KR101968773B1 - 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법 - Google Patents

공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법 Download PDF

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Abstract

공간 광 변조 장치(1A)는 위상 변조형 공간 광 변조 소자(10)와, 공간 광 변조 소자(10)의 온도를 검출하는 온도 센서와, 구동 신호 SD를 공간 광 변조 소자(10)에 제공하는 제어부(20A)를 구비한다. 제어부(20A)는 기억부(22)를 가진다. 기억부(22)는 공간 광 변조 소자(10)의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자(10)의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴을 기억하고 있다. 제어부(20A)는 공간 광 변조 소자(10)의 온도값에 따라서 하나의 보정용 패턴을 선택하고, 당해 하나의 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 위상 패턴에 기초하여 구동 신호 SD를 생성한다. 이것에 의하여, 동작의 지연을 억제하면서, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 억제하는 것이 가능해진다.

Description

공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법{SPATIAL LIGHT MODULATION DEVICE AND SPATIAL LIGHT MODULATION METHOD}
본 발명은 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는 위상 변조형 공간 광 변조 소자를 구비하는 화상 형성 장치에 있어서, 높은 광 이용률로 선명한 화상을 형성하기 위한 기술이 기재되어 있다. 이 문헌에 기재된 장치는 공간 광 변조 소자로부터 출력된 위상 변조 광상의 푸리에 광상을 생성하고, 이 푸리에 광상의 0차 광 성분에만 소정의 위상 시프트를 부여하여, 위상 시프트된 광상을 역푸리에 변환하여 얻어지는 광상을 촬상 디바이스로 촬상한다. 이 장치는 이리하여 얻어진 화상과 공간 광 변조 소자에 입력된 타겟 화상을 비교하여, 그 차이에 기초하여 광원이나 공간 광 변조 소자 등의 귀환 제어를 실시한다.
[특허문헌 1] 일본 특개평 10－186283호 공보
종래부터, 공간 광 변조 소자(Spatial light modulator；SLM) 에 의하여 빛의 위상을 변조하는 기술이 알려져 있다. 공간 광 변조 소자는 예를 들면 레이저 가공에 있어서, 피가공물에 조사되는 레이저 광의 조사 스폿(spot) 형상을 제어하기 위하여 이용된다. 공간 광 변조 소자의 전형적인 구조로서 예를 들어, 실리콘 등으로 이루어지는 기판 상에 액정층을 구비하고, 화소를 구성하는 복수의 전극이 기판과 액정층 사이에 배치된 것이 있다. 이와 같은 공간 광 변조 소자에 빛이 입사하면, 당해 빛은 액정층을 통과하여 기판 표면에 있어서 반사하고, 다시 액정층을 통과하여 출사(出射)된다. 그리고, 당해 빛이 액정층을 통과할 때, 각 전극에 인가된 전압의 크기에 따라서 그 위상이 변조된다.
그렇지만, 공간 광 변조 소자에는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 공간 광 변조 소자의 온도가 변화하면, 기판이나 전극 등의 열팽창 계수의 차이에 기인하여, 기판에 휘어짐이 발생한다. 이와 같은 기판의 휘어짐은 기판 표면에 있어서 반사하는 빛의 위상에 영향을 미친다. 즉, 각 화소의 반사광의 위상 변조량에 오차가 발생하여 반사 광상 전체에 있어서의 위상 분포에 왜곡이 발생하게 된다. 예를 들면 레이저 가공에 있어서 이와 같은 위상 분포의 왜곡이 발생하면, 소기의 조사 스폿 형상을 정밀도 높게 얻지 못하게 되어, 가공 정밀도에 커다란 영향을 미친다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 소망하는 출력 화상을 얻기까지 귀환 루프를 반복하여 실행할 필요가 있어 장치의 동작이 늦어져 버린다. 또, 현실에서는 광원의 요동 등에 기인하여 출력 화상에 불규칙한 변동이 발생한다. 이와 같은 불규칙한 변동이 귀환 제어의 기초가 되는 화상에 포함되므로 소기의 변조 정밀도를 얻는 것은 극히 곤란하다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 동작의 지연을 억제하면서 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 억제할 수 있는 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 제1 공간 광 변조 장치는 (1) 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와, (2) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와, (3) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부를 구비한다. 제어부는 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴을 기억하고 있는 기억 수단을 가지고 있다. 제어부는 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 N개의 보정용 패턴 중에서 하나의 보정용 패턴을 선택하고, 당해 하나의 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성한다.
상술한 제1 공간 광 변조 장치에서는, 제어부의 기억 수단이 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위한 N개의 보정용 패턴을 기억하고 있다. 이러한 보정용 패턴은 공간 광 변조 소자의 N개의 온도값에 각각 대응하고 있다. 제어부는 온도 센서로부터의 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라 하나의 보정용 패턴을 선택하고, 소망하는 위상 패턴에 그 보정용 패턴을 가산한다. 이와 같은 구성에 의하여, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 제어부에 있어서의 처리가 온도값에 따라서 하나의 보정용 패턴을 선택 및 가산하는 것만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제1 공간 광 변조 방법은, 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서, (1) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과, (2) 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 미리 작성된 N개의 보정용 패턴 중에서, 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라 하나의 보정용 패턴을 선택하는 보정용 패턴 선택 스텝과, (3) 하나의 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과, (4) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝을 포함한다.
상술한 제1 공간 광 변조 방법에서는, 보정용 패턴 선택 스텝에 있어서, 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위한 N개의 보정용 패턴을 이용한다. 이러한 보정용 패턴은 공간 광 변조 소자의 N개의 온도값에 각각 대응하고 있다. 보정용 패턴 선택 스텝에서는 온도 센서로부터의 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 하나의 보정용 패턴을 선택한다. 그리고, 구동 신호 생성 스텝에서는 소망하는 위상 패턴에 그 보정용 패턴을 가산한다. 이와 같은 방법에 의하여, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 이 공간 광 변조 방법을 실현하는 제어 수단에 있어서의 처리가 온도값에 따라서 하나의 보정용 패턴을 선택 및 가산하는 것만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 제2 공간 광 변조 장치는, (1) 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와, (2) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와, (3) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부를 구비한다. 제어부는 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군을 기억하고 있는 기억 수단을 가지고 있다. 제어부는 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라 N개의 계수값군 중에서 하나의 계수값군을 선택하고, 당해 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성한다.
상술한 제2 공간 광 변조 장치에서는, 제어부의 기억 수단이 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위한 N개의 계수값군을 기억하고 있다. 이들 계수값군은 공간 광 변조 소자의 N개의 온도값에 각각 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 것이다. 제어부는 온도 센서로부터의 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 하나의 계수값군을 선택하고, 이 계수값군으로부터 보정용 패턴을 재구축한 후, 소망하는 위상 패턴에 그 보정용 패턴을 가산한다. 이와 같은 구성에 의하여, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 제어부에 있어서의 처리가 온도값에 따른 하나의 계수값군의 선택, 보정용 패턴의 재구축 및 가산만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제2 공간 광 변조 방법은, 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서, (1) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과, (2) 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 미리 산출된 N개의 계수값군 중에서, 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라 하나의 계수값군을 선택하는 계수값군 선택 스텝과, (3) 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과, (4) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝을 포함한다.
상술한 제2 공간 광 변조 방법에서는, 계수값군 선택 스텝에 있어서, 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위한 N개의 계수값군을 이용한다. 이러한 계수값군은 공간 광 변조 소자의 N개의 온도값에 각각 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 것이다. 계수값군 선택 스텝에서는, 온도 센서로부터의 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 하나의 계수값군을 선택한다. 그리고, 구동 신호 생성 스텝에서는, 이 계수값군으로부터 보정용 패턴을 재구축한 후, 소망하는 위상 패턴에 그 보정용 패턴을 가산한다. 이와 같은 방법에 의하여, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 이 공간 광 변조 방법을 실현하는 제어 수단에 있어서의 처리가 온도값에 따른 하나의 계수값군의 선택, 보정용 패턴의 재구축 및 가산만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 제3 공간 광 변조 장치는, (1) 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와, (2) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와, (3) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부를 구비한다. 제어부는 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 온도값과의 함수를 기억하고 있는 기억 수단을 가지고 있다. 제어부는 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 함수에 적용함으로써 N개의 계수값군 가운데 하나의 계수값군을 산출하고, 당해 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성한다.
상술한 제3 공간 광 변조 장치에서는, 제어부의 기억 수단이 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위한 함수를 기억하고 있다. 이 함수는 N개의 계수값군과 온도값과의 함수이며, N개의 계수값군은 공간 광 변조 소자의 N개의 온도값에 각각 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 것이다. 제어부는 온도 센서로부터의 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 상기 함수에 적용하여 하나의 계수값군을 산출하고, 이 계수값군으로부터 보정용 패턴을 재구축한 후, 소망하는 위상 패턴에 그 보정용 패턴을 가산한다. 이와 같은 구성에 의하여, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 제어부에 있어서의 처리가 함수의 연산, 보정용 패턴의 재구축 및 가산만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 제3 공간 광 변조 방법은, 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서, (1) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과, (2) 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 온도값과의 함수에 대하여, 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 적용함으로써 N개의 계수값군 가운데 하나의 계수값군을 산출하는 계수값군 산출 스텝과, (3) 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과, (4) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝을 포함한다.
상술한 제3 공간 광 변조 방법에서는, 계수값군 산출 스텝에 있어서, 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위한 함수를 이용한다. 이 함수는 N개의 계수값군과 온도값과의 함수이며, N개의 계수값군은 공간 광 변조 소자의 N개의 온도값에 각각 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 것이다. 계수값군 산출 스텝에서는 온도 센서로부터의 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 상기 함수에 적용하여 하나의 계수값군을 산출한다. 그리고, 구동 신호 생성 스텝에서는 이 계수값군으로부터 보정용 패턴을 재구축한 후, 소망하는 위상 패턴에 그 보정용 패턴을 가산한다. 이와 같은 방법에 의하여, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 이 공간 광 변조 방법을 실현하는 제어 수단에 있어서의 처리가 함수의 연산, 보정용 패턴의 재구축 및 가산만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 동작의 지연을 억제하면서, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 공간 광 변조 소자의 구성의 일부를 나타낸 측단면도이다.
도 3은 제1 실시형태의 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 제1 실시형태의 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 5는 렌즈를 통하여 출사 광상을 집광시켰을 때의 광 스폿 형상을 나타낸 화상이다.
도 6은 제1 실시형태에 따른 효과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 공간 광 변조 소자가 온도 센서를 복수 가지는 경우에 있어서의 공간 광 변조 장치의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 8은 공간 광 변조 소자가 온도 센서를 복수 가지는 경우에 있어서의 공간 광 변조 장치의 동작의 다른 예를 나타낸 플로차트이다.
도 9는 도 7에 나타내어진 동작을 실시하는 경우의 제어부의 구성례를 나타낸 도면이다.
도 10은 보정용 패턴을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부를 가지는 제어부의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 11은 제1 변형례에 따른 제어부의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 12는 제2실시형태에 관한 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 13은 제2실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 14는 간섭 계측에 의하여 취득한 보정용 패턴의 일례를 나타낸 화상이다.
도 15는 정규 직교 함수계의 하나인 르장드르 배다항식(Legendre 陪多項式)을 10차의 계수까지 이용하여 계수값군을 산출하고, 그 계수값군으로부터 보정용 패턴을 재구성한 경우에 있어서의 보정용 패턴의 일례를 나타낸 화상이다.
도 16은 제2실시형태에 있어서, 계수값군을 일시적으로 유지해두는 계수값용 메모리를 제어부가 가지는 경우의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 17은 제2실시형태에 있어서, 재구성된 보정용 패턴을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부를 제어부가 가지는 경우의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 18은 N개의 온도값 사이의 온도값에 대응하는 계수값군을, N개의 계수값군의 보간을 실시함으로써 구하는 경우의 공간 광 변조 방법을 나타낸 플로차트이다.
도 19는 계수값군 추정부에 있어서의 계수값군의 보간 계산 방법의 일례를 설명하기 위한 그래프이다.
도 20은 계수값군 추정부에 있어서의 계수값군의 보간 계산 방법의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 21은 제2 변형례에 따른 제어부의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 22는 제3 실시형태에 관한 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 23은 제3 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 24는 제3 실시형태에 있어서, 계수값군을 일시적으로 유지해두는 계수값용 메모리를 제어부가 가지는 경우의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 25는 제3 실시형태에 있어서, 재구성된 보정용 패턴을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부를 제어부가 가지는 경우의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 26은 제4 실시형태에 관한 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 27은 제4 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 28은 제4 실시형태에 따른 효과를 나타낸 그래프이다.
도 29는 함수 및 기준 위상 패턴의 작성 방법의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 30은 기억부에 기억된 복수의 기준 위상 패턴으로부터 하나의 기준 위상 패턴을 선택하는 선택부를 가지는 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 31은 제4 실시형태에 있어서, 재구성된 보정용 패턴을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부를 제어부가 가지는 경우의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 32는 제3 변형례에 따른 제어부의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 33은 제5 실시형태에 관한 제어부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 34는 제5 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다.
도 35는 제5 실시형태에 있어서, 재구성된 보정용 패턴을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부를 가지는 제어부의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 36은 제4 변형례에 따른 제어부의 동작을 나타낸 플로차트이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법의 실시형태를 상세히 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하여, 중복된 설명을 생략한다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 이 공간 광 변조 장치(1A)는 광원(2), 공간 필터(3), 콜리메이트(collimate)용 렌즈(4), 푸리에 변환 렌즈(5), 공간 광 변조 소자(10), 및 제어부(20A)를 구비하고 있다. 광원(2)으로부터 출사된 빛 L1은 공간 필터(3) 및 콜리메이트용 렌즈(4)를 통과함으로써 광상 L2가 된다. 이 광상 L2는 공간 광 변조 소자(10)에 입사한다. 공간 광 변조 소자(10)에서는 제어부(20A)로부터 부여된 구동 신호 SD에 따라서 광상 L2의 위상이 복수의 화소마다 변조된다. 이로써, 위상 변조된 광상 L3가 공간 광 변조 소자(10)로부터 출력된다. 광상 L3는 푸리에 변환 렌즈(5)를 통과하여 푸리에 광상 L4가 되며, 푸리에 광상 L4는 가공 대상물(6)에 조사된다.
도 2(a)는 공간 광 변조 소자(10)의 구성의 일부를 나타낸 측단면도이다. 공간 광 변조 소자(10)는 실리콘 기판(11)과, 실리콘 기판(11) 상에 마련된 액정층(12)을 가진다. 또한, 공간 광 변조 소자(10)는 실리콘 기판(11)과 액정층(12) 사이에 배치된 제1 전극(13), 및 당해 제 1 전극(13)과의 사이에 액정층(12)를 사이에 두는 위치에 마련된 제2 전극(14)을 추가적으로 가진다. 제1 전극(13)은 액정층(12)에 전압을 인가하기 위한 복수의 화소 전극(13a)을 가진다. 복수의 화소 전극(13a)은 복수행 및 복수열에 걸쳐서 이차원 형상으로 배치되어 있으며, 이러한 화소 전극(13a)에 의하여 공간 광 변조 소자(10)의 복수의 화소가 규정된다. 복수의 화소 전극(13a)과 액정층(12) 사이에는 반사경(18)이 배치되어 있다. 제2 전극(14)은 유리 기판(15)의 일방의 면 위에 증착된 금속막으로 이루어진다. 유리 기판(15)은 상기 일방의 면과 실리콘 기판(11)이 대향하도록, 스페이서(16)을 통하여 실리콘 기판(11) 상에 지지되어 있다. 액정층(12)은 실리콘 기판(11)과 유리 기판(15) 사이에 액정이 충전되어 이루어지며, 유리 기판(15)을 따르는 영역에 배향막(19a)을 가지고, 반사경(18)을 따르는 영역에 배향막(19b)을 가진다.
