JP2023145943A - 空間光変調装置、加工装置、及び、位置推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空間光変調部に対する光の入射位置が容易に推定され得る空間光変調装置を提供する。【解決手段】空間光変調装置１０において、検出部７は、空間光変調部３において変調された光を検出する。推定部３５は、検出部７における検出結果に基づいて、空間光変調部３に対する光の入射位置Ｐ２を推定する。パターン設定部３１によって設定される位相パターンＰ１は、当該位相パターンＰ１において変調された光によって複数の集光スポットを検出部７に形成するように構成された位相パターンを含んでいる。検出部７は、上記集光スポットの強度情報を検出する。推定部３５は、検出部７において検出された複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光の入射位置Ｐ２を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、空間光変調装置、加工装置、及び、位置推定方法に関する。

光の照射によって被加工物を加工する加工装置が知られている（非特許文献１など）。当該加工装置は、位相パターンによって光を変調し、変調した光を被加工物に照射することによって被加工物を加工する。

伊藤晴康，長谷川智士，早崎芳夫，豊田晴義，"空間光位相変調器を用いたホログラフィックレーザー加工"，レーザー研究，第４３巻第４号、ｐ．２２７－２３２ "Binary phase masks for easysystem alignment and basic aberration sensing with spatial light modulators inSTED microscopy", SCIENTIFIC REPORTS 7, Articlenumber:15699 (2017)

加工装置は、位相パターンを表示する空間光変調部において光を変調する。空間光変調部は、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）を含んでいる。ＳＬＭによって形成された位相パターンによって、光が変調される。例えば、ＳＬＭにおいて形成されたＣＧＨ（Computer-Generated Hologram）によって、変調された光が被加工物に照射される。このような構成において、位相パターンへの入射光が位相パターンに対してずれるという問題が生じていた。

非特許文献１において、ＣＧＨによって形成された像は、空間光変調部に表示される位相パターンを調整するために撮像装置において撮像され観察されている。この撮像装置において、位相パターンにおいて変調された光のＦＦＰ（Far Field Pattern）が撮像されている。この構成において、空間光変調部に表示されるＣＧＨによって、像が形成されているか否かの判定は可能であるが、空間光変調部に対する光の入射位置は特定され難い。このため、位相パターンへの入射光と位相パターンとがずれた場合に、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係の調整は困難であった。

非特許文献２には、空間光変調部によってＦＦＰとして点広がり関数を成形し、成形された点広がり関数の像の観察することが記載されている。この構成では、光学系のミスアライメントなどに起因する収差を特定することができたとしても、空間光変調部に対する光の入射位置は特定され難い。

位相パターンへの入射光のＮＦＰ（Near Field Pattern）を撮像装置によって撮像し、撮像画像内のＮＦＰの移動を観察することも考えられる。撮像画像内のＮＦＰは、空間光変調部に対する入射光と共に相対的に移動する。このため、撮像画像の視野範囲と空間光変調部の位置とが厳密に対応付けられていれば、撮像画像内のＮＦＰの位置に応じて空間光変調部に対する入射光の入射位置も特定され得る。しかし、振動又は環境温度変化などの外的要因によって、撮像画像の視野範囲と空間光変調部の位置との間にはずれが生じ得る。したがって、ＮＦＰの撮像画像から空間光変調部に対する入射光の入射位置を推定するためには、撮像画像の視野範囲と空間光変調部の位置とのキャリブレーションが要される。

本発明の各態様は、空間光変調部に対する光の入射位置が容易に推定され得る、空間光変調装置、加工装置、及び、位置推定方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの態様における空間光変調装置は、空間光変調部と、パターン設定部と、検出部と、推定部と、を備えている。空間光変調部は、入射した光を変調する位相パターンを表示し、位相パターンによって光を変調する。パターン設定部は、空間光変調部に表示する位相パターンを設定する。検出部は、空間光変調部において変調された光を検出する。推定部は、検出部における検出結果に基づいて、空間光変調部に対する光の入射位置を推定する。パターン設定部によって設定される位相パターンは、当該位相パターンにおいて変調された光によって複数の集光スポットを検出部に形成するように構成された位相パターンを含んでいる。検出部は、上記集光スポットの強度情報を検出する。推定部は、検出部において検出された複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部に対する光の入射位置を推定する。

上記一つの態様において、パターン設定部によって設定される位相パターンは、空間光変調部において変調された光によって複数の集光スポットを検出部に形成するように構成された位相パターンを含んでいる。推定部は、複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部に対する光の入射位置を推定する。本願発明者は、複数の集光スポットの強度情報の比較結果によれば、位相パターンにおける光の入射位置が容易に推定され得ることを見出した。この構成によれば、空間光変調部に対する光の入射位置が容易に推定され得る。

上記一つの態様において、推定部は、複数の集光スポットのうち少なくとも２つの集光スポットの強度が互いに等しくなる、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係に基づいて、空間光変調部に対する光の入射位置を推定してもよい。この場合、空間光変調部に対する光の入射位置がさらに正確に推定され得る。

上記一つの態様において、推定部は、位相パターンにおいて第一方向で互いに隣接する一対の領域にそれぞれ入射した光によって形成される一対の集光スポットの強度情報の比較結果と、位相パターンにおいて第二方向で互いに隣接する一対の領域にそれぞれ入射した光によって形成される一対の集光スポットの強度情報の比較結果とに基づいて、空間光変調部に対する光の入射位置を推定してもよい。第二方向は、第一方向と交差している。この場合、第一方向と第二方向との双方において、空間光変調部に対する光の入射位置が推定され得る。この結果、空間光変調部に対する光の入射位置がさらに正確に推定され得る。

上記一つの態様において、空間光変調装置は、位置調整部をさらに備えていてもよい。位置調整部は、集光スポットの強度情報に基づいて、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係を調整してもよい。検出部は、位置調整部によって上記位置関係が調整された後に、さらに複数の集光スポットの強度情報を検出してもよい。推定部は、上記位置関係が調整された後に検出された複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部に対する光の入射位置を推定してもよい。この場合、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係が調整された後の強度情報を用いて、当該位置関係がさらに調整され得る。したがって、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係がさらに容易かつ正確に調整され得る。

上記一つの態様において、位置調整部は、位置関係の調整において、空間光変調部に表示する位相パターンの変更と、位相パターンへの入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行してもよい。この場合、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係がさらに容易に調整され得る。

上記一つの態様において、集光スポットの強度情報に基づいて、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係を調整する位置調整部をさらに備えていてもよい。位置調整部は、位置関係の調整において、空間光変調部に表示する位相パターンの変更と、位相パターンへの入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行してもよい。この場合、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係がさらに容易に調整され得る。

上記一つの態様において、位置調整部は、複数の集光スポットの強度情報に基づいて、複数の集光スポットの強度比の値が１に近づくように上記位置関係を調整してもよい。この場合、空間光変調部に対する光の入射位置がさらに容易かつ正確に推定され得る。

上記一つの態様において、パターン設定部は、複数の集光スポットを検出部に形成するように構成された位相パターンとして、互いに異なる構成を有している複数の位相パターンを設定してもよい。空間光変調部は、複数の位相パターンを順次表示してもよい。推定部は、複数の位相パターンの各々によって形成される集光スポットの強度情報に基づいて、空間光変調部における光の入射位置を推定してもよい。この場合、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係がさらに容易かつ正確に調整され得る。

上記一つの態様において、複数の位相パターンの各々は、複数種のサブパターンを含んでいてもよい。複数種のサブパターンは、当該位相パターンにおいて互いに異なる領域に位置すると共に互いに異なる集光スポットをそれぞれ形成する。複数の位相パターンは、複数種のサブパターンが位置する領域の配置構成が互いに異なっていてもよい。この場合、上記位相パターンごとに、各集光スポットの強度情報が異なり得る。このため、位相パターンにおける入射光の入射位置がより容易に推定され得る。したがって、空間光変調部における光の入射位置がさらに容易に推定され得る。

上記一つの態様において、検出部は、撮像領域に形成された集光スポットの撮像画像を取得する撮像装置を含んでいてもよい。撮像画像は、集光スポットの強度情報と集光スポットの位置情報とを含んでいてもよい。推定部は、撮像画像に含まれている集光スポットの強度情報と集光スポットの位置情報とに基づいて、空間光変調部における光の入射位置を推定してもよい。この場合、撮像画像における集光スポットの位置情報によって、集光スポットの強度情報が容易に分類され得る。このため、位相パターンにおける入射光の入射位置がさらに容易に推定され得る。

本発明の別の態様における加工装置は、上述した空間光変調装置と、加工部とを備えている。加工部は、空間光変調部において変調された光を被加工物に照射する。この場合、空間光変調部に対する光の入射位置の推定によって、位相パターンへの入射光と位相パターンとのずれが抑制され得る。当該加工装置によれば、空間光変調部によって変調された光は検出部だけでなく被加工物にも導かれるため、被加工物は位相パターンによって変調された光によってさらに正確に加工され得る。

上記別の態様において、パターン設定部は、空間光変調部に表示する位相パターンとして、入射位置推定用の位相パターンと加工用の位相パターンとの少なくとも一方を設定してもよい。入射位置推定用の位相パターンは、入射位置の推定に用いられる。加工用の位相パターンは、加工部による被加工物の加工に用いられる。この場合、入射位置推定用の位相パターンによって、空間光変調部に対する光の入射位置が推定された後に、加工用の位相パターンによって被加工物が加工され得る。したがって、加工用の位相パターンへの入射光と加工用の位相パターンとのずれが抑制された状態において、被加工物が加工され得る。

本発明のさらに別の態様における位置推定方法は、入射した光を変調する空間光変調部において位相パターンを表示することと、位相パターンに光を入射させることと、を有している。位相パターンは、光の入射に応じて複数の集光スポットが形成されるように構成されている。位相推定方法は、さらに、光の入射によって形成された複数の集光スポットの強度情報を検出することと、検出された複数の集光スポットの強度情報を比較することと、空間光変調部に対する光の入射位置を推定することと、を有している。空間光変調部に対する光の入射位置は、複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて推定される。

上記別の態様において、位相パターンは、光の入射に応じて複数の集光スポットが形成されるように構成されている。空間光変調部に対する光の入射位置は、複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて推定される。複数の集光スポットの強度情報の比較結果によれば、位相パターンにおける光の入射位置が容易に推定され得る。したがって、空間光変調部に対する光の入射位置が容易に推定され得る。

本発明の各態様は、空間光変調部に対する光の入射位置が容易に推定され得る、空間光変調装置、加工装置、及び、位置推定方法を提供できる。

一実施形態に係る加工装置の一例を示す概略図である。 加工用の位相パターンの一例を示す平面図である。 （ａ）は入射位置推定用の位相パターンの一例を示す平面図であり、（ｂ）は強度検出部において撮像された画像を示す図である。 （ａ）は入射位置推定用の位相パターンの一例を示す平面図であり、（ｂ）は強度検出部において撮像された画像を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、位相パターンへの入射光と位相パターンとの位置関係を変更する例を説明するための図である。 （ａ）から（ｅ）は、入射位置推定用の位相パターンと集光スポットとの関係を示す図である。 位置推定プロセスを説明するためのフローチャートである。 位置推定プロセスを説明するためのフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、入射位置推定用の位相パターンごとの集光スポットの強度情報の比較結果がプロットされたグラフである。 本実施形態の変形例における位置推定プロセスを説明するためのフローチャートである。 本実施形態のさらに別の変形例における位置推定プロセスを説明するためのフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の変形例における入射位置推定用の位相パターンと集光スポットとの関係を示す図である。 本実施形態のさらに別の変形例における入射位置推定用の位相パターンと集光スポットとの関係を示す図である。 （ａ）から（ｄ）は、強度検出部のずれに応じた集光スポットのずれを説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有している要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本実施形態における加工装置の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る加工装置の一例を示す概略斜視図である。

加工装置１は、被加工物Ｓに光Ｌを照射し、被加工物Ｓを所望の形状に加工する。被加工物Ｓに照射される光Ｌは、例えば、レーザ光である。加工装置１は、光学系を含んでいる。図１において、光学系によって導かれる光Ｌは、破線で示されている。加工装置１は、光Ｌを位相パターンへ入射し、位相パターンにおいて変調した光Ｌを被加工物Ｓに照射する。

加工装置１は、光軸調整部２と、空間光変調部３と、像転送部４と、加工部５と、モニタ部６と、検出部７と、制御部９とを備えている。加工装置１は、さらに不図示の光源を備えていてもよい。当該光源は、例えば、レーザである。加工装置１は、空間光変調部３において位相パターンＰ１を表示し、空間光変調部３の位相パターンＰ１によって変調された光Ｌによって被加工物Ｓを加工する。加工装置１は、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する空間光変調装置１０を含んでいる。「空間光変調部に対する光Ｌの入射位置の推定」は、空間光変調部３へ既に入射している光Ｌの入射位置Ｐ２の推定と、空間光変調部３への適切な入射位置Ｐ２の推定との少なくとも一方を意味する。空間光変調装置１０は、少なくとも空間光変調部３と、検出部７と、制御部９とを含んでいる。空間光変調装置１０は、光軸調整部２と像転送部４とモニタ部６とをさらに備えていてもよい。

