JPH0455484B2 - - Google Patents

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JPH0455484B2
JPH0455484B2 JP63171429A JP17142988A JPH0455484B2 JP H0455484 B2 JPH0455484 B2 JP H0455484B2 JP 63171429 A JP63171429 A JP 63171429A JP 17142988 A JP17142988 A JP 17142988A JP H0455484 B2 JPH0455484 B2 JP H0455484B2
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal layer
spatial phase
optical
phase modulation
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JP63171429A
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English (en)
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JPH0220823A (ja
Inventor
Baanzu Toomasu
Joji Matsuda
Naotake Ooyama
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H2001/0208Individual components other than the hologram
    • G03H2001/0224Active addressable light modulator, i.e. Spatial Light Modulator [SLM]

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は光の空間位相分布を制御する光空間
位相変調方法及びそれに使用する光空間位相変調
装置に関するものである。
[従来の技術] 光の空間位相分布を制御する技術は各方面に応
用されて使用されている。例えば、高精度の表面
形状測定、特に球面や非球面の表面形状を持つ物
品の表面形状測定、光学機器を使用した伝送方式
を採用したパターン認識システム用のマツチド空
間フイルタ(Matched spatial filter)関連の製
造、または大気のような不定形で乱れ易い媒体中
で作動する光学系を使用した記録画像の修正すな
わちそのような媒体に起因する収差の直接修正に
利用される。
このような空間位相分布を制御する技術として
は、従来、それぞれ微小のアクチユエータによつ
て駆動され若しくは変形される鏡または可撓膜を
使用し、鏡または可撓膜の反射面を変形させ、入
射する光の反射光の空間的位相分布を制御するも
の、電場を印加することにより屈折率が変化する
電気視覚用結晶を用い、その屈折率の変化により
その結晶を透過する光の空間位相分布を制御する
もの、或いは、電場を印加することにより変形可
能なゲルまたは油の層を用い、そのゲルまたは油
の層の変形により、そこを通過する光の空間位相
分布を制御するもの等がある。
[発明が解決しようとする課題] しかるに、従来の技術は分解能が低く、応答速
度が遅く、かつ高価であるという問題点があり、
これらの問題点を解決した技術の開発が望まれて
いる。
の発明は上記の如き事情に鑑みてなされたもの
であつて、分離能が高く、応答速度が早く、かつ
廉価に実施することができる光空間位相変調方法
及びそこで使用する光空間位相変調装置を提供す
ることを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の光空間位相変
調方法は、位相変調すべき単一波長を有するコー
ヒレントな光の光路中に一層の液晶層を配置し、
前記液晶層を電場を、前記液晶層の空間領域に対
して、規則的に分けられた分割領域ごとに印加し
て電場の空間分布を制御することによつて前記液
晶層の屈折率の空間分布を制御し、これによつて
前記光束の空間位相を変調することを特徴として
いる。
また、この発明の光空間位相変調装置は、位相
変調すべき単一波長を有するコーヒレントな光の
光路中に光空間位相変調素子を配置し、前記光空
間位相変調素子は一層の液晶層と、前記液晶層の
両側に位置していて前記液晶層を横断する電場を
形成し得る2つの電極とを有し、前記2つの電極
