CN107110477A - 光照射装置 - Google Patents

光照射装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107110477A
CN107110477A CN201680006084.7A CN201680006084A CN107110477A CN 107110477 A CN107110477 A CN 107110477A CN 201680006084 A CN201680006084 A CN 201680006084A CN 107110477 A CN107110477 A CN 107110477A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
region
optical axis
irradiation device
modulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680006084.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107110477B (zh
Inventor
酒井宽人
泷口优
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of CN107110477A publication Critical patent/CN107110477A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107110477B publication Critical patent/CN107110477B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0927—Systems for changing the beam intensity distribution, e.g. Gaussian to top-hat
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0988—Diaphragms, spatial filters, masks for removing or filtering a part of the beam
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/0005—Adaptation of holography to specific applications
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/205—Neutral density filters
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208—Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224—Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H2001/2244—Means for detecting or recording the holobject
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/35—Transverse intensity distribution of the light beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明的目的在于，提供即使在光的强度分布从高斯分布不连续地进行变形的情况下也能够使输出光的强度分布接近所希望的分布的光照射装置。本发明的光照射装置具备：高斯光束输出部(10)，输出具有服从高斯分布的光强度分布的光；空间光调制器(20)，接收所述光并呈现计算机全息图而调制所述光；光学系统(40)，对被调制的所述光进行聚光；振幅掩模(30)，被配置于所述高斯光束输出部与所述空间光调制器之间的光轴以及所述空间光调制器与所述光学系统之间的光轴中至少一方的光轴上；所述振幅掩模具有将所述光轴作为中心的圆形状的第1区域、包围所述第1区域的圆环状的第2区域，所述第2区域中的透过率随着从光轴离开而连续地降低。

Description

光照射装置
技术领域
本发明的一个方面涉及光照射装置。
背景技术
非专利文献1公开了用于生成在垂直于光轴的某个面内具有均匀的光强度分布的照明光的方式。作为生成这样的照明光的方式例如可以列举由空间光调制器来调制具有服从高斯分布的光强度分布的输入光的方式。在该方式中，在聚光面内的规定的范围内光强度分布成为均匀的那样的计算机全息图(CGH：computer generated hologram)由空间光调制器来呈现。被空间光调制器呈现的CGH基于以下的数式(1)所表示的一维ξ的函数来设计(φ(ξ)是在位置ξ上被呈现的相位值)。
[数1]
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：Fred M.Dickey,Scott C.Holswade,“Laser Beam Shaping TheoryAnd Techniques”,CRC Press,(2000)
发明内容
发明所要解决的技术问题
近年来，研究使用空间光调制器来进行微小部位的观察中的照明光或激光加工用途的激光的生成。通过控制被空间光调制器呈现的CGH，从而能够生成例如规定区域内的光强度为均匀的具有所希望的强度分布的光。