光軸調整部２は、上記光源から入射した光Ｌを空間光変調部３に導く。光軸調整部２は、例えば、レンズ１１，１２を含んでいる。例えば、光源から入射した光Ｌは、レンズ１１及びレンズ１２を介して空間光変調部３に導かれる。光軸調整部２は、レンズ１１，１２の位置及び姿勢の少なくとも１つの変更によって、レンズ１１，１２から出射される光Ｌの光軸を調整する。光軸調整部２は、レンズ１１，１２から出射される光Ｌの光軸の調整によって、当該光Ｌが空間光変調部３に入射する入射位置Ｐ２を変更する。

空間光変調部３は、入射した光Ｌを変調し出射する。空間光変調部３は、入射した光Ｌを変調する位相パターンＰ１を表示する。空間光変調部３は、位相パターンＰ１を表示する表示部１３を含んでいる。空間光変調部３は、位相パターンＰ１によって、入射した光Ｌを変調する。空間光変調部３は、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）を含んでいる。この場合、表示部１３は、複数の画素から構成されている。したがって、位相パターンＰ１は、複数の画素によって構成される。位相パターンＰ１は、例えば、位相パターンＰ１に入射した光Ｌを回折する。空間光変調部３に表示された位相パターンＰ１に入射した光Ｌは、当該位相パターンＰ１の構成に応じて変調される。空間光変調部３は、制御部９から入力される制御信号に応じて、互いに異なる複数の位相パターンＰ１を順次表示する。

空間光変調部３は、位相パターンＰ１として、加工用の位相パターンＰ１０と入射位置推定用の位相パターンＰ２０との少なくとも一方を表示する。図２、図３（ａ）、及び、図４（ａ）は、空間光変調部３によって表示される位相パターンＰ１一例を示している。図２、図３（ａ）、及び、図４（ａ）において、位相パターンＰ１へ入射する光Ｌの入射位置Ｐ２は、破線で示されている。以下、空間光変調部３において表示する位相パターンを単に「位相パターン」という。

位相パターンＰ１０は、加工部５による被加工物Ｓの加工に用いられる位相パターンＰ１である。位相パターンＰ１０は、当該位相パターンＰ１０において変調された光Ｌによって被加工物Ｓを加工する光Ｌを形成するように構成されている。位相パターンＰ１０は、被加工物Ｓの加工面ＳＰに集光スポットを形成する。

図２は、加工用の位相パターンＰ１０の一例を示している。図２において、位相パターンＰ１０は、例えば、仮想的なフレネルレンズを形成する位相パターンである。換言すれば、図２に示される位相パターンＰ１０は、フレネルレンズ状の位相パターンである。位相パターンＰ１０は、フレネルレンズ以外の仮想的なレンズを形成する位相パターンであってもよい。位相パターンＰ１０は、仮想的なレンズの形成以外に用いられる位相パターンであってもよい。

図２に示されている位相パターンＰ１０は、同心円状に形成されている。図２に示されている入射光の入射位置Ｐ２は、位相パターンＰ１０の中心に配置されている。入射位置Ｐ２に入射した光Ｌは、位相パターンＰ１０によって変調されて、被加工物Ｓに導かれる。

図３（ａ）及び図４（ａ）は、入射位置推定用の位相パターンＰ２０の例を示している。図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、検出部７によって検出される集光スポットの例を示している。図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、強度検出部２２おいて撮像された画像Ｍ１である。

入射位置推定用の位相パターンＰ２０は、入射位置の推定に用いられる位相パターンである。位相パターンＰ２０は、光Ｌの入射に応じて集光スポットを検出部７に形成するように構成されている。集光スポットは、当該位相パターンＰ２０において変調された光Ｌによって形成される。位相パターンＰ２０は、複数種のサブパターンを含んでいる。複数種のサブパターンは、位相パターンＰ２０において互いに異なる領域に位置すると共に互いに異なる集光スポットをそれぞれ形成する。

本実施形態において、入射位置推定用の位相パターンＰ２０は、入射位置推定用の位相パターンＰ２１と、入射位置推定用の位相パターンＰ２２とを含んでいる。図３（ａ）及び図４（ａ）に示されているように、位相パターンＰ２１と位相パターンＰ２２とは、互いに異なる種別の構成を有している。図３（ｂ）に示されているように、位相パターンＰ２１は、複数の集光スポットＦ１，Ｆ２を検出部７に形成するように構成されている。図４（ｂ）に示されているように、位相パターンＰ２２は、複数の集光スポットＦ３，Ｆ４を検出部７に形成するように構成されている。位相パターンＰ２１によって形成される複数の集光スポットＦ１，Ｆ２の配列方向と、位相パターンＰ２２によって形成される複数の集光スポットＦ３，Ｆ４の配列方向とは、互いに異なる。位相パターンＰ２１によって形成される複数の集光スポットＦ１，Ｆ２の配列方向と、位相パターンＰ２２によって形成される複数の集光スポットＦ３，Ｆ４の配列方向とは、互いに交差している。

空間光変調部３は、例えば、互いに異なる構成を有する複数の位相パターンＰ２１を順次表示する。複数の位相パターンＰ２１は、各位相パターンＰ２１において複数種のサブパターンが位置する領域の配置構成に関して互いに異なっている。さらに、空間光変調部３は、互いに異なる構成を有する複数の位相パターンＰ２２を順次表示する。複数の位相パターンＰ２２は、各位相パターンＰ２２において複数種のサブパターンが位置する領域の配置構成に関して互いに異なっている。

位相パターンＰ２１は、領域Ｒ１に位置するサブパターンＰＳ１と、領域Ｒ２に位置するサブパターンＰＳ２とを含んでいる。領域Ｒ１と領域Ｒ２とは、例えば、Ｘ軸方向において表示部１３を区分けする領域である。領域Ｒ１と領域Ｒ２とは、左右方向において互いに隣接している。領域Ｒ１と領域Ｒ２とは左右方向に配列されており、領域Ｒ１と領域Ｒ２とによって表示部１３が構成されている。本明細書において、「左右方向」とは、水平方向、すなわちＸ軸方向に相当する。領域Ｒ１は、領域Ｒ２よりも左側に位置している。図３（ａ）に示されている例において、領域Ｒ１と領域Ｒ２とは、左右方向において位相パターンＰ２１を二分割するように構成されている。領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界は、Ｚ軸方向に沿って延在している。

サブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２とは、左右方向に配列されている。サブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２とは、互いに異なる位置に集光スポットＦ１，Ｆ２を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ１は、集光スポットＦ１を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ２は、集光スポットＦ２を形成するように構成されている。図３（ｂ）に示されているように、位相パターンＰ２１は、集光スポットＦ１，Ｆ２が左右方向に配列されるように構成されている。

位相パターンＰ２２は、領域Ｒ３に位置するサブパターンＰＳ３と、領域Ｒ４に位置するサブパターンＰＳ４とを含んでいる。領域Ｒ３と領域Ｒ４とは、例えば、Ｚ軸方向において表示部１３を区分けする領域である。領域Ｒ３と領域Ｒ４とは、上下方向において互いに隣接している。領域Ｒ３と領域Ｒ４とは上下方向に配列されており、領域Ｒ３と領域Ｒ４とによって表示部１３が構成されている。本明細書において「上下方向」とは、鉛直方向、すなわちＺ軸方向に相当する。領域Ｒ３は、領域Ｒ４よりも下側に位置している。図３（ｂ）に示されている例において、領域Ｒ３と領域Ｒ４とは、上下方向において位相パターンＰ２２を二分割するように構成されている。領域Ｒ３と領域Ｒ４との境界は、Ｘ軸方向に沿って延在している。

サブパターンＰＳ３とサブパターンＰＳ４とは、上下方向に配列されている。サブパターンＰＳ３とサブパターンＰＳ４とは、互いに異なる位置に集光スポットＦ３，Ｆ４を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ３は、集光スポットＦ３を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ４は、集光スポットＦ４を形成するように構成されている。図４（ｂ）に示されているように、位相パターンＰ２２は、集光スポットＦ３，Ｆ４が上下方向に配列されるように構成されている。

像転送部４は、空間光変調部３から出射された光Ｌによって像が形成される位置を調整する。像転送部４は、例えばレンズ１４，１５を含んでいる。例えば、空間光変調部３から出射された光Ｌは、レンズ１４に入射した後にレンズ１５に入射する。レンズ１４,１５は、レンズ１４の焦点及びレンズ１５の焦点がレンズ１４とレンズ１５との間に位置するように配置されている。

加工部５は、空間光変調部３において変調された光Ｌを被加工物Ｓに照射し、被加工物Ｓを加工する。加工部５は、例えば、ミラー１６とレンズ１７とを含んでいる。空間光変調部３から出射された光Ｌは、像転送部４を介してミラー１６に入射される。ミラー１６は、空間光変調部３から出射した光Ｌをレンズ１７へ導く。ミラー１６は、例えばハーフミラーである。例えば、ミラー１６は、像転送部４から出射された光Ｌを反射光と透過光とに分離する。図１に示されている例においては、ミラー１６は、反射光をレンズ１７へ導き、透過光をモニタ部６及び検出部７へ導く。レンズ１７は、ミラー１６から導かれた光Ｌを被加工物Ｓの加工面ＳＰ上に集光する。被加工物Ｓは、予め決められた位置に配置される。

モニタ部６は、空間光変調部３において表示される位相パターンＰ１をモニタリングする。例えば、モニタ部６は、空間光変調部３において表示される位相パターンＰ１の画像を取得する。例えば、モニタ部６は、ミラー１８と撮像装置１９とを含んでいる。例えば、空間光変調部３から出射された光Ｌは、像転送部４及びミラー１６を介して、ミラー１８に入射される。ミラー１８は、空間光変調部３から出射された光Ｌを撮像装置１９へ導く。ミラー１８は、例えばハーフミラーである。例えば、ミラー１８は、空間光変調部３から出射された光Ｌを反射光と透過光とに分離する。図１に示されている例においては、ミラー１８は、反射光を撮像装置１９へ導き、透過光を検出部７へ導く。

撮像装置１９は、ミラー１８から導かれた光Ｌによって形成される像を撮像する。撮像装置１９によって撮像される像は、ＮＦＰである。撮像装置１９によって撮像された像は、例えば、不図示の表示部に表示される。この場合、空間光変調部３において表示されている位相パターンＰ１が、撮像装置１９によって撮像された像によって直接的に観察され得る。撮像装置１９によって撮像された画像の観察は、ユーザによって実行されてもよいし、後述する演算装置３０等によって機械的に処理されてもよい。これらの構成によれば、所望の位相パターンが空間光変調部３に表示されているかが、モニタ部６によって確認され得る。たとえば、モニタ部６におけるモニタリングによって、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１のフィードバック制御が制御部９によって実現され得る。

検出部７は、空間光変調部３において変調された光Ｌを検出する。検出部７は、入射した光Ｌの強度情報を検出する。検出部７は、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１によって形成される集光スポットの強度情報を検出する。例えば、検出部７は、レンズ２１と、強度検出部２２とを含んでいる。例えば、空間光変調部３から出射された光Ｌは、像転送部４、ミラー１６，１８を介して、レンズ２１に入射される。レンズ２１は、空間光変調部３から出射された光Ｌを強度検出部２２に導く。レンズ２１は、空間光変調部３から出射された光Ｌを集光した集光スポットを形成する。本明細書において、図１に示されているように、Ｘ軸方向は水平方向に相当し、Ｙ軸方向は強度検出部２２への光Ｌの入射方向に相当し、Ｚ軸方向は鉛直方向に相当する。

強度検出部２２は、レンズ２１によって形成された集光スポットの強度情報を検出する。強度検出部２２は、集光スポットの強度情報として、集光スポットの強度を計測する。強度検出部２２は、位相パターンＰ２０によって形成される複数の集光スポットを検出する。強度検出部２２は、さらに集光スポットが形成される位置を検出してもよい。

本実施形態において、強度検出部２２は、例えば、撮像装置である。強度検出部２２は、撮像領域に形成された集光スポットの撮像画像を取得する。撮像領域は、撮像素子の撮像面に相当する。撮像面は、行列状に２次元配列された複数の画素からなる。撮像画像は、撮像面を構成する複数の画素の各々において取得された情報から構成されている。取得された撮像画像は、集光スポットの強度情報と集光スポットの位置情報とを含んでいる。強度検出部２２によって撮像される像は、ＦＦＰである。

本実施形態の変形例として、強度検出部２２は、撮像装置以外の光強度を計測する装置であってもよく、互いに離隔されている複数の光パワーメータであってもよい。例えば、複数の光パワーメータは、互いに離隔されている複数のフォトダイオードであってもよい。本変形例において、複数の光パワーメータは、位相パターンＰ２０によって形成された複数の集光スポットが形成される位置にそれぞれ対応するように配置される。例えば、複数の光パワーメータは、複数の集光スポットが形成される位置に一対一の関係でそれぞれ配置される。

