JP2021073652A - Light source device - Google Patents

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Abstract

To provide a light source device which includes a plurality of LED elements and which can restrain illuminance from being decreased by a positional deviation.SOLUTION: A light source device includes: a light source part in which a plurality of LED elements are arrayed; a first optical system that collimates each ray of light emitted from the light source part; and a second optical system that gathers the plurality of rays of light emitted from the first optical system. At least one of the light source part and the first optical system comprises an adjustment mechanism for adjusting a relative positional relationship between the light source part and the first optical system.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光源装置に関し、特に、複数のLED素子を備えた光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device, and more particularly to a light source device including a plurality of LED elements.

従来、光を活用した光処理技術が多様な分野で利用されている。例えば、光を用いた微細加工に露光装置が利用されている。近年では、露光技術は種々の分野で展開されており、微細加工の中でも比較的大きなパターンの作製や三次元的な微細加工に利用されている。より具体的には、例えばLEDの電極パターンの作製や、加速度センサーに代表されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の製造工程などに露光技術が利用されている。 Conventionally, light processing technology utilizing light has been used in various fields. For example, an exposure apparatus is used for microfabrication using light. In recent years, exposure technology has been developed in various fields, and is used for producing relatively large patterns and three-dimensional microfabrication among microfabrication. More specifically, exposure technology is used, for example, in the production of LED electrode patterns and the manufacturing process of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) represented by acceleration sensors.

これらの光処理技術において、光源としては、以前から輝度の高い放電ランプが用いられていた。しかし、近年の固体光源技術の進歩に伴い、複数のLED素子が配置されたものを光源として利用することが検討されている。このような技術として、例えば特許文献1には、複数のLED素子からなるユニットを光源とし、この光源とマスクの間にフライアイレンズが配置された露光装置が開示されている。 In these light processing techniques, a discharge lamp having high brightness has long been used as a light source. However, with the recent progress of solid-state light source technology, it has been studied to use a light source in which a plurality of LED elements are arranged. As such a technique, for example, Patent Document 1 discloses an exposure apparatus in which a unit composed of a plurality of LED elements is used as a light source and a fly-eye lens is arranged between the light source and a mask.

特開2004−335953号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-335953

光源をランプで構成した光源装置と比較して、光源をLED素子で構成する場合には放射光束が少ない。このため、高い光出力を実現する光源装置を構成するためには、複数のLED素子からの射出光をできる限り集める必要がある。このとき、複数のLED素子と、その後の光学系との間に位置ずれが生じると、光を利用する目的とする光学系に対して十分な光量の光を導くことができない。このような位置ずれは、程度の多少こそあれ、不可避的に発生する。 Compared with a light source device in which the light source is composed of a lamp, the emitted luminous flux is smaller when the light source is composed of an LED element. Therefore, in order to configure a light source device that realizes a high light output, it is necessary to collect the emitted light from a plurality of LED elements as much as possible. At this time, if a positional shift occurs between the plurality of LED elements and the subsequent optical system, it is not possible to guide a sufficient amount of light to the target optical system for which light is used. Such misalignment occurs more or less inevitably.

本発明は、上記の課題に鑑み、複数のLED素子を備えた光源装置であって、位置ずれに伴う照度の低下を抑制することのできる光源装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a light source device including a plurality of LED elements, which can suppress a decrease in illuminance due to misalignment.

本発明に係る光源装置は、
複数のLED素子が配置された光源部と、
前記光源部から射出された光をそれぞれコリメートする第一光学系と、
前記第一光学系から射出された複数の光を集光する第二光学系とを備え、
前記光源部と前記第一光学系の少なくとも一方に、前記光源部と前記第一光学系との相対的な位置関係を調整するための調整機構が備えられていることを特徴とする。
The light source device according to the present invention is
A light source unit in which multiple LED elements are arranged, and
The first optical system that collimates the light emitted from the light source unit, and
A second optical system that collects a plurality of lights emitted from the first optical system is provided.
At least one of the light source unit and the first optical system is provided with an adjusting mechanism for adjusting the relative positional relationship between the light source unit and the first optical system.

前述したように、一つのLED素子から射出される光は、ランプに比べて輝度が小さい。このため、例えば露光装置など、多くの光を必要とする用途の光源に利用されることを想定した場合には、なるべく輝度を落とすことなく、多くのLED素子の光を集めることが重要となる。 As described above, the light emitted from one LED element has a lower brightness than the lamp. Therefore, when it is assumed that the light source is used as a light source for an application that requires a large amount of light, such as an exposure apparatus, it is important to collect the light of many LED elements without reducing the brightness as much as possible. ..

