WO2007132508A1

WO2007132508A1 - 照明装置

Info

Publication number: WO2007132508A1
Application number: PCT/JP2006/309583
Authority: WO
Inventors: Kenji Ueyama
Original assignee: Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd.
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-22
Also published as: JP4841624B2; JPWO2007132508A1

Abstract

　第１光学系（４）では、光源部（２）からのコヒーレント光が循環経路（Ｔ０）に沿って導かれるとともに、チルトミラー（４３）のミラー面（４３２）が、循環経路（Ｔ０）上において自己の正立像がシフトしつつ重畳して形成される光学位置に配置され、チルトミラー（４３）に形成されるスリット（４３１）にてコヒーレント光の複数の光ビームへの分割および複数の光ビームの重ね合わせが行われる。コヒーレント光の第１光学系（４）への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の２つがスリット（４３１）に至るまでの光路差が、コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くされる。その結果、コヒーレント光を用いた照明装置（１）において、スペックルの発生を防止しつつ強度分布が均一化された照明光を取得することができる。

Description

明細書

照明装置

技術分野

[0001] 本発明は、対象物を照明する照明装置に関する。

背景技術

[0002] 従来より、撮像装置や描画装置等においてライン状の照明光が利用されており、近年、このような照明光の強度分布を均一化する様々な手法が提案されている。例えば、日本国特許第 3607604号公報 (文献 1)では、レーザ光源からの光をシリンドリカルレンズにより所定の方向に発散させつつ柱状のプリズムの入射面へと入射させ、プリズム内において光を発散方向の両側面に設けられる反射面にて反射させつつ入射面の反対側の出射面から取り出し、他の光学系によりプリズムの出射面を対象物上に結像することにより、強度分布が均一化されたライン状の照明光を対象物上に照射する手法が開示されている。また、米国特許第 6, 611, 382号明細書 (文献 2) では、配列される複数の発光素子力もの光を、発光素子の個数よりも少ない個数のレンズが配列されるシリンドリカルレンズアレイにより発光素子の配列方向に関して分割しつつ発散させ、シリンドリカルレンズアレイからの光を他のシリンドリカルレンズにより重畳させつつ対象物上のライン状の領域に導くことにより、強度分布が均一化されたライン状の照明光を対象物上に照射する手法が提案されている。

[0003] ところが、上記文献 1および文献 2の手法により照明光を対象物上に照射する際に、光源からのレーザ光のコヒーレンシが高い場合には、レーザ光の干渉に起因するスペックルが発生してしまい、結果として、光の強度分布の均一性が低下してしまう。特に、スペクトルバンド幅の狭いレーザ光や、固体レーザまたは気体レーザを用いる場合には、半導体レーザ等の他の光源を用いる場合に比べて、レーザ光のコヒーレンシが高くなるため、スペックルの影響が顕著となってしまう。

発明の開示

[0004] 本発明は、対象物を照明する照明装置に向けられており、コヒーレント光を用いた照明装置において、スペックルの発生を防止しつつ、強度分布が均一化された照明光を取得することを目的として、る。

[0005] 照明装置は、コヒーレント光を出射する光源部と、コヒーレント光を複数の光ビームに分割するとともに、複数の光ビームを所定の重畳位置にて重ね合わせて照明光を得る光学系と、を備え、コヒーレント光の光学系への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の 2つが重畳位置に至るまでの光路差力コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長い。本発明によれば、コヒーレント光を用いた照明装置において、スペックルの発生を防止しつつ、強度分布が均一化された照明光を取得することができる。

[0006] 本発明の一の好ましい実施の形態では、光学系が、循環する毎に僅かにシフトする循環経路に沿ってコヒーレント光を導く循環部と、光源部からのコヒーレント光を循環部へと導入する導入部と、を備え、重畳位置が、循環経路上において自己の正立像が重畳して形成される光学位置に位置する重畳面上に設定され、重畳位置において、コヒーレント光の分割および重ね合わせが行われることにより照明光が取り出される。これにより、光学系の小型化を図ることができる。

[0007] より好ましくは、重畳面がミラー面であり、ミラー面上の重畳位置に、重ね合わされた複数の光ビームを取り出す開口が形成される。これにより、簡単な構成にて重ね合わされた光を取り出すことができる。

