空間光変調装置、及び、それを備えたレーザ照明装置、レーザ顕微鏡
【課題】光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を対象物に照射する技術を提供することを課題とする。
【解決手段】空間光変調装置１は、空間光変調器３の隣接する変調領域（変調領域３ａ、変調領域３ｂ）で変調された変調光（光線Ｌａ、光線Ｌｂ）間で生じる光路長差を、光路長差補償器２の補償領域（補償領域２ａ、補償領域２ｂ）での偏向により補償する。
【解決手段】空間光変調装置１は、空間光変調器３の隣接する変調領域（変調領域３ａ、変調領域３ｂ）で変調された変調光（光線Ｌａ、光線Ｌｂ）間で生じる光路長差を、光路長差補償器２の補償領域（補償領域２ａ、補償領域２ｂ）での偏向により補償する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調装置の技術に関し、特に、レーザ光源とともに用いられる空間光変調装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パターン刺激装置などの顕微鏡や、レーザリペア装置、露光機などでは、光の空間的分布及び強度（以降、パターンと記す。）を任意に制御し、所望のパターンの光を対象物に照射する技術が必要とされている。そして、このような技術を実現するために空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）が広く利用されている。
【０００３】
空間光変調器は、複数の変調領域（以降、画素と記す。）を有し、各画素の状態を独立に制御することにより、所望のパターンを形成することができる。このことを利用して、空間光変調器を対象物に投影することにより所望のパターンの光を対象物に照射するさまざまな提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、白色光源とデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device、以降、ＤＭＤと記す。）を用いた顕微鏡が開示されている。
【０００５】
ＤＭＤは、画素毎に設けられたミラーにより光を偏向することで光を変調する空間光変調器である。図１１Ａは、ＤＭＤの構成を例示する上面概略図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示される断面Ｘ−Ｘ’におけるＤＭＤの断面概略図である。また、図１１Ｃは、ＤＭＤが回折光学素子として作用する様子を示す図である。図１１Ａに例示されるように、ＤＭＤ２００には、例えば、一辺Ｌのミラー２０１がピッチＰ毎に２次元に複数配列されている。各ミラー２０１は、独立に制御され、不図示の電極との間に生じるクーロン力により回転軸２０２周りに回転する。これにより、各画素の状態が、図１１Ｂに例示される入射光２０３を対象物の方向に反射するＯＮ状態と、入射光２０３を対象物から逸らして反射するＯＦＦ状態のいずれかに制御され、その結果として、所望のパターンを形成することができる。
また、特許文献２では、液晶型の空間光変調器を用いた技術が開示されている。この特許文献で示された液晶型空間光変調器においては、液晶の画素をダイナミックな回折格子として作用させ、非回折光はブロックされ、回折光のみがパターン形成に寄与する構成が開示されている。
特許文献１及び特許文献２で開示される技術を用いることで、所望のパターンの光を対象物に照射することができる。
【０００６】
なお、通常、対象物に照射される光は、単色光であることが望ましく、特許文献１で例示されるように、光源として白色光源が用いた場合、励起フィルタなどの波長選択素子が必要となる。また、波長選択素子を用いても、照射される光が十分な単色性を有しない場合もある。
【０００７】
このため、光源として、高い単色性を有するレーザ光を射出するレーザ光源を用いる提案がなされている。例えば、特許文献３では、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの空間光変調器やデフォーマブルミラーとともにレーザ光源を用いる技術が開示されている。また、特許文献４では、ＤＭＤとともにレーザ光源を用いる技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、空間光変調器とともにレーザ光源を用いた場合、レーザ光が可干渉性を有し干渉による影響を受けやすいため、所望のパターンが得られないことがある。
【０００９】
例えば、ＤＭＤ２００の場合、図１１Ｂに例示されるように、隣接する画素（ミラー２０１）で偏向されたレーザ光間で光路長差Δ（＝ｄｓｉｎθ）が生じ、その結果、レーザ光間で位相のずれが発生してしまう。その結果、図１１Ｃに例示されるように、ＤＭＤ２００は回折光学素子として作用するため、ＤＭＤ２００に複数の画素に亘る光束が入射した場合は、複数の非０次回折光（回折光２０６、回折光２０７、回折光２０８）が生じる。そして、非０次回折光のうち一部の回折光（回折光２０６、回折光２０７）は、対象物とＤＭＤ２００の間に配置された光学系２０４に入射し対象物に照射され、それ以外はパターン形成に寄与しない。この非０次回折光（回折光２０６、回折光２０７、回折光２０８）の進行方向は、ＤＭＤ２００の画素ピッチｄ、入射光２０３の入射角θおよび入射光２０３の波長により変化し、必ずしも光学系２０４に垂直に入射するとは限らない。また、光学系２０４に入射する回折次数の数もそれらによって変化する。対象物に照射されるパターンは、光学系２０４に入射する回折光の入射角度および入射する回折光の数により大きく変化してしまう。
特許文献２で示された液晶型の空間光変調器においても、上記ＤＭＤと同様に回折光をパターン形成に使用しているため、隣接する画素に光路長差が生じる。
【００１０】
このように、回折光学素子として機能する空間光変調器の隣接する画素で変調されるレーザ光の間に光路長差のある場合には、レーザ光間に位相のずれが生じる。そして、位相のずれたレーザ光が互いに干渉することでパターンが変化してしまう。このため、対象物に照射されるパターンが劣化してしまい、所望のパターンが得られない。
【００１１】
このような実情を踏まえ、レーザ光の干渉によるパターンの劣化を抑制する技術が特許文献５及び特許文献６に開示されている。特許文献５及び特許文献６に開示された技術を用いることで、優れた単色性を有する所望のパターンのレーザ光を対象物に照射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１０９３４８号公報
【特許文献２】特開平１０−２６８２６３号公報
【特許文献３】米国特許第６５５５８２６号公報
【特許文献４】特開２００９−０２８７４２号公報
【特許文献５】特許第４０８４３０３号公報
【特許文献６】特開２００７−３２９３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献５で開示される技術は、レーザ光をランダム化装置を介して照射することで、干渉によるパターンの劣化を抑制することができる。
【００１４】
しかしながら、一般に、ランダム化装置はレーザ光の位相を経時的にランダムに変化させるものである。このため、レーザ光を一定時間以上照射する場合には効果的であるが、レーザ光を瞬間的に照射し対象物を刺激するレーザ刺激には適さない。
【００１５】
また、特許文献６で開示される技術は、可変成形マスクとして用いられるＤＭＤ全体を傾ける。これにより、隣接するミラー素子からの反射光相互間の光路長差が波長の整数倍となり、位相のずれが補正される。このため、干渉によるパターンの劣化を抑制することができる。
【００１６】
しかしながら、ＤＭＤの最適な傾斜角はレーザ光（反射光）の波長に依存するため、複数の波長のレーザ光を同時照射する場合には対応できない。また、ＤＭＤが光軸に対して傾斜して構成されるため、対象物にピントが合う領域が著しく制限されてしまう。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を対象物に照射する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様は、独立に光を変調する複数の変調領域を有し、変調領域での変調により隣接する変調領域で変調された変調光間で光路長差を生じさせる空間光変調器と、入射する光を偏向する複数の補償領域を有し、補償領域間で生じる光路長差により変調光間の光路長差を補償する光路長差補償器と、を含む空間光変調装置を提供する。
【００１８】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の空間光変調装置において、補償領域で生じる偏向光間の光路長差は、変調領域での変調により生じる変調光間の光路長差と相殺する空間光変調装置を提供する。
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の空間光変調装置において、変調領域は、補償領域に１対１で対応する空間光変調装置を提供する。
【００１９】
本発明の第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、光路長差補償器は、空間光変調器に対して光学的に共役な位置に配置される空間光変調装置を提供する。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、さらに、空間光変調器と光路長差補償器とを光学的に共役な関係にするリレー光学系を含む空間光変調装置を提供する。
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、アフォーカル光学系である空間光変調装置を提供する。
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、投影倍率が略等倍の光学系である空間光変調装置を提供する。
本発明の第８の態様は、第６の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、４ｆ光学系である空間光変調装置を提供する。
本発明の第９の態様は、第６の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、２つの４ｆ光学系を含む空間光変調装置を提供する。
【００２１】
本発明の第１０の態様は、第５の態様乃至第９の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、空間光変調器の各変調領域を分離して識別できる開口数を有する空間光変調装置を提供する。
【００２２】
本発明の第１１の態様は、第５の態様乃至第７の態様又は第１０の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、反射部材を含む空間光変調装置を提供する。
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、光路長差補償器を兼ねる空間光変調装置を提供する。
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の空間光変調装置において、変調領域は、補償領域と異なる領域である空間光変調装置を提供する。
【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１の態様乃至第１３の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、光路長差補償器は、空間光変調器と同種の光学素子で空間光変調装置を提供する。
【００２４】
本発明の第１５の態様は、第１の態様乃至第１３の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、光路長差補償器は、回折格子である空間光変調装置を提供する。
【００２５】
本発明の第１６の態様は、第１の態様乃至第１５の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである空間光変調装置を提供する。
【００２６】
本発明の第１７の態様は、第１の態様乃至第１５の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、液晶空間光変調器である空間光変調装置を提供する。
【００２７】
本発明の第１８の態様は、第１の態様乃至第１５の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、ホログラム光学素子である空間光変調装置を提供する。
【００２８】
本発明の第１９の態様は、可干渉性を有する光を射出する光源と、光を変調する第１の態様乃至第１８の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置と、を含む照射装置を提供する。
本発明の第２０の態様は、第１９の態様に記載の照射装置において、光源は、波長の異なる複数の光を射出する照射装置を提供する。
本発明の第２１の態様は、第２０の態様に記載の照射装置において、光源は、複数の光を同時に射出する照射装置を提供する。
本発明の第２２の態様は、第１９の態様乃至第２１の態様に記載の照射装置において、光源は、レーザ光源である照射装置を提供する。
本発明の第２３の態様は、第２２の態様に記載の照射装置において、照射装置は、レーザリペア装置である照射装置を提供する。
本発明の第２４の態様は、第２２の態様に記載の照射装置において、照射装置は、露光機である照射装置を提供する。
本発明の第２５の態様は、第２２の態様に記載の照射装置において、照射装置は、医療機器である照射装置を提供する。
本発明の第２６の態様は、第２２の態様に記載の照射装置を含むレーザ顕微鏡を提供する。
【００２９】
本発明の第２７の態様は、第２６の態様に記載のレーザ顕微鏡において、空間光変調器は、共焦点絞りとして機能し、顕微鏡は、共焦点レーザ顕微鏡であるレーザ顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を対象物に照射する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】各実施例に係る空間光変調装置に共通する構成を説明する概略図である。
【図２】実施例１に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。
【図３】実施例１に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。
【図４Ａ】実施例２に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。
【図４Ｂ】図４Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【図５Ａ】実施例２に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【図６】実施例１に係る空間光変調装置が適用されたレーザリペア装置の構成を例示する概略図である。
【図７】実施例１の変形例に係る空間光変調装置が適用された露光機の構成を例示する概略図である。
【図８Ａ】実施例２に係る空間光変調装置が適用されたレーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【図８Ｂ】図８Ａに例示される空間光変調装置のＡ矢視図である。
【図９Ａ】実施例２に係る空間光変調装置が適用された医療用レーザ照射装置の構成を例示する概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａに例示される空間光変調装置のＢ矢視図である。
【図１０Ａ】実施例２に係る空間光変調装置が適用された共焦点レーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに例示される空間光変調装置のＣ矢視図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａに例示される空間光変調領域の変調領域の状態の一例を示している。
