JPH11223795A - Method for reducing coherence of light and device therefor, method for illumination and device therefor and bundle fiber - Google Patents

Method for reducing coherence of light and device therefor, method for illumination and device therefor and bundle fiber

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JPH11223795A
JPH11223795A JP2564698A JP2564698A JPH11223795A JP H11223795 A JPH11223795 A JP H11223795A JP 2564698 A JP2564698 A JP 2564698A JP 2564698 A JP2564698 A JP 2564698A JP H11223795 A JPH11223795 A JP H11223795A
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optical fiber
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fiber
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Yutaka Imai
Hiroshi Suganuma
裕 今井
洋 菅沼
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Sony Corp
ソニー株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the coherence of a light in a simple constitution. SOLUTION: A coherent light α is made incident to an incident end part 3 of a bundle fiber 1 constituted of plural optical fibers 2a, 2b,... with different length which is the coherence length of the coherent light α or more, and emitted as a coherent optical beam from a light outgoing side fiber bundle part 4 of the bundle fiber 1.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光のコヒーレンス低減方法及びその装置、照明方法及びその装置、並びにバンドルファイバーに関するものである。 The present invention relates to the coherence reducing method and apparatus of the light, the illumination method and apparatus, and to a fiber bundle.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来、例えば投射型液晶ディスプレイや計測装置等の照明装置に用いる照明光の光源としては、 Conventionally, as a light source of the illumination light used, for example, in the lighting apparatus such as a projection type liquid crystal display or measuring device,
コストや簡便性など様々な理由から、ランプや発光ダイオード(LED:light emitting diode)などのインコヒーレント(非干渉性)光源が用いられてきた。 For various reasons including cost and simplicity, lamp or light emitting diodes (LED: light Emitting Diode) incoherent (non-coherent) of such a light source has been used.

【0003】これに対して、固体レーザー、気体レーザー、半導体レーザー等のレーザーを光源とするレーザー光を照明光に用いようとする試みがなされている。 [0003] In contrast, solid-state laser, a gas laser, a laser beam as a light source a laser such as a semiconductor laser is an attempt to try to use the illumination light have been made. レーザー光は指向性に優れると同時に高い強度を有しており、コヒーレント性(可干渉性)の高い光ビームであるが、ここで最も技術的に困難な問題となるのは、コヒーレント性の高さ故に発生するスペックルである。 Laser light has a simultaneously high strength when excellent directivity, is a high light beam of coherent (coherence), where most the technically difficult problems, the coherent high a speckle is therefore generated.

【0004】例えば、半導体レーザーは、光電変換効率が非常に高く、指向性に優れたレーザー光を出射する光源であるが、可干渉性(コヒーレンス)の高さによるスペックルの問題故に、照明用光源として用いられることは少なかった。 [0004] For example, a semiconductor laser, photoelectric conversion efficiency is very high, is a light source for emitting an excellent laser beam directivity, hence the speckle problem with the height of the coherence (coherence), lighting it was less used as a light source.

【0005】また、1970年代には、レーザー光を用いたディスプレイ(以下、レーザーディスプレイと称する。)の研究が各地で行われたが、光源の出力不足や変調方法などの課題の他に、その実用化の障害となった問題の一つは、このスペックルの問題であった。 [0005] In the 1970s, a display using a laser beam, but (hereinafter, referred to as laser display.) Studies were carried out in various places, in addition to the issues such as insufficient output and the modulation method of the light source, the one of the problems hampering commercialization was the speckle problem.

【0006】近年、固体レーザーの波長変換を用いた高出力レーザーや、赤(R)・緑(G)・青(B)の三原色を発振可能な半導体レーザー、さらに、液晶やマイクロマシンを用いた空間変調器など、レーザーディスプレイのキーコンポーネントとなる要素技術の開発が急ピッチで進んでいる。 In recent years, high power laser and using a wavelength conversion solid-state lasers, red (R) · Green (G) · blue (B) three primary oscillation semiconductor laser capable of further using a liquid crystal or micro-machine space such modulators, the development of element technologies the laser display of the key components is progressing at a rapid.

【0007】これに対して、スペックル(スペックルパターン)は、レーザーディスプレイの他、近年では、半導体露光装置の分野でも大きな問題になってきており、 [0007] In contrast, speckles (speckle pattern), other laser display, in recent years, has become a major problem in the field of semiconductor exposure device,
これに対する対策が進められている。 Measures for this is underway. これは、解像度を向上させるために、短波長光源であるエキシマレーザーが導入されてきたことが背景にある。 This is in order to improve the resolution, it is behind the excimer laser is a short wavelength light source has been introduced.

【0008】 [0008]

【発明が解決しようとする課題】コヒーレンスの制御、 The present invention is to provide a control of the coherence,
即ちスペックル対策として、例えば、半導体の露光装置においては、図13に示すように、長さの異なるエレメントから構成されるフライアイレンズ71を用い、このフライアイレンズ71の出射側端面とマスク73との間であって、互いからの距離fの位置にレンズ72を配するといったコヒーレンス低減法が提案されている(渋谷真人、上原誠、“照明光学装置”、特公昭60−230 That is, a speckle measures, for example, in a semiconductor exposure apparatus, as shown in FIG. 13, using the fly-eye lens 71 composed of different elements of the lengths, the end surface on the outputting side of the fly-eye lens 71 and the mask 73 be between, the coherence reduction techniques have been proposed (Masato Shibuya such placing a lens 72 at a distance f from each other, Makoto Uehara, "illumination optical system", JP-B-60-230
629号公報参照)。 See No. 629).

【0009】しかしながら、この方法においては、フライアイレンズ71のエレメント長が大きくなり、また、 However, in this method, the element length of the fly-eye lens 71 becomes large,
各エレメントからの照明領域の大きさが異なるので効率が低下するなどの課題があった。 Size of the illumination area from the element efficiency differs there is a problem such as lowered.

【0010】また、同様の効果を、図14に示すようなプリズム75を用いて実現することが提案されている(特願昭63−22131号公報参照)。 Further, a similar effect has been proposed to achieve with the prism 75 as shown in FIG. 14 (see Japanese Patent Application No. Sho 63-22131). しかしながら、この方法では、コヒーレンス低減効果が不十分であり、また、光学的ロスが大きい。 However, in this method, the coherence reduction effect is insufficient, and the optical loss is large.

【0011】また、原理的には、屈折率の分散を用いて同様の効果を上げることもできるが、通常の屈折率分散を用いる方法で十分な効果を得るためには、コヒーレンス低減のためのエレメントが巨大化するという問題があった。 [0011] In principle, it is also possible to raise the same effect by using a dispersion of the refractive index, in order to obtain a sufficient effect the method using ordinary refractive index dispersion, for coherence reduction element there is a problem that the giant.

【0012】この他にも、コヒーレンス制御の手法は数多く提案されている。 [0012] In addition, the techniques of the coherence control has been proposed. しかしながら、いずれも手法によっても、ディスプレイや顕微鏡等において、被照明物体と肉眼との間に生じるスペックルを十分に低下させるには至っていない。 However, by any method, in a display or a microscope or the like, it has yet to sufficiently reduce speckle generated between the object to be illuminated and the naked eye. さらに、このスペックルを取り除くためには、リソグラフィーなどの投影露光装置よりも厳しいコスーレンス制御が必要になる。 Furthermore, in order to remove the speckle, it is necessary tight Kosurensu control than a projection exposure apparatus such as lithography.

【0013】即ち、図15に示すように、照明光aによって照明された物体80は、レンズ81によってスクリーン82上にその像83を結ぶ。 [0013] That is, as shown in FIG. 15, the object 80 illuminated by the illumination beam a may connect the image 83 on the screen 82 by the lens 81. ここで、照明光aがコヒーレント光の場合、物体80の粗面状態やレンズ81 Here, when the illumination light a is coherent light, the object 80 rough surface state and lens 81
の光学面の状態等によるランダムな位相の錯乱を受けて、スクリーン82上の像83はスペックルを伴う。 In response to confusion of random phase due to the state of an optical surface of the image 83 on the screen 82 involves speckle.

【0014】さらに、図16に模式的に示すように、物体のレンズによるスクリーン上の像を目で観察することは、物体85のレンズ86によるスクリーン87上の像を眼球88によって網膜89に結像することに他ならない。 Furthermore, as schematically shown in FIG. 16, to observe the image on the screen by the object lens in the eye, forming an image on the screen 87 by the lens 86 on the object 85 to the retina 89 by the eye 88 nothing else to image. 即ち、この過程で、スクリーン87と眼球88とにおける光の錯乱によってランダムな位相のずれが光路に生じ、この結像過程でもスペックルが発生する。 That is, in this process, the random phase shift by confusion of the light at the screen 87 and the eye 88. occurs in the optical path, speckle generated in this imaging process. また、 Also,
たとえスクリーン87上の像にスペックルが重畳されていなくても、像平面上で空間的コヒーレンスがあれば、 Even if no speckle superimposed image on the screen 87, if there is spatial coherence on the image plane,
肉眼(網膜89)上で二次のスペックルが生じる。 Secondary speckle occurs on gross (retina 89).

【0015】また、リソグラフィー技術に基づく投影露光装置において用いられるミラー揺動や回転拡散板などの手法は、コヒーレンスを低下させる訳ではなく、スペックルを移動させて平均化させるだけなので、これらの手法を用いても、肉眼に生じるスペックルに対する効果はあまりない。 Further, techniques such as mirror oscillating or rotating diffuser plate used in a projection exposure apparatus based on the lithography technology, not to reduce the coherence, because only be averaged by moving the speckle, these techniques be used, the effect is not so much for the speckle caused to the naked eye. この手法を、ディスプレイ等に適応しようとすれば、スクリーンなどの被照明物体と目の間の位置関係が変わるよう、スクリーンを振動させる他ない(Eric G. Rawson, Antonio B. Nafarrate, Robert E. This technique, if an attempt adapt to a display or the like, so that the positional relationship between the object to be illuminated and eye, such as a screen is changed, no other vibrating screen (Eric G. Rawson, Antonio B. Nafarrate, Robert E.
Norton, Joseph W. Goodman,“Speckle-free rear-proj Norton, Joseph W. Goodman, "Speckle-free rear-proj
ection screen using two close screens in slow rela ection screen using two close screens in slow rela
tive motion,”Journal of Optical Society of Americ tive motion, "Journal of Optical Society of Americ
a, Vol. 66, No. 11, November 1976, pp 1290-1294 参照)。 a, see Vol. 66, No. 11, November 1976, pp 1290-1294). しかしながら、これは実用上はなはだ不便である。 However, this is practically woefully inconvenient.

【0016】他方、これまで光ファイバーは、主に通信用途を目指して開発が進められており、その構成材料としては、石英などを主成分とするガラス材料(ガラスファイバー)が主に用いられてきた。 [0016] On the other hand, the optical fiber so far is primarily developed for communications applications is advanced, as its constituent material, a glass material (glass fiber) for quartz or the like as a main component have been used primarily . また、モード分散を避けるために、シングルモード光ファイバーの開発に主眼が置かれてきた。 In addition, in order to avoid the mode dispersion, it is focus on the development of single-mode optical fiber has been placed.

【0017】また、ガラスファイバーは、可視短波長域の光ビームを伝搬する場合には、散乱が増加し、その透過率が低下することが知られている。 Further, glass fibers, the case of propagating light beams in the visible short wavelength range, the scattering increases, the transmittance is known to decrease. 従って、可視光に対する光ファイバーの応用は、長距離の電送を必要としない顕微鏡などの照明用の多モード光ファイバーなどに限られてきた。 Therefore, optical fiber applications to visible light has been limited, such as multi-mode optical fiber for illumination of such a microscope which does not require electrical transmission of long distance. 特に、多モード光ファイバーを用いた場合、出射光の強度分布が均一になるため、フライアイレンズなどの複雑な光学系を必要としないことも大きなメリットである。 In particular, when using a multimode optical fiber, the intensity distribution of the outgoing light becomes uniform, it is a big merit that it does not require a complicated optical system such as a fly-eye lens.

