WO2014162927A1 - 光学モジュール、光観察装置、及び光照射装置 - Google Patents

光学モジュール、光観察装置、及び光照射装置 Download PDF

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WO2014162927A1
WO2014162927A1 PCT/JP2014/058290 JP2014058290W WO2014162927A1 WO 2014162927 A1 WO2014162927 A1 WO 2014162927A1 JP 2014058290 W JP2014058290 W JP 2014058290W WO 2014162927 A1 WO2014162927 A1 WO 2014162927A1
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light
polarizing element
incident
modulated
beam splitter
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卓 井上
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浜松ホトニクス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit

Definitions

  • the present invention relates to an optical module, a light observation device, and a light irradiation device.
  • Non-Patent Document 1 describes a lensless optical correlator using two phase modulation type spatial light modulators (SLM).
  • the optical correlator described in this document is arranged in parallel to a He—Ne laser light source that outputs laser light, a first reflective SLM that modulates the laser light, and the first reflective SLM. And a second reflective SLM that further modulates the light output from the first reflective SLM, and a CCD camera that images the light output from the second reflective SLM.
  • SLM phase modulation type spatial light modulators
  • two or more SLMs may be optically arranged in series.
  • a beam expander that arbitrarily expands / reduces the diameter of parallel light can be configured.
  • a zoom lens can be configured.
  • SLM has a transmission type and a reflection type.
  • the configuration is simplified by using a transmissive SLM, and the entire optical system can be downsized.
  • the transmissive SLM has a problem that the light loss is larger than that of the reflective SLM, and the intensity of light after modulation decreases as the number of SLMs increases.
  • the relative positions of the reflective SLMs are arranged such that light enters the modulation surface from a direction inclined with respect to the normal line of the modulation surface. And the relative angle is adjusted (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the configuration of the entire optical system including a plurality of reflective SLMs becomes complicated, and it is difficult to reduce the size.
  • the present invention has been made in view of such problems.
  • an optical module a light observation apparatus, and a light irradiation apparatus in which a plurality of SLMs are optically arranged in series
  • the entire optical system can be reduced in size. The purpose is to make it possible.
  • a first optical module has a light branching surface that reflects an s-polarized component and transmits a p-polarized component, and converts incident light including the p-polarized component into a light branching surface.
  • a polarizing beam splitter that receives the light, a first polarizing element having nonreciprocal optical activity that rotates the polarization plane of incident light that has passed through the light branching surface, and modulating incident light that has passed through the first polarizing element.
  • the first reflective spatial light modulator that generates the first modulated light and reflects the first modulated light to the first polarizing element, and passes again through the first polarizing element and is reflected by the light branching surface
  • a second polarizing element having non-reciprocal optical activity for rotating the polarization plane of the first modulated light, and the second modulated light by modulating the first modulated light that has passed through the second polarizing element. And the second modulated light is reflected to the second polarizing element.
  • a second modulated light passes through the second polarizing element again, characterized in that it is outputted through the light splitting surface.
  • a second optical module has a light branching surface that reflects an s-polarized component and transmits a p-polarized component, and a polarization beam splitter that receives incident light containing the s-polarized component on the light branching surface;
  • a first polarizing element having nonreciprocal optical activity that rotates the polarization plane of incident light reflected on the light branching surface, and the first modulated light by modulating the incident light that has passed through the first polarizing element.
  • a first reflective spatial light modulator that reflects the first modulated light to the first polarizing element, and the first modulated light that has passed through the first polarizing element and transmitted through the light splitting surface.
  • a second polarizing element having non-reciprocal optical activity for rotating the polarization plane of the first polarizing element, and modulating the first modulated light that has passed through the second polarizing element to generate second modulated light.
  • a second reflective spatial light modulator that reflects the modulated light of the second reflected light to the second polarizing element; For example, the second modulated light passes through the second polarizing element again, characterized in that it is output after being reflected at the light splitting surface.
  • the first and second reflective SLMs are arranged around one polarizing beam splitter.
  • the incident light on the first reflective SLM is incident from the polarization beam splitter, and the modulated light (first modulated light) is reflected toward the polarization beam splitter.
  • the incident light to the second reflective SLM enters from the polarization beam splitter, and the modulated light (second modulated light) is reflected toward the polarization beam splitter.
  • incident light can be incident along the normal direction of each modulation surface of the first and second reflective SLMs, and the modulated light can be reflected.
  • the configuration of the entire optical system can be simplified and the size can be reduced.
  • a method using a normal beam splitter (half mirror or the like) instead of the polarizing beam splitter is also conceivable.
  • the reflective SLM uses a parallel-aligned nematic liquid crystal
  • only a linearly polarized light component whose vibration direction is parallel to the alignment direction of the liquid crystal is modulated.
  • the light use efficiency ratio of incident light intensity to modulated light intensity
  • becomes extremely small for example, less than 25%.
  • the above optical module by combining the polarizing beam splitter and the first and second polarizing elements, it is possible to appropriately transmit light from the normal direction of the modulation surface while maintaining high light utilization efficiency. It can be made incident.
  • the polarization beam splitter is optically coupled to the light incident surface that receives the incident light, the light output surface that outputs the second modulated light, and the first polarizing element.
  • the first surface and a second surface optically coupled to the second polarizing element may be provided.
  • the light incident surface and the first surface are arranged side by side in the first direction, and the light emitting surface and the second surface intersect with the first direction. It is preferable that they are arranged side by side in the second direction.
  • the light incident surface and the light emitting surface are arranged side by side in the first direction, and the first surface and the second surface are arranged side by side in the second direction. It is preferable.
  • the third polarizing element optically coupled to the light incident surface may rotate the polarization surface of the incident light so that the incident light includes a p-polarized component.
  • the third polarizing element optically coupled to the light incident surface may rotate the polarization surface of the incident light so that the incident light includes the s-polarized component.
  • the first and second optical modules are either between the polarizing beam splitter and the first reflective spatial light modulator or between the polarized beam splitter and the second reflective spatial light modulator.
  • a half-wave plate disposed on one side may be further provided.
  • the light observation apparatus includes any one of the optical modules described above, a mounting table on which the observation object is mounted, and a first light guide that guides light from the observation object to the polarization beam splitter as incident light.
  • An optical system, a second light guide optical system that guides the second modulated light emitted from the polarization beam splitter, and an imaging device that images the second modulated light guided by the second light guide optical system It is characterized by providing.
  • the light irradiation apparatus is any one of the above optical modules, a mounting table on which the irradiation object is mounted, a light source that outputs incident light incident on the polarizing beam splitter, and the light emitted from the polarizing beam splitter. And a light guide optical system that guides the second modulated light to the irradiation object.
  • the entire optical system can be reduced in size in an optical module, a light observation device, and a light irradiation device in which a plurality of SLMs are optically arranged in series.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent optical path when the optical path of the optical module according to the first embodiment is expanded linearly for comparison.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an optical module as a modification of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical module according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an optical module as a modification of the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical module according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the light observation apparatus.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a light irradiation device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical module 1A according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 also shows an XYZ orthogonal coordinate system.
  • the optical axis of the light L2 and the optical axis of the light L3 are separated from each other for easy understanding, but actually, the optical axis of the light L2 and the optical axis of the light L3 partially overlap each other. ing. The same applies to the light L2 and the light L3.
  • the optical module 1A includes a polarizing beam splitter 10, a first polarizing element 20, a first reflective SLM 30, a second polarizing element 40, and a second reflective SLM 50. And.
  • the polarizing beam splitter 10 is an optical component having a light splitting surface 11.
  • the light splitting surface 11 is inclined with respect to both the first direction (X-axis direction in the present embodiment) and the second direction (Y-axis direction in the present embodiment) intersecting the first direction.
  • the inclination angle is 45 °, for example.
  • the light splitting surface 11 reflects the s-polarized component of the light incident from these directions and transmits the p-polarized component.
  • the light branching surface 11 receives incident light L1 incident along the X-axis direction from the outside of the optical module 1A.
  • the incident light L1 is light including a p-polarized component, and is preferably light in a linearly polarized state composed of only the p-polarized component.
  • the cross-sectional shape of the polarizing beam splitter 10 along the XY plane is rectangular.
  • the polarization beam splitter 10 has a light incident surface 12, a light exit surface 13, a first surface 14, and a second surface 15 that appear in this cross section.
  • the light incident surface 12 is along a plane that intersects the X-axis direction, and receives the incident light L1.
  • the light exit surface 13 is along a plane that intersects the Y-axis direction, and outputs modulated light L3.
  • the first surface 14 is along a plane intersecting the X-axis direction, and the light incident surface 12 and the first surface 14 are arranged side by side in the X-axis direction.
  • the second surface 15 is along a plane intersecting the Y-axis direction, and the light emitting surface 13 and the second surface 15 are arranged side by side in the Y-axis direction. Among these four surfaces, the light incident surface 12 and the light emitting surface 13 are disposed on one surface side of the light branching surface 11, and the first surface 14 and the second surface 15 are the other of the light branching surface 11. It is arranged on the surface side.
  • the first polarizing element 20 is optically coupled to the first surface 14 of the polarizing beam splitter 10.
  • the first polarizing element 20 is arranged side by side in the X-axis direction with respect to the light branching surface 11 of the polarizing beam splitter 10.
  • the first polarizing element 20 has nonreciprocal optical activity for rotating the polarization plane of the incident light L1 that has passed through the light branching surface 11.
  • non-reciprocal optical activity means non-reciprocal polarization characteristics in which the direction of rotation of light traveling in the forward direction and the direction of rotation of light traveling in the reverse direction are equal to each other.
  • the first polarizing element 20 is preferably configured by a Faraday rotator.
