(57)【要約】【課題】照射面における偏光軸角度が均一となる偏光光照射方法等を提供することである。【解決手段】本発明に係る偏光光照射方法は、光源からの光の光強度分布を均一にする第１の均一化ステップと、第１の均一化ステップによって光強度分布が均一にされた光を平行光にする第１の平行化ステップと、第１の平行化ステップによって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化ステップと、第２の均一化ステップによって複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする第２の平行化ステップと、第２の平行化ステップによって平行光にされた光を、偏光素子によって偏光成分に応じて分岐させて、照射対象物に偏光光を照射する照射ステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光素子を用いて偏光光を照射する偏光光照射方法であって、
光源からの光の光強度分布を均一にする第１の均一化ステップと、
前記第１の均一化ステップによって光強度分布が均一にされた光を平行光にする第１の平行化ステップと、
前記第１の平行化ステップによって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、前記偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、前記各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化ステップと、
前記第２の均一化ステップによって前記複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする第２の平行化ステップと、
前記第２の平行化ステップによって平行光にされた光を、前記偏光素子によって偏光成分に応じて分岐させて、照射対象物に偏光光を照射する照射ステップとを含む偏光光照射方法。
【請求項２】
前記第２の均一化ステップを少なくとも１つのフライアイレンズを用いて実行することを特徴とする請求項１記載の偏光光照射方法。
【請求項３】
前記第１の均一化ステップを少なくとも１つのフライアイレンズを用いて実行することを特徴とする請求項１又は２記載の偏光光照射方法。
【請求項４】
前記偏光素子は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の偏光光照射方法。
【請求項５】
前記照射対象物は、被露光材であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の偏光光照射方法。
【請求項６】
偏光素子を用いて被露光材に偏光光を照射することによって、露光済み材を製造する露光済み材製造方法であって、
光源からの光の光強度分布を均一にする第１の均一化ステップと、
前記第１の均一化ステップによって光強度分布が均一にされた光を平行光にする第１の平行化ステップと、
前記第１の平行化ステップによって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、前記偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、前記各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化ステップと、
前記第２の均一化ステップによって前記複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする第２の平行化ステップと、
前記第２の平行化ステップによって平行光にされた光を、前記偏光素子によって偏光成分に応じて分岐させて、照射対象物に偏光光を照射する照射ステップとを含む露光済み材製造方法。
【請求項７】
被露光材に光を照射する光源と、
前記光源から前記被露光材へ照射される光を偏光成分に応じて分岐させる偏光素子と、
前記光源と前記偏光素子との間に設けられて、前記光源から入射した光の光強度分布を均一にする第１の均一化部と、
前記第１の均一化部と前記偏光素子との間に設けられて、前記第１の均一化部によって光強度分布が均一にされた光を平行光にする第１の平行化部と、
前記第１の平行化部と前記偏光素子との間に設けられて、前記第１の平行化部によって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、前記偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、前記各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化部と、
