(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、
前記複数の画素毎の位相変調量を制御するための駆動信号を前記空間光変調素子に提供する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記空間光変調素子の位相歪みを補正するために前記空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンを記憶している記憶手段を有しており、
前記温度信号に示される温度値に応じて前記Ｎ個の補正用パターンの中から一の前記補正用パターンを選択し、該一の補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて前記駆動信号を生成する
ことを特徴とする、空間光変調装置。
【請求項２】
一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、
前記複数の画素毎の位相変調量を制御するための駆動信号を前記空間光変調素子に提供する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記空間光変調素子の位相歪みを補正するために前記空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群を記憶している記憶手段を有しており、
前記温度信号に示される温度値に応じて前記Ｎ個の係数値群の中から一の前記係数値群を選択し、該一の係数値群から再構成される前記補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて前記駆動信号を生成する
ことを特徴とする、空間光変調装置。
【請求項３】
一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、
前記複数の画素毎の位相変調量を制御するための駆動信号を前記空間光変調素子に提供する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記空間光変調素子の位相歪みを補正するために前記空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と前記温度値との関数を記憶している記憶手段を有しており、
前記温度信号に示される温度値を前記関数に適用することにより前記Ｎ個の係数値群の内の一の前記係数値群を算出し、該一の係数値群から再構成される前記補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて前記駆動信号を生成する
ことを特徴とする、空間光変調装置。
【請求項４】
前記Ｎ個の係数値群それぞれは、前記空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値のみを含んでおり、
前記記憶手段は、前記空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値から再構成された位相パターンを基準温度における前記補正用パターンから差し引くことにより作成された基準位相パターンを更に記憶しており、
前記制御部は、前記所望の位相パターンに、前記一の係数値群から再構成される位相パターンと前記基準位相パターンとを加算することにより前記補正済位相パターンを作成することを特徴とする、請求項２または３に記載の空間光変調装置。
【請求項５】
前記Ｎ個の係数値群それぞれは、前記空間光変調素子の温度に対する依存度が基準より大きい係数値のみを含んでおり、
前記記憶手段は、前記空間光変調素子の温度に対する依存度が基準より小さい係数値のみを含む第２の係数値群を更に記憶しており、
前記制御部は、前記一の係数値群と前記第２の係数値群とを組み合わせて得られる係数値群から再構成される前記補正用パターンを前記所望の位相パターンに加算することにより前記補正済位相パターンを作成する
ことを特徴とする、請求項２または３に記載の空間光変調装置。
【請求項６】
空間光変調素子の温度を制御する機構を更に備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
【請求項７】
前記入射光を発生する光源と、
前記入射光を前記光源から前記空間光変調素子へ導く光学部品と
を更に備え、
前記Ｎ個の補正用パターンそれぞれは、前記温度信号に示される温度値が前記Ｎ個の温度値のうち対応する温度値であるときに、前記空間光変調素子に前記駆動信号を与えない状態で前記入射光を前記光源から前記空間光変調素子に入射させ、前記空間光変調素子から出射された出射光の位相パターンの符号を反転して作成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
【請求項８】
前記出射光の位相パターンを計測する計測部と、
前記出射光の位相パターンの符号を反転して前記Ｎ個の補正用パターンを作成する補正用パターン作成部と
を更に備えることを特徴とする、請求項７に記載の空間光変調装置。
【請求項９】
一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子を用いる空間光変調方法であって、
前記空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、
前記空間光変調素子の位相歪みを補正するために前記空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して予め作成されたＮ個の補正用パターンの中から、前記温度信号に示される温度値に応じて一の前記補正用パターンを選択する補正用パターン選択ステップと、
前記一の補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
前記複数の画素毎の位相変調量を前記駆動信号により制御する変調制御ステップと
を含むことを特徴とする、空間光変調方法。
【請求項１０】
一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子を用いる空間光変調方法であって、
前記空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、
前記空間光変調素子の位相歪みを補正するために前記空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから予め算出されたＮ個の係数値群の中から、前記温度信号に示される温度値に応じて一の前記係数値群を選択する係数値群選択ステップと、
前記一の係数値群から再構成される前記補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
前記複数の画素毎の位相変調量を前記駆動信号により制御する変調制御ステップと
を含むことを特徴とする、空間光変調方法。
【請求項１１】
一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子を用いる空間光変調方法であって、
前記空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、
前記空間光変調素子の位相歪みを補正するために前記空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と前記温度値との関数に対し、前記温度信号に示される温度値を適用することにより前記Ｎ個の係数値群の内の一の前記係数値群を算出する係数値群算出ステップと、
前記一の係数値群から再構成される前記補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、
前記複数の画素毎の位相変調量を前記駆動信号により制御する変調制御ステップと
を含むことを特徴とする、空間光変調方法。
【請求項１２】
前記Ｎ個の係数値群それぞれは、前記空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値のみを含んでおり、
前記駆動信号生成ステップにおいて、前記空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値から再構成された位相パターンを基準温度における前記補正用パターンから差し引くことにより予め作成された基準位相パターンと、前記一の係数値群から再構成される位相パターンとを前記所望の位相パターンに加算することにより前記補正済位相パターンを作成することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の空間光変調方法。
【請求項１３】
前記Ｎ個の係数値群それぞれは、前記空間光変調素子の温度に対する依存度が基準より大きい係数値のみを含んでおり、
前記駆動信号生成ステップにおいて、前記空間光変調素子の温度に対する依存度が前記基準より小さい係数値のみを含む第２の係数値群と前記一の係数値群とを組み合わせて得られる係数値群から再構成される前記補正用パターンを前記所望の位相パターンに加算することにより前記補正済位相パターンを作成することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の空間光変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調装置および空間光変調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、位相変調型の空間光変調素子を備える画像形成装置において、高い光利用率で鮮明な画像を形成するための技術が記載されている。この文献に記載された装置は、空間光変調素子から出力された位相変調光像のフーリエ光像を生成し、このフーリエ光像の０次光成分のみに所定の位相シフトを与え、位相シフトされた光像を逆フーリエ変換して得られる光像を撮像デバイスにより撮像する。この装置は、こうして得られた画像と、空間光変調素子に入力されたターゲット画像とを比較し、その差に基づいて、光源や空間光変調素子等の帰還制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１８６２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来より、空間光変調素子（Spatial light modulator；ＳＬＭ）によって光の位相を変調する技術が知られている。空間光変調素子は、例えばレーザ加工において、被加工物に照射されるレーザ光の照射スポット形状を制御するために用いられる。空間光変調素子の典型的な構造として、例えばシリコン等からなる基板上に液晶層を備え、画素を構成する複数の電極が基板と液晶層との間に配置されたものがある。このような空間光変調素子に光が入射すると、当該光は液晶層を通過して基板表面において反射し、再び液晶層を通過して出射される。そして、当該光が液晶層を通過する際、各電極に印加された電圧の大きさに応じてその位相が変調される。
【０００５】
しかしながら、空間光変調素子には、次のような問題がある。すなわち、空間光変調素子の温度が変化すると、基板や電極等の熱膨張係数の相違に起因して、基板に反りが生じる。このような基板の反りは、基板表面において反射する光の位相に影響を及ぼす。つまり、各画素の反射光の位相変調量に誤差が生じ、反射光像全体における位相分布に歪みが生じることとなる。例えばレーザ加工においてこのような位相分布の歪みが生じると、所期の照射スポット形状を精度良く得ることができず、加工精度に大きな影響を及ぼす。
【０００６】
なお、特許文献１に記載された技術では、所望の出力画像を得るまでに帰還ループを繰り返し実行する必要があり、装置の動作が遅くなってしまう。また、現実には、光源の揺らぎ等に起因して出力画像に不規則な変動が生じる。このような不規則な変動が帰還制御の基になる画像に含まれるので、所期の変調精度を得ることは極めて困難である。
【０００７】
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、動作の遅延を抑制しつつ、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを抑えることができる空間光変調装置および空間光変調方法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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明による第１の空間光変調装置は、（１）一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子と、（２）空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、（３）複数の画素毎の位相変調量を制御するための駆動信号を空間光変調素子に提供する制御部とを備える。制御部は、空間光変調素子の位相歪みを補正するために空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンを記憶している記憶手段を有している。制御部は、温度信号に示される温度値に応じてＮ個の補正用パターンの中から一の補正用パターンを選択し、該一の補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する。
【０００９】
上述した第１の空間光変調装置では、制御部の記憶手段が、空間光変調素子の位相歪みを補正するためのＮ個の補正用パターンを記憶している。これらの補正用パターンは、空間光変調素子のＮ個の温度値にそれぞれ対応している。制御部は、温度センサからの温度信号に示される温度値に応じて一の補正用パターンを選択し、所望の位相パターンにその補正用パターンを加算する。このような構成によって、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、制御部における処理が、温度値に応じて一の補正用パターンを選択及び加算するだけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【００１０】
また、本発明による第１の空間光変調方法は、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子を用いる空間光変調方法であって、（１）空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、（２）空間光変調素子の位相歪みを補正するために空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して予め作成されたＮ個の補正用パターンの中から、温度信号に示される温度値に応じて一の補正用パターンを選択する補正用パターン選択ステップと、（３）一の補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、（４）複数の画素毎の位相変調量を駆動信号により制御する変調制御ステップとを含む。
【００１１】
上述した第１の空間光変調方法では、補正用パターン選択ステップにおいて、空間光変調素子の位相歪みを補正するためのＮ個の補正用パターンを用いる。これらの補正用パターンは、空間光変調素子のＮ個の温度値にそれぞれ対応している。補正用パターン選択ステップでは、温度センサからの温度信号に示される温度値に応じて一の補正用パターンを選択する。そして、駆動信号生成ステップでは、所望の位相パターンにその補正用パターンを加算する。このような方法によって、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、この空間光変調方法を実現する制御手段における処理が、温度値に応じて一の補正用パターンを選択及び加算するだけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【００１２】
本発明による第２の空間光変調装置は、（１）一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子と、（２）空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、（３）複数の画素毎の位相変調量を制御するための駆動信号を空間光変調素子に提供する制御部とを備える。制御部は、空間光変調素子の位相歪みを補正するために空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群を記憶している記憶手段を有している。制御部は、温度信号に示される温度値に応じてＮ個の係数値群の中から一の係数値群を選択し、該一の係数値群から再構成される補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する。
【００１３】
上述した第２の空間光変調装置では、制御部の記憶手段が、空間光変調素子の位相歪みを補正するためのＮ個の係数値群を記憶している。これらの係数値群は、空間光変調素子のＮ個の温度値にそれぞれ対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたものである。制御部は、温度センサからの温度信号に示される温度値に応じて一の係数値群を選択し、この係数値群から補正用パターンを再構築したのち、所望の位相パターンにその補正用パターンを加算する。このような構成によって、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、制御部における処理が、温度値に応じた一の係数値群の選択、補正用パターンの再構築及び加算だけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【００１４】
また、本発明による第２の空間光変調方法は、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子を用いる空間光変調方法であって、（１）空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、（２）空間光変調素子の位相歪みを補正するために空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから予め算出されたＮ個の係数値群の中から、温度信号に示される温度値に応じて一の係数値群を選択する係数値群選択ステップと、（３）一の係数値群から再構成される補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、（４）複数の画素毎の位相変調量を駆動信号により制御する変調制御ステップとを含む。
【００１５】