【0018】これに対して、最近、プラスチック多モード光ファイバーが開発されて、注目を集めている(Taka [0018] On the other hand, recently, have been developed plastic multi-mode optical fiber, has attracted attention (Taka
aki Ishigure, Eisuke Nihei, and Yasuhiro Koike, aki Ishigure, Eisuke Nihei, and Yasuhiro Koike,
“Graded-index polymer optical fiber for high-spee "Graded-index polymer optical fiber for high-spee
d data communication”,Applied Optics, Vol.33, No. d data communication ", Applied Optics, Vol.33, No.
19, 1 July 1994, pp 4261-4266 参照)。 19, reference 1 July 1994, pp 4261-4266).

【0019】プラスチックファイバーは、ガラスファイバーに比べて、安価で軽量であり、可視域において最大の透過効率を示すという特徴がある。 The plastic fibers than glass fibers, a lightweight inexpensive, has a feature that indicates the maximum transmission efficiency in the visible range. さらに、モード分散も通常のガラスファイバーに比べて非常に大きい。 Further, mode dispersion is also very large compared to normal glass fiber.

【0020】また、最近では、紫外域レーザー電送用の中空導波路も研究されている(第58回応用物理学会学術講演会予行集、3a−SR−18、坪倉正樹、橋新裕一、久保宇市、「紫外レーザーパワー電送用中空導波路の改善」参照)。 [0020] In addition, in recent years, also hollow waveguide for the ultraviolet laser electrical transmission have been studied (58th Applied Physics Society lecture rehearsal collection, 3a-SR-18, Masaki Tsubokura, Hashishin Yuichi, Kubo woo city, see "improvement of the hollow waveguide ultraviolet laser power electrical transmission").

【0021】さらに、多モード光ファイバー伝搬中の多モード分散により、スペックルのコントラストが低下することは知られていた(今井正明、「光ファイバーのゆらぎ特性とスペックル」、光学第8巻第3号、1979 Furthermore, the multimodal dispersion in multimode fiber propagating, the contrast of the speckle has been known that reduced (Masaaki Imai, "fluctuation characteristics of the optical fiber and the speckle" optical Vol. 8, No. 3 , 1979
年6月 p128−134参照)。 June see p128-134).

【0022】即ち、図17に示すように、コア93とクラッド94とからなる多モード光ファイバー92中では、異なるモードを有するレーザー光90及びレーザー光91はそれぞれ異なる伝搬速度を有しているので、多モード光ファイバー92の出射端95側にて、互いに異なるモード成分を有する光ビームは、異なる時間(t 1 、t 2及びt 3 )に入射した光ビームに対応するようになる。 [0022] That is, as shown in FIG. 17, in the multi-mode optical fiber 92 comprising a core 93 and a cladding 94. Since the laser beam 90 and laser beam 91 having different modes have different propagation velocities, respectively, at the exit end 95 side of the multimode optical fiber 92, the light beam having a different mode components from each other, so corresponding to the light beam incident at different times (t 1, t 2 and t 3). 従って、もし、このモード分散による広がりがコヒーレンス長以上ならば、出射光のコヒーレンスは低下する。 Therefore, if broadening due to the modal dispersion is if more than the coherence length, the coherence of the emitted light is reduced.

【0023】しかしながら、このような多モード光ファイバー単独では、十分に光強度の大きなレーザー光を伝搬させることは困難であり、また、これを束ねた場合(バンドルした場合)でも、各光ファイバーから出射されるレーザー光は、相互に可干渉性を有しているため、 [0023] However, in such a multi-mode optical fiber alone, it is difficult to propagate a large laser beam having a sufficiently light intensity, also when a bundle of this even (if bundled), emitted from the optical fibers that the laser beam, since it has a coherence with each other,
コヒーレンスの制御、即ちスペックルを十分に低減させることは困難であり、さらに、これを照明用途に実用的に応用するには、分散が大きく可視域での透過率の高いファイバーが必要となる。 Control of coherence, i.e. it is difficult to sufficiently reduce speckle, further to practical applications in this lighting applications will require high transmittance in a distributed large visible fiber.

【0024】上述したように、従来は、簡便で安価かつ高性能なコヒーレント制御技術(即ち、コヒーレンスの低減技術)が存在していないため、上述した各種レーザーを照明用光源として用いることができなかった。 [0024] As described above, conventionally, simple, inexpensive and high-performance coherent control technology (i.e., technology for reducing coherence) for is not present, could not be used various laser described above as a light source for illumination It was. さらに、これがレーザーを用いた照明装置(例えば、ディスプレイや計測装置、顕微鏡など)への応用を阻んでいた。 Furthermore, this lighting device using a laser (e.g., a display or measuring device, a microscope, etc.) have hampered the application of the.

【0025】本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で光のコヒーレンスを低減する光のコヒーレンス低減方法及びその装置を提供すること、さらに、強度が高く優れた指向性を有すると同時に、コヒーレンスの低減された光ビームを照明光として利用する照明方法及びその装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and its object is to provide a coherence reducing method and apparatus of the light reducing the coherence of light with a simple configuration, and further, strength at the same time having a high excellent directivity is to provide an illumination method and apparatus for utilizing a reduced optical beam coherence as illumination light.

【0026】本発明の更に他の目的は、強度が高く指向性に優れるコヒーレント光を、コヒーレンスの低減した光ビームに変換せしめるバンドルファイバーを提供することにある。 [0026] Yet another object of the present invention, the coherent light intensity is excellent in high directivity, is to provide a fiber bundle of converting the reduced light beam coherence.

【0027】 [0027]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に前記コヒーレント光を入射させ、この光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部からコヒーレンスが低減された光を出射する、光のコヒーレンス低減方法(以下、本発明のコヒーレンス低減方法と称する。)に係るものである。 Means for Solving the Problems That is, the present invention is caused to enter the coherent light to the optical fiber group including a plurality of optical fibers coherence length over the length are different from each other of the coherent light, the light emitting a bundle of the optical fiber group coherence from the side fiber bundle unit emits light with reduced coherence reduction method for an optical those according to (hereinafter, referred to as. a coherence reducing method of the present invention).

【0028】本発明のコヒーレンス低減方法によれば、 According to the coherence reduction method of [0028] The present invention,
例えば、固体レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、色素レーザー等のレーザー光源から出射されたコヒーレント光を、このコヒーレント光のコヒーレンス長(可干渉距離)以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に入射させるので、前記複数の光ファイバーから出射される光ビームは相互に可干渉性を有しておらず、従って、前記光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンス(可干渉性)が低減された光ビームが出射される。 For example, solid laser, semiconductor laser, gas laser, the coherent light emitted from the laser light source of a dye laser, an optical fiber group this coherence length of the coherent light (coherence length) or more in length comprising a plurality of different optical fibers to each other since to be incident on the light beams emitted from the plurality of optical fibers has no coherence with each other, therefore, from the light emitting side fiber bundle portion, coherence (coherence) is reduced light beam is emitted. これは、光ビームの一部光路を、前記光ファイバー群(以下、バンドルファイバーと称することがある。)で構成すればよく、光のコヒーレンス低減が簡易な構成で実現される。 This part optical path of the light beam, the optical fiber group may be composed of (hereinafter sometimes referred to as fiber bundle.), The coherence reduction of light is realized with a simple configuration.

【0029】また、本発明は、本発明のコヒーレント低減方法を再現性良く実施する装置として、コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含み、前記コヒーレント光を入射させる光ファイバー群を有し、前記光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンスの低減された光が出射される、光のコヒーレンス低減装置(以下、本発明のコヒーレンス低減装置と称する。)を提供するものである。 [0029] The present invention provides a reproducibly carried to device a coherent reduction method of the present invention, includes a plurality of optical fibers coherence length over the length are different from each other of the coherent light, an optical fiber group to be incident the coherent light has, from the optical fiber light output side fiber bundle portion which bundles the group, is reduced light coherence is emitted, the coherence reduction device of the light to provide (hereinafter referred to. as coherence reducing device of the present invention) it is intended.

【0030】また、本発明は、光源から出射されたコヒーレント光を、このコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に入射させ、この光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部からコヒーレンスが低減された光を照明光として出射する、照明方法(以下、本発明の照明方法と称する。)を提供するものである。 Further, the present invention provides a coherent light emitted from the light source, the coherence length than the length of the coherent light is incident to the optical fiber group including a plurality of different optical fibers to each other, the light emitting a bundle of the optical fiber group emits light coherence from the side fiber bundle portion is reduced as the illumination light, the illumination method is to provide a (hereinafter, referred to as. an illumination method of the present invention).

【0031】本発明の照明方法によれば、固体レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、色素レーザー等の光源から出射されたコヒーレント光を、このコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に入射させるので、 According to the illumination method of the [0031] present invention, a solid-state laser, semiconductor laser, gas laser, the coherent light emitted from a light source of a dye laser, a plurality of different coherence length or the length of the coherent light from each other optical fiber since to be incident on the optical fiber group including,
前記複数の光ファイバーから出射される光ビームは相互に可干渉性を有しておらず、従って、前記光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンスが低減された光ビームが出射される。 Light beams emitted from the plurality of optical fibers has no coherence with each other, therefore, from the light emitting side fiber bundle portion, the light beam reduced coherence is emitted. つまり、前記コヒーレント光のコヒーレンスが低減されているので、強度が高く優れた指向性を有するコヒーレント光が、スペックルが抑制され、 That is, since the coherence of the coherent light is reduced, the coherent light intensity with a high excellent directivity, speckle is suppressed,
かつ、強度が高く優れた指向性を有し、照明強度の分布が均一な照明光として利用される。 And intensity has a high excellent directional distribution of the illumination intensity is used as a uniform illumination light. これは、光源から出射されるコヒーレント光の一部光路を前記光ファイバー群(バンドルファイバー)で構成すればよく、光のコヒーレンス低減が簡易な構成で実現される。 It may be configured part optical path of the coherent light emitted from the light source in the optical fiber group (fiber bundle), the coherence reduction of light is realized with a simple configuration.

【0032】また、本発明は、本発明の照明方法を再現性良く実施する装置として、コヒーレント光を出射する光源部と、このコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群とを有し、前記光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンスの低減された光が照明光として出射される、照明装置。 [0032] The present invention provides a reproducibly carried an apparatus for illuminating method of the present invention, includes a light source unit for emitting coherent light, a plurality of optical fibers coherence length over the length they are different from each other coherent light and a fiber group, from the optical fiber light output side fiber bundle portion which bundles the group, reduced light coherence is emitted as illumination light, the illumination device. (以下、本発明の照明装置と称する。)を提供するものである。 There is provided (hereinafter, referred to as. An illumination device of the present invention).

【0033】さらに、本発明は、上述した本発明のコヒーレンス低減方法及びその装置、本発明の照明方法及びその装置に用いられる前記光ファイバー群として、コヒーレント光を導く複数の光ファイバーを束ねたバンドルファイバー(又はファイバーバンドル)であって、前記コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さの互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群が、少なくとも光出射側で束ねられている、バンドルファイバー(以下、本発明のバンドルファイバーと称する。)を提供するものである。 Furthermore, the present invention is the coherence reducing method and apparatus of the present invention described above, a lighting method and the optical fiber group used in the device of the present invention, fiber bundle bundling a plurality of optical fibers for guiding coherent light ( or a fiber bundle), the optical fiber group including a plurality of different optical fiber lengths than the coherence length of the coherent light are bundled by at least a light emitting side, the bundle fiber (hereinafter, fiber bundle of the present invention there is provided a called.) and.

