JP7111678B2 - 光変調装置、及び空間光変調器の駆動方法 - Google Patents
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Description
A(V)sin(2πft)
と表すことができる。なお、液晶の粘性のため、駆動電圧の周波数を徐々に大きくすると、液晶は駆動電圧の変化に徐々に追随できなくなる。従って、関数A(V)は、周波数fが大きくなるほど小さくなる。
Phs(V)+A(V)sin(2πft)
となる。
更に、N/2個の画素のみ駆動電圧の位相を反転させると、上記の数式(1)は下記の数式(2)に書き換えられる。このとき、位相変調量Phs(V)は駆動電圧の振幅Vのみに依存するので不変である。
数式(2)の第2項及び第3項は、sin(θ+π)=-sinθ(θ:任意の角度)なる関係を用いて以下の数式(3)のように書き換えられる。
数式(3)の第2項及び第3項は互いに相殺するので、最終的に、位相変調量の積算結果は下記となり、ゆらぎは完全にキャンセルされる。
以上の説明から明らかなように、画素群401に提供する駆動信号V1(t)の位相と、画素群402に提供する駆動信号V2(t)の位相とを互いに反転させることによって、変調後の光L2に生じるゆらぎを低減することができる。なお、以上の説明から、画素群401の画素数と画素群402の画素数とが互いに等しい場合にゆらぎを最も低減することができるが、これらが互いに異なる場合であっても、或る程度のゆらぎを低減することができる。
上記実施形態では変調部40Aを2つの画素群401,402に分割しているが、画素群の分割態様はこれに限られない。例えば、図20に示されるように、境界線B1と交差する別の境界線B2を設け、変調部40Aを4つの画素群403~406に分割してもよい。そして、画素群403,405(共に第1の画素群)に提供する駆動信号V1(t)の位相と、画素群404,406(共に第2の画素群)に提供する駆動信号V2(t)の位相とを互いに反転させてもよい。このような形態であっても、変調後の光L2に生じるゆらぎを効果的に低減することができる。なお、好適には、照射領域Q内における画素群403,405の面積の和と、画素群404,406の面積の和とが互いに等しくなるように、境界線B1,B2と照射領域Qの中心Pとの相対位置関係が設定されるとよい。
図22は、上記実施形態の第2変形例に係る光変調装置1Bの構成を示す図である。本変形例の光変調装置1Bは、上記実施形態のSLM4A(図2を参照)に代えて、SLM4Bを備えている。SLM4Bは、透過型の変調部40Bと、駆動回路41とを有する。変調部40Bは、上記実施形態と同様の光源及び導光光学系と光学的に結合されており、導光光学系から出力された平行光である光L1を裏面に受ける。変調部40Bは、光L1の光路上に設けられ、位相パターンを表示する。変調部40Bは、複数の画素40aを有し、駆動信号の大きさに応じて入射光L1の位相を画素40a毎に変調する。駆動回路41は、変調部40Bに所望の位相パターンを表示させるための駆動電圧を画素40a毎に生成する。変調後の光L2は、変調部40Bの表(おもて)面から出力され、集光光学系6に達する。集光光学系6は、光L2を任意の位置に集光する。
図23は、上記実施形態の第3変形例に係る光変調装置1Cの構成を示す図である。本変形例では、駆動回路41が、画素群401と画素群402との境界線B1を可変とする。すなわち、駆動回路41は、駆動信号V1(t)を提供する画素40aと、駆動信号V2(t)を提供する画素40aとを自在に変更することができる。従って、導光光学系3を用いて光L1の中心軸線AX1を移動しなくても、光L1の照射領域の位置に応じて境界線B1を移動させることにより、変調部40Aに対する光L1の入射位置(すなわち照射領域の中心Pの位置)を境界線B1に近づけ、画素群401,402の面積比を1:1に近づけることができる。故に、本変形例においても、画素群401からの光L2のゆらぎの大きさと、画素群402からの光L2のゆらぎの大きさとを互いに近づけることができるので、これらのゆらぎをより効果的に打ち消し合わせて、変調後の光L2のゆらぎを更に低減することができる。また、上記実施形態と比較して、導光光学系3の構成を簡易にすることができる。
図24は、上記実施形態の第4変形例に係る光変調装置1Dの構成を示す図である。光変調装置1Dは、上記実施形態の光変調装置1Aの構成に加えて、ビームスプリッタ7、光検出器8、及び導光光学系制御部9を更に備える。ビームスプリッタ7の表(おもて)面は、SLM4Aの光出射面と光学的に結合され、SLM4Aから出力された光L2を受け、この光L2の一部を反射して光L3とし、残部を透過して光L4とする。光L3は、集光光学系6によって任意の位置に集光される。一方、光L4は、ビームスプリッタ7の裏面と光学的に結合された光検出器8に入射する。光検出器8は、変調後の光L2の強度を検出するために、光L4の光強度に応じた電気信号S1を生成する。光検出器8は、導光光学系制御部9と電気的に接続されており、導光光学系制御部9に電気信号S1を提供する。光検出器8は、例えば単一の受光部を有するフォトダイオードといった半導体受光素子を含んで構成される。光L4は、レンズによって集光されてもよく、集光されなくてもよい。導光光学系制御部9は、アクチュエータを含んで構成され、導光光学系3を方向D1に沿って移動させることができる。導光光学系制御部9は、光検出器8からの電気信号S1によって得られる光L4の光強度の周期的な変動(ゆらぎ)の大きさに基づいて、該変動が最小値に近づくように導光光学系3の位置を制御することにより、変調部40Aに対する光L1の入射位置(すなわち照射領域の中心Pの位置)を定める。
