JP3246673B2 - 位相変調量制御装置 - Google Patents
位相変調量制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高精度な光分配を可能
とした位相変調量制御装置に関する。
とした位相変調量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光分波器は、入射レーザ光をコリメータ
レンズにより平行光にし、この平行光を液晶空間光変調
器に透過させて光分波を行うものである。そして、分波
された光はフーリエ変換レンズを経た後、ＣＣＤカメラ
などのＣＣＤセンサによってそれぞれ光強度が測定さ
れ、液晶空間光変調器を制御するコンピュータに、フィ
ードバック信号として送られる。このような光分波器に
フィードバックシステムを用いる目的は、多値位相回折
格子として用いられる液晶空間光変調器に、温度変化等
による誤差が生じたり位相歪を生じたりして、分配され
た光の強度が等しくならないので、光の強度を補正する
ためである。
レンズにより平行光にし、この平行光を液晶空間光変調
器に透過させて光分波を行うものである。そして、分波
された光はフーリエ変換レンズを経た後、ＣＣＤカメラ
などのＣＣＤセンサによってそれぞれ光強度が測定さ
れ、液晶空間光変調器を制御するコンピュータに、フィ
ードバック信号として送られる。このような光分波器に
フィードバックシステムを用いる目的は、多値位相回折
格子として用いられる液晶空間光変調器に、温度変化等
による誤差が生じたり位相歪を生じたりして、分配され
た光の強度が等しくならないので、光の強度を補正する
ためである。
【０００３】そして、液晶空間光変調器としては、液晶
テレビと同様の電気アドレス形式のものを用いており、
液晶に印加する電圧により位相変調量を変化させてい
る。この液晶光変調器は、前述のように、透過光を均等
に分波するための多値位相回折格子を構成する。
テレビと同様の電気アドレス形式のものを用いており、
液晶に印加する電圧により位相変調量を変化させてい
る。この液晶光変調器は、前述のように、透過光を均等
に分波するための多値位相回折格子を構成する。
【０００４】また、図６はこの多値位相回折格子の断面
図であり、この多値位相回折格子は、周期的構造を有
し、基本周期を１としており、この基本周期が無限に繰
り返していると仮定する。また、位相変調を行う場所の
幅をｂ、位相変調が行われず光の透過率が零の場所の幅
をａとする。なお、位相分布は原点について対称であ
り、位相量をφn（ｎ＝１，２，…，Ｎ）とすると、多
値位相回折格子の位相分布と光振幅分布との関係は次の
式１のように表される。
図であり、この多値位相回折格子は、周期的構造を有
し、基本周期を１としており、この基本周期が無限に繰
り返していると仮定する。また、位相変調を行う場所の
幅をｂ、位相変調が行われず光の透過率が零の場所の幅
をａとする。なお、位相分布は原点について対称であ
り、位相量をφn（ｎ＝１，２，…，Ｎ）とすると、多
値位相回折格子の位相分布と光振幅分布との関係は次の
式１のように表される。
【０００５】
【式１】
【０００６】ここで、
【０００７】
【式２】 と定義する。多値位相回折格子の対称性から、Ａm＝Ａ
−mであり、回折光の強度は、Ｉm＝｜Ａm｜2で求められ
る。また、Ｎ個の位相量により、−（Ｎ−１），・・
・，０，・・・，Ｎ−１次光までの等強度化が行われ
る。
−mであり、回折光の強度は、Ｉm＝｜Ａm｜2で求められ
る。また、Ｎ個の位相量により、−（Ｎ−１），・・
・，０，・・・，Ｎ−１次光までの等強度化が行われ
る。
【０００８】光分波器では、入射レーザ光を等強度で分
配するための位相量を、液晶空間光変調器の各ピクセル
に与えている。また、分波された各光の強度は、ＣＣＤ
センサによりそれぞれ測定する。この測定された光強度
Ｐkを用いて、光分配が等しく行われているかどうかを
式２の評価量により判断する。
配するための位相量を、液晶空間光変調器の各ピクセル
に与えている。また、分波された各光の強度は、ＣＣＤ
センサによりそれぞれ測定する。この測定された光強度
Ｐkを用いて、光分配が等しく行われているかどうかを
式２の評価量により判断する。
【０００９】
【式３】
【００１０】ここで、Ｅは光強度の平均２乗誤差、（２
Ｎ−１）は全分配数、Ｐkはｋ番目の分波光の光強度、
〈Ｐk〉は（２Ｎ−１）個の分波光強度の平均値、ｊは
フィードバックの繰返し回数である。
Ｎ−１）は全分配数、Ｐkはｋ番目の分波光の光強度、
〈Ｐk〉は（２Ｎ−１）個の分波光強度の平均値、ｊは
フィードバックの繰返し回数である。
【００１１】そして、従来技術では、上記誤差を小さく
するために液晶空間光変調器に印加する電圧にわずかな
摂動を加え、この摂動により新たなＥj+1を得ている。
また、これら、誤差量の変化を次のように定義する。
するために液晶空間光変調器に印加する電圧にわずかな
摂動を加え、この摂動により新たなＥj+1を得ている。
また、これら、誤差量の変化を次のように定義する。
【００１２】
【式４】
【００１３】この式４のΔＥj+1が負の値になる場合、
すなわち、誤差が減少した場合は、加えた摂動を受け入
れて印加電圧を変化させ、次の繰り返しに移る。これに
対し、ΔＥj+1が正となる場合、すなわち、誤差が大き
くなる場合は、その摂動は受け入れない。そして、フィ
ードバックの繰り返しは、誤差Ｅが十分に小さくなる
か、摂動の大きさが液晶空間光変調器の位相に変換して
π／１００ｒａｄの値となることにより収束する。
