光調制控制方法、控制程序、控制裝置以及激光照射裝置制造方法

光調制控制方法、控制程序、控制裝置以及激光照射裝置制造方法
【專利摘要】在使用了空間光調制器的激光的聚光照射的控制中，取得激光的波長數(shù)、各個波長的值以及激光的入射條件(步驟S101)，設定聚光點數(shù)、以及各個聚光點上的聚光位置、波長、聚光強度(S104)，對于各個聚光點，導出由包含空間光調制器的光學系統(tǒng)賦予激光的失真相位圖案(S107)。然后，考慮失真相位圖案來設計呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案(S108)。另外，在調制圖案的設計中，使用著眼于一個像素中的相位值的影響的設計法并且在評價聚光點上的聚光狀態(tài)的時候使用加上了失真相位圖案的傳播函數(shù)。由此，實現(xiàn)了能夠適當?shù)貙崿F(xiàn)激光的聚光控制的光調制控制方法、程序、裝置以及激光照射裝置。
【專利說明】光調制控制方法、控制程序、控制裝置以及激光照射裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及由呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案來控制聚光照射到聚光點的激光的聚光照射的光調制控制方法、控制程序、控制裝置以及使用其的激光照射裝置。
【背景技術】[0002]以規(guī)定的聚光條件將激光照射到對象物的激光照射裝置例如可以作為激光加工裝置或者觀察激光的散射以及反射的激光顯微鏡等各種各樣的光學裝置來進行使用。另外，在這樣的激光照射裝置中使用相位調制型的空間光調制器(SLM:Spatial LightModulator)，并且具有設定和控制相對于對象物的激光的聚光照射條件的構成。
[0003]在使用了空間光調制器的激光照射裝置中，例如通過將由數(shù)值計算求得的全息圖(CGH:Computer Generated Hologram)呈現(xiàn)于空間光調制器,從而能夠控制相對于照射對象物的激光的聚光位置、聚光強度以及聚光形狀等的聚光照射條件(例如參照專利文獻I~5、非專利文獻I~7)。
[0004]現(xiàn)有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利申請公開2010-58128號公報
[0007]專利文獻2:日本專利申請公開2010-75997號公報
[0008]專利文獻3:日本專利第4300101號公報
[0009]專利文獻4:日本專利第4420672號公報
[0010]專利文獻5:日本專利申請公開2005-84266號公報
[0011]非專利文獻
[0012]非專利文獻1:J.Bengtsson, ^Kinoforms designed to producedifferentfan-out patterns for two wavelengths”，Appl.0pt.Vol.37N0.11 (1998)pp.2011-2020
[0013]非專利文獻2:Υ.0gura et al., “Wavelength-multiplexingdifTractivephase elements: design, fabrication, and performanceevaluation，，, J.0pt.Soc.Am.AVol.18N0.5(2001)pp.1082-1092
[0014]非專利文獻3:J.Bengtsson, “ Kinoform design withanoptimal-rotation-angle method” , Appl.0pt.Vol.33N0.29(1994)pp.6879-6884
[0015]非專利文獻 4:J.Bengtsson, “Design of fan-out kinoformsin the entirescalar diffraction regime with an optimal-rotation-angle method，，，Appl.0pt.Vol.36N0.32(1997)pp.8435-8444
[0016]非專利文獻5:N.Yoshikawa et al., “Phase optimizationof a kinoform bysimulated annealing”, Appl.0pt.Vol.33N0.5(1994)pp.863-868
[0017]非專利文獻6:Ν.Yoshikawa et al., “Quantized phase optimizationoftwo-dimensional Fourier kinoforms by a genetic algorithm”，Opt.Lett.Vol.20N0.7(1995)pp.752-754[0018]非專利文獻7:J.Leach et al., “Observation of chromaticeffects near awhite-light vortex，，，New Journal of Physics Vol.5 (2003) pp.154.1-154.7
