CN101889238B - 相位调制装置以及相位调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相位调制装置以及相位调制方法。即使入射光的条件发生变化，该相位调制装置也能够高精度且简单地进行反射型电寻址空间光调制器的相位调制特性的修正。该LCOS型相位调制装置中，输入部输入输入光的条件，处理部对各像素设定输入值。修正值导出部对应于输入光的条件决定修正条件。控制输入值变换部基于修正条件，将对各像素所设定的输入值变换为修正后输入值。查找表处理部将修正后输入值变换为电压值，并使用相当于变换了的电压值的驱动电压来驱动各像素。

Description

相位调制装置以及相位调制方法

技术领域

本发明涉及一种使用反射型电寻址空间光调制器的相位调制装置以及相位调制方法。

背景技术

一直以来，作为反射型电寻址空间光调制器，已知有使用LCOS(Liquid Crystal On Silicon)的LCOS型空间光调制器(LCOS-SLM：LCOS-Spatial Light Modulator)。如果向像素电极施加电压，则LCOS型空间光调制器的液晶分子在与基板垂直的面中旋转，使入射光的相位调制量变化。然而，由于相位调制量相对于在像素电极上施加的电压成非线性变化，因而会产生无法得到所期望的相位调制量的问题。

由于LCOS型空间光调制器的硅基板由半导体工艺进行处理，因而不能设置得很厚而导致机械强度很弱。因此，如图1所示，由元件制造的各工艺所产生的应力而使硅基板发生应变，使LCOS型空间光调制器的镜面的平面度降低。此外，由于硅基板的应变，LCOS型空间光调制器的液晶层的厚度也会不均匀。因此，各像素中的相位调制量对应于液晶层的厚度而变得不同，由于该相位调制量的偏差和反射面的应变，被LCOS型SLM反射而输出的波面会产生较大的应变，此外，会产生相位调制量在每个像素中不相同的问题。具体来说，如果使像素的位置为x，y，电压为V，则相位调制量Φ(V，x，y)采用以下的式来表示。

Φ(V，x，y)＝φ(V，x，y)+Φ₀(x，y)    [πrad]

由此，相位调制量Φ(V，x，y)通过依赖于电压的φ(V，x，y)与不依赖于电压的量Φ₀(x，y)的和而被求得。此外，φ(V，x，y)采用以下的式来表示。

φ(V)＝2Δn(V)d(x，y)*2π/λ    [rad]

这里，Δn(V)为相对于偏振光成分的双折射率，该偏振光成分具有在与液晶的取向方向平行的方向上振动的电场。d(x，y)为位置x，y的液晶层的厚度。各像素中，电压V和φ(V，x，y)的关系为非线性。此外，由d(x，y)引起的φ(V，x，y)也在每个像素中为不同的值。另一方面，Φ₀(x，y)主要是起因于LCOS型空间光调制器的反射面的应变。以下，将由φ(V，x，y)引起的、电压和相位调制量的非线性以及相位调制量在每个像素的偏差总称为电压依赖性相位调制特性，将由Φ₀(x，y)引起的每个位置x，y的相位调制量的偏差称作非电压依赖性应变。提出了该电压依赖性相位调制特性以及修正非电压依赖性应变的方法(例如非专利文件1-3)。

此外，在由反射型电寻址空间光调制器和液晶显示屏构成的相位调制模块中，对电压依赖性相位调制特性、即相对于在液晶显示屏上施加的电压的反射型电寻址空间光调制器的相位调制特性进行修正的方法被提出(例如非专利文献4)。非专利文献4的修正方法使用偏振光干涉计测量电压依赖性相位调制特性，基于测定结果，以4×4的像素为一个块，在每个块制作查找表(look-up table)，并通过使用该查找表来修正电压依赖性相位调制特性。

此外，在由反射型电寻址空间光调制器和液晶显示屏构成的相位调制模块中，测量反射型电寻址空间光调制器的输出波面的应变，并使用取消应变的图案来修正非电压依赖性应变的的方法被提出(例如专利文献1)。

此外，由反射型电寻址空间光调制器和液晶显示屏构成的反射型液晶投影仪(projector)被提出。在反射型电寻址空间光光照射面内的被分割为多个的块的每一个中，改变液晶显示装置的施加动作电压，从而调整入射至反射型电寻址空间光调制器的读入光量。由于从具有某一强度的光源得到的读出光不是完全的平行光，因而读出光入射角在光读入型空间光调制器的读出光照射面内的每一个块中是不同的。然而，读入光量在每个分割的块中被调整，因而能够使输出特性在全部块中变得均等(例如，专利文献2)。

进而，对于反射型电寻址空间光调制器使读出光倾斜地入射，并对读出光进行相位调制的方法也被提出(例如，非专利文献5)。

专利文献1：国际公开WO2003/036368

专利文献2：日本特许第3071999号

非专利文献1：“Phase calibration of spatially non uniform spatial lightmodulator”，Applied Opt.，Vol.43，No.35，Dec.2004

非专利文献2：“Improving spatial light modulator performancethrough phase compensation”，Proc.SPIE，Vol.5553，Oct.2004

非专利文献3：“Active，LCObased laser interferometer formicroelements studies”，Opt.Express，Vol.14，No.21，Oct.2006

非专利文献4：“Highly stable wave front control using a hybridliquid-crystal spatial light modulator”，Proc.SPIE.Vol.6306，Aug.2006

非专利文献5：“Oblique-Incidence Characteristics of aParallel-Aligned Nematic-Liquid-Crystal Spatial Light Modulator”，OPTICAL REVIEW，Vol.12，No.5(2005)372-377

非专利文献6：M.Takeda，H.Ina，and S.Kobayashi，″Fourier-transform method of fringe pattern analysis for computer-basedtopography and interferometry″，J.Opt.Soc.Am.，Vol.72，156-160(1982).

发明内容

发明所要解决的问题

发明者们在讨论上述那样的现有技术之后，结果发现了以下那样的问题。即在非专利文献1-3中，在LCOS型SLM中，使用2光束干涉计测量输出光波面的应变，并进行该应变的修正。然而，在2光束干涉计的测定中，存在以混合电压依赖性相位调制特性和非电压依赖性应变的形式进行测量的问题。此外，在非专利文献1中，关于非线性的修正，只不过是从非线性的特性中抽出比较接近线性的部分，并不能够进行正确的修正。

可是，在使输入光相对于LCOS型SLM垂直地入射的情况下，有必要经过分束器(beam splitter)将输入光和输出光分离。然而，经过分束器，输入光和输出光的光量会损失。如果使输入光相对于LCOS型SLM倾斜地入射，则没有必要使用分束器，从而能够防止光量的损失。

然而，如非专利文献5记载的那样，液晶的双折射率Δn(V)也依赖于输入光的入射角度。

因此，优选，即使输入光的入射角度变化，对应于该变化，也能够高精度且简单地修正LCOS型SLM的电压依赖性相位调制特性以及非电压依赖性应变。

本发明为了解决如上所述的问题，以提供一种相位调制装置以及相位调制方法为目的，该相位调制装置以及相位调制方法即使输入光的条件发生变化，也能够高精度且简单地进行反射型电寻址空间光调制器的相位调制特性的修正。

解决问题的方法

为了达成上述的目的，本发明所涉及的相位调制装置具有反射型电寻址空间光调制器、输入光条件输入单元、输入值设定单元、修正条件决定单元、输入值变换单元和驱动单元。

反射型电寻址空间光调制器具备以彼此相邻的方式配置成二维状的多个像素，各像素对应于驱动电压的施加而对输入光进行相位调制。输入光条件输入单元输入输入光的条件。输入值设定单元对各像素设定输入值。修正条件决定单元对应于输入光的条件而决定修正条件。输入值变换单元基于修正条件而将对各像素所设定的输入值变换为修正后输入值。驱动单元将修正后输入值变换为电压值，并用电压值的驱动电压来驱动各像素。

根据具有上述的结构的相位调制装置，修正条件决定单元对应于输入光的条件而决定修正条件。因此，即使输入光的条件发生变化，相位调制装置也能够进行适当的修正并得到所期望的相位调制量。

此外，优选，修正条件决定单元对应于输入光的入射角度而决定所述修正条件。因此，即使输入光的入射角度发生变化，相位调制装置也能够进行适当的修正并得到所期望的相位调制量。

优选，修正条件决定单元对应于入射光的波长而决定修正条件。因此，即使输入光的波长发生变化，相位调制装置也能够进行适当的修正并得到所期望的相位调制量。

优选，修正条件决定单元对应于入射光的入射角度和入射光的波长而决定修正条件。因此，即使输入光的入射角度和波长发生变化，相位调制装置也能够进行适当的修正并得到所期望的相位调制量。

此外，本发明所涉及的相位调制装置还可以具备修正值输出单元和修正值变换单元，该修正值输出单元输出用于修正非电压依赖性应变的修正值，该修正值变换单元基于修正条件，将从该修正值输出单元输出的修正值变换为修正后修正值。优选，驱动单元基于修正后输入值和修正后修正值而设定电压值。由此，修正值变换单元对应于修正条件而将用于修正非电压依赖性应变的修正值变换为修正后修正值。即使输入光的条件发生变化，相位调制装置也能够进行适当的非电压依赖性应变的修正并得到所期望的相位调制量。

此外，优选，反射型电寻址空间光调制器包含LCOS型空间光调制器。由此，在LCOS型空间光调制器中，即使输入光的条件发生变化，也能够进行适当的修正并得到所期望的相位调制量。

进而，本发明所涉及的相位调制装置还可以具备查找表存储单元，该查找表存储单元至少对一个像素存储一个查找表。查找表存储多个彼此不同的参照值和多个电压指示值。多个彼此不同的参照值和多个电压指示值一对一地对应，各电压指示值表示所对应的电压值。驱动单元参照查找表，选择相对于与修正后输入值相等的参照值的电压指示值。驱动单元基于所选择的电压指示值，决定该电压指示值所表示的电压值。这样，通过参照查找表，从而能够将修正后输入值变换为对应于电压值的值，因而能够高效地进行使相对于输入值的相位调制量为线性的修正。

这里，在查找表中，多个参照值包含最小的参照值、中间的参照值和最大的参照值。中间的参照值比最小的参照值大且比最大的参照值小。比最小的参照值大且比中间的参照值小的参照值的总数为254。多个电压指示值包含最小的电压指示值、中间的电压指示值和最大的电压指示值。中间的电压指示值比最小的电压指示值大且比最大的电压指示值小。最小的参照值对应于最小的电压指示值。中间的参照值对应于中间的电压指示值。最大的参照值对应于最大的电压指示值。多个电压指示值表示多个电压值。多个电压值包含最小的电压值、中间的电压值和最大的电压值。中间的电压值比最小的电压值大且比最大的电压值小。最大的电压指示值表示最大的电压值。中间的电压指示值表示中间的电压值。最小的电压指示值表示最小的电压值。在对于输入光预先设定的多个条件中的任意一个中，至少施加于一个像素的驱动电压比最小的电压值大。进而，在使用相当于比最大的电压值小的任意的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量、与在使用相当于最小的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量的差，随着任意的电压值和最小的电压值的差越大而变得越大。在预先设定的多个条件的任意一个中，在至少一个像素使用最大的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量、与在使用最小的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量的差，为2π以上。而且，在预先设定的多个条件的任意一个中，在至少一个像素使用相当于中间的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量、与在使用相当于最小的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量的差，优选为比2π小。由此，相位调制装置对于多个输入光确保相位调制量的范围至少为2π。进而，对于该至少2π的相位调制量的范围，被分配有256阶以上的参照值。因此，对于所期望的控制输入值，能够得到精度良好的相位调制量。

此外，优选，修正条件决定单元预先存储多个修正条件，并从多个修正条件选择对应于输入光的条件的一个修正条件。由此，修正条件决定单元从多个修正条件中选择一个修正条件，因而对应于输入光的条件能够进行适当的修正。

