JP3980822B2 - Image projection apparatus and image projection method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調器によって位相変調された光をフーリエ変換し、得られる光学画像をターゲットに照射するフーリエ変換を用いた画像投射装置および画像投射方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像投射装置などに広く用いられる空間光変調器には、強度変調型と位相変調型の2つのタイプがあり、特に光情報処理やホログラム処理などの分野では後者の位相変調型が有望である。これは、位相変調型の空間光変調器は強度変調型と異なり、光の利用効率を高くすることができるからである。
【0003】
そして、位相変調型の空間光変調器においても反射型と透過型の2つのタイプがあり、光の利用効率を高くするためには反射型のタイプのものが好適に利用される。
【0004】
しかしながら、反射型の空間光変調器では、読み出し光の入射面と変調光の出射面とが同一面にあり、通常はハーフミラーを用いて変調光を読み出し光から分離しているため、光の利用効率が下がって位相変調型のメリットが失われてしまう。
【0005】
そこで、読み出し光を入射面に対して斜め入射させ、読み出し光と変調光の光軸をずらして変調光を取り出すことで、ハーフミラーの使用を省略して光の利用効率の低下を抑制する技術が開発されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、読み出し光を空間光変調器の入射面に対して斜め入射させるという上記した従来の技術を単に用いた画像投射装置では、ターゲットに照射される光学画像のサイズが設計時のサイズと比較して大きくなり、投射すべきスペースをはみ出してしまうという問題があった。特に、レーザマーキング装置などでは、所定の場所に所定の大きさの光学画像を正確に照射してマーキングする必要があるため、かかる分野では光学画像のはみ出しは重大な問題であった。
【0007】
そこで本発明は、ターゲットに対して精度良く光学画像を照射することが可能な画像投射装置および画像投射方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記目的を達成するため、空間光変調器へ読み出し光を斜入射させた場合に生じる光学画像のはみ出しの問題について鋭意検討を行った。そして、ターゲットに照射される光学画像には読み出し光の入射角度θに応じた歪が生じることを見出した。
【0009】
すなわち、図6に示すように読み出し光が空間光変調器に所定の入射角度θにて入射し、ホログラムパターンによって位相変調されて反射される際に、この変調光は幅方向にcosθ倍されるため、このcosθ倍された変調光をフーリエ変換して得られる光学画像は、図7(a)に示す所望の光学画像と比較して、図7(b)に示すように入射角度θに応じて幅方向に伸びた画像となることが分かった。
【0010】
本発明は、上記した知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明の画像投射装置は、反射型空間光変調器と、反射型空間光変調器にホログラムパターンを書き込むためのホログラムパターン書き込み手段と、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射するための投光手段と、反射型空間光変調器において位相変調され角度θで反射された読み出し光をフーリエ変換しターゲットに結像するためのフーリエレンズと、を備え、ホログラムパターン書き込み手段は、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを反射型空間光変調器に書き込む書き込み用電気信号発生器を有する、ことを特徴とする。
【0011】
この画像投射装置では、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって入射した読み出し光は、ホログラムパターンによって位相変調され、ホログラムパターンの画像情報を含んだ状態でターゲットに向けて反射される。このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にcosθ倍されるが、読み出し光に含まれる画像情報の元となるホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に1/cosθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。そして、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエレンズでフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像が照射される。
【0012】
また、本発明の画像投射装置では、ホログラムパターン書き込み手段は、所望の光学画像に対して予め求めている修正画像に対応するホログラムパターンのデータを記憶する記憶手段を備える、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、ホログラムパターン書き込み手段は、記憶手段に記憶されているホログラムパターンのデータを読み出すだけで、反射型空間光変調器にホログラムパターンを書き込むことが可能となる。すなわち、所望の光学画像から修正画像を作成し、さらにホログラムパターンを作成するという手間が省けるため、反射型空間光変調器にホログラムパターンをビデオレートで書き換えることが可能となる。
【0013】
また、本発明の画像投射装置は、ターゲットの3次元情報を取得するための物体形状認識手段を更に備え、ホログラムパターン書き込み手段の書き込み用電気信号発生器は、該物体形状認識手段により取得した該ターゲットの3次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、ホログラムパターン書き込み手段は、物体形状認識手段により取得したターゲットの3次元情報に基づいて、ターゲットの形状に合致するように3次元的にパターンを形成させるホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットに対して歪んだパターンが照射されるおそれが少なくなり、より正確な画像の投射を行うことが可能となる。
【0014】
また、本発明の画像投射装置は、ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識手段を更に備え、ホログラムパターン書き込み手段の書き込み用電気信号発生器は、該物体位置認識手段により取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、画像投射対象であるターゲットの位置が所望位置からずれた場合であっても、ホログラムパターン書き込み手段は、物体位置認識手段により取得したターゲットの位置情報に基づいてターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットの位置の変動に依存することなく正確な画像投射を行うことが可能となる。
【0015】
また本発明の画像投射方法は、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射する読み出し光入射ステップと、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを作成して反射型空間光変調器に書き込むホログラムパターン書き込みステップと、反射型空間光変調器に書き込まれたホログラムパターンによって位相変調され角度θで反射された読み出し光をフーリエ変換してターゲットに結像する所望の光学画像を得るフーリエ変換ステップと、を含むことを特徴とする。
【0016】
この画像投射方法では、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって入射した読み出し光は、ホログラムパターンによって位相変調され、ホログラムパターンの画像情報を含んだ状態でターゲットに向けて反射される。このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にcosθ倍されるが、読み出し光に含まれる画像情報の元となるホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に1/cosθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。そして、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像が照射される。
【0017】
また本発明に係る画像投射方法では、ホログラムパターン書き込みステップは、ターゲットの3次元情報を取得するための物体形状認識ステップを備え、該物体形状認識ステップにおいて取得した該ターゲットの3次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致するようにホログラムパターンを作成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、物体形状認識ステップにおいて取得したターゲットの3次元情報に基づいて、ターゲットの形状に合致するように3次元的にパターンを形成させるホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットに対して歪んだパターンが照射されるおそれが少なくなり、より正確な画像の投射を行うことが可能となる。
【0018】
また本発明に係る画像投射方法では、ホログラムパターン書き込みステップは、ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識ステップを備え、該物体位置認識ステップにおいて取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致するようにホログラムパターンを生成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、画像投射対象であるターゲットの位置が所望位置からずれた場合であっても、物体位置認識ステップにおいて取得したターゲットの位置情報に基づいてターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットの位置の変動に依存することなく正確な画像投射を行うことが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、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。
