特許 6043228 光学モジュールおよび光照射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6043228

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】光学モジュールおよび光照射装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/28 20060101AFI20161206BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20161206BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20161206BHJP

   B23K 26/073 20060101ALI20161206BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20161206BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/28 Z

   G02F1/13 505

   B23K26/064 Z

   B23K26/073

   G02B5/04 D

   G02B5/30

【請求項の数】10

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2013-79803(P2013-79803)

(22)【出願日】2013年4月5日

(65)【公開番号】特開2014-202956(P2014-202956A)

(43)【公開日】2014年10月27日

【審査請求日】2015年12月4日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）独立行政法人科学技術振興機構、研究成果最適展開支援事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124291

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(72)【発明者】

【氏名】井上 卓

(72)【発明者】

【氏名】寺田 浩敏

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２７６０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１９４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４４５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１０５３１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭６４−０７９７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２８

Ｇ０２Ｆ １／１３

Ｇ０２Ｆ １／０９

Ｇ０２Ｂ ５／００ − ５／１３６

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０２Ｂ ９／００ − ２１／３６

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／４２

Ｇ０１Ｎ ２１／６２ − ２１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光照射装置において、光源から出力された照射光を変調して変調光を生成し、該変調光を照射対象物へ供給する光学モジュールであって、
前記照射光に含まれるｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有する偏光ビームスプリッタと、
偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記照射光のうち前記光分岐面を透過した第１の偏光成分の光路上に配置された第１の偏光素子と、
前記第１の偏光素子を通過した前記第１の偏光成分を変調して第１の変調光を生成するとともに、前記第１の変調光を前記第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、
偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記照射光のうち前記光分岐面において反射された第２の偏光成分の光路上に配置された第２の偏光素子と、
前記第２の偏光素子を通過した前記第２の偏光成分を変調して第２の変調光を生成するとともに、前記第２の変調光を前記第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、
前記第１の偏光素子を再び通過した後、前記光分岐面において反射された前記第１の変調光と、前記第２の偏光素子を再び通過した後、前記光分岐面を透過した前記第２の変調光とが互いに合波されて前記偏光ビームスプリッタから出力され、前記変調光として前記照射対象物へ出射されることを特徴とする、光学モジュール。

【請求項2】

前記第１及び第２の反射型空間光変調器が液晶型であり、
前記第１の反射型空間光変調器の液晶の配向方向と、前記第２の反射型空間光変調器の液晶の配向方向とが互いに直交することを特徴とする、請求項１に記載の光学モジュール。

【請求項3】

相反性の光学活性を有し、前記偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型空間光変調器との間の光路上、又は前記偏光ビームスプリッタと前記第２の反射型空間光変調器との間の光路上に配置された偏光素子を更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学モジュール。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載された光学モジュールと、
前記照射光を前記光学モジュールへ出力する光源と、
前記光学モジュールから出力された前記変調光を前記照射対象物へ導く導光光学系と
を備えることを特徴とする、光照射装置。

【請求項5】

光照射装置において、光源から出力された照射光を変調して変調光を生成し、該変調光を照射対象物へ供給する光学モジュールであって、
ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｐ偏光成分を含む第１の照射光を前記光分岐面に受ける第１の偏光ビームスプリッタと、
偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記第１の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面を透過した前記第１の照射光の光路上に配置された第１の偏光素子と、
前記第１の偏光素子を通過した前記第１の照射光を変調して第１の変調光を生成するとともに、前記第１の変調光を前記第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、
ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分のうち何れかの偏光成分を含む第２の照射光を前記光分岐面に受ける第２の偏光ビームスプリッタと、
偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、前記第２の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面において透過及び反射のうち一方を経た前記第２の照射光の光路上に配置された第２の偏光素子と、
前記第２の偏光素子を通過した前記第２の照射光を変調して第２の変調光を生成するとともに、前記第２の変調光を前記第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、
前記第１の変調光は、前記第１の偏光素子を再び通過した後、前記第１の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面において反射され、前記第２の変調光は、前記第２の偏光素子を再び通過した後、前記第２の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面において透過及び反射のうち他方を経て前記第１の偏光ビームスプリッタの前記光分岐面に達し、
前記第１及び第２の変調光が互いに合波されて前記第１の偏光ビームスプリッタから出力され、前記変調光として前記照射対象物へ出射されることを特徴とする、光学モジュール。

【請求項6】

前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型空間光変調器との間の光路上に設けられた光路長調整素子を更に備えることを特徴とする、請求項５に記載の光学モジュール。

【請求項7】

相反性の光学活性を有し、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタとの間の光路上に設けられた偏光素子を更に備えることを特徴とする、請求項５または６に記載の光学モジュール。

【請求項8】

請求項５〜７のいずれか一項に記載された光学モジュールと、
前記第１及び第２の照射光を前記光学モジュールへ出力する一又は二以上の光源と、
前記光学モジュールから出力された前記変調光を前記照射対象物へ導く導光光学系と
を備えることを特徴とする、光照射装置。

【請求項9】

前記第１の照射光の光路上に配置され、波長成分もしくは偏光成分に基づいて前記第１の照射光を分光する第１の分光素子と、
前記第２の照射光の光路上に配置され、波長成分もしくは偏光成分に基づいて前記第２の照射光を分光する第２の分光素子と
を更に備えることを特徴とする、請求項８に記載の光照射装置。

【請求項10】

２分の１波長板を更に備え、前記２分の１波長板は前記第１の照射光の光路上及び前記第２の照射光の光路上のうち少なくとも一方に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の光照射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学モジュールおよび光照射装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、反射型の空間光変調器を備えるレーザ加工装置が記載されている。このレーザ加工装置は、レーザ光源及び空間光変調器を備えており、レーザ光源と空間光変調器との間の光路上には、偏光ビームスプリッタが配置されている。加えて、偏光ビームスプリッタと空間光変調器との間の光路上には、ファラデーローテータが配置されている。

【0003】

このレーザ加工装置において、レーザ光源から出力された光は、偏光ビームスプリッタを透過し、ファラデーローテータを経て空間光変調器に達し、その位相や振幅が変調される。そして、変調後の光は再びファラデーローテータを通過して偏光ビームスプリッタに達する。ここで、ファラデーローテータは、往路で偏光面を４５°回転させ、復路で偏光面を同じ回転方向に４５°回転させる。従って、再び偏光ビームスプリッタに達した光は、その偏光面が９０°回転しているため偏光ビームスプリッタにおいて反射される。

【0004】

特許文献２には、反射型の位相変調器を備える位相変調システムが記載されている。この位相変調システムは、位相変調器に入射される光の光路上に配置された偏光ビームスプリッタと、位相変調器と偏光ビームスプリッタとの間に配置されたファラデーローテータとを備えている。この位相変調システムにおいても、特許文献１に記載されたレーザ加工装置と同様の作用によって光が変調される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−１４４５２４号公報

