WO2006035775A1

WO2006035775A1 - 空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法

Info

Publication number: WO2006035775A1
Application number: PCT/JP2005/017754
Authority: WO
Inventors: Hongxin Huang; Takashi Inoue
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2006-04-06
Also published as: JP4804358B2; JPWO2006035775A1

Abstract

　仮想基準直線（９）上に、ミラー（３，７）を配置し、仮想基準直線（９）から垂直方向にずれた位置に反射型ＳＬＭ（５）を配置する。仮想基準直線（９）に沿って入力してくる入力光がミラー（３）で反射し、反射型ＳＬＭ（５）に入射する。反射型ＳＬＭ（５）で変調され、素子反射面（５ｃ）で反射された光がミラー（７）で反射し仮想基準直線（９）になって出力される。　

Description

空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法

技術分野

[0001] 本発明は空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法に関する。背景技術

[0002] ディスプレイにお、て、ホログラムカラーフィルター付きの反射型空間光変調素子（以下、反射型 SLMという）に対しカップリングプリズムにより入射光を斜めに入射させたり（例えば、特許文献 1参照）、裏面側に反射ホログラムが配置された透過型空間光変調素子 SLM (以下、透過型 SLMという）に対しプリズムにより斜め読み出しを行つたり（例えば、特許文献 2参照）、複数の色フィルターからなるカラーホイールに対し反射ミラーにより斜め読み出しを行う（例えば、特許文献 3参照)ことが提案されている。ここで、反射型 SLMとは、素子反射面を有し入射光を反射させて用いる空間光変調素子（以下 SLMという）である。一方、透過型 SLMとは、入射光を透過させて用いる SLMである。

[0003] し力しながら、特許文献 1〜3に記載された装置は、、ずれも、ディスプレイであるため、平行光もしくは球面波のように情報を含まない単なる照明光のみならず、収差もしくは情報を含んだ光 (回折成分を含む光)等任意の光に対し、位相変調や振幅変調等の任意の処理を行うことはできな、。

[0004] 一方、 SLMを用い、任意の光に対し、任意の位相変調もしくは振幅変調を施すことができる光学処理装置として、例えば、波面補償システム、パターン形成システム、ホログラフィシステム、 3D表示ディスプレイシステム、光情報処理システム等が知られている。

[0005] 例えば図 1に示すパターン形成光学系 600では、レーザ 602からの出力光は、レンズ 603とピンホール 605と力らなるスペイシャルフィルタ 604、及び、コリメートレンズ 6 06を介して所望のビーム径の平行光に変換され、読み出し光として反射型 SLM60 8に斜めに入射する。反射型 SLM608は所定のホログラム画像を表示する。読み出し光は、反射型 SLM608にて位相変調され素子反射面にて斜めに反射されて、反射型 SLM608から出射する。読み出し光はフーリエ変換レンズ 610にてフーリエ変換されて、所望のパターンを出力面 612上に形成する (例えば、特許文献 4参照)。ここで、反射型 SLMは、透過型 SLMよりも有効開口率が高く光のロスが少ない。

[0006] また、図 2に示す 4f光学系 620では、入力面 622と出力面 630との間に、プリズム 6 24、フーリエ変換レンズ 626、及び、反射型 SLM628が配置されている。入力面 62 2を出た読み出し光は、プリズム 624の斜面によって反射されフーリエ変換レンズ 62 6に導かれる。読み出し光は、フーリエ変換レンズ 626を通過した後、反射型 SLM6 28に斜めに入射する。読み出し光は、反射型 SLM628で変調され素子反射面にて反射される。その後、読み出し光は、再びフーリエ変換レンズ 626を通過し、プリズム 624の反対側の斜面で反射されて、出力面 630に結像する。このように、一つのフーリエ変換レンズ 626は、入射側のフーリエ変換と出射側のフーリエ変換との 2つの機能を有している（例えば、特許文献 4参照)。

特許文献 1：特開平 11— 194330号公報 (第 4― 5頁、第 1図）

特許文献 2 :特開 2002— 517781号公報 (第 16— 18頁、第 5図）

特許文献 3：特開 2001—4930号公報 (第 4— 6頁、第 1図）

特許文献 4:特開 2000— 171824号公報 (第 3— 4頁、第 3、 7図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、図 1を参照して説明したパターン形成光学系 600では、光軸が反射型 SLM608で斜めに屈曲している。そのために光学系の設計、組立、調整が難しい。また、パターン形成光学系 600を矩形基板上に構築しょうとすると、基板の面積が大きくなり、小型化が難しい。

[0008] 図 2を参照して説明した 4f光学系 620では、入射光と出射光の両方が、フーリエ変換レンズ 626の周辺部を通ることになり、軸外収差の悪影響が大きくなる。またフーリェ変換レンズ 626の径が大きくなるため、レンズ設計'製造等が困難である。逆にフ一リエ変換レンズ 626の径を小さくすると、有効ビーム径を小さくせざるを得ない。さらに入射光と出射光とを十分に分離させるためには、フーリエ変換レンズ 626の焦点距離を長くしなければならない。し力も、入射側と出射側のフーリエ変換レンズの焦点距離を異ならせることができな、。

[0009] そこで、 4f光学系を図 3に示すように構成することが考えられる。この 4f光学系 640 は、入力面 622、フーリエ変換レンズ 626— 1、反射型 SLM628、フーリエ変換レンズ 626— 2、及び、出力面 630を有して!/ヽる。入力面 622とフーリエ変換レンズ 626— 1との間の距離と、フーリエ変換レンズ 626— 1と反射型 SLM628の間の距離とは、共に、フーリエ変換レンズ 626— 1の焦点距離長さと等しくなつている。また、反射型 SLM628とフーリエ変換レンズ 626— 2との間の距離と、フーリエ変換レンズ 626— 2 と出力面 630の間の距離とは、共に、フーリエ変換レンズ 626— 2の焦点距離長さと等しくなつている。入力面 622の前側に平行光投光光学系を配置し、入力面に平行光を投射する。 4f光学系 640によれば、図 2を参照して説明した 4f光学系 620における上記の問題を解消できる。

[0010] し力しながら、入力側の光軸 650と出力側の光軸 652とは、垂直でない角度で斜めに交わっている。したがって、光軸 650がなす直線と光軸 652が成す直線とを精度よく設定し、これらの直線上に入力側及び出力側の光学デバイスをそれぞれ精度よく配置することは容易ではな、。

[0011] また、 4f光学系 640を組み立てるための組立基板を作成する際には、光軸 650, 6 52が成す斜めの直線を機械力卩ェで基板上に作成しなければならなヽ。しかしながら、光軸が互いに垂直でないため、特有の冶具が必要になる。

[0012] しカゝも、光学デバイスを組立基板に取り付ける際、光軸に対する平行線と垂直線とを基準とした光学調整ができな、ため、取り付けが難し、。

[0013] また、入力面 622とフーリエ変換レンズ 626— 1との間の距離 (光路長）、フーリエ変換レンズ 626 - 1と反射型 SLM628との間の距離 (光路長）、反射型 SLM628とフ一リエ変換レンズ 626— 2との間の距離（光路長）、及び、フーリエ変換レンズ 626— 2と出力面 630との間の距離 (光路長）の全てを、焦点深度以内の精度で合わせる必要がある。運搬や、振動などによって、いずれかのデバイスが光軸方向に移動した場合、当該デバイスを光軸方向に位置調整する必要が生じる。しかしながら、反射型 S LM628が光軸の屈曲点となっているため、図 4のように、反射型 SLM628の位置を、例えば、位置 Iから位置 IIへ変化させると、矢印 uで示すように、光軸 650と光軸 652 とが反射型 SLM628上で一致しなくなり、光軸 650と光軸 652とのいずれ力を、当該光軸に垂直な方向に移動させなければならな、。

[0014] しかし光軸を当該光軸に垂直な方向に移動させることは、当該光軸上に配置されている全てのデバイスの位置に影響をあたえるため、実質的に不可能である。

[0015] 以上のように、光軸方向の位置調整であっても、光軸に垂直な面内での位置ずれが発生するため、 4f光学系 640の光軸方向の位置調整は、容易ではない。

[0016] また、反射型 SLM628は、 2つの光軸 650、 652の 2等分線に沿って移動させることになる。この二等分線が 2つの光軸 650、 652と垂直でないため、精度の高い移動を行うことが難しい。し力も、反射型 SLM628の位置精度をこの 2等分線に垂直な面内で高く保つ必要があるため、光軸方向の位置調整は大変困難である。

[0017] また、図 5に示す 4f光学系 660のように、 2個の反射型 SLM628 (以下、反射型 SL M628- 1, 628— 2という）を設けることも考えられる。反射型 SLM628を 2個用いるため、光軸の屈曲部が 2箇所となり、互いに異なる方向に伸びる 3つの光軸 654、 65 0, 652が生じる。反射型 SLM628— 1と反射型 SLM628— 2との間、及び、反射型 SLM628— 2の後段に、それぞれ、レンズ 626— 1, 626— 2力 S酉己置される。なお、反射型 SLM628— 1の前段に、レーザ 662、レンズ 664、アパーチャ一 666が設けられる。

[0018] このように反射型 SLMを 2段用いる場合には、斜め反射による問題がさらに大きくなる。すなわち、屈曲点が増えるために、反射型 SLMを 1個設ける場合よりも、機械加工と光学調整が難しくなる。光軸 650は、光軸 654と光軸 652とに挟まれているため、光軸 650に関係する光学デバイス（レンズ 626— 1)の位置調整力特に困難となる。

[0019] 本発明は、斯かる実情に鑑み、反射型 SLMを用い、光エネルギーの利用効率が高ぐ光学系の設計、組立、調整が容易で、光学系の小型化が可能であり、任意の入射光に対して任意の光学処理を施すことができる空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0020] 上記目的を達成するために、本発明は、仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、仮想基準直線上に設けられ、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、仮想基準直線上に設けられ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面と、を備え、反射型空間光変調素子が、入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、入力側反射面と出力側反射面とが、仮想基準直線に沿って距離 Lだけ離間し、素子反射面が仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、入力側反射面、出力側反射面、及び、素子反射面とが、仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾いており、距離 L、h、及び、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが以下の式（1)及び (2)を満足することを特徴とする空間光変調装置を提供して!/ヽる。

[数 1] φ, = φ_λ - φ₂ ( 1 ) 及び

[数 2]

[0021] このような構成によると、入力側反射面は、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させる。反射型空間光変調素子の素子反射面が、入力側反射面力の読みだし光を斜めに反射する。出力側反射面が、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として出力する。このとき出射光は仮想基準直線にそって出力される。したがって、空間光変調装置の入力側反射面に入射する入射光の主光線と出力側反射面力出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。従って、光学系全体をコンパ外ィ匕することができ、しかも、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率良く施すことができる。

[0022] また、入力側反射面と出力側反射面と素子反射面とは、入力側反射面が素子反射面に入射する入射光の全てを反射し、素子反射面が入力側反射面で反射された光の全てを反射し、出力側反射面が素子反射面で反射され反射型空間光変調素子で変調された光のうち所定の成分の全てを反射する相対的な位置関係を有しているのが好ましい。

[0023] このような構成によると、素子反射面に入射する光の全てが入力側反射面にて反射され、入力側反射面力の反射光の全てが素子反射面で反射され、素子反射面で反射され反射型空間光変調素子で変調された光の所定の成分全てが出力側反射面で反射されて、空間光変調装置から仮想基準直線に沿って出力される。素子反射面全体に光を入射させ、その光を有効に利用することが可能となる。有効開口率の高い反射型空間光変調素子の利点を活かすことができる。

[0024] また、素子反射面が大きさ cを備え、入力側反射面が仮想基準直線に対して反射型空間光変調素子力遠い側の大きさ alと、反射型空間光変調素子に近い側の大きさ a2とを有し、出力側反射面が仮想基準直線に対して反射型空間光変調素子から近い側の大きさ b lと、反射型空間光変調素子に遠い側の大きさ b2とを有し、素子反射面が入力側反射面で反射された入射光の光軸に対して入力側反射面に近い側の大きさ c lを有し、反射型空間光変調素子が、 0〜 ocの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を 0〜 βの範囲の発散角で出射し、反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合には OCは正の値をとり発散光の場合には aは負の値をとり、反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の所定の成分が発散光の場合には βは正の値をとり収束光の場合には βは負の値をとり、大きさ c l、 al、 a2、 b l、及び、 b2力 α及び j8に対して、以下の式（3)〜（8 )を満足することが好ましい。 [数 3]

(3)

¹ 2

[数 4] h

sina + sin^ -·φ₂- )

(4)

sin(^i― a)

[数 5] h

sinor + (c- )sin (^！ +な)

sin(2^i)

a2 (5)

sin^ + a)

[数 6]

[数 7]

[数 8]

L>a, cos cos 4 (8) このような構成によると、大きさ cを備える素子反射面に対して 0〜 αの範囲の収束角で入射する入射光の全てが入力側反射面によって反射される。入力側反射面で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型空間光変調素子の素子反射面によって反射される。素子反射面によって反射され反射型空間光変調素子で変調された読みだし光のうち 0〜 βの範囲の発散角で出射する成分の全てが、出力側反射面によって反射される。光の利用効率をより高めることが可能となる。し力も、入力側反射面と出力側反射面とが重ならないことが確保される。 [0026] なお、特に式 (4)〜（7)の等号が成立する場合には、発散角 j8より大きい角度の成分を不要成分として除去することができる。

[0027] また、前記所定の成分とは 1以上 n(nは 0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、 α及び )8が、入射光の波長え、及び、反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数 dに対して、以下の式（9)及び（10)を満足するのが好ましい。

[数 9] β = α + δ (9)

[数 10] δ = - ^ (1 0)

d sm(^, +έ^)

[0028] このような構成によると、反射型空間光変調素子で回折された変調読みだし光のうち、少なくとも 1次以上 η次以下の回折光の全てが出力側反射面によって反射されることが確保される。従って、光の利用効率をより高めることが可能となる。

[0029] なお、特に式 (4)〜（7)の等号が成立する場合には、（η+1)次以上の回折光を不要成分として除去することができる。

[0030] また、距離 L、h、及び、角度 φ1=φ2、 φ 3が以下の式（11)及び（12)を満足するのが好ましい。

[数 11]

«¾3 =0 (1 1)

[数 12]

A = -tan(2^) (1 2) 反射型空間光変調素子の素子反射面が仮想基準直線と平行となるので、光学系の設計、組立、調整がより一層簡単になる。 [0031] また、入力側反射面は第 1のミラーに備えられ、出力側反射面は第 1のミラーとは独立して設けられた第 2のミラーに備えられているのが好ましい。簡単な構成によりァラィメント容易な空間光変調装置を実現することが可能である。

[0032] また、単一のプリズムが互いに所定の角度をなすように形成された第 1の面及び第 2の面を備え、入力側反射面が第 1の面に、出力側反射面が第 2の面にそれぞれ形成され、入力側反射面及び出力側反射面は、それぞれ、プリズムの外側から入射した入射光を受け取りこれをプリズムの外側に向力つて反射するのが好ましい。

[0033] 力かる構成によれば、入力側反射面と出力側反射面とが単一のプリズムに備えられる。入力側反射面と出力側反射面とを一体ィ匕することができるため、部品点数が少なくなり、光学系の設計、組立、調整がより容易となる。

[0034] また、単一のカップリングプリズムが、入力側透過面と、第 1の反射面と、接合透過面と、第 2の反射面と、出力側透過面と、を備え、入力側透過面は、仮想基準直線上に設けられ、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を透過させて入射光を仮想基準直線に沿って内部に導き、第 1の反射面は、仮想基準直線上に設けられ、入力側透過面から仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる入射光を反射する入力側反射面であり、接合透過面は、仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられ、反射型空間光変調素子に接合され、第 1の反射面で反射され内部を伝搬してくる入射光を透過して反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させ、第 2の反射面は、仮想基準直線上に設けられ、接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として仮想基準直線に沿って内部を伝搬させる出力側反射面であり、出力側透過面は、仮想基準直線上に設けられ、第 2の反射面力仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力するのが好ましい。

