[发明专利]光导、光源装置以及内窥镜系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于半导体晶片曝光和内窥镜照明的光导。本发明也涉及一种使用该光导的光源装置和内窥镜系统。

背景技术

有多种光纤用于数据信号通讯，如将多个光纤集束在一起的光纤束，和直径大于标准光纤的大直径光纤。此外，例如，这种光纤在用于半导体晶片的曝光装置中用作光导，用于将曝光光线引导至光出射部，从而将半导体晶片曝光于曝光光线(参见美国专利No.7,059,778，其同族为日本特开No.2003-322730)。在内窥镜的光源装置中，用作光导的光纤将照明光引导至内窥镜的末端，从而照明病人的体腔(参见日本特开No.2000-199864)。

在如美国专利No.7,059,778所述将光纤用作光导用于引导曝光光线时，如果光在晶片上的辐射不均匀，则不能产生所需的抗蚀图。在如日本特开No.2000-199864所述将光纤作为光导用于照明内窥镜时，如果光导引导的光具有不均匀的光强分布，同时由于内窥镜获得的图像的亮度也是不均匀的，这种光反映离开具有高反射率或不均匀表面的感兴趣区域，则很难找到病变部。

一般来说，为了从光导中以均匀光强分布辐射光，需要增加形成光纤束的光纤数量。可选择地或此外，在美国专利No.7,059,778中，在光线的光出射面上探测出射光的位置及其光强分布，根据探测结果控制光纤上入射光的光强分布。在日本特开No.2000-199864中，通过将光纤光入射端的方向移动至垂直于光轴的方向，使光纤出射光的光强分布在其直径方向均匀化。

但是，在美国专利No.7,059,778中，需要探测出射光的位置或光强分布的装置，或控制光强分布的装置。在日本特开No.2000-199864中，需要移动光纤光入射端的装置。在任一场合，为了均匀化光强分布，需要增加光导的规模和额外成本。

一般地，在光入射到有多种模式的光传播的多模光纤中时，或光学连接有多模光纤时，由于需要稳定多模光纤的入射光或连接，将光(激光)输入或将多模光纤以一个不大于光纤数值孔径(NA)的角度光学连接，该角度称之为光纤受光角。因此，多模光纤中心部分的出射光具有比其外围部分的出射光更高的光强。于是，多模光纤光出射面上的光强分布是不均匀的。

发明内容

本发明的一个目的是为了提供一种光导，光源装置和内窥镜系统，不需要增加装置成本或规模就能实现出射光光强分布的均匀化。

为了达到以上目的和其他目的，本发明的光导包括第一多模光纤，第二多模光纤，和集束部件。光入射到第一多模光纤，使得第一多模光纤的出射光在第一多模光纤的直径方向上具有中心部分高光强的凸光强分布。光入射到第二多模光纤，使得第二多模光纤的出射光在第二多模光纤的直径方向上具有中心部分低光强的凹光强分布。集束部件至少将第一和第二多模光纤的光出射面侧集束，以形成光纤束的集束面。

优选地，入射到第二多模光纤的光入射角大于入射到第一多模光纤的光入射角。优选地，第一和第二多模光纤的每一个都具有受光角θ，第一多模光纤的光入射角不小于0°且不大于θ/2，第二多模光纤的光入射角不小于θ/2且不大于θ。

优选地，第二多模光纤光入射面的倾斜角大于第一多模光纤光入射面的倾斜角。优选地，第一和第二多模光纤的每一个都具有受光角θ，第一多模光纤的倾斜角不小于0°且不大于θ/2，第二多模光纤的倾斜角不小于θ/2且不大于θ。

优选地，本发明的光导进一步包括与光纤束光学连接的第三多模光纤。第三多模光纤具有面向集束面的光入射面。该光入射面的直径大于集束面的直径。第一和第二多模光纤的出射光的光强分布在第三多模光纤中进一步均匀化。

优选地，光导进一步包括用于第三多模光纤的散斑消减器，该散斑消减器消减第三多模光纤输出的光的散斑。

优选地，第一、第二和第三多模光纤的每一个的数值孔径(NA)不小于0.2。光以不大于受光角的入射角入射第一多模光纤，且NA明显小于0.2，以形成出射光的凸光强分布。另一方面，光以接近0.2的NA入射第二多模光纤，以形成出射光的凹光强分布。因此，本发明中，通过对光纤固有NA的充分利用而使光强分布均匀化。

优选地，第一和第二多模光纤的总数不大于19。本发明使光强分布均匀化，而不像传统装置那样使用数百根光纤。一般地，光强分布的均匀化比较困难，除非光纤直径(光纤保护层的外径)不小于10mm。另一方面，本发明即使第一和第二多模光纤每一个的直径均不大于1mm，也可以使光强均匀化。