이와 같은 구성을 구비하는 공간 광 변조 소자(10)에서는, 제어부(20A)로부터 출력된 구동 신호 SD에 기초하여 각 화소 전극(13a)과 제2 전극(14) 사이에 아날로그 신호 전압이 인가된다. 이것에 의하여, 액정층(12)에 전계가 발생한다. 그리고, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 각 화소 전극(13a) 상의 액정 분자(12a)가 그 인가 전계의 크기에 따른 각도만큼 회전한다. 액정 분자(12a)는 복굴절성을 가지므로, 유리 기판(15)을 투과하여 빛이 입사하면, 이 빛 가운데 전기장과 평행한 광 성분에 한하여 액정 분자(12a)의 경사각에 따른 위상차가 부여된다. 이와 같이 하여, 화소 전극(13a)마다 빛의 위상이 변조된다.
또, 후술하는 바와 같이, 공간 광 변조 소자(10)의 온도가 변화하면, 실리콘 기판(11)이나 제1 전극(13) 등의 열팽창 계수의 차이에 기인하여, 실리콘 기판(11)에 휘어짐이 발생한다. 이것에 의하여, 각 화소의 반사광의 위상 변조량이 변동하고, 반사 광상 L3(도 1 참조)의 전체에 있어서의 위상 분포에 왜곡이 발생한다. 본 실시형태의 공간 광 변조 소자(10)는 이와 같은 온도 변화에 의한 변동분을 보정하기 위하여, 온도 센서(17)를 추가적으로 가진다. 온도 센서(17)는 공간 광 변조 소자(10)의 온도를 검출하기 위하여 마련되고, 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성한다. 온도 센서(17)는 예를 들면 실리콘 기판(11)상이나, 유리 기판(15)상에 배치된다.
도 3은 제어부(20A)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제어부(20A)는 온도 센서 제어부(21), 기억부(22), 선택부(23), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 및 구동부(26)를 가진다.
온도 센서 제어부(21)는 공간 광 변조 소자(10)의 온도 센서(17)로부터 온도 신호 Stemp를 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 소정의 연산을 가함으로써 공간 광 변조 소자(10)의 온도값 Ts를 구한다. 온도 센서 제어부(21)는 구한 온도값 Ts를 선택부(23)에 제공한다. 기억부(22)는 본 실시형태에 있어서의 기억 수단이며, N개(N은 2이상의 정수)의 보정용 패턴을 기억하고 있다. 여기서, N개의 보정용 패턴이란, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 기인하는 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자(10)의 N개의 온도값 각각에 대응하여 미리 작성된 위상 패턴이다. 각 보정용 패턴은 공간 광 변조 소자(10)의 복수의 화소의 각각에 대응하는 복수의 보정 위상값을 포함하는 데이터이다. 기억부(22)는 예를 들면 RAM(Random Access Memory) 등으로 적절히 구성된다. 선택부(23)는 온도 센서 제어부(21)로부터 제공된 온도값 Ts에 기초하여, N개의 보정용 패턴 중에서 온도값 Ts에 가장 가까운 온도값에 대응하는 하나의 보정용 패턴을 선택하고, 그 보정용 패턴을 기억부(22)로부터 판독한다. 선택부(23)는 판독한 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)에 제공한다.
계산기 홀로그램 작성부(24)는 소망하는 위상 패턴을 가지는 계산기 홀로그램(Computer Generated Hologram；CGH)을 작성한다. 이 계산기 홀로그램은 복수의 화소 성분을 포함하고 있으며, 각 화소 성분은 공간 광 변조 소자(10)의 복수의 화소 각각에 있어서의 소망하는 위상 변조량을 나타낸다. 계산기 홀로그램 작성부(24)는 작성한 계산기 홀로그램(소망하는 위상 패턴) P2를 계산기 홀로그램 연산부(25)에 제공한다. 계산기 홀로그램 연산부(25)는 계산기 홀로그램 P2에 포함되는 위상 변조량과 보정용 패턴 P1에 포함되는 보정 위상값을 화소마다 가산함으로써, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 의한 영향이 보정된 위상 패턴(이하, 보정 완료 위상 패턴이라 한다)을 작성한다. 계산기 홀로그램 연산부(25)는 이렇게 하여 작성한 보정 완료 위상 패턴 P3를 구동부(26)에 제공한다.
구동부(26)는 계산기 홀로그램 연산부(25)로부터 제공된 보정 완료 위상 패턴 P3에 기초하여 구동 신호 SD를 생성한다. 구체적으로는 보정 완료 위상 패턴 P3에 포함되는 화소마다의 위상 변조량에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 복수의 화소 전극(13a)(도 2 참조)의 각각에 인가하는 전압값을 산출하고, 이러한 전압값을 나타내는 구동 신호 SD를 생성한다. 구동부(26)는 생성한 구동 신호 SD를 공간 광 변조 소자(10)에 제공한다.
도 4는 공간 광 변조 장치(1A)의 동작을 나타낸 플로차트이다. 도 4를 참조하면서, 공간 광 변조 장치(1A)와 아울러, 본 실시형태의 공간 광 변조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S11). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 선택부(23)로 전송된다(스텝 S12). 다음으로, 선택부(23)가 그 온도값 Ts를 기초로, 기억부(22)에 기억되어 있는 N개의 보정용 패턴 중에서 온도값 Ts에 가장 가까운 온도값의 보정용 패턴 P1을 선택한다(보정용 패턴 선택 스텝 S13). 이 보정용 패턴 P1은 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S14).
이어서, 계산기 홀로그램 연산부(25)가 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공된 계산기 홀로그램(소망하는 위상 패턴) P2와 보정용 패턴 P1을 가산(합성)함으로써, 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다(스텝 S15). 이 보정 완료 위상 패턴 P3는 계산기 홀로그램 연산부(25)에서 구동부(26)로 전송된다(스텝 S16). 그리고, 구동부(26)가 보정 완료 위상 패턴 P3에 기초하여 구동 신호 SD를 생성한다(구동 신호 생성 스텝 S17).
마지막으로, 공간 광 변조 소자(10)에 포함되는 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호 SD 로 제어한다(변조 제어 스텝 S18). 즉, 공간 광 변조 소자(10)에 구동 신호 SD가 제공되면, 각 화소 전극(13a)에는 보정 완료 위상 패턴 P3에 나타내어지는 위상 변조량에 따른 전압이 인가된다. 공간 광 변조 소자(10)에서는 인가 전압의 크기에 따라서 액정 분자(12a)(도 2 참조)의 기울기가 변화하여 굴절률의 변화가 발생한다. 그 결과, 보정 완료 위상 패턴 P3에 대응하는 위상 분포가 공간적으로 표현되고, 입사광의 위상이 변조된다.
이상의 구성을 구비하는 본 실시형태의 공간 광 변조 장치(1A) 및 공간 광 변조 방법에 의하여 얻어지는 효과에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 공간 광 변조 소자(10)의 온도가 변화하면, 도 2에 나타낸 실리콘 기판(11)이나 화소 전극(13a) 등의 열팽창 계수의 차이에 기인하여 실리콘 기판(11)에 휘어짐이 발생한다. 이와 같은 실리콘 기판(11)의 휘어짐에 의하여 각 화소의 반사광의 위상 변조량에 오차가 생기고, 반사 광상 전체에 있어서의 위상 분포에 왜곡이 발생하게 된다. 따라서, 종래의 장치에서는 계산기 홀로그램으로 부가하고자 하는 위상 변조 특성과는 상이한 위상 변조 특성이 출력 광상에서 얻어져 버린다.
공간 광 변조 소자(10)의 온도가 변화하면 출사 광상의 위상 분포에 왜곡이 발생한다. 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화는 외부 기온의 변화나, 혹은 고강도의 레이저 광이 입사함으로써 공간 광 변조 소자(10)에 열이 축적되는 것에 기인한다. 특히, 도 2에 나타낸 바와 같은 전기 어드레스형 공간 광 변조 소자(10)에서는 실리콘 기판(11)이나 화소 전극(13a) 등의 각 층의 열팽창률의 차이로부터 반사경(18)에 휘어짐이 발생하여 위상 왜곡의 발생으로 연결된다. 도 5는 렌즈를 통하여 출사 광상을 집광시켰을 때의 광 스폿 형상을 나타낸 화상이다. 도 5에 있어서, (a)는 위상 왜곡이 충분히 작은 경우의 형상을 나타내고 있으며, 이 경우, 광 스폿 형상은 이상적인 레일라이 스폿(Rayleigh spot)(회절 한계)이 된다. 한편, (b)는 위상 왜곡이 큰 경우의 형상을 나타내고 있으며, 이 경우, 광 스폿 형상이 왜곡되어 버린다. 아울러, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여는 예를 들면, 각 층의 구성 재료의 열팽창률이 동일한 정도가 되는 재료를 사용하면 좋다. 그러나, 그러한 재료로 이루어지는 부재가 반드시 존재하고 있는 것은 아니다. 또한, 예를 들면, 고가의 고정밀도 광학 부품을 사용하여 광학계를 구성하거나, 혹은 공간 광 변조 소자(10)의 반사경(18)의 평탄도를 높게하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방법으로는 재료 비용이나 제조 비용이 현격히 상승하여 양산화를 방해하는 요인이 된다.
이와 같은 문제점에 대하여, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치(1A) 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 공간 광 변조 소자(10)의 복수의 온도값마다 상이한 보정용 패턴을 사용하므로, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 제어부(20A)에 있어서의 처리가 온도값 Ts에 따라서 하나의 보정용 패턴 P1을 선택 및 가산하는 것만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
도 6은 이와 같은 본 실시형태에 따른 효과를 나타낸 그래프이다. 도 6에 나타낸 그래프 G11은 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 5℃ 간격으로 계측하고, 그 계측 결과로부터 N개(이 예에서는 N=8)의 보정 패턴을 작성한 경우에 있어서의, 공간 광 변조 소자(10)의 온도와 위상 왜곡의 제곱 평균의 평방근(단위：파장 λ)과의 관계를 나타내고 있다. 또한, 도 6에 나타낸 그래프 G12는, 비교를 위하여, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 어떤 기준 온도(이 예에서는 27℃)일 때에 계측하여, 그 계측 결과로부터 보정 패턴을 하나만 작성하고, 이 보정 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산하였을 경우에 있어서의, 공간 광 변조 소자(10)의 온도와 위상 왜곡의 제곱 평균의 평방근(단위：파장 λ)과의 관계를 나타내고 있다.
그래프 G12에 나타내어진 바와 같이, 어떤 기준 온도에 있어서 작성한 유일한 보정 패턴을 이용하여 소망하는 위상 패턴을 보정하였을 경우, 위상 왜곡은 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 대하여 민감하게 변화한다. 이것에 대하여, 본 실시형태와 같이 복수의 온도값에 대응하는 N개의 보정 패턴을 이용하여 소망하는 위상 패턴을 보정함으로써, 그래프 G11에 나타내어진 바와 같이, 측정 오차는 있으나, 위상 왜곡을 위상 변조량 λ의 1／10 이하로 억제하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치(1A) 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 공간 광 변조 장치(1A)에 부가하는 구성요소가 온도 센서(17)만으로 족하므로, 낮은 제조 비용으로 상기 과제를 해결할 수 있다. 또한, 펠티에(peltier) 소자 등의 온도 제어 수단을 공간 광 변조 소자(10)의 외부에 장착하는 경우, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 온도 제어 수단과의 접촉 부분과 다른 부분과의 사이에 온도 구배가 발생하여 버린다. 이와 같은 경우라 하더라도, 본 실시형태에 의하면, 이 온도 구배가 출사 광상에 미치는 위상 왜곡을 완화할 수 있다. 또, 강제적인 온도 제어에 의한 공간 광 변조 소자(10)의 물리적인 열화에 의하여 발생하는 위상 왜곡도 완화할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 공간 광 변조 소자(10)로서 전기 어드레스형 액정 소자를 예시하였으나, 공간 광 변조 소자(10)로서는 이 이외에도 예를 들면 광 어드레스형 액정 소자나 가변 거울형 변조 소자 등, 다양한 공간 광 변조 소자를 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 온도 센서(17)의 장착 위치(즉, 온도 계측 위치)는 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 내부(케이스 내부 온도를 계측), 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 외부(케이스의 외부 기온을 계측), 공간 광 변조 소자(10)의 유리 기판(15)의 표면, 공간 광 변조 소자(10)의 실리콘 기판(11)의 이면, 입사 광상 L2의 입사 위치, 및 열원이 되는 공간 광 변조 소자(10)의 회로 내부 가운데, 어느 한 개소인 것이 바람직하다. 혹은 이들 가운데 복수 개소에 온도 센서(17)를 배치하거나, 혹은 한 개소에 복수의 온도 센서(17)를 배치하여도 좋다.
또한, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치(1A)는 도 7에 나타낸 플로차트에 따라서 동작하면 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택한다(스텝 S21). 다음으로, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S11). 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S12~S18(도 4 참조)와 동일한 처리를 실시한다. 또한, 공간 광 변조 장치(1A)가 이와 같은 동작을 실시하기 위하여는, 기억부(22)에 있어서, 복수의 온도 센서(17)마다 측정된 각 온도값에 대응하는 보정용 패턴과, 온도 센서(17) 및 온도값을 서로 관련짓기 위한 정보 테이블이 미리 유지되어 있는 것이 바람직하다.
공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치(1A)가 상기 동작을 실시함으로써, 다음의 효과를 추가적으로 달성할 수 있다. 즉, 공간 광 변조 소자(10)의 온도를 계측하기 위하여 최적인 위치는 공간 광 변조 소자(10)의 사용 태양에 따라서 상이한 경우가 있다. 예를 들면, 공간 광 변조 소자(10)가 접하고 있는 외부 기온이 낮고, 공간 광 변조 소자(10)의 내부 회로가 열원이 되어 내부 온도가 높아진 경우, 공간 광 변조 소자(10)의 내부에서 온도 구배가 발생하여, 어느 하나의 특정 위치에 있어서의 온도를 계측하는 것만으로는 엄밀한 온도 보정이 곤란해지는 경우가 있다. 이와 같은 경우라 하더라도, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지고, 또한 상술한 동작을 공간 광 변조 장치(1A)가 실시함으로써, 바람직한 온도 계측 위치에 있어서 공간 광 변조 소자(10)의 온도를 계측할 수 있다. 또한, 공간 광 변조 장치(1A)의 사용 목적이나 사용 환경에 따라 온도 센서(17)를 적절히 선택하기 위하여, 온도 센서 제어부(21)가 외부 신호 입력 기구(機構)(예를 들면, RS232C, GPIB, USB, 이더넷(Ethernet)(등록상표) 등)를 가지면 더욱 좋다.
또, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치(1A)는 도 8에 나타낸 플로차트에 따라서 동작해도 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택한다(스텝 S22). 다음으로, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구한다(스텝 S23). 그리고, 이러한 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된(weighted) 온도 보정값을 산출하여 그 값을 온도값 Ts로 한다(스텝 S24). 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S12~S18(도 4 참조)와 동일한 처리를 실시한다. 상술한 바와 같이, 공간 광 변조 소자(10)의 내부에 온도 구배가 발생하는 경우가 있으나, 상기와 같이 복수의 온도 센서(17)를 이용하여 복수 개소의 온도를 동시에 계측하고, 그들의 평균값 또는 온도 보정값을 이용함으로써, 온도 보정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다. 또한, 온도 보정값은 열전도 방정식 혹은 유한 요소법(Finit Element Method)에 의한 열분포의 추정으로 도출된 보정 계수를 이용하여 산출되어도 좋다.
또한, 공간 광 변조 장치(1A)가 도 7에 나타낸 동작을 실시하는 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(22) 및 선택부(23)를 마련하여도 좋다. 마찬가지로, 공간 광 변조 장치(1A)가 도 8에 나타낸 동작을 실시하는 경우, 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(22) 및 선택부(23)를 마련하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 각 기억부(22) 및 각 선택부(23)를 독립하여 취급할 수 있다. 예를 들면, 하나의 보정용 패턴만을 갱신하고자 하는 경우에, 대응하는 기억부(22)만을 갱신하면 된다. 또, 각 기억부(22)의 용량이 작아도 되므로, 고가의 대용량 기억 소자를 이용하지 않아도 된다. 또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제어부(20A)는 복수의 기억부(22) 및 선택부(23) 중에서 하나의 기억부(22) 및 선택부(23)를 선택하기 위한 별개의 선택부(23a)를 추가적으로 가지면 더욱 바람직하다.