制御部９は、空間光変調部３の制御、及び、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２の推定を実行する。制御部９は、さらに、光軸調整部２の制御を実行してもよい。制御部９は、演算装置３０を含んでいる。演算装置３０は、これらのハードウェアと、プログラム等のソフトウェアとにより構成された１又は複数のコンピュータを含んでいる。演算装置３０が、複数のコンピュータによって構成される場合には、これらのコンピュータはローカルで接続されてもよいし、インターネット又はイントラネットなどの通信ネットワークを介して接続されてもよい。

制御部９は、例えば、演算装置３０によって構成されている。演算装置３０は、例えば、プロセッサと、主記憶装置と、補助記憶装置と、通信装置と、入力装置と、出力装置と、表示装置と、を備えている。演算装置３０は、クラウドを含んでいてもよい。プロセッサは、オペレーティングシステム及びアプリケーション・プログラムなどを実行する。主記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory)及びＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。補助記憶装置は、ハードディスク及びフラッシュメモリなどにより構成される記憶媒体である。通信装置は、ネットワークカード又は無線通信モジュールにより構成される。入力装置は、キーボード、マウス、及び、タッチパネルなどにより構成される。出力装置は、ディスプレイ及びプリンタなどにより構成される。

本実施形態において、制御部９は、被加工物Ｓを加工する加工プロセスと、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する位置推定プロセスとを実行する。加工プロセスにおいて、加工用の位相パターンＰ１０が用いられる。位置推定プロセスにおいて、入射位置推定用の位相パターンＰ２０が用いられる。例えば、位置推定プロセスは、加工プロセスが実行される前に実行される。これによって、加工プロセスにおける位相パターンＰ１０と位相パターンＰ１０への光Ｌの入射位置Ｐ２との位置関係が調整され得る。当該位置関係の調整によって、加工プロセスにおいて位相パターンＰ１０の所望の位置に光Ｌが入射され得る。位置推定プロセスは、加工プロセスの途中で実行されてもよい。

本実施形態の変形例として、位置推定プロセスが実行される時間と加工プロセスが実行される時間とは重複していてもよい。この場合、加工用の位相パターンＰ１０が、入射位置推定用の位相パターンＰ２０を兼ねていてもよい。この場合、位相パターンＰ１０によって変調された光Ｌは、加工部５における被加工物Ｓの加工に用いられると共に、検出部７及び制御部９による空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２の推定にも用いられる。

本実施形態において、制御部９は、パターン設定部３１と、情報取得部３２と、比較部３３と、位置調整部３４と、推定部３５と、を含んでいる。演算装置３０が、複数のコンピュータによって構成される場合には、これらのコンピュータの接続によって、論理的にパターン設定部３１、情報取得部３２、比較部３３、位置調整部３４、及び、推定部３５の各々が構築される。本実施形態において、１つの演算装置３０が、パターン設定部３１、情報取得部３２、比較部３３、位置調整部３４、及び、推定部３５を構成している。本実施形態の変形例として、パターン設定部３１、情報取得部３２、比較部３３、位置調整部３４、及び、推定部３５は、互いに離間した複数の演算装置３０によって構成されていてもよい。

パターン設定部３１は、位相パターンＰ１を制御する。パターン設定部３１は、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１を設定する。パターン設定部３１は、例えば、空間光変調部３に設定する位相パターンＰ１を生成する。

本実施形態の変形例として、パターン設定部３１は、加工装置１の外部において生成された位相パターンＰ１を取得してもよい。パターン設定部３１は、加工装置１の外部において生成された位相パターンＰ１、及び、パターン設定部３１によって予め生成された位相パターンＰ１の少なくとも１つを格納していてもよい。この場合、パターン設定部３１は、予め格納されている位相パターンＰ１を空間光変調部３に設定してもよい。

パターン設定部３１は、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１として、加工用の位相パターンＰ１０と入射位置推定用の位相パターンＰ２０との少なくとも一方を設定する。本実施形態において、パターン設定部３１によって設定される位相パターンＰ１は、位相パターンＰ１０と位相パターンＰ２０との双方を含んでいる。本実施形態において、パターン設定部３１は、互いに異なる種別の構成を有している入射位置推定用の位相パターンＰ２１，Ｐ２２を設定する。

例えば、パターン設定部３１は、加工プロセスにおいて位相パターンＰ１０を空間光変調部３に設定する。位相パターンＰ１０は、加工プロセスにおいて被加工物Ｓに照射される光Ｌを形成する。この結果、空間光変調部３は、加工プロセスにおいて加工用の位相パターンＰ１０を表示し、位相パターンＰ１０へ入射した光Ｌを変調し、加工時に被加工物Ｓに照射される光Ｌを出射する。例えば、位相パターンＰ１０によって変調された光Ｌは、加工部５のレンズ１７によって集光され、被加工物Ｓの加工面ＳＰに照射される。

例えば、パターン設定部３１は、位置推定プロセスにおいて位相パターンＰ２０を空間光変調部３に設定する。位相パターンＰ２０は、位置推定プロセスにおいて入射位置Ｐ２の推定に用いられる光Ｌを形成する。この結果、空間光変調部３は、位置推定プロセスにおいて入射位置推定用の位相パターンＰ２０を表示し、位相パターンＰ２０へ入射した光Ｌを変調し、入射位置Ｐ２の推定に用いられる光Ｌを出射する。位相パターンＰ２０によって変調された光Ｌは、検出部７のレンズ２１によって集光され、複数の集光スポットを強度検出部２２に形成する。

情報取得部３２は、強度検出部２２から検出結果を取得する。情報取得部３２は、強度検出部２２から取得された検出結果に基づいて、複数の集光スポットの各々の強度情報を取得する。本実施形態において、情報取得部３２は、さらに、強度検出部２２から取得された検出結果に基づいて、複数の集光スポットの各々の位置情報を取得する。情報取得部３２は、例えば、強度検出部２２における検出結果に基づいて、位相パターンＰ２０によって形成された集光スポットの位置を判断する。情報取得部３２は、例えば、集光スポット毎に、集光スポットの強度情報と集光スポットの位置とを紐付ける。

強度検出部２２は、集光スポットの強度情報だけでなく集光スポットの位置を検出する場合、情報取得部３２は、強度検出部２２によって検出された集光スポットの強度情報及び位置を取得する。本実施形態において、強度検出部２２が集光スポットを撮像する。この場合、例えば、情報取得部３２は、撮像画像における画素の輝度に基づいて集光スポットの強度情報を取得し、撮像画像における画素位置に基づいて集光スポットの位置情報を取得する。

本実施形態の変形例として、複数の集光スポットの各々が複数の強度検出部２２によって検出される場合、情報取得部３２は、集光スポットを検出した強度検出部２２の種別に基づいて、集光スポットの位置を取得する。強度検出部２２の種別は、例えば、予め強度検出部２２の個体番号、又は、各強度検出部２２の位置などであってもよい。

情報取得部３２は、制御部９への入力情報及び出力情報、並びに、制御部９における演算結果を取得する。情報取得部３２は、取得された情報を補助記憶装置に記憶する。

比較部３３は、情報取得部３２において取得された情報に基づいて、複数の集光スポットの強度情報を比較する。比較部３３は、例えば、強度検出部２２において撮像された１つの撮像画像に含まれている複数の集光スポットの強度情報を比較する。比較部３３は、例えば、複数の集光スポットの強度が互いに等しいか否かを判定する。比較部３３は、例えば、位相パターンＰ２０によって形成される２つの集光スポットの強度比を演算する。

「複数の集光スポットの強度が互いに等しい」とは、複数の集光スポットから２つの集光スポットを選択した場合における全ての組み合わせにおいて、２つの集光スポットの強度比の値が１を基準とした所定の範囲内にあることをいう。当該所定の範囲は、例えば、強度検出部２２において検出される強度の有効数字に依存する。当該所定の範囲は、例えば、０．９９以上１．０１以下である。同一の位相パターンＰ２０において集光スポットの強度が複数回測定される場合、上述した強度比の値は、複数回測定された強度の平均値、最大値、中央値、又は、最頻値などに基づいて演算される。

例えば、比較部３３は、集光スポットの強度情報に基づいて、位相パターンＰ２０に対する入射位置Ｐ２が適切であるか否かを判断してもよい。例えば、比較部３３において位相パターンＰ２０に対する入射位置Ｐ２が適切でないと判断された場合に、位置調整部３４は、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整する。例えば、比較部３３において、位相パターンＰ２０に対する入射位置Ｐ２が適切であると判断された場合には、情報取得部３２は、現在の位相パターンＰ２０の構成に関する情報を記憶する。記憶された情報は、加工プロセスにおける加工用の位相パターンＰ１０の設定に用いられる。

本実施形態の変形例として、比較部３３において、位相パターンＰ２０に対する入射位置Ｐ２が適切であると判断された場合に、情報取得部３２が現在の光軸調整部２の設定に関する情報を記憶してもよい。記憶された情報は、加工プロセスにおける光軸調整部２の設定に用いられる。さらなる変形例として、比較部３３において、位相パターンＰ２０に対する入射位置Ｐ２が適切であると判断された場合に、位置調整部３４が、加工プロセスまで現在の光軸調整部２の設定を維持してもよい。

位置調整部３４は、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係を調整する。位置調整部３４は、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係の調整において、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１の変更、及び、位相パターンＰ１への入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行する。

位置調整部３４は、例えば、図５（ａ）に示されているように、空間光変調部３に対し位相パターンＰ１の構成が矢印α方向に移動するように位相パターンＰ１を変更する。これによって、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係が変更される。位置調整部３４は、例えば、図５（ｂ）に示されているように、位相パターンＰ１への入射光の入射位置Ｐ２を矢印β方向に移動させるように入射光の光軸の位置を変更する。これによっても、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係とが変更される。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係を変更する例を説明するための図である。

本実施形態において、位置調整部３４は、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係の調整において、パターン設定部３１に位相パターンＰ１の再設定を指示し、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１を変更する。本実施形態の変形例として、位置調整部３４は、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係の調整において、光軸調整部２を制御し、空間光変調部３への入射光の光軸位置を調整してもよい。

例えば、位置調整部３４は、予め設定された位置関係に、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係を調整する。例えば、位置調整部３４は、強度検出部２２における検出結果に基づいて、位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係を調整する。

例えば、位置調整部３４は、推定部３５による推定結果に基づいて、加工用の位相パターンＰ１０への入射光と位相パターンＰ１０との位置関係を調整する。例えば、位置調整部３４は、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１０の変更、及び、位相パターンＰ１０への入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行し、位相パターンＰ１０に対して、推定部３５によって推定された入射位置Ｐ２に光Ｌを入射させる。

例えば、位置調整部３４は、情報取得部３２において取得された強度検出部２２の検出結果に基づいて、入射位置推定用の位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整する。例えば、位置調整部３４は、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０の変更、及び、位相パターンＰ２０への入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行し、位相パターンＰ２０に対して光Ｌを入射させる。

例えば、位置調整部３４は、集光スポットの強度情報に基づいて、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整する。位置調整部３４は、集光スポットの強度情報及び集光スポットの位置情報に基づいて、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整する。

位置調整部３４は、複数の集光スポットの強度情報が強度検出部２２において検出されるように、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整する。位置調整部３４は、強度検出部２２において１つの集光スポットのみの強度情報が検出された場合には、強度検出部２２において複数の集光スポットの強度情報が検出されるように、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整する。

本実施形態において、位置調整部３４は、位置推定プロセスにおける位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の変更として、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０を段階的に変更する。本実施形態において、位置調整部３４は、予め設定されている全ての位相パターンＰ２０に関して、集光スポットの強度情報が取得されるまで、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を段階的に調整する。

本実施形態の変形例として、位置調整部３４は、複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を段階的に調整してもよい。例えば、位置調整部３４は、複数の集光スポットのうち少なくとも２つの集光スポットの強度が互いに等しくなるまで、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を段階的に調整してもよい。

本実施形態のさらなる変形例として、位置調整部３４は、複数の集光スポットのうち一対の集光スポットの強度比の値が１に近づくように、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整してもよい。換言すれば、位置調整部３４は、複数の集光スポットのうち一対の集光スポットの強度が互いに等しくなるように、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整してもよい。例えば、位置調整部３４は、強度検出部２２における検出結果に基づいて、複数の集光スポットの強度比の値が０．９９以上１．０１以下となるように、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整してもよい。本変形例において、位置調整部３４は、例えば、空間光変調部３における位置を区間とし、強度比の値を解とした二分法を用いて、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整してもよい。

本実施形態において、位置調整部３４は、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の調整において、パターン設定部３１に位相パターンＰ２０の再設定を指示し、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０を変更する。例えば、パターン設定部３１は、位置調整部３４から位相パターンＰ２１の再設定を指示された場合に、サブパターンＰＳ１，ＰＳ２の配置構成が異なる位相パターンＰ２１を空間光変調部３に表示させる。換言すれば、パターン設定部３１は、位置調整部３４から位相パターンＰ２１の再設定を指示された場合に、空間光変調部３に表示させる位相パターンＰ２１において、サブパターンＰＳ１，ＰＳ２の配置構成を変更する。本実施形態の変形例として、位置調整部３４は、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の調整において、光軸調整部２を制御し、空間光変調部３への入射光の光軸位置を調整してもよい。

