DE112012004512T5

DE112012004512T5 - Lichtmodulations-Steuerverfahren, Steuerprogramm, Steuervorrichtung und Laser-Bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012004512T5
Application number: DE112012004512.2T
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: 2014-09-25
Also published as: JP5802110B2; KR20140084122A; CN103917914A; WO2013061960A1; JP2013092688A; US20140293388A1

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 in einem optischen System, das den räumlichen Lichtmodulator enthält, für das Laserlicht vorzusehendes Verzerrungs-Phasenmuster wird für jeden Lichtkondensationspunkt abgeleitet (S107). Dann wird ein in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietendes Modulationsmuster unter Berücksichtigung des Verzerrungs-Phasenmusters 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 Verzerrungs-Phasenmuster addiert wird. 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 5, Nicht-Patentdokumente 1 bis 7).
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 Patentveröffentlichung Nr. 4420672
Patentschrift 5: 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 Ausfächerungsmuster für 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: J. Bengtsson, „Kinoform design with an optimal-rotation-angle method” (Entwurf von Kinoformen mit einem Verfahren des optimalen Drehwinkels), Appl. Opt. Vol. 33 Nr. 29 (1994) Seiten 6879–6884
Nicht-Patentdokument 4: J. Bengtsson, „Design of fan-out kinoforms in the entire scalar diffraction regime with an optimal-rotation-angle method” (Entwurf von Ausfächerungs-Kinoformen im gesamten skalaren Beugungsbereich mit einem Verfahren des optimalen Drehwinkels), Appl. Opt. Vol. 36 Nr. 32 (1997) Seiten 8435–8444
Nicht-Patentdokument 5: 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 6: 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 7: 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 8: 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 9: D. Wildanger et al., „A STED 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. Weiter ist es in dem Fall, in dem ein SLM, wie etwa ein LCOS-SLM (Liquid Crystal an Silicon – Flüssigkristall auf Silizium), der in der Lage ist, ein Phasenmuster für die darzubietende Modulation dynamisch zu schalten, als räumlicher Lichtmodulator benutzt ist, möglich, den Freiheitsgrad der Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht zu erhöhen, um Einstellung und Steuerung der Lichtkondensationsbedingungen in verschiedenen Modi zu erreichen.
Andererseits wird in einigen Fällen eine durch Verzerrung eines Substrats, das Bestandteil des räumlichen Lichtmodulators ist, und dergleichen verursachte Phasenverschiebung zu einem Problem in einem räumlichen Lichtmodulator, wie etwa dem oben beschriebenen LCOS-SLM. Weiter kann eine Phasenverschiebung auf dieselbe Weise außer in einem räumlichen Lichtmodulator in einem Laserlicht leitenden optischen System verursacht werden. In dem Fall, in dem eine solche Phasenverschiebung zu einem Problem bei der Lichtkondensationssteuerung wird, wurde als Verfahren zum Lösen dieses Effekts ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Phasenmuster

– das heißt, ein Verzerrungskorrekturmuster
wird zum Korrigieren einer Phasenverschiebung zu einem CGH-Muster
addiert, das in einem SLM darzubieten ist – wird in einem räumlichen Lichtmodulator dargestellt (siehe Patentschrift 4). Angenommen, ein Verzerrungs-Phasenmuster aufgrund einer Phasenverschiebung oder dergleichen, die in einem optischen System vorgesehen ist, sei
wird bei einem solchen Verfahren ein Verzerrungskorrekturmuster
idealerweise ein zum Verzerrungs-Phasenmuster entgegengesetztes Phasenmuster.
Jedoch ist es bei einem solchen Verfahren in einigen Fällen nicht möglich, eine ausreichende Genauigkeit der Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht zu erreichen. Als solches Beispiel wirkt in dem Fall, in dem die Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht enthaltenden Lichtkomponenten mehrfacher Wellenlängen durch einen einzigen räumlichen Lichtmodulator durchgeführt wird, bei dem oben beschriebenen Verfahren dasselbe Verzerrungskorrekturmuster auf die Laserlichtkomponenten der jeweiligen Wellenlängen; weil sich jedoch die für Laserlicht vorzusehende Phasenverschiebung bei jeder Wellenlänge unterscheidet, ist es nicht möglich, Verzerrungskorrektur nach einem solchen Verfahren mit ausreichender Genauigkeit durchzuführen. Ein solches Problem der Genauigkeit von Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung kann auf dieselbe Weise in einer anderen Anordnung als der Anordnung zur Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts bei den mehrfachen Wellenlängen verursacht werden.
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 Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators mit ausreichender Genauigkeit 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 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 Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist, und (5) einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, 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

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt abgeleitet ist, wird zu einer Wellenausbreitungsfunktion
addiert – für die Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator 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 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 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), 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) Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung des Ableitens eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist, und (5) Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung des Entwerfens des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des bei der Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, 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

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das bei der Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung abgeleitet 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 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 Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist, und (5) ein Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, 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

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel abgeleitet 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.
