本发明涉及光源装置，尤其是涉及具备多个LED元件的光源装置。
背景技术：
以往，有效利用了光的光处理技术被应用于各种各样的领域。例如，在使用了光的微细加工中利用曝光装置。近年来，曝光技术在各种领域被开展，在微细加工之中也被利用于比较大的图案的制作或三维的微细加工。更具体而言，在例如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：微电子机械系统)的制造工序等中利用曝光技术。
在上述的光处理技术中，作为光源，一直以来使用了亮度高的放电灯。然而，伴随着近年来的固体光源技术的进步，研讨了将配置有多个LED元件的结构作为光源的情况。作为这样的技术，例如专利文献1公开了以由多个LED元件构成的单元为光源，在该光源与掩模之间配置有复眼透镜的曝光装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-335953号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
与通过灯构成光源的光源装置相比，在通过LED元件构成光源的情况下，放射光束少。因此，为了构成实现高的光输出的光源装置，需要使来自多个LED元件的射出光尽可能地汇集。此时，如果在多个LED元件与其后的光学系统之间产生位置偏离，则对于利用光的目的的光学系统无法引导充分的光量的光。这样的位置偏离不可避免地发生，只不过是程度的多少不同而已。
本发明鉴于上述的课题，其目的在于，提供一种光源装置，该光源装置具备多个LED元件并能够抑制与位置偏离相伴的照度的下降。
用于解决课题的方案
本发明的光源装置的特征在于，具备：
光源部，配置有多个LED元件；
第一光学系统，对于从所述光源部射出的光分别进行准直；及
第二光学系统，对于从所述第一光学系统射出的多束光进行聚光，
在所述光源部和所述第一光学系统中的至少一方具备调整机构，该调整机构用于调整所述光源部与所述第一光学系统的相对位置关系。
如前所述，从一个LED元件射出的光与灯相比亮度小。因此，在设想利用于例如曝光装置等需要较多的光的用途的光源的情况下，尽可能不使亮度下降而将较多的LED元件的光聚集的情况至关重要。
根据上述结构，将从多个LED元件射出的光在第一光学系统中进行了准直之后进行聚光。由此，能够使来自各LED元件的射出光在聚光位置处成像。而且，来自各LED元件的射出光通过调整准直透镜(第一光学系统)的配置而能够缩窄射出的光束彼此的间隔，构成非发光区域少的光源。由此，能够实现亮度高的光源装置。
并且，在这样的结构中，能想到假设在光源部与第一光学系统之间产生了位置偏离的情况下，向第二光学系统的后段引导的光量减少的情况。具体而言，例如，当各LED元件和与之对应的准直透镜(第一光学系统)之间的位置关系分别产生偏离时，第二光学系统的聚光位置偏离，难以向第二光学系统的后段高效率地引导光。其结果是，向第二光学系统的后段引导的光量减少，例如在作为曝光装置利用的情况下，对于曝光面的照度下降。
根据上述的结构，具备调整光源部与第一光学系统的相对位置关系的调整机构。因此，即使在光源部包含的各LED元件和与之对应的准直透镜(第一光学系统)之间产生了位置偏离的状态下设置了光源装置的情况下，通过经由调整机构进行调整，也能够校正第二光学系统引起的聚光位置的偏离，能够向第二光学系统的后段有效地引导光。
也可以是，所述多个LED元件配置在规定的平面上，
所述调整机构构成为能够在与所述规定的平面平行的方向上调整所述光源部与所述第一光学系统的相对位置关系。
另外，也可以是，所述调整机构构成为能够在与所述规定的平面平行的平面上使所述光源部和所述第一光学系统中的至少一方旋转。
