(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を分割する分割器であって：
第１の断面形状を有する光束が入射する入力面と；
前記第１の断面形状を有する光束を、前記入力面において、前記第１の断面形状を該第１の断面形状より小さい複数の領域に分割した断面形状を有する複数の光束に分割する分割手段と；
前記分割手段により分割された複数の光束がそれぞれ別々に入射する複数の光学素子であって、該複数の光学素子の出力面における前記複数の光束の断面の並び方が、前記分割手段により前記入力面において分割された前記複数の光束の断面の並び方とは異なるように、前記複数の光束を案内することによって、前記第１の断面形状とは異なる第２の断面形状の光束を形成する複数の光学素子と；を有し、
前記複数の光学素子の少なくとも一つが、前記複数の光学素子の出力面において均一な照度となるように光学的透過率を低下させる被膜を有することを特徴とする分割器。
【請求項２】
請求項１に記載の分割器において：入力面が、正方形であることを特徴とする分割器。
【請求項３】
請求項１に記載の分割器において：前記複数の光学素子が、
光を入力面から出力面へ真っ直ぐに進行させる内部光学素子と；
光を前記内部光学素子の入力面の傍らから前記内部光学素子の出力面の隣へ再指向する二つの中間光学素子と；
光を前記中間光学素子の入力面の傍らから前記中間光学素子の出力面の隣へ再指向する二つの外部光学素子と；を含んでいることを特徴とする分割器。
【請求項４】
請求項３に記載の分割器において：前記内部光学素子と前記中間光学素子が、光学的透過率を低下させる少なくとも一つの被膜をそれぞれ有することを特徴とする分割器。
【請求項５】
請求項２に記載の分割器において：前記複数の光学素子がブロックとプリズムを含んでいることを特徴とする分割器。
【請求項６】
請求項５に記載の分割器において：前記ブロックとプリズムが小さい空気の間隙により分離されていることを特徴とする分割器。
【請求項７】
請求項５に記載の分割器において：前記複数の光学素子の一つを含んでいる少なくとも一つのブロックまたはプリズムが、前記複数の光学素子の他の光学素子を含んでいる少なくとも一つのブロックまたはプリズムと同じ形状であることを特徴とする分割器。
【請求項８】
請求項５に記載の分割器において：前記光学的透過率を低下させる被膜が、前記複数の光学素子の少なくとも一つの内面上にあり、前記内面が他のブロックまたはプリズムに隣接するブロックまたはプリズムの面であることを特徴とする分割器。
【請求項９】
請求項１に記載の分割器において：前記複数の光学素子が紫外線透過グレードの溶融シリカで製作されていることを特徴とする分割器。
【請求項１０】
入力光を矩形の光帯へ変形する方法において：
第１の断面形状を有する光束を、入力面において、前記第１の断面形状を該第１の断面形状より小さい複数の領域に分割した断面形状を有する複数の光束に分割する分割ステップと；
分割された前記複数の光束をそれぞれ別々に複数の光学素子に入射させ、該複数の光学素子の出力面における前記複数の光束の断面の並び方が、前記入力面において分割された前記複数の光束の断面の並び方とは異なるように、前記複数の光束を案内することによって、前記第１の断面形状とは異なる第２の断面形状の光束を形成する再指向ステップと；
前記複数の光学素子の出力面において均一な照度となるように、前記複数の光束の少なくとも一つの光学的透過率を低下させるステップと；
を含んでいることを特徴とする変形方法。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の分割器を有し、被照射面を照明する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、ホトリソグラフィ投影装置に使用される投影光源に関する。詳細には、本発明は、環状視野投影器に使用される照明装置である。
【背景技術】
【０００２】
環状視野投影器は、ホトリソグラフィに使用される光学的投影器であり、ホトリソグラフィは、回路パターンがマイクロプロセッサ用のシリコンおよび他のコンピュータのチップに形成される工程である。環状視野投影器の一例は、オフナー投影器である。環状視野投影器において、投影光源は、弓状の光帯を形成するために使用される。次に、この光は、環状視野投影器により使用されて、所望の回路パターンのレチクルを目標シリコンに投影する。
【０００３】
図１は、従来の環状視野投影器の説明図である。図１に示されているように、環状視野投影器は、台形鏡２、凹面鏡３、および凸面鏡４を備えている。レチクル１は、所望の回路パターンの一つの層の画像を有している。投影光源（示されていない）からの弓状の光帯６は、レチクル１を通過して、弓状の光帯６により照明された回路パターンの円弧状の画像が、目標シリコン７へ投影される。レチクル１と目標シリコン７は、どちらも、弓状の光帯６がレチクル１の全面を走査するように、線Ａに平行な方向に整合して移動する。弓状の光帯６がレチクル１上で走査されると、全回路パターンの画像が、目標シリコン７の上に走査により形成される。走査速度、従って、全体的効率は、レチクル１に投影される光量と目標シリコン７に必要な露出に依存する。
【０００４】
回路パターンが目標シリコン７に投影された後、その後の処理は、回路パターンの画像を現像する。パターンは、エッチングされ、ドーピングされ、または他に処理され、これにより、所望の回路の一つの層を生成する。投影、現像、および処理の工程は、各その後の層について繰り返される。
【０００５】
このタイプの投影器によく適合するために、投影光源は、特別な光学的特性を有する弓状の光帯を発生しなければならない。これらの光学的特性には、対称性のあるひとみ放射照度、対称性のあるひとみ分布、均一な開口数、およびテレセントリック性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の投影光源は、所望の光学的特性を有するが、所望の弓状の形状でない光領域を発生する。弓状の形状を得るために、光は、スクリーンの円弧状のマスクを通過する。少量の光だけが円弧状マスクを通過し、残りの光はマスクにより遮断される。光エネルギーは少ないので、露出時間は長くなり、効率は低下する。
【０００７】
幾つかの試みが、例えば、プリズムおよびフライアイ装置などの非レンズ要素により光エネルギーを再分布することにより、投影光源の均一性とテレセントリック性を向上させるために行われた。これらの方法は均一性、テレセントリック性を向上したが、投影器の弓状の視野に一致しない矩形の光帯も発生する。
【０００８】
幾つかの試みが、光をオプチカルファイバにより改良するために行われた。カンティ  ジェイン著、アドバンシズ  イン  エキシマー  レーザー  リソグラフィ、７４４  レーザー  イン  マイクロリソグラフィ  １１５（エス・ピー・アイ・イー１９８７）を参照のこと。しかし、これらの試みは、画像に不均一性を持ち込んでいる。幾つかの試みが、円筒形鏡で反射することにより光を改良するために行われた。これら試みは、光のエネルギーを増加したが、それらもまた、非対称のひとみ放射照度と分布、不均一な開口数、またはテレセントリック性の低下などの好ましくない光学的特性を持ち込んでいる。従って、対称なひとみ放射照度、対称なひとみ分布、一様な開口数、および高度のテレセントリック性を有する強い弓状の光帯（即ち、従来の装置により発生されるより強い）を発生する投影光源に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係わる分割器は、光源からの光束を分割する分割器であって：第１の断面形状を有する光束が入射する入力面と；前記第１の断面形状を有する光束を、前記入力面において、前記第１の断面形状を該第１の断面形状より小さい複数の領域に分割した断面形状を有する複数の光束に分割する分割手段と；前記分割手段により分割された複数の光束がそれぞれ別々に入射する複数の光学素子であって、該複数の光学素子の出力面における前記複数の光束の断面の並び方が、前記分割手段により前記入力面において分割された前記複数の光束の断面の並び方とは異なるように、前記複数の光束を案内することによって、前記第１の断面形状とは異なる第２の断面形状の光束を形成する複数の光学素子と；を有し、前記複数の光学素子の少なくとも一つが、前記複数の光学素子の出力面において均一な照度となるように光学的透過率を低下させる被膜を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係わる光束の変形方法は、入力光を矩形の光帯へ変形する方法において：第１の断面形状を有する光束を、入力面において、前記第１の断面形状を該第１の断面形状より小さい複数の領域に分割した断面形状を有する複数の光束に分割する分割ステップと；分割された前記複数の光束をそれぞれ別々に複数の光学素子に入射させ、該複数の光学素子の出力面における前記複数の光束の断面の並び方が、前記入力面において分割された前記複数の光束の断面の並び方とは異なるように、前記複数の光束を案内することによって、前記第１の断面形状とは異なる第２の断面形状の光束を形成する再指向ステップと；前記複数の光学素子の出力面において均一な照度となるように、前記複数の光束の少なくとも一つの光学的透過率を低下させるステップと；を含んでいることを特徴とする。