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 Lichtkondensationspunkaen 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 Verzerrungs-Phasenmuster, das in dem optischen System für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x vorzusehen ist, das genauer ein Verzerrungs-Phasenmuster ist, das zumindest eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, für jeden Lichtkondensationspunkt s abgeleitet, und ein Modulationsmuster wird unter Berücksichtigung des Verzerrungs-Phasenmusters entworfen. Dadurch ist es möglich, vorzugsweise Verzerrungskorrektur für das bei der Wellenlänge λ_x auf jeden Lichtkondensationspunkt s kondensierte Laserlicht auszuführen.
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 einer Wellenlänge λ_x wird eine Ausbreitungsfunktion
von einem Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator zum Lichtkondensationspunkt s nicht direkt verwendet, sondern eine Ausbreitungsfunktion
zu der das abgeleitete Verzerrungs-Phasenmuster
addiert ist, wird verwendet, um den Lichtkondensationszustand auszuwerten.
Gemäß einer solchen Anordnung ist für die Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s ein Phasenmuster zur Verzerrungskorrektur zum Auflösen eines Effekts durch ein Verzerrungs-Phasenmuster, das in dem optischen System vorzusehen ist, das den räumlichen Lichtmodulator enthält, zuverlässig in einem schließlich zu erhaltenden Modulationsmuster enthalten, und daher ist es möglich, vorzugsweise die Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts durch Verwenden des räumlichen Lichtmodulators mit ausreichender Genauigkeit zu erreichen.
Außerdem kann in dem Fall, in dem ein räumlicher Lichtmodulator, der eine Vielzahl zweidimensional angeordneter Pixel aufweist und eingerichtet ist, eine Phase von Laserlicht bei jedem aus der Vielzahl von Pixeln zu modulieren, als der räumliche Lichtmodulator verwendet ist, seine Pixelstruktur direkt beim Entwurf eines Modulationsmusters angewendet werden. Weiter kann in dem Fall, in dem das Verzerrungs-Phasenmuster nur abhängig von einer Wellenlänge λ_x, unabhängig von einem Lichtkondensationspunkt s, auf den Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht durchgeführt wird, ein Verzerrungs-Phasenmuster für jede Wellenlänge λ_x abgeleitet 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 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 ist durch die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung ein Verzerrungskorrekturmuster zum Aufheben eines Effekts durch ein in dem optischen System, das den räumlichen Lichtmodulator enthält, vorzusehendes Verzerrungs-Phasenmuster zuverlässig in einem schließlich zu erhaltenden Modulationsmuster enthalten; dadurch ist es möglich, vorzugsweise eine Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts zu erreichen, und ist es möglich, vorzugsweise Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf den auf einem 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 in dem optischen System, das den räumlichen Lichtmodulator enthält, für das Laserlicht bei der zu kondensierenden Wellenlänge vorzusehendes Verzerrungs-Phasenmuster für jeden Lichtkondensationspunkt abgeleitet und weiter ein Modulationsmuster unter Berücksichtigung des Verzerrungs-Phasenmusters 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 einen Phasenwert eines Pixels in dem Modulationsmuster ändert, und bei einer Auswertung des Lichtkondensationszustands des Laserlichts wird eine Ausbreitungsfunktion verwendet, zu der ein Verzerrungs-Phasenmuster addiert wird; dadurch ist es möglich, vorzugsweise eine Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts mit ausreichender Genauigkeit 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 einer Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht durch die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
7 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
ist, eine Phase
des auszugebenden Laserlichts wie folgt.
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 dergleichen. Diese SLM sind so eingerichtet, dass sie in der Lage sind, ein darzubietendes Modulationsmuster dynamisch zu schalten. Ein weiteres Beispiel des räumlichen Lichtmodulators 20, der ein Modulationsmuster statisch darbietet, kann ein DOE (diffraktives optisches Element) oder dergleichen sein. Außerdem ist als ein DOE ein DOE, dessen Phase diskret exprimiert ist, oder ein DOE eingeschlossen, 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 Plattform fest 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 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 besonders 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.
Bei der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A, die den räumlichen Lichtmodulator 20 verwendet, wie in 1 gezeigt, kann in einigen Fällen aufgrund von Verzerrung des Substrats oder dergleichen, das Bestandteil des räumlichen Lichtmodulators 20 ist, eine Phasenverschiebung (Aberration) von einem gewünschten Phasenmuster in dem Laserlicht verursacht werden, mit dem Lichtkondensationsbestrahlung auf das Objekt 42 durchgeführt wird. Ein solcher Effekt durch eine Phasenverschiebung wird insbesondere in dem Fall wahrscheinlich verstärkt, in dem die Anordnung verwendet ist, durch die es möglich ist, ein in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubietendes Modulationsmuster dynamisch zu schalten.
