JP2002207202A

JP2002207202A - 光学装置およびそれを用いた光加工システム

Info

Publication number: JP2002207202A
Application number: JP2001282208A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Amako; 淳尼子; Hirotsuna Miura; 弘綱三浦; Tomio Sonehara; 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2002-07-26
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JP3475947B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】１液晶空間光変調器を用いて、光利用効率が高
くかつ平面ばかりでなく曲面へもパターン刻印が可能な
光学装置を提供する、２液晶空間光変調器を用いて、光
利用率が高くかつ曲面の立体形成が可能な光学装置を提
供する、３これらなお光学装置をロボットへ搭載して、
汎用性の高い光加工システムを提供する。【解決手段】少なくとも、コヒーレント光源１０１と、
前記コヒーレント光源からの光の波面を制御するための
液晶空間光変調器１０４と、前記液晶光変調器へ複素振
幅分布を記録する手段１０８，１０９を備えていること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント光
源と空間光変調器を組み合わせて応用した、パターン再
生のための光学装置、および、この光学装置を用いた
光加工システム、に関する。

【背景技術】ここでは、光を利用したパターン刻印技術
を引用しながら、従来の技術について説明する。

【０００２】従来の光を利用したパターン刻印装置（レ
ーザ刻印装置）には、大きく分けて次のふたつの方式が
あった。

【０００３】（1）レーザビーム走査方式（2）マスク方式（1）の方式では、ガルバノミラーやポリゴンミラーに
より、レーザビームをパターンに合わせて2次元的に走
査して、試料へ刻印をおこなっていた（特開昭56−1188
60）。

【０００４】他方、（2）の方式では、刻印したいパタ
ーンが開口部として形成されたマスクへレーザビームを
照射して、結像レンズで試料上へパターンを縮小投影し
て刻印をおこなっていた。マスク媒体には、初期の頃
は、金属板へ開口を形成したものが使用されていた。し
かし、マスク製作に要する費用と工数がかさむため、近
年では、液晶空間光変調器が可変マスクとして注目され
るようになってきた。

【０００５】液晶空間光変調器を可変マスクとして用い
る方式では、液晶空間光変調器の2次元的な光スイッチ
ング効果を利用して、パターンをそのまま濃淡で記録す
る。図20に従来のレーザ刻印装置の構成を示す。レーザ
光源2001から出射された光は、パターンの濃淡マスクが
記録されたTN（ねじれネマティック）モードの液晶空間
光変調器2004を照明する。透過した光をレンズ2005で集
光し、試料106の表面へパターンを結像する。パターン
が結像された試料表面の部分がレーザの熱で蒸発して、
パターンが刻印される。液晶空間光変調器としては、
TN（ねじれネマチック）モード（特開昭60−174671、特
開平1−176563、特開平1−176564、特開平1−216851）
や散乱モード（特開平1−1577912、持開平3−18491）
が使われている。

【０００６】上記の他にも、液晶空間光変調器を開口マ
スクとして使ったレーザ刻印装置に関する出願がいくつ
かある。これまでに検索した範囲で抽出できたものを以
下にあげておく。特開昭62−127710、特開昭1−257821、U．S．Patent N
o. 4586053、U．S．Patent No. 4734558、U．S．Pat
ent No. 4818835、U．S．Patent No. 4937424．

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来のレーザ刻
印装置には、液晶空間光変調器に表示された濃淡のパタ
ーンをマスクとして用いるために、光利用効率が低いと
いう問題があった。このために、少数文字列や線画像な
どのように焼き付けたいパターンの総面積が小さい場合
には、大出力のレーザ光源（あるいは励起光源）が必要
になり、生産効率を著しく低めるという問題があった。
また、曲面へのパターンの刻印を実行するには、レン
ズ、ミラーなどの光学素子を奥行き方向へ高速に運動さ
せる必要があり、装置構成が著しく複雑になるという問
題点もあった。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、その目的は、簡便な手段により、光利用効
率が高くかつ曲面へのパターン劾印が可能な光学装置を
提供することと、簡便な手段により、光利用効率が高
くかつ曲面の立体成形が可能な光学装置を提供すること
と、これらの装置をロボットヘ搭載して、汎用性の高
い光加工システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決する手段】本発明の第1の光学装置は、少
なくとも、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源
からの光の波面を制御するための空間光変調器と、前記
空間光変調器へ複素振幅分布を記録する手段を備えてい
ることを特徴とする。

【００１０】本発明の第2の光学装置は、前記第1の光学
装置において、複素振幅分布が位相分布であることを特
徴とする。

【００１１】本発明の第3の光学装置は、前記第1ないし
第2の光学装置において、コヒーレント光源からの光を
空間光変調器へ導くための光学系と、前記空間光変調器
からの光をパターンを再生したい場所へ導くための光学
系を備えていることを特徴とする。

【００１２】本発明の第4の光学装置は、前記第1ないし
第3の光学装置において、空間光変調器へ入力するデー
タが、再生したいパターンの回折像に対応する複素振幅
分布をもとに作成したデータであることを特徴とする。

【００１３】本発明の第5の光学装置は、前記第1ないし
第4の光学装置において、空間光変調器へ入力するデー
タを記憶する手段を備えていることを特徴とする。

【００１４】本発明の第6の光学装置は、前記第1ないし
第5の光学装置において、空間光変調器へ入力するデー
タを作成する手段が、少なくとも、フーリエ変換の手段
を備えていることを特徴とする。

【００１５】本発明の第7の光学装置は、前記第1ないし
第6の光学装置において、空間光変調器へ入力するデー
タを作成する手段が、少なくとも、逆正接を求める手段
を備えていることを特徴とする。

【００１６】本発明の第8の光学装置は、前記第1ないし
第7の光学装置において、空間光変調器へ入力するデー
タを作成する手段が、少なくとも、乱数を発生させる手
段を備えていることを特徴とする。

【００１７】本発明の第9の光学装置は、前記第1ないし
第8の光学装置において、空間光変調器へ入力するデー
タを作成する手段が、少なくとも、レンズ位相分布を求
める手段を備えていることを特徴とする。

【００１８】本発明の第10の光学装置は、前記第1ない
し第9の光学装置において、再生したいパターンの面積
（強度がゼロでない部分）にほぼ比例して、コヒーレン
ト光源の出力を変える手段を備えていることを特徴とす
る。

【００１９】本発明の第11の光学装置は、前記第1ない
し第10の光学装置において、コヒーレント光源からの光
の波面収差を補正する手段を備えていることを特徴とす
る。

【００２０】本発明の第12の光学装置は、前記第1ない
し第11の光学装置において、空間光変調器と試料の間
に、導光部を備えていることを特徴とする。

【００２１】本発明の第13の光学装置は、前記第1ない
し第12の光学装置において、空間光変調器とパターンを
再生したい場所との間に、フーリエ変換レンズを備えて
いることを特徴とする。

【００２２】本発明の第14の光学装置は、前記第1ない
し第13の光学装置において、空間光変調器とパターンを
再生したい場所との間に、フーリエ変換レンズと補助レ
ンズから成る二重回折光学系を備え、かつ、前記フーリ
エ変換レンズと前記補助レンズの間に空間フィルタを備
えていることを特徴とする。

【００２３】本発明の第15の光学装置は、前記第1ない
し第14の光学装置において、補助レンズの駆動手段を備
えていることを特徴とする。

【００２４】本発明の第16の光学装置は、前記第1ない
し第15の光学装置において、空間光変調器が位相変調型
であることを特徴とする。

【００２５】本発明の第17の光学装置は、前記第1ない
し第15の光学装置において、空間光変調器が振幅位相変
調型であることを特徴とする。

【００２６】本発明の第18の光学装置は、前記第1ない
し第17の光学装置において、空間光変調器が液晶空間光
変調器であることを特徴とする。

【００２７】本発明の第19の光学装置は、前記第18の光
学装置において、液晶空間光変調器が、それぞれの対応
する画素が正しく向かい合うように前後に配置された、
ふたつの位相変調型液晶空間光変調器から成ることを特
徴とする。

