JPH06265930A

JPH06265930A - 空間光変調装置

Info

Publication number: JPH06265930A
Application number: JP7907893A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Kosaka; 直久向坂; Narihiro Yoshida; 成浩吉田; Haruyoshi Toyoda; 晴義豊田; Terushige Hori; 輝成堀; Yuji Kobayashi; 祐二小林; Tsutomu Hara; 勉原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JP2670960B2

Abstract

(57)【要約】【目的】様々な入力光の入力に対し常に高い回折効率
にて読みだし光を変調することが可能な空間光変調装置
をを提供することを目的とする。【構成】光アドレス型空間光変調器１では、光導電層１
３からなる光アドレス部とネマチック液晶分子が平行か
つ捻れなく並んだ液晶層１６からなる光変調部が、一対
の透明電極１２、１８の間に積層されている。駆動電源
２がこの透明電極間に駆動電圧を印加する。空間光変調
器１の光アドレス部には入力光が照射され、光変調部に
は読みだし光が照射される。光変調部は照射された読み
だし光を入力光に応じて変調する。回折光強度検出器３
が、変調された読みだし光が形成する回折光の強度を検
出する。フィードバック制御器４が、回折光強度検出器
３の出力に応じて、入力光の強度と駆動電圧の少なくと
も一方を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光アドレス型の空間光
変調装置、より詳しくは、回折効率が高く、相関器やホ
ログラム再生装置に好適な光アドレス型の空間光変調装
置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】光アドレス型の空間光変調器（以下、
「空間光変調器」という）としては、光変調部にツイス
トネマチック液晶を用いた強度変調型の空間光変調器
（ＴＮＬＣ−ＳＬＭ）や、強誘電性液晶を用いた強誘電
性液晶空間光変調器（ＦＬＣ−ＳＬＭ）等が従来より提
案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これら従来のＴＮＬＣ
−ＳＬＭやＦＬＣ−ＳＬＭには、その回折効率が低いと
いう問題があった。このため、これらを相関器に応用し
た場合、強い相関ピークが得られずＳ／Ｎ比が低くなる
といった問題が生じていた。特にＴＮＬＣ−ＳＬＭで
は、読みだし光が必ず強度変調を受けてしまうため、相
関器の効率が非常に低くなってしまうといった問題も生
じていた。同様の理由から、ＴＮＬＣ−ＳＬＭやＦＬＣ
−ＳＬＭをホログラム再生装置に応用する場合にも、そ
の効率が低いという問題が生じていた。

【０００４】一方、本出願人は、既に、特願平４−２０
３５０５号に、ダイナミックレンジの大きい位相変調を
得ることができる光アドレス型の空間光変調器を提案し
ている。

【０００５】図７に示すように、この空間光変調器１で
は、光変調部としての平行配向ネマチック液晶層１６
が、一対の配向層１５と１７の間に設けられている。配
向層１５の液晶層１６と反対の側には、ミラー１４と、
光アドレス部としての光導電層１３と、透明導電膜１２
と、入力側ガラス基板１１が、この順に設けられてい
る。また、該配向層１７のネマチック液晶層１６と反対
の側には、透明導電膜１８と、読みだし側ガラス基板１
９とが設けられている。ここで、配向層１５と１７のラ
ビングの向きは同方向にしてあり、ネマチック液晶層１
６の液晶分子は図８（Ａ）に示すように、捻れることな
く基板１１、１９に対し平行に並んだ構造になっている
（平行配向またはホモジニアス配向）。なお、比較のた
め、図８（Ｂ）に、ＴＮＬＣ−ＳＬＭの光変調層で採用
されているツイストネマチック配向構造を示す。光導電
層１３は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）、ＣｄＳ、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀、有機光導電体（ＰＶ
Ｋ）等からなる。また、ミラー層１４は、例えば、誘電
体ミラーからなる。配向層１５と１７は、ＰＶＡまたは
ポリイミドをミラー１４及び透明導電膜１８にコーティ
ングした後ラビングを施して作製しても良いし、ＳｉＯ
の斜め蒸着やＬＢ膜の形成等で作製しても良い。空間光
変調器１の一対の導電膜１２と１８との間には、駆動電
源２から交流の駆動電圧（振幅Ｖ）が印加されている。

【０００６】かかる構成の平行配向型ネマチック液晶空
間光変調器１の動作を以下説明する。入力側ガラス基板
１１を介して光導電層１３に入力光が入射するとその部
分の抵抗が入力光強度に応じて低くなり、液晶層１６に
入力光強度に応じた電圧がかかる。液晶分子がその電圧
に応じた度合いで導電膜１２・１８に対して立ち上がる
ように動く。この結果、液晶分子の長さ方向に偏光した
光（図８（Ａ）の矢印ａで示す偏波面を有する光）に対
する屈折率が変化する。ただし、液晶分子の長さ方向に
対し垂直に偏光した光（図８（Ａ）の矢印ｂで示す偏波
面を有する光）に対しては屈折率は何等変化しない。し
たがって、液晶分子の長さ方向に偏光したコヒーレント
な読みだし光を読みだし側ガラス基板１９を介して液晶
層１６に入射すると、この光は屈折率変化に応じた位相
変調を受ける。一方、液晶分子の長さ方向に垂直に偏光
した読みだし光を入射しても、これは何の影響も受けな
い。

