DE112019001232T5 - Räumlicher lichtmodulator, lichtmodulationsvorrichtung und verfahren zur ansteuerung eines räumlichen lichtmodulators - Google Patents

Abstract

Ein SLM 4A enthält eine Modulationseinheit 40A und eine Treiberschaltung 41. Die Modulationseinheit 40A enthält eine Vielzahl von Pixeln 40a und moduliert eine Phase oder eine Intensität von einfallendem Licht in jedem Pixel 40a gemäß einer Amplitude eines Ansteuersignals, die sich periodisch mit der Zeit ändert. Die Treiberschaltung 41 überträgt das Ansteuersignal an die Modulationseinheit 40A. Die Treiberschaltung 41 führt eine Steuerung derart durch, dass eine Phase des Ansteuersignals V₁(t), das einer ersten Pixelgruppe 401 in der Vielzahl von Pixeln 40a zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals V₂(t), das einer zweiten Pixelgruppe 402 in der Vielzahl von Pixeln 40a zugeführt wird, gegenseitig invertiert werden. Somit ist es möglich, einen räumlichen Lichtmodulator, eine Lichtmodulationsvorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators zu realisieren, die in der Lage sind, Fluktuationen zu reduzieren, die nach der Modulation im Licht auftreten.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen räumlichen Lichtmodulator, eine Lichtmodulationsvorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators.
• Stand der Technik
• Die Nichtpatentdokumente 1 bis 3 offenbaren optische Vorrichtungen mit einem räumlichen Lichtmodulator. Ferner wird in diesen Dokumenten beschrieben, dass periodische Fluktuationen in der Intensität des vom räumlichen Lichtmodulator ausgegebenen modulierten Lichts erzeugt werden, wobei als Verfahren zur Verringerung der Fluktuationen die Verwendung eines anderen Lichtmodulationselements oder die Erhöhung der Viskosität eines Flüssigkristalls durch Verringerung der Temperatur des Flüssigkristalls vorgeschlagen wird.
• Zitationsliste
• Nichtpatentliteratur
• Nicht-Patentdokument 1: M. McGovern et al., „Single beam atom sorting machine", Laser Physics Letters, Vol. 3, No. 9, Nr. 1, S. 78-84, 2012
• Nicht-Patentdokument 2: Hyosub Kim et al., „In situ single-atom array synthesis using dynamic holographic optical tweezers", Nature Communications, Vol. 7, Art. 13317, DOI: 10.1038/ncomms13317, S. 1-8, 2016
• Nicht-Patentdokument 3: Rainer J. Beck et al., „Compensation for time fluctuations of phase modulation in a liquid-crystal-on-silicon display by process synchronization in laser materials processing", Applied Optics, Vol. 50, No. 18, S. 2899-2905, 2011
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• In den letzten Jahren wurden räumliche Lichtmodulatoren in verschiedenen Bereichen eingesetzt, zum Beispiel bei Verfahren mit optischen Pinzetten zum Festhalten kleinster Objekte, in optischen Rastermikroskopen und bei der Laserbearbeitung. In vielen Fällen wird ein räumlicher Lichtmodulator durch ein Spannungssignal gesteuert, das jedem Pixel zugeführt wird. Dieses Spannungssignal kann sich mit der Zeit periodisch ändern. Zum Beispiel wird ein räumlicher Lichtmodulator vom Flüssigkristalltyp mit einem Spannungssignal (Wechselspannung) versorgt, das sich periodisch mit der Zeit ändert, um den Phasenzustand des Flüssigkristalls länger aufrechtzuerhalten.
• Aufgrund eines solchen Spannungssignals werden jedoch Fluktuationen (mit der Änderungsperiode des Spannungssignals synchronisierte Variationen) im Licht nach der Modulationsausgabe des räumlichen Lichtmodulators erzeugt. Wenn Fluktuationen des Lichts nach der Modulation erzeugt werden, zum Beispiel bei optischen Pinzetten, werden festgehaltene kleinste Objekte leicht in Schwingung versetzt. Ferner variiert im optischen Rastermikroskop die Helligkeit eines zu erhaltenden Bildes periodisch, und bei der Laserbearbeitung ändert sich die Lichtintensität, mit der ein Bearbeitungsobjekt bestrahlt wird, periodisch. Dementsprechend ist es wünschenswert, nach der Modulation auftretende Schwankungen im Erscheinungsbild des Lichts zu verringern.
• Es ist somit eine Aufgabe der Ausführungsformen, einen räumlichen Lichtmodulator, eine Lichtmodulationsvorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators bereitzustellen, die in der Lage sind, Fluktuationen, die im Licht nach der Modulation auftreten, zu verringern.
• Lösung des Problems
• Eine Ausführungsform betrifft einen räumlichen Lichtmodulator. Der räumliche Lichtmodulator enthält eine Modulationseinheit, die eine Vielzahl von Pixeln enthält, und der dazu dient, eine Phase oder eine Intensität von einfallendem Licht in jedem Pixel gemäß einer sich periodisch mit der Zeit ändernden Amplitude eines Ansteuersignals zu modulieren; und eine Treiberschaltung zur Übertragung des Ansteuersignals an die Modulationseinheit, wobei die Treiberschaltung eine Steuerung derart durchführt, dass eine Phase des Ansteuersignals, das einer ersten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals, das einer zweiten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, gegenseitig invertiert sind.
• Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators. Das Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators ist ein Verfahren zum Ansteuern eines räumlichen Lichtmodulators, der eine Modulationseinheit enthält, die eine Vielzahl von Pixeln umfasst, und das dazu dient, eine Phase oder eine Intensität von einfallendem Licht in jedem Pixel gemäß einer Amplitude eines Ansteuersignals, das sich periodisch mit der Zeit ändert, zu modulieren, wobei eine Phase des Ansteuersignals, das einer ersten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals, das einer zweiten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, gegenseitig invertiert werden.
• In dem zuvor beschriebenen räumlichen Lichtmodulator und dem Ansteuerverfahren werden eine Phase des Ansteuersignals, das der ersten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals, das der zweiten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, gegenseitig invertiert, und somit heben sich, wenn das Licht nach der Modulationsausgabe vaus der Modulationseinheit fokussiert wird, Fluktuationen des Lichts von der ersten Pixelgruppe und Fluktuationen des Lichts von der zweiten Pixelgruppe gegenseitig auf. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Fluktuationen, die nach der Modulation im Licht auftreten, zu verringern. Da darüber hinaus die Phase eines jeden Pixels gemäß der Amplitude des Ansteuersignals bestimmt wird, kann ein gewünschtes Phasenmuster unabhängig von den invertierten Phasen der Ansteuersignale erreicht werden.
• Eine Ausführungsform betrifft eine Lichtmodulationsvorrichtung. Die Lichtmodulationsvorrichtung enthält den räumlichen Lichtmodulator mit der obigen Konfiguration; und einen Fotodetektor zum Erfassen einer Lichtintensität nach der Modulation, wobei die Treiberschaltung eine Position einer Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe auf der Grundlage einer periodischen Änderung der vom Fotodetektor übertragenen Lichtintensität bestimmt.
• Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Grenzlinie gemäß der Position des Einstrahlungsbereichs des einfallenden Lichts automatisch zu verschieben und das Ausmaß der Fluktuationen des Lichts von der ersten Pixelgruppe und das Ausmaß der Fluktuationen des Lichts von der zweiten Pixelgruppe leicht einander anzunähern.
• Eine Ausführungsform betrifft eine Lichtmodulationsvorrichtung. Die Lichtmodulationsvorrichtung umfasst den räumlichen Lichtmodulator mit der obigen Konfiguration; eine Lichtquelle zur Übertragung des einfallenden Lichts an die Modulationseinheit; und ein optisches Fokussierungssystem zur Fokussierung von Licht nach der Modulationsausgabe aus der Modulationseinheit.
• Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, eine Lichtmodulationsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Schwankungen, die nach der Modulation im Licht auftreten, zu verringern.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Gemäß dem räumlichen Lichtmodulator, der Lichtmodulationsvorrichtung und dem Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators gemäß den Ausführungsformen ist es möglich, die Fluktuationen, die im Licht nach der Modulation auftreten, zu verringern.
• Figurenliste
• [1] 1 zeigt eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1A gemäß einer Ausführungsform darstellt.
• [2] 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die schematisch einen LCOS-Typ SLM als Beispiel eines SLM 4A darstellt, bei dem der Querschnitt entlang einer Mittelachse AX₂ des auf eine Modulationseinheit 40A auftreffenden Lichts L₁ verläuft.
• [3] 3 umfasst (a) ein Diagramm, das konzeptionell ein Beispiel für eine zeitliche Wellenform eines Ansteuersignals V₁(t) darstellt, und (b) ein Diagramm, das konzeptionell ein Beispiel für eine zeitliche Wellenform eines Ansteuersignals V₂(t) darstellt.
• [4] 4 zeigt eine Vorderansicht der Modulationseinheit 40A, die eine Übersicht von Pixelgruppen 401 und 402 darstellt.
• [5] 5 umfasst (a) eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags in einem Brennpunkt O₂ darstellt, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) miteinander übereinstimmen, und (b) eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags in einem Brennpunkt O₂ darstellt, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig umgekehrt sind.
• [6] 6 umfasst (a), (b) Ansichten, die ein Beispiel für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags im Brennpunkt O₂ darstellen, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) miteinander übereinstimmen.
• [7] 7 umfasst (a), (b) Ansichten, die ein Beispiel für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags im Brennpunkt O₂ darstellen, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig umgekehrt sind.
• [8] 8 zeigt ein Diagramm der Ergebnisse, die durch Messung des Betrags der Fluktuationen bei Änderung eines Abstands zwischen einem Mittelpunkt P eines Einstrahlungsbereichs Q und einer Grenzlinie B₁ erhalten wurden, um zu überprüfen, wie ein Flächenverhältnis der Pixelgruppen 401 und 402 im Einstrahlungsbereich Q die Unterdrückung von Fluktuationen beeinflusst.
• [9] 9 zeigt eine Ansicht, die vier Strahlpunkte LU, LD, RU und RD darstellt, die durch das SLM 4A und ein optisches Fokussierungssystem 6 gebildet werden.
• [10] 10 enthält (a) ein Diagramm, das die Lichtintensitäten I_Lu, I_Ld, I_Ru und I_Rd der Lichtpunkte LU, LD, RU und RD darstellt, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) übereinstimmen, und (b) ein Diagramm, das einen Abschnitt A1 von (a) vergrößert darstellt.
• [11] 11 umfasst (a) ein Diagramm, das die Lichtintensitäten I_Lu, I_Ld, I_Ru und I_Rd darstellt, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig invertiert sind, und (b) ein Diagramm, das einen Abschnitt A2 von (a) vergrößert darstellt.
• [12] 12 zeigt eine Ansicht, die ein Phasenmuster zur Bildung der vier Strahlpunkte LU, LD, RU und RD darstellt, die in 9 dargestellt sind, wobei die Phasenwerte durch eine Kontrastfarbendichte dargestellt werden.
• [13] 13 zeigt eine Ansicht, die einen Fall darstellt, in dem die Pixelgruppen 401 und 402 unterschiedliche Phasenmuster aufweisen.
