JP7411683B2 - 光学計測のための高輝度の照明源 - Google Patents

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Description

本開示は、一般的には、光学計測システムのための照明源に関し、より詳しくは、複数個のコヒーレント入力ビームに基づく高輝度の照明源に関する。
関連出願の相互参照
本出願は、全体において本願に引用して援用する、発明者としてアムノン・マナッセン（Ａｍｎｏｎ Ｍａｎａｓｓｅｎ）、アンディ・ヒル（Ａｎｄｙ Ｈｉｌｌ）、オハッド・バッシャール（Ｏｈａｄ Ｂａｃｈａｒ）、およびアヴィ・アブラモフ（Ａｖｉ Ａｂｒａｍｏｖ）の名前を挙げる、ＨＩＧＨ ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＩＬＬＵＭＩＮＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＯＶＥＲＬＡＹ ＭＥＴＲＯＬＯＧＹと題された、２０１９年４月１９日に出願された、米国仮出願第６２／８３６，２５４号の、米国特許法第１１９条（ｅ）のもとでの利益を主張するものである。
照明源輝度または放射輝度は、立体角あたりの源からの放射パワーおよび源の空間的広がりに関係付けられる。所定の光学システムにおいて、システムを通して捕捉および方向設定される光と関連付けられる有効源輝度が、出力としてもたらされ得る光の強度を制御する。光学計測の文脈において、照明源輝度は、かくして、試料上の光の強度を、延いては所定の感度において可能な測定処理能力を制限する。よって、照明源の輝度を増大することが、測定ごとの、増大されるサンプリングレート、増大される感度、または、その２つの組み合わせを可能にし得る。
米国特許出願公開第２０１４／０２４０９５１号 米国特許出願公開第２００５／０１４１８１０号 米国特許出願公開第２０１６／０２５８８１７号 米国特許出願公開第２０１８／００２３９５０号
しかしながら、源輝度を増大することに対する手法は、費用、システム複雑度、およびシステム信頼度における増大と釣り合いが取れていなければならない。それゆえに、効率的な高輝度の照明をもたらすためのシステムおよび方法を開発することが望ましくあり得る。
照明源が、本開示の１つ以上の例解的な実施形態によって開示される。１つの例解的な実施形態において、照明源は、２つ以上の入力光源を含む。別の例解的な実施形態において、照明源は、２つ以上の入力光源からの照明を照明ビームへと組み合わせるための１つ以上のレンズを含む収集器であって、２つ以上の入力光源からの照明が収集器の入力開口における異なる部分を占有する、収集器を含む。別の例解的な実施形態において、照明源は、ビーム均一化器（ｂｅａｍ ｕｎｉｆｏｒｍｉｚｅｒ）を含む。１つの例解的な実施形態において、ビーム均一化器は、照明ビームを受けるための第１の非円形コアファイバを含む。別の例解的な実施形態において、ビーム均一化器は、第２の非円形コアファイバを含む。別の例解的な実施形態において、ビーム均一化器は、第１の非円形コアファイバからの照明ビームの遠視野分布を、第２の非円形コアファイバの入力面に中継するための１つ以上の結合レンズであって、第２の非円形コアファイバからの照明ビームの近視野出力分布および遠視野出力分布が、選択された許容範囲の中で均一である、１つ以上の結合レンズを含む。
照明源が、本開示の１つ以上の例解的な実施形態によって開示される。１つの例解的な実施形態において、照明源は、２つ以上の入力光源を含む。別の例解的な実施形態において、照明源は、２つ以上の入力光源からの照明を照明ビームへと組み合わせるための１つ以上のレンズを含む収集器であって、２つ以上の入力光源からの照明が収集器の入力開口における異なる部分を占有する、収集器を含む。別の例解的な実施形態において、照明源は、異なるエタンデュを有する２つ以上の出力ファイバを含む。別の例解的な実施形態において、照明源は、選択されたエタンデュにおける照明ビームをもたらすために、２つ以上の出力ファイバのうちの選択された出力ファイバ内へと照明ビームを選択的に結合するように構成されるファイバ結合器を含む。
計測システムが、本開示の１つ以上の例解的な実施形態によって開示される。１つの例解的な実施形態において、計測システムは、２つ以上の入力光源を含む。別の例解的な実施形態において、計測システムは、２つ以上の入力光源からの照明を照明ビームへと組み合わせるための１つ以上のレンズを含む収集器であって、２つ以上の入力光源からの照明が収集器の入力開口における異なる部分を占有する、収集器を含む。別の例解的な実施形態において、計測システムは、照明ビームを試料に方向設定するための１つ以上の照明光学部品を含む。別の例解的な実施形態において、計測システムは、照明ビームに応答して試料によって放出される放射を検出器に方向設定するための１つ以上の収集光学部品を含む。
ビーム均一化器が、本開示の１つ以上の例解的な実施形態によって開示される。１つの例解的な実施形態において、ビーム均一化器は、照明ビームを受けるための第１の非円形コアファイバを含む。別の例解的な実施形態において、ビーム均一化器は、第２の非円形コアファイバを含む。別の例解的な実施形態において、ビーム均一化器は、第１の非円形コアファイバからの照明ビームの遠視野分布を、第２の非円形コアファイバの入力面に中継するための１つ以上の結合レンズであって、第２の非円形コアファイバからの照明ビームの近視野出力分布および遠視野出力分布が、選択された許容範囲の中で均一である、１つ以上の結合レンズを含む。
上述の全体的な説明、および、後に続く詳細な説明の両方は、権利主張されるような本発明について、単に例示的および解説的であり、必ずしも限定的ではないということが理解されるべきである。本明細書に組み込まれ、本明細書の部分を組成する、添付の図面は、本発明の実施形態を例解し、全体的な説明とともに、本発明の原理を解説することに役立つ。
本開示の数多くの利点が、添付の図を参照することによって、当業者にはより良好に理解され得る。
本開示の１つ以上の実施形態による、高輝度の照明システムのブロック線図の視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、２つ以上の入力光源からの入力光を単一の源照明ビームへと組み合わせるための収集器を含む照明源の概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、ビーム均一化器の概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、正方形コアを有する非円形コアファイバの断面視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、六角形コアを有する非円形コアファイバの断面視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、可動な拡散器を含むスペックル低減器の概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、ファイバの入力面上の様々な場所に源照明ビームを位置設定するための制御可能な鏡を含むスペックル低減器の概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、選択されたシステムエタンデュをもたらすために、第１の選択されたファイバ内へと源照明ビーム１０４を選択的に方向設定することによるエタンデュ切り替えの概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、選択されたシステムエタンデュをもたらすために、第２の選択されたファイバ内へと源照明ビーム１０４を選択的に方向設定することによるエタンデュ切り替えの概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、１つ以上のフィルタの概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、高輝度のコヒーレント照明をもたらすように構成される照明システムの概念的な視図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、高輝度の照明システムを含む光学計測器具の概念的な視図である。
