CN104620163B - 光调制控制方法、控制程序、控制装置和激光照射装置 - Google Patents

光调制控制方法、控制程序、控制装置和激光照射装置 Download PDF

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Abstract

在使用了空间光调制器的激光的聚光照射的控制中，取得激光的入射图案、以及传播路径上的第1、第2传播介质各个的折射率(步骤S101)，设定聚光点的个数以及各聚光点的聚光位置、聚光强度(S104)，导出由第1、第2传播介质所得到的像差条件(S107)，并考虑像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案(S108)。另外，在调制图案的设计中，使用着眼于1个像素的相位值的影响的设计法，并且在评价聚光点的聚光状态时，使用考虑了像差条件的传播函数。由此，可以实现能够适当控制激光的聚光状态的光调制控制方法、程序、装置、以及激光照射装置。

Description

光调制控制方法、控制程序、控制装置和激光照射装置
技术领域
本发明涉及根据在空间光调制器的多个像素中所呈现的调制图案来控制激光向聚光点的聚光照射的光调制控制方法、控制程序、控制装置、以及使用该激光照射装置。
背景技术
近年来，在玻璃内部三维制作波导、光分歧器、方向性耦合器等的光集成电路的研究盛行。作为这样的光集成电路的制作方法之一，有使用飞秒激光的方法。在该方法中，例如，在飞秒激光的聚光点由双光子吸收等来诱发冲击，由此，能够进行使玻璃的折射率局部变化的加工。另外，这样的激光向照射对象物的聚光照射，除了光集成电路的制作以外，还广泛使用在各种的激光加工装置或者观察激光的散射、反射的激光显微镜等中(例如，参照专利文献1～3、非专利文献1～6)。
这里，在使用从激光光源出射的1条激光束来进行复杂的三维构造的加工等的激光照射的情况下，存在该加工工序中需要极长的时间的问题。作为该情况下的加工时间的缩短方法，考虑进行利用多个聚光点的多点同时加工的方法。实现这样的方法的最简单的结构是使用从多个激光光源提供的多条激光束的结构。然而，这样的结构，若考虑到准备多个激光光源的成本、设置空间等，则是不现实的。
相对于此，研究了使用相位调制型的空间光调制器(SLM:Spatial LightModulator)以及由数值计算求得的全息图(CGH:Computer Generated Hologram)来实现多点同时加工的方法。若将激光输入至呈现有CGH的空间光调制器，则根据CGH的调制图案来调制输入光的相位。然后，若由傅里叶变换透镜使从光调制器输出的调制激光的波阵面聚光，则能够由1条激光束制作出多个聚光点，使利用多点同时照射的同时加工、同时观察等激光操作成为可能。
在使用了空间光调制器的在照射对象物(加工对象物)的内部的多点同时加工中，能够在相对于光轴垂直的一个面内使激光聚光于任意位置。另外，在这样的多点同时加工中，通过使用在空间光调制器中呈现具有透镜效果的菲涅耳透镜图案等的方法，从而也可以使激光聚光于也包含在光轴方向上的三维的任意位置。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2010-058128号公报
[专利文献2]日本特开2010-075997号公报
[专利文献3]日本专利第4300101号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]J.Bengtsson,“Kinoform design with an optimal-rotation-angle method”,Appl.Opt.Vol.33No.29(1994)pp.6879-6884
[非专利文献2]J.Bengtsson,“Design of fan-out kinoforms in the entirescalar diffraction regime with an optimal-rotation-angle method”,Appl.Opt.Vol.36No.32(1997)pp.8435-8444
[非专利文献3]N.Yoshikawa et al.,“Phase optimization of a kinoform bysimulated annealing”,Appl.Opt.Vol.33No.5(1994)pp.863-868
[非专利文献4]N.Yoshikawa et al.,“Quantized phase optimization of two-dimensional Fourier kinoforms by a genetic algorithm”,Opt.Lett.Vol.20No.7(1995)pp.752-754
[非专利文献5]C.Mauclair et al.,“Ultrafast laser writing ofhomogeneous longitudinal waveguides in glasses using dynamic wavefrontcorrection”,Opt.Exp.Vol.16No.8(2008)pp.5481-5492
[非专利文献6]A.Jesacher et al.,“Parallel direct laser writing inthree dimensions with spatially dependent aberration correction”,Opt.Exp.Vol.18No.20(2010)pp.21090-21099
[非专利文献7]久保田广、《光学》、岩波书店、1967年、pp.128～131、pp.300～301
[非专利文献8]Y.Ogura et al.,“Wavelength-multiplexing diffractivephase elements：design,fabrication,and performance evaluation”,J.Opt.Soc.Am.AVol.18No.5(2001)pp.1082-1092
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述的激光向照射对象物的聚光照射中，在激光从空间光调制器向照射对象物的传播路径上存在像差物体的情况下，传播的激光会受到像差的影响。例如，在由激光照射进行玻璃内部的加工的情况下，在从物镜出射的收敛光中，由于气氛介质即空气与加工对象物即玻璃介质之间的折射率的差异，而产生焦点位置偏移(像差)。
若发生这样的像差，则激光的聚光点的形状在光轴方向上延伸，聚光点的聚光密度降低。在该情况下，会产生如下问题：在加工对象物时，为了使聚光点的激光强度到达加工阈值，不得不提高入射激光强度，或者会由于聚光形状扩展而无法进行细微加工等。这样的像差的影响的问题不限于多点同时照射的情况，在将激光聚光照射于单个聚光点的情况下也同样会发生。
本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供可以适当控制聚光点的激光的聚光状态的光调制控制方法、光调制控制程序、光调制控制装置以及使用其的激光照射装置。
解决技术问题的手段
为了达成这样的目的，本发明所涉及的光调制控制方法，其特征在于，(1)是使用输入激光，调制激光的相位并输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制方法，其具备：(2)照射条件取得步骤，其取得激光向空间光调制器的入射图案、位于激光从空间光调制器向聚光点的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比第1传播介质更靠聚光点侧处的第2传播介质的与第1折射率不同的第2折射率n2作为激光的照射条件；(3)聚光条件设定步骤，其设定聚光照射来自空间光调制器的激光的聚光点的个数st(st是1以上的整数)、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度作为激光的聚光条件；(4)像差条件导出步骤，其导出在激光从空间光调制器向聚光点s的传播中，由折射率相互不同的第1传播介质和第2传播介质产生的像差条件；以及(5)调制图案设计步骤，其考虑由像差条件导出步骤导出的像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案，(6)调制图案设计步骤通过假定在空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于多个像素中所呈现的调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更相位值，并针对调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作，从而设计调制图案，并且在评价聚光点的聚光状态时，针对光从空间光调制器的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上像差条件变换后的传播函数φjs’。
另外，本发明所涉及的光调制控制程序，其特征在于，(1)是用于使计算机执行使用输入激光，调制激光的相位并输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制程序，其使计算机执行：(2)照射条件取得处理，其取得激光向空间光调制器的入射图案、位于激光从空间光调制器向聚光点的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比第1传播介质更靠聚光点侧处的第2传播介质的与第1折射率不同的第2折射率n2作为激光的照射条件；(3)聚光条件设定处理，其设定聚光照射来自从空间光调制器的激光的聚光点的个数st(st是1以上的整数)、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度作为激光的聚光条件；(4)像差条件导出处理，其导出在激光从空间光调制器向聚光点s的传播中，由折射率相互不同的第1传播介质和第2传播介质产生的像差条件；以及(5)调制图案设计处理，其考虑由像差条件导出处理导出的像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案，(6)调制图案设计处理通过假定在空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于多个像素中所呈现的调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更相位值，并针对调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作，从而设计调制图案，并且在评价聚光点的聚光状态时，针对光从空间光调制器的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上像差条件变换后的传播函数φjs’。