• [14] 14 umfasst (a), (b) Ansichten, die einen Zustand zeigen, in dem die Phasenmuster der Pixelgruppen 401 und 402 geändert werden, wenn die in 13 gezeigten Phasenmuster gedreht werden.
• [15] 15 umfasst (a), (b) Ansichten, die einen Zustand zeigen, in dem die Phasenmuster der Pixelgruppen 401 und 402 geändert werden, wenn die in 13 gezeigten Phasenmuster gedreht werden.
• [16] 16 zeigt ein Diagramm, das den Betrag der Fluktuationen des Phasenmodulationsbetrags in den in (a) und (b) in 14 und (a) und (b) in 15 gezeigten Fällen darstellt.
• [17] 17 umfasst (a) ein Histogramm eines Phasenmodulationsbetrags in der Pixelgruppe 401 in (b) in 15 und (b) ein Histogramm eines Phasenmodulationsbetrags in der Pixelgruppe 402 in (b) in 15.
• [18] 18 umfasst Ansichten, die Auswertungsergebnisse des Intensitätsverlusts des Lichts L₂ darstellen, und umfasst (a) eine Ansicht, die ein Phasenmuster darstellt, (b) eine Ansicht, die vier Strahlpunkte zeigt, die durch das in (a) gezeigte Phasenmuster gebildet werden, und (c) eine Ansicht, die einen Strahlpunkt vergrößert darstellt.
• [19] 19 umfasst Ansichten, die Auswertungsergebnisse des Intensitätsverlusts des Lichts L₂ darstellen, und umfasst (a) eine Ansicht, die ein Phasenmuster darstellt, (b) eine Ansicht, die vier Strahlpunkte zeigt, die durch das in (a) gezeigte Phasenmuster gebildet werden, und (c) eine Ansicht, die einen Strahlpunkt vergrößert darstellt.
• [20] 20 zeigt eine Ansicht, die einen Fall darstellt, in dem die Modulationseinheit 40A in vier Pixelgruppen 403 bis 406 mit Hilfe einer weiteren Grenzlinie B₂ , die die Grenzlinie B₁ schneidet, unterteilt ist.
• [21] 21 zeigt eine Ansicht, die einen Fall darstellt, in dem eine Vielzahl von Pixelgruppen 407, bei denen eine Längsrichtung einer bestimmten Richtung entspricht, und eine Vielzahl von Pixelgruppen 408, bei denen eine Längsrichtung der Richtung entspricht, abwechselnd in einer Richtung angeordnet sind, die die Richtung schneidet.
• [22] 22 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1B gemäß einer zweiten Modifikation darstellt.
• [23] 23 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1C gemäß einer dritten Modifikation darstellt.
• [24] 24 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1D gemäß einer vierten Modifikation darstellt.
• [25] 25 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1E gemäß einer fünften Modifikation darstellt.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen eines räumlichen Lichtmodulators, einer Lichtmodulationsvorrichtung und eines Verfahren zum Ansteuern eines räumlichen Lichtmodulators ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden die gleichen Elemente ohne wiederholende Beschreibung mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
• 1 zeigt eine Ansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1A gemäß einer Ausführungsform darstellt. Die Lichtmodulationsvorrichtung 1A ist zum Beispiel in einer Vorrichtung einer optischen Pinzette, einer Laserbearbeitungsvorrichtung oder einer Mikroskop-Vorrichtung eingebaut. Die Lichtmodulationsvorrichtung 1A umfasst eine Lichtquelle 2, ein optisches Lichtleitsystem 3, einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) 4A und ein optisches Fokussierungssystem 6. Der SLM 4A enthält eine Modulationseinheit 40A und eine Treiberschaltung 41.
• Die Lichtquelle 2 ist eine Lichtquelle zur Bereitstellung von kohärentem Licht L₁ für die Modulationseinheit 40A des SLM 4A und enthält beispielsweise eine Laserlichtquelle, wie ein Halbleiter-Laserelement oder eine inkohärente Lichtquelle wie eine Superlumineszenzdiode (SLD) oder dergleichen. Das von der Lichtquelle 2 ausgegebene Licht L₁ ist paralleles Licht. Eine gestrichelte Linie AX₁ in der Zeichnung stellt eine Mittelachse des von der Lichtquelle 2 ausgegebenen Lichts L₁ dar, das heißt, eine Linie, die in Laufrichtung die Mitten der Intensitätsverteilungen in Querschnitten senkrecht zur Laufrichtung verbindet. Die Intensitätsverteilung ist zum Beispiel eine Gaußsche Verteilung. Das Licht L₁ wird durch einen Raum zu dem optischen Lichtleitersystem 3 übertragen.
• Das optische Lichtleitersystem 3 leitet das von der Lichtquelle 2 ausgegebene Licht L₁ zur Modulationseinheit 40A des SLM 4A. Insbesondere ist das optische Lichtleitersystem 3 optisch mit der Lichtquelle 2 gekoppelt und empfängt das von der Lichtquelle 2 ausgegebene Licht L₁ . Das optische Lichtleitersystem 3 ist ein telezentrisches optisches System und umfasst mindestens ein Paar von Linsen 3a und 3b. Die Linsen 3a und 3b sind in einer Richtung entlang der Mittelachsenlinie AX₁ des Lichts L₁ angeordnet. Die Linse 3a ist zwischen der Lichtquelle 2 und der Linse 3b auf einem optischen Pfad des Lichts L₁ angeordnet. Die optischen Achsen der Linsen 3a und 3b liegen entlang der Mittelachsenlinie AX₁ und sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Mittelachsenlinie AX₁. Die optischen Achsen der Linsen 3a und 3b stimmen miteinander überein. Ein Abstand zwischen der Linse 3a und der Linse 3b ist gleich der Summe einer Brennweite der Linse 3a und einer Brennweite der Linse 3b. Daher konvergiert das Licht L₁ einmal zwischen der Linse 3a und der Linse 3b und divergiert dann, um von der Linse 3b wieder als paralleles Licht ausgegeben zu werden.
• Darüber hinaus können die Brennweiten der Linsen 3a und 3b voneinander verschieden sein, so dass der Strahldurchmesser des aus der Linse 3b austretenden Lichts L₁ sich von dem Strahldurchmesser des in die Linse 3a eintretenden Lichts L₁ unterscheidet. Ferner kann, wie in der Zeichnung dargestellt, die Brennweite der Linse 3b länger als die Brennweite der Linse 3a sein, so dass das optische Lichtleitersystem 3 als Strahlaufweiter dient, um den Strahldurchmesser des aus der Linse 3b austretenden Lichts L₁ im Vergleich zu dem Strahldurchmesser des in die Linse 3a eintretenden Lichts L₁ zu vergrößern.
• In dem optischen Lichtleitersystem 3 sind die Linsen 3a und 3b entlang einer Richtung beweglich, die die optische Achse (Pfeil D1 in der Zeichnung) schneidet, und ein Abstand zwischen der optischen Achse der Linsen 3a, 3b und der Mittelachsenlinie AX₁ ist veränderbar. Wenn die optische Achse der Linsen 3a und 3b gegenüber der Mittelachsenlinie AX₁ um einen bestimmten Abstand in die Richtung verschoben wird, die die Mittelachsenlinie AX₁ schneidet, wird eine Mittelachsenlinie AX₂ des Lichts L₁ , das von der Linse 3b ausgeht, in die Richtung um den gleichen Abstand verschoben, während der parallele Zustand mit Bezug auf die Mittelachsenlinie AX₁ beibehalten wird. Das heißt, das optische Lichtleitersystem 3 hat darüber hinaus die Funktion, die Mittelachsenlinie des Lichts L₁ zu verschieben. Dadurch ist es möglich, eine Einfallsposition des Lichts L₁ zu verändern und gleichzeitig einen Einfallswinkel des Lichts L₁ auf die Modulationseinheit 40A beizubehalten.
• Die Modulationseinheit 40A ist optisch mit dem optischen Lichtleitersystem 3 gekoppelt und empfängt das Licht L₁ , das das parallele Licht ist, das aus dem optischen Lichtleitersystem 3 ausgegeben wird. Die Modulationseinheit 40A ist auf dem optischen Pfad des Lichts L₁ angeordnet und zeigt ein Phasenmuster an. Die Modulationseinheit 40A enthält eine Vielzahl von Pixeln 40a und moduliert eine Phase des einfallenden Lichts L₁ in jedem Pixel 40a gemäß einem Betrag eines Ansteuersignals (Ansteuerspannung in der vorliegenden Ausführungsform). Die Treiberschaltung 41 erzeugt die Ansteuerspannung für jedes Pixel 40a zur Anzeige eines gewünschten Phasenmusters auf der Modulationseinheit 40A. Das gewünschte Phasenmuster wird von einem Computer, der nicht dargestellt ist, berechnet und an die Treiberschaltung 41 gesendet. Die Treiberschaltung 41 empfängt ein Signal für das Phasenmuster von dem Computer und legt eine auf dem Signal basierende Treiberspannung an die Vielzahl von Pixeln 40a der Modulationseinheit 40A an.
• Der SLM 4A der vorliegenden Ausführungsform ist vom Flüssigkristalltyp. Beispiele dafür sind ein räumlicher Lichtmodulator (LCOS-SLM) mit Flüssigkristall auf Silizium und eine Flüssigkristallanzeige (LCD). Darüber hinaus, obwohl 1 den SLM 4A vom Reflexionstyp darstellt, kann der SLM 4A vom Übertragungstyp sein.
• 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die schematisch einen SLM vom LCOS-Typ als Beispiel für den SLM 4A darstellt, wobei der Querschnitt entlang der Mittelachse AX₂ des auf die Modulationseinheit 40A auftreffenden Lichts L₁ verläuft. Der SLM 4A enthält zusätzlich zur Modulationseinheit 40A und der Treiberschaltung 41 ein Siliziumsubstrat 42 und ein transparentes Substrat 49. Die Modulationseinheit 40A enthält eine Vielzahl von Pixelelektroden 43, eine Flüssigkristallschicht 44, eine transparente Elektrode 45, Ausrichtungsfilme 46a und 46b, einen dielektrischen Spiegel 47 und einen Abstandshalter 48.
• Das transparente Substrat 49 ist aus einem Material gebildet, das das Licht L₁ durchlässt, und ist entlang einer Hauptfläche des Siliziumsubstrats 42 angeordnet. Die Vielzahl von Pixelelektroden 43 sind in einem zweidimensionalen Gittermuster auf der Hauptfläche des Siliziumsubstrats 42 angeordnet und bilden jeweils Pixel 40a der Modulationsschicht 40A. Die transparente Elektrode 45 ist auf einer Oberfläche des transparenten Substrats 49 angeordnet, die der Vielzahl der Pixelelektroden 43 gegenüberliegt. Die Flüssigkristallschicht 44 ist zwischen der Vielzahl von Pixelelektroden 43 und der transparenten Elektrode 45 angeordnet. Die Flüssigkristallschicht 44 enthält einen Flüssigkristall, wie zum Beispiel einen nematischen Flüssigkristall, und enthält eine große Anzahl von Flüssigkristallmolekülen 44a. Der Ausrichtungsfilm 46a ist zwischen der Flüssigkristallschicht 44 und der transparenten Elektrode 45 angeordnet, und der Ausrichtungsfilm 46b ist zwischen der Flüssigkristallschicht 44 und der Vielzahl von Pixelelektroden 43 angeordnet. Der dielektrische Spiegel 47 ist zwischen dem Ausrichtungsfilm 46b und der Vielzahl von Pixelelektroden 43 angeordnet. Der dielektrische Spiegel 47 reflektiert das Licht L₁ , das von dem transparenten Substrat 49 eintritt und die Flüssigkristallschicht 44 durchläuft, und gibt dann das Licht wieder vom transparenten Substrat 49 aus.
• Die Treiberschaltung 41 ist eine Pixelelektrodenschaltung (eine Aktive-Matrix-Treiberschaltung), die die zwischen der Vielzahl von Pixelelektroden 43 und der transparenten Elektrode 45 angelegten Treiberspannungen steuert. Wenn die Treiberspannung von der Treiberschaltung 41 an eine der Pixelelektroden 43 angelegt wird, ändert sich die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle 44a, die sich auf der Pixelelektrode 43 befinden, gemäß der Stärke eines elektrischen Feldes, das zwischen der Pixelelektrode 43 und der transparenten Elektrode 45 erzeugt wird, und als Folge davon ändert sich der Brechungsindex des betreffenden Abschnitts der Flüssigkristallschicht 44. Dadurch ändert sich die Länge des optischen Pfades des Lichts L₁ , das den Abschnitt der Flüssigkristallschicht 44 durchläuft, und dementsprechend ändert sich die Phase des Lichts L₁ , das den Abschnitt durchläuft. Nach der Phasenmodulation wird das Licht L₁ als Licht L₂ vom transparenten Substrat 49 zur Außenseite der Modulationseinheit 40A ausgegeben. Durch Anlegen von Ansteuerspannungen unterschiedlicher Höhe an die Vielzahl der Pixelelektroden 43 ist es möglich, eine räumliche Verteilung eines Phasenmodulationsbetrages elektrisch zu schreiben und dem Licht L₂ nach Bedarf verschiedene Wellenfrontformen zu verleihen.