上記構成によれば、複数のLED素子から射出された光を、第一光学系においてコリメートした後に、集光している。これにより、各LED素子からの射出光を、集光位置で結像させることができる。また、各LED素子からの射出光は、コリメートレンズ(第一光学系)の配置を調整することで射出された光束同士の間隔を狭めることができ、非発光領域の少ない光源が構成される。これにより、輝度の高い光源装置が実現される。 According to the above configuration, the light emitted from the plurality of LED elements is collimated in the first optical system and then condensed. As a result, the emitted light from each LED element can be imaged at the condensing position. Further, the emitted light from each LED element can narrow the distance between the emitted light fluxes by adjusting the arrangement of the collimating lens (first optical system), and a light source having a small non-light emitting region is configured. As a result, a light source device having high brightness is realized.

そして、このような構成において、仮に光源部と第一光学系との間に、位置ずれが生じた場合、第二光学系の後段に導かれる光量が減少することが想定される。具体的には、例えば、各LED素子と、これに対応するコリメートレンズ(第一光学系)との間の位置関係に、個々にずれが生じていると、第二光学系の集光位置がずれてしまい、第二光学系の後段に効率よく光を導くことが難しくなる。この結果、第二光学系の後段に導かれる光量が減少し、例えば露光装置として利用する場合には露光面に対する照度が低下する。 Then, in such a configuration, if a misalignment occurs between the light source unit and the first optical system, it is assumed that the amount of light guided to the subsequent stage of the second optical system decreases. Specifically, for example, if the positional relationship between each LED element and the corresponding collimating lens (first optical system) is individually deviated, the focusing position of the second optical system will be changed. It will be displaced, and it will be difficult to efficiently guide the light to the subsequent stage of the second optical system. As a result, the amount of light guided to the subsequent stage of the second optical system is reduced, and when used as an exposure apparatus, for example, the illuminance on the exposed surface is reduced.

上記の構成によれば、光源部と第一光学系との相対的な位置関係を調整する調整機構が備えられている。このため、光源部に含まれる各LED素子と、これに対応するコリメートレンズ(第一光学系)との間に位置ずれが生じた状態で光源装置が設置された場合であっても、調整機構を介して調整することで、第二光学系による集光位置のずれを補正することができ、第二光学系の後段に効率的に光が導かれる。 According to the above configuration, an adjustment mechanism for adjusting the relative positional relationship between the light source unit and the first optical system is provided. Therefore, even when the light source device is installed in a state where the position shift occurs between each LED element included in the light source unit and the corresponding collimating lens (first optical system), the adjustment mechanism By adjusting through the light source, it is possible to correct the deviation of the light source position due to the second optical system, and the light is efficiently guided to the subsequent stage of the second optical system.

前記複数のLED素子は、所定の平面上に配置されており、
前記調整機構は、前記所定の平面に平行な方向に関して、前記光源部と前記第一光学系との相対的な位置関係を調整可能に構成されているものとしても構わない。
The plurality of LED elements are arranged on a predetermined plane, and the plurality of LED elements are arranged on a predetermined plane.
The adjusting mechanism may be configured so that the relative positional relationship between the light source unit and the first optical system can be adjusted in a direction parallel to the predetermined plane.

また、前記調整機構は、前記所定の平面に平行な平面上において、前記光源部又は前記第一光学系の少なくとも一方を回転可能に構成されているものとしても構わない。 Further, the adjusting mechanism may be configured so that at least one of the light source unit and the first optical system can be rotated on a plane parallel to the predetermined plane.

また、具体的な態様として、前記光源部が収容されたLEDボードを有し、前記調整機構が前記LEDボードに付設されているものとしても構わないし、前記第一光学系が収容されたレンズホルダを有し、前記調整機構が前記レンズホルダに付設されているものとしても構わない。 Further, as a specific embodiment, the LED board in which the light source unit is housed may be provided, and the adjusting mechanism may be attached to the LED board, or a lens holder in which the first optical system is housed. The adjustment mechanism may be attached to the lens holder.

また、上記の構成において、入射面が前記第二光学系の焦点位置に配置されたインテグレータ光学系を備えるものとしても構わない。 Further, in the above configuration, the incident surface may include an integrator optical system arranged at the focal position of the second optical system.

LED素子から射出される光は、ランプと比べると放射光束が少ない。このため、例えば露光用の光源装置として使用するためには、複数のLED素子からの射出光をできる限り集める必要がある。このためには、光源として配置されるLED素子の個数を増やす必要がある。 The light emitted from the LED element has a smaller luminous flux than the lamp. Therefore, for example, in order to use it as a light source device for exposure, it is necessary to collect the emitted light from a plurality of LED elements as much as possible. For this purpose, it is necessary to increase the number of LED elements arranged as a light source.