另外，本发明所涉及的光调制控制装置，其特征在于，(1)是使用输入激光，调制激光的相位并输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制装置，其具备：(2)照射条件取得机构，其取得激光向空间光调制器的入射图案、位于激光从空间光调制器向聚光点的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比第1传播介质更靠聚光点侧处的第2传播介质的与第1折射率不同的第2折射率n2作为激光的照射条件；(3)聚光条件设定机构，其设定聚光照射来自空间光调制器的激光的聚光点的个数st(st是1以上的整数)、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度作为激光的聚光条件；(4)像差条件导出机构，其导出在激光从空间光调制器向聚光点s的传播中，由折射率相互不同的第1传播介质和第2传播介质产生的像差条件；以及(5)调制图案设计机构，其考虑由像差条件导出机构导出的像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案，(6)调制图案设计机构通过假定在空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于多个像素中所呈现的调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更相位值，并针对调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作，从而设计调制图案，并且在评价聚光点的聚光状态时，针对光从空间光调制器的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上像差条件变换后的传播函数φjs’。
在上述的光调制控制方法、控制程序以及控制装置中，针对使用了空间光调制器的激光向聚光点的聚光照射，取得激光的入射图案、以及与传播路径上的第1、第2传播介质相关的信息，并且设定包含激光的聚光点的个数、以及各聚光点的聚光位置、聚光强度的聚光条件。然后，导出通过折射率不同的第1、第2传播介质处于传播路径上的事实产生的像差条件，考虑该像差条件，来设计空间光调制器中所呈现的调制图案。由此，能够对于所设定的单个或多个聚光点，在各聚光点的激光的聚光状态中，降低由第1、第2传播介质所致的像差的影响。
此外，针对这样的结构下的调制图案的设计，具体而言，在空间光调制器中，假定由二维排列的多个像素所得到的像素构造。然后，使用着眼于在调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响的设计方法，并且在聚光点的聚光状态的评价中，不是使用假定自由传播的情况下的波动传播函数φjs，而是在变换成考虑了像差条件的传播函数φjs’后评价聚光状态。根据这样的结构，能够适当且切实地评价、控制聚光点的激光的聚光状态。另外，在使用具备二维排列的多个像素的空间光调制器作为空间光调制器的情况下，可以将该像素构造照原样地应用于调制图案的设计。
本发明所涉及的激光照射装置，其特征在于，具备：(a)激光光源，其提供激光；(b)相位调制型的空间光调制器，其输入激光，调制激光的相位，并输出相位调制后的激光；以及(c)上述构成的光调制控制装置，其通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制调制激光向所设定的聚光点的聚光照射。
根据这样的结构，通过光调制控制装置，可以适当且切实地控制聚光点的激光的聚光状态，并适当地实现在照射对象物中所设定的单个或多个聚光点的激光的聚光照射、以及由此得到的对象物的加工、观察等的操作。这样的激光照射装置可以作为例如激光加工装置、激光显微镜等来使用。另外，作为空间光调制器，优选使用具有二维排列的多个像素并在多个像素的各个调制激光的相位的结构的空间光调制器。
发明的效果
根据本发明的光调制控制方法、控制程序、控制装置、以及使用其的激光照射装置，针对使用空间光调制器的激光向聚光点的聚光照射，取得激光的入射图案、以及传播路径上的第1、第2传播介质的折射率，设定激光的聚光点的个数以及各聚光点的聚光位置、聚光强度，导出由第1、第2传播介质产生的像差条件，并考虑该像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案，并且在调制图案的设计中，使用着眼于调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响的设计方法，在评价聚光点的聚光状态时，使用考虑了像差条件的传播函数，由此可以适当且切实地控制聚光点的激光的聚光状态。
附图说明
图1是表示激光照射装置的一个实施方式的结构的图。
图2是就激光的传播过程中的像差的产生进行表示的图。
图3是表示光调制控制装置的结构的一个例子的框图。
图4是表示光调制控制方法的一个例子的流程图。
图5是就激光的传播中所产生的像差条件的导出进行表示的图。
图6是表示调制图案的设计方法的一个例子的流程图。
图7是表示利用激光照射装置的激光的照射图案的例子的图。
图8是表示利用激光照射装置的激光的照射图案的例子的图。
图9是表示利用激光照射装置的激光的照射图案的例子的图。
图10是表示调制图案的设计方法的另一个例子的流程图。
图11是表示激光照射装置的另一个实施方式的结构的图。
图12是就激光向照射对象物的聚光照射进行表示的一个例子的图。
符号的说明：
1A、1B…激光照射装置，10…激光光源，11…光束扩展器，12…反射镜，13…反射镜，15…照射对象物，18…可动载物台，20…空间光调制器，21…4f光学系统透镜，22…4f光学系统透镜，25…物镜，28…光调制器驱动装置，40…检测部，41…透镜，42…双色镜，30…光调制控制装置，31…照射条件取得部，32…聚光条件设定部，33…像差条件导出部，34…调制图案设计部，35…光调制器驱动控制部，37…输入装置，38…显示装置。
具体实施方式
以下，与附图一起就本发明所涉及的光调制控制方法、控制程序、控制装置以及激光照射装置的实施方式进行详细说明。另外，在附图的说明中，对于相同的要素赋予相同的符号，并省略重复的说明。另外，附图的尺寸比率，不一定与所说明者相一致。
首先，关于成为本发明所涉及的光调制控制的对象的包含空间光调制器的激光照射装置的基本结构，与其结构例一起进行说明。图1是表示包含本发明所涉及的光调制控制装置的激光照射装置的一个实施方式的结构的图。本实施方式所涉及的激光照射装置1A是对于照射对象物15聚光照射激光的装置，具备激光光源10、空间光调制器20、以及可动载物台18。
在图1所示的结构中，照射对象物15载置于在X方向、Y方向(水平方向)和Z方向(垂直方向)上可移动地构成的可动载物台18上。另外，在本装置1A中，对于该照射对象物15，在其内部设定有用于进行对于对象物15的加工、观察等的聚光点，并对于该聚光点进行激光的聚光照射。
激光光源10提供用于对于载物台18上的照射对象物15聚光照射的脉冲激光等激光。从激光光源10输出的激光被光束扩展器11扩展后，经由反射镜12、13而输入至空间光调制器(SLM)20。
空间光调制器20是相位调制型的空间光调制器，例如在其二维的调制面的各部调制激光的相位，并输出相位调制后的激光。作为该空间光调制器20，优选使用具有二维排列的多个像素并且在多个像素的各个调制激光的相位的空间光调制器。在这样的结构中，在空间光调制器20中例如呈现有CGH等调制图案，通过该调制图案控制激光向所设定的聚光点的聚光照射。另外，空间光调制器20经由光调制器驱动装置28而被光调制控制装置30驱动控制。关于光调制控制装置30的具体结构等在后面叙述。另外，作为空间光调制器20，也可以使用不具有上述的像素构造者。
该空间光调制器20可以是反射型者，也可以是透过型者。在图1中，表示了反射型者作为空间光调制器20。另外，作为空间光调制器20，可以列举折射率变化材料型SLM(例如，在使用了液晶者中为LCOS(Liquid Crystal on Silicon：硅上液晶)型、LCD(LiquidCrystal Display：液晶显示器))、分段反射镜(Segment Mirror)型SLM、连续可变形反射镜(Continuous Deformable Mirror)型SLM、DOE(Diffractive Optical Element：衍射光学元件)等。另外，在DOE中，包含有离散地表现相位者、或者使用后述的方法设计图案并通过平滑等变换成连续图案者。
在空间光调制器20被相位调制成规定的图案而输出的激光被由透镜21、22构成的4f光学系统传播至物镜25。然后，通过该物镜25，激光被聚光照射于设定在照射对象物15的表面或者内部的单个或多个聚光点。
另外，关于激光照射装置1A中的光学系统的结构，具体而言，不限于图1所示的结构，可以使用各种结构。例如，在图1中，虽然采用通过光束扩展器11扩展激光的结构，但是也可以为使用空间滤波器与准直透镜的组合的结构。另外，关于驱动装置28，也可以为与空间光调制器20一体设置的结构。另外，关于由透镜21、22所成的4f光学系统，一般而言，优选使用由多个透镜构成的两侧望远光学系统。
另外，关于使照射对象物15移动的可动载物台18，例如也可以采用将载物台固定并且在光学系统侧设置可动机构、检流计反射镜(galvanometer mirror)等结构。另外，作为激光光源10，优选使用例如Nd：YAG激光光源、飞秒激光光源等提供脉冲激光的脉冲激光光源。
