(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間光変調システムであって、
液晶と、前記液晶の表面に沿って配列された複数の電極と、を備え、前記複数の電極の夫々から前記液晶に個別の電圧を印加することによって、前記液晶を通過する光に対する位相変調を行うように構成された空間光変調器と、
前記複数の電極の夫々に対応する各画素の値を所定階調で表す位相画像データに基づき、前記複数の電極の夫々から前記液晶への印加電圧を制御するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記位相画像データにおいて前記所定階調で表される各画素の値である階調値を各画素に対応する電極への入力電圧に変換するように構成された変換器と、
前記階調値の最小値から最大値までの変動幅に対応した前記入力電圧の最小値から最大値までの変動幅を変更するように構成された変更ユニットと、
を備え、
前記空間光変調システムは、更に、
位相シフト量の範囲を指定する情報の入力に基づき、前記変更ユニットに対して、前記入力電圧の最小値及び最大値を、前記指定された前記範囲に対応する値に変更するように指示するように構成された指示器
を備え、前記変更ユニットは、前記指示器からの前記指示に従って、前記入力電圧の最小値及び最大値を変更することによって、前記変動幅を変更する空間光変調システム。
【請求項２】
前記範囲を指定する情報は、前記位相シフト量の下限及び上限を指定する情報であり、
前記指示器は、前記変更ユニットに対して、前記入力電圧の最小値を、前記指定された前記下限に対応する値に変更し、前記入力電圧の最大値を、前記指定された前記上限に対応する値に変更するように指示する請求項１記載の空間光変調システム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記位相画像データに基づく前記印加電圧の制御により、前記光の波面を補正する請求項１又は請求項２記載の空間光変調システム。
【請求項４】
前記空間光変調器の内部構造によって固定的に発生する波面収差を抑制する方向への波面補正を行うように構成された一以上の光学要素を、前記光の伝搬経路における前記空間光変調器の上流地点及び下流地点の少なくとも一方に備える請求項３記載の空間光変調システム。
【請求項５】
前記一以上の光学要素は、前記空間光変調器の内部構造によって固定的に発生する波面収差とは逆の波面収差特性を全体で示すように構成される請求項４記載の空間光変調システム。
【請求項６】
前記位相画像データとして、前記空間光変調器から出力される光の波面を検出する波面センサからの入力に基づき、前記波面の歪みを抑制するための位相画像データを生成する生成器を更に備える請求項１〜請求項５のいずれか一項記載の空間光変調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、空間光変調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光の位相、振幅、及び、強度等の空間分布を変調する空間光変調システムが知られている。空間光変調システムは、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）を含む光学系と、空間光変調器を制御するコントローラと、を備える（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
空間光変調器としては、液晶型の空間光変調器、具体的にはＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）型の空間光変調器が知られている。ＬＣＯＳ型の空間光変調器を用いて光の位相を二次元的に変調することにより、歪んだ波面を補正する波面補正システムもまた知られている。
【０００４】