前記第２の均一化部と前記偏光素子との間に設けられて、前記第２の均一化部によって前記複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする第２の平行化部とを備える露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光光照射方法、露光済み材製造方法及び露光装置に関するものであって、特に、偏光素子を介して光を照射する偏光光照射方法、露光済み材製造方法及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶表示素子の配向膜等を形成するために、基板に偏光光を照射する照明装置及び露光装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載された装置は、放電ランプと、楕円集光鏡と、複数の平面鏡と、インテグレータレンズと、シャッタと、コリメータレンズと、偏光素子とを備えている。放電ランプが放射する紫外光を含む光は、楕円集光鏡で集光され、第１の平面鏡で反射し、シャッタを介してインテグレータレンズに入射する。インテグレータレンズから出た光は、さらに第２の平面鏡で反射し、コリメータレンズで平行光にされ、偏光素子に入射する。偏光素子は、複数枚のガラス板を間隔をあけて平行配置し、これらのガラス板を入射光に対してブリュースタ角傾けて配置したものである。特許文献１に記載された装置においては、Ｐ偏光に対するＳ偏光の比Ｓ／Ｐが０．１以下となると共にブリュースタ角に対して±５°傾いた入射光に対する平行偏光光Ｐの減衰率が１／２以下となることを目指して、８枚以上９８枚以下のガラス板を平行配置することによって偏光素子を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−９０６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された装置では、偏光素子に対する各入射点に集束する複数の入射光について、これらの入射光ごとの光強度が均一化されていない。特許文献１の装置では、放電ランプからの光が、インテグレータレンズとコリメータレンズを介して偏光素子へ入射するように構成されている。楕円集光鏡によって集光されて、放電ランプからインテグレータに入射される光は、その光強度分布が一様ではなく、光軸を中心とした中心部において、周縁部よりも強い光強度を有している。楕円集光鏡の設計等を変更することにより、放電ランプからインテグレータに入射される光の光強度分布を一様にしようとすると、インテグレータレンズへ入射する光量が減少する。したがって、放電ランプからの光を効率良く利用するためには、放電ランプから光強度分布の異なる光をインテグレータレンズに入射させることになる。
【０００５】
インテグレータレンズを介して偏光素子に入射する光は、偏光素子表面の各入射点において、偏光素子に対する入射角度が異なる複数の入射光によって構成されおり、この複数の入射光が積分されることによって、偏光素子へ入射する光の光強度分布は均一になる。しかしながら、偏光素子に対する入射角度が異なる複数の入射光について、これらの入射光ごとの光強度は不均一である。ブリュースタ角を利用した偏光素子を用いる場合、偏光方向は入射光の入射角度に依存する。偏光素子表面の各入射点に異なる角度で入射する複数の入射光について、複数の入射光における互いの光強度が異なる場合、この複数の入射光を全体としてみたときの光の入射角度は、複数の入射光の光強度のばらつきに応じて変化してしまう。したがって、偏光素子を介して照射される照射面における偏光軸角度が不均一になってしまうという問題がある。
【０００６】
偏光素子表面の各入射点に入射する複数の入射光の光強度が均一でない場合、一例として、照射面における偏光軸角度は、上記複数の入射光の光強度が均一であることを前提に設定した所定の軸角度より、０．２°から０．３°シフトする。例えば、偏光光を基板に照射して光配向膜を製造する場合、基板の照射面における偏光軸角度にばらつきがあると、光配向膜の配向方向が不均一になる。配向方向が不均一な光配向膜は、液晶表示装置において、色調やコントラストがばらつく原因となる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、照射面における偏光軸角度が均一となる偏光光照射方法、露光済み材製造方法及び露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、偏光素子を用いて偏光光を照射する偏光光照射方法に係るものである。上記目的を達成するために、本発明に係る偏光光照射方法は、光源からの光の光強度分布を均一にする第１の均一化ステップと、第１の均一化ステップによって光強度分布が均一にされた光を平行光にする第１の平行化ステップと、第１の平行化ステップによって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化ステップと、第２の均一化ステップによって複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする第２の平行化ステップと、第２の平行化ステップによって平行光にされた光を、偏光素子によって偏光成分に応じて分岐させて、照射対象物に偏光光を照射する照射ステップとを含む。
【０００９】
「偏光光」とは、偏光板、偏光フィルム、偏光ビームスプリッタ等の偏光素子を介して照射された光をいう。本願明細書及び特許請求の範囲の記載において、「平行光」とは、平行又は略平行に進行する光をいい、コリメーション半角を伴う光を含む。
【００１０】