【0020】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる画像投射装置としてのレーザマーキング装置10の構成を模式的に示す平面図である。
【0021】
図示のとおり、レーザマーキング装置10は反射型の空間光変調器(SLM)20と、ホログラムパターン書き込み手段40と、投光手段50と、フーリエレンズ60とを備えている。
【0022】
SLM20は、平行配向ネマチック液晶を光変調材料として用いた位相変調型の空間光変調器である。図2に示すように、SLM20は書き込み光の入射面に書き込み光の不要な反射を防止するARコート21を施したガラス基板22を備えている。そして、このガラス基板22の入射面と反対側の面には、ITO23を介して入射光の強度に応じて抵抗が変化するアモルファスシリコン(a−Si)からなる光導電層24と、誘電体多層膜製のミラー層25とが積層されている。またSLM20は、読み出し光の入射面に同じくARコート26を施したガラス基板27を更に備えている。そして、このガラス基板27の入射面と反対側の面にはITO28が積層されており、前記したミラー層25とITO28の上に配向層29,30がそれぞれ設けられている。そして、これらの配向層29,30同士を対向させて枠状のスペーサ31を介して接続し、スペーサ31の枠内にネマチック液晶を充填して液晶層を設けて光変調層32を形成している。この配向層29,30により、光変調層32内のネマチック液晶は配向層29,30の表面に対して平行あるいは垂直に配向されている。そして両ITO23,28間には、所定の電圧を印加するための駆動装置33が接続されている。
【0023】
図1に示すように、上記した構成を有するSLM20の書き込み光が入射する側に、ホログラムパターン書き込み手段40が配置されている。
【0024】
ホログラムパターン書き込み手段40は、書き込み光を出射するための光源41と、書き込み光の画像を表示するための透過型液晶テレビ42と、透過型液晶テレビ42への画像表示を制御するための書き込み用電気信号発生器43と、書き込み光に含まれる画像信号をSLM20の光導電層24に結像させるための結像レンズ44とを備えている。
【0025】
一方、SLM20の読み出し光の入射する側には、この入射面の法面内で法線と角度θだけ傾けられた光軸上に投光手段50が配置されている。なお、法面とは直線偏光の光がミラーに入射して反射される際に入射光軸、反射光軸、ミラーの法線のいずれをも含む面を指す。
【0026】
投光手段50は、読み出し光を出射するためのレーザ光源51と、レーザ光源51から出射された読み出し光を拡大するためのレンズ52と、拡大された読み出し光を平行光に調整するためのコリメートレンズ53とを備えている。
【0027】
また、読み出し光の反射光路上には、ホログラムパターンにより位相変調された読み出し光をフーリエ変換するためのフーリエレンズ60が配置されている。
【0028】
このようにして本実施形態に係るレーザマーキング装置10が構成されている。
【0029】
ここで、本実施形態に係るレーザマーキング装置10では、ホログラムパターン書き込み手段40、特に書き込み用電気信号発生器43の構造に特徴がある。
【0030】
すなわち、本実施形態にかかるレーザマーキング装置10では、空間光変調器20へ読み出し光を入射角度θで斜入射しているため、試料Tに対して照射される光学画像には入射角度θに応じた歪が生じる。つまり、液晶テレビ42に表示されたホログラムパターン幅をAとすると、反射光路上のホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は幅方向に歪を受けて幅がAcosθとなる。このように、反射光路上の読み出し光は歪を受けて幅方向にcosθ倍されているため、これをフーリエ変換して得られる光学画像は、入射角度θに応じて幅方向に伸ばされる。
【0031】
この歪の影響を受けることなく、試料Tに対して正確な光学画像をマーキングするために、書き込み用電気信号発生器43は、試料Tに対して実際にマーキングしたい光学画像を幅方向に1/cosθ倍したものを修正画像とし、この修正画像に対するホログラムパターンを求めて液晶テレビ42に表示する。つまり、試料Tに対して実際にマーキングしたい光学画像の幅をBとすると、書き込み用電気信号発生器43は幅がB/cosθである修正画像を作成し、この修正画像に対するホログラムパターンを求めて液晶テレビ42に表示する。
【0032】
かかるホログラムパターンを作成するための書き込み用電気信号発生器43の構成の一例を、図3の回路ブロック図に示す。
【0033】
図示の通り、試料Tに対して実際にマーキングしたい光学画像の情報を書き込み用電気信号発生器43に入力すると、第1の演算器43aにて当該光学画像が作成される。次に、乗算器43bにて当該光学画像を幅方向に1/cosθ倍した修正画像が作成される。そして、第2の演算器43cにて修正画像に対応するホログラムパターンが求められ、その結果が液晶テレビ42に向けて出力される。
【0034】
このように、書き込み用電気信号発生器43は所望の光学画像に対するホログラムパターンをその都度演算により求めてもよいが、歪を考慮して予め作成されメモリなどの記憶手段に記憶されている修正画像に対するホログラムパターンのデータを呼び出して液晶テレビ42に表示するようにしてもよい。このようにすれば、書き込み用電気信号発生器43は、記憶手段に記憶されているホログラムパターンのデータを読み出すだけで、液晶テレビ42にホログラムパターンを表示することが可能となる。すなわち、所望の光学画像から修正画像を作成し、さらにホログラムパターンを作成するという手間が省けるため、反射型空間光変調器20にホログラムパターンをビデオレートで書き換えることが可能となる。
【0035】
次に、上記したレーザマーキング装置10を用いた本発明の実施形態にかかる画像投射方法としてのレーザマーキング方法について説明する。
【0036】
まず、書き込み用電気信号発生器43により、試料Tに対して実際にマーキングしたい光学画像の幅を1/cosθ倍したものを修正画像とし、この修正画像に対するホログラムパターンを液晶テレビ42に表示する。
【0037】
次に、書き込み光側の光源41から液晶テレビ42に向けて書き込み光を出射する。すると、書き込み光には液晶テレビ42を通過する際にホログラムパターンの画像情報が書き込まれる。このホログラムパターンの画像情報を含む書き込み光は、結像レンズ44によりSLM20の光導電層24に結像される。SLM20の両ITO23,28間には、駆動装置33により数ボルトの交流電圧が印加されているが、光導電層24に書き込まれた画像によって、光導電層24は画素位置によって電気的インピーダンスが変化する。この結果、光変調層32は画素位置によって印加される電圧の分圧が異なってくる(ホログラムパターン書き込みステップ)。
【0038】
一方、レーザ光源51から直線偏光の読み出し光を出射する。すると、読み出し光はレンズ52、コリメートレンズ53により平行光に調整される。そのとき、SLM20の光変調層32へは所定の入射角度θをもってP偏光として入射させる(読み出し光入射ステップ)。
【0039】
前述したとおり、光変調層32は画素位置によって印加される電圧の分圧が異なるので、この電圧に応じて液晶分子の傾きが変化する。このとき、液晶分子は法面内でその配向方向が変化する。その結果、画素位置によって光変調層32の屈折率が変化する。光変調層32に入射した読み出し光はこの屈折率変化により位相変調され、ミラー層25により反射されて入射面から再び出力される。
【0040】
このとき、読み出し光に含まれる画像情報は幅方向に歪を受けてcosθ倍されるが、読み出し光に含まれる画像情報の元となるホログラムパターン自体が、所望の光学画像を幅方向に1/cosθ倍した修正画像に対するホログラムパターンであるため、結果的に歪の影響が打ち消される。そして、この歪の影響が打ち消された画像情報が含まれる読み出し光をフーリエレンズ60でフーリエ変換して結像することにより、試料Tの所定の位置に所望の光学画像がマーキングされる(フーリエ変換ステップ)。
【0041】
このように、本実施形態にかかるレーザマーキング装置10では、ホログラムパターン書き込み手段40は、試料Tに所望の光学画像をマーキングするに際し、当該所望の光学画像を幅方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを反射型空間光変調器20に書き込み可能な構造を有する。従って、反射型空間光変調器20にて反射されたホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光が歪を受けて幅方向にcosθ倍されても、ホログラムパターン自体が所望の光学画像を幅方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するものであるため、結果的に歪の影響が相殺される。その結果、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光をフーリエレンズ60でフーリエ変換して結像することにより、試料Tの所定の位置に所望の光学画像を精度良くマーキングすることが可能となる。
【0042】
また、本実施形態にかかるレーザマーキング方法では、反射型空間光変調器20に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射させ、ホログラムパターンによって位相変調させてホログラムパターンの画像情報を含んだ状態で試料Tに向けて反射させたとき、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にcosθ倍されるが、ホログラムパターン書き込みステップで反射型空間光変調器20に書き込まれたホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に1/cosθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。その結果、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエ変換して結像することにより、試料Tの所定の位置に所望の光学画像を精度よくマーキングすることが可能となる。
【0043】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るレーザマーキング装置について図4を参照して説明する。
