DE112012004479T5

DE112012004479T5 - Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, Steuerprogramm, Steuervorrichtung und Laserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012004479T5
Application number: DE112012004479.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Hamamatsu Photonics K.K. Matsumoto Naoya; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Takiguchi Yuu; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Ando Taro; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Ohtake Yoshiyuki; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Inoue Takashi; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Otsu Tomoko; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Toyoda Haruyoshi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-08-14
Also published as: WO2013061961A1; KR20140084054A; CN103907048B; CN103907048A; JP2013092687A; US20140307299A1; JP5802109B2; US20180161923A1

Abstract

Bei der Steuerung von Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators werden die Anzahl von Wellenlängen des Laserlichts, ein Wert jeder Wellenlänge und Einfallsbedingungen des Laserlichts erfasst (Schritt S101), die Anzahl der Lichtkondensationspunkte und eine Lichtkondensationsposition, eine Wellenlänge und eine Lichtkondensationsintensität auf jedem Lichtkondensationspunkt werden eingestellt (S104), und ein Lichtkondensations-Steuerungsmuster, das für das Laserlicht vorzusehen ist, wird für jeden Lichtkondensationspunkt eingestellt (S107). Dann wird ein in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietendes Modulationsmuster unter Berücksichtigung des Lichtkondensationssteuerungsmusters entworfen (S108). Weiter wird beim Entwurf eines Modulationsmusters ein Entwurfsverfahren verwendet, das sich auf einen Effekt durch einen Phasenwert eines Pixels richtet, und bei der Auswertung des Lichtkondensationszustands am Lichtkondensationspunkt wird eine Ausbreitungsfunktion verwendet, zu der ein Phasenmuster addiert wird, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ist. Dadurch sind ein Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, ein Programm, eine Vorrichtung und eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung erreicht, die in der Lage sind, vorzugsweise Kondensationssteuerung von Laserlicht zu erreichen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, ein Steuerprogramm und eine Steuervorrichtung, die Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf einen Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuern, das in einem räumlichen Lichtmodulator darzubieten ist, sowie auf eine Laserstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die dieses verwendet.
Technischer Hintergrund
Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtungen, die ein Objekt mit Laserlicht unter vorgegebenen Lichtkondensationsbedingungen bestrahlen, wurden als verschiedene optische Vorrichtungen verwendet, wie etwa eine Laserbearbeitungsvorrichtung, ein Lasermikroskop zum Beobachten von Streuung und Reflexion von Laserlicht. Weiter gibt es in einer solchen Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung eine Anordnung, in der Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen von Laserlicht für ein Objekt unter Verwendung eines räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators (SLM: Spatial Light Modulator – Räumlicher Lichtmodulator) eingestellt und gesteuert werden.
In einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, die einen räumlichen Lichtmodulator verwendet, wird beispielsweise ein Hologramm (CGH: Computer Generated Hologram – computergeneriertes Hologramm), das durch eine numerische Berechnung erstellt ist, in dem Modulator dargestellt; dadurch ist es möglich, die Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen, wie etwa eine Lichtkondensationsposition, eine Lichtkondensationsintensität und eine Lichtkondensationsform von Laserlicht auf einem Bestrahlungsobjekt zu steuern (siehe zum Beispiel Patentschriften 1 bis 4, Nicht-Patentdokumente 1 bis 6).
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 2010-58128
Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 2010-75997
Patentschrift 3: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 4300101
Patentschrift 4: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 2005-84266

Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentdokument 1: J. Bengtsson, „Kinoforms designed to produce different fan-out patterns for two wavelengths” (Kinoformen, ausgelegt, unterschiedliche Ausfächerungsmusterfür zwei Wellenlängen zu erzeugen), Appl. Opt. Vol. 37 Nr. 11 (1998) Seiten 2011–2020
Nicht-Patentdokument 2: Y. Ogura et al., „Wavelength-multiplexing diffractive Phase elements: design, fabrication, and performance evaluation” (Wellenlängen-multiplexende beugende Phasenelemente: Entwurf, Herstellung und Leistungsbewertung), J. Opt. Soc. Am. A Vol. 18 Nr. 5 (2001) Seiten 1082–1092
Nicht-Patentdokument 3: N. Yoshikawa et al., „Phase optimization of a kinoform by simulated annealing” (Phasenoptimierung einer Kinoform durch simuliertes Ausheilen) Appl. Opt. Vol. 33 Nr. 5 (1994) Seiten 863–868
Nicht-Patentdokument 4: N. Yoshikawa et al., „Quantized phase optimization of two-dimensional Fourier kinoforms by a genetic algorithm„ (Quantisierte Phasenoptimierung zweidimensionaler Fourier-Kinoformen durch einen genetischen Algorithmus), Opt Lett. Vol. 20 Nr. 7 (1995) Seiten 752–754
Nicht-Patentdokument 5: J. Leach et al., „Observation of chromatic effects near a white-light vortex” (Beobachtung chromatischer Effekte nahe einem Weißlichtwirbel), New Journal of Physics Vol. 5 (2003) Seiten 154.1–154.7
Nicht-Patentdokument 6: T. Ando et al., „Mode purities of Laguerre-Gaussian beamsgenerated via complex-amplitude modulation using phase-only spatial light modulators” (Modus-Reinheiten von Laguerre-Gauß-Strahlen, die über Modulation komplexer Amplitude unter Verwendung von räumlichen Lichtmodulatoren nur für die Phase erzeugt sind), Opt Lett. Vol. 34 Nr. 1 (2009) Seiten 34–36
Nicht-Patentdokument 7: S. W. Hell et al., „Breaking the diffraction resolution limit by stimulated emission: stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy” (Durchbrechen der Grenze der Beugungsauflösung durch stimulierte Emission: Stimulierte Emissions-Abregungs-Fluoreszenzmikroskopie), Opt Lett. Vol. 19 Nr. 11 (1994) Seiten 780–782
Nicht-Patentdokument 8: D. Wildanger et al., „ASTED microscope aligned by design” (Durch Entwurf angepasstes STED-Mikroskop), Opt. Express Vol. 17 Nr. 18 (2009) Seiten 16100–16110

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wie oben beschrieben, ist es bei der Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht unter Verwendung eines räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators möglich, eine beliebige Lichtkondensationsposition mit Laserlicht in einer beliebigen Lichtkondensationsform über ein Phasenmuster zu bestrahlen, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzubieten ist. Beispielsweise ist in dem Fall, in dem ein Versuch gemacht wird, eine vorgegebene Position mit Laserlicht in einer ringförmigen Lichtkondensationsform zu bestrahlen, ein Phasenmuster ϕ_SI,M ϕ_SLM = ϕ_CGH + ϕ_pat

– das heißt, ein Phasenmuster ϕ_CGH eines CGH, das so entworfen ist, dass es eine Phasenverteilung vorsieht, die Laserlicht auf eine vorgegebene Position kondensiert, und ein Lichtkondensationssteuerungsmuster ϕ_pat zum Kondensieren des Laserlichts in eine Ringform werden addiert – in dem räumlichen Lichtmodulator darzubieten; Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts ist dadurch erreicht.

Jedoch ist es bei einem solchen Verfahren in einigen Fällen nicht möglich, einen ausreichenden Freiheitsgrad der Steuerung eines Lichtkondensationszustands von Laserlicht zu erreichen. Als solches Beispiel ist es in dem Fall, in dem die Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht enthaltenden Lichtkomponenten mehrfacher Wellenlängen auf ein Objekt durch einen einzigen räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, bei dem oben beschriebenen Verfahren, weil dasselbe Verzerrungskorrekturmuster auf die Laserlichtkomponenten der jeweiligen Wellenlängen wirkt, nicht möglich, Lichtkondensationsbedingungen, wie etwa Einstellen einer Lichtkondensationsform zu einer unterschiedlichen Form bei jeder Wellenlänge und dergleichen zu erreichen.
Weiter ist in der oben beschriebenen Anordnung, weil das auf Laserlicht wirkende Phasenmusterin der Phasendifferenz geändert ist, die für das Laserlicht bei einer anderen Wellenlänge vorgesehen ist, ein gegenüber dem gewünschten Lichtkondensations-Steuermuster geändertes Phasenmuster bei jeder Wellenlänge vorzusehen. Ein solches Problem des Freiheitsgrads bei der Verzerrungskorrektur wird auf dieselbe Weise in einer anderen Anordnung als der Anordnung zur Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts bei mehrfachen Wellenlängen verursacht.
Die vorliegende Erfindung wurde erbracht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe davon ist es, ein Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, ein Lichtmodulations-Steuerprogramm und eine Lichtmodulations-Steuervorrichtung zu schaffen, durch die es möglich ist, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei einem ausreichenden Freiheitsgrad sowie eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zu erreichen, die diese verwendet.
Lösung der Aufgabe
Um ein solches Ziel zu erreichen, ein Lichtmodulations-Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung (1), das Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, enthält das Verfahren (2) einen Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt zum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x (x = 1, ... und x_t) und der Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, (3) einen Lichtkondensationsbedingungs-Einstellschritt zum Einstellen der Anzahl der Lichtkondensationspunkte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s (s = 1, ... und s_t) als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts, (4) einen Steuermuster-Einstellschritt zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster, und (5) einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Steuermuster-Einstellschritt eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, und bei dem Verfahren (6) setzt der Modulationsmuster-Entwurfsschritt eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraus, ändert einen Phasenwert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem er sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt richtet, indem er den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und führt solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durch, wodurch er das Modulationsmuster entwirft, und wenn er den Lichtkondensationszustand an dem Lichtkondensationspunkt auswertet, wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x,

– das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, das in dem Steuerungsmuster-Einstellschritt eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.

Weiter ein Lichtmodulations-Steuerungsprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung (1), das dazu dient, einen Computer zu veranlassen, Lichtmodulationssteuerung auszuführen, die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator unter Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei das Programm den Computer veranlasst, auszuführen: (2) Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsverarbeitung zum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x (x = 1, ... und x_t) und von Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, (3) eine Lichtkondensationsbedingungs-Einstellungsverarbeitung zum Einstellen der Anzahl der Lichtkondensationspunkte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), auf denen Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s (s = 1, ... und s_t) als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts, (4) Steuermuster-Einstellverarbeitung zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als ein für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster, und (5) Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des bei der Steuermuster-Einstellverarbeitung eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, und in dem Programm (6) setzt die Modulationsmuster-Entwurfsbearbeitung eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraus, ändert einen Phasenwert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem sie sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt richtet, indem sie den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und führt solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durch, wodurch sie das Modulationsmuster entwirft, und und wenn sie den Lichtkondensationszustand an dem Lichtkondensationspunkt auswertet, wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x,

– das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, das bei der Steuerungsmuster-Einstellverarbeitung eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.

Weiter eine Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (1), die die Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei die Vorrichtung (2) Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel zum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts enthält, von x_t Wellenlängen λ_x (x = 1, ... und x_t) und von Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, wobei (3) das Lichtkondensationsbedingungs-Einstellmittel die Anzahl von Lichtkondensationspunkten s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), auf die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und eine Lichtkondensationsposition, eine Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und eine Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s (s = 1, ... und s_t) als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts einstellt, (4) ein Steuermuster-Einstellmittel zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster, und (5) ein Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Steuermuster-Einstellmittel eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, und in der Vorrichtung (6) setzt das Modulationsmuster-Entwurfsmittel eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraus, ändert einen Phasenwert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem es sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und führt solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durch, wodurch es das Modulationsmuster entwirft, und und wenn es den Lichtkondensationszustand an dem Lichtkondensationspunkt auswertet, wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x,

– das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, das in dem Steuerungsmuster-Einstellmittel eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.