添付の図面において例解される、開示される主題に対して、ここで詳細に言及する。本開示は、ある決まった実施形態、および、それらの実施形態の特定の特徴に関して、特に図示および説明されている。本願において論述される実施形態は、限定的よりむしろ例解的であると解される。形式および詳細における様々な変更および変形が、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなくなされ得るということが、当業者にはたやすく明らかであるはずである。
本開示の実施形態は、複数個のコヒーレント照明源を単一の出力分布へと組み合わせることによって高輝度の照明をもたらすためのシステムおよび方法を対象とする。本開示の追加的な実施形態は、組み合わされた源が、光学計測システムなどの、ただしそれに限定されない、光学システムと適合し得るように、組み合わされた出力分布を選択されたエタンデュへともたらすことを対象とする。さらに、光学計測および光学検査は、半導体製作および計測などの分野における技術の用語であり得るということが認識されるが、用語、光学計測および光学計測器具は、本願において、試料特性評価および欠陥検査に適した、ただしそれらに限定されない、任意の光学システムを一般的に説明するために使用される。
照明源輝度は、光学計測システムの設計および性能に決定的に影響を及ぼす。照明源輝度または放射輝度は、立体角あたりの源からの放射パワーおよび源の空間的広がりに関係付けられる。さらに、試料上の放射輝度は、源の放射輝度によって制限される。
源からの光の効率的および弾力的使用をもたらすために、高輝度の照明源を用意することが、一般的には望ましい。よって、照明源を利用し得る計測システムなどの光学システムの設計は、システムに対する所望される光学不変関係と、総体的システム費用と、利用可能な源の輝度に基づく感度および処理能力などの所望される性能測定基準との間の兼ね合いを組み込み得る。例えば、固定された輝度を伴う照明源は、試料上の照明される区域、感度、および測定処理能力などの、ただしそれらに限定されない、性能測定基準どうしの間の兼ね合いを要し得る、光学設計への制約を課すことがある。別の例としては、固定されたエタンデュまたは光学不変関係を伴うシステムにおいて照明源輝度を増大することは、システムに対するさらなる変形を伴わない、増大される感度および／または測定処理能力を可能にし得る。
照明源の輝度は、一般的には、照明源からの放射されるパワーを増大することによって、または、放出の立体角もしくは源の空間的広がり（例えば、エタンデュ）の任意の組み合わせを減少することによって増大され得る。これらの要因の各々は、関連付けられるシステムの技術的制限および／または設計制限によって制約され得る。例えば、システムの光学不変関係は、試料上の所望される放射輝度特質に基づいて、可能な、放出の立体角、および／または、照明源の空間的広がりを制約し得る。画像化オーバーレイ計測などの、ただしそれに限定されない、一部の用途において、正確度を改善するために試料上の照明の数値開口（ＮＡ）を制限または低減することが望ましくあり得る。しかしながら、数値開口を制限することは、対応して、光が収集され得る元の照明源の空間的広がりを制限し、かくして、源の有効輝度を制限し得る。
結果として、選択または制約されたエタンデュの中で、放射されるパワーを増大することによって源輝度を増大することが、典型的には望ましい。しかしながら、所定の照明源の放射されるパワーを直接的に増大することは、しばしば技術的に難題であり、輝度における適度の利得のために高い費用を要し得る。例えば、レーザポンプパワーを増大することは、プラズマベースの源などのインコヒーレント源の放射されるパワーを増大し得るが、レーザポンプパワーを増大することは、さらには、プラズマサイズを増大し（例えば、源の増大される空間的広がり）、かくして、源輝度に対する制限される増大をもたらし得る。別の例としては、コヒーレントレーザ源（例えば、超連続体レーザ源）のポンプパワーを増大することは、放射されるパワーを増大し得るが、このことは、利得材料寿命に悪影響を及ぼし得るものであり、非効率的な、および費用のかかる、劣線形の１ドルあたりの光子の輝度増大を結果的に生じさせ得る。
本開示の一部の実施形態において、照明源は、高輝度の出力ビームをもたらすために、複数個のコヒーレントレーザ源を、選択されたエタンデュへと組み合わせる。この点において、共通出力の輝度は、入力源の総和に関係付けられ得る。例えば、複数個のレーザの出力は、光を単一の源ビームへと組み合わせる、共通収集光学部品に方向設定され得る。この点において、各々のレーザの出力は、収集光学部品の入力数値開口における異なる部分を占有し得るものであり、組み合わされた源ビームは、入力レーザ源の総和を含むことになる。
追加的な実施形態が、近視野および遠視野の両方における均一な出力分布をもたらすためのビーム均一化器を対象とする。例えば、ビーム均一化器は、選択された許容範囲の中で近視野および遠視野の両方において均一である出力ビームを生成するために、上記で説明された複数個の入力レーザと関連付けられる組み合わされた源ビームにおける不均一性を取り除き得る。しかしながら、本開示の実施形態によるビーム均一化器は、単一の源、または、複数個の源の組み合わせを含む、ただしそれらに限定されない、広い範囲の入力源に基づく均一な出力をもたらすのに適したものであり得るということが、本願において認識される。
本開示の一部の実施形態において、ビーム均一化器は、非円形の形状を伴うコアを有する２つのファイバ（例えば、非円形コアファイバ）を含む。この点において、第１の非円形コアファイバの出力は、近視野において空間的に均一であり得るが、遠視野均一性（例えば、角度的均一性）を欠くことがある。第１の非円形コアファイバの（例えば、角度的分布に対応する）遠視野分布を、第２の非円形コアファイバの入力面上へと対応付けすることによって、近視野および遠視野の両方の均一性が得られ得る。
追加的な実施形態が、コヒーレントレーザ源と関連付けられるスペックルを減ずることを対象とする。スペックル低減は、検出器の積分時間などの、ただしそれに限定されない、関連性のある時間枠の中で複数個の非相関化されたスペックル分布を生成することによって達成され得る。例えば、スペックル低減は、動く（例えば、回転する）拡散器板によって得られ得る。別の例としては、スペックル低減は、ファイバの出力における変動するスペックル分布をもたらすために、マルチモード光学ファイバの入力面にわたって光を走査することによって得られ得る。一部の実施形態において、コヒーレント照明源からの光が、本願において説明されるようなビーム均一化器の非円形コアファイバの入力面上へと走査され得る。
本開示の追加的な実施形態が、選択されたエタンデュを伴う照明をもたらすことを対象とする。この点において、照明源からの出力は、光学計測システムなどの、ただしそれに限定されない、光学システムのエタンデュに整合され得る。例えば、レーザ源などの、ただしそれに限定されない、相対的に低いエタンデュを伴う源からの光は、光学システムの選択された照明モード（例えば、照明視野サイズおよび数値開口）と関連付けられる、相対的に、より大きいエタンデュに効率的に結合され得る。
本開示の追加的な実施形態が、本開示による高輝度の照明源の照明エタンデュを切り替えること、または、他の形で制御することを対象とする。例えば、照明エタンデュは、源におけるファイバのコアサイズおよび／または数値開口に基づいて、選択され、または、他の形で切り替えられ得る。さらに、照明源は、異なるコアサイズおよび／または数値開口を有する複数個の出力ファイバを含み得るものであり、そのことによって、照明エタンデュは、出力ファイバのコアサイズおよび／または数値開口を選択することによって制御され得る。一部の実施形態において、選択されたエタンデュをもたらす出力ファイバは、本願において開示されるような１つ以上の非円形コアファイバを伴うビーム均一化器を含み得る。
本開示の追加的な実施形態が、高輝度の照明源の出力分布のスペクトル形状および強度を制御することを対象とする。例えば、一連の可変高域通過および低域通過スペクトルエッジフィルタが、出力光のスペクトル帯域幅を急速に調整し得る。さらに、可変強度フィルタが、選択された強度を伴う出力光をもたらし得る。
ここで図１ないし８を参照して、高輝度の照明をもたらすためのシステムおよび方法を、より詳細に説明する。
