JP3170893B2 - 空間光変調素子評価装置の調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット等の視覚認識
装置において、画像処理あるいは画像認識を光学的に実
行する光情報処理装置に用いられる空間光変調素子の評
価装置の調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像処理あるいは画像認識技術に対し
て、近年、より大画素数をより高速処理することが要求
されてきている。そこで、光の高速並列演算機能を活用
することで上記の要求に答える光情報処理装置の開発が
盛んになってきている。これらの光情報処理装置におい
ては、例えば、特願昭６３−２８７０１６記載の光情報
処理装置のごとく液晶ディスプレイなどの空間光変調素
子が用いられている。これらの空間光変調素子はディス
プレイ等に用いられる場合と異なり、その透過光あるい
は反射光の振幅と位相の両特性が良好であることが求め
られる。そこで、一般に振幅特性は分光光度計等を用い
て測定した光強度特性から評価し、一方、位相特性は干
渉計を用いて測定されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レン
ズ、プリズム等の光学部品の波面収差測定用として市販
されている干渉計では、例えば、空間光変調素子の画素
単位での位相特性など微小領域での測定は不可能であっ
た。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑み、空間光変調素
子の画素単位での位相特性など微小領域での測定を可能
とする空間光変調素子評価装置の調整方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明の空間光変調素子評価装置の調整方法は、位
相と振幅が同時に変化する空間光変調素子を保持する空
間光変調素子保持手段と、この空間光変調素子保持手段
に保持された前記空間光変調素子を照射する光源と、こ
の空間光変調素子保持手段の後方に光軸に対して傾斜さ
せて配置された平行平板と、この平行平板の透過光路中
に配置された偏光分離手段と、この偏光分離手段の後方
に前記空間光変調素子を構成する画素のうち、互いに隣
接する一対の画素の透過光量を各々検出する第１の光検
出器を配置し、前記平行平板の反射光路中の前記隣接画
素からの透過光が前記平行平板の表裏面から反射されて
干渉する位置に、第２の光検出器を配置するとともに、
前記第１の光検出器の出力から前記隣接画素を透過した
光の振幅比を求め、前記第２の光検出器の出力から 前記
隣接画素を透過した光の位相差を検出することで、前記
空間光変調素子の画素単位で、振幅と位相の両特性を同
時に測定する空間光変調素子評価装置の調整方法であっ
て、前記光軸と前記平行平板の表面の法線を含む面に直
交する第１の方向に連続する幅が１画素の直線状の電圧
印加画素群を、前記法線と前記第１の方向のいずれとも
直交する第２の方向に２画素ピッチで複数構成した調整
用パターンを前記空間光変調素子に表示することで、前
記平行平板の光軸に対する傾斜角を調整することを特徴
とする空間光変調素子評価装置の調整方法である。

【０００６】

【作用】上記構成の空間光変調素子評価装置の調整方法
によれば、前記平行平板の光軸に対する傾斜角の精密な
調整を可能とする空間光変調素子評価装置の調整方法が
得られる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の空間光変調素子評価装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の調
整方法を適用しうる空間光変調素子評価装置の一実施例
の側面図である。

【０００８】図１において、１は半導体レ−ザ、２はコ
リメ−タレンズ、３は位相差板、４は第１のレンズ、５
は第２のレンズ、６は空間光変調素子ホルダ−、７は空
間光変調素子、８は表面の反射率をＲ１、裏面の反射率
をＲ２に構成された厚みｄの平行平板であり光軸に対し
てθ１傾けて配置されている。１０は第３のレンズ、１
１は第４のレンズ、１２はダブルピンホ−ル、１３は２
分割光検出器、１４はミラ−、１５は第５のレンズ、１
６は第６のレンズ、１７はピンホ−ル、１８は光検出器
である。

【０００９】ここで、第１のレンズ４と第２のレンズ５
は縮小光学系を構成しており、コリメ−タレンズ２によ
り平行光化された半導体レ−ザ１からの出射光を縮小し
て空間光変調素子７を照射する構成とされている。

