JP4841624B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を照明する照明装置に関する。

従来より、撮像装置や描画装置等においてライン状の照明光が利用されており、近年、このような照明光の強度分布を均一化する様々な手法が提案されている。例えば、日本国特許第３６０７６０４号公報（文献１）では、レーザ光源からの光をシリンドリカルレンズにより所定の方向に発散させつつ柱状のプリズムの入射面へと入射させ、プリズム内において光を発散方向の両側面に設けられる反射面にて反射させつつ入射面の反対側の出射面から取り出し、他の光学系によりプリズムの出射面を対象物上に結像することにより、強度分布が均一化されたライン状の照明光を対象物上に照射する手法が開示されている。また、米国特許第６，６１１，３８２号明細書（文献２）では、配列される複数の発光素子からの光を、発光素子の個数よりも少ない個数のレンズが配列されるシリンドリカルレンズアレイにより発光素子の配列方向に関して分割しつつ発散させ、シリンドリカルレンズアレイからの光を他のシリンドリカルレンズにより重畳させつつ対象物上のライン状の領域に導くことにより、強度分布が均一化されたライン状の照明光を対象物上に照射する手法が提案されている。

ところが、上記文献１および文献２の手法により照明光を対象物上に照射する際に、光源からのレーザ光のコヒーレンシが高い場合には、レーザ光の干渉に起因するスペックルが発生してしまい、結果として、光の強度分布の均一性が低下してしまう。特に、スペクトルバンド幅の狭いレーザ光や、固体レーザまたは気体レーザを用いる場合には、半導体レーザ等の他の光源を用いる場合に比べて、レーザ光のコヒーレンシが高くなるため、スペックルの影響が顕著となってしまう。

本発明は、対象物を照明する照明装置に向けられており、コヒーレント光を用いた照明装置において、スペックルの発生を防止しつつ、強度分布が均一化された照明光を取得することを目的としている。

照明装置は、コヒーレント光を出射する光源部と、コヒーレント光を複数の光ビームに分割するとともに、複数の光ビームを所定の重畳位置にて重ね合わせて照明光を得る光学系と、を備え、コヒーレント光の光学系への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の２つが重畳位置に至るまでの光路差が、コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長く、光学系が、循環する毎に僅かにシフトする循環経路に沿ってコヒーレント光を導く循環部と、光源部からのコヒーレント光を循環部へと導入する導入部と、を備え、重畳位置が、循環経路上において自己の正立像が重畳して形成される光学位置に位置する重畳面上に設定され、重畳面上の重畳位置に開口が形成され、重畳位置の開口において、コヒーレント光の分割および重ね合わせが行われることにより照明光が取り出される。本発明によれば、コヒーレント光を用いた照明装置において、スペックルの発生を防止しつつ、強度分布が均一化された照明光を取得することができる。

また、光学系の小型化を図ることができる。

より好ましくは、重畳面がミラー面であり、ミラー面上の重畳位置に、開口が形成される。これにより、簡単な構成にて重ね合わされた光を取り出すことができる。

本発明の一の好ましい実施の形態では、循環部が、循環経路における最初の循環の経路上に半波長板を備え、光源部から出射されるコヒーレント光が直線偏光された光であり、導入部が、ｐ偏光光およびｓ偏光光の一方を透過して他方を反射するとともに、循環部の一部を兼ねる光学素子であることにより、小型化された光学系を容易に組み立てることができる。

本発明の他の好ましい実施の形態では、導入部が、循環部内において循環するコヒーレント光を遮断しない位置に配置されたミラーであることにより、光源部におけるコヒーレント光を効率よく利用することができる。

本発明の一の局面では、照明装置が、重畳位置から取り出された照明光を投影面上のライン状の領域に投影するもう１つの光学系をさらに備え、重畳面上においてコヒーレント光の循環により照射位置がシフトするシフト方向が、投影面上におけるライン状の領域が伸びる方向に対応し、本発明の他の局面では、光源部が、コヒーレント光を発生する固体レーザまたは気体レーザを備える。

上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。

照明装置の構成を示す図である。 チルトミラーを示す図である。 第２光学系を示す図である。 第１光学系の各構成要素の機能を説明するための図である。 第１光学系の各構成要素の機能を説明するための図である。 第１光学系の各構成要素の機能を説明するための図である。 スリットから取り出される光の強度分布を説明するための図である。 第１光学系の他の例を示す図である。

