(57)【要約】【課題】  電圧依存性位相変調特性の補正、及び電圧非依存性歪みの補正を高い精度で行うことが可能な反射型位相変調装置を提供する。【解決手段】入力値設定手段４７は、区画毎に設けられたルックアップテーブル１１に基づいて入力値を制御値に変換し、駆動手段３６は、制御値を、動作電圧範囲内に設定された所定の電圧範囲内の電圧値に変換し、各画素を電圧値の駆動電圧にてＬＣＯＳ型空間光変調器の各画素を駆動する。各ルックアップテーブル１１は、入力値が採りうる複数の第１の値と、複数の第１の値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納している。【選択図】図１
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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、動作電圧範囲内の電圧値の駆動電圧の印加に応じて入力光に対し位相変調を行うことができるＬＣｏＳ型空間光変調器と、
各画素に対して入力値を設定する入力値設定手段と、
単一の画素もしくは複数の画素からなる区画毎に設けられた区画の数に対応した数のルックアップテーブルと、
各画素に対して入力された入力値を、対応するルックアップテーブルを参照して、制御値に変換する変換手段と、
前記制御値を、前記動作電圧範囲内に設定された所定の電圧範囲内の電圧値に変換し、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からなり、
前記所定の電圧範囲は、前記複数の画素のうちの少なくとも１つの画素の電圧依存性位相変調特性に基づいて設定されており、
各ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納していることを特徴とする反射型位相変調装置。
【請求項２】
前記入力値設定手段は、所望の位相パターンを示す所望値と電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値とを画素毎に足し合わせて、足し合わせた結果を、各画素に対する入力値として設定し、
各ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納していることを特徴とする請求項１に記載の反射型位相変調装置。
【請求項３】
前記入力値設定手段は、所望の位相パターンを示す所望値を画素毎に入力値として設定し、
各ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値に対し電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を足し合わせた値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納していることを特徴とする請求項１に記載の反射型位相変調装置。
【請求項４】
前記各区画は互いに隣り合う複数の画素からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型位相変調装置。
【請求項５】
前記各ルックアップテーブルは、既に作成されたルックアップテーブルを参照して入力値の前記複数の第１の値を複数の制御値に変換し、前記複数の制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、対応する区画に属する前記少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量を測定して得られた測定結果に基づき反復して作成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の反射型位相変調装置。
【請求項６】
前記各区画についての電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値は、全区画について同一の位相を示す値を各区画について既に作成された補正値と足し合わせて、前記対応するルックアップテーブルを参照して制御値に変換し、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、対応する区画に属する前記少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して電圧非依存性歪みを測定して得られた測定結果に基づき反復して作成されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の反射型位相変調装置。
【請求項７】
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、動作電圧範囲内の電圧値の駆動電圧の印加に応じて入力光に対し位相変調を行うことができるＬＣｏＳ型空間光変調器と、画素毎に入力値を設定する入力値設定部と、単一の画素もしくは複数の画素からなる区画毎に設けられた区画の数に対応した数のルックアップテーブルを参照して入力値を制御値に変換する変換器と、制御値を電圧値に変換して前記電圧値の駆動電圧を各画素に印加することができる駆動回路とを備えた反射型位相変調装置の設定方法であって、
少なくとも１つの画素を前記動作電圧範囲内の電圧値の駆動電圧にて駆動し、前記少なくとも１つの画素の電圧依存性位相変調特性を測定する工程と、
前記電圧依存性位相変調特性に基づいて、前記動作電圧範囲内に所定の電圧範囲を設定する工程と、
前記駆動回路に対して、制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換するよう設定する工程と、
前記区画毎に、前記ルックアップテーブルを作成し、前記変換器に対し、各区画に属する画素については、対応するルックアップテーブルを参照して入力値を制御値に変換するよう設定する工程とからなり、
前記ルックアップテーブル作成工程は、
前記変換器を制御して、複数の制御値を前記所定の電圧範囲内の複数の電圧値に変換し、各区画に属する少なくとも１つの画素を前記複数の電圧値の駆動電圧にて駆動して、電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量を測定する工程と、
前記測定結果に基づき、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値と位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納したルックアップテーブルを決定する工程とからなることを特徴とする設定方法。
【請求項８】
既に求められた前記ルックアップテーブルを更新するか否か判断する工程と、
前記ルックアップテーブルを更新すると決定した場合に、前記ルックアップテーブルを更新する工程とを更に備え、
前記ルックアップテーブル更新工程は、
前記変換器を制御して、入力値の前記複数の第１の値のそれぞれを、前記ルックアップテーブルを参照して制御値に変換する工程と、
前記駆動回路を制御して、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、対応する区画に属する前記少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して、電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量を測定する工程と、
前記測定した結果に基づき、前記ルックアップテーブルを更新する工程とからなることを特徴とする請求項７記載の設定方法。
【請求項９】
各区画について、電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を決定する工程を、更に備え、
前記補正値を決定する工程は、
前記変換器を制御して、全区画について同一の位相を示す値を、区画毎に、対応するルックアップテーブルを参照して、制御値に変換する工程と、
前記駆動回路を制御して、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、各区画に属する少なくとも１つの画素を前記電圧値にて駆動して、得られる電圧非依存性歪みを測定する工程と、
