JP4059623B2 - 照明装置、及び均一照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光学装置、照明光学方式及びこれらを用いた投射装置、露光装置、レーザ加工装置に関し、より具体的には、レーザアレイ光等による複数の発光手段を光源として、この光源光を被照射部に均一照明する光学系に適用可能な装置に関し、投射装置（プロジェクタ）やステッパ（露光装置）などに適用できる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
照射対象の被照射部を均一に照明するための光学系は、例えば、液晶表示素子を用いたライトとバルブ方式の投射装置や、半導体の製造等に用いるステッパ等に好適であるばかりでなく、種々の用途への適用が可能であり、高精度、コンパクトでかつ簡易な構成の光学系が求められる。また、例えば上記のライトバルブ方式の投射装置においては、ライトバルブに対する最大入射角度ができるだけ小さくなるように（すなわち、ライトバルブの表面に対してできるだけ垂直に入射するように）、照明光学系が設定されることが望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、コンパクトな構成を実現する複数光源による発光ユニットを用い、これら複数光源から発せられた光を被照射面に対して均一に、また被照射面対して最小の入射角で照射するための照明装置及びこれを用いた均一照明装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数の発光部を有する発光手段と、該発光部のそれぞれから出射する拡散光のそれぞれを、該拡散光の光軸に直交する面における少なくとも同一の一方向について平行光とする平行光化手段と、該平行光化手段から出射した複数の光束を所定の集光範囲に集光する集光手段とを有する照明装置において、前記発光手段は、前記複数の発光部が一方向にアレイ配列するように構成され、前記平行光化手段は、シリンドリカルレンズアレイにより構成され、該シリンドリカルレンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズ部のアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等に設けられ、前記シリンドリカルレンズアレイによって、前記複数の発光部からの出射光を、光源アレイ方向の発散光成分を平行光化するように構成されることを特徴としたものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記発光手段は、レーザ光を発光するレーザ発光部を有して構成されることを特徴としたものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記シリンドリカルレンズアレイを、少なくとも２つ以上備えたことを特徴としたものである。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記平行光化手段としてレンチキュラーレンズを用い、該レンチキュラーレンズを構成する各マイクロレンズのアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等であることを特徴としたものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記レンチキュラーレンズを、少なくとも２つ以上備えたことを特徴としたものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１の照明装置と、該照明装置から出射した照明光を受光し、該受光した光の光軸に直交する面内の光強度分布を均一化させるための強度分布均一化手段とを有し、該強度分布均一化手段からの出射光を制御して照明対象を照明することを特徴としたものである。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記強度分布均一化手段として、カライドスコープを用いることを特徴としたものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項６の発明において、前記強度分布均一化手段として、ホモジナイザを用いることを特徴としたものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項６の発明において、前記強度分布均一化手段として、フライアイレンズを用いることを特徴としたものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
