JP4059623B2 - Illumination device and uniform illumination device - Google Patents

Illumination device and uniform illumination device Download PDF

Info

Publication number
JP4059623B2
JP4059623B2 JP2000382751A JP2000382751A JP4059623B2 JP 4059623 B2 JP4059623 B2 JP 4059623B2 JP 2000382751 A JP2000382751 A JP 2000382751A JP 2000382751 A JP2000382751 A JP 2000382751A JP 4059623 B2 JP4059623 B2 JP 4059623B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
array
lens
illumination device
cylindrical lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000382751A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002184206A (en
Inventor
一也 宮垣
健司 亀山
敬信 逢坂
幾雄 加藤
康之 滝口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2000382751A priority Critical patent/JP4059623B2/en
Publication of JP2002184206A publication Critical patent/JP2002184206A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4059623B2 publication Critical patent/JP4059623B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Light Sources And Details Of Projection-Printing Devices (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光学装置、照明光学方式及びこれらを用いた投射装置、露光装置、レーザ加工装置に関し、より具体的には、レーザアレイ光等による複数の発光手段を光源として、この光源光を被照射部に均一照明する光学系に適用可能な装置に関し、投射装置(プロジェクタ)やステッパ(露光装置)などに適用できる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
照射対象の被照射部を均一に照明するための光学系は、例えば、液晶表示素子を用いたライトとバルブ方式の投射装置や、半導体の製造等に用いるステッパ等に好適であるばかりでなく、種々の用途への適用が可能であり、高精度、コンパクトでかつ簡易な構成の光学系が求められる。また、例えば上記のライトバルブ方式の投射装置においては、ライトバルブに対する最大入射角度ができるだけ小さくなるように(すなわち、ライトバルブの表面に対してできるだけ垂直に入射するように)、照明光学系が設定されることが望まれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、コンパクトな構成を実現する複数光源による発光ユニットを用い、これら複数光源から発せられた光を被照射面に対して均一に、また被照射面対して最小の入射角で照射するための照明装置及びこれを用いた均一照明装置を提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、複数の発光部を有する発光手段と、該発光部のそれぞれから出射する拡散光のそれぞれを、該拡散光の光軸に直交する面における少なくとも同一の一方向について平行光とする平行光化手段と、該平行光化手段から出射した複数の光束を所定の集光範囲に集光する集光手段とを有する照明装置において、前記発光手段は、前記複数の発光部が一方向にアレイ配列するように構成され、前記平行光化手段は、シリンドリカルレンズアレイにより構成され、該シリンドリカルレンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズ部のアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等に設けられ、前記シリンドリカルレンズアレイによって、前記複数の発光部からの出射光を、光源アレイ方向の発散光成分を平行光化するように構成されることを特徴としたものである。
【0006】
請求項の発明は、請求項1の発明において、前記発光手段は、レーザ光を発光するレーザ発光部を有して構成されることを特徴としたものである。
【0009】
請求項の発明は、請求項1の発明において、前記シリンドリカルレンズアレイを、少なくとも2つ以上備えたことを特徴としたものである。
【0010】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記平行光化手段としてレンチキュラーレンズを用い、該レンチキュラーレンズを構成する各マイクロレンズのアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等であることを特徴としたものである。
【0011】
請求項の発明は、請求項4の発明において、前記レンチキュラーレンズを、少なくとも2つ以上備えたことを特徴としたものである。
【0012】
請求項の発明は、請求項1ないしのいずれか1の照明装置と、該照明装置から出射した照明光を受光し、該受光した光の光軸に直交する面内の光強度分布を均一化させるための強度分布均一化手段とを有し、該強度分布均一化手段からの出射光を制御して照明対象を照明することを特徴としたものである。
【0013】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記強度分布均一化手段として、カライドスコープを用いることを特徴としたものである。
【0014】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記強度分布均一化手段として、ホモジナイザを用いることを特徴としたものである。
【0015】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記強度分布均一化手段として、フライアイレンズを用いることを特徴としたものである。
【0027】
【発明の実施の形態】
まず本発明の必須の構成について図面を参照しながら以下に説明する。なお、実施例の構成については、個々に再度図面を参照して具体的に後述する。本発明の照明装置は、複数の発光部11a,11b,11cを有する発光手段11と、上記発光部11a,11b,11cのそれぞれから出射する拡散光のそれぞれを、該拡散光の光軸に直交する面における少なくとも同一の一方向について平行光とする平行光化手段12と、その平行光化手段12から出射した複数の光束を所定の集光範囲に集光する集光手段13((31,32,33),(41),(51))とを有する。また、上記の照明装置において、平行光化手段12は、図13に示すように発光手段のそれぞれの発光部11aに取り付けられたレンズ12aによって構成してもよい。また上記発光手段11は、レーザ光を発光するレーザ発光部11a,11b,11cによって構成できる。
【0028】
また上記発光手段は、複数の発光部11a,11b,11cが一方向にアレイ配列するように構成され、平行光化手段12は、上記複数の発光部からの出射光を前記アレイ配列方向に一致する方向について平行光化するように構成される。また上記平行光化手段12としてシリンドリカルレンズアレイを用い、そのシリンドリカルレンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズ部のアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチを同等する。また、このシリンドリカルレンズアレイを、少なくとも2つ以上備えてもよい。
【0029】
また上記平行光化手段11としてレンチキュラーレンズを用い、該レンチキュラーレンズを構成する各マイクロレンズのアレイピッチを、上記発光部のアレイピッチと同等とする。またこのレンチキュラーレンズを、少なくとも2つ以上備えてもよい。
【0030】
本発明の均一照明装置は、上記のごとくの照明装置と、その照明装置から出射した照明光を受光し、その受光した光の光軸に直交する面内の光強度分布を均一化させるための強度分布均一化手段14((42,43),(52,53))とを有し、その強度分布均一化手段14からの出射光を制御して照明対象を照明する。
【0031】
(実施例1)
図1及び図2は、本発明の第1の一実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図1に、側面概略構成を図2にそれぞれ光路とともに示すもので、図1及び図2において、11はレーザアレイ、12はシリンドリカルレンズアレイ、13はコンデンサレンズ、14はカライドスコープ、15はリレーレンズ、16は被照射部である。レーザアレイ11は、そのレーザ発光部11a,11b,11c…が直線状に等ピッチで配列されている。各レーザ発光部からの各々の出射光B1は拡散光として出射する。これらの出射光B1をシリンドリカルレンズアレイ12で、その一方向について平行光束化させる。図1の例ではシリンドリカルレンズアレイ12は、入射した光束を紙面に平行な方向で平行化させた光束B2として出射させる。この場合の平行光束B2は厳密に平行でなくても良い。次のコンデンサレンズ13で隣り合う光束どうしが大きな角度差で交じり合わなければ良い。すなわち、出射光束B2がある程度重なっていても角度差が小さければ問題とはならない。
【0032】
そしてコンデンサレンズ13によって、その出射光束B3がカライドスコープ14の入射側端面14aに収斂される。そしてカライドスコープ14内を進行する光束は、カライドスコープ14内で多重反射し、その出射端面14bでは光束の面内強度の分布が均一化される。この均一化された強度分布を有する光束がリレーレンズ15によって被照射部16へ照射される。
【0033】
シリンドリカルレンズアレイ12は、いわゆるレンチキュラーレンズに置き換えてもよい。シリンドリカルレンズアレイ12は、レーザアレイ11のアレイピッチと同程度のアレイピッチを有するレンズアレイで、レーザアレイの配列方向に対してレンズパワーをもっていればよい。レンチキュラーレンズを用いる場合も、同様にそのマイクロレンズのアレイピッチをレーザアレイ11のアレイピッチと同等にして同様に作用するように構成する。シリンドリカルレンズアレイ12(もしくはレンチキュラーレンズ)をレーザアレイ11の直後の光路上に置くことにより、例えばシリンドリカルレンズアレイ11を、直線状に配列したレンズアレイ(2次元のパワーをもつ)に置き換えた場合に比べて、図1で紙面厚み方向の設置許容範囲が広くなる。すなわち図1の上下方向の微調整のみを行えば良い。
【0034】
シリンドリカルレンズアレイ(またはレンチキュラーレンズ)12を使うことによって被照射部16への最大入射角を小さくできることを光線追跡計算結果を用いて説明する。図3は、レンチキュラーレンズを用いた照明光学系の効果を説明するための図で、照明光学系の概略構成を図3(A)に、図3(A)のB部の拡大図を図3(B)に示すものである。
【0035】
図3に示す構成において、実際には図1に示すごとくの光源11a,11cを含むレーザアレイが配置されるが、特徴的な光路を説明するためにレーザアレイ11の全体はその図示を省略している。すなわち図示されている光源11aはレーザアレイの端部に位置し、光源11nはレーザアレイ11の中心に位置し、その他のレーザアレイを構成する光源は、図示を省略している。レーザの光源11aの直後にはシリンドリカルレンズアレイ(またはレンチキュラーレンズ)12が配置されている。図3(B)において、12aはシリンドリカルレンズアレイ12を構成するひとつのレンズ部(シリンドリカルレンズ)で、光源11a…11nと同様にy方向にアレイ化されている。
【0036】
レーザアレイ11の光源アレイピッチとシリンドリカルレンズアレイ12の各レンズのアレイピッチ(またはレンチキュラーレンズのマイクロレンズのアレイピッチ)は同ピッチであり、図3(B)では光源11aに対応するレンチキュラー部(レンチキュラーレンズ)を構成する一つのマイクロレンズ12aのみを示している。レンチキュラーレンズ12では、各レーザアレイからの出射光は、紙面に平行な方向に平行化される。このレンチキュラーレンズ12では、レンズの球面収差のため、出射光は完全にコリメートされないが、ある程度の平行光束化で効果は十分得られる。平行光束化されたビームB2はシリンドリカルレンズ21,22,23を通過してカライドスコープ14の入射側端面14aに到達する。この場合、入射側端面14aへの最大入射角は12°である。
【0037】
シリンドリカルレンズ21は、レーザアレイ光をカライドスコープ14の入射側端面14aに偏向させるはたらきをする。シリンドリカルレンズ22,23は、レーザアレイの厚さ方向(紙面厚さ方向)の発散ビームを入射側端面14aに収斂させるはたらきをする。
【0038】
(比較例)
図4は、上記図3の構成において、レンチキュラーレンズ12が無い場合の光学系における作用を説明するための図である。図4には、図3の光学系においてレーザアレイの端部に位置する光源11aの直後のシリンドリカルレンズアレイ12を削除した場合の光線を示している。光源11aからの発散光B11はシリンドリカルレンズ21,22,23を通過してカライドスコープ14の入射側端面14aに最大入射角16°で照射される。カライドスコープ14の出射側端面(図示せず)からの出射光は、入射角度が維持されることから、最大角16°で出射される。さらに図4と図3を比較すると、シリンドリカルレンズアレイ12を用いたほうがカライドスコープ14の口径を小さくすることが可能である。同じ反射回数のカライドスコープなら口径が小さいほど全長も短くなる。したがって、シリンドリカルレンズアレイ(もしくはレンチキュラーレンズ)を用いることで照明光学系を小さくすることができる。
【0039】
(実施例2)
図5及び図6は、本発明の第2の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図5に、側面概略構成を図6にそれぞれ光路とともに示すもので、照明光学系は、レンズアレイ11、シリンドリカルレンズアレイ12、カライドスコープ14、リレーレンズ15、シリンドリカルレンズ31,32,33で構成され、16は被照射部である。なお、実施例1と同様に、シリンドリカルレンズアレイ12をレンチキュラーレンズに置き換えてもよい。このとき、レンチキュラーレンズのマイクロレンズのアレイ方向やアレイピッチはシリンドリカルレンズのアレイ構成と同様とし、両者は同様に作用するように構成されるものとする。本実施例では、シリンドリカルレンズアレイ12を用いた実施例として説明する。
【0040】
シリンドリカルレンズアレイ12は、レーザアレイ11のアレイピッチと同程度のピッチでシリンドリカル面が形成されていて、図5に示すように、レーザアレイ11のアレイ方向にレンズパワーを有する。シリンドリカルレンズアレイ12によって、発散して放射される各々のレーザアレイ光B1が各々アレイ方向にのみ平行光束化される。この場合に得られる平行光束B2は、厳密に平行でなくても良い。すなわち、次のシリンドリカルレンズ31で隣り合う入射光束どうしが大きな角度差で交じり合わなければ良く、ある程度重なっていても角度差が小さければ問題ではない。
【0041】
シリンドリカルレンズアレイ12とカライドスコープ14との間の光路上には、シリンドリカルレンズが少なくとも2つ以上配置される。図5,図6ではシリンドリカルレンズが3枚で構成された例(シリンドリカルレンズ31,32,33)を示す。この場合、レーザアレイ11のアレイ方向にパワーを有する1枚のシリンドリカルレンズ32と、レーザアレイのアレイ方向の直交方向にレンズパワーを有する2枚のシリンドリカルレンズ31,33が配される。
【0042】
これらシリンドリカルレンズ31,32,33の作用について説明する。まず図5に示すように、レーザアレイ11のアレイ方向の光束については、シリンドリカルレンズ31,33が平行平板と同じであるとみなせるため、アレイ方向のみ平行光束化されたビームB2はシリンドリカルレンズ31をそのまま透過して光束B21としてシリンドリカルレンズ32に入射する。そしてその入射光束B21は、シリンドリカルレンズ32で偏向され(光束B22)、シリンドリカルレンズ33を通過して(光束B23)カライドスコープ14の入射側端面14aに到達する。