【００１０】また、位相差板３は半導体レ−ザ１からの
射出光の偏光状態を測定に適した状態に設定する。すな
わち、楕円偏光あるいは直線偏光を空間光変調素子７に
対して所定の角度を持った直線偏光に変換する。また、
第３のレンズ１０と第４のレンズ１１および、第５のレ
ンズと第６のレンズは拡大光学系を構成している。

【００１１】次に、本実施例装置における平行平板８の
構成を、図２と図３を用いて説明する。図２は空間光変
調素子７と平行平板８との関係を示す構成図であり、図
３は平行平板に於ける光の反射と屈折を示す図である。

【００１２】図２において７は空間光変調素子、７ａお
よび７ｂは空間光変調素子７を構成する画素を各々示し
ており、８は平行平板を示している。また、図中のＰは
空間光変調素子７を構成する画素ピッチをＬ１は画素７
ａを透過する光線の光軸を示し、Ｌ２は画素７ｂを透過
する透過する光線の光軸を各々示している。また、Ｌ
１’とＬ２’は各々、光線Ｌ１とＬ２の平行平板８から
の反射光を示している。

【００１３】また、図３に於て、８は厚みｄ、屈折率
ｎ、表面反射率Ｒ１、裏面反射率Ｒ２の平行平板を示し
ており、光線Ｌ１およびＬ２に対してθ１傾けて配置さ
れている。

【００１４】まず、光線Ｌ１とＬ２の反射光Ｌ１’とＬ
２’が一致する、すなわち、光線を１画素分だけ横ずら
しするための平行平板８の構成条件を以下に示す。この
条件を位置条件とよぶ。位置条件を満足するためにはＬ
１が平行平板８の表面で屈折し、裏面で反射し再び表面
に到達する点と初めの入射点との距離ａが、ａ＝Ｐ／ｃ
ｏｓθ１なる条件を満足する必要がある。

【００１５】一方、このａはＬ１の屈折角をθ２とする
と図３中でａを底辺とする２等辺三角形を考えると、ａ
＝２ｄｔａｎθ２なる関係が成立する。従って、Ｐ＝２
ｄｔａｎθ２ｃｏｓθ１となる。ここでｓｉｎθ１＝ｎ
ｓｉｎθ２なる屈折則を適用すると、位置条件は以下の
（１）式で表すことができる。

【００１６】

【数１】

【００１７】この位置条件（１）式を満足するように平
行平板８の厚みｄ、屈折率ｎおよび光軸に対する傾斜角
θ１が決められている。

【００１８】次に、このように重なった光線Ｌ１’と光
線Ｌ２’の干渉縞のビジビリティを決める振幅条件を以
下に述べる。光線Ｌ１と光線Ｌ２の振幅が等しくそれを
１とすると、光線Ｌ１’の振幅は平行平板８の表面での
１回の反射だけなのでＲ１で与えられる。

【００１９】一方、光線Ｌ２’の振幅は（１−Ｒ１）２
Ｒ２で与えられる。従って、画素７ａの透過率をＲａ、
画素７ｂの透過率をＲｂとおくと振幅条件は（２）式で
与えられる。

【００２０】

【数２】

【００２１】この振幅条件を満足するように平行平板８
の表面反射率Ｒ１と裏面反射率Ｒ２が決められる。

【００２２】また、光線Ｌ１’と光線Ｌ２’の干渉縞が
発生するための光線Ｌ１’と光線Ｌ２’の位相差を決め
る位相条件は以下のように求められる。光線Ｌ１’と光
線Ｌ２’の光路長差は平行平板８へ入射するまでの空気
中での光路長差、これを図３ではｂで示した、と平行平
板８中での裏面反射の光路長差である。すなわちｂ＝Ｐ
ｔａｎθ１とｎ（２ｄ／ｃｏｓθ２）である。ここで、
スネル則をθ２に用いると、位相条件は（３）式で表す
ことができる。

【００２３】

【数３】

【００２４】上記した位置条件（１）を満足するいくつ
かの平行平板８の厚みｄ、屈折率ｎおよび光軸に対する
傾斜角θ１のうち、位相条件（３）を満足するものを設
定する。

【００２５】以上のように構成された本実施例装置の動
作を以下に説明する。まず、空間光変調素子ホルダ−６
に設置された空間光変調素子７を構成する画素の内、互
いに隣接する一対の画素である画素７ａと画素７ｂのう
ち画素７ａを基準とし、すなわち、画素７ａには電圧を
印加せず、画素７ｂに所定の駆動電圧を印加する。

