JPH11337868A - Optical element, optical device, illumination device, image display device including the same, and exposure device - Google Patents
Optical element, optical device, illumination device, image display device including the same, and exposure deviceInfo
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- JPH11337868A JPH11337868A JP14851998A JP14851998A JPH11337868A JP H11337868 A JPH11337868 A JP H11337868A JP 14851998 A JP14851998 A JP 14851998A JP 14851998 A JP14851998 A JP 14851998A JP H11337868 A JPH11337868 A JP H11337868A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 空間コヒーレンスの低減あるいはスペックル
の低減を図る光学素子、光学装置、照明装置、画像表示
装置および露光装置を提供することである。
【解決手段】 入射光光軸に対し45度傾斜し、互いに
平行且つ一定の間隔d1で配設する第1の複数の半透過
ミラー面4aを有する第1の光学素子(第1のビームス
プリッタスタック4)と、第1の複数の半透過ミラー面
4aでの反射光の偏光方向を90度回転させる1/2波
長板5と、第1の複数の半透過ミラー面4aでの反射光
光軸に対し45度傾斜し、互いに平行且つ一定の間隔d
2 で配設する第2の複数の半透過ミラー面6aを有する
第2の光学素子(第2のビームスプリッタスタック6)
とを有し、第1,2の複数の半透過ミラー面4a,6a
への入射光の一部反射と一部透過とを順次行い、第2の
複数の半透過ミラー面6aから、順次一定の光路長差を
有する複数の光束で構成された分岐光を出射する。
(57) [Problem] To provide an optical element, an optical device, an illumination device, an image display device, and an exposure device for reducing spatial coherence or speckle. An inclined 45 degrees relative to the incident light optical axis, the first optical element (first beam splitter having a first plurality of half-mirror surface 4a to dispose in parallel and regular intervals d 1 from each other A stack 4), a half-wave plate 5 for rotating the polarization direction of the reflected light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces 4a by 90 degrees, and the reflected light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces 4a Inclined at 45 degrees to the axis, parallel to each other and at a constant distance d
A second optical element (second beam splitter stack 6) having a second plurality of semi-transmissive mirror surfaces 6a provided in 2
And the first and second plurality of semi-transmissive mirror surfaces 4a, 6a
Partial reflection and partial transmission of light incident on the mirror are sequentially performed, and branch light composed of a plurality of light beams having a constant optical path length difference is sequentially emitted from the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces 6a.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光学素子、光学装
置、照明装置およびこれを具備した画像表示装置ならび
に露光装置に関し、さらに詳しくは、コヒーレント光光
源から出射されるコヒーレント光の空間コヒーレンスあ
るいはスペックルを低減する光学素子、光学装置、照明
装置およびこれを具備した画像表示装置ならびに露光装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element, an optical device, an illuminating device, an image display device and an exposing device having the same, and more particularly, to spatial coherence or speckle of coherent light emitted from a coherent light source. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical element, an optical device, an illuminating device, an image display device including the same, and an exposing device which reduce the amount of light.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体レーザ等のコヒーレント光光源を
具備する装置としては、たとえば赤、緑、青の3色のレ
ーザ光を強度変調し、この強度変調されたレーザ光をス
クリーン上で水平および垂直に走査することによりテレ
ビジョン画像等の画像を表示する走査型の画像表示装置
やレーザ光を照明光源として液晶等の画像表示素子を照
射してその投影像により画像を表示する装置、あるいは
マスク上のパターンを半導体基板上に投射露光する半導
体装置作製用の露光装置等がある。これらの装置に具備
されるコヒーレント光光源は出射されるコヒーレント光
の高い単色性等の特徴を利用して用いられるが、高い干
渉性を有するコヒーレント光が粗い表面や不均一な媒質
によって散乱されて不規則な強度分布となるスペックル
というコヒーレント光に特有の問題が生じ、その応用を
妨げる一要因となっている。以下、コヒーレント光に特
有の問題であるスペックルについて、コヒーレント光の
概略パワースペクトラム図である図13および図14を
参照して説明する。2. Description of the Related Art As an apparatus having a coherent light source such as a semiconductor laser, for example, laser light of three colors of red, green and blue is intensity-modulated, and the intensity-modulated laser light is horizontally and vertically projected on a screen. A scanning type image display device that displays an image such as a television image by scanning the image, a device that irradiates an image display element such as a liquid crystal with a laser beam as an illumination light source and displays an image based on the projected image, or on a mask. There is an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device that projects and exposes the pattern on a semiconductor substrate. The coherent light source provided in these devices is used by utilizing features such as high monochromaticity of the emitted coherent light, but the coherent light having high coherence is scattered by a rough surface or an uneven medium. A problem peculiar to coherent light called speckle, which has an irregular intensity distribution, occurs, which is one of factors that hinder its application. Hereinafter, speckle, which is a problem unique to coherent light, will be described with reference to FIGS. 13 and 14 which are schematic power spectrum diagrams of coherent light.
【0003】一般的に、半導体レーザ等のコヒーレント
光光源から出射されるコヒーレント光は、図13に示し
たように、シングルモードのパワースペクトラムを有し
ている。このコヒーレント光のコヒーレント度|g
(τ)|は、パワースペクトラムのフーリエ変換G
(τ)より、|g(τ)|=|G(τ)/G(0)|と
して与えられ図14のようになる。たとえば図13に示
したように、パワースペクトラムの半値全幅をνs とす
ると、コヒーレント度の半値全幅τs はパワースペクト
ラムの関数形にも依るが、概略(τs 〜1/νs )で与
えられる。このτs およびlc =cτs (cは光が伝搬
する媒質中の光速度)はそれぞれのコヒーレンス時間あ
るいはコヒーレンス長と称されている。これは、コヒー
レント光光源から出射されたコヒーレント光を2つに分
岐して一方の経る光路を他方の光路よりlだけ長くした
場合、lがlc と同程度かより小であれば分岐された2
つの光は大きなコヒーレント度を有して互いに干渉し、
lがlc と同程度かより大であれば分岐された2つの光
はコヒーレント度が小となって干渉が生じないことを意
味している。In general, coherent light emitted from a coherent light source such as a semiconductor laser has a single mode power spectrum as shown in FIG. Coherence degree of this coherent light | g
(Τ) | is the Fourier transform G of the power spectrum
(Τ) is given as | g (τ) | = | G (τ) / G (0) |, as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 13, assuming that the full width at half maximum of the power spectrum is ν s , the full width at half maximum τ s of the coherence degree depends on the function form of the power spectrum, but is approximately (τ s 〜1 / ν s ). Can be These τ s and l c = cτ s (c is the speed of light in the medium through which the light propagates) are called the respective coherence times or coherence lengths. This is because when coherent light emitted from a coherent light source is branched into two and an optical path passing through one is made longer than the other optical path by l, the light is branched if l is equal to or smaller than l c . 2
Light interfere with each other with great coherence,
If l is equal to or greater than l c , it means that the two split lights have low coherence and no interference occurs.
【0004】このようなコヒーレント光光源をたとえば
画像表示装置に用いた場合、像面、たとえば視聴者の網
膜上では、物体面、たとえばスクリーンの各点および各
領域からの寄与が集合されて像が形成すると考えること
ができる。物体面には一般的に波長程度以上の深さの凹
凸があるので、像面では複雑な位相関係の光束が重なり
合うこととなる。したがって、これらの光束が互いに可
干渉であれば干渉が生じ、複雑な明暗のパターン、いわ
ゆるスペックルが生じ、画像表示装置の画質を著しく損
なわせる一要因となる。このスペックルを低減するため
には、これらの光束が互いに非可干渉となるようにする
ことが重要であり、2つの低減方法が考えられる。When such a coherent light source is used, for example, in an image display device, on an image plane, for example, on a viewer's retina, contributions from an object plane, for example, points and areas of a screen are aggregated to form an image. Can be considered to form. Since the object surface generally has irregularities with a depth of about the wavelength or more, light beams having complicated phase relations overlap on the image surface. Therefore, if these light beams are coherent with each other, interference occurs, and a complex light and dark pattern, so-called speckle, occurs, which is one factor that significantly impairs the image quality of the image display device. In order to reduce this speckle, it is important to make these light beams incoherent with each other, and two reduction methods are conceivable.
【0005】第1の低減方法は、コヒーレント光光源か
ら出射されるコヒーレント光のパワースペクトラム幅を
十分に大、すなわちコヒーレンス長を十分に小とする方
法である。しかしながら、この方法はコヒーレント光の
高い単色性という特性が損なわれ、好ましくない。The first reduction method is a method of making the power spectrum width of the coherent light emitted from the coherent light source sufficiently large, that is, making the coherence length sufficiently small. However, this method is not preferable because the property of high monochromaticity of coherent light is lost.
【0006】第2の低減方法は、ある程度のコヒーレン
ト長を有するコヒーレント光光源を複数の光束に分岐
し、互いにコヒーレント長程度以上の光路長差を与えた
後、再び合流あるいは配置させる方法である。この低減
方法は、各々の光束間で非可干渉となるので、分岐され
る光束数が多いほど合流あるいは配置されたコヒーレン
ト光の空間的なコヒーレンス度を低減することができ
る。具体的な既知の事例としては、複数の両端を揃えた
光ファイバーを束ねるとともに各々の光ファイバーの長
さに入射するコヒーレント光光源のコヒーレンス長より
長い光路長差を与え、一端からコヒーレント光を入射さ
せて他端から出射するコヒーレント光を互いに非可干渉
とし、再び合流あるいは配置する光束全体の空間コヒー
レンスを低減する方法がある。A second reduction method is a method in which a coherent light source having a certain coherent length is branched into a plurality of light beams, and a light path length difference of at least about the coherent length is given to each other, and then they are merged or arranged again. According to this reduction method, non-coherence occurs between the light beams. Therefore, as the number of split light beams increases, the spatial coherence of the combined or arranged coherent light can be reduced. As a specific known example, bundling a plurality of optical fibers with both ends aligned, giving an optical path length difference longer than the coherence length of the coherent light source incident on the length of each optical fiber, and allowing coherent light to enter from one end There is a method in which coherent light beams emitted from the other ends are made incoherent with each other, and the spatial coherence of the entire light beam to be merged or arranged again is reduced.
【0007】しかしながら、複数の光ファイバーを束ね
てスペックルを低減する方法には、以下のような問題点
がある。たとえば、31本の光ファイバーを束ねて各々
の長さの差を1cmとした場合には最短の光ファイバー
と最長の光ファイバーとの長さの差は30cmとなる。
そして、31本の両端が揃えられた光ファイバーの束
を、たとえば画像表示装置内に納めるには大きな容積が
必要であり、画像表示装置の小型化を図る上での阻害要
因となる。また、31本の両端が揃えられた光ファイバ
ーの束の開口率は1以下であるため、入射するコヒーレ
ント光を光ファイバーに結合する際に損失が生じる。However, the method of reducing speckles by bundling a plurality of optical fibers has the following problems. For example, when 31 optical fibers are bundled and the difference in length between them is 1 cm, the difference in length between the shortest optical fiber and the longest optical fiber is 30 cm.
