[发明专利]照明光学装置及光学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种诸如投影装置、曝光装置和显微镜之类的照明光学装置，以及一种采用这样的照明光学装置的光学装置。

背景技术

在诸如投影装置、曝光装置和显微镜的光学装置的照明光学系统中，需要均匀地并用足够明亮的光照明整个照明区域的能力。

用于实现这样照明的公知照明光学装置例如包括在日本未审专利申请特开平6-349710号公报中描述的照明装置(参见从第10栏中的第31行至第11栏中的第30行的部分以及图7)。

相对于多个光源发出的光束而言，该照明光学装置例如通过使用复眼透镜而提高了照明光功率和照度均匀性。另外，该照明光学装置利用分束光学系统(半棱镜)将来自各光源的光束分开，并使光束从不同角度入射到复眼透镜上，以防止发生照度不均匀。

然而，该照明光学装置的问题例如在于，其需要分束系统，这使得光学系统变得复杂。该照明光学系统的另一不利之处在于，由于为了获得期望性能需要部件精度高而使装置变得非常昂贵。另外，为了在复眼透镜处有效地接收从光源发出的光，同时防止例如渐晕，光源的形状和布局以及复眼透镜的形状都受到诸多限制。此外，期望的结构是可按照需要根据例如待检验样品的性质来选择光源的类型、强度等。然而，这样的结构不能应用在上述公知的照明光学装置中。

发明内容

本发明是鉴于上述情形构思的，并且本发明的目的在于提供一种照明光学装置和采用该照明光学装置的光学装置，所述照明光学装置和光学装置能够有效地收集从光源发出的光以便以较低的照度不均匀性进行照明，而不必采用复杂结构且也不会给光源的形状布局以及复眼透镜的形状施加限制。优选的是，本发明的另一目的是提供一种照明光学装置和采用该照明光学装置的光学装置，该照明光学装置和光学装置允许根据例如待检验样品的性质选择适当的光源。

为了实现上述目的，本发明提供如下的解决方案。

本发明提供了一种照明光学装置，该照明光学装置包括：发光部；透镜系统，该透镜系统用于将从所述发光部发出的发散光束转变成平行光束；无焦光学系统，该无焦光学系统用于调节通过所述透镜系统获得的平行光束的截面面积；复眼透镜，该复眼透镜用于从截面面积被所述无焦光学系统调节的平行光来形成多个光源图像；以及柯勒(Koehler)照明光学系统，该柯勒照明光学系统采用通过所述复眼透镜形成的所述多个光源图像作为光源。

在具有该结构的照明光学装置中，由于从所述发光部发出的发散光由所述透镜系统无耗损地收集以用作照明光，因此可以实现有效的照明。

另外，以这种方式收集的照明光通过所述透镜系统和所述无焦光学系统而以平行光入射到所述复眼透镜上，从而通过所述复眼透镜从该平行光形成多个光源图像，并且该多个光源图像用作所述柯勒照明光学系统的光源。换言之，在该照明光学装置中，由于通过所述透镜系统获得的平行光束在该平行光束的截面面积由所述无焦光学系统调节之后以照明光入射到所述复眼透镜上，因此不容易产生由于所述复眼透镜的组成透镜的形状而引起的渐晕。此外，在该照明光学装置中，由于通过所述复眼透镜形成的多个光源图像从多个方向相互叠加在照明表面上，因此可以实现具有均匀照度分布的照明。

如上所述，该照明光学装置使得可以有效地收集从所述发光部发出的光，并以较小的照度不均匀性进行照明，而无需采用复杂的结构。

这里，将通过所述透镜系统获得的所述平行光刚通过所述无焦光学系统时测量的光束直径定义为D1，将所述平行光即将入射到所述无焦光学系统之前的光束系(beam system)定义为D2，并且将β定义为β＝D1/D2。如果该β值小于0.25，则所述复眼透镜相比于所述发光部太小，可能会使得从所述发光部发出的光的利用率降低。另一方面，如果β值大于2，则所述复眼透镜的孔径相比于所述发光部的有效孔径过大，使得所述装置的尺寸大于所需尺寸。

因此，在根据本发明的照明光学装置中，所述无焦光学系统优选满足条件表达式0.25＜β＜2。更优选的是，所述无焦光学系统应满足条件表达式0.4＜β＜1。

另外，所述无焦光学系统可包括靠近所述发光部布置的第一组和靠近所述复眼透镜布置的第二组，并且所述第一组可在所述第一组与所述第二组之间形成所述发光部的图像。

在这种情况下，由于来自所述发光部的图像(光源图像)的光瞳位置(pupil position)可以布置在所述复眼透镜的入射平面上，因此可以将从所述发光部发出的光有效地引导到所述复眼透镜上。