在图1所示的激光照射装置1A中，在激光从空间光调制器20向照射对象物15内的聚光点的传播路径上存在像差物体的情况下，激光系会在传播过程中受到像差的影响。这里，图2是就激光的传播过程中的像差的产生进行表示的图。例如，在如上述所述在照射对象物15的内部设定有聚光点的情况下，从物镜25输出的收敛激光由于位于从物镜25到聚光点为止的传播路径上的气氛介质(第1传播介质)即空气的折射率n1与玻璃介质等照射对象物(第2传播介质)15的折射率n2的差异，而在近轴光线与最外缘的光线，在气氛介质与玻璃介质等照射对象物15的边界面的折射角会不同，由此产生焦点偏移(球面像差)。
例如，如图2所示，考虑由物镜25形成的焦点O处于照射对象物15的内部的深度d的位置。在该情况下，该焦点O由于在折射率n1的空气与折射率n2的对象物15的边界面的折射角，而向焦点O’偏移达焦点偏移量δ。另外，该焦点偏移量δ根据入射至物镜25的光的入射高度h改变。由于这样的依存于入射高度h的焦点偏移δ所致的球面像差，导致在对象物15激光的聚光点的形状在光轴方向上延伸，聚光密度降低。
另外，这样的传播介质所致的像差的产生，在照射对象物15的内部设定多个聚光点并对对象物15进行多点同时照射(例如，多点同时加工)的情况下，也会造成问题。即，上述的球面像差根据激光在光轴方向上的聚光位置(光轴深度)而像差量不同，有光轴深度越深则球面像差量越大的倾向。在该情况下，在对于对象物15进行三维多点同时照射时，有必要在每个聚光点修正根据各个聚光位置的光轴深度而不同的球面像差量。
另外，在进行多点同时照射的情况下，激光相对于各聚光点的聚光强度的调整也有问题。例如，在使用了飞秒激光的玻璃内部加工中，根据聚光点的激光的聚光强度，在对象部位由加工产生的折射率变化量不同已为人所知。故而，在通过激光的多点同时照射来一次制作折射率分布相等的多个波导的情况下，优选通过在空间光调制器中所呈现的调制图案来高均匀性地再生多个聚光点的聚光强度。另外，相反，通过将多个聚光点的聚光强度设定成相互不同的强度，从而也可以制作折射率分布不同的多个波导。在这些任一种情况下，在设定有多个聚光点的情况下，均优选能够任意控制各聚光点的激光的聚光强度。
相对于此，图1的激光照射装置1A，通过将经由驱动装置28而呈现在空间光调制器20中的调制图案的CGH在光调制控制装置30中适当设计，从而减少传播路径上的折射率不同的传播介质所致的像差的影响，并适当控制聚光点的激光的聚光状态。另外，根据本实施方式所涉及的激光照射装置1A和光调制控制装置30，在设定有多个聚光点的情况下的三维多点激光照射以及聚光点之间的聚光强度的调整也可以适当的实现。
图3是表示应用于图1所示的激光照射装置1A的光调制控制装置30的结构的一个例子的框图。本结构例所涉及的光调制控制装置30具有照射条件取得部31、聚光条件设定部32、像差条件导出部33、调制图案设计部34、以及光调制器驱动控制部35而构成。另外，这样的光调制控制装置30例如可以由计算机构成。另外，在该控制装置30，连接有关于光调制控制所需要的信息、指示等的输入所使用的输入装置37、以及对操作者显示信息的显示装置38。
照射条件取得部31是取得与激光相对于照射对象物15的照射条件相关的信息的照射条件取得机构。具体而言，照射条件取得部31取得激光向空间光调制器20的入射图案(例如强度分布、相位分布信息)、位于激光从光调制器20向聚光点的传播路径上的第1传播介质(例如气氛介质)的第1折射率n1、以及位于比第1传播介质更靠聚光点侧处的第2传播介质的与第1折射率不同的第2折射率n2作为激光的照射条件(照射条件取得步骤)。
聚光条件设定部32是设定激光相对于照射对象物15的聚光条件的聚光条件设定机构。具体而言，聚光条件设定部32设定聚光照射来自空间光调制器20的调制激光的聚光点的个数st、以及针对st个聚光点s(s＝1～st)各个的聚光位置、聚光强度作为激光的聚光条件(聚光条件设定步骤)。聚光点的个数st设定为1以上的整数，另外在多点同时照射的情况下，设定为2以上的整数。另外，利用取得部31的照射条件的取得、以及利用设定部32的聚光条件的设定基于预先准备在控制装置30的信息、从输入装置37输入的信息、或者从外部装置提供的信息等，自动或者由操作者手动进行。
像差条件导出部33是在激光从空间光调制器20向对于照射对象物15所设定的聚光点s的传播中，导出与在该传播路径上产生的像差相关的像差条件的像差条件导出机构。这里，像差条件导出部33与图2相关如上述所述，针对位于激光的传播路径上且折射率相互不同的光学系统侧的第1传播介质以及聚光点侧的第2传播介质，导出由这些传播介质产生的像差条件(像差条件导出步骤)。另外，在传播路径上有3个以上的传播介质的情况下，像差条件导出部33导出由全部这些传播介质所得的像差条件。
调制图案设计部34是考虑由像差条件导出部33导出的传播路径上的像差条件来设计成为在空间光调制器20中所呈现的调制图案的CGH的调制图案设计机构。具体而言，调制图案设计部34参照由取得部31取得的照射条件、由设定部32设定的聚光条件、以及由导出部33导出的像差条件，并基于这些条件设计使激光聚光照射至所期望的单个或多个聚光点的调制图案(调制图案设计步骤)。
特别是，在本实施方式的调制图案设计部34中，在空间光调制器20中所呈现的调制图案的设计中，针对空间光调制器20假定二维排列的多个像素，使用着眼于在多个像素中所呈现的调制图案的1个像素(空间光调制器20中所假定的1个像素，在空间光调制器20具有由二维排列的多个像素所成的像素构造的情况下，对应于该1个像素)的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响的设计方法。然后，以使该聚光状态接近所期望的状态的方式变更1个像素的相位值，并且针对调制图案的全部像素(至少为光入射的全部像素)进行这样的相位值的变更操作来设计最适当的调制图案。
另外，在该调制图案设计部34中，在上述的各像素的相位值的变更操作中，在评价聚光点的激光的聚光状态时，针对光从空间光调制器20的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，不是照原样使用假定传播介质为均质的状态下的自由传播的情况下的波动传播函数φjs，而是使用对波动传播函数φjs加上由像差条件导出部33求得的像差条件变换后的传播函数φjs’。由此，激光的聚光状态考虑传播路径上的像差条件来进行控制。
光调制器驱动控制部35是经由驱动装置28来驱动控制空间光调制器20，并在空间光调制器20的多个像素呈现由调制图案设计部34设计的调制图案的驱动控制机构。这样的驱动控制部35在光调制控制装置30包含于激光照射装置1A的情况下，根据需要设置。
与图3所示的光调制控制装置30中所执行的控制方法相对应的处理，可以通过用于使计算机执行光调制控制的光调制控制程序来实现。例如，光调制控制装置30可以由使在光调制控制的处理中所需要的各软件程序动作的CPU、存储有上述的软件程序等的ROM、以及在程序执行中暂时存储数据的RAM构成。在这样的结构中，通过由CPU执行规定的控制程序，能够实现上述的光调制控制装置30。
另外，用于由CPU执行用于使用了空间光调制器20的光调制控制特别是空间光调制器20中所呈现的调制图案的设计的各处理的上述程序，可以存储在计算机可读存储介质并发布。在这样的存储介质中，例如包含有硬盘和软盘等磁性介质、CD-ROM和DVD-ROM等的光学介质、光磁软盘(floptical disk)等的磁性光学介质、或者以执行或保存程序命令的方式特别配置的例如RAM、ROM和半导体非挥发性存储器等硬件装置等。
就本实施方式所涉及的光调制控制方法、光调制控制程序、光调制控制装置30、以及激光照射装置1A的效果进行说明。
在图1～图3所示的光调制控制方法、控制程序以及控制装置30中，针对使用了空间光调制器20的激光向聚光点的聚光照射，取得激光的入射图案、以及与传播路径上的第1、第2传播介质相关的包含折射率的信息，并且设定包含激光的聚光点的个数st以及在各聚光点的聚光位置、聚光强度的聚光条件。然后，在像差条件导出部33中，导出由于折射率不同的第1、2传播介质处于激光的传播路径上的事实所产生的像差条件，并且在调制图案设计部34中考虑该像差条件来设计空间光调制器20中所呈现的调制图案。由此，能够对于在聚光条件设定部32中所设定的单个或多个聚光点，在各聚光点的激光的聚光状态下降低第1、第2传播介质所致的像差的影响。
此外，关于这样的结构下的调制图案的设计，具体而言，在空间光调制器20中，假定由二维排列的多个像素所成的像素构造。然后，使用着眼于由调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响的设计方法，并且在聚光点的聚光状态的评价中，不是使用假定了传播介质为均质的状态下的自由传播的情况下的波动传播函数φjs，而是变换成考虑了像差条件的传播函数φjs’之后，评价聚光状态。根据这样的结构，可以适当且切实地评价、控制聚光点的激光的聚光状态。
另外，关于在空间光调制器20中所假定的像素构造，在使用具有二维排列的多个像素的空间光调制器作为空间光调制器20的情况下，能够照原样地将该像素构造应用于调制图案的设计。另外，关于自由传播，这里不是仅在真空或者大气中的传播，而是如上述所述一般为包含传播介质为均质的状态下的传播例如第2传播介质不存在而仅第1传播介质均质存在的情况下的传播。
另外，在图1所示的激光照射装置1A中，使用激光光源10、相位调制型的空间光调制器20、以及上述结构的光调制控制装置30来构成激光照射装置1A。根据这样的结构，可以通过控制装置30适当且切实控制聚光点的激光的聚光状态，并适当地实现激光相对于照射对象物15中所设定的单个或多个聚光点的聚光照射、以及利用此的对象物的加工、观察等操作。另外，这样的激光照射装置可以作为例如激光加工装置、激光显微镜等来使用。
这里，关于导出部33的像差条件的导出，优选在考虑光从空间光调制器20的多个像素当中的像素j向所设定的聚光点s的传播时，求得赋予该传播中的光路长度差OPD的相位Φj-OPD作为关于光的传播的像差条件。另外，在该情况下，关于设计部34的调制图案的设计，优选使用如上述所述导出的像差条件的相位Φj-OPD，通过变换式
φjs’＝φjs+Φj-OPD
求得考虑了像差条件的传播函数φjs’。根据这样的结构，可以适当地将自由传播的传播函数φjs变换成考虑了像差条件的传播函数φjs’。
