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JP6032521B2 - Illumination device, projection device and exposure device - Google Patents

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JP6032521B2
JP6032521B2 JP2011284166A JP2011284166A JP6032521B2 JP 6032521 B2 JP6032521 B2 JP 6032521B2 JP 2011284166 A JP2011284166 A JP 2011284166A JP 2011284166 A JP2011284166 A JP 2011284166A JP 6032521 B2 JP6032521 B2 JP 6032521B2
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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Description

本発明は、コヒーレント光を照明光として利用する照明装置、投射装置および露光装置に関する。   The present invention relates to an illumination device, a projection device, and an exposure device that use coherent light as illumination light.

照明装置の中でも、LEDとレーザダイオード(LD)は、小型かつ低消費電力で、色再現性に優れるという利点を有し、また、ホログラムを初めとした各種回折光学素子の光源としての相性もよいと考えられている(特許文献1、2参照)。   Among lighting devices, LEDs and laser diodes (LDs) have the advantage of being small, low power consumption, and excellent color reproducibility, and also have good compatibility as light sources for various diffractive optical elements such as holograms. (See Patent Documents 1 and 2).

また、特許文献3には、レーザ光源から放射されたレーザビームを波長変換して、複数の波長のレーザビームを生成し、これらのレーザビームを物体に照射してその干渉パターンを感光性基板に記録する技術が開示されている。   Further, Patent Document 3 converts the wavelength of a laser beam emitted from a laser light source to generate laser beams having a plurality of wavelengths, irradiates an object with these laser beams, and forms an interference pattern on a photosensitive substrate. A technique for recording is disclosed.

特開平6−208089号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-208089 特開平6−301322号公報JP-A-6-301322 特開平11−119634号公報JP 11-119634 A

しかしながら、LEDやLDは、個体差による中心波長のばらつきが大きい傾向にあり、またLEDやLDから放射されたレーザビームの出力エネルギーによっても、中心波長が変化することが知られている。さらには、LEDやLDの中心波長は、温度によっても変化する。   However, LEDs and LD tend to have a large variation in center wavelength due to individual differences, and it is known that the center wavelength changes depending on the output energy of the laser beam emitted from the LED or LD. Furthermore, the center wavelength of the LED or LD varies depending on the temperature.

このため、従来は、LEDやLDの光源に、中心波長のずれを補償するための機構を設けたり、中心波長のずれが起きにくい高価な材料でLEDやLDを作製したり、中心波長のずれが問題にならないような各種の光学部品を採用するなどの工夫を施していた。このため、装置全体が大型になったり、装置コストが上昇するなどの問題が生じていた。   For this reason, conventionally, a light source for an LED or LD is provided with a mechanism for compensating for a shift in the center wavelength, an LED or LD is manufactured from an expensive material that is unlikely to shift in the center wavelength, or a shift in the center wavelength is performed. Various measures were taken, such as adopting various optical components that would not be a problem. For this reason, the problem that the whole apparatus became large sized and the apparatus cost increased occurred.

一方、LEDやLD等から放射されたレーザビームを用いて照明装置を構成する場合、レーザビームを回折して被照明領域を照射するための回折光学素子が必要となるが、この種の回折光学素子も、温度によって回折中心波長が変化することから、光源側の温度調整だけでは不十分であり、仮に、光源から放射されるレーザビームの中心波長を温度調整したとしても、回折光学素子の回折特性が温度で変化することから、被照明領域の照明品質は温度により変動してしまう。   On the other hand, when an illumination device is configured using a laser beam emitted from an LED, LD, or the like, a diffractive optical element for diffracting the laser beam and irradiating the illuminated area is required. Since the diffraction center wavelength of the element also changes depending on the temperature, it is not sufficient to adjust the temperature of the light source alone. Even if the center wavelength of the laser beam emitted from the light source is adjusted, the diffraction of the diffractive optical element Since the characteristics change with temperature, the illumination quality of the illuminated area varies with temperature.

本発明は、この種の問題点を考慮に入れてなされたものであり、コヒーレント光を照明光として用いる場合に、照明品質が温度の影響を受けないようにした照明装置、投射装置および露光装置を提供するものである。   The present invention has been made in consideration of this type of problem, and in the case where coherent light is used as illumination light, the illumination apparatus, projection apparatus, and exposure apparatus in which illumination quality is not affected by temperature. Is to provide.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、入射面の各点に入射されたコヒーレント光を所定の領域に重ねて拡散可能な回折光学素子と、
前記回折光学素子の入射面に向けて、コヒーレント光を照射する照射装置と、
前記照射装置の温度を計測する第1温度計測部と、
前記回折光学素子の温度を計測する第2温度計測部と、
前記第1および第2温度計測部の温度計測結果に基づいて、前記照射装置が照射するコヒーレント光の中心波長のずれに応じて前記回折光学素子の回折中心波長を調整する回折波長調整器と、を備えることを特徴とする照明装置が適用される。
In order to solve the above-described problem, in one aspect of the present invention, a diffractive optical element capable of diffusing the coherent light incident on each point of the incident surface over a predetermined region;
An irradiation device for irradiating coherent light toward the incident surface of the diffractive optical element;
A first temperature measurement unit for measuring the temperature of the irradiation device;
A second temperature measurement unit for measuring the temperature of the diffractive optical element;
A diffractive wavelength adjuster that adjusts the diffraction center wavelength of the diffractive optical element according to a shift in the center wavelength of coherent light emitted by the irradiation device, based on the temperature measurement results of the first and second temperature measurement units; A lighting device characterized by comprising: is applied.

本発明によれば、コヒーレント光を照明光として用いる場合に、照明品質が温度の影響を受けないように回折光学素子の回折中心波長を調整できる。   According to the present invention, when coherent light is used as illumination light, the diffraction center wavelength of the diffractive optical element can be adjusted so that the illumination quality is not affected by temperature.

本発明の第1の実施形態に係る照明装置40の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the illuminating device 40 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 回折波長調整器3の内部構成の一例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of an internal configuration of a diffraction wavelength adjuster 3. 第2テーブルをグラフ化した一例を示す図。The figure which shows an example which graphed the 2nd table. レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長を調整する光源波長調整器8を図1の照明装置40に追加した一例を示す図。The figure which shows an example which added the light source wavelength regulator 8 which adjusts the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 to the illuminating device 40 of FIG. ホログラム記録媒体55に散乱板の像を干渉縞として形成する様子を説明する図。The figure explaining a mode that the image of a scattering plate is formed in the hologram recording medium 55 as an interference fringe. 図5の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体55に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図。The figure explaining a mode that the image of a scattering plate is reproduced | regenerated using the interference fringe formed in the hologram recording medium 55 obtained through the exposure process of FIG. 図4の照明装置40内の照射装置60に走査デバイス65を追加した例を示す図。The figure which shows the example which added the scanning device 65 to the irradiation apparatus 60 in the illuminating device 40 of FIG. 走査デバイス65の走査経路を説明する図。The figure explaining the scanning path | route of the scanning device 65. FIG. 本発明の第2の実施形態に係る投射装置20の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the projection apparatus 20 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る露光装置10の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the exposure apparatus 10 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図10の一応用例の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the example of 1 application of FIG. ミラーデバイスが第1の回動軸線RA1と交差する第2の回動軸線RA2を中心としても回動可能な例を示す図。The figure which shows the example which a mirror device can rotate also centering on 2nd rotation axis RA2 which cross | intersects 1st rotation axis RA1.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから適宜変更したり、誇張してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for convenience of illustration and understanding, the scale, the vertical / horizontal dimensional ratio, and the like are appropriately changed or exaggerated from those of the actual ones.

(第1の実施形態)
以下に説明する第1の実施形態は、回折光学素子としてホログラム記録媒体を用いた照明装置であり、レーザ光源が照射するコヒーレント光の中心波長に合わせて、ホログラム記録媒体の回折中心波長を調整するものである。
(First embodiment)
The first embodiment described below is an illumination device using a hologram recording medium as a diffractive optical element, and adjusts the diffraction center wavelength of the hologram recording medium in accordance with the center wavelength of coherent light emitted by a laser light source. Is.

図1は本発明の第1の実施形態に係る照明装置40の概略構成を示す図である。図1の照明装置40は、ホログラム記録媒体55と、照射装置60と、第1温度計測部1と、第2温度計測部2と、回折波長調整器3とを備えている。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an illumination device 40 according to the first embodiment of the present invention. 1 includes a hologram recording medium 55, an irradiation device 60, a first temperature measurement unit 1, a second temperature measurement unit 2, and a diffraction wavelength adjuster 3.

ホログラム記録媒体55は、入射面の各点に入射されたコヒーレント光を少なくとも所定の領域(以下、被照明領域LZと呼ぶ)に重ねて拡散可能な回折光学素子50である。コヒーレント光が入射される入射面には、干渉縞が形成されており、この干渉縞により、コヒーレント光は回折されて拡散光となる。この拡散光は、被照明領域LZにホログラム記録媒体55に記録された回折像を再生する。このホログラム記録媒体55の詳細については後述する。   The hologram recording medium 55 is a diffractive optical element 50 capable of diffusing the coherent light incident on each point of the incident surface so as to overlap at least a predetermined region (hereinafter referred to as an illuminated region LZ). Interference fringes are formed on the incident surface on which the coherent light is incident, and the coherent light is diffracted into diffused light by the interference fringes. This diffused light reproduces the diffraction image recorded on the hologram recording medium 55 in the illuminated area LZ. Details of the hologram recording medium 55 will be described later.

照射装置60は、ホログラム記録媒体55の入射面に向けてコヒーレント光を照射するレーザ光源61を有する。レーザ光源61は、例えばLEDやレーザダイオード(LD)である。レーザ光源61は、波長帯域が狭いため、単一色の照明しかできないが、例えば波長帯域の異なる複数のレーザ光源61を同時に、あるいは時分割で発光させて、被照明領域LZを種々の色で照明することも可能である。以下では、簡略化のために、一つのレーザ光源61を用いて単色で照明する例を説明する。   The irradiation device 60 includes a laser light source 61 that emits coherent light toward the incident surface of the hologram recording medium 55. The laser light source 61 is, for example, an LED or a laser diode (LD). Since the laser light source 61 has a narrow wavelength band, it can only illuminate a single color. For example, a plurality of laser light sources 61 having different wavelength bands can emit light simultaneously or in a time division manner to illuminate the illuminated area LZ with various colors. It is also possible to do. In the following, for simplification, an example in which a single laser light source 61 is used to illuminate with a single color will be described.

第1温度計測部1は、レーザ光源61あるいはその近傍の温度を計測する。第2温度計測部2は、ホログラム記録媒体55あるいはその近傍の温度を計測する。第1温度計測部1と第2温度計測部2は、例えば半導体温度センサを利用した温度センサを用いて構成される。センサとしては熱電対を用いることもできるし、放射温度計を利用してもよい。   The first temperature measurement unit 1 measures the temperature of the laser light source 61 or the vicinity thereof. The second temperature measurement unit 2 measures the temperature of the hologram recording medium 55 or the vicinity thereof. The 1st temperature measurement part 1 and the 2nd temperature measurement part 2 are comprised using the temperature sensor using a semiconductor temperature sensor, for example. A thermocouple may be used as the sensor, or a radiation thermometer may be used.

回折波長調整器3は、第1および第2温度計測部1,2の計測結果に基づいて、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長のずれに合わせて回折光学素子50の回折中心波長を調整する。   The diffraction wavelength adjuster 3 adjusts the diffraction center wavelength of the diffractive optical element 50 according to the shift of the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 based on the measurement results of the first and second temperature measuring units 1 and 2. To do.

図2は回折波長調整器3の内部構成の一例を示すブロック図である。図2の回折波長調整器3は、第1テーブル格納部11と、第2テーブル格納部12と、温度調整部13とを有する。   FIG. 2 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the diffraction wavelength adjuster 3. The diffraction wavelength adjuster 3 in FIG. 2 includes a first table storage unit 11, a second table storage unit 12, and a temperature adjustment unit 13.

