JPH06289337A - 光学装置 - Google Patents
光学装置Info
- Publication number
- JPH06289337A JPH06289337A JP7595593A JP7595593A JPH06289337A JP H06289337 A JPH06289337 A JP H06289337A JP 7595593 A JP7595593 A JP 7595593A JP 7595593 A JP7595593 A JP 7595593A JP H06289337 A JPH06289337 A JP H06289337A
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- JP
- Japan
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- liquid crystal
- wave front
- light
- light modulator
- wavefront
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光の利用効率の高い波面補正をおこなう。
【構成】 液晶空間光変調器１０２の画素による回折像
を空間フィルタで分離し、干渉計で波面を測定する。そ
の測定結果をもとに波面補正データを液晶空間光変調器
１０２に記録する。補正された光のうち０次光を利用す
る。
を空間フィルタで分離し、干渉計で波面を測定する。そ
の測定結果をもとに波面補正データを液晶空間光変調器
１０２に記録する。補正された光のうち０次光を利用す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光の波面を制御するため
の光学装置に関する。
の光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光学装置は、図５に示すように、
空間光変調器５０３の画素による回折光を空間フィルタ
５０５によって取り除くものであった。
空間光変調器５０３の画素による回折光を空間フィルタ
５０５によって取り除くものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光学装
置では、特に空間光変調器の開口率が小さい場合、多く
の光を空間フィルタで取り除かれた上、波面を計測する
ために別に光を分配していたため、光の利用効率が低い
という問題があった。本発明は、このような問題点を解
決するものであって、その目的は、簡便な手段により高
性能な光学装置を提供するところにある。
置では、特に空間光変調器の開口率が小さい場合、多く
の光を空間フィルタで取り除かれた上、波面を計測する
ために別に光を分配していたため、光の利用効率が低い
という問題があった。本発明は、このような問題点を解
決するものであって、その目的は、簡便な手段により高
性能な光学装置を提供するところにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の光学装置
は、少なくとも、空間光変調器と波面計測の手段を備
え、前記空間光変調器の周期構造による回折光を前記波
面計測の手段に導くための手段を備えたことを特徴とす
る。
は、少なくとも、空間光変調器と波面計測の手段を備
え、前記空間光変調器の周期構造による回折光を前記波
面計測の手段に導くための手段を備えたことを特徴とす
る。
【０００５】本発明の第２の光学装置は、前記第１の光
学装置において、前記空間光変調器が液晶空間光変調器
であることを特徴とする。
学装置において、前記空間光変調器が液晶空間光変調器
であることを特徴とする。
【０００６】本発明の第３の光学装置は、前記第２の光
学装置において、前記液晶空間光変調器がホモジニアス
配向のＥＣＢモードの液晶空間光変調器であることを特
徴とする。
学装置において、前記液晶空間光変調器がホモジニアス
配向のＥＣＢモードの液晶空間光変調器であることを特
徴とする。
【０００７】本発明の第４の光学装置は、前記第１ない
し３の光学装置において、前記波面計測の手段がホモジ
ニアス配向のＥＣＢモードの液晶空間光変調器を用いた
干渉計であることを特徴とする。
し３の光学装置において、前記波面計測の手段がホモジ
ニアス配向のＥＣＢモードの液晶空間光変調器を用いた
干渉計であることを特徴とする。
【０００８】本発明の第５の光学装置は、前記第４の光
学装置において、前記干渉計がシアリング干渉計である
ことを特徴とする。
学装置において、前記干渉計がシアリング干渉計である
ことを特徴とする。
【０００９】
【実施例】以下、実施例により本発明の詳細を示す。
【００１０】（実施例１）本発明の光学装置は空間光変
調器の画素による回折像を用いて波面を計測し、その結
果をもとに実時間で波面補正を行うためのものである。
調器の画素による回折像を用いて波面を計測し、その結
果をもとに実時間で波面補正を行うためのものである。
【００１１】図１に本発明の光学装置の構成を示す。
