DE112013005399T5

DE112013005399T5 - Lichtmodulationsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013005399T5
Application number: DE112013005399.3T
Authority: DE
Inventors: Yuu Takiguchi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: JPWO2014077092A1; WO2014077092A1; US9798165B2; DE112013005399B4; JP6185478B2; US20160274384A1

Abstract

Es wird eine Lichtmodulationsvorrichtung geschaffen, die in der Lage ist, die Intensitätsverteilung und den Polarisationszustand zu steuern, und die Verkleinerung ermöglicht. Die Lichtmodulationsvorrichtung 1A enthält einen ersten räumlichen Lichtmodulator 20, ein Loch-Element 40 und einen zweiten räumlichen Lichtmodulator 50. Der räumliche Lichtmodulator 20 hat eine Phasenmodulations-Ebene 20a, auf der ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation angezeigt wird, und erzeugt moduliertes Licht P2. Das Loch-Element 40 weist ein Lichtdurchlassloch 41 auf, das eine Lichtkomponente erster Ordnung des modulierten Lichtes P2 durchlässt und eine Lichtkomponente nullter Ordnung des modulierten Lichtes P2 blockiert. Der räumliche Lichtmodulator 50 hat eine Polarisationsmodulations-Ebene 50a, die den Polarisationszustand des modulierten Lichtes P2 steuert, das über das Lichtdurchlassloch 41 des Loch-Elementes 40 auf die Polarisationsmodulations-Ebene 50a auftrifft, und erzeugt moduliertes Licht P3.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtmodulationsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Nicht-Patentdokument 1 offenbart eine optische Vorrichtung, die zwei räumliche Lichtmodulatoren enthält. Bei dieser optischen Vorrichtung ist ein räumlicher Lichtmodulator von einem Phasenmodulations-Typ, und der andere räumliche Lichtmodulator ist von einem Polarisationsmodulations-Typ. Diese räumlichen Lichtmodulatoren sind über ein telezentrisches optisches System optisch gekoppelt.
Liste der Anführungen
Patentdokumente
Patentdokument 1:
Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2005-135479
Nicht-Patentdokumente
Nicht-Patentdokument 1:
Michael R. Beversluis, Lukas Novotny und Stephan J. Stranick, ”Programmable vector pointspread function engineering,” Optics Express, Vol. 14, Nr. 7, 3. April 2006, Seiten 2650–2656
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In jüngster Zeit sind Studien zum Erzeugen von Beleuchtungslicht für ein Objekt für mikroskopische Zwecke oder von Laserlicht zum Einsatz bei Laserbearbeitung mittels modulierten Lichtes unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators angestellt worden. Bei diesem Verfahren können, indem der Anzeigeinhalt des räumlichen Lichtmodulators gesteuert wird, eine Intensitätsverteilung und ein Polarisationszustand usw. von Licht, mit dem ein Betrachtungsobjekt oder ein Bearbeitungsobjekt bestrahlt bzw. beleuchtet wird, frei gesteuert werden. Bisher waren jedoch eine Vorrichtung, die Intensitätsmodulation mittels eines räumlichen Lichtmodulators durchführt, und eine Vorrichtung, die Polarisationsmodulation mittels eines räumlichen Lichtmodulators durchführt, voneinander unabhängige Vorrichtungen, und es besteht ein Problem dahingehend, dass, wenn diese in Kombination eingesetzt werden, eine Vorrichtung mit großen Abmessungen entsteht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lichtmodulationsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, die Intensitätsverteilung und den Polarisationszustand zu steuern, und die Verkleinerung ermöglicht.
Lösung des Problems
Eine erste Lichtmodulationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform enthält einen ersten räumlichen Lichtmodulator, der eine erste Phasenmodulations-Ebene enthält, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit dem ein sogenanntes Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation an der ersten Phasenmodulations-Ebene angezeigt wird und auf der ersten Phasenmodulations-Ebene auftreffendes Licht in jedem der Vielzahl von Bereichen phasenmoduliert wird, um erstes moduliertes Licht zu erzeugen, ein Element, das ein Lichtdurchlassloch enthält, durch das eine Lichtkomponente n-ter Ordnung (n ist eine von 0 verschiedene, ganze Zahl) des ersten modulierten Lichtes durchgelassen wird und eine Lichtkomponente nullter Ordnung des ersten modulierten Lichtes blockiert wird, sowie einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der eine Polarisationsmodulations-Ebene enthält, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit dem das über das Lichtdurchlassloch des Elementes auf der Polarisationsmodulations-Ebene auftreffende erste modulierte Licht hinsichtlich des Polarisationszustandes in jedem der Vielzahl von Bereichen moduliert wird, um zweites moduliertes Licht zu erzeugen.
Des Weiteren enthält eine zweite Lichtmodulationsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform einen ersten räumlichen Lichtmodulator, der eine erste Phasenmodulations-Ebene enthält, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit denen ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation an der ersten Phasenmodulations-Ebene angezeigt wird, und auf der ersten Phasenmodulations-Ebene auftreffendes Licht in jedem der Vielzahl von Bereichen phasenmoduliert wird, um erstes moduliertes Licht zu erzeugen, ein Element, das ein Lichtdurchlassloch enthält, durch das eine Lichtkomponente n-ter Ordnung (n ist eine von 0 verschiedene, ganze Zahl) des ersten modulierten Lichtes durchgelassen wird und eine Lichtkomponente nullter Ordnung des ersten modulierten Lichtes blockiert wird, einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der eine zweite Phasenmodulations-Ebene enthält, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit dem das das Lichtdurchlassloch des Elementes auf der zweiten Phasenmodulations-Ebene über auftreffende erste modulierte Licht in jedem der Vielzahl von Bereichen phasenmoduliert wird, und eine Phasenplatte, die auf einem optischen Weg des ersten modulierten Lichtes zwischen dem Element und der zweiten Phasenmodulations-Ebene sowie auf einem optischen Weg des von der zweiten Phasenmodulations-Ebene ausgegebenen zweiten modulierten Lichtes angeordnet ist, oder eine erste Phasenplatte, die auf einem optischen Weg des ersten modulierten Lichtes zwischen dem Element und der zweiten Phasenmodulations-Ebene angeordnet ist, und eine zweite Phasenplatte, die auf einem optischen Weg des von der zweiten Phasenmodulations-Ebene ausgegebenen zweiten modulierten Lichtes angeordnet ist.
Des Weiteren kann bei der ersten und der zweiten Lichtmodulationsvorrichtung auf der ersten Phasenmodulations-Ebene eine Phasenverteilung zum Durchführen von Phasenmodulation des ersten modulierten Lichtes in jedem der Vielzahl von Bereichen mit dem Kinoform überlagert und angezeigt werden.
Des Weiteren können die erste und die zweite Lichtmodulationsvorrichtung weiterhin ein beidseitig telezentrisches optisches System vom Kepler-Typ enthalten, das den ersten räumlichen Lichtmodulator und den zweiten räumlichen Lichtmodulator optisch koppelt, und kann das Element auf einem optischen Weg des ersten modulierten Lichtes zwischen einem Paar Linsen angeordnet sein, die das beidseitig telezentrische optische System bilden.
Des Weiteren können die erste und die zweite Lichtmodulationsvorrichtung des Weiteren eine Lichtquelle enthalten, mit der Licht mit linearer Polarisation zu der ersten Phasenmodulations-Ebene des ersten räumlichen Lichtmodulators hin ausgegeben wird.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Lichtmodulationsvorrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, die Intensitätsverteilung und den Polarisationszustand zu steuern, und die Verkleinerung ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau einer Lichtmodulationsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen räumlichen Lichtmodulator vom LCOS-Typ als ein Beispiel für einen räumlichen Lichtmodulator der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Blockschaltbild, das einen Innenaufbau eines Steuerabschnitts der ersten Ausführungsform zeigt.