【0043】
次に図6に示すように、レーザアレイ11におけるアレイ方向と直交方向のビームについては、シリンドリカルレンズアレイ12は平行平板とみなせるため、各レーザ発光部から発散された光束B1は、シリンドリカルレンズアレイ12を透過した後も発散して光束B2となり、シリンドリカルレンズ31で平行化され(光束B21)、シリンドリカルレンズ32を通過して(光束B22)、シリンドリカルレンズ33でカライドスコープ14に収斂する(光束B23)。光束B21,B22は、図6の上下方向(すなわちレーザアレイのアレイ方向と直交方向)に平行光束である必要はない。したがって、シリンドリカルレンズ31,33を一枚のシリンドリカルレンズに置き換えて、その一枚のレンズでカライドスコープに収斂しても本発明の効果に影響を与えない。
【0044】
(実施例3)
図7及び図8は、本発明の第3の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図7に、側面概略構成を図8にそれぞれ光路とともに示すもので、照明光学系は、レーザアレイ11、シリンドリカルレンズアレイ(もしくはレンチキュラーレンズ)12、シリンドリカルレンズ41、ホモジナイザ42,43、シリンドリカルレンズ44,45で構成される。図16は、上記のホモジナイザを用いた特開平9−234579号公報に記載されたレーザ照射装置の構成を示す上面図(図16(A))及び側面図(図16(B))で、これは線状のレーザ光を均一性を高めて線状のビームとして被照射部に照射する装置である。本実施例は、この光学系のなかで使われるホモジナイザ40a,40bを利用して、レーザアレイ光を矩形状の被照射部に均一照明させる。
【0045】
シリンドリカルレンズアレイ12(またはこれに置き換え可能なレンチキュラーレンズ)の作用は上述のとおりなのでその説明を省略する。シリンドリカルレンズ41は図8の上下方向、すなわちレーザアレイ11のアレイ方向と直交方向の発散ビーム成分を平行光束化させる(光束B31)。ホモジナイザ42は、レーザアレイ11のアレイ方向の光束を均一化させる。本実施例のホモジナイザ42は5分割の構成を有しているが、分割数が多いほど光束が均一化される。ただし、図7においてホモジナイザ42の各レンズアレイへの入射光が同じ強度分布となる場合にはホモジナイザの効果が得られない。例えば、レンチキュラーレンズ12とホモジナイザ42のアレイピッチが整数倍の関係となるときには、このような現象が生じる。ホモジナイザ42からの光(光束B32,B33)はシリンドリカルレンズ44によって被照射部16に集められる(光束B34)。
【0046】
一方、レーザアレイ11のアレイ方向と直交方向の光束においては、図8に示すように、ホモジナイザ43によって光束の強度分布が均一化される。すなわち、シリンドリカルレンズ41に入射した拡散光成分が平行光束化され(光束B31)、ホモジナイザ43で光束が分割され、その分割されたそれぞれの光束を集光させ、焦点を結んだあとさらに発散光となり(光束B33)、シリンドリカルレンズ45によって被照射部16上に重ね合わされる(光束B34)。レーザアレイ11のアレイ方向と直交方向の光束制御を行うホモジナイザ43は、その分割数が多いほど均一化の効果が高い。
【0047】
レーザアレイ11の直後にシリンドリカルレンズアレイ(レンチキュラーレンズ)12を配置することによって、アレイ方向の各アレイ光を平行光束化でき、ホモジナイザの効果を得ることができる。また、シリンドリカルレンズアレイ(もしくはレンチキュラーレンズ)であるため、レーザアレイのアイ方向と直交方向については設置精度を要求されないというメリットがある。
【0048】
(実施例4)
図9及び図10は、本発明の第4の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図9に、側面概略構成を図10にそれぞれ光路とともに示すもので、照明光学系は、レーザアレイ11、シリンドリカルレンズアレイ(またはレンチキュラーレンズ)12、シリンドリカルレンズ51、フライアイレンズ52,53、コンデンサレンズ54で構成される。図示した本実施例では、2枚のフライアイレンズ52,53を用いているが、2枚目のフライアイレンズ53は必ずしも必要ではなく省略することができる。また、コンデンサレンズ54は、2枚のシリンドリカルレンズを各々のレンズパワー方向を直交させたものに置き換えても良い。なお、本実施例においても、上述の各実施例と同様に、シリンドリカルレンズアレイを同様の機能を有するレンチキュラーレンズに置き換えることができる。
【0049】
まず、図9を参照してアレイ方向の光成分に関する作用を説明する。シリンドリカルレンズアレイ12は、レーザアレイ11のアレイピッチと同程度のアレイピッチを有する。作用は前述のとおりである。シリンドリカルレンズアレイ12でレーザアレイのアレイ方向のビームがほぼ平行な光束B2となり、シリンドリカルレンズ51を通過し(光束B41)、第1フライアイレンズ52で各々のアレイ光源からの出射光束が集光される(光束B42)。第1フライアイレンズ52の焦点位置には第2フライアイレンズ53が配置される。シリンドリカルレンズアレイ12を通過した光線の図9の紙面内における進行方向が、第1フライアイレンズ52の軸に平行であれば第2フライアイレンズ53は必要ではない。またレーザアレイ11からの出射光束B1が点光源からの出射光束とみなせない場合や、シリンドリカルレンズアレイ12の収差や、シリンドリカルレンズ12におけるレーザアレイ11とのピッチずれなどによって光束B41が第1フライアイレンズ52に対してわずかに傾く。このような場合、第1フライアイレンズ52を構成する各レンズ部から集光された光線は1点に集まらないため、第2フライアイレンズ53を必要とする。そして第2フライアイレンズ53からの出射光束は、コンデンサレンズ54によって被照射部16に重ね合わされる(光束B43)。
【0050】
次に、図10を用いてレーザアレイのアレイ方向の直交方向の光束成分に関する作用を説明する。レーザアレイ11からの出射光束B1はシリンドリカルレンズアレイ12を通過して光束B2となり、シリンドリカルレンズ51で平行光束B41にされる。上述のように第1フライアイレンズ52の焦点距離位置に第2フライアイレンズ53が配されており、第1フライアイレンズ52の各レンズ部からの出射光束(光束B42)が第2フライアイレンズ53の各レンズ部を通過して、コンデンサレンズ54によって被照射部16に重ね合わされて照度均一化される(光束B43)。
【0051】
レーザアレイ11の発光部の厚さ(アレイ方向と直交方向の厚さ)が大きい場合、光束B41は第1フライアイレンズ52の光軸に対して必ずしも平行とはならず、各アレイから集光される光線は1点に集まらない。このため、第2フライアイレンズ53を用いることになる。もしレーザアレイの発光部の上記厚さが十分小さいとみなせる場合には、第1フライアイレンズ52の各レンズ部からの出射光束(光束B42)はほぼ1点に集光されるため、第2フライアイレンズ53を必要としない。シリンドリカルレンズアレイ12を用いることで、レーザアレイ11の上記厚さ方向の設置許容が広くなるというメリットがある。
【0052】
参考例
図11は投射装置の参考例の概略構成を光路とともに示す図で、投射装置は、上記実施例1から実施例4までのいずれかの照明光学系と、ライトバルブ、及び投射レンズとを備える。図11に示す構成例の投射装置は、照明光学系61r,61g,61bと色合成素子62とライトバルブ65と投射レンズ64とにより構成される。図11に示す構成では照明光学系61r,61g,61bとして実施例3の光学系を用いているが、上述のように照明光学系として実施例1から実施例4までのいずれの光学系を用いても良い。
【0053】
色合成素子62としては、例えばダイクロイックプリズムを用いることができる。照明光学系61r,61g,61bが、順に、赤色、緑色、青色のレーザアレイ光源である場合には、色合成素子(ダイクロイックプリズム)62はダイクロイック膜62rで赤色を反射させ、ダイクロイック膜62bで青色を反射させ、かつ、両方のダイクロイック膜62r,62bは緑色を透過させるように構成される。ライトバルブ65としては例えば液晶素子を用いることができる。図11の構成ではライトバルブの直前にフィールドレンズ63を用いている。ライトバルブ65を透過した光が投射レンズ64の瞳を通過できるはたらきをする。
【0054】
以上の構成によって、ライトバルブ65を照明する光の最大入射角は前述のとおり従来に比して低減されるため、特に液晶素子のように入射角によってコントラスト比が変化するようなライトバルブの場合、コントラスト比を向上させたり、色ムラや照度ムラを低減させることができる。
【0055】
図11では単板のライトバルブを用いた構成例を示したが、図12に示すように照明光学系61r,61g,61bに対応した計3枚のライトバルブ65r,65g,65b用いて構成しても良い。各ライトバルブ65r,65g,65bの直前に置かれているのはフィールドレンズ63r,63g,63bである。図12の構成は、図11の構成に比べて投射レンズ64とライトバルブ65r,65g,65bとの間の光路長が長くなるため、投射レンズ64のバックフォーカス長は図11の投射レンズ64のバックフォーカスより長くする必要がある。3板のライトバルブの投射装置においても、単板の場合と同様に、コントラスト比を向上させたり、色ムラや照度ムラを低減させることができる。
【0056】
図14は、露光装置の参考例について説明するための図で、図中、71は均一照明装置、72はレチクル、73は投影レンズ、74は基板ステージである。本発明の露光装置は、請求項9から請求項20までのいずれかに記載の均一照明光学装置71でレチクル72を照明し、投影レンズ73によってレチクル72のパターンが基板ステージ74に置かれたウエハーに露光されるものである。
【0057】
図15は、レーザ加工機の参考例について説明するための図で、図中、75はレンズ、76はワークである。本発明のレーザ加工機は、均一照明光学装置からの照明光をレンズ75でワーク76に集光し、加工する。ワーク76上の集光スポット形状は照明系71の被照射部のアスペクト比と同じである。集光させることでワークの微小部分にエネルギーを集中させることができ、表面加工や切断などができる。また、レンズ75を投影レンズに置き換えるか、もしくは被照射部が直接ワーク76である配置では広い範囲にわたって均一照明できるため、レーザアニールとしても利用できる。
【0058】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の照明装置によれば、複数光源を用いることによってコンパクトな光学系を実現し、この光源からの拡散光を平行光化して集光することにより、照明対象部への最大入射角を小さく押さえることが可能になり、これにより種々の用途に適用した際にも良好な特性の光学システムを得ることができる。
【0059】
また、本発明の均一照明装置によれば、上記の照明装置と、光の強度分布を均一化する手段を備えることにより、簡易でかつコンパクトな均一照明可能な照明装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の一実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図2】 本発明の第1の一実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図3】 レンチキュラーレンズを用いた照明光学系の効果を説明するための図である。
【図4】 図3の構成において、レンチキュラーレンズが無い場合の光学系における作用を説明するための図である。
【図5】 本発明の第2の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図6】 本発明の第2の実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図7】 本発明の第3の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図8】 本発明の第3の実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図9】 本発明の第4の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図10】 本発明の第4の実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図11】射装置の参考例の概略構成を光路とともに示す図である。
【図12】 投射装置の他の参考例の概略構成を光路とともに示す図である。
【図13】 本発明の発光手段と平行光化手段の構成例を示す図である。
【図14】 露光装置の参考例を示す図である。
【図15】ーザ加工機の参考例について説明するための図である。
【図16】 本発明による投射装置の他の実施例の概略構成を光路とともに示す図である。
【符号の説明】
11…レーザアレイ、12…シリンドリカルレンズアレイ、13…コンデンサレンズ、14…カライドスコープ、15…リレーレンズ、16…被照射部、31,32,33,41,44,45,51…シリンドリカルレンズ、40a,40b…ホモジナイザ、42,43…ホモジナイザ、52,53…フライアイレンズ、54…コンデンサレンズ、61r,61g,61b…照明光学系、62…色合成素子、62r,62b…ダイクロイック膜、63,63r,63g,63b…フィールドレンズ、64…投射レンズ、65,65r,65g,65b…ライトバルブ、71…均一照明装置、72…レチクル、73…投影レンズ、74…基板ステージ、75…レンズ、76…ワーク。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination optical apparatus, an illumination optical system, and a projection apparatus, an exposure apparatus, and a laser processing apparatus using these, and more specifically, a plurality of light emitting means using laser array light or the like as light sources. The present invention relates to an apparatus applicable to an optical system that uniformly illuminates an irradiated portion, and to a technique applicable to a projection apparatus (projector), a stepper (exposure apparatus), and the like.
[0002]
[Prior art]
The optical system for uniformly illuminating the irradiated portion of the irradiation target is not only suitable for, for example, a light and bulb type projection device using a liquid crystal display element, a stepper used for manufacturing a semiconductor, etc. There is a need for an optical system that can be applied to various uses and has a high accuracy, a compact and simple configuration. In addition, for example, in the above-described light valve type projection device, the illumination optical system is set so that the maximum incident angle with respect to the light valve is as small as possible (that is, incident as perpendicularly as possible to the surface of the light valve). It is hoped that
