JPH11326653A - 光のコヒーレンス低減方法及びその装置、照明方法及びその装置、並びに、光ファイバーバンドル - Google Patents

光のコヒーレンス低減方法及びその装置、照明方法及びその装置、並びに、光ファイバーバンドル

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JPH11326653A
JPH11326653A JP10132883A JP13288398A JPH11326653A JP H11326653 A JPH11326653 A JP H11326653A JP 10132883 A JP10132883 A JP 10132883A JP 13288398 A JP13288398 A JP 13288398A JP H11326653 A JPH11326653 A JP H11326653A
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coherence
light
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Hiroshi Suganuma
洋 菅沼
Yutaka Imai
裕 今井
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コヒーレント光のコヒーレンス低減を、必要
最低限の光路長差を生起した光ファイバーバンドルによ
って実現すること。 【解決手段】 出射光ビーム（ａ）、（ｂ）・・・のコ
ヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の多モード
光ファイバー２ａ、２ｂ・・・を束ねた光ファイバーバ
ンドル１、或いは、入射コヒーレント光αのコヒーレン
ス長の６割以上に長さが互いに異なる複数の多モード光
ファイバー２ａ、２ｂ・・・を束ねた光ファイバーバン
ドル１を介して、コヒーレント光のコヒーレンスを低減
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光のコヒーレンス
低減方法及びその装置、照明方法及びその装置、並び
に、光ファイバーバンドルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば投射型液晶ディスプレイや
計測装置等の照明装置に用いる照明光の光源としては、
コストや簡便性など様々な理由から、ランプや発光ダイ
オード（ＬＥＤ：light emitting diode）などのインコ
ヒーレント（非干渉性）光源が用いられてきた。
【０００３】これに対して、固体レーザー、気体レーザ
ー、半導体レーザー等のレーザーを光源とするレーザー
光を照明光に用いようとする試みが行われている。レー
ザー光は指向性に優れると同時に高い強度を有してお
り、コヒーレント性（可干渉性）の高い光ビームである
が、ここで最も技術的に困難な問題となるのは、コヒー
レント性の高さ故に発生するスペックル（又はスペック
ルノイズ）である。
【０００４】例えば、半導体レーザーは、光電変換効率
が非常に高く、指向性に優れたレーザー光を出射する光
源であるが、可干渉性の高さによるスペックルの問題故
に、照明用光源として用いられることは少なかった。
【０００５】また、１９７０年代には、レーザー光を用
いたディスプレイ（以下、レーザーディスプレイと称す
る。）の研究が各地で行われたが、光源の出力不足や変
調方法などの課題の他にその実用化の障害となった問題
の一つは、このスペックルの問題であった。
【０００６】近年、固体レーザーの波長変換を用いた高
出力レーザーや、赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三原
色を発振可能な半導体レーザー、さらに、液晶やマイク
ロマシンを用いた空間光変調器（ライトバルブ）など、
レーザーディスプレイのキーコンポーネントとなる要素
技術の開発が急ピッチで進んでいる。
【０００７】ところで、Ｎ個の互いにインコヒーレント
で（即ち、相互に干渉しない）、無相関なスペックルパ
ターンを重ね合わせたとき、その和は各スペックルパタ
ーンの強度和となり、このときスペックルのコントラス
トは１／√Ｎに低下することが知られている。
【０００８】従って、Ｎ本の光ファイバーをバンドルし
て、それぞれの光ファイバーの長さを、可干渉性が無く
なる分だけ一本一本の長さを変えれば、各光ファイバー
間の干渉は無視できるようになる。この時のスペックル
は、各光ファイバーによって生じるスペックルパターン
Ｉ1 、Ｉ2 ・・・ＩN の強度の重ね合わせである。従っ
て、スペックルのコントラストは平均化（均一化）によ
って低下する。即ち、無相関で強度が等しいスペックル
パターンをＮ個重ね合わせれば、そのコントラストは１
／√Ｎになる。
【０００９】スペックル（スペックルパターン）は、近
年、半導体露光装置の分野でも大きな問題になってきて
おり、これに対する対策が進められている。これは、解
像度の向上に伴い、短波長光源としてのエキシマレーザ
ーが導入されてきたことが背景にある。
【００１０】例えば、半導体装置の露光処理を行うに際
しては、コヒーレンスの制御、即ちスペックル対策とし
て、図７に示すように、長さの異なるエレメントから構
成されるフライアイレンズ２０を用い、このフライアイ
レンズ２０の出射側端面とマスク２２との間であって、
互いからの距離ｆの位置にレンズ２１を配するといった
コヒーレンス低減法が提案されている（渋谷真人、上原
誠、“照明光学装置”、特公昭６０−２３０６２９号公
報参照）。
【００１１】しかしながら、この方法では、フライアイ
レンズ２０のエレメント長が大きくなり、また、図示の
如く、各エレメントからの照明領域の大きさが異なるの
で効率が低下するなどの課題があった。
【００１２】また、同様の効果を、図８に示すようなプ
リズム２３を用いて実現することが提案されている（特
願昭６３−２２１３１号公報参照）。しかしながら、こ
の方法は、コヒーレンス低減効果が不十分であり、ま
た、光学的ロスが大きい。
【００１３】また、原理的には、屈折率の分散を用いて
同様の効果をあげることもできるが、通常の屈折率分散
を用いる方法で十分な効果を得るためには、コヒーレン
ス低減のためにエレメントが巨大化するという問題があ
った。
【００１４】この他にも、コヒーレンス制御の手法は数
多く提案されている。しかしながら、いずれも手法によ
っても、ディスプレイや顕微鏡等において、被照明物体
と肉眼との間に生じるスペックルを十分に低下させるに
は至っていない。さらに、このスペックルを取り除くた
めには、リソグラフィーなどの投影露光装置よりも厳し
いコスーレンス制御が必要になる。
【００１５】即ち、図９に示すように、照明光ａによっ
て照明された物体２４は、レンズ２５によってスクリー
ン２６上にその像２７を結ぶ。ここで、照明光ａがコヒ
ーレント光の場合、物体２４の粗面状態やレンズ２５の
光学面の状態等によるランダムな位相の錯乱を受けて、
スクリーン２６上の像２７はスペックルを伴う。
【００１６】さらに、図１０に模式的に示すように、物
体のレンズによるスクリーン上の像を目で観察すること
は、物体３０のレンズ３１によるスクリーン３２上の像
を眼球３３によって網膜３４に結像することに他ならな
い。即ち、この過程で、スクリーン３２と眼球３３とに
おける光の錯乱によってランダムな位相のずれが光路上
に生じ、この結像過程でもスペックルが発生する。ま
た、たとえスクリーン３２上の像にスペックルが重畳さ
れていなくても、像平面上で空間的コヒーレンスがあれ
ば、肉眼（網膜３４又は図９の観察者２８）上で２次の
スペックルが生じる。
【００１７】また、リソグラフィー技術に基づく投影露
光装置において用いられるミラー揺動や回転拡散板など
の手法は、コヒーレンスを低下させる訳ではなく、スペ
ックルを移動させて平均化させるだけなので、これらの
手法を用いても、肉眼に生じるスペックルに対する効果
はあまりない。この手法をディスプレイ等に適応しよう
とすれば、スクリーンなどの被照明物体と目の間の位置
関係が変わるよう、スクリーンを振動させる他ない（Er
ic G. Rawson, Antonio B. Nafarrate, RobertE. Norto
n, Joseph W. Goodman,“Speckle-free rear-projectio
n screen using two close screens in slow relative
motion,”Journal of Optical Societyof America, Vo
l.66, No.11, November 1976, pp1290-1294参照）。し
