(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶型の空間光変調器と、
光を入力するように構成される入力ユニットと、
前記入力ユニットからの入力光に含まれる複数の波長成分を分散させることにより、前記入力光をスペクトラム光として前記空間光変調器に照射する分散ユニットと、
前記空間光変調器を電気的に制御することによって、前記空間光変調器を回折格子として機能させ、更には、前記空間光変調器の前記複数の波長成分のそれぞれが照射される領域の回折格子の形状を制御するように構成されるコントローラと、
前記複数の波長成分に共通して設けられ、前記空間光変調器からの前記複数の波長成分のそれぞれに対応する回折光を外部に出力するように構成される出力ユニットと、
を備え、
前記コントローラは、前記回折格子の形状の制御により、前記出力ユニットに対する前記回折光の入射量を、前記波長成分毎に個別に制御することにより、前記出力ユニットからの出力光のパワースペクトラムを前記入力光のパワースペクトラムから変更し、前記出力ユニットを可変光源として機能させる光制御システム。
【請求項２】
前記回折格子は、マルチレベル回折格子であり、
前記コントローラは、前記マルチレベル回折格子の勾配の変更によって、前記回折格子の形状を制御する請求項１記載の光制御システム。
【請求項３】
前記空間光変調器は、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、前記入力ユニットからの入力光に対する位相変調を行うように構成され、
前記コントローラは、回折方向に対応する前記電極の配列方向に対して位相シフト量がノコギリ波形状を示すように前記複数の電極に対する入力電圧を制御することにより、前記空間光変調器を前記マルチレベル回折格子として機能させ、前記位相シフト量の勾配を変更することにより、前記マルチレベル回折格子の勾配を変更するように構成される請求項２記載の光制御システム。
【請求項４】
前記空間光変調器は、ＬＣＯＳ型の空間光変調器である請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の光制御システム。
【請求項５】
前記出力ユニットは、０次回折光が入射されない位置に配置される請求項１〜請求項４のいずれか一項記載の光制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間光変調器を用いて、光の位相、振幅、及び、強度等の空間分布を変調するシステムが知られている。液晶素子と偏光子とを組み合わせて、光強度を変調する強度変調システムも知られている（例えば特許文献１参照）。この強度変調システムによれば、偏光子を通じて出力する光の偏光状態を、液晶素子を用いて制御することにより、光強度を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、上述の強度変調システムでは、液晶への印加電圧と光出力強度との間の波長依存性が強い。このため、入力光の周波数帯域が広くなると、液晶への印加電圧を広範囲に制御する必要が生じる。
【０００５】
図１４に示すグラフによれば、第１の波長λ１の光に関しては、電圧ＶＬ１から電圧ＶＵ１の範囲で液晶への印加電圧を制御することにより、その出力強度を最小値から最大値まで制御することができる。第２の波長λ２の光に関しては、電圧ＶＬ２から電圧ＶＵ２の範囲で液晶への印加電圧を制御することにより、その出力強度を最小値から最大値まで制御することができる。
【０００６】
しかしながら、第１の波長λ１及び第２の波長λ２の両者に対応する強度変調システムを構成する場合には、液晶への印加電圧を、電圧ＶＬ１から電圧ＶＵ２まで制御することができるように、システムを構成する必要がある。電圧範囲ＶＬ１〜ＶＵ２は、第１の波長λ１に関する電圧範囲ＶＬ１〜ＶＵ１、及び、第２の波長λ２に関する電圧範囲ＶＬ２〜ＶＵ２のいずれよりも広い。
【０００７】
液晶への印加電圧は、量子化された所定階調のディジタル値をＤＡＣでアナログ電圧に変換する処理を経て制御されるのが通常である。ＤＡＣは、ディジタル／アナログ変換器を意味する。従って、ＤＡＣの出力電圧範囲が上記電圧範囲ＶＬ１〜ＶＵ２に設定されて、この範囲に全階調が割り当てられると、第１の波長λ１及び第２の波長λ２の出力強度は、夫々、電圧範囲ＶＬ１〜ＶＵ１及び電圧範囲ＶＬ２〜ＶＵ２に対応する限られた階調数のディジタル値で制御されることになる。
【０００８】
このことは、一部の波長の光は、出力強度の分解能が他の波長の光と比較して著しく低下することを意味する。即ち、従来技術によれば、広い光帯域に亘り、高い分解能で出力強度を制御することが難しい。
【０００９】
そこで、本開示の一側面によれば、強度変調にも適用可能な、波長依存性の少ない光制御システム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】