【００１２】本実施例では空間光変調器としてホモジニ
アス配向のＥＣＢ（電界制御複屈折）モードの液晶空間
光変調器を用いた。
アス配向のＥＣＢ（電界制御複屈折）モードの液晶空間
光変調器を用いた。
【００１３】本実施例では２つのＥＣＢモードの液晶空
間光変調器１０２、１０９をもちいたが、いづれもＴＦ
Ｔアクティブマトリックス駆動方式で、各画素で光の位
相を連続的に２π以上変調できる。なお、画素数は２５
６×２５６、画素ピッチは１００μｍである。
間光変調器１０２、１０９をもちいたが、いづれもＴＦ
Ｔアクティブマトリックス駆動方式で、各画素で光の位
相を連続的に２π以上変調できる。なお、画素数は２５
６×２５６、画素ピッチは１００μｍである。
【００１４】歪を持ったコヒーレント光１０１を波面補
正のためのＥＣＢモードの液晶空間光変調器１０２に入
射する。
正のためのＥＣＢモードの液晶空間光変調器１０２に入
射する。
【００１５】この空間光変調器の画素による回折光を分
離するために、液晶空間光変調器１０２の後方にアフォ
ーカル系を配置した。すなわち、一方の焦点面に液晶空
間光変調器１０２が来るようにフーリエ変換レンズ１０
３を配置し、もう一方の焦点面には空間フィルタ１０４
が来るようにした。更にこの空間フィルタ１０４側の焦
点を共有するように別のフーリエ変換レンズ１０５を光
軸を揃えて配置する。
離するために、液晶空間光変調器１０２の後方にアフォ
ーカル系を配置した。すなわち、一方の焦点面に液晶空
間光変調器１０２が来るようにフーリエ変換レンズ１０
３を配置し、もう一方の焦点面には空間フィルタ１０４
が来るようにした。更にこの空間フィルタ１０４側の焦
点を共有するように別のフーリエ変換レンズ１０５を光
軸を揃えて配置する。
【００１６】このフーリエ変換レンズ１０５のもう一方
の焦点面には液晶空間光変調器１０２によって補正され
た波面１０７が得られる。
の焦点面には液晶空間光変調器１０２によって補正され
た波面１０７が得られる。
【００１７】図２に空間フィルタの様子を示す。空間フ
ィルタ２０４は液晶空間光変調器１０２の画素による回
折像のうち、０次光２０１だけを開口２０２から通過さ
せ、他の次数の回折光２０３は反射する。このため波面
１０７は、画素構造がない。
ィルタ２０４は液晶空間光変調器１０２の画素による回
折像のうち、０次光２０１だけを開口２０２から通過さ
せ、他の次数の回折光２０３は反射する。このため波面
１０７は、画素構造がない。
【００１８】ＥＣＢモードの液晶空間光変調器はその液
晶ダイレクタに平行な方向に偏光した光しか変調しない
ので、偏光板１０６でその成分を取り出す。
晶ダイレクタに平行な方向に偏光した光しか変調しない
ので、偏光板１０６でその成分を取り出す。
【００１９】空間フィルタ１０４によって反射された高
次の回折光は波面計測に使用される。
次の回折光は波面計測に使用される。
【００２０】本実施例では波面計測の手段として、シア
リング干渉計を用いた。シアリング干渉とは、ある波面
とその波面をわずかにずらした波面を干渉させる方法で
ある。
リング干渉計を用いた。シアリング干渉とは、ある波面
とその波面をわずかにずらした波面を干渉させる方法で
ある。
【００２１】図３に本実施例に用いた波面計測の手段の
基本構成を示す。
基本構成を示す。
【００２２】波面計測用にもホモジニアス配向のＥＣＢ
モードの液晶空間光変調器１０９をもちいた。このＥＣ
Ｂモードの液晶空間光変調器は電圧を印加すると、液晶
の複屈折により、液晶ダイレクタ３０４に平行な偏光成
分３０１の位相を変化させる。一方、液晶ダイレクタに
垂直な方向に偏光した光３０２に対しては何もせずにそ
のまま通す。
モードの液晶空間光変調器１０９をもちいた。このＥＣ
Ｂモードの液晶空間光変調器は電圧を印加すると、液晶
の複屈折により、液晶ダイレクタ３０４に平行な偏光成
分３０１の位相を変化させる。一方、液晶ダイレクタに
垂直な方向に偏光した光３０２に対しては何もせずにそ
のまま通す。
【００２３】このためＥＣＢモードの液晶空間光変調器
に適当な位相分布を記録すれば素通りした光３０６と変
調を受けた光３０５を作ることができる。これらの光は
偏光方向が互いに直交しているので、偏光板３０７を使
って偏光干渉させる。すなわち偏光板の透過軸を２つの
偏光の間に来るように傾けて配置し、両方の偏光成分を
取り出して干渉させる。
に適当な位相分布を記録すれば素通りした光３０６と変
調を受けた光３０５を作ることができる。これらの光は
偏光方向が互いに直交しているので、偏光板３０７を使
って偏光干渉させる。すなわち偏光板の透過軸を２つの
偏光の間に来るように傾けて配置し、両方の偏光成分を
取り出して干渉させる。
【００２４】更にＥＣＢモードの液晶空間光変調器の全
画素に対し、記録する位相に一定値を加えていくことに
より、容易にフリンジスキャン（縞走査、 Ａｐｐｌ．
Ｏｐｔ． Ｖｏｌ．９， ２６９３（１９７４）参
照）をおこなうことができる。このようにして入射光の
波面を計測することができる。
画素に対し、記録する位相に一定値を加えていくことに