[0008] 本発明の他の好ましい実施の形態では、循環部が、循環経路における最初の循環の経路上に半波長板を備え、光源部から出射されるコヒーレント光が直線偏光された光であり、導入部が、 p偏光光および s偏光光の一方を透過して他方を反射するとともに、循環部の一部を兼ねる光学素子であることにより、小型化された光学系を容易に糸且み立てることができる。

[0009] 本発明のさらに他の好ましい実施の形態では、導入部が、循環部内において循環するコヒーレント光を遮断しない位置に配置されたミラーであることにより、光源部におけるコヒーレント光を効率よく利用することができる。

[0010] 本発明の一の局面では、照明装置が、重畳位置から取り出された照明光を投影面上のライン状の領域に投影するもう 1つの光学系をさらに備え、重畳面上においてコヒーレント光の循環により照射位置がシフトするシフト方向力投影面上におけるライン状の領域が伸びる方向に対応し、本発明の他の局面では、光源部が、コヒーレント光を発生する固体レーザまたは気体レーザを備える。

[0011] 上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]照明装置の構成を示す図である。

[図 2]チルトミラーを示す図である。

[図 3]第 2光学系を示す図である。

圆 4]第 1光学系の各構成要素の機能を説明するための図である。

[図 5]第 1光学系の各構成要素の機能を説明するための図である。

[図 6]第 1光学系の各構成要素の機能を説明するための図である。

[図 7]スリットから取り出される光の強度分布を説明するための図である。

[図 8]第 1光学系の他の例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 図 1は本発明の一の実施の形態に係る照明装置 1の構成を示す図である。照明装置 1は、例えば、パターン描画装置に設けられ、 GLV (グレーチング'ライト'バルブ）（登録商標)等の空間光変調デバイス上にライン状の照明光を照射する。パターン描画装置では、空間光変調デバイスにて空間変調された光が描画対象 (例えば、半導体基板やプリント配線基板等)上へと導かれ、描画対象へのパターン描画が行われる。

[0014] 図 1の照明装置 1は、固体レーザまたは気体レーザを光源 21として有する光源部 2 、光源部 2からの光の強度分布を均一化する第 1光学系 4、および、第 1光学系 4からの光を照明の対象物 9 (照明装置 1がパターン描画装置に設けられる場合には、空間光変調デバイス)へと導く第 2光学系 5を備える。光源 21から出射される光は、干渉性が高いコヒーレント光とされ、当該光のコヒーレンス長は例えば 10ミリメートル〜数メートルとなる。光源部 2では、コヒーレント光力ゝら偏光板 22により直線偏光された光が取り出され、レンズ 23を介して図 1中の Z軸に沿って第 1光学系 4へと出射される。なお、光源部 2からのコヒーレント光の Z軸に垂直な方向の強度分布はガウス分布に近似している。 [0015] 第 1光学系 4は、入射する光の p偏光成分 (すなわち、 p偏光光）を透過するとともに s偏光成分（すなわち、 s偏光光）を反射する偏光ビームスプリッタ（「Polarization Bea m SplitterJであり、以下、「PBS」という。）41を有し、レンズ 23からの直線偏光光は p 偏光光となっており、 PBS41を透過し、レンズ 42を介してチルトミラー 43へと導かれる。チルトミラー 43は、図 1中の X方向に長いスリット 431を有し、後述するように p偏光光の一部力 Sスリット 431から取り出される。 p偏光光の残りはチルトミラー 43にて反射され、レンズ 42を介してミラー 44へと導かれ、 PBS41に向けて反射される。ミラー 44にて反射した p偏光光は、半波長板 45を透過することにより s偏光光に変換され、ゥエッジプリズム 46を介して PBS41に導かれる。そして、 s偏光光は PBS41にて反射され、レンズ 42、チルトミラー 43、レンズ 42およびミラー 44をこの順に経由して、 P BS41へと再度入射する。このように、第 1光学系 4は、光源部 2からのコヒーレント光を、レンズ 42の光樹 1外を経由して循環させる、いわゆるループ光学系となっている。なお、図 1中において符号 K1を付す記号は s偏光光を示しており（後述の図 5において同様。）、第 1光学系 4の詳細については後述する。

[0016] 図 2は、チルトミラー 43を示す図である。図 2に示すように、チルトミラー 43のスリット 431は、図 2中の X方向に長くされており（以下、当該方向を「長手方向」とも呼ぶ。 ) 、図 1の第 1光学系 4を循環するコヒーレント光の一部は、スリット 431を介して取り出されて第 2光学系 5へと導入され、循環するコヒーレント光の残り（すなわち、チルトミラ一 43においてスリット 431以外のミラー面 432上の領域に照射される光）はレンズ 42 に向けて反射される。