測定された電圧非依存性歪みに基づき、電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を前記区画毎に決定する工程とからなることを特徴とする請求項７または８記載の設定方法。
【請求項１０】
既に求められた前記補正値を更新するか否か判断する工程と、
前記補正値を更新すると決定した場合に、前記補正値を更新する工程とを更に備え、
前記補正値更新工程は、
全区画について同一の位相を示す値を、区画毎に、既に作成されている補正値に足し合わせる工程と、
前記変換器を制御して、各区画に属する少なくとも１つの画素について、足し合わせた結果の値を、対応するルックアップテーブルを参照して、制御値に変換する工程と、
前記駆動回路を制御して、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、各区画に属する少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して、得られる電圧非依存性歪みを測定する工程と、
測定された電圧非依存性歪みに基づき、電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を更新する工程とからなることを特徴とする請求項９記載の設定方法。
【請求項１１】
前記入力値設定部に対し、画素毎に、所望の位相パターンを示す所望値と、前記画素に対応する電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値とを足し合わせて、足し合わせた結果を、各画素に対する入力値として設定するよう、設定する工程を更に備えたことを特徴とする請求項７乃至１０記載の設定方法。
【請求項１２】
前記入力値設定部に対し、所望の位相パターンを示す所望値を画素毎に入力値として設定するよう、設定する工程と、
各ルックアップテーブルを補正する工程とを備え、
前記ルックアップテーブル補正工程は、各区画用のルックアップテーブルの前記複数の第１の値に対し当前記区画用に求められた補正値を足し合わせることで、前記複数の第１の値を設定しなおすことにより、前記ルックアップテーブルを補正し、もって、前記ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値に対し前記補正値を足し合わせた値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを、１対１に格納することになることを特徴とする請求項７乃至１０記載の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型位相変調装置及び、反射型位相変調装置の設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）を用いた空間光変調装置（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）が知られている。画素電極に電圧を印加すると、ＬＣｏＳ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２１に示すように、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の鏡面の平面度が低下する。さらに、ＬＣｏＳは、液晶層の厚みも不均一である。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、位相変調量は画素毎によって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。
2008176150.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。ここで、φ（Ｖ，ｘ，ｙ）は、以下の式によって表される。          
2008176150.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）によって、φ（Ｖ，ｘ，ｙ）は、画素毎にも異なる値となる。一方、Φ０（ｘ、ｙ）は、主としてＬＣｏＳ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と位相変調量の画素毎のバラツキと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毎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、ＬＣｏＳ型ＳＬＭではないが、位相変調型ＳＬＭを用いて、電圧依存性の歪みの補正を行う方法が提案されている（例えば非特許文献４）。
【０００７】
また、位相変調型ＳＬＭにおいて出力波面の歪みを２光束干渉計で計測し、歪みをキャンセルするパターンを用いて電圧非依存性を補正する方法が提案されている。（例えば特許文献１）
【非特許文献１】Phase calibration of spatially nonuniform 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, Volume 5553, Oct. 2004]
【非特許文献３】Active, LCOS based laser interferometer for microelements studies [Opt. Express, Nol. 14, No. 21, Oct. 2006]
【非特許文献４】Highly stable wavefront control using a hybrid liquid-crystal spatial light modulator [Proc. SPIE, volume 6306, Apr. 2006]
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００３／０３６３６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、そ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。
【０００９】
非特許文献２−３では、単一のルックアップテーブルを用いて非線形性の補正を行なっているため、電圧依存性位相変調特性による位相変調量の画素毎のバラツキを補正することができない。そのため、歪みの大きなＬＣｏＳ型ＳＬＭを補正しようとすると精度が悪くなることが記載されている。
【００１０】
非特許文献４では、位相変調型ＳＬＭにおいて、電圧依存性の歪みを偏光干渉計で計測している。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の歪みの補正をしている。
【００１１】
本発明は、電圧依存性位相変調特性の補正、及び電圧非依存性歪みの補正を高い精度で行うことが可能なＬＣｏＳ型位相変調装置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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、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、動作電圧範囲内の電圧値の駆動電圧の印加に応じて入力光に対し位相変調を行うことができるＬＣｏＳ型空間光変調器と、各画素に対して入力値を設定する入力値設定手段と、単一の画素もしくは複数の画素からなる区画毎に設けられた区画の数に対応した数のルックアップテーブルと、各画素に対して入力された入力値を、対応するルックアップテーブルを参照して、制御値に変換する変換手段と、前記制御値を、前記動作電圧範囲内に設定された所定の電圧範囲内の電圧値に変換し、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からなり、前記所定の電圧範囲は、前記複数の画素のうちの少なくとも１つの画素の電圧依存性位相変調特性に基づいて設定されており、各ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納していることを特徴とする反射型位相変調装置を提供している。