  • the half-wave plate made of an optical crystal also rotates the polarization plane of the passing light, but the half-wave plate rotates the light traveling in the opposite direction to the direction of rotation of the light traveling in the forward direction. Therefore, when light reciprocates, the plane of polarization of the light returns to the original. Therefore, the half-wave plate does not have nonreciprocal optical activity and is not used as the first polarizing element 20.
  • the first reflective SLM 30 modulates the incident light L1 that has passed through the first polarizing element 20 to generate the first modulated light L2, and reflects the first modulated light L2 to the first polarizing element 20. To do.
  • Various SLMs such as a phase modulation type, an intensity modulation (amplitude modulation) type, or a polarization modulation type are applied as the first reflection type SLM 30.
  • the first reflective SLM 30 has a modulation surface 31 including a plurality of regions (pixels) arranged one-dimensionally or two-dimensionally. The first reflective SLM 30 modulates the phase, intensity, and the like of the incident light L1 for each of the plurality of regions, thereby generating the first modulated light L2.
  • the first reflective SLM 30 is an LCOS (Liquid Crystal Crystal on Silicon) type SLM having a parallel alignment nematic liquid crystal.
  • the first reflective SLM 30 is not limited to an electric address type liquid crystal element, and may be, for example, an optical address type liquid crystal element or a variable mirror type optical modulator.
  • the second polarizing element 40 is optically coupled to the second surface 15 of the polarizing beam splitter 10.
  • the second polarizing element 40 is arranged side by side in the Y-axis direction with respect to the light branching surface 11 of the polarizing beam splitter 10. From the second surface 15, the first modulated light L ⁇ b> 2 emitted from the first reflective SLM 30, passes through the first polarizing element 20 again, and is reflected in the Y-axis direction on the light branching surface 11 is emitted. Is done.
  • the second polarizing element 40 has nonreciprocal optical activity for rotating the polarization plane of the first modulated light L2 emitted from the second surface 15.
  • the definition of nonreciprocal optical activity is the same as that of the first polarizing element 20 described above.
  • the second polarizing element 40 is preferably configured by a Faraday rotator.
  • the second reflective SLM 50 modulates the first modulated light L2 that has passed through the second polarizing element 40 to generate the second modulated light L3, and also converts the second modulated light L3 into the second polarizing element. Reflects to 40.
  • various SLMs such as a phase modulation type, an intensity modulation (amplitude modulation) type, or a polarization modulation type are applied in the same manner as the first reflection type SLM 30.
  • the second reflective SLM 50 has a modulation surface 51 including a plurality of regions (pixels) arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the second reflective SLM 50 modulates the phase, intensity, and the like of the first modulated light L2 for each of the plurality of regions, thereby generating the second modulated light L3.
  • the second reflective SLM 50 is an LCOS type SLM having a parallel alignment nematic liquid crystal.
  • the second reflective SLM 50 is not limited to an electric address type liquid crystal element, and may be, for example, an optical address type liquid crystal element or a variable mirror type optical modulator.
  • Reflective SLMs 30 and 50 are LCOS type SLMs, only the linearly polarized light component whose vibration direction is parallel to the alignment direction of the liquid crystal is modulated, so that it matches the angle of the polarization plane rotated by the polarizing elements 20 and 40. Reflective SLMs 30 and 50 may be disposed.
  • Incident light L1 incident on the light incident surface 12 of the polarization beam splitter 10 along the X-axis direction passes through the light branching surface 11 and is emitted from the first surface 14.
  • the incident light L1 passes through the first polarizing element 20.
  • the polarization plane of the incident light L1 is rotated, for example, by 45 ° from the p-polarization plane in a predetermined direction by the first polarization element 20.
  • the incident light L1 is modulated by the first reflective SLM 30 to become the first modulated light L2, and is simultaneously reflected toward the first polarizing element 20.
  • the first modulated light L2 passes through the first polarizing element 20 again.
  • the polarization plane of the first modulated light L2 is rotated by, for example, 45 ° in the predetermined direction by the first polarizing element 20.
  • the first modulated light L2 mainly contains the s-polarized component (or consists of only the s-polarized component).
  • the first modulated light L ⁇ b> 2 is reflected by the light branching surface 11 and emitted from the second surface 15.
  • the first modulated light L2 passes through the second polarizing element 40.
  • the polarization plane of the first modulated light L2 is rotated by, for example, 45 ° from the s polarization plane by the second polarization element 40 in a predetermined direction.
  • the first modulated light L2 is modulated by the second reflective SLM 50 to become the second modulated light L3, and is simultaneously reflected toward the second polarizing element 40.
  • the second modulated light L3 passes through the second polarizing element 40 again.
  • the polarization plane of the second modulated light L3 is rotated by, for example, 45 ° in the predetermined direction by the second polarizing element 40.
  • the second modulated light L3 mainly includes a p-polarized component (or consists only of a p-polarized component).
  • the second modulated light L3 passes through the light branching surface 11 and is output from the light emitting surface 13 to the outside of the optical module 1A.
  • optical module 1A of the present embodiment The effects obtained by the optical module 1A of the present embodiment described above will be described.
  • the optical module 1 ⁇ / b> A two reflective SLMs 30 and 50 are arranged around one polarizing beam splitter 10. Then, the incident light (incident light L1) to the first reflective SLM 30 enters from the polarization beam splitter 10, and the modulated light (first modulated light L2) is reflected toward the polarization beam splitter 10. Similarly, the incident light (first modulated light L2) to the second reflective SLM 50 enters from the polarization beam splitter 10, and the modulated light (second modulated light L3) is directed toward the polarization beam splitter 10. Reflected.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent optical path when the optical path of the optical module 1A is developed linearly. It can be seen that the optical module 1A of the present embodiment is configured in a small size as compared with the configuration shown in FIG.
  • a method using a normal beam splitter (half mirror or the like) instead of the polarizing beam splitter 10 is also conceivable.
  • a normal beam splitter half mirror or the like
  • the reflective SLMs 30 and 50 use a parallel alignment nematic liquid crystal, only a linearly polarized component whose vibration direction is parallel to the alignment direction of the liquid crystal is modulated.
  • the light utilization efficiency is extremely small (for example, less than 25%).
  • the optical module 1A of the present embodiment by combining the polarization beam splitter 10 and the first and second polarizing elements 20 and 40, the modulation surface 31,
  • the incident light L1 and the first modulated light L2 can be preferably incident from the normal direction of 51.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical module 1B as a modification of the embodiment.
  • the optical module 1B further includes a third polarizing element 60 in addition to the configuration of the optical module 1A shown in FIG.
  • the third polarizing element 60 is optically coupled to the light incident surface 12 of the polarizing beam splitter 10, and rotates the polarization surface of the incident light L1 so that the incident light L1 includes a p-polarized component.
  • a Faraday rotator can be applied as a polarizing element which has nonreciprocal optical activity similarly to the 1st and 2nd polarizing elements 20 and 40, for example.
  • the polarization plane of the incident light L1 can be adjusted and the light branching surface 11 can be suitably transmitted.
  • the optical module 1B shown in FIG. 3 further includes a half-wave plate 16 that is a polarizing element having reciprocal optical activity.
  • the half-wave plate 16 is disposed on the optical path between the polarizing beam splitter 10 and the first reflective SLM 30, and in the drawing, the polarizing beam splitter 10, the first polarizing element 20, An example is shown which is arranged on the optical path between.
  • the incident light L1 transmitted through the light splitting surface 11 of the polarizing beam splitter 10 passes through the half-wave plate 16.
  • the polarization plane of the incident light L1 is rotated by 90 ° in a certain rotation direction from the p polarization plane by the half-wave plate 16.
  • the incident light L1 reciprocates between the first polarizing element 20 and the first reflective SLM 30 to become the first modulated light L2, and passes through the half-wave plate 16 again.
  • the polarization plane of the first modulated light L2 is rotated by 90 ° in the direction opposite to the above by the half-wave plate 16.
  • the polarization plane of the first modulated light L2 when entering the polarization beam splitter 10 mainly contains the s-polarized component (or consists of only the s-polarized component).
  • the first modulated light L ⁇ b> 2 is reflected by the light branching surface 11 and emitted from the second surface 15.
  • the polarization plane of the incident light L1 when entering the first reflective SLM 30 is rotated by 90 °.
  • the angle of the polarization plane of the incident light L1 immediately before entering the first reflective SLM 30 can be arbitrarily controlled. Therefore, for example, when the first and second reflective SLMs 30 and 50 are liquid crystal SLMs, the liquid crystal alignment direction of the first reflective SLM 30 can be arbitrarily set. Accordingly, for example, the alignment direction of the liquid crystal of the first reflective SLM 30 and the alignment direction of the liquid crystal of the second reflective SLM 50 can be aligned (parallel to each other), and the first and second reflective SLMs 30 can be aligned. , 50 can be used in common.
  • the half-wave plate 16 may be disposed on the optical path between the first polarizing element 20 and the first reflective SLM 30, or the polarizing beam splitter 10 and the second reflective SLM 50 (Between the polarizing beam splitter 10 and the second polarizing element 40, or between the second polarizing element 40 and the second reflective SLM 50).
  • the half-wave plate 16 is disposed on the optical path between the polarizing beam splitter 10 and the second reflective SLM 50, the polarization plane of the first modulated light L2 immediately before entering the second reflective SLM 50 The angle can be arbitrarily controlled, and the above-described effects can be similarly achieved.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical module 1C according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 also shows an XYZ orthogonal coordinate system.
  • the optical axis of the light L4 and the optical axis of the light L5 are separated from each other, but actually, the optical axis of the light L4 and the optical axis of the light L5 partially overlap each other. ing. The same applies to the light L5 and the light L6.
