(57)【要約】【課題】  小型でありながら、出力光のスペクトル分布を自由に調整できる光源装置および照明装置を提供する。【解決手段】  光源１６と、光源からの光を各波長成分の光に分散する分散手段１３と、分散手段によって分散された各波長成分の光を個別に減光し、各波長成分の光の強度比を調整する調整手段１４,２５と、調整手段によって強度比が調整された各波長成分の光を合成して出力する合成手段１３,２４,２５とを備え、分散手段と合成手段とは共用の部材を含む。【選択図】      図１
2006184234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を各波長成分の光に分散する分散手段と、
前記分散手段によって分散された前記各波長成分の光を個別に減光し、前記各波長成分の光の強度比を調整する調整手段と、
前記調整手段によって前記強度比が調整された前記各波長成分の光を合成して出力する合成手段とを備え、
前記分散手段と前記合成手段とは共用の部材を含む
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記分散手段は、前記光源からの光を分光する分光部材と、前記光源からの光を前記分光部材に導く第１の入射光学系と、前記分光部材からの光を前記調整手段に導く第２の入射光学系とから構成され、
前記合成手段は、前記調整手段からの光を合成する合成部材と、前記調整手段からの光を前記合成光学系に導く第１の射出光学系と、前記合成部材からの光を射出させる第２の射出光学系から構成され、
前記分光部材と前記合成部材とが及び前記第１の入射光学系と前記第２の入射光学系とが、それぞれ共用の部材を含む
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記分散手段は、前記光源からの光を各波長成分の光に分散してスペクトル像を形成し、
前記調整手段は、前記スペクトル像の形成面に配置され且つ前記各波長成分の光の分散方向に沿って配列された複数のマイクロミラーを有し、各々の前記マイクロミラーに入射した光の反射方向に応じて前記各波長成分の光を個別に減光する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光源装置において、
前記複数のマイクロミラーは、その配列方向に対して該マイクロミラーどうしの隙間が斜めを向くように配置される
ことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項３に記載の光源装置において、
各々の前記マイクロミラーは、その配列方向に関する大きさが前記スペクトル像のうち各波長成分の像の大きさより小さい
ことを特徴とする光源装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記分散手段は、前記光源からの光を各波長成分の光に分散すると共に直線偏光に変換してスペクトル像を形成し、
前記調整手段は、前記スペクトル像の形成面に配置され且つ前記各波長成分の光の分散方向に沿って配列された複数の液晶セルを有し、各々の前記液晶セルに入射した前記直線偏光の偏光面の回転量に応じて前記各波長成分の光を個別に減光する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光源装置において、
前記複数の液晶セルは、その配列方向に対して該液晶セルどうしの境界線が斜めを向くように配置される
ことを特徴とする光源装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光源装置において、
各々の前記液晶セルは、その配列方向に関する大きさが前記スペクトル像のうち各波長成分の像の大きさより小さい
ことを特徴とする光源装置。
【請求項９】
請求項３から請求項８の何れか１項に記載の光源装置において、
前記分散手段は、前記光源からの光に基づいて平行光を生成する生成部と、該平行光に対して波長分散作用を与える分散部と、該分散部から発生する回折光のうち０次回折光とは異なる１つの次数の回折光を選択する選択部と、該選択部により選択された１つの次数の回折光を集光して前記スペクトル像を形成する集光部とを含む
ことを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの出力光の光量分布を均一化して光照射面に導く光学系とを備えた
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置および照明装置に関し、特に、固体撮像素子などの受光素子の製造工程における受光素子の検査に好適な光源装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
任意のスペクトル分布の光を作り出すことができる光源装置として、特許文献１に示すものが知られている。この装置は、光源から射出される光をレンズにより平行光とし、この平行光を、分光手段を用いて分光して更にシリンドリカルレンズにより矩形のスペクトル像を形成し、液晶パネル等の空間フィルタで波長ごとに光量を制御した後、光ミキシング手段を用いて波長光を混合して任意のスペクトル分布を作り出すものである。
【特許文献１】特開平４−２９７２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の光源装置では、光源から空間フィルタに至るまでの光学系と、空間フィルタから射出側に至るまでの光学系をそれぞれ配置するため、装置の大型化が避けられなかった。例えば、固体撮像素子などの受光素子の検査に用いる場合、更に光源均一化装置等を配置する必要から特に光源装置の小型化が望まれる。