図１は本発明の一の実施の形態に係る照明装置１の構成を示す図である。照明装置１は、例えば、パターン描画装置に設けられ、ＧＬＶ（グレーチング・ライト・バルブ）（登録商標）等の空間光変調デバイス上にライン状の照明光を照射する。パターン描画装置では、空間光変調デバイスにて空間変調された光が描画対象（例えば、半導体基板やプリント配線基板等）上へと導かれ、描画対象へのパターン描画が行われる。

図１の照明装置１は、固体レーザまたは気体レーザを光源２１として有する光源部２、光源部２からの光の強度分布を均一化する第１光学系４、および、第１光学系４からの光を照明の対象物９（照明装置１がパターン描画装置に設けられる場合には、空間光変調デバイス）へと導く第２光学系５を備える。光源２１から出射される光は、干渉性が高いコヒーレント光とされ、当該光のコヒーレンス長は例えば１０ミリメートル〜数メートルとなる。光源部２では、コヒーレント光から偏光板２２により直線偏光された光が取り出され、レンズ２３を介して図１中のＺ軸に沿って第１光学系４へと出射される。なお、光源部２からのコヒーレント光のＺ軸に垂直な方向の強度分布はガウス分布に近似している。

第１光学系４は、入射する光のｐ偏光成分（すなわち、ｐ偏光光）を透過するとともにｓ偏光成分（すなわち、ｓ偏光光）を反射する偏光ビームスプリッタ（「Polarization Beam Splitter」であり、以下、「ＰＢＳ」という。）４１を有し、レンズ２３からの直線偏光光はｐ偏光光となっており、ＰＢＳ４１を透過し、レンズ４２を介してチルトミラー４３へと導かれる。チルトミラー４３は、図１中のＸ方向に長いスリット４３１を有し、後述するようにｐ偏光光の一部がスリット４３１から取り出される。ｐ偏光光の残りはチルトミラー４３にて反射され、レンズ４２を介してミラー４４へと導かれ、ＰＢＳ４１に向けて反射される。ミラー４４にて反射したｐ偏光光は、半波長板４５を透過することによりｓ偏光光に変換され、ウエッジプリズム４６を介してＰＢＳ４１に導かれる。そして、ｓ偏光光はＰＢＳ４１にて反射され、レンズ４２、チルトミラー４３、レンズ４２およびミラー４４をこの順に経由して、ＰＢＳ４１へと再度入射する。このように、第１光学系４は、光源部２からのコヒーレント光を、レンズ４２の光軸Ｊ１外を経由して循環させる、いわゆるループ光学系となっている。なお、図１中において符号Ｋ１を付す記号はｓ偏光光を示しており（後述の図５において同様。）、第１光学系４の詳細については後述する。

図２は、チルトミラー４３を示す図である。図２に示すように、チルトミラー４３のスリット４３１は、図２中のＸ方向に長くされており（以下、当該方向を「長手方向」とも呼ぶ。）、図１の第１光学系４を循環するコヒーレント光の一部は、スリット４３１を介して取り出されて第２光学系５へと導入され、循環するコヒーレント光の残り（すなわち、チルトミラー４３においてスリット４３１以外のミラー面４３２上の領域に照射される光）はレンズ４２に向けて反射される。

図３は、図１中の（＋Ｙ）側から（−Ｙ）方向を向いて見た第２光学系５を示す図である。図１および図３に示すように、第２光学系５は、第２光学系５の光軸Ｊ２に沿ってチルトミラー４３側から対象物９に向かってシリンドリカルレンズ５１，５２，５３を順に有し、スリット４３１からの光はシリンドリカルレンズ５１，５２，５３を介して対象物９上へと導かれる。第２光学系５では、スリット４３１における光の出射面と対象物９の第２光学系５側の表面とがシリンドリカルレンズ５１，５２により光軸Ｊ２およびスリット４３１の長手方向の双方に垂直な方向（すなわち、図１中のＹＺ平面に平行かつ光軸Ｊ２に垂直な方向）に関して共役とされ、この方向のみに着目すると、スリット４３１からの光の強度分布がそのまま維持されつつスリット４３１における出射面の幅（図２中の縦方向の幅）よりも充分に長い対象物９上の領域（以下、光源部２からの光が照射される対象物９上の領域を「照明領域」という。）に光が照射される。また、対象物９上の照明領域の幅（すなわち、Ｘ方向の幅）は、スリット４３１からの光がシリンドリカルレンズ５３により集光されることにより、スリット４３１における出射面のＸ方向の長さよりも充分に狭くされる。このように、対象物９上の照明領域はスリット４３１の長手方向に垂直な方向に伸びるライン状の領域となっている。

