JP2005173581A

JP2005173581A - Image formation device

Info

Publication number: JP2005173581A
Application number: JP2004336302A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kodama; 賢一児玉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP4604678B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image formation device capable of generating a wave front and arbitrarily setting the amplitude distribution and phase distribution of the wave front. SOLUTION: The image formation device includes: two phase modulation elements (12A and 12B) for modulating the phase of the incident light and emitting it; a separation optical system (11) for separating the light from a light source into two and generating two lights separately incident into the two phase modulation elements; a synthesis optical system (11) for combining the two lights separately emitted from the two phase modulation elements. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、任意の光波を生成する画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus that generates an arbitrary light wave.

図９（ａ）に示すように、コヒーレントな光により照明されている物体１０１からは、回折光が生じる。この回折光が作る任意平面上の光波面（ここでは、単に「波面」という。）Ｓは、図９（ｂ）に示すように、各位置で振幅（ｒ）及び位相（θ）のそれぞれ異なる光波からなる。この波面Ｓを再現すると、物体１０１が無くとも、物体１０１の虚像１０１’が表示される。 As shown in FIG. 9A, diffracted light is generated from the object 101 illuminated by coherent light. The optical wavefront (herein simply referred to as “wavefront”) S generated by the diffracted light is different in amplitude (r) and phase (θ) at each position as shown in FIG. 9B. Consists of light waves. When this wavefront S is reproduced, a virtual image 101 ′ of the object 101 is displayed even if the object 101 is not present.

このような波面を生成する素子として、ホログラム素子が知られている（特許文献１など）。一般に、ホログラム素子は、照明光を各方向に回折し、その回折光によって所定の光波を生成するものである。
特開平７−２２５５４６号公報 A hologram element is known as an element that generates such a wavefront (for example, Patent Document 1). In general, the hologram element diffracts illumination light in each direction and generates a predetermined light wave by the diffracted light.
JP-A-7-225546

しかし、従来のホログラム素子は、波面の位相分布や振幅分布を任意に設定することは困難である。
そこで本発明は、波面を生成し、かつその波面の振幅分布や位相分布を任意に設定することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。 However, it is difficult for the conventional hologram element to arbitrarily set the wavefront phase distribution and amplitude distribution.
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an image forming apparatus capable of generating a wavefront and arbitrarily setting the amplitude distribution and phase distribution of the wavefront.

請求項１に記載の画像形成装置は、入射した光の位相を変調して射出する２つの位相変調素子と、光源からの光を分離し、前記２つの位相変調素子に個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、前記２つの位相変調素子から個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備えたことを特徴とする。
請求項２に記載の画像形成装置は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記光源からの光は、コヒーレントな光であることを特徴とする。 The image forming apparatus according to claim 1, two phase modulation elements that modulate and emit the phase of incident light, and two light beams that are separated from the light source and incident on the two phase modulation elements individually. A separation optical system for generating light and a combining optical system for combining two lights individually emitted from the two phase modulation elements are provided.
The image forming apparatus according to claim 2 is the image forming apparatus according to claim 1, wherein the light from the light source is coherent light.

請求項３に記載の画像形成装置は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、前記分離光学系と前記合成光学系とには、ビームスプリッタが使用されることを特徴とする。
請求項４に記載の画像形成装置は、請求項３に記載の画像形成装置において、前記分離光学系と前記合成光学系として使用する前記ビームスプリッタは、前記分離光学系と前記合成光学系とに共用される１つのビームスプリッタであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the first or second aspect, a beam splitter is used for the separating optical system and the combining optical system. .
The image forming apparatus according to claim 4 is the image forming apparatus according to claim 3, wherein the beam splitter used as the separating optical system and the combining optical system includes the separating optical system and the combining optical system. One beam splitter is used in common.

請求項５に記載の画像形成装置は、請求項３又は請求項４に記載の画像形成装置において、前記２つの位相変調素子は、同一平面上に並べて配置されており、前記ビームスプリッタにて分離された光を前記２つの位相変調素子へ導光すると共に、それら２つの位相変調素子から射出する２つの光を前記ビームスプリッタへ導光する偏向光学系を更に備えたことを特徴とする。 The image forming apparatus according to claim 5 is the image forming apparatus according to claim 3 or 4, wherein the two phase modulation elements are arranged on the same plane and separated by the beam splitter. And a deflecting optical system for guiding the two lights emitted from the two phase modulation elements to the beam splitter.

請求項６に記載の画像形成装置は、請求項３〜請求項５の何れか一項に記載の画像形成装置において、前記ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタであり、前記偏光ビームスプリッタと前記２つの位相変調素子との間のそれぞれの光路に配置された１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタで合成された２つの光の光路に配置され、それら２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光素子とを備えたことを特徴とする。 The image forming apparatus according to claim 6 is the image forming apparatus according to any one of claims 3 to 5, wherein the beam splitter is a polarization beam splitter, and the polarization beam splitter and the two A quarter-wave plate arranged in each optical path between the phase modulation element and an optical path of two lights combined by the polarization beam splitter, and makes the two lights interfere with each other And a polarizing element.

請求項７に記載の画像形成装置は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、前記分離光学系と前記合成光学系とには、複屈折性を有した１つのビームディスプレーサが共用され、前記ビームディスプレーサと前記光源との間に配置され、前記ビームディスプレーサに対し常光線と異常光線となる両成分を含む偏光光を前記ビームディスプレーサに入射させると共に、前記ビームディスプレーサで合成された前記２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光ビームスプリッタを更に備えたことを特徴とする。 The image forming apparatus according to claim 7 is the image forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein one beam displacer having birefringence is provided in the separation optical system and the synthesis optical system. The beam displacer is disposed between the beam displacer and the light source, and the polarized light including both components of the ordinary ray and the extraordinary ray is incident on the beam displacer and is synthesized by the beam displacer. A polarization beam splitter is further provided that makes the two lights interfere with each other.

請求項８に記載の画像形成装置は、請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の画像形成装置において、前記２つの位相変調素子は、高さ分布を変えることのできる反射面アレイからなる反射型位相変調素子であることを特徴とする。
請求項９に記載の画像形成装置は、請求項８に記載の画像形成装置において、前記２つの位相変調素子の一方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＡ、他方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＢは、前記照明光束の波長をλとすると、少なくとも、−３λ／８≦ΔＬＡ≦３λ／８，−５λ／８≦ΔＬＢ≦５λ／８の範囲を含むことを特徴とする。 The image forming apparatus according to claim 8 is the image forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the two phase modulation elements are reflective surface arrays capable of changing a height distribution. It is a reflection type phase modulation element made of
The image forming apparatus according to claim 9 is the image forming apparatus according to claim 8, wherein a height change range ΔLA of one of the reflection surfaces of the two phase modulation elements and a height change of each of the other reflection surfaces. The range ΔLB includes at least ranges of −3λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 3λ / 8 and −5λ / 8 ≦ ΔLB ≦ 5λ / 8, where λ is the wavelength of the illumination light beam.