図25は、上記実施形態の第5変形例に係る光変調装置1Eの構成を示す図である。光変調装置1Eは、上記第3変形例の光変調装置1Cの構成に加えて、ビームスプリッタ7及び光検出器8を更に備える。ビームスプリッタ7及び光検出器8の構成及び機能は、上述した第4変形例と同様である。また、光変調装置1EのSLM4Eは、上記実施形態の駆動回路41に代えて、駆動回路41Bを有する。駆動回路41Bは、光検出器8と電気的に接続されており、光L4の光強度に応じた電気信号S1を受ける。駆動回路41Bは、光検出器8からの電気信号S1によって得られる光L4の光強度の周期的な変動(ゆらぎ)の大きさに基づいて、該変動が最小値に近づくように、画素群401と画素群402との境界線B1の位置を定める。これにより、光L1の照射範囲における画素群401,402の面積割合に応じて境界線B1を自動的に移動させ、画素群401からの光L2のゆらぎの大きさと、画素群402からの光L2のゆらぎの大きさとを容易に近づけることができる。
Claims (9)
- 空間光変調器と、
光源と、
集光光学系と、を備え、
前記空間光変調器は、
複数の画素を有し、周期的に時間変化する駆動信号の振幅に応じて入射光の位相若しくは強度を画素毎に変調する変調部と、
前記駆動信号を前記変調部に提供する駆動回路と、を備え、
前記変調部の前記複数の画素は、所定の方向を長手方向とする第1の画素群と、該方向を長手方向とする第2の画素群とを含み、前記第1の画素群と前記第2の画素群とは、該方向と交差する方向に交互に並んでおり、
前記駆動回路は、前記第1の画素群に提供する前記駆動信号の位相と、前記第2の画素群に提供する前記駆動信号の位相とを互いに反転させるように制御し、前記第1の画素群と前記第2の画素群との境界線を可変制御し、
前記第1の画素群の少なくとも一部、及び前記第2の画素群の少なくとも一部は、前記入射光の照射領域内にあり、
前記光源は、前記入射光を前記変調部に提供し、
前記集光光学系は、前記変調部から出力された変調後の光を集光する、光変調装置。 - 前記変調部は液晶層を含む、請求項1に記載の光変調装置。
- 前記駆動回路は、前記入射光の照射領域における前記第1の画素群の面積と前記第2の画素群の面積とが互いに等しくなるように制御する、請求項1または2に記載の光変調装置。
- 前記光源から出力された光を前記変調部へ導く導光光学系を更に備え、
前記導光光学系は、前記変調部における光の入射位置を可変とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の光変調装置。 - 変調後の光の強度を検出する光検出器と、
前記導光光学系を制御する導光光学系制御部と、を更に備え、
前記導光光学系制御部は、前記光検出器から提供される光強度の周期的な変動に基づいて、該変動が最小値に近づくように、前記変調部における光の入射位置を定める、請求項4に記載の光変調装置。 - 複数の画素を有し、周期的に時間変化する駆動信号の振幅に応じて入射光の位相若しくは強度を画素毎に変調する変調部を備える空間光変調器を駆動する方法であって、
前記変調部の前記複数の画素は、所定の方向を長手方向とする第1の画素群と、該方向を長手方向とする第2の画素群とを含み、前記第1の画素群と前記第2の画素群とは、該方向と交差する方向に交互に並んでおり、
前記第1の画素群に提供する前記駆動信号の位相と、前記第2の画素群に提供する前記駆動信号の位相とを互いに反転させ、前記第1の画素群と前記第2の画素群との境界線を可変とし、
前記第1の画素群の少なくとも一部、及び前記第2の画素群の少なくとも一部は、前記入射光の照射領域内にあり、
前記入射光を前記変調部へ導く導光光学系を設け、前記導光光学系により前記変調部における前記入射光の入射位置を可変とする、空間光変調器の駆動方法。 - 前記変調部は液晶層を含む、請求項6に記載の空間光変調器の駆動方法。
- 前記入射光の照射領域における前記第1の画素群の面積と前記第2の画素群の面積とが互いに等しい、請求項6または7に記載の空間光変調器の駆動方法。
- 変調後の光の強度を検出し、該光強度の周期的な変動に基づいて、該変動が最小値に近づくように、前記変調部における前記入射光の入射位置を定める、請求項6~8のいずれか1項に記載の空間光変調器の駆動方法。
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