Bei dem oben beschriebenen Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, dem Steuerprogramm und der Steuervorrichtung für Lichtkondensationsbestrahlung mit dem Laserlicht am Lichtkondensationspunkt durch Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators werden die Informationen über die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts, einen Wert einer Wellenlänge λ_x und Einfallsbedingungen (beispielsweise eine Einfallsamplitude, eine Einfallsphase) des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x auf den räumlichen Lichtmodulator erfasst, und die Lichtkondensationsbedingungen, einschließlich der Anzahl von Lichtkondensationspunkten s_t des Laserlichts und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität auf jeden Lichtkondensationspunkt s eingestellt. Dann wird ein Phasenmuster für die für das Laserlicht beider Wellenlänge λ_x vorzusehende Lichtkondensationssteuerung für jeden Lichtkondensationspunkt s eingestellt, und ein Modulationsmuster wird unter Berücksichtigung des Lichtkondensations-Steuerungsmusters entworfen. Dadurch ist es möglich, vorzugsweise die Lichtkondensationsbedingungen des an jedem Lichtkondensationspunktsbeider Wellenlänge λ_x kondensierten Laserlichts zu steuern.
Außerdem wird für den Entwurf eines Modulationsmusters genauer eine Pixelstruktur einer Vielzahl von Pixeln in dem räumlichen Lichtmodulator angenommen. Dann wird ein Entwurfsverfahren verwendet, das sich auf einen Effekt auf einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s richtet, indem es einen Phasenwert eines Pixels in dem Modulationsmuster ändert, und bei einer Auswertung des Lichtkondensationszustands des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x von einem Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator zum Lichtkondensationspunkt s nicht direkt verwendet, sondern eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', zu der ein Phasenmuster addiert ist, das entgegengesetzt zum Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, wird verwendet, um den Lichtkondensationszustand auszuwerten.
Gemäß einer solchen Anordnung ist es möglich, zuverlässig das für jeden Lichtkondensationspunkt s und jede Wellenlänge λ_x eingestellte Lichtkondensations-Steuerungsmuster in einem schließlich zu erhaltenden Modulationsmuster wiederzugeben, was es möglich macht, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei einem ausreichenden Freiheitsgrad zu erreichen. Außerdem kann in dem Fall, in dem ein räumlicher Lichtmodulator, der eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel aufweist, als der räumliche Lichtmodulator verwendet ist, seine Pixelstruktur direkt beim Entwurf eines Modulationsmusters angewendet werden.
Eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält (a) eine Laserlichtquelle, die Laserlicht mit x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Wellenlängen λ_x liefert, (b) einen räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulator, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, und (c) die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung, die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x auf bestimmte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Lichtkondensationspunkte s durch ein in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietendes Modulationsmuster steuert.
Gemäß einer solchen Anordnung wird das Lichtkondensations-Steuerungsmuster, das für jeden Lichtkondensationspunkt s und jede Wellenlänge λ_x eingestellt ist, zuverlässig in einem schließlich durch die Lichtmodulations-Steuervorrichtung zu erhaltenden Modulationsmuster wiedergegeben; dadurch ist es möglich, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei einem ausreichenden Freiheitsgrad zu erreichen, was es möglich macht, vorzugsweise Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf den auf ein Bestrahlungsobjekt gesetzten Lichtkondensationspunkt s zu erreichen, sowie dadurch Operationen, wie etwa Bearbeiten, Beobachtungen und dergleichen des Objekts. Eine solche Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung kann beispielsweise als eine Laserbearbeitungsvorrichtung, ein Lasermikroskop oder dergleichen verwendet sein. Außerdem ist als räumlicher Lichtmodulator vorzugsweise ein räumlicher Lichtmodulator verwendet, der eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel aufweist und eingerichtet ist, eine Phase von Laserlicht für jedes aus der Vielzahl von Pixeln zu modulieren. Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, dem Steuerprogramm, der Steuervorrichtung und der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, die diese verwendet, nach der vorliegenden Erfindung, werden zur Lichtkondensationsbestrahlung mit Laserlicht auf einen Lichtkondensationspunkt unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators die Anzahl von Wellenlängen des Laserlichts, ein Wert einer Wellenlänge und Einfallsbedingungen des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator bei jeder Wellenlänge erfasst, die Anzahl der Lichtkondensationspunkte des Laserlichts und eine Lichtkondensationsposition, eine Wellenlänge des zu kondensierenden Laserlichts und eine Lichtkondensationsintensität auf jedem Lichtkondensationspunkt eingestellt, ein für das Laserlicht bei der zu kondensierenden Wellenlänge vorzusehen des Lichtkondensations-Steuerungsmuster für jeden Lichtkondensationspunkt eingestellt, und ein Modulationsmuster unter Berücksichtigung des Lichtkondensations-Steuerungsmusters entworfen, und beim Entwurf des Modulationsmusters wird ein Entwurfsverfahren verwendet, das sich auf einen Effekt auf einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem Modulationsmuster ändert, und bei einer Auswertung des Lichtkondensationszustands des Laserlichts wird eine Wellen-Ausbreitungsfunktion verwendet, zu der ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ist, addiert wird; dadurch ist es möglich, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei einem ausreichenden Freiheitsgrad zu erreichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Zeichnung, die eine Anordnung einer Ausführungsform einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
2 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel einer Anordnung einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Lichtmodulations-Steuerungsverfahrens zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Modulationsmuster-Entwurfsverfahrens zeigt.
5 ist eine Zeichnung, die eine Anordnung einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt, die für einen Bestätigungsversuch verwendet wurde.
6 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters in einem räumlichen Lichtmodulator zeigt.
7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht durch die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel eines Modulationsmuster-Entwurfsverfahrens zeigt. Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend sind eine Ausführungsform eines Lichtmodulations-Steuerungsverfahrens, eines Steuerprogramms, einer Steuervorrichtung und einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung genau beschrieben. Außerdem sind in der Beschreibung der Zeichnung dieselben Bauteile durch dieselben Bezugssymbole bezeichnet, und sich überschneidende Beschreibungen davon sind weggelassen. Weiter sind die Maßverhältnisse in der Zeichnung nicht unbedingt gleich denen in den Beschreibungen.
Zuerst ist eine Grundanordnung einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, die einen räumlichen Lichtmodulator enthält und als Objekt für die Lichtmodulationssteuerung dient, zusammen mit ihrem Gestaltungsbeispiel beschrieben. 1 ist eine Zeichnung, die eine Anordnung einer Ausführungsform der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt, die eine Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung enthält. Eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung, die Lichtkondensationsbestrahlung auf ein Bestrahlungsobjekt 42 mit Laserlicht durchführt, und enthält eine Laserlichtquelleneinheit 10, einen räumlichen Lichtmodulator 20 und eine bewegliche Plattform 40.
In der in 1 gezeigten Anordnung wird das Bestrahlungsobjekt 42 auf die bewegliche Plattform 40 gelegt, die eingerichtet ist, in einer X-Richtung, einer Y-Richtung (horizontalen Richtung) und einer Z-Richtung (vertikalen Richtung) beweglich zu sein. Weiter ist in der Vorrichtung 1A ein Lichtkondensationspunkt zum Ausführen von Beobachtungen, Bearbeitung und dergleichen am Bestrahlungsobjekt 42 auf eine vorgegebene Position gesetzt, und Lichtkondensationsbestrahlung wird am Lichtkondensationspunkt mit Laserlicht durchgeführt.
Die Laserlichtquelleneinheit 10 fungiert als Laserlichtquelle, die Laserlicht mit x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Wellenlängen λ_x (λ_x = λ₁, ... und λ_xt) liefert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl von Wellenlängen des Laserlichts auf x_t = 2 eingestellt. Weiter besteht die Laserlichtquelleneinheit 10 entsprechend dieser Anzahl von Wellenlängen aus einer ersten Laserlichtquelle 11, die Laserlicht bei einer Wellenlänge λ₁ liefert, und einer zweiten Laserlichtquelle 12, die Laserlicht bei einer Wellenlänge λ₂ liefert.
Das Laserlicht bei einer Wellenlänge λ₁ von der Laserlichtquelle 11 wird durch einen Strahlaufweiter 13 aufgeweitet, um danach einen dichroitischen Spiegel 15 zu durchlaufen. Weiter wird das Laserlicht bei einer Wellenlänge λ₂ von der Laserlichtquelle 12 durch einen Strahlaufweiter 14 aufgeweitet, um durch einen Spiegel 16 reflektiert zu werden, und wird danach durch den dichroitischen Spiegel 15 reflektiert. Dadurch werden die Lichtstrahlen von den Laserlichtquellen 11 und 12 in dem dichroitischen Spiegel 15 gemultiplext, sodass sie zu Laserlicht werden, das die Wellenlängenkomponenten der Wellenlängen λ₁ und λ₂ enthält. Das Laserlicht von dem dichroitischen Spiegel 15 wird über eine erste reflektierende Fläche 18a eines Prismas 18 in den räumlichen Lichtmodulator (SLM) 20 eingegeben.
Der räumliche Lichtmodulator 20 ist ein räumlicher Phasenmodulations-Lichtmodulator und moduliert beispielsweise eine Phase von Laserlicht an jedem Bereich auf seiner zweidimensionalen Modulationsfläche, um ein phasenmoduliertes Laserlicht auszugeben. Hier ergibt sich, wenn eine Phase von in den räumlichen Lichtmodulator 20 einzugebendem Laserlicht ϕ_in ist und ein in dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorzusehender Phasenwert ϕ_SLM ist, eine Phase ϕ_out des auszugebenden Laserlichts wie folgt. ϕ_out = ϕ_SLM + ϕ_in
Als der räumliche Lichtmodulator 20 wird vorzugsweise ein räumlicher Lichtmodulator mit einer Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel verwendet, der eine Phase des Laserlichts an jedem aus der Vielzahl von Pixeln moduliert. In einer solchen Anordnung ist ein Modulationsmuster, wie etwa ein CGH, in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubieten, und Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt wird durch dieses Modulationsmuster gesteuert. Weiter ist der räumliche Lichtmodulator 20 durch eine Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 über eine Lichtmodulator-Ansteuervorrichtung 28 angesteuert. Die genaue Gestaltung der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 ist später beschrieben. Weiter kann als der räumliche Lichtmodulator 20 ein räumlicher Lichtmodulator ohne die oben beschriebene Pixelstruktur verwendet werden.
Der räumliche Lichtmodulator 20 kann ein reflektierender Typ oder ein transmissiver Typ sein. In 1 ist ein reflektierender Typ als der räumliche Lichtmodulator 20 gezeigt. Weiter dient als Beispiel für den räumlichen Lichtmodulator 20 ein SLM mit Brechungsindex-veränderndem Material (beispielsweise als SLM, der einen Flüssigkristall verwendet, ein LCOS-Typ (Liquid Crystal an Silicon – Flüssigkristall auf Silizium), ein LCD (Liquid Crystal Display – Flüssigkristallanzeige), ein Segmentspiegel-SLM, ein SLM mit kontinuierlich verformbarem Spiegel oder ein DOE (diffraktives optisches Element) oder dergleichen. Außerdem ist als ein DOE ein DOE, dessen Phase diskret exprimiert ist, oder ein DOE enthalten, bei dem ein Muster unter Verwendung eines Verfahrens entworfen ist, das später beschrieben ist, um es durch Glätten oder dergleichen in ein kontinuierliches Muster umzuwandeln.
Ein als Modulationsmuster entworfenes CGH ist beispielsweise in einem DOE durch Verwenden eines Elektronenstrahls, Belichten und Ätzen exprimiert, oder sein Phasenmuster wird gemäß einer Anordnung des räumlichen Lichtmodulators 20 in eine auf einem SLM mit einer Pixelstruktur darzubietende Spannungsverteilung umgewandelt. Weiter wurde in einem herkömmlichen Beispiel in dem Fall, in dem Laserlicht bei mehrfachen Wellenlängen durch einen einzigen SLM moduliert wird, ein als festes Muster verfügbares DOE verwendet.
Das auszugebende Laserlicht, das die Wellenlängenkomponenten der Wellenlängen λ₁ und λ₂ enthält und in dem räumlichen Lichtmodulator 20 in ein vorgegebenes Muster phasenmoduliert ist, wird durch eine zweite reflektierende Fläche 18b des Prismas 18 reflektiert und durch einen Spiegel 21 und ein aus den Linsen 22 und 23 bestehendes optisches 4f-System zu einer Objektivlinse 25 übertragen, die aus einer einzelnen Linse oder einer Vielzahl von Linsen besteht. Dann wird mit dieser Objektivlinse 25 Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf einem einzelnen oder einer Vielzahl von Lichtkondensationspunkten durchgeführt, die auf der Oberfläche oder im Inneren des Bestrahlungsobjekts 42 auf der Plattform 40 eingestellt sind.
Weiter enthält die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu der oben beschriebenen Anordnung eine Erfassungseinheit 45, eine Linse 46 und einen dichroitischen Spiegel 47. Der dichroitische Spiegel 47 ist zwischen der Linse 23, die Bestandteil des optischen 4f-Systems ist, und der Objektivlinse 25 in dem optischen Laserlicht-Bestrahlungssystem vorgesehen. Weiter ist er so angeordnet, dass durch den dichroitischen Spiegel 47 reflektiertes Licht von dem Bestrahlungsobjekt 42 über die Linse 46 auf die Erfassungseinheit 45 fallen muss.
Demgemäß ist die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A von 1 als ein Laser-Raster-Mikroskop eingerichtet, das eine Beobachtungsprobe, die das Bestrahlungsobjekt 42 ist, mit Laserlicht bestrahlt und mit der Erfassungseinheit 45 Beobachtungen an reflektiertem Licht, gestreutem Licht, Fluoreszenz oder dergleichen von der Probe vornimmt. Außerdem ist sie bezüglich der Laserabtastung einer Probe eingerichtet, das Bestrahlungsobjekt 42 über die bewegliche Plattform 40 in 1 zu bewegen; jedoch kann sie beispielsweise auch so eingerichtet sein, dass diese Plattformfest steht, und eine bewegliche Vorrichtung, ein Galvanometerspiegel oder dergleichen kann auf der Seite des optischen Systems vorgesehen sein. Weiter sind als die Laserlichtquellen 11 und 12 vorzugsweise gepulste Laserlichtquellen, wie etwa Femtosekunden-Laserlichtquellen verwendet, die ein gepulstes Laserlicht liefern. Weiter können als die Laserlichtquellen 11 und 12 CW-Laserlichtquellen(Dauerstrich-Laserlichtquellen) verwendet werden.
Weiter ist die Anordnung des optischen Systems in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A nicht speziell auf die in 1 gezeigte Anordnung beschränkt, und verschiedene Anordnungen können verwendet sein. Beispielsweise ist in 1 das optische System so eingerichtet, dass es Laserlicht mit Strahlaufweitern 13 und 14 aufweitet, jedoch kann das optische System auch eingerichtet sein, eine Kombination eines räumlichen Filters und einer Kollimatorlinse zu verwenden. Weiter kann die Ansteuervorrichtung 28 auch einstückig mit dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorgesehen sein. Weiter ist als das optische 4f-System durch die Linsen 22 und 23 im Allgemeinen vorzugsweise ein beidseitig telezentrisches optisches System verwendet, das aus einer Vielzahl von Linsen besteht.
Weiter ist für die Laserlichtquelleneinheit 10, die zum Liefern von Laserlicht verwendet ist, die Anordnung durch die Laserlichtquellen 11 und 12 als Beispiel dargestellt, die jeweils die Laserlichtstrahlen bei den Wellenlängen λ₁ und λ₂ ausgeben; jedoch können speziell als eine Anordnung einer Laserlichtquelle verschiedene Anordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann die Anzahl von Wellenlängen x_t von Laserlicht auf 3 oder mehr gesetzt sein. Weiter kann Laserlicht so festgelegt sein, dass es eine einzige Wellenlänge aufweist (x_t = 1), und eine einzige Laserlichtquelle kann verwendet sein.
Weiter ist in der vorliegenden Ausführungsform die Anordnung des Laser-Raster-Mikroskops beispielhaft dargestellt, das für Zellenbeobachtung oder dergleichen verwendet wird; jedoch kann diese Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung nicht nur für ein Lasermikroskop, wie etwa ein Laser-Raster-Mikroskop, anwendbar sein, sondern auch für verschiedene Vorrichtungen, wie etwa eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung, die Laserbearbeiten im Inneren des Objekts 42 durch Lichtkondensationsbestrahlung auf das Bestrahlungsobjekt 42 mit Laserlicht durchführt. Weiter enthalten in dem Fall, in dem das Objekt 42 durch Lichtkondensationsbestrahlung mit Laserlicht bearbeitet wird, Beispiele davon Erstellen einer optischen integrierten Schaltung durch eine innere Bearbeitung von Glas oder dergleichen; jedoch ist ein Material des Objekts 42 nicht auf ein Glasmedium beschränkt; beispielsweise können verschiedene Materialien, wie etwa ein Silizium-Inneres, SiC und dergleichen, als zu bearbeitende Objekte dienen. Bei der oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, Laserbearbeitung bei einer einzigen Wellenlänge, gleichzeitige Laserbearbeitung bei mehrfachen Wellenlängen oder dergleichen zu erreichen.
In der in 1 gezeigten Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A ist die Anordnung beispielhaft dargestellt, bei der Lichtkondensationsbestrahlung über den einzelnen räumlichen Lichtmodulator 20 auf das Objekt 42 mit dem Laserlicht durchgeführt wird, das Lichtkomponenten der beiden Wellenlängen λ₁ und λ₂ enthält. In einer solchen Anordnung ist es bei einem herkömmlichen Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, weil dasselbe Lichtkondensations-Steuerungsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubieten ist, auf die jeweiligen Wellenlängenkomponenten des Laserlichts wirkt, in einigen Fällen nicht möglich, einen ausreichenden Freiheitsgrad der Lichtkondensationssteuerung zu erreichen, sodass es beispielsweise nicht möglich ist, eine Lichtkondensationsform des Laserlichts bei jeder Wellenlänge auf eine andere Form einzustellen. Weiter kann in einigen Fällen ein solches Problem des Freiheitsgrads der Lichtkondensationssteuerung in einer anderen Anordnung als derjenigen zur Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts bei den mehrfachen Wellenlängen verursacht werden.
