DE112011102592T9

DE112011102592T9 - Optisches System zur laseroptischen Berichtigung und Wellenfrontsteuerung

Info

Publication number: DE112011102592T9
Application number: DE112011102592T
Authority: DE
Inventors: Haruyasu Ito; Takashi Yasuda
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: KR20130096154A; US8810890B2; WO2012017788A1; DE112011102592T5; TWI525345B; CN103069328A; TW201215914A; CN103069328B; US20130107346A1; DE112011102592B4; JP2012037572A; KR20180005760A; KR102047612B1

Abstract

Ein optisches Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Intensitätskonversionslinse 24 zum Konvertieren und Umformen einer Intensitätsverteilung von darauf auftreffendem Laserlicht in eine gewünschte Intensitätsverteilung; eine optische Modulationsvorrichtung 34 zum Modulieren des von der Intensitätskonversionslinse 24 emittierten Laserlichts zum Steuern einer Wellenfront desselben; ein optisches Kondensorsystem 36 zum Konvergieren des von der optischen Modulationsvorrichtung 34 ausgegebenen Laserlichts; und ein zwischen der optischen Modulationsvorrichtung 34 und dem optischen Kondensorsystem 36 angeordnetes optisches Bilderzeugungssystem 30, das eine eingangsseitige Bilderzeugungsebene zwischen einer Ebene 24x, wo das von der Intensitätskonversionslinse 24 emittierte Laserlicht eine gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, und einer Modulationsebene 34a der optischen Modulationsvorrichtung 34 und eine ausgangsseitige Bilderzeugungsebene auf einer Pupillenebene 36a des optischen Kondensorsystems 36 aufweist.

Description

Technisches Sachgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System, das eine Intensitätsverteilung von Laserlicht in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umformt und ferner eine Wellenfront des Laserlichts steuert.
Hintergrund der Erfindung
Laserlicht weist typischerweise eine Intensitätsverteilung auf, die nahe seiner Mitte am stärksten ist und in Richtung des Umfangs allmählich schwächer wird, wie bei einer Gaußschen Verteilung. Es ist jedoch Laserlicht mit einer räumlich gleichförmigen Intensitätsverteilung für eine Laserverarbeitung und dergleichen erwünscht. In dieser Hinsicht beschreibt Patentdokument 1 als ein optisches Laserlichtumformungssystem zum Umformen einer Lichtintensitätsverteilung von Laserlicht in eine räumlich gleichförmige Intensitätsverteilung eines, das einen Homogenisierer vom Typ einer asphärischen Linse aufweist. Das in Patentschrift 1 beschriebene optische Laserlichtumformungssystem weist ferner ein Übertragungslinsensystem (optisches Bilderzeugungssystem) unmittelbar hinter dem Homogenisierer auf, um das Problem zu lösen, dass das von dem Homogenisierer emittierte Laserlicht entsprechend seiner Fortpflanzungsstrecke verzerrt wird.
Andererseits ist es wünschenswert, dass bei der Laserverarbeitung und dergleichen eine Feinverarbeitung durchgeführt werden kann. Beim Ausbilden einer modifizierten Schicht, wie z. B. eines optischen Wellenleiters, ist es wünschenswert, dass konvergierende Punkte so klein wie möglich sind. Wenn die Verarbeitungsposition jedoch tiefer liegt, bewirken Aberrationen (Wellenfrontverzerrungen), dass sich konvergierende Regionen ausdehnen, wodurch es schwierig wird, einen günstigen Verarbeitungszustand aufrechtzuerhalten. In dieser Hinsicht beschreiben Patentschriften 2 und 3 als ein optisches System zum Korrigieren von Aberrationen von Laserlicht, d. h. als ein optisches Wellenfrontsteuerungssystem zum Steuern der Wellenfront von Laserlicht, eines, das einen Raumlichtmodulator (spatial light modulator – SLM) aufweist. Das optische Wellenfrontsteuerungssystem, das in Patentschrift 2 beschrieben ist, umfasst ein optisches Einstellsystem (optisches Bilderzeugungssystem) zwischen dem SLM und einem optischen Kondensorsystem, damit der SLM und das optische Kondensorsystem die gleiche Wellenfront aufweisen.
Liste der Anführungen
Patentschriften

Patentschrift 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2007-310368
Patentschrift 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2009-034723
Patentschrift 3: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-075997