[0019]非專利文獻8:S.W.Hell et al., “Breaking thediffraction resolutionlimit by stimulated emission:stimulated-emission—depletion fluorescencemicroscopy”，Opt.Lett.Vol.19N0.11 (1994)pp.780-782
[0020]非專利文獻9:D.Wildanger et al., “A STED microscopealigned bydesign”，Opt.Express Vol.17N0.18(2009)pp.16100-16110

【發(fā)明內容】

[0021 ] 發(fā)明所要解決的技術問題
[0022]在如以上所述使用了相位調制型的空間光調制器的激光的聚光照射中，能夠由呈現(xiàn)于空間光調制器的相位圖案以任意的聚光形狀將激光照射到任意的聚光位置。再有，作為空間光調制器，在使用可以動態(tài)地切換所呈現(xiàn)的調制用的相位圖案的LC0S(LiquidCrystal on Silicon)-SLM等的SLM的情況下,能夠擴大激光的聚光控制的自由度并可以實現(xiàn)各種各樣形式下的聚光照射條件的設定以及控制。
[0023]另一方面，在以上所述的LCOS-SLM等的空間光調制器中，會有由于構成空間光調制器的基板的形變等產生的相位偏移成為問題的情況。另外，即使是在除了空間光調制器之外的激光導光光學系統(tǒng)中同樣也會有發(fā)生相位偏移的可能性。這樣的相位偏移在聚光控制中成為問題，在此情況下，作為消除其影響的方法，提出了相對于呈現(xiàn)于SLM的CGH圖案Φα；Η將加上了修正相位偏移的失真修正圖案的相位圖案
[0024]Φ.= Φ CGH+ Φ cor
[0025]呈現(xiàn)于空間光調制器的方法(參照專利文獻4)。在這樣的方法中，如果將因由光學系統(tǒng)賦予的相位偏移等引起的失真相位圖案設為的話則失真修正圖案在理想上成為失真相位圖案的相反的相位圖案
[0026]Φε0R = -φ^ο
[0027]然而，在這樣的方法中，會有不能夠充分地獲得激光的聚光控制中的失真修正的精度的情況。作為這樣的例子，在相對于包含多個波長的光成分的激光由單一的空間光調制器進行聚光控制的情況下，在上述的方法中，相同的失真修正圖案相對于各個波長的激光成分發(fā)生作用，但是因為賦予激光的相位偏移根據波長而不同，所以在這樣的方法中，不能夠以充分的精度進行失真修正。這樣的聚光控制下的失真修正的精度的問題即使是在多個波長的激光的聚光照射以外的構成中也同樣會發(fā)生。
[0028]本發(fā)明是為了解決以上所述技術問題而悉心研究的結果，其目的在于提供一種能夠以充分的精度適當?shù)貙崿F(xiàn)使用了空間光調制器的激光的聚光控制中的失真修正的光調制控制方法、光調制控制程序、光調制控制裝置以及使用其的激光照射裝置。
[0029]解決問題的技術手段
[0030]為了達成這樣的目的，本發(fā)明所涉及的光調制控制方法的特征為:(1)是使用輸入激光并調制激光的相位從而輸出相位調制后的激光的相位調制型的空間光調制器，由呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案來控制聚光照射到被設定的聚光點的激光的聚光照射的光調制控制方法，具備:(2)照射條件取得步驟，作為激光的照射條件，取得輸入到空間光調制器的激光的波長的個數(shù)Xt (Xt為I以上的整數(shù))、Xt個波長λ χ (X = 1，……，Xt)以及入射到空間光調制器的各個波長的激光的入射條件；(3)聚光條件設定步驟，作為激光的聚光條件，設定聚光照射來自空間光調制器的激光的聚光點的個數(shù)St(st為I以上的整數(shù))、有關st個聚光點s (s = 1，……，st)的各個的聚光位置、聚光的激光的波長λ χ、聚光強度；(4)失真圖案導出步驟，對于St個聚光點S，導出相對于波長λ χ的激光包含由光學系統(tǒng)賦予的空間光調制器上的失真所引起的相位偏移的失真相位圖案；(5)調制圖案設計步驟，考慮由失真圖案導出步驟導出的失真相位圖案來設計呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案；(6)調制圖案設計步驟中，設想在空間光調制器中被二維排列的多個像素并著眼于呈現(xiàn)于多個像素的調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予聚光點上的激光的聚光狀態(tài)的影響，以其聚光狀態(tài)接近于所希望的狀態(tài)的方式變更相位值，通過對于調制圖案的所有像素進行這樣的相位值的變更操作從而設計調制圖案，并且在評價聚光點上的聚光狀態(tài)的時候，對于空間光調制器的調制圖案中的從像素j到聚光點s的波長λχ的光的傳播，使用將由失真圖案導出步驟導出的失真相位圖案<^_s-dis，x加到波動傳播函數(shù)小^吣的傳播函數(shù)Φ&χ’[0031]= Φ」3，χ+Φ』?，χ。