【0034】本発明のバンドルファイバーによれば、前記コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さの互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群が、少なくとも光出射側で束ねられているので、このバンドルファイバーを介せば、コヒーレント光を、そのコヒーレンスを低減させると同時に、強度が高く優れた指向性を有する光ビームに変換できる。 According to the bundle fiber [0034] The present invention, an optical fiber group including a plurality of different optical fiber lengths than the coherence length of the coherent light, since the bundled at least a light emitting side, via the fiber bundle so if the coherent light, and at the same time reduce its coherence can be converted into light beams having a high strength excellent directivity.

【0035】 [0035]

【発明の実施の形態】本発明のコヒーレンス低減方法及びその装置、本発明の照明方法及びその装置、並びに本発明のバンドルファイバー(以下、これらを総称して本発明と称することがある。)において、前記光ファイバー群(又はバンドルファイバー)における光(コヒーレント光)の入射位置は、前記各光ファイバー間で同一若しくはほぼ同一であることが望ましく、また、前記光ファイバー群は光入射位置で、できるだけ密に束ねられていることが望ましい。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION coherence reducing method and apparatus of the present invention, the illumination method and apparatus of the present invention, as well as fiber bundle of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as the present invention these are collectively.) , the incident position of the light (coherent light) in the optical fiber group (or fiber bundle), the desirably identical or substantially identical between the optical fibers, also the optical fiber group a light incident position, bundled as densely as possible it is desirable to have been.

【0036】また、本発明において、前記複数の光ファイバーのいずれかを曲げることによって、これらの光ファイバーの長さを前記コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さを互いに異ならせることができる。 Further, in the present invention, by bending one of the plurality of optical fibers, it is possible to the length of these fibers different from each other in length than the coherence length of the coherent light. この曲げ方は、特に限定されるものではなく、前記長さの条件を満たすように種々の形状が選択される。 This flexing is not particularly limited, various shapes so as to satisfy the condition of the length is selected.

【0037】また、本発明においては、前記光ファイバーとして多モード光ファイバーを用いることが望ましい。 [0037] In the present invention, it is desirable to use a multimode optical fiber as the optical fiber. 特に、その透過率の高さや曲率半径の大きさ等から、前記多モード光ファイバーはプラスチック光ファイバーであることが望ましい。 In particular, the size of the height and radius of curvature of the transmittance, it is desirable the multimode optical fiber is a plastic optical fiber.

【0038】多モード光ファイバーを伝搬する光ビームは、モード分散によりコヒーレンスが低減する。 The light beam propagating through the multi-mode optical fiber, the coherence is reduced by mode dispersion. 従って、さらに、本発明の特徴的構成に基づいて、コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の多モード光ファイバーをバンドルして前記光ファイバー群とし、この光ファイバー群(バンドルファイバー) Therefore, further, the present based on the characteristic configuration of the invention, bundling a plurality of multimode optical fibers coherence length over the length are different from each other of the coherent light and the optical fiber group, the optical fiber group (bundle fiber)
を介してコヒーレント光を導くことによって、前記複数の多モード光ファイバーから出射される光ビームの相互の干渉を抑制し、強度の大きな光ビームを伝搬できると同時に、さらなるコヒーレンスの低減が実現される。 By directing the coherent light through, to suppress mutual interference of the light beams emitted from said plurality of multimode optical fibers, and at the same time can be propagated to high light beam intensity, a further reduction in coherence is achieved.

【0039】また、本発明において、前記コヒーレント光は可視域のレーザー光であることが望ましく、この場合、前記光源部は可視域のレーザー光を出射する前記各種レーザーであってよい。 Further, in the present invention, it is desirable the coherent light is a laser light in the visible range, in this case, the light source unit may be a the various lasers for emitting laser light in the visible region.

【0040】即ち、本発明において、前記コヒーレント光を可視域のレーザー光とすれば、表示装置(ディスプレイ)や計測装置、顕微鏡等の可視域の光ビームを光源とする光学装置を実現できる。 [0040] That is, in the present invention, the coherent light if the laser light in the visible range, the display device (display) and the measuring device can be realized an optical device as a light source a light beam in the visible region of the microscope.

【0041】或いは、前記光ファイバーとして中空多モード光ファイバーを用い、かつ、前記コヒーレント光を紫外域のレーザー光としてもよく(即ち、前記光源部として紫外域のレーザー光を出射するレーザーが用いられていてよく)、これによって、紫外域の光ビームを光源とする、例えば、計測装置、顕微鏡、露光装置等の光学装置を実現できる。 [0041] Alternatively, using a hollow multi-mode optical fiber as the optical fiber, and the coherent light may be a laser beam in the ultraviolet range (i.e., have a laser for emitting is a laser beam in the ultraviolet region as the light source unit well), whereby the light beam in the ultraviolet region as a light source, for example, measuring apparatus, can be realized microscope, an optical device such as an exposure apparatus.

【0042】また、本発明の照明方法及びその装置においては、前記照明光は、表示装置、計測装置、顕微鏡又は露光装置の光源として用いることができる。 Further, in the illumination method and apparatus of the present invention, the illumination light, a display device, the measuring device can be used as a light source of the microscope or the exposure apparatus.

【0043】例えば、前記照明光を用いて、液晶素子等からなる空間変調器を照明し、その像をスクリーン上に投射することによって、スペックルが抑制され、さらに、高輝度、高精細の表示装置(ディスプレイ)が実現される。 [0043] For example, by using the illumination light illuminates the spatial modulator comprising a liquid crystal element or the like, by projecting the image on the screen, speckle can be suppressed, further, high brightness, display of high definition device (display) can be realized. また、この照明光を用いて被計測物体を照明し、その物体の形状や、反射及び/又は透過光ビームの強度等についのて計測を行うことによって、測定精度の高い計測装置が実現される。 Further, to illuminate the object to be measured by using the illumination light, the shape of the object, by performing reflection and / or transmitted light beam measured with the strength or the like of the measurement accurate measuring device can be realized . また、この照明光を用いた蛍光顕微鏡などの顕微鏡が実現される。 Further, the microscope, such as a fluorescent microscope using the illumination light can be realized. さらに、この照明光(特に紫外域の照明光)を光源とし、マスク等を介して被露光物体を照明することによって、コントラストが高く、焦点深度の大きな露光像が得られる(特に紫外線露光装置)。 Further, the illumination light (particularly the illumination light in the ultraviolet region) and a light source, by illuminating an exposure object through a mask or the like, high contrast, a large exposure image depth of focus is obtained (in particular ultraviolet exposure device) .

【0044】次に、本発明の作用について説明する。 Next, a description will be given of the operation of the present invention.

【0045】一般に、多モード光ファイバーを伝搬するコヒーレントな光ビームは、モード分散によりそのコヒーレンスが低下する。 [0045] In general, a coherent light beam propagating through the multi-mode optical fiber, its coherence is reduced by modal dispersion. さらに、本発明において、前記複数の光ファイバーはコヒーレント長以上の長さの差を持っているため、各光ファイバー出射後の光ビームは相互に可干渉性を持たない。 Further, in the present invention, the plurality of optical fibers because it has a difference between coherence length or longer, the light beam after the optical fibers exit has no coherence in each other.

【0046】従って、光源の大きさ(スペクトル)が広がったことになり、空間コヒーレンスが低下する。 [0046] Accordingly, in the size of the light source (spectral) is widened, spatial coherence is reduced. そして、これを合波した光ビームはコヒーレンスが低下し、 Then, the light beam combining this reduces the coherence,
コヒーレンスが低くなれば、スペックルのコントラストは低下する。 If the coherence is low, the contrast of speckle is reduced. さらに、この光を照射光に用いて、スペックルによる画像の劣化を避けて、ディスプレイ、計測器、露光装置などを実現できる。 Further, using the light to the irradiation light, avoiding image degradation due to speckle, display, meter, an exposure apparatus and the like can be realized. しかも、多モード光ファイバーからの出射光ビームは強度分布が均一であるから、均一かつ高強度の照明がコヒーレンスの低減と同時に実現される。 Moreover, the outgoing light beam from the multimode optical fiber because the intensity distribution is uniform, uniform illumination and high strength can be achieved simultaneously with a reduction in coherence.

【0047】以下、この多モードファイバー中のモード分散について、詳しく説明する。 The Hereinafter, the mode dispersion in the multi-mode fiber, will be described in detail.

【0048】屈折率の高いコアと、これよりも屈折率の低いクラッドからなるステップインデックスファイバーの場合、その閉じ込めモード総数Nは、下記の式(1) The high refractive index core, the case of step-index fiber comprising a low refractive index cladding than this, the mode confinement total number N of the formula (1) below
で与えられる。 It is given by. N≡V 2 /2…式(1) 但し、前記式(1)において、Vは下記式(2)で表される規格化周波数である。 N≡V 2/2 ... Equation (1) where, in the formula (1), V is a normalized frequency represented by the following formula (2). V=k 0 a(n 1 2 −n 2 21/2 …式(2) 〔前記式(2)において、k 0は真空中の波数(=ω/ V = k 0 a (n 1 2 -n 2 2) 1/2 ... Equation (2) [In Formula (2), k 0 is the wave number in vacuum (= omega /
c:但し、ωは角周波数、cは光速度)、n 1はコア屈折率、n 2はクラッド屈折率、aはコア半径をそれぞれ示す。 c: However, omega is the angular frequency, c is the light velocity), n 1 denotes each core refractive index, n 2 is the cladding refractive index, a is the core radius. ]

【0049】例えば、コア半径aが500μm径であり、コア屈折率n 1 、クラッド屈折率n 2がそれぞれn [0049] For example, the core radius a is 500μm diameter, n core refractive index n 1, the cladding refractive index n 2, respectively
1 =1.492、n 2 =1.456のプラスチックファイバーに波長500nmの光ビームを入射させると、閉じ込め総モード数Nは約500,000モードになる。 1 = 1.492, when light is incident beam of wavelength 500nm plastic fiber n 2 = 1.456, the total number of mode confinement N is about 500,000 mode.
即ち、多モードファイバー中では、モード分散により、 In other words, during the multi-mode fiber, by the mode dispersion,
パルスは大きく広がる。 Pulse spreads large. モード屈折率は、これだけの多モードの場合、コア屈折率からクラッド屈折率まで広がっていると考えてよい。 Mode refractive index, the case of which only the multi-mode, it may be considered to have spread from the core refractive index to the cladding refractive index.

【0050】従って、長さLの光ファイバーを通過するパルスの先頭と後尾の距離は、下記式(3)で表される。 [0050] Thus, the head and tail length of the pulse passing through the optical fiber length L is represented by the following formula (3). c〔(n 1 L/c)−(n 2 L/c)〕=(n 1 −n 2 )L…式(3) c [(n 1 L / c) - (n 2 L / c) ] = (n 1 -n 2) L ... Equation (3)

【0051】その結果、同一時刻に光ファイバーの光入射側に入射する波長500nmの光ビーム(δ関数状の同一時刻に入射したパルス)は、例えば、1m長の光ファイバーから出射するときには前後2.6cmのパルス幅に広がることになる。 [0051] As a result, (a pulse incident on the δ function like the same time) the light beam of wavelength 500nm which is incident at the same time on the light incident side of the optical fiber, for example, front and rear when exiting the 1m length of the optical fiber 2.6cm It will be spread to the pulse width.

【0052】このように、光ファイバーに入射する光ビームのコヒーレンス長が、このパルス幅よりも短ければ、たとえ入射光が連続光であっても、コヒーレンスが低下する。 [0052] Thus, the coherence length of the light beam incident on the optical fiber is shorter than the pulse width, even if the incident light is a continuous light, the coherence is reduced. 例えば、多モード発振可能な固体レーザーのレーザー光、若しくはその高調波を用いれば、数ミリ程度のコヒーレンス長を実現できる。 For example, multi-mode oscillation can be solid-state laser of a laser beam, or the use of the harmonics thereof, can be realized coherence length of approximately several millimeters. 従って、多モード光ファイバーを伝搬する透過光ビームの時間コヒーレンスは低減することになる。 Accordingly, the time coherence of the transmitted light beam propagating through the multimode optical fiber will be reduced.