被输入到空间光调制器的(调制前的)光的强度分布在多数情况下服从高斯分布(以下，将这样的光称为高斯光束)。因此，作为被空间光调制器呈现的CGH，准备设想了调制理想的高斯光束的全息图(hologram)。然而，实际上被空间光调制器调制(或者被调制之后的)的光的强度分布由被配置于光路上的光学部件(例如光圈(aperture)、边缘掩模(edgemask)等)而会有周缘部分发生破缺等从理想的高斯分布不连续地进行变形的情况。在这样的情况下，如果设想了理想的高斯光束的CGH被空间光调制器呈现的话，则所获得的输出光的光强度分布从所希望的分布偏离。例如，即使在用于使规定区域内的光强度均匀的CGH被空间光调制器呈现的情况下，如果输入光的周缘部分由光圈而发生破缺的话，则规定区域内的光强度的均匀性也会由于来自周缘部分的衍射光的影响而发生降低。
本发明的一个方面是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种即使在光的强度分布从高斯分布不连续地进行变形的情况下也能够使输出光的强度分布接近所希望的分布的光照射装置。
解决问题的技术手段
为了解决上述的问题，本发明的一个实施方式的光照射装置具备：高斯光束输出部，输出具有服从高斯分布的光强度分布的光；空间光调制器，接收光并呈现CGH而调制光；光学系统，对被空间光调制器调制的光进行聚光；振幅掩模，被配置于高斯光束输出部与空间光调制器之间的光轴以及空间光调制器与光学系统之间的光轴中至少一方的光轴上。振幅掩模具有将该光轴作为中心的圆形状的第1区域、包围第1区域的圆环状的第2区域。第2区域中的透过率随着从光轴离开而连续地降低。
另外，本发明的一个实施方式的其他的光照射装置具备：高斯光束输出部，输出具有服从高斯分布的强度分布的光；空间光调制器，接收光并呈现CGH而调制光；光学系统，对被空间光调制器调制的光进行聚光；振幅掩模，被配置于高斯光束输出部与空间光调制器之间的光轴以及空间光调制器与光学系统之间的光轴中至少一方的光轴上。振幅掩模具有将该光轴作为中心的圆形状的第1区域、包围第1区域的圆环状的第2区域。光中透过了第2区域的部分的光强度随着从光轴离开而连续地降低。
在上述的各个光照射装置中，从高斯光束输出部输出的光被空间光调制器调制，并被光学系统聚光。在空间光调制器，可以呈现用于被光学系统聚光的光的强度分布在聚光面上成为所希望的分布的CGH。再有，在上述的各个光照射装置中，具有将该光轴作为中心的圆形状的第2区域的振幅掩模被设置于空间光调制器的前段或者后段(或者其双方)的光轴上。本发明人发现了，在这样的振幅掩模中，在透过了第2区域的部分的光强度随着从光轴离开而连续地降低的那样的情况下，即使是在到达聚光光学系统之前的光的强度分布从高斯分布不连续地进行变形的情况下，由相对于输出光的光强度分布的该变形所产生的影响也被缓和。另外，透过了第2区域的光的这样的光强度例如可以通过第2区域的透过率随着从光轴离开而连续地降低来实现。因此，根据上述的各个光照射装置，即使是在光的强度分布从高斯分布不连续地进行变形的情况下，也能够使输出光的强度分布接近所希望的分布。
另外，上述的各个光照射装置也可以进一步具备：光检测器，检测被光学系统聚光的光的聚光面上的光强度分布；控制部，根据来自光检测器的输出数据提供用于在聚光面上使所希望的光强度分布产生的CGH。由这样的结构，能够比反馈控制更高精度地使聚光面上的光强度分布接近所希望的分布。另外，通过振幅掩模的第2区域具有上述的结构，从而能够更加容易地使聚光面上的光强度分布接近所希望的分布。
另外，在上述的各个光照射装置中，第1区域中的透过率也可以是均匀的。由此，能够更加容易地使聚光面上的光强度分布接近所希望的分布。另外，例如在第1区域中的透过率为大致100％的情况下，能够减少由振幅掩模所引起的光损失并且提高光利用效率。
另外，在上述的各个光照射装置中，将光轴作为中心的径向上的第2区域的宽度r2也可以在第1区域的半径r1与宽度r2之和(r1+r2)的20％～50％的范围内。根据本发明人的见解，通过第2区域的宽度在这样的范围内，从而由输入光自高斯分布的变形所引起的对输出光的光强度分布的影响更适宜地被缓和。
另外，在上述的各个光照射装置中，CGH也可以是用于在被光学系统聚光的光的聚光面的规定区域内生成均匀的光强度分布的全息图。在这样的情况下，即使光强度分布的均匀性由于输入光自高斯分布起的变形而被损害，根据上述的光照射装置，也能够由振幅掩模的作用来恢复光强度分布的均匀性。
发明的效果
根据本发明的一个方面的光照射装置，即使是在输入光的强度分布自高斯分布发生变形的情况下，也能够使输出光的强度分布接近所希望的分布。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的光照射装置的结构的图。
图2是概念性地表示空间光调制器的调制动作的图。
图3是表示相位φ(ξ)与成形后的光强度分布的关系的一个例子的图。
图4是表示从光轴方向看到的振幅掩模的结构的平面图。
图5是表示包含光轴的截面上的振幅掩模的透过率分布的例子的图表。
图6是表示包含光轴的截面上的振幅掩模的透过率分布的例子的图表。
图7是表示透过了振幅掩模的光的强度分布的例子的图。
图8是用于说明效果的模拟结果。
图9是用于说明效果的模拟结果。
图10是用于说明效果的模拟结果。
图11是表示第1变形例所涉及的光照射装置的结构的图。
图12是表示振幅掩模的透过率分布的图表。
图13是表示透过了振幅掩模的光的强度分布的图表。
图14是表示使具有图13所表示的光强度分布的光输入到聚光光学系统的时候的聚光面上的输出光的强度分布的图表。
图15是表示使振幅掩模的第2区域的宽度进行各种变化的时候的聚光面上的输出光的强度分布的图表。
图16是表示第3实施例中的振幅掩模的透过率分布的图表。