[0032]另外，本發(fā)明所涉及的光調制控制程序的特征為:(1)是用于在計算機中執(zhí)行光調制控制的程序，該光調制控制是使用輸入激光并調制激光的相位從而輸出相位調制后的激光的相位調制型的空間光調制器，由呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案來控制聚光照射到被設定的聚光點的激光的聚光照射的光調制控制；在計算機中執(zhí)行以下處理:(2)照射條件取得處理，作為激光的照射條件，取得輸入到空間光調制器的激光的波長的個數(shù)&(\為I以上的整數(shù))、Xt個波長λχ(Χ= 1，……，xt)以及入射到空間光調制器的各個波長
激光的入射條件；(3)聚光條件設定處理，作為激光的聚光條件，設定聚光照射來自空間光調制器的激光的聚光點的個數(shù)st (st為I以上的整數(shù))、有關St個聚光點s (s = 1，……，st)的各個的聚光位置、聚光的激光的波長λχ、聚光強度；(4)失真圖案導出處理，對于St個聚光點S，導出相對于波長λ χ的激光包含由光學系統(tǒng)賦予的空間光調制器上的失真所引起的相位偏移的失真相位圖案；(5)調制圖案設計處理，考慮由失真圖案導出處理導出的失真相位圖案來設計呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案；(6)調制圖案設計處理中，設想在空間光調制器中被二維排列的多個像素并著眼于呈現(xiàn)于多個像素的調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予聚光點上的激光的聚光狀態(tài)的影響，以其聚光狀態(tài)接近于所希望的狀態(tài)的方式變更相位值，通過對于調制圖案的所有像素進行這樣的相位值的變更操作從而設計調制圖案，并且在評價聚光點上的聚光狀態(tài)的時候，對于空間光調制器的調制圖案中的從像素j到聚光點s的波長λ χ的光的傳播，使用將由失真圖案導出處理導出的失真相位圖案加到波動傳播函數(shù)小^吣的傳播函數(shù)Φ&’
[0033]= Φ」3，χ+Φ』?，χ。
[0034]另外，本發(fā)明所涉及的光調制控制裝置的特征為:(1)是使用輸入激光并調制激光的相位從而輸出相位調制后的激光的相位調制型的空間光調制器，由呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案來控制聚光照射到被設定的聚光點的激光的聚光照射的光調制控制裝置；具備:(2)照射條件取得單元，作為激光的照射條件，取得輸入到空間光調制器的激光的波長的個數(shù)xt(xt為I以上的整數(shù))、Xt個波長λχ(χ= I,……，Xt)以及入射到空間光調制器的各個波長λ x的激光的入射條件；(3)聚光條件設定單元，作為激光的聚光條件，設定聚光照射來自空間光調制器的激光的聚光點的個數(shù)St(st為I以上的整數(shù))、有關St個聚光點S(s = 1，……，st)的各個的聚光位置、聚光的激光的波長λ χ、聚光強度；(4)失真圖案導出單元，對于St個聚光點S，導出相對于波長λ χ的激光包含由光學系統(tǒng)賦予的空間光調制器上的失真所引起的相位偏移的失真相位圖案；(5)調制圖案設計單元，考慮由失真圖案導出單元導出的失真相位圖案來設計呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案；(6)調制圖案設計單元中，設想在空間光調制器中被二維排列的多個像素并著眼于呈現(xiàn)于多個像素的調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予聚光點上的激光的聚光狀態(tài)的影響，以其聚光狀態(tài)接近于所希望的狀態(tài)的方式變更相位值，通過對于調制圖案的所有像素進行這樣的相位值的變更操作從而設計調制圖案，并且在評價聚光點上的聚光狀態(tài)的時候，對于空間光調制器的調制圖案中的從像素j到聚光點s的波長λ χ的光的傳播，使用將由失真圖案導出單元導出的失真相位圖案<^_s-dis，x加到波動傳播函數(shù)Φ&χ的傳播函數(shù)Φ&χ’