Als Reaktion darauf setzt die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A von 1 geeignet ein CGH eines in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubietenden Modulationsmusters über die Ansteuervorrichtung 28 der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 ein und erhöht dadurch den Freiheitsgrad der Lichtkondensationssteuerung, um vorzugsweise die Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts auf einen Lichtkondensationspunkt zu steuern. Weiter ist es gemäß der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A und der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 nach der vorliegenden Ausführungsform, wie später beschrieben, sogar in dem Fall, in dem Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht bei mehrfachen Wellenlängen durchgeführt wird, möglich, vorzugsweise Steuerung der Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge zu erreichen.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Anordnung der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 zeigt, die bei der in 1 gezeigten Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A angewendet ist. Die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 gemäß dem vorliegenden Anordnungsbeispiel enthält eine Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit 31, eine Lichtkondensationsbedingungs-Einstelleinheit 32, eine Lichtkondensations-Steuerungsmuster-Einstelleinheit 33, eine Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 und eine Lichtmodulator-Ansteuerungs-Steuereinheit 35. Außerdem kann eine solche Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 beispielsweise aus einem Computer bestehen. Weiter sind eine Eingabevorrichtung 37 zum Eingeben von Informationen, Anweisungen und dergleichen, die für die Lichtmodulationssteuerung notwendig sind, und eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen von Informationen für einen Bediener an diese Steuervorrichtung 30 angeschlossen.
Die Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit 31 ist Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel zum Erfassen von Informationen über Bestrahlungsbedingungen von Laserlicht auf das Bestrahlungsobjekt 42. Genauer erfasst die Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit 31 die Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t = 2 in dem in 1 gezeigten Beispiel) von in den räumlichen Lichtmodulator 20 einzugebendem Laserlicht, jeweilige Werte der x_t Wellenlängen λ_x (x = 1, ... und x_t) und Einfallsbedingungen (beispielsweise eine Einfalls-Intensitätsverteilung, eine Einfalls-Phasenverteilung) des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x auf den räumlichen Lichtmodulator 20 als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts (Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt). Die Anzahl von Wellenlängen x_t ist auf eine ganze Zahl von 1 oder mehr gesetzt und ist auf eine ganze Zahl von 2 oder mehr gesetzt im Falle gleichzeitiger Bestrahlung bei mehrfachen Wellenlängen.
Die Lichtkondensationsbedingungs-Einstelleinheit 32 ist Lichtkondensationsbedingungs-Einstellmittel zum Einstellen von Lichtkondensationsbedingungen von Laserlicht auf das Bestrahlungsobjekt 42. Genauer stellt die Lichtkondensationsbedingungs-Einstelleinheit 32 als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts ein: die Anzahl von Lichtkondensationspunkten s_t, bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des von dem räumlichen Lichtmodulator 20 ausgegebenen Laserlichts durchgeführt wird, und eine Lichtkondensationsposition, eine Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und eine Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s (s = 1, ... und s_t) (Lichtkondensationsbedingungs-Einstellschritt). Die Anzahl von Lichtkondensationspunkten s_t ist auf eine ganze Zahl von 1 oder mehr gesetzt und ist im Falle gleichzeitiger Bestrahlung mehrfacher Punkte auf eine ganze Zahl von 2 oder mehr gesetzt.
Außerdem werden Erfassung von Bestrahlungsbedingungen durch die Erfassungseinheit 31, Einstellung der Lichtkondensationsbedingungen durch die Einstelleinheit 32 automatisch oder manuell durch einen Bediener auf Grundlage von Informationen, die im Voraus in der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 vorbereitet sind, Informationen, die über die Eingabevorrichtung 37 eingegeben sind, Informationen, die von einer externen Vorrichtung geliefert sind, und dergleichen durchgeführt.
Die Steuermuster-Einstelleinheit 33 ist Steuermuster-Einstellmittel zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern des Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster. Hier wird beispielsweise in dem Fall, in dem ein Versuch unternommen wird, Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x in einem gewünschten Lichtkondensationsmuster (einem Intensitätsverteilungsmuster) auf den Lichtkondensationspunkt s durchzuführen, ein Phasenmuster eingestellt, das dem Lichtkondensationsmuster entspricht (Steuermuster-Einstellschritt). Dieses Einstellen eines Phasenmusters für die Lichtkondensationssteuerung wird nach Bedarf für jeden Lichtkondensationspunkt und jede Wellenlänge durchgeführt.
Die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 ist Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen eines in dem räumlichen Lichtmodulator 20 als Modulationsmuster darzubietenden CGH unter Berücksichtigung des in der Steuermuster-Einstelleinheit 33 eingestellten Lichtkondensations-Steuerungsmusters. Genauer bezieht sich die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 auf die in der Erfassungseinheit 31 erfassten Bestrahlungsbedingungen, die in der Einstelleinheit 32 eingestellten Lichtkondensationsbedingungen und das in der Einstelleinheit 33 eingestellte Lichtkondensations-Steuerungsmuster und entwirft ein Modulationsmuster zum Durchführen von Lichtkondensationsbestrahlung auf einen gewünschten Lichtkondensationspunkt mit Laserlicht bei einer gewünschten Wellenlänge auf Grundlage dieser Bedingungen (Modulationsmuster-Entwurfsschritt).
Insbesondere wird in der Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 in der vorliegenden Ausführungsform beim Entwurf eines in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubietenden Modulationsmusters ein Entwurfsverfahren verwendet, bei dem eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator 20 angenommen wird, und das sich auf einen Effekt auf einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s richtet, indem es einen Phasenwert eines Pixels (entsprechend einem in dem räumlichen Lichtmodulator 20 angenommenen Pixel, und in dem Fall, in dem der räumliche Lichtmodulator 20 eine Pixelstruktur aufweist, die aus einer Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel besteht, einem Pixel davon) in einem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert. Dann wird der Phasenwert des einen Pixels geändert, um seinen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, und solche Phasenwert-Änderungsoperationen werden für alle Pixel (zumindest alle Pixel, auf die das Licht fällt) in dem Modulationsmuster durchgeführt, wodurch ein optimales Modulationsmuster entworfen wird.
Weiter wird in dieser Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 bei den oben beschriebenen Phasenwert-Änderungsoperationen für die jeweiligen Pixel beim Auswerten des Lichtkondensationszustands des Laserlichts am Lichtkondensationspunktzur Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators 20 zum Lichtkondensationspunkt s eine Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x nicht direkt verwendet, sondern eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' wird verwendet, bei der ein zu einem Lichtkondensations-Steuermuster ϕ_js-pat,x entgegengesetztes Phasenmuster, das in der Steuermuster-Einstelleinheit 33 eingestellt ist, zu der Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert ist, was durch die folgende Formel vorgesehen ist. ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x
Dadurch wird das für jeden Lichtkondensationspunkt und jede Wellenlänge eingestellte Lichtkondensations-Steuerungsmuster in dem Modulationsmuster und dadurch in den Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts wiedergegeben.
Die Lichtmodulator-Ansteuerungs-Steuereinheit 35 ist Ansteuermittel zum Ansteuern des räumlichen Lichtmodulators 20 über die Ansteuervorrichtung 28, um das durch die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 entworfene Modulationsmuster der Vielzahl von Pixeln in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubieten. Eine solche Ansteuerungs-Steuereinheit 35 ist in dem Fall als notwendig vorgesehen, in dem die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A enthalten ist.
Es ist möglich, Verarbeitung entsprechend dem in der in 2 gezeigten Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführten Steuerungsverfahren durch ein Lichtmodulations-Steuerungsprogramm zum Veranlassen eines Computers zu erreichen, Lichtmodulationssteuerung auszuführen.
Beispielsweise kann die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 aus einer CPU zum Abarbeiten der jeweiligen Softwareprogramme, die zum Ausführen von Lichtmodulationssteuerung notwendig sind, einem ROM, in dem die oben beschriebenen Softwareprogramme und dergleichen gespeichert sind, und einem RAM bestehen, in dem Daten während der Programmausführung zwischengespeichert werden. In einer solchen Anordnung ist es durch Ausführen eines vorgegebenen Steuerprogramms durch die CPU möglich, die oben beschriebene Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 zu verwirklichen.
Weiter kann das oben beschriebene Programm zum Veranlassen der CPU, Lichtmodulationssteuerung durch Verwendung des räumliche Lichtmodulators 20 auszuführen, insbesondere jede Verarbeitung zum Entwerfen eines in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubietenden Modulationsmusters, auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sein, um verteilt zu werden. Als solch ein Aufzeichnungsmedium sind beispielsweise ein magnetisches Medium, wie etwa eine Festplatte oder eine flexible Platte, ein optisches Medium, wie etwa ein CD-ROM oder ein DVD-ROM, ein magneto-optisches Medium, wie etwa eine Floptical-Disk, oder eine Hardware-Vorrichtung, wie etwa ein RAM, ein ROM und ein nichtflüchtiger Halbleiterspeicher, die besonders gestaltet sind, um Programmanweisungen auszuführen oder zu speichern, und dergleichen enthalten.
Die Wirkungen des Lichtmodulations-Steuerungsverfahrens, des Lichtmodulations-Steuerprogramms, der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 und der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden beschrieben.
Bei dem Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, dem Steuerprogramm und der in 1 und 2 gezeigten Steuervorrichtung 30 für Lichtkondensationsbestrahlung mit Laserlicht durch Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators 20 werden Informationen über die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts, jeweilige Werte der x_t Wellenlängen λ_x und Einfallsbedingungen (beispielsweise eine Einfallsamplitude, eine Einfallsphase) des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x auf den räumlichen Lichtmodulator 20 erfasst, und Lichtkondensationsbedingungen, einschließlich der Anzahl von Lichtkondensationspunkten s_t des Laserlichts und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität auf jeden Lichtkondensationspunkt s eingestellt. Dann wird in der Steuermuster-Einstelleinheit 33 ein Phasenmuster für die für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x vorzusehende Lichtkondensationssteuerung für jeden Lichtkondensationspunkt s eingestellt, und in der Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 wird ein Modulationsmuster unter Berücksichtigung der Lichtkondensations-Steuerungsmuster entworfen. Dadurch ist es möglich, vorzugsweise jeweils die Lichtkondensationsbedingungen des an jedem Lichtkondensationspunkt s bei der Wellenlange λ_x zu kondensierenden Laserlichts zu steuern.
Außerdem wird für den Entwurf eines Modulationsmusters in einer solchen Anordnung speziell eine Pixelstruktur aus einer Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator 20 angenommen. Dann wird ein Entwurfsverfahren verwendet, das sich auf einen Effekt auf einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem Modulationsmuster ändert, und bei einer Auswertung des Lichtkondensationszustands des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x von einem Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator zum Lichtkondensationspunkt s nicht direkt verwendet, sondern eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', bei der ein Phasenmuster addiert ist, das entgegengesetzt zum Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, wird verwendet, um den Lichtkondensationszustand auszuwerten.
Gemäß einer solchen Anordnung ist es möglich, zuverlässig das für jeden Lichtkondensationspunkt s und jede Wellenlänge λ_x eingestellte Lichtkondensations-Steuerungsmuster jeweils in einem schließlich zu erhaltenden Modulationsmuster wiederzugeben, was es möglich macht, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei einem ausreichenden Freiheitsgrad zu erreichen. Außerdem kann bezüglich der in dem räumlichen Lichtmodulator 20 angenommenen Pixelstruktur in dem Fall, in dem ein räumlicher Lichtmodulator, der eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel aufweist, als der räumliche Lichtmodulator 20 verwendet ist, die Pixelstruktur direkt auf den Entwurf eines Modulationsmusters angewendet werden.
Weiter enthält in der in 1 gezeigten Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A die Laserlichtquellenvorrichtung 10, die als eine Laserlichtquelle zum Liefern von Laserlicht mit x_t Wellenlängen λ_x fungiert, den räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulator 20 und die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 mit der oben beschriebenen Gestaltung. Gemäß einer solchen Anordnung ist das für jeden Lichtkondensationspunkt s und jede Wellenlänge λ_x eingestellte Lichtkondensations-Steuerungsmuster zuverlässig in einem schließlich durch die Steuervorrichtung 30 zu erhaltenden Modulationsmuster wiedergegeben, was es möglich macht, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei einem ausreichenden Freiheitsgrad zu erreichen, und es ist möglich, vorzugsweise Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf die auf dem Bestrahlungsobjekt 42 gesetzten Lichtkondensationspunkte s zu erreichen, sowie dadurch Operationen, wie etwa Bearbeiten, Beobachtungen und dergleichen des Objekts 42. Weiter kann, wie oben beschrieben, eine solche Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung beispielsweise als eine Laserbearbeitungsvorrichtung, ein Lasermikroskop oder dergleichen verwendet werden.
Hier ist eine Anwendung eines einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetzten Phasenmusters auf eine Ausbreitungsfunktion kurz beschrieben. Das Laserlicht, das ein bestimmtes Pixel j auf dem räumlichen Lichtmodulator (SLM) erreicht, wird durch den SLM phasenmoduliert und wird weiter ausgebreitet, um einen bestimmten Lichtkondensationspunkt s zu erreichen. In dem Fall, in dem ein dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster für eine Wellenausbreitungsfunktion vorgesehen ist, die Ausbreitung von Licht von einem Pixel j zum Lichtkondensationspunkt s darstellt, erreicht das Licht, weil sich die Ausbreitung von idealer Ausbreitung unterscheidet, einen gewünschten Lichtkondensationspunkt s nicht direkt.
Um zu veranlassen, dass das Licht den gewünschten Lichtkondensationspunkt s erreicht, ist es erforderlich, das dem für die Ausbreitungsfunktion vorgesehenen Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetzte Phasenmuster aufzuheben. Zu diesem Zweck ist ein Lichtkondensations-Steuerungsmuster zum Aufheben des entgegengesetzten Phasenmusters vorzusehen. Demgemäß wird beim Entwerfen eines CGH ein dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster absichtlich zur Ausbreitungsfunktion addiert; dadurch ist es möglich, ein CGH zu entwerfen, in dem das Lichtkondensations-Steuerungsmuster enthalten ist.
Weiter unterscheidet sich in einer solchen Anordnung beispielsweise angesichts von Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht bei vielfachen Wellenlängen, vorausgesetzt, ein Lichtkondensations-Steuerungsmuster ist bei jeder Wellenlänge geändert, eine Ausbreitungsfunktion, zu der ein entgegengesetztes Phasenmuster vorgesehen ist, bei jeder Wellenlänge. Demgemäß ist ein Lichtkondensations-Steuerungsmuster zum Aufheben einer Ausbreitungsfunktion zu Licht bei einer Wellenlänge unter Verwendung einer Ausbreitungsfunktion addiert, bei der ein einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster vorgesehen ist, und andererseits wird beispielsweise Licht bei einer Wellenlänge, die eine ideale Ausbreitungsfunktion verwendet, kondensiert, ohne durch das Phasenmuster betroffen zu sein.
In der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 und der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A mit der oben beschriebenen Gestaltung kann eine Gestaltung, bei der die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts auf eine mehrfache Anzahl eingestellt ist, zum Erfassen von Bestrahlungsbedingungen in der Erfassungseinheit 31 verwendet werden. Wie oben beschrieben, ist auf diese Weise ein Verfahren zum Entwerfen eines Modulationsmusters durch Verwenden einer Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', zu der ein einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster addiert ist, insofern besonders effektiv, als es möglich ist, Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen bei jeder Wellenlänge beim Steuern von Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen von Laserlicht zu steuern, das die Wellenlängenkomponenten der mehrfachen Wellenlängen λ₁, λ₂ ... und λ_xt und dergleichen enthält.
Weiter kann in dem Fall, in dem Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht, das mehrfache Wellenlängenkomponenten enthält, wie oben beschrieben durchgeführt wird, die Anordnung, in der das Modulationsmuster unter Berücksichtigung von Wellenlängendispersion eines Brechungsindex im räumlichen Lichtmodulator 20 entworfen wird, beim Entwurf eines Modulationsmusters in der Entwurfseinheit 34 verwendet werden. Dadurch ist es möglich, die Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x an jedem Lichtkondensationspunkt s für die jeweiligen, voneinander verschiedenen Wellenlängen λ_x genauer zu steuern.
Weiter ist es bezüglich des Entwurfs eines Modulationsmusters in der Entwurfseinheit 34 vorzuziehen, dass, eine Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator 20 sei A_j-in,x, eine Phase sei ϕ_j-in,x, und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x in dem Pixel j sei ϕ_j,x, eine komplexe Amplitude die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s angibt, durch die folgende Formel bestimmt ist. U_s,x = A_s,xexp(iϕ_s,x) = Σ_jA_j-in,xexp(iϕ_js,x') × exp(i(ϕ_j,x + ϕ_j-in,x))
Dadurch ist es möglich, vorzugsweise einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s auszuwerten.
Hier ist die Einfallsamplitude A_j-in,x des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in der Beziehung I_j-in,x = |A_j-in,x|² für eine Einfallsintensität I_j-in,x. In der komplexen Amplitude U_s,x ist weiter A_s,x eine Amplitude, und ϕ_s,x ist eine Phase. Weiter kann in dem Fall, in dem das Laserlicht, das auf den räumlichen Lichtmodulator 20 fällt, eine ebene Welle ist, die Einfallsphase ϕ_j-in,x außer Acht gelassen werden.