【００２８】本発明の第20の光学装置は、前記第18の光
刻印装置において、偏光方向が互いに直交するふたつの
光路を備え、かつ前記それぞれの光路に液晶空間光変調
器が配置されて成ることを特徴とする。

【００２９】本発明の第21の光学装置は、前記第1ない
し第20の光学装置において、液晶空間光変調器がアクテ
ィブマトリクス駆動方式であることを特徴とする。

【００３０】本発明の第22の光学装置は、前記第1ない
し第21の光学装置において、被刻印試料の表面形状を計
測する手段を備えていることを特徴とする。

【００３１】本発明の第23の光加工システムは、前記第
1ないし第22の光学装置と、前記光学装置を搭載するロ
ボットを備えていることを特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下では実施例にもとづき、本発
明の内容について詳しく説明する。

【００３３】（実施例1）図1に本発明の光学装置を応用
したレーザ刻印装置の構成を示す。レーザ光源101から
出射されたビームは、ビームエクスパンダ102とコリメ
ートレンズ103により拡大された平行光となり、ECB（電
界制御複屈折）モードの位相変調型液晶空間光変調器10
4を照明する。光は、液晶空間光変調器104に記録された
計算機ホログラムの作用により、2次元的な位相変調を
受ける。そして、フーリエ変挨レンズ105を介して、試
料106の表面に所定のパターンが結像される。この結
果、レーザが照射された試料表面の部分は熱により蒸発
または変質して、パターンが劾印される。107はレーザ
を駆動するための電源、108は液晶空間光変調器の駆動
回路、109はこれを制御する制御装着である。試料へ刻
印したい文字やパターンは、入力装置110から入力す
る。本実施例では、レーザ光源として、波長1．06μmの
YAGレーザを使用した。

【００３４】次に、液晶空間光変調器に記録するデータ
の作成方法と制御装置108の詳細について述べる。

【００３５】本発明では、液晶空間光変調器に記録した
計算機ホログラムからパターンを再生し、このバターン
を試料上へ投写して刻印をおこなう。この点が、従来の
ようにパターンをそのまま強度分布として液晶空間光変
調器へ表示し、この強度分布をレンズ系で試料上へ投影
して刻印をおこなう方式との大きな違いである。

【００３６】本実施例では、液晶空間光変調器へ記録す
る計算機ホログラムとして、キノフォーム（IBM J.Re
s.Dev13,150-155（1969）参照）を用いた。キノフォー
ムは位相構造だけで記録できるので、光利用効率がきわ
めて高いからである。さらに、ひとつの画素にひとつの
位相成分が対応しているので、液晶空間光変調器の限ら
れた数の画素を有効に使うことができる、という長所も
ある。

【００３７】キノフォームの位相構造の計算方法につい
て説明する。まず、振幅分布として与えられた入力画像
（刻印したい文字やパターン）にランダムな位相分布を
重ねる。つぎに、この複素振幅データをフーリエ変換す
る。得られたフーリエ変換像の位相成分だけを取り出し
たものがキノフォームである。なお、われわれの実験に
よれば、はじめに与えるランダム位相は2値で十分であ
る。このキノフォームをフーリエ逆変換すると再生像が
得られる。ただし、一般には入力画像に対する誤差が大
きく、スペックルノイズの多い再生像なる。

【００３８】本発明では、この再生像の品質を改善する
ために、以下のふたつの方法を考案した。（１）反復計算法（２）多重露光法反復計算法とは、入力画像に対する再生像の誤差を補正
しながら繰り返し計算していく方法である。いくつかの
アルゴリズムが提案されており、例えば、Opt.Eng.19,2
97-305（1980）や、Appl.Opt.,12,2328-2335（1973）に
詳細な記述がある。他方、多重露光法とは、ひとつの画
像データから、位相構造が異なる複数のキノフォームを
作り、このキノフォームから次々にパターンを再生し
て、試料上のスペックルノイズを平均化する方法であ
る。以下では、それぞれの方法を実現する具体的なハー
ドウェアの構成について述べる。

【００３９】（１）反復計算法：図2に本実施例で用い
た制御装置108の構成を示す。なお、以下の処理をタイ
ミングを合わせて効率よく行うために、必要に応じて制
御回路201から各回路に制御信号を送る。

【００４０】入力装置109から文字コードで入力された
データは、フォントROM202でドットマトリックスデータ
に変換してから（はじめからドットマトリックスデータ
で与えられていればそのまま）入力バッファ203に保存
する。このバッファから1文字分のデータごとにメモリ2
06に読み出す。

【００４１】一方、乱数発生回路204によって、2値（本
実施例では1と−1）データをランダムに発生させる。こ
の2値データを、文字データのドット数と同じ数ごとに
組にして、メモリ205に保存する。メモリ205と206のデ
ータを乗算回路208で各ドットごとにかけあわせ、メモ
リ209に保有する。

【００４２】このデータを2次元高速複素フーリエ変換
回路212でフーリエ変換し、複素振幅データをメモリ213
に保存する。他方、レンズ位相発生回路210によって作
成したレンズデータをメモリ211に保存する。メモリ211
と213のデータを乗算回路214で各ドットごとにかけあわ
せ、メモリ215に保存する。

【００４３】このデータから逆正接演算回路216によっ
て位相データだけを取り出して、量子化演算回路217で
量子化（本実施例では16レベル）すると、キノフォーム
データが得られる。そして、このキノフォームデータを
出力バッファ218に保存し、1フレームごとに液晶空間光
変調器の駆動回路108に送る。

【００４４】キノフォームの反復計算を行う場合は、メ
モリ213のデータから位相データを取り出し、量子化し
たものをメモリ209に入れればよい。この場合は反復回
数を決めるか、誤差を評価する演算回路を加える必要が
ある。レンズ位相は反復終了後に重ね合わせる。

【００４５】ここで、上記のデータ作成過程におけるレ
ンズ位相の必要性について説明しておく。キノフォーム
の回折効率は理想的には最大100％であるが、実際の空
間光変調器に記録した場合、空間光変調器で変調を受け
ずに素通りする光がわずかにある。この光がフーリエ変
換レンズによって集光されるとスポット状のノイズにな
る。このスポット状のノイズを除くために、本実施例で
はキノフォームにレンズ位相関数を重ねた。空間光変調
器で変調を受けた光は、レンズ位相のためにフーリエ変
換レンズの焦点面からずれた位置（再生像面）で像を結
ぶ。こうするとスポットノイズが見えなくなる。また、
キノフォームの位相分布ヘレンズ位相位相を重ねたこと
により、フーリエ変換レンズなどの光学素子を使用せず
に、パターンを再生することも可能になる。レンズ位相
の焦点距離を選べば、パターンの再生位置および大きさ
を自由に変えることができる。さらに、複数のキノフォ
ームを重ねて記録することにより、奥行きのあるパター
ンを再生することもできる（光学,21,155-156(1992)参
照）。

【００４６】この制御装置108で、反復計算法にしたが
って、キノフォームデータを作成して刻印したところ、
量子化誤差に起因する品質の低下をおさえた、スペック
ルノイズの少ない、均一な刻印をおこなうことができ
た。