より、容易にフリンジスキャン（縞走査、 Ａｐｐｌ．
Ｏｐｔ． Ｖｏｌ．９， ２６９３（１９７４）参
照）をおこなうことができる。このようにして入射光の
波面を計測することができる。
【００２５】実際の構成は図１に示した。
【００２６】フーリエ変換レンズ１０３と焦点を共有す
るフーリエ変換レンズ１０８のもう一方の焦点面にＥＣ
Ｂモードの液晶空間光変調器１０９を配置した。
るフーリエ変換レンズ１０８のもう一方の焦点面にＥＣ
Ｂモードの液晶空間光変調器１０９を配置した。
【００２７】このとき各次数の回折光はそれぞれ画素構
造を持たないので、１つの次数の回折光のみを空間光変
調器に入射すれば、空間光変調器の画素との位置合わせ
の問題はない。
造を持たないので、１つの次数の回折光のみを空間光変
調器に入射すれば、空間光変調器の画素との位置合わせ
の問題はない。
【００２８】回折光の光量が小さい場合などで、複数の
次数の回折光を集める場合には、空間光変調器に入射す
る光は空間光変調器の画素構造をもつため、位置合わせ
をする必要がある。
次数の回折光を集める場合には、空間光変調器に入射す
る光は空間光変調器の画素構造をもつため、位置合わせ
をする必要がある。
【００２９】偏光板１１０によって偏光干渉した光はＣ
ＣＤカメラ１１３によって取り込まれる。このとき、液
晶空間光変調器１０９の画素による回折光を除くため、
レンズ１１１の焦点近傍に空間フィルタ１１２を配置し
た。
ＣＤカメラ１１３によって取り込まれる。このとき、液
晶空間光変調器１０９の画素による回折光を除くため、
レンズ１１１の焦点近傍に空間フィルタ１１２を配置し
た。
【００３０】この取り込まれた干渉縞は画像処理をおこ
なうための計算機１１４に送られる。計算機は、次の機
能を持つ。
なうための計算機１１４に送られる。計算機は、次の機
能を持つ。
【００３１】１）液晶空間光変調器１０９を制御するた
めの信号を生成する。
めの信号を生成する。
【００３２】２）干渉縞の可視度をもとに偏光板１１０
を制御するための信号を生成する。
を制御するための信号を生成する。
【００３３】３）フリンジスキャンのための信号を生成
する。
する。
【００３４】４）フリンジスキャンによって得られた干
渉縞から入射波面の形状を求める。
渉縞から入射波面の形状を求める。
【００３５】５）４）で求めた波面の情報をもとに波面
補正のための信号を生成する。
補正のための信号を生成する。
【００３６】６）液晶空間光変調器１０２に波面補正の
ための信号を送る。
ための信号を送る。
【００３７】１）の液晶空間光変調器１０９に記録する
信号としては、例えば、回転対称な非球面の波面を測定
するときにもちいるラジアルシア（ｒａｄｉａｌ ｓｈ
ｅａｒ）を与えるには球面の位相分布を、コンスタント
（ｃｏｎｓｔａｎｔ）ラジアルシアを与えるためには円
錐型の位相分布を用いればよい。
信号としては、例えば、回転対称な非球面の波面を測定
するときにもちいるラジアルシア（ｒａｄｉａｌ ｓｈ
ｅａｒ）を与えるには球面の位相分布を、コンスタント
（ｃｏｎｓｔａｎｔ）ラジアルシアを与えるためには円
錐型の位相分布を用いればよい。
【００３８】また通常の横ずらしのシアを与えるにはく
さび形の位相分布を用いればよい。この他にもプログラ
ムによって任意の形状のシアを与えることができる。勿
論、シア量も自由に変えることができる。
さび形の位相分布を用いればよい。この他にもプログラ
ムによって任意の形状のシアを与えることができる。勿
論、シア量も自由に変えることができる。
【００３９】本実施例では偏光干渉を利用しているの
で、偏光板１１０の向きによって干渉縞の可視度（縞の
白黒比）が変わる。２）はこれを調節するためのもので
ある。勿論、可視度ができるだけ高くなるように調節す
る。もし必要ならば手動で調整をおこなってもよい。
で、偏光板１１０の向きによって干渉縞の可視度（縞の
白黒比）が変わる。２）はこれを調節するためのもので
ある。勿論、可視度ができるだけ高くなるように調節す
る。もし必要ならば手動で調整をおこなってもよい。
【００４０】波面に多数の起伏がある場合、１つの干渉
縞から波面を求めるのが困難な場合がある。例えば山と
谷の区別がつかないときや縞よりも細かい起伏がある場
合である。
縞から波面を求めるのが困難な場合がある。例えば山と
谷の区別がつかないときや縞よりも細かい起伏がある場
合である。
【００４１】このような場合に有効なのが３）のフリン
ジスキャン法である。これは干渉させる光のうちの一方
の位相を全体にずらして、複数の干渉縞を読みとること
によって正確な波面を求める方法である。
ジスキャン法である。これは干渉させる光のうちの一方
の位相を全体にずらして、複数の干渉縞を読みとること
によって正確な波面を求める方法である。
【００４２】本実施例ではＥＣＢモードの液晶空間光変
調器１０９に記録する信号にオフセットを付けてフリン
ジスキャンをおこなった。これとシアを変化させる方法
とを組み合わせることにより、極めて高精度の波面計測
が可能である。
調器１０９に記録する信号にオフセットを付けてフリン