請求項１０に記載の画像形成装置は、請求項８に記載の画像形成装置において、前記２つの位相変調素子の一方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＡ、他方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＢは、前記照明光束の波長をλとすると、少なくとも、−λ／２≦ΔＬＡ≦λ／２，−λ／２≦ΔＬＢ≦λ／２の範囲を含むことを特徴とする。
請求項１１に記載の画像形成装置は、請求項８〜請求項１０の何れか一項に記載の画像形成装置において、前記２つの反射型位相変調素子は、マイクロマシンからなることを特徴とする。 An image forming apparatus according to a tenth aspect is the image forming apparatus according to the eighth aspect, wherein a height change range ΔLA of each of the reflection surfaces of the two phase modulation elements and a height change of the other reflection surfaces. The range ΔLB includes at least a range of −λ / 2 ≦ ΔLA ≦ λ / 2 and −λ / 2 ≦ ΔLB ≦ λ / 2, where λ is the wavelength of the illumination light beam.
An image forming apparatus according to an eleventh aspect is the image forming apparatus according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the two reflective phase modulation elements are formed of a micromachine.

請求項１２に記載の画像形成装置は、入射した光の位相を変調して射出する位相変調素子と、入射した光を反射する反射素子と、光源からの光を分離し、前記位相変調素子と前記反射素子とに個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、前記位相変調素子と前記反射素子とから個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備えたことを特徴とする。 The image forming apparatus according to claim 12, wherein a phase modulation element that modulates and emits a phase of incident light, a reflection element that reflects incident light, and light from a light source are separated, and the phase modulation element A separation optical system that generates two lights that individually enter the reflection element, and a synthesis optical system that combines the two lights separately emitted from the phase modulation element and the reflection element. And

請求項１３に記載の画像形成装置は、請求項１２に記載の画像形成装置において、前記光源からの光は、コヒーレントな光であることを特徴とする。
請求項１４に記載の画像形成装置は、請求項１２又は請求項１３に記載の画像形成装置において、前記分離光学系と前記合成光学系とには、１つのビームスプリッタが共用されることを特徴とする。 The image forming apparatus according to a thirteenth aspect is the image forming apparatus according to the twelfth aspect, wherein the light from the light source is coherent light.
An image forming apparatus according to a fourteenth aspect is the image forming apparatus according to the twelfth or thirteenth aspect, wherein one beam splitter is shared by the separation optical system and the synthesis optical system. And

請求項１５に記載の画像形成装置は、請求項１４に記載の画像形成装置において、前記ビームスプリッタは、偏光ビームスプリッタであり、前記偏光ビームスプリッタと前記位相変調素子との間の光路、及び前記偏光ビームスプリッタと前記反射素子との間の光路にそれぞれ配置された１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタで合成された２つの光の光路に配置され、それら２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光素子とを備えたことを特徴とする。 The image forming apparatus according to claim 15 is the image forming apparatus according to claim 14, wherein the beam splitter is a polarization beam splitter, an optical path between the polarization beam splitter and the phase modulation element, and A quarter-wave plate disposed in the optical path between the polarizing beam splitter and the reflecting element, and two optical paths combined by the polarizing beam splitter, which can interfere with each other. And a polarizing element for converting light.

請求項１６に記載の画像形成装置は、請求項１５に記載の画像形成装置において、前記偏光素子の偏光軸の方向は、前記２つの光の光路長が完全に一致したときにそれら２つの光が干渉して弱め合うように設定されていることを特徴とする。
請求項１７に記載の画像形成装置は、請求項１２〜請求項１６の何れか一項に記載の画像形成装置において、前記位相変調素子は、高さ分布が可変の一次元又は二次元配列された反射面アレイからなる反射型位相変調素子であることを特徴とする。 An image forming apparatus according to a sixteenth aspect is the image forming apparatus according to the fifteenth aspect, wherein the direction of the polarization axis of the polarizing element is such that when the optical path lengths of the two lights completely coincide, Is set to interfere and weaken each other.
The image forming apparatus according to claim 17 is the image forming apparatus according to any one of claims 12 to 16, wherein the phase modulation elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally with a variable height distribution. It is a reflection type phase modulation element comprising a reflection surface array.

請求項１８に記載の画像形成装置は、請求項１７に記載の画像形成装置において、前記反射型位相変調素子は、マイクロマシンからなることを特徴とする。 An image forming apparatus according to an eighteenth aspect is the image forming apparatus according to the seventeenth aspect, wherein the reflective phase modulation element is formed of a micromachine.

本発明によれば、波面を生成し、かつその波面の振幅分布や位相分布を任意に設定することのできる画像形成装置が実現する。 According to the present invention, an image forming apparatus capable of generating a wavefront and arbitrarily setting the amplitude distribution and phase distribution of the wavefront is realized.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づき説明する。
本実施形態は、本発明を適用した画像形成装置の実施形態である。
本実施形態の画像形成装置には、図１（ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタ１１、反射型の位相変調素子１２Ａ，１２Ｂ、２つの１／４波長板１３、偏光素子１４が備えられる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The present embodiment is an embodiment of an image forming apparatus to which the present invention is applied.
As shown in FIG. 1A, the image forming apparatus of this embodiment includes a polarizing beam splitter 11, reflection type phase modulation elements 12A and 12B, two quarter-wave plates 13, and a polarizing element 14. .

位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに関し互いに対称な位置に、偏光分離面１１ａに対し略４５°の姿勢で配置される。
２つの１／４波長板１３は、偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ａとの間、及び偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ｂとの間のそれぞれに挿入される。
偏光素子１４は、偏光ビームスプリッタ１１を挟み一方の位相変調素子（ここでは、位相変調素子１２Ｂ）に対向する位置に配置される。 The phase modulation elements 12 A and 12 B are disposed at positions symmetrical to each other with respect to the polarization separation surface 11 a of the polarization beam splitter 11 with an attitude of approximately 45 ° with respect to the polarization separation surface 11 a.
The two quarter wavelength plates 13 are inserted between the polarization beam splitter 11 and the phase modulation element 12A and between the polarization beam splitter 11 and the phase modulation element 12B, respectively.
The polarization element 14 is disposed at a position facing one phase modulation element (here, the phase modulation element 12B) with the polarization beam splitter 11 in between.

この画像形成装置には、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対し略４５°の角度でコヒーレントな照明光束１０が投光される。照明光束１０が最初に入射する面は、偏光ビームスプリッタ１１の位相変調素子１２Ａとは反対側の面である。
照明光束１０の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分が等しくなるよう予め調整されている。 The image forming apparatus projects a coherent illumination light beam 10 at an angle of approximately 45 ° with respect to the polarization separation surface 11 a of the polarization beam splitter 11. The surface on which the illumination light beam 10 first enters is the surface on the opposite side of the polarization beam splitter 11 from the phase modulation element 12A.
The polarization direction of the illumination light beam 10 is adjusted in advance so that the p-polarization component and the s-polarization component are equal to the polarization separation surface 11 a of the polarization beam splitter 11.

