JP4804358B2 - Spatial light modulation device, optical processing device, and method of using coupling prism - Google Patents

Spatial light modulation device, optical processing device, and method of using coupling prism Download PDF

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Description

本発明は空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法に関する。   The present invention relates to a spatial light modulation device, an optical processing device, a coupling prism, and a method of using the coupling prism.

ディスプレイにおいて、ホログラムカラーフィルター付きの反射型空間光変調素子(以下、反射型SLMという)に対しカップリングプリズムにより入射光を斜めに入射させたり(例えば、特許文献1参照)、裏面側に反射ホログラムが配置された透過型空間光変調素子SLM(以下、透過型SLMという)に対しプリズムにより斜め読み出しを行ったり(例えば、特許文献2参照)、複数の色フィルターからなるカラーホイールに対し反射ミラーにより斜め読み出しを行う(例えば、特許文献3参照)ことが提案されている。ここで、反射型SLMとは、素子反射面を有し入射光を反射させて用いる空間光変調素子(以下SLMという)である。一方、透過型SLMとは、入射光を透過させて用いるSLMである。   In a display, incident light is obliquely incident on a reflective spatial light modulator (hereinafter referred to as a reflective SLM) with a hologram color filter by a coupling prism (see, for example, Patent Document 1), or a reflection hologram on the back side. Is read obliquely by a prism with respect to a transmissive spatial light modulation element SLM (hereinafter referred to as a transmissive SLM) in which is disposed (see, for example, Patent Document 2), or a color wheel made up of a plurality of color filters is reflected by a reflecting mirror. It has been proposed to perform oblique reading (see, for example, Patent Document 3). Here, the reflection type SLM is a spatial light modulation element (hereinafter referred to as SLM) that has an element reflection surface and reflects incident light. On the other hand, the transmissive SLM is an SLM used by transmitting incident light.

しかしながら、特許文献1〜3に記載された装置は、いずれも、ディスプレイであるため、平行光もしくは球面波のように情報を含まない単なる照明光のみならず、収差もしくは情報を含んだ光(回折成分を含む光)等任意の光に対し、位相変調や振幅変調等の任意の処理を行うことはできない。   However, since all of the apparatuses described in Patent Documents 1 to 3 are displays, not only simple illumination light that does not contain information such as parallel light or spherical waves, but also light that includes aberration or information (diffraction). Arbitrary processing such as phase modulation and amplitude modulation cannot be performed on arbitrary light such as light including components.

一方、SLMを用い、任意の光に対し、任意の位相変調もしくは振幅変調を施すことができる光学処理装置として、例えば、波面補償システム、パターン形成システム、ホログラフィシステム、3D表示ディスプレイシステム、光情報処理システム等が知られている。   On the other hand, as an optical processing apparatus that can perform arbitrary phase modulation or amplitude modulation on arbitrary light using an SLM, for example, a wavefront compensation system, a pattern forming system, a holography system, a 3D display system, an optical information processing Systems etc. are known.

例えば図1に示すパターン形成光学系600では、レーザ602からの出力光は、レンズ603とピンホール605とからなるスペイシャルフィルタ604、及び、コリメートレンズ606を介して所望のビーム径の平行光に変換され、読み出し光として反射型SLM608に斜めに入射する。反射型SLM608は所定のホログラム画像を表示する。読み出し光は、反射型SLM608にて位相変調され素子反射面にて斜めに反射されて、反射型SLM608から出射する。読み出し光はフーリエ変換レンズ610にてフーリエ変換されて、所望のパターンを出力面612上に形成する(例えば、特許文献4参照)。ここで、反射型SLMは、透過型SLMよりも有効開口率が高く光のロスが少ない。   For example, in the pattern forming optical system 600 shown in FIG. 1, the output light from the laser 602 is converted into parallel light having a desired beam diameter via a spatial filter 604 including a lens 603 and a pinhole 605 and a collimator lens 606. The light is converted and incident obliquely on the reflective SLM 608 as readout light. The reflective SLM 608 displays a predetermined hologram image. The readout light is phase-modulated by the reflective SLM 608, reflected obliquely by the element reflection surface, and emitted from the reflective SLM 608. The readout light is Fourier transformed by the Fourier transform lens 610 to form a desired pattern on the output surface 612 (see, for example, Patent Document 4). Here, the reflective SLM has a higher effective aperture ratio and less light loss than the transmissive SLM.

また、図2に示す4f光学系620では、入力面622と出力面630との間に、プリズム624、フーリエ変換レンズ626、及び、反射型SLM628が配置されている。入力面622を出た読み出し光は、プリズム624の斜面によって反射されフーリエ変換レンズ626に導かれる。読み出し光は、フーリエ変換レンズ626を通過した後、反射型SLM628に斜めに入射する。読み出し光は、反射型SLM628で変調され素子反射面にて反射される。その後、読み出し光は、再びフーリエ変換レンズ626を通過し、プリズム624の反対側の斜面で反射されて、出力面630に結像する。このように、一つのフーリエ変換レンズ626は、入射側のフーリエ変換と出射側のフーリエ変換との2つの機能を有している(例えば、特許文献4参照)。
特開平11−194330号公報(第4−5頁、第1図) 特開2002−517781号公報(第16−18頁、第5図) 特開2001−4930号公報(第4−6頁、第1図) 特開2000−171824号公報(第3−4頁、第3、7図)
In the 4f optical system 620 shown in FIG. 2, a prism 624, a Fourier transform lens 626, and a reflective SLM 628 are disposed between the input surface 622 and the output surface 630. The readout light exiting the input surface 622 is reflected by the slope of the prism 624 and guided to the Fourier transform lens 626. The readout light passes through the Fourier transform lens 626 and then enters the reflective SLM 628 obliquely. The readout light is modulated by the reflective SLM 628 and reflected by the element reflection surface. Thereafter, the readout light passes through the Fourier transform lens 626 again, is reflected by the slope on the opposite side of the prism 624, and forms an image on the output surface 630. As described above, one Fourier transform lens 626 has two functions of Fourier transform on the incident side and Fourier transform on the output side (see, for example, Patent Document 4).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-194330 (page 4-5, FIG. 1) JP 2002-517781 A (pages 16-18, FIG. 5) JP 2001-4930 A (page 4-6, FIG. 1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-171824 (page 3-4, FIGS. 3 and 7)

しかしながら、図1を参照して説明したパターン形成光学系600では、光軸が反射型SLM608で斜めに屈曲している。そのために光学系の設計、組立、調整が難しい。また、パターン形成光学系600を矩形基板上に構築しようとすると、基板の面積が大きくなり、小型化が難しい。   However, in the pattern forming optical system 600 described with reference to FIG. 1, the optical axis is bent obliquely by the reflective SLM 608. This makes it difficult to design, assemble and adjust the optical system. Further, if the pattern forming optical system 600 is to be constructed on a rectangular substrate, the area of the substrate becomes large and it is difficult to reduce the size.

図2を参照して説明した4f光学系620では、入射光と出射光の両方が、フーリエ変換レンズ626の周辺部を通ることになり、軸外収差の悪影響が大きくなる。またフーリエ変換レンズ626の径が大きくなるため、レンズ設計・製造等が困難である。逆にフーリエ変換レンズ626の径を小さくすると、有効ビーム径を小さくせざるを得ない。さらに入射光と出射光とを十分に分離させるためには、フーリエ変換レンズ626の焦点距離を長くしなければならない。しかも、入射側と出射側のフーリエ変換レンズの焦点距離を異ならせることができない。   In the 4f optical system 620 described with reference to FIG. 2, both incident light and outgoing light pass through the peripheral portion of the Fourier transform lens 626, and the adverse effect of off-axis aberrations is increased. Further, since the diameter of the Fourier transform lens 626 becomes large, it is difficult to design and manufacture the lens. Conversely, if the diameter of the Fourier transform lens 626 is reduced, the effective beam diameter must be reduced. Further, in order to sufficiently separate the incident light and the emitted light, the focal length of the Fourier transform lens 626 must be increased. In addition, the focal lengths of the Fourier transform lenses on the entrance side and the exit side cannot be made different.

そこで、4f光学系を図3に示すように構成することが考えられる。この4f光学系640は、入力面622、フーリエ変換レンズ626−1、反射型SLM628、フーリエ変換レンズ626−2、及び、出力面630を有している。入力面622とフーリエ変換レンズ626−1との間の距離と、フーリエ変換レンズ626−1と反射型SLM628の間の距離とは、共に、フーリエ変換レンズ626−1の焦点距離長さと等しくなっている。また、反射型SLM628とフーリエ変換レンズ626−2との間の距離と、フーリエ変換レンズ626−2と出力面630の間の距離とは、共に、フーリエ変換レンズ626−2の焦点距離長さと等しくなっている。入力面622の前側に平行光投光光学系を配置し、入力面に平行光を投射する。4f光学系640によれば、図2を参照して説明した4f光学系620における上記の問題を解消できる。   Therefore, it is conceivable to configure the 4f optical system as shown in FIG. The 4f optical system 640 includes an input surface 622, a Fourier transform lens 626-1, a reflective SLM 628, a Fourier transform lens 626-2, and an output surface 630. Both the distance between the input surface 622 and the Fourier transform lens 626-1 and the distance between the Fourier transform lens 626-1 and the reflective SLM 628 are equal to the focal length of the Fourier transform lens 626-1. Yes. The distance between the reflective SLM 628 and the Fourier transform lens 626-2 and the distance between the Fourier transform lens 626-2 and the output surface 630 are both equal to the focal length of the Fourier transform lens 626-2. It has become. A parallel light projection optical system is disposed on the front side of the input surface 622 to project parallel light onto the input surface. According to the 4f optical system 640, the above-described problem in the 4f optical system 620 described with reference to FIG. 2 can be solved.

しかしながら、入力側の光軸650と出力側の光軸652とは、垂直でない角度で斜めに交わっている。したがって、光軸650がなす直線と光軸652が成す直線とを精度よく設定し、これらの直線上に入力側及び出力側の光学デバイスをそれぞれ精度よく配置することは容易ではない。   However, the optical axis 650 on the input side and the optical axis 652 on the output side intersect obliquely at an angle that is not perpendicular. Accordingly, it is not easy to accurately set the straight line formed by the optical axis 650 and the straight line formed by the optical axis 652 and to accurately arrange the input side and output side optical devices on these straight lines.

また、4f光学系640を組み立てるための組立基板を作成する際には、光軸650,652が成す斜めの直線を機械加工で基板上に作成しなければならない。しかしながら、光軸が互いに垂直でないため、特有の冶具が必要になる。   Further, when creating an assembly substrate for assembling the 4f optical system 640, an oblique straight line formed by the optical axes 650 and 652 must be created on the substrate by machining. However, since the optical axes are not perpendicular to each other, a special jig is required.

しかも、光学デバイスを組立基板に取り付ける際、光軸に対する平行線と垂直線とを基準とした光学調整ができないため、取り付けが難しい。   Moreover, when the optical device is attached to the assembly substrate, the optical adjustment based on the parallel line and the vertical line with respect to the optical axis cannot be performed, so that the attachment is difficult.

また、入力面622とフーリエ変換レンズ626−1との間の距離(光路長)、フーリエ変換レンズ626−1と反射型SLM628との間の距離(光路長)、反射型SLM628とフーリエ変換レンズ626−2との間の距離(光路長)、及び、フーリエ変換レンズ626−2と出力面630との間の距離(光路長)の全てを、焦点深度以内の精度で合わせる必要がある。運搬や、振動などによって、いずれかのデバイスが光軸方向に移動した場合、当該デバイスを光軸方向に位置調整する必要が生じる。しかしながら、反射型SLM628が光軸の屈曲点となっているため、図4のように、反射型SLM628の位置を、例えば、位置Iから位置IIへ変化させると、矢印uで示すように、光軸650と光軸652とが反射型SLM628上で一致しなくなり、光軸650と光軸652とのいずれかを、当該光軸に垂直な方向に移動させなければならない。   Further, the distance (optical path length) between the input surface 622 and the Fourier transform lens 626-1, the distance (optical path length) between the Fourier transform lens 626-1 and the reflective SLM 628, the reflective SLM 628 and the Fourier transform lens 626. −2 (optical path length) and the distance (optical path length) between the Fourier transform lens 626-2 and the output surface 630 need to be matched with accuracy within the depth of focus. When any device moves in the optical axis direction due to transportation or vibration, it is necessary to adjust the position of the device in the optical axis direction. However, since the reflection type SLM 628 is an inflection point of the optical axis, when the position of the reflection type SLM 628 is changed from the position I to the position II, for example, as shown in FIG. The axis 650 and the optical axis 652 do not coincide with each other on the reflective SLM 628, and either the optical axis 650 or the optical axis 652 must be moved in a direction perpendicular to the optical axis.

しかし光軸を当該光軸に垂直な方向に移動させることは、当該光軸上に配置されている全てのデバイスの位置に影響をあたえるため、実質的に不可能である。   However, it is practically impossible to move the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis because it affects the positions of all devices arranged on the optical axis.

以上のように、光軸方向の位置調整であっても、光軸に垂直な面内での位置ずれが発生するため、4f光学系640の光軸方向の位置調整は、容易ではない。   As described above, even in the position adjustment in the optical axis direction, a positional shift in a plane perpendicular to the optical axis occurs, so that the position adjustment in the optical axis direction of the 4f optical system 640 is not easy.

また、反射型SLM628は、2つの光軸650、652の2等分線に沿って移動させることになる。この二等分線が2つの光軸650、652と垂直でないため、精度の高い移動を行うことが難しい。しかも、反射型SLM628の位置精度をこの2等分線に垂直な面内で高く保つ必要があるため、光軸方向の位置調整は大変困難である。   The reflective SLM 628 is moved along the bisector of the two optical axes 650 and 652. Since the bisector is not perpendicular to the two optical axes 650 and 652, it is difficult to move with high accuracy. Moreover, since it is necessary to keep the positional accuracy of the reflective SLM 628 high in a plane perpendicular to the bisector, position adjustment in the optical axis direction is very difficult.

また、図5に示す4f光学系660のように、2個の反射型SLM628(以下、反射型SLM628−1,628−2という)を設けることも考えられる。反射型SLM628を2個用いるため、光軸の屈曲部が2箇所となり、互いに異なる方向に伸びる3つの光軸654、650,652が生じる。反射型SLM628−1と反射型SLM628−2との間、及び、反射型SLM628−2の後段に、それぞれ、レンズ626−1,626−2が配置される。なお、反射型SLM628−1の前段に、レーザ662、レンズ664、アパーチャー666が設けられる。   It is also conceivable to provide two reflective SLMs 628 (hereinafter referred to as reflective SLMs 628-1 and 628-2) as in the 4f optical system 660 shown in FIG. Since two reflection-type SLMs 628 are used, there are two bent portions of the optical axis, and three optical axes 654, 650, and 652 extending in different directions are generated. Lenses 626-1 and 626-2 are disposed between the reflective SLM 628-1 and the reflective SLM 628-2 and downstream of the reflective SLM 628-2. Note that a laser 662, a lens 664, and an aperture 666 are provided in front of the reflective SLM 628-1.

このように反射型SLMを2段用いる場合には、斜め反射による問題がさらに大きくなる。すなわち、屈曲点が増えるために、反射型SLMを1個設ける場合よりも、機械加工と光学調整が難しくなる。光軸650は、光軸654と光軸652とに挟まれているため、光軸650に関係する光学デバイス(レンズ626−1)の位置調整が、特に困難となる。   In this way, when two stages of the reflection type SLM are used, the problem due to oblique reflection is further increased. That is, since the number of bending points increases, machining and optical adjustment become more difficult than when one reflective SLM is provided. Since the optical axis 650 is sandwiched between the optical axis 654 and the optical axis 652, it is particularly difficult to adjust the position of the optical device (lens 626-1) related to the optical axis 650.

本発明は、斯かる実情に鑑み、反射型SLMを用い、光エネルギーの利用効率が高く、光学系の設計、組立、調整が容易で、光学系の小型化が可能であり、任意の入射光に対して任意の光学処理を施すことができる空間光変調装置、光学処理装置、及びカップリングプリズムの使用方法を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present invention uses a reflective SLM, has high light energy utilization efficiency, is easy to design, assemble, and adjust the optical system, and can be downsized. An object of the present invention is to provide a spatial light modulation device, an optical processing device, and a method of using a coupling prism that can perform arbitrary optical processing.

上記目的を達成するために、本発明は、仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面と、を備え、前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、前記素子反射面が大きさcを備え、前記入力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から遠い側の大きさa1と、前記反射型空間光変調素子に近い側の大きさa2とを有し、前記出力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から近い側の大きさb1と、前記反射型空間光変調素子に遠い側の大きさb2とを有し、前記素子反射面が前記入力側反射面で反射された前記入射光の光軸に対して前記入力側反射面に近い側の大きさc1を有し、前記反射型空間光変調素子が、0〜αの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を0〜βの範囲の発散角で出射し、前記反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合にはαは正の値をとり発散光の場合にはαは負の値をとり、前記反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の前記所定の成分が発散光の場合にはβは正の値をとり収束光の場合にはβは負の値をとり、前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1)及び(2)を満足し、前記大きさc、c1、a1、a2、b1、及び、b2が、α及びβに対して、以下の式(3)〜(8)を満足し、前記所定の成分とは1以上n(nは0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、α及びβが、前記入射光の波長λ、及び、前記反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数dに対して、以下の式(9)及び(10)を満足することを特徴とする空間光変調装置を提供している。

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In order to achieve the above object, the present invention provides a reflective spatial light modulator provided at a position shifted from a virtual reference straight line in a direction perpendicular to the virtual reference straight line, and the virtual reference straight line. An input-side reflective surface for reflecting incident light incident along the virtual reference line and making it incident obliquely as readout light on the reflective spatial light modulator; and provided on the virtual reference line An output-side reflecting surface for reflecting the readout light modulated and obliquely reflected by the reflective spatial light modulation element and outputting it as outgoing light along the virtual reference straight line, and comprising the reflective space The light modulation element includes an element reflection surface for reflecting the reading light from the input-side reflection surface, and the input-side reflection surface and the output-side reflection surface are separated by a distance L along the virtual reference line. Spaced apart and the element reflecting surface is The input reference reflection surface, the output reflection surface, and the element reflection surface are separated in a direction in which the virtual reference straight line extends from the virtual reference straight line by a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference straight line. On the other hand, the elements are inclined by angles φ1, φ2, and φ3, the element reflection surface has a size c, and the input-side reflection surface is far from the reflection type spatial light modulation element with respect to the virtual reference line. And a size a2 on the side close to the reflective spatial light modulator, and the output-side reflecting surface is closer to the virtual reference line from the reflective spatial light modulator. B1 and a size b2 on the side far from the reflective spatial light modulation element, and the element reflection surface reflects the input side with respect to the optical axis of the incident light reflected by the input side reflection surface. A reflective space light having a size c1 on the side close to the surface; The modulation element modulates the reading light incident at a convergence angle in the range of 0 to α, emits the predetermined component at a divergence angle in the range of 0 to β, and enters the reflective spatial light modulation element. When the readout light is convergent light, α takes a positive value, and when it is divergent light, α takes a negative value, and the predetermined component of the readout light emitted from the reflective spatial light modulator is divergent light. In this case, β takes a positive value, and in the case of convergent light, β takes a negative value. The distances L and h and the angles φ1, φ2, and φ3 are expressed by the following equations (1) and ( 2), and the sizes c, c1, a1, a2, b1, and b2 satisfy the following expressions (3) to (8) with respect to α and β, and the predetermined component and Is a diffraction component having a diffraction order of 1 or more and n (n is a natural number greater than 0) or less, and α and β are the wavelength λ of the incident light and the reflective spatial light. Respect to the lattice constant d of the smallest grid pattern that can be displayed on the tone device provides a spatial light modulator that satisfies the following equation (9) and (10).
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このような構成によると、入力側反射面は、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させる。反射型空間光変調素子の素子反射面が、入力側反射面からの読みだし光を斜めに反射する。出力側反射面が、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として出力する。このとき出射光は仮想基準直線にそって出力される。したがって、空間光変調装置の入力側反射面に入射する入射光の主光線と出力側反射面から出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。従って、光学系全体をコンパクト化することができ、しかも、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率良く施すことができる。また、このような構成によると、大きさcを備える素子反射面に対して0〜αの範囲の収束角で入射する入射光の全てが入力側反射面によって反射される。入力側反射面で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型空間光変調素子の素子反射面によって反射される。素子反射面によって反射され反射型空間光変調素子で変調された読みだし光のうち0〜βの範囲の発散角で出射する成分の全てが、出力側反射面によって反射される。光の利用効率をより高めることが可能となる。しかも、入力側反射面と出力側反射面とが重ならないことが確保される。なお、特に式(4)〜(7)の等号が成立する場合には、発散角βより大きい角度の成分を不要成分として除去することができる。また、このような構成によると、反射型空間光変調素子で回折された変調読みだし光のうち、少なくとも1次以上n次以下の回折光の全てが出力側反射面によって反射されることが確保される。従って、光の利用効率をより高めることが可能となる。なお、特に式(4)〜(7)の等号が成立する場合には、(n+1)次以上の回折光を不要成分として除去することができる。 According to such a configuration, the input-side reflecting surface reflects incident light incident along the virtual reference straight line, and obliquely enters the reflective spatial light modulator as read light. The element reflection surface of the reflective spatial light modulation element reflects the read light from the input-side reflection surface obliquely. The output-side reflecting surface reflects the readout light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely, and outputs it as outgoing light. At this time, the emitted light is output along a virtual reference straight line. Therefore, the principal ray of the incident light incident on the input side reflection surface of the spatial light modulator and the principal ray of the emission light emitted from the output side reflection surface are on the same virtual reference line. Therefore, the entire optical system can be made compact, and the design, assembly, and adjustment of the optical system are facilitated. Furthermore, any optical processing can be efficiently performed on any incident light by the reflective spatial light modulator. Moreover, according to such a structure, all the incident light which injects with the convergence angle of the range of 0- (alpha) with respect to an element reflective surface provided with the magnitude | size c is reflected by the input side reflective surface. All of the incident light reflected by the input-side reflecting surface is reflected by the element reflecting surface of the reflective spatial light modulator as reading light. Of the readout light reflected by the element reflecting surface and modulated by the reflective spatial light modulator, all the components emitted at a divergence angle in the range of 0 to β are reflected by the output side reflecting surface. It is possible to further increase the light use efficiency. In addition, it is ensured that the input side reflection surface and the output side reflection surface do not overlap. In particular, when the equal signs of the expressions (4) to (7) are established, a component having an angle larger than the divergence angle β can be removed as an unnecessary component. Further, according to such a configuration, it is ensured that all of the diffracted light of at least the first order and the nth order out of the modulated read light diffracted by the reflective spatial light modulator is reflected by the output side reflection surface. Is done. Accordingly, it is possible to further increase the light use efficiency. In particular, when the equal signs of the expressions (4) to (7) hold, diffracted light of (n + 1) th order or higher can be removed as an unnecessary component.