[0017] 図 3は、図 1中の（+Y)側から（-Y)方向を向いて見た第 2光学系 5を示す図である。図 1および図 3に示すように、第 2光学系 5は、第 2光学系 5の光樹 2に沿ってチノレトミラー 43佃】力ら対象物 9に向力つてシリンドリカノレレンズ 51, 52, 53を j噴に有し、スリット 431からの光はシリンドリカルレンズ 51, 52, 53を介して対象物 9上へと導かれる。第 2光学系 5では、スリット 431における光の出射面と対象物 9の第 2光学系 5 側の表面とがシリンドリカルレンズ 51, 52により光樹 2およびスリット 431の長手方向の双方に垂直な方向（すなわち、図 1中の YZ平面に平行かつ光樹 2に垂直な方向）に関して共役とされ、この方向のみに着目すると、スリット 431からの光の強度分布がそのまま維持されつつスリット 431における出射面の幅（図 2中の縦方向の幅)よりも充分に長、対象物 9上の領域 (以下、光源部 2からの光が照射される対象物 9上の領域を「照明領域」という。）に光が照射される。また、対象物 9上の照明領域の幅 (すなわち、 X方向の幅）は、スリット 431からの光がシリンドリカルレンズ 53により集光されることにより、スリット 431における出射面の X方向の長さよりも充分に狭くされる。このように、対象物 9上の照明領域はスリット 431の長手方向に垂直な方向に伸びるライン状の領域となっている。

[0018] 次に、光源部 2からの光の強度分布を均一化する第 1光学系 4の各構成要素の機會こつヽて説明する。図 4ίま、 PBS41、レンズ 42、ミラー 43aおよびミラー 44のみを有する光学系 40aを示す図である。図 4は、図 1の第 1光学系 4の基本構成を説明するためのものであり、光学系 40aでは、第 1光学系 4と比較して、チルトミラー 43が、その法線がレンズ 42の光樹 1に平行となるように配置されるミラー 43aに置き換えられるとともに、ゥエッジプリズム 46および半波長板 45が省略される。なお、図 4では、光学系 40a内における光の主光線を符号 PRを付す一点鎖線にて示し、光束の輪郭を細い実線にて示している。

[0019] 図 4の光学系 40aでは、レンズ 42の前側焦点面近傍にて光源部 2からの光の光束断面が最小となって集光する（すなわち、光がビームウェストを有する）ようにされており、主光線 PRがレンズ 42の光樹 1と平行となるように PBS41を介してレンズ 42に入射した光 (P偏光光）は平行光となってレンズ 42の後側焦点面に配置されるミラー 4 3aへと入射する。ミラー 43aからの反射光は、レンズ 42を介してミラー 44へと導かれ、 PBS41に向けて反射される。反射光は、ミラー 44と PBS41との間であってレンズ 4 2の前側焦点面と等価な位置にてそのビームウェストが形成されつつ PBS41の反射面へと戻される。したがって、仮に、ミラー 44から PBS41に入射する反射光力偏光光であるとすると、光学系 40aでは同じ循環経路 (この場合、図 4中の主光線 PR)に沿って光を循環させることが可能となる。すなわち、 PBS41、レンズ 42、ミラー 43aおよびミラー 44は、光を循環する循環部 49aとなっている。なお、 PBS41力レンズ 42 、ミラー 43a、レンズ 42およびミラー 44を介して PBS41へと至る光路長は、レンズ 42 の焦点距離を fとしてほぼ 4fとなっている。レンズ 42の焦点距離 fは、この光路長が光源部 2から出射されるコヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くなるように選ばれる。

[0020] 実際には、 PBS41に入射する反射光は、光源部 2からのコヒーレント光のうち PBS 41を透過した p偏光光であるため、光学系 40aでは反射光が PBS41を透過してしまい、光を循環させることができない。そこで、図 4の光学系 40aにおいてミラー 44力らの反射光のビームウェストが形成される位置 (すなわち、レンズ 42の前側焦点面と等価な位置）の近傍に、図 5に示すように半波長板 45を設けることにより、反射光の偏光方向を 90度だけ回転して s偏光光に変換し、反射光を PBS41にて反射させることが可能となる。

