(57)【要約】内部空間を制限する反射器（１）には、拡散内面（４）が設けられており、前記反射器（１）は入口開口（２）を有し、これを通じて、放射ビーム（６）を内部空間内に入射させることができる。更に、反射器（１）は、出口開口（３）を有し、放射ビーム（６）の光線は、内面（４）上で少なくとも１回反射した後、出口開口を通じて射出することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉性のビーム（６）の干渉性を低下させる装置であって、前記装置は、内部空間を制限し、かつ、拡散反射内面（４）を有する反射器（１）を備え、前記反射器（１）は、前記ビーム（６）が通過して前記内部空間内に入射可能である入口開口（２）と、前記ビーム（６）の光線が前記内面（４）によって少なくとも１回反射された後に射出する出口開口（３）とを有することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記出口開口（３）が前記入口開口（２）よりも大きい装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記入口開口および出口開口（２、３）を同じ開口（１０）で実現した装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の装置において、拡散反射部分（９）を備えた第２反射器（８）を前記内部空間内に配置し、前記入射ビーム（６）が前記部分（９）に衝突するようにした装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の装置において、前記拡散反射内面（４）に保護被膜を設けた装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の装置において、前記内部空間に気体状媒体を充填した装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の装置において、前記内部空間を固体として備えている装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の装置において、集束素子（５、１１、１２）を備え、前記ビーム（６）がこれによって前記内部空間内に集束され、前記集束素子が前記入口開口（２）の前方に配置されている装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の装置において、前記反射器（１）が中空の球状で設けられている装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の装置において、前記出口開口（３）が前記入口開口（２）よりも大きい装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可干渉性のビームの干渉性を低下させる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる装置は、例えば、顕微鏡において均質に照明される物体領域を生成するために用いられる。何故なら、ビームの干渉性によって、物体領域において望ましくない干渉現象やスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）が発生する虞れがあるからである。これらの効果には、照明される物体領域の均質性を著しく低下させるという欠点がある。
【０００３】
従って、拡散スクリーン―ビーム内に異なる、そして好ましくは統計的に分散した位相シフトを発生させる―のような散乱エレメントを光路内に導入することによって、ビームの空間干渉性を低下させる。できるだけ干渉性を低下させるためには、散乱エレメントはビームの個々の光線をできるだけ沢山の異なる方向に散乱させなければならない。しかしながら、このためにビームの初期の平行性が失われてしまい、実際上散乱した光線を再度平行化することは不可能となる。従って、物体領域に望ましい均質的照明のために用いることができるのは、全散乱放射光の内小部分のみに過ぎないので、大きな損失が生じ、非常に強力な放射光源が前記照明の所与の明るさを得るために必要となる。これには、製作および動作に大きなコストがかかるという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のことに鑑み、本発明の目的は、干渉性を効果的に低下させ、かつ、干渉性の低下したビームを発生させる可干渉性ビームの干渉性低下装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、前述の目的は、可干渉性のビームの干渉性を低下させる装置によって達成される。この装置には、内部空間を制限し、かつ、拡散反射内面を有する反射器が設けられる。この反射器は、入口開口を有し、これを通って、ビームを内部空間内に入射することができる。更に、出口開口を有し、前記ビームの光線は、内面によって少なくとも１回反射された後、この出口開口を通って射出する。
