JPH11326826A - 照明方法及び照明装置 - Google Patents
照明方法及び照明装置Info
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- JPH11326826A JPH11326826A JP10130220A JP13022098A JPH11326826A JP H11326826 A JPH11326826 A JP H11326826A JP 10130220 A JP10130220 A JP 10130220A JP 13022098 A JP13022098 A JP 13022098A JP H11326826 A JPH11326826 A JP H11326826A
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2861—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using fibre optic delay lines and optical elements associated with them, e.g. for use in signal processing, e.g. filtering
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- Optics & Photonics (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光源の個数や光ビームの分割数を最適化し、
スペックルのコントラストを十分に低減した光ビームを
照明光として利用すること。 【解決手段】 Ｎ個（但し、Ｎは１以上の整数であ
る。）の光源１０から出射された波数のスペクトラム幅
Ｗのレーザー光をバンドルファイバー１２に導くことに
よってＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数である。）し、
各光ビームに可干渉距離以上の光路差を与えた後、再び
光軸を合わせた光ビームによって空間変調器１５を照明
するに際し、空間変調器１５による像を結像する光学系
において、空間変調器１５上の一点から、それに対応す
る像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有するとき
に、下記式Ａ 【数４９】 で表される関係を満たすように、前記Ｍ及び前記Ｎを設
定する。
スペックルのコントラストを十分に低減した光ビームを
照明光として利用すること。 【解決手段】 Ｎ個（但し、Ｎは１以上の整数であ
る。）の光源１０から出射された波数のスペクトラム幅
Ｗのレーザー光をバンドルファイバー１２に導くことに
よってＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数である。）し、
各光ビームに可干渉距離以上の光路差を与えた後、再び
光軸を合わせた光ビームによって空間変調器１５を照明
するに際し、空間変調器１５による像を結像する光学系
において、空間変調器１５上の一点から、それに対応す
る像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有するとき
に、下記式Ａ 【数４９】 で表される関係を満たすように、前記Ｍ及び前記Ｎを設
定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置、計測装
置、顕微鏡、露光装置等の照明用光ビームを生ぜしめる
照明方法、及び、照明装置に関するものである。
置、顕微鏡、露光装置等の照明用光ビームを生ぜしめる
照明方法、及び、照明装置に関するものである。
【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、
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。
計測装置等の照明装置に用いる照明光の光源としては、
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。
【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行われている。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。
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行われている。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。
【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。
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。
【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。
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。
【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（ライトバルブ）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。
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（ライトバルブ）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。
【０００７】スペックルのコントラストは、光源の波長
幅に強く依存することが知られている。光源の中心波長
をλ0 、波長スペクトラム（spectrum）の半値全幅をΔ
λ、波数のスペクトラム幅Ｗ、波数のスペクトラムをＳ
（ｋ）、即ち、
幅に強く依存することが知られている。光源の中心波長
をλ0 、波長スペクトラム（spectrum）の半値全幅をΔ
λ、波数のスペクトラム幅Ｗ、波数のスペクトラムをＳ
（ｋ）、即ち、
【数１３】 として、この光を用いて物体を照明し、その物体を結像
する光学系が物体上の一点からそれぞれに対応する像上
までの光路長差がσz の標準偏差のゆらぎを持つ時に、
照明強度の平均値＜Ｉ＞に対して、スペックトルの強度
の標準偏差σI は、
する光学系が物体上の一点からそれぞれに対応する像上
までの光路長差がσz の標準偏差のゆらぎを持つ時に、
照明強度の平均値＜Ｉ＞に対して、スペックトルの強度
の標準偏差σI は、
【数１４】 で与えられることが知られている（G.Parry, "Laser Sp
eckle and Related Phenomena", pp.93, Springer-Verl
ag, 1984参照) 。
eckle and Related Phenomena", pp.93, Springer-Verl
ag, 1984参照) 。
【０００８】また、Ｎ個の互いにインコヒーレントであ
り（即ち、相互に干渉しない）、無相関なスペックルパ
ターンを重ね合わせたとき、その和は、各スペックルパ
ターンの強度和となる。このとき、スペックルのコント
ラストは、１／√Ｎに低下する。
り（即ち、相互に干渉しない）、無相関なスペックルパ
ターンを重ね合わせたとき、その和は、各スペックルパ
ターンの強度和となる。このとき、スペックルのコント
ラストは、１／√Ｎに低下する。
【０００９】例えば、Ｎ本の光ファイバーをバンドルし
て、それぞれの光ファイバーの長さをコヒーレンス長以
上変えれば、各光ファイバー間の干渉は無視できるよう
になる。この時のスペックルは、各光ファイバーによっ
て生じるスペックルパターンＩ1 、Ｉ2 ・・・ＩN の強
度の重ね合わせである。従って、スペックルのコントラ
ストは平均化（均一化）によって低下する。
て、それぞれの光ファイバーの長さをコヒーレンス長以
上変えれば、各光ファイバー間の干渉は無視できるよう
になる。この時のスペックルは、各光ファイバーによっ
て生じるスペックルパターンＩ1 、Ｉ2 ・・・ＩN の強
度の重ね合わせである。従って、スペックルのコントラ
ストは平均化（均一化）によって低下する。
【００１０】これについて文献（E.G.Rawson, J.W.Good
man, R.E.Norton, J.O.S.A. 70, 968-976, 1980, Appen
dix ）を参照に説明する。
man, R.E.Norton, J.O.S.A. 70, 968-976, 1980, Appen
dix ）を参照に説明する。
【００１１】まず、各光ファイバーからのスペックルパ
ターンの空間的平均強度を任意、また、各スペックルの
コントラストをＬとすると、
ターンの空間的平均強度を任意、また、各スペックルの
コントラストをＬとすると、
【数１５】 となる。
【００１２】このとき、次式で表され、重ね合わせの結
果によって生じるスペックルのコントラストＣと、実効
的なスペックルの多重度Neff（Ｎeff ）を求める。スペ
ックルのコントラストＣは、
果によって生じるスペックルのコントラストＣと、実効
的なスペックルの多重度Neff（Ｎeff ）を求める。スペ
ックルのコントラストＣは、
【数１６】 で表され、また、全体の和のアンサンブル平均強度は、
次式の如く、各アンサンブル平均強度の和として得られ
る。
次式の如く、各アンサンブル平均強度の和として得られ
る。
【数１７】
【００１３】この時、分散σI 2 は、
【数１８】 で表され、ｋ番目のスペックルとＬ番目のスペックルパ
ターンの相関係数をρkLとすれば、
ターンの相関係数をρkLとすれば、
【数１９】 となる。
【００１４】ここで、Ｌ番目のコントラストの仮定と
【数２０】 との関係により、
【数２１】 となり、従って、全スペックルのパターンの和のコント
ラストは、
ラストは、
【数２２】 となる。つまり、実効的なスペックルの多重度Neff（Ｎ
eff ）は、
eff ）は、
【数２３】 となる。
【００１５】ここで、Ｎ個のスペックルパターンが互い
に全て無相関であれば、
に全て無相関であれば、
【数２４】 であり、このとき、
【数２５】 が成り立つ。つまり、無相関で強度が等しいスペックル
パターンをＮ個重ね合わせれば、コントラストは１／√
Ｎになる。
パターンをＮ個重ね合わせれば、コントラストは１／√
Ｎになる。
【００１６】Fujii らは、空間的に部分コヒーレントな
照明によるランダム位相物体の像に生じるスペックルの
コントラストを求めた（H.Fujii, T.Asakura, Opt. Com
m. 12, 32-38, 1974参照）。
照明によるランダム位相物体の像に生じるスペックルの
コントラストを求めた（H.Fujii, T.Asakura, Opt. Com
m. 12, 32-38, 1974参照）。
【００１７】それによれば、スペックルのコントラスト
Ｃは、
Ｃは、
【数２６】 で表されている。ここで、Γは物体の２点間における電
場振幅の相関関数、Κは振幅伝達関数、Ｒは物体の位相
の相関関数をそれぞれ示す。
場振幅の相関関数、Κは振幅伝達関数、Ｒは物体の位相
の相関関数をそれぞれ示す。
【００１８】典型的な数値例について、これらの関数を
三角形の領域で近似計算すれば、次のような結果が得ら
れる。
三角形の領域で近似計算すれば、次のような結果が得ら
れる。
【００１９】即ち、光学系の振幅インパルス応答の解像
度ｋm ＝１．８μｍ、空間的コヒーレント長ＬC ＝１５
μｍとし、物体粗面の粗さを相関長αで表し、相関長α
を０．１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、
５．０μｍ、１０．０μｍとそれぞれのパラメーターを
変え、スペックルのコントラストを縦軸にプロットする
と、図２１に示す如くグラフが得られる。ここで、図２
１のグラフの横軸＜φ2 ＞は、深さの２乗平均である。
度ｋm ＝１．８μｍ、空間的コヒーレント長ＬC ＝１５
μｍとし、物体粗面の粗さを相関長αで表し、相関長α
を０．１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、
５．０μｍ、１０．０μｍとそれぞれのパラメーターを
変え、スペックルのコントラストを縦軸にプロットする
と、図２１に示す如くグラフが得られる。ここで、図２
１のグラフの横軸＜φ2 ＞は、深さの２乗平均である。
【００２０】つまり、物体が十分に粗い粗面の場合、＜
φ2 ＞は増加し、αは減少する。通常のスクリーンなど
は十分に粗い面を有していると考えてよい。また、図２
１に示したグラフから、この計算例に対するスペックル
のコントラストは、約０．８５程度になる。
φ2 ＞は増加し、αは減少する。通常のスクリーンなど
は十分に粗い面を有していると考えてよい。また、図２
１に示したグラフから、この計算例に対するスペックル
のコントラストは、約０．８５程度になる。
【００２１】ところで、スペックル（スペックルパター
ン）は、近年、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、これに対する対策が進められている。
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。
ン）は、近年、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、これに対する対策が進められている。
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。
【００２２】半導体の露光装置においては、コヒーレン
スの制御、即ちスペックル対策として、例えば図１６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６０−２３０６２９号公報参照）。
スの制御、即ちスペックル対策として、例えば図１６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６０−２３０６２９号公報参照）。
【００２３】しかしながら、この方法では、フライアイ
レンズ７１のエレメント長が大きくなり、また、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。
レンズ７１のエレメント長が大きくなり、また、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。
【００２４】また、同様の効果を、図１７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）。しかしなが
ら、この方法は、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。
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）。しかしなが
ら、この方法は、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。
【００２５】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
ス低減のためにエレメントが巨大化するという問題があ
った。
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
ス低減のためにエレメントが巨大化するという問題があ
った。
【００２６】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。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。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。
多く提案されている。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。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。
【００２７】即ち、図１８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。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
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。
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。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
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。
【００２８】さらに、図１９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。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上
に生じ、この結像過程でもスペックルが発生する。ま
た、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、肉眼（網膜８９）上で２次のスペックルが生じる。
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。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上
に生じ、この結像過程でもスペックルが発生する。ま
た、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、肉眼（網膜８９）上で２次のスペックルが生じる。
【００２９】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。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, RobertE.Nort
on, Joseph W.Goodman,“Speckle-free rear-projectio
n screen usingtwo close screens in slow relative m
otion,”Journal of Optical Society of America, Vo
l.66, No.11, November 1976, pp 1290-1294 参照）。
しかしながら、これは実用上はなはだ不便である。
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。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, RobertE.Nort
on, Joseph W.Goodman,“Speckle-free rear-projectio
n screen usingtwo close screens in slow relative m
otion,”Journal of Optical Society of America, Vo
l.66, No.11, November 1976, pp 1290-1294 参照）。
しかしながら、これは実用上はなはだ不便である。
【００３０】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。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。
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。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。
【００３１】また、ガラスファイバーは、可視短波長域
では散乱が増加し、その透過率が低下する。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
束（多モードファイバーバンドル）などに限られてき
た。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。
では散乱が増加し、その透過率が低下する。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
束（多モードファイバーバンドル）などに限られてき
た。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。
【００３２】これに関連して、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（Ta
kaaki Ishigure, Eisuke Nihei, and Yasuhiro Koike,
"Graded-index polymer optical fiber for high-spee
d data communication" ,Applied Optics, Vol.33, No.
