(57)【要約】【課題】  スペックルノイズの低減された照明装置及び照明方法並びに光学装置を提供すること。【解決手段】  本発明にかかる照明装置は、レーザ光源１１と、レーザ光源１１からのレーザ光を反射する第１のプリズム１５と、第１のプリズム１５で反射されたレーザ光を第１のプリズム１５の方向に反射し、第１のプリズム１５との間で反射を繰り返すよう第１のプリズム１５と対向する位置に配置された第２のプリズム１６であって、第１のプリズム１５の方向に反射したレーザ光の一部が第１のプリズムの外側を通過するよう設けられた第２のプリズム１６と、第１のプリズム１５の外側を通過したレーザ光が入射するバンドルファイバ２０とを備えるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光を反射する第１の反射部材と、
前記第１の反射部材で反射されたレーザ光を前記第１の反射部材の方向に反射し、前記第１の反射部材との間で反射を繰り返すよう前記第１の反射部材と対向する位置に配置された第２の反射部材であって、前記第１の反射部材の方向に反射したレーザ光の一部が前記第１の反射部材の外側を通過するよう設けられた第２の反射部材と、
前記第１の反射部材の外側を通過したレーザ光が入射するバンドルファイバとを備えた照明装置。
【請求項２】
前記第１の反射部材の前記第２の反射部材と対向する面に、前記レーザ光を傾斜させて入射させることにより、前記レーザ光の一部が前記第１の反射部材の外側を通過する請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記第１の反射部材と前記第２の反射部材とが前記レーザ光のコヒーレント長の半分以上離れて配置されていることを特徴する請求項１又は２記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２の反射部材で反射された前記レーザ光が前記第２の反射部材で反射された回数に応じて前記第１の反射部材の入射面において異なる位置に入射されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記バンドルファイバの光ファイバが入射面と出射面において異なる位置となるようランダムに配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記バンドルファイバの入射面において、前記バンドルファイバの光ファイバがレーザ光に入射する領域に対応して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記レーザ光源がパルスレーザ光源であることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載の照明装置からの光で試料を照明する光学装置。
【請求項９】
レーザ光源からのレーザ光を第１の反射部材に入射させるステップと、
前記第１の反射部材で反射されたレーザ光を前記第１の反射部材の方向に反射し、前記第１の反射部材との間で反射を繰り返すよう前記第１の反射部材と対向する位置に配置された第２の反射部材であって、前記第１の反射部材の方向に反射したレーザ光の一部が前記第１の反射部材の外側を通過するよう設けられた第２の反射部材に入射させるステップと、
前記第２の反射部材の外側を通過したレーザ光をバンドルファイバに入射させるステップと、
前記バンドルファイバから出射した光を試料に照射するステップとを有する照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明装置及び照明方法並びにそれを用いた光学装置に関し、特に詳しくはレーザ光源を用いた照明装置及び照明方法並びにそれを用いた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では種々の対象を光学的に観察・測定等するための様々な光学装置が使用されている。これらの光学装置に用いられる照明装置としては、主にランプ光源を用いた照明装置とレーザ光源を用いた照明装置がある（例えば、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１参照）。
【０００３】