  • the optical module 1 ⁇ / b> C includes a polarizing beam splitter 70, a first polarizing element 22, a first reflective SLM 32, a second polarizing element 42, and a second reflective SLM 52. And.
  • the polarization beam splitter 70 is an optical component having a light splitting surface 71.
  • the light splitting surface 71 is inclined with respect to both the first direction (X-axis direction in the present embodiment) and the second direction (Y-axis direction in the present embodiment) intersecting the first direction.
  • the inclination angle is 45 °, for example.
  • the light splitting surface 71 reflects the s-polarized component of light incident from these directions and transmits the p-polarized component.
  • the light branching surface 71 receives incident light L4 incident along the X-axis direction from the outside of the optical module 1C.
  • the incident light L4 is light including an s-polarized component, and is preferably light in a linearly polarized state composed of only the s-polarized component.
  • the polarizing beam splitter 70 of the present embodiment the same one as the polarizing beam splitter 10 of the first embodiment can be used, but the direction of the light splitting surface is different from that of the polarizing beam splitter 10.
  • the cross-sectional shape of the polarizing beam splitter 70 along the XY plane is rectangular, and the polarizing beam splitter 70 has a light incident surface 72, a light emitting surface 73, and a first surface 74 that appear in this cross section. And has a second surface 75.
  • the light incident surface 72 is along a plane that intersects the X-axis direction and receives the incident light L4.
  • the light emitting surface 73 is along a plane intersecting the X-axis direction, and the light incident surface 72 and the light emitting surface 73 are arranged side by side in the X-axis direction.
  • the first surface 74 is along a plane that intersects the Y-axis direction.
  • the second surface 75 is along a plane that intersects the Y-axis direction, and the first surface 74 and the second surface 75 are arranged side by side in the Y-axis direction.
  • the light incident surface 72 and the first surface 74 are disposed on one surface side of the light branching surface 71, and the light emitting surface 73 and the second surface 75 are the other of the light branching surfaces 71. It is arranged on the surface side.
  • the first polarizing element 22 is optically coupled to the first surface 74 of the polarizing beam splitter 70.
  • the first polarizing element 22 is arranged side by side in the Y-axis direction with respect to the light branching surface 71 of the polarizing beam splitter 70.
  • the first polarizing element 22 has nonreciprocal optical activity for rotating the polarization plane of the incident light L4 that has passed through the light splitting surface 71.
  • the definition of nonreciprocal optical activity is the same as that of the first polarizing element 20 of the first embodiment.
  • the first polarizing element 22 is preferably configured by a Faraday rotator.
  • the first reflective SLM 32 modulates the incident light L4 that has passed through the first polarizing element 22 to generate the first modulated light L5, and reflects the first modulated light L5 to the first polarizing element 22. To do.
  • Various SLMs such as a phase modulation type, an intensity modulation (amplitude modulation) type, or a polarization modulation type are applied as the first reflection type SLM 32.
  • the first reflective SLM 32 has a modulation surface 33 including a plurality of regions (pixels) arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the first reflective SLM 32 generates the first modulated light L5 by modulating the phase, intensity, and the like of the incident light L4 for each of the plurality of regions.
  • the first reflective SLM 32 is an LCOS type SLM having a parallel alignment nematic liquid crystal.
  • the first reflective SLM 32 is not limited to an electrical address type liquid crystal element, and may be, for example, an optical address type liquid crystal element or a variable mirror type optical modulator.
  • the second polarizing element 42 is optically coupled to the second surface 75 of the polarizing beam splitter 70.
  • the second polarizing element 42 is aligned in the Y-axis direction with respect to the light branching surface 71 so that the light branching surface 71 of the polarizing beam splitter 70 is located between the second polarizing element 42 and the first polarizing element 22.
  • the second polarizing element 42 has nonreciprocal optical activity for rotating the polarization plane of the first modulated light L5 emitted from the second surface 75.
  • the definition of nonreciprocal optical activity is the same as that of the first polarizing element 20 of the first embodiment.
  • the second polarizing element 42 is preferably configured by a Faraday rotator.
  • the second reflective SLM 52 modulates the first modulated light L5 that has passed through the second polarizing element 42 to generate the second modulated light L6, and converts the second modulated light L6 into the second polarizing element. 42 is reflected.
  • various SLMs such as a phase modulation type, an intensity modulation (amplitude modulation) type, or a polarization modulation type are applied as in the case of the first reflection type SLM 32.
  • the second reflective SLM 52 has a modulation surface 53 including a plurality of regions (pixels) arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the second reflective SLM 52 modulates the phase, intensity, and the like of the first modulated light L5 for each of the plurality of regions, thereby generating the second modulated light L6.
  • the second reflective SLM 52 is an LCOS type SLM having a parallel alignment nematic liquid crystal.
  • the second reflective SLM 52 is not limited to an electrical address type liquid crystal element, and may be, for example, an optical address type liquid crystal element or a variable mirror type optical modulator.
  • Incident light L4 incident on the light incident surface 72 of the polarization beam splitter 70 along the X-axis direction is reflected in the Y-axis direction at the light branching surface 71 and emitted from the first surface 74.
  • the incident light L 4 passes through the first polarizing element 22.
  • the polarization plane of the incident light L4 is rotated, for example, by 45 ° from the s polarization plane by the first polarization element 22 in a predetermined direction.
  • the incident light L4 is modulated by the first reflective SLM 32 to become the first modulated light L5, and is simultaneously reflected toward the first polarizing element 22.
  • the first modulated light L5 passes through the first polarizing element 22 again. At this time, the polarization plane of the first modulated light L5 is rotated by, for example, 45 ° in the predetermined direction by the first polarizing element 22. As a result, the first modulated light L5 mainly includes a p-polarized component (or consists only of a p-polarized component). As a result, the first modulated light L ⁇ b> 5 passes through the light branch surface 71 and is emitted from the second surface 75.
  • the first modulated light L5 passes through the second polarizing element 42.
  • the polarization plane of the first modulated light L5 is rotated by, for example, 45 ° from the p polarization plane by the second polarization element 42 in a predetermined direction.
  • the first modulated light L5 is modulated by the second reflective SLM 52 to become the second modulated light L6, and is reflected toward the second polarizing element 42 at the same time.
  • the second modulated light L6 passes through the second polarizing element 42 again.
  • the polarization plane of the second modulated light L6 is rotated by, for example, 45 ° in the predetermined direction by the second polarizing element.
  • the second modulated light L6 mainly contains the s-polarized component (or consists of only the s-polarized component). Thereby, the second modulated light L6 is reflected in the X-axis direction at the light branching surface 71 and output from the light emitting surface 73 to the outside of the optical module 1C.
  • the same effects as those of the optical module 1A of the first embodiment described above can be obtained. That is, in the optical module 1 ⁇ / b> C, two reflective SLMs 32 and 52 are disposed around one polarization beam splitter 70.
  • the incident light (incident light L4) to the first reflective SLM 32 enters from the polarization beam splitter 70, and the modulated light (first modulated light L5) is reflected toward the polarization beam splitter 70.
  • the incident light (first modulated light L5) to the second reflective SLM 52 is incident from the polarization beam splitter 70, and the modulated light (second modulated light L6) is directed toward the polarization beam splitter 70. Reflected.
  • the light utilization efficiency is maintained high by providing a configuration in which the polarization beam splitter 70 and the first and second polarization elements 22 and 42 are combined instead of a normal beam splitter such as a half mirror.
  • the incident light L4 and the first modulated light L5 can be preferably incident from the normal direction of the modulation surfaces 33 and 53.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an optical module 1D as a modification of the embodiment.
  • the optical module 1D further includes a third polarizing element 62 in addition to the configuration of the optical module 1C shown in FIG.
  • the third polarizing element 62 is optically coupled to the light incident surface 72 of the polarization beam splitter 70, and rotates the polarization surface of the incident light L4 so that the incident light L4 includes the s-polarized component.
  • a Faraday rotator can be applied as a polarizing element having nonreciprocal optical activity, as in the first and second polarizing elements 22 and 42.
  • the polarization plane of the incident light L4 can be adjusted and can be suitably reflected by the light branching plane 71.
  • the optical module 1D shown in FIG. 5 further includes a half-wave plate 76 that is a polarizing element having reciprocal optical activity.
  • the half-wave plate 76 is disposed on the optical path between the polarizing beam splitter 70 and the first reflective SLM 32, and in the drawing, the polarizing beam splitter 70, the first polarizing element 22, An example is shown which is arranged on the optical path between.
  • the incident light L4 reflected by the light splitting surface 71 of the polarization beam splitter 70 passes through the half-wave plate 76.
  • the polarization plane of the incident light L4 is rotated by 90 ° in a certain rotation direction from the s polarization plane by the half-wave plate 76.
  • the incident light L4 reciprocates between the first polarizing element 22 and the first reflective SLM 32 to become the first modulated light L5, and passes through the half-wave plate 76 again.
  • the polarization plane of the first modulated light L5 is rotated by 90 ° in the direction opposite to the above by the half-wave plate 76.
  • the polarization plane of the first modulated light L5 when entering the polarization beam splitter 70 mainly includes the p-polarized component (or consists of only the p-polarized component).
  • the first modulated light L ⁇ b> 5 passes through the light branch surface 71 and is emitted from the second surface 75.
  • the polarization plane of the incident light L4 when entering the first reflective SLM 32 is rotated by 90 °.
  • the angle of the polarization plane of the incident light L4 immediately before entering the first reflective SLM 32 can be arbitrarily controlled. Therefore, for example, when the first and second reflection type SLMs 32 and 52 are liquid crystal type SLMs, the liquid crystal alignment direction of the first reflection type SLM 32 can be arbitrarily set. Thereby, for example, the alignment direction of the liquid crystal of the first reflective SLM 32 and the alignment direction of the liquid crystal of the second reflective SLM 52 can be aligned (parallel to each other), and the first and second reflective SLMs 32 can be aligned. , 52 can be used in common.
