JP2019207439A - 光照射装置および光照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集光領域におけるパルス光の時間波形の調整の自由度が高く所望の時間波形を容易に実現することができる光照射装置を提供する。【解決手段】光照射装置１Ａは、光源１０、分散素子２０、空間光変調器３０および集光素子５０を備える。分散素子２０は、光源１０から出力されたパルス光を分散して、出力する。分散素子２０は例えばプリズム２１，２２を含む。空間光変調器３０は、分散素子２０から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調して、出力する。集光素子５０は、空間光変調器３０から出力された光を、分散された状態で受け、対象物９の表面または内部の共通の領域（集光領域）に集光する。【選択図】図１

Description

本発明は、光照射装置および光照射方法に関するものである。

光源から出力された光を対象物の表面または内部に集光することで、その対象物の当該集光領域において加工等を行うことができる。集光技術の一つとして、Simultaneous spatial and temporal focusing（以下「ＳＳＴＦ」という。）と呼ばれる技術が知られている（非特許文献１，２を参照）。

ＳＳＴＦは以下のようなものである。分散素子により、一定の波長帯域を有するパルス光（例えば超短パルスレーザ光）が分散されて、波長によって異なる光路へ光が出力される。そして、集光素子により、分散素子から出力された各波長の光は、波長によって異なる光路を経て共通の領域に集光される。分散素子として例えば回折格子対やプリズム対が用いられる。各回折格子または各プリズムの方位または位置が調整されることで、集光領域に到達する各波長の光のタイミングが設定され得る。

ＳＳＴＦでは、分散素子により分散されて集光素子により集光領域に到達する各波長の光は、波長によって異なる光路を経るだけでなく、波長によって異なるタイミングで集光領域に到達し得る。したがって、集光領域においては光エネルギ密度が高くなる一方で、集光領域に到るまでの光路においては、光エネルギ密度が小さくなり、対象物への影響が低減される。また、集光領域におけるパルス光の時間波形を調整することができる。

G. Zhu, et al., "Simultaneousspatial and temporal focusing of femtosecond pulses," Opt. Express.,Vol.13, No.6, pp.2153-2159 (2005). D. N. Vitek, et al., "Temporallyfocused femtosecond laser pulses for low numerical aperture micromachiningthrough optically transparent materials," Opt. Express., Vol.18, No.17,pp.18086-18094 (2010).

従来のＳＳＴＦでは、分散素子の調整により集光領域におけるパルス光の時間波形を調整することができるものの、その調整の自由度は低い。また、光路が有する収差や波長分散等の影響に因り、集光領域におけるパルス光の時間波形を意図通りとすることができない場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、集光領域におけるパルス光の時間波形の調整の自由度が高く所望の時間波形を容易に実現することができる光照射装置および光照射方法を提供することを目的とする。

本発明の光照射装置は、集光領域において所望の時間波形の光を形成する光照射装置であって、(1) パルス光を出力する光源と、(2)光源から出力されたパルス光を分散する分散素子と、(3) 分散素子から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調する空間光変調器と、(4) 空間光変調器から出力された光を分散された状態で受け、その光を波長によって異なるタイミングで対象物の表面または内部の集光領域に集光して、集光領域において、空間光変調器による変調に応じて調整された時間波形のパルス光とする集光素子と、を備えることを特徴とする。

本発明の光照射方法は、集光領域において所望の時間波形の光を形成する光照射方法であって、(1) 分散素子により、パルス光を分散し、(2) 空間光変調器により、分散素子から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調し、(3) 集光素子により、空間光変調器によって変調された光を分散された状態で受け、その光を波長によって異なるタイミングで対象物の表面または内部の集光領域に集光して、集光領域において、空間光変調器による変調に応じて調整された時間波形のパルス光とすることを特徴とする。

本発明では、光源から出力されたパルス光は、分散素子により分散されて、波長によって異なる光路へ出力される。空間光変調器の変調面上の各画素には、画素位置に応じた波長の光が入力される。空間光変調器により、分散素子から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルが変調されて、当該変調後の光が波長によって異なる光路へ出力される。そして、集光素子により、空間光変調器から出力された各波長の光は、波長によって異なる光路を経て共通の領域に集光される。その共通の領域に集光された各波長の光は、その後、波長によって異なる光路を経て発散していく。