すなわち、誤差が減少した場合は、加えた摂動を受け入
れて印加電圧を変化させ、次の繰り返しに移る。これに
対し、ΔＥj+1が正となる場合、すなわち、誤差が大き
くなる場合は、その摂動は受け入れない。そして、フィ
ードバックの繰り返しは、誤差Ｅが十分に小さくなる
か、摂動の大きさが液晶空間光変調器の位相に変換して
π／１００ｒａｄの値となることにより収束する。
【００１４】以下、上記従来技術の動作を説明する。
【００１５】まず、液晶空間光変調器に、予め決定して
おいた印加電圧の初期値Ｖn,j、すなわち初回であるか
らＶn,1を加える。この初期値は、入射レーザ光を等強
度に分配するための位相量を、液晶空間光変調器に与え
るべく設定された値である。この状態で光源からレーザ
光を照射すると、液晶空間光変調器では印加電圧の初期
値Ｖn,1に対応した位相による分波が行われる。この分
波された光の強度は、ＣＣＤセンサによりそれぞれ測定
される。この場合、初期値は、入射レーザ光を等強度に
分配するための位相量を得るべく決定された値であるか
ら、本来ならば分波光強度は等しくなるはずであるが、
温度変化等により誤差Ｅj、すなわち初回であるからＥ1
が生じる。この誤差Ｅは、ＣＣＤセンサにより実測され
た分波光強度Ｐkを用いて式３により求められる。
おいた印加電圧の初期値Ｖn,j、すなわち初回であるか
らＶn,1を加える。この初期値は、入射レーザ光を等強
度に分配するための位相量を、液晶空間光変調器に与え
るべく設定された値である。この状態で光源からレーザ
光を照射すると、液晶空間光変調器では印加電圧の初期
値Ｖn,1に対応した位相による分波が行われる。この分
波された光の強度は、ＣＣＤセンサによりそれぞれ測定
される。この場合、初期値は、入射レーザ光を等強度に
分配するための位相量を得るべく決定された値であるか
ら、本来ならば分波光強度は等しくなるはずであるが、
温度変化等により誤差Ｅj、すなわち初回であるからＥ1
が生じる。この誤差Ｅは、ＣＣＤセンサにより実測され
た分波光強度Ｐkを用いて式３により求められる。
【００１６】このようにして求められた誤差Ｅ1を、予
め設定した判定値Ｘと比較し、その結果、Ｅ1＜Ｘであ
れば、誤差は無視できる程度と判断して処理を終了す
る。これに対し、Ｅ1＜Ｘでなければ、印加電圧である
Ｖn,jに摂動ΔＶnを加え、これをＶn,j+1とする。
め設定した判定値Ｘと比較し、その結果、Ｅ1＜Ｘであ
れば、誤差は無視できる程度と判断して処理を終了す
る。これに対し、Ｅ1＜Ｘでなければ、印加電圧である
Ｖn,jに摂動ΔＶnを加え、これをＶn,j+1とする。
【００１７】次に、この印加電圧Ｖn,j+1により再び入
射レーザ光の分波を行い、その分波光強度Ｐk,j+1をＣ
ＣＤセンサにより測定し、式３により誤差Ｅj+1を求
め、式４による判定を行う。その結果、Ｅj+1＜Ｅjでな
い場合、すなわち誤差が増えている場合は、この摂動Δ
Ｖnは受け入れず、別の摂動ΔＶnを加えて上記動作をや
り直す。すなわち、摂動ΔＶnは任意の未知の値であ
り、必ずしも誤差Ｅj+1が小さくなるとは限らず、この
誤差がＥj+1＜Ｅjとなるまでこのループを繰返す。
射レーザ光の分波を行い、その分波光強度Ｐk,j+1をＣ
ＣＤセンサにより測定し、式３により誤差Ｅj+1を求
め、式４による判定を行う。その結果、Ｅj+1＜Ｅjでな
い場合、すなわち誤差が増えている場合は、この摂動Δ
Ｖnは受け入れず、別の摂動ΔＶnを加えて上記動作をや
り直す。すなわち、摂動ΔＶnは任意の未知の値であ
り、必ずしも誤差Ｅj+1が小さくなるとは限らず、この
誤差がＥj+1＜Ｅjとなるまでこのループを繰返す。
【００１８】これに対し、Ｅj+1＜Ｅjであれば、すなわ
ち、誤差が減少していれば、誤差Ｅj+1と判定値Ｘとを
比較し、Ｅj+1＜Ｘであれば、誤差は無視できる程度に
減少したと判断して処理を終了する。また、Ｅj+1＜Ｘ
でない場合は、ｊ＋１をｊとして、再び印加電圧である
Ｖn,j、２回目なのでＶn,2に摂動ΔＶnを加え、上述し
た動作を繰返す。この動作は、誤差Ｅj+1と判定値Ｘと
の関係がＥj+1＜Ｘとなり、誤差は無視できる程度に減
少したと判断されるまで繰返される。
ち、誤差が減少していれば、誤差Ｅj+1と判定値Ｘとを
比較し、Ｅj+1＜Ｘであれば、誤差は無視できる程度に
減少したと判断して処理を終了する。また、Ｅj+1＜Ｘ
でない場合は、ｊ＋１をｊとして、再び印加電圧である
Ｖn,j、２回目なのでＶn,2に摂動ΔＶnを加え、上述し
た動作を繰返す。この動作は、誤差Ｅj+1と判定値Ｘと
の関係がＥj+1＜Ｘとなり、誤差は無視できる程度に減
少したと判断されるまで繰返される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の手法で
は、前述のように誤差Ｅが小さくなる摂動が未知である
ために、この誤差Ｅを最小化するフィードバックの繰返
しに多くの時間がかかり、しかも反復フィードバック系
が収束しない場合も生じる問題を有している。
は、前述のように誤差Ｅが小さくなる摂動が未知である
ために、この誤差Ｅを最小化するフィードバックの繰返
しに多くの時間がかかり、しかも反復フィードバック系
が収束しない場合も生じる問題を有している。
【００２０】本発明の目的は、フィードバック動作時間
を大幅に短縮した位相変調量制御装置を提供することに
ある。
を大幅に短縮した位相変調量制御装置を提供することに
ある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の位相変調量制御