ところで、LED素子は、電源供給のための配線パターンが不可欠であるため、LED素子自体を完全に密接して配置することができない。つまり、複数のLED素子を配置するに際しては、隣接するLED素子同士に一定の間隔を空けざるを得ない。この間隔を形成する領域は、光を射出しない領域(非発光領域)を構成する。このため、単に複数のLED素子を配置し、各LED素子からの射出光を集光したとしても、非発光領域が不可避的に生じてしまう。よって、複数のLED素子から射出された光を単に集光しただけでは、照射面での輝度の低下を招いてしまう。 By the way, since the wiring pattern for power supply is indispensable for the LED element, the LED element itself cannot be arranged completely in close contact with each other. That is, when arranging a plurality of LED elements, there is no choice but to leave a certain distance between adjacent LED elements. The region forming this interval constitutes a region (non-light emitting region) that does not emit light. Therefore, even if a plurality of LED elements are simply arranged and the emitted light from each LED element is collected, a non-light emitting region is inevitably generated. Therefore, simply condensing the light emitted from the plurality of LED elements causes a decrease in the brightness on the irradiation surface.

上記構成によれば、複数のLED素子から射出された光を、第一光学系においてコリメートした後に、集光している。これにより、各LED素子からの射出光を、集光位置で結像させることができる。また、各LED素子からの射出光は、コリメートレンズ(第一光学系)の配置を調整することで、射出された光束同士の間隔を狭めることができ、非発光領域の少ない光源が構成される。これにより、輝度の高い光源装置が実現される。 According to the above configuration, the light emitted from the plurality of LED elements is collimated in the first optical system and then condensed. As a result, the emitted light from each LED element can be imaged at the condensing position. Further, the emitted light from each LED element can narrow the distance between the emitted light fluxes by adjusting the arrangement of the collimating lens (first optical system), and a light source having a small non-light emitting region is configured. .. As a result, a light source device having high brightness is realized.

また、前記インテグレータ光学系は、前記入射面から入射された光を、内側面で反射を繰り返させながら射出面へと導く導光部材で構成されるものとしても構わない。 Further, the integrator optical system may be composed of a light guide member that guides the light incident from the incident surface to the injection surface while repeatedly reflecting the light on the inner surface.

この構成によれば、導光部材の入射面に対して、放射強度の高い光が集光されるため、導光部材の射出面から、輝度が高く照度分布が均一化された光を射出することができる。なお、導光部材としては、例えばロッドインテグレータやライトトンネルで構成することができる。 According to this configuration, light having high radiant intensity is focused on the incident surface of the light guide member, so that light having high brightness and uniform illuminance distribution is emitted from the emission surface of the light guide member. be able to. The light guide member may be, for example, a rod integrator or a light tunnel.

また、前記インテグレータ光学系は、複数のレンズがマトリクス状に配置されたフライアイレンズで構成されるものとしても構わない。 Further, the integrator optical system may be composed of a fly-eye lens in which a plurality of lenses are arranged in a matrix.

フライアイレンズによって、照射面における照度分布を均一化させることができる。これにより、輝度が高く照度分布が均一化された光源装置が実現できる。 The fly-eye lens can make the illuminance distribution on the irradiation surface uniform. As a result, it is possible to realize a light source device having high brightness and a uniform illuminance distribution.

本発明によれば、複数のLED素子を備えた光源装置において、光学系とLED素子との間の位置ずれが生じた場合であっても、位置ずれに伴う輝度や照度の低下を抑制することができる。 According to the present invention, in a light source device provided with a plurality of LED elements, even when a positional deviation occurs between the optical system and the LED element, it is possible to suppress a decrease in brightness and illuminance due to the positional deviation. Can be done.

光源装置の光学系の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the optical system of a light source apparatus. 光源部と第一光学系との配置関係の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the arrangement relation between a light source part and the first optical system. 光源部と第一光学系との配置関係の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the arrangement relation between a light source part and the first optical system. 光源部と第一光学系との配置関係の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the arrangement relation between a light source part and the first optical system. 位置調整前における、ロッドインテグレータの入射面における像を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically the image on the incident surface of a rod integrator before the position adjustment. 第一段階の調整を行った後の、ロッドインテグレータの入射面における像を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically the image on the incident surface of a rod integrator after the adjustment of the first step. 第二段階の調整を行った後の、ロッドインテグレータの入射面における像を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically the image on the entrance plane of a rod integrator after the adjustment of the 2nd step. 第三段階の調整を行った後の、ロッドインテグレータの入射面における像を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically the image on the incident surface of a rod integrator after the adjustment of the 3rd stage. 光源部と第一光学系との配置関係の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the arrangement relation between a light source part and the first optical system. 光源部と第一光学系との配置関係の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the arrangement relation between a light source part and the first optical system. 光源装置の光学系の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the optical system of a light source apparatus. 露光装置の構成の一例を模式的に示す図面である。It is a drawing which shows typically an example of the structure of an exposure apparatus.

以下、本発明の光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図における寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。 Hereinafter, the light source device of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensional ratio in each figure does not always match the actual dimensional ratio.

