CN108027115A

CN108027115A - 光源装置

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Publication number: CN108027115A
Application number: CN201680052301.6A
Authority: CN
Inventors: 松岛竹夫
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-05-11
Anticipated expiration: 2036-07-19
Also published as: WO2017043185A1; CN108027115B; JP6172540B2; JP2017054724A

Abstract

本发明的目的在于实现包含多个LED元件且抑制了亮度的降低的光源装置。本发明的光源装置(1)具备包含第一LED元件以及第二LED元件的多个LED元件(3)；具备多个准直透镜(6)的第一光学系统(5)，该多个准直透镜(6)包含将从第一LED元件射出的光进行准直的第一准直透镜、以及将从第二LED元件射出的光进行准直的第二准直透镜；将从第一光学系统射出的光进行聚光的第二光学系统(7)；以及入射面配置在第二光学系统的焦点位置的积分光学系统(8)。从第一LED元件射出的光的一部分入射第二准直透镜。

Description

光源装置

技术领域

本发明涉及光源装置，特别是涉及具备多个LED元件的光源装置。

背景技术

以往，运用了光的光处理技术被利用于多个领域。例如，在使用光的微细加工中利用曝光装置。近年，曝光技术在各种领域中展开，在微细加工中用于比较大的图案的制作或三维的微细加工。更具体而言，例如在LED的电极图案的制作、或以加速度传感器为代表的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)的制造工序等中利用曝光技术。

在这些光处理技术中，以往使用亮度较高的放电灯作为光源。然而，随着近年的固体光源技术的进步，研究利用多个LED元件配置而成的构造作为光源。作为这样的技术，例如在专利文献1中公开了将由多个LED元件构成的单元作为光源、并在该光源与掩膜之间配置蝇眼透镜的曝光装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2004－335953号公报

发明内容

发明所要解决的课题

与放电灯与相比，LED元件的每一个芯片的放射光束较少。因此，为了使用LED元件作为曝光用或投影仪用的光源装置，需要尽可能聚集来自多个LED元件的射出光。为此，需要增加作为光源而配置的LED元件的数量。

参照图17说明上述专利文献1中公开的光源装置的构成。图17(a)为示意性地示出该光源装置的一部分的图。如图17(a)所示，该光源装置包含有着多个LED元件(101、102、…)的光源100、准直透镜103、以及蝇眼透镜104而构成。图17(b)为图17(a)的局部放大图。

LED元件101位于光轴的中心，LED元件102位于光源100的周缘部。图17所示的光线L1是来自LED元件101的放射光中的向蝇眼透镜104所含的一个透镜110的入射面121入射的光。同样地，光线L2是来自LED元件102的放射光中的向蝇眼透镜104所含的一个透镜110的入射面121入射的光。

从位于光轴的中心的LED元件101射出的光线L1对于透镜110，与光轴平行地入射。另一方面，从配置在离开光轴的位置的LED元件102射出的光线L2对于透镜110，相对于光轴具有角度地入射。这些光在透镜110的射出面122分别成像(IM101、IM102)。图17(c)为示意性地示出在透镜110的射出面122成像的状态的图。

从射出面122射出的光入射到后级的光学系统(未图示)中，由此使该光被利用。换句话说，射出面122成为二次光源。该二次光源的亮度成为对各个LED元件(101，102，…)的亮度乘以LED像(IM101、IM102、…)的总面积，再除以射出面122的面积而得的值。即，为了尽可能提高作为二次光源发挥功能的射出面122的亮度，需要尽量使LED像的总面积与射出面122的面积一致。为此，需要使LED元件(101、102、…)无缝隙地排列。

然而，如图17所示，配置多个LED元件(101、102、…)构成光源100的情况下，需要用于向各LED元件(101、102、…)供电的信号线、开关元件等的周边电路。因此，现实上不能无缝隙地排列LED元件(101、102、…)。其结果，根据以往的构成，二次光源(如果是图17的构成则是蝇眼透镜104的射出面)的亮度降低。

鉴于这样的课题，本发明的目的在于实现包含多个LED元件且抑制了亮度的降低的光源装置。

用于解决课题的手段

本发明的光源装置的特征在于，具备：

多个LED元件，包含第一LED元件以及第二LED元件；

第一光学系统，具备多个准直透镜，该多个准直透镜包含将从上述第一LED元件射出的光进行准直的第一准直透镜、以及将从上述第二LED元件射出的光进行准直的第二准直透镜；

第二光学系统，将从上述第一光学系统射出的光进行聚光；以及

积分光学系统，入射面配置在上述第二光学系统的焦点位置，

从上述第一LED元件射出的光的一部分向上述第二准直透镜入射。

如前述那样，从一个LED元件射出的光与灯相比亮度较小。因此，在假定用于例如曝光装置或投影仪装置等需要较多的光的用途的光源的情况下，重要的是尽量不降低亮度地聚集较多的LED元件的光。