装置は、透過率が個々に制御可能な複数のピクセルを備
えて多値位相回折格子として構成される液晶空間光変調
器に、光源からの光を透過させて発生する回折光の光強
度を等強度とすべく各ピクセルの透過率を制御して各ピ
クセルの位相変調量を制御する位相変調量制御装置にお
いて、前記回折光の光強度をそれぞれ測定する測定手段
と、この測定手段により測定された光強度に基づいて、
Ｎは位相量の個数、Ｉ k は計算により求められる光強
度、Ｐ k は測定手段により測定される光強度、<Ｉ k ／Ｐ k
>を計算値と測定値との整合をとる変換パラメータとし
たとき、 の式のεを最小化する最適化演算により前記各ピクセル
の位相変調量を算出する演算手段と、この演算手段によ
り算出された各ピクセルの位相変調量と各ピクセルに実
際に印加されている印加電圧との関係の関数を設定する
関数設定手段と、各ピクセル毎に予め決定されている所
定の位相変調量と前記演算手段により算出された各ピク
セルの位相変調量との誤差量が、各ピクセル毎に予め決
定されている許容位相誤差量内か否かを判定する誤差量
判定手段と、この誤差量判定手段により許容位相誤差量
より大と判定されると、前記関数設定手段により設定さ
れた関数に基づいて各ピクセルの位相変調量を前記所定
の位相変調量とするための印加電圧を求める印加電圧設
定手段とを備えたものである。
装置は、透過率が個々に制御可能な複数のピクセルを備
えて多値位相回折格子として構成される液晶空間光変調
器に、光源からの光を透過させて発生する回折光の光強
度を等強度とすべく各ピクセルの透過率を制御して各ピ
クセルの位相変調量を制御する位相変調量制御装置にお
いて、前記回折光の光強度をそれぞれ測定する測定手段
と、この測定手段により測定された光強度に基づいて、
Ｎは位相量の個数、Ｉ k は計算により求められる光強
度、Ｐ k は測定手段により測定される光強度、<Ｉ k ／Ｐ k
>を計算値と測定値との整合をとる変換パラメータとし
たとき、 の式のεを最小化する最適化演算により前記各ピクセル
の位相変調量を算出する演算手段と、この演算手段によ
り算出された各ピクセルの位相変調量と各ピクセルに実
際に印加されている印加電圧との関係の関数を設定する
関数設定手段と、各ピクセル毎に予め決定されている所
定の位相変調量と前記演算手段により算出された各ピク
セルの位相変調量との誤差量が、各ピクセル毎に予め決
定されている許容位相誤差量内か否かを判定する誤差量
判定手段と、この誤差量判定手段により許容位相誤差量
より大と判定されると、前記関数設定手段により設定さ
れた関数に基づいて各ピクセルの位相変調量を前記所定
の位相変調量とするための印加電圧を求める印加電圧設
定手段とを備えたものである。
【００２２】
【作用】本発明では、まず、透過率が個々に制御可能な
複数のピクセルを備えた多値位相回折格子による回折光
の光強度を測定手段でそれぞれ測定し、この測定された
光強度に基づいて、 の式のεを最小化する最適化演算により各ピクセルの位
相変調量を演算手段で算出する。次に、この算出された
各ピクセルの位相変調量と各ピクセルに実際に印加され
ている印加電圧との関係の関数を関数設定手段に設定
し、各ピクセル毎に予め決定されている所定の位相変調
量と演算手段により算出された各ピクセルの位相変調量
との誤差量が許容位相誤差量内であるか否かを誤差量判
定手段で判断し、許容位相誤差量より大と判定されたと
き、関数を用いて、現状での各ピクセルの位相変調量を
予め決定されている所定の位相変調量とするための印加
電圧の補正量を位相変調量制御手段で求める。
複数のピクセルを備えた多値位相回折格子による回折光
の光強度を測定手段でそれぞれ測定し、この測定された
光強度に基づいて、 の式のεを最小化する最適化演算により各ピクセルの位
相変調量を演算手段で算出する。次に、この算出された
各ピクセルの位相変調量と各ピクセルに実際に印加され
ている印加電圧との関係の関数を関数設定手段に設定
し、各ピクセル毎に予め決定されている所定の位相変調
量と演算手段により算出された各ピクセルの位相変調量
との誤差量が許容位相誤差量内であるか否かを誤差量判
定手段で判断し、許容位相誤差量より大と判定されたと
き、関数を用いて、現状での各ピクセルの位相変調量を
予め決定されている所定の位相変調量とするための印加
電圧の補正量を位相変調量制御手段で求める。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の位相変調量制御装置の一実施
例を図面を参照して説明する。
例を図面を参照して説明する。
【００２４】図１において、11は液晶空間光変調器で、
この液晶空間光変調器11は、図２で示すように、列状に
配列された２５６個のピクセル11nを有し、これら各ピ
クセル11nを制御することによりピクセル数と同数の回
折格子を有する多値位相回折格子として構成される。こ
の液晶空間光変調器11は、８個のピクセル11nを１周期
として、周期的な構造の多値位相回折格子を形成するも
のである。したがって、この多値位相回折格子は、それ
ぞれ１２８個ずつ対称にそれぞれ15周期の周期的な構造
となっている。
この液晶空間光変調器11は、図２で示すように、列状に
配列された２５６個のピクセル11nを有し、これら各ピ
クセル11nを制御することによりピクセル数と同数の回
折格子を有する多値位相回折格子として構成される。こ
の液晶空間光変調器11は、８個のピクセル11nを１周期
として、周期的な構造の多値位相回折格子を形成するも
のである。したがって、この多値位相回折格子は、それ