ランプ光源を用いた照明装置では、様々な角度に光が出射されるため、面内を均一に照明することができるという利点がある。しかしながら、ランプ光源を用いて微小な領域を照明したい場合、光の利用効率が低くなってしまう。
【０００４】
一方、レーザ光源を用いた照明装置では、一般に点光源であるため、微小な領域の照明に適している。しかしながら、広い領域を均一に照明することが困難である。広い領域を照明するため、レーザ光をレンズ等で平行な光束とした場合、光の入射角が制限されてしまうという問題点があった。
【０００５】
また、レーザ光はスペクトル幅が狭いため可干渉距離が長くなる。従って、レーザ光源を照明用の光源として用いた場合、レーザ光の時間的な可干渉性のためにスペックル（明暗のまだら模様）が発生し、画像上のノイズとなってしまうという問題点があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７４０８１号公報
【特許文献２】米国特許第６６９３９３０号明細書
【非特許文献１】発明協会公開技報公技番号２００３−５０７４２６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来のレーザ照明装置ではスペックルが発生し、画像上のノイズとなるという問題点があった。
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、スペックルノイズが低減された照明装置及び照明方法並びにそれを用いた光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様にかかる照明装置は、レーザ光源（例えば、本発明の実施の形態にかかるレーザ光源１１）と、前記レーザ光源からのレーザ光を反射する第１の反射部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる第１のプリズム１５）と、前記第１の反射部材で反射されたレーザ光を前記第１の反射部材の方向に反射し、前記第１の反射部材との間で反射を繰り返すよう前記第１の反射部材と対向する位置に配置された第２の反射部材（例えば、本発明の実施の形態にかかる第２のプリズム１６）であって、前記第１の反射部材の方向に反射したレーザ光の一部が前記第１の反射部材の外側を通過するよう設けられた第２の反射部材と、前記第１の反射部材の外側を通過したレーザ光が入射するバンドルファイバ（例えば、本発明の実施の形態にかかるバンドルファイバ２０）とを備えたものである。これにより、スペックルノイズを低減することができる。
【０００９】
本発明の第二の態様にかかる照明装置は、上述の照明装置において、前記第１の反射部材の前記第２の反射部材と対向する面に、前記レーザ光を傾斜させて入射させることにより、前記レーザ光の一部が前記第１の反射部材の外側を通過するものである。これにより、簡易な構成でスペックルノイズを低減することができる。
【００１０】
本発明の第三の態様にかかる照明装置は、上述の照明装置において、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材とが前記レーザ光のコヒーレント長の半分以上離れて配置されていることを特徴するものである。これにより、時間的な干渉性を低減することができ、スペックルノイズをさらに低減することができる。
【００１１】
本発明の第四の態様にかかる照明装置は、上述の照明装置において、前記第２の反射部材で反射された前記レーザ光が前記第２の反射部材で反射された回数に応じて前記第１の反射部材の入射面において異なる位置に入射されることを特徴とするものである。これにより、空間的に均一な光で照明することができる。
【００１２】
本発明の第五の態様にかかる照明装置は、上述の照明装置において、前記バンドルファイバの光ファイバが入射面と出射面において異なる位置となるようランダムに配置されていることを特徴とするものである。これにより、空間的な干渉性を低減することができ、スペックルノイズを低減することができる。
【００１３】
本発明の第六の態様にかかる照明装置は、上述の照明装置において、前記バンドルファイバの入射面において、前記バンドルファイバの光ファイバがレーザ光に入射する領域に対応して配置されていることを特徴とするとするものである。これにより、照明光の輝度を向上することができる。
【００１４】