図１は、本開示の１つ以上の実施形態による、高輝度の照明システム１００のブロック線図の視図である。
１つの実施形態において、照明システム１００は、源照明ビーム１０４を生み出すための照明源１０２を含む。照明システム１００は、源照明ビーム１０４の空間的、時間的、および／またはスペクトル的特性を、変形する、または、他の形で制御するための追加的な構成要素をさらに含み得る。別の実施形態において、照明システム１００は、源照明ビーム１０４の強度および／またはスペクトル成分を制御するための１つ以上のフィルタ１０６を含む。別の実施形態において、照明システム１００は、コヒーレント源照明ビーム１０４と関連付けられるスペックルを減ずるためのスペックル低減器１０８を含む。別の実施形態において、照明システム１００は、近視野および遠視野の両方における均一な空間的分布を有する均一な照明ビーム１１２をもたらすためのビーム均一化器１１０を含む。例えば、ビーム均一化器１１０は、照明源１０２からの光の空間的または角度的プロファイルにおける、ホットスポットまたは他の不規則性の存在を減じ得る。
別の実施形態において、照明システム１００は、照明源１０２、フィルタ１０６、スペックル低減器１０８、またはビーム均一化器１１０のうちの少なくとも１つに通信可能に結合される制御器１１４を含む。この点において、制御器１１４は、源照明ビーム１０４もしくは均一な照明ビーム１１２を方向設定する、または、それらのビームの様々な態様を他の形で制御するために、照明源１０２、フィルタ１０６、スペックル低減器１０８、またはビーム均一化器１１０を含む、ただしそれらに限定されない、照明システム１００の１つ以上の構成要素に、１つ以上の信号をもたらし得る。
別の実施形態において、制御器１１４は、１つ以上のプロセッサ１１６を含む。別の実施形態において、１つ以上のプロセッサ１１６は、メモリ媒体１１８またはメモリ内に保持される１組のプログラム命令を実行するように構成される。さらに、制御器１１４は、プロセッサ１１６によって実行可能なメモリ媒体１１８内に記憶される１つ以上のプログラム命令を内包する１つ以上のモジュールを含み得る。制御器１１４のプロセッサ１１６は、当技術分野において既知の任意の処理要素を含み得る。この意味において、プロセッサ１１６は、アルゴリズムおよび／または命令を実行するように構成される任意のマイクロプロセッサ型装置を含み得る。１つの実施形態において、プロセッサ１１６は、本開示の全体を通して説明されるように、照明システム１００を動作させるように構成されるプログラムを実行するように構成される、デスクトップコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、画像コンピュータ、並列プロセッサ、または、任意の他のコンピュータシステム（例えば、ネットワーク化されたコンピュータ）からなり得る。用語「プロセッサ」は、非一時的メモリ媒体１１８からのプログラム命令を実行する、１つ以上の処理要素を有する任意の装置を包含するように幅広く定義され得るということが、さらに認識される。
メモリ媒体１１８は、関連付けられるプロセッサ１１６によって実行可能なプログラム命令を記憶するのに適した、当技術分野において既知の任意の記憶媒体を含み得る。例えば、メモリ媒体１１８は、非一時的メモリ媒体を含み得る。追加的な例として、メモリ媒体１１８は、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光学メモリ装置（例えば、ディスク）、磁気テープ、ソリッドステートドライブ、および類するものを含み得るものであり、ただしそれらに限定されない。メモリ媒体１１８は、プロセッサ１１６とともに共通制御器収容部内に収容され得るということが、さらに特記される。１つの実施形態において、メモリ媒体１１８は、プロセッサ１１６および制御器１１４の物理的場所に関して遠隔に布置され得る。実例として、制御器１１４のプロセッサ１１６は、ネットワーク（例えば、インターネット、イントラネット、および類するもの）を通してアクセス可能な遠隔メモリ（例えば、サーバ）にアクセスし得る。それゆえに、上記の説明は、本発明に関する限定として解釈されるべきではなく、ただ単に例解として解釈されるべきである。
本開示の全体を通して説明されるステップは、制御器１１４によって履行され得るということが、本願において認識される。さらに、制御器１１４は、単一の構成要素または複数個の構成要素から形成され得る。制御器１１４の複数個の構成要素は、共通収容部内に、または、複数個の収容部の中に収容され得るということが、本願においてさらに特記される。この手立てにおいて、任意の制御器、または、制御器の組み合わせが、照明システム１００への統合に適したモジュールとして別個にパッケージ化され得る。
照明源１０２は、当技術分野において既知の任意の型の光源を含み得る。さらに、照明源１０２は、任意の選択されたスペクトル成分を有し得る。
１つの実施形態において、照明源１０２は、１つ以上のレーザ源などの、ただしそれらに限定されない、１つ以上のコヒーレント源を含む。この点において、照明源１０２は、高いコヒーレンス（例えば、高い空間的コヒーレンスおよび／または時間的コヒーレンス）を有する源照明ビーム１０４を生み出し得る。例えば、照明源１０２は、１つ以上の超連続体レーザまたは白色光レーザなどの、ただしそれらに限定されない、１つ以上の広帯域レーザを含み得る。別の例としては、照明源１０２は、１つ以上の狭帯域レーザを含み得る。さらなる例としては、照明源１０２は、可変スペクトル強度を有する源照明ビーム１０４をもたらすための１つ以上の可変レーザを含み得る。さらにコヒーレント照明源１０２は、任意の型の技術または製品設計に基づくものであり得る。例えば、照明源１０２は、１つ以上のファイバレーザ、１つ以上のダイオードレーザ、または、１つ以上の気体レーザの任意の組み合わせを含み得るものであり、ただしそれらに限定されない。
別の実施形態において、照明源１０２は、低い、または部分的なコヒーレンス（例えば、低い、または部分的な、空間的コヒーレンスおよび／または時間的コヒーレンス）を有する源照明ビーム１０４をもたらすための１つ以上の低いコヒーレンスの源を含む。例えば、照明源１０２は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み得る。別の例としては、照明源１０２は、レーザ源によってプラズマ状態へと励起されるときに広帯域照明を放出し得る、１つ以上の要素を内包するのに適した、レーザ維持プラズマ（ＬＳＰ）ランプ、ＬＳＰ電球、またはＬＳＰチャンバなどの、ただしそれらに限定されない、ＬＳＰ源を含み得る。別の例としては、照明源１０２は、アークランプ、放電ランプ、無電極ランプ、または類するものなどの、ただしそれらに限定されない、ランプ源を含み得る。
さらに、照明源１０２は、光源の任意の組み合わせを含み得る。１つの実施形態において、照明源１０２は、広帯域照明をもたらすための１つ以上の超連続体レーザ源と、１つ以上の超連続体レーザ源のスペクトルにおけるギャップを補完するための１つ以上の部分的にコヒーレントの高輝度のＬＥＤとを含む。
照明源１０２は、任意の選択された時間的特性を有する光をさらにもたらし得る。１つの実施形態において、照明源１０２は、連続波の源照明ビーム１０４をもたらすための１つ以上の連続波の源を含む。別の実施形態において、照明源１０２は、パルスの、または、他の形で変調された源照明ビーム１０４をもたらすための１つ以上のパルスの源を含む。例えば、照明源１０２は、１つ以上のモード同期レーザ、１つ以上のＱスイッチレーザ、または類するものを含み得る。
照明源１０２は、任意の数の入力光源を含み、または、それらの光源から他の形で形成され得る。１つの実施形態において、照明源１０２は、源照明ビーム１０４を生み出すための単一の光源を含む。別の実施形態において、照明源１０２は、複数個のレーザ源などの、ただしそれらに限定されない、複数個の入力光源によって生成される光を単一の出力ビームへと組み合わせる。この点において、複数個の入力光源からの光は、高輝度の照明をもたらすために、共通エタンデュへと組み合わされ得る。