Mit Bezug auf einen solchen Effekt durch eine Phasenverschiebung ist ein Fall als Beispiel beschrieben, bei dem ein LCOS-SLM als der räumliche Lichtmodulator 20 verwendet ist. Ein LCOS-SLM weist einen Aufbau auf, bei dem ein Flüssigkristall zwischen einem Siliziumsubstrat und einem Glassubstrat, auf das ITO aufgedampft ist, eingeschlossen ist. Das Siliziumsubstrat weist eine Pixelstruktur auf, und wenn eine Spannung an die Pixel angelegt wird, dreht sich der Flüssigkristall an den Pixeln gemäß der Spannung. Wenn bei einer solchen Anordnung eine an die Pixel anzulegende Spannung bei jeder Position geändert wird, ist es möglich, eine Phasenverteilung ϕ_SLM vorzusehen, wie in der folgenden Formel (1) gezeigt. [Formel 1]
Hier ist (x_j, y_j) eine Position eines Pixels j, λ ist eine Wellenlänge, n_LC ist ein Brechungsindex des Flüssigkristalls, und d ist eine Dicke einer Flüssigkristallschicht.
In dem LCOS-SLM fungiert das Siliziumsubstrat auch als Spiegel, der Licht reflektiert. Weiter kann, weil dieses Siliziumsubstrat dünn ist, das heißt, das Substrat selbst beträgt beispielsweise 600 μm, dieses Substrat bei der Fertigung bis zu einem Maximum von ungefähr mehreren μm deformiert werden. Falls das Substrat auf diese Weise deformiert ist, selbst wenn beispielsweise eine konstante Spannung v an alle Pixel in dem SLM angelegt ist und der Brechungsindex n_LC über alle Pixel gleichmäßig ist, wird, weil die Dicke d der Flüssigkristallschicht durch einen Effekt der Deformierung abhängig von einer Position unterschiedlich ist, eine Phasenverteilung (ein Phasenmuster) aufgrund der Deformierung erzeugt, wie in der folgenden Formel (2) [Formel 2]
gezeigt. Wenn es ein solches Deformierungs-Phasenmuster gibt, ist es nicht möglich, ein gewünschtes Phasenmuster bei Laserlicht vorzusehen, das als Objekt für Lichtkondensationssteuerung mit dem SLM dient. Weiter kann in einigen Fällen ein solches Deformierungs-Phasenmuster für Laserlicht auf dieselbe Weise in einem anderen Teil des optischen Systems als dem SLM in einem Laserlicht leitenden optischen System vorgesehen sein.
Als Verfahren zum Aufheben eines solche Effekts durch ein Verzerrungs-Phasenmuster
gibt es ein Verfahren, bei dem ein Verzerrungskorrekturmuster
zu einem in dem SLM darzubietenden gewünschten Phasenmuster
addiert wird. In diesem Fall sieht ein in dem SLM darzubietendes Phasenmuster
wie folgt aus.
[Formel 3]
Weiter sieht das Verzerrungskorrekturmuster
idealerweise wie folgt aus. [Formel 4]
Außerdem ist α ein Fehlerwert oder dergleichen, der in der Messung enthalten ist, und wird nach Bedarf berücksichtigt.
Hier ist bei der in 1 gezeigten Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A 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. Bei einer solchen Anordnung unterscheidet sich, wie aus der oben beschriebenen Formel deutlich ist, ein in dem optischen System für das Laserlicht vorgesehenes Verzerrungs-Phasenmuster
bei jeder Wellenlänge; demgemäß ist auch ein Verzerrungskorrekturmuster
bei jeder Wellenlänge anders.
Andererseits wirkt bei dem herkömmlichen, oben beschriebenen Verzerrungskorrekturverfahren dasselbe Verzerrungskorrekturmuster bei mehrfachen Wellenlängen auf die jeweiligen Wellenlängenkomponenten des Laserlichts. Daher ist es in einigen Fällen nicht möglich, ausreichende Genauigkeit der Verzerrungskorrektur zu erreichen, sodass es nicht möglich ist, Verzerrungskorrektur für jede der Laserlicht-Komponenten bei mehrfachen Wellenlängen geeignet durchzuführen. Weiter kann in einigen Fällen ein solches Problem der Genauigkeit von Verzerrungskorrektur in einer anderen Anordnung als der Anordnung 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 verbessert dadurch die Genauigkeit der Verzerrungskorrektur, 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 die Lichtkondensationssteuerung zu erreichen, die Verzerrungskorrektur des Laserlichts bei jeder Wellenlänge enthält.
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 Verzerrungs-Phasenmuster-Ableitungseinheit 33, eine Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 und eine Lichtmodulator-Ansteuereinheit 35. Außerdem kann eine solche Lichtmodulations-Ansteuerungs-Steuereinheit 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 ein 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 ein 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.
Die Verzerrungsmuster-Ableitungseinheit 33 ist ein Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel zum Ableiten eines in dem Laserlicht leitenden optischen System am Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die gegebenen s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehenden Verzerrungs-Phasenmusters. Genauer wird hier ein Verzerrungs-Phasenmuster abgeleitet, das zumindest eine Phasenverschiebung (Aberration) aufgrund einer Verzerrung in dem räumlichen Lichtmodulator 20 enthält, die in dem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x vorgesehen ist (Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt).
