CN104781724B - 相位调制方法以及相位调制装置 - Google Patents

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Abstract

提供能够简单地求得用于高精度地实现所希望的强度分布的相位分布的相位调制方法。以在靶面(TA)上调制光(P2)具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面(20a)的相位分布并使该相位分布显示于相位调制面(20a)，使读出光(P1)入射到相位调制面(20a)而生成调制光(P2)。在计算相位分布的时候，以将相位调制面(20a)上的区域分割成N个区域(A1……AN)并且区域(A1……AN)上的强度分布的积分值互相相等的方式设定它们的大小。另外，以将靶面(TA)上的区域分割成N个区域(B1……BN)并且区域(B1……BN)上的强度分布的积分值互相相等的方式设定它们的大小。通过求得从区域(An)到区域(Bn)的光路长度(Ln)并根据光路长度(Ln)决定区域(An)的相位，从而计算出相位分布。

Description

相位调制方法以及相位调制装置
技术领域
本发明涉及相位调制方法以及相位调制装置。
背景技术
在专利文献1中记载有具备对被检测物体进行照明的机构的显微镜。该显微镜具备：照明机构，将来自光源的光照射于被检测物体并使包含该被检测物体的信息的光束产生；照明光调制机构，调制被照射于被检测物体的光的波长等；瞳调制机构，被设置于物镜的瞳面附近并且调制包含被检测物体的信息的光束的相位等。瞳调制机构由液晶型的空间光调制元件所构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2003-121749号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
近年来，不断研究由使用了空间光调制器的相位调制来进行显微镜观察中的对象物的照明光或激光加工用途的激光的生成。在显微镜观察中的对象物的照明中，通过控制空间光调制器上的相位分布(全息图(hologram))从而能够实现例如具有圆环形状等的所希望的强度分布的照明光。另外，在激光加工用途中，通过控制空间光调制器上的相位分布从而能够将例如具有顶环(tophat)形状等的所希望的强度分布的激光照射于加工对象物。但是，在现有的装置中，为了高精度地实现所希望的强度分布而不得不通过复杂的计算来求得相位分布，因而期望能够简单地求得相位分布的方法。
本发明的目的在于提供一种能够简单地求得用于高精度地实现所希望的强度分布的相位分布的相位调制方法以及相位调制装置。
解决问题的技术手段
一个实施方式的相位调制方法是通过使用具有包含二维排列的多个区域的相位调制面的空间光调制器，并且在多个区域的每个区域调制包括光轴的任意的截面上的强度分布相对于光轴成为轴对称的读出光的相位，从而生成调制光的相位调制方法；具备：相位分布计算步骤，以在从相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面的相位分布；调制光生成步骤，使相位分布显示于相位调制面并使读出光入射到相位调制面而生成调制光；相位分布计算步骤包含：设定步骤，以将读出光所入射的相位调制面上的区域分割成将读出光的光轴作为中心的同心圆状的N个(N为2以上的整数)区域A1……AN并且包括读出光的光轴的截面上的区域A1……AN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域A1……AN的大小，以将靶面上的区域分割成将调制光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域B1……BN并且包括调制光的光轴的截面上的区域B1……BN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域B1……BN的大小；计算步骤，通过求得从区域An到区域Bn的光路长度Ln(n为从1到N的各个整数)并根据光路长度Ln决定区域An的相位从而计算出相位分布。
另外，该相位调制方法中，相位分布计算步骤也可以进一步包含测量包括入射到相位调制面的读出光的光轴的截面上的强度分布的测量步骤。另外，该相位调制方法中，从相位调制面到靶面的调制光的光路也可以由空隙构成。
另外，一个实施方式的第1相位调制装置，具备：光源，输出包括光轴的任意的截面上的强度分布相对于光轴成为轴对称的读出光；空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面并且通过在多个区域的每个区域调制读出光的相位从而生成调制光；相位分布运算部，以在从相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面的相位分布；相位分布运算部通过以将读出光所入射的相位调制面上的区域分割成将读出光的光轴作为中心的同心圆状的N个(N为2以上的整数)区域A1……AN并且包括读出光的光轴的截面上的区域A1……AN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域A1……AN的大小，以将靶面上的区域分割成将调制光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域B1……BN并且包括调制光的光轴的截面上的区域B1……BN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域B1……BN的大小，求得从区域An到区域Bn的光路长度Ln(n为从1到N的各个整数)并且根据光路长度Ln决定区域An的相位，从而计算出显示于相位调制面的相位分布。
另外，第1相位调制装置也可以进一步具备：测量部，测量包括入射到相位调制面的读出光的光轴的截面上的强度分布。
另外，其它的实施方式的第2相位调整装置，具备：光源，输出包括光轴的任意的截面上的强度分布相对于光轴成为轴对称的读出光；空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面并且通过在多个区域的每个区域调制读出光的相位从而生成调制光；控制部，以在从相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上调制光具有规定的强度分布的方式控制显示于相位调制面的相位分布；控制部具有存储相位分布的存储部，相位分布是通过以下所述方法被计算出的相位分布：以将读出光所入射的相位调制面上的区域分割成将读出光的光轴作为中心的同心圆状的N个(N为2以上的整数)区域A1……AN并且包括读出光的光轴的截面上的区域A1……AN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域A1……AN的大小，以将靶面上的区域分割成将调制光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域B1……BN并且包括调制光的光轴的截面上的区域B1……BN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域B1……BN的大小，求得从区域An到区域Bn的光路长度Ln(n为从1到N的各个整数)并且根据光路长度Ln决定区域An的相位。
