TWI605896B - Light modulation method, light modulation program, light modulation device, and light irradiation device - Google Patents

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TWI605896B
TWI605896B TW102126527A TW102126527A TWI605896B TW I605896 B TWI605896 B TW I605896B TW 102126527 A TW102126527 A TW 102126527A TW 102126527 A TW102126527 A TW 102126527A TW I605896 B TWI605896 B TW I605896B
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Takashi Inoue
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Hamamatsu Photonics Kk
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Description

光調變方法、光調變程式產品、光調變裝置、及光照射裝置
本發明係關於一種根據提供給空間光調變器之複數個像素之調變圖案而調變雷射光等光之相位的光調變方法、光調變程式、光調變裝置、及使用其之光照射裝置。
空間光調變器(SLM：Spatial Light Modulator)係用於光之控制之光學元件。尤其相位調變型之空間光調變器係對輸入之光之相位進行調變且輸出相位調變後之光者，其可不調變輸入光之振幅，而僅使相位變化並予以輸出(例如，參照專利文獻1、非專利文獻1~5)。
作為此種相位調變型SLM之特徵之一，可列舉：藉由調變光之相位而對波前進行整形，可自1個光源於時間上同一時間點產生空間上位置不同之多點之聚光點。若使用基於由相位調變型SLM產生之多點圖案之光之多點同時照射，則可無光量損失地執行例如雷射加工中之複數位置同時加工、雷射掃描顯微鏡用途中之複數位置同時觀察等。
作為利用相位調變型SLM之一例，考慮如下情形：藉由以SLM對自單一之雷射光源供給之雷射光進行相位調變，而產生10點之多點照射圖案，使用該照射圖案進行加工對象物之多點同時加工。該情形時，與使用由雷射光源產生之僅1點之聚光點之先前之雷射加工相比，藉由使用相位調變型SLM而有使對象物之加工速度變成10倍之優點。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2010-075997號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1：R. W. Gerchberg et al., 「A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures」, Optik Vol.35 (1972) pp.237-246
非專利文獻2：D. Prongue et al., 「Optimized kinoform structures for highly efficient fan-out elements」, Appl. Opt. Vol.31 No.26 (1992) pp.5706-5711
非專利文獻3：O. Ripoll et al., 「Review of iterative Fourier-transform algorithms for beam shaping applications」, Opt. Eng. Vol.43 No.11 (2004) pp.2549-2556
非專利文獻4：J. Bengtsson, 「Kinoform design with an optimal-rotation-angle method」, Appl. Opt. Vol.33 No.29 (1994) pp.6879-6884
非專利文獻5：D. Palima et al., 「Holographic projection of arbitrary light patterns with a suppressed zero-order beam」, Appl. Opt. Vol.46 No.20 (2007) pp.4197-4201
相位調變型SLM中，如上所述具有藉由利用多點同時照射之並列處理而可謀求雷射加工等之高速化等之優點。另一方面，於如上所述般使用SLM進行之雷射光照射中，除自SLM輸出之相位調變雷射光所形成之所需之照射圖案以外，有因SLM而產生之無需之0次光所引起之未預期之雷射光照射成為問題的情形。
此處，所謂無需之0次光，基本上係由未經SLM調變之光成分所產生者。此種光成分例如於SLM之後段配置有透鏡之情形時，在平面 波藉由透鏡而聚光之焦點位置上作為未預期之光而聚光。若產生此種無需之0次光，則於利用由相位調變型SLM所產生之調變雷射光之情形時，產生如下問題：例如於雷射加工中，對於對象物在預定之加工點以外產生未預期之加工，又，於雷射掃描顯微鏡中，對於對象物之觀察條件因無需之0次光之影響而變動、劣化等。
本發明係為了解決以上之問題點而完成者，其目的在於提供一種可抑制因SLM引起之無需之0次光之產生的光調變方法、光調變程式、光調變裝置、及光照射裝置。
為達成此種目的，本發明之光調變方法之特徵在於：(1)使用相位調變型之空間光調變器，該空間光調變器包含二維排列之複數個像素，根據提供給複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，且輸出相位調變後之光；且該光調變方法包括以下步驟：(2)調變圖案設定步驟，其係設定用以於空間光調變器中調變光之相位之目標調變圖案；(3)修正係數設定步驟，其係對目標調變圖案，設定與空間光調變器之像素結構特性及目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；(4)調變圖案修正步驟，其係藉由將目標調變圖案與修正係數α相乘，而求出提供給空間光調變器之複數個像素之修正後之調變圖案；及(5)調變圖案提供步驟，其係將修正後之調變圖案提供給空間光調變器之複數個像素。
本發明之光調變程式之特徵在於：(1)使用相位調變型之空間光調變器，該空間光調變器包含二維排列之複數個像素，根據提供給複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，且輸出相位調變後之光；且該光調變程式使電腦執行以下處理：(2)調變圖案設定處理，其係設定用以於空間光調變器中調變光之相位之目標調變圖案；(3)修正係數設定處理，其係對目標調變圖案，設定與空間 光調變器之像素結構特性及目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；(4)調變圖案修正處理，其係藉由將目標調變圖案與修正係數α相乘，而求出提供給空間光調變器之複數個像素之修正後之調變圖案；及(5)調變圖案提供處理，其係將修正後之調變圖案提供給空間光調變器之複數個像素。
本發明之光調變裝置之特性在於包含：(a)相位調變型之空間光調變器，其包含二維排列之複數個像素，根據提供給複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，且輸出相位調變後之光；(b)調變圖案設定機構，其設定用以於空間光調變器中調變光之相位之目標調變圖案；(c)修正係數設定機構，其對目標調變圖案，設定與空間光調變器之像素結構特性及目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；及(d)調變圖案修正機構，其藉由將目標調變圖案與修正係數α相乘，而求出提供給空間光調變器之複數個像素之修正後之調變圖案。
