(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーが、同一の平面であるダイクロイックミラー配置面上に並んで配置され、
ピーク波長が互いに異なる第１のＬＥＤ光源、第２のＬＥＤ光源および第３のＬＥＤ光源が、ダイクロイックミラー配置面の一面側における、ダイクロイックミラー配置面の面方向に離間して並んだ位置において、各ＬＥＤ光源からの光軸が互いに平行に伸びるよう配置され、
ダイクロイックミラー配置面の他面側には、第１の反射ミラーおよび第２の反射ミラーが、それぞれ対応する第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーの各々に対してダイクロイックミラー配置面の面方向に変位した位置において、各々の反射面がダイクロイックミラー配置面に対向するよう配置されており、
第１のＬＥＤ光源からの放射光が第１の反射ミラーによって反射された反射光が第１のダイクロイックミラーによって反射されると共に、第１のダイクロイックミラーに入射される第２のＬＥＤ光源からの放射光が第１のダイクロイックミラーを透過することにより、第１のＬＥＤ光源からの放射光および第２のＬＥＤ光源からの放射光が合成されると共に、
第２のダイクロイックミラーに入射される、第１のダイクロイックミラーによる合成光が第２の反射ミラーにより反射された反射光が、第２のダイクロイックミラーによって反射されると共に、第２のダイクロイックミラーに入射される第３のＬＥＤ光源からの放射光が第２のダイクロイックミラーを透過することにより、第１のＬＥＤ光源からの放射光および第２のＬＥＤ光源からの放射光の合成光と、第３のＬＥＤ光源からの放射光とが合成されることを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体や液晶基板、カラーフィルター等の製造工程における露光処理を行うに際しての露光用光源、あるいは、プロジェクタ装置における光源として用いられる光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体や液晶基板、カラーフィルター等の製造工程における露光処理を行うに際して用いられる露光用光源として、図４に示すような、紫外線波長域のＬＥＤ素子の複数のものが面状に配置されてなるＬＥＤ発光部８０を有し、当該ＬＥＤ発光部８０から放射される放射光を適宜の集光光学系により集光して露光面Ｓに出射する構成とされた光源装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。図４において、符号８１は楕円面反射鏡、８２は球面レンズ、８３は円錐反射鏡、８４は透光性ロッド、８５はコンデンサレンズ、８６はリレーレンズである。
【０００３】
しかしながら、このような構成の光源装置では、ＬＥＤ素子のピーク波長を中心とした比較的波長範囲の狭い単色の光しか出射することができないので、例えば感光樹脂の個々の露光感度に応じた波長光が必要とされる、カラーフィルター等の製造工程における露光処理を行うための露光用光源として利用することはできない、という問題がある。
また、ＬＥＤ素子から放射された光が集光光学系により集光していく過程において種々のロスが生ずることとなって光の利用効率が低下し、十分に高い輝度の光を得ることができない、という問題がある。
【０００４】
一方、可視域の波長範囲において選ばれた互いに異なるピーク波長を有する複数のＬＥＤ光源の各々から放射される光を例えばダイクロイックミラーを用いて合成して出射する構成とされた光源装置が提案されている（例えば特許文献２参照。）。
この光源装置は、図５に示すように、可視域の所定の波長範囲内において互いに異なるピーク波長を有する３つのＬＥＤ光源９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃと、互いに波長選択特性の異なる第１のダイクロイックミラー９１および第２のダイクロイックミラー９２と、第１のＬＥＤ光源９０Ａ、第２のＬＥＤ光源９０Ｂおよび第３のＬＥＤ光源９０Ｃの各々の光放射方向前方側に配置された、ＬＥＤ光源からの放射光を平行光としてダイクロイックミラーに出射するコリメータレンズ９３とを有する。
この光源装置においては、第１のＬＥＤ光源９０Ａからの放射光が第１のダイクロイックミラー９１を透過した透過光に、第２のＬＥＤ光源９０Ｂからの放射光が第１のダイクロイックミラー９１により反射された反射光が合成され、さらに、第１のダイクロイックミラー９１による合成光が第２のダイクロイックミラー９２を透過した透過光に、第３のＬＥＤ光源９０Ｃからの放射光が第２のダイクロイックミラー９２により反射された反射光が合成される。