【００１０】
本開示の一側面に係る光制御システムは、液晶型の空間光変調器と、入力ユニットと、コントローラと、を備える。入力ユニットは、空間光変調器に光を入力するように構成される。コントローラは、空間光変調器を電気的に制御することによって、空間光変調器を回折格子として機能させるように構成される。コントローラは、回折格子の形状を変更することによって、入力ユニットから入力される光に対応する空間光変調器からの回折光の進路を変更するように構成される。
【００１１】
この光制御システムによれば、液晶型の空間光変調器を可変の回折格子として機能させて、光路を制御することができる。光路の制御により、光強度の空間分布を制御することができる。そして、回折格子の形状と光路との間の波長依存性は、従来技術による液晶への印加電圧と偏光状態との間の波長依存性より十分小さい。従って、本開示の一側面によれば、強度変調にも適用可能な、波長依存性の少ない光制御システムを提供することができる。
【００１２】
上記回折格子は、マルチレベル回折格子であり得る。マルチレベル回折格子の一例には、ブレーズド回折格子が含まれると理解されてよい。上記回折格子がマルチレベル回折格子である場合、コントローラは、マルチレベル回折格子の勾配の変更によって、回折光の進路を変更することができる。
【００１３】
上記空間光変調器は、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、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、入力ユニットからの入力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であり得る。
【００１４】
この場合、コントローラは、回折方向に対応する電極の配列方向に対して位相シフト量がノコギリ波形状を示すように複数の電極に対する入力電圧を制御することにより、空間光変調器をマルチレベル回折格子として機能させることができる。コントローラは、位相シフト量の勾配を変更することにより、マルチレベル回折格子の勾配を変更することができる。
【００１５】
本開示の一側面によれば、上述した光制御システムには、空間光変調器として、ＬＣＯＳ型の空間光変調器が設けられてもよい。
本開示の一側面によれば、コントローラは、回折光の進路を変更することによって、回折光のターゲットへの入射量を調整するように構成されてもよい。本開示の一側面によれば、光制御システムは、上記ターゲットとして、回折光を外部に出力するように構成された出力ユニットを備えることができる。この出力ユニットは、０次回折光が入射されない位置に配置されるとよい。こうした配置によれば、消光比を改善することができ、制御可能な外部への光の出力強度の幅を広げることができる。
【００１６】
入力ユニットは、分光された光を空間光変調器に入力するように構成されてもよい。入力ユニットは、分光されていない光を空間光変調器に入力するように構成されてもよい。本開示の一側面によれば、光制御システムは、入力ユニットからの入力光に含まれる複数の波長成分を分散させることにより、入力ユニットからの入力光をスペクトラム光として空間光変調器に入力する分散ユニットを備えた構成にされてもよい。コントローラは、波長成分毎に、回折光の進路を制御するように構成され得る。
【００１７】
コントローラは、上記複数の波長成分に対応した回折光の夫々の進路を変更することによって、回折光の夫々のターゲットへの入射量を調整するように構成されてもよい。本開示の一側面によれば、光制御システムは、コントローラによる上記入射量の制御によって、入力光の各波長成分を一様に強度変調した光を、ターゲットに入射することが可能である。本開示の一側面によれば、光制御システムは、複数の波長成分に対する非一様な強度
変調により、パワースペクトルの形状に変更を加えた光を、ターゲットに入射することも可能である。
【００１８】
本開示の一側面によれば、光制御システムは、複数の出力ユニットを備えていてもよい。複数の出力ユニットは、分散ユニットにより分散された複数の波長成分に対応する空間光変調器からの回折光を外部に出力するように構成され得る。コントローラは、複数の波長成分に対応する空間光変調器からの回折光の夫々が、複数の出力ユニットの内の特定の出力ユニットに入力されるように空間光変調器を制御するように構成され得る。このように構成された光制御システムによれば、例えば、入力光に含まれる複数の波長成分を、個別に強度変調して外部に出力することができる。
【００１９】
本開示の一側面によれば、光制御システムは、複数の入力ユニットと、複数の出力ユニットと、を備えてもよい。複数の出力ユニットは、上記複数の入力ユニットからの入力光に対応する空間光変調器からの回折光を外部に出力するように構成され得る。コントローラは、複数の入力ユニットからの入力光に対応する空間光変調器からの回折光の夫々が、複数の出力ユニットの内の特定の出力ユニットに入力されるように空間光変調器を制御するように構成され得る。