【００２６】この状態で、第２のレンズ５、第１のレン
ズ４、位相差板３、コリメ−タレンズ２を介して半導体
レ−ザ１からの出射光で空間光変調素子７を構成する画
素７ａ及び画素７ｂを照射する。

【００２７】その結果、画素７ａを透過する光線Ｌ１と
画素７ｂを透過する光線Ｌ２は、平行平板８により各々
の反射光Ｌ１’とＬ２’が重なるよう部分反射される。
この反射光Ｌ１’とＬ２’の重畳された領域では干渉が
発生する。この干渉強度は駆動電圧が印加された画素７
ｂでの透過光の位相変化により変化する。すなわち、画
素７ａと画素７ｂの透過光の位相差が０の時に最大値を
取り、位相差がπの時０となる。

【００２８】さて、この干渉光はミラ−１４により反射
され、第５のレンズ１５と第６のレンズ１６により拡大
されピンホ−ル１７を介して光検出器１８に入射する。
この時、ピンホ−ル１７は対象とする干渉領域以外の光
を遮蔽する。また、隣接画素間の距離Ｐ程度では印加電
圧による位相変化以外の例えば、基板の歪みに起因する
ような収差、すなわち静的な位相差は実質的に無視でき
る。従って、光検出器１８の出力を測定することで隣接
を基準として、印加電圧に対する任意の画素からの透過
光の位相の変化を評価できる。

【００２９】一方、平行平板８を透過した光線Ｌ１と光
線Ｌ２は、ピッチＰを維持したまま平行光として第３の
レンズ１０と第４のレンズ１１により拡大されダブルピ
ンホ−ル１２を介して２分割光検出器１３に入射する。
この時、ダブルピンホ−ル１２は画素７ａを透過した光
線と画素７ｂを透過した光線を分離し、かつ、その他の
光線を遮蔽する。従って、２分割光検出器１３の２つの
検出部には各々、画素７ａを透過した光線と画素７ｂを
透過した光線とが入射することになる。

【００３０】そこで、２分割光検出器１３の２つの検出
部の出力を比較することで、隣接画素を基準として、印
加電圧に対する任意の画素からの透過光の強度の変化を
評価できる。

【００３１】以上のように本実施例によれば、少なくと
も１画素単位という微小領域での空間光変調素子の振幅
と位相の両特性の同時測定が可能である。さらに、第３
のレンズ１０と第４のレンズ１１あるいは第５のレンズ
１５と第６のレンズ１６からなる拡大光学系の倍率とダ
ブルピンホ−ル１２あるいはピンホ−ル１７のピンホ−
ル径を適宜設定することで、１画素より微小な領域の振
幅と位相の両特性を評価可能であることは言うまでもな
い。また、本実施例では透過型の空間光変調素子につい
て述べたが、反射型の空間光変調素子についても同様の
効果を上げることは可能である。

【００３２】次に、本発明の空間光変調素子評価装置の
調整方法について、図面を参照しながら説明する。

【００３３】まず、図４を用いて、空間光変調素子評価
装置の調整方法において用いる調整用パタ−ンの構成に
ついて説明する。図４は図１、図２、図３に示した空間
光変調素子評価装置における調整用パタ−ンの１例であ
る。図４中の第１の方向とは空間光変調素子評価装置の
光軸と平行平板８の表面の法線を含む面に直交する方向
である。また、第２の方向とは前記の第１の方向と空間
光変調素子評価装置の光軸のいずれとも互いに直交する
方向である。また、図４でハッチング部は駆動電圧印加
部を、それ以外は電圧非印加部を各々示している。

【００３４】調整用パタ−ンは図４にハッチングで図示
したように、その幅が１画素の第１の方向に連続する直
線状の電圧印加画素群を第２の方向に２画素ピッチで複
数構成したものである。すなわち、第２の方向に電圧印
加された１画素と非印加部である１画素が隣接して交互
に連続して配置されたパタ−ンである。

