CN103293699A - 照明光学系统、用于光谱测定的光照射装置和光谱测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种照明光学系统。所述照明光学系统包括激光光源、积分器元件、振荡元件以及集光元件。所述振荡元件能够将从所述激光光源出射的激光束引导至所述积分器元件，并且能够振荡以改变激光束到所述积分器元件的入射角；所述集光元件用于聚集从所述积分器元件出射的激光束。此外，本发明还提供了用于光谱测定的光照射装置和光谱测定仪。所述用于光谱测定的光照射装置包括上述照明光学系统。所述光谱测定仪包括上述照明光学系统、反射部件、衍射光栅、输入元件以及用于保持光学共轭的光学系统。根据本发明，即使在采用激光束的光学装置中也能够抑制干涉条纹的产生。

Description

照明光学系统、用于光谱测定的光照射装置和光谱测定仪

技术领域

本技术涉及采用激光束的照明光学系统、用于光谱测定的光照射装置、以及使用该照明光学系统的光谱测定仪。

背景技术

在相关技术领域中，存在着采用激光束的投影仪、曝光装置、退火装置和光谱测定仪等。高相干性的激光束具有这样的问题：在它的照射表面上会产生干涉条纹，这导致照度不均匀性。

通常，就从卤素灯和发光二极管(Light Emitting Diode，LED)灯等发出的非相干光而言，是通过采用诸如复眼(fly eye)透镜阵列等透镜阵列元件来抑制照度不均匀性的。具体地，当所述非相干光入射到所述复眼透镜上时，由每一个透镜分离出光成分，并且分离出的光成分被聚光透镜叠加，这就抑制了照度不均匀性。

然而，当使用激光束时，因为激光束具有高相干性，所以即使在使用复眼透镜的条件下也不可避免地会产生干涉条纹。

日本专利申请特开第2011-175213号公报公开了能够抑制干涉条纹的产生并且能够提高照度均匀性的激光照射装置。该激光照射装置包括复眼透镜(7)和配置在复眼透镜(7)的光入射侧的去偏振片(6)。去偏振片(6)被构造为具有被布置为矩阵阵列的多个相位差板(6a至6d)。各个相位差板(6a至6d)以1∶1的比例对应于透镜单元。具有不同偏振状态的激光束成分穿过相对应的透镜单元并且在照射面(11)上叠加。在照射面(11)上，激光束呈现为伪随机偏振(pseudo random polarization)。(例如，参见日本专利申请特开第2011-175213号公报中的[0015]段和[0020]段)。

作为本技术的相关技术，日本专利申请特开第2008-510964号公报公开了Offner(奥夫纳)光谱测定仪。

发明内容

在日本专利申请特开第2011-175213号公报中公开的激光照射装置能够避免彼此垂直的偏振成分的干涉，也即是，从相邻透镜单元出射的激光束成分的干涉。然而，该激光照射装置可能无法避免非相邻透镜单元的干涉。换言之，该激光照射装置可能无法避免较高级的干涉。

期望提供一种照明光学系统、一种用于光谱测定的光照射装置和一种使用该照明光学系统的光谱测定仪，使得即使在采用激光束的光学装置中也能够抑制干涉条纹的产生。

本技术的实施例的照明光学系统包括激光光源、积分器元件、振荡元件和集光元件。

所述振荡元件能够将从所述激光光源出射的激光束引导至所述积分器元件，并且进行振荡以改变所述激光束到所述积分器元件的入射角。

所述集光元件聚集从所述积分器元件出射的激光束。

由于所述振荡元件进行振荡以改变激光束到所述积分器元件的入射角，因此能够从所述集光元件以时间平均的方式出射均匀的光。换言之，能够抑制干涉条纹的产生。

所述积分器元件可具有第一积分器元件和第二积分器元件，从所述第一积分器元件出射的激光束入射在所述第二积分器元件上。所述第二积分器元件能够起到场透镜(field lens)的作用，使得照明光的边缘被锐化。

所述第一积分器元件可以具有包括以预定的节距布置的多个透镜的第一透镜阵列。

所述第二积分器元件可以具有第二透镜阵列，所述第二透镜阵列包括以所述第一透镜阵列的所述节距布置的、且与所述第一透镜阵列的多个透镜的光轴方向相对应布置的多个透镜。

所述振荡元件可以振荡，使得从所述第一透镜阵列的多个透镜中的第一透镜出射的激光束入射到所述第二透镜阵列的多个透镜中的第二透镜(所述第二透镜与所述第一透镜的光轴方向相对应布置着)上。

所述积分器元件可以具有透镜阵列，在所述透镜阵列上布置有多个透镜。在此情况下，所述振荡元件进行振荡，使得入射在所述积分器元件上的激光束的振荡宽度不大于所述多个透镜中的单个透镜的宽度。因此，肯定能够抑制干涉条纹的产生。

所述振荡元件可以是共振反射镜或声光元件。

本技术实施例的用于光谱测定的光照射装置是含有上述照明光学系统的用于光谱测定的光照射装置。

本技术实施例的光谱测定仪包括上述照明光学系统、光谱测定光学系统和用于保持光学共轭的光学系统。所述光谱测定光学系统包括下列的反射部件、衍射光栅以及输入元件。

所述反射部件具有沿着具备中心的第一圆形形成的凹面。

所述衍射光栅具有边缘部和沿着与所述第一圆形同心布置的第二圆形形成的凸面，在所述反射部件的所述凹面处被反射的光入射到所述衍射光栅上。

所述输入元件布置在相对于所述反射部件和所述衍射光栅的预定位置处，使得衍射光在输入至所述光谱测定光学系统的输入光与所述衍射光栅的所述边缘部之间通过。所述衍射光具有600nm以上1100nm以下的波长区域，并且所述衍射光是从所述衍射光栅出射的且在所述凹面处被反射的。