本発明の第七の態様にかかる照明装置は、上述の照明装置において、前記レーザ光源がパルスレーザ光源であることを特徴とするとするものである。これにより、パルスレーザのパルス長を長くすることができ、さらにレーザ照射によって試料が受けるダメージを低減することができる。
【００１５】
本発明の第八の態様にかかる光学装置は、上述の照明装置からの光で試料を照明するものである。これにより、スペックルノイズを低減することができる。
【００１６】
本発明の第９の態様にかかる照明方法は、レーザ光源からのレーザ光を第１の反射部材に入射させるステップと、前記第１の反射部材で反射されたレーザ光を前記第１の反射部材の方向に反射し、前記第１の反射部材との間で反射を繰り返すよう前記第１の反射部材と対向する位置に配置された第２の反射部材であって、前記第１の反射部材の方向に反射したレーザ光の一部が前記第１の反射部材の外側を通過するよう設けられた第２の反射部材に入射させるステップと、前記第２の反射部材の外側を通過したレーザ光をバンドルファイバに入射させるステップと、前記バンドルファイバから出射した光を試料に照射するステップとを有するものである。これにより、スペックルノイズを低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スペックルノイズが低減された照明装置及び照明方法並びにそれを用いた光学装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能であろう。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略される。
【００１９】
本発明にかかる照明装置の構成について図１を用いて説明する。図１は本発明にかかる照明装置の光学系の構成を示す上面図である。１はレーザ光源１、１２はビームエキスパンダ、１３はミラー、１４はミラー、１５は第１のプリズム、１６は第２のプリズム、２０はバンドルファイバ。２１はバンドルファイバ２０の入射部、２２はバンドルファイブ２０の出射部である。
【００２０】
レーザ光源１１から出射したレーザ光はビームエキスパンダ１２によって拡大される。ビームエキスパンダ１２は後述するバンドルファイバ２０に対応した大きさにレーザ光を拡大する。ビームエキスパンダ１２によって拡大されたレーザ光はミラー１３及びミラー１４により第２のプリズム１６の方向に反射される。第２のプリズム１６の方向に反射されたレーザ光は第１のプリズム１５と第２のプリズム１６との間で反射を繰り返す。この第１のプリズム１５と第２のプリズム１６との間で反射を繰り返す間、レーザ光が徐々にバンドルファイバ２０に入射していく。なお、第１のプリズム１５と第２のプリズム１６で反射を繰り返すレーザ光について以下に説明する。
【００２１】
第２のプリズム１６は第１のプリズム１５と対向配置されている。第１のプリズム１５及び第２のプリズム１６の互いに対向する面を図１に示すようにそれぞれ対向面１５ａ及び対向面１６ａとする。すなわち、第１のプリズム１５において第２のプリズム１６側の面を対向面１５ａとし、第２のプリズム１６において第１のプリズム１５側の面を対向面１６ａとする。第１のプリズム１５及び第２のプリズム１６は三角柱状の直角プリズムである。対向面１５ａ及び対向面１６ａはそれぞれ、プリズムの直角の頂点に対向する面である。さらに、図１に示すように第１のプリズム１５において対向面１５ａの隣りの面を斜面１５ｂ、斜面１５ｃとし、第２のプリズム１６において対向面１６ａの隣りの面を斜面１６ｂ、斜面１６ｃとする。斜面１５ｂと斜面１５ｃとがなす角及び斜面１６ｂと斜面１ｃとがなす角は直角となる。
【００２２】
第１のプリズム１５と第２のプリズム１６とは略同じ形状をしている。ただし、第２のプリズム１６のおいて、対向面１６ａと斜面１６ｂとの間の角部に切欠が設けられている。すなわち、対向面１６ａと斜面１６ｂとの間の角部が削り取られており、この部分を除いて第１のプリズム１５と第２のプリズムとは同じ形状をしている。この切欠が設けられた面と対向面１６ａとの間の角は欠けることなく、直角に設けられている。すなわち、切欠面は対向面１６ａと正確に９０度をなすダハ面となり、第２のプリズム１６はダハプリズムとなる。ミラー１４で反射されたレーザ光はまず、この切欠の部分を通過する。すなわち、レーザ光は第２のプリズム１６の外側を掠めるように通過して第１のプリズム１５の対向面１５ａに入射する。