第1テーブル格納部11は、レーザ光源61の温度と、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長のシフト量との対応関係を示す第1テーブルを格納する。   The first table storage unit 11 stores a first table indicating a correspondence relationship between the temperature of the laser light source 61 and the shift amount of the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61.

第2テーブル格納部12は、ホログラム記録媒体55の温度と、ホログラム記録媒体55の回折中心波長のシフト量との対応関係を示す第2テーブルを格納する。   The second table storage unit 12 stores a second table indicating the correspondence between the temperature of the hologram recording medium 55 and the shift amount of the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55.

温度調整部13は、第1および第2温度計測部1,2の温度計測結果に基づいて、第1および第2テーブルを参照して、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長に一致するように回折光学素子50の回折中心波長を調整する。より具体的には、温度調整部13は、回折光学素子50の温度を可変制御して、回折光学素子50の回折中心波長を調整する。   The temperature adjustment unit 13 refers to the first and second tables based on the temperature measurement results of the first and second temperature measurement units 1 and 2 so as to match the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61. The diffraction center wavelength of the diffractive optical element 50 is adjusted. More specifically, the temperature adjustment unit 13 variably controls the temperature of the diffractive optical element 50 to adjust the diffraction center wavelength of the diffractive optical element 50.

レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長は、個々のレーザ光源61の個体差、レーザ光源61からのコヒーレント光の出力エネルギー、およびレーザ光源61の温度により変化することが知られている。   It is known that the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 varies depending on individual differences among the individual laser light sources 61, the output energy of the coherent light from the laser light source 61, and the temperature of the laser light source 61.

このため、図1の照明装置40を組み立てた段階で、各照明装置40ごとに、レーザ光源61の温度を種々変化させて、コヒーレント光の中心波長を計測し、その計測結果を第1テーブルに登録しておく。また、レーザ光源61からのコヒーレント光の出力エネルギーを可変させる場合は、出力エネルギーとコヒーレント光の中心波長との対応関係も計測して、第1テーブルに登録しておく。   For this reason, at the stage of assembling the illumination device 40 of FIG. 1, the temperature of the laser light source 61 is varied for each illumination device 40, the center wavelength of the coherent light is measured, and the measurement result is stored in the first table. Register. When the output energy of the coherent light from the laser light source 61 is varied, the correspondence between the output energy and the center wavelength of the coherent light is also measured and registered in the first table.

このような第1テーブルを予め作成して第1テーブル格納部11に格納しておけば、その後に、第1温度計測部1でレーザ光源61の温度を計測したときに、第1テーブルを参照することにより、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長を正確に推測できる。   If such a first table is created in advance and stored in the first table storage unit 11, when the temperature of the laser light source 61 is subsequently measured by the first temperature measurement unit 1, the first table is referred to. By doing so, the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 can be estimated accurately.

同様に、図1の照明装置40を組み立てた段階で、ホログラム記録媒体55の温度を種々変化させて、ホログラム記録媒体55の回折中心波長を計測し、その計測結果を第2テーブルに登録しておく。   Similarly, when the illumination device 40 of FIG. 1 is assembled, the temperature of the hologram recording medium 55 is changed variously, the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55 is measured, and the measurement result is registered in the second table. deep.

図3は第2テーブルをグラフ化した一例を示す図であり、横軸はホログラム記録媒体55の温度、縦軸はホログラム記録媒体55の回折中心波長を示している。図3に示すように、ホログラム記録媒体55の温度が変化すると、回折中心波長がシフトし、温度が高いほど回折中心波長が高くなる傾向にあることがわかる。   FIG. 3 is a graph showing an example of the second table, in which the horizontal axis indicates the temperature of the hologram recording medium 55 and the vertical axis indicates the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55. As shown in FIG. 3, it can be seen that when the temperature of the hologram recording medium 55 changes, the diffraction center wavelength shifts, and the diffraction center wavelength tends to increase as the temperature increases.

図3のグラフは、レーザ光源61としてDPSSレーザ(中心波長532nm)を用いて、ホログラム記録媒体55として特開平6−301322号公報の実施例1に開示されたフォトポリマーを用いた。   In the graph of FIG. 3, a DPSS laser (center wavelength: 532 nm) is used as the laser light source 61, and the photopolymer disclosed in Example 1 of JP-A-6-301322 is used as the hologram recording medium 55.

なお、図3は一例にすぎず、ホログラム記録媒体55の材料や膜厚等によっては、異なる特性になる場合もありうるが、いずれにしても、ホログラム記録媒体55の回折中心波長は、温度により変動する。   Note that FIG. 3 is merely an example, and depending on the material, film thickness, and the like of the hologram recording medium 55, different characteristics may be obtained, but in any case, the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55 depends on the temperature. fluctuate.

第2テーブルを予め用意しておけば、第2温度計測部2で計測したホログラム記録媒体55の温度に基づいて第2テーブルを参照することで、ホログラム記録媒体55の回折中心波長を正確に推測できる。   If the second table is prepared in advance, the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55 is accurately estimated by referring to the second table based on the temperature of the hologram recording medium 55 measured by the second temperature measuring unit 2. it can.

回折波長調整器3内の温度調整部13は、第1温度計測部1で計測したレーザ光源61の温度に基づいてレーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長を第1テーブルから取得し、第2テーブルを参照しながら、取得したコヒーレント光の中心波長に一致するように、ホログラム記録媒体55の回折中心波長を変化させる。ホログラム記録媒体55の回折中心波長を変化させるには、図3からわかるように、ホログラム記録媒体55の温度を変化させればよい。そこで、温度調整部13は、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長に合わせて、ホログラム記録媒体55の温度を調整して、ホログラム記録媒体55の回折中心波長を変化させる。このとき、第2温度計測部2で計測したホログラム記録媒体55の温度に基づいて第2テーブルを参照して、所望の回折中心波長になるように、ホログラム記録媒体55の温度を調整する。   The temperature adjustment unit 13 in the diffraction wavelength adjuster 3 obtains the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 from the first table based on the temperature of the laser light source 61 measured by the first temperature measurement unit 1, and the second table While referring to the table, the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55 is changed so as to match the center wavelength of the acquired coherent light. In order to change the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55, as can be seen from FIG. 3, the temperature of the hologram recording medium 55 may be changed. Therefore, the temperature adjustment unit 13 adjusts the temperature of the hologram recording medium 55 according to the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 to change the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55. At this time, referring to the second table based on the temperature of the hologram recording medium 55 measured by the second temperature measuring unit 2, the temperature of the hologram recording medium 55 is adjusted so as to obtain a desired diffraction center wavelength.

これにより、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長とホログラム記録媒体55の回折中心波長が一致し、レーザ光源61からホログラム記録媒体55に入射されたコヒーレント光は、当初設計した通りに拡散されて、被照明領域LZを照明することになる。   Thereby, the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 coincides with the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55, and the coherent light incident on the hologram recording medium 55 from the laser light source 61 is diffused as originally designed. The illuminated area LZ is illuminated.

回折波長調整器3内の温度調整部13は、ホログラム記録媒体55に直接接触するように密着配置するのが望ましい。密着配置させることにより、ホログラム記録媒体55の温度を正確に測定でき、ホログラム記録媒体55の回折中心波長の調整精度が向上するためである。例えば、冷却をする場合、温度調整部13をホログラム記録媒体55から離隔させて空冷等の間接的な冷却を行うのでは精密な温度調節は不可能であり、温度調整部13をホログラム記録媒体55に密着配置させて、水冷やペルチェ素子等を用いて温度調節を行うのが望ましい。   It is desirable that the temperature adjusting unit 13 in the diffraction wavelength adjuster 3 is disposed in close contact so as to be in direct contact with the hologram recording medium 55. This is because the temperature of the hologram recording medium 55 can be accurately measured and the adjustment accuracy of the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55 is improved. For example, when cooling, it is impossible to perform precise temperature adjustment by separating the temperature adjusting unit 13 from the hologram recording medium 55 and performing indirect cooling such as air cooling. It is desirable to adjust the temperature using water cooling, a Peltier device, or the like.

図1の例では、ホログラム記録媒体55に回折波長調整器3を接触させているが、ホログラム記録媒体55の温度は、回折波長調整器3内の温度調整部13をホログラム記録媒体55に必ずしも密着させなくても調整可能である。例えば、ホログラム記録媒体55と温度調整部13との間に空気を介在させて、この空気を加熱または冷却することで、間接的にホログラム記録媒体55の温度調整を行うことができる。より具体的には、高出力光なのに光吸収層の配置により発熱してしまう場合など、直接接触では温度変化を制御できない場合は、光を透過させつつ温度調節を行う必要があり、上述した間接的な温度調整が有効である。   In the example of FIG. 1, the diffraction wavelength adjuster 3 is brought into contact with the hologram recording medium 55, but the temperature of the hologram recording medium 55 is not necessarily in close contact with the hologram recording medium 55 by the temperature adjusting unit 13 in the diffraction wavelength adjuster 3. It is possible to adjust without making it. For example, the temperature of the hologram recording medium 55 can be indirectly adjusted by interposing air between the hologram recording medium 55 and the temperature adjusting unit 13 and heating or cooling the air. More specifically, when the temperature change cannot be controlled by direct contact, such as when heat is generated due to the arrangement of the light absorption layer even though it is high output light, it is necessary to adjust the temperature while transmitting light, and the indirect described above Temperature adjustment is effective.

もちろん、空気を介在させると、密着させた場合に比べれば熱の伝搬効率は落ちるが、照明装置40の光学配置上、ホログラム記録媒体55に温度調整部13を密着配置できない場合は、両者を物理的に離隔させて、ファン等による暖気または冷気によりホログラム記録媒体55の温度調整を行えばよい。例えば、透過型のホログラム記録媒体55を用いる場合は、対向する両面がコヒーレント光の光学経路になるため、これら両面には温度調整部13は密着配置できないことから、上述した手法で温度調整を行えばよい。   Of course, when air is interposed, the heat propagation efficiency is lower than when the air is in close contact with each other. However, if the temperature adjustment unit 13 cannot be disposed in close contact with the hologram recording medium 55 due to the optical arrangement of the illumination device 40, both are physically connected. The temperature of the hologram recording medium 55 may be adjusted by warm air or cold air by a fan or the like. For example, when the transmissive hologram recording medium 55 is used, the opposing surfaces serve as optical paths for coherent light, and the temperature adjustment unit 13 cannot be disposed in close contact with both surfaces. Just do it.

一方、ホログラム記録媒体55に温度調整部13を密着配置する場合は、電気抵抗熱、温水循環またはペルチェ素子等を用いて加熱し、冷媒気化熱、冷水循環またはペルチェ素子等を用いて冷却すればよい。   On the other hand, when the temperature adjusting unit 13 is disposed in close contact with the hologram recording medium 55, heating is performed using electric resistance heat, hot water circulation, a Peltier element, or the like, and cooling is performed using refrigerant vaporization heat, cold water circulation, a Peltier element, or the like. Good.

なお、透過型のホログラム記録媒体55を用いる場合に、ホログラム記録媒体55の側面に温度調整部13を密着配置して、ホログラム記録媒体55の加熱または冷却を行うことも考えられる。この場合、ホログラム記録媒体55内の温度ばらつきを抑制したい場合は、対向する二側面あるいは四側面にそれぞれ温度調整部13を配置すればよい。   When the transmission type hologram recording medium 55 is used, the hologram recording medium 55 may be heated or cooled by closely placing the temperature adjusting unit 13 on the side surface of the hologram recording medium 55. In this case, when it is desired to suppress the temperature variation in the hologram recording medium 55, the temperature adjusting unit 13 may be disposed on each of the two side surfaces or the four side surfaces facing each other.