【０００７】このように、空間光変調器１は液晶分子の
長さ方向に偏光した読みだし光に対し、その位相のみを
変調することができるため、ＴＮＬＣ−ＳＬＭやＦＬＣ
−ＳＬＭ等に比べ大きな回折効率を得ることができると
考えられる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上記位相変調型
の空間光変調器１を利用して、様々な入力光の入力に対
し常に高い回折効率にて読みだし光を変調することが可
能な空間光変調装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記空間
光変調装置１について鋭意研究・検討を重ねた結果、か
かる空間光変調器１が以下の図９及び図１０に示す特性
を有していることを発見した。

【００１０】図９は、空間光変調器１に一定の空間周波
数を有する縞状入力パターンを入力した場合において、
その入力パターンの光強度（光強度平均）を変化させる
と液晶層１６が読みだし光に対し与える位相変化量がお
よそどのように変化するかを、複数の駆動電圧値（より
詳しくは交流駆動電圧の振幅値）Ｖに対してそれぞれ示
したものである。この図から明らかなように、駆動電圧
を変化させると、ある所望の位相変化量（△Φ₀）が得
られる入力パターン光強度が変化することがわかる。つ
まり、駆動電圧Ｖまたは／及び入力パターン光強度を制
御すれば、一定の位相変化量△Φ₀を常に得ることがで
きることがわかる。

【００１１】また、図１０は、一定の空間周波数の縞状
入力パターンを入力した場合において、空間光変調器１
が読みだし光に与える位相変化量（△Φ）を変化させる
と、１次回折光についての回折効率がおよそどのように
変化するかを示したものである。この図から明かなよう
に、位相変化量が１．１８πの時に回折効率が最大（約
３３．９％）となることがわかる。

【００１２】したがって、図１０より、ある値の空間周
波数の入力パターンに対し最大の回折効率が得られる位
相変化量が存在することが明かとなった。さらに図９よ
り、駆動電圧及び／又は入力光強度を制御することによ
り任意の位相変化量が得られることが明かとなった。し
たがって、駆動電圧及び／または入力光強度を制御する
ことにより、任意の入力パターンに対し常に最大の回折
効率が得られるように空間光変調器１を駆動させること
が可能であることがわかった。

【００１３】以上の発見に基づき、本発明は、空間光変
調器１の入力光強度及び／または駆動電圧を制御するこ
とにより、様々な入力パターン光に対し、常に高い回折
効率にて読みだし光を変調することができるようにして
上記目的を達成したものである。

【００１４】すなわち、上記目的を達成するため、本発
明の空間光変調装置は、光導電層からなる光アドレス部
とネマチック液晶分子が平行かつ捻れなく並んだ液晶層
からなる光変調部が一対の透明電極の間に積層された光
アドレス型空間光変調器と、該一対の透明電極の間に駆
動電圧を印加するための駆動電圧印加手段と、該光アド
レス部に入力光が照射されている状態において該光変調
部に照射された読みだし光が該光変調部において変調さ
れることにより形成する回折光の強度を検出するための
光強度検出手段と、該光強度検出手段の出力に応じて、
該空間光変調器の光アドレス部に照射される入力光の強
度と該駆動電圧の少なくとも一方を制御するための制御
手段とを備えている。

【００１５】

【作用】上記構成を有する本発明の空間光変調装置にお
いては、駆動電圧印加手段が、光アドレス型空間光変調
器に駆動電圧を印加する。光アドレス型空間光変調器の
光アドレス部には入力光が照射され、光変調部には読み
だし光が照射される。光変調部は照射された読みだし光
を入力光に応じて変調する。光強度検出手段が、変調さ
れた読みだし光が形成する回折光の強度を検出する。制
御手段が、光強度検出手段の出力に応じて、入力光の強
度と駆動電圧の少なくとも一方を制御する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１７】本発明者らは、以下に記載するような材料
及び方法にて空間光変調器１を作製した。ガラス基板１
１にＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）膜をコーティングして
透明導電膜１２を形成した。その上に、水素化アモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を５［μｍ］の厚さに形
成し光導電層１３とした。その上に、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂
からなる誘電体多層膜を形成して、ミラー層１４とし
た。このミラー層１４の上にＳｉＯを斜め蒸着して配向
層１５を形成した。一方、ガラス基板１９にもＩＴＯ膜
をコーティングして透明導電膜１８を形成した。その上
にＳｉＯを斜め蒸着して配向層１７を形成した。ここ
で、配向層１７のラビングの向きは、配向層１５のラビ
ングの向きと同方向になるように形成した。このように
してできた配向層１５と１７の間に、間隔を８［μｍ］
程度として周囲を囲むようにセルを形成し、これにネマ
チック液晶（ここでは、メルク社製の「Ｅ４４」を用い
た）を注入した。この結果、液晶分子が捻れることなく
ガラス基板１１・１９に対し平行に並んだ構造の液晶層
１６が形成された。