本発明の光照射装置または光照射方法では、空間光変調器により、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調することにより、集光素子の集光特性の波長依存性を補償するのが好適であり、また、空間光変調器により、集光素子の集光特性の波長依存性として収差、波長分散、吸収または反射の波長依存性を補償するのが好適である。さらに、空間光変調器は、光源から出力されたパルス光の時間波形と集光領域における光の時間波形とに基づいて算出された変調パターンに応じて、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調するのが好適である。

本発明によれば、集光領域におけるパルス光の時間波形の調整の自由度が高く、所望の時間波形を容易に実現することができる。

第１実施形態の光照射装置１Ａの構成を示す図である。 集光素子５０の作用を説明する図である。 集光位置からの光軸方向の距離とパルス幅との関係を示すグラフである。 ２次の波長分散がパルス幅に与える影響を表すグラフである。 第２実施形態の光照射装置１Ｂの構成を示す図である。 第３実施形態の光照射装置１Ｃの構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の光照射装置１Ａの構成を示す図である。第１実施形態の光照射装置１Ａは、光源１０、分散素子２０、空間光変調器３０、制御部４０および集光素子５０を備え、対象物９に光を集光照射するものである。

光源１０は、パルス光を出力する。このパルス光は一定の波長帯域を有する。光源１０は、コリメートされたパルス光を出力するのが好ましく、水平偏光のパルス光を出力するのが好ましい。光源１０は、好適にはモード同期式超短パルスレーザ光源であり、例えばチタンサファイヤレーザ光源やファイバレーザ光源等である。このパルス光の中心波長は、対象物９への光照射の目的によって決められる他、空間光変調器３０において振幅または位相を充分に変調することができることが望まれる。空間光変調器３０が位相変調型のものである場合、光源１０から出力される光の波長は、空間光変調器３０における位相変調幅をπ[rad]以上確保することができることが好ましい。

分散素子２０は、光源１０から出力されたパルス光を分散して、波長によって異なる光路へ光を出力する。光の分散とは、光を波長毎に空間的に分離することである。分散素子２０は例えばプリズム２１，２２を含む。プリズム２１，２２それぞれの頂角が互いに等しければ、光源１０から出力されたパルス光は前段のプリズム２１により分散され、分散された各波長の光は後段のプリズム２２により共通の方向に出力される。プリズム２１，２２への光の入射角やプリズム２１，２２の間隔を調整することで、各波長の光路を調整することができる。

空間光変調器３０は、分散素子２０から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調して、当該変調後の光を波長によって異なる光路へ出力する。空間光変調器３０は、光の位相スペクトルおよび強度スペクトルの双方を変調してもよい。空間光変調器３０は、反射型のものであって、入力した光の振幅または位相を変調して当該変調後の光を出力する複数の画素が配列された変調面を有している。空間光変調器３０が分散素子２０によって分散された光の位相スペクトルおよび強度スペクトルの双方または何れか一方を変調することで、集光素子５０によって集光された光を集光領域において所望の時間波形のパルス光とすることが可能となる。

空間光変調器３０は、制御部４０から与えられる駆動信号に基づいて、入力した光に対して画素毎に振幅変調および位相変調の双方または何れか一方の変調をして、当該変調後の光を出力することができる。空間光変調器３０は、例えば、電気アドレス型液晶素子を用いた空間光変調器、光アドレス型液晶素子を用いた空間光変調器、可変鏡型空間光変調器などであってもよい。空間光変調器３０は、振幅変調のみが可能なものであってもよいし、位相変調のみが可能なものであってもよいし、振幅変調および位相変調の双方が可能なものであってもよい。

集光素子５０は、空間光変調器３０から出力された各波長の光を、波長によって異なる光路を経て対象物９の表面または内部の共通の領域（集光領域）に集光する。集光素子５０は、例えば対物レンズであり、１枚または複数枚のレンズを含んで構成され得る。

次に、制御部４０について詳細に説明する。制御部４０は、空間光変調器３０の変調動作を駆動するための駆動信号を空間光変調器３０に与える。制御部４０は、空間光変調器３０に専用の装置であってもよいし、コンピュータ等の汎用の装置により構成されてもよい。また、制御部４０は、専用装置と汎用装置とに分割されて構成されていてもよい。制御部４０は、空間光変調器３０の変調面の複数の画素それぞれにおける振幅変調または位相変調を駆動するための駆動信号を空間光変調器３０に与える。