【００１１】
この簡単な要約は、本発明の本質が速やかに理解されるように作成されている。本発明のさらに完全な理解は、添付図面と関連して、好適な実施態様の以降の詳細な説明を参照することにより得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の環状視野投影器の説明図である。
【図２】本発明による投影光源を組み入れた環状視野投影器の図である。
【図３】本発明による投影光源の構造と動作を示す図である。
【図４】均質器の構造と動作を示す図であり、均質器は視野レンズ、前部集積器、角度集積器、画像後部集積器を備えている。
【図５】前部集積器の構造を示す図である。
【図６】前部集積器の出力面における相対的放射照度を示すグラフである。
【図７ａ】前部集積器の出力面の中心におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図７ｂ】前部集積器の出力面の中心と縁の中間におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図７ｃ】前部集積器の出力面の縁におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図８ａ】角度集積器の二つの面の図である。
【図８ｂ】角度集積器の一つの面の縁の外形図である。
【図８ｃ】十分に透明な材料の板から製作された角度集積器の図である。
【図８ｄ】一定の比率で描かれた、角度集積器の好適な実施態様の一つの面の縁の外形図である。
【図８ｅ】一定の比率で描かれた、十分に透明な材料の板から製作された角度集積器の好適な実施態様の図である。
【図８ｆ】角度集積器の他の実施態様を示す図である。
【図９】角度集積器の動作を示す図である。
【図１０ａ】画像分割器の図である。
【図１０ｂ】図１０ａの画像分割器を形成するように好適に組み合わされた三つのタイプの要素の図である。
【図１０ｃ】図１０ｃは、図１０ｂの要素を形成するように好適に組み合わされた五つの異なる形状の素材の図である。
【図１１】画像分割器の動作を示す図である。
【図１２】後部集積器の構造を示す図である。
【図１３ａ】好適な実施態様による後部集積器の出力面における相対的放射照度を示すグラフである。
【図１３ｂ】投影光源が角度集積器を含んでいない場合の、後部集積器の出力面における相対的放射照度を示すグラフである。
【図１４ａ】好適な実施態様による後部集積器の出力面の中心におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図１４ｂ】好適な実施態様による後部集積器の出力面の中心と縁の間の中間におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図１４ｃ】好適な実施態様による後部集積器の縁におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図１４ｄ】投影光源が角度集積器を含んでいない場合の、後部集積器の出力面の中心におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図１４ｅ】投影光源が角度集積器を含んでいない場合の、後部集積器の出力面の中心と縁におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図１４ｆ】投影光源が角度集積器を含んでいない場合の、後部集積器の出力面の縁におけるひとみの均一性を示すグラフである。
【図１５】中継器、再写像器、および再映像器の構造と動作を示す図である。
【図１６】中継器の構造と動作を示す図である。
【図１７】再写像器の構造と動作を示す図である。
【図１８】中継器と再写像器の出力から１００キロメートルにおけるひとみの足跡を示す図である。
【図１９】投影光源の出力における弓状の光帯のテレセントリック性のエラーを示す図である。
【図２０】再映像器の構造を示す図である。
【図２１】再映像器の他の実施態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図２は、本発明による投影光源を組み込んでいる環状視野投影器の説明図である。環状視野投影器の一例は、ホトリソグラフィに使用されるタイプであり、オフナー投影器である。環状視野投影器には、レチクル１、台形鏡２、凹面鏡３、凸面鏡４、目標シリコン７、強固な構造体８、ファン９、ビームスプリッタ１０、小型ミラー１１、モニター回路１２、投影光源１００、および屈曲鏡１００ａと１００ｂが組み入れられている。
【００１４】
レチクル１は、所望の回路パターンの一つの層の画像を有する。これらの数個の層が、所望の回路パターンを造り上げており、パターンは、目標シリコンの上に適切に生成されると、所望の回路を形成する。ホトリソグラフィ法は、目標シリコンの上にこの所望の回路を形成しようとするものである。この方法により生成される回路の例は、最近のマイクロプロセッサ、メモリーチップ、固体スイッチなどである。
【００１５】
台形鏡２、凹面鏡３、および凸面鏡４は、環状視野投影器を形成している。この投影装置は、凹面鏡３の特別な円弧状視野に画像をほぼ完全に投影する。これら三つの鏡により形成された環状視野投影器のパラメータは、円弧状領域の位置と半径を含んでおり、この技術界において周知である。
【００１６】
強固な構造体８は、レチクル１と目標シリコン７を保持する。従って、レチクル１と目標シリコン７は、相互に固定されている。言い換えると、強固な構造体８が移動すると、必ず、レチクル１と目標シリコン７は、必ず、同時に移動する。
【００１７】
ファン９は、一般に、回路パターンの適切な形成に必要とされる投影器内の特殊な環境状態を維持するのに役に立つ。
【００１８】
ビームスプリッタ１０は、弓状の光帯６が投影光源１００から出射した後、弓状の光帯６の小部分を分岐する。弓状の光帯６のこの小部分は、鏡１１によりモニター回路１２へ指向される。モニター回路１２は、弓状の光帯６の形状と放射照度を測定して、弓状の光帯６の適切な形状と放射照度を確実にするように、投影光源１００を手動的または自動的に補正を行う。
【００１９】
投影光源１００は、弓状の光帯６を発生する。投影光源１００からの光は、弓状の光帯６を環状視野投影器の使用に適切にする特別な光学的特性を有する。さらに、投影光源１００は、従来の投影光源より強い弓状の光帯を発生する。
【００２０】
屈曲鏡１００ａと１００ｂは、投影光源１００の光路に対し４５度傾斜した二つの鏡である。これらの鏡は、投影光源１００の物理的長さを縮小するように働く。
【００２１】
動作状態において、投影光源１００からの弓状の光帯６は、レチクル１を通過し、レチクル１上の円弧状に切り取られた画像をピックアップする。次に、この円弧部分は、環状視野投影器により目標シリコン７へ投影される。この環状視野投影器は、台形鏡２、凹面鏡３、および凸面鏡４を備えている。弓状の光帯は、環状視野投影器において可能なほぼ完全な投影の利点を得るために、使用されている。
【００２２】
強固な構造体８は、レチクル１と目標シリコン７を矢印Ａと平行な方向へ同時に移動する。強固な構造体８が移動すると、弓状の光帯６は、レチクル１上で走査される。レチクル１上の回路パターンの層の、生成した円弧状の画像は、目標シリコン７上で走査される。
【００２３】
回路パターンの層の画像がシリコンへ走査された後、その後の処理は画像をシリコン上に現像する。次に、この層はエッチングされ、ドーピングされ、あるいは他の処理をされ、これにより、一つの層に回路パターンを生成する。この工程を容易にするため、特別な環境状態が投影器内に維持される。ファン９は、これらの特別な状態を維持するのに役立つ。さらに、モニター回路１２は、必要ならば、光の適切な形状と放射照度を確実にするように、投影光源１００を調節するために使用することが出来る。
回路パターンの層が目標シリコン７に形成されると、シリコンの表面は粗面になる。従って、投影器は、大きい焦点深度を有していなければならない。この大きい焦点深度を得るために、投影器は、対称な入射ひとみ放射照度、対称な入射ひとみ分布、一様な開口数、及び高度のテレセントリック性を有する弓状の光帯を発生する投影光源を必要とする。投影光源１００は、この様な光を発生する。