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Die Erfinder haben versucht, die Intensitätsverteilung von Laserlicht in eine räumlich gleichförmige Lichtverstärkung umzuformen und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts zu steuern. Das Platzieren eines SLM zwischen dem Homogenisierer und dem optischen Bilderzeugungssystem im optischen Laserlichtumformungssystem, das in Patentschrift 1 beschrieben ist und bei dem die eingangsseitige Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems auf die Ausgangsfläche des Homogenisierers gesetzt ist, führt jedoch nicht zum Erzeugen des Ausgangsbilds des SLM im optischen Kondensorsystem, wodurch keine ausreichende Wellenfrontsteuerung (Aberrationskorrektur) durchgeführt wird.
Andererseits führt das Platzieren eines Homogenisierers vor dem SLM im optischen Wellenfrontsteuerungssystem, das in Patentschrift 2 beschrieben ist und bei dem die eingangsseitige Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems auf die Modulationsebene des SLM gesetzt ist, jedoch nicht zum Erzeugen des Ausgangsbilds des Homogenisierers im optischen Kondensorsystem, wodurch die Intensitätsverteilung des umgeformten Laserlichts verzerrt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Ziel zugrunde, ein optisches Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem zur Verfügung zu stellen, mit dem die Intensitätsverteilung von Laserlicht auf einfache Weise in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umgeformt und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts gesteuert werden können.
Lösung des Problems
Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine Intensitätskonversionslinse zum Konvertieren und Umformen einer Intensitätsverteilung von auf diese auftreffendem Laserlicht in eine gewünschte Intensitätsverteilung; eine optische Modulationsvorrichtung zum Modulieren des von der Intensitätskonversionslinse emittierten Laserlichts so, dass eine Wellenfront desselben gesteuert wird; ein optisches Kondensorsystem zum Konvergieren des von der optischen Modulationsvorrichtung ausgegebenen Laserlichts; und ein optisches Bilderzeugungssystem, das zwischen der optischen Modulationsvorrichtung und dem optischen Kondensorsystem angeordnet ist und das eine eingangsseitige Bilderzeugungsebene zwischen einer Ebene, wo das von der Intensitätskonversionslinse emittierte Laserlicht eine gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, und einer Modulationsebene der optischen Modulationsvorrichtung und eine ausgangsseitige Ebene des optischen Kondensorsystems aufweist.
Da ein solches optisches Bilderzeugungssystem die eingangsseitige Bilderzeugungsebene zwischen einer Ebene, wo das von der Intensitätskonversionslinse emittierte Laserlicht eine gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, und einer Modulationsebener der optischen Modulationsvorrichtung aufweist, kann das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem sowohl die gewünschte Intensitätsverteilung, die von der Intensitätskonversionslinse umgeformt worden ist, als auch die Wellenfront, die von der optischen Modulationsvorrichtung gesteuert wird, zu dem optischen Kondensorsystem übertragen. Daher kann es auf einfache Weise die Intensitätsverteilung von Laserlicht in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umformen und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts steuern.
Hierbei verändert die Intensitätskonversionslinse, die die Intensitätsverteilung des auf sie auftreffenden Laserlichts umformt, gleichzeitig die Wellenfront des auftreffenden Laserlichts (d. h. die Phase des auftreffenden Laserlichts). Durch Verwenden der Veränderung der Wellenfront (Aberration), die von der Intensitätskonversionslinse bewirkt wird, kann mit dem optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem die Wellenfrontsteuerungsauflösung im Vergleich zu dem Fall, in dem die Wellenfrontsteuerung allein von der optischen Modulationsvorrichtung durchgeführt wird, verbessert werden.
Die Ebene, wo das von der Intensitätskonversionslinse emittierte Laserlicht eine gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, kann sich auf der Modulationsebene der optischen Modulationsvorrichtung befinden, während das optische Bilderzeugungssystem die eingangsseitige Bilderzeugungsebene auf der Modulationsebene der optischen Modulationsvorrichtung aufweisen kann.
Diese Struktur kann die gewünschte Intensitätsverteilung, die von der Intensitätskonversionslinse umgeformt worden ist, und die Wellenfront, die von der optischen Modulationsvorrichtung gesteuert wird, präziser zu dem optischen Kondensorsystem übertragen.
Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem kann ferner eine Phasenkorrekturlinse, die auf der Ebene angeordnet ist, wo das von der Intensitätskonversionslinse emittierte Laserlicht die gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, zum Korrigieren des von der Intensitätskonversionslinse emittierten Laserlichts zu einer ebenen Welle durch Homogenisieren einer Phase desselben aufweisen.
Diese Struktur kann ebenfalls die gewünschte Intensitätsverteilung, die von der Intensitätskonversionslinse umgeformt worden ist, und die Wellenfront, die von der optischen Modulationsvorrichtung gesteuert wird, zu dem optischen Kondensorsystem übertragen. Daher kann sie auf einfache Weise die Intensitätsverteilung des Laserlichts in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umformen und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts steuern.
Wie oben beschrieben ist, kann die Struktur, die die Intensitätskonversionslinse allein ohne die Phasenkorrekturlinse aufweist, die von der Intensitätskonversionslinse bewirkte Wellenfrontveränderung verwenden und ist zum Korrigieren von Aberrationen wirksam. Wenn jedoch keine Aberrationskorrektur erforderlich ist, wie im Fall der Mehrpunktverarbeitung einer Materialfläche, ist die Struktur, die auch die Phasenkorrekturlinse aufweist, wirksam. Wenn die Struktur, die die Intensitätskonversionslinse allein verwendet, im Fall einer Mehrpunktverarbeitung einer Materialfläche verwendet wird, ist es erforderlich, dass die optische Modulationsvorrichtung die Wellenfrontveränderung, die von der Intensitätskonversionslinse bewirkt wird, korrigiert und die Wellenfrontveränderung steuert, um mehrere Punkte auszubilden. Dadurch wird das Maß an Wellenfrontsteuerung, das von der optischen Modulationsvorrichtung erreicht wird, erhöht.
