专利名称：形成光图像的方法及装置、以及光镊子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用空间光调制器进行的光图像的形成。
背景技术：
对于作为相位调制型的空间光调制器PAL-SLM(Parallel AlignedNematic Liquid Crystal Spatial Light Modulator平行排列型的向列型液晶空间光调制器)的应用来说，有以高光利用效率(理论上几乎为100％)作成二次元的光图像的光图像形成(波面整形)技术。现在，光图像形成技术在激光加工和光镊子(pincette)领域受到注目。在激光加工领域中，可以将光图像形成技术应用于刻印任意图像的激光刻印或者在光镊子等粒子捕捉领域中应用于多点控制。
如果通过PAL-SLM调制读出光的相位，并傅立叶变换该调制光而形成光图像，那么，在该光图像上，除了与相位调制相应的期望的图像外，不受到相位调制影响的零次光也表现出来。零次光出现的原因是，起因于PAL-SLM的MTF(调制传达函数)或面精度的影响而产生与理想的相位调制的错位。因为零次光为干扰，所以，一般认为其成为在光图像形成的应用区域中的问题。例如，在激光加工应用中，零次光的部分受到强加工，或者，在光镊子应用中，在零次光的部分捕捉到试料。因此，在(日本专利)特开2001-272636号公报中，为了遮断零次光，公开有一种在光路上配置零次光用的遮断板的方法。在(日本专利)特开平7-28085号公报中，提出了这样的方法即，在PAL-SLM的光地址部，在零次光射入的位置设置非感应部分的方法。
发明内容
然而，根据上述方法能够形成的光图像的形状，被限制为从零次光充分地分离的形状。这是因为如果目标光图像接近零次光或者与零次光重叠，则与零次光一起被遮断到光图像，从而会损坏光图像的形状。
本发明鉴于上述问题而做成的，其目的在于提供一种不会限制光图像的形状，可降低零次光的光图像形成方法及装置、以及光镊子装置。
本发明的第一方面的光图像形成方法，包括生成读出光的步骤；使用相位调制型的空间光调制器，调制前述读出光的相位的步骤；和傅立叶变换该被调制的读出光，使该被傅立叶变换的读出光在输出面上成像的步骤。该方法的特征在于使包含在被傅立叶变换的读出光中的零次光在输出面上模糊。
使被傅立叶变换的读出光在输出面上成像的步骤，也可以包括通过使零次光在与输出面不同的面上成像，使零次光在输出面上模糊的步骤。
调制读出光的相位的步骤，也可以包括将相位图像输入空间光调制器，将读出光向空间光调制器照射，根据该相位图像调制读出光的相位的步骤。使傅立叶变换的读出光在输出面上成像，也可以包括使用透镜进行傅立叶变换。输出面也可以配置在从该透镜的焦平面对该透镜的光轴平行地错开的位置。
在调制读出光的相位之前，也可以进一步包括在与光图像对应的主相位图像上添附具有透镜效果的副相位图像而作成相位图像的步骤。该副相位图像也可以是菲涅耳带图像。
在第一方式中，调制读出光的相位的步骤，包括对平面波给予特定的波面弯曲而生成读出光的步骤，作成相位图像的步骤包括将补正波面弯曲的相位图像添附在主相位图像以及副相位图像上而作成相位图像的步骤。
在另一方式中，调制读出光的相位的步骤，包括对平面波给予特定的波面弯曲而生成读出光的步骤，本发明的方法还可以包括在调制读出光的相位之前，在与光图像对应的主相位图像上添附补正波面弯曲的副相位图像来作成相位图像的步骤。
从平面波生成的读出光具有与波面弯曲对应的相位分布，作成相位图像的步骤还可以包括反转该相位分布的符号来作成副相位图像的步骤。
另一方面，本发明涉及一种光图像形成装置。该光图像形成装置包括发出读出光的发光装置；调制该读出光的相位的相位调制型的空间光调制器；和傅立叶变换被空间光调制器调制的读出光，使该被傅立叶变换的读出光在输出面上成像的透镜。该装置的特征在于在输出面上，使包含在被傅立叶变换的读出光中的零次光模糊。
本发明的装置，也可以通过使零次光在与输出面不同的面上成像，来使零次光在输出面上模糊。
本发明的装置，也可以还包括作成控制空间光调制器的调制的相位图像，并将该相位图像输入空间光调制器的控制装置。相位图像也可以控制调制，使得输出面从所述透镜的焦平面相对于该透镜的光轴平行地错开。
