TWI521162B - Light source device - Google Patents

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TWI521162B
TWI521162B TW100123668A TW100123668A TWI521162B TW I521162 B TWI521162 B TW I521162B TW 100123668 A TW100123668 A TW 100123668A TW 100123668 A TW100123668 A TW 100123668A TW I521162 B TWI521162 B TW I521162B
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Description

光源裝置
本發明係關於例如作為在進行半導體及液晶基板、彩色濾光片等的製造工程之曝光處理時的曝光用光源、或者作為投影機裝置之光源所使用的光源裝置。
例如，作為在進行半導體及液晶基板、彩色濾光片等的製造工程之曝光處理時所使用的曝光用光源，公知具有如圖4所示之紫外線波長區域的LED元件複數個被配置成面狀所構成的LED發光部80，將從該當LED發光部80放射之放射光，藉由適切的聚光光學系來加以聚光，並射出至曝光面S之構造的光源裝置(例如參照專利文獻1)。於圖4中，符號81是橢圓面反射鏡，82是球面透鏡，83是圓錐反射鏡，84是透光桿，85是聚光透鏡，86是中繼透鏡。
然而，在此種構造的光源裝置中，因為僅可射出以LED元件的峰值波長為中心之比較波長範圍狹窄之單色光線，故例如有無法作為需要因應感光樹脂之各感光感度的波長光，用以進行彩色濾光片等的製造工程之曝光處理的曝光用光源所利用的問題。
又，有於從LED元件放射之光線藉由聚光光學系聚光的過程中，產生各種損耗而使光線的利用效率降低，無法獲得充分高亮度的光線之問題。
另一方面，提案有將從具有可視區域的波長範圍中被選擇之相互不同峰值波長的複數LED光源分別放射之光線，例如使用分光鏡來加以合成並射出之構造的光源裝置(例如參照專利文獻2)。
此光源裝置係如圖5所示，具有：具有可視區域的所定波長範圍中相互不同之峰值波長的3個LED光源90A、90B、90C、相互波長選擇特性不同的第1分光鏡91及第2分光鏡92、配置於第1 LED光源90A、第2 LED光源90B及第3 LED光源90C之各光放射方向前方側，將來自LED光源之放射光，作為平行光而射出至分光鏡的準直透鏡93。
於此光源裝置中，於來自第1 LED光源90A之放射光透射第1分光鏡91的透射光，合成來自第2 LED光源90B之放射光藉由第1分光鏡91反射之反射光，進而，於第1分光鏡91所致之合成光透射第2分光鏡92的透射光，合成來自第3 LED光源9C的反射光藉由第2分光鏡92反射之反射光。
然而，已得知在分別將從峰值波長相互不同之複數LED光源各自放射之放射光，藉由分光鏡加以合成時，僅利用將複數個LED光源及分光鏡，單以構成前述構造的光學系之方式配置，並無法射出充分高亮度的光線。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-041467號公報
[專利文獻2]日本特開2001-042431號公報
本發明係依據以上的狀況所發明者，目的為提供於合成複數個LED光源之放射光並加以射出的構造者中，可射出具有複數峰值波長的連續之廣範圍的波長範圍之光線，並且可獲得高亮度的光源裝置。
本發明的光源裝置之特徵係具有：3個以上的LED光源，係峰值波長相互不同；第1分光鏡，係合成從第1 LED光源放射之放射光，與從第2 LED光源放射之放射光；及第2分光鏡，係合成藉由該當第1分光鏡合成之合成光，與從第3 LED光源放射之放射光，且波長選擇特性與前述第1分光鏡不同；前述第2分光鏡，係反射藉由前述第1分光鏡所得之合成光，並且透射來自前述第3 LED光源之放射光者。
依據本發明的光源裝置，使第2分光鏡成為反射藉由第1分光鏡所得之來自第1 LED光源之放射光及來自第2 LED光源之放射光的合成光，並且透射來自第3 LED光源之放射光者，藉此，因為盡可能地降低來自各LED光源之放射光透射分光鏡的透射次數之合計，故依據於各分光鏡中，相較於光線藉由分光鏡反射所致之放射光量的衰減程度，光線透射分光鏡所致之放射光量的衰減程度較大，可更加提升光的利用效率，並獲得充分高亮度。