於上述光調變方法、光調變程式、及光調變裝置中，關於提供給空間光調變器之相位調變圖案，以與雷射光等光之所需之照射圖案等對應之方式設定目標調變圖案。而且，關於根據該目標調變圖案而於空間光調變器中實際執行之光之相位的調變，著眼於空間光調變器中之複數個像素之二維像素結構特性、與目標調變圖案之圖案特性，根據該等像素結構特性及圖案特性而設定1以上之修正係數α(α≧1)。 根據此種構成，藉由將由修正係數α與目標調變圖案相乘而產生之修正後之調變圖案提供給空間光調變器之複數個像素，可抑制空間光調變器中之光之相位之調變中產生無需之0次光。
本發明之光照射裝置之特徵在於包含：光源，其供給成為調變對象之光；及上述構成之光調變裝置，其包含調變自光源供給之光之相位且輸出相位調變後之光的相位調變型之空間光調變器。又，於調 變對象之光為雷射光之情形時，雷射光照射裝置之特徵在於包含：雷射光源，其供給雷射光；及上述構成之光調變裝置，其包含調變自雷射光源供給之雷射光之相位且輸出相位調變後之雷射光的相位調變型之空間光調變器。
根據此種構成，於包含相位調變型之空間光調變器之光調變裝置中，藉由將由修正係數α與目標調變圖案相乘所得之修正後之調變圖案提供給空間光調變器之複數個像素，可抑制光之相位之調變中產生無需之0次光，而可較佳地實現藉由所需之照射圖案進行之向對象物之光之照射、及藉此進行之對象物之加工、觀察等操作。此種光照射裝置可用作例如雷射加工裝置、雷射顯微鏡、雷射操縱裝置、或雷射掃描檢眼鏡等中之像差修正裝置等。
根據本發明之光調變方法、光調變程式、光調變裝置、及使用其之光照射裝置，關於提供給空間光調變器之調變圖案，設定目標調變圖案，並且根據空間光調變器中之複數個像素之像素結構特性、及目標調變圖案之圖案特性而設定1以上之修正係數α，將由該修正係數α與目標調變圖案相乘所得之修正後之調變圖案提供給空間光調變器，藉此可抑制利用空間光調變器進行之光之相位調變中產生無需之0次光。
1A‧‧‧(雷射光)照射裝置
2A‧‧‧光調變裝置
10‧‧‧雷射光源
11‧‧‧擴束器
12、13‧‧‧反射鏡
20‧‧‧空間光調變器(SLM)
21‧‧‧矽基板
22‧‧‧液晶層
22a‧‧‧液晶分子
23‧‧‧像素電極群
23a‧‧‧像素電極
24‧‧‧電極
25‧‧‧玻璃基板
26‧‧‧間隔件
28‧‧‧驅動裝置
30‧‧‧(光調變)控制裝置
31‧‧‧調變圖案設定部
32‧‧‧修正係數設定部
33‧‧‧修正係數記憶部
34‧‧‧修正係數導出部
35‧‧‧調變圖案修正部
36‧‧‧光調變器驅動控制部
37‧‧‧輸入裝置
38‧‧‧顯示裝置
50‧‧‧(照射)對象物
51、52‧‧‧透鏡
53‧‧‧物鏡
58‧‧‧(可動)平台
61‧‧‧空間濾波器
62‧‧‧準直透鏡
63‧‧‧半鏡面
64‧‧‧透鏡
65‧‧‧光圏
68‧‧‧光檢測器
P‧‧‧二維圖案
圖1係表示作為包含光調變裝置之光照射裝置之雷射光照射裝置之一實施形態之構成的圖。
圖2(a)、(b)係表示相位調變型之空間光調變器之構成之一例的圖。
圖3係表示光調變裝置之構成之一例之方塊圖。
圖4(a)、(b)係表示由空間光調變器進行相位調變後之雷射光之再 生圖案中產生無需之0次光的圖。
圖5(a)、(b)係表示由空間光調變器進行之雷射光之相位調變中之像素間隙之影響的圖。
圖6係表示0次光之繞射效率根據修正係數α而產生之變化的圖表。
圖7係表示2×2點之矩形之多點再生圖案之圖。
圖8係表示16×16點之矩形之多點再生圖案之圖。
圖9係表示32×32點之矩形之多點再生圖案之圖。
圖10係表示0次光之繞射效率根據修正係數α而產生之變化的圖表。
圖11係表示20×20點之矩形之多點再生圖案之圖。
圖12係表示10×10點之矩形之多點再生圖案之圖。
圖13係表示2×2點之矩形之多點再生圖案之圖。
圖14係表示0次光之繞射效率根據修正係數α而產生之變化的圖表。
圖15係表示用於修正係數α之導出之評估光學系統之一例的圖。
圖16係表示修正係數α之設定方法之一例之流程圖。
圖17係表示修正係數α之設定方法之另一例之流程圖。
圖18係表示修正係數α之設定方法之另一例之流程圖。
圖19係示出表示目標調變圖案與修正係數α之對應關係之查找表之一例的圖。
圖20係表示8×8點之矩形之多點圖案之再生結果之圖。
圖21係表示8×8點之矩形之多點圖案之再生結果之圖。
圖22(a)、(b)係表示圖20、21所示之再生結果中之0次光之強度分佈的圖表。
圖23(a)、(b)係表示柱狀透鏡圖案之再生結果之圖。
圖24係表示圖23所示之再生結果中之0次光之強度分佈的圖表。
以下，連同圖式對本發明之光調變方法、光調變程式、光調變裝置、及光照射裝置之實施形態詳細地進行說明。再者，於圖式之說明中，對於同一要素標註同一符號，並省略重複之說明。又，圖式之尺寸比率不一定與所說明者一致。
首先，對本發明之光調變裝置、及包含光調變裝置之光照射裝置之基本構成，連同其構成例進行說明。此處，以下主要假定雷射光作為空間光調變器之調變對象之光而進行說明。但，調變對象之光並不限於雷射光。圖1係表示作為包含光調變裝置之光照射裝置之雷射光照射裝置之一實施形態之構成的圖。本實施形態之雷射光照射裝置1A係利用所需之照射圖案對照射對象物50聚光照射雷射光之裝置，其包含雷射光源10、光調變裝置2A、及可動平台58。
於圖1所示之構成中，照射對象物50係載置於在X方向、Y方向(水平方向)、及Z方向(垂直方向)上可移動地構成之可動平台58上。 又，本照射裝置1A中，例如對於照射對象物50，於其表面或內部設定用以進行對象物50之加工、觀察等之1點或多點之聚光點，對該聚光點進行雷射光之聚光照射。
雷射光源10係供給用以對平台58上之對象物50進行照射之脈衝雷射光等雷射光之雷射光供給機構。自雷射光源10輸出之雷射光藉由擴束器11擴展後，經由反射鏡12、13而向包含空間光調變器(SLM)20之光調變裝置2A輸入。
本實施形態之光調變裝置2A包含空間光調變器20、光調變器驅動裝置28、及光調變控制裝置30。SLM20係包含二維排列之複數個像素之相位調變型之空間光調變器，其根據提供給複數個像素之二維調變圖案而針對每個像素調變所輸入之雷射光之相位，且輸出相位調變 後之雷射光。於此種構成中，對SLM20提供例如藉由數值計算而求出之全像圖(CGH：Computer Generated Hologram，電腦產生之全像圖)等相位調變圖案，根據該調變圖案而控制對所設定之聚光點之雷射光之聚光照射。
又，空間光調變器20係經由驅動裝置28，藉由光調變控制裝置30驅動控制。控制裝置30進行提供給SLM20之CGH之產生、保存、對驅動裝置28之必需信號之發送等。又，驅動裝置28對於自控制裝置30發送之CGH之信號，參照LUT(Look Up Table，查找表)轉換成電壓指示值之後，對SLM20進行電壓施加之指示。此處使用之LUT例如為下述時候所使用之參照表：為修正對SLM20中所使用之液晶所具有之電壓之非線性響應等，而將與相位值對應之來自控制裝置30之輸入信號轉換成電壓指示值。再者，關於包含SLM20、驅動裝置28、及控制裝置30之光調變裝置2A之具體構成等將於以下進行敍述。
該空間光調變器20可為反射型者，亦可為透射型者。圖1中，示出反射型者作為空間光調變器20。又，作為具有二維像素結構之空間光調變器20，可列舉例如折射率變化材料型SLM(例如於使用液晶者中，有LCOS(Liquid Crystal on Silicon，矽上液晶)型、LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示器))。
經空間光調變器20相位調變成特定之圖案並輸出之雷射光係藉由包含透鏡51、52之4f光學系統而向物鏡53傳播。而且，藉由該物鏡53，而對設定於照射對象物50之表面或內部之單一或複數個聚光點照射雷射光。
再者，關於雷射光照射裝置1A中之光學系統之構成，具體而言，並不限於圖1所示之構成，可使用各種構成。例如，於圖1中，設為藉由擴束器11而使雷射光擴展之構成，但亦可設為使用空間濾波器與準直透鏡之組合之構成。又，於光調變裝置2A中，驅動裝置28亦 可設為與SLM20一體設置之構成。又，包含透鏡51、52之4f光學系統通常較佳為使用包含複數個透鏡之兩側遠心光學系統。
又，使照射對象物50移動之可動平台58亦可設為如下構成：例如將該平台設為固定平台或僅於光軸方向上移動之可動平台，且於光學系統側設置可動機構、檢流計鏡等。又，作為雷射光源10，較佳為使用例如Nd：YAG雷射光源、飛秒雷射光源等供給脈衝雷射光之脈衝雷射光源。
