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公開番号2025097693
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2023214032
出願日2023-12-19
発明の名称光源装置
出願人ウシオ電機株式会社
代理人弁理士法人ユニアス国際特許事務所
主分類G03F 7/20 20060101AFI20250624BHJP(写真;映画;光波以外の波を使用する類似技術;電子写真;ホログラフイ)
要約【課題】複数のLEDを含み、従来よりも大型の照射面に対して光照射が可能な、光源装置を提供する。
【解決手段】光源装置は、それぞれが、複数のLEDと、複数のLEDの後段において複数のLEDのそれぞれに対応して配置された複数の第一レンズ領域を含む第一コリメート光学系と、第一コリメート光学系からの出射光を集光する第一集光光学系とを含む複数の光源ユニットと、複数の光源ユニットの後段において複数の光源ユニットのそれぞれに対応して配置された複数の第二レンズ領域を含む第二コリメート光学系と、第二コリメート光学系からの出射光を集光する第二集光光学系とを備える。複数の光源ユニットは、第一集光光学系のバックフォーカス位置に離散的な二次光源を形成する。複数のレンズ領域のそれぞれのフロントフォーカスの位置は、対応する第一集光光学系のバックフォーカスの位置に実質的に一致する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれが、複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤの後段において前記複数のＬＥＤのそれぞれに対応して配置された複数の第一レンズ領域を含み前記第一レンズ領域のフロントフォーカスからの光をそれぞれコリメートする第一コリメート光学系と、前記第一コリメート光学系からの出射光を集光する第一集光光学系とを含む、複数の光源ユニットと、
前記複数の光源ユニットの後段において前記複数の光源ユニットのそれぞれに対応して配置された複数の第二レンズ領域を含み、前記第二レンズ領域のフロントフォーカスからの光をそれぞれコリメートする第二コリメート光学系と、
前記第二コリメート光学系からの出射光を集光する第二集光光学系とを備え、
前記複数の光源ユニットは、当該複数の光源ユニットのそれぞれが備える前記第一集光光学系のバックフォーカス位置に、離散的な二次光源を形成し、
前記第二コリメート光学系が備える複数の前記第二レンズ領域のそれぞれのフロントフォーカスの位置は、対応する前記複数の光源ユニットが備える前記第一集光光学系のバックフォーカスの位置に実質的に一致していることを特徴とする、光源装置。
続きを表示（約 440 文字）【請求項２】
前記第二コリメート光学系を光が出射される側から見たときに、複数の前記第二レンズ領域が線状の境界を介して隣接して配置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。
【請求項３】
前記第二集光光学系から出射された光が入射されるインテグレータ光学系を備え、
前記インテグレータ光学系の光入射面は、前記第二集光光学系のバックフォーカスに実質的に一致する位置に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記インテグレータ光学系は、複数のレンズ要素が配列されてなるフライアイインテグレータであることを特徴とする、請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第二コリメート光学系の光出射面側において投影面を配置した場合に、前記投影面に投影される像の形状は、前記フライアイインテグレータの前記レンズ要素の形状に対応していることを特徴とする、請求項４に記載の光源装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は光源装置に関し、特に、複数のＬＥＤを備えた光源装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、アレイ状に配置された複数のＬＥＤからの光をコリメートした後、集光光学系を用いてフライアイインテグレータの光入射面に結像させる光源装置が、本発明者によって提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６１７２５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された技術は、例えば露光装置用の光源として利用することが可能である。ここで、露光対象となる領域の面積が増えると、これに応じて光源側ではＬＥＤの設置数や設置領域を増加させる必要が生じる。しかし、特許文献１に記載された構造の下では、ＬＥＤの設置数を増加させることには限界があった。
【０００５】
具体的には、供給する電流量の増加や温度上昇等の事情により、単一の基板状に搭載できるＬＥＤの数には限界がある。例えば、従来１００ｍｍ角のＡｌＮ基板上に１００個のＬＥＤを搭載してなる光源を用いていたとして、ＬＥＤの数を４倍にするには、理論上は、２００ｍｍ角のＡｌＮ基板上に４００個のＬＥＤを搭載すればよいことになる。しかし、現時点において、２００ｍｍ角のＡｌＮ基板は存在していない。
【０００６】
更に、部品の大型化に伴う機械精度の問題もある。例えば、±１ｍｍの精度が必要な場合、１００ｍｍ角のＡｌＮ基板であれば±１％の精度で製造すればよいことになるが、２００ｍｍ角のＡｌＮ基板の場合には、±０．５％の精度が要求されることになる。特許文献１の構造のように、複数のＬＥＤからの光をそれぞれコリメート光学系でコリメートした後、集光光学系に導く場合には、各光学系の精緻な位置調整が必要となる。このため、部品の大型化に伴う、許容可能な設計誤差の範囲が縮小することは、光源装置によって所望の光を得ることを困難にする。
【０００７】
更には、同一基板上に搭載するＬＥＤ数を増加させることは、電流量の増加や温度上昇を招くことになり、基板や、光学系の保持部等の熱膨張を引き起こす可能性がある。基板と、光学系の保持部とは材質が異なる。基板は典型的にはセラミック製であり、保持部は金属製である。この結果、基板及び保持部の双方が加熱されると、両者の間には熱膨張差に由来した位置ずれが生じ、ＬＥＤと光学系の光学配置に歪みが生まれる。
【０００８】
以上の事情から、現時点において、ＬＥＤの数を従来よりも増加させるためには、複数のＬＥＤが搭載された基板自体を複数配列することになる。
【０００９】
ここで、特許文献１に記載された構造では、複数のＬＥＤから出射された光をコリメートした後、集光光学系で集光している。ここで、同一の基板に搭載された複数のＬＥＤを隙間なく配置することは、配線等の配置の事情から現実的には困難であり、複数のＬＥＤには不可避的に隙間が生じる。特許文献１に記載された構造の基板を複数枚並べて大面積化を図った場合、同一基板内に搭載された複数のＬＥＤの間隔と、隣接する基板それぞれに搭載されたＬＥＤの間隔とを完全に同一にすることは困難である。このため、特許文献１の構造では、集光光学系から出射された光についても、異なる基板に搭載されたＬＥＤからの光線束同士の間に、間隔が生まれ、平均輝度を低下させてしまう。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑み、複数のＬＥＤを含み、従来よりも大型の照射面に対して光照射が可能な、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】
（【００１１】以降は省略されています）

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