【０００６】
反射器に内部空間を制限する内面を設けることによって、閉鎖空間を形成する相互作用領域が設けられ、入射ビームの光線は、少なくとも１回、好ましくは数回反射され、その後再度出口開口を通って前記内部空間から射出する。これらの出力光線が形成するビームの干渉性は、入射ビームのそれと比較すると、明らかに低下している。
【０００７】
相互作用領域は閉鎖空間であり、ビームは、干渉性が低下して、出口開口を通じてのみ射出できるので、射出ビーム（ｃｏｕｐｌｅｄ−ｏｕｔ  ｂｅａｍ）を構成する光線は、反射器内で最も広がった角度で反射され、これらは全て出口開口を通過するので、合体して射出ビームのみを形成する。従って、本発明による装置の干渉性低下は、非常に効果的であり、同時に入射ビーム（ｃｏｕｐｌｅｄ−ｉｎ  ｂｅａｍ）の大部分が、干渉性を低下した出力ビームとしても用いることができる。このため、明らかにパワーが劣る放射光源を用いても、所定の明るさで物体領域の照明を行うことができる。
【０００８】
更に、本発明による装置は、干渉性が低下したビームの光伝導値（ビームの断面積とビームのアパーチャ角度との積に比例する）をある値よりも低く保持することができるにも拘わらず、出口開口を通って射出する光線は多数回反射する。射出ビームの光伝導値は、例えば、出口開口のサイズによって影響を受ける可能性があり、前記光伝導値自体は、出口開口の大きさが減少する程小さくなる。
【０００９】
入口開口および出口開口は、円形または角形（例えば、四角形または長方形）であることが好ましくは、１ｍｍ未満の直径（または対角線寸法）を有し、開口のサイズが１平方ミリメートル未満となるようにすることが好ましい。
【００１０】
ここで用いる場合、拡散反射面とは、表面上で衝突するビームの個々の光線が異なる方向に反射する面を意味する。かかる反射は、反射の法則に従った反射、屈折、回折、またはその他の効果によって生ずることができる。尚、内部空間に入射する光線は、内面によって反射され、内面を透過しないことは必須である。
【００１１】
拡散反射面は、例えば、可干渉性のビームの波長以上の空間変調を有する構造を備えた、光学的に粗い反射層によって設けることができる。
かかる可干渉性のビームを反射させると、干渉性の低下が生じるので、望ましくない散乱の影響はない。また、屈折エレメントの使用を回避でき、これは、特に、短波長の放射光（２５０ｎｍ未満）には非常に有利である。従って、１５７ｎｍにおける放射光では、屈折エレメントを容易するための材料としては、実際にはフッ化カルシウムのみが利用可能である。しかしながら、フッ化カルシウムは非常に高価で、しかも処理が難しい。更に、干渉性低下を目的とした反射は、屈折エレメントを用いた場合に発生する、望ましくない放射光の吸収損も回避する。
【００１２】
本発明の装置の有利な実施例では、入口開口および出口開口を同じ開口によって実現する。従って、この場合、反射器は、開口を１つだけ有すればよく、出力放射光の（ほぼ）全体を、干渉性低下ビームとして利用することができる。
【００１３】
更に、本発明による装置では、拡散反射部分を備えた第２反射器も内部空間内に配置し、入射ビームが前記部分に衝突するようにしてもよい。これは、出口開口から射出する光線が少なくとも２回拡散反射しており、一層大きな干渉性の低下が得られるという効果があり、有利である。
【００１４】
反射器における平均反射回数は、反射内面の表面積の出口開口の表面積に対する比率によって調整でき、この比率が高い程、より多くの反射が生ずる。実際には、反射する毎にはある損失（例えば、吸収による）も伴うので、反射の平均回数は、所望の干渉性低下、および所望の出力ビームの放射光束に応じて調整される。
【００１５】