【００２０】
この光制御システムは、複数光源からの光を並列に強度変調して出力するシステムに適用することができる。あるいは、この光制御システムは、複数光源からの光の出力先を切り替えるシステムに適用されてもよい。コントローラは、回折光の夫々の進路を変更することによって、回折光の夫々の上記特定の出力ユニットへの入射量を調整するように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】光制御システムの概略構成を表す図である。
【図２】入力光の伝播経路における各要素の配置を表す図である。
【図３】入力光の伝播経路における各要素の配置を表す図である。
【図４】空間光変調器の積層構造を表す図である。
【図５】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６】コントローラの詳細構成を表すブロック図である。
【図７】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８】空間光変調器で実現されるマルチレベル回折格子を示す図である。
【図９】マルチレベル回折格子を実現する位相シフト量の分布を示す図である。
【図１０】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１１】出力ユニットに対する回折光の位置変化を示す図である。
【図１２】第一変形例の光制御システムの構成を示す図である。
【図１３】第二変形例の光制御システムの構成を示す図である。
【図１４】従来システムにおける液晶電圧と出力強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本開示の例示的実施形態を、図面と共に説明する。
図１に示す本実施形態の光制御システム１は、入力ユニット１０からの入力光を、波長成分毎に制御して、出力ユニット４０から外部に出力するシステムである。この光制御システム１は、入力光の一部成分のみを、出力強度を調整しながら外部に出力することができる。この光制御システム１は、入力光のパワースペクトラムを調整して、外部に出力することができる。この場合、光制御システム１は、可変光源として機能することができる。従って、この光制御システム１は、光通信システムや照明システムなどの様々なシステムに適用することができる。可変光源は、例えば照明シミュレーションに活用することが
できる。
【００２３】
具体的に、光制御システム１は、入力ユニット１０、中間光学系２０、空間光変調器３０、出力ユニット４０、コントローラ５０、及び、メインコンピュータ７０を備える。
入力ユニット１０は、制御対象の光を中間光学系２０に入力するように構成される。入力ユニット１０は、光源であってもよいし、光源からの光を伝送するオプティカルファイバであってもよいし、光源からの光を任意には整形して中間光学系２０に案内する光学系であってもよいし、これらの組合せであってもよい。
【００２４】
中間光学系２０は、入力ユニット１０からの入力光を複数の波長成分に分散させて、スペクトラム光を空間光変調器３０に入力するように構成される。中間光学系２０は、例えば、図２に示すように、回折格子２１と、非球面レンズ２５とを、備えることができる。
【００２５】
回折格子２１は、分光素子として機能し、入力ユニット１０からの入力光を複数の波長成分に分散させる。非球面レンズ２５は、回折格子２１から入力される波長成分毎に分離した光をコリメートして、各波長成分を、空間光変調器３０の異なる領域に照射する。
【００２６】
図２は、入力ユニット１０からの入力光ＬＩが、回折格子２１により波長の異なる成分毎の光ＬＣ［１］，ＬＣ［２］，ＬＣ［３］に分離して、非球面レンズ２５を通じて空間光変調器３０に入射される様子を概念的に示している。
【００２７】
入力光ＬＩは、空間光変調器３０の表面に平行なＸＹ平面を定義したときの特定の一方向、図２及び図３によればＸ軸方向に、回折格子２１によって回折する。これにより、入力光ＬＩに含まれる複数の波長成分は、Ｘ軸方向に分離する。
【００２８】
詳細は後述するが、本実施形態の空間光変調器３０は、マルチレベル回折格子（図８参照）として機能する。従って、上記成分毎の光ＬＣ［１］，ＬＣ［２］，ＬＣ［３］は、空間光変調器３０で、Ｘ軸方向とは直交するＹ軸方向に回折する。図３における符号ＬＣは、光ＬＣ［１］，ＬＣ［２］，ＬＣ［３］を示すと理解されてよい。
【００２９】
本実施形態の光制御システム１は、光ＬＣ［１］，ＬＣ［２］，ＬＣ［３］に対応する空間光変調器３０からの波長成分毎の回折光ＬＥ［１］，ＬＥ［２］，ＬＥ［３］の進路を、Ｙ軸に関して制御することにより、入力ユニット１０から出力ユニット４０に伝播する光の進路を波長成分毎に個別に制御する。この制御により、出力ユニット４０から外部に出力される光の出力強度は、波長成分毎に制御される。
