CN104471465A - 光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置 - Google Patents

光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置 Download PDF

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Abstract

本发明的光调制装置(2A)构成为具备：相位调制型的空间光调制器(20)，其包含二维排列的多个像素，根据调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位；调制图案设定部(31)，其设定用于调制光的相位的目标调制图案；修正系数设定部(32)，其设定与空间光调制器(20)的像素结构特性及目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；及调制图案修正部(35)，其通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出呈现于空间光调制器(20)的多个像素的修正后的调制图案。由此，实现可抑制因SLM引起的无需的0次光的产生的光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置。

Description

光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置
技术领域
本发明涉及一种根据呈现于空间光调制器的多个像素的调制图案而调制激光等光的相位的光调制方法、光调制程序、光调制装置、及使用其的光照射装置。
背景技术
空间光调制器(SLM：Spatial Light Modulator)是用于光的控制的光学元件。特别地，相位调制型的空间光调制器是对输入的光的相位进行调制且输出相位调制后的光的调制器，其能够不调制输入光的振幅，而仅使相位变化并予以输出(例如，参照专利文献1、非专利文献1～5)。
作为这样的相位调制型SLM的特征之一，可列举：通过对光的相位进行调制而对波阵面进行整形，可自1个光源在时间上同一时间点产生空间上位置不同的多点的聚光点。若使用基于由相位调制型SLM产生的多点图案的光的多点同时照射，则可无光量损失地执行例如激光加工中的多个位置同时加工、激光扫描显微镜用途中的多个位置同时观察等。
作为利用相位调制型SLM的一例，考虑如下情形：通过以SLM对自单一的激光源供给的激光进行相位调制，而产生10点的多点照射图案，使用该照射图案进行加工对象物的多点同时加工。该情形时，与使用由激光源产生的仅1点的聚光点的现有的激光加工相比，通过使用相位调制型SLM而有使对象物的加工速度变成10倍的优点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-075997号公报
[非专利文献]
非专利文献1：R.W.Gerchberg et al.,“A practical algorithm for thedetermination of phase from image and diffraction plane pictures”,OptikVol.35(1972)pp.237-246
非专利文献2：D.Prongue et al.,“Optimized kinoform structures forhighly efficient fan-out elements”,Appl.Opt.Vol.31No.26(1992)pp.5706-5711
非专利文献3：O.Ripoll et al.,“Review of iterative Fourier-transformalgorithms for beam shaping applications”,Opt.Eng.Vol.43No.11(2004)pp.2549-2556
非专利文献4：J.Bengtsson,“Kinoform design with anoptimal-rotation-angle method”,Appl.Opt.Vol.33No.29(1994)pp.6879-6884
非专利文献5：D.Palima et al.,“Holographic projection of arbitrarylight patterns with a suppressed zero-order beam”,Appl.Opt.Vol.46No.20(2007)pp.4197-4201
发明内容
发明所要解决的问题
相位调制型SLM中，如上所述具有藉由利用多点同时照射的并列处理而可谋求激光加工等的高速化等的优点。另一方面，在如上所述般使用SLM进行的激光照射中，除自SLM输出的相位调制激光所形成的所需的照射图案以外，有因SLM而产生的无需的0次光所引起的未预期的激光照射成为问题的情形。
此处，所谓无需的0次光，基本上是由未经SLM调制的光成分所产生。此种光成分例如于SLM的后段配置有透镜的情形时，在平面波由透镜而聚光的焦点位置上作为未预期的光而聚光。若产生此种无需的0次光，则在利用由相位调制型SLM所产生的调制激光的情形时，产生如下问题：例如在激光加工中，对于对象物在预定的加工点以外产生未预期的加工，另外，在激光扫描显微镜中，对于对象物的观察条件因无需的0次光的影响而变动、劣化等。
本发明为了解决以上的问题点而完成，其目的在于提供一种可抑制因SLM引起的无需的0次光的产生的光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置。
解决问题的技术手段
为达成此种目的，本发明的光调制方法的特征在于：(1)使用相位调制型的空间光调制器，该空间光调制器具有二维排列的多个像素，根据呈现于多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，并输出相位调制后的光；且该光调制方法包括以下步骤：(2)调制图案设定步骤，其设定用于在空间光调制器中调制光的相位的目标调制图案；(3)修正系数设定步骤，其对于目标调制图案设定与空间光调制器的像素结构特性及目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；(4)调制图案修正步骤，其通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出呈现于空间光调制器的多个像素的修正后的调制图案；及(5)调制图案呈现步骤，其将修正后的调制图案呈现于空间光调制器的多个像素。
本发明的光调制程序的特征在于：(1)使用相位调制型的空间光调制器，该空间光调制器具有二维排列的多个像素，根据呈现于多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，且输出相位调制后的光；该光调制程序使计算机执行以下处理：(2)调制图案设定处理，其设定用于在空间光调制器中调制光的相位的目标调制图案；(3)修正系数设定处理，其对于目标调制图案设定与空间光调制器的像素结构特性及目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；(4)调制图案修正处理，其通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出呈现于空间光调制器的多个像素的修正后的调制图案；及(5)调制图案呈现处理，其将修正后的调制图案呈现于空间光调制器的多个像素。
本发明的光调制装置的特性在于具备：(a)相位调制型的空间光调制器，其包含二维排列的多个像素，根据呈现于多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，且输出相位调制后的光；(b)调制图案设定单元，其设定用于在空间光调制器中调制光的相位的目标调制图案；(c)修正系数设定单元，其对目标调制图案设定与空间光调制器的像素结构特性及目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；及(d)调制图案修正单元，其通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出呈现于空间光调制器的多个像素的修正后的调制图案。
