JP5167274B2 - 位相変調装置及び位相変調方法 - Google Patents
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Description
まず、第1実施例に係る位相変調装置と、当該位相変調装置を用いた位相変調方法について説明する。
0である。また、画素位置0では、歪み補正値Sは約576である。
まず、波長補正用LUT72の設定を行う。この設定において、LCOS型空間光変調器2を図10の偏光干渉計90に配置して測定を行う。この場合、入射光の入射角度θは0°に設定される。
角度補正用LUT71の設定を行うために、図14の光学系190においてLCOS型空間光変調器2の位相変調量の測定を行う。光学系190は、図10の光学系90を角度可変にしたものである。即ち、光学系190は、以下の点を除き、光学系90と同一である。即ち、光学系190は、光学系90からビームスプリッタ94を除いて構成されている。キセノンランプ91から偏光子93までの配置と、検光子95からイメージセンサ99までの配置と、LCOS型空間光変調器2の向きとを調整することにより、入射角度θを0°から45°の範囲で任意に変更することができる。
次に、オフセット情報73が有する画素(x,y)ごとの液晶層の厚みd(x,y)と、使用波長範囲λmin〜λmax内の複数の所定波長λのそれぞれに対する常光屈折率no(λ)と異常光屈折率ne(λ)とを設定する方法を説明する。ここでは、複数の所定波長λとして波長補正用LUT72の際に用いた波長と同じ5つの波長405nm、532nm、633nm、800nm、1064nmを用いる。LCOS型空間光変調器2の液晶層27の特定波長λ1における異常光屈折率ne(λ1)、常光屈折率no(λ1)、複屈折率Δn(λ1)の値は、液晶層27を製造したメーカーなどから提供される。
駆動電圧範囲0〜4Vに対して、図11及び図15に示されたように、DA入力値Aの全4096階調(0〜4095)を線形的に割り振る。具体的には、DA入力値Aが採る値ta(0≦ta≦4095)に対して電圧値4ta/4095[V]を設定する。駆動手段391を設定して、各DA入力値taが入力されると、対応する電圧値4ta/4095[V]を示すアナログ信号Cを出力するように調整する。
図20を参照して、画素別LUT11の設定方法を説明する。画素別LUT11の設定は、DA入力値0−4095に対する電圧値の設定が終了した後に行われる。まず、ステップS1では、LCOS型空間光変調器2を図10で示されたように偏光干渉計90に配置する。帯域フィルタ98として、基準波長λ0(ここでは、λmin=405nm)の光を透過するフィルタを配置する。入射角度θは基準角度θ0(=θmin=0°)である。DA入力値Aと電圧依存性位相変調量φとの関係をLCOS型空間光変調器2の各画素に対して求める。即ち、DA入力値0−4095の各値に対する電圧値を全画素に印加して、各画素が達成した位相変調量φを測定する。具体的には、駆動手段391に、DA入力値Aとして0〜4095のうちの1つの値を入力して、対応する電圧値を示すアナログ信号Cに変換させ、LCOS型空間光変調器2の全画素に印加させ、各画素が達成した位相変調量φを測定する。かかる測定を、0〜4095の全4096個のDA入力値Aに対して繰り返して行う。
各画素に対して画素別LUT11を作成した後、歪み補正データ12を作成する。電圧非依存性歪みは、通常では単独では計測できないが、画素別LUT11を用いて電圧依存性位相変調特性を補正した状態でLCOS型空間光変調器2の出力波面を計測することにより計測が可能となるからである。電圧非依存性歪みを含む光波面の測定は2光束干渉計を用いて測定される。第1実施例では、2光束干渉計として図22に示されたマイケルソン干渉計80を用いる。マイケルソン干渉計80は、レーザー光源81と、スペーシャルフィルタ82と、コリメートレンズ83と、偏光子84と、ビームスプリッタ85と、ミラー86と、イメージレンズ87,88とCCD89とを備えている。LCOS型空間光変調器2を図22に示されたようにマイケルソン干渉計80に配置する。偏光子84の偏光方向は、LCOS型空間光変調器2の液晶の偏光方向と平行になっている。ミラー86で反射される波面とLCOS型空間光変調器2で反射される波面との干渉によって生成される干渉縞が計測され、以下の文献に示される既知の解析方法(フーリエ変換法)や、既知のλ/4位相シフト干渉法により、計測した干渉縞からLCOS型空間光変調器2の出力波面を求めることができる。即ち、LCOS型空間光変調器2で反射される波面には電圧非依存性歪みパターンが形成されており、ミラー86で反射される波面は平面であるので、計測した干渉縞画像をフーリエ変換し、キャリア成分を取り除くことで、電圧非依存性歪みを得る事ができる(非特許文献6参照)。