图17(a)是表示透过了振幅掩模的光的强度分布的图表，图17(b)是表示聚光面上的输出光的强度分布的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的一个方面的光照射装置的实施方式进行详细的说明。还有，在附图的说明中，将相同符号标注于相同要素，并省略重复的说明。
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的光照射装置1A的结构的图。本实施方式的光照射装置1A具备高斯光束输出部10、空间光调制器20、振幅掩模30、聚光光学系统40、光检测器50、控制部60。
高斯光束输出部10输出具有服从高斯分布的光强度分布的光L1。高斯光束输出部10例如包含光源11以及与光源11光学性地结合的光束扩展器(beam expander)12来构成。光源11例如包含脉冲光振荡或连续波振荡的激光光源、SLD光源、或LED光源等来构成，输出具有服从高斯分布的光强度分布的光L1。光束扩展器12例如包含在光L1的光路上排列配置的多个透镜来构成，调整相对于这些多个透镜的光轴垂直的截面上的光L1的光径。在一个例子中，光束扩展器12扩大光L1的光径。
空间光调制器20与光束扩展器12光学性地结合，并从光束扩展器12接收光L1。空间光调制器20呈现用于空间性地调制光L1的调制图案即CGH。被空间光调制器30呈现的CGH被控制部60控制。空间光调制器20既可以是相位调制型也可以是振幅(强度)调制型。另外，空间光调制器20也可以是反射型以及透过型中的任意一种。另外，空间光调制器20也可以设置多枚，在此情况下，光L1经多次而被调整。
振幅掩模30与空间光调制器20光学性地结合，在本实施方式中，被配置于空间光调制器20与聚光光学系统40之间的光轴O24上。总之，本实施方式的振幅掩模30在空间光调制器20与聚光光学系统40之间被配置于光L1的光路上。另外，振幅掩模30为在垂直于光轴O24的截面上具有规定的透过率分布的光学部件。在一个例子中，振幅掩模30可以由吸收型或者反射型的ND滤光片来构成。还有，关于振幅掩模30的透过率分布，在后面详细叙述。
聚光光学系统40在本实施方式中与振幅掩模30光学性地结合并被配置于光L1的光路上，与照射对象物相对地配置。聚光光学系统40将聚光面形成于从聚光光学系统40只离开焦点距离f的位置，将从空间光调制器20被输出的光L1转换成输出光L2并聚光于该聚光面。聚光光学系统40例如由一个或者多个透镜构成(例如物镜)。被上述的空间光调制器20呈现的CGH使被聚光光学系统40聚光的输出光L2的强度分布在聚光面上为所希望的分布。因此，在空间光调制器20与聚光光学系统40之间，光L1的光强度分布维持高斯分布。
光检测器50在聚光光学系统40的光轴O24上被配置于从聚光光学系统40仅离开焦点距离f的聚光面上，检测被聚光光学系统40聚光的输出光L2的光强度分布。光检测器50也可以由具有多个阳极的多阳极型的光电倍增管(Photomultiplier Tube：PMT)构成，或者也可以是光电二极管或雪崩光电二极管等的点式传感器排列多个而构成为阵列状。或者，光检测器50也可以是CCD图像传感器、EM-CCD图像传感器、或者CMOS图像传感器等的具有多个像素的面图像传感器(area image sensor)。光检测器50将表示输出光L2的光强度分布的输出数据Sd提供给控制部60。还有，在输出光L2被照射于照射对象物的时候光检测器50被移除并在该位置上配置照射对象物。
控制部60根据来自光检测器50的输出数据Sd，提供用于在聚光光学系统40的聚光面上使所希望的光强度分布产生于输出光L2的CGH。即，控制部60在输出数据Sd所表示的输出光L2的光强度分布从所希望的分布偏离的情况下，计算出光强度分布接近所希望的分布那样的CGH。或者，控制部60也可以预先存储多个CGH并对应于输出数据Sd所表示的输出光L2的光强度分布，从多个CGH中选择用于接近所希望的分布的CGH。控制部60将包含计算出或者选择的CGH的控制信号Sc提供给空间光调制器20。
图2是概念性地表示空间光调制器20的调制动作的图。还有，在图2中，垂直于光轴O24以及光轴O4的面上的光密度由虚线(光线)的疏密来进行表示，光密度越大则虚线排列得越紧密。如图2所示，具有服从高斯分布的光强度分布A1的光L1被输入到空间光调制器20。光L1的光密度在光轴O24上最大，并且越接近于周缘部就变得越小。在空间光调制器20上呈现CGH21。CGH21是用于从光L1生成在聚光面上具有所希望的光强度分布A2的输出光L2的CGH。输出光L2的光强度分布A2例如如图2所示在聚光面的规定区域B1内具有均匀的分布。规定区域B1例如是包含聚光光学系统40的光轴O4的区域，在一个实施例中是将光轴O4作为中心的圆形状的区域。在此情况下，输出光L2的光密度在规定区域B1上为一定，在规定区域B1之外急剧地降低。
在上述的调制动作中，通常，作为CGH21，准备将光强度分布A1为理想的高斯分布作为前提的全息图。然而，实际的光L1的强度分布由被配置于光路上的光学部件(例如光圈、边缘掩模等)而会有周缘部分发生缺损等从理想的高斯分布不连续地进行变形的情况。在这样的情况下，将理想的高斯分布作为前提的CGH21如果被空间光调制器20呈现的话则所获得的光强度分布A2从所希望的分布偏离。例如，光L1的周缘部分如果由光圈而缺损的话则规定区域B1内的光强度的均匀性降低。
因此，在本实施方式中，如下述的数式(2)所示，相对于上述的数式(1)导入控制相位φ(ξ)的曲率dφ/dξ的控制参数A。通过该控制参数A被设定成恰当的值，从而能够使规定区域B1内的光强度的均匀性接近本来的均匀度。还有，该计算可以在控制部60中进行。
[数2]
