JP5779360B2 - 空間光変調装置および空間光変調方法 - Google Patents

Description

本発明は、位相変調型の空間光変調装置および空間光変調方法において、液晶層の温度変化に伴う位相変調量の変動分を補正する技術に関する。

特許文献１には、カラー液晶表示素子の温度補償装置に関する技術が記載されている。この技術は、温度対最適出力電圧データを、複数のカラー液晶表示素子ごとに、そのばらつきや経時変化に応じて適宜修正できるようにすることを目的としている。図１８は、この装置の構成を示すブロック図である。図１８に示されるように、この装置は、温度検知回路２１１と、デジタルの温度対最適出力電圧データが記憶され、温度検知回路２１１からの温度データに対応する最適出力電圧データが読み出されるデータテーブル２１２と、データテーブル２１２から読み出された最適出力電圧データを補正する電圧補正手段２１７と、その最適出力電圧データをＤ／Ａ変換して、液晶表示素子の駆動回路に送出するＤ／Ａ変換回路２１３と、電圧補正手段２１７に補正データを与える操作部２１６と、操作部２１６からの補正データおよび温度検知回路２１１からの温度データに基づいてデータテーブル２１２内の温度対最適出力電圧データを修正する制御手段２１４とを備えている。

また、特許文献２には、液晶パネルをオーバードライブにより高速駆動する液晶パネルの駆動装置に関する技術が記載されている。図１９は、この液晶パネル駆動装置の構成を示すブロック図である。この液晶パネル駆動装置は、フレームメモリ２３１とルックアップテーブル２３２とを用いてオーバードライブを行う装置であって、異なる温度範囲に対応する複数種類のルックアップテーブル２３２を備えている。この装置は、温度センサ２３５から得られるＬＣＤモジュール２３４の温度情報に基づいて、選択回路２３３を作動させてルックアップテーブル２３２を切り替えて用いる。

また、特許文献３には、半透過型の液晶表示装置に関する技術が記載されている。図２０は、この液晶表示装置の構成を示すブロック図である。この液晶表示装置は、補正回路２４１を備える。補正回路２４１は、ルックアップテーブル選択部２４２、複数の透過モード用ルックアップテーブル２４３、複数の反射モード用ルックアップテーブル２５３、フレームメモリ２４４、モード判定部２４５、スイッチ２４６、及びスイッチ制御部２５６を有している。透過モード用ルックアップテーブル２４３及び反射モード用ルックアップテーブル２５３は、現階調と目標階調との組合せに対応づけて信号の時間的変化を強調した補正値（補正階調）を記憶している。なお、図２１は、この反射モード用ルックアップテーブル２５３の構成の一例を示す図表である。

スイッチ制御部２５６は、周囲温度に関する閾値Ｙを記憶し、モード判定部２４５から出力されたモード選択信号ＭＤがローレベルであるか、温度センサ２４８からＡ／Ｄ変換器２４７を介して出力された周囲温度Ｔ０が閾値Ｙ以下であるときには、ローレベルのスイッチ制御信号ＳＣを出力し、それ以外のときには、ハイレベルのスイッチ制御信号ＳＣを出力する。スイッチ２４６には、ルックアップテーブル選択部２４２によって選択された透過モード用ルックアップテーブル２４３または反射モード用ルックアップテーブル２５３から出力された補正階調と、入力映像信号Ｖ１と、スイッチ制御信号ＳＣとが入力される。スイッチ２４６は、スイッチ制御信号ＳＣがローレベルのときには補正階調を、スイッチ制御信号ＳＣがハイレベルのときには入力映像信号Ｖ１を、補正映像信号Ｖ２として出力する。

特許第３８５９３１７号公報 特開２００４−１３３１５９号公報 特開２００７−２３３０６１号公報

従来より、空間光変調素子（Spatial light modulator；ＳＬＭ）によって光の位相を変調する技術が知られている。一般に、空間光変調素子は、液晶層と、液晶層に沿って複数の画素毎に設けられた電極とを備えている。電極に電圧が印加されると、その電圧の大きさに応じて液晶分子が回転し、液晶の複屈折率が変化する。この液晶層に光が入射すると、液晶層の内部において光の位相が変化し、該入射光に対して位相差を有する光が外部へ出射される。ここで、印加電圧の大きさと、電圧印加の前後における出射光の位相差（すなわち位相変調量）との関係を表したものが、空間光変調素子の位相変調特性である。この位相変調特性において、位相変調量と印加電圧との関係は非線形である。なお、このような非線形の関係を容易に変換する為、一般的に、位相変調量と印加電圧との対応する数値を複数示したルックアップテーブル（Look Up Table；ＬＵＴ）が使用される。

しかしながら、液晶層の温度が変化すると、位相変調量と印加電圧との関係が変動するという問題がある。すなわち、或る一定の電圧を印加した場合であっても、その時の液晶層の温度によって、位相変調量が異なるのである。このような現象は、空間光変調素子が使用される用途によっては深刻な問題を生じる。例えば、レーザ加工において、レーザ光源から出力されるレーザ光を空間光変調素子を介して被加工物に照射する場合、位相変調量の誤差は加工精度に大きな影響を及ぼす。また、顕微鏡や検眼鏡等に空間光変調素子を使用する場合、その使用温度によっては有用な観察像が得られないおそれがある。

なお、上述した特許文献１に記載された温度補償装置は、液晶表示素子の温度変化に伴う色変化を補正することを目的としている。この温度補償装置は、液晶表示素子の温度と印加電圧値との関係を表すＬＵＴを予め保持しており、検出された温度に対応する印加電圧値をＬＵＴから選択する。また、特許文献２，３に記載された装置は、温度と印加電圧値との関係を表すＬＵＴを複数備えており、温度変化の大きさに応じて最適なＬＵＴを選択する。このように、特許文献１〜３に記載された装置はいずれも温度と印加電圧値との関係を表すＬＵＴを備えている。しかしながら、前述したように位相変調量と印加電圧との関係は非線形であり、これらの関係もＬＵＴで表すと、特許文献２，３のように複数の温度に対応する複数のＬＵＴを保持しなければならず、大きな記憶容量が必要となる。また、そのようなＬＵＴの作成には多くの手間を要し、所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度も抑えられてしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、必要な記憶容量を小さくでき、作製が容易であり且つ所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度を高めることができる空間光変調装置および空間光変調方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による空間光変調装置は、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調装置であって、（１）印加電界の大きさに応じて入射光の位相を変調する液晶層と、（２）液晶層の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、（３）複数の画素毎に設けられ、印加電界を発生させる電圧を液晶層に印加する複数の画素電極と、（４）複数の画素電極に電圧を提供する電圧生成部とを備える。電圧生成部は、記憶手段を有している。この記憶手段には、液晶層の基準温度に対する温度変化量と液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数が予め記憶されている。電圧生成部は、温度センサから提供された温度信号に示された温度と、一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行ったのち、複数の第２の係数を使用して位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算し、該印加電圧相当値に応じた電圧を複数の画素電極に提供する。

この空間光変調装置において、電圧生成部の記憶手段は、液晶層の温度変化量と、液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数を記憶している。後述する実施の形態に示されるように、発明者は、このような第１の関数を予め求め、その係数（第１の係数）を記憶させておくことにより、大量のＬＵＴを用いることなく、温度変化による位相変調量の変動を好適に補正できることを見出した。すなわち、この空間光変調装置においては、電圧生成部が、温度センサから提供された温度信号に示された温度と、上記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量指示値を補正するための演算を行う。これにより、必要な記憶容量を小さくでき、作製が容易な空間光変調装置を提供できる。更に、離散的なデータの集合であるＬＵＴを使用する場合と異なり、所望の位相変調量に応じた印加電圧値を、液晶層の温度変化に対応して連続的に得ることができるので、所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度を高めることができる。

また、この空間光変調装置において、電圧生成部の記憶手段は、印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数を記憶している。印加電圧と位相変調量との関係は非線形であるため、従来より、位相変調量指示値を印加電圧に換算する為にＬＵＴが多く使用されている。しかしながら、ＬＵＴにおいて、例えば液晶層が高温であるときの位相変調量０〜２π（ｒａｄ）に対して入力値０，１，・・・，２５５といった整数値を対応させた場合、液晶層が低温であるときには位相変調量０〜２π（ｒａｄ）に対して対応する入力値が少なくなってしまう（例えば０，１，・・・，２００）。このように、ＬＵＴを用いた場合、入力値の最小単位に割り当てられる位相変調量が温度によって異なるという問題が生じる。これに対し、後述する実施の形態に示されるように、非線形の関係にある印加電圧と位相変調量との第２の関数を予め求め、その係数（第２の係数）を上述した第１の係数と共に使用することによって、入力値と位相変調量との関係を液晶層の温度に拘わらず常に一定に保つことが可能となる。