19, 1.July 1994, pp4261-4266 参照）。
ード光ファイバーが開発されて、注目を集めている（Ta
kaaki Ishigure, Eisuke Nihei, and Yasuhiro Koike,
"Graded-index polymer optical fiber for high-spee
d data communication" ,Applied Optics, Vol.33, No.
19, 1.July 1994, pp4261-4266 参照）。
【００３３】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。さらに、多モード
分散も通常のガラスファイバーに比べて非常に大きい。
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。さらに、多モード
分散も通常のガラスファイバーに比べて非常に大きい。
【００３４】また、最近では、紫外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
講演会予稿集、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）。
空導波路も研究されている（第５８回応用物理学会学術
講演会予稿集、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）。
【００３５】ところで、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、１９７
９年６月 ｐ１２８−１３４参照）。
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、１９７
９年６月 ｐ１２８−１３４参照）。
【００３６】即ち、図２０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
（ｔ1、ｔ2 及びｔ3 ）に入射した光ビームに対応する
ようになる。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。
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
（ｔ1、ｔ2 及びｔ3 ）に入射した光ビームに対応する
ようになる。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。
【００３７】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、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光
ファイバーが必要となる。
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、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光
ファイバーが必要となる。
【００３８】
【発明が解決しようとする課題】このような実情に鑑み
て、近年では、光源のコヒーレント長以上長さの異なる
光ファイバーのバンドル（バンドルファイバー）を用い
てスペックルを低減させることが提案されている（D.Ko
hler, W.L.Seitz, T.R.Loree and S.D.Gardner,"Speckl
e reduction in pulsed-laser phtographs", Optics Co
mmunications, 12, pp.24-28, 1974 、Benjamin Dingel
and Satoshi Kawata, "Laser-diode microscope with
fiber illumination", Optics Communications, 93, p
p.27-32, 1992 、B.Dingel, S.Kawata, S.Minami, "Spe
ckle reduction with virtual incoherent laser illum
ination using a modified fiber array", Optik, 3, 1
32-136, 1993参照）。また、これについては、本出願人
も提案している（特願平１０−２５６４６号：出願日平
成１０年２月６日）。
て、近年では、光源のコヒーレント長以上長さの異なる
光ファイバーのバンドル（バンドルファイバー）を用い
てスペックルを低減させることが提案されている（D.Ko
hler, W.L.Seitz, T.R.Loree and S.D.Gardner,"Speckl
e reduction in pulsed-laser phtographs", Optics Co
mmunications, 12, pp.24-28, 1974 、Benjamin Dingel
and Satoshi Kawata, "Laser-diode microscope with
fiber illumination", Optics Communications, 93, p
p.27-32, 1992 、B.Dingel, S.Kawata, S.Minami, "Spe
ckle reduction with virtual incoherent laser illum
ination using a modified fiber array", Optik, 3, 1
32-136, 1993参照）。また、これについては、本出願人
も提案している（特願平１０−２５６４６号：出願日平
成１０年２月６日）。
【００３９】しかしながら、バンドルファイバーを用い
てスペックルを低減させる場合も含め、一般に、スペッ
クルのコントラストを十分に低減させるためには、光ビ
ームの分割数や光源の個数などを十分に考慮しなければ
ならない。
てスペックルを低減させる場合も含め、一般に、スペッ
クルのコントラストを十分に低減させるためには、光ビ
ームの分割数や光源の個数などを十分に考慮しなければ
ならない。
【００４０】例えば、人間の目においては、どの程度の
スペックルコントラストまで認識できるかというのは、
周囲の明るさ、色、個人差などによって異なる。しかし
ながら、一般には、画面内で１０％以内のムラであれば
許容でき、さらに５％以下であれば人間の目では認識で
きない。これは、動画と静止画、単色画像と多色画像と
でも異なるが、おおよそこの程度の値である。
スペックルコントラストまで認識できるかというのは、
周囲の明るさ、色、個人差などによって異なる。しかし
ながら、一般には、画面内で１０％以内のムラであれば
許容でき、さらに５％以下であれば人間の目では認識で
きない。これは、動画と静止画、単色画像と多色画像と
でも異なるが、おおよそこの程度の値である。
【００４１】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、光源の個数や光ビームの分割
数を最適化し、スペックルのコントラストが十分に低減
し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。
ものであり、その目的は、光源の個数や光ビームの分割
数を最適化し、スペックルのコントラストが十分に低減
し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。
【００４２】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、Ｎ個
（但し、Ｎは１以上の整数である。）の光源から出射さ
れた光ビームをＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数であ
る。）し、分割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長
差を与えた後、これら光ビームの光軸を再び合わせ、こ
れによって可干渉性の低減した光ビームを用いて被照明
体を照明するに際し、 前記被照明体を結像する光学系
において、前記被照明体上の一点から、それに対応する
像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有するときに、
下記式Ａ
（但し、Ｎは１以上の整数である。）の光源から出射さ
れた光ビームをＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数であ
る。）し、分割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長
差を与えた後、これら光ビームの光軸を再び合わせ、こ
れによって可干渉性の低減した光ビームを用いて被照明
体を照明するに際し、 前記被照明体を結像する光学系
において、前記被照明体上の一点から、それに対応する
像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有するときに、
下記式Ａ
【数２７】 （但し、前記式Ａにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎを設定す
る、照明方法（以下、本発明の第１の照明方法と称す
る。）に係るものである。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎを設定す
る、照明方法（以下、本発明の第１の照明方法と称す
る。）に係るものである。
【００４３】本発明の第１の照明方法によれば、Ｎ個の
光源から出射された光ビームをＭ分割して、分割後の光
ビームに可干渉距離以上の光路長差を与えた後、これら
光ビームの光軸を再び合わせ、これによって可干渉性の
低減した光ビームを用いて被照明体を照明するに際し、 前記被照明体を結像する光学系において、前記被照明体
上の一点から、それに対応する像上までの光路長差がσ
Z の標準偏差を有するときに、下記式Ａ
光源から出射された光ビームをＭ分割して、分割後の光
ビームに可干渉距離以上の光路長差を与えた後、これら
光ビームの光軸を再び合わせ、これによって可干渉性の
低減した光ビームを用いて被照明体を照明するに際し、 前記被照明体を結像する光学系において、前記被照明体
上の一点から、それに対応する像上までの光路長差がσ
Z の標準偏差を有するときに、下記式Ａ
【数２８】 で表される関係を満たすように、前記Ｍ及び前記Ｎを設
定するので、例えば人間の目において十分に許容できる
範囲（特にスペックルコントラストが１０％以下）にま
でスペックルを低減させることができ、これによってス
ペックルのコントラストが十分に低減した光ビームを照
明光として利用することができる。
定するので、例えば人間の目において十分に許容できる
範囲（特にスペックルコントラストが１０％以下）にま
でスペックルを低減させることができ、これによってス
ペックルのコントラストが十分に低減した光ビームを照
明光として利用することができる。
【００４４】なお、前記被照明体上の一点から、それに
対応する像上までの光路長差の標準偏差σZ は、例え
ば、前記被照明物体を結像するスクリーンの表面粗さの
標準偏差σZ と対応するものである。また、前記Ｗは、
例えばレーザー光源から出射されたレーザー光の半値全
幅に対応するものである（以下、同様）。
対応する像上までの光路長差の標準偏差σZ は、例え
ば、前記被照明物体を結像するスクリーンの表面粗さの
標準偏差σZ と対応するものである。また、前記Ｗは、
例えばレーザー光源から出射されたレーザー光の半値全
幅に対応するものである（以下、同様）。
【００４５】また、本発明は、本発明の第１の照明方法
を再現性良く実施する装置として、Ｎ個（但し、Ｎは１
以上の整数である。）の光源から出射された光ビームを
Ｍ分割（但し、Ｍは２以上の整数である。）し、分割後
の光ビームに可干渉距離以上の光路長差を与えた後、こ
れら光ビームの光軸を再び合わせ、これにより可干渉性
の低減した光ビームによって被照明体を照明する照明装
置であって、前記被照明体を結像する光学系において、
前記被照明体上の一点から、それに対応する像上までの
光路長差がσZ の標準偏差を有するときに、下記式Ａ
を再現性良く実施する装置として、Ｎ個（但し、Ｎは１
以上の整数である。）の光源から出射された光ビームを
Ｍ分割（但し、Ｍは２以上の整数である。）し、分割後
の光ビームに可干渉距離以上の光路長差を与えた後、こ
れら光ビームの光軸を再び合わせ、これにより可干渉性
の低減した光ビームによって被照明体を照明する照明装
置であって、前記被照明体を結像する光学系において、
前記被照明体上の一点から、それに対応する像上までの
光路長差がσZ の標準偏差を有するときに、下記式Ａ
【数２９】 （但し、前記式Ａにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎが設定さ
れている、照明装置（以下、本発明の第１の照明装置と
称する。）を提供するものである。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎが設定さ
れている、照明装置（以下、本発明の第１の照明装置と
称する。）を提供するものである。
【００４６】また、本発明は、Ｎ’個（但し、Ｎ’は２
以上の整数である。）の光源から出射された光ビームの
光軸を合わせた後、前記光ビームの可干渉性を低減さ
せ、これによって可干渉性の低減した光ビームを用いて
被照明体を照明するに際し、前記被照明体を結像する光
学系において、前記被照明体上の一点から、それに対応
する像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有するとき
に、下記式Ｄ
以上の整数である。）の光源から出射された光ビームの
光軸を合わせた後、前記光ビームの可干渉性を低減さ
せ、これによって可干渉性の低減した光ビームを用いて
被照明体を照明するに際し、前記被照明体を結像する光
学系において、前記被照明体上の一点から、それに対応
する像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有するとき
に、下記式Ｄ
【数３０】 （但し、前記式Ｄにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定する、照明
方法（以下、本発明の第２の照明方法と称する。）を提
供するものである。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定する、照明
方法（以下、本発明の第２の照明方法と称する。）を提
供するものである。
【００４７】本発明の第２の照明方法によれば、Ｎ’個
の光源から出射された光ビームの光軸を合わせた後、前
記光ビームの可干渉性を低減させ、これによって可干渉