【００１８】本発明者らは、このように作製した空間光
変調器１の特性を調べるべく以下の実験を行った。ま
ず、水素化アモルファスシリコン層１３に縞状の入力パ
ターン光を入力し、液晶層１６に屈折率のグレーティン
グを記録した。液晶層１６に一様な読み出し光を入射
し、これが液晶層内で位相変調を受けることにより得ら
れる＋１次回折光の光強度を測定し回折効率を求めた。
種々の値の空間周波数の縞状入力パターン光を繰り返し
記録し、その度に、得られた＋１次回折光の光強度を測
定し回折効率を求めた。図１１にこの測定結果を示す。
この図より明らかなように、空間光変調器１により理論
限界３３．９％に近い最大３１％の回折効率が得られ
た。

【００１９】次に、一定の空間周波数の縞状入力パター
ン光を光導電層１３に入射させたまま、交流駆動電圧の
振幅Ｖ及び／または入力パターン光強度を変化させるこ
とにより液晶層１６の読みだし光に与える位相変化量
（液晶層の屈折率グレーティングの深さに対応）を種々
の値に変化させて、そのつど、得られた０次、＋１次、
＋２次、及び、＋３次の回折光の光強度を測定しそれぞ
れの回折効率を求めた。図１２にこの測定結果を示す。
なお、ラマン・ナス回折と仮定して計算した理論値も合
わせて示してある。このグラフより明かなように、測定
結果は、理論値とよく一致している。なお、この測定結
果は図１０に対応している。

【００２０】次に、空間光変調器１に一定の振幅の交流
駆動電圧を印加した状態で、これに一定の空間周波数を
有する縞状入力パターンを入力させ、その光強度（光強
度平均）を変化させた。この場合に、液晶層１６が読み
だし光に対し与える位相変化量がどのように変化するか
を測定した。かかる測定を、駆動電圧振幅値Ｖを様々な
値に変化させて実施した。なお、読みだし光としては、
液晶分子の長さ方向に偏光した光の他、液晶分子の長さ
方向に対して垂直に偏光した光をも使用した。図１３に
この測定結果を示す。なお、この測定結果は図９に対応
している。また、この図より、液晶分子の長さ方向に対
して垂直に偏光した読みだし光に対しては位相変調が行
われないことがわかる。

【００２１】図１１乃至図１３より明かなように、駆動
電圧Ｖや入力光強度を調整することにより、回折効率を
最大になるように制御できることがわかった。

【００２２】さらに、空間光変調器１に一定の振幅の交
流駆動電圧を印加した状態で、これに一定の光強度（光
強度平均）でかつ一定の空間周波数を有する縞状入力パ
ターンを入力させた。この状態で、読みだし光の光強度
を様々の値に変化させて、得られる＋１次回折光の光強
度を測定し回折効率を求めた。なお、比較のため、液晶
層１６を平行配向させる代わりにツイストネマチック配
向させた空間光変調器（すなわち、ＴＮＬＣ−ＳＬＭ：
図８（Ｂ））についても同様の実験を行った。図１４
（Ａ）に本発明の空間光変調器に対して得られた＋１次
回折光強度と回折効率を示し、図１４（Ｂ）にＴＮＬＣ
−ＳＬＭに対して得られた＋１次回折光強度と回折効率
を示す。この結果から明らかなように、本発明の平行配
向型の空間光変調器では、ＴＮＬＣ型と異なり、読み出
し光強度を大きくしても回折効率がほとんど下がらない
ことがわかった。換言すれば、本発明の空間光変調器１
は、読み出し光がミラー層１４を通過して光導電層１３
に入射しても、特性に与える影響が小さいという利点が
あることがわかった。ミラー層１４の反射率は通常９
９．９％以上であるが、読み出し光が強くなるともれ光
の量が無視できなくなる。したがって、ＴＮＬＣ−ＳＬ
Ｍなどでは、光導電層１３とミラー層１４の間にＣｄＴ
ｅなどからなる遮光層を設けている。しかしながら、平
行配向型の本発明の空間光変調器１では、この測定結果
より明かなように読み出し光の影響をあまり受けないた
めかかる遮光層を設ける必要がない。したがって、本発
明の空間光変調器１は、その作製が容易となる他、動作
安定性が良い、解像度劣化がないなどの利点がある。な
お、ＦＬＣ−ＳＬＭには遮光層を設けないタイプもある
が、その駆動に際しては、読み出し光をスィッチング制
御し書き込み動作中に読みだし光が入射しないようにす
る必要がある。これに対し、本発明の空間光変調器１で
はこのような複雑なシステムも不用となる。