かしながら、これは実用上はなはだ不便である。
【００１８】他方、これまで光ファイバーは、主に通信
用途を目指して開発が進められており、その構成材料と
しては石英などを主成分とするガラス材料（ガラスファ
イバー）が主に用いられてきた。また、モード分散を避
けるために、シングルモード光ファイバー（単一モード
光ファイバー）の開発に主眼が置かれてきた。
【００１９】また、ガラスファイバーは、可視短波長域
では散乱が増加し、その透過率が低下する。従って、可
視光に対する光ファイバーの応用は、長距離の電送を必
要としない顕微鏡などの照明用の多モード光ファイバー
束（多モード光ファイバーバンドル）などに限られてき
た。特に、多モード光ファイバー（マルチモード光ファ
イバー）を用いた場合、出射光の強度分布が均一になる
ため、フライアイレンズなどの複雑な光学系を必要とし
ないことも大きなメリットである。
【００２０】これに対して、最近、プラスチック多モー
ド光ファイバーが開発されて、注目を集めている（Taka
aki Ishigure, Eisuke Nihei, and Yasuhiro Koike, "G
raded-index polymer optical fiber for high-speed d
ata communication", Applied Optics, Vol.33, No.19,
1.July 1994, pp4261-4266 参照）。プラスチック多モ
ード光ファイバーは、ガラスファイバーに比べて、安価
で軽量であり、可視域において最大の透過効率を示すと
いう特徴がある。さらに、多モード分散も通常のガラス
ファイバーに比べて非常に大きい。
【００２１】また、最近では、紫外レーザー電送用の中
空導波路も研究されている（第５８回応用物理学会学術
講演会予稿集、３ａ−ＳＲ−１８、坪倉正樹、橋新裕
一、久保宇市、「紫外レーザーパワー電送用中空導波路
の改善」参照）。
【００２２】なお、多モード光ファイバー伝搬中のコヒ
ーレント光の多モード分散により、スペックルのコント
ラストが低下することは既に知られていた（今井正明、
「光ファイバーのゆらぎ特性とスペックル」、光学第８
巻第３号、１９７９年、ｐ１２８−１３４参照）。
【００２３】即ち、図１１に示すように、コア６とクラ
ッド５とからなる多モード光ファイバー２中では、異な
るモードを有するレーザー光（光ビーム）３６及びレー
ザー光（光ビーム）３７はそれぞれ異なる伝搬速度を有
しているので、多モード光ファイバー２の出射端３８側
にて、互いに異なるモード成分を有する光ビームが、異
なる時間（ｔ1 、ｔ2 及びｔ3 ）に入射した光ビームに
対応するようになる。従って、もし、このモード分散に
よる広がりがコヒーレンス長以上ならば、出射光のコヒ
ーレンスは低下する。
【００２４】しかしながら、このような多モード光ファ
イバー単独では、十分に光強度の大きなレーザー光を伝
搬させることは困難であり、また、これを束ねた場合
（バンドルした場合）でも、各光ファイバーから出射さ
れるレーザー光が相互に可干渉性を有しているため、コ
ヒーレンスの制御、即ちスペックルを十分に低減させる
ことは困難であり、さらに、これを照明用途に実用的に
応用するには、分散が大きく可視域での透過率の高い光
ファイバーが必要となる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】Gloge は、多モード弱
結合光ファイバーの半径方向のモードを無視し、パワー
の時間軸上の伝搬のみに注目した解析を行い、多モード
光ファイバーのインパルス応答（インパルスレスポン
ス）を求めた〔D. Gloge, Bell Syst. Tech. Jour., 5
2, 6, 801-816 (1973) 、D. Gloge, Bell Syst. Tech.
Jour., 51, 8, 1767-1783 (1972) 、大越、岡本、保
立、「光ファイバー」、９章、オーム社（１９８３）参
照〕。
【００２６】つまり、光ファイバー中を伝搬する光ビー
ムのモード間が弱結合している場合、伝搬中に屈折率の
ゆらぎや光ファイバーの曲げなどにより、各モード間に
パワーの移動が生じる。特にモードが多数あり、何度も
のモード間のパワーの移動を経て光ビームが伝搬してい
く場合、１つの入力光は幾つものモードに別れて広がっ
ていく。このような場合、光ファイバーの軸方向の伝達
関数のみが重要である。そこで、軸上同一の伝搬定数を
持つモードは、１つのモード群として、統計的な解析を
行うことが有効である。
【００２７】また、１９７０年代には、不規則なファイ
バーバンドルを通すことで、スペックルのコントラスト
が低下することが示された（D.Kohler, W.L.Seitz, T.
R.Loree and D.Gardne, "Speckle Reduction in pulsed
-Laser Phtographs", Opt.Comm., 12, 24-28, 1974
）。さらに、レーザー光源のコヒーレンス長以上に長
さが異なる光ファイバーの束（光ファイバーバンドル）
を用いてスペックルを低減させることが提案されている
〔特開平６−１６７６４０号公報、及び、本出願人によ
る特願平１０−２５６４６号（出願日平成１０年２月６
日）参照〕。
【００２８】しかしながら、スペックルのコントラスト
を低減させるためにファイバーバンドルの本数を増やし
ていくと、一本一本の長さの差（即ち、光路長差）が僅
かであっても、最短の光ファイバーと最長の光ファイバ
ーとの長さの差はかなり大きくなる。例えば、光源がシ
ングルモードの半導体レーザーを用いる場合、その光源
における典型的なコヒーレンス長は１ｍ程度となってし
まう。このような光路長差を生起させるには装置が大型
化するので、現実的には困難である。
【００２９】また、例えば、各光ファイバーに１ｃｍず
つの光路長差を付ける場合でも、これを１００本バンド
ルし、その出射端と入射端とを揃えると、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１ｍにな
る。これでは、取扱いが甚だ不便である。
【００３０】さらに、光ファイバーが長くなれば、それ
だけ透過率が低下するので、光利用効率の観点からも光
ファイバーの長さ（即ち光ファイバーバンドルにおける
光路長差）は必要十分な長さに最短化されることが望ま
しい。
【００３１】このように、現状では、簡便で安価かつ高
性能なコヒーレント制御技術が十分でないため、各種レ
ーザーを物体照明用の光源として利用することが困難で
あった。これがレーザーを用いた照明装置（例えばディ
スプレイ）などへの応用を阻んでいた。
【００３２】特に、バンドルファイバー（光ファイバー
束）を用いて前述の問題を解決しようとする場合、光フ
ァイバーの長さが長くなって光ファイバー伝搬中の損失
が大きくなること、一本一本の光ファイバーの長さが大
きく異なるために取り扱いが不便なこと等が大きな障害
となっていた。
【００３３】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、必要最低限に長さの互いに異
なる多モード光ファイバーを束ねた光ファイバーバンド
ルを用いて、光ビームのコヒーレンスを十分に低減す
る、光のコヒーレンス低減方法及びその装置を提供する
ことにある。
【００３４】本発明の他の目的は、前述の光のコヒーレ
ンス低減方法及びその装置に準じて、光ビームのコヒー
レンス、さらにはスペックルノイズを十分に低減した光
ビームを照明用光ビームとして利用する、照明方法及び
その装置を提供することにある。
【００３５】本発明のさらに他の目的は、光ビームのコ
ヒーレンスを十分に低減させるために、必要最低限に長
さの互いに異なる多モード光ファイバーを束ねた光ファ
イバーバンドルを提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、それぞ
れの出射光ビームのコヒーレンス長以上の光路長差を有
する（即ち、出射光ビームのコヒーレンス長以上に光路
長の互いに異なる）複数の多モード光ファイバーを使用
し、これらの多モード光ファイバーを束ねた光ファイバ
ーバンドルを介して、入射コヒーレント光のコヒーレン
スを低減させる、光のコヒーレンス低減方法（以下、本
発明のコヒーレンス低減方法と称する。）に係るもので
ある。
【００３７】本発明のコヒーレンス低減方法によれば、
多モード光ファイバーから出射される出射光ビームのコ
ヒーレンス長以上に光路長が互いに異なる複数の多モー
ド光ファイバーを束ねた光ファイバーバンドルを介し
て、入射コヒーレント光のコヒーレンスを低減させるの
で、前記光ファイバーバンドル中の任意の２本の多モー