  • the half-wave plate 76 may be disposed on the optical path between the first polarizing element 22 and the first reflective SLM 32, or the polarizing beam splitter 70 and the second reflective SLM 52 (Between the polarizing beam splitter 70 and the second polarizing element 42, or between the second polarizing element 42 and the second reflective SLM 52).
  • the half-wave plate 76 is disposed on the optical path between the polarizing beam splitter 70 and the second reflective SLM 52, the polarization plane of the first modulated light L5 immediately before entering the second reflective SLM 52 The angle can be arbitrarily controlled, and the above-described effects can be similarly achieved.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical module 1E according to the third embodiment of the present invention.
  • the optical module 1E is configured by combining two optical modules 1A shown in FIG. That is, the light emitting surface 13 of one optical module 1A and the light incident surface 12 of the other optical module 1A are optically coupled, and the second modulated light L3 output from one optical module 1A is The incident light L1 is input to the other optical module 1A.
  • the optical module may be configured by combining the optical modules 1A to 1D of the above-described embodiments and modifications in multiple stages. In that case, optical modules having the same configuration may be combined, or optical modules having different configurations may be combined. Thereby, three or more SLMs can be optically arranged in series.
  • the optical module according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible.
  • a polarizing beam splitter having a rectangular cross section (cube type) is exemplified, but in the present invention, various shapes of polarizing beam splitters such as a plate type are applied. Can do.
  • the optical axis of the outgoing light is 90 ° or 0 ° with respect to the optical axis of the incident light on the polarization beam splitter.
  • the SLM and the polarizing element may be arranged so that these optical axes form other angles.
  • the polarizing beam splitter having a rectangular cross section (cube type) is used as described above.
  • the light splitting surface of the cube type polarizing beam splitter is a plate type.
  • the flatness is low
  • the optical branching surface has a shape distortion
  • wavefront aberration may be added to the reflected light.
  • the modulation surface of the SLM may cause wavefront aberration in the modulated light due to distortion.
  • the aberration is obtained in advance, and a phase modulation pattern capable of removing this aberration is added to a desired phase modulation pattern of each SLM. Good. As a result, it is possible to realize a modulation operation that is hardly affected by the aberration.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the light observation apparatus 2A.
  • the light observation apparatus 2A includes the optical modules of the above-described embodiments and modifications (the optical module 1A of the first embodiment is illustrated in the drawing), the mounting table 87 on which the observation object 84 is mounted, and the observation target First modulated light system 85 that guides light from the object 84 to the polarization beam splitter 10 (or 70) as incident light L1 (or L4) and second modulated light emitted from the polarization beam splitter 10 (or 70)
  • a second light guide optical system 86 that guides L3 (or L6) and an imaging device 88 that images the second modulated light L3 (or L6) guided by the second light guide optical system 86 are provided.
  • the first light guide optical system 85 includes, for example, an objective lens.
  • the second light guide optical system 86 is configured by an optical element such as an imaging lens or a relay lens, for example.
  • the imaging device 88 is configured by an imaging element such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor.
  • the second light guide optical system 86 may be configured with a beam scanner, a relay lens, and an imaging lens, and the imaging device 88 may be configured with a pinhole and a single photodetector.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the light irradiation device 2B.
  • This light irradiation apparatus 2B includes the optical modules of the above-described embodiments and modifications (the optical module 1A of the first embodiment is illustrated in the drawing), a mounting table 97 on which the irradiation target 94 is mounted, and a polarization beam splitter.
  • the light source 93 that outputs incident light L1 (or L4) incident on 10 (or 70) and the second modulated light L3 (or L6) emitted from the polarization beam splitter 10 (or 70) are guided to the irradiation object 94.
  • a light guide optical system 95 is provided.
  • the light source 93 include laser light sources such as semiconductor laser elements, LEDs, SLDs, and lamp light sources.
  • An example of the light guide optical system 95 is an objective lens.
  • the present invention can be applied to an application that enables downsizing of the entire optical system in an optical module, a light observation apparatus, and a light irradiation apparatus in which a plurality of SLMs are optically arranged in series.