また、空間光変調装置は、第１の関数が一次関数であり、第１の係数の個数が一つであることを特徴としてもよい。この場合、電圧の範囲は、第１の関数を一次関数として近似し得る所定範囲に限定されていることが好ましい。また、この場合、電圧生成部が、次の数式

（但し、Ｔは温度センサから提供された温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の位相変調量指示値、φ_０は補正後の位相変調量指示値、αは第１の係数）に基づいて、位相変調量指示値を補正するとよい。

また、空間光変調装置は、第１の関数がｎ次関数（ｎは２以上の整数）であり、第１の係数の個数がｎ個であることを特徴としてもよい。この場合、電圧生成部が、次の数式

（但し、Ｔは温度センサから提供された温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の位相変調量指示値、φ_０は補正後の位相変調量指示値、β_１…β_ｎはｎ個の第１の係数）に基づいて、位相変調量指示値を補正するとよい。

また、本発明による空間光変調方法は、印加電界の大きさに応じて入射光の位相を変調する液晶層と、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に設けられ、印加電界を発生させる電圧を液晶層に印加する複数の画素電極とを用いる空間光変調方法であって、（１）液晶層の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、（２）液晶層の基準温度に対する温度変化量と液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数を予め記憶している記憶手段から該一又は複数の第１の係数を読み出し、温度信号に示された温度と、一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行う補正演算ステップと、（３）記憶手段から複数の第２の係数を読み出し、複数の第２の係数を使用して位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算する電圧換算ステップと、（４）印加電圧相当値に応じた電圧を複数の画素電極に提供する電圧印加ステップとを含む。

この空間光変調方法において、記憶手段は、液晶層の温度変化量と、液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数を記憶している。後述する実施の形態に示されるように、発明者は、このような第１の関数を予め求め、その係数（第１の係数）を記憶させておくことにより、大量のＬＵＴを用いることなく、温度変化による位相変調量の変動を好適に補正できることを見出した。すなわち、この空間光変調方法では、補正演算ステップにおいて、温度センサから提供された温度信号に示された温度と、上記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量指示値を補正するための演算を行う。これにより、必要な記憶容量を小さくでき、当該方法に使用される装置の作製が容易な空間光変調方法を提供できる。更に、離散的なデータの集合であるＬＵＴを使用する場合と異なり、所望の位相変調量に応じた印加電圧値を、液晶層の温度変化に対応して連続的に得ることができるので、所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度を高めることができる。

また、この空間光変調方法において、記憶手段は、印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数を記憶している。印加電圧と位相変調量との関係は非線形であるため、従来より、位相変調量指示値を印加電圧に換算する為にＬＵＴが多く使用されている。しかしながら、ＬＵＴにおいて、例えば液晶層が高温であるときの位相変調量０〜２π（ｒａｄ）に対して入力値０，１，・・・，２５５といった整数値を対応させた場合、液晶層が低温であるときには位相変調量０〜２π（ｒａｄ）に対して対応する入力値が少なくなってしまう（例えば０，１，・・・，２００）。このように、ＬＵＴを用いた場合、入力値の最小単位に割り当てられる位相変調量が温度によって異なるという問題が生じる。これに対し、後述する実施の形態に示されるように、非線形の関係にある印加電圧と位相変調量との第２の関数を予め求め、その係数（第２の係数）を上述した第１の係数と共に使用することによって、入力値と位相変調量との関係を液晶層の温度に拘わらず常に一定に保つことが可能となる。

また、空間光変調方法は、第１の関数が一次関数であり、第１の係数の個数が一つであることを特徴としてもよい。この場合、電圧の範囲が、第１の関数を一次関数として近似し得る所定範囲に限定されていることが好ましい。また、この場合、補正演算ステップにおいて、次の数式

（但し、Ｔは温度センサから提供された温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の位相変調量指示値、φ_０は補正後の位相変調量指示値、αは係数）に基づいて、位相変調量指示値を補正するとよい。

また、空間光変調方法は、関数がｎ次関数（ｎは２以上の整数）であり、第１の係数の個数がｎ個であることを特徴としてもよい。この場合、補正演算ステップにおいて、次の数式

（但し、Ｔは温度センサから提供された温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の位相変調量指示値、φ_０は補正後の位相変調量指示値、β_１…β_ｎはｎ個の第１の係数）に基づいて、位相変調量指示値を補正するとよい。

本発明によれば、必要な記憶容量を小さくでき、作製が容易であり且つ所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度を高めることができる空間光変調装置および空間光変調方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る空間光変調装置の構成を概略的に示すブロック図である。 （ａ）位相変調部の構成の一部を示す図である。（ｂ）各画素電極上の液晶分子が回転する様子を示す図である。 電圧生成部の駆動装置及び制御装置の構成を示すブロック図である。 温度変化係数データの算出方法を示すフローチャートである。 画素電極への印加電圧と位相変調量との関係の一例を示すグラフである。 基礎データベースの構成を概念的に示す図である。 基礎データベースを作成する際に使用される光学系の一例として、偏光干渉計を示す図である。 印加電圧と位相変調量との関係の具体例を示すグラフである。 液晶層の温度変化量δ（℃）と、位相変調量の変動量γ（％）との関係の一例を示すグラフである。 印加電圧と位相変調量との関係から、ＤＡ入力値と制御位相値との関係を導出したグラフである。 図１０に示される位相変調量とＤＡ入力値との関係を、横軸に位相変調量をとり、縦軸にＤＡ入力値をとって表したグラフである。 一実施形態に係る空間光変調方法を示すフローチャートである。 第１変形例である空間光変調装置の構成を示すブロック図である。 第１変形例に係る空間光変調方法を示すフローチャートである。 第２変形例である空間光変調装置の構成を示すブロック図である。 第３変形例である空間光変調装置の構成を示すブロック図である。 第３変形例に係る空間光変調方法を示すフローチャートである。 特許文献１に記載された装置の構成を示すブロック図である。 特許文献２に記載された液晶パネル駆動装置の構成を示すブロック図である。 特許文献３に記載された液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 特許文献３に記載された液晶表示装置の反射モード用ルックアップテーブルの構成の一例を示す図表である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による空間光変調装置および空間光変調方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る空間光変調装置１Ａの構成を概略的に示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態の空間光変調装置１Ａは、位相変調部１０を備える。位相変調部１０は、シリコン基板の上に液晶が形成された構成を有する、反射型の液晶表示パネル（いわゆるＬＣＯＳ−ＳＬＭ）である。この位相変調部１０は、入射光の位相を変調する。また、空間光変調装置１Ａは、電圧生成部５０Ａを備える。電圧生成部５０Ａは、駆動装置２０Ａ及び制御装置３０Ａによって構成されている。位相変調部１０、駆動装置２０Ａ、及び制御装置３０Ａは、互いに独立した筐体にそれぞれ収容されている。

図２（ａ）は、位相変調部１０の構成の一部を示す側断面図である。位相変調部１０は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１上に設けられた液晶層１２とを有する。また、位相変調部１０は、シリコン基板１１と液晶層１２との間に配置された第１の電極１３、及び該第１の電極１３との間に液晶層１２を挟む位置に設けられた第２の電極１４を更に有する。第１の電極１３は、液晶層１２に電圧を印加するための複数の画素電極１３ａを有している。複数の画素電極１３ａは、複数行および複数列にわたって二次元状に配置されており、これらの画素電極１３ａによって位相変調部１０の複数の画素が規定される。第２の電極１４は、ガラス基板１５の一方の面上に蒸着された金属膜からなる。ガラス基板１５は、上記一方の面とシリコン基板１１とが対向するように、スペーサ１６を介してシリコン基板１１上に支持されている。液晶層１２は、シリコン基板１１とガラス基板１５との間に液晶が充填されて成る。

このような構成を備える位相変調部１０においては、駆動装置２０Ａから出力されたアナログ信号電圧が、各画素電極１３ａと第２の電極１４との間に印加される。これにより、液晶層１２に電界が生じる。そして、図２（ｂ）に示されるように、各画素電極１３ａ上の液晶分子１２ａが、その印加電界の大きさに応じて回転する。液晶分子１２ａは複屈折性を有するので、ガラス基板１５を透過して光が入射すると、この光のうち液晶分子１２ａの配向方向と平行な光成分に限って、液晶分子１２ａの回転に応じた位相差が与えられる。このようにして、画素電極１３ａ毎に光の位相が変調される。