【００１３】
動作電圧範囲の内、電圧依存性位相変調特性に基づいた所定の電圧範囲内で駆動電圧を制御しているため、駆動電圧を精度良く制御できる。また、入力値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるよう、電圧依存性位相変調特性を補正することができるので、所望の位相変調量を得ることができる。
【００１４】
また、前記入力値設定手段は、所望の位相パターンを示す所望値と電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値とを画素毎に足し合わせて、足し合わせた結果を、各画素に対する入力値として設定し、各ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納していることが好ましい。
【００１５】
このように入力値を設定しているため、電圧非依存性歪みを補正することができる。また、入力値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるよう、電圧依存性位相変調特性を補正することができる。
【００１６】
前記入力値設定手段は、所望の位相パターンを示す所望値を画素毎に入力値として設定し、各ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値に対し電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を足し合わせた値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納していることが好ましい。これにより、ルックアップテーブルを適用するだけで電圧非依存性歪みも補正することができる。また、前記各区画は互いに隣り合う複数の画素からなることが好ましい。これにより、画素毎の位相変調量のバラツキが補正される。
【００１７】
前記各ルックアップテーブルは、既に作成されたルックアップテーブルを参照して入力値の前記複数の第１の値を複数の制御値に変換し、前記複数の制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、対応する区画に属する前記少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量を測定して得られた測定結果に基づき反復して作成されることが好ましい。これにより、ルックアップテーブルのデータ量を減らしつつ電圧依存性位相変調特性を補正できる
【００１８】
前記各区画についての電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値は、全区画について同一の位相を示す値を各区画について既に作成された補正値と足し合わせて、前記対応するルックアップテーブルを参照して制御値に変換し、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、対応する区画に属する前記少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して電圧非依存性歪みを測定して得られた測定結果に基づき反復して作成されることが好ましい。これにより、高い精度の補正値が得られ、精度よく電圧非依存性歪みを補正できる。
【００１９】
また、本発明は、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、動作電圧範囲内の電圧値の駆動電圧の印加に応じて入力光に対し位相変調を行うことができるＬＣｏＳ型空間光変調器と、画素毎に入力値を設定する入力値設定部と、単一の画素もしくは複数の画素からなる区画毎に設けられた区画の数に対応した数のルックアップテーブルを参照して入力値を制御値に変換する変換器と、制御値を電圧値に変換して前記電圧値の駆動電圧を各画素に印加することができる駆動回路とを備えた反射型位相変調装置の設定方法であって、少なくとも１つの画素を前記動作電圧範囲内の電圧値の駆動電圧にて駆動し、前記少なくとも１つの画素の電圧依存性位相変調特性を測定する工程と、前記電圧依存性位相変調特性に基づいて、前記動作電圧範囲内に所定の電圧範囲を設定する工程と、前記駆動回路に対して、制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換するよう設定する工程と、前記区画毎に、前記ルックアップテーブルを作成し、前記変換器に対し、各区画に属する画素については、対応するルックアップテーブルを参照して入力値を制御値に変換するよう設定する工程とからなり、前記ルックアップテーブル作成工程は、前記変換器を制御して、複数の制御値を前記所定の電圧範囲内の複数の電圧値に変換し、各区画に属する少なくとも１つの画素を前記複数の電圧値の駆動電圧にて駆動して、電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量を測定する工程と、前記測定結果に基づき、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値と位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを１対１に格納したルックアップテーブルを決定する工程とからなることを特徴とする設定方法を提供している。
【００２０】
駆動回路に対し、動作電圧範囲内の内、電圧依存性位相変調特性に基づいて定めた所定の電圧範囲内の電圧値で駆動電圧を制御するよう設定した上で、入力値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるよう電圧依存性位相変調特性を補正するルックアップテーブルを作成している。かかるルックアップテーブルによれば、所望の位相変調量を精度良く得ることができる。
【００２１】
また、既に求められた前記ルックアップテーブルを更新するか否か判断する工程と、前記ルックアップテーブルを更新すると決定した場合に、前記ルックアップテーブルを更新する工程とを更に備え、前記ルックアップテーブル更新工程は、前記変換器を制御して、入力値の前記複数の第１の値のそれぞれを、前記ルックアップテーブルを参照して制御値に変換する工程と、前記駆動回路を制御して、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、対応する区画に属する前記少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して、電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量を測定する工程と、前記測定した結果に基づき、前記ルックアップテーブルを更新する工程とからなることが好ましい。これにより、高い精度のルックアップテーブルが得られる。
【００２２】
各区画について、電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を決定する工程を、更に備え、前記補正値を決定する工程は、前記変換器を制御して、全区画について同一の位相を示す値を、区画毎に、対応するルックアップテーブルを参照して、制御値に変換する工程と、前記駆動回路を制御して、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、各区画に属する少なくとも１つの画素を前記電圧値にて駆動して、得られる電圧非依存性歪みを測定する工程と、測定された電圧非依存性歪みに基づき、電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を前記区画毎に決定する工程とからなることが好ましい。これにより、位相変調装置は電圧非依存性歪みを補正することができる。
【００２３】