  • 1A, 1B, 1C, 1D, 1E optical module, 10, 70 ... polarization beam splitter, 11, 71 ... light splitting surface, 12, 72 ... light incident surface, 13, 73 ... light exit surface, 14, 74 ... first 1 surface, 15, 75... Second surface, 16, 76... Half-wave plate, 20, 22... First polarizing element, 30, 32. , 40, 42 ... second polarizing element, 50, 52 ... second reflective SLM, 51, 53 ... modulation surface, 60, 62 ... third polarizing element, L1, L4 ... incident light, L2, L5 ... First modulated light, L3, L6, second modulated light.

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Abstract

　光学モジュール１Ａは、ｐ偏光成分を含む入射光Ｌ１を光分岐面１１に受ける偏光ビームスプリッタ１０と、光分岐面１１を透過した入射光Ｌ１の偏光面を回転させる第１の偏光素子２０と、入射光Ｌ１を変調して第１の変調光Ｌ２を生成する第１の反射型ＳＬＭ３０と、第１の偏光素子２０を再び通過し、光分岐面１１において反射された第１の変調光Ｌ２の偏光面を回転させる第２の偏光素子４０と、第１の変調光Ｌ２を変調して第２の変調光Ｌ３を生成する第２の反射型ＳＬＭ５０とを備える。第２の変調光Ｌ３は、第２の偏光素子４０を再び通過した後、光分岐面１１を透過して出力される。

Description

光学モジュール、光観察装置、及び光照射装置
　本発明は、光学モジュール、光観察装置、及び光照射装置に関するものである。
　非特許文献１には、２個の位相変調型の空間光変調器（Spatial Light Modulator；ＳＬＭ）を用いたレンズレス光相関器が記載されている。この文献に記載された光相関器は、レーザ光を出力するＨｅ－Ｎｅレーザ光源と、該レーザ光を変調する第１の反射型ＳＬＭと、第１の反射型ＳＬＭに対して平行に配置され、第１の反射型ＳＬＭから出力された光を更に変調する第２の反射型ＳＬＭと、第２の反射型ＳＬＭから出力された光を撮像するＣＣＤカメラとを備えている。
Xu Zeng, Takashi Inoue, Norihiro Fukuchi, and Jian Bai, "Parallellensless optical correlator based on two phase-only spatial light modulators", OPTICSEXPRESS, Volume 19, Number 13, pp.12594-12604, 20 June 2011
　近年、ＳＬＭを用いて光の強度分布や位相分布を任意に変調し、レーザ加工、観察対象物の照明、レンズレス光相関器等に使用する技術が研究されている。このような技術において、例えば非特許文献１に記載されているように、２個以上のＳＬＭが光学的に直列に配置される場合がある。例えば、一つのＳＬＭに凸レンズ状の位相分布を表示し、別のＳＬＭに凹レンズ状の位相分布を表示すると、平行光の光径を任意に拡大・縮小するビームエキスパンダを構成することができる。或いは、２つのＳＬＭそれぞれに凸レンズ状の位相分布を表示すると、ズームレンズを構成することができる。
　一般的に、ＳＬＭには透過型と反射型とが存在する。上述したように２個のＳＬＭを光学的に直列に配置する場合、透過型ＳＬＭを用いることによって構成が簡素になり、光学系全体を小型化することができる。しかしながら、透過型ＳＬＭは、反射型ＳＬＭと比較して光損失が大きく、ＳＬＭの数が多いほど、変調後の光の強度が低下するという問題がある。
　一方、反射型ＳＬＭを光学的に直列に配置する場合、従来の方式では、変調面の法線に対して傾斜した方向から変調面に光が入射するように、複数の反射型ＳＬＭの相対位置および相対角度が調整される（例えば非特許文献１を参照）。このような配置では、複数の反射型ＳＬＭを含む光学系全体の構成が複雑となり、小型化が困難となる。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、複数のＳＬＭが光学的に直列に配置される光学モジュール、光観察装置、及び光照射装置において、光学系全体の小型化を可能とすることを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明による第１の光学モジュールは、ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｐ偏光成分を含む入射光を光分岐面に受ける偏光ビームスプリッタと、光分岐面を透過した入射光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第１の偏光素子と、第１の偏光素子を通過した入射光を変調して第１の変調光を生成するとともに、第１の変調光を第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、第１の偏光素子を再び通過し、光分岐面において反射された第１の変調光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第２の偏光素子と、第２の偏光素子を通過した第１の変調光を変調して第２の変調光を生成するとともに、第２の変調光を第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、第２の変調光は、第２の偏光素子を再び通過した後、光分岐面を透過して出力されることを特徴とする。
　また、本発明による第２の光学モジュールは、ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｓ偏光成分を含む入射光を光分岐面に受ける偏光ビームスプリッタと、光分岐面において反射された入射光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第１の偏光素子と、第１の偏光素子を通過した入射光を変調して第１の変調光を生成するとともに、第１の変調光を第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、第１の偏光素子を再び通過し、光分岐面を透過した第１の変調光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第２の偏光素子と、第２の偏光素子を通過した第１の変調光を変調して第２の変調光を生成するとともに、第２の変調光を第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、第２の変調光は、第２の偏光素子を再び通過した後、光分岐面において反射されて出力されることを特徴とする。
　これらの光学モジュールでは、一つの偏光ビームスプリッタの周囲に第１及び第２の反射型ＳＬＭが配置されている。そして、第１の反射型ＳＬＭへの入射光は偏光ビームスプリッタから入射し、変調後の光（第１の変調光）は偏光ビームスプリッタに向けて反射される。同様に、第２の反射型ＳＬＭへの入射光は偏光ビームスプリッタから入射し、変調後の光（第２の変調光）は偏光ビームスプリッタに向けて反射される。このような構成により、第１及び第２の反射型ＳＬＭの各変調面の法線方向に沿って入射光を入射させ且つ変調光を反射させることができるので、法線に対して傾斜した方向から入射光を入射させる構成（例えば非特許文献１を参照）と比較して、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。
　また、偏光ビームスプリッタに代えて通常のビームスプリッタ（ハーフミラー等）を用いる方式も考えられる。しかし、例えば反射型ＳＬＭが平行配向ネマティック液晶を用いたものである場合、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されないため、通常のビームスプリッタを用いて変調面の法線方向から光を入射させると、光利用効率（入射光強度と変調光強度との比）が極めて小さく（例えば２５％未満に）なってしまう。これに対し、上記の光学モジュールによれば、偏光ビームスプリッタと第１及び第２の偏光素子とを組み合わせることによって、光利用効率を高く維持しつつ、変調面の法線方向から光を好適に入射させることができる。
　また、第１及び第２の光学モジュールは、偏光ビームスプリッタが、入射光を受ける光入射面と、第２の変調光を出力する光出射面と、第１の偏光素子と光学的に結合された第１の面と、第２の偏光素子と光学的に結合された第２の面とを有することを特徴としてもよい。そして、この場合、第１の光学モジュールでは、光入射面と第１の面とが第１の方向に並んで配置され、光出射面と第２の面とが、第１の方向と交差する第２の方向に並んで配置されていることが好ましい。また、第２の光学モジュールでは、光入射面と光出射面とが第１の方向に並んで配置されており、第１の面と第２の面とが第２の方向に並んで配置されていることが好ましい。
　また、第１の光学モジュールでは、光入射面と光学的に結合された第３の偏光素子が、入射光がｐ偏光成分を含むように入射光の偏光面を回転させてもよい。また、第２の光学モジュールでは、光入射面と光学的に結合された第３の偏光素子が、入射光がｓ偏光成分を含むように入射光の偏光面を回転させてもよい。
　また、第１及び第２の光学モジュールは、偏光ビームスプリッタと第１の反射型空間光変調器との間、もしくは偏光ビームスプリッタと第２の反射型空間光変調器との間のうちいずれか一方に配置された２分の１波長板を更に備えることを特徴としてもよい。
　また、本発明による光観察装置は、上記いずれかの光学モジュールと、観察対象物が載置される載置台と、観察対象物からの光を入射光として偏光ビームスプリッタに導く第１の導光光学系と、偏光ビームスプリッタから出射された第２の変調光を導光する第２の導光光学系と、第２の導光光学系によって導かれた第２の変調光を撮像する撮像装置とを備えることを特徴とする。
　また、本発明による光照射装置は、上記いずれかの光学モジュールと、照射対象物が載置される載置台と、偏光ビームスプリッタに入射する入射光を出力する光源と、偏光ビームスプリッタから出射された第２の変調光を照射対象物に導く導光光学系とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、複数のＳＬＭが光学的に直列に配置される光学モジュール、光観察装置、及び光照射装置において、光学系全体の小型化を可能にできる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。 図２は、比較のため、第１実施形態の光学モジュールの光路を直線状に展開したときの等価光路を示す図である。 図３は、第１実施形態の一変形例として、光学モジュールの構成を示す図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。 図５は、第２実施形態の一変形例として、光学モジュールの構成を示す図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る光学モジュールの構成を示す図である。 図７は、光観察装置の構成例を示す図である。 図８は、光照射装置の構成例を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明による光学モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学モジュール１Ａの構成を示す図である。なお、理解の容易のため、図１にはＸＹＺ直交座標系が併せて示されている。また、図１では、理解の容易のため、光Ｌ２の光軸と光Ｌ３の光軸とが離れているが、実際には光Ｌ２の光軸と光Ｌ３の光軸とは一部で重なっている。光Ｌ２及び光Ｌ３についても同様である。図１に示されるように、この光学モジュール１Ａは、偏光ビームスプリッタ１０と、第１の偏光素子２０と、第１の反射型ＳＬＭ３０と、第２の偏光素子４０と、第２の反射型ＳＬＭ５０とを備えている。