制御部４０が空間光変調器３０に与える駆動信号は、計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｉｇｒａｍ（例えば、キノフォーム））に基づいて、変調面の複数の画素それぞれにおける振幅または位相の変調量を指示するものである。制御部４０は、外部からの信号を入力するキーボード等の外部入力部と、計算機ホログラムの計算等を行う計算部と、計算機ホログラム等を記憶する記憶部と、外部入力部や内部で生成された信号などの入力に基づいて記憶部に記憶された計算機ホログラムを選択する選択部と、選択部により選択された計算機ホログラムに基づいて駆動信号を生成して該駆動信号を空間光変調器３０に与える駆動部と、を有する。これにより、計算機ホログラムに基づいて空間光変調器３０を制御することができる。

空間光変調器３０に表示される計算機ホログラムは、入力光の位相スペクトルを変調するための位相変調用計算機ホログラムと、入力光の強度スペクトルを変調するための強度変調用計算機ホログラムと、を画素毎に加算したものであるのが好適である。さらに、必要に応じて、光源１０から対象物９に到るまでの光学系で生じる光の波面の位相歪みなどを補正するための補正用計算機ホログラムを画素毎に加算してもよい。また、回折効率分布に応じた強度変調分布を有する波長補正されたブレーズドグレーティングパターンを表す計算機ホログラムを強度補正用計算機ホログラムとして用いてもよい。

集光されたパルス光の時間波形を所望の形状とする場合、パルス光の位相スペクトルおよび強度スペクトルの双方または何れか一方を調整する必要がある。そこで、制御部４０は、光源１０から出力されたパルス光の時間波形の情報や集光領域で形成したいパルス光の時間波形の情報に基づいて位相変調用計算機ホログラムや強度変調用計算機ホログラムを計算し、算出された位相変調用計算機ホログラムや強度変調用計算機ホログラムに基づく計算機ホログラムを空間光変調器３０に表示させる。

制御部４０における駆動信号の生成に際しては、各画素での変調量（画素値）と駆動信号値との関係を記憶した波長に応じたルックアップテーブルを予め用意しておいて、このルックアップテーブルを参照して変調量に応じた駆動信号値を求めるようにするのが好適である。

制御部４０は、上記の補正用計算機ホログラムと温度との関係を記憶した温度情報テーブルを予め保持しておいて、この温度情報テーブルを参照して温度に応じた補正用計算機ホログラムを求めるようにするのが好適である。補正用計算機ホログラムの記憶に際しては、補正用計算機ホログラムをデータ圧縮して記憶するのが好適である。この場合には、データ圧縮した補正用計算機ホログラムを求めた後に、これをデータ伸長する処理が必要である。

制御部４０は、計算機ホログラムを記憶する場合、そのデータ量に応じた充分な容量の記憶部を有することが必要である。例えば、計算機ホログラムがＳＶＧＡ解像度（８００ピクセル×６００ピクセル）の８ビットデータであるとすると、データ圧縮をしない場合、１つの計算機ホログラムのデータ量は４８０キロバイト（＝800×600×8bit）となる。

次に、この光照射装置１Ａの動作について説明するとともに、光照射方法について説明する。光源１０から出力されたパルス光は、分散素子２０により分散されて、波長によって異なる光路へ出力される。空間光変調器３０の変調面上の各画素には、画素位置に応じた波長の光が入力される。空間光変調器３０により、分散素子２０から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルが変調されて、当該変調後の光が波長によって異なる光路へ出力される。そして、集光素子５０により、空間光変調器３０から出力された各波長の光は、波長によって異なる光路を経て対象物９の表面または内部の共通の領域（集光領域）に集光される。その共通の領域に集光された各波長の光は、その後、波長によって異なる光路を経て発散していく。

このように、光照射装置１Ａでは、分散素子２０により分散されて集光素子５０により集光領域に到達する各波長の光は、図２に示されるように波長によって異なる光路を経るだけでなく、波長によって異なるタイミングで集光領域に到達し得る。したがって、集光領域においては光エネルギ密度が高くなる一方で、集光領域に到るまでの光路においては、光エネルギ密度が小さくなり、対象物への影響が低減される。また、集光領域におけるパルス光の時間波形を調整することができる。