図1の照明装置40は、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長を調整する手段を設けていないが、このような手段を設けてもよい。   Although the illumination device 40 in FIG. 1 does not include means for adjusting the center wavelength of coherent light from the laser light source 61, such means may be provided.

図4はレーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長を調整する光源波長調整器8を図1の照明装置40に追加した一例を示す図である。図4の光源波長調整器8は、第1温度計測部1で計測されたレーザ光源61の温度変化によってレーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長がシフトした分だけ、中心波長を逆方向にシフトさせて中心波長のずれを補償する。   FIG. 4 is a diagram showing an example in which a light source wavelength adjuster 8 for adjusting the center wavelength of coherent light from the laser light source 61 is added to the illumination device 40 of FIG. The light source wavelength adjuster 8 in FIG. 4 shifts the center wavelength in the reverse direction by the amount that the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61 is shifted by the temperature change of the laser light source 61 measured by the first temperature measurement unit 1. To compensate for the shift in the center wavelength.

光源波長調整器8は、レーザ光源61の温度とコヒーレント光の中心波長との対応関係を示す第3テーブルを内蔵しており、第1温度計測部1で計測されたレーザ光源61の温度に基づいて、この第3テーブルを参照して、現在のコヒーレント光の中心波長を取得し、元の中心波長になるように波長制御を行う。波長制御の具体的手法は問わないが、例えばホログラム記録媒体55と同様に、レーザ光源61の温度を調整することにより、コヒーレント光の中心波長を調整してもよい。したがって、光源波長調整器8は、レーザ光源61に密着配置されるか、あるいはレーザ光源61の近傍に配置する必要がある。   The light source wavelength adjuster 8 includes a third table indicating the correspondence between the temperature of the laser light source 61 and the center wavelength of the coherent light, and is based on the temperature of the laser light source 61 measured by the first temperature measurement unit 1. By referring to the third table, the current center wavelength of the coherent light is acquired, and the wavelength control is performed so that the original center wavelength is obtained. Although the specific method of wavelength control is not ask | required, you may adjust the center wavelength of coherent light by adjusting the temperature of the laser light source 61 similarly to the hologram recording medium 55, for example. Therefore, the light source wavelength adjuster 8 needs to be disposed in close contact with the laser light source 61 or in the vicinity of the laser light source 61.

図4の回折波長調整器3は、図2と同様の内部構成を有するが、第1テーブルは、光源波長調整器8がコヒーレント光の中心波長の調整を行うことを考慮に入れた上で作成される。   The diffraction wavelength adjuster 3 in FIG. 4 has the same internal configuration as that in FIG. 2, but the first table is created taking into consideration that the light source wavelength adjuster 8 adjusts the center wavelength of the coherent light. Is done.

このように、光源波長調整器8を設けることにより、レーザ光源61から照射されるコヒーレント光の波長を調整できるため、このコヒーレント光の波長が温度により変化しないような制御が可能となる。したがって、レーザ光源61からのコヒーレント光の波長が温度により変動しなくなるため、回折波長調整器3での回折中心波長の調整精度も向上する。   As described above, since the wavelength of the coherent light emitted from the laser light source 61 can be adjusted by providing the light source wavelength adjuster 8, it is possible to control such that the wavelength of the coherent light does not change with temperature. Accordingly, since the wavelength of the coherent light from the laser light source 61 does not vary with temperature, the adjustment accuracy of the diffraction center wavelength in the diffraction wavelength adjuster 3 is also improved.

回折光学素子50を構成するホログラム記録媒体55は、照射装置60から放射されるコヒーレント光を再生照明光Laとして受けて、当該コヒーレント光を高効率で回折することができる。とりわけ、ホログラム記録媒体55は、その各位置、言い換えると、その各点とも呼ばれるべき各微小領域に入射するコヒーレント光を回折することによって、被照明領域LZにホログラム記録媒体55に記録された回折像5を再生することができるようになっている。   The hologram recording medium 55 constituting the diffractive optical element 50 can receive the coherent light emitted from the irradiation device 60 as the reproduction illumination light La and diffract the coherent light with high efficiency. In particular, the hologram recording medium 55 diffracts the coherent light incident on each minute position, in other words, each minute area to be called each point, thereby diffracting the image recorded on the hologram recording medium 55 in the illuminated area LZ. 5 can be reproduced.

照射装置60からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う所定の領域を照明する。とりわけここで説明する形態では、照射装置60からホログラム記録媒体55の各位置に入射したコヒーレント光は、それぞれ、ホログラム記録媒体55で回折されて同一の被照明領域LZを照明するようになっている。   The coherent light incident on each position of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is diffracted by the hologram recording medium 55 and illuminates a predetermined region that overlaps at least partly. In particular, in the embodiment described here, the coherent light incident on each position of the hologram recording medium 55 from the irradiation device 60 is diffracted by the hologram recording medium 55 to illuminate the same illuminated region LZ. .

このようなコヒーレント光の回折作用を可能にするホログラム記録媒体55として、図示する例では、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラムが用いられている。図5はホログラム記録媒体55に散乱板の像を干渉縞として形成する様子を説明する図である。ここで、散乱板6とは、光を散乱させる参照部材であり、参照部材の具体的な形態は問わない。   In the illustrated example, a reflection type volume hologram using a photopolymer is used as the hologram recording medium 55 that enables the diffraction action of such coherent light. FIG. 5 is a diagram for explaining how the image of the scattering plate is formed as interference fringes on the hologram recording medium 55. Here, the scattering plate 6 is a reference member that scatters light, and a specific form of the reference member is not limited.

図5に示すように、ホログラム記録媒体55は、実物の散乱板6からの散乱光を物体光Loとして用いて作製されている。図5には、ホログラム記録媒体55をなすようになる感光性を有したホログラム感光材料58に、互いに干渉性を有するコヒーレント光からなる参照光Lrと物体光Loとが露光されている状態が示されている。   As shown in FIG. 5, the hologram recording medium 55 is manufactured using the scattered light from the actual scattering plate 6 as the object light Lo. FIG. 5 shows a state where the photosensitive light 58 having photosensitivity that forms the hologram recording medium 55 is exposed to the reference light Lr and the object light Lo made of coherent light having coherence with each other. Has been.

参照光Lrとしては、例えば、特定波長域のレーザ光を発振するレーザ光源61からのレーザ光が用いられる。参照光Lrは、レンズからなる集光素子7を透過してホログラム感光材料58に入射する。図5に示す例では、参照光Lrを形成するためのレーザ光が、集光素子7の光軸と平行な平行光束として、集光素子7へ入射する。参照光Lrは、集光素子7を透過することによって、それまでの平行光束から収束光束に整形(変換)され、ホログラム感光材料58へ入射する。この際、収束光束Lrの焦点位置FPは、ホログラム感光材料58を通り過ぎた位置にある。すなわち、ホログラム感光材料58は、集光素子7と、集光素子7によって集光された収束光束Lrの焦点位置FPと、の間に配置される。   As the reference light Lr, for example, laser light from a laser light source 61 that oscillates laser light in a specific wavelength region is used. The reference light Lr passes through the condensing element 7 made of a lens and enters the hologram photosensitive material 58. In the example shown in FIG. 5, the laser light for forming the reference light Lr is incident on the condensing element 7 as a parallel light beam parallel to the optical axis of the condensing element 7. The reference light Lr passes through the condensing element 7, so that it is shaped (converted) into a convergent light beam from the parallel light beam so far, and is incident on the hologram photosensitive material 58. At this time, the focal position FP of the convergent light beam Lr is at a position past the hologram photosensitive material 58. That is, the hologram photosensitive material 58 is disposed between the light condensing element 7 and the focal position FP of the convergent light beam Lr condensed by the light condensing element 7.

次に、物体光Loは、例えばオパールガラスからなる散乱板6からの散乱光として、ホログラム感光材料58に入射する。図5の例では、作製されるべきホログラム記録媒体55が反射型であり、物体光Loは、参照光Lrと反対側の面からホログラム感光材料58へ入射する。物体光Loは、参照光Lrと干渉性を有することが前提である。したがって、例えば、同一のレーザ光源61から発振されたレーザ光を分割させて、分割された一方を上述の参照光Lrとして利用し、他方を物体光Loとして使用することができる。   Next, the object light Lo is incident on the hologram photosensitive material 58 as scattered light from a scattering plate 6 made of, for example, opal glass. In the example of FIG. 5, the hologram recording medium 55 to be manufactured is a reflection type, and the object light Lo is incident on the hologram photosensitive material 58 from the surface opposite to the reference light Lr. The object light Lo is premised on having coherency with the reference light Lr. Therefore, for example, the laser light oscillated from the same laser light source 61 can be divided, and one of the divided light can be used as the reference light Lr and the other can be used as the object light Lo.

図5に示す例では、散乱板6の板面への法線方向と平行な平行光束が、散乱板6へ入射して散乱され、そして、散乱板6を透過した散乱光が物体光Loとしてホログラム感光材料58へ入射している。この方法によれば、通常安価に入手可能な等方散乱板を散乱板6として用いた場合に、散乱板6からの物体光Loが、ホログラム感光材料58に概ね均一な光量分布で入射することが可能となる。またこの方法によれば、散乱板6による散乱の度合いにも依存するが、ホログラム感光材料58の各位置に、散乱板6の出射面6aの全域から概ね均一な光量で物体光Loが入射しやすくなる。このような場合には、得られたホログラム記録媒体55の各位置に入射した光が、それぞれ、散乱板6の像5を同様の明るさで再生し、かつ、再生された散乱板6の像5が概ね均一な明るさで観察されることが実現され得る。   In the example shown in FIG. 5, a parallel light beam parallel to the normal direction to the plate surface of the scattering plate 6 is incident on the scattering plate 6 and scattered, and the scattered light transmitted through the scattering plate 6 is the object light Lo. The light enters the hologram photosensitive material 58. According to this method, when an isotropic scattering plate that is usually available at a low cost is used as the scattering plate 6, the object light Lo from the scattering plate 6 is incident on the hologram photosensitive material 58 with a substantially uniform light amount distribution. Is possible. Further, according to this method, although depending on the degree of scattering by the scattering plate 6, the object light Lo is incident on each position of the hologram photosensitive material 58 with a substantially uniform light amount from the entire area of the exit surface 6 a of the scattering plate 6. It becomes easy. In such a case, the light incident on each position of the obtained hologram recording medium 55 reproduces the image 5 of the scattering plate 6 with the same brightness, and the reproduced image of the scattering plate 6. It can be realized that 5 is observed with approximately uniform brightness.

以上のようにして、参照光Lrおよび物体光Loがホログラム記録材料58に露光されると、参照光Lrおよび物体光Loが干渉してなる干渉縞が生成され、この光の干渉縞が、何らかのパターン(体積型ホログラムでは、一例として、屈折率変調パターン)として、ホログラム記録材料58に記録される。その後、ホログラム記録材料58の種類に対応した適切な後処理が施され、ホログラム記録材料55が得られる。   As described above, when the hologram recording material 58 is exposed to the reference light Lr and the object light Lo, an interference fringe formed by the interference of the reference light Lr and the object light Lo is generated. It is recorded on the hologram recording material 58 as a pattern (in the case of a volume hologram, for example, a refractive index modulation pattern). Thereafter, appropriate post-processing corresponding to the type of the hologram recording material 58 is performed, and the hologram recording material 55 is obtained.