【００２３】
第１のプリズム１５の対向面１５ａと第２のプリズム１６の対向面１６ａは平行に配置されている。第２のプリズム１６の切欠部分から第１のプリズム１５の対向面１５ａに入射した光は第１のプリズム１５の内部に入射する。そして、レーザ光は斜面１５ａで斜面１５ｂの方向に全反射される。斜面１５ｂの方向に全反射されたレーザ光は斜面１５ｂで対向面１５ａの方向に全反射される。対向面１５ａの方向に全反射されたレーザ光は対向面１５ａから第１のプリズム１５の外側に出射され、第２のプリズム１６の方向に進行する。すなわち、第1のプリズム１５の内部に入射した光はプリズム内部で２回全反射して、プリズムの外に出射する。このようにして第２のプリズム１６の方向から第１のプリズム１５に入射した光が第２のプリズム１６の方向に反射される。
【００２４】
第１のプリズム１５の対向面１５ａから出射されたレーザ光は第２のプリズム１６の対向面１６ａに入射する。そして、第１のプリズム１５と同様に斜面１６ｃ及び斜面１６ｂでそれぞれ全反射される。これにより、第１のプリズム１５の方向から入射したレーザ光が第１のプリズム１５の方向に反射される。この第１のプリズム１５での反射と第２のプリズム１６での反射を繰り返して、レーザ光がプリズム間を往復する。すなわち、レーザ光は第１のプリズム１５と反射と第２のプリズム１６との間で反射を繰り返す。このとき、対向面１５ａ及び対向面１６ａにおいて、レーザ光が入射する位置は徐々にずれていく。
【００２５】
本発明では、第１のプリズム１５及び第２のプリズムで反射を繰り返すレーザ光を徐々に取り出していくため、レーザ光の進行方向に対して第１のプリズム１５の対向面１５ａを傾けて配置している。すなわち、レーザ光の一部が第１のプリズム１５の外側を通過するよう、レーザ光を図２の矢印に示すように対向面１５ａに対してあおり角θだけ傾けて入射させている。そして、第２のプリズム１６を第１のプリズム１５に対して上方にずらして配置している。なお、図２は第１のプリズム１５及び第２のプリズム１６の構成を模式的に示す側面図である。ここで、第１のプリズム１５の対向面１５ａと第２のプリズム１６の対向面１６ａとは平行に配置されている。図２に示すようにレーザ光はあおり角θだけ斜めに傾いて対向面１５ａに入射する。従って、第１のプリズム１５と第２のプリズム１６との間で反射を繰り返すレーザ光はあおり角θだけ上方に傾いて進行する。
【００２６】
このように配置した状態で、プリズム間での反射を繰り返す毎に、対向面１５ａが配置された平面におけるレーザ光の位置が上側に移動する。すなわち、プリズム間で往復した回数に応じて、レーザ光の入射位置が徐々に上方向にずれていく。そして上方に傾いて進行するレーザ光の一部が第１のプリズム１５の外側を通過する。プリズム間での反射を繰り返すことにより、最終的には、レーザ光は完全に第１のプリズムの外側を通過するようになる。第１のプリズム１５の外側を通過した光のみがバンドルファイバ２０に入射する。
【００２７】
第１のプリズム１５と第２のプリズム１６との間で反射を繰り返すレーザ光について図３を用いて説明する。図３（ａ）は図１におけるＡ−Ａ'断面図であり、第２のプリズム１６の対向面１６ａにおけるレーザ光のスポットを模式的に投影して図示している。図３（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ'断面図であり、第１のプリズム１５の対向面１５ｃにおけるレーザ光のスポットを模式的に投影して図示している。図３（ｃ）は図１におけるＣ−Ｃ'断面図であり、バンドルファイバ２０の入射面におけるレーザ光のスポットを模式的に投影して図示している。
【００２８】
レーザ光源１１からのレーザ光はまず、スポット３０ａのように第２のプリズム１６の外側を通過する。すなわち、第２のプリズムの切欠部分にレーザ光が入射される。第２のプリズム１６の外側を通過したレーザ光は、第１のプリズム１５の方向に進行する。このとき、対向面１５ａが設けられた平面におけるレーザスポットは第１のプリズム１５の対向面１５ａに入射する入射領域３１ａと、第１のプリズム１５の上側を通過する通過領域３２ａとに分けられる。入射領域３１ａと透過領域３２ａとの境界線は第１のプリズムの上端となる。すなわち、対向面１５ａの上側の辺により、入射領域３１ａと透過領域３２ａとが区切られる。これにより、レーザ光のうち対向面１５ａに入射する入射領域３１ａと第１のプリズム１５の上側と通過する通過領域３２ａとが形成される。