【００３５】次に、このように構成された調整用パタ−
ンを用いた空間光変調素子評価装置の調整方法について
図１、図４を参照して以下に述べる。

【００３６】まず、空間光変調素子７に図４に図示した
調整用パタ−ンを表示する。この状態で、第２のレンズ
５、第１のレンズ４、位相差板３、コリメ−タレンズ２
を介して半導体レ−ザ１からの出射光で空間光変調素子
７を照射する。その結果、調整用パタ−ンの電圧印加部
画素を透過する光線Ｌ１と非印加部画素透過する光線Ｌ
２は、平行平板８により各々、部分反射される。

【００３７】この反射光が重畳された領域では干渉が発
生する。この反射光の重畳を発生させるには平行平板８
の光軸に対する傾斜角θ１を式１に示した位置条件を満
たすよう０．１度程度の設定精度を要求される。従っ
て、平行平板８の加工誤差、組立誤差、空間光変調素子
評価装置の光軸誤差などにより上記の角度精度を満たす
ことは極めて困難である。

【００３８】一方、干渉強度は光線Ｌ１とＬ２の位相差
が０の時に最大値を取り、位相差がπの時に０となる。
従って、図４に図示した調整用パタ−ンを用い、ミラ−
１４により反射され、第５のレンズ１５と第６のレンズ
１６により拡大されピンホ−ル１７を介して光検出器１
８に入射した光の強度を最大あるいは最小となるように
平行平板８の傾斜角θ１の角度を調整すれば、検出強度
の絶対値を決めるピンホ−ル１７の大きさや位置にかか
わらず正確に角度調整を行える。

【００３９】なおここで、光検出器１８に入射した光の
強度を最大あるいは最小のいずれになるよう平行平板８
の傾斜角θ１の角度を調整するかは、空間光変調素子の
特性、印加電圧により選択すればよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明の空間光変調素子
評価装置の調整方法によれば、本発明の空間光変調素子
評価装置における平行平板の光軸に対する傾斜角を、精
密に調整することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の調整方法を適用しうる空間光変調素子
評価装置の一実施例の構成図

【図２】同実施例装置における空間光変調素子と平行平
板との関係図

【図３】同実施例装置の平行平板に於ける光の反射と屈
折を示す図

【図４】本発明の調整方法で用いた調整用パターンの構
成図

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ コリメータレンズ ３ 位相差板 ４ 第１のレンズ ５ 第２のレンズ ６ 空間光変調素子ホルダー ７ 空間光変調素子 ８ 平行平板 １０ 第３のレンズ １１ 第４のレンズ １２ ダブルピンホール １３ ２分割光検出器 １４ ミラ− １５ 第５のレンズ １６ 第６のレンズ １７ ピンホ−ル １８ 光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−212304（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−132412（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G02F 1/13 - 1/141

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】位相と振幅が同時に変化する空間光変調素
   子を保持する空間光変調素子保持手段と、この空間光変
   調素子保持手段に保持された前記空間光変調素子を照射
   する光源と、この空間光変調素子保持手段の後方に光軸
   に対して傾斜させて配置された平行平板と、この平行平
   板の透過光路中に配置された偏光分離手段と、この偏光
   分離手段の後方に前記空間光変調素子を構成する画素の
   うち、互いに隣接する一対の画素の透過光量を各々検出
   する第１の光検出器を配置し、前記平行平板の反射光路
   中の前記隣接画素からの透過光が前記平行平板の表裏面
   から反射されて干渉する位置に、第２の光検出器を配置
   するとともに、前記第１の光検出器の出力から前記隣接
   画素を透過した光の振幅比を求め、前記第２の光検出器
   の出力から前記隣接画素を透過した光の位相差を検出す
   ることで、前記空間光変調素子の画素単位で、振幅と位
   相の両特性を同時に測定する空間光変調素子評価装置の
   調整方法であって、前記光軸と前記平行平板の表面の法
   線を含む面に直交する第１の方向に連続する幅が１画素
   の直線状の電圧印加画素群を、前記法線と前記第１の方
   向のいずれとも直交する第２の方向に２画素ピッチで複
   数構成した調整用パターンを前記空間光変調素子に表示
   することで、前記平行平板の光軸に対する傾斜角を調整
   することを特徴とする空間光変調素子評価装置の調整方
   法。