所述用于保持光学共轭的光学系统保持从所述集光元件出射的激光束的集光面与入射在所述输入元件上的激光束的输入面之间的光学共轭。

根据本技术的实施例，即使在采用激光束的光学装置中也能够抑制干涉条纹的产生。

根据下面的对如附图中所示的本发明最佳实施例的详细说明，本技术的上述这些和其它的目的、特征和优势将变得更加明显。

附图说明

图1A和图1B分别示出了根据参考例的照明光学系统；

图2示出了根据本技术第一实施例的照明光学系统，其中将激光二极管的短轴方向视为垂直于页面的方向；

图3示出了由振荡元件导致的激光束偏转角范围；

图4示出了根据本技术第二实施例的照明光学系统；

图5A至图5C分别示出了根据本技术第三实施例的照明光学系统，这些图是从彼此差别90度的角度观看的；

图6示出了根据本技术第四实施例的照明光学系统；

图7A至图7C分别示出了由图像传感器拍摄的形成于屏幕上的光束线的强度分布；

图8是绘出了由分别对应于图7B和图7C的照明光学系统产生的激光束的强度的曲线图，其中横坐标轴刻度表示该光束的长轴，纵坐标轴刻度表示该光束的强度；

图9A示出了由上述第二实施例的照明光学系统提供的照明光的边缘模糊(bokeh，焦外成像)；

图9B示出了在上述第四实施例的照明光学系统中当积分器透镜的焦距接近于集光透镜的焦距时所提供的照明光的边缘模糊；

图10A示出了Offner型等倍率光学系统(中继光学系统)的原理；

图10B示出了采用该Offner型光学系统的Offner型光谱测定仪的原理；

图11示出了根据本技术第一实施例的光谱测定光学系统；

图12A是衍射光栅的入射面；

图12B至图12D分别示出了图12A中示出的由虚线包围的正方形部分的放大视图；

图13示出了根据本技术第二实施例的光谱测定光学系统；

图14示出了上述第二实施例的光谱测定光学系统的示例；

图15示出了当在上述实施例的光谱测定光学系统中观察Ar灯的照明时的数据；

图16示出了根据上述实施例通过将光谱测定光学系统连接至显微镜光学系统而以10μm节距观察到的线和空间的例子；

图17是通过利用上述实施例的光谱测定光学系统而测量得到的Ar灯的光谱图；

图18是图17的在800nm波长附近的放大视图；

图19示出了利用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis，RCWA)法对图12C中所示衍射光栅的衍射效率的计算示例；以及

图20示出了在拉曼(Raman)成像装置(拉曼光谱测定装置)中的光学系统的构造。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来说明本技术的实施例。

照明光学系统

(参考例)

图1A和图1B分别示出了根据参考例的照明光学系统。图1A和图1B中所示的照明光学系统在视图角度上彼此差别90度。

根据参考例的照明光学系统50包括激光二极管11、准直器透镜13、积分器透镜15和集光透镜17。

在许多激光二极管11中，如果忽略相干性，则发光点(发射体)具有几乎为矩形的形状。在图1A和图1B示出的参考例中，在矩形的短轴(快轴)激光束以及与该短轴(快轴)激光束成直角的长轴(慢轴)激光束中使用不同的光学系统。使用不同的光学系统是因为一个光学系统(即对应于长轴光学系统的第二光学系统)采用了柯勒(Kehler)照明光学系统从而以具有所期望纵横比的均匀笔直的光来照射屏幕(或样品表面)。

在下文中，为了方便起见，将图1A中所示的光学系统称作第一光学系统，并且将图1B中所示的光学系统称作第二光学系统。

从激光二极管11发出的激光束被准直器透镜13改变为平行光。从准直器透镜13出射的激光束的强度分布(intensity profile)在短轴方向上具有高斯分布(TEM00)。另一方面，该激光束在长轴方向上的强度分布具有非均匀分布(TEM05)。

第一光学系统与第二光学系统之间的不同之处是积分器透镜15的形状。作为积分器透镜15，使用了如下的柱状透镜(lenticular lens)：该柱状透镜中，在激光束的长轴上布置排列有多个圆柱形透镜15a(透镜阵列)。也即是说，积分器透镜15在长轴方向上具有对激光束的放大率(power)，而在短轴方向上没有放大率。

如图1B中所示，平行光的激光束被积分器透镜15分离然后由集光透镜17叠加。因此，照射在屏幕19上的光的强度能够在长轴方向上是均匀的。

积分器透镜15在激光二极管11的短轴方向上没有放大率。样品表面被具有呈高斯分布的强度分布的光束直接照射。第一光学系统成为临界(critical)照明光学系统。

屏幕19上的照明宽度(光束的照射范围)W可由如下的数值表达式1来确定：

$W=p\·\frac{f_{\mathrm{cond}}}{f_{\mathrm{integ}}}$ ...数值表达式1

其中，p表示该积分器透镜的各圆柱形透镜15a的节距，f_cond表示集光透镜17的焦距，f_integ表示积分器透镜15的焦距。

数值表达式1表明：各透镜被布置成使得积分器透镜15的集光点处的位置与集光透镜17的焦距f_cond处的位置相匹配。

如上所述，即使使用了Kehler照明光学系统作为第二光学系统，也会产生由于积分器透镜15而引起的干涉条纹，并且由于波面(wavesurface)上的小的波动而可能产生斑点(speckle)。

(第一实施例的照明光学系统)

图2示出了本技术第一实施例的照明光学系统，其中将激光二极管11的短轴方向视为垂直于页面的方向。

照明光学系统100包括作为激光光源的激光二极管11、准直器透镜13、振荡元件10、作为积分器元件的积分器透镜15和作为集光元件的集光透镜17。

类似于图1A和图1B中所示的那样，积分器透镜15是这样的柱状透镜：其在激光二极管11的长轴方向上具有对激光束的放大率，而在短轴方向上没有放大率。因此，屏幕19(或样品表面)上的激光束在短轴方向上的形状大体上与图1A中所示的形状相同，因而没有图示出短轴侧的光学系统。

积分器透镜15的入射面和出射面都具有凸面形状。

类似于上述的参考例，在短轴方向上没有放大率的积分器透镜15的光学系统成为临界照明光学系统。屏幕19上的在短轴方向上的照明宽度是由准直器透镜13的焦距与集光透镜17的焦距的比值乘以发射体在短轴方向上的长度而获得的。

振荡元件10能够反射准直器透镜13处的激光束、将该激光束引导至积分器透镜15、并且能够振荡以改变该激光束到积分器透镜15的入射角。

典型地，使用共振反射镜(resonant mirror)作为振荡元件10。该共振反射镜被构造为能够绕着在短轴方向上的转轴10a以预定角度转动，然后在相反的方向上以预定角度转动。换言之，该共振反射镜就以这样的方式振荡。该共振反射镜典型地具有反射镜、永久磁铁和线圈配线，并且利用电磁激励而进行振荡。例如，在由永久磁铁产生的磁场中，交流电流流过布置于反射镜表面周围的线圈，从而使反射镜振荡。

