WO2023171050A1 - ホログラム用データ生成システム及びホログラム用データ生成方法 - Google Patents

ホログラム用データ生成システム及びホログラム用データ生成方法 Download PDF

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WO2023171050A1
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hologram data
hologram
intensity distribution
target information
light
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隆史 栗田
博 田中
優 瀧口
利幸 川嶋
晴義 豊田
芳夫 早崎
智士 長谷川
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
国立大学法人宇都宮大学
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique

Definitions

  • the present invention relates to a hologram data generation system and a hologram data generation method that generate hologram data for realizing a hologram used for modulating light in a spatial light modulator.
  • a spatial light modulator that modulates the spatial phase distribution of light and emits it has been used in laser processing machines and the like.
  • a spatial light modulator light is modulated by a hologram (see, for example, Patent Document 1).
  • a computer generated hologram generated by calculation on a computer is used.
  • the distribution of light emitted from the hologram can vary depending on the purpose of use of the spatial light modulator. However, if a hologram is generated using a uniform generation method (for example, a specific algorithm), the distribution of light emitted from the hologram may not be appropriate depending on the purpose of use.
  • An embodiment of the present invention has been made in view of the above, and provides a hologram data generation system and a hologram data generation method that can make a hologram suitable for use in a spatial light modulator. With the goal.
  • a hologram data generation system provides hologram data for generating hologram data for realizing a hologram used for modulating light in a spatial light modulator.
  • the generation system includes an acquisition means for acquiring target information indicating an intensity distribution of the output light that is a target of the output light from the hologram, and according to the type of the intensity distribution indicated by the target information acquired by the acquisition means,
  • the apparatus includes a determining means for determining a generation method to be used for generating the hologram data, and a generating means for generating the hologram data from the target information acquired by the acquiring means using the generation method determined by the determining means.
  • hologram data is generated using an appropriate generation method depending on the type of intensity distribution of the emitted light that is the target of the emitted light from the hologram. Therefore, according to the hologram data generation system according to an embodiment of the present invention, the hologram used in the spatial light modulator can be made appropriate.
  • the determining means may determine the type of the intensity distribution from the intensity distribution indicated by the target information acquired by the acquiring means, and determine the generation method to be used for generating the hologram data according to the determined type. good. According to this configuration, the generation method can be determined appropriately and reliably. As a result, it is possible to ensure that the hologram used in the spatial light modulator is appropriate.
  • the type of intensity distribution may include at least one of a discrete distribution, a distribution in the traveling direction of the emitted light, and an annular distribution. According to this configuration, the type of intensity distribution for determining the generation method can be made appropriate. As a result, it is possible to ensure that the hologram used in the spatial light modulator is appropriate.
  • one embodiment of the present invention can be described as an invention of a hologram data generation system as described above, and also as an invention of a hologram data generation method as follows. These inventions are essentially the same invention, only in different categories, and have similar functions and effects.
  • a hologram data generation method is a method of operating a hologram data generation system that generates hologram data for realizing a hologram used for modulating light in a spatial light modulator.
  • a hologram data generation method includes an acquisition step of acquiring target information indicating an intensity distribution of output light that is a target of output light from a hologram, and a type of intensity distribution indicated by the target information acquired in the acquisition step. Accordingly, the method includes a determining step of determining a generation method to be used for generating hologram data, and a generating step of generating hologram data from the target information acquired in the acquiring step using the generation method determined in the determining step. .
  • the hologram used in the spatial light modulator can be made appropriate.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a hologram data generation system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a laser processing machine that uses hologram data generated by a hologram data generation system.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of target information acquired by the hologram data generation system.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing generation of hologram data in the hologram data generation system.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of target information acquired by the hologram data generation system.
  • 2 is a flowchart showing a hologram data generation method, which is a process executed by the hologram data generation system according to the embodiment of the present invention.
  • 7 is a flowchart illustrating processing for determining the type of intensity distribution.
  • FIG. 1 shows a hologram data generation system 10 according to the present embodiment.
  • the hologram data generation system 10 is a system (device) that generates hologram data for realizing a hologram used for modulating light in an SLM (spatial light modulator).
  • SLM spatial light modulator
  • the SLM is a device that inputs light, modulates the spatial phase distribution of the incident light, and outputs the modulated light.
  • modulating light it will be simply referred to as modulating light.
  • the SLM is used in the laser processing machine 20.
  • FIG. 2 schematically shows an example of the configuration of the laser processing machine 20.
  • the laser processing machine 20 is configured to include an SLM module 30 including an SLM 31.
  • the SLM 31 does not necessarily need to be used in the laser processing machine 20, and may be used for any conventional use other than laser processing.
  • the SLM 31 has a plurality of pixel electrodes arranged two-dimensionally, and realizes (generates) a hologram using the pixel electrodes.
  • the SLM 31 realizes a hologram of 1280 ⁇ 1024 pixels (SXGA: Super Extended Graphics Array).
  • the SLM 31 modulates the light incident on the hologram by transmitting or reflecting the light.
  • the SLM 31 is, for example, an LCOS (Liquid crystal on silicon)-SLM. Note that the SLM 31 may be a conventional SLM that modulates light using a hologram.
  • a CGH is used as a hologram used for modulating light in the SLM 31.
  • the hologram data generation system 10 generates hologram data for realizing CGH.
  • the SLM 31 receives hologram data generated by the hologram data generation system 10 and uses it to realize a hologram.
  • the hologram data generation system 10 is realized, for example, by a conventional computer including hardware such as a CPU (Central Processing Unit), memory, and a communication module.
  • the hologram data generation system 10 may be a computer system including multiple computers. Each function of the hologram data generation system 10, which will be described later, is achieved by operating these components using a program or the like.
  • the hologram data generation system 10 is provided, for example, by a service provider that provides hologram data to the users of the SLM 31, that is, the users of the laser processing machine 20. For example, a user enters into a subscription contract with a service provider and receives provision of hologram data.
  • the hologram data generation system 10 may be realized by a cloud server.
  • a user control device 40 such as a PC (personal computer) transmits data necessary for generating hologram data to the hologram data generation system 10 via a communication network such as the Internet.
  • the hologram data generation system 10 receives the transmitted data and generates hologram data based on the data.
  • the hologram data generation system 10 transmits the generated hologram data to the control device 40.
  • the control device 40 receives the transmitted hologram data and outputs it to the SLM 31. Note that the functions of the control device 40 may be realized by dedicated client software.
  • the hologram data generation system 10 does not need to be provided in a framework using a cloud server provided by a service provider as described above, and may be provided in any framework as long as it has the configuration according to this embodiment. It can be anything.
  • Generation of hologram data by the hologram data generation system 10 is performed based on target information indicating the intensity distribution of emitted light, which is the target of emitted light from the hologram.
  • the hologram data generation system 10 creates appropriate hologram data according to target information using functions according to the present embodiment described later.