【特許文献2】特表２０１０−５１８４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、光照射装置において様々な形態の照射光を実現するために、空間光変調器（ＳＬＭ；Spatial Light Modulator）を用いて照射光の強度分布や位相分布を変調する技術が研究されている。例えば特許文献１，２に記載された装置では、一つのＳＬＭを用いて光の位相を変調している。しかしながら、レーザ加工装置などの光照射装置においては、照射対象物における様々な照射形態を実現するために、複数のＳＬＭによって種々の変調が施された複数の光を同時に照射対象物に照射できることが望まれる。このような照射形態によって、同一箇所に異なる集光深さでもって光を照射したり、或いは、パルス幅や繰り返し周波数などの照射条件がそれぞれ異なる複数の光を照射対象物に同時に照射するといった、更に多様な照射形態を使用者に提供することが可能となる。

【0007】

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、より多様な照射形態を使用者に提供することが可能な光学モジュールおよび光照射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】

上述した課題を解決するために、本発明による第１の光学モジュールは、光照射装置において、光源から出力された照射光を変調して変調光を生成し、該変調光を照射対象物へ供給する光学モジュールであって、照射光に含まれるｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有する偏光ビームスプリッタと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、照射光のうち光分岐面を透過した第１の偏光成分の光路上に配置された第１の偏光素子と、第１の偏光素子を通過した第１の偏光成分を変調して第１の変調光を生成するとともに、第１の変調光を第１の偏光素子へ反射する第１の反射型ＳＬＭと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、照射光のうち光分岐面において反射された第２の偏光成分の光路上に配置された第２の偏光素子と、第２の偏光素子を通過した第２の偏光成分を変調して第２の変調光を生成するとともに、第２の変調光を第２の偏光素子へ反射する第２の反射型ＳＬＭと、を備え、第１の偏光素子を再び通過した後、光分岐面において反射された第１の変調光と、第２の偏光素子を再び通過した後、光分岐面を透過した第２の変調光とが互いに合波されて偏光ビームスプリッタから出力され、変調光として照射対象物へ出射されることを特徴とする。

【0009】

この第１の光学モジュールにおいて、偏光ビームスプリッタを透過した第１の偏光成分（ｐ偏光成分）は、その偏光面が第１の偏光素子によって回転されたのち、第１の反射型ＳＬＭに入射する。第１の偏光成分は、第１の反射型ＳＬＭによって変調されて第１の変調光となり、この第１の変調光の偏光面は、第１の偏光素子によって再び回転される。第１の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第１の偏光素子を往復した後の第１の変調光は、偏光ビームスプリッタにおいて反射されるｓ偏光成分を含むことができる。なお、好適には、変調前の第１の偏光成分の偏光面が第１の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第１の変調光の偏光面が第１の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

【0010】

また、偏光ビームスプリッタにおいて反射された第２の偏光成分（ｓ偏光成分）は、その偏光面が第２の偏光素子によって回転されたのち、第２の反射型ＳＬＭに入射する。第２の偏光成分は、第２の反射型ＳＬＭによって変調されて第２の変調光となり、この第２の変調光の偏光面は、第２の偏光素子によって再び回転される。第２の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第２の偏光素子を往復した後の第２の変調光は、偏光ビームスプリッタを透過するｐ偏光成分を含むことができる。なお、好適には、変調前の第２の偏光成分の偏光面が第２の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第２の変調光の偏光面が第２の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

【0011】

その後、ｓ偏光成分を含む第１の変調光は偏光ビームスプリッタにおいて反射され、ｐ偏光成分を含む第２の変調光は偏光ビームスプリッタを透過する。これらの変調光は互いに合波され、偏光ビームスプリッタから出力される。

【0012】

以上に説明したように、上記第１の光学モジュールでは、入射光のｐ偏光成分及びｓ偏光成分を分離させた後にそれぞれ変調し、変調後の第１及び第２の変調光を合波して出力することができる。したがって、この第１の光学モジュールによれば、第１及び第２の変調光に対して異なる集光深さを与えたり、或いは、パルス幅や繰り返し周波数などの照射条件を互いに異ならせる等、より多様な照射形態を使用者に提供することができる。

【0013】

また、液晶型などのＳＬＭの構成によっては直線偏光成分しか変調できない場合がある。そのような場合、例えば特許文献１，２に記載された構成のように他の偏光成分が利用されないと、光利用効率（光源から出力された光の強度と、照射対象物に照射される光の強度との比）が小さく抑えられてしまう。これに対し、上記第１の光学モジュールによれば、照射光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の双方を有効に利用することができるので、光利用効率を効果的に高めることができる。

【0014】

また、第１の光学モジュールは、第１及び第２の反射型ＳＬＭが液晶型であり、第１の反射型ＳＬＭの液晶の配向方向と、第２の反射型ＳＬＭの液晶の配向方向とが互いに直交することを特徴としてもよい。これにより、偏光面が互いに直交する第１及び第２の偏光成分それぞれを、第１及び第２の反射型ＳＬＭそれぞれにおいて効率良く変調することができる。

【0015】

また、第１の光学モジュールは、相反性の光学活性を有し、偏光ビームスプリッタと第１の反射型ＳＬＭとの間の光路上、又は偏光ビームスプリッタと第２の反射型ＳＬＭとの間の光路上に配置された偏光素子を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、第１の反射型ＳＬＭに入射する直前の第１の偏光成分の偏光面の角度、または第２の反射型ＳＬＭに入射する直前の第２の偏光成分の偏光面の角度を任意に制御することができる。

【0016】

また、本発明による第１の光照射装置は、上記いずれかの第１の光学モジュールと、照射光を光学モジュールへ出力する光源と、光学モジュールから出力された変調光を照射対象物へ導く導光光学系とを備えることを特徴とする。この第１の光照射装置によれば、上述した第１の光学モジュールを備えることにより、より多様な照射形態を使用者に提供することが可能となり、また、照射光の光利用効率を高めることができる。