4 enthält Ansichten, die schematisch den sonstigen Aufbau der ersten Ausführungsform zeigen.
5 enthält Bilder, die Lichtintensitätsverteilungen innerhalb einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse von moduliertem Licht zeigen.
6 ist ein Bild, das eine Lichtintensitätsverteilung innerhalb einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse von moduliertem Licht beim Durchführen von Polarisationsmodulation in einem räumlichen Lichtmodulator zeigt.
7 ist ein Bild, das sich ergibt, wenn ein Polarisator vor einem zweidimensionalen Bildsensor angeordnet ist und nur eine horizontale Polarisationskomponente erfasst wird.
8 enthält Bilder, die verschiedene Beispiele für Polarisationsmodulation zeigen.
9 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Laser-Bearbeitungssystems als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Laser-Bearbeitungssystems als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Laser-Bearbeitungssystems als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Laser-Bearbeitungssystems als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Betrachtungssystems als eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Betrachtungssystems als eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Betrachtungssystems als eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine Ansicht, die einen Aufbau eines Betrachtungssystems als eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden des Weiteren die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und sich wiederholende Beschreibung wird weggelassen.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau einer Lichtmodulationsvorrichtung 1A gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Lichtmodulationsvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform enthält, wie in 1 gezeigt, eine Lichtquelle 10, einen ersten räumlichen Lichtmodulator (räumlicher Lichtmodulator, SLM) 20, ein optisches System 30, ein Loch-Element 40, einen zweiten räumlichen Lichtmodulator (SLM) 50 sowie einen Steuerabschnitt 60.
Die Lichtquelle 10 gibt Licht P1 in Richtung einer Phasenmodulations-Ebene 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 aus. Das Licht P1 hat vorzugsweise lineare Polarisation und ist beispielsweise Laserlicht. Des Weiteren handelt es sich bei dem Licht P1 um paralleles (kollimiertes) Licht. Die Lichtquelle 10 enthält ein optisches System zum Kollimieren des Lichtes P1. Des Weiteren bestehen keine speziellen Beschränkungen hinsichtlich der Wellenlänge des Lichtes P1, sondern diese ist vorteilhafterweise eine Wellenlänge, die zulässt, dass in dem weiter unten beschriebenen räumlichen Lichtmodulator 20 eine Phasenmodulationsbreite von (rad) oder mehr gewährleistet wird.
Der erste räumliche Lichtmodulator 20 ist ein räumlicher Lichtmodulator vom Phasenmodulations-Typ. Der räumliche Lichtmodulator 20 hat eine erste Phasenmodulations-Ebene 20a, die eine Vielzahl von Bereichen (Pixel) einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. Der räumliche Lichtmodulator 20 erzeugt erstes moduliertes Licht P2, indem er die Phase des Lichtes P1 in jedem der Vielzahl von Bereichen moduliert. Auf der Phasenmodulations-Ebene 20a wird entsprechend einem von dem Steuerabschnitt 60 bereitgestellten Steuersignal Sa ein Kinoform angezeigt. Dieses Kinoform ist ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation des modulierten Lichtes P2 und schließt jeweils Beugungsgitter-Phasenwerte für die Vielzahl von Bereichen ein, so dass das modulierte Licht P2 eine vorgegebene Intensitätsverteilung hat. Des Weiteren kann auf der Phasenmodulations-Ebene 20a eine Phasenverteilung zum Durchführen von Phasenmodulation des modulierten Lichtes P2 in jedem der Vielzahl von Bereichen mit der oben beschriebenen Kinoform überlagert und angezeigt werden. Diese Phasenverteilung schließt gewünschte Phasenwerte ein, die individuell jeweils für die Vielzahl von Bereichen festgelegt werden. Des Weiteren kann auf der Phasenmodulations-Ebene 20a ein Wellenfront-Phasenverzerrungs-Korrekturmuster zum Korrigieren von Wellenfront-Phasenverzerrung, die in dem räumlichen Lichtmodulator 20 und/oder dem weiter unten beschriebenen zweiten räumlichen Lichtmodulator 50 erzeugt wird, mit dem oben beschriebenen Kinoform überlagert und angezeigt werden. Bei einem Beispiel ist der Phasenwert, der in jedem Bereich der Phasenmodulations-Ebene 20a angezeigt wird, ein Wert, für den ein Beugungsgitter-Phasenwert, ein gewünschter Phasenwert und ein Wellenfront-Phasenverzerrungs-Korrekturwert addiert werden. Des Weiteren kann das Wellenfront-Phasenverzerrungs-Korrekturmuster ein Muster zum Korrigieren von Phasenverzerrung sein, die in dem optischen System als Ganzes oder einem Teil des optischen Systems erzeugt wird. Des Weiteren kann es ein Muster zum Korrigieren einer Phasenänderung sein, die in dem räumlichen Lichtmodulator 50 erzeugt wird. Des Weiteren kann in dem räumlichen Lichtmodulator 20 das oben beschriebene Kinoform mit einer gewünschten Phasenverteilung (Phasenmuster) überlagert werden.
2 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen räumlichen Lichtmodulator vom LCOS-Typ als ein Beispiel des räumlichen Lichtmodulators 20 der vorliegenden Erfindung zeigt, und die einen Schnitt entlang einer optischen Achse des Lichtes P1 zeigt. Der räumliche Lichtmodulator 20 enthält ein transparentes Substrat 21, ein Silizium-Substrat 22, eine Vielzahl von Pixel-Elektroden 23, eine Flüssigkristallschicht 24, eine transparente Elektrode 25, sogenannte Alignment-Schichten (alignment films) 26a und 26b, einen dielektrischen Spiegel 27 sowie einen Abstandshalter 28. Das transparente Substrat 21 besteht aus einem Material, das Licht P1 durchlässt, und ist entlang einer Hauptfläche des Silizium-Substrats 22 angeordnet. Die Vielzahl von Pixel-Elektroden 23 ist in einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Gittermuster auf der Hauptfläche des Silizium-Substrats 22 angeordnet und bildet jeweilige Pixel des räumlichen Lichtmodulators 20. Die transparente Elektrode 25 ist an einer Fläche des transparenten Substrats 21 angeordnet, die der Vielzahl der Pixel-Elektroden 23 gegenüberliegt. Die Flüssigkristallschicht 24 ist zwischen der Vielzahl von Pixel-Elektroden 23 und der transparenten Elektrode 25 angeordnet. Die Alignment-Schicht 26a ist zwischen der Flüssigkristallschicht 24 und der transparenten Elektrode 25 angeordnet, und die Alignment-Schicht 26b ist zwischen der Flüssigkristallschicht 24 und der Vielzahl von Pixel-Elektroden 23 angeordnet. Der dielektrische Spiegel 27 ist zwischen der Alignment-Schicht 26b und der Vielzahl von Pixel-Elektroden 23 angeordnet. Der dielektrische Spiegel 27 reflektiert das Licht P1, das von dem transparenten Substrat 21 auftrifft und durch die Flüssigkristallschicht 24 durchgelassen wird, so dass es erneut über das transparente Substrat 21 ausgegeben wird.