天文学分野では、ＭＥＭＳ型可変形状ミラーを用いて宇宙からの受信波を補正する方法が知られている。この方法では、ＭＥＭＳ型可変形状ミラーが備える反射面の背面に配置された複数の静電アクチュエータを個別に制御することにより、反射面の形状を制御して、ＭＥＭＳ型可変形状ミラーを反射する波の波面を補正する。天文学分野では、超高精度な波面補正能力（１／１００００λ）が要求されることから、天文学用途のＭＥＭＳ型可変形状ミラーは、非常に高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９８２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、従来では、高精度な空間光変調には、ＭＥＭＳ型可変形状ミラー等の高価な変調器が必要とされる。本開示の一側面では、比較的安価な液晶型の空間光変調器を用いて高精度な空間光変調を実現可能な技術を提供できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一側面に係る空間光変調システムは、空間光変調器と、コントローラと、を備える。空間光変調器は、液晶と、液晶の表面に沿って配列された複数の電極と、を備える。空間光変調器は、複数の電極の夫々から液晶に個別の電圧を印加することによって、液晶を通過する光に対する位相変調を行うように構成される。コントローラは、位相画像データに基づき、複数の電極の夫々から液晶への印加電圧を制御するように構成される。位相画像データは、複数の電極の夫々に対応する各画素の値を所定階調で表す。
【０００８】
コントローラは、上記所定階調で表される各画素の値である階調値を各画素に対応する電極への入力電圧に変換するように構成された変換器を備える。本開示の一側面によれば、コントローラは、更に、階調値の最小値から最大値までの変動幅に対応した入力電圧の最小値から最大値までの変動幅を、外部命令に従って変更するように構成された変更ユニットを備える。
【０００９】
空間光変調器による光の位相シフト量は、電極への入力電圧によって変化する。従来技術によれば、階調値と入力電圧との対応関係が固定的であったため、階調値と位相シフト量との対応関係も固定的であった。即ち、従来技術によれば、１階調当たりの位相シフト
量が一定であった。
【００１０】
これに対して、本開示の一側面に係るシステムによれば、外部命令に従って、階調値の変動幅に対応する入力電圧の変動幅を変更可能である。このことは、必要とされる位相シフト量の範囲が狭い場合には、外部命令によって、狭い入力電圧の範囲に階調値を割り当てて、１階調当たりの位相シフト量を小さくすることができることを意味する。
【００１１】
このように、本開示の一側面によれば、１階調当たりの位相シフト量を、空間光変調器の使用環境又は用途に応じて変更可能である。従って、本開示の一側面によれば、液晶型の空間光変調器を用いて高精度な空間光変調を実現可能である。
【００１２】
上記変更ユニットは、入力電圧の最小値及び最大値の一方を変更することによって、変動幅を変更するように構成され得る。変更ユニットは、入力電圧の最小値及び最大値の両方を変更することによって、変動幅を変更するように構成されてもよい。後者の構成によれば、より入力電圧の範囲を自由度高く調整可能である。
【００１３】
本開示の一側面によれば、コントローラは、位相画像データに基づく印加電圧の制御により、光の波面を補正するように構成され得る。この場合、空間光変調システムは、波面補正システムとして機能し得る。
【００１４】
本開示の一側面によれば、空間光変調システムは、空間光変調器の内部構造によって固定的に発生する波面収差を抑制する方向への波面補正を行うように構成された一以上の光学要素を備えていてもよい。当該一以上の光学要素は、上記光の伝搬経路における空間光変調器の上流地点及び下流地点の少なくとも一方に設けられ得る。
【００１５】
上記一以上の光学要素は、空間光変調器の内部構造によって固定的に発生する波面収差とは逆の波面収差特性を全体で示すように構成されてもよい。上記固定的に発生する波面収差は、階調値の調整によって打ち消すこともできるが、この方法では、ユーザが自由に利用可能な階調範囲が制限される。上記光学要素を備える空間光変調システムによれば、およそ全階調範囲をユーザが有意義に利用することができ、高精度な空間光変調を実現することができる。
【００１６】
本開示の一側面によれば、上記入力電圧の変動幅は、空間光変調器の内部構造によって固定的に発生する波面収差を打消可能な位相範囲より大きい位相範囲で、空間光変調器が光の位相を変調可能であるように設定され得る。
