DE112012006900T5 - Steuerverfahren für optische Modulation, Steuerprogramm, Steuervorrichtung und Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung - Google Patents

Steuerverfahren für optische Modulation, Steuerprogramm, Steuervorrichtung und Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Beim Steuern der Lichtbündelungsbestrahlung mit Laserlicht unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators werden ein Einfallsmuster des Laserlichts und die jeweiligen Brechungsindizes des ersten und des zweiten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg erfasst (Schritt S101), werden die Anzahl der Lichtbündelungspunkte und die Lichtbündelungsposition und die Lichtbündelungsintensität in jedem Lichtbündelungspunkt festgelegt (S104), wird eine durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium verursachte Aberrationsbedingung abgeleitet (S107) und wird unter Berücksichtigung der Aberrationsbedingung ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, entworfen (S108). Ferner wird beim Entwerfen des Modulationsmusters ein Entwurfsverfahren, das sich auf eine Wirkung eines Phasenwerts in einem Bildpunkt konzentriert, verwendet und wird beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion, die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, verwendet. Dies ermöglicht das Erreichen eines Lichtmodulations-Steuerverfahrens, eines Programms, einer Vorrichtung und einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, die den Lichtbündelungszustand des Laserlichts vorzugsweise steuern können.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lichtmodulations-Steuerverfahren, ein Steuerprogramm und eine Steuervorrichtung, die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen Lichtbündelungspunkt mit Laserlicht durch ein Modulationsmuster, das in mehreren Bildpunkten eines räumlichen Lichtmodulators darzustellen ist, steuern, und auf eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung unter Verwendung derselben.
  • Technischer Hintergrund
  • In den letzten Jahren sind intensive Studien ausgeführt worden, wie dreidimensionale optische integrierte Schaltungen eines Wellenleiters, einer optischen Verzweigungsschaltung, eines Richtkopplers und dergleichen innerhalb von Glas herzustellen sind. Diese Verfahren zum Herstellen derartiger optischer integrierter Schaltungen können eine enthalten, die Femtosekunden-Laserlicht verwendet. Dieses Verfahren ruft z. B. eine Auswirkung in dem Lichtbündelungspunkt des Femtosekunden-Laserlichts aufgrund der Zwei-Photonen-Absorption oder dergleichen hervor, wodurch der Brechungsindex des Glases lokal geändert werden kann. Ferner ist eine derartige Lichtbündelungsbestrahlung des Laserlichts auf ein Bestrahlungsobjekt nicht nur zum Herstellen der optischen integrierten Schaltung umfassend verwendet worden, sondern außerdem für verschiedene Laserbearbeitungsvorrichtungen oder Lasermikroskope, durch die die Streuung und die Reflexion des Laserlichts beobachtet werden (siehe z. B. die Patentdokumente 1 bis 3 und die Nicht-Patentdokumente 1 bis 6).
  • Hier würde in dem Fall, in dem ein von einer Laserlichtquelle emittiertes Laser-Lichtstrahlenbündel für die Laserlichtbestrahlung verwendet werden kann, um eine komplizierte dreidimensionale Struktur usw. zu bearbeiten, dieser Bearbeitungsschritt einen enormen Zeitraum erfordern. Um die Bearbeitungszeit für diesen Fall zu verringern, könnte daran gedacht werden, mehrere Lichtbündelungspunkte für eine gleichzeitige Vielfachfleck-Bearbeitung zu verwenden. Die einfachste Konfiguration zum Erreichen eines derartigen Verfahrens ist, mehrere Laser-Lichtstrahlenbündel zu verwenden, die von mehreren Laserlichtquellen zugeführt werden. Eine derartige Konfiguration ist jedoch nicht realistisch, wenn die Kosten für die Vorbereitung und der Raum für das Anbringen der mehreren Laserlichtquellen berücksichtigt werden.
  • Im Gegensatz dazu sind Studien für ein Verfahren zum Erreichen der gleichzeitigen Vielfachfleck-Bearbeitung unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators (SLM: räumlicher Lichtmodulator) des Phasenmodulationstyps und eines Hologramms (CGH: computererzeugtes Hologramm), das durch numerische Berechnung bestimmt wird, ausgeführt worden. Wenn das Laserlicht in den räumlichen Lichtmodulator eingegeben ist, wobei darin ein CGH dargestellt ist, wird in Abhängigkeit von dem Modulationsmuster des CGH die Phase des Eingangslichts moduliert. Dann, wenn die Wellenfront des modulierten Laserlichts, das von dem Lichtmodulator ausgegeben wird, durch die Fourier-Transformations-Linse gebündelt wird, ist es möglich, mehrere Lichtbündelungspunkte von einem Laser-Lichtstrahlenbündel zu erzeugen und dadurch Laseroperationen, wie z. B. die gleichzeitige Bearbeitung und die gleichzeitigen Beobachtungen durch eine gleichzeitige Vielfachfleck-Bestrahlung zu ermöglichen.
  • Bei der gleichzeitigen Vielfachfleck-Bearbeitung innerhalb eines Bestrahlungsobjekts (eines Bearbeitungsobjekts) unter Verwendung des räumlichen Lichtmodulators ist es möglich, das Laserlicht an irgendeiner Position in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse zu bündeln. Ferner kann bei einer derartigen gleichzeitigen Vielfachfleck-Bearbeitung z. B. ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein Fresnel-Linsen-Muster, das die Linsenwirkung aufweist, in dem räumlichen Lichtmodulator dargestellt wird und dadurch ermöglicht wird, dass das Laserlicht an einer beliebigen dreidimensionalen Position einschließlich der Richtung der optischen Achse gebündelt wird.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
    • Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-058128
    • Patentdokument 2: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-075997
    • Patentdokument 3: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 4300101
  • Nicht-Patentliteratur
    • Nicht-Patentdokument 1: J. Bengtsson, ”Kinoform design with an optimal-rotation-angle method”, Appl. Opt., Bd. 33, Nr. 29, (1994), S. 6879–6684
    • Nicht-Patentdokument 2: J. Bengtsson, ”Design of fan-out kinoforms in the entire scalar diffraction regime with an optimal-rotation-angle method”, Appl. Opt., Bd. 36, Nr. 32, (1997), S. 8435–8444
    • Nicht-Patentdokument 3: N. Yoshikawa u. a., ”Phase optimization of a kinoform by simulated annealing”, Appl. Opt., Bd. 33, Nr. 5, (1994), S. 863–868
    • Nicht-Patentdokument 4: N. Yoshikawa u. a., ”Quantized phase optimization of two-dimensional Fourier kinoforms by a genetic algorithm”, Opt. Lett., Bd. 20, Nr. 7, (1995), S. 752–754
    • Nicht-Patentdokument 5: C. Mauclair u. a., ”Ultrafast laser writing of homogeneous longitudinal waveguides in glasses using dynamic wavefront correction”, Opt. Exp., Bd. 16, Nr. 8, (2008), S. 5481–5492
    • Nicht-Patentdokument 6: A. Jesacher u. a., ”Parallel direct laser writing in three dimensions with spatially dependent aberration correction”, Opt. Exp., Bd. 18, Nr. 20, (2010), S. 21090–21099
    • Nicht-Patentdokument 7: H. Kubota, ”Optics”, Iwanami Shoten, Publishers, (1967), S. 128 bis 131 und 300 bis 301
    • Nicht-Patentdokument 8: Y. Ogura u. a., ”Wavelengthmultiplexing diffractive phase elements: design, fabrication, and performance evaluation”, J. Opt. Soc. Am. A, Bd. 18, Nr. 5, (2001), S. 1082–1092
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In der oben beschriebenen Lichtbündelungsbestrahlung auf ein Bestrahlungsobjekt mit Laserlicht mit einem Aberrationsobjekt, das in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Bestrahlungsobjekt vorhanden ist, wird das sich dort hindurch ausbreitende Laserlicht einer Aberrationswirkung unterworfen. Um z. B. das Innere von Glas durch Bestrahlung mit Laserlicht zu bearbeiten, kann die konvergierende Lichtausgabe von einer Objektivlinse zu einer Abweichung der Brennpunktposition (Aberration) aufgrund des Unterschieds der Brechungsindizes zwischen der Luft des umgebenden Mediums und dem Glasmedium des Bearbeitungsobjekts führen.
  • Eine derartige Aberration verursacht, dass die Form des Lichtbündelungspunkts des Laserlichts in der Richtung der optischen Achse verlängert ist und dass die Lichtbündelungsdichte am Lichtbündelungspunkt verringert ist. In diesem Fall muss bei der Bearbeitung des Objekts die Intensität des einfallenden Laserlichts erhöht werden, um es zu ermöglichen, dass die Intensität des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt den Bearbeitungsschwellenwert erreicht, oder kann die Mikroherstellung gesperrt werden, weil die Lichtbündelungsform verlängert ist. Ein derartiges Problem mit einer Wirkung der Aberration kann gleichermaßen nicht nur bei der gleichzeitigen Vielfachfleck-Bestrahlung verursacht werden, sondern außerdem bei der Lichtbündelungsbestrahlung auf einen einzigen Lichtbündelungspunkt mit Laserlicht.
  • Die vorliegende Erfindung ist erreicht worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen, wobei es ihre Aufgabe ist, ein Lichtmodulations-Steuerverfahren, ein Lichtmodulations-Steuerprogramm und eine Lichtmodulations-Steuervorrichtung, die vorzugsweise den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in einem Lichtbündelungspunkt steuern können, und eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung unter Verwendung derselben zu schaffen.
  • Die Lösung für das Problem
  • Um eine derartige Aufgabe zu lösen, ist ein Lichtmodulations-Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung (1) ein Lichtmodulations-Steuerverfahren unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen festgelegten Lichtbündelungspunkt mit dem Laserlicht durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, wobei das Verfahren (2) einen Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt zum Erfassen eines Einfallsmusters des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, eines ersten Brechungsindexes n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und eines zweiten Brechungsindexes n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung für das Laserlicht, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; (3) einen Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsschritt zum Festlegen der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung für das Laserlicht; (4) einen Aberrationsbedingungs-Ableitungsschritt zum Ableiten einer Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird; und (5) einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der in dem Aberrationsbedingungs-Ableitungsschritt abgeleiteten Aberrationsbedingung enthält, wobei (6) in dem Modulationsmuster-Entwurfsschritt durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung eines Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  • Ferner ist ein Lichtmodulations-Steuerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung (1) ein Programm, das es einem Computer ermöglicht, eine Lichtmodulationssteuerung unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen festgelegten Lichtbündelungspunkt mit dem Laserlicht durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, wobei das Programm es dem Computer ermöglicht, (2) eine Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsverarbeitung zum Erfassen eines Einfallsmusters des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, eines ersten Brechungsindexes n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und eines zweiten Brechungsindexes n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung für das Laserlicht, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; (3) eine Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsverarbeitung zum Festlegen der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung für das Laserlicht; (4) eine Aberrationsbedingungs-Ableitungsverarbeitung zum Ableiten einer Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird; und (5) eine Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung zum Entwerfen des Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der bei der Aberrationsbedingungs-Ableitungsverarbeitung abgeleiteten Aberrationsbedingung auszuführen, wobei (6) bei der Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung eines Phasenwerts in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  • Ferner ist eine Lichtmodulations-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (1) eine Lichtmodulations-Steuervorrichtung unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen festgelegten Lichtbündelungspunkt mit dem Laserlicht durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, wobei die Vorrichtung (2) Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel, die ein Einfallsmuster des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, einen ersten Brechungsindex n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und einen zweiten Brechungsindex n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung für das Laserlicht erfassen, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; (3) Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsmittel, die die Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und die Lichtbündelungsposition und die Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung für das Laserlicht festlegen; (4) Aberrationsbedingungs-Ableitungsmittel, die eine Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird, ableiten; und (5) Modulationsmuster-Entwurfsmittel, die das Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der in den Aberrationsbedingungs-Ableitungsmitteln abgeleiteten Aberrationsbedingung entwerfen, enthält, wobei (6) in den Modulationsmuster-Entwurfsmitteln durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung eines Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  • In dem oben beschriebenen Lichtmodulations-Steuerverfahren, dem oben beschriebenen Lichtmodulations-Steuerprogramm und der oben beschriebenen Lichtmodulations-Steuervorrichtung werden für die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen Lichtbündelungspunkt mit Laserlicht unter Verwendung des räumlichen Lichtmodulators Informationen bezüglich des Einfallsmusters des Laserlichts und des ersten und des zweiten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg erfasst, während die Lichtbündelungsbedingungen festgelegt werden, die die Anzahl der Lichtbündelungspunkte des Laserlichts und die Lichtbündelungsposition und die Lichtbündelungsintensität in jedem Lichtbündelungspunkt enthalten. Dann wird die Aberrationsbedingung, die durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen, die in einem Ausbreitungsweg vorhanden sind, verursacht wird, abgeleitet und wird das Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der Aberrationsbedingung entworfen. Dies ermöglicht die Verringerung einer Wirkung der Aberration durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium auf den festgelegten einzelnen oder die festgelegten mehreren Lichtbündelungspunkte in dem Lichtbündelungszustand des Laserlichts in jedem Lichtbündelungspunkt.
  • Ferner wird für den Entwurf eines Modulationsmusters in einer derartigen Konfiguration eine Bildpunktstruktur mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator spezifisch angenommen. Dann wird ein derartiges Entwurfsverfahren verwendet, das sich auf eine Wirkung durch eine Änderung des Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters auf den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt konzentriert, wobei beim Auswerten des Lichtbündelungszustands im Lichtbündelungspunkt die Wellenausbreitungsfunktion ϕjs basierend auf der Annahme der freien Ausbreitung nicht verwendet wird, wobei aber die Wellenausbreitungsfunktion unter Berücksichtigung der Aberrationsbedingung in eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' umgesetzt wird, um den Lichtbündelungszustand auszuwerten. Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es möglich, den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt vorzugsweise und zuverlässig auszuwerten und zu steuern. Es sei angegeben, dass in dem Fall, in dem ein räumlicher Lichtmodulator mit mehreren zweidimensional angeordneten Bildpunkten als der räumliche Lichtmodulator verwendet wird, dessen Bildpunktstruktur direkt auf den Entwurf des Modulationsmusters angewendet werden kann.
  • Eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält (a) eine Laserlichtquelle, die Laserlicht zuführt; (b) einen räumlichen Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird, der die Phase des Laserlichts moduliert und das modulierte Laserlicht, das phasenmoduliert ist, ausgibt; und (c) die Lichtmodulations-Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, wie oben beschrieben worden ist, und die die Lichtbündelungsbestrahlung auf den festgelegten Lichtbündelungspunkt mit dem modulierten Laserlicht durch das Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert.
  • Eine derartige Konfiguration ermöglicht der Lichtmodulations-Steuervorrichtung, den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt vorzugsweise und zuverlässig zu steuern, wodurch die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen einzigen oder mehrere Lichtbündelungspunkte, der bzw. die in einem Bestrahlungsobjekt festgelegt ist bzw. sind, mit dem Laserlicht vorzugsweise erreicht werden kann, wobei die Operation, wie z. B. die Bearbeitung und die Beobachtung des Objekts, dadurch außerdem vorzugsweise erreicht werden kann. Eine derartige Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung kann z. B. als eine Laserbearbeitungsvorrichtung oder ein Lasermikroskop verwendet werden. Es sei angegeben, dass der zu verwendende räumliche Lichtmodulator vorzugsweise als ein räumlicher Lichtmodulator konfiguriert sein kann, der mehrere zweidimensional angeordnete Bildpunkte aufweist und die Phase des Laserlichts in den jeweiligen der mehreren Bildpunkte moduliert.
  • Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß dem Lichtmodulations-Steuerverfahren, dem Steuerprogramm, der Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung und der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung unter Verwendung derselben werden für die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen Lichtbündelungspunkt mit Laserlicht unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators das Einfallsmuster des Laserlichts und die Brechungsindizes des ersten und des zweiten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg erfasst, wobei die Anzahl der Lichtbündelungspunkte des Laserlichts und die Lichtbündelungsposition und die Lichtbündelungsintensität in jedem Lichtbündelungspunkt so festgelegt werden, um eine Aberrationsbedingung abzuleiten, die durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium verursacht wird, wobei unter Berücksichtigung der Aberrationsbedingung ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, entworfen wird, während für den Entwurf des Modulationsmusters ein derartiges Entwurfsverfahren verwendet wird, das sich auf eine Wirkung durch eine Änderung des Phasenwerts in einem Bildpunkt des Modulationsmusters auf den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt konzentriert, wobei ferner beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion, die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, verwendet wird, wobei es dadurch möglich ist, den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt vorzugsweise und zuverlässig zu steuern.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration einer Ausführungsform einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
  • 2 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie bei dem Ausbreitungsprozess des Laserlichts Aberration auftritt.
