DE112014001841T5 - Optisches Modul und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung - Google Patents

Optisches Modul und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Ein optisches Modul (1A) umfasst einen Polarisationsstrahlenteiler (10A), Polarisationselemente (20 und 40), die eine nicht-reziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweisen, und die jeweils in einem optischen Pfad einer durch eine Lichtteilungsfläche (11) übertragenen ersten Polarisationskomponente (L2) in dem Bestrahlungslicht (L1) und in einem optischen Pfad einer an der Lichtteilungsfläche (11) reflektierten zweiten Polarisationskomponente (L4) angeordnet sind, einen ersten reflektierenden SLM (30), der eine erste Polarisationskomponente (L2), die durch das erste Polarisationselement (20) hindurchgeht, moduliert und reflektiert, und einen zweiten reflektierenden SLM (50), der die zweite Polarisationskomponente (L4), die durch das zweite Polarisationselement (40) hindurchgeht, moduliert und reflektiert. Ein erstes Modulationslicht (L3), das erneut durch das erste Polarisationselement (20) hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche (11) reflektiert wird, und ein zweites Lichtmodulation (L5), das erneut durch das zweite Polarisationselement (40) hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche (11) übertragen wird, werden miteinander kombiniert.

Description

  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • In dem Patentdokument 1 wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem räumlichen Reflexionslichtmodulator beschrieben. Diese Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Laserlichtquelle und einen räumlichen Lichtmodulator, und ein Polarisationsstrahlteiler ist in einem optischen Pfad zwischen der Laserlichtquelle und dem räumlichen Lichtmodulator angeordnet. Ferner ist ein Faraday-Rotator in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem räumlichen Lichtmodulator angeordnet.
  • In dieser Laserbearbeitungsvorrichtung wird Licht, das aus der Laserlichtquelle ausgegeben wird, durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen und erreicht über den Faraday-Rotator den räumlichen Lichtmodulator, in dem eine Phase oder Amplitude des Lichts moduliert wird. Zudem durchläuft das Licht nach der Modulation erneut den Faraday-Rotator und erreicht den Polarisationsstrahlteiler. Hierbei dreht der Faraday-Rotator eine Polarisationsebene um 45° entlang eines Vorwärtspfades und dreht die Polarisationsebene um 45° in der gleichen Drehrichtung entlang eines Rückwärtspfades. Dementsprechend wird das Licht, das den Polarisationsstrahlteiler erneut erreicht, durch den Polarisationsstrahlteiler reflektiert, da dessen Polarisationsebene um 90° gedreht ist.
  • In dem Patentdokument 2 wird ein Phasenmodulationssystem mit einem reflektierenden Phasenmodulator beschrieben. Dieses Phasenmodulationssystem umfasst einen Polarisationsstrahlteiler, der in einem optischen Pfad eines auf den Phasenmodulator einfallenden Lichts angeordnet ist, und einen Faraday-Rotator, der zwischen dem Phasenmodulator und dem Polarisationsstrahlteiler angeordnet ist. In diesem Phasenmodulationssystem wird das Licht durch denselben Vorgang wie in der in Patentdokument 1 beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung moduliert.
  • Zitationsliste
  • Patentliteratur
    • Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-144524
    • Patentdokument 2: Japanische Übersetzung der PCT-Patentveröffentlichung Nr. 2010-518431
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In den letzten Jahren wurde ein Verfahren zur Modulation einer Intensitätsverteilung oder einer Phasenverteilung von Bestrahlungslicht unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) untersucht, um Bestrahlungslicht mit unterschiedlichen Formen in einer Lichtbestrahlungsvorrichtung zu bilden. Beispielsweise wird in den Vorrichtungen, die in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben sind, eine Phase des Lichts unter Verwendung eines einzelnen SLM moduliert. Jedoch ist es wünschenswert, dass ein Bestrahlungsziel in einer Bestrahlungslichtvorrichtung, wie beispielsweise einer Laserbearbeitungsvorrichtung, gleichzeitig mit einer Vielzahl von Lichtstrahlen, die durch eine Vielzahl von SLMs unterschiedlichen Modulationen unterworfen werden, bestrahlt wird, um eine breitere Vielfalt an Bestrahlungsformen in dem Bestrahlungsziel zu erzielen. Durch Verwenden derartiger Bestrahlungsformen, wird dieselbe Position mit Licht aus unterschiedlichen Erfassungstiefen bestrahlt oder das Bestrahlungsziel wird gleichzeitig mit einer Vielzahl von Lichtstrahlen unter unterschiedlichen Bestrahlungsbedingungen, wie beispielsweise unterschiedliche Pulsbreiten oder Wiederholungsfrequenzen, bestrahlt. Somit ist es möglich, einem Benutzer eine größere Anzahl unterschiedlicher Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Punkte konzipiert und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Modul und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, einem Benutzer eine größere Anzahl unterschiedlicher Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen.
  • Lösung des Problems
  • Zur Lösung des obigen Problems umfasst ein erstes optisches Modul gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Modul, um das Bestrahlungslicht, das aus einer Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtmodulation ausgegeben wird, zu modulieren und das Modulationslicht einem Bestrahlungsziel in der Lichtbestrahlungsvorrichtung zuzuführen, wobei das optische Modul umfasst: einen Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine in dem Bestrahlungslicht enthaltene s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer durch die Lichtteilungsfläche übertragenen ersten Polarisationskomponente in dem Bestrahlungslicht angeordnet ist; einen ersten reflektierenden SLM zur Modulation der ersten Polarisationskomponente, die zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts durch das erste Polarisationselement hindurchgeht, und zur Reflexion des ersten Modulationslichts auf das erste Polarisationselement; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer von der Lichtteilungsfläche reflektierten zweiten Polarisationskomponente in dem Bestrahlungslicht angeordnet ist; und einen zweiten reflektierenden SLM zur Modulation der zweiten Polarisationskomponente, die zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht, und zur Reflexion des zweiten Modulationslichts auf das zweite Polarisationselement, wobei das erste Modulationslicht, das erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht und dann an der Lichtteilungsfläche reflektiert wird, und das zweite Modulationslicht, das erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche übertragen wird, miteinander kombiniert werden, von dem Polarisationsstrahlteiler ausgegeben werden und an das Bestrahlungsziel als Modulationslicht abgegeben werden.
  • In dem ersten optischen Modul wird die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente (p-Polarisationskomponente), die durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen wird, durch das erste Polarisationselement gedreht, und dann wird die erste Polarisationskomponente in den ersten reflektierenden SLM eingegeben. Die erste Polarisationskomponente wird durch den ersten reflektierenden SLM zur Bildung des ersten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts wird erneut durch das erste Polarisationselement gedreht. Da das erste Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, kann das erste Modulationslicht, das durch das erste Polarisationselement auf diese Weise hin und her bewegt wird, die in dem Polarisationsstrahlteiler reflektierte s-Polarisationskomponente umfassen. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente vor der Modulation durch das erste Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts nach der Modulation kann durch das erste Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Ferner wird die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente (s-Polarisationskomponente), die in dem Polarisationsstrahlteiler reflektiert wird, durch das zweite Polarisationselement gedreht, und anschließend wird die zweite Polarisationskomponente in den zweiten reflektierenden SLM eingegeben. Die zweite Polarisationskomponente wird durch den zweiten reflektierenden SLM zur Bildung des zweiten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts wird erneut durch das zweite Polarisationselement gedreht. Da das zweite Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, kann das zweite modulierte Licht, das auf diese Weise durch das zweite Polarisationselement hin und her bewegt wird, eine p-Polarisationskomponente umfassen, die durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen wird. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente vor der Modulation durch das zweite Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts kann nach der Modulation durch das zweite Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Danach wird das erste Modulationslicht mit der s-Polarisationskomponente durch den Polarisationsstrahlteiler reflektiert, und das zweite Modulationslicht mit der p-Polarisationskomponente wird durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen. Diese Modulationslichter werden miteinander kombiniert und aus dem Polarisationsstrahlteiler ausgegeben.
  • Wie zuvor beschrieben, können in dem ersten optischen Modul die p-Polarisationskomponente und die s-Polarisationskomponente des eingegebenen Lichts geteilt und anschließend moduliert werden, und das erste und das zweite Modulationslicht können nach der Modulation vereint und ausgegeben werden. Somit ist es gemäß dem ersten optischen Modul möglich, einem Benutzer eine größere Anzahl unterschiedlicher Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise werden unterschiedliche Erfassungstiefen auf das erste und das zweite Modulationslicht angewendet, oder es werden unterschiedliche Bestrahlungsbedingungen, wie eine Pulsbreite oder eine Wiederholungsfrequenz, angewendet.
  • Ferner kann in einigen Fällen mit dem Aufbau des SLM, wie beispielsweise ein Flüssigkristall-SLM, nur eine lineare Polarisationskomponente moduliert werden. Werden in diesen Fällen keine weiteren Polarisationskomponenten verwendet, wie beispielsweise in dem in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Aufbau, wird die Lichtnutzungseffizienz (ein Verhältnis der Lichtintensität, die aus der Lichtquelle ausgegeben wird, zu der Lichtintensität, mit der das Bestrahlungsziel bestrahlt wird) auf einem niedrigen Wert gehalten. Andererseits ist es gemäß dem ersten optischen Modul möglich, sowohl die s-Polarisationskomponente als auch die p-Polarisationskomponente des Bestrahlungslichts wirksam zu untersuchen, und so die Lichtnutzungseffizienz wirksam zu erhöhen.