In dieser Ableitungseinheit 33 braucht in dem Fall, in dem die in dem Teil des optischen Systems außer dem räumlichen Lichtmodulator 20 in dem Laserlicht leitenden optischen System verursachte Phasenverschiebung klein ist, was bei der Lichtkondensationssteuerung kein Problem wird, nur ein Verzerrungs-Phasenmuster abgeleitet zu werden, das einer Phasenverschiebung aufgrund einer Verzerrung in dem räumlichen Lichtmodulator 20 entspricht. Diese Ableitung eines Verzerrungs-Phasenmusters wird nach Bedarf für jeden Lichtkondensationspunkt und jede Wellenlänge durchgeführt. Weiter kann in dem Fall, in dem das Verzerrungs-Phasenmuster nur abhängig von einer Wellenlänge λ_x, unabhängig von einem Lichtkondensationspunkt s, auf den Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht durchgeführt wird, ein Verzerrungs-Phasenmuster für jede Wellenlänge λ_x abgeleitet werden, unabhängig von dem Lichtkondensationspunkt s.
Außerdem werden Erfassung von Bestrahlungsbedingungen durch die Erfassungseinheit 31, Einstellung der Lichtkondensationsbedingungen durch die Einstelleinheit 32 und Ableitung eines Verzerrungs-Phasenmusters durch die Ableitungseinheit 33 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 Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 ist ein Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen eines CGH, das ein in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzubietendes Modulationsmuster sein soll, unter Berücksichtigung des in der Verzerrungsmuster-Ableitungseinheit 33 abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters. 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 Ableitungseinheit 33 abgeleitete Verzerrungs-Phasenmuster 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 nach 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 Lichtkondensationspunkt zur Ausbreitung von Licht bei einer Wellenlänge λ_x von einem Pixel j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators 20 zum Lichtkondensationspunkt s eine Wellenausbreitungsfunktion
nicht direkt verwendet, sondern eine Ausbreitungsfunktion

benutzt – das heißt, das in der Verzerrungsmuster-Ableitungseinheit 33 abgeleitete Verzerrungs-Phasenmuster
ist, wird zur Ausbreitungsfunktion
addiert. Dadurch ist das Verzerrungskorrekturmuster
das die Korrektur des für jeden Lichtkondensationspunkt und jede Wellenlänge abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters durchführt, in dem Modulationsmuster enthalten, um in die Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts durch das Modulationsmuster reflektiert zu werden.
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 angeordnet 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 sind 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 Verzerrungsmuster-Ableitungseinheit 33 ein in dem Licht leitenden optischen System, das den räumlichen Lichtmodulator 20 enthält, für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x vorzusehendes Verzerrungs-Phasenmuster für jeden Lichtkondensationspunkt s abgeleitet, und in der Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 wird ein Modulationsmuster unter Berücksichtigung des Verzerrungs-Phasenmusters entworfen. Dadurch ist es möglich, vorzugsweise Verzerrungskorrektur für das bei der Wellenlänge λ_x auf jeden Lichtkondensationspunkt s zu kondensierende Laserlicht auszuführen.
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 einer Wellenlänge λ_x wird eine Ausbreitungsfunktion
von einem Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator zum Lichtkondensationspunkt s nicht direkt verwendet, sondern eine Ausbreitungsfunktion
zu der das abgeleitete Verzerrungs-Phasenmuster
addiert ist, wird verwendet, um den Lichtkondensationszustand auszuwerten.
Gemäß einer solchen Anordnung ist für die Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf den Lichtkondensationspunkt s ein Phasenmuster zur Verzerrungskorrektur zum Auflösen eines Effekts durch ein Verzerrungs-Phasenmuster, das in dem optischen System vorzusehen ist, das den räumlichen Lichtmodulator 20 enthält, zuverlässig in einem schließlich als geeignetes Verzerrungskorrekturmuster zu erhaltenden Modulationsmuster enthalten, das bei jeder Wellenlänge anders ist. Dadurch ist es möglich, vorzugsweise Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts durch Verwendung des räumlichen Lichtmodulators 20 mit ausreichender Genauigkeit 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 und eine Phase des Laserlichts bei jedem aus der Vielzahl von Pixeln moduliert, 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 Gestaltung ist das Korrekturmuster zum Aufheben des Verzerrungs-Phasenmusters, das für jeden Lichtkondensationspunkt s und jede Wellenlänge λ_x abgeleitet ist, zuverlässig in ein Modulationsmuster einbezogen, das schließlich durch die Steuervorrichtung 30 zu erhalten ist, was es möglich macht, vorzugsweise Verzerrungssteuerung bei der Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts mit ausreichender Genauigkeit zu erzielen, und es ist möglich, vorzugsweise Lichtkondensationsbestrahlung des Laserlichts auf den auf dem Bestrahlungsobjekt 42 gesetzten Lichtkondensationspunkt 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.