  • 3 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer Konfiguration einer Lichtmodulations-Steuervorrichtung zeigt.
  • 4 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel eines Lichtmodulations-Steuerverfahrens zeigt.
  • 5 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie eine Aberrationsbedingung abzuleiten ist, die bei der Ausbreitung des Laserlichts verursacht wird.
  • 6 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel eines Verfahrens zum Entwerfen eines Modulationsmusters zeigt.
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters des Laserlichts durch die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
  • 8 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters des Laserlichts durch die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
  • 9 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters des Laserlichts durch die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
  • 10 ist ein Ablaufplan, der ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Entwerfen eines Modulationsmusters zeigt.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration einer weiteren Ausführungsform einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung zeigt.
  • 12 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Lichtbündelungsbestrahlung auf ein Bestrahlungsobjekt mit Laserlicht zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Lichtmodulations-Steuerverfahrens, eines Steuerprogramms, einer Steuervorrichtung und einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Außerdem sind in der Beschreibung der Zeichnungen die gleichen Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei deren sich überschneidende Beschreibungen weggelassen sind. Ferner sind in den Zeichnungen die Maßverhältnisse nicht notwendigerweise zu jenen in den Beschreibungen gleich.
  • Zuerst wird eine Beschreibung für die Grundkonfiguration einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, die einen räumlichen Lichtmodulator enthält, der der Lichtmodulationssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zu unterwerfen ist, in Verbindung mit einem Konfigurationsbeispiel von ihr gegeben. 1 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung einer Ausführungsform zeigt, die eine Lichtmodulations-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform, die die Lichtbündelungsbestrahlung auf ein Bestrahlungsobjekt 15 mit Laserlicht ausführt, enthält eine Laserlichtquelle 10, einen räumlichen Lichtmodulator 20 und einen beweglichen Objekttisch 18.
  • In der in 1 gezeigten Konfiguration ist das Bestrahlungsobjekt 15 auf dem beweglichen Objekttisch 18 angeordnet, der konfiguriert ist, um in der X-Richtung, der Y-Richtung (den horizontalen Richtungen) und der Z-Richtung (der vertikalen Richtung) beweglich zu sein. Ferner ist die Vorrichtung 1A konfiguriert, um einen Lichtbündelungspunkt innerhalb des Bestrahlungsobjekts 15 zum Ausführen der Bearbeitung und der Beobachtung des Objekts 15 usw. festzulegen, um die Lichtbündelungsbestrahlung auf den Lichtbündelungspunkt mit Laserlicht auszuführen.
  • Die Laserlichtquelle 10 führt Laserlicht, wie z. B. pulsierendes Laserlicht, für die Lichtbündelungsbestrahlung für das Bestrahlungsobjekt 15 auf dem Objekttisch 18 zu. Das von der Laserlichtquelle 10 ausgegebene Laserlicht wird durch einen Strahlaufweiter 11 aufgeweitet und danach über die reflektierenden Spiegel 12 und 13 in den räumlichen Lichtmodulator (SLM) 20 eingegeben.
  • Der räumliche Lichtmodulator 20 ist ein räumlicher Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps, wobei er z. B. eine Phase des Laserlichts in jedem Abschnitt in seiner zweidimensionalen Modulationsebene moduliert, um phasenmoduliertes Laserlicht auszugeben. Als der räumliche Lichtmodulator 20 wird vorzugsweise ein räumlicher Lichtmodulator mit mehreren zweidimensional angeordneten Bildpunkten, der eine Phase des Laserlichts an jedem der mehreren Bildpunkte moduliert, verwendet. In einer derartigen Konfiguration ist ein Modulationsmuster, wie z. B. ein CGH, in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen, wobei die Lichtbündelungsbestrahlung des Laserlichts auf einen festgelegten Lichtbündelungspunkt durch dieses Modulationsmuster gesteuert wird. Ferner ist die Ansteuerung des räumlichen Lichtmodulators 20 durch eine Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 über eine Lichtmodulator-Ansteuervorrichtung 28 gesteuert. Die spezifische Konfiguration usw. der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 wird später beschrieben. Ferner kann als der räumliche Lichtmodulator 20 ein räumlicher Lichtmodulator ohne die oben beschriebene Bildpunktstruktur verwendet werden.
  • Der räumliche Lichtmodulator 20 kann ein Reflexionstyp oder ein Durchlasstyp sein. In 1 ist ein Reflexionstyp als der räumliche Lichtmodulator 20 gezeigt. Ferner ist der räumliche Lichtmodulator 20 als ein SLM des Typs mit einem den Brechungsindex ändernden Material (z. B. als ein SLM unter Verwendung eines Flüssigkristalls, ein LCOS-Typ (ein Flüssigkristall-auf-Silicium-Typ), eine LCD (Flüssigkristallanzeige)), ein SLM des Segmentspiegeltyps, ein SLM des Typs eines kontinuierlich deformierbaren Spiegels oder ein DOE (ein beugendes optisches Element) oder dergleichen veranschaulicht. Außerdem ist als ein DOE ein DOE, dessen Phase diskret ausgedrückt ist, oder ein DOE, bei dem ein Muster unter Verwendung eines Verfahrens, das später beschrieben wird, entworfen wird, um es durch Glättung oder dergleichen in ein kontinuierliches Muster umzusetzen, enthalten.
  • Das Laserlicht, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 in ein vorgegebenes Muster phasenmoduliert wird und dann ausgegeben wird, breitet sich durch ein optisches 4f-System, das aus den Linsen 21 und 22 besteht, zu einer Objektivlinse 25 aus. Dann ermöglicht die Objektivlinse 25 die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen einzigen oder mehrere Lichtbündelungspunkte, der bzw. die auf der Oberfläche oder innerhalb des Bestrahlungsobjekts 15 festgelegt ist bzw. sind, mit dem Laserlicht.
  • Es sei angegeben, dass die Konfiguration des optischen Systems in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A nicht auf die eingeschränkt ist, die in 1 gezeigt ist, und dass verschiedene Konfigurationen verwendet werden können. Die Konfiguration nach 1 ist z. B. konfiguriert, um das Laserlicht mit dem Strahlaufweiter 11 aufzuweiten, wobei jedoch außerdem die Kombination aus einem räumlichen Filter und einer Kollimatorlinse verwendet werden kann. Ferner kann die Ansteuervorrichtung 28 außerdem so konfiguriert sein, dass sie mit dem räumlichen Lichtmodulator 20 integriert ist. Ferner ist es im Allgemeinen bevorzugt, ein beidseitiges telezentrisches optisches System, das aus mehreren Linsen besteht, als das optische 4f-System der Linsen 21 und 22 zu verwenden.
  • Ferner kann hinsichtlich des beweglichen Objekttischs 18 zum Bewegen des Bestrahlungsobjekts 15 dieser Objekttisch z. B. fest hergestellt sein, während die Seite des optischen Systems mit einem beweglichen Mechanismus, einem Galvanospiegel oder dergleichen versehen sein kann. Ferner ist es z. B. bevorzugt, eine pulsierende Laserlichtquelle zum Zuführen pulsierenden Laserlichts, wie z. B. eine Nd:YAG-Laserlichtquelle oder eine Femtosekunden-Laserlichtquelle, als die Laserlichtquelle 10 zu verwenden.
  • Wenn in der in 1 gezeigten Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A ein Aberrationsobjekt in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator 20 zu einem Lichtbündelungspunkt innerhalb des Bestrahlungsobjekts 15 vorhanden ist, wird das Laserlicht in dem Prozess der Ausbreitung einer Aberrationswirkung unterworfen. Hier zeigt 2, wie in dem Ausbreitungsprozess des Laserlichts Aberration auftritt. Wenn z. B. ein Lichtbündelungspunkt innerhalb des Bestrahlungsobjekts 15 festgelegt ist, wie oben beschrieben worden ist, erfährt das von der Objektivlinse 25 ausgegebene konvergierende Laserlicht einen Unterschied zwischen dem Brechungsindex n1 der Luft eines umgebenden Mediums (des ersten Ausbreitungsmediums) in dem Ausbreitungsweg von der Objektivlinse 25 zu dem Lichtbündelungspunkt und dem Brechungsindex n2 des Bestrahlungsobjekts (des zweiten Ausbreitungsmediums), wie z. B. einem Glasmedium, wobei dieser Unterschied verursacht, das das paraxiale Lichtstrahlenbündel und das äußerste Lichtstrahlenbündel verschiedene Berechnungswinkel an der Grenzfläche zwischen dem umgebenden Medium und dem Bestrahlungsobjekt 15, wie z. B. einem Glasmedium, aufweisen, wobei dadurch eine Brennpunktabweichung (eine sphärische Aberration) verursacht wird.
  • Wie in 2 gezeigt ist, wird z. B. angenommen, dass sich ein Brennpunkt O der Objektivlinse 25 in einer Tiefe d innerhalb des Bestrahlungsobjekts 15 befindet. In diesem Fall weicht der Brennpunkt O aufgrund des Brechungswinkels an der Grenzfläche zwischen der Luft mit dem Brechungsindex n1 und dem Objekt 15 mit dem Brechungsindex n2 um den Betrag der Brennpunktabweichung δ zu einem Brennpunkt O' ab. Ferner variiert der Betrag der Brennpunktabweichung δ in Abhängigkeit von der Einfallshöhe h des auf die Objektivlinse 25 einfallenden Lichts. Eine derartige sphärische Aberration, die sich aus der Brennpunktabweichung δ in Abhängigkeit von der Einfallshöhe h ergibt, verursacht, dass die Form des Lichtbündelungspunkts des Laserlichts in der Richtung der optischen Achse des Objekts 15 verlängert ist und dass die Lichtbündelungsdichte verringert ist.
  • Ferner wird das Auftreten der Aberration aufgrund der Ausbreitungsmedien problematisch, selbst wenn mehrere Lichtbündelungspunkte innerhalb des Bestrahlungsobjekts 15 festgelegt sind und das Objekt 15 einer gleichzeitigen Vielfachfleck-Bestrahlung (z. B. einer gleichzeitigen Vielfachfleck-Bearbeitung) unterworfen wird. Das heißt, die oben beschriebene sphärische Aberration weist eine Tendenz auf, dass sich der Betrag der Aberration in Abhängigkeit von der Lichtbündelungsposition (der Tiefe entlang der optischen Achse) in der Richtung der optischen Achse des Laserlichts unterscheidet, so dass der Betrag der sphärischen Aberration umso größer wird, je größer die Tiefe der optischen Achse ist. Um in diesem Fall eine gleichzeitige dreidimensionale Vielfachfleck-Bestrahlung auf das Objekt 15 auszuführen, ist es notwendig, die verschiedenen Beträge der sphärischen Aberration in Abhängigkeit von der Tiefe entlang der optischen Achse in den jeweiligen Lichtbündelungspositionen für jeden Lichtbündelungspunkt zu korrigieren.
  • Ferner gibt es im Fall des Ausführens der gleichzeitigen Vielfachfleck-Bestrahlung außerdem ein Problem mit der Einstellung der Lichtbündelungsintensität des Laserlichts für jeden Lichtbündelungspunkt. Bei der Bearbeitung des Inneren von Glas unter Verwendung des Femtosekunden-Laserlichts ist es z. B. bekannt, dass sich der Betrag der Änderung des Brechungsindexes, der durch die Bearbeitung in einem Zielabschnitt verursacht wird, in Abhängigkeit von der Lichtbündelungsintensität des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt unterscheidet. Wenn folglich die gleichzeitige Vielfachfleck-Bestrahlung des Laserlichts verwendet wird, um mehrere Wellenleiter, die eine äquivalente Brechungsindexverteilung aufweisen, mit dem Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, auf einmal zu bearbeiten, ist es erwünscht, die Lichtbündelungsintensitäten in den mehreren Lichtbündelungspunkten mit einer hohen Gleichmäßigkeit zu rekonstruieren. Es ist andererseits außerdem möglich, mehrere Wellenleiter mit verschiedenen Brechungsindexverteilungen durch das Festlegen der Lichtbündelungsintensitäten in mehreren Lichtbündelungspunkten auf wechselseitig verschiedene Intensitäten herzustellen. In all diesen Fällen ist es erwünscht, dass die Lichtbündelungsintensität des Laserlichts in jedem Lichtbündelungspunkt beliebig gesteuert werden kann, wenn mehrere Lichtbündelungspunkte festgelegt sind.
  • Im Gegensatz dazu ist die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A nach 1 so konfiguriert, dass das CGH des Modulationsmusters, das über die Ansteuervorrichtung 28 in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen ist, in der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 geeignet entworfen wird, wodurch eine Wirkung der Aberration, die sich aus den Ausbreitungsmedien mit verschiedenen Brechungsindizes in dem Ausbreitungsweg ergibt, verringert wird, um vorzugsweise den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt zu steuern. Ferner sind die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A und die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass, wenn mehrere Lichtbündelungspunkte festgelegt sind, die dreidimensionale Vielfachfleck-Laserlichtbestrahlung und die Einstellung der Lichtbündelungsintensität zwischen den Lichtbündelungspunkten außerdem vorzugsweise erreicht werden können.
  • 3 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer Konfiguration der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 zeigt, die für die in 1 gezeigte Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A verwendet wird. Die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 gemäß dem vorliegenden Konfigurationsbeispiel enthält eine Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit 31, eine Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungseinheit 32, eine Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit 33, eine Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 und eine Lichtmodulatoransteuerungs-Steuereinheit 35. Außerdem kann eine derartige Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 z. B. einen Computer umfassen. Ferner sind eine Eingabevorrichtung 37, die verwendet wird, um Informationen, Anweisungen und dergleichen, die für die Lichtmodulationssteuerung notwendig sind, einzugeben, und eine Anzeigevorrichtung 38, die verwendet wird, um einer Bedienungsperson Informationen anzuzeigen, mit dieser Steuervorrichtung 30 verbunden.
  • Die Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit 31 ist ein Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel zum Erfassen von Informationen bezüglich einer Bestrahlungsbedingung des Bestrahlungsobjekts 15 mit Laserlicht. Spezifischer erfasst die Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit 31 als eine Bestrahlungsbedingung des Laserlichts das Einfallsmuster des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator 20 (z. B. die Intensitätsverteilungs- und die Phasenverteilungsinformationen), den ersten Brechungsindex n1 eines ersten Ausbreitungsmediums (z. B. eines umgebenden Mediums), das in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem Lichtmodulator 20 zu dem Lichtbündelungspunkt vorhanden ist, und den zweiten Brechungsindex n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so gelegen ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist, (ein Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt).
  • Die Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungseinheit 32 ist das Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsmittel zum Festlegen der Lichtbündelungsbedingungen des Laserlichts für das Bestrahlungsobjekt 15. Spezifischer legt die Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungseinheit 32 als eine Lichtbündelungsbedingung des Laserlichts die Anzahl st der Lichtbündelungspunkte, die der Lichtbündelungsbestrahlung mit dem modulierten Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator 20 unterworfen werden, und die Lichtbündelungsposition und die Lichtbündelungsintensität in den jeweiligen st Lichtbündelungspunkten s (s = 1 bis st) fest (ein Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsschritt). Die Anzahl st der Lichtbündelungspunkte ist auf eine ganze Zahl von 1 oder größer gesetzt, während sie für die gleichzeitige Vielfachfleck-Bestrahlung auf eine ganze Zahl von 2 oder größer gesetzt ist. Es sei angegeben, dass die Erfassung der Bestrahlungsbedingung durch die Erfassungseinheit 31 und das Festlegen der Lichtbündelungsbedingung durch die Festlegungseinheit 32 automatisch oder manuell durch die Bedienungsperson, z. B. auf der Grundlage der Informationen, die im Voraus in der Steuervorrichtung 30 vorbereitet worden sind, der von der Eingabevorrichtung 37 eingegebenen Informationen oder der von einer äußeren Vorrichtung zugeführten Informationen, ausgeführt werden.