【００１７】
本開示の一側面によれば、上記空間光変調器と、空間光変調器における複数の電極の夫々からの印加電圧を、位相画像データが表す各画素の値に対応した電圧に制御することにより、空間光変調器を通じて光の波面を補正するように構成されたコントローラと、空間光変調器の内部構造によって固定的に発生する波面収差を抑制する方向への波面補正を行うように構成された一以上の光学要素であって、光の伝搬経路における空間光変調器の上流地点及び下流地点の少なくとも一方に配置された一以上の光学要素と、を備える空間光変調システムが提供されてもよい。
【００１８】
このように構成された空間光変調システムによれば、空間光変調器の内部構造によって固定的に発生する波面収差を階調値の調整によって抑制する場合のように、ユーザが自由に利用可能な階調範囲が制限されるのを抑制することができる。
【００１９】
上述したように、本開示の一側面によれば、入力電圧の変動幅の調整、及び、光学要素の配置の一方及び両方によって、ユーザが実質的に利用可能な階調値の範囲が制限される
のを抑制することができ、高精度な空間光変調を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第一実施形態の波面補正システムの概略構成を表す図である。
【図２】空間光変調器の積層構造を表す図である。
【図３】空間光変調器における画素電極の配置を表す平面図である。
【図４】コントローラの詳細構成を表すブロック図である。
【図５】コントローラの制御回路及びメインコンピュータが有する機能を表すブロック図である。
【図６】画素電圧生成回路の詳細構成を表す図である。
【図７】画素電極への印加電圧と位相シフト量との対応関係を表すグラフである。
【図８】変形例の画像電圧生成回路の構成を表す図である。
【図９】第二実施形態の強度変調システムの概略構成を表す図である。
【図１０】画素電極への印加電圧と光強度との対応関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本開示の例示的実施形態を、図面と共に説明する。
［第一実施形態］
図１に示す本実施形態の波面補正システム１は、入力系１０から入力される光の波面を補正し、補正後の光を、出力系２０から外部に出力するシステムである。この波面補正システム１は、入力系１０、出力系２０、空間光変調器３０、コントローラ５０、及び、メインコンピュータ７０を備える。この波面補正システム１は、任意には、フィードバック制御のための波面センサ９０を備えることができる。この波面補正システム１は、任意には、空間光変調器３０の内部構造により固定的に発生する波面収差を抑制するための光学要素として、補正板９５を備えることができる。
【００２２】
入力系１０は、補正対象の光をコリメートして空間光変調器３０に入力する光学系である。天文学分野に本実施形態の波面補正システム１を適用する場合、入力系１０は、例えば、宇宙空間から飛来する光を空間光変調器３０に入力するように構成される。この光は、大気の揺らぎの影響を受けて、波面が歪んだ状態になる。波面補正システム１は、この歪んだ波面を補正する。出力系２０から外部に出力される補正後の光は、例えば、撮像システムにより画像化される。波面補正システム１により上記歪んだ波面が補正されることで、上記撮像システムでは、明瞭な再生画像を得ることができる。
【００２３】
空間光変調器３０は、液晶型空間光変調器であり、具体的には、ＬＣＯＳ型空間光変調器である。本実施形態で用いられる空間光変調器３０は、公知のＬＣＯＳ型空間光変調器３０と同様の構成を有すると理解されてよい。
【００２４】
この空間光変調器３０は、図２に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板３１上に、ＣＭＯＳバックプレーンとして、複数の画素電極３３が二次元配列されたアドレス部３２を備える。空間光変調器３０は、このアドレス部３２上に、配向層３４、液晶層３５、配向層３６、ＩＴＯ透明電極３７、及び、ガラス基板３９が積層された構成にされる。
【００２５】