然而，由于LED元件的用于电源供给的布线图案不可或缺，因此如上述发明所要解决的课题一项中所述那样，无法将LED元件本身完全紧密接触地配置。换句话说，在配置多个LED元件之际，不得不使邻接的LED元件彼此空开一定的间隔。形成该间隔的区域构成不射出光的区域(非发光区域)。因此，即使仅配置多个LED元件，将来自各LED元件的射出光进行聚光，也不可避免地产生非发光区域。因此，仅将从多个LED元件射出的光进行聚光会导致照射面上的亮度的降低。

根据上述构成，将从多个LED元件射出的光在第一光学系统中准直后，进行聚光。由此，从第一光学系统射出的光与从LED元件射出紧后的时刻相比，维持亮度原样地在与光轴正交的平面上构成面积较广的光束。由此，能够使从各LED元件射出的光束彼此的间隔较窄，构成非发光区域较少的光源。由此，与以往相比可实现亮度高的光源装置。

另外，从LED元件射出的光作为具有某扩散角的束(光束)行进。并且，该光束内的光中的、扩散角较小的区域内的光与扩散角较大的区域内的光相比放射强度增高。根据上述构成，从第一LED元件射出的光中的一部分，向与将从该第一LED元件射出的光进行准直的第一准直透镜邻接地配置的第二准直透镜入射。通过像这样配置光学系统，对于第一准直透镜的入射面，入射从第一LED元件射出的光中的放射强度较高的光，该光通过第一准直透镜而被准直。由此，从第一准直透镜射出的光作为放射强度高的光向积分光学系统的入射面入射。

另外，对于与第一准直透镜邻接的第二准直透镜，以供从第一LED元件射出的光的一部分入射的程度紧密接触地配置。其结果，从第一LED元件射出、并通过第一准直透镜被准直的光的光束、与从第二LED元件射出、并通过第二准直透镜被准直的光的光束之间的间隔变窄。其结果，提高了积分光学系统的入射面上的光的亮度。由此，提高了从积分光学系统的射出面射出的光的亮度。

上述多个准直透镜也可以构成为，分别将从对应的LED元件射出的光进行准直，且供从与上述对应的LED元件不同的LED元件射出的光的一部分入射。

通过设为该构成，在各准直透镜中，成为仅放射强度较高的光被准直。其结果，仅放射强度较高的光在积分光学系统的入射面被聚光，提高了积分光学系统的入射面上的亮度。

也可以构成为，上述第一准直透镜的入射面上的从上述第一LED元件射出的光的放射强度分布为，从上述第一LED元件射出的光的放射强度的最小值超过从上述第一LED元件射出的光的放射强度的最大值的1/e²。

根据上述的构成，从第一LED元件射出的光中的、成为被第一准直透镜准直的对象的光，由放射强度极其高的光构成。因此，像这样的放射强度高的光通过第一准直透镜被准直后，向积分光学系统的入射面入射，因此提高了从积分光学系统的射出面射出的光的亮度。

也可以构成为，上述多个准直透镜的各自的入射面上的、从上述对应的LED元件射出的光的放射强度分布为，从上述对应的LED元件射出的光的放射强度的最小值超过从上述对应的LED元件的射出的光的放射强度的最大值的1/e²。

根据上述的构成，能够进一步提高从积分光学系统的射出面射出的光的亮度。

也可以构成为，上述多个LED元件配置在规定的第一平面上，

上述多个准直透镜分别构成为，来自上述对应的LED元件的射出光所入射的入射面的面积大于上述对应的LED元件的发光面的面积，

在从与上述第一平面正交的方向上观察上述第一光学系统时，上述多个准直透镜中的邻接地配置的准直透镜的外缘彼此的间隔比准直透镜的外径窄。

通过像这样配置LED元件以及准直透镜，能够尽可能较多地将来自多个LED元件的射出光进行聚光并向积分棒的入射面引导。由此，可实现高亮度的光源。

作为用于像这样配置LED元件的具体的方法，可假设以位于最外缘的多个LED元件构成正六边形或正方形的方式将各LED元件排列配置的方法。

另外，上述积分光学系统也可以由导光部件构成，该导光部件使从上述入射面入射的光在内侧面反复反射且向射出面引导。

根据该构成，对于导光部件的入射面，放射强度高的光被聚光，因此能够从导光部件的射出面射出亮度高且照度分布被均匀化后的光。此外，作为导光部件，例如能够由积分棒或光隧道构成。

