(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガウス分布に従う光強度分布を有する光を出力するガウスビーム出力部と、
前記光を受け、計算機ホログラムを呈示して前記光を変調する空間光変調器と、
変調された前記光を集光する光学系と、
前記ガウスビーム出力部と前記空間光変調器との間の光軸、及び前記空間光変調器と前記光学系との間の光軸のうち少なくとも一方の光軸上に配置された振幅マスクと、
を備え、
前記振幅マスクは、前記光軸を中心とする円形状の第１領域と、前記第１領域を囲む円環状の第２領域とを有し、
前記第２領域における透過率が、前記光軸から離れるに従い連続的に減少している、光照射装置。
【請求項２】
ガウス分布に従う強度分布を有する光を出力するガウスビーム出力部と、
前記光を受け、計算機ホログラムを呈示して前記光を変調する空間光変調器と、
変調された前記光を集光する光学系と、
前記ガウスビーム出力部と前記空間光変調器との間の光軸、及び前記空間光変調器と前記光学系との間の光軸のうち少なくとも一方の光軸上に配置された振幅マスクと、
を備え、
前記振幅マスクは、前記光軸を中心とする円形状の第１領域と、前記第１領域を囲む円環状の第２領域とを有し、
前記光のうち前記第２領域を透過した部分の光強度が、前記光軸から離れるに従い連続的に減少する、光照射装置。
【請求項３】
前記光学系によって集光された前記光の集光面における光強度分布を検出する光検出器と、
前記集光面において所望の光強度分布を生じさせるための前記計算機ホログラムを、前記光検出器からの出力データに基づいて提供する制御部と、
を更に備える、請求項１または２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記第１領域における透過率が均一である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記光軸を中心とする径方向における前記第２領域の幅ｒ２が、前記第１領域の半径ｒ１と前記幅ｒ２との和（ｒ１＋ｒ２）の２０％〜５０％の範囲内である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光照射装置。
【請求項６】
前記計算機ホログラムは、前記光学系によって集光された前記光の集光面の所定領域内において均一な光強度分布を生成するためのホログラムである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、光軸に垂直な或る面内において均一な光強度分布を有する照明光を生成するための方式を開示する。このような照明光を生成する方式としては、例えばガウス分布に従う光強度分布を有する入力光を空間光変調器により変調する方式が挙げられる。この方式では、集光面内の所定の範囲において光強度分布が均一になるような計算機ホログラム（ＣＧＨ；Computer Generated Hologram）が、空間光変調器により呈示される。空間光変調器に呈示されるＣＧＨは、次の数式（１）に示される一次元ξの関数を基に設計される（φ（ξ）は位置ξにおいて呈示される位相値）。
【数１】
0006506974.tif 000002
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Fred M. Dickey, Scott C. Holswade, “Laser Beam Shaping Theory AndTechniques”, CRC Press, (2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、微小箇所の観察における照明光やレーザ加工用途のレーザ光の生成を、空間光変調器を用いて行うことが研究されている。空間光変調器に呈示されるＣＧＨを制御することによって、例えば所定領域内における光強度が均一であるといった、所望の強度分布を有する光を生成することができる。
【０００５】