控制装置也可以在与光图像对应的主相位图像上添附具有透镜效果的副相位图像而作成相位图像。该副相位图像也可以为菲涅耳带图像。
发光装置也可以对平面波给予特定的波面弯曲而生成读出光。控制装置也可以将补正该波面弯曲的相位图像添附在主相位图像和副相位图像上，而作成所述相位图像。
控制装置也可以将相位图像作为电气图像信号而输入到空间光调制器。空间光调制器也可以包括显示与该图像信号对应的光学像的液晶显示装置、对该液晶显示装置照射照明光并投影该光学像的照明装置和接受读出光及被投影的光学像，和接受读出光以及投影的光学像并根据被投影的光学像的强度分布来调制读出光的相位的调制元件。
本发明的装置，还可以包括在与光图像对应的主相位图像上添附补正特定的波面弯曲的副相位图像作成所述相位图像，并将该相位图像输入到空间光调制器的控制装置。发光装置也可以对平面波给予波面弯曲而生成读出光。
从平面波生成的读出光具有与波面弯曲对应的相位分布。控制装置也可以反转该相位分布的符号而作成副相位图像。
再者，本发明涉及上述光图像形成装置的光镊子装置。该光镊子装置将通过光图像形成装置形成的光图像照射试料，能够捕捉到该试料。
本发明不遮断零次光，在输出面上使零次光模糊，因此，可以不限制光图像的形状，降低零次光。
图1是表示第一实施方式的构造的示意图。
图2表示的是比较例中的CGH以及光图像。
图3表示的是具有透镜效果的相位图像。
图4表示的是第一实施方式中的CGH以及光图像。
图5是表示与相位图像相应的输出面的位置的示意图。
图6是表示第二实施方式的构造的示意图。
图7表示的是比较例以及以第二实施方式形成的光图像。
图8是表示第三实施方式的构造的示意图。
图9是表示波阵面应变(波面歪み)补正图像。
图10表示的是第四实施方式中的CGH以及光图像。
图11是表示第五实施方式的构造的示意图。
图12表示的是比较例以及以第五实施方式形成的光图像。
具体实施例方式
下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。其中，在附图的说明中，对同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。
第一实施方式图1是表示涉及本发明的第一实施方式的光图像形成装置10的构造的示意图。光图像形成装置10包括空间光调制器12、控制装置14、读出光源16、光束扩展器18、校准(collimator)透镜20和傅立叶变换透镜22，可以在输出面24上形成期望的二次元的光图像。
空间光调制器12是电气地址型的相位调制型空间光调制器的一个例子，被称为PPM(Programmable Phase Modulator可编程相位调制器)。空间光调制器12包括写入光源30、透过型LCD(Liquid CrystalDisplay液晶显示器)32、成像透镜34和PAL-SLM(Parallel-AlignedNematic Liquid Crystal Spatial Light Modulator平行排列型的向列型液晶空间光调制器)36。
写入光源30将具有一样的二次元强度分布的平面波的写入光38照射在LCD32上。写入光源30例如由激光元件和校准从该激光元件发出的相干激光的校准透镜构成。其中，写入光源30并不局限于激光光源。
LCD32显示与从控制装置14输入的电气图像信号相应的图像。LCD32在写入光38透过的同时，根据显示图像的亮度分布来调制写入光38的强度分布。即，LCD32为根据显示图像的图样对写入光38进行强度调制的电气地址型的强度调制型空间光调制器。
成像透镜34使被强度调制的写入光38在PAL-SLM36上成像。即，写入光源30以及成像透镜34将显示在LCD32上的图像投影在PAL-SLM36上。
PAL-SLM36为光地址型的相位调制型空间光调制器。因为PAL-SLM36的构造以及动作是众所周知的，因此，在这里仅加以简单说明。其中，PAL-SLM36的详细说明例如在国际公开第03/036368号小册子中有所揭示。