另外，第1以及第2相位调制装置中，从相位调制面到靶面的调制光的光路也可以由空隙来进行构成。另外，第1以及第2相位调制装置也可以进一步具备被配置于靶面的物镜。
另外，其它的实施方式的相位调制方法是通过使用具有包含二维排列的多个区域的相位调制面的空间光调制器并且在多个区域的每个区域调制读出光的相位，从而生成调制光的相位调制方法；具备：相位分布计算步骤，以在从相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面的相位分布；调制光生成步骤，使相位分布显示于相位调制面并使读出光入射到相位调制面而生成调制光；相位分布计算步骤包含：计算出读出光的强度分布的重心位置，在将该重心位置作为坐标的中心的极坐标系中以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将读出光所入射的相位调制面上的区域分割成M个(M为2以上的整数)区域S1……SM并且计算出靶面上的强度分布的重心位置，在将该重心位置作为坐标的中心的极坐标系中以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将调制光所入射的靶面上的区域分割成M个区域R1……RM的步骤；通过求得从区域Sm到区域Rm的光路长度LBm(m为从1到M的各个整数)并根据光路长度LBm决定区域Sm的相位从而计算出相位分布的步骤。
另外，又一其它的实施方式的第3相位调制装置，具备：光源，输出读出光；空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面并且通过在多个区域的每个区域调制读出光的相位从而生成调制光；相位分布运算部，以在从相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面的相位分布；相位分布运算部通过计算出读出光的强度分布的重心位置并在将该重心位置作为坐标的中心的极坐标系中以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将读出光所入射的相位调制面上的区域分割成M个(M为2以上的整数)区域S1……SM，计算出靶面上的强度分布的重心位置并在将该重心位置作为坐标的中心的极坐标系中以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将调制光所入射的靶面上的区域分割成M个区域R1……RM，求得从区域Sm到区域Rm的光路长度LBm(m为从1到M的各个整数)并根据光路长度LBm决定区域Sm的相位，从而计算出显示于相位调制面的相位分布。
另外，又一其它的实施方式的第4相位调制装置，具备：光源，输出读出光；空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面并且通过在多个区域的每个区域调制读出光的相位从而生成调制光；控制部，以在从相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上调制光具有规定的强度分布的方式控制显示于相位调制面的相位分布；控制部具有存储相位分布的存储部，相位分布是通过如下所述方法计算出的相位分布：计算出读出光的强度分布的重心位置并在将该重心位置作为坐标的中心的极坐标系中以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将读出光所入射的相位调制面上的区域分割成M个(M为2以上的整数)区域S1……SM，计算出靶面上的强度分布的重心位置并在将该重心位置作为坐标的中心的极坐标系中以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将调制光所入射的靶面上的区域分割成M个区域R1……RM，求得从区域Sm到区域Rm的光路长度LBm(m为从1到M的各个整数)并根据光路长度LBm决定区域Sm的相位。
发明的效果
根据本发明的相位调制方法以及相位调制装置，能够简单地求得用于高精度地实现所希望的强度分布的相位分布。
附图说明
图1是示意性地表示相位调制装置的结构的图。
图2是概略性地表示作为空间光调制器的一个例子的LCOS型的空间光调制器的截面图。
图3是表示控制部的内部结构的方块图。
图4是表示相位调制方法的流程图。
图5是表示相位调制面上的区域的分割情况的图表。
图6是表示靶面上的区域的分割情况的图表。
图7是概念性地表示光路长度计算步骤中的计算的图。
图8是表示由实施例进行导出的读出光的强度分布的图表。
图9是表示由实施例进行计算的相位分布的图表。
图10是从光轴方向对具有顶环形状的强度分布的调制光进行摄像后的图像。
图11是从光轴方向对具有圈带形状的强度分布的调制光进行摄像后的图像。
图12是表示作为第1变形例的相位调制装置的结构的图。
图13是表示第2实施方式的相位调制方法的流程图。
图14是表示相位调制面上的区域的分割情况的平面图。
图15是表示靶面上的区域的分割情况的平面图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的相位调制方法以及相位调制装置的实施方式进行详细的说明。还有，在附图的说明中，将相同的符号标注于相同的要素，省略重复的说明。
(第1实施方式)
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式所涉及的相位调制装置1A的结构的图。相位调制装置1A是将光照射于照射对象物的装置，例如在显微镜观察时对观察对象物进行照明，另外，例如在激光加工时将激光射出至加工对象物。如图1所示，本实施方式的相位调制装置1A具备光源10、空间光调制器(Spatial Light Modulator：SLM)20、控制部30、以及测量部40。
光源10将读出光P1输出到空间光调制器20。读出光P1是包括光轴的任意的截面上的强度分布(intensity profile)相对于光轴成为轴对称的光，例如是具有高斯分布的强度分布的激光。另外，读出光P1被平行化(准直(collimated))。光源10包含用于将读出光P1准直的光学系统。