另外，关于设计部34的调制图案的设计，优选令激光向空间光调制器20的像素j的入射振幅为Aj-in，像素j的相位值为φj，通过下述式
Us＝Asexp(iφs)
＝ΣjAj-inexp(iφjs’)exp(iφj)
求得表示聚光点s的聚光状态的复振幅Us。或者此外，优选令激光向空间光调制器20的像素j的入射振幅为Aj-in，入射相位为φj-in，像素j的相位值为φj，通过下述式
Us＝Asexp(iφs)
＝ΣjAj-inexp(iφjs’)exp(i(φj+φj-in))
求得表示聚光点s的聚光状态的复振幅Us。由此，能够适当地评价聚光点的激光的聚光状态。
这里，激光向像素j的激光的入射振幅Aj-in相对于入射强度Ij-in，存在
Ij-in＝|Aj-in|2
的关系。另外，在复振幅Us中，As是振幅，φs是相位。另外，当入射激光为平面波的情况下，能够忽略该入射相位φj-in。
关于调制图案的设计的具体结构，在调制图案的像素j的相位值的变更中，可以采用通过基于表示聚光点s的聚光状态的复振幅的相位φs、考虑了像差条件的传播函数φjs’、以及像素j的变更前的相位值φj解析求得的值来变更相位值的结构。作为这样的解析更新相位值的方法，例如有ORA(Optimal Rotation Angle：最佳旋转角度)法。
或者，也可以通过在调制图案的像素j的相位值的变更中，使用爬山法、模拟退火法或者遗传算法中任意的方法搜索求得的值来变更相位值。这里，在遗传算法中，进行选择某1个像素并变更该像素的值的突然变异，或者选择2个像素并交换该像素值的交叉等的操作，但是上述着眼于调制图案的1个像素的相位值的变更对激光的聚光状态造成的影响的设计方法为包含进行这样的操作的方法者。另外，关于调制图案的设计方法，具体内容在后面叙述。
关于位于激光的传播路径上的折射率不同的第1、第2传播介质，在图2中，例示了聚光点侧的第2传播介质是聚光点设定在内部的照射对象物15，光学系统侧的第1传播介质是位于空间光调制器20与照射对象物15之间(物镜25与对象物15之间)的气氛介质。在该情况下，关于气氛介质，除了空气等以外，还可以将水、油等作为气氛介质。
另外，在空间光调制器与聚光点之间的传播路径上也可以有3个以上的介质。作为这样的结构，可以考虑例如激光通过折射率与气氛介质不同的介质，并在其通过后使激光聚光的结构。另外，关于激光的传播路径上的介质，可以考虑例如折射率不同的多种玻璃彼此贴合的结构、在硅上贴合玻璃的结构、还有在显微镜下的活体试样或细胞内部的观察中盖玻片存在于传播路径上的结构等各种结构。另外，也可以考虑对于多个介质同时进行激光的聚光照射的结构。在这样的情况下，与上述同样地可以执行像差条件的导出以及调制图案的设计。
另外，在图3所示的光调制控制装置30中，除了用于设计调制图案的结构以外，还设置驱动控制空间光调制器20并在空间光调制器20中呈现由设计部34设计的调制图案的光调制器驱动控制部35。这样的结构，在如图1所示将控制装置30以组装到激光照射装置1A中的形式来使用的情况下是有效的。另外，关于这样的驱动控制部35，也可以成为设置为与光调制控制装置30不同的其他装置的结构。
另外，例如在由激光照射加工玻璃介质并制作光集成电路那样的情况下，也可以在1次或多次激光照射后进行新的1块或多块CGH的设计，并切换空间光调制器20中所呈现的调制图案。或者，在决定了所制作的光集成电路的形状的情况下，也可以预先设计在激光加工中所需要的多个调制图案。
另外，在单独使用DOE的情况下，由于DOE是静态图案，因此也可以去掉驱动装置。另外，在使用多个DOE动态进行图案的切换的情况下，可以使用切换装置来替代驱动装置。
关于图1、图3所示的激光照射装置1A和光调制控制装置30中执行的光调制控制方法、以及调制图案的设计方法，与该具体例一起进一步说明。图4是表示在图3所示的光调制控制装置30中执行的光调制控制方法的一个例子的流程图。
在图4所示的控制方法中，首先，取得有关从激光光源10提供的激光向照射对象物15的照射条件的信息(步骤S101)。具体而言，针对激光从空间光调制器20向聚光点s的传播路径，取得位于传播路径上的第1传播介质(例如气氛介质)的第1折射率n1和第2传播介质(例如照射对象物)的第2折射率n2(S102)。另外，这里如有需要，也取得第1、第2传播介质的折射率以外的信息例如关于介质的厚度、形状、位置等信息。另外，除了传播介质以外，例如若是物镜25的NA、焦距f等在像差条件的导出中所需要的信息，则也加到传播介质的信息来取得。
另外，取得从激光光源10提供的激光向空间光调制器20的入射图案(S103)。该激光的入射图案，作为由入射激光强度相对于空间光调制器20的二维排列的多个像素的位置(xj，yj)的像素j的
Iin(xj，yj)＝Ij-in
所得到的入射光强度分布被赋予。或者，也可以取得激光的入射图案作为由振幅Aj-in所得到的入射光振幅分布。另外，在需要的情况下，也可以成为关于激光的入射相位φj-in也取得的结构。
接着，设定激光相对于照射对象物15的聚光条件(S104)。首先，设定将由空间光调制器20相位调制的激光相对于照射对象物15聚光照射的单个或多个聚光点的个数st(S105)。这里，在利用上述结构的激光照射装置1A中，可以通过空间光调制器20中所呈现的调制图案，根据需要得到多个聚光点。
另外，关于相对于对象物15的st个聚光点s＝1～st的各个，设定激光的聚光位置γs＝(us，vs，zs)、以及所期望的聚光强度Is-des(S106)。另外，关于激光向各聚光点的聚光强度，不限于由强度的绝对值所得到的设定，也可以通过例如强度的相对比率设定。
接着，在激光从空间光调制器20向聚光点s的传播中，导出由折射率相互不同的第1、第2传播介质产生的像差条件(S107)。然后，考虑由步骤S107导出的像差条件，参照由步骤S101、S104取得、设定的激光的照射条件、聚光条件，并设计成为呈现在空间光调制器20的多个像素的调制图案的CGH(S108)。
关于在图4的流程图的步骤S107中执行的像差条件的导出方法具体说明。若在图1所示的结构中将空间光调制器20置换成反射镜，则由于不对从激光光源10提供的激光施加相位调制，因此理想地平行光入射到物镜25，并被物镜25变换成球面波。在激光的传播路径(聚光路径)中不存在像差物体的情况下，来自物镜25的光在与焦距f相等的聚光深度聚光于1点。
另一方面，若是在传播路径中存在有折射率不同的第1、第2传播介质，则由于折射角的变化而产生像差，来自物镜25的光不聚光于1点。相对于此，通过适当设计在空间光调制器20中所呈现的调制图案并使传播至物镜25的光的波阵面变形，从而能够使激光相对于所设定的聚光点s无像差影响地聚光。
在用于使激光聚光至所期望的聚光点的波阵面的导出中，可以使用例如利用来自所期望的聚光位置的逆光线追踪的导出方法。以下，以用于在平行平面基板的内部无像差影响地聚光于位于光轴上的聚光点的波阵面的导出方法为例进行说明(参照专利文献2)。另外，关于波阵面的导出、以及由此得到的像差条件(例如，后述表示像差条件的Φj-OPD)的导出，除了利用逆光线追踪的方法以外，具体而言还可以使用例如最适化修正方法(非专利文献5)、近轴光线中的像差的解析法(非专利文献7)等各种方法。
图5是就激光的传播中所产生的像差条件的导出进行表示的图。首先，考虑气氛介质的折射率n1与照射对象物15的折射率n2相等的情况。若以光聚光于对象物15的端面P上的位置时的物镜25的位置为基准使物镜向对象物15侧移动达距离d，则光聚光于与端面P相距达距离d的位置的点O。作为理想的平面波入射的光，紧接在由物镜25变换后成为球面波，来自该球面波的点R的光线取图5中由实线所示的光路而到达点O。此时，从点R到点O为止的光路长度为f，不论是何种光轴高度，均为相同的光路长度。
另一方面，在折射率n1、n2不同的情况下，来自物镜25的光不聚光于点O。因此，虽然物镜25的移动量为相同距离d，但是通过由空间光调制器20调制激光的波阵面，而聚光于与端面P相距zs的位置的点O’。在该情况下，来自点O’的光线经对象物15与气氛介质之间的边界面上的点Q而到达点R，O’、Q与QR的合计为光路长度。在每个光轴高度h导出这样的光路长度(OPL:Optical Path Length)。
首先，如图5所示，若令波阵面修正前的光线向对象物15的入射角为θ，波阵面修正后的光线向对象物15的入射角为θ1，折射角为θ2，则光轴高度h1、h2、h分别由下述的式(1)、(2)、(3)表示。
[式1]
h1＝(fcosθ-d)tanθ1…(1)
[式2]
h2＝zstanθ2…(2)
[式3]
h＝n1fsinθ…(3)
这里，入射角θ1与折射角θ2由斯内尔定律唯一地建立关系。另外，通过关系式h＝h1+h2、以及上述的式(1)～(3)，角度θ、θ1、θ2唯一地建立关系。例如，在被赋有某个特定的θ1或θ2的情况下，能够将上述式(1)、(2)代入关系式h＝h1+h2，并求解式(3)来容易地决定θ。
但是，相反在赋有特定的θ的情况下，难以解析求得θ1和θ2。在针对特定的角度θ求得对应的θ1、θ2时，进行搜索。例如，使θ1或θ2的值逐渐变化，每次求得θ的值。然后，通过使θ1、θ2改变直到得到θ为所期望的值的θ1、θ2为止，从而进行该搜索和角度的导出。
如上述所述，通过式(1)～(3)求得与所期望的θ相对应的θ1、θ2。然后，对于每个入射角θ，由下述的式(4)求得由照射对象物15产生的光的传播的光路长度OPL。
[式4]
另外，该式(4)中的“-f-(n2-n1)×d”是常数项，是为了防止OPL的值过大而附加的项。
该式(4)表示每个入射角θ的光路长度，但是也可以通过式(3)和式(4)，如下述的式(5)那样表示为每个光轴高度h的光路长度。
[式5]
由此，能够求得与光轴高度h相对应的OPL。
通过将赋予该OPL之差即光路长度差(OPD:Optical Path Difference)的相位ΦOPD由空间光调制器(SLM)20赋予，从而能够将激光聚光于对象物15的内部的所期望的位置。该相位ΦOPD可以从式(5)通过
[式6]
ΦOPD(h，d，zs)＝{OPL(h，d，zs)-OPL(0，d，zs)}×2π/λ…(6)
求出。在将该相位ΦOPD为了三维多点照射而固定距离d的状态下，导出每个zs。另外，光轴高度h的范围为0～hmax。另外，hmax为0～NA×f的范围即物镜25的开口是光轴高度的hmax的最大值。