[0035] このような構成〖こよると、入力側透過面は、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を透過させて入射光を仮想基準直線に沿ってカップリングプリズム内部に導く。第 1の反射面は、入力側透過面力仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる入射光を反射する。反射型空間光変調素子に接合された接合透過面は、第 1の反射面で反射され内部を伝搬してくる入射光を透過して反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させる。第 2の反射面は、接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として仮想基準直線に沿って内部を伝搬させる。出力側透過面は、第 2の反射面力仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する。カップリングプリズムを用いることにより、全体の光学系をコンパクトィ匕することができ、また、光学系の設計、組立、調整がさらに容易となる。

[0036] ここで、入力側反射面、出力側反射面をそれぞれ仮想基準直線に対して所定の角度にすれば、光を全反射させることが可能になる。従って、光の利用効率がさらに向上する。入力側反射面および出力側反射面に光の反射率を高めるための表面加工等を施す必要がなくなる。

[0037] ここで、入力側反射面と出力側反射面と素子反射面とは、入力側反射面が素子反射面に入射する入射光の全てを反射し、素子反射面が入力側反射面で反射された光の全てを反射し、出力側反射面が素子反射面で反射され反射型空間光変調素子で変調された光のうち所定の成分の全てを反射する相対的な位置関係を有していることが好ましい。

[0038] このような構成によると、素子反射面に所定のビーム径にて入射しょうとする光の全てが入力側反射面にて反射され、入力側反射面からの反射光の全てが素子反射面で反射され、素子反射面で反射され反射型空間光変調素子で変調された光の所定の成分全てが出力側反射面で反射されて、空間光変調装置力仮想基準直線に沿つて出力される。素子反射面全体に光を入射させ、その光を有効に利用することが可能となる。有効開口率の高い反射型空間光変調素子の利点を活かすことができる

[0039] ここで、カップリングプリズムの屈折率は mであり、素子反射面が大きさ cを備え、入力側反射面が仮想基準直線に対して反射型空間光変調素子から遠い側の大きさ al と、反射型空間光変調素子に近い側の大きさ a2とを有し、出力側反射面が仮想基準直線に対して反射型空間光変調素子から近い側の大きさ blと、反射型空間光変調素子に遠い側の大きさ b2とを有し、素子反射面が入力側反射面で反射された入射光の光軸に対して入力側反射面に近い側の大きさ c lを有し、反射型空間光変調素子が、 0〜 ocの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を 0〜 βの範囲の発散角で出射し、反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合には OCは正の値をとり発散光の場合には OCは負の値をとり、反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の所定の成分が発散光の場合には βは正の値をとり収束光の場合には βは負の値をとり、大きさ c l、 al、 a2、 b l、 b2と力 a 及び j8に対し、以下の式（3 〜（8Ίを満足するのが好ましい。

[数 13]

[数 14]

[数 15]

[数 16]

[数 17]

[数 18]

[0040] このような構成によると、大きさ cを備える前記素子反射面に対して 0〜 αの範囲の収束角で入射する入射光の全てが入力側反射面によって反射され、入力側反射面で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型空間光変調素子の素子反射面によって反射され、素子反射面によって反射され反射型空間光変調素子で変調された読みだし光のうち 0〜 βの範囲の発散角で反射型空間光変調素子から出射する成分の全てが、出力側反射面によって反射される。従って、光の全てを素子反射面全体に入射させることを可能とし、光の利用効率をより高めることが可能となる。し力も、入力側反射面と出力側反射面とが重ならないことが確保される。なお、特に式（ 4Ί〜（7Ίの等号が成立する場合には、発散角 )8より大きい角度の成分を不要成分として除去することができる。

[0041] また、前記所定の成分とは 1以上 η (ηは 0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、 α及び )8が、入射光の波長え、及び、反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数 dに対して、以下の式（9Ί及び（1(Τ )を満足するのが好ましい。

[数 19]

[数 20]

[0042] このような構成によると、反射型空間光変調素子で回折された変調読みだし光のうち、少なくとも 1次以上 η次以下の回折光の全てが出力側反射面によって反射されることが確保される。なお、特に式 (4Ί〜（7Ίの等号が成立する場合には、（η+ 1)次以上の回折光を不要成分として除去することができる。

[0043] また、反射型空間光変調素子は位相変調型であるのが好ま、。かかる構成によれば、任意の入射光に対し任意の光学処理を施すことができる。

[0044] また、本発明の別の観点では、空間光変調装置と、仮想基準直線上に設けられ、入射光を仮想基準直線に沿って空間光変調装置に入力させる入力光学系と、仮想基準直線上に設けられ、空間光変調装置力仮想基準直線に沿って出力された出射光を処理するための出力光学系とを備え、空間光変調装置は、仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、仮想基準直線上に設けられ、仮想基準直線に沿って入力光学系から入射してくる入射光を反射して反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、仮想基準直線上に設けられ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面とを備え、反射型空間光変調素子が、入力側反射面力の読みだし光を反射するための素子反射面を備え、入力側反射面と出力側反射面とが、仮想基準直線に沿って距離 Lだけ離間し、素子反射面が仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、入力側反射面、出力側反射面、及び、素子反射面とが、仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾いており、距離 L、 h、及び、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが以下の式（ 1)及び (2)を満足することを特徴とする光学処理装置を提供して!/ヽる。

[数 21] 3 = φ_λ -φ₂ ( 1 )

[数 22]

, ^ sin(2^ ) sin(2^₂ ) ( ₂ )

sin(2^[ + 2φ₇ )

[0045] このような構成によると、入力光学系及び出力光学系が仮想基準直線上に配置されている。このため、入力側反射面、出力側反射面、及び、反射型空間光変調素子を仮想基準直線に対して垂直な方向に位置調整するだけで、光学処理装置全体の位置調整を簡単に行なうことができる。従って、光学系の設計、組立、調整が簡単となる。

[0046] ここで、入力光学系は、光源と、光源からの光を平行光に変換するビーム変換手段を有し、出力光学系は、反射型空間光変調素子により位相変調され出力側反射面力も反射された光をフーリエ変換するレンズを有するのが好ましい。

[0047] このような構成によると、光を効率よく利用して、例えば光の波形パターンを任意の波形パターンに成形することができる。

[0048] また、入力光学系は、入力画像をフーリエ変換する第 1のレンズを有し、反射型空間光変調素子は、参照画像に基づくフィルターパターンにて入力画像のフーリエ変換画像を位相変調し、出力光学系は、空間光変調装置力の出力光をフーリエ変換する第 2のレンズを有し、入力画像と参照画像との相関を示す画像を出力するのが好ましい。

[0049] このような構成〖こよると、第 1のレンズは入力画像をフーリエ変換する。反射型空間光変調素子は、参照画像に基づくフィルターパターンにて入力画像のフーリエ変換画像を位相変調する。第 2のレンズは、空間光変調装置力もの出力光をフーリエ変換して入力画像と参照画像との相関を示す画像を出力する。従って、光を効率よく利用して入力画像と参照画像との相関に応じた画像を出力することができる。

[0050] また、入力画像を作成する入力画像作成手段をさらに備え、入力画像作成手段は、別の空間光変調装置からなり、別の空間光変調装置は、仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子と、仮想基準直線上に設けられ、仮想基準直線に沿って入射してくる入射光を反射して反射型空間光変調素子に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面と、仮想基準直線上に設けられ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として仮想基準直線に沿って出力するための出力側反射面とを備え、反射型空間光変調素子が、入力側反射面からの読みだし光を反射するための素子反射面を備え、入力側反射面と出力側反射面とが、仮想基準直線に沿って距離 Lだけ離間し、素子反射面が仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、入力側反射面、出力側反射面、及び、素子反射面とが、仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度 Φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾いており、距離 L、h、及び、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが式（1)及び (2)を満足し、第 1 のレンズが、別の空間光変調装置力出力された出射光をフーリエ変換するのが好ましい。力かる構成によると、空間光変調装置が多段で接続されることになり、光を効率よく利用しつつ、し力も、入力画像を自由に生成することができる。

[0051] また、空間光変調装置力出力される出射光の一部を導くための光分割素子と、光分割素子により導かれた出射光の一部の波面の歪みを検出するための波面センサと、波面センサの検出結果に基づいて波面の歪みを補正する信号を空間光変調装置の反射型空間光変調素子にフィードバックする制御装置と、をさらに備え、反射型空間光変調素子により波面補償された出射光が出力光学系に出力されるのが好ましい

[0052] このような構成によると、光分割素子は空間光変調装置から出力される出射光の一部を導く。波面センサは光分割素子により導かれた出射光の一部の波面の歪みを検出する。制御装置は波面センサの検出結果に基づ、て波面の歪みを補正する信号を反射型空間光変調素子にフィードバックする。反射型空間光変調素子により波面補償された出射光が前記出力光学系に出力される。従って、光を効率よく利用して位相補償を行なうことができる。

[0053] また、本発明の別の観点では、仮想基準直線上に設けられ、仮想基準直線に沿つて入射する入射光を透過させ入射光を内部に導く入力側透過面と、入力側透過面から内部を伝搬してくる光を反射する入力側反射面と、仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直にずれた位置に設けられ、反射型空間光変調素子に接合され、入力側反射面で反射され内部を伝搬してくる光を透過させて、反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させるための接合透過面と、仮想基準直線上に設けられ、接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として内部を伝搬させるための出力側反射面と、仮想基準直線上に設けられ、出力側反射面力内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する出力側透過面と、を備えることを特徴とするカップリングプリズムを提供している。

[0054] このような構成〖こよると、入力側透過面は、仮想基準直線に沿って入射する入射光を透過させ入射光をカップリングプリズム内部に導く。入力側反射面は、入力側透過面から内部を伝搬してくる光を反射する。反射型空間光変調素子に接合された接合透過面は、入力側反射面で反射され内部を伝搬してくる光を透過させて、反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させる。出力側反射面は、接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として内部を伝搬させる。出力側透過面は、出力側反射面から内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する。したがって、カップリングプリズムの入力側反射面に入射する入射光の主光線と出力側反射面力出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。カップリングプリズムを用いることにより、光学系全体をコンパ外ィ匕することができ、しかも、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率よく施すことができる。

[0055] また、本発明の別の観点では、仮想基準直線に垂直で、仮想基準直線に沿って入射する入射光を透過させる入力側透過面と、仮想基準直線上に仮想基準直線に対して所定の角度を成すように設けられ、入力側透過面から内部を伝搬してくる光を全反射する入力側反射面と、仮想基準直線に対して平行に延び、入力側反射面で反射され内部を伝搬してくる光を透過させるとともに、外部カゝら入射する光を透過して内部を伝搬させるための接合透過面と、仮想基準直線上に仮想基準直線に対して所定の角度を成すように設けられ、接合透過面から内部を伝搬してくる光を全反射し、出射光として仮想基準直線に沿って内部を伝搬させるための出力側反射面と、仮想基準直線上に仮想基準直線に対して垂直に設けられ、出力側反射面から仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する出力側透過面と、を備えることを特徴とするカップリングプリズムを提供してヽる。

[0056] 力かる構成のカップリングプリズムは、接合透過面を反射型空間光変調素子に接合して使用する。入力側透過面は仮想基準直線に沿って入射する入射光を透過させる。入力側反射面は入力側透過面から内部を伝搬してくる光を全反射する。接合透過面は、入力側反射面で反射され内部を伝搬してくる光を透過させて反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させる。出力側反射面は、接合透過面から内部を伝搬してくる光を全反射し、出射光として仮想基準直線に沿って内部を伝搬させる。出力側透過面は、出力側反射面から仮想基準直線に沿って内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する。したがって、カップリングプリズムの入力側反射面に入射する入射光の主光線と出力側反射面から出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。入射光と入射透過面、出射光と出射透過面とが垂直であるので、カップリングプリズム内部の迷光を低減できる。入力側反射面および出力側反射面では全反射が行われるので、表面加工が不要となる。カップリングプリズムを用いることにより、光学系全体をコンパクトイ匕することができ、しかも、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率よく施すことができる。

また、本発明の別の観点では、第 1〜第 5の側面をこの順に有する 5角柱形状で、第 1の側面と第 2の側面とが互いに 90° をなして接続し、第 2の側面と第 3の側面とが互いに 90° をなして接続し、第 3の側面と第 4の側面とが互いに 90°— φ 2をなして接続し、第 4の側面と第 5の側面とが互いに 180° + 1 + 2をなして接続し、第 5 の側面と第 1の側面とが互いに 90°— φ 1をなして接続したカップリングプリズムを用意し、素子反射面を有する反射型空間光変調素子を、素子反射面が第 2の側面に対し平行に延びるように、第 2の側面に対し接合し、仮想基準直線が第 1の側面及び第 5の側面を貫通し、第 5の側面と第 4の側面とが、仮想基準直線に沿って距離しだけ離間し、素子反射面が仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、第 5の側面と第 4の側面と素子反射面とが、仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾き、距離 L、 h、及び、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが以下の式（1 ' )及び（2' )を満足するように、カップリングプリズムを仮想基準直線に対し配置し、

[数 23]

[数 24] sinC2^, ) sin(2^₂ )

n = L

sin(2^ + 2φ₂ ) ' ° ' ) 仮想基準直線に沿って第 5の側面に向けて読み出し光を入射させることを特徴とするカップリングプリズムの使用方法を提供して！/、る。

[0058] このような方法〖こよると、第 1の側面は、仮想基準直線に沿って入射する入射光を透過させ入射光をカップリングプリズム内部に導く。第 5の側面は、第 1の側面から内部を伝搬してくる光を反射する。反射型空間光変調素子に接合された第 2の側面は、第 5の側面で反射され内部を伝搬してくる光を透過させて、反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させる。第 4の側面は、第 2の側面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として内部を伝搬させる。第 3の側面は、第 4の側面力内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する。したがって、カップリングプリズムの第 1の側面に入射する入射光の主光線と第 3の側面から出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。カップリングプリズムを用いることにより、光学系全体をコンパクトィ匕することができ、しかも、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率よく施すことができる。

[0059] ここで、カップリングプリズムの屈折率は mであり、素子反射面が大きさ cを備え、第 5の側面が仮想基準直線に対して反射型空間光変調素子力遠い側の大きさ alと、反射型空間光変調素子に近い側の大きさ a2とを有し、第 4の側面が仮想基準直線に対して反射型空間光変調素子から近い側の大きさ b lと、反射型空間光変調素子に遠、側の大きさ b2とを有し、素子反射面が第 5の側面で反射された入射光の光軸に対して第 5の側面に近い側の大きさ c lを有し、反射型空間光変調素子が、 0〜α の範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を 0〜 βの範囲の発散角で出射し、反射型空間光変調素子へ入射する読み出し光が収束光の場合には ocは正の値をとり発散光の場合には OCは負の値をとり、反射型空間光変調素子から出射する読み出し光の所定の成分が発散光の場合には βは正の値をとり収束光の場合には 13は負の値をとり、大きさ c l、 al、 a2、 b l、 b2とが以下の式（3 〜 (8')を満足するのが好ましい。

[数 25]

[数 26]

[数 27]

[数 28]

[数 29]

[数 30] ≥。2 cos φχ + b cos 2 ( 8 ' )

[0060] このような構成によると、大きさ cを備える前記素子反射面に対して 0〜 αの範囲の収束角で入射する入射光の全てが第 5の側面によって反射され、第 5の側面で反射された入射光の全てが読みだし光として反射型空間光変調素子の素子反射面によつて反射され、素子反射面によって反射され反射型空間光変調素子で変調された読みだし光のうち 0〜 βの範囲の発散角で反射型空間光変調素子より出射する成分の全てが、第 4の側面によって反射される。従って、光の全てを素子反射面全体に入射させることを可能とし、光の利用効率をより高めることが可能となる。し力も、第 5の側面と第 4の側面とが重ならないことが確保される。なお、特に式 (4Ί〜（7Ίの等号が成立する場合には、発散角が βより大きい成分を不要成分として除去することができる。