  • Die Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit 33 ist das Aberrationsbedingungs-Ableitungsmittel zum Ableiten einer Aberrationsbedingung bezüglich der Aberration, die in einem Ausbreitungsweg auftritt, den entlang sich das Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator 20 zu dem Lichtbündelungspunkt s, der für das Bestrahlungsobjekt 15 festgelegt ist, ausbreitet. Wie oben bezüglich 2 beschrieben worden ist, leitet hier die Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit 33 die Aberrationsbedingung, die aufgrund des ersten Ausbreitungsmediums auf der Seite des optischen Systems und des zweiten Ausbreitungsmediums auf der Seite des Lichtbündelungspunkts auftritt, ab, wobei sich die Ausbreitungsmedien in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts befinden und wechselseitig verschiedene Brechungsindizes aufweisen (ein Ableitungsbedingungs-Ableitungsschritt). Falls es ferner drei oder mehr Ausbreitungsmedien in dem Ausbreitungsweg gibt, leitet die Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit 33 die Aberrationsbedingung ab, die sich von allen diesen Ausbreitungsmedien ergibt.
  • Die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 ist ein Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen eines CGH eines Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen ist, unter Berücksichtigung der in der Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit 33 abgeleiteten Aberrationsbedingung in dem Ausbreitungsweg. Spezifischer bezieht sich die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 auf die durch die Erfassungseinheit 31 erfasste Bestrahlungsbedingung, die durch die Festlegungseinheit festgelegte Lichtbündelungsbedingung und die in der Ableitungseinheit 33 abgeleitete Aberrationsbedingung, wobei sie dann auf der Grundlage dieser Bedingungen das Modulationsmuster entwirft, das die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen gewünschten einzigen oder mehrere Lichtbündelungspunkte mit dem Laserlicht ermöglicht (ein Modulationsmuster-Entwurfsschritt).
  • Insbesondere wird in der Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 in der vorliegenden Ausführungsform bei dem Entwurf eines Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen ist, ein Entwurfsverfahren, bei dem mehrere zweidimensional angeordnete Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator 20 angenommen werden und das sich auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch das Ändern eines Phasenwerts eines Bildpunkts (der einem in dem räumlichen Lichtmodulator 20 angenommenen Bildpunkt und in dem Fall, in dem der räumlichen Lichtmodulator 20 eine Bildpunktstruktur, die aus mehreren zweidimensional angeordneten Bildpunkten besteht, aufweist, einem Bildpunkt davon entspricht) in einem Modulationsmuster, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, konzentriert, verwendet. Dann wird der Phasenwert des einen Bildpunkts geändert, um seinen Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand zu bringen, wobei derartige Phasenwert-Änderungsoperationen für alle Bildpunkte (wenigstens für alle Bildpunkte, auf die Licht einfällt) in dem Modulationsmuster ausgeführt werden, wobei dadurch ein optimales Modulationsmuster entworfen wird.
  • Wenn ferner der Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt bei der oben beschriebenen Operation des Änderns des Phasenwerts in jedem Bildpunkt ausgewertet wird, verwendet die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators 20 zu dem Lichtbündelungspunkt s nicht die Wellenausbreitungsfunktion ϕjs, wie sie ist, die auf der Annahme der freien Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium basiert, sondern die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die aus der Ausbreitungsfunktion ϕjs umgesetzt wird, indem die durch die Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit 33 bestimmte Aberrationsbedingung zu ihr hinzugefügt wird. Dies ermöglicht, dass der Lichtbündelungszustand des Laserlichts unter Berücksichtigung der Aberrationsbedingung in dem Ausbreitungsweg gesteuert wird.
  • Die Lichtmodulatoransteuerungs-Steuervorrichtung 35 ist das Ansteuerungs-Steuermittel zum Steuern der Ansteuerung des räumlichen Lichtmodulators 20 über die Ansteuervorrichtung 28, um das durch die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 entworfene Modulationsmuster in den mehreren Bildpunkten in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen. Eine derartige Ansteuerungs-Steuereinheit 35 ist vorgesehen, da sie in dem Fall notwendig ist, in dem die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A enthalten ist.
  • Es ist möglich, die Verarbeitung, die dem Steuerverfahren entspricht, das in der in 3 gezeigten Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 ausgeführt wird, durch ein Lichtmodulations-Steuerprogramm zum Veranlassen eines Computers, die Lichtmodulationssteuerung auszuführen, zu erreichen. Die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 kann z. B. eine CPU zum Betreiben der jeweiligen Software-Programme, die für die Verarbeitung der Lichtmodulationssteuerung notwendig sind, einen ROM, in dem die oben beschriebenen Software-Programme und dergleichen gespeichert sind, und einen RAM, in dem während der Programmausführung die Daten vorübergehend gespeichert sind, umfassen. In einer derartigen Konfiguration ist es durch das Ausführen eines vorgegebenen Steuerprogramms durch die CPU möglich, die oben beschriebene Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 zu erreichen.
  • Ferner kann das oben beschriebene Programm zum Veranlassen der CPU, die Lichtmodulationssteuerung unter Verwendung des räumlichen Lichtmodulators 20, insbesondere jede Verarbeitung zum Entwerfen eines Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen ist, auszuführen, in einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sein, um verteilt zu werden. Als ein derartiges Aufzeichnungsmedium sind z. B. ein magnetisches Medium, wie z. B. eine Festplatte oder eine Diskette, ein optisches Medium, wie z. B. ein CD-ROM oder ein DVD-ROM, ein magnetooptisches Medium, wie z. B. eine optische Diskette, oder eine Hardware-Vorrichtung, wie z. B. ein RAM, ein ROM und ein nichtflüchtiger Halbleiterspeicher, enthalten, die spezifisch angeordnet sind, um die Programmanweisungen und dergleichen auszuführen oder zu speichern.
  • Es werden die Wirkungen des Lichtmodulations-Steuerverfahrens, des Lichtmodulations-Steuerprogramms, der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 und der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Lichtmodulations-Steuerverfahren, das Steuerprogramm und die Steuervorrichtung 30, die in 1 bis 3 gezeigt sind, sind so konfiguriert, dass für die Lichtbündelungsbestrahlung auf den Lichtbündelungspunkt mit Laserlicht unter Verwendung des räumlichen Lichtmodulators 20 die Informationen, die das Einfallsmuster des Laserlichts und den Brechungsindex für das erste und das zweite Ausbreitungsmedium in dem Ausbreitungsweg enthalten, erfasst werden, während die Lichtbündelungsbedingungen einschließlich der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte des Laserlichts und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität an jedem Lichtbündelungspunkt festgelegt werden. Dann leitet die Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit 33 die Aberrationsbedingung, die durch das Vorhandensein des ersten und des zweiten Ausbreitungsmediums, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen, in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts verursacht wird, ab, wobei unter Berücksichtigung der Aberrationsbedingung die Modulationsmuster-Entwurfseinheit 34 das Modulationsmuster entwirft, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen ist. Für einen einzigen oder mehrere Lichtbündelungspunkte, der bzw. die durch die Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungseinheit 32 festgelegt wird bzw. werden, ist es folglich möglich, eine Wirkung der Aberration durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium in dem Lichtbündelungszustand des Laserlichts in jedem Lichtbündelungspunkt zu verringern.
  • Ferner wird für den Entwurf eines Modulationsmusters in einer derartigen Konfiguration eine Bildpunktstruktur mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator 20 spezifisch angenommen. Dann wird ein derartiges Entwurfsverfahren verwendet, das sich auf eine Wirkung durch eine Änderung des Phasenwerts in einem Bildpunkt des Modulationsmusters auf den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt konzentriert, wobei beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt die Wellenausbreitungsfunktion ϕjs, die auf der Annahme der freien Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium basiert, nicht verwendet wird, sondern die Wellenausbreitungsfunktion unter Berücksichtigung der Aberrationsbedingung in eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' umgesetzt wird, um den Lichtbündelungszustand auszuwerten. Gemäß einer derartigen Konfiguration ist es möglich, den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt vorzugsweise und zuverlässig auszuwerten und zu steuern.
  • Es sei angegeben, dass hinsichtlich der Bildpunktstruktur, die in dem räumlichen Lichtmodulator 20 anzunehmen ist, wenn ein räumlicher Lichtmodulator mit mehreren. zweidimensional angeordneten Bildpunkten als der räumliche Lichtmodulator 20 verwendet wird, dessen Bildpunktstruktur direkt auf den Entwurf eines Modulationsmusters angewendet werden kann. Es ist hier außerdem zu erkennen, dass die freie Ausbreitung nicht nur die Ausbreitung durch ein Vakuum oder eine Atmosphäre enthalten kann, sondern außerdem im Allgemeinen, wie oben beschrieben worden ist, die Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium, z. B. die Ausbreitung nur beim Vorhandensein eines homogenen ersten Ausbreitungsmediums beim Fehlen des zweiten Ausbreitungsmediums.
  • Ferner umfasst die in 1 gezeigte Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A die Laserlichtquelle 10, den räumlichen Lichtmodulator 20 des Phasenmodulationstyps und die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30, die konfiguriert sind, wie oben beschrieben worden ist. Eine derartige Konfiguration ermöglicht der Steuervorrichtung 30, den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt vorzugsweise und zuverlässig zu steuern und es dadurch möglich zu machen, vorzugsweise die Lichtbündelungsbestrahlung des Laserlichts auf einen einzigen oder mehrere Lichtbündelungspunkte, die in dem Bestrahlungsobjekt 15 festgelegt sind, zu erreichen, wobei die Operation, wie z. B. die Bearbeitung und die Beobachtung des Objekts, dadurch außerdem vorzugsweise erreicht werden kann. Ferner kann eine derartige Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung z. B. als eine Laserbearbeitungsvorrichtung oder ein Lasermikroskop usw. verwendet werden.
  • Hier wird beim Ableiten der Aberrationsbedingung in der Ableitungseinheit 33 die Ausbreitung des Lichts von dem Bildpunkt j in den mehreren Bildpunkten des räumlichen Lichtmodulators 20 betrachtet, um den Lichtbündelungspunkt s festzulegen, wobei es in diesem Fall bevorzugt ist, eine Phase Φj-OPD, die einen optischen Wegunterschied OPD während der Ausbreitung zeigt, als die Aberrationsbedingung für die Ausbreitung des Lichts zu bestimmen. Ferner ist es in diesem Fall beim Entwurf des Modulationsmusters in der Entwurfseinheit 34 unter Verwendung der Phase Φj-OPD der Aberrationsbedingung, die abgeleitet wird, wie oben beschrieben worden ist, bevorzugt, die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, durch die folgende Umsetzungsformel zu bestimmen. ϕjs' = ϕjs + Φj-OPD
  • Gemäß einer derartigen Konfiguration kann die Ausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung vorzugsweise in die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, umgesetzt werden.
  • Ferner ist es beim Entwurf des Modulationsmusters in der Entwurfseinheit 34 bevorzugt, eine komplexe Amplitude Us, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, durch die folgende Formel Us = Asexp(iϕs) = ΣjAj-inexp(iϕjs')exp(iϕj) zu bestimmen, wobei Aj-in die Einfallsamplitude des Laserlichts auf den Bildpunkt j des räumlichen Lichtmodulators 20 ist und ϕj der Phasenwert in dem Bildpunkt j ist. Oder es ist bevorzugter, die komplexe Amplitude Us, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, durch die folgende Formel Us = Asexp(iϕs) = ΣjAj-inexp(iϕjs')exp(i(ϕj + ϕj-in)) zu bestimmen, wobei Aj-in Einfallsamplitude des Laserlichts auf den Bildpunkt j des räumlichen Lichtmodulators 20 ist, ϕj-in die Einfallsphase ist und ϕj der Phasenwert des Bildpunkts j ist. Dies macht es möglich, vorzugsweise den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt auszuwerten.
  • Hier steht die Einfallsamplitude Aj-in des Laserlichts auf den Bildpunkt j mit der Einfallsintensität Ij-in wie folgt in Beziehung. Ij-in = |Aj-in|2
  • Ferner ist in der komplexen Amplitude Us As die Amplitude und ist ϕs die Phase. Ferner kann für das einfallende Laserlicht, das eine ebene Welle ist, die Einfallsphase ϕj-in vernachlässigt werden.
  • Was die spezifische Konfiguration für den Entwurf des Modulationsmusters betrifft, kann beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters der Phasenwert durch einen Wert geändert werden, der auf der Grundlage der Phase ϕs der komplexen Amplitude, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, der Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, und des Phasenwerts ϕj, bevor er geändert wird, in dem Bildpunkt j analytisch bestimmt wird. Derartige Verfahren zum Aktualisieren des Phasenwerts in einer analytischen Weise können z. B. ein ORA-Verfahren (Verfahren eines optimalen Drehwinkels) enthalten.
  • Oder es kann der Phasenwert beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters durch einen Wert geändert werden, der durch eine Suche unter Verwendung irgendeines Verfahrens von einem Bergsteigeverfahren (Hill-Climbing-Verfahren, Gradientenverfahren), einem Verfahren des simulierten Glühens und einem genetischen Algorithmus bestimmt wird. Hier werden bei dem genetischen Algorithmus Operationen, wie z. B. eine Mutation, bei der ein bestimmter Bildpunkt ausgewählt wird, um seinen Bildpunktwert zu ändern, und eine Kreuzung, bei der zwei Bildpunkte ausgewählt werden, um ihre Bildpunktwerte zu tauschen, ausgeführt, wobei das oben beschriebene Entwurfsverfahren, das sich auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in einem Lichtbündelungspunkt durch das Ändern des Phasenwerts eines Bildpunkts in dem Modulationsmuster konzentriert, ein Verfahren zum Ausführen derartiger Operationen enthält. Außerdem wird das Modulationsmuster-Entwurfsverfahren später ausführlich beschrieben.
  • Was das erste und das zweite Ausbreitungsmedium, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen und die in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts vorhanden sind, betrifft, ist in der in 2 gezeigten Konfiguration das zweite Ausbreitungsmedium auf der Seite des Lichtbündelungspunkts z. B. das Bestrahlungsobjekt 15, in dem der Lichtbündelungspunkt festgelegt ist, während das erste Ausbreitungsmedium auf der Seite des optischen Systems ein umgebendes Medium ist, das zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 20 und dem Bestrahlungsobjekt 15 (zwischen der Objektivlinse 25 und dem Objekt 15) vorhanden ist. In diesem Fall kann das umgebende Medium außer Luft außerdem Wasser, Öl oder dergleichen sein.
  • Ferner können außerdem drei oder mehr Medien in dem Ausbreitungsweg zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Lichtbündelungspunkt vorhanden sein. Eine derartige Konfiguration kann z. B. eine enthalten, bei der das Laserlicht durch ein Medium hindurchgeht, das einen Brechungsindex aufweist, der von dem des umgebenden Mediums verschieden ist, wobei das Laserlicht danach, nachdem es hindurch gegangen ist, gebündelt wird. Ferner können verschiedene Konfigurationen, die für das Medium in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts vorstellbar sind, z. B. eines, in dem mehrere Glastypen mit verschiedenen Brechungsindizes aneinander befestigt sind, eines, in dem Glas an Silicium befestigt ist, oder eines, in dem in dem Ausbreitungsweg bei der Beobachtung des Inneren einer biologischen Probe oder Zelle durch ein Mikroskop ein Abdeckglas vorhanden ist, usw. enthalten. Es kann außerdem eine derartige Konfiguration vorstellbar sein, die die gleichzeitige Lichtbündelungsbestrahlung auf mehrere Medien mit Laserlicht ermöglicht. Selbst in einem derartigen Fall ist es außerdem möglich, die Aberrationsbedingung abzuleiten und das Modulationsmuster in der gleichen Weise, wie sie oben beschrieben worden ist, zu entwerfen.
  • Ferner ist in der in 3 gezeigten Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 zusätzlich zu der Konfiguration zum Entwerfen eines Modulationsmusters die Lichtmodulatoransteuerungs-Steuereinheit 35 vorgesehen, die den räumlichen Lichtmodulator 20 durch Ansteuerung steuert und ein durch die Entwurfseinheit 34 entworfenes Modulationsmuster in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darstellt. Eine derartige Konfiguration ist in dem Fall effektiv, in dem die Steuervorrichtung 30 in einer Weise verwendet wird, in der sie in die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A aufgenommen ist, wie in 1 gezeigt ist. Ferner kann eine derartige Ansteuerungs-Steuereinheit 35 außerdem als eine von der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 separate Vorrichtung vorgesehen sein.
  • Ferner können z. B. in dem Fall, in dem ein Glasmedium durch Laserlichtbestrahlung bearbeitet wird, um eine optische integrierte Schaltung vorzubereiten, ein oder mehrere neue CGHs nach einer oder mehreren Laserlichtbestrahlungen entworfen werden, um ein in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellendes Modulationsmuster zu wechseln. Oder es können mehrere Modulationsmuster, die für die Laserbearbeitung erforderlich sind, im Voraus entworfen werden, wenn die Form der optischen integrierten Schaltung, deren Herstellung gewünscht ist, bestimmt worden ist.