【0044】
上記した第1の実施形態では、所望位置に設置されている試料Tの表面に所望のパターンをマーキングする場合について説明してきたが、試料Tの設置位置は常に固定されているとは限らない。もし、試料Tの設置位置が所望位置からずれている場合に、所望位置に設置されていることを前提としたパターンを試料Tに照射した場合、パターンは試料Tの加工面において拡大・縮小・変形等してしまい、マーキングの精度の低下をきたしてしまうおそれがある。
【0045】
本実施形態に係るレーザマーキング装置10は、かかる問題点に鑑み、図4に示すように試料Tの位置情報を取得するための物体位置認識手段を更に備えている。この物体位置認識手段は、内部に半導体レーザ等の発光素子72とフォトダイオード等の受光素子74とを有するレーザ測距装置70を備えている。このレーザ測距装置70は、発光素子72からターゲットTに向けてレーザ光を出射し、反射光を受光素子74にて受光してターゲットの位置(距離)を測定する。このレーザ測距装置70は、書き込み用電気信号発生器43に接続されている。
【0046】
このレーザマーキング装置10では、レーザ測距装置70により測定されたターゲットTの位置情報は、書き込み用電気信号発生器43に送られる(物体位置認識ステップ)。そして、試料Tに対して実際に照射し加工したい光学画像を書き込み用電気信号発生器43に入力すると、書き込み用電気信号発生器43では、試料Tの位置に基づいて当該所望の光学画像に対応するホログラムパターンが求められ、そのホログラムパターンが液晶テレビ42に表示される。
【0047】
次に、書き込み光側の光源41から液晶テレビ42に向けて書き込み光を出射すると、書き込み光には液晶テレビ42を通過する際にホログラムパターンの画像情報が書き込まれる。この画像情報を有する書き込み光は、結像レンズ44によりSLM20の光導電層24に結像される(ホログラムパターン書き込みステップ)。
【0048】
一方、レーザ光源51から直線偏光の読み出し光を出射する。すると、読み出し光はレンズ52、コリメートレンズ53により平行光に調整される。そのとき、SLM20の光変調層32へは所定の入射角度θをもってP偏光として入射させる(読み出し光入射ステップ)。光変調層32に入射した読み出し光はホログラムパターンにより位相変調され、ミラー層25により反射されて入射面から再び出力される。
【0049】
そして、この位相変調された読み出し光をフーリエレンズ60でフーリエ変換して結像することにより(フーリエ変換ステップ)、試料Tに対して試料Tの位置に合致した所望の光学画像が照射される。
【0050】
このように本実施形態に係るレーザマーキング装置10では、試料Tの位置情報を取得するための物体位置認識手段を備えているため、試料Tの位置に合致したパターンを生成することが可能となり、試料Tの位置の変動に依存することなく正確なマーキングを行うことが可能となる。
【0051】
(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係るレーザマーキング装置について図5を参照して説明する。
【0052】
上記した第1及び第2の実施形態では、平面をなす試料Tの加工面に所望のパターンをマーキングする場合について説明してきたが、試料Tの加工面は常に平面であるとは限らない。もし、3次元形状をなす試料Tの加工面に平面を前提としたパターンを照射した場合、パターンは試料Tの加工面の凹凸に合わせて歪んでしまい、マーキングの精度の低下をきたしてしまうおそれがある。
【0053】
本実施形態に係るレーザマーキング装置10は、かかる問題点に鑑み、図5に示すように試料Tの3次元情報を取得するための物体形状認識手段を更に備えている。この物体形状認識手段は、それぞれ試料Tの像を撮像可能な2つの撮像装置80,82を備えている。これら撮像装置80,82は、フーリエレンズ60から試料Tに至る光軸に対してほぼ対称な位置関係で配置されており、それぞれ書き込み用電気信号発生器43に接続されている。
【0054】
このレーザマーキング装置10では、撮像装置80,82により撮像された試料Tのステレオ画像は、それぞれ書き込み用電気信号発生器43に送られる。そして、一対の撮像装置80,82で撮像した画像間で、画素間の対応を求め、対応点の画素ずれ量、つまり視差を算出し、三角測量を用いてターゲットまでの距離を算出する。このようにして、試料Tの凹凸等の3次元情報が算出され、試料Tの3次元形状の認識が行われる(物体形状認識ステップ)。なお、本実施形態に係るレーザマーキング装置10では、物体形状認識手段としての撮像装置80,82は、ターゲットTの位置情報の取得も可能であるため、撮像装置80,82は物体位置認識手段としても機能している。
【0055】
そして、試料Tに対して実際に照射し加工したい光学画像を書き込み用電気信号発生器43に入力すると、試料Tの3次元形状に基づいて当該所望の光学画像に対応するホログラムパターンが求められ、そのホログラムパターンが液晶テレビ42に表示される。
【0056】
次に、書き込み光側の光源41から液晶テレビ42に向けて書き込み光を出射すると、書き込み光には液晶テレビ42を通過する際にホログラムパターンの画像情報が書き込まれる。この画像情報を有する書き込み光は、結像レンズ44によりSLM20の光導電層24に結像される(ホログラムパターン書き込みステップ)。
【0057】
一方、レーザ光源51から直線偏光の読み出し光を出射する。すると、読み出し光はレンズ52、コリメートレンズ53により平行光に調整される。そのとき、SLM20の光変調層32へは所定の入射角度θをもってP偏光として入射させる(読み出し光入射ステップ)。光変調層32に入射した読み出し光はホログラムパターンにより位相変調され、ミラー層25により反射されて入射面から再び出力される。
【0058】
そして、この位相変調された読み出し光をフーリエレンズ60でフーリエ変換して結像することにより(フーリエ変換ステップ)、試料Tの立体表面に試料Tの形状に合致した所望の光学画像が照射される。
【0059】
このように本実施形態に係るレーザマーキング装置10では、試料Tの3次元情報を取得するための物体形状認識手段を備えているため、試料Tの形状に合致したパターンを生成することが可能となり、照射したパターンの試料Tの表面における歪みを抑制してマーキング精度の低下を抑制することが可能となる。
【0060】
なお、本発明は上記した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。
【0061】
例えば、上記した実施形態では、読み出し光を法面内で所定の入射角度θで入射させる場合について考えたため、反射型空間光変調器20に書き込まれるホログラムパターンは、所望の光学画像を幅方向に1/cosθ倍し、高さ方向に等倍した修正画像に対応するものであった。これに対し、読み出し光を入射面に対して任意の方向から入射させる場合は、読み出し光の入射方向を幅方向と高さ方法の2方向に分解し、幅方向の入射角度をα、高さ方向の入射角度をβとする。そして、書き込み用電気信号発生器43は、所望の光学画像を幅方向に1/cosα倍し、高さ方向に1/cosβ倍した修正画像に対するホログラムパターンを反射型空間光変調器20に書き込み可能な構造とする。このようにすれば、読み出し光が反射型空間光変調器20の入射面に対して任意の方向から入射する場合であっても、試料Tの所定の位置に所望の光学画像を精度良くマーキングすることが可能となる。
【0062】
また、上記した実施形態では、画像投射装置としてレーザマーキング装置10について説明したが、本発明はこれに限定されることなく露光装置などの画像投射装置に広く適用することができる。
【0063】
【発明の効果】
本発明の画像投射装置では、ホログラムパターン書き込み手段は、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、当該所望の光学画像を所定方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを反射型空間光変調器に書き込み可能な構造を有する。従って、反射型空間光変調器にて反射されたホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光が歪を受けて所定方向にcosθ倍されても、ホログラムパターン自体が所望の光学画像を所定方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するものであるため、結果的に歪の影響が相殺される。その結果、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光をフーリエレンズでフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像を精度良く照射することが可能となる。
【0064】
また本発明の画像投射方法では、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射させ、ホログラムパターンによって位相変調させてホログラムパターンの画像情報を含んだ状態でターゲットに向けて反射させたとき、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にcosθ倍されるが、ホログラムパターン書き込みステップで反射型空間光変調器に書き込まれたホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に1/cosθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。その結果、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像を精度良く照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかるレーザマーキング装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図2】空間光変調器の構成を示す断面図である。
【図3】書き込み用電気信号発生器の構成の一例を示す回路ブロック図である。
【図4】本発明の第2実施形態にかかるレーザマーキング装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図5】本発明の第3実施形態にかかるレーザマーキング装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図6】ホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光が空間光変調器にて反射されて歪を受ける様子を示す模式図である。