第２の均一化ステップを少なくとも１つのフライアイレンズを用いて実行するように構成してもよい。一例として、第１の均一化ステップを少なくとも１つのフライアイレンズを用いて実行するように構成してもよい。偏光素子として、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いてもよい。
【００１１】
また、照射対象物は、被露光材であってもよい。「被露光材」とは、露光される対象物をいう。「被露光材」は、露光される表面を有する基板及び基材を含む。「被露光材」の一例として、液晶表示装置用の光配向膜を製造するための基板及びフィルム、３次元表示装置用の偏光フィルムを製造するための基板及びフィルム等が挙げられる。
【００１２】
また、本発明は、偏光素子を用いて被露光材に偏光光を照射することによって、露光済み材を製造する露光済み材製造方法に係るものである。上記目的を達成するために、本発明に係る露光済み材製造方法は、光源からの光の光強度分布を均一にする第１の均一化ステップと、第１の均一化ステップによって光強度分布が均一にされた光を平行光にする第１の平行化ステップと、第１の平行化ステップによって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化ステップと、第２の均一化ステップによって複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする第２の平行化ステップと、第２の平行化ステップによって平行光にされた光を、偏光素子によって偏光成分に応じて分岐させて、照射対象物に偏光光を照射する照射ステップとを含む。
【００１３】
「露光済み材」とは、露光された物をいい、「被露光材」が露光されたものである。「露光済み材」は、露光された基板及び基材を含み、「露光済み材」の一例として、露光工程を経て製造された液晶表示装置用の光配向膜、３次元表示装置用の偏光フィルム等がある。
【００１４】
また、本発明は、露光装置に係るものである。本発明に係る露光装置は、被露光材に光を照射する光源と、光源から被露光材へ照射される光を偏光成分に応じて分岐させる偏光素子と、光源と偏光素子との間に設けられて、光源から入射した光の光強度分布を均一にする第１の均一化部と、第１の均一化部と偏光素子との間に設けられて、第１の均一化部によって光強度分布が均一にされた光を平行光にする第１の平行化部と、第１の平行化部と偏光素子との間に設けられて、第１の平行化部によって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化部と、第２の均一化部と偏光素子との間に設けられて、第２の均一化部によって複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする第２の平行化部とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る偏光光照射方法は、光源からの光の光強度分布を均一にする第１の均一化ステップと、第１の平行化ステップによって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化ステップとを備えている。したがって、本発明に係る偏光光照射方法によれば、偏光素子に対する各入射点に集束する複数の入射光、すなわち、偏光素子に対する各入射点に異なる入射角度で入射する複数の入射光の光強度が均一になる。これによって、偏光素子に対する各入射点において、該各入射点に集束する光を全体としてみたときの光の入射角度を均一にすることができる。したがって、照射面における偏光軸角度を均一にすることができる。
【００１６】
第２の均一化ステップを少なくとも１つのフライアイレンズを用いて実行するように構成した場合には、例えば、ロッドレンズ又はロッドレンズアレイを使用する場合に比べて小型化及び低コスト化が図れるという利点がある。一例として、６０ｍｍ角のフライアイレンズに代えて、ロッドレンズ又はロッドレンズアレイを使用する場合、光強度の均一化を実現するためには、大型の太くて長いロッドレンズが必要となり、コストも高くなる。また、フライアイレンズの方がロッドレンズに比べて設計及びシミュレーションが容易である。
【００１７】
第１の均一化ステップを少なくとも１つのフライアイレンズを用いて実行するように構成した場合も、第２の均一化部を少なくとも１つのフライアイレンズを備えるように構成した場合と同様の利点を有する。
【００１８】
偏光素子として、偏光ビームスプリッタを用いた場合には、偏光ビームスプリッタのサイズに制限はないため、より広い照射領域に対して偏光光を照射することができる。これに対して、例えば、偏光素子としてワイヤーグリッド偏光子を用いた場合には、偏光素子のサイズが限定されてしまう。大型のワイヤーグリッド偏光子を製造することは困難だからである。照射対象物を被露光材とした場合には、本発明に係る偏光光照射方法を被露光材に対する露光処理に適用することができる。
【００１９】