まず本発明の必須の構成について図面を参照しながら以下に説明する。なお、実施例の構成については、個々に再度図面を参照して具体的に後述する。本発明の照明装置は、複数の発光部１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有する発光手段１１と、上記発光部１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれから出射する拡散光のそれぞれを、該拡散光の光軸に直交する面における少なくとも同一の一方向について平行光とする平行光化手段１２と、その平行光化手段１２から出射した複数の光束を所定の集光範囲に集光する集光手段１３（（３１，３２，３３），（４１），（５１））とを有する。また、上記の照明装置において、平行光化手段１２は、図１３に示すように発光手段のそれぞれの発光部１１ａに取り付けられたレンズ１２ａによって構成してもよい。また上記発光手段１１は、レーザ光を発光するレーザ発光部１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって構成できる。
【００２８】
また上記発光手段は、複数の発光部１１ａ，１１ｂ，１１ｃが一方向にアレイ配列するように構成され、平行光化手段１２は、上記複数の発光部からの出射光を前記アレイ配列方向に一致する方向について平行光化するように構成される。また上記平行光化手段１２としてシリンドリカルレンズアレイを用い、そのシリンドリカルレンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズ部のアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチを同等する。また、このシリンドリカルレンズアレイを、少なくとも２つ以上備えてもよい。
【００２９】
また上記平行光化手段１１としてレンチキュラーレンズを用い、該レンチキュラーレンズを構成する各マイクロレンズのアレイピッチを、上記発光部のアレイピッチと同等とする。またこのレンチキュラーレンズを、少なくとも２つ以上備えてもよい。
【００３０】
本発明の均一照明装置は、上記のごとくの照明装置と、その照明装置から出射した照明光を受光し、その受光した光の光軸に直交する面内の光強度分布を均一化させるための強度分布均一化手段１４（（４２，４３），（５２，５３））とを有し、その強度分布均一化手段１４からの出射光を制御して照明対象を照明する。
【００３１】
（実施例１）
図１及び図２は、本発明の第１の一実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図１に、側面概略構成を図２にそれぞれ光路とともに示すもので、図１及び図２において、１１はレーザアレイ、１２はシリンドリカルレンズアレイ、１３はコンデンサレンズ、１４はカライドスコープ、１５はリレーレンズ、１６は被照射部である。レーザアレイ１１は、そのレーザ発光部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…が直線状に等ピッチで配列されている。各レーザ発光部からの各々の出射光Ｂ１は拡散光として出射する。これらの出射光Ｂ１をシリンドリカルレンズアレイ１２で、その一方向について平行光束化させる。図１の例ではシリンドリカルレンズアレイ１２は、入射した光束を紙面に平行な方向で平行化させた光束Ｂ２として出射させる。この場合の平行光束Ｂ２は厳密に平行でなくても良い。次のコンデンサレンズ１３で隣り合う光束どうしが大きな角度差で交じり合わなければ良い。すなわち、出射光束Ｂ２がある程度重なっていても角度差が小さければ問題とはならない。
【００３２】
そしてコンデンサレンズ１３によって、その出射光束Ｂ３がカライドスコープ１４の入射側端面１４ａに収斂される。そしてカライドスコープ１４内を進行する光束は、カライドスコープ１４内で多重反射し、その出射端面１４ｂでは光束の面内強度の分布が均一化される。この均一化された強度分布を有する光束がリレーレンズ１５によって被照射部１６へ照射される。
【００３３】