通过应用了照明光学系统100的装置，能够适当地设定振荡元件10的振荡频率。例如，当人们用裸眼观看(或观察)被照明光学系统100照明的物体时，振荡频率是这样的：该振荡频率使得该振荡不会被人们所感知到。或者，当用图像传感器来检测被照明光学系统100照明的物体时，振荡频率要比该图像传感器的曝光时间足够小。

当使用共振反射镜时，上述振荡提供正弦曲线。因此，振荡反射镜在振荡中心处以最高速运行。速度在最大偏转角处变为0。当在没有布置积分器透镜15的情况下使用所述振荡反射镜时，能量密度(power density)在激光束的两端处变高，中心变暗，并往往产生强度不均匀性。然而，通过使用积分器透镜15，能够抑制因振荡而引起的强度不均匀性的出现。因此，能够提供强度均匀性。

此外，将说明入射在积分器透镜15上的激光束的入射角θ。

入射在积分器透镜上的激光束的入射角θ通常是由下面的数值表达式2来规定的。

${\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;f_{\mathrm{cond}}}{p\&CenterDot;f_{\mathrm{integ}}}\right)<\mathrm{\&theta;}<{\tan }^{-1}\left(\frac{p(n-1)}{2r}\right)\&cong;{\tan }^{-1}\left(\frac{p}{2f_{\mathrm{integ}}}\right)$ ...数值表达式2

其中，n表示折射率，r表示曲率半径，λ表示激光束的波长。

因此，通过调节光束角来改变产生于屏幕19上的干涉条纹的位置。因此，照射在屏幕19上的照明能够被视为按时间平均的均匀照明。

入射角θ的上限将由如下的数值表达式3表示，该数值表达式3是数值表达式2的一部分。

$\mathrm{\&theta;}<{\tan }^{-1}\left(\frac{p(n-1)}{2r}\right)\&cong;{\tan }^{-1}\left(\frac{p}{2f_{\mathrm{integ}}}\right)$ ...数值表达式3

由数值表达式3表示的入射角θ的范围表明了这样的条件，即：光束(这里可容易理解的是，将光束考虑为光束的边缘)入射到积分器透镜15的单个圆柱形透镜15a上/从积分器透镜15的单个圆柱形透镜15a出射。换言之，振荡元件10进行振荡，使得入射在积分器透镜15上的激光束的振荡宽度不大于单个圆柱形透镜15a的宽度。

图3示出了由振荡元件10导致的激光束偏转角(这里为入射角θ)范围。在图3中，由虚线示出的光束入射在第一圆柱形透镜15a1上并且从相邻的第二圆柱形透镜15a2出射。该虚线光束偏离了如上所述的数值表达式1(W＝p×f_cond/f_integ)。因此，没有提供适当的纵横比。

根据数值表达式3的条件，对于平行光，照明光在长轴方向上的边缘升起(edge rise)变为最佳以使屏幕19上的照明范围锐化。与此相反，当光束的入射角θ变得过大时，照明光在长轴方向上的边缘会变得模糊。集光透镜17的焦距f_cond与积分器透镜15的焦距f_integ的比值(f_cond/f_integ)越小，对于激光束的入射角θ，边缘升起的精度就变得越严峻。

入射角的下限将由下面的数值表达式4表示，数值表达式4是数值表达式2的一部分。

$\mathrm{\&theta;}>{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;f_{\mathrm{cond}}}{p\&CenterDot;f_{\mathrm{integ}}}\right)$ ...数值表达式4

为了使激光束以由积分器透镜15引起的且在屏幕19上产生的干涉条纹的节距或以超过该节距的方式振荡，较佳的是满足数值表达式4。积分器透镜15和集光透镜17布置在与各自的焦距f_integ和f_cond相对应的位置处。因此，光束在屏幕19上的行进距离是由积分器透镜15的焦距f_integ确定的。行进距离“a”等于f_integtanθ。干涉条纹的节距等于λ×f_cond/p。换言之，较佳的是满足f_integtanθ＞λ×f_cond/p，以提供数值表达式4。

如上所述，在根据本实施例的照明光学系统100中，当振荡元件10进行振荡以改变激光束入射到积分器透镜15的入射角时，能够从集光透镜17出射按时间平均的均匀光。能够抑制由积分器透镜15导致的干涉条纹或斑点的产生，并且能够提供所期望的均化(homogenization)效果。

通过按上述方式限定的振荡元件10的偏转角(入射角θ)，能够确定无疑地抑制干涉条纹和斑点的产生。

在日本专利申请特开第8-111368号公报所披露的装置中，复眼透镜是质量相对较大的元件，且使该复眼透镜以机械方式进行振动。因此，就存在可靠性差以及该装置可能无法承受长期使用的问题。与此相反，根据本发明的技术能够解决这些问题。

(第二实施例的照明光学系统)

图4示出了本技术第二实施例的照明光学系统。在下文中，与图2等中所示实施例的照明光学系统100的部件、功能等相似的部件、功能等将被简化或省略，并将会主要阐述不同点，直至本发明的第四实施例为止。

照明光学系统200包括含有多个积分器透镜15的积分器元件150。在振荡元件10处被反射的激光束入射在第一积分器透镜151(第一积分器元件)上。被第一积分器透镜151分离的激光束入射在第二积分器透镜152(第二积分器元件)上。

类似于第一实施例，积分器透镜151具有多个圆柱形透镜，这些圆柱形透镜在长轴方向上都具有对激光束的放大率。第二积分器透镜152具有类似于第一积分器透镜151的构造，且具有在光轴方向上与第一积分器透镜151的各圆柱形透镜相对应地布置的相同数量的圆柱形透镜。换言之，积分器透镜151的圆柱形透镜中的透镜节距和积分器透镜152的圆柱形透镜中的透镜节距大体上相等。这使得被第一积分器透镜151的各圆柱形透镜分离的激光束能够入射到第二积分器透镜152的在光轴方向上与上述各圆柱形透镜相对应的圆柱形透镜上。

第一积分器透镜151的出射面和第二积分器透镜152的入射面被形成为平面。

较佳地，这两个积分器透镜151和152的圆柱形透镜中每一者的曲率(也即放大率)大体上相同。而且，较佳地，第一积分器透镜和第二积分器透镜被布置为使得第一积分器透镜151的焦点位置位于第二积分器透镜152的主平面152a上。主平面152a是由第二积分器透镜152的各凸面的顶点形成的。