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and uses a light-emitting unit having a plurality of light sources that realizes a compact configuration. The light emitted from the plurality of light sources is uniformly and covered with respect to the irradiated surface. Illumination device for irradiating an irradiation surface with a minimum incident angle and using the same Uniform lighting device Is intended to provide.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the light emitting means having a plurality of light emitting portions and the diffused light emitted from each of the light emitting portions are parallel light in at least the same direction on a plane orthogonal to the optical axis of the diffused light. And collimating means for condensing a plurality of light beams emitted from the collimating means in a predetermined condensing range. In the illumination device, the light emitting unit is configured such that the plurality of light emitting units are arranged in an array in one direction, and the collimating unit is configured by a cylindrical lens array, and each cylindrical lens configuring the cylindrical lens array The array pitch of the light emitting portions is provided to be equal to the array pitch of the light emitting portions, and the light emitted from the plurality of light emitting portions is made parallel to the divergent light component in the light source array direction by the cylindrical lens array. Characterized by being It is what.
[0006]
Claim 2 The invention of claim 1's In the present invention, the light emitting means includes a laser light emitting section that emits laser light.
[0009]
Claim 3 The invention of claim 1's In the present invention, at least two cylindrical lens arrays are provided.
[0010]
Claim 4 The invention of claim 1 In the invention, a lenticular lens is used as the collimating means, and the array pitch of each microlens constituting the lenticular lens is equal to the array pitch of the light emitting section.
[0011]
Claim 5 The invention of claim Four In the present invention, at least two or more of the lenticular lenses are provided.
[0012]
Claim 6 The invention of claim 1 to claim 1 5 Any one of the illumination device and intensity distribution uniformizing means for receiving illumination light emitted from the illumination device and uniformizing the light intensity distribution in a plane perpendicular to the optical axis of the received light. And the illumination target is illuminated by controlling the light emitted from the intensity distribution uniformizing means.
[0013]
Claim 7 The invention of claim 6 In the present invention, a kaleidoscope is used as the intensity distribution uniformizing means.
[0014]
Claim 8 The invention of claim 6 In the invention, a homogenizer is used as the intensity distribution uniformizing means.
[0015]
Claim 9 The invention of claim 6 In the invention, a fly-eye lens is used as the intensity distribution uniformizing means.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an essential configuration of the present invention will be described below with reference to the drawings. The configuration of the embodiment will be specifically described later with reference to the drawings again. In the illumination device of the present invention, the light emitting means 11 having a plurality of light emitting portions 11a, 11b, and 11c and the diffused light emitted from each of the light emitting portions 11a, 11b, and 11c are orthogonal to the optical axis of the diffused light. Collimating means 12 for making parallel light in at least the same direction on the surface to be collimated, and condensing means 13 for condensing a plurality of light beams emitted from the collimating means 12 in a predetermined condensing range ((31, 32, 33), (41), (51)). Moreover, in said illuminating device, you may comprise the collimating means 12 by the lens 12a attached to each light emission part 11a of a light emission means, as shown in FIG. The light emitting means 11 can be constituted by laser light emitting portions 11a, 11b, and 11c that emit laser light.
[0028]
The light emitting means is configured such that a plurality of light emitting portions 11a, 11b, and 11c are arrayed in one direction, and the collimating means 12 matches the emitted light from the plurality of light emitting portions in the array arranging direction. It is comprised so that it may become parallel light about the direction to do. In addition, a cylindrical lens array is used as the collimating means 12, and the array pitch of each cylindrical lens part constituting the cylindrical lens array is equal to the array pitch of the light emitting part. Further, at least two cylindrical lens arrays may be provided.
[0029]
Further, a lenticular lens is used as the collimating means 11, and the array pitch of each microlens constituting the lenticular lens is made equal to the array pitch of the light emitting section. Further, at least two or more lenticular lenses may be provided.
[0030]
The uniform illumination device of the present invention receives the illumination device as described above and the illumination light emitted from the illumination device, and makes the light intensity distribution in a plane perpendicular to the optical axis of the received light uniform. It has intensity distribution uniformizing means 14 ((42, 43), (52, 53)), and illuminates the illumination target by controlling the light emitted from the intensity distribution uniformizing means 14.
[0031]
Example 1
FIGS. 1 and 2 are diagrams for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a schematic top view configuration of an illumination optical system, and FIG. 2 shows a schematic side view configuration with an optical path. 1 and 2, 11 is a laser array, 12 is a cylindrical lens array, 13 is a condenser lens, 14 is a kaleidoscope, 15 is a relay lens, and 16 is an irradiated portion. In the laser array 11, the laser light emitting portions 11a, 11b, 11c... Are linearly arranged at an equal pitch. Each emitted light B1 from each laser light emitting part is emitted as diffused light. These emitted lights B1 are converted into parallel luminous fluxes in one direction by the cylindrical lens array 12. In the example of FIG. 1, the cylindrical lens array 12 emits an incident light beam as a light beam B2 that is collimated in a direction parallel to the paper surface. In this case, the parallel light beam B2 may not be strictly parallel. In the next condenser lens 13, it is sufficient that adjacent light beams do not intersect with each other with a large angle difference. That is, even if the emitted light beams B2 overlap to some extent, there is no problem if the angle difference is small.
[0032]
Then, by the condenser lens 13, the emitted light beam B <b> 3 is converged on the incident side end face 14 a of the kaleidoscope 14. The light beam traveling in the kaleidoscope 14 is multiple-reflected in the kaleidoscope 14, and the distribution of the in-plane intensity of the light beam is made uniform on the emission end face 14b. The light beam having the uniform intensity distribution is irradiated to the irradiated portion 16 by the relay lens 15.
[0033]