Des Weiteren enthält der räumliche Lichtmodulator 20 eine Pixel-Elektrodenschaltung (Aktivmatrix-Ansteuerschaltung) 29, die Spannungen steuert, die zwischen der Vielzahl von Pixel-Elektroden 23 und der transparenten Elektrode 25 angelegt werden. Wenn von der Pixel-Elektrodenschaltung 29 Spannung an eine beliebige Pixel-Elektrode 23 angelegt wird, ändert sich der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 24 an der Pixel-Elektrode 23 entsprechend der Stärke eines zwischen der Pixel-Elektrode 23 und der transparenten Elektrode 25 erzeugten elektrischen Feldes. So ändert sich die optische Weglänge des optischen Weges des Lichtes P1, das durch den entsprechenden Abschnitt der Flüssigkristallschicht 24 durchgelassen wird, und dementsprechend ändert sich die Phase des Lichtes P1. Des Weiteren kann, indem Spannungen unterschiedlicher Stärke an die Vielzahl von Pixel-Elektroden 23 angelegt werden, eine räumliche Verteilung des Phasenmodulations-Maßes elektrisch geschrieben werden, und je nach Notwendigkeit können verschiedene Phasenmuster, wie beispielsweise Kinoforme, angezeigt werden.
Des Weiteren ist der räumliche Lichtmodulator 20 nicht auf ein elektrisch adressierbares Flüssigkristallelement beschränkt, wie es in 2 dargestellt ist, und er kann beispielsweise ein optisch adressierbares Flüssigkristallelement oder ein Lichtmodulator in Form eines verformbaren Spiegels sein. Des Weiteren ist in 2 ein räumlicher Lichtmodulator 20 vom Reflexions-Typ dargestellt, der räumliche Lichtmodulator 20 der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch vom Durchlass-Typ sein. Des Weiteren kann zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 20 und der Lichtquelle 10 ein optisches System vorhanden sein, das eine optische Komponente, wie beispielsweise einen Strahlaufweiter und/oder ein Raumfilter, enthält.
Das optische System enthält ein beidseitig telezentrisches optisches System vom Kepler-Typ, das den räumlichen Lichtmodulator 20 und den räumlichen Lichtmodulator 50 optisch koppelt. Das heißt, das optische System 30 weist ein aus einer vorderen Linse 31 und einer hinteren Linse 32 bestehendes Paar auf, und die vordere Linse 31 und die hintere Linse 32 bilden ein afokales optisches System vom Kepler-Typ (optisches System mit 4f-Aufbau). Das heißt, die optische Weglänge zwischen der vorderen Linse 31 und der hinteren Linse 32 entspricht im Wesentlichen einer Summe (f₁ + f₂) einer Brennweite f₁ der vorderen Linse 31 und einer Brennweite f₂ der hinteren Linse 32. Des Weiteren steht, da das oben beschriebene optische System 30 ein optisches System ist, das beidseitig telezentrisch ist, eine Brennebene der hinteren Linse 32 in einer konjugierten Beziehung zu der Phasenmodulations-Ebene 20a des räumlichen Lichtmodulators 20. Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Polarisationsmodulations-Ebene 50a des räumlichen Lichtmodulators 50 auf der Brennebene der hinteren Linse 32 angeordnet.
Das optische System 30 kann so eingerichtet sein, dass die Brennweite der vorderen Linse 31 oder/und der hinteren Linse 32 geändert werden kann. Beispielsweise ermöglichen es die Fertigung einer Vielzahl vorderer Linsen 31 (oder hinterer Linsen 32), deren Brennweiten sich voneinander unterscheiden, und selektives Einsetzen dieser Linsen vorteilhafterweise Realisierung einer derartigen Konfiguration. Des Weiteren kann mit dem optischen System 30 mit einer derartigen Konfiguration die laterale Vergrößerung des modulierten Lichtes P2 beliebig geändert werden. Weiterhin wird, da sich bei einer derartigen Konfiguration auch die Abbildungsposition des modulierten Lichtes P2 ändert, vorzugsweise die optische Weglänge zwischen der Phasenmodulations-Ebene 20a und der Polarisationsmodulations-Ebene 50a mit einer Änderung der Brennweite geändert.
Des Weiteren weist das optische System 30 der vorliegenden Ausführungsform weiterhin reflektierende Spiegel 33 und 34 auf. Die reflektierenden Spiegel 33 und 34 sind optische Komponenten, mit denen die Lichtmodulationsvorrichtung 1A verkleinert wird, und sie sind in Reihe in einer Richtung angeordnet, die eine Richtung der optischen Achse des Lichtes P1 kreuzt. Der reflektierende Spiegel 33 reflektiert das von der Phasenmodulations-Ebene 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 ausgegebene und durch die vordere Linse 31 hindurchgetretene modulierte Licht P2 zu dem reflektierenden Spiegel 34 hin. Des Weiteren reflektiert der reflektierende Spiegel 34 das modulierte Licht P2, das von dem reflektierenden Spiegel 33 auftrifft, in Richtung der Polarisationsmodulations-Ebene 50a des räumlichen Lichtmodulators 50, der in der Nähe des räumlichen Lichtmodulators 20 angeordnet ist. Dieses modulierte Licht P2 tritt auf einem optischen Weg zwischen dem reflektierenden Spiegel 34 und der Polarisationsmodulations-Ebene 50a durch die hintere Linse 32 hindurch.
Das von der Phasenmodulations-Ebene 20a ausgegebene modulierte Licht P2 enthält eine Lichtkomponente nullter Ordnung und eine Lichtkomponente n-ter Ordnung (n ist eine von 0 verschiedene ganze Zahl), die entsprechend einem Beugungsmuster eines Kinoform erzeugt werden, das auf der Phasenmodulations-Ebene 20a angezeigt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird das von der Phasenmodulations-Ebene 20a ausgegebene modulierte Licht P2 einmal zwischen der vorderen Linse 31 und der hinteren Linse 32 fokussiert. Das Loch-Element 40 ist auf einem optischen Weg des modulierten Lichtes P2 zwischen der vorderen Linse 31 und der hinteren Linse 32 angeordnet und zwar vorzugsweise so, dass sich seine Position in der Richtung der optischen Achse mit einer Fokussierposition der Lichtkomponente n-ter Ordnung des modulierten Lichtes P2 überlappt. Das Loch-Element 40 weist beispielsweise ein Lichtdurchlassloch 41 auf, das eine optische Öffnung ist, die eine Lichtkomponente erster Ordnung des modulierten Lichtes P2 durchlässt, und die Lichtkomponente nullter Ordnung blockiert, die nicht durch das Lichtdurchlassloch 41 hindurchtreten kann.
Das Lichtdurchlassloch 41 hat vorteilhafterweise einen Innendurchmesser, der ausreichendes Blockieren der Lichtkomponente nullter Ordnung und ausreichendes Durchlassen der Lichtkomponente n-ter Ordnung zulässt. Das Loch-Element 40 kann des Weiteren einen Mechanismus zum Regulieren des Innendurchmessers des Lichtdurchlasslochs 41 haben. Des Weiteren kann das Loch-Element 40 weiterhin einen Mechanismus aufweisen, mit dem die Position des Lichtdurchlasslochs 41 in einer Ebene, die eine optische Achse der Lichtkomponente n-ter Ordnung kreuzt, so reguliert wird, dass die Positionen der optischen Achse der Lichtkomponente n-ter Ordnung des modulierten Lichtes P2 und des Lichtdurchlasslochs 41 leicht ausgerichtet werden können. Des Weiteren kann eine Fourier-Maske an dem Lichtdurchlassloch 41 ausgebildet sein.