複数の画素電極３３は、反射電極として機能し、入力系１０から、ガラス基板３９、ＩＴＯ透明電極３７、配向層３６、液晶層３５、及び、配向層３４を通じて到来する入力光を反射するように構成される。反射光は、配向層３４、液晶層３５、配向層３６、ＩＴＯ透明電極３７、及び、ガラス基板３９を通じて、出力系２０に伝播する。
【００２６】
これら複数の画素電極３３は、図３に示すように、液晶層３５の表面に平行なアドレス部３２の表面に沿って二次元配置される。画素電極３３の夫々には、個別のＡＣ駆動信号
がコントローラ５０から入力される。このＡＣ駆動信号は、交流（ＡＣ）電圧信号であり、具体的には、目標の位相シフト量φに対応した振幅電圧Ｖｐを示す矩形波信号である（図６参照）。以下、各画素電極３３に入力されるＡＣ駆動信号の振幅電圧Ｖｐのことを、画素電圧Ｖｐと表現する。
【００２７】
ＩＴＯ透明電極３７は、複数の画素電極３３に対する共通電極として、配向層３６、液晶層３５及び配向層３４を挟んで、複数の画素電極３３に対向配置される。ＩＴＯ透明電極３７には、コントローラ５０から、ＡＣ駆動信号として、画素電極３３に対するＡＣ駆動信号と同期した交流電圧信号であって、一定の振幅電圧Ｖｉを示す矩形波信号が入力される。以下、ＩＴＯ透明電極３７に入力されるＡＣ駆動信号の振幅電圧Ｖｉのことを、ＩＴＯ電圧Ｖｉと表現する。
【００２８】
コントローラ５０からのＩＴＯ透明電極３７及び画素電極３３に対する同期したＡＣ駆動信号の入力により、液晶層３５には、画素毎に、ＩＴＯ電圧Ｖｉと画素電圧Ｖｐとの差に対応した電圧が印加される。この印加により、液晶層３５における各画素電極３３に対応する画素領域を通過する光に対しては、その印加電圧に応じた位相シフトが生じる。
【００２９】
コントローラ５０は、図４に示すように、制御回路５１と、ＩＴＯ電圧生成回路５３と、画素電極３３毎の画素電圧生成回路５５と、を備える。制御回路５１は、図５に示すように、データ受信部５１１と、信号入力部５１３と、ＤＡＣ設定部５１５と、を備える。
【００３０】
制御回路５１のデータ受信部５１１は、メインコンピュータ７０と通信して、メインコンピュータ７０から位相画像データ及びＤＡＣ設定データを受信するように構成される。位相画像データは、空間光変調器３０で実現されるべき位相シフト量φの空間分布を階調表現する多値画像データである。この位相画像データは、各画素の値を階調数に対応する所定ビットのディジタル値で表す。位相画像データにおける画素の夫々は、空間光変調器３０が有する画素電極３３の夫々に対応する。以下では、位相画像データが示す各画素の値のことを階調値とも言う。例えば、２５６階調の位相画像データにおいて、画素の夫々は、８ビットのディジタル値で表され、階調値は、０から２５５までの値を採る。
【００３１】
ＤＡＣ設定データは、画素電圧生成回路５５が有するＤＡＣ６０（図６参照）に対して設定すべき参照電圧Ｖ１，Ｖ２の値を示す。ＤＡＣ６０は、ディジタル／アナログ変換器である。参照電圧Ｖ１，Ｖ２の設定により、ＤＡＣ６０は、値Ｖ１から値Ｖ２までの電圧範囲で、入力されるディジタル値をアナログ電圧に変換して出力するように構成される。
【００３２】
制御回路５１の信号入力部５１３は、データ受信部５１１が受信した位相画像データが示す各画素の階調値を、対応画素の画素電圧生成回路５５に入力するように構成される。信号入力部５１３は、更に所定周波数のタイミング信号を画素電圧生成回路５５及びＩＴＯ電圧生成回路５３に入力するように構成される。タイミング信号は、複数の画素電圧生成回路５５及びＩＴＯ電圧生成回路５３から同期したＡＣ駆動信号を、アドレス部３２に入力するための信号である。
【００３３】
ＤＡＣ設定部５１５は、データ受信部５１１が受信したＤＡＣ設定データに基づいて、各画素電圧生成回路５５が有するＤＡＣ６０に対して参照電圧Ｖ１，Ｖ２を設定するように構成される。
【００３４】
ＩＴＯ電圧生成回路５３は、制御回路５１から入力されるタイミング信号に従って、ＩＴＯ透明電極３７に対するＡＣ駆動信号を生成する。具体的に、ＩＴＯ電圧生成回路５３は、ＡＣ駆動信号として、タイミング信号に従う周期で電圧が反転する、一定の振幅電圧Ｖｉの矩形波信号を生成し、当該ＡＣ駆動信号をＩＴＯ透明電極３７に入力する。
【００３５】