ド光ファイバーの光路長差が、いずれの多モード光ファ
イバーからの出射光ビームのコヒーレンス長よりも大き
くなり、従って、入射コヒーレント光のコヒーレンスを
十分に低減させるために最低限必要な光路長差が生起さ
れる。
【００３８】特に、多モード光ファイバー（マルチモー
ド光ファイバー）からの出射光ビームのコヒーレンス長
以上に光路長が互いに異なる複数の多モード光ファイバ
ーを束ねた光ファイバーバンドル（多モード光ファイバ
ーバンドル）を用いており、多モード光ファイバーから
の出射光ビームのコヒーレンス長は、入射コヒーレント
光のコヒーレンス長よりも十分に短くなっているので、
上述した特開平６−１６７６４０号公報等に示されてい
るように、光源のコヒーレンス長以上に光路長差の異な
る複数の光ファイバーを束ねる必要がなく、これに比べ
て各光ファイバーの長さ（即ち、光路長差）を十分に短
くでき、従って、これを束ねた光ファイバーバンドルを
小型化かつ軽量化し、これと同時に、入射コヒーレント
光のコヒーレンスを十分に低減できる。
【００３９】また、本発明は、前述した本発明のコヒー
レンス低減方法を再現性良く実施する装置として、それ
ぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上の光路長差を
有する（即ち、出射光ビームのコヒーレンス長以上に光
路長の互いに異なる）複数の多モード光ファイバーが使
用され、これらの多モード光ファイバーが束ねられた光
ファイバーバンドルを介して、入射コヒーレント光のコ
ヒーレンスが低減される、光のコヒーレンス低減装置
（以下、本発明のコヒーレンス低減装置と称する。）を
提供するものである。
【００４０】また、本発明は、それぞれの出射光ビーム
のコヒーレンス長以上の光路長差を有する（即ち、コヒ
ーレンス長以上に光路長が互いに異なる）複数の多モー
ド光ファイバーを使用し、これらの多モード光ファイバ
ーを束ねた光ファイバーバンドルを介して、光源から出
射された入射コヒーレント光のコヒーレンスを低減さ
せ、このコヒーレンスの低減した光ビームを照明用光ビ
ームとして利用する、照明方法（以下、本発明の照明方
法と称する。）を提供するものである。
【００４１】本発明の照明方法によれば、多モード光フ
ァイバーから出射される出射光ビームのコヒーレンス長
以上に光路長が互いに異なる複数の多モード光ファイバ
ーを束ねた光ファイバーバンドルを介して、光源から出
射された入射コヒーレント光のコヒーレンスを低減させ
るので、前記光ファイバーバンドル中の任意の２本の多
モード光ファイバーの光路長差が、いずれの多モード光
ファイバーからの出射光ビームのコヒーレンス長よりも
大きくなり、従って、入射コヒーレント光のコヒーレン
スを十分に低減させるために最低限必要な光路長差が生
起されて、コヒーレンスの低減した光ビームを照明用光
ビームとして有効に利用できる。
【００４２】特に、多モード光ファイバーからの出射光
ビームのコヒーレンス長以上に光路長が互いに異なる複
数の多モード光ファイバーを束ねた光ファイバーバンド
ルを用いており、多モード光ファイバーからの出射光ビ
ームのコヒーレンス長は、入射コヒーレント光のコヒー
レンス長よりも十分に短いので、上述した特開平６−１
６７６４０号公報等に示されているように、光源のコヒ
ーレンス長以上に光路長差の異なる複数の光ファイバー
を束ねる必要がなく、これに比べて各光ファイバーの長
さ（即ち、光路長差）を十分に短くでき、従って、これ
を束ねた光ファイバーバンドルを小型化かつ軽量化し、
これと同時に、入射コヒーレント光のコヒーレンスを十
分に低減して、スペックルノイズの少ない照明用光ビー
ムを得ることができる。
【００４３】また、本発明は、前述の本発明の照明方法
を再現性良く実施する装置として、それぞれの出射光ビ
ームのコヒーレンス長以上に光路長の互いに異なる複数
の多モード光ファイバーが使用され、これらの多モード
光ファイバーが束ねられた光ファイバーバンドルを介し
て、光源から出射された入射コヒーレント光のコヒーレ
ンスが低減され、このコヒーレンスの低減した出射光ビ
ームが照明用光ビームとして利用される、照明装置（以
下、本発明の照明装置と称する。）を提供するものであ
る。
【００４４】さらに、本発明は、それぞれの出射光ビー
ムのコヒーレンス長以上の光路長差を有する（即ち、出
射光ビームのコヒーレンス長以上に光路長の互いに異な
る）複数の多モード光ファイバーが束ねられている、光
ファイバーバンドル（以下、本発明の光ファイバーバン
ドルと称する。）を提供するものである。
【００４５】本発明の光ファイバーバンドルは、それぞ
れの多モード光ファイバーからの出射光ビームのコヒー
レンス長以上に光路長の互いに異なる複数の多モード光
ファイバーが束ねられており、多モード光ファイバーか
らの出射光ビームのコヒーレンス長は、入射コヒーレン
ト光のコヒーレンス長よりも十分に短いので、上述した
特開平６−１６７６４０号公報等に示されているよう
に、光源のコヒーレンス長以上に長さの異なる複数の光
ファイバーを束ねる必要がなく、これに比べて各光ファ
イバーの長さ（即ち、光路長差）を十分に短くでき、従
って、小型化かつ軽量化と同時に、十分なコヒーレンス
低減能を有する光ファイバーバンドルが得られる。
【００４６】
【発明の実施の形態】まず、本発明のコヒーレンス低減
方法及びその装置について説明する。
【００４７】本発明のコヒーレンス低減方法及びその装
置においては、前記複数の多モード光ファイバーとし
て、それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に長
さの互いに異なる多モード光ファイバーを使用すること
が望ましい。また、前記光ファイバーバンドルとして、
前記入射コヒーレント光のコヒーレンス長の６割以上に
長さの互いに異なる多モード光ファイバーを束ねた多モ
ード光ファイバーバンドルを用いることが望ましい。さ
らに、前記光ファイバーバンドルは、前記入射コヒーレ
ント光のコヒーレンス長の１０割以下に長さの互いに異
なる多モード光ファイバーを束ねた多モード光ファイバ
ーバンドルであってよい。
【００４８】詳しくは後述するが、多モード光ファイバ
ーからの出射光ビームのコヒーレンス長は、入射前の光
ビーム（即ち、入射コヒーレント光）のコヒーレンス長
の約６割程度になる。従って、多モード光ファイバーを
用いれば、必ずしも光源のコヒーレンス長以上に長さの
互いに異なる複数の光ファイバーを束ねなくても、光源
のコヒーレンス長の６割以上（さらには１０割以下）に
長さの互いに異なる複数の光ファイバーを束ねれば、十
分なコヒーレンス低減効果が得られると同時に、その装
置全体を小型化かつ軽量化することができる。また、前
記入射コヒーレント光が例えばマルチモードレーザー光
の場合、多モード光ファイバーから出射される光ビーム
のコヒーレンス長がさらに短くなると考えられる。
【００４９】また、前記入射コヒーレント光のコヒーレ
ンス長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の
多モード光ファイバーの長さをＬn とするとき、前記光
ファイバーバンドルとして、下記式１を満たす長さＬn
（但し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）のｍ本の多モード光
ファイバーを束ねた多モード光ファイバーバンドルを用
いることが望ましい。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
【００５０】即ち、前記光ファイバーバンドルにおける
任意の２本の多モード光ファイバーの光路長差（Ｌn+1
− Ｌn ）が、入射コヒーレント光のコヒーレンス長
（Ｌc）の６割をコア屈折率（ｎcore）で除した値より
も大きければ、前記入射コヒーレント光のコヒーレンス
を十分に低減できる。
【００５１】さらに、前記光ファイバーバンドルにおけ
る入射コヒーレント光の入射端、及び、その出射端は揃
えておくことが望ましい。これによって、前記光ファイ
バーバンドルに入射する光ビームの入射効率を向上させ
ると同時に、光ファイバーバンドルから出射する光ビー
ムを均一化して、光の利用効率を向上できる。
【００５２】次に、本発明の照明方法及び照明装置を説
明する。
【００５３】本発明の照明方法及び照明装置において
は、前記複数の多モード光ファイバーとして、それぞれ
の出射光ビームのコヒーレンス長以上に長さの互いに異
なる多モード光ファイバーを使用することが望ましい。
また、前記光ファイバーバンドルとして、前記入射コヒ
ーレント光のコヒーレンス長の６割以上に長さの互いに
異なる多モード光ファイバーを束ねた多モード光ファイ