The cylindrical lens array 12 may be replaced with a so-called lenticular lens. The cylindrical lens array 12 is a lens array having an array pitch that is approximately the same as the array pitch of the laser array 11 and has only to have lens power with respect to the arrangement direction of the laser array. In the case of using a lenticular lens as well, the array pitch of the microlens is similarly set to be equal to the array pitch of the laser array 11 so as to operate similarly. When the cylindrical lens array 12 (or lenticular lens) is placed on the optical path immediately after the laser array 11, for example, the cylindrical lens array 11 is replaced with a linearly arranged lens array (having two-dimensional power). Compared with FIG. 1, the installation allowable range in the direction of the thickness of the paper becomes wider. That is, only fine adjustment in the vertical direction in FIG.
[0034]
The fact that the maximum incident angle to the irradiated portion 16 can be reduced by using the cylindrical lens array (or lenticular lens) 12 will be described using the result of ray tracing calculation. FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of an illumination optical system using a lenticular lens. FIG. 3A shows a schematic configuration of the illumination optical system, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG. It is shown in (B).
[0035]
In the configuration shown in FIG. 3, a laser array including light sources 11a and 11c as shown in FIG. 1 is actually arranged. However, the entire laser array 11 is not shown in order to explain the characteristic optical path. ing. That is, the illustrated light source 11a is located at the end of the laser array, the light source 11n is located at the center of the laser array 11, and the other light sources constituting the laser array are not shown. A cylindrical lens array (or lenticular lens) 12 is disposed immediately after the laser light source 11a. 3B, reference numeral 12a denotes one lens portion (cylindrical lens) constituting the cylindrical lens array 12, which is arrayed in the y direction in the same manner as the light sources 11a to 11n.
[0036]
The light source array pitch of the laser array 11 and the array pitch of each lens of the cylindrical lens array 12 (or the microlens array pitch of the lenticular lens) are the same pitch, and in FIG. Only one microlens 12a constituting the lens) is shown. In the lenticular lens 12, light emitted from each laser array is collimated in a direction parallel to the paper surface. In this lenticular lens 12, the emitted light is not completely collimated due to the spherical aberration of the lens, but a sufficient effect can be obtained with a certain amount of parallel light flux. The collimated beam B2 passes through the cylindrical lenses 21, 22, and 23 and reaches the incident side end face 14a of the kaleidoscope 14. In this case, the maximum incident angle to the incident side end face 14a is 12 °.
[0037]
The cylindrical lens 21 serves to deflect the laser array light to the incident side end face 14 a of the kaleidoscope 14. The cylindrical lenses 22 and 23 serve to converge the divergent beam in the laser array thickness direction (paper thickness direction) on the incident side end face 14a.
[0038]
(Comparative example)
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the optical system when the lenticular lens 12 is not provided in the configuration of FIG. FIG. 4 shows a light beam when the cylindrical lens array 12 immediately after the light source 11a located at the end of the laser array in the optical system of FIG. 3 is deleted. The divergent light B11 from the light source 11a passes through the cylindrical lenses 21, 22, and 23 and is incident on the incident side end surface 14a of the kaleidoscope 14 at a maximum incident angle of 16 °. The outgoing light from the outgoing side end face (not shown) of the kaleidoscope 14 is emitted at a maximum angle of 16 ° because the incident angle is maintained. Further, when FIG. 4 is compared with FIG. 3, the aperture of the kaleidoscope 14 can be reduced by using the cylindrical lens array 12. For a kaleidoscope with the same number of reflections, the smaller the aperture, the shorter the overall length. Therefore, the illumination optical system can be reduced by using a cylindrical lens array (or lenticular lens).
[0039]
(Example 2)
FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a schematic top view of the illumination optical system and FIG. 6 shows a schematic side view of the illumination optical system. The optical system includes a lens array 11, a cylindrical lens array 12, a kaleidoscope 14, a relay lens 15, and cylindrical lenses 31, 32, and 33, and 16 is an irradiated portion. As in the first embodiment, the cylindrical lens array 12 may be replaced with a lenticular lens. At this time, the array direction and array pitch of the microlenses of the lenticular lens are the same as the array configuration of the cylindrical lens, and both are configured to operate in the same manner. In the present embodiment, description will be given as an embodiment using the cylindrical lens array 12.
[0040]
The cylindrical lens array 12 has a cylindrical surface formed at a pitch approximately equal to the array pitch of the laser array 11 and has lens power in the array direction of the laser array 11 as shown in FIG. By the cylindrical lens array 12, each laser array light B1 radiated and emitted is converted into a parallel light beam only in the array direction. The parallel light beam B2 obtained in this case may not be strictly parallel. That is, it is sufficient that the incident light beams adjacent to each other in the next cylindrical lens 31 do not intersect with each other with a large angle difference, and even if they overlap to some extent, there is no problem if the angle difference is small.
[0041]
On the optical path between the cylindrical lens array 12 and the kaleidoscope 14, at least two cylindrical lenses are arranged. 5 and 6 show examples (cylindrical lenses 31, 32, and 33) in which three cylindrical lenses are configured. In this case, one cylindrical lens 32 having power in the array direction of the laser array 11 and two cylindrical lenses 31 and 33 having lens power in the direction orthogonal to the array direction of the laser array are arranged.
[0042]
The operation of these cylindrical lenses 31, 32, 33 will be described. First, as shown in FIG. 5, since the cylindrical lenses 31 and 33 can be regarded as the same as the parallel plate with respect to the light flux in the array direction of the laser array 11, the beam B2 converted into a parallel light flux only in the array direction passes through the cylindrical lens 31. The light is transmitted as it is and enters the cylindrical lens 32 as a light beam B21. The incident light beam B 21 is deflected by the cylindrical lens 32 (light beam B 22), passes through the cylindrical lens 33 (light beam B 23), and reaches the incident side end surface 14 a of the kaleidoscope 14.
[0043]
Next, as shown in FIG. 6, since the cylindrical lens array 12 can be regarded as a parallel plate for the beam in the direction orthogonal to the array direction in the laser array 11, the light beam B 1 emitted from each laser light emitting unit is converted into the cylindrical lens array 12. After being transmitted, the light diverges into a light beam B2, collimated by the cylindrical lens 31 (light beam B21), passes through the cylindrical lens 32 (light beam B22), and converges on the calidoscope 14 by the cylindrical lens 33 (light beam B23). ). The light beams B21 and B22 do not have to be parallel light beams in the vertical direction of FIG. 6 (that is, the direction orthogonal to the array direction of the laser array). Therefore, even if the cylindrical lenses 31 and 33 are replaced with one cylindrical lens and converged on the kaleidoscope with the one lens, the effect of the present invention is not affected.