[0035](jiJsx，= Φ」3，χ+Φ』?，χ。[0036]在上述的光調制控制方法、控制程序以及控制裝置中，關于使用了空間光調制器的聚光照射到聚光點的激光的聚光照射，取得激光的波長數(shù)Xt、波長λ χ的值以及各個波長λ χ的激光的入射到空間光調制器的入射條件(例如入射振幅、入射相位)的信息并且設定包括激光的聚光點數(shù)st、以及各個聚光點s上的聚光位置、聚光的激光的波長λ χ、聚光強度的聚光條件。然后，關于各個聚光點S,導出相對于波長λ χ的激光由光學系統(tǒng)賦予的失真相位圖案、具體來說至少包含由于空間光調制器上的失真而引起的相位偏移的失真相位圖案，并考慮該失真相位圖案來設計調制圖案。由此，能夠適當?shù)剡M行相對于被聚光于各個聚光點S的波長λ χ的激光的失真修正。
[0037]再有，關于調制圖案的設計，具體來說，設想在空間光調制器中取決于多個像素的像素構造。然后，使用著眼于調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予聚光點s上的激光的聚光狀態(tài)的影響的設計方法，并且在波長λ χ的激光的聚光狀態(tài)的評價中不是就這樣使用從空間光調制器的像素j到聚光點s的傳播函數(shù)Φ，而是使用加上了被導出的失真相位圖案的傳播函數(shù)來評價聚光狀態(tài)。
[0038]根據這樣的構成，對于波長λ χ的激光的聚光照射到聚光點s的聚光控制，消除由包含空間光調制器的光學系統(tǒng)賦予的失真相位圖案的影響的失真修正用的相位圖案被可靠地編入到最終所獲得的調制圖案，因此，能夠以充分的精度適當?shù)貙崿F(xiàn)使用了空間光調制器的激光的聚光控制中的失真修正。
[0039]還有，作為空間光調制器，在使用具有被二維排列的多個像素并且分別在多個像素中調制激光的相位的空間光調制器的情況下，能夠就這樣將該像素構造適用于調制圖案的設計。另外，關于失真相位圖案，在不管聚光照射激光的聚光點s如何而僅依賴于波長λ χ來進行決定的情況下，可以對于各個波長λχ進行導出。
[0040]本發(fā)明所涉及的激光照射裝置的特征為，具備:(a)激光光源，提供\個(\為I以上的整數(shù))波長λχ的激光；(b)相位調制型的空間光調制器，輸入激光并調制激光的相位從而輸出相位調制后的激光；(C)上述構成的光調制控制裝置，由呈現(xiàn)于空間光調制器的調制圖案來控制聚光照射到被設定的St個(st為I以上的整數(shù))聚光點s的各個波長入χ的激光的聚光照射。
[0041]根據這樣的構成，通過由光調制控制裝置可靠地將消除由包含空間光調制器的光學系統(tǒng)賦予的失真相位圖案的影響的失真修正圖案編入到最終所獲得的調制圖案，從而能夠以充分的精度適當?shù)貙崿F(xiàn)激光的聚光控制中的失真修正，并且可以適當?shù)貙崿F(xiàn)相對于由照射對象物進行設定的聚光點S的激光的聚光照射、由該聚光照射進行的對象物的加工以及觀察等的操作。這樣的激光照射裝置能夠作為例如激光加工裝置、激光顯微鏡等來進行使用。還有，作為空間光調制器優(yōu)選使用具有被二維排列的多個像素并且在各個像素的各個中調制激光的相位的構成的空間光調制器。
[0042]發(fā)明的效果
[0043]根據本發(fā)明的光調制控制方法、控制程序、控制裝置以及使用其的激光照射裝置，對于使用了空間光調制器的聚光照射到聚光點的激光的聚光照射，取得激光的波長數(shù)、波長的值以及各個波長的激光的入射到空間光調制器的入射條件并且設定激光的聚光點數(shù)、以及各個聚光點上的聚光位置、聚光的激光的波長、聚光強度；對于各個聚光點，導出相對于聚光的波長的激光由包含空間光調制器的光學系統(tǒng)賦予的失真相位圖案并且考慮該失真相位圖案來設計調制圖案，并且在調制圖案的設計中使用著眼于調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予聚光點上的激光的聚光狀態(tài)的影響的設計方法，在激光的聚光狀態(tài)的評價中通過使用加上了失真相位圖案的傳播函數(shù)從而能夠以充分的精度適當?shù)貙崿F(xiàn)激光的聚光控制中的失真修正。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1是表示激光照射裝置的一個實施方式的構成的示意圖。
[0045]圖2是表示光調制控制裝置的構成一個例子的方塊圖。
[0046]圖3是表示光調制控制方法的一個例子的流程圖。
[0047]圖4是表示調制圖案的設計方法的一個例子的流程圖。
[0048]圖5是表示用于確認實驗的激光照射裝置的構成的示意圖。
[0049]圖6是表示由激光照射裝置進行的激光的聚光控制的一個例子的示意圖。
[0050]圖7是表示調制圖案的設計方法的其他例子的流程圖。
【具體實施方式】