バーバンドルを用いることが望ましい。さらに、前記光
ファイバーバンドルは、前記入射コヒーレント光のコヒ
ーレンス長の１０割以下に長さの互いに異なる多モード
光ファイバーを束ねた多モード光ファイバーバンドルで
あってよい。
【００５４】詳しくは後述するが、多モード光ファイバ
ーからの出射光ビームのコヒーレンス長は、入射前の光
ビーム（即ち、入射コヒーレント光）のコヒーレンス長
の約６割程度になる。従って、多モード光ファイバーを
用いれば、必ずしも光源のコヒーレンス長以上に長さの
互いに異なる複数の光ファイバーを束ねなくても、光源
のコヒーレンス長の６割以上（さらには１０割以下）に
長さの互いに異なる複数の光ファイバーを束ねれば、十
分なコヒーレンス低減効果、さらには十分なスペックル
低減効果が得られ、これと同時に、その装置全体を小型
化かつ軽量化することができる。
【００５５】また、前記入射コヒーレント光のコヒーレ
ンス長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の
多モード光ファイバーの長さをＬn とするとき、前記光
ファイバーバンドルとして、下記式１を満たす長さＬn
（但し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）のｍ本の多モード光
ファイバーを束ねた多モード光ファイバーバンドルを用
いることが望ましい。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
【００５６】即ち、前記光ファイバーバンドルにおける
任意の２本の多モード光ファイバーの光路長差（Ｌn+1
− Ｌn ）が、入射コヒーレント光のコヒーレンス長
（Ｌc）の６割をコア屈折率（ｎcore）で除した値より
も大きければ、前記入射コヒーレント光のコヒーレンス
を十分に低減し、スペックルノイズの少ない照明用光ビ
ームが得られる。
【００５７】また、前記光ファイバーバンドルにおける
入射コヒーレント光の入射端、及び、その出射端は揃え
ておくことが望ましい。これによって、前記光ファイバ
ーバンドルに入射する光ビームの入射効率を向上させる
と同時に、光ファイバーバンドルから出射される光ビー
ムの照明領域を均一化して、光の利用効率を向上でき
る。
【００５８】また、前記入射コヒーレント光は、半導体
レーザーから出射されたレーザー光、固体レーザーから
出射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出射
されたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光で
あってよい。
【００５９】即ち、前記光源として、半導体レーザーや
固体レーザーなど任意のレーザー光源を用いることが可
能であって、コヒーレンスを十分に低減し、かつ、指向
性に優れると同時に高い強度を有するレーザー光を前記
照明用光ビームとして利用することができる。なお、前
記入射コヒーレント光はシングルモードレーザー光であ
ってもよいが、マルチモードレーザー光の場合、多モー
ド光ファイバーから出射される光ビームのコヒーレンス
長がさらに短くなるので望ましい。
【００６０】この照明用光ビームは、例えば、表示装置
（ディスプレイ等）、計測装置、顕微鏡（蛍光顕微鏡
等）、又は、露光装置（半導体微細加工用の露光装置
等）の照明光として利用できる。
【００６１】次に、本発明の光ファイバーバンドルを説
明する。
【００６２】本発明の光ファイバーバンドルは、前記複
数の多モード光ファイバーとして、それぞれの出射光ビ
ームのコヒーレンス長以上に長さの互いに異なる多モー
ド光ファイバーを使用することが望ましい。また、入射
コヒーレント光のコヒーレンス長の６割以上に長さの互
いに異なる多モード光ファイバーを束ねた光ファイバー
バンドル（多モード光ファイバーバンドル）であってよ
い。さらに、この光ファイバーバンドルは、入射コヒー
レント光のコヒーレンス長の１０割以下に長さの互いに
異なる多モード光ファイバーを束ねた光ファイバーバン
ドルであってよい。
【００６３】詳しくは後述するが、多モード光ファイバ
ーからの出射光ビームのコヒーレンス長は、入射前の光
ビーム（即ち、入射コヒーレント光）のコヒーレンス長
の約６割程度になる。従って、多モード光ファイバーを
用いれば、必ずしも光源のコヒーレンス長以上に長さの
互いに異なる複数の光ファイバーを束ねなくても、光源
のコヒーレンス長の６割以上（さらには１０割以下）に
長さの互いに異なる複数の光ファイバーを束ねれば、十
分なコヒーレンス低減効果が得られると同時に、その装
置全体を小型化かつ軽量化することができる。
【００６４】また、入射コヒーレント光のコヒーレンス
長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の多モ
ード光ファイバーの長さをＬn とするとき、前記光ファ
イバーバンドルとして、下記式１を満たす長さＬn （但
し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）のｍ本の多モード光ファ
イバーを束ねた多モード光ファイバーバンドルを用いる
ことが望ましい。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
【００６５】即ち、前記光ファイバーバンドルにおける
任意の２本の多モード光ファイバーの光路長差（Ｌn+1
− Ｌn ）が、入射コヒーレント光のコヒーレンス長
（Ｌc）の６割をコア屈折率（ｎcore）で除した値より
も大きければ、前記入射コヒーレント光のコヒーレンス
を十分に低減できる。
【００６６】さらに、前記光ファイバーバンドルにおけ
る入射コヒーレント光の入射端、及び、その出射端は揃
えておくことが望ましい。これによって、前記光ファイ
バーバンドルに入射する光ビームの入射効率を向上させ
ると同時に、光ファイバーバンドルから出射する光ビー
ムを均一化して、光の利用効率を向上できる。
【００６７】次に、本発明の作用を説明する。
【００６８】光ファイバーバンドルの長さ、及び、これ
を構成する各光ファイバーの長さの差を決定するために
は、光ファイバーから出射される光ビームの時間コヒー
レンスを求める必要がある。
【００６９】特に、多モード光ファイバーのモード分散
が多モードレーザー光のコヒーレンス長と比較して同程
度の場合、光ファイバーの長さの差がコヒーレンス長程
度でいいかどうかは自明ではない。そこで、多モード光
ファイバーのインパルス応答理論を用いて、光ファイバ
ーから出射される光ビームの時間コヒーンス長を求める
必要がある。
【００７０】上述したように、Gloge は、多モード弱結
合光ファイバーの半径方向のモードを無視し、パワーの
時間軸上の伝搬のみに注目した解析を行って、多モード
光ファイバーのインパルス応答を求めた〔D.Gloge, Bel
l Syst. Tech. Jour., 52, 6, 801-816 (1973)、D.Glog
e, Bell Syst. Tech. Jour., 51, 8, 1767-1783 (197
2)、大越、岡本、保立、「光ファイバー」、９章、オー
ム社（１９８３）参照〕。
【００７１】即ち、多モード光ファイバーを伝搬する光
ファイバーのモード間が弱結合している場合、伝搬中の
屈折率のゆらぎや光ファイバーの曲げなどにより、モー
ド間にパワーの移動が生じる。モードが多数あり、何度
ものモード間のパワーの移動を経て多モード光ビームが
移動していく場合、１つの入力光ビームは幾つものモー
ドに別れて広がっていく。このような場合、光ファイバ
ーの軸方向の伝達関数のみが重要になる。
【００７２】そこで、光ファイバーの光軸上で同一の伝
搬定数を持つモードを１つのモード群として統計的な解
析を行うことが有効である。ここでは、上述した Gloge
のインパルス応答の解析結果を用いて、多モード光ファ
イバー中のコヒーレンス伝搬を解析する。
【００７３】まず、十分長い多モード光ファイバーのパ
ワーインパルスレスポンスＱ（ｚ，ｔ）は、次式Ａで与
えられる。なお、下記式Ａは、多モード光ファイバーの
入射端から距離ｚにある一点での時刻ｔにおけるインパ
ルスレスポンスを示すものである。
【数１】 但し、式Ａにおいて、光ファイバーコアの半径をａ、光
ビームの波長をλ、コアの屈折率をｎ1 、モード減衰定
数の係数をＡ、パワー結合定数をｄ0 とすれば、前記の
式Ａにおけるγ∞、Θ∞及びＴは、それぞれ次のように
表される。
【数２】
【００７４】このインパルスレスポンスＱ（ｚ，ｔ）に
よれば、光ファイバー出射端の振幅ｕ（ｔ）は、
【数３】 で表される。
【００７５】即ち、前述の各式を用いれば、出射光ビー