以下，針對本發明的實施形態，進行詳細說明。
圖1係揭示關於本發明光源裝置的光學系之一例之構造概略的說明圖。
此光學系係合成分別放射具有相互不同之峰值波長λ1[nm]，λ2[nm]及λ3[nm](λ1＞λ2＞λ3)之光線的第1 LED光源、第2 LED光源及第3 LED光源之3個LED光源的各放射光者。
於此光學系中，(圓)板狀之第1分光鏡51及(圓)板狀之第2分光鏡56，以一方對於另一方於面方向位移的位置中，第1分光鏡51之一面51A與第2分光鏡56之另一面56B相互對向之方式配置，構成第1 LED光源的第1 LED元件10，於第1分光鏡51的一面側中，在第1 LED元件10之光射出面10A的中心軸C1對於第1分光鏡51之一面51A傾斜之狀態下被配置。
然後，構成第2 LED光源的第2 LED元件20，以於第1分光鏡51之另一面側中，第2 LED元件20之光射出面20A的中心軸C2，與第1分光鏡51的一面51A之第1 LED元件10之光射出面10A的中心軸C1上之位置相交之狀態下，對於第1分光鏡51的另一面51B傾斜延伸之方式配置，並且，構成第3 LED光源的第3 LED元件30，以於第2分光鏡56之一面側中，第3 LED元件30之光射出面30A的中心軸C3，與第2分光鏡56的另一面56B之第2 LED元件20之光射出面20A的中心軸C2上之位置相交之狀態下，對於第2分光鏡56的另一面56A傾斜延伸之方式配置。
又，各LED元件的光展量(放射的面積×立體角)係相互為相同大小為佳，藉此，可有效率地合成來自各LED元件之放射光。
於各LED元件10、20、30之光放射方向前方的位置，分別將來自LED元件10(20，30)之放射光作為平行光而加以射出的準直透鏡61(62，63)以其光軸位於LED元件10(20，30)之光射出面10A(20A，30A)的中心軸C1(C2，C3)上之方式配置，來自第1 LED元件10之放射光，係藉由第1準直透鏡61而成略平行光，被照射至第1分光鏡51的一面51A。又，來自第2 LED元件20之放射光，係藉由第2準直透鏡62而成略平行光，以來自第2 LED元件20之放射光透射第1分光鏡51之透射光的射出區域，重疊於第1 LED元件10之放射光的照射區域之方式，照射至第1分光鏡51的另一面51B，來自第3 LED元件30之放射光，係藉由第3準直透鏡63而成略平行光，以來自第3 LED元件30之放射光透射第2分光鏡56之透射光的射出區域，重疊於藉由第1分光鏡51所合成之第1 LED元件10之放射光及第2 LED元件20之放射光的合成光的照射區域之方式，照射至第2分光鏡56的一面56A。
第1分光鏡51係於第1 LED元件10的峰值波長λ1與第2 LED元件20的峰值波長λ2之間的波長範圍內具有反射-透射轉換波長(邊界波長)λ01(λ2＜λ01＜λ1)，並具有反射波長比反射-透射轉換波長λ01還長之光線，透射波長比反射-透射轉換波長λ01還短之光線的波長選擇特性。
第2分光鏡56係於第2 LED元件20的峰值波長λ2與第3 LED元件30的峰值波長λ3之間的波長範圍內具有反射-透射轉換波長(邊界波長)λ02(λ3＜λ02＜λ2)，並具有反射波長比反射-透射轉換波長λ02還長之光線，透射波長比反射-透射轉換波長λ02還短之光線的波長選擇特性。
於此光學系中，於來自第1 LED元件10之放射光藉由第1分光鏡51之一面51A反射的反射光，合成來自第2 LED元件20之放射光透射第1分光鏡51的透射光，於第1分光鏡51所致之合成光藉由第2分光鏡56之另一面56B反射的反射光，合成來自第3 LED元件30之放射光透射第2分光鏡56的透射光，藉此，如圖2所示，射出具有波長λ1[nm]、λ2[nm]及λ3[nm]之3個峰值波長的連續之廣泛波長範圍的分光分布特性之合成光。