上記目的を達成するために、本発明は、仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面と、を備え、前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、単一のカップリングプリズムが、入力側透過面と、第1の反射面と、接合透過面と、第2の反射面と、出力側透過面と、を備え、前記入力側透過面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を透過させて前記入射光を前記仮想基準直線に沿って内部に導き、前記第1の反射面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記入力側透過面から前記仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる入射光を反射する入力側反射面であり、前記接合透過面は、前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられ、前記反射型空間光変調素子に接合され、前記第1の反射面で反射され内部を伝搬してくる入射光を透過して前記反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させ、前記第2の反射面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って内部を伝搬させる出力側反射面であり、前記出力側透過面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記第2の反射面から前記仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる出射光を前記仮想基準直線に沿って外部へ出力し、前記カップリングプリズムの屈折率はmであり、前記素子反射面が大きさcを備え、前記入力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から遠い側の大きさa1と、前記反射型空間光変調素子に近い側の大きさa2とを有し、前記出力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から近い側の大きさb1と、前記反射型空間光変調素子に遠い側の大きさb2とを有し、前記素子反射面が前記入力側反射面で反射された前記入射光の光軸に対して前記入力側反射面に近い側の大きさc1を有し、前記反射型空間光変調素子が、0〜αの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を0〜βの範囲の発散角で出射し、前記反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合にはαは正の値をとり発散光の場合にはαは負の値をとり、前記反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の前記所定の成分が発散光の場合にはβは正の値をとり収束光の場合にはβは負の値をとり、前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1)及び(2)を満足し、前記大きさc、c1、a1、a2、b1、b2とが、α及びβに対し、以下の式(3´)〜(8´)を満足し、前記所定の成分とは1以上n(nは0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、α及びβが、前記入射光の波長λ、及び、前記反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数dに対して、以下の式(9´)及び(10´)を満足することを特徴とする空間光変調装置を提供している。

Figure 0004804358
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In order to achieve the above object, the present invention provides a reflective spatial light modulator provided at a position shifted from a virtual reference straight line in a direction perpendicular to the virtual reference straight line, and the virtual reference straight line. An input-side reflective surface for reflecting incident light incident along the virtual reference line and making it incident obliquely as readout light on the reflective spatial light modulator; and provided on the virtual reference line An output-side reflecting surface for reflecting the readout light modulated and obliquely reflected by the reflective spatial light modulation element and outputting it as outgoing light along the virtual reference straight line, and comprising the reflective space The light modulation element includes an element reflection surface for reflecting the reading light from the input-side reflection surface, and the input-side reflection surface and the output-side reflection surface are separated by a distance L along the virtual reference line. Spaced apart and the element reflecting surface is The input reference reflection surface, the output reflection surface, and the element reflection surface are separated in a direction in which the virtual reference straight line extends from the virtual reference straight line by a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference straight line. On the other hand, they are inclined by angles φ1, φ2, and φ3, respectively, and a single coupling prism includes an input side transmission surface, a first reflection surface, a bonded transmission surface, a second reflection surface, and an output. A side transmission surface, and the input side transmission surface is provided on the virtual reference straight line, transmits incident light incident along the virtual reference straight line, and converts the incident light into the virtual reference straight line. The first reflection surface is provided on the virtual reference line, and reflects the incident light propagating through the virtual reference line from the input side transmission surface. The joint transmission surface is the virtual reference straight line or Provided at a position shifted in a direction perpendicular to the virtual reference straight line, joined to the reflective spatial light modulator, and transmits incident light reflected by the first reflecting surface and propagating inside. The reflected spatial light modulation element is incident obliquely as readout light, and the readout light modulated and reflected obliquely by the reflective spatial light modulation element is transmitted and propagated through the second spatial light modulation element. The reflective surface of the output side is provided on the virtual reference straight line, reflects the reading light propagating from the joint transmission surface, and propagates the inside as the outgoing light along the virtual reference straight line. The output side transmission surface is provided on the virtual reference line, and the outgoing light propagating through the second reflection surface along the virtual reference line is externally applied along the virtual reference line. Output to the coupling prize And the element reflecting surface has a size c, and the input side reflecting surface has a size a1 on the side far from the reflective spatial light modulator with respect to the virtual reference straight line, A size a2 on the side closer to the reflective spatial light modulator, and the output-side reflective surface is closer to the virtual reference straight line from the reflective spatial light modulator and the size b1 And b2 on the side far from the spatial light modulation element, and the element reflection surface is closer to the input reflection surface with respect to the optical axis of the incident light reflected by the input reflection surface. c1 and the reflective spatial light modulator modulates the reading light incident at a convergence angle in the range of 0 to α, and emits the predetermined component at a divergence angle in the range of 0 to β, When the readout light incident on the reflective spatial light modulator is convergent light, α takes a positive value and is divergent light. Α takes a negative value, β takes a positive value when the predetermined component of the readout light emitted from the reflective spatial light modulator is divergent light, and β takes a positive value when the light is convergent light. The distances L and h and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the following expressions (1) and (2), and the magnitudes c, c1, a1, a2, b1, b2 satisfies the following expressions (3 ′) to (8 ′) with respect to α and β, and the predetermined component is a diffraction component having a diffraction order of 1 or more and n (n is a natural number greater than 0) or less. Where α and β are the following equations (9 ′) and (10) for the wavelength λ of the incident light and the lattice constant d of the smallest lattice pattern that can be displayed on the reflective spatial light modulator: A spatial light modulator characterized by satisfying ') is provided.
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このような構成によると、入力側反射面は、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させる。反射型空間光変調素子の素子反射面が、入力側反射面からの読みだし光を斜めに反射する。出力側反射面が、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として出力する。このとき出射光は仮想基準直線にそって出力される。したがって、空間光変調装置の入力側反射面に入射する入射光の主光線と出力側反射面から出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。従って、光学系全体をコンパクト化することができ、しかも、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率良く施すことができる。また、このような構成によると、入力側透過面は、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を透過させて入射光を仮想基準直線に沿ってカップリングプリズム内部に導く。第1の反射面は、入力側透過面から仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる入射光を反射する。反射型空間光変調素子に接合された接合透過面は、第1の反射面で反射され内部を伝搬してくる入射光を透過して反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させる。第2の反射面は、接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として仮想基準直線に沿って内部を伝搬させる。出力側透過面は、第2の反射面から仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する。カップリングプリズムを用いることにより、全体の光学系をコンパクト化することができ、また、光学系の設計、組立、調整がさらに容易となる。また、このような構成によると、大きさcを備える前記素子反射面に対して0〜αの範囲の収束角で入射する入射光の全てが入力側反射面によって反射され、入力側反射面で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型空間光変調素子の素子反射面によって反射され、素子反射面によって反射され反射型空間光変調素子で変調された読みだし光のうち0〜βの範囲の発散角で反射型空間光変調素子から出射する成分の全てが、出力側反射面によって反射される。従って、光の全てを素子反射面全体に入射させることを可能とし、光の利用効率をより高めることが可能となる。しかも、入力側反射面と出力側反射面とが重ならないことが確保される。なお、特に式(4´)〜(7´)の等号が成立する場合には、発散角βより大きい角度の成分を不要成分として除去することができる。また、このような構成によると、反射型空間光変調素子で回折された変調読みだし光のうち、少なくとも1次以上n次以下の回折光の全てが出力側反射面によって反射されることが確保される。なお、特に式(4´)〜(7´)の等号が成立する場合には、(n+1)次以上の回折光を不要成分として除去することができる。 According to such a configuration, the input-side reflecting surface reflects incident light incident along the virtual reference straight line, and obliquely enters the reflective spatial light modulator as read light. The element reflection surface of the reflective spatial light modulation element reflects the read light from the input-side reflection surface obliquely. The output-side reflecting surface reflects the readout light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely, and outputs it as outgoing light. At this time, the emitted light is output along a virtual reference straight line. Therefore, the principal ray of the incident light incident on the input side reflection surface of the spatial light modulator and the principal ray of the emission light emitted from the output side reflection surface are on the same virtual reference line. Therefore, the entire optical system can be made compact, and the design, assembly, and adjustment of the optical system are facilitated. Furthermore, any optical processing can be efficiently performed on any incident light by the reflective spatial light modulator. Further , according to such a configuration, the input side transmission surface transmits incident light incident along the virtual reference line and guides the incident light into the coupling prism along the virtual reference line. The first reflecting surface reflects incident light propagating from the input side transmitting surface along the virtual reference straight line. The bonded transmission surface bonded to the reflective spatial light modulator transmits the incident light reflected by the first reflective surface and propagates inside, and is incident obliquely as read light to the reflective spatial light modulator. In addition, the reading light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely is transmitted and propagated inside. The second reflecting surface reflects the reading light propagating from the bonded transmission surface and propagates the inside along the virtual reference line as outgoing light. The output side transmission surface outputs outgoing light propagating from the second reflection surface along the virtual reference line to the outside along the virtual reference line. By using the coupling prism, the entire optical system can be made compact, and the design, assembly, and adjustment of the optical system are further facilitated. Further, according to such a configuration, all of the incident light incident at a convergence angle in the range of 0 to α with respect to the element reflection surface having the size c is reflected by the input side reflection surface, and the input side reflection surface. All of the reflected incident light is reflected as read light by the element reflection surface of the reflective spatial light modulation element, and is reflected by the element reflection surface and is modulated by the reflective spatial light modulation element. All components emitted from the reflective spatial light modulator with a divergence angle in the range of are reflected by the output-side reflecting surface. Therefore, it is possible to make all of the light incident on the entire element reflection surface, and it is possible to further improve the light use efficiency. In addition, it is ensured that the input side reflection surface and the output side reflection surface do not overlap. In particular, when the equal signs of the expressions (4 ′) to (7 ′) are established, a component having an angle larger than the divergence angle β can be removed as an unnecessary component. Further, according to such a configuration, it is ensured that all of the diffracted light of at least the first order and the nth order out of the modulated read light diffracted by the reflective spatial light modulator is reflected by the output side reflection surface. Is done. In particular, when the equal signs of equations (4 ′) to (7 ′) hold, diffracted light of (n + 1) th order or higher can be removed as an unnecessary component.

ここで、入力側反射面、出力側反射面をそれぞれ仮想基準直線に対して所定の角度にすれば、光を全反射させることが可能になる。従って、光の利用効率がさらに向上する。入力側反射面および出力側反射面に光の反射率を高めるための表面加工等を施す必要がなくなる。   Here, if each of the input-side reflection surface and the output-side reflection surface is set at a predetermined angle with respect to the virtual reference line, light can be totally reflected. Therefore, the light use efficiency is further improved. It is not necessary to perform surface processing or the like for increasing the reflectance of light on the input side reflection surface and the output side reflection surface.

また、本発明の別の観点では、空間光変調装置と、前記仮想基準直線上に設けられ、入射光を前記仮想基準直線に沿って前記空間光変調装置に入力させる入力光学系と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記空間光変調装置から仮想基準直線に沿って出力された出射光を処理するための出力光学系とを備え、前記空間光変調装置は、前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って前記入力光学系から入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面と、を備え、前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1)及び(2)を満足し、前記入力光学系は、入力画像をフーリエ変換する第1のレンズを有し、前記反射型空間光変調素子は、参照画像に基づくフィルターパターンにて前記入力画像のフーリエ変換画像を位相変調し、前記出力光学系は、前記空間光変調装置からの出力光をフーリエ変換する第2のレンズを有し、前記入力画像と前記参照画像との相関を示す画像を出力し、前記入力画像を作成する入力画像作成手段をさらに備え、前記入力画像作成手段は、別の空間光変調装置からなり、前記別の空間光変調装置は、前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面とを備え、前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが前記式(1)及び(2)を満足し、前記第1のレンズが、前記別の空間光変調装置から出力された出射光をフーリエ変換することを特徴とする光学処理装置を提供している。

Figure 0004804358
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In another aspect of the present invention, a spatial light modulator, an input optical system that is provided on the virtual reference line and that inputs incident light to the spatial light modulator along the virtual reference line, and the virtual An output optical system provided on a reference straight line for processing the emitted light output from the spatial light modulator along the virtual reference straight line, the spatial light modulator from the virtual reference straight line to the virtual A reflective spatial light modulator provided at a position shifted in a direction perpendicular to the reference straight line, and an incident incident on the virtual reference straight line and incident from the input optical system along the virtual reference straight line An input-side reflection surface for reflecting light to be incident on the reflective spatial light modulation element obliquely as read light, and provided on the virtual reference straight line, modulated by the reflective spatial light modulation element and obliquely Reflected reading An output-side reflecting surface for reflecting light and outputting it as outgoing light along the virtual reference straight line, and the reflective spatial light modulator reflects the readout light from the input-side reflecting surface The input-side reflection surface and the output-side reflection surface are separated by a distance L along the virtual reference line, and the element reflection surface is changed from the virtual reference line to the virtual reference line. The input side reflection surface, the output side reflection surface, and the element reflection surface are separated from each other in a direction perpendicular to the direction h by angles φ1, φ2 with respect to the direction in which the virtual reference straight line extends. , Φ3, the distances L, h, and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the following expressions (1) and (2), and the input optical system performs Fourier transform on the input image. A reflective spatial light modulator having a first lens; Phase-modulates a Fourier transform image of the input image with a filter pattern based on a reference image, and the output optical system has a second lens for Fourier transforming the output light from the spatial light modulator, The image processing apparatus further includes an input image creating unit that outputs an image indicating a correlation between the input image and the reference image, and creates the input image, the input image creating unit including another spatial light modulation device, and the other space. The light modulation device includes a reflective spatial light modulator provided at a position shifted from the virtual reference straight line in a direction perpendicular to the virtual reference straight line, and the virtual spatial reference line provided on the virtual reference straight line. An input-side reflecting surface for reflecting incident light incident along the light source and causing the incident light to enter the reflective spatial light modulation element obliquely as readout light; and the reflective spatial light provided on the virtual reference straight line. An output-side reflecting surface for reflecting the readout light modulated by the modulation element and reflected obliquely and outputting it as the outgoing light along the virtual reference straight line, and the reflective spatial light modulation element comprises the input An element reflecting surface for reflecting the reading light from the side reflecting surface, and the input reflecting surface and the output reflecting surface are separated from each other by a distance L along the virtual reference straight line. Is spaced apart from the virtual reference line by a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference line, and the virtual reference line extends from the input side reflection surface, the output side reflection surface, and the element reflection surface. The distances L, h, and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the equations (1) and (2), respectively, with respect to the direction. 1 lens is output from the other spatial light modulator The emitted light provides an optical processing apparatus characterized by Fourier transform.
Figure 0004804358
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このような構成によると、入力光学系及び出力光学系が仮想基準直線上に配置されている。このため、入力側反射面、出力側反射面、及び、反射型空間光変調素子を仮想基準直線に対して垂直な方向に位置調整するだけで、光学処理装置全体の位置調整を簡単に行なうことができる。従って、光学系の設計、組立、調整が簡単となる。また、このような構成によると、第1のレンズは入力画像をフーリエ変換する。反射型空間光変調素子は、参照画像に基づくフィルターパターンにて入力画像のフーリエ変換画像を位相変調する。第2のレンズは、空間光変調装置からの出力光をフーリエ変換して入力画像と参照画像との相関を示す画像を出力する。従って、光を効率よく利用して入力画像と参照画像との相関に応じた画像を出力することができる。また、かかる構成によると、空間光変調装置が多段で接続されることになり、光を効率よく利用しつつ、しかも、入力画像を自由に生成することができる。 According to such a configuration, the input optical system and the output optical system are arranged on the virtual reference straight line. For this reason, it is possible to easily adjust the position of the entire optical processing apparatus simply by adjusting the positions of the input-side reflecting surface, the output-side reflecting surface, and the reflective spatial light modulator in the direction perpendicular to the virtual reference line. Can do. Therefore, the design, assembly, and adjustment of the optical system are simplified. According to such a configuration, the first lens performs Fourier transform on the input image. The reflective spatial light modulator modulates the phase of the Fourier transform image of the input image with a filter pattern based on the reference image. The second lens performs Fourier transform on the output light from the spatial light modulation device and outputs an image indicating the correlation between the input image and the reference image. Therefore, an image corresponding to the correlation between the input image and the reference image can be output using light efficiently. Further, according to such a configuration, the spatial light modulators are connected in multiple stages, and an input image can be freely generated while efficiently using light.

また、本発明の別の観点では、第1〜第5の側面をこの順に有する5角柱形状で、第1の側面と第2の側面とが互いに90°をなして接続し、第2の側面と第3の側面とが互いに90°をなして接続し、第3の側面と第4の側面とが互いに90゜−φ2をなして接続し、第4の側面と第5の側面とが互いに180゜+φ1+φ2をなして接続し、第5の側面と第1の側面とが互いに90゜−φ1をなして接続したカップリングプリズムを用意し、素子反射面を有する反射型空間光変調素子を、素子反射面が第2の側面に対し平行に延びるように、第2の側面に対し接合し、仮想基準直線が第1の側面及び第5の側面を貫通し、第5の側面と第4の側面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、第5の側面と第4の側面と素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾き、前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1’)及び(2’)を満足するように、カップリングプリズムを仮想基準直線に対し配置し、

Figure 0004804358
Figure 0004804358
前記仮想基準直線に沿って第5の側面に向けて読み出し光を入射させ、前記カップリングプリズムの屈折率はmであり、前記反射型空間光変調素子が、0〜αの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を0〜βの範囲の発散角で出射し、前記反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合にはαは正の値をとり発散光の場合にはαは負の値をとり、前記反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の前記所定の成分が発散光の場合にはβは正の値をとり収束光の場合にはβは負の値をとり、前記所定の成分とは1以上n(nは0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、δはn次回折光の回折角度であり、α及びβが、前記入射光の波長λ、及び、前記反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数dに対して、以下の式(9´)及び(10´)を満足することを特徴とする、カップリングプリズムの使用方法を提供している。
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Further, in another aspect of the present invention, the first side surface and the second side surface are connected to each other at 90 ° in a pentagonal prism shape having the first to fifth side surfaces in this order, and the second side surface And the third side surface are connected to each other at 90 °, the third side surface and the fourth side surface are connected to each other at 90 ° -φ2, and the fourth side surface and the fifth side surface are connected to each other. A reflection type spatial light modulation element having an element reflection surface is prepared by connecting a 180 ° + φ1 + φ2 connection and preparing a coupling prism in which the fifth side and the first side are connected to each other at 90 ° -φ1. The element reflecting surface is joined to the second side surface so as to extend parallel to the second side surface, the virtual reference straight line penetrates the first side surface and the fifth side surface, and the fifth side surface and the fourth side surface A side surface is separated by a distance L along the virtual reference line, and the element reflection surface is in front of the virtual reference line. The fifth side surface, the fourth side surface, and the element reflecting surface are separated by a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference line, and the angles φ1, φ2, The coupling prism is arranged with respect to the virtual reference line so that the inclination is φ3, the distances L and h, and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the following expressions (1 ′) and (2 ′). ,
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Read light is incident on the fifth side surface along the virtual reference straight line, the refractive index of the coupling prism is m, and the reflective spatial light modulator has a convergence angle in the range of 0 to α. The incident reading light is modulated, and the predetermined component is emitted with a divergence angle in the range of 0 to β. When the reading light incident on the reflective spatial light modulator is convergent light, α is positive. In the case of divergent light, α takes a negative value. In the case where the predetermined component of the readout light emitted from the reflective spatial light modulator is divergent light, β takes a positive value and converges light. In this case, β takes a negative value, the predetermined component is a diffraction component having a diffraction order of 1 or more and n (n is a natural number greater than 0) or less, δ is a diffraction angle of the n-order diffracted light, α and β are the wavelength λ of the incident light and the minimum displayable on the reflective spatial light modulator. Respect to the lattice constant d of child patterns, characterized by satisfying the following equation (9 ') and (10'), provides the use of a coupling prism.
Figure 0004804358
Figure 0004804358

このような方法によると、第1の側面は、仮想基準直線に沿って入射する入射光を透過させ入射光をカップリングプリズム内部に導く。第5の側面は、第1の側面から内部を伝搬してくる光を反射する。反射型空間光変調素子に接合された第2の側面は、第5の側面で反射され内部を伝搬してくる光を透過させて、反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させる。第4の側面は、第2の側面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として内部を伝搬させる。第3の側面は、第4の側面から内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する。したがって、カップリングプリズムの第1の側面に入射する入射光の主光線と第3の側面から出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。カップリングプリズムを用いることにより、光学系全体をコンパクト化することができ、しかも、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率よく施すことができる。また、反射型空間光変調素子で回折された変調読みだし光のうち、少なくとも1次以上n次以下の回折光の全てが第4の側面によって反射されることが確保される。なお、特に式(4´)〜(7´)の等号が成立する場合には、(n+1)次以上の回折光を不要成分として除去することができる。 According to such a method, the first side surface transmits incident light incident along the virtual reference straight line and guides the incident light into the coupling prism. The fifth side surface reflects light propagating from the first side surface. The second side surface joined to the reflective spatial light modulation element transmits the light reflected by the fifth lateral surface and propagates inside, and is incident obliquely as read light on the reflective spatial light modulation element. In addition, the reading light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely is transmitted and propagated inside. The fourth side surface reflects the reading light propagating from the second side surface and propagates the inside as outgoing light. The third side surface outputs the outgoing light propagating from the fourth side surface to the outside along the virtual reference straight line. Therefore, the chief ray of incident light incident on the first side surface of the coupling prism and the chief ray of outgoing light emitted from the third side surface are on the same virtual reference line. By using the coupling prism, the entire optical system can be made compact, and the design, assembly, and adjustment of the optical system are facilitated. Furthermore, any optical processing can be efficiently performed on any incident light by the reflective spatial light modulator. In addition, it is ensured that all of the diffracted light of at least the first order and the nth order out of the modulated read light diffracted by the reflective spatial light modulator is reflected by the fourth side surface. In particular, when the equal signs of equations (4 ′) to (7 ′) hold, diffracted light of (n + 1) th order or higher can be removed as an unnecessary component.

は従来の光学処理装置(パターン形成光学系)の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the conventional optical processing apparatus (pattern formation optical system). は従来の別の光学処理装置(4f光学系)の構成を示す図である。These are figures which show the structure of another conventional optical processing apparatus (4f optical system). は図2の4f光学系を改良して得られる4f光学系の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the 4f optical system obtained by improving the 4f optical system of FIG. は、図3の光学処理装置における反射型SLMの位置調整において生じる問題を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a problem that occurs in the position adjustment of the reflective SLM in the optical processing apparatus of FIG. 3; は、図3の4f光学系を応用して得られる別の4f光学系の構成を示す図である。These are figures which show the structure of another 4f optical system obtained by applying the 4f optical system of FIG. は、第1の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the spatial light modulation apparatus concerning 1st Embodiment. は、第1の実施の形態にかかる、空間光変調装置に設けられた反射型SLMの構成を示す図である。These are figures which show the structure of the reflection type SLM provided in the spatial light modulation apparatus concerning 1st Embodiment. は、図6の空間光変調装置における読み出し光の主光線と反射型SLMと2つのミラーとの位置関係を示す図である。These are the figures which show the positional relationship of the chief ray of the read-out light, reflection type | mold SLM, and two mirrors in the spatial light modulation apparatus of FIG. は、図6の空間光変調装置における読み出し光が反射される状態を示す図である。These are figures which show the state in which the read-out light in the spatial light modulation apparatus of FIG. 6 is reflected. は、図6の空間光変調装置において入力光ビームの主光線及び辺縁光線が入力側反射面において反射される状態を示す図である。These are figures which show the state in which the principal ray and edge ray of an input light beam are reflected in the input side reflective surface in the spatial light modulation device of FIG. は、図6の空間光変調装置において出力光ビームの主光線及び辺縁光線が出力側反射面において反射される状態を示す図である。These are figures which show the state in which the principal ray and edge ray of an output light beam are reflected in the output side reflective surface in the spatial light modulation apparatus of FIG. は、図6の空間光変調装置における各反射面での反射を展開した直線光路図である。These are the linear optical path diagrams which developed the reflection in each reflective surface in the spatial light modulation device of FIG. は、図6の空間光変調装置を採用した光学処理装置(4f光学系)の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the optical processing apparatus (4f optical system) which employ | adopted the spatial light modulation apparatus of FIG. は、図13の光学処理装置における反射型SLMの位置調整を説明する図である。FIG. 14 is a diagram for explaining position adjustment of the reflective SLM in the optical processing apparatus of FIG. 13; は、第2の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the spatial light modulation apparatus concerning 2nd Embodiment. は、図15の空間光変調装置を採用した光学処理装置(波形成形光学系)の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the optical processing apparatus (waveform shaping optical system) which employ | adopted the spatial light modulation apparatus of FIG. は、図15の空間光変調装置を採用した別の光学処理装置(4f光学系)の構成を示す図である。These are figures which show the structure of another optical processing apparatus (4f optical system) which employ | adopted the spatial light modulation apparatus of FIG. は、図15の空間光変調装置を採用した別の光学処理装置(4f光学系)の構成を示す図である。These are figures which show the structure of another optical processing apparatus (4f optical system) which employ | adopted the spatial light modulation apparatus of FIG. は、図15の空間光変調装置を採用した別の光学処理装置(波面補償光学系)の構成を示す図である。These are figures which show the structure of another optical processing apparatus (wavefront compensation optical system) which employ | adopted the spatial light modulation apparatus of FIG. は、第3の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the spatial light modulation apparatus concerning 3rd Embodiment. は、第4の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。These are figures which show the structure of the spatial light modulation apparatus concerning 4th Embodiment. は、変更例に係る空間光変調装置における反射型SLMと入力側反射面と出力側反射面との位置関係を示す図である。These are figures which show the positional relationship of reflective SLM, the input side reflective surface, and the output side reflective surface in the spatial light modulation apparatus which concerns on the example of a change.