また、後述するように、液晶分子１２ａの有する複屈折率と画素電極１３ａへの印加電圧との関係は、液晶層１２の温度変化によって変動する。本実施形態の位相変調部１０は、このような温度変化による変動分を補正する為に、温度センサ１７を更に有する。温度センサ１７は、位相変調部１０の温度、特に液晶層１２の温度を検出するために設けられ、液晶層１２の温度に応じた信号である温度信号Ｓｔｅｍｐを生成する。温度センサ１７は、例えばシリコン基板１１上やガラス基板１５上に配置される。

電圧生成部５０Ａは、複数の画素電極１３ａにアナログ電圧を提供する。図３は、電圧生成部５０Ａの駆動装置２０Ａ及び制御装置３０Ａの構成を示すブロック図である。図３に示されるように、制御装置３０Ａは、例えば中央演算処理部（ＣＰＵ）３１、メモリ３２およびハードディスク３３を有する電子計算機等によって好適に実現される。ハードディスク３３は、所望の位相パターン３３ａを記憶している。位相パターン３３ａは、位相変調部１０の各画素毎に、所望の位相変調量にて位相変調を行うためのデータである。中央演算処理部３１およびメモリ３２は、位相パターン３３ａを、位相変調部１０の液晶層１２に印加する電圧値を制御するための制御入力値（階調値）Ｓ１に変換する。なお、位相変調部１０では、印加電圧値Ｖに対して位相変調量φが非線形性を有する。そこで、本実施形態では、位相変調量φとの関係を線形として扱える制御入力値Ｓ１を便宜的に定義する。例えば、制御入力値Ｓ１を０から２５５までの整数とし、これらの整数を、位相変調量φ（例えば０〜２π（ｒａｄ））に対応させるとよい。

制御装置３０Ａは、駆動装置２０Ａとの間で信号の授受を行う通信部３４を更に有しており、制御入力値Ｓ１は、通信部３４を介して駆動装置２０Ａの通信部２１に送られる。なお、通信部３４と通信部２１との通信手段は、シリアル通信やパラレル通信等、様々な手段を用いることができる。また、この通信手段は、有線及び無線の何れであってもよい。

図３に示されるように、駆動装置２０Ａは、通信部２１、入力処理部２２、不揮発性記憶素子（Read Only Memory：ＲＯＭ）２３、加算部２４、位相換算部２５、温度補正部２６、ＤＡ入力値生成部２７、ディジタル／アナログ変換部２８、および温度センサ処理部２９を有している。

通信部２１は、制御装置３０Ａの通信部３４との間で、制御入力値Ｓ１等の信号の授受を行う。入力処理部２２は、通信部２１から受けた信号に基づいて、垂直同期信号及び水平同期信号を生成する為のトリガ信号Ｓｔｒを発生させる。不揮発性記憶素子２３は、面歪み補正パターンデータ２３ａ、温度変化係数データ２３ｂ、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄを記憶する記憶手段である。面歪み補正パターンデータ２３ａは、シリコン基板１１に画素電極１３ａ周辺の回路素子を作り込む際に第１の電極１３の表面に生じる面歪みを、液晶層１２により与える位相差によって補正するためのデータである。温度変化係数データ２３ｂは、液晶層１２の温度変化による、画素電極１３ａへの印加電圧と位相変調量との関係の変動を補正するための係数に関するデータである。多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄは、液晶層１２の非線形性、すなわち各画素電極１３ａに与えられる電圧の大きさと位相変調量との間の非線形性を補正するためのデータである。なお、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄは、液晶層１２の温度が基準温度であるときのデータである。

加算部２４は、不揮発性記憶素子２３から面歪み補正パターンデータ２３ａを読み出し、制御装置３０Ａから提供された制御入力値Ｓ１に面歪み補正パターンデータ２３ａを加算することにより、面歪み補正後の制御入力値Ｓ２を生成する。加算部２４は、生成した制御入力値Ｓ２を、位相換算部２５へ出力する。位相換算部２５は、制御入力値Ｓ２を、位相変調量の目標値（位相変調量指示値）である制御位相値φ_Ｔに変換する。具体的には、次の数式（１）を用いて制御位相値φ_Ｔを算出する。なお、この制御位相値φ_Ｔは、現在の液晶層１２の温度Ｔに対応する値である。

位相換算部２５は、このようにして生成した制御位相値φ_Ｔを、温度補正部２６へ出力する。

温度補正部２６は、制御位相値φ_Ｔに対し、液晶層１２の温度変化による変調特性の変動分を補正する。温度補正部２６は、不揮発性記憶素子２３から温度変化係数データ２３ｂを読み出す。そして、温度補正部２６は、この温度変化係数データ２３ｂと、温度センサ処理部２９から得られる温度値Ｔｓとに基づいて、制御位相値φ_Ｔに所定の演算処理を施すことにより、液晶層１２の温度が基準温度Ｔ０である場合に換算した位相変調量指示値である制御位相値φ_０を生成する。温度補正部２６は、生成した制御位相値φ_０を、ＤＡ入力値生成部２７へ出力する。

ＤＡ入力値生成部２７は、不揮発性記憶素子２３から多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄを読み出す。そして、ＤＡ入力値生成部２７は、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄを使用して、温度補正部２６から出力された制御位相値φ_０に所定の演算処理を施すことにより、ＤＡ入力値ｙ_０（印加電圧相当値）を生成する。このＤＡ入力値ｙ_０は、制御位相値φ_０を、液晶層１２の現在温度Ｔにおいて目標とする位相値を得るために好適な値であって、且つディジタル／アナログ変換部２８への入力に好適な値に変換したものである。ＤＡ入力値生成部２７は、生成したＤＡ入力値ｙ_０を、ディジタル／アナログ変換部２８へ出力する。ディジタル／アナログ変換部２８は、位相変調部１０の各画素に印加される画素毎のアナログ電圧Ｖを、ＤＡ入力値ｙ_０に基づいて発生させる。これらのアナログ電圧Ｖは、駆動手段２８ａを通じて位相変調部１０へ出力され、各画素電極１３ａ（図２参照）に印加される。位相変調部１０では、印加電圧Ｖの大きさに応じて液晶分子１２ａ（図２参照）の傾きが変化し、屈折率の変化が生じる。その結果、所望の位相パターン３３ａに対応する位相分布が空間的に表現され、入射光の位相が変調される。

温度センサ処理部２９は、位相変調部１０の温度センサ１７から、液晶層１２の現在の温度に関する温度信号Ｓｔｅｍｐを受ける。温度センサ処理部２９は、この温度信号Ｓｔｅｍｐから読み取られる液晶層１２の温度値Ｔｓを、温度補正部２６に提供する。

なお、駆動装置２０Ａの不揮発性記憶素子２３に記憶されている面歪み補正パターンデータ２３ａ、温度変化係数データ２３ｂ、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄの全部又は一部は、制御装置３０Ａのハードディスク３３に記憶されてもよい。その場合、加算部２４、位相換算部２５、温度補正部２６及びＤＡ入力値生成部２７の全部又は一部の機能は、中央演算処理部３１およびメモリ３２によって実現されるとよい。

ここで、温度変化係数データ２３ｂの算出方法を説明する。図４は、その算出方法を示すフローチャートである。また、図５は、画素電極１３ａへの印加電圧Ｖと位相変調量φとの関係の一例を示すグラフである。図５には、液晶層１２の温度が基準温度Ｔ０であるときのグラフＧ１１、空間光変調装置１Ａの使用環境において想定される最高温度ＴｍａｘであるときのグラフＧ１２、及び空間光変調装置１Ａの使用環境において想定される最低温度ＴｍｉｎであるときのグラフＧ１３が示されている。なお、温度変化係数データ２３ｂの算出は、例えば空間光変調装置１Ａの検査時などに行われるとよい。

まず、液晶層１２において想定される最高温度Ｔｍａｘと、最高温度Ｔｍａｘのときに位相変調部１０に要求される最大位相変調量φｍａｘとに基づいて、画素電極１３ａへの印加電圧の範囲を設定する（ステップＳ１１）。なお、以下の説明においては、理解の容易のため、最大位相変調量φｍａｘを２π（ｒａｄ）に設定する。また、本ステップＳ１１において設定された印加電圧範囲Ａの最大値をＶｂとし、最小値（すなわち最大位相変調量φｍａｘに対応する電圧値）をＶａとする（図５を参照）。