PAL-SLM36通过照射在其后部的写入光38进行光寻址，调制照射在其前部的读出光26的相位，将与写入光38的强度分布对应的二次元相位分布给予读出光26。在PAL-SLM36的后部设置有光导电层，在前部设置有液晶层。液晶层以及光导电层被一对透明电极夹持着，通过这些透明电极而在液晶层上施加电压。当被强度调制的写入光38照射在光导电层上时，在液晶层上形成与写入光的强度分布相应的曲折率分布。当读出光26照射在该液晶层上时，根据该曲折率分布，读出光26的相位就被调制。因此，对应写入光38的强度分布的相位分布被赋予给读出光26。PAL-SLM36为反射型的相位调制器，在液晶层和光导电层之间设置有镜子层。被相位调制的读出光26被镜子层反射，而从PAL-SLM36射出。
控制装置14作成与期望的光图像相应的CGH(Computer GeneratedHologram计算机合成全息图)，将与该CGH对应的图像信号提供给LCD32，使CGH的图像显示在LCD32上。CGH为控制由PAL-SLM36进行的相位调制的数据，表示给予读出光26的相位的二次元分布，即相位图像。在CGH图像中，各图像的亮度表示相位值。空间光调制器12根据CGH图像的亮度分布，相位调制读出光26。作为控制装置14的一个例子，是安装有CGH作成软件的计算机系统。CGH可以通过模拟退火方法或者开诺全息照片方法等任意的方法作成。
读出光源16、光束扩展器18以及校准透镜20构成将读出光26照射在空间光调制器12上的发光装置28。读出光26从读出光源16射出，通过光束扩展器18以及校准透镜20而照射在PAL-SLM36上。
在本实施方式中，读出光源16为激光元件，生成相干的、直线偏光的激光。但是，读出光源16并不局限于激光光源。光束扩展器18放大该激光的直径，校准透镜20校准该激光。从而，读出光源16、光束扩展器18以及校准透镜20构成生成平面波的光学系统。生成的平面波的读出光26照射在PAL-SLM36上。在本实施方式中，读出光源16这样配置着，即使读出光26作为p偏光而入射到PAL-SLM36的液晶层。不过，在读出光26的入射角度小的情况下，也可以这样配置读出光源16，即使读出光26作为s偏光而入射到液晶层。
在PAL-SLM36内的光导电层上，通过成像透镜34来投影LCD32上的CGH图像。因为根据该投影像的二次元强度分布而使光导电层的阻抗发生变化，所以，施加在液晶层上的电压成为了具有与CGH图像的强度分布相应的分布。因为液晶分子的倾斜角度依存于施加电压，所以，作为结果，在液晶层上形成与CGH图像的强度分布相应的曲折率分布。对透过液晶层的读出光26的波面，给予与该曲折率分布相应的二次元相位分布。这样，被相位调制的读出光26，被配置在液晶层和光导电层之间的镜子层反射，从PAL-SLM36向傅立叶变换透镜22射出。
傅立叶变换透镜22接受被相位调制的读出光26并进行傅立叶变换，在输出面24上形成该被傅立叶变换的读出光26的光学像。这里，输出面24为傅立叶变换面。该光学像具有与读出光26的相位分布相应的强度分布。这样，光图像在输出面24上形成。如果读出光26具有足够的能量，则可以将光图像形成装置10作为激光加工装置来利用，将配置在输出面24上的物体的表面加工成期望的图像。
一般地，如果傅立叶变换通过相位调制型空间光调制器调制的光，则会产生零次光。零次光是表现为与给予读出光的相位分布无关的干扰。在本实施方式中，通过在输出面24上使零次光模糊来降低光图像周边的零次光的亮度。下面，关于此点详细地进行说明。
首先，为了与本实施方式比较，说明不使零次光模糊的例子。图2(a)表示的是在该比较例子中输入到LCD32的CGH，图2(b)表示的是使用该CGH在输出面24上形成的光图像。以下，将要形成的光图像称为“目标图像”。
图2(a)的CGH是与表示在图2(b)中的星型的目标图像对应的相位图像。该CGH以使目标图像内的光量分布变得均匀而被计算。但是，如图2(b)所示，在实际形成的星型图像的中心，零次光作为高亮度的亮点80而显现。
为了降低输出面24上的零次光的亮度，本实施方式中，使用在与目标图像对应的相位图像上添附具有透镜效果的相位图像生成的CGH。如后所述，通过对CGH给予透镜效果，使输出面24从零次光的成像位置错开，在输出面24上可以使零次光模糊。