シリンドリカルレンズアレイ１２は、いわゆるレンチキュラーレンズに置き換えてもよい。シリンドリカルレンズアレイ１２は、レーザアレイ１１のアレイピッチと同程度のアレイピッチを有するレンズアレイで、レーザアレイの配列方向に対してレンズパワーをもっていればよい。レンチキュラーレンズを用いる場合も、同様にそのマイクロレンズのアレイピッチをレーザアレイ１１のアレイピッチと同等にして同様に作用するように構成する。シリンドリカルレンズアレイ１２（もしくはレンチキュラーレンズ）をレーザアレイ１１の直後の光路上に置くことにより、例えばシリンドリカルレンズアレイ１１を、直線状に配列したレンズアレイ（２次元のパワーをもつ）に置き換えた場合に比べて、図１で紙面厚み方向の設置許容範囲が広くなる。すなわち図１の上下方向の微調整のみを行えば良い。
【００３４】
シリンドリカルレンズアレイ（またはレンチキュラーレンズ）１２を使うことによって被照射部１６への最大入射角を小さくできることを光線追跡計算結果を用いて説明する。図３は、レンチキュラーレンズを用いた照明光学系の効果を説明するための図で、照明光学系の概略構成を図３（Ａ）に、図３（Ａ）のＢ部の拡大図を図３（Ｂ）に示すものである。
【００３５】
図３に示す構成において、実際には図１に示すごとくの光源１１ａ，１１ｃを含むレーザアレイが配置されるが、特徴的な光路を説明するためにレーザアレイ１１の全体はその図示を省略している。すなわち図示されている光源１１ａはレーザアレイの端部に位置し、光源１１ｎはレーザアレイ１１の中心に位置し、その他のレーザアレイを構成する光源は、図示を省略している。レーザの光源１１ａの直後にはシリンドリカルレンズアレイ（またはレンチキュラーレンズ）１２が配置されている。図３（Ｂ）において、１２ａはシリンドリカルレンズアレイ１２を構成するひとつのレンズ部（シリンドリカルレンズ）で、光源１１ａ…１１ｎと同様にｙ方向にアレイ化されている。
【００３６】
レーザアレイ１１の光源アレイピッチとシリンドリカルレンズアレイ１２の各レンズのアレイピッチ（またはレンチキュラーレンズのマイクロレンズのアレイピッチ）は同ピッチであり、図３（Ｂ）では光源１１ａに対応するレンチキュラー部（レンチキュラーレンズ）を構成する一つのマイクロレンズ１２ａのみを示している。レンチキュラーレンズ１２では、各レーザアレイからの出射光は、紙面に平行な方向に平行化される。このレンチキュラーレンズ１２では、レンズの球面収差のため、出射光は完全にコリメートされないが、ある程度の平行光束化で効果は十分得られる。平行光束化されたビームＢ２はシリンドリカルレンズ２１，２２，２３を通過してカライドスコープ１４の入射側端面１４ａに到達する。この場合、入射側端面１４ａへの最大入射角は１２°である。
【００３７】
シリンドリカルレンズ２１は、レーザアレイ光をカライドスコープ１４の入射側端面１４ａに偏向させるはたらきをする。シリンドリカルレンズ２２，２３は、レーザアレイの厚さ方向（紙面厚さ方向）の発散ビームを入射側端面１４ａに収斂させるはたらきをする。
【００３８】
（比較例）
図４は、上記図３の構成において、レンチキュラーレンズ１２が無い場合の光学系における作用を説明するための図である。図４には、図３の光学系においてレーザアレイの端部に位置する光源１１ａの直後のシリンドリカルレンズアレイ１２を削除した場合の光線を示している。光源１１ａからの発散光Ｂ１１はシリンドリカルレンズ２１，２２，２３を通過してカライドスコープ１４の入射側端面１４ａに最大入射角１６°で照射される。カライドスコープ１４の出射側端面（図示せず）からの出射光は、入射角度が維持されることから、最大角１６°で出射される。さらに図４と図３を比較すると、シリンドリカルレンズアレイ１２を用いたほうがカライドスコープ１４の口径を小さくすることが可能である。同じ反射回数のカライドスコープなら口径が小さいほど全長も短くなる。したがって、シリンドリカルレンズアレイ（もしくはレンチキュラーレンズ）を用いることで照明光学系を小さくすることができる。
【００３９】
（実施例２）
図５及び図６は、本発明の第２の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図５に、側面概略構成を図６にそれぞれ光路とともに示すもので、照明光学系は、レンズアレイ１１、シリンドリカルレンズアレイ１２、カライドスコープ１４、リレーレンズ１５、シリンドリカルレンズ３１，３２，３３で構成され、１６は被照射部である。なお、実施例１と同様に、シリンドリカルレンズアレイ１２をレンチキュラーレンズに置き換えてもよい。このとき、レンチキュラーレンズのマイクロレンズのアレイ方向やアレイピッチはシリンドリカルレンズのアレイ構成と同様とし、両者は同様に作用するように構成されるものとする。本実施例では、シリンドリカルレンズアレイ１２を用いた実施例として説明する。