【0053】また、空間的にも、数多くのモードの重ね合わせにより、空間的コヒーレンスが低下する。 [0053] Further, even spatially, by superposition of a number of modes, the spatial coherence is reduced. この影響のため、前述したように、光ファイバーのモード分散長(光ファイバーの光出射端における最も速いモードと最も遅いモードとの差)が光源のコヒーレンス長より短くても、コヒーレンスは低下するが、より効果的にコヒーレンスを抑圧するためには、光ファイバーのモード分散長が光源のコヒーレンス長より長いことが望ましく、 For this effect, as described above, be less than the coherence length of the light source (the difference between the fastest mode at the light emitting end of the optical fiber and the slowest mode) mode dispersion length of the optical fiber, the coherence is reduced, but more in order to effectively suppress the coherence is desirably mode dispersion length of the optical fiber is longer than the coherence length of the light source,
そのためには、ファイバーの長さLが、 L>(a/n 1 −n 2 ) であればよい(但し、a、n 1及びn 2は前述したものと同様である)。 To that end, the length L of the fiber, L> may be a (a / n 1 -n 2) ( where, a, n 1 and n 2 are the same as those described above).

【0054】この多モード光ファイバーを伝搬する透過光ビームのコヒーレンス長をMとすれば、バンドルされる複数の光ファイバーの長さの差が互いにM以上であれば、前記複数の光ファイバーから出射される光ビームは互いにコヒーレンス(可干渉性)を持たないので、これらを混合(合波)することによって、光ビームのコヒーレンスが低下し、スペックルが生じにくくなる。 [0054] If the coherence length of the transmitted light beam propagating through the multimode optical fiber and M, if the difference in length between a plurality of optical fibers to be bundled M above each other, light emitted from the plurality of optical fibers since the beam has no coherence (coherence) with each other, by these mixtures (multiplexing), coherence of the light beam is reduced, speckle is less likely to occur. 従って、光ファイバーの長さとファイバーの本数、さらには光源のコヒーレンス長を適切に選択し、設計することで、必要十分にスペックルを抑圧することができる。 Therefore, the length and number of fibers of the optical fiber, more appropriately selected coherence length of the light source, by designing, it is possible to suppress the necessary and sufficient speckle.

【0055】ここで、気になるのは伝搬中の光強度の損失だが、現在、プラスチックファイバーの場合、その電送損失は、波長500nm〜550nmの光ビームに対して、0.1dB/m程度で最小である。 [0055] Here, the anxious but loss of light intensity during propagation, the current in the case of plastic fibers, the electrical transmission losses, the light beam of wavelength 500 nm and 550 nm, with about 0.1 dB / m it is the minimum. つまり、1 In other words, 1
m、5m、10m、50mで、それぞれ97.7%、8 m, 5m, 10m, with 50m, respectively, 97.7%, 8
9.1%、79.4%、31.6%の内部透過率となる。 9.1% 79.4% the internal transmittance of 31.6%. 従って、本発明の照明方法又はその装置の応用用途(例えば、表示装置、計測装置、顕微鏡、露光装置等) Therefore, the application uses the illumination method or the apparatus of the present invention (e.g., a display device, measuring device, a microscope, an exposure apparatus, etc.)
に対しては、十分許容できる程度である。 For a degree that can be well tolerated.

【0056】また、上述した紫外線導波用の中空光ファイバーも現在は、その透過率が比較的低いが、将来的には、十分な透過効率を有することが期待される。 [0056] In addition, the still hollow fiber for ultraviolet waveguide described above, but the transmittance is relatively low, in the future, it is expected to have a sufficient transmission efficiency. また、 Also,
各種レーザー自身の出力の向上によっても、応用用途によっては十分な出射光を得ることができると考えられる。 By improving the output of the various lasers themselves, it is considered possible to obtain a sufficient output light by application uses.

【0057】次に、本発明に基づくバンドルファイバーの一例を図1を参照に説明する。 Next, an example of a fiber bundle according to the present invention in reference to FIG.

【0058】図1(A)に示すように、入射するコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の多モード光ファイバー2a、2b、2c、2d・・ [0058] As shown in FIG. 1 (A), the coherence length than the length of the coherent light are different from each other a plurality of multimode optical fibers 2a incident, 2b, 2c, 2d ··
・の入射端(入射側ファイバーバンドル部)3と出射端(出射側ファイバーバンドル部)4とをすべて揃え、これを束ねることによって、光ファイバー群からなるバンドルファイバー1を構成する。 - entrance end aligning all the (incident side fiber bundle portion) 3 and an exit end (exit side fiber bundle portion) 4, by bundling them, constitute the fiber bundle 1 consisting of an optical fiber group.

【0059】特に、その入射側ファイバーバンドル部3 [0059] In particular, the incident side fiber bundle portion 3
及び出射側ファイバーバンドル部4では、その束ね方は、図1(B)に示すように、できるだけ密(例えば六方最密充填)であることが、出射される(又は入射される)レーザー光の結合(カップリング)効率の点から望ましい。 And the exit-side fiber bundle unit 4, the bundling way, as shown in FIG. 1 (B), as far as possible it is dense (e.g., hexagonal close packing) is, of the emitted (or incident to) the laser beam binding preferable in terms of (coupling) efficiency.

【0060】また、多モード光ファイバー2は、屈折率の大きなコア5と比較的屈折率の小さなクラッド6とからなる2重構造を有しており、かつ、バンドルファイバー1において一本一本長さが異なっている。 [0060] Further, the multi-mode optical fiber 2 has a double structure consisting of small cladding 6 which large core 5 with a relatively refractive index of the refractive index, and, one by one in fiber bundle 1 length It is different. この長さの差は、本発明の特徴的構成に基づいて、バンドルファイバーに入射するコヒーレント光のコヒーレンス長以上であればよく、少なくとも2つの光ファイバーが、それぞれコヒーレンス長以上の長さの差を有していればよい。 This difference in length is based on the characteristic configuration of the present invention may be any higher coherence length of the coherent light incident on the fiber bundle, at least two optical fibers, each have a difference of the coherence length or longer it is sufficient to.
但し、バンドルする全ての光ファイバーがそれぞれコヒーレンス長以上の長さの差を有していることが望ましい。 However, it is desirable that all of the optical fibers to bundle each have a difference of the coherence length or longer.

【0061】このように長さの異なる複数の光ファイバーをバンドルする方法としては、図1に示すように、各光ファイバーのいずれかを他のファイバーよりも、前記コヒーレンス長以上の長さ分だけ長くなるように曲線状に折り返してよく、この折り返し部8を設けても、バンドルファイバー1の光入射部と光出射部は各ファイバー間で共通若しくは同一位置となっている。 [0061] As a method of bundling this way the length of the different optical fibers, as shown in FIG. 1, than any other fiber of each optical fiber is longer by a length amount or the coherence length well folded so curved, be provided with the folded portions 8, the light incident portion and the light emitting portion of the fiber bundle 1 is common or identical positions between each fiber. このように、 in this way,
光ファイバーを用いるために、折り返し等により周囲空間を有効に利用して上記した長さの差を簡易かつコンパクトに実現することができる。 In order to use an optical fiber can be realized by effectively utilizing the space around the difference in length as described above in a simple and compact by the folding or the like. このようなファイバー形状は、図1に示したものに限られず、例えば図12に示すように、光ファイバー7a、7b、7c、7d・・・ Such fibers shape is not limited to that shown in FIG. 1, for example, as shown in FIG. 12, the optical fibers 7a, 7b, 7c, 7d · · ·
を単に曲線状に折曲させた形状にしても構わない。 The may simply be in a shape that is bent in a curved shape. 即ち、光ファイバーの折曲部の曲率の大きさを利用して任意の形状に構成できる。 That can be configured into any shape by using the magnitude of the curvature of the bent portion of the optical fiber.

【0062】従って、図1に示したバンドルファイバー1において、複数の光ファイバーがバンドルされた入射側ファイバーバンドル部3に入射するコヒーレントなレーザー光αは、バンドルファイバー1を介して、コヒーレンスが低減された光ファイバー、理想的にはインコヒーレントな光ビームとして出射される。 [0062] Thus, in fiber bundle 1 shown in FIG. 1, the coherent laser light incident on the incident-side fiber bundle portion 3 in which a plurality of optical fibers are bundled alpha, via the fiber bundle 1, the coherence is reduced optical fiber, and ideally is emitted as incoherent light beam.

【0063】即ち、入射側ファイバーバンドル部3に入射したレーザー光αは、各多モード光ファイバー2a、 [0063] That is, the laser beam α incident on the incident-side fiber bundle portion 3, the multi-mode optical fibers 2a,
2b、2c、2d・・・に同一若しくはほぼ同一の強度をもって入射し、それぞれの多モード光ファイバー中で、モード分散により時間的コヒーレンス、空間的コヒーレンスが低減されたレーザー光(a)、(b)、 2b, 2c, 2d · · · the incident with the same or approximately the same intensity, in each of the multi-mode optical fiber, the temporal by modal dispersion coherence, spatial coherence is reduced laser beam (a), (b) ,
(c)、(d)・・・として出射される。 (C), it is emitted as (d) ···.

【0064】そこで、各多モード光ファイバーは、本発明の特徴的構成に基づいて、それぞれコヒーレンス長以上の長さの差を有しているので、各多モード光ファイバーの出射側ファイバーバンドル部4から出射されるレーザー光(a)、(b)、(c)、(d)・・・は、前記コヒーレンス長以上の長さの差に対応する位相差を有しており、それぞれの光ファイバーから出射されるレーザー光は相互に可干渉性を有しておらず、これらの各レーザー光が合波されると、強度が大きく指向性に優れていると同時に、コヒーレンスが低減した実質的にインコヒーレントな光ビームとなる。 [0064] Therefore, each multi-mode optical fiber, based on the characteristic configuration of the present invention, respectively since they have a difference of the coherence length or longer, emitted from the emission side fiber bundle portion 4 of the multi-mode optical fiber It is the laser beam (a), (b), (c), (d) ··· has a phase difference corresponding to the difference of the coherence length or longer, is emitted from each of the optical fiber that a laser beam has no coherence with each other, that each of these laser beams are multiplexed at the same time the strength is excellent in large directivity, substantially incoherent coherence is reduced the light beam.

【0065】従って、コヒーレントなレーザー光は、上述した如き簡便な構成のバンドルファイバーを介して伝搬されることによって、実質的にインコヒーレントな光ビームに変換され、特に上述したディスプレイ、計測装置、顕微鏡、露光装置等に使用する照明光として利用できることになる。 [0065] Thus, coherent laser light, display by being propagated through the fiber bundle of the above such a simple configuration, is converted into a substantially incoherent light beam, in particular above, the measuring apparatus, a microscope , so that can be used as illumination light used for the exposure apparatus or the like. また、光ファイバー(バンドルファイバー)を介してのコヒーレンス低減であるので、コヒーレンス低減効果が十分であって、かつ、強度分布が均一であって、さらに、光学ロスが少ない。 Further, since it is the coherence reduction through the optical fiber (fiber bundle), a coherence reduction is sufficient, and a uniform intensity distribution, further optical loss is small.

【0066】次に、本発明を望ましい実施の形態に従い説明する。 [0066] will now be described with reference to a preferred embodiment of the present invention.

【0067】〔第1の実施の形態〕まず、図2を参照に、本発明の第1の実施の形態を説明する。 [0067] First First Embodiment, with reference to FIG. 2, illustrating a first embodiment of the present invention.

【0068】本実施の形態は、図1に示した本発明に基づくバンドルファイバーを用いた表示装置(レーザーディスプレイ)である。 [0068] This embodiment is a display device using a fiber bundle according to the present invention shown in FIG. 1 (laser display).