本発明の目的は、小型でありながら、出力光のスペクトル分布を自由に調整できる光源装置および照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の光源装置は、光源と、前記光源からの光を各波長成分の光に分散する分散手段と、前記分散手段によって分散された前記各波長成分の光を個別に減光し、前記各波長成分の光の強度比を調整する調整手段と、前記調整手段によって前記強度比が調整された前記各波長成分の光を合成して出力する合成手段とを備え、前記分散手段と前記合成手段とは共用の部材を含むものである。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光源装置において、前記分散手段は、前記光源からの光を分光する分光部材と、前記光源からの光を前記分光部材に導く第１の入射光学系と、前記分光部材からの光を前記調整手段に導く第２の入射光学系とから構成され、前記合成手段は、前記調整手段からの光を合成する合成部材と、前記調整手段からの光を前記合成光学系に導く第１の射出光学系と、前記合成部材からの光を射出させる第２の射出光学系から構成され、前記分光部材と前記合成部材とが及び前記第１の入射光学系と前記第２の入射光学系とが、それぞれ共用の部材を含むものである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光源装置において、前記分散手段は、前記光源からの光を各波長成分の光に分散してスペクトル像を形成し、前記調整手段は、前記スペクトル像の形成面に配置され且つ前記各波長成分の光の分散方向に沿って配列された複数のマイクロミラーを有し、各々の前記マイクロミラーに入射した光の反射方向に応じて前記各波長成分の光を個別に減光するものである。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光源装置において、前記複数のマイクロミラーは、その配列方向に対して該マイクロミラーどうしの隙間が斜めを向くように配置されるものである。
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光源装置において、各々の前記マイクロミラーは、その配列方向に関する大きさが前記スペクトル像のうち各波長成分の像の大きさより小さいものである。
【０００８】
請求項６に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光源装置において、前記分散手段は、前記光源からの光を各波長成分の光に分散すると共に直線偏光に変換してスペクトル像を形成し、前記調整手段は、前記スペクトル像の形成面に配置され且つ前記各波長成分の光の分散方向に沿って配列された複数の液晶セルを有し、各々の前記液晶セルに入射した前記直線偏光の偏光面の回転量に応じて前記各波長成分の光を個別に減光するものである。
【０００９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光源装置において、前記複数の液晶セルは、その配列方向に対して該液晶セルどうしの境界線が斜めを向くように配置されるものである。
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の光源装置において、各々の前記液晶セルは、その配列方向に関する大きさが前記スペクトル像のうち各波長成分の像の大きさより小さいものである。
【００１０】
請求項９に記載の発明は、請求項３から請求項８の何れか１項に記載の光源装置において、前記分散手段は、前記光源からの光に基づいて平行光を生成する生成部と、該平行光に対して波長分散作用を与える分散部と、該分散部から発生する回折光のうち０次回折光とは異なる１つの次数の回折光を選択する選択部と、該選択部により選択された１つの次数の回折光を集光して前記スペクトル像を形成する集光部とを含むものである。
【００１１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９の何れか１項に記載の光源装置と、前記光源装置からの出力光の光量分布を均一化して光照射面に導く光学系とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型でありながら、出力光のスペクトル分布を自由に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の光源装置１０は、図１に示す通り、光源部１１と、リレー光学系１２と、分光器１３と、ミラーアレイ部１４と、コントローラ１５とで構成される。概略、光源部１１からの光は、リレー光学系１２と分光器１３とを介してミラーアレイ部１４に入射する。この光路を図２に点ハッチングで示す。また、ミラーアレイ部１４で反射した光は、分光器１３とリレー光学系１２とを介して出力光ＬOUTとなる。この光路を図３に点ハッチングで示す。
【００１４】
光源部１１は、ランプ１６と楕円鏡１７と凹面鏡１８とで構成される。ランプ１６は、例えばキセノンランプやハロゲンランプなどの白色光源であり、前方の楕円鏡１７側にも後方の凹面鏡１８側にも光を射出する。ランプ１６の位置は楕円鏡１７の第１焦点７Ａに相当するため、ランプ１６の前方に射出した光は、楕円鏡１７で反射した後、楕円鏡１７の第２焦点７Ｂに集光する（図２参照）。
【００１５】
さらに、楕円鏡１７の第１焦点７Ａには凹面鏡１８の中心点があるため、ランプ１６の後方に出射した光は、凹面鏡１８で反射して楕円鏡１７に戻され、楕円鏡１７の第２焦点７Ｂに集光する。ランプ１６の後方に凹面鏡１８を配置したことにより、ランプ１６からの光を効率的に使用することができる。楕円鏡１７の第２焦点７Ｂに集められる光は、概略、図２に点ハッチングで示す範囲の光となる。なお、ランプ１６は、請求項の「光源」に対応する。