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 ein Verfahren zum Entwerfen eines Modulationsmusters durch Verwenden einer Ausbreitungsfunktion
zu der ein in dem optischen System vorgesehenes Verzerrungs-Phasenmuster addiert ist, insofern besonders effektiv, als es möglich ist, auf diese Weise Verzerrungskorrektur bei jeder Wellenlänge bei der Steuerung der Lichtkondensations-Bestrahlungsbedingungen von Laserlicht geeignet durchzuführen, das die Lichtkomponenten mit den vielfachen Wellenlängen λ₁, λ₂, ... und λ_xt 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 kann in der oben beschriebenen Anordnung als der für die Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts verwendete räumliche Lichtmodulator 20 ein räumlicher Lichtmodulator verwendet werden, der so eingerichtet ist, dass er in der Lage ist, ein darzubietendes Modulationsmuster dynamisch zu schalten. Gewöhnlich weist ein solcher räumlicher Lichtmodulator, wie oben für einen LCOS-SLM beschrieben, einen größeren Effekt durch eine Phasenverschiebung oder dergleichen aufgrund von Verzerrung auf, verglichen mit einem Modulator, der ein Modulationsmuster statisch darbietet, und demgemäß ist Verzerrungskorrektur nach dem oben beschriebenen Verfahren dafür besonders effektiv. Weiter kann die oben beschriebene Lichtkondensationssteuerung bei Bedarf auch auf einen räumlichen Lichtmodulator, wie etwa einen DOE, anwendbar sein, der statisch ein Modulationsmuster darbietet. Hier kann ein DOE durch Verwendung von Elektronenbelichtung erzeugt werden, indessen wird in einer Belichtungsvorrichtung mit Rasterabtastverfahren unabhängige Verzerrung in jeder Achse der Elektronenstrahlablenkung verursacht, und als Ergebnis kann in einigen Fällen Astigmatismus verursacht werden.
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
eine Phase sei
und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x in dem Pixel j sei
eine komplexe Amplitude U_S,X, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s angibt, durch die folgende Formel bestimmt ist.
Dadurch ist es möglich, vorzugsweise einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s auszuwerten.
Hier ist die Einfallsamplitude
des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in der Beziehung
für eine Einfallsintensität
In der komplexen Amplitude U_s,x ist weiter A_s,x eine Amplitude, und
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
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 eines oben beschriebenen Entwurfsverfahren zu entwerfen, das sich auf einen Effekt durch Ändern des Phasenwerts eines Pixels richtet.
Als besondere Anordnung beim Entwurf eines Modulationsmusters kann eine Anordnung, bei der ein Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase
einer komplexen Amplitude bestimmten Wert geändert wird, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion
einen Phasenwert
des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase
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 (SIED = 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, einer Erregungslichtquelle, die fluoreszierende Moleküle vom Grundzustand in einen spezifischen Erregungszustand bringt, und einer Steuerlichtquelle, die fluoreszierende Moleküle von dem spezifischen Erregungszustand auf ein anderes Niveau bringt (siehe Patentschrift 5 und Nicht-Patentdokumente 8 und 9). 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 und Verzerrungskorrektur 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 und eine Brennweite f der Objektivlinse 25, Informationen über Deformierung des Substrats in dem räumlichen Lichtmodulator 20, der zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters verwendet ist, und dergleichen, 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
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 in dem optischen System für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x vorgesehenes Verzerrungs-Phasenmuster mit Bezug auf die Informationen über die Anordnung, Funktion und dergleichen des räumlichen Lichtmodulators 20 oder weiter die Informationen über die Anordnung des Laserlicht leitenden optischen Systems, das den räumlichen Lichtmodulator 20 enthält, für die gegebenen s_t Lichtkondensationspunkte abgeleitet (S107). Dann wird gemäß dem in Schritt S107 abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmuster 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 das Verzerrungs-Phasenmuster addiert ist (S108).
Außerdem kann bezüglich der für die Ableitung des Verzerrungs-Phasenmusters in Schritt S107 notwendigen Informationen ein Verfahren verwendet werden, bei dem eine Phasenverschiebung (Aberration) aufgrund von Verzerrung in dem SLM im Voraus unter Verwendung eines getrennten optischen Systems, beispielsweise eines Michelson-Interferometers oder eines Mach-Zehnder-Interferometers, im Voraus gemessen wird. Oder ein Verfahren kann verwendet werden, bei dem eine Phasenverschiebung durch Anwenden einer Wellenfront-Messvorrichtung, wie etwa eines Shack-Hartmann-Sensors, auf eine geeignete Position des optischen Systems gemessen wird, das zur Verwendung für die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung vorgesehen ist. In dem Fall, in dem ein Shack-Hartmann-Sensor verwendet ist, ist es möglich, Verzerrung nicht nur im SLM, sondern auch im Licht leitenden optischen System zu messen, das den SLM enthält, abhängig von einer Position des Sensors. Auf diese Weise kann eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung, die für die Ableitung eines Verzerrungs-Phasenmusters verwendet ist, über das gesamte optische System, einschließlich des SLM, gemessen werden.
Das in Schritt S108 in dem Flussdiagramm von 3 ausgeführte Modulationsmuster-Entwurfsverfahren ist 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 bis 4).
Hier gibt es im Allgemeinen eine Vielzahl von Entwurfsverfahren eines CGH, das als Modulationsmuster im SLM benutzt ist, 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 angenommen, 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 5 und 6).