Bei der Struktur, bei der im Gegensatz dazu auch die Phasenkorrekturlinse verwendet wird, korrigiert die Phasenkorrekturlinse das Laserlicht, das von der Intensitätskonversionslinse ausgegeben wird, zu einer ebenen Welle durch Homogenisieren seiner Phase, wodurch es nur erforderlich ist, dass die optische Modulationsvorrichtung die Wellenfrontveränderung zum Ausbilden der mehreren Punkte erreicht. Daher erhöht sich das Maß an Wellenfrontsteuerung, das von der optischen Modulationsvorrichtung erreicht wird, nicht.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Mit der vorliegende Erfindung können auf einfache Weise die Intensitätsverteilung von Laserlicht in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umgeformt und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts gesteuert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach einem ersten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Diagramm mit Darstellung eines Beispiels für Intensitätsverteilungen von Eingangslaserlicht in einem Homogenisierer und eines Beispiels für gewünschte Intensitätsverteilungen von Ausgangslaserlicht;
3 ist eine schematische grafische Darstellung zum Spezifizieren von optischen Wegen zwischen asphärischen Linsen im Homogenisierer;
4 ist ein Diagramm mit Darstellung eines Beispiels für Formen einer asphärischen Intensitätskonversionslinse;
5 ist ein Diagramm mit Darstellung eines Beispiels für Formen einer asphärischen Phasenkorrekturlinse;
6 ist eine grafische Darstellung eines Messsystems zum Messen der Intensitätsverteilung des von der asphärischen Intensitätskonversionslinse emittierten Laserlichts;
7 ist einen Satz von grafischen Darstellungen von Ergebnissen der Messung von Intensitätsverteilungen im auf die asphärische Intensitätskonversionslinse auftreffenden Laserlicht und im von dieser emittierten Laserlicht;
8 ist eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach einem zweiten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische grafische Darstellung zum Spezifizieren von optischen Wegen des von der asphärischen Intensitätskonversionslinse emittierten Laserlichts;
10 ist eine grafische Darstellung von Ergebnissen der Messung der Intensitätsverteilung auf einer Pupillenebene einer Kondensorlinse;
11 ist eine grafische Darstellung eines Bilderzeugungssystems zum Erfassen einer Lichtaufnahmecharakteristik in einem transparenten Medium;
12 ist eine grafische Darstellung von Ergebnissen des Erfassens der Lichtaufnahmecharakteristik im transparenten Medium;
13 ist eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine grafische Darstellung einer von der asphärischen Intensitätskonversionslinse erzeugten Wellenfrontverzerrung;
15 ist einen Satz von grafischen Darstellungen jeweiliger Lichtaufnahmecharakteristiken in einem transparenten Medium in Fällen, in denen die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse bewirkten Wellenfrontveränderungen verwendet und nicht verwendet werden; und
16 ist eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind gleiche oder äquivalente Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden vor Ausführungsformen derselben erläutert. Im ersten Vergleichsbeispiel ist ein Modus konzipiert, der einen Homogenisierer zum Umformen der Intensitätsverteilung von Laserlicht, einen Raumlichtmodulator (optische Modulationsvorrichtung, nachstehend als SLM bezeichnet) zum Steuern der Wellenfront des Laserlichts und zwei optische Bilderzeugungssysteme zum Übertragen der von dem Homogenisierer umgeformten Intensitätsverteilung und der von dem SLM gesteuerten Wellenfront zu einer vorgegebenen Position umfasst.
Erstes Vergleichsbeispiel
1 zeigt eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach einem ersten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1X nach dem ersten Vergleichsbeispiel umfasst eine Laserlichtquelle 12, ein Raumfilter 14, eine Kollimatorlinse 16, Reflexionsspiegel 18, 20, 22, einen Homogenisierer 26, optische Bilderzeugungssysteme 28, 30X, ein Prisma 32, einen SLM 34 und eine Kondensorlinse (optisches Kondensorsystem) 36.
Ein Beispiel für die Laserlichtquelle 12 ist ein Nd:YAG-Laser. Das Raumfilter 14 umfasst eine Objektivlinse mit einer Stärke von 10× und eine Lochblende, deren Durchmesser beispielsweise Φ = 50 μm beträgt. Ein Beispiel für die Kollimatorlinse 16 ist eine plankonvexe Linse. Somit läuft Laserlicht, das von der Laserlichtquelle 12 emittiert wird, durch das Raumfilter 14 und die Kollimatorlinse 16, wodurch seine Intensitätsverteilung zu einer konzentrischen Gaußschen Verteilung (Oi in 2) umgeformt wird. Das Laserlicht, dessen Intensitätsverteilung umgeformt wird, ändert seine Richtung um 90° mittels des Reflexionsspiegels 18, so dass es auf den Homogenisierer 26 auftrifft.
Der Homogenisierer 26 wird zum Umformen der Intensitätsverteilung des Laserlichts in eine vorgegebene Form verwendet. Der Homogenisierer 26 weist ein Paar von asphärischen Linsen 24, 25 auf. Im Homogenisierer 26 dient die eingangsseitige asphärische Linse 24 als eine asphärische Intensitätskonversionslinse zum Umformen der Intensitätsverteilung des Laserlichts in eine vorgegebene Form, während die ausgangsseitige asphärische Linse 25 als eine asphärische Phasenkorrekturlinse zum Korrigieren des umgeformten Laserlichts in eine ebene Welle durch Homogenisieren einer Phase desselben dient. Durch Auslegen der Formen der asphärischen Flächen in dem Paar von asphärischen Linsen 24, 25 kann dieser Homogenisierer 26 Ausgangslaserlicht Oo mit einer gewünschten Intensitätsverteilung erzeugen, in die die Intensitätsverteilung des Eingangslaserlichts Oi umgeformt ist.
Im Folgenden wird ein Beispiel für das Auslegen der Formen der asphärischen Flächen in dem Paar von asphärischen Linsen 24, 25 im Homogenisierer 26 dargestellt. Beispielsweise wird angenommen, dass die gewünschte Intensitätsverteilung auf eine räumlich gleichförmige Verteilung eingestellt ist, die für eine Laserverarbeitungseinrichtung gewünscht ist, d. h. eine super-Gaußsche Verteilung (Oo in 2). Hierbei ist es erforderlich, dass die gewünschte Intensitätsverteilung so eingestellt ist, dass die Energie des Ausgangslaserlichts Oo (des Bereichs der gewünschten Intensitätsverteilung) gleich der Energie des Eingangslaserlichts Oi (des Bereichs der Intensitätsverteilung) ist. Somit wird die super-Gaußsche Verteilung beispielsweise wie folgt eingestellt.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Intensitätsverteilung des Eingangslaserlichts Oi eine konzentrische Gaußsche Verteilung (Wellenlänge: 1064 nm; Strahldurchmesser: 5,6 mm bei 1/e²; ω = 2,0 mm). Da die Gaußsche Verteilung durch die folgende Formel (1) dargestellt wird, wird die Energie des Eingangslaserlichts Oi innerhalb des Bereichs eines Radius von 6 mm durch die folgende Formel (2) ermittelt:
Math. 1