【００４０】
シリンドリカルレンズアレイ１２は、レーザアレイ１１のアレイピッチと同程度のピッチでシリンドリカル面が形成されていて、図５に示すように、レーザアレイ１１のアレイ方向にレンズパワーを有する。シリンドリカルレンズアレイ１２によって、発散して放射される各々のレーザアレイ光Ｂ１が各々アレイ方向にのみ平行光束化される。この場合に得られる平行光束Ｂ２は、厳密に平行でなくても良い。すなわち、次のシリンドリカルレンズ３１で隣り合う入射光束どうしが大きな角度差で交じり合わなければ良く、ある程度重なっていても角度差が小さければ問題ではない。
【００４１】
シリンドリカルレンズアレイ１２とカライドスコープ１４との間の光路上には、シリンドリカルレンズが少なくとも２つ以上配置される。図５，図６ではシリンドリカルレンズが３枚で構成された例（シリンドリカルレンズ３１，３２，３３）を示す。この場合、レーザアレイ１１のアレイ方向にパワーを有する１枚のシリンドリカルレンズ３２と、レーザアレイのアレイ方向の直交方向にレンズパワーを有する２枚のシリンドリカルレンズ３１，３３が配される。
【００４２】
これらシリンドリカルレンズ３１，３２，３３の作用について説明する。まず図５に示すように、レーザアレイ１１のアレイ方向の光束については、シリンドリカルレンズ３１，３３が平行平板と同じであるとみなせるため、アレイ方向のみ平行光束化されたビームＢ２はシリンドリカルレンズ３１をそのまま透過して光束Ｂ２１としてシリンドリカルレンズ３２に入射する。そしてその入射光束Ｂ２１は、シリンドリカルレンズ３２で偏向され（光束Ｂ２２）、シリンドリカルレンズ３３を通過して（光束Ｂ２３）カライドスコープ１４の入射側端面１４ａに到達する。
【００４３】
次に図６に示すように、レーザアレイ１１におけるアレイ方向と直交方向のビームについては、シリンドリカルレンズアレイ１２は平行平板とみなせるため、各レーザ発光部から発散された光束Ｂ１は、シリンドリカルレンズアレイ１２を透過した後も発散して光束Ｂ２となり、シリンドリカルレンズ３１で平行化され（光束Ｂ２１）、シリンドリカルレンズ３２を通過して（光束Ｂ２２）、シリンドリカルレンズ３３でカライドスコープ１４に収斂する（光束Ｂ２３）。光束Ｂ２１，Ｂ２２は、図６の上下方向（すなわちレーザアレイのアレイ方向と直交方向）に平行光束である必要はない。したがって、シリンドリカルレンズ３１，３３を一枚のシリンドリカルレンズに置き換えて、その一枚のレンズでカライドスコープに収斂しても本発明の効果に影響を与えない。
【００４４】
（実施例３）
図７及び図８は、本発明の第３の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図７に、側面概略構成を図８にそれぞれ光路とともに示すもので、照明光学系は、レーザアレイ１１、シリンドリカルレンズアレイ（もしくはレンチキュラーレンズ）１２、シリンドリカルレンズ４１、ホモジナイザ４２，４３、シリンドリカルレンズ４４，４５で構成される。図１６は、上記のホモジナイザを用いた特開平９−２３４５７９号公報に記載されたレーザ照射装置の構成を示す上面図（図１６（Ａ））及び側面図（図１６（Ｂ））で、これは線状のレーザ光を均一性を高めて線状のビームとして被照射部に照射する装置である。本実施例は、この光学系のなかで使われるホモジナイザ４０ａ，４０ｂを利用して、レーザアレイ光を矩形状の被照射部に均一照明させる。
【００４５】
シリンドリカルレンズアレイ１２（またはこれに置き換え可能なレンチキュラーレンズ）の作用は上述のとおりなのでその説明を省略する。シリンドリカルレンズ４１は図８の上下方向、すなわちレーザアレイ１１のアレイ方向と直交方向の発散ビーム成分を平行光束化させる（光束Ｂ３１）。ホモジナイザ４２は、レーザアレイ１１のアレイ方向の光束を均一化させる。本実施例のホモジナイザ４２は５分割の構成を有しているが、分割数が多いほど光束が均一化される。ただし、図７においてホモジナイザ４２の各レンズアレイへの入射光が同じ強度分布となる場合にはホモジナイザの効果が得られない。例えば、レンチキュラーレンズ１２とホモジナイザ４２のアレイピッチが整数倍の関係となるときには、このような現象が生じる。ホモジナイザ４２からの光（光束Ｂ３２，Ｂ３３）はシリンドリカルレンズ４４によって被照射部１６に集められる（光束Ｂ３４）。
【００４６】