次に、光源部２からの光の強度分布を均一化する第１光学系４の各構成要素の機能について説明する。図４は、ＰＢＳ４１、レンズ４２、ミラー４３ａおよびミラー４４のみを有する光学系４０ａを示す図である。図４は、図１の第１光学系４の基本構成を説明するためのものであり、光学系４０ａでは、第１光学系４と比較して、チルトミラー４３が、その法線がレンズ４２の光軸Ｊ１に平行となるように配置されるミラー４３ａに置き換えられるとともに、ウエッジプリズム４６および半波長板４５が省略される。なお、図４では、光学系４０ａ内における光の主光線を符号ＰＲを付す一点鎖線にて示し、光束の輪郭を細い実線にて示している。

図４の光学系４０ａでは、レンズ４２の前側焦点面近傍にて光源部２からの光の光束断面が最小となって集光する（すなわち、光がビームウエストを有する）ようにされており、主光線ＰＲがレンズ４２の光軸Ｊ１と平行となるようにＰＢＳ４１を介してレンズ４２に入射した光（ｐ偏光光）は平行光となってレンズ４２の後側焦点面に配置されるミラー４３ａへと入射する。ミラー４３ａからの反射光は、レンズ４２を介してミラー４４へと導かれ、ＰＢＳ４１に向けて反射される。反射光は、ミラー４４とＰＢＳ４１との間であってレンズ４２の前側焦点面と等価な位置にてそのビームウエストが形成されつつＰＢＳ４１の反射面へと戻される。したがって、仮に、ミラー４４からＰＢＳ４１に入射する反射光がｓ偏光光であるとすると、光学系４０ａでは同じ循環経路（この場合、図４中の主光線ＰＲ）に沿って光を循環させることが可能となる。すなわち、ＰＢＳ４１、レンズ４２、ミラー４３ａおよびミラー４４は、光を循環する循環部４９ａとなっている。なお、ＰＢＳ４１からレンズ４２、ミラー４３ａ、レンズ４２およびミラー４４を介してＰＢＳ４１へと至る光路長は、レンズ４２の焦点距離をｆとしてほぼ４ｆとなっている。レンズ４２の焦点距離ｆは、この光路長が光源部２から出射されるコヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くなるように選ばれる。

実際には、ＰＢＳ４１に入射する反射光は、光源部２からのコヒーレント光のうちＰＢＳ４１を透過したｐ偏光光であるため、光学系４０ａでは反射光がＰＢＳ４１を透過してしまい、光を循環させることができない。そこで、図４の光学系４０ａにおいてミラー４４からの反射光のビームウエストが形成される位置（すなわち、レンズ４２の前側焦点面と等価な位置）の近傍に、図５に示すように半波長板４５を設けることにより、反射光の偏光方向を９０度だけ回転してｓ偏光光に変換し、反射光をＰＢＳ４１にて反射させることが可能となる。

また、図５の光学系４０ｂでは、その法線がレンズ４２の光軸Ｊ１に対して傾斜するようにチルトミラー４３（ただし、図５のチルトミラー４３ではスリット４３１を省略している。）が配置されていることにより、図５中に符号Ｔ１を付す線にて示すように、ＰＢＳ４１を透過したｐ偏光光がレンズ４２、チルトミラー４３、レンズ４２およびミラー４４を順に通過してＰＢＳ４１へと戻る（正確には、半波長板４５にてｓ偏光光とされて戻る）最初の経路と、半波長板４５からのｓ偏光光がレンズ４２、チルトミラー４３、レンズ４２およびミラー４４を順に通過してＰＢＳ４１へと戻る２周目の経路とは僅かに異なっている。図５の循環部４９ａでは、ｐ偏光光の経路（最初の経路）上にのみ半波長板４５が設けられており、これにより、２周目以降においてもｓ偏光光を循環させることが可能となる。このように、図５の光学系４０ｂでは、ＰＢＳ４１が導入部として光源部２からのコヒーレント光のｐ偏光光を循環部４９ａへと導入しつつ、循環部４９ａの一部を兼ねている。