図6は図5の露光工程を経て得られたホログラム記録媒体55に形成された干渉縞を用いて散乱板の像を再生する様子を説明する図である。図6に示すように、図5のホログラム感光材料58にて形成されたホログラム記録媒体55は、露光工程で用いられたレーザ光と同一波長の光であって、露光工程における参照光Lrの光路を逆向きに進む光によって、そのブラッグ条件が満たされるようになる。すなわち、図6に示すように、露光工程時におけるホログラム感光材料58に対する焦点FPの相対位置(図5参照)と同一の位置関係をなすようにしてホログラム記録媒体55に対して位置する基準点SPから発散し、露光工程時における参照光Lrと同一の波長を有する発散光束は、再生照明光Laとして、ホログラム記録媒体55にて回折され、露光工程時におけるホログラム感光材料58に対する散乱板6の相対位置(図5参照)と同一の位置関係をなすようになるホログラム記録媒体55に対する特定の位置に、散乱板6の再生像5を生成する。   FIG. 6 is a diagram for explaining how the image of the scattering plate is reproduced using the interference fringes formed on the hologram recording medium 55 obtained through the exposure process of FIG. As shown in FIG. 6, the hologram recording medium 55 formed of the hologram photosensitive material 58 of FIG. 5 is light having the same wavelength as the laser beam used in the exposure process, and the optical path of the reference light Lr in the exposure process The light traveling in the opposite direction satisfies the Bragg condition. That is, as shown in FIG. 6, the reference point SP positioned with respect to the hologram recording medium 55 so as to have the same positional relationship as the relative position of the focal point FP with respect to the hologram photosensitive material 58 during the exposure process (see FIG. 5). The divergent light beam that diverges from the light beam and has the same wavelength as the reference light Lr during the exposure process is diffracted by the hologram recording medium 55 as the reproduction illumination light La, and is relative to the hologram photosensitive material 58 during the exposure process. The reproduced image 5 of the scattering plate 6 is generated at a specific position with respect to the hologram recording medium 55 that has the same positional relationship as the position (see FIG. 5).

この際、散乱板6の再生像5を生成する再生光(再生照明光Laをホログラム記録媒体55で回折してなる光)Lbは、露光工程時に散乱板6からホログラム感光材料58へ向かって進んでいた物体光Loの光路を逆向きに進む光として散乱板6の像5の各点を再生する。ここで、図5に示したように、露光工程時に散乱板6の出射面6aの各位置から出射する散乱光Loが、それぞれ、ホログラム感光材料58の概ね全領域に入射するように拡散して、広がっている。すなわち、ホログラム感光材料58上の各位置には、散乱板6の出射面6aの全領域からの物体光Loが入射し、結果として、出射面6a全体の情報がホログラム記録媒体55の各位置にそれぞれ記録されている。このため、図6に示された、再生照明光Laとして機能する基準点SPからの発散光束をなす各光は、それぞれ単独で、ホログラム記録媒体55の各位置に入射して互いに同一の輪郭を有した散乱板6の像5を、互いに同一の位置、すなわち被照明領域LZに再生することができる。   At this time, the reproduction light (light obtained by diffracting the reproduction illumination light La by the hologram recording medium 55) Lb that generates the reproduction image 5 of the scattering plate 6 travels from the scattering plate 6 toward the hologram photosensitive material 58 during the exposure process. Each point of the image 5 of the scattering plate 6 is reproduced as light traveling in the opposite direction along the optical path of the object light Lo that has been emitted. Here, as shown in FIG. 5, the scattered light Lo emitted from each position on the exit surface 6 a of the scattering plate 6 during the exposure process is diffused so as to enter almost the entire region of the hologram photosensitive material 58. ,It has spread. That is, the object light Lo from the entire area of the exit surface 6 a of the scattering plate 6 is incident on each position on the hologram photosensitive material 58, and as a result, information on the entire exit surface 6 a is placed on each position of the hologram recording medium 55. Each is recorded. For this reason, each light which forms the divergent light beam from the reference point SP functioning as the reproduction illumination light La shown in FIG. 6 is incident on each position of the hologram recording medium 55 independently and has the same contour. The image 5 of the scattering plate 6 can be reproduced at the same position, that is, the illuminated region LZ.

レーザを光源とした場合、コヒーレンスの高さに起因するスペックルが発生してしまう。スペックル(speckle)は、レーザ光などのコヒーレント光を散乱面に照射したときに現れる斑点状の模様であり、スクリーン上に発生すると斑点状の輝度ムラ(明るさのムラ)として観察され、観察者に対して生理的な悪影響を及ぼす要因になる。コヒーレント光を用いた場合にスペックルが発生する理由は、スクリーンなどの散乱反射面の各部で反射したコヒーレント光が、その極めて高い可干渉性ゆえに、互いに干渉し合うことによって生じるものとされている。   When a laser is used as a light source, speckles are generated due to high coherence. A speckle is a speckled pattern that appears when a scattering surface is irradiated with laser light or other coherent light. When it appears on a screen, it is observed as speckled brightness irregularities (brightness irregularities). It becomes a factor having a physiological adverse effect on the person. The reason why speckles occur when coherent light is used is that coherent light reflected by each part of a scattering reflection surface such as a screen interferes with each other because of its extremely high coherence. .

この種のスペックルを回避するために、照射装置60に、レーザ光源61から放射されたコヒーレント光を回折光学素子50の表面上で走査させる走査デバイス65を設けてもよい。走査デバイス65を設けることにより、レーザ光源61からのコヒーレント光がホログラム記録媒体55の記録面上を走査し、ホログラム記録媒体55で拡散されたコヒーレント光が被照明領域LZに入射される方向も経時的に変化するため、被照明領域LZ上に生じるスペックルのパターンも大きく変化し、無相関なスペックルパターンが重畳されることから、スペックルが視認されなくなる。   In order to avoid this type of speckle, the irradiation device 60 may be provided with a scanning device 65 that scans the surface of the diffractive optical element 50 with coherent light emitted from the laser light source 61. By providing the scanning device 65, the coherent light from the laser light source 61 scans the recording surface of the hologram recording medium 55, and the direction in which the coherent light diffused by the hologram recording medium 55 is incident on the illuminated region LZ is also elapsed. Therefore, the speckle pattern generated on the illuminated area LZ is also greatly changed, and the uncorrelated speckle pattern is superimposed, so that the speckle is not visually recognized.

図7は図4の照明装置40内の照射装置60に走査デバイス65を追加した例を示す図である。走査デバイス65は、コヒーレント光の進行方向を経時的に変化させ、コヒーレント光の進行方向が一定とはならないよう種々の方向へ向ける。この結果、走査デバイス65で進行方向を変化させられるコヒーレント光が、回折光学素子50のホログラム記録媒体55の入射面上を走査するようになる。   FIG. 7 is a diagram showing an example in which a scanning device 65 is added to the irradiation device 60 in the illumination device 40 of FIG. The scanning device 65 changes the traveling direction of the coherent light with time, and directs it in various directions so that the traveling direction of the coherent light is not constant. As a result, the coherent light whose traveling direction is changed by the scanning device 65 scans the incident surface of the hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50.

図8は走査デバイス65の走査経路を説明する図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining the scanning path of the scanning device 65.

本実施形態に係る走査デバイス65は、一つの軸線RA1を中心として回動可能な反射面66aを有する反射デバイス66を含んでいる。反射デバイス66は、一つの軸線RA1を中心として回動可能な反射面66aとしてのミラーを有したミラーデバイスを有する。このミラーデバイス66は、ミラー66aの配向を変化させることによって、レーザ光源61からのコヒーレント光の進行方向を変化させるようになっている。この際、図8に示すように、ミラーデバイス66は、概ね、基準点SPにおいてレーザ光源61からコヒーレント光を受けるようになっている。   The scanning device 65 according to the present embodiment includes a reflecting device 66 having a reflecting surface 66a that can be rotated about one axis RA1. The reflection device 66 includes a mirror device having a mirror as a reflection surface 66a that can be rotated about one axis RA1. This mirror device 66 changes the traveling direction of coherent light from the laser light source 61 by changing the orientation of the mirror 66a. At this time, as shown in FIG. 8, the mirror device 66 generally receives coherent light from the laser light source 61 at the reference point SP.

ミラーデバイス66で進行方向を最終調整されたコヒーレント光は、基準点SPからの発散光束の一光線をなし得る再生照明光La(図6参照)として、回折光学素子50のホログラム記録媒体55へ入射し得る。結果として、照射装置60からのコヒーレント光がホログラム記録媒体55上を走査するようになり、且つ、ホログラム記録媒体55上の各位置に入射したコヒーレント光が同一の輪郭を有した散乱板6の像5を同一の位置、すなわち被照明領域LZに再生するようになる。   The coherent light whose traveling direction is finally adjusted by the mirror device 66 is incident on the hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50 as reproduction illumination light La (see FIG. 6) that can form one light beam diverging from the reference point SP. Can do. As a result, the coherent light from the irradiation device 60 scans on the hologram recording medium 55, and the image of the scattering plate 6 in which the coherent light incident on each position on the hologram recording medium 55 has the same contour. 5 is reproduced at the same position, that is, the illuminated area LZ.

図8に示すように、反射デバイス66は、一つの軸線RA1に沿ってミラー66aを回動させるように構成されている。図8に示された例では、ミラー66aの回動軸線RA1は、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系、つまり、XY平面がホログラム記録媒体55の板面と平行となるXY座標系のY軸と、平行に延びている。そして、ミラー66aが、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系のY軸と平行な軸線RA1を中心として回動するため、照射装置60からのコヒーレント光の回折光学素子50への入射点IPは、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系のX軸と平行な方向に往復動するようになる。すなわち、図8に示された例では、照射装置60は、コヒーレント光がホログラム記録媒体55上を直線経路に沿って走査するように、回折光学素子50にコヒーレント光を照射する。   As shown in FIG. 8, the reflection device 66 is configured to rotate the mirror 66a along one axis RA1. In the example shown in FIG. 8, the rotation axis RA1 of the mirror 66a is the XY coordinate system defined on the plate surface of the hologram recording medium 55, that is, the XY plane is parallel to the plate surface of the hologram recording medium 55. It extends parallel to the Y axis of the XY coordinate system. Then, since the mirror 66a rotates around the axis line RA1 parallel to the Y axis of the XY coordinate system defined on the plate surface of the hologram recording medium 55, the coherent light from the irradiation device 60 is directed to the diffractive optical element 50. The incident point IP reciprocates in a direction parallel to the X axis of the XY coordinate system defined on the plate surface of the hologram recording medium 55. That is, in the example shown in FIG. 8, the irradiation device 60 irradiates the diffractive optical element 50 with coherent light so that the coherent light scans on the hologram recording medium 55 along a linear path.

ミラーデバイス66等で構成される走査デバイス65は、上述したように、少なくとも軸線RA1回りに回動可能な部材であり、例えば、MEMSなどを用いて構成される。走査デバイス65は、周期的に回動運動を行うが、人間が直接観察する液晶表示装置などの用途では、1周期1/30秒程度、表示したい画面の種類に応じてそれ以上に高速にコヒーレント光で走査できれば、その回動周波数には特に制限はない。   As described above, the scanning device 65 configured by the mirror device 66 or the like is a member that can rotate at least around the axis line RA1, and is configured by using, for example, MEMS. The scanning device 65 periodically rotates, but in applications such as a liquid crystal display device that is directly observed by humans, it is 1/30 seconds per cycle, which is more coherent at a higher speed depending on the type of screen to be displayed. If it can scan with light, there will be no restriction | limiting in particular in the rotation frequency.

なお、実際上の問題として、ホログラム記録媒体55を作成する際、ホログラム記録材料58が収縮する場合がある。このような場合、ホログラム記録材料58の収縮を考慮して、照射装置60から回折光学素子50に照射されるコヒーレント光の入出射角度が調整されることが好ましい。したがって、コヒーレント光源61で生成するコヒーレント光の波長は、図5の露光工程で用いた光の波長と厳密に一致させる必要はなく、ほぼ同一となっていてもよい。   As a practical problem, the hologram recording material 58 may shrink when the hologram recording medium 55 is produced. In such a case, it is preferable to adjust the incident / exit angle of the coherent light irradiated from the irradiation device 60 to the diffractive optical element 50 in consideration of the shrinkage of the hologram recording material 58. Therefore, the wavelength of the coherent light generated by the coherent light source 61 does not need to be exactly the same as the wavelength of the light used in the exposure process of FIG. 5 and may be substantially the same.