對圖1所示之雷射光照射裝置1A、及光調變裝置2A中使用之相位調變型之空間光調變器20之構成進行說明。圖2係表示作為相位調變型之空間光調變器之構成之一例的LCOS-SLM之構成之圖。圖2中，圖2(a)係模式性表示SLM20之構成之一部分之側視剖面圖，圖2(b)係於液晶分子旋轉之狀態下模式性表示SLM20之構成之一部分的側視剖面圖。
於本構成例中，SLM20包含矽基板21、及設置於矽基板21上之液晶層22。又，SLM20進而包含：像素電極群23，其配置於矽基板21與液晶層22之間；及電極24，其設置於與像素電極群23之間夾隔液晶層22之位置上。像素電極群23包含用以對液晶層22施加電壓之複數個像素電極23a。該複數個像素電極23a係遍及複數列及複數行排列成二維狀，藉此，規定構成SLM20之複數個像素所形成之二維像素結構。
另一方面，電極24例如包含蒸鍍於玻璃基板25之一面上之金屬膜，該金屬膜於光學上為透明。玻璃基板25係以使玻璃基板25之上述一面與矽基板21對向之方式介隔間隔件26而支持於矽基板21上。又，液晶層22係在矽基板21與玻璃基板25之間填充液晶而構成。
於具備此種構成之SLM20中，將自驅動裝置28輸出之對各像素之類比信號電壓施加至對應之像素電極23a與電極24之間。藉此，於在像素電極群23與電極24之間夾隔之液晶層22中產生電場。繼而，如圖 2(b)所示，各像素電極23a上之液晶分子22a根據上述施加電場之大小而旋轉。由於液晶分子22a具有雙折射性，故而若光穿透玻璃基板25而入射，則僅對該光中之與液晶分子22a之配向方向平行之光成分，賦予與液晶分子22a之旋轉相應之相位差。如此，針對每個像素電極23a調變輸入雷射光之相位。
此處，如圖2所示之構成例般，於使用具有二維排列之複數個像素之相位調變型之SLM20進行雷射光照射之情形時，除自SLM20輸出之相位調變光所形成之所需之照射圖案以外，有因SLM20而產生之無需之0次光所引起之未預期之雷射光照射成為問題的情形。詳細而言，此種無需之0次光係如下所述由因SLM20之像素結構等而未經SLM20調變之光成分產生。相對於此，圖1所示之光調變裝置2A具有如下構成：以抑制此種因SLM20而引起之無需之0次光之產生的方式設計、修正應提供給SLM20之調變圖案。
圖3係表示應用於圖1所示之雷射光照射裝置1A中之光調變裝置2A之構成之一例的方塊圖。如圖1所示，本構成例之光調變裝置2A包含空間光調變器(SLM)20、光調變器驅動裝置28、及光調變控制裝置30。又，控制裝置30包含以下部分而構成：調變圖案設定部31、修正係數設定部32、調變圖案修正部35、及光調變器驅動控制部36。
再者，於此種構成中，進行調變圖案(CGH)之設計、修正、記憶等之光調變控制裝置30例如可由電腦構成。又，於該控制裝置30上，視需要連接有用於輸入光調變控制所需之資訊、指示等之輸入裝置37、及用於對操作者顯示資訊之顯示裝置38等各裝置。
調變圖案設定部31係對於具有二維排列之複數個像素之SLM20，設定用以於SLM20中調變雷射光之相位之目標調變圖案的調變圖案設定機構(調變圖案設定步驟)。用作目標調變圖案之CGH可參照雷射光照射中之所需之再生圖案等，藉由例如非專利文獻1~4中記載之設計 方法而製作。使用該等方法利用調變圖案設定部31進行之CGH之設計係於不產生無需之0次光之理想條件下進行。
修正係數設定部32係對於調變圖案設定部31中設計之理想之CGH之目標調變圖案，根據SLM20之像素結構特性(參照圖2)、及目標調變圖案之圖案特性而設定1以上之修正係數α(α≧1)的修正係數設定機構(修正係數設定步驟)。該修正係數α係以抑制因SLM20之像素結構而引起之無需之0次光之產生的方式進行設定。
又，針對該修正係數設定部32，設有修正係數記憶部33、及修正係數導出部34。修正係數記憶部33係記憶與目標調變圖案對應，且根據其圖案特性而預先求出之修正係數α之記憶機構。又，修正係數導出部34係參照目標調變圖案，且根據其圖案特性而求出修正係數α之導出機構(修正係數導出步驟)。修正係數設定部32係視需要使用修正係數記憶部33或修正係數導出部34，取得與目標調變圖案對應之修正係數α。
調變圖案修正部35係藉由將目標調變圖案與修正係數α相乘，而求出實際提供給SLM20之複數個像素之修正後之調變圖案的調變圖案修正機構(調變圖案修正步驟)。此處，若將構成SLM20之各像素於與光軸垂直之面(調變面)上之二維像素位置設為(x，y)，將於調變圖案設定部31中製作之目標調變圖案設為(x，y)，將修正部35中之修正後之調變圖案設為(x，y)，則修正後之調變圖案根據
而求出。
光調變器驅動控制部36係經由驅動裝置28而驅動控制SLM20，將藉由調變圖案修正部35而產生之修正後之調變圖案提供給SLM20之複數個像素的驅動控制機構(調變圖案提供步驟)。此種驅動控制部36係根據包含SLM20、驅動裝置28、及控制裝置30之光調變裝置2A 之具體構成而視需要設置。
與圖3所示之光調變控制裝置30中執行之光調變方法對應之處理可藉由用以使電腦執行光調變控制之光調變程式而實現。例如，控制裝置30可包含：CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)，其運行光調變控制之處理中必需之各軟體程式；ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)，其記憶上述軟體程式等；及RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)，其於程式執行中暫時記憶資料。 此種構成中，藉由利用CPU執行特定之光調變程式，可實現包含上述控制裝置30之光調變裝置2A。
又，用以藉由CPU而執行使用SLM20之雷射光之調變操作、尤其是用於設計、修正提供給SLM20之調變圖案之各處理的上述程式可記錄於電腦可讀取之記錄媒體中進行發放。此種記錄媒體中，包含例如硬碟及軟碟等磁性媒體、CD(Compact Disc，光碟)-ROM及DVD(Digital Versatile Disc，數位多功能光碟)-ROM等光學媒體、軟式碟片(floptical disk)等磁性光學媒體、或以執行或儲存程式命令之方式特別配置之例如RAM、ROM、及半導體非揮發性記憶體等硬體設備等。
對本實施形態之光調變方法、光調變程式、光調變裝置2A、及雷射光照射裝置1A之效果進行說明。
於圖1~圖3所示之光調變方法、光調變程式、及光調變裝置2A中，關於提供給SLM20之相位調變圖案，於調變圖案設定部31中，以與雷射光之所需之照射圖案等對應之方式設定目標調變圖案。繼而，關於利用該目標調變圖案之雷射光之相位之調變，於修正係數設定部32中，著眼於SLM20中之複數個像素之二維像素結構特性、與目標調變圖案之圖案特性，根據該等像素結構特性及圖案特性而設定1以上之修正係數α(α≧1)，較佳為大於1之修正係數α(α>1)。
根據此種構成，於調變圖案修正部35中，將修正係數α與目標調變圖案相乘而產生修正後之調變圖案，將該修正後之調變圖案提供給SLM20之複數個像素，藉此可抑制利用SLM20進行之雷射光之相位調變中產生無需之0次光。又，藉此可較佳地且精度良好地實現利用SLM20進行之雷射光之相位調變操作、及由此進行之向對象物50之雷射光之照射圖案之控制。
又，圖1所示之雷射光照射裝置1A係使用雷射光源10、及包含相位調變型之空間光調變器20之上述構成之光調變裝置2A而構成照射裝置1A。根據此種構成，於光調變裝置2A中，藉由將由修正係數α與目標調變圖案相乘所得之修正後之調變圖案提供給SLM20，可抑制SLM20中之無需之0次光之產生，而較佳地實現藉由所需之照射圖案進行之向對象物50之雷射光之照射、及由此進行之對象物50之加工、觀察等操作。此種雷射光照射裝置1A可較佳地用作例如雷射加工裝置、雷射顯微鏡、雷射操縱裝置、或雷射掃描檢眼鏡等中之像差修正裝置等。
此處，修正係數設定部32中之修正係數α之設定可採用如下構成：設置記憶與目標調變圖案對應，且根據其圖案特性而預先求出之修正係數α之修正係數記憶部33，於修正係數設定部32中，根據自修正係數記憶部33讀出之係數而設定修正係數α。如上所述，預先評估提供給SLM20之調變圖案之圖案特性，根據該圖案特性而求出係數α且作為係數資料而儲存於修正係數記憶部33中，視需要讀出該係數資料，並作為修正係數α予以設定，藉此可較佳地設定與目標調變圖案對應之修正係數α。