【００３０】
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と同様の内部構造を有すると理解されてよい。
【００３１】
この空間光変調器３０は、図４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。
【００３２】
複数の画素電極３３は、反射電極として機能し、入力ユニット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、中間光学系２０、更には出力ユニット４０に伝播する。
【００３３】
これら複数の画素電極３３は、図５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ＸＹ方向に二次元配置される。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
コントローラ５０は、図６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７に示すように、データ受信部５１１と、信号入力部５１５と、を備える。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
制御回路５１の信号入力部５１５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５１５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。
【００４０】
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。
【００４１】
画素電極３３毎の画素電圧生成回路５５は、ＤＡＣ６０及びＡＣ駆動信号生成回路６９を備える。ＤＡＣ６０は、ディジタル／アナログ変換器であり、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。具体的に、ＤＡＣ６０は、階調値
Ｇを、画素電圧Ｖｐ＝Ｖｍｉｎ＋（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）・Ｇ／Ｍに変換するように動作する。値Ｖｍａｘは、ＤＡＣ６０からの最大出力電圧Ｖｍａｘを示し、値Ｖｍｉｎは、ＤＡＣ６０からの最小出力電圧Ｖｍｉｎを示す。Ｍは、階調値Ｇの上限である。Ｎビットで表現されるときの階調値Ｇは、最小値０から最大値Ｍ＝（２Ｎ−１）までの範囲の値を採る。
【００４２】
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。
【００４３】
この他、メインコンピュータ７０は、図１に示すように、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７に示すように位相画像データ生成部７１１、及び、データ送信部７１５として機能する。
【００４４】
位相画像データ生成部７１１は、入力光のパワースペクトラム及び出力ユニット４０を通じた外部への出力光の目標パワースペクトラム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。
【００４５】
例えば、ユーザインタフェース７５は、ポインティングデバイス及びキーボード等の入力デバイス、並びに、ユーザ向けのディスプレイを備える。位相画像データ生成部７１１は、目標パワースペクトラムをユーザが入力デバイスから指定可能なＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）画面をディスプレイに表示させて、ユーザから目標パワースペクトラムに関する情報を取得することができる。
【００４６】
位相画像データ生成部７１１は、入力光のパワースペクトラムが固定であるとき、上記プログラムに付属する入力光のパワースペクトラムの情報と、上記取得した目標パワースペクトラムに関する情報とに基づいて、目標パワースペクトラムを実現するための位相画像データを生成することができる。位相画像データ生成部７１１により生成された位相画像データは、データ送信部７１５からコントローラ５０に送信される。
【００４７】
詳述すると、位相画像データ生成部７１１は、空間光変調器３０が図８に示すマルチレベル回折格子として機能するように、位相画像データを生成する。マルチレベル回折格子は、中間光学系２０からの入射光がＹ軸方向に回折するように構成される。即ち、マルチレベル回折格子は、Ｙ軸方向にノコギリ波形状、詳細には階段波形状を示すように構成される。このマルチレベル回折格子のピッチΛは、入射光の波長λ、入射角度θｉｎ、及び、目標回折角度θｄに基づいて設定される。
【００４８】