  • FIG. 2 schematically shows the configuration of a laser processing machine 20 according to this embodiment.
  • the laser processing machine 20 includes a laser light source 21, a beam shaping optical system 22, a lens 23, and an SLM module 30.
  • the above-mentioned components are positioned and arranged in the order of laser light source 21, beam shaping optical system 22, SLM module 30, and lens 23 in the optical path of light used for laser processing.
  • the laser light source 21 is a light source that outputs light (laser light) that is input to the SLM module 30 and used for laser processing.
  • the beam shaping optical system 22 is an optical system that shapes the light output from the laser light source 21 into a laser beam suitable for input to the SLM module 30 and emits the laser beam.
  • the SLM module 30 includes an SLM 31, receives the light emitted from the beam shaping optical system 22, modulates the input light, and emits the modulated light.
  • the lens 23 is a lens that receives the light emitted from the SLM module 30 and passes through the processing optical path, and focuses the light onto the material to be processed (workpiece) 50 .
  • the SLM module 30 includes an SLM 31, an imaging optical system 32, a mirror 33, a lens 34, and a camera 35.
  • the above-mentioned components are positioned and arranged in the order of SLM 31, imaging optical system 32, mirror 33, lens 34, and camera 35 in the optical path of light used for laser processing.
  • the SLM 31 modulates the light input to the SLM module 30 via the beam shaping optical system 22 and outputs the modulated light.
  • the SLM 31 inputs hologram data D1 for realizing CGH from the control device 40, realizes a hologram, and uses it for modulating light.
  • the imaging optical system 32 is an optical system that images the light output from the SLM 31 onto the lens 34 so that laser processing is performed on the material 50 to be processed.
  • the mirror 33 is an optical system that branches the light output from the imaging optical system 32. One of the lights branched by the mirror 33 (for example, the light reflected by the mirror 33) enters the workpiece material 50 via the processing optical path and the lens 23.
  • the other light branched by the mirror 33 enters the lens 34.
  • the lens 34 is a lens that receives the light branched by the mirror 33 and focuses the light onto the camera 35 .
  • the camera 35 is a device that images the light output from the lens 34, that is, the light emitted from the SLM 31.
  • the camera 35 is an imaging device such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) camera.
  • the image captured by the camera 35 is the intensity distribution of the emitted light from the SLM 31 at the condensing position.
  • Data D2 of the image of the light emitted from the SLM 31 captured by the camera 35 is input to the control device 40.
  • the data D2 is used to correct hologram data used by the SLM 31.
  • Each component of the laser processing machine 20 may be similar to a conventional laser processing machine using an SLM. Note that the laser processing machine 20 does not necessarily have to have the above configuration, and may have a configuration that does not include any of the above components or a configuration that includes components other than the above components.
  • the hologram data generation system 10 includes an acquisition section 11, a determination section 12, and a generation section 13.
  • the acquisition unit 11 is an acquisition unit that acquires target information indicating the intensity distribution of the emitted light, which is the target of the emitted light from the hologram.
  • the target information is, for example, an image showing the intensity distribution of the emitted light at the condensing position.
  • FIG. 3 shows an example of target information.
  • 0 Contains information indicating (x, y). This is the first image among the images shown in FIG. 3. In this embodiment, the stronger the light intensity, the whiter the color, and the weaker the light intensity, the blacker the color.
  • the example of the first image shown in Figure 3 shows that light is irradiated at the positions of two horizontal points, and no light is irradiated (or very weak light is irradiated) at other positions. There is.
  • the target information depends on what kind of laser processing is to be performed on the material 50 to be processed. Therefore, the user of the laser processing machine 20 generates target information according to the processing content.
  • the target information may be generated in the same manner as before.
  • the target information is transmitted from the control device 40 to the hologram data generation system 10 by, for example, an operation by a user of the laser processing machine 20.
  • the acquisition unit 11 receives and acquires the transmitted target information. Note that the acquisition unit 11 may acquire the target information by a method other than the above.
  • the acquisition unit 11 outputs the acquired target information to the determination unit 12 and the generation unit 13.
  • the hologram data is generated so that when the SLM 31 modulates light using the hologram realized by the hologram data, the intensity distribution of the emitted light becomes the intensity distribution indicated by the target information.
  • the hologram data is generated based on target information according to a predetermined generation method, specifically, a predetermined algorithm. However, if a hologram is generated using a uniform generation method, for example, a specific algorithm, the distribution of light emitted from the hologram may not be appropriate depending on the purpose of use.
  • the hologram data generation system 10 to automatically determine an algorithm (calculation library) for generating hologram data, and generate hologram data.
  • an algorithm calculation library
  • the hologram used for modulating light by the SLM 31 can be made appropriate.
  • the determining unit 12 is a determining unit that determines a generation method to be used for generating hologram data according to the type of intensity distribution indicated by the target information acquired by the acquisition unit 11.
  • the determining unit 12 determines the type of the intensity distribution from the intensity distribution indicated by the target information acquired by the acquiring unit 11, and determines a generation method to be used for generating hologram data according to the determined type.
  • the type of intensity distribution may include at least one of a discrete distribution, a distribution in the traveling direction of the emitted light, and an annular distribution.
  • the generation method used to generate hologram data is an algorithm that inputs target information and outputs hologram data.
  • a plurality of algorithms are prepared in advance, and the determining unit 12 determines a generation method to be used for generating hologram data based on target information from among the plurality of algorithms.
  • the algorithm is stored in advance in the hologram data generation system 10 as a calculation library.
  • the calculation library may be updated and made current from time to time.
  • the determining unit 12 may determine a generation method other than the above. For example, the determining unit 12 determines the generation method as follows.
  • the determining unit 12 inputs target information from the acquiring unit 11.
  • the determining unit 12 determines the type of the intensity distribution from the intensity distribution indicated by the input target information.
  • the types of intensity distribution in this embodiment are a multipoint beam, a undiffracted beam, a Laguerre-Gaussian mode, and a solid pattern.
  • the determining unit 12 determines which of these four types the intensity distribution corresponds to.
  • the positions of the emitted light are discontinuous in the intensity distribution indicated by the target information, and the intensity distribution of each consecutive emitted light is It is a type of Gaussian distribution (Gaussian profile). That is, the multipoint beam has a discrete distribution.
  • the intensity distribution shown in FIG. 5(a) is a multi-point beam.
  • a non-diffracted beam is a type in which light propagates in the traveling direction without diffraction in the intensity distribution indicated by the target information. That is, the undiffracted beam is a distribution of the emitted light in the traveling direction.
  • the Laguerre-Gaussian mode is a type in which the position of the emitted light is an annular (ring-shaped) distribution in the intensity distribution indicated by the target information.
  • the intensity distribution shown in FIG. 5(b) is the Laguerre-Gaussian mode.
  • a solid pattern is a type that is not any of the above types.
  • the intensity distribution shown in FIG. 5(c) is a solid pattern.