【図１０Ｄ】図１０Ａに例示される空間光変調領域の変調領域の状態の他の例を示している。
【図１１Ａ】デジタルマイクロミラーデバイスの構成を例示する上面概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示される断面Ｘ−Ｘ’におけるデジタルマイクロミラーデバイスの断面概略図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａに例示される示されるデジタルマイクロミラーデバイスが回折光学素子として作用する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。
【００３３】
図１は、各実施例に係る空間光変調装置に共通する構成を説明する概略図である。図１に例示される空間光変調装置１は、独立に光を変調する複数の画素（以降、変調領域と記す。）を有する空間光変調器３と、入射する光を偏向する複数の画素（以降、補償領域と記す。）を有する光路長差補償器２と、を含んで構成されている。
さらに、空間光変調器３と光路長差補償器２を光学的に共役な関係にする不図示のリレー光学系を含んで構成してもよい。
【００３４】
空間光変調器３の変調領域（変調領域３ａ、変調領域３ｂ、変調領域３ｃ、変調領域３ｄ、変調領域３ｅ）は、光路長差補償器２の補償領域（補償領域２ａ、補償領域２ｂ、補償領域２ｃ、補償領域２ｄ、補償領域２ｅ）に、１対１で対応している。各変調領域は、リレー光学系によって対応する補償領域と光学的に共役な関係を有することが望ましい。
【００３５】
空間光変調装置１は、空間光変調器３の各変調領域がそれぞれ独立して光を変調することにより、所望のパターンを形成することができる。その際、空間光変調器３では変調領域での変調により隣接する変調領域で変調された変調光間に光路長差が生じるが、光路長差補償器２の補償領域での偏向によりその光路長差を補償することができる。
【００３６】
具体的には、空間光変調器３の各変調領域に一定の角度で入射する平行光（光線Ｌ）が入射する。このとき、各変調領域は、形成するパターンに応じて、ＯＮ状態とＯＦＦ状態のいずれかに制御されている。例えば、光線Ｌのうち変調領域３ａに入射する光線Ｌａは、変調領域３ａがＯＮ状態にある場合には、変調領域３ａで変調され、射出される。同様に、変調領域３ｂがＯＮ状態にある場合には、光線Ｌのうち変調領域３ｂに入射する光線Ｌｂは、変調領域３ｂで変調され、射出される。このとき、変調領域３ａで変調された光線Ｌａと変調領域３ｂで変調された光線Ｌｂの間では、空間光変調器３での変調により光路長差Ｄ２が生じる。
【００３７】
光路長差補償器２は、空間光変調器３とは異なり、形成するパターンによらず、全補償領域が同じ状態に維持されている。このため、光路長差補償器２へ一定の方向から入射する光線Ｌはすべて空間光変調器３に向けて偏向される。例えば、光線Ｌａは補償領域２ａで偏向され、光線Ｌｂは補償領域２ｂで偏向される。このとき、補償領域２ａで偏向された光線Ｌａと補償領域２ｂで偏向された光線Ｌｂの間では、光路長差補償器２での偏向により光路長差Ｄ１が生じる。
【００３８】
なお、ここでは、光路長差補償器２のすべての補償領域を同じ状態（ＯＮ状態）となる例に示したが、特にこれに限られない。空間光変調器３のＯＮ状態にある変調領域に対応する光路長差補償器２の補償領域のみがＯＮ状態になっていても良い。
【００３９】
光路長差補償器２は、補償領域での偏向により生じる光線Ｌａと光線Ｌｂの間の光路長差Ｄ１が、空間光変調器３の変調領域での変調により生じる光線Ｌａと光線Ｌｂの間の光路長差Ｄ２と相殺されるように構成されている。つまり、光路長差Ｄ１と光路長差Ｄ２は、反対方向に発生する。光路長差Ｄ１と光路長差Ｄ２のいずれか一方は、光線Ｌａの光路長が光線Ｌｂの光路長より長い場合の光路長差であり、他方は、光線Ｌａの光路長が光線Ｌｂの光路長より短い場合の光路長差である。このため、光路長差Ｄ１と光路長差Ｄ２は相殺され、空間光変調装置１に入射する時点で位相が揃っている光線は、位相が揃っている状態で空間光変調装置１から射出される。
従って、空間光変調装置１は、空間光変調器３で形成されたパターンを劣化させることなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００４０】
なお、空間光変調器３としては、例えば、ＤＭＤを用いることができる。空間光変調器３は、隣接する変調領域間のそれぞれで一定の光路長差が生じればよく、そのような空間光変調器であれば、液晶空間光変調器やホログラム光学素子などを用いても良い。
【００４１】
また、光路長差補償器２としては、空間光変調器３で生じる光路長差と逆符号で同じ長さの光路長差を生じさせるものを用いる。このため、光路長差補償器２として、空間光変調器３と同種の光学素子を用いることができる。例えば、空間光変調器３がＤＭＤであれば、光路長差補償器２もＤＭＤを用いることができる。
【００４２】
また、光路長差補償器２は、空間光変調器３と異種の光学素子を用いることもできる。例えば、光路長差補償器２にはパターンを形成する機能は必要ないため、回折格子などの回折光学素子を用いることもできる。ただし、この場合も、空間光変調器３で生じる光路長差と逆符号の光路長差を生じさせる必要がある。
【００４３】
また、図１では、空間光変調器３で変調される前に光路長差補償器２に入射する構成を例示したが、特にこれに限られない。空間光変調器３と光路長差補償器２の両方に作用することで、それぞれで生じる光路長差が相殺されればよい。このため、空間光変調器３で変調された光が光路長差補償器２で偏向されてもよい。
【００４４】
また、空間光変調装置１とともに用いられる光源としては、例えば、レーザ光源などの可干渉性を有する光を射出する光源を用いることができる。可干渉性を有する光は、一般に高い単色性を有するため、対象物を照射する光として好ましいが、干渉による影響を受けやすい。しかし、空間光変調装置１では、上述したように、空間光変調器３の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器２の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるため、位相のずれが抑制され、それによって、干渉による影響を抑制することができる。このため、空間光変調装置１は、レーザ光源などの可干渉性を有する光を射出する光源を用いた場合であって、空間光変調器３で形成されたパターンを劣化させることなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００４５】
また、異なる光の波長に対しても、空間光変調器３及び光路長差補償器２で生じる光路長差の相殺自体には影響しないため、空間光変調装置１では、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。このため、光源としては、波長の異なる複数の光を射出する光源を用いても良い。また、その場合、光源は複数の光を同時に射出してもよい。
【００４６】
以下、図面を参照しながら、上述した空間光変調装置の実施例について説明する。なお、以降では、空間光変調器及び光路長差補償器として、ＤＭＤを用いる場合を例に説明するが、特にこれに限られない。
【実施例１】
【００４７】
図２は、本実施例に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。
空間光変調装置４は、中心軸ＡＸ１を有する平行光Ｌ１を、中心軸ＡＸ２を有する所望のパターンの平行光Ｌ２として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置４は、独立に光を変調する複数の変調領域を有する空間光変調器として機能するＤＭＤ６と、入射する光を偏向する複数の補償領域を有する光路長差補償器として機能するＤＭＤ５と、ＤＭＤ５とＤＭＤ６を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する４ｆ光学系７を含んで構成されている。
【００４８】
図２に例示されるＤＭＤ６とＤＭＤ５は、図１に例示される空間光変調器３と光路長差補償器２に対応する。つまり、ＤＭＤ６の隣接する変調領域で生じる光路長差とＤＭＤ５の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００４９】
空間光変調装置４では、空間光変調器として機能するＤＭＤ６は、パターン形成のために各変調領域が独立に制御されるのに対して、光路長差補償器として機能するＤＭＤ５は、すべての補償領域が一定の状態に維持される。または、ＤＭＤ５は、ＤＭＤ６のＯＮ状態の変調領域に対応する補償領域のみをＯＮ状態とする。なお、ＤＭＤ６を、光路長差を補償するための光路長差補償器として機能させ、ＤＭＤ５を、パターン形成のための空間光変調器として機能させても良い。
【００５０】
４ｆ光学系７は、ＤＭＤ５の補償領域で補償された光の広がりを抑え、ＤＭＤ６の対応する変調領域へ入射させる役割を担っている。このため、４ｆ光学系７は、ＤＭＤ５の各補償領域やＤＭＤ６の各変調領域を分離して識別できる開口数を有することが望ましい。
【００５１】
また、４ｆ光学系７は、焦点距離がおよそ等しいレンズ群７ａ及びレンズ群７ｂからなる投影倍率が略等倍の光学系である。このため、ＤＭＤ５の補償領域５ａは、４ｆ光学系７によりＤＭＤ６の変調領域６ａに略等倍で投影される。同様に、ＤＭＤ５の補償領域５ｂは、４ｆ光学系７によりＤＭＤ６の変調領域６ｂに略等倍で投影される。この場合、ＤＭＤ５とＤＭＤ６は、同じ仕様（ミラーサイズやピッチなど）のＤＭＤを利用することができるため、望ましい。
【００５２】
また、４ｆ光学系７は、アフォーカル光学系である。このため、ＤＭＤ５の各補償領域から入射する光の主光線は互いに平行であり、また、各変調領域へ射出される光の主光線は互いに平行である。このため、それぞれで生じる光路長差を相殺させるＤＭＤ５とＤＭＤ６の配置を比較的容易に実現でき、また、光路長差を精度よく補償することができる。
【００５３】
以上、図２に例示される本実施例に係る空間光変調装置４でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００５４】
図３は、本実施例に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。
本変形例に係る空間光変調装置８は、中心軸ＡＸ３を有する平行光Ｌ３を、中心軸ＡＸ４を有する所望のパターンの平行光Ｌ４として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置８は、独立に光を変調する複数の変調領域を有する空間光変調器として機能するＤＭＤ６、入射する光を偏向する複数の補償領域を有する光路長差補償器として機能するＤＭＤ５と、ＤＭＤ５とＤＭＤ６を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する４ｆ光学系９及び４ｆ光学系１０を含んで構成されている。
【００５５】
空間光変調装置８は、ＤＭＤ５とＤＭＤ６の間に２つの４ｆ光学系を含んで構成されている点が、図２に例示される本実施例に係る空間光変調装置４と異なる。その他の構成は、空間光変調装置４と同様である。
【００５６】
４ｆ光学系９は、レンズ群９ａ及びレンズ群９ｂから構成され、４ｆ光学系１０は、レンズ群１０ａ及びレンズ群１０ｂから構成されている。このように２つの４ｆ光学系を用いることで、ＤＭＤ５とＤＭＤ６が互いに平行に配置されるため、入射光の中心軸ＡＸ３と射出光の中心軸ＡＸ４を平行にすることができる。この場合、図２に例示される空間光変調装置４と異なり、入射光（平行光Ｌ３）と射出光（平行光Ｌ４）の光路は交差しない。このため、光学装置の一部として空間光変調装置８を用いる場合に、空間光変調装置８以外の構成要素の物理的な配置が容易になる。
【００５７】
以上、図３に例示される本変形例に係る空間光変調装置８でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【実施例２】
【００５８】
図４Ａは、本実施例に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。図４Ｂは、図４Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【００５９】
本実施例に係る空間光変調装置１１は、中心軸ＡＸ５を有する平行光Ｌ５を、中心軸ＡＸ６を有する所望のパターンの平行光Ｌ６として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置１１は、空間光変調器及び光路長差補償器として機能するＤＭＤ１２と、リレーレンズ１５と、ミラー１６と、を含んで構成されている。
【００６０】
図４Ｂに例示されるように、複数の画素を有するＤＭＤ１２では、複数の画素の一部がパターンを形成するための領域（以降、空間光変調器領域と記す。）１４として機能し、他の一部が光路長差を補償するための領域（光路長差補償器領域と記す。）１３として機能する。つまり、ＤＭＤ１２は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であり、また、空間光変調器を兼ねた光路長差補償器である。
【００６１】
図４Ｂに例示される空間光変調器領域１４と光路長差補償器領域１３は、図１に例示される空間光変調器３と光路長差補償器２に対応する。つまり、空間光変調器領域１４の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器領域１３の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００６２】
リレーレンズ１５及びミラー１６は、空間光変調器領域１４と光路長差補償器領域１３を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する。ミラー１６は、平面状の反射面を有する反射部材である。リレーレンズ１５は、光路長差補償器領域１３から射出された光をミラー１６上に集光させる集光レンズであり、ミラー１６を反射した光を平行光に変換して空間光変調器領域１４へ入射させるコリメータレンズである。
【００６３】
図４Ｂに例示されるように、光路長差補償器領域１３は、リレーレンズ１５の光軸に対して偏心した位置に光を入射させる。このため、その光は、リレーレンズ１５でミラー１６の反射面に対して傾いた光に変換され、ミラー１６の反射面上に集光する。ミラー１６を正反射した反射光は、再びリレーレンズ１５の光軸に対して偏心した位置に入射する。そして、リレーレンズ１５で平行光に変換されて、空間光変調器領域１４に入射する。
【００６４】
このようにリレーレンズ１５とミラー１６を構成することで、空間光変調装置１１では、空間光変調器領域１４と光路長差補償器領域１３を同一平面上の異なる領域に構成することができる。このため、１つのＤＭＤでパターンの形成と光路長差の補償を行うことが可能となり、コストを抑えたコンパクトな空間光変調装置を実現することができる。
【００６５】
以上、図４Ａ及び図４Ｂに例示される本実施例に係る空間光変調装置１１でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００６６】
図５Ａは、本実施例に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。図５Ｂは、図５Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【００６７】
本変形例に係る空間光変調装置１７は、中心軸ＡＸ７を有する平行光Ｌ７を、中心軸ＡＸ８を有する所望のパターンの平行光Ｌ８として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置１７は、空間光変調器として機能するＤＭＤ１９と、光路長差補償器として機能するＤＭＤ１８と、リレーレンズ２０と、ミラー２１と、を含んで構成されている。