ぞれ１２８個ずつ対称にそれぞれ15周期の周期的な構造
となっている。
【００２５】図１に戻って、この液晶空間光変調器11に
対しては、光源12からのレーザ光が、コリメータレンズ
13により平行光とされた後、入射される。そして、この
液晶空間光変調器11を透過することにより、各ピクセル
11n毎の光透過率に対応して位相が変調され、回折現象
を発生して分波される。分波された光はフーリエ変換レ
ンズ14により、−７次，−６次，…，−１次，０次，１
次，…，６次，７次までの回折光となり、測定手段とし
てのＣＣＤセンサ15に入射され、このＣＣＤセンサ15
の、対応する図３に示す受光部15aにより、それぞれの
光強度が測定される。
対しては、光源12からのレーザ光が、コリメータレンズ
13により平行光とされた後、入射される。そして、この
液晶空間光変調器11を透過することにより、各ピクセル
11n毎の光透過率に対応して位相が変調され、回折現象
を発生して分波される。分波された光はフーリエ変換レ
ンズ14により、−７次，−６次，…，−１次，０次，１
次，…，６次，７次までの回折光となり、測定手段とし
てのＣＣＤセンサ15に入射され、このＣＣＤセンサ15
の、対応する図３に示す受光部15aにより、それぞれの
光強度が測定される。
【００２６】コンピュータ16は、ＣＣＤセンサ15により
測定された回折光の光スポットの光強度に基づいて、こ
の光スポットの光強度が等しくなるように液晶空間光変
調器11の位相変調量を制御するものである。
測定された回折光の光スポットの光強度に基づいて、こ
の光スポットの光強度が等しくなるように液晶空間光変
調器11の位相変調量を制御するものである。
【００２７】以下、上記構成のフィードバックシステム
の基本的な動作を説明する。
の基本的な動作を説明する。
【００２８】まず、測定手段としてのＣＣＤセンサ15に
よって得られた光強度Ｐkから、式５を最小化する最適
化演算をコンピュータ16により行う。
よって得られた光強度Ｐkから、式５を最小化する最適
化演算をコンピュータ16により行う。
【００２９】
【式５】
【００３０】この式５において、Ｉkはコンピュータ16
により計算される光強度で、位相φn（ｎ＝１，２，
…）から解析的に求められる。なお、〈Ｉk〉は光強度
の平均値である。また、〈Ｉk〉／〈Ｐk〉は、計算値と
測定値との整合をとる変換パラメータである。
により計算される光強度で、位相φn（ｎ＝１，２，
…）から解析的に求められる。なお、〈Ｉk〉は光強度
の平均値である。また、〈Ｉk〉／〈Ｐk〉は、計算値と
測定値との整合をとる変換パラメータである。
【００３１】式５の最適化演算により、εが最小化され
る位相φnを求める。なお、一般に光強度情報から多値
位相回折格子の位相情報を求めることは困難とされてい
るが、多値位相回折格子の位相分布と光強度分布との関
係が式１により解析的に求められており、等強度分配を
行うための位相φn,optとφnとの差を、λ／１０以内と
することにより多値位相回折格子の位相φnが求められ
る。
る位相φnを求める。なお、一般に光強度情報から多値
位相回折格子の位相情報を求めることは困難とされてい
るが、多値位相回折格子の位相分布と光強度分布との関
係が式１により解析的に求められており、等強度分配を
行うための位相φn,optとφnとの差を、λ／１０以内と
することにより多値位相回折格子の位相φnが求められ
る。
【００３２】次に、予め決定されている等強度分配を行
うための位相φn,optと最適化演算により求められた位
相φnとの位相誤差量Δφnを打ち消す摂動を、液晶空間
光変調器11に与える。
うための位相φn,optと最適化演算により求められた位
相φnとの位相誤差量Δφnを打ち消す摂動を、液晶空間
光変調器11に与える。
【００３３】この摂動の与え方を図４により説明する。
図４において、横軸は液晶空間光変調器11に対する印加
電圧、縦軸は位相量を表す。図中の白丸は、液晶空間光
変調器11への印加電圧に対応して、フィードバック系に
より上述のように求められた位相量を表す。多値位相回
折格子にはＮ個の異なる位相量が存在するので、白丸は
Ｎ個、たとえば８個求められる。これら位相量を多項式
にフィッティングを行った結果が実線で示される。この
フィッティング曲線の印加電圧と位相量との関係から、
位相誤差量Δφnを打ち消すために電圧Ｖnａを液晶空間
光変調器11に印加すればよいことがわかる。したがっ
て、現状の印加電圧Ｖnに対する摂動ΔＶnを液晶空間光
変調器11に印加する。
図４において、横軸は液晶空間光変調器11に対する印加
電圧、縦軸は位相量を表す。図中の白丸は、液晶空間光
変調器11への印加電圧に対応して、フィードバック系に
より上述のように求められた位相量を表す。多値位相回
折格子にはＮ個の異なる位相量が存在するので、白丸は
Ｎ個、たとえば８個求められる。これら位相量を多項式
にフィッティングを行った結果が実線で示される。この
フィッティング曲線の印加電圧と位相量との関係から、
位相誤差量Δφnを打ち消すために電圧Ｖnａを液晶空間
光変調器11に印加すればよいことがわかる。したがっ
て、現状の印加電圧Ｖnに対する摂動ΔＶnを液晶空間光
変調器11に印加する。
【００３４】このフィードバック動作を位相誤差量Δφ
nが無視できる値になるまで繰り返す。そして、位相誤
差量Δφn〜0となることにより、均等な光分配が行われ
る。
nが無視できる値になるまで繰り返す。そして、位相誤
差量Δφn〜0となることにより、均等な光分配が行われ
る。
【００３５】上記動作を実行するためにコンピュータ16