一部の実施形態において、照明源１０２は、複数個の入力光源からの光を組み合わせることによって源照明ビーム１０４を生成する。図２は、本開示の１つ以上の実施形態による、２つ以上の入力光源２０６からの入力光２０４を単一の源照明ビーム１０４へと組み合わせるための収集器２０２を含む照明源１０２の概念的な視図である。例えば、収集器２０２は、複数個の入力光源２０６からの入力光２０４を受け、組み合わされた源照明ビーム１０４を生成するのに適した、レンズまたはビーム分割器などの、ただしそれらに限定されない、１つ以上の光学構成要素を含み得る。よって、源照明ビーム１０４におけるパワーは、入力光源２０６のパワーの総和であり得る。
照明システム１００は、収集器２０２に関して任意の選択された分布で配置構成される、任意の数の入力光源２０６を含み得る。１つの実施形態において、照明システム１００は、２Ｄ配置パターン（例えば、２Ｄ格子パターン）で配置構成される出力光学部品（例えば、出力ファイバ、出力鏡、または類するもの）を有する複数個の入力光源２０６を含む。例えば、複数個の入力光源２０６の出力光学部品は、矩形配置、三角形配置、六角形配置、または類するもので配置構成され得る。別の実施形態において、照明システム１００は、ランダムまたは擬似ランダム分布で配置構成される複数個の入力光源２０６を含む。
入力光源２０６は、収集器２０２の入力開口の中で入力光２０４をもたらすための任意の構成で配置構成され得る。１つの実施形態において、図２において例解されるように、入力光源２０６は、収集器２０２の入力数値開口における専用化された部分の中で入力光２０４をもたらすように配置構成される。例えば、図２において例解されるように、収集器２０２は、収集器２０２の入力開口における専用化された部分の中で、各々の入力源２０６からの平行化された入力光２０４を受け得る。さらに、照明システム１００は、入力光源２０６からの入力光２０４を平行化するための１つ以上の平行化レンズ２０８を含み得る。別の実施形態において、図示しないが、入力光源２０６からの入力光２０４は、収集器２０２の入力数値開口の中で重なり合い得る。例えば、ファイバベースの入力光源２０６の出力ファイバは、束の形で配置構成され得るものであり、そのことによって、入力光２０４、出力ファイバからの出現する入力光２０４は重なり合い得る。
入力光源２０６の各々は、任意の選択されたスペクトルまたはパワー特性を有し得る。この点において、源照明ビーム１０４のスペクトルは、入力光源２０６のスペクトルに基づいて制御され得るものであり、源照明ビーム１０４のパワーは、入力光源２０６の数およびパワーに基づいて制御され得る。１つの実施形態において、照明システム１００は、実質的に同様のスペクトルおよび／またはパワーを有する複数個の入力光源２０６を含む。別の実施形態において、複数個の入力光源２０６は、異なるスペクトルおよび／またはパワーを有し得る。
しかしながら、図２および関連付けられる説明は、もっぱら例解的な目的のために提供されるものであり、限定的と解釈されるべきではないということが理解されるべきである。むしろ、照明源１０２は、当技術分野において既知の任意の技法を使用して、複数個の源からの光を単一の源照明ビーム１０４へと組み合わせるための任意の数の構成要素を含み得る。１つの実施形態において、照明源１０２は、源照明ビーム１０４を生成するために、偏光ビーム分割器によって、直交偏光を有する２つの入力源からの入力光を組み合わせる。別の実施形態において、照明源１０２は、１つ以上の二色性ビーム分割器を使用して、実質的に重なり合わないスペクトルを伴う２つ以上の入力源からの入力光を組み合わせる。別の実施形態において、照明源１０２は、２つ以上の入力光源からの入力光を、入力光源のうちのどのもののエタンデュよりも大きくあり得る、ただしそうであることを要されない、選択されたエタンデュへと、空間的または角度的に詰める。
ここで図３ないし４Ｂを参照して、ビーム均一化器１１０を、より詳細に説明する。図３は、本開示の１つ以上の実施形態による、ビーム均一化器１１０の概念的な視図である。均一な照明は、光学計測を含む、ただしそれに限定されない、多くの用途にとって有益であり得る。しかしながら、すべての照明源が、十分に均一な空間的または角度的出力プロファイルを有するとは限らない。例えば、延伸された照明源、または、（例えば、図２において例解されるような）組み合わされた照明源からの源照明ビーム１０４は、近視野または遠視野のいずれかにおける不均一性を結果的に生じさせ得る、不均一な空間的または角度的プロファイルを有し得る。別の例としては、異なるスペクトルを有する複数個の入力レーザ源（例えば、入力光源２０６）から形成される源照明ビーム１０４は、空間的に変動するスペクトル的特性を呈し得る。よって、ビーム均一化器１１０は、近視野および遠視野における均一な空間的およびスペクトル的分布を有する均一な照明ビーム１１２をもたらし得る。
１つの実施形態において、ビーム均一化器１１０は、近視野および遠視野の両方において均一である均一な照明ビーム１１２をもたらすために、少なくとも２つの非円形コアファイバと、非円形コアファイバどうしの間で光を中継するための結合光学部品とを含む。例えば、図３は、本開示の１つ以上の実施形態による、第１の非円形コアファイバ３０２ａと、第２の非円形コアファイバ３０２ｂとを、第１の非円形コアファイバ３０２ａを抜け出る光を第２の非円形コアファイバ３０２ｂに中継するための結合光学部品３０４とともに有する、ビーム均一化器１１０を例解する。
単一の非円形コアファイバ３０２は、入力面における光の入力分布に関して、出力面における光の出力分布の空間的均一性を増大し得るということが、本願において認識される。この点において、単一の非円形コアファイバ３０２は、近視野ビーム均一化器として動作し得る。しかしながら、単一の非円形コアファイバ３０２は、光の遠視野分布を均一化し損なうことがあり、そのことによって、遠視野分布は、出力面の付近の近視野分布が空間的に均一であるときでさえ、ホットスポットまたは他の不規則性を呈し得るということが実情であり得る。別の言い方をすれば、単一の非円形コアファイバ３０２は、入力面における光の空間的分布に関して、出力面における光の空間的分布を均一化し得るが、ファイバに進入する光の角度的分布に関して、ファイバを抜け出る光の角度的分布を必ずしも均一化しないことがある。
１つの実施形態において、図３において例解されるように、ビーム均一化器１１０は、第１の非円形コアファイバ３０２ａの出力の遠視野分布（例えば、角度的分布）を、第２の非円形コアファイバ３０２ｂの入力面に中継するための結合光学部品３０４を含み得る。遠視野分布は、第１の非円形コアファイバ３０２ａからの光の角度的分布に対応するものであり、かくして、上記で説明されたような不均一性を呈し得る、第１の非円形コアファイバ３０２ａの遠視野出力分布を表し得る。よって、この遠視野分布を第２の非円形コアファイバ３０２ｂの入力面に中継することは、２つのことを成し遂げる。第１に、遠視野分布におけるいかなる不均一性も、第２の非円形コアファイバ３０２ｂによって減じられ得る。かくして、第２の非円形コアファイバ３０２ｂからの均一な照明ビーム１１２の近視野空間的分布が、（例えば、選択された許容範囲の中で）均一であり得る。第２に、第１の非円形コアファイバ３０２ａの出力における近視野における均一な空間的分布は、第２の非円形コアファイバ３０２ｂ内への均一な角度的分布へと変換され得る。かくして、第２の非円形コアファイバ３０２ｂからの均一な照明ビーム１１２の角度的または遠視野分布が、さらには（例えば、選択された許容範囲の中で）均一であり得る。
ビーム均一化器１１０は、入力光に関して出力光を均一化するのに適した任意のサイズまたは形状を伴うコアを有する、非円形コアファイバ（例えば、第１の非円形コアファイバ３０２ａまたは第２の非円形コアファイバ３０２ｂ）を含み得る。ビーム均一化器１１０（およびかくして、潜在的可能性として、全部分としての照明システム１００）のエタンデュは、総合的なコアサイズによって固定され得るということが、本願においてさらに認識される。よって、光学システムの波長および／またはエタンデュと関連付けられる設計要件は、総合的なコアサイズを制限し、かくして、ビーム均一化器１１０における非円形コアファイバ（例えば、第１の非円形コアファイバ３０２ａまたは第２の非円形コアファイバ３０２ｂ）の特性を制限し得るということが実情であり得る。
１つの実施形態において、ビーム均一化器１１０における少なくとも１つの非円形コアファイバは、照明源１０２の動作可能な１つまたは複数の波長における単一のマルチモードコアを含む。例えば、マルチモード非円形コアは、ファイバの長さに垂直な平面において非円形断面形状を有し得る。例えば、マルチモード非円形コアは、任意の数の直線的な縁を伴う多角形の断面形状を有し得る。別の例としては、マルチモード非円形コアは、１つ以上の湾曲した辺を伴う断面形状を有し得る。