Weiter ist aus der oben beschriebenen Formel entnommen, dass die komplexe Amplitude U_s,x am Lichtkondensationspunkt s nach der Ausbreitung die Summe der komplexen Amplituden der jeweiligen Pixel j ist, multipliziert mit den Ausbreitungsfunktionen, und ihre Amplitude A_s,x unabhängig bei jedem Pixel in dem Modulationsmuster beeinflusst ist. Das heißt, durch Ändern eines Phasenwerts jedes Pixels in dem im SLM darzubietenden Modulationsmuster ist es möglich, die Amplitude A_s,x zu ändern. Mit der Verwendung dieses ist es möglich, vorzugsweise ein für ein Modulationsmuster verwendetes CGH mit einem oben beschriebenen Entwurfsverfahren zu entwerfen, das sich auf einen Effekt durch Ändern des Phasenwerts eines Pixels richtet.
Als spezielle Anordnung beim Entwurf eines Modulationsmusters kann eine Anordnung, bei der ein Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase ϕ_s,x einer komplexen Amplitude bestimmten Wert geändert wird, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x ^,, einen Phasenwert ϕ_s,x des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts angibt, zum Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster verwendet werden. Als Entwurfsverfahren zum analytischen Aktualisieren eines Phasenwerts auf diese Weise gibt es beispielsweise ein ORA-Verfahren (Optimal Rotation Angle – Optimaler Drehwinkel).
Oder für den Entwurf eines Modulationsmusters kann eine Anordnung, bei der ein Phasenwert gemäß einem Wert geändert wird, der durch Suchen unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens aus einem Kletterverfahren, einem simulierten Ausheilverfahren und einem genetischen Algorithmus bestimmt ist, zum Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster verwendet werden. Hier werden in dem genetischen Algorithmus Operationen durchgeführt, wie etwa eine Mutation, dass ein bestimmtes Pixel gewählt wird, seinen Pixelwert zu ändern, und eine Überkreuzung, dass zwei Pixel gewählt werden, ihre Pixelwerte auszutauschen, und das oben beschriebene Entwurfsverfahren, das sich auf einen Effekt auf einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts auf einem Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem Modulationsmuster ändert, enthält ein Verfahren zum Durchführen solcher Operationen. Außerdem ist das Modulationsmuster-Entwurfsverfahren später genau beschrieben.
Weiter ist in der in 2 gezeigten Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 außer der Anordnung zum Entwerfen eines Modulationsmusters die Lichtmodulator-Ansteuerungs-Steuereinheit 35 vorgesehen, die den räumlichen Lichtmodulator 20 ansteuert und dem räumlichen Lichtmodulator 20 ein Modulationsmuster darbietet, das durch die Entwurfseinheit 34 entworfen ist. Eine solche Anordnung ist in dem Fall effektiv, in dem die Steuervorrichtung 30 in einer in die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A einbezogenen Weise verwendet ist, wie in 1 gezeigt. Weiter kann eine solche Ansteuerungs-Steuereinheit 35 auch als von der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 getrennte Vorrichtung vorgesehen sein.
Weiter kann in dem Fall, in dem ein Glasmedium durch Laserlichtbestrahlung bearbeitet wird, um eine optische integrierte Schaltung zu erstellen, ein oder eine Vielzahl neuer CGH nach einer oder mehreren Laserlichtbestrahlungen entworfen sein, um ein in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubietendes Modulationsmuster zu schalten. Oder in dem Fall, in dem der Bearbeitungsgehalt bestimmt wurde, kann eine Vielzahl von für die Laserbearbeitung notwendigen Modulationsmustern im Voraus entworfen sein. Weiter braucht in dem Fall, in dem ein DOE einzeln benutzt wird, keine Ansteuervorrichtung vorhanden zu sein, weil ein DOE ein statisches Muster ist. Weiter wird in dem Fall, in dem ein Muster durch Verwendung einer Vielzahl von DOE dynamisch geschaltet wird, eine Schaltvorrichtung anstelle einer Ansteuervorrichtung verwendet.
Außerdem ist in der in 1 gezeigten Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A die Anordnung des Laser-Raster-Mikroskops wie oben beschrieben beispielhaft dargestellt. Ein solches Lasermikroskop ist vorzugsweise bei einem Super-Resolution-Mikroskop anwendbar, das über die Beugungsgrenze hinaus gehen sollen, wie etwa ein STED-Mikroskop (STED = stimulated emission depletion – Abregung durch stimulierte Emission), das Laserlichtquellen bei zwei oder mehr Wellenlängen benutzt, oder ein PALM-Mikroskop (Mikroskop für photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie).
Beispielsweise sind in einem STED-Mikroskop Lichtquellen bei zwei Wellenlängen verwendet, eine Erregungslichtquelle, die fluoreszierende Moleküle vom Grundzustand in einen spezifischen Erregungszustand bringt, und eine Steuerlichtquelle, die fluoreszierende Moleküle von dem spezifischen Erregungszustand auf ein anderes Niveau bringt (siehe Patentschrift 4 und Nicht-Patentdokumente 7 und 8). Weiter wird in diesem Fall Lichtkondensationsbestrahlung von Steuer-Laserlicht von der Steuerlichtquelle durchgeführt, um eine ringförmige Lichtkondensationsform zu bilden, sodass ein Durchmesser des Schattens innerhalb des kondensierten Lichts kleiner ist als die Beugungsgrenze des Erregungslichts. In einer solchen Anordnung soll nur das Erregungslicht innerhalb der ringförmigen Lichtkondensationsform des Steuerlichts zur Fluoreszenzbeobachtung beitragen, und der fluoreszierende Bereich ist begrenzt, und als Ergebnis ist es möglich, eine Super-Auflösung zu erreichen, die niedriger ist als die Beugungsgrenze.
Als Probleme bei einem solchen STED-Mikroskop können genannt werden: eine Ausrichtung von Erregungslicht und Steuerlicht, die eine optische Achsrichtung unter einer Objektivlinse mit hoher NA einschließt, eine lange Messzeit, Phasenmodulation für jeweils erzeugende ringförmige Steuerlichtstrahlen für verschiedene, von einem Laser mit variabler Wellenlänge oder dergleichen ausgegebene Wellenlängen, eine Erhöhung der Größe des optischen Systems aufgrund seiner komplizierten Anordnung und dergleichen. Gemäß der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A mit der oben beschriebenen Anordnung, die in der Lage ist, getrennt Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht bei einem ausreichenden Freiheitsgrad für jeden Lichtkondensationspunkt und jede Wellenlänge zu erreichen, ist es indessen möglich, das optische System durch Verwendung von SLM zu konstruieren, die weniger sind als die Anzahl von Lichtquellen, was die Effekte der Vereinfachung einer Anordnung und einer Verbesserung der Anwendbarkeit des Super-Resolution-Mikroskops und dergleichen hervorbringt. Weiter ist es möglich, solche Effekte auf dieselbe Weise in einer Laserbearbeitungsvorrichtung und dergleichen zu erreichen.
Das Lichtmodulations-Steuerungsverfahren und das Modulationsmuster-Entwurfsverfahren, die in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A und der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 ausgeführt werden, die in 1 und 2 gezeigt sind, sind weiter mit ihren besonderen Beispielen beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Lichtmodulations-Steuerungsverfahrens zeigt, das in der in 2 gezeigten Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt wird.
Bei dem in 3 gezeigten Steuerverfahren werden zuerst Informationen über die Bestrahlungsbedingungen von Laserlicht erfasst, das von der Laserlichtquelleneinheit 10 dem Objekt 42 zugeführt wird (Schritt S101). Genauer werden Informationen über das Laserlicht, enthaltend die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts und jeweilige Werte der x_t Wellenlängen λ_x = λ₁, ... und λ_xt erhalten (S102). Die Anzahl von Wellenlängen x_t ist die Anzahl der Laserlichtquellen in dem Fall, in dem bei jeder Wellenlänge einzelne Laserlichtquellen verwendet sind. Weiter werden, wenn es außer den oben beschriebenen Informationen solche Informationen gibt, die zum Ableiten eines CGH notwendig sind, wie etwa eine NA, eine Brennweite f und dergleichen der Objektivlinse 25, diese zusätzlich zu den Informationen über das Laserlicht erfasst.
Weiter werden Einfallsbedingungen des Laserlichts, das von der Laserlichtquelleneinheit 10 dem räumlichen Lichtmodulator 20 zugeführt wird, für jede Wellenlänge λ_x erfasst (Schritt S103) Als Einfallsbedingungen gibt es beispielsweise in diesem Fall ein Einfallsmuster des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf den räumlichen Lichtmodulator 20. Ein Einfallmuster ist vorgesehen als Einfallslicht-Intensitätsverteilung durch eine Einfallslichtintensität I_in(x_j, y_j, λ_x) = I_j-in,x für ein Pixel j an einer Position (x_j, y_j) unter der Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator 20. Oder ein Einfallsmuster des Laserlichts kann als Einfallslicht-Amplitudenverteilung durch eine Amplitude A_j-in,x erfasst werden. Weiter wird bei Bedarf auch eine Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts auf dieselbe Weise erfasst.
Als Nächstes werden Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts auf dem Bestrahlungsobjekt 42 eingestellt (S104). Als Erstes wird die Anzahl eines einzelnen oder einer Vielzahl von Lichtkondensationspunkten s_t eingestellt, bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des in dem räumlichen Lichtmodulator 20 phasenmodulierten Laserlichts an dem Bestrahlungsobjekt 42 durchgeführt wird (S105). Hier ist es in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der oben beschriebenen Anordnung möglich, eine Vielzahl von Lichtkondensationspunkten zu erhalten, wie sie gemäß einem in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubietenden Modulationsmuster erforderlich sind.
Weiter werden eine Lichtkondensationsposition γ_s (u_s, v_s, z_s) des Laserlichts, eine einzelne oder vielfache Wellenlängen λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und eine gewünschte Lichtkondensationsintensität I_s-des,x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s = 1, ... und s_t auf dem Objekt 42 eingestellt (S106). Außerdem kann bezüglich der Wellenlänge des zu kondensierenden Laserlichts in dem Fall, in dem jedem Lichtkondensationspunkt s eine einzige Wellenlänge entsprechen soll, wobei die Wellenlänge λ_s sei, ein Lichtkondensationsparameter γ_s = (u_s, v_s, z_s, λ_s) eingestellt werden. Weiter ist eine Lichtkondensationsintensität des Laserlichts an jedem Lichtkondensationspunkt nicht auf das Einstellen gemäß einem Absolutwert einer Intensität beschränkt und kann beispielsweise gemäß einem relativen Verhältnis der Intensität eingestellt werden.
Als Nächstes wird ein Lichtkondensations-Steuerungsmuster zum Steuern eines Lichtkondensationszustands des Laserlichts als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster eingestellt. Dann wird gemäß den in Schritt S107 eingestellten Lichtkondensations-Steuerungsmustern mit Bezug auf die Bestrahlungsbedingungen und die Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts, die in den Schritten S101 und S104 erfasst und eingestellt sind, ein CGH, das als Modulationsmuster dient, das in dem räumlichen Lichtmodulator (SLM) 20 darzubieten ist, durch Verwendung einer Ausbreitungsfunktion entworfen, zu der ein zum Lichtkondensations-Steuermuster entgegengesetztes Phasenmuster addiert ist (S108).
Das in Schritt S108 in dem Flussdiagramm von 3 ausgeführte Modulationsmuster-Entwurfsverfahren wird nun genau beschrieben. Nachstehend ist als Beispiel des Entwurfsverfahrens, das sich auf einen Effekt durch einen Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln im SLM 20 darzubietenden Modulationsmuster richtet, ein Entwurfsverfahren durch Verwendung eines ORA-Verfahrens beschrieben (siehe Patentschrift 3 und Nicht-Patentdokumente 1 und 2).
Hier gibt es im Allgemeinen eine Vielzahl von Entwurfsverfahren eines CGH, das als Modulationsmuster im SLM benutzt wird, und beispielsweise kann ein iteratives Fourier-Verfahren und dergleichen angegeben werden. Zuerst ist ein iteratives Fourier-Transformationsverfahren ein Verfahren, in dem zwei Flächen aus einer SLM-Fläche und einer beugenden Fläche erstellt werden, um Licht zwischen den jeweiligen Flächen durch eine Fourier-Transformation und eine inverse Fourier-Transformation auszubreiten. Dann werden die Amplitudeninformationen der jeweiligen Flächen in jeder Ausbreitung ersetzt, um schließlich eine Phasenverteilung zu erfassen.
Weiter können als weitere CGH-Entwurfsverfahren zwei Verfahren genannt werden, ein Raytracing-Verfahren und ein Entwurfsverfahren, das sich auf einen Effekt durch ein Pixel richtet. Als Raytracing-Verfahren gibt es ein Linsen-Superpositions-Verfahren (S-Verfahren: Superposition der Linse). Dieses Verfahren ist effektiv in dem Fall, in dem es nicht viel Überlappen von Wellenfronten von einem Lichtkondensationspunkt gibt; indes ist, wenn Überlappen von Wellenfronten erhöht ist, die Intensität von Licht, das sich zu einem Lichtkondensationspunkt ausbreitet, unter den Laserlichtintensitäten, die auf den SLM fallen, drastisch reduziert, oder es ist in einigen Fällen nicht möglich, die Intensität zu steuern. Deshalb gibt es ein iteratives S-Verfahren, das das S-Verfahren verbesserte.
Andererseits ist das Entwurfsverfahren, das sich auf einen Effekt durch ein Pixel in einem CGH richtet, ein Verfahren des geeigneten Auswählens eines Pixels in einem CGH und Ändern eines Phasenwerts jedes Pixels, um Entwerfen des CGH durchzuführen, und es gibt gemäß einem Verfahren zum Bestimmen einer Phase eines Pixels ein Such-Verfahren und ein Analyse-Verfahren.
Bei diesem Entwurfsverfahren wird als Parameter ein Phasenwert eines bestimmten Pixels in einem CGH geändert, und ein Modulations-Laserlicht wird durch Verwenden einer Wellen-Ausbreitungsfunktion durch eine Fresnel-Beugung oder dergleichen ausgebreitet, um zu untersuchen, wie sich Werte ändern (beispielsweise Werte einer Amplitude, einer Intensität und einer komplexen Amplitude), die einen Lichtkondensationszustand bei einer gewünschten Lichtkondensationspunkt-Änderung angeben. Dann wird ein Phasenwert angewendet, durch den der Lichtkondensationszustand am Lichtkondensationspunkt näher an das gewünschte Ergebnis gebracht wird. Eine solche Operation wird an einem Pixel nach dem anderen zumindest an allen Pixeln durchgeführt, auf die Licht fällt.
Nach Abschluss der Operationen an allen Pixeln kehrt der Ablauf in einem Analyse-Verfahren, nachdem auf Grundlage der Ergebnisse der Phasenmodulationen aller Pixel bestätigt ist, wie sich eine Phase an einer gewünschten Position ändert, zum ersten Pixel zurück, um eine Phase eines Pixels nach dem anderen durch Verwenden der Phase an der gewünschten Position zu ändern. Weiter kehrt der Ablauf in einem Such-Verfahren ohne Durchführen der Bestätigung zum ersten Pixel zurück. Als Such-Verfahren gibt es beispielsweise ein Kletterverfahren, ein simuliertes Ausheilverfahren (SA: Simuliertes Ausheilen) und einen genetischen Algorithmus (GA: Genetischer Algorithmus) und dergleichen (Nicht-Patentdokumente 3 und 4).
Ein ORA-Verfahren (Optimal Rotation Angle – Optimaler Drehwinkel), das nachstehend beschrieben ist, ist ein Optimierungsalgorithmus, der ein Analyse-Verfahren verwendet. Bei diesem Verfahren werden eine Änderung und eine Justierung in einem Phasenwert jedes Pixels in einem Modulationsmuster gemäß einem analytisch bestimmten Wert ausgeführt, der auf einer Phase ϕ_s,x einer komplexen Amplitude, die einen Lichtkondensationszustand an dem Lichtkondensationspunkt s angibt, einer Phase ϕ_js,x der Ausbreitungsfunktion, einem Phasenwert ϕ_j,x des Pixels j vor der Änderung und einer Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts beruht.
Insbesondere wird bei dem Entwurfsverfahren in der vorliegenden Ausführungsform als Wellen-Ausbreitungsfunktion anstelle der üblichen ϕ_js,x eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' verwendet, zu der ein dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster addiert ist.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Modulationsmuster-Entwurfsverfahrens zeigt, das in der in 2 gezeigten Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt wird. Zuerst sind Informationen über die eingestellten Lichtkondensationsbedingungen für über den räumlichen Lichtmodulator 20 durchgeführte Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf das Bestrahlungsobjekt 42 erfasst (Schritt S201). Als die hier erfassten Lichtkondensationsbedingungen gibt es die Anzahl der Lichtkondensationspunkte s_t, eine Lichtkondensationsposition γ_s = (u_s, v_s, z_s) jedes Lichtkondensationspunkts s, eine Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und eine gewünschte Lichtkondensationsintensität I_s-des,x.
Als Nächstes wird ein Phasenmuster erzeugt, das als Anfangsbedingung für den Entwurf eines CGH dient, das als in dem SLM 20 darzubietendes Modulationsmuster verwendet wird (S202). Dieses Phasenmuster wird beispielsweise durch ein Verfahren erzeugt, bei dem ein Phasenwert ϕ_j eines Pixels j im CGH zu einem zufälligen Phasenmuster gemacht wird. Weil der Entwurf eines CGH durch einen ORA eine Optimierungstechnik ist, wird dieses Verfahren für den Zweck verwendet, zu verhindern, das es zu einer bestimmten Minimallösung aufgrund einer zufälligen Phase führt. Außerdem kann es in dem Fall, in dem die Möglichkeit ausgeschlossen werden kann, dass es zu einer bestimmten Minimallösung führt, beispielsweise auf ein gleichmäßiges Phasenmuster oder dergleichen gesetzt werden. Weiter wird in dem Fall, in dem Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht bei vielfachen Wellenlängen durchgeführt wird, eine vorgegebene Wellenlänge λ_a unter den Wellenlängen λ₁ bis λ_xt des Laserlichts auf eine Referenzwellenlänge eingestellt, und ein Phasenwert ϕ_j,a für diese Referenzwellenlänge λ_a wird eingestellt.
Als Nächstes wird in dem Fall, in dem die Anzahl von Lichtkondensationspunkten auf eine vielfache Anzahl (s_t ≥ 2) eingestellt ist, eine Gewichtung w_s,x, die ein Parameter zum Einstellen eines Lichtkondensations-Intensitätsverhältnisses unter diesen Lichtkondensationspunkten s = 1 bis s_t ist, auf w_s,x = 1 als ihre Anfangsbedingung eingestellt (S203). Außerdem besteht diese Gewichtung w_s,x gemäß der Anzahl von Wellenlängen x_t (der Anzahl von Laserlichtquellen), die jeweils in 1 × s_t angeordnetsind. Weiter ist sie im Falle eines einzelnen Lichtkondensationspunkts (s_t = 1) nicht unbedingt auf eine Gewichtung w_s,x gesetzt. Weiter ist in dem Fall, in dem die Anzahl von Wellenlängen als eine vielfache Anzahl eingestellt ist (x_t ≥ 2), eine Gewichtung W_x, die ein Parameter zum Justieren eines Lichtmengenverhältnisses unter den vielfachen Wellenlängen ist, auf W_x = 1 als ihre Anfangsbedingung gesetzt.
Wenn die Einstellungen des Phasenmusters ϕ_j,a des CGH und der Gewichtungen w_s,x und W_x abgeschlossen sind, wird eine komplexe Amplitude U_s,x berechnet, die einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s angibt (S204). Genauer wird für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x eine komplexe Amplitude U_s,x = A_s,xexp(iϕ_s,x), die das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x auf den Lichtkondensationspunkt s anwendet, durch die folgende Formel (1) bestimmt, die Lichtwellen-Ausbreitung darstellt. [Formel 1]
Hier ist A_j-in,x eine Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem SLM 20, ϕ_j-in,x ist eine Anfangsphase, wenn das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j fällt. Weiter ist ϕ_j,x ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j. Dieser Phasenwert ϕ_j,x ist bestimmt durch die folgende Formel (2)
[Formel 2]