上述のような構造を有する位相変調システム1は、図24に示されたように動作して位相変調を行う。LCOS型空間光変調器2は、図4の垂直入射光学系60や、図5の領域(a)の斜め入射光学系70や図5の領域(b)の斜め入射光学系170に配置して用いられる。垂直入射光学系60ではθ=0°である。斜め入射光学系70、170では、角度θはθminからθmax(0°〜45°)の範囲で設定される。光源としてはλminからλmaxの範囲内の光を出力する光源が用いられる。ユーザは、入射角度θを示す角度情報17、光源の波長を示す波長情報18を、入力部45に接続されたキーボード等を介して入力する。あるいは、測定機器によって測定された角度情報17、波長情報18を入力部45にて受け取る。
上述の第1実施例では、入力部51は制御装置4と接続され、所望パターン13、角度情報17、波長情報18を制御装置4から受け取る構成であった。しかしながら、入力部51は、必ずしも制御装置4に接続されている必要はなく、所望パターン13、角度情報17、波長情報18を出力する装置と接続される構成であればよい。例えば、変形例1として、外部記憶機器に記憶された所望パターン13を直接読み取り、さらに、キーボードを通してユーザが設定した角度情報17、波長情報18を直接受け取る構成であってもよい。あるいは、測定機器により検出された角度情報17と、波長情報18とを測定機器から出力し直接入力部51で受けとる構成であってもよい。
上述の第1実施例では、波長λ、角度θの両方を基準波長λ0、基準角度θ0から変化させる場合を想定し、波長λ、角度θに関して補正を行うことができるようになっていた。当該変更例2は、角度θを基準角度θ0に固定し、波長λのみ可変とする場合を想定し、波長λに関する補正のみを行う。この場合、第1実施例の構成を以下のように変更すればよい。即ち、制御装置4には、角度情報17は入力されない。また、ROM52は、波長補正用LUT72とオフセット情報73とを保存しているが、角度補正用LUT71は備えていない。補正値導出部32は、ROM52から波長補正用LUT72を読み出し、波長情報18に対応した波長補正係数c(λ)を特定する。補正値導出部32は、角度補正係数a(θ)を常に1に設定する。
上述の第1実施例では、波長λと入射角度θとの両方に関して補正を行なった。当該変更例3では、波長λは基準波長λ0に固定し、角度θに関する補正のみを行う。この場合、波長情報18は入力しない。また、ROM52は、角度補正用LUT71とオフセット情報73とを保存しているが、波長補正係用LUT72は備えていない。補正値導出部32は、ROM52から角度補正用LUT71を読み出し、角度情報17に対応した角度補正係数a(θ)を特定する。補正値導出部32は、波長補正係数c(λ)を1に設定する。
なお、LCOS型空間光変調器2は、電圧が0ボルトのときに、液晶分子28は平行配向になる(図3の領域(a))ものを挙げて説明した。しかしながら、電圧が0ボルトの時に、液晶分子28が垂直配向になる場合には、h(θ,λ,d)を式(1)の代わりに以下の式(20)にて定義し、式(20)のh(θ,λ,d)を式(3)に代入することでオフセット階調値g(θ,λ,d)を求めればよい。
図28は、この発明に係る位相変調装置の第2実施例を含む位相変調システムの構成を示す図である。図28の位相変調システム101において、位相変調システム1と同一の構成要素には同じ番号を付け説明を省略する。位相変調システム101は、第2実施例に係るLCOS型位相変調装置110と制御装置4とを備えている。LCOS型位相変調装置110は、LCOS型空間光変調器2と、駆動装置103とを備えている。駆動装置103は、以下に示した点を除き駆動装置3と同一の構成を有している。即ち、処理部30は、画素位置情報導出部131を有している。また、ROM52は、1つのLUTマップ115と、r個(rは、r<Tを満たす正の整数)のグループ別LUT111とを保存しているが、T個の画素別LUT11は保存していない。位相変調システム101の起動時に、1つのLUTマップ115と、r個のグループ別LUT111とは、ROM52からRAM37に読み出される。