推定部３５は、強度検出部２２における検出結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。換言すれば、推定部３５は、強度検出部２２によって検出された強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。例えば、推定部３５は、互いに異なる構成を有している複数の位相パターンＰ２０の各々によって形成される集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。

具体的には、推定部３５は、例えば、位置調整部３４によって調整された位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係と、位相パターンＰ２０によって形成される集光スポットの強度情報の比較結果とに基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。例えば、推定部３５は、複数の集光スポットのうち少なくとも２つの集光スポットの強度が互いに等しくなる、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。

例えば、推定部３５は、複数の集光スポットのうち少なくとも２つの集光スポットの強度が互いに等しくなる位相パターンＰ２０の構成に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。例えば、推定部３５は、複数の集光スポットのうち少なくとも２つの集光スポットの強度が互いに等しくなる位相パターンＰ２１において、サブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界の位置を、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。同様に、推定部３５は、複数の集光スポットのうち少なくとも２つの集光スポットの強度が互いに等しくなる位相パターンＰ２２において、サブパターンＰＳ３とサブパターンＰＳ４との境界の位置を、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。

推定部３５は、一対の集光スポットＦ１，Ｆ２の強度情報の比較結果と、一対の集光スポットＦ３，Ｆ４の強度情報の比較結果とに基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。一対の集光スポットＦ１，Ｆ２は、一対の領域Ｒ１，Ｒ２にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ１，Ｒ２は、位相パターンＰ２１においてＸ軸方向で互いに隣接している。一対の集光スポットＦ３，Ｆ４は、一対の領域Ｒ３，Ｒ４にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ３，Ｒ４は、位相パターンＰ２２においてＺ軸方向で互いに隣接している。例えば、Ｘ軸方向が第一方向に対応する場合、Ｚ軸方向が第二方向に対応する。

本実施形態の変形例として、推定部３５は、複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を演算してもよい。例えば、推定部３５は、複数の集光スポットの強度比に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を演算してもよい。推定部３５は、複数の集光スポットの強度比の変化に基づいて、加工プロセスにおける空間光変調部３に対する入射位置Ｐ２のずれ量を演算してもよい。位置調整部３４は、推定部３５によって演算された入射位置Ｐ２のずれ量に基づいて、ずれが補整されるように、位相パターンＰ１０への入射光と位相パターンＰ１０との位置関係を調整してもよい。

次に、図６（ａ）から図６（ｅ）を参照して、位置推定プロセスにおける位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の変更について詳細に説明する。図６（ａ）から図６（ｅ）は、入射位置推定用の位相パターンＰ２０と集光スポットＦ１，Ｆ２との関係を示す図である。本実施形態において、位置調整部３４は、位置推定プロセスにおける位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の変更として、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０を段階的に変更する。

加工装置１は、位置推定プロセスにおいて、位相パターンＰ２０として、例えば、複数の入射位置推定用の位相パターンＰ２１を用いる。この場合、パターン設定部３１は、複数の位相パターンＰ２１を空間光変調部３に設定する。例えば、位置調整部３４は、複数の位相パターンＰ２１を空間光変調部３に順次表示させる。強度検出部２２は、各位相パターンＰ２１によって形成される集光スポットＦ１，Ｆ２を順次検出する。換言すれば、加工装置１は、位置推定プロセスにおいて、位置調整部３４による位相パターンＰ２１の変更と、強度検出部２２による当該位相パターンＰ２１によって形成される集光スポットの検出とを繰り返す。

強度検出部２２は、位相パターンＰ２１への入射光と位相パターンＰ２１との位置関係が位置調整部３４によって調整された後に、さらに複数の集光スポットＦ１，Ｆ２の強度情報を検出する。推定部３５は、位相パターンＰ２１への入射光と位相パターンＰ２１との位置関係が調整された後に検出された複数の集光スポットＦ１，Ｆ２の強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。位相パターンＰ２１の変更と集光スポットの検出との組み合わせによって、位相パターンＰ２１における光Ｌの入射位置Ｐ２を探索する位置探索処理が実行される。

図６（ａ）から図６（ｅ）は、位置推定プロセスにおいて空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０が変更される例において、入射位置推定用の位相パターンＰ２０と集光スポットＦ１，Ｆ２との関係を示している。本実施形態において、位置調整部３４は、図６（ａ）に示されている状態から図６（ｅ）に示されている状態まで順に、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を段階的に調整する。換言すれば、位置調整部３４は、図６（ａ）から図６（ｅ）に示されている複数の位相パターンＰ２１を空間光変調部３に順次表示させる。

各位相パターンＰ２１は、複数種のサブパターンＰＳ１，ＰＳ２を含んでいる。位相パターンＰ２１におけるサブパターンＰＳ１，ＰＳ２の配置構成は、位相パターンＰ２１ごとに異なる。図６（ａ）から図６（ｅ）に示されている位相パターンＰ２１には、それぞれ光Ｌが入射されている。光Ｌは、位相パターンＰ２１によって変調され、検出部７に向かって出射される。

図６（ａ）から図６（ｅ）に示されている位相パターンＰ２１において、サブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２とは、Ｘ軸方向に配列されている。図６（ａ）から図６（ｅ）に示されている複数の位相パターンＰ２１において、サブパターンＰＳ１が位置する領域Ｒ１とサブパターンＰＳ２が位置する領域Ｒ２との面積比は、位相パターンＰ２１ごとに異なる。図６（ａ）から図６（ｅ）に示されている複数の位相パターンＰ２１において、Ｘ軸方向における領域Ｒ１と領域Ｒ２との長さ比は、位相パターンＰ２１ごとに異なる。図６（ａ）から図６（ｅ）に示されている複数の位相パターンＰ２１において、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界の位置は、位相パターンＰ２１ごとに異なる。図６（ａ）から図６（ｅ）に示されている複数の位相パターンＰ２１において、光Ｌが入射される位置は同一である。

サブパターンＰＳ１は、光ＬのうちサブパターンＰＳ１に入射した光Ｌ１を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ１を形成する。サブパターンＰＳ２は、光ＬのうちサブパターンＰＳ２に入射した光Ｌ２を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ２を形成する。強度検出部２２は、強度検出部２２に形成された集光スポットが表示された画像Ｍ１を撮像する。

図６（ａ）に示されている位相パターンＰ２１において、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の長さはＸ軸方向における領域Ｒ１の長さよりも大きい。図６（ａ）において、光Ｌは、位相パターンＰ２１のうちサブパターンＰＳ２のみに入射している。このため、集光スポットＦ１は強度検出部２２に形成されず、集光スポットＦ２のみが強度検出部２２に形成される。この結果、画像Ｍ１には集光スポットＦ２のみが表示されている。

図６（ｂ）に示されている位相パターンＰ２１において、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の長さはＸ軸方向における領域Ｒ１の長さよりも大きい。Ｘ軸方向において、図６（ｂ）における領域Ｒ２の長さは図６（ａ）における領域Ｒ２の長さよりも小さい、図６（ｂ）における領域Ｒ１の長さは図６（ａ）に示されている領域Ｒ１の長さよりも大きい。図６（ｂ）において、光Ｌは、サブパターンＰＳ１及びサブパターンＰＳ２に入射している。この結果、画像Ｍ１には集光スポットＦ１及び集光スポットＦ２が表示されている。位相パターンＰ２１において光Ｌ２の面積は、光Ｌ１の面積よりも大きい。このため、集光スポットＦ２の強度は、集光スポットＦ１の強度よりも大きい。

図６（ｃ）に示されている位相パターンＰ２１において、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の長さとＸ軸方向における領域Ｒ１の長さとは、互いに等しい。図６（ｃ）において、光Ｌは、サブパターンＰＳ１及びサブパターンＰＳ２に入射している。この結果、画像Ｍ１には集光スポットＦ１及び集光スポットＦ２が表示されている。位相パターンＰ２１において光Ｌ２の面積と光Ｌ１の面積とは、互いに等しい。このため、集光スポットＦ２の強度と集光スポットＦ１の強度とは、互いに等しい。

図６（ｄ）に示されている位相パターンＰ２１において、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の長さはＸ軸方向における領域Ｒ１の長さよりも小さい。図６（ｄ）において、光Ｌは、サブパターンＰＳ１及びサブパターンＰＳ２に入射している。この結果、画像Ｍ１には集光スポットＦ１及び集光スポットＦ２が表示されている。位相パターンＰ２１において、光Ｌ２の面積は、光Ｌ１の面積よりも小さい。このため、集光スポットＦ２の強度は、集光スポットＦ１の強度よりも小さい。

図６（ｅ）に示されている位相パターンＰ２１において、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の長さはＸ軸方向における領域Ｒ１の長さよりも小さい。Ｘ軸方向において、図６（ｅ）における領域Ｒ２の長さは図６（ｄ）に示されている領域Ｒ２の長さよりも小さく、図６（ｅ）における領域Ｒ１の長さは図６（ｄ）に示されている領域Ｒ１の長さよりも大きい。図６（ｅ）において、光Ｌは、位相パターンＰ２１のうちサブパターンＰＳ１のみに入射している。このため、集光スポットＦ２は強度検出部２２に形成されず、集光スポットＦ１のみが強度検出部２２に形成される。この結果、画像Ｍ１には集光スポットＦ１のみが表示されている。

図６（ａ）から図６（ｅ）に示された位相パターンＰ２１によって、互いに異なる集光スポットＦ１，Ｆ２の強度情報が検出される。集光スポットＦ１，Ｆ２の強度比の値は、図６（ｃ）に示されている位相パターンＰ２１において最も１に近づく。このため、推定部３５は、図６（ｃ）に示されている位相パターンＰ２１に対応する位置に、光Ｌが入射していると推定する。これによって、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が推定される。例えば、図６（ｃ）に示されている位相パターンＰ２１のサブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界の位置が、Ｘ軸方向における空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定される。換言すれば、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界の位置が、Ｘ軸方向における空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定される。

位置推定プロセスにおける位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の変更が、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０の変更によって実行される例を説明した。当該位置関係の変更は、位相パターンＰ２０への入射光の光軸位置の変更による同様の処理によって実現されてもよい。

例えば、位相パターンＰ２０への入射光の光軸位置が変更される場合において、位置調整部３４は、位相パターンＰ２１への入射光の入射位置Ｐ２を光軸位置の変更によって順次変更させる。強度検出部２２は、入射位置Ｐ２が互いに異なる入射光によって形成される集光スポットを順次検出する。換言すれば、加工装置１は、位置推定プロセスにおいて、位置調整部３４による位相パターンＰ１への入射光の光軸位置の変更と、強度検出部２２による当該位相パターンＰ２１によって形成される集光スポットの検出とを繰り返す。この場合も、強度検出部２２は、位相パターンＰ２１への入射光と位相パターンＰ２１との位置関係が位置調整部３４によって調整された後に、さらに複数の集光スポットの強度情報を検出する。このように、光軸位置の変更と集光スポットの検出との組み合わせによって、位相パターンＰ２１における光Ｌの入射位置Ｐ２を探索する位置探索処理が実行されてもよい。

次に、図７、図８、並びに、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、空間光変調装置１０よって実行される位置推定方法の一例を説明する。図７及び図８は、位置推定プロセスを説明するためのフローチャートである。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、複数の集光スポットの強度比の値を示すグラフである。

位置推定プロセスにおいて、制御部９は、パターン設定部３１、情報取得部３２、比較部３３、位置調整部３４、及び、推定部３５によって、位置探索処理を実行する。位置推定プロセスは、例えば、図７に示されているフローチャートにしたがって実行される。

まず、制御部９が、左右スポットによる位置探索処理を実行する（処理Ｓ１）。制御部９は、左右スポットによる位置探索処理を実行する。左右スポットは、図３（ｂ）に示されるようにＸ軸方向に配列された集光スポットＦ１，Ｆ２に相当する。処理Ｓ１において、図３（ａ）に示されるように、サブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２とが左右方向に配列されている入射位置推定用の位相パターンＰ２１が用いられる。処理Ｓ１において、パターン設定部３１は、位相パターンＰ２１を空間光変調部３に設定する。推定部３５は、位相パターンＰ２１によって形成された集光スポットＦ１，Ｆ２の強度情報に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。

次に、制御部９が、上下スポットによる位置探索処理を実行する（処理Ｓ２）。上下右スポットは、図４（ｂ）に示されるようにＺ軸方向に配列された集光スポットＦ３，Ｆ４に相当する。処理Ｓ２において、図４（ａ）に示されるように、サブパターンＰＳ３とサブパターンＰＳ４とが上下方向に配列されている入射位置推定用の位相パターンＰ２２が用いられる。処理Ｓ２において、パターン設定部３１は、位相パターンＰ２２を空間光変調部３に設定する。推定部３５は、位相パターンＰ２２によって形成された集光スポットＦ３，Ｆ４の強度情報に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。