符号の説明Explanation of symbols

1 空間光変調装置
3 ミラー
5 反射型SLM
5c 素子反射面
7 ミラー
9 仮想基準直線
30 空間光変調装置
32 プリズム
40 空間光変調装置
42 プリズム
50 空間光変調装置
52 カップリングプリズム
60 光学処理装置
62 レーザ
80 光学処理装置
81 光源
82 コリメートレンズ
84 入力面
86 フーリエ変換レンズ
88 フーリエ変換レンズ
90 出力面
91 光軸
92 光軸
100 光学処理装置
200 光学処理装置
300 光学処理装置
302 入力面
312 ビームサンプラー
314 波面センサ
316 制御装置
318 出力面
M1 入力側反射面
M2 出力側反射面
P1 入力側透過面
P2 接合透過面
P3 出力側透過面
I 入力光学系
O 出力光学系
R 平行光投光光学系
1 Spatial Light Modulator 3 Mirror 5 Reflective SLM
5c Element reflecting surface 7 Mirror 9 Virtual reference line 30 Spatial light modulator 32 Prism 40 Spatial light modulator 42 Prism 50 Spatial light modulator 52 Coupling prism 60 Optical processor 62 Laser 80 Optical processor 81 Light source 82 Collimating lens 84 Input Surface 86 Fourier transform lens 88 Fourier transform lens 90 Output surface 91 Optical axis 92 Optical axis 100 Optical processing device 200 Optical processing device 300 Optical processing device 302 Input surface 312 Beam sampler 314 Wavefront sensor 316 Control device 318 Output surface M1 Input side reflection surface M2 Output side reflection surface P1 Input side transmission surface P2 Bonding transmission surface P3 Output side transmission surface I Input optical system O Output optical system R Parallel light projection optical system

本発明の実施の形態による空間光変調装置、光学処理装置、及び、カップリングプリズムの使用方法について、図面を参照して説明する。 The spatial light modulator according to an embodiment of the present invention, the optical processing equipment, and, for the use of the coupling prism, will be described with reference to the accompanying drawings.

本発明の第1の実施の形態による空間光変調装置1について、図6乃至図12に基づき説明する。   The spatial light modulation device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図6に示すように、第1の実施の形態による空間光変調装置1は、ミラー3、反射型空間光変調素子5(以下、反射型SLM5という)、及び、ミラー7を有している。   As shown in FIG. 6, the spatial light modulation device 1 according to the first embodiment includes a mirror 3, a reflective spatial light modulation element 5 (hereinafter referred to as a reflective SLM 5), and a mirror 7.

反射型SLM5は、所定の仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれた位置に配置されている。反射型SLM5は、変調部5aとミラー層5bとアドレス部5dとを備えている。ミラー層5bの変調部5a側の面が素子反射面5cを規定している。反射型SLM5は、変調部5aが仮想基準直線9に対向する向きに配置されている。   The reflective SLM 5 is disposed at a position shifted from the predetermined virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9. The reflective SLM 5 includes a modulation unit 5a, a mirror layer 5b, and an address unit 5d. The surface on the modulation unit 5a side of the mirror layer 5b defines the element reflection surface 5c. The reflection type SLM 5 is arranged so that the modulation unit 5 a faces the virtual reference straight line 9.

ミラー3、7は、共に、仮想基準直線9上に配置されている。ミラー3、7は、共に、仮想基準直線9に対して斜めに配置されている。より詳しくは、ミラー3、7は、仮想基準直線9上に、「ハ」の字形状に配置されている。ミラー3は入力側反射面M1を有し、ミラー7は出力側反射面M2を有している。入力側反射面M1には、読み出し光が図示しない入力側光学系から仮想基準直線9に沿って入力ビームとして入射してくる。すなわち、入力ビームの主光線(光軸)11は仮想基準直線9に沿って進んでくる。入力側反射面M1は、読み出し光を反射型SLM5へ反射する。反射型SLM5に入射した読み出し光は、変調部5aを伝搬する際変調され、素子反射面5cにて反射され、変調部5aを再び伝搬してさらに変調された後、反射型SLM5から出射する。読み出し光は出力側反射面M2で反射され、出力ビームとして仮想基準直線9に沿って進み空間光変調装置1から出射し、図示しない出力側光学系へ出力される。こうして、出力ビームの主光線(光軸)17も仮想基準直線9に沿って進む。なお、入力ビーム主光線11及び出力ビーム主光線17が通る経路を空間光変調装置1における光軸と定義する。また、入力側反射面M1、反射型SLM5、及び、出力側反射面M2の反射による読み出し光の光軸の角度変化は全て図6の紙面内で起こり、紙面に垂直な方向への光軸の角度変化はないものとする。   Both the mirrors 3 and 7 are arranged on the virtual reference straight line 9. The mirrors 3 and 7 are both arranged obliquely with respect to the virtual reference straight line 9. More specifically, the mirrors 3 and 7 are arranged in a “C” shape on the virtual reference straight line 9. The mirror 3 has an input side reflection surface M1, and the mirror 7 has an output side reflection surface M2. Read light enters the input side reflection surface M1 as an input beam along a virtual reference line 9 from an input side optical system (not shown). That is, the principal ray (optical axis) 11 of the input beam travels along the virtual reference line 9. The input-side reflection surface M1 reflects the readout light to the reflection type SLM5. The readout light that has entered the reflection type SLM 5 is modulated when propagating through the modulation unit 5 a, reflected by the element reflection surface 5 c, propagated again through the modulation unit 5 a, further modulated, and then emitted from the reflection type SLM 5. The readout light is reflected by the output-side reflecting surface M2, travels along the virtual reference line 9 as an output beam, is emitted from the spatial light modulator 1, and is output to an output-side optical system (not shown). In this way, the principal ray (optical axis) 17 of the output beam also travels along the virtual reference line 9. A path along which the input beam principal ray 11 and the output beam principal ray 17 pass is defined as an optical axis in the spatial light modulator 1. Further, the change in the optical axis of the readout light due to the reflection on the input side reflection surface M1, the reflection type SLM5, and the output side reflection surface M2 all occurs in the paper surface of FIG. 6, and the optical axis in the direction perpendicular to the paper surface is changed. It is assumed that there is no change in angle.

反射型SLM5が、例えば、光アドレス型の平行配向型ネマッティック液晶空間光変調器(Parallel−Aligned nematic−Licuid−cristal Spacial Light Modulator:以下、PAL−SLMという)である場合には、図7に示すように、変調部5aは、水平配向状態のネマティック液晶層500,透明電極501,及び、透明基板502からなる。ミラー層5bは多層膜誘電体層503からなる。多層膜誘電体層503の液晶層500側の面が素子反射面5cを規定する。アドレス部5dは、光導電層504,透明電極505,及び、透明基板506からなる。所望の強度分布を有する強度変調光が透明基板506と透明電極505とを介して光導電層504に照射されると、液晶層500の屈折率分布が変化する。読み出し光は、透明基板502及び透明電極501を介して液晶層500に入射し、液晶層500にて位相変調されて多層膜誘電体層503にて反射される。こうして、読み出し光は、所望の強度分布に対応する位相分布を有する位相変調光に変換され、反射型SLM5から出射する。この場合、液晶層500は読み出し光の位相のみを変調することができる。   When the reflective SLM 5 is, for example, a parallel-aligned nematic liquid crystal spatial light modulator (Parallel-Aligned nematic-Liquid-Crystal Spatial Light Modulator: hereinafter referred to as PAL-SLM), it is shown in FIG. As described above, the modulation unit 5 a includes the horizontally aligned nematic liquid crystal layer 500, the transparent electrode 501, and the transparent substrate 502. The mirror layer 5b is composed of a multilayer dielectric layer 503. The surface of the multilayer dielectric layer 503 on the liquid crystal layer 500 side defines the element reflecting surface 5c. The address portion 5 d is composed of a photoconductive layer 504, a transparent electrode 505, and a transparent substrate 506. When intensity modulated light having a desired intensity distribution is applied to the photoconductive layer 504 through the transparent substrate 506 and the transparent electrode 505, the refractive index distribution of the liquid crystal layer 500 changes. The readout light enters the liquid crystal layer 500 via the transparent substrate 502 and the transparent electrode 501, is phase-modulated by the liquid crystal layer 500, and is reflected by the multilayer dielectric layer 503. Thus, the readout light is converted into phase-modulated light having a phase distribution corresponding to a desired intensity distribution and is emitted from the reflective SLM 5. In this case, the liquid crystal layer 500 can modulate only the phase of the readout light.

例えば、図7に示すように、反射型SLM5のアドレス部5dに対向して、リレーレンズ540、液晶ディスプレイ(以下、LCDという)530、コリメートレンズ520、及び、書き込み用光源510を配置しても良い。書き込み用光源510は一様な強度分布を有する書き込み光を出射する。コリメートレンズ520は書き込み光を平行光に変換する。LCD530は透過型の電気アドレス型強度変調型空間光変調器である。LCD530は、図示しない制御部から入力される信号によって電気アドレス駆動され、入射した平行光を所望の強度分布を有する強度変調光に変換する。リレーレンズ540は強度変調光を反射型SLM5に結像する。   For example, as shown in FIG. 7, a relay lens 540, a liquid crystal display (hereinafter referred to as an LCD) 530, a collimating lens 520, and a writing light source 510 may be arranged facing the address part 5d of the reflective SLM 5. good. The writing light source 510 emits writing light having a uniform intensity distribution. The collimating lens 520 converts writing light into parallel light. The LCD 530 is a transmission type electric address type intensity modulation type spatial light modulator. The LCD 530 is electrically addressed by a signal input from a control unit (not shown), and converts the incident parallel light into intensity modulated light having a desired intensity distribution. The relay lens 540 forms an image of the intensity modulated light on the reflective SLM 5.

なお、反射型SLM5、書き込み用光源510、コリメートレンズ520、LCD530、及び、リレーレンズ540を、筐体内に収納し位相変調モジュール6として構成しても良い。この場合、位相変調モジュール6をミラー3,7に対して図7に示すように配置することにより、反射型SLM5とミラー3,7との位置関係を図6に示して説明したものと同一とすることができる。   Note that the reflective SLM 5, the writing light source 510, the collimating lens 520, the LCD 530, and the relay lens 540 may be housed in a housing and configured as the phase modulation module 6. In this case, by arranging the phase modulation module 6 with respect to the mirrors 3 and 7 as shown in FIG. 7, the positional relationship between the reflective SLM 5 and the mirrors 3 and 7 is the same as that described with reference to FIG. can do.

なお、位相変調モジュール6として、例えば、電気アドレス型液晶位相変調モジュール「SLMX7550」(商品名、浜松ホトニクス株式会社製)を使用することができる。   As the phase modulation module 6, for example, an electric address type liquid crystal phase modulation module “SLMX7550” (trade name, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) can be used.

次に図8を参照しながら、入力側反射面M1、素子反射面5c、出力側反射面M2の具体的な配置関係を説明する。なお、図8では、明瞭化を図るため、反射型SLM5のうちミラー層5bのみを図示し変調部5a及びアドレス部5dの図示を省略している。   Next, a specific arrangement relationship among the input-side reflection surface M1, the element reflection surface 5c, and the output-side reflection surface M2 will be described with reference to FIG. In FIG. 8, for the sake of clarity, only the mirror layer 5b of the reflective SLM 5 is shown, and the modulation unit 5a and the address unit 5d are not shown.

図8に示すように、入力主光線11が入力側反射面M1に入射する点を点A、入力側反射面M1で反射した光の主光線が反射型SLM5に入射する点を点C、反射型SLM5で変調され素子反射面5cにて反射した光の主光線が出力側反射面M2に入射する点を点Bとする。点Aと点Bとを結ぶ直線A−Bは仮想基準直線9上に位置している。入力側反射面M1は仮想基準直線9に対して角度φ1をなす方向に延びている。出力側反射面M2は仮想基準直線9に対して角度φ2をなす方向に延びている。素子反射面5cは仮想基準直線9に対して角度φ3をなす方向に延びている。なお、φ1及びφ3は、図8において、仮想基準直線9から反時計方向に正の値を採る。また、φ2は、図8において、仮想基準直線9から時計方向に正の値を採る。φ1、φ2は、0°<φ1<90°、0°<φ2<90°を満足している。すなわち、入力側反射面M1及び出力側反射面M2は仮想基準直線9に対して斜めに延びている。素子反射面5cは仮想基準直線9に対して斜めもしくは平行に延びている。また、入力側反射面M1の両端を点A1、点A2とする。点A1、点A2のうち、点A2は仮想基準直線9より反射型SLM5側に位置する。点A1は仮想基準直線9より反射型SLM5とは反対側に位置している。線分A1−A2の長さをa、線分A−A1の長さをa1、線分A―A2の長さをa2とする。出力側反射面M2の両端を点B1、点B2とする。点B1、点B2のうち、点B1は仮想基準直線9より反射型SLM5側に位置し、点B2は仮想基準直線9より反射型SLM5とは反対側に位置している。線分B1―B2の長さをb、線分B―B1の長さをb1、線分B―B2の長さをb2とする。素子反射面5cの2つの端点を点C1、点C2とする。点C1は、出力側反射面M2より入力反射面M1に近い側に位置し、点C2は入力反射面M1より出力側反射面M2に近い側に位置している。線分C1―C2の長さ(すなわち、反射型SLM5の有効口径)をc、線分C−C1の長さをc1、線分C−C2の長さをc2とする。さらに、点Cから線分A−Bへの垂線の足を点D、垂線C―Dの長さをh、線分A−Bの長さをLとする。   As shown in FIG. 8, the point where the input principal ray 11 is incident on the input side reflection surface M1 is the point A, the point where the principal ray of the light reflected by the input side reflection surface M1 is incident on the reflection type SLM 5 is the reflection point A point B is a point where a principal ray of light modulated by the mold SLM 5 and reflected by the element reflection surface 5c is incident on the output-side reflection surface M2. A straight line AB connecting the point A and the point B is located on the virtual reference straight line 9. The input-side reflecting surface M1 extends in a direction that forms an angle φ1 with respect to the virtual reference straight line 9. The output-side reflecting surface M2 extends in a direction that forms an angle φ2 with respect to the virtual reference straight line 9. The element reflecting surface 5c extends in a direction that forms an angle φ3 with respect to the virtual reference straight line 9. Note that φ1 and φ3 take positive values in the counterclockwise direction from the virtual reference line 9 in FIG. Further, φ2 takes a positive value in the clockwise direction from the virtual reference straight line 9 in FIG. φ1 and φ2 satisfy 0 ° <φ1 <90 ° and 0 ° <φ2 <90 °. That is, the input side reflection surface M1 and the output side reflection surface M2 extend obliquely with respect to the virtual reference line 9. The element reflecting surface 5c extends obliquely or parallel to the virtual reference straight line 9. In addition, both ends of the input-side reflection surface M1 are point A1 and point A2. Of the points A1 and A2, the point A2 is located on the reflective SLM 5 side with respect to the virtual reference straight line 9. The point A1 is located on the opposite side of the reflective SLM 5 from the virtual reference line 9. The length of the line segment A1-A2 is a, the length of the line segment A-A1 is a1, and the length of the line segment A-A2 is a2. Both ends of the output-side reflecting surface M2 are defined as point B1 and point B2. Of the points B1 and B2, the point B1 is located on the reflective SLM 5 side from the virtual reference line 9, and the point B2 is located on the opposite side of the reflective type SLM 5 from the virtual reference line 9. The length of the line segment B1-B2 is b, the length of the line segment B-B1 is b1, and the length of the line segment B-B2 is b2. Two end points of the element reflecting surface 5c are defined as a point C1 and a point C2. The point C1 is located closer to the input reflecting surface M1 than the output reflecting surface M2, and the point C2 is located closer to the output reflecting surface M2 than the input reflecting surface M1. The length of the line segment C1-C2 (that is, the effective aperture of the reflective SLM 5) is c, the length of the line segment C-C1 is c1, and the length of the line segment C-C2 is c2. Further, a perpendicular foot from the point C to the line segment AB is a point D, a length of the perpendicular line CD is h, and a length of the line segment AB is L.

本実施の形態では、角度φ1、φ2、φ3と長さL、hとは、以下の関係(1)(2)を有している。

Figure 0004804358
及び
Figure 0004804358
In the present embodiment, the angles φ1, φ2, and φ3 and the lengths L and h have the following relationships (1) and (2).
Figure 0004804358
as well as
Figure 0004804358

上記関係(1)(2)が満足されているため、入力側反射面M1に入射する入力主光線11が仮想基準直線9に沿って進むのみならず、出力側反射面M2で反射した出力主光線17も仮想基準直線9に沿って進むことが確保されている。換言すれば、出力主光線17は入力主光線11の延長線上に位置すること(条件1)が確保されている。   Since the above relations (1) and (2) are satisfied, the input principal ray 11 incident on the input side reflection surface M1 not only travels along the virtual reference line 9, but also the output principal reflected by the output side reflection surface M2. It is ensured that the ray 17 also travels along the virtual reference line 9. In other words, it is ensured that the output principal ray 17 is located on the extension line of the input principal ray 11 (condition 1).

ここで、図9に示すように、読み出し光(入力光ビーム)は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線9に沿って、0からαの範囲の収束角にて入射してくるとする。なお、入力光ビームが収束光の場合αは正の値をとり、発散光の場合αは負の値をとる。また、読み出し光(入力光ビーム)の反射型SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面5cの長さcに等しいとする。また、反射型SLM5で変調され素子反射面5cにて反射された読み出し光が反射型SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分(すなわち、空間光変調装置1から出力させたい所望の成分)が、0からβの範囲の発散角にて出力光ビームとして出射するとする。なお、出力光ビームが発散光の場合βは正の値をとり、収束光の場合にはβは負の値をとる。なお、αとβの絶対値は十分小さく、反射型SLM5近くでの光の集光・発散による光ビームの断面形状の変化は無視できるとする。したがって、入力光ビームの素子反射面5c近くでの素子反射面5cに沿った長さが素子反射面5cの長さcに略等しいだけでなく、出力光ビームの素子反射面5c近くでの素子反射面5cに沿った長さも素子反射面5cの長さcに略等しいとする。なお、図9でも、図8同様、明瞭化を図るため、反射型SLM5のうちミラー層5bのみを図示し変調部5a及びアドレス部5dの図示を省略している。   Here, as shown in FIG. 9, it is assumed that readout light (input light beam) is incident along a virtual reference line 9 from a not-shown input optical system at a convergence angle in the range of 0 to α. . Note that α takes a positive value when the input light beam is convergent light, and α takes a negative value when the input light beam is divergent light. Further, it is assumed that the beam diameter when the reading light (input light beam) is incident on the reflection type SLM 5 is equal to the length c of the element reflection surface 5c. Further, the readout light modulated by the reflective SLM 5 and reflected by the element reflective surface 5 c is emitted from the reflective SLM 5. It is assumed that a desired component (that is, a desired component desired to be output from the spatial light modulator 1) out of the readout light is emitted as an output light beam at a divergence angle in the range of 0 to β. Note that β takes a positive value when the output light beam is divergent light, and β takes a negative value when the output light beam is convergent light. It is assumed that the absolute values of α and β are sufficiently small, and the change in the cross-sectional shape of the light beam due to the light condensing / diverging near the reflective SLM 5 can be ignored. Therefore, the length of the input light beam along the element reflection surface 5c near the element reflection surface 5c is not only substantially equal to the length c of the element reflection surface 5c, but also the element near the element reflection surface 5c of the output light beam. It is assumed that the length along the reflection surface 5c is substantially equal to the length c of the element reflection surface 5c. In FIG. 9, as in FIG. 8, for the sake of clarity, only the mirror layer 5b is shown in the reflective SLM 5, and the modulation unit 5a and the address unit 5d are not shown.

本実施の形態では、角度φ1、φ2と、長さc,c1,h、a1,a2、b1,b2,L(図8)とは、収束角αと発散角βとに対し、以下の関係(3)〜(8)を有している。

Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
In the present embodiment, the angles φ1, φ2 and the lengths c, c1, h, a1, a2, b1, b2, L (FIG. 8) have the following relationship with respect to the convergence angle α and the divergence angle β. (3) to (8).
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358

ここで、入力光ビームの最外部を規定する光線を入力辺縁光線13、15とする。入力辺縁光線13、15は、入力主光線11に対して収束角αをなす方向に伝搬する。入力光は入力主光線11(光軸)に対して対称であるため、入力辺縁光線13と15の強度は互いに等しい。すなわち、入力辺縁光線13と15の強度は入力主光線11の強度の所定の割合の大きさである。また、出力光ビームの最外部を規定する光線を出力辺縁光線19、21とする。出力光ビームは出力主光線17(光軸)に対して対称である。出力辺縁光線19、21は、出力主光線17に対して発散角βをなす方向に伝搬する。   Here, the light rays defining the outermost part of the input light beam are referred to as input edge light rays 13 and 15. The input marginal rays 13 and 15 propagate in a direction that forms a convergence angle α with respect to the input principal ray 11. Since the input light is symmetric with respect to the input principal ray 11 (optical axis), the intensity of the input marginal rays 13 and 15 is equal to each other. That is, the intensity of the input marginal rays 13 and 15 is a predetermined ratio of the intensity of the input principal ray 11. Further, the light rays defining the outermost part of the output light beam are referred to as output edge light rays 19 and 21. The output light beam is symmetric with respect to the output chief ray 17 (optical axis). The output marginal rays 19 and 21 propagate in a direction that forms a divergence angle β with respect to the output principal ray 17.

本実施の形態では、式(3)〜式(8)を満足しているため、図10に示すように、入力主光線11は、ミラー3上の点Aで反射されて反射型SLM5の点Cに至る。入力辺縁光線13は、ミラー3上の別の点(端点A1と点Aとの間の点)で反射されて反射型SLM5の素子反射面5cの一端C1に至る。他の入力辺縁光線15は、ミラー3上のさらに別の点(端点A2と点Aとの間の点)で反射されて反射型SLM5の素子反射面5cの他端C2に至る。こうして、入力光ビーム全体がミラー3で反射されて反射型SLM5に到達し、反射型SLM5により変調される。   In the present embodiment, since Expressions (3) to (8) are satisfied, as shown in FIG. 10, the input principal ray 11 is reflected at a point A on the mirror 3 to be a point of the reflective SLM 5. C. The input marginal ray 13 is reflected at another point on the mirror 3 (a point between the end points A1 and A) and reaches one end C1 of the element reflection surface 5c of the reflective SLM 5. The other input edge ray 15 is reflected at yet another point on the mirror 3 (a point between the end point A2 and the point A) and reaches the other end C2 of the element reflection surface 5c of the reflection type SLM5. Thus, the entire input light beam is reflected by the mirror 3 to reach the reflection type SLM 5 and is modulated by the reflection type SLM 5.

さらに、図11に示すように、出力主光線17はミラー7上の点Bで反射される。出力辺縁光線19は、SLM5の素子反射面5cの一端C1から出射し、ミラー7上の点(端点B1と点Bとの間の点)で反射される。他の出力辺縁光線21は、ミラー7上の別の点(端点B2と点Bとの間の点)で反射される。こうして、反射型SLM5を出力した所望の成分の出力光ビーム全体がミラー7で反射され、図示しない出力側光学系に導かれる。   Further, as shown in FIG. 11, the output principal ray 17 is reflected at a point B on the mirror 7. The output edge ray 19 is emitted from one end C1 of the element reflection surface 5c of the SLM 5 and reflected at a point on the mirror 7 (a point between the end point B1 and the point B). The other output edge ray 21 is reflected at another point on the mirror 7 (a point between the end point B2 and the point B). In this way, the entire output light beam of the desired component output from the reflective SLM 5 is reflected by the mirror 7 and guided to an output side optical system (not shown).