上述した第２の空間光変調方法では、補正用パターン選択ステップにおいて、空間光変調素子の位相歪みを補正するためのＮ個の係数値群を用いる。これらの係数値群は、空間光変調素子のＮ個の温度値にそれぞれ対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたものである。補正用パターン選択ステップでは、温度センサからの温度信号に示される温度値に応じて一の係数値群を選択する。そして、駆動信号生成ステップでは、この係数値群から補正用パターンを再構築したのち、所望の位相パターンにその補正用パターンを加算する。このような方法によって、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、この空間光変調方法を実現する制御手段における処理が、温度値に応じた一の係数値群の選択、補正用パターンの再構築及び加算だけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【００１６】
本発明による第３の空間光変調装置は、（１）一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子と、（２）空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、（３）複数の画素毎の位相変調量を制御するための駆動信号を空間光変調素子に提供する制御部とを備える。制御部は、空間光変調素子の位相歪みを補正するために空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と温度値との関数を記憶している記憶手段を有している。制御部は、温度信号に示される温度値を関数に適用することによりＮ個の係数値群の内の一の係数値群を算出し、該一の係数値群から再構成される補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する。
【００１７】
上述した第３の空間光変調装置では、制御部の記憶手段が、空間光変調素子の位相歪みを補正するための関数を記憶している。この関数は、Ｎ個の係数値群と温度値との関数であり、Ｎ個の係数値群は、空間光変調素子のＮ個の温度値にそれぞれ対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたものである。制御部は、温度センサからの温度信号に示される温度値を上記関数に適用して一の係数値群を算出し、この係数値群から補正用パターンを再構築したのち、所望の位相パターンにその補正用パターンを加算する。このような構成によって、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、制御部における処理が、関数の演算、補正用パターンの再構築及び加算だけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【００１８】
また、本発明による第３の空間光変調方法は、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調素子を用いる空間光変調方法であって、（１）空間光変調素子の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、（２）空間光変調素子の位相歪みを補正するために空間光変調素子のＮ個（Ｎは２以上の整数）の温度値に対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と温度値との関数に対し、温度信号に示される温度値を適用することによりＮ個の係数値群の内の一の係数値群を算出する係数値群算出ステップと、（３）一の係数値群から再構成される補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより作成される補正済位相パターンに基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成ステップと、（４）複数の画素毎の位相変調量を駆動信号により制御する変調制御ステップとを含む。
【００１９】
上述した第３の空間光変調方法では、補正用パターン選択ステップにおいて、空間光変調素子の位相歪みを補正するための関数を用いる。この関数は、Ｎ個の係数値群と温度値との関数であり、Ｎ個の係数値群は、空間光変調素子のＮ個の温度値にそれぞれ対応して作成されたＮ個の補正用パターンから算出されたものである。補正用パターン選択ステップでは、温度センサからの温度信号に示される温度値を上記関数に適用して一の係数値群を算出する。そして、駆動信号生成ステップでは、この係数値群から補正用パターンを再構築したのち、所望の位相パターンにその補正用パターンを加算する。このような方法によって、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、この空間光変調方法を実現する制御手段における処理が、関数の演算、補正用パターンの再構築及び加算だけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【００２０】
また、上述したそれぞれの空間光変調装置において、Ｎ個の係数値群それぞれが、空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値のみを含んでおり、記憶手段が、空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値から再構成された位相パターンを基準温度における補正用パターンから差し引くことにより作成された基準位相パターンを更に記憶しており、制御部が、所望の位相パターンに、一の係数値群から再構成される位相パターンと基準位相パターンとを加算することにより補正済位相パターンを作成してもよい。同様に、上述したそれぞれの空間光変調方法において、Ｎ個の係数値群それぞれが、空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値のみを含んでおり、駆動信号生成ステップにおいて、空間光変調素子の温度に対して依存性を有する係数値から再構成された位相パターンを基準温度における補正用パターンから差し引くことにより予め作成された基準位相パターンと、一の係数値群から再構成される位相パターンとを所望の位相パターンに加算することにより補正済位相パターンを作成してもよい。
【００２１】
また、上述したそれぞれの空間光変調装置において、Ｎ個の係数値群それぞれが、空間光変調素子の温度に対する依存度が基準より大きい係数値のみを含んでおり、記憶手段が、空間光変調素子の温度に対する依存度が基準より小さい係数値のみを含む第２の係数値群を更に記憶しており、制御部が、一の係数値群と第２の係数値群とを組み合わせて得られる係数値群から再構成される補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより補正済位相パターンを作成してもよい。同様に、上述したそれぞれの空間光変調方法において、Ｎ個の係数値群それぞれが、空間光変調素子の温度に対する依存度が基準より大きい係数値のみを含んでおり、駆動信号生成ステップにおいて、空間光変調素子の温度に対する依存度が基準より小さい係数値のみを含む第２の係数値群と一の係数値群とを組み合わせて得られる係数値群から再構成される補正用パターンを所望の位相パターンに加算することにより補正済位相パターンを作成してもよい。
【００２２】
また、上述したそれぞれの空間光変調装置は、空間光変調素子の温度を制御する機構を更に備えることが好ましい。
【００２３】
また、上述したそれぞれの空間光変調装置は、入射光を発生する光源と、入射光を光源から空間光変調素子へ導く光学部品とを更に備え、Ｎ個の補正用パターンそれぞれが、温度信号に示される温度値がＮ個の温度値のうち対応する温度値であるときに、空間光変調素子に駆動信号を与えない状態で入射光を光源から空間光変調素子に入射させ、空間光変調素子から出射された出射光の位相パターンの符号を反転して作成されたことを特徴としてもよい。この場合、空間光変調装置は、出射光の位相パターンを計測する計測部と、出射光の位相パターンの符号を反転してＮ個の補正用パターンを作成する補正用パターン作成部とを更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による空間光変調装置および空間光変調方法によれば、動作の遅延を抑制しつつ、空間光変調素子の温度変化に伴う位相分布の歪みを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空間光変調装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ）（ｂ）空間光変調素子の構成の一部を示す側断面図である。
【図３】第１実施形態の制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態の空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）（ｂ）レンズを通して出射光像を集光させたときの光スポット形状を示す画像である。
【図６】第１実施形態による効果を示すグラフである。
【図７】空間光変調素子が温度センサを複数有する場合における空間光変調装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】空間光変調素子が温度センサを複数有する場合における空間光変調装置の動作の他の例を示すフローチャートである。
【図９】図７に示された動作を行う場合の制御部の構成例を示す図である。
【図１０】補正用パターンを一時的に保持しておく別の記憶部を有する制御部の動作を示すフローチャートである。
【図１１】第１変形例による制御部の動作を示すフローチャートである。
【図１２】第２実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。
【図１３】第２実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。
【図１４】干渉計測により取得した補正用パターンの一例を示す画像である。
【図１５】正規直交関数系の１つであるルジャンドル陪多項式を１０次の係数まで用いて係数値群を算出し、その係数値群から補正用パターンを再構成した場合における、補正用パターンの一例を示す画像である。
【図１６】第２実施形態において、係数値群を一時的に保持しておく係数値用メモリを制御部が有する場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１７】第２実施形態において、再構成された補正用パターンを一時的に保持しておく別の記憶部を制御部が有する場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１８】Ｎ個の温度値の間の温度値に対応する係数値群を、Ｎ個の係数値群の補間を行うことにより求める場合の空間光変調方法を示すフローチャートである。
【図１９】係数値群推定部における係数値群の補間計算方法の一例を説明するためのグラフである。
【図２０】係数値群推定部における係数値群の補間計算方法の他の例を説明するためのグラフである。
【図２１】第２変形例による制御部の動作を示すフローチャートである。
【図２２】第３実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。
【図２３】第３実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。
【図２４】第３実施形態において、係数値群を一時的に保持しておく係数値用メモリを制御部が有する場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２５】第３実施形態において、再構成された補正用パターンを一時的に保持しておく別の記憶部を制御部が有する場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【図２６】第４実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。
【図２７】第４実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。
【図２８】第４実施形態による効果を示すグラフである。
【図２９】関数および基準位相パターンの作成方法の一例を示すフローチャートである。
【図３０】記憶部に記憶された複数の基準位相パターンから一の基準位相パターンを選択する選択部を有する制御部の構成を示す図である。
【図３１】第４実施形態において、再構成された補正用パターンを一時的に保持しておく別の記憶部を制御部が有する場合の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３２】第３変形例による制御部の動作を示すフローチャートである。
【図３３】第５実施形態に係る制御部の構成を示すブロック図である。
【図３４】第５実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。
【図３５】第５実施形態において、再構成された補正用パターンを一時的に保持しておく別の記憶部を有する制御部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３６】第４変形例による制御部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら本発明による空間光変調装置および空間光変調方法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。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る空間光変調装置の構成を示す図である。この空間光変調装置１Ａは、光源２、空間フィルタ３、コリメート用レンズ４、フーリエ変換レンズ５、空間光変調素子１０、及び制御部２０Ａを備えている。光源２から出射された光Ｌ１は、空間フィルタ３及びコリメート用レンズ４を通過することにより、光像Ｌ２となる。この光像Ｌ２は、空間光変調素子１０に入射する。空間光変調素子１０では、制御部２０Ａから与えられた駆動信号ＳＤに従って、光像Ｌ２の位相が複数の画素毎に変調される。これにより、位相変調された光像Ｌ３が空間光変調素子１０から出力される。光像Ｌ３は、フーリエ変換レンズ５を通過してフーリエ光像Ｌ４となり、フーリエ光像Ｌ４は加工対象物６に照射される。
【００２８】
図２（ａ）は、空間光変調素子１０の構成の一部を示す側断面図である。空間光変調素子１０は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１上に設けられた液晶層１２とを有する。また、空間光変調素子１０は、シリコン基板１１と液晶層１２との間に配置された第１の電極１３、及び該第１の電極１３との間に液晶層１２を挟む位置に設けられた第２の電極１４を更に有する。第１の電極１３は、液晶層１２に電圧を印加するための複数の画素電極１３ａを有する。複数の画素電極１３ａは、複数行および複数列にわたって二次元状に配置されており、これらの画素電極１３ａによって空間光変調素子１０の複数の画素が規定される。複数の画素電極１３ａと液晶層１２との間には、反射鏡１８が配置されている。第２の電極１４は、ガラス基板１５の一方の面上に蒸着された金属膜からなる。ガラス基板１５は、上記一方の面とシリコン基板１１とが対向するように、スペーサ１６を介してシリコン基板１１上に支持されている。液晶層１２は、シリコン基板１１とガラス基板１５との間に液晶が充填されて成り、ガラス基板１５に沿った領域に配向膜１９ａを有し、反射鏡１８に沿った領域に配向膜１９ｂを有する。
【００２９】
このような構成を備える空間光変調素子１０では、制御部２０Ａから出力された駆動信号ＳＤに基づいて、各画素電極１３ａと第２の電極１４との間にアナログ信号電圧が印加される。これにより、液晶層１２に電界が生じる。そして、図２（ｂ）に示されるように、各画素電極１３ａ上の液晶分子１２ａが、その印加電界の大きさに応じた角度だけ回転する。液晶分子１２ａは複屈折性を有するので、ガラス基板１５を透過して光が入射すると、この光のうち電場と平行な光成分に限って、液晶分子１２ａの傾斜角に応じた位相差が与えられる。このようにして、画素電極１３ａ毎に光の位相が変調される。
【００３０】
また、後述するように、空間光変調素子１０の温度が変化すると、シリコン基板１１や第１の電極１３等の熱膨張係数の相違に起因して、シリコン基板１１に反りが生じる。これにより、各画素の反射光の位相変調量が変動し、反射光像Ｌ３（図１参照）の全体における位相分布に歪みが生じる。本実施形態の空間光変調素子１０は、このような温度変化による変動分を補正する為に、温度センサ１７を更に有する。温度センサ１７は、空間光変調素子１０の温度を検出するために設けられ、空間光変調素子１０の温度に応じた信号である温度信号を生成する。温度センサ１７は、例えばシリコン基板１１上やガラス基板１５上に配置される。
【００３１】
図３は、制御部２０Ａの構成を示すブロック図である。図３に示されるように、制御部２０Ａは、温度センサ制御部２１、記憶部２２、選択部２３、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、及び駆動部２６を有する。
【００３２】
温度センサ制御部２１は、空間光変調素子１０の温度センサ１７から温度信号Ｓｔｅｍｐを取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに所定の演算を施すことにより、空間光変調素子１０の温度値Ｔｓを求める。温度センサ制御部２１は、求めた温度値Ｔｓを選択部２３へ提供する。記憶部２２は、本実施形態における記憶手段であり、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の補正用パターンを記憶している。ここで、Ｎ個の補正用パターンとは、空間光変調素子１０の温度変化に起因する出射光像Ｌ３の位相歪みを補正するために、空間光変調素子１０のＮ個の温度値それぞれに対応して予め作成された位相パターンである。各補正用パターンは、空間光変調素子１０の複数の画素のそれぞれに対応する複数の補正位相値を含むデータである。記憶部２２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）等によって好適に構成される。選択部２３は、温度センサ制御部２１から提供された温度値Ｔｓに基づいて、Ｎ個の補正用パターンの中から温度値Ｔｓに最も近い温度値に対応する一の補正用パターンを選択し、その補正用パターンを記憶部２２から読み出す。選択部２３は、読み出した補正用パターンＰ１を計算機ホログラム演算部２５へ提供する。