또, 본 실시형태 혹은 상술한 형태(공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 형태)에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 보정용 패턴에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 기억부(22)는 N개의 보정용 패턴에 더하여, 이들 N개의 보정용 패턴과 N개의 온도값을 상호 관련짓기 위한 온도 정보 테이블을 미리 기억해두면 좋다. 또, N개의 보정용 패턴은 화상 압축하여 기억되어도 좋으며, 그 경우에는 선택부(23)의 전단 또는 후단에, 화상 해동(decompress)을 실시하기 위한 화상 처리부를 추가적으로 마련하면 된다.
또, 본 실시형태에 있어서, 기억부(22)는 어느 정도 큰 용량을 가지는 것이 바람직하다. 지금, 보정용 패턴이 SVGA 해상도(800 픽셀×600 픽셀)인 8비트 화상이라 가정한다. 화상을 압축하지 않는 경우, 보정용 패턴 1매 당 데이터량은 800 픽셀×600 픽셀×8비트=480킬로바이트가 된다. 그리고, 0℃에서 50℃까지의 온도 범위에 있어서 5℃ 간격으로 보정용 패턴을 작성하면, 보정용 패턴의 총수는 11매가 되어, 총데이터량은 약 5 메가바이트가 된다. 또, 온도 보정의 정밀도를 높이기 위하여 상기 온도 범위에 있어서 1℃ 간격으로 보정용 패턴을 작성하면, 보정용 패턴의 총 수는 51매가 되어, 총데이터량은 약 25 메가바이트가 된다. 이와 같이 온도 보정의 정밀도를 높임에 따라, 기억부(22)에 요구되는 데이터 용량이 필연적으로 증대하므로, 제어부(20A)는 이와 같은 대용량의 데이터를 기억할 수 있는 기억부(22)를 구비하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 선택된 보정용 패턴 P1을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20A)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 패턴을 적절히 판독하는 것에 의하여 선택부(23)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20A)는 상기 별개의 기억부 이외에, 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 된다. 또한, 고정밀도의 온도 보정이 요구되는 경우라 하더라도, 상기 별개의 기억부로서 고속 응답 메모리를 이용함으로써 이와 같은 구성이 가능하다.
도 10은 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20A)의 동작을 나타낸 플로차트이다. 먼저 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값을 구한다(온도 취득 스텝 S11). 다음으로, 전회 산출한 온도값과 현재의 온도값과의 차분을 계산한다(스텝 S31). 그리고, 현재의 온도값을 별개의 기억부에 기억시키는 것과 아울러, 현재의 온도값 및 차분을 선택부(23)로 전송한다(스텝 S32). 선택부(23)에서는 차분과 문턱값과의 대소가 판정되고(스텝 S33), 차분이 문턱값보다 작은 경우에는(스텝 S33에 있어서 Yes), 별개의 기억부에 기억되어 있는 보정 패턴을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송한다(스텝 S36). 또, 차분이 문턱값보다 큰 경우에는(스텝 S33에 있어서 No), 선택부(23)가 기억부(22)에 기억되어 있는 N개의 보정 패턴 중에서 하나의 보정 패턴을 선택하여 그 보정 패턴을 별개의 기억부로 전송한다(스텝 S37). 게다가, 이 보정 패턴을 별개의 기억부에서 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송한다(스텝 S36). 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S15~S18(도 4 참조)과 동일한 처리를 실시한다.
(제1 변형례)
여기서, 제1 실시형태의 제어부(20A)의 변형례에 대하여 설명한다. 본 변형례에서는 기억부(22)가 어떤 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴을 기억하고 있고, 또, 이 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴과 각 온도에 있어서의 보정용 패턴과의 차분인 N개의 보정용 차분 패턴을 기억하고 있다. 즉, 보정용 차분 패턴이란, 기준 온도에서 각 온도로 변화하였을 때에 위상 왜곡이 어떻게 변화하였는지를 나타내는 정보이며, 기준 온도에 있어서의 위상 왜곡 보정용 패턴에 가산(합성)됨으로써, 각 온도에 있어서의 위상 왜곡 보정용 패턴을 산출 가능하게 하는 데이터이다. 이와 같이 본 변형례의 기억부(22)는 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴과 다른 온도에 있어서의 N개의 보정용 차분 패턴을 기억함으로써, 실질적으로 N개의 보정용 패턴을 기억하고 있다.
도 11은 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20A)의 동작을 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S11). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 선택부(23)로 전송된다(스텝 S12).
다음으로, 선택부(23)가 그 온도값 Ts를 기초로, 기억부(22)에 기억되어 있는 보정용 패턴 중에서, 온도값 Ts에 가장 가까운 온도값에 대응하는 보정용 차분 패턴을 선택한다(보정용 패턴 선택 스텝 S38). 그리고, 선택부(23)가 기준 온도에 대응하는 보정용 패턴과 이 보정용 차분 패턴을 가산(합성)함으로써, 당해 온도값에 대응하는 보정용 패턴 P1을 작성한다(스텝 S39). 이 보정용 패턴 P1은 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S14). 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S15~S18(도 4 참조)과 동일한 처리를 실시한다.
본 변형례에 있어서 예시한 바와 같이, 기억부(22)는 다양한 방식에 의하여 N개의 보정용 패턴을 실질적으로 기억하고 있어도 좋다. 그러한 경우라 하더라도, 상술한 실시형태에 따른 작용 효과를 바람직하게 발휘할 수 있다. 또한, 본 변형례에 있어서도, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우에는, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구하면 된다(도 7 참조). 이 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(22) 및 선택부(23)를 마련하여도 좋다(도 9 참조). 혹은 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이것들에 대응하는 2이상의 온도값을 구하고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여 그 값을 온도값 Ts로 하여도 좋다(도 8 참조). 이 경우, 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(22) 및 선택부(23)를 마련하여도 좋다.
또, 본 변형례에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 보정용 차분 패턴에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또한, 본 변형례에 있어서, 기억부(22)는 N개의 보정용 차분 패턴에 더하여, 이들 N개의 보정용 차분 패턴과 N개의 온도값을 상호 관련짓기 위한 온도 정보 테이블을 미리 기억해두면 좋다. 또, N개의 보정용 차분 패턴은 화상 압축하여 기억되어도 좋으며, 그 경우에는 선택부(23)의 전단 또는 후단에 화상 해동을 실시하기 위한 화상 처리부를 추가적으로 마련하면 된다.
또, 상기 실시형태와 마찬가지로, 본 변형례에 있어서도, 기억부(22)는 대용량의 데이터를 기억할 수 있는 것이 바람직하다.
또, 본 변형례에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 합성된 보정용 패턴 P1을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20A)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 패턴을 적절히 판독하는 것에 의하여, 선택부(23)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20A)는 상기 별개의 기억부 이외에, 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 좋다(도 10 참조).
(제2 실시형태)
본 발명의 제2실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 구성을 이하에 설명한다. 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태와 같이, 도 1에 나타낸 광원(2), 공간 필터(3), 콜리메이트용 렌즈(4), 푸리에 변환 렌즈(5), 및 공간 광 변조 소자(10)를 구비하고 있다. 이러한 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 또, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태의 제어부(20A)를 대신하여 이하에 설명하는 제어부를 구비하고 있다.
도 12는 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치가 구비하는 제어부(20B)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 제어부(20B)는 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 구동부(26), 기억부(27), 선택부(28), 및 보정용 패턴 재구성부(29)를 가진다. 이들 가운데, 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 및 구동부(26)의 구성은 제1 실시형태와 동일하다.
기억부(27)는 본 실시형태에 있어서의 기억 수단이며, N개(N은 2이상의 정수)의 계수값군(계수값렬)을 기억하고 있다. 여기서, N개의 계수값군이란, 제1 실시형태에 있어서의 N개의 보정용 패턴의 각각으로부터 미리 산출된 계수이며, 하나의 보정용 패턴에 대하여 1 또는 복수의 계수가 산출되고, 이 1 또는 복수의 계수가 하나의 계수값군을 구성하고 있다. 계수값군은 예를 들면, 정규 직교 함수계, 스플라인 곡선, 2 차원 최소 제곱법 등의 3 차원 평면을 표현하기 위한 계산 수법을 이용하여, 이차원 화상 데이터인 보정용 패턴으로부터 산출된다. 기억부(27)는 제1 실시형태의 기억부(22)와 마찬가지로, 예를 들면 RAM 등으로 적절히 구성된다. 선택부(28)는 온도 센서 제어부(21)로부터 제공된 온도값 Ts에 기초하여 N개의 계수값군 중에서 온도값 Ts에 가장 가까운 온도값에 대응하는 하나의 계수값군을 선택하여, 그 계수값군을 기억부(27)로부터 판독한다. 선택부(28)는 판독한 계수값군 A1을 보정용 패턴 재구성부(29)에 제공한다. 보정용 패턴 재구성부(29)는 선택부(28)로부터 전송된 계수값군 A1으로부터 하나의 보정용 패턴 P1을 재구성한다. 보정용 패턴 재구성부(29)는 생성한 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)에 제공한다.
도 13은 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다. 도 13을 참조하면서, 공간 광 변조 장치의 동작과 아울러, 본 실시형태의 공간 광 변조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S41). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 선택부(28)로 전송된다(스텝 S42). 다음으로, 선택부(28)가 그 온도값 Ts를 기초로, 기억부(27)에 기억되어 있는 N개의 계수값군 중에서, 온도값 Ts에 가장 가까운 온도값에 대응하는 계수값군 A1을 선택한다(계수값군 선택 스텝 S43). 이 계수값군 A1은 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송된다. 그리고, 보정용 패턴 재구성부(29)가 선택부(28)로부터 전송된 계수값군 A1으로부터 하나의 보정용 패턴 P1을 재구성한다(스텝 S44). 재구성된 보정용 패턴 P1은 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S45).
이어서, 계산기 홀로그램 연산부(25)가 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공된 계산기 홀로그램(소망하는 위상 패턴) P2와 보정용 패턴 P1을 가산(합성)함으로써, 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다(스텝 S46). 이 보정 완료 위상 패턴 P3는 계산기 홀로그램 연산부(25)에서 구동부(26)로 전송된다(스텝 S47). 그리고, 구동부(26)가 보정 완료 위상 패턴 P3에 기초하여 구동 신호 SD를 생성한다(구동 신호 생성 스텝 S48). 마지막으로, 공간 광 변조 소자(10)에 포함되는 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호 SD로 제어한다(변조 제어 스텝 S49).
이상의 구성을 구비하는 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 제어부(20B)에 있어서의 처리가 온도값 Ts에 따라서 하나의 계수값군 A1을 선택하고, 보정용 패턴 P1을 재구성하여 가산하는 것만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다. 특히, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법은, 보정용 패턴이 도 1의 공간 필터(3), 콜리메이트용 렌즈(4), 및 푸리에 변환 렌즈(5) 등 광학계에 있어서 발생하는 위상 경사가 완만한 저공간 주파수 성분으로 구성되는 경우에 유효하다.
또한, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 제1 실시형태와 비교하여, 기억부(27)에 있어서 기억되는 데이터량을 대폭 압축할 수 있다. 제1 실시형태에 있어서 설명한 바와 같이, 보정용 패턴은 한 개 당, 예를 들어 480킬로바이트의 데이터량을 가진다. 이것에 대하여, 예를 들어 르장드르 배다항식을 10차의 계수까지 이용하여 보정용 패턴을 계수값군으로 변환하면, 이와 같은 데이터량을 가지는 보정용 패턴은 대략 55개의 계수값으로 나타내어 진다. 이러한 계수값이 모두 32비트 부호화 단정밀도 부동 소수점형 데이터라고 하면, 그 데이터량은 도합 220바이트가 되어, 비압축 화상과 비교하면 0.5％ 정도의 정보량으로 압축할 수 있다.
여기서, 도 14는 간섭 계측에 의하여 취득한 보정용 패턴의 일례를 나타낸 화상이다. 공간 광 변조 소자(10)에서는 예를 들면, 위상값 0π~2π를 표현하기 위하여 8비트의 2 차원 화상 데이터를 이용한다. 이 경우, 예를 들면, 위상값 0π은 0 계조값(gradation value)을 나타내고, 위상값 2π는 255 계조값을 나타낸다. 그리고, 2π를 넘는 위상값을 표현하기 위하여, 2π로 나눗셈하여 얻어지는 나머지값을 적용하므로, 8비트 화상 데이터에 있어서 255 계조값에서 0 계조값으로 ‘되돌아오는’영역(이하, 턴백(turn back) 영역이라 한다)이 발생한다. 도 14에 있어서 255 계조(백색)에 대하여 0 계조(흑색)로 되어 있는 영역이 그 턴백 영역에 당해한다. 또한, 위상값 0π~3π를 표현 가능한 위상 변조형 공간 광 변조 소자의 경우에는 3π을 넘은 위상값을 표현할 때에 턴백 영역이 발생한다. 도 15는 정규 직교 함수계 중 하나인 르장드르 배다항식을 10차의 계수까지 이용하여 계수값군을 산출하고, 그 계수값군으로부터 보정용 패턴을 재구성하였을 경우에 있어서의 보정용 패턴의 일례를 나타낸 화상이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 계수값렬을 이용하여 보정용 패턴을 재구성하였을 경우라 하더라도, 도 14와 거의 동일한 보정용 패턴을 생성할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)로서 전기 어드레스형 액정 소자 이외에도 예를 들면 광 어드레스형 액정 소자나 가변 거울형 변조 소자 등, 다양한 공간 광 변조 소자를 적용할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 온도 센서(17)의 장착 위치는 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 내부, 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 외부, 공간 광 변조 소자(10)의 유리 기판(15)의 표면, 공간 광 변조 소자(10)의 실리콘 기판(11)의 이면, 입사 광상 L2의 입사 위치, 및 열원이 되는 공간 광 변조 소자(10)의 회로 내부 가운데 어느 한 개소인 것이 바람직하다. 혹은 이들 가운데 복수 개소에 온도 센서(17)를 배치하거나, 혹은 한 개소에 복수의 온도 센서(17)를 배치하여도 좋다.
공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 예를 들면 이하와 같이 동작하면 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다. 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S42~S49(도 13 참조)와 동일한 처리를 실시한다. 또한, 공간 광 변조 장치가 이와 같은 동작을 실시하기 위하여는, 기억부(27)에 있어서, 복수의 온도 센서(17)마다 측정된 각 온도값에 대응하는 계수값군과, 온도 센서(17) 및 온도값을 서로 관련짓기 위한 정보 테이블이 미리 유지되어 있는 것이 바람직하다.
또, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 다음과 같이 동작하여도 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구한다. 그리고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여, 그 값을 온도값 Ts로 한다. 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S42~S49(도 13 참조)와 동일한 처리를 실시한다. 공간 광 변조 소자(10)의 내부에 온도 구배가 발생하는 경우가 있으나, 상기와 같이 복수의 온도 센서(17)를 이용하여 복수 개소의 온도를 동시에 계측하고, 이들의 평균값 또는 온도 보정값을 이용함으로써 온도 보정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다. 또한, 온도 보정값는 열전도 방정식 혹은 유한 요소법에 의한 열분포의 추정으로 도출된 보정 계수를 이용하여 산출되어도 좋다.