したがって、図9に示すように、入力側光学系からの入力ビームの全てが入力側反射面M1によって反射され(条件2)、入力側反射面M1で反射されたビームの全てが反射型SLM5に入射し(条件3)、反射型SLM5で変調され反射されたビームのうち必要な成分の全てが出力側反射面M2によって反射される(条件4)ことが確保されている。また、式(8)により、入力側反射面M1と出力側反射面M2との位置が重ならないことが確保されている。   Therefore, as shown in FIG. 9, all of the input beams from the input side optical system are reflected by the input side reflection surface M1 (condition 2), and all of the beams reflected by the input side reflection surface M1 are reflected on the reflection type SLM5. It is ensured that all necessary components of the beam incident (condition 3) and modulated and reflected by the reflective SLM 5 are reflected by the output-side reflecting surface M2 (condition 4). Further, the expression (8) ensures that the positions of the input-side reflecting surface M1 and the output-side reflecting surface M2 do not overlap.

ここで、入力光ビームの収束角度αと、出力光ビームの発散角度βとの間には、図12に示すように、次の関係(9)がある。なお、図12は、入力側反射面M1、素子反射面5c、出力側反射面M2の各面での反射を展開した直線光路図である。

Figure 0004804358
Here, the following relationship (9) exists between the convergence angle α of the input light beam and the divergence angle β of the output light beam, as shown in FIG. FIG. 12 is a straight optical path diagram in which reflection on each of the input side reflection surface M1, the element reflection surface 5c, and the output side reflection surface M2 is developed.
Figure 0004804358

例えば、反射型SLM5で変調されて生成された回折光のうちn次回折光(なお、nは1以上の自然数)までの回折光を空間光変調装置1から出力させたい場合には、δはn次回折光の回折角度である。n次回折光の回折角度δは、次式(10)により与えられる。

Figure 0004804358
For example, when it is desired to output from the spatial light modulator 1 diffracted light up to n-th order diffracted light (where n is a natural number of 1 or more) among diffracted light generated by being modulated by the reflective SLM 5, δ is n This is the diffraction angle of the next diffracted light. The diffraction angle δ of the nth order diffracted light is given by the following equation (10).
Figure 0004804358

ここで、dは反射型SLM5に表示可能な最小の格子パターンの格子定数(隣合った縞の中心間の距離)であり、λは読み出し光の波長である。   Here, d is the lattice constant of the smallest lattice pattern that can be displayed on the reflective SLM 5 (the distance between the centers of adjacent stripes), and λ is the wavelength of the readout light.

したがって、入力光学系から入射させる入力光の収束角度αと所望の回折次数nに対し、パラメータφ1、φ2、c、c1,h、a1,a2、b1,b2,Lを数式(1)〜(10)を満足するように選択すれば、入力光を有効に反射型SLM5に照射できる。さらに、反射型SLM5で得られた1〜n次回折光を有効に空間光変調装置1から出力させることができる。   Accordingly, the parameters φ1, φ2, c, c1, h, a1, a2, b1, b2, and L are expressed by the formulas (1) to (1) with respect to the convergence angle α of the input light incident from the input optical system and the desired diffraction order n. If the selection is made so as to satisfy 10), the reflection light SLM 5 can be effectively irradiated with the input light. Furthermore, 1-n order diffracted light obtained by the reflective SLM 5 can be effectively output from the spatial light modulator 1.

例えば、1次以下の回折光を空間光変調装置1から出力させたい場合には、αを入力光学系から入射させる入力光の収束角度に設定し、回折次数nをn=1に設定し、パラメータφ1、φ2、c、c1,h、a1,a2、b1,b2,Lを数式(1)〜(10)を満足するように選択すればよい。また、1次回折光と2次回折光とを空間光変調装置1から出力させたい場合には、回折次数nをn=2に設定しなおせばよい。
特に、式(4)〜(7)において等号が成立するようにパラメータφ1、φ2、c、c1,h、a1,a2、b1,b2,Lを選択すれば、1〜n次回折光を有効に出力させるのみならず、(n+1)次以上の不要な回折光を除去することができる。
For example, when it is desired to output first-order or lower-order diffracted light from the spatial light modulator 1, α is set to the convergence angle of input light incident from the input optical system, the diffraction order n is set to n = 1, The parameters φ1, φ2, c, c1, h, a1, a2, b1, b2, and L may be selected so as to satisfy the equations (1) to (10). Further, when it is desired to output the first-order diffracted light and the second-order diffracted light from the spatial light modulator 1, the diffraction order n may be reset to n = 2.
In particular, if the parameters φ1, φ2, c, c1, h, a1, a2, b1, b2, and L are selected so that the equal sign is established in the equations (4) to (7), the 1st to nth order diffracted light is effective. (N + 1) th order or higher unnecessary diffracted light can be removed.

以上のように本実施の形態の空間光変調装置1によれば、入力主光線11と出力主光線17とが共に仮想基準直線9に沿って進むので、空間光変調装置1に対して入力側光学系や出力側光学系を組み合わせる際、入力側光学系と出力側光学系とを共に仮想基準直線9上に配置することができる。したがって、光学系全体の設計、組立、位置調整が極めて容易となり、また、光学系全体をコンパクト化することができる。また、空間光変調装置1を複数個、単一の仮想基準直線9に沿って多段接続することができる。また、反射型SLM5は、任意の入力光ビームに対して任意の変調を施すことができ、任意の光学処理を行うことができる。また、入力側反射面M1がミラー3で構成され、出力側反射面がミラー7で構成されるため、空間光変調装置1全体の構成が簡単になる。   As described above, according to the spatial light modulation device 1 of the present embodiment, the input principal ray 11 and the output principal ray 17 both travel along the virtual reference straight line 9, so that the input side with respect to the spatial light modulation device 1 is the input side. When combining the optical system and the output side optical system, both the input side optical system and the output side optical system can be arranged on the virtual reference line 9. Therefore, the design, assembly, and position adjustment of the entire optical system are extremely easy, and the entire optical system can be made compact. A plurality of spatial light modulators 1 can be connected in multiple stages along a single virtual reference line 9. Further, the reflective SLM 5 can perform arbitrary modulation on an arbitrary input light beam and can perform arbitrary optical processing. In addition, since the input-side reflecting surface M1 is configured by the mirror 3 and the output-side reflecting surface is configured by the mirror 7, the overall configuration of the spatial light modulator 1 is simplified.

ミラー3,7の長さを反射型SLM5の長さc(有効面積)に応じて決定するため、空間光変調装置1全体を、容易かつ安価に製造することがきる。反射型SLM5はミラー3,7に比べると製造が困難で高価であるのに対し、ミラー3,7は製造容易で安価だからである。   Since the length of the mirrors 3 and 7 is determined according to the length c (effective area) of the reflective SLM 5, the entire spatial light modulator 1 can be manufactured easily and inexpensively. This is because the reflective SLM 5 is difficult and expensive to manufacture compared to the mirrors 3 and 7, whereas the mirrors 3 and 7 are easy to manufacture and inexpensive.

しかも、入力側反射面M1への入射光の全てが入力側反射面M1によって反射され、入力側反射面M1で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型SLM5に入射し、さらに反射型SLM5で変調された読みだし光の所望の成分全てが出力側反射面M2によって反射される。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高い反射型SLM5の利点を活かすことができる。   In addition, all of the incident light on the input-side reflecting surface M1 is reflected by the input-side reflecting surface M1, and all of the incident light reflected by the input-side reflecting surface M1 is incident on the reflective SLM 5 as readout light and further reflected. All the desired components of the readout light modulated by the mold SLM5 are reflected by the output side reflection surface M2. Therefore, the light utilization efficiency can be increased, and the advantages of the reflective SLM 5 having a high effective aperture ratio can be utilized.

特に、φ3がゼロ(0)の場合、すなわち、素子反射面5cが仮想基準直線9に対して平行な場合には、図8において、a1=b2、a2=b1となる。従って、a1とa2か、b1とb2かのどちらか片方の組のパラメータを決定すれば、もう片方の組も自動的に決定される。α>βのときはa1とa2を、β>αの場合はb1とb2の方を考慮すればよい。今、β>αとすると、式(1)乃至(8)は、以下の(11)〜(16)のように書き換えることができる。

Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
In particular, when φ3 is zero (0), that is, when the element reflection surface 5c is parallel to the virtual reference line 9, a1 = b2 and a2 = b1 in FIG. Therefore, if one of the parameters of either a1 and a2 or b1 and b2 is determined, the other set is automatically determined. When α> β, a1 and a2 may be considered, and when β> α, b1 and b2 may be considered. Now, assuming that β> α, the equations (1) to (8) can be rewritten as the following (11) to (16).
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358

入力光学系から入射させる入力ビームの収束角度αと所望の値βとに対し、パラメータφ1、φ2、c、c1,h、a1,a2、b1,b2,Lを数式(11)〜(16)を満足するように選択すれば、出力主光線17が入力主光線11の延長線上にあり(条件1)、入力側反射面M1への入力ビームの全てが入力側反射面M1によって反射され(条件2)、入力側反射面M1で反射されたビームの全てが反射型SLM5に入射し(条件3)、反射型SLM5で変調されたビームのうち必要な成分の全てが出力側反射面M2によって反射される(条件4)ことが確保される。素子反射面5cが仮想基準直線9に対して平行なため、光学系の設計、組立、調整がより容易となる。   The parameters φ1, φ2, c, c1, h, a1, a2, b1, b2, and L are expressed by equations (11) to (16) with respect to the convergence angle α of the input beam incident from the input optical system and the desired value β. Is selected, the output principal ray 17 is on the extension of the input principal ray 11 (condition 1), and all of the input beam to the input side reflection surface M1 is reflected by the input side reflection surface M1 (conditions). 2) All of the beams reflected by the input side reflection surface M1 are incident on the reflection type SLM 5 (Condition 3), and all necessary components of the beam modulated by the reflection type SLM 5 are reflected by the output side reflection surface M2. (Condition 4) is ensured. Since the element reflecting surface 5c is parallel to the virtual reference straight line 9, the design, assembly, and adjustment of the optical system become easier.

なお、図示しない入力側光学系は、例えば、ピンホール(開口)とレンズとを備えることにより、読み出し光(入力光ビーム)が、0〜αの範囲の収束角で、かつ、素子反射面5cの長さcに等しいビーム径cにて反射型SLM5に入射することを確保することができる。この場合、入力辺縁光線13、15は、ピンホールの縁を通過した光線となる。   Note that the input-side optical system (not shown) includes, for example, a pinhole (aperture) and a lens so that the readout light (input light beam) has a convergence angle in the range of 0 to α and the element reflection surface 5c. It is possible to ensure that the light beam is incident on the reflective SLM 5 with a beam diameter c equal to the length c. In this case, the input edge rays 13 and 15 are rays that have passed through the edge of the pinhole.

なお、図示しない入力側光学系が、空間光変調装置1に対し、読み出し光(入力光ビーム)を任意の収束角及び任意のビーム径で入射させる場合を考える。この場合にも、入力側反射面M1,出力側反射面M2,素子反射面5cの位置関係を式(1)〜(8)もしくは式(11)〜(16)を満足するように設定することにより、入力側反射面M1に入射した読み出し光のうち、主光線11に対して0〜αの角度をなす方向に伝搬して反射型SLM5の素子反射面5cに入射する成分の全てが入力側反射面M1によって反射され、入力側反射面M1で反射された読み出し光の全てが反射型SLM5に入射し、反射型SLM5で変調され0〜βの角度で反射型SLM5より出射する読みだし光の所望の成分全てが出力側反射面M2によって反射されることが確保できる。   Consider a case where an input-side optical system (not shown) makes readout light (input light beam) incident on the spatial light modulator 1 at an arbitrary convergence angle and an arbitrary beam diameter. Also in this case, the positional relationship between the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c should be set so as to satisfy the equations (1) to (8) or the equations (11) to (16). Thus, all of the components of the readout light incident on the input-side reflecting surface M1 that propagate in the direction that forms an angle of 0 to α with respect to the principal ray 11 and enter the element reflecting surface 5c of the reflective SLM 5 are input-side. All of the readout light reflected by the reflective surface M1 and reflected by the input-side reflective surface M1 is incident on the reflective SLM 5, modulated by the reflective SLM 5, and emitted from the reflective SLM 5 at an angle of 0 to β. It can be ensured that all desired components are reflected by the output-side reflecting surface M2.

次に、図13及び図14を参照しながら、上記空間光変調装置1を採用した光学処理装置80について説明する。   Next, an optical processing device 80 that employs the spatial light modulation device 1 will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

図13に示すように、光学処理装置80は、光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面84、フーリエ変換レンズ86、空間光変調装置1、フーリエ変換レンズ88、及び、出力面90を備えている。光学処理装置80は、入力面84に表示される入力画像と反射型SLM5に表示される参照画像との相関を示すパターンを出力する4f光学系(フーリエ変換光学系)である。光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面84が入力光学系Iを構成している。このうち、光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82が平行投光光学系Rを構成している。フーリエ変換レンズ88と出力面90とが出力光学系Oを構成している。   As shown in FIG. 13, the optical processing device 80 includes a light source 81, a pinhole 83, a collimating lens 82, an input surface 84, a Fourier transform lens 86, a spatial light modulator 1, a Fourier transform lens 88, and an output surface 90. I have. The optical processing device 80 is a 4f optical system (Fourier transform optical system) that outputs a pattern indicating a correlation between an input image displayed on the input surface 84 and a reference image displayed on the reflective SLM 5. The light source 81, the pinhole 83, the collimating lens 82, and the input surface 84 constitute the input optical system I. Among these, the light source 81, the pinhole 83, and the collimating lens 82 constitute a parallel light projecting optical system R. The Fourier transform lens 88 and the output surface 90 constitute an output optical system O.

空間光変調装置1は、ミラー3、7及び反射型SLM5を有している。反射型SLM5は、例えば、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、やはり図7を参照して説明した位相変調モジュール6に内蔵されている。なお、図13では、明瞭化を図るため、反射型SLM5のみを図示している。   The spatial light modulation device 1 includes mirrors 3 and 7 and a reflective SLM 5. The reflective SLM 5 is, for example, the PAL-SLM described with reference to FIG. 7, and is also incorporated in the phase modulation module 6 described with reference to FIG. In FIG. 13, only the reflective SLM 5 is shown for the sake of clarity.

光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面84、フーリエ変換レンズ86、フーリエ変換レンズ88、出力面90、ミラー3、及び、ミラー7が、仮想基準直線9上に配置されている。入力面84とフーリエ変換レンズ86との間の距離と、フーリエ変換レンズ86と素子反射面5cとの間のミラー3を介した距離とは、フーリエ変換レンズ86の焦点距離(長さf1)に等しく設定されている。素子反射面5cとフーリエ変換レンズ88との間のミラー7を介した距離と、フーリエ変換レンズ88と出力面90との間の距離とは、フーリエ変換レンズ88の焦点距離(長さf2)に等しく設定されている。光源81は、レーザであって、所定の波長の直線偏光光を読み出し光として出射する。ピンホール83及びコリメートレンズ82は、読み出し光を所定のビーム径の平行光に変換する。したがって、入力面84には所定のビーム径の平行光が投射される。入力面84には、投射された平行光の光強度もしくは位相またはその両方を入力画像に応じて変化させるデバイス(例えば、入力画像を表示したフィルムやマスク等の透過型の物体)が配置されている。入力面84で変調された入力光(入力画像)はフーリエ変換レンズ86でフーリエ変換され、ミラー3を介して反射型SLM5に入射する。このとき、入力光は、収束角度α、かつ、ビーム径cにて、反射型SLM5に入射する。反射型SLM5は、参照画像に基づいて作成されたフィルタパターンを表示しており、反射型SLM5に入射した入力画像を変調し出力する。出力光はミラー7で反射され仮想基準直線9に沿って伝搬し、フーリエ変換レンズ88でフーリエ変換されて出力面90に相関パターンを出力する。   The light source 81, the pinhole 83, the collimator lens 82, the input surface 84, the Fourier transform lens 86, the Fourier transform lens 88, the output surface 90, the mirror 3, and the mirror 7 are disposed on the virtual reference straight line 9. The distance between the input surface 84 and the Fourier transform lens 86 and the distance through the mirror 3 between the Fourier transform lens 86 and the element reflection surface 5c are the focal length (length f1) of the Fourier transform lens 86. Are set equal. The distance through the mirror 7 between the element reflecting surface 5c and the Fourier transform lens 88 and the distance between the Fourier transform lens 88 and the output surface 90 are the focal length (length f2) of the Fourier transform lens 88. Are set equal. The light source 81 is a laser, and emits linearly polarized light having a predetermined wavelength as readout light. The pinhole 83 and the collimating lens 82 convert the readout light into parallel light having a predetermined beam diameter. Accordingly, parallel light having a predetermined beam diameter is projected onto the input surface 84. A device that changes the light intensity and / or phase of the projected parallel light according to the input image (for example, a transmissive object such as a film or a mask that displays the input image) is disposed on the input surface 84. Yes. The input light (input image) modulated by the input surface 84 is Fourier transformed by the Fourier transform lens 86 and enters the reflective SLM 5 via the mirror 3. At this time, the input light is incident on the reflective SLM 5 at the convergence angle α and the beam diameter c. The reflective SLM 5 displays a filter pattern created based on the reference image, and modulates and outputs the input image incident on the reflective SLM 5. The output light is reflected by the mirror 7 and propagates along the virtual reference straight line 9, is Fourier transformed by the Fourier transform lens 88, and outputs a correlation pattern on the output surface 90.

空間光変調装置1では、反射型SLM5は、仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれた位置に配置されている。反射型SLM5の素子反射面5cは仮想基準直線9に平行に配置されている。すなわち、反射型SLM5は、φ3=0(図8)となるように、配置されている。ミラー3,7,反射型SLM5は、入力光ビームの収束角度αと所望の最大回折次数nとに対し、式(11)〜(16)、及び、(9)、(10)を満足するように、配置されている。   In the spatial light modulation device 1, the reflective SLM 5 is arranged at a position shifted from the virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9. The element reflection surface 5 c of the reflective SLM 5 is arranged in parallel to the virtual reference line 9. That is, the reflective SLM 5 is arranged so that φ3 = 0 (FIG. 8). The mirrors 3 and 7 and the reflective SLM 5 satisfy the expressions (11) to (16) and (9) and (10) with respect to the convergence angle α of the input light beam and the desired maximum diffraction order n. Is arranged.

光学処理装置80によれば、入力光学系Iから出力された入力光の全てがミラー3に入射し、ミラー3で反射した光の成分全てが反射型SLM5に入射し、反射型SLM5で変調された光のうち必要な成分(1〜n次回折光)の全てがミラー7で反射しフーリエ変換レンズ88にてフーリエ変換される。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高い反射型SLM5の利点を活かすことができる。   According to the optical processing device 80, all of the input light output from the input optical system I is incident on the mirror 3, and all components of the light reflected by the mirror 3 are incident on the reflective SLM 5, and are modulated by the reflective SLM 5. All necessary components (1st to n-th order diffracted light) of the reflected light are reflected by the mirror 7 and Fourier transformed by the Fourier transform lens 88. Therefore, the light utilization efficiency can be increased, and the advantages of the reflective SLM 5 having a high effective aperture ratio can be utilized.

また、入力光学系Iと出力光学系Oとが仮想基準直線9上に配置されており、入力光の光軸91と出力光の光軸92とが両方とも仮想基準直線9上に位置している。反射型SLM5は仮想基準直線9から垂直方向にずれた位置にある。また、光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面84、フーリエ変換レンズ86、フーリエ変換レンズ88、及び、出力面90は、全て、仮想基準直線9に対し、仮想基準直線9がこれらを直交して貫通する向きに配置されている。このように、入力光学系Iと出力光学系Oと反射型SLM5とは、単一の仮想基準直線9に対して、平行あるいは垂直な向きに配置されている。反射型SLM5の筐体は一般に直方体であるため、反射型SLM5と入力光学系と出力光学系との整合性が取りやすく、光学処理装置80全体をコンパクトに設計することが容易である。また、光学処理装置80全体を基板上に設ける際にも、単一の仮想基準直線9を基板上に設定すればよいため、機械加工も容易となる。したがって、光学系の設計及び組立が容易となる。   Further, the input optical system I and the output optical system O are disposed on the virtual reference line 9, and both the optical axis 91 of the input light and the optical axis 92 of the output light are positioned on the virtual reference line 9. Yes. The reflection type SLM 5 is at a position shifted from the virtual reference line 9 in the vertical direction. Further, the light source 81, the pinhole 83, the collimating lens 82, the input surface 84, the Fourier transform lens 86, the Fourier transform lens 88, and the output surface 90 are all the virtual reference straight line 9 with respect to the virtual reference straight line 9. It is arranged in a direction penetrating perpendicularly. As described above, the input optical system I, the output optical system O, and the reflective SLM 5 are arranged in a parallel or perpendicular direction with respect to the single virtual reference straight line 9. Since the housing of the reflective SLM 5 is generally a rectangular parallelepiped, the reflective SLM 5 is easily aligned with the input optical system and the output optical system, and the entire optical processing apparatus 80 can be easily designed in a compact manner. Further, when the entire optical processing apparatus 80 is provided on the substrate, the single virtual reference straight line 9 may be set on the substrate, so that machining is facilitated. This facilitates the design and assembly of the optical system.

反射型SLM5の素子反射面5cが仮想基準直線9に対して平行になるように配置されているため、仮想基準直線9に平行な線を素子反射面5cの位置の基準として利用することができ、光学系の設計、組立がより容易となっている。また、入力光学系Iと出力光学系Oとは反射型SLM5から分離されているため、入力光学系I及び出力光学系Oの光学調整は仮想基準直線9上で行えばよい。しかも、入力面84、フーリエ変換レンズ86、フーリエ変換レンズ88、及び、出力面90が仮想基準直線9に対し仮想基準直線9がこれらを直交して貫通する向きに配置されているため、仮想基準直線9に対する平行線と垂直線とを光学調整の際に利用することができる。したがって、光学調整も容易となる。   Since the element reflection surface 5c of the reflective SLM 5 is arranged so as to be parallel to the virtual reference line 9, a line parallel to the virtual reference line 9 can be used as a reference for the position of the element reflection surface 5c. The design and assembly of the optical system is easier. Further, since the input optical system I and the output optical system O are separated from the reflective SLM 5, the optical adjustment of the input optical system I and the output optical system O may be performed on the virtual reference line 9. In addition, since the input surface 84, the Fourier transform lens 86, the Fourier transform lens 88, and the output surface 90 are arranged in a direction in which the virtual reference straight line 9 passes through the virtual reference straight line 9 perpendicularly to the virtual reference straight line 9, Parallel lines and vertical lines with respect to the straight line 9 can be used for optical adjustment. Therefore, optical adjustment is also easy.

以下、図14を参照して、この光学調整について具体的に説明する。   Hereinafter, this optical adjustment will be specifically described with reference to FIG.

例えば、反射型SLM5の光軸方向の位置を変化させるために、反射型SLM5を実線で示す位置Iから破線で示す位置IIに移動させるとする。このとき、同時に、ミラー3とミラー7も仮想基準直線9に対して垂直な方向に実線で示す位置から破線で示す位置まで移動させる。反射型SLM5とミラー3、7の位置関係が、移動前(実線)においても移動後(破線)においても式(12)を満たし続ければ、入力光の光軸91と出力光の光軸92とは仮想基準直線9上に位置しつづける。ただし、a1、a2、b1、b2等の長さについては、予め調整用の余裕を考えて長めに設定してあり、移動後においても式(14)乃至(16)の不等式が満足され続けているとする。   For example, in order to change the position of the reflective SLM 5 in the optical axis direction, the reflective SLM 5 is moved from a position I indicated by a solid line to a position II indicated by a broken line. At the same time, the mirror 3 and the mirror 7 are also moved from a position indicated by a solid line to a position indicated by a broken line in a direction perpendicular to the virtual reference straight line 9. If the positional relationship between the reflective SLM 5 and the mirrors 3 and 7 continues to satisfy Expression (12) both before and after movement (solid line) and after movement (broken line), the optical axis 91 of the input light and the optical axis 92 of the output light Continues to be positioned on the virtual reference line 9. However, the lengths of a1, a2, b1, b2, etc. are set longer in consideration of the margin for adjustment in advance, and the inequalities of equations (14) to (16) continue to be satisfied even after movement. Suppose that

移動前の光路A−C−Bが形成する三角形ACBと移動後の光路A’−C’−B’が形成する三角形A’C’B’とは互いに相似である。線分ABの長さを長さL、点Cから線分ABに下ろした垂線が線分ABと交わる点を点Dとし、線分CDの長さを長さhとする。いま、三角形A’C’B’の辺の長さが、三角形ACBよりw倍大きいとする。すなわち、仮想基準直線9と反射型SLM5との距離が移動の前後でw倍大きくなったとする。   The triangle ACB formed by the optical path A-C-B before movement and the triangle A'C'B 'formed by the optical path A'-C'-B' after movement are similar to each other. Let the length of the line segment AB be the length L, the point where the perpendicular drawn from the point C to the line segment AB intersects the line segment AB is the point D, and the length of the line segment CD is the length h. Now, it is assumed that the side length of the triangle A′C′B ′ is w times larger than the triangle ACB. That is, it is assumed that the distance between the virtual reference straight line 9 and the reflective SLM 5 is increased by w times before and after the movement.