【００３３】
計算機ホログラム作成部２４は、所望の位相パターンを有する計算機ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）を作成する。この計算機ホログラムは、複数の画素成分を含んでおり、各画素成分は、空間光変調素子１０の複数の画素それぞれにおける所望の位相変調量を表す。計算機ホログラム作成部２４は、作成した計算機ホログラム（所望の位相パターン）Ｐ２を計算機ホログラム演算部２５へ提供する。計算機ホログラム演算部２５は、計算機ホログラムＰ２に含まれる位相変調量と、補正用パターンＰ１に含まれる補正位相値とを画素毎に加算することにより、空間光変調素子１０の温度変化による影響が補正された位相パターン（以下、補正済位相パターンという）を作成する。計算機ホログラム演算部２５は、こうして作成した補正済位相パターンＰ３を、駆動部２６へ提供する。
【００３４】
駆動部２６は、計算機ホログラム演算部２５から提供された補正済位相パターンＰ３に基づいて、駆動信号ＳＤを生成する。具体的には、補正済位相パターンＰ３に含まれる画素毎の位相変調量に基づいて、空間光変調素子１０の複数の画素電極１３ａ（図２参照）のそれぞれに印加する電圧値を算出し、これらの電圧値を示す駆動信号ＳＤを生成する。駆動部２６は、生成した駆動信号ＳＤを、空間光変調素子１０へ提供する。
【００３５】
図４は、空間光変調装置１Ａの動作を示すフローチャートである。図４を参照しながら、空間光変調装置１Ａとともに、本実施形態の空間光変調方法について説明する。
【００３６】
まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ１１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から選択部２３へ転送される（ステップＳ１２）。次に、選択部２３が、その温度値Ｔｓを基に、記憶部２２に記憶されているＮ個の補正用パターンの中から、温度値Ｔｓに最も近い温度値の補正用パターンＰ１を選択する（補正用パターン選択ステップＳ１３）。この補正用パターンＰ１は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ１４）。
【００３７】
続いて、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供された計算機ホログラム（所望の位相パターン）Ｐ２と、補正用パターンＰ１とを加算（合成）することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する（ステップＳ１５）。この補正済位相パターンＰ３は、計算機ホログラム演算部２５から駆動部２６へ転送される（ステップＳ１６）。そして、駆動部２６が、補正済位相パターンＰ３に基づいて駆動信号ＳＤを生成する（駆動信号生成ステップＳ１７）。
【００３８】
最後に、空間光変調素子１０に含まれる複数の画素毎の位相変調量を、駆動信号ＳＤにより制御する（変調制御ステップＳ１８）。すなわち、空間光変調素子１０に駆動信号ＳＤが提供されると、各画素電極１３ａには、補正済位相パターンＰ３に示される位相変調量に応じた電圧が印加される。空間光変調素子１０では、印加電圧の大きさに応じて液晶分子１２ａ（図２参照）の傾きが変化し、屈折率の変化が生じる。その結果、補正済位相パターンＰ３に対応する位相分布が空間的に表現され、入射光の位相が変調される。
【００３９】
以上の構成を備える本実施形態の空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法によって得られる効果について説明する。前述したように、空間光変調素子１０の温度が変化すると、図２に示されたシリコン基板１１や画素電極１３ａ等の熱膨張係数の相違に起因して、シリコン基板１１に反りが生じる。このようなシリコン基板１１の反りによって、各画素の反射光の位相変調量に誤差が生じ、反射光像全体における位相分布に歪みが生じることとなる。したがって、従来の装置では、計算機ホログラムによって付加したい位相変調特性とは異なる位相変調特性が出力光像で得られてしまう。
【００４０】
空間光変調素子１０の温度が変化すると、出射光像の位相分布に歪みが生じる。空間光変調素子１０の温度変化は、外気温の変化や、或いは高強度のレーザ光が入射することによって空間光変調素子１０に熱が蓄積されることに起因する。特に、図２に示されたような電気アドレス型の空間光変調素子１０では、シリコン基板１１や画素電極１３ａといった各層の熱膨張率の相違から反射鏡１８に反りが生じ、位相歪みの発生につながる。図５は、レンズを通して出射光像を集光させたときの光スポット形状を示す画像である。図５において、（ａ）は位相歪みが十分小さい場合の形状を示しており、この場合、光スポット形状は理想的なレーリースポット（回折限界）となる。一方、（ｂ）は位相歪みが大きい場合の形状を示しており、この場合、光スポット形状が歪んでしまう。なお、このような問題を解決するためには、例えば、各層の構成材料の熱膨張率が同程度となるような材料を使用するとよい。しかし、そのような材料からなる部材が必ずしも存在しているわけではない。また、例えば、高価な高精度光学部品を使用して光学系を構成したり、或いは空間光変調素子１０の反射鏡１８の平坦度を高くすることも考えられる。しかし、これらの方法では材料コストや製造コストが格段に上昇し、量産化を妨げる要因となる。
【００４１】
このような問題点に対し、本実施形態の空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法によれば、空間光変調素子１０の複数の温度値毎に異なる補正用パターンを使用するので、空間光変調素子１０の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、制御部２０Ａにおける処理が、温度値Ｔｓに応じて一の補正用パターンＰ１を選択及び加算するだけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【００４２】
図６は、このような本実施形態による効果を示すグラフである。図６に示されるグラフＧ１１は、空間光変調素子１０における出射光像Ｌ３の位相歪みを５℃間隔で計測し、その計測結果からＮ個（この例ではＮ＝８）の補正パターンを作成した場合における、空間光変調素子１０の温度と位相歪みの二乗平均の平方根（単位：波長λ）との関係を示している。また、図６に示されるグラフＧ１２は、比較のため、空間光変調素子１０における出射光像Ｌ３の位相歪みを或る基準温度（この例では２７℃）のときに計測し、その計測結果から補正パターンを一つのみ作成し、この補正パターンを所望の位相パターンに加算した場合における、空間光変調素子１０の温度と位相歪みの二乗平均の平方根（単位：波長λ）との関係を示している。
【００４３】
グラフＧ１２に示されるように、或る基準温度において作成した唯一の補正パターンを用いて所望の位相パターンを補正した場合、位相歪みは空間光変調素子１０の温度変化に対して敏感に変化する。これに対し、本実施形態のように複数の温度値に対応するＮ個の補正パターンを用いて所望の位相パターンを補正することにより、グラフＧ１１に示されるように、測定誤差は有るものの、位相歪みを位相変調量λの１／１０以下に抑えることが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態の空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法によれば、空間光変調装置１Ａに付加する構成要素が温度センサ１７だけで済むので、低い製造コストで上記課題を解決することができる。また、ペルチェ素子などの温度制御手段を空間光変調素子１０の外部に取り付けるような場合、空間光変調素子１０における温度制御手段との接触部分と他の部分との間に温度勾配が生じてしまう。このような場合であっても、本実施形態によれば、この温度勾配が出射光像に与える位相歪みを緩和できる。また、強制的な温度制御による空間光変調素子１０の物理的な劣化により生じる位相歪みも緩和できる。
【００４５】
なお、本実施形態では、空間光変調素子１０として電気アドレス型の液晶素子を例示したが、空間光変調素子１０としては、これ以外にも例えば光アドレス型の液晶素子や可変鏡型の変調素子など、様々な空間光変調素子を適用できる。
【００４６】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０における温度センサ１７の取り付け位置（すなわち温度計測位置）は、空間光変調素子１０の筐体内部（筐体内温度を計測）、空間光変調素子１０の筐体外部（筐体の外気温を計測）、空間光変調素子１０のガラス基板１５の表面、空間光変調素子１０のシリコン基板１１の裏面、入射光像Ｌ２の入射位置、及び熱源となる空間光変調素子１０の回路内部のうちいずれか一箇所であることが好ましい。或いは、これらのうち複数箇所に温度センサ１７を配置し、若しくは一つの箇所に複数の温度センサ１７を配置してもよい。
【００４７】
なお、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置１Ａは、図７に示されるフローチャートに従って動作するとよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択する（ステップＳ２１）。次に、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ１１）。以後、上述した実施形態におけるステップＳ１２〜Ｓ１８（図４参照）と同様の処理を行う。なお、空間光変調装置１Ａがこのような動作を行うためには、記憶部２２において、複数の温度センサ１７毎に測定された各温度値に対応する補正用パターンと、温度センサ１７及び温度値を互いに関連付けるための情報テーブルが予め保持されていることが好ましい。
【００４８】
空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置１Ａが上記動作を行うことによって、次の効果を更に奏することができる。すなわち、空間光変調素子１０の温度を計測するために最適な位置は、空間光変調素子１０の使用態様により異なる場合がある。例えば、空間光変調素子１０が接している外気温が低く、空間光変調素子１０の内部回路が熱源となり内部温度が高くなった場合、空間光変調素子１０の内部にて温度勾配が生じ、或る一つの特定位置における温度を計測するだけでは厳密な温度補正が困難になることがある。このような場合であっても、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有し、且つ上述した動作を空間光変調装置１Ａが行うことにより、好ましい温度計測位置において空間光変調素子１０の温度を計測することができる。なお、空間光変調装置１Ａの使用目的や使用環境に応じて温度センサ１７を適宜選択するために、温度センサ制御部２１が外部信号入力機構（例えば、ＲＳ２３２Ｃ、ＧＰＩＢ、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）など）を有すると尚良い。
【００４９】
また、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置１Ａは、図８に示されるフローチャートに従って動作してもよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択する（ステップＳ２２）。次に、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求める（ステップＳ２３）。そして、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとする（ステップＳ２４）。以後、上述した実施形態におけるステップＳ１２〜Ｓ１８（図４参照）と同様の処理を行う。上述したように、空間光変調素子１０の内部に温度勾配が生じる場合があるが、上記のように複数の温度センサ１７を用いて複数箇所の温度を同時に計測し、それらの平均値または温度補正値を用いることによって、温度補正の精度を更に高めることができる。なお、温度補正値は、熱伝導方程式若しくは有限要素法による熱分布の推定により導出された補正係数を用いて算出されても良い。
【００５０】
なお、空間光変調装置１Ａが図７に示された動作を行う場合、図９に示されるように、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部２２及び選択部２３を設けても良い。同様に、空間光変調装置１Ａが図８に示された動作を行う場合、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部２２及び選択部２３を設けても良い。これらの構成によれば、各記憶部２２及び各選択部２３を独立して扱うことができる。例えば、一つの補正用パターンのみを更新したい場合に、対応する記憶部２２のみを更新すればよい。また、各記憶部２２の容量が小さくて済むので、高価な大容量記憶素子を用いなくてもよい。なお、図９に示されるように、制御部２０Ａは、複数の記憶部２２及び選択部２３の中から一つの記憶部２２及び選択部２３を選択するための別の選択部２３ａを更に有すると尚好ましい。
【００５１】
また、本実施形態若しくは上述した形態（空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する形態）において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の補正用パターンに対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【００５２】
また、本実施形態において、記憶部２２は、Ｎ個の補正用パターンに加えて、それらＮ個の補正用パターンとＮ個の温度値とを相互に関連付けるための温度情報テーブルを予め記憶しておくとよい。また、Ｎ個の補正用パターンは画像圧縮して記憶されても良く、その場合には、選択部２３の前段または後段に、画像解凍を行うための画像処理部を更に設けるとよい。
【００５３】
また、本実施形態において、記憶部２２は、或る程度大きな容量を有することが好ましい。いま、補正用パターンがＳＶＧＡ解像度（８００ピクセル×６００ピクセル）の８ビット画像であると仮定する。画像を圧縮しない場合、補正用パターン１枚当たりのデータ量は、８００ピクセル×６００ピクセル×８ビット＝４８０キロバイトとなる。そして、０℃から５０℃までの温度範囲において５℃間隔で補正用パターンを作成すると、補正用パターンの総数は１１枚となり、総データ量は約５メガバイトとなる。また、温度補正の精度を高めるために上記温度範囲において１℃間隔で補正用パターンを作成すると、補正用パターンの総数は５１枚となり、総データ量は約２５メガバイトとなる。このように、温度補正の精度を高めることにより、記憶部２２に要求されるデータ容量が必然的に増大するので、制御部２０Ａは、このような大容量のデータを記憶し得る記憶部２２を備えることが好ましい。
【００５４】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、選択された補正用パターンＰ１を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ａに設けておき、その別の記憶部から補正用パターンを適宜読み出すことによって、選択部２３の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ａは、上記別の記憶部のほか、別の記憶部に記憶された補正用パターンに対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用パターンを計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。なお、高精度の温度補正が要求される場合であっても、上記別の記憶部として高速応答メモリを用いることによって、このような構成が可能である。
【００５５】
図１０は、このような構成を有する制御部２０Ａの動作を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値を求める（温度取得ステップＳ１１）。次に、前回算出した温度値と、現在の温度値との差分を計算する（ステップＳ３１）。そして、現在の温度値を別の記憶部に記憶させるとともに、現在の温度値及び差分を選択部２３へ転送する（ステップＳ３２）。選択部２３では、差分と閾値との大小が判定され（ステップＳ３３）、差分が閾値より小さい場合には（ステップＳ３３においてＹｅｓ）、別の記憶部に記憶されている補正パターンを計算機ホログラム演算部２５へ転送する（ステップＳ３６）。また、差分が閾値より大きい場合には（ステップＳ３３においてＮｏ）、選択部２３が、記憶部２２に記憶されているＮ個の補正パターンの中から一の補正パターンを選択し、その補正パターンを別の記憶部へ転送する（ステップＳ３７）。更に、この補正パターンを、別の記憶部から計算機ホログラム演算部２５へ転送する（ステップＳ３６）。以後、上述した実施形態におけるステップＳ１５〜Ｓ１８（図４参照）と同様の処理を行う。
【００５６】
（第１変形例）
ここで、第１実施形態の制御部２０Ａの変形例について説明する。本変形例では、記憶部２２が、或る基準温度における補正用パターンを記憶しており、また、この基準温度における補正用パターンと各温度における補正用パターンとの差分であるＮ個の補正用差分パターンを記憶している。すなわち、補正用差分パターンとは、基準温度から各温度に変化した際に位相歪みがどのように変化したかを示す情報であり、基準温度における位相歪み補正用パターンに加算（合成）されることによって、各温度における位相歪み補正用パターンを算出可能とするデータである。このように本変形例の記憶部２２は、基準温度における補正用パターンと、他の温度におけるＮ個の補正用差分パターンとを記憶することによって、実質的にＮ個の補正用パターンを記憶している。
【００５７】
図１１は、このような構成を有する制御部２０Ａの動作を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ１１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から選択部２３へ転送される（ステップＳ１２）。
【００５８】