【００２９】
通過領域３２ａにおけるレーザ光、すなわち第１のプリズム１５の上側を通過したレーザ光はバンドルファイバ２０の入射面に入射する。通過領域３２におけるレーザ光は図３（ｃ）に示すようバンドルファイバ２０の入射面において、入射領域３３ａに入射する。
【００３０】
一方、入射領域３１ａのレーザ光、すなわち第１のプリズム１５に入射したレーザ光は上述のように第２のプリズム１６の方向に反射される。ここで、第２のプリズムに入射するレーザ光はスポット３０ｂのように、上部が削られた形状をしている。すなわち、透過領域３２ａに対応する領域の光が分離された状態で対向面１６ａに入射する。そして、スポット３０ｂのレーザ光が同様に第２のプリズム１６によって第１のプリズム１５の方向に反射される。
【００３１】
スポット３０ｂのレーザ光は対向面１５ａのある平面において、そのスポットが図４（ｂ）に示すように第１のプリズム１５の対向面１５ａに入射する入射領域３１ｂと第１のプリズム１５の上側を通過する通過領域３２ｂとに分けられる。この入射領域３１ｂと通過領域３２ｂとを合わせた領域は、スポット３０ｂに対応している。通過領域３２ｂを通過したレーザ光すなわち第１のプリズム１５の外側を通過したレーザ光はバンドルファイバ２０に入射する。このとき、通過領域３２ａと通過領域３２ｂの高さはプリズム間の距離及びあおり角θにより決定されているため、同じ高さとなる。
【００３２】
入射領域３１ｂに入射したレーザ光すなわち第１のプリズム１５の対向面１５ａに入射したレーザ光は同様に第２のプリズム１６の方向に反射される。このとき、入射領域３２ｂの高さは入射領域３１ａと比べて通過領域３２ａの分だけ低くなっている。すなわち、外側を透過した透過領域３２ａの分だけ、レーザ光のスポットが小さくなっている。そして、第１のプリズム１５から第２のプリズム１６の方向に反射されたレーザ光はスポット３０ｃのようになる。
【００３３】
スポット３０ｃのレーザ光は同様に第２のプリズム１６で反射されて、第１のプリズム１５に入射する。このとき、レーザ光は入射領域３１ｃと透過領域３２ｃとに分離される。そして、透過領域３２ｃの光はバンドルファイバの入射領域３３ｃに入射する。入射領域３１ｃの光は同様に反射を繰り返していく。
【００３４】
第２のプリズム１６での反射が繰り返されることのより、レーザ光は徐々に第１のプリズム１５の外側を通過してバンドルファイバ２０に入射する。図３に示す構成では例えば、第２のプリズム１６で７回反射されることにより、レーザ光の全てが第１のプリズム１５の上側を通過する。レーザ光源１１からのレーザ光は第２のプリズム１６の切欠部を透過したレーザ光と合わせて、計８回第１のプリズム１５に入射する。この場合、レーザ光は８つの領域に分けられてバンドルファイバ２０に順番に入射する。レーザ光がプリズム間を往復することによって、レーザ光が徐々に第１のプリズム１５の外側を通過して、バンドルファイバ２０に入射する。
【００３５】
透過領域３２の高さはあおり角及びプリズム間の距離に基づいて決定されるため、プリズム間の往復回数によらず一定となる。すなわち、第２のプリズム１６での反射によって、対向面１６ａにおけるレーザ光が同じ高さだけ上側にずれ、それぞれの透過領域３２の高さが一定となる。このように、レーザスポットの同じ高さで順番にスライスされた領域がプリズム間の往復を繰り返す毎に、第１のプリズム１５の外側を通過して、バンドルファイバ２０に入射する。
【００３６】
第１のプリズム１５と第２のプリズム１６とはコヒーレント長の半分の長さを隔てて対向配置されている。例えば、コヒーレント長が３ｍとである場合、第１のプリズム１５の直角の頂点と第２のプリズム１６の直角の頂点との間の距離は１．５ｍとなる。第１のプリズム１５から第２のプリズム１６まで伝播したレーザ光はコヒーレント長の半分の長さを通過する。このレーザ光が、第２のプリズム１６から第１のプリズム１５まで伝播されると、さらにコヒーレント長の半分の長さを進行する。すなわち、レーザ光が第１のプリズム１５と第２のプリズム１６との間を１往復する間にコヒーレント長と同じ距離を通過する。
【００３７】