• Im Nachfolgenden wird erneut Bezug auf 1 genommen. Das optische Fokussierungssystem 6 ist optisch mit der Modulationseinheit 40A des SLM 4A gekoppelt und empfängt das Licht L₂ nach der Modulation, das von der Modulationseinheit 40A ausgegeben wird. Das von der Modulationseinheit 40A ausgegebene Licht L₂ ist paralleles Licht, und das optische Fokussierungssystem 6 fokussiert das Licht L₂ an einem beliebigen Punkt. Das optische Fokussierungssystem 6 enthält vorzugsweise zum Beispiel eine Fokussierungslinse 61. Ein Abstand zwischen der Fokussierungslinse 61 und einem durch die Fokussierungslinse 61 verursachten Brennpunkt O₂ ist gleich einer Brennweite der Fokussierungslinse 61. Darüber hinaus ist in 1 der Brennpunkt O₂ auf der Mittelachsenlinie AX₂ des Lichts L₂ positioniert, wobei jedoch der Brennpunkt O₂ auch von der Mittelachsenlinie AX₂ beabstandet sein kann. Darüber hinaus ist der Brennpunkt O₂ nicht auf einen einzigen Punkt beschränkt, sondern kann aus einer Vielzahl von Punkten gebildet sein.
• Ferner wird ein Verfahren zur Ansteuerung des SLM 4A gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Treiberschaltung 41 überträgt ein Ansteuersignal V₁(t) an eine Pixelgruppe 401 (erste Pixelgruppe) der Vielzahl der Pixel 40a der Modulationseinheit 40A und überträgt ein Ansteuersignal V₂(t) an eine Pixelgruppe 402 (zweite Pixelgruppe). (a) in 3 ist ein Diagramm, das konzeptionell ein Beispiel für eine zeitliche Wellenform des Ansteuersignals V₁(t) darstellt. (b) in 3 ist ein Diagramm, das konzeptionell ein Beispiel für eine zeitliche Wellenform des Ansteuersignals V₂(t) darstellt. Wie in diesen Zeichnungen dargestellt, überträgt die Treiberschaltung 41 das Ansteuersignal V₁(t) oder V₂(t), das sich periodisch mit der Zeit zu jedem Pixel 40a verändert. Die Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) sind Rechteckwellen und variieren zwischen einer Spannung Va, die größer als ein Bezugspotential ist, und einer Spannung Vb, die kleiner als das Bezugspotential ist. In einem Beispiel wird die Spannung Va = -Vb erfüllt. Darüber hinaus werden die Werte von Va und Vb für jedes Pixel unabhängig eingestellt.
• Die Amplitude (Va-Vb) des Steuersignals entspricht dem Betrag der Modulationsphase in jedem Pixel 40a. Das heißt, je kleiner die Amplitude (Va-Vb) ist, desto kleiner ist der Phasenmodulationsbetrag, und je größer die Amplitude (Va-Vb) ist, desto größer ist der Phasenmodulationsbetrag. Die Frequenzen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) sind gleich, und die Frequenz liegt beispielsweise in einem Bereich von 120 Hz bis 2400 Hz, und in einem Beispiel beträgt die Frequenz 480 Hz (Periode ist in etwa 2 ms). Die Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) ändern sich auf diese Weise periodisch mit der Zeit, so dass sich der in der Flüssigkristallschicht 44 enthaltene Flüssigkristall leicht und konstant bewegt, wodurch verhindert wird, dass ein Phasenübergang von der Flüssigphase in die Festphase auftritt, und wodurch der Phasenzustand für lange Zeit aufrechterhalten wird. Dadurch ist es möglich, die Lebensdauer des SLM 4A zu verlängern.
• Wenn (a) und (b) in 3 verglichen werden, werden ferner die Phase des Ansteuersignals V₁(t) und die Phase des Ansteuersignals V₂(t) gegenseitig invertiert. Mit anderen Worten, das Ansteuersignal V₁(t) und das Ansteuersignal V₂(t) weisen eine Phasendifferenz von 180 Grad auf. Das heißt, ein Anstieg des Ansteuersignals V₁(t) von der Spannung Vb auf die Spannung Va ist synchronisiert mit einem Abfall des Ansteuersignals V₂(t) von der Spannung Va auf die Spannung Vb, und ein Abfall des Ansteuersignals V₁(t) von der Spannung Va auf die Spannung Vb ist synchronisiert mit einem Anstieg des Ansteuersignals V₂(t) von der Spannung Vb auf die Spannung Va. Daher ist zu jedem Zeitpunkt, wenn eine Spannung des Ansteuersignals V₁(t) Va ist, eine Spannung des Ansteuersignals V₂(t) Vb, und wenn eine Spannung des Ansteuersignals V₁(t) Vb ist, ist eine Spannung des Ansteuersignals V₂(t) Va. Wenn Va=-Vb erfüllt ist, werden zudem zu jedem Zeitpunkt das Ansteuersignal V₁(t) und das Ansteuersignal V₂(t) über das Bezugspotential invertiert.
• 4 zeigt eine Vorderansicht der Modulationseinheit 40A, in der die Pixelgruppen 401 und 402 schematisch darstellt sind. In der Modulationseinheit 40A sind die Pixelgruppen 401 und 402 komplementäre Pixelbereiche, und die Vielzahl der Pixel der Modulationseinheit 40A gehören entweder zur Pixelgruppe 401 oder zur Pixelgruppe 402. In dem in 4 dargestellten Beispiel weisen die Pixelgruppen 401 und 402 jeweils eine viereckige Form auf und unterteilen die Modulationseinheit 40A in zwei Bereiche mit einer dazwischenliegenden geraden Grenzlinie B₁ . Die Flächen der Pixelgruppen 401 und 402 in einem Einstrahlungsbereich Q des Lichts L₁ sind vorzugsweise gleich groß. Aus diesem Grund stellt das optische Lichtleitersystem 3 eine Position der Mittelachsenlinie AX₂ des Lichts L₁ so ein, dass die Grenzlinie B₁ durch die Mitte P des Einstrahlungsbereichs Q verläuft (mit anderen Worten, die Mitte P des Einstrahlungsbereichs Q liegt auf der Grenzlinie B₁ ). Diese Einstellung kann manuell von einem Bediener oder automatisch von einem Aktuator vorgenommen werden. Ferner kann in einem Fall, in dem die Grenzlinie B₁ nicht linear ist, die Mitte P des Einstrahlungsbereichs Q von der Grenzlinie B₁ getrennt werden, um die Flächen der Pixelgruppen 401 und 402 im Einstrahlungsbereich Q auszugleichen. Wenn darüber hinaus eine Fläche pro Pixel 40a in der gesamten Modulationseinheit 40A einheitlich ist, ist eine Fläche der Pixelgruppe gleichbedeutend mit der Anzahl der in der Pixelgruppe enthaltenen Pixel.
• Im Nachfolgenden werden Effekte, die mit der Lichtmodulationsvorrichtung 1A und dem SLM 4A gemäß der vorliegenden, zuvor beschriebenen Ausführungsform erzielt werden, sowie das Verfahren zur Ansteuerung des SLM 4A zusammen mit den Problemen gemäß dem Stand der Technik beschrieben.
• In den letzten Jahren wurden SLMs in verschiedenen Bereichen eingesetzt, wie zum Beispiel einem Verfahren mit einer optischen Pinzette zum Festhalten kleinster Objekte, einem optischen Rastermikroskop und einer Laserbearbeitung. In diesen Bereichen ist es wichtig, das Ausgangslicht eines SLM stabil zu steuern. Wenn ein SLM, wie in der vorliegenden Ausführungsform durch ein Spannungssignal angesteuert wird, kann sich das Spannungssignal mit der Zeit periodisch ändern. In diesem Fall verursachen zeitliche Änderungen des Spannungssignals zeitliche Schwankungen im Modulationsbetrag in jedem Pixel (Schwankungen, die mit der Änderungsperiode des Spannungssignals synchronisiert sind), wodurch es schließlich zu zeitlichen Schwankungen in der Lichtintensität nach der Modulationsausgabe aus dem SLM kommt.
• Gemäß dem Wissen der vorliegenden Erfinder sind die Schwankungen umso größer, je kleiner die Frequenz der zeitlichen Änderung ist. Die Anzahl der Pixel in einem neueren SLM nimmt stetig zu, und die erhöhte Anzahl von Pixeln verlängert die Bildwiederholrate jedes Einzelbildes, um die Ladungsakkumulationszeit pro Pixel zu sichern. Die Bildwiederholrate bezieht sich auf eine Periode der zeitlichen Änderung eines Spannungssignals und benötigt im Allgemeinen eine Zeit von 1/2f (f: eine Frequenz des Spannungssignals), um ein Phasenmuster eines Einzelbildes in den SLM zu schreiben. Dadurch verringert sich die Frequenz des Spannungssignals, wodurch sich infolgedessen die Fluktuationen erhöhen.
• Wenn nach der Modulation Fluktuationen im Licht erzeugt werden, zum Beispiel bei dem optischen Pinzettenverfahren, werden festgehaltene kleinste Objekte leicht in Schwingungen versetzt. Ferner variiert beim optischen Rastermikroskop die Helligkeit eines zu erhaltenen Bildes periodisch, und bei der Laserbearbeitung variiert die Intensität des Lichts, mit der ein Verarbeitungsobjekt bestrahlt wird, periodisch. Dementsprechend ist es wünschenswert, die nach der Modulation auftretenden Schwankungen im Licht zu verringern.
• Der Betrag der Lichtschwankungen nach der Modulation hängt von der Spannungscharakteristik einer Modulationseinheit eines SLM ab. Daher variiert der Betrag der Fluktuationen von Pixel zu Pixel, wenn dieser auf einer Pixel-zu-Pixel-Basis beobachtet wird. Allerdings fallen die Schwankungsperioden in allen Pixeln miteinander zusammen. Daher ändert sich die Schwankungsdauer auch dann nicht, wenn Fluktuationen von Licht aus einer Vielzahl von Pixeln durch ein optisches Fokussierungssystem integriert werden. Die vorliegenden Erfinder sind der Ansicht, dass die Fluktuationen aufgehoben werden können, wenn in Bezug auf eine zeitliche Phase von Fluktuationen in einem bestimmten Pixelbereich eine zeitliche Phase von Fluktuationen in einem anderen Pixelbereich um eine halbe Periode verschoben wird.
• Das heißt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind eine Phase des Ansteuersignals V₁(t), das auf jedes Pixel 40a in der Pixelgruppe 401 in der Vielzahl von Pixeln 40a übertragen wird, und eine Phase des Ansteuersignals V₂(t), das an jedes Pixel 40a in der Pixelgruppe 402 in der Vielzahl von Pixeln 40a übertragen wird, gegenseitig invertiert. Gemäß einer solchen Konfiguration heben sich bei der Fokussierung des Lichts L₂ nach der Modulation, das aus der Modulationseinheit 40A ausgegeben wird, auf den Brennpunkt O₂ Schwankungen des Lichts L₂ von der Pixelgruppe 401 und Schwankungen des Lichts L₂ von der Pixelgruppe 402 gegenseitig auf. Dadurch ist es möglich, Schwankungen des Lichts L₂ nach der Modulation zu verringern, wodurch ein Feld (Phase und Amplitude oder Intensität) des Lichts L₂ auf den Brennpunkt O₂ stabilisiert werden kann.
• Da darüber hinaus eine Phase eines jeden Pixels 40a gemäß der Amplitude (Va-Vb) der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) bestimmt wird, wird in der Modulationseinheit 40A ein gewünschtes Phasenmuster unabhängig von den invertierten Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) erhalten. Ob die Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) invertierte Phasen aufweisen oder nicht, lässt sich ferner leicht bestimmen, indem eine zeitliche Wellenform einer an jedes Pixel 40a angelegten Ansteuerspannung überprüft und die Wellenform mit einem mit einem Oszilloskop oder dergleichen beobachtet wird.
• Die zuvor beschriebenen Effekte der vorliegenden Ausführungsform werden im Nachfolgenden ausführlich beschrieben. Zunächst wird der Fluktuationsbetrag in einer Formel ausgedrückt. Der Betrag der Fluktuationen hängt im Wesentlichen von der Viskosität des Flüssigkristalls und der Frequenz der Treiberschaltung ab und wird durch $$\text{A}\left(\text{V}\right)\text{ sin }\left(2\mathrm{\pi }\text{ft}\right)$$