  • Ferner kann, um ein DOE allein zu verwenden, eine Ansteuervorrichtung eliminiert sein, weil das DOE ein statisches Muster aufweist. Um ferner unter Verwendung mehrerer DOEs dynamisch zwischen Mustern zu wechseln, wird anstelle der Ansteuerungsvorrichtung eine Wechselvorrichtung verwendet.
  • Das Lichtmodulations-Steuerverfahren und das Modulationsmuster-Entwurfsverfahren, die in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A und der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30, die in 1 und 3 gezeigt sind, ausgeführt werden, werden zusammen mit ihren spezifischen Beispielen weiter beschrieben. 4 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel des in der Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30, die in 3 gezeigt ist, ausgeführten Lichtmodulations-Steuerverfahrens zeigt.
  • In dem in 4 gezeigten Steuerverfahren werden zuerst die Informationen über die Bedingung des Bestrahlens des Bestrahlungsobjekts 15 mit dem von der Laserlichtquelle 10 zugeführten Laserlicht erfasst (Schritt S101). Spezifischer werden hinsichtlich des Ausbreitungsweges des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator 20 zu dem Lichtbündelungspunkt s der erste Brechungsindex n1 des ersten Ausbreitungsmediums (z. B. des umgebenden Mediums), das in dem Ausbreitungsweg vorhanden ist, und der zweite Brechungsindex n2 des zweiten Ausbreitungsmediums (z. B. des Bestrahlungsobjekts) erfasst (S102). Ferner werden hier, falls erforderlich, Informationen außer den Brechungsindizes des ersten und des zweiten Ausbreitungsmediums außerdem erfasst, z. B. Informationen über die Dicke, die Form und die Position usw. der Medien. Ferner kann zusätzlich zu den Informationen über die Ausbreitungsmedien der Prozess außer den Informationen über die Ausbreitungsmedien außerdem irgendwelche Informationen erfassen, die erforderlich sind, um die Aberrationsbedingung abzuleiten, z. B. die NA der Objektivlinse 25, die Brennweite f und dergleichen.
  • Ferner wird ein Einfallsmuster des Laserlichts, das von der Laserlichtquelle 10 dem räumlichen Lichtmodulator 20 zugeführt wird, erfasst (S103). Das Einfallsmuster des Laserlichts ist als die durch die Intensität des einfallenden Laserlichts definierte Intensitätsverteilung des einfallenden Lichts Iin(xj, yj) = Ij-in für den Bildpunkt j in der Position (xj, yj) mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator 20 gegeben. Oder es kann das Einfallsmuster des Laserlichts als die Amplitudenverteilung des einfallenden Lichts durch die Amplitude Aj-in erfasst werden. Ferner kann außerdem, falls erforderlich, die Einfallsphase ϕj-in des Laserlichts erfasst werden.
  • Als Nächstes werden die Lichtbündelungsbedingungen des Laserlichts auf dem Bestrahlungsobjekt 15 festgelegt (S104). Zuerst wird die Anzahl von einem oder mehreren Lichtbündelungspunkten st, in denen die Lichtbündelungsbestrahlung des in dem räumlichen Lichtmodulator 20 phasenmodulierten Laserlichts an dem Bestrahlungsobjekt 15 ausgeführt wird, festgelegt (S105). Hier ist es in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der oben beschriebenen Konfiguration möglich, mehrere Lichtbündelungspunkte zu erhalten, wie es gemäß einem Modulationsmuster notwendig ist, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen ist.
  • Ferner werden für jeden der st Lichtbündelungspunkte s = 1 bis st in dem Objekt 15 die Lichtbündelungsposition γs = (us, vs, zs) und die Lichtbündelungs-Sollintensität Is-des des Laserlichts festgelegt (S106). Es sei angegeben, dass es sein kann, dass die Lichtbündelungsintensität des Laserlichts auf jeden Lichtbündelungspunkt nicht immer durch den Absolutwert der Intensität festgelegt werden muss, sondern außerdem z. B. auf das relative Verhältnis der Intensität festgelegt werden kann.
  • Anschließend wird die Aberrationsbedingung, die durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen, während der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator 20 zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird, abgeleitet (S107). Dann bezieht sich der Prozess unter Berücksichtigung der im Schritt S107 abgeleiteten Aberrationsbedingung auf die Bestrahlungsbedingung und die Lichtbündelungsbedingung für das Laserlicht, die in den Schritten S101 und S104 erfasst und festgelegt worden sind, wobei er das CGH, das das Modulationsmuster ist, das in den mehreren Bildpunkten des räumlichen Lichtmodulators 20 darzustellen ist, entwirft (S108).
  • Das Verfahren zum Ableiten der Aberrationsbedingung, das in dem Schritt S107 in dem Ablaufplan nach 4 ausgeführt wird, wird spezifischer beschrieben. Wenn der räumliche Lichtmodulator 20 in der in 1 gezeigten Konfiguration durch einen Spiegel ersetzt ist, wird das von der Laserlichtquelle 10 zugeführter Laserlicht nicht phasenmoduliert, wobei folglich im Idealfall paralleles Licht auf die Objektivlinse 25 einfällt und dann durch die Objektivlinse 25 in eine Kugelwelle umgesetzt wird. Beim Fehlen eines Aberrationsobjekts in dem Ausbreitungsweg (dem Lichtbündelungsweg) des Laserlichts wird das Licht von der Objektivlinse 25 in einem Punkt in der Bündelungstiefe, die gleich der Brennweite f ist, gebündelt.
  • Andererseits verursacht beim Vorhandensein des ersten und des zweiten Ausbreitungsmediums, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen, in dem Ausbreitungsweg eine inderung des Brechungswinkels, dass eine Aberration auftritt, so dass das Licht von der Objektivlinse 25 nicht in einem Punkt gebündelt wird. Wenn im Gegensatz dazu das Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator 20 darzustellen ist, geeignet entworfen ist und die Wellenfront des sich zu der Objektivlinse 25 ausbreitenden Lichts deformiert wird, kann das Laserlicht ohne die Wirkung der Aberration für den festgelegten Lichtbündelungspunkt s gebündelt werden.
  • Beim Ableiten einer Wellenfront zum Bündeln des Laserlichts in einem Lichtbündelungs-Sollpunkt ist es z. B. möglich, ein Verfahren zum Ableiten der Wellenfront durch die umgekehrte Strahlverfolgung von einer Lichtbündelungs-Sollposition zu verwenden. In der Beschreibung im Folgenden ist beispielhaft ein Verfahren zum Ableiten einer Wellenfront zum Bündeln des Lichts ohne eine Wirkung der Aberration in einem Lichtbündelungspunkt, der auf der optischen Achse innerhalb eines parallelen planaren Substrats vorhanden ist, gezeigt (siehe Patentdokument 2). Es sei angegeben, dass, um die Wellenfront und die Aberrationsbedingung, die sich daraus ergibt, (z. B. die Phase Φj-OPD, die die Aberrationsbedingung angibt, die später beschrieben wird), abzuleiten, es möglich ist, verschiedene spezifische Verfahren, wie z. B. ein Optimierungskorrekturverfahren (Nicht-Patentdokument 5) oder ein Verfahren zum Analysieren der Aberration in einem paraxialen Lichtstrahlenbündel (Nicht-Patentdokument 7) usw. anstatt des Verfahrens der umgekehrten Strahlverfolgung zu verwenden.
  • 5 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Aberrationsbedingung, die durch die Ausbreitung des Laserlichts verursacht wird, abzuleiten ist. Zuerst wird der Fall betrachtet, in dem der Brechungsindex n1 des umgebenden Mediums und der Brechungsindex n2 des Bestrahlungsobjekts 15 zueinander gleich sind. Wenn die Objektivlinse 25 um einen Abstand d zu der Seite des Objekts 15 bezüglich einer Bezugsposition der Objektivlinse 25, in der das Licht in einer Position auf einer Stirnfläche P des Objekts 15 gebündelt wird, bewegt wird, wird das Licht in einem Punkt O, der um den Abstand d von der Stirnfläche P beabstandet ist, gebündelt. Das einfallende Licht einer idealen ebenen Welle wird eine Kugelwelle, unmittelbar nachdem es durch die Objektivlinse 25 umgesetzt worden ist, wobei das Lichtstrahlenbündel von einem Punkt R auf der Kugelwelle den Punkt O erreicht, indem es den durch die durchgezogene Linie in 5 gezeigten optischen Weg nimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist die optische Weglänge von dem Punkt R zu dem Punkt O f und bleibt ungeachtet der Höhe der optischen Achse die gleiche.
  • Wenn einerseits die Brechungsindizes n1 und n2 verschieden sind, wird das Licht von der Objektivlinse 25 nicht in dem Punkt O gebündelt. In diesem Kontext wird, wenn die Objektivlinse 25 um den gleichen Betrag des Abstands d bewegt wird, die Wellenfront des Laserlichts durch den räumlichen Lichtmodulator 20 moduliert, wobei dadurch ermöglicht wird, dass das Licht in dem Punkt O', der um zs von der Stirnfläche P beabstandet ist, gebündelt wird. In diesem Fall erreicht das Lichtstrahlenbündel von dem Punkt O' den Punkt R durch einen Punkt Q auf der Grenzfläche zwischen dem Objekt 15 und dem umgebenden Medium, so dass der Gesamtbetrag von O'Q und QR die optische Weglänge ist. Eine derartige optische Weglänge (OPL: optische Weglänge) wird für jede Höhe h der optischen Achse abgeleitet.
  • Zuerst sei, wie in 5 gezeigt ist, θ der Einfallswinkel des Lichtstrahlenbündels auf das Objekt 15, bevor die Wellenfront korrigiert wird, sei θ1 der Einfallswinkel des Lichtstrahlenbündels auf das Objekt 15, nachdem die Wellenfront korrigiert worden ist, und sei θ2 der Berechnungswinkel, wobei die Höhen h1, h2 und h der optischen Achse jeweils durch die folgenden Formeln (1), (2) und (3) ausgedrückt sind.
  • [Formel 1]
    • h1 = (fcosθ – d)tanθ1 (1)
  • [Formel 2]
    • h2 = zstanθ2 (2)
  • [Formel 3]
    • h = n1fsinθ (3)
  • Hier können der Einfallswinkel θ1 und der Berechnungswinkel θ2 durch das Snelliussche Gesetz eindeutig miteinander in Beziehung gesetzt werden. Ferner setzt die relationale Formel h = h1 + h2 und die obigen Formeln (1) bis (3) die Winkel θ, θ1, und θ2 eindeutig miteinander in Beziehung. Wenn z. B. ein spezifischer θ1 oder θ2 gegeben ist, können die obigen Formeln (1) und (2) in die relationale Formel h = h1 + h2 eingesetzt werden, um die Formel (3) zu lösen, wobei dadurch θ mit Leichtigkeit bestimmt wird.
  • Wenn jedoch umgekehrt ein spezifisches θ gegeben ist, ist es schwierig, θ1 und θ2 analytisch zu bestimmen. Um θ1 und θ2, die dem spezifischen Winkel θ entsprechen, zu bestimmen, wird eine Suche ausgeführt. Während z. B. der Wert von θ1 oder θ2 allmählich geändert wird, wird der Wert von θ in jedem Schritt bestimmt. Dann wird θ1 oder θ2 geändert, bis durch das Ausführen einer Suche und das Ableiten des Winkels θ1 und θ2, die den Sollwert von θ angeben, erhalten werden.
  • Wie oben beschrieben worden ist, werden durch die Formeln (1) bis (3) θ1 und θ2, die dem gewünschten θ entsprechen, bestimmt. Dann wird für jeden Einfallswinkel θ die optische Weglänge OPL der Ausbreitung des Lichts, die durch das Bestrahlungsobjekt 15 verursacht wird, durch die folgende Formel (4) bestimmt. [Formel 4]
    Figure DE112012006900T5_0002
  • Hier ist der Term ”–f – (n2 – n1) × d” in der Formel (4) ein konstanter Term, wobei er addiert wird, um zu verhindern, dass der Wert der OPL übermäßig erhöht wird.
  • Die obige Formel (4) drückt die optische Weglänge für jeden Einfallswinkel θ aus, wobei jedoch aus der Formel (3) und der Formel (4) die optische Weglänge für jede Höhe h der optischen Achse außerdem als die folgende Formel (5) ausgedrückt werden kann. [Formel 5]
    Figure DE112012006900T5_0003
  • Dies macht es möglich, die OPL zu bestimmen, die der Höhe h der optischen Achse entspricht.
  • Wenn die Phase ΦOPD, die einen Unterschied der OPL, d. h., den optischen Wegunterschied (OPD: optischer Wegunterschied), ergibt, durch den räumlichen Lichtmodulator (SLM) 20 gegeben ist, wird dadurch ermöglicht, dass das Laserlicht in der Sollposition innerhalb des Objekts 15 gebündelt wird. Die Phase ΦOPD kann aus der Formel (5) wie folgt bestimmt werden.
  • [Formel 6]
    • ΦOPD(h, d, zs) = {OPL(, d, zs) – OPL(0, d, zs)} × 2π/λ (6)
  • Diese Phase ΦOPD wird für jedes zs abgeleitet, wobei der Abstand d für die dreidimensionale Vielfachfleck-Bestrahlung fest ist. Hier ist der Bereich der Höhe der optischen Achse von 0 bis hmax. Ferner reicht hmax von 0 bis NA × f, d. h., die Apertur der Objektivlinse 25 ist das Maximum hmax der Höhe der optischen Achse.
  • Ferner stehen die oben beschriebene Höhe h der optischen Achse und die Position (xj, yj) des Bildpunkts j des SLM 20 wie folgt miteinander in Beziehung. Wenn der SLM 20 und die Objektivlinse 25 durch das optische 4f-System, wie das in 1 gezeigt optische System, ein Bild erzeugen, breitet sich die Wellenfront von der Pupille der Objektivlinse zum SLM aus. Zu diesem Zeitpunkt sei die Brennweite der Linse 21 des optischen 4f-Systems f1 und sei die Brennweite der Linse 22 f2, wobei die Lateralvergrößerung als M = f2/f1 ausgedrückt wird. Folglich verursacht das Licht von der Austrittspupille der Objektivlinse die Höhe der optischen Achse h = 0 bis hmax/M in dem SLM.
  • Wenn ferner bekannt ist, dass sich die Mittenposition des Lichts von der Austrittspupille der Objektivlinse 25 bei den Koordinaten (xc, yc) in dem SLM befindet, können die Höhe h der optischen Achse und die Bildpunktkoordinaten (xj, yj) des SLM durch die folgende Formel (7) umgesetzt werden. [Formel 7]
    Figure DE112012006900T5_0004
  • Dies ermöglicht das Bestimmen der Phase Φj-OPD, die die Aberrationsbedingung für jeden Bildpunkt j bei den Koordinaten (xj, yj) ist.
  • Als Nächstes wird spezifisch eine Beschreibung für ein Verfahren zum Entwerfen eines Modulationsmusters, das in dem Schritt S108 in dem Ablaufplan nach 4 auszuführen ist, gegeben. Im folgenden wird die Beschreibung für ein Entwurfsverfahren unter Verwendung eines ORA-Verfahrens als ein Beispiel eines Entwurfsverfahrens gegeben, das sich auf eine Wirkung des Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in dem SLM 20 darzustellen ist, konzentriert (siehe Patentdokument 3 und die Nicht-Patentdokumente 1 und 2).
  • Hier sind im Allgemeinen mehrere Entwurfsverfahren für ein CGH, das als ein Modulationsmuster in dem SLM verwendet wird, verfügbar, wobei sie z. B. das iterative Fourier-Verfahren enthalten können. Zuerst werden bei dem iterativen Fourier-Transformations-Verfahren zwei Oberflächen der SLM-Oberfläche und der Beugungsfläche vorbereitet, wobei dann erlaubt wird, dass sich Licht zwischen den jeweiligen Oberflächen durch die Fourier-Transformation und die inverse Fourier-Transformation ausbreitet. Dann werden bei diesem Verfahren die Amplitudeninformationen auf jeder Oberfläche bei jedem Mal der Ausbreitung ersetzt, wobei schließlich die Phasenverteilung erfasst wird.