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
einer komplexen Amplitude, die einen Lichtkondensationszustand an dem Lichtkondensationspunkt s angibt, einer Phase
der Ausbreitungsfunktion, einem Phasenwert
des Pixels j vor der Änderung und einer Einfallsphase
des Laserlichts beruht. Insbesondere wird bei dem Entwurfsverfahren in der vorliegenden Ausführungsform als Wellen-Ausbreitungsfunktion anstelle der üblichen
eine Ausbreitungsfunktion
verwendet, zu der ein Verzerrungs-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.
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
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
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 angeordnet sind. 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
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 Laserlicht am Lichtkondensationspunkt s angibt (S204). Genauer wird für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x eine komplexe Amplitude U_s,x =
die das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x auf den Lichtkondensationspunkt s anwendet, durch die folgende Formel (5) bestimmt, die Lichtwellen-Ausbreitung darstellt. [Formel 5]
Hier ist
eine Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem SLM 20,
ist eine Anfangsphase, wenn das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j fällt. Weiter ist
ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j. Dieser Phasenwert
ist bestimmt durch die folgende Formel (6) [Formel 6]
gemäß dem Phasenwert
für die oben beschriebene Referenzwellenlänge λ_a.
Außerdem ist in dieser Formel (6)
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
verwendet.
Weiter ist in der Formel (5)
eine Ausbreitungsfunktion, zu der ein Verzerrungs-Phasenmuster
addiert ist, das für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x abgeleitet ist, und ist wie folgt bestimmt. [Formel 7]
Außerdem wird beispielsweise als Verzerrungs-Phasenmuster
eine in der Formel (2) gezeigte Phase der Aberrationsbedingungen aufgrund von Verzerrung im SLM in dem Fall verwendet, in dem der SLM 20 ein LCOM-SLM ist.
Auf diese Weise ist es in diesem Fall durch Verwendung der Ausbreitungsfunktion
zu der das Verzerrungs-Phasenmuster addiert ist, möglich, zuverlässig ein Verzerrungskorrekturmuster zum Aufheben des Verzerrungs-Phasenmusters für das Laserlicht bei jedem Lichtkondensationspunkt s und jeder Wellenlänge λ_x in einem schließlich zu erhaltenen Modulationsmuster wiederzugeben, beispielsweise ist es in diesem Fall, selbst wenn der SLM Verzerrung aufweist, möglich, ein CGH zu erhalten, das in der Lage ist, ein gewünschtes Lichtkondensationsergebnis bei jeder Wellenlänge vorzusehen. Weiter ist
eine Ausbreitungsfunktion in einem finiten Abstandsbereich im Falle der Annahme einer freien Ausbreitung. Als diese Ausbreitungsfunktion
kann beispielsweise die Fresnel-Streuung verwendet werden, die eine Näherungsformel einer Wellenausbreitungsfunktion ist, die durch die folgende Formel (8) vorgesehen ist. [Formel 8]
Hier ist in der oben beschriebenen Formel (8) n₁ ein Brechungsindex eines Umgebungsmediums, wie etwa Luft, Wasser oder Öl, und f ist eine Brennweite. Weiter ist aus dieser Formel (8) deutlich, dass sich eine ideale Ausbreitungsfunktion
je nach Wellenlänge λ_x unterscheidet.
Weiter unterscheidet sich ebenso ein Verzerrungs-Phasenmuster
je nach Wellenlänge λ_x.
Außerdem können als Ausbreitungsfunktion
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 (5) einer komplexen Amplitude und (7) einer Ausbreitungsfunktion, vorausgesetzt, ein zu einer Wellen-Ausbreitungsfunktion zu addierendes Verzerrungs-Phasenmuster sei
die Ausbreitungsfunktion zu
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 (9) verglichen werden, [Formel 9]
und es wird danach beurteilt, 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
sondern eine Amplitude 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 eine Gewichtung W_x zum Justieren eines Lichtmengenverhältnisses unter den vielfachen Wellenlängen λ_x durch die folgenden Formeln (10), (11) und (12) geändert (S206). [Formel 10]
[Formel 11]
[Formel 12]
Hier ist W_a in der Formel (11) eine Gewichtung bei einer Referenzwellenlänge λ_a. Weiter sind für einen Parameter η, der zum Aktualisieren der Gewichtung w_s,x in der Formel (10) verwendet ist, und einen Parameter q, der zum Aktualisieren der Gewichtung W_x in der Formel (12) 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 (12) 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 näher an einen gewünschte Zustand zu bringen, ein zum Phasenwert
des Pixels j zu addierender Betrag der Phasenänderung
durch Verwenden der Phase
einer in der Formel (5) erhaltenen komplexen Amplitude die Phase
der Ausbreitungsfunktion, der Phasenwert
vor dem Aktualisieren und die Einfallsphase
des Laserlichts analytisch nach der folgenden Formel (13) bestimmt, [Formel 13]
und eine Beurteilung wird durchgeführt. Hier gelten die folgenden Formeln. [Formel 14]
[Formel 15]
[Formel 16]
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
das in einem üblichen ORA-Verfahren zum Bestimmen eines Betrags der Phasenänderung
verwendet wird, die folgende Formel (17) verwendet [Formel 17]
indessen wird in einem verbesserten ORA-Verfahren, das hier beschrieben ist, zusätzlich zu einer oben beschriebenen Änderung in der Ausbreitungsfunktion in einer Berechnung dieser
bei der Aktualisierung eines Phasenwerts auch die Formel (16) verwendet, zu der das Verzerrungs-Phasenmuster
vorgesehen ist.