  

  dargestellt,
  wobei V die Amplitude der Treiberschaltung, A(V) eine Funktion der Amplitude der Treiberschaltung, f die Frequenz der Treiberschaltung und t die Zeit ist. Wenn die Frequenz der Treiberspannung allmählich ansteigt, verliert der Flüssigkristall aufgrund der Viskosität des Flüssigkristalls allmählich die Fähigkeit, auf Änderungen der Treiberspannung zu reagieren. Dementsprechend wird die Funktion A(V) umso kleiner, je größer die Frequenz f ist.
• Eine Phasenmodulationsbetrag Phs(V), der auf einem gewünschten Phasenmuster beruht, wird zu den obigen Fluktuationen hinzugefügt, um einen Phasenmodulationsbetrag durch einen SLM zu bestimmen. Das heißt, der Phasenmodulationsbetrag ist wie folgt. $$\text{Phs}\left(\text{V}\right)+\text{A}\left(\text{V}\right)\text{ sin}\left(2\mathrm{\pi }\text{ft}\right)$$

  
• Da für jedes Pixel eine unabhängige Treiberschaltung an den SLM eingegeben wird, wird der obige Phasenmodulationsbetrag für alle Pixel integriert (die nachfolgende Formel (1)), wobei k eine Zahl für jedes Pixels und N die Zahl der Pixel ist. Darüber hinaus ist diese Integration optisch gleichbedeutend mit der Fokussierung des Lichts nach der Modulation durch den SLM.
  [Formel 1] $${\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N}Phs\left(V_k\right)+{\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N}A\left(V_k\right)\text{sin }\left\{2\pi ft+\frac{k}{2fN}\right\}}}$$

  
• Wenn zudem die Phasen der Treiberspannungen für N/2 Pixel invertiert werden, wird die obige Formel (1) in die nachfolgende Formel (2) umgeschrieben. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich der Phasenmodulationsbetrag Phs(V) nicht, da er nur von der Amplitude V der Treiberschaltung abhängt.
  [Formel 2] $${\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N}Phs\left(V_k\right)}+{\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N\text{/}2}A\left(V_k\right)\text{sin}\left\{2\pi ft+\frac{k}{2fN}\right\}+{\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N\text{/}2}A\left(V_k\right)\text{sin }\left\{2\pi ft+\frac{k}{2fN}+\pi \right\}}}$$

  
• Der zweite Term und der dritte Term der Formel (2) werden unter Verwendung der Beziehung von sin(θ+π) = -sinθ (θ: beliebiger Winkel) zur folgenden Formel (3) umgeschrieben.
  [Formel 3] $${\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N}Phs\left(V_k\right)+{\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N\text{/}2}A\left(V_k\right)\text{sin}\left\{2\pi ft+\frac{k}{2fN}\right\}-{\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N\text{/}2}A\left(V_k\right)\text{sin}\left\{2\pi ft+\frac{k}{2fN}\right\}}}}$$

  
• Der zweite Term und der dritte Term der Formel (3) heben sich gegenseitig auf, so dass das Integrationsergebnis des Betrags der Phasenmodulation wie folgt aussieht und die Schwankungen vollständig aufgehoben werden.
  [Formel 4] $${\displaystyle {\sum }_{k=1}^{N}Phs\left(V_k\right)}$$