I₁(r) = exp{–( r / ω)²} (1)

Math. 2
In diesem Fall erfolgt die Gaußsche Verteilung rotationssymmetrisch um einen Radius von 0 mm, wodurch die asphärische Flächenform mittels einer eindimensionalen Analyse ausgelegt wird.
Andererseits ist die gewünschte Intensitätsverteilung des Ausgangslaserlichts Oo auf eine super-Gaußsche Intensitätsverteilung (Größenordnung N = 8, ω = 2,65 mm) eingestellt, wie in 2 gezeigt ist. Da die super-Gaußsche Verteilung durch die folgende Formel (3) ausgedrückt wird, ist der Wert des gleichförmigen Intensitätsteils des Ausgangslaserlichts Oo als E₀ = 0,687 eingestellt, damit die Energie innerhalb des Radius von 6 mm des Ausgangslaserlichts Oo gleich der Energie des Eingangslaserlichts Oi ist, wie in der folgenden Formel (4):
Math. 3

I₂(r) = E₀ × exp{–( r / ω)^2N} (3) Math. 4

Gemäß dieser Technik kann die gewünschte Intensitätsverteilung des umgeformten Laserlichts nicht nur einer spezifizierten Funktion folgen, sondern auch zu einer vorgegebenen Intensitätsverteilung werden.
Anschließend werden, wie in 3 gezeigt ist, optische Wege P1 bis P8, die optische Wege von der asphärischen Fläche 24a der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 zu der asphärischen Fläche 25a der asphärischen Phasenkorrekturlinse 25 bei vorgegebenen Koordinaten in radialen Richtungen der asphärischen Linsen sind, so festgelegt, dass die Intensitätsverteilung im Eingangslaserlicht Oi an der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 zu der gewünschten Intensitätsverteilung im Ausgangslaserlicht Oo an der asphärischen Phasenkorrekturlinse 25 wird.
Danach wird entsprechend den so festgelegten optischen Wegen P1 bis P8 die Form der asphärischen Fläche 24a der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bestimmt. Insbesondere wird mit Bezug auf die Mitte der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 die Höhendifferenz der asphärischen Fläche 24a bei jeder Koordinate in der radialen Richtung r₁ so bestimmt, dass die optischen Wege P1 bis P8 gebildet werden. Somit wird die Form der asphärischen Fläche 24a der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 so bestimmt, wie in 4 gezeigt ist.
Andererseits wird die Form der asphärischen Fläche 25a der asphärischen Phasenkorrekturlinse 25 so bestimmt, dass das Laserlicht eine gleichförmige Phase auf den optischen Wegen P1 bis P8 aufweist und zu einer ebenen Welle wird. Insbesondere wird mit Bezug auf die Mitte der asphärischen Phasenkorrekturlinse 25 die Höhendifferenz der asphärischen Fläche 25a bei jeder Koordinate in der radialen Richtung r₂ bestimmt. Somit wird die Form der asphärischen Fläche 25a der asphärischen Phasenkorrekturlinse 25 so bestimmt, wie in 5 gezeigt ist.
4 und 5 zeigen ein Beispiel für eine Auslegung, bei der CaF₂ (n = 1,42) als ein Material für die asphärischen Linsen 24, 25 verwendet wird, während die Distanz zwischen der Mittelposition (wo die Koordinate r₁ = 0 ist) der asphärischen Fläche 24a und der Mittelposition (wo die Koordinate r₂ = 0 ist) der asphärischen Fläche 25a als L = 165 mm eingestellt ist.
Wie in 1 gezeigt ist, verändert das Laserlicht Oo, das von dem Homogenisierer 26 in die gewünschte Intensitätsverteilung umgeformt worden ist, seine Richtung mittels des Reflexionsspiegels 20 um 90°, um auf das optische Bilderzeugungssystem 28 aufzutreffen.
Das optische Bilderzeugungssystem 28 weist ein Paar von Linsen 28a, 28b auf und erzeugt ein Bild des Laserlichts in der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene auf der ausgangsseitigen Bilderzeugungsebene. Die eingangsseitige Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems 28 ist auf die Ausgangsfläche des Homogenisierers 26, d. h. die Ausgangsfläche 25b der asphärischen Phasenkorrekturlinse 25, gesetzt, während seine ausgangsseitige Bilderzeugungsebene auf eine Modulationsebene 34a des SLM 34 gesetzt ist. Das optische Bilderzeugungssystem 28 kann als ein optisches Vergrößerungs- oder Verkleinerungssystem zum Einstellen des Strahldurchmessers des Laserlichts auf der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene auf die Größe der Modulationsebene 34a des SLM 34 dienen. Dadurch wird es möglich, die Pixelregion der Modulationsebene 34a des SLM 34 auf effiziente Weise zu nutzen. Das Laserlicht, das von dem optischen Bilderzeugungssystem 28 ausgegeben wird, trifft auf das Prisma 32 auf.
Das Prisma 32 kehrt die Richtung des auf es auftreffenden Laserlichts um, damit dieses auf den SLM 34 auftrifft, und kehrt die Richtung des Laserlichts von dem SLM 34 um, damit dieses auf das optische Bilderzeugungssystem 30 auftrifft.
Der SLM 34, beispielsweise ein LCOS-SLM (Liquid Crystal on Silicon Spatial Light Modulator = Flüssigkristall-auf-Silizium-Raumlichtmodulator), moduliert die Phase des Laserlichts, das von dem Prisma 32 emittiert wird, um eine Wellenfrontsteuerung durchzuführen. Beispielsweise wird eine Korrektur-Wellenfront zum Korrigieren der in einem transparenten Medium auftretenden sphärischen Aberration in dem Fall eingestellt, in dem das Innere des transparenten Mediums mittels des von der Kondensorlinse 36 konvergierten Laserlichts verarbeitet wird.
Das optische Bilderzeugungssystem 30X weist ein Paar von Linsen 30Xa, 30Xb auf und erzeugt ein Bild des Laserlichts in der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene auf der ausgangsseitigen Bilderzeugungsebene. Die eingangsseitige Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems 30X ist auf die Modulationsebene 34a des SLM 34 gesetzt, während seine ausgangsseitige Bilderzeugungsebene auf eine Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 gesetzt ist. Bei diesem Modus ist der Reflexionsspiegel 22 zwischen den Linsen 30Xa, 30Xb angeordnet. Das optische Bilderzeugungssystem 30X kann als ein optisches Vergrößerungs- oder Verkleinerungssystem zum Einstellen des Strahldurchmessers des Laserlichts auf der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene auf den Pupillendurchmesser auf der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 dienen. Dadurch kann das Laserlicht auf effiziente Weise zu der Kondensorlinse 36 geführt werden.
Die Kondensorlinse 36 konvergiert das Laserlicht von dem optischen Bilderzeugungssystem 30X an einer gewünschten Position, z. B. einer Verarbeitungsposition in einem transparenten Medium.
Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1X nach dem ersten Vergleichsbeispiel kann die von dem Homogenisierer 26 umgeformte Intensitätsverteilung über die optischen Bilderzeugungssysteme 28, 30X präzise zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 übertragen und die von dem SLM 34 gesteuerte Wellenfront über das optische Bilderzeugungssystem 30X präzise zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 übertragen. Somit kann sie die Intensitätsverteilung des Laserlichts in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umformen und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts steuern.
Wie in 6 gezeigt ist, wurde der Raummodus (Intensitätsverteilung) des Laserlichts, das von der asphärischen Konversionslinse 24 im Homogenisierer 26 emittiert wird, mittels einer Strahlprofilierungseinrichtung 42 über ein Bilderzeugungslinsensystem 41 gemessen. Der Raummodus (Intensitätsverteilung) des Laserlichts, das auf die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 auftrifft, wurde ebenfalls mittels des Bilderzeugungslinsensystems 41 und der Strahlprofilierungseinrichtung 42 gemessen. 7 zeigt die Ergebnisse dieser Messungen.