移動前のミラー3から反射型SLM5までの光路長はA’A+ACであり、移動後は長さA’C’である。長さA’Aは(w−1)h/tan(2φ1)、長さACはh/sin(2φ1)、長さA’C’はwACである。移動前後の光路長の変化dは、A’C’−(A’A+AC)で計算できるので、d=(w−1)htan(φ1)で表される。また、反射型SLM5およびミラー3、7の仮想基準直線9に対して垂直な方向への移動量をΔhとすると、Δh=(w−1)h=d/tan(φ1)となる。   The optical path length from the mirror 3 before the movement to the reflective SLM 5 is A′A + AC, and after the movement is the length A′C ′. The length A′A is (w−1) h / tan (2φ1), the length AC is h / sin (2φ1), and the length A′C ′ is wAC. Since the change d of the optical path length before and after the movement can be calculated by A′C ′ − (A′A + AC), it is expressed by d = (w−1) htan (φ1). When the movement amount of the reflection type SLM 5 and the mirrors 3 and 7 in the direction perpendicular to the virtual reference line 9 is Δh, Δh = (w−1) h = d / tan (φ1).

このように、光路長を調整するために行う反射型SLM5の位置調整は、反射型SLM5とミラー3、7を仮想基準直線9に対して垂直な方向に移動させることによって容易に実現でき、入力光学系I及び出力光学系Oの光学デバイスに関係する光軸91,92を移動させる必要がない。したがって、入力光学系I及び出力光学系Oの光学デバイスの光軸方向における位置調整と、反射型SLM5と2つのミラー3、7の光軸に垂直な方向における位置調整とを、互いに独立に行うことができる。   As described above, the position adjustment of the reflection type SLM 5 performed for adjusting the optical path length can be easily realized by moving the reflection type SLM 5 and the mirrors 3 and 7 in the direction perpendicular to the virtual reference straight line 9. It is not necessary to move the optical axes 91 and 92 related to the optical devices of the optical system I and the output optical system O. Therefore, the position adjustment in the optical axis direction of the optical devices of the input optical system I and the output optical system O and the position adjustment in the direction perpendicular to the optical axes of the reflective SLM 5 and the two mirrors 3 and 7 are performed independently of each other. be able to.

なお、光学処理装置80でも、φ3はゼロ(0)でなくても良い。すなわち、反射型SLM5の素子反射面5cは仮想基準直線9に対して平行でなくても良い。この場合には、ミラー3、7及び反射型SLM5を数式(11)〜(16)の代わりに、数式(1)〜(8)を満足するように、配置すれば良い。反射型SLM5と仮想基準直線9との成す角度φ3がゼロでなくても、図14を参照して説明したのと同様に、反射型SLM5とミラー3、7を仮想基準直線9に対して垂直な方向に移動させるだけで、光路長を調整することができる。   In the optical processing apparatus 80, φ3 may not be zero (0). That is, the element reflection surface 5 c of the reflective SLM 5 may not be parallel to the virtual reference line 9. In this case, the mirrors 3 and 7 and the reflective SLM 5 may be arranged so as to satisfy the equations (1) to (8) instead of the equations (11) to (16). Even if the angle φ3 formed by the reflective SLM 5 and the virtual reference straight line 9 is not zero, the reflective SLM 5 and the mirrors 3 and 7 are perpendicular to the virtual reference straight line 9 as described with reference to FIG. The optical path length can be adjusted simply by moving in any direction.

次に、第2の実施の形態にかかる空間光変調装置30について、図15を参照しながら説明する。   Next, a spatial light modulation device 30 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

空間光変調装置30は、ミラー3,7の代わりにプリズム32を備えている点を除き、第1の実施の形態にかかる空間光変調装置1と同一である。したがって、空間光変調装置30は、反射型SLM5とプリズム32とを備えている。なお、図15では、空間光変調装置1と同様の機能、構成を有する部材には同一の番号を付している。また、明瞭化を図るため、反射型SLM5のうちミラー層5bのみを図示し変調部5a及びアドレス部5dの図示を省略している。反射型SLM5は、例えば、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、位相変調モジュール6(図7)に内蔵されていてもよい。   The spatial light modulation device 30 is the same as the spatial light modulation device 1 according to the first embodiment except that a prism 32 is provided instead of the mirrors 3 and 7. Accordingly, the spatial light modulation device 30 includes the reflective SLM 5 and the prism 32. In FIG. 15, members having the same functions and configurations as those of the spatial light modulator 1 are denoted by the same reference numerals. For the sake of clarity, only the mirror layer 5b of the reflective SLM 5 is shown, and the modulation unit 5a and the address unit 5d are not shown. The reflective SLM 5 is, for example, the PAL-SLM described with reference to FIG. 7, and may be incorporated in the phase modulation module 6 (FIG. 7).

プリズム32は、断面が三角形状の3角柱である。3角柱を構成する3つの面S1,S2,S3(外表面)のうち2つの面S1,S2に反射率を高めるための処理が施されている。これら2つの面S1,S2が、それぞれ、入力側反射面M1と出力側反射面M2として機能する。プリズム32は、入力側反射面M1と出力側反射面M2とが仮想基準直線9上に位置し、残りの1つの面S3が仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれた位置に位置するように、配置されている。   The prism 32 is a triangular prism having a triangular cross section. Of the three surfaces S1, S2, and S3 (outer surface) constituting the triangular prism, two surfaces S1 and S2 are subjected to processing for increasing the reflectance. These two surfaces S1 and S2 function as an input side reflection surface M1 and an output side reflection surface M2, respectively. In the prism 32, the input-side reflection surface M 1 and the output-side reflection surface M 2 are positioned on the virtual reference line 9, and the remaining one surface S 3 is shifted from the virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9. It is arrange | positioned so that it may be located in the position.

入力側反射面M1は、仮想基準直線9に沿って入射する入力光を、反射型SLM5に反射する。反射型SLM5は、入力側反射面M1で反射された入力光を変調して反射する。出力側反射面M2は、反射型SLM5からの光を反射して、仮想基準直線9に沿って出力する。   The input-side reflecting surface M1 reflects input light incident along the virtual reference straight line 9 to the reflective SLM 5. The reflective SLM 5 modulates and reflects the input light reflected by the input side reflection surface M1. The output-side reflection surface M2 reflects the light from the reflective SLM 5 and outputs it along the virtual reference line 9.

入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとの配置関係は、入力側反射面M1の端点A2と出力側反射面M2の端点B1とが一致している点を除き、図8を参照して説明した第1の実施の形態における入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとの配置関係と同一である。   The arrangement relationship among the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c is the same as that shown in FIG. 10, except that the end point A2 of the input-side reflecting surface M1 and the end point B1 of the output-side reflecting surface M2 match. 8 is the same as the positional relationship among the input side reflection surface M1, the output side reflection surface M2, and the element reflection surface 5c in the first embodiment described with reference to FIG.

すなわち、図15に示すように、入力主光線11が入力側反射面M1に入射する点を点A、入力側反射面M1で反射した光の主光線が反射型SLM5に入射する点を点C、反射型SLM5で変調され素子反射面5cにて反射した光の主光線が出力側反射面M2に入射する点を点Bとする。点Aと点Bとを結ぶ直線A−Bは仮想基準直線9上に位置している。入力側反射面M1と仮想基準直線9との成す角度をφ1、出力側反射面M2と仮想基準直線9との成す角度をφ2、素子反射面5cと仮想基準直線9との成す角度をφ3と定義する。なお、φ1及びφ3は、図15において、仮想基準直線9から反時計方向に正の値を採る。φ2は、図15において、仮想基準直線9から時計方向に正の値を採る。φ1、φ2は、0°<φ1<90°、0°<φ2<90°を満足している。また、入力側反射面M1の両端の点A1、点A2に対して、線分A1−A2の長さをa、線分A−A1の長さをa1、線分A―A2の長さをa2とする。出力側反射面M2の両端の点B1、点B2に対して、線分B1―B2の長さをb、線分B―B1の長さをb1、線分B―B2の長さをb2とする。素子反射面5cの2つの端点C1、C2に対して、線分C1―C2の長さ(すなわち、反射型SLM5の有効口径)をc、線分C−C1の長さをc1、線分C−C2の長さをc2とする。さらに、点Cから線分A−Bへの垂線の足を点D、垂線C―Dの長さをh、線分A−Bの長さをLとする。   That is, as shown in FIG. 15, a point where the input chief ray 11 is incident on the input side reflecting surface M1 is a point A, and a point where the chief ray of the light reflected by the input side reflecting surface M1 is incident on the reflective SLM 5 is a point C. A point B is a point where a principal ray of light modulated by the reflective SLM 5 and reflected by the element reflection surface 5c is incident on the output-side reflection surface M2. A straight line AB connecting the point A and the point B is located on the virtual reference straight line 9. The angle formed between the input side reflection surface M1 and the virtual reference line 9 is φ1, the angle formed between the output side reflection surface M2 and the virtual reference line 9 is φ2, and the angle formed between the element reflection surface 5c and the virtual reference line 9 is φ3. Define. Note that φ1 and φ3 take positive values counterclockwise from the virtual reference line 9 in FIG. In FIG. 15, φ2 takes a positive value in the clockwise direction from the virtual reference straight line 9. φ1 and φ2 satisfy 0 ° <φ1 <90 ° and 0 ° <φ2 <90 °. In addition, with respect to the points A1 and A2 at both ends of the input side reflection surface M1, the length of the line segment A1-A2 is a, the length of the line segment A-A1 is a1, and the length of the line segment A-A2 is Let a2. The length of the line segment B1-B2 is b, the length of the line segment B-B1 is b1, and the length of the line segment B-B2 is b2 with respect to the points B1 and B2 at both ends of the output-side reflecting surface M2. To do. For the two end points C1 and C2 of the element reflecting surface 5c, the length of the line segment C1-C2 (that is, the effective aperture of the reflective SLM 5) is c, the length of the line segment C-C1 is c1, and the line segment C Let the length of -C2 be c2. Further, a perpendicular foot from the point C to the line segment AB is a point D, a length of the perpendicular line CD is h, and a length of the line segment AB is L.

本実施の形態でも、第1の実施の形態同様、読み出し光(入力光ビーム)は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線9に沿って、0からαの範囲の収束角度にて入射してくるとする。また、読み出し光(入力光ビーム)の反射型SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面5cの長さcに等しいとする。反射型SLM5で変調され素子反射面5cにて反射された読み出し光が反射型SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分(すなわち、空間光変調装置30から出力させたい所望の成分)が、0からβの範囲の発散角で、出力光ビームとして出射するとする。本実施の形態でも、入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとは、収束角度値αと所望の発散角度値βとに対し、式(1)〜(8)、もしくは、式(11)〜(16)の関係を満足している。例えば、所望の成分が1〜n次回折光である場合には、収束角度αと所望の回折次数nとに対して、式(1)〜(8)、もしくは、式(11)〜(16)、及び、式(9)、(10)の関係を満足している。   Also in this embodiment, as in the first embodiment, the readout light (input light beam) is incident along the virtual reference straight line 9 from the input optical system (not shown) at a convergence angle in the range of 0 to α. Suppose you come. Further, it is assumed that the beam diameter when the reading light (input light beam) is incident on the reflection type SLM 5 is equal to the length c of the element reflection surface 5c. The readout light modulated by the reflection type SLM 5 and reflected by the element reflection surface 5 c is emitted from the reflection type SLM 5. Of the readout light, a desired component (that is, a desired component desired to be output from the spatial light modulator 30) is emitted as an output light beam with a divergence angle in the range of 0 to β. Also in the present embodiment, the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c have the expressions (1) to (8) or the convergence angle value α and the desired divergence angle value β, or The relations of the expressions (11) to (16) are satisfied. For example, when the desired component is 1st to nth order diffracted light, the expressions (1) to (8) or the expressions (11) to (16) with respect to the convergence angle α and the desired diffraction order n. And the relations of the expressions (9) and (10) are satisfied.

したがって、本実施の形態の空間光変調装置30でも、第1の実施の形態の空間光変調装置1同様、入力主光線11と出力主光線17とが共に仮想基準直線9上に位置する。従って、入力光学系や出力光学系と組み合わせて光学系を作成する際、光学系全体の設計、組立、調整が容易となる。さらにφ3=0であれば、光学系全体の設計、組立、調整がよりいっそう容易となる。また、光学系全体をコンパクト化することができる。空間光変調装置30を複数個仮想基準直線9に沿って多段接続することもできる。プリズム32への入射光の全てが入力側反射面M1によって反射され、入力側反射面M1で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型SLM5に入射し、さらに反射型SLM5で変調された読みだし光の所望の成分全てがプリズム32の出力側反射面M2によって反射される。したがって、光の利用効率を高めることが可能になり、有効開口率の高い反射型SLM5の利点を活かすことができる。しかも、本実施の形態によれば、入力側反射面M1と出力側反射面M2とが単一のプリズム32に備えられているので、全体の部品点数が少なくなり、構成がさらに単純化されている。   Therefore, also in the spatial light modulation device 30 of the present embodiment, the input principal ray 11 and the output principal ray 17 are both located on the virtual reference straight line 9 as in the spatial light modulation device 1 of the first embodiment. Therefore, when an optical system is created in combination with an input optical system or an output optical system, the entire optical system can be easily designed, assembled, and adjusted. Furthermore, if φ3 = 0, the design, assembly, and adjustment of the entire optical system are further facilitated. In addition, the entire optical system can be made compact. A plurality of spatial light modulators 30 can be connected in multiple stages along the virtual reference line 9. All of the incident light on the prism 32 is reflected by the input-side reflecting surface M1, and all of the incident light reflected by the input-side reflecting surface M1 enters the reflective SLM 5 as readout light, and is further modulated by the reflective SLM 5. However, all the desired components of the readout light are reflected by the output-side reflecting surface M2 of the prism 32. Therefore, it is possible to increase the light utilization efficiency and take advantage of the reflective SLM 5 having a high effective aperture ratio. In addition, according to the present embodiment, since the input side reflection surface M1 and the output side reflection surface M2 are provided in the single prism 32, the total number of parts is reduced, and the configuration is further simplified. Yes.

次に、図16を参照しながら、空間光変調装置30を採用した光学処理装置60について説明する。   Next, an optical processing device 60 that employs the spatial light modulation device 30 will be described with reference to FIG.

光学処理装置60は波形成形を行うための装置である。光学処理装置60は、レーザ62、レンズ64、ピンホール66、コリメートレンズ68、空間光変調装置30、フーリエ変換レンズ70、及び、出力面72を有している。レーザ62、レンズ64、ピンホール66、コリメートレンズ68が入力光学系Iを構成している。なお、入力光学系Iは平行投光光学系Rとしても機能する。フーリエ変換レンズ70及び出力面72が出力光学系を構成している。空間光変調装置30は、プリズム32と反射型SLM5とを有している。反射型SLM5は、例えば、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、やはり図7を参照して説明した位相変調モジュール6に内蔵されている。但し、図16では、反射型SLM5のみを図示し、位相変調モジュール6の図示を省略している。   The optical processing device 60 is a device for performing waveform shaping. The optical processing device 60 includes a laser 62, a lens 64, a pinhole 66, a collimating lens 68, a spatial light modulation device 30, a Fourier transform lens 70, and an output surface 72. The laser 62, the lens 64, the pinhole 66, and the collimating lens 68 constitute the input optical system I. The input optical system I also functions as a parallel light projecting optical system R. The Fourier transform lens 70 and the output surface 72 constitute an output optical system. The spatial light modulator 30 includes a prism 32 and a reflective SLM 5. The reflective SLM 5 is, for example, the PAL-SLM described with reference to FIG. 7, and is also incorporated in the phase modulation module 6 described with reference to FIG. However, in FIG. 16, only the reflection type SLM 5 is shown, and the phase modulation module 6 is not shown.

レーザ62、レンズ64、ピンホール66、コリメートレンズ68、フーリエ変換レンズ70、及び、出力面72は、プリズム32とともに仮想基準直線9上に配置されている。反射型SLM5は、仮想基準直線9から垂直方向にずれた位置に配置されている。   The laser 62, the lens 64, the pinhole 66, the collimating lens 68, the Fourier transform lens 70, and the output surface 72 are disposed on the virtual reference line 9 together with the prism 32. The reflection type SLM 5 is arranged at a position shifted from the virtual reference straight line 9 in the vertical direction.

レーザ62は、所定の波長の直線偏光光を読み出し光として出射する。読み出し光の主光線は仮想基準直線9上を伝搬する。レンズ64、ピンホール66、及び、コリメートレンズ68は読み出し光を所定のビーム径の平行光に変換する。平行光は仮想基準直線9に沿って伝搬しプリズム32の入力側反射面M1に入射する。入力側反射面M1は、入射した平行光を反射型SLM5に向けて反射する。反射型SLM5には、読み出し光が収束角α(=0)、ビーム径cで入射する。反射型SLM5は、位相変調モジュール6(図7)に内蔵されており、図示しない制御部からLCD530(図7)に入力される信号によって、入射した読み出し光に対し所望の位相変調を行う。反射型SLM5は、位相変調した光をプリズム32に向けて反射する。出力側反射面M2で反射された位相変調光の主光線は仮想基準直線9に沿って伝搬する。フーリエ変換レンズ70は位相変調光をフーリエ変換し、波形成形された所望の波形パターンを出力面72に形成する。   The laser 62 emits linearly polarized light having a predetermined wavelength as readout light. The chief ray of the readout light propagates on the virtual reference line 9. The lens 64, the pinhole 66, and the collimating lens 68 convert the readout light into parallel light having a predetermined beam diameter. The parallel light propagates along the virtual reference line 9 and enters the input-side reflecting surface M1 of the prism 32. The input side reflection surface M1 reflects the incident parallel light toward the reflective SLM5. Reading light is incident on the reflective SLM 5 at a convergence angle α (= 0) and a beam diameter c. The reflective SLM 5 is built in the phase modulation module 6 (FIG. 7), and performs a desired phase modulation on the incident read light by a signal input to the LCD 530 (FIG. 7) from a control unit (not shown). The reflective SLM 5 reflects the phase-modulated light toward the prism 32. The principal ray of the phase-modulated light reflected by the output-side reflecting surface M2 propagates along the virtual reference straight line 9. The Fourier transform lens 70 performs a Fourier transform on the phase-modulated light, and forms a desired waveform pattern on the output surface 72.

空間光変調装置30では、プリズム32及び反射型SLM5は、収束角度αと所望の最大回折次数nとに対し、式(1)〜(8)あるいは式(11)〜(16)、及び、(9)、(10)を満足するように、配置されている。このため、入力光学系Iから出力された入力光の全てがプリズム32の入力側反射面M1に入射し、入力側反射面M1で反射した光の全てが反射型SLM5に入射し、反射型SLM5で変調された光のうち必要な成分(1〜n次回折光)の全てがプリズム32の出力側反射面M2で反射し、フーリエ変換レンズ70にてフーリエ変換される。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高い反射型SLM5の利点を活かすことができる。   In the spatial light modulator 30, the prism 32 and the reflective SLM 5 have the expressions (1) to (8) or the expressions (11) to (16) and (for the convergence angle α and the desired maximum diffraction order n. It arrange | positions so that 9) and (10) may be satisfied. For this reason, all of the input light output from the input optical system I is incident on the input-side reflection surface M1 of the prism 32, and all of the light reflected by the input-side reflection surface M1 is incident on the reflection-type SLM5. All of the necessary components (1st to n-th order diffracted light) modulated in (4) are reflected by the output-side reflecting surface M2 of the prism 32 and Fourier transformed by the Fourier transform lens 70. Therefore, the light utilization efficiency can be increased, and the advantages of the reflective SLM 5 having a high effective aperture ratio can be utilized.

光学処理装置60では、図13を参照して説明した第1の実施の形態における光学処理装置80と同様、入力光学系Iと出力光学系Oとが仮想基準直線9上に配置されており、入力光の光軸と出力光の光軸とが両方とも仮想基準直線9上に位置する。反射型SLM5が仮想基準直線9から垂直方向にずれた位置にある。レーザ62、レンズ64、ピンホール66、コリメートレンズ68、フーリエ変換レンズ70、出力面72が、全て、仮想基準直線9に対し、仮想基準直線9がこれらを直交して貫通する向きに配置されている。このため、光学処理装置80と同様、光学系の設計、組立、調整が容易で、また、光学系全体をコンパクトにすることができる。しかも、空間光変調装置30がプリズム32を採用しているため、全体の部品点数が少なくなり、構成がより単純になっている。   In the optical processing device 60, as in the optical processing device 80 in the first embodiment described with reference to FIG. 13, the input optical system I and the output optical system O are arranged on the virtual reference straight line 9, Both the optical axis of the input light and the optical axis of the output light are located on the virtual reference line 9. The reflection type SLM 5 is at a position shifted from the virtual reference straight line 9 in the vertical direction. The laser 62, the lens 64, the pinhole 66, the collimating lens 68, the Fourier transform lens 70, and the output surface 72 are all arranged in such a direction that the virtual reference straight line 9 passes through the virtual reference straight line 9 orthogonally. Yes. Therefore, like the optical processing apparatus 80, the design, assembly, and adjustment of the optical system are easy, and the entire optical system can be made compact. In addition, since the spatial light modulation device 30 employs the prism 32, the total number of parts is reduced and the configuration is simplified.

次に、図17を参照しながら、空間光変調装置30を採用した別の光学処理装置100について説明する。   Next, another optical processing apparatus 100 employing the spatial light modulation device 30 will be described with reference to FIG.

光学処理装置100は、第1の実施の形態の空間光変調装置1の代わりに空間光変調装置30を採用した点を除き、図13を参照して説明した第1の実施の形態の光学処理装置80と略同一である。すなわち、光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面84、及び、フーリエ変換レンズ86が入力光学系Iを構成する。このうち、光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82が平行光投光光学系Rを構成する。フーリエ変換レンズ88と出力面90とが出力光学系Oを構成する。入力面84とフーリエ変換レンズ86との間の距離と、フーリエ変換レンズ86と素子反射面5cとの間のプリズム32を介した距離とは、フーリエ変換レンズ86の焦点距離(長さf1)に等しく設定されている。素子反射面5cとフーリエ変換レンズ88との間のプリズム32を介した距離と、フーリエ変換レンズ88と出力面90との間の距離とは、フーリエ変換レンズ88の焦点距離(長さf2)に等しく設定されている。   The optical processing device 100 is the optical processing according to the first embodiment described with reference to FIG. 13 except that the spatial light modulation device 30 is employed instead of the spatial light modulation device 1 according to the first embodiment. It is substantially the same as the device 80. That is, the light source 81, the pinhole 83, the collimating lens 82, the input surface 84, and the Fourier transform lens 86 constitute the input optical system I. Among these, the light source 81, the pinhole 83, and the collimating lens 82 constitute a parallel light projecting optical system R. The Fourier transform lens 88 and the output surface 90 constitute the output optical system O. The distance between the input surface 84 and the Fourier transform lens 86 and the distance through the prism 32 between the Fourier transform lens 86 and the element reflection surface 5c are the focal length (length f1) of the Fourier transform lens 86. Are set equal. The distance through the prism 32 between the element reflection surface 5c and the Fourier transform lens 88 and the distance between the Fourier transform lens 88 and the output surface 90 are the focal length (length f2) of the Fourier transform lens 88. Are set equal.