【００２４】
図３は、本発明による投影光源の構造と動作を示す図である。投影光源１００は、電球１０１と光学的投光装置１０２を備えている。
【００２５】
電球１０１は、円弧部１０７と鏡１０８を備えている。円弧部１０７は、一般に水銀灯からのアークである。鏡１０８は、光をアークから回転軸対称の光へ変形する。これは、光学的投光装置１０２への入力部において画像を形成する。
【００２６】
光学的投光装置１０２は、均質器１０３、中継器１０４、再写像器１０５、及び再映像器１０６を備えている。均質器１０３は、入力された光をほぼテレセントリック性の矩形の光帯へ変形する光学的要素を備えている。中継器１０４は、テレセントリック性の実質的な損失がなく入力された画像から１．６倍に拡大された画像を形成する。再写像器１０５は、矩形の光帯を実質的にテレセントリック性の弓状の光帯へ再写像する。最後に、再映像器１０６は、入力された画像から２倍に拡大された画像を生成する。
【００２７】
動作状態において、均質器１０３は、電球１０１から回転軸対称の光１１０を受け取り、光をほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１へ変形する。中継器１０４は、光帯１１１を１．６倍に拡大することにより、ほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１を中間画像１１２へ変形する。再写像器１０５は、中間画像１１２をほぼテレセントリック性の光帯１１３へ変形する。最後に、再写像器１０６は、弓状の光帯１１３を２倍に拡大して、弓状の光帯６を形成する。
【００２８】
好適な実施態様において、投影光源１００は、円弧部分１１５と耳部分１１６と１１７を有する弓状の光帯６を発生する。円弧部分１１５は、等しい曲率半径と偏倚した中心を有する二つの円弧から形成されている。円弧部分１１５は、環状視野投影器の使用には理想的である。耳部分１１６と１１７上の放射照度は、円弧部分１１５より一様性とテレセントリック性が劣る。従って、耳部分１１６と１１７は、円弧部分１１５により投影された回路パターンに比べて詳細で幅広い回路線をそれほど必要としない回路パターンまたはプロセス制御の主要点の投影には適している。
【００２９】
図４は、均質器の構造と動作を示す図である。均質器１０３は、視野レンズ１１８、前部集積器１１９、角度集積器１２０、画像分割器１２１、および後部集積器１２２を備えている。
【００３０】
視野レンズ１１８は、鏡１０８の射出開口を無限遠において結像する。前部集積器１１９は、入力された光をほぼテレセントリック性の正方形光帯へ再構成する。角度集積器１２０は、入力された光の、入射ひとみの放射照度の対称性、入射ひとみの分布の対称性、およびテレセントリック性を向上させる。画像分割器１２１は、テレセントリック性の著しい損失なく、入力された正方形光帯を矩形光帯へ変形する。最後に、後部集積器１２２は、光の放射照度の一様性を高めるように、入力された光を再分布する。
【００３１】
動作状態において、視野レンズ１１８は、均質器１０３の入口に配置されている。視野レンズ１１８は、電球１０１の出力をコリメートして、電球１０１からの回転軸対称な光１１０を、ほぼテレセントリック性の円形の光１２３に変形する。前部集積器１１９は、ほぼテレセントリック性の円形の光１２３のエネルギーを、正方形の光帯１２４へ再構成する。角度集積器１２０は、正方形の光帯１２４の、入射ひとみ放射照度の対称性、入射ひとみの分布の対称性、およびテレセントリック性を高めて、ほぼテレセントリック性の正方形光帯１２５を生成する。画像分割器１２１は、ほぼテレセントリック性の正方形光帯１２５をほぼテレセントリック性の矩形光帯１２６へ変形する。後部集積器１２２は、ほぼテレセントリック性の矩形光帯１２６のすべての不均一性を補償して、ほぼテレセントリック性の矩形光帯１１１を発生する。この光帯は、後部集積器から出力される。
【００３２】
ここで、均質器１０３の各構成要素の構造と動作を詳細に考察する。
【００３３】
視野レンズ１１８は、好適に、屈折率１．４５８５の精密徐冷の光学ガラス（溶融シリカ）から製作された単一の平凸レンズである。視野レンズの凸側は、半径が２４７．３ｍｍである。レンズは、外周縁の直径が４０ｍｍで、中心の厚さは４．０ｍｍである。視野レンズ１１８の光学面は研磨され、反射防止被膜が施され、３４５nm〜４５０nmのスペクトル範囲で、光学面の最小透過率を確実に９９．６％にしている。このスペクトル範囲は、水銀灯により発生した光の範囲である。視野レンズ１１８の外周縁は、フラットに研削され、黒染めされている。
【００３４】
動作状態において、視野レンズ１１８は、レンズの屈折率と曲率に基づいた量だけ光を屈曲させることにより、電球１０１の出力光を平行にする。この光は屈曲されて、電球１０１からの回転軸対称の光１１０を、ほぼテレセントリック性の円形の光１２３に変形する。
【００３５】
図５は、前部集積器１１９の構造を示す図である。好適な実施態様において、前部集積器１１９は、大きさが２５ｍｍ×２５ｍｍ×２６７．５ｍｍで、ＵＶ（紫外線透過）グレードの溶融シリカの一片から製作されている。前部集積器１１９のすべての面は研磨されている。さらに、入力面１２７と出力面１２８は、反射防止被膜が施されている。
【００３６】
動作状態において、前部集積器１１９の入力面１２７は、ほぼテレセントリック性の円形の光を視野レンズ１１８から受光する。前部集積器１１９は、ほぼ均一な放射照度が出力面１２８から出力されるように、光のエネルギーを多数の全内部反射により再構成する。前部集積器１１９の長さは、この出力される放射照度を最大にするように、選択される。出力面１２８のほぼ均一な放射照度は、正方形の光帯１２４を形成する。
図６は、前部集積器１１９の出力面１２８の相対的放射照度を示すグラフである。水平と垂直の軸は、出力面１２８の位置に対応する。陰影部分は、各位置における正方形の光帯１２４の放射照度に相当する。グラフは、出力面１２８における正方形の光帯１２４の放射照度が、±０．４％以内で均一であることを示している。
【００３７】
図７ａ〜図７ｃは、前部集積器１１９の出力面１２８における入射ひとみの均一性を示すグラフである。図７ａは、出力面１２８の中心における入射ひとみの均一性を示すグラフである。図７ｂは、出力面１２８の中心と出力面１２８の縁との中間における入射ひとみの均一性を示すグラフである。図７ｃは、出力面１２８の縁における入射ひとみの均一性を示すグラフである。
【００３８】
三つのグラフ図７ａ，７ｂ，および７ｃのすべてにおいて、円弧部１０７の画像が、入射ひとみを横切って繰り返し見られる。さらに、観測点が出力面１２８の中心（図７ａ）から出力面１２８の縁（図７ｃ）へ移動すると、画像のパターンは、変移する。この変移は、入射ひとみの対称性とテレセントリック性が無いことを示している。三つの観測点だけから、テレセントリック性の最大変化の絶対値を決定することは出来ない。しかし、観測された変化の程度から、±８．３ミリラジアンのテレセントリック性の誤差は起こりうる。残りの均質器、特に角度集積器１２０は、この誤差を考慮して、光の入射ひとみの均一性とテレセントリック性（即ち、平均的円錐形光束のテレセントリック性）を高める。
【００３９】
図８ａ〜図８ｅは、より均一であるように、入射ひとみの光を再分布する角度集積器の構造を示す図である。
【００４０】
手短に言えば、角度集積器は、第一面、第二面、および第一面と第二面に沿って縦方向に伸長している複数の溝を備えている。好適な実施態様において、溝は三角形の溝である。溝は、間隙により横方向に分離されている。第一面の溝は、第二面の溝にほぼ直角な方向に置かれており、光は第一面から第二面へ進む。
【００４１】
詳細に言えば、図８ａは、角度集積器１２０の入力面１３１と出力面１３２の図である。複数の三角形の溝１３３が、各面に沿って縦方向に伸長している。三角形の溝１３３は、間隙１３４により横方向に分離されている。入力面１３１の三角形の溝１３１は、出力面１３２の三角形の溝とほぼ直角な方向に置かれている。光は入力面１３１から出力面１３２へ進み、各面の三角形の溝と間隙を通過する。
【００４２】
図８ｂは、角度集積器１２０の一つの面の縁の外形図である。好適に、三角形の溝のそれぞれの幅１３６は、間隙１３４のそれぞれの幅１３７にほぼ等しい。言い換えると、三角形の溝１３３の周期は、間隙１３４のそれぞれの幅１３７の約２倍である。
【００４３】