或者，修正係數α之設定可採用如下構成：設置參照目標調變圖案，且根據其圖案特性藉由特定之運算等而求出修正係數α之修正係數導出部34，於修正係數設定部32中，根據於修正係數導出部34中求 出之係數而設定修正係數α。如上所述，藉由參照作為提供給SLM20之調變圖案而設定之目標調變圖案，利用運算等評估圖案特性，根據該圖案特性求出係數，而設定修正係數α，藉此亦可較佳地設定與目標調變圖案對應之修正係數α。
又，關於修正係數α，亦可設為如下構成：其作為依存於SLM20中之複數個像素各自之二維像素位置(x，y)的每個像素之係數α(x，y)予以設定。提供給SLM20之相位調變圖案考慮有如下情形：根據其具體之圖案構成，應與調變圖案相乘之修正係數α之值依存於像素位置(x，y)而變化。相對於此，藉由如上所述般設為可將修正係數α作為每個像素之係數α(x，y)予以設定之構成，可較佳地執行調變圖案之修正。該情形時，修正後之調變圖案根據
而求出。但，於修正係數α對像素位置之依存性較小等之情形時，亦可不論像素位置如何均使修正係數α為固定值。
又，關於修正係數α之設定中參照之調變圖案之圖案特性，具體而言，可設為使用根據目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數作為修正係數α之構成。或者，亦可設為如下構成：使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之雷射光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數作為修正係數α。該情形時，尤佳為使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之雷射光之再生圖案中繞射角最大之點、與0次光之聚光點的距離而設定之係數作為修正係數α。再者，關於修正係數α之設定方法等，具體將於以下進一步敍述。
針對圖1~圖3所示之雷射光照射裝置1A、及光調變裝置2A中之雷射光之相位調變、及調變圖案之設計、修正等，更具體地進行說明。
首先，對使用具有二維排列之複數個像素的SLM20進行之雷射光 之相位調變中無需之0次光之產生進行說明。所謂無需之0次光，如上所述係由因SLM20之二維像素結構等而未經SLM20調變之光成分所產生者。此種光成分例如於SLM20之後段配置有透鏡之情形時，於其焦點位置上作為未預期之光而聚光。再者，實際上輸出光之波前因SLM20中之變形等而變形，因此有無需之0次光之聚光位置與上述焦點位置存在若干偏移之情形。
將無需之0次光稱為「未預期之光」之理由在於，於理想之條件下進行之CGH之設計或模擬之階段，不產生該0次光。此處，圖4係表示利用空間光調變器(SLM)進行相位調變後之雷射光之再生圖案中產生無需之0次光之圖。例如，以於透鏡之焦點位置上且與光軸垂直之再生面上再生如圖4(a)所示之多點之雷射光照射圖案之方式設計目標調變圖案之CGH。
若使用如上所述般設計之目標調變圖案，藉由模擬而求出雷射光之再生圖案，則再生出與圖4(a)同樣之多點圖案。另一方面，若將目標調變圖案實際上提供給SLM20之複數個像素而進行雷射光照射圖案之再生，則如圖4(b)中以圓圈包圍所示，產生未預期之光即無需之0次光之聚光點。
此種無需之0次光之存在尤其於產生多點之雷射光照射圖案而進行對象物之加工等之情形時成為問題。例如，於藉由SLM20而再生所需之1點之雷射光照射圖案、與無需之0次光之點圖案之情形時，若假設雷射光中之99%之光成分繞射，1%之光成分成為無需之0次光，則S/N比(signal to noise ratio，信號雜訊比)成為99。此種情形時，若利用S/N比較大之情況，藉由輸入至SLM20之雷射光之光量調整等而使無需之0次光之能量成為對於對象物之加工閾值以下，則可避免無需之0次光之影響。
其次，考慮藉由SLM20而再生所需之99點之雷射光照射圖案、與 無需之0次光圖案之情形，若假設99點之照射圖案之各者分別有1%之光成分繞射，且1%之光成分成為無需之0次光，則每1點之S/N比成為1。於此種情形時，僅藉由輸入至SLM20之雷射光之光量調整無法避免無需之0次光之影響，必需進行如下之操作：例如以某種方法遮擋無需之0次光進行遮光，或者藉由對顯示於SLM20之CGH添加菲涅耳透鏡圖案，而於光軸方向上使無需之0次光與CGH之再生位置產生偏移，於CGH之再生面上使0次光模糊等。
又，以上所述中，揭示有利用雷射光之多點加工，但因SLM20引起之無需之0次光之產生除在多點加工中成為問題以外，在多點雷射掃描顯微鏡等使用多點之應用用途、或進而在雷射掃描檢眼鏡等之單點之像差修正、聚光點位置移動等方面亦成為問題，進而，在LG(Laguerre-Gaussian，拉蓋爾-高斯)光束再生等藉由SLM20進行雷射光之相位調變之所有用途上造成問題。
此種因SLM20引起之無需之0次光係因如下情況而產生：實際提供給SLM20之調變圖案因SLM20之複數個像素所具有之像素結構特性、相位調變特性，而自於理想之條件下設計之目標調變圖案發生變化。認為此種SLM20中之調變圖案之變化係因例如圖2所示之SLM20之像素結構中之像素間隙，即鄰接之像素與像素之間之空隙的影響而引起。
作為利用SLM20進行之相位調變中之像素間隙之影響，具體而言，考慮有例如由於存在於像素間隙中之液晶未接受到像素電極所產生之電壓，故而對輸入至像素間隙中之光未進行相位調變(非專利文獻5)。該情形時，像素間隙中未進行相位調變之光成分聚光而成者成為無需之0次光。
但，發現實際上起因於像素間隙之電場擴大所引起的SLM20之像素間之串擾之影響較大。其係由於相對於矽基板側之被劃分為像素單 元之構造，於玻璃基板側之電極施加有相同之電壓，故而藉由玻璃基板側之電極引起之電場擴大，而產生SLM20之像素間之串擾。即，存在於像素間隙中之液晶雖對輸入雷射光進行相位調變，但受到鄰接之像素之影響而使動作變得不穩定，其結果為，輸入至像素間隙之雷射光之相位成為未預期之值。尤其於某像素與鄰接之像素之電位差較大之情形時，於橫方向上產生較強之電位差，從而不僅像素間隙中，且有可能存在於像素內部之液晶之動作亦變得不穩定。
圖5係表示利用SLM20進行之雷射光之相位調變中之像素間隙之影響之圖。此處，如圖5(a)之二維圖案P、及圖5(b)之實線之曲線P1所示，考慮由相位值0π、0.5π、1π、1.5π(rad)構成之4值之炫耀繞射光柵。再者，圖5(a)中，以0~255之灰階表現相位0~2π(rad)，藉此表現炫耀繞射光柵中之二維相位調變圖案P。又，圖5(b)之曲線P1表示圖5(a)之相位圖案P中之虛線L上之分佈。
於此種炫耀繞射光柵之相位圖案在理想之條件下提供給SLM20之情形時，自SLM20輸出之相位調變光中，不會產生無需之0次光。相對於此，若實際上將相位調變圖案提供給SLM20，則因SLM20中之包含像素間隙之像素結構之影響，所提供之圖案因像素間之串擾不會成為理想之階梯狀之相位圖案，而如圖5(b)之虛線之曲線P2所示成為較鈍之形狀之圖案。該情形時，因較鈍之調變圖案之影響，而於自SLM20輸出之相位調變光中產生無需之0次光。
於圖1~圖3所示之雷射光照射裝置1A、及光調變裝置2A中，針對此種SLM20之像素結構中之像素間隙、及像素間之串擾之影響，對目標調變圖案設定1以上之修正係數α且使之相乘，藉此產生實際上提供給SLM20之複數個像素之修正調變圖案。根據本案發明者之研究結果，藉由如上所述以α≧1之係數α修正相位調變圖案，可以簡單之方法抑制相位調變光中產生無需之0次光。例如，於將0次光 之強度降低至1/10之情形時，藉由S/N比之提高，而於雷射光之多點照射中可再生較先前為10倍數量之照射點。
再者，關於提供給SLM20之相位調變圖案，於圖5中例示有用以表現炫耀繞射光柵之相位圖案，但不限於此種相位圖案，具體而言，可對各種相位調變圖案，應用使用上述係數α之修正方法。作為此種相位調變圖案，可列舉例如：用以表現1點、多點、線、面等所需圖案之相位圖案；用以修正SLM20具有之變形之修正圖案；用以修正光學系統等之像差之修正圖案；用以使焦點位置等移動之菲涅耳透鏡圖案；產生光渦或非繞射光等具有特殊性質之光之圖案；或將該等複數個圖案組合而成之相位圖案等。