【００１６】
リレー光学系１２は、光源側スリット２１と、光源側レンズ２２と、プリズム２３と、レンズ２４と、出力側レンズ２５と、出力側スリット２６とで構成される。光源側スリット２１の位置は光源部１１の楕円鏡１７の第２焦点７Ｂに相当し、ランプ１６からの光は全て光源側スリット２１に集光されることになる。光源側スリット２１には、ランプ１６の像が形成される。
【００１７】
光源側スリット２１を通過した光Ｌ１は、光源側レンズ２２を介して平行光となり（図２参照）、プリズム２３で折り曲げられた後、レンズ２４の有効範囲の半分（図の左側）を通過して分光器１３のスリット３１に集光される。このとき、スリット３１には、光源側スリット２１の像が形成される。
レンズ２４における光Ｌ１の通過位置は、レンズ２４の光軸２Ａに沿って分光器１３のスリット３１側からレンズ２４を見ると、図４(ａ)のようになる。図４(ａ)には、光源側レンズ２２の有効範囲も示した。光Ｌ１の通過位置がレンズ２４の光軸２Ａから偏心しているため、レンズ２４を通過して分光器１３のスリット３１に入射する光Ｌ１（図２）は、レンズ２４の光軸２Ａに対して斜めに進行し、分光器１３のスリット３１の配置面で光軸２Ａと交わる。
【００１８】
分光器１３は、スリット３１と、プリズム３２と、非球面ミラー３３と、反射型のグレーティング３４とで構成される。分光器１３の内部において、上記の光軸２Ａを延長したものを“光軸３Ａ”と言う。光軸３Ａは、プリズム３２で折り曲げられ、非球面ミラー３３で折り曲げられ、グレーティング３４で折り曲げられ、再び非球面ミラー３３で折り曲げられた後、ミラーアレイ部１４に到達する。光軸３Ａは略Σ形である。
【００１９】
上記のレンズ２４によって分光器１３のスリット３１に集光された光Ｌ１は、スリット３１を通過した後、プリズム３２で折り曲げられ、光軸３Ａに対して片側（図２の紙面に沿って上側）の光路に導かれる。そして、非球面ミラー３３を介して平行光(Ｌ１)となり、グレーティング３４に入射する。グレーティング３４は、多数の直線溝が等間隔で１次元配列された平面回折格子である。直線溝の方向は図１の紙面に沿って縦方向である。
【００２０】
このため、グレーティング３４に入射した平行光(Ｌ１)は、そこで波長分散作用を受け、平行光(Ｌ１)の各波長成分ごとに異なる角度で進行する回折光(Ｌ１)となる。グレーティング３４による回折光(Ｌ１)の波長分散は、図２の紙面に対して垂直方向に発生する。回折光(Ｌ１)は、０次回折光とは異なる次数の回折光（例えば１次回折光）である。なお、上記の非球面ミラー３３は、平行光(Ｌ１)を生成する手段（請求項の「生成部」）として機能する。上記のグレーティング３４は、平行光(Ｌ１)に対して波長分散作用を与える手段（請求項の「分散部」）として機能する。
【００２１】
グレーティング３４からの回折光(Ｌ１)を模式的に図示すると、例えば図５(ａ)のようになる。図５(ａ)は、回折光(Ｌ１)の波長分散方向を紙面に揃えて示したものであり、図２とは見る方向が９０°異なっている。図２において波長分散方向は紙面に垂直な方向である。図５(ａ)から分かるように、回折光(Ｌ１)の各波長成分λ１〜λｎの光は、グレーティング３４から異なる方向に発生し、非球面ミラー３３に向けて進行する。図５(ａ)では、回折光(Ｌ１)の各波長成分λ１〜λｎが不連続であるように示したが、実際には連続的である。
【００２２】
その後、回折光(Ｌ１)の各波長成分λ１〜λｎの光は、再び非球面ミラー３３に入射して反射され（図２）、集光光(Ｌ１)となってミラーアレイ部１４に入射する。この集光光(Ｌ１)を模式的に図示すると、例えば図５(ｂ)のようになる。図５(ｂ)は、図５(ａ)と同様、集光光(Ｌ１)の波長分散方向を紙面に揃えて示したものである。集光光(Ｌ１)の場合、各波長成分λ１〜λｎの光は、何れも、非球面ミラー３３から同じ方向に発生し、ミラーアレイ部１４に同じ角度で入射する。
【００２３】
また、集光光(Ｌ１)の各波長成分λ１〜λｎの光は、何れも、ミラーアレイ部１４の反射面４Ａに集光される（図５(ｂ),図２）。集光位置は、各波長成分λ１〜λｎごとに異なり、波長分散方向に沿って少しずつシフトしている。このため、ミラーアレイ部１４の反射面４Ａには、図６に示すような細長い形状のスペクトル像(Ｌ１)が形成される。図６は、光軸３Ａに沿って非球面ミラー３３側からミラーアレイ部１４の反射面４Ａとスペクトル像(Ｌ１)を見た図である。スペクトル像(Ｌ１)は、連続的な各波長成分λ１〜λｎの像が集まって形成されたものである。スペクトル像(Ｌ１)の波長分散方向は、その長手方向に一致する。
【００２４】
上記の分光器１３は、第１実施形態の光源装置１０（図２）のランプ１６からミラーアレイ部１４までの光路（以下「往路」）において、光源部１１からリレー光学系１２を介して光Ｌ１を取り込み、その光Ｌ１を各波長成分λ１〜λｎの光に分散する手段（請求項の「分散手段」）として機能する。また、往路における分光器１３は、光Ｌ１を各波長成分λ１〜λｎの光に分散して図６のようなスペクトル像(Ｌ１)を形成する。スペクトル像(Ｌ１)の形成面は、次に説明するミラーアレイ部１４の反射面４Ａと略一致する。
【００２５】
ミラーアレイ部１４には、図７(ａ)に示す通り、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）方式の複数のマイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が設けられる。マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…は、各々の反射面によってミラーアレイ部１４の反射面４Ａを構成する。また、図６に示すスペクトル像(Ｌ１)の形成面に配置され、且つ、各波長成分λ１〜λｎの光の分散方向（つまり波長分散方向）に沿って一次元的に配列されている。