为了将控制参数A设定成恰当的值，可以使用由光检测器50获得的数据Sd所表示的光强度分布。在此，图3是表示相位φ(ξ)与成形后的光强度分布A2的关系的一个例子的图。还有，在图3中，相位φ(ξ)一栏的长虚线D1表示恰当的相位曲线，短虚线D2表示控制前的相位曲线。
如图3的上段所示，在控制参数A成为恰当值(相位曲线的曲率与恰当的相位曲线一致)的情况下，规定区域B1内的光强度成为均匀。相对于此，如图3的中段所示，在控制参数A大于恰当值的情况下，规定区域B1内的光强度成为凹状。在这样的情况下，通过更小地设定控制参数A从而能够使规定区域B1内的光强度接近于均匀。另外，如图3的下段所示，在控制参数A小于恰当值的情况下，规定区域B1内的光强度成为凸状。在这样的情况下，通过更大地设定控制参数A从而能够使规定区域B1内的光强度接近于均匀。还有，也可以根据数据Sd所表示的光强度分布的形状来预先决定A的大概值。
另外，如图1所示，在本实施方式中，振幅掩模30被配置于空间光调制器20与聚光光学系统40之间的光轴O24上。上述那样的、由光强度分布A1自理想的高斯分布的变形所引起的光强度分布A2的变形即使由该振幅掩模30也能够被解除。在此，图4是表示从光轴O24的方向看到的振幅掩模30的结构的平面图。如图4所示，本实施方式的振幅掩模30具有第1区域31以及第2区域32。
第1区域31为将光轴O24作为中心的圆形状的区域。第1区域31中的透过率是均匀的，例如是100％或者极其接近于100％的值。因此，从空间光调制器20到达聚光光学系统40为止的光轴O24附近的光强度分布就这样被维持。另外，第2区域32为将光轴O24作为中心的圆环状(即，围绕光轴O24对称)的区域，并且包围第1区域31。第2区域32中的透过率随着从光轴O24离开而自第1区域31的透过率连续地降低(即，单调递减)。因此，光L1中透过了第2区域32的部分的光强度随着从光轴O24离开而自第1区域31的周缘部的光强度连续地降低(即，单调递减)。其结果，在与成像面不同的全息图再生像面上也能够获得切趾效果(apodizationeffect)(通过强调低频成分并抑制高频成分从而在成像面上添加良好的背景模糊的效果)。如后面所述的实施例所示，将光轴O24作为中心的径向上的第2区域32的宽度r2也可以在第1区域31的半径r1与宽度r2之和(r1+r2)的20％～50％的范围内。
图5以及图6是表示包含光轴O24的截面上的振幅掩模30的透过率分布的例子的图表。在图5(a)所表示的例子中，第2区域32中的透过率与自第1区域31与第2区域32的边界起的距离成比例地降低。另外，在图5(b)以及图6(a)所表示的例子中，第2区域32中的透过率成为将自第1区域31与第2区域32的边界起的距离作为变量的二次函数。图5(b)表示二次曲线向下凸(即，二阶微分值总是为正值)的情况，图6(a)表示二次曲线为向上凸(即，二阶微分值总是为负值)的情况。另外，在图6(b)所表示的例子中，第2区域中的透过率成为将自第1区域31与第2区域32的边界起的距离作为变量的S型(SIGMOID)函数。
图7是表示透过了具有上述那样的透过率分布的振幅掩模30的光L1的光强度分布的例子的图，以颜色的浓淡表示光强度。还有，越是黑的区域则光强度越弱，越是白的区域则光强度越强。如该图7所示，在透过了振幅掩模30之后的光L1的光强度分布中，透过了第2区域32的部分的光强度随着从光轴O24离开而连续地降低。
在此，图8～图10是用于说明本实施方式的效果的模拟结果。还有，在这些图中，纵轴表示光强度，横轴表示包含光轴O24的截面的径向位置。如图8(a)所示，在光L1具有理想的高斯分布的情况下，如图8(b)所示，聚光面上的输出光L2的光强度分布在规定区域B1中成为大致均匀的大礼帽(top hat)状。但是，如图9(a)所示，在光L1的光强度分布的下摆由于光圈而被不连续地中断的情况下，如图9(b)所示，聚光面上的输出光L2的光强度分布成为在规定区域B1中均匀性被损坏的形状。还有，在这些例子中，将控制参数设为19000。
相对于此，如图10(a)所示，在通过了第2区域32的光L1的部分的光强度随着从光轴O24离开而连续地降低的情况下，如图10(b)的曲线G1所示，规定区域B1中的光强度与图9(b)相比更接近于均匀(振幅掩膜30的切趾效果)。另外，在将控制参数设定成更加适宜的28000的情况下，如图10(b)的曲线G2所示，规定区域B1中的光强度与曲线G1相比更近于均匀(降低了的高频成分的对比度的恢复效果)。
这样，在振幅掩模30中，透过了第2区域32的光L1的光强度随着从光轴O24离开而连续地降低那样的情况下，本发明人发现了，即使是在光L1的强度分布自高斯分布不连续地进行变形的情况下，也缓和了由相对于聚光面上的输出光L2的光强度分布的该变形所产生的影响。另外，透过了第2区域32的光L1的这样的光强度例如如图5以及图6所示，可以通过第2区域32的透过率随着从光轴O24离开而连续地降低来实现。因此，根据本实施方式，即使是在光L1的强度分布自高斯分布不连续地进行变形的情况下，也能够使输出光L2的强度分布接近所希望的分布。
还有，光L1的强度分布中的不连续部分能够透过第2区域32的外侧。换言之，第2区域32的外侧的轮廓可以由光L1的强度分布中的不连续部分来规定。另外，光L1如果具有高斯分布的话即可，对于光L1的光束直径来说没有限制。
另外，如本实施方式所述，光照射装置1A也可以进一步具备检测被聚光光学系统40聚光的输出光L2的聚光面上的光强度分布的光检测器50、根据来自光检测器50的输出数据提供用于在聚光面上使所希望的光强度分布产生的CGH的控制部60。根据该结构，能够以CGH控制来恢复由振幅掩模的切趾效果而降低的高频的对比度。特别是由控制振幅分布和相位分布的双方的结构，能够比反馈控制更加高精度地使聚光面上的光强度分布接近所希望的分布。另外，通过振幅掩膜30的第2区域32具有上述的结构，从而能够更加容易地使聚光面上的光强度分布接近所希望的分布。
