(57)【要約】【課題】空間光変調器が変換するレーザビームの位相変換量を短時間で計算できるようにする。【解決手段】第１のレーザ光源と、位相制御情報に応じて第１のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第１の位相変換手段と、第１の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換して出力する第１のフーリエ変換手段と、第１の位相変換手段が変換する空間位相分布を計算する空間光位相分布演算部を備え、この空間光位相分布演算部は、第２のレーザ光源、第２の位相変換手段、第２のフーリエ変換手段、第１の位相検出手段、第３のレーザ光源、強度変換手段、第３の位相変換手段、逆フーリエ変換手段、第２の位相検出手段、位相制御手段からなる、繰り返し演算の計算ループを備えた。【選択図】図１
2008287002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを発生する第１のレーザ光源と、
位相制御情報に応じて前記第１のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第１の位相変換手段と、
前記第１の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換して出力する第１のフーリエ変換手段と、
前記第１の位相変換手段が変換する空間位相分布を計算する空間光位相分布演算部を備えたレーザビーム強度パターン形成装置であって、
前記空間光位相分布演算部は、
レーザビームを発生する第２のレーザ光源と、
位相制御情報に応じて前記第２のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第２の位相変換手段と、
前記第２の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、
前記第２のフーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第１の位相検出手段と、
レーザビームを発生する第３のレーザ光源と、
予め与えられた所望の強度パターンに基づいて前記第３のレーザ光源からのレーザビームの空間強度分布を変換する強度変換手段と、
前記強度変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を、前記第１の位相検出手段で検出された空間位相分布に応じて変換する第３の位相変換手段と、
前記第３の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
前記逆フーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第２の位相検出手段と、
前記第２の位相検出手段で検出された空間位相分布を前記位相制御情報として前記第２の位相変換手段および前記第１の位相変換手段へ与える位相制御手段とを有する計算ループを備えたことを特徴とするレーザビーム強度パターン形成装置。
【請求項２】
電子計算機を用いることにより、計算ループによる繰り返し演算毎に第２の位相検出手段で検出される空間位相分布を時系列変化履歴にして記憶装置に記憶し、当該時系列変化履歴に基づいて、第２の位相検出手段が検出した空間位相分布が一定値に収束したことを判断して、位相制御手段を介して第１の位相変換手段が変換する空間位相分布を当該収束した空間位相分布に一致させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
【請求項３】
空間光位相分布演算部は、
第２のレーザ光源として第１のレーザ光源を兼用すると共に、第２の位相変換手段として第１位相変換手段を兼用するように構成し、
前記第１の位相変換手段により変換されたレーザビームの光路を屈曲させる光路屈曲手段を有し、
第２のフーリエ変換手段は、前記光路屈曲手段から得られるレーザビームをフーリエ変換するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
【請求項４】
空間光位相分布演算部の計算ループは、
第２のフーリエ変換手段で変換されたレーザビームの空間強度分布を検出する強度検出手段を備え、
制御手段は、前記強度検出手段で検出された空間強度分布から第１の位相変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を推定し、この推定された空間位相分布と第１の位相検出手段で検出された空間位相分布と第２の位相検出手段で検出された空間位相分布との差分を演算し、求めた差分に応じて第１の位相変換手段の位相変調量を修正するようにしたことを特徴とする請求項３記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