图3(a)以及(b)表示的是具有透镜效果的相位图像的例子。这些相位图像被称为菲涅耳带图像，由交互地配置成同心圆状的明暗轮带构成。在形成星型的光图像的情况下，控制装置14在图2(a)所示的相位图像上添附图3(a)或者(b)的相位图像而作成CGH，将表示该CGH的图像信号供给到LCD32。图4(a)表示的是在图2(a)的相位图像上添附图3(a)的菲涅耳带图像的CGH。该CGH通过模拟退火方法而作成。如上所述，相位图像的各像素的亮度表示相位值，所以，两个相位图像的添附意味着对应的像素的相位值的相加。在向LCD32进行的输入具有从0到255的亮度值的256等级的图像信号的情况下，如果通过相位图像的添附而使像素的亮度值超过255，则控制装置14进行这样的演算而生成图像信号，即将从相加后的数值中减去255而得到的数值作为该像素的亮度值。
一般地，当平面波入射到透镜时，平面波就会在透镜的焦距收束而成像。可是，当通过具有透镜效果的相位图像在空间上相位调制平面波后，再射入透镜时，该平面波在从透镜的焦距沿着透镜的光轴方向错开的位置收束。这是因为具有透镜效果的相位图像具有使平面波的波面变换为球面的作用。因此，如果使用添附有具有透镜效果的相位图像的CGH进行相位调制，则输出面24的位置会在从没有具有透镜效果的相位图像的添附时的位置发生变化。
图5是表示与菲涅耳带图像相应的输出面24的位置的示意图。傅立叶变换透镜22具有光轴23。在图5中，虚线表示没有菲涅耳带图像的添附时的读出光26。此时，输出面24位于傅立叶变换透镜22的焦距上。即，输出面24等于傅立叶变换透镜22的像侧焦平面。在该焦平面上，形成目标图像以及零次光这两种图像。与此相反，在将图3(a)的菲涅耳带图像添附在目标图像用的相位图像上时，输出面24相对于傅立叶变换透镜22的光轴23平行地移动，比起傅立叶变换透镜22的像侧焦点25，在傅立叶变换透镜22的更远处。在图5中以参照编号24a表示该输出面。图3(b)是反转图3(a)的图像的黑白的菲涅耳带图像，但是，在将该菲涅耳带图像添附在目标图像用的CGH上的情况下，输出面24相对于傅立叶变换透镜22的光轴23平行地移动，比起像侧焦点25，在傅立叶变换透镜22的更近处。在图5中以参照编号24b表示该输出面。输出面24的移动距离依存于菲涅耳带图像的形状。
这样，本实施方式中，因具有透镜效果的相位图像，在从傅立叶变换透镜22的像侧焦平面错开的输出面24上形成目标图像。可是，零次光在其性质上不接受通过空间光调制器12进行的相位调制，所以，不会影响具有透镜效果的相位图像地而在傅立叶变换透镜22的像侧焦平面上形成图像。因此，在从像侧焦平面错开的输出面24上，零次光不会不成像地发生模糊。
图4(b)表示使用添附了菲涅耳带图像的图4(a)的CGH而在输出面24上形成的光图像。与未添附菲涅耳带图像形成的图2(b)的光图像相比，很明显在输出面24上的零次光的亮度降低，变得不显眼。
这样，通过使形成光图像的输出面24从傅立叶变换透镜22的焦平面错开，而在输出面24上使零次光模糊，可以降低其亮度。并且，由于不遮断零次光，所以，也不会损伤光图像的形状。因此，光图像的形状不受限制。
第二实施方式下面，说明本发明的第二实施方式。图6为表示本实施方式的光图像形成装置的构造的示意图。该光图像形成装置40使用与第一实施方式同样的光图像形成装置10a来形成光图像，使光图像在显微镜50内的观察面上成像。
在光图像形成装置10a内配置有反射读出光26的镜子41～43。通过光图像形成装置10a形成的光图像的像由中继透镜44以及45而被转送到显微镜50内。该光图像被显微镜50内的中继透镜51、镜子52以及物镜53而照射在试料台54的底面。在试料台54上设置有用于使光图像透过的窗口(未图示)，光图像透过该窗口而在试料台54的上面即观察面上成像。为了调整焦点，物镜53和试料台54之间的距离可以调整。
在试料台54的上面，使用未图示的显微镜载片(preparation)来载置试料60。从配置在试料台54上方的落射照明装置56对试料60照射白色照明光58。通过该照明而形成的试料60的光学像被物镜53、镜子52以及中继透镜51而传送到显微镜50的外部。在中继透镜44以及45之间配置有分光束镜46。试料60的光学像被中继透镜45、分光束镜46以及中继透镜47传送至CCD相机48，被CCD相机48摄像。观察人员可以通过看到CCD相机48的输出图像来观察试料60。