[0061] ここで、前記所定の成分とは 1以上 η (ηは 0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、 α及び )8が、入射光の波長え、及び、反射型空間光変調素子に表示可能な最小の格子パターンの格子定数 dに対して、以下の式（9Ί及び（1(Τ )を満足することが好ましい。

[数 31]

[数 32]

[0062] 反射型空間光変調素子で回折された変調読みだし光のうち、少なくとも 1次以上 η 次以下の回折光の全てが第 4の側面によって反射されることが確保される。なお、特に式 (4Ί〜（7Ίの等号が成立する場合には、 (η+ 1)次以上の回折光を不要成分として除去することができる。 [0063] また、本発明の別の観点では、第 1の側面、第 2の側面、第 3の側面，第 4の側面、及び、第 5の側面をこの順に有する 5角柱形状をなし、第 1の側面と第 2の側面とが互いに 90° をなして接続し、第 2の側面と第 3の側面とが互いに 90° をなして接続し、第 3の側面と第 4の側面とが互いに 90° - φ 2をなして接続し、第 4の側面（57)と第 5 の側面（55)とが互いに 180° + 1 + 2をなして接続し、第 5の側面（55)と第 1の佃 J面（54)と力互!/、に 90 φ 1をなして接続し、 φ 1、 φ 2力O⁰ < 1 < 90° 、0。 < φ 2く 90° を満足することを特徴とする、カップリングプリズムを提供している。

[0064] 力かる構造のカップリングプリズムに対し、素子反射面を有する反射型空間光変調素子を、素子反射面が第 2の側面に対し平行に延びるように、第 2の側面に対し接合し、仮想基準直線が第 1の側面及び第 5の側面を貫通し、第 5の側面と第 4の側面と力仮想基準直線に沿って距離 Lだけ離間し、素子反射面が仮想基準直線から仮想基準直線に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、第 5の側面と第 4の側面と素子反射面とが、仮想基準直線が延びる方向に対して、それぞれ、角度 Φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾き、距離 L、h、及び、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが以下の式（1 ' )及び (2' )を満足するように、カップリングプリズムを仮想基準直線に対し配置することが好ま、。

[数 33]

[数 34]

,ヮー)

[0065] 仮想基準直線に沿って第 5の側面に向けて読み出し光を入射させると、第 1の側面は、仮想基準直線に沿って入射する入射光を透過させ入射光をカップリングプリズム内部に導く。第 5の側面は、第 1の側面から内部を伝搬してくる光を反射する。反射型空間光変調素子に接合された第 2の側面は、第 5の側面で反射され内部を伝搬してくる光を透過させて、反射型空間光変調素子に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、反射型空間光変調素子で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させる。第 4の側面は、第 2の側面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として内部を伝搬させる。第 3の側面は、第 4の側面から内部を伝搬してくる出射光を仮想基準直線に沿って外部へ出力する。したがって、カップリングプリズムの第 1の側面に入射する入射光の主光線と第 3の側面から出射する出射光の主光線とが同一の仮想基準直線上になる。カップリングプリズムを用いることにより、光学系全体をコンパクトィ匕することができ、し力も、光学系の設計、組立、調整が容易になる。さらに、反射型空間光変調素子により任意の入射光に対し任意の光学処理を効率よく施すことができる。

図面の簡単な説明

[図 1]は従来の光学処理装置 (パターン形成光学系）の構成を示す図である。

[図 2]は従来の別の光学処理装置 (4f光学系）の構成を示す図である。

[図 3]は図 2の 4f光学系を改良して得られる 4f光学系の構成を示す図である。

[図 4]は、図 3の光学処理装置における反射型 SLMの位置調整において生じる問題を説明する図である。

[図 5]は、図 3の 4f光学系を応用して得られる別の 4f光学系の構成を示す図である。

[図 6]は、第 1の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。

[図 7]は、第 1の実施の形態にかかる、空間光変調装置に設けられた反射型 SLMの構成を示す図である。

[図 8]は、図 6の空間光変調装置における読み出し光の主光線と反射型 SLMと 2つのミラーとの位置関係を示す図である。

[図 9]は、図 6の空間光変調装置における読み出し光が反射される状態を示す図である。

[図 10]は、図 6の空間光変調装置において入力光ビームの主光線及び辺縁光線が入力側反射面において反射される状態を示す図である。

[図 11]は、図 6の空間光変調装置において出力光ビームの主光線及び辺縁光線が出力側反射面において反射される状態を示す図である。

[図 12]は、図 6の空間光変調装置における各反射面での反射を展開した直線光路図である。 [図 13]は、図 6の空間光変調装置を採用した光学処理装置 (4f光学系）の構成を示す図である。

[図 14]は、図 13の光学処理装置における反射型 SLMの位置調整を説明する図である。

[図 15]は、第 2の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。

[図 16]は、図 15の空間光変調装置を採用した光学処理装置 (波形成形光学系）の構成を示す図である。

[図 17]は、図 15の空間光変調装置を採用した別の光学処理装置 (4f光学系）の構成を示す図である。

[図 18]は、図 15の空間光変調装置を採用した別の光学処理装置 (4f光学系）の構成を示す図である。

[図 19]は、図 15の空間光変調装置を採用した別の光学処理装置 (波面補償光学系 )の構成を示す図である。

[図 20]は、第 3の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。

[図 21]は、第 4の実施の形態にかかる、空間光変調装置の構成を示す図である。圆 22]は、変更例に係る空間光変調装置における反射型 SLMと入力側反射面と出力側反射面との位置関係を示す図である。

符号の説明

1空間光変調装置

3ミラー

5反射型 SLM

5c素子反射面

7ミラー

9仮想基準直線

30空間光変調装置

32プリズム

40空間光変調装置

42プリズム 50空間光変調装置 52カップリングプリズム 60光学処理装置 62レーザ

80光学処理装置 81光源

82コリメートレンズ 84入力面

86フーリエ変換レンズ 88フーリエ変換レンズ 90出力面

91光軸

92光軸

100光学処理装置 200光学処理装置 300光学処理装置 302入力面

312ビームサンプラー 314波面センサ 316制御装置

318出力面

Ml入力側反射面 M2出力側反射面 P1入力側透過面 P2接合透過面 P3出力側透過面 I 入力光学系 o 出力光学系 R 平行光投光光学系

発明を実施するための最良の形態

[0068] 本発明の実施の形態による空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法について、図面を参照して説明する。

[0069] 本発明の第 1の実施の形態による空間光変調装置 1について、図 6乃至図 12に基づき説明する。

[0070] 図 6に示すように、第 1の実施の形態による空間光変調装置 1は、ミラー 3、反射型空間光変調素子 5 (以下、反射型 SLM5という）、及び、ミラー 7を有している。

[0071] 反射型 SLM5は、所定の仮想基準直線 9から仮想基準直線 9に対して垂直な方向にずれた位置に配置されている。反射型 SLM5は、変調部 5aとミラー層 5bとアドレス部 5dとを備えている。ミラー層 5bの変調部 5a側の面が素子反射面 5cを規定している。反射型 SLM5は、変調部 5aが仮想基準直線 9に対向する向きに配置されている

[0072] ミラー 3、 7は、共に、仮想基準直線 9上に配置されて、る。ミラー 3、 7は、共に、仮想基準直線 9に対して斜めに配置されている。より詳しくは、ミラー 3、 7は、仮想基準直線 9上に、「ハ」の字形状に配置されている。ミラー 3は入力側反射面 Mlを有し、ミラー 7は出力側反射面 M2を有している。入力側反射面 Mlには、読み出し光が図示しない入力側光学系から仮想基準直線 9に沿って入力ビームとして入射してくる。すなわち、入力ビームの主光線 (光軸） 11は仮想基準直線 9に沿って進んでくる。入力側反射面 Mlは、読み出し光を反射型 SLM5へ反射する。反射型 SLM5に入射した読み出し光は、変調部 5aを伝搬する際変調され、素子反射面 5cにて反射され、変調部 5aを再び伝搬してさらに変調された後、反射型 SLM5から出射する。読み出し光は出力側反射面 M2で反射され、出力ビームとして仮想基準直線 9に沿って進み空間光変調装置 1から出射し、図示しない出力側光学系へ出力される。こうして、出力ビームの主光線 (光軸） 17も仮想基準直線 9に沿って進む。なお、入力ビーム主光線 11及び出力ビーム主光線 17が通る経路を空間光変調装置 1における光軸と定義する。また、入力側反射面 Ml、反射型 SLM5、及び、出力側反射面 M2の反射による読み出し光の光軸の角度変化は全て図 6の紙面内で起こり、紙面に垂直な方向への光軸の角度変化はないものとする。

[0073] 反射型 SLM5が、例えば、光アドレス型の平行配向型ネマッティック液晶空間光変調 (Parallel— Aligned nematic― Licuid― cnstal Spaciai Light Modula tor:以下、 PAL— SLMという）である場合には、図 7に示すように、変調部 5aは、水平配向状態のネマティック液晶層 500,透明電極 501,及び、透明基板 502からなる。ミラー層 5bは多層膜誘電体層 503からなる。多層膜誘電体層 503の液晶層 500側の面が素子反射面 5cを規定する。アドレス部 5dは、光導電層 504,透明電極 505, 及び、透明基板 506からなる。所望の強度分布を有する強度変調光が透明基板 50 6と透明電極 505とを介して光導電層 504に照射されると、液晶層 500の屈折率分布が変化する。読み出し光は、透明基板 502及び透明電極 501を介して液晶層 500に入射し、液晶層 500にて位相変調されて多層膜誘電体層 503にて反射される。こうして、読み出し光は、所望の強度分布に対応する位相分布を有する位相変調光に変換され、反射型 SLM5から出射する。この場合、液晶層 500は読み出し光の位相のみを変調することができる。

[0074] 例えば、図 7に示すように、反射型 SLM5のアドレス部 5dに対向して、リレーレンズ 540、液晶ディスプレイ（以下、 LCDという） 530、コリメートレンズ 520、及び、書き込み用光源 510を配置しても良ヽ。書き込み用光源 510は一様な強度分布を有する書き込み光を出射する。コリメートレンズ 520は書き込み光を平行光に変換する。 LCD 530は透過型の電気アドレス型強度変調型空間光変調器である。 LCD530は、図示しなヽ制御部から入力される信号によって電気アドレス駆動され、入射した平行光を所望の強度分布を有する強度変調光に変換する。リレーレンズ 540は強度変調光を反射型 SLM5に結像する。

[0075] なお、反射型 SLM5、書き込み用光源 510、コリメートレンズ 520、 LCD530、及び、リレーレンズ 540を、筐体内に収納し位相変調モジュール 6として構成しても良い。この場合、位相変調モジュール 6をミラー 3, 7に対して図 7に示すように配置することにより、反射型 SLM5とミラー 3, 7との位置関係を図 6に示して説明したものと同一とすることができる。

[0076] なお、位相変調モジュール 6として、例えば、電気アドレス型液晶位相変調モジユール「SLMX7550」（商品名、浜松ホトニタス株式会社製)を使用することができる。

[0077] 次に図 8を参照しながら、入力側反射面 Ml、素子反射面 5c、出力側反射面 M2の具体的な配置関係を説明する。なお、図 8では、明瞭ィ匕を図るため、反射型 SLM5 のうちミラー層 5bのみを図示し変調部 5a及びアドレス部 5dの図示を省略している。

[0078] 図 8に示すように、入力主光線 11が入力側反射面 Mlに入射する点を点 A、入力側反射面 Mlで反射した光の主光線が反射型 SLM5に入射する点を点 C、反射型 S LM5で変調され素子反射面 5cにて反射した光の主光線が出力側反射面 M2に入射する点を点 Bとする。点 Aと点 Bとを結ぶ直線 A—Bは仮想基準直線 9上に位置している。入力側反射面 Mlは仮想基準直線 9に対して角度 φ 1をなす方向に延びている。出力側反射面 M2は仮想基準直線 9に対して角度 φ 2をなす方向に延びている。素子反射面 5cは仮想基準直線 9に対して角度 φ 3をなす方向に延びている。なお、 φ 1及び φ 3は、図 8において、仮想基準直線 9から反時計方向に正の値を採る。また、 φ 2は、図 8において、仮想基準直線 9から時計方向に正の値を採る。 φ 1、 φ 2は、 0° < 1 < 90° 、 0。く φ 2< 90° を満足している。すなわち、入力側反射面 Ml及び出力側反射面 M2は仮想基準直線 9に対して斜めに延びている。素子反射面 5cは仮想基準直線 9に対して斜めもしくは平行に延びている。また、入力側反射面 Mlの両端を点 Al、点 A2とする。点 Al、点 A2のうち、点 A2は仮想基準直線 9より反射型 SLM5側に位置する。点 A1は仮想基準直線 9より反射型 SLM5とは反対側に位置している。線分 Al— A2の長さを a、線分 A— A1の長さを al、線分 A A2の長さを a2とする。出力側反射面 M2の両端を点 Bl、点 B2とする。点 Bl、点 B 2のうち、点 B1は仮想基準直線 9より反射型 SLM5側に位置し、点 B2は仮想基準直線 9より反射型 SLM5とは反対側に位置している。線分 B1— B2の長さを b、線分 B— B1の長さを bl、線分 B— B2の長さを b2とする。素子反射面 5cの 2つの端点を点 C1 、点 C2とする。点 C1は、出力側反射面 M2より入力反射面 Mlに近い側に位置し、点 C2は入力反射面 Mlより出力側反射面 M2に近、側に位置して、る。線分 C1 C2の長さ（すなわち、反射型 SLM5の有効口径）を c、線分 C C1の長さを cl、線分 C— C2の長さを c2とする。さらに、点 C力も線分 A— Bへの垂線の足を点 D、垂線 C Dの長さを h、線分 A—Bの長さを Lとする。 [0079] 本実施の形態では、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3と長さ L、 hとは、以下の関係（1) (2)を有している。

[数 35] 3 = φ_ι - φ₂ ( 1 ) 及び

[数 36]

[0080] 上記関係（1) (2)が満足されているため、入力側反射面 Mlに入射する入力主光線 11が仮想基準直線 9に沿って進むのみならず、出力側反射面 M2で反射した出力主光線 17も仮想基準直線 9に沿って進むことが確保されている。換言すれば、出力主光線 17は入力主光線 11の延長線上に位置すること（条件 1 )が確保されて!、る

[0081] ここで、図 9に示すように、読み出し光 (入力光ビーム）は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線 9に沿って、 0から αの範囲の収束角にて入射してくるとする。なお、入力光ビームが収束光の場合 aは正の値をとり、発散光の場合 aは負の値をとる。また、読み出し光 (入力光ビーム）の反射型 SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面 5cの長さ cに等しいとする。また、反射型 SLM5で変調され素子反射面 5 cにて反射された読み出し光が反射型 SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分 (すなわち、空間光変調装置 1から出力させたい所望の成分)が、 0からの範囲の発散角にて出力光ビームとして出射するとする。なお、出力光ビームが発散光の場合 βは正の値をとり、収束光の場合には βは負の値をとる。なお、 aと β の絶対値は十分小さぐ反射型 SLM5近くでの光の集光 ·発散による光ビームの断面形状の変化は無視できるとする。したがって、入力光ビームの素子反射面 5c近くでの素子反射面 5cに沿った長さが素子反射面 5cの長さ cに略等しいだけでなぐ出力光ビームの素子反射面 5c近くでの素子反射面 5cに沿った長さも素子反射面 5cの長さ cに略等しいとする。なお、図 9でも、図 8同様、明瞭ィ匕を図るため、反射型 SLM 5のうちミラー層 5bのみを図示し変調部 5a及びアドレス部 5dの図示を省略している。

[0082] 本実施の形態では、角度 φ 1、 φ2と、長さ c, cl, h、al, a2、 bl, b2, L (図 8)とは、収束角 αと発散角 βとに対し、以下の関係（3)〜（8)を有している。