空间光调制器20具有包含二维排列的多个区域的相位调制面20a并且通过在其多个区域的每个区域调制读出光P1的相位，从而生成调制光P2。对应于从控制部30提供的控制信号，相位分布(全息图(hologram))被显示于相位调制面20a。空间光调制器20朝着从相位调制面20a仅离开规定的光学距离的靶面TA射出调制光P2。在相位调制面20a与靶面TA之间不设置任何透镜等的光学部件，从相位调制面20a到靶面TA的调制光P2的光路由空隙构成。还有，在一个例子中，将照射对象物设置于靶面TA，另外，在另一个例子中，将物镜设置于靶面TA。另外，在又一另一个例子中，4f远心光学系统或变焦透镜等的成像光学系统也可以被设置于靶面TA之后。
图2是概略性地表示作为本实施方式的空间光调制器20的一个例子的LCOS型的空间光调制器的截面图，并且表示沿着读出光P1的光轴的截面。该空间光调制器20具备透明基板21、硅基板22、多个像素电极23、液晶层24、透明电极25、取向膜26a及26b、电介质镜27、以及隔板(spacer)28。透明基板21由透过读出光P1的材料所构成，并且沿着硅基板22的主面被配置。多个像素电极23在硅基板22的主面上被排列成二维格子状并且构成空间光调制器20的各个像素。透明电极25被配置于与多个像素电极23相对的透明基板21的面上。液晶层24被配置于多个像素电极23与透明电极25之间。取向膜26a被配置于液晶层24与透明电极25之间，取向膜26b被配置于液晶层24与多个像素电极23之间。电介质镜27被配置于取向膜26b与多个像素电极23之间。电介质镜27反射从透明基板21进行入射并透过液晶层24的读出光P1，再次从透明基板21进行射出。
另外，空间光调制器20进一步具备控制被施加于多个像素电极23与透明电极25之间的电压的像素电极电路(有源矩阵(active matrix)驱动电路)29。如果从像素电极电路29将电压施加于任意的像素电极23的话，则该像素电极23上的液晶层24的折射率对应于在该像素电极23与透明电极25之间产生的电场的大小而发生变化。因此，透过液晶层24的该部分的读出光P1的光路长度发生变化，进而读出光P1的相位发生变化。于是，通过将各种各样大小的电压施加于多个像素电极23，从而能够电写入相位调制量的空间性的分布，并且根据需要能够显示各种各样的相位分布(全息图(hologram))。
还有，空间光调制器20并不限于图2所表示那样的电寻址型的液晶元件，例如也可以是光寻址型的液晶元件或可变镜型的光调制器。另外，在图2中表示反射型的空间光调制器20，但是，本实施方式的空间光调制器20也可以是透过型。另外，在空间光调制器20与光源10之间也可以设置包含光束扩展器(beam expander)以及/或者空间滤波器等的光学部件的光学系统。
再次参照图1。测量部40测量包括入射到相位调制面20a的读出光P1的光轴的截面上的强度分布(intensity profile)。测量部40例如具有对读出光P1进行分光的分束器(beam splitter)41、以及检测由分束器41进行分光的读出光P1强度分布的一维或者二维的光传感器42。关于在测量部40中被测量的强度分布的数据被提供给控制部30。
控制部30通过以在靶面TA上调制光P2具有规定的强度分布的方式将电信号给予空间光调制器20从而使相位分布显示于相位调制面20a。图3是表示本实施方式的控制部30的内部结构的方块图。如图3所示，控制部30具有存储部31、计算部32、选择部33、驱动部34以及外部输入部35。
存储部31存储关于显示于空间光调制器20的相位调制面20a的相位分布的数据。该相位分布可以是被后面所述的计算部32计算出的相位分布，或者也可以是预先在相位调制装置1A的外部被计算出并被输入到相位调制装置1A的相位分布。另外，存储部31也可以进一步存储关于用于修正在相位调制装置1A所具备的光学系统以及/或者空间光调制器20中所产生的像差(相位失真)的相位分布的数据。
还有，存储部31也可以在压缩了相位分布数据的状态下进行存储。在此情况下，控制部30优选进一步具有用于解冻数据的数据处理部。另外，存储部31由具有一定程度大的容量的存储元件(存储器(memory))来适当实现。例如，在相位分布为SVGA分辨率(800像素×600像素)下的8比特图像(bit image)的时候，在不压缩数据的情况下，每1个相位分布数据的数据量成为480千字节(kilobyte)。因此，存储部31优选由具有能够容纳这样大的数据的容量的存储元件来实现。
计算部32是本实施方式中的相位分布运算部，以在靶面TA上调制光P2具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面20a的相位分布。根据需要，计算部32将用于修正相位失真的相位分布加到这样计算出的相位分布。
选择部33在存储部31存储多个相位分布的情况下，例如根据来自键盘等的外部输入部35的指示选择一个或者多个相位分布。驱动部34生成包含从计算部32提供的相位分布的控制信号，并将该控制信号提供给空间光调制器20。还有，包含于控制部30的存储部31、计算部32、选择部33以及驱动部34可以彼此分离而设置。
在此，关于相位分布的计算方法的例子，与本实施方式的相位调制方法一起进行说明。还有，以下所说明的相位分布的计算可以由计算部32来进行，或者也可以在相位调制装置1A的外部预先进行。图4是表示本实施方式的相位调制方法的流程图。如图4所示，本实施方式的相位调制方法具备相位分布计算步骤S1和调制光生成步骤S2。
〈相位分布的计算〉
在相位分布计算步骤S1中，以在靶面TA上调制光P2具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面20a的相位分布。在本实施方式中被计算出的相位分布是用于将包括光轴的任意的截面上的强度分布相对于光轴成为轴对称(即，等强度线成为将光轴作为中心的同心圆状)的读出光P1的强度分布转换成具有同样相对于光轴成为轴对称的强度分布的调制光P2。因此，在本实施方式中，为了计算的简易化，根据读出光P1以及调制光P2的径向上的一维强度分布计算出相位分布。还有，在以下的说明中，将光轴上的点设为坐标原点，将坐标轴的单位设为px(像素)。
在该相位分布计算步骤S1中，首先，求得包括入射到相位调制面20a的读出光P1的光轴的截面上的强度分布(测量步骤S11)。读出光P1的强度分布由图1所表示的测量部40来求取。还有，也可以预先测量读出光P1的强度分布，或者，根据理论值预先求得读出光P1的强度分布，并且计算部32存储那些测量结果或运算结果。在此情况下，能够省略测量部40以及测量步骤S11。