以下、照明光束１０が投光されたときの画像形成装置内の光の振る舞いについて説明する。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した照明光束１０のｐ偏光成分／ｓ偏光成分は、互いに等しい光量でそれぞれ偏光分離面１１ａを透過／反射する。
偏光分離面１１ａを透過したｐ偏光成分の光束ＬＡは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ａに入射し、位相変調素子１２Ａにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。 Hereinafter, the behavior of light in the image forming apparatus when the illumination light beam 10 is projected will be described.
The p-polarization component / s-polarization component of the illumination light beam 10 incident on the polarization beam splitter 11 transmits / reflects the polarization separation surface 11a with the same amount of light.
The light beam LA of the p-polarized component transmitted through the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12A in a circularly polarized state via the quarter wavelength plate 13, and the phase distribution of the wave front is changed by the phase modulation element 12A. Turn the light path back.

偏光分離面１１ａを反射したｓ偏光成分の光束ＬＢは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ｂに入射し、位相変調素子１２Ｂにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。
ここで、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂについて詳細に説明する。
位相変調素子１２Ａ，１２Ｂのそれぞれには、反射型位相変調素子、具体的には、マイクロマシン（MEMS：Micro Electro mechanical Systems）が用いられる。なお、本明細書において「マイクロマシン」とは、Ｓｉ基板上に半導体微細加工をベースとした方法で機械構造を作り込み、ワンチップ化したものを指す。 The light beam LB of the s-polarized component reflected from the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12B in a circularly polarized state via the quarter wavelength plate 13, and the phase distribution of the wave front is changed by the phase modulation element 12B. Turn the light path back.
Here, the phase modulation elements 12A and 12B will be described in detail.
For each of the phase modulation elements 12A and 12B, a reflection type phase modulation element, specifically, a micro machine (MEMS: Micro Electro mechanical Systems) is used. In the present specification, “micromachine” refers to a single-chip machine structure formed on a Si substrate by a method based on semiconductor microfabrication.

図１（ｂ）に示すのは、マイクロマシンで作られた反射型位相変調素子の一部を拡大した模式図である。図１（ｂ）に示すとおり反射型位相変調素子には、表面が反射面となった反射板Ｐが多数個アレイ状に配列されている。各反射板Ｐは、それぞれが電気的指令により、ｎｍオーダで上下に変位し、その変位量を保持することが可能である。この図１（ｂ）では、反射板Ｐが５個一列に配置された反射型位相変調素子を示したが、ここでは、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂには、この反射板Ｐが多数個、照明光束１０の波長λに比較して同程度のオーダーの小さいピッチで二次元状に配列されているとする。 FIG. 1B is an enlarged schematic view of a part of a reflection type phase modulation element made of a micromachine. As shown in FIG. 1B, in the reflection type phase modulation element, a large number of reflection plates P whose surfaces are reflection surfaces are arranged in an array. Each reflector P can be displaced up and down in the order of nm in accordance with an electrical command, and the amount of displacement can be maintained. In FIG. 1B, a reflection type phase modulation element in which five reflection plates P are arranged in a row is shown. Here, however, the phase modulation elements 12A and 12B have a large number of reflection plates P and illumination. It is assumed that the light beams 10 are two-dimensionally arranged at a small pitch of the same order as the wavelength λ.

このような位相変調素子１２Ａ，１２Ｂから射出した直後の光束ＬＡ，ＬＢの波面ＷＡ，ＷＢの位相分布は、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの表面の凹凸分布にそれぞれ応じたものとなる。
また、位相変調素子１２Ａの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡと、位相変調素子１２Ｂの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢとは、照明光束１０の波長λに対し、下式（１），（２），（３）の何れかの関係を満たす。これらの式の導出については後ほど説明する。 The phase distribution of the wave fronts WA and WB of the light beams LA and LB immediately after exiting from the phase modulation elements 12A and 12B corresponds to the uneven distribution on the surfaces of the phase modulation elements 12A and 12B, respectively.
In addition, the height change range ΔLA of each reflector P of the phase modulation element 12A and the height change range ΔLB of each reflector P of the phase modulation element 12B are expressed by the following equations with respect to the wavelength λ of the illumination light beam 10: Satisfy any one of the relations (1), (2), and (3). The derivation of these equations will be described later.

−３λ／８≦ΔＬＡ≦３λ／８，
−５λ／８≦ΔＬＢ≦５λ／８・・・（１）
−３λ／８≦ΔＬＢ≦３λ／８，
−５λ／８≦ΔＬＡ≦５λ／８・・・（２）
−λ／２≦ΔＬＡ≦λ／２，
−λ／２≦ΔＬＢ≦λ／２・・・（３）
次に、図１（ａ）に戻り、位相変調素子１２Ａから射出した光束ＬＡは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｓ偏光に変換され、その状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａにおいて反射され、偏光素子１４に入射する。 −3λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 3λ / 8,
−5λ / 8 ≦ ΔLB ≦ 5λ / 8 (1)
−3λ / 8 ≦ ΔLB ≦ 3λ / 8,
−5λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 5λ / 8 (2)
−λ / 2 ≦ ΔLA ≦ λ / 2
-Λ / 2 ≦ ΔLB ≦ λ / 2 (3)
Next, returning to FIG. 1A, when the light beam LA emitted from the phase modulation element 12 A reenters the quarter-wave plate 13, the polarization direction is converted to s-polarized light. Incident light is reflected from the polarization splitting surface 11 a and enters the polarizing element 14.

一方、位相変調素子１２Ｂから射出した光束ＬＢは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｐ偏光に変換され、その状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａを透過し、偏光素子１４に入射する。
偏光素子１４の偏光軸は、入射する光束ＬＡの偏光方向（ｓ偏光方向）と、入射する光束ＬＢの偏光方向（ｐ偏光方向）とのそれぞれに対し４５°の角度を成す。よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＡと光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。 On the other hand, when the light beam LB emitted from the phase modulation element 12B re-enters the quarter-wave plate 13, the polarization direction is converted to p-polarized light, re-enters the polarization beam splitter 11 in this state, and passes through the polarization separation surface 11a. Then, the light enters the polarizing element 14.
The polarization axis of the polarizing element 14 forms an angle of 45 ° with respect to each of the polarization direction (s-polarization direction) of the incident light beam LA and the polarization direction (p-polarization direction) of the incident light beam LB. Therefore, on the exit side of the polarizing element 14, the light beam LA and the light beam LB become light beams having the same light amount and polarization direction.