또한, 공간 광 변조 장치가 상기와 같은 동작을 실시하는 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(27) 및 선택부(28)를 마련하여도 좋다. 혹은 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각 하나의 기억부(27) 및 선택부(28)를 마련하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 각 기억부(27) 및 각 선택부(28)를 독립하여 취급할 수 있다. 또, 각 기억부(27)의 용량이 작아도 되므로, 고가의 대용량 기억 소자를 이용하지 않아도 된다. 또한, 제어부(20B)는 복수의 기억부(27) 및 선택부(28) 중에서 하나의 기억부(27) 및 선택부(28)를 선택하기 위한 별개의 선택부를 추가적으로 가지면 더욱 바람직하다.
또, 본 실시형태 혹은 상술한 형태(공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 형태)에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 보정용 패턴에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서, 선택된 계수값군 A1을 일시적으로 유지해두는 계수값용 메모리를 제어부(20B)에 마련해두고, 그 계수값용 메모리로부터 계수값군 A1을 적절히 판독함으로써, 선택부(28)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20B)는 계수값용 메모리 이외에, 계수값용 메모리에 기억된 계수값군 A1에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 계수값용 메모리에 기억된 계수값군 A1을 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송하면 좋다.
도 16은 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20B)의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값을 구한다(온도 취득 스텝 S41). 다음으로, 전회 산출한 온도값과 현재의 온도값과의 차분을 계산한다(스텝 S51). 그리고, 현재의 온도값을 별개의 기억부에 기억시키는 것과 아울러, 현재의 온도값 및 차분을 선택부(28)로 전송한다(스텝 S52). 선택부(28)에서는 차분과 문턱값과의 대소가 판정되고(스텝 S53), 차분이 문턱값보다 작은 경우에는(스텝 S53에 있어서 Yes), 계수값용 메모리에 기억되어 있는 계수값군 A1을 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송한다(스텝 S54). 또, 차분이 문턱값보다 큰 경우에는(스텝 S53에 있어서 No), 선택부(28)가 기억부(27)에 기억되어 있는 N개의 계수값군 중에서 하나의 계수값군 A1을 선택하여, 그 계수값군 A1을 계수값용 메모리로 전송한다(스텝 S55). 또한, 이 계수값군 A1을 계수값용 메모리에서 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송한다(스텝 S54). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S44~S49(도 13 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 계수값군 A1 에 의하여 재구성된 보정용 패턴 P1을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20B)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 패턴 P1을 적절히 판독함으로써, 선택부(28)나 보정용 패턴 재구성부(29)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20B)는 상기 별개의 기억부 이외에, 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P1에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 좋다. 또한, 고정밀도의 온도 보정이 요구되는 경우라 하더라도, 상기 별개의 기억부로서 고속 응답 메모리를 이용하는 것에 의하여, 이와 같은 구성이 가능하다.
도 17은 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20B)의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다. 또한, 이 동작에 있어서, 스텝 S53까지는 도 16에 나타난 동작과 동일하다. 이 동작에서는 차분이 문턱값보다 작은 경우(스텝 S53에 있어서 Yes), 별개의 기억부에 기억되어 있는 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송한다(스텝 S56). 또, 차분이 문턱값보다 큰 경우에는(스텝 S53에 있어서 No), 선택부(28)가 기억부(27)에 기억되어 있는 N개의 계수값군 중에서 하나의 계수값군 A1을 선택하여 그 계수값군 A1을 계수값용 메모리로 전송한다(스텝 S57). 또한, 이 계수값군 A1을 계수값용 메모리에서 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송한다(스텝 S58). 그리고, 보정용 패턴 재구성부(29)가 계수값군 A1으로부터 하나의 보정용 패턴 P1을 재구성한다(스텝 S59). 재구성된 보정용 패턴 P1은 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S56). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S46~S49(도 13 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
또, 본 실시형태에 있어서, N개의 온도값 사이의 온도값에 대응하는 계수값군을, N개의 계수값군의 보간을 실시함으로써 구하여도 좋다. 도 18은 그러한 보간 방법을 포함하는 공간 광 변조 방법을 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S41). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 선택부(28)로 전송된다(스텝 S42). 다음으로, 선택부(28)가 그 온도값 Ts를 기초로 기억부(27)에 기억되어 있는 N개의 계수값군 중에서, 온도값 Ts의 전후의 온도값에 대응하는 두 개의 계수값군을 선택한다(스텝 S60). 이들 계수값군은 선택부(28)와 보정용 패턴 재구성부(29) 사이에 마련되는 계수값군 추정부로 전송된다. 그리고, 계수값군 추정부가 선택부(28)로부터 전송된 두 개의 계수값군에 기초하여 보간 계산을 실시함으로써 하나의 계수값군을 산출한다(스텝 S61). 산출된 계수값군은 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송된다. 보정용 패턴 재구성부(29)는 계수값군 추정부로부터 전송된 계수값군으로부터 하나의 보정용 패턴 P1을 재구성한다(스텝 S62). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S45~S49(도 13 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
도 19(a) 및 (b)는 계수값군 추정부에 있어서의 계수값군의 보간 계산 방법의 일례를 설명하기 위한 그래프이다. 이 그래프의 가로축은 온도값을 나타내고, 세로축은 계수값을 나타내고 있다. 지금, N개의 계수군 각각에는 m개의 계수값 k1, k2,…, km이 포함되어 있다고 가정한다. 이러한 계수값 k1, k2,…, km은 N개의 계수군마다 상이한 값을 가진다. 도 19(a)에 나타낸 바와 같이, 온도값 tn에 대응하는 계수값 k1의 값을 k1n, 온도값 tn ＋1에 대응하는 계수값 k1의 값을 k1 (n＋1)로 한다. 또, 도 19(b)에 나타낸 바와 같이, 온도값 tn에 대응하는 계수값 km의 값을 kmn, 온도값 tn＋1에 대응하는 계수값 km의 값을 km (n＋1)로 한다. 이때, 계수값 k1과 온도값 t와의 관계(도면 중의 직선 B1)는 비례 계수 a1 및 정수 b1을 이용하여,
k1(t)=a1t＋b1
로 나타내어진다. 마찬가지로, 계수값 km과 온도값 t와의 관계(도면 중의 직선 B2)는 비례 계수 am 및 정수 bm을 이용하여,
km(t)=amt＋bm
으로 나타내어진다. 계수값 k2(t)~km －1(t)에 대하여도 마찬가지이다. 그리고, 이러한 수식으로부터, 온도값 t0(tn＜t0＜tn ＋1)에 대응하는 계수값 k10, k20,…, km0를 용이하게 구할 수 있다. 계수값군 추정부는 이와 같은 선형 보간 계산을 실시함으로써, 계수값 k10, k20,…, km0 로 이루어지는 하나의 계수값군을 산출할 수 있다.
도 20(a) 및 (b)는 계수값군 추정부에 있어서의 계수값군의 보간 계산 방법의 다른 예를 설명하기 위한 그래프이다. 또한, 이 보간 계산 방법을 실시할 때에는, 도 18에 나타낸 스텝 S60에 있어서, 선택부(28)가 기억부(27)에 기억되어 있는 N개의 계수값군 중에서, 온도값 Ts의 근방의 온도값에 대응하는 3개 이상의 계수값군을 선택할 필요가 있다.
도 20(a)에 나타낸 바와 같이, 온도값 tn －1에 대응하는 계수값 k1의 값을 k1 (n－1), 온도값 tn에 대응하는 계수값 k1의 값을 k1n, 온도값 tn ＋1에 대응하는 계수값 k1의 값을 k1 (n＋1)로 한다. 또, 도 20(b)에 나타낸 바와 같이, 온도값 tn －1에 대응하는 계수값 km의 값을 km (n－1), 온도값 tn에 대응하는 계수값 km의 값을 kmn, 온도값 tn ＋1에 대응하는 계수값 km의 값을 km (n＋1)로 한다. 이때, 최소 제곱법에 의하여, 계수값 k1과 온도값 t와의 관계(도면 중의 직선 B3)를
k1(t)=a1t＋b1
로 근사할 수 있다. 마찬가지로, 계수값 km과 온도값 t와의 관계(도면 중의 직선 B4)를
km(t)=amt＋bm
으로 근사할 수 있다. 계수값 k2(t)~km －1(t)에 대하여도 마찬가지이다. 그리고, 이러한 수식으로부터, 온도값 t0(tn＜t0＜tn ＋1)에 대응하는 계수값 k10, k20,…, km0를 용이하게 구할 수 있다. 계수값군 추정부는 이와 같은 최소 제곱법에 의한 근사 보간 계산을 실시함으로써, 계수값 k10, k20,…, km0로 이루어지는 하나의 계수값군을 산출할 수 있다. 또한, 본 방법에 있어서, 각 온도값마다 상이한 크기의 가중치을 부가한 다음 최소 제곱법에 의한 근사 계산을 실시하여도 좋다. 또, 상술한 선형 근사에 한하지 않고, 고차 다항식 근사나 지수 근사를 적용하여도 좋다.
(제2 변형례)
여기서, 제2실시형태의 제어부(20B)의 변형례에 대하여 설명한다. 본 변형례에서는, 기억부(27)가 어떤 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴 혹은 당해 보정용 패턴에 대한 계수값군을 기억하고 있으며, 또한, 이 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴과 각 온도에 있어서의 보정용 패턴과의 차분(보정용 차분 패턴)에 대한 N개의 계수값군(이하, 차분 계수값군이라 한다)을 기억하고 있다. 또한, 보정용 차분 패턴이란, 기준 온도에서 각 온도로 변화하였을 때에 위상 왜곡이 어떻게 변화하였는지를 나타내는 정보이며, 기준 온도에 있어서의 위상 왜곡 보정용 패턴에 가산(합성)됨으로써, 각 온도에 있어서의 위상 왜곡 보정용 패턴을 산출 가능하게 하는 데이터이다. 이와 같이 본 변형례의 기억부(27)는 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴 혹은 계수값군과, 다른 온도에 있어서의 N개의 차분 계수값군을 기억함으로써 실질적으로 N개의 계수값군을 기억하고 있다.
도 21은 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20B)의 동작을 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S41). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 선택부(28)로 전송된다(스텝 S42).
다음으로, 선택부(28)가 그 온도값 Ts를 기초로 기억부(27)에 기억되어 있는 차분 계수값군 중에서 온도값 Ts에 가장 가까운 온도값에 대응하는 차분 계수값군을 선택한다(계수값군 선택 스텝 S63). 이 차분 계수값군은 기준 온도에 있어서의 계수값군 혹은 보정용 패턴과 함께 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송된다. 보정용 패턴 재구성부(29)는 선택부(28)로부터 전송된 차분 계수값군으로부터 하나의 보정용 차분 패턴을 재구성하는 것과 아울러, 필요에 따라서 기준 온도에 있어서의 계수값군으로부터 하나의 보정용 패턴을 재구성한다(스텝 S64). 보정용 패턴 재구성부(29)는 보정용 차분 패턴과 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴을 가산(합성)함으로써, 보정용 패턴 P1을 생성한다(스텝 S65). 이후, 상기 실시형태에 있어서의 스텝 S45~S49(도 13 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
본 변형례에 있어서 예시한 바와 같이, 기억부(27)는 다양한 방식에 의하여 N개의 계수값군을 실질적으로 기억하고 있어도 좋다. 그러한 경우라 하더라도, 상술한 실시형태에 의한 작용 효과를 바람직하게 발휘할 수 있다. 또한, 본 변형례에 있어서도, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우에는, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구하면 좋다. 이 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(27) 및 선택부(28)를 마련하여도 좋다. 혹은 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구하고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여, 그 값을 온도값 Ts로 하여도 좋다. 이 경우, 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(27) 및 선택부(28)를 마련하여도 좋다.
또, 본 변형례에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 차분 계수값군에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또, 본 변형례에 있어서, 선택된 차분 계수값군을 일시적으로 유지해두는 차분 계수값용 메모리를 제어부(20B)에 마련해두고, 그 계수값용 메모리로부터 차분 계수값군을 적절히 판독함으로써, 선택부(28)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20B)는 차분 계수값용 메모리 이외에, 차분 계수값용 메모리에 기억된 차분 계수값군에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는, 차분 계수값용 메모리에 기억된 차분 계수값군을 보정용 패턴 재구성부(29)로 전송하면 된다.
또, 본 변형례에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 차분 계수값군으로부터 재구성된 보정용 차분 패턴, 혹은 당해 보정용 차분 패턴으로부터 합성된 보정용 패턴 P1을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20B)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 차분 패턴 또는 보정용 패턴 P1을 적절히 판독하는 것에 의하여, 선택부(28)나 보정용 패턴 재구성부(29)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20B)는 상기 별개의 기억부 이외에, 별개의 기억부에 기억된 보정용 차분 패턴 또는 보정용 패턴 P1에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는, 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 차분 패턴을 이용하여 생성되는 보정용 패턴 P1, 혹은 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 된다.
또, 본 변형례에 있어서, N개의 온도값 사이의 온도값에 대응하는 차분 계수값군을 N개의 차분 계수값군의 보간을 실시함으로써 구하여도 좋다(도 18~도 20 참조).
(제3 실시형태)
본 발명의 제3 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 구성을 이하에 설명한다. 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태와 마찬가지로, 도 1에 나타낸 광원(2), 공간 필터(3), 콜리메이트용 렌즈(4), 푸리에 변환 렌즈(5), 및 공간 광 변조 소자(10)를 구비하고 있다. 이러한 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 또, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태의 제어부(20A)를 대신하여, 이하에 설명하는 제어부를 구비하고 있다.
도 22는 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치가 구비하는 제어부(20C)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 제어부(20C)는 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 구동부(26), 기억부(31), 계수값 연산부(32), 및 보정용 패턴 재구성부(33)를 가진다. 이들 가운데, 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 및 구동부(26)의 구성은 제1 실시형태와 동일하다.
기억부(31)는 본 실시형태에 있어서의 기억 수단이며, N개(N은 2이상의 정수)의 계수값군(계수값렬)에 포함되는 각 계수값에 대한 온도값을 변수로 하는 함수를 기억하고 있다. 여기서, N개의 계수값군이란, 제1 실시형태에 있어서의 N개의 보정용 패턴의 각각으로부터 미리 산출된 계수이며, 하나의 보정용 패턴에 대하여 1 또는 복수의 계수가 산출되고, 이 1 또는 복수의 계수가 하나의 계수값군을 구성하고 있다. 계수값군은 상술한 제2실시형태와 동일한 방법에 의하여 산출된다. 기억부(31)는 제1 실시형태의 기억부(22)와 마찬가지로, 예를 들면 RAM 등으로 적절히 구성된다. 계수값 연산부(32)는 온도 센서 제어부(21)로부터 제공된 온도값 Ts를 기억부(31)에 기억된 함수에 적용함으로써, N개의 계수값군 가운데 하나의 계수값군을 산출한다. 계수값 연산부(32)는 산출한 계수값군 A1을 보정용 패턴 재구성부(33)에 제공한다. 보정용 패턴 재구성부(33)는 계수값 연산부(32)로부터 전송된 계수값군 A1으로부터 하나의 보정용 패턴 P1을 재구성한다. 보정용 패턴 재구성부(33)는 생성한 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)에 제공한다.
도 23은 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다. 도 23을 참조하면서, 공간 광 변조 장치의 동작과 아울러, 본 실시형태의 공간 광 변조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S71). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 계수값 연산부(32)로 전송된다(스텝 S72). 다음으로, 계수값 연산부(32)가 기억부(31)에 기억되어 있는 각 계수값의 함수를 순차로 판독하여 이러한 함수에 온도값 Ts를 적용한다. 이것에 의하여, 온도값 Ts에 대응하는 각 계수값이 얻어진다(계수값 산출 스텝 S73). 이러한 계수값으로 이루어진 계수값군 A1은 보정용 패턴 재구성부(33)로 전송된다. 그리고, 보정용 패턴 재구성부(33)가 계수값 연산부(32)로부터 전송된 계수값군 A1으로부터 하나의 보정용 패턴 P1을 재구성한다(스텝 S74). 재구성된 보정용 패턴 P1은 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S75).