接着，将读出光P1所入射的相位调制面20a上的区域分割成多个区域(第1分割步骤S12)。图5是表示该分割的情况的图表，纵轴表示相位调制面20a上的位置(读出光P1的光轴为原点)，横轴表示光强度。如图5所示，在该步骤S12中，将相位调制面20a上的区域分割成将读出光P1的光轴作为中心的同心圆状的N(N为2以上的整数)区域A1……AN。此时，以包括读出光P1的光轴的截面上的区域A1……AN上的强度分布的积分值SA1……SAN互相相等的方式(即SA1＝SA2＝……＝SAN)设定区域A1……AN的大小。例如，如图5所示在读出光P1的强度分布为高斯分布的情况下，光轴附近的强度高，随着远离光轴则强度变小。因此，如果以积分值SA1……SAN互相相等的方式设定区域A1……AN的话，则各个区域A1……AN的径向的宽度在最接近于光轴的区域A1最窄，在离光轴最远的区域AN最宽。即，区域A1……AN的宽度随从于高斯分布的密度分布函数。
第1分割步骤S12中的具体的计算方法如以下所述。首先，求得读出光P1的强度分布G1(x)(其中，x是径向的位置坐标)的积分值SA，以分割数N对该积分值SA进行等分割并计算出ΔSA＝SA/N。接着，将距所邻接的光线位置xn-1的距离作为δxn，从该坐标上的光强度G1(xn-1+δxn)求得下一微小积分值δSA(n)。
δSA(n)＝G1(xn-1+δxn)×δxn…(1)
微小积分值δSA(n)为与上述的等分割后的积分值SA/N相同的值，即成为δSA(n)＝ΔSA的时候的微小变量δxn相当于区域An的宽度。通过重复这样的计算从而能够求得读出光P1的径向的区域A1……AN各个的宽度。
另外，在该相位分布计算步骤S1中，将调制光P2所入射的靶面TA上的区域分割成多个区域(第2分割步骤S13)。还有，该第2分割步骤S13可以早于第1分割步骤S12之前进行，或者也可以与第1分割步骤S12同时地进行。
图6是表示该分割的情况的图表，纵轴表示靶面TA上的位置(调制光P2的光轴为原点)，横轴表示光强度。如图6所示，在该步骤S13中，将靶面TA上的区域分割成将调制光P2的光轴作为中心的同心圆状的N个(即与区域A1……AN相同的数量)区域B1……BN。此时，以包括调制光P2的光轴的截面上的区域B1……BN上的强度分布的积分值SB1……SBN互相相等的方式(即SB1＝SB2＝……＝SBN)设定区域B1……BN的大小。例如，如图6所示在调制光P2的强度分布为均匀的顶环(tophat)形状的情况下，强度不取决于距光轴的距离而为一定。因此，如果以积分值F1……FN互相相等的方式设定区域B1……BN的话，则各个区域B1……BN的径向的宽度不取决于距光轴的距离而成为一定宽度。
第2分割步骤S13中的具体的计算方法如以下所述。首先，求得调制光P2的规定的强度分布G2(y)(其中，y是径向的位置坐标)的积分值SB，以分割数N对该积分值SB进行等分割而计算出ΔSB＝SB/N。接着，将与所邻接的光线位置yn-1的距离设为δyn，根据该坐标上的光强度G2(yn-1+δyn)求得下一微小积分值δSB(n)。
δSB(n)＝G2(yn-1+δyn)×δyn…(2)
微小积分值δSB(n)为与上述的等分割后的积分值SB/N相同的值，即，成为δSB(n)＝ΔSB的时候的微小变量δyn相当于区域Bn的宽度。通过重复这样的计算从而能够求得调制光P2的径向的区域B1……BN各个的宽度。
接着，求得从区域An到区域Bn的光路长度Ln(n为从1到N的各个整数)(光路长度计算步骤S14)。在此，图7是概念性地表示该光路长度计算步骤S14中的计算的图。还有，在图7中，Q表示调制光P2的光轴。如同图所示，在该光路长度计算步骤S14中，计算出从区域A1到区域B1的光路长度L1、从区域A2到区域B2的光路长度L2、……、从区域AN到区域BN的光路长度LN。于是，根据光路长度Ln决定区域An的相位。例如，通过将光路长度Ln1与其他的光路长度Ln2的光路差Ln1-Ln2(n1,n2为1以上N以下的整数，n1≠n2)换算成相位差，从而能够决定各个区域An的相位。或者，通过将光路长度Ln与调制光P2的光轴长L0之差Ln-L0换算成相位差，从而能够决定各个区域An的相位差。这样，通过对于所有的区域A1……AN决定相位从而计算出相位分布(相位分布计算步骤S15)。还有，因为这样求得的相位分布为沿着读出光P1的径向的一维的分布，所以通过将调制光P2的光轴Q作为中心并使该分布绕一周从而能够求得二维的相位分布。另外，在求得区域A1……AN的各个相位差的时候所使用的传播函数并不限于几何光学的函数，也可以基于菲涅尔传播法则或亥姆霍兹方程。
〈调制光的生成〉
在调制光生成步骤S2中，表示由相位分布计算步骤S1计算出的相位分布的控制信号从控制部30被提供给空间光调制器20。空间光调制器20将该相位分布显示于相位调制面20a，调制入射到相位调制面20a的读出光P1而生成调制光P2。调制光P2伴随规定的强度分布而到达靶面TA。
对以上所说明的本实施方式的相位调制装置1A以及相位调制方法的效果进行说明。在本实施方式中，通过使用空间光调制器20来调制读出光P1的相位，从而以接近于规定的分布的方式控制调制光P2的强度分布。因此，与如以往那样使用固定透镜来控制强度分布的方式相比较，例如即使是在读出光P1的光束直径发生变化的情况下，也能够通过变更相位分布从而简便而且容易地生成任意的截面形状的光。另外，也能够容易地对应于靶面TA的位置的变更或强度分布形状的变更等。
另外，在本实施方式的相位调制装置1A以及相位调制方法中，由图4的流程图所表示的那样的简单的计算，能够高精度地求得用于实现例如顶环(tophat)形状等的所希望的强度分布的相位分布。一般来说，作为读出光P1被使用的激光多具有例如如高斯分布那样在光轴附近最强并且随着远离光轴而逐渐变弱的强度分布。但是，在激光加工等中，并不是这样平缓的强度分布，优选具有在规定的区域内的强度均匀而在其区域外强度为零那样的强度分布的所谓顶环(tophat)光束(或者均匀化光束(homogenized beam))。如果由物镜等来对该顶环光束进行聚光的话，则与具有平缓的强度分布的光束相比较，获得了更小的光束斑点(聚光点)，能够提高加工精度并且更加细微的加工成为可能。
例如通过使用空间滤波器并扩大光束直径并且仅取出其中心部分，从而能够生成顶环光束。但是，在这样的生成方法中因为产生大的光量损失，因此，对于需要极高的光强度的激光加工用途来说是不适宜的。相对于此，本实施方式的相位调制装置1A以及相位调制方法因为能够基本上完全使用读出光P1的光量来生成顶环形状的调制光P2，所以对于需要极高的光强度的激光加工用途来说是适宜的。