如果使包含一个以上点像的光图像在显微镜50的观察面上成像，则通过光的压力而能够在各点像的位置捕捉到试料60中的粒子。如果控制输入空间光调制器12的CGH而使点像的位置慢慢地发生变化，则可以伴随其来使被捕捉到的粒子移动。被捕捉到的粒子的移动，可以是一次元、二次元、三次元中的任意一种。例如，如果在与点像对应的相位图像上，添附具有透镜效果的相位图像，随时间变化使该透镜效果的强度变化，连续地生成CGH，则使捕捉到的粒子与光轴平行地移动，从而，可以实现三次元移动。这样，光图像形成装置40作为光镊子装置而工作。下面，假设使用具有多个点像的光图像，即多点像图像。
图7(a)表示将仅由多点像图像用的相位图像构成的CGH输入到空间光调制器12时的CCD相机48的输出图像。该CGH为以开诺全息照片方法作成的。如图7(a)所示，如果不进行具有透镜效果的相位图像的添附，则在多点像图像中，零次光(图7(a)中央的白色亮点82)以高亮度而显现出来。在多点像图像中存在零次光的情况下，即使在零次光的位置，粒子也被捕捉到。不过，不希望在无意的位置捕捉粒子。
图7(b)表示的是将多点像图像用的相位图像上添附图3(a)的菲涅耳带图像的CGH输入到空间光调制器12时的CCD相机48的输出图像。该CGH为以开诺全息照片方法作成的。通过菲涅耳带图像的透镜效果，形成多点像图像的面会从零次光的成像位置错开。因此，如果调整物镜53和试料台54之间的距离，使多点像图像在显微镜50的观察面上成像，则如图7(b)所示，在多点像图像中，仅零次光模糊，其亮度降低。从而，可以仅在期望的位置捕捉粒子。而且，由于不遮断零次光，因此，点像的位置也不受限制。
第三实施方式下面，说明本发明的第三实施方式。图8是表示本实施方式的光图像形成装置的构造的示意图。该光图像形成装置70具有在第一实施方式的光图像形成装置10中的校准透镜20以及PAL-SLM36间的光路上追加相位板21的构造。因此，在本实施方式中，由读出光源16、光束扩展器18以及校准透镜20加上相位板21构成发光装置28。读出光26从读出光源16射出，通过光束扩展器18、校准透镜20以及相位板21而照射在PAL-SLM36上。
相位板21为透过型的相位调制型空间光调制器。相位板21对透过相位板21的平面波的波面给予不均匀的相位分布，以使波面弯曲。该波面弯曲被固定，只要不更换相位板21就不会变化。相位板21例如也可以是对平面波的波面给予不规则的相位分布的无规则相位板。
这样，波面弯曲的读出光26照射在PAL-SLM36上。读出光26的波面弯曲使在输出面24上的成像度降低。在光图像形成装置10中，在不使空间光调制器12动作来发挥镜子的作用的情况下，输出面24上的读出光26的像，比起没有相位板21的情况变得模糊。
在本实施方式中，利用该波面弯曲，使仅关于零次光的成像度降低，进一步降低输出面24上的零次光的亮度。由于通过相位板21产生的波面弯曲除去给予输出面24上的目标图像的影响，因此，控制装置14在目标图像用的相位图像上添附补正该波面弯曲的相位图像而作成CGH。
图9表示的是该波面弯曲补正图像的一个例子。该波面弯曲补正图像将与相位板21给予读出光26的波面弯曲相抵的相位调制给予读出光26。该波面弯曲通过给予平面波的波面的相位分布而赋予特征。与波面弯曲对应的相位分布，能够通过以波面传感器计测透过相位板21的平面波的波面而被测定。如果波面弯曲的相位分布得到特定，就能够计算补正该波面弯曲的相位图像。例如，可以通过反转波面弯曲的相位分布的符号，来作成波面弯曲补正图像。
在形成星型的光图像的情况下，控制装置14在图4(a)所示的相位图像上添附图9的波面弯曲补正图像来作成CGH，将表示该CGH的图像信号供给到LCD32。通过波面弯曲补正图像的添附，在PAL-SLM36进行的相位调制，会消除因相位板21而产生的波面弯曲。其结果，在输出面24上不会发生模糊地形成目标图像。另一方面，由于零次光不接受PAL-SLM36进行的相位调制，所以，在零次光中残留波面弯曲。因为该波面弯曲，而使得在输出面24上的零次光的成像度进一步被降低，其亮度更加减低。