処理Ｓ１と処理Ｓ２によって、左右方向及び上下方向における入射位置Ｐ２が推定される。制御部９は、処理Ｓ１及び処理Ｓ２が終了すると位置推定プロセスを終了する。本実施形態の変形例として、制御部９は、上下スポットによる位置探索処理の後に左右スポットによる位置探索処理を実行してもよい。

次に、図８を参照して、左右スポットによる位置探索処理を詳細に説明する。この位相探索処理においては、入射位置推定用の位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の設定と、集光スポットの強度情報の検出とが、複数の位相パターンＰ２０の全てにおいて強度情報が取得されるまで繰り返される。以下では、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の変更が、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０の変更によって実行される場合を例に説明する。

まず、入射位置推定用の位相パターンＰ２０が空間光変調部３に表示される（処理Ｓ１１）。例えば、パターン設定部３１が、位相パターンＰ２０を空間光変調部３に表示させる。位置探索処理が実行されて初めの処理Ｓ１１において、パターン設定部３１は、予め決められた位相パターンＰ２０を空間光変調部３に設定し、表示させる。例えば、予め決められた位相パターンＰ２０は、Ｘ軸方向における領域Ｒ１に対する領域Ｒ２の長さ比が最も大きい位相パターンＰ２１である。換言すれば、予め決められた位相パターンＰ２０は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も大きい位相パターンＰ２１である。変形例として、予め決められた位相パターンＰ２０は、予め決められた位相パターンＰ２０は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も小さい位相パターンＰ２１であってもよい。左右スポットによる位置探索処理において、パターン設定部３１は、位相パターンＰ２１を空間光変調部３に設定する。

次に、左右スポットの強度情報が取得される（処理Ｓ１２）。例えば、処理Ｓ１１において空間光変調部３に表示された位相パターンＰ２１に光Ｌが入射され、強度検出部２２に複数の集光スポットＦ１，Ｆ２が形成される。強度検出部２２に形成される複数の集光スポットＦ１，Ｆ２は、左右スポットである。強度検出部２２は、例えば、左右スポットの強度情報を検出し、情報取得部３２に出力する。情報取得部３２は、強度検出部２２において検出された左右スポットの強度情報を取得する。例えば、情報取得部３２は、強度検出部２２において撮像された撮像画像を取得する。この場合、撮像画像には、左右スポットの強度情報及び位置情報が含まれている。処理Ｓ１２において、同一の位相パターンＰ２０において、左右スポットの強度が複数回取得されてもよい。この場合、情報取得部３２は、複数回取得された強度の平均値、最大値、中央値、又は、最頻値などを演算し、演算結果を強度情報として取得してもよい。

次に、全ての強度情報を取得したか否かが判断される（処理Ｓ１３）。例えば、情報取得部３２が、全ての強度情報を取得したか否かを判断する。例えば、処理Ｓ１１において初めに設定した位相パターンＰ２０が、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も大きい位相パターンＰ２１である場合、情報取得部３２は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も小さい位相パターンＰ２１による左右スポットの強度情報が取得されていれば、全ての強度情報を取得したと判断する。処理Ｓ１１において初めに設定した位相パターンＰ２０が、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も小さい位相パターンＰ２１である場合、情報取得部３２は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も大きい位相パターンＰ２１による左右スポットの強度情報が取得されていれば、全ての強度情報を取得したと判断する。

全ての強度情報が取得されたと判断されなかった場合（処理Ｓ１３のＮＯ）、位相パターンＰ２０が再設定される（処理Ｓ１４）。例えば、位置調整部３４が、パターン設定部３１に位相パターンＰ２０を再設定させる。例えば、処理Ｓ１１において初めに設定した位相パターンＰ２０が、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も大きい位相パターンＰ２１である場合、位置調整部３４は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が、直前で設定された位相パターンＰ２１よりも一段階小さい位相パターンＰ２１を空間光変調部３に設定させる。例えば、処理Ｓ１１において初めに設定した位相パターンＰ２０が、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も小さい位相パターンＰ２１である場合、位置調整部３４は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が、直前で設定された位相パターンＰ２１よりも一段階大きい位相パターンＰ２１を空間光変調部３に設定させる。処理Ｓ１４が終了すると、処理Ｓ１１に処理が戻される。

全ての強度情報が取得されたと判断された場合（処理Ｓ１３のＹＥＳ）、左右スポットの強度情報が比較される（処理Ｓ１５）。例えば、比較部３３が、左右スポットの強度情報を比較する。比較部３３は、位相パターンＰ２１ごとに記憶された左右スポットの強度情報を取得し、各位相パターンＰ２１に対応する左スポットの強度情報と右スポットの強度情報とを比較する。例えば、比較部３３は、位相パターンＰ２１ごとに記憶された左右スポットの強度情報を取得し、各位相パターンＰ２１に対応する左スポットの強度情報と右スポットの強度情報との強度比の値を演算する。例えば、比較部３３は、左右スポットの強度情報の比較結果を情報取得部３２へ出力し、記憶させる。

図９（ａ）は、処理Ｓ１５において記憶された位相パターンＰ２０ごとの左右スポットの強度情報の比較結果がプロットされたグラフである。図９（ａ）において、縦軸は、右スポットの強度に対する左スポットの強度の強度比の値を示しており、横軸は、各位相パターンＰ２１に対応する画素位置を示している。位相パターンＰ２１に対応する画素位置は、位相パターンＰ２１においてサブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界が位置する画素位置である。

処理Ｓ１５が終了すると、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が推定される（処理Ｓ１６）。例えば、推定部３５が、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。推定部３５は、処理Ｓ１５における左右スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。例えば、推定部３５は、左スポットの強度と右スポットの強度とが等しい画素位置を、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。例えば、推定部３５は、左右スポットの強度比の値が０．９９以上１．０１以下となる場合に、左スポットの強度と右スポットの強度とが等しいと判定する。例えば、推定部３５は、処理Ｓ１５における左右スポットの強度情報の比較結果において、左右スポットの強度比の値が最も１に近い場合に、左スポットの強度と右スポットの強度とが等しいと判定してもよい。

例えば、図９（ａ）において、左右スポットの強度比の値が１．０になる場合において、サブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界が位置する画素位置は“６２８”である。このため、推定部３５は、Ｘ軸方向における表示部１３の画素位置のうち、“６２８”の位置に光Ｌが入射していると推定する。例えば、推定部３５は、Ｘ軸方向における表示部１３の画素位置のうち、“６２８”の位置に、入射位置Ｐ２の重心が位置していると推定する。

制御部９は、上下スポットによる位置探索処理も処理Ｓ１１から処理Ｓ１６と同様の処理によって実行する。上下スポットによる位置探索処理は、位相パターンＰ２１でなく位相パターンＰ２２を用いる点、及び、上下スポットの強度情報を比較する点のみにおいて、左右スポットによる位置探索処理と異なる。図９（ｂ）は、位相パターンＰ２２ごとの上下スポットの強度情報の比較結果がプロットされたグラフである。図９（ｂ）において、縦軸は、下スポットの強度に対する上スポットの強度の強度比の値を示しており、横軸は、各位相パターンＰ２２に対応する画素位置を示している。位相パターンＰ２２に対応する画素位置は、位相パターンＰ２２においてサブパターンＰＳ３とサブパターンＰＳ４との境界が位置する画素位置である。

例えば、図９（ｂ）において、上下スポットの強度比の値が１．０になる場合において、サブパターンＰＳ３とサブパターンＰＳ４との境界が位置する画素位置は“４６４”である。このため、推定部３５は、Ｚ軸方向における表示部１３の画素位置のうち、“４６４”の位置に光Ｌが入射していると推定する。例えば、推定部３５は、Ｚ軸方向における表示部１３の画素位置のうち、“４６４”の位置に、入射位置Ｐ２の重心が入射していると推定する。

以上、空間光変調装置１０よって実行される位置推定方法の一例を説明したが、各処理の順序及び処理の主体はこれに限定されない。例えば、情報取得部３２の代わりに、比較部３３、位置調整部３４、又は、推定部３５が、処理Ｓ１３を実行してもよい。例えば、左右スポットと上下スポットとの双方の強度情報が全て取得されてから、各強度情報が比較されてもよい。例えば、左右スポットと上下スポットとの双方の強度情報の比較結果が全て取得されてから、各強度情報が比較されてもよい。

例えば、各位相パターンＰ２０における左右スポット又は上下スポットの強度情報が取得された直後に当該強度情報が比較されてもよい。換言すれば、処理Ｓ１２と処理Ｓ１３との間に処理Ｓ１５が実行されてもよい。この場合、例えば、比較部３３は、直前の処理Ｓ１２において取得された、左スポットの強度情報と右スポットの強度情報とを比較し、左右スポットの強度情報の比較結果を情報取得部３２へ出力する。例えば、左右スポット及び上下スポットの強度情報が取得された直後に当該強度情報が比較されてもよい。

次に、図１０を参照して、空間光変調装置１０によって実行される位置推定方法の変形例を説明する。図１０は、本実施形態の変形例における位置推定プロセスを説明するためのフローチャートである。この位相探索処理においては、入射位置推定用の位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の設定と、集光スポットの強度情報の取得とが、左右の集光スポットの強度情報が等しいと判断されるまで繰り返される。以下では、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の変更が、空間光変調部３に表示する位相パターンの変更によって実行される場合を例に説明する。以下において、図８を参照して説明した位置推定方法と重複する説明は省略する。

まず、入射位置推定用の位相パターンＰ２０が空間光変調部３に表示される（処理Ｓ２１）。例えば、処理Ｓ２１において、上述した処理Ｓ１１と同様の処理が実行される。

次に、左右スポットの強度情報が取得される（処理Ｓ２２）。例えば、処理Ｓ２２において、上述した処理Ｓ１２と同様の処理が実行される。

次に、左右スポットの強度情報が比較される（処理Ｓ２３）。例えば、比較部３３が、左右スポットの強度情報を比較する。比較部３３は、直前の処理Ｓ２２において取得された、左スポットの強度情報と右スポットの強度情報とを比較する。例えば、比較部３３は、直前の処理Ｓ２２において取得された左スポットの強度情報と右スポットの強度情報との強度比の値を演算する。例えば、比較部３３は、左右スポットの強度情報の比較結果を情報取得部３２へ出力し、記憶させる。

次に、左右スポットの強度情報が互いに等しいか否かが判断される（処理Ｓ２４）。例えば、比較部３３が、処理Ｓ２３において取得された左右スポットの強度情報が互いに等しいか判断する。例えば、比較部３３は、左スポットの強度と右スポットの強度との強度比の値を演算し、左右スポットの強度比の値が０．９９以上１．０１以下となる場合に左スポットの強度と右スポットの強度とが等しいと判定する。左右スポットの強度情報が互いに等しいと判断された場合（処理Ｓ２４のＹＥＳ）、処理は処理Ｓ２７に進む。

左右スポットの強度情報が互いに等しいと判断されなかった場合（処理Ｓ２４のＮＯ）、全ての強度情報が比較されたか否か判断される（処理Ｓ２５）。例えば、比較部３３が、全ての強度情報が比較されたか否かを判断する。例えば、処理Ｓ２１において初めに設定した位相パターンＰ２０が、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も大きい位相パターンＰ２１である場合、比較部３３は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も小さい位相パターンＰ２１による左右スポットの強度情報が比較された際に、全ての強度情報が比較されたと判断する。処理Ｓ２１において初めに設定した位相パターンＰ２０が、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も小さい位相パターンＰ２１である場合、比較部３３は、Ｘ軸方向における領域Ｒ２の画素数が最も大きい位相パターンＰ２１による左右スポットの強度情報が比較された際に、全ての強度情報が比較されたと判断する。

全ての強度情報が比較されたと判断されなかった場合（処理Ｓ２５のＮＯ）、位相パターンＰ２０が再設定される（処理Ｓ２６）。例えば、位置調整部３４は、パターン設定部３１に位相パターンＰ２０を再設定させる。例えば、処理Ｓ２４において、上述した処理Ｓ１４と同様の処理が実行される。全ての強度情報が比較されたと判断された場合（処理Ｓ２５のＹＥＳ）、処理は処理Ｓ２７に進む。

左右スポットの強度情報が互いに等しいと判断された場合（処理Ｓ２４のＹＥＳ）、又は、全ての強度情報が比較されたと判断された場合（処理Ｓ２５のＹＥＳ）、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が推定される（処理Ｓ２７）。例えば、推定部３５が、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。

例えば、推定部３５は、左右スポットの強度情報が互いに等しいと判断された場合（処理Ｓ２４のＹＥＳ）、処理Ｓ２４において左右スポットの強度情報が等しいと判断された位相パターンＰ２１に対応する画素位置を、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。例えば、位相パターンＰ２１に対応する画素位置は、位相パターンＰ２１においてサブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界が位置する画素位置である。