Der zweite räumliche Lichtmodulator 50 ist ein räumlicher Lichtmodulator vom Polarisationsmodulations-Typ. Der räumliche Lichtmodulator 50 hat eine zweite Polarisationsmodulations-Ebene 50a, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. Der räumliche Lichtmodulator 50 erzeugt zweites moduliertes Licht P3, indem er den Polarisationszustand des über das Lichtdurchlassloch 41 des Loch-Elementes 40 auf die Polarisationsmodulations-Ebene 50a auftreffenden modulierten Lichtes P2 in jedem der Vielzahl von Bereichen moduliert. Auf der Polarisationsmodulations-Ebene 50a wird entsprechend einem von dem Steuerabschnitt 60 bereitgestellten Steuersignal Sb ein Polarisationsverteilungsmuster angezeigt. Der räumliche Lichtmodulator 50 wird beispielsweise vorteilhafterweise in der in 2 gezeigten Konfiguration des räumlichen Lichtmodulators 20 realisiert, indem die Flüssigkristallschicht 24 durch eine sogenannte Twisted-Nematic-Flüssigkristallschicht ersetzt wird. Das durch die Polarisationsmodulations-Ebene 50a Polarisationsmodulation unterzogene modulierte Licht P3 tritt aus der Lichtmodulationsvorrichtung 1A mit einer optischen Achse aus, die in der Richtung der optischen Achse des Lichtes P1 verläuft.
Der Steuerabschnitt 60 veranlasst die Phasenmodulations-Ebene 20a, ein Phasenmuster einschließlich eines Kinoform anzuzeigen, indem er dem räumlichen Lichtmodulator 20 ein Steuersignal Sa zuführt, so dass das modulierte Licht P2 eine vorgegebene Intensitätsverteilung aufweist, und vorzugsweise so, dass das modulierte Licht eine vorgegebene Intensitätsverteilung und Phasenverteilung hat. Des Weiteren veranlasst der Steuerabschnitt 60 die Polarisationsmodulations-Ebene 50a, ein Polarisationsmuster anzuzeigen, indem er dem räumlichen Lichtmodulator 50 ein Steuersignal Sb zuführt, so dass das modulierte Licht P3 einen vorgegebenen Polarisationszustand hat.
3 ist ein Blockschaltbild, das einen Innenaufbau des Steuerabschnitts 60 der vorliegenden Erfindung zeigt. Dabei ist der in 3 gezeigte Aufbau der Aufbau eines Teils, der ein Steuersignal Sa erzeugt, das dem räumlichen Lichtmodulator 20 zugeführt wird, jedoch ist der Aufbau eines Teils, der ein Steuersignal Sb erzeugt, das dem räumlichen Lichtmodulator 50 zugeführt wird, der gleiche.
Der Steuerabschnitt 60 weist, wie in 3 gezeigt, eine Speichereinheit 61, eine Berechnungseinheit 62, eine Auswahleinheit 63, eine Ansteuereinheit 64 und eine externe Eingabeeinheit 65 auf.
Die Speichereinheit 61 speichert Daten bezüglich eines Kinoform, das die Phasenmodulations-Ebene 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 auf Veranlassung anzeigt. Das Kinoform kann eines sein, das von der weiter unten beschriebenen Berechnungseinheit 62 berechnet wird, oder kann in die Lichtmodulationsvorrichtung 1A eingegeben werden, nachdem es zuvor außerhalb der Lichtmodulationsvorrichtung 1A berechnet wurde. Des Weiteren kann die Speichereinheit 61 weiterhin Daten, die ein Korrekturmuster zum Korrigieren von Aberration (Phasenverzerrung) betreffen, die in dem optischen System, dem räumlichen Lichtmodulator 20 oder/und dem räumlichen Lichtmodulator 50 erzeugt wird, das/der/die in der Lichtmodulationsvorrichtung 1A vorhanden ist/sind, sowie eine Temperaturinformations-Tabelle zum Verknüpfen der Korrekturmuster und erfasster Temperaturen speichern.
Darüber hinaus kann die Speichereinheit 61 Daten, die die Kinoforme oder Korrekturmuster betreffen, in einem komprimierten Zustand speichern. In diesem Fall weist der Steuerabschnitt 60 des Weiteren eine Datenverarbeitungseinheit zum Dekomprimieren der Daten auf. Des Weiteren wird die Speichereinheit 61 vorteilhafterweise mittels eines Speicherelementes (Speicher) realisiert, das über ein bestimmtes Maß an Aufnahmevermögen verfügt. Wenn beispielsweise das Kinoform ein 8-Bit-Bild mit SVGA-Auflösung (800 Pixel×600 Pixel) ist, beträgt, wenn Daten nicht komprimiert werden, ein Datenvolumen pro ein Element von Kinoform-Daten 480 Kilobytes. So wird die Speichereinheit 61 vorteilhafterweise mittels eines Speicherelementes realisiert, das in der Lage ist, derartig große Datenvolumina zu speichern.
Die Berechnungseinheit 62 berechnet ein Kinoform, das die Phasenmodulations-Ebene 20a auf Veranlassung anzeigt, so, dass das modulierte Licht P2 eine vorgegebene Intensitätsverteilung hat. Die Berechnungseinheit 62 addiert je nach Notwendigkeit ein Korrekturmuster zum Korrigieren von Phasenverzerrung zu dem so berechneten Kinoform.
Die Auswahleinheit 63 wählt, wenn die Speichereinheit 61 eine Vielzahl Kinoforme gespeichert hat, ein oder eine Vielzahl Kinoform/e auf Basis eines Befehls von der externen Eingabeeinheit 65, wie beispielsweise einer Tastatur, aus. Die Ansteuereinheit 64 erzeugt ein Steuersignal, das ein von der Berechnungseinheit 62 bereitgestelltes Kinoform enthält, und führt das Steuersignal dem räumlichen Lichtmodulator 20 zu. Des Weiteren können die Speichereinheit 61, die Berechnungseinheit 62, die Auswähleinheit 63 und die Ansteuereinheit 64, die in dem Steuerabschnitt 60 enthalten sind, in einem einzelnen Gehäuse aufgenommen werden oder können voneinander getrennt sein.
In 4 ist (a) eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau einer Lichtmodulationsvorrichtung 1B als einen anderen Aufbau der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Diese Lichtmodulationsvorrichtung 1B enthält einen räumlichen Lichtmodulator 70 und ein Viertelwellen-Plättchen 80 anstelle des räumlichen Lichtmodulators 50 der in 1 gezeigten Lichtmodulationsvorrichtung 1A.
Der räumliche Lichtmodulator 70 ist ein zweiter räumlicher Lichtmodulator in der Lichtmodulationsvorrichtung 1B und ist ein räumlicher Lichtmodulator vom Phasenmodulations-Typ. Der räumliche Lichtmodulator 70 weist eine zweite Phasenmodulations-Ebene 70a auf, die eine Vielzahl von Bereichen enthält, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und moduliert die Phase von moduliertem Licht P2, das über das Lichtdurchlassloch 41 des Loch-Elementes 40 auf der Phasenmodulations-Ebene 70a auftrifft, in jedem der Vielzahl von Bereichen. Auf der Phasenmodulations-Ebene 70a wird entsprechend einem Steuersignal Sc, das von dem Steuerabschnitt 60 bereitgestellt wird, ein Phasenmodulationsmuster angezeigt. Durch die Phasenmodulations-Ebene 70a Phasenmodulation unterzogenes moduliertes Licht P3 tritt aus der Lichtmodulationsvorrichtung 1A mit einer optischen Achse aus, die entlang der Richtung der optischen Achse von Licht P1 verläuft.
