(57)【要約】  この発明は、入力光の条件が変化しても、反射型電気アドレス空間光変調器の位相変調特性の補正を高い精度で、かつ、簡易に行うことが可能な位相変調装置に関する。当該ＬＣＯＳ型位相変調装置において、入力部は、入力光の条件を入力し、処理部は、各画素に対して入力値を設定する。補正値導出部は、入力光の条件に応じて補正条件を決定する。制御入力値変換部は、各画素に対して設定された入力値を、補正条件に基づいて補正後入力値に変換する。ＬＵＴ処理部は、補正後入力値を電圧値に変換し、変換された電圧値に相当する駆動電圧で各画素を駆動する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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１０】
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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反射型電気アドレス空間光変調器を用いた位相変調装置及び位相変調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型電気アドレス空間光変調器として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いたＬＣＯＳ型空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ：LCOS-Spatial Light Modulator）が知られている。画素電極に電圧を印加すると、ＬＣＯＳ型空間光変調器の液晶分子は基板に垂直な面で回転し、入射した光の位相変調量を変化させる。しかしながら、位相変調量は画素電極に印加する電圧に対して非線形に変化するため、所望の位相変調量が得られないという問題があった。【０００３】
ＬＣＯＳ型空間光変調器のシリコン基板は半導体プロセスで処理するため、厚くすることができず機械的強度が弱い。そのため、図１に示されたように、素子製造の各プロセスによって発生する応力によってシリコン基板が歪み、ＬＣＯＳ型空間光変調器の鏡面の平面度が低下する。また、シリコン基板の歪みにより、ＬＣＯＳ型空間光変調器の液晶層の厚みも不均一となる。そのため、各画素での位相変調量が液晶層の厚みに応じて異なることになり、この位相変調量のバラツキと反射面の歪みによって、ＬＣＯＳ型ＳＬＭで反射されて出力される波面は大きく歪むことになり、また、位相変調量は画素ごとに異なってしまうという問題があった。具体的には、画素の位置をｘ、ｙ、電圧をＶとすると、位相変調量Φ（Ｖ，ｘ，ｙ）は、以下の式によって表される。
【数１】
2009072563.tif 000003
【０００４】
これより、位相変調量Φ（Ｖ，ｘ，ｙ）は、電圧に依存するφ（Ｖ，ｘ，ｙ）と、電圧に依存しない量Φ０（ｘ，ｙ）との和で求められる。なお、φ（Ｖ，ｘ，ｙ）は、以下の式によって表される。
【数２】
2009072563.tif 000004
【０００５】
ここで、Δｎ（Ｖ）は、液晶の配向方向に平行な方向に振動する電場を有する偏光成分に対する複屈折率である。ｄ（ｘ、ｙ）は位置ｘ、ｙにおける液晶層の厚みである。各画素において、電圧Ｖとφ（Ｖ，ｘ，ｙ）との関係は非線形である。また、ｄ（ｘ，ｙ）に起因してφ（Ｖ，ｘ，ｙ）も、画素ごとに異なる値となる。一方、Φ０（ｘ、ｙ）は、主としてＬＣＯＳ型空間光変調器の反射面の歪みに起因している。以下では、φ（Ｖ，ｘ，ｙ）の寄与による、電圧と位相変調量との非線形性及び位相変調量の画素ごとのバラツキをまとめて電圧依存性位相変調特性と呼び、Φ０（ｘ、ｙ）の寄与による位置ｘ、ｙごとの位相変調量のバラツキを電圧非依存性歪みと呼ぶ。この電圧依存性位相変調特性及び、電圧非依存性歪みを補正する方法が提案されている（例えば非特許文献１−３）。【０００６】
また、反射型光アドレス空間光変調器と液晶ディスプレイとからなる位相変調モジュールにおいて、電圧依存性位相変調特性、すなわち、液晶ディスプレイに印加される電圧に対する反射型光アドレス空間光変調器の位相変調特性を補正する方法が提案されている（例えば非特許文献４）。非特許文献４の補正方法は、電圧依存性位相変調特性を偏光干渉計で計測し、測定結果に基づき、４×４画素を１ブロックとし、ブロックごとにルックアップテーブルを作成し、当該ルックアップテーブルを用いることで電圧依存性位相変調特性を補正している。【０００７】
また、反射型光アドレス空間光変調器と液晶ディスプレイとからなる位相変調モジュールにおいて反射型光アドレス空間光変調器の出力波面の歪みを計測し、歪みをキャンセルするパターンを用いて電圧非依存性歪みを補正する方法が提案されている（例えば特許文献１）。【０００８】
また、反射型光アドレス空間光変調器と液晶表示装置とからなる反射型液晶プロジェクタが提案されている。反射型光アドレス空間光変調器の読み出し光照射面内の複数に分割されたブロックごとに液晶表示装置の印加動作電圧を変えることで、反射型光アドレス空間光変調器に入射する書き込み光量が調整されている。ある大きさを有する光源から得られる読み出し光は完全な平行光とはならないため、読み出し光入射角が光書き込み型空間光変調器の読み出し光照射面内のブロックごとに異なってしまう。しかしながら、書き込み光量が分割されたブロックごとに調整されているため、出力特性を全ブロックにおいて均一とすることができている（例えば、特許文献２）。【０００９】
さらに、反射型光アドレス空間光変調器に対して読みだし光を斜めに入射させて、読みだし光を位相変調させる方法も提案されている。（例えば、非特許文献５）。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００３／０３６３６８
【特許文献２】特許第３０７１９９９号
【非特許文献１】”Phase calibration of spatially non uniform spatial light modulator”, Applied Opt., Vol.43, No. 35, Dec. 2004]
【非特許文献２】”Improving spatial light modulator performance through phase compensation”, Proc. SPIE, Vol. 5553, Oct. 2004
【非特許文献３】”Active, ＬＣＯＳbased laser interferometer for microelements studies”, Opt. Express, Vol. 14, No. 21, Oct. 2006
【非特許文献４】”Highly stable wave front control using a hybrid liquid-crystal spatial light modulator”, Proc. SPIE, Vol. 6306, Aug. 2006
【非特許文献５】”Oblique-Incidence Characteristics of a Parallel-Aligned Nematic-Liquid-Crystal Spatial Light Modulator”, OPTICAL REVIEW, Vol. 12, No. 5 (2005) 372-377
【非特許文献６】M. Takeda, H. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe pattern analysis for computer-based topography and interferometry", J. Opt. Soc. Am., Vol. 72, 156-160（1982）.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明者らは、上述のような従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、非特許文献１−３では、ＬＣＯＳ型ＳＬＭにおいて、２光束干渉計を用いて出力光波面の歪みを計測し、該歪みの補正を行っている。しかしながら、２光束干渉計における測定では、電圧依存性位相変調特性と電圧非依存性歪みが混合した形で計測されるという問題がある。また、非特許文献１では非線形性の補正に関しては、非線形な特性の中から比較的線形に近い部分を抜き出しているに過ぎず、正確な補正はできていない。【００１１】
ところで、ＬＣＯＳ型ＳＬＭに対して入力光を垂直に入射させる場合には、ビームスプリッタにより入力光と出力光とを分離する必要がある。しかしながら、ビームスプリッタにより入力光と出力光の光量がロスしてしまう。ＬＣＯＳ型ＳＬＭに対して入力光を斜めに入射させれば、ビームスプリッタを使用する必要がなくなり、光量のロスを防止できる。【００１２】
しかしながら、非特許文献５に記載されているように、液晶の複屈折率Δｎ（Ｖ）は入力光の入射角度にも依存する。【００１３】
そこで、入力光の入射角度が変化しても、その変化に応じて、ＬＣＯＳ型ＳＬＭの電圧依存性位相変調特性及び電圧非依存性歪みを、高い精度で、しかも、簡易に補正できることが望ましい。【００１４】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、入力光の条件が変化しても、反射型電気アドレス空間光変調器の位相変調特性の補正を高い精度で、しかも、簡易に行うことが可能な位相変調装置及び位相変調方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成するため、この発明に係る位相変調装置は、反射型電気アドレス空間光変調器と、入力光条件入力手段と、入力値設定手段と、補正条件決定手段と、入力値変換手段と、駆動手段を備える。【００１６】
反射型電気アドレス空間光変調器は、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なう。入力光条件入力手段は、入力光の条件を入力する。入力値設定手段は、各画素に対して入力値を設定する。補正条件決定手段は、入力光の条件に応じて補正条件を決定する。入力値変換手段は、各画素に対して設定された入力値を、補正条件に基づいて、補正後入力値に変換する。駆動手段は、補正後入力値を電圧値に変換し、各画素を電圧値の駆動電圧にて駆動する。【００１７】
上述のような構造を有する位相変調装置によれば、補正条件決定手段は、入力光の条件に応じて補正条件を決定する。このため、位相変調装置は、入力光の条件が変化しても適切な補正を行ない、所望の位相変調量を得ることができる。【００１８】
また、補正条件決定手段は、入力光の入射角度に応じて前記補正条件を決定するのが好ましい。このため、位相変調装置は、入力光の入射角度が変化しても適切な補正を行い、所望の位相変調量を得ることができる。【００１９】
補正条件決定手段は、入力光の波長に応じて補正条件を決定するのが好ましい。このため、位相変調装置は、入力光の波長が変化しても適切な補正を行い、所望の位相変調量を得ることができる。【００２０】
補正条件決定手段は、入力光の入射角度と、入力光の波長とに応じて補正条件を決定するのが好ましい。このため、位相変調装置は、入力光の入射角度と波長が変化しても適切な補正を行い、所望の位相変調量を得ることができる。【００２１】
また、この発明に係る位相変調装置は、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、この補正値出力手段から出力された補正値を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を更に備えてもよい。駆動手段は、補正後入力値と補正後補正値とに基づいて電圧値を設定することが好ましい。これにより、補正値変換手段は、電圧非依存性歪みを補正するための補正値を補正条件に応じて補正後補正値に変換している。位相変調装置は、入力光の条件が変化しても適切な電圧非依存性歪みの補正を行い、所望の位相変調量を得ることができる。【００２２】