図４Ａおよび４Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、非円形コアファイバの断面視図である。特に図４Ａは、正方形コア４０２を有する非円形コアファイバ３０２の断面視図であり、一方で図４Ｂは、六角形コア４０２（例えば、正六角形コア４０２）を有する非円形コアファイバ３０２の断面視図である。しかしながら、図４Ａおよび４Ｂにおいて例解される、正方形および六角形コアの例は、もっぱら例解的な目的のために提供されるものであり、限定的と解釈されるべきではないということが理解されるべきである。さらに、非円形コアファイバ３０２は、任意の選択されたコアサイズを伴う単一のマルチモードコアを有し得る。実例として、非円形コアファイバ３０２は、０．２２ＮＡをもたらすための０．４ｍｍ辺、より小さいＮＡをもたらすための０．２ｍｍ辺、より高いＮＡをもたらすための０．６ｍｍ辺を伴う、（例えば、図４Ａにおいて例解されるような）正方形コアを有し得るものであり、ただしそれに限定されない。
非円形配置の形で配置構成される、密接に詰められた導波路の束（例えば、個々のロッドの束、マルチコアファイバ、または類するもの）が、単一の非円形コアファイバに関して、本願において説明されるのと同様の様式でビーム均一化をもたらし得るということが、本願において認識される。別の実施形態において、ビーム均一化器１１０における少なくとも１つの非円形コアファイバは、非円形特徴部の密接な詰められた配置または束を含む断面形状を有するコアを伴うマルチコアファイバである。別の実施形態において、ビーム均一化器１１０における少なくとも１つの非円形コアファイバは、他の形で密接な詰めに適することになる、または、密接に詰められた配置へと展開することになる、非円形断面形状（例えば、矩形、六角形、または類するもの）を有する、動作可能な波長における単一のマルチモードコアを含む。この点において、コア形状は、密接に詰められた非円形導波路の束に似ることがあるが、（例えば、所望されるエタンデュをもたらすための）異なるサイズスケールにおける単一コアマルチモードファイバとして動作し得る。例えば、紫外スペクトル範囲に及ぶ波長との使用に適した（例えば、光学計測システムとの統合に適した）ビーム均一化器１１０は、非円形断面形状を伴う少なくとも１つの単一コアマルチモードファイバを含み得るものであり、ただし含むことを要されない。
非円形コアファイバ３０２（例えば、第１の非円形コアファイバ３０２ａまたは第２の非円形コアファイバ３０２ｂ）は、当技術分野において既知の任意の工程によって、任意の材料または材料の組み合わせから形成され得る。例えば、コア４０２および／またはクラッド４０４は、ガラス、重合体、または結晶性材料を含む、ただしそれらに限定されない、任意の材料から形成され得る。
均一性の効力は、ファイバ長さ、非円形コアの形状、または、非円形コアのサイズなどの、ただしそれらに限定されない、様々な要因によって影響力を及ぼされ得るということが実情であり得る。例えば、ファイバ長さを増大することは、一般的には、必ずしも線形にではないが、ビーム均一化器１１０の性能を増大し得る。
ここで図５Ａおよび５Ｂを参照して、スペックル低減器１０８を、より詳細に論考する。照明源１０２が、空間的にコヒーレントの均一な照明ビーム１１２をもたらすという事例において、選択された時間枠の中で複数個の非相関化されたスペックル分布を生成するためのスペックル低減器１０８を用意することが望ましくあり得る。例えば、光学計測システムの検出器の積分時間の中で複数個の非相関化されたスペックル分布をもたらすことが望ましくあり得る。この点において、空間的にコヒーレントの源照明ビーム１０４と関連付けられるスペックルは、検出器上の雑音として顕在化しないことがある。
スペックル低減器１０８は、当技術分野において既知の任意のスペックル低減技法を実現するのに適した任意の数の構成要素を含み得る。
図５Ａは、本開示の１つ以上の実施形態による、可動な拡散器５０２を含むスペックル低減器１０８の概念的な視図である。拡散器５０２は、入射光の位相をランダムまたは擬似ランダムに、散乱させる、または、空間的に変形する、任意の型の材料を含み得る。例えば、拡散器５０２は、すりガラス板、擬似ランダムにエッチングされた板、または類するものを含み得るものであり、ただしそれらに限定されない。１つの実施形態において、スペックル低減器１０８は、選択された時間枠の中で複数個の非相関化されたスペックル分布をもたらすのに十分な速度で拡散器５０２を動かすための運動器（ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ）５０４を含む。例えば、運動器５０４は、拡散器５０２を回転させるための回転台、または、拡散器５０２を直線状に運動させるための運動台を含み得るものであり、ただしそれらに限定されない。
図５Ｂは、本開示の１つ以上の実施形態による、ファイバ５０８の入力面上の様々な場所に源照明ビーム１０４を位置設定するための制御可能な鏡５０６を含むスペックル低減器１０８の概念的な視図である。ファイバから出現する光のスペックル分布は、ファイバを通って伝搬する多くの波面の個別の経路に依存するということが、本願において認識される。よって、出力スペックル分布は、入力角度、または、ファイバの位置を含む、ただしそれらに限定されない、光経路の様々な態様を時間的に変形することによって変動させられ得る。
１つの実施形態において、図５Ｂにおいて例解されるように、スペックル低減器１０８は、ファイバ５０８の入力面上の、源照明ビーム１０４の入力角度または位置を、走査する、または、他の形で変動させるために、制御可能な鏡５０６の位置を変形するための運動器５１０を含む。さらに、制御可能な鏡５０６は、制御器１１４によって制御され得るものであり、ただしそうであることを要されない。制御可能な鏡５０６は、当技術分野において既知の任意の型の可動または変形可能な鏡を含み得る。例えば、制御可能な鏡５０６は、検流計を含み得る。別の例としては、制御可能な鏡５０６は、共振走査器を含み得る。別の例としては、制御可能な鏡５０６は、１つ以上の回転または運動台に取り付けられる鏡を含み得る。
さらに、制御可能な鏡５０６は、ファイバ５０８のコア（例えば、コア４０２）における任意の選択された部分にわたって源照明ビーム１０４を走査し、または、他の形で方向設定し得る。１つの実施形態において、制御可能な鏡５０６は、ファイバ５０８のコアより大きい区域にわたって源照明ビーム１０４を走査する、または、他の形で方向設定することによって、ファイバ５０８のコアをオーバーフィルする。別の実施形態において、制御可能な鏡５０６は、ファイバ５０８のコアより小さい区域にわたって源照明ビーム１０４を走査する、または、他の形で方向設定することによって、ファイバ５０８のコアをアンダーフィルする。別の実施形態において、制御可能な鏡５０６は、ファイバ５０８のコアに整合する区域にわたって源照明ビーム１０４を走査する、または、他の形で方向設定する。
別の実施形態において、スペックル低減器１０８は、源照明ビーム１０４の空間的サイズを制御するための１つ以上の光学要素５１２を含む。例えば、図５Ａにおいて例解されるように、光学要素５１２は、散乱および／または位相変形をもたらす拡散器５０２上の様々な構造のサイズに基づく選択されたサイズに、拡散器５０２上の源照明ビーム１０４を拡大および／または平行化し得る。別の例としては、光学要素５１２は、運動器５０４上の源照明ビーム１０４を拡大および／または平行化し得る。さらに、光学要素５１２は、ビーム均一化器１１０の第１の非円形コアファイバ３０２ａなどの、ただしそれに限定されない、任意の後続の構成要素との結合に適した所望されるスポットサイズに、源照明ビーム１０４を集束させ得る。実例として、スペックル低減器１０８は、源照明ビーム１０４を、（例えば、ファイバ５０８のコアサイズと関連付けられる）選択されたエタンデュへともたらすために、図５Ａにおける拡散器５０２、または、図５Ｂにおける運動器５０４による源照明ビーム１０４の散乱を利用し得る。