一方、レーザアレイ１１のアレイ方向と直交方向の光束においては、図８に示すように、ホモジナイザ４３によって光束の強度分布が均一化される。すなわち、シリンドリカルレンズ４１に入射した拡散光成分が平行光束化され（光束Ｂ３１）、ホモジナイザ４３で光束が分割され、その分割されたそれぞれの光束を集光させ、焦点を結んだあとさらに発散光となり（光束Ｂ３３）、シリンドリカルレンズ４５によって被照射部１６上に重ね合わされる（光束Ｂ３４）。レーザアレイ１１のアレイ方向と直交方向の光束制御を行うホモジナイザ４３は、その分割数が多いほど均一化の効果が高い。
【００４７】
レーザアレイ１１の直後にシリンドリカルレンズアレイ（レンチキュラーレンズ）１２を配置することによって、アレイ方向の各アレイ光を平行光束化でき、ホモジナイザの効果を得ることができる。また、シリンドリカルレンズアレイ（もしくはレンチキュラーレンズ）であるため、レーザアレイのアイ方向と直交方向については設置精度を要求されないというメリットがある。
【００４８】
（実施例４）
図９及び図１０は、本発明の第４の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を図９に、側面概略構成を図１０にそれぞれ光路とともに示すもので、照明光学系は、レーザアレイ１１、シリンドリカルレンズアレイ（またはレンチキュラーレンズ）１２、シリンドリカルレンズ５１、フライアイレンズ５２，５３、コンデンサレンズ５４で構成される。図示した本実施例では、２枚のフライアイレンズ５２，５３を用いているが、２枚目のフライアイレンズ５３は必ずしも必要ではなく省略することができる。また、コンデンサレンズ５４は、２枚のシリンドリカルレンズを各々のレンズパワー方向を直交させたものに置き換えても良い。なお、本実施例においても、上述の各実施例と同様に、シリンドリカルレンズアレイを同様の機能を有するレンチキュラーレンズに置き換えることができる。
【００４９】
まず、図９を参照してアレイ方向の光成分に関する作用を説明する。シリンドリカルレンズアレイ１２は、レーザアレイ１１のアレイピッチと同程度のアレイピッチを有する。作用は前述のとおりである。シリンドリカルレンズアレイ１２でレーザアレイのアレイ方向のビームがほぼ平行な光束Ｂ２となり、シリンドリカルレンズ５１を通過し（光束Ｂ４１）、第１フライアイレンズ５２で各々のアレイ光源からの出射光束が集光される（光束Ｂ４２）。第１フライアイレンズ５２の焦点位置には第２フライアイレンズ５３が配置される。シリンドリカルレンズアレイ１２を通過した光線の図９の紙面内における進行方向が、第１フライアイレンズ５２の軸に平行であれば第２フライアイレンズ５３は必要ではない。またレーザアレイ１１からの出射光束Ｂ１が点光源からの出射光束とみなせない場合や、シリンドリカルレンズアレイ１２の収差や、シリンドリカルレンズ１２におけるレーザアレイ１１とのピッチずれなどによって光束Ｂ４１が第１フライアイレンズ５２に対してわずかに傾く。このような場合、第１フライアイレンズ５２を構成する各レンズ部から集光された光線は１点に集まらないため、第２フライアイレンズ５３を必要とする。そして第２フライアイレンズ５３からの出射光束は、コンデンサレンズ５４によって被照射部１６に重ね合わされる（光束Ｂ４３）。
【００５０】
次に、図１０を用いてレーザアレイのアレイ方向の直交方向の光束成分に関する作用を説明する。レーザアレイ１１からの出射光束Ｂ１はシリンドリカルレンズアレイ１２を通過して光束Ｂ２となり、シリンドリカルレンズ５１で平行光束Ｂ４１にされる。上述のように第１フライアイレンズ５２の焦点距離位置に第２フライアイレンズ５３が配されており、第１フライアイレンズ５２の各レンズ部からの出射光束（光束Ｂ４２）が第２フライアイレンズ５３の各レンズ部を通過して、コンデンサレンズ５４によって被照射部１６に重ね合わされて照度均一化される（光束Ｂ４３）。
【００５１】
レーザアレイ１１の発光部の厚さ（アレイ方向と直交方向の厚さ）が大きい場合、光束Ｂ４１は第１フライアイレンズ５２の光軸に対して必ずしも平行とはならず、各アレイから集光される光線は１点に集まらない。このため、第２フライアイレンズ５３を用いることになる。もしレーザアレイの発光部の上記厚さが十分小さいとみなせる場合には、第１フライアイレンズ５２の各レンズ部からの出射光束（光束Ｂ４２）はほぼ１点に集光されるため、第２フライアイレンズ５３を必要としない。シリンドリカルレンズアレイ１２を用いることで、レーザアレイ１１の上記厚さ方向の設置許容が広くなるというメリットがある。