次に、選択部２３が、その温度値Ｔｓを基に、記憶部２２に記憶されている補正用パターンの中から、温度値Ｔｓに最も近い温度値に対応する補正用差分パターンを選択する（補正用パターン選択ステップＳ３８）。そして、選択部２３が、基準温度に対応する補正用パターンとこの補正用差分パターンとを加算（合成）することにより、当該温度値に対応する補正用パターンＰ１を作成する（ステップＳ３９）。この補正用パターンＰ１は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ１４）。以後、上述した実施形態におけるステップＳ１５〜Ｓ１８（図４参照）と同様の処理を行う。
【００５９】
本変形例において例示したように、記憶部２２は、種々の方式によりＮ個の補正用パターンを実質的に記憶していてもよい。そのような場合であっても、上述した実施形態による作用効果を好適に発揮することができる。なお、本変形例においても、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合には、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択し、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求めるとよい（図７参照）。この場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部２２及び選択部２３を設けても良い（図９参照）。或いは、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択し、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求め、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとしてもよい（図８参照）。この場合、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部２２及び選択部２３を設けても良い。
【００６０】
また、本変形例において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の補正用差分パターンに対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【００６１】
また、本変形例において、記憶部２２は、Ｎ個の補正用差分パターンに加えて、それらＮ個の補正用差分パターンとＮ個の温度値とを相互に関連付けるための温度情報テーブルを予め記憶しておくとよい。また、Ｎ個の補正用差分パターンは画像圧縮して記憶されても良く、その場合には、選択部２３の前段または後段に、画像解凍を行うための画像処理部を更に設けるとよい。
【００６２】
また、上記実施形態と同様、本変形例においても、記憶部２２は大容量のデータを記憶し得ることが好ましい。
【００６３】
また、本変形例において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、合成された補正用パターンＰ１を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ａに設けておき、その別の記憶部から補正用パターンを適宜読み出すことによって、選択部２３の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ａは、上記別の記憶部のほか、別の記憶部に記憶された補正用パターンに対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用パターンを計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい（図１０参照）。
【００６４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２実施形態に係る空間光変調装置の構成を以下に説明する。本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態と同様に、図１に示された光源２、空間フィルタ３、コリメート用レンズ４、フーリエ変換レンズ５、及び空間光変調素子１０を備えている。これらの構成は、第１実施形態と同様である。また、本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態の制御部２０Ａに代えて、以下に説明する制御部を備えている。
【００６５】
図１２は、本実施形態に係る空間光変調装置が備える制御部２０Ｂの構成を示すブロック図である。図１２に示されるように、制御部２０Ｂは、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、駆動部２６、記憶部２７、選択部２８、及び補正用パターン再構成部２９を有する。これらのうち、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、及び駆動部２６の構成は第１実施形態と同様である。
【００６６】
記憶部２７は、本実施形態における記憶手段であり、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の係数値群（係数値列）を記憶している。ここで、Ｎ個の係数値群とは、第１実施形態におけるＮ個の補正用パターンのそれぞれから予め算出された係数であり、一つの補正用パターンについて一又は複数の係数が算出され、この一又は複数の係数が一つの係数値群を構成している。係数値群は、例えば、正規直交関数系、スプライン曲線、２次元最小二乗法などの３次元平面を表現するための計算手法を用いて、二次元画像データである補正用パターンから算出される。記憶部２７は、第１実施形態の記憶部２２と同様に、例えばＲＡＭ等によって好適に構成される。選択部２８は、温度センサ制御部２１から提供された温度値Ｔｓに基づいて、Ｎ個の係数値群の中から温度値Ｔｓに最も近い温度値に対応する一の係数値群を選択し、その係数値群を記憶部２７から読み出す。選択部２８は、読み出した係数値群Ａ１を補正用パターン再構成部２９へ提供する。補正用パターン再構成部２９は、選択部２８より転送された係数値群Ａ１から一の補正用パターンＰ１を再構成する。補正用パターン再構成部２９は、生成した補正用パターンＰ１を、計算機ホログラム演算部２５へ提供する。
【００６７】
図１３は、本実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。図１３を参照しながら、空間光変調装置の動作とともに、本実施形態の空間光変調方法について説明する。
【００６８】
まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ４１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から選択部２８へ転送される（ステップＳ４２）。次に、選択部２８が、その温度値Ｔｓを基に、記憶部２７に記憶されているＮ個の係数値群の中から、温度値Ｔｓに最も近い温度値に対応する係数値群Ａ１を選択する（係数値群選択ステップＳ４３）。この係数値群Ａ１は、補正用パターン再構成部２９へ転送される。そして、補正用パターン再構成部２９が、選択部２８より転送された係数値群Ａ１から一の補正用パターンＰ１を再構成する（ステップＳ４４）。再構成された補正用パターンＰ１は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ４５）。
【００６９】
続いて、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供された計算機ホログラム（所望の位相パターン）Ｐ２と、補正用パターンＰ１とを加算（合成）することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する（ステップＳ４６）。この補正済位相パターンＰ３は、計算機ホログラム演算部２５から駆動部２６へ転送される（ステップＳ４７）。そして、駆動部２６が、補正済位相パターンＰ３に基づいて駆動信号ＳＤを生成する（駆動信号生成ステップＳ４８）。最後に、空間光変調素子１０に含まれる複数の画素毎の位相変調量を、駆動信号ＳＤにより制御する（変調制御ステップＳ４９）。
【００７０】
以上の構成を備える本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、空間光変調素子１０の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、制御部２０Ｂにおける処理が、温度値Ｔｓに応じて一の係数値群Ａ１を選択し、補正用パターンＰ１を再構成して加算するだけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。特に、本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法は、補正用パターンが、図１の空間フィルタ３、コリメート用レンズ４、及びフーリエ変換レンズ５といった光学系において発生する位相傾斜の緩やかな低空間周波数成分により構成される場合に有効である。
【００７１】
また、本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、第１実施形態と比較して、記憶部２７において記憶されるデータ量を大幅に圧縮できる。第１実施形態において述べたように、補正用パターンは、一個につき例えば４８０キロバイトのデータ量を有する。これに対し、例えばルジャンドル陪多項式を１０次の係数まで用いて補正用パターンを係数値群に変換すると、このようなデータ量を有する補正用パターンは、およそ５５個の係数値によって表される。これらの係数値がすべて３２ビット符号付単精度浮動小数点型のデータであるとすると、そのデータ量は全部で２２０バイトとなり、非圧縮画像と比較すると０．５％程度の情報量に圧縮することができる。
【００７２】
ここで、図１４は、干渉計測により取得した補正用パターンの一例を示す画像である。空間光変調素子１０では、例えば、位相値０π〜２πを表現するために８ビットの２次元画像データを用いる。この場合、例えば位相値０πは０階調値を表し、位相値２πは２５５階調値を表す。そして、２πを超える位相値を表現するために、２πで除算して得られる剰余値を適用するので、８ビット画像データにおいて２５５階調値から０階調値に「折り返される」領域（以下、折り返し領域という）が発生する。図１４において２５５階調（白色）に対して０階調（黒色）となっている領域が、その折り返し領域に該当する。なお、位相値０π〜３πを表現可能な位相変調型の空間光変調素子の場合には、３πを超えた位相値を表現するときに折り返し領域が発生する。図１５は、正規直交関数系の１つであるルジャンドル陪多項式を１０次の係数まで用いて係数値群を算出し、その係数値群から補正用パターンを再構成した場合における、補正用パターンの一例を示す画像である。図１５に示されるように、係数値列を用いて補正用パターンを再構成した場合であっても、図１４とほぼ同様の補正用パターンを生成し得ることがわかる。
【００７３】
なお、本実施形態において、空間光変調素子１０として、電気アドレス型の液晶素子以外にも例えば光アドレス型の液晶素子や可変鏡型の変調素子など、様々な空間光変調素子を適用できる。
【００７４】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０における温度センサ１７の取り付け位置は、空間光変調素子１０の筐体内部、空間光変調素子１０の筐体外部、空間光変調素子１０のガラス基板１５の表面、空間光変調素子１０のシリコン基板１１の裏面、入射光像Ｌ２の入射位置、及び熱源となる空間光変調素子１０の回路内部のうちいずれか一箇所であることが好ましい。或いは、これらのうち複数箇所に温度センサ１７を配置し、若しくは一つの箇所に複数の温度センサ１７を配置してもよい。
【００７５】
空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、例えば以下のように動作するとよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択する。次に、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める。以後、本実施形態におけるステップＳ４２〜Ｓ４９（図１３参照）と同様の処理を行う。なお、空間光変調装置がこのような動作を行うためには、記憶部２７において、複数の温度センサ１７毎に測定された各温度値に対応する係数値群と、温度センサ１７及び温度値を互いに関連付けるための情報テーブルが予め保持されていることが好ましい。
【００７６】
また、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、次のように動作してもよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択する。次に、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求める。そして、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとする。以後、上述した実施形態におけるステップＳ４２〜Ｓ４９（図１３参照）と同様の処理を行う。空間光変調素子１０の内部に温度勾配が生じる場合があるが、上記のように複数の温度センサ１７を用いて複数箇所の温度を同時に計測し、それらの平均値または温度補正値を用いることによって、温度補正の精度を更に高めることができる。なお、温度補正値は、熱伝導方程式若しくは有限要素法による熱分布の推定により導出された補正係数を用いて算出されても良い。
【００７７】
なお、空間光変調装置が上記のような動作を行う場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部２７及び選択部２８を設けても良い。或いは、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部２７及び選択部２８を設けても良い。これらの構成によれば、各記憶部２７及び各選択部２８を独立して扱うことができる。また、各記憶部２７の容量が小さくて済むので、高価な大容量記憶素子を用いなくてもよい。なお、制御部２０Ｂは、複数の記憶部２７及び選択部２８の中から一つの記憶部２７及び選択部２８を選択するための別の選択部を更に有すると尚好ましい。
【００７８】
また、本実施形態若しくは上述した形態（空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する形態）において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の補正用パターンに対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【００７９】
また、本実施形態において、選択された係数値群Ａ１を一時的に保持しておく係数値用メモリを制御部２０Ｂに設けておき、その係数値用メモリから係数値群Ａ１を適宜読み出すことによって、選択部２８の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｂは、係数値用メモリのほか、係数値用メモリに記憶された係数値群Ａ１に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、係数値用メモリに記憶された係数値群Ａ１を補正用パターン再構成部２９に転送するとよい。
【００８０】
図１６は、このような構成を有する制御部２０Ｂの動作の一例を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値を求める（温度取得ステップＳ４１）。次に、前回算出した温度値と、現在の温度値との差分を計算する（ステップＳ５１）。そして、現在の温度値を別の記憶部に記憶させるとともに、現在の温度値及び差分を選択部２８へ転送する（ステップＳ５２）。選択部２８では、差分と閾値との大小が判定され（ステップＳ５３）、差分が閾値より小さい場合には（ステップＳ５３においてＹｅｓ）、係数値用メモリに記憶されている係数値群Ａ１を補正用パターン再構成部２９へ転送する（ステップＳ５４）。また、差分が閾値より大きい場合には（ステップＳ５３においてＮｏ）、選択部２８が、記憶部２７に記憶されているＮ個の係数値群の中から一の係数値群Ａ１を選択し、その係数値群Ａ１を係数値用メモリへ転送する（ステップＳ５５）。更に、この係数値群Ａ１を、係数値用メモリから補正用パターン再構成部２９へ転送する（ステップＳ５４）。以後、本実施形態におけるステップＳ４４〜Ｓ４９（図１３参照）と同様の処理を行う。
【００８１】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、係数値群Ａ１により再構成された補正用パターンＰ１を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ｂに設けておき、その別の記憶部から補正用パターンＰ１を適宜読み出すことによって、選択部２８や補正用パターン再構成部２９の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｂは、上記別の記憶部のほか、別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ１に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ１を計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。なお、高精度の温度補正が要求される場合であっても、上記別の記憶部として高速応答メモリを用いることによって、このような構成が可能である。
【００８２】
図１７は、このような構成を有する制御部２０Ｂの動作の一例を示すフローチャートである。なお、この動作において、ステップＳ５３までは図１６に示された動作と同様である。この動作では、差分が閾値より小さい場合（ステップＳ５３においてＹｅｓ）、別の記憶部に記憶されている補正用パターンＰ１を計算機ホログラム演算部２５へ転送する（ステップＳ５６）。また、差分が閾値より大きい場合には（ステップＳ５３においてＮｏ）、選択部２８が、記憶部２７に記憶されているＮ個の係数値群の中から一の係数値群Ａ１を選択し、その係数値群Ａ１を係数値用メモリへ転送する（ステップＳ５７）。更に、この係数値群Ａ１を、係数値用メモリから補正用パターン再構成部２９へ転送する（ステップＳ５８）。そして、補正用パターン再構成部２９が、係数値群Ａ１から一の補正用パターンＰ１を再構成する（ステップＳ５９）。再構成された補正用パターンＰ１は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ５６）。以後、本実施形態におけるステップＳ４６〜Ｓ４９（図１３参照）と同様の処理を行う。