【００６８】
図５Ｂに例示される略同一平面上に配置されたＤＭＤ１９とＤＭＤ１８は、図１に例示される空間光変調器３と光路長差補償器２に対応する。つまり、ＤＭＤ１９の隣接する変調領域で生じる光路長差とＤＭＤ１８の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００６９】
リレーレンズ２０及びミラー２１は、ＤＭＤ１８とＤＭＤ１９を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する。ミラー２１は、図４Ｂに例示されるミラー１６と異なり２つの平面で構成された反射面を有する反射部材である。また、リレーレンズ２０は、反射面を構成する２つの平面の中間に光を集光させる。これにより、ＤＭＤ１８から射出された光は、リレーレンズ２０を介して、ミラー２１上に集光することなく、ミラー２１の２つの平面を反射して、ＤＭＤ１９へ入射する。
【００７０】
このように空間光変調装置１７では、反射部材であるミラー２１上に光を集光させないため、光源として大出力のレーザ光源を用いることが可能となる。また、ＤＭＤ１８とＤＭＤ１９を別々に設けているため、リレー光学系の設計の自由度が高まり、設計条件が緩和される。また、リレーレンズ２０が集光レンズ及びコリメータレンズとして機能するため、空間光変調装置１７は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される空間光変調装置１１と同様に、コンパクトに構成することができる。
【００７１】
以上、図５Ａ及び図５Ｂに例示される本変形例に係る空間光変調装置１７でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
以下、図面を参照しながら、上述した空間光変調装置の各実施例、または、その変形例が適用された装置適用例について説明する。
【００７２】
図６は、実施例１に係る空間光変調装置が適用されたレーザリペア装置の構成を例示する概略図である。本装置適用例に係るレーザリペア装置２２は、ステージ２３上に配置された基板２４の像を観察する観察装置として機能する部分（以降、観察ユニットと記す。）と、観察ユニットでの観察結果に基づいて基板２４の欠陥部分を加工するレーザ照射装置として機能する部分（以降、レーザ照射ユニットと記す。）から構成されている。
【００７３】
観察ユニットは、照明光を射出するハロゲンランプ２５と、照明光を基板２４に向けて反射するハーフミラー２６と、照明光を基板２４に照射する対物レンズ２７と、基板２４を反射した照明光を対物レンズ２７との組合せで結像させる観察側結像レンズ２８と、観察側結像レンズ２８から射出された照明光を受光するＣＣＤ２９と、ＣＣＤ２９からの電気信号を受信し、モニタ３１に基板２４の画像を表示する制御装置３０を含んで構成されている。
【００７４】
一方、レーザ照射ユニットは、波長の異なる複数のレーザ光を合成して射出するレーザコンバイナモジュール３３と、レーザコンバイナモジュール３３を駆動させるレーザドライバ３４と、光ファイバ３５と、レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ３６と、所望のパターンの光を射出する空間光変調装置３７と、ＤＭＤドライバ４１と、照射側結像レンズ４２と、レーザ光を反射し基板２４を反射した照明光を透過するダイクロイックミラー４３と、観察ユニットと共有される対物レンズ２７及び制御装置３０と、を含んで構成される。なお、レーザ光は、上述したように、可干渉性を有する光である。
【００７５】
空間光変調装置３７は、図２に例示される実施例１に係る空間光変調装置４と同様の構成であり、レーザコンバイナモジュール３３から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００７６】
具体的には、空間光変調装置３７は、光路長差補償装置として機能するＤＭＤレプリカ３８と、リレー光学系３９と、ＤＭＤドライバ４１により駆動され空間光変調器として機能するＤＭＤ４０を含んで構成されている。リレー光学系３９は、ＤＭＤレプリカ３８とＤＭＤ４０を光学的に共役な関係にしている。ＤＭＤレプリカ３８とＤＭＤ４０は、ＤＭＤ４０の隣接する変調領域で生じる光路長差とＤＭＤレプリカ３８の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００７７】
なお、ＤＭＤレプリカ３８は、全ての画素がＯＮ状態であるときのＤＭＤ４０と同一形状の回折光学素子であり、ＤＭＤドライバ４１のようなドライバ装置を必要としない。
【００７８】
レーザリペア装置２２では、観察ユニットにより取得されモニタ３１に表示される基板２４の拡大画像に基づいて、操作盤３２からレーザ光を照射する範囲、期間、強度などが入力されることにより、基板２４に照射すべきパターンが指示される。そして、ＤＭＤドライバ４１が指示された範囲に合わせてＤＭＤ４０を駆動させる。その後、レーザドライバ３４が指示された強度に合わせてレーザコンバイナモジュール３３の出力を調整し、指示された期間だけレーザコンバイナモジュール３３のシャッターを開く。これにより、所望のパターンのレーザ光が空間光変調装置３７から射出され、基板２４の欠陥部分に照射される。
【００７９】
以上、実施例１に係る空間光変調装置が適用されたレーザリペア装置２２によれば、空間光変調装置３７を含むレーザ照射ユニットを用いることで、所望のパターンのレーザ光を照射することができるため、基板２４の欠陥部分を正確に修正することができる。また、レーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、複数の波長のレーザ光を同時にまたは順番に射出し、欠陥部分を修正することができる。
【００８０】
図７は、実施例１の変形例に係る空間光変調装置が適用された、露光機の構成を例示する概略図である。本装置適用例に係る露光機４４は、ウエハ４７に所望のパターンのレーザ光を照射するレーザ照射装置である。
【００８１】
露光機４４は、ウエハ４７を配置するステージ４５と、ステージ４５を駆動させるステージドライバ４６と、レーザ光を射出するレーザ光源４８と、レーザ光源４８を駆動させるレーザドライバ４９と、レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ５０と、所望のパターンの光を射出する空間光変調装置５１と、ＤＭＤドライバ５５と、レーザ光をウエハ４７に照射する露光レンズ５６と、ステージドライバ４６及びレーザドライバ４９及びＤＭＤドライバ５５を制御する制御装置５７を含んで構成されている。
【００８２】
空間光変調装置５１は、図３に例示される実施例１の変形例に係る空間光変調装置８と同様の構成であり、レーザ光源４８から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００８３】
具体的には、空間光変調装置５１は、光路長差補償装置として機能する回折格子５２と、リレー光学系５３と、ＤＭＤドライバ５５により駆動され空間光変調器として機能するＤＭＤ５４を含んで構成されている。リレー光学系５３は、２つの４ｆ光学系から構成され、回折格子５２とＤＭＤ５４を光学的に共役な関係にしている。回折格子５２とＤＭＤ５４は、ＤＭＤ５４の隣接する変調領域で生じる光路長差と回折格子５２の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００８４】
以上、実施例１の変形例に係る空間光変調装置が適用された露光機４４では、空間光変調装置５１を用いることで、所望のパターンのレーザ光を照射することができる。このため、ステージドライバ４６でステージ４５を移動させながら、ＤＭＤ５４が投影されるウエハ４７の位置に応じた露光パターンをＤＭＤ５４で形成することで、ウエハ４７上のフォトレジストに任意の回路パターンを焼き付けることができる。
【００８５】
図８Ａは、実施例２に係る空間光変調装置が適用された、レーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。図８Ｂは、図８Ａに例示されるレーザ顕微鏡に含まれる空間光変調装置７４のＡ矢視図である。本装置適用例に係るレーザ顕微鏡５８は、ステージ５９上に配置された標本６０に照明光を照射し、標本６０の像を観察する観察装置として機能する部分（以降、観察ユニットと記す。）と、標本６０にレーザ光で刺激を与えるレーザ照射装置として機能する部分（以降、レーザ照射ユニットと記す。）から構成されている。
【００８６】
観察ユニットは、照明光を射出するハロゲンランプ６１と、照明光を標本６０に照射するコンデンサレンズ６２と、標本６０を透過した照明光及び標本６０から生じた蛍光を集光する対物レンズ６３と、照明光及び蛍光を対物レンズ６３との組合せで結像させる観察側結像レンズ６４と、観察側結像レンズ６４から射出された照明光及び蛍光を受光するＣＣＤ６５と、ＣＣＤ６５からの電気信号を受信し、モニタ６７に標本６０の画像を表示する制御装置６６を含んで構成されている。
【００８７】
一方、レーザ照射ユニットは、波長の異なる複数のレーザ光を合成して射出するレーザコンバイナモジュール６９と、レーザコンバイナモジュール６９を駆動させるレーザドライバ７０と、シングルモードファイバー７１と、シングルモードファイバー７１から射出されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ７２と、レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ７３と、所望のパターンのレーザ光を射出する空間光変調装置７４と、ＤＭＤドライバ７８と、照射側結像レンズ７９と、レーザ光を反射し照明光及び蛍光を透過するダイクロイックミラー８０と、観察ユニットと共有される対物レンズ６３及び制御装置６６と、を含んで構成される。
【００８８】
空間光変調装置７４は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される実施例２に係る空間光変調装置１１と同様の構成であり、レーザコンバイナモジュール６９から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００８９】
具体的には、図８Ｂに例示されるように、空間光変調装置７４は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であるＤＭＤ７５と、リレーレンズ７６と、ミラー７７とを含んで構成されている。ＤＭＤ７５は、空間光変調器として機能する空間光変調器領域８２と、光路長差補償器として機能する光路長差補償器領域８１とを含んでいる。空間光変調器領域８２と光路長差補償器領域８１は、いずれもＤＭＤドライバ４１で駆動される。ただし、空間光変調器領域８２がパターン形成のために任意の状態に制御されるのに対して、光路長差補償器領域８１は、常にＯＮ状態に制御される。または、光路長差補償器領域８１は、空間光変調器領域８２のＯＮ状態の変調領域に対応する補償領域のみがＯＮ状態に制御される。リレーレンズ７６及びミラー７７は、空間光変調器領域８２と光路長差補償器領域８１を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能している。空間光変調器領域８２と光路長差補償器領域８１は、リレーレンズ７６及びミラー７７により空間光変調器領域８２の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器領域８１の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００９０】
レーザ顕微鏡５８では、観察ユニットにより取得されモニタ６７に表示される標本６０の拡大画像に基づいて、操作盤６８からレーザ光で刺激する範囲、期間、強度などが入力されることにより、標本６０に照射すべき刺激パターンが指示される。そして、ＤＭＤドライバ７８が指示された範囲に合わせてＤＭＤ７５の空間光変調器領域８２を駆動させる。その後、レーザドライバ７０が指示された強度に合わせてレーザコンバイナモジュール６９の出力を調整し、指示された期間だけレーザコンバイナモジュール６９のシャッターを開く。これにより、所望の刺激パターンのレーザ光が空間光変調装置７４から射出され、標本６０が刺激される。
【００９１】
以上、実施例２に係る空間光変調装置が適用されたレーザ顕微鏡５８によれば、空間光変調装置７４を含むレーザ照射ユニットを用いることで、所望のパターンのレーザ光を照射することができるため、標本６０を任意のパターンで刺激し、その反応を観察することができる。また、レーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、標本６０に含まれる蛍光物質に応じて複数の波長のレーザ光を同時にまたは順番に射出して、蛍光物質を励起させることができる。
【００９２】
図９Ａは、実施例２に係る空間光変調装置が適用された、医療用レーザ照射装置の構成を例示する概略図である。図９Ｂは、図９Ａに例示される医療用レーザ照射装置に含まれる空間光変調装置のＢ矢視図である。本装置適用例に係る医療用レーザ照射装置８３は、患者８４の患部８５を観察する観察装置として機能する部分（以降、観察ユニットと記す。）と、患部８５にレーザ光を照射するレーザ照射装置として機能する部分（以降、レーザ照射ユニットと記す。）から構成されている。また、医療用レーザ照射装置８３の光学系は、医療用レーザ照射装置本体８６内部に収納されている。
【００９３】
観察ユニットは、照明光を射出するハロゲンランプ８７と、照明光を患部８５に向けて反射するハーフミラー８８と、照明光を患部８５に照射する対物レンズ８９と、患部８５を反射した照明光を対物レンズ８９との組合せで結像させる観察側結像レンズ９０と、観察側結像レンズ９０から射出された照明光を受光するＣＣＤ９１と、ＣＣＤ９１からの電気信号を受信し、モニタ９３に患部８５の画像を表示する制御装置９２を含んで構成されている。
【００９４】
一方、レーザ照射ユニットは、ＣＯ２レーザ光を射出するＣＯ２レーザ光源９５と、ＣＯ２レーザ光源９５を駆動させるレーザドライバ９６と、中空ファイバ９７と、中空ファイバ９７から射出されたＣＯ２レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ９８と、ＣＯ２レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ９９と、所望のパターンのＣＯ２レーザ光を射出する空間光変調装置１００と、ＤＭＤドライバ１０４と、照射側結像レンズ１０５と、レーザ光を反射し照明光を透過するダイクロイックミラー１０６と、観察ユニットと共有される対物レンズ８９及び制御装置９２と、を含んで構成されている。
【００９５】
空間光変調装置１００は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される実施例２に係る空間光変調装置１１と同様の構成であり、レーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００９６】
具体的には、図９Ｂに例示されるように、空間光変調装置１００は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であるＤＭＤ１０１と、リレーレンズ１０２と、ミラー１０３とを含んで構成されている。ＤＭＤ１０１は、空間光変調器として機能する空間光変調器領域１０８と、光路長差補償器として機能する光路長差補償器領域１０７とを含んでいる。空間光変調器領域１０８と光路長差補償器領域１０７は、いずれもＤＭＤドライバ１０４で駆動される。ただし、空間光変調器領域１０８がパターン形成のために任意の状態に制御されるのに対して、光路長差補償器領域１０７は、常にＯＮ状態に制御される。または、光路長差補償器領域１０７は、空間光変調器領域１０８のＯＮ状態の変調領域に対応する補償領域のみがＯＮ状態に制御される。リレーレンズ１０２及びミラー１０３は、空間光変調器領域１０８と光路長差補償器領域１０７を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能している。空間光変調器領域１０８と光路長差補償器領域１０７は、リレーレンズ１０２及びミラー１０３により、空間光変調器領域１０８の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器領域１０７の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００９７】