は、以下に示す各種の機能実行手段を有する。すなわ
ち、ＣＣＤセンサ15により測定された光強度Ｐkに基づ
いて式５による最適化演算を実行し、各ピクセル11nの
位相変調量φnを算出する演算手段17を有すると共に、
この演算手段17により算出された各ピクセル11nの位相
変調量φnと各ピクセル11nに実際に印加されている印加
電圧Ｖnとの関係を表す図４に示す関数を設定する関数
設定手段18を有する。また、各ピクセル11n毎に予め決
定されている所定の位相変調量φn,optと、演算手段17
により算出された各ピクセル11nの位相変調量φnとの位
相誤差量Δφnが、各ピクセル11n毎に予め決定されてい
る許容位相誤差量Δφn,quan内か否かを判定する誤差量
判定手段19を有する。さらに、この誤差量判定手段19に
より許容位相誤差量Δφn,quanより大と判定されたこと
により動作し、関数設定手段18により設定された関数に
基づいて各ピクセル11nの位相変調量φnを所定の位相変
調量φn,optとするための印加電圧Ｖnａを求める印加電
圧設定手段20を有する。
は、以下に示す各種の機能実行手段を有する。すなわ
ち、ＣＣＤセンサ15により測定された光強度Ｐkに基づ
いて式５による最適化演算を実行し、各ピクセル11nの
位相変調量φnを算出する演算手段17を有すると共に、
この演算手段17により算出された各ピクセル11nの位相
変調量φnと各ピクセル11nに実際に印加されている印加
電圧Ｖnとの関係を表す図４に示す関数を設定する関数
設定手段18を有する。また、各ピクセル11n毎に予め決
定されている所定の位相変調量φn,optと、演算手段17
により算出された各ピクセル11nの位相変調量φnとの位
相誤差量Δφnが、各ピクセル11n毎に予め決定されてい
る許容位相誤差量Δφn,quan内か否かを判定する誤差量
判定手段19を有する。さらに、この誤差量判定手段19に
より許容位相誤差量Δφn,quanより大と判定されたこと
により動作し、関数設定手段18により設定された関数に
基づいて各ピクセル11nの位相変調量φnを所定の位相変
調量φn,optとするための印加電圧Ｖnａを求める印加電
圧設定手段20を有する。
【００３６】以下、動作を図５で示すフローチャートを
用いて説明する。なお、液晶空間光変調器11で構成され
る多値位相回折格子は、前述したように、８個のピクセ
ル11n（ｎ＝１，２，…，７，８）を１周期としたもの
であり、１周期を構成する８個の回折格子となるピクセ
ル11nの位相変調量の制御量について検討すればよく、
このフローチャートでは、８個のピクセル11nの位相変
調量の制御量を求めている。他のピクセル11nについて
は、周期的に同様に制御するものとする。
用いて説明する。なお、液晶空間光変調器11で構成され
る多値位相回折格子は、前述したように、８個のピクセ
ル11n（ｎ＝１，２，…，７，８）を１周期としたもの
であり、１周期を構成する８個の回折格子となるピクセ
ル11nの位相変調量の制御量について検討すればよく、
このフローチャートでは、８個のピクセル11nの位相変
調量の制御量を求めている。他のピクセル11nについて
は、周期的に同様に制御するものとする。
【００３７】ステップ１： 液晶空間光変調器11を駆動する。すなわち、液晶空間光
変調器11の各ピクセル11nに、それぞれ対応する初期電
圧Ｖn,opt（ｎ＝１，２，…，７，８）を印加する。こ
の初期電圧Ｖn,optは、液晶空間光変調器11の１周期を
なす回折格子、すなわち、８個のピクセル11nが、式１
から算出される位相変調量φn,optを持つ回折格子とな
るように、それらの透過量を制御する印加電圧である。
この位相変調量φn,optは、−７次，−６次，…，−１
次，０次，１次，……，６次，７次までの回折光の光強
度が等強度となる位相変調量である。
変調器11の各ピクセル11nに、それぞれ対応する初期電
圧Ｖn,opt（ｎ＝１，２，…，７，８）を印加する。こ
の初期電圧Ｖn,optは、液晶空間光変調器11の１周期を
なす回折格子、すなわち、８個のピクセル11nが、式１
から算出される位相変調量φn,optを持つ回折格子とな
るように、それらの透過量を制御する印加電圧である。
この位相変調量φn,optは、−７次，−６次，…，−１
次，０次，１次，……，６次，７次までの回折光の光強
度が等強度となる位相変調量である。
【００３８】なお、初期電圧Ｖn,optは、各ピクセル11n
の位相変調量が、予め決定されている所定の位相変調量
φn,optとなるように、予め干渉計を用いて測定しなが
ら実験的に求めた値である。
の位相変調量が、予め決定されている所定の位相変調量
φn,optとなるように、予め干渉計を用いて測定しなが
ら実験的に求めた値である。
【００３９】そして、液晶空間光変調器11は、そのピク
セル11nに初期電圧Ｖn,optが印加されると、この印加電
圧に対応した光透過率に制御されて多値位相回折格子を
構成する。このとき、各ピクセル11nが所定の位相変調
量φn,optに駆動されていれば、液晶空間光変調器11を
透過して形成される回折光の各光スポットの光強度は等
強度になるはずである。しかし、実際には、液晶空間光
変調器11が温度等の影響を受けることにより、各ピクセ
ル11nが所定の位相変調量には駆動されず、等強度の光
分配が行われない。
セル11nに初期電圧Ｖn,optが印加されると、この印加電
圧に対応した光透過率に制御されて多値位相回折格子を
構成する。このとき、各ピクセル11nが所定の位相変調
量φn,optに駆動されていれば、液晶空間光変調器11を