For example, a large volume is required to accommodate a bundle of 31 optical fibers having both ends aligned, for example, in an image display device, which is a hindrance in downsizing the image display device. Further, since the aperture ratio of the bundle of 31 optical fibers having both ends aligned is 1 or less, a loss occurs when the incident coherent light is coupled to the optical fiber.
【0008】特開昭63−101815号公報には、光
路長差を生起する手段に多数のエレメントミラーを構成
した照明装置が提案されている。これはエレメントミラ
ー群に対して光をほぼ垂直に入射させるとともにほぼ垂
直に反射させ、入射光束と出射光束とを何れもレンズで
集光してこれらの光軸を微小にずらし、反射光のみはミ
ラーによりその光軸を45度曲げる構成となっている。
この場合、最小構成要素としてミラーおよびレンズが光
学素子として必要であり、エレメントミラー群とともに
これらの光学素子の高精度な配置が求められる。また、
エレメントミラー群は多数のミラー面を積み重ねた構成
であり、その作製には多くの工数を必要とする。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 63-101815 proposes an illuminating device in which a large number of element mirrors are provided as a means for generating an optical path length difference. In this method, light is made to enter the element mirror group almost perpendicularly and is reflected almost perpendicularly, and both the incident light flux and the outgoing light flux are condensed by a lens, and their optical axes are slightly shifted, and only the reflected light is reflected. The optical axis is bent by 45 degrees by a mirror.
In this case, mirrors and lenses are required as optical elements as the minimum constituent elements, and highly accurate arrangement of these optical elements together with the element mirror group is required. Also,
The element mirror group has a configuration in which a large number of mirror surfaces are stacked, and its manufacture requires many man-hours.
【0009】ところで、いかなる光路長差を生起する手
段を用いたとしても、シングルモードのパワースペクト
ラムを有するコヒーレント光光源から出射されるコヒー
レント光のコヒーレンス長は一般的に十分長いため、空
間コヒーレンスを十分低減するには限界がある。たとえ
ば、コヒーレント光光源としてシングルモードのパワー
スペクトラムを有する半導体レーザを画像表示装置に用
いた場合、半導体レーザの典型的なコヒーレンス長は1
m程度であり、このような光路長差を生起させるために
は大きな容積が必要であり、画像表示装置の小型化を図
る上での阻害要因となる。By the way, no matter what kind of optical path length difference is used, since the coherence length of the coherent light emitted from the coherent light source having the single mode power spectrum is generally sufficiently long, sufficient spatial coherence can be obtained. There are limits to reduction. For example, when a semiconductor laser having a single mode power spectrum is used as a coherent light source for an image display device, a typical coherence length of the semiconductor laser is 1
m, and a large volume is required in order to generate such a difference in optical path length, which is an obstructive factor in reducing the size of the image display device.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、空間
コヒーレンスの低減あるいはスペックルの低減を図ると
ともに小型である光学素子、光学装置、照明装置および
これを具備した画像表示装置ならびに露光装置を提供す
ることである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical device, an optical device, an illuminating device, an image display device and an exposing device having the same, which reduce spatial coherence or speckle and are small. To provide.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明の光学素子では、入射するコヒーレン
ト光の光軸に対してほぼ45度傾斜するとともに互いに
平行且つ一定の間隔で配設する複数の半透過ミラー面を
有し、複数の半透過ミラー面で入射するコヒーレント光
の一部反射と一部透過とを順次行い、順次一定の光路長
差を有する複数の光束で構成される分岐光を出射するこ
とを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, in the optical element according to the first aspect of the present invention, the optical element is inclined at substantially 45 degrees with respect to the optical axis of the incident coherent light, and is arranged parallel to each other at a constant interval. It has a plurality of semi-transmissive mirror surfaces to be provided, sequentially performs partial reflection and partial transmission of coherent light incident on the plurality of semi-transparent mirror surfaces, and is composed of a plurality of light beams having a constant optical path length difference in sequence. Which is characterized by emitting branched light.
【0012】請求項2の発明の光学素子では、入射する
コヒーレント光の光軸に対してほぼ45度傾斜するとと
もに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第1の複数の
半透過ミラー面を有する第1の光学素子と、入射するコ
ヒーレント光の第1の複数の半透過ミラー面での反射光
の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するとともに互いに平
行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半透過ミラー
面を有する第2の光学素子とを有し、第1の複数の半透
過ミラー面および第2の複数の半透過ミラー面で入射す
るコヒーレント光の一部反射と一部透過とを順次行い、
第2の複数の半透過ミラー面から、順次一定の光路長差
を有する複数の面展開する光束で構成される分岐光を出
射することを特徴とする。The optical element according to the second aspect of the present invention has a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces which are inclined at substantially 45 degrees with respect to the optical axis of the incident coherent light, and which are arranged parallel to each other and at regular intervals. The first optical element and a second optical element that is inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of the reflected light of the incident coherent light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and is disposed parallel to each other at a constant interval. A second optical element having a plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and partially reflecting and partially coherent light incident on the first plurality of semi-transparent mirror surfaces and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces And transmission sequentially,
The second plurality of semi-transmissive mirror surfaces sequentially emit branched light composed of a plurality of surface-developed light beams having a constant optical path length difference.
【0013】請求項3の発明の光学素子では、直線偏光
を有して入射するコヒーレント光の光軸に対して、ほぼ
45度傾斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配
設する第1の複数の半透過ミラー面を有する第1の光学
素子と、入射するコヒーレント光の第1の複数の半透過
ミラー面での反射光の偏光方向を90度回転させる1/
2波長板と、入射するコヒーレント光の第1の複数の半
透過ミラー面での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾
斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第
2の複数の半透過ミラー面を有する第2の光学素子とを
有し、第1の複数の半透過ミラー面および第2の複数の
半透過ミラー面で入射するコヒーレント光の一部反射と
一部透過とを順次行い、第2の複数の半透過ミラー面か
ら、順次一定の光路長差を有する複数の面展開する光束
で構成された分岐光を出射することを特徴とする。[0013] In the optical element according to the third aspect of the present invention, the first plurality of optical elements are arranged at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light having linear polarization and arranged in parallel with each other and at a constant interval. 1 / rotates the polarization direction of incident coherent light reflected by the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces by 90 degrees.
A two-wavelength plate and a second plurality of coherent light beams which are inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of reflected light of the incident coherent light beam on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and which are disposed parallel to each other and at regular intervals. And a second optical element having a semi-transmissive mirror surface, and partially reflecting and partially transmitting coherent light incident on the first plurality of semi-transparent mirror surfaces and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces. Are sequentially performed, and branch light composed of a plurality of surface-developed light beams having a constant optical path length difference is sequentially emitted from the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces.
【0014】請求項7の発明の光学装置では、少なくと
もコヒーレント光を出射するコヒーレント光光源と、入
射するコヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜
するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する複数
の半透過ミラー面を有する光学素子とを有し、複数の半
透過ミラー面で、入射するコヒーレント光の一部反射と
一部透過とを順次行い、順次一定の光路長差を有する複
数の光束で構成された分岐光を出射することを特徴とす
る。In the optical device according to the present invention, the coherent light source for emitting at least coherent light and the optical axis of the incident coherent light are disposed at an angle of approximately 45 degrees and parallel to each other at a constant interval. An optical element having a plurality of semi-transmissive mirror surfaces to perform partial reflection and partial transmission of incident coherent light sequentially on the plurality of semi-transparent mirror surfaces, and a plurality of optical elements each having a certain constant optical path length difference. And a branch light composed of the above light beams is emitted.
【0015】請求項8の発明の光学装置では、少なくと
もコヒーレント光を出射するコヒーレント光光源と、入
射するコヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜
するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第1
の複数の半透過ミラー面を有する第1の光学素子と、入
射するコヒーレント光の第1の複数の半透過ミラー面で
の反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するとともに
互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半透
過ミラー面を有する第2の光学素子とを有し、第1の複
数の半透過ミラー面および第2の複数の半透過ミラー面
で入射するコヒーレント光の一部反射と一部透過とを順
次行い、第2の複数の半透過ミラー面から、順次一定の
光路長差を有する複数の面展開する光束で構成された分
岐光を出射することを特徴とする。In the optical device according to the present invention, a coherent light source that emits at least coherent light and an optical axis of the incident coherent light are disposed at an angle of approximately 45 degrees and parallel to each other at a constant interval. First
A first optical element having a plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and an optical axis of reflected light of the incident coherent light at the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, which is inclined substantially 45 degrees and parallel to each other and And a second optical element having a second plurality of semi-transmissive mirror surfaces disposed at regular intervals, and the light is incident on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces. Partial reflection and partial transmission of coherent light are sequentially performed, and branch light composed of a plurality of surface-developed light beams having a constant optical path length difference is sequentially emitted from the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces. It is characterized by.
【0016】請求項9の発明の光学装置では、少なくと
も直線偏光を有するコヒーレント光を出射するコヒーレ
ント光光源と、入射するコヒーレント光の光軸に対し
て、ほぼ45度傾斜するとともに互いに平行且つ一定の
間隔で配設する第1の複数の半透過ミラー面を有する第
1の光学素子と、入射するコヒーレント光の第1の複数
の半透過ミラー面での反射光の偏光方向を90度回転さ
せる1/2波長板と、入射するコヒーレント光の第1の
複数の半透過ミラー面での反射光の光軸に対して、ほぼ
45度傾斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配
設する第2の複数の半透過ミラー面を有する第2の光学
素子とを有し、第1の複数の半透過ミラー面および第2
の複数の半透過ミラー面で入射するコヒーレント光の一
部反射と一部透過とを順次行い、第2の複数の半透過ミ
ラー面から、順次一定の光路長差を有する複数の面展開
する光束で構成された分岐光を出射することを特徴とす
る。In the optical device according to the ninth aspect of the present invention, the coherent light source for emitting coherent light having at least linearly polarized light and the optical axis of the incident coherent light are inclined approximately 45 degrees and are parallel and constant to each other. A first optical element having a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces arranged at intervals, and a direction in which the polarization direction of incident coherent light reflected by the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces is rotated by 90 degrees 1 A half-wave plate, and a second obliquely inclined at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the reflected light of the incident coherent light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and arranged in parallel and at a constant interval. A second optical element having a plurality of semi-transmissive mirror surfaces; a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces;
A part of the coherent light incident on the plurality of semi-transmissive mirror surfaces is sequentially reflected and partially transmitted, and from the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces, a plurality of luminous fluxes having a constant optical path length difference are sequentially developed on a plurality of surfaces. The branched light composed of the above is emitted.