  • Ferner können in dem ersten optischen Modul der erste und zweite reflektierende SLM Flüssigkristalltypen umfassen, und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM können senkrecht zueinander sein. Somit ist es möglich, die erste und die zweite Polarisationskomponente mit den senkrechten Polarisationsebenen in dem jeweils ersten und zweiten reflektierenden SLM wirksam zu modulieren.
  • Ferner kann das erste optische Modul weiterhin umfassen: ein Polarisationselement mit einer reziproken optischen Aktivität, das in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem ersten reflektierenden SLM oder in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten reflektierenden SLM angeordnet ist. Somit kann ein Winkel der Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente direkt vor der Eingabe der ersten Polarisationskomponente in den ersten reflektierenden SLM, oder ein Winkel der Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente direkt vor der Eingabe der zweiten Polarisationskomponente in den zweiten reflektierenden SLM beliebig gesteuert werden.
  • Ferner kann die erste Lichtbestrahlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen: einen der ersten optischen Module; und eine Lichtquelle für die Ausgabe des Bestrahlungslichts an das optische Modul; und eine Lichtleiteroptik, die das von dem optischen Modul ausgegeben Modulationslicht an das Bestrahlungsziel leitet. Gemäß der ersten Lichtbestrahlungsvorrichtung ist es durch Aufnahme des zuvor beschriebenen optischen Moduls möglich, einem Benutzer eine größere Anzahl unterschiedlicher Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen, und zudem die Lichtnutzungseffizienz des Bestrahlungslichts zu erhöhen.
  • Ein zweites optisches Modul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein optisches Modul zur Modulation von Bestrahlungslicht, das aus einer Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtmodulation ausgegeben wird, und zur Zuführung des Modulationslichts an ein Bestrahlungsziel in einer Lichtbestrahlungsvorrichtung, wobei das optische Modul umfasst: einen ersten Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche zur Reflexion einer s-Polarisationskomponente und zur Übertragung einer p-Polarisationskomponente, und für den Empfang eines ersten Bestrahlungslichts mit der p-Polarisationskomponente unter Verwendung der Lichtteilungsfläche; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts, das durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen wird, angeordnet ist; einen ersten reflektierenden SLM zur Modulation des ersten Bestrahlungslichts, das zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts durch das erste Polarisationselement hindurchgeht und zur Reflexion des ersten Modulationslichts auf das erste Polarisationselement; einen zweiten Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche zur Reflexion der s-Polarisationskomponente und zur Übertragung der p-Polarisationskomponente, und für den Empfang des zweiten Bestrahlungslichts mit der s-Polarisationskomponente oder p-Polarisationskomponente unter Verwendung der Lichtteilungsfläche; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts, das an der Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers einer Übertragung oder einer Reflexion unterworfen wird, angeordnet ist; und einen zweiten reflektierenden SLM zur Modulation des zweiten Bestrahlungslichts, das zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts das zweite Polarisationselement durchläuft, und zur Reflexion des zweiten Modulationslichts auf das zweite Polarisationselement, wobei das erste Modulationslicht erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht und an der Lichtteilungsfläche reflektiert wird und das zweite Modulationslicht erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht, und dann die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers erreicht, indem es an der Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers der anderen von der Übertragung oder der Reflexion unterworfen wird, und wobei das erste und das zweite Modulationslicht vereint werden, aus dem ersten Polarisationsstrahlteiler ausgegeben werden und an das Bestrahlungsziel als das Modulationslicht abgestrahlt werden.
  • Die Polarisationsebene des ersten Bestrahlungslichts, das durch den ersten Polarisationsstrahlteiler übertragen wird, wird durch das erste Polarisationselement gedreht, und dann wird das erste Bestrahlungslicht in den ersten reflektierenden SLM eingegeben. Das erste Bestrahlungslicht wird durch den ersten reflektierenden SLM zur Bildung des ersten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts wird erneut durch das erste Polarisationselement gedreht. Da das erste Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, kann das erste Modulationslicht, das auf diese Weise durch das erste Polarisationselement hin und her bewegt wird, die in dem Polarisationsstrahlteiler reflektierte s-Polarisationskomponente umfassen. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene des ersten Bestrahlungslichts vor der Modulation durch das erste Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts nach der Modulation kann durch das erste Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Ferner wird die Polarisationsebene des zweiten Bestrahlungslichts, das entweder der Übertragung oder Reflexion in dem zweiten Polarisationsstrahlteiler unterworfen wird, durch das zweite Polarisationselement gedreht, und dann wird das zweite Bestrahlungslicht in den zweiten reflektierenden SLM eingegeben. Das zweite Bestrahlungslicht wird durch den zweiten reflektierenden SLM zur Bildung des zweiten Modulationslichts moduliert, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts wird erneut durch das zweite Polarisationselement gedreht. Da das zweite Polarisationselement eine nichtreziproke optische Aktivität aufweist, erreicht das zweite Modulationslicht, das auf diese Weise durch das zweite Polarisationselement hin und her bewegt wird, die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers, indem es in dem Polarisationsstrahlteiler der anderen von der Übertragung oder der Reflexion unterworfen wird. Ferner kann vorzugsweise die Polarisationsebene des zweiten Bestrahlungslichts vor der Modulation durch das zweite Polarisationselement um 45° gedreht werden, und die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts kann nach der Modulation durch das zweite Polarisationselement um weitere 45° gedreht werden.
  • Danach wird das erste Modulationslicht mit der s-Polarisationskomponente in dem ersten Polarisationsstrahlteiler reflektiert, mit dem zweiten Modulationslicht, das die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers erreicht, kombiniert, und aus dem Polarisationsstrahlteiler ausgegeben.
  • Wie zuvor beschrieben, können in dem zweiten optischen Modul das erste und das zweite Bestrahlungslicht einzeln moduliert werden, und das erste und das zweite Bestrahlungslicht können nach der Modulation kombiniert und ausgegeben werden. Somit ist es gemäß dem zweiten optischen Modul möglich, einem Benutzer eine größere Anzahl unterschiedlicher Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise werden unterschiedliche Erfassungstiefen auf das erste und zweite Modulationslicht angewendet oder es werden unterschiedliche Bestrahlungsbedingungen, wie beispielsweise eine Pulsbreite oder eine Wiederholungsfrequenz, angewendet.
  • Ferner kann das zweite optische Modul weiterhin ein optisches Weglängen-Einstellelement umfassen, das in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem ersten reflektierenden SLM vorgesehen ist.
  • Ferner kann das zweite optische Modul weiterhin ein Polarisationselement umfassen, das eine reziproke optische Aktivität aufweist und in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler vorgesehen ist. Somit kann die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts, das an der Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers reflektiert wird, gedreht und durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen werden.
  • Ferner umfasst die zweite Lichtbestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eines der zweiten optischen Module; eine, zwei oder mehr Lichtquellen, die das erste und das zweite Bestrahlungslicht an das optische Modul ausgeben; und eine Lichtleiteroptik, die das von dem optischen Modul ausgegebene Modulationslicht an das Bestrahlungsziel leitet. Gemäß der zweiten Lichtbestrahlungsvorrichtung ist es durch Aufnahme des zuvor beschriebenen zweiten optischen Moduls möglich, einem Benutzer eine größere Anzahl unterschiedlicher Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen.
  • Ferner kann die zweite Lichtbestrahlungsvorrichtung ferner ein erstes spektroskopisches Element, das in einem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts angeordnet ist und das erste Bestrahlungslicht auf der Grundlage von Wellenlängenkomponenten oder Polarisationskomponenten teilt, und ein zweites spektroskopisches Element, das in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts angeordnet ist, und das zweite Bestrahlungslicht auf der Grundlage von Wellenlängenkomponenten oder Polarisationskomponenten teilt, umfassen.
  • Ferner kann die zweite Bestrahlungslichtvorrichtung ferner eine ½-Wellenlängenplatte umfassen, wobei die ½-Wellenlängenplatte in einem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts und/oder in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein optisches Modul und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, einem Benutzer eine größere Vielfalt an Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lichtbestrahlungsvorrichtung mit einem optischen Modul der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 3 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt.
  • 4 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lichtbestrahlungsvorrichtung mit dem optischen Modul der zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 6 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform darstellt.
  • 7 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 8 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lichtbestrahlungsvorrichtung mit dem optischen Modul gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen des optischen Moduls und der Lichtbestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Ferner werden in der Beschreibung der Zeichnungen die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht wiederholend beschrieben.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ferner zeigt 2 ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A mit dem optischen Modul 1A darstellt. Ferner ist der Einfachheit halber ein XYZ-orthogonales Koordinatensystem in den 1 und 2 dargestellt. Ferner sind in den 1 und 2 der Einfachheit halber eine optische Achse des Lichts L2 und eine optische Achse des Lichts L3 getrennt dargestellt, wobei sich jedoch die optische Achse des Lichts L2 und die optische Achse des Lichts L3 tatsächlich teilweise überlappen. Dasselbe trifft auf das Licht L4 und das Licht L5 zu.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das optische Modul 1A einen Polarisationsstrahlteiler 10A, ein erstes Polarisationselement 20, einen ersten reflektierenden SLM 30, ein zweites Polarisationselement 40 und einen zweiten reflektierenden SLM 50.