ファイバ５０８は、当技術分野において既知の任意の型のファイバを含み得る。１つの実施形態において、スペックル低減器１０８は、専用化されたファイバ５０８を含む。別の実施形態において、ファイバ５０８は、ビーム均一化器１１０の第１の非円形コアファイバ３０２ａに対応し得る。この点において、スペックル低減器１０８は、源照明ビーム１０４をビーム均一化器１１０内へと方向設定し得る。一部の実施形態において、スペックル低減器１０８は、ファイバ５０８を含むのではなく、任意の選択された平面における源照明ビーム１０４の複数個の非相関化されたスペックル分布をもたらす。
さらに、本願において先に説明されたように、光学ファイバは、ファイバのコアサイズおよび数値開口（ＮＡ）に基づく固有のエタンデュを有すると特性評価され得る。しかしながら、ファイバの有効ＮＡは、ファイバをアンダーフィルすることによって、いくらかの程度は調節され得るということが認識される。よって、光学ファイバを通した照明をもたらす照明システム１００のエタンデュは、光学ファイバのエタンデュによって制御され、または、他の形で規定され得る。一部の実施形態において、照明システム１００は、異なるエタンデュ（例えば、異なるコアサイズ、および／または、異なる数値開口）を有する２つ以上の出力ファイバと、選択されたシステムエタンデュ（例えば、選択された照明エタンデュ）をもたらすために、選択された出力ファイバ内へと照明（例えば、源照明ビーム１０４）を方向設定するためのファイバ結合器とを含む。
図５Ｃおよび５Ｄは、本開示の１つ以上の実施形態による、選択されたシステムエタンデュをもたらすために、選択されたファイバ内へと源照明ビーム１０４を選択的に方向設定することによるエタンデュ切り替えの概念的な視図である。１つの実施形態において、照明システム１００は、異なるコアサイズおよび／または数値開口を有する複数個の出力ファイバ５１４（例えば、図５Ｃにおける出力ファイバ５１４ａ、５１４ｂ）を含み得る。例えば、出力ファイバ５１４ａは、第１のサイズまたはＮＡを有するコア５１６ａを有し得るものであり、出力ファイバ５１４ｂは、第２のサイズまたはＮＡを有する第２のコア５１６ｂを有し得る。別の実施形態において、照明システム１００は、選択されたシステムエタンデュをもたらすために、選択された出力ファイバ５１４内へと光を方向設定するためのファイバ結合器５１８を含む。
ファイバ結合器５１８は、当技術分野において既知の任意の型のファイバ結合器を含み得る。１つの実施形態において、図５Ｃおよび５Ｄにおいて例解されるように、ファイバ結合器５１８は、運動可能な鏡５２０（例えば、検流計、または類するもの）と、関連付けられる運動器５２２と、１つ以上の結合光学要素５２４（例えば、レンズ）とを含み得る。例えば、ファイバ結合器５１８は、スペックル低減器１０８の制御可能な鏡５０６を含み得る。別の実施形態において、図示しないが、ファイバ結合器５１８は、源照明ビーム１０４のビーム経路内に、選択された出力ファイバ５１４を位置設定するための、１つ以上の運動装置を含み得る。ファイバ結合器５１８は、さらには、出力ファイバ５１４のＮＡを調節し、かくして、選択された出力ファイバ５１４内へと光を結合するために使用されるＮＡを制御することによってシステムエタンデュを調節するように構成され得る。
さらに、出力ファイバ５１４は、任意の型の光学ファイバを含み得る。１つの実施形態において、照明システム１００は、異なるエタンデュをもたらす異なるコアサイズおよび／または数値開口を伴うファイバを有する複数個のビーム均一化器１１０を含む。この事例において、ファイバ結合器５１８（例えば、図５Ｂにおいて例解されるスペックル低減器１０８の制御可能な鏡５０６、または類するもの）は、任意の外部システム（例えば、光学計測システム、または類するもの）内への結合に適した、選択された照明エタンデュをもたらす、個別のビーム均一化器１１０を選択し得る。別の実施形態において、照明システム１００は、選択された照明エタンデュをもたらすための最終的なシステム要素として、任意の数の選択された出力ファイバ５１４を含む。
さらに、図示しないが、照明システム１００が照明をもたらし得る任意の外部構成要素またはシステム（例えば、光学計測システム、または類するもの）は、選択された出力ファイバ５１４のうちの任意のものからの出力を受けるのに適した１つ以上の要素を有し得る。例えば、出力ファイバ５１４からの光が、スペクトル成分、偏光、または類するものに基づいて区別され得るならば、外部システムは、出力ファイバ５１４の各々からの光を共通ビーム経路に方向設定するための１つ以上のビーム分割器を含み得る。別の例としては、外部システムは、選択された出力ファイバ５１４からの光を選択的に受け、規定された経路に沿って光を方向設定するための、図５Ｃの文脈において説明されるようなファイバ結合器を含み得る。
ここで図６を参照すると、図６は、本開示の１つ以上の実施形態による、１つ以上のフィルタ１０６の概念的な視図である。１つの実施形態において、１つ以上のフィルタ１０６のうちの少なくとも１つは、制御器１１４と通信可能に結合され、そのことによって、制御器１１４は、源照明ビーム１０４の様々な特性を制御し得る。
１つの実施形態において、１つ以上のフィルタ１０６は、源照明ビーム１０４の強度を選択的に制御するための少なくとも１つの可変強度フィルタ６０２を含む。実例として、可変強度フィルタ６０２は、位置変動する中性濃度フィルタ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｖａｒｙｉｎｇ ｎｅｕｔｒａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｉｌｔｅｒ）（例えば、勾配フィルタ、または類するもの）を含み得る。この点において、源照明ビーム１０４の強度は、源照明ビーム１０４に関して、可変強度フィルタ６０２の位置を調節することによって（例えば、運動器６０４によって）制御され得る。例えば、図６において例解されるように、可変強度フィルタ６０２は、円形勾配フィルタを含み得るものであり、そのことによって、可変強度フィルタ６０２によって通過させられる源照明ビーム１０４の強度は、選択された場所に円形勾配フィルタを回転させることによって選択され得る。別の例としては、図示しないが、可変強度フィルタ６０２は、直線状勾配フィルタを含み得るものであり、そのことによって、可変強度フィルタ６０２によって通過させられる源照明ビーム１０４の強度は、１つ以上の運動台によって、選択された場所に直線状勾配フィルタを運動させることによって選択され得る。
別の実施形態において、１つ以上のフィルタ１０６は、源照明ビーム１０４のスペクトル的特性を選択的に制御するための少なくとも１つの可変スペクトルフィルタ（例えば、可変高域通過フィルタ、可変低域通過フィルタ、可変帯域通過フィルタ、または可変ノッチフィルタ）を含む。実例として、可変スペクトルフィルタは、遮断波長が源照明ビーム１０４の位置または角度に基づいて調整され得る、１つ以上の可変エッジフィルタなどの、ただしそれらに限定されない、１つ以上の位置変動するフィルタを含み得る。例えば、図６において例解されるように、１つ以上のフィルタ１０６は、高域通過および低域通過遮断波長が、それぞれのフィルタを回転させることによって選択され得る、円形の可変高域通過フィルタ６０６、および、円形の可変低域通過フィルタ６０８を含み得る。この点において、源照明ビーム１０４のスペクトル的特性（例えば、中心波長、帯域幅、分光透過率値、または類するもの）は、（例えば、運動器６１０によって）源照明ビーム１０４に関して、可変高域通過フィルタ６０６および／または可変低域通過フィルタ６０８の位置を変形することによって、急速に調整され得る。
しかしながら、図６および関連付けられる説明において例解されるフィルタ１０６は、もっぱら例解的な目的のために提供されるものであり、限定的と解釈されるべきではないということが理解されるべきである。むしろ、照明システム１００は、当技術分野において既知の、任意の型または組み合わせの、強度および／またはスペクトル制御器を含み得る。さらに、一部の実施形態において、図示しないが、源照明ビーム１０４は、調整をもたらすために、フィルタ（例えば、可変強度フィルタ６０２、可変高域通過フィルタ６０６、および／または可変低域通過フィルタ６０８）のうちの任意のものの選択された場所に（例えば、ビーム走査器、または類するものによって）運動させられ得る。
ここで図７および８を参照して、照明システム１００の様々な構成要素の統合、および、外部システムへの照明システム１００の統合を、より詳細に説明する。