既に求められた前記補正値を更新するか否か判断する工程と、前記補正値を更新すると決定した場合に、前記補正値を更新する工程とを更に備え、前記補正値更新工程は、全区画について同一の位相を示す値を、区画毎に、既に作成されている補正値に足し合わせる工程と、前記変換器を制御して、各区画に属する少なくとも１つの画素について、足し合わせた結果の値を、対応するルックアップテーブルを参照して、制御値に変換する工程と、前記駆動回路を制御して、前記制御値を前記所定の電圧範囲内の電圧値に変換して、各区画に属する少なくとも１つの画素を前記電圧値の駆動電圧にて駆動して、得られる電圧非依存性歪みを測定する工程と、測定された電圧非依存性歪みに基づき、電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値を更新する工程とからなることが好ましい。これにより、高い精度の補正値が得られる。
【００２４】
前記入力値設定部に対し、画素毎に、所望の位相パターンを示す所望値と、前記画素に対応する電圧非依存性歪み補正用パターンを示す補正値とを足し合わせて、足し合わせた結果を、各画素に対する入力値として設定するよう、設定する工程を更に備えたことが好ましい。これにより、位相変調装置は、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ことができる。
【００２５】
前記入力値設定部に対し、所望の位相パターンを示す所望値を画素毎に入力値として設定するよう、設定する工程と、各ルックアップテーブルを補正する工程とを備え、前記ルックアップテーブル補正工程は、各区画用のルックアップテーブルの前記複数の第１の値に対し当前記区画用に求められた補正値を足し合わせることで、前記複数の第１の値を設定しなおすことにより、前記ルックアップテーブルを補正し、もって、前記ルックアップテーブルは、入力値が採りうる複数の第１の値と、前記複数の第１の値に対し前記補正値を足し合わせた値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるために制御値が採るべき複数の第２の値とを、１対１に格納することになることが好ましい。これにより、位相変調装置は、ルックアップテーブルを適用するだけで電圧非依存性歪みも補正することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の反射型位相変調装置によれば、動作電圧範囲の内、電圧依存性位相変調特性に基づいた所定の電圧範囲内で駆動電圧を制御しているため、駆動電圧を精度良く制御できる。また、入力値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるよう、電圧依存性位相変調特性を補正することができるので、所望の位相変調量を得ることができる。
【００２７】
また、本発明の反射型位相変調装置の設定方法によれば、駆動回路に対し、動作電圧範囲内の内、電圧依存性位相変調特性に基づいて定めた所定の電圧範囲内の電圧値で駆動電圧を制御するよう設定した上で、入力値と電圧依存性位相変調特性を示す位相変調量との関係が所定の線形関係になるよう電圧依存性位相変調特性を補正するルックアップテーブルを作成している。かかるルックアップテーブルによれば、所望の位相変調量を精度良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１に示すように、ＬＣｏＳ型位相変調装置１は、ＬＣｏＳ型空間光変調器２と、ＬＣｏＳ型空間光変調器２に電圧を駆動する駆動装置３と、駆動装置３に後述する制御入力値Ａなどのデータを送信する制御装置４とを備える。
【００２９】
図２に示すように、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、垂直配向、もしくはハイブリッド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。尚、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。
【００３０】
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。
【００３１】
図３（Ａ）−３（Ｃ）に示すように、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（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３（Ｂ）は当該電位差が低い状態、図３（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。
【００３２】
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入射させる。各画素電極２２で位相を変調することにより、光の位相分布が制御される。従って、ＬＣｏＳ型空間光変調器２は波面を制御できる。
【００３３】
図１に示すように、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、通信装置４２と、メモリ４３と、ＨＤＤ４４とを備える。ＨＤＤ４４は、所望パターン１３と、ルックアップテーブル１１（以下ＬＵＴ１１）と、補正パターン１２とを格納している。ＬＵＴ１１は、ＬＣｏＳ型空間光変調器２の画素数と同じ個数あり、画素と１対１で対応しており、電圧依存性位相変調特性（非線形性および電圧依存性歪み）を補正するためのものである。補正パターン１２は、電圧非依存性歪みを補正するためのものである。中央処理装置４１は、変換手段４６と、入力値設定手段４７とを備える。入力値設定手段４７は、各画素に対して制御入力値Ａを設定する。変換手段４７は、各画素に対して設定された制御入力値Ａを、対応するＬＵＴ１１を参照して、ＤＡ（デジタルアナログ）入力値Ｂ（本発明の制御値）に変換する。
【００３４】
ＬＣｏＳ型位相変調装置１で位相変調を行う場合には、中央処理装置４１は、ＬＵＴ１１と補正パターン１２と所望パターン１３とをＨＤＤ４４からメモリ４３に読み出す。入力値設定手段４７は、所望パターン１３と補正パターン１２とを画素毎に足し合せ、その加算結果を制御入力値Ａとする。制御入力値Ａは、全階調数がＮ（０からＮ−１）のデジタル信号であり、本実施の形態ではＮ＝２５６である。なお、所望パターン１３を示す値も、補正パターン１２を示す値もそれぞれ２５６階調のデータである。また、加算結果の値がＮを超える場合には、さらに制御入力値Ａの位相折り畳み処理が施され、その結果を制御入力値Ａとする。即ち、制御入力値Ａは、位相変調量に対応し、制御入力値Ａが０からＮ−１で位相変調量の１周期分（２π[rad]）に対応する。従って、制御入力値Ａの位相折り畳み処理において、中央処理装置４１は、上記の加算結果が負の値もしくは２５５以上の値となった場合には、当該値を、当該値を２５６で割った余りに置き換えた値を制御入力値Ａとする。例えば、上記の加算結果が５１２のときには、制御入力値Ａは０となる。また、加算結果が３８４のときには制御入力値Ａは１２８となる。なお、加算結果が負の値を２５６で割った余りを求めるには、まず、当該負の値の絶対値を求め、次に、当該絶対値の値と足しあわせると足しあわせた結果が２５６の整数倍となるような最小の正の値を上記の加算結果とすればよい。例えば、加算結果が−６４となったら、制御入力値Ａは１９２である。
【００３５】
変換手段４６は、ＬＵＴ１１に基づいて、制御入力値Ａを、ＤＡ入力値Ｂに変換する。ＤＡ入力値Ｂは全階調数がＭ（０からＭ−１）のデジタル信号である。ここで、Ｍは、Ｍ＞Ｎを満たす整数であり、本実施の形態ではＭ＝４０９６である。図４に示されるように、ＬＵＴ１１は、制御入力値Ａが採りうる値ｔa（第１の値）とＤＡ入力値Ｂが採るべき値ｔｂ（第２の値）との対応関係を示すものである。ＬＵＴ１１を用いることにより、ＤＡ入力値Ｂが採りうる値ｔaと、電圧依存性位相変調量φとの関係が線形関係になるようにＤＡ入力値Ｂが設定されている。ただし、図４のφに関する値はＬＵＴ１１を用いて実際に測定を行った場合の位相変調量を示すものであり、ＬＵＴ１１はφに対応するデータを有してはいない。通信装置４２は、ＤＡ入力値Ｂなどのデータを駆動装置３に出力する。
【００３６】