空間光変調器に入力される（変調前の）光の強度分布は、多くの場合、ガウス分布に従う（以下、このような光をガウスビームと称する）。従って、空間光変調器に呈示されるＣＧＨとしては、理想的なガウスビームを変調することを想定したホログラムが用意される。しかしながら、実際に空間光変調器によって変調される（若しくは変調された後の）光の強度分布は、光路上に配置される光学部品（例えばアパーチャ、エッジマスク等）によって、周縁部分が欠ける等、理想的なガウス分布から不連続に変形してしまう場合がある。このような場合に、理想的なガウスビームを想定したＣＧＨが空間光変調器に呈示されると、得られる出力光の光強度分布は所望の分布から離れてしまう。例えば、所定領域内における光強度を均一とするためのＣＧＨが空間光変調器に呈示された場合であっても、入力光の周縁部分がアパーチャによって欠けると、周縁部分からの回折光の影響により所定領域内での光強度の均一性が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、光の強度分布がガウス分布から不連続に変形した場合であっても、出力光の強度分布を所望の分布に近づけることができる光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一実施形態による光照射装置は、ガウス分布に従う光強度分布を有する光を出力するガウスビーム出力部と、光を受け、ＣＧＨを呈示して光を変調する空間光変調器と、空間光変調器によって変調された光を集光する光学系と、ガウスビーム出力部と空間光変調器との間の光軸、及び空間光変調器と光学系との間の光軸のうち少なくとも一方の光軸上に配置された振幅マスクとを備える。振幅マスクは、その光軸を中心とする円形状の第１領域と、第１領域を囲む円環状の第２領域とを有する。第２領域における透過率は、光軸から離れるに従い連続的に減少している。
【０００８】
また、本発明の一実施形態による別の光照射装置は、ガウス分布に従う強度分布を有する光を出力するガウスビーム出力部と、光を受け、ＣＧＨを呈示して光を変調する空間光変調器と、空間光変調器によって変調された光を集光する光学系と、ガウスビーム出力部と空間光変調器との間の光軸、及び空間光変調器と光学系との間の光軸のうち少なくとも一方の光軸上に配置された振幅マスクとを備える。振幅マスクは、その光軸を中心とする円形状の第１領域と、第１領域を囲む円環状の第２領域とを有する。光のうち第２領域を透過した部分の光強度は、光軸から離れるに従い連続的に減少する。
【０００９】
上記の各光照射装置では、ガウスビーム出力部から出力された光が空間光変調器によって変調され、光学系によって集光される。空間光変調器には、光学系によって集光された光の強度分布が集光面において所望の分布となるためのＣＧＨが呈示され得る。更に、上記の各光照射装置では、空間光変調器の前段若しくは後段（またはその双方）の光軸上に、その光軸を中心とする円環状の第２領域を有する振幅マスクが設けられている。本発明者は、このような振幅マスクにおいて、第２領域を透過した部分の光強度が光軸から離れるに従い連続的に減少するような場合には、集光光学系に至る前の光の強度分布がガウス分布から不連続に変形した場合であっても、出力光の光強度分布に対する該変形による影響が緩和されることを見出した。また、第２領域を透過した光のこのような光強度は、例えば、第２領域の透過率が光軸から離れるに従い連続的に減少することによって好適に実現され得る。従って、上記の各光照射装置によれば、光の強度分布がガウス分布から不連続に変形した場合であっても、出力光の強度分布を所望の分布に近づけることができる。
【００１０】
また、上記の各光照射装置は、光学系によって集光された光の集光面における光強度分布を検出する光検出器と、集光面において所望の光強度分布を生じさせるためのＣＧＨを、光検出器からの出力データに基づいて提供する制御部とを更に備えてもよい。このような構成によって、集光面における光強度分布を、フィードバック制御により更に精度良く所望の分布に近づけることができる。また、振幅マスクの第２領域が上記の構成を有することによって、集光面における光強度分布を所望の分布に更に近づけ易くすることができる。
【００１１】
また、上記の各光照射装置では、第１領域における透過率が均一であってもよい。これにより、集光面における光強度分布を所望の分布に更に近づけ易くすることができる。また、例えば第１領域における透過率がほぼ１００％である場合には、振幅マスクによる光損失を低減して光利用効率を高めることができる。
【００１２】