性の低減した光ビームを用いて被照明体を照明するに際
し、前記被照明体を結像する光学系において、前記被照
明体上の一点から、それに対応する像上までの光路長差
がσZ の標準偏差を有するときに、下記式Ｄ
の光源から出射された光ビームの光軸を合わせた後、前
記光ビームの可干渉性を低減させ、これによって可干渉
性の低減した光ビームを用いて被照明体を照明するに際
し、前記被照明体を結像する光学系において、前記被照
明体上の一点から、それに対応する像上までの光路長差
がσZ の標準偏差を有するときに、下記式Ｄ
【数３１】 で表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定するの
で、例えば人間の目において十分に許容できる範囲（特
にスペックルコントラスト１０％以下）にまでスペック
ルを低減させることができ、これによってスペックルの
コントラストが十分に低減した光ビームを照明光として
利用することができる。
で、例えば人間の目において十分に許容できる範囲（特
にスペックルコントラスト１０％以下）にまでスペック
ルを低減させることができ、これによってスペックルの
コントラストが十分に低減した光ビームを照明光として
利用することができる。
【００４８】さらに、本発明は、本発明の第２の照明方
法を再現性良く実施する装置として、Ｎ’個（但し、
Ｎ’は２以上の整数である。）の光源から出射された光
ビームの光軸を合わせた後、前記光ビームの可干渉性を
低減させ、これによって可干渉性の低減した光ビームを
用いて被照明体を照明する照明装置であって、前記被照
明体を結像する光学系において、前記被照明体上の一点
から、それに対応する像上までの光路長差がσZ の標準
偏差を有するときに、下記式Ｄ
法を再現性良く実施する装置として、Ｎ’個（但し、
Ｎ’は２以上の整数である。）の光源から出射された光
ビームの光軸を合わせた後、前記光ビームの可干渉性を
低減させ、これによって可干渉性の低減した光ビームを
用いて被照明体を照明する照明装置であって、前記被照
明体を結像する光学系において、前記被照明体上の一点
から、それに対応する像上までの光路長差がσZ の標準
偏差を有するときに、下記式Ｄ
【数３２】 （但し、前記式Ｄにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’が設定されてい
る、照明装置（以下、本発明の第２の照明装置と称す
る。）を提供するものである。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’が設定されてい
る、照明装置（以下、本発明の第２の照明装置と称す
る。）を提供するものである。
【００４９】
【発明の実施の形態】まず、本発明の第１の照明方法及
び第２の照明方法の作用を説明する。
び第２の照明方法の作用を説明する。
【００５０】本発明は、例えば、画像表示装置、計測装
置、若しくは顕微鏡などにおいて、特に、前記光ビーム
として、Ｎ個のほぼ同一波長を持つ光源の中心波長をλ
0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔλ、波数のスペク
トラム幅をＷ、波数のスペクトラムをＳ（ｋ）とする
と、下記式Ｂ及び式Ｃが成り立ち、
置、若しくは顕微鏡などにおいて、特に、前記光ビーム
として、Ｎ個のほぼ同一波長を持つ光源の中心波長をλ
0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔλ、波数のスペク
トラム幅をＷ、波数のスペクトラムをＳ（ｋ）とする
と、下記式Ｂ及び式Ｃが成り立ち、
【数３３】 さらに、それぞれの光源からの光をＭ分割し、各々に可
干渉距離以上の光路長差を与えた後、再び合波すること
で（或いは、それぞれの光源からの光を分割せずに前記
光ビームの可干渉性を低減させ）、可干渉性を低減させ
た光ビームを得て、この可干渉性の低減した光ビームを
用いて物体を照明し、その物体を結像する光学系が物体
上の一点からそれに対応する像上の点までの光路長差が
σZ の標準偏差のゆらぎを持つときに、
干渉距離以上の光路長差を与えた後、再び合波すること
で（或いは、それぞれの光源からの光を分割せずに前記
光ビームの可干渉性を低減させ）、可干渉性を低減させ
た光ビームを得て、この可干渉性の低減した光ビームを
用いて物体を照明し、その物体を結像する光学系が物体
上の一点からそれに対応する像上の点までの光路長差が
σZ の標準偏差のゆらぎを持つときに、
【数３４】 の関係を満たすものである。
【００５１】前記光源としては、特に半導体レーザー、
固体レーザー、及び、その高調波や和周波、差周波等の
非線形波長変換過程を経たレーザー光を用いることが望
ましい。また、レーザー光の波長としては、可視域だけ
でなく、紫外域や赤外域のレーザー光であってもよい。
そして、光源が１個（Ｎ＝１）の場合や、分波を行わな
い場合（Ｍ＝１）でも、前記の式Ａを満たせばよい。特
に、前記光路長差を与える手段としては、光ファイバー
を用いることが望ましい。
固体レーザー、及び、その高調波や和周波、差周波等の
非線形波長変換過程を経たレーザー光を用いることが望
ましい。また、レーザー光の波長としては、可視域だけ
でなく、紫外域や赤外域のレーザー光であってもよい。
そして、光源が１個（Ｎ＝１）の場合や、分波を行わな
い場合（Ｍ＝１）でも、前記の式Ａを満たせばよい。特
に、前記光路長差を与える手段としては、光ファイバー
を用いることが望ましい。
【００５２】即ち、Ｎ個の光源をＭ分割し、コヒーレン
ト長以上の光路長差を与えた後、すべての光ビームを合
波すれば、それぞれの成分はインコヒーレントとなって
いるので、Ｎ×Ｍ個のスペックルパターンの強度和が観
察されることになる。従って、スペックルのコントラス
トは、
ト長以上の光路長差を与えた後、すべての光ビームを合
波すれば、それぞれの成分はインコヒーレントとなって
いるので、Ｎ×Ｍ個のスペックルパターンの強度和が観
察されることになる。従って、スペックルのコントラス
トは、
【数３５】 となる。
【００５３】また、前記光源における光ビームの中心波
長をλ0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔλ、波数の
スペクトラム幅をＷ、波数のスペクトラムをＳ（ｋ）、
即ち、
長をλ0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔλ、波数の
スペクトラム幅をＷ、波数のスペクトラムをＳ（ｋ）、
即ち、
【数３６】 とすれば、照明強度の平均値＜Ｉ＞に対するスペックル
の強度の標準偏差がσIのとき、スペックルのコントラ
ストは、
の強度の標準偏差がσIのとき、スペックルのコントラ
ストは、
【数３７】 で表され、光源から出射されるレーザー光の波長幅が広
がれば、スペックルのコントラストは低下する。結像系
のスペックルのコントラストをＣI とすれば、結局、全
系のスペックルのコントラストＣは次式で与えられるこ
とになる。
がれば、スペックルのコントラストは低下する。結像系
のスペックルのコントラストをＣI とすれば、結局、全
系のスペックルのコントラストＣは次式で与えられるこ
とになる。
【数３８】
【００５４】この光ビームを照明光に用いて、スペック
ルによる画像劣化を避けて、ディスプレイ、計測器、露
光装置などを実現することができるが、この際、特にレ
ーザーディスプレイの場合のように、人間の目の視感度
の点からは、スペックルのコントラストＣが０．１以下
であることが目標となる。また、もし、コントラストＣ
I が０．１以下であれば、あえてスペックルの低減化を
図る必要がないので、ＣI が０．１以上である場合を考
える（ＣI ≧０．１）。
ルによる画像劣化を避けて、ディスプレイ、計測器、露
光装置などを実現することができるが、この際、特にレ
ーザーディスプレイの場合のように、人間の目の視感度
の点からは、スペックルのコントラストＣが０．１以下
であることが目標となる。また、もし、コントラストＣ
I が０．１以下であれば、あえてスペックルの低減化を
図る必要がないので、ＣI が０．１以上である場合を考
える（ＣI ≧０．１）。
【００５５】また、最終的に観察されるスペックルのコ
ントラストＣは、０．１以下であることが望ましい（Ｃ
≦０．１）。従って、前式に基づいて、下記式Ａ
ントラストＣは、０．１以下であることが望ましい（Ｃ
≦０．１）。従って、前式に基づいて、下記式Ａ
【数３９】 が成り立つことになる。これは、スペックルのコントラ
ストが１０％以下になるための条件であり、人間が像を
観察する場合、許容できる程度である。
ストが１０％以下になるための条件であり、人間が像を
観察する場合、許容できる程度である。
【００５６】特に、静止画などのスペックルのコントラ
ストに対する要求がさらに厳しい場合は、コントラスト
Ｃが５％以下であることが望ましい。この場合は、
ストに対する要求がさらに厳しい場合は、コントラスト
Ｃが５％以下であることが望ましい。この場合は、
【数４０】 であればよい。なお、応用分野が異なれば、スペックル
コントラストの許容範囲が変わってくるが、レーザーデ
ィスプレイのような表示装置の場合に要求されるスペッ
クルコントラスト（１０％以下、さらには５％以下）が
最も厳しい値であると考えられ、上述した範囲内であれ
ば計測装置、露光装置、顕微鏡などにも十分に対応可能
である。
コントラストの許容範囲が変わってくるが、レーザーデ
ィスプレイのような表示装置の場合に要求されるスペッ
クルコントラスト（１０％以下、さらには５％以下）が
最も厳しい値であると考えられ、上述した範囲内であれ
ば計測装置、露光装置、顕微鏡などにも十分に対応可能
である。
【００５７】本発明においては、上記の条件を満たして
いれば、光源の個数Ｎと分割数（分波数）Ｍは１より大
きければよい。即ち、本発明の第１の照明方法及び照明
装置は、光源の個数Ｎが１個以上であって分割数Ｍが２
以上の場合が考慮されており、また、本発明の第２の照
明方法及び照明装置は、光源の個数Ｎが２以上であって
分割数Ｍが１の場合が意図されている。
いれば、光源の個数Ｎと分割数（分波数）Ｍは１より大
きければよい。即ち、本発明の第１の照明方法及び照明
装置は、光源の個数Ｎが１個以上であって分割数Ｍが２
以上の場合が考慮されており、また、本発明の第２の照
明方法及び照明装置は、光源の個数Ｎが２以上であって
分割数Ｍが１の場合が意図されている。
【００５８】前記光源としては、取り扱いが容易な半導
体レーザーや、固体レーザー、さらには、その非線形光
学効果による波長変換光を用いることが応用上有利であ
る。特に、半導体レーザーは発振波長幅が広いので、波
数のスペクトラム幅Ｗが大きい。従って、レーザーの個
数や分波の個数を少なくできるので、光学系が簡潔にな
る。
体レーザーや、固体レーザー、さらには、その非線形光
学効果による波長変換光を用いることが応用上有利であ
る。特に、半導体レーザーは発振波長幅が広いので、波
数のスペクトラム幅Ｗが大きい。従って、レーザーの個
数や分波の個数を少なくできるので、光学系が簡潔にな
る。
【００５９】また、エキシマレーザーや固体レーザーの
波長変換による紫外光を前記光源として用いることも可
能である。このような短波長レーザー光を用いた照明装
置は、高い解像力を持つので、特に露光装置に適してい
る。
波長変換による紫外光を前記光源として用いることも可
能である。このような短波長レーザー光を用いた照明装
置は、高い解像力を持つので、特に露光装置に適してい
る。
【００６０】さらに、光路長に差をつけるための手段と
しては、長さを変えた光ファイバーのバンドルを用いる
のが簡便である。その他、前述のプリズム（図１７参
照）や、フライアイレンズ（図１６参照）などの手段を
用いてもよい。
しては、長さを変えた光ファイバーのバンドルを用いる
のが簡便である。その他、前述のプリズム（図１７参
照）や、フライアイレンズ（図１６参照）などの手段を
用いてもよい。
【００６１】なお、本発明に基づく照明装置は、ディス
プレイのみならず、顕微鏡や計測装置、さらには露光装
置等に応用することは勿論可能である。
プレイのみならず、顕微鏡や計測装置、さらには露光装
置等に応用することは勿論可能である。
【００６２】次に、本発明の第１の照明方法及び第１の
照明装置についてさらに詳細に説明する。
照明装置についてさらに詳細に説明する。
【００６３】本発明の第１の照明方法及び第１の照明装
置においては、前記光源から出射される光ビームに関し
て、前記光ビームの中心波長をλ0 、波長スペクトラム
の半値全幅をΔλ、波数のスペクトラム幅をＷ、波数の
スペクトラムをＳ（ｋ）とすると、下記式Ｂ及び式Ｃ
置においては、前記光源から出射される光ビームに関し
て、前記光ビームの中心波長をλ0 、波長スペクトラム
の半値全幅をΔλ、波数のスペクトラム幅をＷ、波数の
スペクトラムをＳ（ｋ）とすると、下記式Ｂ及び式Ｃ
【数４１】 が成立していることが望ましい。
【００６４】また、下記式Ａ’
【数４２】 で表される関係を満たすように前記Ｍ及びＮを設定する
ことが望ましい。このように設定することで、スペック
ルのコントラストをさらに５％以下に抑えることができ
る。
ことが望ましい。このように設定することで、スペック
ルのコントラストをさらに５％以下に抑えることができ
る。
【００６５】また、前記分割後の光ビームに対して可干
渉距離以上の光路長差を与えるために、前記光源から出
射された光ビームを、前記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束ねた光ファイバー群に
入射することが望ましい。この光ファイバーとしては多
モード光ファイバーを用いることが望ましい。
渉距離以上の光路長差を与えるために、前記光源から出
射された光ビームを、前記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束ねた光ファイバー群に
入射することが望ましい。この光ファイバーとしては多
モード光ファイバーを用いることが望ましい。
【００６６】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。さらに、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。
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。さらに、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。
【００６７】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。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、