また、同様の理由から、回折光学素子50のホログラム記録媒体55へ入射する光の進行方向も、基準点SPからの発散光束に含まれる一光線と厳密に同一の経路を取っていなくとも、被照明領域LZに像5を再生することができる。実際に、図8に示す例では、走査デバイス65をなすミラーデバイス66のミラー(反射面)66aは、必然的に、その回動軸線RA1からずれる。したがって、基準点SPを通過しない回動軸線RA1を中心としてミラー66aを回動させた場合、ホログラム記録媒体55へ入射する光は、基準点SPからの発散光束をなす一光線とはならないことがある。しかしながら、実際には、図示された構成の照射装置60からのコヒーレント光によって、被照明領域LZに重ねて像5を実質的に再生することができる。   For the same reason, the traveling direction of the light incident on the hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50 is not limited even if it takes the exact same path as the one light beam included in the divergent light beam from the reference point SP. The image 5 can be reproduced in the illumination area LZ. Actually, in the example shown in FIG. 8, the mirror (reflection surface) 66a of the mirror device 66 constituting the scanning device 65 is inevitably deviated from the rotation axis RA1. Therefore, when the mirror 66a is rotated around the rotation axis RA1 that does not pass through the reference point SP, the light incident on the hologram recording medium 55 may not be a single light beam that forms a divergent light beam from the reference point SP. is there. However, in practice, the image 5 can be substantially reproduced by being superimposed on the illuminated region LZ by coherent light from the irradiation device 60 having the illustrated configuration.

ところで、走査デバイス65は、必ずしもコヒーレント光を反射させる部材である必要はなく、反射ではなく、コヒーレント光を屈折や回折等を行わせて、コヒーレント光を回折光学素子50上で走査させてもよい。   By the way, the scanning device 65 does not necessarily have to be a member that reflects the coherent light. Instead of reflecting, the scanning device 65 may cause the coherent light to be refracted or diffracted to scan the coherent light on the diffractive optical element 50. .

このように、第1の実施形態では、レーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長がレーザ光源61の個体差、出力エネルギーおよび温度等により変化することを見込んで第1テーブルを事前に作成し、同様に、ホログラム記録媒体55の回折中心波長が温度により変化することを見込んで第2テーブルを事前に作成しておく。そして、レーザ光源61の温度計測結果とホログラム記録媒体55の温度計測結果に基づいて、第1および第2テーブルを参照して、ホログラム記録媒体55の温度調整を行うため、ホログラム記録媒体55の回折中心波長をレーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長に一致させることができ、温度によらず、ホログラム記録媒体55に入射されて拡散されたコヒーレント光で被照明領域LZを設計通りに均一に照明でき、照明効率も向上する。   Thus, in the first embodiment, the first table is created in advance in anticipation that the center wavelength of coherent light from the laser light source 61 changes due to individual differences of the laser light source 61, output energy, temperature, and the like. Similarly, the second table is created in advance in view of the fact that the diffraction center wavelength of the hologram recording medium 55 changes with temperature. Then, based on the temperature measurement result of the laser light source 61 and the temperature measurement result of the hologram recording medium 55, the temperature of the hologram recording medium 55 is adjusted with reference to the first and second tables. The center wavelength can be made to coincide with the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61, and the illuminated area LZ is uniformly illuminated as designed with the coherent light that is incident on the hologram recording medium 55 and diffused regardless of the temperature. And lighting efficiency is improved.

(第2の実施形態)
以下に説明する第2の実施形態は、上述した第1の実施形態に係る照明装置40を用いて投射装置を構成したものである。
(Second Embodiment)
In the second embodiment described below, a projection device is configured using the illumination device 40 according to the first embodiment described above.

図9は本発明の第2の実施形態に係る投射装置20の概略構成を示す図である。図9では、図7と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。   FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a projection apparatus 20 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described below.

図9の投射装置20は、図7の照明装置40に加えて、光変調器30と、投射光学系80と、拡散スクリーン15とを備えている。   9 includes a light modulator 30, a projection optical system 80, and a diffusion screen 15 in addition to the illumination device 40 of FIG.

光変調器30は、被照明領域LZと重なる位置に配置され、被変調領域の照明光を利用して変調画像を生成して、投射光学系80に導光する。   The light modulator 30 is disposed at a position overlapping the illuminated area LZ, generates a modulated image using illumination light in the modulated area, and guides it to the projection optical system 80.

光変調器30としては、例えばDMD(Digital Micromirror Device)などのMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子からなる反射型のマイクロディスプレイを用いることができる。上述した特許文献2に開示された装置でも、DMDが光変調器30として利用されている。   As the optical modulator 30, for example, a reflective microdisplay made of a micro electro mechanical systems (MEMS) element such as a DMD (digital micromirror device) can be used. The DMD is also used as the optical modulator 30 in the apparatus disclosed in Patent Document 2 described above.

この他、光変調器30としては、反射型のLCOSや透過型の液晶パネルを用いることも可能である。   In addition, as the optical modulator 30, a reflective LCOS or a transmissive liquid crystal panel can be used.

光変調器30の入射面は、照明装置40がコヒーレント光を照射する被照明領域LZと同一の位置で、かつ同一の形状および大きさであることが好ましい。この場合、照明装置40からのコヒーレント光を、拡散スクリーン15への映像の表示に高い利用効率で利用することができるからである。   It is preferable that the incident surface of the light modulator 30 has the same position and the same shape and size as the illuminated region LZ where the illumination device 40 emits coherent light. In this case, it is because the coherent light from the illuminating device 40 can be utilized with high utilization efficiency for displaying the image on the diffusion screen 15.

光変調器30で生成された変調画像を拡散スクリーン15に投射する投射光学系80は、例えば複数枚のレンズ群で構成されたプロジェクションレンズ81を有し、光変調器30で生成された変調画像は、プロジェクションレンズ81で屈折されて拡散スクリーン15上に変調画像を投射する。プロジェクションレンズ81の径や、プロジェクションレンズ81と光変調器30との距離や、プロジェクションレンズ81と拡散スクリーン15との距離によって、拡散スクリーン15に投影される変調画像のサイズを調整することができる。図9の拡散スクリーン15は、透過型であり、投射された変調画像光を拡散する。なお、拡散スクリーン15は、反射型でもよい。   The projection optical system 80 that projects the modulated image generated by the light modulator 30 onto the diffusing screen 15 includes a projection lens 81 composed of a plurality of lens groups, for example, and the modulated image generated by the light modulator 30. Is refracted by the projection lens 81 and projects a modulated image on the diffusing screen 15. The size of the modulated image projected on the diffusion screen 15 can be adjusted by the diameter of the projection lens 81, the distance between the projection lens 81 and the light modulator 30, and the distance between the projection lens 81 and the diffusion screen 15. The diffusing screen 15 in FIG. 9 is a transmissive type and diffuses the projected modulated image light. The diffusing screen 15 may be a reflective type.

図9では省略しているが、拡散スクリーン15で拡散された変調画像を、不図示のハーフミラーに入射して、このハーフミラーで、拡散スクリーン15で拡散された変調画像光の一部を反射させて変調画像の虚像を形成して、この虚像を外光とともにハーフミラーを介して観察者が視認できるようにしてもよい。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置を実現できる。この場合、ハーフミラーとして、例えば、車両のフロントガラスを用いることができ、観察者は運転席に座って前方を向くことで、フロントガラスを通して車外の景色を見ながら、虚像を視認できる。あるいは、ハーフミラーの代わりに、ホログラム記録媒体55やプリズムを用いてもよい。   Although omitted in FIG. 9, the modulated image diffused by the diffusion screen 15 is incident on a half mirror (not shown), and a part of the modulated image light diffused by the diffusion screen 15 is reflected by this half mirror. Thus, a virtual image of the modulated image may be formed, and this virtual image may be viewed by an observer through a half mirror together with external light. Thereby, a head-up display device can be realized. In this case, for example, the front windshield of the vehicle can be used as the half mirror, and the observer can view the virtual image while viewing the scenery outside the vehicle through the windshield by sitting in the driver's seat and facing forward. Alternatively, a hologram recording medium 55 or a prism may be used instead of the half mirror.

光変調器30では、種々の変調画像を生成可能であり、光変調器30で変調画像を生成して、その変調画像を被照明領域LZで照明することで、種々の変調画像を拡散スクリーン15上に投射することができる。   The light modulator 30 can generate various modulated images. The light modulator 30 generates a modulated image and illuminates the modulated image in the illuminated area LZ, so that the various modulated images can be generated by the diffusion screen 15. Can be projected up.

第2の実施形態に係る投射装置20においても、回折波長調整器3を設けることにより、レーザ光源61の個体差、出力エネルギーおよび温度と、ホログラム記録媒体55の温度によらずに、ホログラム記録媒体55の回折中心波長をレーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長と一致させることができるため、被照明領域LZを均一に照明でき、拡散スクリーン15に表示される映像の品質が向上する。   Also in the projection apparatus 20 according to the second embodiment, by providing the diffraction wavelength adjuster 3, the hologram recording medium can be used regardless of the individual difference, output energy, and temperature of the laser light source 61 and the temperature of the hologram recording medium 55. Since the 55 diffraction center wavelengths can coincide with the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61, the illuminated area LZ can be illuminated uniformly, and the quality of the image displayed on the diffusion screen 15 is improved.

(第3の実施形態)
以下に説明する第3の実施形態は、上述した第1の実施形態に係る照明装置40を用いて露光装置を構成したものである。
(Third embodiment)
In the third embodiment described below, an exposure apparatus is configured using the illumination device 40 according to the first embodiment described above.

図10は本発明の第3の実施形態に係る露光装置10の概略構成を示す図である。図10では、図7と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。   FIG. 10 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus 10 according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same reference numerals are given to components common to FIG. 7, and different points will be mainly described below.

図10の露光装置10は、図7の照明装置40に加えて、光変調器30を備えている。光変調器30で変調されたコヒーレント光は、感光媒体15の表面に導光される。   The exposure apparatus 10 in FIG. 10 includes an optical modulator 30 in addition to the illumination apparatus 40 in FIG. The coherent light modulated by the light modulator 30 is guided to the surface of the photosensitive medium 15.

光変調器30は、例えば透過型または反射型のレチクル(マスク)である。この場合、レチクルパターンに応じた光像が感光媒体15の表面上に形成され、半導体素子を作製するための露光装置10として用いることができる。   The light modulator 30 is, for example, a transmissive or reflective reticle (mask). In this case, an optical image corresponding to the reticle pattern is formed on the surface of the photosensitive medium 15 and can be used as the exposure apparatus 10 for manufacturing a semiconductor element.

あるいは、光変調器30は、透過型の液晶マイクロディスプレイでもよい。この場合、照明装置40によって面状に照明される光変調器30が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、微細なパターンからなる変調画像(光像)を感光媒体15上に形成できる。   Alternatively, the light modulator 30 may be a transmissive liquid crystal microdisplay. In this case, the light modulator 30 illuminated in a planar shape by the illumination device 40 selects and transmits coherent light for each pixel, whereby a modulated image (light image) having a fine pattern is formed on the photosensitive medium 15. Can be formed.

また、光変調器30の入射面は、照明装置40がコヒーレント光を照射する被照明領域LZと同一の形状および大きさであることが好ましい。この場合、照明装置40からのコヒーレント光を、感光媒体15の露光用に高効率で利用することができる。   Moreover, it is preferable that the incident surface of the light modulator 30 has the same shape and size as the illuminated region LZ where the illumination device 40 emits coherent light. In this case, the coherent light from the illumination device 40 can be used with high efficiency for exposure of the photosensitive medium 15.