ϕ_j,x = τ(λ_a, λ_x) × ϕ_j,a (2) gemäß dem Phasenwert ϕ_j,a für die oben beschriebene Referenzwellenlänge λ_a.

In dieser Formel (2) ist außerdem τ(λ_a, λ_x) eine Korrekturformel (ein Korrekturkoeffizient) in Anbetracht von Wellenlängendispersion und dergleichen. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem der SLM 20 ein LCOS-SLM ist, der einen Flüssigkristall verwendet, Modulation einer Phase von Laserlicht durch Verwendung der Doppelbrechungseigenschaften des Flüssigkristalls durchgeführt; indessen ist die Doppelbrechung des Flüssigkristalls nicht linear bezüglich einer Wellenlänge λ. Dann wird bei der Umwandlung eines Phasenwerts als Korrekturformel gemäß der Doppelbrechungseigenschaften des Flüssigkristalls und dergleichen das oben beschriebene τ(λ_a, λ_x) verwendet.
Weiter ist in der Formel (1) ϕ_js,x', eine Ausbreitungsfunktion, zu der ein Phasenmuster addiert ist, das einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x entgegengesetzt ist, das für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x abgeleitet ist, und ist wie folgt bestimmt.
[Formel 3]

ϕ_js,x' = ϕ_js,x + (–ϕ_js-pat,x) (3)