另外，如本实施方式所述，第1区域31中的透过率也可以是均匀的。由此，能够更加容易地使聚光面上的光强度分布接近所希望的分布。另外，例如在第1区域31中的透过率为大致100％的情况下，能够减少由振幅掩模30所引起的光损失并能够提高光利用效率。
另外，如本实施方式所述，将光轴O24作为中心的径向上的第2区域32的宽度r2也可以在第1区域31的半径r1与宽度r2之和(r1+r2)的20％～50％的范围内。如后面所述的实施例所示，根据本发明人的见解，通过第2区域32的宽度在这样的范围内，从而由光L1自高斯分布的变形所引起的对输出光L2的光强度分布的影响更加适宜地被缓和。
另外，如本实施方式所述，被空间光调制器20呈现的CGH也可以是用于在聚光面的规定区域B1内生成均匀的光强度分布的全息图。在这样的情况下，即使由光L1自高斯分布的变形而损害了光强度分布的均匀性，也能够由振幅掩模30的作用来恢复光强度分布的均匀性。
(变形例)
图11是表示上述实施方式的一个变形例所涉及的光照射装置1B的结构的图。本变形例与上述实施方式的不同点在于振幅掩模30的配置。在本变形例中，振幅掩模30被配置于高斯光束输出部10与空间光调制器20之间的光轴O12上。总之，被配置于高斯光束输出部10与空间光调制器20之间的光L1的光路上。即使是这样的结构，也能够实现与上述实施方式相同的效果。还有，振幅掩模30也可以被配置于高斯光束输出部10与空间光调制器20之间以及空间光调制器20与聚光光学系统40之间的双方的光轴O12,O24上。还有，本变形例的作用可以将上述实施方式的图4、图5以及图6中的光轴O24置换成光轴O12来理解。
(第1实施例)
在此，对上述实施方式的第1实施例进行说明。图12是表示本实施例中的振幅掩模30的透过率分布的图表，纵轴表示被标准化了的透过率，横轴表示被标准化了的半径方向位置。图12所表示的曲线G11～G14分别对应于图5(a)、图5(b)、图6(a)以及图6(b)。还有，将第2区域32的宽度r2设为第1区域31的半径r1与宽度r2之和(r1+r2)的40％。
图13是表示透过了振幅掩模30的光L1的强度分布的图表，纵轴表示光强度，横轴表示垂直于光轴的截面上的径向位置。曲线G21～G24分别对应于图12的曲线G11～G14。另外，曲线G25表示为了比较而不设置振幅掩模30的情况下的光L1的光强度分布。如图13所示，在本实施例中，透过了第2区域32的光L1的光强度随着从光轴离开而连续地降低。
图14是表示使具有图13所表示的光强度分布的光L1输入到聚光光学系统40的时候的聚光面上的输出光L2的强度分布的图表。纵轴表示光强度，横轴表示自光轴起的距离。曲线G31～G35分别对应于图13的曲线G21～G25。如图14所示，在不设置振幅掩膜30的情况(曲线G35)下，规定区域中的光强度的均匀性大幅损害。相对于此，在设置了振幅掩模30的情况(曲线G31～G34)下，规定区域中的光强度的均匀性被改善。特别是在第2区域32中的透过率成为将自第1区域31与第2区域32的边界起的距离作为变量的向下凸的二次函数的情况下(曲线G32)，均匀性的改善显著。
如在本实施例中所表示的那样，根据上述实施方式的光照射装置1A，即使是在光L1的强度分布自高斯分布不连续地进行变形的情况下，也能够使输出光L2的强度分布接近所希望的分布。
(第2实施例)
对上述实施方式的第2实施例进行说明。图15是表示使振幅掩模30的第2区域32的宽度r2进行各种变化的时候的聚光面上的输出光L2的光强度分布的图表。纵轴表示光强度，横轴表示自光轴起的距离。曲线G41～G45分别表示第2区域32的宽度r2为第1区域31的半径r1与宽度r2之和(r1+r2)的10％、20％、30％、40％以及50％的情况。还有，在本实施例中，使第2区域32中的透过率为将自第1区域31与第2区域32的边界起的距离作为变量的向下凸的二次函数(参照图5(b))。
如果参照图15的话则可以了解到在宽度r2处于和(r1+r2)的20％～50％的范围内的情况下，规定区域中的光强度的均匀性被大幅改善。特别是在宽度r2处于和(r1+r2)的30％～40％的范围内的情况下，光强度的均匀性被更进一步改善。因此，在上述实施方式中，优选宽度r2处于和(r1+r2)的20％～50％的范围内，更加优选宽度r2处于和(r1+r2)的30％～40％的范围内。
(第3实施例)
对上述实施方式的第3实施例进行说明。图16是表示本实施例中的振幅掩模30的透过率分布的图表，纵轴表示被标准化了的透过率，横轴表示被标准化了的半径方向位置。如图16所示，在本实施例中，将振幅掩模30的第1区域31与第2区域32的边界设定于该边界上的光强度成为光轴(光轴O12以及/或者光轴O24)上的光强度的90％的位置。还有，使第2区域32中的透过率为将自第1区域31与第2区域32的边界起的距离作为变量的向下凸的二次函数(参照图5(b))。再有，将第2区域32的外周上的透过率设为大于零的值。
图17(a)是表示透过了振幅掩模30的光L1的光强度分布的图表，纵轴表示光强度，横轴表示垂直于光轴的截面上的径向位置。曲线G51表示设置了振幅掩模30的情况，曲线G52表示没有设置振幅掩模30的情况。
图17(b)是表示聚光面上的输出光L2的强度分布的图表。纵轴表示光强度，横轴表示自光轴起的距离。曲线G61对应于图17(a)的曲线G51，曲线G62对应于图17(a)的曲线G52。如图17(b)所示，根据上述实施方式，即使是在光L1的光强度分布具有只切下高斯分布的中央部附近的形状的情况下，也能够由振幅掩模30的作用来使规定区域中的输出光L2的强度分布接近所希望的分布。