【0069】この表示装置において、まず、レーザー共振器10を出射したレーザー光はレンズ11に入射し、 [0069] In this display device, first, a laser beam emitted from the laser resonator 10 is incident on the lens 11,
次いで、レンズ11によって集光されたレーザー光が、 Then, laser light condensed by the lens 11,
上述と同様のバンドルファイバー12の入射側ファイバーバンドル部に入射する。 It enters the entrance-side fiber bundle portion of the above and similar fiber bundle 12.

【0070】そして、バンドルファイバー12及び光ファイバー13を介して出射されたレーザー光は、レンズ14を介して、例えば透過型の液晶表示素子からなる空間変調器15を照明する。 [0070] Then, the laser beam emitted through the fiber bundle 12 and optical fiber 13 through the lens 14, for example, to illuminate the spatial modulator 15 comprising a transmission type liquid crystal display device. なお、光ファイバー13は、 In addition, the optical fiber 13,
バンドルファイバー12を束ねたものであってもよいし、バンドルファイバー12とカップリングされた他の光ファイバーであってもよい。 May be a bundle of fiber bundle 12, it may be another optical fiber bundled fiber 12 and the coupling.

【0071】そして、レンズ14からの高強度の照明光によって、空間変調器15による像が投影レンズ16を介してスクリーン17に、高輝度、高精細かつコントラスト良く投影される。 [0071] Then, the illumination light of high intensity from the lens 14, the screen 17 through the image projection lens 16 by the spatial modulator 15, a high luminance is high definition and good contrast projection.

【0072】このように、空間変調器を照明する照明光は、本発明に基づくバンドルファイバー12を介したレーザー光であるので、先に述べた効果により、コヒーレンスが低減しており、スクリーン若しくはこれを観察する観察者の網膜のいずれにおいてもスペックルが低減されている。 [0072] Thus, the illumination light which illuminates the spatial modulator are the laser light through the fiber bundle 12 according to the present invention, the effect described above, coherence has been reduced, the screen or which speckle is reduced in either of the viewer's retina to observe.

【0073】ここで、レーザー共振器10としては、固体レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、色素レーザー等を使用することができ、また、これらの高調波(例えば、Nd:YAGレーザーの第2高調波や第5高調波など)を用いることができる。 [0073] Here, the laser resonator 10, a solid laser, semiconductor laser, gas laser, it is possible to use a dye laser or the like, also, these harmonics (e.g., Nd: second harmonic of a YAG laser and such fifth harmonic) can be used. また、三原色の光を得るために、レーザー以外のLEDやランプなどの光源をレーザーと併せて用いることもできる。 Further, in order to obtain the three primary colors of light, a light source such as LED or lamp other than a laser may be used in conjunction with the laser. さらに、光源のレーザーは一つである必要はなく複数個であってもよい。 Furthermore, it may be a plurality need not laser light source is one. これによって、低出力であっても効率が高く取扱いが容易な半導体レーザーを用いることが可能になる。 This allows the efficiency even at low output is high and handling used easily semiconductor laser. その場合、その複数のレーザー光を合波する際に、本発明に基づくバンドルファイバーを用いてよい。 In this case, when multiplexing the plurality of laser beams, may be used bundled fiber according to the present invention.

【0074】〔第2の実施の形態〕本実施の形態は、表示装置等に用いる三原色の照明光を得る目的で、赤色波長領域のレーザー光を発振可能な半導体レーザーと、緑色波長領域のレーザー光を発振可能な半導体レーザーと、青色波長領域のレーザー光を発振可能な半導体レーザーとを用いた照明用光ビームの光源部構成を示すものである。 [0074] Second Embodiment This embodiment, in order to obtain the illumination light of the three primary colors used for a display device such as a semiconductor laser can oscillate laser light of a red wavelength region, the laser in the green wavelength region and the semiconductor laser can oscillate light, it shows a light source unit structure of the illumination light beam using the oscillating semiconductor laser capable of laser light in a blue wavelength region.

【0075】即ち、図3に示すように、赤色(R)発振の半導体レーザー21a、緑色(G)発振の半導体レーザー21b及び青色(B)発振の半導体レーザー12b [0075] That is, as shown in FIG. 3, a red (R) oscillation of the semiconductor lasers 21a, green (G) oscillation of the semiconductor laser 21b, and blue (B) oscillation of the semiconductor laser 12b
のそれぞれの半導体レーザーから出射されたレーザー光を、レンズ22a、22b及び22cを介して、本発明に基づくバンドルファイバー23a、23b及び23c Of it has been a laser light emitted from the respective semiconductor lasers, through the lens 22a, 22b and 22c, the bundle fiber 23a according to the present invention, 23b and 23c
に導き、各色のレーザー光をバンドルファイバーでカップリングすることができる。 The guidance can be coupled with fiber bundle laser light of each color.

【0076】このように、三原色を得る目的で、赤、緑及び青色発振の半導体レーザーを用い、各半導体レーザーからの出射光ビームを、本発明に基づくバンドルファイバーを介して導波することによって、コヒーレンスが低減すると同時に指向性が高くかつ強度の大きな照明光として利用できる。 [0076] Thus, in order to obtain the three primary colors, red, by using a semiconductor laser of green and blue oscillation, the output light beam from the semiconductor laser, is guided through a fiber bundle according to the present invention, coherence can be used as a large illumination light high and strength at the same time directional reducing.

【0077】また、図4は、より大きな強度の照明光を得ることを目的とした照明装置である。 [0077] Also, FIG 4 is an illumination device for the purpose of obtaining a more illumination light of high intensity.

【0078】図4に示すように、赤色半導体レーザー2 [0078] As shown in FIG. 4, the red semiconductor laser 2
5a、25b及び25cからの赤色レーザー光をレンズ22を介して、バンドルファイバー26a、26b及び26cにそれぞれ導き、これらのバンドルファイバーをさらにカップリングすることによって、ファイバー束2 5a, by through the lens 22 the red laser light from 25b and 25c, lead bundle fiber 26a, 26b, and 26c, respectively, to further coupling these fiber bundle, the fiber bundle 2
7aにてより大きな強度の赤色レーザー光を伝搬させることができる。 It can be propagated more red laser light of high intensity at 7a. 言うまでもないが、同様にして、緑色レーザー光、青色レーザー光を伝搬できる。 Needless to say, in the same manner, the green laser light and blue laser light can propagate.

【0079】そして、赤色レーザー光を伝搬するファイバー27aと、緑色レーザー光を伝搬するファイバー2 [0079] Then, the fiber 2 to propagate and fiber 27a propagating red laser light, green laser light
7bと、青色レーザー光を伝搬するファイバー27cとをさらにバンドルすることによって、ファイバー28にて、より強度の大きな三原色のレーザー光を伝搬させることができる。 And 7b, by further bundling the fiber 27c propagating blue laser beam at the fiber 28, can be propagated more laser light of a larger three primary colors of strength. もちろん、各色を発振する半導体レーザーの数は3つに限定されるものではなく、任意の複数個を使用できる。 Of course, the number of semiconductor lasers for oscillating each color is not limited to three, any plurality may be used. また、本発明に基づくバンドルファイバー部は、バンドルファイバー26a、26b及び26c Furthermore, the bundle fiber unit according to the present invention, fiber bundle 26a, 26b and 26c
の位置に限定されるものではなく、ファイバー27a、 Is not limited to the position, the fiber 27a,
27b、27c、或いはファイバー28の位置にあってもよい。 27b, it may be 27c, or the position of the fiber 28.

【0080】〔第3の実施の形態〕本実施の形態は、偏光状態の異なるレーザー光を利用した照明用光ビームの光源部構成を示すものである。 [0080] [Third Embodiment] This embodiment shows a light source unit structure of the illumination light beam using different laser polarization states.

【0081】図5は、P偏光を発振する半導体レーザー32a、S偏光を発振する半導体レーザー32b、レンズ33a、33b、ミラー34及び偏光ビームスプリッター35からなるレーザーカプラーユニット31、及び、レンズ36を用いて、P偏光のレーザー光とS偏光のレーザー光とをバンドルファイバー37に合波せしめる光源部構成の要部概略図である。 [0081] Figure 5 uses a semiconductor laser 32a which oscillates P-polarized light, a semiconductor laser 32b for oscillating the S-polarized light, lenses 33a, 33b, the laser coupler unit 31 consisting of mirrors 34 and polarizing beam splitter 35, and the lens 36 Te is a main part schematic view of a light source unit configured to allowed to multiplexes the laser beam of P polarized light and S-polarized light of the laser beam to the fiber bundle 37. このように、偏光ビームスプリッターを使うことで、効率良く高強度のレーザー光を導くことができる。 In this way, by using the polarization beam splitter can be guided efficiently in the high intensity laser beam.

【0082】また、図6は、基本的には図5と同様に、 [0082] FIG. 6 is similar to FIG. 5 basically,
偏光状態の異なるレーザー光を利用した照明装置であり、赤色(R)レーザー光を発振可能なレーザーカプラーユニット31aから出射される赤色レーザー光を、レンズ36aを介してバンドルファイバー37aに合波せしめ、同様に、緑色(G)レーザー光を発振可能なレーザーカプラーユニット31bから出射される緑色レーザー光、青色(B)レーザー光を発振可能なレーザーカプラーユニット31cから出射される青色レーザー光をそれぞれ、レンズ36b及び36cを介して、バンドルファイバー37b及び37cに入射させ、各バンドルファイバーを束ねた例である。 An illumination device using a different laser beam polarization states, a red laser beam emitted red (R) laser light from the oscillation can be laser coupler units 31a, allowed multiplexed into fiber bundle 37a via the lens 36a, Similarly, the green laser beam emitted green (G) laser light from the oscillation can be laser coupler unit 31b, the blue laser beam emitted blue (B) laser light from the oscillation can be laser coupler unit 31c, respectively, the lens through 36b and 36c, are incident on the fiber bundle 37b and 37c, an example in which a bundle of the fiber bundle.

【0083】ところで、図3〜図6に示した第2の実施の形態及び第3の実施の形態は、異なる発振波長域を有する半導体レーザーからの出射光を一つのバンドルファイバーに導く例を示したが、この他、三原色の光を提供するには、いくつかの手法が考えられる。 [0083] Incidentally, the second embodiment and the third embodiment shown in FIGS. 3-6, an example for guiding the light emitted from the semiconductor lasers having different oscillation wavelength region into one fiber bundle and, this addition, to provide light of three primary colors, several approaches are conceivable.

【0084】まず第1に、光源の変調である。 [0084] first of all, is the modulation of the light source. 即ち、各色のレーザー光を周期的に発振させ、その周期毎に空間変調器によって空間的な色分解(変調)を行うことで、 That is, the laser light of each color periodically oscillated, by performing spatial color separation (modulation) by the spatial modulator for respective periods,
カラー像が得られる。 Color image is obtained.

【0085】第2には、色フィルターを用いた空間変調である。 [0085] Secondly, a spatial modulation using color filters. 即ち、各色空間変調器がピクセルごとに特定の色のみを通すフィルターを有していれば、これによって空間的変調器によるカラー像が得られる。 That is, if a filter in which each color space modulator passes only a specific color for each pixel, which color image is obtained by the spatial modulator by. また、三原色の合成は、下記第4の実施の形態に示すように、空間変調器の部分で行うこともできる。 Also, the synthesis of the three primary colors, as shown in the fourth embodiment below, can also be carried out in part of the spatial modulator.

【0086】〔第4の実施の形態〕本実施の形態は、例えば、反射型液晶表示素子等の反射型空間変調器を用い、この空間変調器の部分で三原色の合成を行った後、 [0086] [Fourth Embodiment] This embodiment, for example, using the reflective spatial modulator such as a reflective liquid crystal display device, after the synthesis of the three primary colors in a portion of the spatial modulator,
図示省略するが、本発明に基づくバンドルファイバーに導く表示装置の構成例である。 Although not illustrated, a configuration example of a display device guiding the fiber bundle in accordance with the present invention.