ムの時間コヒーレンス関数は、入射光ビームの時間コヒ
ーレンス関数をγとして、下式のように求められる。但
し、下式は、時刻ｔ1 と時刻ｔ1 ＋ｔ’とにおける時間
コヒーレンスを示すものである。
【数４】
【００７６】ここで、この式を用いて、光ファイバー長
Ｌが１ｍ、５ｍ、１０ｍ、１００ｍで、入射光ビームの
コヒーレント長Ｌc が０．７ｍｍ（図６）、７ｍｍ（図
５）、７０ｍｍ（図４）の場合について、時間コヒーレ
ンスを測定した。ここでは、インパルスレスポンスの測
定データ（Mitsuboshi MH4001, NA=0.3, 50m, SI）によ
ってフィッティングを行い、 γ∞＝０．０４５（１／ｍ） Ｔ＝０．４５ｎｓ Θ∞2 ＝８．１×１０-3 とした。その測定結果を図３〜図６に示す。
【００７７】図４、図５及び図６から、光ファイバー出
射後の光ビームのコヒーレンス長は、光ファイバー入射
前の光ビームのコヒーレンス長（図中実線）に比べて、
６割程度に落ちていることが分かる。
【００７８】また、ここで興味深いのは、光ファイバー
長が長くなるにつれて、光ビームのコヒーレント長が若
干伸びていることである。これは、特に、入射光ビーム
のコヒーレンス長が長い例（図４参照）で顕著であり、
多モード光ファイバーの多モード分散による平均化の効
果によるものである。
【００７９】さらに、図３から、インパルスレスポンス
（インパルス応答）は、光ファイバーの長さが長くなる
につれて、非対称形から対称なガウシアン分布に近づき
ながらパルス幅が広がっていき、カットオフは変わらな
いものの、パルスの前後で相関性が上昇するものと思わ
れる。
【００８０】いずれにせよ、光ファイバーの長さは必要
十分な長さであればよいので、実用上は数ｍ程度である
ことが望ましい。必要以上に長い光ファイバーは重量及
び容積的に不経済であるばかりでなく、伝搬中の光ビー
ムの損失が増加する傾向にある。
【００８１】また、半導体レーザーによるレーザー光
や、多モード固体レーザーによるレーザー光、さらに
は、その非線形光学効果を利用した波長変換によるレー
ザー光は、数ｍｍから数十ｍｍ程度のコヒーレント長に
設計できる。
【００８２】従って、実用的な設計範囲においては、上
記の測定結果から、出射光ビームのコヒーレント長は入
射光ビームのコヒーレント長の６割程度になることが分
かり、各光ファイバーからの出射光ビームのコヒーレン
ス長以上、若しくは、光源から出射された光ビームのコ
ヒーレント長の６割以上の光路長差をつけた多モード光
ファイバーをバンドルすることによって、十分にコヒー
レンスを低減させることができる。
【００８３】即ち、光源から出射される光ビームのコヒ
ーレント長をＬc 、コア屈折率ｎcoreを有するｎ番目の
多モード光ファイバーの長さをＬn とするとき、 Ｌn+1 −Ｌn ≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore ・・・式１ かつ、 Ｌn+1 −Ｌn ＞ ０ ・・・式２ を満たす、長さＬn （但し、ｎは１、２、・・・ｍ）の
ｍ本の多モード光ファイバーをバンドルすることによっ
て、十分にコヒーレンスを低減させることができる。こ
のように、本発明においては、 （光路長差）≧（出射光ビームのＬc の６割）／（屈折
率） が成り立つことが望ましい。
【００８４】なお、光路長に差をつけるための手段とし
ては、上述の如き長さを変えた光ファイバーのバンドル
を用いるのが最も簡便であるが、前述のプリズム（図８
参照）やフライアイレンズ（図７参照）などの手段を用
いる場合にも、その光路長差を上述した作用に基づいて
決定してもよい。また、この多モード光ファイバーは、
ステップインデックス型の光ファイバーであってもよい
し、グレーテッドインデックス型の光ファイバーであっ
てもよい。特に、ステップインデックス型のプラスチッ
ク光ファイバー（ＰＯＦ）が望ましい。
【００８５】以下、本発明を望ましい実施の形態に従い
説明する。
【００８６】〔第１の実施の形態〕図１に示すように、
各光ファイバーの出射光ビームのコヒーレント長以上に
長さが異なる複数の多モード光ファイバー２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｄ・・・の入射端（入射側ファイバーバンドル
部）３と出射端（出射側ファイバーバンドル部）４とを
すべて揃え、これを束ねることによって、出射光ビーム
のコヒーレンス長以上に長さの互いに異なる複数の多モ
ード光ファイバーからなる多モード光ファイバーバンド
ル１を構成する。
【００８７】特に、その入射端３及び出射端４での束ね
方は、図１（Ｂ）に示すように、できるだけ密であるこ
とが、出射される（又は入射される）レーザー光の結合
（カップリング）効率の点から望ましい。対称性を考慮
すると、正六角形を構成する配置、結晶構造で言う六方
最密充填構造を取るのが最も有利である。
【００８８】また、各多モード光ファイバー２ａ、２
ｂ、２ｃ、２ｄ・・・は、屈折率の大きなコア５と比較
的屈折率の小さなクラッド６とからなる２重構造を有し
ており、かつ、バンドルファイバー１において一本一本
長さが異なっている。この長さの差、即ち光路長差は、
本発明の特徴的構成に従い、それぞれの出射光ビームの
コヒーレンス長以上に長さの差を有していればよい。こ
れは、入射コヒーレント光のコヒーレンス長の６割以上
（さらには１０割以下）であることがさらに望ましい。
【００８９】このように長さの異なる複数の多モード光
ファイバーをバンドルする方法としては、図１に示すよ
うに、各光ファイバーのいずれかを他のファイバーより
も、出射光ビームのコヒーレンス長以上の長さ分だけ長
くなるように曲線状に折り返してよく、この折り返し部
１４を設けても、多モード光ファイバーバンドル１の入
射端３と出射端４は各ファイバー間で共通若しくは同一
位置となっている。このように、多モード光ファイバー
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・を用いるために、折り返
し等により周囲空間を有効に利用して上記した長さの差
を簡易かつコンパクトに実現することができる。このよ
うなファイバー形状は、図１に示したものに限られず、
光ファイバーの折曲部の曲率の大きさを利用して任意の
形状に構成できる。
【００９０】従って、図１に示した多モード光ファイバ
ーバンドル１において、複数の多モード光ファイバー２
ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・がバンドルされた入射側フ
ァイバーバンドル部３に入射するコヒーレント光αは、
多モード光ファイバーバンドル１を介して、コヒーレン
スが十分に低減された光ビーム、理想的にはインコヒー
レントな光ビームとして出射される。
【００９１】即ち、入射側ファイバーバンドル部３に入
射したコヒーレント光（特にレーザー光）αは、各多モ
ード光ファイバー２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・に同一
若しくはほぼ同一の強度をもって入射し、それぞれの多
モード光ファイバー中で、モード分散により時間的コヒ
ーレンス、空間的コヒーレンスが低減された光ビーム
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）・・・として出射され
る。
【００９２】そこで、各多モード光ファイバーは、本発
明の特徴的構成に基づいた長さの差（光路長差）を有し
ているので、各多モード光ファイバーの出射側ファイバ
ーバンドル部４から出射される光ビーム（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）・・・は前記光路長差に対応す
る位相差を有しており、従って、それぞれの多モード光
ファイバーから出射される光ビームは相互に可干渉性を
有しておらず、これらの各光ビーム（特にマルチモード
レーザー光）が合波されると、強度が大きく指向性に優
れていると同時に、コヒーレンスが低減した実質的にイ
ンコヒーレントな光ビーム（特にレーザー光）となる。
【００９３】従って、入射コヒーレント光は、上述した
如き簡便な構成の光ファイバーバンドルを介して伝搬さ
れることによって、実質的にインコヒーレントな光ビー
ムに変換され、特に上述したディスプレイ、計測装置、
顕微鏡、露光装置等に使用するスペックルの低減された
照明用光ビームとして利用できることになる。また、多
モード光ファイバー（多モード光ファイバーバンドル）
を介してのコヒーレンス低減であるので、コヒーレンス
低減効果が十分であって、かつ、強度分布が均一であ
る。さらに、光学ロスが少ない等の利点も有している。