【請求項５】
空間光位相分布演算部の計算ループは、
第１の位相変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第３の位相検出手段を備え、
位相制御手段は、前記第１の位相検出手段で検出された空間位相分布と前記第３の位相検出手段で検出された空間位相分布との差分を演算し、求めた差分に応じて第１の位相変換手段の位相変調量を修正するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
【請求項６】
光路屈曲手段は、空間光位相分布演算部の計算ループを形成する場合には第１の位相変換手段で変換されたレーザビームを第２のフーリエ変換手段へ向かわせる位置をとり、一方、前記第１の位相変換手段の空間位相分布が所望の強度パターン形成に適合した状態となった場合には前記第１の位相変換手段から当該空間位相分布に一致した位相変調量で変換されたレーザビームを第１のフーリエ変換手段に向かわせる位置をとるよう選択制御される平面鏡で構成されたことを特徴とする請求項３から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーザビーム強度パターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばレーザ加工機のようなレーザビームの強度パターンを任意に形成する機能を有する装置に適用され、空間位相変調器によって強度パターンの制御を行うレーザビーム強度パターン形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームを対象物に照射し、レーザビームの照射された部分に穴を開けるなどの加工を行なうレーザ加工機が一般に普及している。このようなレーザ加工機において、対象物を任意のパターンに彫り込むために、レーザビームを時分割に走査することなく、彫り込むパターンに一致したレーザビームの強度パターンを照射する装置が開発されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示されているレーザ加工機では、レーザビームの加工に供するエネルギー効率を高めるため、反射型の空間光変調器でレーザビームの空間位相分布を所定の形状に形成し、更にその電場をフーリエ変換レンズによってフーリエ変換することによって、任意の強度パターンを形成するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７２６３５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のレーザビーム強度パターン形成装置では、以上のようにレーザビームの空間位相分布を適切に変換し、更に前記空間位相分布を変換されたレーザビームの電場をフーリエ変換レンズによってフーリエ変換することで所望のレーザビーム強度パターンを形成することが可能であるが、次のような問題があった。
第一に、空間光変調器が変換するレーザビームの空間位相分布の決定手法として、一般に知られる計算機ホログラムの設計手法（シミュレーティッド  アニーリング法）と同様の計算を電子計算により行なっていた。この手法では、空間光変調器で空間位相分布を変換形成したレーザビームの電場を２次元フーリエ変換して加工対象物上に形成される強度パターンを求める計算を繰り返し行う必要がある。したがって、形成したい強度パターンを実現するための空間光変調器の位相分布変換量が求まるまでに相当の時間を要する。そのため、実用的には特定の加工パターンに対応した空間光変調器の位相変換量を事前に計算して記憶装置に保存しておき、必要に応じて記憶装置から読み出す必要がある。すなわち、所定以外の強度パターンを形成することができず、加工途中で修正を加えるなどの要求があっても、対応できない。
第二に、空間光変調器において、位相変換分解能の限界や経時変化による位相変換誤差が存在した場合、これによって計算した所望の強度パターンと実際に形成される強度パターンとに相違が生じることが考えられるが、これを補正する方策がない。
【０００５】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、空間光変調器が変換するレーザビームの位相変換量を短時間で計算できるようにするレーザビーム強度パターン形成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーザビーム強度パターン形成装置は、レーザビームを発生する第１のレーザ光源と、位相制御情報に応じて第１のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第１の位相変換手段と、第１の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換して出力する第１のフーリエ変換手段と、第１の位相変換手段が変換する空間位相分布を計算する空間光位相分布演算部を備えたレーザビーム強度パターン形成装置であって、空間光位相分布演算部は、レーザビームを発生する第２のレーザ光源と、位相制御情報に応じて第２のレーザ光源からのレーザビームの空間位相分布を変換する第２の位相変換手段と、第２の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的にフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、第２のフーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第１の位相検出手段と、レーザビームを発生する第３のレーザ光源と、予め与えられた所望の強度パターンに基づいて第３のレーザ光源からのレーザビームの空間強度分布を変換する強度変換手段と、強度変換手段で変換されたレーザビームの空間位相分布を、第１の位相検出手段で検出された空間位相分布に応じて変換する第３の位相変換手段と、第３の位相変換手段により変換されたレーザビームを光学的に逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換手段により変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する第２の位相検出手段と、第２の位相検出手段で検出された空間位相分布を位相制御情報として第２の位相変換手段および第１の位相変換手段へ与える位相制御手段とを有する計算ループを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、空間位相分布演算部を設け、ＩＦＴＡ（Iterative Fourier Transform Algorithm）法に光学的変換処理であるフーリエ変換レンズを適用することにより、複雑で時間のかかる反復計算を高速で行うことが可能になる。したがって、従来のレーザビーム強度パターン形成装置では不可能であった既定以外の強度パターン形成要求に対しても、短時間で要求どおりの強度パターンを形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図１において、第１のレーザ光源１、第１の位相変換手段５、第１のフーリエ変換手段６、加工対象物７として示される各部は特許文献１に記載の従来のレーザ加工機と同様の機能を持つものである。
第１のレーザ光源１は、レーザ発振器２、凹レンズ３、凸レンズ４から構成されており、レーザ発振器２から空間に放射されたレーザビームは、凹レンズ３、凸レンズ４で所定の口径に拡大される。レーザ光源１から空間に放射されたレーザビームは、略平面の位相分布を持って空間を伝播し、第１の位相変換手段５に入射する。第１の位相変換手段５は、レーザビームの強度は変換せず、空間位相分布のみを任意に形成する反射型の空間光変調器であり、例えば特許文献１に示された光書き込み型液晶を用いた市販製品によって実現される。第１の位相変換手段５によって空間位相分布を変換されたレーザビームは第１のフーリエ変換手段６に入射する。第１のフーリエ変換手段６は、例えばガラス製の屈折型凸レンズであるが、反射型凹面鏡でもよい。第１の位相変換手段５は第１のフーリエ変換手段６の前側焦点にあり、加工対象物７は第１のフーリエ変換手段６の後ろ側焦点に設置される。一般に知られているように、凸レンズの前側焦点における光波の電場と集光後の後ろ側焦点における光波の電場はフーリエ変換の関係にある。すなわち、第１の位相変換手段５によって空間位相分布を形成されたレーザビームの電場をフーリエ変換した強度パターンが加工対象物７上に形成される。
【０００９】
この実施の形態１は、この発明を実現するための空間位相分布演算部１０を備えている。この空間位相分布演算部１０は、加工対象物７上に所望の強度パターンを形成させるために、第１の位相変換手段５によって形成されるレーザビームの電場の空間位相分布を高速に演算する機能を有する。
この実施の形態１における空間位相分布演算部１０は、第２のレーザ光源２０、第２の位相変換手段２１、第２のフーリエ変換手段２３および第１の位相検出手段２４を有している。これらの中で、第２のレーザ光源２０、第２の位相変換手段２１、第２のフーリエ変換手段２３は、それぞれ、前述した第１のレーザ光源１、第１の位相変換手段５、第１のフーリエ変換手段６と同等の機能を持ち、また相互の配置換関係も同様に形成される。このように構成することによって、第１の位相変換手段５が形成するレーザビームの空間位相分布と等しくなるように、第２の位相変換手段２１が形成するレーザビームの空間位相分布を制御すれば、加工対象物７上のレーザビームの電場と同等の電場が空間光位相分布演算部１０内に形成されることになる。第１の位相検出手段２４は、第２のフーリエ変換手段２３の後ろ側焦点面に置かれ、第２のフーリエ変換手段２３により変換されたレーザビームの電場の空間位相分布を検出する手段であり、例えば光波を２光束に分岐し、１方の光束をスペーシャルフィルタで略平面波に変換後再び合波干渉させ、干渉強度分布から光波の空間位相分布を検出する干渉計で構成されている。
【００１０】
空間位相分布演算部１０は、さらに第３のレーザ光源３０、強度変換手段３１、第３の位相変換手段３２、逆フーリエ変換手段３３、第２の位相検出手段３４、第２の制御手段３５、第３の制御手段３６、第１の制御手段（位相制御手段）３７を備えている。
第３のレーザ光源３０も、第１のレーザ光源１と同等の機能を持つ光源である。強度変換手段３１は、空間光変調器で構成され、予め準備した所望の強度パターンに基づいて第３のレーザ光源３０からのレーザビームの空間強度分布を変換する手段である。第３の位相変換手段３２は、第１の位相変換手段５、第２の位相変換手段２１と同様な空間光変調器で、強度変換手段で変換された第３のレーザ光源３０のレーザビームの空間位相分布を、第１の位相検出手段で検出された空間位相分布に応じて変換する手段である。なお、第３のレーザ光源３０から空間に放射されたレーザビームは略平面波であるが、強度変換手段３１と第３の位相変換手段３２によって、ある空間強度分布および空間位相分布からなる電場を持つレーザビームに変換される。逆フーリエ変換手段３３は、第１のフーリエ変換手段６、第２のフーリエ変換手段２３と同様な凸レンズであり、第３の位相変換手段３２により変換されたレーザビームが持つ電場を光学的に逆フーリエ変換する手段である。第２の位相検出手段３４は、第１の位相検出手段２４と同等な機能を持ち、逆フーリエ変換手段３３で変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する手段である。
【００１１】
第３の制御手段３６は、第３の位相変換手段３２で形成するレーザビームの空間位相分布が、第１の位相検出手段２４で検出したレーザビームの空間位相分布と一致するように第３の位相変換手段３２を制御する手段である。そのため、第１の位相検出手段２４からは、検出した空間位相分布の情報が電気信号に変換されて第３の制御手段３６に与えられるようになっている。第２の制御手段３５は、予め与えられた所望の強度パターンに基づいて第３のレーザ光源のレーザビームの空間強度分布を変換するように強度変換手段３１を制御する手段である。第１の制御手段３７は、第２の位相検出手段３４で検出されたレーザビームの空間位相分布を位相制御情報として第２の位相変換手段２１へ与える手段である。また、第１の制御手段３７は、空間光位相分布演算部１０による演算の適切な時点における位相制御情報を第１の位相変換手段５に与える機能も有している。
以上説明した空間位相分布演算部１０の構成は、第１の位相変換手段５によって形成されるレーザビームの電場の空間位相分布を高速に演算する計算ループを形成している。
【００１２】
次に、空間位相分布演算部１０の動作について説明する。
空間位相分布演算部１０では、一般に知られているキノフォーム型のＣｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍの設計手法の一つである、ＩＦＴAを応用し、第１の位相変換手段５が変換する位相変換量を演算する。図２は空間位相分布演算部１０において、第１の位相変換手段５の変換する位相変換量を演算する処理手順を示すフロー図である。
第２の制御手段３５において、加工対象物７上に形成すべき所望の強度パターンがセットされると、そのパターン制御情報を強度変換手段３１に与える（ステップＳＴ２０１）。強度変換手段３１では、この制御情報に基づいて、所望の強度パターンと一致するように第３のレーザ光源３０が出力するレーザビームの光波の強度（振幅）を変調する（ステップＳＴ２０２）。次に、第３の制御手段３６により後述するように制御される第３の位相変換手段３２により、空間強度分布が変換されたレーザビームの光波の位相を変調し（ステップＳＴ２０３）、光波Ａを得る（ステップＳＴ２０４）。この場合、初期値は、例えば乱数により決定する。次に、強度、位相が決定された光波Ａについて逆フーリエ変換手段３３により逆フーリエ変換し（ステップＳＴ２０５）、光波Ｂを得る（ステップＳＴ２０６）。
【００１３】
第２の位相検出手段３４では、逆フーリエ変後の光波Ｂの位相を検出し第１の制御手段３７に与える（ステップＳＴ２０７）。第１の制御手段３７では、検出された光波Ｂの位相に基づいて第２の位相変換手段２１を制御し、第２のレーザ光源２０のレーザビームの位相を変調し（ステップＳＴ２１０）、光波の固定強度と組み合わせて（ステップＳＴ２０９）、光波Ｃを形成する（ステップＳＴ２１１）。次に、第２のフーリエ変換手段２３では、光波Ｃをフーリエ変換して（ステップＳＴ２１２）、光波Ｄを形成する（ステップＳＴ２１３）。次に、第１の位相検出手段２４では、形成された光波Ｄの位相を検出し（ステップＳＴ２１４）、検出された位相、すなわち空間位相分布の情報は電気信号に変換され第３の制御手段３６に与えられる。第３の制御手段３６では、光波Ｄの空間位相分布の情報に基づいて第３の位相変換手段３２を制御し、光波Ａが光波Ｄと同じ空間位相分布となるように変調する（ステップＳＴ２０３）。
以上の処理手順は計算ループが行う演算処理の１サイクルを表し、この処理を複数サイクル繰り返すことにより、次第に光波Ｄの位相が変化し、また光波Ｄの強度が光波Ａの強度、すなわち所望の強度パターンに近づいていく。
【００１４】
図３は本アルゴリズムを電子計算機によりシミュレーションした結果の例を示す。図３（ａ）はステップＳＴ２０１で設定した所望の強度パターンを表している。図３（ｂ）は１回目の処理手続きで得られた光波Ｄの強度、図３（ｃ）は９０回目の処理手続きで得られた光波Ｄの強度を表している。図３から明らかなように、光波Ｄの強度は処理手続きを繰り返すことによって所望の強度パターン図３（ａ）に近づいていることが分かる。
【００１５】
以上述べたように、図２に示した計算ループの処理サイクルを繰り返すことにより第１の位相変換手段５で変換すべき空間位相分布が求められることは分かるが、この発明の目的は前記空間位相分布を高速に計算することである。すなわち、処理サイクルの回数はできるだけ少なくして要求される空間位相分布にする必要がある。そのため、この発明では、前記空間位相分布が所望の強度パターンを実現するかどうかを処理サイクル毎に判定する処理を行なうようにする。この判定処理は、空間位相分布演算部１０の各手段を統合して制御する電子計算機（図示せず）において実現すればよい。そのため、電子計算機は図２に示した処理手続きを行なうように、第２の制御手段３５、第３の制御手段３６、第１の制御手段３７、第１の位相検出手段２４および第２の位相検出手段３４に対して、予めプログラムされたシーケンスに従って動作させる制御指令を与える。また、電子計算機は、第２の位相検出手段３４の検出する空間位相分布を処理サイクルが繰り返される毎に記憶装置に記憶し続け、時系列変化履歴を作成する。さらに、空間位相分布の時系列変化履歴を常に評価し続け、空間位相分布が処理サイクルを繰り返しても変化せず一定値に収束したことを判断し、第１の制御手段３７に制御指令を出し、その処理をインタラプトして第１の位相変換手段５の位相変調量を、収束した空間位相分布に一致させるよう位相制御情報に出させるようにする。
【００１６】
なお、電子計算によるＩＦＴＡ法についての学術的議論は、例えば、Frank Wyrowski and Olof Bryngdahl, “Iterative Fourier-transform algorithm applied computer holography”, J. Opt. Soc. Am. A, Vol.5, p1058, 1988に示されており、有効であることが一般に知られている。ただし、この実施の形態１場合は、フーリエ変換および逆フーリエ変換を光学的処理であるフーリエ変換レンズにより行なっている点が上記文献と異なっている。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、空間位相分布演算部１０を設け、ＩＦＴＡ法に光学的変換処理であるフーリエ変換レンズを適用することにより、複雑で時間のかかる反復計算を高速で行うことが可能になる。したがって、従来のレーザビーム強度パターン形成装置では不可能であった既定以外の強度パターン形成要求に対しても、短時間で要求どおりの強度パターンを形成することが可能となる。また、この実施の形態１の場合、第１のレーザ光源１の放射するエネルギーを用いることなく、第２、第３のレーザ光源２０，３０を用いて光学的変換処理を行なうようにしているので、第１のレーザ光源１のエネルギー効率を損なうこともない。
