JP4999546B2 - Laser beam intensity pattern forming device - Google Patents

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この発明は、例えばレーザ加工機のようなレーザビームの強度パターンを任意に形成する機能を有する装置に適用され、空間位相変調器によって強度パターンの制御を行うレーザビーム強度パターン形成装置に関するものである。   The present invention relates to a laser beam intensity pattern forming apparatus which is applied to an apparatus having a function of arbitrarily forming an intensity pattern of a laser beam, such as a laser processing machine, and which controls the intensity pattern by a spatial phase modulator. .

レーザビームを対象物に照射し、レーザビームの照射された部分に穴を開けるなどの加工を行なうレーザ加工機が一般に普及している。このようなレーザ加工機において、対象物を任意のパターンに彫り込むために、レーザビームを時分割に走査することなく、彫り込むパターンに一致したレーザビームの強度パターンを照射する装置が開発されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1に開示されているレーザ加工機では、レーザビームの加工に供するエネルギー効率を高めるため、反射型の空間光変調器でレーザビームの空間位相分布を所定の形状に形成し、更にその電場をフーリエ変換レンズによってフーリエ変換することによって、任意の強度パターンを形成するようにしている。   2. Description of the Related Art Laser processing machines that perform processing such as irradiating an object with a laser beam and making a hole in a portion irradiated with the laser beam are generally used. In such a laser processing machine, in order to engrave an object in an arbitrary pattern, an apparatus has been developed that irradiates a laser beam intensity pattern that matches the engraved pattern without scanning the laser beam in a time-sharing manner. (For example, refer to Patent Document 1). In the laser processing machine disclosed in Patent Document 1, the spatial phase distribution of the laser beam is formed into a predetermined shape with a reflective spatial light modulator in order to increase the energy efficiency used for processing the laser beam, and the electric field is further increased. An arbitrary intensity pattern is formed by performing a Fourier transform with a Fourier transform lens.

特開2001−272635号公報(図1)JP 2001-272635 A (FIG. 1)

従来のレーザビーム強度パターン形成装置では、以上のようにレーザビームの空間位相分布を適切に変換し、更に前記空間位相分布を変換されたレーザビームの電場をフーリエ変換レンズによってフーリエ変換することで所望のレーザビーム強度パターンを形成することが可能であるが、次のような問題があった。
第一に、空間光変調器が変換するレーザビームの空間位相分布の決定手法として、一般に知られる計算機ホログラムの設計手法(シミュレーティッド アニーリング法)と同様の計算を電子計算により行なっていた。この手法では、空間光変調器で空間位相分布を変換形成したレーザビームの電場を2次元フーリエ変換して加工対象物上に形成される強度パターンを求める計算を繰り返し行う必要がある。したがって、形成したい強度パターンを実現するための空間光変調器の位相分布変換量が求まるまでに相当の時間を要する。そのため、実用的には特定の加工パターンに対応した空間光変調器の位相変換量を事前に計算して記憶装置に保存しておき、必要に応じて記憶装置から読み出す必要がある。すなわち、所定以外の強度パターンを形成することができず、加工途中で修正を加えるなどの要求があっても、対応できない。
第二に、空間光変調器において、位相変換分解能の限界や経時変化による位相変換誤差が存在した場合、これによって計算した所望の強度パターンと実際に形成される強度パターンとに相違が生じることが考えられるが、これを補正する方策がない。
In the conventional laser beam intensity pattern forming apparatus, the spatial phase distribution of the laser beam is appropriately converted as described above, and the electric field of the laser beam converted from the spatial phase distribution is further Fourier transformed by a Fourier transform lens. Although it is possible to form the laser beam intensity pattern, there are the following problems.
First, as a method for determining the spatial phase distribution of the laser beam converted by the spatial light modulator, the same calculation as that of a generally known computer hologram design method (simulated annealing method) was performed by electronic calculation. In this method, it is necessary to repeatedly perform calculation for obtaining an intensity pattern formed on a workpiece by two-dimensional Fourier transform of an electric field of a laser beam obtained by converting a spatial phase distribution by a spatial light modulator. Accordingly, it takes a considerable amount of time until the phase distribution conversion amount of the spatial light modulator for realizing the intensity pattern to be formed is obtained. Therefore, practically, it is necessary to calculate the phase conversion amount of the spatial light modulator corresponding to a specific processing pattern in advance and store it in the storage device, and read it from the storage device as necessary. That is, it is not possible to form an intensity pattern other than a predetermined one, and it is impossible to cope with a request for correction during processing.
Secondly, in the spatial light modulator, if there is a phase conversion error due to the limit of phase conversion resolution or a change with time, there is a difference between the calculated desired intensity pattern and the actually formed intensity pattern. Though possible, there is no way to correct this.

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、空間光変調器が変換するレーザビームの位相変換量を短時間で計算できるようにするレーザビーム強度パターン形成装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser beam intensity pattern forming apparatus capable of calculating in a short time the phase conversion amount of a laser beam converted by a spatial light modulator. And

この発明に係るレーザビーム強度パターン形成装置は、レーザビームを発生する第1のレーザ光源と、位相制御情報に応じて第1のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第1の位相変換手段と、第1の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換して出力する第1のフーリエ変換手段と、第1の位相変換手段が変換する空間位相分布を計算する空間光位相分布演算部を備えたレーザビーム強度パターン形成装置であって、空間光位相分布演算部は、レーザビームを発生する第2のレーザ光源と、位相制御情報に応じて第2のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第2の位相変換手段と、第2の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換する第2のフーリエ変換手段と、第2のフーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第1の位相検出手段と、レーザビームを発生する第3のレーザ光源と、予め与えられた所望の強度パターンに基づいて第3のレーザ光源からのレーザビームの空間強度分布を変換する強度変換手段と、強度変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を、第1の位相検出手段で検出された空間位相分布に応じて変換する第3の位相変換手段と、第3の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第2の位相検出手段と、第2の位相検出手段で検出された空間位相分布を位相制御情報として第2の位相変換手段および第1の位相変換手段へ与える位相制御手段とを有する計算ループを備えたものである。   A laser beam intensity pattern forming apparatus according to the present invention includes a first laser light source that generates a laser beam and a first phase that converts a spatial phase distribution of the laser beam from the first laser light source in accordance with phase control information. A conversion unit, a first Fourier conversion unit that optically Fourier-transforms and outputs the laser beam converted by the first phase conversion unit, and a space for calculating a spatial phase distribution converted by the first phase conversion unit A laser beam intensity pattern forming apparatus including an optical phase distribution calculation unit, wherein the spatial light phase distribution calculation unit includes a second laser light source that generates a laser beam, and a second laser light source according to phase control information. A second phase converting means for converting the spatial phase distribution of the laser beam of the laser beam, and a second phase optically Fourier transforming the laser beam converted by the second phase converting means. A first phase detection means for detecting the spatial phase distribution of the laser beam converted by the second Fourier transform means, a third laser light source for generating the laser beam, Intensity conversion means for converting the spatial intensity distribution of the laser beam from the third laser light source based on the intensity pattern, and the spatial phase distribution of the laser beam converted by the intensity conversion means are detected by the first phase detection means. A third phase conversion unit that converts the spatial phase distribution according to the spatial phase distribution, an inverse Fourier transform unit that optically performs an inverse Fourier transform on the laser beam converted by the third phase conversion unit, and an inverse Fourier transform unit. A second phase detector for detecting the spatial phase distribution of the laser beam, and a second phase change using the spatial phase distribution detected by the second phase detector as phase control information. Those having a calculation loop and a phase control means for providing means and to the first phase converter.