本発明に係る露光済み材製造方法は、光源からの光の光強度分布を均一にする第１の均一化ステップと、第１の平行化ステップによって平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化ステップとを備えている。したがって、本発明に係る露光済み材製造方法によれは、前述した偏光光照射方法と同様に、偏光素子に対する各入射点において、該各入射点に集束する光を全体としてみたときの光の入射角度を均一化して、照射面における偏光軸角度を均一にすることができる。
【００２０】
本発明に係る露光装置は、光源と偏光素子との間に設けられて、光源から入射した光の光強度分布を均一にする第１の均一化部と、偏光素子に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化部とを備えている。したがって、本発明に係る露光装置によれは、前述した偏光光照射方法と同様に、偏光素子に対する各入射点において、該各入射点に集束する光を全体としてみたときの光の入射角度を均一化して、照射面における偏光軸角度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態に係る照明装置の側面図である。
【図２】第１の実施形態に係る照明装置の原理を説明するための説明図である。
【図３】第１の実施形態に係る照明装置の原理を説明するための説明図である。
【図４】第１の実施形態に係る照明装置を用いた偏光光照射方法に関する工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図１に第１の実施形態に係る照明装置の側面図を示す。第１の実施形態に係る照明装置は、所定の対象物に特定の偏光を照射するものである。照明装置１は、光源部２と偏光素子１５を備え、光源部２と偏光素子１５との間において、光源部２から出射した光３の光強度分布を均一化する第１の均一化部５と、第１の均一化部５から出射して拡散する光をコリメートする第１の平行化部６と、第１の均一化部５及び第１の平行化部６を介して入射した均一な光強度分布の光７を受け、偏光素子１５に対する入射角度が異なる複数の入射光の光強度を均一にする第２の均一化部９と、第２の均一化部９から出射して拡散する光をコリメートする第２の平行化部１１とを備える。また、第２の均一化部９と第２の平行化部１１との間には、第２の均一化部９から放射される光の光路を折り曲げる平面反射ミラー１０が設けられている。偏光素子１５を介して照射される特定の偏光光は、照射対象物１７の照射面１７ａに入射する。
【００２３】
光源部２は、例えば、超高圧水銀ランプやキセノンフラッシュランプ等からなる光源１８を有し、波長域は一例として、２８０ｎｍ〜４００ｎｍである。光源部２は、さらに集光型の楕円ミラー１９を備えている。楕円ミラー１９は、楕円ミラー１９よって集光された光３が第１の均一化部５に入射するように、配置されている。光源部２から出射した光３の光強度分布は、光軸を中心とした中心部において、周縁部よりも強い光強度を有する略正規分布となっている。
【００２４】
第１の均一化部５は、光入射側レンズアレイ５ａと光出射側レンズアレイ５ｂとを対向配置したフライアイレンズによって構成されている。光入射側レンズアレイ５ａと光出射側レンズアレイ５ｂは、同一平面内に複数の単位レンズをマトリクス状に配置したレンズアレイである。光入射側レンズアレイ５ａと光出射側レンズアレイ５ｂは同一構成のレンズアレイであり、互いに対応する単位レンズが対面するように対向配置されている。第１の均一化部５は、光源部２から入射した光３の光強度分布を均一にして第１の平行化部６へ出射する。第１の均一化部５を構成するフライアイレンズのサイズは、一例として６０ｍｍ角であり、照射対象物１７における照射領域は、一例として２５０ｍｍ角である。
【００２５】
第１の平行化部６は、２枚の平凸レンズを凸面を内側にして組み合わせたコンデンサレンズによって構成されている。第１の平行化部６は、第１の均一化部５の後焦点位置と第１の平行化部６の前焦点位置とが一致するように配置されている（図１においては図示を省略）。第１の平行化部６は、第１の均一化部５から出射された光を平行光にするためのものである。なお、後述するように、この平行光はコリメーション半角を有するものである。
【００２６】
第１の平行化部６の出射側には、第２の均一化部９が設けられている。第２の均一化部９は、第１の均一化部５と同様の構成を有し、光入射側レンズアレイ９ａと光出射側レンズアレイ９ｂとを対向配置したフライアイレンズによって構成されている。第２の均一化部９の出射側には、平面反射ミラー１０が設けられている。平面反射ミラー１０によって折り曲げられた光路の下流側には、第２の平行化部１１が配置されている。第２の平行化部１１は第１の平行化部６と同様の構成を有するコンデンサレンズによって構成されている。第２の平行化部１１は、第２の均一化部９の後焦点位置と第２の平行化部１１の前焦点位置とが一致するように配置されている（図１においては図示を省略）。第２の平行化部１１は、第２の均一化部９から出射された光を平行光にするためのものである。なお、後述するように、この平行光はコリメーション半角を有するものである。
【００２７】