在上述光调制方法、光调制程序、及光调制装置中，关于呈现于空间光调制器的相位调制图案，以与激光等光的所需的照射图案等对应的方式设定目标调制图案。而且，关于根据该目标调制图案而在空间光调制器中实际执行的光的相位的调制，着眼于空间光调制器中的多个像素的二维像素结构特性、与目标调制图案的图案特性，根据这些像素结构特性及图案特性而设定1以上的修正系数α(α≥1)。根据这样的结构，通过将由修正系数α与目标调制图案相乘而产生的修正后的调制图案呈现于空间光调制器的多个像素，可抑制空间光调制器中的光的相位的调制中产生无需的0次光。
本发明的光照射装置的特征在于具备：光源，其供给成为调制对象的光；及上述构成的光调制装置，其包含调制自光源供给的光的相位且输出相位调制后的光的相位调制型的空间光调制器。另外，在调制对象的光为激光的情形时，激光照射装置的特征在于包含：激光源，其供给激光；及上述构成的光调制装置，其包含调制自激光源供给的激光的相位且输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器。
根据这样的结构，在包含相位调制型的空间光调制器的光调制装置中，通过将由修正系数α与目标调制图案相乘所得的修正后的调制图案呈现于空间光调制器的多个像素，可抑制光的相位的调制中产生无需的0次光，而可较佳地实现由所需的照射图案进行的向对象物的光的照射、及由此进行的对象物的加工、观察等操作。此种光照射装置可用作例如激光加工装置、激光显微镜、激光操纵装置、或激光扫描检眼镜等中的像差修正装置等。
发明的效果
根据本发明的光调制方法、光调制程序、光调制装置、及使用其的光照射装置，关于呈现于空间光调制器的调制图案，设定目标调制图案，并且根据空间光调制器中的多个像素的像素结构特性、及目标调制图案的图案特性而设定1以上的修正系数α，将由该修正系数α与目标调制图案相乘所得的修正后的调制图案呈现于空间光调制器，由此可抑制利用空间光调制器进行的光的相位调制中产生无需的0次光。
附图说明
图1是表示作为包含光调制装置的光照射装置的激光照射装置的一个实施方式的结构的图。
图2(a)、(b)是表示相位调制型的空间光调制器的结构的一例的图。
图3是表示光调制装置的结构的一例的方块图。
图4(a)、(b)是表示由空间光调制器进行相位调制后的激光的再生图案中产生无需的0次光的图。
图5(a)、(b)是表示由空间光调制器进行的激光的相位调制中的像素间隙的影响的图。
图6是表示0次光的衍射效率根据修正系数α而产生的变化的图表。
图7是表示2×2点的矩形的多点再生图案的图。
图8是表示16×16点的矩形的多点再生图案的图。
图9是表示32×32点的矩形的多点再生图案的图。
图10是表示0次光的衍射效率根据修正系数α而产生的变化的图表。
图11是表示20×20点的矩形的多点再生图案的图。
图12是表示10×10点的矩形的多点再生图案的图。
图13是表示2×2点的矩形的多点再生图案的图。
图14是表示0次光的衍射效率根据修正系数α而产生的变化的图表。
图15是表示用于修正系数α的导出的评估光学系统的一例的图。
图16是表示修正系数α的设定方法的一例的流程图。
图17是表示修正系数α的设定方法的另一例的流程图。
图18是表示修正系数α的设定方法的另一例的流程图。
图19是示出表示目标调制图案与修正系数α的对应关系的查找表的一例的图。
图20是表示8×8点的矩形的多点图案的再生结果的图。
图21是表示8×8点的矩形的多点图案的再生结果的图。
图22(a)、(b)是表示图20、21所示的再生结果中的0次光的强度分布的图表。
图23(a)、(b)是表示柱状透镜图案的再生结果的图。
图24是表示图23所示的再生结果中的0次光的强度分布的图表。
具体实施方式
以下，连同附图对本发明的光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置的实施方式详细地进行说明。再者，在附图的说明中，对于同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。另外，附图的尺寸比率不一定与所说明的一致。
首先，对本发明的光调制装置、及包含光调制装置的光照射装置的基本构成，连同其构成例进行说明。此处，以下主要假定激光作为空间光调制器的调制对象的光而进行说明。但，调制对象的光并不限于激光。图1是表示作为包含光调制装置的光照射装置的激光照射装置的一实施方式的结构的图。本实施方式的激光照射装置1A是利用所期望的照射图案对照射对象物50进行聚光照射激光的装置，其具备激光源10、光调制装置2A、及可动平台58。
在图1所示的结构中，照射对象物50载置于在X方向、Y方向(水平方向)、及Z方向(垂直方向)上可移动地构成的可动平台58上。另外，本照射装置1A中，例如对于照射对象物50，在其表面或内部设定用于进行对象物50的加工、观察等的1点或多点的聚光点，对该聚光点进行激光的聚光照射。
激光源10是供给用于对平台58上的对象物50进行照射的脉冲激光等激光的激光供给单元。自激光源10输出的激光由扩束器11扩展后，经由反射镜12、13而向包含空间光调制器(SLM)20的光调制装置2A输入。
本实施方式的光调制装置2A具备空间光调制器20、光调制器驱动装置28、及光调制控制装置30。SLM20是包含二维排列的多个像素的相位调制型的空间光调制器，其根据呈现于多个像素的二维调制图案而针对每个像素调制所输入的激光的相位，且输出相位调制后的激光。在此种构成中，对SLM20呈现例如由数值计算而求出的全像图(CGH：Computer Generated Hologram，计算机产生的全像图)等相位调制图案，根据该调制图案而控制对所设定的聚光点的激光的聚光照射。
另外，空间光调制器20经由驱动装置28，由光调制控制装置30驱动控制。控制装置30进行呈现于SLM20的CGH的产生、保存、对驱动装置28的必需信号的发送等。另外，驱动装置28对于自控制装置30发送的CGH的信号，参照LUT(Look Up Table，查找表)转换成电压指示值之后，对SLM20进行电压施加的指示。此处使用的LUT例如为下述时候所使用的参照表：为了修正对SLM20中所使用的液晶所具有的电压的非线性响应等，而将与相位值对应的来自控制装置30的输入信号转换成电压指示值。再者，关于包含SLM20、驱动装置28、及控制装置30的光调制装置2A的具体结构等将于以下进行叙述。
该空间光调制器20可为反射型，也可为透射型。图1中，示出反射型调制器作为空间光调制器20。另外，作为具有二维像素结构的空间光调制器20，可列举例如折射率变化材料型SLM(例如于使用液晶的材料中，有LCOS(Liquid Crystal on Silicon，硅上液晶)型、LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示器))。
经空间光调制器20相位调制成特定的图案并输出的激光通过由透镜51、52构成的4f光学系统而向物镜53传播。而且，通过该物镜53，而对设定于照射对象物50的表面或内部的单一或多个聚光点照射激光。
再者，关于激光照射装置1A中的光学系统的结构，具体而言，并不限于图1所示的结构，可使用各种结构。例如，在图1中，设为由扩束器11而使激光扩展的结构，但也可设为使用空间滤波器与准直透镜的组合的结构。另外，在光调制装置2A中，驱动装置28也可设为与SLM20一体设置的结构。另外，由透镜51、52构成的4f光学系统通常优选为使用由多个透镜构成的两侧远心光学系统。
另外，使照射对象物50移动的可动平台58也可设为如下构成：例如将该平台设为固定平台或仅在光轴方向上移动的可动平台，且于光学系统侧设置可动机构、检流计镜(galvanometer mirror)等。另外，作为激光源10，优选为使用例如Nd：YAG激光源、飞秒激光源等供给脉冲激光的脉冲激光源。