[0021] また、図 5の光学系 40bでは、その法線がレンズ 42の光樹 1に対して傾斜するようにチルトミラー 43 (ただし、図 5のチルトミラー 43ではスリット 431を省略している。）が配置されていることにより、図 5中に符号 T1を付す線にて示すように、 PBS41を透過した P偏光光がレンズ 42、チルトミラー 43、レンズ 42およびミラー 44を順に通過して P BS41へと戻る（正確には、半波長板 45にて s偏光光とされて戻る）最初の経路と、半波長板 45からの s偏光光がレンズ 42、チルトミラー 43、レンズ 42およびミラー 44を順に通過して PBS41へと戻る 2周目の経路とは僅かに異なっている。図 5の循環部 49 aでは、 p偏光光の経路 (最初の経路）上にのみ半波長板 45が設けられており、これにより、 2周目以降においても s偏光光を循環させることが可能となる。このように、図 5 の光学系 40bでは、 PBS41が導入部として光源部 2からのコヒーレント光の p偏光光を循環部 49aへと導入しつつ、循環部 49aの一部を兼ねて、る。

[0022] また、図 4の循環部 49a内に s偏光光が導入されているものと仮定して、 PBS41とミラー 44との間において、図 6に示すように、レンズ 42の前側焦点面と等価な位置にゥエッジプリズム 46を配置して PBS41へと入射する光の光路を図 6中の YZ平面に沿つて僅かに曲げることにより、 YZ平面に平行な面上においてゥエッジプリズム 46から PBS41へと至る光の経路（図 6中に符号 T2を付す線にて示す循環経路の一部）と P BS41の反射面とのなす角を、循環毎に僅かに変更することが可能となる。その結果、図 6の光学系 40cでは、光の循環経路 T2が通過するミラー 43aのミラー面上の位置力循環する毎に図 6中の（一 Y)方向に一定距離だけシフトすることとなる。

[0023] 図 1の第 1光学系 4は、基本構成である図 4の光学系 40aの循環部 49aにおいて、ミラー 43aを図 5に示すチルトミラー 43に変更するとともに循環経路における最初の循環の経路上に半波長板 45を設け、さらに、レンズ 42の前側焦点面と等価な位置にゥエッジプリズム 46を配置することにより実現される。これにより、図 1の第 1光学系 4では、 PBS41、レンズ 42、チルトミラー 43、ミラー 44、半波長板 45およびゥェッジプリズム 46が循環部 49を構成し、循環する毎にチルトミラー 43のミラー面 432上における位置がスリット 431の長手方向に垂直な方向（以下、「シフト方向」という。）に僅かにシフトする循環経路 TOが循環部 49に設けられる。そして、循環経路 TOに沿って光源部 2から導入されるコヒーレント光（正確には、 PBS41を透過した p偏光光、および、 P偏光光力も変換された s偏光光であり、以下、「循環光」と総称する。）が導かれる。なお、上記説明における循環経路 TOの循環は、循環光の循環と等価である。また、循環経路 TOにおいてチルトミラー 43からレンズ 42、ミラー 44、ゥエッジプリズム 46、 PBS41およびレンズ 42を介してチルトミラー 43へと至る 1周の光路長は、レンズ 42 の焦点距離を fとしてほぼ 4fとされ、循環経路 TO上にぉ、てチルトミラー 43のミラー面 432の複数回の通過に係る複数の位置は互いに共役となり、チルトミラー 43のミラ一面 432は、等倍の自己の正立像がシフト方向にシフトしつつ重畳して形成される重畳面となる。

[0024] ここで、既述のように、図 2に示すチルトミラー 43にはスリット 431が形成されており、循環経路 TOに沿って導かれてチルトミラー 43上に照射される循環光の一部（実際には、シフト方向側の端部）はスリット 431により分割された分割光ビームとして取り出される。また、チルトミラー 43のミラー面 432上における循環光の照射位置は、循環光の循環によりシフト方向にスリット 431の幅（図 2中の縦方向の幅であり、後述する開口範囲の幅）に相当する距離だけシフトするため、例えば光源が連続発振レーザである場合、実際には、スリット 431にて複数の分割光ビーム（以下、単に「複数の光ビーム」と呼ぶ。）が同時に取り出され、同時に重ね合わせられる。すなわち、スリット 43 1は循環光が複数の光ビームに分割される位置となるとともに、複数の光ビームを重ね合わせる位置（以下、「重畳位置」という。）ともなつている。