【００４７】（２）多重露光法：制御装置の構成は図2
と同じである。まず、ひとつの入力画像に対して複数の
乱数データの組を用意する。つぎに、それそれの乱数デ
ータを使って、制御装昔108でキノフォームデータを作
成する。これらのキノフォームをひとつひとつ再生する
と、それそれ互いに相関のないスペックルノイズを有す
る再生像が得られる。したがって、これらのキノフォー
ムを次々に書き換えれば、スペックルノイズは再生像面
の中で平均化され、再生像のS／N比が向上することにな
る。さらに、液晶空間光変調器の画素間の特性のばらつ
きが相殺されるため、いっそう高い品質の再生像が得ら
れる。

【００４８】再生像をキノフォームの位相分布のフーリ
エ変換で与えることにすると、複数のキノフォームデー
タをつぎつぎに書換ながら刻印をおこなった場合に得ら
れるパターンの強度分布ＩはＩ＝Σ｜Ｆ｛Ｋ｝｜^２・・・・・（１）となる。ここで、Σは強度分布の総和を、Ｋはキノフォ
ームの位相分布を表す。（１）式から、スペックルノイ
ズをはじめ、再生像面内の不均一成分が平均化され、目
立たなくなることが理解できる。

【００４９】このような多重露光法を高速に実行できる
ハードウェア（制御装置108）でキノフォームデータを
計算して刻印したところ、反復計算法に比べてさらに品
質の高い刻印をおこなうことができた。なお、多重露光
法におけるキノフォームデータ計算の際に、先に反復計
算法のところで紹介したアルゴリズム（例えば、Opt.En
g.19,297-305（1980）や、Appl.Opt,12,2328-0000（197
3））を利用することもできる。

【００５０】図3に実験結果の一例を示す。まず、2値の
入力画像データ（文字の部分が1、他が0）に対して、複
数の乱数データを用意した。つぎに、それそれの乱数デ
ータを用いて、キノフォームデータを作成した。これら
のキノフォームをひとつづつ再生すると、互いに相関の
ないスペックルノイズが生じる。そこで、これらを高速
（ここではビデオレート）で書き換えた。こうすると、
再生像の位置は動かないが、スペックルノイズは再生像
面の中で平均化され、画像のS／N比が向上した。図3
（a）に示すように、刻印周分にはスペックルノイズは
全く見えなかった。比較のために、ひとつのキノフォー
ムデータだけで刻印した時の結果を図3（b）に示す。ス
ペックルノイズのせいで、文字部分に欠けが日立つ。ま
た、文字の周囲にもスペックルノイズによる荒れが目に
つく。

【００５１】本実施例の制御装置108は、約10msでひと
つのキノフォーム（256×256の画素を使用）を計算でき
る。液晶空間光変調器の応答に合わせてビデオレートで
キノフォームを書き換え、これにタイミングを合わせて
レーザ駆動用の電源107にトリガー信号を送り、YAGレー
ザを発振させる。

【００５２】つぎに、本実施例で用いた液晶空間光変調
器について説明する。本実施例の液晶空間光変調器は、
名画素にTFT（薄膜トランジスタ）素子を備えたマトリ
クス駆動方式で、少なくともビデオレートでの書き換え
が可能である。液晶分子の初期配向はねじれのないホモ
ジニアス配向であり、光波の位相だけを連続的に変調で
きる（第５１回応物秋季講演、26a-H-10(1990)参照）。
有効画素数は256×256、画素サイズは200×200μｍ^２で
ある。開口部サイズは190×190μｍ^２であり、開口卒は
90である。液晶空間光変調器のレーザが入射する側には
反射防止コートが施されている。

【００５３】ＹＡＧレ−ザ光源の波長(1.06μｍ)に合わ
せて液晶層のリターデーション△ｎｄを調節し、２π以
上の位相変調を実現した。液晶空間光変調器の光変調特
性を図４に示す。液晶分子配向時のプレチルト角を高め
に設定することにより、位相変調にともなう振幅の変化
を実用上問題がない程度に抑えることができた。なお、
レーザ光源１０１からとりだした直線偏光の方位と液晶
空間光変調器の配向は、同じ平面内にそろえてある。レ
ーザ光源１０１からの光がランダム偏光であれば、液晶
空間光変調器の前に偏光板を配置して、偏光板の透過軸
方位を液晶空間光変調器の配向と平行にする。

【００５４】この液晶空間光変調器は、ＴＦＴ素子を保
護するために遮光膜(プラックストライプ)を備えてい
る。一般に、プラスクストライップのような格子構造を
持つものにレーザ光を入射すると、再生画像に高次の回
析像が現れる。これらの回析像の強度は次式で与えられ
る。 η^ｍ＝{（ａ／ｐ）ｓｉｎｃ（πｍａ／ｐ）}^４ ……（２）ここで、ｍは回析次数、ｐは画素の1周期の幅、ａは画
素開口部の幅をそれぞれ表す。

【００５５】（２）式の関係を考慮して、本実施例で
は、遮光部に比べ回口部が非常に大きい液晶空間光変調
器を用いた。すなわち、ｐ＝２００μｍ、ａ＝１９０未
μｍである。このように選ぶと、(２)式におけるｓｉｎ
ｃ関数の零点（πｍａ／ｐ＝π）が、１次以上の再生像
にほぼ重なる。この時、必要とする再生像（０次回折
光）に集まる光は全体の82にも達する。なお、０次回折
光の強度に対する1次以上の回折光の強度は無視てきる
くらいに弱いので、これらの複製像が試料上に刻印され
ることはない。

【００５６】一方、従来の振幅マスク方法では、文字や
パターンを描く線の都分みが開口となっており、光の利
用効率は数％から高々10％程度である。しかも刻印すべ
きドット数の少ない文字(たとえばピリオドやコンマな
ど)に対しても最大の出力で刻印する必要があり、光の
利用効率が非常に低いことがわかる。

【００５７】なお、高次の回折像は強度か弱いのでこの
ままでも問題ないが、ふたつのレンズの間に空間フィル
タを持つ二重回折光学系を用いれば、完全に消すことも
できる。この発明については、後で、別の実施例の中で
述べる。

【００５８】本実用例のレーザ刻印装着では、液晶空間
光変調器から被刻印試料までの距離に応じて、キノフォ
ームデータに重ねるレンズデータの焦点距離を変えて焦
点調節を行っている。レンズの焦点距離を変えれば任意
の位置に再生像を結像できるので、曲面への刻印も容易
に実現できる。

【００５９】なお、上記実施例では、液晶空間光変調器
へキノフォームデータを記録して刻印をおこなったが、
フレネル変換その他の光学変換により計算したホログラ
ムデータを用いることも可能である。

【００６０】以上の構成により、従来の強度変調型液晶
空間光変調器を開口マスクとして用いた場合に比べて、
（１）はるかに高い光利用効率で、平面ばかりでなく曲
面を有する試料に対してもパターンの刻印か可能にな
り、さらに、（２）ひとつの入力画像から作成した、互
いに異なる位相構造を有する複数のキノフォームデータ
をつぎつぎに書換ながら封印することによって、スペッ
クルノイズその他の不均一な強度分布を除き、原画像に
忠実な刻印が可能になった。

【００６１】なお、本実施例の構成で、マトリクス駆動
型の液晶空間光変調器の代わりに光書き込み型の液晶空
間光変調器を用いることも可能である。また、レーザ光
源種類は、被刻印試料の材質ならびに表面状態に合わせ
て選択すればよく、ＹＡＧレーザの他にも、アルゴンレ
ーザ、半導体レーザなどが使用できる。そして、使用す
るレーザ波長に合わせて、十分な位相変調特性が得られ
るように、液晶空間光変調器のリターデーションを調整
すればよい。