　偏光ビームスプリッタ１０は、光分岐面１１を有する光学部品である。光分岐面１１は、第１の方向（本実施形態ではＸ軸方向）、及び第１の方向と交差する第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）の双方に対して傾斜しており、その傾斜角は例えば４５°である。光分岐面１１は、これらの方向から入射した光のｓ偏光成分を反射し、ｐ偏光成分を透過する。光分岐面１１は、光学モジュール１Ａの外部からＸ軸方向に沿って入射された入射光Ｌ１を受ける。この入射光Ｌ１は、ｐ偏光成分を含む光であって、好ましくはｐ偏光成分のみから成る直線偏光状態の光である。
　また、ＸＹ平面に沿った偏光ビームスプリッタ１０の断面形状は矩形状を呈している。そして、偏光ビームスプリッタ１０は、この断面に現れる光入射面１２、光出射面１３、第１の面１４および第２の面１５を有している。光入射面１２は、Ｘ軸方向と交差する平面に沿っており、入射光Ｌ１を受ける。光出射面１３は、Ｙ軸方向と交差する平面に沿っており、変調光Ｌ３を出力する。第１の面１４はＸ軸方向と交差する平面に沿っており、光入射面１２及び第１の面１４はＸ軸方向に並んで配置されている。第２の面１５はＹ軸方向と交差する平面に沿っており、光出射面１３及び第２の面１５はＹ軸方向に並んで配置されている。これら４つの面のうち、光入射面１２および光出射面１３は光分岐面１１の一方の面側に配置されており、第１の面１４および第２の面１５は光分岐面１１の他方の面側に配置されている。
　第１の偏光素子２０は、偏光ビームスプリッタ１０の第１の面１４と光学的に結合されている。換言すれば、第１の偏光素子２０は、偏光ビームスプリッタ１０の光分岐面１１に対してＸ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光素子２０は、光分岐面１１を透過した入射光Ｌ１の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。ここで、非相反性の光学活性とは、順方向に進む光の回転の向きと、逆方向に進む光の回転の向きとが互いに等しい非相反的な偏光特性を意味する。例えば、或る方向から第１の偏光素子２０を通過した光の偏光面が所定の向きに４５°回転する場合、逆方向から第１の偏光素子２０を通過した光の偏光面は、上記の所定の向きに更に４５°回転する。この場合、第１の偏光素子２０を光が往復すると、その光の偏光面は９０°回転することとなる。第１の偏光素子２０は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。
　なお、光学結晶から成る２分の１波長板も通過光の偏光面を回転させるものであるが、２分の１波長板では順方向に進む光の回転の向きと逆方向に進む光の回転の向きとが互いに逆である相反性の光学活性を有するため、光が往復すると、その光の偏光面は元に戻ってしまう。したがって、２分の１波長板は、非相反性の光学活性を有しておらず、第１の偏光素子２０としては用いられない。
　第１の反射型ＳＬＭ３０は、第１の偏光素子２０を通過した入射光Ｌ１を変調して第１の変調光Ｌ２を生成するとともに、第１の変調光Ｌ２を第１の偏光素子２０へ反射する。第１の反射型ＳＬＭ３０としては、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第１の反射型ＳＬＭ３０は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面３１を有する。第１の反射型ＳＬＭ３０は、その複数の領域毎に入射光Ｌ１の位相、強度等を変調することにより、第１の変調光Ｌ２を生成する。一例では、第１の反射型ＳＬＭ３０は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）型のＳＬＭである。第１の反射型ＳＬＭ３０は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、可変鏡型の光変調器であってもよい。
　第２の偏光素子４０は、偏光ビームスプリッタ１０の第２の面１５と光学的に結合されている。換言すれば、第２の偏光素子４０は、偏光ビームスプリッタ１０の光分岐面１１に対してＹ軸方向に並んで配置されている。第２の面１５からは、第１の反射型ＳＬＭ３０から出射されたのち第１の偏光素子２０を再び通過し、光分岐面１１においてＹ軸方向に反射された第１の変調光Ｌ２が出射される。第２の偏光素子４０は、第２の面１５から出射される第１の変調光Ｌ２の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は前述した第１の偏光素子２０と同様である。第２の偏光素子４０は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。
　第２の反射型ＳＬＭ５０は、第２の偏光素子４０を通過した第１の変調光Ｌ２を変調して第２の変調光Ｌ３を生成するとともに、第２の変調光Ｌ３を第２の偏光素子４０へ反射する。第２の反射型ＳＬＭ５０としては、第１の反射型ＳＬＭ３０と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第２の反射型ＳＬＭ５０は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面５１を有する。第２の反射型ＳＬＭ５０は、その複数の領域毎に第１の変調光Ｌ２の位相、強度等を変調することにより、第２の変調光Ｌ３を生成する。一例では、第２の反射型ＳＬＭ５０は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ型のＳＬＭである。第２の反射型ＳＬＭ５０は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、可変鏡型の光変調器であってもよい。
　なお、反射型ＳＬＭ３０，５０がＬＣＯＳ型のＳＬＭである場合、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されないため、偏光素子２０，４０による回転後の偏光面の角度に合わせて反射型ＳＬＭ３０，５０を配置するとよい。
　以上の構成を備える光学モジュール１Ａの動作について、図１を参照しつつ説明する。Ｘ軸方向に沿って偏光ビームスプリッタ１０の光入射面１２に入射した入射光Ｌ１は、光分岐面１１を透過し、第１の面１４から出射される。次に、入射光Ｌ１は第１の偏光素子２０を通過する。このとき、入射光Ｌ１の偏光面は、第１の偏光素子２０によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、入射光Ｌ１は、第１の反射型ＳＬＭ３０によって変調されて第１の変調光Ｌ２と成り、同時に第１の偏光素子２０に向けて反射される。第１の変調光Ｌ２は、第１の偏光素子２０を再び通過する。このとき、第１の変調光Ｌ２の偏光面は、第１の偏光素子２０によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第１の変調光Ｌ２はｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。これにより、第１の変調光Ｌ２は、光分岐面１１において反射され、第２の面１５から出射される。
　続いて、第１の変調光Ｌ２は第２の偏光素子４０を通過する。このとき、第１の変調光Ｌ２の偏光面は、第２の偏光素子４０によってｓ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、第１の変調光Ｌ２は、第２の反射型ＳＬＭ５０によって変調されて第２の変調光Ｌ３と成り、同時に第２の偏光素子４０に向けて反射される。第２の変調光Ｌ３は、第２の偏光素子４０を再び通過する。このとき、第２の変調光Ｌ３の偏光面は、第２の偏光素子４０によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ３はｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。これにより、第２の変調光Ｌ３は、光分岐面１１を透過し、光出射面１３から光学モジュール１Ａの外部へ出力される。
　以上に説明した本実施形態の光学モジュール１Ａによって得られる効果について説明する。光学モジュール１Ａでは、一つの偏光ビームスプリッタ１０の周囲に２つの反射型ＳＬＭ３０，５０が配置されている。そして、第１の反射型ＳＬＭ３０への入射光（入射光Ｌ１）は偏光ビームスプリッタ１０から入射し、変調後の光（第１の変調光Ｌ２）は偏光ビームスプリッタ１０に向けて反射される。同様に、第２の反射型ＳＬＭ５０への入射光（第１の変調光Ｌ２）は偏光ビームスプリッタ１０から入射し、変調後の光（第２の変調光Ｌ３）は偏光ビームスプリッタ１０に向けて反射される。このような構成により、反射型ＳＬＭ３０，５０の各変調面３１，５１の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、光軸の調整が容易であり、ＳＬＭへの入射効率、およびＳＬＭからの出射効率を高めることができる。したがって、この光学モジュール１Ａによれば、光利用効率を高めることができる。また、入射光Ｌ１の光軸と出射光（第２の変調光Ｌ３）の光軸とが斜めではなく直角であるため、他の光学系との接続を容易にすることができ、また収差の発生を低減することができる。更に、一部の光路において光を往復させるので、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。なお、図２は、比較のため、光学モジュール１Ａの光路を直線状に展開したときの等価光路を示す図である。図２に示された構成と比較して、本実施形態の光学モジュール１Ａが小型に構成されていることがわかる。
　また、本実施形態とは異なる方式として、偏光ビームスプリッタ１０に代えて通常のビームスプリッタ（ハーフミラー等）を用いる方式も考えられる。しかし、例えば反射型ＳＬＭ３０，５０が平行配向ネマティック液晶を用いたものである場合、振動方向が液晶の配向方向と平行である直線偏光成分しか変調されないため、通常のビームスプリッタを用いて変調面の法線方向から光を入射させると、光利用効率が極めて小さく（例えば２５％未満に）なってしまう。これに対し、本実施形態の光学モジュール１Ａによれば、偏光ビームスプリッタ１０と第１及び第２の偏光素子２０，４０とを組み合わせることによって、光利用効率を高く維持しつつ、変調面３１，５１の法線方向から入射光Ｌ１及び第１の変調光Ｌ２を好適に入射させることができる。
　（第１の変形例）
図３は、上記実施形態の一変形例として、光学モジュール１Ｂの構成を示す図である。この光学モジュール１Ｂは、図１に示された光学モジュール１Ａの構成に加えて、第３の偏光素子６０を更に備えている。第３の偏光素子６０は、偏光ビームスプリッタ１０の光入射面１２と光学的に結合されており、入射光Ｌ１がｐ偏光成分を含むように、入射光Ｌ１の偏光面を回転させる。なお、第３の偏光素子６０としては、第１及び第２の偏光素子２０，４０と同様に、非相反性の光学活性を有する偏光素子として、例えばファラデーローテータを適用することができる。本変形例によれば、入射光Ｌ１の偏光面を調整して、光分岐面１１を好適に透過させることができる。
　また、図３に示される光学モジュール１Ｂは、上記実施形態の光学モジュール１Ａの構成に加えて、相反性の光学活性を有する偏光素子である１／２波長板１６を更に備えている。本変形例では、１／２波長板１６は偏光ビームスプリッタ１０と第１の反射型ＳＬＭ３０との間の光路上に配置されており、図には偏光ビームスプリッタ１０と第１の偏光素子２０との間の光路上に配置された例が示されている。
　この例において、偏光ビームスプリッタ１０の光分岐面１１を透過した入射光Ｌ１は、１／２波長板１６を通過する。このとき、入射光Ｌ１の偏光面は、１／２波長板１６によってｐ偏光面から或る回転方向に９０°回転する。その後、入射光Ｌ１は、第１の偏光素子２０と第１の反射型ＳＬＭ３０との間を往復して第１の変調光Ｌ２となり、１／２波長板１６を再び通過する。このとき、第１の変調光Ｌ２の偏光面は、１／２波長板１６によって上記とは逆の向きに９０°回転する。その結果、偏光ビームスプリッタ１０に入射するときの第１の変調光Ｌ２の偏光面は、ｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。これにより、第１の変調光Ｌ２は、光分岐面１１において反射され、第２の面１５から出射される。