また、上記の各光照射装置では、光軸を中心とする径方向における第２領域の幅ｒ２が、第１領域の半径ｒ１と幅ｒ２との和（ｒ１＋ｒ２）の２０％〜５０％の範囲内であってもよい。本発明者の知見によれば、第２領域の幅がこのような範囲内であることによって、入力光のガウス分布からの変形による出力光の光強度分布への影響がより好適に緩和される。
【００１３】
また、上記の各光照射装置では、ＣＧＨが、光学系によって集光された光の集光面の所定領域内において均一な光強度分布を生成するためのホログラムであってもよい。このような場合、入力光のガウス分布からの変形によって光強度分布の均一性が損なわれたとしても、上記の光照射装置によれば、振幅マスクの働きによって光強度分布の均一性を回復することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による光照射装置によれば、入力光の強度分布がガウス分布から変形した場合であっても、出力光の強度分布を所望の分布に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光照射装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、空間光変調器による変調動作を概念的に示す図である。
【図３】図３は、位相φ（ξ）と成形後の光強度分布との関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、光軸方向から見た振幅マスクの構成を示す平面図である。
【図５】図５は、光軸を含む断面における振幅マスクの透過率分布の例を示すグラフである。
【図６】図６は、光軸を含む断面における振幅マスクの透過率分布の例を示すグラフである。
【図７】図７は、振幅マスクを透過した光の強度分布の例を示す図である。
【図８】図８は、効果を説明するためのシミュレーション結果である。
【図９】図９は、効果を説明するためのシミュレーション結果である。
【図１０】図１０は、効果を説明するためのシミュレーション結果である。
【図１１】図１１は、第１変形例に係る光照射装置の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、振幅マスクの透過率分布を示すグラフである。
【図１３】図１３は、振幅マスクを透過した光の強度分布を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１３に示された光強度分布を有する光を集光光学系に入力させたときの、集光面における出力光の強度分布を示すグラフである。
【図１５】図１５は、振幅マスクの第２領域の幅を種々に変化させたときの、集光面における出力光の強度分布を示すグラフである。
【図１６】図１６は、第３実施例における振幅マスクの透過率分布を示すグラフである。
【図１７】図１７（ａ）は、振幅マスクを透過した光の強度分布を示すグラフである。図１７（ｂ）は、集光面における出力光の強度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光照射装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る光照射装置１Ａの構成を示す図である。本実施形態の光照射装置１Ａは、ガウスビーム出力部１０と、空間光変調器２０と、振幅マスク３０と、集光光学系４０と、光検出器５０と、制御部６０とを備える。
【００１８】
ガウスビーム出力部１０は、ガウス分布に従う光強度分布を有する光Ｌ１を出力する。ガウスビーム出力部１０は、例えば、光源１１、及び光源１１と光学的に結合されたビームエキスパンダ１２を含んで構成される。光源１１は、例えばパルス光発振や連続波発振のレーザ光源、ＳＬＤ光源、或いはＬＥＤ光源などを含んで構成され、ガウス分布に従う光強度分布を有する光Ｌ１を出力する。ビームエキスパンダ１２は、例えば光Ｌ１の光路上に並んで配置された複数のレンズを含んで構成され、それら複数のレンズの光軸に対して垂直な断面における光Ｌ１の光径を調整する。一例では、ビームエキスパンダ１２は、光Ｌ１の光径を拡大する。
【００１９】