透過して形成される回折光の各光スポットの光強度は等
強度になるはずである。しかし、実際には、液晶空間光
変調器11が温度等の影響を受けることにより、各ピクセ
ル11nが所定の位相変調量には駆動されず、等強度の光
分配が行われない。
【００４０】そこで、以下の処理ステップを実行するこ
とにより各ピクセル11nの位相変調量が、所定の位相変
調量φn,optとなるように、印加電圧の補正が行われ
る。
とにより各ピクセル11nの位相変調量が、所定の位相変
調量φn,optとなるように、印加電圧の補正が行われ
る。
【００４１】なお、初期電圧Ｖn,optと所定の位相変調
量φn,optは、図示しないメモリに予め記憶しておく。
量φn,optは、図示しないメモリに予め記憶しておく。
【００４２】ステップ２： ステップ１において、液晶空間光変調器11を透過し分配
された光スポットの光強度Ｐm（ｍ＝−７，−６，…，
−１，０，１，…，６，７）を、ＣＣＤセンサ15により
測定する。
された光スポットの光強度Ｐm（ｍ＝−７，−６，…，
−１，０，１，…，６，７）を、ＣＣＤセンサ15により
測定する。
【００４３】ステップ３： ステップ２で測定された光強度Ｐmを図示しないメモリ
に記憶させる。
に記憶させる。
【００４４】ステップ４： ここでは、式５のεを最小とする位相変調量φn（ｎ＝
１，２，３，…８）を求める。すなわち、各光スポット
の光強度がＰmとなっているときの液晶空間光変調器11
における各ピクセル11nの位相変調量を求めることと同
等である。
１，２，３，…８）を求める。すなわち、各光スポット
の光強度がＰmとなっているときの液晶空間光変調器11
における各ピクセル11nの位相変調量を求めることと同
等である。
【００４５】なお、εを最小とする式５の演算には、非
線形最小２乗法を用いる。
線形最小２乗法を用いる。
【００４６】ステップ５： ステップ４で求められた位相変調量φnを図示しないメ
モリに記憶させる。
モリに記憶させる。
【００４７】ステップ６： ステップ１において各ピクセル11nに印加された印加電
圧、たとえば図５に示すフローチャートにおける１回目
の動作では、初期電圧Ｖn,optと、ステップ５により記
憶されている位相変調量φnとに基づいて、図４に示す
ようなＶn,opt−φnの関数を設定する。また、２回目以
降の動作では、印加電圧Ｖnと位相変調量φnとに基づい
て、同じくＶn−φnの関数を設定する。すなわち、液晶
空間光変調器11の各ピクセル11nに実際に印加されてい
る電圧と、この電圧が印加された各ピクセル11nを透過
する分配された光の光強度から求められた実際の位相変
調量との関数を設定する。
圧、たとえば図５に示すフローチャートにおける１回目
の動作では、初期電圧Ｖn,optと、ステップ５により記
憶されている位相変調量φnとに基づいて、図４に示す
ようなＶn,opt−φnの関数を設定する。また、２回目以
降の動作では、印加電圧Ｖnと位相変調量φnとに基づい
て、同じくＶn−φnの関数を設定する。すなわち、液晶
空間光変調器11の各ピクセル11nに実際に印加されてい
る電圧と、この電圧が印加された各ピクセル11nを透過
する分配された光の光強度から求められた実際の位相変
調量との関数を設定する。
【００４８】ステップ７： φnとφn,optとの位相誤差量Δφnを求める。すなわ
ち、ステップ５でメモリに記憶させた各ピクセル11nの
実際の位相変調量φnと、予めメモリに記憶されている
所定の位相変調量φn,optとの位相誤差量Δφnを求め
る。
ち、ステップ５でメモリに記憶させた各ピクセル11nの
実際の位相変調量φnと、予めメモリに記憶されている
所定の位相変調量φn,optとの位相誤差量Δφnを求め
る。
【００４９】ステップ８： 位相誤差量Δφnが、予め設定されている許容位相誤差
量Δφn,quanより小さいか否かを判断する。すなわち、
位相誤差量Δφnが許容位相誤差量Δφn,quanより小さ
い場合は、光の等強度分配が行われていると判断して動
作を終了する。これに対し、位相誤差量Δφnが許容位
相誤差量Δφn,quanより小さくない場合は、次のステッ
プ９に移る。
量Δφn,quanより小さいか否かを判断する。すなわち、
位相誤差量Δφnが許容位相誤差量Δφn,quanより小さ
い場合は、光の等強度分配が行われていると判断して動
作を終了する。これに対し、位相誤差量Δφnが許容位
相誤差量Δφn,quanより小さくない場合は、次のステッ
プ９に移る。
【００５０】ステップ９： ステップ６で求めた関数に基づいて、各ピクセル11nの
位相変調量φnを所定の位相変調量φn,optとする印加電
圧Ｖnａを求める。すなわち、ステップ６で求めた関数
が図４で示されるような曲線を持つとするならば、例え
ば４番目のピクセル114を式１で求められる所定の位相
変調量φ4,optとする印加電圧はＶ4aとなる。
位相変調量φnを所定の位相変調量φn,optとする印加電
圧Ｖnａを求める。すなわち、ステップ６で求めた関数
が図４で示されるような曲線を持つとするならば、例え
ば４番目のピクセル114を式１で求められる所定の位相
変調量φ4,optとする印加電圧はＶ4aとなる。
【００５１】このようにして各ピクセル11nについて、
所定の位相変調量φn,optとする印加電圧Ｖnaをそれぞ
れ求める。
所定の位相変調量φn,optとする印加電圧Ｖnaをそれぞ
れ求める。
【００５２】ステップ１０： ステップ９で求めた印加電圧ＶnaをＶnとしてメモリに
記憶させ、ステップ１に戻り、この電圧Ｖnを液晶空間