对图1所示的激光照射装置1A、及光调制装置2A中使用的相位调制型的空间光调制器20的结构进行说明。图2是表示作为相位调制型的空间光调制器的结构的一例的LCOS-SLM的结构的图。图2中，图2(a)是示意性表示SLM20的结构的一部分的侧视剖面图，图2(b)是在液晶分子旋转的状态下模式性表示SLM20的结构的一部分的侧视剖面图。
在本构成例中，SLM20具有硅基板21、及设置于硅基板21上的液晶层22。另外，SLM20进而包含：像素电极群23，其配置于硅基板21与液晶层22之间；及电极24，其设置于与像素电极群23之间夹隔液晶层22的位置上。像素电极群23由用于对液晶层22施加电压的多个像素电极23a构成。该多个像素电极23a遍及多行及多列排列成二维状，由此，规定构成SLM20的多个像素所形成的二维像素结构。
另一方面，电极24例如包含蒸镀于玻璃基板25的一个面上的金属膜，该金属膜在光学上为透明。玻璃基板25以使基板25的上述一个面与硅基板21相对的方式介由间隔件26而支撑于硅基板21上。另外，液晶层22在硅基板21与玻璃基板25之间填充液晶而构成。
在具备此种结构的SLM20中，将自驱动装置28输出的对各像素的模拟信号电压施加至对应的像素电极23a与电极24之间。由此，在在像素电极群23与电极24之间夹隔的液晶层22中产生电场。继而，如图2(b)所示，各像素电极23a上的液晶分子22a根据上述施加电场的大小而旋转。由于液晶分子22a具有双折射性，故而若光穿透玻璃基板25而入射，则仅对该光中的与液晶分子22a的配向方向平行的光成分，赋予与液晶分子22a的旋转相应的相位差。如此，针对每个像素电极23a调制输入激光的相位。
此处，如图2所示的构成例那样，在使用具有二维排列的多个像素的相位调制型的SLM20进行激光照射的情形时，除自SLM20输出的相位调制光所形成的所需的照射图案以外，有因SLM20而产生的无需的0次光所引起的未预期的激光照射成为问题的情形。详细而言，此种无需的0次光如下所述由因SLM20的像素结构等而未经SLM20调制的光成分产生。相对于此，图1所示的光调制装置2A具有如下结构：以抑制此种因SLM20而引起的无需的0次光的产生的方式设计、修正应呈现于SLM20的调制图案。
图3是表示应用于图1所示的激光照射装置1A中的光调制装置2A的结构的一例的方块图。如图1所示，本构成例的光调制装置2A具备空间光调制器(SLM)20、光调制器驱动装置28、及光调制控制装置30。另外，控制装置30包含以下部分而构成：调制图案设定部31、修正系数设定部32、调制图案修正部35、及光调制器驱动控制部36。
再者，在此种结构中，进行调制图案(CGH)的设计、修正、存储等的光调制控制装置30例如可由计算机构成。另外，在该控制装置30上，视需要连接有用于输入光调制控制所需的信息、指示等的输入装置37、及用于对操作者显示信息的显示装置38等各装置。
调制图案设定部31是对于具有二维排列的多个像素的SLM20设定用于在SLM20中调制激光的相位的目标调制图案的调制图案设定单元(调制图案设定步骤)。用作目标调制图案的CGH可参照激光照射中的所需的再生图案等，由例如非专利文献1～4中记载的设计方法而制作。使用这些方法利用设定部31进行的CGH的设计在不产生无需的0次光的理想条件下进行。
修正系数设定部32是对于调制图案设定部31中设计的理想的CGH的目标调制图案，根据SLM20的像素结构特性(参照图2)、及目标调制图案的图案特性而设定1以上的修正系数α(α≥1)的修正系数设定单元(修正系数设定步骤)。该修正系数α以抑制因SLM20的像素结构而引起的无需的0次光的产生的方式进行设定。
另外，针对该修正系数设定部32，设有修正系数存储部33、及修正系数导出部34。修正系数存储部33是存储与目标调制图案对应、且根据其图案特性而预先求出的修正系数α的存储单元。另外，修正系数导出部34是参照目标调制图案、且根据其图案特性而求出修正系数α的导出单元(修正系数导出步骤)。设定部32视需要使用存储部33或导出部34，取得与目标调制图案对应的修正系数α。
调制图案修正部35是通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出实际呈现于SLM20的多个像素的修正后的调制图案的调制图案修正单元(调制图案修正步骤)。此处，若将构成SLM20的各像素在与光轴垂直的面(调制面)上的二维像素位置设为(x，y)，将于设定部31中制作的目标调制图案设为φCGH(x，y)，将修正部35中的修正后的调制图案设为φSLM(x，y)，则修正后的调制图案φSLM根据
φSLM(x，y)＝φCGH(x，y)×α
而求出。
光调制器驱动控制部36是经由驱动装置28而驱动控制SLM20，并将由调制图案修正部35而产生的修正后的调制图案φSLM呈现于SLM20的多个像素的驱动控制单元(调制图案呈现步骤)。这样的驱动控制部36根据包含SLM20、驱动装置28、及控制装置30的光调制装置2A的具体结构而视需要设置。
与图3所示的光调制控制装置30中执行的光调制方法对应的处理可通过用于使计算机执行光调制控制的光调制程序而实现。例如，控制装置30可包含：CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)，其运行光调制控制的处理中必需的各软件程序；ROM(Read Only Memory，只读存储器)，其存储上述软件程序等；及RAM(Random AccessMemory，随机存取内存)，其在程序执行中暂时存储数据。此种构成中，通过利用CPU执行特定的光调制程序，可实现包含上述控制装置30的光调制装置2A。
另外，用以由CPU而执行使用SLM20的激光的调制操作、尤其是用于设计、修正呈现于SLM20的调制图案的各处理的上述程序可存储于计算机可读取的存储媒体中进行发放。此种存储媒体中，包含例如硬盘及软盘等磁性媒体、CD(Compact Disc，光盘)-ROM及DVD(Digital Versatile Disc，数字多功能光盘)-ROM等光学媒体、软式盘片(floptical disk)等磁性光学媒体、或以执行或储存程序命令的方式特别配置的例如RAM、ROM、及半导体非挥发性内存等硬件设备等。
对本实施方式的光调制方法、光调制程序、光调制装置2A、及激光照射装置1A的效果进行说明。
在图1～图3所示的光调制方法、光调制程序、及光调制装置2A中，关于呈现于SLM20的相位调制图案，在调制图案设定部31中，以与激光的所需的照射图案等对应的方式设定目标调制图案。继而，关于利用该目标调制图案的激光的相位的调制，在修正系数设定部32中，着眼于SLM20中的多个像素的二维像素结构特性、与目标调制图案的图案特性，根据这些像素结构特性及图案特性而设定1以上的修正系数α(α≥1)，优选为大于1的修正系数α(α＞1)。
根据这样的结构，在调制图案修正部35中，将修正系数α与目标调制图案φCGH相乘而产生修正后的调制图案φSLM，将该修正后的调制图案φSLM呈现于SLM20的多个像素，由此可抑制利用SLM20进行的激光的相位调制中产生无需的0次光。另外，由此可较佳地且精度良好地实现利用SLM20进行的激光的相位调制操作、及由此进行的向对象物50的激光的照射图案的控制。
另外，图1所示的激光照射装置1A是使用激光源10、及包含相位调制型的空间光调制器20的上述结构的光调制装置2A而构成照射装置1A。根据此种结构，在光调制装置2A中，通过将由修正系数α与目标调制图案相乘所得的修正后的调制图案呈现于SLM20，可抑制SLM20中的无需的0次光的产生，而较佳地实现通过所需的照射图案进行的向对象物50的激光的照射、及由此进行的对象物50的加工、观察等操作。此种激光照射装置1A可优选地用作例如激光加工装置、激光显微镜、激光操纵(manipulation)装置、或激光扫描检眼镜等中的像差修正装置等。
此处，修正系数设定部32中的修正系数α的设定可采用如下结构：设置存储与目标调制图案对应、且根据其图案特性而预先求出的修正系数α的修正系数存储部33，在设定部32中，根据自存储部33读出的系数而设定修正系数α。如上所述，预先评估呈现于SLM20的调制图案的图案特性，根据该图案特性而求出系数α且作为系数数据而储存于存储部33中，视需要读出该系数数据，并作为修正系数α予以设定，由此可较佳地设定与目标调制图案对应的修正系数α。