医療用レーザ照射装置８３では、観察ユニットにより取得されモニタ９３に表示される患部８５の拡大画像に基づいて、操作盤９４からレーザ光を照射する範囲、期間、強度などが入力されることにより、患部８５に照射すべきパターンが指示される。そして、ＤＭＤドライバ１０４が指示された範囲に合わせてＤＭＤ１０１の空間光変調器領域１０８を駆動させる。その後、レーザドライバ９６が指示された強度に合わせてＣＯ２レーザ光源９５の出力を調整し、指示された期間だけＣＯ２レーザ光源９５のシャッターを開く。これにより、所望のパターンのＣＯ２レーザ光が空間光変調装置１００から射出され、患部８５に照射される。なお、観察ユニットにより取得された患部８５の画像に基づいて、制御装置９２が自動的に患部８５に照射するＣＯ２レーザ光のパターンを決定しても良い。
【００９８】
以上、実施例２に係る空間光変調装置が適用された医療用レーザ照射装置８３によれば、空間光変調装置１００を含むレーザ照射ユニットを用いることで、所望のパターンのＣＯ２レーザ光を照射することができるため、患部８５に必要最小限のＣＯ２レーザ光を照射し、患部８５を治療することができる。また、レーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、必要に応じて、ＣＯ２レーザ光とは波長の異なるレーザ光を同時にまたは順番に射出することができる。
【００９９】
図１０Ａは、実施例２に係る空間光変調装置が適用された、共焦点レーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。図１０Ｂは、図１０Ａに例示される共焦点レーザ顕微鏡に含まれる空間光変調装置のＣ矢視図である。本装置適用例に係る共焦点レーザ顕微鏡１０９は、レーザ光を標本１１１に照射して標本１１１から生じる蛍光を検出することで標本１１１を観察する顕微鏡である。また、共焦点レーザ顕微鏡１０９では、空間光変調装置１１７に含まれるＤＭＤ１１８が共焦点絞りとして機能することで、共焦点効果が発揮されるため、高い分解能の標本像を得ることができる。
【０１００】
共焦点レーザ顕微鏡１０９は、標本１１１を配置するステージ１１０と、波長の異なる複数のレーザ光を合成して射出するレーザコンバイナモジュール１１２と、光ファイバ１１３と、入射するレーザ光を、強度が均一で断面形状が矩形形状のレーザ光に変換するパウエルレンズ１１４と、レーザ光を反射し蛍光を透過させるダイクロイックミラー１１５と、矩形形状のレーザ光を直線状に集光させる第一の瞳レンズ１１６と、所望のパターンのレーザ光を射出する空間光変調装置１１７と、空間光変調装置１１７から射出された光を平行光に変換する第二の瞳レンズ１２１と、標本１１１を一方向に走査する走査手段として機能するガルバノミラー１２２と、第三の瞳レンズ１２３と、結像レンズ１２４と、レーザ光を標本１１１に集光させる対物レンズ１２５と、標本１１１から生じた蛍光を結像させる撮像レンズ１２６と、蛍光を受光し電気信号に変換するＥＭ−ＣＣＤ１２７と、を含んで構成されている。
【０１０１】
空間光変調装置１１７は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される実施例２に係る空間光変調装置１１と同様の構成であり、レーザコンバイナモジュール１１２から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【０１０２】
具体的には、図１０Ｂに例示されるように、空間光変調装置１１７は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であるＤＭＤ１１８と、リレーレンズ１１９と、ミラー１２０とを含んで構成されている。ＤＭＤ１１８は、空間光変調器として機能する空間光変調器領域１２８と、光路長差補償器として機能する光路長差補償領域１２９とを含んでいる。
【０１０３】
リレーレンズ１１９及びミラー１２０は、空間光変調領域１２８と光路長差補償領域１２９を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能している。空間光変調領域１２８及び光路長差補償領域１２９は、リレーレンズ１１９及びミラー１２０により、空間光変調領域１２８の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償領域１２９の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【０１０４】
空間光変調領域１２８と光路長差補償領域１２９は、それぞれ直線状の領域であり、いずれも不図示のＤＭＤドライバで駆動される。共焦点レーザ顕微鏡１０９では、ＤＭＤドライバが空間光変調領域１２８のＯＮ状態とする変調領域を変化させることで、標本１１１を一方向に走査することができる。なお、このとき、ＤＭＤドライバは、光路長差補償領域１２９の補償領域をすべてＯＮ状態に制御するか、または、空間光変調領域１２８のＯＮ状態となった変調領域に対応する光路長差補償領域１２９の補償領域をＯＮ状態に制御する。
【０１０５】
また、空間光変調領域１２８のＯＮ状態の変調領域は、共焦点絞りの開口（ピンホール）として機能する。このため、ＯＮ状態にする変調領域は、対物レンズ１２５の入射側（光源側）開口数ＮＡ´に応じて調整される。
【０１０６】
図１０Ｃは、対物レンズ１２５の入射側開口数ＮＡ´が比較的大きいときの、空間光変調領域１２８の変調領域の状態を例示している。この場合、変調領域に集光するレーザ光のスポット径は小さくなるため、各開口１３０はそれぞれ空間光変調領域１２８の１つの変調領域で構成されている。なお、ここでは、３点を同時に照射しながら標本１１１を走査する例が示されている。
【０１０７】
図１０Ｄは、対物レンズ１２５の入射側開口数ＮＡ´が比較的小さいときの、空間光変調領域１２８の変調領域の状態を例示している。この場合、変調領域に集光するレーザ光のスポット径は大きくなるため、各開口１３０はそれぞれ空間光変調領域１２８の４つの変調領域で構成されている。なお、ここでは、２点を同時に照射しながら標本１１１を走査する例が示されている。
【０１０８】
そして、共焦点レーザ顕微鏡１０９では、空間光変調領域１２８の変調領域を制御することにより走査される方向と直交する方向にガルバノミラー１２２が標本１１１を走査することで、標本１１１全体の画像を取得することができる。
【０１０９】
以上、実施例２に係る空間光変調装置が適用された共焦点レーザ顕微鏡１０９によれば、ＤＭＤ１１８を共焦点絞りとして機能させることで、対物レンズ１２５の射出側開口数ＮＡ´に応じてピンホール径を容易に変更し最適化することができる。また、空間光変調装置１１７はレーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、標本１１１に含まれる蛍光物質に応じて複数の波長のレーザ光を同時にまたは順番に射出して、蛍光物質を励起させることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１、４、８、１１、１７、３７、５１、７４、１００、１１７・・・空間光変調装置、２・・・光路長差補償器、３・・・空間光変調器、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ・・・補償領域、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ・・・変調領域、５、６、１２、１８、１９、４０、５４、７５、１０１、１１８、２００・・・ＤＭＤ、７、９、１０・・・４ｆ光学系、７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ・・・レンズ群、１３、８１、１０７、１２９・・・光路長差補償器領域、１４、８２、１０８、１２８・・・空間光変調器領域、１５、２０、７６、１０２、１１９・・・リレーレンズ、１６、２１、７７、１０３、１２０、２０１・・・ミラー、２２・・・レーザリペア装置、２３、４５、５９、１１０・・・ステージ、２４・・・基板、２５、６１、８７・・・ハロゲンランプ、２６、８８・・・ハーフミラー、２７、６３、８９、１２５・・・対物レンズ、２８、６４、９０・・・観察側結像レンズ、４２、７９、１０５・・・照射側結像レンズ、１２４・・・結像レンズ、２９、６５、９１・・・ＣＣＤ、３０、５７、６６、９２・・・制御装置、３１、６７、９３・・・モニタ、３２、６８、９４・・・操作盤、３３、６９、１１２・・・レーザコンバイナモジュール、３４、４９、７０、９６・・・レーザドライバ、３５、１１３・・・光ファイバ、３６、５０、７３、９９・・・ビームエキスパンダ、３８・・・ＤＭＤレプリカ、３９、５３・・・リレー光学系、４１、５５、７８、１０４・・・ＤＭＤドライバ、４３、８０、１０６、１１５・・・ダイクロイックミラー、４４・・・露光機、４６・・・ステージドライバ、４７・・・ウエハ、４８・・・レーザ光源、５２・・・回折格子、５６・・・露光レンズ、５８・・・レーザ顕微鏡、６０、１１１・・・標本、６２・・・コンデンサレンズ、７１・・・シングルモードファイバー、７２、９８・・・コリメータレンズ、８３・・・医療用レーザ照射装置、８４・・・患者、８５・・・患部、８６・・・医療用レーザ照射装置本体、９５・・・ＣＯ２レーザ光源、９７・・・中空ファイバ、１０９・・・共焦点レーザ顕微鏡、１１４・・・パウエルレンズ、１１６・・・第一の瞳レンズ、１２１・・・第二の瞳レンズ、１２３・・・第三の瞳レンズ、１２２・・・ガルバノミラー、１２６・・・撮像レンズ、１２７・・・ＥＭ−ＣＣＤ、１３０・・・開口、２０２・・・回転軸、２０３・・・入射光、２０４・・・光学系、２０６、２０７、２０８・・・非０次回折光、Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ・・・光線、Ｄ１、Ｄ２・・・光路長差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調装置の技術に関し、特に、レーザ光源とともに用いられる空間光変調装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パターン刺激装置などの顕微鏡や、レーザリペア装置、露光機などでは、光の空間的分布及び強度（以降、パターンと記す。）を任意に制御し、所望のパターンの光を対象物に照射する技術が必要とされている。そして、このような技術を実現するために空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）が広く利用されている。
【０００３】
空間光変調器は、複数の変調領域（以降、画素と記す。）を有し、各画素の状態を独立に制御することにより、所望のパターンを形成することができる。このことを利用して、空間光変調器を対象物に投影することにより所望のパターンの光を対象物に照射するさまざまな提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、白色光源とデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device、以降、ＤＭＤと記す。）を用いた顕微鏡が開示されている。
【０００５】
ＤＭＤは、画素毎に設けられたミラーにより光を偏向することで光を変調する空間光変調器である。図１１Ａは、ＤＭＤの構成を例示する上面概略図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示される断面Ｘ−Ｘ’におけるＤＭＤの断面概略図である。また、図１１Ｃは、ＤＭＤが回折光学素子として作用する様子を示す図である。図１１Ａに例示されるように、ＤＭＤ２００には、例えば、一辺Ｌのミラー２０１がピッチＰ毎に２次元に複数配列されている。各ミラー２０１は、独立に制御され、不図示の電極との間に生じるクーロン力により回転軸２０２周りに回転する。これにより、各画素の状態が、図１１Ｂに例示される入射光２０３を対象物の方向に反射するＯＮ状態と、入射光２０３を対象物から逸らして反射するＯＦＦ状態のいずれかに制御され、その結果として、所望のパターンを形成することができる。
また、特許文献２では、液晶型の空間光変調器を用いた技術が開示されている。この特許文献で示された液晶型空間光変調器においては、液晶の画素をダイナミックな回折格子として作用させ、非回折光はブロックされ、回折光のみがパターン形成に寄与する構成が開示されている。
特許文献１及び特許文献２で開示される技術を用いることで、所望のパターンの光を対象物に照射することができる。
【０００６】
なお、通常、対象物に照射される光は、単色光であることが望ましく、特許文献１で例示されるように、光源として白色光源が用いた場合、励起フィルタなどの波長選択素子が必要となる。また、波長選択素子を用いても、照射される光が十分な単色性を有しない場合もある。
【０００７】
このため、光源として、高い単色性を有するレーザ光を射出するレーザ光源を用いる提案がなされている。例えば、特許文献３では、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの空間光変調器やデフォーマブルミラーとともにレーザ光源を用いる技術が開示されている。また、特許文献４では、ＤＭＤとともにレーザ光源を用いる技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、空間光変調器とともにレーザ光源を用いた場合、レーザ光が可干渉性を有し干渉による影響を受けやすいため、所望のパターンが得られないことがある。
【０００９】
例えば、ＤＭＤ２００の場合、図１１Ｂに例示されるように、隣接する画素（ミラー２０１）で偏向されたレーザ光間で光路長差Δ（＝ｄｓｉｎθ）が生じ、その結果、レーザ光間で位相のずれが発生してしまう。その結果、図１１Ｃに例示されるように、ＤＭＤ２００は回折光学素子として作用するため、ＤＭＤ２００に複数の画素に亘る光束が入射した場合は、複数の非０次回折光（回折光２０６、回折光２０７、回折光２０８）が生じる。そして、非０次回折光のうち一部の回折光（回折光２０６、回折光２０７）は、対象物とＤＭＤ２００の間に配置された光学系２０４に入射し対象物に照射され、それ以外はパターン形成に寄与しない。この非０次回折光（回折光２０６、回折光２０７、回折光２０８）の進行方向は、ＤＭＤ２００の画素ピッチｄ、入射光２０３の入射角θおよび入射光２０３の波長により変化し、必ずしも光学系２０４に垂直に入射するとは限らない。また、光学系２０４に入射する回折次数の数もそれらによって変化する。対象物に照射されるパターンは、光学系２０４に入射する回折光の入射角度および入射する回折光の数により大きく変化してしまう。
特許文献２で示された液晶型の空間光変調器においても、上記ＤＭＤと同様に回折光をパターン形成に使用しているため、隣接する画素に光路長差が生じる。
【００１０】
このように、回折光学素子として機能する空間光変調器の隣接する画素で変調されるレーザ光の間に光路長差のある場合には、レーザ光間に位相のずれが生じる。そして、位相のずれたレーザ光が互いに干渉することでパターンが変化してしまう。このため、対象物に照射されるパターンが劣化してしまい、所望のパターンが得られない。
【００１１】
このような実情を踏まえ、レーザ光の干渉によるパターンの劣化を抑制する技術が特許文献５及び特許文献６に開示されている。特許文献５及び特許文献６に開示された技術を用いることで、優れた単色性を有する所望のパターンのレーザ光を対象物に照射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１０９３４８号公報