  • the determining unit 12 determines the type of intensity distribution, for example, as follows.
  • the determining unit 12 determines whether there are two or more consecutive groups of emitted light indicated by the detected contour.
  • the determining unit 12 determines that the pattern is a branch pattern if the number of groups is two or more, and determines that it is not a branch pattern if the number of groups is not two or more.
  • the intensity distribution shown in FIG. 5A is determined to be a branch pattern
  • the intensity distributions shown in FIGS. 5B and 5C are determined not to be a branch pattern.
  • the determination unit 12 determines whether the intensity distribution of the group of consecutive individual emitted lights is a Gaussian profile. When determining that the intensity distribution of the group of successive individual emitted lights is a Gaussian profile, the determining unit 12 determines that the type of intensity distribution indicated by the target information is a multipoint beam.
  • the determining unit 12 determines whether the position of the emitted light of the intensity distribution is ring-shaped (whether the intensity distribution is a ring pattern). Note that the above judgment is performed using, for example, the above binarized image. If it is determined that the position of the emitted light of the intensity distribution is ring-shaped, the determining unit 12 determines that the type of the intensity distribution indicated by the target information is the Laguerre-Gaussian mode. If it is determined that the position of the emitted light of the intensity distribution is not ring-shaped, the determination unit 12 determines that the type of intensity distribution indicated by the target information is a solid pattern. Each of the above judgments regarding the intensity distribution (image) can be performed using conventional image processing techniques.
  • the determining unit 12 stores the type of intensity distribution and the algorithm used to generate hologram data in association with each other.
  • the algorithm is capable of generating hologram data suitable for the type of the corresponding intensity distribution.
  • the hologram data suitable for the type of intensity distribution is such that the intensity distribution of the light emitted by the realized hologram becomes the intensity distribution more accurately indicated by the target information.
  • the determining unit 12 determines (selects) the algorithm associated with the determined type of intensity distribution as the algorithm to be used for generating hologram data.
  • the determining unit 12 notifies the generating unit 13 of the determined algorithm.
  • the determination of the type of intensity distribution by the determination unit 12 does not necessarily need to be performed as described above, and may be performed using any method. Further, the type of intensity distribution to be determined does not need to be the one described above, and may be any type as long as it makes the hologram used in the SLM 31 appropriate. Furthermore, algorithms other than those described above may be used for each type.
  • the generation unit 13 is a generation unit that generates hologram data from the target information acquired by the acquisition unit 11 using the generation method determined by the determination unit 12.
  • the generation unit 13 receives target information from the acquisition unit 11 .
  • the generation unit 13 receives notification from the determination unit 12 of the algorithm used to generate hologram data.
  • the generation unit 13 reads the algorithm (calculation library) notified from the determination unit 12, and uses the algorithm to generate hologram data from the target information input from the acquisition unit 11. As described above, the hologram data is generated so that the intensity distribution of the emitted light from the hologram realized by the hologram data becomes the intensity distribution of the emitted light indicated by the target information.
  • the generation of hologram data using an algorithm itself may be performed in the same manner as in the past.
  • the generation unit 13 outputs the generated hologram data.
  • the generation unit 13 transmits the generated hologram data to the control device 40 that is the source of the target information.
  • the control device 40 receives hologram data.
  • the hologram data is input from the control device 40 to the SLM 31 included in the laser processing machine 20, and is used in the SLM 31 to realize a hologram for modulating light.
  • the generation unit 13 may use information other than target information to generate hologram data. For example, data D2 of an image of the light emitted from the SLM 31 captured by the camera 35 (measurement data of the camera 35) may be used to generate hologram data. This image data D2 is transmitted from the control device 40 to the hologram data generation system 10. The generation unit 13 receives and acquires image data D2.
  • the generation unit 13 uses the image data D2 to correct (correct) the hologram data.
  • the intensity may be biased to one side due to the influence of aging of the laser light source, optical elements, etc.
  • the environment such as humidity and temperature also affects the light emitted from the SLM 31.
  • the measurement data from the camera 35 is fed back to the hologram data generation system 10, and correction is made, for example, by weakening high-intensity parts and strengthening low-intensity parts, so that the hologram can be created in a way that is suitable for the target information. data can be generated.
  • an optical or mechanical shutter is provided on the optical path between the mirror 33 and the lens 34, and the final hologram data is generated.
  • the shutter may be closed until the workpiece material 50 is irradiated with light.
  • F. Mezzapesa et al. “High-resolution monitoring of the hole depth during ultrafast laser ablation drilling by diode laser self-mixing interferometry”, Opt. Lett. 36, 822-824 (2011) may be used to monitor the processing state of the workpiece material 50, and hologram data may be generated based on the measurement information. Further, the generation unit 13 may also use information other than the above (for example, information regarding the hardware of the laser processing machine 20) to generate the hologram data.
  • the above are the functions of the hologram data generation system 10 according to this embodiment.
  • a hologram data generation method which is a process executed by the hologram data generation system 10 according to the present embodiment (an operation method performed by the hologram data generation system 10), will be described. explain.
  • target information is first acquired by the acquisition unit 11 (S01, acquisition step).
  • the target information is acquired, for example, by receiving target information transmitted from the control device 40.
  • the determination unit 12 determines the type of the intensity distribution from the intensity distribution indicated by the target information (S02, determination step).
  • the process of determining the type of intensity distribution will be explained using the flowchart in FIG. In this process, first, it is determined whether the intensity distribution indicated by the target information is a branch pattern (S21). If it is determined that the intensity distribution is a branch pattern (YES in S21), then it is determined whether each of the branched intensity distributions is a Gaussian profile (S22). If it is determined that each branched intensity distribution is a Gaussian profile (YES in S22), it is determined that the type of intensity distribution is a multi-point beam.
  • the position of the emitted light of the intensity distribution is determined as a ring. It is determined whether the intensity distribution is a ring pattern (whether or not the intensity distribution is a ring pattern) (S24, S26). If it is determined that the position of the emitted light of the intensity distribution is ring-shaped (the intensity distribution is a ring pattern) (YES in S24, YES in S26), it is determined that the type of the intensity distribution is Laguerre-Gaussian mode. .
  • the determining unit 12 determines an algorithm, which is a generation method used to generate hologram data, according to the type of intensity distribution (S03, determination step).
  • the generation unit 13 generates hologram data from the target information acquired by the acquisition unit 11 using the algorithm determined by the determination unit 12 (S04, generation step).
  • the generated hologram data is output from the generation unit 13 (S05).
  • the generated hologram data is, for example, transmitted from the generation unit 13 to the control device 40 and used in the SLM 31 included in the laser processing machine 20 to realize a hologram. This is a process executed by the hologram data generation system 10 according to the present embodiment.
  • hologram data is generated using an appropriate generation method depending on the type of intensity distribution of the emitted light, which is the target of the emitted light from the hologram. Therefore, according to this embodiment, the hologram used in the SLM 31 can be made appropriate.