また、図４の循環部４９ａ内にｓ偏光光が導入されているものと仮定して、ＰＢＳ４１とミラー４４との間において、図６に示すように、レンズ４２の前側焦点面と等価な位置にウエッジプリズム４６を配置してＰＢＳ４１へと入射する光の光路を図６中のＹＺ平面に沿って僅かに曲げることにより、ＹＺ平面に平行な面上においてウエッジプリズム４６からＰＢＳ４１へと至る光の経路（図６中に符号Ｔ２を付す線にて示す循環経路の一部）とＰＢＳ４１の反射面とのなす角を、循環毎に僅かに変更することが可能となる。その結果、図６の光学系４０ｃでは、光の循環経路Ｔ２が通過するミラー４３ａのミラー面上の位置が、循環する毎に図６中の（−Ｙ）方向に一定距離だけシフトすることとなる。

図１の第１光学系４は、基本構成である図４の光学系４０ａの循環部４９ａにおいて、ミラー４３ａを図５に示すチルトミラー４３に変更するとともに循環経路における最初の循環の経路上に半波長板４５を設け、さらに、レンズ４２の前側焦点面と等価な位置にウエッジプリズム４６を配置することにより実現される。これにより、図１の第１光学系４では、ＰＢＳ４１、レンズ４２、チルトミラー４３、ミラー４４、半波長板４５およびウエッジプリズム４６が循環部４９を構成し、循環する毎にチルトミラー４３のミラー面４３２上における位置がスリット４３１の長手方向に垂直な方向（以下、「シフト方向」という。）に僅かにシフトする循環経路Ｔ０が循環部４９に設けられる。そして、循環経路Ｔ０に沿って光源部２から導入されるコヒーレント光（正確には、ＰＢＳ４１を透過したｐ偏光光、および、ｐ偏光光から変換されたｓ偏光光であり、以下、「循環光」と総称する。）が導かれる。なお、上記説明における循環経路Ｔ０の循環は、循環光の循環と等価である。また、循環経路Ｔ０においてチルトミラー４３からレンズ４２、ミラー４４、ウエッジプリズム４６、ＰＢＳ４１およびレンズ４２を介してチルトミラー４３へと至る１周の光路長は、レンズ４２の焦点距離をｆとしてほぼ４ｆとされ、循環経路Ｔ０上においてチルトミラー４３のミラー面４３２の複数回の通過に係る複数の位置は互いに共役となり、チルトミラー４３のミラー面４３２は、等倍の自己の正立像がシフト方向にシフトしつつ重畳して形成される重畳面となる。

ここで、既述のように、図２に示すチルトミラー４３にはスリット４３１が形成されており、循環経路Ｔ０に沿って導かれてチルトミラー４３上に照射される循環光の一部（実際には、シフト方向側の端部）はスリット４３１により分割された分割光ビームとして取り出される。また、チルトミラー４３のミラー面４３２上における循環光の照射位置は、循環光の循環によりシフト方向にスリット４３１の幅（図２中の縦方向の幅であり、後述する開口範囲の幅）に相当する距離だけシフトするため、例えば光源が連続発振レーザである場合、実際には、スリット４３１にて複数の分割光ビーム（以下、単に「複数の光ビーム」と呼ぶ。）が同時に取り出され、同時に重ね合わせられる。すなわち、スリット４３１は循環光が複数の光ビームに分割される位置となるとともに、複数の光ビームを重ね合わせる位置（以下、「重畳位置」という。）ともなっている。

このとき、循環経路Ｔ０において、循環経路Ｔ０の始点（すなわち、コヒーレント光の第１光学系４への入射位置）からチルトミラー４３に対するｎ回目（ただし、ｎは１以上の整数）の通過位置（すなわち、反射位置）までの距離と、循環経路Ｔ０の始点からチルトミラー４３に対する（ｎ＋１）回目の通過位置までの距離との差は、レンズ４２の焦点距離ｆのほぼ４倍とされており、コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くなる。このように、コヒーレント光の第１光学系４への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の２つが重畳位置であるスリット４３１へと至るまでの光路差が、コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くなることにより、照明装置１では重畳位置にて複数の光ビームの干渉に起因するスペックルが発生することが防止される。