図1は、光源装置の光学系の一例を模式的に示す図面である。光源装置1は、光源部2と、第一光学系5と、第二光学系7と、インテグレータ光学系8とを備える。なお、本実施形態における光源装置1では、光源部2がLEDボード22に収容されており、第一光学系5がレンズホルダ23に収容されている。図1には図示されていないが、このLEDボード22とレンズホルダ23とは、相互間の相対的な位置関係を調整することができるように構成されている。具体的な構成の一例は後述される。 FIG. 1 is a drawing schematically showing an example of an optical system of a light source device. The light source device 1 includes a light source unit 2, a first optical system 5, a second optical system 7, and an integrator optical system 8. In the light source device 1 of the present embodiment, the light source unit 2 is housed in the LED board 22, and the first optical system 5 is housed in the lens holder 23. Although not shown in FIG. 1, the LED board 22 and the lens holder 23 are configured so that the relative positional relationship between them can be adjusted. An example of a specific configuration will be described later.

光源部2は、複数のLED素子3を含む。本実施形態では、一例として複数のLED素子3は、所定の平面上に配置されている。ただし、本発明において、複数のLED素子3の配置態様は、どのようなものであっても構わない。 The light source unit 2 includes a plurality of LED elements 3. In the present embodiment, as an example, the plurality of LED elements 3 are arranged on a predetermined plane. However, in the present invention, the arrangement mode of the plurality of LED elements 3 may be any.

第一光学系5は、複数のLED素子3から射出された光をそれぞれコリメートする光学系であり、各LED素子3に対応して複数のコリメートレンズ6が配置されて構成されている。 The first optical system 5 is an optical system that collimates the light emitted from the plurality of LED elements 3, and a plurality of collimating lenses 6 are arranged and configured corresponding to each LED element 3.

第二光学系7は、第一光学系5から射出された光を、第二光学系7の焦点7fに集光する光学系である。 The second optical system 7 is an optical system that focuses the light emitted from the first optical system 5 on the focal point 7f of the second optical system 7.

本実施形態では、インテグレータ光学系8がロッドインテグレータ9によって構成されている。ロッドインテグレータ9は、その入射面9aが、第二光学系7の焦点7fの位置になるように配置されている。ただし、本明細書では、「焦点位置に配置する」とは、完全に焦点の位置に一致する場合の他、焦点距離に対して光軸11に平行な方向に±10%の距離だけ移動した位置を含む概念であるものとする。なお、図1における光軸11とは、インテグレータ光学系8の入射面、すなわちロッドインテグレータ9の入射面9aに対して直交する軸としている。 In this embodiment, the integrator optical system 8 is composed of a rod integrator 9. The rod integrator 9 is arranged so that its incident surface 9a is at the position of the focal point 7f of the second optical system 7. However, in the present specification, "placed in the focal position" means that the focal length is completely aligned with the focal length, and that the focal length is moved in a direction parallel to the optical axis 11 by ± 10%. It shall be a concept including position. The optical axis 11 in FIG. 1 is an axis orthogonal to the incident surface of the integrator optical system 8, that is, the incident surface 9a of the rod integrator 9.

ロッドインテグレータ9は、入射面9aに入射された光を、側面で全反射を繰り返させながら射出面9bへと導くことで、射出面9bにおける光の照度分布を均一化する機能を有する導光部材(光ガイド)の一例である。このような導光部材は、例えば、ガラスや樹脂などの光透過性の材料からなる柱状部材、内面が反射鏡で構成された中空部材等で構成される。後者の構成のものは、特にライトトンネルと称されることがある。なお、導光部材は、その内部において、光軸に平行な方向に複数の光路が分割されて構成されていても構わない。 The rod integrator 9 is a light guide member having a function of equalizing the illuminance distribution of light on the injection surface 9b by guiding the light incident on the incident surface 9a to the injection surface 9b while repeating total reflection on the side surface. This is an example of (optical guide). Such a light guide member is composed of, for example, a columnar member made of a light-transmitting material such as glass or resin, a hollow member whose inner surface is made of a reflector, and the like. The latter configuration is sometimes referred to as a light tunnel in particular. In the light guide member, a plurality of optical paths may be divided in a direction parallel to the optical axis.

図2、図3、及び図4は、それぞれ光源部2と第一光学系5との配置関係の一例を示す図面である。図2に示す例では、光源部2が収容されたLEDボード22と、第一光学系5が収容されたレンズホルダ23とが、ネジ等で一体的に保持されている。なお、図2では、ネジとは別に設けられたクランピングスクリュー41が図示されている。このクランピングスクリュー41が、調整機構の一例である。 2, FIG. 3, and FIG. 4 are drawings showing an example of the arrangement relationship between the light source unit 2 and the first optical system 5, respectively. In the example shown in FIG. 2, the LED board 22 in which the light source unit 2 is housed and the lens holder 23 in which the first optical system 5 is housed are integrally held by screws or the like. Note that FIG. 2 shows a clamping screw 41 provided separately from the screw. The clamping screw 41 is an example of the adjusting mechanism.