  • the hologram data generation system 10 determines the type of the intensity distribution from the intensity distribution indicated by the target information, and uses it to generate hologram data according to the determined type.
  • the generation method may be determined. According to this configuration, the generation method can be determined appropriately and reliably. As a result, it is possible to ensure that the hologram used in the SLM 31 is appropriate. However, it is not necessarily necessary to determine the type of intensity distribution in the hologram data generation system 10. For example, information indicating the type of intensity distribution indicated by the target information may be acquired together with the target information, and the generation method may be determined using that information.
  • the type of intensity distribution may include at least one of a discrete distribution, a distribution in the traveling direction of the emitted light, and an annular distribution. According to this configuration, the type of intensity distribution for determining the generation method can be made appropriate. As a result, it is possible to ensure that the hologram used in the SLM 31 is appropriate.
  • the algorithm which is the generation method used to generate hologram data, is determined according to the type of intensity distribution, but the algorithm is determined according to the data format of the target information to be acquired. You may.
  • the target information to be acquired is six-dimensional data (x, y, z, a, px, py), unlike the above-mentioned information, an algorithm may be used depending on the case.
  • (x, y, z) are spatial coordinates (positions) for indicating the intensity distribution.
  • z is a coordinate in the direction in which the light travels, and x and y are coordinates in a plane perpendicular to the direction.
  • a is a value indicating the brightness (signal strength) at the position (x, y, z).
  • px and py are values indicating polarization in the x direction and y direction at the position (x, y, z).
  • the GS (Gerchberg and Saxton) method shown in Optik 35, 235-346 (1972) is used as the algorithm used to generate hologram data. .
  • the hologram used in the SLM 31 can be made appropriate.
  • 10 Hologram data generation system, 11... Acquisition unit, 12... Determination unit, 13... Generation unit, 20... Laser processing machine, 21... Laser light source, 22... Beam shaping optical system, 23... Lens, 30... SLM module, 31...SLM, 32...Imaging optical system, 33...Mirror, 34...Lens, 35...Camera, 40...Control device, 50...Work material.

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Abstract

空間光変調器において用いられるホログラムを適切なものとする。　ホログラム用データ生成システム１０は、空間光変調器において光の変調に用いられるホログラムを実現するためのホログラム用データを生成するシステムであって、ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す目標情報を取得する取得部１１と、取得部１１によって取得された目標情報によって示される強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する決定部１２と、決定部１２によって決定された生成方法によって、取得部１１によって取得された目標情報からホログラム用データを生成する生成部１３とを備える。

Description

ホログラム用データ生成システム及びホログラム用データ生成方法
　本発明は、空間光変調器において光の変調に用いられるホログラムを実現するためのホログラム用データを生成するホログラム用データ生成システム及びホログラム用データ生成方法に関する。
　従来、光の空間的な位相分布を変調させて出射する空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial　Light　Modulator）がレーザ加工機等に用いられている。空間光変調器では、ホログラムによって光の変調が行われる（例えば、特許文献１参照）。
国際公開２０１０／０２４２１８号
　空間光変調器におけるホログラムとしては、コンピュータでの計算によって生成される計算機生成ホログラム（ＣＧＨ：Computer　Generated　Hologram）が用いられる。ホログラムからの出射光の分布は、空間光変調器の利用目的等に応じて種々のものになり得る。しかしながら、一律の生成方法（例えば、特定のアルゴリズム）によってホログラムを生成すると、ホログラムからの出射光の分布は、利用目的等に応じた適切なものとなり得ないおそれがある。
　本発明の一実施形態は、上記に鑑みてなされたものであり、空間光変調器において用いられるホログラムを適切なものとすることができるホログラム用データ生成システム及びホログラム用データ生成方法を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態に係るホログラム用データ生成システムは、空間光変調器において光の変調に用いられるホログラムを実現するためのホログラム用データを生成するホログラム用データ生成システムであって、ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す目標情報を取得する取得手段と、取得手段によって取得された目標情報によって示される強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する決定手段と、決定手段によって決定された生成方法によって、取得手段によって取得された目標情報からホログラム用データを生成する生成手段と、を備える。