以此种方式构造的第二积分器透镜152起到场透镜(field lens)的作用。

例如，当如同第一实施例中使用一个积分器透镜15时，屏幕19上的照射光的边缘在特定条件下(当积分器透镜15的焦距接近于集光透镜17的焦距时)可能具有较差的锐度。与此相反，根据本技术的实施例，经由第一积分器透镜151向外侧射出的光被第二积分器透镜152向内侧返回。这能够改善集光透镜17的叠加，并且能够使照射光的边缘锐化。

当假设积分器透镜15的焦距相对地更接近于集光透镜17的焦距时，集光透镜17的焦距比积分器透镜15的焦距长10至20倍。

(第三实施例的照明光学系统)

图5A至图5C分别示出了从彼此差别90度的方向上观看的本技术第三实施例的照明光学系统。

第三实施例的照明光学系统300包括第一振荡元件31和第二振荡元件32作为两个振荡元件。类似于第一实施例和第二实施例，使用共振反射镜作为振荡元件31和振荡元件32。第一振荡元件31绕着作为激光束的短轴(Z轴)的转动轴进行振荡。第二振荡元件32绕着作为激光束的长轴(Y轴)的转动轴进行振荡。

沿着Y轴方向从准直器透镜13出射的激光束被在长轴方向上进行振荡的第一振荡元件31反射，然后沿X轴方向行进。被第一振荡元件31反射的激光束被在短轴方向上进行振荡的第二振荡元件32反射，然后沿Z轴方向行进。

如图5B和图5C中所示，作为积分器透镜(积分器元件)，使用了在短轴方向和长轴方向上都具有放大率的复眼透镜35。具体地，复眼透镜35包括以矩阵形式布置有一些凸透镜的透镜阵列。

此外，在第三实施例中，数值表达式1在短轴和长轴上均成立，并且数值表达式2在短轴和长轴上也均成立。

根据第三实施例，能够抑制长轴上以及短轴上的干涉条纹和斑点的产生，并且能够使光在两个方向上都均匀地照射在屏幕19上。

(第四实施例的照明光学系统)

图6示出了本技术第四实施例的照明光学系统。

在照明光学系统400中，将第一实施例的照明光学系统100应用于拉曼(Raman)成像装置(拉曼光谱测定装置)的照明光学系统。当使用激光束来照射样品以通过构成该样品的分子的分子振动使波长偏移时，产生了拉曼散射光。拉曼成像装置以二维方式检测该散射光的光谱。

拉曼成像装置使用照明光学系统400均匀地且线性地照明样品。在斯托克斯拉曼(Stokes Raman)散射检测的情况下，由照明激发的拉曼散射光的特定波长区域被高通滤光器限定，从而将光引导至如下所述的光谱测定仪(光谱测定光学系统)。

照明光学系统400包括激光二极管11、准直器透镜组130、隔离器12、ND滤光器14、凸面圆柱形透镜161、凹圆柱形透镜162、振荡元件10、积分器透镜15、集光透镜17和激光拉曼滤光器21。

用于激发拉曼散射的激光的线宽(line width)对散射光的线宽有影响。因此，具有大约为0.1nm的半值宽度的单色激光是必要的。这样的激光也具有高相干性。典型地，使用波长为785nm的激光二极管作为激光光源。

激光发射体具有1μm的短轴和100μm的长轴。使用多模式激光二极管。为了提高单色性和温度特性，可布置有衍射光栅作为外部共振器以用于在由准直器透镜组130准直之后选择波长。激光光源的远场图形(Far Field Pattern，FFP)具有非均匀的光束分布(TEM05)。

激光二极管11的光源被设置为14000μm×80μm且具有均匀的、高的纵横比。在此情况下，纵横比大致等于由拉曼光谱测定仪检测的区域的狭缝宽度。

例如，准直器透镜组130具有用于短轴的准直器透镜131和用于长轴的准直器透镜132。

隔离器12具有偏振分束器121和λ/4波片122。隔离器12透射来自准直器透镜组130的激光束。偏振分束器121对在λ/4波片122之后的后一阶段中被各元件反射的激光束进行反射，从而不让该激光束返回至激光光源。

ND滤光器14调节激光束的密度(光量)。

凸面圆柱形透镜161和凹圆柱形透镜162将其光束直径放大为平行光的4.8倍。

类似于第一实施例和第二实施例，使用共振反射镜作为振荡元件10。共振反射镜的转动轴沿着短轴方向布置。

如第一实施例和第二实施例中所示，积分器透镜15具有由在长轴方向上布置的多个圆柱形透镜形成的透镜阵列。照明光学系统400在短轴侧是临界照明。因而不需要均化效果。积分器透镜15在短轴方向上起到简单反射面的作用。

图6示出了穿过积分器透镜15的经过放大的振荡激光束。

集光透镜17的焦距f_cond与积分器透镜15的焦距f_integ之比值(f_cond/f_integ)是56。对于由共振反射镜引起的激光束偏转角，屏幕19(或样品表面)上的照射光行进距离可以是短的。激光束中的由积分器透镜15产生的干涉条纹具有大约300μm的节距。共振反射镜的偏转角大约为1.5度，从而照明光的振荡量是两倍，也即大约600μm。偏转角满足上述的数值表达式2。

共振反射镜的振荡频率充分小于在如后所述的光谱测定仪中的图像传感器的曝光时间，并且例如可以是图像传感器的曝光时间的大约1/10。典型地，所述频率是大约为560Hz的共振频率。

激光线滤光器(laser line filter)21削减激光的底部以及在透镜内产生的荧光和拉曼散射光。

图7A至图7C分别示出了由图像传感器拍摄的形成于屏幕19上的光束线的强度分布。横坐标轴表示长轴。

图7A示出了未使用积分器透镜15并且共振反射镜不振荡(作为简单的反射镜使用)的情况。在这种情况下，光束的强度分布具有TEM05节(node)点。直接观察到激光二极管11的发射体形状，这意味着是临界照明。

图7B示出了使用积分器透镜15并且共振反射镜不振荡的情况。在这种情况下，尽管设置有Kehler照明光学系统，但是观察到了由积分器透镜15导致的干涉条纹。

图7C示出了本技术的第四实施例。能够消除图7A中所示的节点和图7B中所示的干涉条纹。

图8是绘出了由分别对应于图7B和图7C的照明光学系统产生的激光束的强度的曲线图。横坐标轴刻度表示该光束的长轴，纵坐标轴刻度表示该光束的强度。纵坐标轴中的强度是以数字值显示的。能够确认的是，与图7C中所示相比，由实线示出的第四实施例的照明光的强度分布的均匀性得以大幅改善。