【００２６】
また、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…は、全て同じ大きさで長方形状の平面ミラーであり、縦横の揃った状態で規則正しく配列されている。マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の配列方向に関する大きさＤは、各マイクロミラーに入射する集光光(Ｌ１)の波長範囲δが例えば２０ｎｍ程度となるように決められる。
さらに、各マイクロミラーには（図７(ｂ)にマイクロミラー４１ａを例示）、これを傾斜させるためのヒンジ４２も設けられる。図７(ｂ)では分かり易くするためにヒンジ４２を拡大して示した。第１実施形態では、ヒンジ４２が波長分散方向に平行に設けられる。このため、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…は、波長分散方向に平行な回転軸を中心として個別に傾斜可能である（図７(ｃ)）。その傾斜角は、一定の範囲内で連続的に可変であり、図１に示すコントローラ１５からの制御信号に応じて調整可能となっている。
【００２７】
以下の説明では、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の反射面が分光器１３の光軸３Ａに対して垂直である状態を「基準状態」、光軸３Ａに対して傾いた状態を「傾斜状態」という。なお、基準状態のマイクロミラーは、その反射面がミラーアレイ部１４の基板と平行である。
各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が基準状態のとき、各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…に入射した集光光(Ｌ１)は、そこで反射した後、再び非球面ミラー３３に向けて進行する光Ｌ２となる（図３）。この光Ｌ２は、光軸３Ａに対して集光光(Ｌ１)とは反対側（図３の紙面に沿って下側）の光路に導かれる。また、光Ｌ２の各波長成分λ１〜λｎは、各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が基準状態であれば、同じ方向に発生し、側方から見ると図５(ｂ)の集光光(Ｌ１)とは逆向する光となる。
【００２８】
そして、再び非球面ミラー３３を介して平行光(Ｌ２)となり、再びグレーティング３４に入射する。この平行光(Ｌ２)は、各波長成分λ１〜λｎごとに異なる角度で進行し、各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が基準状態であれば、側方から見ると図５(ａ)の平行光(Ｌ１)とは逆向する光となる。
グレーティング３４に入射した平行光(Ｌ２)は、そこで波長分散作用を受ける。このときの波長分散作用は、平行光(Ｌ１)が非球面ミラー３３からグレーティング３４に入射したときに受けた波長分散作用とは逆向きの作用（つまり合波作用）である。このため、平行光(Ｌ２)は、各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が基準状態であれば、グレーティング３４の合波作用によって、全ての波長成分λ１〜λｎが同じ角度で進行する回折光(Ｌ２)となる。
【００２９】
その後、回折光(Ｌ２)は、非球面ミラー３３を介して集光光(Ｌ２)となり、プリズム３２で折り曲げられた後、スリット３１に集光される（図３）。非球面ミラー３３によってスリット３１に集光された光Ｌ２は、スリット３１を通過した後、分光器１３からリレー光学系１２に戻る。
リレー光学系１２では、レンズ２４の有効範囲の残り半分（図の右側）に光Ｌ２が入射して通過する。レンズ２４を通過した光Ｌ２は、平行光であり、プリズム２３で折り曲げられた後、出力側レンズ２５を介して出力側スリット２６に集光される。そして、出力側スリット２６を通過して出力光ＬOUTとなる。
【００３０】
なお、上記のミラーアレイ部１４からリレー光学系１２の出力側スリット２６までの光路（以下「復路」）において、分光器１３とレンズ２４,２５は、ミラーアレイ部１４からの光Ｌ２の各波長成分λ１〜λｎの光を合成して出力する手段（請求項の「合成手段」）として機能する。
ここで、レンズ２４における光Ｌ２の通過位置は、図４(ｂ)のようになる。図４(ｂ)には、出力側レンズ２５の有効範囲も示した。ミラーアレイ部１４の各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が基準状態であれば、出力側レンズ２５の有効範囲と光Ｌ２の各波長成分λ１〜λｎの通過位置とは一致して重なり合った状態となる。
【００３１】
したがって、各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が基準状態であれば、光Ｌ２の各波長成分λ１〜λｎは、出力側レンズ２５の有効範囲によってケラレることなく、出力側レンズ２５を通過することができ、出力側スリット２６を通過して出力光ＬOUTとなる。このときの出力光ＬOUTのスペクトル分布は、ランプ１６から射出される光のスペクトル分布や、グレーティング３４などの光学系の分光特性によって決まる。図８に出力光ＬOUTのスペクトル分布の一例を示す。図８の横軸は波長、縦軸は強度である。
【００３２】
第１実施形態の光源装置１０において、出力光ＬOUTのスペクトル分布を変化させるためには、ミラーアレイ部１４（図７）の各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…を個別に傾斜させればよい。