或者，修正系数α的设定可采用如下构成：设置参照目标调制图案，且根据其图案特性由特定的运算等而求出修正系数α的修正系数导出部34，在设定部32中，根据于导出部34中求出的系数而设定修正系数α。如上所述，由参照作为呈现于SLM20的调制图案而设定的目标调制图案，利用运算等评估图案特性，根据该图案特性求出系数，而设定修正系数α，由此也可较佳地设定与目标调制图案对应的修正系数α。
另外，关于修正系数α，也可设为如下结构：其作为依赖于SLM20中的多个像素各自的二维像素位置(x，y)的每个像素的系数α(x，y)予以设定。呈现于SLM20的相位调制图案考虑有如下情形：根据其具体的图案构成，应当与调制图案相乘的修正系数α的值依赖于像素位置(x，y)而变化。相对于此，由如上所述那样设为可将修正系数α作为每个像素的系数α(x，y)予以设定的结构，可较佳地执行调制图案的修正。该情形时，修正后的调制图案φSLM根据
φSLM(x，y)＝φCGH(x，y)×α(x，y)
而求出。但，在修正系数α对像素位置的依赖性较小等的情形时，也可不论像素位置如何均使修正系数α为固定值。
另外，关于修正系数α的设定中参照的调制图案的图案特性，具体而言，可设为使用根据目标调制图案的空间频率特性而设定的系数作为修正系数α的构成。或者，也可设为如下结构：使用根据由目标调制图案进行相位调制后的激光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数作为修正系数α。该情形时，尤佳为使用根据由目标调制图案进行相位调制后的激光的再生图案中衍射角最大的点、与0次光的聚光点的距离而设定的系数作为修正系数α。再者，关于修正系数α的设定方法等，具体将于以下进一步叙述。
针对图1～图3所示的激光照射装置1A、及光调制装置2A中的激光的相位调制、及调制图案的设计、修正等，更具体地进行说明。
首先，对使用具有二维排列的多个像素的SLM20进行的激光的相位调制中无需的0次光的产生进行说明。所谓无需的0次光，如上所述是由因SLM20的二维像素结构等而未经SLM20调制的光成分所产生的。此种光成分例如于SLM的后段配置有透镜的情形时，在其焦点位置上作为未预期的光而聚光。再者，实际上输出光的波阵面因SLM20中的变形等而变形，因此有无需的0次光的聚光位置与上述焦点位置存在若干偏移的情形。
将无需的0次光称为「未预期的光」的理由在于，在理想的条件下进行的CGH的设计或仿真的阶段，不产生该0次光。此处，图4是表示利用空间光调制器(SLM)进行相位调制后的激光的再生图案中产生无需的0次光的图。例如，以在透镜的焦点位置上且与光轴垂直的再生面上再生如图4(a)所示的多点的激光照射图案的方式设计目标调制图案的CGH。
若使用如上所述般设计的目标调制图案，由仿真而求出激光的再生图案，则再生出与图4(a)同样的多点图案。另一方面，若将目标调制图案实际上呈现于SLM的多个像素而进行激光照射图案的再生，则如图4(b)中以圆圈包围所示，产生未预期的光即无需的0次光的聚光点。
此种无需的0次光的存在尤其在产生多点的激光照射图案而进行对象物的加工等的情形时成为问题。例如，在由SLM20而再生所需的1点的激光照射图案、与无需的0次光的点图案的情形时，若假设激光中的99％的光成分衍射，1％的光成分成为无需的0次光，则S/N比(signal to noise ratio，信号噪声比)成为99。此种情形时，若利用S/N比较大的情况，由输入至SLM的激光的光量调整等而使无需的0次光的能量成为对于对象物的加工阈值以下，则可避免无需的0次光的影响。
其次，考虑由SLM20而再生所需的99点的激光照射图案、与无需的0次光图案的情形，若假设99点的照射图案的各者分别有1％的光成分衍射，且1％的光成分成为无需的0次光，则每1点的S/N比成为1。在此种情形时，仅由输入至SLM的激光的光量调整无法避免无需的0次光的影响，必需进行如下的操作：例如以某种方法遮挡无需的0次光进行遮光，或者由对显示于SLM的CGH添加菲涅耳透镜图案，而于光轴方向上使无需的0次光与CGH的再生位置产生偏移，在CGH的再生面上使0次光模糊等。
另外，以上所述中，揭示有利用激光的多点加工，但因SLM引起的无需的0次光的产生除在多点加工中成为问题以外，在多点激光扫描显微镜等使用多点的应用用途、或进而在激光扫描检眼镜等的单点的像差修正、聚光点位置移动等方面也成为问题，进而，在LG(Laguerre-Gaussian，拉盖尔-高斯)光束再生等由SLM进行激光的相位调制的所有用途上造成问题。
此种因SLM引起的无需的0次光因如下情况而产生：实际呈现于SLM的调制图案因SLM的多个像素所具有的像素结构特性、相位调制特性，而从在理想的条件下设计的目标调制图案发生变化。认为此种SLM中的调制图案的变化系是例如图2所示的SLM的像素结构中的像素间隙，即邻接的像素与像素之间的空隙的影响而引起。
作为利用SLM进行的相位调制中的像素间隙的影响，具体而言，考虑有例如由于存在于像素间隙中的液晶未接受到像素电极所产生的电压，故而对输入至像素间隙中的光未进行相位调制(非专利文献5)。该情形时，像素间隙中未进行相位调制的光成分聚光而成的光成为无需的0次光。
但，发现实际上起因于像素间隙的电场扩大所引起的SLM的像素间的串扰的影响较大。其是由于相对于硅基板侧的被划分为像素单元的构造，在玻璃基板侧的电极施加有相同的电压，故而由玻璃基板侧的电极引起的电场扩大，而产生SLM的像素间的串扰。即，存在于像素间隙中的液晶虽对输入激光进行相位调制，但受到邻接的像素的影响而使动作变得不稳定，其结果为，输入至像素间隙的激光的相位成为未预期的值。尤其在某像素与邻接的像素的电位差较大的情形时，在横方向上产生较强的电位差，从而不仅像素间隙中，且存在于像素内部的液晶的动作也有可能变得不稳定。
图5是表示利用SLM进行的激光的相位调制中的像素间隙的影响的图。此处，如图5(a)的二维图案P、及图5(b)的实线的曲线P1所示，考虑由相位值0π、0.5π、1π、1.5π(rad)构成的4值的闪耀衍射光栅。再者，图5(a)中，以0～255的灰阶表现相位0～2π(rad)，由此表现闪耀衍射光栅中的二维相位调制图案P。另外，图5(b)的曲线P1表示图5(a)的相位图案P中的虚线L上的分布。
在此种闪耀衍射光栅的相位图案在理想的条件下呈现于SLM的情形时，自SLM输出的相位调制光中，不会产生无需的0次光。相对于此，若实际上将相位调制图案呈现于SLM，则因SLM中的包含像素间隙的像素结构的影响，所呈现的图案因像素间的串扰不会成为理想的阶梯状的相位图案，而如图5(b)的虚线的曲线P2所示成为较钝的形状的图案。该情形时，因较钝的调制图案的影响，而在自SLM输出的相位调制光中产生无需的0次光。
在图1～图3所示的激光照射装置1A、及光调制装置2A中，针对此种SLM20的像素结构中的像素间隙、及像素间的串扰的影响，对目标调制图案φCGH设定1以上的修正系数α且使之相乘，由此产生实际上呈现于SLM20的多个像素的修正调制图案φSLM。根据本案发明者的研究结果，由如上所述以α≥1的系数α修正相位调制图案，可以以简单的方法抑制相位调制光中产生无需的0次光。例如，在将0次光的强度降低至1/10的情形时，通过S/N比的提高，而在激光的多点照射中可再生较现有技术为10倍数量的照射点。
再者，关于呈现于SLM20的相位调制图案，在图5中例示有用以表现闪耀衍射光栅的相位图案，但不限于此种相位图案，具体而言，可对各种相位调制图案，应用使用上述系数α的修正方法。作为此种相位调制图案，可列举例如：用以表现1点、多点、线、面等所需图案的相位图案；用以修正SLM所具有的变形的修正图案；用以修正光学系统等的像差的修正图案；用以使焦点位置等移动的菲涅耳透镜图案；产生光涡或非衍射光等具有特殊性质的光的图案；或将这些多个图案组合而成的相位图案等。
关于通过使用修正系数α的调制图案的上述修正式
φSLM(x，y)＝φCGH(x，y)×α
对来自SLM的无需的0次光的抑制效果，使用闪耀衍射光栅的相位调制图案进行验证。