なお、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のが好ましい。これにより、ＬＣＯＳ型空間光変調器において、入力光の条件が変化しても適切な補正を行い、所望の位相変調量を得ることができる。【００２３】
さらに、この発明に係る位相変調装置は、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更に備えてもよい。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する。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す。駆動手段は、ルックアップテーブルを参照し、補正後入力値と等しい参照値に対する電圧値指示値を選択する。駆動手段は、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。このように、ルックアップテーブルを参照することで補正後入力値を電圧値に対応する値に変換できるため、入力値に対する位相変調量が線形になる補正を効率よく行うことができる。【００２４】
ここで、ルックアップテーブルにおいて、複数の参照値は、最小の参照値と、中間の参照値と、最大の参照値とを含む。中間の参照値は、最小の参照値より大きくかつ最大の参照値より小さい。最小の参照値より大きく中間の参照値より小さい参照値の総数は２５４である。複数の電圧指示値は、最小の電圧指示値と、中間の電圧指示値と、最大の電圧指示値とを含む。中間の電圧指示値は、最小の電圧指示値より大きくかつ最大の電圧指示値より小さい。最小の参照値は、最小の電圧指示値に対応している。中間の参照値は、中間の電圧指示値に対応している。最大の参照値は、最大の電圧指示値に対応している。複数の電圧指示値は、複数の電圧値を示している。複数の電圧値は、最小の電圧値と、中間の電圧値と、最大の電圧値とを含む。中間の電圧値は、最小の電圧値より大きくかつ最大の電圧値より小さい。最大の電圧指示値は、最大の電圧値を示している。中間の電圧指示値は、中間の電圧値を示している。最小の電圧指示値は、最小の電圧値を示している。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、少なくとも１つの画素に印加される駆動電圧が最小の電圧値より大きい。さらに、最大の電圧値より小さい任意の電圧値に相当する駆動電圧にて駆動された場合に達成する位相変調量と、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、任意の電圧値と最小の電圧値との差が大きいほど大きくなる。予め定められた複数の条件のいずれにおいても、少なくとも１つの画素が最大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、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、２π以上である。しかも、予め定められた複数の条件のいずれにおいても、少なくとも１つの画素が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、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より小さいことが好ましい。これにより、位相変調装置は、複数の入力光に対して位相変調量の範囲を少なくとも２π確保している。さらに、当該少なくとも２πの位相変調量の範囲に対して２５６階調以上の参照値が割り振られている。そのため、所望の制御入力値に対して精度の良い位相変調量を得ることができる。【００２５】
また、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、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ことが好ましい。これにより、補正条件決定手段は、複数の補正条件のなかから１つの補正条件を選択しているため、入力光の条件に応じて適切な補正を行うことができる。【００２６】
もしくは、当該位相変調装置は、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備えてもよい。この場合、補正条件決定手段は、入力光の条件を示す値に基づいて関係式を演算して補正条件を示す値を決定することが好ましい。これにより、駆動手段は、関係式を参照することにより、入力光の条件から補正条件を得ることが出来る。このため、効率よく補正条件を得ることが出来る。【００２７】
また、この発明に係る位相変調方法は、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。具体的に当該位相変調方法は、入力光の条件を設定し、各画素に対して入力値を設定し、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入力値を、補正条件に基づいて、補正後入力値に変換し、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入力光を位相変調する。これにより、入力光の条件に応じて補正条件を決定する。このため、入力光が変化しても適切な補正を行い、所望の位相変調量を得ることができる。【００２８】
なお、この発明に係る各実施例は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。【００２９】
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施例を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明の効果】
【００３０】
この発明に係る位相変調装置及び位相変調方法によれば、補正条件決定手段は、入力光の条件に応じて補正条件を決定する。このため、当該位相変調装置は、入力光の条件が変化しても適切な補正を行い、所望の位相変調量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】は、ＬＣＯＳの反射面の歪みを示す図である。
【図２】は、この発明に係る位相変調装置の第１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３】は、平行配向型のＬＣＯＳ型空間光変調器において画素電極と対向電極との電位差が無い場合の液晶分子の状態（ａ）、平行配向型のＬＣＯＳ型空間光変調器において画素電極と対向電極との電位差が小さい場合の液晶分子の状態（ｂ）、平行配向型のＬＣＯＳ型空間光変調器において画素電極と対向電極との電位差が大きい場合の液晶分子の状態（ｃ）を、それぞれ示す図である。
【図４】は、垂直入射光学系の構成を示す図である。
【図５】は、斜め入射光学系の構成（ａ）、領域（ａ）の斜め入射光学系の変更例（ｂ）、ＬＣＯＳ型空間光変調器に入射した光の経路（ｃ）を、それぞれ示す図である。
【図６】は、歪み補正データを説明するための図である。
【図７】は、画素別ＬＵＴを示す図である。
【図８】は、角度補正用ＬＵＴに格納される入射角度と角度補正係数との関係を示すグラフである。
【図９】は、波長補正用ＬＵＴに格納される波長と波長補正係数との関係を示すグラフである。
【図１０】は、偏光干渉計の構成を示す図である。
【図１１】は、波長が互いに異なる５つの入力光に対する電圧依存性位相変調特性を示すグラフである。
【図１２】は、図１１の各曲線を縦軸方向に平行移動して示されたグラフである。
【図１３】は、基準波長λ0における位相変調量に対する波長λにおける位相変調量の比を示すグラフである。
【図１４】は、角度可変な偏光干渉計の構成を示す図である。
【図１５】は、入射角度が互いに異なる８つの入力光について電圧依存性位相変調特性を示すグラフである。
【図１６】は、図１５の各曲線を縦軸方向に平行移動して示すグラフである。
【図１７】は、基準波長θ0における位相変調量に対する角度θにおける位相変調量の比を示すグラフである。
【図１８】は、波長の異なる入力光に対する位相変調量に対して、波長補正係数及びオフセット位相値による補正を行って得られたグラフである。
【図１９】は、角度の異なる入力光に対する位相変調量に対して、角度補正係数及びオフセット位相値による補正を行って得られたグラフである。
【図２０】は、ＬＵＴを設定する方法を説明するためのフローチャートである。
【図２１】は、画素別ＬＵＴを用いて位相変調を行ったときの、補正後制御入力値と位相変調量との関係を示すグラフである。
【図２２】は、マイケルソン干渉計の構成を示す図である。
【図２３】は、歪み補正データを作成する方法を説明するためのフローチャートである。
【図２４】は、第１の実施の形態の位相変調システムを使用する方法を説明するためのフローチャートである。
【図２５】は、図２０の方法を用いて、入射角度が０°の入力光を位相変調したときの集光点形状を示す図である。
【図２６】は、図２０の方法を用いて、入射角度が４５°の入力光を位相変調したときの集光点形状を示す図である。
【図２７】は、比較例における集光点形状を示す図である。
【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２９】は、ＬＵＴマップの例を示す図である。
【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３１】は、この発明に係る位相変調装置の第４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３２】は、この発明に係る位相変調装置の第５実施例の構成を示す図である。
【図３３】は、ＬＣＯＳ型空間光変調器の変更例を示す図である。
【図３４】は、マッハツェンダー光学系の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１、１０１、６０１…位相変調システム、１０、１０ａ、１１０、６１０、７１０…ＬＣＯＳ型位相変調装置、２…ＬＣＯＳ型空間光変調器、３２…補正値導出部、３３…制御入力値変換部、３４…補正データ変換部、３８…ＬＵＴ処理部、３９…ＤＡ回路、３９１…駆動手段、６３２…補正値導出手段、６３３…制御入力値変換手段、６３４…補正データ変換手段、６３５…補正データ加算部、６３８…ＬＵＴ処理手段、７１…角度補正用ＬＵＴ、７２…波長補正用ＬＵＴ、７３…オフセット情報、１１…画素別ＬＵＴ、１２…歪み補正データ、１３…所望パターン、１７…角度情報、１８…波長情報、１１１…グループ別ＬＵＴ、２１１…単一ＬＵＴ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明に係る位相変調装置及び位相変調方法の各実施例を、図２〜３４を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。【００３４】
（第１実施例）
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。【００３５】
図２は、この発明に係る位相変調装置の第１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２に示されたように、位相変調システム１は、第１実施例に係るＬＣＯＳ型位相変調装置１０と、制御装置４とを備える。ＬＣＯＳ型位相変調装置１０は、ＬＣＯＳ型空間光変調器２と駆動装置３とを備える。駆動装置３は、ＬＣＯＳ型空間光変調器２を電圧で駆動し、制御装置４は駆動装置３に後述する所望パターン１３などのデータを送信する。【００３６】