或者，该相位调制装置还可以具备关系式保存单元，该关系式保存单元保存表示输入光的条件的值和表示修正条件的值之间的关系式。在该情况下，优选，修正条件决定单元基于表示输入光的条件的值而计算关系式，从而决定表示修正条件的值。由此，驱动单元通过参照关系式，能够从输入光的条件得到修正条件。因此，能够高效地得到修正条件。

此外，本发明所涉及的相位调制方法使用反射型电寻址空间光调制器对输入光进行相位调制，该反射型电寻址空间光调制器具备以彼此相邻的方式配置成二维状的多个像素，各像素对应于驱动电压的施加而对输入光进行相位调制。具体来说，该相位调制方法设定输入光的条件，对各像素设定输入值，对应于输入光的条件决定修正条件，基于修正条件而将对各像素所设定的输入值变换为修正后输入值，将修正后输入值变换为电压值，然后，通过使用所述电压值的驱动电压来驱动各像素而对输入光进行相位调制。由此，对应于输入光的条件决定修正条件。因此，即使输入光发生变化，也能够进行适当的修正并得到期望的相位调制量。

此外，通过以下的详细的说明以及附图，可以更充分地理解本发明所涉及的各实施例。这些实施例仅仅是为了例示而被表示，并不应该考虑为限定本发明。

此外，本发明的更进一步的应用范围，通过以下的详细说明变得明了。然而，详细的说明以及特定的事例表示本发明的优选的实施例，但仅仅是为了例示而被表示，对本领域技术人员来说，由该详细的说明得到本发明的范围内的各种变形以及改良是当然的。

发明的效果

根据本发明所涉及的相位调制装置以及相位调制方法，修正条件决定手段对应于输入光的条件决定修正条件。因此，即使输入光的条件发生变化，该相位调制装置也能够进行适当的修正并得到期望的相位调制量。

附图说明

图1为表示LCOS的反射面的应变的图。

图2为表示包含本发明所涉及的相位调制装置的第一实施例的相位调制系统的结构的图。

图3为分别表示平行取向型LCOS型空间光调制器中像素电极和对向电极之间的电位差不存在的情况下的液晶分子的状态(a)，平行取向型LCOS型空间光调制器中像素电极和对向电极之间的电位差较小的情况下的液晶分子的状态(b)、平行取向型LCOS型空间光调制器中像素电极和对向电极之间的电位差较大的情况下的液晶分子的状态(c)的图。

图4为表示垂直入射光学系统的结构的图。

图5为分别表示倾斜入射光学系统的结构(a)、区域(a)的倾斜入射光学系统的变更例(b)、入射到LCOS型空间光调制器的光的路径(c)的图。

图6为用于说明应变修正数据的图。

图7为表示像素区别查找表的图。

图8为表示存储在角度修正用查找表中的入射角度和角度修正系数的关系的图表。

图9为表示存储在波长修正用查找表中的波长和波长修正系数的关系的图表。

图10为表示偏振光干涉计的结构的图。

图11为表示相对于波长互不相同的5个输入光的电压依赖性相位调制特性的图表。

图12为表示沿纵轴方向平行移动图11的各曲线的图表。

图13为表示波长λ的相位调制量相对于基准波长λ0的相位调制量的比的图表。

图14为表示角度可变的偏振光干涉计的结构的图。

图15为表示关于入射角度互不相同的8个输入光的电压依赖性相位调制特性的图表。

图16为表示沿纵轴方向平行移动图15的各曲线的图表。

图17为表示角度θ的相位调制量相对于基准角度θ0的相位调制量的比的图表。

图18为对相对于波长不同的输入光的相位调制量进行波长修正系数以及补偿相位值的修正而得到的图表。

图19为对相对于角度不同的输入光的相位调制量进行角度修正系数以及补偿相位值的修正而得到的图表。

图20为用于说明设定查找表的方法的流程图。

图21为表示使用像素区别查找表进行相位调制时的、修正后控制输入值和相位调制量的关系的图表。

图22为表示迈克尔逊干涉计的结构的图。

图23为用于说明制作应变修正数据的方法的流程图。

图24为用于说明使用第一实施方式的相位调制系统的方法的流程图。

图25为表示使用图20的方法对入射角度为0°的输入光进行相位调制时的聚光点形状的图。

图26为表示使用图20的方法对入射角度为45°的输入光进行相位调制时的聚光点形状的图。

图27为表示比较例的聚光点形状的图。

图28为表示包含本发明所涉及的相位调制装置的第二实施例的相位调制系统的结构的图。

图29为表示查找表映射的例子的图。

图30为表示包含本发明所涉及的相位调制装置的第三实施例的相位调制系统的结构的图。

图31为表示包含本发明所涉及的相位调制装置的第四实施例的相位调制系统的结构的图。

图32为表示本发明所涉及的相位调制装置的第五实施例的结构的图。

图33为表示LCOS型空间光调制器的变更例的图。

图34为表示马赫曾德尔光学系统的结构的图。

符号的说明

1、101、601……相位调制系统，10、10a、110、610、710……LCOS型相位调制装置，2……LCOS型空间光调制器，32……修正值导出部，33……控制输入值变换部，34……修正数据变换部，38……查找表处理部，39……DA电路，391……驱动单元，632……修正值导出单元，633……控制输入值变换单元，634……修正数据变换单元，635……修正数据累加部，638……查找表处理单元，71……角度修正用查找表，72……波长修正用查找表，73……补偿信息，11……像素区别查找表，12……应变修正数据，13……期望图案，17……角度信息，18……波长信息，111……组区别查找表，211……单一查找表。

具体实施方式

以下，参照图2～34，对本发明所涉及的相位调制装置以及相位调制方法的各实施例进行详细的说明。此外，在附图说明中，对同一部位、同一要素标记同一符号，省略重复的说明。

(第一实施例)

首先，对第一实施例的相位调制装置和使用该相位调制装置的相位调制方法进行说明。

图2是表示包含本发明所涉及的相位调制装置的第一实施例的相位调制系统的结构的图。如图2所示，相位调制系统1具备第一实施例所涉及的LCOS型相位调制装置10和控制装置4。LCOS型相位调制装置10具备LCOS型空间光调制器2和驱动装置3。驱动装置3通过电压来驱动LCOS型空间光调制器2，控制装置4向驱动装置3传送下述的期望图案13等的数据。

如图3的区域(a)所示，LCOS型空间光调制器2具有硅基板21和玻璃基板25，该玻璃基板25隔着间隔物26与硅基板21粘合。在硅基板21和玻璃基板25之间，填充有由液晶分子28构成的液晶层27。硅基板21上形成有多个像素电极22和控制向各像素电极22赋予的电压的电路(图中没有表示)，像素电极22上形成有取向膜23。玻璃基板25具备对向电极24和取向膜23。对向电极24隔着液晶层27与像素电极22相对。液晶层27的液晶分子28被形成为平行取向。LCOS型空间光调制器2中，像素电极22由铝构成，发挥作为反射入射光的镜子的作用。此外，一个像素电极22对应于进行相位调制时的一个像素。各像素的位置以(x，y)表示。在该第一实施例中，像素电极22(像素)的总数为T个(T为正整数)。各像素具有固有的电压依赖性相位调制特性以及非电压依赖性相位调制特性。

控制各像素电极22的电压的电路(图中没有表示)，例如为有源矩阵电路。有源矩阵电路中，将晶体管和电容配置于各像素电极22，进而晶体管与栅极信号线和数据信号线连接，该栅极信号线用于选择像素电极22且在行方向上延伸，该数据信号线用于提供模拟电压信号且在列方向上延伸。施加于数据信号线的模拟电压信号被记录于通过向栅极信号线施加Hi信号而被选择的像素电极22的电容中，从而控制该像素电极的电压。通过依次切换所选择的数据线和栅极线，从而能够向全部的像素电极22输入规定的电压。

如图3的区域(a)～(c)所示，向像素电极22施加任意的电压而使液晶分子28旋转。图3的区域(a)表示像素电极22和对向电极24之间没有电位差的情况下的液晶分子28的状态。图3b的区域(b)表示该电压差为较低的状态，图3的区域(c)表示该电位差为较高的状态。由于对于偏振光成分的折射率根据电压而发生变化，因而调制该光成分的相位。像素电极22的可动作的电压范围为P～Q。在该第一实施例中，P＝0伏，Q＝4伏。

使用LCOS型空间光调制器2对光的相位进行调制时，使相对于液晶的取向方向平行的直线偏振光从玻璃基板25侧入射。光从玻璃基板25入射并在液晶层27中传播，在像素电极22被反射，再次在液晶层27中传播，并从玻璃基板25出射。光在液晶层27内传播中，接受相位的调制。通过在各像素电极22调制相位，从而能够控制光的相位分布。因此，LCOS型空间光调制器2为能够控制波面的反射型电寻址空间光调制器。

如图2所示，控制装置4，例如为个人电脑，且具备中央处理装置41、通信部42、存储器43、HDD(Hard Disk Drive)44和输入部45。HDD44存储期望图案13。中央处理装置41是用于控制控制装置4的整体的装置。

LCOS型空间光调制器2，例如配置于如图4所示的垂直入射光学系统60或如图5的区域(a)所示的倾斜入射光学系统70而被使用。图4的垂直入射光学系统60具有激光光源61、分束器62、透镜63和CCD64。如图4所示，如果将LCOS型空间光调制器2配置于垂直入射光学系统60，则从激光光源射出的输入光经由分束器62，以垂直于LCOS型空间光调制器2的配置有像素电极的面的方式入射。

图5的区域(a)的倾斜入射光学系统70具有激光光源71、透镜72和CCD73。如图5的区域(a)所示，如果将LCOS型空间光调制器2配置于倾斜入射光学系统70，则从激光光源射出的输入光从倾斜方向入射至LCOS型空间光调制器2，该倾斜方向相对于LCOS型空间光调制器2的配置有像素电极22的面的垂线仅倾斜角度θ(入射角度θ)。此外，在图4以及图5的区域(a)中，仅表示LCOS型空间光调制器2，没有表示与LCOS型空间光调制器2连接的驱动装置3和控制装置4。

此外，也可以将倾斜入射光学系统70变更为如图5的区域(b)所示的倾斜入射光学系统170。即也可以通过利用棱镜800而使入射光以角度θ入射至LCOS型空间光调制器2。具体来说，将激光光源71、棱镜800、透镜72和CCD73配置在同一轴上，使棱镜800和LCOS型空间光调制器2相对。在该情况下，由于入射光和出射光在同一轴上，因而装置的配置变得容易。此外，通过仅变更棱镜800的种类而能够使角度θ变化。此外，图5的区域(b)中，也仅表示LCOS型空间光调制器2，没有表示与LCOS型空间光调制器2连接的驱动装置3和控制装置4。

图5的区域(c)是表示在倾斜入射光学系统70、170中入射至LCOS型空间光调制器2的光的路径的图。此外，为了方便说明，LCOS型空间光调制器2仅表示玻璃基板25、隔离物26、液晶层27、硅基板21。因此，像素电极22位于液晶层27和硅基板21之间的边界线。以入射角θ入射至空气和玻璃基板25之间的边界面的光，在该边界面折射而入射至玻璃基板25，进而在玻璃基板25和液晶层27之间的边界面折射而入射至液晶层27。在液晶层27中传播的光在像素电极22反射，再次在液晶层27中传播，之后在液晶层27和玻璃基板25之间的边界面折射而入射至玻璃基板25，进而在玻璃基板25和空气之间的边界面折射，以出射角度θ被输出至空气中。入射角度θ、在空气和玻璃基板25之间的边界面上的折射角度θ’、以及在玻璃基板25和液晶层27之间的边界面上的折射角度θ”的关系，使用斯涅耳法则如以下所示。这里，n为空气的折射率，n_g为玻璃基板25的折射率，n_L为液晶层27的折射率。

n_gsinθ′＝nsinθ    (S-1)

n_Lsinθ″＝n_gsinθ′ (S-2)