  • Der Polarisationsstrahlteiler 10A ist ein optisches Teil mit einer Lichtteilungsfläche 11. Die Lichtteilungsfläche 11 ist in Hinblick auf sowohl eine erste Richtung (eine X-Achsenrichtung in dieser Ausführungsform) als auch eine zweite Richtung (eine Y-Achsenrichtung gemäß dieser Ausführungsform), die die erste Richtung schneidet, geneigt, und der Neigungswinkel beträgt beispielsweise 45°. Die Lichtteilungsfläche 11 reflektiert eine s-Polarisationskomponente, die in dem von diesen Richtungen eingegebenen Licht enthalten ist, und überträgt eine p-Polarisationskomponente. Die Lichtteilungsfläche 11 empfängt das Bestrahlungslicht L1, das entlang der X-Achsenrichtung von außerhalb des optischen Moduls 1A eingegeben wird. Dieses Bestrahlungslicht L1 kann Licht sein, das sowohl die p-Polarisationskomponente als auch s-Polarisationskomponente umfasst, und kann beispielsweise Licht sein, das eine lineare Polarisation, keine Polarisation (beliebige Polarisation), eine kreisförmige Polarisation oder eine elliptische Polarisation, die weder die p-Polarisation noch die s-Polarisation aufweist, oder kann Licht sein, bei dem das s-Polarisationslicht mit einer zum p-Polarisationslicht unterschiedlichen Wellenlänge das p-Polarisationslicht überlagert.
  • Ferner weist eine Querschnittsform des Polarisationsstrahlteilers 10A entlang der XY-Ebene eine rechteckige Form auf. Auch der Polarisationsstrahlteiler 10A umfasst eine Lichteingangsfläche 12, eine Lichtaustrittsfläche 13, eine erste Fläche 14 und eine zweite Fläche 15, die in diesem Querschnitt gezeigt sind. Die Lichteingangsfläche 12 verläuft entlang einer Ebene, die die X-Achsenrichtung schneidet, und empfängt das Bestrahlungslicht L1. Die Lichtaustrittsfläche 13 verläuft entlang einer Ebene, die die Y-Achsenrichtung schneidet, und gibt kombiniertes Modulationslicht L6 aus. Die erste Fläche 14 verläuft entlang der Ebene, die die X-Achsenrichtung schneidet, sodass die Lichteingangsfläche 12 und die erste Fläche 14 in der X-Achsenrichtung Seite an Seite angeordnet sind. Die zweite Fläche 15 verläuft entlang einer Ebene, die die Y-Achsenrichtung schneidet, sodass die Lichtaustrittsfläche 13 und die zweite Fläche 15 in der Y-Achsenrichtung Seite an Seite angeordnet sind. Von den vier Flächen sind die Lichteingangsfläche 12 und die zweite Fläche 15 an einer Oberflächenseite der Lichtteilungsfläche 11 angeordnet und die Lichtaustrittsfläche 13 und die erste Fläche 14 auf der anderen Oberflächenseite der Lichtteilungsfläche 11 angeordnet.
  • Das erste Polarisationselement 20 ist mit der ersten Fläche 14 des Polarisationsstrahlteilers 10A optisch gekoppelt und in einem optischen Pfad einer ersten Polarisationskomponente L2, die durch die Lichtteilungsfläche 11 in dem Bestrahlungslicht L1 übertragen wird (eine p-Polarisationskomponente zu dem Zeitpunkt, an dem das Bestrahlungslicht L1 durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen wird), angeordnet. Ferner bezieht sich der optische Pfad der ersten Polarisationskomponente L2 auf einen optischen Pfad des Lichts, das durch die Lichtteilungsfläche 11 in dem Bestrahlungslicht L1 übertragen wird. Das erste Polarisationselement 20 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10A in der X-Achsen angeordnet. Das erste Polarisationselement 20 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 auf. Hierin ist die nichtreziproke optische Aktivität eine Polarisationseigenschaft, bei der eine Drehrichtung des sich in Vorwärtsrichtung bewegenden Lichts und eine Drehrichtung des sich in entgegengesetzte Richtung bewegenden Lichts einander gleich sind. Wird beispielsweise die Polarisationsebene des Lichts, das aus einer beliebigen Richtung durch das erste Polarisationselement 20 hindurchgeht, um einen vorbestimmten Winkel (beispielsweise 45° oder 135°) in einer vorbestimmten Richtung gedreht, wird die Polarisationsebene des Lichts, das von einer entgegengesetzten Richtung durch das erste Polarisationselement 20 hindurchgeht, um denselben Winkel in der obigen vorbestimmten Richtung weiter gedreht. Beträgt beispielsweise der vorbestimmte Winkel 45° und bewegt sich das Licht durch das erste Polarisationselement 20 hin und her, wird die Polarisationsebene des Lichts um 90° gedreht. Das erste Polarisationselement 20 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Während ferner eine ½-Wellenlängenplatte mit einem optischen Kristall die Polarisationsebene des hindurchgehenden Lichts ebenfalls dreht, weist die ½-Wellenlängenplatte die reziproke optische Aktivität auf, dass die Drehrichtung des sich in Vorwärtsrichtung bewegenden Lichts und die Drehrichtung des sich in die entgegengesetzte Richtung bewegenden Lichts zueinander entgegengesetzt sind, und somit kehrt die Polarisationsebene des Lichts in ihren ursprünglichen Zustand zurück, wenn sich das Licht hin und her bewegt. Somit ist die ½-Wellenlängenplatte kein Polarisationselement mit einer nichtreziproken optischen Aktivität und wird nicht als das erste Polarisationselement 20 verwendet.
  • Der erste reflektierende SLM 30 moduliert die erste Polarisationskomponente L2, die das erste Polarisationselement 20 durchläuft, zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts L3 und reflektiert das erste Modulationslicht L3 auf das erste Polarisationselement 20. Unterschiedliche SLMs, wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, eine Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder ein Polarisationsmodulations-SLM sind als das erste SLM 30 verwendbar. Der erste reflektierende SLM 30 umfasst eine Modulationsfläche 31 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln). Der erste reflektierende SLM 30 moduliert zur Erzeugung des ersten Modulationslichts L3 die Phase, die Stärke oder dergleichen der ersten Polarisationskomponente L2 in jedem der Vielzahl von Bereichen. In einem Beispiel ist der erste reflektierende SLM 30 ein LCOS-(Flüssigkristall auf Silizium)SLM mit parallel ausgerichtetem nematischen Flüssigkristall. Der erste reflektierende SLM 30 ist auf kein elektrisch angesteuertes Flüssigkristallelement beschränkt und kann beispielsweise ein optisch angesteuertes Flüssigkristallelement, ein Element, das ein anderes elektro-optisches Effekt-Material als den Flüssigkristall aufweist, ein Element mit einer Anzahl von Mikrospiegeln oder einen optischen Modulator mit verformbarem Spiegel umfassen.
  • Das zweite Polarisationselement 40 ist mit der zweiten Fläche 15 des Polarisationsstrahlteilers 10A optisch gekoppelt und in dem optischen Pfad der zweiten Polarisationskomponente L4, die durch die Lichtteilungsfläche 11 in dem Bestrahlungslicht L1 reflektiert wird (die s-Polarisationskomponente zu dem Zeitpunkt, an dem das Bestrahlungslicht L1 durch die Lichtteilungsfläche 11 reflektiert wird), angeordnet. Das zweite Polarisationselement 40 in dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10A in der Y-Achsenrichtung angeordnet. Das zweite Polarisationselement 40 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene des zweiten Polarisationskomponente L4 auf. Ferner entspricht die Definition der nichtreziproken optischen Aktivität jener des zuvor beschriebenen ersten Polarisationselements 20. Das zweite Polarisationselement 40 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Der zweite reflektierende SLM 50 moduliert die zweite Polarisationskomponente L4, die das zweite Polarisationselement 40 durchlaufen hat, zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts L5 und reflektiert das zweite Modulationslicht L5 auf das zweite Polarisationselement 40. Es sind unterschiedliche SLMs, wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, ein Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder Phasenmodulations-SLM als der zweite reflektierende SLM 50, in ähnlicher Weise wie im Falle des ersten reflektierenden SLM 30, verwendbar. Der reflektierende SLM 50 umfasst eine Modulationsfläche 51 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln). Der zweite reflektierende SLM 50 moduliert zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts L5 eine Phase, eine Stärke oder dergleichen der zweiten Polarisationskomponente L4 in jedem der Vielzahl von Bereichen. In einem Beispiel ist der zweite reflektierende SLM 50 ein LCOS-SLM mit parallel ausgerichtetem nematischen Flüssigkristall. Der zweite reflektierende SLM 50 ist auf kein elektrisch angesteuertes Flüssigkristallelement beschränkt und kann beispielsweise ein optisch angesteuertes Flüssigkristallelement, ein Element mit einem anderen elektrooptischen Effekt-Material als dem Flüssigkristall, ein Element mit einer Anzahl von Mikrospiegeln oder einen optischen Modulator mit verformbarem Spiegel umfassen.
  • Sind ferner die reflektierenden SLMs 30 und 50 LCOS-SLMs, wird nur eine lineare Polarisationskomponente, deren Schwingungsrichtung parallel zu der Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls ist, moduliert und somit können die reflektierenden SLMs 30 und 50 nach der Drehung durch die Polarisationselemente 20 und 40 entsprechend dem Winkel der Polarisationsebene angeordnet werden.