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。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。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。
がったことになり、空間コヒーレンスが低下する。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、
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。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。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。
【００６８】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。
分散について、詳しく説明する。
【００６９】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）
で与えられる。 Ｎ≡Ｖ2 ／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。 Ｖ＝ｋ0 ａ（ｎ1 2−ｎ2 2）1/2 ・・・式（２） 〔前記式（２）において、ｋ0 は真空中の波数（＝ω／
ｃ：但し、ωは角周波数、ｃは光速度）、ｎ1 はコア屈
折率、ｎ2 はクラッド屈折率、ａはコア半径をそれぞれ
示す。〕
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）
で与えられる。 Ｎ≡Ｖ2 ／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。 Ｖ＝ｋ0 ａ（ｎ1 2−ｎ2 2）1/2 ・・・式（２） 〔前記式（２）において、ｋ0 は真空中の波数（＝ω／
ｃ：但し、ωは角周波数、ｃは光速度）、ｎ1 はコア屈
折率、ｎ2 はクラッド屈折率、ａはコア半径をそれぞれ
示す。〕
【００７０】例えば、コア半径ａが５００μｍ径であ
り、コア屈折率ｎ1 、クラッド屈折率ｎ2 がそれぞれｎ
1 ＝１．４９２、ｎ2 ＝１．４５６のプラスチックファ
イバーに波長５００ｎｍの光ビームを入射すると、閉じ
込め総モード数Ｎは約５００，０００モードになる。即
ち、多モードファイバー中では、モード分散により、パ
ルスは大きく広がる。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。
り、コア屈折率ｎ1 、クラッド屈折率ｎ2 がそれぞれｎ
1 ＝１．４９２、ｎ2 ＝１．４５６のプラスチックファ
イバーに波長５００ｎｍの光ビームを入射すると、閉じ
込め総モード数Ｎは約５００，０００モードになる。即
ち、多モードファイバー中では、モード分散により、パ
ルスは大きく広がる。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。
【００７１】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。 ｃ〔（ｎ1 Ｌ／ｃ）−（ｎ2 Ｌ／ｃ）〕＝（ｎ1 −ｎ2 ）Ｌ・・・式（３）
パルスの先頭と後尾の距離は、下記式（３）で表され
る。 ｃ〔（ｎ1 Ｌ／ｃ）−（ｎ2 Ｌ／ｃ）〕＝（ｎ1 −ｎ2 ）Ｌ・・・式（３）
【００７２】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。
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。
【００７３】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。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。従って、多モード光
ファイバーを伝搬する光ビームの時間コヒーレンスは低
減することになる。
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。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。従って、多モード光
ファイバーを伝搬する光ビームの時間コヒーレンスは低
減することになる。
【００７４】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。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、そ
のためには、ファイバーの長さＬが、 Ｌ＞（ａ／ｎ1 −ｎ2 ） であればよい（但し、ａ、ｎ1 及びｎ2 は前述したもの
と同様である）。
合わせにより、空間的コヒーレンスが低下する。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、そ
のためには、ファイバーの長さＬが、 Ｌ＞（ａ／ｎ1 −ｎ2 ） であればよい（但し、ａ、ｎ1 及びｎ2 は前述したもの
と同様である）。
【００７５】この多モード光ファイバーを伝搬する光ビ
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。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。
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。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。
【００７６】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。つまり、１
ｍ、５ｍ、１０ｍ、５０ｍで、それぞれ９７．７％、８
９．１％、７９．４％、３１．６％の内部透過率とな
る。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）
に対しては、十分許容できる程度である。
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。つまり、１
ｍ、５ｍ、１０ｍ、５０ｍで、それぞれ９７．７％、８
９．１％、７９．４％、３１．６％の内部透過率とな
る。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）
に対しては、十分許容できる程度である。
【００７７】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。また、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。
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。また、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。
【００７８】また、本発明の第１の照明方法及び第１の
照明装置においては、前記光源から出射される光ビーム
を可視光波長領域のレーザー光とし、前記被照明体とし
てフィルム又は空間変調器を照明することができる。但
し、例えば、紫外光波長領域のレーザー光を用い、短波
長レーザー光による露光装置の照明光源として利用する
ことも可能である。
照明装置においては、前記光源から出射される光ビーム
を可視光波長領域のレーザー光とし、前記被照明体とし
てフィルム又は空間変調器を照明することができる。但
し、例えば、紫外光波長領域のレーザー光を用い、短波
長レーザー光による露光装置の照明光源として利用する
ことも可能である。
【００７９】前記光ビームは、半導体レーザーから出射
されたレーザー光、或いは、固体レーザー（例えば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧなど）から出射されたレーザー光の非線形波
長変換によるレーザー光とすることが望ましい。但し、
例えば、気体レーザーや色素レーザーなど、その他の任
意のレーザー光源（又はその高調波）を適宜使用でき
る。
されたレーザー光、或いは、固体レーザー（例えば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧなど）から出射されたレーザー光の非線形波
長変換によるレーザー光とすることが望ましい。但し、
例えば、気体レーザーや色素レーザーなど、その他の任
意のレーザー光源（又はその高調波）を適宜使用でき
る。
【００８０】また、本発明の第１の照明方法及び第１の
照明装置において、前記光源の個数を１個とし、この光
源から出射された光ビームを複数に分割することができ
る。即ち、前記Ｎ＝１、かつ、前記Ｍ≧２とすることが
望ましい。また、前記光源の個数を複数個とし、これら
の光源から出射された光ビームを複数に分割することが
さらに望ましい。即ち、前記Ｎ≧２、かつ、前記Ｍ≧２
とすることがさらに望ましい。
照明装置において、前記光源の個数を１個とし、この光
源から出射された光ビームを複数に分割することができ
る。即ち、前記Ｎ＝１、かつ、前記Ｍ≧２とすることが
望ましい。また、前記光源の個数を複数個とし、これら
の光源から出射された光ビームを複数に分割することが
さらに望ましい。即ち、前記Ｎ≧２、かつ、前記Ｍ≧２
とすることがさらに望ましい。
【００８１】特に、スペックルのコントラストを１０％
程度にまで低減させるには、前記Ｍ又は前記Ｎを１００
以上とすることが望ましい。なお、前記Ｍ或いは前記Ｎ
が１００以上であってもよいが、Ｍ×Ｎの数が１００以
上であればよい。さらに、スペックルのコントラストを
５％程度にまで低減させるためには、前記Ｍ又は前記Ｎ
を４００以上とすることが望ましい。この場合も、前記
Ｍ或いは前記Ｎがそれぞれ４００以上であってもよい
が、Ｍ×Ｎの数が４００以上であればよい。
程度にまで低減させるには、前記Ｍ又は前記Ｎを１００
以上とすることが望ましい。なお、前記Ｍ或いは前記Ｎ
が１００以上であってもよいが、Ｍ×Ｎの数が１００以
上であればよい。さらに、スペックルのコントラストを
５％程度にまで低減させるためには、前記Ｍ又は前記Ｎ
を４００以上とすることが望ましい。この場合も、前記
Ｍ或いは前記Ｎがそれぞれ４００以上であってもよい
が、Ｍ×Ｎの数が４００以上であればよい。
【００８２】本発明の第１の照明方法及び第１の照明装
置において、前記可干渉性の低減した光ビームは、表示
装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置に用いる照明
用光ビームとして利用することが望ましい。即ち、可干
渉性の低減した光ビームとして、様々な照明用途に使用
できる。
置において、前記可干渉性の低減した光ビームは、表示
装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置に用いる照明
用光ビームとして利用することが望ましい。即ち、可干
渉性の低減した光ビームとして、様々な照明用途に使用
できる。
【００８３】次に、本発明の第２の照明方法及び第２の
照明装置を説明する。
照明装置を説明する。
【００８４】本発明の第２の照明方法及び第２の照明装
置においては、前記光源から出射される光ビームに関し
て、前記光ビームの中心波長をλ0 、波長スペクトラム
の半値全幅をΔλ、波数のスペクトラム幅をＷ、波数の
スペクトラムをＳ（ｋ）とすると、下記式Ｂ及び式Ｃ
置においては、前記光源から出射される光ビームに関し
て、前記光ビームの中心波長をλ0 、波長スペクトラム
の半値全幅をΔλ、波数のスペクトラム幅をＷ、波数の
スペクトラムをＳ（ｋ）とすると、下記式Ｂ及び式Ｃ
【数４３】 が成立していることが望ましい。
【００８５】また、下記式Ｄ’
【数４４】 で表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定すること
が望ましい。このように設定することで、スペックルの
コントラストをさらに５％以下に抑えることができる。
が望ましい。このように設定することで、スペックルの
コントラストをさらに５％以下に抑えることができる。
【００８６】また、前記光源から出射される光ビームを
可視光波長領域のレーザー光とし、前記被照明体として
のフィルム又は空間変調器を照明することが望ましい。
但し、例えば、紫外光波長領域のレーザー光を用い、短
波長レーザー光による露光装置の照明光源として利用す
ることも可能である。
可視光波長領域のレーザー光とし、前記被照明体として
のフィルム又は空間変調器を照明することが望ましい。
但し、例えば、紫外光波長領域のレーザー光を用い、短
波長レーザー光による露光装置の照明光源として利用す
ることも可能である。
【００８７】また、前記光ビームは、半導体レーザーか
ら出射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出
射されたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光
とすることが望ましい。但し、例えば、気体レーザーや
色素レーザーなど、その他の任意のレーザー光源を適宜
使用できる。
ら出射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出
射されたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光
とすることが望ましい。但し、例えば、気体レーザーや
色素レーザーなど、その他の任意のレーザー光源を適宜
使用できる。
【００８８】また、前記スペックルのコントラストを１
０％以下に抑えるという点から、前記Ｎ’は１００以上
とすることが望ましい。また、前記スペックルのコント
ラストを５％以下に抑えるという点からは前記Ｎ’を４
００以上にすることが望ましい。
０％以下に抑えるという点から、前記Ｎ’は１００以上
とすることが望ましい。また、前記スペックルのコント
ラストを５％以下に抑えるという点からは前記Ｎ’を４
００以上にすることが望ましい。
【００８９】さらに、本発明の第２の照明方法及び第２
の照明装置においては、前記可干渉性の低減した光ビー
ムを、表示装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置に
用いる照明用光ビームとして利用することが望ましい。
即ち、可干渉性の低減した光ビームとして、様々な照明
用途に使用できる。
の照明装置においては、前記可干渉性の低減した光ビー