【0017】請求項15の発明の照明装置では、少なく
ともコヒーレント光を出射するコヒーレント光光源と、
入射するコヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾
斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する複
数の半透過ミラー面を有する光学素子と、複数のエレメ
ントレンズで構成されたフライアイレンズとコンデンサ
レンズとで構成されたオプティカルインテグレータとを
有し、複数の半透過ミラー面で入射するコヒーレント光
の一部反射と一部透過とを順次行って生起される、順次
一定の光路長差を有するN本の光束をオプティカルイン
テグレータに透過し、オプティカルインテグレータから
出射されて照射される被照射面におけるスペックルのコ
ントラストを1/N1/2に低減することを特徴とする。In the illumination device according to the fifteenth aspect, a coherent light source for emitting at least coherent light;
An optical element having a plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are arranged at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the incident coherent light and that are arranged parallel and at a constant interval to each other, and a fly-eye lens that is constituted by a plurality of element lenses And an optical integrator composed of a condenser lens and a partial constant reflection and partial transmission of coherent light incident on a plurality of semi-transmissive mirror surfaces. The optical system is characterized in that the N light fluxes transmitted through the optical integrator are transmitted, and the contrast of speckle on the irradiated surface emitted and emitted from the optical integrator is reduced to 1 / N1 / 2 .
【0018】請求項16の発明の照明装置では、少なく
ともコヒーレント光を出射するコヒーレント光光源と、
入射するコヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾
斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第
1の複数の半透過ミラー面を有する第1の光学素子と、
入射するコヒーレント光の第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するととも
に互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半
透過ミラー面を有する第2の光学素子と、複数のエレメ
ントレンズで構成されたフライアイレンズとコンデンサ
レンズとで構成されたオプティカルインテグレータとを
有し、第1の複数の半透過ミラー面および第2の複数の
半透過ミラー面で入射するコヒーレント光の一部反射と
一部透過とを順次行って生起される、順次一定の光路長
差を有するN本の光束をオプティカルインテグレータに
透過し、オプティカルインテグレータから出射されて照
射される被照射面におけるスペックルのコントラストを
1/N1/2に低減することを特徴とする。In the illumination device according to the sixteenth aspect, a coherent light source for emitting at least coherent light;
A first optical element having a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the incident coherent light and are disposed parallel to each other and at a constant interval;
A second plurality of semi-transmissive mirror surfaces which are inclined approximately 45 degrees with respect to an optical axis of reflected light of the incident coherent light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and which are arranged parallel to each other and at a constant interval. A second optical element having a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and a second plurality of optical integrators each including a fly-eye lens and a condenser lens each including a plurality of element lenses. N light beams having a constant difference in optical path length, which are generated by sequentially performing partial reflection and partial transmission of the coherent light incident on the semi-transmissive mirror surface, are transmitted through the optical integrator and emitted from the optical integrator. The contrast of the speckle on the irradiated surface to be irradiated is reduced to 1 / N1 / 2 .
【0019】請求項17の発明の照明装置では、少なく
とも直線偏光を有するコヒーレント光を出射するコヒー
レント光光源と、入射するコヒーレント光の光軸に対し
て、ほぼ45度傾斜するとともに互いに平行且つ一定の
間隔で配設する第1の複数の半透過ミラー面を有する第
1の光学素子と、入射するコヒーレント光の第1の複数
の半透過ミラー面での反射光の偏光方向を90度回転さ
せる1/2波長板と、入射するコヒーレント光の第1の
複数の半透過ミラー面での反射光の光軸に対して、ほぼ
45度傾斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔で配
設する第2の複数の半透過ミラー面を有する第2の光学
素子と、複数のエレメントレンズで構成されたフライア
イレンズとコンデンサレンズとで構成されたオプティカ
ルインテグレータとを有し、第1の複数の半透過ミラー
面および第2の複数の半透過ミラー面で入射するコヒー
レント光の一部反射と一部透過とを順次行って生起され
る、順次一定の光路長差を有するN本の光束をオプティ
カルインテグレータに透過し、オプティカルインテグレ
ータから出射されて照射される被照射面におけるスペッ
クルのコントラストを1/N1/2に低減することを特徴
とする。In the illumination device according to the seventeenth aspect, the coherent light source that emits coherent light having at least linearly polarized light and the optical axis of the incident coherent light are inclined approximately 45 degrees and are parallel and constant with each other. A first optical element having a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces arranged at intervals, and a direction in which the polarization direction of incident coherent light reflected by the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces is rotated by 90 degrees 1 A half-wave plate, and a second obliquely inclined at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the reflected light of the incident coherent light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and arranged in parallel and at a constant interval. Optical integrator including a second optical element having a plurality of semi-transmissive mirror surfaces, a fly-eye lens including a plurality of element lenses, and a condenser lens A constant optical path length generated by sequentially performing partial reflection and partial transmission of coherent light incident on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces. The method is characterized in that N light beams having a difference are transmitted through an optical integrator, and the contrast of speckle on an irradiated surface emitted and emitted from the optical integrator is reduced to 1 / N1 / 2 .
【0020】請求項23の発明の画像表示装置では、上
記した請求項15,16,17の発明の照明装置のうち
の何れか一種を具備することを特徴とする。また、請求
項24の発明の露光装置では、上記した請求項15,1
6,17の発明の照明装置のうちの何れか一種を具備す
ることを特徴とする。According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided an image display device including any one of the above-described illumination devices according to the fifteenth, sixteenth, and seventeenth aspects. Further, in the exposure apparatus according to the twenty-fourth aspect, the above-described fifteenth and one aspects are described.
It is characterized by comprising any one of the lighting devices according to the sixth and the 17th inventions.
【0021】上述した手段による作用を以下に記す。本
発明の光学素子および光学装置によれば、入射するコヒ
ーレント光はほぼ等しい光強度を有する複数の光束に分
岐され、分岐された光束は順次一定の光路長差が生起さ
れるので、出射面上で効率的に空間コヒーレンスの低減
あるいはスペックルの低減を図ることができる。また、
本発明の光学装置を用いた照明装置では、光学装置から
出射される非可干渉であるN本の光束に分岐されるの
で、スペックルのコントラストを概略1/N1/2に低減
することができる。さらに、本発明の光学素子は従来
の、たとえば光ファイバーを束ねたものよりも小型であ
り、光学装置および照明装置の小型化を図ることができ
るとともに、この照明装置を具備する画像表示装置およ
び露光装置の小型化も図ることができる。そして、本発
明の画像表示装置では空間コヒーレンスの低減あるいは
スペックルの低減により、高品位の画像を得ることが可
能となり、本発明の露光装置では、マスク上のパターン
の高品位の露光が可能となる。The operation of the above means will be described below. According to the optical element and the optical device of the present invention, the incident coherent light is split into a plurality of light fluxes having substantially the same light intensity, and the split light fluxes sequentially have a constant optical path length difference. Thus, spatial coherence or speckle can be efficiently reduced. Also,
In the illumination device using the optical device of the present invention, since the light beam is split into N non-coherent light beams emitted from the optical device, the contrast of speckle can be reduced to approximately 1 / N 1/2. it can. Further, the optical element of the present invention is smaller than a conventional optical element, for example, in which optical fibers are bundled, so that the optical device and the illuminating device can be reduced in size, and an image display device and an exposing device equipped with the illuminating device Can also be reduced in size. In the image display device of the present invention, it is possible to obtain a high-quality image by reducing the spatial coherence or speckle, and in the exposure device of the present invention, it is possible to perform high-quality exposure of a pattern on a mask. Become.
【0022】ところで、入射するコヒーレント光が複数
の異なる波長を有する、たとえばコヒーレント光光源に
マルチモードの半導体レーザを用いた場合には、以下に
説明する作用を得ることができる。これを図1および図
2を参照して説明する。By the way, when the incident coherent light has a plurality of different wavelengths, for example, when a multi-mode semiconductor laser is used as the coherent light source, the following operation can be obtained. This will be described with reference to FIGS.
【0023】図1はマルチモードレーザ光の概略パワー
スペクトラム図である。このパワースペクトラムの各モ
ードは、半導体レーザの共振器長をLとして、c0 /2
nL(c0 は真空中の光速であり、nは半導体レーザ媒
体の屈折率である)であらわされる一定の間隔で並んで
いる。このようなマルチモードレーザ光のコヒーレンス
度|g(t)|は、図2に示した概略パワースペクトラ
ム図のようになる。したがって、マルチモードレーザ光
の場合には周期的にコヒーレンス度の極大があらわれ、
その各々の極大波形の半値全幅τt は概略τt 〜1/ν
t(νt はパワースペクトラムの包絡線の半値全幅であ
る)の範囲にある。τt は幅νs の縦モードが単一に立
っている場合のコヒーレンス時間τs 〜1/νs よりも
一般的に十分小となる。また、一般的にコヒーレンス時
間τc は下記式1で定義されるので、τt はコヒーレン
ス時間よりも小であるといえる。FIG. 1 is a schematic power spectrum diagram of a multi-mode laser beam. Each mode of the power spectrum is represented by c 0/2 , where L is the cavity length of the semiconductor laser.
They are arranged at regular intervals represented by nL (c 0 is the speed of light in a vacuum, and n is the refractive index of the semiconductor laser medium). The coherence degree | g (t) | of such a multimode laser beam is as shown in the schematic power spectrum diagram shown in FIG. Therefore, in the case of multimode laser light, the maximum of the coherence degree appears periodically,
The full width at half maximum τ t of each local maximum waveform is approximately τ t 1 / 1 / ν
t (v t is the full width at half maximum of the envelope of the power spectrum). τ t is generally sufficiently smaller than the coherence time τ s 1 / 1 / ν s when a single longitudinal mode of width ν s stands. Also, since the coherence time τ c is generally defined by the following equation 1, it can be said that τ t is smaller than the coherence time.
【0024】[0024]
【数1】 (Equation 1)
【0025】したがって、コヒーレント光光源にマルチ
モードレーザ光を出射する半導体レーザを用いた場合に
は、光路長差をτc 程度まで大きくとる必要はなく、コ
ヒーレンス度の極大を避けるような光路長差を生起させ
ればよいこととなる。すなわち、コヒーレント度の周期
性を利用し、光路長差をc((n−1)τd +τt /
2)以上c(nτd −τt /2)以下の範囲内(ただ
し、cは光束であり、nは自然数である)とすることに
より、効果的に空間コヒーレンスを低減することができ
る。Therefore, when a semiconductor laser that emits multi-mode laser light is used as the coherent light source, it is not necessary to increase the optical path length difference to about τ c , and the optical path length difference that avoids the maximum coherence degree is not required. Should be generated. That is, utilizing the periodicity of the coherence, the optical path length difference is calculated as c ((n−1) τ d + τ t /
2) or c (nτ d -τ t / 2 ) within the range (although, c is the light beam, n represents by the natural numbers), can be effectively reduced spatial coherence.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】本発明は半導体レーザ等のコヒー
レント光光源から出射されるコヒーレント光をあつかう
光学素子、光学装置、照明装置およびこれを具備する画
像表示装置ならびに露光装置に適用することができる。
以下、本発明を適用した実施例について図3〜図12を
参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention can be applied to an optical element, an optical device, an illuminating device, an image display device and an exposure device having the same, which handle coherent light emitted from a coherent light source such as a semiconductor laser. .
Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
【0027】実施例1 本実施例では、コヒーレント光光源であるレーザ光光源
と、このレーザ光光源から出射されるレーザ光から複数
の光束で構成される分岐光を出射する第1の光学素子
と、複数の光束で構成される分岐光の偏光方向を90度
回転させる1/2波長板と、複数の光束で構成される分
岐光から面展開する複数の分岐光を出射する第2の光学
素子とを有する光学装置について、光学装置の概略外観
斜視図である図3、図3の+x軸方向から第1の光学素
子である第1のビームスプリッタスタック4および第2
の光学素子である第2のビームスプリッタスタック6を
みた概略平面図である図4を参照して説明する。 Embodiment 1 In this embodiment, a laser light source, which is a coherent light source, and a first optical element which emits a branched light composed of a plurality of light beams from the laser light emitted from the laser light source A half-wave plate that rotates the polarization direction of the split light composed of a plurality of light beams by 90 degrees, and a second optical element that emits a plurality of branched lights that are spread out from the split light composed of the plurality of light beams FIG. 3 is a schematic external perspective view of an optical device having a first beam splitter stack 4 and a second beam splitter stack, which are first optical elements, from the + x-axis direction in FIG.
A description will be given with reference to FIG. 4 which is a schematic plan view of the second beam splitter stack 6 which is the optical element of FIG.
【0028】レーザ光光源2から出射されたレーザ光
は、コリメータレンズ3により平行光に変換され、第1
の光学素子である第1のビームスプリッタスタック4に
入射する。この際、入射するレーザ光は直線偏光を有し
ており、その電場の振動面が図3中に示したz軸に平行
となるように配設されている。第1のビームスプリッタ
スタック4は、入射するレーザ光の光軸に対してほぼ4
5度傾斜するs1 個(図3では5個)の半透過ミラー面
4aが、一定の間隔長d1 を隔てて光軸上に並んで配設
されているものである。The laser light emitted from the laser light source 2 is converted into a parallel light by the collimator lens 3 and is converted into the first parallel light.
To the first beam splitter stack 4 which is an optical element of the first embodiment. At this time, the incident laser light has linear polarization, and is arranged such that the vibration surface of the electric field is parallel to the z-axis shown in FIG. The first beam splitter stack 4 is approximately 4 ° with respect to the optical axis of the incident laser light.
Half-mirror surface 4a of s 1 or to 5 degree inclined (in FIG. 3 5) is one that is juxtaposed on the optical axis at a predetermined interval length d 1.
【0029】まず、入射するレーザ光は第1のビームス
プリッタスタック4のs1 個の半透過ミラー面4aによ
り、入射するレーザ光の一部反射と一部透過とが順次行
われ、光量がほぼ等しいs1 個の光束に分岐される。そ
して、s1 個に分岐された光束の光軸は何れも+y方向
にほぼ45度曲げられる。つぎに、45度+y軸方向に
曲げられてs1 個に分岐された光束は、1/2波長板5
を透過する際にその偏光方向が90度回転(電場の振動
方向はx軸方向)され、第2の光学素子である第2のビ
ームスプリッタスタック6に入射する。この第2のビー
ムスプリッタスタック6は入射する光の光軸に対してほ
ぼ45度傾斜するs2 個(図3では5個)の半透過ミラ
ー面6aが、一定の間隔長d2 を隔てて光軸上に並んで
配設されており、その機能は第1のビームスプリッタス
タック4とほぼ同等である。つぎに、s1 個に分岐され
た光束は第2のビームスプリッタスタック6のs2個の
半透過ミラー面6aにより、入射するレーザ光の一部反
射と一部透過とが順次行われ、光量がほぼ等しい(s1
×s2 )個の光束に分岐される。すなわち、レーザ光光
源2から出射される1本のレーザ光の光束を(s1 ×s
2 )個のレーザ光の光束に分岐して+z軸方向のxy面
上に面展開して出射する小型の光学素子の提供が可能と
なり、第2の複数の半透過ミラー面6aからは、順次一
定の光路長差を有する(s1 ×s2 )個の面展開する光
束で構成された分岐光を出射することができる。First, the incident laser beam is partially reflected and partially transmitted by the s 1 semi-transmissive mirror surface 4a of the first beam splitter stack 4 in order, and the light amount is substantially reduced. It is split into equal s 1 light beams. Each of the optical axes of the light beams branched into s 1 is bent by approximately 45 degrees in the + y direction. Next, the luminous flux bent at 45 ° + y-axis direction and branched into s 1 light beams is 1 / wavelength plate 5
Is transmitted, the polarization direction is rotated by 90 degrees (the electric field oscillates in the x-axis direction), and is incident on a second beam splitter stack 6 as a second optical element. In the second beam splitter stack 6, s 2 (five in FIG. 3) semi-transmissive mirror surfaces 6a inclined at approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the incident light are separated by a fixed interval d 2. They are arranged side by side on the optical axis, and their functions are almost equivalent to those of the first beam splitter stack 4. Next, the s 1 branched light flux is subjected to partial reflection and partial transmission of the incident laser light sequentially by the s 2 semi-transmissive mirror surfaces 6 a of the second beam splitter stack 6, and the light amount Are approximately equal (s 1
× s 2 ) light beams. That is, the luminous flux of one laser beam emitted from the laser beam source 2 is (s 1 × s
2 ) It is possible to provide a small-sized optical element that splits the laser beam into laser beams and develops and emits them on the xy plane in the + z-axis direction, and sequentially from the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces 6a. It is possible to emit a branched light composed of (s 1 × s 2 ) surface-developing light beams having a constant optical path length difference.
【0030】上記の第1,2の光学素子である第1,2
のビームスプリッタスタック4,6の作製方法につい
て、たとえばレーザ光光源2から出射されるレーザ光の
波長が650nmであり、第1,2のビームスプリッタ
スタック4,6の半透過ミラー面4a,6aの個数
s1 ,s2 が各々5個である場合について、概略外観斜
視図である図5および図6を参照して説明する。The first and second optical elements, ie, the first and second optical elements
For example, the laser beam emitted from the laser beam source 2 has a wavelength of 650 nm, and the semi-transmissive mirror surfaces 4a and 6a of the first and second beam splitter stacks 4 and 6 are manufactured. The case where the numbers s 1 and s 2 are 5 will be described with reference to FIGS. 5 and 6 which are schematic perspective views.
【0031】まず、レーザ光の波長650nmに対して
屈折率ns =1.51を有する5枚の第1〜第5の平行
ガラス基板7a,7b,7c,7d,7eを用意し、た
とえば第1の平行ガラス基板7aの第2の平行ガラス基
板7bとの貼り合わせ面に膜厚95nmのSi3 N4 膜
を形成し、第2の平行ガラス基板7bの第3の平行ガラ
ス基板7cとの貼り合わせ面に順次膜厚95nmのSi
3 N4 膜、膜厚30nmのSiO2 膜、膜厚140nm
のSi3 N4 膜を形成し、第3の平行ガラス基板7cの
第4の平行ガラス基板7dとの貼り合わせ面に順次膜厚
95nmのSi3 N4 膜、膜厚50nmのSiO2 膜、
膜厚140nmのSi3 N4 膜を形成し、第4の平行ガ
ラス基板7dの第5の平行ガラス基板7eとの貼り合わ
せ面に順次膜厚95nmのSi3 N4 膜、膜厚130n
mのSiO2 膜、膜厚140nmのSi3 N4 膜を形成
し、第5の平行ガラス基板7e上にはさらにたとえば適
当な膜厚のAl膜を形成する。First, five first to fifth parallel glass substrates 7a, 7b, 7c, 7d, 7e having a refractive index n s = 1.51 with respect to a wavelength of 650 nm of a laser beam are prepared. A 95 nm-thickness Si 3 N 4 film is formed on the surface of the first parallel glass substrate 7a bonded to the second parallel glass substrate 7b, and the second parallel glass substrate 7b is bonded to the third parallel glass substrate 7c. 95 nm thick Si
3 N 4 film, SiO 2 film of 30 nm thickness, 140 nm thickness
The Si 3 N 4 film is formed, third fourth order thickness 95nm the bonding surface between the parallel glass substrate 7d of the Si 3 N 4 film of parallel glass substrate 7c, the film thickness 50 nm SiO 2 film,
A 140 nm-thick Si 3 N 4 film is formed, and a 95 nm-thick Si 3 N 4 film and a 130 n-thick film are sequentially formed on the surface of the fourth parallel glass substrate 7 d bonded to the fifth parallel glass substrate 7 e.
An SiO 2 film having a thickness of m and a Si 3 N 4 film having a thickness of 140 nm are formed, and an Al film having an appropriate thickness is further formed on the fifth parallel glass substrate 7e.
【0032】つぎに、図5に示したように、これらの第
1〜第5の平行ガラス基板7a,7b,7c,7d,7
eを、これらの屈折率とほぼ同等な屈折率を有する透明
接着剤で貼り合わせて積層し、図中の点線で示した切断
線(積層線のみえる面からみて、ほぼ45度の線)で切
断し、この切断面を研磨する。つぎに、図6に示したよ
うに、切り出されたブロックを図中の点線で示した切断
線で切断してこの切断面を研磨すれば、45度で入射す
る波長650nmのS偏光(入射面に対して垂直に電場
成分を有する直線偏光)に対して順次19%、25%、
33%、50%、90%の反射率を有する第1のビーム
スプリッタスタック4が完成する。また、第1のビーム
スプリッタスタック4と同様の構成である第2のビーム
スプリッタスタック6も、上記した工程と同様の工程を
経ることにより作製することができる。さらに、このよ
うに作製した第1のビームスプリッタスタック4、第2
のビームスプリッタスタック6、1/2波長板5、レー
ザ光光源2およびコリメータレンズ3を一体的に組み付
けることにより光学装置を完成することができる。Next, as shown in FIG. 5, the first to fifth parallel glass substrates 7a, 7b, 7c, 7d, 7
e is laminated with a transparent adhesive having a refractive index substantially equal to these refractive indices and laminated, and a cut line indicated by a dotted line in the drawing (a line of approximately 45 degrees as viewed from the surface of the laminated line). Cut and polish this cut surface. Next, as shown in FIG. 6, if the cut block is cut along a cutting line shown by a dotted line in the drawing and the cut surface is polished, S-polarized light having a wavelength of 650 nm incident at 45 degrees (incident surface) is obtained. 19%, 25%, linearly polarized light having an electric field component perpendicular to
The first beam splitter stack 4 having the reflectivities of 33%, 50% and 90% is completed. Further, the second beam splitter stack 6 having the same configuration as the first beam splitter stack 4 can also be manufactured through the same steps as the above-described steps. Further, the first beam splitter stack 4 thus manufactured and the second
The optical device can be completed by integrally assembling the beam splitter stack 6, the half-wave plate 5, the laser light source 2, and the collimator lens 3.