次に、予め用意しておいたデータベース（以下、基礎データベースという）に基づいて、上記ステップＳ１１において設定された印加電圧範囲Ａ（Ｖａ〜Ｖｂ）における、液晶層１２の温度変化に伴う位相変調特性の変動量を算出する（ステップＳ１２）。ここで、図６は、基礎データベースの構成を概念的に示す図である。基礎データベース４１は、液晶層１２の温度範囲Ｔｍｉｎ〜Ｔｍａｘにおいて、この温度範囲に含まれる離散的な温度値群の各温度毎に用意された複数のデータ（印加電圧Ｖと位相変調量φとの関係を示すデータ）を含む。なお、これら複数のデータの中には、図６に示されるように、基準温度Ｔ０のときの印加電圧Ｖと位相変調量φとの関係を示す基準時データ４１ａと、液晶層１２の温度が最大温度Ｔｍａｘのときの印加電圧Ｖと位相変調量φとの関係を示す高温時データ４１ｂと、液晶層１２の温度が最低温度Ｔｍｉｎのときの印加電圧Ｖと位相変調量φとの関係を示す低温時データ４１ｃとが含まれる。これらのデータ４１ａ〜４１ｃを含め、基礎データベース４１に含まれる複数のデータにおいては、印加電圧Ｖと位相変調量φとの関係は全て非線形である。本ステップＳ１２では、このような基礎データベース４１を使用して、液晶層１２の温度変化に伴う位相変調特性の変動量を、印加電圧範囲Ａ（Ｖａ〜Ｖｂ）の全範囲にわたって算出する。

ここで、図７は、基礎データベースを作成する際に使用される光学系の一例として、偏光干渉計１００を示す図である。この偏光干渉計１００は、温度制御装置１０１、ハーフミラー１０２、レンズ１０３、検光子１０４、偏光子１０５、光源１０６、及び受光素子１０７を備えている。温度制御装置１０１は、位相変調部１０の液晶層１２の温度を任意の温度に制御するための装置である。光源１０６は所定波長の光を発生する。この所定波長の光は、偏光子１０５及びハーフミラー１０２を介して、位相変調部１０へ入射する。受光素子１０７は、位相変調部１０からの出射光の光強度を検出する。位相変調部１０からの出射光は、ハーフミラー１０２において反射したのちレンズ１０３及び検光子１０４を介して受光素子１０７に達する。検光子１０４は、偏光子１０５に対してクロスニコルまたはオープンニコルの関係にある。

基礎データベースを作成する際には、まず、位相変調部１０を温度制御装置１０１に収容し、位相変調部１０の液晶層１２を任意の温度に制御する。そして、液晶層１２の温度が所定の温度で安定したのち、液晶層１２に印加可能な全電圧範囲で印加電圧を変化させながら該電圧を画素電極１３ａに印加し、その電界によって生じる入射光と出射光との位相差を計測する。具体的には、液晶層１２の配向方向に対して平行な直線偏光の光を偏光子１０５により生成し、この光を位相変調部１０に入射させる。このとき、画素電極１３ａへの印加電圧の大きさに応じて、位相変調部１０からの出射光には位相変調（位相遅延）が生じる。そして、この出射光が検光子１０４を通過する際、この検光子１０４は偏光子１０５に対してクロスニコル（またはオープンニコル）の関係にあるので、出射光の位相変調量に応じてその光強度が変化する。したがって、受光素子１０７において検出される光強度と、そのときの印加電圧値とに基づいて、印加電圧と位相変調量との関係、すなわち液晶層１２の温度が所定温度であるときの基礎データベースが好適に得られる。

なお、図８は、このようにして得られる印加電圧と位相変調量との関係の具体例を示すグラフであり、グラフＧ２１は液晶層１２の温度が２０度（最低温度Ｔｍｉｎ）である場合、グラフＧ２２は液晶層１２の温度が２７度（基準温度Ｔ０）である場合、グラフＧ２３は液晶層１２の温度が４２度（最高温度Ｔｍａｘ）である場合をそれぞれ示している。また、このグラフにおいて、印加電圧範囲Ａにおける最小電圧Ｖａ（すなわち位相変調量が２π（ｒａｄ）となる印加電圧）は１．５６（Ｖ）である。図８を参照すると、液晶層１２の温度が基準温度Ｔ０である場合には、最大電圧Ｖｂに対する位相変調量φとして２．５６π（ｒａｄ）が得られ、最低温度Ｔｍｉｎである場合には、最大電圧Ｖｂに対する位相変調量φとして２．７９π（ｒａｄ）が得られることがわかる。

以上のようにして、本ステップＳ１２では、液晶層１２の温度毎に、液晶層１２に印加可能な全電圧範囲にわたって位相変調量φを計測し、その結果を温度毎のテーブルにまとめる。

なお、位相変調部１０においては、入射光の波長によって設定電圧範囲Ａ（Ｖａ〜Ｖｂ）が異なるので、位相変調量φも入射光の波長によって異なる。しかしながら、本実施形態においては、基準波長の入射光を用いて上述したステップＳ１２を一度のみ行い、その結果得られた基礎データベースに対して以下の変換式を適用することにより、別の波長における基礎データベースを得ることができる。すなわち、基準波長をλ_standard、表示階調値ｔｖのときの位相変調量をφ_standard（ｔｖ）としたとき、或る波長λのときの位相変調量φ（ｔｖ）は、次の数式（２）より求められる。

なお、上式（２）においては、液晶層１２の波長分散特性を更に考慮してもよい。

そして、上記方法により求められた温度毎の位相変調量φに関するテーブルを、位相変調量の変化量γに関するテーブルに変換する。すなわち、位相変調部１０が温度Ｔであるときに得られた位相変調量をφ_Ｔとし、位相変調部１０が基準温度Ｔ０であるときに得られた位相変調量をφ_０とすると、次の数式（３）により、位相変調量の変動量γを算出することができる。

図４に示されるように、液晶層１２の温度変化に伴う位相変調量の変動量γを上記ステップＳ１２において算出したのち、この算出された変動量γを用いて、温度変化係数データ２３ｂに含まれる温度変化係数αを算出する（ステップＳ１３）。ここで、図９は、ステップＳ１２によって得られたデータに基づく、液晶層１２の温度変化量δ（℃）と、位相変調量の変動量γとの関係の一例を示すグラフである。なお、温度変化量δは、基準温度Ｔ０と温度Ｔとの差（Ｔ−Ｔ０）である。

図９を参照すると、液晶層１２の温度変化量δと位相変調量の変動量γとは、ほぼ比例関係であり、一次関数Ｇ２４で近似できることがわかる。このような近似は、図８に示された印加電圧範囲Ａ、すなわち一次関数として近似し得る所定範囲に印加電圧範囲を限定した場合に可能となる。本ステップＳ１３では、この比例関係における以下の近似式（４）の定数αを求める。

この定数αが、温度変化係数データ２３ｂとしての温度変化係数αである。換言すれば、温度変化係数αとは、液晶層１２の温度変化に伴う位相変調特性の変化を、或る一つの係数によって表したものである。

温度補正部２６は、例えば次のような演算によって、液晶層１２の温度が基準温度Ｔ０である場合に換算した位相変調量指示値である制御位相値φ_０を生成する。いま、位相変調部１０の温度が或る温度Ｔである場合に、画素電極１３ａに電圧Vを印加することによって或る位相変調量φ_Ｔが得られるとする。位相変調部１０の温度が基準温度Ｔ０である場合、同じレベルの電圧Vを画素電極１３ａに印加した際に得られる位相変調量（制御位相値）φ₀は、前述した温度変化係数αを含む以下の数式（５）によって求められる。

続いて、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄの導出方法を説明する。なお、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄの導出は、例えば空間光変調装置１Ａの検査時などに行われるとよい。

図１０は、例えば図８に示された印加電圧Ｖと位相変調量φ_０との関係から、ＤＡ入力値ｙ_０と制御位相値φ_０との関係を導出したグラフである。このグラフは、以下に示される数式（６）によって印加電圧ＶをＤＡ入力値ｙ_０へ変換することにより好適に導出できる。但し、数式（６）において、Ｍは全階調値であり、ｉは０からＭ−１までの整数である。

なお、こうして算出されるＤＡ入力値ｙ_０は、全階調値Ｍ（すなわち階調値０〜Ｍ−１）のデジタル信号である。一例では、Ｍ＝４０９６である。

次に、図１０に示される位相変調量φ_０とＤＡ入力値ｙ_０との関係を、図１１に示されるように、横軸に位相変調量φ_０をとり、縦軸にＤＡ入力値ｙ_０をとって表す。このグラフにおける位相変調量φ_０とＤＡ入力値ｙ_０との関係は、次の多項近似式（７）を用いて表現することができる。なお、数式（７）において、ｘ_０〜ｘ_ｍは多項近似式の係数であり、ｍは多項式の次数である。