画素電極３３毎の画素電圧生成回路５５は、図６に示すように、ＤＡＣ６０及びＡＣ駆動信号生成回路６９を備える。上述したように、ＤＡＣ６０は、制御回路５１から入力される対応画素の階調値Ｇを、画素電圧Ｖｐに変換する。ＤＡＣ６０は、位相画像データが２５６階調の多値画像データである場合、８ビットＤＡＣとして構成される。
【００３６】
図６に示す例によれば、画素電圧生成回路５５が備えるＤＡＣ６０は、抵抗列型のＮビットＤＡＣである。この例によれば、ＤＡＣ６０は、抵抗列６１とマルチプレクサ６３とを備え、マルチプレクサ６３が、制御回路５１から入力された階調値Ｇに基づき、同一値の抵抗Ｒが直列に並べられた抵抗列６１における複数のタップ位置の内の階調値Ｇに対応するタップ位置からの入力を選択的に出力する。この動作により、ＤＡＣ６０は、階調値Ｇを画素電圧Ｖｐに変換して出力する。
【００３７】
本実施形態においては、ＤＡＣ６０の抵抗列６１の両端に、電圧調整器６５，６６が設けられている。ＤＡＣ設定部５１５は、電圧調整器６５，６６の制御により、抵抗列６１両端の参照電圧Ｖ１，Ｖ２を、ＤＡＣ設定データが示す参照電圧Ｖ１，Ｖ２に設定する。こうしてＤＡＣ６０は、階調値Ｇを、参照電圧Ｖ１，Ｖ２に対応した画素電圧Ｖｐ＝Ｖ１＋（Ｖ２−Ｖ１）・Ｇ／Ｍに変換するように動作する。即ち、ＤＡＣ設定部５１５は、階調値Ｇの最小値０から最大値Ｍ＝（２Ｎ−１）までの変動範囲に対応した画素電圧Ｖｐの変動範囲を、ＤＡＣ設定データに基づき、値Ｖ１からＶ２までの範囲に設定するように構成される。
【００３８】
ＡＣ駆動信号生成回路６９は、ＤＡＣ６０から入力される画素電圧Ｖｐを、制御回路５１からのタイミング信号に基づき所定周期で反転させてＡＣ駆動信号を生成する。このＡＣ駆動信号は、振幅電圧Ｖｐの矩形波信号である。生成されたＡＣ駆動信号は、対応する画素電極３３に入力される。
【００３９】
この他、メインコンピュータ７０は、演算部７１、記憶部７３、及びユーザインタフェース７５を備え、記憶部７３が記憶するプログラムに基づく処理を、演算部７１が実行するように構成される。演算部７１は、上記プログラムに基づく処理の実行により、例えば、図５に示すようにＤＡＣ設定データ生成部７１１、位相画像データ生成部７１３、及び、データ送信部７１５として機能する。
【００４０】
ＤＡＣ設定データ生成部７１１は、ユーザインタフェース７５を通じて入力されるユーザからの操作信号に従って、ＤＡＣ設定データを生成するように構成される。ユーザは、空間光変調器３０にて実現されるべき位相シフト量φの範囲を指定する情報を、上記操作信号として入力することができる。ＤＡＣ設定データ生成部７１１は、この情報に基づいて、ユーザから指定された位相シフト量φの下限及び上限に対応する画素電圧Ｖｐを特定し、参照電圧Ｖ１の設定値として、上記位相シフト量φの下限に対応する画素電圧Ｖｐを指定し、参照電圧Ｖ２の設定値として、上記位相シフト量φの上限に対応する画素電圧Ｖｐを指定したＤＡＣ設定データを生成することができる。
【００４１】
位相画像データ生成部７１３は、例えば、補正対象の波面の歪みに関する情報に基づき、位相画像データを生成するように構成される。位相画像データ生成部７１３は、例えば、空間光変調器３０から出力される光の波面を検出する波面センサ９０からの入力信号を、補正対象の波面の歪みに関する情報として取得し、この情報に基づいて、波面の歪みを抑制するための位相画像データを生成することができる。
【００４２】
データ送信部７１５は、コントローラ５０と通信して、上記位相画像データ及びＤＡＣ設定データをコントローラ５０に送信する。波面センサ９０を用いて、フィードバック制
御系を構成することは、時間変化する波面の歪みの適切な補正に有意義である。
【００４３】
図７には、画素電圧Ｖｐと、当該画素電圧Ｖｐによって液晶層３５の対応画素領域を通過する光に生じる位相シフト量φとの関係を、グラフにより示す。このグラフからも理解できるように、画素電圧Ｖｐと位相シフト量φとの間には、およそ比例関係がある。
【００４４】
ここで、参照電圧Ｖ２を最大値Ｖｍａｘに設定し、参照電圧Ｖ１を最小値Ｖｍｉｎに設定した場合を考える。この場合には、画素電圧Ｖｐ＝Ｖｍｉｎにより実現される位相シフト量φｍｉｎから、画素電圧Ｖｐ＝Ｖｍａｘにより実現される位相シフト量φｍａｘまでの位相シフト量φの範囲φｍｉｎ〜φｍａｘが、所定階調の位相画像データで制御されることになる。この場合１階調当たりの位相シフト量Δφは、（φｍａｘ−φｍｉｎ）／Ｍである。