【0033】以下、第1のビームスプリッタスタック4
の半透過ミラー面4aの間隔長d1と第2のビームスプ
リッタスタック6の半透過ミラー面6aの間隔長d2 と
の関係がd1 =d2 =dであり、且つ第1のビームスプ
リッタスタック4および第2のビームスプリッタスタッ
ク6の入射光に対する屈折率ns と半透過ミラー面4a
あるいは6aの間隔長dとの積(ns ×d)の値がレー
ザ光光源2のコヒーレンス長よりも十分に長い場合につ
いて説明する。第2のビームスプリッタスタック6から
の出射光のうち、光路長の最短のものと最長のものとの
差は(ns ×d)×(s1 +s2 −2)となる。すなわ
ち、出射光面では(s1 +s2 −1)個の互いに非可干
渉な光路長差が生起された光束の集合とすることができ
る。そして、s1 =s2 とすれば、第1のビームスプリ
ッタスタック4、第2のビームスプリッタスタック6の
何れも積層した同一の平行ガラス基板から切り出して作
製することができるので、多くの工数を要することなく
これらを作製することができる。Hereinafter, the first beam splitter stack 4
Half interval length of transmission mirror surfaces 4a d 1 and relation between the distance length d 2 of the half-mirror surface 6a of the second beam splitter stack 6 is d 1 = d 2 = d, and the first beam splitter Refractive index n s for the incident light of the stack 4 and the second beam splitter stack 6 and the transflective mirror surface 4 a
Alternatively, a case where the value of the product (n s × d) with the interval length d of 6a is sufficiently longer than the coherence length of the laser light source 2 will be described. Of light emitted from the second beam splitter stack 6, the difference between the shortest optical path length and the longest ones are the (n s × d) × ( s 1 + s 2 -2). In other words, a set of (s 1 + s 2 −1) light fluxes in which an incoherent optical path length difference is generated on the outgoing light surface can be obtained. Then, if s 1 = s 2 , both the first beam splitter stack 4 and the second beam splitter stack 6 can be cut out from the same parallel glass substrate and can be manufactured. These can be manufactured without necessity.
【0034】以下、第1のビームスプリッタスタック4
が一定の間隔長d1 を隔ててs1 個の半透過ミラー面4
aで構成され、第2のビームスプリッタスタック6が一
定の間隔長d2 を隔ててs2 個の半透過ミラー面6aで
構成され、第1のビームスプリッタスタック4および第
2のビームスプリッタスタック6の入射光に対する屈折
率ns と半透過ミラー面4aの間隔長d1 との積(ns
×d1 )の値が入射光のコヒーレンス長よりも十分に長
く、且つd2 が(d1 ×s1 )よりも大きい場合、ある
いは(ns ×d2 )が入射光のコヒーレンス長よりも十
分長く、d1 が(d2 ×s2 )よりも大である場合につ
いて説明する。第2のビームスプリッタスタック6から
の出射光において、各々の光路長差は全て異なる。すな
わち、出射光面では(s1 ×s2 )個の互いに非可干渉
な光路長差が生起された光束の集合とすることができ
る。この場合は光学装置の概略外観斜視図である図7に
示したように、出射光光束の配列はxy面内で不均一に
なるが、後に説明するように、非可干渉な光束の数が多
いほどスペックルの低減を図る上で有利となる。Hereinafter, the first beam splitter stack 4
Are s 1 semi-transmissive mirror surfaces 4 separated by a constant interval length d 1
a, the second beam splitter stack 6 is composed of s 2 semi-transmissive mirror surfaces 6 a separated by a fixed interval d 2 , and the first beam splitter stack 4 and the second beam splitter stack 6 (N s) of the refractive index n s for the incident light and the interval d 1 of the semi-transmissive mirror surface 4 a
× d 1 ) is sufficiently longer than the coherence length of the incident light and d 2 is larger than (d 1 × s 1 ), or ( ns × d 2 ) is larger than the coherence length of the incident light. A case where the length is sufficiently long and d 1 is larger than (d 2 × s 2 ) will be described. In the light emitted from the second beam splitter stack 6, the respective optical path length differences are all different. In other words, a set of (s 1 × s 2 ) luminous fluxes having a non-coherent optical path length difference on the exit light surface can be obtained. In this case, as shown in FIG. 7 which is a schematic external perspective view of the optical device, the arrangement of the emitted light beams is not uniform in the xy plane, but as described later, the number of non-coherent light beams is small. The larger the number, the more advantageous in reducing speckle.
【0035】実施例2 本実施例は光学装置を構成するコヒーレント光光源を、
複数の独立するコヒーレント光光源で構成する事例であ
る。これを光学装置の概略外観斜視図である図8および
図9を参照して説明する。なお、コリメータレンズ、第
1の光学素子である第1のビームスプリッタスタック
4、1/2波長板5、第2の光学素子である第2のビー
ムスプリッタスタック6の機能は実施例1の図3および
図4を参照して説明した事例と同様であるので重複する
説明を省略する。 Embodiment 2 In this embodiment, a coherent light source constituting an optical device is
This is an example in which a plurality of independent coherent light sources are used. This will be described with reference to FIGS. 8 and 9, which are schematic perspective views of the optical device. The functions of the collimator lens, the first beam splitter stack 4 as the first optical element, the half-wave plate 5, and the second beam splitter stack 6 as the second optical element are the same as those in FIG. 4 and the case described with reference to FIG. 4 will be omitted.
【0036】図8に示したように、第1の光学素子であ
る一対の第1のビームスプリッタスタック4には、入射
光がy軸方向に並んで入射するように構成された一対の
複数のコヒーレント光光源であるレーザ光光源2が配設
されている。個々のレーザ光光源2から出射されるレー
ザ光は互いに非可干渉であるので、実施例1に示した事
例の光学装置1よりもさらに空間コヒーレンスを低減す
ることができるとともに、第2の光学素子である一対の
第2のビームスプリッタスタック6から出射される分岐
光配列のさらなる均一化を図ることができる。As shown in FIG. 8, a pair of first beam splitter stacks 4 as a first optical element are provided with a pair of a plurality of light beams arranged so that incident light is incident side by side in the y-axis direction. A laser light source 2, which is a coherent light source, is provided. Since the laser beams emitted from the individual laser beam sources 2 are non-coherent with each other, the spatial coherence can be further reduced as compared with the optical device 1 in the case shown in the first embodiment, and the second optical element It is possible to further uniform the arrangement of the branched light beams emitted from the pair of second beam splitter stacks 6.
【0037】また、本実施例の光学装置1では、図9に
示したように、直線上に配設された複数のレーザ光光源
2と、これに対応して配列されたコリメータレンズ3
と、第1の光学素子である第1のビームスプリッタスタ
ック4とで構成しても良い。この事例では、第1のビー
ムスプリッタスタック4は一個でよく、独立するレーザ
光光源2の数を多数配設することにより、第2の光学素
子である一対の第2のビームスプリッタスタック6の出
射面上における空間コヒーレンスを十分低減することが
できる。Further, in the optical device 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 9, a plurality of laser light sources 2 arranged in a straight line and a collimator lens 3 arranged correspondingly thereto.
And a first beam splitter stack 4 as a first optical element. In this case, the first beam splitter stack 4 may be one, and by arranging a large number of independent laser light sources 2, the emission of the pair of second beam splitter stacks 6 as the second optical element is achieved. Spatial coherence on the surface can be sufficiently reduced.
【0038】上記の実施例1,2に示した事例の光学装
置に具備される光源には、一般的にコヒーレント光光源
が用いられ、第1の光学素子である第1のビームスプリ
ッタスタック4および第2の光学素子である第2のビー
ムスプリッタスタック6、あるいは第1の光学素子であ
る第1のビームスプリッタスタック4のみで分岐される
各光束の光路長差を、そのコヒーレンス長の1/2以上
にすることによりその出射面上での空間コヒーレンスを
効果的に低減することができる。しかしながら、コヒー
レント光光源として半導体レーザを用い、その入力電流
に高周波信号を重畳させる場合では、そのコヒーレンス
長よりも短い光路長差で空間コヒーレンスを低減させる
ことも可能である。これについて、以下に概略パワース
ペクトラム図である図10および図11を参照して説明
する。As the light source provided in the optical device of the case shown in the first and second embodiments, a coherent light source is generally used, and the first beam splitter stack 4 and the first optical element, The difference between the optical path lengths of the light beams split by only the second beam splitter stack 6 as the second optical element or the first beam splitter stack 4 as the first optical element is 、 of the coherence length. By doing so, the spatial coherence on the emission surface can be effectively reduced. However, when a semiconductor laser is used as a coherent light source and a high-frequency signal is superimposed on the input current, the spatial coherence can be reduced by an optical path length difference shorter than the coherence length. This will be described below with reference to FIGS. 10 and 11, which are schematic power spectrum diagrams.
【0039】一般的にシングルモードで発振する半導体
レーザにおいても、その入力電流に高周波の信号を重畳
させた場合には、図10に示したように、複数の周波数
で発振することが知られている。このパワースペクトラ
ムのフーリエ変換によりコヒーレンス度を導くことがで
き、図11はコヒーレンス度を真空中の距離(光路長
差)の関数として示したものである。図11に示した例
では、光路長差0.5mmのときに光束間のコヒーレン
スは低減し、再び光路長差が4.5mmになるまで0で
ある。しかしながら、光路長差が5mmになるとコヒー
レンスは再び極大を迎え、以後周期的に極大があらわれ
る。上記した実施例1,2に示した事例では(ns ×d
1 )あるいは(ns ×d2 )を単位とする光路長差が生
起されるが、これらを8mmとすると、ある領域の光束
と、それから概略4単位までの光路長差を有する光束、
すなわち8mm、16mm、24mm、32mmの光路
長差が生起された光束との間のコヒーレンスはほとんど
0である。なお、5単位の光路長差の光束、すなわち4
0mmの光路長差が生起された光束とのコヒーレンスは
極大に相当するが、図10に示したように、高周波の信
号を重畳した半導体レーザでは、一般的に20cm程度
の光路長差があればコヒーレンス度は十分小となり、問
題となる虞がない。It is generally known that a semiconductor laser oscillating in a single mode oscillates at a plurality of frequencies as shown in FIG. 10 when a high-frequency signal is superimposed on the input current. I have. The degree of coherence can be derived by Fourier transform of the power spectrum, and FIG. 11 shows the degree of coherence as a function of the distance in vacuum (optical path length difference). In the example shown in FIG. 11, the coherence between the light beams is reduced when the optical path length difference is 0.5 mm, and is 0 until the optical path length difference becomes 4.5 mm again. However, when the optical path length difference becomes 5 mm, the coherence reaches the maximum again, and thereafter, the maximum appears periodically. In the case shown in the first and second embodiments, ( ns × d
1 ) or an optical path length difference in units of ( ns × d 2 ) is generated. When these are set to 8 mm, a light flux in a certain area and a light flux having an optical path length difference of up to approximately 4 units are obtained.