【００６２】(実施例２)実施例1で説明したように、位
相変調型液晶空間光変調器に記録された位相関数の波面
再生作用によってパターンを再生しているので、本発明
の刻印方式は、光の利用効率が非常に高い。しかし、文
字パターンによらず一定の光が透過するため、封印すべ
きドット数の少ない文字（たとえばピリオドやコンマな
ど）は明るく、ドット数の多い文字（たとえば画数の多
い漢字など）は暗くなるという問題があった。

【００６３】本発明ではこれを次のようにして解決し
た。図２の制御装置１０８へ加算回路２０７を付加し、
この加算回路２０７によってメモリ２０６にある文字デ
ータの表示ドット数をカウントするようにした(図５)。
レーザ駆動用の電源１０７には、先に述べたトリガー信
号の他に、総表示ドット数を表す信号を送る。レーザ駆
動用の電源１０７は、この信号従って励起光の強度を調
節し、再生像の強度を一定にする。

【００６４】本方式ではもともと光利用効率が高い上
に、大きなレーザ出カを必要とするパターンが少ないの
で、消費するエネルギーも少なく、装置の冷却に関して
も有利になる。

【００６５】（実施例３）図６に本発明のレーザ刻印装
置の別の構成を示す。全体の構成は実施例１とほぼ同じ
である。ただし、実施例1では液晶空間変調器に送るデ
ータを逐次計算したが、実施例１ではあらかじめ用意し
たデータを用いた。

【００６６】実施例1と同様、以下の処理をタイミング
を合わせて効率よく行うために、必要に応じて制御回路
３０１から各回路に制御信号を送る。

【００６７】キーボード３１０から入力された文字コー
ドは入力パッファ６０３に蓄えられる。この文字コード
に対応したキノフォームデータをＲＯＭ６０２やＣＤ−
ＲＯＭ６０４から順に呼び出し、出力バッファ６１８蓄
える。そして、このデータを1フレームごとに液晶空間
光変調器の駆動回路１０８に送る。また、ＲＯＭやＣＤ
−ＲＯＭにはキノフォームデータの他に、刻印される文
字データの表示ドット数を配線してある。

【００６８】本実施例においても、キノフォームのスペ
ックルノイズを低減するために、多重露光法によりパタ
ーン刻印を実行した。まず、ひとつの入力画像データに
対して、複数の乱数データを用意した。つぎに、それぞ
れの乱数データを用いて、キノフォームデータを作成し
た。これらのキノフォームをひとつづつ再生すると、互
いに相関のないスペックルノイズが生じる。そこで、こ
れらを高速（ここではビデオレート）で書き換えれば、
再生像の位置は動かないが、スペックルノイズは再生像
面上で平均化されて、画像のＳ／Ｎ比が向上する、さら
に、液晶空間光変調器の画素間の特性のばらつきが相殺
されるため、高い品質の再生像が得られる。実際に、得
られた再生像には、スペックルノイズは全く見えなかっ
た。

【００６９】多重露光法の他にも、本実施例ではキノフ
ォームデータの計算に、シミュレーテッド・アニーリン
グ法（Science 220,671-680(1983)参照）を用いた。評
価関数値が十分に小さくかつ収束した後のデータを用い
ることにより、位相構造が最適化されたキノフォームデ
ータが得られ、入力画像にほぼ忠実な再生像が得られ
る。したがって、ひとつのキノフォームデータで刻印が
できるため、データを多重化する必要がなく、記憶容量
を大幅に減らすことができた。

【００７０】本実施例では、ＡＳＣＩＩコードで決めら
れた２５６文字についてはＲＯＭに記録し、漢字を含む
種々なフォントの文字や記号についてはＣＤ−ＲＯＭ記
録した。ＣＤ−ＲＯＭのディスクを交換することによ
り、他のフォントの文字や記号刻印することもできる。

【００７１】なお、本実施例ではデータを記録する手段
にＣＤ−ＲＯＭを用いたが、光磁気ディスクやハードデ
ィスクなどを用いてもよい。また、実施例1あるいは実
施例２の構成と組み合わせることも可能である。

【００７２】(実施例４)実施例３の構成に対して、レー
ザ出力を調節する機構を加えた。図6のＲＯＭやＣＤ-Ｒ
ＯＭには、キノフォームデータの他に、刻印される文字
データの表示ドット数を記録してある。この表示ドット
数を表す信号をレーザ駆動用の電源１０７に送る。レー
ザ駆動用の電源１０７はこれに従って励起光の強度を調
節し、再生像の強度を一定にする。

【００７３】本方式では、もともと光利用効率が高い上
に、大きなレーザ出力を必要とするパターンが少ないの
で、消費するエネルギーも少なく、装置の冷却に関して
も有利になる。

【００７４】（実施例５)本実施例の構成を図７に示
す。ここでは、レーザ光源からの光を直接液晶空間光変
調器へ入射した。レーザ光源からの光の波面には、レー
ザ共振器の構造に固有の収差が存在する。そこで、この
収差を補正しなから刻印がおこなえる手投を考案した。

【００７５】まず、収差をまえもって計測しておいて、
その複素共役な波面を与えるデータ(収差補正データ)を
メモリヘ格納しておく。格納する場所は、実施例１ない
し４の構成におけるメモリの一部あるいはＲＯＭの一部
であってもよいし、別に用意した専用のメモリであって
もよい。そして、刻印のタイミングに合わせてキノフォ
ームデータに重ねて、液晶空間光変調器１０４へ記録す
る。こうしてレーザビームの収差を補正することによっ
て、歪のない正確なパターンを刻印することができた。

【００７６】図８は別の構成であって、収差波面の複素
共役な波面を発生させる位相マスク８０１を液晶空間光
変調器の前に配置した。位相マスク８０１は、ガラスや
石英基板をイオンエツチングして作製する。この位相マ
スクは、液晶空間光変調器のレーザビームが入射する側
の基板上にあらかじめ形成しておいてもよい。

【００７７】なお、収差を補正する手段としては、アナ
モルフィック光学素子や、この他の非球面光学素子も有
効である。

【００７８】（実施例６）本実施例は、実施例1ないし
５の構成において、液晶空間光変調器の後ろに導光部を
配置したことを特徽とする。ここでは、実施例１の構成
と、複数プリズムから構成された導光部とを組み合わせ
た構成について説明する。

【００７９】図９に構成を示す。フーリエ変換レンズ９
０１と導光部９０２を介して、試料１０６の表面に所定
のパターンを刻印している。導光部９０２の側面図を図
１０（ａ）に、平面図(上から)を図１０（ｂ）にそれぞ
れ示す。導光部９０２は複数の透明なプリズム１００１
から構成される。これらのプリズム中を、プリズムと空
気の界面で全反射を繰り返しながら、レーザ光が進む。
全反射を利用してレーザ光の進行方向を変更するので、
複数の金属ミラーを使用した場合に比べて、光エネルギ
ーの損失が格段に少ない。もちろん、全反射条件を満足
するように、フーリエ変換レンズ８０１の焦点距離およ
び液晶空間光変調器へ記録するレンズの焦点距離を定め
ておく。

【００８０】導光部を設けることによって光路長が短く
なり、装置サイズをコンパクトにまとめることができ
た。

【００８１】(実施例７)本実施例は、液晶空間光変調器
の後ろへ、フーリエ変換レンズと空間フィルタと補助レ
ンズから構成される二重回折光学系を備えていることを
特徴とする。

【００８２】図１１に全体の構成を示す。二重回折光学
系１１０１を介して、試料１０６の表面に所定のパター
ンが結像再生される。二重回折光学系１１０１の倍率は
目的に合わせて自由に代えることが可能である。