[0044]
(Example 3)
FIGS. 7 and 8 are diagrams for explaining a third embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a schematic top view of the illumination optical system and FIG. 8 shows a schematic side view of the illumination optical system. The optical system includes a laser array 11, a cylindrical lens array (or lenticular lens) 12, a cylindrical lens 41, homogenizers 42 and 43, and cylindrical lenses 44 and 45. FIG. 16 is a top view (FIG. 16 (A)) and a side view (FIG. 16 (B)) showing the configuration of the laser irradiation apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-234579 using the above homogenizer. Is an apparatus that irradiates an irradiated portion with a linear laser beam as a linear beam with improved uniformity. In the present embodiment, the laser array light is uniformly illuminated on the rectangular irradiated portion by using the homogenizers 40a and 40b used in this optical system.
[0045]
Since the operation of the cylindrical lens array 12 (or a lenticular lens that can be replaced by this) is as described above, the description thereof is omitted. The cylindrical lens 41 converts the divergent beam component in the vertical direction of FIG. 8, that is, the direction orthogonal to the array direction of the laser array 11 into a parallel beam (light beam B31). The homogenizer 42 makes the light flux in the array direction of the laser array 11 uniform. The homogenizer 42 of the present embodiment has a five-divided configuration, but the light flux becomes uniform as the number of divisions increases. However, in FIG. 7, when the incident light to the lens arrays of the homogenizer 42 has the same intensity distribution, the effect of the homogenizer cannot be obtained. For example, such a phenomenon occurs when the array pitch between the lenticular lens 12 and the homogenizer 42 is an integer multiple. Light from the homogenizer 42 (light beams B32 and B33) is collected on the irradiated portion 16 by the cylindrical lens 44 (light beam B34).
[0046]
On the other hand, as shown in FIG. 8, the intensity distribution of the light beam is made uniform by the homogenizer 43 in the light beam orthogonal to the array direction of the laser array 11. That is, the diffused light component incident on the cylindrical lens 41 is converted into a parallel light beam (light beam B31), the light beam is divided by the homogenizer 43, and each of the divided light beams is condensed and focused to become further divergent light. (Flux B33) is superimposed on the irradiated portion 16 by the cylindrical lens 45 (Flux B34). The homogenizer 43 that controls the light flux in the direction orthogonal to the array direction of the laser array 11 has a higher uniformity effect as the number of divisions increases.
[0047]
By arranging a cylindrical lens array (lenticular lens) 12 immediately after the laser array 11, each array light in the array direction can be converted into a parallel light beam, and a homogenizer effect can be obtained. Further, since it is a cylindrical lens array (or lenticular lens), there is an advantage that installation accuracy is not required in the direction orthogonal to the eye direction of the laser array.
[0048]
Example 4
FIGS. 9 and 10 are views for explaining a fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 shows a schematic top view of the illumination optical system, and FIG. 10 shows a schematic side view of the illumination optical system. The optical system includes a laser array 11, a cylindrical lens array (or lenticular lens) 12, a cylindrical lens 51, fly-eye lenses 52 and 53, and a condenser lens 54. In the illustrated embodiment, two fly-eye lenses 52 and 53 are used, but the second fly-eye lens 53 is not necessarily required and can be omitted. Further, the condenser lens 54 may be replaced with two cylindrical lenses that are orthogonal to each other in the lens power direction. In this embodiment as well, the cylindrical lens array can be replaced with a lenticular lens having the same function as in the above embodiments.
[0049]
First, the operation relating to the light component in the array direction will be described with reference to FIG. The cylindrical lens array 12 has an array pitch that is approximately the same as the array pitch of the laser array 11. The operation is as described above. The beam in the array direction of the laser array becomes a substantially parallel light beam B2 in the cylindrical lens array 12, passes through the cylindrical lens 51 (light beam B41), and the emitted light beam from each array light source is condensed by the first fly-eye lens 52. (Light flux B42). A second fly eye lens 53 is disposed at the focal position of the first fly eye lens 52. If the traveling direction of the light beam that has passed through the cylindrical lens array 12 in the plane of FIG. 9 is parallel to the axis of the first fly-eye lens 52, the second fly-eye lens 53 is not necessary. Further, the light beam B41 is generated by the first fly-eye when the light beam B1 emitted from the laser array 11 cannot be regarded as the light beam emitted from the point light source, the aberration of the cylindrical lens array 12, or the pitch deviation of the cylindrical lens 12 from the laser array 11. Slightly tilted with respect to the lens 52. In such a case, the second fly's eye lens 53 is required because the light rays collected from the lens portions constituting the first fly's eye lens 52 are not collected at one point. The emitted light beam from the second fly-eye lens 53 is superimposed on the irradiated portion 16 by the condenser lens 54 (light beam B43).
[0050]
Next, the effect | action regarding the light beam component of the orthogonal | vertical direction of the array direction of a laser array is demonstrated using FIG. The emitted light beam B1 from the laser array 11 passes through the cylindrical lens array 12 to become a light beam B2, and is converted into a parallel light beam B41 by the cylindrical lens 51. As described above, the second fly-eye lens 53 is disposed at the focal length position of the first fly-eye lens 52, and the emitted light beam (light beam B42) from each lens portion of the first fly-eye lens 52 is the second fly-eye lens. The light passes through each lens portion of the lens 53 and is superimposed on the irradiated portion 16 by the condenser lens 54 to make the illuminance uniform (light flux B43).
[0051]
When the thickness of the light emitting portion of the laser array 11 (thickness in the direction orthogonal to the array direction) is large, the light beam B41 is not necessarily parallel to the optical axis of the first fly-eye lens 52, and is condensed from each array. The rays that are made do not collect at one point. For this reason, the second fly-eye lens 53 is used. If the above-mentioned thickness of the light emitting part of the laser array can be considered to be sufficiently small, the emitted light beam (light beam B42) from each lens part of the first fly-eye lens 52 is condensed at almost one point, so that the second The fly eye lens 53 is not required. By using the cylindrical lens array 12, there is an advantage that installation tolerance of the laser array 11 in the thickness direction is widened.
[0052]
( Reference example )