　本変形例では、第１の反射型ＳＬＭ３０に入射する際の入射光Ｌ１の偏光面を９０°回転させている。これにより、第１の反射型ＳＬＭ３０に入射する直前の入射光Ｌ１の偏光面の角度を任意に制御することができる。したがって、例えば第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０が液晶型ＳＬＭである場合に、第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配向方向を任意に設定することができる。これにより、例えば第１の反射型ＳＬＭ３０の液晶の配向方向と第２の反射型ＳＬＭ５０の液晶の配向方向とを揃える（互いに平行にする）ことが可能となり、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３０，５０のそれぞれに入力される変調データを共通化することが可能になる。
　なお、１／２波長板１６は、第１の偏光素子２０と第１の反射型ＳＬＭ３０との間の光路上に配置されてもよく、或いは、偏光ビームスプリッタ１０と第２の反射型ＳＬＭ５０との間（偏光ビームスプリッタ１０と第２の偏光素子４０との間、もしくは第２の偏光素子４０と第２の反射型ＳＬＭ５０との間）の光路上に配置されてもよい。１／２波長板１６が偏光ビームスプリッタ１０と第２の反射型ＳＬＭ５０との間の光路上に配置される場合、第２の反射型ＳＬＭ５０に入射する直前の第１の変調光Ｌ２の偏光面の角度を任意に制御することができ、上述した効果を同様に奏することができる。
　（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る光学モジュール１Ｃの構成を示す図である。なお、理解の容易のため、図４にはＸＹＺ直交座標系が併せて示されている。また、図４では、理解の容易のため、光Ｌ４の光軸と光Ｌ５の光軸とが離れているが、実際には光Ｌ４の光軸と光Ｌ５の光軸とは一部で重なっている。光Ｌ５及び光Ｌ６についても同様である。図４に示されるように、この光学モジュール１Ｃは、偏光ビームスプリッタ７０と、第１の偏光素子２２と、第１の反射型ＳＬＭ３２と、第２の偏光素子４２と、第２の反射型ＳＬＭ５２とを備えている。
　偏光ビームスプリッタ７０は、光分岐面７１を有する光学部品である。光分岐面７１は、第１の方向（本実施形態ではＸ軸方向）、及び第１の方向と交差する第２の方向（本実施形態ではＹ軸方向）の双方に対して傾斜しており、その傾斜角は例えば４５°である。光分岐面７１は、これらの方向から入射した光のｓ偏光成分を反射し、ｐ偏光成分を透過する。光分岐面７１は、光学モジュール１Ｃの外部からＸ軸方向に沿って入射された入射光Ｌ４を受ける。この入射光Ｌ４は、ｓ偏光成分を含む光であって、好ましくはｓ偏光成分のみから成る直線偏光状態の光である。
　本実施形態の偏光ビームスプリッタ７０としては、第１実施形態の偏光ビームスプリッタ１０と同じものが使用され得るが、偏光ビームスプリッタ１０とは光分岐面の向きが異なっている。具体的には、ＸＹ平面に沿った偏光ビームスプリッタ７０の断面形状は矩形状を呈しており、偏光ビームスプリッタ７０は、この断面に現れる光入射面７２、光出射面７３、第１の面７４および第２の面７５を有している。光入射面７２は、Ｘ軸方向と交差する平面に沿っており、入射光Ｌ４を受ける。光出射面７３はＸ軸方向と交差する平面に沿っており、光入射面７２及び光出射面７３はＸ軸方向に並んで配置されている。第１の面７４は、Ｙ軸方向と交差する平面に沿っている。第２の面７５はＹ軸方向と交差する平面に沿っており、第１の面７４及び第２の面７５はＹ軸方向に並んで配置されている。これら４つの面のうち、光入射面７２および第１の面７４は光分岐面７１の一方の面側に配置されており、光出射面７３および第２の面７５は光分岐面７１の他方の面側に配置されている。
　第１の偏光素子２２は、偏光ビームスプリッタ７０の第１の面７４と光学的に結合されている。換言すれば、第１の偏光素子２２は、偏光ビームスプリッタ７０の光分岐面７１に対してＹ軸方向に並んで配置されている。第１の偏光素子２２は、光分岐面７１を透過した入射光Ｌ４の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は、第１実施形態の第１の偏光素子２０と同様である。第１の偏光素子２２は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。
　第１の反射型ＳＬＭ３２は、第１の偏光素子２２を通過した入射光Ｌ４を変調して第１の変調光Ｌ５を生成するとともに、第１の変調光Ｌ５を第１の偏光素子２２へ反射する。第１の反射型ＳＬＭ３２としては、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第１の反射型ＳＬＭ３２は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面３３を有する。第１の反射型ＳＬＭ３２は、その複数の領域毎に入射光Ｌ４の位相、強度等を変調することにより、第１の変調光Ｌ５を生成する。一例では、第１の反射型ＳＬＭ３２は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ型のＳＬＭである。第１の反射型ＳＬＭ３２は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、可変鏡型の光変調器であってもよい。
　第２の偏光素子４２は、偏光ビームスプリッタ７０の第２の面７５と光学的に結合されている。換言すれば、第２の偏光素子４２は、第１の偏光素子２２との間に偏光ビームスプリッタ７０の光分岐面７１が位置するように、光分岐面７１に対してＹ軸方向に並んで配置されている。第２の面７５からは、第１の反射型ＳＬＭ３２から出射されたのち第１の偏光素子２２を再び通過し、光分岐面７１を透過した第１の変調光Ｌ５が出射される。第２の偏光素子４２は、第２の面７５から出射される第１の変調光Ｌ５の偏光面を回転させるための非相反性の光学活性を有する。なお、非相反性の光学活性の定義は第１実施形態の第１の偏光素子２０と同様である。第２の偏光素子４２は、一例ではファラデーローテータによって好適に構成される。
　第２の反射型ＳＬＭ５２は、第２の偏光素子４２を通過した第１の変調光Ｌ５を変調して第２の変調光Ｌ６を生成するとともに、第２の変調光Ｌ６を第２の偏光素子４２へ反射する。第２の反射型ＳＬＭ５２としては、第１の反射型ＳＬＭ３２と同様に、位相変調型、強度変調（振幅変調）型、或いは偏光変調型といった種々のＳＬＭが適用される。第２の反射型ＳＬＭ５２は、一次元又は二次元に配列された複数の領域（画素）を含む変調面５３を有する。第２の反射型ＳＬＭ５２は、その複数の領域毎に第１の変調光Ｌ５の位相、強度等を変調することにより、第２の変調光Ｌ６を生成する。一例では、第２の反射型ＳＬＭ５２は、平行配向ネマティック液晶を有するＬＣＯＳ型のＳＬＭである。なお、第２の反射型ＳＬＭ５２は、電気アドレス型の液晶素子に限られず、例えば光アドレス型の液晶素子や、可変鏡型の光変調器であってもよい。
　以上の構成を備える光学モジュール１Ｃの動作について、図４を参照しつつ説明する。Ｘ軸方向に沿って偏光ビームスプリッタ７０の光入射面７２に入射した入射光Ｌ４は、光分岐面７１においてＹ軸方向へ反射され、第１の面７４から出射される。次に、入射光Ｌ４は第１の偏光素子２２を通過する。このとき、入射光Ｌ４の偏光面は、第１の偏光素子２２によってｓ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、入射光Ｌ４は、第１の反射型ＳＬＭ３２によって変調されて第１の変調光Ｌ５と成り、同時に第１の偏光素子２２に向けて反射される。第１の変調光Ｌ５は、第１の偏光素子２２を再び通過する。このとき、第１の変調光Ｌ５の偏光面は、第１の偏光素子２２によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第１の変調光Ｌ５はｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。これにより、第１の変調光Ｌ５は、光分岐面７１を透過し、第２の面７５から出射される。
　続いて、第１の変調光Ｌ５は第２の偏光素子４２を通過する。このとき、第１の変調光Ｌ５の偏光面は、第２の偏光素子４２によってｐ偏光面から所定の向きに例えば４５°回転する。その後、第１の変調光Ｌ５は、第２の反射型ＳＬＭ５２によって変調されて第２の変調光Ｌ６と成り、同時に第２の偏光素子４２に向けて反射される。第２の変調光Ｌ６は、第２の偏光素子４２を再び通過する。このとき、第２の変調光Ｌ６の偏光面は、第２の偏光素子４２によって上記所定の向きに例えば４５°回転する。その結果、第２の変調光Ｌ６はｓ偏光成分を主に含む（或いは、ｓ偏光成分のみから成る）こととなる。これにより、第２の変調光Ｌ６は、光分岐面７１においてＸ軸方向へ反射され、光出射面７３から光学モジュール１Ｃの外部へ出力される。
　以上に説明した本実施形態の光学モジュール１Ｃによれば、前述した第１実施形態の光学モジュール１Ａと同様の効果が得られる。すなわち、光学モジュール１Ｃでは、一つの偏光ビームスプリッタ７０の周囲に２つの反射型ＳＬＭ３２，５２が配置されている。そして、第１の反射型ＳＬＭ３２への入射光（入射光Ｌ４）は偏光ビームスプリッタ７０から入射し、変調後の光（第１の変調光Ｌ５）は偏光ビームスプリッタ７０に向けて反射される。同様に、第２の反射型ＳＬＭ５２への入射光（第１の変調光Ｌ５）は偏光ビームスプリッタ７０から入射し、変調後の光（第２の変調光Ｌ６）は偏光ビームスプリッタ７０に向けて反射される。このような構成により、反射型ＳＬＭ３２，５２の各変調面３３，５３の法線方向に沿って光を入射及び反射させることができるので、光軸の調整が容易であり、ＳＬＭへの入射効率、およびＳＬＭからの出射効率を高めることができ、光利用効率を高めることができる。また、入射光Ｌ４の光軸と出射光（第２の変調光Ｌ６）の光軸とが斜めではなく直角であるため、他の光学系との接続を容易にすることができ、また収差の発生を低減することができる。更に、一部の光路において光を往復させるので、光学系全体の構成を簡素にでき、小型化が可能となる。
　また、本実施形態においても、ハーフミラー等の通常のビームスプリッタではなく偏光ビームスプリッタ７０と第１及び第２の偏光素子２２，４２とを組み合わせた構成を備えることによって、光利用効率を高く維持しつつ、変調面３３，５３の法線方向から入射光Ｌ４及び第１の変調光Ｌ５を好適に入射させることができる。
　（第２の変形例）
図５は、上記実施形態の一変形例として、光学モジュール１Ｄの構成を示す図である。この光学モジュール１Ｄは、図４に示された光学モジュール１Ｃの構成に加えて、第３の偏光素子６２を更に備えている。第３の偏光素子６２は、偏光ビームスプリッタ７０の光入射面７２と光学的に結合されており、入射光Ｌ４がｓ偏光成分を含むように、入射光Ｌ４の偏光面を回転させる。なお、第３の偏光素子６２としては、第１及び第２の偏光素子２２，４２と同様に、非相反性の光学活性を有する偏光素子として、例えばファラデーローテータを適用することができる。本変形例によれば、入射光Ｌ４の偏光面を調整して、光分岐面７１において好適に反射させることができる。
　また、図５に示される光学モジュール１Ｄは、上記実施形態の光学モジュール１Ｃの構成に加えて、相反性の光学活性を有する偏光素子である１／２波長板７６を更に備えている。本変形例では、１／２波長板７６は偏光ビームスプリッタ７０と第１の反射型ＳＬＭ３２との間の光路上に配置されており、図には偏光ビームスプリッタ７０と第１の偏光素子２２との間の光路上に配置された例が示されている。
　この例において、偏光ビームスプリッタ７０の光分岐面７１を反射した入射光Ｌ４は、１／２波長板７６を通過する。このとき、入射光Ｌ４の偏光面は、１／２波長板７６によってｓ偏光面から或る回転方向に９０°回転する。その後、入射光Ｌ４は、第１の偏光素子２２と第１の反射型ＳＬＭ３２との間を往復して第１の変調光Ｌ５となり、１／２波長板７６を再び通過する。このとき、第１の変調光Ｌ５の偏光面は、１／２波長板７６によって上記とは逆の向きに９０°回転する。その結果、偏光ビームスプリッタ７０に入射するときの第１の変調光Ｌ５の偏光面は、ｐ偏光成分を主に含む（或いは、ｐ偏光成分のみから成る）こととなる。これにより、第１の変調光Ｌ５は、光分岐面７１を透過し、第２の面７５から出射される。