例えば、推定部３５は、全ての強度情報が比較されたと判断された場合（処理Ｓ２５のＹＥＳ）、全ての強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。例えば、推定部３５は、全ての左右スポットの強度情報の比較結果において、左右スポットの強度比の値が最も１に近い位相パターンＰ２０に対応する画素位置を、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。例えば、位相パターンＰ２０に対応する画素位置は、位相パターンＰ２１においてサブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界が位置する画素位置である。

本変形例においても、制御部９は、上下スポットによる位置探索処理を処理Ｓ２１から処理Ｓ２７と同様の処理によって実行する。上下スポットによる位置探索処理は、位相パターンＰ２１でなく位相パターンＰ２２を用いる点、及び、上下スポットの強度情報を比較する点のみにおいて、左右スポットによる位置探索処理と異なる。

以上、空間光変調装置１０よって実行される位置推定方法の変形例の１つを説明したが、各処理の順序及び処理の主体はこれに限定されない。例えば、比較部３３の代わりに、位置調整部３４、又は、推定部３５が、処理Ｓ２４を実行してもよい。例えば、比較部３３の代わりに、情報取得部３２、位置調整部３４、又は、推定部３５が、処理Ｓ２５を実行してもよい。例えば、処理Ｓ２４の前に処理Ｓ２５が実行されてもよい。この場合、例えば、処理Ｓ２５のＮＯであったときに処理Ｓ２４が実行され、さらに、処理Ｓ２４のＮＯであったときに処理Ｓ２６が実行され、処理Ｓ２４のＹＥＳであったときに処理Ｓ２７が実行される。処理Ｓ２５のＹＥＳであったときには、処理Ｓ２７が実行され、上述した処理Ｓ１６と同様の処理が実行される。

次に、図１１を参照して、空間光変調装置１０によって実行される位置推定方法のさらに別の変形例を説明する。図１１は、本実施形態の別の変形例における位置推定プロセスを説明するためのフローチャートである。この位相探索処理においては、二分法を用いて、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の設定と強度情報の取得とが繰り返される。この二分法において、最小値は０に設定され、最大値はＸ軸方向又はＺ軸方向における表示部１３の画素数に設定される。以下では、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の変更が、空間光変調部３に表示する位相パターンの変更によって実行される場合を例に説明する。以下において、図８又は図１０を参照して説明した位置推定方法と重複する説明は省略する。

まず、“ｍｉｎ”に０が設定され、“ｍａｘ”に画素数が設定される（処理Ｓ３１）。“ｍｉｎ”は、二分法における最小値を示す変数である。“ｍａｘ”は、二分法における最大値を示す変数である。例えば、位置調整部３４が、“ｍｉｎ”に０を設定し、“ｍａｘ”にＸ軸方向における表示部１３の画素数が設定される。

次に、“ｓｅａｒｃｈ”に（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２が設定される（処理Ｓ３２）。“ｓｅａｒｃｈ”は、空間光変調部３に表示させる位相パターンＰ２０を特定する変数である。“ｓｅａｒｃｈ”は、例えば、空間光変調部３に表示させる位相パターンＰ２０におけるサブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界が位置する画素位置を示す。例えば、位置調整部３４が、“ｓｅａｒｃｈ”に（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２の値を設定する。

次に、入射位置推定用の位相パターンＰ２０が空間光変調部３に表示される（処理Ｓ３３）。例えば、パターン設定部３１が、処理Ｓ３２において設定された“ｓｅｒａｃｈ”に対応する位相パターンＰ２０を空間光変調部３に設定し、表示させる。

次に、左右スポットの強度情報が取得される（処理Ｓ３４）。例えば、処理Ｓ３４において、上述した処理Ｓ１２と同様の処理が実行される。

次に、左右スポットの強度情報が比較される（処理Ｓ３５）。例えば、処理Ｓ３５において、上述した処理Ｓ２３と同様の処理が実行される。

次に、左右スポットの強度比の値が判定される（処理Ｓ３６）。例えば、比較部３３が、左右スポットの強度比の値を判定する。左右スポットの強度比の値が閾値より小さい場合、処理は処理Ｓ３７に進む。左右スポットの強度比の値が閾値より大きい場合、処理は処理Ｓ３８に進む。左右スポットの強度比の値が閾値の範囲内である場合、処理は処理Ｓ３９に進む。例えば、閾値の範囲は、左スポットの強度と右スポットの強度とが等しいと判断できる範囲である。例えば、左右スポットの強度比の値が０．９９より小さい場合、処理は処理Ｓ３７に進む。左右スポットの強度比の値が１．０１より大きい場合、処理は処理Ｓ３８に進む。左右スポットの強度比の値が０．９９以上１．０１以下である場合、処理は処理Ｓ３９に進む。

左右スポットの強度比の値が閾値より小さい場合、“ｍａｘ”が“ｓｅａｒｃｈ”に設定される（処理Ｓ３７）。例えば、位置調整部３４が、現在の“ｍａｘ”の値を“ｓｅａｒｃｈ”に設定する。処理Ｓ３７が終了すると、処理は処理Ｓ３２に戻される。

左右スポットの強度比の値が閾値より大きい場合、“ｍｉｎ”が“ｓｅａｒｃｈ”に設定される（処理Ｓ３８）。例えば、パターン設定部３１が、現在の“ｍｉｎ”の値を“ｓｅａｒｃｈ”に設定する。処理Ｓ３８が終了すると、処理は処理Ｓ３２に戻される。

左右スポットの強度比の値が閾値の範囲内である場合、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が推定される（処理Ｓ３９）。例えば、推定部３５は、直前の処理Ｓ３３において設定された位相パターンＰ２０に対応する画素位置を、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。例えば、位相パターンＰ２０に対応する画素位置は、位相パターンＰ２１においてサブパターンＰＳ１とサブパターンＰＳ２との境界が位置する画素位置である。

本変形例においても、制御部９は、上下スポットによる位置探索処理を処理Ｓ３１から処理Ｓ３９と同様の処理によって実行する。上下スポットによる位置探索処理は、位相パターンＰ２１でなく位相パターンＰ２２を用いる点、及び、上下スポットの強度情報を比較する点のみにおいて、左右スポットによる位置探索処理と異なる。

以上、空間光変調装置１０よって実行される位置推定方法の変形例の１つを説明したが、処理の主体はこれに限定されない。例えば、位置調整部３４の代わりに、パターン設定部３１、又は、推定部３５が、処理Ｓ３１を実行してもよい。例えば、位置調整部３４の代わりに、パターン設定部３１、又は、推定部３５が、処理Ｓ３２を実行してもよい。例えば、比較部３３の代わりに、位置調整部３４、又は、推定部３５が、処理Ｓ３６を実行してもよい。また、処理Ｓ３６が実行されずに、処理Ｓ３５における強度情報の比較結果に基づいて、処理Ｓ３７、処理Ｓ３８、及び、処理Ｓ３９の何れかが実行されてもよい。

図８を参照して説明した位置推定方法の例と、図１０を参照して説明した位置推定方法の例と、図１１を参照して説明した位置推定方法の例とは、互いに組み合わされてもよい。例えば、左右スポットによる位置探索処理と、上下スポットによる位置探索処理とは、互いに異なる例において説明された互いに異なる処理によって実行されてもよい。

次に、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）を参照して、本実施形態の変形例における空間光変調装置１０について説明する。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、本実施形態の変形例における入射位置推定用の位相パターンＰ２０と集光スポットとの関係を示す図である。本変形例は、概ね、上述した実施形態及び変形例と類似又は同じである。本変形例は、位相パターンＰ２０の構成に関して、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。

本変形例において、入射位置推定用の位相パターンＰ２０は、上述した位相パターンＰ２１及び位相パターンＰ２２の代わりに、位相パターンＰ２５を含んでいる。例えば、空間光変調部３は、互いに異なる構成を有する複数の入射位置推定用の位相パターンＰ２５を順次表示する。複数の位相パターンＰ２５は、各位相パターンＰ２５において複数種のサブパターンが位置する領域の配置構成に関して互いに異なっている。換言すれば、位相パターンＰ２５におけるサブパターンの配置構成は、位相パターンＰ２５ごとに異なる。

各位相パターンＰ２５は、複数種のサブパターンＰＳ１１，ＰＳ１２，ＰＳ１３，ＰＳ１４を含んでいる。位相パターンＰ２５におけるサブパターンＰＳ１１，ＰＳ１２，ＰＳ１３，ＰＳ１４の配置構成は、位相パターンＰ２５ごとに異なる。サブパターンＰＳ１１は、領域Ｒ１１に位置している。サブパターンＰＳ１２は、領域Ｒ１２に位置している。サブパターンＰＳ１３は、領域Ｒ１３に位置している。サブパターンＰＳ１４は、領域Ｒ１４に位置している。

領域Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４は、例えば、Ｘ軸方向及びＺ軸方向において表示部１３を区分けする領域である。領域Ｒ１１と領域Ｒ１２とは、左右方向において互いに隣接している。領域Ｒ１１と領域Ｒ１３とは、上下方向において互いに隣接している。領域Ｒ１３と領域Ｒ１４とは、左右方向において互いに隣接している。領域Ｒ１２と領域Ｒ１４とは、上下方向において互いに隣接している。

領域Ｒ１１と領域Ｒ１２とは、左右方向に配列されている。領域Ｒ１１と領域Ｒ１３とは、上下方向に配列されている。領域Ｒ１３と領域Ｒ１４とは、左右方向に配列されている。領域Ｒ１２と領域Ｒ１４とは、上下方向に配列されている。領域Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４によって、表示部１３が構成される。領域Ｒ１１は、領域Ｒ１２よりも左側に位置している。領域Ｒ１１は、領域Ｒ１３よりも下側に位置している。領域Ｒ１３は、領域Ｒ１４よりも左側に位置している。領域Ｒ１２は、領域Ｒ１４よりも下側に位置している。領域Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向において、位相パターンＰ２５を四分割するように構成されている。

領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との境界は、Ｚ軸方向に沿って延在している。領域Ｒ１３と領域Ｒ１４との境界は、Ｚ軸方向に沿って延在している。例えば、領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との境界、及び、領域Ｒ１３と領域Ｒ１４との境界は、Ｚ軸方向に平行に延在している。本明細書において、「平行」は、空間光変調部３の位置決めを考慮した公差の範囲を含んでいる。領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との境界は、領域Ｒ１３と領域Ｒ１４との境界に連続しており、領域Ｒ１３と領域Ｒ１４との境界の同一直線上に位置している。

領域Ｒ１１と領域Ｒ１３との境界は、Ｘ軸方向に沿って延在している。領域Ｒ１２と領域Ｒ１４との境界は、Ｘ軸方向に沿って延在している。例えば、領域Ｒ１１と領域Ｒ１３との境界、及び、領域Ｒ１２と領域Ｒ１４との境界は、Ｘ軸方向に平行に延在している。領域Ｒ１１と領域Ｒ１３との境界は、領域Ｒ１２と領域Ｒ１４との境界に連続しており、領域Ｒ１２と領域Ｒ１４との境界の同一直線上に位置している。領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との境界と、領域Ｒ１１と領域Ｒ１３との境界とは、互いに交差している。例えば、領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との境界と、領域Ｒ１１と領域Ｒ１３との境界とは、互いに直交している。本明細書において、「直交」は、表示部１３における画素位置を考慮した公差の範囲を含んでいる。

サブパターンＰＳ１１，ＰＳ１２，ＰＳ１３，ＰＳ１４は、互いに異なる位置に集光スポットＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ１１は、集光スポットＦ１１を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ１２は、集光スポットＦ１２を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ１３は、集光スポットＦ１３を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ１４は、集光スポットＦ１４を形成するように構成されている。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示されている位相パターンＰ２５には、それぞれ光Ｌが入射されている。光Ｌは、位相パターンＰ２５によって変調され、検出部７に向かって出射される。パターン設定部３１によって設定される複数の位相パターンＰ２５において、領域Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４の面積比は、位相パターンＰ２５ごとに異なる。パターン設定部３１によって設定される複数の位相パターンＰ２５において、領域Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４の境界の位置は、位相パターンＰ２５ごとに異なる。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示されている複数の位相パターンＰ２５において、光Ｌが入射される位置は同一である。

サブパターンＰＳ１１は、光ＬのうちサブパターンＰＳ１１に入射した光Ｌ１１を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ１１を形成する。サブパターンＰＳ１２は、光ＬのうちサブパターンＰＳ１２に入射した光Ｌ１２を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ１２を形成する。サブパターンＰＳ１３は、光ＬのうちサブパターンＰＳ１３に入射した光Ｌ１３を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ１３を形成する。サブパターンＰＳ１４は、光ＬのうちサブパターンＰＳ１４に入射した光Ｌ１４を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ１４を形成する。強度検出部２２は、強度検出部２２に形成された集光スポットが表示された画像Ｍ１０を撮像する。