이어서, 계산기 홀로그램 연산부(25)가 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공된 계산기 홀로그램(소망하는 위상 패턴) P2와 보정용 패턴 P1을 가산(합성)함으로써 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다(스텝 S76). 이 보정 완료 위상 패턴 P3는 계산기 홀로그램 연산부(25)에서 구동부(26)로 전송된다(스텝 S77). 그리고, 구동부(26)가 보정 완료 위상 패턴 P3에 기초하여 구동 신호 SD를 생성한다(구동 신호 생성 스텝 S78). 마지막으로, 공간 광 변조 소자(10)에 포함되는 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호 SD로 제어한다(변조 제어 스텝 S79).
이상의 구성을 구비하는 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다. 또, 제어부(20C)에 있어서의 처리가, 온도값 Ts를 함수에 적용하여 하나의 계수값군 A1을 산출하고, 보정용 패턴 P1을 재구성하여 가산하는 것만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 제2실시형태와 비교하여, 기억부(31)에 있어서 기억되는 데이터량을 더욱 압축할 수 있다. 예를 들면, 10차 르장드르 배다항식을 이용하여 보정용 패턴을 표현하고, 각 계수값에 삼차 최소 제곱법을 적용함으로써 온도값을 변수로 하는 함수를 작성하였을 경우, 4개의 계수를 가지는 55개의 함수가 기억부(31)에 기억된다. 각 계수값이 모두 32비트 부호화 단정밀도 부동 소수점형 데이터라 하면, 그 데이터량은 32비트×4(계수)×55(함수)=880바이트가 된다. 상술한 제2 실시형태에서는 각 온도값마다 계수값군을 기억해둘 필요가 있으므로, 온도값이 4개를 초과하는 경우에는 본 실시형태 쪽이 기억부의 데이터량을 작게 할 수 있다. 특히, 입사광의 파장이 복수인 경우에는 각 파장에 따라 복수의 보정용 패턴을 준비할 필요가 있으므로, 기억부에 요구되는 기억 용량이 커지는 경향이 있다. 이와 같은 경우에는, 기억 용량을 보다 줄일 수 있는 본 실시형태가 유리하다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 제2실시형태의 선택부(28)(도 12 참조)를 불필요하게 할 수 있으므로, 제어부를 간소화할 수도 있다.
또한, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 온도값을 변수로 하는 함수를 이용하여 보정용 패턴을 작성하므로, 고정밀도 및 고분해능의 보정이 가능해진다. 또한, 대표적인 정규 직교 함수만을 이용하여 계수값군을 산출하면 계산 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)로서 전기 어드레스형 액정 소자 이외에도 예를 들어 광 어드레스형 액정 소자나 가변 거울형 변조 소자 등, 다양한 공간 광 변조 소자를 적용할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 온도 센서(17)의 장착 위치는 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 내부, 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 외부, 공간 광 변조 소자(10)의 유리 기판(15)의 표면, 공간 광 변조 소자(10)의 실리콘 기판(11)의 이면, 입사광상 L2의 입사 위치, 및 열원이 되는 공간 광 변조 소자(10)의 회로 내부 가운데 어느 한 개소인 것이 바람직하다. 혹은 이들 가운데 복수 개소에 온도 센서(17)를 배치하거나, 혹은 한 개소에 복수의 온도 센서(17)를 배치하여도 좋다.
공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 예를 들면 이하와 같이 동작하면 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다. 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S72~S79(도 23 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
또, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 다음과 같이 동작하여도 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구한다. 그리고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여, 그 값을 온도값 Ts로 한다. 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S72~S79(도 23 참조)와 동일한 처리를 실시한다. 특히, 공간 광 변조 소자(10)의 내부에 온도 구배가 발생하는 경우에는, 상기와 같이 복수의 온도 센서(17)를 이용하여 복수 개소의 온도를 동시에 계측하고, 이들의 평균값 또는 온도 보정값을 이용함으로써, 온도 보정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 공간 광 변조 장치가 상기와 같은 동작을 실시하는 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(31) 및 계수값 연산부(32)를 마련하여도 좋다. 혹은 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(31) 및 계수값 연산부(32)를 마련하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 각 기억부(31) 및 각 계수값 연산부(32)를 독립하여 취급할 수 있다. 또, 각 기억부(31)의 용량이 작아도 되므로, 고가의 대용량 기억 소자를 이용하지 않아도 된다. 또한, 제어부(20C)는 복수의 기억부(31) 및 계수값 연산부(32) 중에서 하나의 기억부(31) 및 계수값 연산부(32)를 선택하기 위한 별개의 선택부를 더욱 가지면 더욱 바람직하다.
또, 본 실시형태 혹은 상술한 형태(공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 형태)에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 보정용 패턴에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서, 계수값 연산부(32)에 의하여 산출된 계수값군 A1을 일시적으로 유지해두는 계수값용 메모리를 제어부(20C)에 마련해두고, 그 계수값용 메모리로부터 계수값군 A1을 적절히 판독함으로써, 계수값 연산부(32)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20C)는 계수값용 메모리 이외에, 계수값용 메모리에 기억된 계수값군 A1에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 계수값용 메모리에 기억된 계수값군 A1을 보정용 패턴 재구성부(33)로 전송하면 된다.
도 24는 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20C)의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값을 구한다(온도 취득 스텝 S71). 다음으로, 전회 산출한 온도값과 현재의 온도값과의 차분을 계산한다(스텝 S81). 그리고, 현재의 온도값을 메모리에 기억시키는 것과 아울러, 현재의 온도값 및 차분을 계수값 연산부(32)로 전송한다(스텝 S82). 계수값 연산부(32)에서는 차분과 문턱값과의 대소가 판정되고(스텝 S83), 차분이 문턱값보다 작은 경우에는(스텝 S83에 있어서 Yes), 계수값용 메모리에 기억되어 있는 계수값군 A1을 보정용 패턴 재구성부(33)로 전송한다(스텝 S84). 또, 차분이 문턱값보다 큰 경우에는(스텝 S83에 있어서 No), 계수값 연산부(32)가 기억부(31)에 기억되어 있는 함수를 판독하고, 이 함수에 온도값 Ts를 적용함으로써 하나의 계수값군 A1을 산출하여 그 계수값군 A1을 계수값용 메모리로 전송한다(스텝 S85). 또한, 이 계수값군 A1을 계수값용 메모리에서 보정용 패턴 재구성부(33)로 전송한다(스텝 S84). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S74~S79(도 23 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 계수값군 A1 에 의하여 재구성된 보정용 패턴 P1을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20C)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 패턴 P1을 적절히 판독함으로써, 계수값 연산부(32)나 보정용 패턴 재구성부(33)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20C)는 상기 별개의 기억부 이외에, 당해 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P1에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는, 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 된다. 또한, 고정밀도의 온도 보정이 요구되는 경우라 하더라도, 상기 별개의 기억부로서 고속 응답 메모리를 이용하는 것에 의하여, 이와 같은 구성이 가능하다.
도 25는 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20C)의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다. 또한, 이 동작에 있어서, 스텝 S83까지는 도 24에 나타낸 동작과 같다. 이 동작에서는 차분이 문턱값보다 작은 경우(스텝 S83에 있어서 Yes), 별개의 기억부에 기억되어 있는 보정용 패턴 P1을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송한다(스텝 S86). 또, 차분이 문턱값보다 큰 경우에는(스텝 S83에 있어서 No), 계수값 연산부(32)가 기억부(31)에 기억되어 있는 함수에 온도값 Ts를 적용함으로써 하나의 계수값군 A1을 산출하여 그 계수값군 A1을 계수값용 메모리로 전송한다(스텝 S87). 게다가, 이 계수값군 A1을 계수값용 메모리에서 보정용 패턴 재구성부(33)로 전송한다(스텝 S88). 그리고, 보정용 패턴 재구성부(33)가 계수값군 A1으로부터 하나의 보정용 패턴 P1을 재구성한다(스텝 S89). 재구성된 보정용 패턴 P1은 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S86). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S76~S79(도 23 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
(제4 실시형태)
본 발명의 제4 실시형태와 관한 공간 광 변조 장치의 구성을 이하에 설명한다. 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태와 마찬가지로, 도 1에 나타낸 광원(2), 공간 필터(3), 콜리메이트용 렌즈(4), 푸리에 변환 렌즈(5), 및 공간 광 변조 소자(10)를 구비하고 있다. 이러한 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 또, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태의 제어부(20A)를 대신하여 이하에 설명하는 제어부를 구비하고 있다.
도 26은 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치가 구비하는 제어부(20D)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 26에 나타낸 바와 같이, 제어부(20D)는 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 구동부(26), 기억부(34), 온도 의존 성분 연산부(35), 및 기억부(36)를 가진다. 이들 가운데, 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 및 구동부(26)의 구성은 제1 실시형태와 동일하다.
기억부(34)는 본 실시형태에 있어서의 기억 수단이며, N개(N은 2이상의 정수)의 계수값군(계수값렬)에 포함되는 각 계수값에 대한 온도값을 변수로 하는 함수를 기억하고 있다. 여기서, N개의 계수값군 각각은 제1 실시형태에 있어서의 N개의 보정용 패턴 각각으로부터 미리 산출된 계수값군이지만, 본 실시형태에 있어서의 이들 계수값군은 각 보정용 패턴에 대하여 산출된 1 또는 복수의 계수값 가운데, 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 대하여 의존성을 가지는 (혹은 의존도가 어떤 기준보다 큰) 계수값만으로 이루어진다. 이들 계수값군은 상술한 제2실시형태와 동일한 방법에 의하여 산출된 계수값 가운데, 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 대하여 의존성을 가지는 (혹은 의존도가 어떤 기준보다 큰) 계수값만이 선택되어서 이루어진다. 기억부(34)는 제1 실시형태의 기억부(22)와 마찬가지로, 예를 들면 RAM 등으로 적절히 구성된다.
온도 의존 성분 연산부(35)는 온도 센서 제어부(21)로부터 제공된 온도값 Ts를 기억부(34)에 기억된 함수에 적용함으로써, N개의 계수값군 가운데 하나의 계수값군을 산출한다. 게다가, 온도 의존 성분 연산부(35)는 산출한 계수값군으로부터 하나의 보정용 패턴 P4(온도 의존 성분)를 재구성한다. 온도 의존 성분 연산부(35)는 생성한 보정용 패턴 P4를 계산기 홀로그램 연산부(25)에 제공한다.
기억부(36)는 기억부(34)와 함께 본 실시형태의 기억 수단을 구성한다. 기억부(36)는 기준 위상 패턴을 미리 기억하고 있다. 기준 위상 패턴이란, 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴에서 보정용 패턴 P4를 차감함으로써 미리 작성된 위상 패턴이다. 바꾸어 말하면, 기준 위상 패턴이란, 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 의존하지 않는 (혹은 의존도가 어떤 기준보다 작은) 계수값만으로 미리 재구성된 위상 패턴이다. 본 실시형태에서는 계산기 홀로그램 연산부(25)가 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공되는 계산기 홀로그램 P2에 포함되는 위상 변조량과, 보정용 패턴 P4에 포함되는 보정 위상값과, 기억부(36)의 기준 위상 패턴 P5에 포함되는 보정 위상값을 화소마다 가산함으로써, 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다.
도 27은 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다. 도 27을 참조하면서, 공간 광 변조 장치의 동작과 아울러, 본 실시형태의 공간 광 변조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S91). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 온도 의존 성분 연산부(35)로 전송된다(스텝 S92). 다음으로, 온도 의존 성분 연산부(35)가 기억부(34)에 기억되어 있는 각 계수값(공간 광 변조 소자(10)의 온도에 의존하는 계수값)의 함수를 순차로 판독하여, 이들 함수에 온도값 Ts를 적용한다. 이것에 의하여, 온도값 Ts에 대응하는 각 계수값이 얻어진다. 게다가, 온도 의존 성분 연산부(35)가 이러한 계수값으로부터 하나의 보정용 패턴 P4를 재구성한다(스텝 S93). 재구성된 보정용 패턴 P4는 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S94).
이어서, 계산기 홀로그램 연산부(25)가 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공된 계산기 홀로그램(소망하는 위상 패턴) P2와, 보정용 패턴 P4와, 기준 위상 패턴 P5를 가산(합성)함으로써, 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다(스텝 S95). 이 보정 완료 위상 패턴 P3는 계산기 홀로그램 연산부(25)에서 구동부(26)로 전송된다(스텝 S96). 그리고, 구동부(26)가 보정 완료 위상 패턴 P3에 기초하여 구동 신호 SD를 생성한다(구동 신호 생성 스텝 S97). 마지막으로, 공간 광 변조 소자(10)에 포함되는 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호 SD로 제어한다(변조 제어 스텝 S98).
이상의 구성을 구비하는 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 다음의 효과를 달성할 수 있다. 즉, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 의한 위상 왜곡은 공간 광 변조 소자(10)를 구성하는 실리콘 기판(11)이나 화소 전극(13a) 등 각 구성 요소의 열팽창률이 서로 상이하다는 기계적인 요인에서 기인한다고 생각된다. 따라서, 공간 광 변조 소자(10)에서는 저차 함수적인 위상 왜곡이 지배적이다. 예를 들면, 보정용 패턴을 르장드르 배다항식으로 표현하였을 때에는, 저차의 계수값(혹은 함수)이 온도 변화의 영향을 보다 강하게 받는 경향이 있다. 고로, 이와 같은 저차의 계수값(함수)만을 온도 보정하고, 그 이외의 계수값(함수)에 대하여는 어떤 기준 온도에 있어서 취득한 보정용 패턴의 것을 그대로 이용하면 좋다. 이것에 의하여, 제1 내지 제3 실시형태와 동일한 온도 보정을 바람직하게 실현할 수 있으므로, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다.
또, 제어부(20D)에 있어서의 처리가 온도값 Ts를 함수에 적용하여 계수값군 A2를 산출하고, 보정용 패턴 P4를 재구성하여 기준 위상 패턴 P5등에 가산하는 것만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다. 특히 본 실시형태에서는 각 연산부에 있어서, 수 개의 함수에의 온도값 Ts의 대입이나, 화소마다의 위상값의 가산 등 부하가 작은 연산이 많기 때문에, 상술한 제2실시형태나 제3 실시형태와 비교하여 동작을 보다 고속화할 수 있다.
또, 계수값군의 산출을 위하여 저차의 정규 직교 함수계를 사용하면, 보정 패턴의 고차 성분을 충분히 표현할 수 없는 경우가 있다. 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 그러한 경우라 하더라도, 보정 패턴의 고차 계수값으로서는 실측한 위상 왜곡 패턴으로부터 산출된 일정값을 이용하고, 온도 의존성이 높은 저차의 계수값에 대하여는 온도값 Ts에 따라 가변으로 함으로써, 온도 변화에 의한 위상 왜곡을 높은 정밀도로 보정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 기억부(34)가 기억하고 있는 함수의 기초가 되는 계수값군은 서로의 함수를 독립적으로 취급할 수 있는 정규 직교 함수계(예를 들면, 구형(矩形)의 경우는 르장드르 배다항식, 원형(圓形)의 경우는 제르니케(Zernike) 다항식 등)를 사용하여 산출된 것이 바람직하다.
도 28은 이와 같은 본 실시형태에 따른 효과를 나타낸 그래프이다. 도 28에 나타낸 그래프 G21~G23은 본 실시형태의 공간 광 변조 장치에 있어서의 공간 광 변조 소자(10)의 온도값과 위상 왜곡의 제곱 평균의 평방근(단위：파장 λ)과의 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 이러한 그래프 G21~G23은 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 5℃ 간격으로 계측하고, 그 계측 결과로부터 N개(이 예에서는 N=7)의 보정 패턴을 작성하고, 그러한 보정 패턴을 10차 르장드르 배다항식으로 표현하고, 이 10차 르장드르 배다항식의 계수값 가운데, 그래프 G21에서는 한 개, 그래프 G22에서는 두 개, 그래프 G23에서는 세 개의 계수값에 대하여 2차의 최소 제곱법을 적용함으로써, 온도값 Ts를 변수로 한 함수를 작성하였을 경우를 나타내고 있다. 또, 도 28에 나타낸 그래프 G24는 비교를 위하여, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 어떤 기준 온도(이 예에서는 27℃)일 때에 계측하고, 그 계측 결과로부터 보정 패턴을 하나만을 작성하여, 이 보정 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산한 경우에 있어서의 공간 광 변조 소자(10)의 온도와 위상 왜곡의 제곱 평균의 평방근과의 관계를 나타내고 있다.