【００２３】以上詳述した実験結果より、図７に示す平
行配向型のネマチック液晶空間光変調器１は、一般に、
およそ図９及び１０の特性を有していると考えられる。

【００２４】そこで、本発明では、上述の特性を有する
空間光変調器１を利用して、略最大の回折効率を常に得
ることができる空間光変調装置１００を図１に示すよう
に構成した。

【００２５】本発明の空間光変調装置１００は、空間光
変調器１と駆動電源２と回折光強度検出器３とフィード
バック制御器４とを備えている。ここで、駆動電源２
は、例えば周波数が１［ｋＨｚ］で振幅が５［Ｖ］の矩
形波状電圧（交流電圧）を発生させるための矩形波発生
器２１と、矩形波発生器２１からの矩形波状電圧の振幅
を減衰させるための減衰器２２とからなる。回折光強度
検出器３は、液晶層１６内で位相変調された読みだし光
が形成する回折光の光強度を検出するように配置されて
いる。具体的には、回折光強度検出器３は、位相変調さ
れた読みだし光が形成する＋１次または−１次の回折光
の光強度（以下、「一次回折光強度Ｉ」という）を検出
するように配置されている。かかる回折光強度検出器３
は、例えばフォトダイオードからなる。フィードバック
制御器４は、回折光強度検出器３と駆動電源２の減衰器
２２に接続されており、検出された回折光強度値に基づ
き減衰器２２をフィードバック制御する。より詳しく
は、フィードバック制御器４は、検出された回折光強度
値に基づき減衰器２２の減衰率をフィードバック調整し
て、空間光変調器１に印加される矩形波状電圧の振幅を
調整する。

【００２６】かかる構成の空間光変調装置１００では、
フィードバック制御器４は、いわゆる山登り法により駆
動電源２をフィードバック制御して、一次回折光強度Ｉ
がその最大値付近を振動するようにしている。以下、こ
の空間光変調装置１００の動作について、図１及び図２
のフローチャートを参照して詳細に説明する。空間光変
調器１の光導電層１３には入力側ガラス基板１１を介し
て入力パターン光が入射している。また、液晶層１６に
は読みだし側ガラス基板１９を介して読みだし光が入射
している。なお、この読みだし光は、液晶層１６の液晶
分子の長さ方向に偏光した直線偏光状態にあるコヒーレ
ント光である。この状態において、フィードバック制御
器４はまず初期設定を行い、後述する第１回目の駆動の
矩形波の振幅Ｖ₁として所定の値Ｖを設定すると共に、
やはり後述する第１回目の調整値ΔＶ₁として所定の値
ΔＶを設定する（ステップＳ１）。次に、フィードバッ
ク制御器４は、減衰器２２の減衰率を調整し空間光変調
器１に振幅Ｖ₁（＝Ｖ）の矩形波状電圧が印加されるよ
うにする。すなわち、第１回目の空間光変調器１の駆動
を実行する（ステップＳ２）。この結果、液晶層１６の
液晶分子が入力パターンの強度分布に対応して立ち上が
り、液晶分子の長さ方向に偏光した光に対する屈折率が
変化する。すなわち、液晶層１６に入力パターンが書き
込まれる。液晶層１６に入射した読みだし光は入力パタ
ーンに応じた位相変調を受け、ミラー層１４で反射され
て再び読みだし側ガラス基板１９から出射する。出射し
た読みだし光は、入力パターンに応じた一次回折光を結
像する。回折光強度検出器３が、この一次回折光の光強
度Ｉ₁を検出し、検出結果を示す信号をフィードバック
制御器４に出力する。フィードバック制御器４は、検出
値Ｉ₁を格納する（ステップＳ３）。次いで、フィード
バック制御器４は減衰器２２の減衰率を再調整し、空間
光変調器１にＶ₂＝Ｖ₁＋ΔＶ₁（＝Ｖ＋ΔＶ）の振幅の
矩形波状電圧が印加されるようにして第２回目の駆動を
実行する（ステップＳ４、Ｓ５）。上述と同様に、得ら
れた一次回折光の光強度Ｉ₂を回折光強度検出器３が検
出し、フィードバック制御器４が検出値Ｉ₂を格納する
（ステップＳ６）。フィードバック制御器４は、格納さ
れている検出値Ｉ₁とＩ₂を比較する（ステップＳ７）。
Ｉ₁＜Ｉ₂ならば、フィードバック制御器４は、ステップ
Ｓ８にてｍ＝２を設定し、第２回目の調整値ΔＶ₂とし
てΔＶ₂＝（−１）^m（ΔＶ₁）＝（−１）²（ΔＶ₁）＝
ΔＶ₁（＝ΔＶ）を設定する（ステップＳ１０、Ｓ１
１）。すなわち、ΔＶ₂をΔＶ₁と等しく設定する。その
後、フィードバック制御器４は、減衰器２２の減衰率を
再調整し、空間光変調器１にＶ₃＝Ｖ₂＋ΔＶ₂（＝Ｖ₂＋
ΔＶ₁＝Ｖ₂＋ΔＶ）の振幅の矩形波状電圧が印加される
ようにして、第３回目の駆動を実行する（ステップＳ
５）。一方、Ｉ₁＞Ｉ₂ならば、フィードバック制御器４
は、ステップＳ９にてｍ＝１を設定し、第２回目の調整
値ΔＶ₂としてΔＶ₂＝（−１）^m（ΔＶ₁）＝（−１）¹
（ΔＶ₁）＝−ΔＶ₁＝−ΔＶを設定する（ステップＳ１
０、１１）。すなわち、ΔＶ₂をΔＶ₁と絶対値が等しく
符号が逆になるように設定する。その後、フィードバッ
ク制御器４は、減衰器２２の減衰率を再設定し、空間光
変調器１にＶ₃＝Ｖ₂＋ΔＶ₂（＝Ｖ₂−（ΔＶ₁）＝Ｖ₂−
ΔＶ）の振幅の矩形波状電圧が印加されるようにして、
第３回目の駆動を実行する（ステップＳ５）。