一般的な意味において、図１において例解される照明システム１００の様々な構成要素（例えば、照明源１０２、フィルタ１０６、スペックル低減器１０８、および／またはビーム均一化器１１０）は、選択された特性を有する均一な照明ビーム１１２をもたらすのに適した任意の組み合わせおよび順序で統合され得る。さらに、一部の実施形態において、照明システム１００は、図１において例解される構成要素の部分集合を含む。
例えば、図７は、本開示の１つ以上の実施形態による、高輝度の照明をもたらすように構成される照明システム１００の概念的な視図である。１つの実施形態において、照明システム１００は、図２において例解されるように構成される照明源１０２と、図６において例解されるように構成されるフィルタ１０６と、図５Ｂにおいて例解されるように構成されるスペックル低減器１０８と、図３において例解されるように構成されるビーム均一化器１１０とを含む。例えば、照明源１０２は、高輝度の源照明ビーム１０４をもたらすために、複数個のコヒーレントレーザ源（例えば、超連続体レーザ源、狭帯域レーザ源、部分的にコヒーレントのＬＥＤ源、または類するもの）からの照明を共通エタンデュへと収集するための収集器２０２を含み得る。フィルタ１０６は、選択された強度およびスペクトル的特性を有する源照明ビーム１０４をもたらすための、可変強度フィルタ６０２と、１つ以上の可変スペクトルフィルタ（例えば、可変高域通過フィルタ６０６および可変低域通過フィルタ６０８）とを含み得る。スペックル低減器１０８は、次いで、ビーム均一化器１１０（例えば、第１の非円形コアファイバ３０２ａ）の入力面にわたって源照明ビーム１０４を走査するための制御可能な鏡５０６を含み得る。よって、スペックル低減器１０８は、同時的に、コヒーレント入力光源２０６と関連付けられるスペックルを減じ、ビーム均一化器１１０内への源照明ビーム１０４の結合をもたらし得る。複数個の入力光源２０６から形成される源照明ビーム１０４は、相当な不均一性（例えば、ホットスポット、および類するもの）を呈することがあるということが、本願において認識される。よって、ビーム均一化器１１０は、（例えば、選択された許容範囲の中で）近視野および遠視野の両方における均一な分布を有する均一な照明ビーム１１２をもたらし得る。さらに、照明システム１００のエタンデュは、ビーム均一化器１１０におけるファイバ（例えば、第２の非円形コアファイバ３０２ｂ）のコアサイズによって制御され得る。収集器２０２、フィルタ１０６、スペックル低減器１０８、およびビーム均一化器１１０の組み合わせは、かくして、複数個の入力光源２０６の組み合わせに基づく高輝度の可変コヒーレント照明源を、選択されたエタンデュへともたらし得る。
しかしながら、図７および関連付けられる説明における例実施形態は、もっぱら例解的な目的のために提供されるものであり、限定的と解釈されるべきではないということが理解されるべきである。むしろ、照明システム１００は、任意の選択された順序で、構成要素の任意の組み合わせから形成され得る。例えば、フィルタ１０６、スペックル低減器１０８、および／またはビーム均一化器１１０の順序を変形することが利点であり得る。さらに、すべての構成要素が、あらゆる構成に含まれなければならないとは限らない。例えば、スペックル低減器１０８は、特に、部分的な、または低いコヒーレンスの照明源１０２が使用される用途において、要されないことがある。別の例としては、フィルタ１０６、または、それらのフィルタの１つ以上の構成要素は、個別の用途に対して必要とされないということが実情であり得る。
一部の実施形態において、照明システム１００の部分として本願において提供される個々の構成要素は、単独形構成要素として別個に提供され得る。例えば、ビーム均一化器１１０は、多種多様の入力光源との使用に適した独立した装置として提供され得る。
一部の実施形態において、照明システム１００は、１つ以上の外部システムへと統合され得る。例えば、照明システム１００は、光学計測システムにおける使用に適した均一な高輝度の均一な照明ビーム１１２をもたらし得る。
図８は、本開示の１つ以上の実施形態による、高輝度の照明システム１００を含む光学計測器具８００の概念的な視図である。光学計測器具８００は、試料８０２の１つ以上の画像を生成するための画像化計測器具、または、試料８０２からの光の散乱および／もしくは回折を分析するための散乱計測の計測器具を含む、ただしそれらに限定されない、当技術分野において既知の任意の型の計測器具として構成され得る。さらに、計測器具は、製作された構造の１つ以上の態様を特性評価するための計測（例えば、オーバーレイ計測器具、または類するもの）、または、パターン化された、もしくはパターン化されていない試料上の欠陥を検出するための検査器具を含む、ただしそれらに限定されない、任意の用途において利用され得る。
１つの実施形態において、光学計測器具８００は、光学計測器具８００との統合に適した選択されたエタンデュにおける高輝度を有する均一な照明ビーム１１２を生成するための照明システム１００を含む。例えば、照明システム１００は、図７において例解されるように構成され得るものであり、ただしそうであることを要されない。さらに、均一な照明ビーム１１２は、任意のスペクトル幅を有し得る。１つの実施形態において、照明システム１００は、（例えば、複数個の超連続体レーザ源に基づく）広帯域コヒーレント照明をもたらす。
別の実施形態において、光学計測器具８００は、照明ビーム８０４としての照明システム１００からの均一な照明ビーム１１２を、照明通路８０６を経て試料８０２に方向設定する。照明通路８０６は、照明ビーム８０４を変形する、および／または整える、ならびに、照明ビーム８０４を試料８０２に方向設定するのに適した、１つ以上の光学構成要素を含み得る。例えば、照明通路８０６は、（例えば、照明ビーム８０４を平行化するための、瞳平面および／もしくは視野平面を中継するための、または類することでの）１つ以上のレンズ８０８、または、照明ビーム８０４を変形するための１つ以上のビーム制御要素８１０を含み得るものであり、ただし含むことを要されない。例えば、ビーム制御要素８１０は、１つ以上の偏光器、１つ以上のフィルタ、１つ以上のビーム分割器、１つ以上の拡散器、１つ以上のホモジナイザ、１つ以上のアポダイザ、１つ以上のビーム整形器、または、１つ以上の鏡（例えば、静的な鏡、運動可能な鏡、走査鏡、または類するもの）を含み得るものであり、ただしそれらに限定されない。別の実施形態において、光学計測器具８００は、試料８０２（例えば、試料８０２の２つ以上の層上に布置されるオーバーレイ標的要素を伴うオーバーレイ標的）上へと照明ビーム８０４を集束させるための対物レンズ８１２を含む。別の実施形態において、試料８０２は、試料８０２を据え付けるのに適した、および、照明ビーム８０４に関して、試料８０２を位置設定するようにさらに構成される、試料台８１４上に配される。
別の実施形態において、光学計測器具８００は、収集通路８２０を通って試料８０２（例えば、試料８０２上のオーバーレイ標的）から発出する放射（例えば、試料放射８１８）を捕捉し、試料８０２の２つ以上の層のオーバーレイを指し示す１つ以上のオーバーレイ信号を生成するように構成される、１つ以上の検出器８１６を含む。収集通路８２０は、試料放射８１８を変形するための、１つ以上のレンズ８２２、または、１つ以上のビーム制御要素８２４を含む、ただしそれらに限定されない、対物レンズ８１２によって収集される照明を方向設定および／または変形するための複数個の光学要素を含み得る。例えば、ビーム制御要素８２４は、１つ以上のフィルタ、１つ以上の偏光器、１つ以上のビームブロック、または、１つ以上のビーム分割器を含み得るものであり、ただしそれらに限定されない。
検出器８１６は、個別の用途に適した試料放射８１８の任意の分布を受け得る。例えば、検出器８１６は、収集通路８２０における要素（例えば、対物レンズ８１２、１つ以上のレンズ８２２、または類するもの）によってもたらされる試料８０２の画像を受け得る。別の例としては、検出器８１６は、試料８０２から（例えば、正反射、拡散反射、および類するものによって）反射または散乱させられる放射を受け得る。別の例としては、検出器８１６は、試料８０２によって生成される放射（例えば、照明ビーム８０４の吸収と関連付けられる冷光、および類するもの）を受け得る。別の例としては、検出器８１６は、試料８０２からの１つ以上の回折次数の放射（例えば、０次回折、±１次回折、±２次回折、および類するもの）を受け得る。この点において、検出器８１６は、照明ビーム８０４に応答した試料放射８１８の角度的分布と関連付けられる瞳平面画像を受け得る。