【図7】従来技術により照射される光学画像が歪を受ける様子を示し、図7(a)はターゲットに照射されるべき所望の光学画像、図7(b)は幅方向に歪を受けた実際の光学画像を示す。
【符号の説明】
10…レーザマーキング装置、20…反射型空間光変調器、40…ホログラムパターン書き込み手段、50…投光手段、60…フーリエレンズ、70…レーザ測距装置、80,82…撮像装置、T…試料。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image projecting apparatus and an image projecting method using Fourier transform that performs Fourier transform on light phase-modulated by a spatial light modulator and irradiates a target with an optical image obtained.
[0002]
[Prior art]
There are two types of spatial light modulators widely used in image projection devices, such as intensity modulation type and phase modulation type, and the latter phase modulation type is particularly promising in fields such as optical information processing and hologram processing. This is because, unlike the intensity modulation type, the phase modulation type spatial light modulator can increase the light use efficiency.
[0003]
There are also two types of phase modulation type spatial light modulators, a reflection type and a transmission type, and a reflection type is preferably used in order to increase the light use efficiency.
[0004]
However, in a reflective spatial light modulator, the incident surface of the readout light and the exit surface of the modulated light are on the same plane, and normally the modulated light is separated from the readout light using a half mirror. The efficiency of use decreases and the merit of the phase modulation type is lost.
[0005]
Therefore, the reading light is obliquely incident on the incident surface, and the modulated light is extracted by shifting the optical axes of the reading light and the modulating light, thereby eliminating the use of the half mirror and suppressing the decrease in the light utilization efficiency. Has been developed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the image projection apparatus that simply uses the above-described conventional technique in which the readout light is incident obliquely on the incident surface of the spatial light modulator, the size of the optical image irradiated on the target is compared with the design size. There is a problem that the space to be projected protrudes. In particular, in a laser marking apparatus or the like, it is necessary to accurately irradiate and mark a predetermined place with an optical image of a predetermined size. Therefore, in such a field, the protrusion of the optical image has been a serious problem.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image projection apparatus and an image projection method that can irradiate an optical image with high accuracy onto a target.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the inventors diligently studied the problem of the protrusion of the optical image that occurs when the readout light is obliquely incident on the spatial light modulator. And it discovered that the distortion according to the incident angle (theta) of reading light arises in the optical image irradiated to a target.
[0009]
That is, as shown in FIG. 6, when the readout light is incident on the spatial light modulator at a predetermined incident angle θ and is phase-modulated and reflected by the hologram pattern, the modulated light is multiplied by cos θ in the width direction. Therefore, the optical image obtained by Fourier transforming the modulated light multiplied by cos θ is compared with the desired optical image shown in FIG. 7A according to the incident angle θ as shown in FIG. It was found that the image was extended in the width direction.
[0010]
The present invention has been made based on the above findings. That is, the image projection apparatus of the present invention includes a reflective spatial light modulator, hologram pattern writing means for writing a hologram pattern in the reflective spatial light modulator, and a predetermined incident angle θ on the reflective spatial light modulator. A holographic pattern, comprising: a light projecting means for entering the readout light; and a Fourier lens for subjecting the readout light phase-modulated by the reflective spatial light modulator and reflected at the angle θ to Fourier transform to form an image on the target. The writing means creates a corrected image obtained by multiplying the desired optical image by a factor of 1 / cos θ in a predetermined direction so as to cancel the influence of distortion generated when the reading light is incident obliquely when the target is irradiated with the desired optical image. Write the corresponding hologram pattern into the reflective spatial light modulator Write electrical signal generator It is characterized by having.