　本発明の一実施形態に係るホログラム用データ生成システムでは、ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布の種別に応じた、適切な生成方法によってホログラム用データが生成される。従って、本発明の一実施形態に係るホログラム用データ生成システムによれば、空間光変調器において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
　決定手段は、取得手段によって取得された目標情報によって示される強度分布から、当該強度分布の種別を判断し、判断した種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定することとしてもよい。この構成によれば、適切かつ確実に生成方法を決定することができる。その結果、確実に空間光変調器において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
　強度分布の種別は、離散的な分布、出射光の進行方向の分布、及び円環状の分布の少なくとも何れかを含むこととしてもよい。この構成によれば、生成方法を決定するための強度分布の種別を適切なものとすることができる。その結果、確実に、空間光変調器において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
　ところで、本発明の一実施形態は、上記のようにホログラム用データ生成システムの発明として記述できる他に、以下のようにホログラム用データ生成方法の発明としても記述することができる。これらはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。
　即ち、本発明の一実施形態に係るホログラム用データ生成方法は、空間光変調器において光の変調に用いられるホログラムを実現するためのホログラム用データを生成するホログラム用データ生成システムの動作方法であるホログラム用データ生成方法であって、ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す目標情報を取得する取得ステップと、取得ステップにおいて取得された目標情報によって示される強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する決定ステップと、決定ステップにおいて決定された生成方法によって、取得ステップにおいて取得された目標情報からホログラム用データを生成する生成ステップと、を含む。
　本発明の一実施形態によれば、空間光変調器において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
本発明の実施形態に係るホログラム用データ生成システムの構成を示す図である。 ホログラム用データ生成システムによって生成されるホログラム用データが利用されるレーザ加工機の構成の例を示す図である。 ホログラム用データ生成システムに取得される目標情報の例を示す図である。 ホログラム用データ生成システムにおけるホログラム用データの生成を模式的に示す図である。 ホログラム用データ生成システムに取得される目標情報の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るホログラム用データ生成システムで実行される処理であるホログラム用データ生成方法を示すフローチャートである。 強度分布の種別の判断の処理を示すフローチャートである。
　以下、図面と共に本発明に係るホログラム用データ生成システム及びホログラム用データ生成方法の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１に本実施形態に係るホログラム用データ生成システム１０を示す。ホログラム用データ生成システム１０は、ＳＬＭ（空間光変調器）において光の変調に用いられるホログラムを実現するためのホログラム用データを生成するシステム（装置）である。ＳＬＭは、光を入射して、入射した光の空間的な位相分布を変調させて出射する装置である。以後、単に光を変調すると記載する。
　本実施形態では、ＳＬＭは、レーザ加工機２０に用いられる。図２にレーザ加工機２０の構成の例を模式的に示す。レーザ加工機２０は、ＳＬＭ３１を含むＳＬＭモジュール３０を含んで構成されている。なお、ＳＬＭ３１は、必ずしもレーザ加工機２０に用いられる必要はなく、レーザ加工以外の従来用いられている用途等の任意の用途に用いられてもよい。
　ＳＬＭ３１は、二次元状に配置された複数の画素電極を有しており、画素電極によってホログラムを実現（生成）する。例えば、ＳＬＭ３１は、１２８０×１０２４画素（ピクセル）（ＳＸＧＡ：Super　Extended　Graphics　Array）のホログラムを実現する。ＳＬＭ３１は、当該ホログラムに入射した光を透過又は反射させて光を変調する。ＳＬＭ３１は、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid　crystal　on　silicon）－ＳＬＭである。なお、ＳＬＭ３１は、ホログラムを用いて光の変調を行う従来のＳＬＭでよい。
　ＳＬＭ３１において光の変調に用いられるホログラムとしては、ＣＧＨが用いられる。ホログラム用データ生成システム１０は、ＣＧＨを実現するためのホログラム用データを生成する。ＳＬＭ３１は、ホログラム用データ生成システム１０によって生成されたホログラム用データを入力して、ホログラムの実現に用いる。
　ホログラム用データ生成システム１０は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、メモリ、通信モジュール等のハードウェアを含む従来のコンピュータによって実現される。ホログラム用データ生成システム１０は、複数のコンピュータを含むコンピュータシステムであってもよい。ホログラム用データ生成システム１０の後述する各機能は、これらの構成要素がプログラム等により動作することによって発揮される。
　ホログラム用データ生成システム１０は、例えば、ＳＬＭ３１のユーザ、即ち、レーザ加工機２０のユーザにホログラム用データを提供するサービス事業者によって設けられる。例えば、ユーザは、サービス事業者との間にサブスクリプション契約を結び、ホログラム用データの提供を受ける。この場合、ホログラム用データ生成システム１０は、クラウドサーバによって実現されてもよい。
　ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等のユーザの制御装置４０が、インターネット等の通信網を介してホログラム用データ生成システム１０にホログラム用データの生成に必要となるデータを送信する。ホログラム用データ生成システム１０は、送信されたデータを受信して、当該データに基づいてホログラム用データを生成する。ホログラム用データ生成システム１０は、生成したホログラム用データを制御装置４０に送信する。制御装置４０は、送信されたホログラム用データを受信して、ＳＬＭ３１に出力する。なお、制御装置４０の機能は、専用のクライアントソフトウェアによって実現されてもよい。
　このようにユーザ以外のサービス事業者によって、ホログラム用データが生成されてユーザに提供されれば、ユーザは、自身でホログラム用データを生成する必要がなく、容易にＳＬＭ３１を利用することができる。例えば、ユーザは、ホログラム用データを生成するためのソフトウェアを個別に用意したり、ホログラム用データの生成を習得したりする必要がない。なお、ホログラム用データ生成システム１０は、上記のようなサービス事業者によるクラウドサーバを用いた枠組みで設けられる必要はなく、本実施形態に係る構成を有するものであれば任意の枠組みで設けられたものであってよい。
　ホログラム用データ生成システム１０によるホログラム用データの生成は、ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す目標情報に基づいて行われる。ホログラム用データ生成システム１０は、後述する本実施形態に係る機能によって、目標情報に応じて適切なホログラム用データを作成する。
　引き続いて、ＳＬＭ３１を含むレーザ加工機２０の例を説明する。図２に本実施形態に係るレーザ加工機２０の構成を模式的に示す。図２に示すようにレーザ加工機２０は、レーザ光源２１と、ビーム整形光学系２２と、レンズ２３と、ＳＬＭモジュール３０とを含む。上記の各構成要素は、レーザ加工に用いられる光の光路において、レーザ光源２１、ビーム整形光学系２２、ＳＬＭモジュール３０及びレンズ２３の順に位置決めされて配置される。