また、本実施形態の光照射装置１Ａは、分散素子２０から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルが空間光変調器３０により変調されるので、集光領域におけるパルス光の時間波形の調整の自由度が高く、所望の時間波形を容易に実現することができる。例えば、集光領域において形成したいパルス光の時間波形（つまり、所望の時間波形）がある場合、空間光変調器３０は、光源１０から出力されたパルス光の時間波形と所望の時間波形とに基づいて算出された変調パターンに応じて、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調することができる。この変調パターンは、制御部４０で計算や選択された計算機ホログラムであってもよい。

また、本実施形態の光照射装置１Ａは、空間光変調器３０により、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調することにより、集光素子５０の集光特性の波長依存性を補償するのが好適であり、また、集光素子５０の集光特性の波長依存性として収差、波長分散、吸収または反射の波長依存性を補償するのが好適である。このような補償をすることにより、所望の時間波形をより確実に実現することができる。

図２は、集光素子５０の作用を説明する図である。この図には、集光素子５０としてのレンズに入力されて集光される波長λ_１〜λ_Ｎの光の光路が示されている。この図に示されるように、ＳＳＴＦでは、集光素子５０により集光領域に到達する各波長の光は、波長によって異なる光路を経る。

図３は、集光位置からの光軸方向の距離とパルス幅との関係を示すグラフである。同図では、集光素子５０の焦点距離を１.８ｍｍ，３.０ｍｍおよび９.０ｍｍの各値とした。図４は、２次の波長分散がパルス幅に与える影響を表すグラフである。これらは、レンズ瞳面における直径を０.１ｍｍとし、中心波長を８００ｎｍとし、最小パルス幅を７０ｆｓとして、計算により求めたものである。最終的な集光点におけるパルス幅は、これらのパラメータが従属的に関係して算出され得る。集光素子５０として焦点距離が比較的長いレンズを用いる場合は、集光位置近傍におけるパルス幅に大きな違いはない。しかし、集光素子５０として対物レンズなどのように焦点距離が短いレンズを用いる場合は、パルス幅への影響が顕著であるので、厳密な位相制御が極めて重要になる。空間光変調器３０は、この波長分散を精密に制御することができる。

集光素子５０としてのレンズは、屈折率の波長依存性による色収差を有していると、波長によって焦点距離も異なることから、集光特性が悪くなる。屈折力を用いるレンズは光学ガラスや特殊プラスチックなどで作られるが、その屈折率は波長によって異なる。それ故、同じレンズを用いても波長によって焦点距離が異なる（色分散）ので、集光領域の大きさや位置に差が生じる。また、一般にレンズの表面には反射低減コートが施されており、そのコートによる吸収・反射が波長依存性を有する場合がある。

空間光変調器３０は、集光素子５０としてのレンズの色収差やコートの吸収・反射の特性の影響を考慮して、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調する。集光素子５０として単レンズを想定した場合、レンズの両面それぞれの曲率半径をｒ_１，ｒ_２とし、波長λでのレンズの屈折率をｎ(λ)とすると、波長λにおける焦点距離ｆ(λ)は以下の式で得られる。空間光変調器３０は、曲率半径および屈折率の双方または何れか一方を調整して補償をすることができる。
ｆ(λ) ＝｛ｎ(λ)−１｝（１／ｒ_１−１／ｒ_２）

集光素子５０等の光学系の波長分散の補償量は、予め計測して求めてもよいし、その場で計測して求めてもよいし、また、計算により求めてもよい。計測する場合は、強度の変動、Auto correlation、FROG、Pump and probeなどの手法を用いることができる。

Auto correlationは、超短パルスのパルス幅を計測する代表的な方法である。この方法では、分散素子より前に、光を２分割した後に再度合波させるとともに一方の分割光の光路長を調整する遅延回路を備える機構を設け、集光位置近傍に非線形光学結晶を配置する。そして、光路長を様々に変えたときに非線形光学結晶で発生する高次高調波の強度を計測することで、そのパルス幅を測定するものである。その他の計測手法でも同様である。また、この遅延回路を導入することでPump and probe法による計測も可能になる。