以下，将从假定使用的激光光源61、71输出的光的波长λ的范围的最小波长作为λmin，将最大波长作为λmax。该第一实施例中，λmin＝405nm，λmax为1064nm。此外，将假定使用的入射角度θ的范围的最小角度作为θmin，将最大角度作为θmax。在第一实施例中，θmin＝0°，θmax＝45°。此外，在图4的垂直入射光学系统60中，入射角度θ＝0°，在图5的区域(a)的倾斜入射光学系统70中，0°＜θ≤45°。此外，将基准波长λ₀设定为波长范围的最小波长λmin，将基准角度θ₀设定为角度范围的最小角度θmin。此外，LCOS型空间光调制器2的液晶膜厚，相对于最大波长λmax以及最大角度θmax的组合，在驱动电压范围P～Q内，为了达成2π以上的相位调制量，而为足够大。如下所述，输入光的波长λ越大或者输入光的角度θ越大，LCOS型空间光调制器2的相位调制量就越小。因此，相对于使用波长范围内的任意波长和使用角度范围内的任意角度，在任意像素内均能达到2π以上的相位调制量。

期望图案13具有关于全部像素的像素的位置信息和表示该像素内想要达成的期望的相位调制量的值(以下，记作控制输入值B)。表示期望的相位调制量的值，是全阶数为N(0至N-1)的数字信号，第一实施例中N＝256。0至N-1的全N阶的控制输入值B表示从0至2π的一个周期的相位调制量。以下将N记作周期阶数。

输入部45接收用户从未图示的键盘等的外部的输入装置输入的输入光的角度信息17和输入光的波长信息18，并存储于存储器43中。或者，也可以为从测定机器输出由测定机器检测出的角度信息17和波长信息18并由输入部43接收的结构。输入部45，例如具备网络接口、或USB接口、串口、并口等，且与未图示的外部机器(键盘或测量角度信息17和波长信息18的测定机器)相连接而使数据的收发成为可能。此外，将期望图案13不存储在HDD44上，而可以是通过输入部45，从外部的装置接收期望图案13，并存储在存储器43中。

角度信息17表示入射至LCOS型空间光调制器2的输入光的、相对于配置有像素电极22的面的垂线的入射角度θ(图5的区域(a))。波长信息18表示入射至LCOS型空间光调制器2的输入光的波长。

在相位调制系统1中进行相位调制的情况下，中央处理装置41将期望图像13从HDD44读出至存储器43。中央处理装置41将期望图像13作为输入数据通过通信装置42发送给驱动装置3。

驱动装置3具有输入部51、处理部30、ROM52、RAM36、37、D/A(数字模拟)电路39。处理部30由FPGA(Field Programmable GateArray)构成。处理部30具备输入处理部31、修正值导出部32、控制输入值变换部33、修正数据变换部34、修正数据累加部35和LUT(查找表)处理部38。此外，处理部30也可以由微型计算机构成，来代替FPGA。D/A电路39具备驱动单元391。ROM52保存角度修正用查找表71、波长修正用查找表72、补偿信息73、应变修正数据12、T个像素区别查找表11。在驱动装置3起动时，每个像素的像素区别查找表11从ROM52被读出至RAM37，应变修正数据12从ROM52被读出至RAM36。或者，应变修正数据12以及像素区别查找表11也可以被保存于控制装置4的HDD44，在相位调制系统1起动时，被传送至驱动装置3，并分别被传送至RAM36、RAM37。此外，也可以将RAM36、37统一成单一的RAM，该单一的RAM保存应变修正数据12和像素区别查找表11。

ROM52存储有执行如下述的图24所示的流程图的处理的程序。处理部30通过将该程序从驱动装置3的ROM52读出并执行，从而控制驱动装置3整体并执行与相位调制相关的处理。

应变修正数据12是用于修正非电压依赖性应变的数据。应变修正数据12具有关于全部像素的像素的位置信息、以及该像素中对于期望图案13的控制输入值B应当累加的值(以下，记作应变修正值S)。应变修正值S表示为整数值。应变修正值S中的0～N-1的N阶(N为周期阶数，第一实施例中N＝256)对应于2π[rad]的相位值。图6中，用实线表示应变修正数据12的一个例子。该例为对应于具有800×600像素的LCOS型空间光调制器2的应变修正数据12，图6表示在长度方向上并列的800个像素的应变修正值S。相位调制量0～2π对应于应变修正值S的0～255。在中心附近的像素(像素位置450附近)，应变修正值S为0。此外，在像素位置0，应变修正值S约为576。

T个像素区别查找表11和T个像素一对一地对应。像素区别查找表11修正所对应的像素的电压依赖性相位调制特性。图7表示相对于一个像素的像素区别查找表11的例子。如图7所示，像素区别查找表11中，多个参照值R和多个DA输入值A一对一地对应地被存储。DA输入值A表示为0～M-1的M阶。这里，M为满足M＞N的整数，第一实施例中M＝4096。此外，在该第一实施例中，参照值R表示为0～850的851阶。此外，图7中，表示在三种输入条件下的与像素区别查找表11和DA输入值A对应的相位调制量。

通过对应于该像素的像素区别查找表11修正各像素的电压依赖性相位调制特性，从而对于使用波长范围内的任意的波长以及使用角度范围内的任意角度的组合的输入条件，能够将各像素的电压依赖性相位调制特性的非线性修正为线性，并且能够修正电压依赖性相位调制特性的每个像素的偏差。

输入部51，例如具有DVI(Digital Video Interface)、或网络接口、USB接口、串口、并口等，且与通信部42连接从而可以发送接收数据。输入部51从控制装置4接收期望图案13、角度信息17以及波长信息18，并传送至输入处理部31。

输入处理部31产生包括基于期望图案13和控制装置4所发送的同步信号而驱动LCOS型空间光调制器2时所必须的垂直同步信号和水平同步信号等的数字控制信号。此外，并行地，输入处理部31将期望图案13传送至控制输入值变换部33。进而，并行地，输入处理部31将角度信息17和波长信息18传送至修正值导出部32。

角度修正用查找表71以使多个角度θ和多个角度修正系数a(θ)的值一对一地对应的方式存储多个角度θ和多个角度修正系数a(θ)的值。图8表示角度修正用查找表71所存储的入射角度θ和角度修正系数a(θ)的关系。角度修正系数a(θ)，在θmin(＝0°)时为最大值1，并随着角度θ的增加而减小。

波长修正用查找表72以使多个波长和多个波长修正系数c(λ)的值一对一地对应的方式存储多个波长和多个波长修正系数c(λ)的值。图9表示波长修正用查找表72所存储的波长λ和波长修正系数c(λ)的关系。波长修正系数c(λ)，在λmin(＝405)时为最大值1，并随着波长λ的增加而减小。

修正值导出部32从ROM52读出角度修正用查找表71，并特别规定与作为角度信息17的角度θ对应的角度修正系数a(θ)。此外，修正值导出部32从ROM52读出波长修正用查找表72，并特别规定与作为波长信息18的波长λ对应的波长修正系数c(λ)。

补偿信息73表示相对于使用波长范围λmin～λmax内的多个规定的波长λ的寻常光折射率no(λ)和异常光折射率ne(λ)、以及每个像素(x，y)的液晶层27的厚度d(x，y)。修正值导出部32从ROM52读出补偿信息73，并基于补偿信息73、角度信息17以及波长信息18，导出每个像素位置的补偿阶值g(θ，λ，d(x，y))。具体来说，首先，修正值导出部32基于补偿信息73、角度信息17以及波长信息18，通过对以下的式(1)进行运算来求得每个像素的h(θ，λ，d(x，y))。此外，θ₀为基准角度，该第一实施例中θ₀＝θmin＝0°。此外，式(1)中，虽然在液晶层27的厚度d(x，y)中记载有其像素位置(x，y)，但是，以下，适当地省略像素位置(x，y)，仅记载说明时所必须的参数。

$h(\mathrm{\θ},\mathrm{\λ},d(x,y))=\left(\frac{(n_e\left(\mathrm{\λ}\right)*n_o\left(\mathrm{\λ}\right)*d(x,y))}{\sqrt{n_e^2\left(\mathrm{\λ}\right){\sin }^2(j\left(\mathrm{\θ}\right)-j\left({\mathrm{\θ}}_0\right))+n_o^2\left(\mathrm{\λ}\right){\cos }^2(j\left(\mathrm{\θ}\right)-j\left({\mathrm{\θ}}_0\right))}}\right)*\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\left[\mathrm{rad}\right]---\left(1\right)$

这里，j(θ)为以角度θ入射至LCOS型空间光调制器2的光在液晶层27中传播的方向相对于与像素电极22垂直的方向的角度θ”(图5的区域(C))，并根据斯涅耳法则(S-1)(S-2)，表示如下。

$j\left(\mathrm{\θ}\right)={\mathrm{\θ}}^{\′\′}=\arcsin (\frac{n}{n_L}*\sin \mathrm{\θ})---\left(2\right)$

进而，修正值导出部32使用波长修正系数c(λ)对以下的式(3)进行运算而算出每个像素的g(θ，λ，d(x，y))。此外，N为控制输入值B中的一个周期所分配的阶数，该例中为256。

$g(\mathrm{\θ},\mathrm{\λ},d(x,y))=h(\mathrm{\θ},\mathrm{\λ},d(x,y))*\frac{N-1}{2\mathrm{\π}}---\left(3\right)$

此外，修正值导出部32使用角度修正系数a(θ)和波长修正系数c(λ)，并通过运算以下的式(4)，将周期阶数N变换为修正后周期阶数t’_b，max。

t′_b，max＝1/a(θ)*1/c(λ)*N    (4)

即周期阶数N为在基准波长λ₀以及基准角度θ₀的入射条件下，控制输入值B中的一个周期内被分配的阶数，第一实施例中为256。

修正后周期阶数t’_b，max为在作为角度信息17的角度θ和作为波长信息18的波长λ的入射条件下，控制输入值B中的一个周期内应当被分配的阶数。由于角度修正系数a(θ)和波长修正系数c(λ)均为1以下的值，因而修正后周期阶数t’_b，max为255以上的值。

进而，修正值导出部32将角度修正系数a(θ)、波长修正系数c(λ)和每个像素的补偿阶值g(θ，λ，d(x，y))传送至控制输入值变换部33。并行地，修正值导出部32将角度信息17和波长修正系数c(λ)传送至修正数据变换部34。进而，并行地，修正值导出部32将修正后周期阶数t’_b，max传送至控制输入值累加部35。

控制输入值变换部33使用角度修正系数a(θ)、波长修正系数c(λ)和补偿阶值g(θ，λ，d(x，y))，并通过在每个像素运算以下的式(5)，从而将控制输入值B(＝t_b)变换为修正后输入值B’(＝t_b’)，并将所求得的修正后输入值B’(＝t_b’)传送至修正数据累加部35。

t′_b＝1/a(θ)*1/c(λ)*t_b+1/a(θ)*1/c(λ)*g(θ，λ，d)    (5)

修正数据变换部34从RAM36读出应变修正数据12。修正数据变换部34基于作为角度信息17的入射角度θ，并由式(2)求得角度θ”。基于输入波长λ和最小波长λ_min、角度θ”，修正数据变换部34在每个像素将应变修正数据12的应变修正值S乘以λ_min/λ·(2/cosθ”)而得到修正后应变修正值S’。这里，应变具有随着波长越长而变得越小的性质。由于λ_min/λ＜1，通过将应变修正值S乘以λ_min/λ，从而能够进行关于波长的修正。此外，由图5的区域(C)可知，如果垂直入射时在液晶层27中行进的光的往返的光路长度为2F，且在液晶层27中以入射角度为θ”行进的光的往返的光路长度为2F”，则成立2F”＝2F/cosθ”的关系。因此，通过将应变修正值S乘以2/cosθ”从而进行关于角度的修正。

修正数据累加部35在每个像素中，将修正后输入值B’(＝t’_b)和修正后应变修正值S’相加，并将相加后的值(B’+S’)作为参照值R。此外，在参照值R比修正后周期阶数t’_b，max大的情况下，按照以下的式(6)将进行相位折叠后的结果重新作为参照值R。修正数据累加部35将这样得到的参照值R传送至查找表处理部38。