【０００５】
しかしながら、各々、ピーク波長が互いに異なる複数のＬＥＤ光源の各々から放射される放射光をダイクロイックミラーにより合成する場合には、複数個のＬＥＤ光源およびダイクロイックミラーを、単に、上記構成の光学系を構成するよう配置するだけでは、十分に高い輝度の光を出射することができないことが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０４１４６７号公報
【特許文献２】特開２００１−０４２４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、複数個のＬＥＤ光源の放射光を合成して出射する構成のものにおいて、複数のピーク波長を有する連続した広範囲の波長範囲の光を出射することができると共に高い輝度を得ることのできる光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光源装置は、第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーが、同一の平面であるダイクロイックミラー配置面上に並んで配置され、
ピーク波長が互いに異なる第１のＬＥＤ光源、第２のＬＥＤ光源および第３のＬＥＤ光源が、ダイクロイックミラー配置面の一面側における、ダイクロイックミラー配置面の面方向に離間して並んだ位置において、各ＬＥＤ光源からの光軸が互いに平行に伸びるよう配置され、
ダイクロイックミラー配置面の他面側には、第１の反射ミラーおよび第２の反射ミラーが、それぞれ対応する第１のダイクロイックミラーおよび第２のダイクロイックミラーの各々に対してダイクロイックミラー配置面の面方向に変位した位置において、各々の反射面がダイクロイックミラー配置面に対向するよう配置されており、
第１のＬＥＤ光源からの放射光が第１の反射ミラーによって反射された反射光が第１のダイクロイックミラーによって反射されると共に、第１のダイクロイックミラーに入射される第２のＬＥＤ光源からの放射光が第１のダイクロイックミラーを透過することにより、第１のＬＥＤ光源からの放射光および第２のＬＥＤ光源からの放射光が合成されると共に、
第２のダイクロイックミラーに入射される、第１のダイクロイックミラーによる合成光が第２の反射ミラーにより反射された反射光が、第２のダイクロイックミラーによって反射されると共に、第２のダイクロイックミラーに入射される第３のＬＥＤ光源からの放射光が第２のダイクロイックミラーを透過することにより、第１のＬＥＤ光源からの放射光および第２のＬＥＤ光源からの放射光の合成光と、第３のＬＥＤ光源からの放射光とが合成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光源装置によれば、第２のダイクロイックミラーが、第１のダイクロイックミラーにより得られる、第１のＬＥＤ光源からの放射光および第２のＬＥＤ光源からの放射光の合成光を反射すると共に第３のＬＥＤ光源からの放射光を透過するものであることにより、各々のＬＥＤ光源からの放射光がダイクロイックミラーを透過する透過回数の合計を可及的に少なくすることができるので、各々のダイクロイックミラーにおいては、光がダイクロイックミラーにより反射されることによる放射光量の減衰の程度に比して、光がダイクロイックミラーを透過することによる放射光量の減衰の程度は大きいことから、光の利用効率を一層高くすることができて十分に高い輝度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】参照用の光源装置に係る光学系の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】第１のＬＥＤ素子からの放射光、第２のＬＥＤ素子からの放射光および第３のＬＥＤ素子からの放射光の合成光の分光分布曲線を概略的に示す説明図である。
【図３】本発明の光源装置に係る光学系の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図４】従来におけるＬＥＤ素子を用いた光源装置の一例における光学系の構成の概略を示す説明図である。
【図５】従来におけるＬＥＤ素子を用いた光源装置の他の例における光学系の構成の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、参照用の光源装置に係る光学系の一例における構成の概略を示す説明図である。