關於藉由使用修正係數α之調變圖案之上述修正式
對來自SLM20之無需之0次光之抑制效果，使用炫耀繞射光柵之相位調變圖案進行驗證。
圖6係表示自SLM20輸出之相位調變雷射光中之0次光之繞射效率根據修正係數α而產生之變化的圖。圖6之圖表中，橫軸表示與調變圖案相乘之修正係數α，縱軸表示與無需之0次光之強度對應之0次光之繞射效率(%)。又，於圖6中，曲線A1、A2、A3分別表示使用2值2像素週期、8值8像素週期、30值30像素週期之炫耀繞射光柵之相位調變圖案，一面使係數α之值變化一面測定0次光之強度所得之結果。再者，關於0次光之繞射效率，事先於SLM20顯示均勻之相位調變圖案，使SLM20發揮反射鏡之功能且記錄由後段之透鏡聚光時之光之強度，將其作為分母，將顯示炫耀繞射光柵圖案時測定之0次光之強度作為分子，求出0次光之繞射效率。
於圖6所示之驗證結果中，在將修正係數設為α=1之情形時，0次光之繞射效率於曲線A1、A2、A3中分別為13%、2%、0.5%。又， 根據圖6之各曲線可知，若使修正係數α變化則0次光之繞射強度變化，α<1時於任一條件下，0次光之強度均大於α=1時。又，0次光之繞射效率成為最小之修正係數α之值於曲線A1、A2、A3中分別為α=1.28、1.10、1.02，根據成為修正對象之調變圖案而成為不同之值。 又，此時之0次光之繞射效率分別為1.0%、1.0%、0.4%，與修正係數α=1時相比，無需之0次光之產生均得以抑制。
再者，此處係以僅具有1個空間頻率成分之圖案進行驗證，而實際之CGH等圖案具有複數個空間頻率成分，且受到主要之空間頻率成分之影響。主要之空間頻率成分多為由最外側之再生點所構成者，但例如雖位於最外側但能量較小之情形時，該點之影響較小，從而於其之後繞射角較大且能量較大之點作為主要之成分而產生影響。
其次，對於使用炫耀繞射光柵以外之複雜之圖案之情形，進行修正係數α之效果之驗證。具體而言，對圖7、8、9分別所示之點間隔相等之2×2點、16×16點、32×32點之矩形之多點再生圖案，求出對應之相位調變圖案並進行驗證。
圖10係表示針對圖7、8、9所示之多點再生圖案之0次光之繞射效率根據修正係數α而產生之變化的圖表。於圖10中，曲線B1、B2、B3分別表示使用與2×2點、16×16點、32×32點之多點再生圖案對應之相位調變圖案，一面使係數α變化一面測定0次光之強度所得之結果。
於圖10所示之驗證結果中，在將修正係數設為α=1之情形時，0次光之繞射效率於曲線B1、B2、B3中分別為0.8%、2.2%、4.4%。 又，根據圖10之各曲線可知，若使修正係數α變化則0次光之繞射強度變化，α<1時於任一條件下，0次光之強度均大於α=1時。
又，0次光之繞射效率成為最小之修正係數α之值於曲線B1、B2、B3中分別為α=1、1.10、1.28，根據調變圖案而成為不同之值。 又，此時之0次光之繞射效率分別為0.8%、0.7%、0.7%，與修正係數 α=1時相比，無需之0次光之產生均得以抑制。如此，藉由對提供給SLM20之相位調變圖案乘以根據其圖案特性而設定之修正係數α，可容易地抑制0次光之產生。
其次，對最外側之再生點之位置相同之多點再生圖案，進行修正係數α之效果之驗證。具體而言，對圖11、12、13分別所示之最外側之再生點(相當於再生圖案中繞射角最大之點)之位置相同的20×20點、10×10點、2×2點之矩形之多點再生圖案，求出對應之相位調變圖案並進行驗證。
圖14係表示針對圖11、12、13所示之多點再生圖案之0次光之繞射效率根據修正係數α而產生之變化的圖表。於圖14中，曲線C1、C2、C3分別表示使用與最外側之再生點之位置相同之20×20點、10×10點、2×2點之多點再生圖案對應之相位調變圖案，一面使係數α變化一面測定0次光之強度所得之結果。
於圖14所示之驗證結果中，根據其各曲線可知，若使修正係數α變化則0次光之繞射強度變化，α<1時於任一條件下，0次光之強度均大於α=1時。又，0次光之繞射效率成為最小之修正係數α之值於任一曲線中均位於α=1.18附近。該等曲線C1、C2、C3中，如上所述再生點數不同，但只要知曉再生圖案中之最外側之再生點之位置，便可根據該位置而類推最佳之修正係數α。
就對目標調變圖案之修正係數α之設定、導出進行說明。如上述各具體例所示，最佳之修正係數α針對成為調變圖案之CGH之每一個而不同，又，對於各CGH，存在0次光之強度成為最小之係數α。此種對於調變圖案之最佳之修正係數α可根據使用評估光學系統之測定結果、或模擬等所得之計算結果而求出。
圖15係表示對於相位調變圖案之修正係數α之導出中使用之評估光學系統之一例的圖。於圖15所示之構成中，來自雷射光源10之雷射 光藉由空間濾波器61、準直透鏡62擴展後，穿透半鏡面63。來自半鏡面63之雷射光藉由反射型之空間光調變器(SLM)20進行相位調變。
繼而，自SLM20輸出之相位調變後之反射雷射光藉由半鏡面63反射，且經過透鏡64及光圈65，藉由光檢測器68而拍攝其聚光再生像。 根據該雷射光之再生像，對基於SLM20進行之相位調變之雷射光之聚光控制、及無需之0次光之產生狀況進行評估，例如可根據0次光之強度成為最小等條件，而導出修正係數α。
再者，作為檢測聚光再生像之光檢測器68，可使用例如相機、光電二極體(photodiode，PD)等。又，關於包含空間濾波器、透鏡、鏡面等之光學系統之構成，除圖15所示之例以外亦可使用各種構成。 又，此種評估光學系統可與圖1所示之雷射光照射裝置1A、光調變裝置2A分開而另外設置。或者，設為於雷射光照射裝置1A、或光調變裝置2A之一部分中組入評估光學系統之構成。於如上所述組入有評估光學系統之情形時，具有如下優點：於進行0次光之評估、及藉此進行之修正係數α之設定之後，可立即執行對象物之加工、觀察等。
圖16係表示使用圖15所示之評估光學系統等進行之修正係數α之設定方法之一例的流程圖。該方法中，首先，決定修正係數α之探索條件，具體而言，決定係數α之探索範圍、及探索間隔(步驟S101)。 又，將探索0次光之強度之最小值之強度值Imin設定為稍大之初始值(例如Imin=100)(S102)。繼而，設定成為修正係數α之探索對象之調變圖案(S103)。此處，新製作CGH，或自儲存於記憶部中之資料中讀出必需之CGH而設定對象調變圖案。
於設定對象之調變圖案之後，設定對其進行最初評估之修正係數α之值(S104)，將調變圖案與修正係數α相乘，求出修正後之調變圖案
(S105)。繼而，將該修正後之調變圖案提供給SLM20，計測此時之0次光之強度I0(S106)。
進而，將計測出之強度值I0與該時間點之0次光之強度最小值Imin加以比較(S107)。於比較之結果為I0<Imin之情形時，將已評估之系數值α設為修正係數α之設定值αD=αDesire(αD=α)，又，使Imin=I0，替換0次光之強度最小值Imin(S108)。若I0≧Imin，則係數αD、及強度最小值之探索值Imin維持原值。
繼而，針對相對於調變圖案之修正係數α，確認是否已結束利用所有探索值之評估(S109)，若未結束，則變更進行評估之修正係數α之值(S104)，且重複執行步驟S104~S108所示之計測、評估。若利用所有探索值之修正係數α之評估已結束，則決定相對於作為對象之調變圖案之修正係數α，結束探索。此種修正係數α之導出處理可由操作者手動執行、或使用特定之導出程式自動地執行。
再者，對於提供給SLM20之相位調變圖案之無需之0次光之評估、及修正係數α之設定係如關聯圖3所述，可採用如下構成：預先求出修正係數α並儲存於修正係數記憶部33中，於設定目標調變圖案時，將與其對應之修正係數α自修正係數記憶部33中讀出。或者，亦可採用如下構成：於設定目標調變圖案時，與其對應而於修正係數導出部34中進行0次光之評估、及修正係數α之導出。
又，於有複數個成為修正係數α之設定對象之調變圖案之情形時，例如圖17之流程圖所示，可使用對所有調變圖案事先決定修正係數α之構成。圖17之方法中，首先，製作包含複數個調變圖案之調變圖案群(S201)，對該所有調變圖案進行修正係數α之決定處理(S202)。 繼而，使用調變圖案群之各調變圖案，且使用已決定之修正係數α，進行雷射光照射(S203)。