【００１８】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図１と同じ符号は同等の機能部位を示し、その説明は原則として省略する。この実施の形態２では、実施の形態１の第２のレーザ光源２０と第２の位相変換手段２１に代えて、第１の位相変換手段５と第１のフーリエ変換手段６の間に光路屈曲手段１００を配置し、第２のレーザ光源２０として第１のレーザ光源１を兼用する構成としている。
光路屈曲手段１００は、第１の位相変換手段５で変換された第１のレーザ光源１からのレーザビームの光路を屈曲させる手段で、例えば高精度に平面に研磨された平面鏡で構成され、レーザビームの強度、位相分布を変化させずに反射することができるようにしている。また、光路屈曲手段１００である平面鏡は、使用位置を駆動制御することで、第１の位相変換手段５で変換されたレーザビームを屈曲させる場合と、屈曲させない場合の２通りの配置を選択可能にしている。すなわち、図４において、１００（ａ）はレーザビームを屈曲させる場合の配置を表し、１００（ｂ）は屈曲させない場合の配置を表している。
【００１９】
次に、動作について説明する。
今、光路屈曲手段１００が１００（ａ）の位置にある場合、屈曲されたレーザビームは第２のフーリエ変換手段２３に向かう。すなわち、第１のレーザ光源１は図１における第２のレーザ光源２０と同様に作用し、また第１の位相変換手段５は図１における第２の位相変換手段２１と同様に作用することになる。この状態で、この実施の形態２の空間光位相分布演算部１０は、実施の形態１と同様の演算を行なうことができるようになる。次に、図示されない電子計算機が、第１の位相変換手段５の空間位相分布が所望の強度パターン形成に適合した状態と判断すると、第１の制御手段３６により第１の位相変換手段５で変換するレーザビームの空間位相分布を固定にして、光路屈曲手段１００は１００（ｂ）の位置に切り替えられる。すると、第１の位相変換手段５で変換されたレーザビームは屈曲されないため第１のフーリエ変換手段６でフーリエ変換され、加工対象物７上に所望の強度パターンを形成する。
【００２０】
以上のように、この実施の形態２によれば、第１のレーザ光源１と第１の位相変換手段５を加工対象物７の加工だけでなく、空間位相分布演算部１０における光学的信号処理にも用いるようにしたので、装置の小型軽量化、省電力化および製造コスト低減化を図ることができる。また、上記実施の形態２の構成により、第１の位相変換手段５の空間位相分布の演算が完了すると同時に、第１の位相変換手段５の駆動制御が完了することになるため、制御遅れを短縮することが可能となる。さらに、第１の位相変換手段５の制御をクローズドループで行なうようにしているので、制御精度を向上させることができる。
【００２１】
なお、上記例では、光路屈曲手段１００として、位置を駆動制御する平面鏡を用いてレーザビームの屈曲を行っているが、平面鏡の代わりに、レーザビームを２方向に偏向あるいは分岐できる手段を用いても実施の形態２の作用を満足できることは明らかである。光路屈曲手段１００に、例えばビームスプリッタを用いることで、レーザビームを２分岐させてもよい。ただし、この場合は加工対象物７へ常にレーザビームが照射されることになるが、例えば第１の位相変換手段５の制御が完了するまでの間自動ステージで退避させれば機能を損なうことはなく、同様の効果が期待できる。
【００２２】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図４と同じ符号は同等の機能部位を示し、その説明は原則として省略する。この実施の形態３では、実施の形態２に対して強度検出手段１１０を設け、実施の形態２を改良する構成となっている。
強度検出手段１１０は、第２のフーリエ変換手段２３が変換する光波の強度を検出する手段である。
【００２３】
次に、動作について説明する。
図６は、実施の形態３の空間位相分布演算部１０において、第１の位相変換手段５が変換する位相変換量を演算する処理手順を示すフロー図である。図において、図２と同じ処理ステップ符号は同等の処理を示しており、その説明は省略する。この実施の形態３の場合、実施の形態１の処理に対してステップＳＴ２１５とＳＴ２１７の処理が加わったものである。
強度検出手段１１０では、第２のフーリエ変換手段２３で変換された光波Ｄの強度を検出し、第１の制御手段３７に与える（ステップＳＴ２１５）。第１の制御手段３７では、強度検出手段１１０で検出された光波Ｄの強度から光波Ｃの位相を推定し、この光波Ｃの推定位相とステップＳＴ２０７で第２の位相検出手段３４が検出した光波Ｂの位相との差分を演算し、その差分に応じて第１の位相変換手段５がステップＳＴ２１０の処理で行なう位相変調量を修正する（ステップＳＴ２１７）。