光学計測器具８００の照明通路８０６および収集通路８２０は、試料８０２を照明ビーム８０４によって照明し、入射照明ビーム８０４に応答して試料８０２から発出する放射を収集するのに適した、広い範囲の構成で向きを定められ得る。例えば、図８において例解されるように、照明システム１００は、対物レンズ８１２が、同時的に、照明ビーム８０４を試料８０２に方向設定し、試料８０２から発出する放射を収集し得るように向きを定められる、ビーム分割器８２６を含み得る。別の例としては、照明通路８０６および収集通路８２０は、重なり合わない光学経路を内包し得る。
本願において説明される主題は、時には、他の構成要素の中に内包される、または、他の構成要素と接続される、異なる構成要素を例解する。そのような描写される基本設計は、ただ単に例示的であるということ、および、実際は、同じ機能性を達成する多くの他の基本設計が実現され得るということが理解されるべきである。概念的な意味において、同じ機能性を達成するための構成要素の任意の配置構成が、所望される機能性が達成されるように、効果的に「関連付けられる」。ゆえに、個別の機能性を達成するために組み合わされる、本願における任意の２つの構成要素は、基本設計または中間構成要素と無関係に、所望される機能性が達成されるように、互い「と関連付けられる」と考えられ得る。同じように、そのように関連付けられる任意の２つの構成要素は、さらには、所望される機能性を達成するために、互いに「接続される」または「結合される」とみなされ得るものであり、そのように関連付けられる能力がある任意の２つの構成要素は、さらには、所望される機能性を達成するために、互いに「結合可能である」とみなされ得る。結合可能の具体的な例は、物理的に相互作用可能な、および／もしくは、物理的に相互作用する構成要素、ならびに／または、無線で相互作用可能な、および／もしくは、無線で相互作用する構成要素、ならびに／または、論理的に相互作用可能な、および／もしくは、論理的に相互作用する構成要素を含み、ただしそれらに限定されない。
本開示、および、本開示の付帯する利点のうちの多くのものが、上述の説明によって理解されることになるということが確信されるものであり、様々な変更が、開示される主題から逸脱することなく、または、その主題の欠かせない利点のすべてを犠牲にすることなく、構成要素の形式、構築、および配置構成においてなされ得るということが明らかであることになる。説明される形式は、ただ単に解説的なものであり、そのような変更を包含する、および含むことが、後に続く特許請求の範囲の意図である。さらにまた、本発明は、添付される特許請求の範囲によって定義されるということが理解されるべきである。

Claims (20)

  1. ２つ以上の入力光源と、
    前記２つ以上の入力光源からの照明を照明ビームへと組み合わせるための１つ以上のレンズを含む収集器であって、前記２つ以上の入力光源からの前記照明が前記収集器の入力開口における異なる部分を占有する、収集器と、
    ビーム均一化器と
    を含み、前記ビーム均一化器は、
    前記照明ビームを受ける第１の非円形コアファイバと、
    第２の非円形コアファイバと、
    前記第１の非円形コアファイバからの前記照明ビームの遠視野分布を、前記第２の非円形コアファイバの入力面に中継するための１つ以上の結合レンズであって、前記第２の非円形コアファイバからの前記照明ビームの近視野出力分布および遠視野出力分布が、選択された許容範囲の中で均一である、１つ以上の結合レンズと
    を含む照明源。
  2. 請求項１に記載の照明源であって、前記収集器は、前記２つ以上の入力光源からの照明を共通エタンデュへと組み合わせる照明源。
  3. 請求項１に記載の照明源であって、
    前記２つ以上の入力光源からの照明を平行化するための２つ以上の平行化レンズであって、前記収集器が、前記２つ以上の平行化レンズから、前記２つ以上の入力光源からの照明を受ける、２つ以上の平行化レンズ
    をさらに含む照明源。
  4. 請求項１に記載の照明源であって、前記第１の非円形コアファイバまたは前記第２の非円形コアファイバのうちの少なくとも１つにおけるコアが、正六角形、矩形、または正方形の形状を有する照明源。
  5. 請求項１に記載の照明源であって、
    異なるエタンデュを有する２つ以上の出力ファイバと、
    選択されたエタンデュにおける前記照明ビームをもたらすために、前記２つ以上の出力ファイバのうちの選択された出力ファイバ内へと前記照明ビームを選択的に結合するように構成されるファイバ結合器と
    をさらに含む照明源。
  6. 請求項１に記載の照明源であって、前記２つ以上の入力光源のうちの少なくとも１つが、
    コヒーレント光源
    を含む照明源。
  7. 請求項６に記載の照明源であって、前記コヒーレント光源が、
    レーザ源
    を含む照明源。
  8. 請求項６に記載の照明源であって、レーザ源は、
    超連続体レーザ源
    を含む照明源。
  9. 請求項６に記載の照明源であって、
    前記照明ビームにおけるスペックルを減ずるために、選択された時間枠の中で前記照明ビームの複数の非相関化された分布を生成するための、少なくとも１つの位相変動する光学要素を含むスペックル低減器
    をさらに含む照明源。
  10. 請求項９に記載の照明源であって、前記スペックル低減器は、
    可動な拡散器
    を含む照明源。
  11. 請求項９に記載の照明源であって、前記スペックル低減器は、
    前記第１の非円形コアファイバの入力面上の前記照明ビームの位置を変動させるように構成される運動可能な鏡
    を含む照明源。
  12. 請求項１１に記載の照明源であって、前記運動可能な鏡は、前記第１の非円形コアファイバの前記入力面にわたって前記照明ビームをオーバー走査する照明源。
  13. 請求項１に記載の照明源であって、前記２つ以上の光源のうちの少なくとも１つが、
    インコヒーレント光源
    を含む照明源。
  14. 請求項１３に記載の照明源であって、前記インコヒーレント光源は、
    レーザ維持プラズマ源またはランプ源のうちの少なくとも１つ
    を含む照明源。
  15. 請求項１に記載の照明源であって、
    可変スペクトルフィルタまたは可変強度フィルタのうちの少なくとも１つ
    をさらに含む照明源。
  16. 照明ビームを受ける第１の非円形コアファイバと、
    第２の非円形コアファイバと、
    前記第１の非円形コアファイバからの前記照明ビームの遠視野分布を、前記第２の非円形コアファイバの入力面に中継するための１つ以上の結合レンズであって、前記第２の非円形コアファイバからの前記照明ビームの近視野出力分布および遠視野出力分布が、選択された許容範囲の中で均一である、１つ以上の結合レンズと
    を含むビーム均一化器。
  17. 請求項１６に記載のビーム均一化器であって、前記第１の非円形コアファイバは、選択された許容範囲の中で、前記第１の非円形コアファイバの入力面における前記照明ビームの空間的分布に関して、前記第１の非円形コアファイバの出力面における前記照明ビームの空間的分布を均一化するビーム均一化器。
  18. 請求項１７に記載のビーム均一化器であって、前記第２の非円形コアファイバは、選択された許容範囲の中で、前記第２の非円形コアファイバの前記入力面における前記照明ビームの空間的分布に関して、前記第２の非円形コアファイバの出力面における前記照明ビームの空間的分布を均一化するビーム均一化器。
  19. 請求項１６に記載のビーム均一化器であって、前記遠視野分布は、
    前記第１の非円形コアファイバの出力面における前記照明ビームの角度的分布
    を含むビーム均一化器。
  20. 請求項１６に記載のビーム均一化器であって、前記第１の非円形コアファイバまたは前記第２の非円形コアファイバのうちの少なくとも１つにおけるコアが、正六角形、矩形、または正方形の形状を有するビーム均一化器。
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