この発明によれば、空間位相分布演算部を設け、IFTA(Iterative Fourier Transform Algorithm)法に光学的変換処理であるフーリエ変換レンズを適用することにより、複雑で時間のかかる反復計算を高速で行うことが可能になる。したがって、従来のレーザビーム強度パターン形成装置では不可能であった既定以外の強度パターン形成要求に対しても、短時間で要求どおりの強度パターンを形成することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to perform complex and time-consuming repetitive calculations at high speed by providing a spatial phase distribution calculation unit and applying a Fourier transform lens that is an optical transformation process to the IFTA (Iterative Fourier Transform Algorithm) method. Is possible. Therefore, it is possible to form the required intensity pattern in a short time even in response to an intensity pattern formation request other than the default, which is impossible with the conventional laser beam intensity pattern forming apparatus.

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図1において、第1のレーザ光源1、第1の位相変換手段5、第1のフーリエ変換手段6、加工対象物7として示される各部は特許文献1に記載の従来のレーザ加工機と同様の機能を持つものである。
第1のレーザ光源1は、レーザ発振器2、凹レンズ3、凸レンズ4から構成されており、レーザ発振器2から空間に放射されたレーザビームは、凹レンズ3、凸レンズ4で所定の口径に拡大される。レーザ光源1から空間に放射されたレーザビームは、略平面の位相分布を持って空間を伝播し、第1の位相変換手段5に入射する。第1の位相変換手段5は、レーザビームの強度は変換せず、空間位相分布のみを任意に形成する反射型の空間光変調器であり、例えば特許文献1に示された光書き込み型液晶を用いた市販製品によって実現される。第1の位相変換手段5によって空間位相分布を変換されたレーザビームは第1のフーリエ変換手段6に入射する。第1のフーリエ変換手段6は、例えばガラス製の屈折型凸レンズであるが、反射型凹面鏡でもよい。第1の位相変換手段5は第1のフーリエ変換手段6の前側焦点にあり、加工対象物7は第1のフーリエ変換手段6の後ろ側焦点に設置される。一般に知られているように、凸レンズの前側焦点における光波の電場と集光後の後ろ側焦点における光波の電場はフーリエ変換の関係にある。すなわち、第1の位相変換手段5によって空間位相分布を形成されたレーザビームの電場をフーリエ変換した強度パターンが加工対象物7上に形成される。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a functional configuration of a laser beam intensity pattern forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, each part shown as the 1st laser light source 1, the 1st phase conversion means 5, the 1st Fourier-transform means 6, and the process target object 7 is the same as that of the conventional laser processing machine of patent document 1 It has a function.
The first laser light source 1 includes a laser oscillator 2, a concave lens 3, and a convex lens 4, and a laser beam emitted from the laser oscillator 2 to the space is expanded to a predetermined aperture by the concave lens 3 and the convex lens 4. The laser beam emitted from the laser light source 1 to the space propagates in the space with a substantially planar phase distribution and enters the first phase conversion means 5. The first phase conversion means 5 is a reflective spatial light modulator that arbitrarily forms only the spatial phase distribution without converting the intensity of the laser beam. For example, the optical writing type liquid crystal disclosed in Patent Document 1 is used. Realized by the commercial product used. The laser beam whose spatial phase distribution has been converted by the first phase converting means 5 enters the first Fourier transform means 6. The first Fourier transform means 6 is, for example, a glass refractive convex lens, but may be a reflective concave mirror. The first phase converting means 5 is located at the front focal point of the first Fourier transforming means 6, and the workpiece 7 is placed at the rear focal point of the first Fourier transforming means 6. As is generally known, the electric field of the light wave at the front focal point of the convex lens and the electric field of the light wave at the rear focal point after focusing have a Fourier transform relationship. That is, an intensity pattern obtained by Fourier transforming the electric field of the laser beam having a spatial phase distribution formed by the first phase conversion means 5 is formed on the workpiece 7.

この実施の形態1は、この発明を実現するための空間位相分布演算部10を備えている。この空間位相分布演算部10は、加工対象物7上に所望の強度パターンを形成させるために、第1の位相変換手段5によって形成されるレーザビームの電場の空間位相分布を高速に演算する機能を有する。
この実施の形態1における空間位相分布演算部10は、第2のレーザ光源20、第2の位相変換手段21、第2のフーリエ変換手段23および第1の位相検出手段24を有している。これらの中で、第2のレーザ光源20、第2の位相変換手段21、第2のフーリエ変換手段23は、それぞれ、前述した第1のレーザ光源1、第1の位相変換手段5、第1のフーリエ変換手段6と同等の機能を持ち、また相互の配置換関係も同様に形成される。このように構成することによって、第1の位相変換手段5が形成するレーザビームの空間位相分布と等しくなるように、第2の位相変換手段21が形成するレーザビームの空間位相分布を制御すれば、加工対象物7上のレーザビームの電場と同等の電場が空間光位相分布演算部10内に形成されることになる。第1の位相検出手段24は、第2のフーリエ変換手段23の後ろ側焦点面に置かれ、第2のフーリエ変換手段23により変換されたレーザビームの電場の空間位相分布を検出する手段であり、例えば光波を2光束に分岐し、1方の光束をスペーシャルフィルタで略平面波に変換後再び合波干渉させ、干渉強度分布から光波の空間位相分布を検出する干渉計で構成されている。
The first embodiment includes a spatial phase distribution calculation unit 10 for realizing the present invention. The spatial phase distribution calculation unit 10 has a function of calculating the spatial phase distribution of the electric field of the laser beam formed by the first phase conversion means 5 at high speed in order to form a desired intensity pattern on the workpiece 7. Have
The spatial phase distribution calculation unit 10 according to the first embodiment includes a second laser light source 20, a second phase conversion unit 21, a second Fourier transform unit 23, and a first phase detection unit 24. Among these, the second laser light source 20, the second phase conversion means 21, and the second Fourier transform means 23 are the first laser light source 1, the first phase conversion means 5, and the first, respectively. The same functions as those of the Fourier transform means 6 are provided, and the mutual replacement relation is formed in the same manner. With this configuration, if the spatial phase distribution of the laser beam formed by the second phase conversion unit 21 is controlled so as to be equal to the spatial phase distribution of the laser beam formed by the first phase conversion unit 5. An electric field equivalent to the electric field of the laser beam on the workpiece 7 is formed in the spatial light phase distribution calculation unit 10. The first phase detection unit 24 is a unit that is placed on the back focal plane of the second Fourier transform unit 23 and detects the spatial phase distribution of the electric field of the laser beam converted by the second Fourier transform unit 23. For example, it is composed of an interferometer that splits a light wave into two light beams, converts one light beam into a substantially plane wave by a spatial filter, and then combines and interferes again to detect the spatial phase distribution of the light wave from the interference intensity distribution.