読み出し光(入力光ビーム)は、フーリエ変換レンズ86でフーリエ変換され、プリズム32で反射されて、収束角αかつビーム径cにて反射型SLM5に入射する。かかる構成の光学処理装置100は、入力面84に表示される入力画像と反射型SLM5に表示される参照画像との相関演算を行う。反射型SLM5は、例えば、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、やはり図7を参照して説明した位相変調モジュール6に内蔵されている。但し、図17では、反射型SLM5のみを図示し、位相変調モジュール6の図示を省略している。   The readout light (input light beam) is Fourier transformed by the Fourier transform lens 86, reflected by the prism 32, and incident on the reflective SLM 5 at a convergence angle α and a beam diameter c. The optical processing apparatus 100 having such a configuration performs a correlation operation between the input image displayed on the input surface 84 and the reference image displayed on the reflective SLM 5. The reflective SLM 5 is, for example, the PAL-SLM described with reference to FIG. 7, and is also incorporated in the phase modulation module 6 described with reference to FIG. However, in FIG. 17, only the reflection type SLM 5 is illustrated, and the phase modulation module 6 is not illustrated.

空間光変調装置30では、プリズム32及び反射型SLM5は、収束角度αと所望の最大回折次数nとに対し、式(1)〜(8)あるいは式(11)〜(16)、及び、(9)、(10)を満足するように、配置されている。したがって、光学処理装置100によれば、光学処理装置80と同一の効果が得られ、しかも、空間光変調装置30がプリズム32を採用したことにより、全体の部品点数がより少なくなり構成がより単純化されている。   In the spatial light modulator 30, the prism 32 and the reflective SLM 5 have the expressions (1) to (8) or the expressions (11) to (16) and (for the convergence angle α and the desired maximum diffraction order n. It arrange | positions so that 9) and (10) may be satisfied. Therefore, according to the optical processing apparatus 100, the same effect as that of the optical processing apparatus 80 can be obtained. Moreover, since the spatial light modulation device 30 employs the prism 32, the total number of parts is further reduced and the configuration is simpler. It has become.

次に、図18を参照しながら、2つの空間光変調装置30を仮想基準直線9に沿ってカスケード状に2段接続した光学処理装置200について説明する。   Next, an optical processing apparatus 200 in which two spatial light modulators 30 are connected in two stages in a cascade manner along the virtual reference straight line 9 will be described with reference to FIG.

光学処理装置200は、図17を参照して説明した光学処理装置100同様、フーリエ変換レンズ86とフーリエ変換レンズ88との間に、空間光変調装置30(以下、第2の空間光変調装置30−2という)を備えている。光学処理装置200は、さらに、コリメートレンズ82とフーリエ変換レンズ86との間に、入力面84の代わりに、もう一つの空間光変調装置30(以下、第1の空間光変調装置30−1という)を備えている。第1の空間光変調装置30−1と第2の空間光変調装置30−2とは、共に、図15を参照して説明した空間光変調装置30と同一の構成を備えている。すなわち、第1の空間光変調装置30−1は、反射型SLM5(以下、第1の反射型SLM5−1という)とプリズム32(以下、第1のプリズム32−1という)とを備えている。反射型SLM5−1は仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれている。プリズム32−1の入力側反射面M1と出力側反射面M2とは仮想基準直線9上に配置されている。第2の空間光変調装置30−2は、反射型SLM5(以下、第2の反射型SLM5−2という)とプリズム32(以下、第2のプリズム32−2という)とを備えている。反射型SLM5−2は仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれており、プリズム32−2の入力側反射面M1と出力側反射面M2とは仮想基準直線9上に配置されている。   Similar to the optical processing device 100 described with reference to FIG. 17, the optical processing device 200 includes a spatial light modulation device 30 (hereinafter, a second spatial light modulation device 30) between the Fourier transform lens 86 and the Fourier transform lens 88. -2). The optical processing device 200 further includes another spatial light modulation device 30 (hereinafter referred to as a first spatial light modulation device 30-1) between the collimating lens 82 and the Fourier transform lens 86 instead of the input surface 84. ). Both the first spatial light modulator 30-1 and the second spatial light modulator 30-2 have the same configuration as the spatial light modulator 30 described with reference to FIG. That is, the first spatial light modulation device 30-1 includes a reflective SLM 5 (hereinafter referred to as a first reflective SLM 5-1) and a prism 32 (hereinafter referred to as a first prism 32-1). . The reflective SLM 5-1 is shifted from the virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9. The input-side reflecting surface M1 and the output-side reflecting surface M2 of the prism 32-1 are arranged on the virtual reference straight line 9. The second spatial light modulator 30-2 includes a reflective SLM 5 (hereinafter referred to as a second reflective SLM 5-2) and a prism 32 (hereinafter referred to as a second prism 32-2). The reflective SLM 5-2 is shifted from the virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9, and the input-side reflection surface M1 and the output-side reflection surface M2 of the prism 32-2 are on the virtual reference line 9. Has been placed.

光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、及び、第1の空間光変調装置30−1の反射型SLM5−1の素子反射面5cが入力光学系Iを構成している。このうち、光源81、ピンホール83、及び、コリメートレンズ82が平行投光光学系Rを構成している。フーリエ変換レンズ88と出力面90とが出力光学系Oを構成している。反射型SLM5−1の素子反射面5cとフーリエ変換レンズ86との間のプリズム32−1を介した距離と、フーリエ変換レンズ86と反射型SLM5−2の素子反射面5cとの間のプリズム32−2を介した距離とは、フーリエ変換レンズ86の焦点距離(長さf1)に等しく設定されている。反射型SLM5−2の素子反射面5cとフーリエ変換レンズ88との間のプリズム32−2を介した距離と、フーリエ変換レンズ88と出力面90との間の距離とは、フーリエ変換レンズ88の焦点距離(長さf2)に等しく設定されている。反射型SLM5−1,5−2は、共に、例えば、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、それぞれ、やはり図7を参照して説明した位相変調モジュール6に内蔵されている。なお、図18でも、明瞭化を図るため、反射型SLM5−1,5−2のみを図示し、位相変調モジュール6の図示を省略している。反射型SLM5−1は入力画像から作成したパターンを表示し、コリメートレンズ82からの平行光を位相変調して入力画像を出力する。反射型SLM5−2は参照画像に基づいて作成されたフィルタパターンを表示する。かかる構成の光学処理装置200は、光学処理装置100同様、入力画像と参照画像との相関演算を行う。 The light source 81, the pinhole 83, the collimating lens 82, and the element reflection surface 5c of the reflective SLM 5-1 of the first spatial light modulator 30-1 constitute the input optical system I. Among these, the light source 81, the pinhole 83, and the collimating lens 82 constitute a parallel light projecting optical system R. The Fourier transform lens 88 and the output surface 90 constitute an output optical system O. The distance through the prism 32-1 between the element reflection surface 5c of the reflection type SLM5-1 and the Fourier transform lens 86, and the prism 32 between the Fourier transform lens 86 and the element reflection surface 5c of the reflection type SLM5-2. The distance through -2 is set equal to the focal length (length f1) of the Fourier transform lens 86. The distance through the prism 32-2 between the element reflection surface 5c of the reflective SLM5-2 and the Fourier transform lens 88 and the distance between the Fourier transform lens 88 and the output surface 90 are the same as those of the Fourier transform lens 88. It is set equal to the focal length (length f2). Both the reflection type SLMs 5-1 and 5-2 are, for example, the PAL-SLMs described with reference to FIG. 7, and are each incorporated in the phase modulation module 6 described with reference to FIG. In FIG. 18, only the reflection type SLMs 5-1 and 5-2 are illustrated and the phase modulation module 6 is not illustrated for the sake of clarity. Reflective SLM5-1 displays the patterns created from the input image, and outputs the input image by phase modulating the collimated light from the collimating lens 82. The reflective SLM 5-2 displays a filter pattern created based on the reference image. Similar to the optical processing apparatus 100, the optical processing apparatus 200 having such a configuration performs a correlation operation between the input image and the reference image.

読み出し光は、コリメートレンズ82でコリメートされ、プリズム32−1で反射されて、ビーム径c、収束角α(=0)にて反射型SLM5−1に入射する。プリズム32−1及び反射型SLM5−1は、収束角α(=0)と所望の最大回折次数nとに対し、式(1)〜(8)あるいは式(11)〜(16)、及び、(9)、(10)を満足するように、配置されている。   The readout light is collimated by the collimating lens 82, reflected by the prism 32-1, and enters the reflective SLM 5-1 with a beam diameter c and a convergence angle α (= 0). The prism 32-1 and the reflective SLM 5-1 have the following expressions (1) to (8) or (11) to (16) for the convergence angle α (= 0) and the desired maximum diffraction order n. They are arranged so as to satisfy (9) and (10).

また、反射型SLM5−1から出射した1〜n次回折光は、フーリエ変換レンズ86でフーリエ変換され、プリズム32−2で反射されて、ビーム径c、収束角αにて反射型SLM5−2に入射する。プリズム32−2及び反射型SLM5−2は、収束角αと所望の最大回折次数nとに対し、式(1)〜(8)あるいは式(11)〜(16)、及び、(9)、(10)を満足するように、配置されている。   The 1st to nth order diffracted light emitted from the reflective SLM 5-1 is Fourier transformed by the Fourier transform lens 86, reflected by the prism 32-2, and reflected to the reflective SLM 5-2 with a beam diameter c and a convergence angle α. Incident. The prism 32-2 and the reflection type SLM 5-2 have the expressions (1) to (8) or the expressions (11) to (16) and (9) with respect to the convergence angle α and the desired maximum diffraction order n. It arrange | positions so that (10) may be satisfied.

したがって、光学処理装置200は、光学処理装置100と同一の効果を達成する他、第1の空間光変調装置30−1にて任意の入力画像を容易に生成することができる。2個の空間光変調装置30を多段で接続しても、コリメートレンズ82,フーリエ変換レンズ86,フーリエ変換レンズ88に関係する光軸が全て一直線の仮想基準直線9上に延びているため、光学系の設計、組立、調整が容易である。   Therefore, in addition to achieving the same effect as the optical processing device 100, the optical processing device 200 can easily generate an arbitrary input image by the first spatial light modulation device 30-1. Even if the two spatial light modulators 30 are connected in multiple stages, the optical axes related to the collimating lens 82, the Fourier transform lens 86, and the Fourier transform lens 88 all extend on a single virtual reference line 9, and thus optical. System design, assembly and adjustment are easy.

次に、図19を参照しながら、空間光変調装置30を採用した別の光学処理装置300について説明する。   Next, another optical processing device 300 employing the spatial light modulation device 30 will be described with reference to FIG.

光学処理装置300は、入力波面の歪みを補償して、均一な波面もしくは所望の位相分布を持つ波面を形成する波面補償光学系の一例である。光学処理装置300は、光計測光学系やレーザー加工光学系、光マニュピレーションなどで用いられるビーム制御光学系などと組み合わされ、それらの収差を除去するために用いられる。   The optical processing device 300 is an example of a wavefront compensation optical system that forms a wavefront having a uniform wavefront or a desired phase distribution by compensating for distortion of an input wavefront. The optical processing device 300 is used in combination with a beam control optical system used in an optical measurement optical system, a laser processing optical system, an optical manipulation, and the like, and removes these aberrations.

光学処理装置300は、光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面302、レンズ304とレンズ306とからなるリレーレンズ系、空間光変調装置30、レンズ308とレンズ310とからなるリレーレンズ系、ビームサンプラー312、波面センサ314、制御装置316、及び、出力面318を有している。空間光変調装置30は、反射型SLM5およびプリズム32を有している。この例では、反射型SLM5は、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、やはり図7を参照して説明した位相変調モジュール6に内蔵されている。なお、図19でも、明瞭化を図るため、位相変調モジュール6の内部の構成要素のうち反射型SLM5のみ図示し他の構成要素の図示は省略している。   The optical processing device 300 includes a light source 81, a pinhole 83, a collimating lens 82, an input surface 302, a relay lens system including a lens 304 and a lens 306, and a spatial light modulation device 30, a relay lens system including a lens 308 and a lens 310. , A beam sampler 312, a wavefront sensor 314, a control device 316, and an output surface 318. The spatial light modulation device 30 includes a reflective SLM 5 and a prism 32. In this example, the reflective SLM 5 is the PAL-SLM described with reference to FIG. 7 and is also incorporated in the phase modulation module 6 described with reference to FIG. In FIG. 19, only the reflective SLM 5 is shown in the components inside the phase modulation module 6 and other components are not shown for the sake of clarity.

光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面302、レンズ304、及び、レンズ306は、入力光学系Iを構成している。このうち、光源81、ピンホール83、及び、コリメートレンズ82は平行光投光学系Rを構成している。レンズ308、レンズ310、ビームサンプラー312、及び、出力面318は、出力光学系Oを構成している。光源81、ピンホール83、コリメートレンズ82、入力面302、レンズ304、レンズ306、プリズム32、レンズ308、310、ビームサンプラー312、及び、出力面318は、仮想基準直線9上に配置されている。なお、ビームサンプラー312は、仮想基準直線9に対して斜め45度の向きに配置されたハーフミラーからなる。反射型SLM5及び制御装置316は、仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれた位置に設けられている。入力面302、出力面318、反射型SLM5、及び、波面センサ314は、レンズ304,306,308,310によって結像関係に保たれている。なお、この例では、レンズ304とレンズ306とからなるリレーレンズ系、及び、レンズ308とレンズ310とからなるリレーレンズ系は、像をそのままの大きさで伝達する。   The light source 81, the pinhole 83, the collimating lens 82, the input surface 302, the lens 304, and the lens 306 constitute an input optical system I. Among these, the light source 81, the pinhole 83, and the collimating lens 82 constitute a parallel light projecting optical system R. The lens 308, the lens 310, the beam sampler 312, and the output surface 318 constitute an output optical system O. The light source 81, the pinhole 83, the collimating lens 82, the input surface 302, the lens 304, the lens 306, the prism 32, the lenses 308 and 310, the beam sampler 312, and the output surface 318 are arranged on the virtual reference line 9. . The beam sampler 312 is a half mirror disposed at an angle of 45 degrees with respect to the virtual reference line 9. The reflective SLM 5 and the control device 316 are provided at positions shifted from the virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9. The input surface 302, the output surface 318, the reflective SLM 5, and the wavefront sensor 314 are maintained in an imaging relationship by lenses 304, 306, 308, and 310. In this example, the relay lens system including the lens 304 and the lens 306 and the relay lens system including the lens 308 and the lens 310 transmit the image as it is.

光源81はレーザであって所定の波長の直線偏光光(読み出し光)を出射し、ピンホール83及びコリメートレンズ82は、読み出し光を所定のビーム径の略平行光に変換する。この略平行光が、図示しない、計測対象物体、大気など、波面を歪ませる要因となる光学媒質を経て、入力面302に入射する。入力面302に入射した光ビームは、光学媒質による歪みを有している。この光ビームは、レンズ304とレンズ306とを透過して、プリズム32によって反射されて、反射型SLM5に結像する。反射型SLM5で位相変調され反射された光は、プリズム32にて反射され、レンズ308、レンズ310を透過して出力面318上に結像する。ここで、レンズ310を透過した光の一部は、レンズ310の後方に配置されたビームサンプラー312によってサンプルされ、波面センサ314に入射する。波面センサ314は、入射したビーム波面の歪みを計測し、制御装置316を介して、位相変調モジュール6内のLCD530(図7)にその歪みを補正する信号をフィードバックし、波面補償を行う。出力面318の後には、図示しない集光光学系が配置されており、センサもしくは加工対象物、もしくはマニュピレーション対象物などに光を照射する。   The light source 81 is a laser and emits linearly polarized light (reading light) having a predetermined wavelength, and the pinhole 83 and the collimating lens 82 convert the reading light into substantially parallel light having a predetermined beam diameter. The substantially parallel light is incident on the input surface 302 via an optical medium (not shown) such as a measurement target object or the atmosphere that causes the wavefront to be distorted. The light beam incident on the input surface 302 has distortion due to the optical medium. The light beam passes through the lens 304 and the lens 306, is reflected by the prism 32, and forms an image on the reflective SLM 5. The light that is phase-modulated and reflected by the reflective SLM 5 is reflected by the prism 32, passes through the lens 308 and the lens 310, and forms an image on the output surface 318. Here, a part of the light transmitted through the lens 310 is sampled by the beam sampler 312 disposed behind the lens 310 and enters the wavefront sensor 314. The wavefront sensor 314 measures the distortion of the incident beam wavefront, feeds back a signal for correcting the distortion to the LCD 530 (FIG. 7) in the phase modulation module 6 via the control device 316, and performs wavefront compensation. A condensing optical system (not shown) is disposed after the output surface 318, and irradiates light to a sensor, a processing object, a manipulation object, or the like.

空間光変調装置30では、プリズム32及び反射型SLM5は、式(1)〜(8)あるいは式(11)〜(16)、及び、式(9)、(10)を満足するように、配置されている。ここで、これらの式中、αは反射型SLM5で補償可能な最大歪み量より大きな値に設定されている。また、βは許容残差より大きな値に設定されている。   In the spatial light modulator 30, the prism 32 and the reflective SLM 5 are arranged so as to satisfy the expressions (1) to (8) or the expressions (11) to (16) and the expressions (9) and (10). Has been. Here, in these equations, α is set to a value larger than the maximum distortion amount that can be compensated by the reflective SLM 5. Β is set to a value larger than the allowable residual.

したがって、入力光学系Iから出力された入力光のうちSLM5で補償可能な成分の全てがプリズム32の入力側反射面M1に入射し、入力側反射面M1で反射した光の全てが反射型SLM5に入射して反射型SLM5で変調(補償)され、反射型SLM5で変調された光のうち許容できる成分の全てがプリズム32の出力側反射面M2で反射し出力光学系Oに導かれる。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高い反射型SLM5の利点を活かすことができる。   Therefore, all the components that can be compensated by the SLM 5 in the input light output from the input optical system I are incident on the input-side reflecting surface M1 of the prism 32, and all the light reflected by the input-side reflecting surface M1 is reflected-type SLM 5. Then, all of the allowable components of the light modulated by the reflective SLM 5 and modulated by the reflective SLM 5 are reflected by the output-side reflective surface M 2 of the prism 32 and guided to the output optical system O. Therefore, the light utilization efficiency can be increased, and the advantages of the reflective SLM 5 having a high effective aperture ratio can be utilized.

また、ビームサンプラー312にて光路を垂直に折り曲げることができるため、光学系の設計が簡単になる。さらに、光路が斜めではなく、仮想基準直線9に対して平行あるいは垂直な方向に伸びているため、一般に直方体である位相変調モジュール6の筐体や波面センサ314の筐体との整合性が取りやすく、光学処理装置300全体をコンパクト化することが容易である。しかも、プリズム32を利用しているため、全体の部品点数が少なくなり構成がよりコンパクト化できる。   Further, since the optical path can be bent vertically by the beam sampler 312, the design of the optical system is simplified. Furthermore, since the optical path is not diagonal but extends in a direction parallel or perpendicular to the virtual reference straight line 9, consistency with the casing of the phase modulation module 6 and the wavefront sensor 314, which are generally rectangular parallelepipeds, is secured. It is easy to make the entire optical processing apparatus 300 compact. In addition, since the prism 32 is used, the total number of parts is reduced and the configuration can be made more compact.

また、入力面302から出力面318までの光路が仮想基準直線9上に配置されており、この光路上に空間光変調装置30が挿入されている。このため、既述の光学処理装置60,100,200と同様に光学調整が容易となる。なお、光学調整を行う際には、空間光変調装置30以外の光学部品を光学調整した後、空間光変調装置30を挿入し調整すればよい。   An optical path from the input surface 302 to the output surface 318 is arranged on the virtual reference straight line 9, and the spatial light modulator 30 is inserted on this optical path. For this reason, optical adjustment becomes easy as in the optical processing apparatuses 60, 100, and 200 described above. When performing the optical adjustment, the optical components other than the spatial light modulator 30 may be optically adjusted, and then the spatial light modulator 30 may be inserted and adjusted.

なお、光学処理装置300は、空間光変調装置30を備え波面補償を実現するのであれば、図19を参照して説明した構成でなくてもよい。例えば、光源81としては、レーザーでもよいが、空間コヒーレンスが高く点光源とみなせれば、レーザーでなくてもよい。また、ビームサンプラー312は、レンズ310の後方に配置しなくても良い。ビームサンプラー312は、出力側反射面M2の後側で、かつ、出力面318の前側の任意の位置に配置することができる。また、反射型SLM5と波面センサ314との間に、レンズ308とレンズ310とからなるリレーレンズ系の代わりに、像の拡大機能を有する拡大リレーレンズ系や、像の縮小機能を有する縮小リレーレンズ系、波長毎に光を分離する機能を有するダイクロイックミラー等、任意の機能を有する機能光学系を挿入しても良い。また、反射型SLM5と波面センサ314とは、結像関係に無くても良い。   Note that the optical processing device 300 does not have to have the configuration described with reference to FIG. 19 as long as it includes the spatial light modulation device 30 and realizes wavefront compensation. For example, the light source 81 may be a laser, but may not be a laser as long as the spatial coherence is high and can be regarded as a point light source. Further, the beam sampler 312 may not be disposed behind the lens 310. The beam sampler 312 can be disposed at an arbitrary position on the rear side of the output side reflection surface M2 and on the front side of the output surface 318. Further, instead of the relay lens system comprising the lens 308 and the lens 310 between the reflective SLM 5 and the wavefront sensor 314, an enlargement relay lens system having an image enlargement function, or a reduction relay lens having an image reduction function A functional optical system having an arbitrary function, such as a dichroic mirror having a function of separating light for each system and wavelength, may be inserted. Further, the reflection type SLM 5 and the wavefront sensor 314 may not be in an imaging relationship.

次に、第3の実施の形態にかかる空間光変調装置40について、図20を参照しながら説明する。   Next, a spatial light modulation device 40 according to the third embodiment will be described with reference to FIG.

空間光変調装置40は、プリズム32の代わりにプリズム42を採用した点を除き、第2の実施の形態にかかる空間光変調装置30と同一である。したがって、空間光変調装置40は、反射型SLM5とプリズム42とを備えている。なお、図20では、第2の実施の形態にかかる空間光変調装置30と同様の機能、構成を有する部材には同一の番号を付している。また、明瞭化を図るため、反射型SLM5のうちミラー層5bのみを図示し変調部5a及びアドレス部5dの図示を省略している。反射型SLM5は、例えば、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、位相変調モジュール6(図7)に内蔵されていてもよい。   The spatial light modulation device 40 is the same as the spatial light modulation device 30 according to the second embodiment except that a prism 42 is employed instead of the prism 32. Therefore, the spatial light modulation device 40 includes a reflective SLM 5 and a prism 42. In FIG. 20, members having the same functions and configurations as those of the spatial light modulation device 30 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals. For the sake of clarity, only the mirror layer 5b of the reflective SLM 5 is shown, and the modulation unit 5a and the address unit 5d are not shown. The reflective SLM 5 is, for example, the PAL-SLM described with reference to FIG. 7, and may be incorporated in the phase modulation module 6 (FIG. 7).

プリズム42は、断面が台形状の4角柱である。より詳しくは、プリズム42は、プリズム32の三角形断面の頂点部分を切り落として形成した台形断面を持つ。4角柱を構成する4つの面S1,S2,S3,S4(外表面)のうち台形断面の斜辺に対応する2つの斜面S1,S2に反射率を高めるための処理が施されている。このため、S1、S2は入力側反射面M1と出力側反射面M2として機能する。プリズム42は、入力側反射面M1と出力側反射面M2とが仮想基準直線9上に位置し、台形断面の下底及び上底に対応する残りの2つの面(底面S3,上面S4)が仮想基準直線9を挟むように、配置されている。   The prism 42 is a quadrangular prism having a trapezoidal cross section. More specifically, the prism 42 has a trapezoidal cross section formed by cutting off the apex portion of the triangular cross section of the prism 32. Of the four surfaces S1, S2, S3, and S4 (outer surface) constituting the quadrangular prism, two slopes S1 and S2 corresponding to the hypotenuse of the trapezoidal cross section are subjected to processing for increasing the reflectance. For this reason, S1 and S2 function as the input side reflection surface M1 and the output side reflection surface M2. In the prism 42, the input-side reflecting surface M1 and the output-side reflecting surface M2 are located on the virtual reference straight line 9, and the remaining two surfaces (bottom surface S3, upper surface S4) corresponding to the lower and upper bases of the trapezoidal cross section are formed. It arrange | positions so that the virtual reference straight line 9 may be pinched | interposed.