[0025] このとき、循環経路 TOにおいて、循環経路 TOの始点（すなわち、コヒーレント光の第 1光学系 4への入射位置)からチルトミラー 43に対する n回目（ただし、 nは 1以上の整数)の通過位置 (すなわち、反射位置)までの距離と、循環経路 TOの始点力チルトミラー 43に対する (n+ 1)回目の通過位置までの距離との差は、レンズ 42の焦点距離 fのほぼ 4倍とされており、コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くなる。このように、コヒーレント光の第 1光学系 4への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の 2 つが重畳位置であるスリット 431へと至るまでの光路差力コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くなることにより、照明装置 1では重畳位置にて複数の光ビームの干渉に起因するスペックルが発生することが防止される。

[0026] 次に、スリットにて重ね合わされる複数の光ビームの強度分布について説明する。

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

[0027] チルトミラー 43上の 1回目の循環光の通過（すなわち、反射）における循環光のシフト方向の強度分布（以下、「元の強度分布」という。）は、図 7中に符号 81を付す実線にて示すように、ガウス分布に近似した形状となり、 1回目の通過では元の強度分布のうちスリット 431の開口範囲 A1と重なる部分（図 7中にて平行斜線を付して示す部分）に相当する光ビームが取り出される。また、チルトミラー 43上の 2回目の循環光の通過における循環光のシフト方向の強度分布は、図 7中に符号 82を付す二点鎖線にて示すように、元の強度分布から 1回目の通過の際に取り出された部分を除き、かつ、シフト方向に開口範囲 A1と等しい量シフトした形状となっており、 2回目の通過では当該強度分布において開口範囲 A1と重なる部分に相当する光ビームが取り出される。

[0028] チルトミラー 43上の 2回目以降の循環光の各通過においても、同様に循環光の一部がスリット 431にて取り出され、 7回目の通過にて循環光の全てが取り出される (もちろん、循環光の全てが取り出される循環数は 7以外であってもよい。 )₀なお、図 7 では、 3ないし 7回目の通過における循環光のシフト方向の強度分布をそれぞれ符号 83〜87を付す二点鎖線にて示して、る。

[0029] このとき、元の強度分布におけるシフト方向の中央の位置力図 7中の符号 84を付す二点鎖線にて示すように 4回目の循環光の通過にてスリット 431の開口範囲 Alの中央の位置 P1と重なるようにされており、 4回目の通過にて取り出される光ビームの強度はシフト方向におよそ一定となる。また、 1回目の通過にて取り出される光ビームの強度分布と 7回目の通過にて取り出される光ビームの強度分布とは、開口範囲 A1 の中央の位置 P1を示す線に関して対称となるとともに、 1回目および 7回目の通過のそれぞれにて取り出される光の強度はシフト方向に関してほぼ線形に変化して、るとみなすことができる。 2回目の通過と 6回目の通過との間、および、 3回目の通過と 5 回目の通過との間のそれぞれにおいても光ビームの強度分布の関係は同様である。したがって、スリット 431の長手方向の各位置において、チルトミラー 43に対する 1ないし 7回目の循環光の通過にて同時に取り出されて重ね合わされる光の強度は、図 7中に符号 80を付す破線にて示すように、スリット 431の開口範囲 A1内にてほぼ一定となる（すなわち、光の強度分布がトップハットな形状となる。 ) oなお、破線 80にて示す強度分布の大きさは、図示の都合上、実際よりも小さく示している。

[0030] 実際には、チルトミラー 43上に照射される循環光のスリット 431の長手方向の強度分布もガウス分布に近似した形状となっている。したがって、重畳位置にて複数の光ビームが重ね合わされて取り出される光では、シフト方向の強度分布は均一化されるのに対して、長手方向の強度分布はガウス分布に近似した形状が維持される。そして、重畳位置にて取り出された照明光は、既述のように第 2光学系 5により、投影面である対象物 9の第 2光学系 5側の面上において、シフト方向に対応する方向に伸びるライン状の照明領域に投影される。これにより、シフト方向の照明領域全体に亘つて一定の強度を有する照明光が得られる。