In other words, the coherence between the light beams having the optical path length differences of 8 mm, 16 mm, 24 mm, and 32 mm is almost zero. Note that a light beam having an optical path length difference of 5 units, that is, 4
Although the coherence with the light beam having an optical path length difference of 0 mm corresponds to a maximum, as shown in FIG. 10, in a semiconductor laser on which a high-frequency signal is superimposed, generally, if there is an optical path length difference of about 20 cm, The degree of coherence is sufficiently small and there is no possibility of causing a problem.
【0040】また、高周波の信号を重畳した半導体レー
ザのパワースペクトラムの各モードの半値全幅は、高周
波を重畳せずにシングルモードで発振した場合のパワー
スペクトラムの半値全幅よりも大となることが一般的に
知られている。高周波の信号を重畳しないでシングルモ
ード発振する半導体レーザから出射されるレーザ光のコ
ヒーレンス長は一般的に3m程度であることを考慮する
と、高周波の信号を重畳することにより光学装置の小型
化を図ることができる。In general, the full width at half maximum of each mode of the power spectrum of a semiconductor laser on which a high frequency signal is superimposed is larger than the full width at half maximum of a power spectrum when a single mode oscillation is performed without superimposing a high frequency signal. Is known. Considering that the coherence length of a laser beam emitted from a semiconductor laser that oscillates in single mode without superimposing a high-frequency signal is generally about 3 m, the size of the optical device is reduced by superimposing a high-frequency signal. be able to.
【0041】さらに、マルチモードのコヒーレント光光
源としては、上記の半導体レーザの入力電流に高周波の
信号を重畳する以外に、種々の選択肢がある。たとえ
ば、本来複数の周波数で発振する、いわゆる縦マルチモ
ードレーザを使用しても良いし、あるいはいわゆる自励
発振の半導体レーザも縦マルチモードレーザとして振る
舞うため、同様の効果を得ることができる。Further, as a multi-mode coherent light source, there are various options other than superimposing a high-frequency signal on the input current of the semiconductor laser. For example, a so-called longitudinal multi-mode laser which originally oscillates at a plurality of frequencies may be used, or a so-called self-excited oscillation semiconductor laser behaves as a longitudinal multi-mode laser, so that a similar effect can be obtained.
【0042】実施例3 本実施例は、画像表示装置あるいは露光装置等に具備さ
れる照明装置の事例である。これを、照明装置の概略構
成図である図12を参照して説明する。符号1は実施例
1あるいは実施例2に示した事例のうちの何れか一種の
光学装置である。光学装置1からはxy面内に配列した
複数の光束が+z軸方向に出射され、オプティカルイン
テグレータ8に入射される。オプティカルインテグレー
タ8は、複数のエレメントレンズで構成されたいわゆる
フライアイレンズ8aとコンデンサレンズ8bとで構成
されており、入射光から各エレメントレンズ毎の平面光
源を形成するとともに、各出射光が被照射面9を照射す
るように構成されている。この場合、フライアイレンズ
8aを構成するエレメントレンズの数は光学装置1から
出射される光束数とほぼ同数かそれ以下であることが望
ましく、各光束はオプティカルインテグレータ8のエレ
メントレンズの一つ以上に入射し、被照射面9を照射す
る。そして、被照射面9上の一点をみた場合、この一点
に照射される光は光学装置1から出射された複数の非可
干渉な光束が重ね合わされたものであるが、非可干渉で
あるN本の光束で照明する場合にはスペックルのコント
ラストは概略1/N1/2 となることが知られており、こ
れによりスペックルの発生を低減することができる。 Embodiment 3 This embodiment is an example of a lighting device provided in an image display device or an exposure device. This will be described with reference to FIG. 12 which is a schematic configuration diagram of the lighting device. Reference numeral 1 denotes an optical device of any one of the cases shown in the first and second embodiments. A plurality of light beams arranged in the xy plane are emitted from the optical device 1 in the + z-axis direction and are incident on the optical integrator 8. The optical integrator 8 is composed of a so-called fly-eye lens 8a composed of a plurality of element lenses and a condenser lens 8b. The optical integrator 8 forms a planar light source for each element lens from incident light, and irradiates each emitted light with light. It is configured to illuminate surface 9. In this case, it is desirable that the number of element lenses constituting the fly-eye lens 8a be substantially the same as or less than the number of light beams emitted from the optical device 1, and each light beam is transmitted to one or more of the element lenses of the optical integrator 8. The light is incident on the surface 9 to be irradiated. When one point on the irradiated surface 9 is viewed, the light irradiated to this point is a superposition of a plurality of non-coherent light beams emitted from the optical device 1. It is known that when illuminating with a light beam of a book, the contrast of speckle is approximately 1 / N 1/2 , whereby the occurrence of speckle can be reduced.
【0043】なお、本実施例の照明装置10の場合、光
学装置1の出射面上の各光束の位置から被照射面9上の
一点までの光路長差には僅かな差が生じるが、一般的に
はオプティカルインテグレータ8から被照射面9間での
距離が出射面の大きさより十分大であるので、光学装置
1内で生起される各分岐光の光路長差に比べれば無視す
ることができ、問題となる虞はない。また、本実施例の
照明装置10では、光学装置1を構成するコヒーレント
光光源に縦モードがマルチモードである半導体レーザを
用いても、問題となる虞がない。In the case of the illuminating device 10 of this embodiment, there is a slight difference in the optical path length difference from the position of each light beam on the exit surface of the optical device 1 to one point on the surface 9 to be illuminated. Specifically, the distance between the optical integrator 8 and the irradiated surface 9 is sufficiently larger than the size of the emission surface, so that the distance can be neglected as compared with the optical path length difference of each branch light generated in the optical device 1. There is no problem. Further, in the illumination device 10 of the present embodiment, even if a semiconductor laser whose longitudinal mode is a multi-mode is used as the coherent light source constituting the optical device 1, there is no possibility of causing a problem.
【0044】上記した照明装置10は、たとえば画像表
示装置や露光装置の光源として用いれば、空間コヒーレ
ンスの低減あるいはスペックルの低減を図ることができ
るとともに、従来のように光ファイバーの束を用いない
ので小型化を図ることができる。したがって、画像表示
装置においては高品質の画像を得ることができるととも
に小型化をも図ることができ、露光装置においてはマス
ク上のパターンの高品位の露光が可能となる。When the illumination device 10 is used as a light source of an image display device or an exposure device, for example, the spatial coherence or speckle can be reduced, and a bundle of optical fibers is not used unlike the conventional one. The size can be reduced. Therefore, in the image display device, a high-quality image can be obtained and the size can be reduced. In the exposure device, high-quality exposure of the pattern on the mask can be performed.
【0045】[0045]
【発明の効果】本発明の光学素子および光学装置によれ
ば、入射光が複数の光束に強度をほぼ等しく分配して分
岐されるとともに光路長差が生起されるので、出射光面
の空間コヒーレンスを効果的に低減する小型な光学素子
および光学装置を提供することができる。また、コヒー
レント光光源に複数の異なる波長を有するマルチモード
レーザを用いれば、その周期的なコヒーレンス度を利用
して光路長差の最適化を図ることができ、コヒーレンス
長よりも短い光路長差でより効果的に空間コヒーレンス
の低減を図ることができる。本発明の照明装置によれ
ば、光学装置とフライアイレンズおよびコンデンサレン
ズで構成されたオプティカルインテグレータとの相対的
な位置精度の高精度を必要とせず、スペックルの低減す
る小型の照明光学系を構成することができる。したがっ
て、この照明装置を具備する画像表示装置および露光装
置では装置の小型化を図ることができるとともに空間コ
ヒーレンスの低減あるいはスペックルの低減が図られ、
高品位な画像あるいはマスク上のパターンの高品位の露
光が可能となる。According to the optical element and the optical device of the present invention, the incident light is divided into a plurality of light beams with almost equal intensity and splits, and a difference in optical path length is generated. It is possible to provide a small optical element and a small optical device that effectively reduce the amount of light. In addition, if a multimode laser having a plurality of different wavelengths is used as the coherent light source, the optical path length difference can be optimized by using the periodic coherence degree, and the optical path length difference shorter than the coherence length can be achieved. Spatial coherence can be more effectively reduced. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the illuminating device of this invention, a high-precision of the relative positional accuracy of an optical device and the optical integrator comprised by the fly-eye lens and the condenser lens is not required, and the small illuminating optical system which reduces speckle is needed. Can be configured. Therefore, in the image display device and the exposure device including the illumination device, the size of the device can be reduced and the spatial coherence or speckle can be reduced.
High-quality exposure of a high-quality image or a pattern on a mask becomes possible.
【図1】 本発明の作用を説明し、マルチモードレーザ
光の概略パワースペクトラム図である。FIG. 1 is a schematic power spectrum diagram of a multi-mode laser beam for explaining the operation of the present invention.
【図2】 本発明の作用を説明し、マルチモードレーザ
光のコヒーレンス度を示す概略パワースペクトラム図で
ある。FIG. 2 is a schematic power spectrum diagram illustrating the operation of the present invention and illustrating the degree of coherence of a multi-mode laser beam.
【図3】 本発明の実施例1の光学装置の概略外観斜視
図である。FIG. 3 is a schematic external perspective view of the optical device according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 図3の+x軸方向からみた概略平面図であ
る。FIG. 4 is a schematic plan view seen from the + x-axis direction in FIG. 3;
【図5】 本発明に係るビームスプリッタスタックの作
製方法について説明する概略外観斜視図である。FIG. 5 is a schematic external perspective view illustrating a method for manufacturing a beam splitter stack according to the present invention.
【図6】 本発明に係るビームスプリッタスタックの作
製方法について説明する概略外観斜視図である。FIG. 6 is a schematic external perspective view illustrating a method for manufacturing a beam splitter stack according to the present invention.
【図7】 本発明の実施例1における他の事例の光学装
置の概略外観斜視図である。FIG. 7 is a schematic external perspective view of an optical device in another case according to the first embodiment of the present invention.
【図8】 本発明の実施例2の光学装置の概略外観斜視
図である。FIG. 8 is a schematic external perspective view of an optical device according to a second embodiment of the present invention.
【図9】 本発明の実施例2における他の事例の光学装
置の概略外観斜視図である。FIG. 9 is a schematic external perspective view of an optical device in another case according to the second embodiment of the present invention.