図3は、図2の内部をLEDボード22側から見たときの模式的な平面図の一例である。また、図4は、図2の内部を模式的に示した斜視図である。この例では、LEDボード22とレンズホルダ23とが、3本のクランピングスクリュー41と、2本のボールプランジャ42とで位置関係の調整が可能に構成されている。なお、図4では、図示の都合上、クランピングスクリュー41の一部と、ボールプランジャ42とが図示されていない。 FIG. 3 is an example of a schematic plan view when the inside of FIG. 2 is viewed from the LED board 22 side. Further, FIG. 4 is a perspective view schematically showing the inside of FIG. 2. In this example, the LED board 22 and the lens holder 23 are configured so that the positional relationship can be adjusted by the three clamping screws 41 and the two ball plungers 42. In FIG. 4, for convenience of illustration, a part of the clamping screw 41 and the ball plunger 42 are not shown.

ボールプランジャ42には、バネが内蔵されている。LEDボード22とレンズホルダ23との間のネジ止めを少し緩めた状態で、3箇所のクランピングスクリュー41を押し引きすると、ボールプランジャ42の先端の剛球が移動する。この移動により、LEDボード22とレンズホルダ23の相対的な位置関係を調整することができる。具体的には、図3に示すような、X方向の移動、Y方向の移動、及びθ方向の回転移動が可能である。なお、ここでいうX方向とY方向とで構成される平面(XY平面)上に、複数のLED素子3が配置されている。 The ball plunger 42 has a built-in spring. When the three clamping screws 41 are pushed and pulled in a state where the screws between the LED board 22 and the lens holder 23 are slightly loosened, the hard ball at the tip of the ball plunger 42 moves. By this movement, the relative positional relationship between the LED board 22 and the lens holder 23 can be adjusted. Specifically, as shown in FIG. 3, movement in the X direction, movement in the Y direction, and rotational movement in the θ direction are possible. It should be noted that a plurality of LED elements 3 are arranged on a plane (XY plane) composed of the X direction and the Y direction referred to here.

実際に、光源部2を構成する複数のLED素子3を点灯させた状態で、調整機構(この例ではクランピングスクリュー41)を操作して、LEDボード22とレンズホルダ23の相対的な位置関係を調整しながら、ロッドインテグレータの入射面9aにおける像を測定した。図5A〜図5Dの各図は、各時点における像の写真を、模式的に図示したものである。各図において、基準となる領域を符号61で示し、像として現れている領域を符号60で示している。また、像60の中心となる位置を符号62で示している。ここでは、光源部2が、80mm□の領域内に85個のLED素子3が配置されて構成されているものとした。 The relative positional relationship between the LED board 22 and the lens holder 23 is actually operated by operating the adjustment mechanism (clamping screw 41 in this example) with the plurality of LED elements 3 constituting the light source unit 2 lit. The image of the rod integrator on the incident surface 9a was measured while adjusting the above. Each figure of FIGS. 5A to 5D is a schematic representation of a photograph of an image at each time point. In each figure, the reference region is indicated by reference numeral 61, and the region appearing as an image is indicated by reference numeral 60. Further, the position at the center of the image 60 is indicated by reference numeral 62. Here, it is assumed that the light source unit 2 is configured by arranging 85 LED elements 3 in an area of 80 mm □.

一例として、クランピングスクリュー41は、1周させることで0.4mm前後方向に移動し、1/4周させることで0.1mm移動させることができる。また、図3に示したように、同一の辺上に設けられている2つのクランピングスクリュー41を相対的に移動させることで、LEDボード22に対してレンズホルダ23を回転させることができる。一例として、上記2つのクランピングスクリュー41の間隔を60nmとすると、80mm□の光源部2を1°回転させるためには、上記2つのクランピングスクリュー41の相対的な位置関係を約1mm、(2周半)ずらすことで実現できる。このとき、上記2つのクランピングスクリュー41のうちの、一方のクランピングスクリュー41のみを前進又は後退させることで、相対的な位置関係をずらすものとしても構わないし、一方を前進させ、他方を後退させることで、相対的な位置関係をずらすものとしても構わない。 As an example, the clamping screw 41 can be moved in the front-rear direction of 0.4 mm by making one round, and can be moved by 0.1 mm by making a quarter turn. Further, as shown in FIG. 3, the lens holder 23 can be rotated with respect to the LED board 22 by relatively moving the two clamping screws 41 provided on the same side. As an example, assuming that the distance between the two clamping screws 41 is 60 nm, in order to rotate the light source unit 2 of 80 mm □ by 1 °, the relative positional relationship between the two clamping screws 41 is about 1 mm. It can be realized by shifting (two and a half laps). At this time, the relative positional relationship may be shifted by advancing or retreating only one of the two clamping screws 41, and one of them may be advanced and the other may be retracted. By making it, the relative positional relationship may be shifted.