  • Ferner können andere CGH-Entwurfsverfahren zwei Entwurfsverfahren enthalten, d. h., das Strahlverfolgungsverfahren und das Entwurfsverfahren, das sich auf eine Wirkung eines Bildpunkts konzentriert. Das Strahlverfolgungsverfahren enthält das Verfahren der Überlagerung der Linse (S-Verfahren: Überlagerung der Linse). Dieses Verfahren ist effektiv, wenn es nicht viel Überlappung der Wellenfronten von einem Lichtbündelungspunkt gibt, wobei aber eine Zunahme der Überlappung der Wellenfronten verursachen kann, dass die Intensität des Lichts, das sich zu einem Lichtbündelungspunkt ausbreitet, bei der Intensität des Laserlichts, das auf den SLM einfällt, beträchtlich verringert wird oder unsteuerbar gemacht wird. Folglich ist außerdem ein iteratives S-Verfahren verfügbar, das eine verbesserte Version des S-Verfahrens ist.
  • Andererseits ist das Entwurfsverfahren, das sich auf eine Wirkung durch einen Bildpunkt in einem CGH konzentriert, ein Verfahren des geeigneten Auswählens eines Bildpunkts in einem CGH und des Änderns eines Phasenwerts jedes Bildpunkts, um das Entwerfen des CGH auszuführen, wobei es ein Verfahren des Suchtyps und ein Verfahren des Analysetyps gemäß einem Verfahren zum Bestimmen einer Phase eines Bildpunkts gibt.
  • Bei diesem Entwurfsverfahren wird ein Phasenwert eines bestimmten Bildpunkts in einem CGH als ein Parameter geändert, wobei das modulierte Laserlicht unter Verwendung der Wellenausbreitungsfunktion durch die Fresnel-Beugung oder dergleichen ausgebreitet wird, um zu untersuchen, wie sich die Werte (z. B. die Werte einer Amplitude, einer Intensität und einer komplexen Amplitude), die einen Lichtbündelungszustand an einem Lichtbündelungs-Sollpunkt angeben, ändern. Dann wird ein Phasenwert, um den der Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt näher an ein gewünschtes Ergebnis gebracht wird, übernommen. Eine derartige Operation wird an wenigstens allen Bildpunkten, auf die Licht einfällt, Bildpunkt für Bildpunkt ausgeführt.
  • Nachdem die Operationen an allen Bildpunkten abgeschlossen sind, kehrt in einem Verfahren des Analysetyps, nachdem basierend auf den Ergebnissen der Phasenmodulationen aller Bildpunkte bestätigt worden ist, wie sich eine Phase an einer Sollposition ändert, der Prozess zu dem ersten Bildpunkt zurück, um unter Verwendung der Phase an der Sollposition eine Phase Bildpunkt für Bildpunkt zu ändern. Ferner kehrt in einem Verfahren des Suchtyps der Prozess zu dem ersten Bildpunkt zurück, ohne eine Bestätigung auszuführen. Als ein Verfahren des Suchtyps gibt es z. B. ein Bergsteigeverfahren, ein Verfahren des simulierten Glühens (SA: simuliertes Glühen) und einen genetischen Algorithmus (GA: genetischer Algorithmus) und dergleichen (siehe die Nicht-Patentdokumente 3 und 4).
  • Das ORA-Verfahren (das Verfahren eines optimalen Drehwinkels), das im Folgenden beschrieben wird, ist ein Optimierungsalgorithmus, der ein Verfahren des Analysetyps verwendet. Bei diesem Verfahren wird der Phasenwert eines Modulationsmusters in jedem Bildpunkt geändert und durch einen Wert eingestellt, der auf der Grundlage der Phase ϕs einer komplexen Amplitude, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, der Phase ϕjs der Ausbreitungsfunktion und des Phasenwerts ϕj in dem gegebenen Bildpunkt j, bevor er geändert wird, analytisch bestimmt wird. Insbesondere verwendet anstelle der Ausbreitungsfunktion ϕjs das Entwurfsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium berücksichtigt.
  • 6 ist ein Ablaufplan, der ein Beispiel eines Verfahrens zum Entwerfen eines Modulationsmusters zeigt, das in der in 3 gezeigten Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 auszuführen ist. Zuerst werden die Informationen über die festgelegten Lichtbündelungsbedingungen für die Lichtbündelungsbestrahlung auf das Bestrahlungsobjekt 15 mit Laserlicht, die über den räumlichen Lichtmodulator 20 ausgeführt wird, erfasst (Schritt S201). Die Lichtbündelungsbedingungen, die hier zu erfassen sind, enthalten die Anzahl st der Lichtbündelungspunkte, die Lichtbündelungsposition γs = (us, vs, zs) jedes Lichtbündelungspunkts s und eine Lichtbündelungs-Sollintensität Is-des.
  • Als Nächstes wird ein Phasenmuster, das als eine Anfangsbedingung für den Entwurf eines CGH, das als ein Modulationsmuster, das in dem SLM 20 darzustellen ist, dient, verwendet wird, erzeugt (S202). Dieses Phasenmuster wird z. B. durch ein Verfahren erzeugt, bei dem ein Phasenwert ϕj eines Bildpunkts j in dem CGH in einem Zufallsphasenmuster erzeugt wird. Weil der Entwurf des CGH durch einen ORA eine Optimierungstechnik ist, wird dieses Verfahren für den Zweck der Verhinderung des Führens zu einer spezifischen minimalen Lösung aufgrund einer Zufallsphase verwendet. Außerdem kann es in dem Fall, in dem die Möglichkeit des Führens zu einer spezifischen minimalen Lösung ignoriert werden kann, z. B. auf ein gleichmäßiges Phasenmuster oder dergleichen gesetzt werden.
  • Wenn anschließend die Anzahl der Lichtbündelungspunkte auf eine Mehrzahl (st ≥ 2) gesetzt wird, wird dann ein Gewicht ws auf ws = 1 als die Anfangsbedingung gesetzt, wobei das Gewicht ws ein Parameter zum Einstellen des Lichtbündelungs-Intensitätsverhältnisses zwischen den Lichtbündelungspunkten s = 1 bis st ist (S203). Hier ist das Gewicht ws eine 1 × st-Anordnung. Wenn ferner ein einziger (st = 1) Lichtbündelungspunkt vorhanden ist, ist es nicht notwendig, das Gewicht festzulegen.
  • Nachdem das Festlegen des Phasenmusters ϕj des CGH und des Gewichts ws abgeschlossen ist, wird die komplexe Amplitude Us, die den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, berechnet (S204). Spezifischer wird die komplexe Amplitude Us = Asexp(iϕs) durch die folgende Formel (8) bestimmt, die die Lichtwellenausbreitung ausdrückt. [Formel 8]
    Figure DE112012006900T5_0005
  • Hier ist Aj-in die Einfallsamplitude des Laserlichts auf den Bildpunkt j des SLM 20 und ist ϕj der Phasenwert in dem Bildpunkt j. Ferner ist ϕj-in die Phase des auf den Bildpunkt j einfallenden Laserlichts.
  • Ferner ist in der Formel (8) ϕjs' eine Ausbreitungsfunktion, die die durch das erste und das zweite Ausbreitungsmedium (das umgebende Medium und das Bestrahlungsobjekt 15 in dem in 5 gezeigten Beispiel) verursachte Aberrationsbedingung berücksichtigt, wobei sie wie folgt bestimmt wird.
  • [Formel 9]
    • ϕjs' = ϕjs + Φj-OPD (9)
  • In der obigen Formel (9) ist Φj-OPD die Phase der Aberrationsbedingung für den Bildpunkt j, die in der Formel (6) ausgedrückt ist.
  • Wie oben beschrieben worden ist, ist es durch das Verwenden der Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, möglich, ein CGH zu erhalten, das selbst an irgendwelchen Lichtbündelungspunkten, die ein verschiedenes zs aufweisen, ein gewünschtes Ergebnis ergeben kann. Ferner ist ϕjs eine Ausbreitungsfunktion in einem Bereich eines endlichen Abstands basierend auf der Annahme der freien Ausbreitung. Es ist möglich, als die Ausbreitungsfunktion ϕjs z. B. die Fresnel-Beugung einer Approximationsformel der Wellenausbreitungsfunktion zu verwenden, die durch die folgende Formel (10) gegeben ist. [Formel 10]
    Figure DE112012006900T5_0006
  • Hier ist k die Wellenzahl in der oben beschriebenen Formel (10).
  • Außerdem ist es möglich, verschiedene abgeleitete Formeln als die Ausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung zu verwenden, z. B. die oben beschriebene Approximationsformel der Fresnel-Beugung, die Approximationsformel der Fraunhofer-Beugung oder eine Lösung der Helmholtz-Gleichung. Wenn ferner in den obigen Formeln (8) und (9) die Phase der Aberrationsbedingung Φj-OPD = 0 ist, dann ist die Ausbreitungsfunktion ϕjs' = ϕjs, was die Formel zum Berechnen der komplexen Amplitude liefert, die in dem herkömmlichen ORA-Verfahren verwendet wird und keine Aberration berücksichtigt.
  • Wenn ferner die Ausbreitungsfunktion der Formel (10) verwendet wird, um das CGH durch das ORA-Verfahren zu entwerfen, wird ein derartiges CGH entworfen, zu dem die Linsenwirkung der Brennweite f der Objektivlinse außerdem hinzugefügt ist. Weil im Allgemeinen der SLM eine große Bildpunktgröße aufweist, kann die Linsenwirkung von dessen Objektivlinse nicht ausgedrückt werden. Folglich wird in der Praxis die Brennweite f nicht verwendet, sondern der Wert der Brennweite L (z. B. etwa L = 1 m für den LCOS-SLM X10468, hergestellt von Hamamatsu Photonics).
  • Anschließend wird beurteilt, ob beim Entwurf des CGH durch das oben beschriebene Verfahren das gewünschte Ergebnis erhalten worden ist oder nicht (S205). Als das Beurteilungsverfahren für diesen Fall ist es z. B. möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem die Lichtbündelungsintensität Is = |As|2, die in jedem Lichtbündelungspunkt s erhalten wird, und die Sollintensität Is-des durch die folgende Formel (11) miteinander verglichen werden, [Formel 11]
    Figure DE112012006900T5_0007
    um zu beurteilen, ob das Intensitätsverhältnis gleich einem oder kleiner als ein vorgegebener Wert ε in allen Lichtbündelungspunkten s ist. Es ist außerdem annehmbar, eine Beurteilung nicht basierend auf der Lichtbündelungsintensität Is auszuführen, sondern z. B. basierend auf der Amplitude As oder der komplexen Amplitude Us.
  • Oder es kann in dem Ablaufplan nach 6 ein Verfahren verwendet werden, bei dem es durch Bedingungen, wie z. B. ob eine spezifizierte Anzahl von Schleifen des Änderns eines Phasenwerts und des Berechnens einer komplexen Amplitude und dergleichen ausgeführt wird, beurteilt wird. In dem Fall, in dem beurteilt wird, dass das entworfene CGH die notwendigen Bedingungen bezüglich der festgelegten Lichtbündelungsbedingungen erfüllt, ist der Entwurfsalgorithmus für ein CGH durch einen ORA abgeschlossen. Ferner geht in dem Fall, in dem die Bedingungen nicht erfüllt sind, der Prozess zu dem folgenden Schritt S206 weiter.
  • Falls beurteilt wird, dass die Bedingungen, die erforderlich sind, um den Entwurf abzuschließen, nicht erfüllt sind, ändert der Prozess zuerst den Wert des Gewichts ws zum Einstellen des Lichtbündelungs-Intensitätsverhältnisses zwischen den Lichtbündelungspunkten s durch die folgende Formel (12) (S206). [Formel 12]
    Figure DE112012006900T5_0008
  • Hier ist der Parameter η, der in der Formel (12) verwendet wird, um das Gewicht ws zu aktualisieren, normalerweise ein Wert von η = 0,25 bis 0,35, um normalerweise zu verhindern, dass der ORA-Algorithmus instabil wird.
  • Als Nächstes wird für jeden Bildpunkt des CGH eine Phasenwert-Änderungsoperation ausgeführt, so dass der Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt s näher an einen Sollzustand gebracht wird (S207). Bei dem ORA-Verfahren des Analysetyps wird der Betrag der Phasenänderung Δϕj, der zu dem Phasenwert ϕj in dem Bildpunkt j hinzuzufügen ist, um den Lichtbündelungszustand näher an den Sollzustand zu bringen, durch die folgende Formel (13) [Formel 13]
    Figure DE112012006900T5_0009
    und eine Beurteilung unter Verwendung der Phase ϕs der komplexen Amplitude, die durch die Formel (8) erhalten wird, der Phase ϕsj' der Ausbreitungsfunktion, die die Aberrationsbedingung Φj-OPD berücksichtigt, und des Phasenwerts ϕj, bevor er aktualisiert wird, analytisch bestimmt. Hier gilt es wie folgt. [Formel 14]
    Figure DE112012006900T5_0010
    [Formel 15]
    Figure DE112012006900T5_0011
  • [Formel 16]
    • Φjs = ϕs – (ϕjs' + ϕj + ϕj-in) = ϕs – (ϕjs + ϕj + ϕj-in + Φj-OPD) (16)
  • Ein Verfahren zum analytischen Bestimmen eines Phasenwerts ϕj in dieser Weise besitzt einen Vorteil, dass die für die Berechnung erforderliche Zeit im Vergleich zu einem Verfahren, wie z. B. dem Bergsteigeverfahren, das einen Phasenwert durch eine Suche bestimmt, verkürzt ist.
  • Hier verwendet das übliche ORA-Verfahren für Φjs, die verwendet wird, um den Betrag der Phasenänderung Δϕj zu bestimmen, die folgende Formel (17),
  • [Formel 17]
    • Φjs = ϕs – (ϕjs + ϕj + ϕj-in), (17)
    • wobei jedoch zusätzlich zu einer Änderung der oben beschriebenen Ausbreitungsfunktion das hier beschriebene verbesserte ORA-Verfahren außerdem die Formel (16) verwendet, die die Phase Φj-OPD der Aberrationsbedingung berücksichtigt, selbst beim Berechnen dieses Φjs beim Aktualisieren des Phasenwerts.
  • Wenn der Betrag der Phasenänderung Δϕj bestimmt wird, wie oben beschrieben worden ist, wird die folgende Formel (18)
  • [Formel 18]
    • ϕj = ϕj + Δϕj (18)
    • verwendet, um den Phasenwert ϕj des CGH im j-ten Bildpunkt zu ändern und zu aktualisieren. Dann wird bestätigt, ob eine Phasenwert-Änderungsoperation an allen Bildpunkten ausgeführt worden ist oder nicht (S208), wobei, wenn die Änderungsoperation nicht abgeschlossen worden ist, sie auf j = j + 1 gesetzt wird, wobei eine Phasenwert-Änderungsoperation an dem nächsten Bildpunkt ausgeführt wird. Wenn andererseits die Änderungsoperation für alle Bildpunkte abgeschlossen worden ist, kehrt der Prozess zum Schritt S204 zurück, wobei eine Berechnung einer komplexen Amplitude Us und eine Auswertung eines Lichtbündelungszustands ausgeführt werden. Derartige Operationen werden wiederholt ausgeführt, wobei dadurch ein CGH eines Modulationsmusters, das den festgelegten Lichtbündelungsbedingungen entspricht, erzeugt wird.
  • Wie oben beschrieben worden ist, ist das durch das oben beschriebene Verfahren entworfene CGH durch die Linsenwirkung der Brennweite f der Objektivlinse verursacht. Folglich kann in dem Fall der Verwendung der Objektivlinse mit der Brennweite f die folgende Formel
  • [Formel 19]
    • ϕj-res' = ϕj-res – ϕobj(19)
    • auf den Phasenwert ϕj-res des resultierenden CGH angewendet werden, das im Ergebnis des Entwurfs durch das ORA-Verfahren erhalten wird. Hier gilt es wie folgt.
  • [Formel 20]
    Figure DE112012006900T5_0012
  • Wenn hier die oben beschriebene Brennweite L anstelle von fobj verwendet wird, ändert der Prozess in der Formel (20) fobj ebenfalls in L.