ムを、表示装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置に
用いる照明用光ビームとして利用することが望ましい。
即ち、可干渉性の低減した光ビームとして、様々な照明
用途に使用できる。
【００９０】以下、本発明を望ましい実施の形態に従い
説明する。
説明する。
【００９１】〔第１の実施の形態（ファイバーバンドル
を用いた場合）〕まず、長さの異なる複数の光ファイバ
ーを用いて、１つの光源から出射されたレーザー光に光
路長差を与える場合について説明する（Ｎ＝１，Ｍ≧
２）。
を用いた場合）〕まず、長さの異なる複数の光ファイバ
ーを用いて、１つの光源から出射されたレーザー光に光
路長差を与える場合について説明する（Ｎ＝１，Ｍ≧
２）。
【００９２】図２に示すように、各光ファイバーに入射
する光ビームのコヒーレント長以上に長さが異なる複数
の多モード光ファイバー２ａ、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。
する光ビームのコヒーレント長以上に長さが異なる複数
の多モード光ファイバー２ａ、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。
【００９３】特に、その入射側ファイバーバンドル部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２（Ｂ）に示すように、できるだけ密であること
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。対称性を考慮
すると、正六角形を構成する配置、結晶構造で言う六方
最密充填構造を取るのが最も有利である。
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２（Ｂ）に示すように、できるだけ密であること
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。対称性を考慮
すると、正六角形を構成する配置、結晶構造で言う六方
最密充填構造を取るのが最も有利である。
【００９４】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。この長さの
差は、バンドルファイバー１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。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。
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。この長さの
差は、バンドルファイバー１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。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。
【００９５】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２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。このように、
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。このようなファイバー形
状は、図２に示したものに限られず、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。
ーをバンドルする方法としては、図２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。このように、
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。このようなファイバー形
状は、図２に示したものに限られず、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。
【００９６】従って、図２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を介して分割さ
れ、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端４から出射
される。
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を介して分割さ
れ、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端４から出射
される。
【００９７】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、
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）、
（ｃ）、（ｄ）・・・として出射される。
射したレーザー光αは、各多モード光ファイバー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）、
（ｃ）、（ｄ）・・・として出射される。
【００９８】そこで、各多モード光ファイバーは、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。
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。
【００９９】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、露光装置等の照明光として利用できること
になる。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。
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、露光装置等の照明光として利用できること
になる。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。
【０１００】次に、図２に示した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）を図１に示
す。
用いた表示装置（レーザーディスプレイ）を図１に示
す。
【０１０１】図１に示した表示装置において、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、次いで、レンズ１１によって集光されたレーザ
ー光が、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される。
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、次いで、レンズ１１によって集光されたレーザ
ー光が、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される。
【０１０２】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（透過型ライトバルブ）１５を照明する。な
お、光ファイバー１３は、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。
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（透過型ライトバルブ）１５を照明する。な
お、光ファイバー１３は、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。
【０１０３】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。
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。
【０１０４】このように、空間変調器１５を照明する照
明光は、先に述べた効果により、コヒーレンスが低減し
ているので、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。
明光は、先に述べた効果により、コヒーレンスが低減し
ているので、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。
【０１０５】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。また、３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。さらに、光源
は一つである必要はなく複数個であってもよい。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。その場合、そ
の複数のレーザー光を合波する際に、図２に示す如きバ
ンドルファイバーを用いてよい。
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。また、３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。さらに、光源
は一つである必要はなく複数個であってもよい。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。その場合、そ
の複数のレーザー光を合波する際に、図２に示す如きバ
ンドルファイバーを用いてよい。
【０１０６】〔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。
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。
【０１０７】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
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
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（Ｎ＝１，Ｍ≧２）。
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
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
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（Ｎ＝１，Ｍ≧２）。
【０１０８】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。
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。
【０１０９】また、図４は、本実施の形態に基づき、よ
り大きな強度で、かつコヒーレンスの低減した照明光を
得ることを目的とした照明装置である（Ｎ＝３，Ｍ≧
２）。
り大きな強度で、かつコヒーレンスの低減した照明光を
得ることを目的とした照明装置である（Ｎ＝３，Ｍ≧
２）。
【０１１０】図４に示すように、赤色半導体レーザー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
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。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。
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
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。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。
【０１１１】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
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。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。また、折り返し部を有するバンドルファ
イバーは、バンドルファイバー２６ａ、２６ｂ及び２６
ｃの位置に限定されるものではなく、ファイバー２７
ａ、２７ｂ、２７ｃ、或いはファイバー２８の位置にあ
ってもよい。
バー２７ａと、緑色レーザー光を伝搬するファイバー２
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。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。また、折り返し部を有するバンドルファ
イバーは、バンドルファイバー２６ａ、２６ｂ及び２６
ｃの位置に限定されるものではなく、ファイバー２７
ａ、２７ｂ、２７ｃ、或いはファイバー２８の位置にあ
ってもよい。
【０１１２】〔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。
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。
【０１１３】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。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（Ｎ＝２，Ｍ≧２）。
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。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（Ｎ＝２，Ｍ≧２）。
【０１１４】また、図６は、基本的には図５と同様に、
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（Ｎ＝２，Ｍ≧２）。
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（Ｎ＝２，Ｍ≧２）。
【０１１５】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。
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。
【０１１６】まず第１に、光源の変調である。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、
カラー像が得られる。
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、
カラー像が得られる。