この数式（７）は多項近似式データ２３ｃとして、また係数ｘ_０〜ｘ_ｍは多項近似式データの係数データ２３ｄとして、それぞれ不揮発性記憶素子２３に記憶される。

ＤＡ入力値生成部２７は、こうして得られた多項近似式（７）及びその係数ｘ_０〜ｘ_ｍに基づいて、温度補正部２６より出力された制御位相値φ_０からＤＡ入力値ｙ_０を算出する。すなわち、このＤＡ入力値ｙ_０は、液晶層１２の現在温度Ｔにおいて目標とする位相変調量φ_Ｔを得るために好適な値であって、且つディジタル／アナログ変換部２８への入力に好適な値である。

続いて、温度変化係数α、多項近似式（７）及びその係数ｘ_０〜ｘ_ｍを用いる本実施形態の空間光変調方法を、図１２を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態の空間光変調方法を示すフローチャートである。

まず、ハードディスク３３に記憶されている位相パターン３３ａが制御装置３０Ａにおいて制御入力値Ｓ１に変換され、この制御入力値Ｓ１が制御装置３０Ａから駆動装置２０Ａへ転送される（ステップＳ２１）。次に、この制御入力値Ｓ１と、駆動装置２０Ａの不揮発性記憶素子２３に記憶されている面歪み補正パターンデータ２３ａとが加算部２４において加算され、制御入力値Ｓ２が生成される（ステップＳ２２）。そして、制御入力値Ｓ２に基づいて、位相変調部１０における位相変調量の目標値である制御位相値φ_Ｔが、位相換算部２５において生成される（ステップＳ２３）。また、温度センサ１７によって検出された位相変調部１０の現在の温度が、温度センサ処理部２９によって読み出される（ステップＳ２４、温度取得ステップ）。なお、このステップＳ２４は、上記ステップＳ２１〜Ｓ２３と並行して行われても良い。

続いて、不揮発性記憶素子２３に記憶されている温度変化係数データ２３ｂと、温度センサ処理部２９によって読み出された現在の温度値Ｔｓと、制御位相値φ_Ｔとが温度補正部２６に提供される。温度補正部２６では、前述した数式（５）を用いて、液晶層１２の温度変化による影響が補正された（基準温度Ｔ０のときの）制御位相値φ_０を演算する（ステップＳ２５、補正演算ステップ）。

続いて、不揮発性記憶素子２３に記憶されている多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄが、ＤＡ入力値生成部２７に提供される。ＤＡ入力値生成部２７では、多項近似式データ２３ｃに示される数式（前述した数式（７））を用いて、制御位相値φ_Ｔを得るために好適なＤＡ入力値ｙ_０を演算する（ステップＳ２６、ＤＡ入力演算ステップ）。そして、位相変調部１０の各画素に印加される画素毎のアナログ電圧Ｖが、ディジタル／アナログ変換部２８においてＤＡ入力値ｙ_０に基づき生成される（ステップＳ２７）。これらのアナログ電圧Ｖは、駆動手段２８ａへ送られる。そして、これらのアナログ電圧Ｖは、駆動手段２８ａから位相変調部１０へ出力され、各画素電極１３ａに印加される（ステップＳ２８、電圧印加ステップ）。位相変調部１０では、印加電圧Ｖの大きさに応じて液晶分子１２ａの傾きが変化し、屈折率の変化が生じる。その結果、所望の位相パターン３３ａに対応する位相分布が空間的に表現され、入射光の位相が変調される（ステップＳ２９）。

以上に説明した本実施形態の空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法によって得られる効果について説明する。この空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法では、駆動装置２０Ａの不揮発性記憶素子２３が、液晶層１２の温度変化量と、液晶層１２における位相変調量の変動量との相関を表す関数（第１の関数）に含まれる一の係数αを記憶している。発明者は、液晶層１２の温度変化量と、位相変調量の変動量との関係を表す関数を予め求め（上記数式（４）を参照）、その係数αを記憶させておくことにより、大量のＬＵＴを用いることなく、温度変化による位相変調量の変動を好適に補正できることを見出した。すなわち、この空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法においては、駆動装置２０Ａが、温度センサ１７から提供された温度信号Ｓｔｅｍｐに示された温度と、上記一の係数αとを使用して、印加電圧Ｖの大きさを補正するための演算を行う。これにより、必要な記憶容量を小さくでき、作製が容易な空間光変調装置および空間光変調方法を提供できる。更に、離散的なデータの集合であるＬＵＴを使用する場合と異なり、所望の位相変調量に応じた印加電圧値を、液晶層１２の温度変化に対応して連続的に得ることができる。したがって、例えば１℃や０．１℃といった小さな温度間隔で位相変調特性の補正が可能となり、所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度を高めることができる。

また、この空間光変調装置において、駆動装置２０Ａの不揮発性記憶素子２３は、印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数（上記数式（６）を参照）に含まれる複数の係数ｘ_０〜ｘ_ｍを記憶している。印加電圧と位相変調量との関係は非線形であるため、従来より、位相変調量指示値を印加電圧に換算する為にＬＵＴが多く使用されている。しかしながら、ＬＵＴにおいて、例えば液晶層１２が高温であるときの位相変調量０〜２π（ｒａｄ）に対して入力値０，１，・・・，２５５といった整数値を対応させた場合、液晶層１２が低温であるときには位相変調量０〜２π（ｒａｄ）に対して対応する入力値が少なくなってしまう（例えば０，１，・・・，２００）。このように、ＬＵＴを用いた場合、入力値の最小単位に割り当てられる位相変調量が温度によって異なるという問題が生じる。これに対し、本実施形態の空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法によれば、非線形の関係にある印加電圧と位相変調量との関数を予め求め、その係数ｘ_０〜ｘ_ｍを上述した係数αと共に使用することによって、制御入力値と位相変調量との関係を液晶層１２の温度に拘わらず常に一定に保つことが可能となる。

また、本実施形態の空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法においては、液晶層１２の温度変化量δと、位相変調量の変動量γとの比例係数である温度変化係数αを用いて、温度補正部２６が制御位相値を補正している。発明者らは、図９に示したように、温度変化量δと位相変調量の変動量γとが、或る印加電圧範囲Ａにおいて顕著な比例関係を有する（一次関数を成す）ことを見出した。その傾き（温度変化係数）αを用いることにより、多量のデータを記憶しておくことなく極めて容易に制御位相値を補正することができる。すなわち、この空間光変調装置１Ａおよび空間光変調方法によれば、液晶層１２の温度変化による位相変調量の変動を、容易に補正することができる。

本実施形態においては、面歪み補正パターンデータ２３ａは駆動装置２０Ａの不揮発性記憶素子２３に記憶されている。しかしながら、面歪み補正パターンデータは、制御装置３０Ａのハードディスク３３に記憶されていてもよい。その場合、加算部２４の機能は、制御装置３０Ｂの中央演算処理部３１及びメモリ３２によって実現されるとよい。

また、本実施形態においては、所望の位相パターン３３ａが制御装置３０Ａのハードディスク３３に記憶されている。しかしながら、所望の位相パターンは、駆動装置２０Ａの不揮発性記憶素子２３に記憶されていてもよい。その場合であっても、制御装置３０Ａは、位相変調部１０を駆動させるために必要な垂直同期信号及び水平同期信号を生成するために用いられるトリガ信号Ｓｔｒを、駆動装置２０Ａに提供する役割を有する。

また、本実施形態においては、位相変調部１０、駆動装置２０Ａ、及び制御装置３０Ａが互いに独立した筐体をそれぞれ有する。しかしながら、位相変調部１０及び駆動装置２０Ａは、共通の筐体内に収容されていてもよい。或いは、位相変調部１０、駆動装置２０Ａ、及び制御装置３０Ａ全てが、共通の筐体内に収容されていてもよい。

また、本実施形態において、液晶層１２の温度を制御可能とする手段（例えばファンやペルチェ素子など）を、位相変調部１０が更に有してもよい。これにより、液晶層１２の温度変化の範囲を小さくすることができるので、例えば基準温度Ｔ０に対して数℃の変動を温度補正部２６によって補正すればよく、液晶層１２の温度変化による位相変調量の変動を更に精度良く補正することができる。