図１２（ａ）に示されている位相パターンＰ２５において、光Ｌは、位相パターンＰ２５のうちサブパターンＰＳ１１及びサブパターンＰＳ１２のみに入射している。このため、集光スポットＦ１３，Ｆ１４は強度検出部２２に形成されず、集光スポットＦ１１，Ｆ１２のみが強度検出部２２に形成される。この結果、画像Ｍ１０には集光スポットＦ１１，Ｆ１２のみが表示されている。位相パターンＰ２５において、光Ｌ１２の面積は、光Ｌ１１の面積よりも大きい。このため、集光スポットＦ１２の強度は、集光スポットＦ１１の強度よりも大きい。

図１２（ｂ）に示されている位相パターンＰ２５において、光Ｌは、位相パターンＰ２５のうちサブパターンＰＳ１１，ＰＳ１２，ＰＳ１３，ＰＳ１４の全てに入射している。この結果、画像Ｍ１０には集光スポットＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４が表示されている。位相パターンＰ２５において、光Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４のそれぞれの面積は、互いに等しい。このため、集光スポットＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４の強度は、互いに等しい。

以上のように、互いに異なる位相パターンＰ２５によって、互いに異なる集光スポットＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４の強度情報が検出される。集光スポットＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４の強度は、図１２（ｂ）に示されている位相パターンＰ２５において互いに等しくなる。このため、推定部３５は、図１２（ｂ）に示されている位相パターンＰ２５に対応する位置に、光Ｌが入射していると推定する。これによって、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が推定される。

推定部３５は、例えば、一対の集光スポットＦ１１，Ｆ１２の強度情報の比較結果と、一対の集光スポットＦ１３，Ｆ１４の強度情報の比較結果とに基づいて、Ｘ軸方向における空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。一対の集光スポットＦ１１，Ｆ１２は、一対の領域Ｒ１１，Ｒ１２にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ１１，Ｒ１２は、位相パターンＰ２５においてＸ軸方向で互いに隣接している。一対の集光スポットＦ１３，Ｆ１４は、一対の領域Ｒ１３，Ｒ１４にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ１３，Ｒ１４は、位相パターンＰ２５においてＸ軸方向で互いに隣接している。

例えば、推定部３５は、さらに、一対の集光スポットＦ１１，Ｆ１３の強度情報の比較結果と、一対の集光スポットＦ１２，Ｆ１４の強度情報の比較結果とに基づいて、Ｚ軸方向における空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。一対の集光スポットＦ１１，Ｆ１３は、一対の領域Ｒ１１，Ｒ１３にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ１１，Ｒ１３は、位相パターンＰ２５においてＺ軸方向で互いに隣接している。一対の集光スポットＦ１２，Ｆ１４は、一対の領域Ｒ１２，Ｒ１４にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ１２，Ｒ１４は、位相パターンＰ２５においてＺ軸方向で互いに隣接している。

本実施形態の変形例として、推定部３５は、一対の集光スポットＦ１１，Ｆ１４の強度情報の比較結果と、一対の集光スポットＦ１２，Ｆ１３の強度情報の比較結果とに基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定してもよい。推定部３５は、集光スポットＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４の強度情報について、上述した組み合わせ以外の組み合わせによる比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定してもよい。

例えば、図１２（ｂ）に示されている位相パターンＰ２５のサブパターンＰＳ１１，ＰＳ１２，ＰＳ１３，ＰＳ１４の境界の位置が、ＸＺ軸方向における空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定される。換言すれば、領域Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４によって形成される境界の交点の位置が、ＸＺ軸向における空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定される。さらに換言すれば、領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との境界と、領域Ｒ１３と領域Ｒ１４との境界とが交わる位置が、ＸＺ軸向における空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定される。

本変形例において、位置推定プロセスにおける位相パターンＰ１への入射光と位相パターンＰ１との位置関係の変更が、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１の変更によって実行される例を説明した。当該位置関係の変更は、位相パターンＰ１への入射光の光軸位置の変更による同様の処理によって実現されてもよい。

次に、図１３を参照して、本実施形態のさらに別の変形例における空間光変調装置１０について説明する。図１３は、本実施形態の変形例における入射位置推定用の位相パターンＰ２０と集光スポットとの関係を示す図である。本変形例は、概ね、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において説明した変形例と類似又は同じである。本変形例は、位相パターンＰ２０の構成に関して、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において説明した変形例と相違する。以下、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において説明した変形例と本変形例との相違点を主として説明する。

本変形例において、位相パターンＰ２０は、上述した位相パターンＰ２５の代わりに、位相パターンＰ２６を含んでいる。例えば、空間光変調部３は、互いに異なる構成を有する複数の位相パターンＰ２６を順次表示する。複数の位相パターンＰ２６は、各位相パターンＰ２６において複数種のサブパターンが位置する領域の配置構成に関して互いに異なっている。換言すれば、位相パターンＰ２６におけるサブパターンの配置構成は、位相パターンＰ２６ごとに異なる。

各位相パターンＰ２６は、位相パターンＰ２５と同様に複数種のサブパターンＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ２３，ＰＳ２４を含んでいる。位相パターンＰ２６におけるサブパターンＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ２３，ＰＳ２４の配置構成は、位相パターンＰ２６ごとに異なる。サブパターンＰＳ２１は、領域Ｒ２１に位置している。サブパターンＰＳ２２は、領域Ｒ２２に位置している。サブパターンＰＳ２３は、領域Ｒ２３に位置している。サブパターンＰＳ２４は、領域Ｒ２４に位置している。

領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４は、例えば、Ｘ軸方向及びＺ軸方向において表示部１３を区分けする領域である。領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４によって、表示部１３が構成される。領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向において、位相パターンＰ２６を四分割するように構成されている。領域Ｒ２１と領域Ｒ２３とは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に傾斜する第一傾斜方向において互いに隣接している。領域Ｒ２１と領域Ｒ２４とは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に傾斜する第二傾斜方向において互いに隣接している。領域Ｒ２２と領域Ｒ２３とは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に傾斜する第二傾斜方向において互いに隣接している。領域Ｒ２２と領域Ｒ２４とは、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に傾斜する第一傾斜方向において互いに隣接している。第一傾斜方向と第二傾斜方向とは、互いに交差している。

領域Ｒ２１と領域Ｒ２３との境界は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して傾斜している。領域Ｒ２２と領域Ｒ２４との境界は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して傾斜している。領域Ｒ２１と領域Ｒ２３との境界は、領域Ｒ２２と領域Ｒ２４との境界と連続しており、領域Ｒ２２と領域Ｒ２４との境界の同一直線上に位置している。

領域Ｒ２１と領域Ｒ２４との境界は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して傾斜している。領域Ｒ２２と領域Ｒ２３との境界は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して傾斜している。領域Ｒ２１と領域Ｒ２４との境界は、領域Ｒ２２と領域Ｒ２３との境界と連続しており、領域Ｒ２２と領域Ｒ２３との境界の同一直線上に位置している。領域Ｒ２１と領域Ｒ２３との境界と、領域Ｒ２１と領域Ｒ２４との境界とは、互いに交差している。領域Ｒ２１と領域Ｒ２３との境界と、領域Ｒ２１と領域Ｒ２４との境界とは、互いに直交していてもよい。

サブパターンＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ２３，ＰＳ２４は、互いに異なる位置に集光スポットＦ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ２１は、集光スポットＦ２１を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ２２は、集光スポットＦ２２を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ２３は、集光スポットＦ２３を形成するように構成されている。サブパターンＰＳ２４は、集光スポットＦ２４を形成するように構成されている。

光Ｌは、位相パターンＰ２６によって変調され、検出部７に向かって出射される。パターン設定部３１によって設定される複数の位相パターンＰ２６において、領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４の面積比は、位相パターンＰ２６ごとに異なる。パターン設定部３１によって設定される複数の位相パターンＰ２６において、領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４の境界の位置は、位相パターンＰ２６ごとに異なる。

サブパターンＰＳ２１は、光ＬのうちサブパターンＰＳ２１に入射した光Ｌ２１を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ２１を形成する。サブパターンＰＳ２２は、光ＬのうちサブパターンＰＳ２２に入射した光Ｌ１２を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ２２を形成する。サブパターンＰＳ２３は、光ＬのうちサブパターンＰＳ２３に入射した光Ｌ２３を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ２３を形成する。サブパターンＰＳ２４は、光ＬのうちサブパターンＰＳ２４に入射した光Ｌ２４を変調し、強度検出部２２に集光スポットＦ２４を形成する。強度検出部２２は、強度検出部２２に形成された集光スポットが表示された画像Ｍ２０を撮像する。

図１３に示されている位相パターンＰ２６において、光Ｌは、位相パターンＰ２６のうちサブパターンＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ２３，ＰＳ２４の全てに入射している。この結果、画像Ｍ２０には集光スポットＦ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４が表示されている。位相パターンＰ２６において、光Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４のそれぞれの面積は、互いに等しい。このため、集光スポットＦ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４の強度は、互いに等しい。

以上のように、集光スポットＦ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４の強度は、図１３に示されている位相パターンＰ２６において互いに等しくなる。このため、推定部３５は、図１３に示されている位相パターンＰ２６に対応する位置に、光Ｌが入射していると推定する。

推定部３５は、例えば、一対の集光スポットＦ２１，Ｆ２３の強度情報の比較結果と、一対の集光スポットＦ２２，Ｆ２３の強度情報の比較結果とに基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２として推定する。一対の集光スポットＦ２１，Ｆ２３は、一対の領域Ｒ２１，Ｒ２３にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ２１，Ｒ２３は、位相パターンＰ２６において第一傾斜方向で互いに隣接している。一対の集光スポットＦ２２，Ｆ２３は、一対の領域Ｒ２２，Ｒ２３にそれぞれ入射した光Ｌによって形成されている。一対の領域Ｒ２２，Ｒ２３は、位相パターンＰ２６において第二傾斜方向で互いに隣接している。例えば、第一傾斜方向が第一方向に対応する場合、第二傾斜方向が第二方向に対応する。

本実施形態の変形例として、領域Ｒ２１と領域Ｒ２３との境界と領域Ｒ２１と領域Ｒ２４との境界とが互いに直交していなくてもよい。領域Ｒ２１と領域Ｒ２３との境界が、領域Ｒ２２と領域Ｒ２４との境界の同一直線上に位置していなくてもよい。領域Ｒ２１と領域Ｒ２４との境界が、領域Ｒ２２と領域Ｒ２３との境界の同一直線上に位置していなくてもよい。これらの場合には、領域Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４によって形成される境界の交点と各境界とによって形成される角度を考慮して、集光スポットＦ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４の強度情報が比較され、空間光変調部３に対する入射位置Ｐ２が推定される。

次に、加工装置１、空間光変調装置１０、及び位置推定方法の作用効果について説明する。

空間光変調装置１０において、パターン設定部３１によって設定される位相パターンＰ１は、入射位置推定用の位相パターンＰ２０を含んでいる。位相パターンＰ２０は、空間光変調部３において変調された光Ｌによって複数の集光スポットを強度検出部２２に形成するように構成されている。推定部３５は、複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。複数の集光スポットの強度情報の比較結果によれば、位相パターンＰ１における光Ｌの入射位置Ｐ２が容易に推定され得る。このため、空間光変調装置１０において、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が容易に推定され得る。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、加工用の位相パターンＰ１０と、撮像装置１９によって撮像される像との関係を示している。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）において、撮像装置１９が撮像する範囲Ｄ１０１は、空間光変調部３における範囲Ｖ１０１に対応している。範囲Ｄ１０１は撮像面に相当し、範囲Ｖ１０１は視野範囲に相当する。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）において、表示部１３に表示された位相パターンＰ１０に光が適切に入射され、位相パターンＰ１０によって撮像装置１９に像Ｆ１０１が形成されている。

図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）は、入射位置推定用の位相パターンＰ２０と、強度検出部２２によって取得される強度情報との関係を示している。図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）において、強度検出部２２が強度情報を取得できる範囲Ｄ１は、空間光変調部３における範囲Ｖ１に対応している。強度検出部２２が撮像装置である場合、範囲Ｄ１は撮像面に相当し、範囲Ｖ１は視野範囲に相当する。図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）において、表示部１３に表示された位相パターンＰ２０に光が適切に入射され、位相パターンＰ２０によって強度検出部２２に集光スポットＦ１，Ｆ２が形成されている。

図１４（ａ）において、範囲Ｖ１０１は、表示部１３が位相パターンＰ１０を表示する範囲に合致しており、適切に対応している。図１４（ｃ）においても、範囲Ｖ１は、表示部１３が位相パターンＰ２０を表示する範囲に合致しており、適切に対応している。図１４（ｂ）において、範囲Ｖ１０１は、表示部１３が位相パターンＰ１０を表示する範囲からずれている。図１４（ｂ）に示されている状態は、例えば、空間光変調部３、撮像装置１９、又は、撮像装置１９と空間光変調部３との間に位置する光学系が振動又は環境温度変化などの外的要因によって位置ずれした場合などに生じ得る。図１４（ｄ）においても、範囲Ｖ１は、表示部１３が位相パターンＰ２０を表示する範囲からずれている。図１４（ｄ）に示されている状態は、例えば、空間光変調部３、強度検出部２２、又は、強度検出部２２と空間光変調部３との間に位置する光学系が振動又は環境温度変化などの外的要因によって位置ずれした場合などに生じ得る。