另外，作为具体的形态，也可以是，所述光源装置具有收容有所述光源部的LED板，所述调整机构附设于所述LED板，还可以是，所述光源装置具有收容有所述第一光学系统的透镜支架，所述调整机构附设于所述透镜支架。
另外，在上述的结构中，也可以是，所述光源装置具备入射面配置于所述第二光学系统的焦点位置的积分光学系统。
从LED元件射出的光与灯相比，放射光束少。因此，例如为了作为曝光用的光源装置使用而需要将来自多个LED元件的射出光尽可能地聚集。为此，需要增加作为光源而配置的LED元件的个数。
然而，LED元件由于电源供给用的配线图案不可或缺，因此无法将LED元件自身完全紧贴地配置。即，在配置多个LED元件时，在相邻的LED元件彼此必须空出一定的间隔。形成该间隔的区域构成不射出光的区域(非发光区域)。因此，即使仅仅是配置多个LED元件并对来自各LED元件的射出光进行聚光，也会不可避免地产生非发光区域。由此，仅是对于从多个LED元件射出的光进行聚光的话，会招致照射面处的亮度的下降。
根据上述结构，对于从多个LED元件射出的光在第一光学系统中进行了准直之后进行聚光。由此，能够使来自各LED元件的射出光在聚光位置处成像。而且，来自各LED元件的射出光通过调整准直透镜(第一光学系统)的配置而能够缩窄射出的光束彼此的间隔，构成非发光区域少的光源。由此，实现亮度高的光源装置。
另外，也可以是，所述积分光学系统由导光构件构成，该导光构件将从所述入射面入射的光在内侧面反复进行反射并向出射面引导。
根据该结构，将放射强度高的光聚光于导光构件的入射面，因此从导光构件的出射面能够射出亮度高且照度分布均匀化的光。需要说明的是，作为导光构件，可以通过例如棒状积分器或光隧道构成。
另外，也可以是，所述积分光学系统由将多个透镜配置成矩阵状而形成的复眼透镜构成。
通过复眼透镜，能够实现照射面处的照度分布的均匀化。由此，能够实现亮度高且照度分布均匀化的光源装置。
发明效果
根据本发明，在具备多个LED元件的光源装置中，即使在产生了光学系统与LED元件之间的位置偏离的情况下，也能够抑制与位置偏离相伴的亮度或照度的下降。
附图说明
图1是示意性地表示光源装置的光学系统的一例的附图。
图2是示意性地表示光源部与第一光学系统的配置关系的一例的附图。
图3是示意性地表示光源部与第一光学系统的配置关系的一例的附图。
图4是示意性地表示光源部与第一光学系统的配置关系的一例的附图。
图5A是示意性地表示位置调整前的棒状积分器的入射面的像的附图。
图5B是示意性地表示进行了第一阶段的调整之后的、棒状积分器的入射面的像的附图。
图5C是示意性地表示进行了第二阶段的调整之后的、棒状积分器的入射面的像的附图。
图5D是示意性地表示进行了第三阶段的调整之后的、棒状积分器的入射面的像的附图。
图6A是示意性地表示光源部与第一光学系统的配置关系的一例的附图。
图6B是示意性地表示光源部与第一光学系统的配置关系的一例的附图。
图7是示意性地表示光源装置的光学系统的一例的附图。
图8是示意性地表示曝光装置的结构的一例的附图。
具体实施方式
以下，关于本发明的光源装置，参照附图进行说明。需要说明的是，各图中的尺寸比与实际的尺寸比可以不必一致。
图1是示意性地表示光源装置的光学系统的一例的附图。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、积分光学系统8。需要说明的是，在本实施方式的光源装置1中，光源部2收容于LED板22，第一光学系统5收容于透镜支架23。虽然在图1中未图示，但是该LED板22与透镜支架23构成为能够调整相互间的相对位置关系。具体的结构的一例如后所述。
光源部2包含多个LED元件3。在本实施方式中，作为一例而多个LED元件3配置在规定的平面上。但是，在本发明中，多个LED元件3的配置形态可以是任意的形态。