图6是表示自SLM输出的相位调制激光中的0次光的衍射效率根据修正系数α而产生的变化的图。图6的图表中，横轴表示与调制图案相乘的修正系数α，纵轴表示与无需的0次光的强度对应的0次光的衍射效率(％)。另外，在图6中，曲线A1、A2、A3分别表示使用2值2像素周期、8值8像素周期、30值30像素周期的闪耀衍射光栅的相位调制图案，一面使系数α的值变化一面测定0次光的强度所得的结果。再者，关于0次光的衍射效率，事先在SLM显示均匀的相位调制图案，使SLM发挥反射镜的功能且存储由后段的透镜聚光时的光的强度，将其作为分母，将显示闪耀衍射光栅图案时测定的0次光的强度作为分子，求出其衍射效率。
在图6所示的验证结果中，在将修正系数设为α＝1的情形时，0次光的衍射效率在曲线A1、A2、A3中分别为13％、2％、0.5％。另外，根据图6的各曲线可知，若使修正系数α变化则0次光的衍射强度变化，α＜1时在任一条件下，0次光的强度均大于α＝1时。另外，0次光的衍射效率成为最小的修正系数α的值在曲线A1、A2、A3中分别为α＝1.28、1.10、1.02，根据成为修正对象的调制图案而成为不同的值。另外，此时的0次光的衍射效率分别为1.0％、1.0％、0.4％，与修正系数α＝1时相比，无需的0次光的产生均得以抑制。
再者，此处以仅具有1个空间频率成分的图案进行验证，而实际的CGH等图案具有多个空间频率成分，且受到主要的空间频率成分的影响。主要的空间频率成分多为由最外侧的再生点所构成，但例如虽位于最外侧但能量较小的情形时，该点的影响较小，从而在其之后衍射角较大且能量较大的点作为主要的成分而产生影响。
其次，对于使用闪耀衍射光栅以外的复杂的图案的情形，进行修正系数α的效果的验证。具体而言，对图7、8、9分别所示的点间隔相等的2×2点、16×16点、32×32点的矩形的多点再生图案，求出对应的相位调制图案并进行验证。
图10是表示针对图7、8、9所示的多点再生图案的0次光的衍射效率根据修正系数α而产生的变化的图表。在图10中，曲线B1、B2、B3分别表示使用与2×2点、16×16点、32×32点的多点再生图案对应的相位调制图案，一面使系数α变化一面测定0次光的强度所得的结果。
在图10所示的验证结果中，在将修正系数设为α＝1的情形时，0次光的衍射效率在曲线B1、B2、B3中分别为0.8％、2.2％、4.4％。另外，根据图10的各曲线可知，若使修正系数α变化则0次光的衍射强度变化，α＜1时于任一条件下，0次光的强度均大于α＝1时。
另外，0次光的衍射效率成为最小的修正系数α的值在曲线B1、B2、B3中分别为α＝1、1.10、1.28，根据调制图案而成为不同的值。另外，此时的0次光的衍射效率分别为0.8％、0.7％、0.7％，与修正系数α＝1时相比，无需的0次光的产生均得以抑制。如此，通过对呈现于SLM的相位调制图案乘以根据其图案特性而设定的修正系数α，可容易地抑制0次光的产生。
其次，对最外侧的再生点的位置相同的多点再生图案，进行修正系数α的效果的验证。具体而言，对图11、12、13分别所示的最外侧的再生点(相当于再生图案中衍射角最大的点)的位置相同的20×20点、10×10点、2×2点的矩形的多点再生图案，求出对应的相位调制图案并进行验证。
图14是表示针对图11、12、13所示的多点再生图案的0次光的衍射效率根据修正系数α而产生的变化的图表。在图14中，曲线C1、C2、C3分别表示使用与最外侧的再生点的位置相同的20×20点、10×10点、2×2点的多点再生图案对应的相位调制图案，一面使系数α变化一面测定0次光的强度所得的结果。
在图14所示的验证结果中，根据其各曲线可知，若使修正系数α变化则0次光的衍射强度变化，α＜1时在任一条件下，0次光的强度均大于α＝1时。另外，0次光的衍射效率成为最小的修正系数α的值在任一曲线中均位于α＝1.18附近。这些曲线C1、C2、C3中，如上所述再生点数不同，但只要知晓再生图案中的最外侧的再生点的位置，便可根据该位置而类推最佳的修正系数α。
就对目标调制图案的修正系数α的设定、导出进行说明。如上述各具体例所示，最佳的修正系数α针对成为调制图案的CGH的每一个而不同，另外，对于各CGH，存在0次光的强度成为最小的系数α。此种对于调制图案的最佳的修正系数α可根据使用评估光学系统的测定结果、或模拟等所得的计算结果而求出。
图15是表示对于相位调制图案的修正系数α的导出中使用的评估光学系统的一例的图。在图15所示的结构中，来自激光源10的激光通过空间滤波器61、准直透镜62扩展后，穿透半镜面63。来自半镜面63的激光由反射型的空间光调制器(SLM)20进行相位调制。
继而，自SLM20输出的相位调制后的反射激光由半镜面63反射，且经过透镜64及光圈65，通过光检测器68拍摄其聚光再生像。根据该激光的再生像，对基于SLM20进行的相位调制的激光的聚光控制、及无需的0次光的产生状况进行评估，例如可根据0次光的强度成为最小等条件，而导出修正系数α。
再者，作为检测聚光再生像的光检测器68，可使用例如相机、光电二极管(photodiode，PD)等。另外，关于包含空间滤波器、透镜、镜面等的光学系统的结构，除图15所示的例以外也可使用各种结构。另外，此种评估光学系统可与图1所示的激光照射装置1A、光调制装置2A分开而另外设置。或者，设为在激光照射装置1A、或光调制装置2A的一部分中组装有评估光学系统的结构。在如上所述组装有评估光学系统的情形时，具有如下优点：在进行0次光的评估、及由此进行的修正系数α的设定之后，可立即执行对象物的加工、观察等。
图16是表示使用图15所示的评估光学系统等进行的修正系数α的设定方法的一例的流程图。该方法中，首先，决定修正系数α的探索条件，具体而言，决定系数α的探索范围、及探索间隔(步骤S101)。另外，将探索0次光的强度的最小值的强度值Imin设定为稍大的初始值(例如Imin＝100)(S102)。继而，设定成为修正系数α的探索对象的调制图案φCGH(S103)。此处，新制作CGH，或自储存于存储部中的数据中读出必需的CGH而设定对象调制图案。
在设定对象的调制图案之后，设定对其进行最初评估的修正系数α的值(S104)，将调制图案φCGH与修正系数α相乘，求出修正后的调制图案φSLM
φSLM(x，y)＝φCGH(x，y)×α
(S105)。继而，将该修正后的调制图案φSLM呈现于SLM，测量此时的0次光的强度I0(S106)。
进而，将测量出的强度值I0与该时间点的0次光的强度最小值Imin加以比较(S107)。在比较的结果为I0＜Imin的情形时，将已评估的系数值α设为修正系数α的设定值αD＝αDesire(αD＝α)，另外，使Imin＝I0，替换0次光的强度最小值Imin(S108)。若I0≥Imin，则系数αD、及强度最小值的探索值Imin维持原值。
继而，针对相对于调制图案的修正系数α，确认是否已结束利用所有探索值的评估(S109)，若未结束，则变更进行评估的修正系数α的值(S104)，且重复执行步骤S104～S108所示的测量、评估。若利用所有探索值的修正系数α的评估已结束，则决定相对于作为对象的调制图案的修正系数α，结束探索。此种修正系数α的导出处理可由操作者手动执行、或使用特定的导出程序自动地执行。
再者，对于呈现于SLM的相位调制图案的无需的0次光的评估、及修正系数α的设定，如上述与图3相关的描述，可采用如下结构：预先求出修正系数α并储存于存储部33中，在设定目标调制图案时，将与其对应的修正系数α自存储部33中读出。或者，也可采用如下结构：在设定目标调制图案时，与其对应而在导出部34中进行0次光的评估、及修正系数α的导出。
另外，在有多个成为修正系数α的设定对象的调制图案的情形时，例如图17的流程图所示，可使用对所有调制图案事先决定修正系数α的结构。图17的方法中，首先，制作包含多个调制图案的调制图案群(S201)，对该所有调制图案进行修正系数α的决定处理(S202)。继而，使用调制图案群的各调制图案，且适用已决定的修正系数α，进行激光照射(S203)。
或者，在有多个调制图案的情形时，如图18的流程图所示，也可使用针对每个调制图案个别地决定修正系数α的结构。在图18的方法中，首先，制作包含多个调制图案的调制图案群(S301)，在其中设定成为修正系数α的决定及对激光照射的应用的对象的调制图案(S302)。在设定作为对象的调制图案之后，对该调制图案进行修正系数α的决定处理(S303)，且适用已决定的修正系数α，进行激光照射(S304)。进而，确认对所有调制图案是否已结束修正系数α的探索、及激光照射等(S305)，若未结束，则重复执行步骤S302～S304中所示的调制图案的设定、修正系数α的决定、及激光照射。若对所有调制图案的修正系数α的探索等已结束，则结束修正系数α的决定、及使用其的激光照射等。