【図10】 本発明に係るコヒーレント光光源として半
導体レーザを用い、その入力電流に高周波信号を重畳さ
せた場合の概略パワースペクトラム図である。FIG. 10 is a schematic power spectrum diagram when a semiconductor laser is used as a coherent light source according to the present invention, and a high-frequency signal is superimposed on an input current thereof.
【図11】 図10のパワースペクトラムのコヒーレン
ス度を示す概略パワースペクトラム図である。11 is a schematic power spectrum diagram showing the degree of coherence of the power spectrum of FIG.
【図12】 本発明の実施例3の照明装置の概略構成図
である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a lighting device according to a third embodiment of the present invention.
【図13】 従来の技術におけるコヒーレント光に特有
の問題であるスペックルについて説明する、コヒーレン
ト光の概略パワースペクトラム図である。FIG. 13 is a schematic power spectrum diagram of coherent light for explaining speckle which is a problem specific to coherent light in the related art.
【図14】 図13のパワースペクトラムのコヒーレン
ス度を示す概略パワースペクトラム図である。14 is a schematic power spectrum diagram showing a coherence degree of the power spectrum of FIG.
1…光学装置、2…レーザ光光源、3…コリメータレン
ズ、4…第1のビームスプリッタスタック、4a…半透
過ミラー面、5…1/2波長板、6…第2のビームスプ
リッタスタック、6a…半透過ミラー面、7a…第1の
平行ガラス基板、7b…第2の平行ガラス基板、7c…
第3の平行ガラス基板、7d…第4の平行ガラス基板、
7e…第5の平行ガラス基板、8…オプティカルインテ
グレータ、8a…フライアイレンズ、8b…コンデンサ
レンズ、9…被照射面、10…照明装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical device, 2 ... Laser light source, 3 ... Collimator lens, 4 ... First beam splitter stack, 4a ... Semi-transmissive mirror surface, 5 ... 1/2 wavelength plate, 6 ... Second beam splitter stack, 6A ... Semi-transmissive mirror surface, 7a ... First parallel glass substrate, 7b ... Second parallel glass substrate, 7c ...
A third parallel glass substrate, 7d... A fourth parallel glass substrate,
7e: Fifth parallel glass substrate, 8: Optical integrator, 8a: Fly-eye lens, 8b: Condenser lens, 9: Illuminated surface, 10: Illumination device
Claims (24)
ほぼ45度傾斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔
で配設する複数の半透過ミラー面を有し、 前記複数の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部
反射と一部透過とを順次行い、順次一定の光路長差を有
する複数の光束で構成される分岐光を出射することを特
徴とする光学素子。A plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the incident coherent light and are disposed parallel to each other and at a constant interval; An optical element characterized by sequentially performing partial reflection and partial transmission of coherent light, and sequentially emitting branched light composed of a plurality of light beams having a constant optical path length difference.
ほぼ45度傾斜するとともに互いに平行且つ一定の間隔
で配設する第1の複数の半透過ミラー面を有する第1の
光学素子と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するととも
に互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半
透過ミラー面を有する第2の光学素子とを有し、 前記第1の複数の半透過ミラー面および前記第2の複数
の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部反射と一
部透過とを順次行い、 前記第2の複数の半透過ミラー面から、順次一定の光路
長差を有する複数の面展開する光束で構成される分岐光
を出射することを特徴とする光学素子。2. A first optical element having a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the incident coherent light and are disposed parallel to each other and at a fixed interval. A second plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined approximately 45 degrees with respect to an optical axis of reflected light of the coherent light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and are disposed parallel to each other and at a constant interval are provided. A second optical element having the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces sequentially performing partial reflection and partial transmission of the coherent light, An optical element which emits, from a second plurality of semi-transmissive mirror surfaces, a branched light composed of a plurality of surface-developed light beams having a constant optical path length difference.
光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するとともに互いに
平行且つ一定の間隔で配設する第1の複数の半透過ミラ
ー面を有する第1の光学素子と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の偏光方向を90度回転させる1/2波長板
と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するととも
に互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半
透過ミラー面を有する第2の光学素子とを有し、 前記第1の複数の半透過ミラー面および前記第2の複数
の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部反射と一
部透過とを順次行い、 前記第2の複数の半透過ミラー面から、順次一定の光路
長差を有する複数の面展開する光束で構成された分岐光
を出射することを特徴とする光学素子。3. A first semi-transmissive mirror surface having a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces which are inclined at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light incident with linearly polarized light, and which are arranged parallel to each other and at regular intervals. An optical element, a half-wave plate for rotating the polarization direction of reflected light of the coherent light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces by 90 degrees, and the first plurality of halves of the coherent light. A second optical element having a second plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are arranged at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of the reflected light on the transmissive mirror surface, and are arranged in parallel with each other at a constant interval. Performing a partial reflection and a partial transmission of the coherent light sequentially on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces; , Sequentially having a constant optical path length difference Wherein the optical element to emit a branched light composed of a light beam surface extending.
ト光のコヒーレンス長の1/2よりも大であることを特
徴とする請求項1,2,3のうちの何れか一項に記載の
光学素子。4. The apparatus according to claim 1, wherein the constant optical path length difference is larger than コ of a coherence length of the coherent light. Optical element.
的な波長を有し、 前記コヒーレント光のコヒーレンス度を時間の関数とし
てあらわし、 第1の極大波形の半値全幅をτt とし、 前記第1の極大波形と前記第1の極大波形に隣接する第
2の極大波形との中心値間距離をτd としたとき、 前記一定の光路長差であるσが、 c((n−1)τd +τt /2)≦σ≦c(nτd −τ
t /2)の条件を満足する範囲内にあることを特徴とす
る請求項1,2,3のうちの何れか一項に記載の光学素
子。(ただし、cは光速であり、nは自然数である。)5. The coherent light has a plurality of different periodic wavelengths, the degree of coherence of the coherent light is represented as a function of time, the full width at half maximum of the first local maximum waveform is τ t , When the distance between the center values of the local maximum waveform and the second local maximum waveform adjacent to the first local maximum waveform is τ d , the constant optical path length difference σ is c ((n−1) τ d + Τ t / 2) ≦ σ ≦ c (nτ d −τ
The optical element according to claim 1, wherein the optical element falls within a range satisfying a condition of ( t / 2). (However, c is the speed of light and n is a natural number.)
s1 個として、一定の間隔d1 で配設された前記s1 個
の半透過ミラー面間を一定の屈折率n1 の物質で構成
し、 前記第2の複数の半透過ミラー面の数をs2 個として、
一定の間隔d2 で配設された前記s2 個の半透過ミラー
面間を一定の屈折率n2 の物質で構成し、 n2 d2 >n1 d1 s1 およびn1 d1 >n2 d2 s2
の何れか一方の条件を満たすことを特徴とする請求項2
または3に記載の光学素子。6. The number of the first plurality of half-mirror surface as a single s, constant the s 1 single semitransparent mirror interplanar arranged at regular intervals d 1 refractive index n 1 Wherein the number of the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces is s 2 ,
The surface between the s 2 semi-transmissive mirrors arranged at a constant distance d 2 is made of a substance having a constant refractive index n 2 , and n 2 d 2 > n 1 d 1 s 1 and n 1 d 1 > n 2 d 2 s 2
3. The method according to claim 2, wherein one of the conditions is satisfied.
Or the optical element of 3.
ヒーレント光光源と、 前記コヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜す
るとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する複数の
半透過ミラー面を有する光学素子とを有し、 前記複数の半透過ミラー面で、前記コヒーレント光の一
部反射と一部透過とを順次行い、順次一定の光路長差を
有する複数の光束で構成された分岐光を出射することを
特徴とする光学装置。7. A coherent light source that emits at least coherent light, and a plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined at approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light, and are disposed parallel to and at a constant interval from each other. An optical element, and sequentially performs partial reflection and partial transmission of the coherent light on the plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and sequentially branches light composed of a plurality of light beams having a constant optical path length difference. An optical device that emits light.
ヒーレント光光源と、 前記コヒーレント光の光軸に対してほぼ45度傾斜する
とともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第1の複
数の半透過ミラー面を有する第1の光学素子と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するととも
に互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半
透過ミラー面を有する第2の光学素子とを有し、 前記第1の複数の半透過ミラー面および前記第2の複数
の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部反射と一
部透過とを順次行い、 前記第2の複数の半透過ミラー面から、順次一定の光路
長差を有する複数の面展開する光束で構成された分岐光
を出射することを特徴とする光学装置。8. A coherent light source that emits at least coherent light, and a first plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined at approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light and that are arranged at parallel and constant intervals to each other. A first optical element having: a first optical element having an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the reflected light of the coherent light on the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and disposed in parallel with each other at a constant interval. A second optical element having a second plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and a partial reflection of the coherent light on the first plurality of semi-transparent mirror surfaces and the second plurality of semi-transparent mirror surfaces And a partial transmission in sequence, and sequentially emits, from the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces, a branched light composed of a plurality of surface-developed light beams having a constant optical path length difference. apparatus.
ト光を出射するコヒーレント光光源と、 前記コヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜す
るとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第1の
複数の半透過ミラー面を有する第1の光学素子と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の偏光方向を90度回転させる1/2波長板
と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するととも
に互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半
透過ミラー面を有する第2の光学素子とを有し、 前記第1の複数の半透過ミラー面および前記第2の複数
の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部反射と一
部透過とを順次行い、 前記第2の複数の半透過ミラー面から、順次一定の光路
長差を有する複数の面展開する光束で構成された分岐光
を出射することを特徴とする光学装置。9. A coherent light source that emits coherent light having at least linearly polarized light, and a first plurality of light sources that are arranged at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light and that are arranged parallel to each other and at regular intervals. A first optical element having a semi-transmissive mirror surface, a half-wave plate for rotating the polarization direction of reflected light of the coherent light on the first plurality of semi-transparent mirror surfaces by 90 degrees, and the coherent light A second plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined approximately 45 degrees with respect to the optical axis of light reflected by the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and are disposed parallel and at regular intervals to each other. The first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces to sequentially perform partial reflection and partial transmission of the coherent light, Multiple A semi-transparent mirror surface, successively optical apparatus characterized by emitting a branch light composed of the light beam a plurality of surface extending with a constant optical path length difference.
ント光のコヒーレンス長の1/2よりも大であることを
特徴とする請求項7,8,9のうちの何れか一項に記載
の光学装置。10. The apparatus according to claim 7, wherein the constant optical path length difference is larger than コ of a coherence length of the coherent light. Optical device.
長を有することを特徴とする請求項7,8,9のうちの
何れか一項に記載の光学装置。11. The optical device according to claim 7, wherein the coherent light has a plurality of different wavelengths.