光照射装置１Ａを構成する集光素子５０等の光学部品において、予期しない波面収差が発生する場合がある。予め波面センサを用いた波面計測や干渉計測、リアルタイム計測、計算の何れかにより、補償量を推定してもよい。計測する場合は、光源１０からの広帯域な波長の影響を抑制するために、バンドパスフィルタによる波長の選択をするのが好ましく、或いは、別光源をプローブとして用いて計測をするのも好ましい。また、空間光変調器３０に表示する計算機ホログラムは、波長を考慮した補正を加えることが望ましい。

対象物９の周囲にある物質と対象物９との間で屈折率や波長分散特性が相違する場合、対象物９の内部に集光する際には、その界面や内部の構造によって色収差や波面収差が発生する場合がある。これは、特に開口数の高いレンズなどで強集光した場合に顕著である。このような場合、レンズで発生した波長分散や吸収・反射の影響を空間光変調器３０で補償するのが好ましい。

空間光変調器３０に対して光が斜めに入出射する場合、短波長側と長波長側とで光路長が異なる場合がある。その場合は、空間光変調器３０は、傾斜位相などで光路長差を補償するのが好ましい。

前述したように、本実施形態の光照射装置１Ａは、集光領域においては光エネルギ密度が高くなる一方で、集光領域に到るまでの光路においては、光エネルギ密度が小さくなり、対象物への影響が低減される。また、集光領域におけるパルス光の時間波形を調整することができる。したがって、本実施形態の光照射装置１Ａは、対象物９の内部の加工に用いられる場合にも、より微細な加工を行うことができる。

本実施形態の光照射装置１Ａは、分散素子２０から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルが空間光変調器３０により変調されるので、集光領域におけるパルス光の時間波形の調整の自由度が高く、所望の時間波形を容易に実現することができる。特に、本実施形態の光照射装置１Ａは、空間光変調器３０により集光素子５０の集光特性の波長依存性を補償するのが好適であり、また、集光素子５０の集光特性の波長依存性として収差、波長分散、吸収または反射の波長依存性を補償するのが好適である。このような補償をすることにより、集光素子５０が高い開口数のレンズであっても、所望の時間波形をより確実に実現することができる。

本実施形態の光照射装置１Ａは、分散素子２０および空間光変調器３０の双方を同時に制御することにより、広ダイナミックレンジかつ高精度に波長分散補償を実現することができる。

本実施形態の光照射装置１Ａは、今後、空間光変調器の高画素数化・大型化が進んだとしても、対応可能である。また、本実施形態の光照射装置１Ａは、機械的な可動部を備える必要がなく、振動などに対してロバストである。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の光照射装置１Ｂの構成を示す図である。第２実施形態の光照射装置１Ｂは、特に対象物９の加工に好適なものである。第２実施形態の光照射装置１Ｂは、第１実施形態の光照射装置１Ａの構成に加えて、光走査装置６０およびステージ９０を備える。

ステージ９０は、対象物９を保持する。ステージ９０は、対象物９の位置または方位を調整することができるのが好適であり、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸，θ軸，α軸およびβ軸の何れか１軸以上について調整が可能であるのが好適である。位置または方位の調整は、電動に拠るものであってもよいし、手動に拠るものであってもよい。

光走査装置６０は、空間光変調器３０と集光素子５０との間の光路上に設けられ、集光素子５０によって光が集光される領域（集光領域）を移動させる（走査させる）ことができる。光走査装置６０としては、例えばガルバノミラーである。

第２実施形態の光照射装置１Ｂは以下のように動作する。光源１０から出力されたパルス光は、分散素子２０により分散されて、波長によって異なる光路へ出力される。空間光変調器３０の変調面上の各画素には、画素位置に応じた波長の光が入力される。空間光変調器３０により、分散素子２０から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルが変調されて、当該変調後の光が波長によって異なる光路へ出力される。そして、空間光変調器３０から出力された各波長の光は、光走査装置６０により反射された後、集光素子５０により波長によって異なる光路を経て、ステージ９０により保持された対象物９の表面または内部の共通の領域（集光領域）に集光される。集光領域の位置が所望の位置となるように光走査装置６０を制御することで、対象物９に対して所望の領域に集光して加工をすることができる。また、第２実施形態の光照射装置１Ｂは、ステージ９０により対象物９の位置または方位が移動することで、対象物９に対して所望の領域（集光領域）に集光して加工してもよい。