ここで、位相変調素子１２Ａと位相変調素子１２Ｂとが偏光分離面１１ａに関し対称で、かつ、偏光素子１４の射出側から見た位相変調素子１２Ａの光学的距離と、位相変調素子１２Ｂの光学的距離とは略等しいものとする。
よって、１／４波長板１３、偏光ビームスプリッタ１１、及び偏光素子１４を介して光束ＬＡの波面ＷＡと光束ＬＢの波面ＷＢとを観察すると、等価的に両者が重なり合って、高コントラストで干渉する。 Here, the phase modulation element 12A and the phase modulation element 12B are symmetric with respect to the polarization separation surface 11a, and the optical distance of the phase modulation element 12A viewed from the exit side of the polarization element 14 and the optical modulation of the phase modulation element 12B. The distance is approximately equal.
Therefore, when the wavefront WA of the light beam LA and the wavefront WB of the light beam LB are observed through the quarter-wave plate 13, the polarizing beam splitter 11, and the polarizing element 14, they both overlap each other and interfere with high contrast. .

次に、この干渉によって生じた干渉光束の波面（以下、「合成波面」という。）について図２に基づき詳細に説明する。なお、図２では、波面ＷＡと波面ＷＢとを明確にするために、光軸方向に少しだけずらして描いた。
先ず、合成波面上の或る点に対応する波面ＷＡと波面ＷＢとの位相差（θ_A−θ_B）が、下式（４）の条件を満たす場合は、互いに打ち消し合い、その点の振幅は小さくなる（つまり、暗くなる。）。 Next, the wavefront (hereinafter referred to as “synthetic wavefront”) of the interference light beam generated by this interference will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 2, the wavefront WA and the wavefront WB are drawn slightly shifted in the optical axis direction in order to clarify the wavefront WA and the wavefront WB.
First, when the phase difference (θ _A −θ _B ) between the wave front WA and the wave front WB corresponding to a certain point on the combined wave front satisfies the condition of the following expression (4), they cancel each other, and the amplitude of the point Becomes smaller (that is, it gets darker).

θ_A−θ_B＝（ｎ＋１／２）×２π（但し、ｎ：任意の整数）・・・（４）
反対に、合成波面上の或る点に対応する波面ＷＡと波面ＷＢとの位相差（θ_A−θ_B）が、下式（５）の条件を満たす場合は、互いに強め合い、その点の振幅は大きくなる（つまり、明るくなる。）。
θ_A−θ_B＝ｎ×２π（但し、ｎ：任意の整数）・・・（５）
このように、合成波面上の各点の振幅は、波面ＷＡの位相θ_Aと波面ＷＢの位相θ_Bとに応じたものとなる。また、合成波面上の各点の位相も、波面ＷＡの位相θ_Aと波面ＷＢの位相θ_Bとに応じたものとなる。これら振幅と位相とをまとめて表現すると、以下のとおりである。 θ _A −θ _B = (n + 1/2) × 2π (where n is an arbitrary integer) (4)
On the other hand, when the phase difference (θ _A −θ _B ) between the wave front WA and the wave front WB corresponding to a certain point on the combined wave front satisfies the condition of the following expression (5), they strengthen each other, The amplitude increases (that is, it becomes brighter).
θ _A −θ _B = n × 2π (where n is an arbitrary integer) (5)
Thus, the amplitude of each point on the combined wavefront becomes one corresponding to the phase theta _B phase theta _A wavefront WB of the wavefront WA. The phase of each point on the combined wavefront also becomes one corresponding to the phase theta _B phase theta _A wavefront WB of the wavefront WA. These amplitudes and phases are collectively expressed as follows.

合成波面上の或る点に対応する波面ＷＡの光波、波面ＷＢの光波をｒ・ｅｘｐ［ｉθ_A］，ｒ・ｅｘｐ［ｉθ_B］と表わすと、合成波面上のその点の光波は、下式（６）のように表される。
ｒ・ｅｘｐ［ｉθ_A］＋ｒ・ｅｘｐ［ｉθ_B］＝√［２｛１＋ｃｏｓ（θ_A−θ_B）｝］ｒ・ｅｘｐ［ｉ（θ_A＋θ_B）／２］・・・（６）
但し、θ_A：波面ＷＡの或る点での位相，θ_B：波面ＷＢのθ_Aに対する点での位相，ｒ：波面ＷＡと波面ＷＢとに共通する振幅である（なお、光束ＬＡの光路長と光束ＬＢの光路長とは略等しいものとみなした。）。 When the light wave of the wavefront WA corresponding to a certain point on the composite wavefront and the lightwave of the wavefront WB are expressed as r · exp [iθ _A ] and r · exp [iθ _B ], the light wave at that point on the composite wavefront is It is expressed as equation (6).
r · exp [iθ _A ] + r · exp [iθ _B ] = √ [2 {1 + cos (θ _A −θ _B )}] r · exp [i (θ _A + θ _B ) / 2] (6)
However, theta _A: phase at some point of the wavefront WA, theta _B: phase at the point with respect to theta _A wavefront WB, r: an amplitude that is common to the wavefront WA and the wavefront WB (Note that the optical path of the light beam LA It was considered that the length and the optical path length of the light beam LB were substantially equal.)

したがって、合成波面上のその点の振幅は、√［２｛１＋ｃｏｓ（θ_A−θ_B）｝］であり、合成波面のその点の位相は、（θ_A＋θ_B）／２となる。
すなわち、合成波面の振幅分布は、波面ＷＡと波面ＷＢとの位相差の分布（（θ_A−θ_B）の分布）により決定され、合成波面の位相分布は、波面ＷＡと波面ＷＢと中間位相の分布（（θ_A＋θ_B）／２の分布）により決定される。 Therefore, the amplitude of the point on the combined wavefront is √ [2 {1 + cos (θ _A −θ _B )}], and the phase of the point on the combined wave front is (θ _A + θ _B ) / 2.
That is, the amplitude distribution of the combined wavefront is determined by the phase difference distribution (distribution of (θ _A −θ _B )) between the wavefront WA and the wavefront WB, and the phase distribution of the combined wavefront is the wavefront WA, the wavefront WB, and the intermediate phase. (The distribution of (θ _A + θ _B ) / 2).

よって、この画像形成装置の位相変調素子１２Ａ，１２Ｂに対し電気的指令を与え、光束ＬＡ，ＬＢの波面ＷＡ，ＷＢの位相分布を独立してそれぞれ設定すれば、合成波面の位相分布及び振幅分布をそれぞれ独立して任意に設定することができる。
すなわち、この画像形成装置は、任意の振幅分布及び任意の位相分布からなる合成波面を生成することができる。したがって、任意の形状及び任意の階調からなる高品質な立体画像を表示することができる。 Therefore, if an electrical command is given to the phase modulation elements 12A and 12B of the image forming apparatus and the phase distributions of the wave fronts WA and WB of the light beams LA and LB are set independently, the phase distribution and amplitude distribution of the combined wave front Can be arbitrarily set independently.
That is, this image forming apparatus can generate a composite wavefront composed of an arbitrary amplitude distribution and an arbitrary phase distribution. Therefore, a high-quality stereoscopic image having an arbitrary shape and an arbitrary gradation can be displayed.