【００８３】図１２に二重回折光学系の構成を示す。フ
ーリエ変換レンズ１２０１は、液晶空間光変調器に記録
されたキノフォームからパターンを再生するために用い
た。ここでは、光路長を短くするために、比較的焦点距
離が短いフーリエ変換レンズ１２０１を使用した。液晶
空間光変調器の画素配列のせいで生じる高次回折像を除
くために、空間フィルタ１２０２をフーリエ変換レンズ
１２０１のフーリエ変換面付近に配置した。空間フィル
タ１２０２は、必要に応じて、開口の大きさが変えられ
るようにできている。空間フィルタ１２０２の後ろには
補助レンズ１２０３を配置して、再生パターンの大きさ
を拡大して、試料上へ投射できるようにした。

【００８４】二重回折光学系を導入することによって、
高次の回折像およびその他の迷光が除かれ、所望のパタ
ーンを鮮明に刻印することが可能になった。

【００８５】(実施例８)本実施例の特徴は、実施例７の
構成(二重回折光学系の導入)において、補助レンズの駆
動機構を備え、さらに、二重回折光学系の光路上に導光
部を配置した点にある。

【００８６】図１３に構成を示す。ここでは、空間フィ
ルタ１２０２は導光部１３０１の外に配置したが、導光
部１３０１の中に配置してもよい。１３０２は補助レン
ズ１２０３の位置制御をおこなうための駆動機構であ
る。パターンの結像倍率は、駆動機構１３０２で補助レ
ンズ１２０３の位置を調節することによって、広い範囲
で変えることができる。この時にパターンの結像面も前
後にずれるので、フーリエ変換レンズ１２０１と空間フ
ィルタ１２０２をいっしょに動かす必要がある。本構成
では、フーリエ変換レンズ１２０１と空間フィルタ１２
０２はひとつの支持部材に固定されているので、この支
持部材を動かすだけでよい。さらに、キノフォームデー
タヘ重ねるレンズ位相関数の焦点距離を調節することに
よって、刻印パターンのサイズを細かく調整することも
できる。

【００８７】(実施例９)本実施例の特徴は、パターン再
生のためのホログラムデータを記録する手段として、光
波の振幅と位相を同時にしかも独立に制御できる、振幅
位相変調型空間光変調器を用いた点にある。この他の主
要な構成要素は、先の実施例で述べたものと同様であ
る。

【００８８】図１４に、振幅位相変調型空間光変調器の
構成を示す。ＴＮモードの液晶空間光変調器１４０１と
ＥＣＢモードの液晶空間光変調器１４０２を、適当な間
隔で、対応する画素を合わせて張り合わせた構成であ
る。ＴＮモードの液晶空間光変調器１４０１で光波の振
幅を変調し、ＥＣＢモードの液晶空間光変調器１４０２
で位相を変調する(第５２回応物秋季講演，10a-ZK-2(19
91)参照)。図中の斜線部分は、各々の液晶空間光変調器
における液晶層である。

【００８９】振幅位相変調型空間光変調器を用いること
によって、良好な３次元像を再生し、曲面を有する試料
上へ品質が高い刻印をおこなうことができた。

【００９０】(実施例１０)図１５に、本発明の光学装置
における液晶空間光変調器の構成を示す。液晶空間光変
調器は、それぞれの対応する画素が正しく向かい合うよ
うに前後に配置された、ふたつの位相変調型液晶空間光
変調器ａ、ｂから成る。液晶空間光変調器ａ、ｂはどち
らもＥＣＢモード、マトリクス発動型であり、それぞれ
の液晶分子の配向は互いに直交している。液晶空間光変
調器ａはふたつの偏光成分の一方に対して、液晶空間光
変調器ｂはもう一方の偏光成分に対して位相変調を行
う。図中１５０１、１５０２、１５０３は、それぞれ液
晶空間光変調器ａの素子基板、液晶層、対向基板であ
る。同様に１５０４、１５０５、１５０６は、それぞれ
液晶空間光変調器ｂの素子基板、液晶層、対向基板であ
る。また、液晶層１５０２、１５０５における斜線部分
は遮光膜である。

【００９１】対向基板１５０３、１５０４を充分に薄く
して、かつ液晶空間光変調器ｂの開□部分の大きさを最
適化することによって、液晶空間光変調器ａの任意の画
素を通過した回折光が液晶空間光変調器ｂの画素の開口
部分へ漏れないようにした。これらの液晶空間光変調器
の前後の構成およびその作用は、液晶空間光変調器の駆
動回路の数が異なる点を除けば、先に述べた実施例の構
成と同じである。

【００９２】以上の構成により、光源から出射された光
の偏光成分全てを利用してパターンの刻印を行うことが
可能になった。

【００９３】(実施例１１)図１６に、本発明の光学装置
の構成を示す。レーザ光源１０１から出射されたビーム
は、ビームエクスパンダ１０２とコリメートレンズ１０
３により拡大された平行光となり、偏光ビームスブリッ
タ１６０１の作用で、互いに直光するふたつの偏光成分
に分けられて、ＥＣＢモードの位相変調型液晶空間光変
調器１６０５ａ、１６０５ｂへ入射する。そして、それ
ぞれの偏光成分から、液晶空間光変調器１６０５ａ、１
６０５ｂに記録されたフレネル変換型キノホームの作用
により、所定のパターンが再生される。ふたつの液晶空
間光変調器１６０５ａ、１６０５ｂに記録するキノホー
ムデータは、同じであってもよいし、またそうでなくも
よい。液晶空間光変調器１６０５ａ、１６０５ｂにおけ
る液晶分子の配向方向は、互いに直交するようにしてあ
る。液晶空間光変調器１６０５ａ、１６０５ｂを透過し
たふたつの偏光成分は、ミラー１６０３、１６０４によ
り導かれ、偏光ビームスプリッタ１６０２で再び合成さ
れて二重回析光学系へ入射する。この後の構成およびそ
の作用は、液晶空間光変調器の駆動回路の数が異なる点
を除けば、先に述べた実施例の構成と同じである。１６
０６ａ、１６０６ｂはそれぞれ液晶素子１６０５ｂの駆
動回路である。図中、制御装置、入力装置、レーザ電源
は記述を省略した。

【００９４】なお、図１６の構成は実施例７の基本にし
ているが、これに限定されるものではなく、実施例１な
いし８のどの構成を基本にしてもよい。

【００９５】以上の構成により、レーザ光源から出射さ
れた光の偏光成分全てを利用してパターンの刻印を行う
ことが可能になった。

【００９６】(実施例１２)本実施例の特徴は、被刻印試
料の表面形状をその場で計測する手段を備えていること
を特徴とする。

【００９７】被刻印試料の表面形状を計測する手段に
は、オートフォーカス法、パターン投影法、光干渉法な
どがある（０plusＥ，No.126，B7-96（1990）参照）。
これらの手段により求めた形状データから、計算機でキ
ノフォームデータ（あるいは、ホログラムデータ）を作
成して液晶空間光変調器へ表示する。

【００９８】被刻印試料の表面形状の計測手段を備えた
ことによって、表面形状が不特定な複数の試料に対して
も、短時間で刻印ができるようになった。

【００９９】(実施例１３)図１７に、本発明のレーザ刻
印装置を搭載したロボットの外観を示す。ロボットは多
間接型ロボットであって、そのアーム１７０４へ先の実
施例で説明したレーザ刻印装置１７０５を搭載した。レ
ーザ光源１７０１は、ロボット本体１７０３から離して
配置してある。このため、出射ビームを光ファイバ１７
０２で導いて、レーザ刻印装置１７０５の中に配置され
たコリメートレンズで平行光にしてから、同じくレーザ
刻印装置１７０５の中に配置された液晶空間光変調器を
照明した。そして、液晶空間光変調器へ記録されたキノ
フォームからパターンを再生し、試料上へ刻印をおこな
った。