另外，上述的光轴高度h与SLM20的像素j的位置(xj，yj)之间有如下关系。在SLM20与物镜25如图1所示的光学系统那样由4f光学系统成像的情况下，物镜的瞳的波阵面传播至SLM。此时，若令4f光学系统的透镜21的焦距为f1，透镜22的焦距为f2，则横倍率M为M＝f2/f1。故而，来自物镜的射出瞳的光在SLM上光轴高度为h＝0～hmax/M。
另外，若得知来自物镜25的射出瞳的光的中心位置在SLM上位于坐标(xc，yc)，则可以通过下述的式(7)
[式7]
变换光轴高度h和SLM的像素坐标(xj，yj)。由此，能够求得成为坐标(xj，yj)的每个像素j的像差条件的相位Φj-OPD。
接着，关于在图4的流程图的步骤S108中执行的调制型态的设计方法具体说明。以下，以着眼于SLM20中所呈现的调制图案的1个像素的相位值的影响的设计方法的例子，关于使用了ORA法的设计方法作说明(参照专利文献3、非专利文献1、2)。
这里，一般而言，作为SLM中的调制图案所使用的CGH的设计方法有多种，例如可以列举迭代傅里叶法等。首先，迭代傅里叶变换法是准备SLM面和折射面两个面，在各面之间由傅里叶变换和逆向傅里叶变换传播，然后，在每个传播中置换各面的振幅信息并最终取得相位分布的方法。
另一方面，作为其他的CGH设计法，可以列举光线追踪法以及着眼于1个像素的影响的设计方法两种。作为光线追踪法，有透镜重合法(S法：Superposition of Lens)。该方法虽然在来自聚光点的波阵面的重叠少的情况下有效，但是若是波阵面的重叠增加，则有在入射至SLM的激光强度中传播至聚光点的光的强度显着降低或者无法控制的情况。因此，有改良了S法的迭代S法。
另一方面，着眼于CGH的1个像素的影响的设计法是适当选择CGH的1个像素，并在每1像素变更相位值来进行CGH的设计的方法，根据1个像素的相位的决定方法有搜索型的方法和解析型的方法。
在该设计法中，将CGH的某1个像素的相位值作为参数变更，使用由菲涅耳衍射等所得到的波动传播函数来使调制激光传播，并检查表示所期望的聚光点的聚光状态的值(例如振幅、强度、复振幅的值)怎样变化。然后，采用使聚光点的聚光状态接近于所期望的结果那样的相位值。每次1个像素、至少光入射的全部像素进行这样的操作。
在全部像素结束操作后，在解析型的方法中，在由将全部像素作相位调制后的结果确认所期望的位置的相位怎样变化之后，回到最初的第1个像素，使用所期望的位置的相位每个像素进行相位的变更。另外，在搜索型的方法中，并不进行确认而回到最初的第1个像素。作为搜索型的方法，例如有爬山法、模拟退火法(SA:Simulated Annealing)、遗传算法(GA:Genetic Algorithm)等(参照非专利文献3、4)。
以下所说明的ORA(Optimal Rotation Angle)法是使用了解析型的方法的最适化运算法。在该方法中，在调制图案的各像素的相位值的变更、调整通过基于表示聚光点s的聚光状态的复振幅的相位φs、传播函数的相位φjs以及在像素j的变更前的相位值φj解析求得的值，来进行。特别是在本实施方式的设计方法中，替代φjs，而使用考虑了由第1、第2传播介质所得到的像差条件的传播函数φjs’作为传播函数。
图6是表示在图3所示的光调制控制装置30中执行的调制图案的设计方法的一个例子的流程图。首先，关于经由空间光调制器20进行的激光向照射对象物15的聚光照射，取得所设定的聚光条件的信息(步骤S201)。作为这里所取得的聚光条件，有聚光点的个数st、各聚光点s的聚光位置γs＝(us，vs，zs)、以及所期望的聚光强度Is-des。
接着，制作成为作为在SLM20中所呈现的调制图案所使用的CGH的设计的初期条件的相位图案(S202)。该相位图案例如通过以CGH的像素j的相位值φj为随机相位图案的方法来制作。该方法由于利用ORA的CGH设计是最适化手法，因此以通过随机相位防止陷入特定的极小解的目的而使用。另外，例如在可以忽视陷入特定的极小解的情况下，也可以设定成例如均匀的相位图案等。
接着，在聚光点的个数设定有多个(st≧2)的情况下，将用于调整这些聚光点s＝1～st之间的聚光强度比的参数即权重ws作为该初期条件而设定成ws＝1(S203)。另外，该权重ws为1×st的排列。另外，在聚光点为单个(st＝1)的情况下，不需要权重的设定。
如果结束CGH的相位图案φj和权重ws的设定，则算出表示聚光点s的激光的聚光状态的复振幅Us(S204)。具体而言，通过表示光波传播的下述式(8)
[式8]
求得复振幅Us＝Asexp(iφs)。这里，Aj-in是激光向SLM20的像素j的入射振幅，φj是在像素j的相位值。另外，φj-in是入射至像素j的激光的相位。
另外，在式(8)中，φjs’是考虑了由第1、第2传播介质(在图5所示的例子中是气氛介质、照射对象物15)所得到的像差条件的传播函数，通过
[式9]
φjs′＝φjs+Φj-OPD…(9)
求出。在该式(9)中，Φj-OPD是式(6)中所示的相对于像素j的像差条件的相位。
如此，通过使用考虑了像差条件的传播函数φjs’，即使是在zs不同的哪个聚光点，均能够得到可以赋予所期望的结果的CGH。另外，φjs是在假定自由传播的情况下的有限远区域的传播函数。作为该传播函数φjs，可以使用例如由下述的式(10)
[式10]
赋予的波动传播函数的近似式即菲涅耳衍射。这里，在上述的式(10)中，k是波数。
另外，作为自由传播的传播函数φjs，可以使用例如上述的菲涅耳衍射的近似式或夫琅和费衍射的近似式、或者亥姆霍兹方程式的解等各种衍生式。另外，在上述的式(8)、(9)中，若令像差条件的相位为Φj-OPD＝0，则传播函数为φjs’＝φjs，得到在现有的ORA法中所使用的未考虑像差的复振幅的算出式。
另外，若使用式(10)的传播函数来进行利用ORA法的CGH设计，则可以设计也附加有物镜的焦距f的透镜效果的CGH。但是，通常由于SLM中的像素尺寸大，因此不能表现该物镜的透镜效果。故而，实际上不是使用焦距f，而是使用焦距L(例如，若是浜松光子学制的LCOS-SLM X10468，则L＝1m左右)这样的值。
接着，判定在利用上述方法的CGH的设计中是否得到所期望的结果(S205)。作为该情况的判定方法，可以使用如下方法，即将例如在各聚光点s得到的聚光强度Is＝|As|2与所期望的强度Is-des通过下述的式(11)
[式11]
进行比较，并在全部的聚光点s根据强度比是否为规定的值ε以下来判定的方法。另外，也可以不通过聚光强度Is，而是通过振幅As、复振幅Us等来判定。
或者，也可以使用如下方法，即通过在图6的流程图中相位值的变更和复振幅的算出等循环(loop)是否进行了规定次数等条件来判定的方法。在判定对于所设定的聚光条件所设计的CGH满足需要的条件的情况下，结束利用ORA的CGH的设计运算法。另外，在不满足条件的情况下，前进至下一个步骤S206。
在判定不满足对于结束设计所需要的条件的情况下，首先，将用于调整聚光点s间的聚光强度比的权重ws的值通过下述的式(12)
[式12]
变更(S206)。这里，式(12)中权重ws的更新中所使用的参数η，为了防止ORA运算法不稳定，通常习惯使用η＝0.25～0.35左右的值。
接着，以使聚光点s的激光的聚光状态接近于所期望的状态的方式，在CGH的每个像素处进行相位值的变更操作(S207)。在解析型的ORA法中，将为了使聚光状态接近于所期望的状态而加到像素j的相位值φj的相位的变化量Δφj，使用由式(8)所得到的复振幅的相位φs、考虑了像差条件Φj-OPD的传播函数的相位φjs’、以及更新前的相位值φj，通过下述的式(13)
[式13]
和判定，来解析求得。这里，
[式14]
[式15]
[式16]
Φjs＝φs-(φjs′+φj+φj-in)＝φs-(φjs+φj+φj-in+Φj-OPD)…(16)
。在这样的解析求得相位值φj的方法中，相比于由搜索求得相位值的爬山法等方法，有缩短运算所需的时间的优点。
另外，关于相位的变化量Δφj的决定中所使用的Φjs，在通常的ORA法中，可以使用下述的式(17)
[式17]
Φjs＝φs-(φjs+φj+φj-in)…(17)
，但是，在这里所说明的改良ORA法中，除了上述的传播函数的变更以外，在相位值的更新中该Φjs的算出中，也使用加进像差条件的相位Φj-OPD的式(16)。
如上述所述，若求得相位的变化量Δφj，则由下述的式(18)
[式18]
φj＝φj+Δφj…(18)
变更、更新CGH的第j个像素中的相位值φj。然后，确认是否在全部像素进行了相位值的变更操作(S208)，若变更操作未结束，则作为j＝j+1，针对下一个像素执行相位值的变更操作。另一方面，若针对全部像素结束了变更操作，则回到步骤S204进行复振幅Us的算出以及由此得到的聚光状态的评价。通过反复执行这样的操作，制作与所设定的聚光条件相对应的调制图案的CGH。
在由以上的方法设计的CGH中，如上述所述，赋予有物镜的焦距f的透镜效果。故而，在使用焦距f的物镜的情况下，只要对于作为利用ORA法的设计结果而得到的CGH的相位值φj-res进行
[式19]
φj-res′＝φj-res-φobj…(19)
即可。其中，
[式20]
。另外，在使用上述的焦距L替代fobj的情况下，关于式(20)，也从fobj变更成L。
这里，在折射率不同的介质存在于传播路径上的情况下的像差的修正中，以往使用了求得像差修正用的图案并在所设计的CGH的调制图案上迭加修正图案的方法(例如，参照非专利文献5)。作为该情况下的修正图案的导出方法，有例如最适化修正法、使用了近轴近似的解析法、使用了逆光线追踪的解析法。从这些方法导出的像差条件的逆相位为像差修正用的图案。然而，在这样的利用图案的迭加的方法中，有如下无法适当发挥功能的情况。
即，在上述的ORA法等的着眼于CGH的1个像素的影响的设计法中，可以由1块的CGH进行利用多个聚光点的激光的三维多点照射。在对于这样的CGH如以往那样迭加修正图案的情况下，在由CGH再生的全部聚光点，赋予有相同的像差修正图案的效果。然而，实际上，所设定的多个聚光点有光轴方向的位置(光轴深度)不同的情况。在该情况下，由于像差的影响根据光轴深度不同，因此需要对每个聚光点赋予不同的像差修正图案的效果。即，在将修正图案迭加于CGH的方法中，仅能够增加单个光轴深度下的像差修正，有着光轴深度不同的像差的修正不充分的担忧。