【００５２】
（参考例）
図１１は投射装置の参考例の概略構成を光路とともに示す図で、投射装置は、上記実施例１から実施例４までのいずれかの照明光学系と、ライトバルブ、及び投射レンズとを備える。図１１に示す構成例の投射装置は、照明光学系６１ｒ，６１ｇ，６１ｂと色合成素子６２とライトバルブ６５と投射レンズ６４とにより構成される。図１１に示す構成では照明光学系６１ｒ，６１ｇ，６１ｂとして実施例３の光学系を用いているが、上述のように照明光学系として実施例１から実施例４までのいずれの光学系を用いても良い。
【００５３】
色合成素子６２としては、例えばダイクロイックプリズムを用いることができる。照明光学系６１ｒ，６１ｇ，６１ｂが、順に、赤色、緑色、青色のレーザアレイ光源である場合には、色合成素子（ダイクロイックプリズム）６２はダイクロイック膜６２ｒで赤色を反射させ、ダイクロイック膜６２ｂで青色を反射させ、かつ、両方のダイクロイック膜６２ｒ，６２ｂは緑色を透過させるように構成される。ライトバルブ６５としては例えば液晶素子を用いることができる。図１１の構成ではライトバルブの直前にフィールドレンズ６３を用いている。ライトバルブ６５を透過した光が投射レンズ６４の瞳を通過できるはたらきをする。
【００５４】
以上の構成によって、ライトバルブ６５を照明する光の最大入射角は前述のとおり従来に比して低減されるため、特に液晶素子のように入射角によってコントラスト比が変化するようなライトバルブの場合、コントラスト比を向上させたり、色ムラや照度ムラを低減させることができる。
【００５５】
図１１では単板のライトバルブを用いた構成例を示したが、図１２に示すように照明光学系６１ｒ，６１ｇ，６１ｂに対応した計３枚のライトバルブ６５ｒ，６５ｇ，６５ｂ用いて構成しても良い。各ライトバルブ６５ｒ，６５ｇ，６５ｂの直前に置かれているのはフィールドレンズ６３ｒ，６３ｇ，６３ｂである。図１２の構成は、図１１の構成に比べて投射レンズ６４とライトバルブ６５ｒ，６５ｇ，６５ｂとの間の光路長が長くなるため、投射レンズ６４のバックフォーカス長は図１１の投射レンズ６４のバックフォーカスより長くする必要がある。３板のライトバルブの投射装置においても、単板の場合と同様に、コントラスト比を向上させたり、色ムラや照度ムラを低減させることができる。
【００５６】
図１４は、露光装置の参考例について説明するための図で、図中、７１は均一照明装置、７２はレチクル、７３は投影レンズ、７４は基板ステージである。本発明の露光装置は、請求項９から請求項２０までのいずれかに記載の均一照明光学装置７１でレチクル７２を照明し、投影レンズ７３によってレチクル７２のパターンが基板ステージ７４に置かれたウエハーに露光されるものである。
【００５７】
図１５は、レーザ加工機の参考例について説明するための図で、図中、７５はレンズ、７６はワークである。本発明のレーザ加工機は、均一照明光学装置からの照明光をレンズ７５でワーク７６に集光し、加工する。ワーク７６上の集光スポット形状は照明系７１の被照射部のアスペクト比と同じである。集光させることでワークの微小部分にエネルギーを集中させることができ、表面加工や切断などができる。また、レンズ７５を投影レンズに置き換えるか、もしくは被照射部が直接ワーク７６である配置では広い範囲にわたって均一照明できるため、レーザアニールとしても利用できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の照明装置によれば、複数光源を用いることによってコンパクトな光学系を実現し、この光源からの拡散光を平行光化して集光することにより、照明対象部への最大入射角を小さく押さえることが可能になり、これにより種々の用途に適用した際にも良好な特性の光学システムを得ることができる。
【００５９】
また、本発明の均一照明装置によれば、上記の照明装置と、光の強度分布を均一化する手段を備えることにより、簡易でかつコンパクトな均一照明可能な照明装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の一実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図２】 本発明の第１の一実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図３】 レンチキュラーレンズを用いた照明光学系の効果を説明するための図である。
【図４】 図３の構成において、レンチキュラーレンズが無い場合の光学系における作用を説明するための図である。