第２実施形態の光照射装置１Ｂは、第１実施形態の光照射装置１Ａと同様の効果を奏する。第２実施形態の光照射装置１Ｂは、特に対象物９の加工に好適なものであり、対象物９の表面または内部の微細加工を行うことができ、また、集光領域において所望の時間波形で光を集光できるので、対象物９の表裏面ダメージの抑制や内部吸収効果の補正が可能である。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の光照射装置１Ｃの構成を示す図である。第３実施形態の光照射装置１Ｃは、特に対象物９の顕微鏡観察に好適なものである。第３実施形態の光照射装置１Ｃは、第２実施形態の光照射装置１Ｂの構成に加えて、ビームスプリッタ６１、レンズ６２、レンズ６３および検出部６４を備える。

ビームスプリッタ６１は、光走査装置６０と集光素子５０との間の光路上に設けられ、光走査装置６０から到達した光を集光素子５０へ透過させ、集光素子５０から到達した光をレンズ６２へ反射させる。

レンズ６２，６３は、ビームスプリッタ６１と検出部６４との間の光路上に設けられる。レンズ６２，６３は、レンズ５０とともに、対象物９への集光照射によって対象物９で発生した光を検出部６４の受光面上において集光し、或いは、光源１０から出力された光が対象物９において集光された領域を検出部６４の受光面上において結像する。

検出部６４は、対象物９で発生してレンズ５０，６２，６３を経た光を受光し検出する。検出部６４は、受光強度を検出するフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器であってもよいし、１次元または２次元の光強度分布を検出するＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの光検出器であってもよい。

第３実施形態の光照射装置１Ｃは以下のように動作する。光源１０から出力されたパルス光は、分散素子２０により分散されて、波長によって異なる光路へ出力される。空間光変調器３０の変調面上の各画素には、画素位置に応じた波長の光が入力される。空間光変調器３０により、分散素子２０から出力された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルが変調されて、当該変調後の光が波長によって異なる光路へ出力される。そして、空間光変調器３０から出力された各波長の光は、光走査装置６０により反射され、ビームスプリッタ６１を透過した後、集光素子５０により波長によって異なる光路を経て、ステージ９０により保持された対象物９の表面または内部の共通の領域に集光される。

対象物９への集光照射によって対象物９で発生した光は、レンズ５０、ビームスプリッタ６１、レンズ６２およびレンズ６３を経て、検出部６４により受光される。なお、対象物９で発生した光としては、蛍光やりん光などの発光や集光領域からの反射光などである。この検出部６４により、光源１０から出力された光が対象物９に照射されたことにより対象物９で生じた光の強度が検出され、或いは、対象物９で生じた光の強度分布が検出される。集光領域の位置が所望の位置となるように光走査装置６０を制御することで、対象物９に対して所望の領域に集光することができ、その領域を検出部６４により観察することができる。また、ステージ９０により対象物９の位置または方位が移動することで、対象物９に対して所望の領域に集光することができ、その領域を検出部６４により観察してもよい。

第３実施形態の光照射装置１Ｃは、第１，第２の実施形態の光照射装置１Ａ，１Ｂと同様の効果を奏する。第３実施形態の光照射装置１Ｃは、特に対象物９の顕微鏡観察に好適なものであり、対象物９の深部観察を実現するための多光子顕微鏡として用いられ得る。また、第３実施形態の光照射装置１Ｃは、多光子吸収を利用する共焦点蛍光顕微鏡、多光子吸収を利用する半導体故障解析装置、非染色顕微分光装置などしても用いられ得る。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

上記実施形態では、分散素子２０は、１対のプリズムにより構成されるものであった。しかし、分散素子２０は、１対の反射型または透過型の回折格子により構成されてもよいし、回折格子とレンズとの組み合わせにより構成されてもよい。また、分散素子２０は、１つのプリズムや１つの回折格子、その他の回折光学素子を用いてもよい。何れの場合にも、分散素子は、光源１０から出力されたパルス光を分散して、波長によって異なる光路へ光を出力することができ、また、各波長の光を共通の方向に出力することができる。回折格子とレンズとの組み合わせにより構成される分散素子は、パルス光を回折格子により分散した後、その分散した各波長の光をレンズにより平行光とすることができる。