第一光学系统5是对于从多个LED元件3射出的光分别进行准直的光学系统，对应于各LED元件3而配置多个准直透镜6。
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由棒状积分器9构成。棒状积分器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。其中，在本说明书中，“配置于焦点位置”是除了与焦点的位置完全一致的情况之外还包括相对于焦距沿着与光轴11平行的方向移动了±10％的距离的位置的概念。需要说明的是，图1中的光轴11设为与积分光学系统8的入射面即棒状积分器9的入射面9a正交的轴。
棒状积分器9是通过使入射到入射面9a的光在侧面反复进行全反射并向出射面9b引导，从而具有使出射面9b的光的照度分布均匀化的功能的导光构件(光引导器)的一例。这样的导光构件通过例如由玻璃或树脂等光透过性的材料构成的柱状构件、内表面由反射镜构成的中空构件等构成。后者的结构有时特别称为光隧道。需要说明的是，导光构件也可以在其内部沿着与光轴平行的方向分割多个光路而构成。
图2、图3及图4分别是表示光源部2与第一光学系统5的配置关系的一例的附图。在图2所示的例子中，收容有光源部2的LED板22与收容有第一光学系统5的透镜支架23利用螺钉等而一体地被保持。需要说明的是，在图2中，图示出与螺钉另行设置的夹紧螺钉41。该夹紧螺钉41是调整机构的一例。
图3是图2的内部的从LED板22侧观察时的示意性的俯视图的一例。而且，图4是示意性地表示图2的内部的立体图。在该例中，LED板22与透镜支架23通过3根夹紧螺钉41和2个球塞42能够进行位置关系的调整。需要说明的是，在图4中，为了便于图示，而未图示夹紧螺钉41的一部分和球塞42。
在球塞42内置有弹簧。在将LED板22与透镜支架23之间的螺纹紧固稍稍松缓的状态下推拉3处的夹紧螺钉41时，球塞42的前端的刚性球移动。通过该移动，能够调整LED板22与透镜支架23的相对位置关系。具体而言，能够进行图3所示的X方向的移动、Y方向的移动及θ方向的旋转移动。需要说明的是，在由此处所说的X方向和Y方向构成的平面(XY平面)上配置有多个LED元件3。
实际上，在使构成光源部2的多个LED元件3点亮的状态下，对调整机构(在该例中为夹紧螺钉41)进行操作，一边调整LED板22与透镜支架23的相对位置关系，一边测定了棒状积分器的入射面9a的像。图5A～图5D的各图示意性地图示出各时刻的像的照片。在各图中，作为基准的区域由标号61表示，作为像而出现的区域由标号60表示。而且，成为像60的中心的位置由标号62表示。在此，光源部2设为在80mm□的区域内配置有85个LED元件3的结构。
作为一例，夹紧螺钉41通过旋转1圈而能够沿前后方向移动0.4mm，通过旋转1/4圈而能够移动0.1mm。而且，如图3所示，通过使设置在同一条边上的2个夹紧螺钉41相对移动，能够使透镜支架23相对于LED板22旋转。作为一例，当将上述2个夹紧螺钉41的间隔设为60nm时，为了使80mm□的光源部2旋转1°，通过使上述2个夹紧螺钉41的相对位置关系错开约1mm(2圈半)能够实现。此时，可以通过仅使上述2个夹紧螺钉41中的一方的夹紧螺钉41前进或后退，从而使相对位置关系错开，也可以通过使一方前进并使另一方后退来使相对位置关系错开。
图5A对应于例如初期时。根据图5A可知，像的中心62从基准区域61的中心O偏离。而且，像60示出圆形形状，由于像60模糊，因此可知无法说是来自各LED元件3的光大致聚光于同一处的状态。这样的状况暗示了在光源部2与第一光学系统3之间产生位置偏离的情况。