感光媒体15は、例えばレジストパターンが塗布された半導体ウエハである。ただし、感光媒体15の種類には特に制限はなく、感光剤を塗布したフィルムでもよい。   The photosensitive medium 15 is, for example, a semiconductor wafer coated with a resist pattern. However, the type of the photosensitive medium 15 is not particularly limited, and a film coated with a photosensitive agent may be used.

感光媒体15は、光変調器30にできるだけ密接して配置される。以下、この理由を詳細に説明する。光変調器30が例えばマスクである場合、マスクのエッジにコヒーレント光が入射すると、このエッジでコヒーレント光が回折され、回折像が得られる。回折像による影響は、光変調器30と感光媒体15との間隔が大きくなるほど大きくなり、マスクによる本来の光像がぼやけてしまう。そこで、本基本形態では、回折像による影響を軽減するために、感光媒体15を光変調器30にできるだけ密接して配置する。   The photosensitive medium 15 is arranged as close as possible to the light modulator 30. Hereinafter, the reason will be described in detail. When the optical modulator 30 is, for example, a mask, when coherent light is incident on the edge of the mask, the coherent light is diffracted at the edge, and a diffraction image is obtained. The influence of the diffraction image increases as the distance between the light modulator 30 and the photosensitive medium 15 increases, and the original light image by the mask becomes blurred. Therefore, in this basic embodiment, the photosensitive medium 15 is arranged as close as possible to the optical modulator 30 in order to reduce the influence of the diffraction image.

このように、感光媒体15を光変調器30にできるだけ密接して配置しなければならないことから、光変調器30は透過型の部材、例えば、レチクルや液晶マイクロディスプレイなどに制限され、反射型の部材は実装が困難である。   As described above, since the photosensitive medium 15 must be disposed as close as possible to the light modulator 30, the light modulator 30 is limited to a transmissive member, for example, a reticle or a liquid crystal micro display, and is a reflective type. The member is difficult to mount.

感光媒体15は、光変調器30にできるだけ密接して配置されるため、光変調器30で変調された光像をできるだけ忠実に感光媒体15の表面に導光することができる。   Since the photosensitive medium 15 is arranged as close as possible to the light modulator 30, the light image modulated by the light modulator 30 can be guided to the surface of the photosensitive medium 15 as faithfully as possible.

ところが、光変調器30の表面がミラー面である場合は、このミラー面で、ホログラム記録媒体55からのコヒーレント光が反射してしまう。この反射光を人間の目で見たり、あるいは撮像装置で撮像したりすると、ホログラム記録媒体55自体を直接観察することとなるため、スペックルが視認されることになる。スペックルが視認される理由は、ミラー面では、ホログラム記録媒体55からのコヒーレント光を拡散させ新たな複数のスペックルパターンを生成できないため、言い換えれば、各点が常に同じ波面を生成するホログラム記録媒体55からの波面をミラー面で折り返してそのまま観察しているためである。   However, when the surface of the optical modulator 30 is a mirror surface, the coherent light from the hologram recording medium 55 is reflected by this mirror surface. When this reflected light is viewed by human eyes or captured by an imaging device, the hologram recording medium 55 itself is directly observed, so that speckle is visually recognized. The reason why speckles are visually recognized is that the mirror surface cannot diffuse a coherent light from the hologram recording medium 55 and generate a plurality of new speckle patterns. In other words, hologram recording in which each point always generates the same wavefront. This is because the wavefront from the medium 55 is reflected on the mirror surface and observed as it is.

光変調器30からスペックルを含む反射光が照射されるのは、あまり望ましいことではない。レーザ強度によっては、人間の目に悪影響を与える可能性があるためである。   It is not very desirable that reflected light including speckles is irradiated from the light modulator 30. This is because depending on the laser intensity, there is a possibility of adverse effects on the human eye.

そこで、このような反射光を回避するために、図10に破線で示したように、ホログラム記録媒体55と光変調器30の間に、光拡散素子21を配置してもよい。光拡散素子21は、代表例としてはレリーフあるいは体積型ホログラム記録媒体55であるが、表面が拡散面であれば、特に材料に制限はない。例えば、ガラスの片面をすりガラス状に不透明に加工したものでもよい。あるいは、光拡散素子21は、オパールガラス、レリーフ拡散板、またはマイクロレンズアレイなどでもよい。   Therefore, in order to avoid such reflected light, the light diffusing element 21 may be disposed between the hologram recording medium 55 and the optical modulator 30 as indicated by a broken line in FIG. The light diffusing element 21 is a relief or volume hologram recording medium 55 as a representative example, but the material is not particularly limited as long as the surface is a diffusing surface. For example, the glass may be processed to be opaque in a ground glass shape. Alternatively, the light diffusing element 21 may be opal glass, a relief diffusing plate, a microlens array, or the like.

このような光拡散素子21を設ければ、光変調器30には、光拡散素子21で拡散されたコヒーレント光が入射されることになり、光変調器30や感光媒体15の表面がミラー面であったとしても、これら表面上でスペックルが目立たなくなる。   If such a light diffusing element 21 is provided, the coherent light diffused by the light diffusing element 21 is incident on the light modulator 30, and the surface of the light modulator 30 or the photosensitive medium 15 is a mirror surface. Speckle is less noticeable on these surfaces.

図10の応用例として結像光学系を設けてもよい。図11は図10の一応用例の概略構成を示す図である。図11の露光装置10は、図10の構成に加えて、光変調器30と感光媒体15の間に配置される結像光学系25と、照射装置60と光変調器30の間に配置される光拡散素子21とを備えている。   An imaging optical system may be provided as an application example of FIG. FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of one application example of FIG. In addition to the configuration of FIG. 10, the exposure apparatus 10 of FIG. 11 is disposed between the imaging optical system 25 disposed between the light modulator 30 and the photosensitive medium 15, and the irradiation apparatus 60 and the light modulator 30. The light diffusing element 21 is provided.

結像光学系25は、光変調器30で変調されたコヒーレント光を感光媒体15上に結像させるものである。結像光学系25を設けることで、拡大露光あるいは縮小露光が可能となる。   The imaging optical system 25 forms an image on the photosensitive medium 15 with the coherent light modulated by the optical modulator 30. By providing the imaging optical system 25, enlargement exposure or reduction exposure is possible.

図10の露光装置10では、光拡散素子21は必ずしも必須ではなかったが、図11の露光装置10aでは、光拡散素子21は必須である。以下、この理由を詳細に説明する。   In the exposure apparatus 10 of FIG. 10, the light diffusing element 21 is not necessarily essential, but in the exposure apparatus 10a of FIG. 11, the light diffusing element 21 is essential. Hereinafter, the reason will be described in detail.

コヒーレント光はホログラム記録媒体55上を連続的に走査するため、照射装置60から被照明領域LZへのコヒーレント光の入射角度も連続的に変化し、回折光学素子50から感光媒体15上に入射されるコヒーレント光の入射角度も連続的に変化する。したがって、離れた位置から人間が感光媒体15の表面を視認した場合には、人間の目には、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて視認されることになる。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重畳して平均化されて観察者に観察されることになり、スペックルは視認されなくなる。   Since the coherent light continuously scans on the hologram recording medium 55, the incident angle of the coherent light from the irradiation device 60 to the illuminated area LZ also changes continuously and is incident on the photosensitive medium 15 from the diffractive optical element 50. The incident angle of coherent light also changes continuously. Therefore, when a human visually recognizes the surface of the photosensitive medium 15 from a distant position, the coherent light scattering pattern having no correlation is multiplexed and visually recognized by the human eye. Therefore, speckles generated corresponding to each scattering pattern are superposed and averaged and observed by the observer, and the speckles are not visually recognized.

ところが、感光媒体15は、スクリーンとは異なり、光変調器30からの光像を記録するためのものである。感光媒体15に光像を記録するということは、感光媒体15からホログラム記録媒体55側を望んだときに人間の目に入る像を記録することと等価である。感光媒体15と光変調器30の間には、結像光学系25が存在し、結像された感光媒体15上の各点は、結像光学系25と光変調器30を介してホログラム記録媒体55上の各点に対応づけられている。上述したように、ホログラム記録媒体55上の各点は、時間によらず常に一定の波面を持つコヒーレント光を照射するため、感光媒体15上のある点からホログラム記録媒体55側を望むと、常に一定の波面を持つコヒーレント光が見えることになり、無相関なスペックルパターンを発生させる要素がないため、スペックルが目立ってしまう。すなわち、感光媒体15上には、スペックルを含んだ光像が記録されてしまう。   However, unlike the screen, the photosensitive medium 15 is for recording a light image from the light modulator 30. Recording an optical image on the photosensitive medium 15 is equivalent to recording an image that enters the human eye when the hologram recording medium 55 side is desired from the photosensitive medium 15. An imaging optical system 25 exists between the photosensitive medium 15 and the optical modulator 30, and each point on the imaged photosensitive medium 15 is recorded on the hologram via the imaging optical system 25 and the optical modulator 30. Corresponding to each point on the medium 55. As described above, each point on the hologram recording medium 55 always emits coherent light having a constant wavefront regardless of time. Therefore, when the hologram recording medium 55 side is desired from a certain point on the photosensitive medium 15, it is always Coherent light with a certain wavefront will be visible, and speckle will be conspicuous because there is no element that generates an uncorrelated speckle pattern. That is, an optical image including speckles is recorded on the photosensitive medium 15.

一方、ホログラム記録媒体55と光変調器30の間に光拡散素子21を配置すると、光拡散素子21の各点には経時的に入射角度の異なるコヒーレント光が入射し、経時的に異なる散乱特性の光、すなわち異なる波面を出射する。そして、光拡散素子21の各点から照射されるコヒーレント光は経時的に波面が変化する結果、感光媒体15上の各点から光拡散素子21側を望んだ場合には、経時的に波面が変化するコヒーレント光が見えることになり、感光媒体15上で無相関なスペックルパターンが重畳されることになり、スペックルは目立たなくなる。   On the other hand, when the light diffusing element 21 is disposed between the hologram recording medium 55 and the light modulator 30, coherent light having different incident angles with time is incident on each point of the light diffusing element 21, and scattering characteristics that vary with time. Light, that is, different wavefronts. As a result of the wavefront of the coherent light irradiated from each point of the light diffusing element 21 changing with time, when the light diffusing element 21 side is desired from each point on the photosensitive medium 15, the wavefront changes with time. The changing coherent light can be seen, and an uncorrelated speckle pattern is superimposed on the photosensitive medium 15, so that the speckle becomes inconspicuous.

以上の理由で、本応用形態では、ホログラム記録媒体55と光変調器30の間に光拡散素子21を配置している。理想的には、回折光学素子50で拡散されたコヒーレント光の被照明領域LZが光拡散素子21上に設けられるようにするのがよい。このようにすれば、自ずと、回折光学素子50の各点からの拡散光が光拡散素子50上で時間変化する入射光となり、感光媒体15から回折光学素子50側を望んだときに、スペックルが目立たなくなる。   For the above reasons, the light diffusion element 21 is disposed between the hologram recording medium 55 and the light modulator 30 in this application mode. Ideally, the illuminated region LZ of coherent light diffused by the diffractive optical element 50 is preferably provided on the light diffusing element 21. In this way, the diffused light from each point of the diffractive optical element 50 naturally becomes incident light that changes with time on the light diffusing element 50, and speckles when the diffractive optical element 50 side is desired from the photosensitive medium 15. Disappears.

第3の実施形態に係る露光装置10においても、回折波長調整器3を設けることにより、レーザ光源61の個体差、出力エネルギーおよび温度と、ホログラム記録媒体55の温度によらずに、ホログラム記録媒体55の回折中心波長をレーザ光源61からのコヒーレント光の中心波長と一致させることができるため、被照明領域LZを均一に照明でき、感光媒体15に記録される光像の品質が向上する。   Also in the exposure apparatus 10 according to the third embodiment, by providing the diffraction wavelength adjuster 3, the hologram recording medium can be used regardless of the individual difference, output energy, and temperature of the laser light source 61 and the temperature of the hologram recording medium 55. Since the 55 diffraction center wavelengths can coincide with the center wavelength of the coherent light from the laser light source 61, the illuminated area LZ can be illuminated uniformly, and the quality of the optical image recorded on the photosensitive medium 15 is improved.