Außerdem entspricht das Phasenmuster ϕ_js-pat,x zur Lichtkondensationssteuerung einem Lichtkondensationsmuster des Laserlichts bei der am Lichtkondensationspunkt s einzustellenden Wellenlänge λ_x. Genauer kann als ein solches Lichtkondensations-Steuerungsmuster beispielsweise ein Phasenmuster verwendet werden, das durch ein Polynom, wie etwa Laguerre-Polynome oder Hermite-Polynome, ein Phasenmuster, das durch Zernike-Polynome oder Legendre-Polynome dargestellt ist, ein CGH-Muster zum Durchführen von Mehrpunkt-Lichtkondensation oder ein CGH-Muster zum Ändern einer Lichtkondensationsposition, einer Lichtkondensationsform oder dergleichen dargestellt ist.
Auf diese Weise ist es durch Verwendung der Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', zu der ein einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster addiert ist, möglich, zuverlässig das für jeden Lichtkondensationspunkt s und jede Wellenlänge λ_x eingestellte Lichtkondensations-Steuerungsmuster in einem schließlich zu erhaltenden Modulationsmuster wiederzugeben. Wenn beispielsweise ein Lichtkondensations-Steuerungsmuster so hergestellt ist, dass es sich bei jeder Wellenlänge unterscheidet, ist es dadurch möglich, ein CGH zu erhalten, das in der Lage ist, ein beliebiges Phasenmuster vorzusehen, das sich bei jeder Wellenlänge unterscheidet. Weiter ist eine Ausbreitungsfunktion in einem finiten Abstandsbereich im Fall der Annahme einer freien Ausbreitung. Als diese Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x kann beispielsweise die Fresnel-Streuung verwendet werden, die eine Näherungsformel einer Wellenausbreitungsfunktion ist, die durch die folgende Formel (4) vorgesehen ist. [Formel 4]
Hier ist in der oben beschriebenen Formel (4) n₁ ein Brechungsindex eines Umgebungsmediums, wie etwa Luft, Wasser oder Öl, und f ist eine Brennweite. Weiter ist aus dieser Formel (4) deutlich, dass sich eine ideale Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x je nach Wellenlänge λ_x unterscheidet.
Außerdem können als Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x freier Ausbreitung beispielsweise verschiedene Ausdrucksformeln, wie etwa eine Näherungsformel der oben beschriebenen Fresnel-Beugung, eine Näherungsformel der Fraunhofer-Beugung oder eine Lösung der Helmholtz-Gleichung, verwendet werden. Weiter wird in den oben beschriebenen Formeln (1) einer komplexen Amplitude und (3) einer Ausbreitungsfunktion, vorausgesetzt, ein zu einer Wellen-Ausbreitungsfunktion zu addierendes Lichtkondensations-Steuerungsmuster sei ϕ_js-pat,x = 0, die Ausbreitungsfunktion zu ϕ_js,x' = ϕ_js,x, was eine normale Berechnungsformel einer komplexen Amplitude hervorbringt, die für ein herkömmliches ORA-Verfahren verwendet wurde.
Als Nächstes wird beurteilt, ob ein gewünschtes Ergebnis beim Entwurf eines CGH durch das oben beschriebene Verfahren erreicht wurde oder nicht (S205). Als Beurteilungsverfahren kann in diesem Fall beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, bei dem eine Lichtkondensationsintensität I_s,x = |A_s,x|², erhalten durch das Licht bei der Wellenlänge λ_x an jedem Lichtkondensationspunkt, und eine gewünschte Intensität I_s-des,x durch die folgende Formel (5) verglichen werden, [Formel 5]
und es wird danach geurteilt, ob ein Intensitätsverhältnis niedriger oder gleich einem vorgegebenen Wert ε für alle Lichtkondensationspunkte s und alle Wellenlängen λ_x ist. Weiter kann eine Beurteilung nicht durch die Lichtkondensationsintensität I_s,x, sondern eine Amplitude A_s,x, eine komplexe Amplitude U_s,x und dergleichen getroffen werden.
Oder in dem Flussdiagramm von 4 kann ein Verfahren verwendet werden, in dem nach Bedingungen beurteilt wird, wie etwa danach, ob eine bestimmte Anzahl von Schleifen des Änderns eines Phasenwerts und Berechnens einer komplexen Amplitude und dergleichen durchgeführt sind oder nicht. In dem Fall, in dem entschieden ist, dass das entworfene CGH die erforderlichen Bedingungen für die gegebenen Lichtkondensationsbedingungen erfüllt, ist der Entwurfsalgorithmus für ein CGH durch einen ORA abgeschlossen. Weiter schreitet der Ablauf in dem Fall, in dem die Bedingungen nicht erfüllt sind, zum folgenden Schritt S206 fort.
Im dem Fall, in dem geurteilt ist, dass die zum Abschluss des Entwurfs erforderlichen Bedingungen nicht erfüllt sind, werden zuerst die Werte einer Gewichtung w_s,x zum Justieren des Lichtkondensations-Intensitätsverhältnisses unter den Lichtkondensationspunkten s und einer Gewichtung W_x zum Justieren eines Lichtmengenverhältnisses unter den vielfachen Wellenlängen λ_x durch die folgenden Formeln (6), (7) und (8) geändert (S206). [Formel 6]
[Formel 7]

W_a = 1 (7) [Formel 8]

Hier ist W_a in der Formel (7) eine Gewichtung bei einer Referenzwellenlänge λ_a. Weiter sind für einen Parameter η, der zum Aktualisieren der Gewichtung w_s,x in der Formel (6) verwendet ist, und einen Parameter q, der zum Aktualisieren der Gewichtung W_x in der Formel (8) verwendet ist, gewöhnlich Werte von η = ungefähr 0,25 bis 0,35 und von q = ungefähr 0,25 bis 0,35 üblicherweise verwendet, um zu verhindern, dass der ORA-Algorithmus instabil wird. Weiter ist in der Formel (8) I_x ^ave ein Mittelwert der Intensitäten an allen Punkten bei der Wellenlänge λ_x.
Als Nächstes wird eine Phasenwert-Änderungsoperation für jedes Pixel des CGH so durchgeführt, dass der Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s näher an einen gewünschten Zustand gebracht wird (S207). In einem Analyse-ORA-Verfahren werden, um einen Lichtkondensationszustand naher an einen gewünschten Zustand zu bringen, ein zum Phasenwert ϕ_j,a des Pixels j zu addierender Betrag der Phasenänderung Δϕ_j,a durch Verwenden der Phase ϕ_s,x einer in der Formel (1) erhaltenen komplexen Amplitude die Phase ϕ_js,x' der Ausbreitungsfunktion, zu der das dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetzte Phasenmuster addiert ist, der Phasenwert ϕ_j,x vor dem Aktualisieren und die Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts analytisch nach der folgenden Formel (9) bestimmt, [Formel 9]
und eine Beurteilung wird durchgeführt. Hier gelten die folgenden Formeln. [Formel 10]
[Formel 11]
[Formel 12]

Φ_js,x = ϕ_s,x – (ϕ_js,x' + ϕ_j,x + ϕ_j-in,x) = ϕ_s,x – (ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x + τ(λ_a, λ_x) × ϕ_j,a + ϕ_j-in,x) (12)

Ein Verfahren zum analytischen Bestimmen eines Phasenwerts auf diese Weise weist den Vorteil auf, dass eine zum Berechnen erforderliche Zeit verkürzt ist, verglichen mit einem Verfahren, wie etwa dem Kletterverfahren, das einen Phasenwert durch Suchen bestimmt.
Außerdem wird bezüglich Φ_js,x, das in einem üblichen ORA-Verfahren zum Bestimmen eines Betrags der Phasenänderung Δϕ_j,a verwendet wird, die folgende Formel (13) verwendet,
[Formel 13]

Φ_js,x = ϕ_s,x – (ϕ_js,x + ϕ_j,x + ϕ_j-in,x) (13) indessen wird in einem verbesserten ORA-Verfahren, das hier beschrieben ist, zusätzlich zu einer oben beschriebenen Änderung in der Ausbreitungsfunktion in einer Berechnung dieser Φ_js,x bei der Aktualisierung eines Phasenwerts auch die Formel (12) verwendet, zu der ein zu einem beliebigen Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster (–ϕ_js-pat,x) vorgesehen ist.

Wie oben beschrieben, wird, wenn ein Betrag der Phasenänderung Δϕ_j,a bestimmt ist, ein Phasenwert ϕ_j,a an einem j-ten Pixel im CGH nach der folgenden Formel (14) geändert und aktualisiert.
[Formel 14]

ϕ_j,a = ϕ_j,a + Δϕ_j,a (14)