図８ｃは、十分に透明な材料の板から制作された角度集積器１２０の図である。好適に、入力面１３１と出力面１３２は、十分に透明な材料の板１４１の反対面である。あるいは、入力面１３１と出力面１３２は、異なる屈折率の材料の間の境界に形成することが出来る。
【００４４】
図８ｄは、一定の比率で描かれた、角度集積器１２０の好適な実施態様の一つの面の縁の外形図である。好適に、三角形の溝１３３の間隔と大きさは、実質的に回折効果を避けるに十分な大きさである。従って、図８ｄに示されているように、溝１３３のそれぞれの幅１３６と間隙１３４のそれぞれの幅１３７は、どちらも０．２５ｍｍである。従って、三角形の溝１３３の周期１３９は、この幅の２倍、即ち、０．５０ｍｍである。さらに、三角形の溝１３３のそれぞれの深さ１４３は、比較的に浅く、この場合、０．０１８１ｍｍである。
【００４５】
図８ｅは、一定の比率で描かれた、十分に透明な材料からなる板１４１から製作された角度集積器１２０の好適な実施態様の図である。溝１３３と間隙１３４は、このスケールでは外見が比較的に小さいので、図８ｅには示されていないことを付記しておく。好適に、十分に透明な材料の板１４１は、紫外線透過グレードの溶融シリカで制作されている。この材料は、角度集積器が高い光学的透過率を有し、かつ、熱負荷に耐えられるように、使用されている。十分に透明な材料の板１４１のすべての面は、散乱を最小にするため研磨されている。最後に、入力面１３１と出力面１３２は、いずれも、光学的透過率を最大にするため、反射防止被膜が施されている。
【００４６】
他の実施態様では、三角形の溝１３３は、正方形の光帯１２４の入射ひとみ画像が反復される方向に対し約４５度傾斜して伸びている。図７ａ〜図７ｃに示されているように、入射ひとみの反復される方向は、正方形の光帯１２４を水平または垂直に横切っている。従って、この実施態様では、三角形の溝１３３は、角度集積器１２０の入力面１３１と出力面１３２を横切って対角線上に伸びている。
【００４７】
図８ｆは、角度集積器のさらに他の実施態様の図である。角度集積器３００は単一面３０１から成っている。第一組の溝３０３と第二組の溝３０４は、この面に沿って縦方向へ伸長している。好適に、溝３０３と３０４は、すべて、三角形の溝である。溝は、間隙３０７により横方向へ分離されている。第一組の溝３０３は、第二組の溝３０４に対しほぼ垂直な方向へ置かれている。好適に、面３０１は、紫外線透過グレードの溶融シリカなどの十分に透明な材料の板である。
【００４８】
手短に言えば、角度集積器のこの好適な実施態様は、最初に、入力光を第一方向へ分割し、この入力光は、多くの分離された光帯へ分割される。次に、角度集積器は、この多数の分離された光帯を第二方向へ分割し、この第二方向は、第一方向とほぼ直角な方向であり、多数の分離された光帯は、多数の分離された光線へ分割される。この多数の分離された光線は合計されて、ほぼテレセントリック性な光になる。
【００４９】
さらに詳しく説明すると、図９は、角度集積器１２０の動作を示す図である。ただ説明のために、入力面１３１は、左に低屈折率を、右に高屈折率を有する領域の間の境界を表し、出力面１３２は、左に高屈折率を、右に低屈折率を有する領域の境界を表すこととする。これらの屈折率の間の関係は、これらの一つの面の一部に斜めに突き当たる光線の屈折の方向を決定する。この関係は、入力面１３１と出力面１３２が、空気のある環境に置かれた光学ガラスの板に形成されるならば存在する関係に一致する。
【００５０】
正方形の光帯１２４は、入力面１３１を通り角度集積器１２０へ入射する。正方形の光帯１２４が、どのように、ほぼテレセントリック性の正方形の光帯１２５へ変形するかを説明するために、正方形の光帯１２４からの光線１４６〜１５０が、角度集積器１２０を通過して描かれている。これらの平行な光線は、実際には多様な角度と方向から入力面１３１に突き当たる多数の光線を示すただ５本の光線であることを付記しておく。平行な光線は、簡潔のためにこの説明だけに使用されている。
【００５１】
最初、正方形の光帯１２４の光線１４６〜１５０は、平行に進む。すべての光線は、入力面１３１に突き当たる。光線１４６〜１４８は、間隙１３４の一つに９０度の角度で突き当たり、入力面１３１を真っ直ぐに通過する。光線１４９は、三角形の溝１３３の一つの下面１５１に突き当たり、下方へ屈折する。光線１５０は、三角形の溝１３３の上面１５２に突き当たり、上方へ屈折する。この様にして、間隙１３４のうちの同じ間隙に突き当たる光線１４６〜１４８と平行に進行するすべての光線は、入力面１３１を真っ直ぐに通過する光帯を形成する。下面１５１に突き当たる光線１４９に平行に進行するすべての光線は、入力面１３１により下方へ屈折される光帯を形成する。同様に、上面１５２に突き当たる光線１５０に平行に進行するすべての光線は、入力面１３１により上方へ屈折される光帯を形成する。
【００５２】
これらの光線から総括的に結論すると、入力面１３１は、入射光を三つの組の光帯に分割する。第一組の光帯は、入射光とほぼ平行な第一光帯の方向に伝搬し、第二組の光帯は、第一光帯の方向に対し斜めに伝搬し、第三組の光帯は、第一光帯の方向に対し反対の斜めに伝搬する。
【００５３】
次に、多数の光帯が、角度集積器１２０の面の間の距離を伝搬し、出力面１３２に突き当たる。示された光線を追跡すると、光線１４６が９０度の角度で間隙１３４の一つに突き当たり、出力面１３２を真っ直ぐに通過する。光線１４７は、三角形の溝１３３の一つの右側１５３に突き当たり、右へ屈折される。この様にして、光線１４６〜１４８に関連した光帯は、出力面１３２上の間隙１３４の一つと三角形の溝１３３の一つにより、三つの光束に分割される。同様に、光線１４９〜１５０のそれぞれに関連した光帯は、間隙と三角形の溝により、三つの光束に分割される。この様にして、多数の光帯は、出力面１３２により多数の光束に分割される。
【００５４】
これらの光線から総括的に結論すると、出力面１３２は、分離された光帯のそれぞれを三つの分離された組の光束に分割する。第一組の光束は、第一光束の方向へ伝搬し、第二組の光束は、第一組の光束の方向に斜めに伝搬し、第三組の光束は、第一組の光束の方向に対し反対の斜めに伝搬する。
【００５５】
好適に、第一組の光帯の光量は、第二組の光帯の光量と第三組の光帯の光量との和にほぼ等しい。さらに、第一組の光束の光量は、第二組の光束の光量と第三組の光束の光量との和にほぼ等しい。これは、三角形の溝１３３のそれぞれの幅１３６を間隙１３４のそれぞれの幅１３７にほぼ等しくすることにより達成される。
【００５６】
多数の光束が出力面１３２から伝搬して離れると、それらは直ちに合体する。この合体は光束を総和して、ほぼテレセントリック性である光になり、光の出口ひとみに存在する放射照度のばらつきを混ぜ合わせて一様にする。この様にして、ほぼテレセントリック性の正方形の光帯１２５が、角度集積器１２０の出力面１３２を通って出力される。
【００５７】
図８ｆに示された他の実施態様において、正方形の光帯１２４が面３０１により多数の光束に直接に分割されることを除いて、動作は、上述と実質的に同じである。言い換えると、光を光帯に分割し、光帯を光束に分割するステップは、同一空間で行われる。
【００５８】
前述より、角度集積器は、正方形の光帯１２４をほぼテレセントリック性の正方形の光帯１２５へ変形し、入射ひとみの放射照度の対称性、入射ひとみの分布の対称性、開口数の均一性、および光のテレセントリック性を非常に高める。
【００５９】
画像分割器１２１は、ほぼテレセントリック性の正方形の光帯１２５をほぼテレセントリック性の矩形の光帯１２６へ変形する。図１０ａ〜図１０ｃは、画像分割器の構造を示す図である。
【００６０】
手短に言えば、画像分割器は、入力面、出力面、および光を入力面から出力面へ再指向させる複数の構成要素を備えている。出力面は、形状が入力面と異なるほぼ矩形である。好適に、入力面はほぼ正方形である。構成要素の少なくとも一つは、出力面のほぼ均一な放射照度を確実にするため、構成要素の光学的透過率を低下させる少なくとも一つの被膜を有する。
【００６１】
図１０ａは、画像分割器の図である。光は入力面１５７を通って画像分割器１２１へ入射し、出力面１５８から出射する。
【００６２】
好適に、図１０ａに示されているように、画像分割器は、内部要素１５９、中間要素１６０と１６１、および外部要素１６２と１６３を備えている。内部要素１５９は、光を入力面１５７から出力面１５８へ真っ直ぐに進行させる。中間要素１６０と１６１は、光を、入力面１５７の内部要素１５９の傍らから出力面１５８の内部要素１５９の末端へ再指向させる。外部要素１６２と１６３は、光を、入力面１５７の中間要素１６０と１６１の傍らから出力面１５８の中間要素１６０と１６１の末端へ再指向させる。他の実施態様では、異なる数の要素（例えば、３または７）が画像分割器を形成するために使用されていることに留意されたい。