光変調器11の各ピクセル11nに印加し、以後、ステップ
２以降の動作を繰り返す。
記憶させ、ステップ１に戻り、この電圧Ｖnを液晶空間
光変調器11の各ピクセル11nに印加し、以後、ステップ
２以降の動作を繰り返す。
【００５３】上述した一連のフィードバック動作は、ス
テップ８にて、位相誤差量Δφnが許容位相誤差量Δφ
n,quanより小さくなるまで繰り返し行われ、位相誤差量
Δφnが許容位相誤差量Δφn,quanより小さくなれば、
光の等強度分配が行われていると判断して動作を終了す
る。このようにして、均等な分波が達成されたならば、
ＣＣＤセンサ15を取り除き、分波された光を、例えば光
コンピューティングシステムにおいて使用する。
テップ８にて、位相誤差量Δφnが許容位相誤差量Δφ
n,quanより小さくなるまで繰り返し行われ、位相誤差量
Δφnが許容位相誤差量Δφn,quanより小さくなれば、
光の等強度分配が行われていると判断して動作を終了す
る。このようにして、均等な分波が達成されたならば、
ＣＣＤセンサ15を取り除き、分波された光を、例えば光
コンピューティングシステムにおいて使用する。
【００５４】ここで、上記フィードバックシステムで
は、従来例では得られなかった位相誤差量Δφnが得ら
れるので、この位相誤差量Δφnに基づいて確実なフィ
ードバック動作を行うことができ、動作時間も大幅に短
縮できる。すなわち、従来例では、誤差Ｅを小さくする
ための摂動ΔＶnが未知数であったため、フィードバッ
クを試行錯誤的に行わなければならず、誤差Ｅを最小化
するフィードバックの繰返しに多くの時間がかかり、し
かも反復フィードバック系が収束しない場合も生じた
が、上記実施例では、位相誤差量Δφnからこの誤差を
取り除く摂動ΔＶnを、前述した関数により容易に求め
ることができる。したがって、均等な光分配を行う状態
に確実に収束し、フィードバック動作時間も大幅に短縮
することができる。
は、従来例では得られなかった位相誤差量Δφnが得ら
れるので、この位相誤差量Δφnに基づいて確実なフィ
ードバック動作を行うことができ、動作時間も大幅に短
縮できる。すなわち、従来例では、誤差Ｅを小さくする
ための摂動ΔＶnが未知数であったため、フィードバッ
クを試行錯誤的に行わなければならず、誤差Ｅを最小化
するフィードバックの繰返しに多くの時間がかかり、し
かも反復フィードバック系が収束しない場合も生じた
が、上記実施例では、位相誤差量Δφnからこの誤差を
取り除く摂動ΔＶnを、前述した関数により容易に求め
ることができる。したがって、均等な光分配を行う状態
に確実に収束し、フィードバック動作時間も大幅に短縮
することができる。
【００５５】
【発明の効果】本発明の位相変調量制御装置によれば、
透過率が個々に制御可能な複数のピクセルを備えた多値
位相回折格子による回折光の光強度を測定手段でそれぞ
れ測定し、この測定された光強度に基づいて、 の式のεを最小化する最適化演算により各ピクセルの位
相変調量を演算手段で算出できるため、次に、この算出
された各ピクセルの位相変調量と各ピクセルに実際に印
加されている印加電圧との関係の関数を関数設定手段に
設定し、各ピクセル毎に予め決定されている所定の位相
変調量と演算手段により算出された各ピクセルの位相変
調量との誤差量が許容位相誤差量内であるか否かを誤差
量判定手段で判断し、許容位相誤差量より大と判定され
たとき、関数を用いて、現状での各ピクセルの位相変調
量を予め決定されている所定の位相変調量とするための
印加電圧の補正量を位相変調量制御手段で求めることが
でき、少ないフィードバック回数により、等強度分配を
行う位相変調量を確実に得ることができ、フィードバッ
ク動作時間を大幅に短縮できる。
透過率が個々に制御可能な複数のピクセルを備えた多値
位相回折格子による回折光の光強度を測定手段でそれぞ
れ測定し、この測定された光強度に基づいて、 の式のεを最小化する最適化演算により各ピクセルの位
相変調量を演算手段で算出できるため、次に、この算出
された各ピクセルの位相変調量と各ピクセルに実際に印
加されている印加電圧との関係の関数を関数設定手段に
設定し、各ピクセル毎に予め決定されている所定の位相
変調量と演算手段により算出された各ピクセルの位相変
調量との誤差量が許容位相誤差量内であるか否かを誤差
量判定手段で判断し、許容位相誤差量より大と判定され
たとき、関数を用いて、現状での各ピクセルの位相変調
量を予め決定されている所定の位相変調量とするための
印加電圧の補正量を位相変調量制御手段で求めることが
でき、少ないフィードバック回数により、等強度分配を
行う位相変調量を確実に得ることができ、フィードバッ
ク動作時間を大幅に短縮できる。
【図１】本発明による位相変調量制御装置の一実施例を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図２】同上液晶空間光変調器のピクセル部を示す斜視
図である。
図である。
【図３】同上測定手段の受光部を示す斜視図である。
【図４】同上液晶空間光変調器における印加電圧と位相
変調量との関係を示す特性図である。
変調量との関係を示す特性図である。
【図５】同上位相変調量制御装置の動作を説明するため
のフローチャートである。
のフローチャートである。
【図６】多値位相回折格子の断面図である。