(照射装置60の具体的形態)
上述した第1および第3の実施形態では、照射装置60が、レーザ光源61と走査デバイス65とを有する例を説明した。走査デバイス65は、コヒーレント光の進行方向を反射によって変化させる一軸回動型のミラーデバイス66からなる例を示したが、これに限られない。走査デバイス65は、図12に示すように、ミラーデバイス66のミラー(反射面66a)が、第1の回動軸線RA1だけでなく、第1の回動軸線RA1と交差する第2の回動軸線RA2を中心としても回動可能となっていてもよい。図12に示された例では、ミラー66aの第2の回動軸線RA2は、ホログラム記録媒体55の板面上に定義されたXY座標系のY軸と平行に延びる第1回動軸線RA1と、直交している。そして、ミラー66aが、第1軸線RA1および第2軸線RA2の両方を中心として回動可能なため、照射装置60からのコヒーレント光の回折光学素子50への入射点IPは、ホログラム記録媒体55の板面上で二次元方向に移動可能となる。このため、一例として図12に示されているように、コヒーレント光の回折光学素子50への入射点IPが円周上を移動するようにすることもできる。
(Specific form of irradiation device 60)
In the first and third embodiments described above, the example in which the irradiation device 60 includes the laser light source 61 and the scanning device 65 has been described. Although the scanning device 65 is an example of the uniaxial rotation type mirror device 66 that changes the traveling direction of the coherent light by reflection, the scanning device 65 is not limited thereto. As shown in FIG. 12, the scanning device 65 has a second rotation in which the mirror (reflection surface 66a) of the mirror device 66 intersects not only the first rotation axis RA1 but also the first rotation axis RA1. It may be rotatable about the axis RA2. In the example shown in FIG. 12, the second rotation axis RA2 of the mirror 66a is a first rotation axis RA1 extending in parallel with the Y axis of the XY coordinate system defined on the plate surface of the hologram recording medium 55. Are orthogonal. Since the mirror 66a is rotatable about both the first axis RA1 and the second axis RA2, the incident point IP of the coherent light from the irradiation device 60 to the diffractive optical element 50 is equal to that of the hologram recording medium 55. It can move in a two-dimensional direction on the plate surface. For this reason, as shown in FIG. 12 as an example, the incident point IP of the coherent light to the diffractive optical element 50 can be moved on the circumference.

また、走査デバイス65が、二以上のミラーデバイス66を含んでいてもよい。この場合、ミラーデバイス66のミラー66aが、単一の軸線を中心としてのみ回動可能であっても、照射装置60からのコヒーレント光の回折光学素子50への入射点IPを、ホログラム記録媒体55の板面上で二次元方向に移動させることができる。   Further, the scanning device 65 may include two or more mirror devices 66. In this case, even if the mirror 66a of the mirror device 66 can be rotated only about a single axis, the incident point IP of the coherent light from the irradiation device 60 to the diffractive optical element 50 is represented by the hologram recording medium 55. Can be moved in a two-dimensional direction on the plate surface.

なお、走査デバイス65に含まれるミラーデバイス66aの具体例としては、MEMSミラー、ポリゴンミラー、ガルバノスキャナ等を挙げることができる。   Specific examples of the mirror device 66a included in the scanning device 65 include a MEMS mirror, a polygon mirror, and a galvano scanner.

また、走査デバイス65は、反射によってコヒーレント光の進行方向を変化させる反射デバイス、すなわち、本実施形態において、一例として上述してきたミラーデバイス66以外のデバイスを含んで構成されていてもよい。例えば、走査デバイス65が、屈折プリズムやレンズ等を含んでいていてもよい。   The scanning device 65 may include a reflection device that changes the traveling direction of coherent light by reflection, that is, a device other than the mirror device 66 described above as an example in the present embodiment. For example, the scanning device 65 may include a refractive prism, a lens, and the like.

そもそも、走査デバイス65は必須ではなく、照射装置60の光源61が、回折光学素子50に対して移動、揺動、回転等の変位可能に構成され、光源61の回折光学素子50に対する変位によって、光源61から照射されたコヒーレント光がホログラム記録媒体55上を走査するようにしてもよい。   In the first place, the scanning device 65 is not essential, and the light source 61 of the irradiation device 60 is configured to be able to move, swing, rotate and the like with respect to the diffractive optical element 50. The coherent light emitted from the light source 61 may scan the hologram recording medium 55.

さらに、照射装置60の光源61が、線状光線として整形されたレーザ光を発振する前提で説明してきたが、これに限られない。とりわけ、上述した形態では、回折光学素子50の各位置に照射されたコヒーレント光は、回折光学素子50によって、被照明領域LZに入射するようになる光束に整形される。したがって、照射装置60の光源61から回折光学素子50に照射されるコヒーレント光は精確に整形されていなくとも不都合は生じない。このため、光源61から発生されるコヒーレント光は、発散光であってもよい。また、光源61から発生されるコヒーレント光の断面形状は、円でなく、楕円等であってもよい。さらには、光源61から発生されるコヒーレント光の横モードがマルチモードであってもよい。   Furthermore, although the light source 61 of the irradiation apparatus 60 has been described on the assumption that the laser light shaped as a linear light beam is oscillated, the present invention is not limited to this. In particular, in the embodiment described above, the coherent light irradiated to each position of the diffractive optical element 50 is shaped by the diffractive optical element 50 into a light beam that enters the illuminated region LZ. Therefore, there is no inconvenience even if the coherent light irradiated from the light source 61 of the irradiation device 60 to the diffractive optical element 50 is not accurately shaped. For this reason, the coherent light generated from the light source 61 may be diverging light. Further, the cross-sectional shape of the coherent light generated from the light source 61 may not be a circle but an ellipse or the like. Furthermore, the transverse mode of the coherent light generated from the light source 61 may be a multimode.

なお、光源61が発散光束を発生させる場合、コヒーレント光は、回折光学素子50のホログラム記録媒体55に入射する際に、点ではなくある程度の面積を持った領域に入射することになる。この場合、ホログラム記録媒体55で回折されて被照明領域LZの各位置に入射する光は、角度を多重化されることになる。言い換えると、各瞬間において、被照明領域LZの各位置には、或る程度の角度範囲の方向からコヒーレント光が入射する。このような角度の多重化によって、スペックルをさらに効果的に目立たなくさせることができる。   When the light source 61 generates a divergent light beam, the coherent light is incident on a region having a certain area instead of a point when entering the hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50. In this case, the light diffracted by the hologram recording medium 55 and incident on each position of the illuminated area LZ is multiplexed in angle. In other words, at each moment, coherent light is incident on each position of the illuminated area LZ from a certain angle range. Speckle can be made more inconspicuous by such multiplexing of angles.

さらに、図7等では、走査デバイス65で反射されたコヒーレント光を直接に回折光学素子50に入射させる例を示したが、走査デバイス65と回折光学素子50の間に集光レンズを設けて、この集光レンズでコヒーレント光を平行光束にして回折光学素子50に入射するようにしてもよい。このような例では、ホログラム記録媒体55を作製する際の露光工程において、参照光Lrとして、上述した収束光束に代えて、平行光束を用いることになる。このようなホログラム記録媒体55は、より簡単に作製および複製することができる。   Further, in FIG. 7 and the like, an example in which the coherent light reflected by the scanning device 65 is directly incident on the diffractive optical element 50 is shown, but a condensing lens is provided between the scanning device 65 and the diffractive optical element 50, You may make it make coherent light into a parallel light beam with this condensing lens, and enter into the diffractive optical element 50. In such an example, a parallel light beam is used as the reference light Lr instead of the above-described convergent light beam in the exposure process when the hologram recording medium 55 is manufactured. Such a hologram recording medium 55 can be produced and duplicated more easily.

(回折光学素子50の具体的形態)
上述した形態において、回折光学素子50が、フォトポリマーを用いた反射型の体積型ホログラム55からなる例を示したが、これに限られない。また、回折光学素子50は、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプの体積型ホログラムを含んでもよい。さらに、回折光学素子50は、透過型の体積型ホログラム記録媒体55を含んでいてもよいし、レリーフ型(エンボス型)のホログラム記録媒体55を含んでいてもよい。
(Specific form of diffractive optical element 50)
In the above-described embodiment, the example in which the diffractive optical element 50 is composed of the reflective volume hologram 55 using the photopolymer is shown, but the present invention is not limited thereto. Further, the diffractive optical element 50 may include a volume hologram that is recorded using a photosensitive medium including a silver salt material. Further, the diffractive optical element 50 may include a transmission type volume hologram recording medium 55 or a relief type (emboss type) hologram recording medium 55.

ただし、レリーフ(エンボス)型ホログラムは、表面の凹凸構造によってホログラム干渉縞の記録が行われる。しかしながら、このレリーフ型ホログラムの場合、表面の凹凸構造による散乱が、光量ロスの原因となるほか、意図しない新たなスペックル生成要因となる可能性があり、この点において体積型ホログラムの方が好ましい。体積型ホログラムでは、媒体内部の屈折率変調パターン(屈折率分布)としてホログラム干渉縞の記録が行われるため、表面の凹凸構造による散乱による影響を受けることはない。   However, in the relief (embossed) hologram, hologram interference fringes are recorded by the concavo-convex structure on the surface. However, in the case of this relief-type hologram, scattering due to the uneven structure on the surface may cause a loss of light amount and may cause a new unintended speckle generation. In this respect, the volume-type hologram is preferable. . In the volume hologram, since the hologram interference fringe is recorded as a refractive index modulation pattern (refractive index distribution) inside the medium, it is not affected by scattering due to the uneven structure on the surface.

もっとも、体積型ホログラムでも、銀塩材料を含む感光媒体を利用して記録するタイプのものは、銀塩粒子による散乱が光量ロスの原因となるほか、意図しない新たなスペックル生成要因となる可能性がある。この点において、ホログラム記録媒体55としては、フォトポリマーを用いた体積型ホログラムの方が好ましい。   However, even volume holograms that are recorded using a photosensitive medium containing silver salt material may cause light loss due to scattering by silver salt particles, and may cause unintended new speckle generation. There is sex. In this respect, the hologram recording medium 55 is preferably a volume hologram using a photopolymer.

また、図5に示す記録工程では、いわゆるフレネルタイプのホログラム記録媒体55が作成されることになるが、レンズを用いた記録を行うことにより得られるフーリエ変換タイプのホログラム記録媒体55を作成してもかまわない。ただ、フーリエ変換タイプのホログラム記録媒体55を用いる場合には、像再生時にもレンズを使用してもよい。   Further, in the recording process shown in FIG. 5, a so-called Fresnel type hologram recording medium 55 is produced. A Fourier transform type hologram recording medium 55 obtained by performing recording using a lens is produced. It doesn't matter. However, when the Fourier transform type hologram recording medium 55 is used, a lens may also be used during image reproduction.