Das Phasenmodulationsmuster, das auf der Phasenmodulations-Ebene 70a angezeigt wird, enthält jeweils Phasenwerte für die Vielzahl von Pixeln, so dass das modulierte Licht P3 nach dem Austreten aus der Phasenmodulations-Ebene 70a und dem Hindurchtreten durch das Viertelwellen-Plättchen 80 einen vorgegebenen Polarisationszustand hat. Des Weiteren kann dieses Phasenverteilungsmuster ein Wellenfront-Phasenverzerrungs-Korrekturmuster zum Korrigieren von Wellenfront-Phasenverzerrung enthalten, die in beiden oder einem der räumlichen Lichtmodulatoren 20 und 70 erzeugt wird. Bei einem Beispiel ist der in jedem Bereich der Phasenmodulations-Ebene 70a angezeigte Phasenwert ein Wert, für den ein gewünschter Phasenwert und ein Wellenfront-Phasenverzerrungs-Korrekturwert addiert werden. Darüber hinaus kann das Wellenfront-Phasenverzerrungs-Korrekturmuster ein Muster zum Korrigieren von Phasenverzerrung sein, die in dem optischen System als Ganzes oder einem Teil des optischen Systems erzeugt wird.
Das Viertelwellen-Plättchen 80 ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Phasenplatte und ist auf einem optischen Weg des modulierten Lichtes P2 zwischen dem Loch-Element 40 und der Phasenmodulations-Ebene 70a sowie auf einem optischen Weg des von der Phasenmodulations-Ebene 70a ausgegebenen modulierten Lichtes P3 angeordnet. Der Winkel und die Ausrichtung des Viertelwellen-Plättchens 80 in Bezug auf jede optische Achse des modulierten Lichtes P2 und des modulierten Lichtes P3 werden so festgelegt, dass der Polarisationszustand des auf die Phasenmodulations-Ebene 70a auftreffenden modulierten Lichtes P2 von linearer Polarisation zu zirkularer Polarisation geändert wird und der Polarisationszustand des von der Phasenmodulations-Ebene 70a ausgegebenen modulierten Lichtes P3 von zirkularer Polarisation zu linearer Polarisation geändert wird. Des Weiteren ist, um Durchführen dieser Einstellung zu erleichtern, das Viertelwellen-Plättchen 80 vorzugsweise an einem Tisch angeordnet, der gedreht und verschoben werden kann. Des Weiteren kann, wie in (b) in 4 gezeigt, die Lichtmodulationsvorrichtung 1B ein Viertelwellen-Plättchen 80a, das als eine erste Phasenplatte dient, die auf dem optischen Weg des modulierten Lichtes P2 zwischen dem Loch-Element 40 und der Phasenmodulations-Ebene 70a angeordnet ist, und ein Viertelwellen-Plättchen 80b, das als eine zweite Phasenplatte dient, die auf dem optischen Weg des von der Phasenmodulations-Ebene 70a ausgegebenen modulierten Lichtes P3 angeordnet ist, anstelle des Viertelwellen-Plättchens 80 enthalten. In diesem Fall kann als die erste Phasenplatte auf dem optischen Weg des modulierten Lichtes P2 zwischen dem Loch-Element 40 und der Phasenmodulations-Ebene 70a ein Halbwellen-Plättchen anstelle des Viertelwellen-Plättchens 80a vorhanden sein. So kann die Polarisationsrichtung des modulierten Lichtes P3 reguliert werden.
Die Lichtmodulationsvorrichtung 1A und die Lichtmodulationsvorrichtung 1B der vorliegenden Ausführungsform funktionieren wie im Folgenden beschrieben. Zunächst tritt Licht P1 (vorzugsweise Licht linearer Polarisation), das von der Lichtquelle 10 emittiert wird, in die Phasenmodulations-Ebene 20a des räumlichen Lichtmodulators 20 ein. Dann wird das Licht P1 entsprechend einem Phasenmuster moduliert, das ein auf der Phasenmodulations-Ebene 20a angezeigtes Kinoform einschließt, und von der Phasenmodulations-Ebene 20a als moduliertes Licht P2 ausgegeben. Da ein Beugungsgittermuster für Intensitätsmodulation in dem Kinoform enthalten ist, sind in dem modulierten Licht P2 gebeugte Lichtkomponenten, mit beispielsweise Beugung negativer erster Ordnung, nullter Ordnung, erster Ordnung, zweiter Ordnung, und dritter Ordnung enthalten. Von diesen wird die Lichtkomponente nullter Ordnung, die nicht zu Intensitätsmodulation beiträgt, durch das Loch-Element 40 blockiert, und die Lichtkomponente n-ter Ordnung, die zu Intensitätsmodulation beiträgt, tritt durch das Loch-Element 40 hindurch. Anschließend wird der Polarisationszustand des modulierten Lichtes P2 durch die Polarisationsmodulations-Ebene 50a (sieh 1) oder durch das Viertelwellen-Plättchen 80 oder die Viertelwellen-Plättchen 80a und 80b und die Phasenmodulations-Ebene 70a (siehe (a) in 4 oder (b) in 4) moduliert, und ein Bestrahlungsobjekt, das außerhalb der Lichtmodulationsvorrichtung 1A oder der Lichtmodulationsvorrichtung 1B installiert ist, wird mit dem modulierten Licht P3 nach Modulation bestrahlt. Wenn die Lichtmodulationsvorrichtung 1A oder 1B beispielsweise ein Bestrahlungs- bzw. Beleuchtungssystem ist, das bei Mikroskopie ein Betrachtungsobjekt beleuchtet, wird das Betrachtungsobjekt mit dem modulierten Licht P3 beleuchtet. Des Weiteren wird, wenn die Lichtmodulationsvorrichtung 1A oder 1B beispielsweise ein Laser-Bearbeitungssystem ist, bei der Laser-Bearbeitung Laserlicht auf ein Bearbeitungsobjekt emittiert und wird das Bearbeitungsobjekt mit dem modulierten Licht P3 bestrahlt.
Bei den oben beschriebenen Lichtmodulationsvorrichtungen 1A und 1B der vorliegenden Ausführungsform kann die Intensitätsverteilung des modulierten Lichtes P3 durch den räumlichen Lichtmodulator 20 und das Loch-Element 40 gesteuert werden, und die Polarisationsverteilung des modulierten Lichtes P3 kann durch den räumlichen Lichtmodulator 50 (oder den räumlichen Lichtmodulator 70 und das Viertelwellen-Plättchen 80 (oder 80a und 80b)) gesteuert werden. Des Weiteren sind bei den Lichtmodulationsvorrichtungen 1A und 1B der vorliegenden Ausführungsform die Konstruktion zum Durchführen von Intensitätsmodulation durch den räumlichen Lichtmodulator 20 und die Konstruktion zum Durchführen von Intensitätsmodulation durch den räumlichen Lichtmodulator 50 oder 70 zusammen in einem Teil ausgeführt, so dass die Vorrichtung verkleinert werden kann. Darüber hinaus führt üblicherweise ein räumlicher Lichtmodulator vom Phasenmodulations-Typ Phasenmodulation nur einer Polarisationskomponente in einer bestimmten Richtung durch, und wie bei der vorliegenden Ausführungsform sind die räumlichen Lichtmodulatoren 50 und 70 für Polarisationsmodulation vorzugsweise auf einer auf den räumlichen Lichtmodulator für Phasenmodulation folgenden Stufe angeordnet.
Des Weiteren können in den Lichtmodulationsvorrichtungen 1A und 1B Intensitätsmodulation, Phasenmodulation und Polarisationsmodulation durchgeführt werden, indem der räumliche Lichtmodulator 20 und der räumliche Lichtmodulator 50 (oder 70) elektrisch angesteuert werden, wodurch mechanische Ansteuerteile wegfallen (oder weniger werden) können. So kann eine Lichtmodulationsvorrichtung realisiert werden, die robust gegenüber Umgebungsänderungen und Veränderungen an Einstellwerten usw. ist.