【００９４】次に、図１に示した多モード光ファイバー
バンドル１を用いた表示装置（レーザーディスプレイ）
を図２に示す。
【００９５】図２に示した表示装置において、まず、レ
ーザー共振器７を出射したレーザー光はレンズ８に入射
し、次いで、レンズ８によって集光されたレーザー光
は、多モード光ファイバーバンドル１の入射端３に入射
する。
【００９６】そして、多モード光ファイバーバンドル１
及び光ファイバー９を介して出射されたレーザー光は、
レンズ１０を介して、例えば透過型の液晶表示素子から
なる空間光変調器（透過型ライトバルブ）１１を照明す
る。なお、光ファイバー９は、多モード光ファイバーを
束ねたものであってもよいし、或いは、出射端４におい
て多モード光ファイバーバンドル１とカップリングされ
た他の光ファイバーであってもよい。
【００９７】そして、レンズ１０からの高強度の照明光
によって、空間光変調器１１による像が投影レンズ１２
を介してスクリーン１３に、高輝度、高精細かつコント
ラスト良く投影される。このように、空間光変調器１１
を照明する照明光は、先に述べた効果により、コヒーレ
ンスが低減されているので、スクリーン若しくはこれを
観察する観察者の網膜のいずれにおいてもスペックルが
低減されている。
【００９８】ここで、レーザー共振器７としては、固体
レーザー、半導体レーザー、気体レーザー、色素レーザ
ー等を使用することができ、また、これらの高調波（例
えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波や第５高調波
など）を用いることも可能である。また、３原色の光を
得るために、レーザー以外のＬＥＤやランプなどの光源
をレーザー光源と併せて用いることもできる。さらに、
光源は一つである必要はなく複数個であってもよい。こ
れによって、例えば、低出力であっても効率が高く取扱
いが容易な半導体レーザーを用いることが可能になる。
その場合、その複数の光源から出射された光ビームを合
波する際に、本発明に基づくバンドルファイバーを用い
てもよい。
【００９９】次に、図１及び図２に示した光学系を用
い、光源として、固体レーザーの高調波〔ここでは、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波〕、或いは、半導体レ
ーザーを用いた場合の設計例を示す。なお、光ファイバ
ー（プラスチック光ファイバー：ＰＯＦ）としては、以
下の仕様のものを考える。 光ファイバーの仕様 ＮＡ：０．３ コア／クラッド屈折率：１．４９５ 光ファイバーのタイプ：スッテップインデックス型光フ
ァイバー
【０１００】＜設計例１＞光源として、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザーの第２高調波（ＳＨＧ：Second HarmonicGenerat
ion）を用いた場合のスペックル除去光学系： 光源：Ｎｄ：ＹＡＧレーザーのＳＨＧ 出力：５Ｗ モード：縦横マルチモード 波長：５３２ｎｍ 波長幅（±）：０．００４ｎｍ コヒーレンス長：７ｍｍ ビームスペックルコントラスト：〜１ ＰＯＦ透過率：０．０８ｄＢ／ｍ ５ｍ透過率：〜９０％ 光ファイバー長差：＞２．８ｍｍ スペックル許容コントラスト１０％：１００本以上 スペックル許容コントラスト５％：４００本以上
【０１０１】即ち、入射コヒーレント光のコヒーレンス
長Ｌc ＝７ｍｍ、 コア屈折率ｎcore＝１．４９５ を有するｎ本目の多モード光ファイバーの長さをＬn と
するとき、（Ｌn+1 − Ｌn ）、即ち、任意のｎ本目の
多モード光ファイバーと（ｎ＋１）本面の多モード光フ
ァイバーの光路長差Ｌは、前記式１より、 Ｌ≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore≒２．８ となり、前述の光ファイバー長差：＞２．８ｍｍが導か
れる。
【０１０２】また、最短の光ファイバー長を１ｍとし、
光ファイバー長の差を１とすれば、スペックル許容コン
トラスト１０％、５％の場合について、それぞれ１ｍ〜
２ｍ（１００本）、１ｍ〜５ｍ（４００本）のバンドル
ファイバーとすることが望ましい。
【０１０３】＜設計例２＞光源として、赤色半導体レー
ザーを用いた場合のスペックル除去光学系： 光源：半導体レーザー 出力：３０ｍＷ モード：縦横マルチモード 波長：６５０ｎｍ 波長幅（±）：２ｎｍ コヒーレンス長：２０ｍｍ ビームスペックルコントラスト：０．６５ ＰＯＦ透過率：０．１２ｄＢ／ｍ ５ｍ透過率：８５％ 光ファイバー長差：＞８．０ｍｍ スペックル許容コントラスト１０％：４３本以上 スペックル許容コントラスト５％：１６９本以上
【０１０４】即ち、入射コヒーレント光のコヒーレンス
長Ｌc ＝２０ｍｍ、 コア屈折率ｎcore＝１．４９５ を有するｎ本目の多モード光ファイバーの長さをＬn と
するとき、（Ｌn+1 − Ｌn ）、即ち、任意のｎ本目の
多モード光ファイバーと（ｎ＋１）本面の多モード光フ
ァイバーの光路長差Ｌは、前記式１より、 Ｌ≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore≒８．０ となり、前述の光ファイバー長差：＞８．０ｍｍが導か
れる。
【０１０５】また、最短の光ファイバー長を１ｍとし、
光ファイバー長の差を２ｃｍとすれば、スペックル許容
コントスト１０％、５％の場合について、それぞれ１ｍ
〜１．８６ｍ（４３本）、１ｍ〜４．３８ｍ（１６９
本）のバンドルファイバーとすることが望ましい。
【０１０６】以上のように、本実施の形態によれば、 （１）簡便で安価かつ高性能なコヒーレント制御を各種
レーザーに対して行い、スペックルの低減した物体照明
用の光源として使用することができる。 （２）多モード光ファイバーバンドルを高効率かつ小型
軽量化、低コスト化することができる。 （３）多モード光ファイバーの空間的なモードの重ね合
わせにより、照明の均一化を、簡単かつ低コスト、省ス
ペースで達成できる。 （４）ディスプレイ、計測装置、顕微鏡、露光装置など
の光学装置を、光電変換効率の高いレーザーを用いて構
成できる。これによって、これらの光学装置の高性能
化、小型化、低コスト化が図られる。
【０１０７】以上、本発明を望ましい実施の形態例につ
いて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定さ
れるものではない。
【０１０８】例えば、前記複数の多モード光ファイバー
のいずれかを曲げることによって、これらの光ファイバ
ーの長さを前記コヒーレント光のコヒーレンス長以上に
長さを互いに異ならせることができるが、この曲げ方
は、特に限定されるものではなく、前記長さの条件を満
たすように種々の形状が選択される。特に、その透過率
の高さや曲率半径の大きさ等から、前記多モード光ファ
イバーはプラスチック光ファイバーであることが望まし
い。
【０１０９】或いは、前記多モード光ファイバーとして
中空多モード光ファイバーを用い、かつ、前記入射コヒ
ーレント光を紫外域のレーザー光としてもよく（即ち、
前記光源部として紫外域のレーザー光を出射するレーザ
ーが用いられていてよく）、これによって、紫外域の光
ビームを光源とする光学装置（例えば、計測装置、顕微
鏡、露光装置等）を実現できる。
【０１１０】また、本発明の照明方法及びその装置にお
いては、前記照明光を用いて、液晶素子やマイクロミラ
ー等からなる空間光変調器を照明し、その像をスクリー
ン上に投射することによって、スペックルが抑制され、
さらに、高輝度、高精細の表示装置（ディスプレイ）が
実現される。
【０１１１】また、この照明光を用いて被計測物体を照
明し、その物体の形状や、反射及び／又は透過光ビーム
の強度等についのて計測を行うことによって、測定精度
の高い計測装置が実現される。また、この照明光を用い
た蛍光顕微鏡などの顕微鏡が実現される。さらに、この
照明光（特に紫外域のレーザー）を光源とし、マスク等
を介して被露光物体を照明することによって、コントラ
ストが高く、焦点深度の大きな露光像が得られる（特に
紫外線露光装置）。
【０１１２】
【発明の効果】本発明のコヒーレンス低減方法によれ
ば、それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に光
路長が互いに異なる複数の多モード光ファイバーを使用
し、これらの多モード光ファイバーを束ねた光ファイバ
ーバンドルを介して、入射コヒーレント光のコヒーレン
スを低減させるので、光ファイバーバンドル中の任意の
２本の多モード光ファイバーの光路長差が、いずれの多
モード光ファイバーの出射光ビームのコヒーレンス長よ
りも大きくなり、従って、入射コヒーレント光のコヒー
レンスを十分に低減させるために最低限必要な光路長差