本发明的光照射装置并不限于上述的实施方式，能够进行其他各种变形。例如，在上述实施方式中，在图5以及图6中表示了各种各样的透过率分布的变化，但是，本发明中，并不限于这些透过率分布，如果第2区域的透过率随着从光轴离开而连续地降低的话则也可以是其他分布。例如，第1区域31中的透过率分布也可以不是均匀的。另外，即使是在第2区域的透过率随着从光轴离开而部分地增加的情况下，如果透过了第2区域之后的光的强度分布随着从光轴离开而连续地降低的话即可。另外，在上述实施方式中，控制部根据来自光检测器的输出数据进行CGH的反馈控制，但是，也可以不进行这样的反馈控制，空间光调制器呈现预先计算出或者选择的CGH。再有，对被空间光调制器20调制的光进行聚光的光学系统并不限于聚光光学系统，也可以使用投影透镜等投影光学系统。由此，能够将本发明的光照射装置作为放映机等投影装置来使用。
产业上的利用可能性
即使是在输入光的强度分布自高斯分布发生变形的情况下，也能够使输出光的强度分布接近所希望的分布。
符号的说明
1A,1B…光照射装置、10…高斯光束输出部、11…光源、12…光束扩展器、20…空间光调制器、30…振幅掩模、31…第1区域、32…第2区域、40…聚光光学系统、50…光检测器、60…控制部、A1,A2…光强度分布、B1…规定区域、f…焦点距离、L1…光、L2…输出光、O12,O24,O4…光轴、Sc…控制信号、Sd…输出数据。

Claims (6)

1.一种光照射装置，其特征在于：
具备：
高斯光束输出部，输出具有服从高斯分布的光强度分布的光；
空间光调制器，接收所述光并呈现计算机全息图而调制所述光；
光学系统，对被调制的所述光进行聚光；以及
振幅掩模，被配置于所述高斯光束输出部与所述空间光调制器之间的光轴以及所述空间光调制器与所述光学系统之间的光轴中至少一方的光轴上，
所述振幅掩模具有将所述光轴作为中心的圆形状的第1区域、以及包围所述第1区域的圆环状的第2区域，
所述第2区域中的透过率随着从所述光轴离开而连续地降低。
2.一种光照射装置，其特征在于：
具备：
高斯光束输出部，输出具有服从高斯分布的强度分布的光；
空间光调制器，接收所述光并呈现计算机全息图而调制所述光；
光学系统，对被调制的所述光进行聚光；
振幅掩模，被配置于所述高斯光束输出部与所述空间光调制器之间的光轴以及所述空间光调制器与所述光学系统之间的光轴中至少一方的光轴上，
所述振幅掩模具有将所述光轴作为中心的圆形状的第1区域、以及包围所述第1区域的圆环状的第2区域，
所述光中透过了所述第2区域的部分的光强度随着从所述光轴离开而连续地降低。
3.如权利要求1或者2所述的光照射装置，其特征在于：
还具备：
光检测器，检测被所述光学系统聚光的所述光的聚光面上的光强度分布；以及
控制部，根据来自所述光检测器的输出数据，提供用于在所述聚光面上使所希望的光强度分布产生的所述计算机全息图。
4.如权利要求1～3中的任意一项所述的光照射装置，其特征在于：
所述第1区域中的透过率是均匀的。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的光照射装置，其特征在于：
将所述光轴作为中心的径向上的所述第2区域的宽度r2在所述第1区域的半径r1与所述宽度r2之和(r1+r2)的20％～50％的范围内。
6.如权利要求1～5中的任意一项所述的光照射装置，其特征在于：
所述计算机全息图是用于在被所述光学系统聚光的所述光的聚光面的规定区域内生成均匀的光强度分布的全息图。
CN201680006084.7A 2015-01-22 2016-01-12 光照射装置 Active CN107110477B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-010325 2015-01-22
JP2015010325A JP6506974B2 (ja) 2015-01-22 2015-01-22 光照射装置
PCT/JP2016/050666 WO2016117409A1 (ja) 2015-01-22 2016-01-12 光照射装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107110477A true CN107110477A (zh) 2017-08-29
CN107110477B CN107110477B (zh) 2019-09-24

Family

ID=56416956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680006084.7A Active CN107110477B (zh) 2015-01-22 2016-01-12 光照射装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10571702B2 (zh)
JP (1) JP6506974B2 (zh)
CN (1) CN107110477B (zh)
DE (1) DE112016000444T5 (zh)
WO (1) WO2016117409A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112817157A (zh) * 2020-12-28 2021-05-18 西南技术物理研究所 一种新型平顶光束发生装置
CN114815472A (zh) * 2022-05-05 2022-07-29 深圳市和天创科技有限公司 一种单片液晶投影仪的内部透镜投影结构及方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106908956A (zh) * 2017-03-22 2017-06-30 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 对靶面光强分布进行匀滑的方法及其装置