作为一个实施例，对生成具有顶环形状的强度分布的调制光P2的例子进行叙述。在该实施例中，由CMOS照相机来测量读出光P1的强度分布并从该图像导出强度分布。图8是表示由本实施例进行导出的读出光P1的强度分布的图表。还有，作为读出光P1的光束半径r1，采用光强度成为最大值的1/e2的半径值r1＝140[px](＝2.8mm)，将读出光P1的强度分布近似于截断高斯分布(truncated Gaussian)。另外，将靶面TA上的调制光P2的强度分布的光束半径r2设为1.2mm，将相位调制面20a与靶面TA的光学距离d设为150mm，将读出光P1以及调制光P2的波长λ设为633nm。图9是表示这样计算出的相位分布的图表。还有，在图9中，纵轴表示相位(单位：弧度)，横轴以像素单位来表示相位调制面20a上的读出光P1的径向位置。通过以图9所表示的一维的相位分布为基础来计算二维相位分布并进一步以2π弧度折返相位，从而完成了用于实现顶环形状的强度分布的所希望的相位分布(均匀化图案(homogenized pattern))。图10是由本实施例获得的、从光轴方向对具有顶环形状的强度分布的调制光P2进行摄像的图像。
另外，在本实施方式的相位调制装置1A以及相位调制方法中，由图4的流程图所表示的那样的简单的计算，也能够实现例如中心部的光量接近于零的圈带形状等的强度分布。图11是与上述的实施例相同地获得的从光轴方向对具有圈带形状的强度分布的调制光P2进行摄像的图像。为了生成这样的圈带形状的调制光P2，在本实施方式中可以变更靶面TA上的规定的强度分布。即，可以将构成圈带的区域等分割成N个区域B1……BN并进行上述的计算。还有，在变更圈带的宽度的时候，可以变更构成圈带的上述区域的宽度。这样，根据本实施方式，能够极其简单地进行调制光P2的形状的变更。
在本实施方式的相位调制装置1A以及相位调制方法中，也可以在计算部32中计算出一维相位分布之后使用最小二乘法等的拟合手法来制作关于读出光P1的径向位置的相位分布函数。于是，也可以根据该相位分布函数制作二维相位分布。
另外，在本实施方式的相位调制装置1A以及相位调制方法中，也可以在计算区域A1……AN的各个相位差的时候将以下所表示的值作为初始值并包含于计算中。还有，在作为初始值包含于计算中的情况下，这些值，包括光轴的任意的截面上的分布相对于光轴成为轴对称是必要的。另外，这些值可以是相位调制面20a以及靶面TA的任一者上的值，或者也可以是两者上的值。
·预先实测或者推定入射到相位调制面20a的读出光P1的波前的值
·实测或者推定相位调制面20a的面失真的值
·实测或者推定在传播读出光P1以及/或者调制光P2的光学系统中产生的波前像差的值
·由泽尔尼克(Zernike)多项式等的正交函数系统进行表现的波前形状
·具有任意的焦点距离的菲涅尔透镜图案(Fresnel lens pattern)
·傅立叶全息图(Fourier hologram)或者菲涅尔全息图(还有，此时的傅立叶全息图也可以是考虑了图1的靶面TA的位置的全息图)
还有，这些值也可以在计算了区域A1……AN的各个相位差之后或者在制作了相位分布之后被加上。还有，在加到计算后的各个相位差或者相位分布的情况下，这些值，包括光轴的任意的截面上的分布相对于光轴没有必要成为轴对称。另外，也可以将这些值的一部分作为初始值来包含于相位差的计算中并且将其他部分加到计算后的相位差或者相位分布。
另外，在本实施方式中，根据一维的强度分布，将相位调制面20a或靶面TA的区域分割成区域A1……AN或B1……BN，但是，也可以根据二维的强度分布，由微小面积元dS来分割相位调制面20a或靶面TA的区域。在此情况下，上述的数式(1)以及(2)成为
δSA(n)＝G1(xn-1+δxn)×δxn×(xn×δθ)…(3)
δSB(n)＝G2(yn-1+δyn)×δyn×(yn×δθ)…(4)
。还有，δθ为微小旋转角。
另外，在本实施方式中，根据读出光P1以及调制光P2的各个强度分布，计算出应该表示于相位调制面20a的相位分布。因此，对于读出光P1的入射相位以及调制光P2的射出相位，没有进行最适化。作为它们的最适化，例如也可以通过使用迭代法等的数值计算从而收敛成所希望的相位值。
在此，被显示于相位调制面20a的相位分布是否是由本实施方式的计算方法计算出的结果可以由以下所述方法进行验证。即，在能够从相位调制装置1A提取被显示于相位调制面20a的相位分布的情况下，通过计算与由本实施方式的计算方法计算出的相位分布的差分并进行比较从而可以进行验证。
另外，也可以计算出从相位调制装置1A提取的相位分布与由本实施方式的计算方法计算出的相位分布的相关系数。还有，包含N组比较对象即一对数值的数据列(xi,yi)(其中，i＝1,……,N)的相关系数R由以下所述数式(5)给出。
[数1]
另外，也可以测量调制光P2的波前，并根据该测量结果推定被显示于相位调制面20a的相位分布。具体来说，能够使用以下所述的任意的方法。
·使用光干涉测量方法来测量调制光P2的波前。
·使用夏克-哈特曼波前传感器等来测量调制光P2的相位的空间分布。
·使用二维传感器(例如照相机)等来测量靶面TA上的调制光P2的强度分布、位于靶面TA的前段侧以及后段侧的至少一方的一个地方以上的面上的调制光P2的强度分布。于是，使用考虑了离相位调制面20a或者靶面TA的距离的菲涅尔传播计算等来推定相位信息。
在本实施方式中，照射对象物也可以被载置于平台上。平台优选至少在一个轴上可以移动，更加优选在与调制光P2的光轴相交叉并且互相垂直的X轴及Y轴、沿着调制光P2光轴的Z轴、X轴周围、Y轴周围、以及Z轴周围中的任意至少一个方向上能够移动，平台可以是手动以及电动中的任意一种。
另外，在本实施方式的相位调制装置1A被用于显微镜的情况下，相位调制装置1A也可以进一步具备用于观察照射对象物(观察对象物)的观察光学系统。在此情况下，观察光学系统可以接受在照射对象物上进行反射的光，或者也可以接受透过了照射对象物的光。
(第1变形例)
图12是表示作为上述实施方式的第1变形例的相位调制装置1B的结构的图。该相位调制装置1B除了上述的相位调制装置1A的结构之外进一步具备物镜50。物镜50以在相位调制面20a与照射对象物D之间其瞳与靶面TA相一致的方式进行配置。例如，如果图11所示那样的圈带形状的调制光P2入射到物镜50的话，则对沿着物镜50的边缘的区域进行照明。因此，适当地实现了暗视场照明显微镜、相位差显微镜、全反射显微镜、形成微小光斑点的光照射装置等。
(第2变形例)
在上述实施方式中，在将从相位调制面20a到靶面TA的距离设为d的时候，也可以预先计算作为曲率半径为±d的曲面或者焦点为±d的抛物面进行表示的相位分布，将该相位分布作为在计算部32中计算相位分布的时候的初始值。由此，能够生成无限远衍射相位图案。或者，也可以通过预先计算作为曲率半径为±d的曲面或者焦点为±d的抛物面进行表示的相位分布并且将该相位分布加到在计算部32中进行计算出的相位分布，从而生成无限远衍射相位图案。还有，这些曲率半径的正负可以由相位调制面20a上的读出光P1的光束半径r1与靶面TA上的调制光P2的光束半径r2之比来决定。