φ＝2sin^-1(((I-I_min)/(I_max-I_min))^1/2)    [rad]

查找表处理部38从RAM37读出对应于各像素的像素区别查找表11(图7)，根据对于该像素所求得的参照值R，参照像素区别查找表11，读出对应于参照值R的DA输入值A。这样，将参照值R变换为DA输入值A。查找表处理部38将各像素的DA输入值A与该像素的位置信息一起发送至驱动单元391。

驱动单元391对于各像素，将DA输入值A所取得的值t_a变换为模拟信号C，该模拟信号C为驱动电压范围(P～Q)(本例中P＝0伏，Q＝4伏)内的电压值(P+((Q-P)/(M-1))*t_a)。然后，驱动单元391将模拟信号C所示的电压值作为驱动电压，驱动LCOS型空间光调制器2的各个像素。

图7中，与像素区别查找表11一起，DA输入值A所取得的值由驱动单元391变换为对应的电压值并施加于相对应的像素上，从而图7表示了三个不同的入射条件下的该像素达成的相位调制量，该三个不同的入射条件为[1]θ＝0°、λ＝405nm、[2]θ＝0°、λ＝1064nm、[3]θ＝45°、λ＝633nm。然而，像素区别查找表11没有存储与相位调制量φ对应的数据。相位调制量φ相对于参照值R的取值具有线性关系。并且，在全部T个像素区别查找表11中，与参照值R的各值对应的相位调制量φ以在同一入射条件(同一波长以及同一角度的组合)下彼此大致相等的方式决定DA输入值A应该取的值。例如，以在基准角度θ＝0°、基准波长λ＝405nm的入射条件下，在参照值R为0的时候，φ＝0.00000，此外，在参照值R为1时，φ＝0.00784等的方式，决定DA输入值A应该取的值。

而且，如式5所示，根据入射条件将控制输入值B(＝t_b)修正为修正后控制输入值B’(＝t’_b)，由于基于该修正后控制输入值B’(＝t’_b)来决定参照值R，因而修正前的控制输入值B和相位调制量φ的关系也成线性，无论哪种入射条件，与控制输入值B相对应的相位调制量φ相同。

因此，对于任意的输入条件，如果使用与各个像素对应的像素区别查找表11，将该像素的控制输入值B变换为修正后控制输入值B’，进而，将修正后控制输入值B’变换为DA输入值A，进而，将该DA输入值A变换为模拟信号C并施加该电压，则各像素中所得到的相位调制量φ对于修正前的控制输入值B大致成线性，并且每个像素的偏差很小。

接着，对相位调制系统1的设定方法进行说明。对于相位调制系统1，依次进行波长修正用查找表72的设定、角度修正用查找表71的设定、补偿信息73的设定、DA输入值和驱动电压范围P～Q的对应关系的设定、像素区别查找表11的设定、以及应变修正数据12的设定。

(波长修正用查找表72的设定方法)

首先，进行波长修正用查找表72的设定。在该设定中，将LCOS型空间光调制器2配置于图10的偏振光干涉计90并进行测定。在该情况下，入射光的入射角度θ设定为0°。

偏振光干涉计90具备氙灯91、准直透镜92、偏振光镜93、分光束94、检偏镜95、图像透镜96、97、带通滤波器98、图像传感器99。如图10所示，LCOS型空间光调制器2相对于偏振光干涉计90配置。氙灯91输出波长为从约200nm到2000nm的光。带通滤波器98仅使规定的波长的光通过。通过变更带通滤波器98的种类，能够使入射至图像传感器99的光的波长变化。因此，能够测定与LCOS型空间光调制器2所调制的光的规定波长成分相关的相位调制量。此外，带通滤波器98可以不配置于图像透镜97和图像传感器99之间，而配置在从氙灯91至LCOS型空间光调制器2的光路上的任意位置。例如，带通滤波器98可以配置在氙灯91和准直透镜92之间。

根据这样结构的偏振光干涉计90，由LCOS型空间光调制器2进行相位调制的光，由图像传感器99来测定。偏振光镜63的偏振光方向相对于LCOS型空间光调制器2的液晶分子的取向方向偏差45°。因此，入射至LCOS型空间光调制器2的光(入射光)相对于液晶分子28的取向方向偏差45°。通过入射光在液晶层27中传播，从而入射光中被相位调制的成分(与液晶分子28的取向方向平行的成分)和未被相位调制的成分之间产生相位差。因此，由LCOS型空间光调制器2反射的光(反射光)的偏振光方向依赖于入射光的被相位调制的成分的相位调制量。此外，检偏镜65的取向方向相对于偏振光镜93偏差90°，由于透过检偏镜65的光的强度依赖于反射光的偏振光方向，因而根据图像传感器99的测定结果，电压依赖性的相位调制特性作为强度I被测定。在全部像素中施加同一电压并对输入光进行相位调制。根据图像传感器99，能够测定在LCOS型空间光调制器2的任意的像素中被调制且到达图像传感器99的对应的位置的光的强度。在图像传感器99的某一位置得到的强度I，例如，利用以下的式，求出由LCOS型空间光调制器2的对应的像素产生的相位调制量φ。

φ＝2sin^-1(((I-I_min)/(I_max-I_min))^1/2)    [rad]

这里，I_max和I_min分别为使向该像素施加的电压在LCOS型空间光调制器2的动作电压范围(0～4V)内变化时所得到的强度I的最大值和最小值。

在将动作电压范围0～4V内的任意一个电压均等地施加在全部像素内的状态下，求出任意的像素的相位调制量φ，从而可求得该像素的相对于该电压的相位调制量。

作为带通滤波器98，准备使使用波长范围λmin(405nm)～λmax(1064nm)内的5个不同的波长(第一实施例中，为405nm、532nm、633nm、800nm、1064nm)的光分别透过的5个带通滤波器，并配置其中的一个。

在配置透过一个波长的光的带通滤波器作为带通滤波器98的状态下，在动作电压范围0～4V的每一个电压下测定LCOS型空间光调制器2的规定的一个像素所达成的相位调制量。此外，仅对规定的一个像素测定相位调制量，是因为波长依赖性在全部像素内基本上是一定的。对于全部五个波长反复进行所涉及的测定。图11为表示在每个波长λ下由上述的测定所得到的电压和相位调制量之间的关系的图表。在每个波长λ下，电压为0时的相位调制量(补偿相位值)是不同的。

本发明中，相对于基准角度θ₀以及基准波长λ₀的相位调制量φ(V，θ₀，λ₀，x，y)的使用波长范围内的任意的波长λ以及使用角度范围内的任意角度θ的相位调制量φ(V，θ，λ，x，y)由以下的式(7)定义。此外，x，y为表示像素的位置的参数。此外，式(7)中，记载有作为相位调制量φ的参数的电压V、角度θ、波长λ、像素的位置x，y，但是，以下适当地进行省略，仅标注说明所必须的参数。

φ(V，θ，λ，x，y)＝a(θ)*c(λ)*φ(V，θ₀，λ₀，x，y)-a(0)*c(λ)*h(θ，λ，d(x，y))   [rad](7)

式7中，第2项的a(θ)*c(λ)*h(θ，λ，d)表示电压为0时的相位调制量(补偿相位量)。这里，h(θ，λ，d)定义为上述式(1)。此外，图12为沿纵轴方向平行移动图11的各曲线以使电压为0时的相位调制量为0的图表。

任意的波长λ的相位调制量φ(λ，V)与基准波长λ₀的相位调制量φ(λ₀，V)的比c(λ，V)，在每个电压V下按以下的式(8)来定义。

c(λ，V)＝φ(λ，V)/φ(λ₀，V)    (8)

图13为表示在每个波长λ下电压V和c(λ，V)的关系的图表。由图13可知，在任意的波长λ下，c(λ，V)在电压0～2V附近的范围内，根据电压V，值变动较大，而在2V以上的范围内，变动较小。该性质对于测定的全部的波长均成立。

更加具体来说，在规定的电压范围(本例中为2～4V的范围)中，在任意的波长λ下，相对于电压V的变化的c(λ，V)的变化量限定在规定的范围(这里为0.5)内。因此，对于每个波长λ，将波长修正系数c(λ)设定为与相对于上述规定的电压范围(2～4V的范围)内的任意的一个电压V的c(λ，V)相等的值，或者，也可以将c(λ)设定为与相对于上述规定的电压范围(2～4V的范围)内的任意的多个电压值V的c(λ，V)的平均值相等的值。

将测定的波长λ和波长修正系数c(λ)的关系作为波长修正用查找表72保存于驱动装置3的ROM52中。图9表示波长修正用查找表72所存储的波长λ和波长修正系数c(λ)的关系。在基准波长λ0(＝405nm)时，c(λ)为1，且随着λ的增加c(λ)减少。

此外，在第一实施例中，关于使用波长范围内的5个不同的波长进行测定，但测定的波长的个数不限于5个。此外，可以通过用多项式来近似波长λ和波长修正系数c(λ)的关系，从而关于未测定的波长，进行插值而求得多个波长λ和多个波长修正系数c(λ)之间的一对一的对应关系，并存储在波长修正用查找表72中。也可以存储该多项式本身以代替波长修正用查找表72。此外，虽然进行了关于规定的一个像素的相位调制量的测定，但是也可以测定多个像素的相位调制量，并用这些值的平均值替换相位调制量φ(λ，V)，求得c(λ，V)。

(角度修正用查找表71的设定方法)

为了进行角度修正用查找表71的设定，在图14的光学系统190中进行LCOS型空间光调制器2的相位调制量的测定。光学系统190是将图10的光学系统90制成角度可变后的系统。即光学系统190除去以下的点之外，与光学系统90是相同的。即光学系统190构成为从光学系统90去除分束器94。通过调整从氙灯91到偏振光镜93的配置、从检偏镜95到图像传感器99的配置和LCOS型空间光调制器2的方向，能够使入射角度θ在从0°到45°的范围内任意变更。

在角度修正用查找表的设定方法中，作为带通滤波器98，使用透过波长λ＝633nm的光的带通滤波器98。

将入射角度θ依次地设定为使用角度范围θmin＝0°～θmax＝45°内的8个角度(0°、5.65°、9.2°、13.25°、22.5°、31.6°、38°、45°)。在将入射角度θ设定为一个角度的状态下，在动作电压范围0～4V内的每个电压下测定规定的一个像素中所达成的相位调制量。此外，仅对规定的一个像素测定相位调制量，是因为不论像素如何角度依赖性基本上是相同的。此外，在倾斜入射的情况下，在液晶层27中光倾斜地行进。因此，光受到彼此相邻的多个像素电极22的影响。然而，由于相邻的多个像素中电压依赖性应变的差非常小，因而由该相邻的多个像素电极22的影响而产生的相位调制量的变化小到可以忽略不计的程度。然而，在将LCOS型空间光调制器2配置于光学系统190(图14)的时候，入射光的一部分可能在液晶层27的一部分中传播并入射至像素电极22，该液晶层27的一部分对应于硅基板21中、包围配置有全部T个像素电极22的区域的外周区域。特别的，上述外周区域附近的像素电极22容易受到该光的影响。因此，优选，上述规定的一个像素使用从该外周区域附近分离的像素电极22。对全部8个角度反复进行这样的测定。图15为在每个角度θ下表示根据上述的测定所得到的电压和相位调制量的关系的图表。可知：在每个角度θ下，电压为0时的相位调制量(补偿相位值)是不同的。图16为沿纵轴方向平行移动图15的各曲线以使电压为0时的相位调制量(补偿相位值)变为0的图表。可知：即使忽视补偿相位值的差，在每个角度θ下电压-相位调制量的特性也是不同的。即图16为表示由角度修正系数a(θ)的贡献所得到的相位调制量φ的变化的图表。