【０１１７】第２には、色フィルターを用いた空間変調
である。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。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。
である。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。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。
【０１１８】〔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、
図示省略するが、図２に示す如きバンドルファイバーに
導く表示装置の構成例である。
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、
図示省略するが、図２に示す如きバンドルファイバーに
導く表示装置の構成例である。
【０１１９】図７に示すように、上述の手法を用いて、
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。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（Ｎ＝１，Ｍ≧
２）。
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。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（Ｎ＝１，Ｍ≧
２）。
【０１２０】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
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（Ｎ＝１，Ｍ≧
２）。
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
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（Ｎ＝１，Ｍ≧
２）。
【０１２１】本実施の形態では、反射型の空間変調器
（反射型ライトバルブ）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。また、反射型の空間変調器と
して、デジタルマイクロミラー等を使用してもよい。
（反射型ライトバルブ）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。また、反射型の空間変調器と
して、デジタルマイクロミラー等を使用してもよい。
【０１２２】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。
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。
【０１２３】次に、本発明に従い光ビームを分割し、分
割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長差を与えるバ
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。
割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長差を与えるバ
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。
【０１２４】なお、図示省略するが、前記多モードバン
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。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。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。
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。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。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。
【０１２５】〔第５の実施の形態〕本実施の形態は、本
発明を計測装置に適用した例である。
発明を計測装置に適用した例である。
【０１２６】即ち、図９に示すように、バンドルファイ
バー４５から出射され、可干渉性の低減した照明光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。
バー４５から出射され、可干渉性の低減した照明光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。
【０１２７】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。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。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。
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。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。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。
【０１２８】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、本発明に基づいて可干渉
性を低減させることで、精度の向上が図られる。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。
クルはノイズ要因となるので、本発明に基づいて可干渉
性を低減させることで、精度の向上が図られる。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。
【０１２９】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。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。
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。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。
【０１３０】〔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。
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。
【０１３１】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
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。こ
こで像面を観察すれば、顕微鏡となる。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。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。
イバー５１からの出射光ビームをコンデンサーレンズ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。こ
こで像面を観察すれば、顕微鏡となる。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。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。
【０１３２】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。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。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。
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。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。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。
【０１３３】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。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、
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。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。
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。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、
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。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。
【０１３４】また、顕微鏡を構成する場合、単一波長で
スペックルの生じ無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。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。
スペックルの生じ無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。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。
【０１３５】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。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。
のみならず、透過光や蛍光を利用することも考えられ
る。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。
【０１３６】〔第７の実施の形態〕本実施の形態は、本
発明に基づく照明方法を用いた計測装置の例である。
発明に基づく照明方法を用いた計測装置の例である。
【０１３７】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。図１１
（Ａ）にその構成例を示す。
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。図１１
（Ａ）にその構成例を示す。
【０１３８】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。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。
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。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。
【０１３９】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。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。
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。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。
【０１４０】ここで、ミラー６４ａ、６４ｂ及び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。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。
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。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。
【０１４１】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。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。
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。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。
【０１４２】〔第８の実施の形態〕次に、図１２を参照
に、光源の個数が１個の例を説明する（Ｍ＝１，Ｎ≧
２）。
に、光源の個数が１個の例を説明する（Ｍ＝１，Ｎ≧
２）。
【０１４３】本実施の形態によれば、半導体レーザーを
平面的に並べたもの、半導体レーザーアレイ、或いは、
垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）からなる光源
１０１から発振されたレーザー光を、平面的に並べたレ
ンズ若しくはマイクロアレイレンズ１０２を介して疑似
的な平行光束とし、これを１つのレンズ１０３で多モー
ド光ファイバー１０４に集光する。そして、多モード光
ファイバー１０４によって均一になった光を、レンズ１
０５で被照明物体としてのスクリーン１０６上に投射す
る。
平面的に並べたもの、半導体レーザーアレイ、或いは、
垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）からなる光源
１０１から発振されたレーザー光を、平面的に並べたレ
ンズ若しくはマイクロアレイレンズ１０２を介して疑似
的な平行光束とし、これを１つのレンズ１０３で多モー
ド光ファイバー１０４に集光する。そして、多モード光
ファイバー１０４によって均一になった光を、レンズ１
０５で被照明物体としてのスクリーン１０６上に投射す
る。
【０１４４】この場合、分割数が１個（Ｍ＝１、即ち分
割を行わない。）であるので、各レーザーの波長幅Ｗに