例えば、１つのマイクロミラー４１ｄを傾斜させた場合（図９(ａ)）、このマイクロミラー４１ｄで反射した光Ｌ２（これに含まれる各波長成分をλ41d〜λ41d＋δとする）は、マイクロミラー４１ｄの傾斜角に応じて、基準状態での光Ｌ２とは異なる方向に発生する。このため、分光器１３（図３）を介してリレー光学系１２のレンズ２４に入射したとき、光Ｌ２の位置は、図４(ｃ)に示す通り、出力側レンズ２５の有効範囲から矢印の方向にシフトすることになる。
【００３３】
そして、図４(ｃ)の光Ｌ２のうち出力側レンズ２５の有効範囲から外れた部分Ｌ２(1)は出力側レンズ２５を通過する際にケラレてしまい、出力側レンズ２５の有効範囲と重なっている部分Ｌ２(2)のみがケラレることなく出力側レンズ２５を通過していく。そして、出力側レンズ２５を通過した一部の光Ｌ２(2)が、出力側スリット２６を通過した後、出力光ＬOUTとなる。
【００３４】
このときの出力光ＬOUTのスペクトル分布は、例えば図９(ｂ)のように、図８のスペクトル分布とは異なったものとなる。図９(ｂ)のスペクトル分布では、傾斜状態のマイクロミラー４１ｄで反射した光Ｌ２の波長範囲（各波長成分λ41d〜λ41d＋δ）において、その強度が減衰し、減光されたことになる。
また、マイクロミラー４１ｄの傾斜角を変化させると、マイクロミラー４１ｄで反射した光Ｌ２の反射方向が変化し、出力側レンズ２５を通過する際のケラレ量が変化するため、出力光ＬOUTのスペクトル分布（図９(ｂ)）において、マイクロミラー４１ｄの波長範囲（各波長成分λ41d〜λ41d＋δ）の減光量を変化させることができる。この減光量は、マイクロミラー４１ｄの傾斜角に比例する（正比例ではない）。
【００３５】
その他のマイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…についても同様であり、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…を個別に傾斜させたときに、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の各々に対応する波長範囲（各波長成分λ41a〜λ41a＋δ，λ41b〜λ41b＋δ，…）において、個別に減光させることができる。さらに、各々の傾斜角に比例して減光量を変化させることもできる。
【００３６】
第１実施形態の光源装置１０において、ミラーアレイ部１４と出力側レンズ２５とは、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の各々に入射した光(Ｌ１)の反射方向（図９(ａ)参照）に応じて、光(Ｌ２)の各波長成分λ１〜λｎを個別に減光し、その強度比を調整する手段（請求項の「調整手段」）として機能する。そして、強度比が調整された各波長成分λ１〜λｎの光Ｌ２は、合成された状態で出力される（出力光ＬOUT）。
【００３７】
したがって、第１実施形態の光源装置１０によれば、ミラーアレイ部１４の各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…を個別に傾斜状態とすることで、出力光ＬOUTのスペクトル分布を自由に調整することができる。その結果、任意のスペクトル分布を持つ出力光ＬOUTを得ることができる。また、出力光ＬOUTの光量調整も、ミラーアレイ部１４を調整することで、簡単に行うことができる。
【００３８】
例えば、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…を全て基準状態にすると、図８のようなスペクトル分布の白色光を出力光ＬOUTとして得ることができる。また、従来の誘電体多層膜フィルタを用いた場合と同様に、出力光ＬOUTの色温度を調整することもできる。さらに、従来のモノクロメータを用いた場合と同様に、波長範囲の狭い単色光を出力光ＬOUTとして得ることもでき、単色光の波長範囲を調整することもできる。また、太陽電池の効率を測定する際の光源装置として第１実施形態の光源装置１０を用い、太陽光のスペクトルのシミュレーションを行うこともできる。
【００３９】
第１実施形態の光源装置１０の波長分解能は、既に説明したマイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の配列方向に関する大きさＤ（図７(ａ)）に依存している。各マイクロミラーに入射する光(Ｌ１)の波長範囲δを例えば２０ｎｍ程度とする場合、波長分解能も２０ｎｍ程度となる。この場合、出力光ＬOUTのスペクトル分布の調整を波長分解能２０ｎｍ程度で詳細に行える。
【００４０】
実際の調整では、コントローラ１５（図１）のメモリに、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の傾斜角と各波長成分λ１〜λｎの減光量との対応関係がテーブル（または計算式）として予め記憶される。また、全てのマイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…を基準状態にしたときのスペクトル分布（例えば図８）も予めメモリに記憶される。そして、コントローラ１５は、次の手順[１]〜[３]にしたがって出力光ＬOUTのスペクトル分布の調整を行う。
【００４１】
[１]外部からの指示にしたがって、所望のスペクトル分布を実現するために必要な各波長成分λ１〜λｎの減光量を、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の各々に対応する波長範囲（各波長成分λ41a〜λ41a＋δ，λ41b〜λ41b＋δ，…）ごとに計算する。[２]計算した各々の減光量に基づいて「傾斜角と減光量との対応関係」を参照し、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の傾斜角を求める。[３]求めた傾斜角に基づいて、マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…を制御する。