また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、０次を除く回折光のみ利用するホログラム素子とは異なり照明光束１０を有効利用するので、エネルギーの利用効率が高い。したがって、明るい立体画像が得られる。
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂに与えるべき電気的指令を変調するだけで（画像形成装置を何ら大がかりにすることなく）、合成波面の位相分布及び振幅分布をそれぞれ同時に変調することができる。したがって、立体画像の動画が得られる。 Further, unlike the hologram element that uses only the diffracted light except the 0th order, the phase modulation elements 12A and 12B use the illumination light beam 10 effectively, so that the energy use efficiency is high. Therefore, a bright stereoscopic image is obtained.
Further, the phase distribution and the amplitude distribution of the combined wavefront can be simultaneously modulated only by modulating the electrical command to be given to the phase modulation elements 12A and 12B (without making the image forming apparatus large). Therefore, a moving image of a stereoscopic image is obtained.

また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにはマイクロマシンが適用されているので、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ高精度に設定することができる。したがって、立体画像の高解像度化及び多階調化ができる。
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにはマイクロマシンが適用されているので、合成波面の位相分布及び振幅分布を高速に変調することができる。したがって、滑らかな立体動画像を表示することができる。 Further, since a micromachine is applied to the phase modulation elements 12A and 12B, the amplitude distribution and the phase distribution of the combined wavefront can be set with high accuracy. Accordingly, it is possible to increase the resolution and multi-gradation of a stereoscopic image.
In addition, since a micromachine is applied to the phase modulation elements 12A and 12B, the phase distribution and amplitude distribution of the combined wavefront can be modulated at high speed. Therefore, a smooth stereoscopic moving image can be displayed.

また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにはマイクロマシンが適用されているので、画像形成装置は超小型化も可能である。
また、位相変調素子１２Ａの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡと、位相変調素子１２Ｂの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢとは、上式（１），（２），（３）の何れかの関係を満たすので、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。以下、その理由を説明する。 Further, since a micromachine is applied to the phase modulation elements 12A and 12B, the image forming apparatus can be miniaturized.
Also, the height change range ΔLA of each reflector P of the phase modulation element 12A and the height change range ΔLB of each reflector P of the phase modulation element 12B are expressed by the above equations (1), (2), ( Since any one of the relationships 3) is satisfied, the amplitude distribution and the phase distribution of the combined wavefront can be modulated to the maximum extent. The reason will be described below.

先ず、上式（６）を参照すると分かるのは、合成波面の振幅を最大限変調するためには、「ｃｏｓ（θ_A−θ_B）」の項を−１〜１の範囲で変化させる必要があり、合成波面の位相を最大限変調するためには、「（θ_A＋θ_B）／２」の項を−π〜＋πの範囲で変化させる必要があることである。よって、θ_A，θ_Bは、下式（７）の範囲で変化する必要がある。 First, it can be seen from the above equation (6) that the term “cos (θ _A −θ _B )” needs to be changed in the range of −1 to 1 in order to modulate the amplitude of the combined wavefront to the maximum. In order to modulate the phase of the combined wavefront to the maximum, it is necessary to change the term “(θ _A + θ _B ) / 2” in the range of −π to + π. Therefore, θ _A and θ _B need to change within the range of the following formula (7).

−π≦θ_A−θ_B≦π，
−π≦（θ_A＋θ_B）／２≦π ・・・（７）
よって、原理的には、θ_A，θ_Bが下式（８）の範囲で変化すれば、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
−３π／２≦θ_A≦３π／２，
−３π／２≦θ_B≦３π／２・・・（８）
但し、実際には、画像形成装置内では機械的誤差や光学素子の屈折率不均一性（偏光ビームスプリッタ１１その他の屈折率不均一性）などが生じるので、合成波面の側から見た位相変調素子１２Ａと位相変調素子１２Ｂとの光学的距離が若干ずれることが考えられる。このずれは、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの反射板Ｐの高さにオフセットを設けることにより補正できる。 −π ≦ θ _A −θ _B ≦ π,
−π ≦ (θ _A + θ _B ) / 2 ≦ π (7)
Therefore, in principle, if θ _A and θ _B change within the range of the following equation (8), the amplitude distribution and phase distribution of the combined wavefront can be modulated to the maximum extent, respectively.
−3π / 2 ≦ θ _A ≦ 3π / 2
−3π / 2 ≦ θ _B ≦ 3π / 2 (8)
In practice, however, mechanical errors and refractive index non-uniformity of the optical elements (polarization beam splitter 11 and other refractive index non-uniformities) occur in the image forming apparatus. Therefore, the phase modulation viewed from the synthetic wavefront side is required. It is conceivable that the optical distance between the element 12A and the phase modulation element 12B is slightly shifted. This deviation can be corrected by providing an offset to the height of the reflection plate P of the phase modulation elements 12A and 12B.

この補正が可能なように、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，ΔＬＢに対しマージンを付けておく。
以下、光学的距離のずれを位相変調素子１２Ｂのみで補正する場合と、位相変調素子１２Ａのみで補正する場合と、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂで半分ずつ補正する場合とを順に説明する（なお、以下では、光学的距離のずれの大きさを位相の単位で表したものを「θ₀」とおく。）。 In order to enable this correction, a margin is provided for the change ranges ΔLA and ΔLB of the heights of the reflection plates P of the phase modulation elements 12A and 12B.
Hereinafter, a case where the optical distance shift is corrected only by the phase modulation element 12B, a case where correction is performed only by the phase modulation element 12A, and a case where correction is performed by half by the phase modulation elements 12A and 12B will be described in order (Note In the following, the magnitude of the optical distance deviation expressed in units of phase is referred to as “θ ₀ ”).

（位相変調素子１２Ｂのみで補正する場合）
ずれθ₀を考慮してθ_B→θ_B＋θ₀と置き換えると、上式（８）は、下式（９）となる。
−３π／２≦θ_A≦３π／２，
−３π／２≦θ_B＋θ₀≦３π／２・・・（９）
ここで、ずれθ₀は、機械的誤差や屈折率不均一性などが最も顕著になった場合をも考慮し、−π≦θ₀≦πとおく。 (When correcting with only the phase modulation element 12B)
When the deviation θ ₀ is taken into account and replaced with θ _B → θ _B + θ ₀ , the above equation (8) becomes the following equation (9).
−3π / 2 ≦ θ _A ≦ 3π / 2
−3π / 2 ≦ θ _B + θ ₀ ≦ 3π / 2 (9)
Here, the shift θ ₀ is set to −π ≦ θ ₀ ≦ π in consideration of the case where mechanical error, refractive index nonuniformity, etc. are most noticeable.