図30は、この発明に係る位相変調装置の第3実施例を含む位相変調システムの構成を示す図である。図30において、位相変調システム201の構成は、以下の点を除き、第1実施例に係る位相変調装置10を含む位相変調システム1と同一である。即ち、当該第3実施例に係る位相変調装置10aでは、ROM52はT個の画素別LUT11を格納しておらず、1個の単一LUT211を格納している。位相変調システム201の起動時に、単一LUT211はROM52からRAM37に読み出される。単一LUT211は、第1実施例の画素別LUT11と同様、複数の参照値Rと複数のDA入力値とを一対一で対応させて格納している。したがって、当該第3実施例では、単一LUT211を用いて全画素の補正が行われる。単一LUT211は以下のようにして作成する。まず、第1実施例の画素別LUT11の設定方法と同一の方法で、画素ごとのLUT11を作成する。全ての画素に対応する画素別LUT11に関して、参照値RごとにDA入力値Aの平均をとる。単一LUT211において、参照値Rごとに、DA入力値Aの平均値を、改めて全画素に対するDA入力値Aとして格納する。また、ROM52は、角度補正用LUT71と波長補正用LUT72のみを保存しており、オフセット情報73を保存していない。即ち、当該第3実施例では、角度補正、及び、波長補正は、オフセット情報73を考慮せずに行われる。当該第3実施例では、単一LUT211を用いて全画素の補正が行われる。
上述の第1実施例では、駆動装置3が制御入力値Bを補正後制御入力値B′に補正し、歪み補正値Sを補正後歪み補正値S′に補正する補正処理を行っていた。これに対して、当該第4実施例では、補正処理を制御装置4で行っている。図31に示されたように、位相変調システム601は、制御装置4と、当該第4実施例に係るLCOS型位相変調装置610とを備える。LCOS型位相変調装置610は、駆動装置603とLCOS型空間光変調器2とを備える。
上述の第1実施例に係る位相変調システム1では、制御装置4が、所望パターン13を格納し、外部装置から角度情報17、波長情報18を受け取り、これらの所望パターン13、角度情報17、波長情報18を駆動装置3に送信していた。これに対して、当該第5実施例に係る位相変調装置710は、図32に示されたように、制御装置4には接続されていない。位相変調装置710は、駆動装置703とLCOS型空間光変調器2とからなる。上述の第1実施例において制御装置4が行っていた処理は、駆動装置703が行う。当該第5実施例における駆動装置703は、上述の第1実施例の駆動装置3と同一の構成の他に、メモリ743と、HDD744とを備える。HDD744は所望パターン13を格納している。当該第5実施例の駆動装置703は、以下に説明する点を除き、第1実施例の駆動装置3と同一の処理をする。
Claims (11)
- 互いに隣り合うように2次元状に配列された複数の画素を備え、各画素が駆動電圧の印加に応じて入力光に対し位相変調を行う反射型電気アドレス空間光変調器と、
前記入力光の条件を入力する入力光条件入力手段と、
各画素に対して入力値を設定する入力値設定手段と、
前記入力光の条件に応じて補正条件を決定する補正条件決定手段と、
各画素に対して設定された前記入力値を、前記補正条件に基づいて、補正後入力値に変換する入力値変換手段と、そして、
前記補正後入力値を電圧値に変換し、各画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動する駆動手段と、を備えた位相変調装置。 - 請求項1記載の位相変調装置において、
前記補正条件決定手段は、前記入力光の入射角度に応じて前記補正条件を決定する。 - 請求項1記載の位相変調装置において、
前記補正条件決定手段は、前記入力光の波長に応じて前記補正条件を決定する。 - 請求項1記載の位相変調装置において、
前記補正条件決定手段は、前記入力光の入射角度と、前記入力光の波長とに応じて前記補正条件を決定する。 - 請求項2〜4のいずれか一項記載の位相変調装置は、さらに、