FIG. Throw Shooting equipment reference FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of an example together with an optical path, and the projection apparatus includes any one of the illumination optical systems from Example 1 to Example 4, a light valve, and a projection lens. The projection apparatus of the configuration example shown in FIG. 11 includes illumination optical systems 61r, 61g, 61b, a color synthesis element 62, a light valve 65, and a projection lens 64. In the configuration shown in FIG. 11, the optical system according to the third embodiment is used as the illumination optical systems 61r, 61g, and 61b. However, as described above, any one of the first to fourth embodiments is used as the illumination optical system. May be.
[0053]
As the color composition element 62, for example, a dichroic prism can be used. When the illumination optical systems 61r, 61g, and 61b are red, green, and blue laser array light sources in order, the color composition element (dichroic prism) 62 reflects red by the dichroic film 62r and blue by the dichroic film 62b. The dichroic films 62r and 62b are configured to transmit green. As the light valve 65, for example, a liquid crystal element can be used. In the configuration of FIG. 11, a field lens 63 is used immediately before the light valve. The light transmitted through the light valve 65 works to pass through the pupil of the projection lens 64.
[0054]
With the above configuration, since the maximum incident angle of the light that illuminates the light valve 65 is reduced as compared with the conventional case as described above, particularly in the case of a light valve whose contrast ratio changes depending on the incident angle, such as a liquid crystal element. The contrast ratio can be improved, and the color unevenness and the illuminance unevenness can be reduced.
[0055]
FIG. 11 shows a configuration example using a single plate light valve, but a configuration using a total of three light valves 65r, 65g, 65b corresponding to the illumination optical systems 61r, 61g, 61b as shown in FIG. May be. Field lenses 63r, 63g, and 63b are placed immediately before the light valves 65r, 65g, and 65b. 12 has a longer optical path length between the projection lens 64 and the light valves 65r, 65g, and 65b than the configuration of FIG. 11, the back focus length of the projection lens 64 is that of the projection lens 64 of FIG. Need to be longer than back focus. In the projection device of the three-plate light valve, the contrast ratio can be improved, and the color unevenness and the illuminance unevenness can be reduced as in the case of the single plate.
[0056]
FIG. , Dew Optical device Reference example It is a figure for demonstrating about 71 in the figure Is average One illumination device, 72 is a reticle, 73 is a projection lens, and 74 is a substrate stage. The exposure apparatus of the present invention illuminates the reticle 72 with the uniform illumination optical device 71 according to any one of claims 9 to 20, and the wafer on which the pattern of the reticle 72 is placed on the substrate stage 74 by the projection lens 73 It is to be exposed to.
[0057]
FIG. , Les -The processing machine Reference example In the figure, 75 is a lens, and 76 is a workpiece. The laser processing machine of the present invention , Average The illumination light from one illumination optical device is condensed on the workpiece 76 by the lens 75 and processed. The condensing spot shape on the workpiece 76 is the same as the aspect ratio of the irradiated portion of the illumination system 71. By concentrating, energy can be concentrated on a minute part of the workpiece, and surface processing and cutting can be performed. Further, when the lens 75 is replaced with a projection lens, or the arrangement in which the irradiated portion is the work 76 directly, uniform illumination can be performed over a wide range.
[0058]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the illumination device of the present invention, a compact optical system is realized by using a plurality of light sources, and the diffused light from the light sources is collimated and condensed to achieve illumination. It becomes possible to keep the maximum incident angle to the target portion small, whereby an optical system with good characteristics can be obtained even when applied to various uses.
[0059]
In addition, according to the uniform illumination device of the present invention, a simple and compact illumination device capable of uniform illumination can be obtained by providing the above illumination device and means for equalizing the light intensity distribution.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention, and is a diagram showing a schematic top surface configuration of an illumination optical system.
FIG. 2 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention and is a diagram showing a schematic side configuration of an illumination optical system.
FIG. 3 is a diagram for explaining the effect of an illumination optical system using a lenticular lens.
4 is a diagram for explaining the operation of the optical system when there is no lenticular lens in the configuration of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention, and is a diagram showing a schematic top configuration of an illumination optical system.
FIG. 6 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention and is a diagram showing a schematic side configuration of an illumination optical system.
FIG. 7 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention, and is a diagram showing a schematic top surface configuration of an illumination optical system.
FIG. 8 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention, and is a diagram showing a schematic side configuration of an illumination optical system.
FIG. 9 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention and is a diagram showing a schematic top surface configuration of an illumination optical system.
FIG. 10 is a diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention and is a diagram showing a schematic side configuration of an illumination optical system.
FIG. 11 Throw Shooting equipment reference It is a figure which shows schematic structure of an example with an optical path.
FIG. Another reference example of the projection device It is a figure which shows schematic structure with an optical path.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a light emitting unit and a collimating unit of the present invention.
FIG. 14 Exposure system reference It is a figure which shows an example.
FIG. 15 Les -The processing machine Reference example It is a figure for demonstrating.
FIG. 16 is a diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the projection apparatus according to the present invention together with an optical path.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Laser array, 12 ... Cylindrical lens array, 13 ... Condenser lens, 14 ... Callide scope, 15 ... Relay lens, 16 ... Irradiated part, 31, 32, 33, 41, 44, 45, 51 ... Cylindrical lens, 40a, 40b ... homogenizer, 42, 43 ... homogenizer, 52, 53 ... fly-eye lens, 54 ... condenser lens, 61r, 61g, 61b ... illumination optical system, 62 ... color synthesis element, 62r, 62b ... dichroic film, 63, 63r, 63g, 63b ... field lens, 64 ... projection lens, 65, 65r, 65g, 65b ... light valve, 71 ... uniform illumination device, 72 ... reticle, 73 ... projection lens, 74 ... substrate stage, 75 ... lens, 76 …work.