WO2021145827A1 (en) * 2020-01-17 2021-07-22 Agency For Science, Technology And Research Optical system and method of forming the same
KR102498892B1 (ko) * 2021-03-04 2023-02-10 연세대학교 산학협력단 구조화된 광열 자극광을 이용한 표적물질 농도 측정 장치

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5541480A (en) * 1978-09-20 1980-03-24 Ricoh Co Ltd Hologram recording method
US5148316A (en) * 1989-10-03 1992-09-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Averaged amplitude encoded phase-only filters for use in Fourier transform optical correlators
US20040183965A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-23 Lundgren Mark A. Variable aperture stop with no moving parts
CN1680854A (zh) * 2004-04-08 2005-10-12 住友化学株式会社 采用计算机合成全息图的光学元件、导光板、背光源及液晶显示装置
US20060274393A1 (en) * 2005-05-26 2006-12-07 Inphase Technologies, Inc. Controlling the transmission amplitude profile of a coherent light beam in a holographic memory system
CN101339298A (zh) * 2007-07-02 2009-01-07 汤姆逊许可公司 用于光存储系统的光束整形器
CN101349871A (zh) * 2008-09-05 2009-01-21 上海微电子装备有限公司 光刻照明装置
US20090027575A1 (en) * 2007-07-24 2009-01-29 Sony Corporation Display apparatus
CN101673561A (zh) * 2008-09-08 2010-03-17 索尼株式会社 记录/再现设备、记录设备以及再现设备
CN101849199A (zh) * 2007-10-29 2010-09-29 浜松光子学株式会社 光学掩模以及光源装置
JP2011152578A (ja) * 2010-01-28 2011-08-11 Utsunomiya Univ レーザ加工装置
JP2011215459A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Seiko Epson Corp プロジェクター

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3475947B2 (ja) 1991-05-21 2003-12-10 セイコーエプソン株式会社 光学装置
JP2001215459A (ja) 2000-02-02 2001-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶表示素子製造装置
WO2009006356A1 (en) * 2007-07-02 2009-01-08 Yin Wang Polymeric composition for cellulosic materials binding and modification
US10595712B2 (en) * 2013-10-21 2020-03-24 University of Pittsburgh—of the Commonwealth System of Higher Education Adaptive optical laser beam steering through endoscope for laser surgery in kidney

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5541480A (en) * 1978-09-20 1980-03-24 Ricoh Co Ltd Hologram recording method
US5148316A (en) * 1989-10-03 1992-09-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Averaged amplitude encoded phase-only filters for use in Fourier transform optical correlators
US20040183965A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-23 Lundgren Mark A. Variable aperture stop with no moving parts
CN1680854A (zh) * 2004-04-08 2005-10-12 住友化学株式会社 采用计算机合成全息图的光学元件、导光板、背光源及液晶显示装置