角度θ的相位调制量φ(θ，V)相对于基准角度θ₀的相位调制量φ(θ₀，V)的比a(θ，V)，在每个电压下按照以下的式(9)来定义。

a(θ，V)＝φ(θ，V)/φ(θ₀，V)    (9)

图17为表示在每个角度θ下电压V与a(θ，V)的关系的图表。由图17可知，在任意的角度θ下，a(θ，V)在电压0～2V附近的范围内，变动较大，而在2V以上的范围内，变动较小。该性质对于测定的全部的角度均成立。

更加具体来说，在规定的电压范围(本例中为2～4V)中，在任意的角度θ下相对于电压的变化的a(θ，V)的变化量限定在规定的范围(这里为0.5)内。因此，对于每个角度θ，将角度修正系数a(θ)设定为与相对于上述规定的电压范围(2～4V)内的任意的一个电压V的a(θ，V)相等的值。或者，也可以将角度修正系数a(θ)设定为与相对于上述规定的电压范围(2～4V)内的任意的多个电压V的a(θ，V)的平均值相等的值。

将角度θ和a(θ)的关系作为角度修正用查找表71保存于驱动装置3的ROM52中。图8表示这样得到的角度修正用查找表71所存储的角度θ和角度修正系数a(θ)的关系。在基准角度θ₀(＝0°)时，a(θ)为1，且随着θ的增加a(θ)减少。

此外，在该第一实施例中，关于使用角度范围内的8种不同的角度进行测定，但测定的角度的个数不限于8个。此外，可以通过用多项式来近似角度θ和a(θ)的关系，从而关于未测定的角度，进行插值而求得多个角度θ和多个角度修正系数a(θ)之间的一对一的对应关系，并存储在角度修正用查找表71中。也可以存储该多项式本身以代替角度修正用查找表71。此外，虽然进行了关于规定的一个像素的相位调制量的测定，但是也可以测定多个像素的相位调制量，并用这些值的平均值替换相位调制量φ(θ，V)，求得a(θ，V)。

(补偿信息73的设定)

接着，对补偿信息73所具有的每一个像素(x，y)的液晶层的厚度d(x，y)、以及分别与使用波长范围λmin～λmax内的多个规定波长λ对应的寻常光折射率no(λ)和异常光折射率ne(λ)的设定方法进行说明。这里，使用与波长修正用查找表72时使用的波长相同的5个波长405nm、532nm、633nm、800nm、1064nm作为多个规定波长λ。LCOS型空间光调制器2的液晶层27的规定波长λ1的异常光折射率ne(λ1)、寻常光折射率no(λ1)、双折射率Δn(λ1)的值，由液晶层27的制造商等提供。

首先，在每一个像素，求出液晶层的厚度d。具体来说，如图10所示将LCOS型空间光调制器2配置于偏振光干涉计90，并配置透过波长λ1的光的带通滤波器作为带通滤波器98。使用驱动电压范围(0-4V)的最大电压Vmax(第一实施例中为4V)来驱动全部像素，并测定各像素所达到的相位调制量φ(λ1，Vmax)。

此外，在该第一实施例中，液晶层27在最小电压Vmin(＝0V)时，成为图3的区域(a)的平行取向状态，在最大电压Vmax(＝4V)时，成为图3的区域(c)的垂直取向状态。因此，相位调制量φ(λ1，Vmax)为垂直取向时的相位调制量。另一方面，在理论上，垂直取向时的相位调制量φ(λ1，Vmax)由以下的式(10)来定义。

φ(λ₁，V_max)*λ₁/2π＝2*Δn(λ₁)*d(x，y)    [rad]    (10)

因此，通过将由测定所得到的各像素的相位调制量φ(λ1，Vmax)代入到式(10)，可以得到每一个像素的膜厚d(x，y)的值。

接着，求出分别相对于使用波长范围λmin～λmax内的上述5个波长(405nm、532nm、633nm、800nm、1064nm)的异常光折射率ne(λ)和寻常光折射率no(λ)。准备分别使该5个波长λ透过的5个滤波器作为带通滤波器98，并配置其中的一个。在配置使一个波长的光透过的滤波器作为带通滤波器98的状态下，在全部像素上施加最小电压Vmin(＝0V)并测定规定的一个像素中所得到的相位调制量φ(λ，Vmin)，进而，施加最大电压Vmax(＝4V)并测定该规定的一个像素中所得到的相位调制量φ(λ，Vmax)。对全部5个波长反复进行这样的测定。此外，在该测定中，仅对规定的一个像素进行测定，不对全部像素进行测定。这是因为不论像素如何，对于全部像素异常光折射率ne(λ)和寻常光折射率no(λ)基本上是一定的。

对于5个波长λ的各个，能够基于作为测定结果的相位调制量φ(λ，Vmin)和相位调制量φ(λ，Vmax)并如以下所述而求得异常光折射率ne(λ)和寻常光折射率no(λ)。相位调制量φ(λ，Vmax)为与垂直取向相同的相位调制量(通过施加电压而使液晶分子28垂直排列时的相位调制量)，且在理论上满足以下的式(11)。此外，相位调制量φ(λ，Vmin)为平行取向时的相位调制量，且在理论上满足以下的式(12)。

φ(λ，V_max)*λ/2π＝2*Δn(λ)*d(x，y)    (11)

φ(λ，V_min)*λ/2π＝2*n_e(λ)*d(x，y)     (12)

此外，在式(11)、(12)中，膜厚d(x，y)为测定相位调制量φ(λ，Vmin)和相位调制量φ(λ，Vmax)的规定的像素的膜厚。因此，在式11中，代入所测定的相位调制量φ(λ，Vmax)和膜厚d(x，y)，求得波长λ的双折射率Δn(λ)。

在式(12)中，代入所测定的相位调制量φ(λ，Vmin)和膜厚d(x，y)，求得波长λ的异常光折射率ne(λ)。此外，利用以上求得的双折射率Δn(λ)、异常光折射率ne(λ)，从而能够由以下的式(13)求出寻常光折射率no(λ)。

n_o(λ)＝Δn(λ)-n_e(λ)    (13)

将与如上所述求得的多个规定的波长λ相关的寻常光折射率no(λ)、异常光折射率ne(λ)以及每一个像素的液晶层的厚度d(x，y)作为补偿信息73而保存于驱动装置3的ROM52中。

此外，在第一实施例中，在求得异常光折射率ne(λ)和寻常光折射率no(λ)时，如上所述对于波长从405nm到1064nm的范围内的5个不同的波长进行测定，但是测定的波长的个数不限于5个。此外，可以用多项式来近似波长λ和异常光折射率ne(λ)的关系以及波长λ和寻常光折射率no(λ)的关系，从而关于未测定的波长λ，进行插值而求得使用波长范围内的多个波长λ和多个异常光折射率ne(λ)之间的关系以及多个波长λ和多个寻常光折射率no(λ)之间的一对一的对应关系。此外，也可以将表示波长λ和异常光折射率ne(λ)的关系的多项式以及表示波长λ和寻常光折射率no(λ)的关系的多项式本身，保存在驱动装置3的ROM52中。

此外，虽然对规定的一个像素测定了相位调制量φ(λ，Vmin)和φ(λ，Vmax)，但是也可以对多个像素测定相位调制量φ(λ，Vmin)和φ(λ，Vmax)，并用多个像素的测定值φ(λ，Vmin)的平均值以及多个像素的测定值φ(λ，Vmax)的平均值来替换相位调制量φ(λ，Vmin)和φ(λ，Vmax)，并在式(11)、(12)中使用。

图18为表示对于图11的每一个波长λ的相位调制量，分别乘以a(θ)·c(λ)(但是，a(θ)＝1)，进而减去a(θ)·c(λ)·g(θ，λ，d)后的量(但是，a(θ)＝1)的图。可知：每一个波长λ的相位调制量的不同被修正，而成为相同的相位调制量。

此外，图19为表示对于图15的每一个角度θ的相位调制量，分别乘以a(θ)·c(λ)(但是，c(λ)＝1)，进而减去a(θ)·c(λ)·g(θ，λ，d)后的量(但是，c(λ)＝1)的图。可知：每一个角度θ的相位调制量的不同被修正，而成为相同的相位调制量。

(DA输入值和动作电压范围的对应关系的设定)

对于驱动电压范围0～4V，如图11以及图15所示，将DA输入值A的全4096阶(0～4095)线性分配。具体来说，对于DA输入值A的取值t_a(0≤t_a≤4095)，设定电压值4t_a/4095[V]。如果设定驱动单元391并输入各DA输入值t_a，则以输出表示对应的电压值4t_a/4095[V]的模拟信号C的方式进行调整。

(像素区别查找表11的设定方法)

参照图20，对像素区别查找表11的设定方法进行说明。像素区别查找表11的设定在相对于DA输入值0-4095的电压值的设定结束之后进行。首先，在步骤S1中，如图10所示将LCOS型空间光调制器2配置于偏振光干涉计90中。配置透过基准波长λ₀(这里为λmin＝405nm)的光的滤波器作为带通滤波器98。入射角度θ为基准角度θ₀(＝θmin＝0°)。对于LCOS型空间光调制器2的各像素求出DA输入值A和电压依赖性相位调制量φ的关系。即将相对于DA输入值0-4095的各值的电压值施加于全部像素，并测定各像素所达成的相位调制量φ。具体来说，在驱动单元391中，输入0～4095中的一个值作为DA输入值A，将其变换为表示对应的电压值的模拟信号C，并施加于LCOS型空间光调制器2的全部像素，从而测定各像素所达成的相位调制量φ。对于0～4095的全部4096个DA输入值A反复进行这样的测定。

在步骤S2中，以步骤S1中求得的测定值为基础，对于各像素，求得DA输入值-电压依赖性相位调制特性。结果与图11中的波长λ为405nm的波形基本上相同。由该图表可知，DA输入值-电压依赖性相位调制特性具有非线性。而且，该相位调制特性在每一个像素中具有偏差。

在步骤S3中，对于各像素，以在步骤S2中求得的DA输入值-相位调制特性为基础，采用最小二乘法等以多项式来近似相位调制量(φ)和DA输入值A的关系。例如，在DA输入值A为t_a，相位调制量为φ，并使用k次幂多项式作为多项式的情况下，多项式表示为以下的式(14)。

$t_a\left(\mathrm{\φ}\right)=f\left(\mathrm{\φ}\right)=\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{\mathrm{\φ}}^k---\left(14\right)$

通过求出式(14)，从而能够减少由光源或图像传感器等产生的测定噪声的影响并得到DA输入值(t_a)和相位调制量(φ)的关系。此外，在未对全部的值测定DA输入值A，而是隔开间隔地进行测定的情况下，能够由式(14)来推定相对于未测定的DA输入值A的相位调制量。这样，对于全部的像素，分别求得DA输入值A和相位调制量φ的关系(式(14))。

在步骤S4中，对于各像素，以求得的DA输入值-电压依赖性相位调制特性为基础，制作像素区别查找表11。首先，根据以下的式(15)，求得t’_{b，max，256}，并将像素区别查找表11的参照值R的最大值设定为t’_{b，max，256}以上。此外，在式(15)中，t’_{b，max，256}为控制输入值B的最大阶数255。

t′_{b，max，256}＝1/a(θ_max)*1/c(λ_max)*t_{b，max，256}+1/a(θ_max)*1/c(λ_max)*g(θ_max，λ_max，d)    (15)

在求得参照值R时，控制输入值变换部33根据式(5)将控制输入值B变换为修正后控制输入值B’。由于在式(5)中角度修正系数a(θ)和波长修正系数c(λ)均为比1小的值，因而修正后控制输入值B’变得比255大。因此，以根据任意的角度修正系数a(θ)以及任意的波长修正系数c(λ)的组合而被决定的修正后控制输入值B’，与像素区别查找表11内的任意的参照值R相等的方式，将像素区别查找表11的参照值R所取的最大值设定为t’_{b，max，256}以上。