駆動装置３は、通信装置３３と、処理装置３１と、Ｄ／Ａ（デジタルアナログ）回路３２とを有する。通信装置３３は、制御装置４からＤＡ入力値Ｂなどのデータを受信し、処理装置３１に出力する。処理装置３１は、ＤＡ入力値Ｂ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、処理装置３１は、ＤＡ入力値ＢをＤ／Ａ回路３２に出力する。Ｄ／Ａ回路３２は駆動手段３６を備える。駆動手段３６は、動作可能な電圧範囲Ｐ−Ｒ内に設定された所定の使用電圧範囲（Ｑ−Ｒ）内の電圧値に変換し、各画素を電圧値の駆動電圧にて駆動する。
【００３７】
まず、駆動手段３６は、ＤＡ入力値ＢをＬＣｏＳ型空間光変調器２に印加する使用電圧を示すアナログ信号Ｃに変換する。図５に示すように、かかる変換においては、Ｄ／Ａ回路３２は、０‐４０９５のＤＡ入力値Ｂを、使用電圧範囲Ｑ−Ｒ（最小値Ｑから最大値Ｒ）内の駆動電圧値を示すアナログ信号Ｃに変換するよう設定されている。ここで、ＤＡ入力値Ｂ（０‐４０９５）は使用電圧範囲Ｑ−Ｒに対して線形に割り当てられ、印加する駆動電圧のとる使用電圧範囲Ｑ−Ｒは、ＬＣｏＳ型空間光変調器２が動作可能な動作電圧範囲Ｐ−Ｓの一部である。
【００３８】
変換手段４６が、制御入力値Ａを画素毎に設定されたＬＵＴ１１にてＤＡ入力値Ｂに変換し、更に、駆動手段３６が、ＤＡ入力値Ｂを使用電圧範囲Ｑ−Ｒ内の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に電圧を印加する。これにより得られる位相変調量Φは、図４に示すように、制御入力値Ａに対し線形でかつ、画素毎のバラツキがないものとなる。
【００３９】
上記構成を有するＬＣｏＳ型位相変調装置１は、図６に示すように動作して位相変調を行なう。まず、ステップ４１で、制御装置４の中央処理装置４１は、補正パターン１２をＨＤＤ４４からメモリ４３に読み出す。ステップ４１と並行してステップ４２では、中央処理装置４１は所望の位相表現を行う所望パターン１３をＨＤＤ４４からメモリ４３に読み出す。但し、中央処理装置４１が所望パターン１３を作成しメモリ４３に所望パターン１３を保存するようにしてもよい。次に、ステップ４３で、入力値設定手段４７は、所望パターン１３の値と補正パターン１２の値とを画素毎に足し合わせ、必要に応じて足し合わせた値の位相折り畳みを行ない、制御入力値Ａを画素毎に求める。ここで、足し合わせた値の位相折り畳みは上述の制御入力値Ａの位相折り畳みと同様である。即ち、足し合わせた値は、階調０‐２５５で位相変調量の１周期分（２π[rad]）に対応する。従って、足し合わせた値の位相折り畳み処理において、中央処理装置４１は、上記の加算結果が負の値もしくは２５５以上の値となった場合には、当該値を、当該値を２５６で割った余りに置き換えた値を制御入力値Ａとする。なお、加算結果が負の値を２５６で割った余りを求めるには、まず、当該負の値の絶対値を求め、次に、当該絶対値の値と足しあわせると足しあわせた結果が２５６の整数倍となるような最小の正の値を上記の加算結果とすればよい。ステップ４４において、中央処理装置４１は、ＨＤＤ４４からメモリ４３へ各画素に対するＬＵＴ１１を読み出す。ステップ４５では、変換手段４６は、各画素の制御入力値Ａの値に対してＬＵＴ１１を参照してＤＡ入力値Ｂを求める。ステップ４６では、中央処理装置４１は、ＤＡ入力値Ｂを通信装置４２を介して駆動装置３に送信する。すると、処理装置３１は、ＤＡ入力値ＢをＤ／Ａ回路３２へ転送すると共に、デジタル制御信号を発生させる。駆動手段３６は、ＤＡ入力値Ｂをアナログ信号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処理装置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。
【００４０】
次に、ＬＣｏＳ型位相変調装置１の設定方法について説明する。ＬＣｏＳ型位相変調装置１を設定する際には、まず、Ｄ／Ａ回路３２の使用電圧範囲Ｑ−Ｒの最小・最大電圧Ｑ，Ｒを設定する。その後、各画素に対してＬＵＴ１１を設定する。その後、補正パターン１２を作成する。
【００４１】
図７を参照して、使用電圧の最小値Ｑおよび最大値Ｒの設定方法を説明する。まず、ステップ１では、図８に示す偏光干渉計６０を用いて、任意に選択した複数の画素に対して電圧依存性の位相変調特性を測定する。偏光干渉計６０はキセノンランプ６１と、コリメートレンズ６２と、偏光子６３と、ビームスプレッター６４と、ＬＣｏＳ型位相変調装置１と、検光子６５と、イメージレンズ６６，６７と、帯域フィルター６８と、イメージセンサー６９とからなる。ここでは、駆動手段３６は、図９に示すように、ＤＡ入力値０−４０９５を、ＬＣｏＳ型空間光変調器２に印加可能な動作電圧範囲（Ｐ‐Ｓ）に対して線形に割り当てるように設定されている。ＬＣｏＳ型空間光変調器２によって位相変調された光が、イメージセンサー６９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°ずれているため、イメージセンサー６９の測定結果により、電圧依存性の位相変調特性が求められる。
【００４２】
ステップ２では、イメージセンサー６９の測定結果に基づいて、ＤＡ入力値‐電圧依存性位相変調特性を各画素について求める。図９は、画素５点に対して得られたＤＡ入力値‐電圧依存性位相変調量の関係を示すグラフである。図９より、以下の（Ａ）‐（Ｄ）が確認できる。（Ａ）位相変調量が２π[rad]以上ある。（Ｂ）電圧が変化しても位相変調量がほとんど変化しない領域（ＤＡ入力値が０−８００の範囲）がある。（Ｃ）画素５点の位相変調量が異なる。（Ｄ）位相変調量がＤＡ入力値に対して非線形である。
【００４３】
ＬＣｏＳ型空間光変調器２において、位相変調量が２π[rad]あれば、位相の折り畳み処理を行うことで２π[rad]以上の位相変調量を実現することができる。従って、液晶に印加する電圧の駆動範囲は、位相変調量が２π[rad]確保できる範囲であれば十分である。しかし、実際には歪みの補正を行う際には、各画素の位相変調量のバラツキを考慮してある程度の余裕が必要であるため、位相変調量を２π[rad]以上確保できる値として、本実施の形態では３．５π[rad]に設定する。ここで、位相の折り畳み処理とは、制御入力値の位相折り畳みと同様に、位相が２π[rad]以上か０より小さい場合に、位相を２π[rad]で割った値に置き換えることである。
【００４４】
具体的には、ステップ３において、ＬＣｏＳ型空間光変調器２に印加する使用電圧の最小電圧Ｑを液晶が動作するしきい値電圧以上になり、最大電圧Ｒが液晶の動作が飽和する飽和電圧以下になり、かつ、使用電圧の最小電圧Ｑと最大電圧Ｒ間の位相変調範囲がおよそ３．５πになるように設定する。このように設定した使用電圧の最小電圧Ｑと最大電圧Ｒとの範囲に対してＤＡ入力値Ｂを４０９６階調で対応させる。図１０は、最小電圧Ｑと最大電圧Ｒをこのような条件で設定した場合の上記５点に関するＤＡ入力値Ｂと位相変調量と使用電圧範囲（Ｑ‐Ｒ）との関係を示している。ＬＣｏＳ型空間光変調器２の動作可能電圧範囲全体を使用する図９の場合では、位相変調量が０．５π‐４π[rad]までの範囲に対してＤＡ入力値は、約１１００‐１８００のおよそ７００階調であった。これに対して、図１０では、位相変調量が同じ０．５π‐４π[rad]までの範囲に対して、４０９６段階の電圧制御が可能となっている。従って、同じ位相変調量の範囲に対して、ＤＡ入力値は約５倍の階調を持つことになり、高い精度で電圧を制御できることになる。言い換えれば、最小最大電圧Ｑ，Ｒを設定することで、ＤＡ入力値に対する使用電圧範囲のスケール変換を行なっていることになる。こうして、駆動手段３６は、０‐４０９５のＤＡ入力値を設定された使用電圧範囲Ｑ−Ｒの電圧値を示すアナログ信号Ｃに線形変換するように設定される。
【００４５】