另外，上述积分光学系统也能够由多个透镜以矩阵状配置而成的蝇眼透镜构成。

利用蝇眼透镜，能够使照射面的照度分布均匀化。由此，能够实现亮度高且照度分布被均匀化的光源装置。

发明效果

根据本发明，在具备多个LED元件的构成中，可实现抑制了亮度的降低的光源装置。

附图说明

图1为示意地示出第一实施方式的光源装置的光学系统的图。

图2为图1的局部放大图。

图3为从光轴方向观察准直透镜的射出面时的示意图、以及示意性地示出该射出面上的放射强度分布的图。

图4为示意性地示出在第一实施方式的光源装置中，从第一光学系统与第二光学系统之间沿Z方向观察光源部侧时的情形的图。

图5为示意性地示出在LED元件的配置间隔较宽的情况下，从第一光学系统与第二光学系统之间沿Z方向观察光源部侧时的情形的图。

图6为示意性地示出以图5的方式在配置了LED元件的情况下的光源装置的光学系统的图。

图7为示意性地示出在第一实施方式的光源装置中，从第一光学系统与第二光学系统之间沿Z方向观察光源部侧时的情形的其他图。

图8为示意性地示出第一实施方式的光源装置的光学系统的另一图。

图9为示意性地示出在第二实施方式的光源装置中，从第一光学系统与第二光学系统之间沿Z方向观察光源部侧时的情形的图。

图10A为示意性地示出以图4所示的方式配置了LED元件的情况下，从各LED元件的中央位置射出的光的光路的图。

图10B为示意性地示出以图4所示的方式配置了LED元件的情况下，从各LED元件的中央位置射出的光的光路的图。

图11A为示意性地示出以图9所示的方式配置了LED元件的情况下，从各LED元件的中央位置射出的光的光路的图。

图11B为示意性地示出以图9所示的方式配置了LED元件的情况下，从各LED元件的中央位置射出的光的光路的图。

图12A为示出以图4所示的方式配置了LED元件的情况下的向积分棒的后级的光学系统照射的光的照度分布的图表。

图12B为示出以图9所示的方式配置了LED元件的情况下的向积分棒的后级的光学系统照射的光的照度分布的图表。

图13为示意性地示出在第三实施方式的光源装置中，从第一光学系统与第二光学系统之间沿Z方向观察光源部侧时的情形的图。

图14A为示意性地示出以图9所示的方式配置了LED元件的情况下的积分棒的入射面上的光的像的图。

图14B为示意性地示出以图13所示的方式配置了LED元件的情况下的积分棒的入射面上的光的像的图。

图15为示意性地示出第四实施方式的光源装置的光学系统的其他图。

图16为示意性地示出曝光装置的构成的图。

图17为示意性地示出以往的光源装置的构成的一部分的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的光源装置进行说明。此外，各图中的尺寸比与实际的尺寸比并非一定一致。

[第一实施方式]

图1为示意性地示出第一实施方式的光源装置的光学系统的图。光源装置1具备光源部2、第一光学系统5、第二光学系统7、以及积分光学系统8。

光源部2包含多个LED元件3。在本实施方式中，多个LED元件3配置在规定的平面上。

第一光学系统5是将从多个LED元件3射出的光分别进行准直的光学系统，通过与各LED元件3对应地配置多个准直透镜6而构成。

第二光学系统7是将从第一光学系统5射出的光向第二光学系统7的焦点7f聚光的光学系统。

在本实施方式中，积分光学系统8由积分棒9构成。积分棒9以其入射面9a成为第二光学系统7的焦点7f的位置的方式配置。但是，在本说明书中，“配置于焦点位置”是指除了完全与焦点的位置一致的情况，也包括相对于焦距在与光轴11平行的方向上仅移动了±10％的距离的位置的概念。此外，图1中的光轴11设为相对于积分光学系统8的入射面、即积分棒9的入射面9a正交的轴。

积分棒9是导光部件(光导件)的一例，其具有通过一边将入射到入射面9a的光在侧面反复进行全反射一边向射出面9b引导，从而使射出面9b中的光的照度分布均匀化的功能。作为这样的导光部件例如通过由玻璃或树脂等透光性的材料构成的柱状部件、内表面由反射镜构成的中空部件等构成。后者的构成的部件有时被特别地称作光隧道。此外，导光部件也可以在其内部沿平行于光轴的方向分割多个光路而构成。

此外，以下将与光轴11平行的方向设为Z方向、将与该Z方向正交的平面设为XY平面来进行说明。

图2为将图1的局部进行示出的图。这里为了方便说明，举出多个LED元件3所含的一部分的LED元件3a、以及LED元件3b进行说明。

从LED元件3a射出的光作为具有某扩散角的光束行进。并且，该光束所含的光中的扩散角较小的光与扩散角较大的光相比放射强度较高。这里，与LED元件3a对应地配置的准直透镜6a以入射从LED元件3a射出的光中的、扩散角为规定的角度以下的光(图2内的光束L3a1)的方式配置。换言之，从LED元件3a射出的光中的、扩散角超过上述规定的角度的光(例如图2内的光束L3a2)不入射到准直透镜6a。并且，如图2所示，一部分的光束L3a2反而向与准直透镜6a邻接地配置的准直透镜6b入射。

同样地，与LED元件3b对应地配置的准直透镜6b以被从LED元件3b射出的光中的、扩散角为规定的角度以下的光(图2内的光束L3b1)入射的方式配置。并且，关于扩散角超过上述规定的角度的光(例如图2内的光束L3b2)，不入射到准直透镜6b。