在该第一实施例中，由于t’_{b，max，256}的值求得为830，因而将像素区别查找表11所取的参照值R的范围设定为0-850。接着，参照值R(基准波长λ₀(＝λmin)以及基准角度θ₀(＝θmin)的控制输入值B)和相位调制量φ的关系为线性，并且由于以0-850阶的参照值R来表示0-6.65π(2π*851/256)的相位，因而如以下所述表示控制输入值(t_b)和相位调制量φ的关系。

φ(t_b)＝(6.65π/850)×t_b+const  [πrad]    (16)

这里，t_b为0至850的整数值，const为补偿值。该补偿值在全部的像素中设定为能够实现式(16)的相同的值。将式(16)代入式(14)并求得控制输入值t_b和DA输入值t_a的关系。此时，由于t_a为整数，因而需要进行四舍五入(或者舍去、进位)。如果以ROUND表示四舍五入的操作，则t_b和t_a的关系如下所述。

t_a＝ROUND[f(φ(t_b))]    (17)

设置t_b的值0～850作为参照值0～850，使由式(17)求得的t_a值对应于参照值0～850，从而制作像素区别查找表11。

在步骤S5中，将如上所述制作的像素区别查找表11保存于ROM52中。

如以上所述，在最小波长λmin以及最小角度θmin的情况下，a(θmin)＝1、c(λmin)＝1。因此，参照值R的一个周期以与控制输入值B的一个周期相同的256阶来表示。因此，在最小波长λmin以及最小角度θmin中，如果像素区别查找表11的参照值R为0～255的256阶，则是足够的。然而，如果采用式(5)进行角度修正以及波长修正，则由于a(θ)、c(λ)比1小，因而参照值R变大。因此，使像素区别查找表11的参照值R的阶数具有比256大的冗长性，从而可以对应于使用的全部的角度以及波长。

图21为用图表表示图7的参照值R和相位调制量φ的关系的图。即使波长不同，相对于参照值R相位调制量φ也成线性。在入射条件为λ＝405nm、θ＝0°的情况下，相位调制量从0到2π之间确保参照值R为256阶。此外，在入射条件为λ＝1064nm、θ＝0°的情况下，相位调制量从0到2π之间确保参照值R为803阶。此外，在入射条件为λ＝633nm、θ＝45°的情况下，相位调制量从0到2π之间确保参照值R为763阶。即在作为必要的相位调制量φ的范围的0～2π中，在任意的入射条件下，能够确保参照值R的阶数至少为256阶。因此，能够高精度地调制相位。

此外，在入射条件为波长405nm、角度0°的情况下，对于0～255的修正前控制输入值B得到0～2π的相位调制量，在波长1064nm、角度0°以及在波长633nm、角度45°的情况下，对于0～255的修正前控制输入值B均得到0～2π的相位调制量。即使入射条件变化，对于相同的控制输入值B，通常也能够确保达成相同的相位调制量φ。

(应变修正数据12的设定方法)

在对于各个像素制作像素区别查找表11之后，制作应变修正数据12。非电压依赖性应变，通常无法单独地测量，但在使用像素区别查找表11修正电压依赖性相位调制特性的状态下，通过测量LCOS型空间光调制器2的输出波面，从而可以进行测量。包含非电压依赖性应变的光波面的测定使用2光束干涉计来测定。在第一实施例中，采用图22所示的迈克尔逊干涉计80作为2光束干涉计。迈克尔逊干涉计80具备激光光源81、特殊滤波器82、准直透镜83、偏振光镜84、分束器85、镜子86、图像透镜87、88、以及CCD89。如图22所示将LCOS型空间光调制器2配置于迈克尔逊干涉计80中。偏振光镜84的偏振光方向与LCOS型空间光调制器2的液晶的偏振光方向平行。由被镜子86反射的波面和被LCOS型空间光调制器2反射的波面的干涉而产生的干涉条纹被测量，通过以下的文献所示的已知的解析方法(傅里叶变换法)或已知的λ/4相位偏移干涉法，能够从已测量的干涉条纹求出LCOS型空间光调制器2的输出波面。即在被LCOS型空间光调制器2反射的波面上形成有非电压依赖性应变图案，由于被镜子86反射的波面为平面，因而对测量的干涉条纹图像进行傅里叶变换，通过去除载波成分，能够得到非电压依赖性应变(参照非专利文献6)。

此外，作为激光光源81，在第一实施例中，准备输出最小波长λmin的光的激光光源。此外，在迈克尔逊干涉计80中，入射角度θ为θmin(＝0°)。

参照图23，对修正非电压依赖性的应变的应变修正数据12的制作方法进行说明。首先，在步骤S21中，在驱动装置3中，将全部的像素的值为0的图案作为初始的应变修正数据12存储在RAM36中。在步骤S22中，中央处理装置41将全部的像素的值为0-255中的任意值且彼此相等的相位图像作为期望图案13设定，并将期望图案13传送至输入部51。在步骤S23中，期望图案13从输入处理部31被传送至控制输入值变换部33。同时，角度信息17、波长信息18从输入处理部31被传送至修正值导出部32。修正值导出部32求出角度修正系数a(θ＝θmin)(该情况下a(θmin)＝1)、波长修正系数c(λ＝λmin)(该情况下c(λmin)＝1)、修正后周期阶数t’_b，max(该情况下周期阶数N＝256)。进而，修正值导出部32将角度修正系数a(θ)、波长修正系数c(λ)传送至控制输入值变换部33，将角度信息17、λmin/λ传送至修正数据变换部34，将修正后周期阶数t’_b，max传送至修正数据累加部35。控制输入值变换部33根据式(5)，将期望图案13的控制输入值B(＝t_b)变换成修正后控制输入值B’(＝t_b’)。修正后控制输入值B’被传送至修正数据累加部35。修正数据变换部34使用式(2)从角度信息17求出角度θ”。修正数据变换部34将应变修正数据12的应变修正值S从RAM36读出。基于求出的角度θ”和从修正值导出部32接收的λmin/λ，将应变修正值S乘以λmin/λ·(2/cosθ”)，从而求得修正后应变修正值S’。修正后应变修正值S’被传送至修正数据累加部35。

修正数据累加部35在每一个像素中对期望图案13的修正后控制输入值B’和应变修正数据12的修正后应变修正值S’进行累加。必要时，将累加结果适用于式(6)进行相位的折叠，并将累加结果或者相位折叠的结果作为参照值R。在步骤24中，查找表处理部38基于各像素的像素区别查找表11，将各像素的参照值R变换为DA输入值A，并传送至驱动装置3。在步骤S25中，驱动单元391生成表示与DA输入值A对应的电压值的模拟信号C，并在LCOS型空间光调制器2的各像素施加对应的电压。在步骤S26中，基于CCD89的输出结果，测量LCOS型空间光调制器2的输出波面。由于使用像素区别查找表11来修正电压依赖性相位调制特性，因而步骤S26中测量的输出波面仅包含非电压依赖性应变。在步骤S27中，将表示测量的输出波面的各像素的相位值的符号反转，并将其结果(以下，记作H)变换为0～255的256阶表示0～2π的相位那样的整数值L。即由于使用相位调制量[rad]来表示输出波面，因而使用式(18)求出整数值L。这里，N＝256。

L＝H/2π×(N-1)    (18)

此外，对于输出波面的相位调制量H不进行相位折叠。此外，即使求得的整数值L为256以上，也不进行相位折叠。因此整数值L也可以取为256以上的值。图6的实线表示应变修正数据12的一个例子。在步骤28中，将如以上所述对各像素求得整数值L的数据作为应变修正数据12，并存储于驱动装置3的ROM52中。

此外，图6的虚线表示对于输出波面的相位调制量H进行周期2π的相位折叠的情况下得到的应变修正值S。这样，也可以进行相位折叠并制作保存应变修正数据。在相位调制时，如果对于进行了该相位折叠的应变修正数据，进行解开相位的折叠的处理，则能够得到以与第一实施例相同的实线所表示的应变修正数据12。但是，由于解开相位的折叠的处理的负荷非常大，因而，优选，如该第一实施例所述对相位调制量H和整数值L不进行相位的折叠而制作应变修正数据12。在该第一实施例中，由于不需要进行解开相位的折叠的处理，因而能够降低FPGA上所承受的负荷。

(相位调制系统的使用方法)

具有上述那样的结构的相位调制系统1，如图24所示进行动作并进行相位调制。LCOS型空间光调制器2配置于图4的垂直入射光学系统60、图5的区域(a)的倾斜入射光学系统70或图5的区域(b)的倾斜入射光学系统170而进行使用。在垂直入射光学系统60中，θ＝0°。在倾斜入射光学系统70、170中，角度θ设定为θmin到θmax(0°～45°)的范围。作为光源，使用输出从λmin到λmax的范围内的光的光源。用户通过与输入部45连接的键盘等，输入表示入射角度θ的角度信息17和表示光源的波长的波长信息18。或者，通过输入部45接收由测定机器测定的角度信息17、波长信息18。

首先，在步骤81中，控制装置4的中央处理装置41将输入部所接收的角度信息17、波长信息18临时存储于存储器43，并且通过通信部42传送至驱动装置3的输入部51。输入部51将接收的角度信息17、波长信息18传送至输入处理部31。输入处理部31将接受的角度信息17、波长信息18传送至修正值导出部32。

在步骤82中，修正值导出部32基于从输入处理部31接收的角度信息17以及波长信息18，导出角度修正系数a(θ)、波长修正系数c(λ)、补偿阶值g(θ，λ，d)和修正后周期阶数t’_b，max。修正值导出部32将角度修正系数a(θ)、波长修正系数c(λ)、以及每一个像素的补偿阶值g(θ，λ，d)传送至控制输入值变换部33。并行地，修正值导出部32将角度信息17和λmin/λ传送至修正数据变换部34。进而并行地，在步骤82中，修正值导出部32通过使用角度修正系数a(θ)和波长修正系数c(λ)来计算式(4)，从而将周期阶数N变换为修正后周期阶数t’_b，max，并将该修正后周期阶数t’_b，max传送至修正数据累加部35。

在步骤83中，修正数据变换部34从RAM36读出应变修正数据12。修正数据变换部34基于角度信息17，采用式(2)，求得角度θ”。进而，在步骤84中，修正数据变换部34将应变修正数据12在每一个像素所具有的应变修正值S乘以λmin/λ·(2/cosθ”)，得到修正后应变修正值S’。修正数据变换部34将每一个像素的修正后应变修正值S’传送至修正数据累加部35。

另一方面，在与步骤81并行的步骤85中，中央处理装置41从HDD44将期望图案13读出至存储器43，并从通信部42传送至输入部51。输入部51将期望图案13传送至输入处理部31。输入处理部31将接收的期望图案13传送至控制输入值变换部33。

在步骤86中，控制输入值变换部33采用式(5)，将期望图案13对于各像素所具有的控制输入值B(＝t_b)变换成修正后控制输入值B’(＝t_b’)。

在步骤87中，修正数据累加部38对于各像素将修正后控制输入值B’和修正后应变修正值S’相加而得到参照值R。此外，在累加结果B’+S’比修正后周期阶数t’_b，max大的情况下，使用式(6)将进行相位的折叠后的结果重新作为参照值R。

在步骤88中，像素区别查找表处理部38对于各像素，从RAM37读出像素区别查找表11，并在步骤89中将参照值R变换为DA输入值A。

在步骤90中，驱动单元391对于各像素，将DA输入值A变换为表示对应于DA输入值A的电压值的模拟信号C，并向LCOS型空间光调制器2输出。同时，通过数字控制信号从输入处理部31被输出，从而LCOS型空间光调制器2调制入射光的相位。

此外，期望图案13具有多个，在合成这些期望图案13并进行相位调制的情况下，在步骤86中，控制输入值变换部33在每一个像素中将各个期望图案13的控制输入值B相加。此外，在相加的结果比周期阶数N(第一实施例中为256)大的情况下，进行相位的折叠处理。在相位的折叠处理中，该相加的结果用周期阶数N来除，并用余数置换该相加的结果。控制输入值变换部33将相加的结果重新设定为控制输入值B，并变换为修正后控制输入值B’。