【0087】図7に示すように、上述の手法を用いて、 [0087] As shown in FIG. 7, by using the above method,
反射型空間変調器40とビームスプリッター41とからなるユニット42に図示省略した本発明のバンドルファイバーを介して照明光を照射することによって、三原色を一つの空間変調器(ユニット)で変調できる。 By irradiating the illumination light through the fiber bundle of the present invention which is not shown in the unit 42 consisting of the reflection-type spatial modulator 40 and the beam splitter 41. can modulate the three primary colors one spatial modulator (units). ここで、ビームスプリッター41を偏光ビームスプリッターに置き換え、空間変調器自体若しくはその光路上に波長板を配置して、変調効率を高めることもできる。 Here, replacing the beam splitter 41 to the polarization beam splitter, by placing a spatial modulator itself or wavelength plate to the light path, it is also possible to increase the modulation efficiency.

【0088】また、図8は、図7に示したユニットを各色ごとに用いて、すなわち、図示省略したバンドルファイバーを介した照明光を、赤色空間変調器ユニット42 [0088] Further, FIG. 8, using the unit shown in FIG. 7 for each color, i.e., the illumination light through the fiber bundle which is not shown, the red light modulating unit 42
a、緑色空間変調器ユニット42b及び青色空間変調器ユニット42cに導き、空間変調後に、ダイクロイックミラー43を用いて合波する例である。 a, leading to green spatial light modulator unit 42b and the blue light modulating unit 42c, after spatial modulation is an example for multiplexing using the dichroic mirror 43.

【0089】本実施の形態では、反射型の空間変調器について述べたが、透過形の空間変調器(例えば透過型液晶表示素子)についても同様に構成することができる。 [0089] In the present embodiment has described the reflective type spatial modulator can be configured in the same manner for the transmission type spatial modulator (e.g. a transmission type liquid crystal display device).

【0090】以上、第1の実施の形態から第4の実施の形態まで、主に表示装置(ディスプレイ)用の照明方法及び照明装置について述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の応用を考えることができる。 [0090] above, the first embodiment to the fourth embodiment has described the method of illumination and a lighting device mainly for a display device (display), the present invention is limited to these embodiments the invention is not, can be considered a variety of applications.

【0091】次に、本発明に基づくバンドルファイバーからの照明光を、計測装置や顕微鏡の光源とする例を説明する。 [0091] Then, the illumination light from the fiber bundle according to the present invention, an example of a measuring device or a microscope light source.

【0092】なお、図示省略するが、本発明に基づく多モードバンドルファイバーとして中空多モード光ファイバーを用いれば、紫外域のレーザー光への応用も可能である。 [0092] Incidentally, although not shown, the use of the hollow multi-mode optical fiber as a multi-mode fiber bundle according to the present invention, its application to laser light ultraviolet range are also possible. これを用いれば、例えば半導体等の製造プロセスにおける紫外線露光装置を実現できる。 By using this, it is possible to realize a UV exposure device in the manufacturing process, for example a semiconductor or the like. また、これらは、前述した空間変調器及びスクリーンを、例えば顕微鏡ならば、サンプル(被観察物体)及び人間の網膜(若しくはCCD等)に置き換えることで、また、計測装置ならば、被計測物体及び画像入力装置、露光装置ならば、マスク及び露光物体に置き換えることで、容易に実現できる。 It also the spatial modulator and the screen described above, for example, if a microscope, the sample by replacing the (the observed object) and human retina (or CCD), also, if the measuring apparatus, the object to be measured and image input apparatus, if the exposure apparatus, by replacing the mask and the exposure object, can be easily realized.

【0093】〔第5の実施の形態〕本実施の形態は、本発明に基づくバンドルファイバーを計測装置に適用した例である。 [0093] [Fifth Embodiment] This embodiment is an example of applying the fiber bundle according to the invention the measuring device.

【0094】即ち、図9に示すように、バンドルファイバー45からの照明光aを、被計測面47を有する計測対象46に投射し、被計測面47にて反射された光ビームbを観察光学系48を介して受光器49で検出すれば、例えば、その表面性(表面粗度等)を計測できる。 [0094] That is, as shown in FIG. 9, the illumination light a from the fiber bundle 45, and projected onto the target object 46 having a measurement surface 47, an observation optical light beam b reflected by the measurement surface 47 if detected by the photodetector 49 through the system 48, for example, you can measure the surface properties (surface roughness, etc.).

【0095】ここで、計測対象物体が有する透過率や反射率等の分光特性に特徴があれば、それに適切な波長の光を使うことが有効である。 [0095] Here, if there is characteristic to the spectral characteristics such as transmittance and reflectance with the measurement object, it it is effective to use a light of appropriate wavelength. 例えば、FA(ファクトリーオートメーション)における選別機械などで特定の色を有する物体を認識するためには、特定の波長を有するレーザー光を照射し、その他の色の物体との反射率が異なることで、その認識が容易になる。 For example, in order to recognize an object having a particular color, etc. sorting machine in FA (Factory Automation) irradiates a laser beam having a specific wavelength, the reflectivity of the other colors objects are different, its recognition becomes easy. また、はんだ検査器においては、基板の反射率から緑色波長領域の照明光が最も有効だが、これも緑色波長帯域の半導体レーザーを使うことによって実現でき、さらに、本発明の手法によれば、その検査における精度が一層向上する。 In the solder inspection apparatus, most effective illumination light in a green wavelength region from the reflectivity of the substrate, but also can be realized by using a semiconductor laser of the green wavelength band, and further, according to the method of the present invention, the accuracy in inspection can be further improved.

【0096】即ち、これらの検査工程において、スペックルはノイズ要因となるので、本発明に基づくバンドルファイバーを用いることで、精度の向上が図られる。 [0096] That is, in these inspection process, speckles since the noise factor, by using a fiber bundle according to the present invention, improved accuracy of is achieved. また、観察光学系48に、特定の波長フィルターを加えれば、外乱光からの影響を受けず、さらなる精度の向上が可能となる。 Further, the observation optical system 48, be added to a particular wavelength filter, without being affected by the disturbance light, we are possible to further improve the accuracy.

【0097】また、ここでは、照明光の反射光のみならず、照明光による透過光や蛍光を観察することも考えられる。 [0097] Further, here, not only the reflected light of the illumination light, it is conceivable to observe the transmitted light and fluorescence from the illumination light. この場合も照明光のスペックルを減らすことはノイズの抑圧につながる。 Reducing speckle in this case the illumination light leads to the suppression of noise.

【0098】〔第6の実施の形態〕本実施の形態は、本発明に基づくバンドルファイバーを、露光装置や顕微鏡等の光学機器に用いた例である。 [0098] Sixth Embodiment This embodiment, a fiber bundle according to the present invention, an example of using an optical apparatus such as an exposure apparatus or a microscope.

【0099】即ち、図10に示すように、バンドルファイバー51からの出射光ビームをコンデンサーレンズ5 [0099] That is, as shown in FIG. 10, a condenser lens the light emitted beam from the bundle fiber 51 5
2を介して、被照明物体53に対してケーラー照明、若しくは、クリティカル照明し、対物レンズ54を用いて、照明された被照明物体53の像55を結像する。 Through 2, Koehler illumination with respect to the illuminated object 53, or to critical illumination, using the objective lens 54, it forms an image 55 of the object to be illuminated 53 is illuminated. ここで像面を観察すれば、顕微鏡となる。 Here, if viewing the image plane, and a microscope. また、被照明物体53の像をレジストやフィルム等に露光(または記録)すれば露光装置となる。 Further, the exposure apparatus when exposing the image of the illuminated object 53 to resist or film or the like (or recording). なお、図中矢印に示すように、対物レンズ54は適宜移動できる。 Incidentally, as shown in an arrow in the figure, the objective lens 54 can be moved appropriately.

【0100】ここで、上述した第5の実施の形態と同様に、被照明物体が有する透過率や反射率等の分光特性に特徴があれば、それに適切な波長の光を使うことが有効である。 [0100] Here, as in the fifth embodiment described above, if there is characteristic to the spectral characteristics such as transmittance and reflectance included in the illuminated object, it is effective to use a light of appropriate wavelength is there. 例えば、被露光材料となるレジストやフィルムが特定の波長に対して感度が高ければ、その波長で露光することが有効である。 For example, the higher the sensitivity to resist or film specific wavelength at which the exposed material, it is effective to exposure at that wavelength. これは、特定の発振波長帯域を有する波長幅の狭いレーザーを用いれば可能となり、また、本発明に基づく手法で、そのレーザー光を低コヒーレント化し、スペックルを除くことで、コントラストに優れた露光処理を実現できる。 Exposure which enables the use of the narrow laser wavelength width having a specific oscillation wavelength band, also in a manner in accordance with the present invention, the laser light is low coherence reduction, by excluding speckles, having excellent contrast processing can be realized.

【0101】一例として、映画フィルムへのデジタル音声トラックの記録には、緑色波長帯域の光ビームを用いることが有効だが、本発明に基づく手法を用いれば、これが簡便に実現できる。 [0102] As an example, the recording of the digital audio track to the movie film, but effective to use a light beam in the green wavelength band, using a method based on the present invention, this can be easily realized. また、他の例としては、中空の導波路をファイバーに置き換え、エキシマレーザーや、 As another example, replacing the hollow waveguide fibers, and an excimer laser,
固体レーザーの高調波などの紫外レーザー光を用いた露光装置が考えられる。 Solid-state laser exposure apparatus using ultraviolet laser beams, such as harmonics is considered. これはスペックルを抑圧できるのみならず、照度分布でも均一化できるので、装置が安価かつ簡便で性能の優れたものになる。 This not only can suppress speckle, since it uniform in illuminance distribution, apparatus becomes excellent performance at low cost and convenient.

【0102】また、顕微鏡を構成する場合、単一波長でスペックルのない顕微鏡を実現できるので、サンプルによる反射率もしくは透過率の特性を利用して、分光もしくは蛍光顕微鏡を構成できる。 [0102] In the case of constituting a microscope, it is possible to realize a microscope without speckle a single wavelength, by utilizing the characteristics of the reflectance or transmittance by the sample can be configured spectral or fluorescence microscopy. これは医用や生体用のみならず、半導体などのプロセス検査など幅広い応用が考えられる。 This is not only for medical and biological, process inspection, such as a wide range of applications, such as semiconductor can be considered.

【0103】さらに、この例においても、照明の反射光のみならず、透過光や蛍光を利用することも考えられる。 [0103] Further, also in this embodiment, not only the reflected light of the illumination, it is conceivable to utilize the transmitted light and fluorescence. この場合も、照明光のスペックルを減らすことはノイズの抑圧につながる。 Again, reducing the speckle illumination light leads to the suppression of noise.

【0104】〔第7の実施の形態〕本実施の形態は、本発明に基づくバンドルファイバーを用いたその他の計測装置を示す。 [0104] Seventh Embodiment This embodiment shows another measuring device using a fiber bundle in accordance with the present invention.

【0105】第6の実施の形態で示した計測装置以外の計測装置の例としては、近年注目が集まっている低コヒーレント干渉計などの干渉計用途が考えられる。 [0105] Examples of the measuring device other than the measuring device shown in the sixth embodiment, in recent years attention interferometer applications, such as low-coherence interferometer is considered to have gathered. 図11 Figure 11
(A)にその構成例を示す。 Shows the configuration example (A).

【0106】即ち、バンドルファイバー60からの光ビームをコリメーターレンズ61で平行光にしてビームスプリッター62でその波面を分割する。 [0106] That is, divides the wavefront by the beam splitter 62 and the light beam from the fiber bundle 60 into parallel light by a collimator lens 61. 一方の光ビーム(透過光)は、参照鏡63(ビームスプリッターからの距離がL)に向かい、他方の光ビーム(反射光)は被験側へ向かう。 One light beam (transmitted light), the reference mirror 63 (the distance from the beam splitter L) toward the other of the light beams (reflected light) toward the subject side.