また、本実施形態においては、温度補正部２６が数式（５）に基づいて制御入力値を補正している。しかしながら、画素電極１３ａに印加される電圧の範囲の広さによっては、温度変化量δと位相変調量の変動量γとの関係が非線形となる場合がある。その場合、上述したステップＳ１３の数式（４）の係数αに代えて、この非線形の関係における以下の近似式（８）の係数β_１〜β_ｎを求めるとよい。

そして、これらの複数の係数β_１〜β_ｎを、温度変化係数データ２３ｂの温度変化係数とするとよい。また、温度補正部２６は、上述した温度補正式（５）に代えて、以下の温度補正式（９）を用いて、液晶層１２の温度変化による影響が補正された制御位相値φ_０を演算するとよい。なお、数式（９）において、Ｔは位相変調部１０の現在温度であり、Ｔ０は位相変調部１０の基準温度（一例では、検査時の温度）であり、φ_Ｔは、現在温度Ｔにおいて所望の位相変調量を得るための制御位相値である。

このような非線形係数を用いて温度補正を行うことによって、液晶層１２の温度変化に拘わらず、更に高い精度で（例えば位相１°単位、０．１°単位、若しくは０．０１°単位で）位相変調を行うことが可能となる。

（第１変形例）
図１３は、上記実施形態の第１変形例である空間光変調装置１Ｂの構成を示すブロック図である。図１３に示されるように、本変形例に係る空間光変調装置１Ｂは、位相変調部１０に加えて、電圧生成部としての駆動装置２０Ｂ及び制御装置３０Ｂを備えている。なお、位相変調部１０の構成については、上記実施形態の位相変調部１０の構成と同じなので詳細な説明を省略する。

制御装置３０Ｂは、上記実施形態の制御装置３０Ａと同様に、例えば中央演算処理部３１、メモリ３２およびハードディスク３３を有する電子計算機等によって好適に実現される。但し、本変形例においては、ハードディスク３３は、所望の位相パターン３３ａのほか、面歪み補正パターンデータ３３ｂ、温度変化係数データ３３ｃ、多項近似式データ３３ｄ及びその係数データ３３ｅを記憶している。面歪み補正パターンデータ３３ｂは、上記実施形態の面歪み補正パターンデータ２３ａに相当するデータであって、シリコン基板１１に画素電極１３ａ周辺の回路素子を作り込む際に第１の電極１３の表面に生じる面歪みを、液晶層１２により与える位相差によって補正するためのデータである。また、温度変化係数データ３３ｃは、上記実施形態の温度変化係数データ２３ｂに相当するデータであって、液晶層１２の温度変化による、画素電極１３ａへの印加電圧と位相変調量との関係の変動を補正するための係数に関するデータである。多項近似式データ３３ｄ及びその係数データ３３ｅは、上記実施形態の多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄに相当するデータであって、液晶層１２の非線形性、すなわち各画素電極１３ａに与えられる電圧の大きさと位相変調量との間の非線形性を補正するためのデータである。

中央演算処理部３１は、図１３に示されるように、加算部３２ａと、位相換算部３２ｂと、温度補正部３２ｃと、ＤＡ入力値生成部３２ｄと、温度読み出し司令部３２ｅとを、メモリ３２に記憶された所定のプログラムを読み込むことによって実現する。加算部３２ａは、ハードディスク３３から位相パターン３３ａ及び面歪み補正パターンデータ３３ｂを読み出して、これらを相互に加算することにより、制御入力値Ｓ３を生成する。位相換算部３２ｂは、前述した数式（１）を用いて、制御入力値Ｓ３を、位相変調部１０における位相変調量の目標値である制御位相値φ_Ｔに変換する。温度読み出し司令部３２ｅは、液晶層１２の温度に関するデータを駆動装置２０Ｂに要求するための信号Ｓｒを生成する。この信号Ｓｒは、通信部３４を介して駆動装置２０Ｂの温度センサ処理部２９に送られる。温度補正部３２ｃは、ハードディスク３３から温度変化係数データ３３ｃを読み出すとともに、位相変調部１０の現在の温度値Ｔｓを駆動装置２０Ｂから受けて、これらのデータを基に制御位相値φ_Ｔを補正して、制御位相値φ_０を算出する。なお、この補正演算は、上記実施形態において温度補正部２６が行う演算と同様である。ＤＡ入力値生成部３２ｄは、ハードディスク３３から多項近似式データ３３ｄ及びその係数データ３３ｅを読み出して、制御位相値φ_０からＤＡ入力値ｙ_０を算出する。ＤＡ入力値生成部３２ｄは、ＤＡ入力値ｙ_０を、通信部３４を介して駆動装置２０Ｂに提供する。

駆動装置２０Ｂは、通信部２１、入力処理部２２、ディジタル／アナログ変換部２８、および温度センサ処理部２９を有している。これらの構成および動作は、上記実施形態と同様である。なお、本変形例の駆動装置２０Ｂは、上記実施形態の不揮発性記憶素子２３、加算部２４、温度補正部２６、およびＤＡ入力値生成部２７を有していない。これらの要素は、既述した制御装置３０Ｂに含まれている。

図１４は、本変形例に係る空間光変調方法を示すフローチャートである。以下、図１４を参照しつつ、本変形例に係る空間光変調方法および空間光変調装置１Ｂの動作について説明する。

まず、ハードディスク３３に記憶されている位相パターン３３ａおよび面歪み補正パターンデータ３３ｂが中央演算処理部３１に読み出され、これらが相互に加算されて、制御入力値Ｓ３が生成される（ステップＳ３１）。そして、制御入力値Ｓ３に基づいて、位相変調部１０における位相変調量の目標値である制御位相値φ_Ｔが、位相換算部３２ｂにおいて生成される（ステップＳ３２）。また、温度センサ１７によって検出された液晶層１２の現在の温度に関する温度信号Ｓｔｅｍｐが温度センサ処理部２９に送られ、温度信号Ｓｔｅｍｐに示される温度値Ｔｓが通信部３４を介して中央演算処理部３１に送られる（ステップＳ３３、温度取得ステップ）。なお、このステップＳ３３は、上記ステップＳ３１及びＳ３２と並行して行われても良い。

次に、ハードディスク３３に記憶されている温度変化係数データ３３ｃと、現在の温度値Ｔｓとが中央演算処理部３１に読み出され、制御入力値Ｓ３に対して上述した数式（５）に示された演算を行うことにより、液晶層１２の温度変化による影響が補正された（基準温度Ｔ０のときの）制御位相値φ_０が算出される（ステップＳ３４、補正演算ステップ）。

続いて、ハードディスク３３に記憶されている多項近似式データ３３ｄ及びその係数データ３３ｅが、ＤＡ入力値生成部３２ｄに提供される。ＤＡ入力値生成部３２ｄでは、多項近似式データ３３ｄに示される数式（前述した数式（７））を用いて、制御位相値φ_Ｔを得るために好適なＤＡ入力値ｙ_０が算出される（ステップＳ３５、ＤＡ入力演算ステップ）。このＤＡ入力値ｙ_０は、制御装置３０Ｂから駆動装置２０Ｂへ転送される（ステップＳ３６）。そして、位相変調部１０の各画素に印加される画素毎のアナログ電圧Ｖが、ディジタル／アナログ変換部２８においてＤＡ入力値ｙ_０に基づき生成される（ステップＳ３７）。これらのアナログ電圧Ｖは、駆動手段２８ａへ送られる。そして、これらのアナログ電圧Ｖは、駆動手段２８ａから位相変調部１０へ出力され、各画素電極１３ａに印加される（ステップＳ３８、電圧印加ステップ）。位相変調部１０では、印加電圧Ｖの大きさに応じて液晶分子１２ａの傾きが変化し、屈折率の変化が生じる。その結果、所望の位相パターン３３ａに対応する位相分布が空間的に表現され、入射光の位相が変調される（ステップＳ３９）。

以上に説明した本変形例に係る空間光変調装置１Ｂおよび空間光変調方法によれば、上記実施形態と同様に、温度変化係数を用いて温度補正部３２ｃが制御位相値を補正しているので、液晶層１２の温度変化による位相変調量の変動を容易に補正することができる。更に、必要な記憶容量を小さくでき、作製が容易となり、且つ所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度を高めることができる。また、非線形の関係にある印加電圧と位相変調量との関数を予め記憶しておき、その係数を上述した温度変化係数と共に使用しているので、制御入力値と位相変調量との関係を液晶層１２の温度に拘わらず常に一定に保つことが可能となる。

（第２変形例）
図１５は、上記実施形態の第２変形例である空間光変調装置１Ｃの構成を示すブロック図である。図１５に示されるように、本変形例に係る空間光変調装置１Ｃは、位相変調部１０と、電圧生成部としての駆動装置２０Ｃとを備えている。これらのうち、位相変調部１０の構成については、上記実施形態の位相変調部１０の構成と同じである。