再者，关于因SLM产生的无需的0次光的评估、及修正系数α的设定，在图15的评估光学系统中，例示有通过光检测器68而检测相位调制激光的聚光再生像的结构，但并不限于此种结构，例如，也可参照激光加工装置中的对象物的加工结果、或激光显微镜中的对象物的观察结果等，进行修正系数α的设定。例如，在使用激光加工装置中的加工结果的情形时，由于对加工对象物进行0次光的无需的加工，故而通过评估其加工结果中的孔的直径、孔的深度等，可决定修正系数α。
另外，在对光调制装置2A中使用的多个相位调制图案的各个进行修正系数α的设定的情形时，如图19所示，也可使用准备有表示目标调制图案与修正系数α的对应关系的查找表(LUT)的结构。图19的LUT中，用以特定调制图案的图案编号1、2、3、4、5、…与对应于其的修正系数α的值1.52、1、1.86、1.35、1.11、…在彼此形成对应的状态下被储存。
另外，例如在使用根据再生图案中衍射角最大的点而设定的系数的情形时，也可使用图15那样的光学系统、及例如闪耀衍射光栅，在若干再生点的位置上测量系数α。其后，可参照使用近似或内插等方法自再生图案所得的测量结果，对目标调制图案应用修正系数α。
此种LUT例如在图3所示的结构中存储于修正系数存储部33中。另外，修正系数设定部32在使用有LUT的情形时，对于调制图案设定部31中设定的目标调制图案，将与其对应的修正系数α自存储部33的LUT中读出，由此设定修正系数α。再者，此种LUT与将关于相位值的信号转换成电压指示值的LUT分开而另外设置。
此处，关于在设定修正系数α时所参照的相位调制图案的图案特性，在如上所述那样使用评估光学系统进行无需的0次光的评估、及修正系数α的决定的情形时，经过该评估、决定处理而考虑图案特性，且设定与该图案特性相应的修正系数α。
另外，作为与图案特性相应的修正系数α，如上所述，也可使用根据目标调制图案的空间频率特性而设定的系数。例如，关于衍射光栅图案，如图6的图表所示，最佳的修正系数α的值根据作为对象的调制图案的空间频率成分而变化。因此，也可利用此种现象，根据目标调制图案中的频率成分的倾向而求出修正系数α。该情形时，在调制图案内的每个位置上频率成分不同的情形时，也可将修正系数α作为针对每个像素位置而不同的系数α(x，y)予以设定。另外，对此种修正系数α准备LUT的情形时，可将调制图案与修正系数α直接形成对应，或者也可将调制图案中的频率成分的倾向与修正系数α形成对应。
另外，作为修正系数α，也可使用根据由目标调制图案进行相位调制后的激光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数。另外，该情形时，例如较佳为使用根据由目标调制图案进行相位调制后的激光的再生图案中衍射角最大的点、与0次光的聚光点的距离而设定的系数作为修正系数α。
例如，关于激光的再生图案中的最外侧的再生点的位置，如图14的图表所示，最佳的修正系数α的值根据再生图案中衍射角最大的点(与最外侧的再生点对应)而变化。因此，也可利用此种现象而求出对于调制图案的修正系数α。另外，对此种修正系数α准备LUT的情形时，可将调制图案与修正系数α直接形成对应，或者也可将再生图案中的衍射角最大的点的位置与修正系数α形成对应。
另外，在如上所述对调制图案应用修正系数α以减少0次光的结构的基础上，进而，也可通过对调制图案的CGH赋予菲涅耳透镜图案、菲涅耳波带片等所产生的透镜效果，而使CGH的再生位置与0次光模糊。此处，在无需的0次光的强度较大的情形时，为防止与激光的所需的照射图案的干扰的影响，必需增大菲涅耳透镜的焦距，在CGH再生位置上使0次光较大地模糊。
此种情形时，由于菲涅耳透镜的相位为距中心部的距离的平方而变大，故而于周边部相位的倾斜较严重。因此，有可能对SLM的相位表现能力产生影响，例如在周边部衍射效率降低等。相对于此，在如上所述应用修正系数α的结构中，由于0次光的强度被抑制为较小，故而菲涅耳透镜的焦距变小，相位的倾斜变缓。由此，可预料到施加至SLM的负担减轻。
或者，除应用修正系数α以减少0次光的结构以外，进而，也可由在光学系统的特定位置上配置遮蔽板等，而进行0次光的遮蔽。该情形时，由利用修正系数α将0次光的强度抑制为较小，而可期待防止由于0次光的对遮蔽板进行加工等效果。
另外，目标调制图案φCGH(x，y)通常在相位值为0～2π(rad)的范围内设计，但在如上所述乘以修正系数α的情形时，作为结果而取得的调制图案φSLM(x，y)上的相位值有可能超出0～2π(rad)的范围。因此，作为用于光调制装置2A的空间光调制器20，优选为使用其位置调制量可表现超出通常的CGH设计中设定的相位值的范围的相位的调制器。
另外，也可将如上所述使用修正系数α的光调制方法应用于使激光聚光在硅等对象物的内部而形成改质层的隐形切割(stealth dicing)激光加工。此种激光加工中，因折射率失配而产生球面像差，其聚光位置越为深部，则像差的影响越大。因此，提出使用SLM进行球面像差的修正(例如，参照专利文献1)。
此处，在上述的像差修正中，加工深度越深，则像差修正图案的空间频率越高。尤其，对于专利文献1中记载的像差修正图案，为降低空间频率，而赋予有透镜效果。因此，经修正的激光的聚光点与0次光在不同的位置上再生，故而存在无需的0次光与所需的聚光激光的2点聚光点，结果无法对于对象物进行所需的加工。相对于此，在如上所述对调制图案应用修正系数α的构成中，通过减少无需的0次光而可于良好的条件下进行激光加工。
进而，对通过使用系数α(α≥1)的修正调制图案进行的来自SLM的无需的0次光的抑制效果进行说明。图20是表示将使用现有的CGH设计法而产生的再生8×8点的矩形的多点图案的调制图案呈现于SLM时的激光照射图案的再生结果的图。另外，图21是表示将使用本发明的方法而与使0次光强度为最小的修正系数α相乘后的调制图案呈现于SLM时的激光照射图案的再生结果的图。在图20、21中，分别以圆圏包围表示的聚光点为无需的0次光。
另外，图22是表示图20、21所示的再生结果中的0次光的强度分布的图表。该0次光的强度分布表示0次光的在通过聚光图案的中心位置的直线上的一维分布。图22(a)的图表中，横轴表示像素，纵轴表示归一化的光强度。另外，图22(b)的图表中，横轴表示自像素换算的位置(μm)，纵轴表示归一化的光强度。
此处，表示在作为光检测器的相机的前方未配置光圈，而使用f＝250mm的聚光透镜，以与图15同等的光学系统而获得的结果。在此种构成中，相机上的21像素对应于实际距离93μm。另外，图22(a)、(b)中，曲线D1、E1分别表示图21所示的本发明的再生结果中的0次光的强度分布，另外，曲线D2、E2分别表示图20所示的现有方法的再生结果中的0次光的强度分布。根据图22的各曲线可知，通过使用乘以调制图案的修正系数α的本发明的方法，而使无需的0次光的峰值强度减少至1/6左右。
关于通过使用系数α的修正调制图案进行的来自SLM的无需的0次光的抑制效果，示出柱状透镜图案的结果作为另一例。此处，柱状图案例如可表示为：
φc(x，y)＝π(y－y0)2/λf。
其中，上述式中，λ为输入至SLM的光的波长，f为透镜的焦距。
图23是表示将柱状透镜图案呈现于SLM时的激光照射图案的再生结果的图，图23(a)表示将使用上述式而产生的现有的柱状透镜图案呈现于SLM时的激光照射图案的再生结果，图23(b)表示将与修正系数α相乘后的调制图案呈现于SLM时的激光照射图案的再生结果。
另外，图24是表示图23(a)、(b)所示的再生结果中的0次光的强度分布的图表。图24的图表中，横轴表示像素，纵轴表示归一化的光强度。另外，在图24中，曲线F1表示图23(b)所示的本发明的再生结果中的0次光的强度分布，另外，曲线F2表示图23(a)所示的现有方法的再生结果中的0次光的强度分布。根据图24的各曲线可知，在使用该柱状透镜图案的例中，也使无需的0次光的峰值强度减少至1/7左右。