图25以及图26表示使用上述的相位调制方法将入射光成形为平面波，并将其聚光而得到的聚光点形状。图25为入射角度θ＝0°的情况，图26为入射角度θ＝45°的情况。无论在哪个角度下，聚光点形状均呈现为正确的圆形。可知：相位调制被精度良好地实行，从而精度良好地得到平面波。

另一方面，图27为θ＝45°的情况，不进行步骤82、84、86，即表示不进行角度的修正，并进行相位调制而形成平面波，将其聚光而得到的形状。在该情况下，聚光点形状从圆形发生较大的崩溃。可知：由于没有精度良好地进行相位调制，因而不能精度良好地形成平面波。

(第一实施例的变更例1)

在上述的第一实施例中，为输入部51与控制装置4相连接且从控制装置4接收期望图案13、角度信息17、波长信息18的结构。然而，输入部51并不一定必须与控制装置4相连接，也可以为输入部51与输出期望图案13、角度信息17、波长信息18的装置相连接的结构。例如，作为变形例1，直接读取外部存储机器中所存储的期望图案13，进而，也可以为通过键盘直接接收用户所设定的角度信息17、波长信息18的结构。或者，也可以为从测定机器输出由测定机器检测出的角度信息17和波长信息18，并由直接输入部51接收的结构。

例如，在仅在规定的光学系统中使用LCOS型空间光调制器2的情况下，角度θ和波长λ固定为规定的值。在该情况下，关于该规定的角度θ、规定的波长λ的角度信息17、波长信息18也可以被保存在HDD44中。在该情况下，中央处理部41将角度信息17、波长信息18从HDD44读出至存储器43，并进行相位调制处理。或者，也可以为预先在HDD44中保存角度信息17的多个候补、波长信息18的多个候补，并由用户选择这些候补的结构。对于候补的选择，也可以使用键盘等的外部装置。

(第一实施例的变更例2)

在上述的第一实施例中，假定波长λ和角度θ两者均从基准波长λ₀和基准角度θ₀开始变化的情况，并能够对波长λ和角度θ进行修正。该变更例2假定角度θ固定为基准角度θ₀、仅波长λ可变的情况，仅对波长λ进行修正。在该情况下，第一实施例的结构可以如以下所述进行变更。即在控制装置4中，未输入角度信息17。此外，ROM52保存波长修正用查找表72和补偿信息73，但是不具备角度修正用查找表71。修正值导出部32从ROM52读出波长修正用查找表72，并特别规定对应于波长信息18的波长修正系数c(λ)。修正值导出部32通常将角度修正系数a(θ)设定为1。

修正值导出部32将θ＝θ₀代入式(1)，通过式(3)求得补偿阶值g(θ，λ，d)。此外，如果将θ＝θ₀代入式(1)，则式(1)成为以下的式(19)。此外，修正后应变修正值S’将角度θ”作为0而求得。

$h({\mathrm{\θ}}_0,\mathrm{\λ},d)=(n_e\left(\mathrm{\λ}\right)*d)*\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\left[\mathrm{rad}\right]---\left(19\right)$

(第一实施例的变更例3)

在上述的第一实施例中，对波长λ和入射角度θ两者进行修正。在该变更例3中，波长λ固定为基准波长λ₀，仅对角度θ进行的修正。在该情况下，不输入波长信息18。此外，ROM52保存角度修正用查找表71和补偿信息73，但是不具备波长修正用查找表72。修正值导出部32从ROM52读出角度修正用查找表71，并特别规定对应于角度信息17的角度修正系数a(θ)。修正值导出部32通常将波长修正系数c(λ)设定为1。

(第一实施例的变更例4)

此外，LCOS型空间光调制器2在电压为0V时，列举说明了液晶分子28为平行取向(图3的区域(a))的例子。然而，在电压为0V时，在液晶分子28为垂直取向的情况下，用以下的式(20)来定义h(θ，λ，d)，以代替式(1)，通过将式(20)的h(θ，λ，d)代入式(3)，从而可以求得补偿阶值g(θ，λ，d)。

$h(\mathrm{\θ},\mathrm{\λ},d)=\left(\frac{(n_e\left(\mathrm{\λ}\right)*n_o\left(\mathrm{\λ}\right)*d)}{\sqrt{n_e^2\left(\mathrm{\λ}\right){\cos }^2(j\left(\mathrm{\θ}\right)-j\left({\mathrm{\θ}}_0\right))+n_o^2\left(\mathrm{\λ}\right){\sin }^2(j\left(\mathrm{\θ}\right)-j\left({\mathrm{\θ}}_0\right))}}\right)*\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\left[\mathrm{rad}\right]---\left(20\right)$

特别地，在θ＝θ₀的情况下，式(20)用以下的式(21)来表示。

$h({\mathrm{\θ}}_0,\mathrm{\λ},d)=(n_o\left(\mathrm{\λ}\right)*d)*\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\left[\mathrm{rad}\right]---\left(21\right)$

此外，LCOS型空间光调制器2的液晶分子28在电压为0V时，被形成为平行取向，但是在本发明中，在电压为0V时，对于成为混合取向的液晶分子28也可以适用。

(第二实施例)

图28为表示包含本发明所涉及的相位调制装置的第二实施例的相位调制系统结构的图。在图28的相位调制系统101中，与相位调制系统1相同的构成要素标记相同的编号并省略说明。相位调制系统101具备第二实施例所涉及的相位调制装置110和控制装置4。LCOS型相位调制装置110具备LCOS型空间光调制器2和驱动装置103。驱动装置103除去以下所示的点之外，具有与驱动装置3相同的结构。即处理部30具有像素位置信息导出部131。此外，ROM52保存一个查找表映射115和r个(r为满足r＜T的正整数)组别查找表111，但是不保存T个像素区别查找表11。在相位调制系统101起动时，将一个查找表映射115和r个组别查找表111从RAM52读出至RAM37。

查找表映射115表示各像素在r个组中属于哪个组。电压依赖性相位调制特性彼此近似的像素属于各个组。r个组别查找表111与全部r个组一对一地对应。各组别查找表111修正属于对应的组的像素的电压依赖性相位调制特性。各像素的电压依赖性相位调制特性，根据对应于该像素所属的组的组别查找表111进行修正，从而能够将各像素的电压依赖性相位调制特性的非线性修正为线性，并且也能够修正电压依赖性相位调制特性在每一个像素的偏差。各组别查找表111与第一实施例的像素区别查找表11相同地，使多个参照值R和多个DA输入值A一对一地对应地被存储。

图29为r＝4的情况下的查找表映射115的例子。粗线对应于包含全部像素的像素区域，由细线所区分的一个区域对应于一个像素。对于各像素，被赋予A、B、C、D四个组编号中的任意一个。

在该第二实施例中，处理部30除去以下说明的点之外，与第一实施方式的处理部30进行同样的处理。即在该第二实施例中，输入处理部31将期望图案13的各像素的位置信息发送给像素位置信息导出部131。

像素位置信息导出部131基于期望图案13中的各像素的位置信息，并参照RAM37的查找表映射115，从而特别规定各像素所属的组的组编号。像素位置信息导出部131对各像素将该位置信息和对应于特别规定的组编号的组别查找表111，从RAM37传送至查找表处理部38。

查找表处理部38对于各像素，参照与该像素对应的组别查找表11，将该像素的参照值R变换为DA输入值A。

查找表映射115按如下所述制作。与第一实施例中的像素区别查找表11的设定方法的步骤2相同地，求得每一个像素的DA输入值-电压依赖性相位调制特性。将全部像素中的电压依赖性相位调制特性近似的像素设定为同一组。

此外，组别查找表111按如下所述制作。首先，使用与第一实施例的像素区别查找表11的设定方法相同的方法，制作每一个像素的查找表11。关于对应于属于各组的全部的像素的像素区别查找表11，在每个参照值R下取得DA输入值A的平均，并将其设定为该组的DA输入值。在组别查找表111中，对于每个参照值R，存储该组的DA输入值A。

在以上说明的包含该第二实施例所涉及的LCOS型相位调制装置110的相位调制系统101中，基于该相位调制特性将全部像素分配给多个组，对于一个组内的全部像素，使用同一组别查找表111。因此，没有必要在每个像素具有查找表，能够通过较少的数据量高效地修正全部像素的相位调制特性。因此，在驱动装置103中搭载大容量的存储器(RAM)比较困难的情况下，能够在驱动装置103中存储组别查找表111。

(第三实施例)

图30为表示包含本发明所涉及的相位调制装置的第三实施例的相位调制系统的结构的图。图30中，相位调制系统201的结构，除去以下的点之外，与包含第一实施例所涉及的相位调制装置10的相位调制系统1相同。即在该第三实施例所涉及的相位调制装置10a中，ROM52不存储T个像素区别查找表11，存储一个单一查找表211。在相位调制系统201起动时，单一查找表211从ROM52被读出至RAM37。单一查找表211与第一实施例的像素区别查找表11相同地，使多个参照值R和多个DA输入值一对一地对应地被存储。因此，在该第三实施例中，使用单一查找表211进行全部像素的修正。单一查找表211如下所述制作。首先，使用与第一实施例的像素区别查找表11的设定方法相同的方法，制作每个像素的查找表11。关于与全部的像素对应的像素区别查找表11，在每个参照值R下取得DA输入值A的平均。在单一查找表211中，在每个参照值R下，将DA输入值A的平均值重新作为相对于全部像素的DA输入值A并存储。此外，ROM52仅保存角度修正用查找表71和波长修正用查找表72，不保存补偿信息73。即在该第三实施例中，角度修正以及波长修正不考虑补偿信息73而进行。在该第三实施例中，使用单一查找表211进行全部像素的修正。

具体来说，修正值导出部32将角度修正系数a(θ)和波长修正系数c(λ)传送至控制输入值变换部33。并行地，修正值导出部32将角度信息17和波长修正系数c(λ)传送至修正数据变换部34。进而，并行地，修正值导出部32将修正后周期阶数t’_b，max传送至修正数据累加部35。

控制输入值变换部33使用角度修正系数a(θ)和波长修正系数c(λ)，通过在每一个像素计算式(22)，从而将控制输入值B(＝t_b)变换为修正后输入值B’(＝t_b’)，并将所求得的修正后输入值B’(＝t_b’)传送至像素区别查找表处理部38。

t′_b＝1/a(θ)*1/c(λ)*t_b    (22)

查找表处理部38将单一查找表211从RAM37读出，对于任意的像素，均参照该单一查找表211，将参照值R变换为DA输入值A。

在以上说明的包含第三实施例所涉及的相位调制装置10a的相位调制系统201中，对于全部像素，使用单一查找表211。因此，在驱动装置3中搭载大容量的存储器(RAM)比较困难的情况下，能够在驱动装置3中存储单一查找表211。并且，由于不求出关于补偿的g(θ，λ，d)而进行修正，因而能够高速地进行波长修正和角度修正。

(第四实施例)

在上述的第一实施例中，驱动装置3进行将控制输入值B修正为修正后控制输入值B’，并将应变修正值S修正为修正后应变修正值S’的修正处理。对此，在该第4实施例中，在控制装置4中进行修正处理。如图31所示，相位调制系统601具备控制装置4和该第四实施方式所涉及的LCOS型相位调制装置610。LCOS型相位调制装置610具备驱动装置603和LCOS型空间光调制器2。

在驱动装置603中，处理部30仅具备输入值处理部31。其以外的结构与上述的第一实施例中的驱动装置3相同。

控制装置4的结构除去以下说明的点之外，与上述的第一实施例相同。即在该第四实施例中，HDD44中除了期望图案13、应变修正数据12之外，还保存有像素区别查找表11、角度修正用查找表71、波长修正用查找表72、补偿信息73。输入部45接收用户从键盘等输入的输入光的角度信息17和输入光的波长信息18，并存储于存储器43中。进而，中央处理装置41具有修正值导出单元632、控制输入值变换单元633、修正数据变换单元634、修正数据累加单元635和查找表处理单元638。此外，驱动装置603具备输入部51、输入处理部31和D/A(数模)电路39。