[0051]以下，與附圖一起對本發(fā)明所涉及的光調制控制方法、控制程序、控制裝置以及激光照射裝置的實施方式進行詳細的說明。還有，在附圖的說明中將相同符號標注于相同要素，省略重復的說明。另外，附圖的尺寸比例并不一定與說明的對象物相一致。
[0052]首先，關于成為光調制控制的對象的包含空間光調制器的激光照射裝置的基本構成，與其構成例一起進行說明。圖1是表示包含光調制控制裝置的激光照射裝置的一個實施方式的構成的示意圖。本實施方式所涉及的激光照射裝置IA是相對于照射對象物42聚光照射激光的裝置，并且具備激光光源單元10、空間光調制器20、可動臺40。
[0053]在圖1所表示的構成中，照射對象物42被載置于在X方向、Y方向(水平方向)以及Z方向(垂直方向)上能夠移動地進行構成的可動臺40上。另外，在本裝置IA中，相對于該照射對象物42將用于進行觀察以及加工等的聚光點設定于規(guī)定位置，并且相對于該聚光點進行激光的聚光照射。
[0054]激光光源單元10作為提供xtf (Xt為I以上的整數(shù))波長λχ的激光(λχ =A1,……，λΛ)的激光光源來發(fā)揮功能。在本實施方式中，激光的波長的個數(shù)設定成Xt =
2。另外，激光光源單元10對應于該波長數(shù)而由提供波長λ i的激光的第I激光光源11和提供波長λ 2的激光的第2激光光源12來構成。
[0055]來自激光光源11的波長λ I的激光在被光束擴展器13擴展之后透過分色鏡15。另外，來自激光光源12的波長λ 2的激光在被光束擴展器14擴展并被反射鏡16反射之后被分色鏡15反射。由此，來自激光光源11、12的光束在分色鏡15上被合波，并成為包含波長λρ λ2的波長成分的激光。來自分色鏡15的激光通過棱鏡18的第I反射面18a被輸入到空間光調制器(SLM) 20。
[0056]空間光調制器20是相位調制型的空間光調制器，例如在其二維的調制面的各部對激光的相位實施調制并輸出相位調制后的激光。在此，如果將被輸入到空間光調制器20的激光的相位設為Φ?η并且將在空間光調制器20上被賦予的相位值設為的話則被輸出的激光的相位成為:
[0057]Φ out = Φ SLM+ Φ in。
[0058]作為該空間光調制器20優(yōu)選使用具有被二維排列的多個像素并且在多個像素的各個中調制激光的相位的空間光調制器。在這樣的構成中，在空間光調制器20上例如呈顯有CGH等的調制圖案，由該調制圖案控制聚光照射到被設定的聚光點的激光的聚光照射。另外，空間光調制器20通過光調制器驅動裝置28而被光調制控制裝置30驅動控制。關于光調制控制裝置30的具體構成等在后文中進行敘述。另外，作為空間光調制器20也可以使用不具備以上所述的像素構造的空間光調制器。
[0059]該空間光調制器20可以是反射型的空間光調制器也可以是透過型的空間光調制器。在圖1中反射型的空間光調制器被表示為空間光調制器20。另外，作為空間光調制器20可以列舉折射率改變材料型SLM(例如使用液晶的調制器中，LC0S(Liquid Crystalon Silicon) LCD (Liquid Crystal Display))、Segment Mirror 型 SLM、ContinuousDeformable Mirror型SLM等。這些SLM具有能夠動態(tài)性地切換所呈現(xiàn)的調制圖案的構成。另外，作為靜態(tài)地呈現(xiàn)調制圖案的空間光調制器20可以列舉D0E(Diffractive OpticalElement)等。還有，在DOE中包含離散性地表現(xiàn)相位的構件、或者使用后文所述方法來設計圖案并由濾除(smoothing)等轉換成連續(xù)圖案的構件。
[0060]作為調制圖案進行設計的CGH對應于空間光調制器20的構成，例如使用電子束曝光和蝕刻并在DOE上進行表現(xiàn)、或者在將相位圖案改變成電壓分布并具有像素構造的SLM上進行表示。還有，在用一個SLM來調制多個波長的激光的情況下，在現(xiàn)有的例子中主要使用能夠作為固定圖案來進行利用的DOE。
[0061]包含由空間光調制器20而被相位調制成規(guī)定的圖案并被輸出的波長λ 1、λ 2的波長成分的激光在棱鏡18的第2反射面18b上被反射，并被由反射鏡21以及透鏡22、23構成的4f光學系統(tǒng)傳播到由單一透鏡或者多個透鏡構成的物鏡25。于是，激光被該物鏡25聚光照射到被設定于臺40上的照射對象物42的表面或者內部的單一或者多個聚光點上。