此外，将说明屏幕19上的照射光的边缘模糊。

图9A示出了由第二实施例的照明光学系统200提供的照射光的边缘模糊。图9A中的上部示出了强度分布，图9A中的下部示出了强度分布的分布图。实验是对这样的装置进行的：在该装置中，用第二实施例的照明光学系统200中的双积分器元件(dyad integrator element)150替换第四实施例的照明光学系统400中的一个积分器透镜15。

另一方面，图9B示出了在第四实施例的照明光学系统400中当如上所述积分器透镜15的焦距接近于集光透镜17的焦距时所提供的照明光的边缘模糊。当被共振反射镜反射的激光束倾斜地入射在积分器透镜15上(这是因为激光束进行振荡)时就会发生这样的现象。然而，如图9A中所示，像第二实施例中那样，使用双积分器元件150来抑制边缘模糊的产生。

应当理解的是，当使用照明光学系统400时，只要积分器透镜15的焦距和集光透镜17的焦距具有相对长的距离，就不会产生边缘模糊。

图9A和图9B中的上部视图分别是以灰度显示的并且难以区别。这些视图的原图是有颜色的。

如上所述，各实施例的照明光学系统适合于用于光谱测定的光照射装置，因此提供均匀的照明光并获得了具有高的照度均匀性的图像。所述光谱测定仪典型地是拉曼成像装置，但是也可以是其它光谱测定仪。

上述各实施例的照明光学系统既能够被应用于光谱测定仪，又能够被应用于投影仪等。或者，上述各实施例的照明光学系统能够被应用于包含曝光装置、退火装置等在内的处理装置。当所述照明光学系统被应用于处理装置时，能够提高要制造的器件的性能中的表面均匀性。

光谱测定光学系统

在下文中将说明光谱测定光学系统。

将说明Offner型光学系统和使用该Offner型光学系统的Offner型光谱测定装置。

(参考例的Offner型光学系统)

图10A示出了Offner型等倍率光学系统(中继光学系统)的原理。Offner型光学系统40包括沿着第一圆形(第一圆形的一部分)布置的主反射镜41，和沿着第二圆形(第二圆形的一部分)布置的副反射镜42。主反射镜41是凹面镜，而副反射镜42是凸面镜。

光46进入Offner型光学系统40，入射在主反射镜41上，经主反射镜41反射，经副反射镜42反射，再次经主反射镜41反射，然后从Offner型光学系统40输出。Offner型中继光学系统具有诸如极小的光学像差和失真等特性。

(参考例的Offner型光谱测定装置)

图10B示出了采用上述Offner型光学系统40的Offner型光谱测定仪45的原理。

Offner型光谱测定仪45使用了衍射光栅47来代替图10A中所示的光学系统的副反射镜42。即是，在衍射光栅47中有光入射在其上的表面的整体形状是沿着第二圆形的凸面形状状。光穿过狭缝43而进入，经主反射镜41反射，并入射在衍射光栅47上。从衍射光栅47出射的具有特定波长范围的衍射光48再次经主反射镜41反射，并入射在布置于预定位置处的图像传感器44上。图像传感器44探测衍射光48。

如上所述，包含Offner型光学系统的光谱测定仪45被称为成像光谱测定仪，且能够抑制狭缝图像的失真。此外，如上所述，例如，在上述日本专利申请特开第2008-510964号公报中公开了与上述Offner型光谱测定仪相关的技术。

(第一实施例的光谱测定光学系统)

图11示出了本技术第一实施例的光谱测定光学系统。

光谱测定光学系统500采用上述的Offner型光学系统。光谱测定光学系统500包括狭缝元件53、反射部件51(与主反射镜相对应)和衍射光栅52。

狭缝元件53具有狭缝，并且在整体上或在部分上起到输入元件的功能。狭缝元件53借助窄缝而使得从外部进入光谱测定光学系统500中的输入光(这里为激光束)的直径变窄，并将输入光束56引导至反射部件51的凹面。尽管没有被示出，但是从光轴方向观看到的狭缝形状典型地是圆形。所述狭缝形状也可以是多边形形状、椭圆形形状和线形形状等等。

狭缝元件53具有如下的狭缝：其用于提供具有大约为0.1以下的NA(Numerical Aperture；数值孔径)的光束，NA表示输入光束56的发散角。

反射部件51具有沿着虚拟的第一圆形C1布置的凹面。来自狭缝元件53的输入光束被该凹面反射至衍射光栅52。

衍射光栅52沿着虚拟的第二圆形C2布置为凸面形状。也即是，衍射光栅52的有光入射在其上的表面的整体形状是凸面形状。

第一圆形C1和第二圆形C2具有彼此同心的关系。反射部件51的凸面上的曲率半径和衍射光栅52的入射面的曲率半径都被设定为使得第一圆形C1上的曲率半径是R而第二圆形C2上的曲率半径大体上是R/2。值R/2的设定是用来实现Offner型光谱测定光学系统500。只要达到这个值，可包含有误差范围((R/2)±5％)，也即R/2±(R/2×0.05)。

衍射光栅52被定位成使得垂直于中心轴线C0的轴线(第一轴线)D1(沿着Y轴)与衍射光栅52的交点成为衍射光栅52的主点，所述中心轴C0是第一圆形C1和第二圆形C2的共同轴线(在图11中是沿着Z轴的轴线)。经反射部件51的凹面反射的输入光束56以入射角α入射在衍射光栅52上从而与主点相交。在下文中，为了便于说明，将第一轴线D1称为中心垂直轴线D1。

穿过狭缝元件53而出射的输入光束56的光轴与中心垂直轴线D1平行。中心垂直轴线D1与(第二)轴线D2之间的距离L被设定为R/5＜L＜R/4，所述(第二)轴线D2与入射在反射部件51上的输入光束56的光轴一致。

图12B至图12D分别示出了图12A中所示的衍射光栅52的入射面521的由虚线包围的正方形部分的放大视图。

图12B中所示的衍射光栅52B是钎焊(brazed)衍射光栅52。钎焊角β大约是19至23度。钎焊顶角γ是90度。在这种情况下，输入光束和衍射光栅52的位置被设定为使得衍射光栅52B中的入射面521的长边521a垂直于输入光束，也即，入射角成为0度。因此，衍射效率最大化。