第１のプリズム１５と第２のプリズムとの間を往復する回数によって、光路長にコヒーレント長の長さだけ差が生じする。すなわち、第１のプリズム１５と第２のプリズムとの間を往復する回数が１回異なると、光路長がコヒーレント長だけ異なる。これにより、照明光の時間的な干渉性が低減され、コヒーレント光であるレーザ光がインコヒーレントな光に変換される。
【００３８】
レーザ光のスポットが対向面１５ａの上辺を横切って通過するよう第１のプリズム１５及び第２のプリズム１６を配置している。第１のプリズム１５の高さ、プリズム間の距離及びあおり角θを調整することにより、１回のプリズム間の往復でレーザ光の一部のみがバンドルファイバ２０に入射する。この時、図３に示すように、プリズム間を往復することによって、レーザ光が対向面１５ａの異なる位置に入射することが好ましい。すなわち、レーザ光の入射領域３１はプリズム間の往復回数によって、横方向にずれることが好ましい。そして、各入射領域３１が対向面１５ａにおいて重ならないように配置されることが好ましいが一部が重複していてもよい。さらに、入射領域３１が次の入射領域３１と隣接することが好ましい。すなわち、対向面１５ａにおける入射領域３１がプリズム間の１回の往復によってレーザスポット分だけ横方向にずれていくことが好ましい。このように横方向にずれて第１のプリズム１５の外側を通過したレーザ光はバンドルファイバ２０の入射面で異なる位置に入射する。
【００３９】
第１のプリズム１５の外側を通過した光は図１に示すようバンドルファイバ２０の入射部２１に入射する。バンドルファイバ２０の入射部２１に入射した光はバンドルファイバ２０の出射部２２から出射して、対象物体を照明する。バンドルファイバ２０は複数のファイバを束ねることにより形成される。それぞれの光ファイバは入射部２１の入射端から出射部２２の出射端に対応する長さで形成されている。
【００４０】
ここで、第１のプリズム１５の外側を通過したレーザ光は図３（ｃ）に示すようにバンドルファイバ２０に入射する。例えば、通過領域３２ａに対応するレーザ光はスポット３３ａとなりバンドルファイバ２０の入射面に入射する。また、通過領域３２ｂに対応するレーザ光はスポット３３ｂとなりバンドルファイバ２０の入射面に入射する。透過領域３２がプリズム間の往復回数に応じて横方向にずれていくため、バンドルファイバ２０の入射面におけるレーザのスポットも横方向にずれていく。バンドルファイバ２０は光が入射する領域に対応する開口部２３が設けられている。開口部２３の形状は第１のプリズムの外側を通過する光の領域に合わせた形状とする。すなわち、開口部２３は横方向に長い矩形状に設けられている。この開口部の幅は第１のプリズム１５の幅に対応している。一方、開口部の高さは透過領域３２の高さに対応している。開口部２３は例えば、横３０ｍｍ縦０．９ｍｍの矩形状に設けられている。
【００４１】
この開口部２３に対応する領域には複数の光ファイバが敷き詰められている。従って、バンドルファイバ２１の入射部２１において、複数の光ファイバの集合は断面が横方向に長い矩形形状となるよう束ねられている。すなわち、入射部２１では、ライン状のバンドルファイバとなるよう多数の光ファイバが横方向に広がって束ねられている。出射部２２において、複数の光ファイバの集合は断面が円形形状になるように束ねられている。すなわち、出射部２２では多数の光ファイバは断面が円状となるように配置されている。図１に示すように出射部２２におけるバンドルファイバ２０の直径を５ｍｍとする。バンドルファイバ２０は例えば、直径３０μｍのステップインデックスの光ファイバ素線を数万本束ねることにより形成される。
【００４２】
バンドルファイバ２０の入射面はレーザ光の進行方向を垂直に横切るように配置されている。そして、バンドルファイバ２０のそれぞれの光ファイバは入射端においてレーザ光の進行方向に沿って配置されている。
【００４３】
バンドルファイバ２０の入射面に入射した光は複数の光ファイバに別れて入射する。例えばスポット３３ａの光が複数の光ファイバに入射する。各光ファイバはレーザ光の進行方向に沿って設けられている。従って、入射面に入射した光は光ファイバで全反射を繰り返しながら出射端まで伝播する。バンドルファイバ２０の各光ファイバを伝播した光は出射部２２の出射端から出射される。バンドルファイバ２０を用いることによりアライメントを容易に行うことができ、レーザのメンテナンス、交換が容易になる。
【００４４】