この光学系は、各々、互いに異なるピーク波長λ1 〔ｎｍ〕，λ2 〔ｎｍ〕およびλ3 〔ｎｍ〕（λ1 ＞λ2 ＞λ3 ）を有する光を放射する第１のＬＥＤ光源、第２のＬＥＤ光源および第３のＬＥＤ光源の３つのＬＥＤ光源の各々の放射光を合成するものである。
この光学系においては、（円）板状の第１のダイクロイックミラー５１および（円）板状の第２のダイクロイックミラー５６が、一方が他方に対して面方向に変位した位置において、第１のダイクロイックミラー５１の一面５１Ａと第２のダイクロイックミラー５６の他面５６Ｂとが互いに対向するよう配置されており、第１のＬＥＤ光源を構成する第１のＬＥＤ素子１０が、第１のダイクロイックミラー５１の一面側において、第１のＬＥＤ素子１０の光出射面１０Ａの中心軸Ｃ１が第１のダイクロイックミラー５１の一面５１Ａに対して傾斜した状態で、配置されている。
そして、第２のＬＥＤ光源を構成する第２のＬＥＤ素子２０が、第１のダイクロイックミラー５１の他面側において、第２のＬＥＤ素子２０の光出射面２０Ａの中心軸Ｃ２が、第１のダイクロイックミラー５１の一面５１Ａにおける、第１のＬＥＤ素子１０の光出射面１０Ａの中心軸Ｃ１上の位置と交わる状態で、第１のダイクロイックミラー５１の他面５１Ｂに対して傾斜して伸びるよう、配置されていると共に、第３のＬＥＤ光源を構成する第３のＬＥＤ素子３０が、第２のダイクロイックミラー５６の一面側において、第３のＬＥＤ素子３０の光出射面３０Ａの中心軸Ｃ３が、第２のダイクロイックミラー５６の他面５６Ｂにおける、第２のＬＥＤ素子２０の光出射面２０Ａの中心軸Ｃ２上の位置と交わる状態で、第２のダイクロイックミラー５６の一面５６Ａに対して傾斜して伸びるよう、配置されている。
【００１２】
また、各々のＬＥＤ素子のエタンデュ（放射の面積×立体角）は、互いに同じ大きさとされていることが好ましく、これにより、各々のＬＥＤ素子からの放射光を効率よく合成することができる。
【００１３】
各々のＬＥＤ素子１０，２０，３０の光放射方向前方の位置には、それぞれ、ＬＥＤ素子１０（２０，３０）からの放射光を平行光として出射するコリメータレンズ６１（６２，６３）がその光軸がＬＥＤ素子１０（２０，３０）の光出射面１０Ａ（２０Ａ，３０Ａ）の中心軸Ｃ１（Ｃ２，Ｃ３）上に位置されるよう配置されており、第１のＬＥＤ素子１０からの放射光は、第１のコリメータレンズ６１によって略平行光とされて第１のダイクロイックミラー５１の一面５１Ａに照射される。また、第２のＬＥＤ素子２０からの放射光は、第２のコリメータレンズ６２によって略平行光とされて第１のダイクロイックミラー５１の他面５１Ｂに、第２のＬＥＤ素子２０からの放射光が第１のダイクロイックミラー５１を透過した透過光の出射領域が第１のＬＥＤ素子１０の放射光の照射領域に重なるよう、照射され、第３のＬＥＤ素子３０からの放射光は、第３のコリメータレンズ６３によって略平行光とされて第２のダイクロイックミラー５６の一面５６Ａに、第３のＬＥＤ素子３０からの放射光が第２のダイクロイックミラー５６を透過した透過光の出射領域が第１のダイクロイックミラー５１により合成された第１のＬＥＤ素子１０の放射光および第２のＬＥＤ素子２０の放射光の合成光の照射領域に重なるよう、照射される。
【００１４】
第１のダイクロイックミラー５１は、第１のＬＥＤ素子１０のピーク波長λ1 と第２のＬＥＤ素子２０のピーク波長λ2 との間の波長範囲内において反射−透過変換波長（境界波長）λ01（λ2 ＜λ01＜λ1 ）を有し、反射−透過変換波長λ01より長波長の光を反射し、反射−透過変換波長λ01より短波長の光を透過する波長選択特性を有する。
第２のダイクロイックミラー５６は、第２のＬＥＤ素子２０のピーク波長λ2 と第３のＬＥＤ素子３０のピーク波長λ3 との間の波長範囲内において反射−透過変換波長（境界波長）λ02（λ3 ＜λ02＜λ2 ）を有し、反射−透過変換波長λ02より長波長の光を反射し、反射−透過変換波長λ02より短波長の光を透過する波長選択特性を有する。
【００１５】
この光学系においては、第１のＬＥＤ素子１０からの放射光が第１のダイクロイックミラー５１の一面５１Ａによって反射された反射光に、第２のＬＥＤ素子２０からの放射光が第１のダイクロイックミラー５１を透過した透過光が合成され、第１のダイクロイックミラー５１による合成光が第２のダイクロイックミラー５６の他面５６Ｂによって反射された反射光に、第３のＬＥＤ素子３０からの放射光が第２のダイクロイックミラー５６を透過した透過光が合成され、これにより、図２に示すような、波長λ1 〔ｎｍ〕、λ2 〔ｎｍ〕およびλ3 〔ｎｍ〕の３つのピーク波長を有する連続した広い波長範囲の分光分布特性を有する合成光が出射される。