[0011]
In this image projection apparatus, the readout light incident on the reflective spatial light modulator with a predetermined incident angle θ is phase-modulated by the hologram pattern and reflected toward the target in a state including the image information of the hologram pattern. The readout light including the image information of the hologram pattern receives distortion and is multiplied by cos θ in a predetermined direction. However, the hologram pattern itself that is the source of the image information included in the readout light is 1 in the predetermined direction with respect to the desired optical image. Since the hologram pattern corresponds to the corrected image multiplied by / cos θ, the influence of the distortion is canceled here. Then, the readout light in which the influence of the distortion is canceled is subjected to Fourier transformation with a Fourier lens to form an image, whereby a desired optical image is irradiated to a predetermined position of the target.
[0012]
In the image projection apparatus of the present invention, the hologram pattern writing means may include storage means for storing hologram pattern data corresponding to a corrected image obtained in advance for a desired optical image. . In this way, the hologram pattern writing unit can write the hologram pattern into the reflective spatial light modulator only by reading the hologram pattern data stored in the storage unit. That is, since it is possible to save the trouble of creating a corrected image from a desired optical image and further creating a hologram pattern, the hologram pattern can be rewritten at a video rate in the reflective spatial light modulator.
[0013]
The image projection apparatus according to the present invention further includes an object shape recognition unit for acquiring three-dimensional information of the target, and includes a hologram pattern writing unit. Electric signal generator for writing Is a hologram pattern that matches the shape of the target based on the three-dimensional information of the target acquired by the object shape recognition means. Generate This may be a feature. In this way, the hologram pattern writing means can generate a hologram pattern that forms a pattern three-dimensionally to match the shape of the target based on the three-dimensional information of the target acquired by the object shape recognition means. Therefore, there is less possibility that a distorted pattern is irradiated to the target, and it becomes possible to project a more accurate image.
[0014]
The image projection apparatus according to the present invention further includes an object position recognizing unit for acquiring target position information, and includes a hologram pattern writing unit. Electric signal generator for writing Is a hologram pattern that matches the position of the target based on the position information of the target acquired by the object position recognition means. Generate This may be a feature. In this way, even if the position of the target to be image projected is deviated from the desired position, the hologram pattern writing means can set the target position based on the position information of the target acquired by the object position recognition means. Since the matched hologram pattern can be generated, accurate image projection can be performed without depending on the variation in the position of the target.
[0015]
Further, the image projection method of the present invention includes a reading light incident step for inputting the reading light to the reflective spatial light modulator at a predetermined incident angle θ, and irradiating the target with a desired optical image. To cancel the influence of distortion that occurs when the readout light is incident obliquely, A hologram pattern writing step for creating a hologram pattern corresponding to a corrected image obtained by multiplying the desired optical image in a predetermined direction by 1 / cos θ and writing the hologram pattern in the reflective spatial light modulator, and the hologram written in the reflective spatial light modulator Phase modulated by pattern Reflected at an angle θ Fourier transform the read light Focus on the target And a Fourier transform step for obtaining a desired optical image.
[0016]
In this image projection method, the readout light incident on the reflective spatial light modulator with a predetermined incident angle θ is phase-modulated by the hologram pattern and reflected toward the target in a state including the image information of the hologram pattern. The readout light including the image information of the hologram pattern receives distortion and is multiplied by cos θ in a predetermined direction. However, the hologram pattern itself that is the source of the image information included in the readout light is 1 in the predetermined direction with respect to the desired optical image. Since the hologram pattern corresponds to the corrected image multiplied by / cos θ, the influence of the distortion is canceled here. Then, a desired optical image is irradiated onto a predetermined position of the target by forming an image by performing Fourier transform on the readout light in which the influence of the distortion is canceled.
[0017]
In the image projection method according to the present invention, the hologram pattern writing step includes an object shape recognition step for acquiring target three-dimensional information, and based on the target three-dimensional information acquired in the object shape recognition step. A hologram pattern may be created so as to match the shape of the target. In this way, it is possible to generate a hologram pattern that forms a three-dimensional pattern so as to match the target shape based on the target three-dimensional information acquired in the object shape recognition step. Therefore, it is possible to project a more accurate image.
[0018]
In the image projection method according to the present invention, the hologram pattern writing step includes an object position recognition step for acquiring position information of the target, and the target based on the position information of the target acquired in the object position recognition step. The hologram pattern may be generated so as to match the position of. In this way, even when the target position of the image projection target is shifted from the desired position, a hologram pattern that matches the target position is generated based on the target position information acquired in the object position recognition step. Therefore, accurate image projection can be performed without depending on the variation of the target position.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0020]
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a laser marking apparatus 10 as an image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0021]
As shown in the figure, the laser marking device 10 includes a reflective spatial light modulator (SLM) 20, a hologram pattern writing unit 40, a light projecting unit 50, and a Fourier lens 60.
[0022]
The SLM 20 is a phase modulation type spatial light modulator using a parallel alignment nematic liquid crystal as a light modulation material. As shown in FIG. 2, the SLM 20 includes a glass substrate 22 having an AR coating 21 for preventing unnecessary reflection of writing light on the writing light incident surface. On the surface opposite to the incident surface of the glass substrate 22, a photoconductive layer 24 made of amorphous silicon (a-Si) whose resistance changes according to the intensity of incident light through the ITO 23, and a dielectric multilayer A mirror layer 25 made of a film is laminated. The SLM 20 further includes a glass substrate 27 having an AR coating 26 on the reading light incident surface. An ITO 28 is laminated on the surface of the glass substrate 27 opposite to the incident surface, and alignment layers 29 and 30 are provided on the mirror layer 25 and the ITO 28, respectively. Then, these alignment layers 29 and 30 are opposed to each other and connected via a frame-shaped spacer 31, a nematic liquid crystal is filled in the frame of the spacer 31, a liquid crystal layer is provided, and a light modulation layer 32 is formed. Yes. Due to the alignment layers 29 and 30, the nematic liquid crystal in the light modulation layer 32 is aligned parallel or perpendicular to the surfaces of the alignment layers 29 and 30. A driving device 33 for applying a predetermined voltage is connected between the ITOs 23 and 28.
[0023]
As shown in FIG. 1, hologram pattern writing means 40 is arranged on the side on which the writing light of the SLM 20 having the above-described configuration is incident.
[0024]
The hologram pattern writing means 40 includes a light source 41 for emitting write light, a transmissive liquid crystal television 42 for displaying an image of the write light, and a writing light for controlling image display on the transmissive liquid crystal television 42. An electrical signal generator 43 and an imaging lens 44 for imaging an image signal included in the writing light on the photoconductive layer 24 of the SLM 20 are provided.
[0025]
On the other hand, on the side of the SLM 20 where the readout light is incident, the light projecting means 50 is disposed on the optical axis inclined at an angle θ with respect to the normal line within the normal plane of the incident surface. Note that the normal plane refers to a plane including any of the incident optical axis, the reflected optical axis, and the mirror normal when linearly polarized light is incident on the mirror and reflected.