【特許文献２】特開平１０−２６８２６３号公報
【特許文献３】米国特許第６５５５８２６号公報
【特許文献４】特開２００９−０２８７４２号公報
【特許文献５】特許第４０８４３０３号公報
【特許文献６】特開２００７−３２９３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献５で開示される技術は、レーザ光をランダム化装置を介して照射することで、干渉によるパターンの劣化を抑制することができる。
【００１４】
しかしながら、一般に、ランダム化装置はレーザ光の位相を経時的にランダムに変化させるものである。このため、レーザ光を一定時間以上照射する場合には効果的であるが、レーザ光を瞬間的に照射し対象物を刺激するレーザ刺激には適さない。
【００１５】
また、特許文献６で開示される技術は、可変成形マスクとして用いられるＤＭＤ全体を傾ける。これにより、隣接するミラー素子からの反射光相互間の光路長差が波長の整数倍となり、位相のずれが補正される。このため、干渉によるパターンの劣化を抑制することができる。
【００１６】
しかしながら、ＤＭＤの最適な傾斜角はレーザ光（反射光）の波長に依存するため、複数の波長のレーザ光を同時照射する場合には対応できない。また、ＤＭＤが光軸に対して傾斜して構成されるため、対象物にピントが合う領域が著しく制限されてしまう。
以上のような実情を踏まえ、本発明では、光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を対象物に照射する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様は、独立に光を変調する複数の変調領域を有し、変調領域での変調により隣接する変調領域で変調された変調光間で光路長差を生じさせる空間光変調器と、入射する光を偏向する複数の補償領域を有し、補償領域間で生じる光路長差により変調光間の光路長差を補償する光路長差補償器と、を含む空間光変調装置を提供する。
【００１８】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の空間光変調装置において、補償領域で生じる偏向光間の光路長差は、変調領域での変調により生じる変調光間の光路長差と相殺する空間光変調装置を提供する。
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様に記載の空間光変調装置において、変調領域は、補償領域に１対１で対応する空間光変調装置を提供する。
【００１９】
本発明の第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、光路長差補償器は、空間光変調器に対して光学的に共役な位置に配置される空間光変調装置を提供する。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、さらに、空間光変調器と光路長差補償器とを光学的に共役な関係にするリレー光学系を含む空間光変調装置を提供する。
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、アフォーカル光学系である空間光変調装置を提供する。
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、投影倍率が略等倍の光学系である空間光変調装置を提供する。
本発明の第８の態様は、第６の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、４ｆ光学系である空間光変調装置を提供する。
本発明の第９の態様は、第６の態様に記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、２つの４ｆ光学系を含む空間光変調装置を提供する。
【００２１】
本発明の第１０の態様は、第５の態様乃至第９の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、空間光変調器の各変調領域を分離して識別できる開口数を有する空間光変調装置を提供する。
【００２２】
本発明の第１１の態様は、第５の態様乃至第７の態様又は第１０の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、リレー光学系は、反射部材を含む空間光変調装置を提供する。
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、光路長差補償器を兼ねる空間光変調装置を提供する。
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の空間光変調装置において、変調領域は、補償領域と異なる領域である空間光変調装置を提供する。
【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１の態様乃至第１３の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、光路長差補償器は、空間光変調器と同種の光学素子で空間光変調装置を提供する。
【００２４】
本発明の第１５の態様は、第１の態様乃至第１３の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、光路長差補償器は、回折格子である空間光変調装置を提供する。
【００２５】
本発明の第１６の態様は、第１の態様乃至第１５の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスである空間光変調装置を提供する。
【００２６】
本発明の第１７の態様は、第１の態様乃至第１５の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、液晶空間光変調器である空間光変調装置を提供する。
【００２７】
本発明の第１８の態様は、第１の態様乃至第１５の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置において、空間光変調器は、ホログラム光学素子である空間光変調装置を提供する。
【００２８】
本発明の第１９の態様は、可干渉性を有する光を射出する光源と、光を変調する第１の態様乃至第１８の態様のいずれか１つに記載の空間光変調装置と、を含む照射装置を提供する。
本発明の第２０の態様は、第１９の態様に記載の照射装置において、光源は、波長の異なる複数の光を射出する照射装置を提供する。
本発明の第２１の態様は、第２０の態様に記載の照射装置において、光源は、複数の光を同時に射出する照射装置を提供する。
本発明の第２２の態様は、第１９の態様乃至第２１の態様に記載の照射装置において、光源は、レーザ光源である照射装置を提供する。
本発明の第２３の態様は、第２２の態様に記載の照射装置において、照射装置は、レーザリペア装置である照射装置を提供する。
本発明の第２４の態様は、第２２の態様に記載の照射装置において、照射装置は、露光機である照射装置を提供する。
本発明の第２５の態様は、第２２の態様に記載の照射装置において、照射装置は、医療機器である照射装置を提供する。
本発明の第２６の態様は、第２２の態様に記載の照射装置を含むレーザ顕微鏡を提供する。
【００２９】
本発明の第２７の態様は、第２６の態様に記載のレーザ顕微鏡において、空間光変調器は、共焦点絞りとして機能し、顕微鏡は、共焦点レーザ顕微鏡であるレーザ顕微鏡を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を対象物に照射する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】各実施例に係る空間光変調装置に共通する構成を説明する概略図である。
【図２】実施例１に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。
【図３】実施例１に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。
【図４Ａ】実施例２に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。
【図４Ｂ】図４Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【図５Ａ】実施例２に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【図６】実施例１に係る空間光変調装置が適用されたレーザリペア装置の構成を例示する概略図である。
【図７】実施例１の変形例に係る空間光変調装置が適用された露光機の構成を例示する概略図である。
【図８Ａ】実施例２に係る空間光変調装置が適用されたレーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【図８Ｂ】図８Ａに例示される空間光変調装置のＡ矢視図である。
【図９Ａ】実施例２に係る空間光変調装置が適用された医療用レーザ照射装置の構成を例示する概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａに例示される空間光変調装置のＢ矢視図である。
【図１０Ａ】実施例２に係る空間光変調装置が適用された共焦点レーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに例示される空間光変調装置のＣ矢視図である。
【図１０Ｃ】図１０Ａに例示される空間光変調領域の変調領域の状態の一例を示している。
【図１０Ｄ】図１０Ａに例示される空間光変調領域の変調領域の状態の他の例を示している。
【図１１Ａ】デジタルマイクロミラーデバイスの構成を例示する上面概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示される断面Ｘ−Ｘ’におけるデジタルマイクロミラーデバイスの断面概略図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａに例示される示されるデジタルマイクロミラーデバイスが回折光学素子として作用する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
まず、はじめに、各実施例に共通する構成と作用について説明する。
【００３３】
図１は、各実施例に係る空間光変調装置に共通する構成を説明する概略図である。図１に例示される空間光変調装置１は、独立に光を変調する複数の画素（以降、変調領域と記す。）を有する空間光変調器３と、入射する光を偏向する複数の画素（以降、補償領域と記す。）を有する光路長差補償器２と、を含んで構成されている。
さらに、空間光変調器３と光路長差補償器２を光学的に共役な関係にする不図示のリレー光学系を含んで構成してもよい。
【００３４】
空間光変調器３の変調領域（変調領域３ａ、変調領域３ｂ、変調領域３ｃ、変調領域３ｄ、変調領域３ｅ）は、光路長差補償器２の補償領域（補償領域２ａ、補償領域２ｂ、補償領域２ｃ、補償領域２ｄ、補償領域２ｅ）に、１対１で対応している。各変調領域は、リレー光学系によって対応する補償領域と光学的に共役な関係を有することが望ましい。
【００３５】
空間光変調装置１は、空間光変調器３の各変調領域がそれぞれ独立して光を変調することにより、所望のパターンを形成することができる。その際、空間光変調器３では変調領域での変調により隣接する変調領域で変調された変調光間に光路長差が生じるが、光路長差補償器２の補償領域での偏向によりその光路長差を補償することができる。
【００３６】
具体的には、空間光変調器３の各変調領域に一定の角度で入射する平行光（光線Ｌ）が入射する。このとき、各変調領域は、形成するパターンに応じて、ＯＮ状態とＯＦＦ状態のいずれかに制御されている。例えば、光線Ｌのうち変調領域３ａに入射する光線Ｌａは、変調領域３ａがＯＮ状態にある場合には、変調領域３ａで変調され、射出される。同様に、変調領域３ｂがＯＮ状態にある場合には、光線Ｌのうち変調領域３ｂに入射する光線Ｌｂは、変調領域３ｂで変調され、射出される。このとき、変調領域３ａで変調された光線Ｌａと変調領域３ｂで変調された光線Ｌｂの間では、空間光変調器３での変調により光路長差Ｄ２が生じる。
【００３７】
光路長差補償器２は、空間光変調器３とは異なり、形成するパターンによらず、全補償領域が同じ状態に維持されている。このため、光路長差補償器２へ一定の方向から入射する光線Ｌはすべて空間光変調器３に向けて偏向される。例えば、光線Ｌａは補償領域２ａで偏向され、光線Ｌｂは補償領域２ｂで偏向される。このとき、補償領域２ａで偏向された光線Ｌａと補償領域２ｂで偏向された光線Ｌｂの間では、光路長差補償器２での偏向により光路長差Ｄ１が生じる。
【００３８】
なお、ここでは、光路長差補償器２のすべての補償領域を同じ状態（ＯＮ状態）となる例に示したが、特にこれに限られない。空間光変調器３のＯＮ状態にある変調領域に対応する光路長差補償器２の補償領域のみがＯＮ状態になっていても良い。
【００３９】
光路長差補償器２は、補償領域での偏向により生じる光線Ｌａと光線Ｌｂの間の光路長差Ｄ１が、空間光変調器３の変調領域での変調により生じる光線Ｌａと光線Ｌｂの間の光路長差Ｄ２と相殺されるように構成されている。つまり、光路長差Ｄ１と光路長差Ｄ２は、反対方向に発生する。光路長差Ｄ１と光路長差Ｄ２のいずれか一方は、光線Ｌａの光路長が光線Ｌｂの光路長より長い場合の光路長差であり、他方は、光線Ｌａの光路長が光線Ｌｂの光路長より短い場合の光路長差である。このため、光路長差Ｄ１と光路長差Ｄ２は相殺され、空間光変調装置１に入射する時点で位相が揃っている光線は、位相が揃っている状態で空間光変調装置１から射出される。
従って、空間光変調装置１は、空間光変調器３で形成されたパターンを劣化させることなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００４０】
なお、空間光変調器３としては、例えば、ＤＭＤを用いることができる。空間光変調器３は、隣接する変調領域間のそれぞれで一定の光路長差が生じればよく、そのような空間光変調器であれば、液晶空間光変調器やホログラム光学素子などを用いても良い。
【００４１】
また、光路長差補償器２としては、空間光変調器３で生じる光路長差と逆符号で同じ長さの光路長差を生じさせるものを用いる。このため、光路長差補償器２として、空間光変調器３と同種の光学素子を用いることができる。例えば、空間光変調器３がＤＭＤであれば、光路長差補償器２もＤＭＤを用いることができる。
【００４２】
また、光路長差補償器２は、空間光変調器３と異種の光学素子を用いることもできる。例えば、光路長差補償器２にはパターンを形成する機能は必要ないため、回折格子などの回折光学素子を用いることもできる。ただし、この場合も、空間光変調器３で生じる光路長差と逆符号の光路長差を生じさせる必要がある。
【００４３】
また、図１では、空間光変調器３で変調される前に光路長差補償器２に入射する構成を例示したが、特にこれに限られない。空間光変調器３と光路長差補償器２の両方に作用することで、それぞれで生じる光路長差が相殺されればよい。このため、空間光変調器３で変調された光が光路長差補償器２で偏向されてもよい。
【００４４】
また、空間光変調装置１とともに用いられる光源としては、例えば、レーザ光源などの可干渉性を有する光を射出する光源を用いることができる。可干渉性を有する光は、一般に高い単色性を有するため、対象物を照射する光として好ましいが、干渉による影響を受けやすい。しかし、空間光変調装置１では、上述したように、空間光変調器３の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器２の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるため、位相のずれが抑制され、それによって、干渉による影響を抑制することができる。このため、空間光変調装置１は、レーザ光源などの可干渉性を有する光を射出する光源を用いた場合であって、空間光変調器３で形成されたパターンを劣化させることなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００４５】