另外，本变形例的相位调制装置也可以进一步具备将读出光P1传播到相位调制面20a的前端光学系统、以及将从相位调制面20a射出的调制光P2传播到照射对象物的后段光学系统中的至少一方。在本变形例中生成的相位分布因为是傅立叶衍射型，所以靶面TA存在于无限远方，例如通过配置作为后段光学系统的聚光透镜，从而能够在聚光透镜的焦点面上获得规定的强度分布。因此，通过将照射对象物配置于从聚光透镜仅离开焦点距离的位置，从而能够将具有规定的强度分布的调制光P2照射于照射对象物。另外，也可以通过变更聚光透镜的焦点距离来改变靶面TA上的调制光P2的光束直径。
作为上述的前段光学系统，光束扩展器或空间滤波器等是适宜的。另外，作为后段光学系统，4f远心光学系统或变焦透镜等的成像光学系统是适宜的。还有，在后段光学系统中，成像倍率也可以是可变的。在此情况下，因为不要的光成分由成像倍率而被聚光于中心部，所以也可以进一步设置用于对该光成分进行遮光的零级光截止滤波器。
(第2实施方式)
接着，对本发明的第2实施方式所涉及的相位调制装置以及相位调制方法进行说明。本实施方式的相位调制装置与第1实施方式的相位调制装置1A相同，具备光源10、空间光调制器20、控制部30、以及测量部40。但是，本实施方式的光源10所输出的读出光P1，包括光轴的任意的截面上的强度分布没有必要相对于光轴成为轴对称，可以具有各种各样的强度分布。另外，以下所说明的相位分布的计算可以由控制部30的计算部32来进行，或者也可以预先在相位调制装置的外部进行并且该算出后的相位分布被存储在存储部31。
图13是表示本实施方式的相位调制方法的流程图。如图13所示，本实施方式的相位调制方法具有相位分布计算步骤S3、以及调制光生成步骤S4。
〈相位分布的计算〉
在相位分布计算步骤S3中，以在靶面TA上调制光P2具有规定的强度分布的方式计算出显示于相位调制面20a的相位分布。在本实施方式中被计算出的相位分布是用于将读出光P1转换成调制光P2的相位分布。在本实施方式中，根据极坐标系中的读出光P1以及调制光P2的二维强度分布计算出相位分布。
在相位分布计算步骤S3中，首先，求得入射到相位调制面20a的读出光P1的强度分布(测量步骤S31)。读出光P1的强度分布由测量部40进行求得。还有，与第1实施方式相同，预先测量读出光P1的强度分布，或者，根据理论值预先求得读出光P1的强度分布，计算部32也可以存储这些测量结果或运算结果。在此情况下，能够省略测量部40以及测量步骤S31。
接着，根据在测量步骤S31中被测量的强度分布，计算出读出光P1的强度分布的重心位置(第1重心运算步骤S32)。然后，将读出光P1所入射的相位调制面20a上的区域分割成多个区域(第1分割步骤S33)。图14是表示该分割的情况的平面图。还有，在图14中，读出光P1的强度分布以颜色的深浅进行表示，白色的部分的光强度最大，黑色的部分的光强度最小，颜色越深则光强度变得越小。如图14所示，在该步骤S33中，在将由重心运算步骤S32计算出的重心位置C1作为坐标的中心的极坐标系中，在角度方向上将读出光P1所入射的相位调制面20a上的区域分割成M个(M为2以上的整数)扇状的区域S1……SM。此时，以各个区域S1……SM中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域S1……SM的大小。还有，在图14中，表示作为一个例子的截面椭圆形状的读出光P1，其光强度分布的重心靠近长轴方向的一方。于是，在同图中，表示将该读出光P1的入射区域分割成12个区域S1……S12的例子。
另外，在该相位分布计算步骤S3中，计算出靶面TA上的调制光P2的强度分布的重心位置(第2重心运算步骤S34)。然后，将调制光P2所入射的靶面TA上的区域分割成多个区域(第2分割步骤S35)。还有，该第2分割步骤S35可以在第1分割步骤S33之前进行，或者也可以与第1分割步骤S33同时地进行。
图15是表示该分割的情况的平面图。还有，在图15中也以颜色的深浅来表示调制光P2的强度分布，白色的部分的光强度最大，黑色的部分的光强度最小，颜色越浓则光强度变得越小。如图15所示，在该步骤S35中，在将由重心运算步骤S34计算出的重心位置C2作为坐标的中心的极坐标系中，在角度方向上将调制光P2所入射的靶面TA上的区域分割成M个扇状的区域R1……RM。此时，以各个区域R1……RM中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式设定区域R1……RM的大小。还有，在图15中，表示作为一个例子的截面圆形状的调制光P2，其光强度分布的重心与圆的中心相一致。于是，在同图中表示将该调制光P2的入射区域分割成12个区域R1……R12的例子。
接着，求得从区域Sm到区域Rm的光路长度LBm(m为从1到M的各个整数)(光路长度计算步骤S36)。在该光路长度计算步骤S36中，计算出从区域S1到区域R1的光路长度LB1、从区域S2到区域R2的光路长度LB2、……、从区域SM到区域RM的光路长度LBM。然后，根据光路长度LBm决定区域Sm的相位。例如，通过将光路长度LBm1与其它的光路长度LBm2的光路差LBm1-LBm2(m1,m2是1以上M以下的整数，m1≠m2)换算成相位差，从而能够决定各个区域Sm的相位。或者，通过将光路长度LBm与调制光P2的光轴长B0的差LBm-LB0换算成相位差，从而能够决定各个区域Sm的相位。这样，通过对所有的区域S1……SM决定相位，从而计算出相位分布(相位分布计算步骤S37)。还有，在求得区域S1……SM的各个相位差的时候所使用的传播函数并不限于几何光学的函数，也可以基于菲涅尔传播法则或亥姆霍兹方程。
〈调制光的生成〉
在调制光生成步骤S4中，表示由相位分布计算步骤S3计算出的相位分布的控制信号从控制部30被提供给空间光调制器20。空间光调制器20将该相位分布显示于相位调制面20a，并调制入射到相位调制面20a的读出光P1而生成调制光P2。调制光P2伴随规定的强度分布而到达靶面TA。
根据以上所说明的本实施方式的相位调制装置以及相位调制方法，与第1实施方式相同，例如即使是在读出光P1的光束直径发生变化的情况下，也能够通过变更相位分布来简便而且容易地生成任意的截面形状的光。另外，也能够容易地对应于靶面TA的位置的变更或强度分布形状的变更等。再有，能够高精度地求得用于实现所希望的强度分布的相位分布。还有，本实施方式中，表示了在将重心作为原点的极坐标系的角度方向上分别分割读出光P1所入射的相位调制面20a上的区域、以及调制光P2所入射的靶面TA上的区域的例子，但是，分割的方式并不限于此。也可以是相位调制面20a上的区域的分割数和靶面TA上的区域的分割数为相同数的其他各种各样的方式，并且能够分割这些区域。