が生起される。
【０１１３】特に、多モード光ファイバーからの出射光
ビームのコヒーレンス長以上に光路長が互いに異なる複
数の多モード光ファイバーを束ねた光ファイバーバンド
ルを用いており、上述したように、多モード光ファイバ
ーからの出射光ビームのコヒーレンス長は、入射コヒー
レント光のコヒーレンス長よりも十分に短いので、上述
の特開平６−１６７６４０号公報等に示されているよう
に、光源のコヒーレンス長以上に長さの異なる複数の光
ファイバーを束ねる必要なく、これに比べて各光ファイ
バーの長さを十分に短くでき、従って、これを束ねた光
ファイバーバンドルを小型化及び軽量化し、これと同時
に、入射コヒーレント光のコヒーレンスを十分に低減す
ることができる。
【０１１４】本発明のコヒーレンス低減装置によれば、
それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に光路長
の互いに異なる複数の多モード光ファイバーが使用さ
れ、これらの多モード光ファイバーが束ねられた光ファ
イバーバンドルを介して、入射コヒーレント光のコヒー
レンスが低減されているので、本発明のコヒーレンス低
減方法を再現性良く実施できると同時に、小型かつ簡素
な光のコヒーレンス低減装置である。
【０１１５】本発明の照明方法によれば、それぞれの出
射光ビームのコヒーレンス長以上に光路長が互いに異な
る複数の多モード光ファイバーを使用し、これらの多モ
ード光ファイバーを束ねた光ファイバーバンドルを介し
て、光源から出射された入射コヒーレント光のコヒーレ
ンスを低減させ、このコヒーレンスの低減した光ビーム
を照明用光ビームとして利用するので、前記光ファイバ
ーバンドル中の任意の２本の多モード光ファイバーの光
路長差が、いずれの多モード光ファイバーの出射光ビー
ムのコヒーレンス長よりも大きくなり、従って、入射コ
ヒーレント光のコヒーレンスを十分に低減させるために
最低限必要な光路長差が生起され、コヒーレンスの低減
した光ビームを照明用光ビームとして有効に利用するこ
とができる。
【０１１６】本発明の照明装置によれば、それぞれの出
射光ビームのコヒーレンス長以上に光路長の互いに異な
る複数の多モード光ファイバーが使用され、これらの多
モード光ファイバーが束ねられた光ファイバーバンドル
を介して、光源から出射された入射コヒーレント光のコ
ヒーレンスが低減され、このコヒーレンスの低減した出
射光ビームが照明用光ビームとして利用されるので、本
発明の照明方法を再現性良く実施できると同時に、小型
かつ簡素な照明装置である。
【０１１７】本発明の光ファイバーバンドルは、それぞ
れの多モード光ファイバーからの出射光ビームのコヒー
レンス長以上に光路長の互いに異なる複数の多モード光
ファイバーが束ねられており、上述したように、多モー
ド光ファイバーからの出射光ビームのコヒーレンス長
は、入射コヒーレント光のコヒーレンス長よりも十分に
短いので、上述した特開平６−１６７６４０号公報に示
されているように、光源のコヒーレンス長以上に長さの
異なる複数の光ファイバーを束ねる必要がなく、これに
比べて各光ファイバーの長さを十分に短くでき、従っ
て、小型かつ軽量であって、十分なコヒーレンス低減能
を有する光ファイバーバンドルである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に使用できるバンド
ルファイバーの概略模式図である。
【図２】同、第１の実施の形態による照明装置を示す概
略構成図である。
【図３】本発明の作用を説明するためのインパルス応答
（インパルスレスポンス）を示すグラフである。
【図４】同、作用を説明するための光ファイバー出射後
の時間コヒーレンスの変化を示すグラフである（入射光
ビームのコヒーレンス長：７０．０ｍｍの場合）。
【図５】同、作用を説明するための光ファイバー出射後
の時間コヒーレンスの変化を示す他のグラフである（入
射光ビームのコヒーレンス長：７．０ｍｍの場合）。
【図６】同、作用を説明するための光ファイバー出射後
の時間コヒーレンスの変化を示す他のグラフである（入
射光ビームのコヒーレンス長：０．７０ｍｍの場合）。
【図７】従来のフライアイレンズを用いた照明装置の一
部概略模式図である。
【図８】同、プリズムを用いた照明装置の一部概略模式
図である。
【図９】コヒーレンス制御の必要性を説明するための概
略模式図である。
【図１０】同、他の概略模式図である。
【図１１】光ファイバー中のモード分散によるコヒーレ
ンス低下の原理を説明するための概略模式図である。
【符号の説明】
１…多モード光ファイバーバンドル、２ａ、２ｂ、２
ｃ、２ｄ…多モード光ファイバー、３…入射端、４…出
射端、５…クラッド、６…コア、７…レーザー発振器、
８…レンズ、９…光ファイバー、１０…レンズ、１１…
空間光変調器、１２…レンズ、１３…スクリーン、１４
…折り返し部、２０…フライアイレンズ、２１…レン
ズ、２２…マスク、２３…プリズム、２４…物体、２５
…レンズ、２６…スクリーン、２７…像、２８…観察
者、３０…物体、３１…レンズ、３２…スクリーン、３
３…眼球、３４…網膜、３６、３７…光ビーム、３８…
出射端

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれの出射光ビームのコヒーレンス
    長以上の光路長差を有する複数の多モード光ファイバー
    を使用し、これらの多モード光ファイバーを束ねた光フ
    ァイバーバンドルを介して、入射コヒーレント光のコヒ
    ーレンスを低減させる、光のコヒーレンス低減方法。
  2. 【請求項２】 前記複数の多モード光ファイバーとし
    て、それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーを使用する、請
    求項１に記載した光のコヒーレンス低減方法。
  3. 【請求項３】 前記光ファイバーバンドルとして、前記
    入射コヒーレント光のコヒーレンス長の６割以上に長さ
    の互いに異なる多モード光ファイバーを束ねた多モード
    光ファイバーバンドルを用いる、請求項２に記載した光
    のコヒーレンス低減方法。
  4. 【請求項４】 前記光ファイバーバンドルとして、前記
    入射コヒーレント光のコヒーレンス長の１０割以下に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーを束ねた多モー
    ド光ファイバーバンドルを用いる、請求項３に記載した
    光のコヒーレンス低減方法。
  5. 【請求項５】 前記入射コヒーレント光のコヒーレンス
    長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の多モ
    ード光ファイバーの長さをＬn とするとき、前記光ファ
    イバーバンドルとして、下記式１を満たす長さＬn （但
    し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）のｍ本の多モード光ファ
    イバーを束ねた多モード光ファイバーバンドルを用い
    る、請求項３に記載した光のコヒーレンス低減方法。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
  6. 【請求項６】 前記光ファイバーバンドルにおける入射
    コヒーレント光入射端及びその出射端を揃える、請求項
    １に記載した光のコヒーレンス低減方法。
  7. 【請求項７】 それぞれの出射光ビームのコヒーレンス
    長以上の光路長差を有する複数の多モード光ファイバー
    が使用され、これらの多モード光ファイバーが束ねられ
    た光ファイバーバンドルを介して、入射コヒーレント光
    のコヒーレンスが低減される、光のコヒーレンス低減装
    置。
  8. 【請求項８】 前記複数の多モード光ファイバーとし
    て、それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーが使用される、
    請求項７に記載した光のコヒーレンス低減装置。
  9. 【請求項９】 前記光ファイバーバンドルとして、前記
    入射コヒーレント光のコヒーレンス長の６割以上に長さ
    の互いに異なる多モード光ファイバーが束ねられた多モ
    ード光ファイバーバンドルが用いられる、請求項８に記
    載した光のコヒーレンス低減装置。
  10. 【請求項１０】 前記光ファイバーバンドルとして、前
    記入射コヒーレント光のコヒーレンス長の１０割以下に
    長さの互いに異なる多モード光ファイバーが束ねられた