空間光変調器２０は、ビームエキスパンダ１２と光学的に結合されており、ビームエキスパンダ１２から光Ｌ１を受ける。空間光変調器２０は、光Ｌ１を空間的に変調するための変調パターンであるＣＧＨを呈示する。空間光変調器２０に呈示されるＣＧＨは、制御部６０によって制御される。空間光変調器２０は、位相変調型でも良いし、振幅（強度）変調型でも良い。また、空間光変調器２０は、反射型及び透過型の何れであってもよい。また、空間光変調器２０は複数枚設けられてもよく、その場合、光Ｌ１は複数回にわたって変調される。
【００２０】
振幅マスク３０は、空間光変調器２０と光学的に結合されており、本実施形態においては、空間光変調器２０と集光光学系４０の間の光軸Ｏ24上に配置されている。つまり、本実施形態の振幅マスク３０は、空間光変調器２０と集光光学系４０との間において光Ｌ１の光路上に配置されている。また、振幅マスク３０は、光軸Ｏ24に垂直な断面において所定の透過率分布を有する光学部品である。一例では、振幅マスク３０は吸収型或いは反射型のＮＤフィルタによって好適に構成される。なお、振幅マスク３０の透過率分布については後に詳述する。
【００２１】
集光光学系４０は、本実施形態においては、振幅マスク３０と光学的に結合されており、光Ｌ１の光路上に配置され、照射対象物と対向して配置される。集光光学系４０は、集光光学系４０から焦点距離ｆだけ離れた位置に集光面を形成し、空間光変調器２０から出力された光Ｌ１を出力光Ｌ２に変換しつつ該集光面に集光する。集光光学系４０は、例えば一又は複数のレンズによって構成される（例えば、対物レンズ）。前述した空間光変調器２０に呈示されるＣＧＨは、集光光学系４０によって集光された出力光Ｌ２の強度分布を集光面において所望の分布とする。従って、空間光変調器２０と集光光学系４０との間においては、光Ｌ１の光強度分布はガウス分布を維持している。
【００２２】
光検出器５０は、集光光学系４０の光軸Ｏ4において、集光光学系４０から焦点距離ｆだけ離れた集光面に配置され、集光光学系４０によって集光された出力光Ｌ２の光強度分布を検出する。光検出器５０は、複数のアノードを有するマルチアノード型の光電子増倍管（Photomultiplier Tube；ＰＭＴ）によって構成されてもよく、または、フォトダイオード若しくはアバランシェフォトダイオードといったポイントセンサが複数個並んでアレイ状に構成されてもよい。或いは、光検出器５０は、ＣＣＤイメージセンサ、ＥＭ−ＣＣＤイメージセンサ、若しくはＣＭＯＳイメージセンサといった、複数の画素を有するエリアイメージセンサであってもよい。光検出器５０は、出力光Ｌ２の光強度分布を示す出力データＳｄを制御部６０に提供する。なお、照射対象物に出力光Ｌ２が照射される際には、光検出器５０は取り除かれ、その位置に照射対象物が配置される。
【００２３】
制御部６０は、集光光学系４０の集光面において出力光Ｌ２に所望の光強度分布を生じさせるためのＣＧＨを、光検出器５０からの出力データＳｄに基づいて提供する。すなわち、制御部６０は、出力データＳｄに示される出力光Ｌ２の光強度分布が所望の分布から離れている場合に、光強度分布が所望の分布に近づくようなＣＧＨを算出する。或いは、制御部６０は、複数のＣＧＨを予め記憶しておき、出力データＳｄに示される出力光Ｌ２の光強度分布に応じて、所望の分布に近づくためのＣＧＨを複数のＣＧＨの中から選択してもよい。制御部６０は、算出または選択したＣＧＨを含む制御信号Ｓｃを、空間光変調器２０に提供する。
【００２４】
図２は、空間光変調器２０による変調動作を概念的に示す図である。なお、図２においては、光軸Ｏ24及び光軸Ｏ4に垂直な面における光密度が破線（光線）の疎密によって示されており、光密度が大きいほど破線が密に並んでいる。図２に示されるように、空間光変調器２０には、ガウス分布に従う光強度分布Ａ１を有する光Ｌ１が入力される。光Ｌ１の光密度は、光軸Ｏ24上において最も大きく、周縁部に近づくほど小さくなる。空間光変調器２０にはＣＧＨ２１が呈示される。ＣＧＨ２１は、光Ｌ１から、集光面において所望の光強度分布Ａ２を有する出力光Ｌ２を生成するためのＣＧＨである。出力光Ｌ２の光強度分布Ａ２は、例えば、図２に示されるように集光面の所定領域Ｂ１内において均一な分布を有する。所定領域Ｂ１は、例えば集光光学系４０の光軸Ｏ4を含む領域であり、一実施例では光軸Ｏ4を中心とする円形状の領域である。この場合、出力光Ｌ２の光密度は、所定領域Ｂ１において一定であり、所定領域Ｂ１の外では急激に低下する。
【００２５】
上記の変調動作において、通常、ＣＧＨ２１としては、光強度分布Ａ１が理想的なガウス分布であることを前提としたホログラムが用意される。しかしながら、実際の光Ｌ１の強度分布は、光路上に配置される光学部品（例えばアパーチャ、エッジマスク等）によって、周縁部分が欠ける等、理想的なガウス分布から不連続に変形してしまう場合がある。このような場合に、理想的なガウス分布を前提としたＣＧＨ２１が空間光変調器２０に呈示されると、得られる光強度分布Ａ２は所望の分布から離れてしまう。例えば、光Ｌ１の周縁部分がアパーチャによって欠けると、所定領域Ｂ１内での光強度の均一性が低下してしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態では、下記の数式（２）に示されるように、上記の数式（１）に対し、位相φ（ξ）の曲率ｄφ/ｄξを制御する制御パラメータＡを導入する。この制御パラメータＡが適切な値に設定されることにより、所定領域Ｂ１内での光強度の均一性を本来の均一さに近づけることができる。なお、この計算は制御部６０において行われる。
【数２】
0006506974.tif 000003
【００２７】
制御パラメータＡを適切な値に設定するためには、光検出器５０によって得られたデータＳｄに示される光強度分布を用いるとよい。ここで、図３は、位相φ（ξ）と成形後の光強度分布Ａ２との関係の一例を示す図である。なお、図３において、位相φ（ξ）欄の長破線Ｄ１は適切な位相曲線を示し、短破線Ｄ２は制御前の位相曲線を示している。
【００２８】
図３の上段に示されるように、制御パラメータＡが適切値となっている（位相曲線の曲率が適切な位相曲線と一致している）場合には、所定領域Ｂ１内での光強度が均一となる。これに対し、図３の中段に示されるように、制御パラメータＡが適切値よりも大きい場合には、所定領域Ｂ１内での光強度が凹状となってしまう。このような場合には、制御パラメータＡをより小さく設定することによって、所定領域Ｂ１内での光強度を均一に近づけることができる。また、図３の下段に示されるように、制御パラメータＡが適切値よりも小さい場合には、所定領域Ｂ１内での光強度が凸状となってしまう。このような場合には、制御パラメータＡをより大きく設定することによって、所定領域Ｂ１内での光強度を均一に近づけることができる。なお、データＳｄに示される光強度分布の形状に基づいて、予めＡの大凡の値を決定してもよい。
【００２９】
また、図１に示されたように、本実施形態では空間光変調器２０と集光光学系４０との間の光軸Ｏ24上に振幅マスク３０が配置されている。上述したような、光強度分布Ａ１の理想的なガウス分布からの変形による光強度分布Ａ２の変形は、この振幅マスク３０によっても解消され得る。ここで、図４は、光軸Ｏ24の方向から見た振幅マスク３０の構成を示す平面図である。図４に示されるように、本実施形態の振幅マスク３０は、第１領域３１及び第２領域３２を有する。
【００３０】
第１領域３１は、光軸Ｏ24を中心とする円形状の領域である。第１領域３１における透過率は均一であり、例えば１００％若しくはそれに極めて近い値である。従って、空間光変調器２０から集光光学系４０に至るまでの光軸Ｏ24付近の光強度分布は、そのまま維持される。また、第２領域３２は、光軸Ｏ24を中心とする円環状（すなわち光軸Ｏ24周りに対称）の領域であって、第１領域３１を囲んでいる。第２領域３２における透過率は、光軸Ｏ24から離れるに従い、第１領域３１の透過率から連続的に減少（すなわち単調減少）している。従って、アポダイゼーション効果（高次の回折光を抑制して、低周波のコントラストが向上し、一方で高周波のコントラストが低減する効果）を得ることができ、光Ｌ１のうち第２領域３２を透過した部分の光強度は、光軸Ｏ24から離れるに従い、第１領域３１の周縁部の光強度から連続的に減少（すなわち単調減少）することとなる。後述する実施例に示されるように、光軸Ｏ24を中心とする径方向における第２領域３２の幅ｒ２は、第１領域３１の半径ｒ１と幅ｒ２との和（ｒ１＋ｒ２）の２０％〜５０％の範囲内であるとよい。
【００３１】
図５及び図６は、光軸Ｏ24を含む断面における振幅マスク３０の透過率分布の例を示すグラフである。図５（ａ）に示される例では、第２領域３２における透過率が、第１領域３１と第２領域３２との境界からの距離に比例して低下している。また、図５（ｂ）及び図６（ａ）に示される例では、第２領域３２における透過率が、第１領域３１と第２領域３２との境界からの距離を変数とする２次関数となっている。図５（ｂ）は２次曲線が下に凸（すなわち２回微分値が常に正）である場合を示し、図６（ａ）は２次曲線が上に凸（すなわち２回微分値が常に負）である場合を示す。また、図６（ｂ）に示される例では、第２領域３２における透過率が、第１領域３１と第２領域３２との境界からの距離を変数とするシグモイド（ＳＩＧＭＯＩＤ）関数となっている。
【００３２】
図７は、上記のような透過率分布を有する振幅マスク３０を透過した光Ｌ１の光強度分布の例を示す図であって、光強度を色の濃淡で表している。なお、黒い領域ほど光強度が弱く、白い領域ほど光強度が強い。この図７に示されるように、振幅マスク３０を透過した後の光Ｌ１の光強度分布では、第２領域３２を透過した部分の光強度が、光軸Ｏ24から離れるに従い連続的に減少している。
【００３３】
ここで、図８〜図１０は、本実施形態による効果を説明するためのシミュレーション結果である。なお、これらの図において、縦軸は光強度を表し、横軸は光軸Ｏ24を含む断面の径方向位置を表す。図８（ａ）に示されるように光Ｌ１が理想的なガウス分布を有する場合、図８（ｂ）に示されるように、集光面における出力光Ｌ２の光強度分布は、所定領域Ｂ１において略均一なトップハット状となる。しかし、図９（ａ）に示されるように、アパーチャによって光Ｌ１の光強度分布の裾が不連続に途切れた場合、図９（ｂ）に示されるように、集光面における出力光Ｌ２の光強度分布は、所定領域Ｂ１において均一性が損なわれた形状となる。なお、これらの例では、制御パラメータを１９０００とした。
【００３４】
これに対し、図１０（ａ）に示されるように、第２領域３２を通過した光Ｌ１の部分の光強度が光軸Ｏ24から離れるに従い連続的に減少している場合、図１０（ｂ）のグラフＧ１に示されるように、所定領域Ｂ１での光強度が図９（ｂ）と比較して均一に近づく（振幅マスク３０のアポダイゼーション効果）。また、制御パラメータを更に好適な２８０００に設定した場合、図１０（ｂ）のグラフＧ２に示されるように、所定領域Ｂ１での光強度がグラフＧ１と比較して更に均一に近づく（低下した高周波のコントラストの回復効果）。
【００３５】
このように、振幅マスク３０において、第２領域３２を透過した光Ｌ１の光強度が光軸Ｏ24から離れるに従い連続的に減少するような場合には、光Ｌ１の強度分布がガウス分布から不連続に変形した場合であっても、集光面における出力光Ｌ２の光強度分布に対する該変形による影響が緩和されることを本発明者は見出した。また、第２領域３２を透過した光Ｌ１のこのような光強度は、例えば図５及び図６に示されたように、第２領域３２の透過率が光軸Ｏ24から離れるに従い連続的に減少することによって好適に実現され得る。従って、本実施形態によれば、光Ｌ１の強度分布がガウス分布から不連続に変形した場合であっても、出力光Ｌ２の強度分布を所望の分布に近づけることができる。
【００３６】
なお、光Ｌ１の強度分布における不連続部分は、第２領域３２の外側を透過することが好ましい。言い換えれば、第２領域３２の外側の輪郭は、光Ｌ１の強度分布における不連続部分によって規定されることが好ましい。また、光Ｌ１はガウス分布を有していればよく、光Ｌ１のビーム径に制限はない。
【００３７】
また、本実施形態のように、光照射装置１Ａは、集光光学系４０によって集光された出力光Ｌ２の集光面における光強度分布を検出する光検出器５０と、集光面において所望の光強度分布を生じさせるためのＣＧＨを、光検出器５０からの出力データに基づいて提供する制御部６０とを更に備えてもよい。この構成によれば、振幅マスクのアポダイゼーション効果により低下した高周波のコントラストをＣＧＨ制御で回復することができる。特に、振幅分布と位相分布の両方を制御する構成によって、集光面における光強度分布を、フィードバック制御により更に精度良く所望の分布に近づけることができる。また、振幅マスク３０の第２領域３２が上記の構成を有することによって、集光面における光強度分布を所望の分布に更に近づけ易くすることができる。
【００３８】
また、本実施形態のように、第１領域３１における透過率は均一であってもよい。これにより、集光面における光強度分布を所望の分布に更に近づけ易くすることができる。また、例えば第１領域３１における透過率がほぼ１００％である場合には、振幅マスク３０による光損失を低減して光利用効率を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態のように、光軸Ｏ24を中心とする径方向における第２領域３２の幅ｒ２が、第１領域３１の半径ｒ１と幅ｒ２との和（ｒ１＋ｒ２）の２０％〜５０％の範囲内であってもよい。後述する実施例に示されるように、本発明者の知見によれば、第２領域３２の幅がこのような範囲内であることによって、光Ｌ１のガウス分布からの変形による出力光Ｌ２の光強度分布への影響がより好適に緩和される。
【００４０】
また、本実施形態のように、空間光変調器２０に呈示されるＣＧＨは、集光面の所定領域Ｂ１内において均一な光強度分布を生成するためのホログラムであってもよい。このような場合、光Ｌ１のガウス分布からの変形によって光強度分布の均一性が損なわれたとしても、振幅マスク３０の働きによって光強度分布の均一性を回復することができる。
【００４１】
（変形例）
図１１は、上記実施形態の一変形例に係る光照射装置１Ｂの構成を示す図である。本変形例と上記実施形態との相違点は、振幅マスク３０の配置である。本変形例において、振幅マスク３０は、ガウスビーム出力部１０と空間光変調器２０との間の光軸Ｏ12上に配置されている。つまり、ガウスビーム出力部１０と空間光変調器２０との間における光Ｌ１の光路上に配置されている。このような構成であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、振幅マスク３０は、ガウスビーム出力部１０と空間光変調器２０との間、並びに空間光変調器２０と集光光学系４０との間の双方の光軸Ｏ12，Ｏ24上に配置されてもよい。なお、本変形例の作用は、上記実施形態の図４、図５、及び図６における光軸Ｏ24を光軸Ｏ12に置き換えて理解される。
【００４２】
（第１実施例）
ここで、上記実施形態の第１実施例について説明する。図１２は、本実施例における振幅マスク３０の透過率分布を示すグラフであって、縦軸は規格化された透過率を示し、横軸は規格化された半径方向位置を示す。図１２に示されるグラフＧ１１〜Ｇ１４は、それぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）、及び図６（ｂ）に対応している。なお、第２領域３２の幅ｒ２を、第１領域３１の半径ｒ１と幅ｒ２との和（ｒ１＋ｒ２）の４０％とした。
【００４３】
図１３は、振幅マスク３０を透過した光Ｌ１の光強度分布を示すグラフであって、縦軸は光強度を示し、横軸は光軸に垂直な断面における径方向位置を示す。グラフＧ２１〜Ｇ２４は、それぞれ図１２のグラフＧ１１〜Ｇ１４に対応している。また、グラフＧ２５は、比較のため、振幅マスク３０を設けない場合の光Ｌ１の光強度分布を示している。図１３に示されるように、本実施例では、第２領域３２を透過した光Ｌ１の光強度が、光軸から離れるに従い連続的に減少している。
【００４４】
図１４は、図１３に示された光強度分布を有する光Ｌ１を集光光学系４０に入力させたときの、集光面における出力光Ｌ２の光強度分布を示すグラフである。縦軸は光強度を示し、横軸は光軸からの距離を示す。グラフＧ３１〜Ｇ３５は、それぞれ図１３のグラフＧ２１〜Ｇ２５に対応している。図１４に示されるように、振幅マスク３０を設けない場合（グラフＧ３５）、所定領域における光強度の均一性が大きく損なわれる。これに対し、振幅マスク３０を設けた場合（グラフＧ３１〜Ｇ３４）、所定領域における光強度の均一性が改善されている。特に、第２領域３２における透過率が、第１領域３１と第２領域３２との境界からの距離を変数とする下に凸の２次関数となっている場合には（グラフＧ３２）、均一性の改善が顕著である。
【００４５】
本実施例において示されたように、上記実施形態の光照射装置１Ａによれば、光Ｌ１の強度分布がガウス分布から不連続に変形した場合であっても、出力光Ｌ２の強度分布を所望の分布に近づけることができる。
【００４６】
（第２実施例）