【００４２】
このように、第１実施形態の光源装置１０では、コントローラ１５が、外部からの指示にしたがって各波長成分λ１〜λｎの減光量を制御し、指示の通りに各波長成分λ１〜λｎの強度比を設定する（請求項の「設定手段」）。その結果、光源装置１０からの出力光ＬOUTのスペクトル分布として、所望のスペクトル分布を実現することができる。ここではオープンループ制御を例に説明した。
【００４３】
さらに、第１実施形態の光源装置１０では、光源部１１のランプ１６からミラーアレイ部１４までの往路と、ミラーアレイ部１４からリレー光学系１２の出力用スリット２６までの復路とで、多数の光学素子(２３,２４,３１〜３４)を共有するため、装置の小型化も実現することができる。
また、第１実施形態の光源装置１０では、ミラーアレイ部１４の反射面４Ａの前に、図１０に示すような次数カットフィルタ１９を配置することで、スペクトル分布の広帯域化にも対応できる。スペクトル分布を広帯域化すると、その長波側では短波成分の高次光が重畳する可能性が出てくる。そして不要な高次光が重畳すると、スペクトル分布の調整を正確に行うことが困難になってしまう。
【００４４】
図１０に示す次数カットフィルタ１９は、グレーティング３４から発生する回折光のうち０次回折光とは異なる１つの次数の回折光(例えば１次回折光)を選択する手段（請求項の「選択部」）として機能する。具体的には、長波側のフィルタ９Ａと短波側のフィルタ９Ｂとで構成され、長波側のフィルタ９Ａにより不要な短波成分（波長λCUT以下の成分）の高次光を遮断することにより、１つの次数の回折光のみを選択する。短波側のフィルタ９Ｂは光路長を合わせるために設けたダミーガラスである。
【００４５】
このように、ミラーアレイ部１４の反射面４Ａの前に次数カットフィルタ１９を配置することで、スペクトル分布を広帯域化した場合でも、常に、１つの次数の回折光のみをミラーアレイ部１４に導いて、スペクトル像(Ｌ１)を形成することができる。したがって、スペクトル分布を広帯域化した場合でも、スペクトル分布の調整を正確に行うことができる。さらに、スペクトル分布を広帯域化したことにより、スペクトル分布の調整の自由度が高められる。
【００４６】
さらに、第１実施形態の光源装置１０の後段に図１１の均一化光学系６０を配置して、光源装置１０と均一化光学系６０とで照明装置(１０,６０)を構成する場合、光照射面６０Ａを様々なスペクトル分布の光によって均一に照明することができる。図１１の均一化光学系６０は、光源装置１０からの出力光ＬOUTの光量分布を均一化して光照射面６０Ａに導く光学系である。
【００４７】
具体的に説明すると、光源装置１０からの出力光ＬOUTは、レンズ６１を介して平行光となり、フライアイレンズ６２に入射する。フライアイレンズ６２の射出側では、各レンズ素子と同数の集光点が現れる。フライアイレンズ６２の各レンズ素子からの集光光は、レンズ６３を介して平行光となり、視野絞り６４の配置面で重なり合い、視野絞り６４を均一に照明する。
【００４８】
視野絞り６４を通過した光は、レンズ６５とミラー６６と開口絞り６７と投影レンズ６８とを介して光照射面６０Ａに入射する。光照射面６０Ａには、視野絞り６４の像が投影される。光照射面６０Ａに投影された視野絞り６４の像が、実際の照明領域となる。照明領域の大きさは、視野絞り６４の大きさに対し、レンズ６５と投影レンズ６８の焦点距離の比に応じた倍率を掛けたものとなる。
【００４９】
上記の照明装置(１０,６０)では、光源装置１０のミラーアレイ部１４をコントローラ１５によって制御することで、光源装置１０からの出力光ＬOUTのスペクトル分布を自由に調整できるため、光照射面６０Ａを様々なスペクトル分布の均一な光によってテレセントリック照明することができる。なお、均一化光学系６０のフライアイレンズ６２に代えて、ロッドレンズや拡散板などを用いてもよい。
【００５０】
上記の照明装置(１０,６０)は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサに代表される固体撮像素子の検査や各種の受光素子の検査に用いることができる。この検査では、照明装置(１０,６０)の光照射面６０Ａに固体撮像素子などの被検物体を配置し、照明装置(１０,６０)からの様々なスペクトル分布の均一な光によって順に被検物体を照明する。そして、各々の照明条件下での応答が設計通りか否かをテスタによって調べる。このとき波長範囲の狭い単色光を照射することにより分光感度の測定を行える。
【００５１】
なお、第１実施形態の光源装置１０では、ミラーアレイ部１４（図７）の各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…のヒンジ４２を波長分散方向に平行に設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば図１２に示す通り、各々のヒンジ４２を波長分散方向に垂直に設けてもよい。この場合、リレー光学系１２のレンズ２４における光Ｌ２の通過位置は、図１２(ｃ)に示す通り、出力側レンズ２５の有効範囲から矢印の方向にシフトすることになる。
（第２実施形態）
第２実施形態の光源装置は、第１実施形態の光源装置１０のミラーアレイ部１４（図７,図１２）に代えて、図１３に示すミラーアレイ部４５を設けたものである。
【００５２】