Claims (9)

複数の発光部を有する発光手段と、該発光部のそれぞれから出射する拡散光のそれぞれを、該拡散光の光軸に直交する面における少なくとも同一の一方向について平行光とする平行光化手段と、該平行光化手段から出射した複数の光束を所定の集光範囲に集光する集光手段とを有する照明装置において、前記発光手段は、前記複数の発光部が一方向にアレイ配列するように構成され、前記平行光化手段は、シリンドリカルレンズアレイにより構成され、該シリンドリカルレンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズ部のアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等に設けられ、前記シリンドリカルレンズアレイによって、前記複数の発光部からの出射光を、光源アレイ方向の発散光成分を平行光化するように構成されることを特徴とする照明装置。 A light-emitting unit having a plurality of light-emitting units, and a collimating unit that converts each of the diffused light emitted from each of the light-emitting units into parallel light in at least the same direction on a plane orthogonal to the optical axis of the diffused light And a light condensing device for condensing a plurality of light beams emitted from the collimating means in a predetermined condensing range , wherein the light emitting means is arranged so that the light emitting portions are arrayed in one direction. The collimating means is constituted by a cylindrical lens array, and the array pitch of each cylindrical lens part constituting the cylindrical lens array is provided equal to the array pitch of the light emitting part, and the cylindrical lens array The light emitted from the plurality of light emitting units is configured to collimate divergent light components in the light source array direction. Lighting device that. 請求項1に記載の照明装置において、前記発光手段は、レーザ光を発光するレーザ発光部を有して構成されることを特徴とする照明装置。The illumination device according to claim 1 , wherein the light emitting unit includes a laser light emitting unit that emits laser light. 請求項に記載の照明装置において、前記シリンドリカルレンズアレイを、少なくとも2つ以上備えたことを特徴とする照明装置。The illumination device according to claim 1 , wherein at least two cylindrical lens arrays are provided. 請求項に記載の照明装置において、前記平行光化手段としてレンチキュラーレンズを用い、該レンチキュラーレンズを構成する各マイクロレンズのアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等であることを特徴とする照明装置。2. The illumination device according to claim 1 , wherein a lenticular lens is used as the collimating means, and an array pitch of each microlens constituting the lenticular lens is equal to an array pitch of the light emitting unit. Lighting device. 請求項に記載の照明装置において、前記レンチキュラーレンズを、少なくとも2つ以上備えたことを特徴とする照明装置。5. The lighting device according to claim 4 , wherein at least two lenticular lenses are provided. 請求項1ないしのいずれか1に記載の照明装置と、該照明装置から出射した照明光を受光し、該受光した光の光軸に直交する面内の光強度分布を均一化させるための強度分布均一化手段とを有し、該強度分布均一化手段からの出射光を制御して照明対象を照明することを特徴とする均一照明装置。The illumination device according to any one of claims 1 to 5 , and illumination light emitted from the illumination device, and uniformizing a light intensity distribution in a plane perpendicular to the optical axis of the received light And a uniform illumination device characterized in that the illumination target is illuminated by controlling light emitted from the uniform intensity distribution unit. 請求項に記載の均一照明装置において、前記強度分布均一化手段として、カライドスコープを用いることを特徴とする均一照明装置。7. The uniform illumination device according to claim 6 , wherein a kaleidoscope is used as the intensity distribution uniformizing means. 請求項に記載の均一照明装置において、前記強度分布均一化手段として、ホモジナイザを用いることを特徴とする均一照明装置。7. The uniform illumination device according to claim 6 , wherein a homogenizer is used as the intensity distribution uniformizing means. 請求項に記載の均一照明装置において、前記強度分布均一化手段として、フライアイレンズを用いることを特徴とする均一照明装置。The uniform illumination device according to claim 6 , wherein a fly-eye lens is used as the intensity distribution uniformizing unit.
JP2000382751A 2000-12-15 2000-12-15 Illumination device and uniform illumination device Expired - Fee Related JP4059623B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000382751A JP4059623B2 (en) 2000-12-15 2000-12-15 Illumination device and uniform illumination device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000382751A JP4059623B2 (en) 2000-12-15 2000-12-15 Illumination device and uniform illumination device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002184206A JP2002184206A (en) 2002-06-28
JP4059623B2 true JP4059623B2 (en) 2008-03-12