[0031] 以上に説明したように、図 1の照明装置 1では、光源部 2から出射されるコヒーレント光が、第 1光学系 4にて複数の光ビームに分割されて重畳位置にて重ね合わされるとともに、コヒーレント光の第 1光学系 4への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の 2つが（すなわち、 2つの組合せのそれぞれにおいて）重畳位置に至るまでの光路差が、コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くされる。これにより、コヒーレント光を用いた照明装置 1において、スペックルの発生を防止しつつ強度分布が均一化された照明光を取得することができる。 [0032] また、第 1光学系 4では、光源部 2からのコヒーレント光が循環経路 TOに沿って導かれるとともに、チルトミラー 43のミラー面 432が、循環経路 TO上において自己の正立像がシフト方向に沿ってシフトしつつ重畳して形成される光学位置に配置され、チルトミラー 43に形成されるスリット 431にてコヒーレント光の複数の光ビームへの分割および複数の光ビームの重ね合わせが行われることにより照明光が取り出される。これにより、コヒーレント光を複数の光ビームに分割しつつ重ね合わせる第 1光学系 4の小型化を図ることが実現される。

[0033] 照明装置 1では、連続発振レーザ以外にパルスレーザを用いることも可能である。

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

[0034] 図 1の第 1光学系 4では、 PBS41が導入部として光源部 2からのコヒーレント光の p 偏光光を循環部 49へと導入しつつ循環部 49の一部を兼ねてヽるが、第 1光学系の導入部は循環部力独立した構成要素として設けられてもよい。図 8は、第 1光学系の他の例を示す図である。図 8に示す第 1光学系 4aでは、図 1の第 1光学系 4における PBS41力 Sミラー 41aに置き換えられ、ミラー 41a、レンズ 42、チノレトミラー 43、ミラー 44およびゥエッジプリズム 46が循環部 49とされる。また、ミラー 44とミラー 41aとの間には、光源部 2からのコヒーレント光を循環部 49へと導入するミラー 47が導入部として設けられる。ミラー 47は循環部 49内において循環するコヒーレント光を遮断しない位置に配置されることにより、第 1光学系 4aでは、ミラー 47によりミラー 41aに向けて反射されるコヒーレント光を、循環する毎にチルトミラー 43のミラー面 432上における位置がシフト方向に僅かにシフトする循環経路 TOに沿って循環することが可能とされる。

[0035] 以上のように、図 8の第 1光学系 4aでは、導入部であるミラー 47を循環部 49から独立した構成要素として設けることにより、光源部 2におけるコヒーレント光のうち PBS4 1を透過した P偏光光のみを利用する図 1の第 1光学系 4に比べて、光源部 2におけるコヒーレント光を効率よく利用することが可能となる。ただし、図 8の第 1光学系 4aでは、微小なミラー 47および微小なゥエッジプリズム 46を近接させつつ高精度に配置する必要があるため、小型化された第 1光学系を容易に組み立てるという観点では、図 1の第 1光学系 4のように、半波長板 45および PBS41が組み合わせられることが好ましい。

[0036] 以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなぐ様々な変形が可能である。

[0037] 図 1の照明装置 1では、 p偏光光を透過するとともに s偏光光を反射する PBS41を設け、半波長板 45を所定の位置に配置することにより、循環経路 TOに沿ってコヒーレント光を導く第 1光学系 4が構成されるが、 s偏光光を透過するとともに p偏光光を反射する光学素子が用いられることにより、コヒーレント光の循環が実現されてもよい。すなわち、半波長板 45を有する第 1光学系 4では、 p偏光光および s偏光光の一方を透過して他方を反射する光学素子を用いることが必要となる。また、第 1光学系 4の設計によっては、循環部 49において、特定の入射角（例えば 45度）の光を透過し、 4 5度より大きい入射角の光をほぼ全反射する全反射ミラーを PBS41に代えて設け、光源部 2からのコヒーレント光を当該特定の入射角にて全反射ミラーに入射させて循環部内へと導入し、循環経路に沿って全反射ミラーへと戻る光の全反射ミラーへの入射角をゥエッジプリズム 46により変更することにより、コヒーレント光の循環が実現されてもよい。