本発明による装置における反射器の内部空間には、特に、気体状媒体を充填するとよい。こうする際、気体状媒体は、ビームに対して可能な限り最も高い透過性を有するように、そして、必要であれば、拡散反射内面上で不活性化効果を有するように選択することが好ましい。例えば、アルミニウム被膜によって内面を形成する場合、窒素ガスを用いることによって、特に、約２００ｎｍの範囲の波長を有するビームに対して、望ましくないアルミニウム表面の酸化を停止させることができる。
【００１６】
あるいは、内面上に不活性化層を設けることも可能である。アルミニウムを反射内面として用いる場合、ＳｉＯ２被膜を不活性化層または保護層として用いるとよい。そうする際、前記アルミニウム被膜は、例えば、蒸着またはスパッタリングするとよく、ＳｉＯ２保護層も、アルミニウム被膜上にスパッタリングするとよい。
【００１７】
本発明による構成の更に別の有利な実施例の構成では、反射器の内部空間を固体として設け、その場合、内面は、固体の外面の被膜層によって実現するとよい。一方、前記被膜層は、例えば、アルミニウムで構成するとよい。従って、この場合、被膜層の光学的活性面は、固体に面し、直接これと接触するので、これによって被膜層の不活性化または保護は既に得られるようになっている。このため、もはや別個の不活性化層を設ける必要はない。
【００１８】
例えば、反射器は、球体、平行パイプ、円筒、または立方体形状を有することができる。その空間的広がりは、好ましくは、ビームの干渉性時間長よりも大きく、反射器の内部空間は、例えば、数立方センチメートル以下である。この場合、ビームの干渉性時間長とは、ビームの伝搬方向における干渉性長である。即ち、部分的可干渉性の放射光と呼ばれるものを放出するエキシマ・レーザのようなマルチモード・レーザでは、干渉性時間長を比較的短くして、反射器の拡大に関する要件を容易に実現できるようにする。従って、例えば、アルゴン／フッ素エキシマ・レーザは、約１９３ｎｍの波長、および約１００μｍの干渉性時間長を有するビームを放出する。干渉性時間長は、干渉性時間関数（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｉｍｅ）の最小値（好ましくは、最初の最小値）であると理解される。従って、干渉性時間長によって位相シフトされた２つのビームの重畳による干渉コントラストは最小となる。アルゴン／フッ素エキシマ・レーザでは、前記最小値は、約１００μｍである。
【００１９】
更に、本装置は、可干渉性のビームを放出する放射光源も備えることができる。前記放射光源は、レーザ（たとえば、エキシマ・レーザ）とするとよく、２４０ｎｍ未満の波長、あるいはＵＶ範囲または深ＵＶ範囲にある波長を有する放射光を放出することができる。
【００２０】
出口開口および入口開口の直径は、ミリメートル未満の範囲であることが好ましく、１／４〜１／２ｍｍとするとよい。更に、出力開口を入口開口よりも大きくすると、入口開口を通って射出する放射光によって生ずる損失を最小を抑えることができるので好ましい。
【００２１】
更に、反射器は、入口開口および出口開口のみを備えていてもよく、あるいは完全に閉鎖してもよい。これによって、望ましくない放射光の射出による損失を低減する。
本発明による装置の好適な実施例では、集束素子を設け、ビームを入口開口または内部空間内に集束させる。これによって、入口開口を非常に小さく保持し、放射光が入口開口を通って射出することによって生ずる損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図面を参照しながら、例に沿って本発明を更に詳しく説明する。
図１に示すように、本発明による可干渉性のビームの干渉性を低下させる装置は、入口開口および出口開口２、３を有する中空の球状反射器１を備えており、図１に示す出口開口３は、入口開口２に対して９０゜ずれた位置に配置されている。
【００２３】
反射器１の内面４は、中空内部空間を制限し、拡散反射面として設けられており、例えば、反射器１の内面上に蒸着またはスパッタリングしたアルミニウムで構成することができる。そのようにする際、拡散中またはスパッタリング中の条件は、それによって形成される層が拡散反射効果を有するような構造となるように、または内面が既に対応する構成を備えることができるように選択するとよい。この場合、このように形成される内面４の構造は、内面４がビームの放射に対して光学的に粗くなるように選択する。この場合、これは、構造の空間変調が波長範囲以上であることを意味する。