【0017】

本発明による第２の光学モジュールは、光照射装置において、光源から出力された照射光を変調して変調光を生成し、該変調光を照射対象物へ供給する光学モジュールであって、ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｐ偏光成分を含む第１の照射光を光分岐面に受ける第１の偏光ビームスプリッタと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面を透過した第１の照射光の光路上に配置された第１の偏光素子と、第１の偏光素子を通過した第１の照射光を変調して第１の変調光を生成するとともに、第１の変調光を第１の偏光素子へ反射する第１の反射型ＳＬＭと、ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｓ偏光成分及びｐ偏光成分のうち何れかの偏光成分を含む第２の照射光を光分岐面に受ける第２の偏光ビームスプリッタと、偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有し、第２の偏光ビームスプリッタの光分岐面において透過及び反射のうち一方を経た第２の照射光の光路上に配置された第２の偏光素子と、第２の偏光素子を通過した第２の照射光を変調して第２の変調光を生成するとともに、第２の変調光を第２の偏光素子へ反射する第２の反射型ＳＬＭと、を備え、第１の変調光は、第１の偏光素子を再び通過した後、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面において反射され、第２の変調光は、第２の偏光素子を再び通過した後、第２の偏光ビームスプリッタの光分岐面において透過及び反射のうち他方を経て第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面に達し、第１及び第２の変調光が互いに合波されて第１の偏光ビームスプリッタから出力され、変調光として照射対象物へ出射されることを特徴とする。

【0018】

第１の偏光ビームスプリッタを透過した第１の照射光は、その偏光面が第１の偏光素子によって回転されたのち、第１の反射型ＳＬＭに入射する。第１の照射光は、第１の反射型ＳＬＭによって変調されて第１の変調光となり、この第１の変調光の偏光面は、第１の偏光素子によって再び回転される。第１の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第１の偏光素子を往復した後の第１の変調光は、偏光ビームスプリッタにおいて反射されるｓ偏光成分を含むことができる。なお、好適には、変調前の第１の照射光の偏光面が第１の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第１の変調光の偏光面が第１の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

【0019】

また、第２の偏光ビームスプリッタにおいて透過及び反射のうち一方を経た第２の照射光は、その偏光面が第２の偏光素子によって回転されたのち、第２の反射型ＳＬＭに入射する。第２の照射光は、第２の反射型ＳＬＭによって変調されて第２の変調光となり、この第２の変調光の偏光面は、第２の偏光素子によって再び回転される。第２の偏光素子は非相反性の光学活性を有するので、このように第２の偏光素子を往復した後の第２の変調光は、偏光ビームスプリッタにおいて透過及び反射のうち他方を経て、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面に達する。なお、好適には、変調前の第２の照射光の偏光面が第２の偏光素子によって４５°回転され、変調後の第２の変調光の偏光面が第２の偏光素子によって更に４５°回転されるとよい。

【0020】

その後、ｓ偏光成分を含む第１の変調光が第１の偏光ビームスプリッタにおいて反射され、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面に到達した第２の変調光と合波されて、第１の偏光ビームスプリッタから出力される。

【0021】

以上に説明したように、上記第２の光学モジュールでは、第１及び第２の照射光を個別に変調し、変調後の第１及び第２の変調光を合波して出力することができる。したがって、この第２の光学モジュールによれば、第１及び第２の変調光に対して異なる集光深さを与えたり、或いは、パルス幅や繰り返し周波数などの照射条件を互いに異ならせる等、より多様な照射形態を使用者に提供することができる。

【0022】

また、第２の光学モジュールは、第１の偏光ビームスプリッタと第１の反射型ＳＬＭとの間の光路上に設けられた光路長調整素子を更に備えてもよい。

【0023】

また、第２の光学モジュールは、相反性の光学活性を有し、第１の偏光ビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタとの間の光路上に設けられた偏光素子を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、第２の偏光ビームスプリッタの光分岐面において反射された第２の変調光の偏光面を回転させ、第１の偏光ビームスプリッタの光分岐面を透過させることができる。

【0024】

また、本発明による第２の光照射装置は、上記いずれかの第２の光学モジュールと、第１及び第２の照射光を光学モジュールへ出力する一又は二以上の光源と、光学モジュールから出力された変調光を照射対象物へ導く導光光学系とを備えることを特徴とする。この第２の光照射装置によれば、上述した第２の光学モジュールを備えることにより、より多様な照射形態を使用者に提供することができる。

【0025】

また、第２の光照射装置は、前記第１の照射光の光路上に配置され、波長成分もしくは偏光成分に基づいて前記第１の照射光を分光する第１の分光素子と、前記第２の照射光の光路上に配置され、波長成分もしくは偏光成分に基づいて前記第２の照射光を分光する第２の分光素子とを更に備えてもよい。

【0026】

また、第２の光照射装置が２分の１波長板を更に備え、前記２分の１波長板は、前記第１の照射光の光路上及び前記第２の照射光の光路上のうち少なくとも一方に配置されてもよい。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、より多様な照射形態を使用者に提供することが可能な光学モジュールおよび光照射装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第１実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。

【図2】第１実施形態の光学モジュールを備える光照射装置の構成を示す図である。

【図3】上記実施形態の第１変形例に係る光学モジュールの構成を示す図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。

【図5】第２実施形態の光学モジュールを備える光照射装置の構成を示す図である。

【図6】上記実施形態の第２変形例に係る光学モジュールの構成を示す図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。

【図8】第３実施形態の光学モジュールを備える光照射装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、添付図面を参照しながら本発明による光学モジュールおよび光照射装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0030】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学モジュール１Ａの構成を示す図である。また、図２は、光学モジュール１Ａを備える光照射装置２Ａの構成を示す図である。なお、理解の容易のため、図１及び図２にはＸＹＺ直交座標系が併せて示されている。また、図１及び図２では、理解の容易のため、光Ｌ２の光軸と光Ｌ３の光軸とが離れているが、実際には光Ｌ２の光軸と光Ｌ３の光軸とは一部で重なっている。光Ｌ４及び光Ｌ５についても同様である。

【0031】

図１に示されるように、光学モジュール１Ａは、偏光ビームスプリッタ１０Ａと、第１の偏光素子２０と、第１の反射型ＳＬＭ３０と、第２の偏光素子４０と、第２の反射型ＳＬＭ５０とを備えている。

【0032】

偏光ビームスプリッタ１０Ａは、光分岐面１１を有する光学部品である。光分岐面１１は、第１の方向（本実施形態ではＸ軸方向）、及び第１の方向と交差する第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）の双方に対して傾斜しており、その傾斜角は例えば４５°である。光分岐面１１は、これらの方向から入射した光に含まれるｓ偏光成分を反射し、ｐ偏光成分を透過する。光分岐面１１は、光学モジュール１Ａの外部からＸ軸方向に沿って入射された照射光Ｌ１を受ける。この照射光Ｌ１は、ｐ偏光成分及びｓ偏光成分の双方を含む光であり、例えばｐ偏光でもｓ偏光でもない直線偏光、無偏光（ランダム偏光）、円偏光、楕円偏光の光、或いはｐ偏光の光にそれと波長の異なるｓ偏光の光が重なった光である。