　レーザ光源２１は、ＳＬＭモジュール３０に入力されてレーザ加工に用いられる光（レーザ光）を出力する光源である。ビーム整形光学系２２は、レーザ光源２１から出力された光を、ＳＬＭモジュール３０への入力に適するようにレーザビームとして整形して出射する光学系である。ＳＬＭモジュール３０は、ＳＬＭ３１を含んでおり、ビーム整形光学系２２から出射された光を入力して、入力した光を変調して出射する。レンズ２３は、ＳＬＭモジュール３０から出射されて加工用光路を経由した光を入射して、被加工材料（加工対象物）５０に集光して入射するレンズである。
　ＳＬＭモジュール３０の構成を説明する。図２に示すようにＳＬＭモジュール３０は、ＳＬＭ３１と、結像光学系３２と、ミラー３３と、レンズ３４と、カメラ３５とを含む。上記の各構成要素は、レーザ加工に用いられる光の光路において、ＳＬＭ３１、結像光学系３２、ミラー３３、レンズ３４及びカメラ３５の順に位置決めされて配置される。
　ＳＬＭ３１は、ビーム整形光学系２２を経由してＳＬＭモジュール３０に入力された光を変調して出力する。ＳＬＭ３１は、制御装置４０から、ＣＧＨを実現するためのホログラム用データＤ１を入力してホログラムを実現して光の変調に用いる。
　結像光学系３２は、ＳＬＭ３１から出力された光を、被加工材料５０においてレーザ加工が行われるようにレンズ３４に結像させる光学系である。ミラー３３は、結像光学系３２から出力された光を分岐させる光学系である。ミラー３３によって分岐された一方の光（例えば、ミラー３３によって反射された光）は、加工用光路及びレンズ２３を経由して被加工材料５０に入射する。
　ミラー３３によって分岐された他方の光（例えば、ミラー３３を透過した光）は、レンズ３４に入射する。レンズ３４は、ミラー３３によって分岐された光を入射して、カメラ３５に集光して入射するレンズである。カメラ３５は、レンズ３４から出力された光、即ち、ＳＬＭ３１からの出射光を撮像する装置である。例えば、カメラ３５は、ＣＭＯＳ（Complementary　Metal　Oxide　Semiconductor）カメラ等の撮像素子である。カメラ３５によって撮像された画像は、ＳＬＭ３１からの出射光の集光位置での強度分布である。
　カメラ３５によって撮像されたＳＬＭ３１からの出射光の画像のデータＤ２は、制御装置４０に入力される。当該データＤ２は、ＳＬＭ３１で用いられるホログラム用データの修正に用いられる。
　レーザ加工機２０の各構成要素は、ＳＬＭを用いた従来のレーザ加工機と同様ものでよい。なお、レーザ加工機２０を必ずしも上記の構成を取る必要はなく、上記の構成要素の何れかを含まない構成、及び上記の構成要素以外を含む構成であってもよい。
　引き続いて、本実施形態に係るホログラム用データ生成システム１０の機能を説明する。図１に示すようにホログラム用データ生成システム１０は、取得部１１と、決定部１２と、生成部１３とを備えて構成される。
　取得部１１は、ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す目標情報を取得する取得手段である。目標情報は、例えば、出射光の集光位置での強度分布を示す画像である。図３に目標情報の例を示す。具体的には、目標情報は、光の進行方向（ｚ方向）の予め設定される位置（ｚ＝０）での当該方向と垂直な面での位置（ｘ，ｙ）毎の光の強度Ｉ０（ｘ，ｙ）を示す情報を含む。図３に示す画像のうち１枚目の画像である。本実施形態では、光の強度が強いほど白い色で、光の強度が弱いほど黒い色で示す。光の進行方向の予め設定される位置（ｚ＝０）は、ＳＬＭ３１からの出射光が集光される位置、即ち、被加工材料５０の加工位置である。図３に示す１枚目の画像の例では、横並びの２つの点の位置に光が照射され、それ以外の位置には光が照射されない（あるいは極めて弱い光が照射される）ことを示している。
　目標情報は、光の進行方向（ｚ方向）の上記とは異なる予め設定される位置（ｚ＝Ｌ）での当該方向と垂直な面での位置（ｘ，ｙ）毎の光の強度ＩＬ（ｘ，ｙ）を示す情報を含んでいてもよい。図３に示す画像のうち２枚目の画像である。ＳＬＭ３１からの出射光が集光される位置が、光の進行方向において複数の位置にわたる場合には、２枚目の情報が含まれていてもよい。なお、上述した目標情報は一例であり、目標情報はホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す情報であれば上記以外の情報であってもよい。
　目標情報は、被加工材料５０に対してどのようなレーザ加工を行うかに応じたものとなる。従って、レーザ加工機２０のユーザが、加工内容に応じて目標情報を生成する。目標情報の生成は従来と同様に行われればよい。
　目標情報は、例えば、レーザ加工機２０のユーザの操作によって制御装置４０からホログラム用データ生成システム１０に送信される。取得部１１は、送信された目標情報を受信して取得する。なお、取得部１１による目標情報の取得は上記以外の方法で行われてもよい。取得部１１は、取得した目標情報を決定部１２及び生成部１３に出力する。
　ホログラム用データは、当該ホログラム用データによって実現されるホログラムが用いられてＳＬＭ３１によって光の変調が行われる際に、出射光の強度分布が目標情報によって示される強度分布となるように生成される。ホログラム用データは、目標情報に基づいて所定の生成方法、具体的には所定のアルゴリズムに従って生成される。しかしながら、一律の生成方法、例えば、特定のアルゴリズムによってホログラムを生成すると、ホログラムからの出射光の分布は、利用目的等に応じた適切なものとなり得ないおそれがある。
　これに対して本実施形態に係るホログラム用データ生成システム１０は、図４に示すように、目標情報によって示される強度分布の種別（例えば、多点ビーム、非回折ビーム、ラゲールガウシアンモード、ソリッドパターン）に応じてホログラム用データを生成するためのアルゴリズム（計算ライブラリ）を自動判別して、ホログラム用データを生成する。このようにホログラム用データを生成することで、ＳＬＭ３１によって光の変調に用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
　決定部１２は、取得部１１によって取得された目標情報によって示される強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する決定手段である。決定部１２は、取得部１１によって取得された目標情報によって示される強度分布から、当該強度分布の種別を判断し、判断した種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定してもよい。強度分布の種別は、離散的な分布、出射光の進行方向の分布、及び円環状の分布の少なくとも何れかを含んでもよい。
　ホログラム用データの生成に用いる生成方法は、目標情報を入力としてホログラム用データを出力するアルゴリズムである。複数のアルゴリズムが予め用意されており、決定部１２は、複数のアルゴリズムから、目標情報に基づいてホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する。例えば、アルゴリズムは、予め計算ライブラリとして予めホログラム用データ生成システム１０に記憶されている。計算ライブラリは、随時アップデートされ最新のものにされてもよい。なお、決定部１２は、上記以外の生成方法の決定を行ってもよい。例えば、決定部１２は、以下のように生成方法を決定する。
　決定部１２は、取得部１１から目標情報を入力する。決定部１２は、入力した目標情報によって示される強度分布から、当該強度分布の種別を判断する。本実施形態における強度分布の種別は、多点ビーム、非回折ビーム、ラゲールガウシアンモード及びソリッドパターンである。決定部１２は、強度分布の種別がこれらの４つの何れに該当するかを判断する。
　多点ビームは、目標情報によって示される強度分布において、出射光の位置（強度が一定以上の位置、以下同様）が、不連続な複数の位置であり、それぞれの連続する出射光の強度分布がガウス分布である（ガウシアンプロファイル）である種別である。即ち、多点ビームは、離散的な分布である。例えば、図５（ａ）に示す強度分布が多点ビームである。非回折ビームは、目標情報によって示される強度分布において、光が進行方向に非回折で伝搬する種別である。即ち、非回折ビームは、出射光の進行方向の分布である。
　ラゲールガウシアンモードは、目標情報によって示される強度分布において、出射光の位置が円環状（リング状）の分布である種別である。例えば、図５（ｂ）に示す強度分布がラゲールガウシアンモードである。ソリッドパターンは、上記の何れの種別でもない種別である。例えば、図５（ｃ）に示す強度分布がソリッドパターンである。