【００２４】
以上のように、この実施の形態３によれば、強度検出手段１１０を設けたことにより、第１の位相検出手段２４の検出する位相と第１の位相変換手段５の変換する位相変調量との差を補正できるため、第１の位相変換手段５がヒステリシスなどの駆動誤差をもつ場合でも精度よく所望のレーザビーム強度パターン制御が可能となる。また、図示されない電子計算機における繰り返しループ計算のインタラプト処理において、第２の強度検出手段３１が検出する空間強度分布と所望の強度パターンとを直接比較しているので、制御精度を向上させることが可能となる。
【００２５】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図４と同じ符号は同等の機能部位を示し、その説明は原則として省略する。この実施の形態４では、実施の形態２の光路屈曲手段１００と第２のフーリエ変換手段２３の間に光波分岐手段１２０と第３の位相検出手段１２１を設け、実施の形態２を改良する構成となっている。
光波分岐手段１２０は、第１の位相変換手段５で変換されたレーザビームを振幅分割して抽出する手段である。第３の位相検出手段１２１は、光波分岐手段１２０で分岐抽出された第１の位相変換手段５で変換されたレーザビームの空間位相分布を検出する手段である。
【００２６】
次に、動作について説明する。
図８は、実施の形態４の空間位相分布演算部１０において、第１の位相変換手段５が変換する位相変換量を演算する処理手順を示すフロー図である。図において、図２と同じ処理ステップ符号は同等の処理を示しており、その説明は省略する。この実施の形態４の場合、実施の形態３の処理に対してステップＳＴ２１７とステップＳＴ２１８の処理が加わったものである。
光波分岐手段１２０により、第１の位相変換手段５が変換したレーザビーム（光波Ｃ）を振幅分割して抽出し、第３の位相検出手段１２１により、抽出された光波Ｃの位相を検出して第１の制御手段３７に出力する（ステップＳＴ２１８）。第１の制御手段３７では、与えられた光波Ｃの位相と第２の位相検出手段３４で検出した光波Ｂの位相との差分を演算し、その差分に応じて第１の位相変換手段５がステップＳＴ２１０の処理で行なう位相変調量を修正する（ステップＳＴ２１７）。
【００２７】
以上のように、この実施の形態４によれば、光波分岐手段１２０と第３の位相検出手段１２１を設けたことにより、第１の位相検出手段２４の検出する位相と、第１の位相変換手段５が変換する位相変調量との差を補正できるため、実施の形態３と同様に、第１の位相変換手段５がヒステリシスなどの駆動誤差をもつ場合でも精度よく所望のアンテナビーム強度パターン制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る空間位相分布演算部の処理手順を示すフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１による処理における光波強度パターンのシミュレーション結果を比較する説明図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る空間位相分布演算部の処理手順を示すフロー図である。
【図７】この発明の実施の形態４によるレーザビーム強度パターン形成装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係る空間位相分布演算部の処理手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  第１のレーザ光源、２〜４  第１のレーザ光源の一部、２  レーザ発振器、３  凹レンズ、４  凸レンズ、５  第１の位相変換手段、６  第１のフーリエ変換手段、７  加工対象物、１０  空間位相分布演算部、２０  第２のレーザ光源、２１  第２の位相変換手段、２３  第２のフーリエ変換手段、２４  第１の位相検出手段、３０  第３のレーザ光源、３１  強度変換手段、３２  第３の位相変換手段、３３  逆フーリエ変換手段、３４  第２の位相検出手段、３５  第２の制御手段、３６  第３の制御手段、３７  第１の制御手段（位相制御手段）、１００  光路屈曲手段、１１０  強度検出手段、１２０  光波分岐手段、１２１  第３の位相検出手段。
【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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