或者，於有複數個調變圖案之情形時，如圖18之流程圖所示， 亦可使用針對每個調變圖案個別地決定修正係數α之構成。於圖18之方法中，首先，製作包含複數個調變圖案之調變圖案群(S301)，於其中設定成為修正係數α之決定及對雷射光照射之應用之對象的調變圖案(S302)。於設定作為對象之調變圖案之後，對該調變圖案進行修正係數α之決定處理(S303)，且使用已決定之修正係數α，進行雷射光照射(S304)。進而，確認對所有調變圖案是否已結束修正係數α之探索、及雷射光照射等(S305)，若未結束，則重複執行步驟S302~S304中所示之調變圖案之設定、修正係數α之決定、及雷射光照射。若對所有調變圖案之修正係數α之探索等已結束，則結束修正係數α之決定、及使用其之雷射光照射等。
再者，關於因SLM20產生之無需之0次光之評估、及修正係數α之設定，於圖15之評估光學系統中，例示有藉由光檢測器68而檢測相位調變雷射光之聚光再生像之構成，但並不限於此種構成，例如，亦可參照雷射加工裝置中之對象物之加工結果、或雷射顯微鏡中之對象物之觀察結果等，進行修正係數α之設定。例如，於使用雷射加工裝置中之加工結果之情形時，由於對加工對象物進行0次光之無需之加工，故而藉由評估其加工結果中之孔之直徑、孔之深度等，可決定修正係數α。
又，於對光調變裝置2A中使用之複數個相位調變圖案之各者進行修正係數α之設定之情形時，如圖19所示，亦可使用準備有表示目標調變圖案與修正係數α之對應關係之查找表(LUT)之構成。圖19之LUT中，用以特定調變圖案之圖案編號1、2、3、4、5、…與對應於其之修正係數α之值1.52、1、1.86、1.35、1.11、…於彼此形成對應之狀態下被儲存。
又，例如於使用根據再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數之情形時，亦可使用圖15般之光學系統、及例如炫耀繞射光柵，於若 干再生點之位置上計測係數α。其後，可參照使用近似或內插等方法自再生圖案所得之計測結果，對目標調變圖案應用修正係數α。
此種LUT例如於圖3所示之構成中記憶於修正係數記憶部33中。 又，修正係數設定部32於使用有LUT之情形時，對於調變圖案設定部31中設定之目標調變圖案，將與其對應之修正係數α自修正係數記憶部33之LUT中讀出，藉此設定修正係數α。再者，此種LUT係與將關於相位值之信號轉換成電壓指示值之LUT分開而另外設置者。
此處，關於在設定修正係數α時所參照之相位調變圖案之圖案特性，於如上所述般使用評估光學系統進行無需之0次光之評估、及修正係數α之決定之情形時，經過該評估、決定處理而考慮圖案特性，且設定與該圖案特性相應之修正係數α。
又，作為與圖案特性相應之修正係數α，如上所述，亦可使用根據目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數。例如，關於繞射光柵圖案，如圖6之圖表所示，最佳之修正係數α之值根據作為對象之調變圖案之空間頻率成分而變化。因此，亦可利用此種現象，根據目標調變圖案中之頻率成分之傾向而求出修正係數α。該情形時，於調變圖案內之每個位置上頻率成分不同之情形時，亦可將修正係數α作為針對每個像素位置而不同之係數α(x，y)予以設定。又，對此種修正係數α準備LUT之情形時，可將調變圖案與修正係數α直接形成對應，或者亦可將調變圖案中之頻率成分之傾向與修正係數α形成對應。
又，作為修正係數α，亦可使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之雷射光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數。又，該情形時，例如較佳為使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之雷射光之再生圖案中繞射角最大之點、與0次光之聚光點的距離而設定之係數作為修正係數α。
例如，關於雷射光之再生圖案中之最外側之再生點之位置，如 圖14之圖表所示，最佳之修正係數α之值根據再生圖案中繞射角最大之點(與最外側之再生點對應)而變化。因此，亦可利用此種現象而求出對於調變圖案之修正係數α。又，對此種修正係數α準備LUT之情形時，可將調變圖案與修正係數α直接形成對應，或者亦可將再生圖案中之繞射角最大之點之位置與修正係數α形成對應。
又，於如上所述對調變圖案應用修正係數α以減少0次光之構成之基礎上，進而，亦可藉由對調變圖案之CGH賦予菲涅耳透鏡圖案、菲涅耳波帶片等所產生之透鏡效果，而使CGH之再生位置與0次光模糊。此處，於無需之0次光之強度較大之情形時，為防止與雷射光之所需之照射圖案之干擾之影響，必需增大菲涅耳透鏡之焦距，於CGH再生位置上使0次光較大地模糊。
此種情形時，由於菲涅耳透鏡之相位為距中心部之距離之平方而變大，故而於周邊部相位之傾斜較嚴重。因此，有可能對SLM20之相位表現能力產生影響，例如於周邊部繞射效率降低等。相對於此，於如上所述應用修正係數α之構成中，由於0次光之強度被抑制為較小，故而菲涅耳透鏡之焦距變小，相位之傾斜變緩。藉此，可預料到施加至SLM20之負擔減輕。
或者，除應用修正係數α以減少0次光之構成以外，進而，亦可藉由於光學系統之特定位置上配置遮蔽板等，而進行0次光之遮蔽。 該情形時，藉由利用修正係數α將0次光之強度抑制為較小，而可期待防止0次光對遮蔽板進行加工等效果。
又，目標調變圖案(x，y)通常係於相位值為0~2π(rad)之範圍內設計，但於如上所述乘以修正係數α之情形時，作為結果而取得之調變圖案(x，y)上之相位值有可能超出0~2π(rad)之範圍。因此，作為用於光調變裝置2A之空間光調變器20，較佳為使用其位置調變量可表現超出通常之CGH設計中設定之相位值之範圍之相位者。
又，亦可將如上所述使用修正係數α之光調變方法應用於使雷射光聚光在矽等對象物之內部而形成改質層之隱形切割(stealth dicing)雷射加工。此種雷射加工中，因折射率失配而產生球面像差，其聚光位置越為深部，則像差之影響越大。因此，提出使用SLM20進行球面像差之修正(例如，參照專利文獻1)。
此處，於上述之像差修正中，加工深度越深，則像差修正圖案之空間頻率越高。尤其，對於專利文獻1中記載之像差修正圖案，為降低空間頻率，而賦予有透鏡效果。因此，經修正之雷射光之聚光點與0次光在不同之位置上再生，故而存在無需之0次光與所需之聚光雷射光之2點聚光點，結果無法對於對象物進行所需之加工。相對於此，於如上所述對調變圖案應用修正係數α之構成中，藉由減少無需之0次光而可於良好之條件下進行雷射加工。
進而，對藉由使用係數α(α≧1)之修正調變圖案進行之來自SLM20之無需之0次光的抑制效果進行說明。圖20係表示將使用先前之CGH設計法而產生之再生8×8點之矩形之多點圖案的調變圖案提供給SLM20時之雷射光照射圖案之再生結果的圖。又，圖21係表示將使用本發明之方法而與使0次光強度為最小之修正係數α相乘後之調變圖案提供給SLM20時之雷射光照射圖案之再生結果的圖。於該等圖20、21中，分別以圓圏包圍表示之聚光點為無需之0次光。
又，圖22係表示圖20、21所示之再生結果中之0次光之強度分佈之圖表。該0次光之強度分佈表示0次光之於通過聚光圖案之中心位置之直線上之一維分佈。圖22(a)之圖表中，橫軸表示像素，縱軸表示正規化之光強度。又，圖22(b)之圖表中，橫軸表示自像素換算之位置(μm)，縱軸表示正規化之光強度。
此處，表示於作為光檢測器之相機之前方未配置光圈，而使用f=250mm之聚光透鏡，以與圖15同等之光學系統而獲得之結果。於 此種構成中，相機上之21像素對應於實際距離93μm。又，圖22(a)、(b)中，曲線D1、E1分別表示圖21所示之本發明之再生結果中之0次光之強度分佈，又，曲線D2、E2分別表示圖20所示之先前法之再生結果中之0次光之強度分佈。根據圖22之各曲線可知，藉由使用乘以調變圖案之修正係數α之本發明之方法，而使無需之0次光之峰值強度減少至1/6左右。
關於藉由使用係數α之修正調變圖案進行之來自SLM20之無需之0次光的抑制效果，示出柱狀透鏡圖案之結果作為另一例。此處，柱狀圖案例如可表示為：
其中，上述式中，λ為輸入至SLM20之光之波長，f為透鏡之焦距。
圖23係表示將柱狀透鏡圖案提供給SLM20時之雷射光照射圖案之再生結果之圖，圖23(a)表示將使用上述式而產生之先前之柱狀透鏡圖案提供給SLM20時之雷射光照射圖案之再生結果，圖23(b)表示將與修正係數α相乘後之調變圖案提供給SLM20時之雷射光照射圖案之再生結果。