第２の平行化部１１の出射側には、偏光素子１５が設けられている。偏光素子１５は、Ｐ偏光及びＳ偏光のうちのいずれか一方を透過させると共に他方を反射させる偏光ビームスプリッタである。この偏光ビームスプリッタは、一例として、紫外線を透過させるために石英ガラス基板を用いて形成されている。本実施形態において、偏光素子１５は、ブリュースタ角に極めて近い６０°の入射角θで入射した光が偏光軸の中心となるように、入射光に対して傾いて配置されている。本実施形態に係る偏光素子１５は、一例として、Ｐ偏光を透過して照射対象物１７の照射面１７ａにＰ偏光を照射し、Ｓ偏光を反射させるように設計されている。
【００２８】
次に、上記照明装置１を用いて実行する偏光光照射方法について説明する。光源１８から照射された光は楕円ミラー１９によって集光されて第１の均一化部５に入射する。第１の均一化部５へ入射される光３は、光軸を中心とした中心部において、周縁部よりも強い光強度を有している。
【００２９】
ここで、本願発明に対する理解を深めるために、第１の均一化部５及び第２の均一化部９を構成するフライアイレンズの機能について、図２を参照しながら説明する。説明のため、３個の単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって構成されるフライアイレンズ３０を想定する。フライアイレンズ３０の出射側には、コンデンサレンズ３２が設けられている。フライアイレンズ３０とコンデンサレンズ３２は、フライアイレンズ３０とコンデンサレンズ３２のｆ値が同一となるように、すなわち、フライアイレンズ３０の後焦点位置とコンデンサレンズ３２の前焦点位置とが一致するように配置されている。
【００３０】
フライアイレンズ３０への入射光３１は、平行光であり、各単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃに分割して入射する。第１の単位レンズ３０ａからの第１の出射光３５と、第２の単位レンズ３０ｂからの第２の出射光３６と、第３の単位レンズ３０ｃからの第３の出射光３７は、各単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃごとに集光して点光源を形成し、点光源から放射した光は、コンデンサレンズ３２を介して、偏光素子３３に入射する。ここでは、説明のため、偏光素子３３を光軸に対して垂直に図示している。
【００３１】
偏光素子３３の第１の入射点３３ａ，第２の入射点３３ｂ，第３の入射点３３ｃの各入射点において、第１の出射光３５と第２の出射光３６と第３の出射光３７が集光する。すなわち、第１の出射光３５と第２の出射光３６と第３の出射光３７が、偏光素子３３の第１の入射点３３ａ，第２の入射点３３ｂ，第３の入射点３３ｃの各入射点における複数の入射光となっている。第２の単位レンズ３０ｂの中心は光軸と一致するように設定されている。したがって、第２の単位レンズ３０ｂからの第２の出射光３６は、光軸と一致して又は光軸に対して平行に、各入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃに入射する。
【００３２】
第１の出射光３５と第３の出射光３７は、所定のコリメーション半角３４を有して各入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃに入射する。第１の出射光３５と第３の出射光３７のコリメーション半角は同一角度であるため、各入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃに入射する複数の入射光を全体としてみた場合の光の入射角度は、第２の出射光３６の入射角度と一致することになる。
【００３３】
上述のように、第１から第３の単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって分割して出射された第１から第３の出射光３５，３６，３７は、同一の入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃに入射するため、第１から第３の単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃに入射する光の光強度分布が異なる場合であっても、各入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃに入射する光の強度分布を均一にすることができる。
【００３４】
一方、第１から第３の単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃに入射する光３１の光強度分布が異なる場合には、第１の入射点３３ａと第３の入射点３３ｃにおいて、強度の異なる第１の出射光３５と第３の出射光３７が入射されることになる。入射光３１の光強度分布が異なる場合の入射軸のシフトについて、図３に示す。入射光３１の光強度分布が、光源部２から出射した光３の光強度分布と同様に、光軸を中心とした中心部において、周縁部よりも強い光強度を有する場合について説明する。
【００３５】