中央处理装置41将像素区别查找表11、角度修正用查找表71、波长修正用查找表72、补偿信息73、期望图案13、应变修正数据12，从HDD44读出至存储器43。

修正值导出单元632从存储器43读出像素区别查找表11、角度修正用查找表71、波长修正用查找表72、角度修正信息17、波长修正信息18，并特别规定对应于角度信息17的角度修正系数a(θ)，特别规定与波长信息18对应的波长修正系数c(λ)。修正值导出单元632还从存储器43读出补偿信息73，并基于角度信息17、波长信息18，使用式(1)、(2)、(3)在每个像素位置导出补偿阶值g(θ，λ，d)和修正后周期阶数t’_b，max。

修正输入值变换单元633从存储器43读取期望图案13，并从修正值导出单元632接收角度修正系数a(θ)、波长修正系数c(λ)、补偿值g(θ，λ，d)，使用角度修正系数a(θ)、波长修正系数c(λ)和补偿值g(θ，λ，d)，使用式(5)将控制输入值B(＝t_b)变换成修正后控制输入值B’(＝t_b’)。进而，修正数据变换单元634从存储器43读取应变修正数据12，并由存储器45的角度修正信息17，采用式(2)计算角度θ”。此外，修正数据变换单元634从修正值导出单元632接收波长修正系数c(λ)。修正数据变换单元634通过使用该角度θ”和λmin/λ并将应变修正值S乘以λ_min/λ·(2/cosθ”)，从而在每个像素将应变修正值S变换为修正后应变修正值S’。

修正数据累加单元635从控制输入值变换单元633接收修正后控制输入值B’，从修正数据变换单元634接收修正后应变修正值S’，在每一个像素中将修正后控制输入值B’和修正后应变修正值S’相加，将相加后的结果(B’+S’)设定为参照值R。此时，在必要的情况下，对于相加的结果，采用式(6)进行相位的折叠，将进行相位的折叠后的结果重新作为参照值R。

查找表处理单元638从修正数据累加单元635接收参照值R，并参照像素区别查找表11，在每个像素中将参照值R变换为DA输入值A。中央处理装置41通过通信部42，将DA输入值A传送至驱动装置603。

输入处理部31从输入部51接收DA输入值A，产生驱动LCOS型空间光调制器2时所必须的包括垂直同步信号和水平同步信号等的数字控制信号。并行地，输入处理部31将DA输入值A传送至D/A电路39。驱动单元391将各像素的DA输入值A变换为表示对应的电压值的模拟信号C。然后，驱动单元391使用模拟信号C所表示的电压值作为驱动电压来驱动LCOS型空间光调制器2的各像素。

(第五实施例)

在上述的第一实施例所涉及的相位调制系统1中，控制装置4存储期望图案13，从外部装置接收角度信息17、波长信息18，并将该期望图案13、角度信息17、波长信息18发送给驱动装置3。相对于此，如图32所示，该第五实施例所涉及的相位调制装置710与控制装置4相连接。相位调制装置710由驱动装置703和LCOS型空间光调制器2构成。上述的第一实施例中控制装置4所进行的处理，由驱动装置703执行。该第五实施例中的驱动装置703除了与上述的第一实施例的驱动装置3相同的结构之外，还具备存储器743和HDD744。HDD744存储期望图案13。该第五实施例的驱动装置703除了以下说明的点之外，与第一实施例的驱动装置3进行同样的处理。

输入部51接收从键盘或测定机器等的外部装置输入的角度信息17和波长信息18，并将所接受的角度信息17、波长信息18传送至输入处理部31。输入处理部31将从输入部51接收的角度信息17、波长信息18临时储存于存储器743。输入处理部31从HDD744将期望图案13读出至存储器43。输入处理部31从存储器43读出期望图案13，并传送至控制输入值变换部33。

例如，在仅在规定的光学系统中使用LCOS型空间光调制器2的情况下，角度θ或波长λ固定为规定的值。在该情况下，关于该规定的角度θ、规定的波长λ的角度信息17、波长信息18也可以被保存在HDD44中。在该情况下，输入处理部31将角度信息17、波长信息18从HDD44读出至存储器43，并进行相位调制处理。或者，也可以为预先在HDD44中保存角度信息17的多个候补、波长信息18的多个候补，并由用户选择这些候补的结构。候补的选择，也可以使用键盘等的外部装置，也可以为预先在驱动装置703设置显示屏和输入按钮，并使用它们进行候补的选择的结构。

上述第2～5实施例中，与第一实施例的变更例2、变更例3相同地，假定仅波长λ或者仅角度θ可变的情况，并可以进行仅对波长λ的修正或者仅对角度θ的修正。

本发明所涉及的相位调制装置以及该相位调制装置的设定方法，并不限于上述记载的实施例，也可以在权利要求的范围所记载的范围内进行各种变形或改良。例如，在LCOS型空间光调制器2中，像素电极22兼有镜子，但如图33所示的LCOS型空间光调制器120，也可以采用在像素电极22上层叠介电体镜29的结构来代替LCOS型空间光调制器2。此外，在LCOS型空间光调制器120中，对与LCOS型空间光调制器2相同的结构标记相同的编号并省略说明。

虽然将基准角度θ₀设定为0°，但是也可以设定0°以外的角度为基准角度θ₀。在该情况下，为了求得电压依赖性相位调制特性，可以采用图14的光学系统190。此外，为了求得该非电压依赖性相位调制特性，如图34所示，可以将LCOS型空间光调制器2配置于马赫曾德尔干涉计180。马赫曾德尔干涉计180具备激光光源181、特殊滤波器182、准直透镜183、半反射镜184、镜子185、半反射镜186、图像透镜187、188、以及图像传感器189。

此外，基准波长λ₀设定为使用波长范围内的最小的波长，但也不限于此，也可以设定为任意的波长。

但是，即使在变更基准角度θ₀、基准波长λ₀的情况下，使查找表11具有冗长性，在使用角度范围内的全部的角度θ、使用波长范围内全部的波长λ中，也能够确保相位调制量为0～2π的范围，并且设定为0～2π之间的阶数为256以上。由此，能够精度良高地得到期望的相位调制量。

向上述液晶施加的施加电压的反转，可以是帧反转、线反转、像素反转中的任意一个。然而，LCOS型空间光调制器2中，由于像素间的间隙较小，因而帧反转是最适合的施加电压的反转方法。

在控制装置4装备有图形卡等的专用的图像处理设备，控制装置4中进行的处理的一部分也可以在该图像处理装置中进行。

驱动装置3中，可以装备有与处理电路连接的帧存储器。将接收的DA输入值A临时存储于该帧存储器，并且在该帧存储器的其他的地方，将前一帧所存储的数据输出至D/A电路39，并依次切换数据写入场所和读出场所。这样的话，没有必要使DA输入值A的接收速率和向D/A电路39的输出速率同步，能够进行帧速率变换，从而以与从控制装置4接收的帧速率不同的帧速率进行向LCOS型空间光调制器2的输出。

通过以上的本发明的说明，可以明了本发明的各种的变形。这样的变形不能认定为超越了本发明的思想以及范围，对于所有的本领域技术人员都很明了的改良均包含在权利要求的范围内。

产业上的利用可能性

本发明所涉及的相位调制装置可以应用于激光加工、光镊、适应光学、各种摄像光学系统、光通信、非球面透镜检查、短脉冲的激光的脉冲波形控制、光存储器等中。

Claims (11)

1.一种相位调制装置，其特征在于，

具备：

反射型电寻址空间光调制器，其具备以彼此相邻的方式配置成二维状的多个像素，各像素对应于驱动电压的施加而对输入光进行相位调制；

输入光条件输入单元，输入所述输入光的条件；

输入值设定单元，对各像素设定输入值；

修正条件决定单元，对应于所述输入光的条件决定修正条件；

输入值变换单元，基于所述修正条件，将对各像素所设定的所述输入值变换为修正后输入值；以及

驱动单元，将所述修正后输入值变换为电压值，并使用所述电压值的驱动电压来驱动各像素。

2.如权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，

所述修正条件决定单元对应于所述输入光的入射角度而决定所述修正条件。

3.如权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，

所述修正条件决定单元对应于所述输入光的波长而决定所述修正条件。

4.如权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，

所述修正条件决定单元对应于所述输入光的入射角度和所述输入光的波长而决定所述修正条件。

5.如权利要求2～4中的任意一项所述相位调制装置，其特征在于，

还具备：

修正值输出单元，输出用于修正非电压依赖性应变的修正值；以及

修正值变换单元，基于所述修正条件，将从所述修正值输出单元输出的修正值变换为修正后应变修正值，

所述驱动电压的电压值是基于所述修正后输入值和所述修正后应变修正值而设定的电压值。

6.如权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，

所述反射型电寻址空间光调制器包括LCOS型空间光调制器。

7.如权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，

还具备查找表存储单元，所述查找表存储单元存储像素区别查找表、组别查找表、单一查找表中的任一种查找表，

所述查找表存储多个彼此不同的参照值和多个电压指示值，所述多个彼此不同的参照值和多个电压指示值一对一地对应，各电压指示值表示对应的电压值，

所述驱动电压的电压值是如下得到的电压值：参照所述查找表，选择相对于与所述修正后输入值相等的参照值的所述电压指示值，之后，基于所述选择的电压指示值，该电压指示值所表示的电压值就是所述驱动电压的电压值。

8.如权利要求7所述的相位调制装置，其特征在于，

所述查找表中，

所述多个参照值包括最小的参照值、比所述最小的参照值大的中间的参照值和比所述中间的参照值大的最大的参照值，并且比所述最小的参照值大且比所述中间的参照值小的参照值的总数为254，

所述多个电压指示值包括与所述最小的参照值对应的最小的电压指示值、比所述最小的电压指示值大且与所述中间的参照值对应的中间的电压指示值、以及比所述中间的电压指示值大且与所述最大的参照值对应的最大的电压指示值，

所述多个电压指示值表示多个电压值，所述多个电压值包括最小的电压值、中间的电压值和最大的电压值，所述最小的电压值表示所述最小的电压指示值，所述中间的电压值表示所述中间的电压指示值并且比所述最小的电压值大，所述最大的电压值表示所述最大的电压指示值并且比所述中间的电压值大，

在对于输入光预先设定的多个条件中的任意一个中，在至少一个像素使用比所述最小的电压值大且比所述最大的电压值小的任意的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量、与在使用所述最小的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量的差，随着所述任意的电压值和所述最小的电压值的差越大而变得越大，

在所述预先设定的多个条件的任意一个中，在所述至少一个像素使用相当于所述最大的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量、与在使用相当于所述最小的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量的差，为2π以上，

在所述预先设定的多个条件的任意一个中，在所述至少一个像素使用相当于所述中间的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量、与在使用相当于所述最小的电压值的驱动电压来进行驱动的情况下所达成的相位调制量的差，比2π小。

9.如权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，

所述修正条件决定单元预先存储多个修正条件，并从所述多个修正条件选择对应于输入光的条件的一个修正条件。

10.如权利要求1所述的相位调制装置，其特征在于，

还具备关系式保存单元，所述关系式保存单元保存表示输入光的条件的值和表示修正条件的值之间的关系式，

所述修正条件决定单元基于表示输入光的条件的值，计算所述关系式而决定表示修正条件的值。

11.一种相位调制方法，其特征在于，

是使用反射型电寻址空间光调制器对输入光进行相位调制的相位调制方法，所述反射型电寻址空间光调制器具备以彼此相邻的方式配置成二维状的多个像素，各像素对应于驱动电压的施加而对输入光进行相位调制，

在所述相位调制方法中，

设定输入光的条件，

对各像素设定输入值，

对应于所述输入光的条件决定修正条件，

基于所述修正条件，将对各像素所设定的所述输入值变换为修正后输入值，

将所述修正后输入值变换为电压值，然后，

通过使用所述电压值的驱动电压来驱动各像素，从而对所述输入光进行相位调制。

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