図３の領域（ａ）に示されたように、ＬＣＯＳ型空間光変調器２は、シリコン基板２１と、スペーサー２６を介してシリコン基板２１に接着されるガラス基板２５とを有する。シリコン基板２１とガラス基板２５との間には、液晶分子２８からなる液晶層２７が充填されている。シリコン基板２１には複数の画素電極２２と、各画素電極２２に与える電圧を制御する回路（図示せず）とが形成されており、画素電極２２上には配向膜２３が形成されている。ガラス基板２５は、対向電極２４と、配向膜２３とを備えている。対向電極２４は、液晶層２７を介して画素電極２２と対向している。液晶層２７の液晶分子２８は、平行配向になるように形成されている。ＬＣＯＳ型空間光変調器２は、画素電極２２がアルミニウムで構成されており、入射光を反射させるミラーとしても機能する。なお、１つの画素電極２２が、位相変調を行う際の１画素に対応する。各画素の位置を(x,y)で表す。この第１実施例では、画素電極２２（画素）の総数はＴ個（Ｔは正の整数）である。各画素は固有の電圧依存性位相変調特性、及び、電圧非依存性位相変調特性を有している。【００３７】
各画素電極２２の電圧を制御する回路（図示せず）は、例えば、アクティブマトリクス回路である。アクティブマトリクス回路では、各画素電極２２にトランジスタとコンデンサを配し、さらにトランジスタには画素電極２２選択のための行方向に伸びたゲート信号線と、アナログ電圧信号を供給するための列方向に伸びたデータ信号線が接続されている。ゲート信号線にHi信号を印加して選択された画素電極２２のコンデンサにデータ信号線に印加されたアナログ電圧信号が記録されることにより、当該画素電極の電圧を制御する。選択するデータ線とゲート線とを順次切り替えることにより、全ての画素電極２２に所定の電圧を入力することができる。【００３８】
図３の領域（ａ）〜（ｃ）に示されたように、画素電極２２に任意の電圧を印加し液晶分子２８を回転させる。図３の領域（ａ）は画素電極２２と対向電極２４との電位差がない場合の液晶分子２８の状態を表している。図３ｂの領域（ｂ）は当該電位差が低い状態、図３の領域（ｃ）は、当該電位差が大きい状態を表している。偏光成分に対する屈折率が電圧によって変化するため、当該光成分の位相が変調される。画素電極２２が動作可能な電圧範囲はＰ〜Ｑである。当該第１実施例ではＰ＝０ボルト、Ｑ＝４ボルトである。【００３９】
ＬＣＯＳ型空間光変調器２を用いて光の位相を変調するには、液晶の配向方向に対して平行な直線偏光をガラス基板２５側から入射させる。光はガラス基板２５から入射して液晶層２７を伝搬し、画素電極２２で反射し、再び液晶層２７を伝搬してガラス基板２５から出射する。光は液晶層２７内を伝搬中に位相の変調を受ける。各画素電極２２で位相を変調することにより、光の位相分布を制御することができる。したがって、ＬＣＯＳ型空間光変調器２は波面を制御できる反射型の電気アドレス型空間光変調器である。【００４０】
図２に示されたように、制御装置４は、例えばパーソナルコンピュータであり、中央処理装置４１と、通信部４２と、メモリ４３と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）４４と、入力部４５とを備える。ＨＤＤ４４は、所望パターン１３を格納している。中央処理装置４１は、制御装置４全体を制御するためのものである。【００４１】
ＬＣＯＳ型空間光変調器２は、例えば、図４に示された垂直入射光学系６０や、図５の領域（ａ）に示された斜め入射光学系７０に配置して使用される。図４の垂直入射光学系６０は、レーザー光源６１と、ビームスプリッタ６２と、レンズ６３と、ＣＣＤ６４とを有する。ＬＣＯＳ型空間光変調器２を図４に示されたように、垂直入射光学系６０に配置すると、レーザー光源から出た入力光は、ビームスプリッタ６２を経由して、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の画素電極が配置された面に対して垂直に入射する。【００４２】
図５の領域（ａ）の斜め入射光学系７０は、レーザー光源７１と、レンズ７２と、ＣＣＤ７３とを有する。ＬＣＯＳ型空間光変調器２を図５の領域（ａ）に示されたように斜め入射光学系７０に配置すると、レーザー光源から出た入力光は、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の画素電極２２が配置された面の垂線に対して角度θ（入射角度θ）だけ傾いた方向からＬＣＯＳ型空間光変調器２に入射する。なお、図４及び図５の領域（ａ）では、ＬＣＯＳ型空間光変調器２のみ表示しており、ＬＣＯＳ型空間光変調器２に接続された駆動装置３や制御装置４は図示していない。【００４３】
また、斜め入射光学系７０を図５の領域（ｂ）に示された斜め入射光学系１７０のように変更してもよい。即ち、プリズム８００を利用することによってＬＣＯＳ型空間光変調器２に入射光を角度θで入射させてもよい。具体的には、レーザー光源７１と、プリズム８００と、レンズ７２と、ＣＣＤ７３とを同軸上に配置し、プリズム８００と、ＬＣＯＳ型空間光変調器２とを対向させる。この場合には、同軸上に入射光と出射光とがあるため装置の配置が容易になる。また、プリズム８００の種類を変更するだけで角度θを変化させることができる。なお、図５の領域（ｂ）でも、ＬＣＯＳ型空間光変調器２のみ表示しており、ＬＣＯＳ型空間光変調器２に接続された駆動装置３や制御装置４は図示していない。【００４４】
図５の領域（ｃ）は、斜め入射光学系７０，１７０において、ＬＣＯＳ型空間光変調器２に入射する光の経路を示した図である。なお、説明のため、ＬＣＯＳ型空間光変調器２は、ガラス基板２５、スペーサー２６、液晶層２７、シリコン基板２１のみ示している。そのため、画素電極２２は、液晶層２７とシリコン基板２１との境界線にあることになる。入射角θで空気とガラス基板２５との境界面に入射した光は、当該境界面で屈折してガラス基板２５に入射し、さらに、ガラス基板２５と液晶層２７との境界面で屈折して液晶層２７に入射する。液晶層２７を伝搬した光は画素電極２２で反射し、再び液晶層２７を伝搬した後、液晶層２７とガラス基板２５との境界面で屈折してガラス基板２５に入射し、さらに、ガラス基板２５と空気との境界面で屈折して、出射角度θで空気中に出力される。入射角度θ、空気とガラス基板２５との境界面での屈折角度θ′、及び、ガラス基板２５と液晶層２７との境界面での屈折角度θ″の関係は、スネルの法則を用いて以下のように示される。ここで、nは空気の屈折率、ngはガラス基板２５の屈折率、nLは液晶層２７の屈折率である。
【数３】
2009072563.tif 000005
【００４５】
以下では、使用が想定されるレーザー光源６１、７１から出力される光の波長λの範囲の最小波長をλmin、最大波長をλmaxとする。この第１実施例では、λmin=405nm、λmax=1064nmである。また、使用が想定される入射角度θの範囲の最小角度をθmin、最大角度をθmaxとする。第１実施例では、θmin＝０°、θmax＝４５°である。なお、図４の垂直入射光学系６０では、入射角度θ＝０°であり、図５の領域（ａ）の斜め入射光学系７０では、０°＜θ≦４５°である。また、基準波長λ０を波長範囲の最小波長λmin、基準角度θ0を角度範囲の最小角度λminに設定する。なお、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の液晶膜厚は、最大波長λmax、及び、最大角度θmaxの組み合わせに対して駆動電圧範囲Ｐ〜Ｑで２π以上の位相変調量を達成するのに十分なほど大きい。後述するように、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の位相変調量は、入力光の波長λが大きいほど、また、入力光の角度θが大きいほど、小さくなる。従って、使用波長範囲内の任意の波長と使用角度範囲内の任意の角度とに対してどの画素においても２π以上の位相変調量が達成される。【００４６】
所望パターン１３は、画素の位置情報と、当該画素において達成させたい所望の位相変調量を示す値（以下、制御入力値Ｂという）を全画素に関して有している。所望の位相変調量を示す値は、全階調数がＮ（０からＮ−１）のデジタル信号であり、第１実施例ではＮ＝２５６である。０からＮ−１までの全Ｎ階調の制御入力値Ｂが０から２πまでの１周期分の位相変調量を示す。以下ではＮを周期階調数とよぶ。【００４７】
入力部４５は、ユーザが図示しないキーボードなどの外部の入力装置に入力する入力光の角度情報１７と、入力光の波長情報１８とを受けとり、メモリ４３に格納する。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入力部４３で受け取る構成であってもよい。入力部４５は、例えばネットワークポートや、ＵＳＢポート、シリアルポート、パラレルポートなどを備え、図示せぬ外部機器（キーボードや、角度情報１７や波長情報１８を測定する測定機器）と接続されてデータの送受信が可能となっている。なお、所望パターン１３をＨＤＤ４４に格納せず、入力部４５を介して、所望パターン１３を外部の装置から受け取り、メモリ４３に格納するようにしてもよい。【００４８】
角度情報１７は、ＬＣＯＳ型空間光変調器２に入射する入力光の、画素電極２２が配置された面の垂線に対する入射角度θ（図５の領域（ａ））を示す。波長情報１８は、ＬＣＯＳ型空間光変調器２に入射する入力光の波長λを示す。【００４９】
位相変調システム１で位相変調を行う場合には、中央処理装置４１は、所望パターン１３をＨＤＤ４４からメモリ４３に読み出す。中央処理装置４１は、所望パターン１３を入力データとして通信装置４２を介して駆動装置３に送信する。【００５０】
駆動装置３は、入力部５１と、処理部３０と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ３６、３７と、Ｄ／Ａ（デジタルアナログ）回路３９とを備える。処理部３０はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）から構成されている。処理部３０は、入力処理部３１と、補正値導出部３２と、制御入力値変換部３３と、補正データ変換部３４と、補正データ加算部３５と、ＬＵＴ処理部３８とを備える。なお、処理部３０は、ＦＰＧＡの代わりに、マイクロコンピュータから構成されていてもよい。Ｄ／Ａ回路３９は駆動手段３９１を備える。ＲＯＭ５２は、角度補正用ＬＵＴ７１と、波長補正用ＬＵＴ７２と、オフセット情報７３と、歪み補正データ１２と、Ｔ個の画素別ＬＵＴ１１とを保存している。駆動装置３の起動時に、画素ごとの画素別ＬＵＴ１１はＲＯＭ５２からＲＡＭ３７に読み出され、歪み補正データ１２は、ＲＯＭ５２からＲＡＭ３６に読み出される。あるいは、歪み補正データ１２、及び、画素別ＬＵＴ１１は、制御装置４のＨＤＤ４４に保存されており、位相変調システム１の起動時に、駆動装置３に転送されて、それぞれ、ＲＡＭ３６、ＲＡＭ３７に転送されるようにしてもよい。また、ＲＡＭ３６，３７を統合して単一のＲＡＭとし、この単一のＲＡＭが、歪み補正データ１２と、画素別ＬＵＴ１１とを保持するようにしてもよい。【００５１】
ＲＯＭ５２は、後述する図２４に示されたフローチャートの処理を実行するプログラムを格納している。処理部３０が、このプログラムを駆動装置３のＲＯＭ５２から読み出して実行することにより駆動装置３全体を制御して位相変調にかかる処理を実行する。【００５２】
歪み補正データ１２は、電圧非依存性歪みを補正するためのものである。歪み補正データ１２は、画素の位置情報と、当該画素において所望パターン１３の制御入力値Ｂに対して加算すべき値（以下、歪み補正値Ｓという）を全画素に関して有する。歪み補正値Sは整数値で表される。歪み補正値Ｓにおける０〜Ｎ−１のＮ階調（Ｎは周期階調数、第１実施例ではＮ＝２５６）は２π[rad]分の位相値に対応している。図６は、歪み補正データ１２の一例を実線にて示している。この例では、８００×６００画素を有するＬＣＯＳ型空間光変調器２に対応した歪み補正データ１２であり、図６は、長手方向に並んだ８００個の画素における歪み補正値Ｓを示している。位相変調量０〜２πが歪み補正値Ｓの０〜２５５に対応している。中心付近の画素（画素位置４５０近傍）では、歪み補正値Ｓは
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。【００５３】