上記実施形態では、空間光変調器３０は反射型のものであった。しかし、空間光変調器３０は透過型のものであってもよい。

光路の途中に開口が設けられてもよい。開口は、光のビーム断面のうち所定の断面領域の光を選択的に出力する。開口は、例えば、光軸を合わせるためや切り出し領域の制御（ビームの使用口径を光学系に合わせるときなどに利用）、ビーム形状の変更（円形に限らず矩形等の任意形状に変更）、または、強度分布を予め制限することを目的とする。開口は、設置位置の調整が可能であるのが好適であり、また、開口領域の大きさや形状の調整が可能であるのも好適である。開口は、フーリエマスクであってもよいし、透過率分布を持つような強度マスクであってもよい。

光源１０と空間光変調器３０との間の光路、空間光変調器３０と対象物９との間の光路、または、空間光変調器３０と検出部６４との間の光路、等に、フィルタ，ダイクロイックミラー，拡大縮小光学系などの一般的な光学部品が挿入されていてもよい。これらの光学部品で発生する波長分散を予め測定またはリアルタイム測定して、この波長分散を空間光変調器３０により補償してもよい。

空間光変調器３０にブレーズドグレーティングパターンを表す強度変調用計算機ホログラムを表示する場合、このブレーズドグレーティングパターンにより強度変調された特定次数の回折光が対象物９に照射されるだけでなく、特定次数以外の次数の回折光（０次光を含む。）も発生する。特定次数以外の次数の回折光は不要な光であるので、その不要光が対象物９に照射されないようにすることが好ましく、或いは、その不要光が対象物９に照射されても実害がないようにすることが好ましい。

不要光が対象物９に照射されないようにするには、空間光変調器３０により変調された光をレンズで集光し、そのレンズの集光点の近傍に開口やナイフエッジなどを配置することで不要光を遮断すればよく、或いは、空間光変調器３０の後段に設けた４ｆ光学系によって特定次数の光を選択的にコリメートすることとしてもよい。不要光が対象物９に照射されても実害がないようにするには、対象物９への不要光の照射を分散させて、不要光のエネルギ密度を小さくすればよい。

１Ａ，１Ｂ…光照射装置、９…対象物、１０…光源、２０…分散素子、２１，２２…プリズム、３０…空間光変調器、４０…制御部、５０…集光素子、６０…光走査装置、６１…ビームスプリッタ、６２，６３…レンズ、６４…検出部、９０…ステージ。

Claims (8)

1. パルス光を出力する光源と、
   前記パルス光を分散する分散素子と、
   当該分散された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調する空間光変調器と、
   前記空間光変調器によって変調された光を分散された状態で受け、その光を波長によって異なるタイミングで対象物の表面または内部の集光領域に集光して、前記集光領域において、前記空間光変調器による変調に応じて調整された時間波形のパルス光とする集光素子と、
   を備える光照射装置。
2. 前記空間光変調器が、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調することにより、前記集光素子の集光特性の波長依存性を補償する、
   請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記空間光変調器が、前記集光素子の集光特性の波長依存性として収差、波長分散、吸収または反射の波長依存性を補償する、
   請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記空間光変調器は、前記パルス光の時間波形と前記集光領域における光の時間波形とに基づいて算出された変調パターンに応じて、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調する、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の光照射装置。
5. 分散素子により、パルス光を分散し、
   空間光変調器により、当該分散された光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調して出力し、
   集光素子により、前記空間光変調器によって変調された光を分散された状態で受け、その光を波長によって異なるタイミングで対象物の表面または内部の集光領域に集光して、前記集光領域において、前記空間光変調器による変調に応じて調整された時間波形のパルス光とする、
   光照射方法。
6. 前記空間光変調器により、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調することにより、前記集光素子の集光特性の波長依存性を補償する、
   請求項５に記載の光照射方法。
7. 前記空間光変調器により、前記集光素子の集光特性の波長依存性として収差、波長分散、吸収または反射の波長依存性を補償する、
   請求項６に記載の光照射方法。
8. 前記空間光変調器により、前記パルス光の時間波形と前記集光領域における光の時間波形とに基づいて算出された変調パターンに応じて、光の位相スペクトルまたは強度スペクトルを変調する、
   請求項５〜７の何れか１項に記載の光照射方法。

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