7(a) zeigt die Messergebnisse des Raummodus (Intensitätsverteilung) des Laserlichts, das auf die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 auftrifft, während 7(b) bis (f) Messergebnisse des Raummodus (Intensitätsverteilung) des Laserlichts zeigen, das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 emittiert wird und sich dann jeweils um 50 mm bis 170 mm fortpflanzt. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 die Intensitätsverteilung des Laserlichts in eine räumlich gleichförmige Intensitätsverteilung, d. h. eine super-Gaußsche Verteilung, umformt, und zwar im Wesentlichen wie ausgelegt nach dem Fortpflanzen um ungefähr L = 165 mm, was ein Auslegungswert des Linsenintervalls war.
Es war ferner ersichtlich, dass sich die Intensitätsverteilung nicht drastisch verändert hat, als das Linsenintervall von dem Auslegungswert L = 165 mm abgewichen ist. Diese Ergebnisse zeigen an, dass die Intensitätsverteilung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 umgeformt wird, selbst dann über die optischen Bilderzeugungssysteme zu einer vorgegebenen Position übertragen werden kann, wenn die Position, an der die gewünschte Intensitätsverteilung durch die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 erhalten wird, nicht genau mit der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems übereinstimmt.
Somit wird bei dem zweiten Vergleichsbeispiel ein Modus ohne die asphärische Phasenkorrekturlinse im Homogenisierer gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel konzipiert.
Zweites Vergleichsbeispiel
8 zeigt eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach dem zweiten Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1Y nach dem zweiten Vergleichsbeispiel unterscheidet sich in seinem Aufbau dahingehend von dem optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1X nach dem ersten Vergleichsbeispiel, dass die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 allein anstelle des Homogenisierers 26 vorgesehen ist. Die übrigen Strukturen des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems 1Y nach dem zweiten Vergleichsbeispiel sind die gleichen wie diejenigen des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems 1 nach dem ersten Vergleichsbeispiel.
Wie oben beschrieben ist, wird die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 zum Umformen der Intensitätsverteilung des Laserlichts in eine vorgegebene Form verwendet, und sie kann das Ausgangslaserlicht Oo erzeugen, das eine gewünschte Intensitätsverteilung aufweist, in die die Intensitätsverteilung des Eingangslaserlichts Oi entsprechend der Auslegungsform der asphärischen Fläche 24a umgeformt wird.
Beispielsweise werden, wie in 9 gezeigt ist, optische Wege P1 bis P8, die optische Wege von der asphärischen Fläche 24a der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 zu einer gewünschten Ebene 24x bei vorgegebenen Koordinaten in der radialen Richtung der asphärischen Linse sind, so festgelegt, dass die Intensitätsverteilung (Gaußsche Verteilung, wie oben beschrieben) im Eingangslaserlicht Oi an der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 zu der gewünschten Intensitätsverteilung (super-Gaußsche Verteilung, wie oben beschrieben) im Ausgangslaserlicht Oo an der gewünschten Ebene 24x wird.
Danach wird entsprechend den so festgelegten optischen Wegen P1 bis P8 die Form der asphärischen Fläche 24a der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bestimmt, wie oben beschrieben ist. Insbesondere wird mit Bezug auf die Mitte der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 die Höhendifferenz der asphärischen Fläche 24a bei jeder Koordinate in der radialen Richtung r₁ so bestimmt, dass die optischen Wege P1 bis P8 gebildet werden. Somit wird die Form der asphärischen Fläche 24a der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 so bestimmt, wie in 4 gezeigt ist. Hier zeigt 4 ein Beispiel für die Auslegung, wenn die Distanz zwischen der Mittelposition (Position, an der die Koordinate r₁ = 0 ist) der asphärischen Fläche 24a und der gewünschten Ebene 24x als L = 165 mm eingestellt ist.
Wie in 8 gezeigt ist, ist die eingangsseitige Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems 28 auf die Ebene 24x gesetzt, wo das Laserlicht, das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 emittiert wird, die gewünschte Intensitätsverteilung erreicht.
Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1Y nach dem zweiten Vergleichsbeispiel kann die Intensitätsverteilung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 umgeformt worden ist, auf der gewünschten Ebene 24x über die optischen Bilderzeugungssysteme 28, 30X präzise zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 übertragen, und die Wellenfront, die von dem SLM 34 gesteuert wird, über das optische Bilderzeugungssystem 30X präzise zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 übertragen. Somit kann sie die Intensitätsverteilung des Laserlichts zu einer vorgegebenen Intensitätsverteilung umformen und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts steuern.
Der Raummodus (Intensitätsverteilung) auf der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 wurde mittels der Strahlprofilierungseinrichtung 42 über das Bilderzeugungslinsensystem 41 im optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1Y nach dem zweiten Vergleichsbeispiel gemessen. 10 zeigt die Ergebnisse der Messung. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die Intensitätsverteilung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 umgeformt wird, auf der gewünschten Ebene 24x über die optischen Bilderzeugungssysteme 28, 30X zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 übertragbar ist, wie oben beschrieben ist.
Wie in 11 gezeigt ist, war im optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1Y nach dem zweiten Vergleichsbeispiel ein transparentes Material 50 in einem Lichtaufnahmeteil der Kondensorlinse 36 angeordnet, und eine Lichtaufnahmecharakteristik im transparenten Material 50 wurde von einer Seitenfläche mittels einer CCD-(charge-coupled device)Kamera 52 über eine Linse 51 erfasst. 12 zeigt das Ergebnis der Erfassung, wobei die sphärische Aberration über die Wellenfrontsteuerung durch den SLM 34 korrigiert war, und es ist ersichtlich, dass die Wellenfrontsteuerung auch beim Übertragen der von der allein vorgesehenen asphärischen Linse 24 umgeformten Intensitätsverteilung auf effiziente Weise funktioniert.
Wie oben beschrieben ist, verändert sich die Intensitätsverteilung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 umgeformt wird, nicht drastisch, wenn Istwerte von Auslegungswerten abweichen. Es ist je nach Verwendung nicht erforderlich, dass die Wellenfront, die von dem SLM 34 gesteuert wird, präzise übertragen wird.
Daher haben die Erfinder ein optisches Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem konzipiert, mit dem auf einfache Weise die Intensitätsverteilung von Laserlicht in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umgeformt und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts gesteuert werden können.