【0033】

また、ＸＹ平面に沿った偏光ビームスプリッタ１０Ａの断面形状は矩形状を呈している。そして、偏光ビームスプリッタ１０Ａは、この断面に現れる光入射面１２、光出射面１３、第１の面１４および第２の面１５を有している。光入射面１２は、Ｘ軸方向と交差する平面に沿っており、照射光Ｌ１を受ける。光出射面１３は、Ｙ軸方向と交差する平面に沿っており、合成変調光Ｌ６を出力する。第１の面１４はＸ軸方向と交差する平面に沿っており、光入射面１２及び第１の面１４はＸ軸方向に並んで配置されている。第２の面１５はＹ軸方向と交差する平面に沿っており、光出射面１３及び第２の面１５はＹ軸方向に並んで配置されている。これら４つの面のうち、光入射面１２および第２の面１５は光分岐面１１の一方の面側に配置されており、光出射面１３および第１の面１４は光分岐面１１の他方の面側に配置されている。

【0034】

第１の偏光素子２０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの第１の面１４と光学的に結合されており、照射光Ｌ１のうち光分岐面１１を透過した第１の偏光成分Ｌ２（光分岐面１１を透過した時点ではｐ偏光成分）の光路上に配置されている。なお、第１の偏光成分Ｌ２の光路とは、照射光Ｌ１のうち光分岐面１１を透過した光の光路を指す。本実施形態の第１の偏光素子２０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光分岐面１１に対してＸ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光素子２０は、第１の偏光成分Ｌ２の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。ここで、非相反性の光学活性とは、順方向に進む光の回転の向きと、逆方向に進む光の回転の向きとが互いに等しい偏光特性を意味する。例えば、或る方向から第１の偏光素子２０を通過した光の偏光面が所定の向きに所定の角度（例えば、４５°もしくは１３５°）だけ回転する場合、逆方向から第１の偏光素子２０を通過した光の偏光面は、上記の所定の向きに更に同じ角度だけ回転する。例えば、所定の角度が４５°である場合、第１の偏光素子２０を光が往復すると、その光の偏光面は９０°回転することとなる。第１の偏光素子２０は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

【0035】

なお、光学性結晶から成る１／２波長板も通過光の偏光面を回転させるものであるが、１／２波長板では順方向に進む光の回転の向きと逆方向に進む光の回転の向きとが互いに逆である相反性の光学活性を有するため、光が往復すると、その光の偏光面は元に戻ってしまう。したがって、１／２波長板は、非相反性の光学活性を有する偏光素子ではなく、第１の偏光素子２０としては用いられない。

【0036】

第１の反射型ＳＬＭ３０は、第１の偏光素子２０を通過した第１の偏光成分Ｌ２を変調して第１の変調光Ｌ３を生成するとともに、第１の変調光Ｌ３を第１の偏光素子２０へ反射する。第１の反射型ＳＬＭ３０としては、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第１の反射型ＳＬＭ３０は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面３１を有する。第１の反射型ＳＬＭ３０は、その複数の領域毎に第１の偏光成分Ｌ２の位相、強度等を変調することにより、第１の変調光Ｌ３を生成する。一例では、第１の反射型ＳＬＭ３０は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型のＳＬＭである。第１の反射型ＳＬＭ３０は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、液晶以外の電気光効果材料を有する素子、多数のマイクロミラーによって構成される素子、可変鏡型の光変調器であってもよい。

【0037】

第２の偏光素子４０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの第２の面１５と光学的に結合されており、照射光Ｌ１のうち光分岐面１１において反射された第２の偏光成分Ｌ４（光分岐面１１において反射された時点ではｓ偏光成分）の光路上に配置されている。本実施形態の第２の偏光素子４０は、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光分岐面１１に対してＹ軸方向に並んで配置されている。第２の偏光素子４０は、第２の偏光成分Ｌ４の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は前述した第１の偏光素子２０と同様である。第２の偏光素子４０は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

【0038】

第２の反射型ＳＬＭ５０は、第２の偏光素子４０を通過した第２の偏光成分Ｌ４を変調して第２の変調光Ｌ５を生成するとともに、第２の変調光Ｌ５を第２の偏光素子４０へ反射する。第２の反射型ＳＬＭ５０としては、第１の反射型ＳＬＭ３０と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第２の反射型ＳＬＭ５０は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面５１を有する。第２の反射型ＳＬＭ５０は、その複数の領域毎に第２の偏光成分Ｌ４の位相、強度等を変調することにより、第２の変調光Ｌ５を生成する。一例では、第２の反射型ＳＬＭ５０は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ型のＳＬＭである。第２の反射型ＳＬＭ５０は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、液晶以外の電気光効果材料を有する素子、多数のマイクロミラーによって構成される素子、可変鏡型の光変調器であってもよい。

【0039】

なお、反射型ＳＬＭ３０，５０がＬＣＯＳ型のＳＬＭである場合、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されないため、偏光素子２０，４０による回転後の偏光面の角度に合わせて反射型ＳＬＭ３０，５０を配置するとよい。

【0040】

図２に示されるように、本実施形態の光照射装置２Ａは、上述した光学モジュール１Ａに加えて、照射光Ｌ１を光学モジュール１Ａへ出力する光源３と、光学モジュール１Ａから出力された合成変調光Ｌ６を照射対象物４へ導く導光光学系５とを備えている。光源３は、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分の双方を含む照射光Ｌ１を出力する。前述したように、照射光Ｌ１は、無偏光（ランダム偏光）、円偏光、或いは楕円偏光の光である。光源３から出力された照射光Ｌ１は、レンズなどを含む導光光学系６を介して、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光入射面１２に導かれる。導光光学系５は、ステージ７上に載置された照射対象物４へ向けて合成変調光Ｌ６を集光するための対物レンズを含む。

【0041】

以上の構成を備える光学モジュール１Ａ及び光照射装置２Ａの動作について説明する。光源３から出力された照射光Ｌ１は、導光光学系６を通過して偏光ビームスプリッタ１０Ａに達する。Ｘ軸方向に沿って偏光ビームスプリッタ１０Ａの光入射面１２に入射した照射光Ｌ１のうち、第１の偏光成分Ｌ２は光分岐面１１を透過し、第１の面１４から出射される。また、第２の偏光成分Ｌ４は光分岐面１１において反射され、第２の面１５から出射される。第１の偏光成分Ｌ２は第１の偏光素子２０を通過するが、このとき、第１の偏光成分Ｌ２の偏光面は、第１の偏光素子２０によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その後、第１の偏光成分Ｌ２は、第１の反射型ＳＬＭ３０によって変調されて第１の変調光Ｌ３と成り、同時に第１の偏光素子２０に向けて反射される。第１の変調光Ｌ３は、第１の偏光素子２０を再び通過するが、このとき、第１の変調光Ｌ３の偏光面は、第１の偏光素子２０によって上記所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その結果、第１の変調光Ｌ３はｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。