[0062] 另外，本實施方式的激光照射裝置IA除了以上所述構成之外還進一步具備檢測部45、透鏡46、分色鏡47。分色鏡47在激光照射光學系統(tǒng)中被設置于構成4f光學系統(tǒng)的透鏡23與物鏡25之間。另外，成為由分色鏡47進行反射的來自照射對象物42的光通過透鏡46而入射到檢測部45的構成。[0063]由此，圖1的激光照射裝置IA作為將激光照射于照射對象物42即觀察樣品并且由檢測部45對來自樣品的反射光、散射光或者突光等實行觀察的激光掃描顯微鏡來進行構成。還有，關于相對于樣品的激光掃描其構成為由圖1中所表示的可動臺40而使照射對象物42移動，但是其構成也可以是例如固定該臺并將移動機構、檢流計反射鏡(galvanometer mirror)等設置于光學系統(tǒng)側。另外，作為激光光源11、12優(yōu)選使用例如飛秒激光光源等、提供脈沖激光的脈沖激光光源。另外，作為激光光源11、12也可以使用Cff(Continuous Wave)激光光源。
[0064]另外，關于激光照射裝置IA中的光學系統(tǒng)的構成，具體來說并不限定于圖1所表示的構成，可以使用各種各樣的構成。例如，在圖1中所表示的構成是由光束擴展器13、14來對激光實施擴展，但其構成也可以是使用空間頻率濾波器(spatial filter)與準直透鏡(collimating lens)的組合。另外，關于驅動裝置28其構成可以與空間光調制器20—體地設置。另外，關于由透鏡22、23構成的4f光學系統(tǒng)一般優(yōu)選使用由多個透鏡構成的雙遠心光學系統(tǒng)。
[0065]另外，關于被用于激光提供的激光光源單元10例示了由輸出各個波長λ” λ2的激光的激光光源11、12形成的構成，但是關于激光光源的構成，具體來說也可以使用各種各樣的構成。例如，關于激光的波長數(shù)Xt可以設定為3個以上。另外，也可以將激光作為單一波長(xt = D并使用單一的激光光源。
[0066]另外，在上述實施方式中例示了被用于細胞觀察等的激光掃描顯微鏡的構成，但是本激光照射裝置除了被用于激光掃描顯微鏡等激光顯微鏡之外還能夠適用于例如由相對于照射對象物42的激光的聚光照射而對對象物42的內部進行激光加工的激光加工裝置等各種各樣的裝置。另外，在由激光的聚光照射來對對象物42進行加工的情況下，作為其例子有由玻璃的內部加工進行的光學集成電路的制作等，但是關于對象物42的材質并不限于玻璃介質，例如能夠將硅內部或SiC等各種各樣的材質作為加工對象物。在上述構成中，能夠實現(xiàn)單一波長下的激光加工或者多個波長下同時進行的激光加工等。
[0067]在如圖1所示使用了空間光調制器20的激光照射裝置IA中，起因于構成空間光調制器20的基板的變形等，在被聚光照射于對象物42的激光中會有發(fā)生從所希望的相位圖案的相位偏移(像差)的情況。這樣的相位偏移的影響特別是在使用在空間光調制器20上能夠動態(tài)地切換所呈現(xiàn)的調制圖案的構成的情況下有變大的傾向。
[0068]關于這樣的相位偏移的影響，將作為空間光調制器20而使用LCOS-SLM的情況作為例子來進行說明。LCOS-SLM具有液晶被封入到硅基板與蒸鍍有ITO的玻璃基板之間的構造。硅基板具有像素構造，如果將電壓施加于像素的話則在像素上的液晶對應于電壓而會發(fā)生旋轉。在這樣的構成中，如果在每個地方改變施加到像素上的電壓V的話則能夠給予以下的式(I)
[0069][數(shù)I]
【權利要求】
1.一種光調制控制方法，其特征在于: 是使用輸入激光并調制所述激光的相位從而輸出相位調制后的激光的相位調制型的空間光調制器，由呈現(xiàn)于所述空間光調制器的調制圖案，控制向被設定的聚光點的所述激光的聚光照射的光調制控制方法， 具備: 照射條件取得步驟，作為所述激光的照射條件，取得輸入到所述空間光調制器的所述激光的波長的個數(shù)Xt、Xt個波長λ x以及向所述空間光調制器的各個波長的所述激光的入射條件，其中，Xt為I以上的整數(shù)； 聚光條件設定步驟，作為所述激光的聚光條件，設定聚光照射來自所述空間光調制器的所述激光的所述聚光點的個數(shù)St、有關St個聚光點s的各個的聚光位置、聚光的所述激光的波長λχ、聚光強度，其中，St為I以上的整數(shù)； 失真圖案導出步驟，對于所述St個聚光點S，導出相對于波長λ χ的所述激光包含由光學系統(tǒng)賦予的所述空間光調制器中的失真所引起的相位偏移的失真相位圖案； 調制圖案設計步驟，考慮由所述失真圖案導出步驟導出的所述失真相位圖案來設計呈現(xiàn)于所述空間光調制器的所述調制圖案， 所述調制圖案設計步驟中，設想在所述空間光調制器中被二維排列的多個像素，著眼于呈現(xiàn)于所述多個像素的所述調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予所述聚光點上的所述激光的聚光狀態(tài)的影響，以其聚光狀態(tài)接近于所希望的狀態(tài)的方式變更所述相位值，通過對于所述調制圖案的所有像素進行這樣的相位值的變更操作從而設計所述調制圖案， 并且在評價所述聚光點上的所述聚光狀態(tài)的時候，對于所述空間光調制器的所述調制圖案中的從像素j到所述聚光點s的波長λχ的光的傳播，使用將由所述失真圖案導出步驟導出的所述失真相位圖案<^_s-dis，x加到波動傳播函數(shù)小^吣的傳播函數(shù)Φ&χ’