　決定部１２は、例えば、以下のように強度分布の種別を判断する。決定部１２は、ｚ＝０での強度分布の画像（１枚目の画像）を、予め設定された閾値によって二値化し、出射光の輪郭（例えば、図５の各強度分布での破線）を検出する。決定部１２は、検出した輪郭によって示される、連続する出射光のグループが２以上か否かを判断する。決定部１２は、グループの数が２以上である場合、分岐パターンであるとし、グループの数が２以上でない場合、分岐パターンでないとする。例えば、図５（ａ）に示す強度分布は分岐パターンであると判断され、図５（ｂ）及び（ｃ）に示す強度分布は分岐パターンでないと判断される。
　強度分布が分岐パターンであると判断した場合、決定部１２は、連続する個々の出射光のグループの強度分布がガウシアンプロファイルであるか否かを判断する。連続する個々の出射光のグループの強度分布がガウシアンプロファイルであると判断した場合、決定部１２は、目標情報によって示される強度分布の種別が多点ビームであると判断する。
　強度分布が分岐パターンでないと判断した場合、又は連続する個々の出射光のグループの強度分布がガウシアンプロファイルでないと判断した場合、続いて、決定部１２は、目標情報にｚ＝Ｌでの強度分布の画像（２枚目の画像）が含まれるか否か（即ち、出射光の進行方向の複数の位置での強度分布か否か）を判断する。２枚目の画像が含まれると判断した場合、決定部１２は、目標情報によって示される強度分布の種別が非回折ビームであると判断する。
　２枚目の画像が含まれないと判断した場合、決定部１２は、強度分布の出射光の位置がリング状であるか否か（強度分布がリングパターンであるか否か）を判断する。なお、上記の判断は、例えば、上記の二値化された画像を用いて行われる。強度分布の出射光の位置が、リング状であると判断した場合、決定部１２は、目標情報によって示される強度分布の種別がラゲールガウシアンモードであると判断する。強度分布の出射光の位置が、リング状でないと判断した場合、決定部１２は、目標情報によって示される強度分布の種別がソリッドパターンであると判断する。強度分布（画像）に対する上記の各判断は、従来の画像処理の技術等によって行うことができる。
　決定部１２は、強度分布の種別と、ホログラム用データの生成に用いるアルゴリズムとを対応付けて記憶している。アルゴリズムは、対応する強度分布の種別に適したホログラム用データの生成が可能なものである。強度分布の種別に適したホログラム用データとは、実現されるホログラムによる出射光の強度分布が、より正確に目標情報によって示される強度分布となるものである。
　例えば、多点ビームには、Hidetomo　Takahashi　et　al．，“Holographic　femtosecond　laser　processing　using　optimal-rotation-angle　method　with　compensation　of　spatial　frequency　response　of　liquid　crystal　spatial　light　modulator”，Appl．Opt．46，5917-5923（2007）に示されるアルゴリズムが対応付けられる。非回折ビームには、Zhongsheng　Zhai　et　al．，“Tunable　Axicons　Generated　by　Spatial　Light　Modulator　with　High-Level　Phase　Computer-Generated Holograms”，Appl．Sci．10，5127（2020）に示されるアルゴリズムが対応付けられる。ラゲールガウシアンモードには、特開２００８－１３４４５０号公報に示されるアルゴリズムが対応付けられる。ソリッドパターンには、Fred　M．Dickey，Scott　C．Holswade，“Laser　Beam　Shaping　Theory　And　Techniques”，CRC　Press，（2000）の１４０ページ以降に示されるアルゴリズムが対応付けられる。
　決定部１２は、判断した強度分布の種別に対応付けられたアルゴリズムを、ホログラム用データの生成に用いるアルゴリズムとして決定（選択）する。決定部１２は、決定したアルゴリズムを生成部１３に通知する。
　なお、決定部１２による、強度分布の種別の判断は必ずしも上記のように行われる必要はなく、任意の方法で行われればよい。また、判断される強度分布の種別は、上記のものである必要はなく、ＳＬＭ３１において用いられるホログラムを適切なものにするものであれば、任意の種別でよい。また、種別毎のアルゴリズムは、上記以外のものが用いられてもよい。
　生成部１３は、決定部１２によって決定された生成方法によって、取得部１１によって取得された目標情報からホログラム用データを生成する生成手段である。生成部１３は、取得部１１から目標情報を入力する。生成部１３は、決定部１２からホログラム用データの生成に用いるアルゴリズムの通知を受ける。
　生成部１３は、決定部１２から通知されたアルゴリズム（計算ライブラリ）を読み出して、当該アルゴリズムによって、取得部１１から入力された目標情報からホログラム用データを生成する。上述したように、ホログラム用データの生成は、当該ホログラム用データによって実現されるホログラムによる出射光の強度分布が、目標情報によって示される出射光の強度分布となるように行われる。アルゴリズムを用いたホログラム用データの生成自体は、従来と同様に行われればよい。
　生成部１３は、生成したホログラム用データを出力する。例えば、生成部１３は、目標情報の送信元である制御装置４０に、生成したホログラム用データを送信する。制御装置４０では、ホログラム用データが受信される。ホログラム用データは、制御装置４０からレーザ加工機２０に含まれるＳＬＭ３１に入力されて、ＳＬＭ３１において光の変調のためのホログラムの実現に利用される。
　生成部１３は、目標情報以外の情報をホログラム用データの生成に利用してもよい。例えば、カメラ３５によって撮像されたＳＬＭ３１からの出射光の画像のデータＤ２（カメラ３５の計測データ）が、ホログラム用データの生成に利用されてもよい。この画像のデータＤ２は、制御装置４０からホログラム用データ生成システム１０に送信される。生成部１３は、画像のデータＤ２を受信して取得する。
　生成部１３は、画像のデータＤ２をホログラム用データの補正（修正）に用いる。例えば、図５（ａ）に示す多点ビームのそれぞれの強度を均一にするという目標情報の場合、レーザ光源又は光学素子等の経年変化等の影響を受け、一方に偏りが生じる場合がある。また、湿度及び温度等の環境も、ＳＬＭ３１からの出射光に影響を与える。この場合、カメラ３５の計測データをホログラム用データ生成システム１０にフィードバックして、例えば強い強度の部分は弱め、弱い強度の部分は強める、といった具合に補正を加えることで、目標情報に適したホログラム用データを生成することができる。また、この際、例えば、図２に示すレーザ加工機２０において、ミラー３３とレンズ３４との間の光路上に光学的又は機械的なシャッタを設けておき、最終的なホログラム用データが生成されるまでシャッタを閉じて、被加工材料５０に光が照射されないようにしてもよい。
　また、例えば、F.　Mezzapesa　et　al．，“High-resolution　monitoring　of　the　hole　depth　during　ultrafast　laser　ablation　drilling　by　diode　laser　self-mixing　interferometry”，Opt．Lett．36，822-824（2011）に記載されている光干渉計測を用いて被加工材料５０の加工状態をモニタリングして、その計測情報を元にホログラム用データを生成してもよい。また、生成部１３は、上記以外の情報（例えば、レーザ加工機２０のハードウェアに関する情報）もホログラム用データの生成に利用してもよい。以上が、本実施形態に係るホログラム用データ生成システム１０の機能である。
　引き続いて、図６及び図７のフローチャートを用いて、本実施形態に係るホログラム用データ生成システム１０で実行される処理（ホログラム用データ生成システム１０が行う動作方法）であるホログラム用データ生成方法を説明する。
　図６に示すように本処理では、まず、取得部１１によって目標情報が取得される（Ｓ０１、取得ステップ）。目標情報の取得は、例えば、制御装置４０から送信された目標情報を受信することで行われる。続いて、決定部１２によって、目標情報によって示される強度分布から当該強度分布の種別が判断される（Ｓ０２、決定ステップ）。
　図７のフローチャートを用いて、強度分布の種別を判断する処理を説明する。本処理では、まず、目標情報によって示される強度分布が分岐パターンであるか否かが判断される（Ｓ２１）。強度分布が分岐パターンであると判断された場合（Ｓ２１のＹＥＳ）、続いて、分岐された個々の強度分布がガウシアンプロファイルであるか否かが判断される（Ｓ２２）。分岐された個々の強度分布がガウシアンプロファイルであると判断された場合（Ｓ２２のＹＥＳ）、強度分布の種別が多点ビームであると判断される。