图12C中所示的衍射光栅52C也是如上所述的钎焊衍射光栅。衍射光栅52C与图12B中所示的衍射光栅52B的不同之处在于钎焊顶角γ′大于90度。在此实施例中，输入光束的入射角是α(＝180-β-γ′)。即是，入射角不是如上所述的0度。

图12D中所示的衍射光栅52D是具有正弦波形状的入射面的衍射光栅52，该正弦波形状被称作全息形状(holographic shape)。衍射效率低于图12B和图12C中所示的衍射光栅的衍射效率。

典型地，图12B至图12D中所示的衍射光栅52B至52D的节距均是1250nm，但是并不限于此。节距可取决于要被探测的衍射光的波长区域而变化。

这些衍射光栅52B至52D中各者的深度是由λ₃/2限定的，其中λ₃是要被探测的波长区域的中心波长。

在这些衍射光栅52B至52D的各者中，每1毫米中的凹槽数是300至1000、400至900或500至800。

具有不小于λ₁且不大于λ₂(见图11)的波长区域的衍射光58从如上所述构造的衍射光栅52出射，在反射部件51的凹面处被反射，并在穿过狭缝元件53出射的输入光束56与衍射光栅52的边缘部52a之间通过。即是，具有上述波长区域的衍射光是在入射光束侧出射而不是在中心垂直轴线D1侧出射，且衍射光栅52的每一个出射角都小于入射角α。如上所述，因为NA大约是0.1或更小，所以输入光束56和衍射光58将不会沿着Y轴方向交义。具有短波长λ₁的衍射光58靠近中心垂直轴线D1行进，具有长波长λ₂的衍射光58靠近输入光束56的光轴行进。

在图11中的X-Y平面上，上述事实也是如此。具体地，入射在凹面上的输入光束56的光轴、具有波长λ₁的衍射光的光轴、具有波长λ₂的衍射光的光轴和中心垂直轴线D1大体上是在同一X-Y平面上的。

较佳的是，NA为0.03或更大。

中心垂直轴线D1与具有波长λ₂的衍射光的光轴之间的距离被设定为小于R/5。

例如，λ₁是600nm，且λ₂是1100nm。或者，λ₁是700nm，且λ₂是1000nm。

以这样的方式，衍射光58在输入光束56与衍射光栅52的边缘部52a之间通过，从光谱测定光学系统500中输出，并被布置在预定位置处的图像传感器54探测到。图像传感器54例如可以是CCD(ChargedCoupled Device；电荷耦合器件)、CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor；互补金属氧化物半导体)或诸如此类。

因此，根据本实施例的Offner型光谱测定光学系统500能够探测具有不小于600nm且不大于1100nm的波长区域的衍射光58，该衍射光在输入光束56与衍射光栅52的边缘部52a之间通过。

因为光谱测定光学系统500是Offner型，所以光学像差小，且能够抑制穿过狭缝元件53输入的输入光束图像的失真。

本实施例能够提供具有宽的图像区域的成像光谱测定仪和拉曼成像装置。

在第一实施例的光谱测定光学系统500中，NA在大多数情况下是0.1以下。对NA的上述限制是基于这样的前提：光谱测定光学系统500与下文中所述的显微光学系统连接。在许多情况下，显微光学系统中的物镜的入口中的NA被设定为相当高的值以便提高分辨率。例如，当物镜具有60倍的放大率时，NA通常是大约0.7。

反之，在光谱测定光学系统500的附装有图像传感器54的出口侧处，NA相当小，大约是0.012(0.7/60＝0.012)。尽管NA的大小可以被认为是光谱测定光学系统500的亮度的指标，但是当狭缝元件53直接安装在显微光学系统的用于附装相机的端口的像平面(image surface)上时，高的NA并不是必需的。大约是0.1的NA就足够了。光谱测定光学系统500的亮度主要是由显微光学系统中的物镜的NA确定的。

(第二实施例的光谱测定光学系统)

图13示出了本技术第二实施例的光谱测定光学系统600。在下文中，与图11等中所示实施例的光谱测定光学系统500的部件、功能等类似的部件和功能等将被简化或忽略，并且将主要说明不同点。

光谱测定光学系统600包括狭缝元件53和棱镜反射镜55。棱镜反射镜55具有第一镜面551和与第一镜面551成直角的第二镜面552。即是，它是一个直角棱镜反射镜。第一镜面551和第二镜面552被布置成都与X轴方向成45度角。

图像传感器54例如布置在第一圆形和第二圆形(C1和C2)的中心附近，并且探测从第二镜面552出射的衍射光。

输入光束以45度角(即，沿着X轴方向)入射在第一镜面551上，并且在第一镜面551上以45度角被反射。然后，输入光束沿着Y轴方向被引导至反射部件51的凹面。在衍射光栅52处被衍射然后在上述凹面上被反射的衍射光沿着Y轴方向以45度的入射角入射在第二镜面552上。然后，入射光在第二镜面552上以45度的反射角被反射，并且沿着X轴方向被引导至图像传感器54。

典型地，顶点553(即第一镜面551和第二镜面552的相交部)与中心垂直轴线D1之间的距离M被设定为使得：要被探测的最长波长λ₂的在Y轴方向上的光轴与输入光束的在Y轴方向上的光轴关于沿着Y轴方向经过顶点553的线对称。

根据本实施例，棱镜反射镜55使得输入光束能够沿着与中心垂直轴线D1成直角的方向(X轴方向)入射，并且还使得衍射光能够沿着X轴方向出射。因此，狭缝元件53和图像传感器54在棱镜反射镜55两侧成直线地布置，因而减小了狭缝元件53、棱镜反射镜55和图像传感器54的安装空间。因此，能够自由地布置图像传感器54。此外，空间的节省可减小光谱测定光学系统600的尺寸。

在第一实施例的光谱测定光学系统500中，输入光与输出光(即，衍射光)之间的距离变近。因此，根据狭缝元件53和图像传感器54(相机)的物理尺寸，狭缝元件53和图像传感器54可能无法沿着X轴方向布置，并且可能无法简单地进行布局。然而，根据第二实施例的光谱测定光学系统600，狭缝元件53和图像传感器54是成直线布置的，这使得机械布局变得简单。