Wie oben beschrieben, wird, wenn ein Betrag der Phasenänderung
bestimmt ist, ein Phasenwert
an einem j-ten Pixel im CGH nach der folgenden Formel (18) geändert und aktualisiert. [Formel 18]
Weiter wird dabei ein Phasenwert ϕ_j,x für jede Wellenlänge λ_x nach der Formel (6) 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 durch eine Phasenverschiebung oder dergleichen aufgrund von Verzerrung im SLM 20 verursachtes Verzerrungs-Phasenmuster addiert ist, ist es wie oben beschrieben möglich, ein Verzerrungs-Phasenmuster anzuwenden, das jeder Wellenlänge oder weiter nach Bedarf jedem Lichtkondensationspunkt entspricht, was es möglich macht, Verzerrungskorrektur bei einer hohen Genauigkeit unter geeigneten, voneinander verschiedenen Korrekturbedingungen durchzuführen.
Weiter 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. Vorausgesetzt, dass eingerichtet ist, Aberration im optischen System bei der Messung zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters zu messen, ist es außerdem möglich, den Effekt durch die Aberration vollständig zu reduzieren, um eine günstige Lichtkondensationsform von Laserlicht durch Erreichen von Aberrationskorrektur im SLM zu erhalten.
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 (13) bis (16) 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 Δϕ_j,x bei jeder Wellenlänge λ_x nach der folgenden Formel (19) verwendet werden. [Formel 19]
Hier gelten die folgenden Formeln. [Formel 20]
[Formel 21]
Weiter wird bezüglich Φ_js,x die in der Formel (16) gezeigte
verwendet.
Weiter wird in diesem Fall der Phasenwert
nach der folgenden Formel (22) geändert und aktualisiert. [Formel 22]
Außerdem ist in dieser Formel (22) 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 werden 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 werden verwendet. Außerdem kann als Phasenmuster für Lichtkondensationssteuerung, das auf dem SLM zum Kondensieren von Laserlicht zu einer Ringform darzubieten ist, beispielsweise ein Phasenmuster eines Laguerre-Gauß-Strahls (LG-Strahls) verwendet werden.
6 zeigt ein kondensiertes Lichtabbild von Laserlicht, das durch eine solche Anordnung und Einstellung erhalten ist. Wie in dieser 6 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.
7 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 gegebene Lichtkondensationsbedingungen für über den SLM 20 durchgeführte Lichtkondensationsbestrahlung von Laserlicht auf das Bestrahlungsobjekt 42 auf dieselbe Weise erfasst wie in dem Fall des oben beschriebenen 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
die einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s angibt, unter Verwendung der Formel (5) berechnet, die die Wellen-Ausbreitungsfunktion
enthält, zu der das Verzerrungs-Phasenmuster
addiert ist (S304). Nach Berechnen der komplexen Amplitude U_S,X wird eine Beurteilung des erzielten Lichtkondensationszustands durchgeführt (S305).
Hier wird, wenn die Amplitude A_s,x, die Intensität
oder die komplexe Amplitude U_s,x durch Schalten eines Phasenwerts eines Pixels in dem Modulationsmuster näher an einen gewünschten Wert gebracht sind, dabei ein Phasenwert angenommen. Bei dem Kletterverfahren wird beispielsweise ein Phasenwert jedes Pixels in dem CGH alle 0,1 π rad von 0 π rad bis zu einem vorgegebenen Phasenwert geschaltet, beispielsweise bis zu 2 π rad, geschaltet, und eine Ausbreitung wird unter Verwendung der Formel (5) 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 7 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. 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 Verzerrungs-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
durch die Formel ersetzt ist,
abgeleitet. Wie aus dieser Formel deutlich ist, wird dasselbe Ergebnis durch Addieren von
zu einer Einfallsphase
zum Zweck der Berechnung erhalten. Ein solches Verfahren ist äquivalent zu einem Verfahren des Addierens von
zu der Ausbreitungsfunktion
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, 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 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 Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist, und (5) einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, 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 an dem 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 beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt wird eine Ausbreitungsfunktion

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt abgeleitet 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 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) Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung des Ableitens eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist, und (5) eine Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung des Entwerfens des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, 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 an dem 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 beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt wird eine Ausbreitungsfunktion

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das bei der Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung abgeleitet 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 (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 der Einfallsbedingungen des Laserlichts bei jeder Wellenlänge λ_x in den räumlichen Lichtmodulator als Bestrahlungsbedingungen des Laserlichts, (3) Lichtkondensationsbedingungs-Einstellmittel 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) ein Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist, und (5) ein Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, 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

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel abgeleitet 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.