Weiter wird dabei ein Phasenwert für jede Wellenlänge λ_x nach der Formel (2) bestimmt.
Dann wird bestätigt, ob eine Phasenwert-Änderungsoperation an allen Pixeln durchgeführt ist oder nicht (S208), und wenn die Änderungsoperation nicht abgeschlossen ist, wird angenommen, dass j = j + 1, eine Phasenwert-Änderungsoperation wird am nächsten Pixel durchgeführt. Andererseits kehrt der Ablauf, wenn die Änderungsoperation für alle Pixel abgeschlossen ist, zu Schritt S204 zurück, und eine Berechnung einer komplexen Amplitude U_s,x und eine Auswertung eines Lichtkondensationszustands des Laserlichts damit werden ausgeführt. Solche Operationen werden wiederholt ausgeführt; ein CGH eines Modulationsmusters, das den gegebenen Lichtkondensationsbedingungen entspricht, wird dadurch erstellt.
Vorausgesetzt, ein CGH ist durch Verwendung einer Ausbreitungsfunktion entworfen, zu der ein einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster addiert ist, wird, wie oben beschrieben, ein beliebiges Phasenmuster bei jeder Wellenlänge oder jedem Lichtkondensationspunkt vorgesehen, was es möglich macht, Lichtkondensationssteuerung bei einer hohen Genauigkeit unter verschiedenen Bedingungen durchzuführen. Beispielsweise ist es bei der Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht bei vielfachen Wellenlängen möglich, eine Lichtkondensationsposition, eine Lichtkondensationsform und dergleichen davon bei jeder Wellenlänge proaktiv zu ändern.
Weiter weist das Verfahren zum Vorsehen eines CGH zum Durchführen einer Ausrichtung eines Lichtkondensationspunkts, einer Lichtkondensationsform-Einstellung, von Mehrpunkt-Lichtkondensation und dergleichen an einem Lichtkondensationsmuster die folgenden Vorteile auf. Das heißt, weil beim Entwurf eines CGH durch ein ORA-Verfahren ein Phasenwert für jedes Pixel geändert wird, wird eine längere Entwurfszeit benötigt, verglichen mit einem Entwurfsverfahren, wie etwa einem iterativen Fourier-Verfahren. Weiter hängt die Entwurfszeit von der Anzahl der Regenerationspunkte bei der Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht ab. Im Gegensatz dazu werden bei einem Verfahren, bei dem ein CGH zum Durchführen einer Positionsausrichtung, Mehrpunkt-Lichtkondensation und dergleichen im Voraus entworfen wird, und ein dem CGH entgegengesetztes Phasenmuster für eine Ausbreitungsfunktion vorgesehen ist, die vielfachen, durch das Phasenmuster regenerierten Punkte als eine Gruppe betrachtet. Demgemäß ist es möglich, die Anzahl auszuwertender Lichtkondensationspunkte aus der Anzahl von Regenerationspunkten auf die Anzahl von Regenerationsgruppen zu verringern, und es ist möglich, die Zeit für den Entwurf eines CGH zu verkürzen. Außerdem ist es notwendig, eine Differenz der Anzahl von Regenerationspunkten unter den Gruppen im Voraus auszuwerten.
Darüber hinaus ist es in dem Fall, in dem ein räumlicher Lichtmodulator benutzt ist, der in der Lage ist, ein darzubietendes Modulationsmuster dynamisch zu schalten, leicht, eine Ausrichtung einer Position in der Tiefenrichtung eines Lichtkondensationspunkts oder dergleichen durch Durchführen von Rückkopplungsregelung oder dergleichen durchzuführen. Weiter wird beispielsweise eine Vielzahl von Lichtkondensationspunkten durch Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators aus einer einzelnen Lichtquelle erzeugt, und eine Vielzahl von Detektoren wird bereitgestellt, um diesen zu entsprechen; dadurch ist es möglich, eine Messzeit zu verkürzen.
Außerdem wird in dem besonderen, oben beschriebenen Beispiel ein Änderungsbetrag Δϕ_j,a, der zu einem Phasenwert des Pixels j zu addieren ist, nach den Formeln (9) bis (12) analytisch bestimmt, jedoch kann speziell für die Berechnung eine Betrags der Phasenänderung ein anderes Verfahren als das oben beschriebene Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann ein Verfahren zum Bestimmen eines Betrags der Phasenänderung bei jeder Wellenlänge λ_x nach der folgenden Formel (15) verwendet werden. [Formel 15]
Hier gelten die folgenden Formeln. [Formel 16]
[Formel 17]
Weiter wird bezüglich Φ_js,x die in der Formel (12) gezeigte Φ_js,x verwendet.
Weiter wird in diesem Fall der Phasenwert ϕ_j,a nach der folgenden Formel (18) geändert und aktualisiert. [Formel 18]
Außerdem ist in dieser Formel (18) κ(λ_a, λ_x) ein Parameter zum Justieren eines Betrags der Phasenänderung Δϕ_j,x, der sich bei jeder Wellenlänge unterscheidet. Dieser Parameter kann weggelassen werden, wenn nicht notwendig.
Die Wirkungen der Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht durch die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 und die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform sind zusammen mit dem speziellen Beispiel beschrieben. Hier ist eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1B durch ein in 5 gezeigtes optisches System eingerichtet, und ein Bestätigungsexperiment über die Lichtkondensationssteuerung wurde unter Verwendung dieser Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1B ausgeführt.
In der in 5 gezeigten Anordnung besteht die Laserlichtquelleneinheit 10 aus einer ersten Laserlichtquelle 11, die Laserlicht bei einer Wellenlänge von 532 nm liefert, und der zweiten Laserlichtquelle 12, die Laserlicht bei einer Wellenlänge von 633 nm liefert. Das Laserlicht von der Laserlichtquelle 11 wird durch ein räumliches Filter 51 und eine Kollimatorlinse 53 aufgeweitet und durch einen Spiegel 55 reflektiert, um danach durch einen dichroitischen Spiegel 56 reflektiert zu werden. Weiter wird das Laserlicht von der Laserlichtquelle 12 durch ein räumliches Filter 52 und eine Kollimatorlinse 54 aufgeweitet, um danach den dichroitischen Spiegel 56 zu durchlaufen. Dadurch werden die Laserlichtstrahlen von den Laserlichtquellen 11 und 12 auf dem dichroitischen Spiegel 56 gemultiplext.
Das Laserlicht von dem dichroitischen Spiegel 56 durchläuft einen Halbspiegel 57, um durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 20 phasenmoduliert zu werden. Dann wird das reflektierte Laserlicht vom räumlichen Lichtmodulator 20 durch den Halbspiegel 57 reflektiert, und sein kondensiertes Licht-Abbild wird durch eine Kamera 60 über eine Linse 58 abgebildet. Mit diesem kondensierten Licht-Abbild des Laserlichts ist es möglich, Lichtkondensationssteuerung durch den räumlichen Lichtmodulator 20 zu bestätigen.
Weiter bezüglich der Lichtkondensations-Steuerungsbedingungen durch ein für das Laserlicht in dem räumlichen Lichtmodulator 20 vorzusehendes Phasenmuster sind die Lichtkondensationspositionen (Regenerationspositionen) des Laserlichts bei einer Wellenlänge von 532 nm und des Laserlichts bei einer Wellenlänge von 633 nm verschoben, um die Sichtbarkeit zu erhöhen, und Bedingungen zum Kondensieren des Laserlichts bei einer Wellenlänge von 532 nm zu einer Gaußschen Form und Kondensieren des Laserlichts bei einer Wellenlänge von 633 nm zu einer Ringform sind verwendet.
Außerdem kann als Phasenmuster für Lichtkondensationssteuerung, das auf dem SLM zum Kondensieren von Laserlicht zu einer Ringform darzubieten ist, beispielsweise ein in 6 gezeigtes Phasenmuster eines Laguerre-Gauß-Strahls (LG-Strahls) verwendet werden. In dem Phasenmuster von 6 zeigen weiße bis schwarze Bereiche Phasenwerte von 0 bis 2π rad bei einer bestimmten Wellenlänge λ an und erzeugen ein Muster, in dem sich die Phase spiralförmig von 0 bis 2π rad dreht, mit einem Mittelpunkt auf einer vorgegebenen Position. Weiter kann ein solches Phasenmuster auch durch Verwendung von Laguerre-Polynomen dargestellt werden (siehe Nicht-Patentdokument 6).
7 zeigt ein kondensiertes Lichtabbild von Laserlicht, das durch eine solche Anordnung und Einstellung erhalten ist. Wie in dieser 7 gezeigt, ist es gemäß einem durch das oben beschriebene Verfahren entworfenen Modulationsmuster möglich, vorzugsweise einen kondensierten Lichtpunkt von Gaußscher Form von Laserlicht bei einer Wellenlänge von 532 nm bzw. einen kondensierten Lichtpunkt von Ringform von Laserlicht bei einer Wellenlänge von 633 nm zu regenerieren. Weiter ist es möglich, solche Lichtkondensations-Steuerungsbedingungen auf ein STED-Mikroskop durch Anpassen der Lichtkondensationspositionen anzuwenden.
Weiter ist das in Schritt S108 in dem Flussdiagramm von 3 ausgeführte Modulationsmuster-Entwurfsverfahren beschrieben. In dem Flussdiagramm von 4 ist als Beispiel des Entwurfsverfahrens, das sich auf einen Effekt durch ein Pixel in einem CGH richtet, ein Entwurfsverfahren gezeigt, das ein Analyse-ORA-Verfahren verwendet. Indessen kann als Modulationsmuster-Entwurfsverfahren ein Such-Entwurfsverfahren, wie etwa ein Kletterverfahren, ein simuliertes Ausheilverfahren oder ein genetischer Algorithmus, verwendet werden, wie oben beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel eines Modulationsmuster-Entwurfsverfahrens zeigt, das in der in 2 gezeigten Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung 30 ausgeführt wird. In diesem Flussdiagramm ist ein Entwurfsverfahren als Beispiel eines Such-Entwurfsverfahrens in dem Fall gezeigt, in dem das Kletterverfahren verwendet wird. In diesem Verfahren werden zuerst Informationen über bestimmte Lichtkondensationsbedingungen für über den SLM 20 durchgeführte Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf das Bestrahlungsobjekt 42 auf dieselbe Weise erfasst wie in dem oben beschriebenen Fall eines ORA-Verfahrens (Schritt S301). Als Nächstes wird ein Phasenmuster, das als Anfangsbedingung für den Entwurf eines CGH dient, das in dem SLM 20 darzubieten ist, beispielsweise als Zufalls-Modulationsmuster erzeugt (S302).
Als Nächstes wird eine Phasenwert-Änderungsoperation eines Pixels in dem CGH durchgeführt (S303). Außerdem wird eine komplexe Amplitude U_s,x = A_s,xexp(iϕ_s,x), die einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s angibt, unter Verwendung der Formel (1) berechnet, die die Wellen-Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' enthält, zu der das dem Lichtkondensationsmuster entgegengesetzte Phasenmuster addiert ist (S304). Nach Berechnen der komplexen Amplitude U_s,x wird eine Beurteilung des erzielten Lichtkondensationszustands durchgeführt (S305).
Hier wird dabei, wenn die Amplitude A_s,x, die Intensität I_s,x = |A_s,x|² oder die komplexe Amplitude U_s,x durch Schalten eines Phasenwerts eines Pixels in dem Modulationsmuster näher an einen gewünschten Wert gebracht sind, ein Phasenwert angenommen. Bei dem Kletterverfahren wird beispielsweise ein Phasenwert jedes Pixels in dem CGH alle 0,1π rad von 0π rad bis zu einem vorgegebenen Phasenwert geschaltet, beispielsweise bis zu 2π rad, geschaltet, und eine Ausbreitung wird unter Verwendung der Formel (1) für jedes Schalten ausgeführt. Dann wird ein Phasenwert, durch den eine Intensität am Lichtkondensationspunkt s maximiert wird, durch Suchen bestimmt.
Als Nächstes wird bestimmt, ob Schalten eines Phasenwerts eines Pixels unter allen Bedingungen bestätigt wurde oder nicht (S306), und wenn es nicht bestätigt wurde, kehrt der Ablauf zu Schritt S303 zurück. Außerdem wird beurteilt, ob die Phasenwert-Änderungsoperationen eines Pixels, Beurteilen eines Lichtkondensationszustands und dergleichen an allen Pixeln durchgeführt wurden oder nicht (S307), und wenn dies nicht durchgeführt wurde, wird angenommen, dass die Pixel-Nummer j = j + 1 ist, der Ablauf kehrt zu Schritt S303 zurück, und eine erforderliche Operation wird am nächsten Pixel durchgeführt.
Wenn die erforderlichen Operationen an allen Pixeln durchgeführt wurden, wird beurteilt, ob ein gewünschtes Ergebnis beim Entwurf des CGH erreicht wurde oder nicht (S308). Als Beurteilungsverfahren kann in diesem Fall auf dieselbe Weise wie in dem Fall eines ORA-Verfahrens beispielsweise ein Beurteilungsverfahren danach verwendet werden, ob die Werte einer Lichtkondensationsintensität, einer Amplitude, einer komplexen Amplitude und dergleichen, die an jedem Lichtkondensationspunkt erhalten sind, innerhalb der zulässigen Bereiche liegen. Oder in dem Flussdiagramm von 8 kann ein Verfahren verwendet werden, in dem nach Bedingungen beurteilt wird, wie etwa danach, ob eine bestimmte Anzahl von Schleifen des Änderns eines Phasenwerts, Beurteilen eines Lichtkondensationszustands und dergleichen durchgeführt sind. In dem Fall, in dem die erforderlichen Bedingungen erfüllt sind, ist der Entwurfsalgorithmus für ein CGH abgeschlossen. In dem Fall, in dem die Bedingungen nicht erfüllt sind, kehrt der Ablauf zu Schritt S303 zurück, um Suchen vom ersten Pixel aus zu wiederholen.
Das Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, das Steuerprogramm, die Steuervorrichtung und die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform und die Anordnungsbeispiele beschränkt, und verschiedene Modifikationen davon sind möglich. Beispielsweise ist eine Anordnung eines optischen Systems, das Laserlichtquellen und einen räumlichen Lichtmodulator enthält, nicht auf das in 1 gezeigte Anordnungsbeispiel beschränkt, und speziell können verschiedene Anordnungen verwendet werden.
Weiter wurde bei der oben beschriebenen Ausführungsform hauptsächlich der Fall beschrieben, bei dem die Anzahl von Wellenlängen von Laserlicht, mit dem Lichtkondensationssteuerung durchgeführt wird, vielfach ist, jedoch ist es in dem Fall, in dem Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht bei einer einzelnen Wellenlänge durchgeführt wird, auch möglich, vorzugsweise ein Lichtmodulations-Steuerungsverfahren gemäß der oben beschriebenen Anordnung auszuführen. In diesem Fall wird beispielsweise bei dem oben beschriebenen ORA-Verfahren ein Parameter W_x zum Justieren eines Lichtmengenverhältnisses unter mehrfachen Wellenlänge als W_x = 1 nicht aktualisiert. In dem Fall der Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht bei einer einzigen Wellenlänge ist es beispielsweise auch möglich, ein anderes Lichtkondensationsmuster für jeden Lichtkondensationspunkt bei derselben Wellenlänge vorzusehen. Weiter können bezüglich der Anzahl von Laserlichtquellen beispielsweise speziell verschiedene spezielle Anordnungen verwendet werden, wie etwa eine Anordnung, bei der Laserlicht bei vielfachen Wellenlängen von einer einzelnen Laserlichtquelle geliefert wird.
Weiter können bezüglich des Entwurfs eines in einem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters (CGH) auch speziell verschiedene andere verfahren als die oben beschriebenen Beispiele verwendet werden. Im Allgemeinen genügt es, dass beim Entwurf von Modulationsmustern durch Richten auf einen Effekt auf einen Lichtkondensationszustand von Laserlicht an einem Lichtkondensationspunkt durch Ändern eines Phasenwerts eines Pixels in einem Modulationsmuster der Phasenwert so geändert wird, dass sein Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand gebracht wird, und solche Phasenwert-Änderungsoperationen werden für alle Pixel in dem Modulationsmuster durchgeführt, wodurch ein Modulationsmuster entworfen wird, und wenn der Lichtkondensationszustand am Lichtkondensationspunkt ausgewertet wird, kann eine Ausbreitungsfunktion, zu der ein einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster addiert ist, zur Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x vom Pixel j im Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet werden.
Weiter wird beim Ableiten der komplexen Amplitude U_s,x, wenn eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x durch die Formel ersetzt ist, U_s,x = Σ_jA_j-in,xexp{i(ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x + ϕ_j,x + ϕ_j-in,x)} = Σ_jA_j-in,xexp{i(ϕ_js,x + ϕ_j,x + ϕ_j-in,x – ϕ_js-pat,x)} abgeleitet. Wie aus dieser Formel deutlich ist, wird dasselbe Ergebnis durch Addieren von (–ϕ_js-pat,x) zu einer Einfallsphase ϕ_j-in,x zum Zweck der Berechnung erhalten. Ein solches Verfahren ist äquivalent zu einem Verfahren des Addierens von (–ϕ_js-pat,x) zu der Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x, und demgemäß enthält die vorliegende Erfindung auch eine solche Anordnung.
Das Lichtmodulations-Steuerungsverfahren gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform (1), das die Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei das Verfahren enthält: (2) einen Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt zum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x (x = 1, ... und x_t) und der Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, (3) einen Lichtkondensationsbedingungs-Einstellschritt zum Einstellen der Anzahl der Lichtkondensationspunkte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s (s = 1, ... und s_t) als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts, (4) einen Steuermuster-Einstellschritt zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster, und (5) einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Steuermuster-Einstellschritt eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, und bei dem Verfahren (6) setzt der Modulationsmuster-Entwurfsschritt eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraus, ändert einen Phasenwert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem es sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts an dem Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und führt solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durch, wodurch es das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x

Weiter das Lichtmodulations-Steuerungsprogramm gemäß der vorliegenden Ausführungsform (1), das dazu dient, einen Computer zu veranlassen, Lichtmodulationssteuerung auszuführen, die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei das Programm den Computer veranlasst, auszuführen: (2) Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsverarbeitung des Erfassens der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x (x = 1, ... und x_t) und der Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, (3) eine Lichtkondensationsbedingungs-Einstellungsverarbeitung zum Einstellen der Anzahl der Lichtkondensationspunkte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s (s = 1, ... und s_t) als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts, (4) Steuermuster-Einstellverarbeitung zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster, und (5) Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des bei der Steuermuster-Einstellverarbeitung eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, und in dem Programm (6) setzt die Modulationsmuster-Entwurfsbearbeitung eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraus, ändert einen Phasenwert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem es sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts an dem Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und führt solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durch, wodurch es das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x

– das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, das bei der Steuerungsmuster-Einstellverarbeitung eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.

Weiter die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform (1), die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei die Vorrichtung enthält: (2) Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel zum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x (x = 1, ... und x_t) und der Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, wobei (3) das Lichtkondensationsbedingungs-Einstellmittel die Anzahl von Lichtkondensationspunkten s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), auf die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und eine Lichtkondensationsposition, eine Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und eine Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s (s = 1, ... und s_t) als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts einstellt, (4) ein Steuermuster-Einstellmittel zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster, und (5) ein Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Steuermuster-Einstellmittel eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, und in der Vorrichtung (6) setzt das Modulationsmuster-Entwurfsmittel eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraus, ändert einen Phasenwert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem es sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und führt solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durch, wodurch es das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt wird eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x

– das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_is-pat,x ist, das in dem Steuerungsmuster-Einstellmittel eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.