  • Wie in 2 gezeigt umfasst die Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A dieser Ausführungsform, zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen optischen Modul 1A, eine Lichtquelle 3, die das Bestrahlungslicht L1 an das optische Modul 1A ausgibt, und eine Lichtleiteroptik 5, die das kombinierte Modulationslicht L6, das aus dem optischen Modul 1A ausgegeben wird, zu dem Bestrahlungsziel 4 leitet. Die Lichtquelle 3 gibt das Bestrahlungslicht L1 aus, das sowohl die p-Polarisationskomponente als auch die s-Polarisationskomponente umfasst. Wie zuvor beschrieben, umfasst das Bestrahlungslicht L1 Licht ohne Polarisation (beliebige Polarisation), Licht mit kreisförmiger Polarisation oder Licht mit elliptischer Polarisation. Das aus der Lichtquelle 3 ausgegebene Bestrahlungslicht L1 wird über eine Lichtleiteroptik 6 mit einer Linse auf die Lichteingangsfläche 12 des Polarisationsstrahlteilers 10A geleitet. Die Lichtleiteroptik 5 umfasst eine Objektivlinse zum Sammeln des kombinierten Modulationslichts L6 in Richtung des Bestrahlungsziels, das auf einer Stufe 7 angeordnet ist.
  • Im Nachfolgenden wird der Betrieb des optischen Moduls 1A und der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A mit dem obigen Aufbau beschrieben. Das aus der Lichtquelle 3 ausgegebene Bestrahlungslicht L1 durchläuft die Lichtleiteroptik 6 und erreicht den Polarisationsstrahlteiler 10A. In dem Beobachtungslicht L1, das in die Lichteingangsfläche 12 des Polarisationsstrahlteilers 10A in der X-Achsenrichtung eingegeben wird, wird die erste Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen und von der ersten Fläche 14 ausgegeben. Ferner wird die zweite Polarisationskomponente L4 durch die Lichtteilungsfläche 11 reflektiert und von der zweiten Fläche 15 ausgegeben. Die erste Polarisationskomponente L2 durchläuft das erste Polarisationselement 20, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 durch das erste Polarisationselement 20 um beispielsweise 45° oder 135° in einer vorbestimmten Richtung von einer p-Polarisationsebene gedreht. Dann wird die erste Polarisationskomponente L2 durch den ersten reflektierenden SLM 30 zur Bildung des ersten Modulationslichts L3 moduliert und gleichzeitig auf das erste Polarisationselement 20 reflektiert. Das erste Modulationslicht L3 durchläuft erneut das erste Polarisationselement 20, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L3 durch das erste Polarisationselement 20 um beispielsweise 45° oder 135° in der vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das erste Modulationslicht L3 hauptsächlich die s-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der s-Polarisationskomponente).
  • Andererseits durchläuft die zweite Polarisationskomponente L4 das zweite Polarisationselement 40, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L4 durch das zweite Polarisationselement 40 um beispielsweise 45° oder 135° in eine vorbestimmte Richtung von der s-Polarisationsebene gedreht. Dann wird die zweite Polarisationskomponente L4 durch den zweiten reflektierenden SLM 50 zur Bildung des zweiten Modulationslichts L5 moduliert und gleichzeitig auf das zweite Polarisationselement 40 reflektiert. Das zweite Modulationslicht L5 durchläuft erneut das zweite Polarisationselement 40, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts L5 durch das zweite Polarisationselement 40 um beispielsweise 45° oder 135° in der vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das zweite Modulationslicht L5 hauptsächlich die p-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der p-Polarisationskomponente).
  • Danach wird das erste Modulationslicht L3 mit der s-Polarisationskomponente durch den Polarisationsstrahlteiler 10A reflektiert, und das zweite Modulationslicht L5 mit der p-Polarisationskomponente wird durch den Polarisationsstrahlteiler 10A übertragen. Das Modulationslicht L3 wird mit dem Modulationslicht L5 kombiniert und von der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlteilers 10A als kombiniertes Modulationslicht L6 ausgegeben. Das Bestrahlungsziel 4 wird mit dem kombinierten Modulationslicht L6 bestrahlt, während das kombinierte Modulationslicht L6 durch die Objektivlinse in der Lichtleiteroptik 5 gesammelt wird.
  • Im Nachfolgenden werden die Effekte, die durch das optische Modul 1A und die Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A der zuvor beschriebenen Ausführungsform erzielt werden, beschrieben. In dem optischen Modul 1A können die p-Polarisationskomponente (die erste Polarisationskomponente L2) und die s-Polarisationskomponente (die zweite Polarisationskomponente L4) des Bestrahlungslichts L1 geteilt und dann moduliert werden, und das erste und das zweite Modulationslicht L3 und L5 können nach der Modulation kombiniert und ausgegeben werden. Somit können gemäß dem optischen Modul 1A dieser Ausführungsform unterschiedliche Modulationsmuster auf das erste und das zweite Modulationslicht L3 und L5 angewendet werden. Dementsprechend können beispielsweise zwei Strahlenmuster mit einer unterschiedlichen Lichtphasenverteilung oder Lichtintensitätsverteilung innerhalb einer Ebene, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, kombiniert und ausgegeben werden, und auf jede Polarisationskomponente kann eine unterschiedliche Erfassungstiefe angewandt werden, oder die Bestrahlungsbedingungen, wie beispielsweise eine Pulsbreite oder eine Wiederholungsfrequenz, können für jede Polarisationskomponente unterschiedlich sein. Alternativ ist es möglich, Aberrationen für jede Polarisationskomponente unabhängig voneinander zu korrigieren. Somit ist es beispielsweise gemäß dem optischen Modul 1A und der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A dieser Ausführungsform möglich, einem Benutzer eine breitere Vielfalt an Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen als dies mit herkömmlichen Vorrichtungen, die in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben sind, möglich ist. Da das erste und das zweite einzeln modulierte Modulationslicht L3 und L5 kombiniert und ausgegeben werden, ist es möglich, Flecken, die in dem Bestrahlungslicht für das Bestrahlungsziel 4 (das kombinierte Modulationslicht L6) erzeugt werden, zu verringern. Ferner können in dieser Ausführungsform der erste reflektierende SLM 30 und der zweite reflektierende SLM 50 das gleiche Modulationsmuster aufweisen.
  • Ferner wird in einigen Fällen nur die lineare Polarisationskomponente des SLM, der beispielsweise einen Flüssigkristall-Typen umfasst, moduliert. Werden in diesen Fällen keine weiteren Polarisationskomponenten verwendet, wie beispielsweise in dem in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Aufbau, wird die Lichtnutzungseffizienz (ein Verhältnis der Intensität des aus der Lichtquelle ausgegebenen Lichts und der Intensität des Lichts, mit dem das Bestrahlungsziel 4 bestrahlt wird) auf einem geringen Wert gehalten. Ferner ist es gemäß dem optischen Modul 1A und der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A dieser Ausführungsform möglich, dass sowohl die s-Polarisationskomponente als auch die p-Polarisationskomponente des Bestrahlungslichts L1 effektiv dazu genutzt werden kann, die Lichtnutzungseffizienz wirksam zu erhöhen. Selbst unter Verwendung von beispielsweise einer kostengünstigen, beliebigen Polarisationsquelle, kann das Bestrahlungsziel 4 mit einer ausreichenden Lichtmenge bestrahlt werden.
  • Ferner sind in dem optischen Modul 1A die zwei reflektierenden SLMs 30 und 50 um einen Polarisationsstrahlteiler 10A angeordnet. Zudem wird das Licht (erste Polarisationskomponente L2), das in den ersten reflektierenden SLM 30 eingegeben wird, von dem Polarisationsstrahlteiler 10A eingegeben, und das Licht nach der Modulation (erstes Modulationslicht L3) auf den Polarisationsstrahlteiler 10A reflektiert. In ähnlicher Weise wird Licht (erste Polarisationskomponente L2), das in den zweiten reflektierenden SLM 50 eingegeben wird, von dem Polarisationsstrahlteiler 10A eingegeben, und das Licht nach der Modulation (das zweite Modulationslicht L5) wird auf den Polarisationsstrahlteiler 10A reflektiert. Mit diesem Aufbau kann das Licht in normale Richtungen der entsprechenden Modulationsflächen 31 und 51 der reflektierenden SLMs 30 und 50 eingegeben und reflektiert werden, und somit ist die optische Achse auf einfache Weise einstellbar, und es ist möglich, die Eingabeeffizienz an den SLM und die Ausgabeeffizienz aus dem SLM zu erhöhen. Ferner können die optische Achse des Bestrahlungslichts L1 und die optische Achse des kombinierten Modulationslichts L6 viel mehr senkrecht als schräg angeordnet sein, und somit ist es möglich, eine einfache Verbindung zu einem weiteren optischen System herzustellen, und die Bildung von Aberrationen zu verringern. Da sich ferner das Licht in einem Teil des optischen Pfades hin und her bewegt, ist es möglich, den Aufbau des gesamten Systems zu vereinfachen und zu verkleinern.