【００２７】このようにして、フィードバック制御器４
は、振幅Ｖ_i-1の矩形波を採用した（ｉ−１）回目の駆
動により得られたＩ_i-1と、振幅Ｖ_i（＝Ｖ_i-1＋Δ
Ｖ_i-1）の矩形波を採用したｉ回目の駆動で得られたＩ_i
とを比較して（ステップＳ７）、Ｉ_iの方がＩ_i-1より大
きくなったならば、（ｉ＋１）回目の駆動で採用する振
幅Ｖ_i ₊₁（＝Ｖ_i＋ΔＶ_i）を決定するΔＶ_iをΔＶ_i-1と
同符号に設定し（ステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１１）、Ｉ
_iの方がＩ_i-1より小さくなってしまったならばΔＶ_iを
ΔＶ_i-1とは逆符号に設定する（ステップＳ９、Ｓ１
０、Ｓ１１）。矩形波の振幅をかかる山登り法によりフ
ィードバック制御しながら空間光変調器１を繰り返し駆
動していくと、一次回折光強度値Ｉはその最大値付近で
振動するようになる。したがって、空間光変調器１をそ
の回折効率が略最大になるようにフィードバック制御す
ることができる。

【００２８】なお、調整値ΔＶ_iの絶対値ΔＶは小さい
ほど良い。一次回折光強度Ｉをより最大値に近づけさせ
ることができるからである。一次回折光強度Ｉをさらに
最大値に近づけるためには、調整値ΔＶ_iの絶対値を一
定値ΔＶとせず以下のように設定することが好ましい。
すなわち、ステップＳ７にて検出値Ｉ_iとＩ_i-1の差の絶
対値｜Ｉ_i−Ｉ_i-1｜を求め、ステップＳ１１で、調整値
ΔＶ_iの絶対値を絶対値｜Ｉ_i−Ｉ_i-1｜に比例した値に
設定すれば良い。すなわち、ΔＶ_i＝（−１）^m・α・｜
Ｉ_i−Ｉ_i-1｜となるように設定すれば良い。（なお、α
は比例定数である。）

【００２９】上記実施例においては、回折光強度検出器
３を一次回折光強度を検出するように配置しているが、
０次回折光強度（以下、「０次回折光強度Ｉ’」とい
う）を検出するように配置しても良い。この場合には、
フィードバック制御器４は、０次回折光強度Ｉ’がその
最小値付近を振動するように山登り法により駆動電源２
を制御すれば良い。その動作を図３のフローチャートに
示す。図３より明かなように、この場合には、フィード
バック制御器４は、振幅Ｖ_i-1の矩形波を採用した（ｉ
−１）回目の駆動により得られたＩ’_i-1と、振幅Ｖ
_i（＝Ｖ_i-1＋ΔＶ_i-1）の矩形波を採用したｉ回目の駆
動で得られたＩ’_iとを比較して（ステップＳ７）、
Ｉ’_iの方がＩ’_i-1より小さくなったならば、（ｉ＋
１）回目の駆動で採用する振幅Ｖ_i+1（＝Ｖ_i＋ΔＶ_i）
を決定するΔＶ_iをΔＶ_i-1と同符号とし（ステップＳ
８、Ｓ１０、Ｓ１１）、Ｉ’_iの方がＩ’_i-1より大きく
なってしまったならばΔＶ_iをΔＶ_i-1とは逆符号にすれ
ば良い（ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１）。かかる調整
により、空間光変調器１をその回折効率が略最大になる
ように制御することができる。