図5Aは例えば初期時に対応する。図5Aによれば、像の中心62が基準領域61の中心Oからずれていることが分かる。また、像60が円形状を示しており、像60がぼやけていることから、各LED素子3からの光がほぼ同一の箇所に集光されている状態とまではいえないことが分かる。このような状況は、光源部2と第一光学系3との間で位置ずれが生じていることを示唆するものである。 FIG. 5A corresponds, for example, at the initial stage. According to FIG. 5A, it can be seen that the center 62 of the image is deviated from the center O of the reference region 61. Further, since the image 60 has a circular shape and the image 60 is blurred, it can be seen that it cannot be said that the light from each LED element 3 is focused on substantially the same place. Such a situation suggests that the position shift occurs between the light source unit 2 and the first optical system 3.

図5Bは、図5Aの状態から、調整機構を操作することで、LEDボード22に対してレンズホルダ23を1°回転移動させた後に、測定された結果である。図5Bに示される像60は、光源部2の形状に対応した矩形形状を示しており、図5Aの状態と比較して像がはっきりと映し出されていることが分かる。これにより、LED素子3の中心と、対応するコリメートレンズ6の光軸とが、図5Aの状態よりも接近したことが分かる。 FIG. 5B is a result of measurement after the lens holder 23 is rotated and moved by 1 ° with respect to the LED board 22 by operating the adjustment mechanism from the state of FIG. 5A. The image 60 shown in FIG. 5B shows a rectangular shape corresponding to the shape of the light source unit 2, and it can be seen that the image is clearly projected as compared with the state of FIG. 5A. As a result, it can be seen that the center of the LED element 3 and the optical axis of the corresponding collimating lens 6 are closer than in the state of FIG. 5A.

図5Cは、図5Bの状態から、更に調整機構を操作することで、LEDボード22に対してレンズホルダ23をX方向に0.2mm移動させた後に、測定された結果である。また、図5Dは、図5Cの状態から、更に調整機構を操作することで、LEDボード22に対してレンズホルダ23をY方向に0.2mm移動させた後に、測定された結果である。。図5Bの状態と比較して、図5Cの状態では像60の中心62の位置が基準領域61の中心Oに近づいており、図5Dの状態では、この像60の中心60が、更に基準領域61の中心Oに近づいている。 FIG. 5C is a result of measurement after moving the lens holder 23 with respect to the LED board 22 by 0.2 mm in the X direction by further operating the adjustment mechanism from the state of FIG. 5B. Further, FIG. 5D is a result of measurement after moving the lens holder 23 with respect to the LED board 22 by 0.2 mm in the Y direction by further operating the adjustment mechanism from the state of FIG. 5C. .. Compared with the state of FIG. 5B, the position of the center 62 of the image 60 is closer to the center O of the reference region 61 in the state of FIG. 5C, and in the state of FIG. 5D, the center 60 of the image 60 is further referred to as the reference region. It is approaching the center O of 61.

このように、調整機構を操作することで、複数のLED素子3から射出された光をほぼ一点に集めることができるようになると共に、その集光位置を調整することが可能となる。特に、ロッドインテグレータ9の光入射面9aの中心箇所に、集光位置を移動させることで、ロッドインテグレータ9の光射出面9b上に照度の高い光を導くことができる。 By operating the adjusting mechanism in this way, the light emitted from the plurality of LED elements 3 can be collected at almost one point, and the condensing position thereof can be adjusted. In particular, by moving the condensing position to the central portion of the light incident surface 9a of the rod integrator 9, high-illuminance light can be guided on the light emitting surface 9b of the rod integrator 9.

なお、本実施形態では、調整機構としてクランピングスクリュー41を用いる場合について説明したが、調整機構はこの構成に限られない。例えば、図6Aに示すようにカム44を用いるものとしても構わないし、ピン45を用いるものとしても構わない。図6Aの構成においては、カム44の回転軸をレンズホルダ23又はLEDボード22に取り付けるものとして構わない。また、図6Bの構成においては、ピン45のベース部をレンズホルダ23又はLEDボード22に取り付けるものとして構わない。 In the present embodiment, the case where the clamping screw 41 is used as the adjusting mechanism has been described, but the adjusting mechanism is not limited to this configuration. For example, as shown in FIG. 6A, the cam 44 may be used, or the pin 45 may be used. In the configuration of FIG. 6A, the rotation shaft of the cam 44 may be attached to the lens holder 23 or the LED board 22. Further, in the configuration of FIG. 6B, the base portion of the pin 45 may be attached to the lens holder 23 or the LED board 22.

[別実施形態]
以下、別実施形態について説明する。
[Another Embodiment]
Hereinafter, another embodiment will be described.