空間位相分布演算部10は、さらに第3のレーザ光源30、強度変換手段31、第3の位相変換手段32、逆フーリエ変換手段33、第2の位相検出手段34、第2の制御手段35、第3の制御手段36、第1の制御手段(位相制御手段)37を備えている。
第3のレーザ光源30も、第1のレーザ光源1と同等の機能を持つ光源である。強度変換手段31は、空間光変調器で構成され、予め準備した所望の強度パターンに基づいて第3のレーザ光源30からのレーザビームの空間強度分布を変換する手段である。第3の位相変換手段32は、第1の位相変換手段5、第2の位相変換手段21と同様な空間光変調器で、強度変換手段で変換された第3のレーザ光源30のレーザビームの空間位相分布を、第1の位相検出手段で検出された空間位相分布に応じて変換する手段である。なお、第3のレーザ光源30から空間に放射されたレーザビームは略平面波であるが、強度変換手段31と第3の位相変換手段32によって、ある空間強度分布および空間位相分布からなる電場を持つレーザビームに変換される。逆フーリエ変換手段33は、第1のフーリエ変換手段6、第2のフーリエ変換手段23と同様な凸レンズであり、第3の位相変換手段32により変換されたレーザビームが持つ電場を光学的に逆フーリエ変換する手段である。第2の位相検出手段34は、第1の位相検出手段24と同等な機能を持ち、逆フーリエ変換手段33で変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する手段である。
The spatial phase distribution calculation unit 10 further includes a third laser light source 30, an intensity conversion unit 31, a third phase conversion unit 32, an inverse Fourier transform unit 33, a second phase detection unit 34, a second control unit 35, A third control means 36 and a first control means (phase control means) 37 are provided.
The third laser light source 30 is also a light source having a function equivalent to that of the first laser light source 1. The intensity conversion means 31 is constituted by a spatial light modulator, and is a means for converting the spatial intensity distribution of the laser beam from the third laser light source 30 based on a desired intensity pattern prepared in advance. The third phase conversion means 32 is a spatial light modulator similar to the first phase conversion means 5 and the second phase conversion means 21, and the laser beam of the third laser light source 30 converted by the intensity conversion means. It is means for converting the spatial phase distribution according to the spatial phase distribution detected by the first phase detection means. The laser beam emitted from the third laser light source 30 to the space is a substantially plane wave, but has an electric field composed of a certain spatial intensity distribution and spatial phase distribution by the intensity conversion means 31 and the third phase conversion means 32. It is converted into a laser beam. The inverse Fourier transform unit 33 is a convex lens similar to the first Fourier transform unit 6 and the second Fourier transform unit 23, and optically reverses the electric field of the laser beam converted by the third phase conversion unit 32. It is a means for Fourier transform. The second phase detection unit 34 has a function equivalent to that of the first phase detection unit 24 and is a unit that detects the spatial phase distribution of the laser beam converted by the inverse Fourier transform unit 33.

第3の制御手段36は、第3の位相変換手段32で形成するレーザビームの空間位相分布が、第1の位相検出手段24で検出したレーザビームの空間位相分布と一致するように第3の位相変換手段32を制御する手段である。そのため、第1の位相検出手段24からは、検出した空間位相分布の情報が電気信号に変換されて第3の制御手段36に与えられるようになっている。第2の制御手段35は、予め与えられた所望の強度パターンに基づいて第3のレーザ光源のレーザビームの空間強度分布を変換するように強度変換手段31を制御する手段である。第1の制御手段37は、第2の位相検出手段34で検出されたレーザビームの空間位相分布を位相制御情報として第2の位相変換手段21へ与える手段である。また、第1の制御手段37は、空間光位相分布演算部10による演算の適切な時点における位相制御情報を第1の位相変換手段5に与える機能も有している。
以上説明した空間位相分布演算部10の構成は、第1の位相変換手段5によって形成されるレーザビームの電場の空間位相分布を高速に演算する計算ループを形成している。
The third controller 36 adjusts the third phase so that the spatial phase distribution of the laser beam formed by the third phase converter 32 matches the spatial phase distribution of the laser beam detected by the first phase detector 24. It is means for controlling the phase conversion means 32. Therefore, the first phase detection unit 24 converts the detected spatial phase distribution information into an electrical signal and provides it to the third control unit 36. The second control means 35 is means for controlling the intensity conversion means 31 so as to convert the spatial intensity distribution of the laser beam of the third laser light source based on a desired intensity pattern given in advance. The first control unit 37 is a unit that gives the spatial phase distribution of the laser beam detected by the second phase detection unit 34 to the second phase conversion unit 21 as phase control information. The first control unit 37 also has a function of giving phase control information to the first phase conversion unit 5 at an appropriate time point for the calculation by the spatial light phase distribution calculation unit 10.
The configuration of the spatial phase distribution calculation unit 10 described above forms a calculation loop that calculates the spatial phase distribution of the electric field of the laser beam formed by the first phase conversion means 5 at high speed.

次に、空間位相分布演算部10の動作について説明する。
空間位相分布演算部10では、一般に知られているキノフォーム型のComputer Generated Hologramの設計手法の一つである、IFTAを応用し、第1の位相変換手段5が変換する位相変換量を演算する。図2は空間位相分布演算部10において、第1の位相変換手段5の変換する位相変換量を演算する処理手順を示すフロー図である。
第2の制御手段35において、加工対象物7上に形成すべき所望の強度パターンがセットされると、そのパターン制御情報を強度変換手段31に与える(ステップST201)。強度変換手段31では、この制御情報に基づいて、所望の強度パターンと一致するように第3のレーザ光源30が出力するレーザビームの光波の強度(振幅)を変調する(ステップST202)。次に、第3の制御手段36により後述するように制御される第3の位相変換手段32により、空間強度分布が変換されたレーザビームの光波の位相を変調し(ステップST203)、光波Aを得る(ステップST204)。この場合、初期値は、例えば乱数により決定する。次に、強度、位相が決定された光波Aについて逆フーリエ変換手段33により逆フーリエ変換し(ステップST205)、光波Bを得る(ステップST206)。
Next, the operation of the spatial phase distribution calculation unit 10 will be described.
The spatial phase distribution calculation unit 10 calculates the phase conversion amount converted by the first phase conversion means 5 by applying IFTA, which is one of the generally known kinoform-type Computer Generated Hologram design techniques. . FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the phase conversion amount converted by the first phase conversion means 5 in the spatial phase distribution calculation unit 10.
When a desired intensity pattern to be formed on the workpiece 7 is set in the second control means 35, the pattern control information is given to the intensity conversion means 31 (step ST201). Based on this control information, the intensity conversion means 31 modulates the intensity (amplitude) of the light wave of the laser beam output from the third laser light source 30 so as to match the desired intensity pattern (step ST202). Next, the phase of the light wave of the laser beam whose spatial intensity distribution is converted is modulated by the third phase conversion means 32 controlled as described later by the third control means 36 (step ST203), and the light wave A is changed. Obtain (step ST204). In this case, the initial value is determined by a random number, for example. Next, the light wave A whose intensity and phase are determined is subjected to inverse Fourier transform by the inverse Fourier transform means 33 (step ST205) to obtain a light wave B (step ST206).

第2の位相検出手段34では、逆フーリエ変後の光波Bの位相を検出し第1の制御手段37に与える(ステップST207)。第1の制御手段37では、検出された光波Bの位相に基づいて第2の位相変換手段21を制御し、第2のレーザ光源20のレーザビームの位相を変調し(ステップST210)、光波の固定強度と組み合わせて(ステップST209)、光波Cを形成する(ステップST211)。次に、第2のフーリエ変換手段23では、光波Cをフーリエ変換して(ステップST212)、光波Dを形成する(ステップST213)。次に、第1の位相検出手段24では、形成された光波Dの位相を検出し(ステップST214)、検出された位相、すなわち空間位相分布の情報は電気信号に変換され第3の制御手段36に与えられる。第3の制御手段36では、光波Dの空間位相分布の情報に基づいて第3の位相変換手段32を制御し、光波Aが光波Dと同じ空間位相分布となるように変調する(ステップST203)。
以上の処理手順は計算ループが行う演算処理の1サイクルを表し、この処理を複数サイクル繰り返すことにより、次第に光波Dの位相が変化し、また光波Dの強度が光波Aの強度、すなわち所望の強度パターンに近づいていく。
The second phase detection means 34 detects the phase of the light wave B after the inverse Fourier change and provides it to the first control means 37 (step ST207). The first control means 37 controls the second phase conversion means 21 based on the detected phase of the light wave B, modulates the phase of the laser beam of the second laser light source 20 (step ST210), and In combination with the fixed intensity (step ST209), the light wave C is formed (step ST211). Next, the second Fourier transform means 23 performs Fourier transform on the light wave C (step ST212) to form a light wave D (step ST213). Next, the first phase detection means 24 detects the phase of the formed light wave D (step ST214), and the detected phase, that is, information on the spatial phase distribution is converted into an electrical signal, and the third control means 36 is used. Given to. The third control means 36 controls the third phase conversion means 32 based on the information on the spatial phase distribution of the light wave D, and modulates the light wave A so as to have the same spatial phase distribution as the light wave D (step ST203). .
The above processing procedure represents one cycle of the arithmetic processing performed by the calculation loop. By repeating this processing a plurality of cycles, the phase of the light wave D gradually changes, and the intensity of the light wave D becomes the intensity of the light wave A, that is, the desired intensity. Approaching the pattern.

図3は本アルゴリズムを電子計算機によりシミュレーションした結果の例を示す。図3(a)はステップST201で設定した所望の強度パターンを表している。図3(b)は1回目の処理手続きで得られた光波Dの強度、図3(c)は90回目の処理手続きで得られた光波Dの強度を表している。図3から明らかなように、光波Dの強度は処理手続きを繰り返すことによって所望の強度パターン図3(a)に近づいていることが分かる。   FIG. 3 shows an example of a result of simulation of the present algorithm by an electronic computer. FIG. 3A shows the desired intensity pattern set in step ST201. FIG. 3B shows the intensity of the light wave D obtained in the first processing procedure, and FIG. 3C shows the intensity of the light wave D obtained in the 90th processing procedure. As apparent from FIG. 3, it can be seen that the intensity of the light wave D approaches the desired intensity pattern FIG. 3A by repeating the processing procedure.

以上述べたように、図2に示した計算ループの処理サイクルを繰り返すことにより第1の位相変換手段5で変換すべき空間位相分布が求められることは分かるが、この発明の目的は前記空間位相分布を高速に計算することである。すなわち、処理サイクルの回数はできるだけ少なくして要求される空間位相分布にする必要がある。そのため、この発明では、前記空間位相分布が所望の強度パターンを実現するかどうかを処理サイクル毎に判定する処理を行なうようにする。この判定処理は、空間位相分布演算部10の各手段を統合して制御する電子計算機(図示せず)において実現すればよい。そのため、電子計算機は図2に示した処理手続きを行なうように、第2の制御手段35、第3の制御手段36、第1の制御手段37、第1の位相検出手段24および第2の位相検出手段34に対して、予めプログラムされたシーケンスに従って動作させる制御指令を与える。また、電子計算機は、第2の位相検出手段34の検出する空間位相分布を処理サイクルが繰り返される毎に記憶装置に記憶し続け、時系列変化履歴を作成する。さらに、空間位相分布の時系列変化履歴を常に評価し続け、空間位相分布が処理サイクルを繰り返しても変化せず一定値に収束したことを判断し、第1の制御手段37に制御指令を出し、その処理をインタラプトして第1の位相変換手段5の位相変調量を、収束した空間位相分布に一致させるよう位相制御情報に出させるようにする。   As described above, it can be understood that the spatial phase distribution to be converted by the first phase conversion means 5 is obtained by repeating the processing cycle of the calculation loop shown in FIG. It is to calculate the distribution at high speed. That is, it is necessary to reduce the number of processing cycles as much as possible to obtain the required spatial phase distribution. For this reason, in the present invention, processing for determining whether the spatial phase distribution achieves a desired intensity pattern is performed every processing cycle. This determination process may be realized in an electronic computer (not shown) that controls the means of the spatial phase distribution calculation unit 10 in an integrated manner. Therefore, the electronic computer performs the processing procedure shown in FIG. 2 so that the second control unit 35, the third control unit 36, the first control unit 37, the first phase detection unit 24, and the second phase are performed. A control command for operating according to a sequence programmed in advance is given to the detection means 34. In addition, the electronic computer continues to store the spatial phase distribution detected by the second phase detection unit 34 in the storage device every time the processing cycle is repeated, and creates a time-series change history. Furthermore, the time series change history of the spatial phase distribution is constantly evaluated, it is determined that the spatial phase distribution has not changed even after repeated processing cycles, and has converged to a constant value, and a control command is issued to the first control means 37. Then, the processing is interrupted so that the phase control amount of the first phase conversion means 5 is output to the phase control information so as to match the converged spatial phase distribution.

なお、電子計算によるIFTA法についての学術的議論は、例えば、Frank Wyrowski and Olof Bryngdahl, “Iterative Fourier-transform algorithm applied computer holography”, J. Opt. Soc. Am. A, Vol.5, p1058, 1988に示されており、有効であることが一般に知られている。ただし、この実施の形態1場合は、フーリエ変換および逆フーリエ変換を光学的処理であるフーリエ変換レンズにより行なっている点が上記文献と異なっている。   For example, Frank Wyrowski and Olof Bryngdahl, “Iterative Fourier-transform algorithm applied computer holography”, J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 5, p1058, 1988 It is generally known that it is effective. However, the first embodiment differs from the above document in that Fourier transform and inverse Fourier transform are performed by a Fourier transform lens that is an optical process.

以上のように、この実施の形態1によれば、空間位相分布演算部10を設け、IFTA法に光学的変換処理であるフーリエ変換レンズを適用することにより、複雑で時間のかかる反復計算を高速で行うことが可能になる。したがって、従来のレーザビーム強度パターン形成装置では不可能であった既定以外の強度パターン形成要求に対しても、短時間で要求どおりの強度パターンを形成することが可能となる。また、この実施の形態1の場合、第1のレーザ光源1の放射するエネルギーを用いることなく、第2、第3のレーザ光源20,30を用いて光学的変換処理を行なうようにしているので、第1のレーザ光源1のエネルギー効率を損なうこともない。   As described above, according to the first embodiment, by providing the spatial phase distribution calculation unit 10 and applying the Fourier transform lens, which is an optical conversion process, to the IFTA method, it is possible to perform complex and time-consuming repetitive calculations at high speed. It becomes possible to do in. Therefore, it is possible to form the required intensity pattern in a short time even in response to an intensity pattern formation request other than the default, which is impossible with the conventional laser beam intensity pattern forming apparatus. In the case of the first embodiment, the optical conversion process is performed using the second and third laser light sources 20 and 30 without using the energy emitted by the first laser light source 1. The energy efficiency of the first laser light source 1 is not impaired.

実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図1と同じ符号は同等の機能部位を示し、その説明は原則として省略する。この実施の形態2では、実施の形態1の第2のレーザ光源20と第2の位相変換手段21に代えて、第1の位相変換手段5と第1のフーリエ変換手段6の間に光路屈曲手段100を配置し、第2のレーザ光源20として第1のレーザ光源1を兼用する構成としている。
光路屈曲手段100は、第1の位相変換手段5で変換された第1のレーザ光源1からのレーザビームの光路を屈曲させる手段で、例えば高精度に平面に研磨された平面鏡で構成され、レーザビームの強度、位相分布を変化させずに反射することができるようにしている。また、光路屈曲手段100である平面鏡は、使用位置を駆動制御することで、第1の位相変換手段5で変換されたレーザビームを屈曲させる場合と、屈曲させない場合の2通りの配置を選択可能にしている。すなわち、図4において、100(a)はレーザビームを屈曲させる場合の配置を表し、100(b)は屈曲させない場合の配置を表している。
Embodiment 2. FIG.
4 is a block diagram showing a functional configuration of a laser beam intensity pattern forming apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote equivalent functional parts, and the description thereof will be omitted in principle. In the second embodiment, instead of the second laser light source 20 and the second phase conversion means 21 of the first embodiment, the optical path bends between the first phase conversion means 5 and the first Fourier transform means 6. Means 100 is arranged, and the first laser light source 1 is also used as the second laser light source 20.
The optical path bending means 100 is a means for bending the optical path of the laser beam from the first laser light source 1 converted by the first phase conversion means 5, and is composed of, for example, a plane mirror polished on a plane with high accuracy, and is a laser. Reflection is possible without changing the intensity and phase distribution of the beam. In addition, the plane mirror which is the optical path bending means 100 can be selected from two types of arrangements in which the laser beam converted by the first phase conversion means 5 is bent and when it is not bent by driving and controlling the use position. I have to. That is, in FIG. 4, 100 (a) represents an arrangement when the laser beam is bent, and 100 (b) represents an arrangement when the laser beam is not bent.

次に、動作について説明する。
今、光路屈曲手段100が100(a)の位置にある場合、屈曲されたレーザビームは第2のフーリエ変換手段23に向かう。すなわち、第1のレーザ光源1は図1における第2のレーザ光源20と同様に作用し、また第1の位相変換手段5は図1における第2の位相変換手段21と同様に作用することになる。この状態で、この実施の形態2の空間光位相分布演算部10は、実施の形態1と同様の演算を行なうことができるようになる。次に、図示されない電子計算機が、第1の位相変換手段5の空間位相分布が所望の強度パターン形成に適合した状態と判断すると、第1の制御手段36により第1の位相変換手段5で変換するレーザビームの空間位相分布を固定にして、光路屈曲手段100は100(b)の位置に切り替えられる。すると、第1の位相変換手段5で変換されたレーザビームは屈曲されないため第1のフーリエ変換手段6でフーリエ変換され、加工対象物7上に所望の強度パターンを形成する。
Next, the operation will be described.
Now, when the optical path bending means 100 is at the position of 100 (a), the bent laser beam goes to the second Fourier transform means 23. That is, the first laser light source 1 acts in the same manner as the second laser light source 20 in FIG. 1, and the first phase conversion means 5 acts in the same manner as the second phase conversion means 21 in FIG. Become. In this state, the spatial light phase distribution calculation unit 10 of the second embodiment can perform the same calculation as that of the first embodiment. Next, when an electronic computer (not shown) determines that the spatial phase distribution of the first phase conversion unit 5 is suitable for forming a desired intensity pattern, the first control unit 36 converts the spatial phase distribution with the first phase conversion unit 5. The spatial phase distribution of the laser beam to be fixed is fixed, and the optical path bending means 100 is switched to the position 100 (b). Then, since the laser beam converted by the first phase conversion unit 5 is not bent, it is Fourier-transformed by the first Fourier transform unit 6 to form a desired intensity pattern on the workpiece 7.

以上のように、この実施の形態2によれば、第1のレーザ光源1と第1の位相変換手段5を加工対象物7の加工だけでなく、空間位相分布演算部10における光学的信号処理にも用いるようにしたので、装置の小型軽量化、省電力化および製造コスト低減化を図ることができる。また、上記実施の形態2の構成により、第1の位相変換手段5の空間位相分布の演算が完了すると同時に、第1の位相変換手段5の駆動制御が完了することになるため、制御遅れを短縮することが可能となる。さらに、第1の位相変換手段5の制御をクローズドループで行なうようにしているので、制御精度を向上させることができる。   As described above, according to the second embodiment, the first laser light source 1 and the first phase conversion means 5 are used not only for processing the workpiece 7 but also for the optical signal processing in the spatial phase distribution calculation unit 10. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the device, save power, and reduce the manufacturing cost. In addition, with the configuration of the second embodiment, since the calculation of the spatial phase distribution of the first phase conversion unit 5 is completed and the drive control of the first phase conversion unit 5 is completed, the control delay is reduced. It can be shortened. Furthermore, since the control of the first phase conversion means 5 is performed in a closed loop, the control accuracy can be improved.

なお、上記例では、光路屈曲手段100として、位置を駆動制御する平面鏡を用いてレーザビームの屈曲を行っているが、平面鏡の代わりに、レーザビームを2方向に偏向あるいは分岐できる手段を用いても実施の形態2の作用を満足できることは明らかである。光路屈曲手段100に、例えばビームスプリッタを用いることで、レーザビームを2分岐させてもよい。ただし、この場合は加工対象物7へ常にレーザビームが照射されることになるが、例えば第1の位相変換手段5の制御が完了するまでの間自動ステージで退避させれば機能を損なうことはなく、同様の効果が期待できる。   In the above example, the laser beam is bent using a plane mirror that drives and controls the position as the optical path bending means 100. Instead of the plane mirror, means that can deflect or branch the laser beam in two directions are used. Obviously, the operation of the second embodiment can be satisfied. For example, a beam splitter may be used for the optical path bending means 100 to split the laser beam into two. However, in this case, the workpiece 7 is always irradiated with the laser beam. However, if the automatic stage is retracted until the control of the first phase conversion means 5 is completed, the function is impaired. The same effect can be expected.

実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図4と同じ符号は同等の機能部位を示し、その説明は原則として省略する。この実施の形態3では、実施の形態2に対して強度検出手段110を設け、実施の形態2を改良する構成となっている。
強度検出手段110は、第2のフーリエ変換手段23が変換する光波の強度を検出する手段である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of a laser beam intensity pattern forming apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote equivalent functional parts, and the description thereof will be omitted in principle. In the third embodiment, intensity detecting means 110 is provided to the second embodiment to improve the second embodiment.
The intensity detection unit 110 is a unit that detects the intensity of the light wave converted by the second Fourier transform unit 23.

次に、動作について説明する。
図6は、実施の形態3の空間位相分布演算部10において、第1の位相変換手段5が変換する位相変換量を演算する処理手順を示すフロー図である。図において、図2と同じ処理ステップ符号は同等の処理を示しており、その説明は省略する。この実施の形態3の場合、実施の形態1の処理に対してステップST215とST217の処理が加わったものである。
強度検出手段110では、第2のフーリエ変換手段23で変換された光波Dの強度を検出し、第1の制御手段37に与える(ステップST215)。第1の制御手段37では、強度検出手段110で検出された光波Dの強度から光波Cの位相を推定し、この光波Cの推定位相とステップST207で第2の位相検出手段34が検出した光波Bの位相との差分を演算し、その差分に応じて第1の位相変換手段5がステップST210の処理で行なう位相変調量を修正する(ステップST217)。
Next, the operation will be described.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the phase conversion amount converted by the first phase conversion means 5 in the spatial phase distribution calculation unit 10 of the third embodiment. In the figure, the same processing step codes as those in FIG. 2 indicate equivalent processes, and the description thereof is omitted. In the case of the third embodiment, steps ST215 and ST217 are added to the processing of the first embodiment.
The intensity detection means 110 detects the intensity of the light wave D converted by the second Fourier transform means 23 and provides it to the first control means 37 (step ST215). The first control means 37 estimates the phase of the light wave C from the intensity of the light wave D detected by the intensity detection means 110, and the light wave C detected by the second phase detection means 34 in step ST207. The difference from the phase of B is calculated, and the phase modulation amount performed by the first phase conversion means 5 in the process of step ST210 is corrected according to the difference (step ST217).

以上のように、この実施の形態3によれば、強度検出手段110を設けたことにより、第1の位相検出手段24の検出する位相と第1の位相変換手段5の変換する位相変調量との差を補正できるため、第1の位相変換手段5がヒステリシスなどの駆動誤差をもつ場合でも精度よく所望のレーザビーム強度パターン制御が可能となる。また、図示されない電子計算機における繰り返しループ計算のインタラプト処理において、第2の強度検出手段31が検出する空間強度分布と所望の強度パターンとを直接比較しているので、制御精度を向上させることが可能となる。   As described above, according to the third embodiment, by providing the intensity detection unit 110, the phase detected by the first phase detection unit 24 and the phase modulation amount converted by the first phase conversion unit 5 can be obtained. Therefore, even when the first phase conversion means 5 has a driving error such as hysteresis, desired laser beam intensity pattern control can be performed with high accuracy. Further, in the interrupt processing of the iterative loop calculation in an electronic computer (not shown), the spatial intensity distribution detected by the second intensity detecting means 31 and the desired intensity pattern are directly compared, so that the control accuracy can be improved. It becomes.

実施の形態4.
図7はこの発明の実施の形態4によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図4と同じ符号は同等の機能部位を示し、その説明は原則として省略する。この実施の形態4では、実施の形態2の光路屈曲手段100と第2のフーリエ変換手段23の間に光波分岐手段120と第3の位相検出手段121を設け、実施の形態2を改良する構成となっている。
光波分岐手段120は、第1の位相変換手段5で変換されたレーザビームを振幅分割して抽出する手段である。第3の位相検出手段121は、光波分岐手段120で分岐抽出された第1の位相変換手段5で変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する手段である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a laser beam intensity pattern forming apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote equivalent functional parts, and the description thereof will be omitted in principle. In the fourth embodiment, an optical wave branching unit 120 and a third phase detection unit 121 are provided between the optical path bending unit 100 and the second Fourier transform unit 23 of the second embodiment, and the second embodiment is improved. It has become.
The light wave branching unit 120 is a unit that extracts the laser beam converted by the first phase conversion unit 5 by dividing the amplitude. The third phase detection unit 121 is a unit that detects the spatial phase distribution of the laser beam converted by the first phase conversion unit 5 branched and extracted by the light wave branching unit 120.

次に、動作について説明する。
図8は、実施の形態4の空間位相分布演算部10において、第1の位相変換手段5が変換する位相変換量を演算する処理手順を示すフロー図である。図において、図2と同じ処理ステップ符号は同等の処理を示しており、その説明は省略する。この実施の形態4の場合、実施の形態3の処理に対してステップST217とステップST218の処理が加わったものである。
光波分岐手段120により、第1の位相変換手段5が変換したレーザビーム(光波C)を振幅分割して抽出し、第3の位相検出手段121により、抽出された光波Cの位相を検出して第1の制御手段37に出力する(ステップST218)。第1の制御手段37では、与えられた光波Cの位相と第2の位相検出手段34で検出した光波Bの位相との差分を演算し、その差分に応じて第1の位相変換手段5がステップST210の処理で行なう位相変調量を修正する(ステップST217)。
Next, the operation will be described.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the phase conversion amount converted by the first phase conversion means 5 in the spatial phase distribution calculation unit 10 of the fourth embodiment. In the figure, the same processing step codes as those in FIG. 2 indicate equivalent processes, and the description thereof is omitted. In the case of the fourth embodiment, the processes of step ST217 and step ST218 are added to the process of the third embodiment.
The laser beam (light wave C) converted by the first phase converting means 5 is extracted by dividing the amplitude by the light wave branching means 120, and the phase of the extracted light wave C is detected by the third phase detecting means 121. It outputs to the 1st control means 37 (step ST218). The first control unit 37 calculates the difference between the phase of the given light wave C and the phase of the light wave B detected by the second phase detection unit 34, and the first phase conversion unit 5 determines the difference according to the difference. The amount of phase modulation performed in step ST210 is corrected (step ST217).

以上のように、この実施の形態4によれば、光波分岐手段120と第3の位相検出手段121を設けたことにより、第1の位相検出手段24の検出する位相と、第1の位相変換手段5が変換する位相変調量との差を補正できるため、実施の形態3と同様に、第1の位相変換手段5がヒステリシスなどの駆動誤差をもつ場合でも精度よく所望のアンテナビーム強度パターン制御が可能となる。   As described above, according to the fourth embodiment, the phase detected by the first phase detection unit 24 and the first phase conversion are provided by providing the light wave branching unit 120 and the third phase detection unit 121. Since the difference from the phase modulation amount converted by the means 5 can be corrected, the desired antenna beam intensity pattern control can be accurately performed even when the first phase conversion means 5 has a driving error such as hysteresis, as in the third embodiment. Is possible.

この発明の実施の形態1によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the laser beam intensity pattern formation apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る空間位相分布演算部の処理手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process sequence of the spatial phase distribution calculating part which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1による処理における光波強度パターンのシミュレーション結果を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the simulation result of the light wave intensity pattern in the process by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the laser beam intensity | strength pattern formation apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the laser beam intensity | strength pattern formation apparatus by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3に係る空間位相分布演算部の処理手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process sequence of the spatial phase distribution calculating part which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the laser beam intensity | strength pattern formation apparatus by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態4に係る空間位相分布演算部の処理手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process sequence of the spatial phase distribution calculating part which concerns on Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1のレーザ光源、2〜4 第1のレーザ光源の一部、2 レーザ発振器、3 凹レンズ、4 凸レンズ、5 第1の位相変換手段、6 第1のフーリエ変換手段、7 加工対象物、10 空間位相分布演算部、20 第2のレーザ光源、21 第2の位相変換手段、23 第2のフーリエ変換手段、24 第1の位相検出手段、30 第3のレーザ光源、31 強度変換手段、32 第3の位相変換手段、33 逆フーリエ変換手段、34 第2の位相検出手段、35 第2の制御手段、36 第3の制御手段、37 第1の制御手段(位相制御手段)、100 光路屈曲手段、110 強度検出手段、120 光波分岐手段、121 第3の位相検出手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st laser light source, 2-4 A part of 1st laser light source, 2 Laser oscillator, 3 Concave lens, 4 Convex lens, 5 1st phase conversion means, 6 1st Fourier transform means, 7 Processing object, 10 spatial phase distribution calculation unit, 20 second laser light source, 21 second phase conversion means, 23 second Fourier transform means, 24 first phase detection means, 30 third laser light source, 31 intensity conversion means, 32 Third phase conversion means, 33 Inverse Fourier transform means, 34 Second phase detection means, 35 Second control means, 36 Third control means, 37 First control means (phase control means), 100 Optical path Bending means, 110 intensity detecting means, 120 light wave branching means, 121 third phase detecting means.

Claims (6)