【００３０】なお、上記空間光変調装置１００では、フ
ィードバック制御器４が空間光変調器１の駆動電圧をフ
ィードバック制御している。しかしながら、図１に点線
にて示したように、フィードバック制御器４を入力パタ
ーン光源５に接続させ、入力パターン光強度をフィード
バック制御するようにしても良い。この場合において
も、図２及び１１に示すいわゆる山登り法により入力パ
ターン光強度を調整すれば良い。さらに、かかる入力パ
ターン光強度のフィードバック制御を、駆動電圧のフィ
ードバック制御と併せて行うようにしても良い。

【００３１】以上のように本発明の空間光変調装置１０
０によれば、様々な入力パターン光に対し、空間光変調
器１の回折効率を常に略最大に維持することができる。

【００３２】上記本発明の空間光変調装置１００の応用
例を以下、説明する。

【００３３】図４に、空間光変調装置１００を応用した
合同変換型相関器（Joint Transform Correlation:ＪＴ
Ｃ）２００を示す。合同変換型相関器とは、二つの入力
パターン間の相関値を求めるためのものである。この合
同変換型相関器２００では、上記本発明の空間光変調装
置１００を二つ採用している（以下、「空間光変調装置
１００Ａ、１００Ｂ」という）。ここで、空間光変調装
置１００Ａは、０次回折光強度Ｉ’を検出しこれを略最
小とするようフィードバック制御するタイプ（図３のタ
イプ）であり、空間光変調装置１００Ｂは、一次回折光
強度Ｉを検出しこれを略最大とするようフィードバック
制御するタイプ（図２のタイプ）である。

【００３４】かかる合同変換型相関器２００について、
以下、詳細に説明する。合同変換型相関器２００では、
空間光変調装置１００Ａの空間光変調器１（以下、「空
間光変調器１Ａ」という）の光導電層１３に、入力側ガ
ラス基板１１を介して二つの入力パターンＰ₁・Ｐ₂を同
時に入射させ、液晶層１６内にパターンＰ₁とＰ₂（詳し
くはその強度分布）を書き込む。液晶層１６の液晶分子
の長さ方向に偏光した直線偏光状態の読みだし光（コヒ
ーレント光）を、ハーフミラー２０１を介して、空間光
変調器１Ａの読みだし側ガラス基板１９に照射する。液
晶層１６内でパターンＰ₁・Ｐ₂に応じた位相変調を受け
出射した読みだし光は、ハーフミラー２０１を透過した
のちフーリエ変換レンズ２０２で空間的にフーリエ変換
され、そのフーリエ変換面上にパターンＰ ₁・Ｐ₂のフー
リエパターン（以下、「第一のフーリエパターン」とい
う）Ｐ_fを結像する。フーリエ変換面上には空間光変調
装置１００Ｂの空間光変調器１（以下、「空間光変調器
１Ｂ」という）が配置されている。したがって、第一の
フーリエパターンＰ_fが空間光変調器１Ｂの入力側ガラ
ス基板１１を介して光導電層１３に結像される。この結
果、液晶層１６に第一のフーリエパターンＰ_f（より詳
しくはその強度分布、つまり、パターンＰ₁、Ｐ₂のパワ
ースペクトル）が書き込まれる。フーリエ変換レンズ２
０２と空間光変調器１Ｂの間にはハーフミラー２０３が
設けられており、第一のフーリエパターンＰ_fの０次光
成分が空間光変調装置１００Ａの回折光強度検出器３
（以下、「回折光強度検出器３Ａ」という）に結像され
る。フィードバック制御器４（以下、「フィードバック
制御器４Ａ」という）が、回折光強度検出器３Ａで検出
された第一のフーリエパターンＰ_fの０次光成分Ｉ’が
略最小となるよう、すなわち、空間光変調器１Ａの回折
効率が略最大になるよう、駆動電源２（以下、「駆動電
源２Ａ」という）をフィードバック制御する。

【００３５】液晶層１６の液晶分子の長さ方向に偏光し
た直線偏光状態の読みだし光（コヒーレント光）を、ハ
ーフミラー２０４を介して、空間光変調器１Ｂの読みだ
し側ガラス基板１９に照射する。この読みだし光は、液
晶層１６内で第一のフーリエパターンＰ_fに応じた位相
変調を受けたのち出射し、ハーフミラー２０４を透過し
フーリエ変換レンズ２０５で空間的にフーリエ変換され
て、そのフーリエ変換面上に第一のフーリエパターンＰ
_fのフーリエパターン（以下、第二のフーリエパター
ン」という）Ｐ_f’を結像する。ここで、第二のフーリ
エパターンＰ_f’は、パターンＰ₁、Ｐ₂の強度に対応し
た０次光と、これを中心として点対称上に並んだ＋１次
及び−１次光からなる。＋１次及び−１次光の結像位置
はパターンＰ₁、Ｐ₂の相対的位置に対応しており、その
光強度はパターンＰ₁、Ｐ₂の相関に対応している。フー
リエ変換面上の−１次光が結像される位置には、空間光
変調装置１００Ｂの回折光強度検出器３（以下、「回折
光強度検出器３Ｂ」という）が配置されている。フィー
ドバック制御器４（以下、「フィードバック制御器４
Ｂ」という）が、回折光強度検出器３Ｂで検出された第
二のフーリエパターンＰ_f’の−１次光成分Ｉが略最大
となるよう、すなわち、空間光変調器１Ｂの回折効率が
略最大になるよう、駆動電源２（以下、「駆動電源２
Ｂ」という）をフィードバック制御する。一方、フーリ
エ変換面上の＋１次光が結像される位置には、他の回折
光強度検出器２０６が配置されている。検出器２０６
は、例えばフォトダイオードからなり、＋１次光強度を
検出しパターンＰ₁、Ｐ₂の相関を示す相関信号を出力す
る。