また、異なる光の波長に対しても、空間光変調器３及び光路長差補償器２で生じる光路長差の相殺自体には影響しないため、空間光変調装置１では、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。このため、光源としては、波長の異なる複数の光を射出する光源を用いても良い。また、その場合、光源は複数の光を同時に射出してもよい。
【００４６】
以下、図面を参照しながら、上述した空間光変調装置の実施例について説明する。なお、以降では、空間光変調器及び光路長差補償器として、ＤＭＤを用いる場合を例に説明するが、特にこれに限られない。
【実施例１】
【００４７】
図２は、本実施例に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。
空間光変調装置４は、中心軸ＡＸ１を有する平行光Ｌ１を、中心軸ＡＸ２を有する所望のパターンの平行光Ｌ２として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置４は、独立に光を変調する複数の変調領域を有する空間光変調器として機能するＤＭＤ６と、入射する光を偏向する複数の補償領域を有する光路長差補償器として機能するＤＭＤ５と、ＤＭＤ５とＤＭＤ６を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する４ｆ光学系７を含んで構成されている。
【００４８】
図２に例示されるＤＭＤ６とＤＭＤ５は、図１に例示される空間光変調器３と光路長差補償器２に対応する。つまり、ＤＭＤ６の隣接する変調領域で生じる光路長差とＤＭＤ５の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００４９】
空間光変調装置４では、空間光変調器として機能するＤＭＤ６は、パターン形成のために各変調領域が独立に制御されるのに対して、光路長差補償器として機能するＤＭＤ５は、すべての補償領域が一定の状態に維持される。または、ＤＭＤ５は、ＤＭＤ６のＯＮ状態の変調領域に対応する補償領域のみをＯＮ状態とする。なお、ＤＭＤ６を、光路長差を補償するための光路長差補償器として機能させ、ＤＭＤ５を、パターン形成のための空間光変調器として機能させても良い。
【００５０】
４ｆ光学系７は、ＤＭＤ５の補償領域で補償された光の広がりを抑え、ＤＭＤ６の対応する変調領域へ入射させる役割を担っている。このため、４ｆ光学系７は、ＤＭＤ５の各補償領域やＤＭＤ６の各変調領域を分離して識別できる開口数を有することが望ましい。
【００５１】
また、４ｆ光学系７は、焦点距離がおよそ等しいレンズ群７ａ及びレンズ群７ｂからなる投影倍率が略等倍の光学系である。このため、ＤＭＤ５の補償領域５ａは、４ｆ光学系７によりＤＭＤ６の変調領域６ａに略等倍で投影される。同様に、ＤＭＤ５の補償領域５ｂは、４ｆ光学系７によりＤＭＤ６の変調領域６ｂに略等倍で投影される。この場合、ＤＭＤ５とＤＭＤ６は、同じ仕様（ミラーサイズやピッチなど）のＤＭＤを利用することができるため、望ましい。
【００５２】
また、４ｆ光学系７は、アフォーカル光学系である。このため、ＤＭＤ５の各補償領域から入射する光の主光線は互いに平行であり、また、各変調領域へ射出される光の主光線は互いに平行である。このため、それぞれで生じる光路長差を相殺させるＤＭＤ５とＤＭＤ６の配置を比較的容易に実現でき、また、光路長差を精度よく補償することができる。
【００５３】
以上、図２に例示される本実施例に係る空間光変調装置４でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００５４】
図３は、本実施例に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。
本変形例に係る空間光変調装置８は、中心軸ＡＸ３を有する平行光Ｌ３を、中心軸ＡＸ４を有する所望のパターンの平行光Ｌ４として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置８は、独立に光を変調する複数の変調領域を有する空間光変調器として機能するＤＭＤ６、入射する光を偏向する複数の補償領域を有する光路長差補償器として機能するＤＭＤ５と、ＤＭＤ５とＤＭＤ６を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する４ｆ光学系９及び４ｆ光学系１０を含んで構成されている。
【００５５】
空間光変調装置８は、ＤＭＤ５とＤＭＤ６の間に２つの４ｆ光学系を含んで構成されている点が、図２に例示される本実施例に係る空間光変調装置４と異なる。その他の構成は、空間光変調装置４と同様である。
【００５６】
４ｆ光学系９は、レンズ群９ａ及びレンズ群９ｂから構成され、４ｆ光学系１０は、レンズ群１０ａ及びレンズ群１０ｂから構成されている。このように２つの４ｆ光学系を用いることで、ＤＭＤ５とＤＭＤ６が互いに平行に配置されるため、入射光の中心軸ＡＸ３と射出光の中心軸ＡＸ４を平行にすることができる。この場合、図２に例示される空間光変調装置４と異なり、入射光（平行光Ｌ３）と射出光（平行光Ｌ４）の光路は交差しない。このため、光学装置の一部として空間光変調装置８を用いる場合に、空間光変調装置８以外の構成要素の物理的な配置が容易になる。
【００５７】
以上、図３に例示される本変形例に係る空間光変調装置８でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【実施例２】
【００５８】
図４Ａは、本実施例に係る空間光変調装置の構成を例示する概略図である。図４Ｂは、図４Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【００５９】
本実施例に係る空間光変調装置１１は、中心軸ＡＸ５を有する平行光Ｌ５を、中心軸ＡＸ６を有する所望のパターンの平行光Ｌ６として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置１１は、空間光変調器及び光路長差補償器として機能するＤＭＤ１２と、リレーレンズ１５と、ミラー１６と、を含んで構成されている。
【００６０】
図４Ｂに例示されるように、複数の画素を有するＤＭＤ１２では、複数の画素の一部がパターンを形成するための領域（以降、空間光変調器領域と記す。）１４として機能し、他の一部が光路長差を補償するための領域（光路長差補償器領域と記す。）１３として機能する。つまり、ＤＭＤ１２は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であり、また、空間光変調器を兼ねた光路長差補償器である。
【００６１】
図４Ｂに例示される空間光変調器領域１４と光路長差補償器領域１３は、図１に例示される空間光変調器３と光路長差補償器２に対応する。つまり、空間光変調器領域１４の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器領域１３の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００６２】
リレーレンズ１５及びミラー１６は、空間光変調器領域１４と光路長差補償器領域１３を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する。ミラー１６は、平面状の反射面を有する反射部材である。リレーレンズ１５は、光路長差補償器領域１３から射出された光をミラー１６上に集光させる集光レンズであり、ミラー１６を反射した光を平行光に変換して空間光変調器領域１４へ入射させるコリメータレンズである。
【００６３】
図４Ｂに例示されるように、光路長差補償器領域１３は、リレーレンズ１５の光軸に対して偏心した位置に光を入射させる。このため、その光は、リレーレンズ１５でミラー１６の反射面に対して傾いた光に変換され、ミラー１６の反射面上に集光する。ミラー１６を正反射した反射光は、再びリレーレンズ１５の光軸に対して偏心した位置に入射する。そして、リレーレンズ１５で平行光に変換されて、空間光変調器領域１４に入射する。
【００６４】
このようにリレーレンズ１５とミラー１６を構成することで、空間光変調装置１１では、空間光変調器領域１４と光路長差補償器領域１３を同一平面上の異なる領域に構成することができる。このため、１つのＤＭＤでパターンの形成と光路長差の補償を行うことが可能となり、コストを抑えたコンパクトな空間光変調装置を実現することができる。
【００６５】
以上、図４Ａ及び図４Ｂに例示される本実施例に係る空間光変調装置１１でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
【００６６】
図５Ａは、本実施例に係る空間光変調装置の変形例の構成を例示する概略図である。図５Ｂは、図５Ａに例示される空間光変調器領域と光路長差補償器領域の関係を説明する図である。
【００６７】
本変形例に係る空間光変調装置１７は、中心軸ＡＸ７を有する平行光Ｌ７を、中心軸ＡＸ８を有する所望のパターンの平行光Ｌ８として射出する空間光変調装置である。空間光変調装置１７は、空間光変調器として機能するＤＭＤ１９と、光路長差補償器として機能するＤＭＤ１８と、リレーレンズ２０と、ミラー２１と、を含んで構成されている。
【００６８】
図５Ｂに例示される略同一平面上に配置されたＤＭＤ１９とＤＭＤ１８は、図１に例示される空間光変調器３と光路長差補償器２に対応する。つまり、ＤＭＤ１９の隣接する変調領域で生じる光路長差とＤＭＤ１８の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００６９】
リレーレンズ２０及びミラー２１は、ＤＭＤ１８とＤＭＤ１９を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能する。ミラー２１は、図４Ｂに例示されるミラー１６と異なり２つの平面で構成された反射面を有する反射部材である。また、リレーレンズ２０は、反射面を構成する２つの平面の中間に光を集光させる。これにより、ＤＭＤ１８から射出された光は、リレーレンズ２０を介して、ミラー２１上に集光することなく、ミラー２１の２つの平面を反射して、ＤＭＤ１９へ入射する。
【００７０】
このように空間光変調装置１７では、反射部材であるミラー２１上に光を集光させないため、光源として大出力のレーザ光源を用いることが可能となる。また、ＤＭＤ１８とＤＭＤ１９を別々に設けているため、リレー光学系の設計の自由度が高まり、設計条件が緩和される。また、リレーレンズ２０が集光レンズ及びコリメータレンズとして機能するため、空間光変調装置１７は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される空間光変調装置１１と同様に、コンパクトに構成することができる。
【００７１】
以上、図５Ａ及び図５Ｂに例示される本変形例に係る空間光変調装置１７でも、図１に例示される空間光変調装置１と同様に、光源から射出される光の波長に依存することなく、所望のパターンの光を射出することができる。
以下、図面を参照しながら、上述した空間光変調装置の各実施例、または、その変形例が適用された装置適用例について説明する。
【００７２】
図６は、実施例１に係る空間光変調装置が適用されたレーザリペア装置の構成を例示する概略図である。本装置適用例に係るレーザリペア装置２２は、ステージ２３上に配置された基板２４の像を観察する観察装置として機能する部分（以降、観察ユニットと記す。）と、観察ユニットでの観察結果に基づいて基板２４の欠陥部分を加工するレーザ照射装置として機能する部分（以降、レーザ照射ユニットと記す。）から構成されている。
【００７３】
観察ユニットは、照明光を射出するハロゲンランプ２５と、照明光を基板２４に向けて反射するハーフミラー２６と、照明光を基板２４に照射する対物レンズ２７と、基板２４を反射した照明光を対物レンズ２７との組合せで結像させる観察側結像レンズ２８と、観察側結像レンズ２８から射出された照明光を受光するＣＣＤ２９と、ＣＣＤ２９からの電気信号を受信し、モニタ３１に基板２４の画像を表示する制御装置３０を含んで構成されている。
【００７４】
一方、レーザ照射ユニットは、波長の異なる複数のレーザ光を合成して射出するレーザコンバイナモジュール３３と、レーザコンバイナモジュール３３を駆動させるレーザドライバ３４と、光ファイバ３５と、レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ３６と、所望のパターンの光を射出する空間光変調装置３７と、ＤＭＤドライバ４１と、照射側結像レンズ４２と、レーザ光を反射し基板２４を反射した照明光を透過するダイクロイックミラー４３と、観察ユニットと共有される対物レンズ２７及び制御装置３０と、を含んで構成される。なお、レーザ光は、上述したように、可干渉性を有する光である。
【００７５】
空間光変調装置３７は、図２に例示される実施例１に係る空間光変調装置４と同様の構成であり、レーザコンバイナモジュール３３から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００７６】
具体的には、空間光変調装置３７は、光路長差補償装置として機能するＤＭＤレプリカ３８と、リレー光学系３９と、ＤＭＤドライバ４１により駆動され空間光変調器として機能するＤＭＤ４０を含んで構成されている。リレー光学系３９は、ＤＭＤレプリカ３８とＤＭＤ４０を光学的に共役な関係にしている。ＤＭＤレプリカ３８とＤＭＤ４０は、ＤＭＤ４０の隣接する変調領域で生じる光路長差とＤＭＤレプリカ３８の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００７７】
なお、ＤＭＤレプリカ３８は、全ての画素がＯＮ状態であるときのＤＭＤ４０と同一形状の回折光学素子であり、ＤＭＤドライバ４１のようなドライバ装置を必要としない。
【００７８】
レーザリペア装置２２では、観察ユニットにより取得されモニタ３１に表示される基板２４の拡大画像に基づいて、操作盤３２からレーザ光を照射する範囲、期間、強度などが入力されることにより、基板２４に照射すべきパターンが指示される。そして、ＤＭＤドライバ４１が指示された範囲に合わせてＤＭＤ４０を駆動させる。その後、レーザドライバ３４が指示された強度に合わせてレーザコンバイナモジュール３３の出力を調整し、指示された期間だけレーザコンバイナモジュール３３のシャッターを開く。これにより、所望のパターンのレーザ光が空間光変調装置３７から射出され、基板２４の欠陥部分に照射される。
【００７９】
以上、実施例１に係る空間光変調装置が適用されたレーザリペア装置２２によれば、空間光変調装置３７を含むレーザ照射ユニットを用いることで、所望のパターンのレーザ光を照射することができるため、基板２４の欠陥部分を正確に修正することができる。また、レーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、複数の波長のレーザ光を同時にまたは順番に射出し、欠陥部分を修正することができる。
【００８０】
図７は、実施例１の変形例に係る空間光変調装置が適用された、露光機の構成を例示する概略図である。本装置適用例に係る露光機４４は、ウエハ４７に所望のパターンのレーザ光を照射するレーザ照射装置である。
【００８１】
露光機４４は、ウエハ４７を配置するステージ４５と、ステージ４５を駆動させるステージドライバ４６と、レーザ光を射出するレーザ光源４８と、レーザ光源４８を駆動させるレーザドライバ４９と、レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ５０と、所望のパターンの光を射出する空間光変調装置５１と、ＤＭＤドライバ５５と、レーザ光をウエハ４７に照射する露光レンズ５６と、ステージドライバ４６及びレーザドライバ４９及びＤＭＤドライバ５５を制御する制御装置５７を含んで構成されている。
【００８２】