另一方面，在非专利文献6中，公开使用了迭代傅里叶法的设计法。在这样的方法中，为了三维多点照射，需要在CGH的设计中进行追加处理。为了再生由通常的迭代傅里叶法设计的CGH，在SLM的后段需要透镜。这是因为在设计的阶段中传播距离无限远，而无法控制每个光轴深度(光轴方向的聚光位置)。
在该方法中，为了改变光轴深度，需要在由迭代傅里叶法设计的CGH中另外增加菲涅耳透镜图案。此外，为了实现三维多点照射，首先，对设定有聚光点的每个聚光面(衍射面)由迭代傅里叶法求得CGH，并在各个CGH增加控制深度方向的菲涅耳透镜图案的相位。再者，其后将多个聚光面的CGH以复振幅的形式迭加，仅取出相位，并由该操作设计用于三维多点照射的CGH。
另外，在各聚光面用的CGH增加菲涅耳透镜图案时，通过也增加修正由传播路径上的介质所致的影响的像差修正图案，可以进行每个聚光面的球面像差修正。然而，在这样的方法中，由于在进行复振幅运算后仅取出相位，因此有振幅分布信息欠缺且向各聚光点的振幅的分配极难的问题。
相对于此，根据上述的CGH的设计方法，可以适当实现这样的像差修正以及向各聚光点的振幅的分配。另外，在这样的设计方法中，可以设计例如同时实现与气氛介质即空气(或者水、油等)折射率不同的介质存在于传播路径上的影响的修正、三维多点照射、以及多个聚光点之间的强度调整三者的CGH。
关于上述实施方式的光调制控制装置30以及激光照射装置1A所得到的像差修正等的效果，与其具体例一起说明。图7～图9分别是表示由激光照射装置1A所得到的激光的照射图案的例子(CGH的再生像的例子)的图。这里，通过空间滤波器扩展激光并由空间光调制器20即LCOS-SLM进行了相位调制的光在f＝800mm的透镜聚光。此时，与聚光透镜相距700mm的位置配置有f＝200mm的柱状透镜。在该例子中，柱状透镜是插入到聚光光学系统的像差物体。
在使用了不进行针对像差物体的修正的调制图案的情况下，如图7所示，由于柱状透镜的像差的影响，未正确显示CGH。另一方面，若由上述的CGH的设计方法进行针对像差物体的修正，则如图8所示，在与聚光透镜相距zs＝850mm的位置，观察到像差得到修正的像。
另外，针对柱状透镜的像差修正，OPD的导出方法等与上述的平行平面基板的情况有若干差异。即，在平行平面基板的情况下，由于是轴对称，因此可以使用二维的计算。另一方面，在柱状透镜的情况或者在对象物存在倾角的情况等之下，需要进行与此相对应的适当的OPD的导出方法。
另外，在上述的CGH的设计方法中，由于正确具有包含光轴深度的聚光位置、折射率、空间光调制器的像素间距等信息，因此能够相对于所期望的位置进行激光的聚光照射、激光加工等。这里，图9是表示使再生由通常的迭代傅里叶法设计的“HPK”图案的CGH，在传播路径上并不存在对象物时再生的结果。另一方面，图8是使将以聚光于光轴上的(0，0，zs)的位置的方式由ORA法设计的CGH与“HPK”图案的CGH迭加后结果再生、显示的结果。
若比较图8、图9，则可以得知，纸面横向上的再生位置不同。聚光点的形状虽然良好，但是图8中作为调制图案所使用的CGH，未进行有针对由柱状透镜折射的横向的衍射的修正。相对于此，为了也改善横向的衍射，有如下两种方法。
即，第1方法是针对再生点的1点1点，也包含相对于光轴方向垂直的面的位置来分别导出OPD的方法。在该情况下，由于在Φj-OPD中包含有点s的位置信息，因此φjs针对全部的点s是共同的，而Φj-OPD各点的位置不同。
第2方法是不包含相对于光轴方向垂直的面的位置，并导出根据光轴深度不同的OPD的方法。在该情况下，由于在Φj-OPD中不包含点s的位置信息，因此进行φjs相对于光轴方向垂直的面的位置的调整，即，φjs在各点的位置不同。
另外，在适用后者的方法且如上述所述不使用实际的焦距f而使用焦距L的情况下，需要变更(us，vs)。另外，不论在使用了f的情况还是使用了L的情况下，由于最终均除去透镜效果，因此只要正确地进行(us，vs)的设计，便没问题。因此，在使用焦距L的情况下，变更后的(us’，vs’)为(us’，vs’)＝(βus，βvs)。另外，β是修正变更透镜的焦距后的结果的参数，在光轴与(us，vs)之间的距离短的情况下为β＝L/f。
使用这些方法进行CGH的设计。通过这样做，能够分别在规定的位置再生各聚光点。
如此，正确导出像差量并设计CGH对激光的照射位置精确度影响大。另外，在不知道介质的折射率的情况下的激光照射等中，也可以考虑首先进行激光照射并确认该聚光位置(例如加工位置)后，改变折射率来进行反馈(feedback)的方法。
关于在图4的流程图的步骤S108中执行的调制图案的设计方法进一步说明。在图6的流程图中，以着眼于CGH的1个像素的影响的设计法的例子，示出使用了解析型的ORA法的设计方法。相对于此，作为调制图案的设计方法，如上述所述，也可以使用爬山法、模拟退火法、遗传算法等的搜索型的设计方法。
图10是表示在图3所示的光调制控制装置30中执行的调制图案的设计方法的另一个例子的流程图。在该流程图中，作为搜索型的设计方法的例子，示出了使用了爬山法的情况的设计方法。在该方法中，首先，与ORA法同样地针对经由SLM20进行的激光向照射对象物15的聚光照射，取得所设定的聚光条件的信息(步骤S301)。接着，将SLM20中所呈现的CGH设计的初始条件的相位图案φj作为例如随机相位图案来制作(S302)。
接着，进行CGH的1个像素的相位值φj的变更操作(S303)。此外，使用包含考虑了像差条件的传播函数φjs’的式(8)，来算出表示聚光点s的激光的聚光状态的复振幅Us＝Asexp(iφs)(S304)。若算出复振幅，则针对所得到的聚光状态进行判定(S305)。
这里，若通过1个像素的相位值的φj的切换来使振幅As、强度Is＝|As|2、或者复振幅Us接近于所期望的值，则采用此时的相位值。在爬山法中，例如将CGH的每1个像素的相位值，从0π(rad)到规定的相位值例如到2π(rad)为止每隔0.1π(rad)进行切换，在每次的切换中使用式(8)来进行传播。然后，由搜索来求得使聚光点s的强度最为增加的相位值。
接着，判定是否在全部的条件下确认了1个像素的相位值φj的切换(S306)，若未进行则回到步骤S303。此外，判定是否在全部像素进行了1个像素的相位值的变更以及聚光状态的判定等的操作(S307)，若未进行则令像素序号为j＝j+1而回到步骤S303，针对下一个像素进行必要的操作。
若是针对全部像素结束必要的操作，则判定在CGH的设计中是否得到所期望的结果(S308)。作为该情况下的判定方法，与ORA法的情况同样地，可以使用例如通过在各聚光点所得到的聚光强度、振幅、复振幅等的值是否落在容许范围内来判定的方法。或者，也可以使用通过在图10的流程图中相位值的变更以及聚光状态的判定等的循环是否进行了规定的次数等条件来判定的方法。在满足必要的条件的情况下，结束CGH的设计运算。在未满足条件的情况下，回到步骤S303，从第1个像素反复搜索。
这里，在上述的调制图案的设计方法的例子中，均针对以照射对象物15为平行平面基板的情况进行了说明，但是实际上也可以考虑对象物15等光的传播路径上的介质具有相对于光轴有角度α的倾角的情况。在该倾角α大的情况下，除了球面像差以外还产生非点像差。在这样的情况下，除了物镜的NA、焦距f、气氛介质的折射率n1、照射对象物15的折射率n2、以及激光相对于SLM的入射光强度分布Ij-in以外，还求得对象物15的倾角α。
在上述的设计例中，虽然通过使用了逆光线追踪的解析手法来进行了二维下的像差条件的导出，但是这是因为球面像差是轴对称性的像差。相对于此，在由于介质的倾角α等产生非点像差而像差不是轴对称等的情况下，只要由与其对应的适当方法进行像差条件的导出并使用所得到的像差条件φOPD来进行CGH的设计即可。
另外，为了使激光聚光于任意位置作为聚光点，也可以考虑激光束聚光于与光轴不同的位置的情况。虽然光束的衍射角小的情况下没问题，但是在衍射角大的情况下，除了球面像差以外，还产生非点像差。在这样的情况下，只要求得光束的倾角β并与上述同样地由与其对应的适当方法进行像差条件的导出，并且使用所得到的像差条件φOPD来进行CGH的设计即可。
关于各聚光点s的激光的所期望的聚光强度Is-des，也可以考虑照射对象物15等的材质的光的透过率，并根据照射深度调整强度Is-des即根据照射深度zs改变强度Is-des来进行CGH的设计。
另外，由于SLM具有周期性的像素构造，因此在该多个像素中所显示的CGH根据空间频率而衍射的光的强度不同。故而，也可以考虑这样的衍射强度，并根据照射位置(us，vs)、照射深度zs来改变强度Is-des来进行CGH的设计。
另外，可以认为即使如上述所述进行强度Is-des的调整，也仍在强度上产生偏差的情况。在这样的情况下，也可以观察激光的照射结果例如在照射部位发生的折射率变化量等的加工结果，参照该观察结果并通过反馈改变强度Is-des，来进行CGH的设计。
另外，在通过激光的聚光照射而在该聚光点进行照射对象物15的加工的情况下，在上述中虽然例示了利用玻璃的内部加工的光集成电路的制作，但是关于进行激光加工的情况下的加工对象物15的材质，不限于玻璃介质，例如也可以以硅的内部或者SiC等各种材质为加工对象。
另外，在上述实施方式中，主要假定利用激光相对于照射对象物15的聚光照射的对象物15内部的激光加工来说明，但是使用了上述的光调制控制装置以及调制图案的设计方法的激光照射装置，除了激光加工装置以外，还可以应用于例如细胞观察用的激光扫描显微镜等激光显微镜等各种装置。
图11是表示包含本发明所涉及的光调制控制装置的激光照射装置的另一个实施方式的结构的图。本实施方式所涉及的激光照射装置1B虽然具有包含激光光源10、可动载物台18、空间光调制器20、驱动装置28以及光调制控制装置30的与图1所示的结构同样的结构，但是，除这些以外，还具备检测部40、透镜41以及双色镜42。
双色镜42在激光照射光学系统中设置在构成4f光学系统的透镜22与物镜25之间。另外，成为由双色镜42反射的来自照射对象物15的光经由透镜41而入射至检测部40的结构。
由此，图11的激光照射装置1B作为对照射对象物即观察试样15照射激光，由检测部40进行来自试样15的反射光、散射光或者萤光等的观察的激光扫描显微镜而构成。另外，关于对于试样15的激光扫描，虽然成在图11中通过可动载物台18使试样15移动的结构，但是也可以成为在光学系统侧设置可动机构、检流计反射镜等的结构。