以上，对本发明所涉及的相位调制方法以及相位调制装置的优选的实施方式进行了说明，但是，本发明并不一定限于上述实施方式，只要是在不脱离其宗旨的范围内可以进行各种各样的变更。例如，也可以将用于实现其他的功能的全息图(hologram)重叠于在相位分布计算步骤中计算出的相位分布来同时地实现这些功能。作为一个例子，通过由复振幅法来使傅立叶全息图重叠于被计算出的相位分布，从而能够同时地实现2个功能。或者，通过限定计算相位分布的时候的相位调制面上的计算对象区域并将傅立叶全息图等的信息埋入到计算对象区域外的区域，从而能够同时地实现2个功能。另外，因为在上述实施方式中使用空间光调制器，所以通过变更被显示于相位调制面的全息图从而能够容易地切换功能。作为一个例子，通过互相切换在相位计算步骤中被计算出的相位分布(全息图)和傅立叶全息图从而可以在一个相位调制装置中实现2个不同的功能。
另外，上述各个实施方式的相位调制方法以及相位调制装置也可以进一步具备测量调制光的强度分布或相位分布、或者强度分布以及相位分布的双方，并使该测量结果反映于相位分布计算步骤中的相位分布计算的反馈系统。或者，上述各个实施方式的相位调制方法以及相位调制装置也可以进一步具备测量调制光的强度分布或相位分布、或者强度分布以及相位分布的双方并根据该测量结果从预先计算出的多个相位分布中选择适宜的相位分布的反馈系统。另外，上述各个实施方式的相位调制方法以及相位调制装置也可以根据来自外部信号的控制来进行相位分布计算步骤中的相位分布计算。
另外，在上述第1实施方式中，在相位调制面上以及靶面上的双方，根据一维强度分布计算出相位分布，另外，在上述第2实施方式中，在相位调制面上以及靶面上的双方，根据二维强度分布计算出相位分布。在本发明中，例如也可以在相位调制面上以及靶面上的任意一方根据一维强度分布计算出相位分布，并在另一方根据二维强度分布来计算出相位分布。
产业上的利用可能性
本发明能够作为能够简单地求得用于高精度地实现所希望的强度分布的相位分布的相位调制方法以及相位调制装置来实施。
符号的说明
1A,1B…相位调制装置、10…光源、20…空间光调制器、20a…相位调制面、30…控制部、31…存储部、32…计算部、33…选择部、34…驱动部、35…外部输入部、40…测量部、41…分束器(beam splitter)、42…光传感器、50…物镜、P1…读出光、P2…调制光、TA…靶面。

Claims (17)

1.一种相位调制方法，其特征在于：
是通过使用具有包含二维排列的多个区域的相位调制面的空间光调制器，在所述多个区域的每个区域调制包括光轴的任意的截面上的强度分布相对于所述光轴成为轴对称的读出光的相位，从而生成调制光的相位调制方法，
具备：
相位分布计算步骤，以在从所述相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上所述调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于所述相位调制面的相位分布；以及
调制光生成步骤，使所述相位分布显示于所述相位调制面并使所述读出光入射到所述相位调制面而生成所述调制光，
所述相位分布计算步骤包含：
设定步骤，以将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成将所述读出光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域A1……AN并且包括所述读出光的光轴的截面上的所述区域A1……AN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定所述区域A1……AN的大小，以将所述靶面上的区域分割成将所述调制光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域B1……BN并且包括所述调制光的光轴的截面上的所述区域B1……BN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定所述区域B1……BN的大小，其中，N为2以上的整数；以及
计算步骤，通过求得从所述区域An到所述区域Bn的光路长度Ln并根据所述光路长度Ln决定所述区域An的相位，从而计算出所述相位分布，其中，n为从1到N的各个整数。
2.如权利要求1所述的相位调制方法，其特征在于：
所述相位分布计算步骤还包含测量包括入射到所述相位调制面的所述读出光的光轴的截面上的强度分布的测量步骤。
3.如权利要求1或者2所述的相位调制方法，其特征在于：
从所述相位调制面到所述靶面的所述调制光的光路由空隙所构成。
4.一种相位调制装置，其特征在于：
具备：
光源，输出包括光轴的任意的截面上的强度分布相对于所述光轴成为轴对称的读出光；
空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面，通过在所述多个区域的每个区域调制所述读出光的相位，从而生成调制光；以及
相位分布运算部，以在从所述相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上所述调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于所述相位调制面的相位分布，
所述相位分布运算部通过以将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成将所述读出光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域A1……AN并且包括所述读出光的光轴的截面上的所述区域A1……AN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定所述区域A1……AN的大小，以将所述靶面上的区域分割成将所述调制光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域B1……BN并且包括所述调制光的光轴的截面上的所述区域B1……BN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定所述区域B1……BN的大小，求得从所述区域An到所述区域Bn的光路长度Ln并且根据所述光路长度Ln决定所述区域An的相位，从而计算出显示于所述相位调制面的相位分布，其中，N为2以上的整数，n为从1到N的各个整数。
5.如权利要求4所述的相位调制装置，其特征在于：
还具备：测量部，测量包括入射到所述相位调制面的所述读出光的光轴的截面上的强度分布。
6.如权利要求4或者5所述的相位调制装置，其特征在于：
从所述相位调制面到所述靶面的所述调制光的光路由空隙所构成。
7.如权利要求4或者5所述的相位调制装置，其特征在于：
还具备配置于所述靶面的物镜。
8.如权利要求6所述的相位调制装置，其特征在于：
还具备配置于所述靶面的物镜。
9.一种相位调制装置，其特征在于：
具备：
光源，输出包括光轴的任意的截面上的强度分布相对于所述光轴成为轴对称的读出光；