本发明的光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置并不限于上述实施方式及构成例，而可进行各种变形。例如，关于包含光调制装置及光源等的全体光学系统的结构，并不限于图1所示的构成例，具体而言可使用各种结构。另外，关于修正系数α的设定及使用其的调制图案的修正，在图3所示的结构中，设为以控制装置30进行的结构，但并不限于此种结构，例如也可设为在驱动装置28中进行修正系数α的设定及调制图案的修正的结构。
另外，关于成为空间光调制器的调制对象的光，在上述实施方式中主要假定为激光，但本发明对于激光以外的光一般也可适用。作为此种光，包含例如：自激光源、LD(luminescent diode，发光二极管)、SLD(superluminescent diode，超发光二极管)等光源输出的相干光；自灯光源等光源输出的非相干光；及由激光照射而产生的散射光、荧光等。相干光例如可在激光加工中使用。另外，来自灯光源的光、散射光、荧光等例如可在显微镜、或激光检眼镜的受光侧使用。
上述实施方式的光调制方法系设为如下结构：(1)使用相位调制型的空间光调制器，该空间光调制器具有二维排列的多个像素，根据呈现于多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，且输出相位调制后的光；且该光调制方法包括以下步骤：(2)调制图案设定步骤，其设定用于在空间光调制器中调制光的相位的目标调制图案；(3)修正系数设定步骤，其对于目标调制图案设定与空间光调制器的像素结构特性及目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；(4)调制图案修正步骤，其通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出呈现于空间光调制器的多个像素的修正后的调制图案；及(5)调制图案呈现步骤，其将修正后的调制图案呈现于空间光调制器的多个像素。
上述实施方式的光调制程序设为如下结构：(1)使用相位调制型的空间光调制器，该空间光调制器具有二维排列的多个像素，根据呈现于多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，且输出相位调制后的光；且该光调制程序使计算机执行以下处理：(2)调制图案设定处理，其设定用于在空间光调制器中调制光的相位的目标调制图案；(3)修正系数设定处理，其对于目标调制图案设定与空间光调制器的像素结构特性及目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；(4)调制图案修正处理，其通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出呈现于空间光调制器的多个像素的修正后的调制图案；及(5)调制图案呈现处理，其将修正后的调制图案呈现于空间光调制器的多个像素。
上述实施方式的光调制装置的构成为具备：(a)相位调制型的空间光调制器，其包含二维排列的多个像素，根据呈现于多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，且输出相位调制后的光；(b)调制图案设定单元，其设定用于在空间光调制器中调制光的相位的目标调制图案；(c)修正系数设定单元，其对目标调制图案设定与空间光调制器的像素结构特性及目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；及(d)调制图案修正单元，其通过将目标调制图案与修正系数α相乘，而求出呈现于空间光调制器的多个像素的修正后的调制图案。
此处，关于修正系数的设定，光调制方法可采用如下结构：使用与目标调制图案对应、且根据其图案特性而预先求出并存储于修正系数存储单元中的修正系数α，修正系数设定步骤根据自修正系数存储单元读出的系数而设定修正系数α。同样地，光调制程序可采用如下结构：使用与目标调制图案对应、且根据其图案特性而预先求出并存储于修正系数存储单元中的修正系数α，修正系数设定处理根据自修正系数存储单元读出的系数而设定修正系数α。同样地，光调制装置可采用如下结构：具备存储与目标调制图案对应、且根据其图案特性而预先求出的修正系数α的修正系数存储单元，修正系数设定单元根据自修正系数存储单元读出的系数而设定修正系数α。
如上所述，预先评估呈现于空间光调制器的调制图案的图案特性，根据该图案特性而求出系数α，且作为系数数据而储存于存储单元中，视需要读出该系数数据，且作为修正系数α予以设定，由此可较佳地设定与目标调制图案对应的修正系数α。
或者，关于修正系数的设定，光调制方法可采用如下结构：包括参照目标调制图案、且根据其图案特性而求出修正系数α的修正系数导出步骤，修正系数设定步骤根据在修正系数导出步骤中求出的系数而设定修正系数α。同样地，光调制程序可采用如下结构：包括参照目标调制图案、且根据其图案特性而求出修正系数α的修正系数导出处理，修正系数设定处理根据在修正系数导出处理中求出的系数而设定修正系数α。同样地，光调制装置可采用如下结构：包含参照目标调制图案、且根据其图案特性而求出修正系数α的修正系数导出单元，修正系数设定单元根据在修正系数导出单元中求出的系数而设定修正系数α。
如上所述，由参照作为呈现于空间光调制器的调制图案所设定的目标调制图案而评估图案特性，且根据该图案特性求出系数α，从而设定修正系数α，由此也可较佳地设定与目标调制图案对应的修正系数α。
另外，关于修正系数，光调制方法也可设为如下结构：在修正系数设定步骤中，将修正系数α作为依赖于空间光调制器中的多个像素各自的二维像素位置的每个像素的系数α(x，y)予以设定。同样地，光调制程序也可设为如下结构：在修正系数设定处理中，将修正系数α作为依赖于空间光调制器中的多个像素各自的二维像素位置的每个像素的系数α(x，y)予以设定。同样地，光调制装置也可设为如下结构：在修正系数设定单元中，将修正系数α作为依赖于空间光调制器中的多个像素各自的二维像素位置的每个像素的系数α(x，y)予以设定。
呈现于空间光调制器的相位调制图案考虑有如下情形：根据其具体的图案构成，应当与调制图案相乘的修正系数α的值依赖于像素位置(x，y)而变化。相对于此，由如上所述那样设为可将修正系数α作为每个像素的系数α(x，y)予以设定的结构，即便在最佳的修正系数α的值依赖于像素位置的情形时，也可较佳地执行调制图案的修正。
另外，关于修正系数α的设定中参照的调制图案的图案特性，具体而言，光调制方法也可设为如下结构：在修正系数设定步骤中，使用根据目标调制图案的空间频率特性而设定的系数作为修正系数α。同样地，光调制程序也可设为如下结构：在修正系数设定处理中，使用根据目标调制图案的空间频率特性而设定的系数作为修正系数α。同样地，光调制装置也可设为如下结构：在修正系数设定单元中，使用根据目标调制图案的空间频率特性而设定的系数作为修正系数α。
或者，关于修正系数的设定中参照的调制图案的图案特性，光调制方法也可设为如下结构：在修正系数设定步骤中，使用根据由目标调制图案进行相位调制后的光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数作为修正系数α。同样地，光调制程序也可设为如下结构：在修正系数设定处理中，使用根据由目标调制图案进行相位调制后的光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数作为修正系数α。同样地，光调制装置也可设为如下结构：在修正系数设定单元，使用根据由目标调制图案进行相位调制后的光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数作为修正系数α。另外，该情形时，尤其在修正系数的设定中，优选为使用根据由目标调制图案进行相位调制后的光的再生图案中衍射角最大的点、与0次光的聚光点的距离而设定的系数作为修正系数α。
上述实施方式的光照射装置构成为包含：光源，其供给成为调制对象的光；及上述构成的光调制装置，其包含调制自光源供给的光的相位且输出相位调制后的光的相位调制型的空间光调制器。另外，在调制对象的光为激光的情形时，激光照射装置构成为包含：激光源，其供给激光；及上述构成的光调制装置，其包含调制自激光源供给的激光的相位且输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器。