ここで、図７,図１２のミラーアレイ部１４の場合、各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…の配列方向（波長分散方向）に対してマイクロミラーどうしの隙間が垂直になっている。隙間の部分に相当する波長光は出力されないため、出力光ＬOUTのスペクトル分布を詳しく見ると、図１４に示す通り、微妙なリップルが存在する。これを抑えるために隙間を小さくすることも考えられるが実際には限界がある。
【００５３】
そこで、第２実施形態の光源装置では、図１３のミラーアレイ部４５のように、各マイクロミラー４５ａ,４５ｂ,…の配列方向（波長分散方向）に対してマイクロミラーどうしの隙間が斜めを向くように、各マイクロミラー４５ａ,４５ｂ,…を配置する。隙間を斜めにすることで、隙間に入射して出力光に寄与できない波長光を広い波長範囲に分散させることができ、リップルを低減できる（図１３(ｂ)）。
【００５４】
ミラーアレイ部４５では、各マイクロミラー４５ａ,４５ｂ,…のヒンジ４６を、図１３(ｃ)のような向きで設けても良いし、図１３(ｄ)のように設けても良い。リレー光学系１２のレンズ２４における光Ｌ２の通過位置は、図１２(ｅ)のように、出力側レンズ２５の有効範囲から矢印の方向に斜めにシフトすることになる。
また、ミラーアレイ部４５のマイクロミラーどうしの隙間の方向は、図１５に示す通り、マイクロミラーどうしの隙間のうちスペクトル像(Ｌ１)と重なる部分の一端４７Ａと他端４７Ｂとが、次の位置関係となるように設定することが好ましい。つまり、例えばマイクロミラー４５ａ,４５ｂどうしの隙間の他端４７Ｂとマイクロミラー４５ｂ,４５ｃどうしの隙間の一端４７Ａのように、隣り合う隙間どうしの他端４７Ｂと一端４７Ａとが、波長分散方向に対して垂直に並ぶような位置関係が好ましい。この場合、スペクトル像(Ｌ１)の全ての波長成分λ１〜λｎに隙間(つまり低反射率の部分)を等しく分散させることができ、リップルを確実に低減できる。
【００５５】
なお、出力光ＬOUTのスペクトル分布におけるリップル（図１４）を低減するためには、上記したマイクロミラーどうしの隙間を斜めにする方法の他、各マイクロミラーの配列方向（波長分散方向）関する大きさＤを、図１６に示すスペクトル像(Ｌ１)のうち各波長成分λ１〜λｎの像（単色像Ｌ１(λJ)）の大きさＥより小さくする方法が考えられる。図１６には、各マイクロミラーの大きさＤを図７と同じにして、単色像Ｌ１(λJ)の大きさＥを広げた場合について例示した。この場合の波長分解能は、各マイクロミラーの大きさＤではなく、単色像Ｌ１(λJ)の大きさＥに依存することになる。単色像Ｌ１(λJ)の大きさＥは、分光器１３（図２）のスリット３１および像を形成する光学系（本実施形態では凹面鏡３３）の結像性能によって決まる。
（第３実施形態）
第３実施形態の光源装置７０は、図１７に示す通り、リレー光学系１２のプリズム２３とレンズ２４との間に偏光素子７１を設け、ＭＥＭＳ方式のミラーアレイ部１４の代わりに反射型の液晶素子７２を設けたものである。
【００５６】
液晶素子７２は、例えばＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)であり、図１８に示すように、複数の液晶セル７３ａ,７３ｂ,…を有する。液晶セル７３ａ,７３ｂ,…は、スペクトル像(Ｌ１)の形成面に配置され、且つ、各波長成分λ１〜λｎの光の分散方向（つまり波長分散方向）に沿って一次元的に配列されている。
第３実施形態の光源装置７０では、ランプ１６から液晶素子７２までの往路において、偏光素子７１を透過することにより直線偏光に変換された光(Ｌ１)が液晶素子７２に入射する。そして液晶素子７２の入射面には上記と同様のスペクトル像(Ｌ１)が形成される。
【００５７】
液晶素子７２では、各液晶セル７３ａ,７３ｂ,…ごとに、入射した直線偏光の偏光面を印加電圧に比例した量だけ回転させ、偏光面の回転した直線偏光を反射する。このため、液晶素子７２から出射して偏光素子７１に戻った光(Ｌ２)は、偏光素子７１を透過する際に、偏光面の回転量に比例した分だけ減光される。例えば偏光面の回転量が９０°の場合、ほぼ全てが消光されるが、実際には偏光素子７１の消光比に依存する。
【００５８】
このように、第３実施形態の光源装置７０では、液晶素子７２の各液晶セル７３ａ,７３ｂ,…における偏光面の回転量を個別に調整することで、各々の回転量に応じて各波長成分λ１〜λｎの光を個別に減光することができ、出力光ＬOUTのスペクトル分布を自由に調整することができる。その結果、任意のスペクトル分布を持つ出力光ＬOUTを得ることができる。また、出力光ＬOUTの光量調整も、ミラーアレイ部１４を調整することで、簡単に行うことができる。
【００５９】
第３実施形態の光源装置７０では、出力光ＬOUTの光量を確保するために、偏光素子７１の偏光方向を、グレーティング３４の回折効率の最も高くなる方向に揃えることが好ましい。
なお、液晶素子７２を用いる場合にも、液晶セルどうしの境界線で微妙なリップルが発生する（図１４参照）。このため、各液晶セル７３ａ,７３ｂ,…の配列方向（波長分散方向）に対して液晶セルどうしの境界線が斜めを向くように、各液晶セル７３ａ,７３ｂ,…を配置することが好ましい（図１３,図１５参照）。液晶セルどうしの境界線を斜めにすることで、低反射率の部分を広い波長範囲に分散させることができ、リップルを低減できる（図１３(ｂ)参照）。
【００６０】
また、各液晶セルの配列方向（波長分散方向）関する大きさＤを、図１６に示すスペクトル像(Ｌ１)のうち各波長成分λ１〜λｎの像（単色像Ｌ１(λJ)）の大きさＥより小さくすることで、リップルを低減してもよい。
