第2LED光源的第2LED元件20配置成，在第1分光镜51的另一面侧中，第2LED元件20的光射出面20A的中心轴C2，与第1分光镜51的一面51A的第1LED元件10的光射出面10A的中心轴C1上的位置相交的状态下，相对于第1分光镜51的另一面51B倾斜延伸，并且，构成第3LED光源的第3LED元件30构成为，在第2分光镜56的一面侧中，第3LED元件30的光射出面30A的中心轴C3，与第2分光镜56的另一面56B的第2LED元件20的光射出面20A的中心轴C2上的位置相交的状态下，相对于第2分光镜56的另一面56A倾斜延伸。
并且，各LED元件的光展量(放射的面积X立体角)优选相互为相同大小，由此，可高效地合成来自各LED元件的放射光。
在各LED元件10、20、30的光放射方向前方的位置，分别将来自LED元件10(20、30)的放射光作为平行光而加以射出的准直透镜61(62、63)以其光轴位于LED元件10(20、30)的光射出面10A(20A、30A)的中心轴C1(C2、C3)上的方式配置，来自第1LED元件10的放射光，通过第1准直透镜61而成大致平行光，并被照射至第1分光镜51的一面51A。并且，来自第2LED元件20的放射光，是通过第2准直透镜62而成大致平行光，以来自第2LED元件20的放射光透射第1分光镜51的透射光的射出区域，重叠于第1LED元件10的放射光的照射区域的方式，照射至第1分光镜51的另一面51B，来自第3LED元件30的放射光，通过第3准直透镜63而成大致平行光，并以来自第3LED元件30的放射光透射第2分光镜56的透射光的射出区域重叠于通过第1分光镜51所合成的第1LED元件10的放射光及第2LED元件20的放射光的合成光的照射区域的方式，照射至第2分光镜56的一面56A。
第1分光镜51在第1LED元件10的峰值波长λ1与第2LED元件20的峰值波长λ2之间的波长范围内具有反射-透射转换波长(边界波长)λ01(λ2＜λ01＜λ1)，并具有反射波长比反射-透射转换波长λ01还长的光线，透射波长比反射-透射转换波长λ01还短的光线的波长选择特性。
第2分光镜56在第2LED元件20的峰值波长λ2与第3LED元件30的峰值波长λ3之间的波长范围内具有反射-透射转换波长(边界波长)λ02(λ3＜λ02＜λ2)，并具有反射波长比反射-透射转换波长λ02还长的光线，透射波长比反射-透射转换波长λ02还短的光线的波长选择特性。
在此光学系统中，将来自第1LED元件10的放射光通过第1分光镜51的一面51A反射的反射光与来自第2LED元件20的放射光透射第1分光镜51的透射光合成，将基于第1分光镜51的合成光通过第2分光镜56的另一面56B反射的反射光与来自第3LED元件30的放射光透射第2分光镜56的透射光合成，由此，如图2所示，射出具有波长λ1[nm]、λ2[nm]及λ3[nm]的3个峰值波长的连续的广泛波长范围的分光分布特性的合成光。
然后，依据具备此种光学系统的光源装置，通过构成如下构造，即通过第2分光镜56，使第1LED元件10的放射光及第2LED元件20的放射光的合成光反射，并且使来自第3LED元件30的放射光透射，合成来自第1LED元件10的放射光、第2LED元件20的放射光及第3LED元件30的放射光的构造，由此，相较于图5所示构造，可减少第1LED元件10的放射光、第2LED元件20的放射光及第3LED元件30的放射光分别透射第1分光镜51及第2分光镜56的透射次数的合计。亦即，在图5所示的构造的光学系统中，第1LED光源90A的放射光透射分光镜的次数为两次，第2LED光源90B的放射光透射分光镜的次数为1次，第3LED光源90C的放射光透射分光镜的次数为0次，透射次数的合计为3次，相对于此，在前述的构造的光学系统中，第1LED元件10的放射光透射分光镜的次数为0次，第2LED元件20的放射光透射分光镜的次数为1次，第3LED元件30的放射光透射分光镜的次数为1次，透射次数的合计为两次。
所以，在各分光镜中，因为相较在光线通过分光镜反射所致的放射光量的衰减程度，光线透射分光镜所致的放射光量的衰减程度较大，故通过以透射分光镜的透射次数的合计尽可能减少的状态下构成，能够进一步提升光的利用效率，能够获得充分高的亮度。
以上，已针对本发明的光源装置的一实施形态进行说明，但是，本发明并不限定于前述结构。
图3是表示本发明光源装置的光学系统的其他例的构造概略的说明图。
此光学系统是将分别放射具有相互不同的峰值波长λ1[nm]、λ2[nm]、λ3[nm]及λ4[nm](λ1＞λ2＞λ3＞λ4)的光线的来自第1LED光源101的放射光、来自第2LED光源201的放射光、来自第3LED光源301的放射光及来自第4LED光源401的放射光合成的光学系统。