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 ein Verfahren zum Entwerfen eines Modulationsmusters durch Verwenden einer Ausbreitungsfunktion, zu der ein in einem optischen System vorzusehendes Verzerrungs-Phasenmuster addiert ist, auf diese Weise 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 kann in der oben beschriebenen Anordnung als der für die Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts verwendete räumliche Lichtmodulator ein räumlicher Lichtmodulator verwendet werden, der so eingerichtet ist, dass er in der Lage ist, ein darzubietendes Modulationsmuster dynamisch zu schalten. Gewöhnlich weist ein solcher räumlicher Lichtmodulator strukturell einen größeren Effekt durch eine Phasenverschiebung oder dergleichen aufgrund von Verzerrung auf, verglichen mit einem Modulator, der ein Modulationsmuster statisch darbietet, und demgemäß ist Verzerrungskorrektur nach dem oben beschriebenen Verfahren dafür besonders effektiv.
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
seine Phase sei
und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x in dem Pixel j sei
eine komplexe Amplitude, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s angibt, durch die folgende Formel bestimmt ist.
Dadurch ist es möglich, vorzugsweise einen Lichtkondensationszustand des Laserlichts am Lichtkondensationspunkt s auszuwerten.
Als besondere 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
einen Phasenwert
des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase
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.
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 in 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 darin 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 ist durch die Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung ein Verzerrungskorrekturmuster zum Aufheben eines Effekts durch ein in dem optischen System, das den räumlichen Lichtmodulator enthält, vorzusehenden Verzerrungs-Phasenmuster zuverlässig in einem schließlich zu erhaltenden Modulationsmuster enthalten; dadurch ist es möglich, vorzugsweise eine Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung des Laserlichts mit ausreichender Genauigkeit 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 Verzerrungskorrektur bei der Lichtkondensationssteuerung von Laserlicht unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators mit ausreichender Genauigkeit 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 – Verzerrungs-Phasenmuster-Ableitungseinheit, 34 – Modulationsmuster-Entwurfseinheit, 35 – eine 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-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 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 Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist; und einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, das Verfahren, worin 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 er sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts an dem Lichtkondensationspunkt richtet, indem er 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 er das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt eine Ausbreitungsfunktion

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsschritt abgeleitet 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 wird.
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt die Anzahl von Wellenlängen x_t des Laserlichts auf eine Vielzahl setzt.
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der räumliche Lichtmodulator so eingerichtet ist, dass er in der Lage ist, das darzubietende Modulationsmuster dynamisch zu schalten.
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 Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator sei
seine Phase sei
und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j sei
durch die folgende Formel bestimmt.
Lichtmodulations-Steuerungsverfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Modulationsmuster-Entwurfsschritt einen Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase
einer komplexen Amplitude bestimmten Wert, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion
einen Phasenwert
des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase
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 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-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; Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist; und Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des bei der Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, das Programm, worin 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 sie sich auf einen Effekt auf den Lichtkondensationszustand des Laserlichts an dem Lichtkondensationspunkt richtet, indem sie 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 sie das Modulationsmuster entwirft, und beim Auswerten des Lichtkondensationszustands an dem Lichtkondensationspunkt eine Ausbreitungsfunktion

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das bei der Verzerrungsmuster-Ableitungsverarbeitung abgeleitet 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 wird.
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 7 oder 8, wobei der räumliche Lichtmodulator so eingerichtet ist, dass er in der Lage ist, das darzubietende Modulationsmuster dynamisch zu schalten.
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
seine Phase sei
und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j sei
durch die folgende Formel bestimmt.
Lichtmodulations-Steuerprogramm nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung einen Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase
einer komplexen Amplitude bestimmten Wert, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion
einen Phasenwert
des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase
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-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 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 Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel zum Ableiten eines Verzerrungs-Phasenmusters, das eine Phasenverschiebung aufgrund von Verzerrung im räumlichen Lichtmodulator enthält, die in einem optischen System an dem Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x für die s_t Lichtkondensationspunkte s vorzusehen ist; und ein Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen des in dem räumlichen Lichtmodulator darzubietenden Modulationsmusters unter Berücksichtigung des in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel abgeleiteten Verzerrungs-Phasenmusters, die Vorrichtung, worin 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

– das heißt, das Verzerrungs-Phasenmuster
das in dem Verzerrungsmuster-Ableitungsmittel abgeleitet 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 wird.
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 13 oder 14, wobei der räumliche Lichtmodulator so eingerichtet ist, dass er in der Lage ist, das darzubietende Modulationsmuster dynamisch zu schalten.
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 Lichtkondensationspunkt s angibt, gegeben eine Einfallsamplitude des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x auf das Pixel j in dem räumlichen Lichtmodulator sei
seine Phase sei
und ein Phasenwert für das Laserlicht bei der Wellenlänge λ_x des Pixels j sei
durch die folgende Formel bestimmt.
Lichtmodulations-Steuerungsvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Modulationsmuster-Entwurfsmittel einen Phasenwert gemäß einem analytisch auf Grundlage einer Phase
einer komplexen Amplitude bestimmten Wert, die den Lichtkondensationszustand des Laserlichts bei der Wellenlänge λ_x am Lichtkondensationspunkt s, die Ausbreitungsfunktion
einen Phasenwert
des Pixels j vor der Änderung und eine Einfallsphase
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.