在图2中，仅对LED元件3a与LED元件3b、以及与LED元件3a、LED元件3b对应地配置的准直透镜6a与准直透镜6b进行了说明，在本实施方式中，与各LED元件3分别对应的各准直透镜6被设为同样地配置。即，从各LED元件3射出的光中的、扩散角为规定的角度以下的光束即放射强度比较高的光束向对应的准直透镜6入射而被准直。另一方面，从各LED元件3射出的光中的、扩散角超过上述规定的角度的光束即放射强度比较低的光束不向对应的准直透镜6入射。

其结果，从各LED元件3射出的光中的、仅放射强度比较高的光束相对于第二光学系统7作为平行光入射，并向积分棒9的入射面9a聚光。另一方面，从各LED元件3射出的光中的、放射强度比较低的光束不相对于第二光学系统7作为平行光入射，因此不向积分棒9的入射面9a聚光。其结果，在积分棒9的入射面9a仅被聚光放射强度高的光。

图3为从光轴11的方向即Z方向观察准直透镜6a的射出面时的示意图、以及示意地示出该射出面上的放射强度分布的图。图3(a)为从光轴11的方向即Z方向观察准直透镜6a的射出面时的示意图。另外，图3(b)示出在准直透镜6a的射出面上，穿过中心O的与X轴方向平行的线段上的放射强度的分布。此外，图3(c)为仿照图3(b)示出比较例的放射强度分布的图。

如上所述，在本实施方式中，向准直透镜6a中仅入射从对应的LED元件3a射出的光中的、扩散角为规定的角度以下且放射强度较高的光束。因此，准直透镜6a的射出面上的放射强度整体上分布在较高的区域。优选的是，以在将放射强度的最大值RI1设为基准时、放射强度的最小值RI2超过RI1/e²的方式配置准直透镜6a与LED元件3a。此外，在激光中，将激光的宽度定义为具有从峰值强度值落至1/e²的强度的宽度。以成为RI2＞RI1/e²的方式配置准直透镜6a与LED元件3a这一规定参照了激光的宽度的定义。更优选的是，以放射强度的最小值RI2超过RI1/2的方式配置准直透镜6a与LED元件3a。

与此相对，如图3(c)所示，在放射强度的最小值RI2为RI1/e²以下的情况下，从准直透镜6a射出的光的一部分的放射强度变低。其结果，向积分棒9的入射面9a聚光的光的一部分含有放射强度较低的光。例如，使从LED元件3a射出、并具有规定的扩散角地行进的全部光束入射到准直透镜6a的情况下，有时表现出图3(c)那样的放射强度分布。

如参照图2说明那样，在本实施方式中，采取对于放射强度较低的光，反而不使其向对应的准直透镜6入射的构成，从而仅使放射强度较高的光经由第二光学系统7向积分棒9的入射面9a入射。由此，从积分棒9的射出面9b射出亮度高的光。因此，即使在光源部2中使用了LED元件3的情况下，也可实现亮度高的光源装置1。

进而，如图1所示，优选的是使从第二光学系统7射出的、相邻的光束20a与光束20b的间隔d尽可能窄。该间隔d越宽，则由第二光学系统7的射出面侧构成的二次光源的亮度值降低与该间隔相应的量。因此，为了尽可能维持各LED元件3的亮度，优选的是使从第二光学系统7射出的光束间的间隔d较窄。更具体而言，尽可能使邻接的准直透镜6紧贴地配置。由此，能够使向积分棒9的入射面9a入射的光密集，能够进一步提高亮度。

图4为示出使多个准直透镜6紧密接触地配置的构成的一例的图。图4为示意性地示出从第一光学系统5与第二光学系统7之间沿Z方向(光轴11方向)观察光源部2一侧时的情形的一例的图。在图4的例中，多个LED元件3规则地配置在规定的平面(这里为XY平面)上，对于各LED元件3，在Z方向上对置的位置配置有准直透镜6。在图4的例中，构成外缘部的各LED元件3构成正六边形，且各LED元件3在X方向以及Y方向上排列配置。此外，在图4中，对于各LED元件3，为了方便说明，分别赋予附图标记51～69。若参照该附图标记来说明，构成外缘部的各LED元件(51、52、53、57、62、66、69、68、67、63、58、54)构成正六边形。

多个LED元件3以图4所示那样的方式配置，从而能够在有限的区域内使较多的LED元件3密集。由此，能够使来自较多的LED元件3的射出光通过第二光学系统7而聚光。

另外，LED元件3具有电极部，需要用于对该电极部供给电源的布线。因此，在配置LED元件3之际，不可避免地确保用于盘绕布线的区域，因此存在不得不使邻接的LED元件3彼此之间空出间隔21(参照图4)这一情况。