【００１６】
而して、このような光学系を備えた光源装置によれば、第２のダイクロイックミラー５６により、第１のＬＥＤ素子１０の放射光および第２のＬＥＤ素子２０の放射光の合成光を反射させると共に第３のＬＥＤ素子３０からの放射光を透過させて、第１のＬＥＤ素子１０の放射光、第２のＬＥＤ素子２０の放射光および第３のＬＥＤ素子３０からの放射光を合成する構成とされていることにより、第１のＬＥＤ素子１０の放射光、第２のＬＥＤ素子２０の放射光および第３のＬＥＤ素子３０の各々が第１のダイクロイックミラー５１および第２のダイクロイックミラー５６を透過する透過回数の合計を、例えば図５に示す構成のものに比して少なくすることができる。すなわち、図５に示す構成の光学系では、第１のＬＥＤ光源９０Ａの放射光がダイクロイックミラーを透過する回数が２回、第２のＬＥＤ光源９０Ｂの放射光がダイクロイックミラーを透過する回数が１回、第３のＬＥＤ光源９０Ｃの放射光がダイクロイックミラーを透過する回数が０回で、透過回数の合計が３回であるのに対して、上記の構成の光学系では、第１のＬＥＤ素子１０の放射光がダイクロイックミラーを透過する回数が０回、第２のＬＥＤ素子２０の放射光がダイクロイックミラーを透過する回数が１回、第３のＬＥＤ素子３０の放射光がダイクロイックミラーを透過する回数が１回で、透過回数の合計が２回となる。
従って、各々のダイクロイックミラーにおいては、光がダイクロイックミラーにより反射されることによる放射光量の減衰の程度に比して、光がダイクロイックミラーを透過することによる放射光量の減衰の程度は大きいので、ダイクロイックミラーを透過する透過回数の合計が可及的に少なくなる状態で構成されていることにより、光の利用効率を一層高くすることができて十分に高い輝度を得ることができる。
【００１８】
図３は、本発明の光源装置に係る光学系の一例における構成の概略を示す説明図である。
この光学系は、各々、互いに異なるピーク波長λ1 〔ｎｍ〕，λ2 〔ｎｍ〕，λ3 〔ｎｍ〕およびλ4 〔ｎｍ〕（λ1 ＞λ2 ＞λ3 ＞λ4 ）を有する光を放射する第１のＬＥＤ光源１０１からの放射光、第２のＬＥＤ光源２０１からの放射光、第３のＬＥＤ光源３０１からの放射光および第４のＬＥＤ光源４０１からの放射光を合成するものである。
【００１９】
第１のＬＥＤ光源１０１は、第１のＬＥＤ素子１０と、光軸が第１のＬＥＤ素子１０の光出射面の中心軸に一致する状態で配置された、第１のＬＥＤ素子１０からの放射光を略平行光として照射する例えばパラボラミラー１０２とにより構成されている。また、第２のＬＥＤ光源２０１、第３のＬＥＤ光源３０１および第４のＬＥＤ光源４０１の各々も、第１のＬＥＤ光源１０１と同様の構成を有し、ＬＥＤ素子（２０，３０，４０）とパラボラミラー（２０２，３０２，４０２）とにより構成されている。
【００２０】
この光学系においては、円板状の第１のダイクロイックミラー５１、円板状の第２のダイクロイックミラー５６および円板状の第３のダイクロイックミラー５８が、例えば同一の平面（ダイクロイックミラー配置面）上に並んで、配置されており、第１のＬＥＤ光源１０１、第２のＬＥＤ光源２０１、第３のＬＥＤ光源３０１および第４のＬＥＤ光源４０１が、ダイクロイックミラー配置面の一面側における、ダイクロイックミラー配置面の面方向に離間して並んだ位置において、パラボラミラー１０２，２０２，３０２，４０２の光軸が例えば互いに平行に伸びるよう配置されている。また、ダイクロイックミラー配置面の他面側には、３つの反射ミラー７０，７１，７２が、それぞれ対応する３つのダイクロイックミラー５１，５６，５８の各々に対してダイクロイックミラー配置面の面方向に変位した位置において、反射面７０Ａ，７１Ａ，７２Ａがダイクロイックミラー配置面に対向するよう配置されている。
【００２１】
第１のダイクロイックミラー５１は、第１のＬＥＤ素子１０のピーク波長λ1 と第２のＬＥＤ素子２０のピーク波長λ2 との間の波長範囲内において反射−透過変換波長（境界波長）λ01（λ2 ＜λ01＜λ1 ）を有し、反射−透過変換波長λ01より長波長の光を反射し、反射−透過変換波長λ01より短波長の光を透過する波長選択特性を有する。
第２のダイクロイックミラー５６は、第２のＬＥＤ素子２０のピーク波長λ2 と第３のＬＥＤ素子３０のピーク波長λ3 との間の波長範囲内において反射−透過変換波長（境界波長）λ02（λ3 ＜λ02＜λ2 ）を有し、反射−透過変換波長λ02より長波長の光を反射し、反射−透過変換波長λ02より短波長の光を透過する波長選択特性を有する。