【００３６】以上の構成を有する合同変換型相関器２０
０によれば、採用した二つの空間光変調器１Ａ、１Ｂの
回折効率を常に略最大に制御しているため、強い相関ピ
ークを得ることができる。したがって、回折光強度検出
器２０６はＳ／Ｎ比の高い相関信号を得ることができ
る。また、様々なパターンＰ₁、Ｐ₂に対して、空間光変
調器の回折効率を常に最大にすることができるため、ノ
イズの少ない安定した測定を行うことができる。

【００３７】なお、上記の合同変換型相関器２００の空
間光変調装置１００Ａ、Ｂでは、検出された回折光強度
に基づいて、空間光変調器１Ａ、Ｂの駆動電圧をフィー
ドバック制御している。しかしながら、図４に点線で示
したように、回折光強度に基づき入力パターンＰ₁、Ｐ₂
の光強度をフィードバック調整するようにしても良い。
本発明者らは、既述のように作製した空間光変調器１を
利用して合同変換型相関器２００を構成し、これに様々
な光強度のパターンＰ₁、Ｐ₂を照射して、その際に回折
光強度検出器２０６にて得られる＋１次光強度（相関信
号）を検出した。その実験結果を図５に示す。（なお、
図の縦軸は、検出された＋１次回折光強度値を、その最
大値を１．０として規格化したものである。）この図よ
り、照射する入力パターンの強度に応じて＋１次光強度
（相関信号）の大きさが変化することがわかる。したが
って、入力パターンの光強度をフィードバック調整する
ことも極めて有効であることがわかる。

【００３８】図６は、本発明の空間光変調装置１００
（図１）の他の応用例としてのホログラム再生装置３０
０を示したものである。このホログラム再生装置３００
は、コンピュータ３０１内で作成されたＣＧＨ（Comput
er Generated Hologram）パターンを再生するための装
置である。ＣＲＴ３０２がコンピュータ３０１に接続さ
れており、ＣＧＨパターンを表示する。レンズ３０３が
このＣＧＨパターンを空間光変調器１の入力側ガラス基
板１１を介してその光導電層１３上に結像する。その結
果、ＣＧＨパターンが液晶層１６に書き込まれ、ＣＧＨ
パターンに対応した位相ホログラムが形成される。液晶
層１６の液晶分子の長さ方向に偏光した直線偏光状態の
コヒーレントな読みだし光が、ハーフミラー３０４で反
射され空間光変調器１の読みだし側ガラス基板１９に導
かれている。この読みだし光は、液晶層１６内でＣＧＨ
パターンに応じた位相変調を受けたのち出射し、ハーフ
ミラー３０４を透過しフーリエ変換レンズ３０５で空間
的にフーリエ変換される。この結果、そのフーリエ変換
面上に、ＣＧＨパターンのフーリエパターンである０次
光とホログラム再生像が得られる。空間光変調装置１０
０の回折光強度検出器３が、０次光が結像する位置に配
置されている。フィードバック制御器４が、検出器３の
検出結果に基づき図３に示す制御を行い、空間光変調器
１の回折効率が略最大となるようにしている。

【００３９】かかる構成のホログラム再生装置３００に
よれば、空間光変調器１が常にその回折効率が最大にな
るように制御されているため、効率よくホログラムを再
生することができる。

【００４０】なお、図６に示すように、空間光変調器１
に書き込まれるＣＧＨパターンの空間周波数は一定と考
えられる。したがって、図１２及び図１３の実験結果に
そのまま対応した制御を行うことができる。

【００４１】また、上記のホログラム再生装置３００の
空間光変調装置１００では、検出された回折光強度に基
づいて、空間光変調器１の駆動電圧をフィードバック制
御している。しかしながら、図６に点線で示したよう
に、回折光強度に基づきＣＧＨパターンの光強度をフィ
ードバック調整するようにしても良い。