光谱测定光学系统600在狭缝元件53之前可包括使具有600nm至1100nm波长区域的输入光透过的带通滤光器。带通滤光器能够避免这样的情况：具有在所要探测的波长之外的波长的光经由棱镜反射镜55返回至狭缝元件53。这能够避免在光谱测定光学系统600内产生杂散光(stray light)。

然而，只要光谱测定光学系统600被设计成排除了具有在600nm至1100nm波长区域之外的波长的光，带通滤光器就不是必需的。

(光谱测定光学系统的实施例)

图14示出了第二实施例的光谱测定光学系统600的例子。设计规格如下：

要被探测的波长范围：785nm～940nm

图像范围：14mm(图像区域是0.07R，其中R是反射部件51中的凹面的曲率半径)

NA：0.08

波长分辨率：0.6nm(图像传感器54的采样是0.15nm)

凹面的曲率半径R：200mm

衍射光栅52的入射面的曲率半径(R/2)±5％：103mm

衍射光栅52的刻线(ruling line)的数目：800/mm

入射光束偏移L：R/5～R/4(L＝46mm)

入射到衍射光栅52的入射角α：26.6度

上述的规格参数对于光谱测定光学系统600而言是例示性的。通过优化上述凹面与衍射光栅52的入射面之间的距离以及它们的曲率半径，能够实现当NA＝0.08时的衍射极限的分辨率。此外，这样的设计能够显著地减小失真(即，光学变形)。

图15示出了在根据实施例的光谱测定光学系统中对Ar灯的照明进行观察时的数据。空间轴方向是本实施例中的纵坐标轴方向。波长分辨率满足所述规格。显然，失真相当低。

图16示出了根据实施例通过将光谱测定光学系统连接至显微光学系统而观察到的10μm节距的线与空间的例子。该视图确认了：不仅在中心处提供了高分辨率，而且在外侧处提供了高分辨率。

图17是通过使用实施例的光谱测定光学系统而测量到的Ar灯的光谱图。该图(特别地，参见图18中所示的在800nm附近的波长处的放大图)表明：波长分辨率是0.6nm或更小。

图19示出了使用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis，RCWA)法对图12C中示出的衍射光栅52C的衍射效率的计算示例。在此情况下，在衍射光栅52C的入射面上气相沉积有A1。TE波是具有在与衍射光栅52C的刻线平行的方向上的偏振波面的光束。TM波是具有在与衍射光栅52C的刻线垂直的方向上的偏振波面的光束。

光谱测定仪

将要示出拉曼成像装置的一个实施例，作为含有照明光学系统和如上所述实施例的光谱测定光学系统600的光谱测定仪。图20示出了拉曼成像装置中的光学系统的构造。

拉曼成像装置主要包括照明光学系统450、显微光学系统700和在图13中所示的光谱测定光学系统600。

在照明光学系统450中，用上述双积分器元件150来代替图6中所示的照明光学系统400的积分器透镜15。

含有激光二极管11(见图6)的LD封装115包含用于稳定激光波长并减小线宽的波长锁定元件。拉曼成像装置具有要被检测的14mm的长轴，并且沿纵向以照射光照射该14mm区域。积分器元件150和振荡反射镜(共振反射镜)10产生14mm×0.085mm的照明光。

布置在照明光学系统450处的ND滤光器14是能够被例如步进电机24转动的盘形的ND。驱动器110与振荡元件10连接。

从照明光学系统450输出的激光束经由二向色分束器(dichroic beamsplitter)101而被输入至显微光学系统700。例如，二向色分束器101反射具有特定波长区域的激光束，并且透射例如从显微光学系统700输出的并经过拉曼偏移的具有795nm以上波长的激光束。

显微光学系统700包括显微集光透镜71和物镜72。样品S面向着物镜72放置。

上文中被解释为屏幕19的像平面190和光谱测定光学系统600的狭缝元件53(包括其输入面)借助于二向色分束器101而被布置于光学共轭面上。利用显微集光透镜71和物镜72以等倍率缩小且重叠的方式在共轭面上形成图像。换言之，根据本实施例，二向色分束器101和显微光学系统700形成保持着上述共轭关系的光学系统。

透过二向色分束器101的激光束经由拉曼激发光截止滤光器(Ramanexcitation light cut filter)102而被输入至光谱测定光学系统600。拉曼激发光截止滤光器102是高通滤光器，其被布置为使得在拉曼散射光的特定波长区域内的光不能入射至光谱测定光学系统600。

如上所述，本实施例的拉曼成像装置能够抑制光学像差、失真、干涉条纹和斑点的产生。此外，能够自由地布置含有图像传感器的相机，因此减小了拉曼成像装置的尺寸。

其它实施例

本技术不限于上述的实施例，且可构造出其它各种实施例。

尽管使用通过电磁作用而被驱动的共振反射镜作为振荡元件10，但也可采用静电作用和压电作用等来进行驱动。在这些情况下，振荡元件10的驱动单元可通过微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)予以制造。

振荡元件10可以不通过共振或振动而被驱动(即在最高速处不具有振幅)，并且可以例如以基本上等速的方式被驱动。

或者，振荡元件10可以不是振动反射镜而是可以为声光元件。所述声光元件包括声光晶体、布置在该声光晶体上的驱动电极等。通过经由驱动电极向声光晶体施加电压，所述声光元件能够以可变的方式来控制晶体的晶格常数和穿过该晶体的光的折射率。因此，能够使从声光元件出射的光振荡。

上述的照明光学系统100包括只在长轴方向上具有放大率或者在长轴方向和短轴方向上都具有放大率的积分器透镜15。然而，照明光学系统100可包括例如只在短轴方向上具有放大率的积分器透镜15。能够选择任意的轴方向和焦距从而使得照明光最终具有所期望的纵横比。

第四实施例的照明光学系统100可以不包括隔离器12。

例如，如图2中所示，使用单个集光透镜17作为集光元件。然而，集光元件可包括多个集光透镜17。

图13中所示的光谱测定光学系统600包括棱镜反射镜55，且棱镜反射镜55包括第一镜面551和第二镜面552。然而，系统600可以不包括该棱镜，而是可包括至少两个反射镜(第一反射镜和第二反射镜)。这两个反射镜可沿着X轴方向布置，或者可以不对齐且它们中的一者可沿着Y轴方向布置。

或者，可布置有第一反射镜和第二反射镜中的任意一者。在这种情况下，透过狭缝元件53输出的光和被输入至传感器的光成90度的角度。该构造能够提供类似于光谱测定光学系统500和600的光学特性。