又，圖24係表示圖23(a)、(b)所示之再生結果中之0次光之強度分佈之圖表。圖24之圖表中，橫軸表示像素，縱軸表示正規化之光強度。又，於圖24中，曲線F1表示圖23(b)所示之本發明之再生結果中之0次光之強度分佈，又，曲線F2表示圖23(a)所示之先前法之再生結果中之0次光之強度分佈。根據圖24之各曲線可知，於使用該柱狀透鏡圖案之例中，亦使無需之0次光之峰值強度減少至1/7左右。
本發明之光調變方法、光調變程式、光調變裝置、及光照射裝置並不限於上述實施形態及構成例，而可進行各種變形。例如，關於包含光調變裝置及光源等之全體光學系統之構成，並不限於圖1所示 之構成例，具體而言可使用各種構成。又，關於修正係數α之設定及使用其之調變圖案之修正，於圖3所示之構成中，設為以控制裝置30進行之構成，但並不限於此種構成，例如亦可設為於驅動裝置28中進行修正係數α之設定及調變圖案之修正之構成。
又，關於成為空間光調變器之調變對象之光，於上述實施形態中主要假定為雷射光，但本發明對於雷射光以外之光一般亦可適用。 作為此種光，包含例如：自雷射光源、LD(luminescent diode，發光二極體)、SLD(superluminescent diode，超發光二極體)等光源輸出之同調光；自燈光源等光源輸出之非同調光；及藉由雷射光照射而產生之散射光、螢光等。同調光例如可於雷射加工中使用。又，來自燈光源之光、散射光、螢光等例如可於顯微鏡、或雷射檢眼鏡之受光側使用。
上述實施形態之光調變方法係設為如下構成：(1)使用相位調變型之空間光調變器，該空間光調變器包含二維排列之複數個像素，根據提供給複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，且輸出相位調變後之光；且該光調變方法包括以下步驟：(2)調變圖案設定步驟，其係設定用以於空間光調變器中調變光之相位之目標調變圖案；(3)修正係數設定步驟，其係對目標調變圖案，設定與空間光調變器之像素結構特性及目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；(4)調變圖案修正步驟，其係藉由將目標調變圖案與修正係數α相乘，而求出提供給空間光調變器之複數個像素之修正後之調變圖案；及(5)調變圖案提供步驟，其係將修正後之調變圖案提供給空間光調變器之複數個像素。
上述實施形態之光調變程式係設為如下構成：(1)使用相位調變型之空間光調變器，該空間光調變器包含二維排列之複數個像素，根據提供給複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相 位，且輸出相位調變後之光；且該光調變程式使電腦執行以下處理：(2)調變圖案設定處理，其係設定用以於空間光調變器中調變光之相位之目標調變圖案；(3)修正係數設定處理，其係對目標調變圖案，設定與空間光調變器之像素結構特性及目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；(4)調變圖案修正處理，其係藉由將目標調變圖案與修正係數α相乘，而求出提供給空間光調變器之複數個像素之修正後之調變圖案；及(5)調變圖案提供處理，其係將修正後之調變圖案提供給空間光調變器之複數個像素。
上述實施形態之光調變裝置係構成為包含：(a)相位調變型之空間光調變器，其包含二維排列之複數個像素，根據提供給複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，且輸出相位調變後之光；(b)調變圖案設定機構，其設定用以於空間光調變器中調變光之相位之目標調變圖案；(c)修正係數設定機構，其對目標調變圖案，設定與空間光調變器之像素結構特性及目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；及(d)調變圖案修正機構，其藉由將目標調變圖案與修正係數α相乘，而求出提供給空間光調變器之複數個像素之修正後之調變圖案。
此處，關於修正係數之設定，光調變方法可採用如下構成：使用與目標調變圖案對應，且根據其圖案特性而預先求出並記憶於修正係數記憶機構中之修正係數α，修正係數設定步驟根據自修正係數記憶機構讀出之係數而設定修正係數α。同樣地，光調變程式可採用如下構成：使用與目標調變圖案對應，且根據其圖案特性而預先求出並記憶於修正係數記憶機構中之修正係數α，修正係數設定處理根據自修正係數記憶機構讀出之係數而設定修正係數α。同樣地，光調變裝置可採用如下構成：包含記憶與目標調變圖案對應，且根據其圖案特性而預先求出之修正係數α之修正係數記憶機構，修正係數設定機構 根據自修正係數記憶機構讀出之係數而設定修正係數α。
如上所述，預先評估提供給空間光調變器之調變圖案之圖案特性，根據該圖案特性而求出係數α，且作為係數資料而儲存於記憶機構中，視需要讀出該係數資料，且作為修正係數α予以設定，藉此可較佳地設定與目標調變圖案對應之修正係數α。
或者，關於修正係數之設定，光調變方法可採用如下構成：包括參照目標調變圖案、且根據其圖案特性而求出修正係數α之修正係數導出步驟，修正係數設定步驟根據於修正係數導出步驟中求出之係數而設定修正係數α。同樣地，光調變程式可採用如下構成：包括參照目標調變圖案、且根據其圖案特性而求出修正係數α之修正係數導出處理，修正係數設定處理根據於修正係數導出處理中求出之係數而設定修正係數α。同樣地，光調變裝置可採用如下構成：包含參照目標調變圖案、且根據其圖案特性而求出修正係數α之修正係數導出機構，修正係數設定機構根據於修正係數導出機構中求出之係數而設定修正係數α。
如上所述，藉由參照作為提供給空間光調變器之調變圖案所設定之目標調變圖案而評估圖案特性，且根據該圖案特性求出係數α，而設定修正係數α，藉此亦可較佳地設定與目標調變圖案對應之修正係數α。
又，關於修正係數，光調變方法亦可設為如下構成：於修正係數設定步驟中，將修正係數α作為依存於空間光調變器中之複數個像素各自之二維像素位置的每個像素之係數α(x，y)予以設定。同樣地，光調變程式亦可設為如下構成：於修正係數設定處理中，將修正係數α作為依存於空間光調變器中之複數個像素各自之二維像素位置的每個像素之係數α(x，y)予以設定。同樣地，光調變裝置亦可設為如下構成：於修正係數設定機構中，將修正係數α作為依存於空間光 調變器中之複數個像素各自之二維像素位置的每個像素之係數α(x，y)予以設定。
提供給空間光調變器之相位調變圖案考慮有如下情形：根據其具體之圖案構成，應與調變圖案相乘之修正係數α之值依存於像素位置(x，y)而變化。相對於此，藉由如上所述般設為可將修正係數α作為每個像素之係數α(x，y)予以設定之構成，即便於最佳之修正係數α之值依存於像素位置之情形時，亦可較佳地執行調變圖案之修正。
又，關於修正係數α之設定中參照之調變圖案之圖案特性，具體而言，光調變方法亦可設為如下構成：於修正係數設定步驟中，使用根據目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數作為修正係數α。同樣地，光調變程式亦可設為如下構成：於修正係數設定處理中，使用根據目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數作為修正係數α。同樣地，光調變裝置亦可設為如下構成：於修正係數設定機構中，使用根據目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數作為修正係數α。
或者，關於修正係數之設定中參照之調變圖案之圖案特性，光調變方法亦可設為如下構成：於修正係數設定步驟中，使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數作為修正係數α。同樣地，光調變程式亦可設為如下構成：於修正係數設定處理中，使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數作為修正係數α。同樣地，光調變裝置亦可設為如下構成：於修正係數設定機構，使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數作為修正係數α。又，該情形時，尤其於修正係數之設定中，較佳為使用根據藉由目標調變圖案進行相位調變後之光之再生圖案中繞射角最大之點、與0次光之聚光點的距離而設定之係數作為修正係數α。