[0038] 上記実施の形態では、チルトミラー 43のミラー面 432上の重畳位置に開口であるスリット 431が形成されることにより、コヒーレント光の複数の光ビームへの分割および複数の光ビームの重ね合わせを行いつつ重ね合わされた複数の光ビームを照明光として取り出すことが簡単な構成にて実現される力図 2のチルトミラー 43のスリット 431 の上側のエッジの位置にチルトミラー 43の下側のエッジが重畳位置に隣接するようにチルトミラー 43をずらして配置することにより、スリット 431を省略しつつ循環光のシフト方向の端部が光ビームとして切り出されてもよい。ただし、不要な光が第 2光学系 5へと導かれることを抑制するには、チルトミラー 43には開口が設けられることが好ましい。また、第 1光学系の構成の多少の複雑ィ匕が許容される場合には、例えば、第 1 光学系 4にお、て、チルトミラー 43に代えて X方向に長、分割ミラーをスリット 431の位置に設け、分割ミラー外を通過する光をレンズ 42に向けて反射する他のミラーをさらに設けることにより、分割ミラーにてコヒーレント光の複数の光ビームへの分割および複数の光ビームの重ね合わせが行われつつ重ね合わされた照明光が所定の方向に反射されて取り出されてもよい。このように、小型化される第 1光学系では、コヒーレント光の分割および重ね合わせが行われつつ照明光が取り出される重畳位置が、循環経路上において自己の正立像がシフトしつつ重畳して形成される光学位置に位置する重畳面上に設定されることが重要となる。もちろん、第 1光学系の設計によっては、コヒーレント光力複数の光ビームが明確に個別に分割され、複数の光ビームが所定の重畳位置にて重ね合わされてもよい。この場合においても、コヒーレント光の第 1光学系への入射位置から、複数の光ビームのうちの任意の 2つが重畳位置に至るまでの光路差がコヒーレント光のコヒーレンス長よりも長くされる。

[0039] 照明装置 1における光源部 2の光源は、固体レーザまたは気体レーザに比べて干渉性の低いコヒーレント光を出射する他の光源 (例えば半導体レーザ)であってもよいが、スペックルの発生を防止しつつ光の強度分布を均一化する上記手法は、干渉性が極めて高いコヒーレント光を出射する固体レーザまたは気体レーザを光源として用いる場合に特に適して、る。

[0040] 照明装置 1はパターン描画以外の他の用途に用いられてもよ!/、。

[0041] この発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、この発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可會であることが理解される。

Claims

請求の範囲

[1] 照明装置であって、

コヒーレント光を出射する光源部と、

前記コヒーレント光を複数の光ビームに分割するとともに、前記複数の光ビームを所定の重畳位置にて重ね合わせて照明光を得る光学系と、

を備え、

前記コヒーレント光の前記光学系への入射位置から、前記複数の光ビームのうちの任意の 2つが前記重畳位置に至るまでの光路差力前記コヒーレント光のコヒーレンス長よりも長い。

[2] 請求の範囲 1に記載の照明装置であって、

前記光学系が、

循環する毎に僅かにシフトする循環経路に沿って前記コヒーレント光を導く循環部と、

前記光源部からの前記コヒーレント光を前記循環部へと導入する導入部と、を備え、

前記重畳位置が、前記循環経路上において自己の正立像が重畳して形成される光学位置に位置する重畳面上に設定され、

前記重畳位置において、前記コヒーレント光の分割および重ね合わせが行われることにより前記照明光が取り出される。

[3] 請求の範囲 2に記載の照明装置であって、

前記循環部が、前記循環経路における最初の循環の経路上に半波長板を備え、前記光源部から出射される前記コヒーレント光が直線偏光された光であり、前記導入部が、 p偏光光および s偏光光の一方を透過して他方を反射するとともに

、前記循環部の一部を兼ねる光学素子である。

[4] 請求の範囲 2に記載の照明装置であって、

前記導入部が、前記循環部内において循環する前記コヒーレント光を遮断しない位置に配置されたミラーである。

[5] 請求の範囲 2に記載の照明装置であって、前記重畳面がミラー面であり、前記ミラー面上の前記重畳位置に、重ね合わされた前記複数の光ビームを取り出す開口が形成される。

[6] 請求の範囲 2に記載の照明装置であって、

前記重畳位置から取り出された前記照明光を投影面上のライン状の領域に投影するもう 1つの光学系をさらに備え、

前記重畳面上において前記コヒーレント光の循環により照射位置がシフトするシフト方向が、前記投影面上における前記ライン状の領域が伸びる方向に対応する。

[7] 請求の範囲 1に記載の照明装置であって、

前記光源部が、前記コヒーレント光を発生する固体レーザまたは気体レーザを備える。