Family

ID=18850523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000382751A Expired - Fee Related JP4059623B2 (en) 2000-12-15 2000-12-15 Illumination device and uniform illumination device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4059623B2 (en)

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI332682B (en) * 2002-09-19 2010-11-01 Semiconductor Energy Lab Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
JP4568480B2 (en) * 2002-12-04 2010-10-27 株式会社リコー Information display device
JP4494045B2 (en) * 2003-03-11 2010-06-30 株式会社半導体エネルギー研究所 Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US7327916B2 (en) 2003-03-11 2008-02-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam Homogenizer, laser irradiation apparatus, and method of manufacturing a semiconductor device
SG137674A1 (en) 2003-04-24 2007-12-28 Semiconductor Energy Lab Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
US7245802B2 (en) 2003-08-04 2007-07-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
US7169630B2 (en) 2003-09-30 2007-01-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
JP2005300712A (en) * 2004-04-08 2005-10-27 Nikon Corp Projection type display device
JP2006010741A (en) * 2004-06-22 2006-01-12 Plus Vision Corp Light source device including light emitting element and image display device using same
JP2006073250A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Harison Toshiba Lighting Corp Lighting system
JP4731142B2 (en) * 2004-09-16 2011-07-20 株式会社リコー Color display device, projector, and eyepiece type display device
US7387954B2 (en) 2004-10-04 2008-06-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
EP1805548B1 (en) 2004-10-27 2013-05-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Beam homogenizer, and laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and laser annealing method of non-single crystalline semiconductor film using the same
JP2008526511A (en) * 2005-01-04 2008-07-24 リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー Beam splitter
JP4843344B2 (en) 2005-03-18 2011-12-21 株式会社リコー Illumination device and image reading device
US7433568B2 (en) 2005-03-31 2008-10-07 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Optical element and light irradiation apparatus
JP4964876B2 (en) * 2005-06-08 2012-07-04 リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー Light irradiation device for polarization of alkali atoms and device for hyperpolarization of noble gases
JP4821204B2 (en) * 2005-07-22 2011-11-24 セイコーエプソン株式会社 LIGHTING DEVICE, IMAGE DISPLAY DEVICE, AND PROJECTOR
JP4890169B2 (en) * 2006-09-15 2012-03-07 株式会社リコー Lighting device
JP2008234908A (en) * 2007-03-19 2008-10-02 Nec Lighting Ltd Led spotlight
JP5028173B2 (en) * 2007-07-19 2012-09-19 三洋電機株式会社 Illumination device, projection display device, and fly-eye lens
JP4353992B2 (en) * 2007-08-23 2009-10-28 三菱電機株式会社 Illumination light source device and image display device
JP4670876B2 (en) * 2008-02-14 2011-04-13 三菱電機株式会社 Illumination optical system and image display device
KR100937864B1 (en) * 2008-03-14 2010-01-21 삼성모바일디스플레이주식회사 Frit sealing system
JP5248903B2 (en) * 2008-04-18 2013-07-31 リコー光学株式会社 Line illumination device, line illumination method, optical inspection device, and optical processing device
JP5197227B2 (en) 2008-08-19 2013-05-15 キヤノン株式会社 Illumination optical system and image projection apparatus
JP5121771B2 (en) * 2008-09-19 2013-01-16 三菱電機株式会社 Light source unit and image display device
JP2010097178A (en) * 2008-09-22 2010-04-30 Mitsubishi Electric Corp Light source unit and image display apparatus
JP4788839B2 (en) * 2010-12-01 2011-10-05 セイコーエプソン株式会社 LIGHTING DEVICE, IMAGE DISPLAY DEVICE, AND PROJECTOR
JP2011128634A (en) * 2011-01-19 2011-06-30 Mitsubishi Electric Corp Lighting optical system and image display apparatus
JP2013015762A (en) * 2011-07-06 2013-01-24 Sony Corp Illumination optical system and image display apparatus
JP5948991B2 (en) 2012-03-13 2016-07-06 富士ゼロックス株式会社 Fixing apparatus and image forming apparatus
CN107420789B (en) 2012-11-14 2020-07-07 科勒克斯有限责任公司 Artificial lighting device for generating natural light
WO2014076218A1 (en) 2012-11-14 2014-05-22 Light In Light S.R.L. Illumination device synthesizing light from an object at virtually infinite distance
JP6285650B2 (en) * 2013-07-03 2018-02-28 浜松ホトニクス株式会社 Laser equipment
JP6287157B2 (en) * 2013-12-13 2018-03-07 大日本印刷株式会社 Illumination device and projection device
JP5804101B2 (en) * 2014-02-12 2015-11-04 ウシオ電機株式会社 Laser light source device and image projection device
JP2015155950A (en) * 2014-02-20 2015-08-27 大日本印刷株式会社 Illumination device and projection device
JP2016057644A (en) * 2015-12-25 2016-04-21 ソニー株式会社 Illumination optical system and image display apparatus
JP2017151449A (en) * 2017-03-28 2017-08-31 ソニー株式会社 Illumination optical system and image display apparatus
JP2019128581A (en) * 2018-07-13 2019-08-01 セジン オント インクSEJIN ONT Inc. Light source device and exposure apparatus including the same
JP7086813B2 (en) * 2018-10-16 2022-06-20 東レエンジニアリング株式会社 Lighting equipment
KR102197383B1 (en) * 2020-07-27 2020-12-31 써니파이브 주식회사 Lighting device for providing light similar to natural light

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002184206A (en) 2002-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4059623B2 (en) Illumination device and uniform illumination device
CN107065410B (en) Projection type image display device
JP6424827B2 (en) Light source device, light source unit, and image display device
US8330938B2 (en) Solid-state array for lithography illumination
KR20140123421A (en) Light source device and exposure device
USRE34634E (en) Light illumination device
JP7116368B2 (en) Illumination apparatus and method, exposure apparatus and method, and device manufacturing method
KR102144863B1 (en) Illuminating apparatus, exposure apparatus, exposure method and device manufacturing method
US10606157B2 (en) Illuminator and projector
CN218974749U (en) Photographic lamp
US20070058149A1 (en) Lighting system and exposure apparatus
WO2021098450A1 (en) Light source system and light-emitting device
WO2017043185A1 (en) Light source device
JP2021167911A (en) Light source device, projector, and machining device
CN112969969B (en) Light source device for exposure
WO2020116086A1 (en) Light source device for exposure
JP4004601B2 (en) Illumination optical system of exposure equipment
WO2020116081A1 (en) Light source device for exposure
JP3406946B2 (en) Illumination optical system, optical apparatus using the same, and device manufacturing method using the optical apparatus
JP2023171460A (en) Fly-eye lens and illumination optical device
JP2023006187A (en) Illumination device, microscope and illumination method
JPH08162402A (en) Illuminating optical system
JPH07321022A (en) Illumination optical system
JP2001210586A (en) Illumination optical system, projection exposure system, method of manufacturing semiconductor device, and exposure method
JPS62266532A (en) Illuminating optical system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050113

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070925

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071218

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101228

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101228

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111228

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111228

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121228

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131228

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees