CN102227667B - 光调制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光调制装置和激光加工装置。光调制装置(101A)包括：反射型SLM(107)，其调制沿按第1方向延伸的第1光路而入射的激光(Lr)；电介质多层膜镜(106)，形成于使照明光(Li)透射的透光性部件(105)上，将从反射型SLM(107)而入射至前面的激光(Lr)反射到沿与第1方向相交叉的第2方向延伸的第2光路上，并将入射到背面的照明光(Li)在第2光路上透射；聚光透镜(109)，从电介质多层膜镜(106)接收照明光(Li)和激光(Lr)，并聚光照明光(Li)和激光(Lr)。

Description

光调制装置

技术领域

本发明涉及具有反射型的空间光调制器的光调制装置和激光加工装置。

背景技术

在专利文献1中，记载有采用反射型的空间光调制器(SLM：Spatial Light Modulator)的装置。在记载于该文献中的装置中，在假想基准直线上设置2个反射镜，在从假想基准直线沿垂直方向而错开的位置，设置反射型SLM。另外，沿假想基准直线而射入的输入光通过其中一个反射镜而反射，射入SLM中。该光通过SLM而调制，通过另一反射镜反射，然后，沿假想基准直线而射出。

近年，人们研究将SLM应用于激光加工装置，显微镜等的技术。比如，在将SLM应用于激光加工装置的场合，通过相位调制型的SLM，对激光的相位进行调制，通过聚光透镜，将该相位调制后的激光聚光于加工部位，由此，可对聚光点的像差进行补偿，提高加工精度。

在这里，在将SLM应用于显微镜的场合，必须使光接触对象部位而观察该部位，但是，同样在将SLM应用于激光加工装置的场合，为了以高精度而指定加工位置，最好，可观察对象部位(加工部位)。由此，一般，对对象部位照射其波长不同于激光的照明光，伴随该照明光的照射，接收在对象部位产生的反射光、散射光(在下面称为观察光)，由此，观察该部位。

已有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2006/035775号文献

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中记载的结构中，在采用上述照明光而观察对象部位的场合，比如，将激光和照明光重合地射入到同一光路上，在各反射镜、SLM处将这些光反射，然后，使从对象部位反射或散射的观察光相对激光而分开并进行接收。但是，在这样的结构中，由于照明光和观察光中包括的与激光相同的偏振光成分也通过SLM调制，故接收观察光时的光量降低，分辨率变差。

本发明是针对上述问题而提出的，本发明的目的在于提供可保持观察光的分辨率和光量并且观察对象部位的光调制装置和激光加工装置。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明的光调制装置调制激光而将其输出，并且将波长不同于上述激光的照明光输出到与调制后的激光相同的光路上，其特征在于，该光调制装置包括反射型的空间光调制器，其从斜前方接收沿按第1方向延伸的第1光路而入射的激光，一边反射该激光，一边在二维排列的多个像素的每个中调制激光；电介质多层膜镜，其形成于使照明光透过的透光性部件上，将从空间光调制器而入射到前面的激光反射到沿与第1方向相交叉的第2方向延伸的第2光路上，并且将入射到背面的照明光透射到第2光路上；聚光透镜，其从电介质多层膜镜接收照明光和激光，将照明光和激光聚光。

在上述光调制装置中，激光沿第1光路入射，到达反射型SLM。然后，由反射型SLM调制激光之后，该激光到达电介质多层膜镜处。另一方面，照明光从电介质多层膜镜侧入射并透过该电介质多层膜镜。这些激光和照明光均在第2光路上行进，经过聚光透镜的聚光而到达加工对象物、观察对象物的对象部位。另外，通过该对象部位中的反射或散射而获得的观察光，在与上述照明光相反的光路中行进。像这样，根据上述光调制装置，照明光和观察光可避免由反射型SLM的调制。于是，可一边保持观察光的分辨率和光量，一边观察对象部位。

另外，光调制装置的特征还在于第1光路通过电介质多层膜镜的背面侧。或，光调制装置的特征还在于第1光路通过电介质多层膜镜的前面侧，从与第1和第2方向相垂直的第3方向观看，第1光路和第2光路相互交叉。特别是，在第1光路通过电介质多层膜镜的前面 侧的情况，与通过背面侧的情况相比较，可使该光调制装置小型化。另外，由于可减小激光向反射型SLM的入射角，故还可减少像素间的干扰(cross talk)。

此外，本发明的激光加工装置通过将聚光点对准于加工对象物的内部而照射激光，从而对加工对象物进行加工，其特征在于其包括出射激光的激光光源；照明光源，出射其波长不同于激光的照明光；反射型的空间光调制器，其从斜前方接收沿第1方向延伸的第1光路而入射的激光，一边反射该激光，一边在二维排列的多个像素的每个中调制激光；电介质多层膜镜，其形成于使照明光透射的透光性部件上，将从空间光调制器而入射到前面的激光反射到沿与第1方向相交叉的第2方向延伸的第2光路上，并且将入射到背面的照明光透射到第2光路上；聚光透镜，其从电介质多层膜镜接收照明光和激光，将照明光和激光聚光于加工对象物的内部。

在上述激光加工装置中，通过由反射型SLM调制激光，并由聚光透镜将该调制后的激光聚光于加工部位，比如，可对聚光点的像差进行补偿从而提高加工精度。另外，在该激光加工装置中，与在前描述的光调制装置相同，激光沿第1光路而入射，到达反射型SLM。然后，在由反射型SLM调制激光之后，该激光到达电介质多层膜镜处。另一方面，照明光从电介质多层膜镜的背面侧而入射，而透过该电介质多层膜镜。该激光和照明光均在第2光路上行进，经过聚光透镜的聚光而到达加工对象物的被加工部位。另外，通过该被加工部位的反射或散射而获得的观察光在与上述照明光相反的光路上行进。像这样，根据上述激光加工装置，由于照明光和观察光可避免由反射型SLM的调制，故可一边保持观察光的分辨率和光量，一边观察被加工部位。

此外，激光加工装置的特征还在于还包括摄像机构，其用于对因照明光在加工对象上反射或散射而产生的观察光进行摄像。由此，可适当地对被加工部位进行观察。另外，在该情况下，摄像机构优选为对沿第2光路而在电介质多层膜镜中透射了的观察光进行摄像。由此，由于不必在第2光路上设置用于从其它的光(激光及照射光)使观察光分支的光学部件，故可减小这样的光学部件造成的像差。

还有，本发明的光调制装置的特征在于其包括光源部，将波长相互不同的激光和照明光出射到相同的光路上；第1电介质多层膜镜，其形成于使照明光透射的第1透光性部件上，从光源部接收激光和照明光，并将激光反射且使照明光透射；反射型的空间光调制器，其从斜前方接收来自第1电介质多层膜镜的激光，一边反射该激光，一边在二维排列的多个像素的每个中调制激光；第2电介质多层膜镜，其形成于第1透光性部件上，或，形成于与第1透光性部件分开设置且使照明光透射的第2透光性部件上，将从空间光调制器接收的激光反射，并且将从第1电介质多层膜镜接收的照明光透射到与反射后的激光相同的光路上；聚光透镜，其接收来自于第2电介质多层膜镜的照明光和激光，并将照明光和激光聚光。

在上述光调制装置中，在激光和照明光从光源部，输入到同一光路上之后，入射至第1电介质多层膜镜中。在该第1电介质多层膜镜中，使激光和照明光分开，仅激光入射至反射型SLM中。然后，通过反射型SLM调制的激光和照明光通过第2电介质多层膜镜而再次在同一光路上行进，到达加工对象物或观察对象物的对象部位。另外，通过该对象部位的反射或散射获得的观察光在与上述照明光相反的光路上行进。即，根据该光调制装置，由于照明光和观察光可避免由反射型SLM的调制，故可一边保持观察光的分辨率和光量，一边观察对象部位。

另外，光调制装置的特征还在于第1透光性部件由棱镜构成，第1电介质多层膜镜形成于棱镜的第1面上，第2电介质多层膜镜形成于棱镜的第2面上，照明光从第1面起在棱镜内传送而到达第2面。通过这样的结构，可适当地形成下述的方案，其中，在第1电介质多层膜镜处，使激光和照明光的各光路分开，在第2电介质多层膜镜处，使这些光再次为同一光路。另外，由于不必调整第1和第2电介质多层膜镜的角度和在它们中透射的照明光的光路，故可使该光调制装置的组装简单。

发明的效果

根据本发明的光调制装置和激光加工装置，可一边保持观察光的分辨率和光量，一边观察对象部位。

附图说明

图1为表示第1实施方式的光调制器101A的结构的图，表示光调制器101A的平面剖视图；

图2表示光调制器101A的底视图；

图3表示沿图1中的III-III线的光调制器101A的侧面剖视图；

图4表示从与III-III线的箭头方向相反的方向观看的光调制器101A的侧视图；

图5为表示作为反射型SLM107的一个例子的，LCOS型的结构的分解立体图；

图6为光调制器101A的装配图；

图7(a)表示第1实施方式的电介质多层膜镜106和反射型SLM107的位置关系，图7(b)表示一个变形例的电介质多层膜镜106和反射型SLM107的位置关系；

图8表示反射型SLM107中的莫尔条纹(干涉条纹)M的例子的图；

图9为表示第2实施方式的光调制器101B的结构的图；

图10为表示第3实施方式的光调制器101C的结构的图；

图11为表示第4实施方式的激光加工装置102A的结构的图；

图12为表示第5实施方式的激光加工装置102B的结构的图；

图13为表示相对第4实施方式和第5实施方式的比较例的激光加工装置102C的结构的图；

图14为第6实施方式的光调制器201A的结构图；

图15为表示作为反射型SLM251的一个例子的，LCOS型的结构的分解立体图；

图16为具有棱镜243，反射型SLM251，与聚光透镜261的SLM组件202的平面图；

图17为表示沿图16所示的SLM组件202的IV-IV线的剖面的侧面剖视图；

图18为表示沿图16所示的SLM组件202的V-V线的剖面的侧面剖视图；

图19为第7实施方式的光调制器201B的结构图。

符号的说明：

101A～101C…光调制装置；

102A～102C…激光加工装置；

103…外壳；

103a～103d…侧壁；

105…透光性部件；

106，122，129，138…电介质多层膜镜；

107，121，170…反射型SLM；

109，125…聚光透镜；

111…照明光源；

113…观察部；

115…半反射镜(half mirror)；

117…激光光源；

119，127…二向色镜；

120…激光光源；

123…观察光学系统；

124…AF组件；

126…反射镜；

130～132…开口；

133…摇动机构；

134…电路基板；

135…筒状部件；

137…主体部；

191…对象物；

A1，B1…第1光路；

A2，B2…第2光路；

La，Lr…激光；

Li…照明光；

Lo…观察光；

201A，201B…光调制装置；

202…SLM组件；

203…外壳；

203a…开口；

203b…底板；

203c…顶板；

204…摇动机构；

205…电路基板；

211，221…光源；

231…观察部；

241…半反射镜；

242…二向色镜；

243…棱镜；

243a…第1面；

243b…第2面；

243c…第3面；

244a…(第1)电介质多层膜镜；

244b…(第2)电介质多层膜镜；

245，246…透光板；

251…反射型SLM；

252…驱动部；

261…聚光透镜；

291…对象物；

Li…照明光；

Lo…观察光；

Lr…激光。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的光调制器和激光加工装置的实施方式进行具体说明。另外，在附图的说明中，针对同一要素，采用同一标号，省略重复的说明。

(第1实施方式)

图1～图4为表示本发明的第1实施方式的光调制装置101A的结构的图。图1表示光调制装置101A的平面剖视图，图2表示光调制装置101A的底视图。另外，图3为沿图1中的III-III线的光调制装置101A的侧视剖视图，图4表示从与III-III线的箭头方向相反的方向观看的光调制装置101A的侧视图。另外，为了容易理解，在这些图1～图4中，示出XYZ垂直坐标系统。

本实施方式的光调制装置101A将从外部输入的激光Lr调制而输出(参照图1)，并且将波长不同于激光Lr的照明光Li(参照图1)输出到与调制后的激光Lr相同的光路上的装置。参照图1～图4，本实施方式的光调制装置101A包括外壳103；容纳于外壳103的内部的电介质多层膜镜106和反射型SLM107；安装于外壳103的侧壁上的聚光透镜109。

外壳103呈基本呈长方体状的外观。在外壳103的一对侧壁103a，103b中的一个侧壁103a上形成开口130，在该侧壁103a上，按照将开口130封闭的方式安装聚光透镜109。另外，在另一侧壁103b上设置开口131，照明光Li从图中未示出的光源由该开口131而入射。即，开口131为使不同于激光的波长的光通过的开口。

在沿与外壳103的上述侧壁103a，103b的并列方向相交叉的方向并列的另一对侧壁103c，103d中的，一个侧壁103c上设置开口132。激光Lr从图中未示出的光源，由该开口132入射。激光Lr沿按照第1方向(在本实施方式中，Y轴方向)延伸的第1光路，入射至外壳103的内部。另一方面，照明光Li沿按照与第1方向交叉的第2方向(在本实施方式中，X轴方向)延伸的方向，入射至外壳103的内部。

反射型SLM107从斜前方，接收沿上述的第1光路而射入的激光Lr，一边使该激光Lr反射，一边在二维排列的多个像素的每个中调制激光Lr。反射型SLM107设置在外壳103的内部，靠近与开口132面对的侧壁103d的位置。激光Lr通过后述的电介质多层膜镜106的前面侧，入射至反射型SLM107中。反射型SLM107通过摇动机构133而支承。摇动机构133固定于外壳103上，以便调整反射型SLM107的角度，支承反射型SLM107。对于反射型SLM107，按照朝向后述的电介质多层膜镜106而反射激光Lr的方式，通过摇动机构133调整其 姿势角。另外，在摇动机构133和外壳103的侧壁103d之间，设置用于控制反射型SLM107的电路基板134。

本实施方式的反射型SLM107为相位调制型，比如，具有在下面说明的结构。

图5为表示作为反射型SLM107的一个例子的LCOS(Liquid Crystal on Silicon)型的结构的分解立体图。像图5所示的那样，该反射型SLM107包括硅衬底155；设置于硅衬底155上的多个像素电极156；设置于像素电极156上的反射镜层157；设置于反射镜层157上的具有图中未示出的取向膜的衬底和玻璃板160；设置于玻璃板160上的透明电极159；设置于透明电极159上的具有图中未示出的取向膜的衬底，在各自的取向膜之间(在图中，像素电极156和透明电极159之间)，设置液晶层158。像素电极156包括由多行和多列构成的呈二维方式设置的多个电极部156a，像素电极156的各像素电极部156a和透明电极159沿反射型SLM107的层叠方向而相互面对。

在像这样构成的反射型SLM107中，激光Lr依次从外部透过玻璃板160和透明电极159而入射至液晶层158中，并通过反射镜层157反射，从液晶层158依次透过透明电极159和玻璃板160而出射到外部。此时，针对透明电极159和相对的像素电极部156a中的每个而外加电压，对应于该像素电极部的电压，液晶层158中的由相互相对的一对电极部156a，159夹持的部分的折射率变化。由此，在多个像素的各个中，与激光Lr的行进方向相垂直的规定的方向的成分的相位产生偏差，在每个像素中对激光Lr进行整形(相位调制)。

再次参照图1～图4，电介质多层膜镜106形成于板状的透光性部件105的板面上。透光性部件105可使包括照明光Li的波长的光透射(可使不同于激光的波长的光通过)，固定于与外壳103的侧壁103b的开口131连通而安装的筒状的部件135的倾斜的端面上。对于透光性部件105，按照从反射型SLM107入射到电介质多层膜镜106的前面的激光Lr，在沿第2方向(X轴方向)延伸的第2光路上反射的方式，通过部件135而规定其姿势角。另外，电介质多层膜镜106使通过透光性部件105而入射到背面的照明光Li，与激光Lr相同地在第2光路上透射。即，电介质多层膜镜106可使不同于激光的波长的光通过。 于是，激光Lr和照明光Li从电介质多层膜镜106，在同一光路上行进。另外，如果从与第1方向(Y轴方向)和第2方向(X轴方向)相垂直的第3方向(Z轴方向)观看，则入射至反射型SLM107中的激光Lr的第1光路，与从电介质多层膜镜106出射的激光Lr的第2光路相互交叉(在本实施方式中，相垂直)。

聚光透镜109设置于从电介质多层膜镜106出射的激光Lr和照明光Li的光路(第2光路)上。聚光透镜109将从反射型SLM107射出，在电介质多层膜镜106处反射的激光Lr，与在电介质多层膜镜106中透射的照明光Li聚光，将激光Lr成像于对象物191的对象部位(被加工部位或观察部位)。另外，聚光透镜109输入在对象191处照明光Li反射，散射而产生的光(即，观察光)，并将该观察光朝向电介质多层膜镜106而射出。另外，聚光透镜109适合采用无限焦点物镜。

图6为本实施方式的光调制装置101A的装配图。如图6所示的那样，在组装光调制装置101A时，首先，准备具有外壳103的侧壁103a，103b的主体部137。该主体部137的Y轴方向的两端开口，在其一端上，通过螺钉而紧固侧壁103c，在其另一端上，通过螺钉而紧固侧壁103d。另外，在侧壁103a中预先形成有开口130，在侧壁103b中预先形成有开口131，在侧壁103c中预先形成有开口132。

在板面上形成有电介质多层膜镜106的透光性部件105预先固定于筒状部件135的倾斜的端面上。另外，筒状部件135按照其内孔和侧壁103b的开口131连通的方式通过螺钉紧固而固定于侧壁103b上。另外，聚光透镜109按照覆盖侧壁103a的开口130的方式固定于侧壁103a的外面侧上。

摇动机构133比如，如图6所示的那样，由基板133a，多个弹簧部件133b，与多个螺钉部件133c构成。板状的基板133a包括用于支承反射型SLM107而沿Y轴方向突出的多个支柱，该多个支柱的各个长度不同从而以倾斜的状态支承反射型SLM107。多个弹簧部件133b沿Y轴方向延伸，其一端与基板133a卡合，另一端与外壳103的主体部137卡合，从而沿Y轴方向将基板133a和外壳103的主体部137拉近对合。另一方面，多个螺钉部件133c螺合于基板133a的周缘部，并且在基板133a和主体部137的间隙中突出，由此，规定基板133a 和主体部137的间隔。另外，通过分别调整多个螺钉部件133c的各自的突出量，从而调整基板133a的倾斜角，即反射型SLM107的倾斜角。

在摇动机构133和侧壁103d之间，设置电路基板134。在电路基板134的周缘部上设置多个支柱134a，该多个支柱134a通过螺钉紧固于侧壁103d的内面侧，由此，将电路基板134固定于侧壁103d上。

对具有以上的结构的本实施方式的光调制装置101A的作用和效果进行说明。如图1所示的那样，在本实施方式的光调制装置101A中，激光Lr在从图中未示出的光源部，沿第1光路而射入后，到达反射型SLM107。另外，在由反射型SLM107对激光Lr进行调制之后，已调制的激光Lr到达电介质多层膜镜106处。另一方面，照明光Li从电介质多层膜镜106的背面侧而入射，并透过电介质多层膜镜106。激光Lr和照明光Li均在同一光路(第2光路)上行进，经过聚光透镜109的聚光，到达加工对象物或观察对象物等的对象物191的对象部位。另外，通过该对象部位中的反射或散射而获得的观察光在与上述照明光Li相反的光路中行进。即，观察光在电介质多层膜镜106和透光性部件105中透射，而从开口131而输出，并采用摄像元件等而观察。

像这样，在本实施方式的光调制装置101A中，照明光Li和观察光在电介质多层膜镜106和透光性部件105中透射，不射入反射型SLM107中。即，根据光调制装置101A，由于照明光Li和观察光可避免反射型SLM107的调制，故可一边保持观察光的分辨率和光量，一边观察对象部位。

在这里，对电介质多层膜镜106和反射型SLM107的位置关系进行具体说明。图7(a)表示本实施方式的电介质多层膜镜106和反射型SLM107的位置关系。即，沿Y轴方向延伸的激光Lr的第1光路A1通过电介质多层膜镜106的前面侧，而到达反射型SLM107处。换言之，电介质多层膜镜106位于第1光路A1的后方。接着，反射型SLM107向后方侧稍稍倾斜，将激光Lr朝向电介质多层膜镜106而反射。由于电介质多层膜镜106将激光Lr向前方(即，向沿X轴方向延伸的第2光路A2上)反射，故从Z轴方向观看，第1光路A1和第2光路A2相互交叉。

另外，图7(b)表示一个变形例的电介质多层膜镜106和反射型SLM107的位置关系。在光调制装置101A中，即使在电介质多层膜镜106和反射型SLM107处于这样的位置关系的情况下，仍可适当地实现上述作用效果。在图7(b)所示的例子中，第1光路B1通过电介质多层膜镜106的背面侧，到达反射型SLM107处。换言之，电介质多层膜镜106位于第1光路B1的前方。接着，反射型SLM107稍稍向前方侧倾斜，将激光Lr朝向电介质多层膜镜106而反射。在这样的构成的情况下，从Z轴方向观看，第1光路B1和第2光路B2没有相互交叉。

可在光调制装置101A中采用图7(a)和图7(b)所示的结构中的任意一个，但是，优选采用图7(a)所示的结构，其理由如下所述。

首先，其原因在于：在如图7(a)那样，第1光路A1通过电介质多层膜镜106的前面侧的情况，与如图7(b)那样通过背面侧的情况相比较，可使光调制装置101A小型化。在图7(a)的结构中，距第1光路A1最远的电介质多层膜镜106的部分106a距第1光路A1的距离，能够比图7(b)的结构更短。

另外的原因在于：在图7(a)所示的结构中，与图7(b)所示的结构相比能够减小入射角θ。在图7(a)的结构中，最接近第1光路A1的电介质多层膜镜106的部分106b距反射型SLM107的距离与图7(b)的结构相比能够变长。

此外，在本实施方式中采用具有图5所示的结构的反射型SLM107，但是，光调制装置101A也可具有其它形式的反射型SLM。图8为表示反射型SLM的其它的构成例的图。图8所示的反射型SLM170包括应用MEMS(Micro Electro Mechanical System)的结构。该反射型SLM170包括硅衬底171；以2维方式设置于硅衬底171上的多个促动器172；通过多个促动器172分别支承的多个反射部173。通过一组促动器172和反射部173构成一个像素，并对应于反射部173的高度使激光Lr的相位变化。另外，通过分别控制各传动器172上的外加电压而控制各反射部173的高度，相对已射入的激光Lr，在每个像素中进行相位调制。

此外，在这样的MEMS型的SLM中，在相互邻接的反射部173之间存在间隙。入射至该间隙的激光Lr，恐怕会对形成于硅衬底171上的电路产生不利影响。由于激光Lr的入射角θ越大，这样的现象越显著，故在采用反射型SLM170这样的MEMS型的SLM的情况下，为了减小激光Lr的入射角θ，优选采用图7(a)所示的结构。

(第2实施方式)

图9为表示本发明的第2实施方式的光调制装置101B的结构的图。另外，在本实施方式中，外壳103，透光性部件105，电介质多层膜镜106，反射型SLM107，与聚光透镜109的结构与上述第1实施方式的光调制装置101A相同。

本实施方式的光调制装置101B不但包括第1实施方式的光调制装置101A的结构，而且还包括照明光源111，观察部113，与半反射镜115。照明光源111为用于出射照明光Li的光源。照明光源111适合采用例如卤素灯。

半反射镜115设置于照明光源111和透光性部件105之间。半反射镜115将从照明光源111出射的照明光Li朝向透光性部件105而透射，并且将在透光性部件105中透射而到达的观察光Lo朝向观察部113而反射。观察部113例如包括具有2维排列的多个像素的固体摄像元件，通过摄像元件而接收从半反射镜115到达的观察光Lo，获得基于该观察光Lo的对象物191的对象部位的图像。

本实施方式的光调制装置101B包括与上述第1实施方式的光调制装置101A相同的结构，照明光Li和观察光Lo在电介质多层膜镜106和透光性部件105中实现透射，不入射至反射型SLM107中。即，根据光调制装置101B，由于照明光Li和观察光Lo可避免由反射型SLM107的调制，故可一边保持观察光Lo的分辨率和光量，一边观察对象部位。另外，由于具有照明光源111，观察部113与半反射镜115，故可适合地观察对象部位。

(第3实施方式)

图10为表示本发明的第3实施方式的光调制装置101C的结构的图。另外，在本实施方式中，外壳103，透光性部件105，电介质多层膜镜106，反射型SLM107，与聚光透镜109的结构与上述第1实施方 式的光调制装置101A相同。另外，照明光源111，观察部113，与半反射镜115与上述第2实施方式的光调制装置101B相同。

本实施方式的光调制装置101C不但包括第2实施方式的光调制装置101B的结构，而且还包括照明光源117和二向色镜119。激光光源117为用于射出波长不同于照明光Li的激光La的光源。激光La为用作作为被调制光的激光Lr的辅助光，或不同于照明光Li的照明光的光。二向色镜119有选择地反射特定波长的光，使其它的波长的光透射。即，二向色镜119将从激光光源117出射而到达的激光La反射，并且使从照明光源111出射而到达的照明光Li和从对象191到达的观察光Lo透射。通过该二向色镜119，波长相互不同的激光La和照明光Li朝向透光性部件105而在同一光路上出射。接着，激光La和照明光Li在相互相同的光路上行进，到达对象191处。

本实施方式的光调制装置101C包括与上述第1实施方式的光调制装置101A相同的结构，照明光Li和观察光Lo在电介质多层膜镜106和透光性部件105中透射，不射入反射型SLM107中。即，根据光调制装置101C，照明光Li和观察光Lo可避免由反射型SLM107的调制，故可一边保持观察光Lo的分辨率和光量，一边观察对象部位。另外，由于具有激光光源117和二向色镜119，故可更加适合地观察或加工对象部位。

(第4实施方式)

图11为表示本发明的第4实施方式的激光加工装置102A的结构的图。本实施方式的激光加工装置102A是将从外部输入的激光Lr调制而输出，并且将聚光点对准于加工对象物的内部而照射激光Lr，从而对加工对象物进行加工的装置。另外，为了容易理解，在图11中给出XYZ正交坐标系。

参照图11，本实施方式的激光加工装置102A包括激光光源120，反射型SLM121，电介质多层膜镜122，观察光学系统123，AF(AutoFocus)组件124，聚光透镜125，反射镜126，与二向色镜127。

激光光源120为出射作为被调制光的激光Lr的光源。激光Lr沿按照第1方向(在本实施方式中，为X轴方向)延伸的第1光路A101而入射至反射型SLM121。该第1光路A101与第1实施方式相同，通 过电介质多层膜镜122的前面侧。反射型SLM121从斜前方接收该激光Lr，一边将该激光Lr反射，一边在二维排列的多个像素的每个中调制激光Lr。反射型SLM121例如具备与图5所示的反射型SLM107或图8所示的反射型SLM170相同的结构。

观察光学系统123为用于出射照明光Li，并且将照明光Li在加工对象上反射或散射而产生的观察光Lo的图像进行获取的结构部件。观察光系统123具有例如卤素灯等的照明光源，从该照明光源出射照明光Li。另外，观察光学系统123包括例如具有2维排列的多个像素的固体摄像元件的摄像机构，通过摄像元件而接收观察光Lo，从而获得基于该观察光Lo的加工对象的被加工部位的图像。

电介质多层膜镜122形成于板状的透光性部件的板面上。该透光性部件可使包括照明光Li的波长的光透射。在电介质多层膜镜122中，以从反射型SLM121而入射至前面的激光Lr在沿第2方向(在本实施方式中，为Y轴方向)延伸的第2光路A102上反射的方式，规定其姿势角。另外，电介质多层膜镜122使通过透光性部件而入射至背面的照明光Li，与激光Lr相同地在第2光路A102上实现透射。于是，激光Lr和照明光Li从电介质多层膜镜122在同一光路上行进。另外，观察光Lo沿该第2光路A102，在电介质多层膜镜122中透射。观察光学系统123对在该电介质多层膜镜122中透射的观察光Lo进行摄像。

另外，如果从与第1方向(X轴方向)和第2方向(Y轴方向)相垂直的第3方向(Z轴方向)观看，则入射至反射型SLM121中的激光Lr的第1光路A101，与从电介质多层膜镜122出射的激光Lr的第2光路A102相互交叉(在本实施方式中相垂直)。

对于从电介质多层膜镜122射出的激光Lr和照明光Li，在通过2个反射镜126改变其光路之后，在二向色镜127中透射而到达聚光透镜125处。聚光透镜125将从反射型SLM121出射并在电介质多层膜镜122处反射的激光Lr，与在电介质多层膜镜122中透射的照明光Li聚光，使激光Lr在加工对象物的被加工部位处成像。另外，聚光透镜125输入在加工对象中产生的观察光Lo，将观察光Lo输出给电介质多层膜镜122。另外，聚光透镜125适合采用无限焦点物镜。

AF组件124是用于即使在于加工对象的表面上存在起伏这样的情况下，以良好的精度将激光Lr的聚光点对准于距离表面规定距离的位置上的结构部件。AF组件124出射通过二向色镜127反射的AF用激光Lb，检测通过聚光组件125而聚光并在加工对象的表面反射的AF用激光Lb，由此，例如采用非点像差法，获得加工对象物的表面的位移数据。接着，AF组件124根据已获得的位移数据，按照沿加工对象的表面的起伏的方式，使聚光透镜125沿光轴方向往复移动，细微调整聚光透镜125和加工对象物之间的距离。

在本实施方式的激光加工装置102A中，通过反射型SLM121调制激光Lr，通过聚光透镜125将该调整后的激光Lr聚光于加工部位，由此，可对例如聚光点的像差进行补偿，从而提高加工精度。

此外，激光加工装置102A与第1实施方式的光调制装置101A相同，具有下述的作用和效果。即，在激光加工装置102A中，激光Lr沿第1光路A101入射，到达反射型SLM121处。接着，在通过反射型SLM121调制激光Lr之后，该激光Lr到达电介质多层膜镜122处。另一方面，照明光Li从电介质多层膜镜122的背面侧入射，在电介质多层膜镜122中透射。该激光Lr和照明光Li均在第2光路A102上行进，经由2个反射镜126和聚光透镜125，而到达加工对象物的被加工部位。另外，通过该被加工部位中的反射或散射而获得的观察光Lo在与上述照明光Li相反的光路上行进。这样，根据本实施方式的激光加工装置102A，由于照明光Li和激光Lr可避免由反射型SLM121的调制，故可一边保持观察光Lo的分辨率和光量，一边观察被加工部位。

另外，在本实施方式的激光加工装置102A中，电介质多层膜镜122和反射型SLM121的位置关系与图7(a)所示的形式相同。即，沿X轴方向延伸的激光Lr的第1光路A101通过电介质多层膜镜122的前面侧，到达反射型SLM121。由于电介质多层膜镜122将激光Lr朝向前方(即，朝向沿Y轴方向延伸的第2光路A102上)反射，故从Z轴方向观看，第1光路A101和第2光路A102相互交叉。通过这样的方案，与例如像图7(b)那样通过背面侧的情况相比，可使激光加工装置102A小型化。另外，由于可减小激光Lr相对反射型SLM121 的入射角，故可减小反射型SLM121中的像素间的干扰(cross talk)，并且还可减少反射型SLM121中的莫尔条纹(干涉条纹)的影响。

此外，像本实施方式那样，激光加工装置102A优选包括用于对观察光Lo进行摄像的摄像机构(即，包含于观察光学系统123中的固体摄像元件)。由此，可适当观察被加工部位。另外，该摄像机构优选对沿第2光路A102而透过电介质多层膜镜122的观察光Lo进行摄像。由此，由于不必将从其它的光(激光Lr和照明光Li)分支形成观察光Lo用的光学部件设置于第2光路A102上，故可减少这样的光学部件造成的像差。

(第5实施方式)

图12为表示本发明的第5实施方式的激光加工装置102B的结构的图。另外，在本实施方式中，激光光源120，反射型SLM121，电介质多层膜镜122，聚光透镜125，与反射镜126的结构与上述第4实施方式的激光加工装置102A相同。

在本实施方式的激光加工装置102B中，在电介质多层膜镜122的背面侧，还设置有其他的电介质多层膜镜129，从观察光学系统123出射的照明光Li在该电介质多层膜镜129上反射之后，入射至该电介质多层膜镜122中。另外，在该电介质多层膜镜122中透射的观察光Lo在电介质多层膜镜129上反射之后，入射至观察光学系统123中。

此外，在电介质多层膜镜129的背面侧，经由反射镜126，光耦合有AF组件124。AF组件124的结构和功能与第4实施方式的相同。另外，在聚光透镜125和反射镜126之间，以及2个反射镜126之间，设置有透镜128，透镜128将反射型SLM121的相位调制面成像于聚光透镜125的出射瞳面上。另外，通过改变透镜的焦距，可进行1∶1的成像，缩小成像，放大成像。

本实施方式的激光加工装置102B包括与上述第4实施方式的激光加工装置102A相同的结构，照明光Li和观察光Lo在电介质多层膜镜122中透射，不射入反射型SLM121中。即，根据激光加工装置102B，由于照明光Li和观察光Lo可避免由反射型SLM121的调制，故可一边保持观察光Lo的分辨率和光量，一边观察对象部位。另外，通过将AF组件124设置于电介质多层膜镜129的背面侧，故进一步减少照明 光Li和观察光Lo的光路上的光学部件(图11的二向色镜127)，进一步减少这样的光学部件造成的像差。

(比较例)

图13为表示相对上述第4实施方式和第5实施方式的比较例的激光加工装置102C的结构的图。另外，在本比较例中，激光光源120，反射型SLM121，电介质多层膜镜122，AF组件124，聚光透镜125，与反射镜126的结构与上述第4实施方式的激光加工装置102A相同。

在激光加工装置102C中，不同于图11所示的激光加工装置102A，在电介质多层膜镜122的背面侧，没有设置观察光学系统123。观察光学系统123经由设置于聚光透镜125和反射镜126之间的电介质多层膜镜138，与聚光透镜125光耦合。在这样的形式中，调制后的激光Lr必须在多个电介质多层膜镜(127，128)中透射，它们所造成的像差扩大。相对该情况，按照上述第4实施方式(图11)和第5实施方式(图12)，由于削减调制后的激光Lr必须通过的光学部件的数量，故可有效地减少像差。

此外，在本实施方式的激光加工装置102C中，与上述第4实施方式和第5实施方式相同，电介质多层膜镜122和反射型SLM121的位置关系与图7(a)所示的形式相同。即，沿X轴方向延伸的激光Lr的第1光路A101通过电介质多层膜镜122的前面侧，到达反射型SLM121。由于电介质多层膜镜122将激光Lr朝向前方(即，朝向沿Y轴方向延伸的第2光路A102上)反射，故从Z轴方向观看，第1光路A101和第2光路A102相互交叉。通过这样的结构，与例如像图7(b)那样通过背面侧的情况相比较，可使激光加工装置102C小型化。另外，由于可减小激光Lr相对反射型SLM121的入射角，故可减少反射型SLM121的像素间的干扰(cross talk)，可减少反射型SLM121的莫尔条纹(干涉条纹)的影响。

本发明的光调制装置和激光加工装置并不限于上述实施方式，可进行其它的各种形式的变形。比如，对于本发明的光调制装置，即使在激光加工用途之外，仍可用于各种用途。

(第6实施方式)

对本发明的光调制装置的第6实施方式进行说明。图14为第6实施方式的光调制装置201A的结构图。该图所示的光调制装置201A包括光源211，光源221，观察部231，半反射镜241，二向色镜242，棱镜243，反射型SLM251，驱动部252，与聚光透镜261。

光源211，光源221，与二向色镜242构成本实施方式的光源部。光源211为出射作为被调制光的激光Lr的激光光源。光源221为出射照明光Li的照明光源。此外，作为光源221，例如使用卤素灯。二向色镜242有选择地反射特定波长的光，并使其它的波长的光透射。即，二向色镜242反射从光源211出射而到达的激光Lr，并且使从光源221出射而到达的照明光Li透射。通过该二向色镜242，波长相互不同的激光Lr和照明光Li朝向棱镜243，在同一光路上出射。

棱镜243为本实施方式的第1透光性部件，由至少使照明光Li透射的透光性的材质构成。棱镜243呈其截面为三角形状的五面体状，具有包括该三角形的三条边的一条边的第1面243a；包括另一条边的第2面243b；包括剩余的一条边的第3面243c。另外，这些面243a～243c全部与棱镜243的厚度方向(即，与纸面相垂直的方向)平行。在第1面243a上，形成将激光Lr反射而使照明光Li透射的电介质多层膜镜(第1电介质多层膜镜)244a，在第2面243b上，形成同样将激光Lr反射而使照明光Li透射的电介质多层膜镜(第2电介质多层膜镜)244b。

电介质多层膜镜244a将从二向色镜242到达的激光Lr朝向反射型SLM251而反射，并且使照明光Li透射。电介质多层膜镜244b将从反射型SLM251射出而到达的激光Lr朝向聚光透镜261而反射，并且使从电介质多层膜镜244a，经由棱镜243而接收的照明光Li朝向与反射后的激光Lr相同的光路上透射。

此外，在电介质多层膜镜244a中实现透射，从第1面243a入射至棱镜243的内部的照明光Li在第3面243c处实现全反射，在棱镜243中传送而到达第2面243b的电介质多层膜镜244b。

反射型SLM251从斜前方接收在电介质多层膜镜244a处反射的激光Lr，一边反射该激光Lr，一边在二维排列的多个像素的每个中调制 激光Lr。本实施方式的反射型SLM251为相位调制型，例如具备在下面描述的结构。

图15为表示作为反射型SLM251的一个例子的LCOS(Liguid Crystal on Silicon)型的结构的分解立体图。如图15所示的那样，该反射型SLM251包括硅衬底255；设置于该衬底255上的多个像素电极256；设置于像素电极256上的反射镜层257；设置于反射镜层257上的具有图中未示出的取向膜的衬底和玻璃板260；设置于玻璃板260上的透明电极259；设置于透明电极259上的具有图中未示出的取向膜的衬底，在各个取向膜之间(图中的像素电极256和透明电极259之间)，设置液晶层258。像素电极256包括由多行和多列形成的2维设置的多个电极部256a，像素电极256的各像素电极部256a和透明电极259沿反射型SLM251的层叠方向而相互面对。

在像这样构成的反射型SLM251中，激光Lr从外部，依次在玻璃板260和透明电极259中透射而入射至液晶层258中，通过反射镜层257而反射，从液晶层258依次在透明电极259和玻璃板260中透射，而出射到外部。此时，针对透明电极159和相对的像素电极部256a的每个而外加电压，对应于该像素电极部的电压，液晶层258中的相互相对的一对电极部256a，259所夹持的部分的折射率变化。由此，在多个像素的各个像素中，在与激光Lr的行进方向相垂直的方向的规定的方向的成分的相位中产生偏差，激光Lr在每个像素中受到整形(相位调制)。

再次参照图14，驱动部252设定反射型SLM251的二维地排列的多个像素的各个像素中的相位调制量，将用于每个像素的相位调制量设定的信号提供给反射型SLM251。

聚光透镜261设置于从电介质多层膜镜244b出射的激光Lr和照明光Li的光路上。聚光透镜261将从反射型SLM251输出的、在电介质多层膜镜244b中反射的激光Lr，与在电介质多层膜镜244b中实现透射的照明光Li聚光，将激光Lr成像于对象291的对象部位(加工部位或观察部位)。另外，聚光透镜261输入照明光Li在对象物291处反射·散射而产生的光(即，观察光Lo)，将该观察光Lo朝向棱镜243而输出。另外，聚光透镜261适合采用无限焦点物镜。

观察光Lo包括与照明光Li相同的波长成分，在从聚光透镜261到达电介质多层膜镜244b之后，在电介质多层膜镜244b中透射，并在棱镜243的内部传送。观察光Lo在棱镜243的第3面243c处反射之后，在电介质多层膜镜244a中透射，另外在二向色镜242中透射。

在这里，半反射镜241设置于光源221和二向色镜242之间。半反射镜241将从光源221出射的照明光Li朝向二向色镜242而透射，将在二向色镜242中透射而到达的观察光Lo朝向观察部231而反射。观察部231通过摄像元件而接收从半反射镜241到达的观察光Lo，获得基于该观察光Lo的对象物291的对象部位的图像。

接着，对本实施方式的光调制装置201A所具有的棱镜243，反射型SLM251，与聚光透镜261的具体结构例进行说明。图16为具有棱镜243，反射型SLM251，与聚光透镜261的SLM组件202的俯视图。另外，图17为表示沿图16所示的SLM组件202的IV-IV线的剖面的侧向剖视图，图18为表示沿图16所示的SLM组件202的V-V线的剖面的侧向剖视图；

参照图16～图18，SLM组件202包括外壳203；容纳于外壳203的内部的棱镜243和反射型SLM251，与安装于外壳203的壁面上的聚光透镜261。外壳203具有基本长方体状的外观，在一对侧壁中的一个上安装有聚光透镜261，另一侧壁上开设有开口203a。从该开口203a，由光源部(光源211，光源221，与二向色镜242)入射激光Lr和照明光Li。

棱镜243按照其厚度方向与将开口203a和聚光透镜261连接的轴线相垂直的方式放置于外壳203的底板203b上。另外，棱镜243的第1面243a朝向外壳203的开口203a而设置，第2面243b朝向聚光透镜261而设置。棱镜243的第3面243c设置于外壳203的底板上。