Hier kann in dem Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, dem Steuerprogramm und der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben sind, eine Gestaltung, bei der die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts auf eine mehrfache Anzahl eingestellt ist, zum Erfassen von Bestrahlungsbedingungen verwendet werden. Wie oben beschrieben, ist auf diese Weise ein Verfahren zum Entwerfen eines Modulationsmusters durch Verwenden einer Ausbreitungsfunktion, zu der ein einem Lichtkondensations-Steuerungsmuster entgegengesetztes Phasenmuster addiert ist, besonders effektiv für die Steuerung der Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen von Laserlicht, das die mehrfachen Wellenlängenkomponenten enthält.
Weiter können in dem Fall, in dem Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht, das mehrfache Wellenlängenkomponenten enthält, wie oben beschrieben durchgeführt wird, das Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, das Steuerprogramm und die Steuerungsvorrichtung eine Anordnung verwenden, in der das Modulationsmuster unter Berücksichtigung von Wellenlängendispersion eines Brechungsindex im räumlichen Lichtmodulator entworfen wird. Dadurch ist es möglich, die Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x an jedem Lichtkondensationspunkt s für die jeweiligen, voneinander verschiedenen Wellenlängen λ_x genauer zu steuern.
Weiter können das Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, das Steuerprogramm und die Steuervorrichtung eine Anordnung verwenden, in der beim Entwurf eines Modulationsmusters, gegeben eine Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator sei A_j-in,x, seine Phase sei ϕ_j-in,x, und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x in dem Pixel j sei ϕ_j,x, eine komplexe Amplitude, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s angibt, durch die folgende Formel bestimmt ist. U_s,x = A_s,xexp(iϕ_s,x) = Σ_jA_j-in,xexp(iϕ_js,x') × exp(i(ϕ_j,x + ϕ_j-in,x))
Dadurch ist es möglich, vorzugsweise einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s auszuwerten.
Als spezielle Anordnung beim Entwurf eines Modulationsmusters kann eine Anordnung, bei der ein Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase ϕ_s,x einer komplexen Amplitude bestimmten Wert geändert wird, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', einen Phasenwert ϕ_j,x des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts angibt, zum Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster verwendet werden. Als Entwurfsverfahren zum analytischen Aktualisieren eines Phasenwerts auf diese Weise gibt es beispielsweise ein ORA-Verfahren (Optimal Rotation Angle – Optimaler Drehwinkel).
Oder für den Entwurf eines Modulationsmusters kann eine Anordnung, bei der ein Phasenwert gemäß einem Wert geändert wird, der durch Suchen unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens aus einem Kletterverfahren, einem simulierten Ausheilverfahren und einem genetischen Algorithmus bestimmt ist, zum Ändern des Phasenwerts des Pixels in dem Modulationsmuster verwendet werden.
Weiter kann die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung auch eingerichtet sein, ein Lichtmodulator-Ansteuermittel zum Ansteuern des räumlichen Lichtmodulators zu enthalten, um das durch das Modulationsmuster-Entwurfsmittel entworfene Modulationsmuster dem räumlichen Lichtmodulator darzubieten. Weiter kann ein solches Lichtmodulator-Ansteuermittel auch eingerichtet sein, als von der Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung, die den Entwurf eines Modulationsmusters durchführt, getrennte Vorrichtung vorgesehen zu sein.
Die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält (a) eine Laserlichtquelle, die Laserlicht mit x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Wellenlängen λ_x liefert, (b) einen räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulator, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, und (c) die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung mit der oben beschriebenen Anordnung, die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x auf bestimmte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Lichtkondensationspunkte s durch ein in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellendes Modulationsmuster steuert.
Gemäß einer solchen Anordnung ist das für jeden Lichtkondensationspunkt s und jede Wellenlänge λ_x eingestellte Lichtkondensations-Steuerungsmuster zuverlässig in einem schließlich durch die Lichtmodulations-Steuervorrichtung zu erhaltenden Modulationsmuster wiedergegeben, was es möglich macht, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei einem ausreichenden Freiheitsgrad zu erreichen, und es ist möglich, vorzugsweise Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf den auf dem Bestrahlungsobjekt gesetzten Lichtkondensationspunkt s zu erreichen, sowie dadurch Operationen, wie etwa Bearbeiten, Beobachtungen und dergleichen des Objekts. Eine solche Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung kann beispielsweise als eine Laserbearbeitungsvorrichtung, ein Lasermikroskop oder dergleichen verwendet sein. Außerdem ist es vorzuziehen, als räumlichen Lichtmodulator einen räumlichen Lichtmodulator zu verwenden, der eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel aufweist und eingerichtet ist, eine Phase des Laserlichts für jedes aus der Vielzahl von Pixeln zu modulieren. Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar als ein Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, ein Steuerprogramm, und eine Steuervorrichtung und eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, durch die es möglich ist, vorzugsweise Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht bei einem ausreichenden Freiheitsgrad zu erreichen.
Liste der Bezugszeichen

1A, 1B – Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, 10 – Laserlichtquelleneinheit, 11 – Laserlichtquelle, 12 – Laserlichtquelle, 13, 14 – Strahlaufweiter, 15 – dichroitischer Spiegel, 16 – Spiegel, 18 – Prisma, 20 – räumlicher Lichtmodulator, 21 – Spiegel, 22, 23 – Linse des optischen 4f-Systems, 25 – Objektivlinse, 28 – Lichtmodulator-Ansteuervorrichtung, 40 – bewegliche Plattform, 42 – Bestrahlungsobjekt, 45 – Erfassungseinheit, 46 – Linse, 47 – dichroitischer Spiegel, 51, 52 – räumliches Filter, 53, 54 – Kollimatorlinse, 55 – Spiegel, 56 – dichroitischer Spiegel, 57 – Halbspiegel, 58 – Linse, 60 – Kamera, 30 – Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung, 31 – Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit, 32 – Lichtkondensationsbedingungs-Einstelleinheit, 33 – Lichtkondensations-Steuerungsmuster-Einstelleinheit, 34 – Modulationsmuster-Entwurfseinheit, 35 – Lichtmodulator-Ansteuerungs-Steuereinheit, 37 – Eingabevorrichtung, 38 – Anzeigevorrichtung.

Claims

Lichtmodulations-Steuerungsverfahren, das Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei das Verfahren umfasst: einen Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschrittzum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x und der Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts; einen Lichtkondensationsbedingungs-Einstellschritt zum Einstellen der Anzahl der Lichtkondensationspunkte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts; einen Steuermuster-Einstellschritt zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster; und einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Steuermuster-Einstellschritt eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, wobei in dem Verfahren der Modulationsmuster-Entwurfsschritt eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraussetzt, einen Phasenwert ändert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem es sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts an dem Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durchführt, wodurch es das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x – das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, das in dem Steuerungsmuster-Einstellschritt eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt die Anzahl von Wellenlängen xt des Laserlichts auf eine Vielzahl setzt.
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Modulationsmuster-Entwurfsschritt das Modulationsmuster unter Berücksichtigung von Wellenlängendispersion eines Brechungsindex im räumlichen Lichtmodulator entwirft.
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Modulationsmuster-Entwurfsschritt eine komplexe Amplitude, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s angibt, gegeben eine Eqinfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator sei A_j-in,x, seine Phase sei ϕ_j-in,x, und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j sei ϕ_j,x, durch die folgende Formel bestimmt. U_s,x = A_s,xexp(iϕ_s,x) = Σ_jA_j-in,xexp(iϕ_s,x') × exp(i(ϕ_j,x + ϕ_j-in,x))
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Modulationsmuster-Entwurfsschritt einen Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase ϕ_s,x einer komplexen Amplitude bestimmten Wert, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', einen Phasenwert ϕ_j,x des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts angibt, beim Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster ändert.
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Modulationsmuster-Entwurfsschritt einen Phasenwert gemäß einem Wert, der durch Suchen durch Verwendung eines beliebigen Verfahrens aus einem Kletterverfahren, einem simulierten Ausheilverfahren und einem genetischen Algorithmus bestimmt ist, beim Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster ändert.
Lichtmodulations-Steuerungsprogramm, das dazu dient, einen Computer zu veranlassen, Lichtmodulationssteuerung auszuführen, die Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei das Programm den Computer veranlasst, auszuführen: Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsverarbeitung zum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x und von Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts; Lichtkondensationsbedingungs-Einstellungsverarbeitung zum Einstellen der Anzahl der Lichtkondensationspunkte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts; Steuermuster-Einstellverarbeitung zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als ein für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster; und Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des bei der Steuermuster-Einstellverarbeitung eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, wobei in dem Programm die Modulationsmuster-Entwurfsbearbeitung eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraussetzt, einen Phasenwert ändert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem es sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts an dem Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durchführt, wodurch es das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x – das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, das bei der Steuerungsmuster-Einstellverarbeitung eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.
Lichtmodulations-Steuerprogramm nach Anspruch 7, wobei die Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsverarbeitung die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts auf eine Vielzahl setzt.
Lichtmodulations-Steuerprogramm nach Anspruch 8, wobei die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung das Modulationsmuster unter Berücksichtigung von Wellenlängendispersion eines Brechungsindex im räumlichen Lichtmodulator entwirft.
Lichtmodulations-Steuerprogramm nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung eine komplexe Amplitude, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s angibt, gegeben eine Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator sei A_j-in,x, seine Phase sei ϕ_j-in,x, und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j sei ϕ_j,x durch die folgende Formel bestimmt. U_s,x = A_s,xexp(iϕ_s,x) = Σ_jA_j-in,xexp(iϕ_js,x') × exp(i(ϕ_j,x + ϕ_j-in,x))
Lichtmodulations-Steuerprogramm nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung einen Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase ϕ_s,x einer komplexen Amplitude bestimmten Wert, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', einen Phasenwert ϕ_j,x des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts angibt, beim Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster ändert.
Lichtmodulations-Steuerprogramm nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung einen Phasenwert gemäß einem Wert, der durch Suchen unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens aus einem Kletterverfahren, einem simulierten Ausheilverfahren und einem genetischen Algorithmus bestimmt ist, zum Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster ändert.
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung, die Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf einen bestimmten Lichtkondensationspunkt durch ein Modulationsmuster steuert, das in einem räumlichen Lichtmodulator durch Verwendung des räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulators darzubieten ist, der das Laserlicht darauf eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittelzum Erfassen der Anzahl von Wellenlängen x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) des in den räumlichen Lichtmodulator einzugebenden Laserlichts, von x_t Wellenlängen λ_x und von Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts; ein Lichtkondensationsbedingungs-Einstellmittel zum Einstellen der Anzahl von Lichtkondensationspunkten s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr), bei denen Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, und einer Lichtkondensationsposition, einer Wellenlänge λ_x des zu kondensierenden Laserlichts und einer Lichtkondensationsintensität für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte als Lichtkondensationsbedingungen des Laserlichts; ein Steuermuster-Einstellmittel zum Einstellen eines Lichtkondensations-Steuerungsmusters zum Steuern eines Lichtkondensationszustands als für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für jeden der s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehendes Phasenmuster; und ein Modulationsmuster-Entwurfsmittelzum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Steuermuster-Einstellmittel eingestellten Lichtkondensationssteuerungsmusters, wobei in der Vorrichtung das Modulationsmuster-Entwurfsmittel eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel in dem räumlichen Lichtmodulator voraussetzt, einen Phasenwert ändert, um einen Lichtkondensationszustand näher an einen gewünschten Zustand zu bringen, indem es sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts an dem Lichtkondensationspunkt richtet, indem es den Phasenwert eines Pixels in dem in der Vielzahl von Pixeln darzubietenden Modulationsmuster ändert, und solche Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Pixel in dem Modulationsmuster durchführt, wodurch es das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x' ϕ_js,x' = ϕ_js,x – ϕ_js-pat,x – das heißt, ein Phasenmuster, das entgegengesetzt zu dem Lichtkondensations-Steuerungsmuster ϕ_js-pat,x ist, das in dem Steuerungsmuster-Einstellmittel eingestellt ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion ϕ_js,x addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zum Lichtkondensationspunkt s verwendet.
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts auf eine Vielzahl setzt.
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Modulationsmuster-Entwurfsmittel das Modulationsmuster unter Berücksichtigung von Wellenlängendispersion eines Brechungsindex im räumlichen Lichtmodulator entwirft.
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Modulationsmuster-Entwurfsmittel eine komplexe Amplitude, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkts angibt, gegeben eine Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator sei A_j-in,x, seine Phase sei ϕ_j-in,x, und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j sei ϕ_j,x, durch die folgende Formel bestimmt. U_s,x = A_s,xexp(iϕ_s,x) = Σ_jA_j-in,xexp(iϕ_js,x') × exp(i(ϕ_j,x + ϕ_j-in,x))
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Modulationsmuster-Entwurfsmittel einen Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase ϕ_s,x einer komplexen Amplitude bestimmten Wert, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion ϕ_js,x', einen Phasenwert ϕ_j,x des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase ϕ_j-in,x des Laserlichts angibt, beim Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster ändert.
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Modulationsmuster-Entwurfsmittel einen Phasenwert gemäß einem Wert, der durch Suchen durch Verwendung eines beliebigen Verfahrens aus einem Kletterverfahren, einem simulierten Ausheilverfahren und einem genetischen Algorithmus bestimmt ist, zum Ändern des Phasenwerts des Pixels j in dem Modulationsmuster ändert.
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 18, weiter umfassend ein Lichtmodulator-Ansteuermittel zum Ansteuern des räumlichen Lichtmodulators, um das durch das Modulationsmuster-Entwurfsmittel entworfene Modulationsmuster in dem räumlichen Lichtmodulator darzubieten.
Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, umfassend eine Laserlichtquelle, die Laserlicht mit x_t (x_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Wellenlängen λ_x liefert; einen räumlichen Phasenmodulations-Lichtmodulator, der das Laserlicht darin eingibt, um eine Phase des Laserlichts zu modulieren, und der das phasenmodulierte Laserlicht ausgibt; und die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 19, die Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x auf bestimmte s_t (s_t ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Lichtkondensationspunkte s durch ein in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietendes Modulationsmuster steuert.