図１４（ｂ）において像Ｆ１０１は、図１４（ａ）と図１４（ｂ）との間において空間光変調部３に対する光の入射位置は変化していないにもかかわらず、範囲Ｄ１０１に対して方向γにずれている。このように撮像装置１９における像の移動と空間光変調部３に対する光の入射位置の移動とは、相関していない。このため、図１４（ａ）に示した状態において空間光変調部３及び撮像装置１９についてキャリブレーションがされていたとしても、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２は、撮像装置１９において撮像される像Ｆ１０１の移動から推定できない。

同様に、図１４（ｄ）において集光スポットＦ１，Ｆ２は、図１４（ｃ）と図１４（ｄ）とにおいて空間光変調部３に対する光の入射位置は変化していないにもかかわらず、範囲Ｄ１に対して方向γ２にずれている。このように、強度検出部２２における集光スポットの移動と空間光変調部３に対する光の入射位置の移動とは、相関していない。このため、図１４（ｃ）に示した状態において空間光変調部３及び強度検出部２２についてキャリブレーションがされていたとしても、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２は、強度検出部２２によって検出される集光スポットＦ１，Ｆ２の移動から推定できない。

以上の点に関し、推定部３５は、強度検出部２２において検出された複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光の入射位置Ｐ２を推定する。入射位置推定用の位相パターンＰ２０が用いられる場合、複数の集光スポットが強度検出部２２に形成され得る。

例えば、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）によって、入射位置推定用の位相パターンＰ２０が用いられる場合には、推定部３５は、集光スポットＦ１の強度情報と集光スポットＦ２の強度情報との比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光の入射位置が推定され得る。図１４（ｃ）に示されている状態と図１４（ｄ）に示されている状態とにおいて、集光スポットＦ１の強度と集光スポットＦ２の強度との比は変化しない。したがって、位相パターンＰ２０が用いられる場合には、推定部３５は、集光スポットＦ１の強度情報と集光スポットＦ２の強度情報との比較結果に基づいて、図１４（ｄ）において空間光変調部３に対する光の入射位置が変化していないことを推定し得る。このため、空間光変調装置１０によれば、空間光変調部３、強度検出部２２、及びその他の光学系についてキャリブレーションせずとも、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が容易かつ正確に推定され得る。

空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が容易に推定されるため、レーザ光のずれによって、レーザ光が加工装置１の他の光学素子に意図せず照射されるも抑制され得る。この結果、加工装置１の他の光学素子へのダメージも抑制され得る。さらに、空間光変調装置１０は、ＮＦＰを撮像する撮像装置１９が無くとも、位相パターンＰ１の調整と入射位置Ｐ２の推定との双方が実現され得る。

推定部３５は、複数の集光スポットのうち少なくとも２つの集光スポットの強度が互いに等しくなる、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。このため、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２がさらに正確に推定され得る。

推定部３５は、位相パターンＰ２０において第一方向で互いに隣接する一対の領域にそれぞれ入射した光Ｌによって形成される一対の集光スポットの強度情報の比較結果と、位相パターンＰ２０において第二方向で互いに隣接する一対の領域にそれぞれ入射した光Ｌによって形成される一対の集光スポットの強度情報の比較結果とに基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。第二方向は、第一方向と交差している。この場合、第一方向と第二方向との双方において、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が推定され得る。この結果、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２がさらに正確に推定され得る。

位置調整部３４は、集光スポットの強度情報に基づいて、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整してもよい。強度検出部２２は、位置調整部３４によって上記位置関係が調整された後に、さらに複数の集光スポットの強度情報を検出する。推定部３５は、上記位置関係が調整された後に検出された複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。この場合、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係が調整された後の強度情報を用いて、当該位置関係がさらに調整され得る。したがって、上記位置関係がさらに容易かつ正確に調整され得る。

位置調整部３４は、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係の調整において、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ２０の変更と、位相パターンＰ２０への入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行する。この場合、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係がさらに容易に調整され得る。

位置調整部３４は、複数の集光スポットの強度情報に基づいて、複数の集光スポットの強度比の値が１に近づくように、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係を調整してもよい。この場合、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２がさらに容易かつ正確に推定され得る。

パターン設定部３１は、複数の集光スポットを強度検出部２２に形成するように構成された位相パターンＰ２０として、互いに異なる構成を有している複数の位相パターンＰ２０を設定する。空間光変調部３は、複数の位相パターンＰ２０を順次表示する。推定部３５は、複数の位相パターンＰ２０の各々によって形成される集光スポットの強度情報に基づいて、空間光変調部３における光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。この場合、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０との位置関係がさらに容易かつ正確に調整され得る。

複数の位相パターンＰ２０の各々は、複数種のサブパターンを含んでいる。複数種のサブパターンは、当該位相パターンＰ２０において互いに異なる領域に位置すると共に互いに異なる集光スポットをそれぞれ形成する。複数の位相パターンＰ２０は、複数種のサブパターンが位置する領域の配置構成が互いに異なっている。この場合、上記位相パターンＰ２０ごとに、各集光スポットの強度情報が異なり得る。このため、位相パターンＰ２０における入射光の入射位置Ｐ２がより容易に推定され得る。したがって、空間光変調部３における光Ｌの入射位置Ｐ２がさらに容易に推定され得る。

強度検出部２２は、撮像領域に形成された集光スポットの撮像画像を取得する撮像装置を含んでいてもよい。撮像画像は、集光スポットの強度情報と集光スポットの位置情報とを含んでいてもよい。この場合、推定部３５は、撮像画像に含まれている集光スポットの強度情報と集光スポットの位置情報とに基づいて、空間光変調部３における光Ｌの入射位置Ｐ２を推定する。撮像画像における集光スポットの位置情報によって、集光スポットの強度情報が容易に分類され得る。このため、位相パターンＰ２０における入射光の入射位置Ｐ２がさらに容易に推定され得る。

加工装置１は、上述した空間光変調装置１０と、加工部５とを備えている。加工部５は、空間光変調部３において変調された光Ｌを被加工物Ｓに照射する。この場合、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２の推定によって、位相パターンＰ２０への入射光と位相パターンＰ２０とのずれが抑制され得る。当該加工装置１によれば、空間光変調部３によって変調された光Ｌは強度検出部２２だけでなく被加工物Ｓにも導かれるため、被加工物Ｓは位相パターンによって変調された光Ｌによってさらに正確に加工され得る。

パターン設定部３１は、空間光変調部３に表示する位相パターンＰ１として、入射位置推定用の位相パターンＰ２０と加工用の位相パターンＰ１０との少なくとも一方を設定する。位相パターンＰ２０は、入射位置の推定に用いられる。位相パターンＰ１０は、加工部５による被加工物Ｓの加工に用いられる。この場合、位相パターンＰ２０によって、空間光変調部３に対する光Ｌの入射位置Ｐ２が推定された後に、位相パターンＰ１０によって被加工物Ｓが加工され得る。したがって、位相パターンＰ１０への入射光と位相パターンＰ１０とのずれが抑制された状態において、被加工物Ｓが加工され得る。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態および変形例において、空間光変調装置１０は、加工装置１に備えられている。しかし、空間光変調装置１０は、加工装置１とは別体で構成されていてもよい。

加工装置１は、ＮＦＰを撮像する撮像装置１９を備えている。しかし、加工装置１は、撮像装置１９を備えていなくても、本発明が解決しようとする課題を解決し得る。

１…加工装置、３…空間光変調部、５…加工部、７…検出部、１０…空間光変調装置、２２…強度検出部、Ｐ１，Ｐ１０，Ｐ２０，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２５，Ｐ２６…位相パターン、３１…パターン設定部、３４…位置調整部、３５…推定部、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４，Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３，Ｆ２４…集光スポット、Ｌ…光、Ｐ２…入射位置、ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３，ＰＳ４，ＰＳ１１，ＰＳ１２，ＰＳ１３，ＰＳ１４，ＰＳ２１，ＰＳ２２，ＰＳ２３，ＰＳ２４…サブパターン、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４…領域、Ｓ…被加工物。

Claims (13)

1. 入射した光を変調する位相パターンを表示し、前記位相パターンによって前記光を変調する空間光変調部と、
   前記空間光変調部に表示する前記位相パターンを設定するパターン設定部と、
   前記空間光変調部において変調された光を検出する検出部と、
   前記検出部における検出結果に基づいて、前記空間光変調部に対する前記光の入射位置を推定する推定部と、を備え、
   前記パターン設定部によって設定される前記位相パターンは、当該位相パターンにおいて変調された光によって複数の集光スポットを前記検出部に形成するように構成された位相パターンを含んでおり、
   前記検出部は、前記集光スポットの強度情報を検出し、
   前記推定部は、前記検出部において検出された前記複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、前記空間光変調部に対する前記光の入射位置を推定する、空間光変調装置。
2. 前記推定部は、前記複数の集光スポットのうち少なくとも２つの前記集光スポットの強度が互いに等しくなる、前記位相パターンへの入射光と前記位相パターンとの位置関係に基づいて、前記空間光変調部に対する前記光の入射位置を推定する、請求項１に記載の空間光変調装置。
3. 前記推定部は、前記位相パターンにおいて第一方向で互いに隣接する一対の領域にそれぞれ入射した光によって形成される一対の前記集光スポットの強度情報の比較結果と、前記位相パターンにおいて第二方向で互いに隣接する一対の領域にそれぞれ入射した光によって形成される一対の前記集光スポットの強度情報の比較結果とに基づいて、前記空間光変調部に対する前記光の入射位置を推定し、
   前記第一方向と前記第二方向とは、互いに交差している、請求項１又は２に記載の空間光変調装置。
4. 前記集光スポットの前記強度情報に基づいて、前記位相パターンへの入射光と前記位相パターンとの位置関係を調整する位置調整部をさらに備え、
   前記検出部は、前記位置調整部によって前記位置関係が調整された後に、さらに前記複数の集光スポットの前記強度情報を検出し、
   前記推定部は、前記位置関係が調整された後に検出された前記複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、前記空間光変調部に対する前記光の入射位置を推定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
5. 前記位置調整部は、前記位置関係の調整において、前記空間光変調部に表示する前記位相パターンの変更と、前記位相パターンへの入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行する、請求項４に記載の空間光変調装置。
6. 前記集光スポットの前記強度情報に基づいて、前記位相パターンへの入射光と前記位相パターンとの位置関係を調整する位置調整部をさらに備え、
   前記位置調整部は、前記位置関係の調整において、前記空間光変調部に表示する前記位相パターンの変更と、前記位相パターンへの入射光の光軸位置の変更との少なくとも１つを実行する、請求項１から３のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
7. 前記位置調整部は、前記複数の集光スポットの前記強度情報に基づいて、前記複数の集光スポットのうち一対の前記集光スポットの強度比の値が１に近づくように前記位置関係を調整する、請求項４又は５に記載の空間光変調装置。
8. 前記パターン設定部は、前記複数の集光スポットを前記検出部に形成するように構成された前記位相パターンとして、互いに異なる構成を有している複数の前記位相パターンを設定し、
   前記空間光変調部は、前記複数の位相パターンを順次表示し、
   前記推定部は、前記複数の位相パターンの各々によって形成される前記集光スポットの前記強度情報に基づいて、前記空間光変調部における前記光の入射位置を推定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
9. 前記複数の位相パターンの各々は、当該位相パターンにおいて互いに異なる領域に位置すると共に互いに異なる前記集光スポットをそれぞれ形成する複数種のサブパターンを含んでおり、
   前記複数の位相パターンは、前記複数種のサブパターンが位置する領域の配置構成が互いに異なっている、請求項８に記載の空間光変調装置。
10. 前記検出部は、撮像領域に形成された前記集光スポットの撮像画像を取得する撮像装置を含んでおり、
    前記撮像画像は、前記集光スポットの強度情報と前記集光スポットの位置情報とを含んでおり、
    前記推定部は、前記撮像画像に含まれている前記集光スポットの強度情報と前記集光スポットの位置情報とに基づいて、前記空間光変調部における前記光の入射位置を推定する、請求項１から９のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の空間光変調装置と、
    前記空間光変調部において変調された光を被加工物に照射する加工部と、を備える、加工装置。
12. 前記パターン設定部は、前記空間光変調部に表示する前記位相パターンとして、前記入射位置の推定に用いられる入射位置推定用の位相パターンと、前記加工部による前記被加工物の加工に用いられる加工用の位相パターンとの少なくとも一方を設定する、請求項１１に記載の加工装置。
13. 入射した光を変調する空間光変調部において、前記光の入射に応じて複数の集光スポットを形成するように構成された位相パターンを表示することと、
    前記位相パターンに光を入射させることと、
    光の入射によって形成された前記複数の集光スポットの強度情報を検出することと、
    検出された前記複数の集光スポットの前記強度情報を比較することと、
    前記複数の集光スポットの強度情報の比較結果に基づいて、前記空間光変調部に対する前記光の入射位置を推定することと、を有する、位置推定方法。

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