Ｔ個の画素別ＬＵＴ１１はＴ個の画素に一対一で対応している。画素別ＬＵＴ１１は、対応する画素の電圧依存性位相変調特性を補正するためのものである。図７は１つの画素に対する画素別ＬＵＴ１１の例を示す。図７に示されるように、画素別ＬＵＴ１１は、複数の参照値Ｒと複数のＤＡ入力値Ａとを一対一で対応させて格納している。ＤＡ入力値Ａは、０〜Ｍ−１のＭ階調で表されている。ここで、Ｍは、Ｍ＞Ｎを満たす整数であり、第１実施例ではＭ＝４０９６である。なお、この第１実施例では、参照値Ｒは０−８５０の８５１階調で表されている。また、図７には、画素別ＬＵＴ１１と共にＤＡ入力値Ａに対応する位相変調量が３種類の入力条件に対して示されている。【００５４】
各画素の電圧依存性位相変調特性を、その画素に対応する画素別ＬＵＴ１１によって補正することにより、使用波長範囲内のいかなる波長、及び、使用角度範囲内のいかなる角度の組み合わせの入力条件に対しても各画素の電圧依存性位相変調特性の非線形性を線形に補正でき、かつ、電圧依存性位相変調特性の画素ごとのバラツキを補正することができる。【００５５】
入力部５１は、例えば、ＤＶＩ（Digital Video Interface）や、ネットワークポート、ＵＳＢポート、シリアルポート、パラレルポートなどを備え、通信部４２と接続されてデータの送受信が可能となっている。入力部５１は、所望パターン１３、角度情報１７、及び、波長情報１８を制御装置４から受け取り、入力処理部３１に転送する。【００５６】
入力処理部３１は、所望パターン１３と制御装置４が送信する同期信号に基づきＬＣＯＳ型空間光変調器２を駆動するのに必要な垂直同期信号と、水平同期信号などを含むデジタル制御信号を発生させる。また並行して、入力処理部３１は、所望パターン１３を制御入力値変換部３３に転送する。さらに並行して、入力処理部３１は、角度情報１７と波長情報１８とを補正値導出部３２に転送する。【００５７】
角度補正用ＬＵＴ７１は、複数の角度θと、複数の角度補正係数a(θ)の値とを一対一で対応させて格納している。図８は、角度補正用ＬＵＴ７１が格納する入射角度θと角度補正係数a(θ)との関係を示している。角度補正係数a(θ)は、θmin（＝０°）のとき最大値１をとり、角度θの増加に従って減少している。【００５８】
波長補正用ＬＵＴ７２は、複数の波長と複数の波長補正係数c(λ)の値とを一対一で対応させて格納している。図９は、波長補正用ＬＵＴ７２が格納する波長λと波長補正係数c(λ)との関係を示している。波長補正係数c(λ)は、λmin（＝４０５ｎｍ）のとき最大値１をとり、波長λの増加に従って減少している。【００５９】
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として角度θに対応した角度補正係数a(θ)を特定する。また、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として波長λに対応した波長補正係数c(λ)を特定する。【００６０】
オフセット情報７３は、使用波長範囲λmin〜λmax内の複数の所定の波長λに対する常光屈折率no(λ)、及び、異常光屈折率ne(λ)、及び、画素(x,y)ごとの液晶層２７の厚みｄ(x,y)を示している。補正値導出部３２は、ＲＯＭ５２からオフセット情報７３を読み出し、オフセット情報７３と角度情報１７と波長情報１８とに基づき、オフセット階調値g(θ,λ,d(x,y))を画素位置ごとに導出する。具体的には、補正値導出部３２は、まず、オフセット情報７３と角度情報１７と波長情報１８とに基づいて、以下の式（１）を演算することによりh(θ,λ,d(x,y))を画素ごとに求める。なお、θ０は基準角度であり、この第１実施例ではθ０＝θmin＝０°である。また、式（１）では液晶層２７の厚みｄ(x,y)においてその画素位置(x,y)を明示しているが、以降では画素位置(x,y)を適宜省略し、説明に必要なパラメータのみ表記している。
【数４】
2009072563.tif 000006
【００６１】
ここで、j(θ)は、角度θでＬＣＯＳ型空間光変調器２に入射した光が液晶層２７を伝搬する方向の画素電極２２に垂直な方向に対する角度θ″（図５の領域（ｃ））であり、スネルの法則（Ｓ−１）（Ｓ−２）より以下のように表される。
【数５】
2009072563.tif 000007
【００６２】
さらに、補正値導出部３２は、波長補正係数c(λ)を用いて以下の式（３）を演算して画素ごとにg(θ,λ,d(x,y))を算出する。なお、Ｎは制御入力値Ｂにおける１周期に割り当てられた階調数であり、この例では２５６である。
【数６】
2009072563.tif 000008
【００６３】
また、補正値導出部３２は、角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)とを用いて、以下の式（４）を演算することにより、周期階調数Ｎを補正後周期階調数t’b,maxに変換する。
【数７】
2009072563.tif 000009
【００６４】
即ち、周期階調数Ｎは、基準波長λ０、及び、基準角度θ０の入射条件において制御入力値Ｂにおける１周期に割り当てられた階調数であり、第１実施例では２５６である。【００６５】
補正後周期階調数t’b,maxは、角度情報１７である角度θと、波長情報１８である波長λとの入射条件において、制御入力値Ｂにおける１周期に割り当てるべき階調数である。角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)はいずれも１以下の値であるため補正後周期階調数t’b,maxは、２５５以上の値をとる。【００６６】
さらに、補正値導出部３２は、角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)と画素ごとのオフセット階調値g(θ,λ,d)とを制御入力値変換部３３に転送する。並行して、補正値導出部３２は、角度情報１７と波長補正係数c(λ)とを補正データ変換部３４に転送する。さらに、並行して、補正導出部３２は、補正後周期階調数t’b,maxを制御入力値加算部３５に転送する。【００６７】
制御入力値変換部３３は、角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)とオフセット階調値g(θ,λ,d)とを用いて、画素ごとに以下の式（５）を演算することより、制御入力値Ｂ（=tb）を補正後入力値Ｂ′（=t’b）に変換し、求めた補正後入力値Ｂ′（=t’b）を補正データ加算部３５に転送する。
【数８】
2009072563.tif 000010
【００６８】
補正データ変換部３４は、ＲＡＭ３６から歪み補正データ１２を読み出す。補正データ変換部３４は、角度情報１７として入射角度θに基づいて式（２）より角度θ″を求める。入力波長λと最小波長λmin、角度θ″に基づいて、補正データ変換部３４は、画素ごとに歪み補正データ１２の歪み補正値Ｓに、λmin／λ・（2/cosθ”）を乗算し補正後歪み補正値Ｓ′を得る。ここで、歪みは、波長が長くなるにつれて小さくなる性質を有する。λmin／λ＜１であるから、歪み補正値Ｓにλmin／λを掛けることで波長に関する補正を行うことができる。また、図５の領域（ｃ）から分かるように、垂直入射の時の液晶層２７を進行する光の光路長を往復で2Fとし、液晶層２７を入射角度θ″で進行する光の往復の光路長を2F”とすると、2F”=2F/cosθ”の関係が成り立つ。従って、歪み補正値Ｓに2/cosθ”を掛けることで角度に関する補正を行っている。【００６９】
補正データ加算部３５は、画素ごとに、補正後入力値Ｂ′(=t’b)と補正後歪み補正値Ｓ′とを足し合わせ、足し合わせた値（Ｂ′＋Ｓ′）を参照値Ｒとする。なお、参照値Ｒが補正後周期階調数t’b,maxより大きい場合には、以下の式（６）より位相折り畳みを行った結果を改めて参照値Ｒとする。補正データ加算部３５は、こうして得られた参照値ＲをＬＵＴ処理部３８に転送する。
【数９】
2009072563.tif 000011
【００７０】
ＬＵＴ処理部３８は、各画素に対応した画素別ＬＵＴ１１（図７）をＲＡＭ３７から読み出し、当該画素に対して求めた参照値Ｒにて画素別ＬＵＴ１１を参照して、参照値Ｒに対応するＤＡ入力値Ａを読み出す。こうして参照値ＲをＤＡ入力値Ａに変換する。ＬＵＴ処理部３８は、各画素のＤＡ入力値Ａを当該画素の位置情報と共に駆動手段３９１に送信する。【００７１】
駆動手段３９１は、各画素に対して、ＤＡ入力値Ａが採る値taを、駆動電圧範囲（Ｐ〜Ｑ）（この例ではＰ＝０ボルト、Ｑ＝４ボルト）内の電圧値（P+((Q-P)/(M-1) )*ta）であるアナログ信号Ｃに変換する。そして、駆動手段３９１は、アナログ信号Ｃが示す電圧値を駆動電圧として、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の各画素を駆動する。【００７２】
図７には、画素別ＬＵＴ１１と共に、ＤＡ入力値Ａが採る値が駆動手段３９１によって対応する電圧値に変換され対応する画素に印加されることによって当該画素が達成する位相変調量φが３つの異なる入射条件［１］θ＝０°、λ＝４０５ｎｍ、［２］θ＝０°、λ＝１０６４ｎｍ、［３］θ＝４５°、λ＝６３３ｎｍに対して示されている。ただし、画素別ＬＵＴ１１は、位相変調量φに対応するデータを格納してはいない。位相変調量φは、参照値Ｒがとる値に対しては線形関係を有している。しかも、全Ｔ個の画素別ＬＵＴ１１において、参照値Ｒの各値に対応する位相変調量φは、同一の入射条件（同一の波長、及び、同一の角度の組み合わせ）においては互いに略等しくなるようにＤＡ入力値Ａがとるべき値が定められている。例えば、基準角度θ＝０°、基準波長λ＝４０５ｎｍの入射条件では、参照値Ｒが０のとき、φ＝０．０００００、また、参照値Ｒが１のとき、φ＝０．００７８４などとなるようにＤＡ入力値Ａがとるべき値が定められている。【００７３】
しかも、制御入力値Ｂ（=tb）を、式（５）のように入射条件に基づいて補正後制御入力値Ｂ′（=t’b）に補正して、この補正後制御入力値Ｂ′（=t’b）に基づいて参照値Ｒが決定されているため、補正前の制御入力値Ｂと位相変調量φとの関係も線形になり、どの入射条件においても、制御入力値Ｂに対する位相変調量φが同一になる。【００７４】
従って、どの入力条件に対しても、各画素に対応する画素別ＬＵＴ１１を用いて当該画素の制御入力値Ｂを補正後制御入力値Ｂ′に変換し、さらに補正後制御入力値Ｂ′をＤＡ入力値Ａに変換し、さらにこのＤＡ入力値Ａをアナログ信号Ｃに変換して電圧を印加すれば、各画素において得られる位相変調量φは、補正前の制御入力値Ｂに対し略線形でかつ、画素ごとのバラツキが小さいものとなる。【００７５】
次に、位相変調システム１の設定方法を説明する。位相変調システム１に対しては、波長補正用ＬＵＴ７２の設定、角度補正用ＬＵＴ７１の設定、オフセット情報７３の設定、ＤＡ入力値と駆動電圧範囲Ｐ〜Ｑとの対応関係の設定、画素別ＬＵＴ１１の設定、歪み補正データ１２の設定がこの順で行われる。【００７６】
（波長補正用ＬＵＴ７２の設定方法）
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。【００７７】
偏光干渉計９０はキセノンランプ９１と、コリメートレンズ９２と、偏光子９３と、ビームスプリッタ９４と、検光子９５と、イメージレンズ９６，９７と、帯域フィルタ９８と、イメージセンサ９９とを備えている。ＬＣＯＳ型空間光変調器２を、図１０に示されたように、偏光干渉計９０に対して配置する。キセノンランプ９１は約２００ｎｍから約２０００ｎｍまでの波長の光を出力している。帯域フィルタ９８は、所定の波長の光のみを通過させるフィルタである。帯域フィルタ９８の種類を変更することにより、イメージセンサ９９に入射する光の波長を変化させることができる。従って、ＬＣＯＳ型空間光変調器２が変調した光の特定波長成分に関する位相変調量を測定できる。なお、帯域フィルタ９８は、イメージレンズ９７とイメージセンサ９９との間に配置せず、キセノンランプ９１からＬＣＯＳ型空間光変調器２の光路上の何れかの位置に配置してもよい。例えば、帯域フィルタ９８はキセノンランプ９１とコリメートレンズ９２との間に配置してもよい。【００７８】