【0042】

一方、第２の偏光成分Ｌ４は第２の偏光素子４０を通過するが、このとき、第２の偏光成分Ｌ４の偏光面は、第２の偏光素子４０によってｓ偏光面から所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その後、第２の偏光成分Ｌ４は、第２の反射型ＳＬＭ５０によって変調されて第２の変調光Ｌ５と成り、同時に第２の偏光素子４０に向けて反射される。第２の変調光Ｌ５は、第２の偏光素子４０を再び通過するが、このとき、第２の変調光Ｌ５の偏光面は、第２の偏光素子４０によって上記所定の向きに例えば４５°若しくは１３５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ５はｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。

【0043】

その後、ｓ偏光成分を含む第１の変調光Ｌ３は偏光ビームスプリッタ１０Ａにおいて反射され、ｐ偏光成分を含む第２の変調光Ｌ５は偏光ビームスプリッタ１０Ａを透過する。これらの変調光Ｌ３，Ｌ５は互いに合波され、合成変調光Ｌ６として偏光ビームスプリッタ１０Ａの光出射面１３から出力される。合成変調光Ｌ６は、導光光学系５に含まれる対物レンズによって集光されつつ、照射対象物４に照射される。

【0044】

以上に説明した本実施形態の光学モジュール１Ａ及び光照射装置２Ａによって得られる効果について説明する。光学モジュール１Ａでは、照射光Ｌ１のｐ偏光成分（第１の偏光成分Ｌ２）及びｓ偏光成分（第２の偏光成分Ｌ４）を分離させた後にそれぞれ変調し、変調後の第１及び第２の変調光Ｌ３，Ｌ５を合波して出力することができる。したがって、本実施形態の光学モジュール１Ａによれば、第１及び第２の変調光Ｌ３，Ｌ５に対して異なる変調パターンを与えることができる。これにより、例えば光軸に垂直な面内での光位相分布や光強度分布が互いに異なる２つの照射パターンを合成して照射したり、偏光成分毎に異なる集光深さを与えたり、また、パルス幅や繰り返し周波数などの照射条件を偏光成分毎に異ならせることができる。或いは、偏光成分毎に独立して収差を補正することもできる。これらのように、本実施形態の光学モジュール１Ａ及び光照射装置２Ａによれば、例えば特許文献１，２に記載されたような従来の装置よりも多様な照射形態を使用者に提供することを可能にできる。また、個別に変調された第１及び第２の変調光Ｌ３，Ｌ５を合波して出力するので、照射対象物４への照射光（合成変調光Ｌ６）に生じるスペックルを低減することができる。なお、本実施形態では、第１の反射型ＳＬＭ３０及び第２の反射型ＳＬＭ５０が、同一の変調パターンを呈示してもよい。

【0045】

また、液晶型などのＳＬＭの構成によっては直線偏光成分しか変調できない場合がある。そのような場合、例えば特許文献１，２に記載された構成のように他の偏光成分が利用されないと、光利用効率（光源から出力された光の強度と、照射対象物に照射される光の強度との比）が小さく抑えられてしまう。これに対し、本実施形態の光学モジュール１Ａ及び光照射装置２Ａによれば、照射光Ｌ１のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の双方を有効に利用することができるので、光利用効率を効果的に高めることができる。これにより、例えば安価なランダム偏光の光源を用いた場合であっても、十分な光量の光を照射対象物４に照射することができる。

【0046】

また、光学モジュール１Ａでは、一つの偏光ビームスプリッタ１０Ａの周囲に２つの反射型ＳＬＭ３０，５０が配置されている。そして、第１の反射型ＳＬＭ３０への入射光（第１の偏光成分Ｌ２）は偏光ビームスプリッタ１０Ａから入射し、変調後の光（第１の変調光Ｌ３）は偏光ビームスプリッタ１０Ａに向けて反射される。同様に、第２の反射型ＳＬＭ５０への入射光（第１の偏光成分Ｌ３）は偏光ビームスプリッタ１０Ａから入射し、変調後の光（第２の変調光Ｌ５）は偏光ビームスプリッタ１０Ａに向けて反射される。このような構成により、反射型ＳＬＭ３０，５０の各変調面３１，５１の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、光軸の調整が容易であり、ＳＬＭへの入射効率、およびＳＬＭからの出射効率を高めることができる。また、照射光Ｌ１の光軸と合成変調光Ｌ６の光軸とを斜めではなく直交させることができるので、他の光学系との接続を容易にすることができ、また収差の発生を低減することができる。更に、一部の光路において光を往復させるので、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。

【0047】

本実施形態の光学モジュール１Ａにおいて、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０が液晶型である場合、前述したように、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されない。したがって、第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配向方向と、第２の反射型ＳＬＭ５０の液晶の配向方向とが互いに直交するように、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０が配置されることが好ましい。これにより、偏光面が互いに直交する第１及び第２の偏光成分Ｌ２，Ｌ４それぞれを、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０それぞれにおいて効率良く変調することができる。

【0048】

（第１の変形例）
図３は、上記実施形態の一変形例に係る光学モジュール１Ｂの構成を示す図である。本変形例の光学モジュール１Ｂは、上記実施形態の光学モジュール１Ａの構成に加えて、相反性の光学活性を有する偏光素子である１／２波長板８を更に備えている。本変形例では、１／２波長板８は偏光ビームスプリッタ１０Ａと第１の反射型ＳＬＭ３０との間の光路上に配置されており、図には偏光ビームスプリッタ１０Ａと第１の偏光素子２０との間の光路上に配置された例が示されている。

【0049】

この例において、偏光ビームスプリッタ１０Ａの光分岐面１１を透過した第１の偏光成分Ｌ２は、１／２波長板８を通過する。このとき、第１の偏光成分Ｌ２の偏光面は、１／２波長板８によってｐ偏光面から或る回転方向に９０°回転する。その後、第１の偏光成分Ｌ２は、第１の偏光素子２０と第１の反射型ＳＬＭ３０との間を往復して第１の変調光Ｌ３となり、１／２波長板８を再び通過する。このとき、第１の変調光Ｌ３の偏光面は、１／２波長板８によって上記とは逆の向きに９０°回転する。その結果、偏光ビームスプリッタ１０Ａに入射するときの第１の変調光Ｌ３の偏光面は、第１実施形態と同様になる。

【0050】

本変形例では、第１の反射型ＳＬＭ３０に入射する際の第１の偏光成分Ｌ２の偏光面を９０°回転させている。これにより、第１の反射型ＳＬＭ３０に入射する直前の第１の偏光成分Ｌ２の偏光面の角度を任意に制御することができる。したがって、例えば第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０は液晶型ＳＬＭである場合に、第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配光方向を任意に設定することができる。これにより、例えば第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配光方向と第２の反射型ＳＬＭ５０の液晶の配光方向とを揃える（互いに平行にする）ことが可能となり、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０のそれぞれに入力される変調データに対し、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０の制御を共通化することが可能になる。

【0051】

なお、１／２波長板８は、第１の偏光素子２０と第１の反射型ＳＬＭ３０との間の光路上に配置されてもよく、或いは、偏光ビームスプリッタ１０Ａと第２の反射型ＳＬＭ５０との間（偏光ビームスプリッタ１０Ａと第２の偏光素子４０との間、もしくは第２の偏光素子４０と第２の反射型ＳＬＭ５０との間）の光路上に配置されてもよい。１／２波長板８が偏光ビームスプリッタ１０Ａと第２の反射型ＳＬＭ５０との間の光路上に配置される場合、第２の反射型ＳＬＭ５０に入射する直前の第２の偏光成分Ｌ４の偏光面の角度を任意に制御することができ、上述した効果を同様に奏することができる。なお、導光光学系５には、ビームの進行方向を変更するビームスキャナが含まれていても良い。

【0052】

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る光学モジュール１Ｃの構成を示す図である。また、図５は、光学モジュール１Ｃを備える光照射装置２Ｃの構成を示す図である。なお、理解の容易のため、図４及び図５にはＸＹＺ直交座標系が併せて示されている。また、図４及び図５では、理解の容易のため、光Ｌ７の光軸と光Ｌ８の光軸とが離れているが、実際には光Ｌ７の光軸と光Ｌ８の光軸とは一部で重なっている。光Ｌ９及び光Ｌ１０についても同様である。

【0053】

図４に示されるように、光学モジュール１Ｃは、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃと、第１の偏光素子２２と、第１の反射型ＳＬＭ３２と、第２の偏光素子４２と、第２の反射型ＳＬＭ５２と、光路長調整素子６０と、１／２波長板７０とを備えている。

【0054】

第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｂ，１０Ｃは、第１実施形態の偏光ビームスプリッタ１０Ａと同様の構成を有する。すなわち、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｂ，１０Ｃは、入射光のｓ偏光成分を反射し、ｐ偏光成分を透過する光分岐面１１と、光入射面１２と、光出射面１３と、第１の面１４と、第２の面１５とを有する。第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂは、ｐ偏光成分を含む第１の照射光Ｌ７を光分岐面１１に受ける。第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃは、ｐ偏光成分を含む第２の照射光Ｌ９を光分岐面１１に受ける。第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｂ，１０Ｃは、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂの第２の面１５と、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光出射面１３とが互いに光結合されるように、Ｙ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃとの間の光路上には、相反性の光学活性を有する偏光素子である１／２波長板７０が設けられている。

【0055】

第１の偏光素子２２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの第１の面１４と光学的に結合されており、光分岐面１１を透過した第１の照射光Ｌ７の光路上に配置されている。本実施形態の第１の偏光素子２２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１に対してＸ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光素子２２は、第１の照射光Ｌ７の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は第１実施形態と同様である。第１の偏光素子２２は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

【0056】

第１の反射型ＳＬＭ３２は、第１の偏光素子２２を通過した第１の照射光Ｌ７を変調して第１の変調光Ｌ８を生成するとともに、第１の変調光Ｌ８を第１の偏光素子２２へ反射する。第１の反射型ＳＬＭ３２としては、第１実施形態の第１の反射型ＳＬＭ３０と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第１の反射型ＳＬＭ３２は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面３３を有する。第１の反射型ＳＬＭ３２は、その複数の領域毎に第１の照射光Ｌ７の位相、強度等を変調することにより、第１の変調光Ｌ８を生成する。

【0057】

光路長調整素子６０は、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第１の反射型ＳＬＭ３２との間の光路上に設けられており、第１の照射光Ｌ７および第１の変調光Ｌ８の光路長を調整する。一例では、第１の照射光Ｌ７および第１の変調光Ｌ８の光路長が、後述する第２の照射光Ｌ９および第２の変調光Ｌ１０の光路長と等しくなるように、光路長調整素子６０の長さが設定される。なお、図では光路長調整素子６０が第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第１の偏光素子２２との間に配置されているが、光路長調整素子６０は第１の偏光素子２２と第１の反射型ＳＬＭ３２との間に配置されてもよい。

【0058】

第２の偏光素子４２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの第１の面１４と光学的に結合されており、光分岐面１１を透過した第２の照射光Ｌ９の光路上に配置されている。本実施形態の第２の偏光素子４２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１に対してＸ軸方向に並んで配置されている。第２の偏光素子４２は、第２の照射光Ｌ９の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は第１実施形態と同様である。第２の偏光素子４２は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。

【0059】

第２の反射型ＳＬＭ５２は、第２の偏光素子４２を通過した第２の照射光Ｌ９を変調して第２の変調光Ｌ１０を生成するとともに、第２の変調光Ｌ１０を第２の偏光素子４２へ反射する。第２の反射型ＳＬＭ５２としては、第１実施形態の第２の反射型ＳＬＭ５０と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第２の反射型ＳＬＭ５２は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面５３を有する。第２の反射型ＳＬＭ５２は、その複数の領域毎に第２の照射光Ｌ９の位相、強度等を変調することにより、第２の変調光Ｌ１０を生成する。

【0060】

一例では、第１の反射型ＳＬＭ３２および第２の反射型ＳＬＭ５２は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ型のＳＬＭである。反射型ＳＬＭ３２，５２は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、可変鏡型の光変調器であってもよい。なお、反射型ＳＬＭ３２，５２がＬＣＯＳ型のＳＬＭである場合、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されないため、偏光素子２２，４２による回転後の偏光面の角度に合わせて反射型ＳＬＭ３２，５２を配置するとよい。

【0061】

図５に示されるように、本実施形態の光照射装置２Ｃは、上述した光学モジュール１Ｃに加えて、第１の照射光Ｌ７を光学モジュール１Ｃへ出力する光源３Ａと、第２の照射光Ｌ９を光学モジュール１Ｃへ出力する光源３Ｂと、光学モジュール１Ｃから出力された合成変調光Ｌ１１（後述）を照射対象物４へ導く導光光学系５とを備えている。光源３Ａから出力された第１の照射光Ｌ７は、レンズなどを含む導光光学系６Ａ、および偏光成分に基づいて第１の照射光Ｌ７を分光する偏光板（第１の分光素子）９Ａを介して、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光入射面１２に導かれる。同様に、光源３Ｂから出力された第２の照射光Ｌ９は、レンズなどを含む導光光学系６Ｂ、および偏光成分に基づいて第２の照射光Ｌ９を分光する偏光板（第２の分光素子）９Ｂを介して、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光入射面１２に導かれる。導光光学系５は、ステージ７上に載置された照射対象物４へ向けて合成変調光Ｌ１１を集光するための対物レンズを含む。