空間光変調装置５１は、図３に例示される実施例１の変形例に係る空間光変調装置８と同様の構成であり、レーザ光源４８から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００８３】
具体的には、空間光変調装置５１は、光路長差補償装置として機能する回折格子５２と、リレー光学系５３と、ＤＭＤドライバ５５により駆動され空間光変調器として機能するＤＭＤ５４を含んで構成されている。リレー光学系５３は、２つの４ｆ光学系から構成され、回折格子５２とＤＭＤ５４を光学的に共役な関係にしている。回折格子５２とＤＭＤ５４は、ＤＭＤ５４の隣接する変調領域で生じる光路長差と回折格子５２の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００８４】
以上、実施例１の変形例に係る空間光変調装置が適用された露光機４４では、空間光変調装置５１を用いることで、所望のパターンのレーザ光を照射することができる。このため、ステージドライバ４６でステージ４５を移動させながら、ＤＭＤ５４が投影されるウエハ４７の位置に応じた露光パターンをＤＭＤ５４で形成することで、ウエハ４７上のフォトレジストに任意の回路パターンを焼き付けることができる。
【００８５】
図８Ａは、実施例２に係る空間光変調装置が適用された、レーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。図８Ｂは、図８Ａに例示されるレーザ顕微鏡に含まれる空間光変調装置７４のＡ矢視図である。本装置適用例に係るレーザ顕微鏡５８は、ステージ５９上に配置された標本６０に照明光を照射し、標本６０の像を観察する観察装置として機能する部分（以降、観察ユニットと記す。）と、標本６０にレーザ光で刺激を与えるレーザ照射装置として機能する部分（以降、レーザ照射ユニットと記す。）から構成されている。
【００８６】
観察ユニットは、照明光を射出するハロゲンランプ６１と、照明光を標本６０に照射するコンデンサレンズ６２と、標本６０を透過した照明光及び標本６０から生じた蛍光を集光する対物レンズ６３と、照明光及び蛍光を対物レンズ６３との組合せで結像させる観察側結像レンズ６４と、観察側結像レンズ６４から射出された照明光及び蛍光を受光するＣＣＤ６５と、ＣＣＤ６５からの電気信号を受信し、モニタ６７に標本６０の画像を表示する制御装置６６を含んで構成されている。
【００８７】
一方、レーザ照射ユニットは、波長の異なる複数のレーザ光を合成して射出するレーザコンバイナモジュール６９と、レーザコンバイナモジュール６９を駆動させるレーザドライバ７０と、シングルモードファイバー７１と、シングルモードファイバー７１から射出されたレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ７２と、レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ７３と、所望のパターンのレーザ光を射出する空間光変調装置７４と、ＤＭＤドライバ７８と、照射側結像レンズ７９と、レーザ光を反射し照明光及び蛍光を透過するダイクロイックミラー８０と、観察ユニットと共有される対物レンズ６３及び制御装置６６と、を含んで構成される。
【００８８】
空間光変調装置７４は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される実施例２に係る空間光変調装置１１と同様の構成であり、レーザコンバイナモジュール６９から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００８９】
具体的には、図８Ｂに例示されるように、空間光変調装置７４は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であるＤＭＤ７５と、リレーレンズ７６と、ミラー７７とを含んで構成されている。ＤＭＤ７５は、空間光変調器として機能する空間光変調器領域８２と、光路長差補償器として機能する光路長差補償器領域８１とを含んでいる。空間光変調器領域８２と光路長差補償器領域８１は、いずれもＤＭＤドライバ４１で駆動される。ただし、空間光変調器領域８２がパターン形成のために任意の状態に制御されるのに対して、光路長差補償器領域８１は、常にＯＮ状態に制御される。または、光路長差補償器領域８１は、空間光変調器領域８２のＯＮ状態の変調領域に対応する補償領域のみがＯＮ状態に制御される。リレーレンズ７６及びミラー７７は、空間光変調器領域８２と光路長差補償器領域８１を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能している。空間光変調器領域８２と光路長差補償器領域８１は、リレーレンズ７６及びミラー７７により空間光変調器領域８２の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器領域８１の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００９０】
レーザ顕微鏡５８では、観察ユニットにより取得されモニタ６７に表示される標本６０の拡大画像に基づいて、操作盤６８からレーザ光で刺激する範囲、期間、強度などが入力されることにより、標本６０に照射すべき刺激パターンが指示される。そして、ＤＭＤドライバ７８が指示された範囲に合わせてＤＭＤ７５の空間光変調器領域８２を駆動させる。その後、レーザドライバ７０が指示された強度に合わせてレーザコンバイナモジュール６９の出力を調整し、指示された期間だけレーザコンバイナモジュール６９のシャッターを開く。これにより、所望の刺激パターンのレーザ光が空間光変調装置７４から射出され、標本６０が刺激される。
【００９１】
以上、実施例２に係る空間光変調装置が適用されたレーザ顕微鏡５８によれば、空間光変調装置７４を含むレーザ照射ユニットを用いることで、所望のパターンのレーザ光を照射することができるため、標本６０を任意のパターンで刺激し、その反応を観察することができる。また、レーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、標本６０に含まれる蛍光物質に応じて複数の波長のレーザ光を同時にまたは順番に射出して、蛍光物質を励起させることができる。
【００９２】
図９Ａは、実施例２に係る空間光変調装置が適用された、医療用レーザ照射装置の構成を例示する概略図である。図９Ｂは、図９Ａに例示される医療用レーザ照射装置に含まれる空間光変調装置のＢ矢視図である。本装置適用例に係る医療用レーザ照射装置８３は、患者８４の患部８５を観察する観察装置として機能する部分（以降、観察ユニットと記す。）と、患部８５にレーザ光を照射するレーザ照射装置として機能する部分（以降、レーザ照射ユニットと記す。）から構成されている。また、医療用レーザ照射装置８３の光学系は、医療用レーザ照射装置本体８６内部に収納されている。
【００９３】
観察ユニットは、照明光を射出するハロゲンランプ８７と、照明光を患部８５に向けて反射するハーフミラー８８と、照明光を患部８５に照射する対物レンズ８９と、患部８５を反射した照明光を対物レンズ８９との組合せで結像させる観察側結像レンズ９０と、観察側結像レンズ９０から射出された照明光を受光するＣＣＤ９１と、ＣＣＤ９１からの電気信号を受信し、モニタ９３に患部８５の画像を表示する制御装置９２を含んで構成されている。
【００９４】
一方、レーザ照射ユニットは、ＣＯ２レーザ光を射出するＣＯ２レーザ光源９５と、ＣＯ２レーザ光源９５を駆動させるレーザドライバ９６と、中空ファイバ９７と、中空ファイバ９７から射出されたＣＯ２レーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ９８と、ＣＯ２レーザ光の光束径を調整するビームエキスパンダ９９と、所望のパターンのＣＯ２レーザ光を射出する空間光変調装置１００と、ＤＭＤドライバ１０４と、照射側結像レンズ１０５と、レーザ光を反射し照明光を透過するダイクロイックミラー１０６と、観察ユニットと共有される対物レンズ８９及び制御装置９２と、を含んで構成されている。
【００９５】
空間光変調装置１００は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される実施例２に係る空間光変調装置１１と同様の構成であり、レーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【００９６】
具体的には、図９Ｂに例示されるように、空間光変調装置１００は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であるＤＭＤ１０１と、リレーレンズ１０２と、ミラー１０３とを含んで構成されている。ＤＭＤ１０１は、空間光変調器として機能する空間光変調器領域１０８と、光路長差補償器として機能する光路長差補償器領域１０７とを含んでいる。空間光変調器領域１０８と光路長差補償器領域１０７は、いずれもＤＭＤドライバ１０４で駆動される。ただし、空間光変調器領域１０８がパターン形成のために任意の状態に制御されるのに対して、光路長差補償器領域１０７は、常にＯＮ状態に制御される。または、光路長差補償器領域１０７は、空間光変調器領域１０８のＯＮ状態の変調領域に対応する補償領域のみがＯＮ状態に制御される。リレーレンズ１０２及びミラー１０３は、空間光変調器領域１０８と光路長差補償器領域１０７を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能している。空間光変調器領域１０８と光路長差補償器領域１０７は、リレーレンズ１０２及びミラー１０３により、空間光変調器領域１０８の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償器領域１０７の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【００９７】
医療用レーザ照射装置８３では、観察ユニットにより取得されモニタ９３に表示される患部８５の拡大画像に基づいて、操作盤９４からレーザ光を照射する範囲、期間、強度などが入力されることにより、患部８５に照射すべきパターンが指示される。そして、ＤＭＤドライバ１０４が指示された範囲に合わせてＤＭＤ１０１の空間光変調器領域１０８を駆動させる。その後、レーザドライバ９６が指示された強度に合わせてＣＯ２レーザ光源９５の出力を調整し、指示された期間だけＣＯ２レーザ光源９５のシャッターを開く。これにより、所望のパターンのＣＯ２レーザ光が空間光変調装置１００から射出され、患部８５に照射される。なお、観察ユニットにより取得された患部８５の画像に基づいて、制御装置９２が自動的に患部８５に照射するＣＯ２レーザ光のパターンを決定しても良い。
【００９８】
以上、実施例２に係る空間光変調装置が適用された医療用レーザ照射装置８３によれば、空間光変調装置１００を含むレーザ照射ユニットを用いることで、所望のパターンのＣＯ２レーザ光を照射することができるため、患部８５に必要最小限のＣＯ２レーザ光を照射し、患部８５を治療することができる。また、レーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、必要に応じて、ＣＯ２レーザ光とは波長の異なるレーザ光を同時にまたは順番に射出することができる。
【００９９】
図１０Ａは、実施例２に係る空間光変調装置が適用された、共焦点レーザ顕微鏡の構成を例示する概略図である。図１０Ｂは、図１０Ａに例示される共焦点レーザ顕微鏡に含まれる空間光変調装置のＣ矢視図である。本装置適用例に係る共焦点レーザ顕微鏡１０９は、レーザ光を標本１１１に照射して標本１１１から生じる蛍光を検出することで標本１１１を観察する顕微鏡である。また、共焦点レーザ顕微鏡１０９では、空間光変調装置１１７に含まれるＤＭＤ１１８が共焦点絞りとして機能することで、共焦点効果が発揮されるため、高い分解能の標本像を得ることができる。
【０１００】
共焦点レーザ顕微鏡１０９は、標本１１１を配置するステージ１１０と、波長の異なる複数のレーザ光を合成して射出するレーザコンバイナモジュール１１２と、光ファイバ１１３と、入射するレーザ光を、強度が均一で断面形状が矩形形状のレーザ光に変換するパウエルレンズ１１４と、レーザ光を反射し蛍光を透過させるダイクロイックミラー１１５と、矩形形状のレーザ光を直線状に集光させる第一の瞳レンズ１１６と、所望のパターンのレーザ光を射出する空間光変調装置１１７と、空間光変調装置１１７から射出された光を平行光に変換する第二の瞳レンズ１２１と、標本１１１を一方向に走査する走査手段として機能するガルバノミラー１２２と、第三の瞳レンズ１２３と、結像レンズ１２４と、レーザ光を標本１１１に集光させる対物レンズ１２５と、標本１１１から生じた蛍光を結像させる撮像レンズ１２６と、蛍光を受光し電気信号に変換するＥＭ−ＣＣＤ１２７と、を含んで構成されている。
【０１０１】
空間光変調装置１１７は、図４Ａ及び図４Ｂに例示される実施例２に係る空間光変調装置１１と同様の構成であり、レーザコンバイナモジュール１１２から射出されるレーザ光の波長に依存することなく、所望のパターンのレーザ光を射出することができる。
【０１０２】
具体的には、図１０Ｂに例示されるように、空間光変調装置１１７は、光路長差補償器を兼ねた空間光変調器であるＤＭＤ１１８と、リレーレンズ１１９と、ミラー１２０とを含んで構成されている。ＤＭＤ１１８は、空間光変調器として機能する空間光変調器領域１２８と、光路長差補償器として機能する光路長差補償領域１２９とを含んでいる。
【０１０３】
リレーレンズ１１９及びミラー１２０は、空間光変調領域１２８と光路長差補償領域１２９を光学的に共役な関係にするリレー光学系として機能している。空間光変調領域１２８及び光路長差補償領域１２９は、リレーレンズ１１９及びミラー１２０により、空間光変調領域１２８の隣接する変調領域で生じる光路長差と光路長差補償領域１２９の隣接する補償領域で生じる光路長差が相殺されるように構成されている。
【０１０４】
空間光変調領域１２８と光路長差補償領域１２９は、それぞれ直線状の領域であり、いずれも不図示のＤＭＤドライバで駆動される。共焦点レーザ顕微鏡１０９では、ＤＭＤドライバが空間光変調領域１２８のＯＮ状態とする変調領域を変化させることで、標本１１１を一方向に走査することができる。なお、このとき、ＤＭＤドライバは、光路長差補償領域１２９の補償領域をすべてＯＮ状態に制御するか、または、空間光変調領域１２８のＯＮ状態となった変調領域に対応する光路長差補償領域１２９の補償領域をＯＮ状態に制御する。
【０１０５】
また、空間光変調領域１２８のＯＮ状態の変調領域は、共焦点絞りの開口（ピンホール）として機能する。このため、ＯＮ状態にする変調領域は、対物レンズ１２５の入射側（光源側）開口数ＮＡ´に応じて調整される。
【０１０６】
図１０Ｃは、対物レンズ１２５の入射側開口数ＮＡ´が比較的大きいときの、空間光変調領域１２８の変調領域の状態を例示している。この場合、変調領域に集光するレーザ光のスポット径は小さくなるため、各開口１３０はそれぞれ空間光変調領域１２８の１つの変調領域で構成されている。なお、ここでは、３点を同時に照射しながら標本１１１を走査する例が示されている。
【０１０７】
図１０Ｄは、対物レンズ１２５の入射側開口数ＮＡ´が比較的小さいときの、空間光変調領域１２８の変調領域の状態を例示している。この場合、変調領域に集光するレーザ光のスポット径は大きくなるため、各開口１３０はそれぞれ空間光変調領域１２８の４つの変調領域で構成されている。なお、ここでは、２点を同時に照射しながら標本１１１を走査する例が示されている。
【０１０８】
そして、共焦点レーザ顕微鏡１０９では、空間光変調領域１２８の変調領域を制御することにより走査される方向と直交する方向にガルバノミラー１２２が標本１１１を走査することで、標本１１１全体の画像を取得することができる。
【０１０９】