图12是针对图11所示的激光照射装置1B中的激光向照射对象物(观察试样)15的聚光照射的一个例子进行表示的图。例如，在以细胞为试样15的细胞观察等中，如图12所示，也可以认为细胞的形状根据观察位置不同的情况。在这样的情况下，需要求得与各个形状相对应的像差条件的相位φOPD。
另外，在激光扫描显微镜中，不仅在激光的收敛过程中而且在观察时在发散过程中也会产生折射率失配。在该情况下，也可以考虑发散过程并导出像差条件φOPD来进行CGH的设计，此外也可以考虑使用别的SLM来进行反射光、散射光、萤光等的修正。由此，例如在共焦显微镜等中，能够期待试样观察的精确度的提升。
另外，在上述实施方式中，虽然关于单个波长的激光的相位调制的实施方式进行了说明，但是也可以使来自波长不同的多个光源的多个激光成分入射到SLM，在SLM显示使波长不同的多个光成分被调制的调制图案，并调制各个相位。关于同时调制波长不同的多个光成分的调制图案的设计方法，例如在非专利文献8中有记载。
关于使用上述实施方式的结构来进行多个波长的控制的情况进行了具体说明。在取得聚光条件信息时，取得点s的聚光位置和被聚光的波长的信息。然后，只要在每个点s求得像差条件φOPD，并将根据波长和位置而不同的传播函数φjs变换成φjs’来使用即可。
本发明所涉及的光调制控制方法、控制程序、控制装置以及激光照射装置，不限于上述的实施方式和构成例，可以作各种变形。例如，关于包含激光光源以及空间光调制器的光学系统的结构，不限于图1、图11所示的结构，具体而言，可以使用各种结构。
另外，同样关于在空间光调制器中所呈现的调制图案(CGH)的设计，具体而言，除了上述的例以外还可以使用各种方法。一般而言，在调制图案的设计中，只要着眼于调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更相位值，并通过针对调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作来设计调制图案，并且在评价聚光点的聚光状态时，针对光从空间光调制器的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，使用在自由传播的波动传播函数φjs中加上像差条件变换后的传播函数φjs’即可。
在上述实施方式所涉及的光调制控制方法中，成为如下结构：(1)是使用输入激光，调制激光的相位并输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制方法，其具备：(2)照射条件取得步骤，其取得激光向空间光调制器的入射图案、位于激光从空间光调制器向聚光点的激光的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比第1传播介质更靠聚光点侧处的第2传播介质的与第1折射率不同的第2折射率n2作为激光的照射条件；(3)聚光条件设定步骤，其设定聚光照射来自空间光调制器的激光的聚光点的个数st(st是1以上的整数)、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度作为激光的聚光条件；(4)像差条件导出步骤，其导出在激光从空间光调制器向聚光点s的传播中，由折射率相互不同的第1传播介质和第2传播介质产生的像差条件；以及(5)调制图案设计步骤，其考虑由像差条件导出步骤导出的像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案，(6)调制图案设计步骤通过假定在空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于多个像素中所呈现的调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更相位值，并针对调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作，从而设计调制图案，并且在评价聚光点的聚光状态时，针对光从空间光调制器的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上像差条件变换后的传播函数φjs’。
另外，在上述实施方式所涉及的光调制控制程序中，成为如下结构：(1)是用于使计算机执行使用输入激光，调制激光的相位，输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，并通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制程序，其使计算机执行：(2)照射条件取得处理，其取得激光向空间光调制器的入射图案、位于激光从空间光调制器向聚光点的激光的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比第1传播介质更靠聚光点侧处的第2传播介质的与第1折射率不同的第2折射率n2作为激光的照射条件；(3)聚光条件设定处理，其设定聚光照射来自空间光调制器的激光的聚光点的个数st(st是1以上的整数)、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度作为激光的聚光条件；(4)像差条件导出处理，其导出在激光从空间光调制器向聚光点s的传播中，由折射率相互不同的第1传播介质和第2传播介质产生的像差条件；以及(5)调制图案设计处理，其考虑由像差条件导出处理导出的像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案，(6)调制图案设计处理通过假定在空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于多个像素中所呈现的调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更相位值，并针对调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作，从而设计调制图案，并且在评价聚光点的聚光状态时，针对光从空间光调制器的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上像差条件变换后的传播函数φjs’。
另外，在上述实施方式所涉及的光调制控制装置中，成为如下结构：(1)是使用输入激光，调制激光的相位并输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制装置，其具备：(2)照射条件取得机构，其取得激光向空间光调制器的入射图案、位于激光从空间光调制器向聚光点的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比第1传播介质更靠聚光点侧处的第2传播介质的与第1折射率不同的第2折射率n2作为激光的照射条件；(3)聚光条件设定机构，其设定聚光照射来自空间光调制器的激光的聚光点的个数st(st是1以上的整数)、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度作为激光的聚光条件；(4)像差条件导出机构，其导出在激光从空间光调制器向聚光点s的传播中，由折射率相互不同的第1传播介质和第2传播介质产生的像差条件；以及(5)调制图案设计机构，其考虑由像差条件导出机构导出的像差条件来设计空间光调制器中所呈现的调制图案，(6)调制图案设计机构通过假定在空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于多个像素中所呈现的调制图案的1个像素的相位值的变更对聚光点的激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更相位值，并针对调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作，从而设计调制图案，并且在评价聚光点的聚光状态时，针对光从空间光调制器的调制图案中的像素j向聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上像差条件变换后的传播函数φjs’。
这里，上述的光调制控制方法、控制程序以及控制装置，优选地，在像差条件的导出中，求得赋予该传播中的光路长度差的相位Φj-OPD作为关于光从像素j向聚光点s的传播的像差条件，在调制图案的设计中，通过变换式
φjs’＝φjs+Φj-OPD
求得考虑了像差条件的传播函数φjs’。根据这样的结构，能够适当地将自由传播的传播函数φjs变换成考虑了像差条件的传播函数φjs’。
另外，光调制控制方法、控制程序以及控制装置，优选地，在调制图案的设计中，令激光向空间光调制器的像素j的入射振幅为Aj-in，相位为φj-in，像素j的相位值为φj，通过下述式
Us＝Asexp(iφs)
＝ΣjAj-inexp(iφjs’)exp(i(φj+φj-in))
求得表示聚光点s的聚光状态的复振幅Us。由此，能够适当地评价聚光点的激光的聚光状态。
关于调制图案的设计的具体结构，在调制图案的像素j的相位值的变更中，可以使用如下结构：通过基于表示聚光点s的聚光状态的复振幅的相位φs、考虑了像差条件的传播函数φjs’、以及在像素j的变更前的相位值φj解析求得的值来变更相位值。作为这样解析更新相位值的方法，例如有ORA(Optimal Rotation Angle)法。或者，也可以通过在调制图案的像素j的相位值的变更中，使用爬山法、模拟退火法或者遗传算法中任意的方法搜索求得的值，来变更相位值的结构。
另外，关于存在于激光的传播路径上的第1、第2传播介质，例如，可以使用如下结构：第2传播介质是所述聚光点设定在内部的照射对象物，第1传播介质是位于空间光调制器与照射对象物之间的气氛介质。另外，关于气氛介质，除了空气等以外，也可以是水、油等。另外，在空间光调制器与聚光点之间，也可以有3个以上的介质。
另外，光调制控制装置也可以具备驱动控制空间光调制器并且在空间光调制器呈现调制图案设计机构设计的调制图案的光调制器驱动控制机构。另外，关于这样的光调制器驱动控制机构，也可以成为作为与进行调制图案的设计的光调制控制装置不同的其他装置来设置的结构。