【0062】

以上の構成を備える光学モジュール１Ｃ及び光照射装置２Ｃの動作について説明する。光源３Ａから出力された第１の照射光Ｌ７は、導光光学系６Ａを通過し、偏光板９Ａ（第１の分光素子）によってｓ偏光成分が除去されたのち（すなわち、ｐ偏光成分のみを透過し）、偏光ビームスプリッタ１０Ｂに達し、光分岐面１１を透過して第１の面１４から出射される。この第１の照射光Ｌ７は第１の偏光素子２２を通過するが、このとき、第１の照射光Ｌ７の偏光面は、第１の偏光素子２２によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、第１の照射光Ｌ７は、第１の反射型ＳＬＭ３２によって変調されて第１の変調光Ｌ８となり、同時に第１の偏光素子２２に向けて反射される。第１の変調光Ｌ８は、第１の偏光素子２２を再び通過するが、このとき、第１の変調光Ｌ８の偏光面は、第１の偏光素子２２によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第１の変調光Ｌ８はｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。

【0063】

一方、光源３Ｂから出力された第２の照射光Ｌ９は、導光光学系６Ｂを通過し、偏光板（第２の分光素子）９Ｂによってｓ偏光成分が除去されたのち（すなわち、ｐ偏光成分のみを透過し）、偏光ビームスプリッタ１０Ｃに達し、光分岐面１１を透過して第１の面１４から出射される。この第２の照射光Ｌ９は第２の偏光素子４２を通過するが、このとき、第２の照射光Ｌ９の偏光面は、第２の偏光素子４２によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、第２の照射光Ｌ９は、第２の反射型ＳＬＭ５２によって変調されて第２の変調光Ｌ１０となり、同時に第２の偏光素子４２に向けて反射される。第２の変調光Ｌ１０は、第２の偏光素子４２を再び通過するが、このとき、第２の変調光Ｌ１０の偏光面は、第２の偏光素子４２によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ１０はｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。

【0064】

その後、ｓ偏光成分を含む第１の変調光Ｌ８は偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１において反射される。また、ｓ偏光成分を含む第２の変調光Ｌ１０は、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１において反射されたのち、１／２波長板７０を通過して偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１に達する。第２の変調光Ｌ１０が１／２波長板７０を通過する際、第２の変調光Ｌ１０の偏光面はｓ偏光面から或る回転方向に例えば９０°回転する。したがって、第２の変調光Ｌ１０は、ｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなり、偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１を透過する。そして、これらの変調光Ｌ８，Ｌ１０は互いに合波され、合成変調光Ｌ１１として偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光出射面１３から出力される。合成変調光Ｌ１１は、導光光学系５に含まれる対物レンズによって集光されつつ、照射対象物４に照射される。

【0065】

以上に説明した本実施形態の光学モジュール１Ｃ及び光照射装置２Ｃによれば、前述した第１実施形態の光学モジュール１Ａ及び光照射装置２Ａと同様の効果が得られる。すなわち、本実施形態では、第１の照射光Ｌ７および第２の照射光Ｌ９をそれぞれ変調し、変調後の第１及び第２の変調光Ｌ８，Ｌ１０を合波して出力することができる。したがって、本実施形態の光学モジュール１Ｃ及び光照射装置２Ｃによれば、第１及び第２の変調光Ｌ８，Ｌ１０に対して異なる変調パターンを与えることができる。これにより、第１実施形態と同様に、多様な照射形態を使用者に提供することを可能にできる。なお、本実施形態においても、第１の反射型ＳＬＭ３２及び第２の反射型ＳＬＭ５２が、同一の変調パターンを呈示してもよい。

【0066】

また、光学モジュール１Ｃでは、第１の反射型ＳＬＭ３２への入射光（第１の照射光Ｌ７）は偏光ビームスプリッタ１０Ｂから入射し、変調後の光（第１の変調光Ｌ８）は偏光ビームスプリッタ１０Ｂに向けて反射される。また、第２の反射型ＳＬＭ５２への入射光（第２の照射光Ｌ９）は偏光ビームスプリッタ１０Ｃから入射し、変調後の光（第２の変調光Ｌ１０）は偏光ビームスプリッタ１０Ｃに向けて反射される。このような構成により、反射型ＳＬＭ３２，５２の各変調面３３，５３の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、光軸の調整が容易であり、ＳＬＭへの入射効率、およびＳＬＭからの出射効率を高めることができる。また、第１及び第２の照射光Ｌ７，Ｌ９の光軸と合成変調光Ｌ１１の光軸とを斜めではなく直交させることができるので、他の光学系との接続を容易にすることができ、また収差の発生を低減することができる。更に、一部の光路において光を往復させるので、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。

【0067】

また、本実施形態のように、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂと第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃとの間の光路上には、相反性の光学活性を有する偏光素子（例えば１／２波長板７０）が設けられることが好ましい。これにより、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１において反射されたｓ偏光成分を含む第２の変調光Ｌ１０の偏光面を回転させてｐ偏光成分を含むようにし、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１を好適に透過させることができる。また、これにより、第１の反射型ＳＬＭ３２の液晶の配光方向と第２の反射型ＳＬＭ５２の液晶の配光方向とを揃える（互いに平行にする）ことが可能となり、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３２，５２のそれぞれに入力される変調データに対する第１及び第２の反射型ＳＬＭ３２，５２の制御を共通化することが可能になる。

【0068】

なお、偏光板９Ａ及び９Ｂの少なくとも一方を、１／２波長板に置き換えてもよい。その場合、光源は、ｓ偏光成分を含む照射光を出力するとよい。また、導光光学系５には、ビームの進行方向を変更するビームスキャナが含まれていても良い。

【0069】

（第２の変形例）
図６は、上記実施形態の一変形例に係る光学モジュール１Ｄの構成を示す図である。本変形例の光学モジュール１Ｄは、上記実施形態の光学モジュール１Ｃの構成に加えて、波長フィルタ８０Ａ，８０Ｂを更に備えている。本変形例では、波長フィルタ（第１の分光素子）８０Ａは偏光ビームスプリッタ１０Ｂに入射する第１の照射光Ｌ７の光路上に配置されており、波長成分に基づいて第１の照射光Ｌ７を分光する。また、波長フィルタ（第２の分光素子）８０Ｂは偏光ビームスプリッタ１０Ｃに入射する第２の照射光Ｌ９の光路上に配置されており、波長成分に基づいて第２の照射光Ｌ９を分光する。