2.如權利要求1所述的光調制控制方法，其特征在于: 所述照射條件取得步驟中，將所述激光的所述波長的個數(shù)Xt作為多個來進行設定。
3.如權利要求1或者2所述的光調制控制方法，其特征在于: 所述空間光調制器構成為能夠動態(tài)地切換所呈現(xiàn)的所述調制圖案。
4.如權利要求1~3中的任意一項所述的光調制控制方法，其特征在于: 所述調制 圖案設計步驟中，將向所述空間光調制器的所述像素j的波長λχ的所述激光的入射振幅設為~_in，x，將相位設為c^_in，x，將所述像素j中的相對于波長所述激光的相位值設為Φ。，由下述式Us,χ = As；xexp(i Φ3；χ)
=2jAj-1n，xexp(i Φ」3，χ，)
Χθχρ(?(Φ^ χ+Φ^?η；χ)) 來求得表示所述聚光點s上的波長λ χ的所述激光的所述聚光狀態(tài)的復振幅。
5.如權利要求1~4中的任意一項所述的光調制控制方法,其特征在于: 所述調制圖案設計步驟中，在所述調制圖案的所述像素j中的相位值的變更中，由基于表示所述聚光點s上的波長所述激光的所述聚光狀態(tài)的復振幅的相位Φ。、所述傳播函數(shù)φ」3，χ’、所述像素j中的變更前的相位值φ」，χ以及所述激光的入射相位小爿吣解析求得的值，變更所述相位值。
6.如權利要求1~4中的任意一項所述的光調制控制方法,其特征在于: 所述調制圖案設計步驟中，在所述調制圖案的所述像素j中的相位值的變更中，由使用爬山法、模擬退火法或者遺傳算法中的任意一種方法探索求得的值，變更所述相位值。
7.一種光調制控制程序，其特征在于: 是用于在計算機中執(zhí)行光調制控制的程序，該光調制控制是使用輸入激光并調制所述激光的相位從而輸出相位調制后的激光的相位調制型的空間光調制器，由呈現(xiàn)于所述空間光調制器的調制圖案來控制向被設定的聚光點的所述激光的聚光照射的光調制控制，在計算機中執(zhí)行以下處理: 照射條件取得處理，作為所述激光的照射條件，取得輸入到所述空間光調制器的所述激光的波長的個數(shù)xt、xt個波長λ x以及向所述空間光調制器的各個波長的所述激光的入射條件，其中，Xt為I以上的整數(shù)； 聚光條件設定處理，作為所述激光的聚光條件，設定聚光照射來自所述空間光調制器的所述激光的所述聚光點的個數(shù)St、以及有關St個聚光點s的各個的聚光位置、聚光的所述激光的波長λ x、聚光強度，其中，St為I以上的整數(shù)； 失真圖案導出處理，對于所述St個聚光點S，導出相對于波長λ χ的所述激光包含由光學系統(tǒng)賦予的所述空間光調制器上的失真所引起的相位偏移的失真相位圖案； 調制圖案設計處理，考慮由所述失真圖案導出處理導出的所述失真相位圖案來設計呈現(xiàn)于所述空間光調制器的所述調制圖案， 所述調制圖案設計處理中，設想在所述空間光調制器中被二維排列的多個像素，著眼于呈現(xiàn)于所述多個像素的所述調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予所述聚光點上的所述激光的聚光狀態(tài)的影響，以其聚光狀態(tài)接近于所希望的狀態(tài)的方式變更所述相位值，通過對于所述調制圖案的所有像素進行這樣的相位值的變更操作從而設計所述調制圖案， 并且在評價所述聚光點上的所述聚光狀態(tài)的時候，對于所述空間光調制器的所述調制圖案中的從像素j到所述聚光點s的波長λχ的光的傳播，使用將由所述失真圖案導出處理導出的所述失真相位圖案<^_s-dis，x加到波動傳播函數(shù)小^吣的傳播函數(shù)Φ&χ’
8.如權利要求7所述的光調制控制程序，其特征在于: 所述照射條件取得處理中，將所述激光的所述波長的個數(shù)Xt作為多個來進行設定。
9.如權利要求7或者8所述的光調制控制程序，其特征在于: 所述空間光調制器構成為能夠動態(tài)地切換所呈現(xiàn)的所述調制圖案。
10.如權利要求7~9中的任意一項所述的光調制控制程序，其特征在于: 所述調制圖案設計處理中，將向所述空間光調制器的所述像素j的波長λχ的所述激光的入射振幅設為~_in，x，將相位設為c^_in，x，將所述像素j中的相對于波長所述激光的相位值設為Φ。，由下述式Us,χ = As；xexp(i Φ3；χ)
=2jAj-1n，xexp(i Φ」3，χ，)Χθχρ(?(Φ^ χ+Φ^?η；χ)) 來求得表示所述聚光點s上的波長λ χ的所述激光的所述聚光狀態(tài)的復振幅。
11.如權利要求7~10中的任意一項所述的光調制控制程序，其特征在于: 所述調制圖案設計處理中，在所述調制圖案的所述像素j中的相位值的變更中，由基于表示所述聚光點s上的波長所述激光的所述聚光狀態(tài)的復振幅的相位Φ。、所述傳播函數(shù)Φ」3，χ’、所述像素j中的變更前的相位值Φ」，χ以及所述激光的入射相位小爿吣解析求得的值，變更所述相位值。