  • Sind in dem optischen Modul 1A dieser Ausführungsform der erste und der zweite reflektierende SLM 30 und 50 vom Flüssigkristall-Typ, wird, wie zuvor beschrieben, nur eine lineare Polarisationskomponente, deren Schwingungsrichtung parallel zu der Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls ist, moduliert. Somit werden der erste und der zweite reflektierende SLM 30 und 50 vorzugsweise derart angeordnet, dass die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 30 senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM 50 ist. Somit können die erste und die zweite Polarisationskomponente L2 und L4, deren Polarisationsebenen senkrecht zueinander sind, jeweils in dem ersten und dem zweiten reflektierenden SLM 30 und 50 wirksam moduliert werden.
  • (Erstes Modifikationsbeispiel)
  • 3 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1B gemäß einem Modifikationsbeispiel der obigen Ausführungsform darstellt. Das optische Modul 1B dieses Modifikationsbeispiels umfasst, zusätzlich zu dem Aufbau des optischen Moduls 1A der obigen Ausführungsform, ferner eine ½-Wellenlängenplatte 8, die ein Polarisationselement mit einer reziproken optischen Aktivität bildet. In diesem Modifikationsbeispiel ist die ½-Wellenlängenplatte 8 in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem ersten reflektierenden SLM 30 angeordnet. Ein Beispiel, in dem die ½-Wellenlängenplatte 8 in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem ersten Polarisationselement 20 angeordnet ist, ist in 3 gezeigt.
  • In diesem Beispiel durchläuft die erste Polarisationskomponente L2, die durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10A übertragen wird, die ½-Wellenlängenplatte 8. In diesem Fall wird die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 in einer bestimmten Drehrichtung von einer p-Polarisationsebene durch die ½-Wellenlängenplatte 8 um 90° gedreht. Anschließend wird die erste Polarisationskomponente L2 zwischen dem ersten Polarisationselement 20 und dem ersten reflektierenden SLM 30 als erstes Modulationslicht L3 hin und her bewegt und durchläuft erneut die ½-Wellenlängenplatte 8. In diesem Fall wird die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L3 durch die ½-Wellenlängenplatte 8 in einer Richtung entgegengesetzt zur obigen Richtung um 90° gedreht. Folglich ist bei Eingabe des ersten Modulationslichts L3 in den Polarisationsstrahlteiler 10A die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L3 gleich jener der ersten Ausführungsform.
  • In diesem Modifikationsbeispiel wird bei Eingabe der die ersten Polarisationskomponente L2 in den ersten reflektierenden SLM 30 die Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2 um 90° gedreht. Dementsprechend kann der Winkel der Polarisationsebene der ersten Polarisationskomponente L2, vor der direkten Eingabe der ersten Polarisationskomponente L2 in den ersten reflektierenden SLM 30, beliebig gesteuert werden. Umfassen der erste und der zweite reflektierende SLM 30 und 50 Flüssigkristall-SLMs, kann somit beispielsweise eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 30 beliebig eingestellt werden. Entsprechend kann beispielsweise die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 30 und die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM 50 miteinander ausgerichtet werden (parallel zueinander angeordnet werden) und die Steuerung des ersten und des zweiten SLM 30 und 50 kann für die Modulationsdaten, die in den ersten und zweiten reflektierenden SLM 30 und 50 eingegeben werden, gleich erfolgen.
  • Ferner kann die ½-Wellenlängenplatte 8 in dem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationselement 20 und dem ersten reflektierenden SLM 30 angeordnet sein oder sie kann in dem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem zweiten reflektierenden SLM 50 angeordnet sein (zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem zweiten Polarisationselement 40 oder zwischen dem zweiten Polarisationselement 40 und dem zweiten reflektierenden SLM 50). Ist die ½-Wellenlängenplatte 8 in dem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler 10A und dem zweiten reflektierenden SLM 50 angeordnet, kann ein Winkel der Polarisationsebene der zweiten Polarisationskomponente L4 vor der direkten Eingabe der zweiten Polarisationskomponente L4 in den zweiten reflektierenden SLM 50 beliebig gesteuert werden und somit ist es möglich, dieselben Effekte, wie zuvor beschrieben, zu erzielen. Ferner kann ein Strahlenscanner, der eine Bewegungsrichtung des Strahls ändert, in der Lichtleiteroptik 5 enthalten sein.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 4 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1C gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ferner zeigt 5 ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lichtbestrahlungsvorrichtung 2C mit dem optischen Modul 1C darstellt. Ferner ist auch der Einfachheit halber ein XYZ-orthogonales Koordinatensystem in 4 und 5 dargestellt. Ferner sind in 4 und 5 der Einfachheit halber die optischen Achsen des Lichts L7 und des Lichts L8 getrennt dargestellt, wobei sich jedoch tatsächlich die optische Achse des Lichts L7 und die optische Achse des Lichts L8 teilweise überlappen. Dasselbe trifft auf das Licht L9 und das Licht L10 zu.
  • Wie in 4 gezeigt, umfasst das optische Modul 1C einen ersten Polarisationsstrahlteiler 10B, einen zweiten Polarisationsstrahlteiler 10C, ein erstes Polarisationselement 22, einen ersten reflektierenden SLM 32, ein zweites Polarisationselement 42, einen zweiten reflektierenden SLM 52, ein optisches Weglängen-Einstellelement 60 und eine ½-Wellenlängenplatte 70.
  • Der erste und der zweite Polarisationsstrahlteiler 10B und 10C weisen denselben Aufbau wie der Polarisationsstrahlteiler 10A der ersten Ausführungsform auf. Das heißt, der erste und der zweite Polarisationsstrahlteiler 10B und 10C umfassen eine Lichtteilungsfläche 11, die die s-Polarisationskomponente des eingegebenen Lichts reflektiert und die p-Polarisationskomponente überträgt, eine Lichteingangsfläche 12, eine Lichtaustrittsfläche 13, eine erste Fläche 14 und eine zweite Fläche 15. Der erste Polarisationsstrahlteiler 10B empfängt das erste Bestrahlungslicht L7 mit der p-Polarisationskomponente unter Verwendung der Lichtteilungsfläche 11. Der zweite Polarisationsstrahlteiler 10C empfängt das zweite Bestrahlungslicht L9 mit der p-Polarisationskomponente unter Verwendung der Lichtteilungsfläche 11. Der erste und der zweite Polarisationsstrahlteiler 10B und 10C sind Seite an Seite in der Y-Achsenrichtung angeordnet, so dass die zweite Fläche 15 des ersten Polarisationsstrahlteilers 10B mit der Lichtaustrittsfläche 13 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C optisch gekoppelt ist. Die ½-Wellenlängenplatte 70, die ein Polarisationselement mit reziproker optischer Aktivität bildet, ist in dem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 10C vorgesehen.
  • Das erste Polarisationselement 22 ist mit der ersten Fläche 14 des Polarisationsstrahlteilers 10B optisch gekoppelt und in dem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts L7 angeordnet, das durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen wird. Das erste Polarisationselement 22 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10B in der X-Achsenrichtung angeordnet. Das erste Polarisationselement 22 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene des ersten Bestrahlungslichts L7 auf. Eine Definition der nichtreziproken optischen Aktivität entspricht jener der ersten Ausführungsform. Das erste Polarisationselement 22 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Der erste reflektierende SLM 32 moduliert das erste Bestrahlungslicht L7, das das erste Polarisationselement 22 durchlaufen hat, zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts L8 und reflektiert das erste Modulationslicht L8 auf das erste Polarisationselement 22. Es sind verschiedene SLMs wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, ein Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder ein Phasenmodulations-SLM als der erste reflektierende SLM 32, ähnlich dem ersten reflektierenden SLM 30 der ersten Ausführungsform, verwendbar. Der erste reflektierende SLM 32 weist eine Modulationsfläche 33 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln) auf. Der erste reflektierende SLM 32 moduliert zur Erzeugung des ersten Modulationslichts L8 eine Phase, eine Stärke oder dergleichen des ersten Bestrahlungslichts L7 in jedem der Vielzahl von Bereichen.
  • Das optische Weglängen-Einstellelement 60 ist in dem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem ersten reflektierenden SLM 32 vorgesehen und stellt eine optische Wellenlänge des ersten Bestrahlungslichts L7 und des ersten Modulationslichts L8 ein. In einem Beispiel wird die Länge des optischen Weglängen-Einstellelements 60 derart eingestellt, dass die optische Weglänge des ersten Bestrahlungslichts L7 und des ersten Modulationslichts L8 gleich der optischen Weglänge des zweiten Bestrahlungslichts L9 und des zweiten Modulationslichts L10 ist, die im Nachfolgenden beschrieben werden. Obwohl das optische Weglängen-Einstellelement 60 zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem ersten Polarisationselement 22 in 4 angeordnet ist, kann das optische Weglängen-Einstellelement 60 zwischen dem ersten Polarisationselement 22 und dem ersten reflektierenden SLM 32 angeordnet sein.
  • Das zweite Polarisationselement 42 ist mit der ersten Fläche 14 des Polarisationsstrahlteilers 10C optisch gekoppelt und in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts L9, das durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen wird, angeordnet. Das zweite Polarisationselement 42 dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10C in der X-Achsenrichtung angeordnet. Das zweite Polarisationselement 42 weist eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung der Polarisationsebene des zweiten Bestrahlungslichts L9 auf. Ferner entspricht eine Definition der nichtreziproken optischen Aktivität jener der ersten Ausführungsform. Das zweite Polarisationselement 42 umfasst in einem Beispiel vorzugsweise einen Faraday-Rotator.