図１１を参照して、ＬＵＴ１１の作成方法を説明する。ＬＵＴ１１は、上記Ｄ／Ａ回路３２の設定の後作成される。まず、ステップ１１では、図８で示した偏光干渉計６０で、ＤＡ入力値Ｂと電圧依存性の位相変調量との関係をＬＣｏＳ型空間光変調器２の各画素に対して求める。具体的には、全画素に対して同じ値のＤＡ入力値Ｂに対する各画素の位相変調量を計測する。即ち、全画素に対して同じ値のＤＡ入力値ＢをＤ／Ａ回路３２の駆動手段３６にてアナログ信号Ｃに変換して、このアナログ回路ＣにてＬＣｏＳ型空間光変調器２を駆動して、位相変調量を計測する。このＤＡ入力値の値を０‐４０９５まで変化させて計測を繰り返す。ステップ１２では、ステップ１１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、上述の図１０と同じになり、非線形性を有し、かつ、画素毎にバラツキがある。
【００４６】
ステップ１３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ＬＵＴ１１を作成する。具体的には、まず、ＤＡ入力値と位相変調量との関係を最小二乗法などを用いて、位相変調量を変数とする多項式で近似する。この近似により、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できる。尚、ステップ１１において、ＤＡ入力値Ｂの全ての値について計測せず、間隔を置いて測定し、測定しなかったＤＡ入力値Ｂの情報をこの近似式より推定してもよい。この近似式は、ＤＡ入力値ｔｂを 、位相変調量φのＫ次のべき多項式として以下のように表される。
2008176150.tif 000005
【００４７】
このように、ＤＡ入力値と位相変調量との関係を示す近似式を各画素において求める。一方、制御入力値Ａと位相変調量との関係が線形で、かつ、０．０−２．０π[rad]を２５６段階の制御入力値Ａで表わすために、制御入力値をｔａ（１）とし、位相変調量φとの関係を、以下のように表す。
2008176150.tif 000006
【００４８】
ここで、ｔａ（１）は０から２５５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（２）が実現できる同一の値に設定する。式（２）を式（１）に代入し制御入力値ｔａ（１）とｔｂとの関係を求める。この際、ｔｂは整数であるため四捨五入をする必要がある。四捨五入の操作をROUNDで表すと、ｔａ（１）とｔｂの関係は以下のようになる。
2008176150.tif 000007
【００４９】
ｔａ（１）の値０‐２５５に対して（３）で求まるｔｂ（１）の値を対応させることでＬＵＴ１１が作成される。
【００５０】
ステップ１４では、上記のように作成されたＬＵＴ１１をＨＤＤ４４に保存する。上記のＬＵＴ１１は、干渉計の干渉強度出力から位相を計算によって求めている。この際、測定した干渉強度の最大値と最小値を用いるが、これらの値には誤差が含まれている可能性がある。ステップ１５−１７では、この誤差がどの程度になるかの評価を行なっている。
【００５１】
詳細には、ステップ１５において、ステップ１１と同じく、全画素に対して制御入力値ｔａと位相変調量φの関係を計測する。ただしステップ１５では、変換手段４６は、直前のステップ１４で得られた各画素用のＬＵＴ１１に基づいて、制御入力値ＡをＤＡ入力値Ｂに変換した上で、駆動手段３６がＤＡ入力値Ｂをアナログ信号Ｃに変換し、ＬＣｏＳ型空間光変調器２の対応する画素を駆動する。こうして、全画素について制御入力値Ａ（ｔａ  ）と電圧依存性位相変調量φとの関係を計測する。ステップ１６において、ステップ１５の結果を基に制御入力値‐位相変調特性を求める。ステップ１７において、ステップ１６の結果から、ＬＵＴ１１により電圧依存性位相変調特性の補正が所望の精度で行えているかを判断する。例えば、制御入力値‐電圧依存性位相変調特性が線形に近づいていれば所望の精度が得られていると判断するという方法を用いる。尚、判断方法はこの例に限定されない。ステップ１７において、所望の精度が得られていないと判断した場合は、ステップ１３を反復して、ステップ１６の結果に基づいてＬＵＴ１１を更新し、ＬＵＴ１１による、電圧依存性位相変調特性に対する補正の精度を向上させる。  
【００５２】
２回目に行なうステップ１３では、ＤＡ入力値Ｂ（ｔｂ）と位相変調量φとの関係は以下のように近似される。
2008176150.tif 000008
【００５３】
今回の処理で得られる新たな制御入力値ｔａ（２）もまた２５６階調で表され、位相変調量と線形な関係とする。従って以下の式が成り立つ。
2008176150.tif 000009
【００５４】
前回の制御入力値Ａ（ｔａ（１））と今回の制御入力値Ａ（ｔａ（２））との関係は（４）と（５）から以下のように表すことができる。
2008176150.tif 000010
【００５５】
（６）式を（３）式に代入することにより、ｔｂとｔａ（２）の関係が以下のようになる。
2008176150.tif 000011
（７）式により新たな制御入力値Ａ（ｔａ（２））とＤＡ入力値Ｂ（ｔｂ）との関係が求められる。ステップ１３では、これらの値に基づいて、新たなＬＵＴ１１を作成し、ステップ１４において、ＬＵＴ１１をＨＤＤ４４に上書き保存する。一方、ステップ１７で所望の精度が得られていると判断した場合、あるいは、更新前のＬＵＴ１１に比べて精度の向上が得られないと判断した場合には、ＬＵＴ１１作成工程を終了する。
【００５６】
図４は、上記の処理によりある画素に対して得られたｔａとｔｂと位相変調量φとの関係を示している。ＬＵＴ１１による変換によって、制御入力値と位相変調量との関係が高い精度で線形になる。
【００５７】
図１２は、ＬＣｏＳ型空間光変調器２が有する各画素において、対応するＬＵＴ１１を用いて位相変調を行った際の、制御入力値Ａと電圧依存性の位相変調量の関係を示したグラフである。太線は、制御入力値Ａと位相変調量の理想的な線形関係を示している。通常線は、太線に最も近い値を持つ画素に制御入力値Ａと位相変調量との関係、点線は、太線と最も遠い値を持つ画素に関する制御入力値Ａと位相変調量の関係を示している。本実施の形態のＬＵＴ１１を用いることにより、画素毎の位相変調量のバラツキが補正され、かつ制御入力値Ａと位相変調量との関係が線形になるような補正が実現されていることがわかる。
【００５８】
以上のようにして、各画素に対してＬＵＴ１１を作成した後、補正パターン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、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型位相変調装置１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。本実施の形態では、２光束干渉計として図１３に示す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、ビームスプリッター８５と、ＬＣｏＳ型位相変調装置１と、ミラー８６と、イメージレンズ８７，８８とＣＣＤ８９とからなる。偏光子８４の偏光方向は、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型位相変調装置１のうち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解析方法を用いることにより、計測した干渉縞からＬＣｏＳ型位相変調装置１の出力波面を求めることができる。
参考文献：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）.
【００５９】
図１４を参照して、電圧非依存性の歪みを補正する補正パターン１２の作成方法を説明する。まず、ステップ２１では、中央処理装置４１は、全ての画素の値が０のパターンを初期の補正パターン１２として設定する。ステップ２２では、中央処理装置４１は、全ての画素の制御入力値Ａ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として設定する。ステップ２３では、入力値設定手段４７は、所望パターン１３と補正パターン１２とを加算し、加算結果に位相折り畳みを施したものを制御入力値Ａとする。ステップ２４では、変換手段４６は、画素毎に対応するＬＵＴ１１に基づいて、制御入力値ＡをＤＡ入力値Ｂに変換し、駆動装値３に転送する。ステップ２５では、駆動手段３６が、ＤＡ入力値Ｂに基づいて、アナログ信号Ｃを生成し、ＬＣｏＳ型空間光変調器２に使用電圧を印加する。ステップ２６では、マイケルソン干渉計８０のＣＣＤ８９の出力結果に基づいてＬＣｏＳ型位相変調装置１の出力波面を計測する。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２６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２７では、計測した電圧非依存性歪みの符号を逆にし、補正パターン１２を作成する。ステップ２８では、補正パターン１２の位相値に対して、位相の折り畳みを施す。ステップ２９では、補正パターン１２の各画素の位相値を、ＬＵＴ１１を参照して、図１５に示すような２５６階調の値に表現しなおす。ステップ３０では、２５６階調で表しなおされた補正パターン１２をＨＤＤ４４に保存する。