    多モード光ファイバーバンドルが用いられる、請求項９
    に記載した光のコヒーレンス低減装置。
  11. 【請求項１１】 前記入射コヒーレント光のコヒーレン
    ス長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の多
    モード光ファイバーの長さをＬn とするとき、前記光フ
    ァイバーバンドルとして、下記式１を満たす長さＬ
    n （但し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）のｍ本の多モード
    光ファイバーが束ねられた多モード光ファイバーバンド
    ルが用いられる、請求項９に記載した光のコヒーレンス
    低減装置。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
  12. 【請求項１２】 前記光ファイバーバンドルにおける入
    射コヒーレント光入射端及びその出射端が揃えられてい
    る、請求項７に記載した光のコヒーレンス低減装置。
  13. 【請求項１３】 それぞれの出射光ビームのコヒーレン
    ス長以上の光路長差を有する複数の多モード光ファイバ
    ーを使用し、これらの多モード光ファイバーを束ねた光
    ファイバーバンドルを介して、光源から出射された入射
    コヒーレント光のコヒーレンスを低減させ、このコヒー
    レンスの低減した光ビームを照明用光ビームとして利用
    する、照明方法。
  14. 【請求項１４】 前記複数の多モード光ファイバーとし
    て、それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーを使用する、請
    求項１３に記載した照明方法。
  15. 【請求項１５】 前記光ファイバーバンドルとして、前
    記入射コヒーレント光のコヒーレンス長の６割以上に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーを束ねた多モー
    ド光ファイバーバンドルを用いる、請求項１４に記載し
    た照明方法。
  16. 【請求項１６】 前記光ファイバーバンドルとして、前
    記入射コヒーレント光のコヒーレンス長の１０割以下に
    長さの互いに異なる多モード光ファイバーを束ねた多モ
    ード光ファイバーバンドルを用いる、請求項１５に記載
    した照明方法。
  17. 【請求項１７】 前記入射コヒーレント光のコヒーレン
    ス長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の多
    モード光ファイバーの長さをＬn とするとき、前記光フ
    ァイバーバンドルとして、下記式１を満たす長さＬ
    n （但し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）のｍ本の多モード
    光ファイバーを束ねた多モード光ファイバーバンドルを
    用いる、請求項１５に記載した照明方法。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
  18. 【請求項１８】 前記光ファイバーバンドルにおける入
    射コヒーレント光入射端及びその出射端を揃える、請求
    項１３に記載した照明方法。
  19. 【請求項１９】 前記入射コヒーレント光を、半導体レ
    ーザーから出射されたレーザー光、固体レーザーから出
    射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出射さ
    れたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光とす
    る、請求項１３に記載した照明方法。
  20. 【請求項２０】 前記照明用光ビームを、表示装置、計
    測装置、顕微鏡、又は、露光装置の照明光として利用す
    る、請求項１３に記載した照明方法。
  21. 【請求項２１】 それぞれの出射光ビームのコヒーレン
    ス長以上の光路長差を有する複数の多モード光ファイバ
    ーが使用され、これらの多モード光ファイバーが束ねら
    れた光ファイバーバンドルを介して、光源から出射され
    た入射コヒーレント光のコヒーレンスが低減され、この
    コヒーレンスの低減した出射光ビームが照明用光ビーム
    として利用される、照明装置。
  22. 【請求項２２】 前記複数の多モード光ファイバーとし
    て、それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーが使用される、
    請求項２１に記載した照明装置。
  23. 【請求項２３】 前記光ファイバーバンドルとして、前
    記入射コヒーレント光のコヒーレンス長の６割以上に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーが束ねられた多
    モード光ファイバーバンドルが用いられる、請求項２２
    に記載した照明装置。
  24. 【請求項２４】 前記光ファイバーバンドルとして、前
    記入射コヒーレント光のコヒーレンス長の１０割以下に
    長さの互いに異なる多モード光ファイバーが束ねられた
    多モード光ファイバーバンドルが用いられる、請求項２
    ３に記載した照明装置。
  25. 【請求項２５】 前記入射コヒーレント光のコヒーレン
    ス長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の多
    モード光ファイバーの長さをＬn とするとき、前記光フ
    ァイバーバンドルとして、下記式１を満たす長さＬ
    n （但し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）のｍ本の多モード
    光ファイバーが束ねられた多モード光ファイバーバンド
    ルが用いられる、請求項２３に記載した照明装置。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
  26. 【請求項２６】 前記光ファイバーバンドルにおける入
    射コヒーレント光入射端及びその出射端が揃えられてい
    る、請求項２１に記載した照明装置。
  27. 【請求項２７】 前記入射コヒーレント光が、半導体レ
    ーザーから出射されたレーザー光、固体レーザーから出
    射されたレーザー光、或いは、固体レーザーから出射さ
    れたレーザー光の非線形波長変換によるレーザー光であ
    る、請求項２１に記載した照明装置。
  28. 【請求項２８】 前記照明用光ビームが、表示装置、計
    測装置、顕微鏡、又は、露光装置の照明光として利用さ
    れる、請求項２１に記載した照明装置。
  29. 【請求項２９】 それぞれの出射光ビームのコヒーレン
    ス長以上の光路長差を有する複数の多モード光ファイバ
    ーが束ねられている、光ファイバーバンドル。
  30. 【請求項３０】 前記複数の多モード光ファイバーとし
    て、それぞれの出射光ビームのコヒーレンス長以上に長
    さの互いに異なる多モード光ファイバーが使用されてい
    る、請求項２９に記載した光ファイバーバンドル。
  31. 【請求項３１】 入射コヒーレント光のコヒーレンス長
    の６割以上に長さの互いに異なる多モード光ファイバー
    が束ねられている、請求項３０に記載した光ファイバー
    バンドル。
  32. 【請求項３２】 入射コヒーレント光のコヒーレンス長
    の１０割以下に長さの互いに異なる多モード光ファイバ
    ーが束ねられている、請求項３１に記載した光ファイバ
    ーバンドル。
  33. 【請求項３３】 前記入射コヒーレント光のコヒーレン
    ス長をＬc とし、コア屈折率ｎcoreを有するｎ本目の多
    モード光ファイバーの長さをＬn とするとき、下記式１
    を満たす長さＬn （但し、ｎ＝１、２、・・・、ｍ）の
    ｍ本の多モード光ファイバーが束ねられている、請求項
    ３１に記載した光ファイバーバンドル。 （Ｌn+1 − Ｌn ）≧（０．６・Ｌc ）／ｎcore …式１
  34. 【請求項３４】 前記入射コヒーレント光の入射端及び
    その出射端が揃えられている、請求項２９に記載した光
    ファイバーバンドル。
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