在上述实施例的拉曼成像装置中，使用显微光学系统700和二向色分束器101作为用于保持像平面190和狭缝元件53之间的共轭关系的光学系统。然而，其不限于显微光学系统700，并且具有等倍率的中继光学系统可以提供保持着上述共轭关系的光学系统。

作为在上述各实施例的光谱测定光学系统和含有该光谱测定光学系统的光谱测定仪中使用的传感器，引用了图像传感器作为例子。此外，该传感器还可以是光电二极管。

可以将各实施例中的如上所述的特征中的至少两个特征进行组合。

本技术可以实现如下的构造。

(1)一种照明光学系统，其包括：

激光光源；

积分器元件；

振荡元件，所述振荡元件能够将从所述激光光源出射的激光束引导至所述积分器元件，并且能够振荡以改变所述激光束到所述积分器元件的入射角；以及

集光元件，所述集光元件用于聚集从所述积分器元件出射的激光束。

(2)根据上面(1)的照明光学系统，其中，

所述积分器元件具有第一积分器元件和第二积分器元件，从所述第一积分器元件出射的激光束入射到所述第二积分器元件上。

(3)根据上面(2)的照明光学系统，其中，

所述第一积分器元件具有包括以预定的节距布置的多个透镜的第一透镜阵列，

所述第二积分器元件具有第二透镜阵列，所述第二透镜阵列包括以所述第一透镜阵列的节距布置的、且与所述第一透镜阵列的多个透镜的光轴方向相对应布置的多个透镜，并且

所述振荡元件进行振荡，使得从所述第一透镜阵列的多个透镜中的第一透镜出射的激光束入射到所述第二透镜阵列的多个透镜中的被布置得与所述第一透镜的光轴方向相对应的第二透镜上。

(4)根据上面(1)或(2)的照明光学系统，其中，

所述积分器元件具有透镜阵列，在所述透镜阵列上布置有多个透镜，并且

所述振荡元件振荡，使得入射在所述积分器元件上的激光束的振荡宽度不大于所述多个透镜中的单个透镜的宽度。

(5)根据上面(1)至(4)中的任一者的照明光学系统，其中，

所述振荡元件是共振反射镜或声光元件。

(6)一种用于光谱测定的光照射装置，其包括：

照明光学系统，所述照明光学系统具有：

激光光源；

积分器元件；

振荡元件，所述振荡元件能够将从所述激光光源出射的激光束引导至所述积分器元件，并且能够振荡以改变所述激光束到所述积分器元件的入射角；以及

集光元件，所述集光元件用于聚集从所述积分器元件出射的激光束。

(7)一种光谱测定仪，其包括：

照明光学系统；

光谱测定光学系统；以及

用于保持从所述集光元件出射的激光束的聚光面与入射在所述输入元件上的激光束的输入面之间的光学共轭的光学系统，

所述照明光学系统包括：

激光光源；

积分器元件；

振荡元件，所述振荡元件能够将从所述激光光源出射的激光束引导至所述积分器元件，并且能够振荡以改变所述激光束到所述积分器元件的入射角；以及

集光元件，所述集光元件用于聚集从所述积分器元件出射的激光束，

所述光谱测定光学系统包括：

反射部件，所述反射部件具有沿着具备中心的第一圆形形成的凹面；

衍射光栅，所述衍射光栅具有边缘部和沿着与所述第一圆形同心布置的第二圆形形成的凸面，在所述反射部件的所述凹面处被反射的光入射在所述衍射光栅上；以及

输入元件，所述输入元件布置在相对于所述反射部件和所述衍射光栅的预定位置处，使得从所述衍射光栅出射的并且在所述凹面处被反射的衍射光在输入至所述光谱测定光学系统的输入光与所述衍射光栅的所述边缘部之间通过，所述衍射光具有600nm以上且1100nm以下的波长区域。

本申请包含与2012年3月2日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-047369所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (7)

1.一种照明光学系统，其包括：

激光光源；

积分器元件；

振荡元件，所述振荡元件能够将从所述激光光源出射的激光束引导至所述积分器元件，并且能够振荡以改变所述激光束到所述积分器元件的入射角；以及

集光元件，所述集光元件用于聚集从所述积分器元件出射的激光束。

2.如权利要求1所述的照明光学系统，其中，

所述积分器元件具有第一积分器元件和第二积分器元件，从所述第一积分器元件出射的激光束入射到所述第二积分器元件上。

3.如权利要求2所述的照明光学系统，其中，

所述第一积分器元件具有第一透镜阵列，所述第一透镜阵列包括以预定的节距布置的多个透镜，

所述第二积分器元件具有第二透镜阵列，所述第二透镜阵列包括以所述第一透镜阵列的所述节距布置的、且与所述第一透镜阵列的多个透镜的光轴方向相对应布置的多个透镜，并且

所述振荡元件进行振荡，使得从所述第一透镜阵列的多个透镜中的第一透镜出射的激光束入射到所述第二透镜阵列的多个透镜中的与所述第一透镜的光轴方向相对应布置的第二透镜上。

4.如权利要求1所述的照明光学系统，其中，

所述积分器元件具有透镜阵列，在所述透镜阵列上布置有多个透镜，并且

所述振荡元件进行振荡，使得入射在所述积分器元件上的激光束的振荡宽度不大于所述多个透镜中的单个透镜的宽度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的照明光学系统，其中，

所述振荡元件是共振反射镜或声光元件。

6.一种用于光谱测定的光照射装置，所述光照射装置包括权利要求1至5中任一项所述的照明光学系统。

7.一种光谱测定仪，其包括：

权利要求1至5中任一项所述的照明光学系统；

光谱测定光学系统；以及

用于保持从所述集光元件出射的激光束的聚光面与入射在所述输入元件上的激光束的输入面之间的光学共轭的光学系统，

其中，所述光谱测定光学系统包括：

反射部件，所述反射部件具有沿着具备中心的第一圆形形成的凹面；

衍射光栅，所述衍射光栅具有边缘部和沿着与所述第一圆形同心布置的第二圆形形成的凸面，在所述反射部件的所述凹面处被反射的光入射到所述衍射光栅上；以及

输入元件，所述输入元件布置在相对于所述反射部件和所述衍射光栅的预定位置处，使得从所述衍射光栅出射的并且在所述凹面处被反射的衍射光在输入至所述光谱测定光学系统的输入光与所述衍射光栅的所述边缘部之间通过，所述衍射光具有600nm以上且1100nm以下的波长区域。

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