入射部２１から出射部２２まで延びた光ファイバは入射面と出射面とで位置に相関がなくなるようランダムに配置されている。すなわち、各光ファイバがランダムに配置され、入射端で隣接する光ファイバが出射端で離れた位置に配置される。これにより、隣接する光ファイバに入射した光が離れた位置となって出射端から出射する。例えば、スポット３３ａの光が出射端でばらばらになるよう光ファイバを混ぜ合わせて配置している。このため、各光ファイバが入射端と出射端とで位置に相関が無くなり、出射端から出射され試料に照射される照明光を空間的に均一にすることができる。さらに、空間的な干渉性を低減することができる。出射端は照明する領域に応じた形状をしており、ここでは、直径５ｍｍの円形状となっている。
【００４５】
このように横方向に広がって配置されている複数の光ファイバが出射部２２において断面が円形状になるように束ねられている。これにより、光の断面が横方向に広い略矩形状から円形状に変換される。また、出射端におけるバンドルファイバの断面を照明する領域に応じた形状とすることができる。光ファイバから出射する光は各光ファイバのＮＡ（開口数）で決定される出射角以下で出射される。なお、石英ファイバの場合、例えば、ＮＡ＝０．２程度である。バンドルファイバ２０の出射端から出射する光の角度が一定角度以下となり、照明に好適なものとなる。
【００４６】
開口部２３の形状を第１のプリズムの外側を通過する光の領域に合わせた形状としている。すなわち、開口部２３の幅を第１のプリズムの幅に合わせ、高さを透過領域３２の高さと合わせている。なお、開口部２３の高さは、第１のプリズムでの回折により、レーザ光の高さが広がってしまうのを考慮する必要がある。これにより、開口部２３の面積を小さくすることができ、バンドルファイバに含まれる光ファイバの本数を少なくすることができる。よって、照明光の輝度を向上することができる。すなわち、入射端において、光が入射しない領域に光ファイバがあると、出射部２３の出射端において、光が出射しない光ファイバが存在してしまう。この場合、出射端から出射される照明光の輝度が低下してしまう。本発明では入射端において光ファイバを配置する形状を光が入射する領域と合わせることにより、光ファイバの本数を少なくすることができ、照明光の輝度を向上することができる。さらに、入射領域３３の間の光が入射しない領域に対応する光ファイバを間引くことによって輝度を向上することができる。もちろん、第１のプリズム１５の外側を通過する光の一部のみを利用するようにしてもよい。この場合、照明光の輝度を向上させることができる。
【００４７】
バンドルファイバ２０は入射した光を照明対象となる物体まで導く。このバンドルファイバ２０の出射部２２から出射したレーザ光は、例えば、図４に示すように試料を照明する。このとき、バンドルファイバの出射部２２の断面形状に応じたスポットを有する光に変換されている。ここでは、バンドルファイバ２０の出射部２２は断面形状が直径５ｍｍの円形状に束ねられている。従って、バンドルファイバ２０の出射端面から出射される光は直径５ｍｍの円形状となる。さらに、バンドルファイバ２０に入射したレーザ光はそれぞれのファイバからある拡がりを持って出射部２２の端面から出射する。バンドルファイバ２０の出射端を瞳に配置する。
【００４８】
このバンドルファイバ２０から出射された光は対物レンズ２５によって屈折される。バンドルファイバ２０と対物レンズ２５はケーラー照明光学系を構成している。すなわち、バンドルファイバ２０の各光ファイバから拡がりを持って出射した光が対物レンズ２５により、それぞれ平行な光束となる。また、バンドルファイバ２０から同じ出射角で出射された光は試料表面において同じ位置に入射する。このように対物レンズ２５で屈折された光が、照明対象となる試料２６を照明する。これにより、それぞれの光ファイバから出射された光が異なる角度で試料２６に入射する。また、バンドルファイバ２０の各光ファイバはランダムに配置されているため、照明光は空間的に均一になっている。従って、様々な角度からある一定の領域を均一に照明することができる。さらに、バンドルファイバ２０を用いることによって、アライメントが容易になる。
【００４９】