ジスキャンをおこなった。これとシアを変化させる方法
とを組み合わせることにより、極めて高精度の波面計測
が可能である。
【００４３】このようにして計測した波面の情報をもと
に、液晶空間光変調器１０２に波面補正用の信号を送
る。
に、液晶空間光変調器１０２に波面補正用の信号を送
る。
【００４４】本実施例では補正波面と計測波面が分離さ
れており、波面補正用と波面計測用の空間光変調器を独
立させているので、ほぼ実時間（空間光変調器の書換時
間とＣＣＤカメラ等の画像取り込み手段の応答速度によ
る。本実施例ではビデオレート）の波面補正が可能であ
る（フリンジスキャンは少なくとも３枚の画像を取り込
む必要があるが、一旦正確に波面を測定しておけばそこ
からの変化はフリンジスキャンを使わなくても可能であ
る）。
れており、波面補正用と波面計測用の空間光変調器を独
立させているので、ほぼ実時間（空間光変調器の書換時
間とＣＣＤカメラ等の画像取り込み手段の応答速度によ
る。本実施例ではビデオレート）の波面補正が可能であ
る（フリンジスキャンは少なくとも３枚の画像を取り込
む必要があるが、一旦正確に波面を測定しておけばそこ
からの変化はフリンジスキャンを使わなくても可能であ
る）。
【００４５】なお、本発明の光学装置の前後には、必要
に応じて適当な光学系を配置する。
に応じて適当な光学系を配置する。
【００４６】本発明の光学装置の使用例を図４に示す。
コヒーレント光源４０１からの光をコリメートレンズ４
０３でコリメートする。このときこのコヒーレント光に
収差があると、例えばレンズで集光したときうまく集光
できない。そこで本発明の光学装置４０６でこの収差を
補正する。
コヒーレント光源４０１からの光をコリメートレンズ４
０３でコリメートする。このときこのコヒーレント光に
収差があると、例えばレンズで集光したときうまく集光
できない。そこで本発明の光学装置４０６でこの収差を
補正する。
【００４７】コヒーレント光を偏光板４０４で直線偏光
に揃えた後、位相差板４０５でわずかに楕円偏光にす
る。これは偏光干渉の参照光を作るためである。
に揃えた後、位相差板４０５でわずかに楕円偏光にす
る。これは偏光干渉の参照光を作るためである。
【００４８】この光を本発明の光学装置３０９に入射れ
ば収差を補正された光が出射され、レンズ４０７で集光
すれば回折限界まで集光できる。
ば収差を補正された光が出射され、レンズ４０７で集光
すれば回折限界まで集光できる。
【００４９】本実施例では０次光を透過させて回折光を
反射させたが、勿論０次光を反射させて回折光を透過さ
せたり、０次光の部分にプリズムなどを配置して光路を
分離してもよい。
反射させたが、勿論０次光を反射させて回折光を透過さ
せたり、０次光の部分にプリズムなどを配置して光路を
分離してもよい。
【００５０】本発明の光学装置では従来不要とされてい
た、空間光変調器の画素による回折光を利用して波面を
計測するので、波面補正における光の利用効率が高い。
た、空間光変調器の画素による回折光を利用して波面を
計測するので、波面補正における光の利用効率が高い。
【００５１】以上本発明の実施例について述べてきた
が、本発明はこのほかにも、広くレーザ加工機、レーザ
描画装置、天体観測装置などに応用が可能である。
が、本発明はこのほかにも、広くレーザ加工機、レーザ
描画装置、天体観測装置などに応用が可能である。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、従来不要とされてい
た、空間光変調器の画素による回折光を利用して波面を
計測するので、波面補正における光の利用効率が高くな
るという効果が得られる。また波面計測のための光を分
離するためのビームスプリッタなども必要なく、装置構
成が簡単になるという効果も得られる。
た、空間光変調器の画素による回折光を利用して波面を
計測するので、波面補正における光の利用効率が高くな
るという効果が得られる。また波面計測のための光を分
離するためのビームスプリッタなども必要なく、装置構
成が簡単になるという効果も得られる。
【図１】 本発明の光学装置の構成を示す側面図であ
る。
る。
【図２】 本実施例で用いた空間フィルタを示す上面図
である。
である。
【図３】 本実施例に用いた波面計測の手段の基本構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図４】 本発明の光学装置の使用例を示す側面図であ
る。
る。
【図５】 従来の光学装置の構成を示す側面図である。
１０１ コヒーレント光 １０２ ＥＣＢモードの液晶空間光変調器 １０３ フーリエ変換レンズ １０４ 空間フィルタ １０５ フーリエ変換レンズ １０６ 偏光板 １０７ 補正された波面 １０８ フーリエ変換レンズ １０９ ＥＣＢモードの液晶空間光変調器 １１０ 偏光板 １１１ レンズ １１２ 空間フィルタ １１３ ＣＣＤカメラ １１４ 計算機 ２０１ ０次光 ２０２ 開口 ２０３ 回折光 ２０４ 空間フィルタ ３０１ 液晶ダイレクタに平行な方向に偏光した光 ３０２ 液晶ダイレクタに垂直な方向に偏光した光 ３０４ 液晶ダイレクタ ３０５ 変調を受けた光 ３０６ 素通りした光 ３０７ 偏光板 ３０８ 干渉縞 ４０１ コヒーレント光源 ４０２ ビームエクスパンダ ４０３ コリメートレンズ ４０４ 偏光板 ４０５ 位相差板 ４０６ 本発明の光学装置 ４０７ レンズ ５０１ コヒーレント光 ５０２ ビームスプリッタ ５０３ 空間光変調器 ５０４ フーリエ変換レンズ ５０５ 空間フィルタ ５０６ フーリエ変換レンズ ５０７ 波面計測手段