在上述实施方式所设计的激光照射装置中，成为如下结构：具备(a)激光光源，其提供激光；(b)相位调制型的空间光调制器，其输入激光，调制激光的相位，并输出相位调制后的激光；以及(c)上述结构的光调制控制装置，其通过空间光调制器中所呈现的调制图案来控制调制激光向所设定的聚光点的聚光照射。
根据这样的结构，通过光调制控制装置，可以适当且切实地控制聚光点的激光的聚光状态，并适当地实现在照射对象物中所设定的单个或多个聚光点的激光的聚光照射、以及由此得到的对象物的加工、观察等的操作。这样的激光照射装置可以作为例如激光加工装置、激光显微镜等来使用。另外，作为空间光调制器，优选使用具有二维排列的多个像素并在多个像素的各个调制激光的相位的结构的空间光调制器。
产业上的可利用性
本发明，可以作为可以适当地控制聚光点的激光的聚光状态的控制的光调制控制方法、控制程序、控制装置以及激光照射装置来利用。

Claims (17)

1.一种光调制控制方法，其特征在于，
是使用输入激光，调制所述激光的相位并输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，通过所述空间光调制器中所呈现的调制图案来控制所述激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制方法，其具备：
照射条件取得步骤，其取得所述激光向所述空间光调制器的入射图案、位于所述激光从所述空间光调制器向所述聚光点的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比所述第1传播介质更靠所述聚光点侧处的第2传播介质的与所述第1折射率不同的第2折射率n2作为所述激光的照射条件；
聚光条件设定步骤，其设定聚光照射来自所述空间光调制器的所述激光的所述聚光点的个数st、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度作为所述激光的聚光条件，其中，st是2以上的整数；
像差条件导出步骤，其导出在所述激光从所述空间光调制器向所述聚光点s的传播中，由折射率相互不同的所述第1传播介质以及所述第2传播介质产生的像差条件；以及
调制图案设计步骤，其考虑由所述像差条件导出步骤导出的所述像差条件来设计所述空间光调制器中所呈现的所述调制图案，
所述调制图案设计步骤通过假定在所述空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于所述多个像素中所呈现的所述调制图案的1个像素的相位值的变更对所述聚光点的所述激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更所述相位值，并针对所述调制图案的全部像素进行这样的相位值的变更操作，从而设计所述调制图案，并且
在评价所述聚光点的所述聚光状态时，针对光从所述空间光调制器的所述调制图案中的像素j向所述聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上所述像差条件变换后的传播函数φjs’，
所述像差条件导出步骤，求得赋予该传播中的光路长度差的相位Φj-OPD作为关于光从所述像素j向所述聚光点s的传播的所述像差条件，
所述调制图案设计步骤，通过变换式
φjs’＝φjs+Φj-OPD
求得考虑了所述像差条件的所述传播函数φjs’。
2.如权利要求1所述光调制控制方法，其特征在于，
所述调制图案设计步骤令所述激光向所述空间光调制器的所述像素j的入射振幅为Aj-in，相位为φj-in，所述像素j的相位值为φj，并通过下述式
Us＝Asexp(iφs)
＝ΣjAj-inexp(iφjs’)exp(i(φj+φj-in))
求得表示所述聚光点s的所述聚光状态的复振幅Us。
3.如权利要求1所述光调制控制方法，其特征在于，
所述调制图案设计步骤，在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，通过基于表示所述聚光点s的所述聚光状态的复振幅的相位φs、考虑了所述像差条件的所述传播函数φjs’、以及在所述像素j的变更前的相位值φj解析求得的值，来变更所述相位值。
4.如权利要求2所述光调制控制方法，其特征在于，
所述调制图案设计步骤，在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，通过基于表示所述聚光点s的所述聚光状态的复振幅的相位φs、考虑了所述像差条件的所述传播函数φjs’、以及在所述像素j的变更前的相位值φj解析求得的值，来变更所述相位值。
5.如权利要求1所述光调制控制方法，其特征在于，
所述调制图案设计步骤，通过在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，使用爬山法、模拟退火法或者遗传算法中任意的方法探索求得的值，来变更所述相位值。
6.如权利要求2所述光调制控制方法，其特征在于，
所述调制图案设计步骤，在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，通过基于表示所述聚光点s的所述聚光状态的复振幅的相位φs、考虑了所述像差条件的所述传播函数φjs’、以及在所述像素j的变更前的相位值φj解析求得的值，来变更所述相位值。
7.如权利要求1～6中的任一项所述光调制控制方法，其特征在于，
所述第2传播介质是所述聚光点设定在内部的照射对象物，所述第1传播介质是位于所述空间光调制器与所述照射对象物之间的气氛介质。
8.一种光调制控制装置，其特征在于，
是使用输入激光，调制所述激光的相位并输出相位调制后的激光的相位调制型的空间光调制器，通过所述空间光调制器中所呈现的调制图案来控制所述激光向所设定的聚光点的聚光照射的光调制控制装置，其具备：
照射条件取得机构，其取得所述激光向所述空间光调制器的入射图案、位于所述激光从所述空间光调制器向所述聚光点的传播路径上的第1传播介质的第1折射率n1、以及位于比所述第1传播介质更靠所述聚光点侧处的第2传播介质的与所述第1折射率不同的第2折射率n2作为所述激光的照射条件；
聚光条件设定机构，其设定聚光照射来自所述空间光调制器的所述激光的所述聚光点的个数st、以及关于st个聚光点s各个的聚光位置、聚光强度，作为所述激光的聚光条件，其中，st是2以上的整数；
像差条件导出机构，其导出在所述激光从所述空间光调制器向所述聚光点s的传播中，由折射率相互不同的所述第1传播介质和所述第2传播介质所产生的像差条件；以及
调制图案设计机构，其考虑由所述像差条件导出机构导出的所述像差条件来设计所述空间光调制器中所呈现的所述调制图案，
所述调制图案设计机构通过假定在所述空间光调制器中二维排列的多个像素，着眼于所述多个像素中所呈现的所述调制图案的1个像素的相位值的变更对所述聚光点的所述激光的聚光状态所造成的影响，以使该聚光状态接近于所期望的状态的方式变更所述相位值，并针对所述调制图案的全部像素而进行这样的相位值的变更操作，从而设计所述调制图案，并且
在评价所述聚光点的所述聚光状态时，针对光从所述空间光调制器的所述调制图案中的像素j向所述聚光点s的传播，使用在传播介质为均质的状态下的自由传播的波动传播函数φjs加上所述像差条件变换后的传播函数φjs’，
所述像差条件导出机构，求得赋予该传播中的光路长度差的相位Φj-OPD作为关于光从所述像素j向所述聚光点s的传播的所述像差条件，
所述调制图案设计机构，通过变换式
φjs’＝φjs+Φj-OPD，
求得考虑了所述像差条件的所述传播函数φjs’。
9.如权利要求8所述光调制控制装置，其特征在于，
所述调制图案设计机构，令所述激光向所述空间光调制器的所述像素j的入射振幅为Aj-in，相位为φj-in，所述像素j的相位值为φj，通过下述式
Us＝Asexp(iφs)
＝ΣjAj-inexp(iφjs’)exp(i(φj+φj-in))，
求得表示所述聚光点s的所述聚光状态的复振幅Us。
10.如权利要求8所述光调制控制装置，其特征在于，
所述调制图案设计机构，在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，通过基于表示所述聚光点s的所述聚光状态的复振幅的相位φs、考虑了所述像差条件的所述传播函数φjs’、以及在所述像素j的变更前的相位值φj，解析求得的值，来变更所述相位值。
11.如权利要求9所述光调制控制装置，其特征在于，
所述调制图案设计机构，在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，通过基于表示所述聚光点s的所述聚光状态的复振幅的相位φs、考虑了所述像差条件的所述传播函数φjs’、以及在所述像素j的变更前的相位值φj，解析求得的值，来变更所述相位值。
12.如权利要求8所述光调制控制装置，其特征在于，
所述调制图案设计机构通过在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，使用爬山法、模拟退火法或者遗传算法中的其中一种方法探索求得的值，来变更所述相位值。
13.如权利要求9所述光调制控制装置，其特征在于，
所述调制图案设计机构通过在所述调制图案的所述像素j的所述相位值的变更中，使用爬山法、模拟退火法或者遗传算法中的其中一种方法探索求得的值，来变更所述相位值。
14.如权利要求8～13中的任一项所述光调制控制装置，其特征在于，
所述第2传播介质是所述聚光点设定在内部的照射对象物，所述第1传播介质是位于所述空间光调制器与所述照射对象物之间的气氛介质。
15.如权利要求8～13中的任一项所述光调制控制装置，其特征在于，
具备驱动控制所述空间光调制器并且在所述空间光调制器中呈现由所述调制图案设计机构设计的所述调制图案的光调制器驱动控制机构。
16.如权利要求14所述光调制控制装置，其特征在于，
具备驱动控制所述空间光调制器并且在所述空间光调制器中呈现由所述调制图案设计机构设计的所述调制图案的光调制器驱动控制机构。
17.一种激光照射装置，其特征在于，
具备：
激光光源，其提供激光；
相位调制型的空间光调制器，其输入所述激光，调制所述激光的相位，并输出相位调制后的激光；以及
权利要求8～16中的任一项所述光调制控制装置，其通过所述空间光调制器中所呈现的调制图案来控制所述激光向所设定的聚光点的聚光照射。
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