Des Weiteren kann bei der in 1 gezeigten Lichtmodulationsvorrichtung 1A das Viertelwellen-Plättchen 80 (oder 80a, 80b) im Vergleich zu der in (a) in 4 oder in (b) in 4 dargestellten Lichtmodulationsvorrichtung 1B weggelassen werden. So kann die Anzahl optischer Komponenten reduziert werden, um damit die Herstellungskosten zu verringern.
(a) in 5 und (b) in 5 sind Bilder, die Lichtintensitätsverteilungen innerhalb einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse des modulierten Lichtes P3 zeigen, die unter Verwendung eines zweidimensionalen Bildsensors, wie beispielsweise eines CMOS-Sensors, gewonnen wurden. In diesen Figuren wird dabei der räumliche Lichtmodulator 50 (oder 70) nicht angesteuert, und es werden nur Lichtintensitätsverteilungen gezeigt, die mit dem räumlichen Lichtmodulator 20 erzeugt werden. In (a) in 5 und (b) in 5 wird ein Teil umso heller angezeigt, je stärker die Lichtintensität des Teils ist, und ein Teil wird umso dunkler angezeigt, je schwächer die Lichtintensität des Teils ist.
In 5 zeigt (a) eine Lichtintensitätsverteilung von Beugungslicht erster Ordnung, die erzielt wird, indem auf dem räumlichen Lichtmodulator 20 ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation so angezeigt wird, dass eine zylinderhutförmige Intensitätsverteilung erzielt werden kann. Des Weiteren zeigt (b) in 5 eine Lichtintensitätsverteilung von Beugungslicht erster Ordnung, die erzielt wird, indem auf dem räumlichen Lichtmodulator 20 ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation so angezeigt wird, dass eine Intensitätsverteilung mit Gaußscher Verteilungsform erzielt wird. Die Intensitätsverteilung des modulierten Lichtes P3 kann, wie in diesen Figuren gezeigt, leicht gesteuert werden, indem der räumliche Lichtmodulator 20 veranlasst wird, ein entsprechendes Kinoform anzuzeigen.
6 ist des Weiteren ein Bild, das eine Lichtintensitätsverteilung in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse des modulierten Lichtes P3 beim Durchführen von Polarisationsmodulation in dem räumlichen Lichtmodulator 50 (oder 70) zeigt. Das heißt, das in 6 gezeigte Bild stellt eine Lichtintensitätsverteilung des modulierten Lichtes P3 dar, die erzielt wird, indem der räumliche Lichtmodulator 20 veranlasst wird, ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation anzuzeigen, mit der eine Intensitätsverteilung in Form einer Gaußschen Verteilung erzielt wird, und indem des Weiteren der räumliche Lichtmodulator 50 (oder 70) veranlasst wird, ein Phasenmuster zum Durchführen von Polarisationsmodulation anzuzeigen, mit der eine radiale Polarisationsverteilung erzielt wird. Des Weiteren wird auch in 6 ein Teil umso heller angezeigt, je stärker die Lichtintensität des Teils ist, und wird ein Teil umso dunkler angezeigt, je schwächer die Lichtintensität des Teils ist. Die mit dem zweidimensionalen Bildsensor gewonnene Intensitätsverteilung des modulierten Lichtes P3 weist, wie in 6 gezeigt, in diesem Beispiel praktisch keine Veränderung gegenüber (b) in 5 auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Intensitätsverteilung auch dann nicht ändert, wenn Polarisationsmodulation durch den räumlichen Lichtmodulator 50 (oder 70) durchgeführt wird.
Im Unterschied dazu ist in 7 ein Bild dargestellt, das sich ergab, wenn ein Polarisator vor einem zweidimensionalen Bildsensor angeordnet wurde und nur eine horizontale Polarisationskomponente erfasst wurde. Dieses Bild ist, wie in 7 gezeigt, in der vertikalen Richtung in Bezug auf die Mitte der Intensitätsverteilung dunkel, da praktisch keine horizontale Polarisationskomponente existiert, und ist in der horizontalen Richtung hell, da eine horizontale Polarisationskomponente existiert. Basierend darauf lässt sich sagen, dass ein radialer Polarisationszustand in dem modulierten Licht P3 enthalten ist.
(a) in 8 und (b) in 8 sind Bilder, die verschiedene Beispiele für Polarisationsmodulation zeigen. Des Weiteren sind diese Bilder auch Bilder, die gewonnen wurden, indem ein Polarisator vor einem zweidimensionalen Bildsensor angeordnet wurde und nur eine horizontale Polarisationskomponente erfasst wurde. Bei den Lichtmodulationsvorrichtungen 1A und 1B der vorliegenden Ausführungsform wird auch Erzeugung von Strahlen radialer Polarisation hoher Ordnung ermöglicht.
Des Weiteren können in der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 50 oder dem Viertelwellen-Plättchen 80 oder 80b und dem Beleuchtungs- bzw. Bestrahlungsobjekt (oder einer Kondensor-Linse, die auf einer dem Bestrahlungsobjekt vorangehenden Stufe angeordnet ist) optische Komponenten, wie beispielsweise ein Filter, ein dichroitischer Spiegel und eine Vergrößerungs-und-Verkleinerungs-Optik, vorhanden sein.
Zweite Ausführungsform
9 und 10 sind Ansichten, die den Aufbau von Laser-Bearbeitungssystemen 1C und 1D als einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Das in 9 gezeigte Laser-Bearbeitungssystem 1C schließt den in 1 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A ein, und das in 10 gezeigte Laser-Bearbeitungssystem 1D schließt den in (a) in 4 oder (b) in 4 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1B ein. Des Weiteren zeigt 10 den in (a) in 4 gezeigten Aufbau als die Darstellung.
Das Laser-Bearbeitungssystem 1C, 10 der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Tisch 91, auf den ein Bearbeitungsobjekt B, das ein mit Licht zu bestrahlendes Objekt ist, aufgelegt wird, zusätzlich zu dem Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A, 1B der ersten Ausführungsform. Der Tisch 91 kann sich vorzugsweise entlang wenigstens einer Achse bewegen und kann noch besser in jeder beliebigen, wenigstens einen Richtung einer x-Achse und einer y-Achse, die die optische Achse des modulierten Lichtes P3 schneiden und senkrecht zueinander sind, einer z-Achse entlang der optischen Achse des modulierten Lichtes P3, um die x-Achse, um die y-Achse und um die z-Achse herum bewegt werden. Der Tisch 91 kann entweder manuell oder elektrisch angetrieben werden.
Des Weiteren können auch bei der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 50 oder dem Viertelwellen-Plättchen 80 (oder 80b) und dem Bearbeitungsobjekt B optische Komponenten, wie beispielsweise ein Filter, ein dichroitischer Spiegel sowie eine Vergrößerungs-und-Verkleinerungs-Optik, angeordnet sein.
Dritte Ausführungsform
11 und 12 sind Ansichten, die den Aufbau von Laser-Bearbeitungssystemen 1E und 1F als einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Das in 11 gezeigte Laser-Bearbeitungssystem 1E schließt den in 1 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A ein, und das in 12 gezeigte Laser-Bearbeitungssystem 1F schließt den in (a) in 4 oder (b) in 4 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1B ein. Des Weiteren zeigt 12 den in (a) in 4 gezeigten Aufbau als die Darstellung.