かかる構成の偏光干渉計９０によれば、ＬＣＯＳ型空間光変調器２によって位相変調された光が、イメージセンサ９９によって測定される。偏光子６３の偏光方向は、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の液晶分子の配向方向に対し４５°ずれている。このため、ＬＣＯＳ型空間光変調器２に入射される光（入射光）は、液晶分子２８の配向方向に対し４５°ずれる。入射光が液晶層２７を伝播することによって、入射光のうち位相変調された成分（液晶分子２８の配向方向に対し平行な成分）と位相変調されない成分との間には位相差が生じる。従って、ＬＣＯＳ型空間光変調器２で反射した光（反射光）の偏光方向は、入射光の位相変調される成分の位相変調量に依存する。また、検光子６５の配向方向は偏光子９３に対して９０°ずれており、検光子６５を透過する光の強度は反射光の偏光方向に依存するため、イメージセンサ９９の測定結果により、電圧依存性の位相変調特性が強度Ｉとして測定される。全画素に同一の電圧を印加して入力光を位相変調させる。イメージセンサ９９によれば、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の任意の画素で変調されイメージセンサ９９の対応する位置に到達した光の強度を測定することができる。イメージセンサ９９のある位置で得られる強度Ｉから、例えば、以下の式を用いて、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の対応する画素によってなされた位相変調量φが求められる。
【数１０】
2009072563.tif 000012
【００７９】
ここで、ImaxとIminとは、それぞれ当該画素に印加する電圧をＬＣＯＳ型空間光変調器２の動作電圧範囲（０〜４Ｖ）内で変化させた際に得られる強度Iの最大値、及び、最小値である。【００８０】
動作電圧範囲０〜４Ｖ内の任意の１つの電圧を全画素に等しく印加した状態で任意の画素の位相変調量φを求めることにより、当該画素の当該電圧に対する位相変調量が求められる。【００８１】
帯域フィルタ９８としては使用波長範囲λmin（４０５ｎｍ）〜λmax（１０６４ｎｍ）内の間の５つの異なる波長（第１実施例では、４０５ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、８００ｎｍ、１０６４ｎｍ）の光をそれぞれ透過する５つの帯域フィルタを用意し、その１つを配置する。【００８２】
帯域フィルタ９８として１つの波長の光を透過するものを配置した状態で、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の特定の１つの画素が達成する位相変調量を動作電圧範囲０〜４Ｖの電圧ごとに測定する。なお、特定の１画素に対してのみ位相変調量を測定するのは、波長依存性が全画素において略一定であるからである。係る測定を全５つの波長に対して繰り返す。図１１は、上記の測定によって得られた電圧と位相変調量との関係を波長λごとに示したグラフである。波長λごとに電圧が０のときの位相変調量（オフセット位相値）が異なっていることがわかる。【００８３】
この発明では、基準角度θ０、及び、基準波長λ０における位相変調量φ（V, θ０,λ０,x,y）に対する使用波長範囲内の任意の波長λ、及び、使用角度範囲内の任意の角度θにおける位相変調量φ（V,θ,λ,x,y）を以下の（７）のように定義する。なお、ｘ、ｙは画素の位置を示すパラメータである。また、（７）では位相変調量φのパラメータである電圧V、角度θ、波長λ、画素の位置ｘ、ｙを明示しているが、以降では適宜省略し、説明に必要なパラメータのみ表記している。
【数１１】
2009072563.tif 000013
【００８４】
式（７）において、２項目のa(θ)*c(λ)*h(θ,λ,d)は、電圧が０のときの位相変調量（オフセット位相値）を示している。ここで、h(θ,λ,d)は上記式（１）のように定義される。なお、図１２は、図１１の各曲線を縦軸方向に平行移動して、電圧が０のときの位相変調量が０になるようにしたグラフである。【００８５】
基準波長λ0における位相変調量φ(λ0,V)に対する任意の波長λにおける位相変調量φ(λ,V)の比c(λ,V)を、電圧Vごとに以下の式（８）より定義する。
【数１２】
2009072563.tif 000014
【００８６】
図１３は、波長λごとに電圧Vとc(λ,V)との関係を示したグラフである。図１３より明らかなように、どの波長λにおいてもc(λ,V)は電圧０〜２ボルト付近の範囲では、電圧Ｖによって値が大きく変動するが、２ボルト以上の範囲では変動が小さくなっている。かかる性質は、測定した全ての波長について成り立っている。【００８７】
より詳しくは、所定の電圧範囲（この例では２〜４ボルトの範囲）では、どの波長λにおいても、電圧Vの変化に対するc(λ,V)の変化量が所定の範囲（ここでは０．５）内におさまっている。そこで、波長λごとに、波長補正係数c(λ)を上記所定の電圧範囲（２〜４ボルトの範囲）内の任意の１つの電圧Vに対するc(λ,V)と等しい値に設定する。あるいは、c(λ)を、上記所定の電圧範囲（２〜４ボルトの範囲）内の任意の複数の電圧値Vに対するc(λ,V)の平均値と等しい値に設定しても良い。【００８８】
測定した波長λと波長補正係数c(λ)との関係を波長補正用ＬＵＴ７２として駆動装置３のＲＯＭ５２に保存する。図９は、波長補正用ＬＵＴ７２が格納する波長λと波長補正係数c(λ)との関係を示している。基準波長λ0（=405nm）のときにc(λ)は１であり、λの増加に従ってc(λ)は減少していることがわかる。【００８９】
なお、第１実施例では、使用波長範囲内の５つの異なる波長に関して測定を行っているが測定する波長の数は５個に限定されない。また、波長λと波長補正係数c(λ)との関係を多項式で近似することで、測定していない波長に関しては補間し、複数の波長λと複数の波長補正係数c(λ)との一対一の対応関係をもとめて、波長補正用ＬＵＴ７２に保存してもよい。波長補正用ＬＵＴ７２の代わりに、かかる多項式自体を格納してもよい。また、特定の１画素に関して位相変調量の測定を行ったが、複数の画素の位相変調量を測定し、それらの平均値を位相変調量φ（λ,V）に置き換えて、c(λ,V)を求めてもよい。【００９０】
（角度補正用ＬＵＴ７１の設定方法）
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。【００９１】
角度補正用ＬＵＴの設定方法においては、帯域フィルタ９８としては、波長λ＝６３３ｎｍの光を透過する帯域フィルタ９８を用いる。【００９２】
入射角度θを使用角度範囲θmin=０°〜θmax=４５°内の８個の角度（０°、５．６５°、９．２°、１３．２５°、２２．５°、３１．６°、３８°、４５°）に順次設定する。入射角度θを１つの角度に設定した状態で、特定の１つの画素で達成する位相変調量を動作電圧範囲０〜４Ｖ内の電圧ごとに測定する。なお、特定の１画素に対してのみ位相変調量を測定するのは、角度依存性も画素によらず略同一だからである。また、斜め入射の場合には、液晶層２７において光は斜めに進行する。そのため、光は互いに隣接する複数の画素電極２２の影響を受けうる。しかしながら、隣接する複数の画素においては電圧依存性歪みの差は極めて小さいため、かかる隣接する複数の画素電極２２の影響によって生じる位相変調量の変化は無視できるほど小さい。ただし、光学系１９０（図１４）にＬＣＯＳ型空間光変調器２を配置する際には、入射光の一部は、シリコン基板２１のうち、全Ｔ個の画素電極２２が配置されている領域を囲む外周領域に対応する液晶層２７の部分を伝搬して画素電極２２に入射する可能性がある。特に、上記外周領域近傍の画素電極２２はかかる光の影響を受けやすい。そのため、上記特定の１画素は当該外周領域近傍から離れた画素電極２２を用いるのが好ましい。かかる測定を全８個の角度に対して繰り返す。図１５は、上記の測定によって得られた電圧と位相変調量との関係を角度θごとに示したグラフである。角度θごとに電圧が０のときの位相変調量（オフセット位相値）が異なっていることがわかる。図１６は、図１５の各曲線を縦軸方向に平行移動して、電圧が０のときの位相変調量（オフセット位相値）が０になるようにしたグラフである。オフセット位相値の差を無視しても、角度θごとに電圧−位相変調量の特性が異なっていることがわかる。つまり、図１６は、角度補正係数a(θ)の寄与による位相変調量φの変化を示したグラフである。【００９３】
角度θにおける位相変調量φ(θ,V)の、基準角度θ0における位相変調量φ(θ０,V)に対する比a(θ,V)を電圧Vごとに以下の式（９）より定義する。
【数１３】
2009072563.tif 000015
【００９４】
図１７は、角度θごとに電圧Vとa(θ,V)との関係を示したグラフである。図１７より明らかなように、どの角度θにおいてもa(θ,V)は電圧０〜２ボルト付近の範囲では大きく変動し、２ボルト以上の範囲では値の変動が小さい。かかる性質は、測定した全ての角度について成り立っている。【００９５】
より詳しくは、所定の電圧範囲（この例では、２〜４ボルト）では、どの角度θにおいても電圧Vの変化に対するa(θ,V)の変化量が所定の範囲（ここでは０．５）におさまっている。そこで、角度θごとに角度補正係数a(θ)を上記所定の電圧範囲（２〜４ボルト）内の任意の１つの電圧Vに対するa(θ,V)と等しい値に設定する。あるいは、上記所定の電圧範囲（２〜４ボルト）内の任意の複数の電圧範囲Vに対するa(θ,V)の平均値と等しい値に設定してもよい。【００９６】
角度θとa(θ)との関係を角度補正用ＬＵＴ７１として駆動装置３のＲＯＭ５２に保存する。図８は、こうして得られた角度補正用ＬＵＴ７１が格納する入射角θと角度補正係数a(θ)との関係を示している。基準角度θ0（＝０°）のときにa(θ)は１であり、θの増加に従ってa(θ)は減少していることがわかる。【００９７】
なお、この第１実施例では、使用角度範囲で、８種類の異なる角度に関して測定を行っているが測定する角度の数は８個に限定されない。また、角度θとa(θ)との関係を多項式で近似することで、測定していない角度に関しては補間し、複数の角度θと複数の角度補正係数a(θ)との一対一の対応関係を求めて角度補正用ＬＵＴ７１に保存してもよい。角度補正用ＬＵＴ７１の代わりに、かかる多項式自体を格納してもよい。また、特定の１画素に関して位相変調量の測定を行ったが、複数の画素の位相変調量を測定し、それらの平均値をφ（θ,V）に置き換えてa(θ,V)を求めてもよい。【００９８】
（オフセット情報７３の設定）
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。【００９９】
まず、画素ごとに、液晶層の厚みｄを求める。具体的には、偏光干渉計９０にＬＣＯＳ型空間光変調器２を図１０に示されたように配置し、帯域フィルタ９８として波長λ1の光を透過する帯域フィルタを配置する。全画素を、駆動電圧範囲（０−４Ｖ）の最大電圧Vmax（第１実施例では４ボルト）で駆動し、各画素が達成する位相変調量φ（λ1,Vmax）を測定する。【０１００】
なお、この第１実施例では、液晶層２７は、最小電圧Vmin（＝０ボルト）のときに、図３の領域（ａ）の平行配向状態となり、最大電圧Vmax（＝４ボルト）のときに、図３の領域（ｃ）の垂直配向状態となる。従って、位相変調量φ（λ1,Vmax）は垂直配向のときの位相変調量である。一方、理論的には、垂直配向のときの位相変調量φ（λ1,Vmax）は以下の式（１０）で定義できる。
【数１４】
2009072563.tif 000016
【０１０１】
従って、測定により得られた各画素の位相変調量φ（λ1,Vmax）を式（１０）に代入することにより画素ごとの膜厚d(x,y)の値が得られる。【０１０２】