【００４５】
これに対し、参照電圧Ｖ２を、最大値Ｖｍａｘより小さい値に設定し、参照電圧Ｖ１を、最小値Ｖｍｉｎより大きい値に設定した場合を考える。この場合には、画素電圧Ｖｐ＝Ｖ１により実現される位相シフト量φ１から、画素電圧Ｖｐ＝Ｖ２により実現される位相シフト量φ２までの位相シフト量φの範囲φ１〜φ２が、所定階調の位相画像データで制御されることになる。この場合１階調当たりの位相シフト量Δφは、（φ２−φ１）／Ｍである。
【００４６】
このように、ＤＡＣ６０の参照電圧Ｖ１，Ｖ２を変更可能である本実施形態の波面補正システム１によれば、補正対象の波面が比較的狭い位相範囲で揺らぐ場合に、その狭い揺らぎに合わせて参照電圧Ｖ１，Ｖ２を設定することにより、その位相範囲における位相分解能を高めることができる。
【００４７】
従って、本実施形態の波面補正システム１によれば、安価なＬＣＯＳ型の空間光変調器３０が有する能力を有意義に活用して、ユーザの使用環境や波面補正対象の波面の揺らぎの大きさに応じた適切な波面補正を行うことができ、高精度な空間光変調を実現することができる。
【００４８】
付言すると、ＬＣＯＳ型空間光変調器３０は、その内部構造に起因して、入力光に波面収差を生じさせる。具体的には、ＬＣＯＳ型空間光変調器３０は、製造プロセス、及び、構成部材の精度の影響を受けて、入力光に、位相にして２πから４π程度の波面収差を固定的に生じさせる。
【００４９】
空間光変調器３０からの出力光において、上記内部構造に起因する波面収差が表れないようにするためには、位相画像データが示す位相シフト量φの空間分布に、上記内部構造に起因する波面収差を打ち消すための成分を含ませることができる。
【００５０】
但し、位相画像データにこのような成分を含ませる方法では、ユーザが波面補正目的のために有効に利用可能な階調範囲が制限される。また、補正対象の波面の揺らぎが小さい場合でも、内部構造に起因する波面収差を打ち消すことができるように画素電圧Ｖｐの範囲を広く設定する必要が生じ、参照電圧Ｖ１，Ｖ２の設定に制約を受ける。即ち、参照電圧Ｖ１，Ｖ２は、空間光変調器３０の内部構造によって生じる波面収差を打消可能な位相範囲より大きい位相範囲で、空間光変調器３０が入力光の位相を変調可能であるように設定されなければならない。このように上記方法では、参照電圧Ｖ１，Ｖ２の設定により、１階調当たりの位相シフト量Δφを小さくして、分解能を向上させることに限界が生じる。
【００５１】
従って、任意ではあるが、入力系１０から出力系２０までの光の伝搬経路には、図１に
示すように、空間光変調器３０の内部構造により固定的に発生する波面収差を抑制するための補正板９５を設けるのが好ましい。
【００５２】
補正板９５は、光学レンズとして構成可能である。図１に示す例によれば、補正板９５は、空間光変調器３０の表面に沿って配置されて、空間光変調器３０に入力される光及び空間光変調器３０から出力される光の波面を、上記内部構造による波面収差を抑制する方向に補正する。この補正板９５は、空間光変調器３０の内部構造によって生じる波面収差とは逆の波面収差特性を、空間光変調器３０の上流及び下流を含む経路全体で示すように構成され得る。
【００５３】
補正板９５が有する上記逆の波面収差特性により、空間光変調器３０の内部構造に起因する波面収差が出力系２０への伝搬光から取り除かれる場合、位相画像データには、内部構造に起因する波面収差を打ち消す成分を含ませる必要がなくなる。従って、補正板９５を備える波面補正システム１によれば、補正対象の光の波面の揺らぎに合わせて、画素電圧Ｖｐの変動範囲を狭めて、１階調当たりの位相シフト量Δφを小さくすることができ、位相分解能を向上させることができる。このように補正板９５を設けることで、より高精度な波面補正を実現することができる。
【００５４】