次に、スリットにて重ね合わされる複数の光ビームの強度分布について説明する。図７は、チルトミラー４３のスリット４３１から取り出される光の強度分布を説明するための図である。図７の縦軸は（スリット４３１の長手方向の一の位置における）チルトミラー４３上のシフト方向の位置を示し、図７の横軸は光の強度を示している。また、図７では、符号Ａ１を付す矢印にてスリット４３１のシフト方向の開口範囲を示している。

チルトミラー４３上の１回目の循環光の通過（すなわち、反射）における循環光のシフト方向の強度分布（以下、「元の強度分布」という。）は、図７中に符号８１を付す実線にて示すように、ガウス分布に近似した形状となり、１回目の通過では元の強度分布のうちスリット４３１の開口範囲Ａ１と重なる部分（図７中にて平行斜線を付して示す部分）に相当する光ビームが取り出される。また、チルトミラー４３上の２回目の循環光の通過における循環光のシフト方向の強度分布は、図７中に符号８２を付す二点鎖線にて示すように、元の強度分布から１回目の通過の際に取り出された部分を除き、かつ、シフト方向に開口範囲Ａ１と等しい量シフトした形状となっており、２回目の通過では当該強度分布において開口範囲Ａ１と重なる部分に相当する光ビームが取り出される。

チルトミラー４３上の２回目以降の循環光の各通過においても、同様に循環光の一部がスリット４３１にて取り出され、７回目の通過にて循環光の全てが取り出される（もちろん、循環光の全てが取り出される循環数は７以外であってもよい。）。なお、図７では、３ないし７回目の通過における循環光のシフト方向の強度分布をそれぞれ符号８３〜８７を付す二点鎖線にて示している。

このとき、元の強度分布におけるシフト方向の中央の位置が、図７中の符号８４を付す二点鎖線にて示すように４回目の循環光の通過にてスリット４３１の開口範囲Ａ１の中央の位置Ｐ１と重なるようにされており、４回目の通過にて取り出される光ビームの強度はシフト方向におよそ一定となる。また、１回目の通過にて取り出される光ビームの強度分布と７回目の通過にて取り出される光ビームの強度分布とは、開口範囲Ａ１の中央の位置Ｐ１を示す線に関して対称となるとともに、１回目および７回目の通過のそれぞれにて取り出される光の強度はシフト方向に関してほぼ線形に変化しているとみなすことができる。２回目の通過と６回目の通過との間、および、３回目の通過と５回目の通過との間のそれぞれにおいても光ビームの強度分布の関係は同様である。したがって、スリット４３１の長手方向の各位置において、チルトミラー４３に対する１ないし７回目の循環光の通過にて同時に取り出されて重ね合わされる光の強度は、図７中に符号８０を付す破線にて示すように、スリット４３１の開口範囲Ａ１内にてほぼ一定となる（すなわち、光の強度分布がトップハットな形状となる。）。なお、破線８０にて示す強度分布の大きさは、図示の都合上、実際よりも小さく示している。

実際には、チルトミラー４３上に照射される循環光のスリット４３１の長手方向の強度分布もガウス分布に近似した形状となっている。したがって、重畳位置にて複数の光ビームが重ね合わされて取り出される光では、シフト方向の強度分布は均一化されるのに対して、長手方向の強度分布はガウス分布に近似した形状が維持される。そして、重畳位置にて取り出された照明光は、既述のように第２光学系５により、投影面である対象物９の第２光学系５側の面上において、シフト方向に対応する方向に伸びるライン状の照明領域に投影される。これにより、シフト方向の照明領域全体に亘って一定の強度を有する照明光が得られる。

以上に説明したように、図１の照明装置１では、光源部２から出射されるコヒーレント光が、第１光学系４にて複数の光ビームに分割されて重畳位置にて重ね合わされるとともに、コヒーレント光の第１光学系４への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の２つが（すなわち、２つの組合せのそれぞれにおいて）重畳位置に至るまでの光路差が、コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くされる。これにより、コヒーレント光を用いた照明装置１において、スペックルの発生を防止しつつ強度分布が均一化された照明光を取得することができる。