期的な波長を有し、 前記コヒーレント光のコヒーレンス度を時間の関数とし
てあらわし、 第1の極大波形の半値全幅をτt とし、 前記第1の極大波形と前記第1の極大波形に隣接する第
2の極大波形との中心値間距離をτd としたとき、 前記一定の光路長差であるσが、 c((n−1)τd +τt /2)≦σ≦c(nτd −τ
t /2)の条件を満足する範囲内にあることを特徴とす
る請求項7,8,9のうちの何れか一項に記載の光学装
置。(ただし、cは光速であり、nは自然数である。)12. The coherent light has a plurality of different periodic wavelengths, the degree of coherence of the coherent light is represented as a function of time, the full width at half maximum of the first local maximum waveform is τ t , When the distance between the center values of the local maximum waveform and the second local maximum waveform adjacent to the first local maximum waveform is τ d , the constant optical path length difference σ is c ((n−1) τ d + Τ t / 2) ≦ σ ≦ c (nτ d −τ
The optical device according to claim 7, wherein the optical device falls within a range satisfying a condition of ( t / 2). (However, c is the speed of light and n is a natural number.)
立するコヒーレント光光源を有することを特徴とする請
求項7,8,9のうちの何れか一項に記載の光学装置。13. The optical device according to claim 7, wherein the coherent light source includes a plurality of independent coherent light sources.
をs1 個として、一定の間隔d1 で配設された前記s1
個の半透過ミラー面間を一定の屈折率n1 の物質で構成
し、 前記第2の複数の半透過ミラー面の数をs2 個として、
一定の間隔d2 で配設された前記s2 個の半透過ミラー
面間を一定の屈折率n2 の物質で構成し、 n2 d2 >n1 d1 s1 およびn1 d1 >n2 d2 s2
の何れか一方の条件を満たすことを特徴とする請求項8
または9に記載の光学装置。14. The number of the first plurality of half-mirror surface as a single s, the arranged at regular intervals d 1 s 1
Between the semi-transmissive mirror surfaces is made of a material having a constant refractive index n 1 , and the number of the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces is s 2 ,
The surface between the s 2 semi-transmissive mirrors arranged at a constant distance d 2 is made of a substance having a constant refractive index n 2 , and n 2 d 2 > n 1 d 1 s 1 and n 1 d 1 > n 2 d 2 s 2
9. A method according to claim 8, wherein one of the conditions is satisfied.
Or the optical device according to 9.
コヒーレント光光源と、 前記コヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜す
るとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する複数の
半透過ミラー面を有する光学素子と、 複数のエレメントレンズで構成されたフライアイレンズ
とコンデンサレンズとで構成されたオプティカルインテ
グレータとを有し、 前記複数の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部
反射と一部透過とを順次行って生起される、順次一定の
光路長差を有するN本の光束を前記オプティカルインテ
グレータに透過し、 前記オプティカルインテグレータから出射されて照射さ
れる被照射面におけるスペックルのコントラストを概略
1/N1/2に低減することを特徴とする照明装置。15. A coherent light source that emits at least coherent light, and a plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined at approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light, and are arranged parallel to each other and at regular intervals. An optical element, an optical integrator configured with a fly-eye lens and a condenser lens configured with a plurality of element lenses, and a partial reflection and a partial transmission of the coherent light on the plurality of semi-transmissive mirror surfaces. Are sequentially transmitted, N light fluxes having successively constant optical path length differences are transmitted through the optical integrator, and the contrast of speckle on the irradiated surface emitted and emitted from the optical integrator is approximately 1 /. A lighting device characterized in that the lighting device is reduced to N 1/2 .
コヒーレント光光源と、 前記コヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜す
るとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第1の
複数の半透過ミラー面を有する第1の光学素子と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するととも
に互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半
透過ミラー面を有する第2の光学素子と、 複数のエレメントレンズで構成されたフライアイレンズ
とコンデンサレンズとで構成されたオプティカルインテ
グレータとを有し、 前記第1の複数の半透過ミラー面および前記第2の複数
の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部反射と一
部透過とを順次行って生起される、順次一定の光路長差
を有するN本の光束を前記オプティカルインテグレータ
に透過し、 前記オプティカルインテグレータから出射されて照射さ
れる被照射面におけるスペックルのコントラストを概略
1/N1/2に低減することを特徴とする照明装置。16. A coherent light source that emits at least coherent light, and a first plurality of semi-transmissive mirrors that are inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light, and are disposed parallel to and at a constant interval from each other. A first optical element having a surface, and being disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light reflected by the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces and parallel to each other at a constant interval. A second optical element having a second plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and an optical integrator including a fly-eye lens and a condenser lens each including a plurality of element lenses; Is generated by sequentially performing partial reflection and partial transmission of the coherent light on the semi-transmissive mirror surface and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces. And characterized by reducing the N optical beams having an optical path length difference transmitted to the optical integrator, the contrast of the speckle on the irradiated surface to be irradiated is emitted from the optical integrator in the schematic 1 / N 1/2 Lighting equipment.
ント光を出射するコヒーレント光光源と、 前記コヒーレント光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜す
るとともに互いに平行且つ一定の間隔で配設する第1の
複数の半透過ミラー面を有する第1の光学素子と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の偏光方向を90度回転させる1/2波長板
と、 前記コヒーレント光の前記第1の複数の半透過ミラー面
での反射光の光軸に対して、ほぼ45度傾斜するととも
に互いに平行且つ一定の間隔で配設する第2の複数の半
透過ミラー面を有する第2の光学素子と、 複数のエレメントレンズで構成されたフライアイレンズ
とコンデンサレンズとで構成されたオプティカルインテ
グレータとを有し、 前記第1の複数の半透過ミラー面および前記第2の複数
の半透過ミラー面で前記コヒーレント光の一部反射と一
部透過とを順次行って生起される、順次一定の光路長差
を有するN本の光束を前記オプティカルインテグレータ
に透過し、 前記オプティカルインテグレータから出射されて照射さ
れる被照射面におけるスペックルのコントラストを概略
1/N1/2に低減することを特徴とする照明装置。17. A coherent light source that emits coherent light having at least linearly polarized light, and a first plurality of light sources that are inclined at substantially 45 degrees with respect to the optical axis of the coherent light, and that are arranged parallel to each other and at regular intervals. A first optical element having a semi-transmissive mirror surface, a half-wave plate for rotating the polarization direction of reflected light of the coherent light on the first plurality of semi-transparent mirror surfaces by 90 degrees, and the coherent light A second plurality of semi-transmissive mirror surfaces that are inclined approximately 45 degrees with respect to the optical axis of light reflected by the first plurality of semi-transmissive mirror surfaces, and are disposed parallel and at regular intervals to each other. And an optical integrator including a fly-eye lens and a condenser lens each including a plurality of element lenses, and the first plurality of semi-transparent lenses. The optical integrator converts N light fluxes having successively constant optical path length differences generated by sequentially reflecting and partially transmitting the coherent light on a mirror surface and the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces. A speckle contrast on a surface to be irradiated, which is transmitted through the optical integrator and emitted from the optical integrator, is reduced to approximately 1 / N 1/2 .
ント光のコヒーレンス長の1/2よりも大であることを
特徴とする請求項15,16,17のうちの何れか一項
に記載の照明装置。18. The method according to claim 15, wherein the constant optical path length difference is larger than コ of a coherence length of the coherent light. Lighting equipment.
長を有することを特徴とする請求項15,16,17の
うちの何れか一項に記載の照明装置。19. The lighting device according to claim 15, wherein the coherent light has a plurality of different wavelengths.
期的な波長を有し、 前記コヒーレント光のコヒーレンス度を時間の関数とし
てあらわし、 第1の極大波形の半値全幅をτt とし、 前記第1の極大波形と前記第1の極大波形に隣接する第
2の極大波形との中心値間距離をτd としたとき、 前記一定の光路長差であるσが、 c((n−1)τd +τt /2)≦σ≦c(nτd −τ
t /2)の条件を満足する範囲内にあることを特徴とす
る請求項15,16,17のうちの何れか一項に記載の
照明装置。(ただし、cは光速であり、nは自然数であ
る。)20. The coherent light has a plurality of different periodic wavelengths, the degree of coherence of the coherent light is represented as a function of time, the full width at half maximum of the first local maximum waveform is τ t , When the distance between the center values of the local maximum waveform and the second local maximum waveform adjacent to the first local maximum waveform is τ d , the constant optical path length difference σ is c ((n−1) τ d + Τ t / 2) ≦ σ ≦ c (nτ d −τ
The lighting device according to any one of claims 15, 16, and 17, wherein the value falls within a range satisfying a condition of ( t / 2). (However, c is the speed of light and n is a natural number.)
立するコヒーレント光光源を有することを特徴とする請
求項15,16,17のうちの何れか一項に記載の照明
装置。21. The lighting device according to claim 15, wherein the coherent light source includes a plurality of independent coherent light sources.
をs1 個として、一定の間隔d1 で配設された前記s1
個の半透過ミラー面間を一定の屈折率n1 の物質で構成
し、 前記第2の複数の半透過ミラー面の数をs2 個として、
一定の間隔d2 で配設された前記s2 個の半透過ミラー
面間を一定の屈折率n2 の物質で構成し、 n2 d2 >n1 d1 s1 およびn1 d1 >n2 d2 s2
の何れか一方の条件を満たすことを特徴とする請求項1
6または17に記載の照明装置。22. The number of the first plurality of half-mirror surface as a single s, the arranged at regular intervals d 1 s 1
Between the semi-transmissive mirror surfaces is made of a material having a constant refractive index n 1 , and the number of the second plurality of semi-transmissive mirror surfaces is s 2 ,
The surface between the s 2 semi-transmissive mirrors arranged at a constant distance d 2 is made of a substance having a constant refractive index n 2 , and n 2 d 2 > n 1 d 1 s 1 and n 1 d 1 > n 2 d 2 s 2
2. The method according to claim 1, wherein one of the following conditions is satisfied.
18. The lighting device according to 6 or 17.
か一項に記載の照明装置を具備することを特徴とする画
像表示装置。23. An image display device comprising the lighting device according to claim 15. Description:
か一項に記載の照明装置を具備することを特徴とする露
光装置。24. An exposure apparatus comprising the illumination device according to claim 15. Description:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14851998A JPH11337868A (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Optical element, optical device, illumination device, image display device including the same, and exposure device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14851998A JPH11337868A (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Optical element, optical device, illumination device, image display device including the same, and exposure device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337868A true JPH11337868A (en) | 1999-12-10 |
Family
ID=15454599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14851998A Pending JPH11337868A (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Optical element, optical device, illumination device, image display device including the same, and exposure device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11337868A (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004503923A (en) * | 2000-07-10 | 2004-02-05 | コーポレーション フォー レーザー オプティックス リサーチ | System and method for speckle reduction by bandwidth enhancement |
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-
1998
- 1998-05-29 JP JP14851998A patent/JPH11337868A/en active Pending
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