  • Der zweite reflektierende SLM 52 moduliert zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts L10 das zweite Bestrahlungslicht L9, das das zweite Polarisationselement 42 durchlaufen hat, und reflektiert das zweite Modulationslicht L10 auf das zweite Polarisationselement 42. Es sind verschiedene SLMs, wie beispielsweise ein Phasenmodulations-SLM, ein Intensitätsmodulations-(Amplitudenmodulations-)SLM oder ein Phasenmodulations-SLM als der zweite reflektierende SLM 52, wie der zweite reflektierende SLM 50 der ersten Ausführungsform, verwendbar. Der zweite reflektierende SLM 52 weist eine Modulationsfläche 53 mit einer Vielzahl von eindimensional oder zweidimensional angeordneten Bereichen (Pixeln) auf. Der zweite reflektierende SLM 52 moduliert zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts L10 eine Phase, eine Stärke oder dergleichen des zweiten Bestrahlungslichts L9 in jedem der Vielzahl von Bereichen.
  • In einem Beispiel umfassen das erste reflektierende SLM 32 und das zweite reflektierende SLM 52 LCOS-SLMs mit jeweils einem parallel ausgerichteten, nematischen Flüssigkristall. Die reflektierenden SLMs 32 und 52 sind nicht auf ein elektrisch ansteuerbares Flüssigkristallelement beschränkt und können beispielsweise ein optisch ansteuerbares Flüssigkristallelement oder einen optischen Modulator mit verformbarem Spiegel umfassen. Sind ferner die reflektierenden SLMs 32 und 52 LCOS-SLMs, wird lediglich eine lineare Polarisationskomponente, deren Schwingungsrichtung parallel zu einer Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls ist, moduliert und so können die reflektierenden SLMs 32 und 52 gemäß dem Winkel der Polarisationsebene nach der Drehung durch die Polarisationselemente 22 und 42 angeordnet werden.
  • Wie in 5 gezeigt, umfasst die Lichtbestrahlungsvorrichtung 2C dieser Ausführungsform, zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen optischen Modul 1C, eine Lichtquelle 3A, die das erste Bestrahlungslicht L7 an das optische Modul 1C ausgibt, eine Lichtquelle 3B, die das zweite Bestrahlungslicht L9 an das optische Modul 1C ausgibt, und eine Lichtleiteroptik 5, die das kombinierte Modulationslicht L11 (im Nachfolgenden beschrieben), das aus dem optischen Modul 1C ausgegeben wird, zu dem Bestrahlungsziel 4 leitet. Das erste Bestrahlungslicht L7, das aus der Lichtquelle 3A ausgegeben wird, wird auf die Lichteingangsfläche 12 des Polarisationsstrahlteilers 10B mit Hilfe einer Lichtleiteroptik 6A, die eine Linse oder dergleichen und eine Polarisationsplatte (erstes spektroskopisches Element) 9A aufweist, die das erste Bestrahlungslicht L7 auf der Grundlage von Polarisationskomponenten aufteilt, geleitet. In ähnlicher Weise wird das zweite Bestrahlungslicht L9, das aus der Lichtquelle 3B ausgegeben wird, über eine Lichtleiteroptik 6B, die eine Linse oder dergleichen und eine Polarisationsplatte (zweites spektroskopisches Element) 9B aufweist, die das zweite Bestrahlungslicht L9 auf der Grundlage von Polarisationskomponenten teilt, auf die Lichteingangsfläche 12 des Polarisationsstrahlteilers 10C geleitet. Die Lichtleiteroptik 5 umfasst eine Objektivlinse zum Sammeln des kombinierten Modulationslichts L11 in Richtung des Bestrahlungsziels 4, das sich auf der Stufe 7 befindet.
  • Im Nachfolgenden wird der Betrieb des optischen Moduls 1c und der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2C mit der obigen Konfiguration beschrieben. Das erste Bestrahlungslicht L7, das aus der Lichtquelle 3A ausgegeben wird, durchläuft die Lichtleiteroptik 6A, und die Polarisationsplatte 9A (das erste spektroskopische Element) entfernt die s-Polarisationskomponente (das heißt, es wird nur die p-Polarisationskomponente übertragen). Anschließend erreicht das erste Bestrahlungslicht L7 den Polarisationsstrahlteiler 10B, wird durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen und an der ersten Fläche 14 ausgegeben. Während das erste Bestrahlungslicht L7 das erste Polarisationselement 22 durchläuft, wird die Polarisationsebene des ersten Bestrahlungslichts L7 durch das erste Polarisationselement 22 um beispielsweise 45° in einer vorbestimmten Richtung von der p-Polarisationsebene gedreht. Dann wird das erste Bestrahlungslicht L7 durch den ersten reflektierenden SLM 32 zur Bildung des ersten Modulationslichts L8 moduliert und gleichzeitig auf das erste Polarisationselement 22 reflektiert. Das erste Modulationslicht L8 durchläuft erneut das erste Polarisationselement 22, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des ersten Modulationslichts L8 durch das erste Polarisationselement 22 um beispielsweise 45° in der obigen vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das erste Modulationslicht L8 hauptsächlich die s-Polarisationskomponente (oder besteht lediglich aus der s-Polarisationskomponente).
  • Andererseits durchläuft das zweite Bestrahlungslicht L9, das aus der Lichtquelle 3B ausgegeben wird, die Lichtleiteroptik 6B, und die Polarisationsplatte (das zweite spektroskopische Element) 9B entfernt die s-Polarisationskomponente (das heißt, es wird nur die p-Polarisationskomponente übertragen). Dann erreicht das zweite Bestrahlungslicht L9 den Polarisationsstrahlteiler 10C, wird durch die Lichtteilungsfläche 11 übertragen und von der ersten Fläche 14 ausgegeben. Dieses zweite Bestrahlungslicht L9 durchläuft das zweite Polarisationselement 42, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des zweiten Bestrahlungslichts L9 durch das zweite Polarisationselement 42 um beispielsweise 45° in einer vorbestimmten Richtung von der p-Polarisationsebene gedreht. Dann wird das zweite Bestrahlungslicht L9 durch den zweiten reflektierenden SLM 52 zur Ausbildung des zweiten Modulationslichts L10 moduliert und gleichzeitig auf das zweite Polarisationselement 42 reflektiert. Das zweite Modulationslicht L10 durchläuft erneut das zweite Polarisationselement 42, aber in diesem Fall wird die Polarisationsebene des zweiten Modulationslicht L10 durch das zweite Polarisationselement 42 um beispielsweise 45° in der obigen vorbestimmten Richtung gedreht. Folglich umfasst das zweite Modulationslicht L10 hauptsächlich die s-Polarisationskomponente (oder besteht lediglich aus der s-Polarisationskomponente).
  • Dann wird das erste Modulationslicht L8 mit der s-Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10B reflektiert. Ferner wird das zweite Modulationslicht L10 mit der s-Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10C reflektiert, durchläuft die ½-Wellenlängenplatte 70 und erreicht die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10B. Wenn das zweite Modulationslicht L10 die ½-Wellenlängenplatte 70 durchläuft, wird die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts L10 in einer bestimmten Drehrichtung von der s-Polarisationsebene um beispielsweise 90° gedreht. Somit umfasst das zweite Modulationslicht L10 hauptsächlich eine p-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der p-Polarisationskomponente) und wird durch die Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10B übertragen. Zudem werden das Modulationslicht L8 und L10 kombiniert und aus der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlteilers 10B als kombiniertes Modulationslicht L11 ausgegeben. Das Bestrahlungsziel 4 wird mit dem kombinierten Modulationslicht L11 bestrahlt, während das kombinierte Modulationslicht L11 durch die Objektivlinse in der Lichtleiteroptik 5 gesammelt wird.
  • Gemäß dem optischen Modul 1C und der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2C der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist es möglich, dieselben Effekte, wie im Falle des optischen Moduls 1A und der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2A der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform zu erzielen. Das heißt, in dieser Ausführungsform ist es möglich, dass erste Bestrahlungslicht L7 und das zweite Bestrahlungslicht L9 zu modulieren, das erste und das zweite Modulationslicht L8 und L10 nach der Modulation zu kombinieren, und das daraus resultierende Licht auszugeben. Somit können gemäß dem optischen Modul 1C und der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2C dieser Ausführungsform unterschiedliche Modulationsmuster auf das erste und das zweite Modulationslicht L8 und L10 angewendet werden. Somit ist es wie in der ersten Ausführungsform möglich, einem Benutzer eine breitere Vielfalt an Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen. Ferner können in dieser Ausführungsform der erste reflektierende SLM 32 und der zweite SLM 52 dasselbe Modulationsmuster darstellen.
  • Ferner wird in dem optischen Modul 1C das Licht (erstes Bestrahlungslicht L7), das in den ersten reflektierenden SLM 32 eingegeben wird, von dem Polarisationsstrahlteiler 10B eingegeben und das Licht nach der Modulation (das erste Modulationslicht L8) auf den Polarisationsstrahlteiler 10B reflektiert. Ferner wird das Licht (das zweite Bestrahlungslicht L9), das in den zweiten reflektierenden SLM 52 eingegeben wird, von dem Polarisationsstrahlteiler 10C eingegeben, und das Licht nach der Modulation (das zweite Modulationslicht L10) auf den Polarisationsstrahlteiler 10C reflektiert. Mit diesem Aufbau kann das Licht in normale Richtungen der entsprechenden Modulationsflächen 33 und 53 der reflektierenden SLMs 32 und 52 eingegeben und reflektiert werden, und somit ist die optische Achse auf einfache Weise einstellbar und es ist zudem möglich, die Effizienz der Ausgabe an den SLM und die Effizienz der Ausgabe von dem SLM zu erhöhen. Zudem können die optischen Achsen des ersten und des zweiten Bestrahlungslichts L7 und L9 und die optischen Achsen des kombinierten Modulationslichts L11 vielmehr senkrecht als schräg angeordnet sein, und somit ist es möglich, eine einfache Verbindung zu einem weiteren optischen System herzustellen und die Erzeugung von Aberrationen zu verringern. Da ferner das Licht in einem Teil des optischen Pfades hin und her bewegt wird, ist es möglich, den Aufbau des gesamten optischen Systems zu vereinfachen und zu verkleinern.
