JPH0220823A - 光空間位相変調方法及び光空間位相変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［４業上の利用分野］ この発明は光の空間位相分布を制御する光空間位相変調
り法及びそれに使用する光空間位相変調装「Ｃに関する
ものである。

［従来の技術］ 光の空間位相分布を制御する技術は各方面に応用されて
使用されている。例えば、高精度の表面形状測定、特に
球面や非球面の表面形状を持つ物品の表面形状測定、光
学機器を使用した伝送方式を採用したパターン認識シス
テム用のマツチド空間フィルタ（Ｈａｔｃｈｅｄ　５ｐ
ａｔｉａｌ　ｆｉｌｔｅｒ）関連の製造、または大気の
ような不定形で乱れ易い媒体中で作動する光学系を使用
した記録ｉ！！ｊ像の修正１なわちそのような媒体に起
因する収差の直接修正に利用される。

このような空間位相分布を制御する技術としては、従来
、それぞれ微小のアクチュエータによって駆動され若し
くは変形される鏡または可撓膜を使用し、鏡または可撓
膜の反射面を変形させ、入射７る光の反射光の空間的位
相分布を制御するもの、電場を印加することにより屈折
率が変化する電気視覚用結晶を用い、その屈折率の変化
によりその結晶を透過する光の空間位相分布を制御する
もの、或いは、電場を印加することにより変形可能なゲ
ルまたは油の層を用い、そのゲルまたは油の層の変形に
より、そこを通過する光の空間位相分布をυノ御するも
の笠がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、従来の技術は分解能が低く、応答速度が遅く
、かつ高価であるという問題点があり、これらの問題点
を解決した技術の開発が望まれている。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、分解能が高く、応答速度が早く、かつ廉価に実施す
ることができる光空間位相変調方法及びそこで使用する
光空間位相変調装置を提供することを目的とするもので
ある。

［Ｘ！題を解決Ｊるための手段］ この目的に対応して、この発明の光空間位相変調方法は
、位相変調すべぎ光束の光路中に液晶層を配に？シ、前
記液晶層を横断する電場の空間分布を制御することによ
って前記液晶層の屈折率の空間分布を制御し、これによ
って前記光束の空間位相を変調することを１１徴として
いる。

また、この発明の光空間位相変調装置は、位相変調すべ
き光束の光路中に光空間位相変調素子を配置し、前記光
空間（Ｏ相変副素子は液晶層と、前記液晶層の両側に位
置していて前記液晶層を横断する電場を形成し得る２つ
の電極とを右し、Ｏｆｆ記２つの電極のうちの少なくと
も一方の電極は前記液晶層に沿って分布しかつそれぞれ
独立して電圧を変化さＵ得る複数の小電極からなること
を特徴としている。

［作用］ ２つの電極に挟まれた液晶層を横切る電場を印加Ｊるこ
とにより前記液晶層内の分子の配列が変り、液晶層の屈
折率が変化し、その液晶層を通過づる光の位相が変調す
る。

また、電極の一方若しくは両方を多数の小電極にしてマ
トリックスに配列し、各小電極のボテフシ１？ルを個別
に制御可能に構成することにより、前記液晶層を横切る
電場の空間的分布を変え、これによって前記液晶層を通
過していく光の空間位相分布を変調する。

［実施例］ 以下、この発明の訂細を一実施例を示す図面について説
明する。

第４図において、１０は光空間位相変調装置であり、光
空間位相変調装置１０は光空間位相変調素子１、光源１
３、対物鏡Ｍ、ピンホールＥ１、レンズＬ１．Ｌ２．Ｌ
３．Ｌ４．Ｌｒ、、Ｌ６゜Ｌ７．Ｌ８．Ｌ９、鎮Ｍ１．
　Ｍ２．Ｍ３．Ｍ４、フィルタＦ２、ホログラムＨ１画
像センナＣ、コンピユー９００１画像処理装置ＩＱ、モ
ニター装置りを備えている。

光空間位相変調素子１は光の空間的位相分布を変調する
ために変調の対象である光源１３からの光束の光路中に
配置されて使用される。この光空間位相変調素子１は２
つのガラス板２，３の間に挟まれた液晶層４（約６μｍ
厚）からなっている。