【０１００】ロボットの構造および作業環境に応じて、
光ファイバをロボットの筐体の表面を這わせて配置す
るか、筐体の中へ閉じこめて配置するかを決める。図
５で、液晶空間光変調器の駆動回路、メモリ、計算機な
どは省略してある。

【０１０１】レーザ刻印装置を多関節型ロボットへ搭載
して使用することにより以下のことが可能になる。（１）ロボットのアームの動きに合わせて液晶空間光変
調器へ記録する位相構造を更新することにより、ひとつ
の試料へ複数の異なるパターンを刻印できる。（２）ロボットのアームの動きに合わせて液晶空間光変
調器へ記録する位相構造を更新することにより、複数の
試料へ互いに異なるパターンを封印できる。（３）複雑な形状を有する試料に対しても、アームを制
御して液晶空間光変調器の位置を高精度に決定できるの
で、高品質な封印がおこなえる。

【０１０２】なお、本実施例の構成で、レーザ光源、液
晶空間光変調器の駆動回路、メモリ、計算機などは全
て、ロボットの筐体内部へ配置することも可能である。

【０１０３】(実施例１４)本発明の光学装置を応用した
立体成形装置について述べる。

【０１０４】図１８に、立体成形装置の構成を示す。ま
ず、光硬化樹脂１８０２を満たした樹脂漕１８０１の中
に、本発明の光学装置１８０３を使って、２次元パター
ン１８０４を再生した。こうして、パターン１８０４の
形に樹脂を硬化する。つぎにキノフォームデータに重ね
るレンズ関数の焦点距離を変えて、異なる部位に対応す
るパターンを再生し、その部分の樹脂を硬化する。この
過程を繰り返すことによって、最終的に、立体物の成形
ができる。

【０１０５】本発明においても、実施例で述べた反復計
算法や多重記録法を用いることによって、スペックルノ
イズの発生を抑えて、むらのない均一な樹脂硬化をおこ
なうことができた。実験結果の一例を図１９に示した。
図１９（ａ）が再生したいパターンである。この矩形領
域の内部１９０１だけを硬化させ、外部は硬化させずに
おきたい。ひとつのキノフォームデータを再生すると、
図１９（ａ）の直線１９０２上の強度分布は、図１９
（ｂ）のようになった。この強度のばらつきは、スペッ
クルノイズのせいで生じる。他方、多重記録法により複
数のキノフォームデータをつぎつぎに書換ながら再生し
た場合は、スペックルノイズが平均化され、図１９
（ｃ）のように強度のばらつきがなくなった。このよう
にして樹脂を硬化させれば、矩形領域の外側では、瞬間
的には比較的強い光が当たることはあっても、積算され
た露光量が少ないために、ほとんど樹脂は硬化しない。
一方、矩形領域の内側では、いたるところで積算された
露光量が均一になり、パターンに欠けなどが発生しな
い。

【０１０６】以上のように、ある平面上の樹脂を硬化さ
せる間は、反復計算法あるいは多重露光法により、複数
のキノフォームデータをつぎつぎに書換ながらパターン
再生、樹脂硬化を進め、硬化が充分におこなわれたら、
キノフォームデータへ重ねるレンズ関数の焦点距離を変
えて同じことをおこなう。このようにして、品質が高い
立体物を成形することができる。

【０１０７】本実施例では、光利用効率が高く、レーザ
光を２次元的に走査する必要がないので、短時間で立体
物を成形できる。

【０１０８】なお、本実施例では位相変調型の液晶空間
光変調器を用いたが、振幅位相変調型の液晶空間光変調
器を用いれば、３次元像を一度に再生できるため、立体
成形がいっそう容易になる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明では、液晶空間光変調器に記録し
た計算機ホログラムからパターンを再生し、このパター
ンを試料上へ投写して刻印をおこなう。この点が、従来
のようにパターンをそのまま強度分布として液晶空間光
変調器へ表示し、この強度分布をレンズ系で試料上へ投
影して刻印をおこなう方式との大きな違いである。

【０１１０】本発明の光学装置により、以下の効果が生
まれた。

【０１１１】（１）位相変調型液晶空間光変調器へ記録
した計算機ホログラムからパターンを再生することによ
り、きわめて高い光利用効率で、平面ばかりでなく曲面
へも所望のパターンを刻印することができる。

【０１１２】（２）本文中で述べた反復計算法や多重露
光法により、再生像面に生じる不均一な強度成分を除
き、欠陥や荒れのない高品質な刻印ができる。

【０１１３】（３）多くの種類のパターンを少量づつだ
け刻印したいという要求に対しても、液晶空間光変調器
へ入力するデータを変更するだけで容易に対応できる。
このため、マスク製作に要する工数ならびに費用が大幅
に削減できる。

【０１１４】（４）さらに、本発明の光学装置をロボッ
トへ搭載して使用することにより、被刻印試料の形状、
姿勢などに対する制約が著しく緩和され、生産効率良く
刻印がおこなえる。

【０１１５】（５）光硬化樹脂を用いた立体成形へ応用
しても、品質の高い成形を短時間で終了することかでき
る。以上の効果により、光刻印装置ならびに光立体成形
装置の実用化が大きく進むことが期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例1のレーザ刻印装置の構成を示す平面
図である。

【図２】レーザ刻印装置の制御装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】刻印パターンの様相を示す図である。