Erste Ausführungsform
13 zeigt eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach der ersten Ausführungsform unterscheidet sich in seinem Aufbau dahingehend von dem optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1Y nach dem zweiten Vergleichsbeispiel, dass es ein optisches Bilderzeugungssystem 30 anstelle der zwei optischen Bilderzeugungssysteme 28, 30X aufweist. Die übrigen Strukturen des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems 1 nach der ersten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems 1Y nach dem zweiten Vergleichsbeispiel.
Das optische Bilderzeugungssystem 30 weist ein Paar von Linsen 30a, 30b auf und erzeugt ein Bild des Laserlichts in der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene auf der ausgangsseitigen Bilderzeugungsebene. Die eingangsseitige Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems 30 ist auf die Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 gesetzt wie bei dem optischen Bilderzeugungssystem 30X. Das optische Bilderzeugungssystem 30 unterscheidet sich dahingehend von dem optischen Bilderzeugungssystem 30X, dass die eingangsseitige Bilderzeugungsebene zwischen der gewünschten Ebene 24x, wo das Laserlicht, das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 emittiert wird, die gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, und der Modulationsebene 34a des SLM 34 gesetzt ist. Der Reflexionsspiegel 22 ist bei dieser Ausführungsform auch zwischen den Linsen 30a, 30b angeordnet. Das optische Bilderzeugungssystem 30 kann ferner als ein optisches Vergrößerungs- oder Verkleinerungssystem zum Einstellen des Strahldurchmessers des Laserlichts auf der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene auf den Pupillendurchmesser auf der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 dienen. Dadurch kann das Laserlicht auf effiziente Weise zu der Kondensorlinse 36 geführt werden, wie oben beschrieben ist.
Da sich bei dem optischen Bilderzeugungssystem 30 die eingangsseitige Bilderzeugungsebene zwischen der gewünschten Ebene 24x, wo das Laserlicht, das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 emittiert wird, die gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, und der Modulationsebene 34a des SLM 34 befindet, kann das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach der ersten Ausführungsform sowohl die gewünschte Intensitätsverteilung, die von der Intensitätskonversionslinse 24 umgeformt worden ist, als auch die Wellenfront, die von dem SLM 34 gesteuert wird, zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 übertragen. Daher kann es auf einfache Weise die Intensitätsverteilung von Laserlicht in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umformen und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts steuern.
Durch Homogenisieren der Intensitätsverteilung des Laserlichts kann das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach der ersten Ausführungsform die effektive NA (numerische Apertur) der Kondensorlinse 36 verbessern, wodurch die sphärische Aberration durch Verwenden der Wellenfrontveränderung, die bei der Intensitätskonversion auftritt, korrigiert wird, wie im Folgenden genauer erläutert wird.
Hierbei verändert die asphärische Intensitätskonversionslinse 24, die die Intensitätsverteilung des auf sie auftreffenden Laserlichts umformt, gleichzeitig die Wellenfront des auftreffenden Laserlichts (d. h. die Phase des auftreffenden Laserlichts). Durch Verwenden der Veränderung der Wellenfront, die von der Intensitätskonversionslinse 24 bewirkt wird, kann mit dem optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach der ersten Ausführungsform die Wellenfrontsteuerungsauflösung im Vergleich zu dem Fall, in dem die Wellenfrontsteuerung allein von dem SLM 34 durchgeführt wird, verbessert werden. Diese Vorgänge und Auswirkungen werden im Folgenden verifiziert.
14 zeigt eine grafische Darstellung einer Wellenfrontverzerrung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse erzeugt wird. Die Kurve A ist die Wellenfrontverzerrung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bewirkt wird, während Kurve B eine Korrektur-Wellenfront ist, die zum Korrigieren der sphärischen Aberration erforderlich ist, welche auftritt, wenn Laserlicht in einer Tiefe von 1,5 mm in synthetischer Silica unter Verwendung einer Objektivlinse mit einer NA = 0,8 und der Brennweite f = 4 mm konvergiert wird. Da diese Wellenfronten somit einander ähnlich sind, kann mit der Wellenfrontveränderung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse bewirkt wird, die sphärische Aberration korrigiert werden.
Dadurch reicht es aus, wenn der SLM 34 die Wellenfront um das Maß korrigiert, in dem sich die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 hervorgerufene Wellenfront und die zum Korrigieren der sphärischen Aberration erforderliche Korrektur-Wellenfront voneinander unterscheiden. Folglich kann die Wellensteuerungsauflösung in viel größerem Maße verbessert werden im Vergleich zu dem Fall, in dem die sphärische Aberration allein von dem SLM 34 korrigiert wird.
Als Nächstes wurde die Lichtaufnahmecharakteristik im transparenten Material in dem Fall betrachtet, in dem die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bewirkte Wellenfrontveränderung verwendet wurde. 15(a) zeigt eine grafische Darstellung der Lichtaufnahmecharakteristik des ersten Vergleichsbeispiels, d. h. in dem Fall, in dem die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bewirkte Wellenfrontveränderung von der asphärischen Phasenkorrekturlinse 25 korrigiert wurde, während 15(b) eine grafische Darstellung der Lichtaufnahmecharakteristik bei dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt, d. h. in dem Fall, in dem die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bewirkte Wellenfrontveränderung verwendet wurde. Zum Klären der Auswirkung der Korrektur der sphärischen Aberration, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse erreicht wurde, wurde nicht davon ausgegangen, dass der SLM 34 die Wellenfrontkorrektur in 15(a) und (b) durchführt. Bei dieser Betrachtung war wie in 11 das transparente Material 50 im Lichtaufnahmeteil der Kondensorlinse 36 angeordnet, und die Lichtaufnahmecharakteristik im transparenten Material 50 wurde von einer Seitenfläche mittels der CCD-Kamera 52 über die Linse 51 erfasst. Daraus ergab sich, dass sich die Verzerrung des Lichtaufnahmeteils, die durch die sphärische Aberration bewirkt wurde, verbesserte, wenn die asphärische Intensitätskonversionslinse allein verwendet wurde.
Zweite Ausführungsform
16 zeigt eine Aufbauskizze mit Darstellung des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1A nach der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich in seinem Aufbau dahingehend von dem optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach der ersten Ausführungsform, dass es den Homogenisierer 26 anstelle der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 aufweist. Das heißt, dass sich das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1A nach der zweiten Ausführungsform im Aufbau von dem optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach der ersten Ausführungsform dahingehend unterscheidet, dass es ferner die asphärische Phasenkorrekturlinse 25 aufweist. Die übrigen Strukturen des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems 1A nach der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen des optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems 1 nach der ersten Ausführungsform.