【0107】ここで、多モードバンドルファイバーの出射光のコヒーレンス長がa以下である場合、被験側のミラーが、ビームスプリッターからの距離がL−aの位置にあるミラー64b、若しくは、ビームスプリッターからの距離がL+aの位置にあるミラー64cときは干渉縞がほとんど生じない。 [0107] Here, if the coherence length of the light emitted multimode fiber bundle is less than a, the mirror of the test side, a mirror 64b whose distance from the beam splitter is positioned at L-a, or, from the beam splitter when the distance is mirror 64c at the position of L + a is hardly interference fringes. これに対して、ミラー64aのように、ミラーがビームスプリッターからの距離がLの位置にあるときだけ干渉縞(スペックルパターン)が生じる。 In contrast, as in the mirror 64a, the mirror only interference fringes when the distance from the beam splitter at position L (speckle pattern) occurs.

【0108】ここで、ミラー64a、64b及び64c [0108] In this case, the mirror 64a, 64b and 64c
の代わりに、図11(B)に示す如き三次元形状を持つサンプル66、或いは、図11(C)に示す如き生体サンプル67を置き、これからの反射光を干渉光として観察すれば、各サンプルの三次元形状を輪切りにした状態で観察することができる。 Instead of, sample 66 having a three-dimensional shape as shown in FIG. 11 (B), or place the biological sample 67 as shown in FIG. 11 (C), if observed as interference light therefrom reflected light, each sample the three-dimensional shape can be observed in a state of being sliced. また、この干渉縞のコントラストを計測することで、測長器として利用することもできる。 Also, by measuring the contrast of the interference fringes can also be utilized as a length measuring device.

【0109】また、多モードバンドルファイバーの長さなどによってコヒーレント長を設計すれば、様々な用途に応用することも可能である。 [0109] Further, by designing the coherence length such as by the length of multimode fiber bundle, it can also be applied to various uses. ここでも、コヒーレンスの低減によるスペックルの抑圧は、観察時や測定時のノイズを著しく低減することにつながり、精度や性能の向上が期待できる。 Again, the suppression of speckle due to the reduction of coherence leads to significantly reduced noise during observation or during the measurement, it can be expected to improve the accuracy and performance.

【0110】以上、本実施の形態によれば、簡便で安価かつ高性能なコヒーレント制御を各種レーザーに対して行って、特にスペックルの抑制された物体照明用の光源として本発明を適用することができ、さらに、前記光ファイバーとして多モードファイバーを用いれば、空間的なモードの重ね合わせにより、照明強度の均一化と同時に簡便かつ低コスト、省スペース(即ち、スペース上の制約をうけず)、コヒーレンスの低減を達成できる。 [0110] As described above, according to this embodiment, simple and inexpensive and performed on high performance coherent control various laser, applying the present invention as a particular light source for the object illumination is suppressed speckle It can be further, by using the multi-mode fiber as the optical fiber, by superposition of spatial modes, simultaneously simple and low-cost and uniformity of the illumination intensity, space (i.e., without being space limitations), the reduction of coherence can be achieved. さらに、ディスプレイ、計測装置、顕微鏡、露光装置などを、特に、光電変換効率の高い半導体レーザー等を用いて構成できる。 Further, the display, the measuring device, a microscope, an exposure apparatus and the like, in particular, can be constructed using high photoelectric conversion efficiency semiconductor laser. これによって、装置の高性能化、小型化、低コスト化が図れる。 Thus, performance of the apparatus, size reduction, cost reduction can be achieved.

【0111】 [0111]

【発明の効果】本発明のコヒーレンス低減方法によれば、固体レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、色素レーザー等の光源から出射されたコヒーレント光を、 According to the coherence reduction method of the present invention, a solid-state laser, semiconductor laser, gas laser, the coherent light emitted from the light source of the dye laser,
このコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に入射させるので、前記複数の光ファイバーから出射される光ビームは相互に可干渉性を有しておらず、従って、前記光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンスが低減された実質的にインコヒーレントな光ビームが出射される。 Since the length over the coherence length of the coherent light to be incident on the optical fiber group including a plurality of different optical fibers to each other, the light beams emitted from the plurality of optical fibers has no coherence with each other, therefore, from the light emitting side fiber bundle portion, substantially incoherent light beam coherence is reduced is emitted. これは、光ビームの一部光路を前記光ファイバー群で構成すればよく、光のコヒーレンス低減が簡易な構成で実現される。 It may be configured part optical path of the light beam in the optical fiber group, the coherence reduction of light is realized with a simple configuration.

【0112】また、本発明のコヒーレンス低減装置によれば、本発明のコヒーレント低減方法を再現性良く実施できる。 [0112] Further, according to the coherence reducing apparatus of the present invention can be carried out with good reproducibility coherent reduction method of the present invention.

【0113】本発明の照明方法によれば、固体レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、色素レーザー等の光源から出射されたコヒーレント光を、このコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に入射させるので、 According to the illumination method of the [0113] present invention, a solid-state laser, semiconductor laser, gas laser, the coherent light emitted from a light source of a dye laser, a plurality of different coherence length or the length of the coherent light from each other optical fiber since to be incident on the optical fiber group including,
前記複数の光ファイバーから出射される光ビームは相互に可干渉性を有しておらず、従って、前記光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンスが低減された実質的にインコヒーレントな光ビームが照明光として出射される。 Light beams emitted from the plurality of optical fibers has no coherence with each other, therefore, from the light emitting side fiber bundle portion, substantially the reduced coherence incoherent light beam illuminating light It is emitted as. これは、光源から出射されるコヒーレント光の一部光路を前記光ファイバー群で構成すればよく、照明光のコヒーレンス低減が簡易な構成で実現される。 It may be configured part optical path of the coherent light emitted from the light source in the optical fiber group, the coherence reduction of the illumination light can be realized with a simple configuration. つまり、前記光ビームは、光のコヒーレンスが低減されているので、スペックルが抑制され、さらに、強度が高く優れた指向性を有する照明光として利用される。 That is, the light beam, since the coherence of light is reduced, speckle can be suppressed, further, is used as illumination light intensity having a high excellent directivity.

【0114】また、本発明の照明装置は、本発明の照明方法を再現性良く実施できる。 [0114] The illumination device of the present invention can reproducibly implement an illumination method of the present invention.

【0115】本発明のバンドルファイバーによれば、前記コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さの互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群が、少なくとも光出射側で束ねられているので、このバンドルファイバーを介して、コヒーレントな光ビームを、強度が高く優れた指向性を有すると同時にコヒーレンスの低減した光ビームに変換できる。 According to the bundle fiber [0115] The present invention, an optical fiber group including a plurality of different optical fiber lengths than the coherence length of the coherent light, since the bundled at least a light emitting side, via the fiber bundle Te, a coherent light beam, can be converted to reduced light beams at the same time coherence the strength having high excellent directivity.

【図面の簡単な説明】 Brief Description of the Drawings

【図1】本発明に基づくバンドルファイバーの概略模式図(A)、その入射端又は出射端の概略正面図(B)である。 1 is a schematic schematic diagram of a fiber bundle according to the present invention (A), its is a schematic front view of the entrance end or the exit end (B).

【図2】本発明の第1の実施の形態を示す概略模式図である。 Figure 2 is a schematic diagram illustrating a first embodiment of the present invention.

【図3】同、第2の実施の形態を示す概略模式図である。 [3] the a schematic view showing a second embodiment.

【図4】同、第2の実施の形態を示す他の概略模式図である。 [4] the a second another schematic diagram illustrating an embodiment of.

【図5】同、第3の実施の形態を示す概略模式図である。 [5] the a schematic view showing a third embodiment.

【図6】同、第3の実施の形態を示す他の概略模式図である。 [6] the is another schematic diagram showing a third embodiment.

【図7】同、第4の実施の形態を示す概略模式図である。 [7] the a schematic view showing a fourth embodiment.

【図8】同、第4の実施の形態を示す他の概略模式図である。 [8] the is another schematic diagram showing a fourth embodiment.

【図9】同、第5の実施の形態を示す概略模式図である。 [9] the a schematic view showing a fifth embodiment.

【図10】同、第6の実施の形態を示す概略模式図である。 [10] the a schematic view showing a sixth embodiment.

【図11】同、第7の実施の形態を示す概略模式図である。 [11] the a schematic view showing a seventh embodiment.

【図12】本発明に基づくバンドルファイバーの他の概略模式図である。 12 is another schematic view of a fiber bundle according to the present invention.

【図13】従来のフライアイレンズを用いた照明装置の一部概略模式図である。 13 is a partially schematic view of an illumination apparatus using the conventional fly-eye lens.

【図14】同、プリズムを用いた照明装置の一部概略模式図である。 [14] the a part schematic view of an illumination device using the prism.

【図15】コヒーレンス制御の必要性を説明するための概略模式図である。 15 is a schematic view for explaining the need for coherence control.

【図16】同、他の概略模式図である。 [16] the, other schematic view.

【図17】光ファイバー中のモード分散によるコヒーレンス低下の原理を示す概略模式図である。 17 is a schematic diagram showing the principle of coherence reduction due to mode dispersion in optical fibers.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…バンドルファイバー、2a、2b、2c、2d…光ファイバー、3…入射端、4…出射端、5…クラッド、 1 ... fiber bundle, 2a, 2b, 2c, 2d ... optical fiber, 3 ... incident end, 4 ... exit end, 5 ... cladding,
6…コア、8…折り返し部、10…レーザー発振器、1 6 ... core, 8 ... the folded portion, 10 ... laser oscillator, 1
1…レンズ、12…バンドルファイバー、13…光ファイバー、14…レンズ、15…空間変調器、16…投影レンズ、17…スクリーン、21a、21b、21c、 1 ... lens, 12 ... fiber bundle, 13 ... optical fiber, 14 ... lens, 15 ... spatial modulator, 16 ... projection lens, 17 ... screen, 21a, 21b, 21c,
25a、25b、25c、…半導体レーザー、20、2 25a, 25b, 25c, ... semiconductor laser, 20, 2
2a、22b、22c…レンズ、23a、23b、23 2a, 22b, 22c ... lens, 23a, 23b, 23
c、26a、26b、26c、27a、27b、27 c, 26a, 26b, 26c, 27a, 27b, 27
c、28…バンドルファイバー、31、31a、31 c, 28 ... fiber bundle, 31,31a, 31
b、31c…レーザーカプラーユニット、32a…P偏光半導体レーザー、32b…S偏光半導体レーザー、3 b, 31c ... laser coupler unit, 32a ... P-polarized semiconductor laser, 32 b ... S-polarized semiconductor laser, 3
3a、33b…レンズ、34…ミラー、35…偏光ビームスプリッター、36、36a、36b、36c…レンズ、37、37a、37b、37c…バンドルファイバー、38…結合器、40…反射型空間変調器、41…ビームスプリッター、42、42a、42b、42c…空間変調器ユニット、43…ダイクロイックミラー、45 3a, 33b ... lens, 34 ... mirror, 35 ... polarizing beam splitter, 36, 36a, 36b, 36c ... lens, 37, 37a, 37b, 37c ... bundle fiber, 38 ... coupler, 40 ... reflective spatial modulator, 41 ... beam splitter, 42, 42a, 42b, 42c ... spatial modulator unit, 43 ... dichroic mirror, 45
…バンドルファイバー、46…計測対象、47…計測面、48…観察光学系、49…受光器、51…バンドルファイバー、52…コンデンサーレンズ、53…非照明物体、54…対物レンズ、55…像、60…バンドルファイバー、61…コリメータレンズ、62…ビームスプリッター、63…参照鏡、64…ミラー、65…観察面、66…三次元形状を有するサンプル、67…生体サンプル、71…フライアレイレンズ、72…レンズ、7 ... fiber bundle, 46 ... measurement target, 47 ... measurement surface, 48 ... observation optical system 49 ... light receiver 51 ... fiber bundle, 52 ... condenser lens, 53 ... non-illuminated object, 54 ... objective lens, 55 ... image, 60 ... fiber bundle, 61 ... collimator lens, 62 ... beam splitter, 63 ... reference mirror, 64 ... mirror, 65 ... viewing surface, the sample having 66 ... three-dimensional shape, 67 ... biological sample, 71 ... fly array lenses, 72 ... lens, 7
3…マスク、75…プリズム、80…物体、81…レンズ、82…スクリーン、83…像、84…観察者、85 3 ... mask, 75 ... prisms, 80 ... object, 81 ... lens, 82 ... screen, 83 ... image, 84 ... observer 85
…物体、86…レンズ、87…スクリーン、88…眼球、89…網膜、90、91…光ビーム、92…光ファイバー、93…コア、94…クラッド ... the object, 86 ... lens, 87 ... screen, 88 ... eye, 89 ... retina, 90, 91 ... light beam, 92 ... fiber, 93 ... core, 94 ... clad