第1LED光源101是通过第1LED元件10和在光轴与第1LED元件10的光射出面的中心轴一致的状态下配置、使来自第1LED元件10的放射光成大致平行光并加以照射的例如抛物面镜102构成。并且，第2LED光源201、第3LED光源301及第4LED光源401也分别具有与第1LED光源101相同构造，通过LED元件(20，30，40)和抛物面镜(202，302，402)所构成。
在此光学系统中，圆板状的第1分光镜51、圆板状的第2分光镜56及圆板状的第3分光镜58，是例如并排在同一平面(分光镜配置面)上来配置，第1LED光源101、第2LED光源201、第3LED光源301及第4LED光源401被配置成，在分光镜配置面的一面侧的、在分光镜配置面的面方向离开且并排的位置，抛物面镜102、202、302、402的光轴例如相互平行延伸。并且，在分光镜配置面的另一面侧，3个反射镜70、71、72被配置成，在相对分别对应的3个分光镜51、56、58，在分光镜配置面的面方向位移的位置中，反射面70A、71A、72A与分光镜配置面对置。
第1分光镜51在第1LED元件10的峰值波长λ1与第2LED元件20的峰值波长λ2之间的波长范围内具有反射-透射转换波长(边界波长)λ01(λ2＜λ01＜λ1)，并具有反射波长比反射-透射转换波长λ01还长的光线，透射波长比反射-透射转换波长λ01，还短的光线的波长选择特性。
第2分光镜56在第2LED元件20的峰值波长λ2与第3LED元件30的峰值波长λ3之间的波长范围内具有反射-透射转换波长(边界波长)λ02(λ3＜λ02＜λ2)，并具有反射波长比反射-透射转换波长λ02还长的光线，透射波长比反射-透射转换波长λ02还短的光线的波长选择特性。
第3分光镜58在第3LED元件30的峰值波长λ3与第4LED元件40的峰值波长λ4之间的波长范围内具有反射-透射转换波长(边界波长)λ03(λ4＜λ03＜λ3)，并具有反射波长比反射-透射转换波长λ03还长的光线，透射波长比反射-透射转换波长λ03还短的光线的波长选择特性。
在此光学系统中，以预定射入角度射入第1分光镜51的另一面51B的来自第1LED光源101的放射光通过反射镜70反射的反射光，第1分光镜51的另一面51B反射，并且，以预定大小的射入角度射入第1分光镜51的一面51A的来自第2LED光源201的放射光透射第1分光镜51，由此，合成来自第1LED光源101的放射光及来自第2LED光源201的放射光。
然后，以预定大小的射入角度射入第2分光镜56的另一面56B的第1分光镜51所致的合成光，通过第2反射镜71反射的反射光，通过第2分光镜56的另一面56B反射，并且，以预定大小的射入角度射入第2分光镜56的一面56A的来自第3LED光源301的放射光透射第2分光镜56，由此，合成来自第1LED光源101的放射光及来自第2LED光源201的放射光的合成光，与来自第3LED光源301的放射光。
进而，以预定大小的射入角度射入第3分光镜58的另一面58B的第2分光镜56所致的合成光，通过第3反射镜72反射的反射光，通过第3分光镜58的另一面58B反射，并且，以预定大小的射入角度射入第3分光镜58的一面58A的来自第4LED光源401的放射光透射第3分光镜58，由此，合成来自第1LED光源101的放射光、来自第2LED光源201的放射光及来自第3LED光源301的放射光的合成光，与来自第4LED光源401的放射光。
即使在具有此种构造的光学系统的光源装置中，也可得到具有与图1所示的构造的光学系统相同的效果，亦即，通过以透射分光镜的透射次数的合计尽可能减少的状态下构成，能够进一步提升光的利用效率，能够获得充分高的亮度。

Claims (1)

1.一种光源装置，其特征为：
该光源装置包括：
第1分光镜，
第2分光镜，
峰值波长相互不同的第1LED光源、第2LED光源以及第3LED光源，
第1反射镜，以及
第2反射镜，
上述第1分光镜以及上述第2分光镜并排在同一平面即分光镜配置面上被配置；
上述第1LED光源、上述第2LED光源以及上述第3LED光源被配置成，在分光镜配置面的一面侧并排的位置，来自各LED光源的光轴互相平行延伸；
上述第1反射镜以及上述第2反射镜被配置成,在分光镜配置面的另一面侧并排的位置，对于分别对应的第1分光镜以及第2分光镜的各个，各个反射面与分光镜的配置面对置；
来自上述第1LED光源的放射光通过上述第1反射镜反射的反射光，通过上述第1分光镜反射，并且，射入上述第1分光镜的来自第2LED光源的放射光透射上述第1分光镜，由此，合成来自上述第1LED光源的放射光和来自上述第2LED光源的放射光，
射入上述第2分光镜的由上述第1分光镜所致的合成光通过上述第2反射镜反射后的反射光，通过上述第2分光镜反射，并且，射入上述第2分光镜的来自上述第3LED光源的放射光透射上述第2分光镜，由此，合成来自上述第1LED光源的放射光和来自上述第2LED光源的放射光的合成光、与来自上述第3LED光源的放射光。
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