Wie oben beschrieben ist, ist die asphärische Phasenkorrekturlinse 25, die zum Korrigieren des von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 umgeformten Laserlichts zu einer ebenen Welle durch Homogenisieren seiner Phase verwendet wird, auf der gewünschten Ebene 24x angeordnet, wo das Laserlicht, das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 emittiert wird, die gewünschte Intensitätsverteilung erreicht.
Wie bei dem optischen Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem 1 nach der ersten Ausführungsform kann das optische Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystems 1A nach der zweiten Ausführungsform die gewünschte Intensitätsverteilung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 umgeformt worden ist, und die Wellenfront, die von dem SLM 34 gesteuert wird, zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 übertragen. Daher kann es auf einfache Weise die Intensitätsverteilung von Laserlicht in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umformen und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts steuern.
Wie oben beschrieben ist, kann bei der ersten Ausführungsform, die die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 allein ohne die asphärische Phasenkorrekturlinse 25 aufweist, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bewirkte Wellenfrontveränderung verwendet werden, und sie ist somit zum Korrigieren der sphärischen Aberration wirksam. Wenn jedoch keine Aberrationskorrektur erforderlich ist, wie im Fall einer Mehrpunktverarbeitung einer Materialfläche, ist die zweite Ausführungsform, die ferner die asphärische Phasenkorrekturlinse 25 aufweist, wirksam. Wenn die erste Ausführungsform, die allein die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 verwendet, im Fall einer Mehrpunktverarbeitung einer Materialfläche verwendet wird, ist es erforderlich, dass der SLM 34 die Wellenfrontveränderung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 bewirkt wird, korrigiert und die Wellenfrontveränderung steuert, um mehrere Punkte auszubilden. Dadurch wird das Maß an Wellenfrontsteuerung, das von dem SLM 34 erreicht wird, erhöht.
Bei der zweiten Ausführungsform, bei der im Gegensatz dazu ferner die asphärische Phasenkorrekturlinse 25 verwendet wird, korrigiert die asphärische Phasenkorrekturlinse 25 das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 ausgegebene Laserlicht zu einer ebenen Welle durch Homogenisieren seiner Phase, wodurch es nur erforderlich ist, dass der SLM 34 die Wellenfrontveränderung zum Ausbilden der mehreren Punkte erreicht. Daher erhöht sich das Maß an Wellenfrontsteuerung, das von dem SLM 34 erreicht wird, nicht.
Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt zu sein. Beispielsweise kann, da die durch den SLM steuerbare Wellenfront (Maß an Phasenmodulation) begrenzt ist, die Auflösung des SLM unzureichend sein, wenn das Maß an Phasenmodulation groß ist, wodurch es schwierig ist, die gewünschte Wellenfront in ausreichendem Maße zu erreichen. In diesem Fall kann bei dieser Ausführungsform bewirkt werden, dass der SLM 34 eine um 2π oder ein geradzahliges Vielfaches von 2π gefaltete Anzeige erzielt.
Bei der ersten Ausführungsform kann die gewünschte Ebene 24x, wo das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 emittierte Laserlicht die gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, so ausgelegt sein, dass sie sich auf der Modulationsebene 34a des SLM 34 befindet. In diesem Fall kann durch das Setzen der eingangsseitigen Bilderzeugungsebene des optischen Bilderzeugungssystems 30 auf die Modulationsebene 34a des SLM 34 eine präzise Übertragung sowohl der Intensitätsverteilung, die von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 umgeformt worden ist, an dem SLM 34 als auch der Wellenfront, die von dem SLM 34 gesteuert wird, zu der Pupillenebene 36a der Kondensorlinse 36 erfolgen.
Bei der ersten Ausführungsform kann die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 eine Funktion als optisches Vergrößerungssystem aufweisen, das von dem optischen Bilderzeugungssystem 28 in dem Vergleichsbeispiel gebildet wird. Das heißt, dass die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 eine Funktion zum Vergrößern des Strahldurchmessers des Laserlichts derart aufweisen kann, dass er auf die Größe der Modulationsebene 34a des SLM 34 eingestellt wird. Dadurch wird es möglich, die Pixelregion der Modulationsebene 34a des SLM 34 auf effiziente Weise zu nutzen.
Bei der ersten Ausführungsform kann der Strahldurchmesser (Wellenfront), der für ein gewünschtes Korrigieren der sphärischen Aberration erforderlich ist, von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 allein erreicht werden, und zwar abhängig davon, wie Letztere ausgebildet ist. Wenn der Strahldurchmesser (Wellenfront), der für ein gewünschtes Korrigieren der sphärischen Aberration erforderlich ist, mittels der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 allein schwer zu erreichen ist, ist es andererseits erforderlich, dass der Strahldurchmesser des Laserlichts, das auf die asphärische Intensitätskonversionslinse 24 auftrifft, und der Strahldurchmesser des Laserlichts, das von dieser emittiert wird (das Laserlicht nach der Intensitätskonversion), angemessene Werte erreichen. Zu diesem Zweck kann ein optisches Vergrößerungs- oder Verkleinerungssystem vor der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 angeordnet sein.
Andererseits kann dann, wenn bei der ersten Ausführungsform bewirkt wird, dass der SLM 34 die Wellenfront des von der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 emittierten Lichts aktiv steuert, beim Anpassen des modulierten Lichts und der Größe des modulierten Lichts 34a des SLM 34 aneinander die Pixelregion des SLM 34 auf effiziente Weise genutzt werden. Zu diesem Zweck kann ein optisches Vergrößerungs- oder Verkleinerungssystem vor der asphärischen Intensitätskonversionslinse 24 angeordnet sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann bei Anwendungen zum Einsatz kommen, bei denen die Intensitätsverteilung von Laserlicht auf einfache Weise in eine vorgegebene Intensitätsverteilung umgeformt wird und gleichzeitig die Wellenfront des Laserlichts gesteuert wird.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1X, 1Y: Optisches Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem
12: Laserlichtquelle
14: Raumfilter
16: Kollimatorlinse
18, 20, 22: Reflexionsspiegel
24: Asphärische Intensitätskonversionslinse (Intensitätskonversionslinse)
24x: Ebene, wo das von der asphärischen Intensitätskonversionslinse emittierte Laserlicht eine gewünschte Intensitätsverteilung erreicht
25: Asphärische Phasenkorrekturlinse (Phasenkorrekturlinse)
26: Homogenisierer
28, 30, 30X: Optisches Bilderzeugungssystem
32: Prisma
34: Raumlichtmodulator (SLM: optische Modulationsvorrichtung)
34a: Modulationsebene
36: Kondensorlinse (optisches Kondensorsystem)
36a: Pupillenebene
41: Bilderzeugungslinsensystem
42: Strahlprofilierungseinrichtung
50: Transparentes Material
51: Linse
52: CCD-Kamera