[数 37]

(3)

[数 38] h

。ι≥ (4)

sin 一 a)

[数 39] h

sincr + (c— c sin ( + φι + )

sin(2i¾)

«2 (5)

sin^ + )

[数 40]

[数 41] h

sin(2^₂) (7)

sin(¾zS₂ - β)

[数 42]

[0083] ここで、入力光ビームの最外部を規定する光線を入力辺縁光線 13、 15とする。入力辺縁光線 13、 15は、入力主光線 11に対して収束角 αをなす方向に伝搬する。入力光は入力主光線 11 (光軸）に対して対称であるため、入力辺縁光線 13と 15の強度は互いに等しい。すなわち、入力辺縁光線 13と 15の強度は入力主光線 11の強度の所定の割合の大きさである。また、出力光ビームの最外部を規定する光線を出力辺縁光線 19、 21とする。出力光ビームは出力主光線 17 (光軸）に対して対称である。出力辺縁光線 19、 21は、出力主光線 17に対して発散角 |8をなす方向に伝搬する。

[0084] 本実施の形態では、式（3)〜式 (8)を満足しているため、図 10に示すように、入力主光線 11は、ミラー 3上の点 Αで反射されて反射型 SLM5の点 Cに至る。入力辺縁光線 13は、ミラー 3上の別の点 (端点 A1と点 Aとの間の点）で反射されて反射型 SL M5の素子反射面 5cの一端 C1に至る。他の入力辺縁光線 15は、ミラー 3上のさらに別の点 (端点 A2と点 Aとの間の点）で反射されて反射型 SLM5の素子反射面 5cの他端 C2に至る。こうして、入力光ビーム全体がミラー 3で反射されて反射型 SLM5に到達し、反射型 SLM5により変調される。

[0085] さらに、図 11に示すように、出力主光線 17はミラー 7上の点 Bで反射される。出力辺縁光線 19は、 SLM5の素子反射面 5cの一端 C1から出射し、ミラー 7上の点 (端点 B1と点 Bとの間の点）で反射される。他の出力辺縁光線 21は、ミラー 7上の別の点（端点 B2と点 Bとの間の点）で反射される。こうして、反射型 SLM5を出力した所望の成分の出力光ビーム全体がミラー 7で反射され、図示しない出力側光学系に導かれる。

[0086] したがって、図 9に示すように、入力側光学系力の入力ビームの全てが入力側反射面 Mlによって反射され (条件 2)、入力側反射面 Mlで反射されたビームの全てが反射型 SLM5に入射し (条件 3)、反射型 SLM5で変調され反射されたビームのうち必要な成分の全てが出力側反射面 M2によって反射される（条件 4)ことが確保されている。また、式 (8)により、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2との位置が重ならないことが確保されている。

[0087] ここで、入力光ビームの収束角度 exと、出力光ビームの発散角度 βとの間には、図 12に示すように、次の関係（9)がある。なお、図 12は、入力側反射面 Ml、素子反射面 5c、出力側反射面 M2の各面での反射を展開した直線光路図である。

[数 43] β = α + δ (9)

[0088] 例えば、反射型 SLM5で変調されて生成された回折光のうち η次回折光 (なお、 η は 1以上の自然数)までの回折光を空間光変調装置 1から出力させたい場合には、 δは η次回折光の回折角度である。 η次回折光の回折角度 δは、次式（10)により与えられる。

[数 44] δ = ^η- ^ (1 0)

d sm(^, +έ^)

[0089] ここで、 dは反射型 SLM5に表示可能な最小の格子パターンの格子定数（隣合った縞の中心間の距離)であり、 λは読み出し光の波長である。

[0090] したがって、入力光学系から入射させる入力光の収束角度 exと所望の回折次数 η 【こ対し、ノラメータ Φ 1、（)2、 c、cl, h、al, a2、bl, b2, Lを数式（1)〜（10)を満足するように選択すれば、入力光を有効に反射型 SLM5に照射できる。さらに、反射型 SLM5で得られた 1〜！!次回折光を有効に空間光変調装置 1から出力させることができる。

[0091] 例えば、 1次以下の回折光を空間光変調装置 1から出力させたい場合には、 αを入力光学系から入射させる入力光の収束角度に設定し、回折次数 ηを η=1に設定し、ノラメータ Φ 1、 2, c, cl, h、 al, a2、 bl, b2, Lを数式（1)〜（10)を満足するように選択すればよい。また、 1次回折光と 2次回折光とを空間光変調装置 1から出力させた、場合には、回折次数 nを n= 2に設定しなおせばょ、。

特に、式 (4)〜（7)において等号が成立するようにパラメータ φ 1、 φ 2、 c、 cl, h、 a 1, a2、 bl, b2, Lを選択すれば、 l〜n次回折光を有効に出力させるのみならず、（ n+1)次以上の不要な回折光を除去することができる。

[0092] 以上のように本実施の形態の空間光変調装置 1によれば、入力主光線 11と出力主光線 17とが共に仮想基準直線 9に沿って進むので、空間光変調装置 1に対して入力側光学系や出力側光学系を組み合わせる際、入力側光学系と出力側光学系とを共に仮想基準直線 9上に配置することができる。したがって、光学系全体の設計、組立、位置調整が極めて容易となり、また、光学系全体をコンパクトィ匕することができる。また、空間光変調装置 1を複数個、単一の仮想基準直線 9に沿って多段接続することができる。また、反射型 SLM5は、任意の入力光ビームに対して任意の変調を施すことができ、任意の光学処理を行うことができる。また、入力側反射面 Mlがミラー 3 で構成され、出力側反射面がミラー 7で構成されるため、空間光変調装置 1全体の構成が簡単になる。

[0093] ミラー 3, 7の長さを反射型 SLM5の長さ c (有効面積）に応じて決定するため、空間光変調装置 1全体を、容易かつ安価に製造することがきる。反射型 SLM5はミラー 3 , 7に比べると製造が困難で高価であるのに対し、ミラー 3, 7は製造容易で安価だからである。

[0094] し力も、入力側反射面 Mlへの入射光の全てが入力側反射面 Mlによって反射され、入力側反射面 Mlで反射された入射光の全てが読みだし光として反射型 SLM5 に入射し、さらに反射型 SLM5で変調された読みだし光の所望の成分全てが出力側反射面 M2によって反射される。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高、反射型 SLM5の利点を活かすことができる。

[0095] 特に、 φ 3がゼロ（0)の場合、すなわち、素子反射面 5cが仮想基準直線 9に対して平行な場合には、図 8にお!/、て、 al =b2、 a2 = blとなる。従って、 alと a2力、 blと b 2かのどちらか片方の組のパラメータを決定すれば、もう片方の組も自動的に決定される。 α > βのときは alと a2を、 j8 > αの場合は blと b2の方を考慮すればよい。今、 j8 > αとすると、式（1)乃至（8)は、以下の（11)〜（16)のように書き換えることができる。

[数 45]

≠3 = 0 ( 1 1 )

[数 46] /7 = -tan(2^) ( 1 2)

[数 47]

(1 3:

[数 48] h

sin β + C\ sin(2^2 + β)

sin(2¾/S₂ )

a2 =b\≥ (1 4)

sin(^₂ + β)

[数 49] h

sin β + {c-C ) sin(2^2

sin(2 ）

(1 5)

sin(¾zi₂ - β)

[数 50]

(1 6)

2 cos ^2

[0096] 入力光学系から入射させる入力ビームの収束角度 aと所望の値 βとに対し、パラメータ φ 1、 2, c, cl, h、al, a2、 bl, b2, Lを数式（11)〜（16)を満足するように選択すれば、出力主光線 17が入力主光線 11の延長線上にあり（条件 1)、入力側反射面 Mlへの入力ビームの全てが入力側反射面 Mlによって反射され (条件 2)、入力側反射面 Mlで反射されたビームの全てが反射型 SLM5に入射し (条件 3)、反射型 SLM5で変調されたビームのうち必要な成分の全てが出力側反射面 M2によって反射される（条件 4)ことが確保される。素子反射面 5cが仮想基準直線 9に対して平行なため、光学系の設計、組立、調整がより容易となる。

[0097] なお、図示しない入力側光学系は、例えば、ピンホール（開口）とレンズとを備えることにより、読み出し光 (入力光ビーム）力 0〜αの範囲の収束角で、かつ、素子反射面 5cの長さ cに等しいビーム径 cにて反射型 SLM5に入射することを確保することができる。この場合、入力辺縁光線 13、 15は、ピンホールの縁を通過した光線となる。

[0098] なお、図示しない入力側光学系が、空間光変調装置 1に対し、読み出し光 (入力光ビーム）を任意の収束角及び任意のビーム径で入射させる場合を考える。この場合にも、入力側反射面 Ml ,出力側反射面 M2,素子反射面 5cの位置関係を式（1)〜 (8)もしくは式（ 11)〜（ 16)を満足するように設定することにより、入力側反射面 M 1 に入射した読み出し光のうち、主光線 11に対して 0〜 ocの角度をなす方向に伝搬して反射型 SLM5の素子反射面 5cに入射する成分の全てが入力側反射面 Mlによつて反射され、入力側反射面 Mlで反射された読み出し光の全てが反射型 SLM5に入射し、反射型 SLM5で変調され 0〜 βの角度で反射型 SLM5より出射する読みだし光の所望の成分全てが出力側反射面 Μ2によって反射されることが確保できる。

[0099] 次に、図 13及び図 14を参照しながら、上記空間光変調装置 1を採用した光学処理装置 80について説明する。

[0100] 図 13に示すように、光学処理装置 80は、光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82、入力面 84、フーリエ変換レンズ 86、空間光変調装置 1、フーリエ変換レンズ 88、及び、出力面 90を備えている。光学処理装置 80は、入力面 84に表示される入力画像と反射型 SLM5に表示される参照画像との相関を示すパターンを出力する 4f光学系（フーリエ変換光学系）である。光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82、入力面 84が入力光学系 Iを構成している。このうち、光源 81、ピンホール 83、コリメ一トレンズ 82が平行投光光学系 Rを構成している。フーリエ変換レンズ 88と出力面 90とが出力光学系 Oを構成して、る。

[0101] 空間光変調装置 1は、ミラー 3、 7及び反射型 SLM5を有している。反射型 SLM5 は、例えば、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、やはり図 7を参照して説明した位相変調モジュール 6に内蔵されている。なお、図 13では、明瞭化を図るため、反射型 SLM5のみを図示して!/、る。

[0102] 光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82、入力面 84、フーリエ変換レンズ 86、フ一リエ変換レンズ 88、出力面 90、ミラー 3、及び、ミラー 7が、仮想基準直線 9上に配置されている。入力面 84とフーリエ変換レンズ 86との間の距離と、フーリエ変換レンズ 86と素子反射面 5cとの間のミラー 3を介した距離とは、フーリエ変換レンズ 86の焦点距離 (長さ fl)に等しく設定されている。素子反射面 5cとフーリエ変換レンズ 88との間のミラー 7を介した距離と、フーリエ変換レンズ 88と出力面 90との間の距離とは、フ一リエ変換レンズ 88の焦点距離 (長さ f 2)に等しく設定されている。光源 81は、レーザであって、所定の波長の直線偏光光を読み出し光として出射する。ピンホール 83 及びコリメートレンズ 82は、読み出し光を所定のビーム径の平行光に変換する。したがって、入力面 84には所定のビーム径の平行光が投射される。入力面 84には、投射された平行光の光強度もしくは位相またはその両方を入力画像に応じて変化させるデバイス (例えば、入力画像を表示したフィルムやマスク等の透過型の物体）が配置されている。入力面 84で変調された入力光 (入力画像）はフーリエ変換レンズ 86 でフーリエ変換され、ミラー 3を介して反射型 SLM5に入射する。このとき、入力光は、収束角度 a、かつ、ビーム径 cにて、反射型 SLM5に入射する。反射型 SLM5は、参照画像に基づいて作成されたフィルタパターンを表示しており、反射型 SLM5に入射した入力画像を変調し出力する。出力光はミラー 7で反射され仮想基準直線 9 に沿って伝搬し、フーリエ変換レンズ 88でフーリエ変換されて出力面 90に相関バターンを出力する。

[0103] 空間光変調装置 1では、反射型 SLM5は、仮想基準直線 9から仮想基準直線 9〖こ対して垂直な方向にずれた位置に配置されて!、る。反射型 SLM5の素子反射面 5c は仮想基準直線 9に平行に配置されている。すなわち、反射型 SLM5は、 φ 3 = 0 ( 図 8)となるように、配置されている。ミラー 3, 7,反射型 SLM5は、入力光ビームの収束角度 αと所望の最大回折次数 nとに対し、式（11)〜（16)、及び、（9)、（10)を満足するように、配置されている。

[0104] 光学処理装置 80によれば、入力光学系 Iから出力された入力光の全てがミラー 3に入射し、ミラー 3で反射した光の成分全てが反射型 SLM5に入射し、反射型 SLM5 で変調された光のうち必要な成分（l〜n次回折光）の全てがミラー 7で反射しフーリェ変換レンズ 88にてフーリエ変換される。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高い反射型 SLM5の利点を活かすことができる。

[0105] また、入力光学系 Iと出力光学系 Oとが仮想基準直線 9上に配置されており、入力光の光軸 91と出力光の光軸 92とが両方とも仮想基準直線 9上に位置している。反射型 SLM5は仮想基準直線 9から垂直方向にずれた位置にある。また、光源 81、ピンホーノレ 83、コリメートレンズ 82、入力面 84、フーリエ変換レンズ 86、フーリエ変換レンズ 88、及び、出力面 90は、全て、仮想基準直線 9に対し、仮想基準直線 9がこれらを直交して貫通する向きに配置されている。このように、入力光学系 Iと出力光学系 Oと反射型 SLM5とは、単一の仮想基準直線 9に対して、平行あるいは垂直な向きに配置されている。反射型 SLM5の筐体は一般に直方体であるため、反射型 SLM5と入力光学系と出力光学系との整合性が取りやすぐ光学処理装置 80全体をコンパクトに設計することが容易である。また、光学処理装置 80全体を基板上に設ける際にも、単一の仮想基準直線 9を基板上に設定すればよいため、機械加工も容易となる。したがって、光学系の設計及び組立が容易となる。

[0106] 反射型 SLM5の素子反射面 5cが仮想基準直線 9に対して平行になるように配置されて、るため、仮想基準直線 9に平行な線を素子反射面 5cの位置の基準として利用することができ、光学系の設計、組立がより容易となっている。また、入力光学系 Iと出力光学系 Oとは反射型 SLM5から分離されているため、入力光学系 I及び出力光学系 Oの光学調整は仮想基準直線 9上で行えばよい。し力も、入力面 84、フーリエ変換レンズ 86、フーリエ変換レンズ 88、及び、出力面 90が仮想基準直線 9に対し仮想基準直線 9がこれらを直交して貫通する向きに配置されているため、仮想基準直線 9 に対する平行線と垂直線とを光学調整の際に利用することができる。したがって、光学調整も容易となる。

[0107] 以下、図 14を参照して、この光学調整について具体的に説明する。

[0108] 例えば、反射型 SLM5の光軸方向の位置を変化させるために、反射型 SLM5を実線で示す位置 Iから破線で示す位置 IIに移動させるとする。このとき、同時に、ミラー 3 とミラー 7も仮想基準直線 9に対して垂直な方向に実線で示す位置から破線で示す位置まで移動させる。反射型 SLM5とミラー 3、 7の位置関係力移動前（実線）においても移動後 (破線）においても式（12)を満たし続ければ、入力光の光軸 91と出力光の光軸 92とは仮想基準直線 9上に位置しつづける。ただし、 al、 a2、 bl、 b2等の長さについては、予め調整用の余裕を考えて長めに設定してあり、移動後においても式（14)乃至（16)の不等式が満足され続けて!/、るとする。 [0109] 移動前の光路 A— C Bが形成する三角形 ACBと移動後の光路 A'— C' B'が形成する三角形 A' C' B'とは互いに相似である。線分 ABの長さを長さ L、点じから線分 ABに下ろした垂線が線分 ABと交わる点を点 Dとし、線分 CDの長さを長さ hとする。いま、三角形 A' C' B'の辺の長さが、三角形 ACBより w倍大きいとする。すなわち、仮想基準直線 9と反射型 SLM5との距離が移動の前後で w倍大きくなつたとする