US20060274393A1 (en) * 2005-05-26 2006-12-07 Inphase Technologies, Inc. Controlling the transmission amplitude profile of a coherent light beam in a holographic memory system
CN101339298A (zh) * 2007-07-02 2009-01-07 汤姆逊许可公司 用于光存储系统的光束整形器
US20090027575A1 (en) * 2007-07-24 2009-01-29 Sony Corporation Display apparatus
CN101849199A (zh) * 2007-10-29 2010-09-29 浜松光子学株式会社 光学掩模以及光源装置
CN101349871A (zh) * 2008-09-05 2009-01-21 上海微电子装备有限公司 光刻照明装置
CN101673561A (zh) * 2008-09-08 2010-03-17 索尼株式会社 记录/再现设备、记录设备以及再现设备
JP2011152578A (ja) * 2010-01-28 2011-08-11 Utsunomiya Univ レーザ加工装置
JP2011215459A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Seiko Epson Corp プロジェクター

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112817157A (zh) * 2020-12-28 2021-05-18 西南技术物理研究所 一种新型平顶光束发生装置
CN114815472A (zh) * 2022-05-05 2022-07-29 深圳市和天创科技有限公司 一种单片液晶投影仪的内部透镜投影结构及方法
CN114815472B (zh) * 2022-05-05 2023-10-03 深圳市和天创科技有限公司 一种单片液晶投影仪的内部透镜投影结构及方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016134368A (ja) 2016-07-25
US20170363876A1 (en) 2017-12-21
US10571702B2 (en) 2020-02-25
CN107110477B (zh) 2019-09-24
DE112016000444T5 (de) 2017-11-16
WO2016117409A1 (ja) 2016-07-28
JP6506974B2 (ja) 2019-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107110477A (zh) 光照射装置
CN106527040B (zh) 一种辅助图形的添加方法
CN103299219A (zh) 用于将激光辐射转换成带有m形轮廓的激光辐射的装置
KR100682902B1 (ko) 레이저 반점을 제거한 조명계 및 이를 채용한 프로젝션 ｔｖ
JP2018101065A (ja) 光学部品およびそれを用いた撮像システム
CN106054295A (zh) 菲涅尔‑达曼波带片
CN106200257A (zh) 一种具有曝光补正的光罩
JPS61154391A (ja) 光応答装置及びそれを用いた映像増強装置
CN104412152A (zh) 光取向曝光方法及光取向曝光装置
JP4380590B2 (ja) 多段型回折光学素子
JP2010087849A (ja) 情報読取用撮像装置
JP2009107011A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2006285214A (ja) フィルタリング装置と光学レンズ装置
CN109656028A (zh) 一种产生无衍射光的系统及方法
EP4145188A1 (en) Beam deflector metasurface
WO2022214557A1 (en) Devices including an optical metastructure, and methods for designing metastructures
KR102059735B1 (ko) 이미지의 심도를 향상시키는 이미지 센서 및 그 동작 방법
CN108227058A (zh) 焦点连续可调的n分形非周期波带片及其构造方法
US8846275B2 (en) Method for mask patterns
KR101860646B1 (ko) 서브 픽셀 구조의 이미지 센서
US8724209B2 (en) Acousto-optic device with electrode having different transverse edge positions
CN113504659B (zh) 能调节光斑直径的光学装置、方法及激光成像设备
US20220128739A1 (en) Imaging Optical System, Imaging Apparatus And Focal-Depth Extension Optical System
JP2009163138A (ja) 光拡散モジュール
KR102040185B1 (ko) 광학계 및 이를 포함하는 촬영 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant