JP5191673B2 - Light source device, observation device and processing device - Google Patents
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Description
本発明は、光のビーム断面上において所定の位相分布を有する光を発生する光源装置、ならびに、これを用いた観察装置および加工装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device that generates light having a predetermined phase distribution on a light beam cross section, and an observation device and a processing device using the light source device.
被観察物を観察する場合や被加工物を加工する場合に、レーザ光源等の光源から出力される光は、レンズ等を含む照射光学系を経て被観察物または被加工物に集光照射される。このように光を集光する場合、その集光径の大きさの目安であるビームウエスト径は、光の波長の半分程度までしか小さくすることができないことが知られている。これは回折限界と呼ばれる。ただし、この回折限界は、ガウシアンモード（あるいは基本モード）の光についてのことである。一方、回折限界より微細な空間構造を持つ高次モード光の存在が知られている。 When observing the object to be observed or processing the object to be processed, light output from a light source such as a laser light source is condensed and irradiated to the object or object to be observed through an irradiation optical system including a lens or the like. The When condensing light in this way, it is known that the beam waist diameter, which is a measure of the condensing diameter, can only be reduced to about half the wavelength of the light. This is called the diffraction limit. However, this diffraction limit is for Gaussian mode (or fundamental mode) light. On the other hand, existence of higher-order mode light having a spatial structure finer than the diffraction limit is known.
このような性質をもつ光ビームとしてベッセル（Bessel）ビームやラゲール・ガウス・モード（Laguerre-Gaussian Mode）光（以下「ＬＧモード光」という。）が知られている。このような光ビームを用いれば、実効的に回折限界以下の微小領域に光のエネルギーを集中させることが可能となる。この原理にもとづき、これまでに、ベッセルビームを用いた回折限界以下の解像度を持つピックアップ装置や微細加工技術および顕微鏡などの発明が提案されている。 Bessel beams and Laguerre-Gaussian mode light (hereinafter referred to as “LG mode light”) are known as light beams having such properties. By using such a light beam, it is possible to effectively concentrate the light energy in a minute region below the diffraction limit. Based on this principle, there have been proposed inventions such as a pickup device using a Bessel beam and a resolution below the diffraction limit, a microfabrication technique, and a microscope.
また、ＬＧモード光を出力する光源装置については、例えば非特許文献１〜６に記載されている。これらの文献に記載された光源装置は、光ビーム断面において円周方向に沿って位相が変化するＬＧモード光を発生するものである。このようなＬＧモード光は、光ピンセット、量子計算および量子通信などへの応用が期待され、目下、光学・物理の分野で注目されている。
従来、集光時の中央スポット径が回折限界以下となるような光ビームはいくつか知られているが、いずれも生成に複雑な光学系が必要、あるいは生成されるビームが低品位であるという問題があった。特に、ベッセルビームは、ＬＧモード光と最も類似した性質をもつ光ビームであるが、現在知られている生成手法では近似的なベッセルビームを生成することしかできない。さらに近似ベッセルビームの生成ですら、従来手法には光学技術的な困難が含まれている。すなわち、近似ベッセルビームの生成には、高精度な素子を得ることが困難でかつ使用にあたっても光軸調整が難しい、アキシコンが必要であり、上記の目的に充分な品位の近似ベッセルビームを生成するためには、多大な技術的負担が要求される。 Conventionally, several light beams are known in which the central spot diameter at the time of condensing is less than the diffraction limit, but all of them require a complicated optical system for generation, or the generated beam is low quality There was a problem. In particular, the Bessel beam is a light beam having properties most similar to those of the LG mode light. However, the currently known generation method can only generate an approximate Bessel beam. Furthermore, even in the generation of an approximate Bessel beam, conventional techniques include optical technical difficulties. In other words, the generation of an approximate Bessel beam that is difficult to obtain a high-precision element and is difficult to adjust the optical axis even when used is necessary for an axicon, and generates an approximate Bessel beam of sufficient quality for the above purpose. Therefore, a great technical burden is required.
本発明は、ベッセルビームと同程度の超解像特性を有し集光特性や生成の容易さ等の特長を有する光を出力することができる光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような光源装置を用いて高解像度で被観察物を観察することができる観察装置、および、このような光源装置を用いて高解像度で被加工物を加工することができる加工装置を提供することをも目的とする。 An object of the present invention is to provide a light source device that can output light having super-resolution characteristics comparable to those of a Bessel beam and having characteristics such as light collection characteristics and ease of generation. The present invention also provides an observation apparatus that can observe an object to be observed with high resolution using such a light source apparatus, and a workpiece that can be processed with high resolution using such a light source apparatus. It is another object of the present invention to provide a processing device that can be used.
本発明に係る光源装置は、(1) コヒーレント光を出力する光源と、(2) 外部から入力される制御信号に基づいて各画素での位相変調量が設定され、光源から出力された光を入力し、その光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して、その位相変調後の光を出力する光位相変調素子と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光源装置では、光位相変調素子に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の半径ｒ １ 〜ｒ ｐ （ｒ ｐ ＞ｒ ｐ−１ ＞…＞ｒ ２ ＞ｒ １ ）の各円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域を設定したときに、(ｐ＋１)個の領域それぞれの径方向の幅が外側の領域ほど広く（すなわち、ｒ ｐ −ｒ ｐ−１ ＞ｒ ｐ−１ −ｒ ｐ−２ ＞…＞ｒ ３ −ｒ ２ ＞ｒ ２ −ｒ １ ＞ｒ １ ）、(ｐ＋１)個の領域それぞれにおいて位相変調量が一定であり、(ｐ＋１)個の領域のうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量がπだけ異なることを特徴とする。ただし、ｐは自然数である。
The light source device according to the present invention includes (1) a light source that outputs coherent light, and (2) a phase modulation amount in each pixel that is set based on a control signal input from the outside, and outputs light output from the light source. And an optical phase modulation element for phase-modulating the light in accordance with the position on the beam cross section of the light and outputting the light after the phase modulation. Furthermore, in the light source device according to the present invention, in the light of the beam cross section to be input to the optical phase modulation element, p-number of the radius r 1 ~r p (r p> r p-1 around the predetermined position> ... When (p + 1) regions divided by the circumferences of > r 2 > r 1 ) are set, the radial width of each of the (p + 1) regions is wider toward the outer region (ie, r p −r p−1 > r p−1 −r p−2 >...> R 3 −r 2 > r 2 −r 1 > r 1 ) , (p + 1) regions each having a constant phase modulation amount, It is characterized in that the phase modulation amount differs by π between two adjacent regions among (p + 1) regions. However, p is a natural number.
なお、ｎを整数としたときに任意の位相αと位相(α＋２ｎπ)とは互いに等価であり、また、位相調整量の分布はオフセット値を無視して相対値のみを問題とすればよい。これらのことを考慮して、光位相変調素子における位相変調量は、位相αから位相(α＋２π)までの範囲に制限することが可能であり、また、αを値０としてもよい。 Note that when n is an integer, the arbitrary phase α and phase (α + 2nπ) are equivalent to each other, and the distribution of the phase adjustment amount may ignore the offset value and only consider the relative value. Considering these, the phase modulation amount in the optical phase modulation element can be limited to a range from the phase α to the phase (α + 2π), and α may be set to a value of 0.
本発明に係る観察装置は、被観察物を観察する装置であって、上記の本発明に係る光源装置と、光源装置から出力される光を被観察物中の観察点に集光照射する照射光学系と、被観察物中における観察点を走査する走査手段と、照射光学系による観察点への光の集光照射に伴い生じる光を検出する検出光学系と、を備えることを特徴とする。 An observation apparatus according to the present invention is an apparatus for observing an object to be observed. The light source apparatus according to the present invention described above and irradiation for condensing and irradiating light output from the light source apparatus to an observation point in the object to be observed An optical system, a scanning unit that scans an observation point in an object to be observed, and a detection optical system that detects light generated when the irradiation optical system condenses and irradiates light to the observation point. .
本発明に係る加工装置は、被加工物を加工する装置であって、上記の本発明に係る光源装置と、光源装置から出力される光を被加工物中の加工点に集光照射する照射光学系と、被加工物中における加工点を走査する走査手段と、を備えることを特徴とする。 A processing apparatus according to the present invention is an apparatus for processing a workpiece, and the light source device according to the present invention described above and irradiation for condensing and irradiating a processing point in the workpiece with light output from the light source device. An optical system and scanning means for scanning a processing point in the workpiece are provided.
本発明に係る光源装置は、ベッセルビームと同程度の超解像特性を有し集光特性や生成の容易さ等の特長を有する光を出力することができる。また、この光源装置を用いることにより、高解像度で被観察物を観察することができ、また、高解像度で被加工物を加工することができる。 The light source device according to the present invention has super-resolution characteristics comparable to those of a Bessel beam, and can output light having features such as light collection characteristics and ease of generation. Moreover, by using this light source device, the object to be observed can be observed with high resolution, and the object to be processed can be processed with high resolution.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
先ず、本発明に係る光源装置の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光源装置１の構成図である。この図に示される光源装置１は、レーザ光源１０、凸レンズ１１、凸レンズ１２、アパーチャ１３、ビームスプリッタ１４、反射型の光位相変調素子１５、ミラー１６、凸レンズ１７および凸レンズ１８を備える。また、この図には、凸レンズ１８から出力される光のビーム断面における強度分布を観察するためのＣＣＤカメラ１９も示されている。 First, an embodiment of a light source device according to the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a light source device 1 according to the present embodiment. The light source device 1 shown in this figure includes a laser light source 10, a convex lens 11, a convex lens 12, an aperture 13, a beam splitter 14, a reflective optical phase modulation element 15, a mirror 16, a convex lens 17 and a convex lens 18. This figure also shows a CCD camera 19 for observing the intensity distribution in the beam cross section of the light output from the convex lens 18.
レーザ光源１０は、コヒーレントなレーザ光を出力するものであり、例えばＨｅ-Ｎｅレーザ光源等である。レンズ１１およびレンズ１２は、ビームエクスパンダとして作用するものであって、レーザ光源１０から出力された光を入力し、その光のビーム径を拡大して、該光を平行光として出力する。アパーチャ１３は、円形の開口を有し、レンズ１１およびレンズ１２から出力された光を入力して、その光のビーム断面のうち開口を通過する部分を出力する。ビームスプリッタ１４は、アパーチャ１３から到達した光の一部を透過させて光位相変調素子１５へ出力するとともに、光位相変調素子１５から到達した光の一部を反射させてミラー１６へ出力する。 The laser light source 10 outputs coherent laser light, and is, for example, a He—Ne laser light source. The lens 11 and the lens 12 function as a beam expander. The lens 11 and the lens 12 receive the light output from the laser light source 10, expand the beam diameter of the light, and output the light as parallel light. The aperture 13 has a circular opening, receives light output from the lens 11 and the lens 12, and outputs a portion of the beam cross section that passes through the opening. The beam splitter 14 transmits a part of the light reaching from the aperture 13 and outputs it to the optical phase modulation element 15, and reflects a part of the light reaching from the optical phase modulation element 15 to output it to the mirror 16.
光位相変調素子１５は、レーザ光源１０から出力されてビームスプリッタ１４を経た光を入力し、その光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して、その位相変調後の光をビームスプリッタ１４へ反射させる。光位相変調素子１５は、外部から入力される制御信号に基づいて反射の際の各画素の位相変調量が設定される素子（ＳＬＭ: Spatial Light Modulator）である。光位相変調素子１５としてＳＬＭが用いられる場合、位相変調量の空間的分布を電気的に書き込むことが可能であり、必要に応じて様々な位相変調分布を与えることができる。 The optical phase modulation element 15 receives the light output from the laser light source 10 and passed through the beam splitter 14, phase-modulates the light according to the position on the beam cross section of the light, and converts the light after the phase modulation. Reflected to the beam splitter 14. The optical phase modulation element 15 is an element (SLM: Spatial Light Modulator) in which the phase modulation amount of each pixel at the time of reflection is set based on a control signal input from the outside. When the SLM is used as the optical phase modulation element 15, it is possible to electrically write the spatial distribution of the phase modulation amount, and various phase modulation distributions can be given as necessary.
ミラー１６は、ビームスプリッタ１４から到達した光を反射させて、その反射された光をレンズ１７へ出力する。レンズ１７およびレンズ１８は、ミラー１６により反射された光を入力し、その光のビーム径を調整して、該光を平行光として出力する。ＣＣＤカメラ１９は、レンズ１７およびレンズ１８から出力された光を入力して、その光のビーム断面における光強度分布を検出する。 The mirror 16 reflects the light reaching from the beam splitter 14 and outputs the reflected light to the lens 17. The lenses 17 and 18 receive the light reflected by the mirror 16, adjust the beam diameter of the light, and output the light as parallel light. The CCD camera 19 receives the light output from the lens 17 and the lens 18 and detects the light intensity distribution in the beam cross section of the light.
この光源装置１では、レーザ光源１０から出力されたコヒーレントなレーザ光は、凸レンズ１１および凸レンズ１２によりビーム径が拡大された後、そのビーム断面の一部部分がアパーチャ１３の円形の開口を通過して、ビーム断面が円形とされ、さらにビームスプリッタ１４を透過して光位相変調素子１５に入力される。光位相変調素子１５に入力された光は、この光位相変調素子１５によりビーム断面上の位置に応じて位相変調を受けて反射される。光位相変調素子１５により位相変調を受けて反射された光は、ビームスプリッタ１４により反射され、さらにミラー１６により反射され、凸レンズ１７および凸レンズ１８によりビーム径が調整されて、ＣＣＤカメラ１９の受光面に入射して、このＣＣＤカメラ１９により光ビーム断面における光強度分布が検出される。 In this light source device 1, the coherent laser light output from the laser light source 10 is enlarged in beam diameter by the convex lens 11 and the convex lens 12, and then a part of the beam cross section passes through the circular opening of the aperture 13. Thus, the beam cross section is circular, and further passes through the beam splitter 14 and is input to the optical phase modulation element 15. The light input to the optical phase modulation element 15 is phase-modulated by the optical phase modulation element 15 according to the position on the beam cross section and reflected. The light that has been subjected to phase modulation by the optical phase modulation element 15 is reflected by the beam splitter 14, further reflected by the mirror 16, and the beam diameter is adjusted by the convex lens 17 and the convex lens 18. The CCD camera 19 detects the light intensity distribution in the light beam cross section.
光位相変調素子１５において反射光に与えられる位相変調量について更に詳細に説明すると以下のとおりである。図２に示されるように、光位相変調素子１５に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の半径ｒ１〜ｒｐの各円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐを設定する。内側から順に領域Ａ０，Ａ１，Ａ２，…，Ａｐとする。領域Ａ０は、半径ｒ１の円周の内側の領域であり、領域Ａｉは、半径ｒｉ-1の円周と半径ｒｉの円周との間の領域である（ｉ＝１，２，３，…，ｐ）。 The phase modulation amount given to the reflected light in the optical phase modulation element 15 will be described in more detail as follows. As shown in FIG. 2, on the beam cross section of the light input to the optical phase modulation element 15, the light is divided by the circumferences of p radii r 1 to r p with a predetermined position as the center (p + 1). to set the number of area a 0 ~A p. Regions in order from the inner side A 0, A 1, A 2 , ..., a A p. The area A 0 is an area inside the circumference of the radius r 1 , and the area A i is an area between the circumference of the radius r i−1 and the circumference of the radius r i (i = 1, 1). 2, 3, ..., p).
このとき、(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐそれぞれの径方向の幅は、外側の領域ほど広い。すなわち、半径ｒ１〜ｒｐの間に以下の関係式が成り立つ。なお、最も内側にある領域Ａ０については、半径ｒ１を径方向の幅とする。 At this time, the width in the radial direction of each of the (p + 1) regions A 0 to A p is wider toward the outer region. That is, the following relational expression is established between the radii r 1 to r p . For the innermost region A 0 , the radius r 1 is the radial width.
さらに、(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐそれぞれにおいて位相変調量は一定であり、(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐのうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量はπだけ異なる。すなわち、偶数番目の領域Ａ０，Ａ２，Ａ４，…それぞれの領域内における位相変調量φ０は一定である。また、奇数番目の領域Ａ１，Ａ３，Ａ５，…それぞれの領域内における位相変調量φ１は一定である。そして、これら位相変調量φ０と位相変調量φ１とは互いにπだけ異なる。 Further, (p + 1) pieces of regions A 0 to A p phase modulation amount in each is constant, (p + 1) phase modulation amount between two adjacent areas among the number of regions A 0 to A p only π Different. That is, the phase modulation amount φ 0 in each of the even-numbered areas A 0 , A 2 , A 4 ,... Is constant. Further, the phase modulation amount φ 1 in each of the odd-numbered areas A 1 , A 3 , A 5 ,... Is constant. The phase modulation amount φ 0 and the phase modulation amount φ 1 are different from each other by π.
動径方向ｒについて設定されるべきｐ個の半径ｒ１〜ｒｐの円周で表される位相不連続線は以下のように設定される。位相不連続線は、光強度が０となる部分（「節」）に存在する。ＬＧモードの場合、光強度分布の節はSonine多項式の零点から求めることができる。つまり、下記（２）式で定義されるSonine多項式Ｓp q(ｚ)が値０となる変数ｚの値を求める。なお、ｐは、動径指数と呼ばれ、自然数である。また、ｑは、偏角指数と呼ばれ、０以外の整数である。 The phase discontinuity lines represented by the circumferences of p radii r 1 to r p to be set in the radial direction r are set as follows. The phase discontinuity line exists in a portion (“node”) where the light intensity is zero. In the LG mode, the node of the light intensity distribution can be obtained from the zero point of the Sonine polynomial. That is, the value of the variable z for which the value of the Sonine polynomial S p q (z) defined by the following equation (2) is 0 is obtained. In addition, p is called a radial index and is a natural number. Q is called a declination index and is an integer other than zero.
特に、本実施形態では偏角指数ｑは値０とされる。このとき、上記（２）式は、下記（３）式で表されるLaguerre多項式となる。Laguerre多項式は、ｐ次の多項式であり、ｐ個の異なる正の実数根ａ１〜ａｐを持つ。これらの根ａｉと光ビームウェスト半径ｗとを用いれば、位相不連続線の半径ｒiは、下記（４）式で表される（ｉ＝１，２，３，…，ｐ）。 In particular, the declination index q is 0 in this embodiment. At this time, the above equation (2) is a Laguerre polynomial expressed by the following equation (3). The Laguerre polynomial is a p-th order polynomial and has p different positive real roots a 1 to a p . If these roots a i and the light beam waist radius w are used, the radius r i of the phase discontinuity line is expressed by the following equation (4) (i = 1, 2, 3,..., P).
このような位相変調φ(ｒ)を光位相変調素子１５により受けて反射された光は、動径指数がｐで偏角指数が０であるＬＧモード光となる。このＬＧモード光は、偏角変数θを固定したとき、位相不連続線を境界線として接する二つの領域に属する点における位相値がπの差を持つ。また、(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐそれぞれの径方向の幅は、外側の領域ほど広い。 The light reflected by receiving the phase modulation φ (r) by the optical phase modulation element 15 becomes LG mode light having a radial index p and a declination index 0. In the LG mode light, when the declination variable θ is fixed, the phase value at a point belonging to two regions that are in contact with the phase discontinuity line as a boundary line has a difference of π. In addition, the radial width of each of the (p + 1) regions A 0 to A p is wider as the outer region is larger.
図３は、光位相変調素子１５における位相変調量の分布の例を示す図である。同図（ａ）は、動径指数ｐを５とした場合の位相変調量の分布を示す。また、同図（ｂ）は、動径指数ｐを１０とした場合の位相変調量の分布を示す。この図において、位相不連続線は上記の（３）式および（４）式から得られたものであり、黒色の各領域では位相変調量が０であり、灰色の各領域では位相変調量がπである。各領域の径方向の幅は、外側の領域ほど広い。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the distribution of the phase modulation amount in the optical phase modulation element 15. FIG. 5A shows the distribution of the phase modulation amount when the radial index p is 5. FIG. 5B shows the distribution of the phase modulation amount when the radial index p is 10. In this figure, the phase discontinuity line is obtained from the above equations (3) and (4), and the phase modulation amount is 0 in each black region, and the phase modulation amount is in each gray region. π. The width in the radial direction of each region is wider in the outer region.
図４は、光位相変調素子１５における入射光および反射光それぞれのビーム断面における強度分布を示す図である。同図（ａ）は入射光の強度分布を示し、同図（ｂ）は反射光の強度分布を示す。ここでは、動径指数ｐを１３とした。すなわち、同図（ｂ）は、１３次の動径指数を有するＬＧモード光の強度分布を示す。なお、同図（ｂ）では、光ビームの断面構造を観測し易くするため、階調の補正を行っている。したがって、入射光の強度分布（同図（ａ））と比較して、ＬＧモード光である反射光の強度分布（同図（ｂ））では、中央スポット（最も内側にある領域Ａ０）が入射光と同程度の大きさに見えているが、実際には非常に小さいスポットとなっている。 FIG. 4 is a diagram showing intensity distributions in the beam cross sections of incident light and reflected light in the optical phase modulation element 15. FIG. 4A shows the intensity distribution of incident light, and FIG. 4B shows the intensity distribution of reflected light. Here, the radial index p was set to 13. That is, FIG. 5B shows the intensity distribution of LG mode light having a 13th order radial index. In FIG. 5B, gradation correction is performed to facilitate observation of the cross-sectional structure of the light beam. Therefore, compared with the intensity distribution of incident light (FIG. (A)), in the intensity distribution of reflected light (FIG. (B)) that is LG mode light, the center spot (the innermost region A 0 ) is Although it looks as large as the incident light, it is actually a very small spot.
このような高次動径指数を有するＬＧモード光をレンズにより集光させた場合、ビームウェスト径を波長の半分程度よりも小さくすることは不可能である（回折限界）。しかし、ＬＧモード光の内部構造は保存されるので、集光点上において高次動径指数ＬＧモード光の中央スポット（領域Ａ０）は回折限界以下の大きさを有することになる。 When LG mode light having such a high-order radial index is collected by a lens, it is impossible to make the beam waist diameter smaller than about half the wavelength (diffraction limit). However, since the internal structure of the LG mode light is preserved, the central spot (region A 0 ) of the high-order radial index LG mode light on the condensing point has a size equal to or smaller than the diffraction limit.
なお、中央スポット（領域Ａ０）の周囲に存在するリング（サイドローブ、すなわち、領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…）は、ベッセルビームと同様の挙動を示し、ベッセルビームに関して確立されている技術を用いることにより、それらの影響を低減させることも可能である。高次動径指数ＬＧモード光に特有の性質としては、動径指数ｐを大きくするほど、中央スポット（領域Ａ０）の大きさを小さくすることが可能である点が挙げられる。 Incidentally, rings located around the central spot (area A 0) (side lobes, i.e., the area A 1, A 2, A 3 , ...) indicates the same behavior as Bessel beam, established for Bessel beam It is also possible to reduce these effects by using existing techniques. As a characteristic peculiar to the higher-order radial index LG mode light, it is possible to reduce the size of the central spot (region A 0 ) as the radial index p is increased.
また、サイドローブ（領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，…）の広がりは、ベッセルビームでは理論的に無限であるのに対し、高次動径指数ＬＧモード光では有限である。このことから、光学系の径をサイドローブ全体が完全に含まれるように設定しておくことにより、より理想的に条件のもとで高次動径指数ＬＧモード光の特性を利用することができる。 Further, the spread of the side lobes (regions A 1 , A 2 , A 3 ,...) Is theoretically infinite for Bessel beams, but is finite for high-order radial exponent LG mode light. Therefore, by setting the diameter of the optical system so that the entire side lobe is completely included, the characteristics of the higher-order radial exponent LG mode light can be used more ideally under conditions. it can.
次に、本発明に係る光源装置の他の実施形態について説明する。図５は、他の実施形態に係る光源装置２の構成図である。この図に示される光源装置２は、レーザ光源１０、凸レンズ１１、凸レンズ１２、アパーチャ１３、透過型の光位相変調素子２０、ミラー２１、ミラー１６、凸レンズ１７および凸レンズ１８を備える。また、この図にも、凸レンズ１８から出力される光のビーム断面における強度分布を観察するためのＣＣＤカメラ１９も示されている。図１に示された光源装置１の構成と比較すると、この図５に示される光源装置２は、ビームスプリッタ１４および反射型の光位相変調素子１５に替えて、透過型の光位相変調素子２０およびミラー２１を備える点で相違する。 Next, another embodiment of the light source device according to the present invention will be described. FIG. 5 is a configuration diagram of a light source device 2 according to another embodiment. The light source device 2 shown in this figure includes a laser light source 10, a convex lens 11, a convex lens 12, an aperture 13, a transmissive optical phase modulation element 20, a mirror 21, a mirror 16, a convex lens 17, and a convex lens 18. Also shown in this figure is a CCD camera 19 for observing the intensity distribution in the beam cross section of the light output from the convex lens 18. Compared with the configuration of the light source device 1 shown in FIG. 1, the light source device 2 shown in FIG. 5 replaces the beam splitter 14 and the reflective optical phase modulation element 15 with a transmissive optical phase modulation element 20. And the point that a mirror 21 is provided.
光位相変調素子２０は、レーザ光源１０から出力されてアパーチャ１３の開口を通過した光を入力し、その光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して、その位相変調後の光をミラー２１へ透過させる。光位相変調素子２０は、外部から入力される制御信号に基づいて透過の際の各画素の位相変調量が設定される素子（ＳＬＭ）である。光位相変調素子２０としてＳＬＭが用いられる場合、位相変調量の空間的分布を電気的に書き込むことが可能であり、必要に応じて様々な位相変調分布を与えることができる。ミラー２１は、光位相変調素子２０から透過されて出力された光を反射させて、その反射した光をミラー１６へ出力する。 The optical phase modulation element 20 receives light output from the laser light source 10 and passed through the aperture 13, phase-modulates the light in accordance with the position on the beam cross section of the light, and performs the phase modulation after the phase modulation. The light is transmitted to the mirror 21. The optical phase modulation element 20 is an element (SLM) in which the phase modulation amount of each pixel at the time of transmission is set based on a control signal input from the outside. When an SLM is used as the optical phase modulation element 20, it is possible to electrically write a spatial distribution of the phase modulation amount, and various phase modulation distributions can be given as necessary. The mirror 21 reflects the light transmitted and output from the optical phase modulation element 20 and outputs the reflected light to the mirror 16.
この光源装置２では、レーザ光源１０から出力されたコヒーレントなレーザ光は、凸レンズ１１および凸レンズ１２によりビーム径が拡大された後、そのビーム断面の一部部分がアパーチャ１３の円形の開口を通過して、ビーム断面が円形とされ、光位相変調素子２０に入力される。光位相変調素子２０に入力された光は、この光位相変調素子２０によりビーム断面上の位置に応じて位相変調を受けて透過される。光位相変調素子２０により位相変調を受けて透過された光は、ミラー２１およびミラー１６により反射され、凸レンズ１７および凸レンズ１８によりビーム径が調整されて、ＣＣＤカメラ１９の受光面に入射して、このＣＣＤカメラ１９により光ビーム断面における光強度分布が検出される。 In this light source device 2, the coherent laser light output from the laser light source 10 is enlarged in beam diameter by the convex lens 11 and the convex lens 12, and then a part of the beam cross section passes through the circular opening of the aperture 13. Thus, the beam cross section is circular and input to the optical phase modulation element 20. The light input to the optical phase modulation element 20 undergoes phase modulation by the optical phase modulation element 20 according to the position on the beam cross section and is transmitted. The light that has been subjected to phase modulation by the optical phase modulation element 20 is reflected by the mirror 21 and the mirror 16, the beam diameter is adjusted by the convex lens 17 and the convex lens 18, and is incident on the light receiving surface of the CCD camera 19. The CCD camera 19 detects the light intensity distribution in the light beam cross section.
透過型の光位相変調素子２０において透過光に与えられる位相変調量は、反射型の光位相変調素子１５において反射光に与えられる位相変調量と同様である。すなわち、光位相変調素子２０に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の半径ｒ１〜ｒｐの各円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐを設定する。内側から順に領域Ａ０，Ａ１，Ａ２，…，Ａｐとする。このとき、(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐそれぞれの径方向の幅は、外側の領域ほど広い。すなわち、半径ｒ１〜ｒｐの間に上記（１）式が成り立つ。さらに、(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐそれぞれにおいて位相変調量は一定であり、(ｐ＋１)個の領域Ａ０〜Ａｐのうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量はπだけ異なる。そして、動径方向ｒについて設定されるべきｐ個の半径ｒ１〜ｒｐの円周で表される位相不連続線は、上記の（３）式および（４）式で得られる。 The phase modulation amount given to the transmitted light in the transmissive optical phase modulation element 20 is the same as the phase modulation amount given to the reflected light in the reflective optical phase modulation element 15. That is, on the beam cross section of the light input to the optical phase modulation element 20, (p + 1) regions A 0 to A divided by the respective circumferences of p radii r 1 to rp centered on a predetermined position. setting the a p. Regions in order from the inner side A 0, A 1, A 2 , ..., a A p. At this time, the width in the radial direction of each of the (p + 1) regions A 0 to A p is wider toward the outer region. That is, the above equation (1) is established between the radii r 1 to r p . Further, (p + 1) pieces of regions A 0 to A p phase modulation amount in each is constant, (p + 1) phase modulation amount between two adjacent areas among the number of regions A 0 to A p only π Different. The phase discontinuity line expressed by the circumference of the p number of the radius r 1 ~r p should be set for the radial direction r is obtained in the (3) and (4) above.
このように構成される光源装置２においても、図３に示されたような光位相変調素子２０における位相変調量の分布が可能であり、また、図４に示されたような光位相変調素子２０における入射光および反射光それぞれのビーム断面における強度分布が可能である。そして、光源装置２においても、集光点上において高次動径指数ＬＧモード光の中央スポット（領域Ａ０）は回折限界以下の大きさを有することができる。 Also in the light source device 2 configured as described above, the distribution of the phase modulation amount in the optical phase modulation element 20 as shown in FIG. 3 is possible, and the optical phase modulation element as shown in FIG. Intensity distributions in the beam cross-sections of incident light and reflected light at 20 are possible. In the light source device 2 as well, the central spot (region A 0 ) of the high-order radial exponent LG mode light on the condensing point can have a size equal to or smaller than the diffraction limit.
次に、本発明に係る観察装置の実施形態について説明する。図６は、本実施形態に係る観察装置３の構成図である。この図に示される観察装置３は、被観察物８を観察する装置であって、図１に示された構成のうちＣＣＤカメラ１９を除いた光源装置１の構成に加えて、走査型顕微鏡を構成する構成要素として、ミラー３０、ビームスプリッタ３１、対物レンズ３２、フィルタ３３、光検出器３４、制御部３５、表示部３６および移動ステージ３７を更に備えている。 Next, an embodiment of an observation apparatus according to the present invention will be described. FIG. 6 is a configuration diagram of the observation apparatus 3 according to the present embodiment. The observation apparatus 3 shown in this figure is an apparatus for observing the object 8 to be observed. In addition to the structure of the light source apparatus 1 except the CCD camera 19 in the structure shown in FIG. As constituent elements, a mirror 30, a beam splitter 31, an objective lens 32, a filter 33, a photodetector 34, a control unit 35, a display unit 36, and a moving stage 37 are further provided.
ミラー３０は、レンズ１８から出力された光を反射して、その反射した光をビームスプリッタ３１へ出力する。ビームスプリッタ３１は、ミラー３０から到達した光を入力して該光を対物レンズ３２へ透過させるとともに、対物レンズ３２から到達した光を入力して該光をフィルタ３３へ反射させる。対物レンズ３２は、ビームスプリッタ３１から到達した光を入力して該光を被観察物８の観察点へ集光照射する。すなわち、ミラー３０からビームスプリッタ３１を経て対物レンズ３２に到るまでの光学系は、光源装置１から出力される光を被観察物８中の観察点に集光照射する照射光学系を構成している。 The mirror 30 reflects the light output from the lens 18 and outputs the reflected light to the beam splitter 31. The beam splitter 31 inputs light reaching from the mirror 30 and transmits the light to the objective lens 32, and inputs light reaching from the objective lens 32 and reflects the light to the filter 33. The objective lens 32 receives light that has arrived from the beam splitter 31 and focuses and irradiates the light onto the observation point of the object 8 to be observed. That is, the optical system from the mirror 30 through the beam splitter 31 to the objective lens 32 constitutes an irradiation optical system for condensing and irradiating the light output from the light source device 1 to the observation point in the object 8 to be observed. ing.
また、対物レンズ３２は、該観察点への光の集光照射に伴い生じる光を入力して該光をビームスプリッタ３１へ出力する。フィルタ３３は、ビームスプリッタ３１から到達した光を入力して該光のうち特定波長域の光を選択的に光検出器３４へ透過させる。光検出器３４は、フィルタ３３から到達した光を受光して該光の強度を検出し、その検出した受光強度に応じた値の電気信号を制御部３５へ出力する。光検出器３４は、高感度の光検出が可能な光電子増倍管であるのが好適である。すなわち、対物レンズ３２からビームスプリッタ３１およびフィルタ３３を経て光検出器３４に到るまでの光学系は、照射光学系による観察点への光の集光照射に伴い生じる光を検出する検出光学系を構成している。 Further, the objective lens 32 inputs light generated as a result of condensing and irradiating light to the observation point, and outputs the light to the beam splitter 31. The filter 33 inputs the light that has arrived from the beam splitter 31 and selectively transmits light in a specific wavelength region out of the light to the photodetector 34. The photodetector 34 receives the light that has arrived from the filter 33, detects the intensity of the light, and outputs an electric signal having a value corresponding to the detected light reception intensity to the control unit 35. The photodetector 34 is preferably a photomultiplier tube capable of detecting light with high sensitivity. In other words, the optical system from the objective lens 32 through the beam splitter 31 and the filter 33 to the light detector 34 is a detection optical system that detects light generated when the irradiation light is focused on the observation point by the irradiation optical system. Is configured.
制御部３５は、被観察物８を載置する移動ステージ３７を移動させて、被観察物８中の観察点の位置を変更する。すなわち、制御部３５および移動ステージ３７は、被観察物８中における観察点を走査する走査手段を構成している。 The control unit 35 moves the moving stage 37 on which the observation object 8 is placed, and changes the position of the observation point in the observation object 8. That is, the control unit 35 and the moving stage 37 constitute a scanning unit that scans an observation point in the object 8 to be observed.
また、制御部３５は、空間光変調素子１５における光反射の際の各画素の位相変調量を設定するための制御信号を空間光変調素子１５に与えることで、光源装置１から出力される光のビーム断面における光強度分布を上述の如く設定する。さらに、制御部３５は、光検出器３４から出力された電気信号を入力し、この電気信号の値と被観察物８中における観察点の位置情報とから被観察物８の２次元観察像を作成し、その像を表示部３６により表示させる。 Further, the control unit 35 provides the control signal for setting the phase modulation amount of each pixel at the time of light reflection in the spatial light modulation element 15 to the spatial light modulation element 15, so that the light output from the light source device 1. The light intensity distribution in the beam cross section is set as described above. Further, the control unit 35 receives the electrical signal output from the photodetector 34 and generates a two-dimensional observation image of the observation object 8 from the value of this electric signal and the position information of the observation point in the observation object 8. The created image is displayed on the display unit 36.
この観察装置３では、光源装置１における凸レンズ１７および凸レンズ１８によりビーム径が調整されて出力された光は、そのビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域を設定したときに、(ｐ＋１)個の領域それぞれの径方向の幅が外側の領域ほど広く、(ｐ＋１)個の領域それぞれにおいて位相変調量が一定であり、(ｐ＋１)個の領域のうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量がπだけ異なるものとなっている。 In this observation device 3, the light output by adjusting the beam diameter by the convex lens 17 and the convex lens 18 in the light source device 1 is divided on the beam cross section by p circumferences centering on a predetermined position ( When (p + 1) regions are set, the radial width of each (p + 1) region is wider toward the outer region, the amount of phase modulation is constant in each (p + 1) region, and (p + 1) regions are constant. The phase modulation amount differs by π between two adjacent regions among the regions.
そして、凸レンズ１８から出力された光は、ミラー３０により反射され、ビームスプリッタ３１を透過して、対物レンズ３２により被観察物８中の観察点に集光照射される。この集光照射に伴い観察点で発生する光（散乱光や蛍光など）は、対物レンズ３２を経て、ビームスプリッタ３１により反射され、フィルタ３３を透過して、光検出器３４により受光される。その受光強度は電気信号として光検出器３４から出力される。 The light output from the convex lens 18 is reflected by the mirror 30, passes through the beam splitter 31, and is focused and irradiated on the observation point in the object 8 to be observed by the objective lens 32. Light (scattered light, fluorescence, etc.) generated at the observation point with this condensed irradiation is reflected by the beam splitter 31 through the objective lens 32, passes through the filter 33, and is received by the photodetector 34. The received light intensity is output from the photodetector 34 as an electrical signal.
また、対物レンズ３２から被観察物８への光の集光照射の位置（観察点）は、制御部３５および移動ステージ３７により走査される。この走査により、被観察物８における各位置で発生した光が光検出器３４により受光される。そして、制御部３５により、光検出器３４から出力された電気信号の値と、被観察物８中における観察点の位置情報とから、被観察物８の２次元観察像が作成される。その像は表示部３６により表示される。 Further, the position (observation point) of the focused irradiation of light from the objective lens 32 to the object 8 is scanned by the control unit 35 and the moving stage 37. By this scanning, the light generated at each position in the object 8 is received by the photodetector 34. Then, the control unit 35 creates a two-dimensional observation image of the observation object 8 from the value of the electric signal output from the photodetector 34 and the position information of the observation point in the observation object 8. The image is displayed by the display unit 36.
上述したように、光源装置１から出力される高次動径指数を有するＬＧモード光を対物レンズ３２により集光させた場合、全体のビーム径を波長の半分程度よりも小さくすることは不可能であるが、ＬＧモード光の内部構造は保存される。したがって、観察装置３において、対物レンズ３２による集光点（観察点）の大きさ、すなわち、ＬＧモード光の中央スポット（領域Ａ０）は、回折限界以下の大きさを有することになる。このことから、移動ステージ３７による被観察物８の走査ステップを、被観察物８への照射時のＬＧモード光の中央スポット（領域Ａ０）の大きさより小さくすることで、極めて高い解像度で被観察物８を観察することができる。なお、移動ステージ３７の駆動には、ピエゾアクチュエータ等を用いて行うのが望ましい。 As described above, when LG mode light having a higher-order radial index output from the light source device 1 is condensed by the objective lens 32, it is impossible to make the entire beam diameter smaller than about half of the wavelength. However, the internal structure of the LG mode light is preserved. Therefore, in the observation apparatus 3, the size of the condensing point (observation point) by the objective lens 32, that is, the central spot (region A 0 ) of the LG mode light has a size equal to or smaller than the diffraction limit. For this reason, the scanning step of the object 8 to be observed by the moving stage 37 is made smaller than the size of the central spot (region A 0 ) of the LG mode light when the object 8 is irradiated, so that the object can be observed with extremely high resolution. The observation object 8 can be observed. It is desirable to drive the moving stage 37 using a piezo actuator or the like.
なお、これまでに説明してきた観察装置３は、走査型レーザ顕微鏡の構成を有していて、観察点からの後方散乱光を対物レンズ３２により集光し、フィルタ３３を経由して光検出器３４により光検出するものである。このように散乱光を検出する場合、フィルタ３３の透過波長域は、照射レーザ光の波長を含むように設定される。光ピックアップ装置や走査レーザ検眼鏡等も同様の構成で実現することができる。被観察物８を走査するのではなく、光源装置１側を走査してもよい。走査レーザ検眼鏡では、光源装置１側を走査することが多い。走査型二光子顕微鏡も略同様の構成で実現することができ、この場合、フィルタ３３の透過波長域は、照射レーザ波長に対して１／２の波長成分を透過するように設定される。また、これまでに説明してきた観察装置３は落射照明方式のものであったが、照射用の対物レンズと検出用の対物レンズとを被観察物を挟んで対向配置する構成とすることにより、透過照明方式の観察装置も実現することができる。光源装置１に替えて光源装置２が用いられてもよい。 The observation apparatus 3 described so far has the configuration of a scanning laser microscope, condenses the backscattered light from the observation point by the objective lens 32, and passes through the filter 33 to provide a photodetector. 34 detects light. Thus, when detecting scattered light, the transmission wavelength range of the filter 33 is set so as to include the wavelength of the irradiation laser light. An optical pickup device, a scanning laser ophthalmoscope, and the like can be realized with the same configuration. Instead of scanning the object 8 to be observed, the light source device 1 side may be scanned. A scanning laser ophthalmoscope often scans the light source device 1 side. A scanning two-photon microscope can also be realized with substantially the same configuration. In this case, the transmission wavelength range of the filter 33 is set so as to transmit a half wavelength component with respect to the irradiation laser wavelength. In addition, the observation apparatus 3 described so far has been of the epi-illumination method, but by adopting a configuration in which the irradiation objective lens and the detection objective lens are arranged opposite to each other with the observation object interposed therebetween, A transmission illumination type observation device can also be realized. The light source device 2 may be used instead of the light source device 1.
次に、本発明に係る加工装置の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る加工装置４の構成図である。この図に示される加工装置４は、被加工物９を加工する装置であって、図１に示された構成のうちＣＣＤカメラ１９を除いた光源装置１の構成に加えて、ミラー３０、対物レンズ３２、制御部３５および移動ステージ３７を更に備えている。 Next, an embodiment of a processing apparatus according to the present invention will be described. FIG. 7 is a configuration diagram of the processing apparatus 4 according to the present embodiment. The processing device 4 shown in this figure is a device for processing the workpiece 9, and in addition to the configuration of the light source device 1 excluding the CCD camera 19 in the configuration shown in FIG. A lens 32, a control unit 35, and a moving stage 37 are further provided.
ミラー３０は、レンズ１８から出力された光を反射して、その反射した光を対物レンズ３２へ出力する。対物レンズ３２は、ミラー３０から到達した光を入力して該光を被加工物９の加工点へ集光照射する。すなわち、ミラー３０から対物レンズ３２に到るまでの光学系は、光源装置１から出力される光を被加工物９中の加工点に集光照射する照射光学系を構成している。 The mirror 30 reflects the light output from the lens 18 and outputs the reflected light to the objective lens 32. The objective lens 32 receives light that has arrived from the mirror 30 and condenses and irradiates the light on a processing point of the workpiece 9. That is, the optical system from the mirror 30 to the objective lens 32 constitutes an irradiation optical system for condensing and irradiating the light output from the light source device 1 onto the processing point in the workpiece 9.
制御部３５は、被加工物９を載置する移動ステージ３７を移動させて、被加工物９中の加工点の位置を変更する。すなわち、制御部３５および移動ステージ３７は、被加工物９中における加工点を走査する走査手段を構成している。また、制御部３５は、空間光変調素子１５における光反射の際の各画素の位相変調量を設定するための制御信号を空間光変調素子１５に与えることで、光源装置１から出力される光のビーム断面における光強度分布を上述の如く設定する。 The control unit 35 moves the moving stage 37 on which the workpiece 9 is placed, and changes the position of the machining point in the workpiece 9. That is, the control unit 35 and the moving stage 37 constitute a scanning unit that scans a machining point in the workpiece 9. Further, the control unit 35 provides the control signal for setting the phase modulation amount of each pixel at the time of light reflection in the spatial light modulation element 15 to the spatial light modulation element 15, so that the light output from the light source device 1. The light intensity distribution in the beam cross section is set as described above.
この加工装置９では、光源装置１における凸レンズ１７および凸レンズ１８によりビーム径が調整されて出力された光は、そのビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域を設定したときに、(ｐ＋１)個の領域それぞれの径方向の幅が外側の領域ほど広く、(ｐ＋１)個の領域それぞれにおいて位相変調量が一定であり、(ｐ＋１)個の領域のうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量がπだけ異なるものとなっている。そして、凸レンズ１８から出力された光は、ミラー３０により反射され、対物レンズ３２により被加工物９中の加工点に集光照射される。また、対物レンズ３２から被加工物９への光の集光照射の位置（加工点）は、制御部３５および移動ステージ３７により走査される。 In the processing device 9, the light output by adjusting the beam diameter by the convex lens 17 and the convex lens 18 in the light source device 1 is divided on the beam cross section by p circumferences centering on a predetermined position ( When (p + 1) regions are set, the radial width of each (p + 1) region is wider toward the outer region, the amount of phase modulation is constant in each (p + 1) region, and (p + 1) regions are constant. The phase modulation amount differs by π between two adjacent regions among the regions. Then, the light output from the convex lens 18 is reflected by the mirror 30 and is focused and irradiated on the processing point in the workpiece 9 by the objective lens 32. Further, the position (processing point) of the focused irradiation of light from the objective lens 32 to the workpiece 9 is scanned by the control unit 35 and the moving stage 37.
上述したように、光源装置１から出力される高次動径指数を有するＬＧモード光を対物レンズ３２により集光させた場合、全体のビーム径を波長の半分程度よりも小さくすることは不可能であるが、ＬＧモード光の内部構造は保存される。したがって、加工装置９において、対物レンズ３２による集光点（加工点）の大きさ、すなわち、ＬＧモード光の中央スポット（領域Ａ０）は、回折限界以下の大きさを有することになる。このことから、移動ステージ３７による被加工物９の走査ステップを、被加工物９への照射時のＬＧモード光の中央スポット（領域Ａ０）の大きさより小さくすることで、極めて高い解像度で被加工物９を加工（変性、破壊、等）することができる。なお、移動ステージ３７の駆動には、ピエゾアクチュエータ等を用いて行うのが望ましい。 As described above, when LG mode light having a higher-order radial index output from the light source device 1 is condensed by the objective lens 32, it is impossible to make the entire beam diameter smaller than about half of the wavelength. However, the internal structure of the LG mode light is preserved. Therefore, in the processing apparatus 9, the size of the condensing point (processing point) by the objective lens 32, that is, the central spot (region A 0 ) of the LG mode light has a size equal to or smaller than the diffraction limit. From this, the scanning step of the workpiece 9 by the moving stage 37 is made smaller than the size of the central spot (region A 0 ) of the LG mode light when the workpiece 9 is irradiated, so that the workpiece can be scanned with extremely high resolution. The workpiece 9 can be processed (modified, broken, etc.). It is desirable to drive the moving stage 37 using a piezo actuator or the like.
なお、被加工物９の加工点に集光照射される光は、連続光およびパルス光の何れであってもよいが、その加工点を加工し得るだけの充分な強度を有していることが必要である。光源装置１に替えて光源装置２が用いられてもよい。 The light focused and irradiated on the processing point of the workpiece 9 may be either continuous light or pulsed light, but has sufficient intensity to process the processing point. is necessary. The light source device 2 may be used instead of the light source device 1.
本発明に係る光源装置は、一般的であり、上述した観察装置や加工装置の他にも多くの応用を持つ。例えば、従来から知られているようなベッセルビームにより実現できる超解像効果は、本発明により置換することが可能である。 The light source device according to the present invention is general and has many applications other than the observation device and the processing device described above. For example, a super-resolution effect that can be realized by a Bessel beam as conventionally known can be replaced by the present invention.
１，２…光源装置、３…観察装置、４…加工装置、８…被観察物、９…被加工物、１０…レーザ光源、１１，１２…凸レンズ、１３…アパーチャ、１４…ビームスプリッタ、１５…光位相変調素子、１６…ミラー、１７，１８…凸レンズ、１９…ＣＣＤカメラ、２０…光位相変調素子、２１…ミラー、３０…ミラー、３１…ビームスプリッタ、３２…対物レンズ、３３…フィルタ、３４…光検出器、３５…制御部、３６…表示部、３７…移動ステージ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Light source device, 3 ... Observation apparatus, 4 ... Processing apparatus, 8 ... Observation object, 9 ... Workpiece, 10 ... Laser light source, 11, 12 ... Convex lens, 13 ... Aperture, 14 ... Beam splitter, 15 ... optical phase modulation element, 16 ... mirror, 17, 18 ... convex lens, 19 ... CCD camera, 20 ... optical phase modulation element, 21 ... mirror, 30 ... mirror, 31 ... beam splitter, 32 ... objective lens, 33 ... filter, 34 ... photodetector, 35 ... control unit, 36 ... display unit, 37 ... moving stage.
Claims (3)
外部から入力される制御信号に基づいて各画素での位相変調量が設定され、前記光源から出力された光を入力し、その光のビーム断面上の位置に応じて該光を位相変調して、その位相変調後の光を出力する光位相変調素子と、
を備え、
前記光位相変調素子に入力される光のビーム断面上において、所定位置を中心とするｐ個の半径ｒ １ 〜ｒ ｐ （ｒ ｐ ＞ｒ ｐ−１ ＞…＞ｒ ２ ＞ｒ １ ）の各円周によって区分される(ｐ＋１)個の領域を設定したときに、前記(ｐ＋１)個の領域それぞれの径方向の幅が外側の領域ほど広く（すなわち、ｒ ｐ −ｒ ｐ−１ ＞ｒ ｐ−１ −ｒ ｐ−２ ＞…＞ｒ ３ −ｒ ２ ＞ｒ ２ −ｒ １ ＞ｒ １ ）、前記(ｐ＋１)個の領域それぞれにおいて位相変調量が一定であり、前記(ｐ＋１)個の領域のうち隣り合う２つの領域の間で位相変調量がπだけ異なる、
ことを特徴とする光源装置（ただし、ｐは自然数）。
A light source that outputs coherent light;
The phase modulation amount in each pixel is set based on the control signal input from the outside, the light output from the light source is input, and the light is phase-modulated according to the position on the beam cross section of the light. An optical phase modulation element that outputs the light after the phase modulation;
With
In the beam cross section of light input to the optical phase modulator, p pieces around the predetermined position of the radius r 1 ~r p of (r p> r p-1 >...> r 2> r 1) the When (p + 1) regions divided by the circumference are set, the radial width of each of the (p + 1) regions is wider toward the outer region (that is, r p −r p−1 > r p −1− r p−2 >...> R 3 −r 2 > r 2 −r 1 > r 1 ) , the phase modulation amount is constant in each of the (p + 1) regions, and the (p + 1) regions The phase modulation amount differs by π between two adjacent regions of
A light source device (where p is a natural number).
An apparatus for processing a workpiece, wherein the light source device according to claim 1, an irradiation optical system for condensing and irradiating light output from the light source device to a processing point in the workpiece, and the workpiece And a scanning unit that scans a processing point in the object.
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