【図４】液晶空間光変調器の光波変調特性を示す図で
ある。

【図５】実施例2のレーザ刻印装置の構成を示す平面
図である。

【図６】実施例3のレーザ刻印装置の構成を示す平面
図である。

【図７】実施例5のレーザ刻印装置の構成を示す平面
図である。

【図８】実施例5の別なレーザ刻印装置の構成を示す
平面図である。

【図９】実施例6のレーザ刻印装置の構成を示す平面
図である。

【図１０】（a）導光部の構成を示す側面図である。
（b）導光部の構成を示す平面図である。

【図１１】実施例7のレーザ刻印装置の構成を示す平
面図である。

【図１２】二重回折光学系の構成を示す平面図であ
る。

【図１３】実施例8のレーザ刻印装置の構成を示す平
面図である。

【図１４】実施例9における振幅位相変調型空間光変
調器の構成を示す断面図である。

【図１５】実施例10における液晶空間光変調器の構成
を示す断面図である。

【図１６】実施例11のレーザ刻印装置の構成を示す平
面図である。

【図１７】実施例13のレーザ刻印システムの構成を示
す斜視図である。

【図１８】実施例14の立体成形装置の構成を示す平面
図である。

【図１９】硬化パターンの様相を示す図である。

【図２０】従来のレーザ刻印装置の構成を示す側面図
である。

【符号の説明】

101・・・レーザ光源 102・・・ビームエクスパンダ 103・・・コリメートレンズ 104・・・液晶空間光変調器 105・・・フーリエ変換レンズ 106・・・被刻印試料 107・・・レーザ騒動電源 108・・・液晶空間光変調器の騒動回路 109・・・制御装置 110・・・入力装置 201・・・制御回路 202・・・フォントROM 203・・・入力バッファ 204・・・数発生回路 205・・・メモリ 206・・・メモリ 207・・・加算回路 208・・・乗算回路 209・・・メモリ 210・・・レンズ位相発生回路 211・・・メモリ 212・・・高速フーリエ変換回路 213・・・メモリ 214・・・乗算回路 215・・・メモリ 216・・・逆正接演算回路 217・・・量子化演算回路 218・・・出力バッファ 601・・・制御回路 602・・・ROM 603・・・入力バッファ 604・・・CD−ROM 609・・・制御装置 610・・・キーボード 618・・・出力バッファ 801・・・収差補正用位相マスク 901・・・フーリエ変換レンズ 902・・・導光部 1001・・・プリズム 1101・・・二重回折光学系 1201・・・フーリエ変換レンズ 1202・・・空間フィルタ 1203・・・補助レンズ 1301・・・導光部 1302・・・補助レンズの駆動機構 1401・・・TNモード液晶空間光変調器 1402・・・ECBモード液晶空間光変調器 1501・・・液晶空間光変調器aの素子基板 1502・・・液晶空間光変調器aの液晶層 1503・・・液晶空間光変調器aの対向基板 1504・・・液晶空間光変調器bの素子基板 1505・・・液晶空間光変調器bの液晶層 1506・・・液晶空間光変調器bの対向基板 1601・・・偏光ビームスプリッタ 1602・・・偏光ビームスプリッタ 1603・・・ミラー 1604・・・ミラー 1605a・・・液晶空間光変調器 1605b・・・液晶空間光変調器 1606a・・・液晶空間光変調器の駆動回路 1606b・・・液晶空間光変調器の駆動回路 1701・・・レーザ電源 1702・・・光ファイバ 1703・・・ロボット本体 1704・・・ロボットのアーム 1705・・・レーザ刻印装置 1801・・・樹脂槽 1802・・・光硬化樹脂 1803・・・本発明の光学装置 1804・・・パターン 1901・・・パターンの一部 1902・・・再生されたパターン上の強度分布 2001・・・レーザ光源 2002・・・ビームエクスパンダ 2003・・・コリメートレンズ 2004・・・液晶空間光変調器 2005・・・結像レンズ 2007・・・レーザ駆動電源 2008・・・液晶空間光変調器の駆動回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年１０月１５日（２００１．１０．
１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の光学装置は、空
間にパターンを発生するための光学装置に関し、コヒー
レント光源と、前記コヒーレント光源からの光の波面を
制御する空間光変調手段と、前記空間光変調手段へ複素
振幅データを記録する手段とを備え、前記複素振幅デー
タを記録する手段は、再生パターンデータを入力する手
段と、乱数データを発生する手段、及びフーリエ変換を
実行する手段とを備えていることを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また、前記空間光変調手段へ複素振幅デー
タを記録する手段において、前記再生パターンデータと
前記乱数データを掛け合わせる段階と、得られたデータ
をフーリエ変換して複素振幅データを求める段階とを有
することを特徴とする。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、前記空間光変調手段へ複素振幅デー
タを記録する手段が、前記再生パターンデータと前記乱
数データとを掛け合わせる段階と、１）得られたデータ
をフーリエ変換する段階と、２）前記１）により得られ
たデータをもう一度フーリエ変換する段階と、３）前記
２）により得られたデータと前記所望の再生パターンデ
ータとの誤差を算出する段階と、前記誤差があらかじめ
設定しておいた値よりも小さくなるまで、あるいはあら
かじめ設定しておいた回数だけ、前記１）から３）まで
の過程を繰り返すことにより複素振幅データを求める段
階とを有することを特徴とする。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】また、前記空間光変調手段へ複素振幅デー
タを記録する手段は、逆正接を求める手段と、前記逆正
接を求める手段により得られたデータを量子化する手段
とを備えていることを特徴とする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】また、前記乱数データを発生する手段は、
１の前記再生パターンデータに対して複数組の乱数デー
タを発生し、前記複素振幅データを記録する手段は、前
記１の再生パターンデータと各前記乱数データを掛け合
わせる段階と、得られた各データをフーリエ変換して複
数の複素振幅データを求める段階とを有することを特徴
とする。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また、前記コヒーレント光源からの光を前
記空間光変調手段へ導くための第１の光学系と、前記空
間光変調手段からの光をパターン再生場所へ導くための
第２の光学系とを備えていることを特徴とする。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】また、前記乱数データは、前記空間光変調
手段の１フレーム単位で互いに無相関であることを特徴
とする。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】また、前記乱数データは１または−１であ
ることを特徴とする。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】また、前記空間光変調手段が位相変調型液
晶空間光変調手段であることを特徴とする。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】また、前記位相変調型液晶空間光変調手段
からの出射光波面に作用するフーリエ変換レンズを備え
ていることを特徴とする。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】また、前記乱数データは、前記位相変調型
液晶空間光変調手段の１フレーム単位で互いに無相関で
あることを特徴とする。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】また、前記乱数データは、１または−１で
あることを特徴とする。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】また、前記位相変調型液晶空間光変調手段
へ複素振幅データを記録する手段は、前記再生パターン
のうち強度がゼロでない部分のドット数に応じてコヒー
レント光源の出力を調整する手段を備えていることを特
徴とする。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】また、前記位相変調型液晶空間光変調手段
は、アクティブマトリクス駆動方式により駆動され、画
素間隔が水平、垂直方向ともに同じであることを特徴と
する。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】また、前記位相変調型液晶空間光変調手段
は光書き込み方式であることを特徴とする。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】また、前記空間光変調手段へ複素振幅デー
タを記録する手段は、逆正接を求める手段と、前記逆正
接を求める手段により得られたデータを量子化する手段
とを備えていることを特徴とする。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】本発明の光加工システムは、上記記載載の
光学装置及び前記光学装置を搭載するためのロボットを
備えていることを特徴とする。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】削除