第３のダイクロイックミラー５８は、第３のＬＥＤ素子３０のピーク波長λ3 と第４のＬＥＤ素子４０のピーク波長λ4 との間の波長範囲内において反射−透過変換波長（境界波長）λ03（λ4 ＜λ03＜λ3 ）を有し、反射−透過変換波長λ03より長波長の光を反射し、反射−透過変換波長λ03より短波長の光を透過する波長選択特性を有する。
【００２２】
この光学系においては、第１のダイクロイックミラー５１の他面５１Ｂに所定の入射角で入射される、第１のＬＥＤ光源１０１からの放射光が反射ミラー７０によって反射された反射光が、第１のダイクロイックミラー５１の他面５１Ｂによって反射されると共に、第１のダイクロイックミラー５１の一面５１Ａに所定の大きさの入射角で入射される第２のＬＥＤ光源２０１からの放射光が第１のダイクロイックミラー５１を透過し、これにより、第１のＬＥＤ光源１０１からの放射光および第２のＬＥＤ光源２０１からの放射光が合成される。
そして、第２のダイクロイックミラー５６の他面５６Ｂに所定の大きさの入射角で入射される、第１のダイクロイックミラー５１による合成光が第２の反射ミラー７１により反射された反射光が、第２のダイクロイックミラー５６の他面５６Ｂによって反射されると共に、第２のダイクロイックミラー５６の一面５６Ａに所定の大きさの入射角で入射される、第３のＬＥＤ光源３０１からの放射光が第２のダイクロイックミラー５６を透過し、これにより、第１のＬＥＤ光源１０１からの放射光および第２のＬＥＤ光源２０１からの放射光の合成光と、第３のＬＥＤ光源３０１からの放射光が合成される。
さらに、第３のダイクロイックミラー５８の他面５８Ｂに所定の大きさの入射角で入射される、第２のダイクロイックミラー５６による合成光が第３の反射ミラー７２により反射された反射光が、第３のダイクロイックミラー５８の他面５８Ｂによって反射されると共に、第３のダイクロイックミラー５８の一面５８Ａに所定の大きさの入射角で入射される、第４のＬＥＤ光源４０１からの放射光が第３のダイクロイックミラー５８を透過し、これにより、第１のＬＥＤ光源１０１からの放射光、第２のＬＥＤ光源２０１からの放射光および第３のＬＥＤ光源３０１からの放射光の合成光と、第４のＬＥＤ光源４０１からの放射光が合成される。
【００２３】
このような構成の光学系を有する光源装置においても、図１に示す構成の光学系を有するものと同様の効果、すなわち、ダイクロイックミラーを透過する透過回数の合計が可及的に少なくなる状態で構成されていることにより、光の利用効率を一層高くすることができて十分に高い輝度を得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  第１のＬＥＤ素子
１０Ａ  光出射面
２０  第２のＬＥＤ素子
２０Ａ  光出射面
３０  第３のＬＥＤ素子
３０Ａ  光出射面
４０  第４のＬＥＤ素子
Ｃ１  基準軸（第１のＬＥＤ素子の光出射面の中心軸）
Ｃ２  第２のＬＥＤ素子の光出射面の中心軸
Ｃ３  第３のＬＥＤ素子の光出射面の中心軸
５１  第１のダイクロイックミラー
５１Ａ  一面
５１Ｂ  他面
５６  第２のダイクロイックミラー
５６Ａ  一面
５６Ｂ  他面
５８  第３のダイクロイックミラー
５８Ａ  一面
５８Ｂ  他面
６１  第１のコリメータレンズ
６２  第２のコリメータレンズ
６３  第３のコリメータレンズ
７０  第１の反射ミラー
７１  第２の反射ミラー
７２  第３の反射ミラー
７０Ａ，７１Ａ，７２Ａ  反射面
８０  ＬＥＤ発光部
８１  楕円面反射鏡
８２  球面レンズ
８３  円錐反射鏡
８４  透光性ロッド
８５  コンデンサレンズ
８６  リレーレンズ
９０Ａ  第１のＬＥＤ光源
９０Ｂ  第２のＬＥＤ光源
９０Ｃ  第３のＬＥＤ光源
９１  第１のダイクロイックミラー
９２  第２のダイクロイックミラー
９３  コリメータレンズ
Ｓ  露光面
１０１  第１のＬＥＤ光源
２０１  第２のＬＥＤ光源
３０１  第３のＬＥＤ光源
４０１  第４のＬＥＤ光源
１０２，２０２，３０２，４０２  パラボラミラー
【図１】
0005648372.tif 000002
【図２】
0005648372.tif 000003
【図３】
0005648372.tif 000004
【図４】
0005648372.tif 000005
【図５】
0005648372.tif 000006