【００８３】
また、本実施形態において、Ｎ個の温度値の間の温度値に対応する係数値群を、Ｎ個の係数値群の補間を行うことにより求めてもよい。図１８は、そのような補間方法を含む空間光変調方法を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ４１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から選択部２８へ転送される（ステップＳ４２）。次に、選択部２８が、その温度値Ｔｓを基に、記憶部２７に記憶されているＮ個の係数値群の中から、温度値Ｔｓの前後の温度値に対応する二つの係数値群を選択する（ステップＳ６０）。これらの係数値群は、選択部２８と補正用パターン再構成部２９との間に設けられる係数値群推定部へ転送される。そして、係数値群推定部が、選択部２８より転送された二つの係数値群に基づいて、補間計算を行うことにより一つの係数値群を算出する（ステップＳ６１）。算出された係数値群は、補正用パターン再構成部２９へ転送される。補正用パターン再構成部２９は、係数値群推定部より転送された係数値群から一の補正用パターンＰ１を再構成する（ステップＳ６２）。以後、本実施形態におけるステップＳ４５〜Ｓ４９（図１３参照）と同様の処理を行う。
【００８４】
図１９（ａ）及び（ｂ）は、係数値群推定部における係数値群の補間計算方法の一例を説明するためのグラフである。このグラフの横軸は温度値を表し、縦軸は係数値を表している。いま、Ｎ個の係数群それぞれには、ｍ個の係数値ｋ１，ｋ２，・・・，ｋｍが含まれているとする。これらの係数値ｋ１，ｋ２，・・・，ｋｍは、Ｎ個の係数群毎に異なる値をもつ。図１９（ａ）に示されるように、温度値ｔｎに対応する係数値ｋ１の値をｋ１ｎ、温度値ｔｎ＋１に対応する係数値ｋ１の値をｋ１（ｎ＋１）とする。また、図１９（ｂ）に示されるように、温度値ｔｎに対応する係数値ｋｍの値をｋｍｎ、温度値ｔｎ＋１に対応する係数値ｋｍの値をｋｍ（ｎ＋１）とする。このとき、係数値ｋ１と温度値ｔとの関係（図中の直線Ｂ１）は、比例係数ａ１及び定数ｂ１を用いて、
ｋ１（ｔ）＝ａ１ｔ＋ｂ１
と表される。同様に、係数値ｋｍと温度値ｔとの関係（図中の直線Ｂ２）は、比例係数ａｍ及び定数ｂｍを用いて、
ｋｍ（ｔ）＝ａｍｔ＋ｂｍ
と表される。係数値ｋ２（ｔ）〜ｋｍ−１（ｔ）についても同様である。そして、これらの数式から、温度値ｔ０（ｔｎ＜ｔ０＜ｔｎ＋１）に対応する係数値ｋ１０，ｋ２０，・・・，ｋｍ０を容易に求めることができる。係数値群推定部は、このような線形補間計算を行うことによって、係数値ｋ１０，ｋ２０，・・・，ｋｍ０からなる一つの係数値群を算出することができる。
【００８５】
図２０（ａ）及び（ｂ）は、係数値群推定部における係数値群の補間計算方法の他の例を説明するためのグラフである。なお、この補間計算方法を行うに際しては、図１８に示されたステップＳ６０において、選択部２８が、記憶部２７に記憶されているＮ個の係数値群の中から、温度値Ｔｓの近傍の温度値に対応する三つ以上の係数値群を選択する必要がある。
【００８６】
図２０（ａ）に示されるように、温度値ｔｎ−１に対応する係数値ｋ１の値をｋ１（ｎ−１）、温度値ｔｎに対応する係数値ｋ１の値をｋ１ｎ、温度値ｔｎ＋１に対応する係数値ｋ１の値をｋ１（ｎ＋１）とする。また、図２０（ｂ）に示されるように、温度値ｔｎ−１に対応する係数値ｋｍの値をｋｍ（ｎ−１）、温度値ｔｎに対応する係数値ｋｍの値をｋｍｎ、温度値ｔｎ＋１に対応する係数値ｋｍの値をｋｍ（ｎ＋１）とする。このとき、最小二乗法により、係数値ｋ１と温度値ｔとの関係（図中の直線Ｂ３）を
ｋ１（ｔ）＝ａ１ｔ＋ｂ１
と近似ことができる。同様に、係数値ｋｍと温度値ｔとの関係（図中の直線Ｂ４）を
ｋｍ（ｔ）＝ａｍｔ＋ｂｍ
と近似することができる。係数値ｋ２（ｔ）〜ｋｍ−１（ｔ）についても同様である。そして、これらの数式から、温度値ｔ０（ｔｎ＜ｔ０＜ｔｎ＋１）に対応する係数値ｋ１０，ｋ２０，・・・，ｋｍ０を容易に求めることができる。係数値群推定部は、このような最小二乗法による近似補間計算を行うことによって、係数値ｋ１０，ｋ２０，・・・，ｋｍ０からなる一つの係数値群を算出することができる。なお、本方法において、各温度値毎に異なる大きさの重みを付加した上で最小二乗法による近似計算を行っても良い。また、上述した線形近似に限らず、高次多項式近似や指数近似を適用しても良い。
【００８７】
（第２変形例）
ここで、第２実施形態の制御部２０Ｂの変形例について説明する。本変形例では、記憶部２７が、或る基準温度における補正用パターン若しくは該補正用パターンについての係数値群を記憶しており、また、この基準温度における補正用パターンと各温度における補正用パターンとの差分（補正用差分パターン）についてのＮ個の係数値群（以下、差分係数値群という）を記憶している。なお、補正用差分パターンとは、基準温度から各温度に変化した際に位相歪みがどのように変化したかを示す情報であり、基準温度における位相歪み補正用パターンに加算（合成）されることによって、各温度における位相歪み補正用パターンを算出可能とするデータである。このように本変形例の記憶部２７は、基準温度における補正用パターン若しくは係数値群と、他の温度におけるＮ個の差分係数値群とを記憶することによって、実質的にＮ個の係数値群を記憶している。
【００８８】
図２１は、このような構成を有する制御部２０Ｂの動作を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ４１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から選択部２８へ転送される（ステップＳ４２）。
【００８９】
次に、選択部２８が、その温度値Ｔｓを基に、記憶部２７に記憶されている差分係数値群の中から、温度値Ｔｓに最も近い温度値に対応する差分係数値群を選択する（係数値群選択ステップＳ６３）。この差分係数値群は、基準温度における係数値群若しくは補正用パターンと共に補正用パターン再構成部２９へ転送される。補正用パターン再構成部２９は、選択部２８より転送された差分係数値群から一の補正用差分パターンを再構成するとともに、必要に応じて基準温度における係数値群から一の補正用パターンを再構成する（ステップＳ６４）。補正用パターン再構成部２９は、補正用差分パターンと基準温度における補正用パターンとを加算（合成）することにより、補正用パターンＰ１を生成する（ステップＳ６５）。以後、上記実施形態におけるステップＳ４５〜Ｓ４９（図１３参照）と同様の処理を行う。
【００９０】
本変形例において例示したように、記憶部２７は、種々の方式によりＮ個の係数値群を実質的に記憶していてもよい。そのような場合であっても、上述した実施形態による作用効果を好適に発揮することができる。なお、本変形例においても、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合には、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択し、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求めるとよい。この場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部２７及び選択部２８を設けても良い。或いは、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択し、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求め、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとしてもよい。この場合、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部２７及び選択部２８を設けても良い。
【００９１】
また、本変形例において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の差分係数値群に対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【００９２】
また、本変形例において、選択された差分係数値群を一時的に保持しておく差分係数値用メモリを制御部２０Ｂに設けておき、その係数値用メモリから差分係数値群を適宜読み出すことによって、選択部２８の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｂは、差分係数値用メモリのほか、差分係数値用メモリに記憶された差分係数値群に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、差分係数値用メモリに記憶された差分係数値群を補正用パターン再構成部２９に転送するとよい。
【００９３】
また、本変形例において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、差分係数値群から再構成された補正用差分パターン、若しくは該補正用差分パターンから合成された補正用パターンＰ１を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ｂに設けておき、その別の記憶部から補正用差分パターン又は補正用パターンＰ１を適宜読み出すことによって、選択部２８や補正用パターン再構成部２９の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｂは、上記別の記憶部のほか、別の記憶部に記憶された補正用差分パターン又は補正用パターンＰ１に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用差分パターンを用いて生成される補正用パターンＰ１、或いは上記別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ１を計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。
【００９４】
また、本変形例において、Ｎ個の温度値の間の温度値に対応する差分係数値群を、Ｎ個の差分係数値群の補間を行うことにより求めてもよい（図１８〜図２０参照）。
【００９５】
（第３の実施の形態）
本発明の第３実施形態に係る空間光変調装置の構成を以下に説明する。本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態と同様に、図１に示された光源２、空間フィルタ３、コリメート用レンズ４、フーリエ変換レンズ５、及び空間光変調素子１０を備えている。これらの構成は、第１実施形態と同様である。また、本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態の制御部２０Ａに代えて、以下に説明する制御部を備えている。
【００９６】
図２２は、本実施形態に係る空間光変調装置が備える制御部２０Ｃの構成を示すブロック図である。図２２に示されるように、制御部２０Ｃは、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、駆動部２６、記憶部３１、係数値演算部３２、及び補正用パターン再構成部３３を有する。これらのうち、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、及び駆動部２６の構成は第１実施形態と同様である。
【００９７】
記憶部３１は、本実施形態における記憶手段であり、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の係数値群（係数値列）に含まれる各係数値についての、温度値を変数とする関数を記憶している。ここで、Ｎ個の係数値群とは、第１実施形態におけるＮ個の補正用パターンのそれぞれから予め算出された係数であり、一つの補正用パターンについて一又は複数の係数が算出され、この一又は複数の係数が一つの係数値群を構成している。係数値群は、前述した第２実施形態と同様の方法によって算出される。記憶部３１は、第１実施形態の記憶部２２と同様に、例えばＲＡＭ等によって好適に構成される。係数値演算部３２は、温度センサ制御部２１から提供された温度値Ｔｓを、記憶部３１に記憶された関数に適用することにより、Ｎ個の係数値群うち一の係数値群を算出する。係数値演算部３２は、算出した係数値群Ａ１を補正用パターン再構成部３３へ提供する。補正用パターン再構成部３３は、係数値演算部３２より転送された係数値群Ａ１から一の補正用パターンＰ１を再構成する。補正用パターン再構成部３３は、生成した補正用パターンＰ１を、計算機ホログラム演算部２５へ提供する。
【００９８】
図２３は、本実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。図２３を参照しながら、空間光変調装置の動作とともに、本実施形態の空間光変調方法について説明する。
【００９９】
まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ７１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から係数値演算部３２へ転送される（ステップＳ７２）。次に、係数値演算部３２が、記憶部３１に記憶されている各係数値の関数を順次読み出して、これらの関数に温度値Ｔｓを適用する。これにより、温度値Ｔｓに対応する各係数値が得られる（係数値算出ステップＳ７３）。これらの係数値からなる係数値群Ａ１は、補正用パターン再構成部３３へ転送される。そして、補正用パターン再構成部３３が、係数値演算部３２より転送された係数値群Ａ１から一の補正用パターンＰ１を再構成する（ステップＳ７４）。再構成された補正用パターンＰ１は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ７５）。
【０１００】
続いて、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供された計算機ホログラム（所望の位相パターン）Ｐ２と、補正用パターンＰ１とを加算（合成）することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する（ステップＳ７６）。この補正済位相パターンＰ３は、計算機ホログラム演算部２５から駆動部２６へ転送される（ステップＳ７７）。そして、駆動部２６が、補正済位相パターンＰ３に基づいて駆動信号ＳＤを生成する（駆動信号生成ステップＳ７８）。最後に、空間光変調素子１０に含まれる複数の画素毎の位相変調量を、駆動信号ＳＤにより制御する（変調制御ステップＳ７９）。
【０１０１】
以上の構成を備える本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、空間光変調素子１０の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。また、制御部２０Ｃにおける処理が、温度値Ｔｓを関数に適用して一の係数値群Ａ１を算出し、補正用パターンＰ１を再構成して加算するだけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。
【０１０２】
また、本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、第２実施形態と比較して、記憶部３１において記憶されるデータ量を更に圧縮できる。例えば、１０次ルジャンドル陪多項式を用いて補正用パターンを表現し、各係数値に三次最小二乗法を適用することによって温度値を変数とする関数を作成した場合、４つの係数を持つ５５個の関数が記憶部３１に記憶される。各係数値がすべて３２ビット符号付単精度浮動小数点型のデータであるとすると、そのデータ量は３２ビット×４（係数）×５５（関数）＝８８０バイトとなる。前述した第２実施形態では各温度値毎に係数値群を記憶しておく必要があるので、温度値が４個を超える場合には、本実施形態のほうが記憶部のデータ量を小さくすることができる。特に、入射光の波長が複数ある場合には、各波長に応じて複数の補正用パターンを用意する必要があるので、記憶部に要求される記憶容量が大きくなる傾向がある。このような場合には、記憶容量をより少なくできる本実施形態が有利である。また、本実施形態によれば、第２実施形態の選択部２８（図１２参照）を不要にできるので、制御部を簡素化することもできる。
【０１０３】
また、本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、温度値を変数とする関数を用いて補正用パターンを作成するので、高精度かつ高分解能な補正が可能となる。更に、代表的な正規直交関数のみを用いて係数値群を算出すれば、計算時間の短縮を図ることができる。
【０１０４】
なお、本実施形態において、空間光変調素子１０として、電気アドレス型の液晶素子以外にも例えば光アドレス型の液晶素子や可変鏡型の変調素子など、様々な空間光変調素子を適用できる。
【０１０５】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０における温度センサ１７の取り付け位置は、空間光変調素子１０の筐体内部、空間光変調素子１０の筐体外部、空間光変調素子１０のガラス基板１５の表面、空間光変調素子１０のシリコン基板１１の裏面、入射光像Ｌ２の入射位置、及び熱源となる空間光変調素子１０の回路内部のうちいずれか一箇所であることが好ましい。或いは、これらのうち複数箇所に温度センサ１７を配置し、若しくは一つの箇所に複数の温度センサ１７を配置してもよい。
【０１０６】
空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、例えば以下のように動作するとよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択する。次に、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める。以後、本実施形態におけるステップＳ７２〜Ｓ７９（図２３参照）と同様の処理を行う。
【０１０７】
また、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、次のように動作してもよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択する。次に、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求める。そして、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとする。以後、上述した実施形態におけるステップＳ７２〜Ｓ７９（図２３参照）と同様の処理を行う。特に、空間光変調素子１０の内部に温度勾配が生じる場合には、上記のように複数の温度センサ１７を用いて複数箇所の温度を同時に計測し、それらの平均値または温度補正値を用いることによって、温度補正の精度を更に高めることができる。