続いて、画素電圧生成回路５５の変形例を説明する。図６に示す画素電圧生成回路５５は、図８に示す画素電圧生成回路５８に変更されてもよい。図８に示す変形例の画素電圧生成回路５８は、ＤＡＣ６０と、ＡＣ駆動信号生成回路６９との間に、電圧調整器６８を備える。この画素電圧生成回路５５は、電圧調整器６８により、ＤＡＣ６０からの出力電圧Ｖｏｕｔを補正して、画素電圧Ｖｐを生成するように構成される。制御回路５１のＤＡＣ設定部５１５は、ＤＡＣ設定データに基づき、最小階調値Ｇ＝０で画素電圧Ｖｐが値Ｖ１となり、最大階調値Ｇ＝Ｍで画素電圧Ｖｐが値Ｖ２となるように、電圧調整器６８を制御することが可能である。値Ｖ１は、値Ｖｍｉｎと共に固定的にゼロであり得る。このような画素電圧Ｖｐの制御によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
付言すれば、第一実施形態及び変形例における画素電圧生成回路５５，５８の構成は、空間光変調器３０を用いた強度変調システム１００に適用されてもよい。
［第二実施形態］
第二実施形態の強度変調システム１００は、図９に示すように、入力系１１０、出力系１２０、光サーキュレータ１３０、コリメータ１４０、偏光子１５０、１／４波長板１６０、空間光変調器３０、コントローラ５０、及び、メインコンピュータ７０を備える。第一実施形態と同一符号の構成要素は、第一実施形態と同様の構成を有すると理解されてよい。
【００５６】
この強度変調システム１００では、入力系１１０からの入力光が光サーキュレータ１３０を通じてコリメータ１４０に案内され、コリメータ１４０によりコリメートされる。コリメートされた入力光は、偏光子１５０に入力され、直線偏光に変換される。直線偏光は、１／４波長板１６０に入力されて、円偏光に変換され、空間光変調器３０に入力される。空間光変調器３０は、入力される円偏光を、楕円偏光に変換して出力する。楕円偏光は、再び１／４波長板１６０に入力されて、直線偏光に変換される。この直線偏光は、偏光子１５０、コリメータ１４０及び光サーキュレータ１３０を通じて、出力系１２０に入力される。
【００５７】
入力系１１０からの入力光は、空間光変調器３０による楕円偏光への変換、及び、１／４波長板１６０による直線偏光への変換を経て、偏光子１５０の偏光軸に対する角度の異なる直線偏光として出力系１２０側に伝搬することにより、強度調整される。このような原理に基づき強度変調する強度変調システム１００の光学系は、公知であるため、これ以
上の詳細な説明を省略する。
【００５８】
本実施形態の強度変調システム１００は、コントローラ５０が、第一実施形態と同様の構成を有し、メインコンピュータ７０からのＤＡＣ設定データに基づく参照電圧Ｖ１，Ｖ２の設定により、階調値Ｇと画素電圧Ｖｐとの対応関係を変更できるように構成されていることが特徴的である。
【００５９】
図１０には、出力系１２０から外部に出力される光の強度Ｐと、画素電圧Ｖｐとの対応関係を示す。この図から、強度変調システム１００は、画素電圧Ｖｐを最小値Ｖｉｍから最大値Ｖｍａｘまで変化させなくとも、限られた範囲ＶＬ〜ＶＵで画素電圧Ｖｐを変化させれば、光強度Ｐを、最小値Ｐｍｉｎから最大値Ｐｍａｘまで調整可能であることが理解できる。従って、ユーザは、ＤＡＣ６０の出力電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２を、光強度Ｐが最小値Ｐｍｉｎから最大値Ｐｍａｘまで変化する範囲ＶＬ〜ＶＵに設定することで、光強度Ｐの調整に係る分解能を向上させることができる。
【００６０】
例えば、参照電圧Ｖ１が最小値Ｖｍｉｎであり、参照電圧Ｖ２が最大値Ｍａｘである場合には、値０から値Ｍまでの階調値Ｇの範囲の所定割合（ＶＵ−ＶＬ）／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）を用いて、画素電圧Ｖｐを値ＶＬから値ＶＵまで変化させて、光強度Ｐを最小値Ｐｍｉｎから最大値Ｐｍａｘまで制御することになる。一方、参照電圧Ｖ１が光強度Ｐｍｉｎを実現する画素電圧Ｖｐ＝ＶＬであり、参照電圧Ｖ２が光強度Ｐｍａｘを実現する画素電圧Ｖｐ＝ＶＵであるときには、値０から値Ｍまでの階調値Ｇの全範囲を用いて、画素電圧Ｖｐを値ＶＬから値ＶＵまで変化させ、光強度Ｐを最小値Ｐｍｉｎから最大値Ｐｍａｘまで制御することができる。
【００６１】