[0026]
The light projecting means 50 includes a laser light source 51 for emitting readout light, a lens 52 for enlarging the readout light emitted from the laser light source 51, and a collimator for adjusting the enlarged readout light to parallel light. And a lens 53.
[0027]
A Fourier lens 60 for Fourier transforming the readout light phase-modulated by the hologram pattern is disposed on the reflected light path of the readout light.
[0028]
Thus, the laser marking device 10 according to the present embodiment is configured.
[0029]
Here, the laser marking device 10 according to the present embodiment is characterized by the structure of the hologram pattern writing means 40, particularly the writing electric signal generator 43.
[0030]
That is, in the laser marking device 10 according to the present embodiment, since the reading light is obliquely incident on the spatial light modulator 20 at the incident angle θ, the optical image irradiated on the sample T corresponds to the incident angle θ. Distortion occurs. That is, if the hologram pattern width displayed on the liquid crystal television 42 is A, the readout light including the image information of the hologram pattern on the reflected light path is distorted in the width direction and the width becomes A cos θ. Thus, since the readout light on the reflected light path is distorted and multiplied by cos θ in the width direction, the optical image obtained by Fourier transforming this is extended in the width direction according to the incident angle θ.
[0031]
In order to mark an accurate optical image on the sample T without being affected by this distortion, the writing electrical signal generator 43 converts the optical image to be actually marked on the sample T in the width direction 1 /. An image multiplied by cos θ is used as a corrected image, and a hologram pattern for the corrected image is obtained and displayed on the liquid crystal television 42. In other words, if the width of the optical image to be actually marked on the sample T is B, the writing electric signal generator 43 creates a corrected image having a width of B / cos θ, and obtains a hologram pattern for the corrected image. Displayed on the liquid crystal television 42.
[0032]
An example of the configuration of the writing electric signal generator 43 for creating such a hologram pattern is shown in the circuit block diagram of FIG.
[0033]
As shown in the figure, when information of an optical image to be actually marked on the sample T is input to the writing electric signal generator 43, the optical image is created by the first calculator 43a. Next, the multiplier 43b creates a corrected image obtained by multiplying the optical image by 1 / cos θ in the width direction. Then, the second computing unit 43 c obtains a hologram pattern corresponding to the corrected image, and the result is output toward the liquid crystal television 42.
[0034]
As described above, the writing electric signal generator 43 may obtain a hologram pattern for a desired optical image by calculation each time, but a modified image that is created in advance in consideration of distortion and stored in a storage means such as a memory. It is also possible to call up and display the hologram pattern data on the liquid crystal television 42. In this way, the writing electrical signal generator 43 can display the hologram pattern on the liquid crystal television 42 only by reading the hologram pattern data stored in the storage means. That is, since it is possible to save the trouble of creating a corrected image from a desired optical image and further creating a hologram pattern, the hologram pattern can be rewritten to the reflective spatial light modulator 20 at a video rate.
[0035]
Next, a laser marking method as an image projection method according to an embodiment of the present invention using the above-described laser marking device 10 will be described.
[0036]
First, the writing electric signal generator 43 sets a corrected image by multiplying the width of the optical image to be actually marked on the sample T by 1 / cos θ, and displays a hologram pattern for the corrected image on the liquid crystal television 42.
[0037]
Next, writing light is emitted from the light source 41 on the writing light side toward the liquid crystal television 42. Then, image information of the hologram pattern is written in the writing light when passing through the liquid crystal television 42. The writing light including the image information of the hologram pattern is imaged on the photoconductive layer 24 of the SLM 20 by the imaging lens 44. An AC voltage of several volts is applied between the ITOs 23 and 28 of the SLM 20 by the drive device 33. The electrical impedance of the photoconductive layer 24 varies depending on the pixel position depending on the image written on the photoconductive layer 24. To do. As a result, the divided voltage applied to the light modulation layer 32 varies depending on the pixel position (hologram pattern writing step).
[0038]
On the other hand, linearly polarized readout light is emitted from the laser light source 51. Then, the readout light is adjusted to parallel light by the lens 52 and the collimating lens 53. At this time, the light modulation layer 32 of the SLM 20 is incident as P-polarized light with a predetermined incident angle θ (reading light incident step).
[0039]
As described above, since the divided voltage applied to the light modulation layer 32 differs depending on the pixel position, the inclination of the liquid crystal molecules changes according to this voltage. At this time, the orientation direction of the liquid crystal molecules changes within the slope. As a result, the refractive index of the light modulation layer 32 changes depending on the pixel position. The readout light incident on the light modulation layer 32 is phase-modulated by this refractive index change, reflected by the mirror layer 25, and output again from the incident surface.
[0040]
At this time, the image information included in the readout light is distorted in the width direction and multiplied by cos θ. However, the hologram pattern itself that is the source of the image information included in the readout light has a desired optical image in the width direction 1 /. Since this is a hologram pattern for the corrected image multiplied by cos θ, the influence of the distortion is canceled as a result. Then, a desired optical image is marked at a predetermined position of the sample T by performing Fourier transform on the readout light including the image information in which the influence of the distortion is canceled by the Fourier lens 60 to form an image (Fourier transform). Step).
[0041]
As described above, in the laser marking device 10 according to the present embodiment, the hologram pattern writing unit 40, when marking a desired optical image on the sample T, is a corrected image obtained by multiplying the desired optical image by 1 / cos θ in the width direction. Has a structure in which a hologram pattern corresponding to the above can be written in the reflective spatial light modulator 20. Therefore, even if the readout light including the image information of the hologram pattern reflected by the reflective spatial light modulator 20 is distorted and multiplied by cos θ in the width direction, the hologram pattern itself can reduce the desired optical image by 1 in the width direction. Since this corresponds to the corrected image multiplied by / cos θ, the influence of the distortion is canceled as a result. As a result, it is possible to mark a desired optical image with high accuracy at a predetermined position of the sample T by forming an image by performing Fourier transform on the readout light including the image information of the hologram pattern by the Fourier lens 60.
[0042]
Further, in the laser marking method according to the present embodiment, the reading light is incident on the reflective spatial light modulator 20 at a predetermined incident angle θ, and the phase is modulated by the hologram pattern to include the image information of the hologram pattern. When reflected toward T, the readout light including the image information of this hologram pattern is distorted and multiplied by cos θ in a predetermined direction, but the hologram written in the reflective spatial light modulator 20 in the hologram pattern writing step Since the pattern itself is a hologram pattern corresponding to a corrected image multiplied by 1 / cos θ in a predetermined direction with respect to a desired optical image, the influence of distortion is canceled here. As a result, a desired optical image can be accurately marked at a predetermined position on the sample T by performing Fourier transform on the readout light in which the influence of the distortion is canceled and forming an image.