【０１０８】
なお、空間光変調装置が上記のような動作を行う場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部３１及び係数値演算部３２を設けても良い。或いは、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部３１及び係数値演算部３２を設けても良い。これらの構成によれば、各記憶部３１及び各係数値演算部３２を独立して扱うことができる。また、各記憶部３１の容量が小さくて済むので、高価な大容量記憶素子を用いなくてもよい。なお、制御部２０Ｃは、複数の記憶部３１及び係数値演算部３２の中から一つの記憶部３１及び係数値演算部３２を選択するための別の選択部を更に有すると尚好ましい。
【０１０９】
また、本実施形態若しくは上述した形態（空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する形態）において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の補正用パターンに対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【０１１０】
また、本実施形態において、係数値演算部３２により算出された係数値群Ａ１を一時的に保持しておく係数値用メモリを制御部２０Ｃに設けておき、その係数値用メモリから係数値群Ａ１を適宜読み出すことによって、係数値演算部３２の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｃは、係数値用メモリのほか、係数値用メモリに記憶された係数値群Ａ１に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、係数値用メモリに記憶された係数値群Ａ１を補正用パターン再構成部３３に転送するとよい。
【０１１１】
図２４は、このような構成を有する制御部２０Ｃの動作の一例を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値を求める（温度取得ステップＳ７１）。次に、前回算出した温度値と、現在の温度値との差分を計算する（ステップＳ８１）。そして、現在の温度値をメモリに記憶させるとともに、現在の温度値及び差分を係数値演算部３２へ転送する（ステップＳ８２）。係数値演算部３２では、差分と閾値との大小が判定され（ステップＳ８３）、差分が閾値より小さい場合には（ステップＳ８３においてＹｅｓ）、係数値用メモリに記憶されている係数値群Ａ１を補正用パターン再構成部３３へ転送する（ステップＳ８４）。また、差分が閾値より大きい場合には（ステップＳ８３においてＮｏ）、係数値演算部３２が、記憶部３１に記憶されている関数を読み出し、この関数に温度値Ｔｓを適用することにより一の係数値群Ａ１を算出し、その係数値群Ａ１を係数値用メモリへ転送する（ステップＳ８５）。更に、この係数値群Ａ１を、係数値用メモリから補正用パターン再構成部３３へ転送する（ステップＳ８４）。以後、本実施形態におけるステップＳ７４〜Ｓ７９（図２３参照）と同様の処理を行う。
【０１１２】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、係数値群Ａ１により再構成された補正用パターンＰ１を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ｃに設けておき、その別の記憶部から補正用パターンＰ１を適宜読み出すことによって、係数値演算部３２や補正用パターン再構成部３３の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｃは、上記別の記憶部のほか、該別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ１に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ１を計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。なお、高精度の温度補正が要求される場合であっても、上記別の記憶部として高速応答メモリを用いることによって、このような構成が可能である。
【０１１３】
図２５は、このような構成を有する制御部２０Ｃの動作の一例を示すフローチャートである。なお、この動作において、ステップＳ８３までは図２４に示された動作と同様である。この動作では、差分が閾値より小さい場合（ステップＳ８３においてＹｅｓ）、別の記憶部に記憶されている補正用パターンＰ１を計算機ホログラム演算部２５へ転送する（ステップＳ８６）。また、差分が閾値より大きい場合には（ステップＳ８３においてＮｏ）、係数値演算部３２が、記憶部３１に記憶されている関数に温度値Ｔｓを適用することにより一の係数値群Ａ１を算出し、その係数値群Ａ１を係数値用メモリへ転送する（ステップＳ８７）。更に、この係数値群Ａ１を、係数値用メモリから補正用パターン再構成部３３へ転送する（ステップＳ８８）。そして、補正用パターン再構成部３３が、係数値群Ａ１から一の補正用パターンＰ１を再構成する（ステップＳ８９）。再構成された補正用パターンＰ１は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ８６）。以後、本実施形態におけるステップＳ７６〜Ｓ７９（図２３参照）と同様の処理を行う。
【０１１４】
（第４の実施の形態）
本発明の第４実施形態に係る空間光変調装置の構成を以下に説明する。本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態と同様に、図１に示された光源２、空間フィルタ３、コリメート用レンズ４、フーリエ変換レンズ５、及び空間光変調素子１０を備えている。これらの構成は、第１実施形態と同様である。また、本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態の制御部２０Ａに代えて、以下に説明する制御部を備えている。
【０１１５】
図２６は、本実施形態に係る空間光変調装置が備える制御部２０Ｄの構成を示すブロック図である。図２６に示されるように、制御部２０Ｄは、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、駆動部２６、記憶部３４、温度依存成分演算部３５、及び記憶部３６を有する。これらのうち、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、及び駆動部２６の構成は第１実施形態と同様である。
【０１１６】
記憶部３４は、本実施形態における記憶手段であり、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の係数値群（係数値列）に含まれる各係数値についての、温度値を変数とする関数を記憶している。ここで、Ｎ個の係数値群それぞれは、第１実施形態におけるＮ個の補正用パターンそれぞれから予め算出された係数値群であるが、本実施形態におけるこれらの係数値群は、各補正用パターンについて算出された一又は複数の係数値のうち、空間光変調素子１０の温度に対して依存性を有する（或いは、依存度が或る基準より大きい）係数値のみからなる。これらの係数値群は、前述した第２実施形態と同様の方法によって算出された係数値のうち、空間光変調素子１０の温度に対して依存性を有する（或いは、依存度が或る基準より大きい）係数値のみ選択されて成る。記憶部３４は、第１実施形態の記憶部２２と同様に、例えばＲＡＭ等によって好適に構成される。
【０１１７】
温度依存成分演算部３５は、温度センサ制御部２１から提供された温度値Ｔｓを、記憶部３４に記憶された関数に適用することにより、Ｎ個の係数値群うち一の係数値群を算出する。更に、温度依存成分演算部３５は、算出した係数値群から一の補正用パターンＰ４（温度依存成分）を再構成する。温度依存成分演算部３５は、生成した補正用パターンＰ４を、計算機ホログラム演算部２５へ提供する。
【０１１８】
記憶部３６は、記憶部３４と共に本実施形態の記憶手段を構成する。記憶部３６は、基準位相パターンを予め記憶している。基準位相パターンとは、基準温度における補正用パターンから補正用パターンＰ４を差し引くことにより予め作成された位相パターンである。言い換えれば、基準位相パターンとは、空間光変調素子１０の温度に依存しない（或いは、依存度が或る基準より小さい）係数値のみから予め再構成された位相パターンである。本実施形態では、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供される計算機ホログラムＰ２に含まれる位相変調量と、補正用パターンＰ４に含まれる補正位相値と、記憶部３６の基準位相パターンＰ５に含まれる補正位相値とを画素毎に加算することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する。
【０１１９】
図２７は、本実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。図２７を参照しながら、空間光変調装置の動作とともに、本実施形態の空間光変調方法について説明する。
【０１２０】
まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ９１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から温度依存成分演算部３５へ転送される（ステップＳ９２）。次に、温度依存成分演算部３５が、記憶部３４に記憶されている各係数値（空間光変調素子１０の温度に依存する係数値）の関数を順次読み出して、これらの関数に温度値Ｔｓを適用する。これにより、温度値Ｔｓに対応する各係数値が得られる。更に、温度依存成分演算部３５が、これらの係数値から一の補正用パターンＰ４を再構成する（ステップＳ９３）。再構成された補正用パターンＰ４は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ９４）。
【０１２１】
続いて、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供された計算機ホログラム（所望の位相パターン）Ｐ２と、補正用パターンＰ４と、基準位相パターンＰ５とを加算（合成）することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する（ステップＳ９５）。この補正済位相パターンＰ３は、計算機ホログラム演算部２５から駆動部２６へ転送される（ステップＳ９６）。そして、駆動部２６が、補正済位相パターンＰ３に基づいて駆動信号ＳＤを生成する（駆動信号生成ステップＳ９７）。最後に、空間光変調素子１０に含まれる複数の画素毎の位相変調量を、駆動信号ＳＤにより制御する（変調制御ステップＳ９８）。
【０１２２】
以上の構成を備える本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、次の効果を奏することができる。すなわち、空間光変調素子１０の温度変化による位相歪みは、空間光変調素子１０を構成するシリコン基板１１や画素電極１３ａといった各構成要素の熱膨張率が互いに異なるという機械的な要因によると考えられる。したがって、空間光変調素子１０では低次関数的な位相歪みが支配的である。例えば、補正用パターンをルジャンドル陪多項式によって表現した際には、低次の係数値（或いは関数）が温度変化の影響をより強く受ける傾向がある。故に、このような低次の係数値（関数）のみを温度補正し、それ以外の係数値（関数）については或る基準温度において取得した補正用パターンのものをそのまま用いるとよい。これにより、第１ないし第３実施形態と同様の温度補正を好適に実現することができるので、空間光変調素子１０の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。
【０１２３】
また、制御部２０Ｄにおける処理が、温度値Ｔｓを関数に適用して係数値群Ａ２を算出し、補正用パターンＰ４を再構成して基準位相パターンＰ５等に加算するだけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。特に本実施形態では、各演算部において、数個の関数への温度値Ｔｓの代入や、画素毎の位相値の加算といった負荷の小さい演算が多いので、前述した第２実施形態や第３実施形態と比較して動作をより高速化できる。
【０１２４】
また、係数値群の算出のために低次の正規直交関数系を使用すると、補正パターンの高次成分を十分には表現できない場合がある。本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、そのような場合であっても、補正パターンの高次の係数値としては実測した位相歪みパターンから算出された一定値を用い、温度依存性が高い低次の係数値については温度値Ｔｓに応じて可変とすることによって、温度変化による位相歪みを高い精度で補正することができる。
【０１２５】
なお、本実施形態において、記憶部３４が記憶している関数の基となる係数値群は、互いの関数を独立に取り扱える正規直交関数系（例えば、矩形の場合はルジャンドル陪多項式、円形の場合はゼルニケ多項式など）を使用して算出されたものであることが好ましい。
【０１２６】
図２８は、このような本実施形態による効果を示すグラフである。図２８に示されるグラフＧ２１〜Ｇ２３は、本実施形態の空間光変調装置における空間光変調素子１０の温度値と、位相歪みの二乗平均の平方根（単位：波長λ）との関係を示したグラフである。なお、これらのグラフＧ２１〜Ｇ２３は、空間光変調素子１０における出射光像Ｌ３の位相歪みを５℃間隔で計測し、その計測結果からＮ個（この例ではＮ＝７）の補正パターンを作成し、それらの補正パターンを１０次ルジャンドル陪多項式により表現し、この１０次ルジャンドル陪多項式の係数値のうち、グラフＧ２１では一つ、グラフＧ２２では二つ、グラフＧ２３では三つの係数値に対し、二次の最小二乗法を適用することにより温度値Ｔｓを変数とした関数を作成した場合を示している。また、図２８に示されるグラフＧ２４は、比較のため、空間光変調素子１０における出射光像Ｌ３の位相歪みを或る基準温度（この例では２７℃）のときに計測し、その計測結果から補正パターンを一つのみ作成し、この補正パターンを所望の位相パターンに加算した場合における、空間光変調素子１０の温度と位相歪みの二乗平均の平方根との関係を示している。
【０１２７】
グラフＧ２４に示されるように、或る基準温度において作成した唯一の補正パターンを用いて所望の位相パターンを補正した場合、位相歪みは空間光変調素子１０の温度変化に対して敏感に変化する。これに対し、本実施形態のように空間光変調素子１０の温度値を変数とする関数を用いて補正パターンを作成し、この補正パターンを用いて所望の位相パターンを補正することにより、グラフＧ２１〜Ｇ２３に示されるように、測定誤差は有るものの、位相歪みを位相変調量λの１／１０以下に抑えることが可能となる。なお、本実施形態では、グラフＧ２１〜Ｇ２３から明らかなように、温度値を変数とする関数が作成される係数値の数が多いほど、位相歪みをより効果的に抑えることができる。
【０１２８】
また、本実施形態では、記憶部３４に記憶される関数、および記憶部３６に記憶される基準位相パターンを予め適切に作成することが重要となる。図２９は、これらの関数および基準位相パターンの作成方法の一例を示すフローチャートである。
【０１２９】
まず、空間光変調素子１０の温度が基準温度（例えば室温２５℃）であるときに、空間光変調素子１０から出射される出射光像Ｌ３の位相歪みを計測する（ステップＳ１１１）。このとき、図１に示された光源２から光Ｌ１を出射させ、空間フィルタ３及びコリメート用レンズ４を通過した光像Ｌ２を空間光変調素子１０に入射させ、空間光変調素子１０から出射された出射光像Ｌ３がフーリエ変換レンズ５を通過した後のフーリエ光像Ｌ４の位相歪み（すなわち光学系全体の位相歪み）を計測することが好ましい。
【０１３０】
次に、計測した位相歪みを補正するための補正用パターンを作成する（ステップＳ１１２）。そして、例えば１０次ルジャンドル陪多項式を用いて補正用パターンを展開し、ルジャンドル陪多項式の各次数における係数値を算出する（ステップＳ１１３）。そして、これらの係数値のうち温度依存性を有する次数を予め調べておき、その次数からなるルジャンドル陪多項式と該次数における係数値とに基づいて、温度依存性を有する成分のみからなる位相パターンを再構成する（ステップＳ１１４）。ルジャンドル陪多項式は正規直交関数系なので、再構成された位相パターンを補正用パターンから差し引くことにより（ステップＳ１１５）、残差成分である基準位相パターンが好適に得られる。また、温度依存性を有する次数に係る係数値を、温度値を変数とする関数によって表現することにより、記憶部３４の関数が好適に得られる。
【０１３１】
また、本実施形態では、記憶部３６に記憶されている基準位相パターンが一つのみである場合について説明した。しかしながら、記憶部３６に記憶される基準位相パターンは、空間光変調素子１０の複数の温度値に対応して複数用意されてもよい。その場合、制御部２０Ｄは、図３０に示されるように、記憶部３６に記憶された複数の基準位相パターンから一の基準位相パターンを選択する選択部３７を更に有することが好ましい。
【０１３２】
図３０は、このような構成を制御部２０Ｄが有する場合における、空間光変調装置の動作の一例を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ９１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から温度依存成分演算部３５及び選択部３７へ転送される（ステップＳ１１５）。温度依存成分演算部３５は、記憶部３４に記憶されている各係数値の関数を順次読み出して、これらの関数に温度値Ｔｓを適用する。これにより、温度値Ｔｓに対応する各係数値が得られる。更に、温度依存成分演算部３５は、これらの係数値から一の補正用パターンＰ４を再構成する（ステップＳ９３）。再構成された補正用パターンＰ４は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ９４）。他方、選択部３７は、温度値Ｔｓを基に、記憶部３６に記憶されている複数の基準位相パターンの中から、温度値Ｔｓに最も近い温度値に対応する基準位相パターンを選択する（ステップＳ１１６）。この基準位相パターンＰ５は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ１１７）。以後、本実施形態におけるステップＳ９５〜Ｓ９８（図２７参照）と同様の処理を行う。