これらのガラス板２，３には各々電極５．６が設けられ
てあって、一方のガラス板３の電４４６　Ｇｊ小電極か
らなっており、各小電極の電圧は個別に可変である。各
小雪ｌ４ｊ６は第２図に示すように多数がマトリックス
状に密に配列されて、走査′ｔｆｉ極駆動回路７、信号
電極駆動回路８によって個別に電場が印加され得る。こ
れらの小？ｌｆｆ１Ｊ１６は長り形に整列した１　６０
Ｘ１２０個のビクセルの中に置かれ、それぞれの電子回
路（走査電極駆＃Ｊ回路７、信号電極駆動回路８）は、
前記液晶層４をｖＩＶＪる電場分布を外部ビデオ信号に
従って変調可能なように設備されている。前記各ガラス
板２，３の内面は０〜３６０”のねじれでねじれたネマ
ブイックモードになるように処理されている。前記ガラ
ス板２．３の表面における分子の整列は第３図に示され
ている。

第３図は液晶層４における液晶の分子による入射光の偏
光の配向状態を示す説明図である。

図中、２１は液晶層４の前表面における液晶分子の配向
の方向を示している。

２２は液晶層４の後表面における液晶分子の配向の方向
を示している。

２３は液晶層４の前表面から入射した光の電場ベク］・
ルの配向の方向を示している。

２４は液晶層４の後表面から出射する光の電場ベクトル
の配向の方向を示している（液晶層４を横断する電場は
閾値に設定しである）。

この光空間位相変調素子１は光空間位相変調装！ｆ１０
を構成する第４図に示す変調光学装置１４の中に向かれ
ている。ヘリークム・ネオンレーザ光源等の光源１３か
らの偏光させられた光は顕微鏡の対物鏡Ｍによって拡げ
られ、ピンボールＦ１によって空間的に滅過され、レン
ズＬ１によって平行光にされた後に鏡Ｍ１によって変調
光学装置１４に向けられる。光源１３からの濾過された
光はレンズＬ２とＬ３にＪ：って更に拡げられた後液晶
を用いた光空間位相変調素子１を透過りる。光空間位相
変調索子１に入ひＪする光の電場ベクトルは、最初のガ
ラス板２の表面の液晶分子の長軸と平行に整列される。

光空間位相変調素子１は、ねじれたネマチック層の始め
のレベルにごく近くで作用させられるので前記光の偏光
は液晶Ｎ４を透過り゛るどきにほとんどＯ〜３６０゛回
転する１、光空間位相変調素子１から出た光はレンズＬ
４によつＣ集光され、レンズＬ　を経て１１Ｍ２へ進む
。

レンズＬ　とＬ　は１１Ｍ２Ｊ−に光空間位相変調索子
１面の像を作るから、ｖｔＭ２は実際士【よ前記液晶層
の平面内にある如り（・ある、鏡Ｍ２からの反射光はレ
ンズＬ５．Ｌ４及び液晶層４を通っ−Ｃ戻る。液晶層を
通って戻るとき前記偏光Ｌｔ再びほぼ０〜３６０°ねじ
り戻されるので、前記光空間位相変調索子１を２回透過
後の光の偏光状態は木質的に変っていない液晶層４の状
態と無関係なことになる。レンズＬ　どＬ　及び鎖Ｍ２
は次の場合は除き得る。すなわら、光空間位相変調素子
１の１り方の゛電極が、前記光が該光空間位相変調素子
１を透過りることなく液晶層４を通って直接に反射して
戻される」：うに考えＣ作られている場合ぐある。

さ’Ｃ＃ｉ記鏡Ｍ２で反射して戻る光は！１１Ｍ３に集
められてレンズＬ　に向けられ、レンズＬ６はそれを平
行光にする。ぞこからその光はレンズＬ７を通り、レン
ズＬ　はその光をフィルタＦ２の平面内にあるレンズＬ
７の焦点に集める。フィルタＦ２は光空間位相変調素子
１の小電極６のピクセル構造のうち変化のなかったもの
からの不用な回折結果を除去する。−での後レンズＬ８
はその光を平行光どしてからホログラム１−１に向ける
。このホ１−１グラム１１は必要に応じて使用されるも
のである。