[0043]
(Second Embodiment)
Next, a laser marking device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0044]
In the above-described first embodiment, the case where a desired pattern is marked on the surface of the sample T installed at a desired position has been described, but the installation position of the sample T is not always fixed. If the installation position of the sample T is deviated from the desired position, and the sample T is irradiated with a pattern on the assumption that the sample T is installed at the desired position, the pattern is enlarged / reduced / There is a risk that the accuracy of marking will be reduced due to deformation.
[0045]
In view of such a problem, the laser marking device 10 according to the present embodiment further includes an object position recognition unit for acquiring position information of the sample T as shown in FIG. This object position recognizing means includes a laser distance measuring device 70 having a light emitting element 72 such as a semiconductor laser and a light receiving element 74 such as a photodiode. The laser distance measuring device 70 emits laser light from the light emitting element 72 toward the target T, receives the reflected light by the light receiving element 74, and measures the position (distance) of the target. The laser distance measuring device 70 is connected to the writing electric signal generator 43.
[0046]
In this laser marking device 10, the position information of the target T measured by the laser distance measuring device 70 is sent to the writing electric signal generator 43 (object position recognition step). When an optical image to be actually irradiated and processed on the sample T is input to the writing electric signal generator 43, the writing electric signal generator 43 corresponds to the desired optical image based on the position of the sample T. A hologram pattern to be obtained is obtained, and the hologram pattern is displayed on the liquid crystal television 42.
[0047]
Next, when writing light is emitted from the light source 41 on the writing light side toward the liquid crystal television 42, image information of a hologram pattern is written in the writing light when passing through the liquid crystal television 42. The writing light having this image information is imaged on the photoconductive layer 24 of the SLM 20 by the imaging lens 44 (hologram pattern writing step).
[0048]
On the other hand, linearly polarized readout light is emitted from the laser light source 51. Then, the readout light is adjusted to parallel light by the lens 52 and the collimating lens 53. At this time, the light modulation layer 32 of the SLM 20 is incident as P-polarized light with a predetermined incident angle θ (reading light incident step). The readout light incident on the light modulation layer 32 is phase-modulated by the hologram pattern, reflected by the mirror layer 25, and output again from the incident surface.
[0049]
Then, the phase-modulated readout light is subjected to Fourier transform by the Fourier lens 60 to form an image (Fourier transform step), whereby the sample T is irradiated with a desired optical image that matches the position of the sample T.
[0050]
As described above, since the laser marking device 10 according to the present embodiment includes the object position recognition unit for acquiring the position information of the sample T, it is possible to generate a pattern that matches the position of the sample T. Accurate marking can be performed without depending on the variation of the position of the sample T.
[0051]
(Third embodiment)
Next, a laser marking apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0052]
In the first and second embodiments described above, the case where a desired pattern is marked on the processing surface of the sample T that forms a plane has been described. However, the processing surface of the sample T is not always flat. If the processing surface of the sample T having a three-dimensional shape is irradiated with a pattern assuming a flat surface, the pattern may be distorted in accordance with the unevenness of the processing surface of the sample T, and the marking accuracy may be reduced. There is.
[0053]
In view of such a problem, the laser marking device 10 according to the present embodiment further includes object shape recognition means for acquiring three-dimensional information of the sample T as shown in FIG. This object shape recognizing means includes two imaging devices 80 and 82 each capable of capturing an image of the sample T. These imaging devices 80 and 82 are arranged in a substantially symmetrical positional relationship with respect to the optical axis from the Fourier lens 60 to the sample T, and are connected to the writing electric signal generator 43, respectively.
[0054]
In the laser marking device 10, the stereo images of the sample T imaged by the imaging devices 80 and 82 are respectively sent to the writing electric signal generator 43. Then, a correspondence between pixels is obtained between the images captured by the pair of imaging devices 80 and 82, a pixel shift amount of the corresponding point, that is, a parallax is calculated, and a distance to the target is calculated using triangulation. In this way, the three-dimensional information such as the unevenness of the sample T is calculated, and the three-dimensional shape of the sample T is recognized (object shape recognition step). In the laser marking device 10 according to the present embodiment, since the imaging devices 80 and 82 as the object shape recognition unit can also acquire the position information of the target T, the imaging devices 80 and 82 serve as the object position recognition unit. Is also functioning.
[0055]
Then, when an optical image to be actually irradiated and processed on the sample T is input to the writing electric signal generator 43, a hologram pattern corresponding to the desired optical image is obtained based on the three-dimensional shape of the sample T. The hologram pattern is displayed on the liquid crystal television 42.
[0056]
Next, when writing light is emitted from the light source 41 on the writing light side toward the liquid crystal television 42, image information of a hologram pattern is written in the writing light when passing through the liquid crystal television 42. The writing light having this image information is imaged on the photoconductive layer 24 of the SLM 20 by the imaging lens 44 (hologram pattern writing step).
[0057]
On the other hand, linearly polarized readout light is emitted from the laser light source 51. Then, the readout light is adjusted to parallel light by the lens 52 and the collimating lens 53. At this time, the light modulation layer 32 of the SLM 20 is incident as P-polarized light with a predetermined incident angle θ (reading light incident step). The readout light incident on the light modulation layer 32 is phase-modulated by the hologram pattern, reflected by the mirror layer 25, and output again from the incident surface.
[0058]
Then, the phase-modulated readout light is subjected to Fourier transformation by the Fourier lens 60 to form an image (Fourier transformation step), so that a desired optical image matching the shape of the sample T is irradiated onto the three-dimensional surface of the sample T. .
[0059]
As described above, since the laser marking device 10 according to the present embodiment includes the object shape recognition means for acquiring the three-dimensional information of the sample T, it is possible to generate a pattern that matches the shape of the sample T. It is possible to suppress a decrease in marking accuracy by suppressing distortion of the irradiated pattern on the surface of the sample T.
[0060]
In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, A various deformation | transformation is possible.
[0061]
For example, in the above-described embodiment, since the case where the reading light is incident at a predetermined incident angle θ within the normal plane is considered, the hologram pattern written in the reflective spatial light modulator 20 has a desired optical image in the width direction. This corresponds to a corrected image that has been multiplied by 1 / cos θ and the same size in the height direction. On the other hand, when reading light is incident on the incident surface from an arbitrary direction, the incident direction of the reading light is decomposed into two directions of the width direction and the height method, and the incident angle in the width direction is α and the height. Let the incident angle in the direction be β. Then, the writing electric signal generator 43 can write a hologram pattern for the corrected image obtained by multiplying the desired optical image by 1 / cos α in the width direction and 1 / cos β in the height direction to the reflective spatial light modulator 20. The structure is In this way, even when the readout light is incident on the incident surface of the reflective spatial light modulator 20 from an arbitrary direction, a desired optical image is accurately marked at a predetermined position of the sample T. It becomes possible.
[0062]
In the above-described embodiment, the laser marking apparatus 10 has been described as the image projection apparatus. However, the present invention is not limited to this and can be widely applied to an image projection apparatus such as an exposure apparatus.