【００２４】
更に、本発明による装置は、可干渉性の平行ビーム６（図示しない放射光源によって放出される）を反射器１内に集束するレンズ５も備えている。前記集束によって、ビーム全体６を反射器に結合できるという利点があり、入口開口２のサイズをできるだけ小さくすることができる。これによって、入口開口２を通って再度射出する光線によって生ずる損失をできるだけ少なくする。
【００２５】
出口開口３を通って再度射出する各ビームは、反射器１内において少なくとも１回反射する（例えば、図１は、出口開口３から再度射出した光線の光路のみを示す）。全体として、射出する全光線が出力ビーム７を形成し、その干渉性は、入射ビーム６と比較すると大幅に低下している。何故なら、個々の光線が拡散反射のために、伝搬する光路長が異なるからである。このようにして、空間干渉性の低下を達成する。言い換えると、反射器１内における前記反射によって、非可干渉性な混合が行われ、これによって出力ビーム７の干渉性を低下させる。
【００２６】
図２は、出力ビーム７の光線が反射器１内で少なくとも２回反射するように反射器１を形成した第２実施例を示す。
この場合も、反射器１は中空の球状であり、入口開口および出口開口もあるが、互いに対向している。中空球状反射器１の内面４は、第１実施例におけると同様に形成されている。平板状でその外面は拡散的に反射する第２反射器８が、反射器１内に配置されている。図２から明らかなように、第２反射器８は、入口開口２および出口開口３の間に配置され、入口開口２から出口開口３までの接続線と交差し、光線が入口開口から出口開口３に直接通過するのを妨げている。従って、第２反射器８は、遮蔽として作用し、出口開口３を入口開口２に対して隠している。その結果、入射ビーム６は、まず、入口開口２に面する第２反射器８の側面９に衝突し、これによって拡散反射する。光線が出口開口３を通って反射器１から射出できる前に、反射器１の内面４によって少なくとも１回以上反射されなければならないので、ビーム７の射出光線の各々は、少なくとも２回反射していることになる。これによって、干渉性の低下を促進する利点が得られるので、出力ビーム７は図１に示した実施例におけるよりも一層小さくなる。
【００２７】
図３は、本発明による干渉性低下装置の第３実施例を示す。この実施例では、入口開口および出口開口が、前述の実施例と同様に、中空球状反射器１において単一の開口１０によって実現され、中空球状反射器１の内面は拡散反射するように設けられている。
【００２８】
ビーム６を反射器１に入射させるために、最初に拡大素子１１を用いてビーム６を拡大し、次いで結合ミラー１２を介して反射器１内に入射させる。
拡大素子は、第１凹ミラー１３を備えており、第１凹ミラー１３はビーム６のビーム断面に合わせた中央通過開口１４を有し、ビーム６全体が開口１４を通過できるようになっている。更に、拡大素子１１は、第１凹ミラー１３から所定の距離に配置され、後者と面する凸ミラー１５も備えている。ビーム６は、第１凹ミラー１３の通過開口１４を通過し、その背後に配置されている凸ミラー１５に衝突し、これによって第１凹ミラー１３に向かって反射される。第１凹ミラー１３は、凸ミラー１５から来る光線を反射し、拡大し環状断面を有する平行ビーム１６が形成される。この断面の中央領域は、反射器１の外径と同じ直径を有することが好ましい。拡大ビーム１６は、凹結合ミラー１２に衝突し、これによって開口１０に反射されるので、ビーム６は反射器１内に入射する。
【００２９】
結合ミラー１２は、中央出口開口１７を備えており、開口１０から射出したビーム７はこれを通過するので、結合ミラー１２の後に現れるビーム７は、前記低下した干渉性を有する。
【００３０】
図３に示すように、ミラー１２、１３および１５、そして反射器１は、光軸ＯＡに対して対称的に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】可干渉性のビームの干渉性を低下させる装置の第１実施例を概略的に示す図。
【図２】可干渉性のビームの干渉性を低下させる装置の第２実施例を概略的に示す図。
【図３】可干渉性のビームの干渉性を低下させる装置の第３実施例を概略的に示す図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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