  • Um die Aberration in dem Fall des Vorhandenseins von Medien mit verschiedenen Brechungsindizes in dem Ausbreitungsweg zu korrigieren, ist hier konventionell ein Verfahren verwendet worden, bei dem ein Muster für die Aberrationskorrektur bestimmt wird, wobei das Korrekturmuster dann zu dem Modulationsmuster des entworfenen CGH hinzugefügt wird (siehe z. B. das Nicht-Patentdokument 5). Die Verfahren zum Ableiten des Korrekturmusters in diesem Fall können z. B. das Optimierungskorrekturverfahren, ein Analysenerfahren unter Verwendung der paraxialen Approximation und ein Analysenerfahren unter Verwendung der umgekehrten Strahlverfolgung enthalten. Die inverse Phase der Aberrationsbedingung, die von diesen Verfahren abgeleitet wird, ist ein Muster für die Aberrationskorrektur. Ein derartiges Verfahren, das auf dem Hinzufügen von Mustern basiert, kann jedoch nicht geeignet funktionieren, wie im Folgenden beschrieben wird.
  • Das heißt, ein Entwurfsverfahren, das sich auf eine Wirkung eines Bildpunkts des CGH konzentriert, wie z. B. das oben beschriebene ORA-Verfahren, ermöglicht eine dreidimensionale Vielfachfleck-Bestrahlung durch mehrere Lichtbündelungspunkte mit Laserlicht durch ein CGH. Wenn das Korrekturmuster zu einem derartigen CGH wie in der herkömmlichen Weise hinzugefügt wird, werden die Wirkungen des gleichen Aberrationskorrekturmusters für alle Lichtbündelungspunkte verursacht, die durch das CGH rekonstruiert werden. In der Praxis können jedoch die mehreren Lichtbündelungspunkte, die festzulegen sind, unterschiedliche Positionen in der Richtung der optischen Achse (Tiefen der optischen Achse) aufweisen. In diesem Fall ist es notwendig, die Wirkungen der Aberrationskorrekturmuster, die für jeden Lichtbündelungspunkt verschieden sind, zu verursachen, weil sich eine Wirkung der Aberration in Abhängigkeit von der Tiefe der optischen Achse unterscheidet. Das heißt, das Verfahren zum Hinzufügen des Korrekturmusters zu dem CGH kann nur eine Aberrationskorrektur in einer einzigen Tiefe der optischen Achse ausführen, wobei es folglich eine Möglichkeit gibt, dass die Aberration in verschiedenen Tiefen der optischen Achse unzureichend korrigiert ist.
  • In dem Nicht-Patentdokument 6 ist ferner ein Entwurfsverfahren unter Verwendung des iterativen Fourier-Verfahrens offenbart. In einem derartigen Verfahren ist es notwendig, beim Entwurf des CGH für die dreidimensionale Vielfachfleck-Bestrahlung eine zusätzliche Verarbeitung auszuführen. Um das durch das übliche iterative Fourier-Verfahren entworfene CGH zu rekonstruieren, ist es notwendig, in einer nachfolgenden Stufe des SLM eine Linse vorzusehen. Dies ist so, weil die Ausbreitungsentfernung in der Entwurfsstufe unendlich ist, wobei folglich eine Steuerung nicht für jede Tiefe der optischen Achse (Lichtbündelungsposition in der Richtung der optischen Achse) vorgesehen sein kann.
  • Um die Tiefe der optischen Achse zu ändern, ist es bei diesem Verfahren notwendig, ein Fresnel-Linsen-Muster zu dem CGH separat hinzuzufügen, das durch das iterative Fourier-Verfahren entworfen wird. Um ferner die dreidimensionale Vielfachfleck-Bestrahlung zu erreichen, wird zuerst durch das iterative Fourier-Verfahren ein CGH für jede Lichtbündelungsebene (Beugungsebene), für die ein Lichtbündelungspunkt festgelegt ist, bestimmt, wobei dann die Phasen der Fresnel-Linsen-Muster zum Bereitstellen der Steuerung in der Richtung der Tiefe zu den jeweiligen CGHs hinzugefügt werden. Anschließend werden die CGHs mehrerer Lichtbündelungsebenen in der Form einer komplexen Amplitude zueinander hinzugefügt, wobei nur die Phase extrahiert wird, wobei dadurch das CGH für die dreidimensionale Vielfachfleck-Bestrahlung entworfen wird.
  • Ferner wird beim Hinzufügen des Fresnel-Linsen-Musters zu dem CGH für jede Lichtbündelungsebene das Aberrationskorrekturmuster zum Korrigieren einer Wirkung aufgrund des Mediums in dem Ausbreitungsweg außerdem hinzugefügt, wobei dadurch eine Korrektur der sphärischen Aberration für jede Lichtbündelungsebene möglich gemacht wird. Weil in einem derartigen Verfahren nur die Phase extrahiert wird, nachdem die komplexe Amplitude berechnet worden ist, fehlen jedoch die Informationen über die Amplitudenverteilung, was es äußerst schwierig macht, die Amplitude zu jedem Lichtbündelungspunkt zu verteilen.
  • Im Gegensatz dazu kann das oben beschriebene CGH-Entwurfsverfahren vorzugsweise eine derartige Aberrationskorrektur erreichen und eine Amplitude zu jedem Lichtbündelungspunkt verteilen. Ferner ist es in einem derartigen Entwurfsverfahren z. B. möglich, ein CGH zu entwerfen, das gleichzeitig die folgenden drei Operationen erreicht: die Korrektur einer Wirkung durch ein Medium, das in dem Ausbreitungsweg vorhanden ist, wobei das Medium einen Brechungsindex aufweist, der von dem des umgebenden Mediums von Luft (oder Wasser, Öl oder dergleichen) verschieden ist; die dreidimensionale Vielfachfleck-Bestrahlung; und die Einstellung der Intensität zwischen mehreren Lichtbündelungspunkten.
  • Nun wird eine Beschreibung für die Wirkungen z. B. einer Aberrationskorrektur, die durch die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 und die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform verursacht werden, in Verbindung mit ihren spezifischen Beispielen gegeben. 7 bis 9 sind graphische Darstellungen, wobei jede ein Beispiel eines Bestrahlungsmusters des Laserlichts zeigt, das durch die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1A bereitgestellt wird, (ein Beispiel eines rekonstruierten Bildes des CGH). Hier wird das Laserlicht durch einen räumlichen Filter aufgeweitet, wobei dann das Licht durch den LCOS-SLM des räumlichen Lichtmodulators 20 phasenmoduliert wird, so dass das resultierende Licht durch eine Linse mit f = 800 mm gebündelt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist eine zylindrische Linse mit f = 200 mm in einer Position angeordnet, die um 700 mm von der Kondensorlinse beabstandet ist. In diesem Beispiel ist die zylindrische Linse ein Aberrationsobjekt, das in das optische Lichtkondensorsystem eingefügt ist.
  • Die Verwendung eines derartigen Modulationsmusters, das keine Korrektur an dem Aberrationsobjekt ausführt, würde verursachen, dass das CGH aufgrund einer Wirkung der Aberration der zylindrischen Linse nicht richtig dargestellt wird, wie in 7 gezeigt ist. Wenn andererseits das Aberrationsobjekt durch das oben beschriebene CGH-Entwurfsverfahren korrigiert wird, kann ein Bild mit der korrigierten Aberration in der Position von zs = 850 mm von der Kondensorlinse beobachtet werden, wie in 8 gezeigt ist.
  • Es sei angegeben, dass die Aberrationskorrektur für die zylindrische Linse in dem Verfahren zum Ableiten des OPD usw. im Vergleich mit dem Fall für das oben beschriebene parallele ebene Substrat etwas verschieden ist. Das heißt, für das parallele ebene Substrat kann infolge der Axialsymmetrie eine zweidimensionale Berechnung verwendet werden. Für die zylindrische Linse oder für den Fall, in dem das Objekt geneigt ist, ist es im Gegensatz notwendig, einem geeigneten Verfahren, das diesem entspricht, zum Ableiten des OPD zu folgen.
  • Ferner sind in dem oben beschriebenen CGH-Entwurfsverfahren Informationen, wie z. B. die Lichtbündelungsposition einschließlich der Tiefe der optischen Achse, der Brechungsindex und die Bildpunktteilung in dem räumlichen Lichtmodulator, genau verfügbar, wobei es folglich möglich ist, z. B. die Lichtbündelungsbestrahlung und die Laserbearbeitung einer Sollposition mit Laserlicht auszuführen. Hier ist 9 eine graphische Darstellung, die das Ergebnis des Rekonstruierens eines CGH beim Fehlen eines Objekts in dem Ausbreitungsweg zeigt, wobei das CGH ein ”HPK”-Muster rekonstruiert, das durch das übliche iterative Fourier-Verfahren entworfen worden ist. Andererseits ist 8 eine graphische Darstellung, die das Ergebnis des Rekonstruierens und des Darstellens der Summe aus dem durch das ORA-Verfahren entworfenen CGH, um das Licht in einer Position (0, 0, zs) auf der optischen Achse zu bündeln, und dem CGH des ”HPK”-Musters zeigt.
  • Ein Vergleich von 8 mit 9 zeigt, dass die Rekonstruktionspositionen in der horizontalen Richtung der Zeichnungen verschieden sind. Die Formen der Lichtbündelungspunkte sind gut; wobei jedoch das als das Modulationsmuster in 8 verwendete CGH nicht der Korrektur wegen der Beugung in der horizontalen Richtung unterworfen worden ist, in der die Brechung durch die zylindrische Linse stattgefunden hat. Im Gegensatz dazu gibt es zwei im Folgenden beschriebene Verfahren, um die Beugung bei der horizontalen Beugung ebenso zu verbessern.
  • Das heißt, das erste Verfahren leitet die jeweiligen OPDs der rekonstruierten Punkte einen nach dem anderen einschließlich der Position in einer Ebene senkrecht zu der Richtung der optischen Achse ab. Weil in diesem Fall Φj-OPD die Informationen über die Position des Punkts s enthält, ist ϕjs allen Punkten s gemeinsam, während Φj-OPD in der Position jedes Punkts verschieden ist.
  • Das zweite Verfahren leitet verschiedene OPDs in Abhängigkeit von der Tiefe der optischen Achse ab, ohne die Position in der Ebene senkrecht zu der Richtung der optischen Achse einzubeziehen. Weil in diesem Fall Φj-OPD die Informationen über die Position des Punkts s nicht enthält, stellt ϕjs die Position in der Ebene senkrecht zur Richtung der optischen Achse ein, d. h., ϕjs unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Position der jeweiligen Punkte.
  • Wenn hier das letztere Verfahren angewendet wird und, wie oben beschrieben worden ist, nicht die tatsächliche Brennweite f, sondern die Brennweite L verwendet wird, ist es notwendig, (us, vs) zu ändern. Weil die Linsenwirkungen schließlich entfernt sind, selbst wenn f verwendet wird oder L verwendet wird, gibt es kein Problem, falls (us, vs) richtig entworfen worden ist. Wenn in diesem Kontext die Brennweite L verwendet wird, wird (us', vs'), nachdem es geändert worden ist, so festgelegt, dass (us', vs') = (βus, βvs) gilt. Hier ist β ein Parameter zum Korrigieren wegen der Änderung der Brennweite der Linse, wobei er für einen kurzen Abstand zwischen der optischen Achse und (us, vs) β = L/f wird.
  • Diese Verfahren werden verwendet, um das CGH zu entwerfen. In dieser Weise ist es möglich, jeden Lichtbündelungspunkt in den vorgegebenen jeweiligen Positionen zu rekonstruieren.
  • Wie oben beschrieben worden ist, beeinflusst es signifikant die Genauigkeit der Bestrahlungsposition mit Laserlicht, wenn der Betrag der Aberration richtig abgeleitet wird und das CGH richtig entworfen wird. Wenn hier für die Laserlichtbestrahlung der Brechungsindex des Mediums nicht bekannt ist usw., ist außerdem ein derartiges Verfahren vorstellbar, bei dem zuerst die Laserlichtbestrahlung ausgeführt wird, um deren Lichtbündelungsposition (z. B. deren Position der Bearbeitung) zu prüfen und dann mit den geänderten Brechungsindex eine Rückkopplung bereitzustellen.
  • Das im Schritt S108 im Ablaufplan nach 4 ausgeführte Modulationsmuster-Entwurfsverfahren wird weiter beschrieben. In dem Ablaufplan nach 6 ist als ein Beispiel des Entwurfsverfahrens, das sich auf eine Wirkung durch einen Bildpunkt in einem CGH konzentriert, ein Entwurfsverfahren unter Verwendung eines ORA-Verfahrens des Analysetyps gezeigt. Unterdessen kann als ein Modulationsmuster-Entwurfsverfahren ein Entwurfsverfahren des Suchtyps, wie z. B. ein Bergsteigeverfahren, ein Verfahren des simulierten Glühens oder ein genetischer Algorithmus, verwendet werden, wie oben beschrieben worden ist.
  • 10 ist ein Ablaufplan, der ein weiteres Beispiel eines Modulationsmuster-Entwurfsverfahrens zeigt, das in der in 3 gezeigten Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 ausgeführt wird. In diesem Ablaufplan ist ein Entwurfsverfahren in dem Fall, in dem das Bergsteigeverfahren verwendet wird, als ein Beispiel eines Entwurfsverfahrens des Suchtyps gezeigt. In diesem Verfahren werden zuerst die Informationen über die festgelegten Lichtbündelungsbedingungen für die Lichtbündelungsbestrahlung des Laserlichts auf das Bestrahlungsobjekts 15, die über den SLM 20 ausgeführt wird, in der gleichen Weise wie in dem Fall eines ORA-Verfahrens erfasst (Schritt S301). Als Nächstes wird ein Phasenmuster ϕj, das als eine Anfangsbedingung für den Entwurf eines CGH, das in dem SLM 20 darzustellen ist, z. B. als ein Zufallsphasenmuster erzeugt (S302).
  • Als Nächstes wird eine Änderungsoperation des Phasenwerts ϕj eines Bildpunkts in dem CGH ausgeführt (S303). Ferner wird die komplexe Amplitude Us = Asexp(iϕs), die den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, unter Verwendung der Formel (8) berechnet, die die Ausbreitungsfunktion ϕjs' enthält, die die Aberrationsbedingung berücksichtigt (S304). Nach dem Berechnen einer komplexen Amplitude wird eine Beurteilung des erhaltenen Lichtbündelungszustands ausgeführt (S305).
  • Wenn hier die Amplitude As, die Intensität Is = |As|2 oder die komplexe Amplitude Us durch das Wechseln eines Phasenwerts ϕj eines Bildpunkts näher an einen Sollwert gebracht wird, wird der Phasenwert zu diesem Zeitpunkt übernommen. Bei dem Bergsteigeverfahren wird z. B. ein Phasenwert jedes Bildpunkts in dem CGH alle 0,1π (rad) von 0π (rad) bis zu einem vorgegebenen Phasenwert gewechselt, z. B. bis 2π (rad) gewechselt, wobei für jeden Wechsel eine Ausbreitung unter Verwendung der Formel (8) ausgeführt wird. Dann wird durch eine Suche ein Phasenwert, durch den eine Intensität in dem Lichtbündelungspunkt s maximiert wird, bestimmt.
  • Als Nächstes wird beurteilt, ob das Wechseln eines Phasenwertes ϕj eines Bildpunkts unter allen Bedingungen bestätigt worden ist oder nicht (S306), wobei, wenn es nicht bestätigt worden ist, der Prozess zum Schritt S303 zurückkehrt. Außerdem wird beurteilt, ob die Phasenwert-Änderungsoperationen eines Bildpunkts, das Beurteilen eines Lichtbündelungszustands und dergleichen an allen Bildpunkten ausgeführt worden sind oder nicht (S307), wobei, wenn sie nicht ausgeführt worden sind, die Bildpunktnummer auf j = j + 1 gesetzt wird, der Prozess zum Schritt S303 zurückkehrt und eine notwendige Operation an dem nächsten Bildpunkt ausgeführt wird.
  • Wenn die notwendigen Operationen an allen Bildpunkten ausgeführt worden sind, wird beurteilt, ob ein gewünschtes Ergebnis beim Entwurf des CGH erhalten worden ist oder nicht (S308). Als ein Beurteilungsverfahren in diesem Fall kann in der gleichen Weise wie in dem Fall eines ORA-Verfahrens z. B. ein Verfahren zum Beurteilen, ob sich die Werte einer Lichtbündelungsintensität, einer Amplitude, einer komplexen Amplitude und dergleichen, die in jedem Lichtbündelungspunkt erhalten werden, innerhalb der zulässigen Bereiche befinden oder nicht, verwendet werden. Oder es kann in dem Ablaufplan nach 10 ein Verfahren verwendet werden, bei dem es durch Bedingungen, wie z. B. ob eine spezifische Anzahl von Schleifen des Änderns eines Phasenwerts, des Beurteilens eines Lichtbündelungszustands und dergleichen ausgeführt worden ist, beurteilt wird. In dem Fall, in dem die notwendigen Bedingungen erfüllt sind, ist der Entwurfsalgorithmus für ein CGH abgeschlossen. In dem Fall, in dem die Bedingungen nicht erfüllt sind, kehrt der Prozess zum Schritt S303 zurück, um die Suchen von dem ersten Bildpunkt zu wiederholen.