例如，如图5所示，考虑使LED元件3的间隔21较宽地配置的情况。图5例示出以存在能够配置LED元件3’以及与之对应的准直透镜6’的富余的方式进行配置的情况。在这样配置LED元件3的情况下，如图6所示，对来自某LED元件3的射出光经由第二光学系统7而形成的光束20a、与来自另一LED元件3的射出光经由第二光学系统7而形成的光束20b扩宽距离d。在该情况下，与图1的构成相比，第二光学系统7的射出侧的亮度值降低。

此外，如图5以及图6所示，在使LED元件3的间隔21较宽地进行配置的情况下，对应的准直透镜6的间隔也变宽。其结果，不能成为从LED元件3射出的光的一部分向与对应的准直透镜6邻接的准直透镜6入射这一配置关系。换句话说，成为准直透镜6也被从对应的LED元件3射出的光中的、放射强度较低的光入射的构成。如以上说明那样，根据图1所示的本实施方式的光源装置1，与图5以及图6所示的光源装置相比，能够生成亮度较高的光。

此外，参照图4所述的LED元件3的配置方法仅是一例，配置方法可适当地选择。例如，如图7所示，构成外缘部的各LED元件3构成大致正方形且各LED元件3在X方向以及Y方向上排列配置亦可。在图7的方式中，也能够使各LED元件3以及各准直透镜6紧密地配置。

另外，在图1中，示出了与各LED元件3对应地配置的各准直透镜6由2片透镜构成的情况，但如图8所示，也可以由1片透镜构成。另外，各准直透镜6也可以由3片以上的透镜构成。

[第二实施方式]

对第二实施方式的光源装置进行说明。第二实施方式与第一实施方式相比，各LED元件3的配置方法不同。

图9为仿照图4示出第二实施方式的LED元件3的配置方法的图。图9所示的LED元件3为，多个LED元件3在与X方向以及Y方向均不平行的方向c1以及c2上排列配置。通过这样配置，与以图4的方式配置LED元件3的构成相比，能够使积分棒9的射出面9b上的照度分布进一步均匀化。关于这一点，在以下进行说明。

图10A以及图10B示意性地示出以图4所示的方式配置LED元件3的情况下，从各LED元件3的中央位置向Z方向射出的光入射到第二光学系统7后，直至入射到积分棒9为止的光路。该光路在从第二光学系统7至积分棒9之间，与从各LED元件3射出的光所示的光轴对应。此外，图10A为从X方向观察光学系统时的示意图，图10B为从Y方向观察光学系统时的示意图。

以图4所示的方式配置LED元件3的情况下，在XY平面上，各LED元件3示出了不同的9种Y坐标(Y1～Y9)。更详细而言，这些Y坐标为LED元件62所示的Y1、LED元件57以及66所示的Y2、LED元件53、61以及69所示的Y3、LED元件56以及65所示的Y4、LED元件52、60以及68所示的Y5、LED元件55以及64所示的Y6、LED元件51、59以及67所示的Y7、LED元件54以及63所示的Y8，以及LED元件58所示的Y9。

从示出不同的Y坐标的LED元件3射出的光在第二光学系统7的入射面7a上，分别向Y坐标不同的位置入射。即，从Y坐标的值为Y9的LED元件58射出的光在第二光学系统7的入射面7a上向Y坐标最大的位置入射。该光作为具有光轴31Y9的光向积分棒9的入射面9a入射。

同样地，从Y坐标的值为Y8的LED元件54以及63射出的光在第二光学系统7的入射面7a上，向次于从LED元件58射出的光的Y坐标的较大位置入射。该光作为具有光轴31Y8的光向积分棒9的入射面9a入射。

换句话说，射出具有图10A所示的光轴31Y9的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y9的LED元件58这一个。射出图10A所示的具有光轴31Y8的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y8的LED元件54以及63这2个。以下，同样地进行记载。

射出图10A所示的具有光轴31Y7的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y7的LED元件51、59、以及67这3个。射出图10A所示的具有光轴31Y6的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y6的LED元件55以及64这2个。

射出图10A所示的具有光轴31Y5的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y5的LED元件52、60、以及68这3。射出图10A所示的具有光轴31Y4的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y4的LED元件56以及65这2。

射出图10A所示的具有光轴31Y3的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y3的LED元件53、61、以及69这3个。射出图10A所示的具有光轴31Y2的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y2的LED元件57以及66这2个。射出图10A所示的具有光轴31Y1的光的是，已配置的示出Y坐标的值为Y1的LED元件62这一个。

如图10A所示，在第二光学系统7的入射面7a上，入射的光的位置越沿±Y方向离开第二光学系统7的光轴11，则成为积分棒9的入射面9a上的Y方向的入射角度越大的光。若设为相对于第二光学系统7的光轴11在Y方向上对称地入射的光彼此，在积分棒9的入射面9a上的Y方向的入射角度相等，则可以说在图10A所示的例中向积分棒9的入射角度为5种。即，按照入射角度大的顺序为具有光轴31Y9(或者31Y1)的光、具有光轴31Y8(或者31Y2)的光、具有光轴31Y7(或者31Y3)的光、具有光轴31Y6(或者31Y4)的光、以及具有光轴31Y5的光。并且，射出这些光的LED元件3的数量按顺序为2、4、6、4、3。