【０１３３】
残差成分である基準位相パターンが、空間光変調素子１０の温度に対して僅かに依存するような場合には、上記のような空間光変調方法を用いることによって、位相歪みの補正をより高精度に行うことができる。
【０１３４】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０として、電気アドレス型の液晶素子以外にも例えば光アドレス型の液晶素子や可変鏡型の変調素子など、様々な空間光変調素子を適用できる。
【０１３５】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０における温度センサ１７の取り付け位置は、空間光変調素子１０の筐体内部、空間光変調素子１０の筐体外部、空間光変調素子１０のガラス基板１５の表面、空間光変調素子１０のシリコン基板１１の裏面、入射光像Ｌ２の入射位置、及び熱源となる空間光変調素子１０の回路内部のうちいずれか一箇所であることが好ましい。或いは、これらのうち複数箇所に温度センサ１７を配置し、若しくは一つの箇所に複数の温度センサ１７を配置してもよい。
【０１３６】
空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、例えば以下のように動作するとよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択する。次に、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める。以後、本実施形態におけるステップＳ９２〜Ｓ９８（図２７参照）と同様の処理を行う。
【０１３７】
また、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、次のように動作してもよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択する。次に、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求める。そして、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとする。以後、上述した実施形態におけるステップＳ９２〜Ｓ９８（図２７参照）と同様の処理を行う。特に、空間光変調素子１０の内部に温度勾配が生じる場合には、上記のように複数の温度センサ１７を用いて複数箇所の温度を同時に計測し、それらの平均値または温度補正値を用いることによって、温度補正の精度を更に高めることができる。
【０１３８】
なお、空間光変調装置が上記のような動作を行う場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部３４及び温度依存成分演算部３５を設けても良い。或いは、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部３４及び温度依存成分演算部３５を設けても良い。これらの構成によれば、各記憶部３４及び各温度依存成分演算部３５を独立して扱うことができる。また、各記憶部３４の容量が小さくて済むので、高価な大容量記憶素子を用いなくてもよい。なお、制御部２０Ｄは、複数の記憶部３４及び温度依存成分演算部３５の中から一つの記憶部３４及び温度依存成分演算部３５を選択するための別の選択部を更に有すると尚好ましい。
【０１３９】
また、本実施形態では、制御部２０Ｄが、温度依存性を有する係数値の数と同じ個数の温度依存成分演算部３５及び記憶部３４を有しても良い。これにより、並列演算処理が可能となり、演算を更に高速化できる。
【０１４０】
また、本実施形態若しくは上述した形態（空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する形態）において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の補正用パターンに対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【０１４１】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、温度依存成分演算部３５により再構成された補正用パターンＰ４を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ｄに設けておき、その別の記憶部から補正用パターンＰ４を適宜読み出すことによって、温度依存成分演算部３５の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｄは、上記別の記憶部のほか、該別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ４に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ４を計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。なお、高精度の温度補正が要求される場合であっても、上記別の記憶部として高速応答メモリを用いることによって、このような構成が可能である。
【０１４２】
図３１は、このような構成を有する制御部２０Ｄの動作の一例を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値を求める（温度取得ステップＳ９１）。次に、前回算出した温度値と、現在の温度値との差分を計算する（ステップＳ１１８）。そして、現在の温度値をメモリに記憶させるとともに、現在の温度値及び差分を温度依存成分演算部３５へ転送する（ステップＳ１１９）。温度依存成分演算部３５では、差分と閾値との大小が判定され（ステップＳ１２０）、差分が閾値より小さい場合には（ステップＳ１２０においてＹｅｓ）、別の記憶部に記憶されている補正用パターンＰ４を計算機ホログラム演算部２５へ転送する（ステップＳ１２１）。また、差分が閾値より大きい場合には（ステップＳ１２０においてＮｏ）、温度依存成分演算部３５が、記憶部３４に記憶されている関数を読み出し、この関数に温度値Ｔｓを適用することにより一の係数値群を算出し、その係数値群から一の補正用パターンＰ４を再構成し、別の記憶部に記憶させる（ステップＳ１２２）。この補正用パターンＰ４は、別の記憶部から計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ１２１）。以後、本実施形態におけるステップＳ９５〜Ｓ９８（図２７参照）と同様の処理を行う。
【０１４３】
また、本実施形態では、制御部２０Ｄが記憶部３４及び記憶部３６といった二つの記憶部を有しているが、制御部２０Ｄは、これらを統合した一つの記憶部を有してもよい。
【０１４４】
（第３変形例）
ここで、第４実施形態の制御部２０Ｄの変形例について説明する。本変形例では、記憶部３６が、上述した基準位相パターンに代えて、基準温度における補正用パターンを記憶している。また、記憶部３４は、Ｎ個の係数値群（係数値列）に含まれる各係数値についての温度値を変数とする関数を記憶しており、且つ、これらの関数は、基準温度を原点とし、該基準温度における係数値からの変化量を示す（以下、この関数を差分関数という）。すなわち、差分関数とは、基準温度から各温度に変化した際に位相歪みがどのように変化したかを示す情報であり、この差分関数から再構成される位相歪み補正用パターンを、基準温度における位相歪み補正用パターンに加算（合成）することによって、各温度における位相歪み補正用パターンが算出される。このように本変形例の記憶部３４及び３６は、基準温度における補正用パターンと、基準温度における係数値からの変化量を示す関数とを記憶することによって、実質的に、Ｎ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と温度値との関数を記憶している。
【０１４５】
図３２は、このような構成を有する制御部２０Ｄの動作を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ９１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から温度依存成分演算部３５へ転送される（ステップＳ９２）。
【０１４６】
次に、温度依存成分演算部３５が、記憶部３４に記憶されている差分関数を順次読み出して、これらの差分関数に温度値Ｔｓを適用する。これにより、温度値Ｔｓに対応する各係数値が得られる。更に、温度依存成分演算部３５が、これらの係数値から一の補正用差分パターンを再構成する（ステップＳ１２３）。再構成された補正用差分パターンは、計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ１２４）。
【０１４７】
続いて、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供された計算機ホログラム（所望の位相パターン）Ｐ２と、温度依存成分演算部３５から提供された補正用差分パターンと、記憶部３６に記憶された基準温度における補正用パターンとを加算（合成）することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する（ステップＳ１２５）。以後、上記実施形態におけるステップＳ９６〜Ｓ９８（図２７参照）と同様の処理を行う。
【０１４８】
なお、本変形例では、データ作成方法が第４実施形態とは少し異なる。まず、基準温度（例えば室温２５℃）のときの空間光変調素子１０における出射光像Ｌ３の位相歪みを計測する。次に、各温度における出射光像Ｌ３の位相歪みを計測し、基準温度における位相歪みと、各温度における位相歪みとの差分パターンを生成する。この差分パターンを、例えば１０次ルジャンドル陪多項式によって表現し、ルジャンドル陪多項式等の正規直交関数の各次数における係数値を算出する。これらの係数値を、温度を変数とした関数として表現することにより、記憶部３４に記憶させておく差分関数を作成することができる。
【０１４９】
本変形例において例示したように、記憶部３４及び３６は、種々の方式により実質的に、Ｎ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と温度値との関数を記憶していてもよい。そのような場合であっても、第３実施形態と同様の作用効果を好適に得ることができる。なお、本変形例においても、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合には、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択し、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求めるとよい。この場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部３４及び温度依存成分演算部３５を設けても良い。或いは、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択し、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求め、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとしてもよい。この場合、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部３４及び温度依存成分演算部３５を設けても良い。
【０１５０】
また、本変形例において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の差分係数値群に対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【０１５１】
また、本変形例において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、温度依存成分演算部３５により再構成された補正用差分パターンを一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ｄに設けておき、その別の記憶部から補正用差分パターンを適宜読み出すことによって、温度依存成分演算部３５の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｄは、上記別の記憶部のほか、該別の記憶部に記憶された補正用差分パターンに対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用差分パターンを計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。
【０１５２】
また、本変形例において、記憶部３６に記憶される補正用パターンは、複数の基準温度値に対応して複数用意されてもよい。その場合、制御部２０Ｄは、記憶部３６に記憶された複数の補正用パターンから一の補正用パターンを選択する選択部を更に有することが好ましい。
【０１５３】
また、本変形例において、制御部２０Ｄは、差分関数の数と同じ個数の温度依存成分演算部３５及び記憶部３４を有しても良い。これにより、並列演算処理が可能となり、演算を更に高速化できる。
【０１５４】
また、本変形例では、制御部２０Ｄが記憶部３４及び記憶部３６といった二つの記憶部を有しているが、制御部２０Ｄは、これらを統合した一つの記憶部を有してもよい。
【０１５５】
（第５の実施の形態）
本発明の第５実施形態に係る空間光変調装置の構成を以下に説明する。本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態と同様に、図１に示された光源２、空間フィルタ３、コリメート用レンズ４、フーリエ変換レンズ５、及び空間光変調素子１０を備えている。これらの構成は、第１実施形態と同様である。また、本実施形態の空間光変調装置は、第１実施形態の制御部２０Ａに代えて、以下に説明する制御部を備えている。
【０１５６】
図３３は、本実施形態に係る空間光変調装置が備える制御部２０Ｅの構成を示すブロック図である。図３３に示されるように、制御部２０Ｅは、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、駆動部２６、記憶部３４、係数値演算部３８、記憶部４０、及び補正用パターン再構成部４１を有する。これらのうち、温度センサ制御部２１、計算機ホログラム作成部２４、計算機ホログラム演算部２５、及び駆動部２６の構成は第１実施形態と同様である。また、記憶部３４は、第４実施形態と同様に、空間光変調素子１０の温度に依存する係数値についての関数を記憶している。この関数は、第４実施形態において示された方法によって好適に作成される（図２９参照）。
【０１５７】
係数値演算部３８は、温度センサ制御部２１から提供された温度値Ｔｓを、記憶部３４に記憶された関数に適用することにより、一の係数値群を算出する。係数値演算部３８は、生成した係数値群Ａ４を、補正用パターン再構成部４１へ提供する。記憶部４０は、記憶部３４と共に本実施形態の記憶手段を構成する。記憶部４０は、基準係数値群を予め記憶している。基準係数値群とは、空間光変調素子１０の温度に対して依存性を有しない（或いは、依存度が或る基準より小さい）係数値のみを含む係数値群である。補正用パターン再構成部４１は、係数値群Ａ４と基準係数値群Ａ５とを組み合わせて得られる一の係数値群から一の補正用パターンＰ６を再構成する。補正用パターン再構成部４１は、生成した補正用パターンＰ６を、計算機ホログラム演算部２５へ提供する。本実施形態では、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供される計算機ホログラムＰ２に含まれる位相変調量と、補正用パターンＰ６に含まれる補正位相値とを画素毎に加算することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する。
【０１５８】
図３４は、本実施形態に係る空間光変調装置の動作を示すフローチャートである。図３４を参照しながら、空間光変調装置の動作とともに、本実施形態の空間光変調方法について説明する。
【０１５９】
まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ１３１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から係数値演算部３８へ転送される（ステップＳ１３２）。次に、係数値演算部３８が、記憶部３４に記憶されている各係数値（空間光変調素子１０の温度に依存する係数値）の関数を順次読み出して、これらの関数に温度値Ｔｓを適用する。これにより、温度値Ｔｓに対応する各係数値が得られる（ステップＳ１３３）。そして、この係数値群Ａ４が係数値演算部３８から補正用パターン再構成部４１に転送されるとともに、基準係数値群Ａ５が記憶部４０から補正用パターン再構成部４１に転送される（ステップＳ１３４）。補正用パターン再構成部４１は、これらの係数値群Ａ４，Ａ５から一の補正用パターンＰ６を再構成する（ステップＳ１３５）。再構成された補正用パターンＰ６は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される。
【０１６０】
続いて、計算機ホログラム演算部２５が、計算機ホログラム作成部２４から提供された計算機ホログラム（所望の位相パターン）Ｐ２と、補正用パターンＰ６とを加算（合成）することにより、補正済位相パターンＰ３を作成する（ステップＳ１３６）。この補正済位相パターンＰ３は、計算機ホログラム演算部２５から駆動部２６へ転送される（ステップＳ１３７）。そして、駆動部２６が、補正済位相パターンＰ３に基づいて駆動信号ＳＤを生成する（駆動信号生成ステップＳ１３８）。最後に、空間光変調素子１０に含まれる複数の画素毎の位相変調量を、駆動信号ＳＤにより制御する（変調制御ステップＳ１３９）。
【０１６１】
以上の構成を備える本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、次の効果を奏することができる。すなわち、本実施形態では、第４実施形態と同様に、温度変化の影響をより強く受ける係数値のみを温度補正し、それ以外の係数値については或る基準温度において取得した補正用パターンのものをそのまま用いている。第４実施形態における基準位相パターンＰ５の正規直交関数系の高次成分が位相歪みに対して強い影響を及ぼさない場合には、本実施形態のように、この基準位相パターンＰ５を正規直交関数系の係数値群として保持してもよい。これにより、第１ないし第３実施形態と同様の温度補正を好適に実現することができるので、空間光変調素子１０の温度変化に伴う位相分布の歪みを好適に抑えることができる。