レーザビームを発生する第1のレーザ光源と、
位相制御情報に応じて前記第1のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第1の位相変換手段と、
前記第1の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換して出力する第1のフーリエ変換手段と、
前記第1の位相変換手段が変換する空間位相分布を計算する空間光位相分布演算部を備えたレーザビーム強度パターン形成装置であって、
前記空間光位相分布演算部は、
レーザビームを発生する第2のレーザ光源と、
位相制御情報に応じて前記第2のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第2の位相変換手段と、
前記第2の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換する第2のフーリエ変換手段と、
前記第2のフーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第1の位相検出手段と、
レーザビームを発生する第3のレーザ光源と、
予め与えられた所望の強度パターンに基づいて前記第3のレーザ光源からのレーザビームの空間強度分布を変換する強度変換手段と、
前記強度変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を、前記第1の位相検出手段で検出された空間位相分布に応じて変換する第3の位相変換手段と、
前記第3の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記逆フーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第2の位相検出手段と、
前記第2の位相検出手段で検出された空間位相分布を前記位相制御情報として前記第2の位相変換手段および前記第1の位相変換手段へ与える位相制御手段とを有する計算ループを備えたことを特徴とするレーザビーム強度パターン形成装置。
A first laser light source for generating a laser beam;
First phase conversion means for converting a spatial phase distribution of a laser beam from the first laser light source according to phase control information;
First Fourier transform means for optically Fourier transforming and outputting the laser beam converted by the first phase conversion means;
A laser beam intensity pattern forming device including a spatial light phase distribution calculation unit that calculates a spatial phase distribution converted by the first phase conversion unit,
The spatial light phase distribution calculator is
A second laser light source for generating a laser beam;
Second phase conversion means for converting a spatial phase distribution of a laser beam from the second laser light source according to phase control information;
Second Fourier transform means for optically Fourier transforming the laser beam converted by the second phase conversion means;
First phase detection means for detecting a spatial phase distribution of the laser beam converted by the second Fourier transform means;
A third laser light source for generating a laser beam;
Intensity conversion means for converting the spatial intensity distribution of the laser beam from the third laser light source based on a predetermined intensity pattern given in advance;
Third phase conversion means for converting the spatial phase distribution of the laser beam converted by the intensity conversion means according to the spatial phase distribution detected by the first phase detection means;
Inverse Fourier transform means for optically inverse Fourier transforming the laser beam converted by the third phase conversion means;
Second phase detection means for detecting a spatial phase distribution of the laser beam converted by the inverse Fourier transform means;
A calculation loop including a phase control unit that applies the spatial phase distribution detected by the second phase detection unit to the second phase conversion unit and the first phase conversion unit as the phase control information; A laser beam intensity pattern forming apparatus.
電子計算機を用いることにより、計算ループによる繰り返し演算毎に第2の位相検出手段で検出される空間位相分布を時系列変化履歴にして記憶装置に記憶し、当該時系列変化履歴に基づいて、第2の位相検出手段が検出した空間位相分布が一定値に収束したことを判断して、位相制御手段を介して第1の位相変換手段が変換する空間位相分布を当該収束した空間位相分布に一致させるようにしたことを特徴とする請求項1記載のレーザビーム強度パターン形成装置。   By using the electronic computer, the spatial phase distribution detected by the second phase detection means for each repetitive calculation by the calculation loop is stored in the storage device as a time series change history, and based on the time series change history, Judging that the spatial phase distribution detected by the second phase detection means has converged to a constant value, the spatial phase distribution converted by the first phase conversion means via the phase control means matches the converged spatial phase distribution. 2. The laser beam intensity pattern forming apparatus according to claim 1, wherein: 空間光位相分布演算部は、
第2のレーザ光源として第1のレーザ光源を兼用すると共に、第2の位相変換手段として第1位相変換手段を兼用するように構成し、
前記第1の位相変換手段により変換されたレーザビームの光路を屈曲させる光路屈曲手段を有し、
第2のフーリエ変換手段は、前記光路屈曲手段から得られるレーザビームをフーリエ変換するようにしたことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
The spatial light phase distribution calculation unit
The first laser light source is also used as the second laser light source, and the first phase conversion means is also used as the second phase conversion means.
Optical path bending means for bending the optical path of the laser beam converted by the first phase conversion means,
3. The laser beam intensity pattern forming apparatus according to claim 1, wherein the second Fourier transform means performs Fourier transform on the laser beam obtained from the optical path bending means.
空間光位相分布演算部の計算ループは、
第2のフーリエ変換手段で変換されたレーザビームの空間強度分布を検出する強度検出手段を備え、
制御手段は、前記強度検出手段で検出された空間強度分布から第1の位相変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を推定し、この推定された空間位相分布と第1の位相検出手段で検出された空間位相分布と第2の位相検出手段で検出された空間位相分布との差分を演算し、求めた差分に応じて第1の位相変換手段の位相変調量を修正するようにしたことを特徴とする請求項3記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
The calculation loop of the spatial light phase distribution calculator is
Intensity detecting means for detecting the spatial intensity distribution of the laser beam converted by the second Fourier transform means,
The control means estimates the spatial phase distribution of the laser beam converted by the first phase conversion means from the spatial intensity distribution detected by the intensity detection means, and the estimated spatial phase distribution and the first phase detection means. The difference between the spatial phase distribution detected in step 1 and the spatial phase distribution detected by the second phase detection means is calculated, and the phase modulation amount of the first phase conversion means is corrected according to the obtained difference. The laser beam intensity pattern forming apparatus according to claim 3.
空間光位相分布演算部の計算ループは、
第1の位相変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第3の位相検出手段を備え、
位相制御手段は、前記第1の位相検出手段で検出された空間位相分布と前記第3の位相検出手段で検出された空間位相分布との差分を演算し、求めた差分に応じて第1の位相変換手段の位相変調量を修正するようにしたことを特徴とする請求項3に記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
The calculation loop of the spatial light phase distribution calculator is
A third phase detecting means for detecting a spatial phase distribution of the laser beam converted by the first phase converting means;
The phase control means calculates a difference between the spatial phase distribution detected by the first phase detection means and the spatial phase distribution detected by the third phase detection means, and the first control unit calculates the first difference according to the obtained difference. 4. The laser beam intensity pattern forming apparatus according to claim 3, wherein the phase modulation amount of the phase conversion means is corrected.
光路屈曲手段は、空間光位相分布演算部の計算ループを形成する場合には第1の位相変換手段で変換されたレーザビームを第2のフーリエ変換手段へ向かわせる位置をとり、一方、前記第1の位相変換手段の空間位相分布が所望の強度パターン形成に適合した状態となった場合には前記第1の位相変換手段から当該空間位相分布に一致した位相変調量で変換されたレーザビームを第1のフーリエ変換手段に向かわせる位置をとるよう選択制御される平面鏡で構成されたことを特徴とする請求項3から請求項5のうちのいずれか1項記載のレーザビーム強度パターン形成装置。   The optical path bending means takes a position for directing the laser beam converted by the first phase conversion means to the second Fourier transform means when forming a calculation loop of the spatial light phase distribution calculation unit, When the spatial phase distribution of one phase conversion means is in a state suitable for forming a desired intensity pattern, a laser beam converted by the first phase conversion means with a phase modulation amount that matches the spatial phase distribution is 6. The laser beam intensity pattern forming apparatus according to claim 3, wherein the laser beam intensity pattern forming apparatus is configured by a plane mirror that is selectively controlled so as to take a position directed to the first Fourier transform unit.
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