さらに、第３実施形態でも、図１０に示す次数カットフィルタ１９を液晶素子７２の前に配置することで、出力光ＬOUTのスペクトル分布の広帯域化に対応できる。また、図１１の均一化光学系６０との組み合わせにより、光照射面６０Ａを様々なスペクトル分布の均一な光によってテレセントリック照明することができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、コントローラ１５によって各マイクロミラー（または液晶セル）をオープンループ制御したが、本発明はこれに限定されない。コントローラ１５によって各マイクロミラー（または液晶セル）をクローズループ制御する場合にも、本発明を適用できる。この場合、光源装置の後段（例えば図２０に示す均一化光学系８０のレンズ６３と視野絞り６４との間）に、光の一部分だけ反射するミラー８１と小型の分光光度計８２を配置して、出力光ＬOUTのスペクトル分布をモニタし、その結果をコントローラ１５にフィードバックすればよい。
【００６１】
さらに、上記した実施形態では、各マイクロミラー（または液晶セル）を外部からの指示に応じて制御可能とする例を説明したが、本発明はこれに限定されない。光源装置にコントローラ１５を設けない場合にも、本発明を適用できる。
また、上記した実施形態では、光源部１１のランプ１６から各マイクロミラー（または液晶セル）までの往路と、各マイクロミラー（または液晶セル）からリレー光学系１２の出力用スリット２６までの復路とで、多数の光学素子(２３,２４,３１〜３４)を共有する例を説明したが、別々の光学素子を用いて往路と復路を構成してもよい。光源部１１からリレー光学系１２への光の導入と、リレー光学系１２から均一光学系６０,８０への光の導入に、光ファイバを使用してもよい。
【００６２】
さらに、光源装置を構成するに当たって、反射型のグレーティング３４を用いたが、透過型のグレーティングを用いてもよい。非球面ミラー３３のような反射型の光学素子に代えて、透過型の光学素子（レンズ）を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態の光源装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】ランプ１６からミラーアレイ部１４までの往路を説明するである。
【図３】ミラーアレイ部１６から出力側スリット２６までの復路を説明する図である。
【図４】レンズ２４における光Ｌ１,Ｌ２の通過位置を説明する図である。
【図５】グレーティング３４からの回折光(Ｌ１)とミラーアレイ部１４への集光光(Ｌ１)を模式的に示す図である。
【図６】形状のスペクトル像(Ｌ１)を説明する図である。
【図７】ミラーアレイ部１４を説明する図である。
【図８】全てのマイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…が基準状態のときの出力光ＬOUTのスペクトル分布を説明する図である。
【図９】マイクロミラー４１ｄを傾斜させたときの反射光Ｌ２と出力光ＬOUTのスペクトル分布を説明する図である。
【図１０】次数カットフィルタ１９について説明する図である。
【図１１】光源装置１０の後段に均一化光学系６０を配置した場合の構成を示す図である。
【図１２】各マイクロミラー４１ａ,４１ｂ,…のヒンジ４２の他の配置例を説明する図である。
【図１３】第２実施形態の光源装置のミラーアレイ部４５の構成を示す図である。
【図１４】出力光ＬOUTのスペクトル分布に現れるリップルを拡大して示す図である。
【図１５】ミラーアレイ部４５の好ましい構成を示す図である。
【図１６】各マイクロミラーの大きさＤと単色像Ｌ１(λJ)の大きさＥを説明する図である。
【図１７】第３実施形態の光源装置７０の全体構成を示す図である。
【図１８】光源装置７０の液晶素子７２の液晶セル７２ａ,７２ｂ,…を説明する図である。
【図１９】光源装置の後段に分光光度計８２を設ける構成例を説明する図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０，７０  光源装置
１１  光源部
１２  リレー光学系
１３  分光器
１４，４５  ミラーアレイ部
１５  コントローラ
１６  ランプ
１７  楕円鏡
１８  凹面鏡
１９  次数カットフィルタ
２１，２６，３１  スリット
２２，２４，２５  レンズ
２３，３２  プリズム
３３  非球面ミラー
３４  グレーティング
４１ａ，４５ａ  マイクロミラー
４２，４６  ヒンジ
６０，８０  均一化光学系
６２  フライアイレンズ
６４  視野絞り
６０Ａ  光照射面
７１  偏光素子
７２  液晶素子
８２  分光光度計
【図１】
2006184234.tif 000003
【図２】
2006184234.tif 000004
【図３】
2006184234.tif 000005
【図４】
2006184234.tif 000006
【図５】
2006184234.tif 000007
【図６】
2006184234.tif 000008
【図７】
2006184234.tif 000009
【図８】
2006184234.tif 000010
【図９】
2006184234.tif 000011
【図１０】
2006184234.tif 000012
【図１１】
2006184234.tif 000013
【図１２】
2006184234.tif 000014
【図１３】
2006184234.tif 000015
【図１４】
2006184234.tif 000016
【図１５】
2006184234.tif 000017
【図１６】
2006184234.tif 000018
【図１７】
2006184234.tif 000019
【図１８】
2006184234.tif 000020
【図１９】
2006184234.tif 000021