　本変形例では、第１の反射型ＳＬＭ３２に入射する際の入射光Ｌ４の偏光面を９０°回転させている。これにより、第１の反射型ＳＬＭ３２に入射する直前の入射光Ｌ４の偏光面の角度を任意に制御することができる。したがって、例えば第１及び第２の反射型ＳＬＭ３２，５２が液晶型ＳＬＭである場合に、第１の反射型ＳＬＭ３２の液晶の配向方向を任意に設定することができる。これにより、例えば第１の反射型ＳＬＭ３２の液晶の配向方向と第２の反射型ＳＬＭ５２の液晶の配向方向とを揃える（互いに平行にする）ことが可能となり、第１及び第２の反射型ＳＬＭ３２，５２のそれぞれに入力される変調データを共通化することが可能になる。
　なお、１／２波長板７６は、第１の偏光素子２２と第１の反射型ＳＬＭ３２との間の光路上に配置されてもよく、或いは、偏光ビームスプリッタ７０と第２の反射型ＳＬＭ５２との間（偏光ビームスプリッタ７０と第２の偏光素子４２との間、もしくは第２の偏光素子４２と第２の反射型ＳＬＭ５２との間）の光路上に配置されてもよい。１／２波長板７６が偏光ビームスプリッタ７０と第２の反射型ＳＬＭ５２との間の光路上に配置される場合、第２の反射型ＳＬＭ５２に入射する直前の第１の変調光Ｌ５の偏光面の角度を任意に制御することができ、上述した効果を同様に奏することができる。
　（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る光学モジュール１Ｅの構成を示す図である。図６に示されるように、この光学モジュール１Ｅは、図１に示された光学モジュール１Ａを２つ組み合わせて構成されている。すなわち、一方の光学モジュール１Ａの光出射面１３と、他方の光学モジュール１Ａの光入射面１２とが光学的に結合されており、一方の光学モジュール１Ａから出力された第２の変調光Ｌ３が、他方の光学モジュール１Ａへ入射光Ｌ１として入力される。
　本実施形態のように、光学モジュールは、前述した各実施形態および各変形例の光学モジュール１Ａ～１Ｄが多段に組み合わされて構成されてもよい。その場合、同一の構成を備える光学モジュール同士を組み合わせてもよく、互いに異なる構成を備える光学モジュール同士を組み合わせてもよい。これにより、３個以上のＳＬＭを光学的に直列に配置することが可能となる。
　本発明による光学モジュールは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した各実施形態および各変形例では、偏光ビームスプリッタとして断面矩形状（キューブ型）のものを例示したが、本発明では、例えばプレート型といった様々な形状の偏光ビームスプリッタを適用することができる。
　また、上述した各実施形態および各変形例では、偏光ビームスプリッタへの入射光の光軸に対して出射光（第２の変調光）の光軸が９０°若しくは０°を成しているが、これらの光軸がその他の角度を成すようにＳＬＭや偏光素子を配置してもよい。
　また、上述した各実施形態および各変形例では、上記のように断面矩形状（キューブ型）の偏光ビームスプリッタを用いているが、キューブ型の偏光ビームスプリッタの光分岐面はプレート型のものと比較して平面度が低く、光分岐面に形状歪みが存在し、反射光に波面収差を加えることがある。また、ＳＬＭの変調面も同様に、歪みによって変調光に波面収差を生じせしめる場合がある。これらのように、本発明の光学モジュールにおいて収差を発生させる要因がある場合、その収差を予め求めておき、この収差を除去し得るような位相変調パターンを各ＳＬＭの所望の位相変調パターンに加えるとよい。これにより、収差に影響され難い変調動作を実現することができる。
　また、上述した各実施形態および各変形例において、光学モジュールの用途によっては、ＳＬＭと偏光ビームスプリッタとの間隔調整を要する場合がある。そのような場合、光軸方向における偏光ビームスプリッタとの間隔を可変にする移動手段をＳＬＭに設けることが望ましい。
　また、上述した各実施形態および各変形例の光学モジュールの用途としては、観察対象物からの光を撮像する光観察装置が挙げられる。図７は、光観察装置２Ａの構成例を示す図である。この光観察装置２Ａは、上述した各実施形態および各変形例の光学モジュール（図には第１実施形態の光学モジュール１Ａを例示）、観察対象物８４が載置される載置台８７、観察対象物８４からの光を入射光Ｌ１（またはＬ４）として偏光ビームスプリッタ１０（または７０）に導く第１の導光光学系８５、偏光ビームスプリッタ１０（または７０）から出射された第２の変調光Ｌ３（またはＬ６）を導光する第２の導光光学系８６、第２の導光光学系８６によって導かれた第２の変調光Ｌ３（またはＬ６）を撮像する撮像装置８８を備えている。第１の導光光学系８５は、例えば、対物レンズなどから構成される。また、第２の導光光学系８６は、例えば、結像レンズやリレーレンズといった光学素子によって構成される。さらに、撮像装置８８は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子によって構成される。あるいは、第２の導光光学系８６がビームスキャナとリレーレンズ、結像レンズで構成され、撮像装置８８がピンホールと単一光検出器で構成されていても良い。
　また、上述した各実施形態および各変形例の光学モジュールの別の用途としては、照射対象物に光を照射する光照射装置が挙げられる。図８は、光照射装置２Ｂの構成例を示す図である。この光照射装置２Ｂは、上述した各実施形態および各変形例の光学モジュール（図には第１実施形態の光学モジュール１Ａを例示）、照射対象物９４を載置する載置台９７、偏光ビームスプリッタ１０（または７０）に入射する入射光Ｌ１（またはＬ４）を出力する光源９３、偏光ビームスプリッタ１０（または７０）から出射された第２の変調光Ｌ３（またはＬ６）を照射対象物９４に導く導光光学系９５を備える。光源９３としては、半導体レーザ素子などのレーザ光源やＬＥＤやＳＬＤ、ランプ系の光源などが挙げられる。また、導光光学系９５としては、対物レンズなどが挙げられる。
　本発明は、複数のＳＬＭが光学的に直列に配置される光学モジュール、光観察装置、及び光照射装置において、光学系全体の小型化を可能とする用途に適用することができる。
　１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…光学モジュール、１０，７０…偏光ビームスプリッタ、１１，７１…光分岐面、１２，７２…光入射面、１３，７３…光出射面、１４，７４…第１の面、１５，７５…第２の面、１６，７６…１／２波長板、２０，２２…第１の偏光素子、３０，３２…第１の反射型ＳＬＭ、３１，３３…変調面、４０，４２…第２の偏光素子、５０，５２…第２の反射型ＳＬＭ、５１，５３…変調面、６０，６２…第３の偏光素子、Ｌ１，Ｌ４…入射光、Ｌ２，Ｌ５…第１の変調光、Ｌ３，Ｌ６…第２の変調光。

Claims (11)

  1. 　ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｐ偏光成分を含む入射光を前記光分岐面に受ける偏光ビームスプリッタと、
    　前記光分岐面を透過した前記入射光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第１の偏光素子と、
    　前記第１の偏光素子を通過した前記入射光を変調して第１の変調光を生成するとともに、前記第１の変調光を前記第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、
    　前記第１の偏光素子を再び通過し、前記光分岐面において反射された前記第１の変調光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第２の偏光素子と、
    　前記第２の偏光素子を通過した前記第１の変調光を変調して第２の変調光を生成するとともに、前記第２の変調光を前記第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、
    　前記第２の変調光は、前記第２の偏光素子を再び通過した後、前記光分岐面を透過して出力されることを特徴とする、光学モジュール。
  2. 　前記偏光ビームスプリッタが、
    　前記入射光を受ける光入射面と、
    　前記第２の変調光を出力する光出射面と、
    　前記第１の偏光素子と光学的に結合された第１の面と、
    　前記第２の偏光素子と光学的に結合された第２の面と
    　を有することを特徴とする、請求項１に記載の光学モジュール。
  3. 　前記光入射面と前記第１の面とが第１の方向に並んで配置されており、
    　前記光出射面と前記第２の面とが、前記第１の方向と交差する第２の方向に並んで配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の光学モジュール。
  4. 　前記光入射面と光学的に結合された第３の偏光素子を更に備え、
    　前記第３の偏光素子は、前記入射光がｐ偏光成分を含むように前記入射光の偏光面を回転させることを特徴とする、請求項２または３に記載の光学モジュール。
  5. 　ｓ偏光成分を反射してｐ偏光成分を透過する光分岐面を有し、ｓ偏光成分を含む入射光を前記光分岐面に受ける偏光ビームスプリッタと、
    　前記光分岐面において反射された前記入射光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第１の偏光素子と、
    　前記第１の偏光素子を通過した前記入射光を変調して第１の変調光を生成するとともに、前記第１の変調光を前記第１の偏光素子へ反射する第１の反射型空間光変調器と、
    　前記第１の偏光素子を再び通過し、前記光分岐面を透過した前記第１の変調光の偏光面を回転させる非相反性の光学活性を有する第２の偏光素子と、
    　前記第２の偏光素子を通過した前記第１の変調光を変調して第２の変調光を生成するとともに、前記第２の変調光を前記第２の偏光素子へ反射する第２の反射型空間光変調器と、を備え、
    　前記第２の変調光は、前記第２の偏光素子を再び通過した後、前記光分岐面において反射されて出力されることを特徴とする、光学モジュール。
  6. 　前記偏光ビームスプリッタが、
    　前記入射光を受ける光入射面と、
    　前記第２の変調光を出力する光出射面と、
    　前記第１の偏光素子と光学的に結合された第１の面と、
    　前記第２の偏光素子と光学的に結合された第２の面と
    　を有することを特徴とする、請求項５に記載の光学モジュール。
  7. 　前記光入射面と前記光出射面とが第１の方向に並んで配置されており、
    　前記第１の面と前記第２の面とが、前記第１の方向と交差する第２の方向に並んで配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の光学モジュール。
  8. 　前記光入射面と光学的に結合された第３の偏光素子を更に備え、
    　前記第３の偏光素子は、前記入射光がｓ偏光成分を含むように前記入射光の偏光面を回転させることを特徴とする、請求項６または７に記載の光学モジュール。
  9. 　前記偏光ビームスプリッタと前記第１の反射型空間光変調器との間、もしくは前記偏光ビームスプリッタと前記第２の反射型空間光変調器との間のうちいずれか一方に配置された２分の１波長板を更に備えることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載された光学モジュールと、
    　観察対象物が載置される載置台と、
    　前記観察対象物からの光を前記入射光として前記偏光ビームスプリッタに導く第１の導光光学系と、
    　前記偏光ビームスプリッタから出射された前記第２の変調光を導光する第２の導光光学系と、
    　前記第２の導光光学系によって導かれた前記第２の変調光を撮像する撮像装置と
    　を備えることを特徴とする、光観察装置。
  11. 　請求項１～９のいずれか一項に記載された光学モジュールと、
    　照射対象物が載置される載置台と、
    　前記偏光ビームスプリッタに入射する前記入射光を出力する光源と、
    　前記偏光ビームスプリッタから出射された前記第２の変調光を前記照射対象物に導く導光光学系と
    　を備えることを特徴とする、光照射装置。
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