这样，因具有透镜效果的相位图像产生的输出面24的位移与因相位板21产生的波面弯曲的效果相互作用，从而能够大大降低输出面24上的零次光的亮度。给予读出光26的零次光以外的成分的波面弯曲，通过补正用的相位图像而得到补正，因此，可以防止在输出面24上的光图像的模糊发生。该光图像形成装置70可以如第二实施方式那样应用于光镊子装置中。
第四实施方式本实施方式的光图像形成装置具有与图8所示的第三实施方式相同的构造，可以在输出面24上形成期望的二次元光图像。与第一～第三实施方式相同，读出光源16是这样配置着，即使读出光26作为p偏光射入PAL-SLM36。但是，如果读出光26的射入角度小，则也可以这样来配置读出光源16，即使读出光26作为s偏光射入。
相位板给予读出光26的波面弯曲，具有降低读出光26的成像度的作用。因此，如果使用相位板21，则如第三实施方式那样，即使不使用具有透镜效果的相位图像，也可以在输出面24上使零次光模糊。这样，在本实施方式中，通过使用相位板21在读出光26中仅使零次光的成像度降低，来降低目标图像周边的零次光的亮度。在本实施方式中，对于与目标图像对应的相位图像上不添附具有透镜效果的相位图像这点上，与第三实施方式不同。下面，关于这点详细地说明。
首先，为了与本实施方式比较，说明不使零次光的成像度降低的例子。在该比较例中，从光图像形成装置10取消相位板21来使用。另外，将图2(a)所示的CGH输入到LCD32，在输出面24上形成图2(b)所示的星型的目标图像。如上所述，图2(a)所示的CGH以使目标图像内的光量分布均匀而被计算，如图2(b)所示，在实际形成的目标图像的中心，零次光以高亮度的亮点显现出来。
为了降低输出面24上的零次光的亮度，在本实施方式中，使用相位板21来对读出光26的波面给予弯曲。该波面弯曲使在输出面24上的成像度降低。在光图像形成装置10中，在不使空间光调制器12工作而使镜子发挥作用的情况下，在输出面24上的读出光26的像，与没有相位板21的情况相比，变得模糊。
在本实施方式中，利用该波面弯曲，仅对零次光降低成像度，从而降低输出面24中的零次光的亮度。为了除去相位板21产生的波面弯曲给予输出面24上的目标图像的影响，控制装置14在目标图像用的相位图像上添附补正该波面弯曲的相位图像而作成CGH。作为该波面弯曲补正图像的一个例子，有参照图9已经说明过的。
在形成星型的光图像的情况下，控制装置14在图2(a)所示的相位图像上添附图9的波面弯曲补正图像而作成CGH。将表示该CGH的图像信号供给到LCD32。图10(a)表示该CGH。该CGH是通过模拟退火方法而作成的。如上所述，因为相位图像的各像素的亮度表示相位值，所以，两个相位图像的添附，意味着对应的像素的相位值的相加。在向LCD32进行的输入具有从0到255的亮度值的256等级的图像信号的情况下，如果通过相位图像的添附，像素的亮度值超过255，则控制装置14进行这样的演算来生成图像信号，即将从相加后的数值中减去255而得到的数值作为该像素的亮度值。
控制装置14这样来生成与作成的CGH对应的图像信号，并输入给LCD32。通过波面弯曲补正图像的添附，在PAL-SLM36进行的相位调制，会取消相位板21产生的波面弯曲。其结果，在输出面24上不模糊地形成目标图像。另一方面，由于零次光不受PAL-SLM36进行的相位调制，所以，在零次光上残留有波面弯曲。因为该波面弯曲，而使得在输出面24上降低零次光的成像度，使零次光变得模糊。
图10(b)表示的是使用添附了波面弯曲补正图像的图10(a)的CGH在输出面24上形成的光图像。与没有添附波面弯曲补正图像而形成的图2(b)的光图像相比可知，在输出面24上，零次光的亮度降低，变得不明显。
这样，通过对读出光26给予波面弯曲，而在输出面24上，使零次光模糊，从而能够降低其亮度。对读出光26的零次光以外的成分给予的波满弯曲，通过补正用的相位图像而得到补正，因此，可以防止在输出面24上的光图像发生模糊。而且，由于不遮断零次光，所以不会损伤光图像的形状。因此，光图像的形状不会受到限制。
第五实施方式下面，说明本发明的第五实施方式。图11表示地是本实施方式的光图像形成装置的构造的示意图。该光图像形成装置40a具有在第二实施方式中以与第四实施方式相同的光图像形成装置70a置换光图像形成装置10a的构造。与第四实施方式相同，控制装置14在与目标图像对应的相位图像上添附补正由相位板21而产生的波面弯曲的相位图像来作成CGH，将表示该CGH的图像信号供给到空间光调制器12内的LCD32。