  • Hier ist eine Beschreibung für die oben beschriebenen Beispiele des Verfahrens zum Entwerfen eines Modulationsmusters gegeben, wobei in allen von diesen das Bestrahlungsobjekt 18 ein paralleles ebenes Substrat ist, wobei es in der Praxis außerdem vorstellbar ist, dass ein Medium in dem Ausbreitungsweg des Lichts, wie z. B. das Objekt 15, in einem Winkel α bezüglich der optischen Achse geneigt ist. Eine große Neigung α würde verursachen, dass zusätzlich zu der sphärischen Aberration ein Astigmatismus auftritt. In einem derartigen Fall wird die Neigung α des Objekts 15 zusätzlich zu der NA der Objektivlinse, der Brennweite f, dem Brechungsindex n1 des umgebenden Mediums, dem Brechungsindex n2 des Bestrahlungsobjekts 15 und der Lichtintensitätsverteilung Ij-in des auf den SLM einfallenden Laserlichts außerdem bestimmt.
  • In dem oben beschriebenen Entwurfsbeispiel wird die zweidimensionale Aberrationsbedingung durch die analytische Technik unter Verwendung der umgekehrten Strahlverfolgung abgeleitet, wobei dies so ist, weil die sphärische Aberration eine Aberration mit Axialsymmetrie ist. Im Gegensatz dazu kann in dem Fall, in dem die Neigung α des Mediums usw. das Auftreten eines Astigmatismus verursachen kann und folglich die Aberration nicht mehr axialsymmetrisch ist usw., die Aberrationsbedingung durch ein geeignetes Verfahren, das diesem entspricht, abgeleitet werden, wobei dann das CGH unter Verwendung der erhaltenen Aberrationsbedingung ϕOPD entworfen werden kann.
  • Weil ferner das Laserlicht an einer beliebigen Position als ein Lichtbündelungspunkt gebündelt wird, ist es außerdem vorstellbar, dass das Laser-Lichtstrahlenbündel in einer Position, die von der der optischen Achse verschieden ist, gebündelt werden kann. Dies ist nicht so problematisch, wenn der Beugungswinkel des Strahlenbündels klein ist, wenn jedoch der Winkel groß ist, gibt es zusätzlich zu der sphärischen Aberration einen Astigmatismus. In einem derartigen Fall kann die Neigung β des Strahlenbündels bestimmt werden, wie oben beschrieben worden ist, wobei die Aberrationsbedingung durch ein geeignetes Verfahren, das diesem entspricht, abgeleitet werden kann, wobei dann das CGH unter Verwendung der erhaltenen Aberrationsbedingung ϕOPD entworfen werden kann.
  • Hinsichtlich einer Lichtbündelungs-Sollintensität Is-des des Laserlichts in jedem Lichtbündelungspunkt s kann das CGH außerdem entworfen werden, indem die Lichtdurchlässigkeit des Materials, z. B. des Bestrahlungsobjekts 15, berücksichtigt wird und dann die Intensität Is-des in Abhängigkeit von der Bestrahlungstiefe eingestellt wird, d. h., indem die Intensität Is-des in Abhängigkeit von der Bestrahlungstiefe zs geändert wird.
  • Weil ferner der SLM eine periodische Bildpunktstruktur aufweist, stellt das CGH, das auf den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, verschiedene Intensitäten des durch die Ortsfrequenz gebeugten Lichts bereit. Folglich kann unter Berücksichtigung derartiger Beugungsintensitäten das CGH außerdem durch das Ändern der Intensität Is-des in Abhängigkeit von der Bestrahlungsposition (us, vs) und der Bestrahlungstiefe zs entworfen werden.
  • Es kann außerdem vorstellbar sein, dass es immer noch Variationen der Intensität gibt, selbst wenn die Intensität Is-des eingestellt wird, wie oben beschrieben worden ist. In einem derartigen Fall kann das CGH außerdem durch das Beobachten des Ergebnisses der Bestrahlung mit Laserlicht, wie z. B. eines Bearbeitungsergebnisses, wie z. B. des Betrags der Änderung des Brechungsindexes, die in einem Bestrahlungsabschnitt auftritt, und dann das Ändern der Intensität Is-des durch Rückkopplung bezüglich deren Beobachtungsergebnis entworfen werden.
  • Um ferner das Bestrahlungsobjekt 15 durch Lichtbündelungsbestrahlung an deren Lichtbündelungspunkt mit Laserlicht zu bearbeiten, ist im Vorhergehenden ein Beispiel gezeigt worden, in dem eine optische integrierte Schaltung durch die interne Bearbeitung von Glas hergestellt wird, wobei jedoch das Material des Bearbeitungsobjekts 15 in dem Fall des Ausführen der Laserbearbeitung nicht auf ein Glasmedium eingeschränkt ist, wobei aber verschiedene Materialien, wie z. B. Silicium im Inneren, SiC und dergleichen, z. B. als die zu bearbeitenden Objekte dienen können.
  • Ferner ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beschreibung hauptsächlich unter der Annahme der Laserbearbeitung des Inneren des Objekts 15 durch die Lichtbündelungsbestrahlung für das Bestrahlungsobjekt 15 mit Laserlicht gegeben worden, wobei jedoch die oben beschriebene Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung unter Verwendung der Lichtmodulations-Steuervorrichtung und des Verfahrens zum Entwerfen eines Modulationsmusters für verschiedene Vorrichtungen außer einer Laserbearbeitungsvorrichtung, z. B. Lasermikroskope, wie z. B. Laserrastermikroskope für die Zellbeobachtung, verwendet werden kann.
  • 11 ist eine graphische Darstellung, die eine Konfiguration einer Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, die die Lichtmodulations-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält, zeigt. Die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1B der vorliegenden Ausführungsform ist in der gleichen Weise wie die in 1 gezeigte Konfiguration konfiguriert, die die Laserlichtquelle 10, den beweglichen Objekttisch 18, den räumlichen Lichtmodulator 20, die Ansteuerungsvorrichtung 28 und die Lichtmodulations-Steuervorrichtung 30 enthält, wobei zusätzlich dazu die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung ferner eine Detektionseinheit 40, eine Linse 41 und einen dichroitischen Spiegel 42 enthält.
  • Der dichroitische Spiegel 42 ist zwischen der Linse 22, die das optische 4f-System bildet, und der Objektivlinse 25 in dem optischen Laserlicht-Bestrahlungssystem angeordnet. Ferner ist das Licht von dem Bestrahlungsobjekt 15, das an dem dichroitischen Spiegel 42 reflektiert wird, so konfiguriert, dass es über die Linse 41 auf die Detektionseinheit 40 einfällt.
  • In dieser Weise ist die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1B nach 11 als ein Laserrastermikroskop zum Bestrahlen der Beobachtungsprobe 15 des Bestrahlungsobjekts mit Laserlicht und dann zum Ausführen der Beobachtung durch die Detektionseinheit 40, z. B. des reflektierten Lichts, des gestreuten Lichts oder der Fluoreszenz von der Probe 15, konfiguriert. Hier wird die Probe 15 durch das Bewegen der Probe 15 unter Verwendung des beweglichen Objekttischs 18 in 11 mit einem Laser abgetastet, wobei jedoch ein beweglicher Mechanismus, ein Galvanospiegel oder dergleichen außerdem auf der Seite des optischen Systems vorgesehen sein kann.
  • 12 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Lichtbündelungsbestrahlung auf das Bestrahlungsobjekt (die Beobachtungsprobe) 15 mit Laserlicht in der Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung 1B, die in 11 gezeigt ist, zeigt. Bei der Zellbeobachtung mit der Zelle als die Probe 15 usw., wie in 12 gezeigt ist, ist es z. B. vorstellbar, dass die Zelle beobachtet werden kann, so dass sie in Abhängigkeit von der Beobachtungsposition verschiedene Formen aufweist. In einem derartigen Fall ist es notwendig, die Phase ϕOPD der Aberrationsbedingung in Abhängigkeit von den jeweiligen Formen zu bestimmen.
  • Ferner tritt in dem Laserrastermikroskop eine Fehlanpassung der Brechungsindizes nicht nur beim Prozess des Konvergierens des Laserlichts auf, sondern außerdem bei dem Prozess des Divergierens während der Beobachtung. In diesem Fall ist es außerdem vorstellbar, die Aberrationsbedingung ϕOPD abzuleiten und das CGH unter Berücksichtigung des Prozesses des Divergierens abzuleiten und ferner das reflektierte Licht, das gestreute Licht, die Fluoreszenz oder dergleichen unter Verwendung eines weiteren SLM zu korrigieren. In dieser Weise kann erwartet werden, die Genauigkeit der Probenbeobachtung, z. B. in einem konfokalen Mikroskop usw., zu verbessern.
  • Ferner ist in der oben beschriebenen Ausführungsform eine Beschreibung für die Ausführungsform der Phasenmodulation des Laserlichts mit einer einzigen Wellenlänge gegeben worden, es kann jedoch außerdem annehmbar sein, es zu ermöglichen, dass mehrere Komponenten des Laserlichts von mehreren Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen auf den SLM einfallen, und dann ein Modulationsmuster in dem SLM darzustellen, um die mehreren Lichtkomponenten mit verschiedenen Wellenlängen zu modulieren, um die jeweiligen Phasen zu modulieren. Siehe z. B. das Nicht-Patentdokument 8 für ein Verfahren zum Entwerfen eines Modulationsmusters zum gleichzeitigen Modulieren mehrerer Lichtkomponenten mit verschiedenen Wellenlängen.
  • Nun wird eine Beschreibung für einen spezifischen Fall gegeben, in dem die Konfiguration der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, um mehrere Wellenlängen zu steuern. Beim Erfassen der Informationen über die Lichtbündelungsbedingungen erfasst der Prozess die Informationen über die Lichtbündelungsposition eines Punkts s und die zu bündelnde Wellenlänge. Dann wird die Aberrationsbedingung ϕOPD für jeden Punkt s bestimmt, wobei dann die Ausbreitungsfunktionen ϕjs, die sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge und der Position unterscheiden, in die ϕjs' für die Verwendung umgesetzt werden.
  • Das Lichtmodulations-Steuerverfahren, das Steuerprogramm, die Steuervorrichtung und die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform und die oben beschriebenen Konfigurationsbeispiele eingeschränkt, wobei verschiedene Modifikationen davon möglich sind. Eine Konfiguration eines optischen Systems, das eine Laserlichtquelle und einen räumlichen Lichtmodulator enthält, ist z. B. nicht auf die in 1 und 11 gezeigten Konfigurationsbeispiele eingeschränkt, wobei spezifisch verschiedene Konfigurationen verwendet werden können.
  • Ferner können hinsichtlich des Entwurfs des Modulationsmusters (CGH), das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, verschiedene spezifische Verfahren außer jeden Beispielen, wie oben beschrieben worden sind, außerdem verwendet werden. Im Allgemeinen kann bei dem Entwurf des Modulationsmusters durch das Konzentrieren auf eine Wirkung durch eine Änderung des Phasenwerts des Modulationsmusters in einem Bildpunkt auf den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt der Phasenwert so geändert werden, dass der Lichtbündelungszustand näher an den Sollzustand gebracht wird, wobei dann das Modulationsmuster durch das Ausführen derartiger Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters entworfen werden kann, wobei ferner beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt für die Ausbreitung des Lichtes von dem Bildpunkt j in dem Modulationsmuster des räumlichen Lichtmodulators zu dem Lichtbündelungspunkt s die Aberrationsbedingung zu der Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung hinzugefügt werden kann, die dann in die Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Verwendung umgesetzt wird.
  • Das Lichtmodulations-Steuerverfahren gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist (1) ein Lichtmodulations-Steuerverfahren unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung des Laserlichts auf einen festgelegten Bündelungspunkt durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, wobei das Verfahren (2) einen Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt zum Erfassen eines Einfallsmusters des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, eines ersten Brechungsindexes n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und eines zweiten Brechungsindexes n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung des Laserlichts, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; (3) einen Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsschritt zum Festlegen der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung des Laserlichts; (4) einen Aberrationsbedingungs-Ableitungsschritt zum Ableiten einer Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu den Lichtbündelungspunkten s verursacht wird; und (5) einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der in dem Aberrationsbedingungs-Ableitungsschritt abgeleiteten Aberrationsbedingung, enthält, wobei (6) in dem Modulationsmuster-Entwurfsschritt durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung des Phasenwertes in einem Bildpunkt eines Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und, um den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt auszuwerten, eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  • Ferner ist das Lichtmodulations-Steuerprogramm gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform (1) ein Programm, das es einem Computer ermöglicht, eine Lichtmodulationssteuerung unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung des Laserlichts auf einen festgelegten Bündelungspunkt durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, auszuführen, wobei das Programm es dem Computer ermöglicht, (2) eine Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsverarbeitung zum Erfassen eines Einfallsmusters des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, eines ersten Brechungsindexes n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und eines zweiten Brechungsindexes n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung des Laserlichts, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; (3) eine Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsverarbeitung zum Festlegen der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung des Laserlichts; (4) eine Aberrationsbedingungs-Ableitungsverarbeitung zum Ableiten einer Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkten s verursacht wird; und (5) eine Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung zum Entwerfen des Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der bei der Aberrationsbedingungs-Ableitungsverarbeitung abgeleiteten Aberrationsbedingung auszuführen, wobei (6) bei der Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung eines Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und, um den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt auszuwerten, eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  • Ferner ist die Lichtmodulations-Steuervorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform (1) eine Lichtmodulations-Steuervorrichtung unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung des Laserlichts auf einen festgelegten Bündelungspunkt durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, ist, wobei die Vorrichtung (2) Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Einfallsmusters des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, eines ersten Brechungsindexes n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und eines zweiten Brechungsindexes n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung des Laserlichts, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; (3) Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsmittel zum Festlegen der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung des Laserlichts; (4) Aberrationsbedingungs-Ableitungsmittel zum Ableiten einer Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird; und (5) Modulationsmuster-Entwurfsmittel zum Entwerfen des Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der in den Aberrationsbedingungs-Ableitungsmitteln abgeleiteten Aberrationsbedingung enthält, wobei (6) in den Modulationsmuster-Entwurfsmitteln durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung des Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und, um den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt auszuwerten, eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  • Hier ist es bei dem Lichtmodulations-Steuerverfahren, dem Steuerprogramm und der Steuervorrichtung, die oben beschrieben worden sind, beim Ableiten der Aberrationsbedingung als die Aberrationsbedingung für die Ausbreitung des Lichts von dem Bildpunkt j zum dem Lichtbündelungspunkt s bevorzugt, eine Phase Φj-OPD, die einen optischen Wegunterschied während der Ausbreitung zeigt, zu bestimmen und beim Entwerfen des Modulationsmusters die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, durch die folgende Umsetzungsformel zu bestimmen. ϕjs' = ϕjs + Φj-OPD
  • Gemäß einer derartigen Konfiguration kann die Ausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung vorzugsweise in die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, umgesetzt werden.
  • Ferner ist es bei dem Lichtmodulations-Steuerverfahren, dem Steuerprogramm und der Steuervorrichtung beim Entwerfen des Modulationsmusters bevorzugt, eine komplexe Amplitude Us, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, durch die folgende Formel Us = Asexp(iϕs) = EjAj-inexp(iϕjs')exp(i(ϕj + ϕj-in)) zu bestimmen, wobei Aj-in die Einfallsamplitude des Laserlichts auf den Bildpunkt j des räumlichen Lichtmodulators ist, ϕj-in die Phase ist und ϕj der Phasenwert in dem Bildpunkt j ist. Dies macht es möglich, vorzugsweise den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt auszuwerten.
  • Als eine spezifische Konfiguration bei dem Entwurf des Modulationsmusters kann beim Ändern des Phasenwerts des Bildpunkts j des Modulationsmusters eine Konfiguration verwendet werden, bei der der Phasenwert durch einen Wert geändert wird, der auf der Grundlage der Phase ϕs der komplexen Amplitude, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, der Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, und dem Phasenwert ϕj, bevor er geändert wird, in dem Bildpunkt j analytisch bestimmt wird. Derartige Verfahren zum Aktualisieren des Phasenwerts in einer analytischen Weise können z. B. das ORA-Verfahren (Verfahren eines optimalen Drehwinkels) enthalten. Oder es kann beim Ändern des Phasenwerts des Bildpunkts j des Modulationsmusters eine Konfiguration verwendet werden, bei der der Phasenwert durch einen Wert geändert wird, der durch eine Suche unter Verwendung irgendeines Verfahrens eines Bergsteigeverfahrens, eines Verfahrens des simulierten Glühens und eines genetischen Algorithmus bestimmt wird.