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-310368 [0004]
JP 2009-034723 [0004]
JP 2010-075997 [0004]

Claims

Optisches Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem, das umfasst: eine Intensitätskonversionslinse zum Konvertieren und Umformen einer Intensitätsverteilung von auf sie auftreffendem Laserlicht in eine gewünschte Intensitätsverteilung; eine optische Modulationsvorrichtung zum Modulieren des von der Intensitätskonversionslinse emittierten Laserlichts zum Steuern einer Wellenfront desselben; ein optisches Kondensorsystem zum Konvergieren des von der optischen Modulationsvorrichtung ausgegebenen Laserlichts; und ein zwischen der optischen Modulationsvorrichtung und dem optischen Kondensorsystem angeordnetes optisches Bilderzeugungssystem, das eine eingangsseitige Bilderzeugungsebene zwischen einer Ebene, wo das von der Intensitätskonversionslinse emittierte Laserlicht eine gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, und einer Modulationsebene der optischen Modulationsvorrichtung und eine ausgangsseitige Bilderzeugungsebene in dem optischen Kondensorsystem aufweist.
Optisches Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei sich die Ebene, wo das von der Intensitätskonversionslinse emittierte Licht die gewünschte Intensitätsverteilung aufweist, auf der Modulationsebene der optischen Modulationsvorrichtung befindet, und wobei das optische Bilderzeugungssystem die eingangsseitige Bilderzeugungsebene auf der Modulationsebene der optischen Modulationsvorrichtung aufweist.
Optisches Laserlichtumformungs- und Wellenfrontsteuerungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Phasenkorrekturlinse auf der Ebene, wo das von der Intensitätskonversionslinse emittierte Licht die gewünschte Intensitätsverteilung erreicht, umfasst zum Korrigieren des von der Intensitätskonversionslinse emittierten Laserlichts zu einer ebenen Welle durch Homogenisieren einer Phase desselben.