次に、使用波長範囲λmin〜λmax内の上記５つの波長λ（４０５ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、８００ｎｍ、１０６４ｎｍ）のそれぞれに対する異常光屈折率ne(λ)と正常光屈折率no(λ)とを求める。帯域フィルタ９８として、この５つの波長λをそれぞれ透過させる５つのフィルタを用意し、その１つを配置する。帯域フィルタ９８として、１つの波長の光を透過させるフィルタを配置した状態で、全画素に最小電圧Vmin（＝０ボルト）を印加して特定の１つの画素で得られる位相変調量φ(λ,Vmin)を測定し、さらに、最大電圧Vmax（＝４ボルト）を印加して、当該特定の１つの画素で得られる位相変調量φ（λ,Vmax）を測定する。かかる測定を全５つの波長に対して繰り返す。なお、この測定では、特定の１つの画素に関してのみ測定を行い、全画素に関しては測定を行わない。異常光屈折率ne(λ)と常光屈折率no(λ)も画素によらず全画素に対して略一定だからである。【０１０３】
異常光屈折率ne(λ)と正常光屈折率no(λ)とは、５つの波長λのそれぞれについて、測定結果である位相変調量φ(λ,Vmin)と位相変調量φ（λ,Vmax）とに基づいて以下のように求めることができる。位相変調量φ（λ,Vmax）は垂直配向と同様の位相変調量（電圧印加により液晶分子２８が垂直に並んだときの位相変調量）であり理論的に以下の式（１１）を満たす。また、位相変調量φ(λ,Vmin)は平行配向のときの位相変調量であり理論的に以下の式（１２）を満たす。
【数１５】
2009072563.tif 000017
【０１０４】
なお、式（１１）、（１２）において、膜厚d(x,y)は、位相変調量φ(λ,Vmin)と位相変調量φ（λ,Vmax）とを測定した特定の画素における膜厚である。そこで、式（１１）に、測定した位相変調量φ（λ,Vmax）と膜厚d(x,y)とを代入し、波長λにおける複屈折率Δn(λ)を求める。【０１０５】
式（１２）に、測定した位相変調量φ(λ,Vmin)と膜厚d(x,y)とを代入し、波長λにおける異常光屈折率ne(λ)を求める。また、以上で求めた複屈折率Δn(λ)、異常光屈折率ne(λ)より常光屈折率no(λ)を以下の式（１３）から求めることができる。
【数１６】
2009072563.tif 000018
【０１０６】
以上のように求めた複数の所定の波長λに関する常光屈折率no(λ)、異常光屈折率ne(λ)、及び、画素ごとの液晶層の厚みｄ(x,y)をオフセット情報７３として駆動装置３のＲＯＭ５２に保存する。【０１０７】
なお、第１実施例では、異常光屈折率ne(λ)と正常光屈折率no(λ)とを求めるにあたり、上述のように波長405nmから1064nmまでの範囲で、５つの異なる波長に関して測定を行っているが、測定する波長の数は５個に限定されない。また、波長λと異常光屈折率ne(λ)との関係、及び、波長λと異常光屈折率no(λ)との関係を多項式で近似し、測定していない波長λに関して補間して使用波長範囲内の複数の波長λと複数の異常光屈折率ne(λ)との関係、及び、複数の波長λと複数の異常光屈折率no(λ)との一対一の対応関係を求めてもよい。また、波長λと異常光屈折率ne(λ)との関係を表す多項式、及び、波長λと異常光屈折率no(λ)との関係を表す多項式自体を駆動装置３のＲＯＭ５２に保存してもよい。【０１０８】
また、特定の１画素に関して位相変調量φ(λ,Vmin)とφ（λ,Vmax）とを測定したが、複数の画素に関して位相変調量φ(λ,Vmin)とφ（λ,Vmax）とを測定し、複数の画素の測定値φ(λ,Vmin)の平均及び複数の画素の測定値φ（λ,Vmax）の平均を位相変調量φ(λ,Vmin)及びφ（λ,Vmax）に置き換えて式（１１）、（１２）において用いてもよい。【０１０９】
図１８は、図１１の波長λごとの位相変調量に対して、それぞれa(θ)・c(λ)をかけ（ただし、a(θ)=1）、さらに、a(θ)・c(λ)・g(θ,λ,d)を引いた量（ただし、a(θ)=1）を示した図である。波長λごとの位相変調量の違いが補正され、同一の位相変調量となるのがわかる。【０１１０】
また、図１９は、図１５の角度θごとの位相変調量に対して、a(θ)・c(λ)をかけ（ただし、c(λ)=1）をかけ、さらに、a(θ)・c(λ)・g(θ,λ,d)を引いた量（ただし、c(λ)=1）を示した図である。角度θごとの位相変調量の違いが補正されて、同一の位相変調量となるのがわかる。【０１１１】
（ＤＡ入力値と動作電圧範囲の対応関係の設定）
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。【０１１２】
（画素別ＬＵＴ１１の設定方法）
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。【０１１３】
ステップＳ２では、ステップＳ１で求めた測定値を元に、各画素に対して、ＤＡ入力値‐電圧依存性位相変調特性を求める。結果は、図１１における波長λが４０５ｎｍの波形と略同一となる。このグラフから明らかなように、ＤＡ入力値−電圧依存性位相変調特性は非線形性を有する。しかも、この位相変調特性は、画素ごとにバラツキがある。【０１１４】
ステップＳ３では、各画素に対してステップＳ２で求めたＤＡ入力値−位相変調特性を元に、位相変調量（φ）とＤＡ入力値Ａとの関係を最小二乗法などを用いて多項式で近似する。例えば、ＤＡ入力値Ａをtaと、位相変調量をφとおき、多項式としてＫ次のべき多項式を用いる場合には、多項式は、以下の式（１４）のように表される。
【数１７】
2009072563.tif 000019
【０１１５】
式（１４）を求めることによって、ＤＡ入力値（ta）と位相変調量（φ）との関係を、光源やイメージセンサなどによる測定ノイズの影響を軽減して得ることができる。また、ＤＡ入力値Ａを全ての値に関して測定せず、間隔を置いて測定した場合には、測定しなかったＤＡ入力値Ａに対する位相変調量を式（１４）から推定できる。このようにして、全ての画素に対してそれぞれＤＡ入力値Ａと位相変調量φとの関係（式（１４））を求める。【０１１６】
ステップＳ４では、各画素に対して、得られたＤＡ入力値‐電圧依存性位相変調特性を元に画素別ＬＵＴ１１を作成する。まず、以下の式（１５）より、t’b,max,256を求め、画素別ＬＵＴ１１の参照値Ｒの最大値をt’b,max,256以上に設定する。なお、式（１５）において、tb,max,256は、制御入力値Ｂの最大階調数２５５である。
【数１８】
2009072563.tif 000020
【０１１７】
参照値Ｒを求める際に、制御入力値変換部３３は、式（５）によって制御入力値Ｂを補正後制御入力値Ｂ′に変換する。式（５）において角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)とは、共に１より小さい値であるため、補正後制御入力値Ｂ′は２５５より大きくなる。そこで、どの角度補正係数a(θ)及びどの波長補正係数c(λ)の組み合わせによって決定される補正後制御入力値Ｂ′も、画素別ＬＵＴ１１内のいずれかの参照値Ｒに等しくなるように、画素別ＬＵＴ１１の参照値Ｒがとる最大値をt’b,max,256以上に設定するのである。【０１１８】
当該第１実施例では、t’b,max,256の値は８３０と求められるため、画素別ＬＵＴ１１がとる参照値Ｒの範囲を０−８５０と設定する。次に、参照値Ｒ（基準波長λ０（＝λmin）及び基準角度θ０（＝θmin）の制御入力値Ｂ）と位相変調量φとの関係が線形で、かつ、０―６．６５π（２π＊８５１／２５６）の位相を０−８５０階調の参照値Ｒで表すために、制御入力値（tb）と位相変調量φとの関係を以下のように表す。
【数１９】
2009072563.tif 000021
【０１１９】
ここで、tbは０から８５０までの整数値であり、constはオフセット値である。このオフセット値は全ての画素で式（１６）が実現できる同一の値に設定する。式（１６）を式（１４）に代入し制御入力値tbとＤＡ入力値taとの関係を求める。この際、taは整数であるため四捨五入（または、切り捨て、切り上げ）をする必要がある。四捨五入の操作をROUNDで表すと、tbとtaとの関係は以下のようになる。
【数２０】
2009072563.tif 000022
【０１２０】
tbの値０‐８５０を参照値０〜８５０として設置し、参照値０〜８５０に対して式（１７）で求まるta値を対応させることで画素別ＬＵＴ１１が作成される。【０１２１】
ステップＳ５では、上記のように作成された画素別ＬＵＴ１１をＲＯＭ５２に保存する。【０１２２】
以上のように、最小波長λmin及び最小角度θminの場合において、a(θmin)=1、c(λmin)=1である。このため、参照値Ｒの１周期は、制御入力値Ｂの１周期と同じ２５６階調で示される。従って、最小波長λmin及び最小角度θminでは、画素別ＬＵＴ１１の参照値Ｒは０−２５５の２５６階調あれば十分である。しかしながら、角度補正、及び、波長補正を式（５）を用いて行うと、a(θ)、c(λ)が１より小さいために、参照値Ｒは大きくなる。そのため、画素別ＬＵＴ１１の参照値Ｒの階調数に２５６より大きい冗長性を持たせ、使用する全ての角度、及び、波長に対して対応可能なようにしている。【０１２３】
図２１は、図７の参照値Ｒと位相変調量φとの関係をグラフで表したものである。波長が異なっても、参照値Ｒに対して位相変調量φが線形になっている。入射条件がλ＝４０５ｎｍ、θ＝０°の場合には、位相変調量が０から２πの間で参照値Ｒが２５６階調確保されている。また、入射条件がλ＝１０６４ｎｍ、θ＝０°のときは、位相変調量が０〜２πの間で参照値Ｒが８０３階調確保されている。また、入射条件がλ＝６３３ｎｍ、θ＝４５°のときには、位相変調量が０〜２πの間で参照値Ｒが７６３階調確保されている。即ち、必要な位相変調量φの範囲である０〜２πにおいて、どの入射条件でも、参照値Ｒの階調数を少なくとも２５６階調確保できている。このため、精度よく位相を変調することができる。【０１２４】
また、入射条件が波長４０５ｎｍ、角度０°の場合に、０〜２５５の補正前制御入力値Ｂに対して０〜２πの位相変調量が得られ、波長１０６４ｎｍ、角度０°に対しても、波長６３３ｎｍ、角度４５°に対しても、０〜２５５の補正前制御入力値Ｂに対して０〜２πの位相変調量が得られる。入射条件が変化しても、常に、同一の制御入力値Ｂに対し、同一の位相変調量φが達成できることが確保されている。【０１２５】
（歪み補正データ１２の設定方法）
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）。【０１２６】
なお、レーザー光源８１として、第１実施例では、最小波長λminの光を出力するものを用意する。また、マイケルソン干渉計８０では入射角度θはθmin（＝０°）である。【０１２７】
図２３を参照して、電圧非依存性の歪みを補正する歪み補正データ１２の作成方法を説明する。まず、ステップＳ２１では、駆動装置３において、全ての画素の値が０のパターンを初期の歪み補正データ１２としてＲＡＭ３６に格納する。ステップＳ２２では、中央処理装置４１は、全ての画素の値が、０‐２５５のうちいずれかの値で互いに等しい位相画像を所望パターン１３として設定し、所望パターン１３を入力部５１に送信する。ステップＳ２３では、所望パターン１３は、入力処理部３１から制御入力値変換部３３に転送される。同時に、角度情報１７、波長情報１８が入力処理部３１から補正値導出部３２に転送される。補正値導出部３２は、角度補正係数a(θ=θmin)（この場合a(θmin)=1）、波長補正係数c(λ=λmin)（この場合、c(λmin)=1）、補正後周期階調数t’b,max（この場合、周期階調数Ｎ＝２５６）を求める。さらに補正値導出部３２は、角度補正係数a(θ)、波長補正係数c(λ)を制御入力値変換部３３に、角度情報１７、λmin／λを補正データ変換部３４に、補正後周期階調数t’b,maxを補正データ加算部３５に転送する。制御入力値変換部３３は、式（５）より所望パターン１３の制御入力値Ｂ(=tb)を補正後制御入力値Ｂ′(=t’b)に変換する。補正後制御入力値Ｂ′は、補正データ加算部３５に転送される。補正データ変換部３４は、角度情報１７から、式（２）を用いて、角度θ″を求める。補正データ変換部３４は、歪み補正データ１２の歪み補正値ＳをＲＡＭ３６から読み出す。求めた角度θ″と、補正値導出部３２から受け取ったλmin／λとに基づいて、歪み補正値Ｓにλmin／λ・（2/cosθ”）を掛けることにより補正後歪み補正値Ｓ′を求める。補正後歪み補正値Ｓ′は、補正データ加算部３５に転送される。【０１２８】