【０１６２】
また、制御部２０Ｅにおける処理が、温度値Ｔｓを関数に適用して係数値群Ａ４を算出し、補正用パターンＰ６を再構成して加算するだけで済むので、動作の遅延を小さく抑えることができる。特に本実施形態では、各演算部において、数個の関数への温度値Ｔｓの代入や、画素毎の位相値の加算といった負荷の小さい演算が多いので、前述した第２実施形態や第３実施形態と比較して動作をより高速化できる。
【０１６３】
また、係数値群の算出のために低次の正規直交関数系を使用すると、補正パターンの高次成分を十分には表現できない場合がある。本実施形態の空間光変調装置および空間光変調方法によれば、そのような場合であっても、補正パターンの高次の係数値としては実測した位相歪みパターンから算出された一定値を用い、温度依存性が高い低次の係数値については温度値Ｔｓに応じて可変とすることによって、温度変化による位相歪みを高い精度で補正することができる。
【０１６４】
なお、本実施形態において、記憶部３４が記憶している関数の基となる係数値群は、互いの関数を独立に取り扱える正規直交関数系（例えば、矩形の場合はルジャンドル陪多項式、円形の場合はゼルニケ多項式など）を使用して算出されたものであることが好ましい。
【０１６５】
また、本実施形態では、第４実施形態と異なり、記憶部４０が基準位相パターンではなく係数値群を記憶している。このような構成により、予め記憶部に記憶させておくべきデータを簡易に作成できる。
【０１６６】
また、本実施形態では、記憶部４０に記憶されている基準位相パターンが一つのみである場合について説明した。しかしながら、記憶部４０に記憶される基準係数値群は、空間光変調素子１０の複数の温度値に対応して複数用意されてもよい。その場合、制御部２０Ｅは、第４実施形態の図３０に示された構成と同様に、記憶部４０に記憶された複数の基準係数値群から一の基準係数値群を選択する選択部を更に有することが好ましい。残差成分である基準位相値群が、空間光変調素子１０の温度に対して僅かに依存するような場合には、このような構成によって、位相歪みの補正をより高精度に行うことができる。
【０１６７】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０として、電気アドレス型の液晶素子以外にも例えば光アドレス型の液晶素子や可変鏡型の変調素子など、様々な空間光変調素子を適用できる。
【０１６８】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０における温度センサ１７の取り付け位置は、空間光変調素子１０の筐体内部、空間光変調素子１０の筐体外部、空間光変調素子１０のガラス基板１５の表面、空間光変調素子１０のシリコン基板１１の裏面、入射光像Ｌ２の入射位置、及び熱源となる空間光変調素子１０の回路内部のうちいずれか一箇所であることが好ましい。或いは、これらのうち複数箇所に温度センサ１７を配置し、若しくは一つの箇所に複数の温度センサ１７を配置してもよい。
【０１６９】
空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、例えば以下のように動作するとよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択する。次に、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める。以後、本実施形態におけるステップＳ１３２〜Ｓ１３９（図３４参照）と同様の処理を行う。
【０１７０】
また、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合、空間光変調装置は、次のように動作してもよい。まず、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択する。次に、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求める。そして、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとする。以後、上述した実施形態におけるステップＳ１３２〜Ｓ１３９（図３４参照）と同様の処理を行う。特に、空間光変調素子１０の内部に温度勾配が生じる場合には、上記のように複数の温度センサ１７を用いて複数箇所の温度を同時に計測し、それらの平均値または温度補正値を用いることによって、温度補正の精度を更に高めることができる。
【０１７１】
なお、空間光変調装置が上記のような動作を行う場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部３４及び係数値演算部３８を設けても良い。或いは、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部３４及び係数値演算部３８を設けても良い。これらの構成によれば、各記憶部３４及び各係数値演算部３８を独立して扱うことができる。また、各記憶部３４の容量が小さくて済むので、高価な大容量記憶素子を用いなくてもよい。なお、制御部２０Ｅは、複数の記憶部３４及び係数値演算部３８の中から一つの記憶部３４及び係数値演算部３８を選択するための別の選択部を更に有すると尚好ましい。
【０１７２】
また、本実施形態では、制御部２０Ｅが、温度依存性を有する係数値の数と同じ個数の係数値演算部３８及び記憶部３４を有しても良い。これにより、並列演算処理が可能となり、演算を更に高速化できる。
【０１７３】
また、本実施形態若しくは上述した形態（空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する形態）において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の補正用パターンに対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【０１７４】
また、本実施形態において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、補正用パターン再構成部４１により再構成された補正用パターンＰ６を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ｅに設けておき、その別の記憶部から補正用パターンＰ６を適宜読み出すことによって、係数値演算部３８及び補正用パターン再構成部４１の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｅは、上記別の記憶部のほか、該別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ６に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ６を計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。なお、高精度の温度補正が要求される場合であっても、上記別の記憶部として高速応答メモリを用いることによって、このような構成が可能である。
【０１７５】
図３５は、このような構成を有する制御部２０Ｅの動作の一例を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値を求める（温度取得ステップＳ１３１）。次に、前回算出した温度値と、現在の温度値との差分を計算する（ステップＳ１４１）。そして、現在の温度値をメモリに記憶させるとともに、現在の温度値及び差分を選択部へ転送する（ステップＳ１４２）。選択部では、差分と閾値との大小が判定され（ステップＳ１４３）、差分が閾値より小さい場合には（ステップＳ１４３においてＹｅｓ）、別の記憶部に記憶されている補正用パターンＰ６を計算機ホログラム演算部２５へ転送する（ステップＳ１４４）。また、差分が閾値より大きい場合には（ステップＳ１４３においてＮｏ）、係数値演算部３８が、記憶部３４に記憶されている関数を読み出し、この関数に温度値Ｔｓを適用することにより一の係数値群を算出する。更に、補正用パターン再構成部４１が、算出した係数値群及び基準係数値群から一の補正用パターンＰ６を再構成する（ステップＳ１４５）。この補正用パターンＰ６は、別の記憶部へ転送され（ステップＳ１４６）、更に別の記憶部から計算機ホログラム演算部２５へ転送される（ステップＳ１４４）。以後、本実施形態におけるステップＳ１３６〜Ｓ１３９（図３４参照）と同様の処理を行う。
【０１７６】
また、本実施形態では、制御部２０Ｅが記憶部３４及び記憶部４０といった二つの記憶部を有しているが、制御部２０Ｅは、これらを統合した一つの記憶部を有してもよい。
【０１７７】
（第４変形例）
ここで、第５実施形態の制御部２０Ｅの変形例について説明する。本変形例では、記憶部４０が、上述した基準係数値群に代えて、基準温度における補正用パターンについての係数値群を記憶している。また、記憶部３４は、前述した第３変形例と同様にＮ個の差分関数を記憶している。このように本変形例の記憶部３４及び４０は、基準温度における補正用パターンについての係数値群と、Ｎ個の差分関数（基準温度における係数値からの変化量を示す関数）とを記憶することによって、実質的に、Ｎ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と温度値との関数を記憶している。
【０１７８】
図３６は、このような構成を有する制御部２０Ｅの動作を示すフローチャートである。まず、温度センサ制御部２１が温度信号Ｓｔｅｍｐを温度センサ１７から取得し、この温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求める（温度取得ステップＳ１３１）。この温度値Ｔｓに関する情報は、温度センサ制御部２１から温度依存成分演算部３５へ転送される（ステップＳ１３２）。次に、係数値演算部３８が、記憶部３４に記憶されている各係数値の関数を順次読み出して、これらの関数に温度値Ｔｓを適用する。これにより、温度値Ｔｓに対応する各係数値が得られる（ステップＳ１３３）。そして、この係数値群が係数値演算部３８から補正用パターン再構成部４１に転送されるとともに、基準温度における補正用パターンについての係数値群が記憶部４０から補正用パターン再構成部４１に転送される（ステップＳ１４７）。補正用パターン再構成部４１は、これらの係数値群を加算し、一の補正用パターンＰ６を再構成する（ステップＳ１４８）。再構成された補正用パターンＰ６は、計算機ホログラム演算部２５へ転送される。以後、上記実施形態におけるステップＳ１３６〜Ｓ１３９（図３４参照）と同様の処理を行う。
【０１７９】
なお、本変形例では、前述した第３変形例と同様に、データ作成方法が第５実施形態とは少し異なる。まず、基準温度（例えば室温２５℃）のときの空間光変調素子１０における出射光像Ｌ３の位相歪みを計測する。次に、各温度における出射光像Ｌ３の位相歪みを計測し、基準温度における位相歪みと、各温度における位相歪みとの差分パターンを生成する。この差分パターンを、例えば１０次ルジャンドル陪多項式によって表現し、ルジャンドル陪多項式等の正規直交関数の各次数における係数値を算出する。これらの係数値を、温度を変数とした関数として表現することにより、記憶部３４に記憶させておく差分関数を作成することができる。
【０１８０】
本変形例において例示したように、記憶部３４及び３６は、種々の方式により実質的に、Ｎ個の補正用パターンから算出されたＮ個の係数値群と温度値との関数を記憶していてもよい。そのような場合であっても、第３実施形態と同様の作用効果を好適に得ることができる。
【０１８１】
なお、本変形例においても、空間光変調素子１０が温度センサ１７を複数有する場合には、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる温度センサ１７を選択し、選択した温度センサ１７から提供される温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１が空間光変調素子１０の現在の温度値Ｔｓを求めるとよい。この場合、一つの温度センサ１７に対して各一つの記憶部３４及び係数値演算部３８を設けても良い。或いは、複数の温度センサ１７の中から計測に用いる二以上の温度センサ１７を選択し、選択した二以上の温度センサ１７から提供される二以上の温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいて、温度センサ制御部２１がこれらに対応する二以上の温度値を求め、これらの温度値の平均値、若しくは計測箇所に応じて重み付けされた温度補正値を算出し、その値を温度値Ｔｓとしてもよい。この場合、温度センサ１７の複数の組み合わせに対して各一つの記憶部３４及び係数値演算部３８を設けても良い。
【０１８２】
また、本変形例において、温度センサ制御部２１は、Ｎ個の差分係数値群に対応するＮ個の温度値を予め保持しておき、温度信号Ｓｔｅｍｐに基づいてこれらＮ個の温度値の中から一の温度値を選択するか、若しくは温度信号Ｓｔｅｍｐに補正係数を乗算する等、温度信号Ｓｔｅｍｐの温度情報を前処理して温度値Ｔｓを生成しても良い。
【０１８３】
また、本変形例において、記憶部４０に記憶される係数値群は、複数の基準温度値に対応して複数用意されてもよい。その場合、制御部２０Ｅは、記憶部４０に記憶された複数の係数値群から一の係数値群を選択する選択部を更に有することが好ましい。
【０１８４】
また、本変形例において、空間光変調素子１０の温度変化が緩やかであるか、若しくは要求される温度補正の精度が比較的低い場合には、補正用パターン再構成部４１により再構成された補正用パターンＰ６を一時的に保持しておく別の記憶部（例えば、フレームメモリなど）を制御部２０Ｅに設けておき、その別の記憶部から補正用パターンＰ６を適宜読み出すことによって、係数値演算部３８及び補正用パターン再構成部４１の動作頻度を少なくしてもよい。その場合、制御部２０Ｅは、上記別の記憶部のほか、該別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ６に対応する温度値を記憶する手段と、該温度値と現在の温度値Ｔｓとの差分を算出する手段とを更に有することが好ましい。そして、この差分が閾値より小さい場合には、上記別の記憶部に記憶された補正用パターンＰ６を計算機ホログラム演算部２５に転送するとよい。
【０１８５】
また、本変形例において、制御部２０Ｅは、差分関数の数と同じ個数の係数値演算部３８及び記憶部３４を有しても良い。これにより、並列演算処理が可能となり、演算を更に高速化できる。
【０１８６】
また、本変形例では、制御部２０Ｅが記憶部３４及び記憶部４０といった二つの記憶部を有しているが、制御部２０Ｅは、これらを統合した一つの記憶部を有してもよい。
【０１８７】
本発明による空間光変調装置および空間光変調方法は、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、上述した各実施形態に係る空間光変調装置は、空間光変調素子１０の出射光像Ｌ３（またはフーリエ光像Ｌ４）の波面位相歪みを計測する手段（例えば、マイケルソン干渉計などの干渉計測装置やシャックハルトマンセンサなどの波面センサ）を更に備えても良い。これにより、室温（基準温度）における波面位相歪みを計測し、この計測結果をもとに補正用パターンを空間光変調装置において算出することができる。また、この場合、室温以外の或る基準温度に空間光変調素子１０や光学系の温度を制御する装置を更に備えることによって、任意の温度を基準温度として補正用パターンを作成することができる。また、この場合、第２実施形態ないし第５実施形態に係る空間光変調装置は、算出した補正用パターンを係数値群に変換する装置を更に備えることが好ましい。更に、第３実施形態ないし第５実施形態に係る空間光変調装置は、係数値群を、関数を変数とする関数に変換する装置を更に備えることがより好ましい。
【０１８８】
また、上述した各実施形態に係る空間光変調装置は、空間光変調素子１０の温度を制御するための機構を更に備えても良い。これにより、更に高い精度で位相歪みを補正できる。
【０１８９】
また、上述した各実施形態では、空間光変調素子の画素電極が複数行および複数列にわたって二次元状に配置されている場合を例示したが、本発明における空間光変調素子はこれに限られず、例えば複数の画素電極が一次元状に配置された構成を有していてもよい。
【符号の説明】
【０１９０】
１Ａ…空間光変調装置、２…光源、３…空間フィルタ、４…コリメート用レンズ、５…フーリエ変換レンズ、６…加工対象物、１０…空間光変調素子、１１…シリコン基板、１２…液晶層、１２ａ…液晶分子、１３…電極、１３ａ…画素電極、１４…電極、１５…ガラス基板、１６…スペーサ、１７…温度センサ、１８…反射鏡、１９ａ，１９ｂ…配向膜、２０Ａ〜２０Ｅ…制御部、２１…温度センサ制御部、２２…記憶部、２３，２３ａ…選択部、２４…計算機ホログラム作成部、２５…計算機ホログラム演算部、２６…駆動部、２７…記憶部、２８…選択部、２９…補正用パターン再構成部、３１…記憶部、３２…係数値演算部、３３…補正用パターン再構成部、３４…記憶部、３５…温度依存成分演算部、３６…記憶部、３７…選択部、３８…係数値演算部、４０…記憶部、４１…補正用パターン再構成部、Ａ１〜Ａ４…係数値群、Ａ５…基準係数値群、Ｌ１…光、Ｌ２，Ｌ３…光像、Ｌ４…フーリエ光像、Ｐ１…補正用パターン、Ｐ２…計算機ホログラム、Ｐ３…補正済位相パターン、Ｐ４…補正用パターン、Ｐ５…基準位相パターン、Ｐ６…補正用パターン、ＳＤ…駆動信号、Ｓｔｅｍｐ…温度信号、Ｔｓ…温度値。
【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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【図３５】
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【図３６】
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【図５】
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【図１４】
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【図１５】
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