また、第１光学系４では、光源部２からのコヒーレント光が循環経路Ｔ０に沿って導かれるとともに、チルトミラー４３のミラー面４３２が、循環経路Ｔ０上において自己の正立像がシフト方向に沿ってシフトしつつ重畳して形成される光学位置に配置され、チルトミラー４３に形成されるスリット４３１にてコヒーレント光の複数の光ビームへの分割および複数の光ビームの重ね合わせが行われることにより照明光が取り出される。これにより、コヒーレント光を複数の光ビームに分割しつつ重ね合わせる第１光学系４の小型化を図ることが実現される。

照明装置１では、連続発振レーザ以外にパルスレーザを用いることも可能である。極めて微小なパルス光を発生するパルスレーザの場合、チルトミラー４３のスリット４３１において複数の光ビームは厳密にはパルス光の循環により順次取り出され、同時に取り出されないが、積算光量（強度の時間積分）はシフト方向に関して一定となる。したがって、この場合においてもスリット４３１を重畳位置としてコヒーレント光の分割および重ね合わせが行われているとみなすことができ、実質的にシフト方向に一定の強度の照明光が得られる。すなわち、重畳位置における複数の光ビームの重ね合わせは、一定の時間内に行われるのであれば、同時に行われる必要はない。

図１の第１光学系４では、ＰＢＳ４１が導入部として光源部２からのコヒーレント光のｐ偏光光を循環部４９へと導入しつつ循環部４９の一部を兼ねているが、第１光学系の導入部は循環部から独立した構成要素として設けられてもよい。図８は、第１光学系の他の例を示す図である。図８に示す第１光学系４ａでは、図１の第１光学系４におけるＰＢＳ４１がミラー４１ａに置き換えられ、ミラー４１ａ、レンズ４２、チルトミラー４３、ミラー４４およびウエッジプリズム４６が循環部４９とされる。また、ミラー４４とミラー４１ａとの間には、光源部２からのコヒーレント光を循環部４９へと導入するミラー４７が導入部として設けられる。ミラー４７は循環部４９内において循環するコヒーレント光を遮断しない位置に配置されることにより、第１光学系４ａでは、ミラー４７によりミラー４１ａに向けて反射されるコヒーレント光を、循環する毎にチルトミラー４３のミラー面４３２上における位置がシフト方向に僅かにシフトする循環経路Ｔ０に沿って循環することが可能とされる。

以上のように、図８の第１光学系４ａでは、導入部であるミラー４７を循環部４９から独立した構成要素として設けることにより、光源部２におけるコヒーレント光のうちＰＢＳ４１を透過したｐ偏光光のみを利用する図１の第１光学系４に比べて、光源部２におけるコヒーレント光を効率よく利用することが可能となる。ただし、図８の第１光学系４ａでは、微小なミラー４７および微小なウエッジプリズム４６を近接させつつ高精度に配置する必要があるため、小型化された第１光学系を容易に組み立てるという観点では、図１の第１光学系４のように、半波長板４５およびＰＢＳ４１が組み合わせられることが好ましい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記形態は様々な変形が可能である。

図１の照明装置１では、ｐ偏光光を透過するとともにｓ偏光光を反射するＰＢＳ４１を設け、半波長板４５を所定の位置に配置することにより、循環経路Ｔ０に沿ってコヒーレント光を導く第１光学系４が構成されるが、ｓ偏光光を透過するとともにｐ偏光光を反射する光学素子が用いられることにより、コヒーレント光の循環が実現されてもよい。すなわち、半波長板４５を有する第１光学系４では、ｐ偏光光およびｓ偏光光の一方を透過して他方を反射する光学素子を用いることが必要となる。また、第１光学系４の設計によっては、循環部４９において、特定の入射角（例えば４５度）の光を透過し、４５度より大きい入射角の光をほぼ全反射する全反射ミラーをＰＢＳ４１に代えて設け、光源部２からのコヒーレント光を当該特定の入射角にて全反射ミラーに入射させて循環部内へと導入し、循環経路に沿って全反射ミラーへと戻る光の全反射ミラーへの入射角をウエッジプリズム４６により変更することにより、コヒーレント光の循環が実現されてもよい。