上述實施形態之光照射裝置係構成為包含：光源，其供給成為調變對象之光；及上述構成之光調變裝置，其包含調變自光源供給之光之相位且輸出相位調變後之光的相位調變型之空間光調變器。又，於調變對象之光為雷射光之情形時，雷射光照射裝置係構成為包含：雷射光源，其供給雷射光；及上述構成之光調變裝置，其包含調變自雷射光源供給之雷射光之相位且輸出相位調變後之雷射光的相位調變型之空間光調變器。
根據此種構成，於包含相位調變型之空間光調變器之光調變裝置中，藉由將由修正係數α與目標調變圖案相乘所得之修正後之調變圖案提供給空間光調變器之複數個像素，可抑制光之相位之調變中產生無需之0次光，而實現藉由所需之照射圖案進行之向對象物之光之照射、及藉此進行之對象物之加工、觀察等操作。此種光照射裝置可用作例如雷射加工裝置、雷射顯微鏡、雷射操縱裝置、或雷射掃描檢眼鏡等中之像差修正裝置等。
[產業上之可利用性]
本發明可用作能夠抑制因空間光調變器(SLM)引起之無需之0次光之產生的光調變方法、光調變程式、光調變裝置、及光照射裝置。
2A‧‧‧光調變裝置
20‧‧‧空間光調變器(SLM)
28‧‧‧驅動裝置
30‧‧‧光調變控制裝置
31‧‧‧調變圖案設定部
32‧‧‧修正係數設定部
33‧‧‧修正係數記憶部
34‧‧‧修正係數導出部
35‧‧‧調變圖案修正部
36‧‧‧光調變器驅動控制部
37‧‧‧輸入裝置
38‧‧‧顯示裝置

Claims (19)

  1. 一種光調變方法，其特徵在於：使用相位調變型之空間光調變器，該空間光調變器包含二維排列之複數個像素，根據提供給上述複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，並輸出相位調變後之光；且該光調變方法包括以下步驟：調變圖案設定步驟，其係設定用以於上述空間光調變器中調變上述光之相位之目標調變圖案；修正係數設定步驟，其係對上述目標調變圖案，設定與上述空間光調變器之像素結構特性及上述目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；調變圖案修正步驟，其係藉由將上述目標調變圖案與上述修正係數α相乘，而求出提供給上述空間光調變器之上述複數個像素之修正後之調變圖案；及調變圖案提供步驟，其係將上述修正後之調變圖案提供給上述空間光調變器之上述複數個像素。
  2. 如請求項1之光調變方法，其係使用與上述目標調變圖案對應，且根據上述目標調變圖案之上述圖案特性而預先求出並記憶於修正係數記憶機構中之上述修正係數α，上述修正係數設定步驟係根據自上述修正係數記憶機構讀出之係數，而設定上述修正係數α。
  3. 如請求項1之光調變方法，其包括參照上述目標調變圖案，且根據上述目標調變圖案之上述圖案特性而求出上述修正係數α之修正係數導出步驟，上述修正係數設定步驟係根據上述修正係數導出步驟中求出 之係數，而設定上述修正係數α。
  4. 如請求項1至3中任一項之光調變方法，其中於上述修正係數設定步驟中，上述修正係數α係作為依存於上述空間光調變器中之上述複數個像素各自之二維像素位置的每個像素之係數α(x，y)予以設定。
  5. 如請求項1至3中任一項之光調變方法，其中於上述修正係數設定步驟中，使用根據上述目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數作為上述修正係數α。
  6. 如請求項1至3中任一項之光調變方法，其中於上述修正係數設定步驟中，使用根據藉由上述目標調變圖案進行相位調變後之光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數作為上述修正係數α。
  7. 一種光調變程式產品，其特徵在於：使用相位調變型之空間光調變器，該空間光調變器包含二維排列之複數個像素，根據提供給上述複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，並輸出相位調變後之光；且該光調變程式使電腦執行以下處理：調變圖案設定處理，其係設定用以於上述空間光調變器中調變上述光之相位之目標調變圖案；修正係數設定處理，其係對上述目標調變圖案，設定與上述空間光調變器之像素結構特性及上述目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；調變圖案修正處理，其係藉由將上述目標調變圖案與上述修正係數α相乘，而求出提供給上述空間光調變器之上述複數個像素之修正後之調變圖案；及調變圖案提供處理，其係將上述修正後之調變圖案提供給上 述空間光調變器之上述複數個像素。
  8. 如請求項7之光調變程式產品，其係使用與上述目標調變圖案對應，且根據上述目標調變圖案之上述圖案特性而預先求出並記憶於修正係數記憶機構中之上述修正係數α，上述修正係數設定處理係根據自上述修正係數記憶機構讀出之係數，而設定上述修正係數α。
  9. 如請求項7之光調變程式產品，其包括參照上述目標調變圖案，且根據上述目標調變圖案之上述圖案特性而求出上述修正係數α之修正係數導出處理，上述修正係數設定處理係根據上述修正係數導出處理中求出之係數，而設定上述修正係數α。
  10. 如請求項7至9中任一項之光調變程式產品，其中於上述修正係數設定處理中，上述修正係數α係作為依存於上述空間光調變器中之上述複數個像素各自之二維像素位置的每個像素之係數α(x，y)予以設定。
  11. 如請求項7至9中任一項之光調變程式產品，其中於上述修正係數設定處理中，使用根據上述目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數作為上述修正係數α。
  12. 如請求項7至9中任一項之光調變程式產品，其中於上述修正係數設定處理中，使用根據藉由上述目標調變圖案進行相位調變後之光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數作為上述修正係數α。
  13. 一種光調變裝置，其特徵在於包含：相位調變型之空間光調變器，其包含二維排列之複數個像素，根據提供給上述複數個像素之調變圖案而針對每個像素調變所輸入之光之相位，且輸出相位調變後之光； 調變圖案設定機構，其設定用以於上述空間光調變器中調變上述光之相位之目標調變圖案；修正係數設定機構，其對上述目標調變圖案，設定與上述空間光調變器之像素結構特性及上述目標調變圖案之圖案特性相應之α≧1之修正係數α；及調變圖案修正機構，其藉由將上述目標調變圖案與上述修正係數α相乘，而求出提供給上述空間光調變器之上述複數個像素之修正後之調變圖案。
  14. 如請求項13之光調變裝置，其包含記憶與上述目標調變圖案對應，且根據上述目標調變圖案之上述圖案特性而預先求出之上述修正係數α的修正係數記憶機構，上述修正係數設定機構係根據自上述修正係數記憶機構讀出之係數，而設定上述修正係數α。
  15. 如請求項13之光調變裝置，其包含參照上述目標調變圖案，且根據上述目標調變圖案之上述圖案特性而求出上述修正係數α之修正係數導出機構，上述修正係數設定機構係根據由上述修正係數導出機構求出之係數，而設定上述修正係數α。
  16. 如請求項13至15中任一項之光調變裝置，其中於上述修正係數設定機構中，上述修正係數α係作為依存於上述空間光調變器中之上述複數個像素各自之二維像素位置的每個像素之係數α(x，y)予以設定。
  17. 如請求項13至15中任一項之光調變裝置，其中於上述修正係數設定機構中，使用根據上述目標調變圖案之空間頻率特性而設定之係數作為上述修正係數α。
  18. 如請求項13至15中任一項之光調變裝置，其中於上述修正係數 設定機構中，使用根據藉由上述目標調變圖案進行相位調變後之光之再生圖案中繞射角最大之點而設定之係數作為上述修正係數α。
  19. 一種光照射裝置，其特徵在於包含：光源，其供給光；及如請求項13至18中任一項之光調變裝置，其包含調變自上述光源供給之上述光之相位且輸出相位調變後之光的相位調變型之空間光調變器。
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