空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面，通过在所述多个区域的每个区域调制所述读出光的相位从而生成调制光；以及
控制部，以在从所述相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上所述调制光具有规定的强度分布的方式控制显示于所述相位调制面的相位分布，
所述控制部具有存储所述相位分布的存储部，
所述相位分布是通过如下方式计算出的相位分布：以将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成将所述读出光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域A1……AN并且包括所述读出光的光轴的截面上的所述区域A1……AN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定所述区域A1……AN的大小，以将所述靶面上的区域分割成将所述调制光的光轴作为中心的同心圆状的N个区域B1……BN并且包括所述调制光的光轴的截面上的所述区域B1……BN上的强度分布的积分值互相相等的方式设定所述区域B1……BN的大小，求得从所述区域An到所述区域Bn的光路长度Ln并根据所述光路长度Ln决定所述区域An的相位，其中，N为2以上的整数，n为从1到N的各个整数。
10.如权利要求9所述的相位调制装置，其特征在于：
从所述相位调制面到所述靶面的所述调制光的光路由空隙所构成。
11.如权利要求9或者10所述的相位调制装置，其特征在于：
还具备配置于所述靶面的物镜。
12.一种相位调制方法，其特征在于：
是通过使用具有包含二维排列的多个区域的相位调制面的空间光调制器并且在所述多个区域的每个区域调制读出光的相位，从而生成调制光的相位调制方法，
具备：
相位分布计算步骤，以在从所述相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上所述调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于所述相位调制面的相位分布；以及
调制光生成步骤，使所述相位分布显示于所述相位调制面并使所述读出光入射到所述相位调制面而生成所述调制光，
所述相位分布计算步骤包含：
第1步骤，以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成M个区域S1……SM并且以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将所述调制光所入射的所述靶面上的区域分割成M个区域R1……RM，其中，M为2以上的整数；以及
第2步骤，通过求得从所述区域Sm到所述区域Rm的光路长度LBm并根据所述光路长度LBm决定所述区域Sm的相位从而计算出所述相位分布，其中，m为从1到M的各个整数。
13.如权利要求12所述的相位调制方法，其特征在于：
在所述第1步骤中，计算出所述读出光的强度分布的重心位置，通过在将所述重心位置作为坐标的中心的极坐标系中在角度方向上进行分割从而将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成所述M个区域S1……SM，
在所述第2步骤中，计算出所述靶面上的强度分布的重心位置，通过在将所述重心位置作为坐标的中心的极坐标系中在角度方向上进行分割从而将所述调制光所入射的所述靶面上的区域分割成所述M个区域R1……RM。
14.一种相位调制装置，其特征在于：
具备：
光源，输出读出光；
空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面，通过在所述多个区域的每个区域调制所述读出光的相位从而生成调制光；以及
相位分布运算部，以在从所述相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上所述调制光具有规定的强度分布的方式计算出显示于所述相位调制面的相位分布，
所述相位分布运算部通过以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成M个区域S1……SM并且以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将所述调制光所入射的所述靶面上的区域分割成M个区域R1……RM，求得从所述区域Sm到所述区域Rm的光路长度LBm并根据所述光路长度LBm决定所述区域Sm的相位，从而计算出显示于所述相位调制面的相位分布，其中，M为2以上的整数，m为从1到M的各个整数。
15.如权利要求14所述的相位调制装置，其特征在于：
所述相位分布运算部通过计算出所述读出光的强度分布的重心位置并且在将所述重心位置作为坐标的中心的极坐标系中在角度方向上进行分割从而将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成所述M个区域S1……SM，通过计算出所述靶面上的强度分布的重心位置并且在将所述重心位置作为坐标的中心的极坐标系中在角度方向上进行分割从而将所述调制光所入射的所述靶面上的区域分割成所述M个区域R1……RM。
16.一种相位调制装置，其特征在于：
具备：
光源，输出读出光；
空间光调制器，具有包含二维排列的多个区域的相位调制面，通过在所述多个区域的每个区域调制所述读出光的相位从而生成调制光；以及
控制部，以在从所述相位调制面仅离开规定的光学距离的靶面上所述调制光具有规定的强度分布的方式控制显示于所述相位调制面的相位分布，
所述控制部具有存储所述相位分布的存储部，
所述相位分布是通过如下方式计算出的相位分布：以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成M个区域S1……SM并且以各个区域中的每个区域的强度分布的积分值互相相等的方式将所述调制光所入射的所述靶面上的区域分割成M个区域R1……RM，求得从所述区域Sm到所述区域Rm的光路长度LBm并根据所述光路长度LBm决定所述区域Sm的相位，其中，M为2以上的整数，m为从1到M的各个整数。
17.如权利要求16所述的相位调制装置，其特征在于：
所述相位分布是通过计算出所述读出光的强度分布的重心位置并在将所述重心位置作为坐标的中心的极坐标系中在角度方向上进行分割从而将所述读出光所入射的所述相位调制面上的区域分割成所述M个区域S1……SM，并且通过计算出所述靶面上的强度分布的重心位置并在将所述重心位置作为坐标的中心的极坐标系中在角度方向上进行分割从而将所述调制光所入射的所述靶面上的区域分割成所述M个区域R1……RM后的相位分布。
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