然後，依據具備此種光學系的光源裝置，作為藉由第2分光鏡56，使第1 LED元件10之放射光及第2 LED元件20之放射光的合成光反射，並且使來自第3 LED元件30之放射光透射，合成來自第1 LED元件10之放射光、第2 LED元件20之放射光及第3 LED元件30之放射光的構造，藉此，相較於圖5所示構造者，可減少第1 LED元件10之放射光、第2 LED元件20之放射光及第3 LED元件30之放射光各別透射第1分光鏡51及第2分光鏡56的透射次數的合計。亦即，在圖5所示之構造的光學系中，第1 LED光源90A之放射光透射分光鏡的次數為兩次，第2 LED光源90B之放射光透射分光鏡的次數為1次，第3 LED光源90C之放射光透射分光鏡的次數為0次，透射次數的合計為3次，相對於此，在前述之構造的光學系中，第1 LED元件10之放射光透射分光鏡的次數為0次，第2 LED元件20之放射光透射分光鏡的次數為1次，第3 LED元件30之放射光透射分光鏡的次數為1次，透射次數的合計為兩次。
所以，於各分光鏡中，因為相較於光線藉由分光鏡反射所致之放射光量的衰減程度，光線透射分光鏡所致之放射光量的衰減程度較大，故藉由以在透射分光鏡之透射次數的合計盡可能減少之狀態下構成，可更加提升光的利用效率，可獲得充分高亮度。
以上，已針對本發明之光源裝置的一實施形態進行說明，但是，本發明並不限定於前述構造者。
圖3係揭示關於本發明光源裝置的光學系之其他例之構造概略的說明圖。
此光學系係合成分別放射具有相互不同之峰值波長λ1[nm]、λ2[nm]、λ3[nm]及λ4[nm](λ1＞λ2＞λ3＞λ4)之光線的來自第1 LED光源101之放射光、來自第2 LED光源201之放射光、來自第3 LED光源301之放射光及來自第4 LED光源401之放射光者。
第1 LED光源101係藉由第1 LED元件10、在光軸與第1 LED元件10之光射出面的中心軸一致之狀態下配置，使來自第1 LED元件10之放射光成略平行光並加以照射的例如拋物面鏡102所構成。又，第2 LED光源201、第3 LED光源301及第4 LED光源401也各別具有與第1 LED光源101相同構造，藉由LED元件(20，30，40)與拋物面鏡(202，302，402)所構成。
於此光學系中，圓板狀之第1分光鏡51、圓板狀之第2分光鏡56及圓板狀之第3分光鏡58，係例如並排於相同平面(分光鏡配置面)上來配置，第1 LED光源101、第2 LED光源201、第3 LED光源301及第4 LED光源401，係以於分光鏡配置面的一面側之離開分光鏡配置面的面方向而並排的位置中，拋物面鏡102、202、302、402的光軸例如相互平行延伸之方式配置。又，於分光鏡配置面之另一面側，3個反射鏡70、71、72，以於對分別對應之3個分光鏡51、56、58個別，於分光鏡配置面之面方向位移的位置中，反射面70A、71A、72A對向於分光鏡配置片之方式配置。
第1分光鏡51係於第1 LED元件10的峰值波長λ1與第2 LED元件20的峰值波長λ2之間的波長範圍內具有反射-透射轉換波長(邊界波長)λ01(λ2＜λ01＜λ1)，並具有反射波長比反射-透射轉換波長λ01還長之光線，透射波長比反射-透射轉換波長λ01還短之光線的波長選擇特性。
第2分光鏡56係於第2 LED元件20的峰值波長λ2與第3 LED元件30的峰值波長λ3之間的波長範圍內具有反射-透射轉換波長(邊界波長)λ02(λ3＜λ02＜λ2)，並具有反射波長比反射-透射轉換波長λ02還長之光線，透射波長比反射-透射轉換波長λ02還短之光線的波長選擇特性。
第3分光鏡58係於第3 LED元件30的峰值波長λ3與第4 LED元件40的峰值波長λ4之間的波長範圍內具有反射-透射轉換波長(邊界波長)λ03(λ4＜λ03＜λ3)，並具有反射波長比反射-透射轉換波長λ03還長之光線，透射波長比反射-透射轉換波長λ03還短之光線的波長選擇特性。
於此光學系中，以所定射入角度射入第1分光鏡51之另一面51B的來自第1 LED光源101之放射光藉由反射鏡70反射的反射光，藉由第1分光鏡51的另一面51B反射，並且，以所定大小的射入角度射入第1分光鏡51之一面51A的來自第2 LED光源201之放射光透射第1分光鏡51，藉此，合成來自第1 LED光源101之放射光及來自第2 LED光源201之放射光。
然後，以所定大小的射入角度射入第2分光鏡56之另一面56B的第1分光鏡51所致之合成光，藉由第2反射鏡71反射的反射光，藉由第2分光鏡56的另一面56B反射，並且，以所定大小的射入角度射入第2分光鏡56之一面56A的來自第3 LED光源301之放射光透射第2分光鏡56，藉此，合成來自第1 LED光源101之放射光及來自第2 LED光源201之放射光的合成光，與來自第3 LED光源301之放射光。