対してスペックルのコントラストが十分に落ちるよう
に、多くの光源を用いることが望ましい（即ち、十分大
きなＮ）。
割を行わない。）であるので、各レーザーの波長幅Ｗに
対してスペックルのコントラストが十分に落ちるよう
に、多くの光源を用いることが望ましい（即ち、十分大
きなＮ）。
【０１４５】ここで、光路長のゆらぎの標準偏差（即
ち、スクリーン粗さの標準偏差の２倍）σZ が、１μ
ｍ、１０μｍ、１００μｍ、波長λが６５０ｎｍ、５５
０ｎｍ、４５０ｎｍの場合に、１つの光源によるスペッ
クルが波長幅の変化に対してどのように変化するかを、
図１３に示す。
ち、スクリーン粗さの標準偏差の２倍）σZ が、１μ
ｍ、１０μｍ、１００μｍ、波長λが６５０ｎｍ、５５
０ｎｍ、４５０ｎｍの場合に、１つの光源によるスペッ
クルが波長幅の変化に対してどのように変化するかを、
図１３に示す。
【０１４６】図１３から、光路長のゆらぎの標準偏差σ
Z 及びレーザー光の波長λが同一の場合、レーザー光の
波長幅Δλが大きくなるほどスペックルのコントラスト
が低下する傾向にあることが分かる。また、光路長のゆ
らぎの標準偏差σZ が同一である場合、レーザー光の波
長が短いほどスペックルのコトントラストが低下し易
く、また、レーザー光の波長が同一である場合、光路長
のゆらぎの標準偏差σZが大きいほどスペックルのコン
トラストが低下する傾向にあることが分かる。
Z 及びレーザー光の波長λが同一の場合、レーザー光の
波長幅Δλが大きくなるほどスペックルのコントラスト
が低下する傾向にあることが分かる。また、光路長のゆ
らぎの標準偏差σZ が同一である場合、レーザー光の波
長が短いほどスペックルのコトントラストが低下し易
く、また、レーザー光の波長が同一である場合、光路長
のゆらぎの標準偏差σZが大きいほどスペックルのコン
トラストが低下する傾向にあることが分かる。
【０１４７】また、同様の場合について、スペックルの
コントラストを１０％、５％にそれぞれ落とすために必
要なレーザー光源の個数を考慮した結果を、図１４及び
図１５に示す。
コントラストを１０％、５％にそれぞれ落とすために必
要なレーザー光源の個数を考慮した結果を、図１４及び
図１５に示す。
【０１４８】即ち、典型的な値として、スクリーンの粗
さの標準偏差が１０μｍ程度のオーダー、光源として数
ｎｍ程度の半値全幅の半導体レーザーを用いた場合、図
１４から、光源の個数を１００個程度とすることで、可
視波長領域の光ビームのスペックルのコントラストを１
０％（これは人間の目で十分に許容できる範囲である）
にまで低減させることができることが分かる。さらに、
図１５から、光源の個数を４００個程度とすることで、
スペックルのコントラストを５％まで低減できることが
分かる。
さの標準偏差が１０μｍ程度のオーダー、光源として数
ｎｍ程度の半値全幅の半導体レーザーを用いた場合、図
１４から、光源の個数を１００個程度とすることで、可
視波長領域の光ビームのスペックルのコントラストを１
０％（これは人間の目で十分に許容できる範囲である）
にまで低減させることができることが分かる。さらに、
図１５から、光源の個数を４００個程度とすることで、
スペックルのコントラストを５％まで低減できることが
分かる。
【０１４９】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。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。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。
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。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。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。
【０１５０】以上、本発明を望ましい実施の形態例につ
いて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れるものではない。
いて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れるものではない。
【０１５１】例えば、第１の実施の形態等で用いた光フ
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。
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。
【０１５２】また、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。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。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。
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。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。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。
【０１５３】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
とする光学装置（特に露光装置等）を実現できる。
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
とする光学装置（特に露光装置等）を実現できる。
【０１５４】また、本発明の照明方法及びその装置にお
いては、前記照明光を用いて、液晶素子やマイクロミラ
ー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。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。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。さらに、この照
明光（特に紫外域のレーザー）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）。
いては、前記照明光を用いて、液晶素子やマイクロミラ
ー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。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。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。さらに、この照
明光（特に紫外域のレーザー）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）。
【０１５５】
【発明の効果】本発明の第１の照明方法によれば、Ｎ個
（但し、Ｎは１以上の整数である。）の光源から出射さ
れた光ビームをＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数であ
る。）し、分割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長
差を与えた後、これら光ビームの光軸を再び合わせ、こ
れにより可干渉性の低減した光ビームによって被照明体
を照明するに際し、前記被照明体を結像する光学系にお
いて、前記被照明体上の一点から、それに対応する像上
までの光路長差がσZ の標準偏差を有するときに、下記
式Ａ
（但し、Ｎは１以上の整数である。）の光源から出射さ
れた光ビームをＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数であ
る。）し、分割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長
差を与えた後、これら光ビームの光軸を再び合わせ、こ
れにより可干渉性の低減した光ビームによって被照明体
を照明するに際し、前記被照明体を結像する光学系にお
いて、前記被照明体上の一点から、それに対応する像上
までの光路長差がσZ の標準偏差を有するときに、下記
式Ａ
【数４５】 （但し、前記式Ａにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎを設定す
るので、例えば人間の目において十分に許容できる範囲
（特にスペックルコントラスト１０％）にまでスペック
ルを低減させることができ、スペックルのコントラスト
が十分に低減した光ビームを照明光として利用すること
ができる。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎを設定す
るので、例えば人間の目において十分に許容できる範囲
（特にスペックルコントラスト１０％）にまでスペック
ルを低減させることができ、スペックルのコントラスト
が十分に低減した光ビームを照明光として利用すること
ができる。
【０１５６】本発明の第１の照明装置によれば、Ｎ個
（但し、Ｎは１以上の整数である。）の光源から出射さ
れた光ビームをＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数であ
る。）し、分割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長
差を与えた後、これら光ビームの光軸を再び合わせ、こ
れにより可干渉性の低減した光ビームによって被照明体
を照明する照明装置であって、前記被照明体を結像する
光学系において、前記被照明体上の一点から、それに対
応する像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有すると
きに、下記式Ａ
（但し、Ｎは１以上の整数である。）の光源から出射さ
れた光ビームをＭ分割（但し、Ｍは２以上の整数であ
る。）し、分割後の光ビームに可干渉距離以上の光路長
差を与えた後、これら光ビームの光軸を再び合わせ、こ
れにより可干渉性の低減した光ビームによって被照明体
を照明する照明装置であって、前記被照明体を結像する
光学系において、前記被照明体上の一点から、それに対
応する像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有すると
きに、下記式Ａ
【数４６】 （但し、前記式Ａにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎが設定さ
れているので、本発明の第１の照明方法を再現性良く実
施できる。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎが設定さ
れているので、本発明の第１の照明方法を再現性良く実
施できる。
【０１５７】本発明の第２の照明方法によれば、Ｎ’個
（但し、Ｎ’は２以上の整数である。）の光源から出射
された光ビームの光軸を合わせた後、前記光ビームの可
干渉性を低減させ、可干渉性の低減した光ビームを用い
て被照明体を照明するに際し、前記被照明体を結像する
光学系において、前記被照明体上の一点から、それに対
応する像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有すると
きに、下記式Ｄ
（但し、Ｎ’は２以上の整数である。）の光源から出射
された光ビームの光軸を合わせた後、前記光ビームの可
干渉性を低減させ、可干渉性の低減した光ビームを用い
て被照明体を照明するに際し、前記被照明体を結像する
光学系において、前記被照明体上の一点から、それに対
応する像上までの光路長差がσZ の標準偏差を有すると
きに、下記式Ｄ
【数４７】 （但し、前記式Ｄにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定するので、
例えば人間の目において十分に許容できる範囲（特にス
ペックルコントラスト１０％）にまでスペックルを低減
させることができ、スペックルのコントラストが十分に
低減した光ビームを照明光として利用することができ
る。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定するので、
例えば人間の目において十分に許容できる範囲（特にス
ペックルコントラスト１０％）にまでスペックルを低減
させることができ、スペックルのコントラストが十分に
低減した光ビームを照明光として利用することができ
る。
【０１５８】本発明の第２の照明装置によれば、Ｎ’個
（但し、Ｎ’は２以上の整数である。）の光源から出射
された光ビームの光軸を合わせた後、前記光ビームの可
干渉性を低減させ、可干渉性の低減した光ビームを用い
て被照明体を照明する照明装置であって、前記被照明体
を結像する光学系において、前記被照明体上の一点か
ら、それに対応する像上までの光路長差がσZ の標準偏
差を有するときに、下記式Ｄ
（但し、Ｎ’は２以上の整数である。）の光源から出射
された光ビームの光軸を合わせた後、前記光ビームの可
干渉性を低減させ、可干渉性の低減した光ビームを用い
て被照明体を照明する照明装置であって、前記被照明体
を結像する光学系において、前記被照明体上の一点か
ら、それに対応する像上までの光路長差がσZ の標準偏
差を有するときに、下記式Ｄ
【数４８】 （但し、前記式Ｄにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’が設定されている
ので、本発明の第２の照明方法を再現性良く実施でき
る。
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’が設定されている
ので、本発明の第２の照明方法を再現性良く実施でき
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態による照明装置を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図２】同、第１の実施の形態に使用できるバンドルフ
ァイバーの概略模式図である。
ァイバーの概略模式図である。
【図３】同、第２の実施の形態による照明装置の光源部
付近の概略構成図である。
付近の概略構成図である。
【図４】同、第２の実施の形態による照明装置の他の光
源部付近の概略構成図である。
源部付近の概略構成図である。
【図５】同、第３の実施の形態による照明装置の光源部
付近の概略構成図である。
付近の概略構成図である。
【図６】同、第３の実施の形態による照明装置の他の光
源部付近の概略構成図である。