補正データ加算部３５は、所望パターン１３の補正後制御入力値Ｂ′と歪み補正データ１２の補正後歪み補正値Ｓ′とを画素ごとに加算する。必要であれば加算結果に式（６）を適用することにより位相の折り畳みを行い、加算結果あるいは位相折り畳みの結果を参照値Ｒとする。ステップＳ２４では、ＬＵＴ処理部３８は、各画素の画素別ＬＵＴ１１に基づいて各画素の参照値ＲをＤＡ入力値Ａに変換し、駆動装置３に転送する。ステップＳ２５では、駆動手段３９１が、ＤＡ入力値Ａに対応する電圧値を示すアナログ信号Ｃを生成し、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の各画素に、対応する電圧を印加する。ステップＳ２６では、ＣＣＤ８９の出力結果に基づいてＬＣＯＳ型空間光変調器２の出力波面を計測する。画素別ＬＵＴ１１を用いて電圧依存性位相変調特性が補正されているため、ステップＳ２６で計測した出力波面は電圧非依存性歪みのみを含んでいる。ステップＳ２７では、計測した出力波面を示す各画素の位相値の符号を逆にし、その結果（以下、Ｈという）を０〜２５５の２５６階調が０〜２πの位相を示すような整数値Ｌに変換する。即ち、出力波面は、位相変調量[rad]で表されているため、整数値Ｌを、式（１８）を用いて求める。ここで、Ｎ＝２５６である。
【数２１】
2009072563.tif 000023
【０１２９】
なお、出力波面の位相変調量Ｈには位相折り畳みを行っていない。また、求める整数値Ｌが２５６以上になっても位相の折り畳みは行わない。従って、整数値Ｌは２５６以上の値も採り得る。図６の実線は、歪み補正データ１２の一例を示した図である。ステップＳ２８では、以上のようにして各画素に対して整数値Ｌを求めたものを歪み補正データ１２として、駆動装置３のＲＯＭ５２に格納する。【０１３０】
また、図６の点線は、出力波面の位相変調量Ｈに周期２πの位相折り畳みを行った場合に得られる歪み補正値Ｓを示している。このように、位相折り畳みを行って歪み補正データを作成し保存することも可能である。位相変調の際には、当該位相折り畳みを行った歪み補正データに対して位相の折り畳みをほどく処理を行えば、第１実施例と同一の実線で示した歪み補正データ１２を得ることができる。しかし、位相の折り畳みをほどく処理は負荷が極めて大きいため、当該第１実施例のように位相変調量Ｈや整数値Ｌには位相の折り畳みを行わずに歪み補正データ１２を作成するのが望ましい。当該第１実施例では、位相の折り畳みをほどく処理を実行する必要がないため、ＦＰＧＡにかける負荷を減らすことができる。【０１３１】
（位相変調システムの使用方法）
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。【０１３２】
まず、ステップ８１では、制御装置４の中央処理装置４１は、入力部４５が受け取った角度情報１７、波長情報１８を一旦メモリ４３に格納すると共に、通信部４２を介して、駆動装置３の入力部５１に転送する。入力部５１は、受け取った角度情報１７、波長情報１８を入力処理部３１に転送する。入力処理部３１は、受け取った角度情報１７、波長情報１８を補正値導出部３２に転送する。【０１３３】
ステップ８２では、補正値導出部３２は、入力処理部３１から受け取った角度情報１７、及び、波長情報１８に基づき角度補正係数a(θ)、波長補正係数c(λ)、オフセット階調値g(θ,λ,d)、補正後周期階調数t’b,maxを導出する。補正値導出部３２は、角度補正係数a(θ)と、波長補正係数c(λ)と、画素ごとのオフセット階調値g(θ,λ,d)とを制御入力値変換部３３に転送する。並行して、補正値導出部３２は、角度情報１７とλmin／λとを補正データ変換部３４に転送する。さらに並行して、ステップ８２’では、補正値導出部３２が、角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)を用いてしき（４）を演算することにより、周期階調数Ｎを補正後周期階調数ｔ’b,maxに変換し、この補正後周期階調数t’b,maxを補正データ加算部３５に転送する。【０１３４】
ステップ８３では、補正データ変換部３４が、ＲＡＭ３６から歪み補正データ１２を読み出す。補正データ変換部３４は、角度情報１７に基づいて式（２）を用いて、角度θ″を求める。さらに、ステップ８４では、補正データ変換部３４は、歪み補正データ１２が画素ごとに有する歪み補正値Ｓにλmin／λ・（2/cosθ”）を掛け、補正後歪み補正値Ｓ′を得る。補正データ変換部３４は、画素ごとの補正後歪み補正値Ｓ′を補正データ加算部３５に転送する。【０１３５】
一方、ステップ８１と並行してステップ８５では、中央処理装置４１がＨＤＤ４４から所望パターン１３をメモリ４３に読み出し、通信部４２から入力部５１に転送する。入力部５１は所望パターン１３を入力処理部３１に転送する。入力処理部３１は、受け取った所望パターン１３を制御入力値変換部３３に転送する。【０１３６】
ステップ８６において、制御入力値変換部３３は、式（５）を用いて所望パターン１３が各画素に対して有する制御入力値Ｂ(=tb)を補正後制御入力値Ｂ′(=t’b)に変換する。【０１３７】
ステップ８７において、補正データ加算部３８は、各画素に対し補正後制御入力値Ｂ′と、補正後歪み補正値Ｓ′とを足し合せて参照値Ｒを得る。なお、加算結果Ｂ′＋Ｓ′が、補正後周期階調数t’b,maxより大きい場合には、式（６）を用いて位相の折り畳みを行った結果を改めて参照値Ｒとする。【０１３８】
ステップ８８において、画素別ＬＵＴ処理部３８は、各画素に対してＲＡＭ３７から画素別ＬＵＴ１１を読み出し、ステップ８９において参照値ＲをＤＡ入力値Ａに変換する。【０１３９】
ステップ９０において、駆動手段３９１は、各画素に対してＤＡ入力値Ａを、ＤＡ入力値Ａに対応する電圧値を示すアナログ信号Ｃに変換して、ＬＣＯＳ型空間光変調器２へ出力する。同時にデジタル制御信号が入力処理部３１から出力されることによりＬＣＯＳ型空間光変調器２が入射光の位相を変調する。【０１４０】
なお、所望パターン１３が複数あり、それらを合成して位相変調を行う場合には、ステップ８６において、制御入力値変換部３３は、それぞれの所望パターン１３の制御入力値Ｂを画素ごとに足し合せる。なお、足し合せた結果が周期階調数Ｎ（第１実施例では２５６）より大きい場合には、位相の折り畳み処理を行う。位相の折り畳み処理では、当該足し合せた結果を周期階調数Ｎで割り、余りを当該足し合せた結果に置き換える。制御入力値変換部３３は、足し合せた結果を、改めて制御入力値Ｂと設定し、補正後制御入力値Ｂ′に変換する。【０１４１】
図２５及び図２６は、上記の位相変調方法にて入射光を平面波に成形し、これを集光してえられた集光点形状を示している。図２５は入射角度θ＝０°の場合であり、図２６は入射角度θ＝４５°の場合である。何れの角度においても集光点形状が正確な円形として現れている。位相変調が精度よく行なわれ、平面波が精度良く得られていることがわかる。【０１４２】
一方、図２７は、θ＝４５°の場合であって、ステップ８２，８４，８６をせずに、即ち、角度による補正を行わずに、位相変調を行って平面波を成形しそれを集光して得られた形状を示している。この場合、集光点形状は円形から大きく崩れてしまう。位相変調が精度良く行われていないために、平面波が精度よく形成されていないことがわかる。【０１４３】
（第１実施例の変更例１）
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。【０１４４】
例えば、特定の光学系でのみＬＣＯＳ型空間光変調器２を使用する場合では、角度θや波長λは所定の値に固定される。このような場合には、かかる所定の角度θ、所定の波長λに関する角度情報１７、波長情報１８をＨＤＤ４４に保存するようにしてもよい。この場合には、中央処理部４１は、角度情報１７、波長情報１８をＨＤＤ４４からメモリ４３に読み出して位相変調処理を行う。あるいは、角度情報１７の複数の候補、波長情報１８の複数の候補をＨＤＤ４４に保存しておき、それらの候補をユーザが選択する構成であってもよい。候補の選択には、キーボードなどの外部装置を用いてもよい。【０１４５】
（第１実施例の変更例２）
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。【０１４６】
補正値導出部３２は、θ＝θ０を式（１）に代入し、式（３）よりオフセット階調値g(θ０,λ,d)を求める。なお、θ＝θ０を式（１）に代入すると、式（１）は以下の式（１９）のようになる。また、補正後歪み補正値Ｓ′は、角度θ″を０として求める。
【数２２】
2009072563.tif 000024
【０１４７】
（第１実施例の変更例３）
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。【０１４８】
（第１実施例の変更例４）
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。
【数２３】
2009072563.tif 000025
【０１４９】
特にθ＝θ０の場合には、式（２０）は、以下の式（２１）で表される。
【数２４】
2009072563.tif 000026
【０１５０】
また、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の液晶分子２８は、電圧が０Vのときに平行配向になるよう形成されていたが、本発明は、電圧が０Vのときにハイブリッド配向になる液晶分子２８に対しても適用可能である。【０１５１】
（第２実施例）
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。【０１５２】
ＬＵＴマップ１１５は、各画素がｒ個のグループのうちのどのグループに所属しているかを示す。各グループには、電圧依存性位相変調特性が互いに近似した画素が属している。ｒ個のグループ別ＬＵＴ１１１は、全ｒ個のグループに１対１に対応している。各グループ別ＬＵＴ１１１は、対応するグループに所属する画素の電圧依存性位相変調特性を補正するためのものである。各画素の電圧依存性位相変調特性を、その画素が所属するグループに対応するグループ別ＬＵＴ１１１によって補正することにより、各画素の電圧依存性位相変調特性の非線形性を線形に補正でき、かつ、電圧依存性位相変調特性の画素ごとのバラツキを補正することができる。各グループ別ＬＵＴ１１１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Ａとを一対一で対応させて格納している。【０１５３】
図２９は、ｒ＝４の場合のＬＵＴマップ１１５の例である。太線は全画素を含む画素領域に対応し、細線で区切られた１つの領域は１画素に対応している。各画素に対して、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つのグループ番号のうちいずれかが付されている。【０１５４】
当該第２実施例においては、処理部３０は、以下に説明する点を除き第１の実施の形態の処理部３０と同一の処理を行う。即ち、当該第２実施例において、入力処理部３１は、所望パターン１３の各画素の位置情報を画素位置情報導出部１３１に送信する。【０１５５】
画素位置情報導出部１３１は、所望パターン１３における各画素の位置情報に基づいて、ＲＡＭ３７のＬＵＴマップ１１５を参照して、各画素が属するグループのグループ番号を特定する。画素位置情報導出部１３１は、各画素についてその位置情報と、特定したグループ番号に対応するグループ別ＬＵＴ１１１とを、ＲＡＭ３７からＬＵＴ処理部３８に転送する。【０１５６】
ＬＵＴ処理部３８は、各画素に対して、当該画素に対応したグループ別ＬＵＴ１１を参照して、当該画素の参照値ＲをＤＡ入力値Ａに変換する。【０１５７】