のうちの少なくとも一方の電極は前記液晶層に沿
つて規則的に分布しかつそれぞれ独立して電圧を
変化させ得る複数の小電極からなることを特徴と
している。
[作用] 2つの電極に挟まれた液晶層を横切る電場を印
加することにより前記液晶層内の分子の列が変
り、液晶層の屈折率が変化し、その液晶層を通過
する光の位相が変調する。
また、電極の一方若しくは両方を多数の小電極
にしてマトリツクスに配列し、各小電極のポテン
シヤルを個別に制御可能に構成することにより、
前記液晶層を横切る電場の空間的分布を変え、こ
れによつて前記液晶層を通過していく光の空間位
相分布を変調する。
[実施例] 以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面に
ついて説明する。
第4図において、10は光空間位相変調装置で
あり、光空間位相変調装置10は光空間位相変調
素子1、光源13、対物鏡M、ピンホールF1
レンズL1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9
鏡M1,M2,M3,M4、フイルタF2、ホログラム
H、画像センサC、コンピユータCO、画像処理
装置ID、モニター装置Dを備えている。
光空間位相変調素子1は光の空間的位相分布を
変調するために変調の対象である光源13からの
光束の光路中に配置されて使用される。この光空
間位相変調素子1は2つのガラス板2,3の間に
挟まれた液晶層4(約6μm厚)からなつている。
これらのガラス板2,3には各々電極5,6が設
けられてあつて、一方のガラス板3の電極6は小
電極からなつており、各小電極の電圧は個別に可
変である。各小電極6は第2図に示すように多数
マトリツクス状に密に配列されて、走査電極駆動
回路7、信号電極駆動回路8によつて個別に電場
が印加され得る。これらの小電極6は長方形に整
別した160×120個のピクセルの中に置かれ、それ
ぞれ電子回路(走査電極駆動回路7、信号電極駆
動回路8)は、前記液晶層4を横切る電場分布を
外部ビデオ信号に従つて変調可能なように設備さ
れている。前記各ガラス板2,3の内面は0〜
360゜のねじれでねじれたネマチイツクモードにな
るように処理されている。前記ガラス板2,3の
表面における分子の整列は第3図に示されてい
る。
第3図は液晶層4における液晶の分子による入
射光の偏光の配向状態を示す説明図である。
図中、21は液晶層4の前表面における液晶分
子の配向の方向を示している。
22は液晶層4の後表面における液晶分子の配
向の方向を示している。
23は液晶層4の前表面から入射した光の電場
ベクトルの配向の方向を示しいる。
24は液晶層4の後表面から出射する光の電場
ベクトルの配向の方向を示している(液晶層4を
横断する電場は閾値に設定してある)。
この光空間位相変調素子1は光空間位相変調装
置10を構成する第4図に示す変調光学装置14
の中に置かれている。ヘリウム・ネオンレーザ光
源等の光源13からの偏光させられた光は顕微鏡
の対鏡Mによつ拡げられ、ピンホールF1によつ
て空間的に濾過され、レンズL1によつて平行光
にされた後に鏡M1によつて変調光学装置14に
向けられる。光源13からの濾過された光はレン
ズL2とL3によつて更に拡げられた後液晶を用い
た光空間位相変調素子1を透過する。光空間位相
変調素子1に入射する光の電場ベクトルは、最初
のガラス板2の表面の液晶分子の長軸と平行に整
列される。光空間位相変調素子1は、ねじれたネ
マチツク層の始めのレベルにごく近くで作用させ
られるので前記光の偏光は液晶層4を透過すると
きにほとんど0〜360゜回転する。光空間位相変調
素子1から出た光は光レンズL4によつて集光さ
れ、レンズL5を経鏡M2へ進む。レンズL4とL5
鏡M2上に光空間位相変調素子1面の像を作るか
ら、鏡M2は実際上は前記液晶層の平面内になる
如くである。鏡M2からの反射光はレンズL5,L4
及び液晶層4を通つて戻る。液晶層を通つて戻る
とき前記偏光は再びほぼ0〜360゜ねじり戻される
ので、前記光空間位相変調素子1を2回透過後の
光の偏光状態は本質的に変つていない液晶層4の
状態と無関係なことになる。レンズL4とL5及び
鏡M2は次の場合は除き得る。すなわち、光空間
位相変調素子1の後方の電極が、前記光が該光空
間位相変調素子1を透過することなく液晶層4を
通つて直接に反射して戻されるように考えられて
いる場合である。
さて前記鏡M2で反射して戻る光は鏡M3に集め
られてレンズL6に向けられ、レンズL6はその平
行光にする。そこからその光はレンズL7を通り、