〈1〉図7に示すように、インテグレータ光学系8がフライアイレンズ10で構成されていても構わない。この場合においても、フライアイレンズ10の入射面には高輝度の光が集光され、フライアイレンズ10からは高輝度の光が射出される。なお、上述した別の構成において、インテグレータ光学系8をフライアイレンズ10で構成しても構わない。 <1> As shown in FIG. 7, the integrator optical system 8 may be composed of the fly-eye lens 10. Also in this case, high-intensity light is focused on the incident surface of the fly-eye lens 10, and high-intensity light is emitted from the fly-eye lens 10. In the other configuration described above, the integrator optical system 8 may be configured by the fly-eye lens 10.

〈2〉上述した光源装置1は、露光装置やプロジェクタ用の光源として利用することができる。図8は、光源装置1を含む露光装置の構成を模式的に示す図面である。 <2> The above-mentioned light source device 1 can be used as a light source for an exposure device or a projector. FIG. 8 is a drawing schematically showing the configuration of an exposure apparatus including the light source apparatus 1.

露光装置19は、インテグレータ光学系8の後段に投影光学系15及びマスク16を備え、必要に応じて投影レンズ17を備える。投影光学系15によって投影される位置にマスク16を設置し、マスク16の後段にマスク16のパターン像を焼き付ける対象となる感光性基板18を設置する。この状態で、光源部2から光が射出されると、この光が第二光学系7によって集光された後、ロッドインテグレータ9で照度分布が均一化された光として、投影光学系15に照射される。投影光学系15は、この光を、マスク16のパターン像を直接又は投影レンズ17を介して感光性基板18上に投影する。 The exposure apparatus 19 is provided with a projection optical system 15 and a mask 16 after the integrator optical system 8, and is provided with a projection lens 17 as needed. The mask 16 is installed at a position projected by the projection optical system 15, and a photosensitive substrate 18 to be printed on the pattern image of the mask 16 is installed after the mask 16. When light is emitted from the light source unit 2 in this state, the light is condensed by the second optical system 7 and then irradiated to the projection optical system 15 as light having a uniform illuminance distribution by the rod integrator 9. Will be done. The projection optical system 15 projects the pattern image of the mask 16 onto the photosensitive substrate 18 directly or through the projection lens 17.

光源装置1が露光装置19に用いられる場合、LED素子3として紫外光発光素子が用いられることが多い。このように、LED素子3から射出される光が紫外光の場合、像を視認することができない。このような場合には、インテグレータ光学系8の光入射面(ロッドインテグレータ9の光入射面9a)に蛍光体を塗布したプレートを配置させて、前記蛍光体を紫外光で励起させることで像を可視化させた状態とした上で、調整機構(クランピングスクリュー41等)を操作することで、LEDボード22及びレンズホルダ23の相対的な位置関係を調整するものとしても構わない。 When the light source device 1 is used in the exposure device 19, an ultraviolet light emitting element is often used as the LED element 3. As described above, when the light emitted from the LED element 3 is ultraviolet light, the image cannot be visually recognized. In such a case, a plate coated with a phosphor is placed on the light incident surface of the integrator optical system 8 (the light incident surface 9a of the rod integrator 9), and the phosphor is excited by ultraviolet light to obtain an image. The relative positional relationship between the LED board 22 and the lens holder 23 may be adjusted by operating an adjustment mechanism (clamping screw 41, etc.) after making the image visible.

〈3〉上述した実施形態では、LEDボード22に対してレンズホルダ23を、X方向、Y方向、及びXY平面上の回転方向にそれぞれ移動させることができるものとした。しかし、これらのうちの少なくとも一の方向に移動可能に構成されていても構わないし、更に別の方向(例えばXY平面に直交する方向など)に移動可能に構成されていても構わない。また、レンズホルダ23に対してLEDボード22が移動可能に構成されていても構わない。 <3> In the above-described embodiment, the lens holder 23 can be moved with respect to the LED board 22 in the X direction, the Y direction, and the rotation direction on the XY plane, respectively. However, it may be configured to be movable in at least one of these directions, or may be configured to be movable in yet another direction (for example, a direction orthogonal to the XY plane). Further, the LED board 22 may be configured to be movable with respect to the lens holder 23.

〈4〉上述した各実施形態において、光源装置1が、光路を変更する目的で、反射光学系等の光学系を適宜追加して備えるものとしても構わない。 <4> In each of the above-described embodiments, the light source device 1 may be provided with an optical system such as a catadioptric system as appropriate for the purpose of changing the optical path.