この場合、第１の単位レンズ３０ａにおいて、第２の単位レンズ３０ｂに近い側から出射した第１の内側出射光３５ａと、第２の単位レンズ３０ｂに遠い側から出射した第１の外側出射光３５ｂとでは、第１の内側出射光３５ａの方がより強い光強度を有している。第３の出射光３７においても同様であり、第３の単位レンズ３０ｃにおいて、第２の単位レンズ３０ｂに近い側から出射した第３の内側出射光３７ａは、第１の内側出射光３５ａと同じ光強度を有し、第２の単位レンズ３０ｂに遠い側から出射した第３の外側出射光３７ｂは、第１の外側出射光３５ｂと同じ光強度を有している。なお、第２の単位レンズ３０ｂからの第２の出射光３６の強度は均一であるため、図３においては図示を省略している。
【００３６】
偏光素子１５の入射点３３ａに入射する第１の内側出射光３５ａと第３の外側出射光３７ｂとでは、第１の内側出射光３５ａの方が強い光強度を有している。したがって、第１の入射点３３ａに入射する複数の入射光を全体としてみたときの入射軸３８は、第１の内側出射光３５ａの方へ傾くことになる。同様に、第３の入射点３３ｃに入射する複数の入射光を全体としてみたときの入射軸３９は、より強い光強度を有する第３の内側出射光３７ａの方へ傾くことになる。したがって、偏光素子３３を介して照射される偏光光の照射面における偏光軸角度が不均一になってしまう。
【００３７】
しかしながら、光強度分布が均一な光をフライアイレンズ３０に入射させれば、フライアイレンズ３０の各単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃから出射される光の強度は各単位レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃに対する入射光の入射位置に関わらず均一になる。したがって、偏光素子３３の各入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃにおける複数の入射光を全体としてみたときの各入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃにおける光の入射角度は均一になる。すなわち、光強度分布が均一な光をフライアイレンズ３０に入射すると、各入射点３３ａ，３３ｂ，３３ｃに入射する複数の入射光を全体としてみたときの光の入射角度は、図２に示す第２の出射光３６の入射角度と一致することになる。
【００３８】
図４に、図１に示す照明装置１を用いて実行する偏光光照射方法に関するフローチャートを示す。第１の均一化部５（図１）は、上記フライアイレンズ３０と同様の機能を有し、第１の平行化部６は上記コンデンサレンズ３２と同様の機能を有する。第１の均一化部５によって光源部２からの光の光強度分布が均一化される（ステップ１）。第１の均一化部５に入射する光３は、前述のように、光強度が不均一であるため、第１の平行化部６を介して第２の均一化部９に入射する光７について、第２の均一化部９に対する各入射点において入射角度が異なる複数の入射光の光強度を均一化させることはできない。しかしながら、第２の均一化部９に入射する入射光７の全体としての光強度分布を均一化させることができる。
【００３９】
次に、第１の均一化部５によって光強度分布が均一化された光を第１の平行化部６によって平行光にする（ステップ２）。第１の均一化部５から出射した光は第１の平行化部６に入射する。第１の平行化部６から出射した光７は、コリメーション半角を有する平行光となり、第２の均一化部９に入射する。第２の均一化部９は、平行光にされた均一な光強度分布の光を受け、偏光素子１５に対する各入射点に入射する光の入射角を均一にするために、偏光素子１５に対する各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にする（ステップ３）。第２の均一化部９は、上記フライアイレンズ３０と同様の機能を有し、第２の平行化部１１は上記コンデンサレンズ３２と同様の機能を有する。第１の平行化部６を介して第２の均一化部９に入射した光７は、第１の均一化部５によって光強度が均一化されている。したがって、第２の均一化部９から偏光素子１５の各入射点に入射する複数の入射光の光強度は均一になる。
第２の均一化部９から出射した光は平面反射ミラー１０によってその光路が折り曲げられ、第２の平行化部１１に入射する。第２の平行化部１１によって、偏光素子１５に対する各入射点に集束する複数の入射光の光強度が均一にされた光を平行光にする（ステップ４）。第２の平行化部１１から出射した光１４は、コリメーション半角を有する平行光となり、偏光素子１５に入射する。前述のように、偏光素子１５の各入射点に入射する複数の入射光の光強度は均一になり、これによって、偏光素子１５の各入射点に集束する複数の入射光を全体としてみた場合の各入射点における光の入射角度は均一化される。第２の平行化部１１を介して出射された平行光は偏光素子１５によって、偏光成分に応じて分岐され、照射対象物１７に偏光光が照射される（ステップ５）。本実施形態においては、偏光素子１５は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させて照射対象物１７の照射面１７ａに照射する。
【００４０】
上記のように、本実施形態に係る照明装置１及び偏光光照明方法では、第２の均一化部９に入射する光の光強度分布を均一化することによって、第２の均一化部９から偏光素子１５に対する各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にすることができる。このように、偏光素子１５に対する各入射点に集束する複数の入射光の光強度を均一にすることによって、該各入射点に集束する光を全体としてみたときの光の入射角度を均一にし、これにより、照射面１７ａにおける偏光軸角度を均一にすることができる。