レンズL7はその光をフイルタF2の平面内にある
レンズL7の焦点に集める。フイルタF2は光空間
位相変調素子1の小電極6のピクセル構造のうち
変化のなかつたものからの不用な回析結果を除去
する。その後レンズL8はその光を平行光として
ホログラムHに向ける。このホログラムHを必要
に応じて使用されるものである。液晶を用いた光
空間位相変調素子1を通る光路長を一定に保つこ
とは困難であり、なお装置を低コストで製造する
ことは困難である。このため、前記液晶装置によ
つて持ち込まれた収差はかなり大きくなりがちで
あり、従つて前記ホログラムの目的はこれらの収
差を補正して前記液晶装置からの質の良い出力光
を作ることである。
ホログラムHから回折された補正済みの光は鏡
M4によつてフーリエ変換レンズL9に向けられ、
フーリエ平面内の光分布は画像センサーCによつ
て検出されかつモニター装置Dの上に表示され
る。レンズL3,L6,L7及びL8は、フーリエ変換
レンズL9液晶層の平面内の光分布のフーリエ変
換を形成するように配列される。液晶層内の屈折
率分布はコンピユータCOによつて制御された画
像処理装置IDからのビデオ信号によつて制御さ
れる。
[発明の効果] この発明の光空間位相変調方法及び光空間位相
変調装置では分解能が高く、かつ応答速度を高く
することができる。
光空間位相変調素子1の空間位相変調能力を実
証するために、簡単な直線の格子が液晶装置の上
に書かれ、レンズL9のフーリエ平面内の回折パ
ターンを調べ。第5図は、8本の線をもつ1つの
格子が液晶装置に書き込まれたときにその液晶層
を二重に通過した結果として得られたおおよその
位相分布を示す。第6図はレンズL9のフーリエ
平面内強度分布の測定結果を示す。格子構造から
の回折のO次回折光と2次回折光が明瞭に見られ
る。第7図は液晶平面において測定された強度分
布を示す。格子構造は全然明白に見えず、この観
察された回折効果は液晶変調素子によつて持ち込
まれた空間位相分布からのみ来たものだとうこと
を示している。第8図は光空間位相変調素子の上
に16本の線をもつ格子が書かれたときレンズL9
のフーリエ平面に生じた強さ分布を示す。回折次
数は第6図(8本の線で得られた)におけるより
も間隔が2倍あり、見られる結果は液晶層内で生
じた位相格子での正しい回析であることを示して
いる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光空間位相変調素子の断面概略説明
図、第2図は光空間位相変調素子の平面概略説明
図、第3図は光空間位相変調素子へ入射した入射
光の偏光の配向を示す説明図、第4図は光空間位
相変調装置を示す構成説明図、第5図は変調され
た位相分布を示す説明図、第6図はフーリエ平面
内強度分布を示す説明図、第7図は液晶平面内強
度分布を示す説明図、及び第8図はフーリエ平面
内強度分布を示す説明図である。 1……光空間位相変調素子、2,3……ガラス
板、4……液晶層、5……電極、6……小電極、
7……走査電極駆動回路、8……信号電極駆動回
路、10……空間変調装置、13……光源、14
……変調光学装置、L1〜L9……レンズ、M1〜M4
……鏡、H……ホログラム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 位相変調すべき単一波長を有するコーヒレン
    トな光の光路中に一層の液晶層を配置し、前記液
    晶層を横断する電場を、前記液晶層の空間領域に
    対して、規則的に分けられた分割領域ごとに印加
    して電場の空間分布を制御することによつて前記
    液晶層の屈折率の空間分布を制御し、これによつ
    て前記光束の空間位相を変調することを特徴とす
    る光空間位相変調方法。 2 位相変調すべき単一波長を有するコーヒレン
    トな光の光路中に光空間位相変調素子を配置し、
    前記光空間位相変調素子は一層の液晶層と、前記
    液晶層の両側に位置していて前記液晶層を横断す
    る電場を形成し得る2つの電極とを有し、前記2
    つの電極のうちの少なくとも一方の電極は前記液
    晶層に沿つて規則的に分布しかつそれぞれ独立し
    て電圧を変化させ得る複数の小電極からなること
    を特徴とする光空間位相変調装置。
JP17142988A 1988-07-08 1988-07-08 光空間位相変調方法及び光空間位相変調装置 Granted JPH0220823A (ja)

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