【００６３】
好適に、中間要素１６０と１６１は、同じタイプの要素である。言い換えると、中間要素１６０と１６１は、同じ形状で同じ光学特性を有する。従って、画像分割器１２１は、好適に、三つのタイプの要素だけから制作されている：即ち、内部タイプの要素、中間タイプの要素、および外部タイプの要素である。
【００６４】
図１０ｂは、図１０ａの画像分割器を構成するように、好適に組み合わされた三つのタイプの要素の図である。
【００６５】
内部タイプの要素１６５は、形状が矩形である。内部タイプの要素１６５は、好適に、単一の平らなブロックの素材から製作されている。光は入力面１６６から内部タイプの要素へ入射し、出力面１６７から出射する。
【００６６】
中間タイプの要素１６９は、内部タイプの要素より複雑な形状をなしている。中間タイプの要素１６９は、三角形のプリズム１７０〜１７３から製作されている。これらのプリズムはすべて、小さい空気の間隙により分離されており、プリズム間の接合は、要素の光学的透過率を僅かに低下させる内部屈折面を形成している。
【００６７】
光は、入力面１７４から中間タイプの要素１６９へ入射し、面１７５で反射して、内部屈折表面１７６を通過し、面１７７で反射し、内部屈折表面１７８を通過し、面１７９で反射し、内部屈折表面１８０を通過し、面１８１で反射して、出力面１８２から出射する。光はまた、入力面１７４と出力面１８２以外の中間タイプの要素１６９のすべての外面で全内部反射を受ける。しかし、これらの全内部反射は、それらがほぼ１００％の効率で行われるので、全く無視することが出来る。
外部タイプの要素１８４もまた、形状が内部タイプの要素より複雑である。外部タイプの要素１８４は、平らなブロック１８５と１８６およびプリズム１８７〜１９０から製作されている。これらの平らなブロックとプリズムは、すべて、小さい空気の間隙により分離されており、平らなブロックとプリズムとの接合部もまた、要素の光学的透過率を僅かに低下する内部屈折面を形成している。
【００６８】
光は、入力面１９１から入射して、面１９２で反射し、内部屈折表面１９３と１９４を通過し、面１９５で反射し、内部屈折表面１９６を通過し、面１９７で反射し、内部屈折表面１９８と１９９を通過し、面２００で反射して、出力面２０１から出射する。光はまた、入力面１９１と出力面２０１以外の外部タイプの要素の外部面のすべてで全内部反射を受ける。しかし、これらの全内部反射は、それらの反射がほぼ１００％の効率で行われるので、全く無視することが出来る。
【００６９】
一般に、中間タイプの要素１６９と外部タイプの要素１８４の内部屈折表面のすべては、反射防止被膜が施されている。さらに、反射面のすべて、すなわち、面１７５，１７７，１７９，１８１，１９２，１９５，１９７，および２００は、性能を向上するアルミニウム反射被膜が施されている。しかし、三つのタイプの要素の光学的透過率を同等にするため、特殊な被膜が、内部タイプの要素１６５と中間タイプの要素１６９の幾つかの面と表面に施されなければならない。
【００７０】
詳しく説明すると、外部タイプの要素１８４は、多くの面と内部屈折表面を有する。その結果、すべての他の特性は同等であり、外部タイプの要素１８４は、内部タイプの要素１６５と中間タイプの要素１６９より、光学的透過率が低い。同様に、中間タイプの要素１６９は、内部タイプの要素１６５より、光学的透過率が低い。以降に説明する理由から、光学的透過率が等しくないことは、好ましくない。
【００７１】
内部タイプの要素１６５の光学的透過率を外部タイプの要素１８４の透過率へ低下させるため、内部タイプの要素１６５の入力面１６６は、面の光学的透過率を８１％へ低下する被膜が施されている。この被膜は、この要素を通過する強い光束により、吸収ではなく好適に部分的に反射する。これらの強い光束は、吸収性の被膜を性能低下させる傾向がある。出力面１６７は、標準的反射防止膜が施されており、面は標準的光学透過率９９．６％となっている。これらの被膜により、内部タイプの要素１６５の光学的透過率は、外部タイプの要素１８４の透過率と一致している。
【００７２】
同様に、内部屈折面１７６などの、中間タイプの要素１６９の一つの屈折面は、標準９９．６％に対し、９７．２％だけの光学的透過率の反射防止膜が施されている。この被膜と前述のその他の標準的被膜により、中間タイプの要素１６９の光学的透過率は、外部タイプの要素１８４の透過率と一致する。
【００７３】
この構成により、画像分割器１２１の、光が出射する出力面１５８は、有利にほぼ均一である。
【００７４】
好適な実施態様において、これらの要素を形成する平らなブロックとプリズムの多くは、形状が同じである。例えば、プリズム１７０，１７１，１８７，および１８８は、すべて同一形状である。従って、画像分割器１２１を形成している三つのタイプの要素は、限定された数のシンプルな平らなブロックとプリズムで制作されている。
【００７５】
図１０ｃは、図１０ｂの要素を形成するように、好適に組み合わされる、５種類の異なる形状の素材の図である。これらの５種類の異なる形状の素材は、平らなブロック２０５、平らなブロック２０６、平らなブロック２０７、三角形プリズム２０８、および三角形プリズム２０９である。
【００７６】
平らなブロック２０５は、大きさが５ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍで、外部タイプの要素１８４の平坦なブロック１８５を形成する。平らなブロック２０６は、大きさが５ｍｍ×３０ｍｍ×２５ｍｍで、内部タイプの要素１６５を形成する。平らなブロック２０７は、大きさが５ｍｍ×５ｍｍ×２５ｍｍで、外部タイプの要素１８４の平らなブロック１８６を形成する。三角形プリズム２０８は、大きさが５ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍで、三角形プリズム１７０，１７１，１８７，および１８８を形成する。最後に、三角形プリズム２０９は、大きさが５ｍｍ×５ｍｍ×２５ｍｍで、三角形プリズム１７２，１７３，１８９，および１９０を形成する。
【００７７】
平らなブロック２０５〜２０７および三角形プリズム２０８，２０９は、良い耐熱負荷性を備えているように、好適に、紫外線透過グレードの溶融シリカから製作される。その上、ブロックプリズムの各面は、散乱を最小にするように、好適に研磨されている。
【００７８】
この構造により、画像分割器１２１は、限定された数の、製造が容易な平らなブロックとプリズムから制作されており、画像分割器の製造コストを低減している。
【００７９】
ここで、ほぼテレセントリック性の正方形の光帯１２５をほぼテレセントリック性の矩形の光帯１２６へ変形する画像分割器１２１の動作を考察する。
【００８０】
手短に言えば、好適にほぼ正方形の光帯である入力光は、複数の光帯に分割される。次に、複数の光帯は、ほぼ矩形の光帯へ再指向される。複数の光帯の少なくとも一つは、ほぼ矩形の光帯のほぼ均一な放射照度を確実にするように、弱められる。
【００８１】
図１１は、画像分割器１２１の動作を示す図である。ほぼ正方形の光帯１２５は、入力面１５７を通り画像分割器１２１へ入射する。つぎに、ほぼ正方形の光帯は、五つの光帯に分割され、各光帯は、画像分割器の要素の一つにより、正方形の光帯から分割される。内部の光帯２１１は、内部の要素１５９により正方形の光帯から分割される。中間の光帯２１２と２１３は、中間の要素１６０と１６１により正方形の光帯から分割される。外部の光帯２１４と２１５は、外部の要素１６２と１６３により正方形の光帯から分割される。
【００８２】
次に、要素のそれぞれは、その対応する光帯をほぼ矩形の光帯１２６の一部へ再指向させ、その光帯を端から端へ配列する。内部の要素１５９は、内部の光帯２１１を矩形の光帯の内部部分２１６へ再指向させる。中間の要素１６０と１６１は、中間の光帯２１２と２１３を、内部部分２１６に沿って矩形の光帯の中間部分２１７と２１８へ再指向させる。外部の要素１６２と１６３は、外部の光帯２１４と２１５を、中間部分２１７と２１８の端に沿って矩形の光帯の外部部分２１９と２２０へ再指向させる。
【００８３】
上述のように、特別な被膜が、画像分割器１２１の要素の光学的透過率がほぼ等しいことを確実にするために、使用されている。これらの被膜は、内部と中間の光帯を分割と再指向により同一空間において弱める。この様にして、ほぼ矩形の光帯１２６は、ほぼ均一な放射照度で画像分割器から出射される。
【００８４】
この構造と動作により、および特に内部と中間の光帯を弱める被膜により、ほぼ正方形の光帯１２５は、ほぼ均一な放射照度を有する、ほぼ矩形の光帯１２６へ変形される。矩形の光帯の不均一な放射照度は投影光源の能力を低下させるので、対称な入射ひとみ放射照度の光を発生するためには、この均一な放射照度は有利である。