  
• Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ermöglichen die invertierten Phasen des Ansteuersignals V₁(t), das der Pixelgruppe 401 zugeführt wird, und des Ansteuersignals V₂(t), das der Pixelgruppe 402 zugeführt wird, eine Reduzierung der Schwankungen des Licht L₂ nach der Modulation. Darüber hinaus zeigt die obige Beschreibung, dass es möglich ist, die Fluktuationen am effizientesten zu reduzieren, wenn die Pixelgruppe 401 und die Pixelgruppe 402 die gleiche Anzahl von Pixeln aufweisen, aber selbst wenn die Pixelgruppen eine unterschiedliche Anzahl von Pixeln aufweisen, ist es möglich, die Fluktuationen bis zu einem gewissen Grad zu verringern.
• Zudem sind in der Praxis, selbst wenn die Pixelgruppen 401 und 402 die gleiche Anzahl von Pixeln aufweisen, die darzustellenden Phasenwerte für die jeweiligen Pixel 40a unterschiedlich, so dass es schwierig ist, die Fluktuationen vollständig auszugleichen. Allerdings nähern sich gemäß den Kenntnissen der vorliegenden Erfinder der Mittelwert der Phasenwerte in der Pixelgruppe 401 und der Mittelwert der Phasenwerte in der Pixelgruppe 402 mit zunehmender Pixelanzahl einander an. Daher können die Schwankungen in der Praxis ausreichend verringert werden.
• 5 umfasst Diagramme, die die Effekte der vorliegenden Ausführungsform darstellen, und zeigen Messergebnisse einer zeitlichen Wellenform eines Phasenmodulationsbetrags für eine Wellenlänge. (a) in 5 zeigt ein Beispiel für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags am Brennpunkt O₂ , wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) zusammenfallen. (b) in 5 zeigt ein Beispiel für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags am Brennpunkt O₂ , wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig invertiert sind. Darüber hinaus stellt in diesen Zeichnungen eine vertikale Achse den Wert (Einheit: λ) dar, der durch Normierung des Phasenmodulationsbetrags auf die Wellenlänge λ des Lichts L₂ erhalten wird, und eine horizontale Achse stellt die Zeit (Einheit: Sekunde) dar.
• Wie in (a) in 5 gezeigt, variiert, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) miteinander übereinstimmen, ein Phasenmodulationsbetrag periodisch um einen Zielwert (normierter Wert 1,0), wodurch große Schwankungen verursacht werden. Darüber hinaus fällt die Änderungsperiode mit der Periode der zeitlichen Änderung der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) zusammen. Andererseits zeigt (b) in 5, dass die Fluktuationen auf niedrigem Niveau gehalten werden, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig invertiert werden. Zusätzlich ist ein möglicher Grund für die nicht ganz vollständige Unterdrückung der Fluktuationen in (b) in 5 die Variation des Phasenwerts jedes Pixels 40a, wie zuvor beschrieben. Der Betrag der Fluktuationen ist jedoch im Vergleich zu (a) in 5 auf etwa 20% bis 25% reduziert.
• Darüber hinaus umfassen 6 und 7 weitere Diagramme, die die Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform darstellen. (a) und (b) in 6 zeigen Beispiele für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags am Brennpunkt O₂ , wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) zusammenfallen. (a) und (b) in 7 zeigen Beispiele für eine Änderung des Phasenmodulationsbetrags am Brennpunkt O₂ , wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig invertiert sind und jeweils (a) und (b) in 6 entsprechen. Darüber hinaus stellt in diesen Zeichnungen eine vertikale Achse die Lichtintensität dar (Wert, der durch die trigonometrische Funktion sinθ dargestellt wird, wenn der Phasenmodulationsbetrag θ ist), und eine horizontale Achse stellt die Zeit dar (Einheit: Sekunde).
• Wie in (a) und (b) in 6 gezeigt, variiert, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) miteinander übereinstimmen, die Amplitude des Lichts L₂ periodisch um einen Zielwert, wodurch große Schwankungen entstehen. Auf der anderen Seite zeigen (a) und (b) in 7, dass die Fluktuationen auf niedrigem Niveau gehalten werden, wenn die Phasen der der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig invertiert werden.
• Um zu überprüfen, wie sich ein Flächenverhältnis der Pixelgruppen 401, 402 im Einstrahlungsbereich Q auf die Unterdrückung von Fluktuationen auswirkt, messen die vorliegenden Erfinder die Größe der Fluktuationen, indem sie den Abstand zwischen dem Mittelpunkt P des Einstrahlungsbereichs Q und der Grenzlinie B₁ verändern. 8 zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse darstellt. In 8 zeigt ein Diagramm G11 einen Fall, in dem der Mittelpunkt P auf der Grenzlinie B₁ liegt. Die Diagramme G12 und G13 zeigen Fälle, in denen der Mittelpunkt P um 0,5 mm in eine Richtung senkrecht zur Grenzlinie B₁ verschoben ist. Darüber hinaus sind die Verschiebungsrichtungen in den Diagrammen G12 und G13 entgegengesetzt zueinander. Ein Diagramm G14 zeigt einen Fall, in dem der Mittelpunkt P um 1,0 mm in die gleiche Richtung wie das Diagramm G12 verschoben ist. Darüber hinaus zeigt ein Diagramm G15 das Messergebnis, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) zur Referenz nicht gegenseitig invertiert sind. In 8 stellt eine vertikale Achse den Phasenmodulationsbetrag (Einheit: λ) und eine horizontale Achse die Zeit (Einheit: Sekunde) dar.
• Wie aus 8 ersichtlich ist, werden beim Vergleich der Diagramme G11 bis G14 und des Diagramms G15 die Schwankungen des Phasenmodulationsbetrags durch die invertierten Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) deutlich verringert. Ferner zeigen die Diagramme G12 und G13, dass die Phasen der zeitlichen Wellenformen der Fluktuationen gegenseitig invertiert sind. Aus diesem Ergebnis ist es möglich zu bestimmen, nach welcher Seite der Grenzlinie B₁ der Einstrahlungsbereich Q aufgrund der Phase der Fluktuationen verschoben ist. Ferner zeigen die Diagramme G11 bis 14, dass die Fluktuationen umso wirksamer unterdrückt werden, je näher der Mittelpunkt P des Einstrahlungsbereichs Q an der Grenzlinie B₁ liegt (das heißt, je näher das Flächenverhältnis der Pixelgruppen 401 und 402 bei 1:1 liegt). Wenn der Betrag der Fluktuationen gemessen und der Einstrahlungsbereich Q verschoben wird, um den Bεtrag zu minimieren, ist es somit möglich, das Flächenverhältnis der Pixelgruppen 401 und 402 mit hoher Genauigkeit nahe an das Verhältnis 1:1 zu bringen.
• 9 zeigt eine Ansicht, die vier Strahlpunkte LU, LD, RU und RD darstellt, die vom SLM 4A und dem optischen Fokussierungssystem 6 gebildet wurden, um die Effekte der vorliegenden Ausführungsform zu bestätigen. In 9 wird die Lichtintensität durch die Kontrastfarbendichte, eine hohe Lichtintensität durch helle Farbe und eine niedrige Lichtintensität durch dunkle Farbe dargestellt.
• (a) in 10 zeigt ein Diagramm, das die Lichtintensitäten I_Lu, I_Ld, I_Ru und I_Rd der Lichtpunkte LU, LD, RU und RD darstellt, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) zusammenfallen. (b) in 10 zeigt ein Diagramm, das einen vergrößerten Abschnitt A1 von (a) in 10 darstellt. Ferner ist (a) in 11 ein Diagramm, das die Lichtintensitäten I_Lu, I_Ld, I_Ru und I_Rd darstellt, wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig umgekehrt sind. (b) in 11 ist ein Diagramm, das einen vergrößerten Abschnitt A2 von (a) in 11 darstellt. Darüber hinaus ist in (b) in 10 und (b) in 11 ein Diagramm G21 die Lichtintensität I_Lu, ein Diagramm G22 die Lichtintensität I_Ld, ein Diagramm G23 die Lichtintensität I_Ru und ein Diagramm G24 die Lichtintensität I_Rd. Ferner stellt in 10 und 11 eine vertikale Achse den Betrag der Lichtintensität dar, der mit dem Mittelwert der Lichtintensität der vier Punkte normiert ist, und eine horizontale Achse stellt die Zeit (Einheit: Millisekunde) dar.
• Wie in (b) in 10 gezeigt, beträgt die Schwankungsstärke (Amplitude der Schwankungen) etwa 2% der Lichtintensität (normierter Wert 1), wenn die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) miteinander übereinstimmen. Wenn andererseits die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig umgekehrt sind, beträgt das Ausmaß der Schwankungen etwa 0,5% der Lichtintensität. Auf diese Weise ermöglichen die invertierten Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) eine Verringerung der Schwankungen auf etwa 1/4. Ferner schwanken die Lichtintensitäten I_Lu, I_Ld, I_Ru und I_Rd an den vier Punkten mit nahezu gleicher Phase, und die Frequenz stimmt mit den Frequenzen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) überein.
• Wenn darüber hinaus ein Brennpunkt, wie im obigen Beispiel an einer von einer optischen Achse getrennten Position gebildet wird, trägt das gebeugte Licht N-ter Ordnung (N zeigt eine ganze Zahl von 1 oder mehr) zur Bildung des Brennpunkts bei, und eine Zunahme oder Abnahme der Intensität des gebeugten Lichts beeinflusst die Intensität des gebeugten Lichts null-ter Ordnung, das sich auf der optischen Achse ausbreitet. Das heißt, mit einer Zunahme der Lichtintensität am Brennpunkt nimmt die Intensität des gebeugten Lichts null-ter Ordnung ab, und mit einer Abnahme der Lichtintensität am Brennpunkt nimmt die Intensität des gebeugten Lichts null-ter Ordnung zu. Daher ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, Schwankungen sowohl des gebeugten Lichts null-ter Ordnung als auch des gebeugten Lichts N-ter Ordnung zu verringern.
• Ferner bestätigten die vorliegenden Erfinder eine Beziehung zwischen dem Betrag der Fluktuationen und einer Differenz zwischen dem von der Pixelgruppe 401 dargestellten Phasenmuster und dem von der Pixelgruppe 402 dargestellten Phasenmuster. 12 zeigt eine Ansicht, die ein Phasenmuster zur Bildung der in 9 dargestellten vier Strahlpunkte LU, LD, RU und RD darstellt, in denen die Phasenwerte durch Kontrastfarbendichte dargestellt werden. Wenn die Phasenmuster in den Pixelgruppen 401 und 402 im Wesentlichen identisch (oder symmetrisch) zueinander sind, so sind auch die Beträge der in den Pixelgruppen 401 und 402 auftretenden Fluktuationen gleich groß, wodurch eine effektive Aufhebung der Fluktuationen möglich ist, wie in dem in 12 dargestellten Phasenmuster. Andererseits können zum Beispiel, wie in 13 gezeigt, die Phasenmuster in den Pixelgruppen 401 und 402 voneinander verschieden sein (nicht identisch und nicht symmetrisch zueinander sein).
• 14 und 15 umfassen Ansichten, die jeweils einen Zustand zeigen, in dem Phasenmuster in den Pixelgruppen 401 und 402 verändert werden, wenn das in 13 gezeigte Phasenmuster gedreht wird. In (a) in 14 sind die Phasenmuster in den Pixelgruppen 401 und 402 in Bezug auf die Grenzlinie B₁ liniensymmetrisch. In (b) in 14 und (a) und (b) in 15 wird der Drehwinkel des Phasenmusters allmählich vergrößert, und die Asymmetrie der Phasenmuster in den Pixelgruppen 401 und 402 vergrößert sich allmählich.
• 16 zeigt ein Diagramm, das den Betrag der Fluktuationen des Phasenmodulationsbetrags in den in (a) und (b) in 14 und (a) und (b) in 15 gezeigten Fällen darstellt. In 16 zeigt ein Diagramm G31 den Fall von (a) in 14, ein Diagramm G32 zeigt den Fall von (b) in 14, ein Diagramm G33 zeigt den Fall von (a) in 15, und ein Diagramm G34 zeigt den Fall von (b) in 15. Ferner stellt eine vertikale Achse den Phasenmodulationsbetrag (normierter Wert) und eine horizontale Achse die Zeit dar.
• Wenn die Diagramme G31 bis G34 in 16 verglichen werden, sind die Beträge der Fluktuationen unabhängig von der Asymmetrie der Phasenmuster in den Pixelgruppen 401 und 402 nahezu gleich. Aus diesem Ergebnis geht hervor, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform selbst dann, wenn die Pixelgruppen 401 und 402 unterschiedliche Phasenmuster aufweisen, die nach der Modulation im Licht auftretenden Fluktuationen wirksam verringert werden können.