反射型SLM251在外壳203的内部，设置于棱镜243的上方。反射型SLM251通过摇动机构204而支承。摇动机构204，为了调整反射型SLM251的角度而固定于外壳203上，并将反射型SLM251吊下。另外，在摇动机构204和外壳203的底板203c之间，设置用于控制反射型SLM251的电路基板205。

对具有以上的结构的本实施方式的光调制装置201A中的作用和效果进行说明。在本实施方式的光调制装置201A中，激光Lr和照明光Li从光源部(光源211，光源221，与二向色镜242)入射到同一光路，之后，这些光入射至电介质多层膜镜244a中。在该电介质多层膜镜244a中，使激光Lr和照明光Li分开，仅激光Lr入射至反射型SLM251中。然后，通过反射型SLM251调制的激光Lr和照明光Li通过电介质多层膜镜244b，再次在同一光路中行进，到达作为加工对象物或观察对象物的对象291的对象部位。另外，通过该对象部位中的反射或散射而获得的观察光Lo，在与上述照明光Li相反的光路中行进而到达半反射镜241，在观察部231处对其观察。

像这样，在本实施方式的光调制装置201A中，照明光Li和观察光Lo通过棱镜243的内部，不入射至反射型SLM251。即，根据光调制装置201A，由于照明光Li和观察光Lo可避免由反射型SLM251的调制，故可一边保持入射至观察部231的观察光Lo的分辨率和光量，一边观察对象部位。

此外，如本实施方式那样，可适合地形成下述的结构，其中，作为形成有电介质多层膜镜244a，244b的透光性部件采用棱镜243，照明光Li和观察光Lo在棱镜243的内部传送，由此，在电介质多层膜镜244a中使激光Lr和照明光Li的各光路分开，在电介质多层膜镜244b处这些光再次为同一光路。另外，按照这样的方案，由于不必调整电介质多层膜镜244a，244b的角度，和在它们中实现透射的照明光Li的光路，故可使光调制装置201A的组装简单。

(第7实施方式)

接着，对本发明的光调制装置的第7实施方式进行说明。图19为第7实施方式的光调制装置201B的结构图。该图所示的光调制装置201B和第6实施方式的光调制装置201A的结构上的区别在于形成有电介质多层膜镜244a，244b的透光性部件的形态。另外，关于其它的结构(光源211，光源221，观察部231，半反射镜241，二向色镜242，反射型SLM251，驱动部252，与聚光透镜261)的结构和作用，由于与前述的第6实施方式相同，故省略对其的具体的说明。

如图19所示的那样，光调制装置201B代替图14所示的棱镜243，而包括作为本实施方式的第1透光性部件的透光板245，与作为本实施方式的第2透光性部件的与透光板245分开设置的透光板246。透光板245，246由至少透过照明光Li的透过性的材质构成。另外，在透光板245的板面上，形成第1电介质多层膜镜244a，在透光板246的板面上，形成第2电介质多层膜镜244b。

与第6实施方式相同，电介质多层膜镜244a将从二向外镜242到达的激光Lr朝向反射型SLM251而反射，并且使照明光Li透射。在电介质多层膜镜244a中透射的照明光Li在透光板245和透光板246中透射，而到达电介质多层膜镜244b处。另一方面，激光Lr入射至反射型SLM251，在调制之后到达电介质多层膜镜244b处。该电介质多层膜镜244b将激光Lr朝向聚光透镜261而反射，并且将照明光Li在与反射之后的激光Lr相同的光路上透射。

在具有下述的结构的本实施方式的光调制装置201B中，照明光Li和观察光Lo通过透光板245、透光板246的通路，不入射至反射型SLM251中。即，同样在光调制装置201B中，由于照明光Li和观察光Lo可避免由反射型SLM251的调制，故可一边保持入射至观察部231的观察光Lo的分辨率和光量，一边观察对象部位。

另外，在本实施方式中，电介质多层膜镜244a，244b分别形成于各自的透光板245，246上，在电介质多层膜镜244a中透射的照明光Li朝向电介质多层膜镜244b而传播。通过这样的方案，可适当地形成下述的结构，其中，在电介质多层膜镜244a中，使激光Lr和照明光Li的各光路分开，在电介质多层膜镜244b处，这些光再次为同一光路。

本发明的光调制装置并不限于上述实施方式，可进行其它的各种形式的变更。例如，在上述第6实施方式中，作为第1透光性部件列举棱镜，在第7实施方式中，作为第1和第2透光性部件列举透光板，但是，本发明的第1透光性部件，第2透光性部件并不限于此，可通过能使照明光透射的各种的材质、形状的部件而构成。

产业上的利用可能性

本发明提供可一边保持观察光的分辨率和光量，一边观察对象部位的光调制装置和激光加工装置。

Claims (2)

1.一种光调制装置，其特征在于，

包括：

光源部，将波长相互不同的激光和照明光出射到相同的光路上；

第1电介质多层膜镜，形成于使所述照明光透射的第1透光性部件上，从所述光源部接收出射到相同的光路上的所述激光和所述照明光，并将所述激光反射，使所述照明光透射；

反射型的空间光调制器，其从斜前方接收来自于所述第1电介质多层膜镜的所述激光，一边反射该激光，一边在二维排列的多个像素的每个中调制所述激光；

第2电介质多层膜镜，形成于所述第1透光性部件上，或形成于与所述第1透光性部件分别设置且使所述照明光透射的第2透光性部件上，将从所述空间光调制器接收的所述激光反射，并且将在所述第1电介质多层膜镜中透射了且至少在所述第1透光性部件中透射了的所述照明光透射到与反射后的所述激光相同的光路上；

聚光透镜，从所述第2电介质多层膜镜接收出射到相同的光路上的所述照明光和所述激光，并将所述照明光和所述激光聚光。

2.根据权利要求1所述的光调制装置，其特征在于，

所述第1透光性部件由棱镜构成；

所述第1电介质多层膜镜形成于所述棱镜的第1面上；

所述第2电介质多层膜镜形成于所述棱镜的第2面上；

所述照明光从所述第1面入射并在所述棱镜的第3面全反射，全反射后的所述照明光在所述棱镜内传送而到达所述第2面。