【００６０】
以上の処理においても、ＬＵＴ１１の作成の際と同様に、干渉を測定することによる測定誤差が含まれている可能性がある。ステップ３１−３５において、この誤差がどの程度あるかを評価する。具体的には、ステップ３１では、入力値設定手段４７は、ステップ２３と同様にして上記の所望パターン１３と、直前のステップ３０で得られた補正パターン１２とを加算し、必要に応じて制御入力値Ａの位相折り畳みを施したものを制御入力値Ａとする。ステップ３２−３４は、ステップ２４−２６と同様であり、ステップ３２で、変換手段４６は、ステップ３１で得られた制御入力値Ａに対するＤＡ入力値Ｂを求め、ステップ３３で、駆動手段３６は、ＤＡ入力値Ｂをアナログ信号Ｃに変換してＬＣｏＳ型空間光変調器２に駆動電圧を印加する。ステップ３４で、ＣＣＤ８９の出力結果に基づいて出力波面の計測が行なわれる。ステップ３５では、この計測結果に基づいて、直前のステップ３０にて得られた補正パターン１２によって必要な精度の補正が行われたか否かを判断している。例えば、出力波面の平面度が得られていれば所望の精度が得られていると判断する方法を用いる。尚、判断方法はこの例に限定されない。ステップ３５において、必要な精度が補正パターン１２で得られたと判断されるか、もしくは精度の向上が得られないと判断される場合には補正パターン作成処理を終了する。必要な精度が得られない場合には、ステップ２７に戻り、ステップ３４の結果が示す電圧非依存性歪みに基づいて補正パターン１２を作成しなおす。こうして、反復して補正パターン１２の作成を繰り返す。
【００６１】
以上の本実施の形態によるＬＣｏＳ型位相変調装置１では、４０９６階調で表されるＤＡ入力値Ｂに対して、ＬＣｏＳ型区間光変調器２を、動作可能電圧の範囲より小さく必要な位相変調量が確保された使用電圧の範囲内で制御している。そのため、精度良くＬＣｏＳ型空間光変調器２に印加する電圧を制御できる。しかも、ＬＵＴ１１によって制御入力値Ａと電圧依存性の位相変調量との関係が略線形になり、電圧依存性に起因する画素毎のバラツキも補正されるため、所望の位相変調量を高い精度で得ることができる。さらに、補正パターン１２を用いて電圧非依存性歪みを補正することにより、より正確な位相変調を行うことができる。図１６（Ａ）は、ＬＵＴ１１及び補正パターン１２を用いて、ラゲールガウシアンビームの位相変調を測定した図である。かかる補正を行っていない図１６（Ｂ）と比較して、図１６（Ａ）は理論どおり同心円状のパターンが見えている。
【００６２】
また、ＬＵＴ１１の作成及び補正パターン１２の作成において、必要な精度が得られるか、精度の向上が得られなくなるまで、作成処理を反復している。そのため、高い精度でＬＵＴ１１及び補正パターン１２が得られ、電圧依存性位相変調特性および、電圧非依存性歪みを精度よく補正できる。
【００６３】
ＨＤＤ４４に図６のフローチャートを実行するプログラムを格納する。中央処理装置４１が、このプログラムをＨＤＤ４４から読み出して実行することによりＬＣｏＳ型位相変調装置１は、図６に示すような位相変調処理をできるように設定される。
【００６４】
本発明による位相変調装置及び位相変調装置の設定方法は上述した実施の形態に限定されず、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１７に示す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。尚、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。
【００６５】
上記の実施の形態におけるＬＣｏＳ型位空間光調装置１では、ＬＵＴ１１と補正パターン１２とを制御装置４のＨＤＤ４４に格納したが、図１８に示すＬＣｏＳ型位相変調装置１００のように、ＨＤＤ４４にはＬＵＴ１１を格納せず、その代わりに、駆動装置１３０にＬＵＴ１１を保持する構成であってもよい。即ち、制御装置４は、ＨＤＤ４４にＬＵＴ１１が格納されていない。また、中央処理装置４１は、変換手段４６を備えておらず、駆動装置１３０のＬＵＴ処理装置１３５が変換手段として機能する。即ち、駆動装置１３０は、処理装置１３１と、Ｄ／Ａ回路１３２と、通信装置１３３と、ＬＵＴ１１を保持するＲＯＭ１３４と、ＬＵＴ処理装置１３５とを有する。Ｄ／Ａ回路１３２は駆動手段１３７を有する。ＬＣｏＳ型空間光変調器２の装置構成はＬＣｏＳ型位相変調装置１に用いられたものと同じである。
【００６６】
位相変調を行う際には、入力値設定手段４７は、所望パターン１３と補正パターン１２とを足し合わせて画素毎に制御入力値Ａを求め、これを駆動装置１３０に転送する。制御入力値Ａは、通信装置１３３及び処理装置１３１を介して、ＬＵＴ処理装置１３５へ転送される。ＬＵＴ処理装置１３５は、ＲＯＭ１３４からＬＵＴ１１を読み出し、ＬＵＴ１１に基づいて、制御入力値ＡをＤＡ入力値Ｂに変換する。ＤＡ入力値ＢはＤＡ回路１３２に転送される。Ｄ／Ａ回路１３２は、ＤＡ入力値Ｂを動作電圧値を示すアナログ信号Ｃに変換し、ＬＣｏＳ型空間光変調器２を駆動する。
【００６７】
また、図１９に示すＬＣｏＳ型位相変調装置２００のように、駆動装置３の代わりに駆動装置２３０を設け、駆動装置２３０が、ＬＵＴ１１及び補正パターン１２を持つ構成にしてもよい。この場合も、中央処理装置４１は変換手段４６を備えず、駆動装置３のＬＵＬＴ処理装置２３６が変換手段として機能する。また、ＨＤＤ４４は、補正パターン１２と、ＬＵＴ１１を備えない。駆動装置２３０は、処理装置２３１と、Ｄ／Ａ回路２３２と、通信装置２３３と、ＬＵＴ１１及び補正パターン１２を保持するＲＯＭ２３４と、加算装置２３５と、ＬＵＴ処理装置２３６とを有する。Ｄ／Ａ回路２３２は駆動手段２３８を有する。制御装置４から送信された所望パターンを示す制御入力値Ａは、加算装置２３５において、ＲＯＭ２３４から読み出された補正パターン１２と加算されて、ＬＵＴ処理装置２３６に送信される。ＬＵＴ処理装置２３６はＬＵＴ１１をＲＯＭ２３４から読み出し、補正パターン１２が加算された制御入力値ＡをＤＡ入力値Ｂに変換し、Ｄ／Ａ回路２３２に送信する。Ｄ／Ａ回路２３２において、駆動手段２３８は、ＤＡ入力値Ｂを動作電圧を示すアナログ信号Ｃに変換し、ＬＣｏＳ型空間光変調器２に出力する。
【００６８】
さらに、駆動装置３に制御装置４の機能を組みこんでしまってもよい。この場合は、図１９の駆動装置２３０がメモリを、処理装置２３１が入力値設定手段を、また、ＲＯＭ２３４が所望パターンを更に備える。
【００６９】
ＬＵＴ１１は各画素毎に作成していたが、隣接する複数の画素をグループ化し、グループ単位でＬＵＴ１１を作成してもよい。例えば、２×２画素を１グループにする構成や、４×４画素を１グループにする構成にし、ＬＵＴ１１を作成する。この場合、グループ内において少なくとも１つの画素の電圧依存性の位相変調特性を計測し、そのグループ内に含まれる画素の測定値の平均値に基づいてＬＵＴ１１を作成する。ただし、１つのグループに１つの画素のみの電圧依存性の位相変調量を計測した場合は、平均値ではなく、その画素の測定値そのものに基づいてＬＵＴ１１を作成すればよい。かかる構成により、ＬＵＴ１１を各画素毎に用意する必要がないため、ＬＵＴ１１のデータ量を削減できる。
【００７０】