• (a) in 17 zeigt ein Histogramm des Phasenmodulationsbetrags in der Pixelgruppe 401 in (b) in 15. Ferner zeigt (b) in 17 ein Histogramm den Phasenmodulationsbetrag in der Pixelgruppe 402 in (b) in 15.
• (a) und (b) in 17 zeigen, dass die Phasen in beiden Fällen nahezu gleichmäßig von 0(rad) bis 2π(rad) verteilt sind. Daher lauten die Durchschnittswerte der in (a) und (b) in 17 gezeigten Histogramme jeweils π(rad). Da der Betrag der Fluktuationen im Phasenmodulationswert proportional zum Phasenwert ist, sind die Beträge der Fluktuationen im Phasenmodulationswert in der Pixelgruppe 401 und 402 nahezu äquivalent zueinander. Auch aus diesem Ergebnis lässt sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform leicht erkennen, dass selbst bei unterschiedlichen Phasenmustern der Pixelgruppen 401 und 402 die Schwankungen des Lichts nach der Modulation wirksam verringert werden können.
• Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform die Phase an der Grenzlinie B₁ zwischen den Pixelgruppen 401 und 402 konstant diskontinuierlich, so dass der Beugungsverlust aufgrund der Phasendifferenz als Intensitätsverlust des Lichts L₂ erscheint. 18 und 19 zeigen Ansichten, die den Intensitätsverlust des Lichts L₂ darstellen, der durch Simulation ausgewertet wurde, wenn die Phasendifferenz π ist. (a) in 18 und 19 zeigt eine Ansicht, die ein Phasenmuster darstellt, (b) zeigt eine Ansicht, die vier Strahlpunkte darstellt, die durch das in (a) gezeigte Phasenmuster gebildet werden, und (c) zeigt eine Ansicht, die einen Strahlpunkt vergrößert darstellt. 18 zeigt einen Fall, in dem die Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) miteinander übereinstimmen, und 19 zeigt einen Fall, in dem Phasen der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) gegenseitig umgekehrt sind.
• Wenn in dieser Auswertung die Lichtintensität des Lichtpunkts in (c) in 18 auf 1,0 gesetzt wird, beträgt die Lichtintensität des Lichtpunkts in (c) in 19 0,93. Das heißt, die Lichtintensität wird aufgrund des Beugungsverlusts an der Grenzlinie B₁ um 7% verringert. Zusätzlich nimmt die mittlere Lichtintensität an den vier experimentell ausgewerteten Punkten in 10 und 11 um etwa 0,5% ab, so dass der Intensitätsverlust des Lichts durch die Phasenumkehr der Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) äußerst gering ist.
• Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann die Modulationseinheit 40A die Flüssigkristallschicht 44 umfassen. Wenn die Modulationseinheit 40A die Flüssigkristallschicht 44 enthält, ist es wünschenswert, ein Ansteuersignal periodisch mit der Zeit zu ändern, um den Phasenzustand des Flüssigkristalls länger aufrechtzuerhalten, und somit ist es wahrscheinlich, dass die zuvor beschriebenen Schwankungen auftreten. Somit ist die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform geeignet.
• Ferner können, wie in der vorliegenden Ausführungsform, eine Fläche der Pixelgruppe 401 und eine Fläche der Pixelgruppe 402 im Einstrahlungsbereich des einfallenden Lichts L₁ gleich groß sein. In dieser Konfiguration werden der Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der ersten Pixelgruppe und der Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der zweiten Pixelgruppe im Wesentlichen gleich und heben sich gegenseitig wirksamer auf, wodurch die Fluktuationen des Lichts nach der Modulation weiter verringert werden.
• Ferner kann die Lichtmodulationsvorrichtung 1A, wie in der vorliegenden Ausführungsform, das optische Lichtleitersystem 3 enthalten, das das von der Lichtquelle 2 ausgegebene Licht L₁ zur Modulationseinheit 40A leitet. Zusätzlich kann das optische Lichtleitersystem 3 eine Einfallsposition des Lichts L₁ auf die Modulationseinheit 40A ändern. In dieser Konfiguration ist es möglich, die Einfallsposition des Lichts L₁ zu verschieben, um die Flächenverhältnisse der Pixelgruppen 401 und 402 im Einstrahlungsbereich des Lichts L₁ einander anzunähern, und den Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 401 und den Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 402 einander anzunähern. Dadurch können diese Fluktuationen besser ausgeglichen und die Fluktuationen des Lichts L₂ nach der Modulation weiter verringert werden.
• (Erste Modifikation)
• In der vorliegenden Ausführungsform ist die Modulationseinheit 40A in die beiden Pixelgruppen 401 und 402 aufgeteilt, die Konfiguration der Aufteilung von Pixelgruppen ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann, wie in 20 gezeigt, die Modulationseinheit 40A in vier Pixelgruppen 403 bis 406 aufgeteilt werden, indem eine zusätzliche Grenzlinie B₂ gebildet wird, die sich mit der Grenzlinie B₁ schneidet. Ferner kann eine Phase des Ansteuersignals V₁(t), das den Pixelgruppen 403 und 405 (beides die ersten Pixelgruppen) zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals V₂(t), das den Pixelgruppen 404 und 406 (beides die zweiten Pixelgruppen) zugeführt wird, gegenseitig invertiert werden. Auch in dieser Konfiguration ist es möglich, die nach der Modulation auftretenden Schwankungen im Licht L₂ wirksam zu verringern. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass eine relative Lagebeziehung zwischen den Grenzlinien B₁ , B₂ und dem Mittelpunkt P des Einstrahlungsbereichs Q so eingestellt wird, dass die Summe der Flächen der Pixelgruppen 403, 405 und die Summe der Flächen der Pixelgruppen 404, 406 im Einstrahlungsbereich Q gleich groß werden.
• Ferner können, wie in 21 gezeigt, eine Vielzahl von Pixelgruppen 407, bei denen eine Längsrichtung einer bestimmten Richtung entspricht, und eine Vielzahl von Pixelgruppen 408, bei denen eine Längsrichtung der obigen Richtung entspricht, abwechselnd in einer Richtung angeordnet werden, die die obige Richtung schneidet. Auch in dieser Konfiguration ist es möglich, die Schwankungen des Lichts L₂ nach der Modulation wirksam zu reduzieren. Ferner ist es in diesem Fall möglich, ein Verhältnis der Gesamtfläche der Pixelgruppen 407 und der Gesamtfläche der Pixelgruppen 408 nahe an das Verhältnis 1:1 zu bringen, unabhängig von der relativen Position des Mittelpunkts P des Einstrahlungsbereichs Q und der Grenzlinien B₃ . Daher ist eine Anpassung der Einfallsposition des Lichts L₁ auf die Modulationseinheit 40A nicht erforderlich. Da darüber hinaus die Gesamtlänge der Grenzlinien B₃ länger ist als die Länge der Grenzlinie B₁ in 4 und die Gesamtlänge der Grenzlinien B₁ und B₂ in 20, ist es unter dem Gesichtspunkt des Intensitätsverlusts des Lichts vorzuziehen, eine in 4 oder 20 dargestellte Unterteilung durchzuführen.
• (Zweite Modifikation)
• 22 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1B gemäß einer zweiten Modifikation der Ausführungsform darstellt. Die Lichtmodulationsvorrichtung 1B der vorliegenden Modifikation enthält einen SLM 4B anstelle des SLM 4A (siehe 2) der Ausführungsform. Der SLM 4B enthält eine Modulationseinheit vom Übertragungstyp 40B und die Treiberschaltung 41. Die Modulationseinheit 40B ist optisch mit der Lichtquelle und dem optischen Lichtleitersystem gekoppelt, so wie in der Ausführungsform, und hat eine Rückseite, die Licht L₁ empfängt, das paralleles Licht ist, das aus dem optischen Lichtleitersystem ausgegeben wird. Die Modulationseinheit 40B ist auf einem optischen Pfad des Lichts L₁ vorgesehen und zeigt ein Phasenmuster an. Die Modulationseinheit 40B enthält eine Vielzahl von Pixeln 40a und moduliert eine Phase des einfallenden Lichts L₁ in jedem Pixel 40a gemäß dem Wert des Ansteuersignals. Die Treiberschaltung 41 erzeugt die Treiberspannung für jedes Pixel 40a, um ein gewünschtes Phasenmuster auf der Modulationseinheit 40B anzuzeigen. Das Licht L₂ wird nach der Modulation von einer Vorderfläche der Modulationseinheit 40B ausgegeben und zum optischen Fokussierungssystem 6 übertragen. Das optische Fokussierungssystem 6 fokussiert das Licht L₂ an einem beliebigen Punkt.
• Die Treiberschaltung 41 überträgt ein Ansteuersignal V₁(t) an eine Pixelgruppe 401 (erste Pixelgruppe) in der Vielzahl von Pixeln 40a der Modulationseinheit 40B und überträgt ein Ansteuersignal V₂(t) an eine Pixelgruppe 402 (zweite Pixelgruppe). Die Ansteuersignale V₁(t) und V₂(t) weisen Signalwellenformen auf, die denen der Ausführungsform ähnlich sind (siehe 3). Das heißt, auch in der vorliegenden Modifikation sind eine Phase des Ansteuersignals V₁(t) und eine Phase des Ansteuersignals V₂(t) gegenseitig invertiert.
• Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann der SLM vom Übertragungstyp sein. Selbst in einem solchen Fall ist es möglich, ähnliche Effekte wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform zu erzielen.
• (Dritte Modifikation)
• 23 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1C gemäß einer dritten Modifikation der Ausführungsform darstellt. In der vorliegenden Modifikation steuert eine Treiberschaltung 41C eines SLM 4C variabel die Grenzlinie B₁ zwischen der Pixelgruppe 401 und der Pixelgruppe 402. Das heißt, die Treiberschaltung 41C kann die Pixel 40a zur Bereitstellung des Ansteuersignals V₁(t) und die Pixel 40a zur Bestellung des Ansteuersignals V₂(t) frei verändern.
• Selbst wenn somit die Mittelachsenlinie AX₁ des Lichts L₁ durch das optische Lichtleitersystem 3 nicht verschoben wird, bringt die Verschiebung der Grenzlinie B₁ gemäß einer Position des Einstrahlungsbereichs des Lichts L₁ eine Einfallsposition des Lichts L₁ auf der Modulationseinheit 40A (das heißt, eine Position des Mittelpunkts P des Einstrahlungsbereichs) nahe an die Grenzlinie B₁ , und führt ein Flächenverhältnis der Pixelgruppen 401 und 402 nahe an 1:1 heran. So können auch bei der vorliegenden Modifikation der Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 401 und der Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 402 einander angenähert werden, wodurch es möglich ist, die Fluktuationen wirksamer aufzuheben und die Fluktuationen des Lichts L₂ nach der Modulation weiter zu verringern. Darüber hinaus kann gegenüber der obigen Ausführungsform die Konfiguration des optischen Lichtleitersystems 3 vereinfacht werden.
• (Vierte Modifikation)
• 24 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1D gemäß einer vierten Modifikation der Ausführungsform darstellt. Zusätzlich zu der Konfiguration der Lichtmodulationsvorrichtung 1A der Ausführungsform enthält die Lichtmodulationsvorrichtung 1D einen Strahlteiler 7, einen Fotodetektor 8 und eine Steuereinheit für das optische Lichtleitersystem 9. Eine Vorderfläche des Strahlteilers 7 ist optisch mit der Lichtausgabefläche des SLM 4A gekoppelt, empfängt das vom SLM 4A ausgegebene Licht L₂ , reflektiert einen Teil des Lichts L₂ , um Licht L₃ zu erzeugen, und überträgt das restliche Licht, um Licht L₄ zu bilden. Das optische Fokussierungssystem 6 fokussiert das Licht L₃ an einer beliebigen Position. Andererseits tritt das Licht L₄ in den Fotodetektor 8 ein, der optisch mit einer Rückseite des Strahlteilers 7 gekoppelt ist.
• Zur Erfassung der Intensität des Lichts L₂ nach der Modulation erzeugt der Fotodetektor 8 ein elektrisches Signal S1 gemäß der Intensität des Lichts L₄ . Der Fotodetektor 8 ist elektrisch mit der Steuereinheit 9 für das optische Lichtleitersystem gekoppelt und versorgt die Steuereinheit 9 für das optische Lichtleitersystem mit dem elektrischen Signal S1. Der Fotodetektor 8 enthält zum Beispiel ein Halbleiterlicht-Empfangselement, wie eine Fotodiode, mit einer einzigen Lichtempfangseinheit. Das Licht L₄ kann durch die Linse fokussiert werden oder auch nicht.