入力側反射面M1は、仮想基準直線9に沿って入射する入力光を、反射型SLM5へ反射する。反射型SLM5は、入力側反射面M1で反射した入力光を変調して反射する。出力側反射面M2は、反射型SLM5からの光を反射して、仮想基準直線9に沿って出力する。   The input-side reflection surface M1 reflects input light incident along the virtual reference straight line 9 to the reflective SLM 5. The reflective SLM 5 modulates and reflects the input light reflected by the input side reflection surface M1. The output-side reflection surface M2 reflects the light from the reflective SLM 5 and outputs it along the virtual reference line 9.

本実施の形態でも、第2の実施の形態同様、読み出し光(入力光ビーム)は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線9に沿って、0からαの範囲の収束角度にて入射してくるとする。また、読み出し光(入力光ビーム)の反射型SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面5cの長さcに等しいとする。反射型SLM5で変調され素子反射面5cにて反射された読み出し光が反射型SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分(すなわち、空間光変調装置40から出力させたい所望の成分)が、0からβの範囲の発散角で、出力光ビームとして出射するとする。ここで、入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとの配置関係は、入力側反射面M1の端点A2と出力側反射面M2の端点B1とが離間している点を除き、第2の実施の形態のプリズム32と同一である。すなわち、入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとは、収束角度値αと所望の値βとに対し、式(1)〜(8)、もしくは、式(11)〜(16)の関係を満足している。例えば、1〜n次回折光を出力したい場合には、収束角度値αと所望の回折次数nとに対して、式(1)〜(8)、もしくは、式(11)〜(16)、及び、式(9)、(10)の関係を満足している。   Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the readout light (input light beam) is incident at a convergence angle in the range of 0 to α along the virtual reference straight line 9 from an input optical system (not shown). Suppose you come. Further, it is assumed that the beam diameter when the reading light (input light beam) is incident on the reflection type SLM 5 is equal to the length c of the element reflection surface 5c. The readout light modulated by the reflection type SLM 5 and reflected by the element reflection surface 5 c is emitted from the reflection type SLM 5. Of this readout light, a desired component (that is, a desired component desired to be output from the spatial light modulator 40) is emitted as an output light beam with a divergence angle in the range of 0 to β. Here, the arrangement relationship among the input side reflection surface M1, the output side reflection surface M2, and the element reflection surface 5c is that the end point A2 of the input side reflection surface M1 and the end point B1 of the output side reflection surface M2 are separated from each other. Except for this, it is the same as the prism 32 of the second embodiment. In other words, the input-side reflection surface M1, the output-side reflection surface M2, and the element reflection surface 5c have the expressions (1) to (8) or the expressions (11) to (11) with respect to the convergence angle value α and the desired value β. The relationship of (16) is satisfied. For example, when it is desired to output 1st to nth order diffracted light, the expressions (1) to (8), or the expressions (11) to (16), and the convergence angle value α and the desired diffraction order n, and , Expressions (9) and (10) are satisfied.

したがって、本実施の形態の空間光変調装置40は、第2の実施の形態の空間光変調装置30や第1の実施の形態の空間光変調装置1と同様の効果を奏する。したがって、図16−19を参照して説明した光学処理装置60,100,200,300において、空間光変調装置30の代わりに空間光変調装置40を設けてもよい。また、図13を参照して説明した光学処理装置80において、空間光変調装置1の代わりに空間光変調装置40を設けてもよい。   Therefore, the spatial light modulation device 40 of the present embodiment has the same effects as the spatial light modulation device 30 of the second embodiment and the spatial light modulation device 1 of the first embodiment. Therefore, the spatial light modulator 40 may be provided in place of the spatial light modulator 30 in the optical processing devices 60, 100, 200, and 300 described with reference to FIGS. In the optical processing device 80 described with reference to FIG. 13, the spatial light modulation device 40 may be provided instead of the spatial light modulation device 1.

なお、入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとが式(11)〜(16)の関係を満足している場合には、素子反射面5cとプリズム42の面S3、S4とは、仮想基準直線9に平行に配置される。この場合には、空間光変調装置40は、上述した入力側反射面M1と出力側反射面M2とを介した斜め読み出しの他、垂直読み出しをも行うことができる。すなわち、矢印Vに示すように、光を、プリズム42の底面S3に対して垂直に入射させる。すると、光はプリズム42内を透過し上面S4から垂直に出射し反射型SLM5に垂直に入射する。反射型SLM5で変調され反射された光はプリズム42の上面S4に再び垂直に入射しプリズム42内を再び透過し底面S3から垂直に出射する。このとき、入射光及び出射光はプリズム42の底面S3及び上面S4に対して垂直に進むため、プリズム42の底面S3及び上面S4にて反射されることなく効率よくプリズム42を透過する。   When the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c satisfy the relationships of the expressions (11) to (16), the element reflecting surface 5c and the surface S3 of the prism 42, S4 is arranged in parallel to the virtual reference line 9. In this case, the spatial light modulation device 40 can perform vertical reading in addition to the oblique reading via the input-side reflection surface M1 and the output-side reflection surface M2. That is, as indicated by the arrow V, light is incident perpendicularly to the bottom surface S3 of the prism 42. Then, the light passes through the prism 42, exits vertically from the upper surface S 4, and enters the reflective SLM 5 perpendicularly. The light modulated and reflected by the reflection type SLM 5 is incident on the upper surface S4 of the prism 42 perpendicularly, passes through the prism 42 again, and exits from the bottom surface S3 vertically. At this time, since the incident light and the outgoing light travel perpendicularly to the bottom surface S3 and the top surface S4 of the prism 42, they are efficiently transmitted through the prism 42 without being reflected by the bottom surface S3 and the top surface S4.

次に、第4の実施の形態にかかる空間光変調装置50、及び、空間光変調装置50に使用されるカップリングプリズム52について、図21を参照しながら説明する。   Next, a spatial light modulation device 50 according to a fourth embodiment and a coupling prism 52 used in the spatial light modulation device 50 will be described with reference to FIG.

空間光変調装置50は、プリズム32の代わりにカップリングプリズム52を採用した点、及び、カップリングプリズム52を反射型SLM5に接合した点を除き、図15を参照して説明した第2の実施の形態にかかる空間光変調装置30と同一である。したがって、空間光変調装置50は、反射型SLM5と反射型SLM5に接合されたカップリングプリズム52とを備えている。図21においては、第2の実施の形態にかかる空間光変調装置30と同様の機能、構成を有する部材には同一の番号を付している。反射型SLM5は、例えば、図7を参照して説明したPAL−SLMであり、位相変調モジュール6(図7)に内蔵されていてもよい。   The spatial light modulator 50 is the second embodiment described with reference to FIG. 15 except that a coupling prism 52 is used instead of the prism 32 and the coupling prism 52 is joined to the reflective SLM 5. This is the same as the spatial light modulation device 30 according to the embodiment. Accordingly, the spatial light modulation device 50 includes a reflective SLM 5 and a coupling prism 52 joined to the reflective SLM 5. In FIG. 21, members having the same functions and configurations as those of the spatial light modulation device 30 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals. The reflective SLM 5 is, for example, the PAL-SLM described with reference to FIG. 7, and may be incorporated in the phase modulation module 6 (FIG. 7).

カップリングプリズム52は5角柱形状のプリズムである。カップリングプリズム52は、5つの面54、55,56,57,58を備えている。面54は面58に対向している。面54と面58とは互いに平行に延びている。面56は面55と面57とに対向している。面54と面56とのなす角度(内角)は90゜である。面56と面58とのなす角度(内角)も90゜である。面54と面55とのなす角度(内角)は90゜−φ1である。面57と面58とのなす角度(内角)は90゜−φ2である。面55と面57とのなす角度(内角)は180゜+(φ1+φ2)である。ここで、φ1及びφ2は、0°<(90゜−φ1)<90°、0°<(90゜−φ2)<90°、及び、180°<{180゜+(φ1+φ2)}<360°を満足している。面56は反射型SLM5の変調部5aの外側表面と接合されている。例えば、反射型SLM5が図7を参照して説明したPAL−SLMである場合には、面56は反射型SLM5の透明基板502に接合されている。素子反射面5cは、面56に対して平行に延びている。   The coupling prism 52 is a pentagonal prism. The coupling prism 52 has five surfaces 54, 55, 56, 57 and 58. The surface 54 faces the surface 58. The surface 54 and the surface 58 extend parallel to each other. The surface 56 faces the surface 55 and the surface 57. The angle (inner angle) formed by the surface 54 and the surface 56 is 90 °. The angle (inner angle) formed by the surface 56 and the surface 58 is also 90 °. The angle (inner angle) formed by the surface 54 and the surface 55 is 90 ° −φ1. The angle (inner angle) formed by the surface 57 and the surface 58 is 90 ° −φ2. The angle (inner angle) formed by the surface 55 and the surface 57 is 180 ° + (φ1 + φ2). Here, φ1 and φ2 are 0 ° <(90 ° −φ1) <90 °, 0 ° <(90 ° −φ2) <90 °, and 180 ° <{180 ° + (φ1 + φ2)} <360 °. Is satisfied. The surface 56 is bonded to the outer surface of the modulation unit 5a of the reflective SLM 5. For example, when the reflective SLM 5 is the PAL-SLM described with reference to FIG. 7, the surface 56 is bonded to the transparent substrate 502 of the reflective SLM 5. The element reflection surface 5 c extends parallel to the surface 56.

カップリングプリズム52は、仮想基準直線9に対して図21に示す向きに配置されている。すなわち、仮想基準直線9が面54と面58とを貫通している。面54と面58とは仮想基準直線9に対して垂直に伸びている。面56は仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれた位置において仮想基準直線9に対して平行に延びている。したがって、素子反射面5cも、仮想基準直線9から仮想基準直線9に対して垂直な方向にずれた位置において仮想基準直線9に対して平行に延びている。面55は仮想基準直線9に対して斜めに延びている。面57も仮想基準直線9に対して斜めに延びている。すなわち、面55は仮想基準直線9に対して角度φ1をなす方向に延びている。面57は仮想基準直線9に対して角度φ2をなす方向に延びている。なお、φ1は、図21において、仮想基準直線9から反時計方向に正の値を採る。また、φ2は、図21において、仮想基準直線9から時計方向に正の値を採る。φ1、φ2は、0°<φ1<90°、0°<φ2<90°を満足している。なお、本実施の形態では、角度φ1と角度φ2とは、カップリングプリズム52を構成する材料の屈折率mに対して全反射の条件を満たす値となっている。   The coupling prism 52 is arranged in the direction shown in FIG. 21 with respect to the virtual reference straight line 9. That is, the virtual reference straight line 9 passes through the surface 54 and the surface 58. The surface 54 and the surface 58 extend perpendicular to the virtual reference straight line 9. The surface 56 extends parallel to the virtual reference line 9 at a position shifted from the virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9. Therefore, the element reflection surface 5 c also extends parallel to the virtual reference line 9 at a position shifted from the virtual reference line 9 in a direction perpendicular to the virtual reference line 9. The surface 55 extends obliquely with respect to the virtual reference straight line 9. The surface 57 also extends obliquely with respect to the virtual reference straight line 9. That is, the surface 55 extends in a direction that forms an angle φ1 with respect to the virtual reference straight line 9. The surface 57 extends in a direction that forms an angle φ2 with respect to the virtual reference straight line 9. Note that φ1 takes a positive value counterclockwise from the virtual reference line 9 in FIG. Further, φ2 takes a positive value in the clockwise direction from the virtual reference straight line 9 in FIG. φ1 and φ2 satisfy 0 ° <φ1 <90 ° and 0 ° <φ2 <90 °. In the present embodiment, the angle φ1 and the angle φ2 are values satisfying the condition of total reflection with respect to the refractive index m of the material constituting the coupling prism 52.

面54は入力側透過面P1として機能し、面56は接合透過面P2として機能し、面58は出力側透過面P3として機能する。面55の内側表面は入力側反射面M1として機能し、面57の内側表面は出力側反射面M2として機能する。   The surface 54 functions as the input side transmission surface P1, the surface 56 functions as the bonding transmission surface P2, and the surface 58 functions as the output side transmission surface P3. The inner surface of the surface 55 functions as the input side reflecting surface M1, and the inner surface of the surface 57 functions as the output side reflecting surface M2.

すなわち、仮想基準直線9に沿って伝搬してきた読み出し光は、入力側透過面P1を透過してカップリングプリズム52内部に導かれる。読み出し光は、カップリングプリズム52内部を伝搬して入力側反射面M1にて全反射され、カップリングプリズム52内部をさらに伝搬して、接合透過面P2を透過して反射型SLM5に到達する。変調部5aで変調され素子反射面5cにて反射された読み出し光は接合透過面P2を再び透過して、カップリングプリズム52内部へ導かれる。読み出し光は、カップリングプリズム52内部を伝搬して出力側反射面M2にて全反射され、カップリングプリズム52内部をさらに伝搬して、出力側透過面P3を透過してカップリングプリズム52から出力され、仮想基準直線9に沿って伝搬する。   That is, the readout light propagating along the virtual reference straight line 9 passes through the input side transmission surface P <b> 1 and is guided into the coupling prism 52. The readout light propagates through the coupling prism 52 and is totally reflected by the input-side reflection surface M1, further propagates through the coupling prism 52, passes through the cemented transmission surface P2, and reaches the reflection type SLM5. The readout light modulated by the modulation unit 5 a and reflected by the element reflection surface 5 c is transmitted again through the bonding transmission surface P <b> 2 and guided into the coupling prism 52. The readout light propagates through the coupling prism 52 and is totally reflected by the output-side reflecting surface M2, further propagates through the coupling prism 52, passes through the output-side transmitting surface P3, and is output from the coupling prism 52. And propagates along the virtual reference line 9.

本実施の形態でも、図15を参照して説明した第2の実施の形態のプリズム32と同様、入力側反射面M1の端点A2と出力側反射面M2の端点B1とが一致している。すなわち、入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとの配置関係は、入力側反射面M1の端点A2と出力側反射面M2の端点B1とが一致している点を除き、図8を参照して説明した第1の実施の形態における入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとの配置関係と同一である。   Also in the present embodiment, the end point A2 of the input side reflection surface M1 and the end point B1 of the output side reflection surface M2 coincide with each other as in the prism 32 of the second embodiment described with reference to FIG. In other words, the arrangement relationship among the input side reflection surface M1, the output side reflection surface M2, and the element reflection surface 5c is that the end point A2 of the input side reflection surface M1 and the end point B1 of the output side reflection surface M2 are coincident. The arrangement relationship between the input side reflection surface M1, the output side reflection surface M2, and the element reflection surface 5c in the first embodiment described with reference to FIG. 8 is the same.

すなわち、図21に示すように、入力主光線11が入力側反射面M1に入射する点を点A、入力側反射面M1で反射した光の主光線が反射型SLM5に入射する点を点C、反射型SLM5で変調され素子反射面5cにて反射した光の主光線が出力側反射面M2に入射する点を点Bとする。点Aと点Bとを結ぶ直線A−Bは仮想基準直線9上に位置している。入力側反射面M1と仮想基準直線9との成す角度はφ1(0<φ1<90°)、出力側反射面M2と仮想基準直線9との成す角度はφ2(0<φ2<90°)である。素子反射面5cは仮想基準直線9に対して角度φ3をなす方向に延びている。なお、φ3は、図21において、仮想基準直線9から反時計方向に正の値を採る。この例では、φ3は、φ3=0を満足している。また、入力側反射面M1の両端の点A1、点A2に対して、線分A1−A2の長さをa、線分A−A1の長さをa1、線分A―A2の長さをa2とする。出力側反射面M2の両端の点B1、点B2に対して、線分B1―B2の長さをb、線分B―B1の長さをb1、線分B―B2の長さをb2とする。素子反射面5cの2つの端点C1、C2に対して、線分C1―C2の長さ(すなわち、反射型SLM5の有効口径)をc、線分C−C1の長さをc1、線分C−C2の長さをc2とする。さらに、点Cから線分A−Bへの垂線の足を点D、垂線C―Dの長さをh、線分A−Bの長さをLとする。   That is, as shown in FIG. 21, the point where the input chief ray 11 is incident on the input side reflecting surface M1 is a point A, and the point where the chief ray of the light reflected by the input side reflecting surface M1 is incident on the reflective SLM 5 is a point C. A point B is a point where a principal ray of light modulated by the reflective SLM 5 and reflected by the element reflection surface 5c is incident on the output-side reflection surface M2. A straight line AB connecting the point A and the point B is located on the virtual reference straight line 9. The angle formed between the input side reflection surface M1 and the virtual reference line 9 is φ1 (0 <φ1 <90 °), and the angle formed between the output side reflection surface M2 and the virtual reference line 9 is φ2 (0 <φ2 <90 °). is there. The element reflecting surface 5c extends in a direction that forms an angle φ3 with respect to the virtual reference straight line 9. Note that φ3 takes a positive value counterclockwise from the virtual reference line 9 in FIG. In this example, φ3 satisfies φ3 = 0. In addition, with respect to the points A1 and A2 at both ends of the input side reflection surface M1, the length of the line segment A1-A2 is a, the length of the line segment A-A1 is a1, and the length of the line segment A-A2 is Let a2. The length of the line segment B1-B2 is b, the length of the line segment B-B1 is b1, and the length of the line segment B-B2 is b2 with respect to the points B1 and B2 at both ends of the output-side reflecting surface M2. To do. For the two end points C1 and C2 of the element reflecting surface 5c, the length of the line segment C1-C2 (that is, the effective aperture of the reflective SLM 5) is c, the length of the line segment C-C1 is c1, and the line segment C Let the length of -C2 be c2. Further, a perpendicular foot from the point C to the line segment AB is a point D, a length of the perpendicular line CD is h, and a length of the line segment AB is L.

本実施の形態でも、第2、第3の実施の形態同様、読み出し光(入力光ビーム)は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線9に沿って、0からαの範囲の収束角度にて入射してくるとする。また、読み出し光(入力光ビーム)の反射型SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面5cの長さcに等しいとする。また、反射型SLM5で変調され素子反射面5cにて反射された読み出し光が反射型SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分(すなわち、空間光変調装置50から出力させたい所望の成分)が、0度から角度βの範囲の発散角で、出力光ビームとして出射するとする。   Also in the present embodiment, as in the second and third embodiments, the readout light (input light beam) is converged at a convergence angle in the range of 0 to α along the virtual reference line 9 from an input optical system (not shown). And enter. Further, it is assumed that the beam diameter when the reading light (input light beam) is incident on the reflection type SLM 5 is equal to the length c of the element reflection surface 5c. Further, the readout light modulated by the reflective SLM 5 and reflected by the element reflective surface 5 c is emitted from the reflective SLM 5. It is assumed that a desired component (that is, a desired component desired to be output from the spatial light modulator 50) of the readout light is emitted as an output light beam with a divergence angle in the range of 0 degrees to an angle β.

本実施の形態においては、入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとは、収束角度値αと所望の発散角度値βとに対し、式(11)〜(16)においてαをα/mに置き換えβをβ/mに置き換えλをλ/mに置き換えた式(11´)〜(16´)(ただし、mは、カップリングプリズム52の屈折率である)を満足している。
即ち、

Figure 0004804358
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Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
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を満足している。
例えば、所望の成分が1〜n次回折光である場合には、入力側反射面M1、出力側反射面M2、素子反射面5cは収束角度値αと所望の回折次数nとに対して、式(11´)〜(16´)、及び、式(9´)、(10´)とを満足している。ここで式(9´)、(10´)は、
Figure 0004804358
Figure 0004804358
となる。In the present embodiment, the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c are expressed by equations (11) to (16) with respect to the convergence angle value α and the desired divergence angle value β. Satisfying equations (11 ′) to (16 ′) where α is replaced with α / m, β is replaced with β / m, and λ is replaced with λ / m (where m is the refractive index of the coupling prism 52) is doing.
That is,
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Is satisfied.
For example, when the desired component is 1 to n-th order diffracted light, the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c are expressed with respect to the convergence angle value α and the desired diffraction order n. (11 ′) to (16 ′) and the expressions (9 ′) and (10 ′) are satisfied. Here, the equations (9 ′) and (10 ′) are
Figure 0004804358
Figure 0004804358
It becomes.

したがって、本実施の形態の空間光変調装置50でも、入力主光線11と出力主光線17とが共に仮想基準直線9上に位置し、プリズム52への入射光の全てが入力側反射面M1によって反射され、入力側反射面M1で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型SLM5に入射し、さらに反射型SLM5で変調された読みだし光の所望の成分全てがプリズム52の出力側反射面M2によって反射される。したがって、空間光変調装置50によれば、第2の実施の形態の空間光変調装置30や第1の実施の形態の空間光変調装置1と同様の効果が得られる。したがって、図16−19を参照して説明した光学処理装置60,100,200,300において、空間光変調装置30の代わりに空間光変調装置50を設けてもよい。また、図13を参照して説明した光学処理装置80において、空間光変調装置1の代わりに空間光変調装置50を設けてもよい。   Therefore, also in the spatial light modulation device 50 of the present embodiment, both the input principal ray 11 and the output principal ray 17 are located on the virtual reference straight line 9, and all of the incident light to the prism 52 is caused by the input side reflection surface M1. All of the incident light reflected and reflected by the input-side reflecting surface M1 enters the reflective SLM 5 as readout light, and all the desired components of the readout light modulated by the reflective SLM 5 are output on the prism 52 side. Reflected by the reflecting surface M2. Therefore, according to the spatial light modulation device 50, the same effect as the spatial light modulation device 30 of the second embodiment and the spatial light modulation device 1 of the first embodiment can be obtained. Therefore, the spatial light modulator 50 may be provided in place of the spatial light modulator 30 in the optical processing apparatuses 60, 100, 200, and 300 described with reference to FIGS. Further, in the optical processing device 80 described with reference to FIG. 13, the spatial light modulation device 50 may be provided instead of the spatial light modulation device 1.

さらに、入力側反射面M1と出力側反射面M2とは全反射を行う所定の角度に備えられているので、入力側反射面M1と出力側反射面M2には反射率を向上させるための処理を施す必要がない。入力側透過面P1及び出力側透過面P3は仮想基準直線9と直交しているので、カップリングプリズム52内に迷光が発生しない。   Furthermore, since the input-side reflecting surface M1 and the output-side reflecting surface M2 are provided at a predetermined angle for total reflection, the input-side reflecting surface M1 and the output-side reflecting surface M2 have a process for improving the reflectance. There is no need to apply. Since the input-side transmission surface P1 and the output-side transmission surface P3 are orthogonal to the virtual reference line 9, no stray light is generated in the coupling prism 52.

また、空間光変調装置50によれば、光路長の調整を行う際には、仮想基準直線9に垂直な方向にカップリングプリズム52と反射型SLM5とを一体的に移動させればよく、光学調整が極めて容易である。このとき、入力側透過面P1、入力側反射面M1、出力側反射面M2、出力側透過面P3は、移動後にも必要な成分が全て透過または反射するように予め大きく作っておけば良い。   Further, according to the spatial light modulation device 50, when the optical path length is adjusted, the coupling prism 52 and the reflective SLM 5 may be moved integrally in a direction perpendicular to the virtual reference straight line 9. Adjustment is extremely easy. At this time, the input-side transmission surface P1, the input-side reflection surface M1, the output-side reflection surface M2, and the output-side transmission surface P3 may be made large in advance so that all necessary components are transmitted or reflected after movement.

なお、入力側反射面M1と仮想基準直線9とのなす角度φ1、及び、出力側反射面M2と仮想基準直線9とのなす角度φ2は、全反射の条件を満たす値となっていなくても良い。その場合には、入力側反射面M1(面55の内側表面)と出力側反射面M2(面57の内側表面)とに対し、反射率を高めるための処理を施せば良い。   Note that the angle φ1 formed between the input-side reflection surface M1 and the virtual reference line 9 and the angle φ2 formed between the output-side reflection surface M2 and the virtual reference line 9 do not have to satisfy the condition for total reflection. good. In that case, the input-side reflecting surface M1 (the inner surface of the surface 55) and the output-side reflecting surface M2 (the inner surface of the surface 57) may be subjected to a process for increasing the reflectance.