  • Ferner wird vorzugsweise, wie im Falle der vorliegenden Ausführungsform, ein Polarisationselement mit einer reziproken optischen Aktivität (beispielsweise der ½-Wellenlängenplatte 70) in dem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler 10B und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler 10C vorgesehen. Dementsprechend kann die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts L10 mit der s-Polarisationskomponente, die durch die Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C reflektiert wird, gedreht werden, so dass die p-Polarisationskomponente enthalten ist, und das zweite Modulationslicht L10 kann vorzugsweise durch die Lichtteilungsfläche 11 des ersten Polarisationsstrahlteilers 10B übertragen werden. Ferner kann entsprechend die Lichtverteilungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten reflektierenden SLM 32 und die Lichtverteilungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten reflektierenden SLM 52 zueinander ausgerichtet werden (parallel zueinander angeordnet werden), und die Steuerung des ersten und des zweiten reflektierenden SLM 32 und 52 kann für die Modulationsdaten, die in sowohl dem ersten als auch dem zweiten reflektierenden SLM 32 und 52 eingegeben werden, gemeinsam erfolgen.
  • Ferner kann wenigstens eine der Polarisationsplatten 9A und 9B durch eine ½-Wellenlängenplatte 8 ersetzt werden. In diesem Fall kann die Lichtquelle Bestrahlungslicht mit einer s-Polarisationskomponente ausgeben. Ferner kann ein Strahlenscanner, der eine Bewegungsrichtung des Strahls ändert, in der Lichtleiteroptik 5 enthalten sein.
  • (Zweites Modifikationsbeispiel)
  • 6 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 10 gemäß einem Modifikationsbeispiel der obigen Ausführungsform darstellt.
  • Das optische Modul 1D dieses Modifikationsbeispiels umfasst, zusätzlich zu dem Aufbau des optischen Moduls 1C der obigen Ausführungsform, ferner eine Wellenlängenfilter 80A und 80B. In diesem Modifikationsbeispiel ist ein Wellenlängenfilter (erstes spektroskopisches Element) 80A in einem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts L7, das in dem Polarisationsstrahlteiler 10B eingegeben wird, angeordnet und teilt das erste Bestrahlungslicht L7 auf der Grundlage von Wellenlängenkomponenten. Ferner ist der Wellenlängenfilter 80 (zweites spektroskopisches Element) 80B in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts L9, das in den Polarisationsstrahlteiler 10C eingegeben wird, angeordnet und teilt das zweite Bestrahlungslicht L9 auf der Grundlage von Wellenlängenkomponenten.
  • In diesem Modifikationsbeispiel wird das erste Bestrahlungslicht L7 eines ersten Wellenlängenbereichs in den Polarisationsstrahlteiler 10B eingegeben und das zweite Bestrahlungslicht L9 eines zweiten Wellenlängenbereichs, der sich von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet, wird in den Polarisationsstrahlteiler 10C eingegeben. Somit umfasst das erste Modulationslicht L8, das das kombinierte Modulationslicht L11 bildet, Licht, das in dem ersten Wellenlängenbereich enthalten ist, und das zweite Modulationslicht L10 umfasst Licht, das in dem zweiten Wellenlängenbereich enthalten ist. Zudem überträgt der Wellenlängenfilter 80A das Licht des ersten Wellenlängenbereichs und blockt das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs ab, und der Wellenlängenfilter 80B überträgt das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs und blockt das Licht des ersten Wellenlängenbereichs ab. Ferner wird der Polarisationsstrahlteiler, der dem ersten Wellenlängenbereich entspricht, als der Polarisationsstrahlteiler 10B verwendet, und ein Polarisationsstrahlteiler, der dem zweiten Wellenlängenbereich entspricht, wird als der Polarisationsstrahlteiler 10C verwendet. Ferner ist es besonders bevorzugt, dass die Lichtdurchlässigkeit des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10B in dem zweiten Wellenlängenbereich hoch ist.
  • Gemäß dem optischen Modul 1D dieses Modifikationsbeispiels, kann das erste und das zweite Modulationslicht L8 und L10 mit den unterschiedlichen Polarisationskomponenten und den unterschiedlichen Wellenlängen kombiniert und ausgegeben werden. Ferner ist es durch Bereitstellen der Wellenlängenfilter 80A und 80B möglich, zu verhindern, dass das erste Bestrahlungslicht L7 von der Lichtquelle, die das erste Bestrahlungslicht L7 ausgibt, und das zweite Bestrahlungslicht L9 von der Lichtquelle, die das zweite Bestrahlungslicht L9 ausgibt, in jeweils das andere eingegeben wird.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 7 zeigt ein Diagramm, das einen Aufbau eines optischen Moduls 1E gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ferner zeigt die 8 ein Diagramm, das einen Aufbau einer Lichtbestrahlungsvorrichtung 2E mit dem optischen Modul 1E darstellt. Das optische Modul 1E dieser Ausführungsform unterscheidet sich von dem optischen Modul 1C der zweiten Ausführungsform dahingehend, dass sich die Anordnung des zweiten Polarisationselements 42 und des zweiten reflektierenden SLM 52 unterscheidet und keine ½-Wellenlängenplatte 70 verwendet wird.
  • In dieser Ausführungsform wird die Polarisationskomponente von dem zweiten Bestrahlungslicht L9 (das heißt, es wird nur das Licht der s-Polarisationskomponente übertragen) in einer Polarisationsplatte (zweites spektroskopisches Element) 9B entfernt. Zudem ist das zweite Polarisationselement 42 an die zweite Fläche 15 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C optisch gekoppelt und in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts L9, das durch die Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C reflektiert wird, angeordnet. Das zweite Polarisationselement dieser Ausführungsform ist neben der Lichtteilungsfläche 11 des Polarisationsstrahlteilers 10C in der Y-Achsenrichtung angeordnet. Der zweite reflektierende SLM 52 moduliert das zweite Bestrahlungslicht L9, das das zweite Polarisationselement 42 durchlaufen hat, zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts L10 und reflektiert das zweite Modulationslicht L10 auf das zweite Polarisationselement 42.
  • In dem obigen Aufbau durchläuft das zweite Bestrahlungslicht L9 mit der s-Polarisationskomponente, das durch die Lichtteilungsfläche 11 des zweiten Polarisationsstrahlteilers 10C reflektiert wird, das zweite Polarisationselement 42. In diesem Fall wird die Polarisationsebene des zweiten Bestrahlungslichts L9 durch das zweite Polarisationselement 42 um beispielsweise 45° in einer vorbestimmten Richtung von der s-Polarisationsebene gedreht. Dann wird das zweite Bestrahlungslicht L9 durch den zweiten reflektierenden SLM 52 zur Bildung des zweiten Modulationslichts L10 moduliert und gleichzeitig auf das zweite Polarisationselement 42 reflektiert. Während das zweite Modulationslicht L10 das zweite Polarisationselement 42 erneut durchläuft, wird die Polarisationsebene des zweiten Modulationslichts L10 in diesem Fall durch das zweite Polarisationselement 42 in der zuvor erwähnten vorbestimmten Richtung um beispielsweise 45° gedreht. Folglich umfasst das zweite Modulationslicht L10 hauptsächlich eine p-Polarisationskomponente (oder besteht nur aus der p-Polarisationskomponente). Dann wird das zweite Modulationslicht L10 mit der p-Polarisationskomponente durch die Lichtteilungsfläche 11 des ersten Polarisationsstrahlteilers 10B übertragen, mit dem ersten Modulationslicht L8 kombiniert und als kombiniertes Modulationslicht L11 von der Lichtaustrittsfläche 13 des Polarisationsstrahlteilers 10B ausgegeben.
  • Gemäß der Lichtbestrahlungsvorrichtung 2E mit dem optischen Modul 1E dieser Ausführungsform können unterschiedliche Modulationsmuster auf das erste und das zweite Modulationslicht L8 und L10 angewendet werden, und somit können eine Vielzahl von Bestrahlungsformen einem Benutzer zur Verfügung gestellt werden, wie im Fall der zweiten Ausführungsform. Ferner kann Licht in normale Richtungen der entsprechenden Modulationsflächen 33 und 53 der reflektierenden SLMs 32 und 52 eingegeben und reflektiert werden, und somit ist die optische Achse auf einfache Weise einstellbar, und es ist möglich, die Effizienz der Eingabe in den SLM und die Effizienz der Ausgabe aus dem SLM zu erhöhen. Ferner können die optischen Achsen des ersten und des zweiten Bestrahlungslichts L7 und L9 und die optische Achse des kombinierten Modulationslichts L11 vielmehr senkrecht als schräg angeordnet sein, und somit ist es möglich, eine einfache Verbindung zu weiteren optischen Systemen herzustellen, und die Erzeugung von Aberrationen zu verringern. Da ferner das Licht in einem Teil des optischen Pfades hin und her bewegt wird, ist es möglich, den Aufbau des gesamten optischen Systems zu vereinfachen und zu verkleinern.