• Die Steuereinheit 9 für das optische Lichtleitersystem enthält einen Aktuator und kann das optische Lichtleitersystem 3 entlang der Richtung D1 bewegen. Auf der Grundlage des Betrags der periodischen Schwankungen (Fluktuationen) der Intensität des Lichts L₄ , die durch das elektrische Signal S1 vom Fotodetektor 8 erhalten wird, steuert die Steuereinheit 9 für das optische Lichtleitersystems eine Position des optischen Lichtleitersystems 3 derart, dass sich die Schwankungen dem Mindestwert nähern, und bestimmt eine Einfallsposition des Lichts L₁ auf die Modulationseinheit 40A (das heißt, eine Position des Mittelpunkts P des Einstrahlungsbereichs).
• Wie bei der Lichtmodulationsvorrichtung 1D der vorliegenden Modifikation kann die Vorrichtung mit dem Fotodetektor 8, der die Intensität des Lichts L₂ nach der Modulation erfasst, und der Steuereinheit 9 für das optische Lichtleitersystem, die das optische Lichtleitersystem 3 steuert, ausgebildet sein. Ferner kann die Steuereinheit 9 für das optische Lichtleitersystem die Position des Lichteinfalls L₁ auf die Modulationseinheit 40A auf der Grundlage einer periodischen Änderung der vom Fotodetektor 8 übertragenen Lichtintensität bestimmen. Gemäß dieser Konfiguration ist dies möglich, die Einfallsposition des Lichts L₁ gemäß den Flächenverhältnissen der Pixelgruppen 401 und 402 im Einstrahlungsbereich des Lichts L₁ automatisch zu verschieben und den Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 401 und den Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 402 auf einfache Weise zu einander anzunähern.
• (Fünfte Modifikation)
• 25 zeigt eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Lichtmodulationsvorrichtung 1E gemäß der fünften Modifikation der Ausführungsform darstellt. Zusätzlich zu der Konfiguration der Lichtmodulationsvorrichtung 1C der dritten Modifikation enthält die Lichtmodulationsvorrichtung 1E einen Strahlteiler 7 und einen Fotodetektor 8. Der Strahlteiler 7 und der Fotodetektor 8 weisen ähnliche Konfigurationen und Funktionen wie die vierte Modifikation der zuvor beschriebenen Ausführungsform auf.
• Ferner enthält ein SLM 4E der Lichtmodulationsvorrichtung 1E eine Treiberschaltung 41E anstelle der Treiberschaltung 41 der Ausführungsform. Die Treiberschaltung 41E ist elektrisch mit dem Fotodetektor 8 gekoppelt und empfängt das elektrische Signal S1 gemäß der Intensität des Lichts L₄ . Die Treiberschaltung 41E bestimmt eine Position der Grenzlinie B₁ zwischen der Pixelgruppe 401 und der Pixelgruppe 402 derart, dass sich die Änderung dem Mindestwert nähert auf der Grundlage des Betrags der periodischen Schwankungen (Fluktuationen) der Intensität des Lichts L₄ , die durch das elektrische Signal S1 vom Fotodetektor 8 erhalten wird. In dieser Konfiguration ist es möglich, die Grenzlinie B₁ gemäß den Flächenverhältnissen der Pixelgruppen 401 und 402 im Einstrahlungsbereich des Lichts L₁ automatisch zu verschieben und den Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 401 und den Betrag der Fluktuationen des Lichts L₂ aus der Pixelgruppe 402 einfach einander anzunähern.
• Der räumliche Lichtmodulator, die Lichtmodulationsvorrichtung und das Verfahren zur Ansteuerung des räumlichen Lichtmodulators sind nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und können auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise können die obigen Ausführungsformen je nach Verwendungszweck und Wirkung miteinander kombiniert werden.
• Obwohl der SLM die Phase des einfallenden Lichts in der obigen Ausführungsform und den Modifikationen moduliert, kann der SLM auch die Intensität des einfallenden Lichts modulieren. Obwohl der SLM vom Flüssigkristalltyp in der obigen Ausführungsform und den Modifikationen verwendet wird, kann auch ein SLM von einem anderen Typ als dem Flüssigkristalltyp verwendet werden (zum Beispiel Membranspiegel-Typ, Mehrfach-Quantentopf-Typ oder dergleichen). Wenn in einem SLM eines beliebigen Typs der SLM durch ein Ansteuersignal angesteuert wird, das sich periodisch mit der Zeit ändert, erscheinen die elektrischen Eigenschaften eines Modulationsmediums nach der Modulation als Fluktuationen im Licht. Somit kann die obige Konfiguration in geeigneter Weise angewendet werden.
• Der räumliche Lichtmodulator der obigen Ausführungsform umfasst eine Modulationseinheit mit einer Vielzahl von Pixeln und dient der Modulation einer Phase oder einer Intensität von einfallendem Licht in jedem Pixel gemäß einer sich periodisch mit der Zeit ändernden Amplitude eines Ansteuersignals; und eine Treiberschaltung zum Übertragen des Ansteuersignals an die Modulationseinheit, wobei die Treiberschaltung eine Steuerung derart ausführt, dass eine Phase des Ansteuersignals, das einer ersten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals, das einer zweiten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, gegenseitig invertiert werden.
• Das Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators gemäß der obigen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Ansteuern eines räumlichen Lichtmodulators, der eine Modulationseinheit mit einer Vielzahl von Pixeln enthält, und zum Modulieren einer Phase oder einer Intensität von einfallendem Licht in jedem Pixel gemäß einer Amplitude eines Ansteuersignals, das sich periodisch mit der Zeit ändert, wobei in dem Verfahren eine Phase des Ansteuersignals, das einer ersten Pixelgruppe in einer Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals, das einer zweiten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, gegenseitig invertiert werden.
• Bei dem zuvor erwähnten räumlichen Lichtmodulator und dem Ansteuerverfahren kann die Modulationseinheit eine Flüssigkristallschicht umfassen.
• Wenn, wie zuvor beschrieben, die Modulationseinheit die Flüssigkristallschicht umfasst, ist es wünschenswert, ein Ansteuersignal periodisch mit der Zeit zu ändern, um den Phasenzustand des Flüssigkristalls länger zu halten. Dementsprechend sind der räumliche Lichtmodulator und das Ansteuerverfahren mit der obigen Konfiguration dafür geeignet.
• In dem obigen räumlichen Lichtmodulator kann die Treiberschaltung eine Steuerung so durchführen, dass eine Fläche der ersten Pixelgruppe und eine Fläche der zweiten Pixelgruppe in einem Einstrahlungsbereich des einfallenden Lichts einander gleich sind. Ferner können im obigen Ansteuerverfahren eine Fläche der ersten Pixelgruppe und eine Fläche der zweiten Pixelgruppe gleich zueinander sein.
• Gemäß dieser Konfiguration werden der Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der ersten Pixelgruppe und der Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der zweiten Pixelgruppe im Wesentlichen gleich und heben sich effektiver gegenseitig auf, so dass es möglich ist, die Fluktuationen des Lichts nach der Modulation weiter zu verringern.
• In dem obigen räumlichen Lichtmodulator kann die Treiberschaltung eine Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe variabel steuern. Ferner kann in dem obigen Ansteuerverfahren eine Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe variabel sein.
• Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Grenzlinie gemäß der Position des Einstrahlungsbereichs des einfallenden Lichts zu verschieben und den Betrag der Fluktuationen des Lichts von der ersten Pixelgruppe und den Betrag der Fluktuationen des Lichts von der zweiten Pixelgruppe einander anzunähern. Auf diese Weise können die Fluktuationen besser ausgeglichen und die Schwankungen des Lichts nach der Modulation weiter verringert werden.
• Die Lichtmodulationsvorrichtung der obigen Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie den räumlichen Lichtmodulator mit der obigen Konfiguration und einen Fotodetektor zur Erfassung einer Lichtintensität nach der Modulation enthält, und die Treiberschaltung bestimmt eine Position der Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe auf der Grundlage einer periodischen Änderung der vom Fotodetektor übertragenen Lichtintensität. Ferner kann bei dem zuvor erwähnten Ansteuerverfahren eine Lichtintensität nach der Modulation erfasst werden, und eine Position der Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe auf der Grundlage einer periodischen Änderung der Lichtintensität bestimmt werden.
• Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Grenzlinie gemäß der Position des Einstrahlungsbereichs des einfallenden Lichts automatisch zu verschieben und auf einfache Weise den Betrag der Fluktuationen des Lichts der ersten Pixelgruppe und den Betrag der Fluktuationen des Lichts der zweiten Pixelgruppe einander anzunähern.
• Die Lichtmodulationsvorrichtung der obigen Ausführungsform ist so konfiguriert, dass sie den räumlichen Lichtmodulator mit der obigen Konfiguration; eine Lichtquelle zur Übertragung des einfallenden Lichts an die Modulationseinheit; und ein optisches Fokussierungssystem zur Fokussierung des Lichts nach der Modulation, die aus der Modulationseinheit ausgegeben wird, enthält.
• Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, eine Lichtmodulationsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Fluktuationen zu verringern, die nach der Modulation im Licht auftreten.
• Die obige Lichtmodulationsvorrichtung kann ferner ein optisches Lichtleitersystem zum Leiten des Lichts, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, zur Modulationseinheit enthalten, und das optische Lichtleitersystem kann die Position des Lichteinfalls in die Modulationseinheit verändern. Ferner kann gemäß dem obigen Verfahren ein optisches Lichtleitersystem zur Übertragung von Licht an die Modulationseinheit vorgesehen sein, und das optische Lichtleitersystem kann eine Einfallsposition von Licht in die Modulationseinheit verändern.
• Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Einfallsposition des Lichts zu verschieben, um die Flächenverhältnisse der ersten Pixelgruppe und zweiten Pixelgruppe im Einstrahlungsbereich des einfallenden Lichts einander anzunähern und den Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der ersten Pixelgruppe und den Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der zweiten Pixelgruppe einander anzunähern. Dadurch können die Fluktuationen besser ausgeglichen und die Schwankungen im Licht nach der Modulation weiter verringert werden.
• In diesem Fall kann die Lichtmodulationsvorrichtung ferner einen Fotodetektor zur Erfassung einer Lichtintensität nach der Modulation und eine Steuereinheit für das optische Lichtleitersystem zur Steuerung des optischen Lichtleitersystems enthalten, und die Steuereinheit des optischen Lichtleitersystems kann die Einfallsposition des Lichts in der Modulationseinheit auf der Grundlage einer periodischen Änderung der vom Fotodetektor übertragenen Lichtintensität bestimmen. Ferner kann bei dem obigen Ansteuerverfahren eine Lichtintensität nach der Modulation erfasst werden, und die Position des Lichteinfalls in die Modulationseinheit kann auf der Grundlage einer periodischen Änderung der Lichtintensität bestimmt werden.
• Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Einfallsposition des Lichts gemäß den Flächenverhältnissen der ersten und der zweiten Pixelgruppe im Einstrahlungsbereich des einfallenden Lichts automatisch zu verschieben und den Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der ersten Pixelgruppe und den Betrag der Fluktuationen des Lichts aus der zweiten Pixelgruppe auf einfache Weise einander anzunähern.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Die Ausführungsformen können als räumlicher Lichtmodulator, als Lichtmodulationsvorrichtung und als Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators verwendet werden, die in der Lage sind, nach der Modulation auftretende Fluktuationen im Licht zu reduzieren.
• Bezugszeichenliste