よって、θ_A，θ_Bは、下式（１０）の範囲で変化する必要がある。
−３π／２≦θ_A≦３π／２，
−５π／２≦θ_B≦５π／２・・・（１０）
この式（１０）に表された、θ_Aの変化すべき範囲，θ_Bの変化すべき範囲を、位相変調素子１２Ａの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢに換算すると、上式（１）が得られる。 Therefore, θ _A and θ _B need to change within the range of the following expression (10).
−3π / 2 ≦ θ _A ≦ 3π / 2
−5π / 2 ≦ θ _B ≦ 5π / 2 (10)
The range in which θ _A should be changed and the range in which θ _B should be changed, expressed by the equation (10), is the range of change ΔLA in the height of the reflection plate P of the phase modulation element 12A and the reflection plate of the phase modulation element 12B. When converted into a change range ΔLB of the height of P, the above equation (1) is obtained.

したがって、上式（１）の関係が満たされれば合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
（位相変調素子１２Ａのみで補正する場合）
ずれθ₀を考慮してθ_A→θ_A＋θ₀と置き換えると、上式（８）は、下式（９’）となる。 Therefore, if the relationship of the above formula (1) is satisfied, the amplitude distribution and the phase distribution of the combined wavefront can be modulated to the maximum extent.
(When correcting with only the phase modulation element 12A)
When the deviation θ ₀ is taken into consideration and replaced with θ _A → θ _A + θ ₀ , the above equation (8) becomes the following equation (9 ′).

−３π／２≦θ_A＋θ₀≦３π／２，
−３π／２≦θ_B≦３π／２・・・（９’）
ここで、ずれθ₀は、機械的誤差や屈折率不均一性などが最も顕著になった場合をも考慮し、−π≦θ₀≦πとおく。
よって、θ_A，θ_Bは、下式（１０’）の範囲で変化する必要がある。 −3π / 2 ≦ θ _A + θ ₀ ≦ 3π / 2
−3π / 2 ≦ θ _B ≦ 3π / 2 (9 ′)
Here, the shift θ ₀ is set to −π ≦ θ ₀ ≦ π in consideration of the case where mechanical error, refractive index nonuniformity, etc. are most noticeable.
Therefore, θ _A and θ _B need to change within the range of the following expression (10 ′).

−５π／２≦θ_A≦５π／２，
−３π／２≦θ_B≦３π／２・・・（１０’）
この式（１０’）に表された、θ_Aの変化すべき範囲，θ_Bの変化すべき範囲を、位相変調素子１２Ａの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢに換算すると、上式（２）が得られる。 −5π / 2 ≦ θ _A ≦ 5π / 2
−3π / 2 ≦ θ _B ≦ 3π / 2 (10 ′)
The range of change of θ _{A and} the range of change of θ _B expressed in the equation (10 ′) are the change range ΔLA of the height of the reflection plate P of the phase modulation element 12A and the reflection of the phase modulation element 12B. When converted into the change range ΔLB of the height of the plate P, the above equation (2) is obtained.

したがって、上式（２）の関係が満たされれば、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
（位相変調素子１２Ａ，１２Ｂで半分ずつ補正する場合）
ずれθ₀を考慮してθ_B→θ_B＋θ₀／２，θ_A→θ_A＋θ₀／２と置き換えると、上式（８）は、下式（１１）となる。 Therefore, if the relationship of the above equation (2) is satisfied, the amplitude distribution and the phase distribution of the combined wavefront can be modulated to the maximum extent.
(When correcting by half with the phase modulation elements 12A and 12B)
Taking into account the deviation _{_{_{θ 0 θ B → θ B +}}} θ 0/2, replacing _{_{_{θ A → θ A + θ 0}}} /2 and, above equation (8) becomes the following equation (11).

−３π／２≦θ_A＋θ₀／２≦３π／２，
−３π／２≦θ_B＋θ₀／２≦３π／２・・・（１１）
ここで、ずれθ₀は、機械的誤差や屈折率不均一性などが最も顕著になった場合をも考慮し、−π≦θ₀≦πとおく。
よって、θ_A，θ_Bは、下式（１２）の範囲で変化する必要がある。 _{-3π / 2 ≦ θ A + θ} 0/2 ≦ 3π / 2,
_{-3π / 2 ≦ θ B + θ} 0/2 ≦ 3π / 2 ··· (11)
Here, the shift θ ₀ is set to −π ≦ θ ₀ ≦ π in consideration of the case where mechanical error, refractive index nonuniformity, etc. are most noticeable.
Therefore, θ _A and θ _B need to change within the range of the following expression (12).

−２π≦θ_A≦２π，
−２π≦θ_B≦２π ・・・（１２）
この式（１２）に表された、位相θ_Aの変化すべき範囲，θ_Bの変化すべき範囲を、位相変調素子１２Ａの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢに換算すると、上式（３）が得られる。 -2π ≦ θ _A ≦ 2π,
-2π ≦ θ _B ≦ 2π (12)
The range in which the phase θ _A is to be changed and the range in which θ _{B is} to be changed represented by the equation (12) are the height change range ΔLA of the reflection plate P of the phase modulation element 12A and the reflection of the phase modulation element 12B. When converted into the change range ΔLB of the height of the plate P, the above equation (3) is obtained.

したがって、上式（３）の関係が満たされれば、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
（第１実施形態の追記事項）
なお、本実施形態の画像形成装置においては、偏光ビームスプリッタ１１の代わりに無偏光ビームスプリッタ（所謂、ビームスプリッタ）を用い、２つの１／４波長板１３、偏光素子１４を省略することも可能である。但し、この場合は、ビームスプリッタに再入射した光束の一部がロスとなるので、光の利用効率が低下する。 Therefore, if the relationship of the above equation (3) is satisfied, the amplitude distribution and phase distribution of the combined wavefront can be modulated to the maximum extent.
(Additional items in the first embodiment)
In the image forming apparatus of this embodiment, a non-polarizing beam splitter (so-called beam splitter) may be used instead of the polarizing beam splitter 11, and the two quarter wavelength plates 13 and the polarizing element 14 may be omitted. It is. However, in this case, a part of the light beam re-entering the beam splitter is lost, so that the light use efficiency is lowered.

また、本実施形態の画像形成装置においては、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが反射型位相変調素子とされているが、透過型位相変調素子としてもよい。
但し、反射型位相変調素子を用いた方が、分離光学系（照明光束を２つの照明光束に分離し前記２つの位相変調素子にそれぞれ入射させるもの）と合成光学系（２つの位相変調素子から射出する２つの射出光束を合成するもの）とを図１に示したごとく単一のビームスプリッタにて兼用できるので、好ましい。 In the image forming apparatus according to the present embodiment, the phase modulation elements 12A and 12B are reflection type phase modulation elements, but may be transmission type phase modulation elements.
However, the use of the reflection type phase modulation element is a separation optical system (which separates the illumination light beam into two illumination light beams and enters each of the two phase modulation elements) and a synthesis optical system (from the two phase modulation elements). Since a single beam splitter can also be used as shown in FIG.