なお、上記説明では、面56及び素子反射面5cは仮想基準直線9に対して平行に延びていた。すなわち、φ3=0であった。しかしながら、面56及び素子反射面5cは仮想基準直線9に対して斜めに延びていても良い。すなわち、φ3はゼロ(0)でなくても良い。この場合には、入力側反射面M1と出力側反射面M2と素子反射面5cとは、収束角度値αと所望の値βとに対し、式(1)〜(8)においてαをα/mに置き換えβをβ/mに置き換えλをλ/mに置き換えた式を満足していれば良い。
即ち、以下の式(1´)〜(8´)を満足していれば良い。

Figure 0004804358
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Figure 0004804358
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を満足していればよい。In the above description, the surface 56 and the element reflection surface 5 c extend in parallel to the virtual reference straight line 9. That is, φ3 = 0. However, the surface 56 and the element reflection surface 5 c may extend obliquely with respect to the virtual reference straight line 9. That is, φ3 may not be zero (0). In this case, the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c are set to α / α in the equations (1) to (8) with respect to the convergence angle value α and the desired value β. It suffices to satisfy the equation in which β is replaced by m, β is replaced by β / m, and λ is replaced by λ / m.
That is, it is sufficient if the following expressions (1 ′) to (8 ′) are satisfied.
Figure 0004804358
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As long as you are satisfied.

例えば、所望の成分が1〜n次回折光である場合には、入力側反射面M1、出力側反射面M2、素子反射面5cは、収束角度値値αと所望の回折次数nとに対して、式(1´)〜(8´)、及び、式(9´)、(10´)を満足していれば良い。   For example, when the desired component is 1st to nth order diffracted light, the input-side reflecting surface M1, the output-side reflecting surface M2, and the element reflecting surface 5c have a convergence angle value α and a desired diffraction order n. It is sufficient that the expressions (1 ′) to (8 ′) and the expressions (9 ′) and (10 ′) are satisfied.

以上、添付図面を参照しながら本発明による空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変形や改良が可能である。   The preferred embodiments of the spatial light modulation device, the optical processing device, the coupling prism, and the method of using the coupling prism according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. It is not limited to. Those skilled in the art can make various modifications and improvements within the scope of the technical idea described in the claims.

例えば、上記各空間光変調装置1、30、40、50のいずれをも、上記各光学処理装置60、80、100,200,300に適用することができる。各空間光変調装置1、30、40、50を任意の入力光学系及び任意の出力光学系と組み合わせれば、任意の情報を含んだ任意の光に対し任意の処理を行うことができる。   For example, any of the spatial light modulators 1, 30, 40, and 50 can be applied to the optical processing apparatuses 60, 80, 100, 200, and 300. If each of the spatial light modulators 1, 30, 40, 50 is combined with an arbitrary input optical system and an arbitrary output optical system, an arbitrary process can be performed on an arbitrary light including arbitrary information.

上記実施の形態の反射型SLM5は、PAL−SLMでなくても良い。反射型SLM5は、任意の反射型空間光変調素子で構成することができる。具体的には、反射型SLM5は、液晶型でも良く、非液晶型でも良い。反射型SLM5は、光アドレス型でもよく、電気アドレス型でも良い。反射型SLM5は、読み出し光の位相を変調する位相変調型でも良く、読み出し光の強度を変調する強度変調型でも良く、あるいは、読み出し光の位相と強度の両方を変調する複素振幅変調型であっても良い。   The reflective SLM 5 of the above embodiment may not be a PAL-SLM. The reflective SLM 5 can be composed of any reflective spatial light modulator. Specifically, the reflective SLM 5 may be a liquid crystal type or a non-liquid crystal type. The reflective SLM 5 may be an optical address type or an electrical address type. The reflective SLM 5 may be a phase modulation type that modulates the phase of the readout light, an intensity modulation type that modulates the intensity of the readout light, or a complex amplitude modulation type that modulates both the phase and intensity of the readout light. May be.

例えば、反射型SLM5がLCoS(Liquid Crystal on Silicon)型である場合には、画素と画素の間に不動作領域(ギャップ)がある。このため、この構造に由来する不要な回折光が発生する。かかる場合には、数式(9)を満たすδの値として、式(10)を満足する値を設定する代わりに、不要な回折光の最大発散角の値を設定すればよい。そして、δとαとに対し、パラメータφ1、φ2、c、c1,h、a1,a2、b1,b2,Lを、数式(1)〜(8)もしくは数式(11)〜(16)と数式(9)(または、数式(1’)〜(8’)もしくは、数式(11’)〜(16’)と数式(9’))とを満足し、かつ、数式(4)〜(7)もしくは数式(14)〜(16)(または、数式(4’)〜(7’)もしくは数式(14’)〜(16’))において等号が成立するように選択すれば、入力光を有効に反射型SLM5に照射し必要な回折光を有効に空間光変調装置1、30,40,50から出力させつつ、不要な回折光を空間光変調装置1、30,40,50から出力させないようにすることができる。   For example, when the reflective SLM 5 is an LCoS (Liquid Crystal on Silicon) type, there is a non-operation area (gap) between the pixels. For this reason, unnecessary diffracted light derived from this structure is generated. In such a case, instead of setting a value satisfying Equation (10) as a value of δ satisfying Equation (9), a value of the maximum divergence angle of unnecessary diffracted light may be set. For δ and α, the parameters φ1, φ2, c, c1, h, a1, a2, b1, b2, and L are expressed by equations (1) to (8) or equations (11) to (16) and equations. (9) (or Expressions (1 ′) to (8 ′) or Expressions (11 ′) to (16 ′) and Expression (9 ′)) are satisfied, and Expressions (4) to (7) Alternatively, the input light is effective if selected so that the equal sign is established in the mathematical expressions (14) to (16) (or the mathematical expressions (4 ′) to (7 ′) or the mathematical expressions (14 ′) to (16 ′)). The unnecessary light is not output from the spatial light modulators 1, 30, 40 and 50 while the required diffracted light is effectively output from the spatial light modulators 1, 30, 40 and 50 by irradiating the reflective SLM 5 with the light. Can be.

例えば、反射型SLM5が、非線形光学結晶を用いた反射型空間光変調素子からなる場合には、変調部5aは非線形光学結晶を備える。   For example, when the reflective SLM 5 is composed of a reflective spatial light modulator using a nonlinear optical crystal, the modulation unit 5a includes a nonlinear optical crystal.

また、反射型SLM5が可変鏡からなる場合には、ミラー層5bは、素子反射面5cの形状を変化させることにより、読み出し光を反射しつつこれを変調する。このように、可変鏡では、ミラー層5b自体が変調部5aを兼ねる。このため、反射型SLM5が可変鏡からなる場合には、図22に示すように、反射型SLM5の素子反射面5cが外部に露出し、入力側反射面M1及び出力側反射面M2に対向する。   When the reflective SLM 5 is formed of a variable mirror, the mirror layer 5b modulates the read light while reflecting the read light by changing the shape of the element reflection surface 5c. Thus, in the variable mirror, the mirror layer 5b itself also serves as the modulation unit 5a. For this reason, when the reflective SLM 5 is composed of a variable mirror, as shown in FIG. 22, the element reflective surface 5c of the reflective SLM 5 is exposed to the outside and faces the input-side reflective surface M1 and the output-side reflective surface M2. .

本発明による空間光変調装置、光学処理装置、及び、カップリングプリズムの使用方法は、波面補償システム、パターン形成システム、ホログラフィシステム、3D表示ディスプレイシステム、光情報処理システム等、様々な光処理システムに広く利用できる。 The spatial light modulator according to the present invention, the optical processing equipment,及 Beauty, the use of the coupling prism, the wavefront compensation system, patterning systems, holographic systems, 3D display displaying system, an optical information processing system or the like, various optical processing Widely available for the system.

Claims (4)

仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面と、
を備え、
前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、
前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、
前記素子反射面が大きさcを備え、
前記入力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から遠い側の大きさa1と、前記反射型空間光変調素子に近い側の大きさa2とを有し、
前記出力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から近い側の大きさb1と、前記反射型空間光変調素子に遠い側の大きさb2とを有し、
前記素子反射面が前記入力側反射面で反射された前記入射光の光軸に対して前記入力側反射面に近い側の大きさc1を有し、
前記反射型空間光変調素子が、0〜αの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を0〜βの範囲の発散角で出射し、
前記反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合にはαは正の値をとり発散光の場合にはαは負の値をとり、前記反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の前記所定の成分が発散光の場合にはβは正の値をとり収束光の場合にはβは負の値をとり、
前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1)及び(2)を満足し、
前記大きさc、c1、a1、a2、b1、及び、b2が、α及びβに対して、以下の式(3)〜(8)を満足し、
前記所定の成分とは1以上n(nは0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、α及びβが、前記入射光の波長λ、及び、前記反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数dに対して、以下の式(9)及び(10)を満足することを特徴とする空間光変調装置。
Figure 0004804358
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A reflective spatial light modulator provided at a position shifted from a virtual reference line in a direction perpendicular to the virtual reference line;
An input-side reflecting surface that is provided on the virtual reference straight line and reflects the incident light incident along the virtual reference straight line so as to be incident obliquely as read light on the reflective spatial light modulator;
An output-side reflecting surface provided on the virtual reference straight line, for reflecting the read light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely and outputting the reflected light as outgoing light along the virtual reference straight line; ,
With
The reflective spatial light modulator comprises an element reflecting surface for reflecting the reading light from the input-side reflecting surface;
The input-side reflecting surface and the output-side reflecting surface are separated by a distance L along the virtual reference line, and the element reflecting surface is a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference line from the virtual reference line. The input-side reflection surface, the output-side reflection surface, and the element reflection surface are inclined by angles φ1, φ2, and φ3, respectively, with respect to the direction in which the virtual reference straight line extends,
The element reflecting surface has a size c;
The input-side reflecting surface has a size a1 on the side far from the reflective spatial light modulator with respect to the virtual reference line, and a size a2 on the side close to the reflective spatial light modulator;
The output-side reflective surface has a size b1 closer to the virtual reference straight line from the reflective spatial light modulator and a size b2 farther from the reflective spatial light modulator;
The element reflection surface has a size c1 closer to the input reflection surface with respect to the optical axis of the incident light reflected by the input reflection surface;
The reflective spatial light modulation element modulates the reading light incident at a convergence angle in the range of 0 to α, and emits the predetermined component at a divergence angle in the range of 0 to β.
When the readout light incident on the reflective spatial light modulator is convergent light, α takes a positive value, and when divergent light, α takes a negative value and is emitted from the reflective spatial light modulator. When the predetermined component of the readout light is divergent light, β takes a positive value, and when it is convergent light, β takes a negative value,
The distances L and h and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the following expressions (1) and (2):
The sizes c, c1, a1, a2, b1, and b2 satisfy the following expressions (3) to (8) with respect to α and β,
The predetermined component is a diffraction component having a diffraction order of 1 or more and n (n is a natural number greater than 0), and α and β are displayed on the wavelength λ of the incident light and the reflective spatial light modulator. A spatial light modulator characterized by satisfying the following equations (9) and (10) for the lattice constant d of the smallest possible lattice pattern .
Figure 0004804358
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仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面と、
を備え、
前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、
前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、
単一のカップリングプリズムが、入力側透過面と、第1の反射面と、接合透過面と、第2の反射面と、出力側透過面と、を備え、
前記入力側透過面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を透過させて前記入射光を前記仮想基準直線に沿って内部に導き、
前記第1の反射面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記入力側透過面から前記仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる入射光を反射する入力側反射面であり、
前記接合透過面は、前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられ、前記反射型空間光変調素子に接合され、前記第1の反射面で反射され内部を伝搬してくる入射光を透過して前記反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させ、
前記第2の反射面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って内部を伝搬させる出力側反射面であり、
前記出力側透過面は、前記仮想基準直線上に設けられ、前記第2の反射面から前記仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる出射光を前記仮想基準直線に沿って外部へ出力し、
前記カップリングプリズムの屈折率はmであり、
前記素子反射面が大きさcを備え、
前記入力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から遠い側の大きさa1と、前記反射型空間光変調素子に近い側の大きさa2とを有し、
前記出力側反射面が前記仮想基準直線に対して前記反射型空間光変調素子から近い側の大きさb1と、前記反射型空間光変調素子に遠い側の大きさb2とを有し、
前記素子反射面が前記入力側反射面で反射された前記入射光の光軸に対して前記入力側反射面に近い側の大きさc1を有し、
前記反射型空間光変調素子が、0〜αの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を0〜βの範囲の発散角で出射し、
前記反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合にはαは正の値をとり発散光の場合にはαは負の値をとり、前記反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の前記所定の成分が発散光の場合にはβは正の値をとり収束光の場合にはβは負の値をとり、
前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1)及び(2)を満足し、
前記大きさc、c1、a1、a2、b1、b2とが、α及びβに対し、以下の式(3´)〜(8´)を満足し、
前記所定の成分とは1以上n(nは0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、α及びβが、前記入射光の波長λ、及び、前記反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数dに対して、以下の式(9´)及び(10´)を満足することを特徴とする空間光変調装置。
Figure 0004804358
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A reflective spatial light modulator provided at a position shifted from a virtual reference line in a direction perpendicular to the virtual reference line;
An input-side reflecting surface that is provided on the virtual reference straight line and reflects the incident light incident along the virtual reference straight line so as to be incident obliquely as read light on the reflective spatial light modulator;
An output-side reflecting surface provided on the virtual reference straight line, for reflecting the read light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely and outputting the reflected light as outgoing light along the virtual reference straight line; ,
With
The reflective spatial light modulator comprises an element reflecting surface for reflecting the reading light from the input-side reflecting surface;
The input-side reflecting surface and the output-side reflecting surface are separated by a distance L along the virtual reference line, and the element reflecting surface is a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference line from the virtual reference line. The input-side reflection surface, the output-side reflection surface, and the element reflection surface are inclined by angles φ1, φ2, and φ3, respectively, with respect to the direction in which the virtual reference straight line extends,
A single coupling prism includes an input-side transmission surface, a first reflection surface, a bonded transmission surface, a second reflection surface, and an output-side transmission surface,
The input-side transmission surface is provided on the virtual reference line, transmits incident light incident along the virtual reference line, and guides the incident light along the virtual reference line.
The first reflection surface is an input-side reflection surface that is provided on the virtual reference line and reflects incident light propagating from the input-side transmission surface along the virtual reference line.
The bonded transmission surface is provided at a position shifted from the virtual reference line in a direction perpendicular to the virtual reference line, bonded to the reflective spatial light modulator, reflected by the first reflection surface, and internally The incident light propagating through the light is transmitted and incident obliquely on the reflective spatial light modulator as read light, and the read light modulated and reflected obliquely by the reflective spatial light modulator To propagate through the inside,
The second reflecting surface is provided on the virtual reference straight line, and reflects the reading light propagating through the junction transmission surface to propagate the inside as the outgoing light along the virtual reference straight line. Side reflecting surface,
The output-side transmission surface is provided on the virtual reference line, and outputs outgoing light propagating from the second reflection surface along the virtual reference line to the outside along the virtual reference line. ,
The refractive index of the coupling prism is m,
The element reflecting surface has a size c;
The input-side reflecting surface has a size a1 on the side far from the reflective spatial light modulator with respect to the virtual reference line, and a size a2 on the side close to the reflective spatial light modulator;
The output-side reflective surface has a size b1 closer to the virtual reference straight line from the reflective spatial light modulator and a size b2 farther from the reflective spatial light modulator;
The element reflection surface has a size c1 closer to the input reflection surface with respect to the optical axis of the incident light reflected by the input reflection surface;
The reflective spatial light modulation element modulates the reading light incident at a convergence angle in the range of 0 to α, and emits the predetermined component at a divergence angle in the range of 0 to β.
When the readout light incident on the reflective spatial light modulator is convergent light, α takes a positive value, and when divergent light, α takes a negative value and is emitted from the reflective spatial light modulator. When the predetermined component of the readout light is divergent light, β takes a positive value, and when it is convergent light, β takes a negative value,
The distances L and h and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the following expressions (1) and (2):
The sizes c, c1, a1, a2, b1, b2 satisfy the following expressions (3 ′) to (8 ′) with respect to α and β:
The predetermined component is a diffraction component having a diffraction order of 1 or more and n (n is a natural number greater than 0), and α and β are displayed on the wavelength λ of the incident light and the reflective spatial light modulator. A spatial light modulation device satisfying the following expressions (9 ′) and (10 ′) with respect to the lattice constant d of the smallest possible lattice pattern .
Figure 0004804358
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Figure 0004804358
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空間光変調装置と、
前記仮想基準直線上に設けられ、入射光を前記仮想基準直線に沿って前記空間光変調装置に入力させる入力光学系と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記空間光変調装置から仮想基準直線に沿って出力された出射光を処理するための出力光学系とを備え、
前記空間光変調装置は、
前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って前記入力光学系から入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面と、
を備え、
前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、
前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、
前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1)及び(2)を満足し、
前記入力光学系は、入力画像をフーリエ変換する第1のレンズを有し、
前記反射型空間光変調素子は、参照画像に基づくフィルターパターンにて前記入力画像のフーリエ変換画像を位相変調し、
前記出力光学系は、前記空間光変調装置からの出力光をフーリエ変換する第2のレンズを有し、前記入力画像と前記参照画像との相関を示す画像を出力し、
前記入力画像を作成する入力画像作成手段をさらに備え、
前記入力画像作成手段は、別の空間光変調装置からなり、
前記別の空間光変調装置は、
前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、
前記仮想基準直線上に設けられ、前記反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面とを備え、
前記反射型空間光変調素子が、前記入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、
前記入力側反射面と前記出力側反射面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、前記入力側反射面、前記出力側反射面、及び、前記素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾いており、前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが前記式(1)及び(2)を満足し、
前記第1のレンズが、前記別の空間光変調装置から出力された出射光をフーリエ変換することを特徴とする光学処理装置。
Figure 0004804358
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A spatial light modulator;
An input optical system that is provided on the virtual reference straight line and inputs incident light to the spatial light modulator along the virtual reference straight line;
An output optical system provided on the virtual reference straight line, for processing the emitted light output from the spatial light modulator along the virtual reference straight line;
The spatial light modulator is
A reflective spatial light modulator provided at a position shifted from the virtual reference line in a direction perpendicular to the virtual reference line;
An input provided on the virtual reference straight line for reflecting incident light incident from the input optical system along the virtual reference straight line and making it incident obliquely as read light on the reflective spatial light modulator A side reflecting surface;
An output-side reflecting surface provided on the virtual reference straight line, for reflecting the read light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely and outputting the reflected light as outgoing light along the virtual reference straight line; ,
With
The reflective spatial light modulator comprises an element reflecting surface for reflecting the reading light from the input-side reflecting surface;
The input-side reflecting surface and the output-side reflecting surface are separated by a distance L along the virtual reference line, and the element reflecting surface is a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference line from the virtual reference line. The input-side reflection surface, the output-side reflection surface, and the element reflection surface are inclined by angles φ1, φ2, and φ3, respectively, with respect to the direction in which the virtual reference straight line extends,
The distances L and h and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the following expressions (1) and (2):
The input optical system has a first lens for Fourier transforming an input image,
The reflective spatial light modulator phase-modulates a Fourier transform image of the input image with a filter pattern based on a reference image,
The output optical system has a second lens that Fourier transforms the output light from the spatial light modulator, and outputs an image indicating a correlation between the input image and the reference image,
An input image creating means for creating the input image;
The input image creating means is composed of another spatial light modulator,
The another spatial light modulator is:
A reflective spatial light modulator provided at a position shifted from the virtual reference line in a direction perpendicular to the virtual reference line;
An input-side reflecting surface that is provided on the virtual reference straight line and reflects the incident light incident along the virtual reference straight line so as to be incident obliquely as read light on the reflective spatial light modulator;
An output-side reflecting surface provided on the virtual reference straight line, for reflecting the read light modulated by the reflective spatial light modulator and reflected obliquely and outputting the reflected light as outgoing light along the virtual reference straight line; With
The reflective spatial light modulator comprises an element reflecting surface for reflecting the reading light from the input-side reflecting surface;
The input-side reflecting surface and the output-side reflecting surface are separated by a distance L along the virtual reference line, and the element reflecting surface is a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference line from the virtual reference line. The input side reflection surface, the output side reflection surface, and the element reflection surface are inclined by angles φ1, φ2, and φ3, respectively, with respect to the direction in which the virtual reference straight line extends, The distances L and h and the angles φ1, φ2, and φ3 satisfy the expressions (1) and (2),
The optical processing apparatus, wherein the first lens performs a Fourier transform on the emitted light output from the another spatial light modulator .
Figure 0004804358
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第1〜第5の側面をこの順に有する5角柱形状で、第1の側面と第2の側面とが互いに90°をなして接続し、第2の側面と第3の側面とが互いに90°をなして接続し、第3の側面と第4の側面とが互いに90゜−φ2をなして接続し、第4の側面と第5の側面とが互いに180゜+φ1+φ2をなして接続し、第5の側面と第1の側面とが互いに90゜−φ1をなして接続したカップリングプリズムを用意し、
素子反射面を有する反射型空間光変調素子を、素子反射面が第2の側面に対し平行に延びるように、第2の側面に対し接合し、
仮想基準直線が第1の側面及び第5の側面を貫通し、第5の側面と第4の側面とが、前記仮想基準直線に沿って距離Lだけ離間し、前記素子反射面が前記仮想基準直線から前記仮想基準直線に対して垂直な方向に距離hだけ離間し、第5の側面と第4の側面と素子反射面とが、前記仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度φ1、φ2、φ3だけ傾き、前記距離L、h、及び、前記角度φ1、φ2、φ3とが以下の式(1’)及び(2’)を満足するように、カップリングプリズムを仮想基準直線に対し配置し、
Figure 0004804358
Figure 0004804358
前記仮想基準直線に沿って第5の側面に向けて読み出し光を入射させ、
前記カップリングプリズムの屈折率はmであり、
前記反射型空間光変調素子が、0〜αの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を0〜βの範囲の発散角で出射し、
前記反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合にはαは正の値をとり発散光の場合にはαは負の値をとり、前記反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の前記所定の成分が発散光の場合にはβは正の値をとり収束光の場合にはβは負の値をとり、
前記所定の成分とは1以上n(nは0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、δはn次回折光の回折角度であり、α及びβが、前記入射光の波長λ、及び、前記反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数dに対して、以下の式(9´)及び(10´)を満足することを特徴とする、カップリングプリズムの使用方法。
Figure 0004804358
Figure 0004804358
A pentagonal prism shape having first to fifth side surfaces in this order, the first side surface and the second side surface are connected to each other at 90 °, and the second side surface and the third side surface are 90 ° to each other. The third side surface and the fourth side surface are connected to each other at 90 ° −φ2, the fourth side surface and the fifth side surface are connected to each other at 180 ° + φ1 + φ2, A coupling prism in which the side surface of 5 and the first side surface are connected to each other at 90 ° -φ1;
A reflective spatial light modulation element having an element reflection surface is bonded to the second side surface so that the element reflection surface extends parallel to the second side surface;
The virtual reference straight line passes through the first side surface and the fifth side surface, the fifth side surface and the fourth side surface are separated by a distance L along the virtual reference straight line, and the element reflection surface is the virtual reference line. The fifth side surface, the fourth side surface, and the element reflection surface are separated from the straight line by a distance h in a direction perpendicular to the virtual reference straight line, and an angle φ1 with respect to the direction in which the virtual reference straight line extends. , Φ2 and φ3, and the coupling prism is made into a virtual reference straight line so that the distances L and h and the angles φ1, φ2 and φ3 satisfy the following expressions (1 ′) and (2 ′): Placed against
Figure 0004804358
Figure 0004804358
Read light is incident on the fifth side surface along the virtual reference straight line ,
The refractive index of the coupling prism is m,
The reflective spatial light modulation element modulates the reading light incident at a convergence angle in the range of 0 to α, and emits the predetermined component at a divergence angle in the range of 0 to β.
When the readout light incident on the reflective spatial light modulator is convergent light, α takes a positive value, and when divergent light, α takes a negative value and is emitted from the reflective spatial light modulator. When the predetermined component of the readout light is divergent light, β takes a positive value, and when it is convergent light, β takes a negative value,
The predetermined component is a diffraction component having a diffraction order of 1 or more and n (n is a natural number greater than 0), δ is a diffraction angle of the n-order diffracted light, and α and β are wavelengths λ of the incident light, A coupling prism characterized by satisfying the following equations (9 ′) and (10 ′) for the lattice constant d of the smallest lattice pattern that can be displayed on the reflective spatial light modulator : how to use.
Figure 0004804358
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