  • Das optische Modul und die optische Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und es sind verschiedene weitere Modifikationen möglich. Beispielsweise wird in den obigen Ausführungsformen der Polarisationsstrahlteiler mit einem rechteckigen Querschnitt verwendet, jedoch ist die Form des Polarisationsstrahlteilers nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise plattenförmig sein. Während ferner das Licht in Hinblick auf den reflektierenden SLM in den obigen Ausführungsformen vertikal eingegeben und ausgegeben wird, können die Eingabe- und Reflexionswinkel in Hinblick auf den reflektierenden SLM größer als 0° sein. Ferner werden in einem optischen System mit dem SLM für gewöhnlich Aberrationen erzeugt. Jedoch kann in den obigen Ausführungsformen ein Muster für die Korrektur der Aberrationen in dem ersten und dem zweiten reflektierenden SLM vorgesehen sein. Durch Anwenden eines derartigen Musters auf das gewünschte Phasenmuster ist es möglich, die Aberrationen zu korrigieren. In diesem Fall können die Aberrationen, die in dem ersten Modulationslicht erzeugt werden, und die Aberrationen, die in dem zweiten Modulationslicht erzeugt werden, unabhängig voneinander erhalten werden und einzeln in dem ersten und dem zweiten reflektierenden SLM entfernt werden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung, die in der Lage sind, einem Benutzer eine größere Anzahl unterschiedlicher Bestrahlungsformen zur Verfügung zu stellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1A bis 1E
    Optisches Modul
    2A, 2C und 2E
    Lichtbestrahlungsvorrichtung
    3, 3A, und 3B
    Lichtquelle
    4
    Bestrahlungsziel
    5, 6, 6A und 6B
    Lichtleiteroptik
    7
    Stufe
    8
    ½-Wellenlängenplatte
    9A
    Polarisationsplatte (erste spektroskopische Element)
    9B
    Polarisationsplatte (zweite spektroskopische Element)
    10A
    Polarisationsstrahlteiler
    10B
    Erster Polarisationsstrahlteiler
    10C
    Zweiter Polarisationsstrahlenteiler
    11
    Lichtteilungsfläche
    12
    Lichteingangsfläche
    13
    Lichtaustrittsfläche
    14
    Erste Fläche
    15
    Zweite Fläche
    20 und 22
    Erstes Polarisationselement
    30 und 32
    Erster reflektierender SLM
    40 und 42
    Zweites Polarisationselement
    50 und 52
    Zweiter reflektierender SLM
    60
    Optisches Weglängen-Einstellelement
    70
    ½-Wellenlängenplatte
    80A
    Wellenlängenfilter (erstes spektroskopisches Element)
    80B
    Wellenlängenfilter (zweites spektroskopisches Element)
    L1
    Bestrahlungslicht
    L2
    Erste Polarisationskomponente
    L3 und L8
    Erstes Modulationslicht
    L4
    Zweite Polarisationskomponente
    L5 und L10
    Zweites Modulationslicht
    L6 und L11
    Kombiniertes Modulationslicht
    L7
    Erstes Bestrahlungslicht
    L9
    Zweites Bestrahlungslicht

Claims (10)

  1. Optisches Modul, das Bestrahlungslicht, das aus einer Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtmodulation ausgegeben wird, moduliert und das Modulationslicht einem Bestrahlungsziel in einer Lichtbestrahlungsvorrichtung zuführt, wobei das optische Modul umfasst: einen Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine in dem Bestrahlungslicht enthaltene s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer durch die Lichtteilungsfläche übertragenen ersten Polarisationskomponente in dem Bestrahlungslicht angeordnet ist; einen ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die erste Polarisationskomponente, die durch das erste Polarisationselement zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das erste Modulationslicht auf das erste Polarisationselement reflektiert; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad einer von der Lichtteilungsfläche reflektierten zweiten Polarisationskomponente in dem Bestrahlungslicht angeordnet ist; und einen zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der die zweite Polarisationskomponente, die durch das zweite Polarisationselement zur Erzeugung eines zweiten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das zweite Modulationslicht auf das zweite Polarisationselement reflektiert, wobei das erste Modulationslicht, das erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht und dann an der Lichtteilungsfläche reflektiert wird, und das zweite Modulationslicht, das erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht und dann durch die Lichtteilungsfläche übertragen wird, miteinander kombiniert werden, von dem Polarisationsstrahlteiler ausgegeben werden und an das Bestrahlungsziel als das Modulationslicht abgestrahlt werden.
  2. Optisches Modul gemäß Anspruch 1, wobei der erste und der zweite räumliche Reflexionslichtmodulator vom Flüssigkristalltyp sind, und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des ersten räumlichen Reflexionslichtmodulators und eine Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls des zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulators senkrecht zueinander sind.
  3. Optisches Modul gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner umfasst: ein Polarisationselement, das eine reziproke optische Aktivität aufweist, und das in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator oder in einem optischen Pfad zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator angeordnet ist.
  4. Lichtbestrahlungsvorrichtung, umfassend: das optische Modul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; eine Lichtquelle für die Ausgabe des Bestrahlungslichts an das optische Modul; und eine Lichtleiteroptik, die das von dem optischen Modul ausgegebene Modulationslicht an das Bestrahlungsziel leitet.
  5. Optisches Modul, das Bestrahlungslicht, das aus einer Lichtquelle zur Erzeugung von Lichtmodulation ausgegeben wird, moduliert und das Modulationslicht einem Bestrahlungsziel in einer Lichtbestrahlungsvorrichtung zuführt, wobei das optische Modul umfasst: einen ersten Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt, und der ein erstes Bestrahlungslicht mit der p-Polarisationskomponente unter Verwendung der Lichtteilungsfläche empfängt; ein erstes Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts, das durch die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers übertragen wird, angeordnet ist; einen ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der das erste Bestrahlungslicht, das durch das erste Polarisationselement zur Erzeugung eines ersten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das erste Modulationslicht auf das erste Polarisationselement reflektiert; einen zweiten Polarisationsstrahlteiler mit einer Lichtteilungsfläche, die eine s-Polarisationskomponente reflektiert und eine p-Polarisationskomponente überträgt, und die ein zweites Bestrahlungslicht mit entweder der s-Polarisationskomponente oder der p-Polarisationskomponente unter Verwendung der Lichtteilungsfläche empfängt; ein zweites Polarisationselement, das eine nichtreziproke optische Aktivität zur Drehung einer Polarisationsebene aufweist und das in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts, das an der Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers einer Übertragung oder einer Reflexion unterworfen wird, angeordnet ist; und einen zweiten räumlichen Reflexionslichtmodulator, der das zweite Bestrahlungslicht, das durch das zweite Polarisationselement zur Erzeugung des zweiten Modulationslichts hindurchgeht, moduliert und das zweite Modulationslicht auf das zweite Polarisationselement reflektiert; wobei das erste Modulationslicht erneut durch das erste Polarisationselement hindurchgeht und dann an der Lichtteilungsfläche reflektiert wird und das zweite Modulationslicht erneut durch das zweite Polarisationselement hindurchgeht und dann die Lichtteilungsfläche des ersten Polarisationsstrahlteilers erreicht, indem es an der Lichtteilungsfläche des zweiten Polarisationsstrahlteilers der anderen von der Übertragung oder der Reflexion unterworfen wird, und das erste und zweite Modulationslicht kombiniert werden, aus dem ersten Polarisationsstrahlteiler ausgegeben werden und an das Bestrahlungsziel als das Modulationslicht abgestrahlt werden.
  6. Optisches Modul gemäß Anspruch 5, das ferner umfasst: ein optisches Weglängen-Einstellelement, das in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem ersten räumlichen Reflexionslichtmodulator vorgesehen ist.
  7. Optisches Modul gemäß Anspruch 5 oder 6, das ferner umfasst: ein Polarisationselement, das eine reziproke optische Aktivität aufweist und in einem optischen Pfad zwischen dem ersten Polarisationsstrahlteiler und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler vorgesehen ist.
  8. Lichtbestrahlungsvorrichtung, umfassend: das optische Modul gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7; eine, zwei oder mehr Lichtquellen, die das erste und das zweite Bestrahlungslicht an das optische Modul ausgeben; und eine Lichtleiteroptik, die das von dem optischen Modul ausgegebene Modulationslicht an das Bestrahlungsziel leitet.
  9. Lichtstrahlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, das ferner umfasst: ein erstes spektroskopisches Element, das in einem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts angeordnet ist und das erste Bestrahlungslicht auf der Grundlage von Wellenlängenkomponenten oder Polarisationskomponenten teilt; und ein zweites spektroskopisches Element, das in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts angeordnet ist und das zweite Bestrahlungslicht auf der Grundlage von Wellenlängenkomponenten oder Polarisationskomponenten teilt.
  10. Lichtstrahlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, das ferner umfasst: eine ½-Wellenlängenplatte, wobei die ½-Wellenlängenplatte in einem optischen Pfad des ersten Bestrahlungslichts und/oder in einem optischen Pfad des zweiten Bestrahlungslichts angeordnet ist.
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