また、ホログラム記録媒体55に形成されるべき縞状パターン、例えば屈折率変調パターンや凹凸パターンは、現実の物体光Loおよび参照光Lrを用いることなく、予定した再生照明光Laの波長や入射方向、並びに、再生されるべき像の形状や位置等に基づき計算機を用いて設計されてもよい。このようにして得られたホログラム記録媒体55は、計算機合成ホログラムとも呼ばれる。また上述した変形例のように波長域の互いに異なる複数のコヒーレント光が照射装置60から照射される場合には、計算機合成ホログラムとしてのホログラム記録媒体55は、各波長域のコヒーレント光にそれぞれ対応して設けられた複数の領域に平面的に区分けされ、各波長域のコヒーレント光は対応する領域で回折されて像を再生するようにしてもよい。   Further, the striped pattern to be formed on the hologram recording medium 55, for example, the refractive index modulation pattern or the uneven pattern, does not use the actual object light Lo and the reference light Lr, but the planned wavelength and incident direction of the reproduction illumination light La. In addition, it may be designed using a computer based on the shape and position of the image to be reproduced. The hologram recording medium 55 obtained in this way is also called a computer-generated hologram. When a plurality of coherent lights having different wavelength ranges are irradiated from the irradiation device 60 as in the above-described modification, the hologram recording medium 55 as a computer-generated hologram corresponds to each coherent light in each wavelength range. The coherent light in each wavelength region may be diffracted in the corresponding region to reproduce an image.

(照明方法)
上述した形態において、照射装置60が回折光学素子50上でコヒーレント光を一次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、回折光学素子50のホログラム記録媒体55が各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するように構成され、これにより、照明装置40が二次元的な被照明領域LZを照明する例を示した。ただし、既に説明してきたように、このような例に限定されることはなく、例えば、照射装置60が回折光学素子50上でコヒーレント光を二次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、回折光学素子50のホログラム記録媒体55が各位置に照射されたコヒーレント光を二次元方向に拡散するように構成され、これにより、図12に示したように、照明装置40が二次元的な被照明領域LZを照明してもよい。
(Lighting method)
In the above-described form, the irradiation device 60 is configured to be able to scan the coherent light on the diffractive optical element 50 in a one-dimensional direction, and the holographic recording medium 55 of the diffractive optical element 50 is irradiated to each position. An example in which light is diffused in a two-dimensional direction and the illumination device 40 illuminates a two-dimensional illuminated area LZ by this is shown. However, as already described, the present invention is not limited to such an example. For example, the irradiation device 60 is configured to be able to scan the coherent light in the two-dimensional direction on the diffractive optical element 50, and The hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50 is configured to diffuse the coherent light irradiated to each position in a two-dimensional direction. As a result, as shown in FIG. The illuminated area LZ may be illuminated.

また、既に言及しているように、照射装置60が回折光学素子50上でコヒーレント光を一次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、回折光学素子50のホログラム記録媒体55が各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するように構成され、これにより、照明装置40が一次元的な被照明領域LZを照明するようにしてもよい。この態様において、照射装置60によるコヒーレント光の走査方向と、回折光学素子50のホログラム記録媒体55の拡散方向と、が平行となるようにしてもよい。   Further, as already mentioned, the irradiation device 60 is configured to be able to scan the coherent light on the diffractive optical element 50 in a one-dimensional direction, and the hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50 is provided at each position. The coherent light applied to the light source may be diffused in a one-dimensional direction, so that the illumination device 40 may illuminate the one-dimensional illuminated area LZ. In this aspect, the scanning direction of the coherent light by the irradiation device 60 and the diffusion direction of the hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50 may be parallel.

さらに、照射装置60が回折光学素子50上でコヒーレント光を一次元方向または二次元方向に走査可能とするように構成され、且つ、回折光学素子50のホログラム記録媒体55が各位置に照射されたコヒーレント光を一次元方向に拡散するように構成されていてもよい。この態様において、回折光学素子50が複数のホログラム記録媒体55を有し、各ホログラム記録媒体55に対応した被照明領域LZを順に照明していくことによって、照明装置40が二次元的な領域を照明するようにしてもよい。この際、各被照明領域LZが、人間の目では同時に照明されているかのような速度で、順に照明されていってもよいし、あるいは、人間の目でも順番に照明していると認識できるような遅い速度で、順に照明されていってもよい。   Further, the irradiation device 60 is configured to be able to scan the coherent light in the one-dimensional direction or the two-dimensional direction on the diffractive optical element 50, and the hologram recording medium 55 of the diffractive optical element 50 is irradiated to each position. The coherent light may be configured to diffuse in a one-dimensional direction. In this embodiment, the diffractive optical element 50 has a plurality of hologram recording media 55, and the illumination device 40 sequentially illuminates the illuminated regions LZ corresponding to the hologram recording media 55, so that the illumination device 40 forms a two-dimensional region. You may make it illuminate. At this time, each illuminated area LZ may be sequentially illuminated at a speed as if it were illuminated simultaneously by the human eye, or it can be recognized that the illuminated area LZ is also illuminated sequentially by the human eye. It may be illuminated sequentially at such a slow speed.

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。   The aspect of the present invention is not limited to the individual embodiments described above, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.

1 第1温度計測部、2 第2温度計測部、3 回折波長調整器、10 露光装置、11 第1テーブル格納部、12 第2テーブル格納部、13 温度調整部、15 感光媒体、20 投射装置、21 光拡散素子、30 光変調器、40 照明装置、50 光学素子、55 ホログラム記録媒体、58 ホログラム感光材料、60 照射装置、61 レーザ光源、65 走査デバイス、66 ミラーデバイス(反射デバイス)、66a ミラー(反射面)、70 結像光学系、80 投射光学系、81 プロジェクションレンズ、LZ 被照明領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st temperature measurement part, 2nd temperature measurement part, 3 diffraction wavelength regulator, 10 exposure apparatus, 11 1st table storage part, 12 2nd table storage part, 13 temperature adjustment part, 15 photosensitive medium, 20 projection apparatus , 21 Light diffusing element, 30 light modulator, 40 illumination device, 50 optical element, 55 hologram recording medium, 58 hologram photosensitive material, 60 irradiation device, 61 laser light source, 65 scanning device, 66 mirror device (reflection device), 66a Mirror (reflection surface), 70 imaging optical system, 80 projection optical system, 81 projection lens, LZ illuminated area

Claims (11)

入射面の各点に入射されたコヒーレント光にて被照明領域重ねて照明する回折光学素子と、
前記回折光学素子の入射面に向けて、コヒーレント光を照射する照射装置と、
前記照射装置の温度を計測する第1温度計測部と、
前記回折光学素子の温度を計測する第2温度計測部と、
前記第1および第2温度計測部の温度計測結果に基づいて、前記照射装置が照射するコヒーレント光の中心波長のずれに応じて前記回折光学素子の回折中心波長を調整する回折波長調整器と、
前記第1温度計測部の温度計測結果に基づいて、前記照射装置が照射するコヒーレント光の中心波長を調整する光源波長調整器と、を備え、
前記回折波長調整器は、前記回折光学素子の回折中心波長が前記光源波長調整器で調整後のコヒーレント光の中心波長に一致するように、前記回折光学素子の温度を可変させて前記回折光学素子の回折中心波長を調整する温度調整部を有することを特徴とする照明装置。
A diffractive optical element to illuminate overlapping the illuminated area at incident on each point of the incident surface coherent light,
An irradiation device for irradiating coherent light toward the incident surface of the diffractive optical element;
A first temperature measurement unit for measuring the temperature of the irradiation device;
A second temperature measurement unit for measuring the temperature of the diffractive optical element;
A diffractive wavelength adjuster that adjusts the diffraction center wavelength of the diffractive optical element according to a shift in the center wavelength of coherent light emitted by the irradiation device, based on the temperature measurement results of the first and second temperature measurement units;
A light source wavelength adjuster that adjusts a center wavelength of coherent light emitted by the irradiation device based on a temperature measurement result of the first temperature measurement unit;
The diffraction wavelength regulator such that said diffraction center wavelength of the diffractive optical element is coincident with the coherent light center wavelength of the adjusted at the light source wavelength adjustment unit, the diffractive optical element by varying the temperature of the diffractive optical element And a temperature adjusting unit for adjusting the diffraction center wavelength of the illumination device.
前記回折波長調整器は、
前記照射装置の温度と、前記照射装置が照射するコヒーレント光の中心波長のシフト量との対応関係を示す第1テーブルを格納する第1テーブル格納部と、
前記回折光学素子の温度と、前記回折光学素子の回折中心波長のシフト量との対応関係を示す第2テーブルを格納する第2テーブル格納部と、を有し、
前記温度調整部は、前記第1および第2温度計測部の温度計測結果と、前記第1および第2テーブルとに基づいて、前記回折光学素子の温度を可変させて前記回折光学素子の回折中心波長を調整することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
The diffraction wavelength adjuster is
A first table storage unit for storing a first table indicating a correspondence relationship between the temperature of the irradiation device and the shift amount of the central wavelength of the coherent light irradiated by the irradiation device;
A second table storage unit for storing a second table indicating a correspondence relationship between the temperature of the diffractive optical element and the shift amount of the diffraction center wavelength of the diffractive optical element;
The temperature adjusting unit varies the temperature of the diffractive optical element based on the temperature measurement results of the first and second temperature measuring units and the first and second tables, and the diffraction center of the diffractive optical element The illumination device according to claim 1, wherein the wavelength is adjusted.
前記第1テーブル格納部は、前記照射装置が照射するコヒーレント光の出力エネルギーと、前記照射装置の温度と、前記照射装置が照射するコヒーレント光の中心波長のシフト量との対応関係を示す前記第1テーブルを格納することを特徴とする請求項に記載の照明装置。 The first table storage unit shows the correspondence relationship between the output energy of the coherent light irradiated by the irradiation device, the temperature of the irradiation device, and the shift amount of the central wavelength of the coherent light irradiated by the irradiation device. The lighting device according to claim 2 , wherein one table is stored. 前記温度調整部は、前記回折光学素子に直接接触されて、前記回折光学素子の加熱または冷却を行うことを特徴とする請求項2または3に記載の照明装置。 4. The illumination device according to claim 2 , wherein the temperature adjustment unit is in direct contact with the diffractive optical element to heat or cool the diffractive optical element. 5. 前記温度調整部は、前記回折光学素子と物理的に離れて配置されて、暖気または冷気にて前記回折光学素子の加熱または冷却を行うことを特徴とする請求項2または3に記載の照明装置。 4. The illumination device according to claim 2 , wherein the temperature adjusting unit is disposed physically apart from the diffractive optical element, and heats or cools the diffractive optical element with warm air or cold air. . 前記照射装置は、
コヒーレント光を放射する光源と、
前記光源から放射された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記回折光学素子の表面上で走査させる走査デバイスと、を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の照明装置。
The irradiation device includes:
A light source that emits coherent light;
By changing the traveling direction of the coherent light emitted from the light source, any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a scanning device for scanning the coherent light on the surface of the diffractive optical element The lighting device described in 1.
請求項1乃至のいずれかに記載の照明装置と、
前記被照明領域と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される光変調器と、を備えることを特徴とする投射装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 6 ,
And a light modulator disposed at a position overlapping the illuminated area and illuminated by the illumination device.
前記光変調器上に得られる変調画像をスクリーン上に投射する投射光学系を、さらに備える、請求項に記載の投射装置。 The projection apparatus according to claim 7 , further comprising a projection optical system that projects a modulated image obtained on the light modulator onto a screen. 請求項1乃至のいずれかに記載の照明装置と、
前記被照明領域と重なる位置に配置され、前記照明装置によって照明される光変調器と、を備え、
前記光変調器で変調されたコヒーレント光は、感光媒体の表面に導光されることを特徴とする露光装置。
The lighting device according to any one of claims 1 to 6 ,
A light modulator disposed at a position overlapping the illuminated area and illuminated by the illumination device,
An exposure apparatus, wherein the coherent light modulated by the light modulator is guided to a surface of a photosensitive medium.
前記光変調器は、前記感光媒体に近接配置されることを特徴とする請求項に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 9 , wherein the light modulator is disposed in proximity to the photosensitive medium. 前記光変調器で変調されたコヒーレント光を前記感光媒体の表面に結像させる結像光学系を備えることを特徴とする請求項に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 9 , further comprising an imaging optical system that forms an image of the coherent light modulated by the optical modulator on a surface of the photosensitive medium.
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