그래프 G24에 나타낸 바와 같이, 어떤 기준 온도에 있어서 작성한 유일한 보정 패턴을 이용하여 소망하는 위상 패턴을 보정한 경우, 위상 왜곡은 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 대하여 민감하게 변화한다. 이것에 대하여, 본 실시형태와 같이 공간 광 변조 소자(10)의 온도값을 변수로 하는 함수를 이용하여 보정 패턴을 작성하고, 이 보정 패턴을 이용하여 소망하는 위상 패턴을 보정함으로써, 그래프 G21~G23에 나타내어진 바와 같이, 측정 오차는 있으나, 위상 왜곡을 위상 변조량 λ의 1／10 이하로 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시형태에서는 그래프 G21~G23으로부터 명백하듯이, 온도값을 변수로 하는 함수가 작성되는 계수값의 수가 많을수록, 위상 왜곡을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 기억부(34)에 기억되는 함수, 및 기억부(36)에 기억되는 기준 위상 패턴을 미리 적절히 작성하는 것이 중요해진다. 도 29는 이러한 함수 및 기준 위상 패턴의 작성 방법의 일례를 나타낸 플로차트이다.
먼저, 공간 광 변조 소자(10)의 온도가 기준 온도(예를 들어, 실온 25℃)일 때, 공간 광 변조 소자(10)로부터 출사되는 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 계측한다(스텝 S111). 이때, 도 1에 나타내어진 광원(2)으로부터 빛 L1을 출사시키고, 공간 필터(3) 및 콜리메이트용 렌즈(4)를 통과한 광상 L2를 공간 광 변조 소자(10)에 입사시키고, 공간 광 변조 소자(10)로부터 출사된 출사 광상 L3가 푸리에 변환 렌즈(5)를 통과한 후의 푸리에 광상 L4의 위상 왜곡(즉, 광학계 전체의 위상 왜곡)을 계측하는 것이 바람직하다.
다음으로, 계측한 위상 왜곡을 보정하기 위한 보정용 패턴을 작성한다(스텝 S112). 그리고, 예를 들면 10차 르장드르 배다항식을 이용하여 보정용 패턴을 전개하고, 르장드르 배다항식의 각 차수에 있어서의 계수값을 산출한다(스텝 S113). 그리고, 이러한 계수값 가운데 온도 의존성을 가지는 차수를 미리 조사해두어, 그 차수로 이루어지는 르장드르 배다항식과 당해 차수에 있어서의 계수값에 기초하여 온도 의존성을 가지는 성분만으로 이루어지는 위상 패턴을 재구성한다(스텝 S114). 르장드르 배다항식은 정규 직교 함수계이므로, 재구성된 위상 패턴을 보정용 패턴에서 차감함으로써(스텝 S115), 잔차 성분인 기준 위상 패턴이 바람직하게 얻어진다. 또, 온도 의존성을 가지는 차수에 관한 계수값을 온도값을 변수로 하는 함수으로 표현함으로써, 기억부(34)의 함수가 바람직하게 얻어진다.
또, 본 실시형태에서는 기억부(36)에 기억되어 있는 기준 위상 패턴이 하나뿐인 경우에 대하여 설명하였다. 그렇지만, 기억부(36)에 기억되는 기준 위상 패턴은 공간 광 변조 소자(10)의 복수의 온도값에 대응하여 복수 준비되어도 좋다. 그 경우, 제어부(20D)는 도 30에 나타낸 바와 같이, 기억부(36)에 기억된 복수의 기준 위상 패턴으로부터 하나의 기준 위상 패턴을 선택하는 선택부(37)를 추가적으로 가지는 것이 바람직하다.
도 30은 이와 같은 구성을 제어부(20D)가 가지는 경우에 있어서의, 공간 광 변조 장치의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S91). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 온도 의존 성분 연산부(35) 및 선택부(37)로 전송된다(스텝 S115). 온도 의존 성분 연산부(35)는 기억부(34)에 기억되어 있는 각 계수값의 함수를 순차로 판독하고, 이들 함수에 온도값 Ts를 적용한다. 이것에 의하여, 온도값 Ts에 대응하는 각 계수값이 얻어진다. 게다가, 온도 의존 성분 연산부(35)는 이러한 계수값으로부터 하나의 보정용 패턴 P4를 재구성한다(스텝 S93). 재구성된 보정용 패턴 P4는 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S94). 다른 한편, 선택부(37)는 온도값 Ts를 기초로 기억부(36)에 기억되어 있는 복수의 기준 위상 패턴 중에서, 온도값 Ts에 가장 가까운 온도값에 대응하는 기준 위상 패턴을 선택한다(스텝 S116). 이 기준 위상 패턴 P5는 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S117). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S95~S98(도 27 참조)과 동일한 처리를 실시한다.
잔차 성분인 기준 위상 패턴이 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 대하여 근소하게 의존하는 경우에는, 상기와 같은 공간 광 변조 방법을 이용함으로써 위상 왜곡의 보정을 보다 고정밀도로 실시할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)로서 전기 어드레스형 액정 소자 이외에도 예를 들면 광 어드레스형 액정 소자나 가변 거울형 변조 소자 등, 다양한 공간 광 변조 소자를 적용할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 온도 센서(17)의 장착 위치는 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 내부, 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 외부, 공간 광 변조 소자(10)의 유리 기판(15)의 표면, 공간 광 변조 소자(10)의 실리콘 기판(11)의 이면, 입사광상 L2의 입사 위치, 및 열원이 되는 공간 광 변조 소자(10)의 회로 내부 가운데 어느 한 개소인 것이 바람직하다. 혹은 이들 가운데 복수 개소에 온도 센서(17)를 배치하거나, 혹은 하나의 개소에 복수의 온도 센서(17)를 배치하여도 좋다.
공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 예를 들면 이하와 같이 동작하면 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다. 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S92~S98(도 27 참조)과 동일한 처리를 실시한다.
또, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 다음과 같이 동작하여도 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구한다. 그리고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여, 그 값을 온도값 Ts로 한다. 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S92~S98(도 27 참조)과 동일한 처리를 실시한다. 특히, 공간 광 변조 소자(10)의 내부에 온도 구배가 발생하는 경우에는, 상기와 같이 복수의 온도 센서(17)를 이용하여 복수 개소의 온도를 동시에 계측하고, 이들의 평균값 또는 온도 보정값을 이용함으로써, 온도 보정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 공간 광 변조 장치가 상기와 같은 동작을 실시하는 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 온도 의존 성분 연산부(35)를 마련하여도 좋다. 혹은 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 온도 의존 성분 연산부(35)를 마련하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 각 기억부(34) 및 각 온도 의존 성분 연산부(35)를 독립하여 취급할 수 있다. 또, 각 기억부(34)의 용량이 작아도 되므로, 고가의 대용량 기억 소자를 이용하지 않아도 된다. 또한, 제어부(20D)는 복수의 기억부(34) 및 온도 의존 성분 연산부(35) 중에서 하나의 기억부(34) 및 온도 의존 성분 연산부(35)를 선택하기 위한 별개의 선택부를 추가적으로 가지면 더욱 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는, 제어부(20D)가, 온도 의존성을 가지는 계수값의 수와 동일한 개수의 온도 의존 성분 연산부(35) 및 기억부(34)를 가져도 좋다. 이것에 의하여, 병렬 연산 처리가 가능해져 연산을 더욱 고속화할 수 있다.
또, 본 실시형태 혹은 상술한 형태(공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 형태)에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 보정용 패턴에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 온도 의존 성분 연산부(35)에 의하여 재구성된 보정용 패턴 P4를 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20D)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 패턴 P4를 적절히 판독함으로써 온도 의존 성분 연산부(35)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20D)는 상기 별개의 기억부 이외에, 당해 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P4에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P4를 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 된다. 또한, 고정밀도의 온도 보정이 요구되는 경우라 하더라도, 상기 별개의 기억부로서 고속 응답 메모리를 이용하는 것에 의하여 이와 같은 구성이 가능하다.
도 31은 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20D)의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값을 구한다(온도 취득 스텝 S91). 다음으로, 전회 산출한 온도값과 현재의 온도값과의 차분을 계산한다(스텝 S118). 그리고, 현재의 온도값을 메모리에 기억시키는 것과 아울러, 현재의 온도값 및 차분을 온도 의존 성분 연산부(35)로 전송한다(스텝 S119). 온도 의존 성분 연산부(35)에서는 차분과 문턱값과의 대소가 판정되고(스텝 S120), 차분이 문턱값보다 작은 경우에는(스텝 S120에 있어서 Yes), 별개의 기억부에 기억되어 있는 보정용 패턴 P4를 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송한다(스텝 S121). 또, 차분이 문턱값보다 큰 경우에는(스텝 S120에 있어서 No), 온도 의존 성분 연산부(35)가 기억부(34)에 기억되어 있는 함수를 판독하고, 이 함수에 온도값 Ts를 적용함으로써 하나의 계수값군을 산출하고, 그 계수값군으로부터 하나의 보정용 패턴 P4를 재구성하여 별개의 기억부에 기억시킨다(스텝 S122). 이 보정용 패턴 P4는 별개의 기억부에서 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S121). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S95~S98(도 27 참조)과 동일한 처리를 실시한다.
또, 본 실시형태에서는 제어부(20D)가 기억부(34) 및 기억부(36)의 두 개의 기억부를 가지고 있으나, 제어부(20D)는 이들을 통합한 하나의 기억부를 가져도 좋다.
(제3 변형례)
여기서, 제4 실시형태의 제어부(20D)의 변형례에 대하여 설명한다. 본 변형례에서는 기억부(36)가 상술한 기준 위상 패턴을 대신하여 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴을 기억하고 있다. 또, 기억부(34)는 N개의 계수값군(계수값렬)에 포함되는 각 계수값에 대한 온도값을 변수로 하는 함수를 기억하고 있으며, 또한, 이들 함수는 기준 온도를 원점으로 하여, 당해 기준 온도에 있어서의 계수값으로부터의 변화량을 나타낸다(이하, 이 함수를 차분 함수라 한다). 즉, 차분 함수란, 기준 온도에서 각 온도로 변화하였을 때에 위상 왜곡이 어떻게 변화하였는지를 나타내는 정보이며, 이 차분 함수로부터 재구성되는 위상 왜곡 보정용 패턴을 기준 온도에 있어서의 위상 왜곡 보정용 패턴에 가산(합성)함으로써, 각 온도에 있어서의 위상 왜곡 보정용 패턴이 산출된다. 이와 같이 본 변형례의 기억부(34 및 36)는 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴과, 기준 온도에 있어서의 계수값으로부터의 변화량을 나타내는 함수를 기억함으로써, 실질적으로 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과, 온도값과의 함수를 기억하고 있다.
도 32는 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20D)의 동작을 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S91). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 온도 의존 성분 연산부(35)로 전송된다(스텝 S92).
다음으로, 온도 의존 성분 연산부(35)가 기억부(34)에 기억되어 있는 차분 함수를 순차로 판독하고, 이들 차분 함수에 온도값 Ts를 적용한다. 이것에 의하여, 온도값 Ts에 대응하는 각 계수값이 얻어진다. 게다가, 온도 의존 성분 연산부(35)가 이들 계수값으로부터 하나의 보정용 차분 패턴을 재구성한다(스텝 S123). 재구성된 보정용 차분 패턴은 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S124).
이어서, 계산기 홀로그램 연산부(25)가 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공된 계산기 홀로그램(소망하는 위상 패턴) P2와, 온도 의존 성분 연산부(35)로부터 제공된 보정용 차분 패턴과, 기억부(36)에 기억된 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴을 가산(합성)함으로써, 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다(스텝 S125). 이후, 상기 실시형태에 있어서의 스텝 S96~S98(도 27 참조)과 동일한 처리를 실시한다.
또한, 본 변형례에서는 데이터 작성 방법이 제4 실시형태와는 약간 상이하다. 먼저, 기준 온도(예를 들어, 실온 25℃)일 때의 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 계측한다. 다음으로, 각 온도에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 계측하고, 기준 온도에 있어서의 위상 왜곡과 각 온도에 있어서의 위상 왜곡과의 차분 패턴을 생성한다. 이 차분 패턴을 예를 들면 10차 르장드르 배다항식으로 표현하여, 르장드르 배다항식 등의 정규 직교 함수의 각 차수에 있어서의 계수값을 산출한다. 이들 계수값을 온도를 변수로 한 함수로서 표현함으로써, 기억부(34)에 기억해두는 차분 함수를 작성할 수 있다.
본 변형례에 있어서 예시한 바와 같이, 기억부(34 및 36)는 다양한 방식에 의하여, 실질적으로 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 온도값과의 함수를 기억하고 있어도 좋다. 그러한 경우라 하더라도, 제3 실시형태와 동일한 작용 효과를 바람직하게 얻을 수 있다. 또한, 본 변형례에 있어서도, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우에는 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구하면 좋다. 이 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 온도 의존 성분 연산부(35)를 마련하여도 좋다. 혹은 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구하고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여 그 값을 온도값 Ts로 하여도 좋다. 이 경우, 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 온도 의존 성분 연산부(35)를 마련하여도 좋다.
또한, 본 변형례에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 차분 계수값군에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또한, 본 변형례에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 온도 의존 성분 연산부(35)에 의하여 재구성된 보정용 차분 패턴을 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20D)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 차분 패턴을 적절히 판독함으로써 온도 의존 성분 연산부(35)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20D)는 상기 별개의 기억부 이외에, 당해 별개의 기억부에 기억된 보정용 차분 패턴에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 차분 패턴을 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 된다.
또한, 본 변형례에 있어서, 기억부(36)에 기억되는 보정용 패턴은 복수의 기준 온도값에 대응하여 복수 준비되어도 좋다. 그 경우, 제어부(20D)는 기억부(36)에 기억된 복수의 보정용 패턴으로부터 하나의 보정용 패턴을 선택하는 선택부를 추가적으로 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 변형례에 있어서, 제어부(20D)는 차분 함수의 수와 동일한 개수의 온도 의존 성분 연산부(35) 및 기억부(34)를 가져도 좋다. 이것에 의하여, 병렬 연산 처리가 가능해져, 연산을 더욱 고속화할 수 있다.
또, 본 변형례에서는 제어부(20D)가 기억부(34) 및 기억부(36)의 두 개의 기억부를 가지고 있으나, 제어부(20D)는 이들을 통합한 하나의 기억부를 가져도 좋다.
(제5 실시형태)
본 발명의 제5 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 구성을 이하에 설명한다. 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태와 마찬가지로, 도 1에 나타낸 광원(2), 공간 필터(3), 콜리메이트용 렌즈(4), 푸리에 변환 렌즈(5), 및 공간 광 변조 소자(10)를 구비하고 있다. 이들 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 또, 본 실시형태의 공간 광 변조 장치는 제1 실시형태의 제어부(20A)를 대신하여, 이하에 설명하는 제어부를 구비하고 있다.
도 33은 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치가 구비하는 제어부(20E)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 33에 나타낸 바와 같이, 제어부(20E)는 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 구동부(26), 기억부(34), 계수값 연산부(38), 기억부(40), 및 보정용 패턴 재구성부(41)를 가진다. 이들 가운데, 온도 센서 제어부(21), 계산기 홀로그램 작성부(24), 계산기 홀로그램 연산부(25), 및 구동부(26)의 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 또, 기억부(34)는 제4 실시형태와 마찬가지로, 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 의존하는 계수값에 대한 함수를 기억하고 있다. 이 함수는 제4 실시형태에 있어서 나타낸 방법에 의하여 바람직하게 작성된다(도 29 참조).