上記実施形態の第２実施例について説明する。図１５は、振幅マスク３０の第２領域３２の幅ｒ２を種々に変化させたときの、集光面における出力光Ｌ２の光強度分布を示すグラフである。縦軸は光強度を示し、横軸は光軸からの距離を示す。グラフＧ４１〜Ｇ４５は、それぞれ、第２領域３２の幅ｒ２が第１領域３１の半径ｒ１と幅ｒ２との和（ｒ１＋ｒ２）の１０％、２０％、３０％、４０％、及び５０％である場合を示す。なお、本実施例では、第２領域３２における透過率を、第１領域３１と第２領域３２との境界からの距離を変数とする下に凸の２次関数とした（図５（ｂ）を参照）。
【００４７】
図１５を参照すると、幅ｒ２が和（ｒ１＋ｒ２）の２０％〜５０％の範囲内である場合に、所定領域における光強度の均一性がより大きく改善されていることがわかる。特に、幅ｒ２が和（ｒ１＋ｒ２）の３０％〜４０％の範囲内である場合には、光強度の均一性がより一層改善されている。従って、上記実施形態においては、幅ｒ２が和（ｒ１＋ｒ２）の２０％〜５０％の範囲内であることが好ましく、幅ｒ２が和（ｒ１＋ｒ２）の３０％〜４０％の範囲内であることが更に好ましい。
【００４８】
（第３実施例）
上記実施形態の第３実施例について説明する。図１６は、本実施例における振幅マスク３０の透過率分布を示すグラフであって、縦軸は規格化された透過率を示し、横軸は規格化された半径方向位置を示す。図１６に示されるように、本実施例では、振幅マスク３０の第１領域３１と第２領域３２との境界を、該境界における光強度が光軸（光軸Ｏ12及び／又は光軸Ｏ24）における光強度の９０％となる位置に設定した。なお、第２領域３２における透過率を、第１領域３１と第２領域３２との境界からの距離を変数とする下に凸の２次関数とした（図５（ｂ）を参照）。更に、第２領域３２の外周における透過率をゼロよりも大きい値とした。
【００４９】
図１７（ａ）は、振幅マスク３０を透過した光Ｌ１の光強度分布を示すグラフであって、縦軸は光強度を示し、横軸は光軸に垂直な断面における径方向位置を示す。グラフＧ５１は振幅マスク３０を設けた場合を示し、グラフＧ５２は振幅マスク３０を設けない場合を示す。
【００５０】
図１７（ｂ）は、集光面における出力光Ｌ２の光強度分布を示すグラフである。縦軸は光強度を示し、横軸は光軸からの距離を示す。グラフＧ６１は図１７（ａ）のグラフＧ５１に対応しており、グラフＧ６２は図１７（ａ）のグラフＧ５２に対応している。図１７（ｂ）に示されるように、上記実施形態によれば、光Ｌ１の光強度分布が、ガウス分布の中央部付近のみを切り取った形状を有する場合であっても、振幅マスク３０の作用によって、所定領域における出力光Ｌ２の強度分布を所望の分布に近づけることができる。
【００５１】
本発明による光照射装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では図５及び図６において種々の透過率分布のバリエーションが示されたが、本発明ではこれらの透過率分布に限らず、第２領域の透過率が光軸から離れるに従い連続的に減少していれば、他の分布であってもよい。例えば、第１領域における透過率分布は均一でなくともよい。また、第２領域の透過率が、光軸から離れるに従い部分的に増加する場合であっても、第２領域を透過後の光の強度分布が光軸から離れるに従い連続的に減少していればよい。
また、上記実施形態では、光検出器からの出力データに基づいて制御部がＣＧＨのフィードバック制御を行っているが、このようなフィードバック制御を行わず、予め算出または選択されたＣＧＨを空間光変調器が呈示してもよい。さらに、空間光変調器２０によって変調された光を集光する光学系は集光光学系に限らず、投影レンズなどの投影光学系を用いてもよい。これにより、本発明による光照射装置をプロジェクタなどの投影装置として用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ，１Ｂ…光照射装置、１０…ガウスビーム出力部、１１…光源、１２…ビームエキスパンダ、２０…空間光変調器、３０…振幅マスク、３１…第１領域、３２…第２領域、４０…集光光学系、５０…光検出器、６０…制御部、Ａ１，Ａ２…光強度分布、Ｂ１…所定領域、ｆ…焦点距離、Ｌ１…光、Ｌ２…出力光、Ｏ12，Ｏ24，Ｏ4…光軸、Ｓｃ…制御信号、Ｓｄ…出力データ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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