与第二实施方式相同，光图像形成装置40a使用光图像形成装置70a而作成光图像，使该光图像在显微镜50内的观察面上成像。如果使包含一个以上的点像的光图像在显微镜50内的观察面上成像，那么，通过光的压力，可以在各点像的位置捕捉到试料60中的粒子。如果控制输入空间光调制器12的CGH，慢慢地使点像的位置变化，那么，可以伴随其来使被捕捉到的粒子移动。被捕捉到的粒子的移动，可以是一次元、二次元、三次元中的任意一种。这样，光图像形成装置40a作为光镊子装置而工作。下面，假设使用具有多个点像的光图像，即多点像图像。
图12(a)表示的是从光图像形成装置70a中取消相位板21，将仅由多点像图像用的相位图像构成的CGH输入到空间光调制器12时的CCD相机48的输出图像。该CGH为通过开诺全息照片方法而作成的。如图12(a)所示，如果不进行波面弯曲补正图像的添附，则在多点像图像中，零次光(12(a)中被圆圈围住的白色亮点)以高亮度而显现出来。在多点像图像中存在零次光的情况下，即使在零次光的位置粒子也被捕捉到。可是，不希望在无意的位置被捕捉。
图12(b)表示的是将相位板21设置在发光装置28内，将在多点像图像用的相位图像上添附图9的波面弯曲补正图像的CGH输入到空间光调制器12时的CCD相机48的输出图像。该CGH是通过开诺全息照片方法而作成的。通过相位板21引起的读出光26的波面弯曲来降低零次光的成像度，另一方面，如图12(b)所示，在多点像图像中，仅零次光模糊，其亮度降低。从而，可以仅在期望的位置捕捉到粒子。而且，由于不遮断零次光，所以点像的位置也不会受到限制。
另外，与第三实施方式同样地，控制装置14也可以在与目标图像对应的相位图像以及补正相位板21产生的波面弯曲的相位图像上添附具有透镜效果的相位图像来作成CGH，将表示该CGH的图像信号供给到空间光调制器12内的LCD32。在该情况下，因具有透镜效果的相位图像产生的输出面24的位移和因相位板21产生的波面弯曲的效果相互作用，所以可以进一步降低输出面24上的零次光的亮度。其结果，可以更加切实地仅在期望的位置捕捉到粒子。
以上，根据其实施方式对本发明进行了详细地说明。不过，本发明并不局限于上述实施方式。本发明在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变形。
例如，作为具有透镜效果的相位图像，可以使用其他任意的相位图像来代替菲涅耳带图像。也可以使用其他任意的电气地址型的相位调制型空间光调制器来代替空间光调制器12。例如，可以采用透过型或者反射型的相位调制型LCD，或者可变形(deformable)镜子等。可以使用其他任意的电气地址型的强度调制型空间光调制器来代替LCD32。其可以是透过型，也可以是反射型。可以使用其他的任意的光地址型的相位调制型空间光调制器来代替PAL-SLM36。其可以是透过型，也可以是反射型。作为对读出光的波面给予波面弯曲的相位调制器，可以使用其他任意的相位调制型空间光调制器来代替相位板21。其可以是透过型，也可以是反射型。对于傅立叶变换透镜22及成像透镜34来说，其即可以是单透镜，也可以是由多个光学元件构成的复合透镜。
权利要求
1.一种光图像形成方法，其特征在于，包括生成读出光的步骤；使用相位调制型的空间光调制器，调制所述读出光的相位的步骤；和傅立叶变换该被调制的读出光，使该被傅立叶变换的读出光在输出面上成像的步骤，其中，在所述输出面上，使包含在所述傅立叶变换的读出光中的零次光模糊。
2.如权利要求1所述的光图像形成方法，其特征在于使所述被傅立叶变换的读出光在输出面上成像的步骤，是通过使所述零次光在与所述输出面不同的面上成像来使所述零次光在所述输出面上模糊。
3.如权利要求1或者2所述的光图像形成方法，其特征在于调制所述读出光的相位的步骤，包括将相位图像输入到所述空间光调制器，将所述读出光照射到所述空间光调制器，并按照所述相位图像来调制所述读出光的相位的步骤；使所述被傅立叶变换的读出光在输出面上成像的步骤，包括使用透镜来傅立叶变换所述被调制的读出光的步骤；所述输出面配置在从所述透镜的焦平面相对于所述透镜的光轴平行地错开的位置。