【００８５】
特別な被膜にかかわらず、主に、製造のエラーと、平らなブロックとプリズムを分離する小さい空気の間隙により発生する画像分割器の光帯分離とのために、ある程度の不均一が、ほぼ矩形の光帯１２６に存在するかもしれない。
【００８６】
図１２は、十分に透明な材料の単一の板から形成された後部集積器の構造を示している図である。後部集積器１２２は、入力面２２２と出力面２２３を有する。後部集積器の出力面は、均質器１０３の出力に相当する。
【００８７】
この好適な実施態様において、後部集積器１２２は、大きさが４００ｍｍ×１２５ｍｍ×５ｍｍであり、その良い耐熱負荷性のために溶融シリカが使用される。後部集積器１２２のすべての面は研磨されている。その上、後部集積器１２２の入力面２２２と出力面２２３は、反射防止被膜が施されている。
【００８８】
動作状態において、ほぼ矩形の光帯１２６は、入力面２２２から後部集積器１２２へ入射する。後部集積器は、光をさらに均一になるように、全内部反射により、光を再分布する。同時に、後部集積器１２２は、光のテレセントリック性を実質的には低下させない。ほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１は、出力面２２３から後部集積器を出射する。この様にして、後部集積器１２２は、画像分割器１２１により発生した僅かな不均一もすべて効果的に相殺する。
【００８９】
図１３ａと１３ｂは、後部集積器１２２の出力面２２３における相対的放射照度を示すグラフで、均質器１０３の出力に相当する。従って、電球１０１からの回転軸対称の光１１０をほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１へ変形する場合の均質器の効果を示している。
【００９０】
図１３ａは、好適な実施態様による出力面２２３における相対的放射照度を示すグラフである。このグラフは、均質器１０３における放射照度が±０．６％の範囲で均一であることを示している。
【００９１】
比較により、また、角度集積器１２０の効果を示すために、図１３ｂは、均質器が角度集積器１２０を含んでいない場合の出力面２２３における相対的放射照度を示すグラフである。このグラフは、放射照度が±２．１％の範囲で均一であることを示している。従って、角度集積器１２０は、均一性のエラーを±２．１％から±０．６％へ減少する役目をはたしている。言い換えると、角度集積器１２０は、光を出射する均質器１０３の均一性を十分に高めている。
【００９２】
図１４ａ〜図１４ｆは、後部集積器１２２の出力面２２３における出射ひとみの均一性を示すグラフで、均質器１０３の出力に相当する。
【００９３】
図１４ａは、好適な実施態様による出力面２２３の中心における出射ひとみの均一性を示すグラフである。図１４ｂは、好適な実施態様による出力面２２３の中心と縁との間の中間における出射ひとみの均一性を示すグラフである。図１４ｃは、好適な実施態様による出力面２２３の縁における出射ひとみの均一性を示すグラフである。
【００９４】
これらの三つのグラフのすべてにおいて、円弧１０７の画像は、効果的に混ぜ合わされて均一になっている。その上、画像のパターンは、観測点が出力面２２３の中心（図１４ａ）から出力面２２３の縁（図１４ｃ）へ移動するとき、実質的に変化していない。変移が無いこのことは、対称的なひとみの放射照度、対称的なひとみの分布、一様な開口数、および高度のテレセントリック性を示している。
【００９５】
比較により、また、角度集積器１２０の効果を示すために、図１４ｄ〜１４ｆは、それらが、均質器が角度集積器１２０を含んでいない場合のひとみの均一性を示している点を除いて、図１４ａ〜１４ｃと同様のものである。図１４ｄは、この場合の出力面２２３の中心におけるひとみの均一性を示しているグラフであり、図１４ｅは、この場合の出力面２２３における中心と縁との間の中間のひとみの均一性を示しているグラフであり、図１４ｆは、この場合の出力面２２３における縁のひとみの均一性を示しているグラフである。
【００９６】
これらの三つのグラフのすべてにおいて、円弧１０７の画像は、混ぜ合わされていない。さらに、画像のパターンは、観測点が出力面２２３の中心（図１４ｄ）から出力面２２３の縁（図１４ｆ）へ移動するとき、かなり変移する。この変移は、ひとみの対称性とテレセントリック性が無いことを示している。三つの観測点だけから、テレセントリック性の最大変化の絶対値を決定することは出来ない。しかし、観測された程度の変移から、±８ミリラジアンのテレセントリック性のエラーは、発生するかもしれない。この様に、角度集積器１２０が無いと、光を出射する均質器１０３のひとみの対称性とテレセントリック性は十分に低下する。言い換えると、角度集積器１２０は、光のひとみの対称性とテレセントリック性を有利に高める。
【００９７】
ほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１が、均質器１０３から出射した後、それは中継器１０４と再写像器１０５によりほぼテレセントリック性の弓状の光帯１１３へ変形される。これは再映像器１０６により弓状の光帯６へ再映像される。
【００９８】
図１５は、中継器、再写像器、および再映像器の構造と動作を示している図である。中継器１０４は、球面レンズ２３１〜２４０を備えている。再写像器１０５は、レンズ２４１〜２４５と放物面鏡２４６を備えている。再映像器１０６は、球面鏡２５１、平面鏡２５２と２５３、および球面鏡２５４を備えている。
【００９９】
再写像器１０５と再映像器１０６は、物理的に重なっていることに留意していただきたい。しかし、光は、再映像器１０６へ入射する前に、再写像器１０５を完全に通過する。
【０１００】
動作状態において、ほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１は、中継器に入射し、球面レンズ２３１〜２４０を通過する。これらのレンズは、光の画像を１．６倍に単に拡大するだけである。光は、中間画像１１２として中継器１０４を出射する。中間画像１１２は再写像器１０５へ入射し、レンズ２４１〜２４５を通過する。次に、光は放物面鏡２４６で反射し、ほぼテレセントリック性の弓状の光帯１１３（示されていない）として再写像器１０５から出射する。この弓状の光帯は再映像器１０６へ入射し、鏡２５１〜２５４で反射する。これらの鏡は、弓状の光帯の画像を２倍に拡大する。次に、この拡大された画像は、弓状の光帯６として再映像器１０６から出射する。
【０１０１】
明確にするために、中継器１０４、再写像器１０５、および再映像器１０６の構造と動作を、投影光源１００のこれらの部分のそれぞれについての個々の図面を参照して説明する。
【０１０２】
手短に説明すると、ほぼ矩形の光帯をほぼ弓状の光帯へ変形する中継器と再写像器は、レンズ系と放物面鏡を備えている。レンズ系は、ほぼ矩形の光帯を、曲率半径がほぼ弓状の光帯と同じである、湾曲した画像領域を有する光帯へ歪ませる非常に湾曲した視野を有する。言い換えると、レンズ系は、湾曲した画像の視野をほぼ矩形の光帯へ与える。放物面鏡は、ほぼ弓状の光帯の曲率にほぼ等しい円錐曲線の通径を有し、この通径における断面を有する。放物面鏡は湾曲した画像に配置されており、レンズ系からの光をほぼ平坦な画像領域を有する弓状の光帯へ反射する。
【０１０３】
図１６は、中継器の構造と動作を示す図である。中継器１０４は、１０個の球面レンズ２３１から２４０を備えている。光は球面レンズ２３１を通って中継器１０４へ入射し、球面レンズ２３２〜２３９を通過し、球面レンズ２４０から出射する。中継器１０４は、好適に二重にテレセントリック性であり、設計画像が、中継器の入力平面と出力平面の両方においてテレセントリック性で、無限遠で造影することを意味する。
【０１０４】
１０個の球面レンズ２３１〜２４０はすべて、好適に、良い透過率と、水銀光源のｉ線とｇ線の間の良い色収差の補正とについて選択された材料から制作されている。色収差の補正は、優れた映像を生成する必要はない。むしろ、補正は、良いエネルギー伝達効率とテレセントリック性を電球１０１の全分光帯において確実にするため、十分でなければならないだけである。
【０１０５】
単一の種類のガラスの屈折レンズ系は、色収差について適切に補正されないので、二種類のガラスが、レンズ２３１〜２４０に使用される。好適な実施態様において、これらの二種類のガラスは、高精度の徐冷溶融シリカとオハラｉ線ガラスである。
レンズのすべての面は、研磨され、反射防止膜が施されている。レンズの縁は研削され、黒染めされている。レンズ２３１〜２４０の仕様は、表１に記載されている。
【０１０６】
【表１】