  • Ferner kann für das erste und das zweite Ausbreitungsmedium, die in dem Ausbreitungsweg des Laserlichts vorhanden sind, z. B. eine Konfiguration verwendet werden, in der das zweite Ausbreitungsmedium ein Bestrahlungsobjekt ist, in dem der Lichtbündelungspunkt festgelegt ist, und das erste Ausbreitungsmedium ein umgebendes Medium ist, das zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Bestrahlungsobjekt vorhanden ist. Hier kann das umgebende Medium außer Luft oder dergleichen außerdem Wasser, Öl oder dergleichen sein. Es kann außerdem drei oder mehr Medien zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Lichtbündelungspunkt geben.
  • Ferner kann die Lichtmodulations-Steuervorrichtung außerdem Lichtmodulatoransteuerungs-Steuermittel enthalten, die dem räumlichen Lichtmodulator eine Steuerung der Ansteuerung bereitstellen und in dem räumlichen Lichtmodulator das Modulationsmuster darstellen, das durch die Modulationsmuster-Entwurfsmittel entworfen worden ist. Ferner können derartige Lichtmodulatoransteuerungs-Steuermittel außerdem als eine separate Vorrichtung anders als die Lichtmodulations-Steuervorrichtung zum Entwerfen des Modulationsmusters vorgesehen sein.
  • Die Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform enthält (a) eine Laserlichtquelle zum Zuführen von Laserlicht; (b) einen räumlichen Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps zum Eingeben von Laserlicht in ihn, Modulieren der Phase des Laserlichts und Ausgeben des modulierten Laserlichts nach der Modulation der Phase; und (c) die Lichtmodulations-Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, wie oben beschrieben worden ist, zum Steuern der Lichtbündelungsbestrahlung auf den festgelegten Lichtbündelungspunkt mit dem modulierten Laserlicht durch das Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist.
  • Eine derartige Konfiguration ermöglicht der Lichtmodulations-Steuervorrichtung, den Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt vorzugsweise und zuverlässig zu steuern, wodurch die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen einzigen oder mehrere Lichtbündelungspunkte, der bzw. die in dem Bestrahlungsobjekt festgelegt ist bzw. sind, mit dem Laserlicht vorzugsweise erreicht werden kann, wobei die Operation, wie z. B. die Bearbeitung und die Beobachtung des Objekts, dadurch außerdem vorzugsweise erreicht werden kann. Eine derartige Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung kann z. B. als eine Laserbearbeitungsvorrichtung oder ein Lasermikroskop verwendet werden. Hier ist es bevorzugt, einen räumlichen Lichtmodulator, der mehrere zweidimensional angeordnete Bildpunkte aufweist und die Phase des Laserlichts an den jeweiligen der mehreren Bildpunkte moduliert, als den räumlichen Lichtmodulator zu verwenden.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ist als ein Lichtmodulations-Steuerverfahren, ein Steuerprogramm, eine Steuervorrichtung und eine Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, die den Lichtbündelungszustand von Laserlicht in einem Lichtbündelungspunkt vorzugsweise steuern können, anwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1A, 1B
    Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung,
    10
    Laserlichtquelle,
    11
    Strahlaufweiter,
    12
    reflektierender Spiegel,
    13
    reflektierender Spiegel,
    15
    Bestrahlungsobjekt,
    18
    beweglicher Objekttisch,
    20
    räumlicher Lichtmodulator,
    21
    optische 4f-Systemlinse,
    22
    optische 4f-Systemlinse,
    25
    Objektivlinse,
    28
    Lichtmodulator-Ansteuervorrichtung
    30
    Lichtmodulations-Steuervorrichtung,
    31
    Bestrahlungsbedingungs-Erfassungseinheit,
    32
    Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungseinheit,
    33
    Aberrationsbedingungs-Ableitungseinheit,
    34
    Modulationsmuster-Entwurfseinheit,
    35
    Lichtmodulatoransteuerungs-Steuereinheit,
    37
    Eingabevorrichtung,
    38
    Anzeigevorrichtung,
    40
    Detektionseinheit,
    41
    Linse,
    42
    dichroitischer Spiegel.

Claims (20)

  1. Lichtmodulations-Steuerverfahren unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen festgelegten Bündelungspunkt mit dem Laserlicht durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, wobei das Lichtmodulations-Steuerverfahren umfasst: einen Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsschritt zum Erfassen eines Einfallsmusters des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, eines ersten Brechungsindexes n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und eines zweiten Brechungsindexes n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung für das Laserlicht, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; einen Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsschritt zum Festlegen der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung für das Laserlicht; einen Aberrationsbedingungs-Ableitungsschritt zum Ableiten einer Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird; und einen Modulationsmuster-Entwurfsschritt zum Entwerfen des Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der in dem Aberrationsbedingungs-Ableitungsschritt abgeleiteten Aberrationsbedingung, wobei in dem Modulationsmuster-Entwurfsschritt durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung eines Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  2. Lichtmodulations-Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei als die Aberrationsbedingung für die Ausbreitung des Lichts von dem Bildpunkt j zum dem Lichtbündelungspunkt s der Aberrationsbedingungs-Ableitungsschritt eine Phase Φj-OPD, die einen optischen Wegunterschied während der Ausbreitung zeigt, bestimmt, und der Modulationsmuster-Entwurfsschritt die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, durch die folgende Umsetzungsformel bestimmt. ϕjs' = ϕjs + Φj-OPD
  3. Lichtmodulations-Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Modulationsmuster-Entwurfsschritt eine komplexe Amplitude Us, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, durch die folgende Formel Us = Asexp(iϕs) = ΣjAj-inexp(iϕjs')exp(i(ϕj + ϕj-in)) bestimmt, wobei Aj-in die Einfallsamplitude des Laserlichts auf den Bildpunkt j des räumlichen Lichtmodulators ist, ϕj-in die Phase ist und ϕj der Phasenwert in dem Bildpunkt j ist.
  4. Lichtmodulations-Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters der Modulationsmuster-Entwurfsschritt den Phasenwert durch einen Wert ändert, der auf der Grundlage der Phase ϕs der komplexen Amplitude, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, der Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, und des Phasenwerts ϕj, bevor er geändert wird, in dem Bildpunkt j analytisch bestimmt wird.
  5. Lichtmodulations-Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters der Modulationsmuster-Entwurfsschritt den Phasenwert durch einen Wert ändert, der durch eine Suche unter Verwendung irgendeines Verfahrens eines Bergsteigeverfahrens, eines Verfahrens des simulierten Glühens und eines genetischen Algorithmus bestimmt wird.
  6. Lichtmodulations-Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Ausbreitungsmedium ein Bestrahlungsobjekt ist, in dem der Lichtbündelungspunkt festgelegt ist, und das erste Ausbreitungsmedium ein umgebendes Medium ist, das zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Bestrahlungsobjekt vorhanden ist.
  7. Lichtmodulations-Steuerprogramm, das es einem Computer ermöglicht, eine Lichtmodulationssteuerung unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen festgelegten Bündelungspunkt mit dem Laserlicht durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, wobei das Programm es dem Computer ermöglicht, auszuführen: eine Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsverarbeitung zum Erfassen eines Einfallsmusters des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, eines ersten Brechungsindexes n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und eines zweiten Brechungsindexes n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung für das Laserlicht, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; eine Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsverarbeitung zum Festlegen der Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und der Lichtbündelungsposition und der Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung für das Laserlicht; eine Aberrationsbedingungs-Ableitungsverarbeitung zum Ableiten einer Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird; und eine Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung zum Entwerfen des Modulationsmusters, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der bei der Aberrationsbedingungs-Ableitungsverarbeitung abgeleiteten Aberrationsbedingung, wobei bei der Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung eines Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  8. Lichtmodulations-Steuerprogramm nach Anspruch 7, wobei als die Aberrationsbedingung für die Ausbreitung des Lichts von dem Bildpunkt j zum dem Lichtbündelungspunkt s die Aberrationsbedingungs-Ableitungsverarbeitung eine Phase Φj-OPD, die einen optischen Wegunterschied während der Ausbreitung zeigt, bestimmt, und die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, durch die folgende Umsetzungsformel bestimmt. ϕjs' = ϕjs + Φj-OPD
  9. Lichtmodulations-Steuerprogramm nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung eine komplexe Amplitude Us, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, durch die folgende Formel Us = Asexp(iϕs) = ΣjAj-inexp(iϕjs')exp(i(ϕj + ϕj-in)) bestimmt, wobei Aj-in die Einfallsamplitude des Laserlichts auf den Bildpunkt j des räumlichen Lichtmodulators ist, ϕj-in die Phase ist und ϕj der Phasenwert in dem Bildpunkt j ist.
  10. Lichtmodulations-Steuerprogramm nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung den Phasenwert durch einen Wert ändert, der auf der Grundlage der Phase ϕs der komplexen Amplitude, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, der Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, und des Phasenwerts ϕj, bevor er geändert wird, in dem Bildpunkt j analytisch bestimmt wird.
  11. Lichtmodulations-Steuerprogramm nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters die Modulationsmuster-Entwurfsverarbeitung den Phasenwert durch einen Wert ändert, der durch eine Suche unter Verwendung irgendeines Verfahrens eines Bergsteigeverfahrens, eines Verfahrens des simulierten Glühens und eines genetischen Algorithmus bestimmt wird.
  12. Lichtmodulations-Steuerprogramm nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das zweite Ausbreitungsmedium ein Bestrahlungsobjekt ist, in dem der Lichtbündelungspunkt festgelegt ist, und das erste Ausbreitungsmedium ein umgebendes Medium ist, das zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Bestrahlungsobjekt vorhanden ist.
  13. Lichtmodulations-Steuervorrichtung unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators des Phasenmodulationstyps, in den Laserlicht eingegeben wird und der dann die Phase des Laserlichts moduliert, um das phasenmodulierte Laserlicht auszugeben, und der die Lichtbündelungsbestrahlung auf einen festgelegten Bündelungspunkt mit dem Laserlicht durch ein Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert, wobei die Vorrichtung umfasst: Bestrahlungsbedingungs-Erfassungsmittel, die ein Einfallsmuster des Laserlichts auf den räumlichen Lichtmodulator, einen ersten Brechungsindex n1 eines ersten Ausbreitungsmediums in einem Ausbreitungsweg des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt und einen zweiten Brechungsindex n2 eines zweiten Ausbreitungsmediums, das so angeordnet ist, dass es sich näher bei der Seite des Lichtbündelungspunkts als das erste Ausbreitungsmedium befindet, als eine Bestrahlungsbedingung für das Laserlicht erfassen, wobei der zweite Brechungsindex von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; Lichtbündelungsbedingungs-Festlegungsmittel, die die Anzahl st der Lichtbündelungspunkte für die Lichtbündelungsbestrahlung mit dem Laserlicht von dem räumlichen Lichtmodulator (st ist eine ganze Zahl von 1 oder größer) und die Lichtbündelungsposition und die Lichtbündelungsintensität jedes der st Lichtbündelungspunkte s als eine Lichtbündelungsbedingung für das Laserlicht festlegen; Aberrationsbedingungs-Ableitungsmittel, die eine Aberrationsbedingung, die durch das erste Ausbreitungsmedium und das zweite Ausbreitungsmedium, die voneinander verschiedene Brechungsindizes aufweisen, bei der Ausbreitung des Laserlichts von dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verursacht wird, ableiten; und Modulationsmuster-Entwurfsmittel, die das Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, unter Berücksichtigung der in den Aberrationsbedingungs-Ableitungsmitteln abgeleiteten Aberrationsbedingung entwerfen, wobei in den Modulationsmuster-Entwurfsmitteln durch das Annehmen mehrerer zweidimensional angeordneter Bildpunkte in dem räumlichen Lichtmodulator und das Konzentrieren auf eine Wirkung auf einen Lichtbündelungszustand des Laserlichts in dem Lichtbündelungspunkt durch eine Änderung eines Phasenwertes in einem Bildpunkt des Modulationsmusters, das in den mehreren Bildpunkten darzustellen ist, der Phasenwert so geändert wird, dass der Lichtbündelungszustand näher an einen Sollzustand gebracht wird, und derartige Phasenwert-Änderungsoperationen an allen Bildpunkten des Modulationsmusters ausgeführt werden, um dadurch das Modulationsmuster zu entwerfen, und beim Auswerten des Lichtbündelungszustands in dem Lichtbündelungspunkt eine Ausbreitungsfunktion ϕjs' für die Ausbreitung des Lichts von einem Bildpunkt j des Modulationsmusters in dem räumlichen Lichtmodulator zu dem Lichtbündelungspunkt s verwendet wird, wobei die Ausbreitungsfunktion von einer Wellenausbreitungsfunktion ϕjs für die freie Ausbreitung durch ein homogenes Ausbreitungsmedium durch das Hinzufügen der Aberrationsbedingung zu ihr umgesetzt wird.
  14. Lichtmodulations-Steuervorrichtung nach Anspruch 13, wobei als die Aberrationsbedingung für die Ausbreitung des Lichts von dem Bildpunkt j zum dem Lichtbündelungspunkt s die Aberrationsbedingungs-Ableitungsmittel eine Phase Φj-OPD, die einen optischen Wegunterschied während der Ausbreitung zeigt, bestimmen, und die Modulationsmuster-Entwurfsmittel die Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, durch die folgende Umsetzungsformel bestimmen. ϕjs' = ϕjs + Φj-OPD
  15. Lichtmodulations-Steuervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Modulationsmuster-Entwurfsmittel eine komplexe Amplitude Us, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, durch die folgende Formel Us = Asexp(iϕs) = ΣjAj-inexp(iϕjs')exp(i(ϕj + ϕj-in)) bestimmen, wobei Aj-in die Einfallsamplitude des Laserlichts auf den Bildpunkt j des räumlichen Lichtmodulators ist, ϕj-in die Phase ist und ϕj der Phasenwert in dem Bildpunkt j ist.
  16. Lichtmodulations-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters die Modulationsmuster-Entwurfsmittel den Phasenwert durch einen Wert ändern, der auf der Grundlage der Phase ϕs der komplexen Amplitude, die den Lichtbündelungszustand in dem Lichtbündelungspunkt s angibt, der Ausbreitungsfunktion ϕjs', die die Aberrationsbedingung berücksichtigt, und des Phasenwerts ϕj, bevor er geändert wird, in dem Bildpunkt j analytisch bestimmt wird.
  17. Lichtmodulations-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei beim Ändern des Phasenwerts in dem Bildpunkt j des Modulationsmusters die Modulationsmuster-Entwurfsmittel den Phasenwert durch einen Wert ändern, der durch eine Suche unter Verwendung irgendeines Verfahrens eines Bergsteigeverfahrens, eines Verfahrens des simulierten Glühens und eines genetischen Algorithmus bestimmt wird.
  18. Lichtmodulations-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das zweite Ausbreitungsmedium ein Bestrahlungsobjekt ist, in dem der Lichtbündelungspunkt festgelegt ist, und das erste Ausbreitungsmedium ein umgebendes Medium ist, das zwischen dem räumlichen Lichtmodulator und dem Bestrahlungsobjekt vorhanden ist.
  19. Lichtmodulations-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, die ferner umfasst: Lichtmodulationsansteuerungs-Steuermittel, die dem räumlichen Lichtmodulator eine Steuerung der Ansteuerung bereitstellen und in dem räumlichen Lichtmodulator das Modulationsmuster, das durch die Modulationsmuster-Entwurfsmittel entworfen worden ist, darstellen.
  20. Laserlicht-Bestrahlungsvorrichtung, die umfasst: eine Laserlichtquelle zum Zuführen von Laserlicht; einen räumlichen Lichtmodulator des Phasenmodulationstyps zum Eingeben von Laserlicht in ihn, Modulieren der Phase des Laserlichts und Ausgeben des phasenmodulierten Laserlichts; und die Lichtmodulations-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, die die Lichtbündelungsbestrahlung auf den festgelegten Lichtbündelungspunkt mit dem Laserlicht durch das Modulationsmuster, das in dem räumlichen Lichtmodulator darzustellen ist, steuert.
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