【００４２】本発明は、上述した実施例の空間光変調装
置に限定されることなく、本発明の主旨から逸脱するこ
となく、種々の変更が可能となる。なお、本発明の空間
光変調装置には、本発明者らが実験にて作製した空間光
変調器に限らず、平行配向型のネマチック液晶空間光変
調器を一般に適用することができるのは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の空間光変調装置においては、光導電層からなる光
アドレス部とネマチック液晶分子が平行かつ捻れなく並
んだ液晶層からなる光変調部が一対の透明電極の間に積
層されて構成された光アドレス型空間光変調器の該一対
の透明電極の間に、駆動電圧印加手段が駆動電圧を印加
する。光アドレス型空間光変調器の光アドレス部には入
力光が照射され、光変調部には読みだし光が照射され
る。光変調部は照射された読みだし光を入力光に応じて
変調する。光強度検出手段が、変調された読みだし光が
形成する回折光の強度を検出する。制御手段が、光強度
検出手段の出力に応じて、入力光の強度と駆動電圧の少
なくとも一方を制御する。したがって、本発明の空間光
変調装置によれば、様々な入力光に対し、常に高い回折
効率にて読みだし光を変調することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図７の位相変調型空間光変調器を利用した本発
明の空間光変調装置を示す光学系統平面図である。

【図２】図１の空間光変調装置のフィードバック制御器
４が一次回折光強度が略最大となるようにフィードバッ
ク制御する制御動作を示すフローチャートである。

【図３】図１の空間光変調装置のフィードバック制御器
４が０次回折光強度が略最小となるようにフィードバッ
ク制御する制御動作を示すフローチャートである。

【図４】図１の空間光変調装置を応用した合同変換型相
関器を示す光学系統平面図である。

【図５】本発明者らが作製した図４の合同変換型相関器
におけるパターン光強度と相関信号値との関係を示すグ
ラフである。

【図６】図１の空間光変調装置を応用したホログラム再
生装置を示す光学系統平面図である。

【図７】本発明の空間光変調装置が採用する、光変調部
として平行配向ネマチック液晶層を有する位相変調型の
空間光変調器の構造を示す模式断面図である。

【図８】（Ａ）は平行配向ネマチック液晶層内の液晶の
配向の状態を示す説明図であり、（Ｂ）は、ツイストネ
マチック液晶層内の液晶の配向の状態を示す説明図であ
る。

【図９】図７の位相変調型空間光変調器の入出力特性、
すなわち、光アドレス部に一定の空間周波数の縞状入力
パターン光を入射した場合における、入力光強度と駆動
印加電圧及び光変調部が読みだし光に対し与える位相変
化量の関係を示すグラフである。

【図１０】図７の位相変調型空間光変調器の光アドレス
部に一定の空間周波数の縞状入力パターン光を入射した
場合における、光変調部が読みだし光に対し与える位相
変化量と、得られる回折効率との関係を示すグラフであ
る。

【図１１】本発明者らが作製した図７の位相変調型空間
光変調器の回折効率の空間周波数依存性を示すグラフで
ある。

【図１２】本発明者らが作製した図７の位相変調型空間
光変調器の光変調部が読みだし光に与える位相変化量と
回折効率との関係を示すグラフである。

【図１３】本発明者らが作製した図７の位相変調型空間
光変調器の入出力特性、すなわち、光アドレス部に一定
の空間周波数の縞状入力パターン光を入射した場合にお
ける、入力光強度と駆動印加電圧及び光変調部が読みだ
し光に対し与える位相変化量の関係を示すグラフであ
る。

【図１４】（Ａ）は、本発明者らが作製した図７の位相
変調型空間光変調器の読みだし光強度に対する回折効率
と＋１次回折光強度を示すグラフであり、（Ｂ）は、ツ
イストネマチック型空間光変調器の読みだし光強度に対
する回折効率と＋１次回折光強度を示すグラフである。

【符号の説明】

１空間光変調器２駆動電源３回折光強度検出器４フィードバック制御器１００空間光変調装置１００Ａ、１００Ｂ空間光変調装置２００合同変換型相関器２０２、２０５フーリエ変換レンズ３００ホログラム再生装置３０５フーリエ変換レンズ

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【図１１】

【図１】

【図２】

【図３】

【図９】

【図４】

【図６】

【図１０】

【図１２】

【図７】

【図８】

【図１３】

【図１４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀輝成静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者小林祐二静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者原勉静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導電層からなる光アドレス部とネマチ
ック液晶分子が平行かつ捻れなく並んだ液晶層からなる
光変調部が、一対の透明電極の間に積層された光アドレ
ス型空間光変調器と、該一対の透明電極の間に駆動電圧を印加するための駆動
電圧印加手段と、該光アドレス部に入力光が照射されている状態において
該光変調部に照射された読みだし光が該光変調部におい
て変調されることにより形成する回折光の強度を検出す
るための光強度検出手段と、該光強度検出手段の出力に応じて、該空間光変調器の光
アドレス部に照射される入力光の強度と該駆動電圧の少
なくとも一方を制御するための制御手段とを備えたこと
を特徴とする空間光変調装置。