同样地，也对于各LED元件3的X坐标进行研究。以图4所示的方式配置LED元件3的情况下，在XY平面上，各LED元件3示出了不同的5种X坐标(X1～X5)。更详细而言，这些X坐标为，LED元件51、52、以及53所示的X1、LED元件54、55、56、以及57所示的X2、LED元件58、59、60、61以及62所示的X3、LED元件63、64、65、以及66所示的X4，以及LED元件67、68以及69所示的X5。

从示出不同的X坐标的LED元件3射出的光对于第二光学系统7的入射面7a，向不同的X坐标的位置入射。即，从X坐标的值为X5的LED元件67、68、以及69射出的光在第二光学系统7的入射面7a上，向X坐标最大的位置入射。该光作为具有光轴31X5的光向积分棒9的入射面9a入射。

换句话说，对于X坐标也能够与Y坐标同样地讨论。射出图10B所示的具有光轴31X5的光的是，已配置的示出X坐标的值为X5的LED元件67、68以及69这3个。射出图10B所示的具有光轴31X4的光的是，已配置的示出X坐标的值为X4的LED元件63、64、65以及66这4个。

射出图10B所示的具有光轴31X3的光的是，已配置的示出X坐标的值为X3的LED元件58、59、60、61、以及62这5个。射出图10B所示的具有光轴31X2的光的是，已配置的示出X坐标的值为X2的LED元件54、55、56以及57这4个。射出图10B所示的具有光轴31X1的光的是，已配置的示出X坐标的值为X1的LED元件51、52以及53这3个。

如图10B所示，在第二光学系统7的入射面7a上，入射的光的位置越沿±X方向离开第二光学系统7的光轴11，则成为积分棒9的入射面9a上的X方向的入射角度越大的光。若设为相对于第二光学系统7的光轴11在X方向上对称地入射的光彼此，在积分棒9的入射面9a上的X方向的入射角度相等，则可以说在图10B所示的例中向积分棒9的入射角度为3种。即，按照入射角度较大的顺序为具有光轴31X5(或者31X1)的光、具有光轴31X4(或者31X2)的光、以及具有光轴31X3的光。并且，射出这些光的LED元件3的数量按顺序为6、8、5。

射出具有相同的角度且向积分棒9的入射面9a入射的光的LED元件3的数量越多，则示出该角度成分的光量越高。换句话说，若光量根据针对入射面9a的入射角度而较大不同，则在射出面9b中产生与角度成分的强度标准离差对应的照度分布。可认为若为图4的配置的方式，则分别在X方向以及Y方向中，由于与入射角度对应的光量不同，而在积分棒9的射出面9b上产生照度分布。换言之，可认为为了在积分棒9的射出面9b上尽量使照度均匀，优选使对于积分棒9的入射面9a示出不同的入射角度的光的强度均匀化。

图11A以及图11B示意性地示出以图9所示的方式配置了LED元件3的情况下，从各LED元件3的中央位置向Z方向射出的光入射第二光学系统7后，直至入射到积分棒9为止的光路。图11A为从X方向观察光学系统时的示意图，图11B为从Y方向观察光学系统时的示意图。

以图9所示的方式配置LED元件3的情况下，与图4的情况不同，在XY平面上，各LED元件3示出了不同的19种Y坐标(Y11～Y29)以及不同的19种X坐标(X11～X29)。在图9的例子中，对于全部的LED元件3的配置位置，Y坐标以及X坐标均不同。因此，如图11A所示，从各LED元件3射出的光对于第二光学系统7的入射面7a，分别入射不同的Y坐标的位置。例如，从Y坐标的值为Y25的LED元件59射出的光作为具有光轴31Y25的光向积分棒9的入射面9a入射。另外，如图11B所示，从各LED元件3射出的光对于第二光学系统7的入射面7a，分别入射不同的X坐标的位置。例如，从X坐标的值为X19的LED元件59射出的光作为具有光轴31X19的光向积分棒9的入射面9a入射。

在图4所示的配置方式的情况下，射出以相同的角度向积分棒9的入射面9a入射的光的LED元件3存在多个，且这些数量与角度对应地具有间隔。其结果，在积分棒9的射出面9b上具有与入射角度对应的照度分布。

但是，在设为图9所示那样的配置方式的情况下，在积分棒9的射出面9b上，与图4所示的配置方式相比能够使从各LED元件3射出的光的入射角度分散。这意味着能够使射出以相同的角度向积分棒9的入射面9a入射的光的LED元件3的数量均匀化。换句话说，根据图9的配置方式，可获得能够减少积分棒9的射出面9b上的照度分布的效果。

