[发明专利]减小光相干性的方法及其装置,照明方法及其装置,以及束式光纤

说明书

技术领域

本发明涉及减小光相干性的方法及其装置，照明方法及其装置，以及束式光纤。

背景技术

历来，作为在例如投影式液晶显示器及计测装置等之中使用的照明光的光源，从成本及简便等种种理由出发，一直采用灯泡及发光二极管(LED)等非相干光源。

与此相对，一直尝试将以固体激光器、气体激光器、半导体激光器等的激光作为光源的激光用作照明光。激光在具有优异的定向性的同时还具有高强度，是相干性高的光束，其中技术上最困难的问题是由于相干性高而产生的斑纹。

比如，半导体激光器是发射光电转换效率高、定向性优异的激光的光源，但由于相干性高造成斑纹之故，很少用作照明用光源。

另外，在70年代，对使用激光的显示器件(以下称激光显示器)的研究在各地展开，除了光源输出不足及调制方法等课题之外，妨碍其实用化的的问题之一就是斑纹问题。

近年来，激光显示器的关键部件的基本技术的开发正急剧推进，包括采用固体激光器的波长变换的高输出激光器、可产生红(R)绿(G)蓝(B)三原色振荡的半导体激光器、以及采用液晶和微型机械的空间调制器等。

与此相对，斑纹(斑纹图形)，除了激光显示器之外，近年来在半导体曝光装置领域也成为很大问题，正在寻求对此的对策。这是由于为提高析像度导入了作为短波长光源的准分子激光器的缘故。

作为对相干性的控制，即对斑纹的对策，比如，提出一种在半导体曝光装置中，如图1所示，利用长度各异的元件构成的蝇眼透镜71，在蝇眼透镜71的射出侧端面和掩模73之间，在距离两者均为f处设置一个透镜72的所谓相干性减小法(参考涉谷真人、上原诚的日本专利特公昭60-230629号公报)。

然而，在此方法中，因为蝇眼透镜71的元件的长度大，并且各元件的照明区域的大小不同，所以其效率低下等就成为问题。

另外，还提出一种可达到同样效果的采用如图2所示的棱镜75的方案(参考日本专利申请特愿昭63-22131公报)。然而，这一方法减小相干性的效果不够充分，并且光学损失过大。

另外，在原理上，利用分散折射率的办法能够获得同样的效果，但存在为了借助通常的分散折射率的方法获得充分的效果，必须使用于减小相干性的元件大型化的问题。

除此之外，还提出多种控制相干性的技术。然而，利用任何一种方法，在显示器及显微镜等之中，被照明物体和肉眼之间生成的斑纹都无法充分减小。此外，为了去除这种斑纹，要求采用比光刻法等投影曝光装置更为严格的相干性控制。

即如图3所示，由照明光a照明的物体80的像83由透镜81成象在屏幕82上。此处，在照明光a为相干光的场合，由于物体80的粗糙表面状态及透镜81的光学表面状态所产生的随机相位的干扰作用，使屏幕82上的像83上出现斑纹。

此外，如示意图图4所示，用眼睛观察由透镜在屏幕上生成的物体的像，就是由透镜86在屏幕87上生成的物体85的像由眼球88成像于网膜89。即在此过程中，由于屏幕87和眼球88的光的干扰而在光路上产生随机相位偏差，在此成像过程中也会产生斑纹。另外，即使在屏幕87的像上没有斑纹重叠，在像平面上存在的空间相干性也会在肉眼(网膜89)上生成二次斑纹。

另外，在以光刻技术为基础的投影曝光装置中所采用的镜移动法及旋转扩散片法等技术并不能减小相干性，而只是使斑纹移动进行平均化，因此即使采用这些技术，对于在肉眼中生成的斑纹也没有什么效果。如果在显示器等之中采用这一技术，则必须使屏幕振动来改变屏幕等被照明物体和眼睛之间的位置关系(参考Eric G.Rawson，B.Nafarrate，Robert E.Norton，Joseph W.Goodman，“Specle-free rear-projection screen using two close screens in slowrelative motion，”Jounal of Optical Society of America，Vol.66，No.11，November 1976，pp 1290-1294)。然而，这在实用上甚为不便。

另一方面，迄今为止光纤主要是为了通信用途而进行开发的，其主要结构材料一直是采用以石英等为主要成分的玻璃材料(玻璃光纤)。另外，为避免模式色散，开发是以单模光纤为主的。