Das Laser-Bearbeitungssystem 1E, 1F der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Tisch 91, auf den ein Bearbeitungsobjekt B aufgelegt wird, sowie eine Kondensor-Linse 92, die das modulierte Licht P3 auf das Bearbeitungsobjekt B zu bündelt, zusätzlich zu dem Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A, 1B der ersten Ausführungsform. Bei dieser Konfiguration wird ein auf der Phasenmodulations-Ebene 20a anzuzeigendes Kinoform so eingestellt, dass das modulierte Licht P3 eine gewünschte Intensitätsverteilung an der Kondensor-Linse 92 hat. Des Weiteren wird die Position des Bearbeitungsobjektes B mit dem Tisch so eingestellt, dass sich ein Bearbeitungsabschnitt auf einer Brennebene der Kondensor-Linse 92 befindet.
Vierte Ausführungsform
13 und 14 sind Ansichten, die den Aufbau von Betrachtungssystemen 1G und 1H als einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Das in 13 gezeigte Betrachtungssystem 1G schließt den in 1 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A ein, und das in 14 gezeigte Betrachtungssystem 1H schließt den in (a) in 4 oder (b) in 4 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1B ein. Des Weiteren zeigt 14 den in (a) in 4 gezeigten Aufbau als die Darstellung. Diese Betrachtungssysteme 1G und 1H werden zum Beispiel vorzugsweise für Mikroskope eingesetzt.
Das Betrachtungssystem 1G, 1H der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Tisch 91, auf den ein Betrachtungsobjekt C, das ein mit Licht zu bestrahlendes bzw. zu beleuchtendes Objekt ist, aufgelegt wird, sowie eine Betrachtungs-Optik 93 vom Durchlass-Typ zusätzlich zu dem Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A, 1B der ersten Ausführungsform. Die Betrachtungs-Optik 93 vom Durchlass-Typ ist an der Seite angeordnet, die in Bezug auf das Betrachtungsobjekt C der Seite gegenüberliegt, an der das modulierte Licht P3 eintritt, und weist eine Kollimator-Linse 93a, einen reflektierenden Spiegel 93b, eine Bilderzeugungs-Linse 93c sowie eine Kamera 94 auf. Die Kamera 94 weist eine Vielzahl von Pixeln auf, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. Des Weiteren kann eine Betrachtungs-Lichtquelle, die von der Lichtquelle 10 getrennt ist, in der Mitte der Optik des Betrachtungssystems 1G, 1H angeordnet sein.
In der vorliegenden Ausführungsform tritt bei dem modulierten Licht P3, mit dem das Betrachtungsobjekt C beleuchtet wird, ein optisches Bild P4, das durch das Betrachtungsobjekt C durchgelassen wird, über die Kollimator-Linse 93a, den reflektierenden Spiegel 93b und die Bilderzeugungs-Linse 93c in die Kamera 94 ein. Die Kamera 94 bildet das Durchlasslicht-Bild P4 ab und erzeugt Bilddaten.
Die mit der Betrachtungs-Optik 93 vom Durchlass-Typ der vorliegenden Ausführungsform zu gewinnenden Bilddaten sind verschiedene Daten, so beispielsweise ein Durchlasslicht-Bild, eine Durchlasslicht-Intensität, ein Fluoreszenz-Bild, eine Fluoreszenz-Intensität, ein Lumineszenz-Bild, eine Lumineszenz-Intensität, ein Streuungs-Bild, eine Streuungs-Intensität oder dergleichen. Bei der Betrachtungs-Optik 93 vom Durchlass-Typ wird die Wellenlänge des Durchlasslicht-Bildes P4 entsprechend dem Typ des Betrachtungsobjektes C ausgewählt. Des Weiteren kann das Betrachtungssystem 1G, 1H weiterhin einen Mechanismus zum Ändern der relativen Position der Betrachtungs-Optik 93 vom Durchlass-Typ (oder wenigstens einer der Komponenten der Betrachtungs-Optik 93 vom Durchlass-Typ) in Bezug auf das Betrachtungsobjekt enthalten. Dieser Mechanismus kann mit einem Signal von außerhalb des Betrachtungssystems 1G, 1H, einem Rückkopplungssignal oder dergleichen gesteuert werden.
Des Weiteren können in der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem Betrachtungsobjekt C und der Kamera 94 optische Komponenten, wie beispielsweise ein Filter, ein dichroitischer Spiegel und eine Vergrößerungs-und-Verkleinerungs-Optik, angeordnet sein.
Fünfte Ausführungsform
15 und 16 sind Ansichten, die den Aufbau von Betrachtungssystemen 1J und 1K als einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Das in 15 gezeigte Betrachtungssystem 1J schließt den in 1 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A ein, und das in 16 gezeigte Betrachtungssystem 1K schließt den in (a) in 4 oder (b) in 4 gezeigten Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1B ein. Des Weiteren zeigt 16 den in (a) in 4 gezeigten Aufbau als die Darstellung. Diese Betrachtungssysteme 1J und 1K werden zum Beispiel vorzugsweise für Mikroskope eingesetzt.
Das Betrachtungssystem 1J, 1K der vorliegenden Ausführungsform enthält einen Tisch 91, auf den ein Betrachtungsobjekt C, das ein mit Licht zu beleuchtendes Objekt ist, aufgelegt wird, sowie eine Betrachtungs-Optik 95 vom Reflexions-Typ zusätzlich zu dem Aufbau der Lichtmodulationsvorrichtung 1A, 1B der ersten Ausführungsform. Die Betrachtungs-Optik 95 vom Reflexions-Typ ist in Bezug auf das Betrachtungsobjekt C an der gleichen Seite wie die Seite angeordnet, an der das modulierte Licht P3 eintritt, und weist einen halbdurchlässigen Spiegel (bzw. dichroitischen Spiegel) 95a, eine Kollimator-Linse 95b, eine Bilderzeugungs-Linse 95c sowie eine Kamera 96 auf. Die Kamera 96 weist eine Vielzahl von Pixeln auf, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind. Des Weiteren kann eine Betrachtungs-Lichtquelle, die von der Lichtquelle 10 getrennt ist, in der Mitte in dem optischen System des Betrachtungssystems 1J, 1K angeordnet sein.
In der vorliegenden Ausführungsform tritt bei dem modulierten Licht P3, mit dem das Betrachtungsobjekt C beleuchtet wird, ein an dem Betrachtungsobjekt C reflektiertes optisches Bild P5 über den Spiegel 95a, die Kollimator-Linse 95b und die Bilderzeugungs-Linse 95c in die Kamera 96 ein. Die Kamera 96 bildet das Reflexionslicht-Bild P5 ab, um Bilddaten zu erzeugen.
Die mit der Betrachtungs-Optik 95 vom Reflexions-Typ der vorliegenden Ausführungsform zu gewinnenden Bilddaten sind verschiedene Daten, so beispielsweise ein Durchlasslicht-Bild, eine Durchlasslicht-Intensität, ein Fluoreszenz-Bild, eine Fluoreszenz-Intensität, ein Lumineszenz-Bild, eine Lumineszenz-Intensität, ein Streuungs-Bild, eine Streuungs-Intensität oder dergleichen. Bei der Betrachtungs-Optik 95 vom Reflexions-Typ wird die Wellenlänge des Reflexionslicht-Bildes P5 entsprechend dem Typ des Betrachtungsobjektes C ausgewählt. Des Weiteren kann das Betrachtungssystem 1J, 1K weiterhin einen Mechanismus zum Ändern der relativen Position der Betrachtungs-Optik 95 vom Reflexions-Typ (oder wenigstens einer der Komponenten der Betrachtungs-Optik 95 vom Reflexions-Typ) in Bezug auf das Betrachtungsobjekt C enthalten. Dieser Mechanismus kann mit einem Signal von außerhalb des Betrachtungssystems 1J, 1K, einem Rückkopplungssignal oder dergleichen gesteuert werden. Der Einsatz des Betrachtungssystems 1J, 1K ermöglicht nicht nur Regelung der Position der Betrachtungs-Optik 95, sondern auch der Intensität, der Phase und der Polarisation, die von dem räumlichen Lichtmodulator gesteuert werden, durch Kombination mit einem Polarisator oder dergleichen.