1 : 光源装置
2 : 光源部
3 : LED素子
5 : 第一光学系
6 : コリメートレンズ
7 : 第二光学系
7f : 第二光学系の焦点
8 : インテグレータ光学系
9 : ロッドインテグレータ
9a : ロッドインテグレータの入射面
9b : ロッドインテグレータの射出面
10 : フライアイレンズ
11 : 光軸
15 : 投影光学系
16 : マスク
17 : 投影レンズ
18 : 感光性基板
19 : 露光装置
22 : LEDボード
23 : レンズホルダ
41 : クランピングスクリュー
42 : ボールプランジャ
44 : カム
45 : ピン
60 : 像
61 : 基準領域
62 : 像の中心
1: Light source device 2: Light source unit 3: LED element 5: First optical system 6: Collimating lens 7: Second optical system 7f: Focus of second optical system 8: Integrator optical system 9: Rod integrator 9a: Rod integrator Incident surface 9b: Ejection surface of rod integrator 10: Fly eye lens 11: Optical axis 15: Projection optical system 16: Mask 17: Projection lens 18: Photosensitive substrate 19: Exposure device 22: LED board 23: Lens holder 41: Clan Ping screw 42: Ball plunger 44: Cam 45: Pin 60: Image 61: Reference area 62: Center of image

Claims (9)

複数のLED素子が配置された光源部と、
前記複数のLED素子のそれぞれに対応して配置された複数のコリメートレンズを含み、前記光源部の前記複数のLED素子から射出された光をそれぞれコリメートする第一光学系と、
前記第一光学系から射出された複数の光を集光する第二光学系とを備え、
前記光源部と前記第一光学系の少なくとも一方に、前記光源部と前記第一光学系との相対的な位置関係を調整して前記第二光学系による集光位置を補正するための調整機構が備えられていることを特徴とする光源装置。
A light source unit in which multiple LED elements are arranged, and
A first optical system that includes a plurality of collimating lenses arranged corresponding to each of the plurality of LED elements and collimates the light emitted from the plurality of LED elements of the light source unit.
A second optical system that collects a plurality of lights emitted from the first optical system is provided.
An adjustment mechanism for adjusting the relative positional relationship between the light source unit and the first optical system to at least one of the light source unit and the first optical system to correct the condensing position by the second optical system. A light source device characterized by being equipped with.
前記複数のLED素子は、所定の平面上に配置されており、
前記調整機構は、前記所定の平面に平行な方向に関して、前記光源部と前記第一光学系との相対的な位置関係を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。
The plurality of LED elements are arranged on a predetermined plane, and the plurality of LED elements are arranged on a predetermined plane.
The adjustment mechanism according to claim 1, wherein the adjusting mechanism is configured to be able to adjust the relative positional relationship between the light source unit and the first optical system in a direction parallel to the predetermined plane. Light source device.
前記調整機構は、前記所定の平面に平行な平面上において、前記光源部又は前記第一光学系の少なくとも一方を回転可能に構成されていることを特徴とする請求項2に記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the adjusting mechanism is configured so that at least one of the light source unit and the first optical system can be rotated on a plane parallel to the predetermined plane. 前記光源部が収容されたLEDボードと、
前記第一光学系が収容されたレンズホルダと、を備え、
前記LEDボードと前記レンズホルダの少なくとも一方に、前記光源部と前記第一光学系との相対的な位置関係を調整する調整機構が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光源装置。
An LED board containing the light source unit and
A lens holder containing the first optical system and a lens holder are provided.
Any of claims 1 to 3, wherein at least one of the LED board and the lens holder is provided with an adjusting mechanism for adjusting the relative positional relationship between the light source unit and the first optical system. The light source device according to item 1.
入射面が前記第二光学系の焦点位置に配置されたインテグレータ光学系を備え、
前記調整機構は、前記光源部と前記第一光学系との相対的な位置関係を調整することで、前記インテグレータ光学系の前記入射面上における前記第二光学系による集光位置を補正可能に構成されていることを特徴とする請求項4に記載の光源装置。
The integrator optical system whose incident surface is arranged at the focal position of the second optical system is provided.
By adjusting the relative positional relationship between the light source unit and the first optical system, the adjustment mechanism can correct the focusing position of the integrator optical system on the incident surface by the second optical system. The light source device according to claim 4, wherein the light source device is configured.
前記調整機構が前記LEDボードに付設されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の光源装置。 The light source device according to claim 4 or 5, wherein the adjusting mechanism is attached to the LED board. 前記調整機構が前記レンズホルダに付設されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の光源装置。 The light source device according to claim 4 or 5, wherein the adjusting mechanism is attached to the lens holder. 前記インテグレータ光学系は、前記入射面から入射された光を、内側面で反射を繰り返させながら射出面へと導く導光部材で構成されていることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。 The light source device according to claim 5, wherein the integrator optical system is composed of a light guide member that guides light incident from the incident surface to an emission surface while repeating reflection on the inner surface. .. 前記インテグレータ光学系は、複数のレンズがマトリクス状に配置されたフライアイレンズで構成されていることを特徴とする請求項5に記載の光源装置。 The light source device according to claim 5, wherein the integrator optical system is composed of a fly-eye lens in which a plurality of lenses are arranged in a matrix.
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