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【０１０７】
好適な実施態様において、中継器１０４は、投影光源１００の開口絞りを備えている。開口絞り２４０ａは、後で述べる理由から、中継器の共通軸から外れている。開口絞り２０４ａは、半径が８３．１ｍｍで、ｙ軸から−２．７５３ｍｍ外れている。絞りは、球面レンズ２３５と球面レンズ２３６の間に配置されている。
【０１０８】
外れた開口絞りを収容するため、開口絞りに光学的に続く投影光源１００の一部が、ｙ軸に沿って−２．５７１６ｍｍ外れ、ｘ−ｚ面から０．４００５度下方へ傾斜している。言い換えると、レンズ２３６〜２４５および鏡２５１〜２５４は、投影光源１００の光軸から０．４００５度傾斜した光軸上に位置している。
【０１０９】
動作状態において、レンズ２３１〜２４０は、ほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１を１．６倍に拡大し、中間画像１１２を形成する。中継器１０４から出射した後、中間画像１１２は、再写像器１０５へ入射する。
【０１１０】
図１７は、再写像器の構造と動作を示す図である。上述のように、再写像器１０５は、レンズ２４１〜２４５および放物面鏡２４６を備えている。好適な実施態様において、レンズ２４１〜２４５は、オハラガラスで製作されている。これらのレンズの光学的面は、研磨され、反射防止被膜が施されている。レンズの縁は、研削され、黒染め処理されている。レンズ２４１〜２４５の仕様は、表２に記載されている。
【０１１１】
【表２】
0005059049.tif 000003
【０１１２】
注１と２：
これらは、次式で与えられた非球面定数を有する非球面レンズである：
【０１１３】
【数１】
0005059049.tif 000004
【０１１４】
Z = F(H) + (1/2) * CURV2 *(S^2 + Z^2 - (F(H)^2)
注１：
CURV1 = -0.005185
CURV2 = -0.007705
A =  2.93507e-7
B = -1.84177e-11
C =  1.38092e-15
注２：
CURV1 = -0.011250
CURV2 = -0.008109
A = -2.73417e-7
B =  3.10268e-13
C =  1.86346e-15
注３：
これは、次式により与えられた非球面定数を有する非球面レンズである。
【０１１５】
【数２】
0005059049.tif 000005
【０１１６】
CURV = -0.01493744
K = -0.825452
放物面鏡２４６は、形状が円弧状である。円弧状の形状は、曲率がほぼテレセントリック性の弓状の光帯とほぼ同じである。図１７の線Ｂ−Ｂで示された放物面鏡２４６の断面２４７は、通径上のものである。好適な実施態様において、放物面鏡２４６は、９５％より高い反射の、高度のアルミニウムの反射被膜が施されている。
【０１１７】
手短に言えば、動作状態において、中継器と再写像器は、ほぼ矩形の光帯をほぼ弓状の光帯へ変形する。中継器と再写像器のレンズは、ほぼ矩形の光帯を、曲率半径がほぼ弓状の光帯と同じである湾曲した画像を有する光帯へ歪ませる。次に、再写像器の放物面鏡は、湾曲した画像を有する光帯を、ほぼ平坦な画像領域を有するほぼ弓状の光帯へ反射する。
【０１１８】
詳細に言えば、レンズ２４１〜２４５は、レンズ２３１〜２４０と共に、ほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１１を、湾曲した画像２５０（即ち、湾曲した画像領域を有する光帯）へ歪ませる、非常に湾曲した領域を有する。言い換えると、レンズは、光帯の画像領域へ曲率を与える。湾曲した画像領域は、再写像器により出力された光の所望の円弧の半径と同じである曲率半径を有する。
【０１１９】
好適な実施態様において、弓状の光帯６は、１７５．０ｍｍの半径を有する。後述するように、再映像器１０６は、再写像器１０５の出力を２倍に拡大する。従って、再映像器１０６の出力において１７５．０ｍｍの半径を有する弓状の光帯６を得るために、再写像器１０５は、８７．５ｍｍの半径を有する弓状の光帯１１３を生成しなければならない。従って、湾曲した画像２５０は、８７．５ｍｍの曲率半径を有する。
【０１２０】
湾曲した画像２５０は、放物面鏡２４６に突き当たる。放物面の曲率と放物面鏡の向きは、湾曲した画像２５０を、ほぼ平坦な画像領域を有する弓状の光帯１１３へ変形する。図１７に示されているように、弓状の光帯１１３は、中継器と再写像器の光軸に対しかなり傾斜して進行する。
【０１２１】
中継器１０４と再写像器１０５は、テレセントリック性とひとみの非対称性のエラーを光へ幾らか持ち込む。エラーを低減するためのステップが全く取られない場合について、このエラーが図１８と１９に示されている。
【０１２２】
図１８は、中継器と再写像器の出力から１００キロメートル離れたひとみの足跡を示す図である。ひとみの画像は、弓状の光帯に沿ったすべての点において対称ではない。その代わり、画像は歪んでいる：ひとみの下縁からの光は、縁に結像され、ひとみの上縁からの光は、領域を横切って結像される。この領域の大きさは、弓状の光帯の位置により左右される。
【０１２３】
基本的に、ほぼテレセントリック性の矩形の光帯１１２がレンズと放物面鏡により曲線に曲げられるので、この歪みが発生する。この曲がりは、弓状の光帯の内縁となる矩形の光帯の側部を圧縮する。圧縮された側部は、ひとみの残りより大きいひとみの縁を有する。この様に、曲がりは、弓状の外側の縁になる、矩形の光帯の側部を広げる。この広げられた側部は、ひとみの残りより小さいひとみの縁を有する。ひとみの縁の底部は、一個所に整列している。結果として、異なる大きさのひとみの縁の上部は、整列せず、非対称のひとみの足跡となっている。
【０１２４】
このようにひとみの対称性が欠けていると、テレセントリック性エラーが発生する。これは図１９に示されている。エラーの範囲は、弓状の光帯の円弧部分１１５で９．０ミリラジアンであり、弓状の光帯のタブ部分１１６と１１７で１０．６ミリラジアンである。
【０１２５】
上述のように、図１８と１９は、エラーを減少するステップが少しも講じられていない場合のひとみの歪みとテレセントリック性の損失を示す図である。エラーを低減する一つの方法は、中継器１０４の開口絞り２４０ａの中心を外すことである。中継器１０４の開口絞り２４０ａの中心を外すことにより、テレセントリック性のエラーは、正と負のエラーの間に等しく分かれ、絶対的エラーの大きさを非常に低減する。開口絞り２４０ａの中心が外れると、テレセントリック性のエラーが、最大±４．６ミリラジアンに減少する。上述のように、開口絞りの中心を外すには、投影光源１００の一部を傾斜し、中心を外すことが必要である。
【０１２６】
前述の方法により、ほぼテレセントリック性の矩形の光帯は、ひとみの対称性とテレセントリック性の劣化を最小限にした、ほぼテレセントリック性の弓状の光帯に変形する。
【０１２７】
弓状の光帯１１３が再写像器１０５から出射した後、光は再映像器１０６へ入射する。再映像器１０６の構造と動作は、本技術では周知であり、再映像器１０６の現在生産型はキャノンにより製造されている。再映像器１０６の構造と動作に付いての簡単な説明を、完全を期して以降に述べる。
【０１２８】
図２０は、再映像器１０６の構造を示す図であり、再映像器１０６は、再写像器１０５からの弓状の光帯１１３を弓状の光帯６へ再び結像させる。上述のように、再映像器１０６は、球面鏡２５１、平面鏡２５２と２５３、および球面鏡２５４を備えている。これらの鏡は、開口２４０ａの中心ずれと弓状の光帯１１３の伝搬の方向づけを行うように、指向されなければならない。
【０１２９】
動作状態において、再映像器１０６は、弓状の光帯１１３を２倍に拡大し、これにより、弓状の光帯６を発生して、その光をレチクル１へ投射する。再映像器１０６から出射する光は、球面鏡２５１、平面鏡２５２、平面鏡２５３、および球面鏡２５４で反射する。次に、光は再映像器１０６から出射する。再映像器１０６は、光を再映像し、光のひとみの対称性とテレセントリック性を維持する。
【０１３０】
他の実施態様において、本技術で知られていない再映像器が使用されている。図２１は、この様な再映像器を、再映像器と共に使用される僅かに変形された再写像器３１０と共に示した図である。
【０１３１】
再写像器３１０は、レンズ３１２〜３１５を含んでいるレンズ系を備えている。レンズ系は非常に湾曲した視野を有する。再写像器はまた、平面鏡３１７、放物面鏡３１８、および環状の視野マスク３１９を備えている。放物面鏡３１８は、再写像器により出力されたほぼ円弧状の光帯の曲率にほぼ等しい放物面の通径を有しており、その通径において断面を有する。
【０１３２】