계수값 연산부(38)는 온도 센서 제어부(21)로부터 제공된 온도값 Ts를 기억부(34)에 기억된 함수에 적용함으로써, 하나의 계수값군을 산출한다. 계수값 연산부(38)는 생성한 계수값군 A4를 보정용 패턴 재구성부(41)에 제공한다. 기억부(40)는 기억부(34)와 함께 본 실시형태의 기억 수단을 구성한다. 기억부(40)는 기준 계수값군을 미리 기억하고 있다. 기준 계수값군이란, 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 대하여 의존성을 가지지 않는 (혹은 의존도가 어떤 기준보다 작은) 계수값만을 포함하는 계수값군이다. 보정용 패턴 재구성부(41)는 계수값군 A4와 기준 계수값군 A5를 조합하여 얻어지는 하나의 계수값군으로부터 하나의 보정용 패턴 P6를 재구성한다. 보정용 패턴 재구성부(41)는 생성한 보정용 패턴 P6를 계산기 홀로그램 연산부(25)에 제공한다. 본 실시형태에서는, 계산기 홀로그램 연산부(25)가, 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공되는 계산기 홀로그램 P2에 포함되는 위상 변조량과, 보정용 패턴 P6에 포함되는 보정 위상값을 화소마다 가산하는 것에 의하여, 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다.
도 34는 본 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치의 동작을 나타낸 플로차트이다. 도 34를 참조하면서, 공간 광 변조 장치의 동작과 아울러, 본 실시형태의 공간 광 변조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S131). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 계수값 연산부(38)로 전송된다(스텝 S132). 다음으로, 계수값 연산부(38)가 기억부(34)에 기억되어 있는 각 계수값(공간 광 변조 소자(10)의 온도에 의존하는 계수값)의 함수를 순차로 판독하여, 이들 함수에 온도값 Ts를 적용한다. 이것에 의하여, 온도값 Ts에 대응하는 각 계수값이 얻어진다(스텝 S133). 그리고, 이 계수값군 A4가 계수값 연산부(38)에서 보정용 패턴 재구성부(41)로 전송되는 것과 아울러, 기준 계수값군 A5가 기억부(40)에서 보정용 패턴 재구성부(41)로 전송된다(스텝 S134). 보정용 패턴 재구성부(41)는 이러한 계수값군 A4, A5로부터 하나의 보정용 패턴 P6를 재구성한다(스텝 S135). 재구성된 보정용 패턴 P6는 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다.
이어서, 계산기 홀로그램 연산부(25)가 계산기 홀로그램 작성부(24)로부터 제공된 계산기 홀로그램(소망하는 위상 패턴) P2와 보정용 패턴 P6를 가산(합성)함으로써, 보정 완료 위상 패턴 P3를 작성한다(스텝 S136). 이 보정 완료 위상 패턴 P3는 계산기 홀로그램 연산부(25)에서 구동부(26)로 전송된다(스텝 S137). 그리고, 구동부(26)가 보정 완료 위상 패턴 P3에 기초하여 구동 신호 SD를 생성한다(구동 신호 생성 스텝 S138). 마지막으로, 공간 광 변조 소자(10)에 포함되는 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호 SD로 제어한다(변조 제어 스텝 S139).
이상의 구성을 구비하는 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 다음의 효과를 달성할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는 제4 실시형태와 마찬가지로, 온도 변화의 영향을 보다 강하게 받는 계수값만을 온도 보정하고, 그 이외의 계수값에 대하여는 어떤 기준 온도에 대하여 취득한 보정용 패턴의 것을 그대로 이용하고 있다. 제4 실시형태에 있어서의 기준 위상 패턴 P5의 정규 직교 함수계의 고차 성분이 위상 왜곡에 대하여 강한 영향을 미치지 않는 경우에는, 본 실시형태와 같이, 이 기준 위상 패턴 P5를 정규 직교 함수계의 계수값군으로서 유지하여도 좋다. 이것에 의하여, 제1 내지 제3 실시형태와 동일한 온도 보정을 바람직하게 실현할 수 있으므로, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 바람직하게 억제할 수 있다.
또, 제어부(20E)에 있어서의 처리가, 온도값 Ts를 함수에 적용하여 계수값군 A4를 산출하고, 보정용 패턴 P6를 재구성하여 가산하는 것만으로 완료되므로, 동작의 지연을 작게 억제할 수 있다. 특히 본 실시형태에서는 각 연산부에 있어서, 수 개의 함수에의 온도값 Ts의 대입이나, 화소마다의 위상값의 가산 등 부하가 작은 연산이 많기 때문에, 상술한 제2실시형태나 제3 실시형태와 비교하여 동작을 보다 고속화할 수 있다.
또, 계수값군의 산출을 위하여 저차의 정규 직교 함수계를 사용하면, 보정 패턴의 고차 성분을 충분히 표현할 수 없는 경우가 있다. 본 실시형태의 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법에 의하면, 그러한 경우라 하더라도, 보정 패턴의 고차의 계수값으로서는 실측한 위상 왜곡 패턴으로부터 산출된 일정값을 이용하고, 온도 의존성이 높은 저차의 계수값에 대하여는 온도값 Ts에 따라 가변으로 함으로써, 온도 변화에 의한 위상 왜곡을 높은 정밀도로 보정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 기억부(34)가 기억하고 있는 함수의 기초가 되는 계수값군은, 서로의 함수를 독립적으로 취급할 수 있는 정규 직교 함수계(예를 들면, 구형의 경우는 르장드르 배다항식, 원형의 경우는 제르니케 다항식 등)를 사용하여 산출된 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는 제4 실시형태와 달리, 기억부(40)가 기준 위상 패턴아닌 계수값군을 기억하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 미리 기억부에 기억시켜 두어야 하는 데이터를 간이하게 작성할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 기억부(40)에 기억되어 있는 기준 위상 패턴이 하나뿐인 경우에 대하여 설명하였다. 그렇지만, 기억부(40)에 기억되는 기준 계수값군은 공간 광 변조 소자(10)의 복수의 온도값에 대응하여 복수 준비되어도 좋다. 그 경우, 제어부(20E)는 제4 실시형태의 도 30에 나타낸 구성과 마찬가지로, 기억부(40)에 기억된 복수의 기준 계수값군으로부터 하나의 기준 계수값군을 선택하는 선택부를 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 잔차 성분인 기준 위상값군이 공간 광 변조 소자(10)의 온도에 대하여 근소하게 의존하는 경우에는, 이와 같은 구성으로 위상 왜곡의 보정을 보다 고정밀도로 실시할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)로서 전기 어드레스형 액정 소자 이외에도 예를 들면 광 어드레스형 액정 소자나, 가변 거울형 변조 소자 등, 다양한 공간 광 변조 소자를 적용할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 온도 센서(17)의 장착 위치는 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 내부, 공간 광 변조 소자(10)의 케이스 외부, 공간 광 변조 소자(10)의 유리 기판(15)의 표면, 공간 광 변조 소자(10)의 실리콘 기판(11)의 이면, 입사광상 L2의 입사 위치, 및 열원이 되는 공간 광 변조 소자(10)의 회로 내부 가운데 어느 한 개소인 것이 바람직하다. 혹은 이들 가운데 복수 개소에 온도 센서(17)를 배치하거나, 혹은 하나의 개소에 복수의 온도 센서(17)를 배치하여도 좋다.
공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 예를 들면 이하와 같이 동작하면 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여, 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다. 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S132~S139(도 34 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
또, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우, 공간 광 변조 장치는 다음과 같이 동작하여도 좋다. 먼저, 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택한다. 다음으로, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여, 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구한다. 그리고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여, 그 값을 온도값 Ts로 한다. 이후, 상술한 실시형태에 있어서의 스텝 S132~S139(도 34 참조)와 동일한 처리를 실시한다. 특히, 공간 광 변조 소자(10)의 내부에 온도 구배가 발생하는 경우에는, 상기와 같이 복수의 온도 센서(17)를 이용하여 복수 개소의 온도를 동시에 계측하고, 그들의 평균값 또는 온도 보정값을 이용함으로써, 온도 보정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 공간 광 변조 장치가 상기와 같은 동작을 실시하는 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 계수값 연산부(38)를 마련하여도 좋다. 혹은 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 계수값 연산부(38)를 마련하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 각 기억부(34) 및 각 계수값 연산부(38)를 독립하여 취급할 수 있다. 또, 각 기억부(34)의 용량이 작아도 되므로, 고가의 대용량 기억 소자를 이용하지 않아도 된다. 또한, 제어부(20E)는 복수의 기억부(34) 및 계수값 연산부(38) 중에서 하나의 기억부(34) 및 계수값 연산부(38)를 선택하기 위한 별개의 선택부를 추가적으로 가지면 더욱 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는 제어부(20E)가 온도 의존성을 가지는 계수값의 수와 동일한 개수의 계수값 연산부(38) 및 기억부(34)를 가져도 좋다. 이것에 의하여, 병렬 연산 처리가 가능해져, 연산을 더욱 고속화할 수 있다.
또, 본 실시형태 혹은 상술한 형태(공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 형태)에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 보정용 패턴에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 보정용 패턴 재구성부(41)에 의하여 재구성된 보정용 패턴 P6를 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20E)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 패턴 P6를 적절히 판독함으로써, 계수값 연산부(38) 및 보정용 패턴 재구성부(41)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20E)는 상기 별개의 기억부 이외에, 당해 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P6에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P6를 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 된다. 또한, 고정밀도의 온도 보정이 요구되는 경우라 하더라도, 상기 별개의 기억부로서 고속 응답 메모리를 이용하는 것에 의하여, 이와 같은 구성이 가능하다.
도 35는 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20E)의 동작의 일례를 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값을 구한다(온도 취득 스텝 S131). 다음으로, 전회 산출한 온도값과 현재의 온도값과의 차분을 계산한다(스텝 S141). 그리고, 현재의 온도값을 메모리에 기억시키는 것과 아울러, 현재의 온도값 및 차분을 선택부로 전송한다(스텝 S142). 선택부에서는 차분과 문턱값과의 대소가 판정되고(스텝 S143), 차분이 문턱값보다 작은 경우에는(스텝 S143에 있어서 Yes), 별개의 기억부에 기억되어 있는 보정용 패턴 P6를 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송한다(스텝 S144). 또, 차분이 문턱값보다 큰 경우에는(스텝 S143에 있어서 No), 계수값 연산부(38)가 기억부(34)에 기억되어 있는 함수를 판독하여, 이 함수에 온도값 Ts를 적용함으로써 하나의 계수값군을 산출한다. 또한, 보정용 패턴 재구성부(41)가 산출한 계수값군 및 기준 계수값군으로부터 하나의 보정용 패턴 P6를 재구성한다(스텝 S145). 이 보정용 패턴 P6는 별개의 기억부로 전송되고(스텝 S146), 이어서 별개의 기억부에서 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다(스텝 S144). 이후, 본 실시형태에 있어서의 스텝 S136~S139(도 34 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
또한, 본 실시형태에서는 제어부(20E)가 기억부(34) 및 기억부(40)의 두 개의 기억부를 가지고 있지만, 제어부(20E)는 이들을 통합한 하나의 기억부를 가져도 좋다.
(제4 변형례)
여기서, 제5 실시형태의 제어부(20E)의 변형례에 대하여 설명한다. 본 변형례에서는 기억부(40)가 상술한 기준 계수값군을 대신하여 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴에 대한 계수값군을 기억하고 있다. 또, 기억부(34)는 상술한 제3 변형례와 마찬가지로 N개의 차분 함수를 기억하고 있다. 이와 같이, 본 변형례의 기억부(34 및 40)는 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴에 대한 계수값군과 N개의 차분 함수(기준 온도에 있어서의 계수값으로부터의 변화량을 나타내는 함수)를 기억함으로써, 실질적으로 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된, N개의 계수값군과 온도값과의 함수를 기억하고 있다.
도 36은 이와 같은 구성을 가지는 제어부(20E)의 동작을 나타낸 플로차트이다. 먼저, 온도 센서 제어부(21)가 온도 신호 Stemp를 온도 센서(17)로부터 취득하고, 이 온도 신호 Stemp에 기초하여 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구한다(온도 취득 스텝 S131). 이 온도값 Ts에 관한 정보는 온도 센서 제어부(21)에서 연산부(38)로 전송된다(스텝 S132). 다음으로, 계수값 연산부(38)가 기억부(34)에 기억되어 있는 각 계수값의 함수를 순차로 판독하여, 이들 함수에 온도값 Ts를 적용한다. 이것에 의하여, 온도값 Ts에 대응하는 각 계수값을 얻을 수 있다(스텝 S133). 그리고, 이 계수값군이 계수값 연산부(38)에서 보정용 패턴 재구성부(41)로 전송되는 것과 아울러, 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴에 대한 계수값군이 기억부(40)에서 보정용 패턴 재구성부(41)로 전송된다(스텝 S147). 보정용 패턴 재구성부(41)는 이러한 계수값군을 가산하여, 하나의 보정용 패턴 P6를 재구성한다(스텝 S148). 재구성된 보정용 패턴 P6는 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송된다. 이후, 상기 실시형태에 있어서의 스텝 S136~S139(도 34 참조)와 동일한 처리를 실시한다.
또한, 본 변형례에서는 상술한 제3 변형례와 마찬가지로, 데이터 작성 방법이 제5 실시형태와는 약간 상이하다. 먼저, 기준 온도(예를 들어, 실온 25℃)일 때의 공간 광 변조 소자(10)에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 계측한다. 다음으로, 각 온도에 있어서의 출사 광상 L3의 위상 왜곡을 계측하여, 기준 온도에 있어서의 위상 왜곡과 각 온도에 있어서의 위상 왜곡과의 차분 패턴을 생성한다. 이 차분 패턴을 예를 들면 10차 르장드르 배다항식으로 표현하고, 르장드르 배다항식 등의 정규 직교 함수의 각 차수에 있어서의 계수값을 산출한다. 이러한 계수값을 온도를 변수로 한 함수로서 표현함으로써, 기억부(34)에 기억시켜 두는 차분 함수를 작성할 수 있다.
본 변형례에 있어서 예시한 바와 같이, 기억부(34 및 40)는 다양한 방식에 의하여, 실질적으로 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 온도값과의 함수를 기억하고 있어도 좋다. 그러한 경우라 하더라도, 제3 실시형태와 동일한 작용 효과를 바람직하게 얻을 수 있다.
또한, 본 변형례에 있어서도, 공간 광 변조 소자(10)가 온도 센서(17)를 복수 가지는 경우에는 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 온도 센서(17)로부터 제공되는 온도 신호 Stemp에 기초하여, 온도 센서 제어부(21)가 공간 광 변조 소자(10)의 현재의 온도값 Ts를 구하면 좋다. 이 경우, 하나의 온도 센서(17)에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 계수값 연산부(38)를 마련하여도 좋다. 혹은 복수의 온도 센서(17) 중에서 계측에 이용하는 2이상의 온도 센서(17)를 선택하고, 선택한 2이상의 온도 센서(17)로부터 제공되는 2이상의 온도 신호 Stemp에 기초하여 온도 센서 제어부(21)가 이들에 대응하는 2이상의 온도값을 구하고, 이들 온도값의 평균값, 혹은 계측 개소에 따라 가중 처리된 온도 보정값을 산출하여, 그 값을 온도값 Ts로 하여도 좋다. 이 경우, 온도 센서(17)의 복수의 조합에 대하여 각각 하나의 기억부(34) 및 계수값 연산부(38)를 마련하여도 좋다.
또한, 본 변형례에 있어서, 온도 센서 제어부(21)는 N개의 차분 계수값군에 대응하는 N개의 온도값을 미리 유지해두고, 온도 신호 Stemp에 기초하여 이들 N개의 온도값 중에서 하나의 온도값을 선택하거나, 혹은 온도 신호 Stemp에 보정 계수를 곱하는 등, 온도 신호 Stemp의 온도 정보를 전처리하여 온도값 Ts를 생성하여도 좋다.