駆動装置２０Ｃは、制御部４２を有している。制御部４２は、例えば中央演算処理部（ＣＰＵ）、メモリおよびハードディスクを有する電子計算機等によって好適に実現される。また、駆動装置２０Ｃは、入力処理部２２、不揮発性記憶素子２３、加算部２４、位相換算部２５、温度補正部２６、ＤＡ入力値生成部２７、ディジタル／アナログ変換部２８、および温度センサ処理部２９を有している。

入力処理部２２は、制御部４２から受けた信号に基づいて、垂直同期信号及び水平同期信号を生成する為のトリガ信号Ｓｔｒを発生させる。不揮発性記憶素子２３は、面歪み補正パターンデータ２３ａ、温度変化係数データ２３ｂ、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄに加えて、所望の位相パターン２３ｅを記憶している。位相パターン２３ｅは、上記実施形態における位相パターン３３ａに相当するものである。

加算部２４は、不揮発性記憶素子２３から面歪み補正パターンデータ２３ａ及び位相パターン２３ｅを読み出し、これらを相互に加算することにより、面歪み補正後の制御入力値Ｓ４を生成する。位相換算部２５は、前述した数式（１）を用いて、制御入力値Ｓ４を、位相変調部１０における位相変調量の目標値である制御位相値φ_Ｔに変換する。温度補正部２６は、温度変化係数データ２３ｂと、温度センサ処理部２９から得られる温度値Ｔｓとに基づいて、制御位相値φ_Ｔに所定の演算処理を施すことにより、温度補正後の制御位相値φ_０を生成する。ＤＡ入力値生成部２７は、多項近似式データ２３ｃ及びその係数データ２３ｄを使用して、制御位相値φ_０からＤＡ入力値ｙ_０を算出する。ディジタル／アナログ変換部２８は、位相変調部１０の各画素に印加される画素毎のアナログ電圧Ｖを、ＤＡ入力値ｙ_０に基づいて発生させる。これらのアナログ電圧Ｖは、駆動手段２８ａを通じて位相変調部１０へ出力され、各画素電極１３ａ（図２参照）に印加される。

以上に説明した本変形例に係る空間光変調装置１Ｃによれば、上記実施形態と同様に、温度変化係数を用いて温度補正部２６が制御位相値を補正するので、液晶層１２の温度変化による位相変調量の変動を容易に補正することができる。更に、必要な記憶容量を小さくでき、作製が容易となり、且つ所望の位相変調量に対する印加電圧値の精度を高めることができる。また、非線形の関係にある印加電圧と位相変調量との関数を予め記憶しておき、その係数を上述した温度変化係数と共に使用するので、制御入力値と位相変調量との関係を液晶層１２の温度に拘わらず常に一定に保つことが可能となる。

（第３変形例）
図１６は、上記実施形態の第３変形例である空間光変調装置１Ｄの構成を示すブロック図である。図１６に示されるように、本変形例に係る空間光変調装置１Ｄは、位相変調部１０と、電圧生成部としての駆動装置２０Ｄ及び制御装置３０Ａとを備えている。これらのうち、位相変調部１０及び制御装置３０Ａの構成については、上記実施形態の位相変調部１０の構成と同じである。

また、本変形例の駆動装置２０Ｄは、上記実施形態の駆動装置２０Ａの構成に加えて、更に不揮発性記憶素子４３を有している。不揮発性記憶素子４３は、温度補正部２６によって算出された制御位相値φ_０と、その制御位相値φ_０に基づいてＤＡ入力値生成部２７によって算出されたＤＡ入力値ｙ_０とを記憶する。本変形例の温度補正部２６は、制御位相値φ_０を算出したのち、この制御位相値φ_０をＤＡ入力値生成部２７へ出力するとともに、制御位相値φ_０を不揮発性記憶素子４３に記憶させる。ＤＡ入力値生成部２７は、ＤＡ入力値ｙ_０のための演算を行う前に不揮発性記憶素子４３を参照し、該当するＤＡ入力値ｙ_０が存在する場合には、演算を行うことなくこのＤＡ入力値ｙ_０を読み出し、ディジタル／アナログ変換部２８へ出力する。また、該当するＤＡ入力値ｙ_０が不揮発性記憶素子４３に存在しない場合、ＤＡ入力値生成部２７は、算出したＤＡ入力値ｙ_０を不揮発性記憶素子４３に記憶させる。

図１７は、本変形例に係る空間光変調方法を示すフローチャートである。以下、図１７を参照しつつ、本変形例に係る空間光変調方法および空間光変調装置１Ｄの動作について説明する。なお、上記実施形態における補正演算ステップＳ２５（図１２参照）までの各ステップ、及びディジタル／アナログ変換部２８においてアナログ電圧が生成されるステップＳ２７以降の各ステップは上記実施形態と同様なので、図１７では図示を省略している。

まず、温度補正部２６において、前述した数式（５）を用いて、液晶層１２の温度変化による影響が補正された制御位相値φ_０が算出される（ステップＳ２５、補正演算ステップ）。次に、ＤＡ入力値生成部２７は、不揮発性記憶素子４３を参照して制御位相値φ_０が記録されているか否かを確認する（ステップＳ４１）。制御位相値φ_０が記録されていない場合（ステップＳ４１においてＮｏ）、ＤＡ入力値生成部２７では、多項近似式データ２３ｃに示される数式（前述した数式（７））を用いて、制御位相値φ_０に基づいてＤＡ入力値ｙ_０が算出される（ステップＳ４２）。そして、算出されたＤＡ入力値ｙ_０は、対応する制御位相値φ_０と共に不揮発性記憶素子４３に記録される（ステップＳ４３）。また、制御位相値φ_０が記録されている場合（ステップＳ４１においてＹｅｓ）、ＤＡ入力値生成部２７では、ＤＡ入力値ｙ_０は算出されない。その後、位相変調部１０の各画素に印加される画素毎のアナログ電圧Ｖが、ディジタル／アナログ変換部２８においてＤＡ入力値ｙ_０に基づき生成される（ステップＳ２７）。

本変形例に係る空間光変調装置１Ｄ及び空間光変調方法によれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができるほか、次の効果を奏することができる。すなわち、本変形例では、ＤＡ入力値生成部２７において一度算出されたＤＡ入力値ｙ_０が、対応する制御位相値φ_０と共に不揮発性記憶素子４３に記録されている。したがって、同じ制御位相値φ_０が再び発生した際に、ＤＡ入力値生成部２７における再度の演算を省くことができ、処理時間を短縮することができる。

本発明による空間光変調装置および空間光変調方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、位相変調部の画素電極が複数行および複数列にわたって二次元状に配置されている場合を例示したが、本発明における空間光変調装置はこれに限られず、例えば複数の画素電極が一次元状に配置された構成を有していてもよい。

１Ａ〜１Ｄ…空間光変調装置、１０…位相変調部、１１…シリコン基板、１２…液晶層、１２ａ…液晶分子、１３，１４…電極、１３ａ…画素電極、１５…ガラス基板、１６…スペーサ、１７…温度センサ、２０Ａ〜２０Ｄ…駆動装置、２１…通信部、２２…入力処理部、２３…不揮発性記憶素子、２３ａ，３３ｂ…面歪み補正パターンデータ、２３ｂ，３３ｃ…温度変化係数データ、２３ｃ，３３ｄ…多項近似式データ、２３ｄ，３３ｅ…多項近似式の係数データ、２３ｅ，３３ａ…位相パターン、２４…加算部、２５…位相換算部、２６…温度補正部、２７…ＤＡ入力値生成部、２８…ディジタル／アナログ変換部、２８ａ…駆動手段、２９…温度センサ処理部、３０Ａ，３０Ｂ…制御装置、３１…中央演算処理部、３２…メモリ、３２ａ…加算部、３２ｂ…位相換算部、３２ｃ…温度補正部、３２ｄ…ＤＡ入力値生成部、３２ｅ…温度読み出し司令部、３３…ハードディスク、３４…通信部、４１…基礎データベース、５０Ａ…電圧生成部、１００…偏光干渉計、１０１…温度制御装置、１０２…ハーフミラー、１０３…レンズ、１０４…検光子、１０５…偏光子、１０６…光源、１０７…受光素子、Ａ…印加電圧範囲、Ｓ１〜Ｓ４…制御入力値、Ｓｔｅｍｐ…温度信号、φ_Ｔ，φ_０…制御位相値（位相変調量指示値）。

Claims (14)