電圧非依存性歪みを補正するための補正値を出力する補正値出力手段と、
前記補正値出力部より出力された補正値を前記補正条件に基づいて補正後補正値に変換する補正値変換手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記補正後入力値と前記補正後補正値とに基づいて電圧値を設定する。 - 請求項1記載の位相変調装置において、
前記反射型電気アドレス空間光変調器は、LCOS型空間光変調器を含む。 - 請求項1記載の位相変調装置は、さらに、
少なくとも1つの画素に対して1つのルックアップテーブルを格納したルックアップテーブル格納手段を備え、
前記ルックアップテーブルは、複数の互いに異なる参照値と、複数の電圧指示値とを格納し、前記複数の互いに異なる参照値と、複数の電圧指示値とが一対一に対応しており、各電圧指示値は対応する電圧値を示し、
前記駆動手段は、前記ルックアップテーブルを参照して、前記補正後入力値と等しい参照値に対する前記電圧値指示値を選択した後、前記選択した電圧指示値に基づきその電圧指示値が示す電圧値を決定する。 - 請求項7記載の位相変調装置において、
前記ルックアップテーブルにおいて、
前記複数の参照値は、最小の参照値と、前記最小の参照値よりも大きい中間の参照値と、前記中間の参照値よりも大きい最大の参照値とを含むとともに、前記最小の参照値より大きく前記中間の参照値より小さい参照値の総数が254であり、
前記複数の電圧指示値は、前記最小の参照値に対応した最小の電圧指示値と、前記最小の電圧指示値よりも大きくかつ前記中間の参照値に対応した中間の電圧指示値と、前記中間の電圧指示値よりも大きくかつ前記最大の参照値に対応した最大の電圧指示値とを含み、
前記複数の電圧指示値は、複数の電圧値を示しており、前記複数の電圧値は、前記最小の電圧指示値を示す最小の電圧値と、前記中間の電圧指示値を示すとともに前記最小の電圧値よりも大きい中間の電圧値と、前記最大の電圧指示値を示すとともに前記中間の電圧値よりも大きい最大の電圧値とを含み、
入力光について予め定められた複数の条件のいずれにおいても、前記少なくとも1つの画素が前記最小の電圧値より大きく前記最大の電圧値より小さい任意の電圧値の駆動電圧にて駆動された場合に達成する位相変調量と前記最小の電圧値の駆動電圧にて駆動された場合に達成する位相変調量との差は、前記任意の電圧値と前記最小の電圧値との差が大きいほど大きくなり、
前記予め定められた複数の条件のいずれにおいても、前記少なくとも1つの画素が前記最大の電圧値に相当する駆動電圧で駆動された場合に達成する位相変調量と、前記最小の電圧値に相当する駆動電圧で駆動された場合に達成する位相変調量との差は、2π以上であり、
前記予め定められた複数の条件のいずれにおいても、前記少なくとも1つの画素が前記中間の電圧値に相当する駆動電圧で駆動された場合に達成する位相変調量と、前記最小の電圧値に相当する駆動電圧で駆動された場合に達成する位相変調量との差は、2πより小さい。 - 請求項1記載の位相変調装置において、
前記補正条件決定手段は、複数の補正条件を予め格納しており、前記複数の補正条件から、入力光の条件に応じて1つの補正条件を選択する。 - 請求項1記載の位相変調装置において、
入力光の条件を示す値と補正条件を示す値との関係式を保存する関係式保存手段をさらに有し、
前記補正条件決定手段は、入力光の条件を示す値に基づいて前記関係式を演算して補正条件を示す値を決定する。 - 互いに隣り合うように2次元状に配列された複数の画素を備え、各画素が駆動電圧の印加に応じて入力光に対し位相変調を行う反射型電気アドレス空間光変調器を使用した入力光を位相変調する位相変調方法であって、
入力光の条件を設定し、
各画素に対して入力値を設定し、
前記入力光の条件に応じて補正条件を決定し、
各画素に対して設定された前記入力値を、前記補正条件に基づいて、補正後入力値に変換し、
前記補正後入力値を電圧値に変換し、そして、
各画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動することにより前記入力光を位相変調する位相変調方法。
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