このようにプリズム間の間隔をコヒーレント長の半分の長さより長くすることによって、１往復余計にプリズム間の光路長を辿ってきた光は、先に入射した光に対して、時間的な可干渉性を失っているため、干渉しない。例えば、１本のレーザ光の光束を１０回に分けてバンドルファイバに入射させると、バンドルファイバ２０の出口から出射される光線はレーザ光の射出端からみた光路長が不ぞろいとなり、可干渉性が１／１０以下に低下する。また、バンドルファイバの各光ファイバをランダムに配置することによって、空間的な可干渉性が低減されている。よって、簡単にスペックルを低減することができる。本方式では、あたかもランプ照明のようにレーザ光を光源として使用することができるので、非常に明るい照明が可能になる。従って、ある一定広さを持つ領域の照明に好適である。
【００５０】
なお、本実施の形態では図１に示すようレーザ光を往復させるための反射部材としてプリズムを用いていたが、これに限るものではない。例えば、プリズムのほかに平面鏡等のミラーを反射部材として用いることにより、同様の効果を得ることができる。さらには、反射部材としてコーナキューブを用いてもよい。さらに図１では第２のプリズムをダハプリズムとしたが、第１のプリズム１５と同じ形状のプリズムを用いてもよい。この場合、例えば、第１のプリズム１５と第２のプリズムとを最初のレーザ光が通過するよう横方向にずらして配置する。ミラーを用いる場合も同様にミラーの位置をずらして対向配置することによって同様の効果を得ることができる。また、レーザ光が反射部材間の往復する回数は上述の値に限られるものではない。
【００５１】
また、図１では第１のプリズム１５の外側を通過したレーザ光を用いて照明したが、第２のプリズム１６の外側を通過したレーザ光を用いて照明を行ってもよい。この場合、バンドルファイバ２０が第２のプリズム１６の後に配置される。このような照明装置は１９３ｎｍや２６６ｎｍのＤｅｅｐＵＶ（遠紫外線）の照明装置として好適である。この波長域では輝度の高いランプ光源が少なく、レーザ光源を用いる場合、高調波を利用するため干渉性が強くなってしまうからである。
【００５２】
このように本発明では簡易な光学系でスペックルノイズを低減することができる。さらに、レーザ光源１１をパルスレーザ光源とすることにより、対向配置されたプリズムがパルスストレッチャーとして機能し、パルス幅を広くすることができる。さらに、パルスのピーク出力が高いパルスレーザ光源を用いた場合であっても、レーザ照射によって試料が受けるダメージを低減することができる。上述の照明装置は検査装置、顕微鏡などの微小スポットを照明する光学装置に好適である。この場合、例えば、光検出器と試料２６に照射された光を光検出器まで伝達させる光学系をさらに設けることになる。
【００５３】
なお、第１のプリズム１５の外側を通過させてレーザ光をバンドルファイバ２０に入射させたが、これに限るものではない。例えば、一部に貫通穴の開いたミラーなどを用いることによっても同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明における第１のプリズムの外側とはレーザ光が第２のプリズムの方向に反射されない領域のことをいう。また、プリズム間を繰り返し往復させた光を取り出すことによって、スペックルノイズを十分低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明にかかる照明装置の構成を示す上面図である。
【図２】本発明にかかる照明装置のプリズムの配置を示す側面図である。
【図３】本発明にかかる照明装置のレーザスポットを模式的に示す図である。
【図４】本発明にかかる照明装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  レーザ光源、１２  ビームエキスパンダ、１３  ミラー  、１４  ミラー
１５  第１のプリズム、１５ａ  対向面、１５ｂ  斜面、１５ｃ  斜面
１６  第２のプリズム、１６ａ  対向面、１６ｂ  斜面、１６ｃ  斜面
２０  バンドルファイバ、２１  入射部、２２  出射部
２５  対物レンズ、２６  試料
３０  レーザスポット、３１  入射領域、３２  通過領域
【図１】
2005345232.tif 000003
【図２】
2005345232.tif 000004
【図３】
2005345232.tif 000005
【図４】
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