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも、空間光変調器と波面計測の
手段を備え、前記空間光変調器の周期構造による回折光
を前記波面計測の手段に導くための手段を備えたことを
特徴とする光学装置。 - 【請求項２】 前記空間光変調器は液晶空間光変調器で
あることを特徴とする請求項１記載の光学装置。 - 【請求項３】 前記液晶空間光変調器はホモジニアス配
向のＥＣＢモードの液晶空間光変調器であることを特徴
とする請求項２記載の光学装置。 - 【請求項４】 前記波面計測の手段はホモジニアス配向
のＥＣＢモードの液晶空間光変調器を用いた干渉計であ
ることを特徴とする請求項１ないし３記載の光学装置。 - 【請求項５】 前記干渉計はシアリング干渉計であるこ
とを特徴とする請求項４記載の光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7595593A JPH06289337A (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7595593A JPH06289337A (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289337A true JPH06289337A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=13591163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7595593A Pending JPH06289337A (ja) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | 光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06289337A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0829745B1 (fr) * | 1996-09-17 | 2005-03-23 | Thales | Système de contrôle de faisceau lumineux |
| CN105785609A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 长春理工大学 | 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置 |
| CN112924032A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-08 | 西安中科微星光电科技有限公司 | 用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法 |
-
1993
- 1993-04-01 JP JP7595593A patent/JPH06289337A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0829745B1 (fr) * | 1996-09-17 | 2005-03-23 | Thales | Système de contrôle de faisceau lumineux |
| CN105785609A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 长春理工大学 | 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置 |
| CN105785609B (zh) * | 2016-04-28 | 2023-04-07 | 长春理工大学 | 基于透射式液晶空间光调制器波前校正的方法及装置 |
| CN112924032A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-08 | 西安中科微星光电科技有限公司 | 用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法 |
| CN112924032B (zh) * | 2021-02-01 | 2023-05-16 | 西安中科微星光电科技有限公司 | 用于透射式空间光调制器相位和偏振调制特性的检测方法 |
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