このように前者の場合には、１階調当たりの光強度の変化量ΔＰが、ΔＰ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／｛Ｍ×（ＶＵ−ＶＬ）／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）｝であり、後者の場合には、１階調当たりの光強度の変化量ΔＰが、ΔＰ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｍである。後者の場合における、光強度Ｐの制御精度は、前者の場合と比較して明らかに高い。
【００６２】
上記強度変調システム１００によれば、画素電圧Ｖｐと光強度Ｐとの対応関係は波長により大きく変化する。このため、参照電圧Ｖ１，Ｖ２を変更することができない従来システムでは、取り扱う波長範囲が広い程、特定波長には必要のない電圧範囲まで階調値を割り当てる必要が生じ、高精度な強度変調を行うことが難しい。
【００６３】
これに対して、本実施形態の強度変調システム１００によれば、使用環境に応じて必要最小限の電圧範囲に対して階調を割り当てることができるので、ＬＣＯＳ型の空間光変調器３０が有する能力を有意義に活用して、高精度な強度変調を実現することができる。
【００６４】
［他の実施形態］
以上、本開示の例示的実施形態を説明したが、本開示の技術は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様と採ることができる。例えば、本開示の技術は、波面補正システム１及び強度変調システム１００に限定されず、階調値Ｇと画素電圧Ｖｐとの対応関係の変更が有意義な効果に繋がる様々なシステムに適用することができる。
【００６５】
第一実施形態の波面補正システム１は、階調値Ｇと画素電圧Ｖｐとの対応関係を固定したシステムとして構成されてもよい。この場合、波面補正システム１は、補正板９５を備えることができる。補正板９５によれば、上述したように空間光変調器３０の内部構造に起因する波面収差の影響を抑えることができるので、ユーザは、空間光変調器３０をより有意義に活用することができる。なお、補正板９５は、入力系１０から出力系２０までの光の伝搬経路において複数設けられてもよい。この場合、複数の補正板は、全体として、
空間光変調器３０の内部構造に起因する波面収差特性とは逆の波面収差特性を示すように配置され得る。
【００６６】
上記実施形態における１つの構成要素が有する機能は、複数の構成要素に分散して設けられてもよい。複数の構成要素が有する機能は、１つの構成要素に統合されてもよい。上記実施形態の構成の一部は、省略されてもよい。上記実施形態の構成の少なくとも一部は、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換されてもよい。特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００６７】
［対応関係］
用語間の対応関係は、次の通りである。ＤＡＣ６０は、コントローラが備える変換器の一例に対応し、ＤＡＣ設定部５１５は、変更ユニットの一例に対応し、ＤＡＣ設定データは、外部命令の一例に対応し、画素電圧Ｖｐは、電極への入力電圧の一例に対応し、参照電圧Ｖ１及び参照電圧Ｖ２は、入力電圧の最小値及び最大値に夫々対応する。
【符号の説明】
【００６８】
１…波面補正システム、１０，１１０…入力系、２０，１２０…出力系、３０…空間光変調器、３１…シリコン基板、３２…アドレス部、３３…画素電極、３４，３６…配向層、３５…液晶層、３７…ＩＴＯ透明電極、３９…ガラス基板、５０…コントローラ、５１…制御回路、５３…ＩＴＯ電圧生成回路、５５，５８…画素電圧生成回路、６０…ＤＡＣ、６１…抵抗列、６３…マルチプレクサ、６５，６６，６８…電圧調整器、６９…ＡＣ駆動信号生成回路、７０…メインコンピュータ、７１…演算部、７３…記憶部、７５…ユーザインタフェース、９０…波面センサ、９５…補正板、１００…強度変調システム、１３０…光サーキュレータ、１４０…コリメータ、１５０…偏光子、１６０…１／４波長板、５１１…データ受信部、５１３…信号入力部、５１５…ＤＡＣ設定部、７１１…ＤＡＣ設定データ生成部、７１３…位相画像データ生成部、７１５…データ送信部。
【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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