[0110] 移動前のミラー 3から反射型 SLM5までの光路長は A' A+ACであり、移動後は長さ A' C，である。長さ A' Aは（w— l) hZtan (2 (i) 1)、長さ ACは hZsin (2 (i) 1)、長さ A' Cは wACである。移動前後の光路長の変化 dは、 A' C - (A' A+AC)で計算できるので、 d= (w- l) htan ( φ 1)で表される。また、反射型 SLM5およびミラー 3、 7の仮想基準直線 9に対して垂直な方向への移動量を A hとすると、 A h= (w- l) h = dZtan ( (i) 1)となる。

[0111] このように、光路長を調整するために行う反射型 SLM5の位置調整は、反射型 SL M5とミラー 3、 7を仮想基準直線 9に対して垂直な方向に移動させることによって容易に実現でき、入力光学系 I及び出力光学系 Oの光学デバイスに関係する光軸 91, 92を移動させる必要がない。したがって、入力光学系 I及び出力光学系 Oの光学デバイスの光軸方向における位置調整と、反射型 SLM5と 2つのミラー 3、 7の光軸に垂直な方向における位置調整とを、互いに独立に行うことができる。

[0112] なお、光学処理装置 80でも、 φ 3はゼロ（0)でなくても良い。すなわち、反射型 SL M5の素子反射面 5cは仮想基準直線 9に対して平行でなくても良い。この場合には、ミラー 3、 7及び反射型 SLM5を数式（11)〜（16)の代わりに、数式（1)〜（8)を満足するように、配置すれば良い。反射型 SLM5と仮想基準直線 9との成す角度 φ 3がゼロでなくても、図 14を参照して説明したのと同様に、反射型 SLM5とミラー 3、 7を仮想基準直線 9に対して垂直な方向に移動させるだけで、光路長を調整することができる。

[0113] 次に、第 2の実施の形態に力かる空間光変調装置 30について、図 15を参照しながら説明する。

[0114] 空間光変調装置 30は、ミラー 3, 7の代わりにプリズム 32を備えている点を除き、第 1の実施の形態にかかる空間光変調装置 1と同一である。したがって、空間光変調装置 30は、反射型 SLM5とプリズム 32とを備えている。なお、図 15では、空間光変調装置 1と同様の機能、構成を有する部材には同一の番号を付している。また、明瞭ィ匕を図るため、反射型 SLM5のうちミラー層 5bのみを図示し変調部 5a及びアドレス部 5 dの図示を省略している。反射型 SLM5は、例えば、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、位相変調モジュール 6 (図 7)に内蔵されていてもよい。

[0115] プリズム 32は、断面が三角形状の 3角柱である。 3角柱を構成する 3つの面 SI, S2 , S3 (外表面）のうち 2つの面 SI, S2に反射率を高めるための処理が施されている。これら 2つの面 SI, S2が、それぞれ、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2として機能する。プリズム 32は、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2とが仮想基準直線 9上に位置し、残りの 1つの面 S3が仮想基準直線 9から仮想基準直線 9に対して垂直な方向にずれた位置に位置するように、配置されて！ヽる。

[0116] 入力側反射面 Mlは、仮想基準直線 9に沿って入射する入力光を、反射型 SLM5 に反射する。反射型 SLM5は、入力側反射面 Mlで反射された入力光を変調して反射する。出力側反射面 M2は、反射型 SLM5からの光を反射して、仮想基準直線 9 に沿って出力する。

[0117] 入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2と素子反射面 5cとの配置関係は、入力側反射面 Mlの端点 A2と出力側反射面 M2の端点 B1とが一致している点を除き、図 8を参照して説明した第 1の実施の形態における入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2 と素子反射面 5cとの配置関係と同一である。

[0118] すなわち、図 15に示すように、入力主光線 11が入力側反射面 Mlに入射する点を点 A、入力側反射面 Mlで反射した光の主光線が反射型 SLM5に入射する点を点 C 、反射型 SLM5で変調され素子反射面 5cにて反射した光の主光線が出力側反射面 M2に入射する点を点 Bとする。点 Aと点 Bとを結ぶ直線 A—Bは仮想基準直線 9上に位置している。入力側反射面 Mlと仮想基準直線 9との成す角度を φ 1、出力側反射面 M2と仮想基準直線 9との成す角度を φ 2、素子反射面 5cと仮想基準直線 9との成す角度を Φ 3と定義する。なお、 φ 1及び φ 3は、図 15において、仮想基準直線 9から反時計方向に正の値を採る。 φ 2は、図 15において、仮想基準直線 9から時計方向【こ正の値を採る。 φ 1、 φ 2ίま、 0° < 1 < 90° 、0。く φ 2< 90° を満足してヽる。また、入力側反射面 Mlの両端の点 Al、点 Α2に対して、線分 Al— Α2の長さを a、線分 A— Alの長さを al、線分 A— A2の長さを a2とする。出力側反射面 M2の両端の点 Bl、点 B2に対して、線分 B1— B2の長さを b、線分 B— B1の長さを bl、線分 B— B2の長さを b2とする。素子反射面 5cの 2つの端点 Cl、 C2に対して、線分 C1 C2の長さ（すなわち、反射型 SLM5の有効口径）を c、線分 C C1の長さを cl、線分 C— C2の長さを c2とする。さらに、点 C力も線分 A— Bへの垂線の足を点 D、垂線 C Dの長さを h、線分 A— Bの長さを Lとする。

[0119] 本実施の形態でも、第 1の実施の形態同様、読み出し光 (入力光ビーム）は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線 9に沿って、 0から αの範囲の収束角度にて入射してくるとする。また、読み出し光 (入力光ビーム）の反射型 SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面 5cの長さ cに等しいとする。反射型 SLM5で変調され素子反射面 5cにて反射された読み出し光が反射型 SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分 (すなわち、空間光変調装置 30から出力させたい所望の成分)が、 0からの範囲の発散角で、出力光ビームとして出射するとする。本実施の形態でも、入力側反射面 Mlと出力側反射面 Μ2と素子反射面 5cとは、収束角度値 α と所望の発散角度値 βとに対し、式（1)〜 (8)、もしくは、式（11)〜（16)の関係を満足している。例えば、所望の成分力^〜 η次回折光である場合には、収束角度 αと所望の回折次数 ηとに対して、式（1)〜（8)、もしくは、式（11)〜（16)、及び、式（9)、（ 10)の関係を満足している。

[0120] したがって、本実施の形態の空間光変調装置 30でも、第 1の実施の形態の空間光変調装置 1同様、入力主光線 11と出力主光線 17とが共に仮想基準直線 9上に位置する。従って、入力光学系や出力光学系と組み合わせて光学系を作成する際、光学系全体の設計、組立、調整が容易となる。さらに φ 3 = 0であれば、光学系全体の設計、組立、調整がよりいつそう容易となる。また、光学系全体をコンパクトィ匕することができる。空間光変調装置 30を複数個仮想基準直線 9に沿って多段接続することもできる。プリズム 32への入射光の全てが入力側反射面 Mlによって反射され、入力側反射面 Mlで反射された入射光の全てが読みだし光として反射型 SLM5に入射し、さらに反射型 SLM5で変調された読みだし光の所望の成分全てがプリズム 32の出力側反射面 M2によって反射される。したがって、光の利用効率を高めることが可能になり、有効開口率の高い反射型 SLM5の利点を活かすことができる。し力も、本実施の形態によれば、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2とが単一のプリズム 32に備えられているので、全体の部品点数が少なくなり、構成がさらに単純ィ匕されている

[0121] 次に、図 16を参照しながら、空間光変調装置 30を採用した光学処理装置 60について説明する。

[0122] 光学処理装置 60は波形成形を行うための装置である。光学処理装置 60は、レーザ 62、レンズ 64、ピンホール 66、コリメートレンズ 68、空間光変調装置 30、フーリエ変換レンズ 70、及び、出力面 72を有している。レーザ 62、レンズ 64、ピンホール 66 、コリメートレンズ 68が入力光学系 Iを構成している。なお、入力光学系 Iは平行投光光学系 Rとしても機能する。フーリエ変換レンズ 70及び出力面 72が出力光学系を構成している。空間光変調装置 30は、プリズム 32と反射型 SLM5とを有している。反射型 SLM5は、例えば、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、やはり図 7を参照して説明した位相変調モジュール 6に内蔵されている。但し、図 16では、反射型 SL M5のみを図示し、位相変調モジュール 6の図示を省略している。

[0123] レーザ 62、レンズ 64、ピンホーノレ 66、コリメートレンズ 68、フーリエ変換レンズ 70、及び、出力面 72は、プリズム 32とともに仮想基準直線 9上に配置されている。反射型 SLM5は、仮想基準直線 9から垂直方向にずれた位置に配置されている。

[0124] レーザ 62は、所定の波長の直線偏光光を読み出し光として出射する。読み出し光の主光線は仮想基準直線 9上を伝搬する。レンズ 64、ピンホール 66、及び、コリメ一トレンズ 68は読み出し光を所定のビーム径の平行光に変換する。平行光は仮想基準直線 9に沿って伝搬しプリズム 32の入力側反射面 Mlに入射する。入力側反射面 Mlは、入射した平行光を反射型 SLM5に向けて反射する。反射型 SLM5には、読み出し光が収束角 ex ( = 0)、ビーム径 cで入射する。反射型 SLM5は、位相変調モジュール 6 (図 7)に内蔵されており、図示しない制御部力も LCD530 (図 7)に入力される信号によって、入射した読み出し光に対し所望の位相変調を行う。反射型 SLM 5は、位相変調した光をプリズム 32に向けて反射する。出力側反射面 M2で反射された位相変調光の主光線は仮想基準直線 9に沿って伝搬する。フーリエ変換レンズ 70 は位相変調光をフーリエ変換し、波形成形された所望の波形パターンを出力面 72に形成する。

[0125] 空間光変調装置 30では、プリズム 32及び反射型 SLM5は、収束角度 ocと所望の最大回折次数 nとに対し、式（1)〜（8)あるいは式（11)〜（16)、及び、（9)、（10)を満足するように、配置されている。このため、入力光学系 Iから出力された入力光の全てがプリズム 32の入力側反射面 Mlに入射し、入力側反射面 Mlで反射した光の全てが反射型 SLM5に入射し、反射型 SLM5で変調された光のうち必要な成分（l〜n 次回折光）の全てがプリズム 32の出力側反射面 M2で反射し、フーリエ変換レンズ 7 0にてフーリエ変換される。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高い反射型 SLM5の利点を活かすことができる。

[0126] 光学処理装置 60では、図 13を参照して説明した第 1の実施の形態における光学処理装置 80と同様、入力光学系 Iと出力光学系 Oとが仮想基準直線 9上に配置されており、入力光の光軸と出力光の光軸とが両方とも仮想基準直線 9上に位置する。反射型 SLM5が仮想基準直線 9から垂直方向にずれた位置にある。レーザ 62、レンズ 64、ピンホール 66、コリメ一卜レンズ 68、フーリエ変換レンズ 70、出力面 72力全て、仮想基準直線 9に対し、仮想基準直線 9がこれらを直交して貫通する向きに配置されている。このため、光学処理装置 80と同様、光学系の設計、組立、調整が容易で、また、光学系全体をコンパクトにすることができる。し力も、空間光変調装置 30がプリズム 32を採用しているため、全体の部品点数が少なくなり、構成がより単純になっている。

[0127] 次に、図 17を参照しながら、空間光変調装置 30を採用した別の光学処理装置 10 0について説明する。

[0128] 光学処理装置 100は、第 1の実施の形態の空間光変調装置 1の代わりに空間光変調装置 30を採用した点を除き、図 13を参照して説明した第 1の実施の形態の光学処理装置 80と略同一である。すなわち、光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82 、入力面 84、及び、フーリエ変換レンズ 86が入力光学系 Iを構成する。このうち、光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82が平行光投光光学系 Rを構成する。フーリェ変換レンズ 88と出力面 90とが出力光学系 Oを構成する。入力面 84とフーリエ変換レンズ 86との間の距離と、フーリエ変換レンズ 86と素子反射面 5cとの間のプリズム 3 2を介した距離とは、フーリエ変換レンズ 86の焦点距離 (長さ fl)に等しく設定されている。素子反射面 5cとフーリエ変換レンズ 88との間のプリズム 32を介した距離と、フ一リエ変換レンズ 88と出力面 90との間の距離とは、フーリエ変換レンズ 88の焦点距離 (長さ f2)に等しく設定されている。

[0129] 読み出し光 (入力光ビーム）は、フーリエ変換レンズ 86でフーリエ変換され、プリズム 32で反射されて、収束角 αかつビーム径 cにて反射型 SLM5に入射する。かかる構成の光学処理装置 100は、入力面 84に表示される入力画像と反射型 SLM5に表示される参照画像との相関演算を行う。反射型 SLM5は、例えば、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、やはり図 7を参照して説明した位相変調モジュール 6に内蔵されている。但し、図 17では、反射型 SLM5のみを図示し、位相変調モジユール 6の図示を省略している。

[0130] 空間光変調装置 30では、プリズム 32及び反射型 SLM5は、収束角度 ocと所望の最大回折次数 nとに対し、式（1)〜（8)あるいは式（11)〜（16)、及び、（9)、（10)を満足するように、配置されている。したがって、光学処理装置 100によれば、光学処理装置 80と同一の効果が得られ、し力も、空間光変調装置 30がプリズム 32を採用したことにより、全体の部品点数がより少なくなり構成がより単純化されている。

[0131] 次に、図 18を参照しながら、 2つの空間光変調装置 30を仮想基準直線 9に沿ってカスケード状に 2段接続した光学処理装置 200について説明する。

[0132] 光学処理装置 200は、図 17を参照して説明した光学処理装置 100同様、フーリエ変換レンズ 86とフーリエ変換レンズ 88との間に、空間光変調装置 30 (以下、第 2の空間光変調装置 30— 2という）を備えている。光学処理装置 200は、さらに、コリメ一トレンズ 82とフーリエ変換レンズ 86との間に、入力面 84の代わりに、もう一つの空間光変調装置 30 (以下、第 1の空間光変調装置 30— 1という）を備えている。第 1の空間光変調装置 30— 1と第 2の空間光変調装置 30— 2とは、共に、図 15を参照して説明した空間光変調装置 30と同一の構成を備えている。すなわち、第 1の空間光変調装置 30— 1は、反射型 SLM5 (以下、第 1の反射型 SLM5— 1という）とプリズム 32 ( 以下、第 1のプリズム 32— 1という）とを備えている。反射型 SLM5— 1は仮想基準直線 9から仮想基準直線 9に対して垂直な方向にずれている。プリズム 32— 1の入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2とは仮想基準直線 9上に配置されている。第 2の空間光変調装置 30— 2は、反射型 SLM5 (以下、第 2の反射型 SLM5— 2という）とプリズム 32 (以下、第 2のプリズム 32— 2という）とを備えている。反射型 SLM5— 2は仮想基準直線 9から仮想基準直線 9に対して垂直な方向にずれており、プリズム 32— 2の入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2とは仮想基準直線 9上に配置されている。