上述したように、空間光変調器３０には、入力光ＬＩに含まれる複数の波長成分がＸ軸方向に分散して入射する。即ち、空間光変調器３０には、複数の波長成分の夫々が、図２に示すようにＸ軸方向に夫々異なる領域Ｒ［１］，Ｒ［２］，Ｒ［３］に入射する。位相画像データに基づいては、これら領域Ｒ［１］，Ｒ［２］，Ｒ［３］毎に、入射する波長成分の当該波長λ、入射角度θｉｎ、及び、目標回折角度θｄに対応したピッチΛのマルチレベル回折格子が構成される。
【００４９】
図８に示すマルチレベル回折格子は、空間光変調器３０において、Ｙ軸方向にノコギリ波形状、詳細には階段波形状を示す位相シフト量φの空間分布を形成することによって実現される。図９に示す例によれば、位相シフト量φがゼロから２πまで階段形状に変化す
る位相シフト量φの空間分布が、目標回折角度θｄに対応するピッチΛで、Ｙ軸方向に繰返し形成されている。目標回折角度θｄは、ピッチΛの制御により、位相シフト量φの勾配２π／Λが変化することによって調整される。図９に示す太い線分は、夫々、一つの画素に対応する。図９では、各画素で実現される位相シフト量φが離散的に示される。
【００５０】
図１０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。
【００５１】
従って、図９に示す位相シフト量φの空間分布を形成するためには、Ｙ軸方向の画素電極３３の配列に対して、位相シフト量φ＝０〜２πに対応する画素電圧Ｖｐを、Ｙ軸方向に段階的に印加すればよい。このことは、図８に示すマルチレベル回折格子を形成するためには、Ｙ軸方向の画素配列に対して、位相シフト量φ＝０〜２πに対応する階調値Ｇを、Ｙ軸方向に段階的に記述した位相画像データを生成すればよいことを意味する。
【００５２】
空間光変調器３０の画素サイズをＤ、マルチレベル数をＱ、入射光の波長をλ、入射角度をθｉｎで表すと、回折角度θｄ及び回折効率ηは、以下の近似式で表現することができる。ここではθが十分小さいとしてｓｉｎθを、θに近似している。画素サイズＤは、Ｙ軸方向における画素電極３３の配置間隔と理解されてよい。ｍは、回折次数である。
θｉｎ＋θｄ＝ｍ・λ／Λ
η＝｛ｓｉｎ（π／Ｑ）／（π／Ｑ）｝2
Λ＝Ｄ・Ｑ
このようにピッチΛを制御することによっては、マルチレベル回折格子の勾配が制御され、結果として、回折角度θｄが制御される。
【００５３】
回折角度θｄの変化は、図１１に示すように、回折光の出力ユニット４０に対する位置関係の変化を生じさせ、結果として、出力ユニット４０から外部に出力される回折光の強度の変化を生じさせる。
【００５４】
即ち、各波長成分に対応する領域Ｒ［１］，Ｒ［２］，Ｒ［３］毎のピッチΛの調整によっては、波長成分毎の回折光の出力ユニット４０への入射割合を調整することができる。結果として、入力光の波長成分毎の出力強度を調整することができる。
【００５５】
出力ユニット４０から外部に出力される光の入力光に対する割合と、ピッチΛとの対応関係は、光学系の構造によって予め波長成分毎に定まる。設計者は、試験により、この対応関係を導出し、入力光のパワースペクトラムと出力光のパワースペクトルとの対比から位相画像データを生成するためのプログラムを構成することができる。
【００５６】
出力ユニット４０は、例えば、オプティカルファイバによって構成される。出力ユニット４０は、空間光変調器３０から中間光学系２０を通じて到来する光を、外部の照射対象に案内する光学系であってもよい。
【００５７】
付言すると、マルチレベル回折格子では、０次回折光以外の高次の回折光を発生させることができる。一方、液晶層３５に入射されずに反射される制御されない光は、０次回折光である。このため、出力ユニット４０は、０次以外の高次回折光が入射される位置に配置されるのが好ましい。この配置によれば、消光比が大幅に改善される。
【００５８】
以上に説明した本実施形態の光制御システム１は、空間光変調器３０をマルチレベル回折格子として機能させ、回折光の進路を回折格子の形状変化によって制御し、これにより、出力ユニット４０からの光の出力強度を制御する。ここで、回折角度θｄは、マルチレ
ベル回折格子のピッチΛ、即ち、位相周期の関数であり、光強度及び偏光状態が液晶電圧の関数である上述した従来技術と比較して、波長依存性が低い。結果として、本実施形態の光制御システム１によれば、広い周波数帯域に亘り、高い分解能で光の出力強度を制御することができる。
【００５９】
特に本実施形態によれば、入力ユニット１０からの入力光をスペクトラム光に変換し、波長成分毎にピッチΛを制御して、回折角度θｄを制御する。波長成分毎の回折角度θｄの制御は、波長成分毎の出力強度の制御を可能にする。従って、この光制御システム１によれば、入力ユニット１０からの光を、パワースペクトラムの異なる多種の出力光に変換することができ、プログラマブルな可変光源として大変役立つ。
【００６０】