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】削除

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】削除

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】削除

【手続補正２３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】削除

【手続補正２４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平4−122136 (32)優先日平成４年５月14日(1992．5．14) (33)優先権主張国日本（ＪＰ）特許法第64条第２項ただし書の規定により図面第３図の一部は不掲載とした。 (72)発明者曽根原富雄長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 BA01 CA02 DA08 GA05 HA16 KA01 KA06 KA18 2H088 EA37 EA44 MA20 2K008 AA08 FF21 FF27 HH06 HH26 4E068 CD05 CD08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空間にパターンを発生するための光学装置
に関し、少なくとも、コヒーレント光源と、前記コヒー
レント光源からの光の波面を制御する少なくともひとつ
の空間光変調手段、及び前記空間光変調手段へ複素振幅
データを記録する手段とを備え、前記空間光変調手段へ
複素振幅データを記録する手段は、少なくとも、所望の
再生パターンデータを入力する手段と、乱数データを発
生する手段、及びフーリエ変換を実行する手段とを備え
ていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】前記空間光変調手段へ複素振幅データを記
録する手段は、複素振幅データを記憶する手段と、所望
の再生パターンデータのうち強度がゼロでない部分のド
ット数を記憶する手段とを備えていることを特徴とする
請求項１記載の光学装置。
【請求項３】前記空間光変調手段へ複素振幅データを記
録する手段において、所望の再生パターンデータと乱数
データを掛け合わせる段階と、得られたデータをフーリ
エ変換して複素振幅データを求める段階とを有すること
を特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項４】前記空間光変調手段へ複素振幅データを記
録する手段が、所望の再生パターンデータと乱数データ
とを掛け合わせる段階と、１）得られたデータをフーリエ変換する段階と、２）前記１）により得られたデータをもう一度フーリエ
変換する段階と、３）前記２）により得られたデータと前記所望の再生パ
ターンデータとの誤差を算出する段階と、誤差があらかじめ設定しておいた値よりも小さくなるま
で、あるいはあらかじめ設定しておいた回数だけ、前記
１）から３）までの過程を繰り返すことにより複素振幅
データを求める段階とを有することを特徴とする請求項
１記載の光学装置。
【請求項５】前記空間光変調手段へ複素振幅データを記
録する手段は、逆正接を求める手段と、前記逆正接を求
める手段により得られたデータを量子化する手段とを備
えていることを特徴とする請求項３、４、７のいづれか
記載の光学装置。
【請求項６】前記コヒーレント光源からの光を前記空間
光変調手段へ導くための第１の光学系と、前記空間光変
調手段からの光を所望のパターン再生場所へ導くための
第２の光学系とを備えていることを特徴とする請求項１
記載の光学装置。
【請求項７】前記空間光変調手段へ複素振幅データを記
録する手段はレンズ位相データを発生させる手段を備え
ており、前記空間光変調手段へ複素振幅データを記録す
る手段は、所望の再生パターンデータと乱数データとを
掛け合わせる段階と、得られたデータをフーリエ変換す
る段階と、フーリエ変換により得られた複素振幅データ
に前記レンズ位相データを掛け合わせて複素振幅データ
を求める段階とを有することを特徴とする請求項１記載
の光学装置。
【請求項８】前記乱数データは、前記空間光変調手段の
１フレーム単位で互いに無相関であることを特徴とする
請求項３、４、７のいづれか記載の光学装置。
【請求項９】前記乱数データは１または−１であること
を特徴とする請求項８記載の光学装置。
【請求項１０】前記空間光変調手段へ複素振幅データを
記録する手段は、所望の再生パターンのうち強度がゼロ
でない部分のドット数に応じてコヒーレント光源の出力
を調節する手段を備えていることを特徴とする請求項１
記載の光学装置。
【請求項１１】前記空間光変調手段へ複素振幅データを
記録する手投は、前記コヒーレント光源からの光の波面
収差を補正するために波面収差の複素共役な位相データ
を記憶する手段を備えており、さらに、前記位相データ
を、前記空間光変調手段へ記録するための複素振幅デー
タヘ掛け合わせる段階を有することを特徴とする請求項
１記載の光学装置。
【請求項１２】前記コヒーレント光源からの光の波面収
差を補正するために、前記コヒーレント光源と前記空間
光変調手段との間に波面収差の複素共役な波面を発生す
る位相マスクを備えていることを特徴とする請求項１記
載の光学装置。
【請求項１３】前記空間光変調手段からの光を所望のパ
ターン再生場所へ導くための第２の光学系は導光部を備
えており、前記導光部は透明部材と空気の界面における
全反射により光を導く作用を有することを特徴とする請
求項１２記載の光学装置。
【請求項１４】前記空間光変調手段からの光を所望のパ
ターン再生場所へ導くための第２の光学系はフーリエ変
換レンズを備えていることを特徴とする請求項１２記載
の光学装置。
【請求項１５】前記空間光変調手段からの光を所望のパ
ターン再生場所へ導くための第２の光学系は、フーリエ
変換レ補助レンズから成る二重回折光学系を備え、前記
フーリエ変換レンズと前記補助レンズの間に空間フィル
タを備えていることを特徴とする請求項１２記載の光学
装置。
【請求項１６】前記補助レンズの駆動手段を備えている
ことを特徴とする請求項１５記載の光学装置。
【請求項１７】前記空間光変調手段が液晶空間光変調手
段であることを特赦とする請求項１記載の光学装置。
【請求項１８】前記液晶空間光変調手段が位相変調型で
あることを特徴とする請求項１７記載の光学装置。
【請求項１９】前記液晶空間光変調手段はふたつの位相
変調型液晶空間光変調手段から成り、前記各々の位相変
調型液晶空間光変調手段の対応する画素が正しく向かい
合うように前後に配置され位相変調方位が互いに直交す
ることを特教とする請求項１８記載の光学装置。
【請求項２０】前記液晶空間光変調手段が振幅位相変調
型であることを特徴とする請求項１７記載の光学装置。
【請求項２１】前記振幅位相変調型液晶空間光変調手段
は、ＴＮ（ねじれネマチック）モードの振幅変調型液晶
空間光変調手段及びＥＣＢ（電界御衝複屈折率）モード
の位相変調型液晶空間光変調手段から成り、前記各々の
液晶空間光変調手段の対応する画素が正しく向かい合う
ように前後に配置されて成ることを特徴とする請求項２
０記載の光学装置。
【請求項２２】前記液晶空間光変調手段はアクティブマ
トリクス駆動方式により駆動され画素間隔が水平方向、
垂直方向ともに同じであることを特徴とする請求項１７
記載の光学装置。
【請求項２３】前記液晶空間光変調手段が光書き込み方
式であることを特徴とする請求項１７記載の光学装置。
【請求項２４】偏光方向が互いに直交する２つの光成分
各々に対して光路を備え、各々の光路に対して互いに変
調方位が直交する２つの空間光変調手段が配置されて成
ることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項２５】所望のパターン再生場所の表面形状を計
測する手段を備えていることを特徴とする請求項１記載
の光学装置。
【請求項２６】請求項１記載の光学装置及び前記光学装
置を搭載するためのロボットを備えていることを特徴と
する光加工システム。
【請求項２７】空間にパターンを発生するための請求項
１記載の光学装置において、前記空間光変調手段が位相
変調型液晶空間光変調手段であり、さらに前記位相変調
型液晶空間光変調手段へ複素振幅データを記録する手段
は、少なくとも所望の再生パターンデータを入力する手
段と、乱数データを発生する手段と、フーリエ変換を実
行する手段とを備えており、さらに、所望の再生パター
ンデータと乱数データを掛け合わせる段階と、得られた
データをフーリエ変換して前記複素振幅データを求める
段階とを有することを特徴とする光学装置。
【請求項２８】前記位相変調型液晶空間光変調手段へ複
素振幅データを記録する手段は、複素振幅データを記憶
する手段と、所望の再生パターンデータのうち強度がゼ
ロでない部分のドット数を記憶する手段とを備えている
ことを特徴とする請求項２７記載の光学装置。
【請求項２９】前記位相変調型液晶空間光変調手段から
の出射光波面に作用するフーリエ変換レンズを備えてい
ることを特徴とする請求項２７または２８記載の光学装
置。
【請求項３０】前記乱数データは、前記位相変調型液晶
空間光変調手段の１フレーム単位で互いに無相関である
ことを特徴とする請求項２７または２８記載の光学装
置。
【請求項３１】前記乱数データは、１または−１である
ことを特徴とする請求項３０記載の光学装置。
【請求項３２】前記位相変調型液晶空間光変調手段へ複
素振幅データを記録する手段は、所望の再生パターンの
うち強度がゼロでない部分のドット数に応じてコヒーレ
ント光源の出力を調整する手段を備えていることを特徴
とする請求項２７または２８記載の光学装置。
【請求項３３】前記位相変調型液晶空間光変調手段は、
アクティブマトリクス駆動方式により駆動され、画素間
隔が水平、垂直方向ともに同じであることを特徴とする
請求項２７または２８記載の光学装置。
【請求項３４】前記位相変調型液晶空間光変調手段は光
書き込み方式であることを特徴とする請求項２７または
２８記載の光学装置。
【請求項３５】前記空間光変調手段へ複素振幅データを
記録する手段は、所望の再生パターンデータのうち強度
がゼロでない部分のドット数を計数する手段を備えてい
ることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３６】前記空間光変調手段へ複素振幅データを
記録する手段は、所望の再生パターンデータのうち強度
がゼロでない部分のドット数を計数する手段を備えてい
ることを特徴とする請求項２７または２８記載の光学装
置。
【請求項３７】前記空間光変調手段へ複素振幅データを
記録する手段は、逆正接を求める手段と、前記逆正接を
求める手段により得られたデータを量子化する手段とを
備えていることを特徴とする請求項２７または２８記載
の光学装置。