ＬＵＴマップ１１５は以下のように作成される。第１実施例における画素別ＬＵＴ１１の設定方法のステップ２と同様に、画素ごとのＤＡ入力値‐電圧依存性位相変調特性を求める。全画素のうち、電圧依存性位相変調特性が近似する画素を同一のグループとして設定する。【０１５８】
また、グループ別ＬＵＴ１１１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。各グループに属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の平均をとり、これを当該グループのＤＡ入力値と設定する。グループ別ＬＵＴ１１１において、参照値Ｒごとに、当該グループのＤＡ入力値Ａを格納する。【０１５９】
以上説明した当該第２実施例に係るＬＯＣＯＳ型位相変調装置１１０を含む位相変調システム１０１では、全画素をその位相変調特性に基づいて複数のグループに割り振り、１つのグループ内の全画素に対して、同一のグループ別ＬＵＴ１１１を使用する。このため、画素ごとにＬＵＴを持つ必要はなく、全画素の位相変調特性を少ないデータ量で効率よく補正できる。そのため、駆動装置１０３に大容量のメモリ（ＲＡＭ）を搭載することが難しい場合であっても、駆動装置１０３にグループ別ＬＵＴ１１１を格納することができる。【０１６０】
（第３実施例）
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。【０１６１】
具体的には、補正値導出部３２は、角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)とを制御入力値変換部３３に転送する。並行して、補正値導出部３２は、角度情報１７と、波長補正係数c(λ)とを補正データ変換部３４に転送する。さらに、並行して、制御入力値変換部３２は、補正後周期階調数t’b,maxを補正データ加算部３５に転送する。【０１６２】
制御入力値変換部３３は、角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)とを用いて、画素ごとに式（２２）を演算することより、制御入力値Ｂ（=tb）を補正後入力値Ｂ′（=t’b）に変換し、求めた補正後入力値Ｂ′（=t’b）を画素別ＬＵＴ処理部３８に転送する。
【数２５】
2009072563.tif 000027
【０１６３】
ＬＵＴ処理部３８は、単一ＬＵＴ２１１をＲＡＭ３７から読み出し、どの画素に対してもこの単一ＬＵＴ２１１を参照して、参照値ＲをＤＡ入力値Ａに変換する。【０１６４】
以上説明した当該第３実施例に係る位相変調装１０ａを含む位相変調システム２０１では、全画素に対して、単一ＬＵＴ２１１を使用している。そのため、駆動装置３に大容量のメモリ（ＲＡＭ）を搭載することが難しい場合であっても、駆動装置３に単一ＬＵＴ２１１を格納することができる。また、オフセットに関するg(θ,λ,d)を求めずに補正を行うため、高速に波長補正と角度補正とを行うことができる。【０１６５】
（第４実施例）
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。【０１６６】
駆動装置６０３において、処理部３０が入力値処理部３１のみを備える。それ以外の構成は、上述の第１実施例における駆動装置３と同じ構成である。【０１６７】
制御装置４の構成は、以下に説明する点を除き、上述の第１実施例と同一である。即ち、当該第４実施例では、ＨＤＤ４４には、所望パターン１３、歪み補正データ１２の他、画素別ＬＵＴ１１、角度補正用ＬＵＴ７１、波長補正用ＬＵＴ７２、オフセット情報７３が保存されている。入力部４５は、ユーザがキーボードなどから入力した入力光の角度情報１７と、入力光の波長情報１８とを受け取り、メモリ４３に格納する。さらに中央処理装置４１は、補正値導出手段６３２と、制御入力値変換手段６３３と、補正データ変換手段６３４と、補正データ加算手段６３５と、ＬＵＴ処理手段６３８とを有する。また、駆動装置６０３は、入力部５１と、入力処理部３１と、Ｄ／Ａ（デジタルアナログ）回路３９とを備える。【０１６８】
中央処理装置４１は、ＨＤＤ４４からメモリ４３に画素別ＬＵＴ１１、角度補正用ＬＵＴ７１、波長補正用ＬＵＴ７２、オフセット情報７３、所望パターン１３、歪み補正データ１２を読み出す。【０１６９】
補正値導出手段６３２は、メモリ４３から画素別ＬＵＴ１１、角度補正用ＬＵＴ７１、波長補正用ＬＵＴ７２、角度補正情報１７、波長補正情報１８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。補正値導出手段６３２は、更にメモリ４３からオフセット情報７３を読み出し、角度情報１７、波長情報１８に基づき、式（１）、（２）、（３）にてオフセット階調値g(θ,λ,d)と、補正後周期階調数t’b,maxとを画素位置ごとに導出する。【０１７０】
制御入力値変換手段６３３は、メモリ４３から、所望パターン１３を読み取り補正値導出手段６３２から角度補正係数a(θ)、波長補正係数c(λ)、オフセット値g(θ,λ,d)を受け取り、角度補正係数a(θ)と波長補正係数c(λ)とオフセット値g(θ,λ,d)とを用いて、式（５）にて制御入力値Ｂ(=tb)を補正後制御入力値Ｂ′(=t’b)に変換する。さらに、補正データ変換手段６３４は、メモリ４３から歪み補正データ１２を読み取り、メモリ４５の角度補正情報１７から、式（２）を用いて角度θ″を計算する。また、補正データ変換手段６３４は、波長補正係数c(λ)を補正値導出手段６３２から受け取る。補正データ変換手段６３４は、かかる角度θ″とλmin／λとを用いて歪み補正値Ｓにλmin／λ・（2/cosθ”）を掛けることにより、画素ごとに歪み補正値Ｓを補正後歪み補正値Ｓ′に変換する。【０１７１】
補正データ加算手段６３５は、制御入力値変換手段６３３から補正後制御入力値Ｂ′を受け取り、補正データ変換手段６３４から補正後歪み補正値Ｓ′を受け取り、画素ごとに補正後制御入力値Ｂ′と補正後歪み値Ｓ′とを足し合わせ、足し合せた結果（Ｂ′＋Ｓ′）を参照値Ｒとして設定する。この際、必要であれば足し合せた結果に対して式（６）にて位相の折り畳みを行い、位相の折り畳みを行った結果を改めて参照値Ｒとする。【０１７２】
ＬＵＴ処理手段６３８は、補正データ加算手段６３５から参照値Ｒを受け取り、画素別ＬＵＴ１１を参照して、画素ごとに参照値ＲをＤＡ入力値Ａに変換する。中央処理装置４１は、通信部４２を介して、ＤＡ入力値Ａを駆動装置６０３に転送する。【０１７３】
入力処理部３１は、入力部５１からＤＡ入力値Ａを受け取り、ＬＣＯＳ型空間光変調器２を駆動するのに必要な垂直同期信号と、水平同期信号などを含むデジタル制御信号を発生させる。並行して、入力処理部３１は、Ｄ／Ａ回路３９にＤＡ入力値Ａを転送する。駆動手段３９１は、各画素のＤＡ入力値Ａを、対応する電圧値を示すアナログ信号Ｃに変換する。そして、駆動手段３９１は、駆動電圧として、ＬＣＯＳ型空間光変調器２の各画素をアナログ信号Ｃが示す電圧値で駆動する。【０１７４】
（第５実施例）
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。【０１７５】
入力部５１は、キーボードや、測定機器などの外部装置から入力された角度情報１７、波長情報１８を受け取り、受け取った角度情報１７、波長情報１８を入力処理部３１に転送する。入力処理部３１は、入力部５１から受け取った角度情報１７、波長情報１８をメモリ７４３に一旦格納する。入力処理部３１は、ＨＤＤ７４４から所望パターン１３をメモリ４３に読み出す。入力処理部３１は、所望パターン１３をメモリ４３から読み出し、制御入力値変換部３３に転送する。【０１７６】
例えば、特定の光学系でのみＬＣＯＳ型空間光変調器２を使用する場合では、角度θや波長λは所定の値に固定される。このような場合には、かかる所定の角度θ、所定の波長λに関する角度情報１７、波長情報１８をＨＤＤ７４４に保存するようにしてもよい。この場合には、入力処理部３１は、角度情報１７、波長情報１８をＨＤＤ７４４からメモリ４３に読み出して位相変調処理を行う。あるいは、角度情報１７の複数の候補、波長情報１８の複数の候補をＨＤＤ７４４に保存しておき、それらの候補をユーザが選択する構成であってもよい。候補の選択には、キーボードなどの外部装置を用いてもよいし、駆動装置７０３にディスプレイや入力ボタンなどを設けておき、それらを用いて候補の選択を行う構成であってもよい。【０１７７】
上記第２〜５実施例においても、第１実施例の変更例２、変形例３と同様、波長λのみ、もしくは、角度θのみ可変とする場合を想定し、波長λのみによる補正、もしくは、角度θによる補正を行うようにしてもよい。【０１７８】
この発明に係る位相変調装置及び当該位相変調装置の設定方法は、上述の書く実施例には限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、ＬＣＯＳ型空間光変調器２においては、画素電極２２がミラーも兼ねていたが、図３３に示されたＬＣＯＳ型空間光変調器１２０のように、画素電極２２上に誘電体ミラー２９を積層する構成のものをＬＣＯＳ型空間光変調器２の代わりに用いてもよい。なお、ＬＣＯＳ型空間光変調器１２０において、ＬＣＯＳ型空間光変調器２と同様の構成には同じ番号を付し説明を省略した。【０１７９】
基準角度θ０を０°に設定したが、０°以外を基準角度θ０としてもよい。この場合において、電圧依存性位相変調特性を求めるには、図１４の光学系１９０を用いればよい。また、この電圧非依存性位相変調特性を求めるには、図３４に示されたように、ＬＣＯＳ型空間光変調器２をマッハツェンダー干渉計１８０に配置すればよい。マッハツェンダー干渉計１８０は、レーザー光源１８１と、スペーシャルフィルタ１８２と、コリメートレンズ１８３と、ハーフミラー１８４と、ミラー１８５と、ハーフミラー１８６と、イメージレンズ１８７，１８８とイメージセンサ１８９とを備えている。【０１８０】
また、基準波長λ０も使用波長範囲内の最小の波長に設定したがこれに限定されず、任意の波長に設定してよい。【０１８１】
ただし、基準角度θ０、基準波長λ０を変更した場合にも、ＬＵＴ１１には冗長性を持たせ、使用角度範囲内の全ての角度θ、使用波長範囲の全ての波長λにおいて、位相変調量が０−２πの範囲を確保でき、なおかつ、０−２πの間の階調数が２５６以上となるように設定する。これにより、精度よく所望の位相変調量を得ることができる。【０１８２】
上記液晶への印加電圧の反転は、フレーム反転、ライン反転、ピクセル反転でのいずれでもよい。しかしながら、ＬＣＯＳ型空間光変調器２は、画素間ギャップが小さいため、フレーム反転が最も適切な印加電圧の反転方法である。【０１８３】
制御装置４にグラフィックカード等の専用の画像処理装置を装備し、制御装置４で行う処理の一部を、当該画像処理装置で行っても良い。【０１８４】
駆動装置３に、処理回路に接続されたフレームメモリを装備してもよい。受信したＤＡ入力値Ａを一旦当該フレームメモリに格納するとともに、当該フレームメモリの別の場所に１つ前のフレームで格納されたデータをＤ／Ａ回路３９に出力するようにし、データを書き込む場所と読み出す場所を順に切り替える。このようにすれば、ＤＡ入力値Ａの受信レートとＤ／Ａ回路３９への出力レートとを同期させる必要が無くなり、制御装置４からの受信のフレームレートと異なるフレームレートでＬＣＯＳ型空間光変調器２に出力を行うフレームレート変換を行うことができる。【０１８５】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
この発明に係る位相変調装置は、レーザー加工、光ピンセット、適応光学、各種撮像光学系、光通信、非球面レンズ検査、短パルスレーザーのパルス波形制御、光メモリ等に適用可能である。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【国際調査報告】
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