図３に示す例によれば、入力ユニット１０からの光の一部波長成分のみが、出力ユニット４０から外部に出力されているが、この光制御システム１は、全ての波長成分が出力ユニット４０から外部に出力されるように、波長成分毎に回折角度θｄを制御することができる。光制御システム１は、入力ユニット１０からの光の全波長成分を、均一又は不均一に強度変調して、出力ユニット４０から外部に出力することも可能である。
【００６１】
当然ではあるが、図１、図２、図３、図８及び図１１において矢印にて示される光路は、概念な光路の簡易表現に過ぎない。入力光ＬＩは、三以上の多波長成分に分離されて、成分毎に強度調整された後、出力ユニット４０から出力され得る。
【００６２】
［第一変形例］
第一変形例の光制御システム２は、図１２に示すように、一つの入力ユニット１０に対して、複数の出力ユニット４０１，４０２，４０３を備える光制御システムとして構成される。この光制御システム２は、配置の異なる複数の出力ユニット４０１，４０２，４０３を備える点で、上記実施形態の光制御システム１とは異なり、その他の点で、光制御システム１と一致する。図１２において、光制御システム１と同一符号が付された部位は、当該光制御システム１と同一構成部位であると理解されてよい。
【００６３】
コントローラ５０は、位相画像データに基づき、入力光ＬＩが有する複数の波長成分ＬＣに対応する空間光変調器３０からの回折光の夫々が、複数の出力ユニット４０１，４０２，４０３の内の特定の出力ユニットに入力されるように、空間光変調器３０を制御する。位相画像データは、当該制御を実現可能なデータとしてメインコンピュータ７０で生成される。
【００６４】
上記特定の出力ユニットは、複数の出力ユニットであり得る。即ち、ある一つの波長成分の回折光が、出力ユニット４０１，４０２，４０３の内の二以上に入力されてもよい。一つの出力ユニットには、二以上の波長成分の回折光が入力されてもよい。第一変形例の光制御システム２は、単一光源から、パワースペクトラムの異なる複数の光を生成することができ、自由度の高い可変光源として大変役立つ。
【００６５】
［第二変形例］
第二変形例の光制御システム３は、図１３に示すように、共通の回折格子２１及び空間光変調器３０に対して、入力ユニット１０及び出力ユニット４０のペアが、複数配置された構成にされる。
【００６６】
詳述すれば、光制御システム３は、入力ユニット１０及び出力ユニット４０の複数ペアと、これら複数ペアに共通の回折格子２１と、これら複数ペアの夫々に対応する非球面レンズ２５と、これら複数ペアに共通の空間光変調器３０と、コントローラ５０と、メインコンピュータ７０と、を備えた構成にされる。図１３において、光制御システム１と同一
符号が付された部位は、光制御システム１と同一構成部位と理解されてよい。
【００６７】
コントローラ５０は、位相画像データに基づき、各入力ユニット１０からの入力光ＬＩに対応する空間光変調器３０からの回折光ＬＥが、複数の出力ユニット４０の内の、ペアを構成する特定の出力ユニット４０に入力されるように空間光変調器３０を制御する。この際、コントローラ５０は、回折光ＬＥの出力ユニットへの入射量を制御することができる。位相画像データは、当該制御を実現可能なデータとしてメインコンピュータ７０で生成される。
【００６８】
第二変形例の光制御システム３によれば、複数光源からの光を、単一の空間光変調器３０を用いて制御することができ、大変便利であり、コスト上も有益である。
［他の実施形態］
本開示は、第一及び第二変形例を含む上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
【００６９】
例えば、光制御システム１は、単一の出力ユニット４０に対して、複数の入力ユニット１０を備えていてもよく、複数光源からの入力光を合成して出力ユニット４０から外部に出力するように構成されてもよい。
【００７０】
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発明の実施形態である。
【符号の説明】
【００７１】
１，２，３…光制御システム、１０…入力ユニット、２０…中間光学系、２１…回折格子、２５…非球面レンズ、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、４０，４０１，４０２，４０３…出力ユニット、５０…コントローラ、５１…制御回路、５３…ＩＴＯ電圧生成回路、５５…画素電圧生成回路、６０…ＤＡＣ、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、５１１…データ受信部、５１５…信号入力部、７１１…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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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