12.如權利要求7~10中的任意一項所述的光調制控制程序，其特征在于: 所述調制圖案設計處理中，在所述調制圖案的所述像素j中的相位值的變更中，由使用爬山法、模擬退火法或者遺傳算法中的任意一種方法探索求得的值，變更所述相位值。
13.—種光調制控制裝置，其特征在于: 是使用輸入激光并調制所述激光的相位從而輸出相位調制后的激光的相位調制型的空間光調制器，由呈現(xiàn)于所述空間光調制器的調制圖案來控制向被設定的聚光點的所述激光的聚光照射的光調制控制裝置， 具備: 照射條件取得單元，作為所述激光的照射條件，取得輸入到所述空間光調制器的所述激光的波長的個數(shù)Xt、Xt個波長λ x以及向所述空間光調制器的各個波長的所述激光的入射條件，其中，Xt為I以上的整數(shù)； 聚光條件設定單元，作為所述激光的聚光條件，設定聚光照射來自所述空間光調制器的所述激光的所述聚光點的個數(shù)St、以及有關St個聚光點s的各個的聚光位置、聚光的所述激光的波長λ x、聚光強度，其中，St為I以上的整數(shù)； 失真圖案導出單元，對于所述St個聚光點S，導出相對于波長λ χ的所述激光包含由光學系統(tǒng)賦予的所述空間光調制器上的失真所引起的相位偏移的失真相位圖案； 調制圖案設計單元，考慮由所述失真圖案導出單元導出的所述失真相位圖案來設計呈現(xiàn)于所述空間光調制器的所述調制圖案， 所述調制圖案設計單元中，設想在所述空間光調制器中被二維排列的多個像素，著眼于呈現(xiàn)于所述多個像素的所述調制圖案的一個像素中的相位值的變更給予所述聚光點上的所述激光的聚光狀態(tài)的影響，以其聚光狀態(tài)接近于所希望的狀態(tài)的方式變更所述相位值，通過對于所述調制圖案的所有像素進行這樣的相位值的變更操作從而設計所述調制圖案， 并且在評價所述聚光點上的所述聚光狀態(tài)的時候，對于所述空間光調制器的所述調制圖案中的從像素j到所述聚光點s的波長λ χ的光的傳播，使用將由所述失真圖案導出單元導出的所述失真相位圖案<^_s-dis，x加到波動傳播函數(shù)小^吣的傳播函數(shù)Φ&χ’
14.如權利要求13所述的光調制控制裝置，其特征在于: 所述照射條件取得單元中，將所述激光的所述波長的個數(shù)Xt作為多個來進行設定。
15.如權利要求13或者14所述的光調制控制裝置，其特征在于: 所述空間光調制器構成為能夠動態(tài)地切換所呈現(xiàn)的所述調制圖案。
16.如權利要求13~15中的任意一項所述的光調制控制裝置，其特征在于:所述調制圖案設計單元中，將向所述空間光調制器的所述像素j的波長λχ的所述激光的入射振幅設為~_in，x，將相位設為ΦΜη，χ，將所述像素j中的相對于波長所述激光的相位值設為Φ。，由下述式Us,X = As；xexp(i Φ3；χ)
=2jAj-1n，xexp(i Φ」3，χ，)
Χθχρ(?(Φ^ χ+Φ^?η；χ)) 來求得表示所述聚光點s上的波長λ χ的所述激光的所述聚光狀態(tài)的復振幅。
17.如權利要求13~16中的任意一項所述的光調制控制裝置，其特征在于: 所述調制圖案設計單元中，在所述調制圖案的所述像素j中的相位值的變更中，由基于表示所述聚光點s上的波長所述激光的所述聚光狀態(tài)的復振幅的相位Φ。、所述傳播函數(shù)Φ」3，χ’、所述像素j中的變更前的相位值Φ」，χ以及所述激光的入射相位小爿吣解析求得的值，變更所述相位值。
18.如權利要求1 3~16中的任意一項所述的光調制控制裝置，其特征在于: 所述調制圖案設計單元中，在所述調制圖案的所述像素j中的相位值的變更中，由使用爬山法、模擬退火法或者遺傳算法中的任意一種方法探索求得的值，變更所述相位值。
19.如權利要求13~18中的任意一項所述的光調制控制裝置，其特征在于: 具備驅動控制所述空間光調制器并將由所述調制圖案設計單元設計的所述調制圖案呈現(xiàn)于所述空間光調制器的光調制器驅動控制單元。
20.一種激光照射裝置，其特征在于: 具備: 激光光源，提供xt個波長λ x的激光，其中，xt為I以上的整數(shù)； 相位調制型的空間光調制器，輸入所述激光并調制所述激光的相位從而輸出相位調制后的激光； 權利要求13~19中的任意一項所述的光調制控制裝置，由呈現(xiàn)于所述空間光調制器的調制圖案來控制向被設定的St個聚光點s的各個波長λ χ的所述激光的聚光照射，其中，st為I以上的整數(shù)。
【文檔編號】G02F1/01GK103917914SQ201280053084
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權日:2011年10月26日
【發(fā)明者】松本直也, 瀧口優(yōu), 安藤太郎, 大竹良幸, 井上卓, 大津知子, 豐田晴義 申請人:浜松光子學株式會社