또한, 본 변형례에 있어서, 기억부(40)에 기억되는 계수값군은 복수의 기준 온도값에 대응하여 복수 준비되어도 좋다. 그 경우, 제어부(20E)는 기억부(40)에 기억된 복수의 계수값군으로부터 하나의 계수값군을 선택하는 선택부를 추가적으로 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 변형례에 있어서, 공간 광 변조 소자(10)의 온도 변화가 완만하거나, 혹은 요구되는 온도 보정의 정밀도가 비교적 낮은 경우에는, 보정용 패턴 재구성부(41)에 의하여 재구성된 보정용 패턴 P6를 일시적으로 유지해두는 별개의 기억부(예를 들면, 프레임 메모리 등)를 제어부(20E)에 마련해두고, 그 별개의 기억부로부터 보정용 패턴 P6를 적절히 판독함으로써, 계수값 연산부(38) 및 보정용 패턴 재구성부(41)의 동작 빈도를 줄여도 좋다. 그 경우, 제어부(20E)는 상기 별개의 기억부 이외에, 당해 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P6에 대응하는 온도값을 기억하는 수단과, 당해 온도값과 현재의 온도값 Ts와의 차분을 산출하는 수단을 추가적으로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 이 차분이 문턱값보다 작은 경우에는 상기 별개의 기억부에 기억된 보정용 패턴 P6를 계산기 홀로그램 연산부(25)로 전송하면 된다.
또, 본 변형례에 있어서, 제어부(20E)는 차분 함수의 수와 동일한 개수의 계수값 연산부(38) 및 기억부(34)를 가져도 좋다. 이것에 의하여, 병렬 연산 처리가 가능해져, 연산을 더욱 고속화할 수 있다.
또, 본 변형례에서는 제어부(20E)가 기억부(34) 및 기억부(40)의 두 개의 기억부를 가지고 있지만, 제어부(20E)는 이들을 통합한 하나의 기억부를 가져도 좋다.
본 발명에 의한 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 그 밖에 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상술한 각 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치는 공간 광 변조 소자(10)의 출사 광상 L3(또는 푸리에 광상 L4)의 파면 위상 왜곡을 계측하는 수단(예를 들면, 마이클슨 간섭계(Michelson interferometer) 등의 간섭 계측 장치나, 샤크-하트만 센서(Shack-Hartmann sensor) 등의 파면 센서)을 추가적으로 구비하여도 좋다. 이것에 의하여, 실온(기준 온도)에 있어서의 파면 위상 왜곡을 계측하고, 이 계측 결과를 기초로 보정용 패턴을 공간 광 변조 장치에 있어서 산출할 수 있다. 또, 이 경우, 실온 이외의 어떤 기준 온도에 공간 광 변조 소자(10)나, 광학계의 온도를 제어하는 장치를 추가적으로 구비하는 것에 의하여, 임의의 온도를 기준 온도로서 보정용 패턴을 작성하는 것이 가능하다. 또, 이 경우, 제2실시형태 내지 제5 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치는 산출한 보정용 패턴을 계수값군으로 변환하는 장치를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 제3 실시형태 내지 제5 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치는 계수값군을, 함수를 변수로 하는 함수로 변환하는 장치를 추가적으로 구비하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상술한 각 실시형태에 관한 공간 광 변조 장치는 공간 광 변조 소자(10)의 온도를 제어하기 위한 기구(機構)를 추가적으로 구비하여도 좋다. 이것에 의하여, 더욱 높은 정밀도로 위상 왜곡을 보정할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시형태에서는, 공간 광 변조 소자의 화소 전극이 복수행 및 복수열에 걸쳐서 이차원 형상으로 배치되어 있는 경우를 예시하였으나, 본 발명에 있어서의 공간 광 변조 소자는 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 복수의 화소 전극이 일차원 형상으로 배치된 구성을 가지고 있어도 좋다.
상기 실시형태에 따른 제1 공간 광 변조 장치에서는, (1) 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와, (2) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와, (3) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부를 구비하는 구성으로 되어있다. 제어부는 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴을 기억하고 있는 기억 수단을 가지고 있다. 제어부는 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라 N개의 보정용 패턴 중에서 하나의 보정용 패턴을 선택하고, 당해 하나의 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성한다.
또, 상기 실시형태에 따른 제1 공간 광 변조 방법에서는, 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서, (1) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과. (2) 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 미리 작성된 N개의 보정용 패턴 중에서 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라 하나의 보정용 패턴을 선택하는 보정용 패턴 선택 스텝과, (3) 하나의 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과, (4) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝을 포함하는 구성으로 되어있다.
상기 실시형태에 따른 제2 공간 광 변조 장치에서는, (1) 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와, (2) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와, (3) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부를 구비하는 구성으로 되어있다. 제어부는 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군을 기억하고 있는 기억 수단을 가지고 있다. 제어부는 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 N개의 계수값군 중에서 하나의 계수값군을 선택하고, 당해 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성한다.
또, 상기 실시형태에 의한 제2 공간 광 변조 방법에서는, 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서, (1) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과, (2) 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 미리 산출된 N개의 계수값군 중에서, 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라 하나의 계수값군을 선택하는 계수값군 선택 스텝과. (3) 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과. (4) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝을 포함하는 구성으로 되어있다.
상기 실시형태에 의한 제3 공간 광 변조 장치에서는, (1) 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와, (2) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와, (3) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부를 구비하는 구성으로 되어있다. 제어부는 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 온도값과의 함수를 기억하고 있는 기억 수단을 가지고 있다. 제어부는 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 함수에 적용함으로써 N개의 계수값군 중의 하나의 계수값군을 산출하고, 당해 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성한다.
또한, 상기 실시형태에 의한 제3 공간 광 변조 방법에서는, 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서, (1) 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과, (2) 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 온도값과의 함수에 대하여, 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 적용함으로써 N개의 계수값군 중의 하나의 계수값군을 산출하는 계수값군 산출 스텝과, (3) 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과, (4) 복수의 화소마다의 위상 변조량을 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝을 포함하는 구성으로 되어있다.
또한, 상술한 각각의 공간 광 변조 장치에 있어서, N개의 계수값군 각각이 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값만을 포함하고 있고, 기억 수단이 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값으로부터 재구성된 위상 패턴을 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴에서 차감함으로써 작성된 기준 위상 패턴을 더 기억하고 있고, 제어부가 소망하는 위상 패턴에 보정용 패턴 및 기준 위상 패턴을 가산하는 것에 의하여 보정 완료 위상 패턴을 작성하여도 좋다. 마찬가지로, 상술한 각각의 공간 광 변조 방법에 있어서, N개의 계수값군 각각이 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값만을 포함하고 있으며, 구동 신호 생성 스텝에 있어서, 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값으로부터 재구성된 위상 패턴을 기준 온도에 있어서의 보정용 패턴에서 차감함으로써 미리 작성된 기준 위상 패턴과 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 보정 완료 위상 패턴을 작성하여도 좋다.
또, 상술한 각각의 공간 광 변조 장치에 있어서, N개의 계수값군 각각이 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 기준보다 큰 계수값만을 포함하고 있고, 기억 수단이 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 기준보다 작은 계수값만을 포함하는 제2 계수값군을 추가적으로 기억하고 있고, 제어부가 하나의 계수값군과 제2 계수값군을 조합하여 얻어지는 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 보정 완료 위상 패턴을 작성하여도 좋다. 마찬가지로, 상술한 각각의 공간 광 변조 방법에 있어서, N개의 계수값군 각각이 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 기준보다 큰 계수값만을 포함하고 있고, 구동 신호 생성 스텝에 있어서, 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 기준보다 작은 계수값만을 포함하는 제2 계수값군과 하나의 계수값군을 조합하여 얻어지 있는 계수값군으로부터 재구성되는 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 보정 완료 위상 패턴을 작성하여도 좋다.
또, 상술한 각각의 공간 광 변조 장치는 공간 광 변조 소자의 온도를 제어하는 기구(機構)를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 각각의 공간 광 변조 장치는 입사광을 생성하는 광원과, 입사광을 광원에서 공간 광 변조 소자로 유도하는 광학 부품을 추가적으로 구비하고, N개의 보정용 패턴 각각이, 온도 신호에 나타내어지는 온도값이 N개의 온도값 중 대응하는 온도값일 때, 공간 광 변조 소자에 구동 신호를 부여하지 않는 상태로 입사광을 광원에서 공간 광 변조 소자로 입사시키고, 공간 광 변조 소자로부터 출사된 출사광의 위상 패턴의 부호를 반전하여 작성된 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 공간 광 변조 장치는 출사광의 위상 패턴을 계측하는 계측부와, 출사광의 위상 패턴의 부호를 반전하여 N개의 보정용 패턴을 작성하는 보정용 패턴 작성부를 추가적으로 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 동작의 지연을 억제하면서, 공간 광 변조 소자의 온도 변화에 수반하는 위상 분포의 왜곡을 억제할 수 있는 공간 광 변조 장치 및 공간 광 변조 방법으로서 이용 가능하다.
1A…공간 광 변조 장치, 2…광원
3…공간 필터, 4…콜리메이트용 렌즈
5…푸리에 변환 렌즈, 6…가공 대상물
10…공간 광 변조 소자, 11…실리콘 기판
12…액정층, 12a…액정 분자
13…전극, 13a…화소 전극
14…전극, 15…유리 기판
16…스페이서, 17…온도 센서
18…반사경, 19a, 19b…배향막
20A~20E…제어부, 21…온도 센서 제어부
22…기억부, 23, 23a…선택부
24…계산기 홀로그램 작성부, 25…계산기 홀로그램 연산부
26…구동부, 27…기억부
28…선택부, 29…보정용 패턴 재구성부
31…기억부, 32…계수값 연산부
33…보정용 패턴 재구성부, 34…기억부
35…온도 의존 성분 연산부, 36…기억부
37…선택부, 38…계수값 연산부
40…기억부, 41…보정용 패턴 재구성부
A1~A4…계수값군, A5…기준 계수값군
L1…빛, L2, L3…광상
L4…푸리에 광상, P1…보정용 패턴
P2…계산기 홀로그램, P3…보정 완료 위상 패턴
P4…보정용 패턴, P5…기준 위상 패턴
P6…보정용 패턴, SD…구동 신호
Stemp…온도 신호, Ts…온도값

Claims (13)

  1. 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와,
    상기 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와,
    상기 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 상기 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴을 기억하고 있는 기억 수단을 가지며,
    상기 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 상기 N개의 보정용 패턴 중에서 하나의 상기 보정용 패턴을 선택하고, 당해 하나의 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 상기 구동 신호를 생성하는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  2. 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와,
    상기 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와,
    상기 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 상기 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군을 기억하고 있는 기억 수단을 가지며,
    상기 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 상기 N개의 계수값군 중에서 하나의 상기 계수값군을 선택하고, 당해 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 상기 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 상기 구동 신호를 생성하는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  3. 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자와,
    상기 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 생성하는 온도 센서와,
    상기 복수의 화소마다의 위상 변조량을 제어하기 위한 구동 신호를 상기 공간 광 변조 소자에 제공하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 상기 온도값과의 함수를 기억하고 있는 기억 수단을 가지고 있으며,
    상기 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 상기 함수에 적용함으로써 상기 N개의 계수값군 가운데 하나의 상기 계수값군을 산출하고, 당해 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 상기 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 상기 구동 신호를 생성하는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 N개의 계수값군 각각은, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값만을 포함하고 있고,
    상기 기억 수단은, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값으로부터 재구성된 위상 패턴을 기준 온도에 있어서의 상기 보정용 패턴에서 차감함으로써 작성된 기준 위상 패턴을 추가적으로 기억하고 있고,
    상기 제어부는, 상기 소망하는 위상 패턴에 상기 보정용 패턴 및 상기 기준 위상 패턴을 가산함으로써 상기 보정 완료 위상 패턴을 작성하는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 N개의 계수값군 각각은, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 기준보다 큰 계수값만을 포함하고 있고,
    상기 기억 수단은, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 기준보다 작은 계수값만을 포함하는 제2 계수값군을 추가적으로 기억하고 있고,
    상기 제어부는, 상기 하나의 계수값군과 상기 제2 계수값군을 조합하여 얻어지는 계수값군으로부터 재구성되는 상기 보정용 패턴을 상기 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 상기 보정 완료 위상 패턴을 작성하는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    공간 광 변조 소자의 온도를 제어하는 기구(機構)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사광을 생성하는 광원과,
    상기 입사광을 상기 광원에서 상기 공간 광 변조 소자로 유도하는 광학 부품
    을 더 구비하고,
    상기 N개의 보정용 패턴의 각각은, 상기 온도 신호에 나타내어지는 온도값이 상기 N개의 온도값 가운데 대응하는 온도값일 때, 상기 공간 광 변조 소자에 상기 구동 신호를 부여하지 않은 상태로 상기 입사광을 상기 광원에서 상기 공간 광 변조 소자로 입사시키고, 상기 공간 광 변조 소자로부터 출사된 출사광의 위상 패턴의 부호를 반전하여 작성된 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 출사광의 위상 패턴을 계측하는 계측부와,
    상기 출사광의 위상 패턴의 부호를 반전하여 상기 N개의 보정용 패턴을 작성하는 보정용 패턴 작성부
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 장치.
  9. 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서,
    상기 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과,
    상기 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 미리 작성된 N개의 보정용 패턴 중에서, 상기 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 하나의 상기 보정용 패턴을 선택하는 보정용 패턴 선택 스텝과,
    상기 하나의 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과,
    상기 복수의 화소마다의 위상 변조량을 상기 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 방법.
  10. 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서,
    상기 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과,
    상기 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 미리 산출된 N개의 계수값군 중에서, 상기 온도 신호에 나타내어지는 온도값에 따라서 하나의 상기 계수값군을 선택하는 계수값군 선택 스텝과,
    상기 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 상기 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과,
    상기 복수의 화소마다의 위상 변조량을 상기 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 방법.
  11. 일차원 혹은 이차원으로 배열된 복수의 화소마다 입사광의 위상을 변조하는 공간 광 변조 소자를 이용하는 공간 광 변조 방법으로서,
    상기 공간 광 변조 소자의 온도에 따른 신호인 온도 신호를 온도 센서로부터 취득하는 온도 취득 스텝과,
    상기 공간 광 변조 소자의 위상 왜곡을 보정하기 위하여, 상기 공간 광 변조 소자의 N개(N은 2이상의 정수)의 온도값에 대응하여 작성된 N개의 보정용 패턴으로부터 산출된 N개의 계수값군과 상기 온도값과의 함수에 대하여, 상기 온도 신호에 나타내어지는 온도값을 적용함으로써 상기 N개의 계수값군 가운데 하나의 상기 계수값군을 산출하는 계수값군 산출 스텝과,
    상기 하나의 계수값군으로부터 재구성되는 상기 보정용 패턴을 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 작성되는 보정 완료 위상 패턴에 기초하여 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 스텝과,
    상기 복수의 화소마다의 위상 변조량을 상기 구동 신호로 제어하는 변조 제어 스텝
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 N개의 계수값군 각각은, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값만을 포함하고 있고,
    상기 구동 신호 생성 스텝에 있어서, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대하여 의존성을 가지는 계수값으로부터 재구성된 위상 패턴을 기준 온도에 있어서의 상기 보정용 패턴에서 차감함으로써 미리 작성된 기준 위상 패턴과, 상기 보정용 패턴을 상기 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 상기 보정 완료 위상 패턴을 작성하는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 방법.
  13. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    상기 N개의 계수값군의 각각은, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 기준보다 큰 계수값만을 포함하고 있고,
    상기 구동 신호 생성 스텝에 있어서, 상기 공간 광 변조 소자의 온도에 대한 의존도가 상기 기준보다 작은 계수값만을 포함하는 제2 계수값군과 상기 하나의 계수값군을 조합하여 얻어지는 계수값군으로부터 재구성되는 상기 보정용 패턴을 상기 소망하는 위상 패턴에 가산함으로써 상기 보정 완료 위상 패턴을 작성하는
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