液晶を用いた光空間位相変調索子１を通る光路長を一定
に保つことは困難であり、なお装置を低コストで製造す
ることは困難である。このため、前記液晶装置によって
持ち込まれた収差はかなり大さくなりがちであり、従つ
【前記ボログラムの［１的はこれらの収差を補正して前
記液晶装置からの？１の良い出力光を作ることである。

ホログラムＨから回折された補正流みの光は鏡Ｍ　によ
ってフーリエ変換レンズＬ９に向けられ、フーリエ平面
内の光分布は画像センυ−Ｃによって検出されかつ七ニ
ター装置りの上に表示される。

レンズＬ３．Ｌ６．Ｌ、及び［８は、フーリエ変換レン
ズＬ９が液晶層の平面内の光分布のフーリエ変換を形成
するように配列される。液晶層内の屈折ΣＦ分布はコン
ピュータＣＯによって制御；Ｓれた画像処理装置ＩＤか
らのビデオ信号によって制御される。

［発明の効果］ この発明の光空間位相変調方法及び光空間位相変調装置
では分解能が高く、かつ応答速度を高くすることができ
る。

光空間位相変調素子１の空間位相変調能力を実シ［する
ために、簡単な直線の格子が液畠装；この上に占かれ、
レンズＬ９のフーリエ平面内の回折パターンを調べた。

第５図は、８本の線をもつ１つの格子が液晶装置に古き
込まれたときにその液晶層を二ｍに通過した結果として
得られたおおよその位相分布を示す。第６図はレンズＬ
９のフーリエ平面内強度分布の測定結果を示す。格子構
造からの回折の０次回折光と２次回折光が明瞭に見られ
る。第７図は液晶平面において測定された強度分布を示
す。格子構造は全熱明白に見えず、この観察された回折
効果は液晶変調素子によって持ち込まれた空間位相分布
からのみ来たちのだとうごとを示しでいる。第８図は光
空間位相変調素子の上に１６木の線をもつ格子が書かれ
たときレンズＬ９のフーリエ平面に生じた強さ分布を示
す。回折次数は第６図（８本の線で得られた）にお（）
るにりも間隔が２倍あり、見られる結果は液晶層内で生
じた位相格子での正しい回折であることを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図は光空間位相変調素子の断面概略説明図、第２図
は光空間位相変調素子の平面概略説明図、第３図は光空
間位相変調素子へ入射した入射光の偏光の配向を示Ｊ説
明図、第４図は光空間位相変調装置を示す構成説明図、
第５図は変調された位相分布を示す説明図、第６図はフ
ーリエ平面内強度分布を示す説明図、第７図は液晶平面
内強度分布を示す説明図、及び第８図はフーリエ平面内
強度分布を示す説明図である。 １・・・光空間位相変調素子 ２．３・・・ガラス板 ４・・・液晶層 ５・・・電極 ６・・・小電極 ７・・・走査電極駆動回路 ８・・・信号電極駆動回路 １０・・・空間変調装置 １３・・・光源 １４・・・変調光学装置 Ｌ１〜Ｌ９・・・レンズ Ｍ１〜Ｍ４・・・鎖 Ｈ・・・ホログラム 第１図 第２区

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）位相変調すべき光束の光路中に液晶層を配置し、
   前記液晶層を横断する電場の空間分布を制御することに
   よって前記液晶層の屈折率の空間分布を制御し、これに
   よって前記光束の空間位相を変調することを特徴とする
   光空間位相変調方法
2. （２）位相変調すべき光束の光路中に光空間位相変調素
   子を配置し、前記光空間位相変調素子は液晶層と、前記
   液晶層の両側に位置していて前記液晶層を横断する電場
   を形成し得る２つの電極とを有し、前記２つの電極のう
   ちの少なくとも一方の電極は前記液晶層に沿って分布し
   かつそれぞれ独立して電圧を変化させ得る複数の小電極
   からなることを特徴とする光空間位相変調装置