　分岐された個々の強度分布がガウシアンプロファイルでないと判断された場合（Ｓ２２のＮＯ）、又はＳ２１において強度分布が分岐パターンでないと判断された場合（Ｓ２１のＮＯ）、続いて、目標情報にｚ＝Ｌでの強度分布の画像（２枚目の画像）が含まれるか否かが判断される（Ｓ２３、Ｓ２５）。目標情報にｚ＝Ｌでの強度分布の画像（２枚目の画像）が含まれると判断された場合（Ｓ２３のＹＥＳ、Ｓ２５のＹＥＳ）、強度分布の種別が非回折ビームであると判断される。
　目標情報にｚ＝Ｌでの強度分布の画像（２枚目の画像）が含まれないと判断された場合（Ｓ２３のＮＯ、Ｓ２５のＮＯ）、続いて、強度分布の出射光の位置がリング状であるか否か（強度分布がリングパターンであるか否か）が判断される（Ｓ２４、Ｓ２６）。強度分布の出射光の位置がリング状である（強度分布がリングパターンである）と判断された場合（Ｓ２４のＹＥＳ、Ｓ２６のＹＥＳ）、強度分布の種別がラゲールガウシアンモードであると判断される。強度分布の出射光の位置がリング状でない（強度分布がリングパターンでない）と判断された場合（Ｓ２４のＮＯ、Ｓ２６のＮＯ）、強度分布の種別がソリッドパターンであると判断される。以上が、強度分布の種別を判断する処理である。
　続いて、図６に示すように決定部１２によって、強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法であるアルゴリズムが決定される（Ｓ０３、決定ステップ）。続いて、決定部１２によって決定されたアルゴリズムによって、取得部１１によって取得された目標情報から、生成部１３によってホログラム用データが生成される（Ｓ０４、生成ステップ）。生成されたホログラム用データは、生成部１３から出力される（Ｓ０５）。生成されたホログラム用データは、例えば、生成部１３から制御装置４０に送信されて、レーザ加工機２０に含まれるＳＬＭ３１においてホログラムの実現に利用される。本実施形態に係るホログラム用データ生成システム１０で実行される処理である。
　本実施形態では、ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布の種別に応じた、適切な生成方法によってホログラム用データが生成される。従って、本実施形態によれば、ＳＬＭ３１において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
　また、上述した実施形態のように、ホログラム用データ生成システム１０において、目標情報によって示される強度分布から、当該強度分布の種別を判断し、判断した種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定してもよい。この構成によれば、適切かつ確実に生成方法を決定することができる。その結果、確実にＳＬＭ３１において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。但し、必ずしも、ホログラム用データ生成システム１０において強度分布の種別を判断する必要はない。例えば、目標情報とあわせて当該目標情報によって示される強度分布の種別を示す情報を取得し、その情報を用いて生成方法を決定してもよい。
　また、上述したように強度分布の種別は、離散的な分布、出射光の進行方向の分布、及び円環状の分布の少なくとも何れかを含むこととしてもよい。この構成によれば、生成方法を決定するための強度分布の種別を適切なものとすることができる。その結果、確実に、ＳＬＭ３１において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
　なお、上述した実施形態では、強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法であるアルゴリズムを決定することとしていたが、取得される目標情報のデータフォーマットに応じてアルゴリズムを決定してもよい。例えば、取得される目標情報が、上述したものとは異なり、（ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｐｘ，ｐｙ）の６次元のデータである場合には、当該場合に応じたアルゴリズムとしてもよい。上記の６次元のデータのうち、（ｘ，ｙ，ｚ）は、強度分布を示すための空間の座標（位置）である。ｚは、光の進行方向における座標であり、ｘ，ｙは当該方向と垂直な面における座標である。ａは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置の明るさ（信号強度）を示す値である。ｐｘ，ｐｙは、（ｘ，ｙ，ｚ）の位置のｘ方向及びｙ方向の偏光を示す値である。
　目標情報が、上記の６次元のデータである場合には、例えば、ホログラム用データの生成に用いるアルゴリズムとして、Optik　35，235-346（1972）に示されるＧＳ（Gerchberg　and　Saxton）法が用いられる。このように目標情報のデータフォーマットに応じてアルゴリズムを決定することで、ＳＬＭ３１において用いられるホログラムを適切なものとすることができる。
　１０…ホログラム用データ生成システム、１１…取得部、１２…決定部、１３…生成部、２０…レーザ加工機、２１…レーザ光源、２２…ビーム整形光学系、２３…レンズ、３０…ＳＬＭモジュール、３１…ＳＬＭ、３２…結像光学系、３３…ミラー、３４…レンズ、３５…カメラ、４０…制御装置、５０…被加工材料。

Claims (4)

  1. 　空間光変調器において光の変調に用いられるホログラムを実現するためのホログラム用データを生成するホログラム用データ生成システムであって、
    　ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す目標情報を取得する取得手段と、
    　前記取得手段によって取得された目標情報によって示される強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する決定手段と、
    　前記決定手段によって決定された生成方法によって、前記取得手段によって取得された目標情報からホログラム用データを生成する生成手段と、
    を備えるホログラム用データ生成システム。
  2. 　前記決定手段は、前記取得手段によって取得された目標情報によって示される強度分布から、当該強度分布の種別を判断し、判断した種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する請求項１に記載のホログラム用データ生成システム。
  3. 　前記強度分布の種別は、離散的な分布、出射光の進行方向の分布、及び円環状の分布の少なくとも何れかを含む請求項１又は２に記載のホログラム用データ生成システム。
  4. 　空間光変調器において光の変調に用いられるホログラムを実現するためのホログラム用データを生成するホログラム用データ生成システムの動作方法であるホログラム用データ生成方法であって、
    　ホログラムからの出射光の目標である出射光の強度分布を示す目標情報を取得する取得ステップと、
    　前記取得ステップにおいて取得された目標情報によって示される強度分布の種別に応じて、ホログラム用データの生成に用いる生成方法を決定する決定ステップと、
    　前記決定ステップにおいて決定された生成方法によって、前記取得ステップにおいて取得された目標情報からホログラム用データを生成する生成ステップと、
    を含むホログラム用データ生成方法。
PCT/JP2022/043830 2022-03-10 2022-11-28 ホログラム用データ生成システム及びホログラム用データ生成方法 WO2023171050A1 (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001228449A (ja) * 2000-02-14 2001-08-24 Hamamatsu Photonics Kk レーザ集光装置及びレーザ加工装置
JP2006119427A (ja) * 2004-10-22 2006-05-11 Ricoh Co Ltd レーザ加工方法及びレーザ加工装置及びにこれよって作製された構造体
JP2021164953A (ja) * 2020-04-08 2021-10-14 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001228449A (ja) * 2000-02-14 2001-08-24 Hamamatsu Photonics Kk レーザ集光装置及びレーザ加工装置
JP2006119427A (ja) * 2004-10-22 2006-05-11 Ricoh Co Ltd レーザ加工方法及びレーザ加工装置及びにこれよって作製された構造体
JP2021164953A (ja) * 2020-04-08 2021-10-14 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

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