11 液晶空間光変調器 11n ピクセル 12 光源 15 測定手段としてのＣＣＤセンサ 17 演算手段 18 関数設定手段 19 誤差量判定手段 20 印加電圧設定手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−265819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−61727（ＪＰ，Ａ) 高橋毅、石井行弘，“液晶ＴＶＳＬＭ によるアレー発生用多値位相回折格子" 第52回応用物理学会学術講演会 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13 505 G02F 1/133
Claims (1)
- 【請求項１】 透過率が個々に制御可能な複数のピクセ
ルを備えて多値位相回折格子として構成される液晶空間
光変調器に、光源からの光を透過させて発生する回折光
の光強度を等強度とすべく各ピクセルの透過率を制御し
て各ピクセルの位相変調量を制御する位相変調量制御装
置において、 前記回折光の光強度をそれぞれ測定する測定手段と、 この測定手段により測定された光強度に基づいて、Ｎは
位相量の個数、Ｉ k は計算により求められる光強度、Ｐ k
は測定手段により測定される光強度、<Ｉ k ／Ｐ k >を計算
値と測定値との整合をとる変換パラメータとしたとき、 の式のεを最小化する最適化演算により前記各ピクセル
の位相変調量を算出する演算手段と、 この演算手段により算出された各ピクセルの位相変調量
と各ピクセルに実際に印加されている印加電圧との関係
の関数を設定する関数設定手段と、 各ピクセル毎に予め決定されている所定の位相変調量と
前記演算手段により算出された各ピクセルの位相変調量
との誤差量が、各ピクセル毎に予め決定されている許容
位相誤差量内か否かを判定する誤差量判定手段と、 この誤差量判定手段により許容位相誤差量より大と判定
されると、前記関数設定手段により設定された関数に基
づいて各ピクセルの位相変調量を前記所定の位相変調量
とするための印加電圧を求める印加電圧設定手段と、 を備えたことを特徴とする位相変調量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08397892A JP3246673B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 位相変調量制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08397892A JP3246673B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 位相変調量制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05289043A JPH05289043A (ja) | 1993-11-05 |
| JP3246673B2 true JP3246673B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=13817629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08397892A Expired - Lifetime JP3246673B2 (ja) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | 位相変調量制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246673B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0959380B1 (en) * | 1997-12-05 | 2009-05-27 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Liquid crystal device and method for driving the same |
| US7457547B2 (en) * | 2004-11-08 | 2008-11-25 | Optium Australia Pty Limited | Optical calibration system and method |
| JP4675870B2 (ja) * | 2006-11-07 | 2011-04-27 | 三菱電機株式会社 | 光制御型ビーム形成回路 |
| US8749463B2 (en) | 2007-01-19 | 2014-06-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Phase-modulating apparatus |
| JP4947639B2 (ja) * | 2007-01-19 | 2012-06-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 反射型位相変装置及び反射型位相変調装置の設定方法 |
-
1992
- 1992-04-06 JP JP08397892A patent/JP3246673B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 高橋毅、石井行弘，"液晶ＴＶＳＬＭによるアレー発生用多値位相回折格子"第５２回応用物理学会学術講演会 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05289043A (ja) | 1993-11-05 |
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