Claims (37)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に前記コヒーレント光を入射させ、 この光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部からコヒーレンスが低減された光を出射する、光のコヒーレンス低減方法。 1. A are incident the coherent light to the optical fiber group including a coherent light plurality of optical fibers length than the coherence length are different from each other, the coherence is reduced from the light emitting side fiber bundle portion which bundles the fiber group for emitting light, coherence reduction method of the light.
  2. 【請求項2】 前記光ファイバー群の光入射位置を、各光ファイバー間で同一若しくはほぼ同一とする、請求項1に記載した光のコヒーレンス低減方法。 Wherein the light incident position of the optical fiber group is identical or substantially identical to the between the optical fibers, the coherence reduction method of light according to claim 1.
  3. 【請求項3】 前記光ファイバー群を光入射位置で束ねる、請求項2に記載した光のコヒーレンス低減方法。 3. A bundling the light incident position said optical fiber group, the coherence reduction method of light according to claim 2.
  4. 【請求項4】 前記複数の光ファイバーのいずれかを曲げることにより、これらの光ファイバーの長さを互いに異ならせる、請求項1に記載した光のコヒーレンス低減方法。 By wherein bending the one of the plurality of optical fibers, varying the length of these optical fibers to each other, the coherence reduction method of light according to claim 1.
  5. 【請求項5】 前記光ファイバーとして多モード光ファイバーを用いる、請求項1に記載した光のコヒーレンス低減方法。 5. use of multimode optical fiber as the optical fiber, the coherence reduction method of light according to claim 1.
  6. 【請求項6】 前記コヒーレント光を可視域のレーザー光とする、請求項1に記載した光のコヒーレンス低減方法。 6. the laser light in the visible range of the coherent light, the coherence reduction method of light according to claim 1.
  7. 【請求項7】 前記光ファイバーとして中空多モード光ファイバーを用い、かつ、前記コヒーレント光を紫外域のレーザー光とする、請求項1に記載した光のコヒーレンス低減方法。 7. Using a hollow multi-mode optical fiber as the optical fiber, and the coherent light is a laser beam in the ultraviolet region, the coherence reduction method of light according to claim 1.
  8. 【請求項8】 コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含み、前記コヒーレント光を入射させる光ファイバー群を有し、 前記光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンスの低減された光が出射される、 8. coherence length than the length of the coherent light comprises a plurality of different optical fibers to each other, having an optical fiber group to be incident the coherent light from the light emitting side fiber bundle portion which bundles the fiber group, coherence reduction light is emitted, and
    光のコヒーレンス低減装置。 Coherence reducing device of light.
  9. 【請求項9】 前記光ファイバー群の光入射位置が、各光ファイバー間で同一若しくはほぼ同一となっている、 9. Light incident position of the optical fiber group, which is identical or substantially identical between the respective optical fiber,
    請求項8に記載した光のコヒーレンス低減装置。 Coherence reducing device of the light according to claim 8.
  10. 【請求項10】 前記光ファイバー群が光入射位置で束ねられている、請求項9に記載した光のコヒーレンス低減装置。 Wherein said optical fiber group are bundled in a light incident position, the coherence reduction device of the light according to claim 9.
  11. 【請求項11】 前記複数の光ファイバーのいずれかが曲げられており、これらの光ファイバーの長さが互いに異なっている、請求項8に記載した光のコヒーレンス低減装置。 Wherein said plurality of are either optical fiber is bent, the length of these fibers are different from each other, the coherence reduction device of the light according to claim 8.
  12. 【請求項12】 前記光ファイバーとして多モード光ファイバーが用いられている、請求項8に記載した光のコヒーレンス低減装置。 [12.] multimode optical fiber is used as the optical fiber, the coherence reduction device of the light according to claim 8.
  13. 【請求項13】 前記コヒーレント光として可視域のレーザー光が用いられている、請求項8に記載した光のコヒーレンス低減装置。 Wherein said laser beam in the visible region is used as a coherent light, coherence reducing device of the light according to claim 8.
  14. 【請求項14】 前記光ファイバーとして中空多モード光ファイバーが用いられ、かつ、前記コヒーレント光として紫外域のレーザー光が用いられている、請求項8に記載した光のコヒーレンス低減装置。 14. The hollow multi-mode optical fiber is used as the optical fiber, and the laser light in the ultraviolet region is used as a coherent light, coherence reducing device of the light according to claim 8.
  15. 【請求項15】 光源から出射されたコヒーレント光を、このコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群に入射させ、 この光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部からコヒーレンスが低減された光を照明光として出射する、照明方法。 15. The coherent light emitted from the light source, the coherence length than the length of the coherent light is incident to the optical fiber group including a plurality of different optical fibers to each other, the light emitting side fiber bundle portion which bundles the fiber group coherence from emits light with reduced as illumination light, the illumination method.
  16. 【請求項16】 前記光ファイバー群の光入射位置を、 16. The light incident position of the optical fiber group,
    各光ファイバー間で同一若しくはほぼ同一とする、請求項15に記載した照明方法。 It is the same or substantially the same between the optical fibers, lighting method of Claim 15.
  17. 【請求項17】 前記光ファイバー群を光入射位置で束ねる、請求項16に記載した照明方法。 17. bundling the light incident position said optical fiber group, the illumination method according to claim 16.
  18. 【請求項18】 前記複数の光ファイバーのいずれかを曲げることにより、これらの光ファイバーの長さを互いに異ならせる、請求項15に記載した照明方法。 By 18. Bending the one of the plurality of optical fibers, varying the length of these optical fibers to each other, lighting method of Claim 15.
  19. 【請求項19】 前記光ファイバーとして多モード光ファイバーを用いる、請求項15に記載した照明方法。 19. use of multimode optical fiber as the optical fiber, the lighting method of Claim 15.
  20. 【請求項20】 前記光源から出射されたコヒーレント光を可視域のレーザー光とする、請求項15に記載した照明方法。 20. a laser beam of visible coherent light emitted from the light source, the illumination method according to claim 15.
  21. 【請求項21】 前記光ファイバーとして中空多モード光ファイバーを用い、かつ、前記光源から出射されたコヒーレント光を紫外域のレーザー光とする、請求項15 21. Using a hollow multi-mode optical fiber as the optical fiber, and the coherent light emitted from the light source to a laser beam in the ultraviolet region, claim 15
    に記載した照明方法。 Lighting the methods described.
  22. 【請求項22】 前記照明光を、表示装置、計測装置、 The method according to claim 22, wherein said illuminating light, a display device, measuring device,
    顕微鏡又は露光装置の光源として用いる、請求項15に記載した照明方法。 Used as a light source of the microscope or the exposure apparatus, the illumination method according to claim 15.
  23. 【請求項23】 コヒーレント光を出射する光源部と、 このコヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群とを有し、 前記光ファイバー群を束ねた光出射側ファイバーバンドル部から、コヒーレンスの低減された光が照明光として出射される、照明装置。 23. A light source unit for emitting coherent light, and a fiber group comprising a plurality of optical fibers coherence length over the length are different from each other coherent light, the light emitting side fiber bundle by bundling the optical fiber group from parts, reduced light coherence is emitted as illumination light, the illumination device.
  24. 【請求項24】 前記光ファイバー群の光入射位置が、 24. Light incident position of the optical fiber group,
    各光ファイバー間で同一若しくはほぼ同一となっている、請求項23に記載した照明装置。 Between the optical fibers have the same or substantially the same, illumination apparatus as set forth in claim 23.
  25. 【請求項25】 前記光ファイバー群が光入射位置で束ねられている、請求項24に記載した照明装置。 25. The optical fiber group are bundled in a light incident position, the lighting device according to claim 24.
  26. 【請求項26】 前記複数の光ファイバーのいずれかが曲げられており、これらの光ファイバーの長さが互いに異なっている、請求項23に記載した照明装置。 26. is bent one of the plurality of optical fibers, the length of these fibers are different from each other, the lighting device according to claim 23.
  27. 【請求項27】 前記光ファイバーとして多モード光ファイバーが用いられている、請求項23に記載した照明装置。 27. The multi-mode optical fiber is used as the optical fiber, the lighting device according to claim 23.
  28. 【請求項28】 前記光源部として可視域のレーザー光を出射するレーザーが用いられている、請求項23に記載した照明装置。 28. A laser for emitting a laser beam in a visible range is used as the light source unit, an illumination apparatus according to claim 23.
  29. 【請求項29】 前記光ファイバーとして中空多モード光ファイバーが用いられ、かつ、前記光源部として紫外域のレーザー光を出射するレーザーが用いられている、 29. The hollow multi-mode optical fiber is used as the optical fiber, and a laser for emitting a laser beam in the ultraviolet region is used as the light source unit,
    請求項23に記載した照明装置。 Lighting device according to claim 23.
  30. 【請求項30】 前記照明光が、表示装置、計測装置、 30. The illumination light, a display device, measuring device,
    顕微鏡又は露光装置の光源として用いられる、請求項2 Used as a light source of the microscope or the exposure apparatus, according to claim 2
    3に記載した照明装置。 Illumination apparatus as set forth in 3.
  31. 【請求項31】 コヒーレント光を導く複数の光ファイバーを束ねたバンドルファイバーであって、前記コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さの互いに異なる複数の光ファイバーを含む光ファイバー群が、少なくとも光出射側で束ねられている、バンドルファイバー。 31. A fiber bundle obtained by bundling a plurality of optical fibers for guiding coherent light, an optical fiber group including a plurality of different optical fiber lengths than the coherence length of the coherent light, bundled in at least a light emitting side and it has, fiber bundle.
  32. 【請求項32】 前記光ファイバー群の光入射位置が、 32. A light incident position of the optical fiber group,
    各光ファイバー間で同一若しくはほぼ同一とされている、請求項31に記載したバンドルファイバー。 Between the optical fibers is the same or substantially the same, fiber bundle according to claim 31.
  33. 【請求項33】 前記光ファイバー群が光入射位置で束ねられている、請求項32に記載したバンドルファイバー。 33. The optical fiber group are bundled in a light incident position, the bundle fiber according to claim 32.
  34. 【請求項34】 前記複数の光ファイバーのいずれかが曲げられており、これらの光ファイバーの長さが互いに異なっている、請求項31に記載したバンドルファイバー。 34. is bent one of the plurality of optical fibers, the length of these fibers are different from each other, the bundle fiber according to claim 31.
  35. 【請求項35】 前記光ファイバーとして多モード光ファイバーが用いられている、請求項31に記載したバンドルファイバー。 35. A multimode optical fiber as the optical fiber is used, fiber bundle according to claim 31.
  36. 【請求項36】 前記コヒーレント光として可視域のレーザー光が用いられる、請求項31に記載したバンドルファイバー。 36. The laser light in the visible region is used as the coherent light, fiber bundle according to claim 31.
  37. 【請求項37】 前記光ファイバーとして中空多モード光ファイバーが用いられ、かつ、前記コヒーレント光として紫外域のレーザー光が用いられる、請求項31に記載したバンドルファイバー。 37. The hollow multi-mode optical fiber is used as the optical fiber, and the laser light in the ultraviolet range is used as the coherent light, fiber bundle according to claim 31.
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