好適に、レンズ３１２から３１５は、オハラガラスで制作されている。レンズの光学面は研磨され、反射防止被膜が施されている。レンズの縁は研削され、黒染めが行われている。さらに、平面鏡３１７と放物面鏡３１８は、９５％より高い反射率を有する、強化されたアルミニウムの反射被膜が施されている。
【０１３３】
再写像器３１０は、上述のように、再写像器１０５とかなり似ており、これとほぼ同じ機能を行う。即ち、再写像器３１０は、ほぼ矩形の光帯をほぼ弓状の光帯へ変形する。しかし、幾つかの僅かな差異が、再写像器３１０と再写像器１０５のあいだにある。第一に、再写像器３１０は、僅かに異なるレンズを有する。第二に、再写像器３１０は、平面鏡３１７と環状の視野マスク３１９を有し、そのどちらも再写像器１０５には無い。
【０１３４】
投影光源の動作状態において、ほぼ矩形の光帯は、再写像器へ入射する。図２１の光線により示されているように、光はレンズ３１２から３１５へ通過する。これらのレンズは、ほぼ矩形の光帯を、曲率半径が所望のほぼ弓状の光帯と同じである湾曲した画像領域を有する光帯へ歪ませる。次に、光は平面鏡３１７で反射する。これは、再映像器３１１との再写像器３１０の心合わせに役立つように、光を再指向するだけである。次に、光は放物面鏡３１８で反射し、湾曲した画像を、ほぼ平坦な画像領域を有するほぼ弓状の光帯へ変形する。環状視野マスク３１９は、弓状の光帯の不要な部分（例えば、干渉模様）を遮蔽する。
【０１３５】
再写像器３１０は、ある程度のテレセントリック性とひとみ対称性のエラーを光に持ち込む。このエラーは、上述のように、中継器１０４と再写像器１０５により光へ持ち込まれたエラーに似ている。再映像器３１１は、このエラーを低減するように設計されている。
手短に言えば、他の実施態様において、投影光源の使用に適した再映像器は、複数の鏡、レンズ系、およびレンズ系内の開口絞りを備えている。光は複数の鏡の少なくとも一つで反射して、レンズ系を通過する。レンズ系において、テレセントリック性のひとみの画像は、内部の絞りに形成され、出力露出とテレセントリック性を制御するように、アイリスまたは機械的絞りにより縁取りされる。レンズ系を通過した後、光は少なくとも他の複数の鏡で反射する。
【０１３６】
詳細に説明すると、再映像器３１１は、凹面の球面鏡３２０、凸面の球面鏡３２１、レンズ３２２〜３２８、凸面の球面鏡３３１、および凹面の球面鏡３２２を備えている。開口絞り３４０は、レンズ３２４と３２５の間に配置されている。図２１に光線により示されているように、光はこれらの要素のそれぞれを通過する。
【０１３７】
好適に、レンズ３２２〜３２８は、オハラガラスで製作されている。これらのレンズの光学面は、研磨され、反射防止被膜が施されている。レンズの縁は、研削され、黒染めが施されている。さらに、球面鏡３２０，３２１，３３１，および３３２は、９５％より高い反射率を有する、強化されたアルミニウムの反射被膜が施されている。
【０１３８】
再映像器３１１が投影光源と共に使用される場合、ほぼ弓状の光帯が、再写像器３１０から再映像器へ入射される。以降に説明する理由から、球面鏡の曲率半径とレンズの構成は、弓状の光帯が３．２倍に拡大されるように、好適に選択される。その上、光が、開口絞り３４０が配置されている、レンズ３２４と３２５の間のテレセントリック性ひとみの画像へ焦点を結ぶように、レンズ３２２〜３２８は好適に構成されている。
【０１３９】
開口絞り３４０の開口の大きさは、開口絞りが再映像器を通過する光の最小ひとみ直径まで閉じるように、好適に選択されている。例えば、図１８に関し、最小ひとみの直径は、弓状の光帯の外縁に相当する。この様に、開口絞り３４０は、このひとみの直径まで閉じるように選択される。その結果、弓状の光帯の内縁に対応する大きいひとみの画像は、開口絞り３４０により、この最小のひとみの大きさまで遮蔽される。大きいひとみの画像のこのマスキングは、再写像器により持ち込まれたひとみの非対称を補償し、これにより、ひとみの放射照度の対称性を高める。さらに、開口絞りは再映像器内にあるので、開口絞りは、中継器内に配置される必要はない。その結果、中継器は、選択的に、投影光源から取り外すことが出来る。中継器が投影光源から取り外されるならば、中継器が存在する場合に行うであろう１．６倍の拡大を考慮するため、再映像器は、１．６、２、または３．２倍の係数により弓状の光帯を拡大しなければならないことに留意して戴きたい。
【０１４０】
手短に言えば、動作状態において、光は少なくとも一つの鏡で反射することにより再映像され、レンズ系とレンズ系内の開口絞りを通過し、少なくとも他の鏡で反射する。光がレンズ系を通過すると、光はテレセントリック性ひとみの画像に焦点が合わされる。光は、実質的にこの画像にある開口絞りを通過する。
【０１４１】
詳細に説明すると、投影光源内の再映像器３１１の動作は、図２１の光線により示されている。ほぼ弓状の光帯は再写像器３１０から出射して、凹面の球面鏡３２０から再映像器３１１へ入射する。弓状の光帯は凸面の球面鏡３２１へ反射され、次に、レンズ３２２〜３２４へ反射される。これらのレンズは、光をテレセントリック性ひとみの画像に焦点を合わし、光はこの画像にある開口絞り３４０を通過する。
【０１４２】
光が開口絞りを通過すると、光のひとみの大きさは、絞りの開口の大きさに遮蔽される。従って、開口より大きい、光のひとみの画像は、開口の大きさに遮蔽される。前に考察したように、開口の大きさは、弓状の光帯の最小のひとみの直径と好適に同じである。従って、光のすべてのひとみの画像は、その大きさに遮蔽され、これにより、再写像器により発生したひとみ画像の歪みを補償する。
【０１４３】
開口絞り３４０を通過した後、光はレンズ３２５〜３２８を通過し、凸面の球面鏡３３１で反射して、凹面の球面鏡３２２で反射する。弓状の光帯が再映像器から出射すると、光は好適に３．２倍に拡大されている。
【０１４４】
この方法により、光のひとみの大きさは、光が再映像されるとき、開口絞りにより限定される。限定されたひとみの大きさにより、ひとみの放射照度の対称性は向上する。重ねて言うと、上述のように、この方法により、投影光源は中継器無しで構成することが出来る。
【０１４５】
本発明は、個々の例証実施態様に関して述べられている。しかし、本発明は上述の実施態様に限定されず、多様な変更と修正が、発明の精神と範囲から逸脱することなく、通常の技術を修得した当事者により行われることは、理解されるものである。
【図１】
0005059049.tif 000006
【図２】
0005059049.tif 000007
【図３】
0005059049.tif 000008
【図４】
0005059049.tif 000009
【図５】
0005059049.tif 000010
【図６】
0005059049.tif 000011
【図７ａ】
0005059049.tif 000012
【図７ｂ】
0005059049.tif 000013
【図７ｃ】
0005059049.tif 000014
【図８ａ】
0005059049.tif 000015
【図８ｂ】
0005059049.tif 000016
【図８ｃ】
0005059049.tif 000017
【図８ｄ】
0005059049.tif 000018
【図８ｅ】
0005059049.tif 000019
【図８ｆ】
0005059049.tif 000020
【図９】
0005059049.tif 000021
【図１０ａ】
0005059049.tif 000022
【図１０ｂ】
0005059049.tif 000023
【図１０ｃ】
0005059049.tif 000024
【図１１】
0005059049.tif 000025
【図１２】
0005059049.tif 000026
【図１３ａ】
0005059049.tif 000027
【図１３ｂ】
0005059049.tif 000028
【図１４ａ】
0005059049.tif 000029
【図１４ｂ】
0005059049.tif 000030
【図１４ｃ】
0005059049.tif 000031
【図１４ｄ】
0005059049.tif 000032
【図１４ｅ】
0005059049.tif 000033
【図１４ｆ】
0005059049.tif 000034
【図１５】
0005059049.tif 000035
【図１６】
0005059049.tif 000036
【図１７】
0005059049.tif 000037
【図１８】
0005059049.tif 000038
【図１９】
0005059049.tif 000039
【図２０】
0005059049.tif 000040
【図２１】
0005059049.tif 000041