4.如权利要求3所述的光图像形成方法，其特征在于还包括在调制所述读出光的相位之前，在与所述光图像对应的主相位图像上添附具有透镜效果的副相位图像来作成所述相位图像的步骤。
5.如权利要求4所述的光图像形成方法，其特征在于所述副相位图像为菲涅耳带图像。
6.如权利要求4所述的光图像形成方法，其特征在于调制所述读出光的相位的步骤，包括对平面波给予特定的波面弯曲而生成所述读出光的步骤；作成所述相位图像的步骤，包括将补正所述波面弯曲的相位图像添附在所述主相位图像以及所述副相位图像上而作成所述相位图像的步骤。
7.如权利要求3所述的光图像形成方法，其特征在于调制所述读出光的相位的步骤，包括对平面波给予特定的波面弯曲而生成所述读出光的步骤；还包括在调制所述读出光的相位之前，在与所述光图像对应的主相位图像上添附补正所述波面弯曲的副相位图像来作成所述相位图像的步骤。
8.如权利要求7所述的光图像形成方法，其特征在于从所述平面波生成的读出光具有与所述波面弯曲对应的相位分布；作成所述相位图像的步骤包括反转所述相位分布的符号来作成所述副相位图像的步骤。
9.一种光图像形成装置，其特征在于，包括发出读出光的发光装置；调制所述读出光的相位的相位调制型的空间光调制器；和傅立叶变换所述被调制的读出光，使该被傅立叶变换的读出光在输出面上成像的透镜，其中，在所述输出面上，使包含在所述被傅立叶变换的读出光中的零次光模糊。
10.如权利要求9所述的光图像形成装置，其特征在于通过使所述零次光在与所述输出面不同的面上成像，来使所述零次光在所述输出面上模糊。
11.如权利要求9或者10所述的光图像形成装置，其特征在于还包括作成控制所述空间光调制器的调制的相位图像，并将该相位图像输入到所述空间光调制器的控制装置；所述相位图像控制所述调制，使得所述输出面从所述透镜的焦平面相对于所述透镜的光轴平行地错开。
12.如权利要求11所述的光图像形成装置，其特征在于所述控制装置在对应所述光图像的主相位图像上添附具有透镜效果的副相位图像而作成所述相位图像。
13.如权利要求12所述的光图像形成装置，其特征在于所述副相位图像为菲涅耳带图像。
14.如权利要求12所述的光图像形成装置，其特征在于所述发光装置对平面波给予特定的波面弯曲而生成所述读出光；所述控制装置将补正所述波面弯曲的相位图像添附在所述主相位图像和所述副相位图像上，而作成所述相位图像。
15.如权利要求11所述的光图像形成装置，其特征在于所述控制装置将所述相位图像作为电气图像信号而输入到所述空间光调制器；所述空间光调制器包括显示与所述图像信号对应的光学像的液晶显示装置、对所述液晶显示装置照射照明光并投影所述光学像的照明装置、和接受所述读出光以及所述投影的光学像并根据所述投影的光学像的强度分布来调制所述读出光的相位的调制元件。
16.如权利要求9所述的光图像形成装置，其特征在于还包括在与所述光图像对应的主相位图像上添附补正特定的波面弯曲的副相位图像来作成所述相位图像、并将该相位图像输入到所述空间光调制器的控制装置；所述发光装置对平面波给予所述波面弯曲而生成所述读出光。
17.如权利要求16所述的光图像形成装置，其特征在于从所述平面波生成的读出光具有与所述波面弯曲对应的相位分布；所述控制装置反转所述相位分布的符号而作成所述副相位图像。
18.一种光镊子装置，其特征在于具备权利要求9所述的光图像形成装置，通过该光图像形成装置形成的光图像来照射试料，并捕捉所述试料。
全文摘要
使用相位调制型的空间光调制器(12)相位调制读出光(26)，傅立叶变换该被相位调制的读出光(26)并在输出面(24)上成像而形成光图像。通过该方法，来使包含在被相位调制的读出光(26)中的零次光在输出面(24)上模糊。通过使零次光模糊来降低输出面(24)上的零次光的亮度。由于不遮断零次光，因此，光图像的形状不受限制。
文档编号G02F1/01GK1755429SQ20051009386
公开日2006年4月5日 申请日期2005年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者福智升央, 伊崎泰则, 井上卓 申请人:浜松光子学株式会社