[0133] 光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82、及び、第 1の空間光変調装置 30— 1 の反射型 SLM5— 1の素子反射面 5cが入力光学系 Iを構成している。このうち、光源 81、ピンホール 83、及び、コリメートレンズ 82が平行投光光学系 Rを構成している。フーリエ変換レンズ 88と出力面 90とが出力光学系 Oを構成している。反射型 SLM5 - 1の素子反射面 5cとフーリエ変換レンズ 86との間のプリズム 32— 1を介した距離と、フーリエ変換レンズ 86と反射型 SLM5— 2の素子反射面 5cとの間のプリズム 32— 2を介した距離とは、フーリエ変換レンズ 86の焦点距離 (長さ fl)に等しく設定されている。反射型 SLM5— 2の素子反射面 5cとフーリエ変換レンズ 88との間のプリズム 3 2— 2を介した距離と、フーリエ変換レンズ 88と出力面 90との間の距離とは、フーリエ変換レンズ 88の焦点距離 (長さ f 2)に等しく設定されている。反射型 SLM5— 1, 5— 2は、共に、例えば、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、それぞれ、やはり図 7を参照して説明した位相変調モジュール 6に内蔵されている。なお、図 18でも、明瞭ィ匕を図るため、反射型 SLM5— 1, 5— 2のみを図示し、位相変調モジュール 6 の図示を省略している。反射型 SLM5— 1は入力画像から作成したフィルタパターンを表示し、コリメートレンズ 82からの平行光を位相変調して入力画像を出力する。反射型 SLM5 - 2は参照画像に基づ、て作成されたフィルタパターンを表示する。力かる構成の光学処理装置 200は、光学処理装置 100同様、入力画像と参照画像との相関演算を行う。

[0134] 読み出し光は、コリメートレンズ 82でコリメートされ、プリズム 32— 1で反射されて、ビーム径 c、収束角 α ( = 0)にて反射型 SLM5— 1に入射する。プリズム 32— 1及び反射型 SLM5— 1は、収束角 α ( = 0)と所望の最大回折次数 ηとに対し、式（1)〜（8) あるいは式（11)〜（16)、及び、（9)、（10)を満足するように、配置されている。

[0135] また、反射型 SLM5— 1から出射した 1〜η次回折光は、フーリエ変換レンズ 86でフ一リエ変換され、プリズム 32— 2で反射されて、ビーム径収束角 ocにて反射型 SL Μ5— 2に入射する。プリズム 32— 2及び反射型 SLM5— 2は、収束角 αと所望の最大回折次数 ηとに対し、式（1)〜（8)あるいは式（11)〜（16)、及び、（9)、（10)を満足するように、配置されている。

[0136] したがって、光学処理装置 200は、光学処理装置 100と同一の効果を達成する他、第 1の空間光変調装置 30— 1にて任意の入力画像を容易に生成することができる。 2個の空間光変調装置 30を多段で接続しても、コリメートレンズ 82,フーリエ変換レンズ 86,フーリエ変換レンズ 88に関係する光軸が全て一直線の仮想基準直線 9上に延びているため、光学系の設計、組立、調整が容易である。

[0137] 次に、図 19を参照しながら、空間光変調装置 30を採用した別の光学処理装置 30 0について説明する。

[0138] 光学処理装置 300は、入力波面の歪みを補償して、均一な波面もしくは所望の位相分布を持つ波面を形成する波面補償光学系の一例である。光学処理装置 300は、光計測光学系やレーザー加工光学系、光マニュピレーシヨンなどで用いられるビーム制御光学系などと組み合わされ、それらの収差を除去するために用いられる。

[0139] 光学処理装置 300は、光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82、入力面 302、レンズ 304とレンズ 306とからなるリレーレンズ系、空間光変調装置 30、レンズ 308とレンズ 310とからなるリレーレンズ系、ビームサンプラー 312、波面センサ 314、制御装置 316、及び、出力面 318を有している。空間光変調装置 30は、反射型 SLM5およびプリズム 32を有している。この例では、反射型 SLM5は、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、やはり図 7を参照して説明した位相変調モジュール 6に内蔵されている。なお、図 19でも、明瞭ィ匕を図るため、位相変調モジュール 6の内部の構成要素のうち反射型 SLM5のみ図示し他の構成要素の図示は省略している。

[0140] 光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82、入力面 302、レンズ 304、及び、レンズ 306は、入力光学系 Iを構成している。このうち、光源 81、ピンホール 83、及び、コリメ一トレンズ 82は平行光投光学系 Rを構成している。レンズ 308、レンズ 310、ビームサンプラー 312、及び、出力面 318は、出力光学系 Oを構成している。光源 81、ピンホール 83、コリメートレンズ 82、入力面 302、レンズ 304、レンズ 306、プリズム 32、レンズ 308、 310、ビームサンプラー 312、及び、出力面 318は、仮想基準直線 9上に配置されている。なお、ビームサンプラー 312は、仮想基準直線 9に対して斜め 45 度の向きに配置されたノ、一フミラー力もなる。反射型 SLM5及び制御装置 316は、仮想基準直線 9から仮想基準直線 9に対して垂直な方向にずれた位置に設けられている。入力面 302、出力面 318、反射型 SLM5、及び、波面センサ 314は、レンズ 30 4, 306, 308, 310【こよって結像関係【こ保たれて!/、る。なお、この f列で ίま、レンズ 30 4とレンズ 306とからなるリレーレンズ系、及び、レンズ 308とレンズ 310とからなるリレ一レンズ系は、像をそのままの大きさで伝達する。

[0141] 光源 81はレーザであって所定の波長の直線偏光光 (読み出し光）を出射し、ピンホール 83及びコリメートレンズ 82は、読み出し光を所定のビーム径の略平行光に変換する。この略平行光が、図示しない、計測対象物体、大気など、波面を歪ませる要因となる光学媒質を経て、入力面 302に入射する。入力面 302に入射した光ビームは、光学媒質による歪みを有している。この光ビームは、レンズ 304とレンズ 306とを透過して、プリズム 32によって反射されて、反射型 SLM5に結像する。反射型 SLM5で位相変調され反射された光は、プリズム 32にて反射され、レンズ 308、レンズ 310を透過して出力面 318上に結像する。ここで、レンズ 310を透過した光の一部は、レンズ 310の後方に配置されたビームサンプラー 312によってサンプルされ、波面センサ 314に入射する。波面センサ 314は、入射したビーム波面の歪みを計測し、制御装置 316を介して、位相変調モジュール 6内の LCD530 (図 7)にその歪みを補正する信号をフィードバックし、波面補償を行う。出力面 318の後には、図示しない集光光学系が配置されており、センサもしくは加工対象物、もしくはマ-ュピレーシヨン対象物などに光を照射する。

[0142] 空間光変調装置 30では、プリズム 32及び反射型 SLM5は、式（1)〜（8)あるいは式（11)〜（16)、及び、式（9)、（10)を満足するように、配置されている。ここで、これらの式中、 aは反射型 SLM5で補償可能な最大歪み量より大きな値に設定されている。また、 βは許容残差より大きな値に設定されている。

[0143] したがって、入力光学系 Iから出力された入力光のうち SLM5で補償可能な成分の全てがプリズム 32の入力側反射面 Mlに入射し、入力側反射面 Mlで反射した光の全てが反射型 SLM5に入射して反射型 SLM5で変調 (補償)され、反射型 SLM5で変調された光のうち許容できる成分の全てがプリズム 32の出力側反射面 M2で反射し出力光学系 Oに導かれる。したがって、光の利用効率を高めることができ、有効開口率の高、反射型 SLM5の利点を活かすことができる。

[0144] また、ビームサンプラー 312にて光路を垂直に折り曲げることができるため、光学系の設計が簡単になる。さらに、光路が斜めではなぐ仮想基準直線 9に対して平行あるいは垂直な方向に伸びて、るため、一般に直方体である位相変調モジュール 6の筐体や波面センサ 314の筐体との整合性が取りやすぐ光学処理装置 300全体をコンパクトイ匕することが容易である。しかも、プリズム 32を利用しているため、全体の部品点数が少なくなり構成がよりコンパクトィ匕できる。

[0145] また、入力面 302から出力面 318までの光路が仮想基準直線 9上に配置されており、この光路上に空間光変調装置 30が挿入されている。このため、既述の光学処理装置 60, 100, 200と同様に光学調整が容易となる。なお、光学調整を行う際には、空間光変調装置 30以外の光学部品を光学調整した後、空間光変調装置 30を挿入し調整すればよい。

[0146] なお、光学処理装置 300は、空間光変調装置 30を備え波面補償を実現するのであれば、図 19を参照して説明した構成でなくてもよい。例えば、光源 81としては、レ一ザ一でもよいが、空間コヒーレンスが高く点光源とみなせれば、レーザーでなくてもよい。また、ビームサンプラー 312は、レンズ 310の後方に配置しなくても良い。ビームサンプラー 312は、出力側反射面 M2の後側で、かつ、出力面 318の前側の任意の位置に配置することができる。また、反射型 SLM5と波面センサ 314との間に、レンズ 308とレンズ 310と力もなるリレーレンズ系の代わりに、像の拡大機能を有する拡大リレーレンズ系や、像の縮小機能を有する縮小リレーレンズ系、波長毎に光を分離する機能を有するダイクロイツクミラー等、任意の機能を有する機能光学系を挿入しても良い。また、反射型 SLM5と波面センサ 314とは、結像関係に無くても良い。 [0147] 次に、第 3の実施の形態に力かる空間光変調装置 40について、図 20を参照しながら説明する。

[0148] 空間光変調装置 40は、プリズム 32の代わりにプリズム 42を採用した点を除き、第 2 の実施の形態にかかる空間光変調装置 30と同一である。したがって、空間光変調装置 40は、反射型 SLM5とプリズム 42とを備えている。なお、図 20では、第 2の実施の形態にかかる空間光変調装置 30と同様の機能、構成を有する部材には同一の番号を付している。また、明瞭ィ匕を図るため、反射型 SLM5のうちミラー層 5bのみを図示し変調部 5a及びアドレス部 5dの図示を省略している。反射型 SLM5は、例えば、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、位相変調モジュール 6 (図 7)に内蔵されていてもよい。

[0149] プリズム 42は、断面が台形状の 4角柱である。より詳しくは、プリズム 42は、プリズム 32の三角形断面の頂点部分を切り落として形成した台形断面を持つ。 4角柱を構成する 4つの面 SI, S2, S3, S4 (外表面）のうち台形断面の斜辺に対応する 2つの斜面 SI, S2に反射率を高めるための処理が施されている。このため、 Sl、 S2は入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2として機能する。プリズム 42は、入力側反射面 Ml と出力側反射面 M2とが仮想基準直線 9上に位置し、台形断面の下底及び上底に対応する残りの 2つの面 (底面 S3,上面 S4)が仮想基準直線 9を挟むように、配置されている。

[0150] 入力側反射面 Mlは、仮想基準直線 9に沿って入射する入力光を、反射型 SLM5 へ反射する。反射型 SLM5は、入力側反射面 Mlで反射した入力光を変調して反射する。出力側反射面 M2は、反射型 SLM5からの光を反射して、仮想基準直線 9〖こ沿って出力する。

[0151] 本実施の形態でも、第 2の実施の形態同様、読み出し光 (入力光ビーム）は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線 9に沿って、 0から αの範囲の収束角度にて入射してくるとする。また、読み出し光 (入力光ビーム）の反射型 SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面 5cの長さ cに等しいとする。反射型 SLM5で変調され素子反射面 5cにて反射された読み出し光が反射型 SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分 (すなわち、空間光変調装置 40から出力させたい所望の成分)が、 0から βの範囲の発散角で、出力光ビームとして出射するとする。ここで、入力側反射面 Mlと出力側反射面 Μ2と素子反射面 5cとの配置関係は、入力側反射面 Mlの端点 A2と出力側反射面 M2の端点 B1とが離間している点を除き、第 2の実施の形態のプリズム 32と同一である。すなわち、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2と素子反射面 5cとは、収束角度値 αと所望の値 j8とに対し、式（1)〜（8)、もしくは、式（11)〜（16)の関係を満足している。例えば、 l〜n次回折光を出力したい場合には、収束角度値 αと所望の回折次数 nとに対して、式（1)〜（8)、もしくは、式（1 1)〜（16)、及び、式（9)、（10)の関係を満足している。

[0152] したがって、本実施の形態の空間光変調装置 40は、第 2の実施の形態の空間光変調装置 30や第 1の実施の形態の空間光変調装置 1と同様の効果を奏する。したがつて、図 16— 19を参照して説明した光学処理装置 60, 100, 200, 300において、空間光変調装置 30の代わりに空間光変調装置 40を設けてもよい。また、図 13を参照して説明した光学処理装置 80において、空間光変調装置 1の代わりに空間光変調装置 40を設けてもよい。

[0153] なお、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2と素子反射面 5cとが式（11)〜（16) の関係を満足している場合には、素子反射面 5cとプリズム 42の面 S3、 S4とは、仮想基準直線 9に平行に配置される。この場合には、空間光変調装置 40は、上述した入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2とを介した斜め読み出しの他、垂直読み出しをも行うことができる。すなわち、矢印 Vに示すように、光を、プリズム 42の底面 S3に対して垂直に入射させる。すると、光はプリズム 42内を透過し上面 S4から垂直に出射し反射型 SLM5に垂直に入射する。反射型 SLM5で変調され反射された光はプリズム 42の上面 S4に再び垂直に入射しプリズム 42内を再び透過し底面 S3から垂直に出射する。このとき、入射光及び出射光はプリズム 42の底面 S3及び上面 S4に対して垂直に進むため、プリズム 42の底面 S3及び上面 S4にて反射されることなく効率よくプリズム 42を透過する。

[0154] 次に、第 4の実施の形態に力かる空間光変調装置 50、及び、空間光変調装置 50 に使用されるカップリングプリズム 52について、図 21を参照しながら説明する。

[0155] 空間光変調装置 50は、プリズム 32の代わりにカップリングプリズム 52を採用した点、及び、カップリングプリズム 52を反射型 SLM5に接合した点を除き、図 15を参照して説明した第 2の実施の形態に力かる空間光変調装置 30と同一である。したがって、空間光変調装置 50は、反射型 SLM5と反射型 SLM5に接合されたカップリングプリズム 52とを備えている。図 21においては、第 2の実施の形態に力かる空間光変調装置 30と同様の機能、構成を有する部材には同一の番号を付している。反射型 SL M5は、例えば、図 7を参照して説明した PAL— SLMであり、位相変調モジュール 6 (図 7)に内蔵されていてもよい。

[0156] カップリングプリズム 52は 5角柱形状のプリズムである。カツプリングプリズム 52は、 5つの面 54、 55, 56, 57, 58を備えて!/ヽる。面 54は面 58に対向して!/、る。面 54と面 58とは互いに平行に延びている。面 56は面 55と面 57と〖こ対向している。面 54と面 5 6とのなす角度（内角）は 90°である。面 56と面 58とのなす角度（内角）も 90°である。面 54と面 55とのなす角度（内角）は 90°— φ 1である。面 57と面 58とのなす角度（内角）は 90° - φ 2である。面 55と面 57とのなす角度（内角）は 180° + ( φ 1 + φ 2)である。ここで、 φ 1及び φ 2は、 0° く (90° — φ 1)く 90° 、0° く (90° — φ 2)く 90 ° 、及び、 180° < { 180° + ( 1 + 2) } < 360° を満足している。面 56は反射型 SLM5の変調部 5aの外側表面と接合されている。例えば、反射型 SLM5が図 7を参照して説明した PAL— SLMである場合には、面 56は反射型 SLM5の透明基板 50 2に接合されている。素子反射面 5cは、面 56に対して平行に延びている。