進而，以所定大小的射入角度射入第3分光鏡58之另一面58B的第2分光鏡56所致之合成光，藉由第3反射鏡72反射的反射光，藉由第3分光鏡58之另一面58B反射，並且，以所定大小的射入角度射入第3分光鏡58之一面58A的來自第4 LED光源401之放射光透射第3分光鏡58，藉此，合成來自第1 LED光源101之放射光、來自第2 LED光源201之放射光及來自第3 LED光源301之放射光的合成光，與來自第4 LED光源401之放射光。
即使於具有此種構造之光學系的光源裝置中，也可發揮具有與圖1所示之構造的光學系者相同的效果，亦即，藉由以在透射分光鏡之透射次數的合計盡可能減少之狀態下構成，可更加提升光的利用效率，可獲得充分高亮度。
10．．．第1 LED元件
10A．．．光射出面
20．．．第2 LED元件
20A．．．光射出面
30．．．第3 LED元件
30A．．．光射出面
40．．．第4 LED元件
C1．．．基準軸(第1 LED元件之光射出面的中心軸)
C2．．．第2 LED元件之光射出面的中心軸
C3．．．第3 LED元件之光射出面的中心軸
51．．．第1分光鏡
51A．．．一面
51B．．．另一面
56．．．第2分光鏡
56A．．．一面
56B．．．另一面
58．．．第3分光鏡
58A．．．一面
58B．．．另一面
61．．．第1準直透鏡
62．．．第2準直透鏡
63．．．第3準直透鏡
70．．．第1反射鏡
71．．．第2反射鏡
72．．．第3反射鏡
70A，71A，72A．．．反射面
80．．．LED發光部
81．．．橢圓面反射鏡
82．．．球面透鏡
83．．．圓錐反射鏡
84．．．透光桿
85．．．聚光透鏡
86．．．中繼透鏡
90A．．．第1 LED光源
90B．．．第2 LED光源
90C．．．第3 LED光源
91．．．第1分光鏡
92．．．第2分光鏡
93．．．準直透鏡
S．．．曝光面
101．．．第1 LED光源
201．．．第2 LED光源
301．．．第3 LED光源
401．．．第4 LED光源
102，202，302，402．．．拋物面鏡
[圖1]揭示關於本發明光源裝置的光學系之一例之構造概略的說明圖。
[圖2]概略揭示來自第1 LED元件之放射光、來自第2 LED元件之放射光及來自第3 LED元件之放射光的合成光之分光分布曲線的說明圖。
[圖3]揭示關於本發明光源裝置的光學系之其他例之構造概略的說明圖。
[圖4]揭示先前之使用LED元件的光源裝置之一例之光學系的構造概略的說明圖。
[圖5]揭示先前之使用LED元件的光源裝置之其他例之光學系的構造概略的說明圖。
10．．．第1 LED元件
10A．．．光射出面
20．．．第2 LED元件
20A．．．光射出面
30．．．第3 LED元件
30A．．．光射出面
C1，C2，C3．．．中心軸
51．．．第1分光鏡
51A．．．一面
51B．．．另一面
56．．．第2分光鏡
56A．．．一面
56B．．．另一面
61．．．第1準直透鏡
62．．．第2準直透鏡
63．．．第3準直透鏡

Claims (1)

  1. 一種光源裝置，其特徵為：第1分光鏡及第2分光鏡並排配置於相同平面之分光鏡配置面上；峰值波長相互不同的第1LED光源、第2LED光源及第3LED光源，以在分光鏡配置面的一面側之離開於分光鏡配置面的面方向而並排的位置中，來自各LED光源的光軸相互平行延伸之方式配置；於分光鏡配置面的另一面側，第1反射鏡及第2反射鏡對於分別對應的第1分光鏡及第2分光鏡個別而變位於分光鏡配置面的面方向的位置中，以各反射面對向於分光鏡配置面之方式配置；來自第1LED光源的放射光藉由第1反射鏡反射的反射光，藉由第1分光鏡反射，並且射入至第1分光鏡之來自第2LED光源的放射光透射第1分光鏡，藉此，合成來自第1LED光源的放射光及來自第2LED光源的放射光；而且射入至第2分光鏡之第1分光鏡所致之合成光藉由第2反射鏡反射的反射光，藉由第2分光鏡反射，並且射入至第2分光鏡之來自第3LED光源的放射光透射第2分光鏡，藉此，合成來自第1LED光源的放射光及來自第2LED光源的放射光的合成光，與來自第3LED光源的放射光。
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