图5B是从图5A的状态开始，对调整机构进行操作，由此使透镜支架23相对于LED板22旋转移动了1°之后测定到的结果。图5B所示的像60示出与光源部2的形状对应的矩形形状，可知与图5A的状态相比清楚地映出像。由此可知，LED元件3的中心与对应的准直透镜6的光轴比图5A的状态更接近。
图5C是从图5B的状态开始，进一步对调整机构进行操作，由此使透镜支架23相对于LED板22沿X方向移动了0.2mm之后测定到的结果。而且，图5D是从图5C的状态开始，进一步对调整机构进行操作，由此使透镜支架23相对于LED板22沿Y方向移动了0.2mm之后测定到的结果。与图5B的状态相比，在图5C的状态下，像60的中心62的位置接近基准区域61的中心O，在图5D的状态下，该像60的中心60更接近基准区域61的中心O。
这样，通过对调整机构进行操作，能够使从多个LED元件3射出的光大致聚集于一点，并能够调整其聚光位置。尤其是通过使聚光位置移动到棒状积分器9的光入射面9a的中心部位，从而能够将照度高的光向棒状积分器9的光出射面9b上引导。
需要说明的是，在本实施方式中，说明了使用夹紧螺钉41作为调整机构的情况，但是调整机构并不局限于该结构。例如，也可以如图6A所示使用凸轮44，还可以如图6B所示使用销45。在图6A的结构中，也可以将凸轮44的旋转轴安装于透镜支架23或LED板22。而且，在图6B的结构中，也可以将销45的基体部安装于透镜支架23或LED板22。
[其他实施方式]
以下，说明其他实施方式。
<1>如图7所示，积分光学系统8也可以由复眼透镜10构成。在这种情况下，高亮度的光也聚光于复眼透镜10的入射面，从复眼透镜10射出高亮度的光。需要说明的是，在上述的其他的结构中，也可以通过复眼透镜10构成积分光学系统8。
<2>上述的光源装置1可以作为曝光装置或投影机用的光源来利用。图8是示意性地表示包含光源装置1的曝光装置的结构的附图。
曝光装置19在积分光学系统8的后段具备投影光学系统15及掩模16，根据需要具备投影透镜17。在利用投影光学系统15投影的位置设置掩模16，在掩模16的后段设置成为将掩模16的图案像印相的对象的感光性基板18。在此状态下，当从光源部2射出光时，该光由第二光学系统7聚光之后，由棒状积分器9形成为照度分布均匀化的光，向投影光学系统15照射。投影光学系统15通过该光将掩模16的图案像直接或经由投影透镜17投影到感光性基板18上。
在光源装置1使用于曝光装置19的情况下，多使用紫外光发光元件作为LED元件3。这样，在从LED元件3射出的光为紫外光的情况下，无法视觉辨认到像。在这样的情况下，也可以在积分光学系统8的光入射面(棒状积分器9的光入射面9a)配置涂布有荧光体的板，通过紫外光使所述荧光体激励，由此使像成为可视化的状态，在此基础上，通过对调整机构(夹紧螺钉41等)进行操作而调整LED板22及透镜支架23的相对位置关系。
<3>在上述的实施方式中，能够使透镜支架23相对于LED板22沿X方向、Y方向及XY平面上的旋转方向分别移动。然而，也可以构成为能够沿它们中的至少一个方向移动，还可以构成为进而能够沿其他的方向(例如与XY平面正交的方向等)移动。而且，也可以构成为LED板22相对于透镜支架23能够移动。
<4>在上述的各实施方式中，光源装置1在变更光路的目的下，也可以适当地追加具备反射光学系统等光学系统。
标号说明
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：棒状积分器
9a：棒状积分器的入射面
9b：棒状积分器的出射面
10：复眼透镜
11：光轴
15：投影光学系统
16：掩模
17：投影透镜
18：感光性基板
19：曝光装置
22：LED板
23：透镜支架
41：夹紧螺钉
42：球塞
44：凸轮
45：销
60：像
61：基准区域
62：像的中心。