图12A为表示实际上以图4所示的方式配置LED元件3的情况下的、向积分棒9的后级的光学系统照射的光的照度分布的图表。图12B为表示实际上以图9所示的方式配置LED元件3的情况下的、向积分棒9后级的光学系统照射的光的照度分布的图表。此外，图12A、图12B整合了积分棒9的射出面9b上的照度分布。

根据图12A可知，在积分棒9的射出面9b上，与Y方向相比X方向上的照度的分布较高。考虑到这是因为，如参照图10A以及图10B所述那样，关于向积分棒9的入射角度，由于与Y方向相比X方向的种类较少，因此表现出每个角度的光的强度标准离差增大。

与此相对，根据图12B可知，在积分棒9的射出面9b上，在X方向以及Y方向上，均达到使照度均匀化。从这一点也可知，通过尽量使光向积分棒9的入射角度不同，尽可能减小示出不同的入射角度的光之间的强度差，从而可获得进一步减少积分棒9的射出面9b上的照度的标准离差的效果。即，根据本实施方式的构成，能够抑制从光源部2射出的光的亮度的降低，且能够实现照度分布被均匀化的光。

[第三实施方式]

对第三实施方式的光源装置进行说明。第三实施方式与第二实施方式相比，各LED元件3的配置方法不同。图13是仿照图9示出第三实施方式的LED元件3的配置方法的图。图13所示的LED元件3与图9同样地，多个LED元件3在均不与X方向以及Y方向平行的方向c1以及c2上排列配置。但是，各LED元件3的边的方向本身配置为与X方向以及Y方向平行。

图14A为示意性地示出如第二实施方式所述那样，以图9所示的方式配置LED元件3的情况下，在积分棒9的入射面9a形成的像的图。图14B为示意性地示出以图13所示的方式配置LED元件3的情况下，在积分棒9的入射面9a上形成的像的图。

如图14A所示，在图9所示的配置方式的情况下，由于LED元件3本身也相对于X方向以及Y方向倾斜，因此积分棒9的入射面9a上的像9L倾斜。其结果，在入射面9a上，像9L的区域溢出。由于该溢出的区域内的光不被有效地利用，结果光的利用效率降低。

与此相对，在图13所示的配置方式的情况下，由于LED元件3其自身未倾斜地配置，因此如图14B所示，在入射面9a上形成的像9L与入射面9a所构成的边平行。其结果，能够仅通过在能够在积分棒9中获取的范围内对多个LED元件3进行聚光，最大限度地有效利用光。

进而，在图9所示的配置方式的情况下，如图14A所示，在入射面9a上，在像9L的区域与未形成像的区域之间产生照度分布。与此相对，在图13所示的配置方式的情况下，如图14B所示，能够提高像9L的区域相对于入射面9a的区域的面积的比例。其结果，与图9所示的配置方式相比，能够进一步使积分棒9的射出面9b上的照度分布均匀化。

[第四实施方式]

图15为示意性地示出第四实施方式的光源装置的光学系统的图。本实施方式的光源装置1在积分光学系统8由蝇眼透镜10构成这点上与第一实施方式不同。

如本实施方式那样，即使由蝇眼透镜10构成积分光学系统8的情况下，也在蝇眼透镜10的入射面使高亮度的光聚光。由此，从蝇眼透镜10射出高亮度的光。

[其他实施方式]

以下，对其他实施方式进行说明。

〈1〉在上述的实施方式中设为，从各LED元件3射出的光中的、扩散角为规定的角度以下的光束向对应的准直透镜6入射而被准直，扩散角超过规定的角度的光束不向对应的准直透镜6入射。但是，至少一个LED元件3以及与该LED元件3对应地配置的准直透镜6以满足上述条件的方式配置而成的构成即可。

〈2〉在第二实施方式中，举出使LED元件3的排列方向c1以及c2分别从X以及Y方向倾斜15°的情况进行了说明。但是，该倾斜的角度不限于15°。

如上所述，在如图4那样配了置LED元件3的情况下，与Y方向相比关于X方向的坐标数减少，在积分棒9的射出面9b上在X方向上产生照度的标准离差。在图4的例中，作为穿过各LED元件3的线，与X方向平行的线引出9根(示出9个Y坐标)，另一方面，与Y方向平行的线只引出5根(示出5个X坐标)。换句话说，在如图4那样配置了LED元件3的情况下，在X方向上排列了9列LED元件，在Y方向上排列了5列的LED元件。

在这样的构成中，以不平行于与LED元件3的排列数较少的方向(在图4中为Y方向)正交的方向即X方向、以及构成积分棒9的入射面9a的边的方向的方式，变更LED元件3的配置方式。由此，积分棒9的入射面9a上的每个角度的光的强度分布被抑制，能够使射出面9b上的照度均匀化。更详细而言，优选的是以不平行于与LED元件3的排列数最少的方向正交的方向、以及构成积分棒9的入射面9a的边的方向的方式，配置LED元件3。