根据此种构成，在包含相位调制型的空间光调制器的光调制装置中，通过将由修正系数α与目标调制图案相乘所得的修正后的调制图案呈现于空间光调制器的多个像素，可抑制光的相位的调制中产生无需的0次光，而实现由所需的照射图案进行的向对象物的光的照射、及由此进行的对象物的加工、观察等操作。此种光照射装置可用作例如激光加工装置、激光显微镜、激光操纵装置、或激光扫描检眼镜等中的像差修正装置等。
产业上的可利用性
本发明可用作能够抑制因SLM引起的无需的0次光的产生的光调制方法、光调制程序、光调制装置、及光照射装置。
符号说明
1A   激光照射装置(光照射装置)
2A   光调制装置
10   激光源
11   扩束器
12、13  反射镜
20   空间光调制器(SLM)
28   光调制器驱动装置
30   光调制控制装置
50   照射对象物
51、524f  光学系统透镜
53   物镜
58   可动平台
21   硅基板
22   液晶层
22a  液晶分子
23   像素电极群
23a  像素电极
24   电极
25   玻璃基板
26   间隔件
31   目标调制图案设定部
32   修正系数设定部
33   修正系数存储部
34   修正系数导出部
35   调制图案修正部
36   光调制器驱动控制部
37   输入装置
38   显示装置

Claims (19)

1.一种光调制方法，其特征在于，
使用相位调制型的空间光调制器，该空间光调制器具有二维排列的多个像素，根据呈现于所述多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，并输出相位调制后的光，
该光调制方法包括：
调制图案设定步骤，设定用于在所述空间光调制器中调制所述光的相位的目标调制图案；
修正系数设定步骤，对于所述目标调制图案设定与所述空间光调制器的像素结构特性及所述目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；
调制图案修正步骤，通过将所述目标调制图案与所述修正系数α相乘，而求出呈现于所述空间光调制器的所述多个像素的修正后的调制图案；及
调制图案呈现步骤，将所述修正后的调制图案呈现于所述空间光调制器的所述多个像素。
2.如权利要求1所述的光调制方法，其特征在于，
使用与所述目标调制图案对应、且根据其的所述图案特性而预先求出并存储于修正系数存储单元中的所述修正系数α，
所述修正系数设定步骤根据自所述修正系数存储单元读出的系数，而设定所述修正系数α。
3.如权利要求1或2所述的光调制方法，其特征在于，
包括：参照所述目标调制图案、且根据其的所述图案特性而求出所述修正系数α的修正系数导出步骤，
所述修正系数设定步骤根据所述修正系数导出步骤中求出的系数，而设定所述修正系数α。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光调制方法，其特征在于，
在所述修正系数设定步骤中，所述修正系数α作为依赖于所述空间光调制器中的所述多个像素各自的二维像素位置的每个像素的系数α(x，y)而予以设定。
5.如权利要求1至4中任一项所述的光调制方法，其特征在于，
在所述修正系数设定步骤中，使用根据所述目标调制图案的空间频率特性设定的系数来作为所述修正系数α。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光调制方法，其特征在于，
在所述修正系数设定步骤中，使用根据由所述目标调制图案进行相位调制后的光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数来作为所述修正系数α。
7.一种光调制程序，其特征在于，
使用相位调制型的空间光调制器，该空间光调制器具有二维排列的多个像素，根据呈现于所述多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，并输出相位调制后的光，
该光调制程序使计算机执行以下处理：
调制图案设定处理，设定用于在所述空间光调制器中调制所述光的相位的目标调制图案；
修正系数设定处理，对于所述目标调制图案设定与所述空间光调制器的像素结构特性及所述目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；
调制图案修正处理，通过将所述目标调制图案与所述修正系数α相乘，而求出呈现于所述空间光调制器的所述多个像素的修正后的调制图案；及
调制图案呈现处理，将所述修正后的调制图案呈现于所述空间光调制器的所述多个像素。
8.如权利要求7所述的光调制程序，其特征在于，
使用与所述目标调制图案对应、且根据其的所述图案特性而预先求出并存储于修正系数存储单元中的所述修正系数α，
所述修正系数设定处理根据自所述修正系数存储单元读出的系数，而设定所述修正系数α。
9.如权利要求7或8所述的光调制程序，其特征在于，
包括：参照所述目标调制图案、且根据其的所述图案特性而求出所述修正系数α的修正系数导出处理，
所述修正系数设定处理根据所述修正系数导出处理中求出的系数，而设定所述修正系数α。
10.如权利要求7至9中任一项所述的光调制程序，其特征在于，
在所述修正系数设定处理中，所述修正系数α作为依赖于所述空间光调制器中的所述多个像素各自的二维像素位置的每个像素的系数α(x，y)而予以设定。
11.如权利要求7至10中任一项所述的光调制程序，其特征在于，
在所述修正系数设定处理中，使用根据所述目标调制图案的空间频率特性设定的系数来作为所述修正系数α。
12.如权利要求7至11中任一项所述的光调制程序，其特征在于，
在所述修正系数设定处理中，使用根据由所述目标调制图案进行相位调制后的光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数来作为所述修正系数α。
13.一种光调制装置，其特征在于，
具备：
相位调制型的空间光调制器，具有二维排列的多个像素，根据呈现于所述多个像素的调制图案而针对每个像素调制所输入的光的相位，并输出相位调制后的光；
调制图案设定单元，设定用于在所述空间光调制器中调制所述光的相位的目标调制图案；
修正系数设定单元，对于所述目标调制图案设定与所述空间光调制器的像素结构特性及所述目标调制图案的图案特性相对应的α≥1的修正系数α；及
调制图案修正单元，通过将所述目标调制图案与所述修正系数α相乘，而求出呈现于所述空间光调制器的所述多个像素的修正后的调制图案。
14.如权利要求13所述的光调制装置，其特征在于，
具备存储与所述目标调制图案对应、且根据其的所述图案特性而预先求出的所述修正系数α的修正系数存储单元，
所述修正系数设定单元根据自所述修正系数存储单元读出的系数，而设定所述修正系数α。
15.如权利要求13或14所述的光调制装置，其特征在于，
具备参照所述目标调制图案、且根据其的所述图案特性而求出所述修正系数α的修正系数导出单元，
所述修正系数设定单元根据由所述修正系数导出单元求出的系数，而设定所述修正系数α。
16.如权利要求13至15中任一项所述的光调制装置，其特征在于，
在所述修正系数设定单元中，所述修正系数α作为依赖于所述空间光调制器中的所述多个像素各自的二维像素位置的每个像素的系数α(x，y)而予以设定。
17.如权利要求13至16中任一项所述的光调制装置，其特征在于，
在所述修正系数设定单元中，使用根据所述目标调制图案的空间频率特性设定的系数来作为所述修正系数α。
18.如权利要求13至17中任一项所述的光调制装置，其特征在于，
所述修正系数设定单元中，使用根据由所述目标调制图案进行相位调制后的光的再生图案中衍射角最大的点而设定的系数来作为所述修正系数α。
19.一种光照射装置，其特征在于，
具备：
光源，其供给光；及
权利要求13至18中任一项所述的光调制装置，其包含调制自所述光源供给的所述光的相位且输出相位调制后的光的相位调制型的空间光调制器。
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