上記実施の形態では、チルトミラー４３のミラー面４３２上の重畳位置に開口であるスリット４３１が形成されることにより、コヒーレント光の複数の光ビームへの分割および複数の光ビームの重ね合わせを行いつつ重ね合わされた複数の光ビームを照明光として取り出すことが簡単な構成にて実現されるが、図２のチルトミラー４３のスリット４３１の上側のエッジの位置にチルトミラー４３の下側のエッジが重畳位置に隣接するようにチルトミラー４３をずらして配置することにより、スリット４３１を省略しつつ循環光のシフト方向の端部が光ビームとして切り出されてもよい。ただし、不要な光が第２光学系５へと導かれることを抑制するには、チルトミラー４３には開口が設けられることが好ましい。また、第１光学系の構成の多少の複雑化が許容される場合には、例えば、第１光学系４において、チルトミラー４３に代えてＸ方向に長い分割ミラーをスリット４３１の位置に設け、分割ミラー外を通過する光をレンズ４２に向けて反射する他のミラーをさらに設けることにより、分割ミラーにてコヒーレント光の複数の光ビームへの分割および複数の光ビームの重ね合わせが行われつつ重ね合わされた照明光が所定の方向に反射されて取り出されてもよい。このように、小型化される第１光学系では、コヒーレント光の分割および重ね合わせが行われつつ照明光が取り出される重畳位置が、循環経路上において自己の正立像がシフトしつつ重畳して形成される光学位置に位置する重畳面上に設定されることが重要となる。もちろん、第１光学系の設計によっては、コヒーレント光から複数の光ビームが明確に個別に分割され、複数の光ビームが所定の重畳位置にて重ね合わされてもよい。この場合においても、コヒーレント光の第１光学系への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の２つが重畳位置に至るまでの光路差がコヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くされる。

照明装置１における光源部２の光源は、固体レーザまたは気体レーザに比べて干渉性の低いコヒーレント光を出射する他の光源（例えば半導体レーザ）であってもよいが、スペックルの発生を防止しつつ光の強度分布を均一化する上記手法は、干渉性が極めて高いコヒーレント光を出射する固体レーザまたは気体レーザを光源として用いる場合に特に適している。

照明装置１はパターン描画以外の他の用途に用いられてもよい。

この発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、この発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であることが理解される。

Claims (6)

1. 照明装置であって、
   コヒーレント光を出射する光源部と、
   前記コヒーレント光を複数の光ビームに分割するとともに、前記複数の光ビームを所定の重畳位置にて重ね合わせて照明光を得る光学系と、
   を備え、
   前記コヒーレント光の前記光学系への入射位置から、前記複数の光ビームのうちの任意の２つが前記重畳位置に至るまでの光路差が、前記コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長く、
   前記光学系が、
   循環する毎に僅かにシフトする循環経路に沿って前記コヒーレント光を導く循環部と、
   前記光源部からの前記コヒーレント光を前記循環部へと導入する導入部と、
   を備え、
   前記重畳位置が、前記循環経路上において自己の正立像が重畳して形成される光学位置に位置する重畳面上に設定され、前記重畳面上の前記重畳位置に開口が形成され、
   前記重畳位置の前記開口において、前記コヒーレント光の分割および重ね合わせが行われることにより前記照明光が取り出される。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記循環部が、前記循環経路における最初の循環の経路上に半波長板を備え、
   前記光源部から出射される前記コヒーレント光が直線偏光された光であり、
   前記導入部が、ｐ偏光光およびｓ偏光光の一方を透過して他方を反射するとともに、前記循環部の一部を兼ねる光学素子である。
3. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記導入部が、前記循環部内において循環する前記コヒーレント光を遮断しない位置に配置されたミラーである。
4. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記重畳面がミラー面であり、前記ミラー面上の前記重畳位置に、前記開口が形成される。
5. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記重畳位置から取り出された前記照明光を投影面上のライン状の領域に投影するもう１つの光学系をさらに備え、
   前記重畳面上において前記コヒーレント光の循環により照射位置がシフトするシフト方向が、前記投影面上における前記ライン状の領域が伸びる方向に対応する。
6. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記光源部が、前記コヒーレント光を発生する固体レーザまたは気体レーザを備える。

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