[0063]
【The invention's effect】
In the image projection apparatus of the present invention, the hologram pattern writing means applies the hologram pattern corresponding to the corrected image obtained by multiplying the desired optical image by a factor of 1 / cos θ when the target is irradiated with the desired optical image. The optical modulator has a writable structure. Therefore, even if the readout light including the image information of the hologram pattern reflected by the reflective spatial light modulator is distorted and multiplied by cos θ in the predetermined direction, the hologram pattern itself converts the desired optical image in the predetermined direction 1 / Since this corresponds to the corrected image multiplied by cos θ, the influence of the distortion is canceled as a result. As a result, it is possible to accurately irradiate a predetermined position of the target with a desired optical image by forming an image by performing Fourier transform on the readout light including the image information of the hologram pattern with a Fourier lens.
[0064]
In the image projection method of the present invention, the readout light is incident on the reflective spatial light modulator at a predetermined incident angle θ, phase-modulated by the hologram pattern, and reflected toward the target in a state including the image information of the hologram pattern. In this case, the readout light including the image information of the hologram pattern is distorted and multiplied by cos θ in a predetermined direction. However, the hologram pattern itself written in the reflective spatial light modulator in the hologram pattern writing step is the desired optical Since the hologram pattern corresponds to the corrected image multiplied by 1 / cos θ in the predetermined direction with respect to the image, the influence of the distortion is canceled here. As a result, it is possible to accurately irradiate a predetermined optical position to a predetermined position of the target by forming an image by performing Fourier transform on the readout light in which the influence of the distortion is canceled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration of a laser marking apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a spatial light modulator.
FIG. 3 is a circuit block diagram showing an example of a configuration of a writing electric signal generator.
FIG. 4 is a plan view schematically showing a configuration of a laser marking device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view schematically showing a configuration of a laser marking device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which readout light including image information of a hologram pattern is reflected by a spatial light modulator and is distorted.
7A and 7B show a state in which an optical image irradiated with a conventional technique is distorted. FIG. 7A shows a desired optical image to be irradiated on a target, and FIG. 7B shows a distortion in the width direction. An actual optical image is shown.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser marking apparatus, 20 ... Reflection type spatial light modulator, 40 ... Hologram pattern writing means, 50 ... Projection means, 60 ... Fourier lens, 70 ... Laser ranging apparatus, 80, 82 ... Imaging apparatus, T ... Sample .

Claims (7)

反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器にホログラムパターンを書き込むためのホログラムパターン書き込み手段と、前記反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射するための投光手段と、前記反射型空間光変調器において位相変調され角度θで反射された前記読み出し光をフーリエ変換しターゲットに結像するためのフーリエレンズと、を備え、
前記ホログラムパターン書き込み手段は、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、前記読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを前記反射型空間光変調器に書き込む書き込み用電気信号発生器を有する、ことを特徴とする画像投射装置。
A reflection type spatial light modulator; hologram pattern writing means for writing a hologram pattern in the reflection type spatial light modulator; and a projection for inputting readout light to the reflection type spatial light modulator at a predetermined incident angle θ. An optical means, and a Fourier lens for subjecting the readout light phase-modulated by the reflective spatial light modulator and reflected at an angle θ to Fourier transform and form an image on a target,
The holographic pattern writing means irradiates the target optical image in a predetermined direction by 1 / cos θ times so as to cancel the influence of distortion generated when the read light is incident obliquely when the target optical image is irradiated onto the target. image projection apparatus characterized by a having it electrical signal generator for write No write write a hologram pattern to the reflective spatial light modulator corresponding to the modified image.
前記ホログラムパターン書き込み手段は、前記所望の光学画像に対して予め求めている前記修正画像に対応するホログラムパターンのデータを記憶する記憶手段を備える、ことを特徴とする請求項1に記載の画像投射装置。The image projection according to claim 1, wherein the hologram pattern writing unit includes a storage unit that stores data of a hologram pattern corresponding to the corrected image obtained in advance for the desired optical image. apparatus. 前記ターゲットの3次元情報を取得するための物体形状認識手段を更に備え、前記ホログラムパターン書き込み手段の前記書き込み用電気信号発生器は、該物体形状認識手段により取得した該ターゲットの3次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像投射装置。The apparatus further comprises object shape recognition means for obtaining the three-dimensional information of the target, and the writing electric signal generator of the hologram pattern writing means is based on the three-dimensional information of the target obtained by the object shape recognition means. The image projection apparatus according to claim 1, wherein a hologram pattern matching the shape of the target is generated . 前記ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識手段を更に備え、前記ホログラムパターン書き込み手段の前記書き込み用電気信号発生器は、該物体位置認識手段により取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像投射装置。The apparatus further comprises object position recognition means for acquiring the position information of the target, and the writing electric signal generator of the hologram pattern writing means is based on the position information of the target acquired by the object position recognition means. The image projection apparatus according to claim 1, wherein a hologram pattern that matches the position of the target is generated . 反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射する読み出し光入射ステップと、
ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、前記読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に1/cosθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを作成して前記反射型空間光変調器に書き込むホログラムパターン書き込みステップと、
前記反射型空間光変調器に書き込まれた前記ホログラムパターンによって位相変調され角度θで反射された前記読み出し光をフーリエ変換してターゲットに結像する所望の光学画像を得るフーリエ変換ステップと、
を含むことを特徴とする画像投射方法。
A readout light incident step for entering the readout light at a predetermined incident angle θ into the reflective spatial light modulator;
A hologram corresponding to a corrected image obtained by multiplying the desired optical image by 1 / cos θ in a predetermined direction so as to cancel the influence of distortion generated when the read light is obliquely incident upon irradiating the target with the desired optical image. Hologram pattern writing step of creating a pattern and writing to the reflective spatial light modulator;
A Fourier transform step of obtaining a desired optical image that forms an image on a target by Fourier transforming the readout light phase-modulated by the hologram pattern written in the reflective spatial light modulator and reflected at an angle θ ;
An image projection method comprising:
前記ホログラムパターン書き込みステップは、前記ターゲットの3次元情報を取得するための物体形状認識ステップを備え、該物体形状認識ステップにおいて取得した該ターゲットの3次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致するように前記ホログラムパターンを作成する、
ことを特徴とする請求項5に記載の画像投射方法。
The hologram pattern writing step includes an object shape recognition step for acquiring three-dimensional information of the target, and matches the shape of the target based on the three-dimensional information of the target acquired in the object shape recognition step. To create the hologram pattern,
The image projection method according to claim 5, wherein:
前記ホログラムパターン書き込みステップは、前記ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識ステップを備え、該物体位置認識ステップにおいて取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致するように前記ホログラムパターンを生成する、
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の画像投射方法。
The hologram pattern writing step includes an object position recognition step for acquiring position information of the target, and matches the position of the target based on the position information of the target acquired in the object position recognition step. Generate hologram pattern,
The image projection method according to claim 5, wherein the image projection method is an image projection method.
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