1. 一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調装置であって、
   印加電界の大きさに応じて前記入射光の位相を変調する液晶層と、
   前記液晶層の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、
   前記複数の画素毎に設けられ、前記印加電界を発生させる電圧を前記液晶層に印加する複数の画素電極と、
   前記複数の画素電極に前記電圧を提供する電圧生成部と
   を備え、
   前記電圧生成部が記憶手段を有しており、該記憶手段には、前記液晶層の基準温度に対する温度変化量と前記液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに前記基準温度における印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数が予め記憶されており、
   前記電圧生成部は、前記温度センサから提供された前記温度信号に示された温度と、前記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行ったのち、前記複数の第２の係数を使用して前記位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算し、該印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供する
   ことを特徴とする、空間光変調装置。
2. 前記第１の関数が一次関数であり、前記第１の係数の個数が一つであることを特徴とする、請求項１に記載の空間光変調装置。
3. 前記電圧の範囲が、前記第１の関数を一次関数として近似し得る所定範囲に限定されていることを特徴とする、請求項２に記載の空間光変調装置。
4. 前記第１の関数がｎ次関数（ｎは２以上の整数）であり、前記第１の係数の個数がｎ個であることを特徴とする、請求項１に記載の空間光変調装置。
5. 前記電圧生成部は、所望の位相変調量を、印加電圧を制御するための値であって位相変調量との関係を線形として扱える制御入力値に変換したのち、前記制御入力値に基づいて前記位相変調量指示値を生成し、
   前記電圧生成部は、補正後の前記位相変調量指示値と該位相変調量指示値から換算された前記印加電圧相当値とを記憶しておき、補正後の前記位相変調量指示値に対応する前記印加電圧相当値が存在する場合には、演算を行うことなく該印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の空間光変調装置。
6. 一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調装置であって、
   印加電界の大きさに応じて前記入射光の位相を変調する液晶層と、
   前記液晶層の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、
   前記複数の画素毎に設けられ、前記印加電界を発生させる電圧を前記液晶層に印加する複数の画素電極と、
   前記複数の画素電極に前記電圧を提供する電圧生成部と
   を備え、
   前記電圧生成部が記憶手段を有しており、該記憶手段には、前記液晶層の基準温度に対する温度変化量と前記液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数が予め記憶されており、
   前記電圧生成部は、前記温度センサから提供された前記温度信号に示された温度と、前記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行ったのち、前記複数の第２の係数を使用して前記位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算し、該印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供し、
   前記第１の関数が一次関数であり、前記第１の係数の個数が一つであり、
   前記電圧生成部が、次の数式
   

   

   
   （但し、Ｔは前記温度センサから提供された前記温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の前記位相変調量指示値、φ_０は補正後の前記位相変調量指示値、αは前記第１の係数）に基づいて、前記位相変調量指示値を補正することを特徴とする、空間光変調装置。
7. 一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に入射光の位相を変調する空間光変調装置であって、
   印加電界の大きさに応じて前記入射光の位相を変調する液晶層と、
   前記液晶層の温度に応じた信号である温度信号を生成する温度センサと、
   前記複数の画素毎に設けられ、前記印加電界を発生させる電圧を前記液晶層に印加する複数の画素電極と、
   前記複数の画素電極に前記電圧を提供する電圧生成部と
   を備え、
   前記電圧生成部が記憶手段を有しており、該記憶手段には、前記液晶層の基準温度に対する温度変化量と前記液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数が予め記憶されており、
   前記電圧生成部は、前記温度センサから提供された前記温度信号に示された温度と、前記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行ったのち、前記複数の第２の係数を使用して前記位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算し、該印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供し、
   前記第１の関数がｎ次関数（ｎは２以上の整数）であり、前記第１の係数の個数がｎ個であり、
   前記電圧生成部が、次の数式
   

   

   
   （但し、Ｔは前記温度センサから提供された前記温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の前記位相変調量指示値、φ_０は補正後の前記位相変調量指示値、β_１…β_ｎは前記ｎ個の第１の係数）に基づいて、前記位相変調量指示値を補正することを特徴とする、空間光変調装置。
8. 印加電界の大きさに応じて入射光の位相を変調する液晶層と、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に設けられ、前記印加電界を発生させる電圧を前記液晶層に印加する複数の画素電極とを用いる空間光変調方法であって、
   前記液晶層の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、
   前記液晶層の基準温度に対する温度変化量と前記液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに前記基準温度における印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数を予め記憶している記憶手段から該一又は複数の第１の係数を読み出し、前記温度信号に示された温度と、前記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行う補正演算ステップと、
   前記記憶手段から前記複数の第２の係数を読み出し、前記複数の第２の係数を使用して前記位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算する電圧換算ステップと、
   前記印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供する電圧印加ステップと
   を含むことを特徴とする、空間光変調方法。
9. 前記第１の関数が一次関数であり、前記第１の係数の個数が一つであることを特徴とする、請求項８に記載の空間光変調方法。
10. 前記電圧の範囲が、前記第１の関数を一次関数として近似し得る所定範囲に限定されていることを特徴とする、請求項９に記載の空間光変調方法。
11. 前記関数がｎ次関数（ｎは２以上の整数）であり、前記第１の係数の個数がｎ個であることを特徴とする、請求項８に記載の空間光変調方法。
12. 前記補正演算ステップにおいて、所望の位相変調量を、印加電圧を制御するための値であって位相変調量との関係を線形として扱える制御入力値に変換したのち、前記制御入力値に基づいて前記位相変調量指示値を生成し、
    前記電圧換算ステップにおいて、補正後の前記位相変調量指示値と該位相変調量指示値から換算された前記印加電圧相当値とを記憶しておき、補正後の前記位相変調量指示値に対応する前記印加電圧相当値が存在する場合には、演算を行うことなく、前記電圧印加ステップにおいて該印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の空間光変調方法。
13. 印加電界の大きさに応じて入射光の位相を変調する液晶層と、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に設けられ、前記印加電界を発生させる電圧を前記液晶層に印加する複数の画素電極とを用いる空間光変調方法であって、
    前記液晶層の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、
    前記液晶層の基準温度に対する温度変化量と前記液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数を予め記憶している記憶手段から該一又は複数の第１の係数を読み出し、前記温度信号に示された温度と、前記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行う補正演算ステップと、
    前記記憶手段から前記複数の第２の係数を読み出し、前記複数の第２の係数を使用して前記位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算する電圧換算ステップと、
    前記印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供する電圧印加ステップと
    を含み、
    前記第１の関数が一次関数であり、前記第１の係数の個数が一つであり、
    前記補正演算ステップにおいて、次の数式
    

    

    
    （但し、Ｔは前記温度センサから提供された前記温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の前記位相変調量指示値、φ_０は補正後の前記位相変調量指示値、αは前記係数）に基づいて、前記位相変調量指示値を補正することを特徴とする、空間光変調方法。
14. 印加電界の大きさに応じて入射光の位相を変調する液晶層と、一次元もしくは二次元に配列された複数の画素毎に設けられ、前記印加電界を発生させる電圧を前記液晶層に印加する複数の画素電極とを用いる空間光変調方法であって、
    前記液晶層の温度に応じた信号である温度信号を温度センサから取得する温度取得ステップと、
    前記液晶層の基準温度に対する温度変化量と前記液晶層における位相変調量の変動量との相関を表す第１の関数に含まれる一又は複数の第１の係数、並びに印加電圧と位相変調量との相関を表す非線形関数である第２の関数に含まれる複数の第２の係数を予め記憶している記憶手段から該一又は複数の第１の係数を読み出し、前記温度信号に示された温度と、前記一又は複数の第１の係数とを使用して、位相変調量の目標値である位相変調量指示値を補正するための演算を行う補正演算ステップと、
    前記記憶手段から前記複数の第２の係数を読み出し、前記複数の第２の係数を使用して前記位相変調量指示値を印加電圧相当値に換算する電圧換算ステップと、
    前記印加電圧相当値に応じた前記電圧を前記複数の画素電極に提供する電圧印加ステップと
    を含み、
    前記関数がｎ次関数（ｎは２以上の整数）であり、前記第１の係数の個数がｎ個であり、
    前記補正演算ステップにおいて、次の数式
    

    

    
    （但し、Ｔは前記温度センサから提供された前記温度信号に示された温度、Ｔ０は基準温度、φ_Ｔは補正前の前記位相変調量指示値、φ_０は補正後の前記位相変調量指示値、β_１…β_ｎは前記ｎ個の第１の係数）に基づいて、前記位相変調量指示値を補正することを特徴とする、空間光変調方法。

Images