また、グループを構成する画素数を可変にし、グループ単位で制御入力値‐電圧依存性位相変調特性を求め、グループ毎にＬＵＴ１１を作成するようにしてもよい。液晶素子では膜厚（液晶層の厚さ）により位相変調量が変化する。膜厚の差が急激に変化するところではグループを構成する画素数を少なくし、例えば１画素を１グループとし、膜厚の変化が小さいところでは画素数を多く取り、例えば８×８画素を１グループ、という構成にする。かかる構成によれば、ＬＵＴ１１のデータ量を削減しつつ、効率的に精度よい補正が可能となる。
【００７１】
補正パターン１２もグループ単位で値を持つようにしてもよい。その場合には、グループにおいて少なくとも１つの画素の位相変調特性を計測し、そのグループ内において求めた画素毎の補正値の平均値を、そのグループ内の画素用の補正値として設定する。ただし、１つのグループにおいて１つの画素のみの位相変調特性を計測した場合は、平均値ではなく、その画素の補正値そのものをそのグループの補正値とすればよい。
【００７２】
また、図２０に示すように、ＬＵＴ１１に補正パターン１２の値を包含してもよい。ある画素における制御入力値Ａをｔとし、補正パターン１２の値をｐとする。上述の実施の形態では、両者が加算された後にＬＵＴ１１を適用していた。即ち、ＬＵＴ１１を参照するときの制御入力値Ａはｔ＋ｐであった。所望画像は随時変化するが、ｐは固定値なので、参照位置が常にｐだけずれることになる。これは、ＬＵＴの参照開始位置をｐだけずらすことと同等である。
【００７３】
従って、各画素のＬＵＴ１１の参照位置を補正パターンの当該画素での値分だけずらすことにより、電圧非依存性歪みを補正する情報をＬＵＴ１１に包含することができる。図２０は、ｐ＝１２８として、図４のデータに電圧非依存性歪みを補正する情報を包含させたものである。例えば、図４において、ｔａが０であったときのｔｂの値１０３０が、図２０ではｔａが１２８の箇所に現れている。この場合、図６を参照して説明した位相変調方法において、ステップ４２、ステップ４３は必要なくなり、中央処理装置４１は、ステップ４１で所望パターン１３を読み出し、入力値設定手段４７は、所望パターン１３の画素毎の値を制御入力値Ａとして設定する。ステップ４４において、中央処理装置４１は、図２０のＬＵＴ１１を読み出す。ステップ４５で、変換手段４６は、図２０のＬＵＴ１１を参照して、制御入力値ＡをＤＡ入力値Ｂに変換する。従って、補正パターンを包含したＬＵＴ１１を適用するだけで電圧非依存性歪みも補正でき、補正パターンの保持と所望画像への加算処理が不要になる。
【００７４】
補正パターンを包含するＬＵＴ１１を用いた補正方法は、前述のグループ単位で補正を行う方法にも適用可能である。その場合、ＬＵＴ１１と補正パターン１２のグループの分け方を同じにし、グループ単位で構成されたＬＵＴ１１に、グループ単位で値を持つ補正パターン１２の値を反映させればよい。
【００７５】
このように、ＬＵＴ１１に補正パターンの情報を含め、かかるＬＵＴ１１を用いて制御入力値ＡをＤＡ入力値Ｂに変換することで電圧非依存性による歪みも補正することができる。そのため、補正パターン１２を加算する処理を省略でき、効率的な位相変調が可能となる。
【００７６】
駆動装置３内にＤ／Ａ回路３２を設けているが、駆動装置３からＤ／Ａ回路を分離し、ＬＣｏＳ型空間光変調器側にＤ／Ａ回路とＤＡ入力値Ｂを受信する受信回路を新たに設ける構成をとっても良い。この場合、駆動装置３からＬＣｏＳ側の受信回路には、ＤＡ入力値Ｂが伝送されることになる。
【００７７】
また、Ｄ／Ａ回路３２の代わりに、パルス変調回路を設けてもよい。この場合には、パルス変調回路は、デジタル信号であるパルス変調回路を出力し、ＬＣｏＳ型空間光変調器をパルス変調回路で駆動する。
【００７８】
また、本実施の形態では、５つの画素に関して電圧依存性位相変調特性を測定し、その測定結果に基づいて最小・最大電圧Ｑ，Ｒを設定していたが、測定する画素の数は少なくとも１つあればよい。その場合も、測定した少なくとも１つの画素に対する電圧依存性位相変調特性に基づき最小・最大電圧を設定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の位相変調装置は、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、光メモリ等に用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態によるＬＣｏＳ型空間光変調装置の構成を示す構成図である。
【図２】ＬＣｏＳ型位相変調器の構造を示す図である。
【図３（Ａ）】ＬＣｏＳ型位相変調器の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を示す図である。
【図３（Ｂ）】ＬＣｏＳ型位相変調器の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を示す図である。
【図３（Ｃ）】ＬＣｏＳ型位相変調器の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を示す図である。
【図４】ＬＵＴに用いるデータを示した表である。
【図５】Ｄ／Ａ回路による変換について説明する説明図である。
【図６】本実施の形態のＬＣｏＳ型空間光変調装置による位相変調の方法を示したフローチャートである。
【図７】ＬＣｏＳ型位相変調器に駆動する電圧の最小値・最大値を設定する方法を示したフローチャートである。
【図８】偏光干渉計の構成を示す構成図である。
【図９】ＤＡ入力値と位相変調量との関係を示すグラフである。
【図１０】使用電圧の最小値・最大値を設定した後のＤＡ入力値と位相変調量との関係を示すグラフである。
【図１１】ＬＵＴを作成する方法を示したフローチャートである。
【図１２】ＬＵＴを用いて電圧依存性位相変調特性を補正した結果得られる制御入力値と位相変調量の関係を表すグラフである。
【図１３】マイケルソン干渉計の構成を示す構成図である。
【図１４】補正パターンを作成する方法を示したフローチャートである。
【図１５】図１４で示した手順に基づいて作成された補正パターンの例である。
【図１６（Ａ）】ＬＵＴ及び補正パターンを適用して位相変調をした結果を示す図である。
【図１６（Ｂ）】ＬＵＴ及び補正パターンを適用せずに位相変調をした結果を示す図である。
【図１７】変更例のＬＣｏＳ型位相変調器の構造を示す図である。
【図１８】別の変更例のＬＣｏＳ型位相変調装置の構成を示す構成図である。
【図１９】更に別の変更例におけるＬＣｏＳ型位相変調装置の構成を示す構成図である。
【図２０】補正パターンの情報を含むＬＵＴに用いるデータを示した図である。
【図２１】従来例における、ＬＣｏＳの反射面の歪みを示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，１００，２００ ＬＣｏＳ型位相変調装置
２，１２０    ＬＣｏＳ型空間光変調器
３，１３０，２３０      駆動装置
３６，１３７，２３８    駆動手段
３２    Ｄ／Ａ回路
４      制御装置
４１    中央処理装置
４６，１３６，２３７    変換手段
４７    入力値設定手段
１１    ルックアップテーブル
１２    補正パターン
【図１】
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【図２】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図３（Ｃ）】
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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（Ａ）】
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【図１６（Ｂ）】
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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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