源部付近の概略構成図である。
【図７】同、第４の実施の形態による照明装置の空間変
調器付近の構成を示す概略模式図である。
調器付近の構成を示す概略模式図である。
【図８】同、第４の実施の形態による照明装置の他の空
間変調器付近の構成を示す概略模式図である。
間変調器付近の構成を示す概略模式図である。
【図９】同、第５の実施の形態による計測装置を示す概
略構成図である。
略構成図である。
【図１０】同、第６の実施の形態による露光装置（又は
顕微鏡）を示す概略構成図である。
顕微鏡）を示す概略構成図である。
【図１１】同、第７の実施の形態による計測装置の概略
構成図である。
構成図である。
【図１２】同、第８の実施の形態による照明装置の概略
構成図である。
構成図である。
【図１３】レーザー光波長幅によるスペックルのコント
ラストの変化を示すグラフである。
ラストの変化を示すグラフである。
【図１４】本発明の第８の実施の形態おいてスペックル
コントラストを１０％に抑圧するために必要なレーザー
の個数を示すグラフである。
コントラストを１０％に抑圧するために必要なレーザー
の個数を示すグラフである。
【図１５】同、スペックルコントラストを５％に抑圧す
るために必要なレーザーの個数を示すグラフである。
るために必要なレーザーの個数を示すグラフである。
【図１６】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。
一部概略模式図である。
【図１７】同、プリズムを用いた照明装置の一部概略模
式図である。
式図である。
【図１８】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。
概略模式図である。
【図１９】同、他の概略模式図である。
【図２０】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。
ンス低下の原理を示す概略模式図である。
【図２１】物体の表面粗さによるスペックルコントラス
トの変化を示すグラフである。
トの変化を示すグラフである。
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、
６…コア、８…折り返し部、１０…レーザー発振器、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、
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、…半導体レーザー、２０、２
２ａ、２２ｂ、２２ｃ…レンズ、２３ａ、２３ｂ、２３
ｃ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２７ａ、２７ｂ、２７
ｃ、２８…バンドルファイバー、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
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
…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
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
…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、１０１…光源、
１０２、１０３、１０５…レンズ、１０４…多モード光
ファイバー、１０５…スクリーン
ファイバー、３…入射端、４…出射端、５…クラッド、
６…コア、８…折り返し部、１０…レーザー発振器、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、
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、…半導体レーザー、２０、２
２ａ、２２ｂ、２２ｃ…レンズ、２３ａ、２３ｂ、２３
ｃ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２７ａ、２７ｂ、２７
ｃ、２８…バンドルファイバー、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
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
…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
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
…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、１０１…光源、
１０２、１０３、１０５…レンズ、１０４…多モード光
ファイバー、１０５…スクリーン
Claims (36)
- 【請求項１】 Ｎ個（但し、Ｎは１以上の整数であ
る。）の光源から出射された光ビームをＭ分割（但し、
Ｍは２以上の整数である。）し、分割後の光ビームに可
干渉距離以上の光路長差を与えた後、各光ビームの光軸
を再び合わせ、これによって可干渉性の低減した光ビー
ムを用いて被照明体を照明するに際し、 前記被照明体を結像する光学系において、前記被照明体
上の一点から、それに対応する像上までの光路長差がσ
Z の標準偏差を有するときに、下記式Ａ 【数１】 （但し、前記式Ａにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎを設定す
る、照明方法。 - 【請求項２】 前記光源から出射される前記光ビームの
中心波長をλ0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔλ、
波数のスペクトラム幅をＷ、波数のスペクトラムをＳ
（ｋ）とし、下記式Ｂ及び式Ｃ 【数２】 を成立させる、請求項１に記載した照明方法。 - 【請求項３】 下記式Ａ’ 【数３】 で表される関係を満たすように前記Ｍ及びＮを設定す
る、請求項１に記載した照明方法。 - 【請求項４】 前記分割後の光ビームに対して可干渉距
離以上の光路長差を与えるために、前記光源から出射さ
れた光ビームを、前記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束ねた光ファイバー群に入射
する、請求項１に記載した照明方法。 - 【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４に記載した照明方法。 - 【請求項６】 前記光源から出射される光ビームを可視
光波長領域のレーザー光とし、前記被照明体としてのフ
ィルム又は空間変調器を照明する、請求項１に記載した
照明方法。 - 【請求項７】 前記光ビームを、半導体レーザーから出
射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出射さ
れたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光とす
る、請求項６に記載した照明方法。 - 【請求項８】 前記光源の個数を１個とし、この光源か
ら出射された光ビームを複数に分割する、請求項１に記
載した照明方法。 - 【請求項９】 前記光源の個数を複数個とし、これらの
光源から出射された光ビームを複数に分割する、請求項
１に記載した照明方法。 - 【請求項１０】 前記Ｍ又は前記Ｎを１００以上とす
る、請求項１に記載した照明方法。 - 【請求項１１】 前記可干渉性の低減した光ビームを、
表示装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置に用いる
照明用光ビームとする、請求項１に記載した照明方法。 - 【請求項１２】 Ｎ個（但し、Ｎは１以上の整数であ
る。）の光源から出射された光ビームをＭ分割（但し、
Ｍは２以上の整数である。）し、分割後の光ビームに可
干渉距離以上の光路長差を与えた後、各光ビームの光軸
を再び合わせ、これによって可干渉性の低減した光ビー
ムを用いて被照明体を照明する照明装置であって、 前記被照明体を結像する光学系において、前記被照明体
上の一点から、それに対応する像上までの光路長差がσ
Z の標準偏差を有するときに、下記式Ａ 【数４】 （但し、前記式Ａにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎが設定さ
れている、照明装置。 - 【請求項１３】 前記光源から出射される前記光ビーム
の中心波長をλ0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔ
λ、波数のスペクトラム幅をＷ、波数のスペクトラムを
Ｓ（ｋ）とし、下記式Ｂ及び式Ｃ 【数５】 が成立している、請求項１２に記載した照明装置。 - 【請求項１４】 下記式Ａ’ 【数６】 で表される関係を満たすように前記Ｍ及び前記Ｎが設定
されている、請求項１２に記載した照明装置。 - 【請求項１５】 前記分割後の光ビームに対して可干渉
距離以上の光路長差を与えるために、前記光源から出射
された光ビームが、前記可干渉距離以上に長さの互いに
異なる複数の光ファイバーが束ねられた光ファイバー群
に入射される、請求項１２に記載した照明装置。 - 【請求項１６】 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る、請求項１５に記載した照明装
置。 - 【請求項１７】 前記光源から出射される光ビームが可
視光波長領域のレーザー光であり、前記被照明物体とし
てのフィルム又は空間変調器が照明される、請求項１２
に記載した照明装置。 - 【請求項１８】 前記光ビームが、半導体レーザーから
出射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出射
されたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光で
ある、請求項１７に記載した照明装置。 - 【請求項１９】 前記光源の個数が１個であり、この光
源から出射された光ビームが複数に分割される、請求項
１２に記載した照明装置。 - 【請求項２０】 前記光源の個数が複数個であり、これ
らの光源から出射された光ビームが複数に分割される、
請求項１２に記載した照明装置。 - 【請求項２１】 前記Ｍ又は前記Ｎが１００以上とされ
ている、請求項１２に記載した照明装置。 - 【請求項２２】 前記可干渉性の低減された光ビーム
が、表示装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置にお
ける照明用光ビームとして用いられる、請求項１２に記
載した照明装置。 - 【請求項２３】 Ｎ’個（但し、Ｎ’は２以上の整数で
ある。）の光源から出射された光ビームの光軸を合わせ
た後、前記光ビームの可干渉性を低減させ、これによっ
て可干渉性の低減した光ビームを用いて被照明体を照明
するに際し、 前記被照明体を結像する光学系において、前記被照明体
上の一点から、それに対応する像上までの光路長差がσ
Z の標準偏差を有するときに、下記式Ｄ 【数７】 （但し、前記式Ｄにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定する、照明
方法。 - 【請求項２４】 前記光源から出射される前記光ビーム
の中心波長をλ0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔ
λ、波数のスペクトラム幅をＷ、波数のスペクトラムを
Ｓ（ｋ）とし、下記式Ｂ及び式Ｃ 【数８】 を成立させる、請求項２３に記載した照明方法。 - 【請求項２５】 下記式Ｄ’ 【数９】 で表される関係を満たすように前記Ｎ’を設定する、請
求項２３に記載した照明方法。 - 【請求項２６】 前記光源から出射される光ビームを可
視光波長領域のレーザー光とし、前記被照明体としての
フィルム又は空間変調器を照明する、請求項２３に記載
した照明方法。 - 【請求項２７】 前記光ビームを、半導体レーザーから
出射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出射
されたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光と
する、請求項２６に記載した照明方法。 - 【請求項２８】 前記Ｎ’を１００以上とする、請求項
２３に記載した照明方法。 - 【請求項２９】 前記可干渉性の低減した光ビームを、
表示装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置に用いる
照明用光ビームとする、請求項２３に記載した照明方
法。 - 【請求項３０】 Ｎ’個（但し、Ｎ’は２以上の整数で
ある。）の光源から出射された光ビームの光軸を合わせ
た後、前記光ビームの可干渉性を低減させ、これによっ
て可干渉性の低減した光ビームを用いて被照明体を照明
する照明装置であって、 前記被照明体を結像する光学系において、前記被照明体
上の一点から、それに対応する像上までの光路長差がσ
Z の標準偏差を有するときに、下記式Ｄ 【数１０】 （但し、前記式Ｄにおいて、「Ｗ」は、前記光源から出
射された光ビームの波数のスペクトラム幅である。）で
表される関係を満たすように前記Ｎ’が設定されてい
る、照明装置。 - 【請求項３１】 前記光源から出射される前記光ビーム
の中心波長をλ0 、波長スペクトラムの半値全幅をΔ
λ、波数のスペクトラム幅をＷ、波数のスペクトラムを
Ｓ（ｋ）とし、下記式Ｂ及び式Ｃ 【数１１】 が成立する、請求項３０に記載した照明装置。 - 【請求項３２】 下記式Ｄ’ 【数１２】 で表される関係を満たすように前記Ｎ’が設定されてい
る、請求項３０に記載した照明装置。 - 【請求項３３】 前記光源から出射される光ビームが可
視光波長領域のレーザー光であり、前記被照明体として
のフィルム又は空間変調器が照明される、請求項３０に
記載した照明装置。 - 【請求項３４】 前記光ビームが、半導体レーザーから
出射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出射
されたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光で
ある、請求項３０に記載した照明装置。 - 【請求項３５】 前記Ｎ’が１００以上とされている、
請求項３０に記載した照明装置。 - 【請求項３６】 前記可干渉性の低減した光ビームが、
表示装置、計測装置、顕微鏡、又は、露光装置に用いる
照明用光ビームである、請求項３０に記載した照明装
置。
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