以上、実施例２に係る空間光変調装置が適用された共焦点レーザ顕微鏡１０９によれば、ＤＭＤ１１８を共焦点絞りとして機能させることで、対物レンズ１２５の射出側開口数ＮＡ´に応じてピンホール径を容易に変更し最適化することができる。また、空間光変調装置１１７はレーザ光の波長に依存することなく所望のパターンを射出することができるため、標本１１１に含まれる蛍光物質に応じて複数の波長のレーザ光を同時にまたは順番に射出して、蛍光物質を励起させることができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１、４、８、１１、１７、３７、５１、７４、１００、１１７・・・空間光変調装置、２・・・光路長差補償器、３・・・空間光変調器、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ・・・補償領域、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ・・・変調領域、５、６、１２、１８、１９、４０、５４、７５、１０１、１１８、２００・・・ＤＭＤ、７、９、１０・・・４ｆ光学系、７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ・・・レンズ群、１３、８１、１０７、１２９・・・光路長差補償器領域、１４、８２、１０８、１２８・・・空間光変調器領域、１５、２０、７６、１０２、１１９・・・リレーレンズ、１６、２１、７７、１０３、１２０、２０１・・・ミラー、２２・・・レーザリペア装置、２３、４５、５９、１１０・・・ステージ、２４・・・基板、２５、６１、８７・・・ハロゲンランプ、２６、８８・・・ハーフミラー、２７、６３、８９、１２５・・・対物レンズ、２８、６４、９０・・・観察側結像レンズ、４２、７９、１０５・・・照射側結像レンズ、１２４・・・結像レンズ、２９、６５、９１・・・ＣＣＤ、３０、５７、６６、９２・・・制御装置、３１、６７、９３・・・モニタ、３２、６８、９４・・・操作盤、３３、６９、１１２・・・レーザコンバイナモジュール、３４、４９、７０、９６・・・レーザドライバ、３５、１１３・・・光ファイバ、３６、５０、７３、９９・・・ビームエキスパンダ、３８・・・ＤＭＤレプリカ、３９、５３・・・リレー光学系、４１、５５、７８、１０４・・・ＤＭＤドライバ、４３、８０、１０６、１１５・・・ダイクロイックミラー、４４・・・露光機、４６・・・ステージドライバ、４７・・・ウエハ、４８・・・レーザ光源、５２・・・回折格子、５６・・・露光レンズ、５８・・・レーザ顕微鏡、６０、１１１・・・標本、６２・・・コンデンサレンズ、７１・・・シングルモードファイバー、７２、９８・・・コリメータレンズ、８３・・・医療用レーザ照射装置、８４・・・患者、８５・・・患部、８６・・・医療用レーザ照射装置本体、９５・・・ＣＯ２レーザ光源、９７・・・中空ファイバ、１０９・・・共焦点レーザ顕微鏡、１１４・・・パウエルレンズ、１１６・・・第一の瞳レンズ、１２１・・・第二の瞳レンズ、１２３・・・第三の瞳レンズ、１２２・・・ガルバノミラー、１２６・・・撮像レンズ、１２７・・・ＥＭ−ＣＣＤ、１３０・・・開口、２０２・・・回転軸、２０３・・・入射光、２０４・・・光学系、２０６、２０７、２０８・・・非０次回折光、Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ・・・光線、Ｄ１、Ｄ２・・・光路長差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
独立に光を変調する複数の変調領域を有し、前記変調領域での変調により隣接する前記変調領域で変調された変調光間で光路長差を生じさせる空間光変調器と、
入射する光を偏向する複数の補償領域を有し、前記補償領域間で生じる光路長差により前記変調光間の光路長差を補償する光路長差補償器と、を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空間光変調装置において、
前記補償領域で生じる偏向光間の光路長差は、前記変調領域での変調により生じる前記変調光間の光路長差と相殺することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の空間光変調装置において、
前記変調領域は、前記補償領域に１対１で対応することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記光路長差補償器は、前記空間光変調器に対して光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
さらに、前記空間光変調器と前記光路長差補償器とを光学的に共役な関係にするリレー光学系を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項６】
請求項５に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、アフォーカル光学系であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項７】
請求項６に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、投影倍率が略等倍の光学系であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項８】
請求項６に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、４ｆ光学系であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項９】
請求項６に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、２つの４ｆ光学系を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、前記空間光変調器の各前記変調領域を分離して識別できる開口数を有することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１１】
請求項５乃至請求項７又は請求項１０のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、反射部材を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、前記光路長差補償器を兼ねることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の空間光変調装置において、
前記変調領域は、前記補償領域と異なる領域であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記光路長差補償器は、前記空間光変調器と同種の光学素子でことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記光路長差補償器は、回折格子であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスであることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、ホログラム光学素子であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１９】
可干渉性を有する光を射出する光源と、
前記光を変調する請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の空間光変調装置と、を含むことを特徴とする照射装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の照射装置において、
前記光源は、波長の異なる複数の光を射出することを特徴とする照射装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の照射装置において、
前記光源は、前記複数の光を同時に射出することを特徴とする照射装置。
【請求項２２】
請求項１９乃至請求項２１に記載の照射装置において、
前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする照射装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の照射装置において、
前記照射装置は、レーザリペア装置であることを特徴とする照射装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の照射装置において、
前記照射装置は、露光機であることを特徴とする照射装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載の照射装置において、
前記照射装置は、医療機器であることを特徴とする照射装置。
【請求項２６】
請求項２２に記載の照射装置を含むことを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項２７】
請求項２６に記載のレーザ顕微鏡において、
前記空間光変調器は、共焦点絞りとして機能し、
前記顕微鏡は、共焦点レーザ顕微鏡であることを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項１】
独立に光を変調する複数の変調領域を有し、前記変調領域での変調により隣接する前記変調領域で変調された変調光間で光路長差を生じさせる空間光変調器と、
入射する光を偏向する複数の補償領域を有し、前記補償領域間で生じる光路長差により前記変調光間の光路長差を補償する光路長差補償器と、を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空間光変調装置において、
前記補償領域で生じる偏向光間の光路長差は、前記変調領域での変調により生じる前記変調光間の光路長差と相殺することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の空間光変調装置において、
前記変調領域は、前記補償領域に１対１で対応することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記光路長差補償器は、前記空間光変調器に対して光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
さらに、前記空間光変調器と前記光路長差補償器とを光学的に共役な関係にするリレー光学系を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項６】
請求項５に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、アフォーカル光学系であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項７】
請求項６に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、投影倍率が略等倍の光学系であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項８】
請求項６に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、４ｆ光学系であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項９】
請求項６に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、２つの４ｆ光学系を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項９のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、前記空間光変調器の各前記変調領域を分離して識別できる開口数を有することを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１１】
請求項５乃至請求項７又は請求項１０のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記リレー光学系は、反射部材を含むことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、前記光路長差補償器を兼ねることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の空間光変調装置において、
前記変調領域は、前記補償領域と異なる領域であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記光路長差補償器は、前記空間光変調器と同種の光学素子でことを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記光路長差補償器は、回折格子であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイスであることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、液晶空間光変調器であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の空間光変調装置において、
前記空間光変調器は、ホログラム光学素子であることを特徴とする空間光変調装置。
【請求項１９】
可干渉性を有する光を射出する光源と、
前記光を変調する請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の空間光変調装置と、を含むことを特徴とする照射装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の照射装置において、
前記光源は、波長の異なる複数の光を射出することを特徴とする照射装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の照射装置において、
前記光源は、前記複数の光を同時に射出することを特徴とする照射装置。
【請求項２２】
請求項１９乃至請求項２１に記載の照射装置において、
前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする照射装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の照射装置において、
前記照射装置は、レーザリペア装置であることを特徴とする照射装置。
【請求項２４】
請求項２２に記載の照射装置において、
前記照射装置は、露光機であることを特徴とする照射装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載の照射装置において、
前記照射装置は、医療機器であることを特徴とする照射装置。
【請求項２６】
請求項２２に記載の照射装置を含むことを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項２７】
請求項２６に記載のレーザ顕微鏡において、
前記空間光変調器は、共焦点絞りとして機能し、
前記顕微鏡は、共焦点レーザ顕微鏡であることを特徴とするレーザ顕微鏡。
【図１】
【図６】
【図８Ａ】
【図９Ａ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図７】
【図８Ｂ】
【図９Ｂ】
【図６】
【図８Ａ】
【図９Ａ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図７】
【図８Ｂ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−６４８９２（Ｐ２０１１−６４８９２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４５９７（Ｐ２００９−２１４５９７）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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