【図５】 本発明の第２の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図７】 本発明の第３の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図８】 本発明の第３の実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図９】 本発明の第４の実施例を説明するための図で、照明光学系の上面概略構成を示す図である。
【図１０】 本発明の第４の実施例を説明するための図で、照明光学系の側面概略構成を示す図である。
【図１１】 投射装置の参考例の概略構成を光路とともに示す図である。
【図１２】 投射装置の他の参考例の概略構成を光路とともに示す図である。
【図１３】 本発明の発光手段と平行光化手段の構成例を示す図である。
【図１４】 露光装置の参考例を示す図である。
【図１５】 レーザ加工機の参考例について説明するための図である。
【図１６】 本発明による投射装置の他の実施例の概略構成を光路とともに示す図である。
【符号の説明】
１１…レーザアレイ、１２…シリンドリカルレンズアレイ、１３…コンデンサレンズ、１４…カライドスコープ、１５…リレーレンズ、１６…被照射部、３１，３２，３３，４１，４４，４５，５１…シリンドリカルレンズ、４０ａ，４０ｂ…ホモジナイザ、４２，４３…ホモジナイザ、５２，５３…フライアイレンズ、５４…コンデンサレンズ、６１ｒ，６１ｇ，６１ｂ…照明光学系、６２…色合成素子、６２ｒ，６２ｂ…ダイクロイック膜、６３，６３ｒ，６３ｇ，６３ｂ…フィールドレンズ、６４…投射レンズ、６５，６５ｒ，６５ｇ，６５ｂ…ライトバルブ、７１…均一照明装置、７２…レチクル、７３…投影レンズ、７４…基板ステージ、７５…レンズ、７６…ワーク。

Claims (9)

1. 複数の発光部を有する発光手段と、該発光部のそれぞれから出射する拡散光のそれぞれを、該拡散光の光軸に直交する面における少なくとも同一の一方向について平行光とする平行光化手段と、該平行光化手段から出射した複数の光束を所定の集光範囲に集光する集光手段とを有する照明装置において、前記発光手段は、前記複数の発光部が一方向にアレイ配列するように構成され、前記平行光化手段は、シリンドリカルレンズアレイにより構成され、該シリンドリカルレンズアレイを構成する各シリンドリカルレンズ部のアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等に設けられ、前記シリンドリカルレンズアレイによって、前記複数の発光部からの出射光を、光源アレイ方向の発散光成分を平行光化するように構成されることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、前記発光手段は、レーザ光を発光するレーザ発光部を有して構成されることを特徴とする照明装置。
3. 請求項１に記載の照明装置において、前記シリンドリカルレンズアレイを、少なくとも２つ以上備えたことを特徴とする照明装置。
4. 請求項１に記載の照明装置において、前記平行光化手段としてレンチキュラーレンズを用い、該レンチキュラーレンズを構成する各マイクロレンズのアレイピッチが、前記発光部のアレイピッチと同等であることを特徴とする照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置において、前記レンチキュラーレンズを、少なくとも２つ以上備えたことを特徴とする照明装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１に記載の照明装置と、該照明装置から出射した照明光を受光し、該受光した光の光軸に直交する面内の光強度分布を均一化させるための強度分布均一化手段とを有し、該強度分布均一化手段からの出射光を制御して照明対象を照明することを特徴とする均一照明装置。
7. 請求項６に記載の均一照明装置において、前記強度分布均一化手段として、カライドスコープを用いることを特徴とする均一照明装置。
8. 請求項６に記載の均一照明装置において、前記強度分布均一化手段として、ホモジナイザを用いることを特徴とする均一照明装置。
9. 請求項６に記載の均一照明装置において、前記強度分布均一化手段として、フライアイレンズを用いることを特徴とする均一照明装置。

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