[0157] カップリングプリズム 52は、仮想基準直線 9に対して図 21に示す向きに配置されている。すなわち、仮想基準直線 9が面 54と面 58とを貫通している。面 54と面 58とは仮想基準直線 9に対して垂直に伸びている。面 56は仮想基準直線 9から仮想基準直線 9に対して垂直な方向にずれた位置におヽて仮想基準直線 9に対して平行に延びている。したがって、素子反射面 5cも、仮想基準直線 9から仮想基準直線 9に対して垂直な方向にずれた位置にぉ、て仮想基準直線 9に対して平行に延びて、る。面 55は仮想基準直線 9に対して斜めに延びてヽる。面 57も仮想基準直線 9に対して斜めに延びている。すなわち、面 55は仮想基準直線 9に対して角度 φ 1をなす方向に延びている。面 57は仮想基準直線 9に対して角度 φ 2をなす方向に延びている。なお、 φ 1は、図 21において、仮想基準直線 9から反時計方向に正の値を採る。また、 φ 2は、図 21において、仮想基準直線 9から時計方向に正の値を採る。 φ 1、 φ 2 は、 0° く φ 1く 90° 、0° く φ 2く 90° を満足している。なお、本実施の形態では、角度 φ 1と角度 φ 2とは、カップリングプリズム 52を構成する材料の屈折率 mに対して全反射の条件を満たす値となって!/、る。

[0158] 面 54は入力側透過面 P1として機能し、面 56は接合透過面 P2として機能し、面 58 は出力側透過面 P3として機能する。面 55の内側表面は入力側反射面 Mlとして機能し、面 57の内側表面は出力側反射面 M2として機能する。

[0159] すなわち、仮想基準直線 9に沿って伝搬してきた読み出し光は、入力側透過面 P1 を透過してカップリングプリズム 52内部に導かれる。読み出し光は、カップリングプリズム 52内部を伝搬して入力側反射面 Mlにて全反射され、カップリングプリズム 52内部をさらに伝搬して、接合透過面 P2を透過して反射型 SLM5に到達する。変調部 5 aで変調され素子反射面 5cにて反射された読み出し光は接合透過面 P2を再び透過して、カップリングプリズム 52内部へ導かれる。読み出し光は、カップリングプリズム 5 2内部を伝搬して出力側反射面 M2にて全反射され、カップリングプリズム 52内部をさらに伝搬して、出力側透過面 P3を透過してカップリングプリズム 52から出力され、仮想基準直線 9に沿って伝搬する。

[0160] 本実施の形態でも、図 15を参照して説明した第 2の実施の形態のプリズム 32と同様、入力側反射面 Mlの端点 A2と出力側反射面 M2の端点 B1とが一致している。すなわち、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2と素子反射面 5cとの配置関係は、入力側反射面 Mlの端点 A2と出力側反射面 M2の端点 B1とが一致している点を除き、図 8を参照して説明した第 1の実施の形態における入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2と素子反射面 5cとの配置関係と同一である。

[0161] すなわち、図 21に示すように、入力主光線 11が入力側反射面 Mlに入射する点を点 A、入力側反射面 Mlで反射した光の主光線が反射型 SLM5に入射する点を点 C 、反射型 SLM5で変調され素子反射面 5cにて反射した光の主光線が出力側反射面 M2に入射する点を点 Bとする。点 Aと点 Bとを結ぶ直線 A—Bは仮想基準直線 9上に位置している。入力側反射面 Mlと仮想基準直線 9との成す角度は φ 1 (0く φ 1く 9 0° )、出力側反射面 M2と仮想基準直線 9との成す角度は φ 2 (0< φ 2< 90° )である。素子反射面 5cは仮想基準直線 9に対して角度 φ 3をなす方向に延びている。なお、 φ 3は、図 21において、仮想基準直線 9から反時計方向に正の値を採る。この例では、 φ 3は、 φ 3 = 0を満足している。また、入力側反射面 Mlの両端の点 Al、点 A2に対して、線分 Al— A2の長さを a、線分 A— A1の長さを al、線分 A— A2の長さを a2とする。出力側反射面 M2の両端の点 Bl、点 B2に対して、線分 B1— B2の長さを b、線分 B— B1の長さを bl、線分 B— B2の長さを b2とする。素子反射面 5cの 2つの端点 Cl、 C2に対して、線分 C1一 C2の長さ（すなわち、反射型 SLM5の有効口径）を c、線分 C— C1の長さを cl、線分 C— C2の長さを c2とする。さらに、点じから線分 A— Bへの垂線の足を点 D、垂線 C一 Dの長さを h、線分 A— Bの長さをしとする

[0162] 本実施の形態でも、第 2、第 3の実施の形態同様、読み出し光 (入力光ビーム）は、図示しない入力光学系から、仮想基準直線 9に沿って、 0から αの範囲の収束角度にて入射してくるとする。また、読み出し光 (入力光ビーム）の反射型 SLM5に入射する際のビーム径は、素子反射面 5cの長さ cに等しいとする。また、反射型 SLM5で変調され素子反射面 5cにて反射された読み出し光が反射型 SLM5から出射する。この読み出し光のうち、所望の成分 (すなわち、空間光変調装置 50から出力させたい所望の成分)が、 0度力角度の範囲の発散角で、出力光ビームとして出射するとする。

[0163] 本実施の形態においては、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2と素子反射面 5c とは、収束角度値 exと所望の発散角度値 βとに対し、式（11)〜（16)において αを a Zmに置き換え βを β Zmに置き換え λをえ Zmに置き換えた式（1 Γ)〜（16 (ただし、 mは、カップリングプリズム 52の屈折率である）を満足している。

即ち、

[数 51]

< =。 ( 1 1 )

[数 53]

( 1 3 ' )

[数 54]

一、 —— sin / +c, sinC2(z5, +P/ )

sin(2^₂) ^{1 Y1}

sinW_{2 +} J

( 1 4 ' )

[数 55]

[数 56]

2cos¾¾ ( 1 6 ' ) を満足している。

例えば、所望の成分が 1〜！!次回折光である場合には、入力側反射面 Ml、出力側反射面 M2、素子反射面 5cは収束角度値 αと所望の回折次数 nとに対して、式（1Γ )〜（16')、及び、式（9')、（1(Τ)とを満足している。ここで式（9Ί、 (ΙΟ')は、 [数 57]

[数 58] ηλ

md sin(^, + φ₂ ) となる。

[0164] したがって、本実施の形態の空間光変調装置 50でも、入力主光線 11と出力主光線 17とが共に仮想基準直線 9上に位置し、プリズム 52への入射光の全てが入力側反射面 Mlによって反射され、入力側反射面 Mlで反射された入射光の全てが読みだし光として反射型 SLM5に入射し、さらに反射型 SLM5で変調された読みだし光の所望の成分全てがプリズム 52の出力側反射面 M2によって反射される。したがって、空間光変調装置 50によれば、第 2の実施の形態の空間光変調装置 30や第 1の実施の形態の空間光変調装置 1と同様の効果が得られる。したがって、図 16— 19を参照して説明した光学処理装置 60, 100, 200, 300において、空間光変調装置 30の代わりに空間光変調装置 50を設けてもよい。また、図 13を参照して説明した光学処理装置 80において、空間光変調装置 1の代わりに空間光変調装置 50を設けてもよい。

[0165] さらに、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2とは全反射を行う所定の角度に備えられているので、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2には反射率を向上させるための処理を施す必要がなヽ。入力側透過面 P1及び出力側透過面 P3は仮想基準直線 9と直交しているので、カップリングプリズム 52内に迷光が発生しない。

[0166] また、空間光変調装置 50によれば、光路長の調整を行う際には、仮想基準直線 9 に垂直な方向にカップリングプリズム 52と反射型 SLM5とを一体的に移動させればよぐ光学調整が極めて容易である。このとき、入力側透過面 Pl、入力側反射面 Ml 、出力側反射面 M2、出力側透過面 P3は、移動後にも必要な成分が全て透過または反射するように予め大きく作っておけば良い。

[0167] なお、入力側反射面 Mlと仮想基準直線 9とのなす角度 φ 1、及び、出力側反射面 M2と仮想基準直線 9とのなす角度 φ 2は、全反射の条件を満たす値となっていなくても良い。その場合には、入力側反射面 Ml (面 55の内側表面）と出力側反射面 M2 (面 57の内側表面）とに対し、反射率を高めるための処理を施せば良い。なお、上記説明では、面 56及び素子反射面 5cは仮想基準直線 9に対して平行に延びていた。すなわち、 φ 3 = 0であった。しかしながら、面 56及び素子反射面 5cは仮想基準直線 9に対して斜めに延びていても良い。すなわち、 φ 3はゼロ（0)でなくても良い。この場合には、入力側反射面 Mlと出力側反射面 M2と素子反射面 5cとは、収束角度値 exと所望の値 βとに対し、式（1)〜（8)にお、て αを a Zmに置き換え βを β Zmに置き換え λをえ Zmに置き換えた式を満足して、れば良、。

即ち、以下の式（Γ)〜（8Ίを満足していれば良い。

[数 59]

[数 60]

[数 61]

[数 62]

[数 63]

[数 64] b、≥ ( 6 ' )

[数 65]

> ( 7

[数 66]

L≥a2 cos + i cos ώ ( 8 ' ) を満足していればよい。

[0169] 例えば、所望の成分が 1〜！!次回折光である場合には、入力側反射面 Ml、出力側反射面 Μ2、素子反射面 5cは、収束角度値値 αと所望の回折次数 nとに対して、式（ Γ)〜（8Ί、及び、式（9 、（1CT)を満足していれば良い。

[0170] 以上、添付図面を参照しながら本発明による空間光変調装置、光学処理装置、力ップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変形や改良が可能である。

[0171] 例えば、上記各空間光変調装置 1、 30、 40、 50のいずれをも、上記各光学処理装置 60、 80、 100, 200, 300に適用すること力 Sできる。各空間光変調装置 1、 30、 40 、 50を任意の入力光学系及び任意の出力光学系と組み合わせれば、任意の情報を含んだ任意の光に対し任意の処理を行うことができる。

[0172] 上記実施の形態の反射型 SLM5は、 PAL— SLMでなくても良い。反射型 SLM5 は、任意の反射型空間光変調素子で構成することができる。具体的には、反射型 SL M5は、液晶型でも良ぐ非液晶型でも良い。反射型 SLM5は、光アドレス型でもよく、電気アドレス型でも良い。反射型 SLM5は、読み出し光の位相を変調する位相変調型でも良ぐ読み出し光の強度を変調する強度変調型でも良ぐあるいは、読み出し光の位相と強度の両方を変調する複素振幅変調型であっても良い。

[0173] 例えば、反射型 SLM5力LCoS (Liquid Crystal on Silicon)型である場合には、画素と画素の間に不動作領域 (ギャップ）がある。このため、この構造に由来する不要な回折光が発生する。力かる場合には、数式 (9)を満たす δの値として、式（10 )を満足する値を設定する代わりに、不要な回折光の最大発散角の値を設定すればよヽ。そして、 δと αとに対し、ノラメータ φ 1、 2, c, cl, h、al, a2、 bl, b2, Lを、数式（1)〜(8)もしくは数式（11)〜（16)と数式 (9) (または、数式（1 ' )〜(8' )もしくは、数式（11 ' )〜（16 ' )と数式 (9' ) )とを満足し、かつ、数式 (4)〜（7)もしくは数式（14)〜（16) (または、数式 (4' )〜（7' )もしくは数式（14' )〜（16' ) )において等号が成立するように選択すれば、入力光を有効に反射型 SLM5に照射し必要な回折光を有効に空間光変調装置 1、 30, 40, 50から出力させつつ、不要な回折光を空間光変調装置 1、 30, 40, 50から出力させないようにすることができる。

[0174] 例えば、反射型 SLM5が、非線形光学結晶を用いた反射型空間光変調素子からなる場合には、変調部 5aは非線形光学結晶を備える。

[0175] また、反射型 SLM5が可変鏡力もなる場合には、ミラー層 5bは、素子反射面 5cの形状を変化させることにより、読み出し光を反射しつっこれを変調する。このように、可変鏡では、ミラー層 5b自体が変調部 5aを兼ねる。このため、反射型 SLM5が可変鏡力もなる場合には、図 22に示すように、反射型 SLM5の素子反射面 5cが外部に露出し、入力側反射面 Ml及び出力側反射面 M2に対向する。

産業上の利用可能性

[0176] 本発明による空間光変調装置、光学処理装置、カップリングプリズム、及び、カップリングプリズムの使用方法は、波面補償システム、パターン形成システム、ホログラフィシステム、 3D表示ディスプレイシステム、光情報処理システム等、様々な光処理システムに広く利用できる。

Claims

請求の範囲 [1] 仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子 (5)と、前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記仮想基準直線 (9)に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子 (5)に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面 (Ml)と、前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記反射型空間光変調素子 (5)で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線 (9)に沿つて出力するための出力側反射面 (M2)と、を備え、前記反射型空間光変調素子 (5)が、前記入力側反射面 (Ml)からの読みだし光を反射するための素子反射面（5c)を備え、前記入力側反射面 (Ml)と前記出力側反射面 (M2)とが、前記仮想基準直線 (9) に沿って距離 Lだけ離間し、前記素子反射面 (5c)が前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、前記入力側反射面（ Ml)、前記出力側反射面 (M2)、及び、前記素子反射面 (5c)とが、前記仮想基準直線（9)が延びる方向に対して、それぞれ、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾いており、前記距離 L、h、及び、前記角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが以下の式（1)及び (2)を満足することを特徴とする空間光変調装置（1, 30, 40, 50)。

[数 1]

及び

[数 2]

[2] 前記入力側反射面 (Ml)と前記出力側反射面 (M2)と前記素子反射面（5c)とは、前記入力側反射面 (Ml)が前記素子反射面（5c)に入射する入射光の全てを反射し、

前記素子反射面（5c)が前記入力側反射面 (Ml)で反射された光の全てを反射し前記出力側反射面 (M2)が前記素子反射面 (5c)で反射され前記反射型空間光変調素子 (5)で変調された光のうち所定の成分の全てを反射する相対的な位置関係を有していることを特徴とする請求項 1に記載の空間光変調装置（1 , 30, 40, 50) 前記素子反射面 (5c)が大きさ cを備え、

前記入力側反射面 (Ml)が前記仮想基準直線 (9)に対して前記反射型空間光変調素子（5)から遠い側の大きさ alと、前記反射型空間光変調素子（5)に近い側の大きさ a2とを有し、

前記出力側反射面 (M2)が前記仮想基準直線 (9)に対して前記反射型空間光変調素子（5)から近い側の大きさ blと、前記反射型空間光変調素子（5)に遠い側の大きさ b2とを有し、

前記素子反射面（5c)が前記入力側反射面 (Ml)で反射された前記入射光の光軸に対して前記入力側反射面 (Ml)に近い側の大きさ clを有し、

前記反射型空間光変調素子（5)が、 0〜 ocの範囲の収束角で入射する読みだし光を変調して、その所定の成分を 0〜 βの範囲の発散角で出射し、

前記反射型空間光変調素子（5)へ入射する読み出し光が収束光の場合には αは正の値をとり発散光の場合には αは負の値をとり、前記反射型空間光変調素子（5) から出射する読み出し光の前記所定の成分が発散光の場合には βは正の値をとり収束光の場合には βは負の値をとり、

前記大きさ c、 cl、 al、 a2、 b l、及び、 b2が、 α及び j8に対して、以下の式（3)〜（ 8)を満足することを特徴とする請求項 1に記載の空間光変調装置（1 , 30, 40)。

[数 3] c_x = - ^c ( 3 ) [数 4] h

sin or + sin + ^₂ - or)

sin(2<^ )

(4)

sin(^ - a)

[数 5]

"2

[数 6]

[数 7] h

ηβ + {€-€_λ)ύ {φ +φ₁- β)

sin(2^₂) (7)

sin(¾zi₂ - β)

[数 8]

L>a cos

+ΒΛ COS (8) 前記所定の成分とは 1以上 n (nは 0より大きい自然数)以下の回折次数の回折成分であり、 a及びが、前記入射光の波長 λ、及び、前記反射型空間光変調素子（5) に表示可能な最小の格子パターンの格子定数 dに対して、以下の式（9)及び（10)を満足することを特徴とする請求項 3に記載の空間光変調装置（1， 30, 40)。

[数 9] β = α + δ (9)

[数 10] ηλ

δ = (10)

d ήη φ_χ + ₂) [5] 距離 L、h、及び、角度 φ 1 = φ 2、 φ 3が以下の式（11)及び（12)を満足することを特徴とする請求項 1に記載の空間光変調装置（1, 30, 40, 50)。