【0070】

この変形例では、第１の波長範囲の第１の照射光Ｌ７が偏光ビームスプリッタ１０Ｂに入射され、第１の波長範囲とは異なる第２の波長範囲の第２の照射光Ｌ９が偏光ビームスプリッタ１０Ｃに入射される。したがって、合成変調光Ｌ１１を構成する第１の変調光Ｌ８は第１の波長範囲に含まれる光となり、第２の変調光Ｌ１０は第２の波長範囲に含まれる光となる。そして、波長フィルタ８０Ａは、第１の波長範囲の光を透過して第２の波長範囲の光を遮断するものであり、波長フィルタ８０Ｂは、第２の波長範囲の光を透過して第１の波長範囲の光を遮断するものである。なお、偏光ビームスプリッタ１０Ｂには第１の波長範囲に対応したものが用いられ、偏光ビームスプリッタ１０Ｃには第２の波長範囲に対応したものが用いられる。また、第２の波長範囲における偏光ビームスプリッタ１０Ｂの透過率が高いことが尚好ましい。

【0071】

本変形例の光学モジュール１Ｄによれば、偏光成分が異なり波長も異なる第１及び第２の変調光Ｌ８，Ｌ１０を合波して照射することができる。また、波長フィルタ８０Ａ及び８０Ｂを設けることにより、第１の照射光Ｌ７を出力する光源と、第２の照射光Ｌ９を出力する光源との相互間で互いの光が入射することを防止できる。

【0072】

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る光学モジュール１Ｅの構成を示す図である。また、図８は、光学モジュール１Ｅを備える光照射装置２Ｅの構成を示す図である。本実施形態の光学モジュール１Ｅが第２実施形態の光学モジュール１Ｃと相違する点は、第２の偏光素子４２および第２の反射型ＳＬＭ５２の配置、並びに１／２波長板７０を備えない点である。

【0073】

本実施形態では、偏光板（第２の分光素子）９Ｂにおいて第２の照射光Ｌ９からｐ偏光成分が除去される（すなわち、ｓ偏光成分の光のみが透過する）。そして、第２の偏光素子４２は、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの第２の面１５と光学的に結合されており、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１において反射された第２の照射光Ｌ９の光路上に配置されている。本実施形態の第２の偏光素子４２は、偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１に対してＹ軸方向に並んで配置されている。第２の反射型ＳＬＭ５２は、第２の偏光素子４２を通過した第２の照射光Ｌ９を変調して第２の変調光Ｌ１０を生成するとともに、第２の変調光Ｌ１０を第２の偏光素子４２へ反射する。

【0074】

上記の構成において、第２の偏光ビームスプリッタ１０Ｃの光分岐面１１において反射されたｓ偏光成分を含む第２の照射光Ｌ９は、第２の偏光素子４２を通過する。その際、第２の照射光Ｌ９の偏光面が第２の偏光素子４２によってｓ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、第２の照射光Ｌ９は、第２の反射型ＳＬＭ５２によって変調されて第２の変調光Ｌ１０となり、同時に第２の偏光素子４２に向けて反射される。第２の変調光Ｌ１０は、第２の偏光素子４２を再び通過するが、このとき、第２の変調光Ｌ１０の偏光面は、第２の偏光素子４２によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ１０はｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。その後、ｐ偏光成分を含む第２の変調光Ｌ１０は、第１の偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光分岐面１１を透過し、第１の変調光Ｌ８と合波されて、合成変調光Ｌ１１として偏光ビームスプリッタ１０Ｂの光出射面１３から出力される。

【0075】

本実施形態の光学モジュール１Ｅを備える光照射装置２Ｅによれば、第２実施形態と同様に、第１及び第２の変調光Ｌ８，Ｌ１０に対して異なる変調パターンを与えることができるので、多様な照射形態を使用者に提供することを可能にできる。また、反射型ＳＬＭ３２，５２の各変調面３３，５３の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、光軸の調整が容易であり、ＳＬＭへの入射効率、およびＳＬＭからの出射効率を高めることができる。更に、第１及び第２の照射光Ｌ７，Ｌ９の光軸と合成変調光Ｌ１１の光軸とを斜めではなく直交させることができるので、他の光学系との接続を容易にすることができ、また収差の発生を低減することができる。また、一部の光路において光を往復させるので、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。

【0076】

本発明による光学モジュールおよび光照射装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では断面矩形状の偏光ビームスプリッタを用いているが、偏光ビームスプリッタの形状はこれに限られず、例えば板状であってもよい。また、上記各実施形態では反射型ＳＬＭに対して光を垂直に入射および出射させているが、反射型ＳＬＭに対する入反射角は０°より大きくてもよい。
また、一般的に、ＳＬＭを含む光学系には収差が発生するが、上記各実施形態において、収差を補正するためのパターンを第１及び第２の反射型ＳＬＭに表示させてもよい。このようなパターンを所望の位相パターンに加えることにより、収差の補正が可能となる。この場合、第１の変調光に生じる収差と、第２の変調光に生じる収差とを独立して求め、それらの収差を第１及び第２の反射型ＳＬＭそれぞれで個別に除去するとよい。

【符号の説明】

【0077】

１Ａ〜１Ｅ…光学モジュール、２Ａ，２Ｃ，２Ｅ…光照射装置、３，３Ａ，３Ｂ…光源、４…照射対象物、５，６，６Ａ，６Ｂ…導光光学系、７…ステージ、８…１／２波長板、９Ａ…偏光板（第１の分光素子）、９Ｂ…偏光板（第２の分光素子）、１０Ａ…偏光ビームスプリッタ、１０Ｂ…第１の偏光ビームスプリッタ、１０Ｃ…第２の偏光ビームスプリッタ、１１…光分岐面、１２…光入射面、１３…光出射面、１４…第１の面、１５…第２の面、２０，２２…第１の偏光素子、３０，３２…第１の反射型ＳＬＭ、４０，４２…第２の偏光素子、５０，５２…第２の反射型ＳＬＭ、６０…光路長調整素子、７０…１／２波長板、８０Ａ…波長フィルタ（第１の分光素子）、８０Ｂ…波長フィルタ（第２の分光素子）、Ｌ１…照射光、Ｌ２…第１の偏光成分、Ｌ３，Ｌ８…第１の変調光、Ｌ４…第２の偏光成分、Ｌ５，Ｌ１０…第２の変調光、Ｌ６，Ｌ１１…合成変調光、Ｌ７…第１の照射光、Ｌ９…第２の照射光。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】