进一步说明，在从上述第一实施方式至第三实施方式中，说明了积分棒9的入射面9a的形状为矩形的情况。但是，积分棒9的入射面9a的形状不限于矩形，也能够采用三角形、直角三角形、正六边形等的形状。这里，向积分棒9中入射的光在内表面反复反射，并且光被混合地向射出面9b引导。鉴于该点，在积分棒的入射面9a上，以与构成该入射面9a的边正交的方向、和与LED元件3排列的数量较少的方向正交的方向(图4的例中是X方向)平行的方式配置LED元件3，从而所积分棒9的射出面9b上的照度均匀化。

〈3〉在第二实施方式中，举出LED元件3与积分棒9的入射面9a均存在于XY平面上的情况进行了说明。但是，也考虑通过在光源部2与积分棒9之间例如配置反射光学系统等，变更光的行进方向的情况。在该构成下，LED元件3与积分棒9的入射面9a并非一定存在于平行的平面上。

在这样的情况下，在将配置有LED元件3的平面以与积分棒9的入射面9a平行的方式移动后的假想平面上，通过与上述的实施方式相同的方法配置LED元件3即可。将配置有LED元件3的平面作为“第一平面”，将以与积分棒9的入射面9a平行的方式使该第一平面移动时构成的平面作为“第二平面”。通过以在第二平面上排列的LED元件的排列数最少的方向，不平行于在积分棒9的入射面9a上与构成该入射面9a的边正交的方向的方式，配置LED元件3，从而可获得与第二实施方式的构成相同的效果。

此外，根据LED元件3的排列方式有存在多个LED元件3的排列数最少的方向的情况。此时，特别是，更优选的是，以在第二平面上与排列的LED元件的排列数最少的方向正交的全部方向，不平行于在积分棒9的入射面9a上与构成该入射面9a的边正交的方向的方式，配置LED元件3。通过这样构成，能够进一步提高使积分棒9的射出面9b上的照度分布均匀化的效果。

〈4〉在各实施方式中，上述的光源装置1能够作为曝光装置或投影仪用的光源使用。

图16为示意性地示出包含第一实施方式的光源装置1的曝光装置的构成的图。曝光装置19在积分光学系统8的后级具备投影光学系统15以及掩膜16，还根据需要具备投影透镜17。在通过投影光学系统15投影的位置设置掩膜16，在掩膜16的后级设置成为对掩膜16的图案像进行洗印的对象的感光性基板18。在该状态下，若从光源部2射出光，则该光作为通过第二光学系统7被聚光后、在积分棒9中照度分布被均匀化后的光，向投影光学系统15照射。投影光学系统12利用该光使掩膜16的图案像直接或者经由投影透镜17向感光性基板18上投影。

此外，曝光装置19也可以设成具备第二实施方式以后的各实施方式的光源装置1。在投影仪中也同样。

附图标记说明

1：光源装置

2：光源部

3：LED元件

5：第一光学系统

6：准直透镜

7：第二光学系统

7f：第二光学系统的焦点

8：积分光学系统

9：积分棒

9a：积分棒的入射面

9b：积分棒的射出面

10：蝇眼透镜

11：光轴

15：投影光学系统

16：掩膜

17：投影透镜

18：感光性基板

19：曝光装置

20a、20b：光束

21：间隔

51～69：LED元件

100：光源

101、102：LED元件

103：准直透镜

104：蝇眼透镜

110：构成蝇眼透镜的一个透镜

121：透镜110的入射面

122：透镜110的射出面

IM101：LED元件101的像

IM102：LED元件102的像

Claims

1.光源装置，其特征在于，具备：

多个LED元件，包含第一LED元件以及第二LED元件；

第一光学系统，具备多个准直透镜，该多个准直透镜包含将从上述第一LED元件射出的光进行准直的第一准直透镜，以及将从上述第二LED元件射出的光进行准直、并与上述第一准直透镜邻接地配置的第二准直透镜；

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于，

上述多个准直透镜分别将从对应的LED元件射出的光进行准直，并且供从与上述对应的LED元件不同的LED元件射出的光的一部分入射。

3.如权利要求1或2所述的光源装置，其特征在于，

上述第一准直透镜的入射面上的、从上述第一LED元件射出的光的放射强度分布为，从上述第一LED元件射出的光的放射强度的最小值超过从上述第一LED元件的射出的光的放射强度的最大值的1/e²。

4.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于，

上述多个准直透镜的各自的入射面上的、从上述对应的LED元件射出的光的放射强度分布为，从上述对应的LED元件射出的光的放射强度的最小值超过从上述对应的LED元件射出的光的放射强度的最大值的1/e²。

5.如权利要求1～4中任一项所述的光源装置，其特征在于，

上述多个LED元件配置在规定的第一平面上，

6.如权利要求1～5中任一项所述的光源装置，其特征在于，

上述积分光学系统由导光部件构成，该导光部件使从上述入射面入射的光在内侧面反复反射且向射出面引导。

7.如权利要求1～5中任一项所述的光源装置，其特征在于，

上述积分光学系统由多个透镜以矩阵状配置而成的蝇眼透镜构成。