[数 11] = 0 ( 1 1 )

[数 12]

[6] 前記入力側反射面 (Ml)は第 1のミラー（3)に備えられ、前記出力側反射面 (Μ2) は前記第 1のミラー（3)とは独立して設けられた第 2のミラー（7)に備えられて、ることを特徴とする請求項 1に記載の空間光変調装置（ 1)。

[7] 単一のプリズム（32, 42)が互いに所定の角度をなすように形成された第 1の面（S1) 及び第 2の面 (S2)を備え、前記入力側反射面 (Ml)が前記第 1の面 (S1)に、前記出力側反射面 (M2)が前記第 2の面 (S2)にそれぞれ形成され、前記入力側反射面 (Ml)及び前記出力側反射面 (M2)は、それぞれ、前記プリズム（32, 42)の外側から入射した入射光を受け取りこれを前記プリズム (32, 42)の外側に向かって反射することを特徴とする請求項 1に記載の空間光変調装置（30, 40)。

[8] 単一のカップリングプリズム（52)が、入力側透過面 (54)と、第 1の反射面 (55)と、接合透過面（56)と、第 2の反射面（57)と、出力側透過面（58)と、を備え、

前記入力側透過面 (54)は、前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記仮想基準直線 (9)に沿って入射してくる入射光を透過させて前記入射光を前記仮想基準直線 (9)に沿って内部に導き、

前記第 1の反射面 (55)は、前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記入力側透過面（54)から前記仮想基準直線 (9)に沿って内部を伝搬してくる入射光を反射する入力側反射面 (Ml)であり、

前記接合透過面 (56)は、前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向にずれた位置に設けられ、前記反射型空間光変調素子 (5)に接合され、前記第 1の反射面（55)で反射され内部を伝搬してくる入射光を透過して前記反射型空間光変調素子 (5)に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、前記反射型空間光変調素子 (5)で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させ、

前記第 2の反射面 (57)は、前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記接合透過面から内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線 (9) に沿って内部を伝搬させる出力側反射面 (M2)であり、

前記出力側透過面 (58)は、前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記第 2の反射面 (57)力前記仮想基準直線 (9)に沿って内部を伝搬してくる出射光を前記仮想基準直線 (9)に沿って外部へ出力することを特徴とする請求項 1に記載の空間光変調装置 (50)。

[9] 前記入力側反射面 (Ml)と前記出力側反射面 (M2)と前記素子反射面（5c)とは、前記入力側反射面 (Ml)が前記素子反射面（5c)に入射する入射光の全てを反射し、

前記素子反射面（5c)が前記入力側反射面 (Ml)で反射された光の全てを反射し前記出力側反射面 (M2)が前記素子反射面 (5c)で反射され前記反射型空間光変調素子 (5)で変調された光のうち所定の成分の全てを反射する相対的な位置関係を有して、ることを特徴とする請求項 8に記載の空間光変調装置（50)。

[10] 前記カップリングプリズムの屈折率は mであり、

前記素子反射面 (5c)が大きさ cを備え、

前記大きさ c、 cl、 al、 a2、 bl、 b2とが、 α及び j8〖こ対し、以下の式（3 〜（8 を満足することを特徴とする請求項 8に記載の空間光変調装置 (50)。

[数 13]

_Cl =f (3 ' )

[数 14]

h / ,

sm ^a/ + c, sm( , +φ_Ί -^α/ )

sin(2^) _ J_ ^Ψ1ノ (4 ' )

sin (^！ -^a/)

[数 15]

h / /

s ^a/ +(c- c,)sin(fi¾, + φ + ^aハ

sin(2^,) ― ,^{m Ψ1} _ ^Ψ2 J^m

a, > (5

sin(^ +« )

[数 16]

[数 17] > ( 7

[数 18]

[11] 前記所定の成分とは 1以上 n (nは 0より大きヽ自然数)以下の回折次数の回折成分であり、 a及び βが、前記入射光の波長 λ、及び、前記反射型空間光変調素子 (5) に表示可能な最小の格子パターンの格子定数 dに対して、以下の式（9Ί及び（1(Τ )を満足することを特徴とする請求項 10に記載の空間光変調装置 (50)。

[数 19]

[数 20] / ηλ

,^m md η φ_λ + φ₂ ) ( 1 0 )

[12] 前記反射型空間光変調素子 (5)は位相変調型であることを特徴とする請求項 1に記載の空間光変調装置（1, 30, 40, 50)。

[13] 空間光変調装置（1, 30, 40, 50)と、

前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、入射光を前記仮想基準直線 (9)に沿って前記空間光変調装置（1, 30, 40, 50)に入力させる入力光学系（I)と、

前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記空間光変調装置（1, 30, 40, 50)から仮想基準直線 (9)に沿って出力された出射光を処理するための出力光学系（Ο)とを備え、

前記空間光変調装置（1, 30, 40, 50)は、

前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子 (5)と、

前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記仮想基準直線 (9)に沿って前記入力光学系 (I)から入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子 (5)に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面 (Ml)と、

前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記反射型空間光変調素子 (5)で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線 (9)に沿つて出力するための出力側反射面 (M2)と、

を備え、

前記反射型空間光変調素子 (5)が、前記入力側反射面 (Ml)からの読みだし光を反射するための素子反射面（5c)を備え、

前記入力側反射面 (Ml)と前記出力側反射面 (M2)とが、前記仮想基準直線 (9) に沿って距離 Lだけ離間し、前記素子反射面 (5c)が前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、前記入力側反射面（ Ml)、前記出力側反射面 (M2)、及び、前記素子反射面 (5c)とが、前記仮想基準直線（9)が延びる方向に対して、それぞれ、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾いており、前記距離 L、h、及び、前記角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが以下の式（1)及び (2)を満足することを特徴とする光学処理装置（60, 80, 100, 200, 300)。

[数 21]

<k = <k - <h ( 1 )

[数 22] h_L sin(2^)sin(2^₂ ) ( ₂ )

sin(2^! + 2 ₂ ) 前記入力光学系（I)は、光源（62、 81)と、前記光源（62、 81)からの光を平行光に変換するビーム変換手段 (R)を有し、

前記出力光学系 (Ο)は、前記反射型空間光変調素子 (5)により位相変調され前記出力側反射面 (Μ2)力反射された光をフーリエ変換するレンズ (70, 88)を有することを特徴とする請求項 13に記載の光学処理装置（60, 80, 100, 200)。

[15] 前記入力光学系（I)は、入力画像をフーリエ変換する第 1のレンズ (86)を有し、前記反射型空間光変調素子（5, 5— 2)は、参照画像に基づくフィルターパターンにて前記入力画像のフーリエ変換画像を位相変調し、

前記出力光学系 (O)は、前記空間光変調装置力もの出力光をフーリエ変換する第 2のレンズ (88)を有し、前記入力画像と前記参照画像との相関を示す画像を出力することを特徴とする請求項 13に記載の光学処理装置（80, 100, 200)。

[16] 前記入力画像を作成する入力画像作成手段（30— 1)をさらに備え、

前記入力画像作成手段 (30— 1)は、別の空間光変調装置（1, 30, 40, 50)からなり、

前記別の空間光変調装置（1, 30, 40, 50)は、

前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向にずれた位置に設けられた反射型空間光変調素子 (5— 1)と、

前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記仮想基準直線 (9)に沿って入射してくる入射光を反射して前記反射型空間光変調素子 (5— 1)に読みだし光として斜めに入射させるための入力側反射面 (Ml)と、

前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記反射型空間光変調素子 (5— 1)で変調され斜めに反射された読みだし光を反射して出射光として前記仮想基準直線 (9)に沿って出力するための出力側反射面 (M2)とを備え、

前記反射型空間光変調素子 (5— 1)が、前記入力側反射面 (Ml)からの読みだし光を反射するための素子反射面（5c)を備え、

前記入力側反射面 (Ml)と前記出力側反射面 (M2)とが、前記仮想基準直線 (9) に沿って距離 Lだけ離間し、前記素子反射面 (5c)が前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、前記入力側反射面（ Ml)、前記出力側反射面 (M2)、及び、前記素子反射面 (5c)とが、前記仮想基準直線（9)が延びる方向に対して、それぞれ、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾いており、前記距離 L、h、及び、前記角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが前記式（1)及び (2)を満足し、前記第 1のレンズ (86)力前記別の空間光変調装置（1, 30, 40, 50)から出力された出射光をフーリエ変換することを特徴とする請求項 15に記載の光学処理装置（ 200)。

[17] 前記空間光変調装置（1, 30, 40, 50)から出力される出射光の一部を導くための光分割素子 (312)と、

前記光分割素子（312)により導かれた出射光の一部の波面の歪みを検出するための波面センサ（314)と、

前記波面センサ（314)の検出結果に基づいて波面の歪みを補正する信号を前記空間光変調装置（1, 30, 40, 50)の反射型空間光変調素子 (5)にフィードバックする制御装置（316)と、をさらに備え、

前記反射型空間光変調素子 (5)により波面補償された出射光が前記出力光学系（ O)に出力されることを特徴とする請求項 13に記載の光学処理装置（300)。

[18] 仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記仮想基準直線 (9)に沿って入射する入射光を透過させ前記入射光を内部に導く入力側透過面（54)と、

前記入力側透過面（54)から内部を伝搬してくる光を反射する入力側反射面（55) と、

前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直にずれた位置に設けられ、反射型空間光変調素子 (5)に接合され、前記入力側反射面 (55)で反射され内部を伝搬してくる光を透過させて、前記反射型空間光変調素子 (5)に対し読みだし光として斜めに入射させ、かつ、前記反射型空間光変調素子（5)で変調され斜めに反射された読みだし光を透過して内部を伝搬させるための接合透過面（56)と前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記接合透過面 (56)カゝら内部を伝搬してくる読みだし光を反射して出射光として内部を伝搬させるための出力側反射面（57)と前記仮想基準直線 (9)上に設けられ、前記出力側反射面 (M2)力内部を伝搬してくる出射光を前記仮想基準直線 (9)に沿って外部へ出力する出力側透過面 (58) と、

を備えることを特徴とするカップリングプリズム (52)。 [19] 仮想基準直線 (9)に垂直で、前記仮想基準直線 (9)に沿って入射する入射光を透過させる入力側透過面（54)と、

前記仮想基準直線 (9)上に前記仮想基準直線 (9)に対して所定の角度を成すように設けられ、前記入力側透過面（54)から内部を伝搬してくる光を全反射する入力側反射面（55)と、

前記仮想基準直線 (9)に対して平行に延び、前記入力側反射面 (55)で反射され内部を伝搬してくる光を透過させるとともに、外部力入射する光を透過して内部を伝搬させるための接合透過面（56)と、

前記仮想基準直線 (9)上に前記仮想基準直線 (9)に対して所定の角度を成すように設けられ、前記接合透過面（56)から内部を伝搬してくる光を全反射し、出射光として前記仮想基準直線 (9)に沿って内部を伝搬させるための出力側反射面 (57)と、前記仮想基準直線 (9)上に前記仮想基準直線 (9)に対して垂直に設けられ、前記出力側反射面 (57)力前記仮想基準直線 (9)に沿って内部を伝搬してくる出射光を前記仮想基準直線 (9)に沿って外部へ出力する出力側透過面 (58)と、を備えることを特徴とするカップリングプリズム (52)。

[20] 第 1〜第 5の側面（54, 56, 58, 57, 55)をこの順に有する 5角柱形状で、第 1の側面（54)と第 2の側面（56)とが互いに 90° をなして接続し、第 2の側面（56)と第 3の側面（58)とが互いに 90° をなして接続し、第 3の側面（58)と第 4の側面（57)とが互いに 90° - φ 2をなして接続し、第 4の側面（57)と第 5の側面（55)とが互いに 180° + 1 + 2をなして接続し、第 5の側面（55)と第 1の側面（54)とが互いに 90°— φ 1をなして接続したカップリングプリズム (52)を用意し、

素子反射面 (5c)を有する反射型空間光変調素子 (5)を、素子反射面 (5c)が第 2 の側面（56)に対し平行に延びるように、第 2の側面（56)に対し接合し、

仮想基準直線 (9)が第 1の側面（54)及び第 5の側面（55)を貫通し、第 5の側面（5 5)と第 4の側面 (57)とが、前記仮想基準直線 (9)に沿って距離 Lだけ離間し、前記素子反射面（5c)が前記仮想基準直線 (9)から前記仮想基準直線 (9)に対して垂直な方向に距離 hだけ離間し、第 5の側面 (55)と第 4の側面 (57)と素子反射面 (5c)と力前記仮想基準直線 (9)が延びる方向に対して、それぞれ、角度 φ 1、 φ 2、 φ 3だけ傾き、前記距離 L、 h、及び、前記角度 φ 1、 φ 2、 φ 3とが以下の式（1 ' )及び (2 ' ) を満足するように、カップリングプリズム（52)を仮想基準直線（9)に対し配置し、

[数 23]

[数 24] sinC2^, ) sin(2^₂ )

n = L

sin(2^ + Ζφ₂ ) ( 2 ' ) 前記仮想基準直線 (9)に沿って第 5の側面（55)に向けて読み出し光を入射させることを特徴とする、カップリングプリズム (52)の使用方法。

前記カップリングプリズムの屈折率は mであり、

前記素子反射面 (5c)が大きさ cを備え、

前記第 5の側面 (55)が前記仮想基準直線 (9)に対して前記反射型空間光変調素子（5)から遠い側の大きさ alと、前記反射型空間光変調素子（5)に近い側の大きさ a 2とを有し、

前記第 4の側面 (57)が前記仮想基準直線 (9)に対して前記反射型空間光変調素子（5)から近い側の大きさ blと、前記反射型空間光変調素子（5)に遠い側の大きさ b 2とを有し、

前記素子反射面（5c)が前記第 5の側面（55)で反射された前記入射光の光軸に対して前記第 5の側面（55)に近い側の大きさ c lを有し、

前記大きさ c、 cl、 al、 a2、 b l、 b2とが以下の式（3 〜（8 を満足することを特徴とする請求項 20に記載のカップリングプリズム (52)の使用方法。

[数 25]

^ 2 (³

[数 26] sin ^a/ + c, sin ( + ₇ -^a/ )

sin(2^) ^{1 1 2} ,^m

(4 ' )

sin ( -^a/^

[数 27] h / /

s ^a/ + (c- c,)sm(d, +φ_Ί +^a/ )

α₂ > ~ ( 5 )

sin +«/)

[数 28] sin β/ + c, sin ( + ώ +β/ )

sin(2 ） ^{1 Ψ}、 ^Ψ1 ,^m

(6 ' )

[数 29] > (7

[数 30]

前記所定の成分とは 1以上 η (ηは 0より大きヽ自然数)以下の回折次数の回折成分であり、 a及び βが、前記入射光の波長 λ、及び、前記反射型空間光変調素子 (5) に表示可能な最小の格子パターンの格子定数 dに対して、以下の式（9Ί及び（1(Τ )を満足することを特徴とする請求項 20に記載の記載

使用方法。

[数 31]

[数 32]

第 1の側面（54)、第 2の側面（56)、第 3の側面（58),第 4の側面（57)、及び、第 5 の側面（55)をこの順に有する 5角柱形状をなし、

前記第 1の側面（54)と前記第 2の側面（56)とが互いに 90° をなして接続し、前記第 2の側面（56)と前記第 3の側面（58)とが互いに 90° をなして接続し、前記第 3の側面（58)と前記第 4の側面（57)とが互いに 90° - φ 2をなして接続し、前記第 4の側面（57)と前記第 5の側面（55)とが互いに 180° + φ 1+ φ 2をなして接続し、

前記第 5の側面（55)と前記第 1の側面（54)とが互いに 90° - φ 1をなして接続し、 01、（)2が0° < φ1<90° 、0° < φ2<90° を満足することを特徴とする、カツプリングプリズム（52)。