1A, 1B, 1C, 1D, 1E

Lichtmodulationsvorrichtung,

2

Lichtquelle,

3

optisches Lichtleitersystem,

3a, 3b

Linse,

4A, 4B, 4C, 4E

räumlicher Lichtmodulator (SLM),

6

optisches Fokussierungssystem,

7

Strahlteiler,

8

Fotodetektor,

9

optische Lichtleitersystem-Steuereinheit,

40A, 40B

Modulationseinheit,

40a

Pixel,

41, 41C, 41E

Treiberschaltung,

42

Siliziumsubstrat,

43

Pixelelektrode,

44

Flüssigkristallschicht,

44a

Flüssigkristallmolekül,

45

transparente Elektrode,

46a, 46b

Ausrichtungsfilm,

47

dielektrischer Spiegel,

48

Abstandshalter,

49

transparentes Substrat,

61

Fokussierungslinse,

408

Pixelgruppe,

AX_1, AX₂

Mittelachsenlinie,

B₁, B₂, B₃

Grenzlinie,

D1

Richtung,

L₁, L₂, L₃, L₄

Licht,

LU, LD, RU, RD

Strahlpunkt,

O₂

Brennpunkt,

P

Mittelpunkt,

Q

Einstrahlungsbereich,

S1

elektrisches Signal,

V₁(t), V₂(t)

Ansteuersignal.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• M. McGovern et al., „Single beam atom sorting machine“, Laser Physics Letters, Vol. 3, No. 9, Nr. 1, S. 78-84, 2012 [0002]
• Hyosub Kim et al., „In situ single-atom array synthesis using dynamic holographic optical tweezers“, Nature Communications, Vol. 7, Art. 13317, DOI: 10.1038/ncomms13317, S. 1-8, 2016 [0002]
• Rainer J. Beck et al., „Compensation for time fluctuations of phase modulation in a liquid-crystal-on-silicon display by process synchronization in laser materials processing“, Applied Optics, Vol. 50, No. 18, S. 2899-2905, 2011 [0002]

Claims (15)

1. Räumlicher Lichtmodulator, umfassend: eine Modulationseinheit mit einer Vielzahl von Pixeln und zum Modulieren einer Phase oder einer Intensität von einfallendem Licht in jedem Pixel gemäß einer Amplitude eines Ansteuersignals, das sich periodisch mit der Zeit ändert; und eine Treiberschaltung zur Weitergabe des Ansteuersignals an die Modulationseinheit, wobei die Treiberschaltung eine Steuerung derart ausführt, dass eine Phase des Ansteuersignals, das einer ersten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals, das einer zweiten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, gegenseitig invertiert sind.
2. Räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 1, wobei die Modulationseinheit eine Flüssigkristallschicht enthält.
3. Räumlicher Lichtmodulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Treiberschaltung eine Steuerung derart ausführt, dass eine Fläche der ersten Pixelgruppe und eine Fläche der zweiten Pixelgruppe in einem Einstrahlungsbereich des einfallenden Lichts gleich sind.
4. Räumlicher Lichtmodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Treiberschaltung eine Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe variabel steuert.
5. Lichtmodulationsvorrichtung, umfassend: den räumlichen Lichtmodulator gemäß Anspruch 4; und einen Fotodetektor zum Erfassen einer Lichtintensität nach der Modulation, wobei die Treiberschaltung eine Position der Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe auf der Grundlage einer periodischen Änderung der vom Fotodetektor übertragenen Lichtintensität bestimmt.
6. Lichtmodulationsvorrichtung, umfassend: den räumlichen Lichtmodulator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4; eine Lichtquelle zur Übertragung des einfallenden Lichts an die Modulationseinheit; und ein optisches Fokussierungssystem, um Licht nach der Modulationsausgabe von der Modulationseinheit zu fokussieren.
7. Lichtmodulationsvorrichtung gemäß Anspruch 6, ferner umfassend ein optisches Lichtleitersystem, um Licht, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, zu der Modulationseinheit zu leiten, wobei das optische Lichtleitersystem eine Einfallsposition des Lichts in der Modulationseinheit ändert.
8. Lichtmodulationsvorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner umfassend: einen Fotodetektor zum Erfassen einer Lichtintensität nach der Modulation; und eine optische Lichtleitersystem-Steuereinheit zur Steuerung des optischen Lichtleitersystems, wobei die optische Lichtleitersystem-Steuereinheit die Einfallsposition des Lichts in der Modulationseinheit auf der Grundlage einer periodischen Änderung der vom Fotodetektor übertragenen Lichtintensität bestimmt.
9. Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators mit einer Modulationseinheit, die eine Vielzahl von Pixeln enthält, und zur Modulation einer Phase oder einer Intensität von einfallendem Licht in jedem Pixel gemäß einer Amplitude eines Ansteuersignals, das sich periodisch mit der Zeit ändert, wobei eine Phase des Ansteuersignals, das einer ersten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, und eine Phase des Ansteuersignals, das einer zweiten Pixelgruppe in der Vielzahl von Pixeln zugeführt wird, gegenseitig invertiert werden.
10. Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators gemäß Anspruch 9, wobei die Modulationseinheit eine Flüssigkristallschicht enthält.
11. Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Fläche der ersten Pixelgruppe und eine Fläche der zweiten Pixelgruppe gleich sind.
12. Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei eine Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe variabel ist.
13. Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators gemäß einem der Ansprüche 12, wobei eine Lichtintensität nach der Modulation erfasst wird, und eine Position der Grenzlinie zwischen der ersten Pixelgruppe und der zweiten Pixelgruppe auf der Grundlage einer periodischen Änderung der Lichtintensität bestimmt wird.
14. Verfahren zum Ansteuern eines räumlichen Lichtmodulators gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei ein optisches Lichtleitersystem zum Leiten von Licht zu der Modulationseinheit vorgesehen ist, und das optische Lichtleitersystem eine Einfallsposition von Licht in der Modulationseinheit ändert.
15. Verfahren zur Ansteuerung eines räumlichen Lichtmodulators gemäß Anspruch 14, wobei eine Lichtintensität nach der Modulation erfasst wird und die Einfallsposition des Lichts in der Modulationseinheit auf der Grundlage einer periodischen Änderung der Lichtintensität bestimmt wird.

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