【００４１】
加えて、楕円ミラー１９の設計等を変更するのではなく、２段の均一化部を設けることによって、照射面１７ａにおける偏光軸角度の均一化を達成しているため、光源１８からの光の利用効率を低下させない。
【００４２】
また、第１の均一化部５及び第２の均一化部９をフライアイレンズによって構成しているため、例えば、ロッドレンズ又はロッドレンズアレイを使用する場合に比べて小型化及び低コスト化が図れるという利点がある。加えて、フライアイレンズの方がロッドレンズに比べて設計及びシミュレーションが容易である。
【００４３】
本実施形態では、偏光素子１５として、偏光ビームスプリッタを用いている。偏光ビームスプリッタのサイズには制限がないため、より広い照射領域に対して偏光光を照射することができる。これに対して、例えば、偏光素子１５としてワイヤーグリッド偏光子を用いた場合には、偏光素子１５のサイズが限定されてしまう。大型のワイヤーグリッド偏光子を製造することは困難だからである。
【００４４】
[第２の実施形態]
第１の実施形態における照射対象物１７を被露光材又は所定のパターンを形成した露光用マスク等とすることによって、第１の実施形態に係る照明装置１を露光装置として構成してもよい。照射対象物１７を露光用マスクとした場合には、偏光素子１５から露光用マスクを介して被露光材に偏光光を照射することができる。照明装置１を用いて露光する被露光材は、一例として、配向膜を塗布した基板又はフィルムである。露光用マスクは、一例として、複数の矩形の透光部を平行に配列したフォトマスクである。照明装置１を備える露光装置は、例えば、液晶表示装置用の光配向膜、VA(Vertical Alignment)方式の３次元表示装置用偏光フィルム、In-Plane Switching(IPS)方式の３次元表示装置用偏光フィルム等の製造に用いられる。第１の実施形態に係る照明装置１を用いて被露光材を露光する露光装置によって、露光済み材製造方法を実行することができる。
【００４５】
前述のように、照明装置１においては、偏光素子１５の各入射点に集束する光を全体としてみたときの光の入射角度を均一にすることによって、照射面１７ａにおける偏光軸角度を均一にすることができる。したがって、照明装置１を用いて被露光材を露光する露光装置においては、被露光材に偏光軸角度の均一な偏光光を照射することができる。被露光材が配向膜を塗布した基板又はフィルムである場合には、配向方向が均一な光配向膜を製造することができる。
【００４６】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、第１の実施形態に係る照明装置１において、第１の均一化部５及び第２の均一化部９を光入射側レンズアレイ５ａ,９ａと光出射側レンズアレイ５ｂ,９ｂとを対向配置したフライアイレンズによって構成しているがこれに限定されない。１枚のレンズアレイから構成されるフライアイレンズであってもよいし、第１の均一化部５と第２の均一化部９において、異なる構成を有するフラアイレンズを用いてもよい。また、第１の均一化部５及び第２の均一化部９をフライアイレンズ以外の他の光強度均一化手段によって構成してもよい。一例として、第１の均一化部５及び第２の均一化部９の少なくとも一方をロッドレンズ又はロッドレンズアレイによって構成してもよい。
【００４７】
第１の実施形態に係る照明装置１では、偏光素子１５として偏光ビームスプリッタを採用しているが、これに限定されない。また、第１の実施形態に係る照明装置１は、照射面１７ａにＰ偏光を照射するように構成されているが、これに限定されず、照射面１７ａにＳ偏光を照射するように構成してもよい。第１の実施形態において、偏光素子１５は、ブリュースタ角に極めて近い６０°の入射角θで入射した光が偏光軸の中心となるように、配置されているが、これに限定されず、入射角θを他の角度に設定してもよい。また、第１の実施形態に係る光源１８として、超高圧水銀ランプやキセノンフラッシュランプ等を挙げているが、エキシマレーザ又はＹＡＧレーザ等のレーザ光源であってもよい。
【００４８】
第１の実施形態に係る照明装置１を複数個用いて露光装置を構成してもよい。例えば、被露光材に対向して配置された第１の露光用マスクにＰ偏光を照射する第１の照明装置１と、被露光材に対向して配置された第２の露光用マスクにＳ偏光を照射する第２の照明装置１とを備える露光装置を構成してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  照明装置
２  光源部
５  第１の均一化部
６  第１の平行化部
９  第２の均一化部
１０  平面反射ミラー
１１  第２の平行化部
１５  偏光素子
１７  照射対象物
【図１】
2013167832.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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