Des Weiteren kann, wenn das Betrachtungssystem 1J, 1K eine Kondensor-Linse zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 50 (oder dem Viertelwellen-Plättchen 80 oder 80b) und dem Betrachtungsobjekt C (siehe dritte Ausführungsform) enthält, die in der Betrachtungs-Optik 95 vom Reflexions-Typ enthaltene Kollimator-Linse 95b auch als die Kondensor-Linse dienen. Dies ermöglicht es, die Anzahl optischer Komponenten zu reduzieren, was zur Verringerung der Herstellungskosten beitragen kann. Des Weiteren ist dabei der Spiegel 95a vorzugsweise zwischen dem räumlichen Lichtmodulator 50 oder dem Viertelwellen-Plättchen 80 oder 80b und der Kondensor-Linse angeordnet.
Die Lichtmodulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene andere Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise enthalten die Lichtmodulationsvorrichtungen der oben beschriebenen Ausführungsformen jeweils ein beidseitig telezentrisches optisches System vom Kepler-Typ als ein optisches System, das den ersten räumlichen Lichtmodulator und den zweiten räumlichen Lichtmodulator optisch koppelt, jedoch können außer diesem optischen System auch verschiedene andere optische Systeme als ein optisches System eingesetzt werden, das die räumlichen Lichtmodulatoren optisch koppelt. Des Weiteren ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen als Beispiel jeweils ein Aufbau beschrieben worden, bei dem der erste räumliche Lichtmodulator und der zweite räumliche Lichtmodulator getrennt sind, jedoch können der erste und der zweite räumliche Lichtmodulator Teile eines einzelnen Lichtmodulators sein.
Industrielle Einsetzbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann als eine Lichtmodulationsvorrichtung eingesetzt werden, mit der die Intensitätsverteilung und der Polarisationszustand gesteuert werden können, und die Verkleinerung ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1A, 1B: Lichtmodulationsvorrichtung
1C, 1D, 1E, 1F: Laser-Bearbeitungssystem
1G, 1H, 1J, 1K: Betrachtungssystem
10: Lichtquelle
20, 70: räumlicher Lichtmodulator
20a, 70a: Phasenmodulations-Ebene
30: optisches System
31: vordere Linse
32: hintere Linse
33, 34: reflektierender Spiegel
40: Loch-Element
41: Lichtdurchlassloch
50: räumlicher Lichtmodulator
50a: Polarisationsmodulations-Ebene
60: Steuerabschnitt
61: Speichereinheit
62: Berechnungseinheit
63: Auswähleinheit
64: Ansteuereinheit
65: externe Eingabeeinheit
80, 80a, 80b: Viertelwellen-Plättchen
91: Tisch
92: Kondensor-Linse
93: Betrachtungs-Optik vom Durchlass-Typ
94, 96: Kamera
95: Betrachtungs-Optik vom Reflexions-Typ
B: Bearbeitungsobjekt
C: Betrachtungsobjekt
P1: Licht
P2: moduliertes Licht
P3: moduliertes Licht
P4: Durchlasslicht-Bild
P5: Reflexionslicht-Bild
Sa, Sb, Sc: Steuersignal

Claims

Lichtmodulationsvorrichtung, die umfasst: einen ersten räumlichen Lichtmodulator, der eine erste Phasenmodulations-Ebene umfasst, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit denen ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation an der ersten Phasenmodulations-Ebene angezeigt wird und auf der ersten Phasenmodulations-Ebene auftreffendes Licht in jedem der Vielzahl von Bereichen phasenmoduliert wird, um erstes moduliertes Licht zu erzeugen; ein Element, das ein Lichtdurchlassloch enthält, durch das eine Lichtkomponente n-ter Ordnung (n ist eine von 0 verschiedene, ganze Zahl) des ersten modulierten Lichtes durchgelassen wird und eine Lichtkomponente nullter Ordnung des ersten modulierten Lichtes blockiert wird; und einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der eine Polarisationsmodulations-Ebene umfasst, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit dem das über das Lichtdurchlassloch des Elementes auf der Polarisationsmodulations-Ebene auftreffende erste modulierte Licht hinsichtlich des Polarisationszustandes in jedem der Vielzahl von Bereichen moduliert wird, um zweites moduliertes Licht zu erzeugen.
Lichtmodulationsvorrichtung, die umfasst: einen ersten räumlichen Lichtmodulator, der eine erste Phasenmodulations-Ebene umfasst, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit denen ein Kinoform zum Durchführen von Intensitätsmodulation an der ersten Phasenmodulations-Ebene angezeigt wird, und auf der ersten Phasenmodulations-Ebene auftreffendes Licht in jedem der Vielzahl von Bereichen phasenmoduliert wird, um erstes moduliertes Licht zu erzeugen, ein Element, das ein Lichtdurchlassloch enthält, durch das eine Lichtkomponente n-ter Ordnung (n ist eine von 0 verschiedene, ganze Zahl) des ersten modulierten Lichtes durchgelassen wird und eine Lichtkomponente nullter Ordnung des ersten modulierten Lichtes blockiert wird; einen zweiten räumlichen Lichtmodulator, der eine zweite Phasenmodulations-Ebene umfasst, die eine Vielzahl von Bereichen einschließt, die eindimensional oder zweidimensional angeordnet sind, und mit dem das über das Lichtdurchlassloch des Elementes auf der zweiten Phasenmodulations-Ebene auftreffende erste modulierte Licht in jedem der Vielzahl von Bereichen phasenmoduliert wird; und eine Phasenplatte, die auf einem optischen Weg des ersten modulierten Lichtes zwischen dem Element und der zweiten Phasenmodulations-Ebene sowie auf einem optischen Weg des von der zweiten Phasenmodulations-Ebene ausgegebenem zweiten modulierten Lichtes angeordnet ist, oder eine erste Phasenplatte, die auf einem optischen Weg des ersten modulierten Lichtes zwischen dem Element und der zweiten Phasenmodulations-Ebene angeordnet ist, und eine zweite Phasenplatte, die auf einem optischen Weg des von der zweiten Phasenmodulations-Ebene ausgegebenen zweiten modulierten Lichtes angeordnet ist.
Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf der Phasenmodulations-Ebene eine Phasenverteilung zum Durchführen von Phasenmodulation des ersten modulierten Lichtes in jedem der Vielzahl von Bereichen mit dem Kinoform überlagert und angezeigt wird.
Lichtmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren ein beidseitig telezentrisches optisches System vom Kepler-Typ umfasst, das den ersten räumlichen Lichtmodulator und den zweiten räumlichen Lichtmodulator koppelt, wobei das Element auf einem optischen Weg des ersten modulierten Lichtes zwischen einem Paar Linsen angeordnet ist, die das beidseitig telezentrische optische System bilden.
Lichtmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren eine Lichtquelle zum Ausgeben von Licht mit linearer Polarisation in Richtung der ersten Phasenmodulations-Ebene des ersten räumlichen Lichtmodulators umfasst.