また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、光束ＬＡ，ＬＢの波面ＷＡ，ＷＢの位相分布を変調できるのであれば、マイクロマシン以外の素子に置換可能である。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図３に基づき説明する。
本実施形態も、本発明を適用した画像形成装置の実施形態である。なお、ここでは、第１実施形態の画像形成装置との相違点についてのみ説明し、共通の部分については共通の符号を付与してその説明を省略する。 The phase modulation elements 12A and 12B can be replaced with elements other than micromachines as long as they can modulate the phase distribution of the wave fronts WA and WB of the light beams LA and LB.
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is also an embodiment of an image forming apparatus to which the present invention is applied. Here, only differences from the image forming apparatus according to the first embodiment will be described, and common portions will be denoted by common reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の画像形成装置には、図３に示すように、反射鏡１５Ａ，１５Ｂが追加されている。また、２つの位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、共通の基板１６上に並べて設けられている。
位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに関し互いに対称な位置に、偏光分離面１１ａに対し略９０°の姿勢で配置されている。 As shown in FIG. 3, reflecting mirrors 15A and 15B are added to the image forming apparatus of this embodiment. The two phase modulation elements 12A and 12B are provided side by side on a common substrate 16.
The phase modulation elements 12A and 12B are disposed at symmetrical positions with respect to the polarization separation surface 11a of the polarization beam splitter 11 with an attitude of approximately 90 ° with respect to the polarization separation surface 11a.

反射鏡１５Ａ，１５Ｂは、偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ａとの間、偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ｂとの間のそれぞれに配置される。
反射鏡１５Ａの配置角度は、偏光分離面１１ａから４５°の角度で射出した光線を、位相変調素子１２Ａに対し略垂直に入射させる角度である。
反射鏡１５Ｂの配置角度は、偏光分離面１１ａから４５°の角度で射出した光線を、位相変調素子１２Ｂに対し略垂直に入射させる角度である。 The reflecting mirrors 15A and 15B are disposed between the polarization beam splitter 11 and the phase modulation element 12A and between the polarization beam splitter 11 and the phase modulation element 12B, respectively.
The arrangement angle of the reflecting mirror 15A is an angle at which a light beam emitted from the polarization separation surface 11a at an angle of 45 ° is incident on the phase modulation element 12A substantially perpendicularly.
The arrangement angle of the reflecting mirror 15B is an angle at which a light beam emitted from the polarization separation surface 11a at an angle of 45 ° is incident on the phase modulation element 12B substantially perpendicularly.

コヒーレントな照明光束１０が最初に入射する面は、偏光ビームスプリッタ１１から反射鏡１５Ａへ光が射出する面と反対側の面である。
以下、照明光束１０が投光されたときの画像形成装置内の光の振る舞いについて説明する。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した照明光束１０のｐ偏光成分／ｓ偏光成分は、互いに等しい光量でそれぞれ偏光分離面１１ａを透過／反射する。 The surface on which the coherent illumination light beam 10 first enters is the surface opposite to the surface from which light is emitted from the polarization beam splitter 11 to the reflecting mirror 15A.
Hereinafter, the behavior of light in the image forming apparatus when the illumination light beam 10 is projected will be described.
The p-polarization component / s-polarization component of the illumination light beam 10 incident on the polarization beam splitter 11 transmits / reflects the polarization separation surface 11a with the same amount of light.

偏光分離面１１ａを透過したｐ偏光成分の光束ＬＡは、反射鏡１５Ａ，１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ａに入射し、位相変調素子１２Ａにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。
偏光分離面１１ａを反射したｓ偏光成分の光束ＬＢは、反射鏡１５Ｂ，１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ｂに入射し、位相変調素子１２Ｂにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。 The light beam LA of the p-polarized component transmitted through the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12A in a circularly polarized state via the reflecting mirror 15A and the quarter wavelength plate 13, and the phase of the wavefront is obtained by the phase modulation element 12A. Fold the optical path by changing the distribution.
The light beam LB of the s-polarized component reflected from the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12B in a circularly polarized state via the reflecting mirror 15B and the quarter wavelength plate 13, and the phase of the wave front is reflected by the phase modulation element 12B. Fold the optical path by changing the distribution.

位相変調素子１２Ａから射出した光束ＬＡは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｓ偏光に変換され、その状態で反射鏡１５Ａを介して偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａにおいて反射され、偏光素子１４に入射する。
一方、位相変調素子１２Ｂから射出した光束ＬＢは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｐ偏光に変換され、その状態で反射鏡１５Ｂを介して偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａを透過し、偏光素子１４に入射する。 When the light beam LA emitted from the phase modulation element 12A re-enters the quarter-wave plate 13, the polarization direction is converted to s-polarized light, and in that state, re-enters the polarization beam splitter 11 via the reflecting mirror 15A to separate the polarization. The light is reflected at the surface 11 a and enters the polarizing element 14.
On the other hand, when the light beam LB emitted from the phase modulation element 12B re-enters the quarter-wave plate 13, the polarization direction is converted to p-polarized light, and re-enters the polarization beam splitter 11 via the reflecting mirror 15B in this state. The light passes through the polarization separation surface 11 a and enters the polarizing element 14.

偏光素子１４の偏光軸は、入射する光束ＬＡの偏光方向（ｓ偏光方向）と、入射する光束ＬＢの偏光方向（ｐ偏光方向）とのそれぞれに対し４５°の角度を成す。よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＡと光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。
また、位相変調素子１２Ａと位相変調素子１２Ｂとが偏光分離面１１ａに関し対称で、かつ、偏光素子１４の射出側から見た位相変調素子１２Ａの光学的距離と、位相変調素子１２Ｂの光学的距離とは略等しいものとする。 The polarization axis of the polarizing element 14 forms an angle of 45 ° with respect to each of the polarization direction (s-polarization direction) of the incident light beam LA and the polarization direction (p-polarization direction) of the incident light beam LB. Therefore, on the exit side of the polarizing element 14, the light beam LA and the light beam LB become light beams having the same light amount and polarization direction.
Further, the phase modulation element 12A and the phase modulation element 12B are symmetrical with respect to the polarization separation surface 11a, and the optical distance of the phase modulation element 12A and the optical distance of the phase modulation element 12B as viewed from the exit side of the polarization element 14 Are substantially equal.

よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＡの波面ＷＡと光束ＬＢの波面ＷＢとが、高コントラストで干渉し、合成波面を生成する。
このように、本実施形態の画像形成装置では、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが、共通の基板１６上に配置されているので、両者の位置調整が第１実施形態の画像形成装置よりも容易になる。 Therefore, on the exit side of the polarizing element 14, the wavefront WA of the light beam LA and the wavefront WB of the light beam LB interfere with each other with high contrast to generate a composite wavefront.
As described above, in the image forming apparatus according to the present embodiment, the phase modulation elements 12A and 12B are arranged on the common substrate 16, so that the position adjustment of both is easier than the image forming apparatus according to the first embodiment. Become.

（第２実施形態の追記事項）
なお、本実施形態の画像形成装置においては、偏光ビームスプリッタ１１の代わりに無偏光ビームスプリッタ（所謂、ビームスプリッタ）を用い、２つの１／４波長板１３、偏光素子１４を省略することも可能である。但し、この場合は、ビームスプリッタに再入射した光束の一部がロスとなるので、光の利用効率が低下する。 (Additional items in the second embodiment)
In the image forming apparatus of this embodiment, a non-polarizing beam splitter (so-called beam splitter) may be used instead of the polarizing beam splitter 11, and the two quarter wavelength plates 13 and the polarizing element 14 may be omitted. It is. However, in this case, a part of the light beam re-entering the beam splitter is lost, so that the light use efficiency is lowered.

また、本実施形態の画像形成装置においては、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが反射型位相変調素子とされているが、透過型位相変調素子としてもよい。
但し、反射型位相変調素子を用いた方が、分離光学系（照明光束を２つの照明光束に分離し前記２つの位相変調素子にそれぞれ入射させるもの）と合成光学系（２つの位相変調素子から射出する２つの射出光束を合成するもの）とを図３に示したごとく単一のビームスプリッタにて兼用できるので、好ましい。 In the image forming apparatus according to the present embodiment, the phase modulation elements 12A and 12B are reflection type phase modulation elements, but may be transmission type phase modulation elements.
However, the use of the reflection type phase modulation element is a separation optical system (which separates the illumination light beam into two illumination light beams and enters each of the two phase modulation elements) and a synthesis optical system (from the two phase modulation elements). It is preferable to use a single beam splitter as shown in FIG. 3 for combining two outgoing light beams to be emitted).

また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、光束ＬＡ，ＬＢの波面の位相分布を変調できるのであれば、マイクロマシン以外の素子に置換可能である。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について図４に基づき説明する。
本実施形態も、本発明を適用した画像形成装置の実施形態である。なお、ここでは、第２実施形態の画像形成装置との相違点についてのみ説明し、共通の部分については共通の符号を付与してその説明を省略する。 The phase modulation elements 12A and 12B can be replaced with elements other than micromachines as long as they can modulate the phase distribution of the wavefronts of the light beams LA and LB.
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is also an embodiment of an image forming apparatus to which the present invention is applied. Here, only differences from the image forming apparatus according to the second embodiment will be described, and common portions will be denoted by common reference numerals and description thereof will be omitted.

本実施形態の画像形成装置には、偏光ビームスプリッタ１１，反射鏡１５Ａ，１５Ｂ，１／４波長板１３に代えて、図４（ａ）に示すように、ビームディスプレーサ２１が１つ備えられる。ビームディスプレーサ１２としては、例えば、方解石を使用することが可能である。また、偏光素子１４に代えて偏光ビームスプリッタ２２が備えられる。
この画像形成装置には、偏光ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａに対し略４５°の角度でコヒーレントな照明光束１０が投光される。 The image forming apparatus according to this embodiment includes one beam displacer 21 as shown in FIG. 4A in place of the polarizing beam splitter 11, the reflecting mirrors 15A and 15B, and the quarter wavelength plate 13. As the beam displacer 12, for example, calcite can be used. Further, a polarizing beam splitter 22 is provided instead of the polarizing element 14.
The image forming apparatus projects a coherent illumination light beam 10 at an angle of approximately 45 ° with respect to the polarization separation surface 22 a of the polarization beam splitter 22.

偏光ビームスプリッタ２２に投光された照明光束１０のｓ偏光成分は、偏光分離面２２ａにて反射し、ビームディスプレーサ２１に入射する。
ここで、ビームディスプレーサ２１は、入射した照明光束１０の偏光方向に対して、常光線と異常光線とが同じ割合で発生するように配置される。なお、図４では、ビームディスプレーサ２１において常光線と異常光線を含む面に垂直な軸を符号２１ａで示した。 The s-polarized component of the illumination light beam 10 projected on the polarization beam splitter 22 is reflected by the polarization separation surface 22 a and enters the beam displacer 21.
Here, the beam displacer 21 is arranged so that the ordinary ray and the extraordinary ray are generated at the same ratio with respect to the polarization direction of the incident illumination light beam 10. In FIG. 4, the axis perpendicular to the plane including the ordinary ray and the extraordinary ray in the beam displacer 21 is indicated by reference numeral 21 a.

よって、ビームディスプレーサ２１に入射した照明光束１０は、その軸２１ａと平行な方向ＤＢに偏光した通常光束（常光線）ＬＢと、軸２１ａと垂直な方向ＤＡに偏光した異常光束（異常光線）ＬＡとに分離され、両者は、互いに等しい光量となる。この様子を図４（ａ）の矢印Ｄｒから見た図が図４（ｂ）である。
通常光束ＬＢと異常光束ＬＡとは、図４（ｂ）に示すように、ビームディスプレーサ２１内のずれた光路を個別に進行し、ビームディスプレーサ２１から出射した後互いに平行になり、それぞれ基板１６上の位相変調素子１２Ｂ、１２Ａに個別に略垂直に入射し、それら位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにて波面の位相分布を変化させてそれぞれの光路を折り返す。 Therefore, the illumination light beam 10 incident on the beam displacer 21 has a normal light beam (ordinary light beam) LB polarized in a direction DB parallel to the axis 21a and an abnormal light beam (abnormal light beam) LA polarized in a direction DA perpendicular to the axis 21a. And both have the same amount of light. FIG. 4B shows this state as viewed from the arrow Dr in FIG.
As shown in FIG. 4B, the normal light beam LB and the extraordinary light beam LA travel individually on the shifted optical paths in the beam displacer 21 and become parallel to each other after being emitted from the beam displacer 21, respectively. The phase modulation elements 12B and 12A are individually incident substantially perpendicularly, and the phase distribution of the wave front is changed by these phase modulation elements 12A and 12B to fold back the respective optical paths.

位相変調素子１２Ａ，１２Ｂから射出した異常光束ＬＡと通常光束ＬＢとは、ビームディスプレーサ２１内を戻ることにより合成され、偏光ビームスプリッタ２２に再入射する。
再入射のとき、通常光束ＬＢの偏光方向と、異常光束ＬＡの偏光方向とは、偏光ビームスプリッタ２２のｐ偏光方向に対して４５°傾いている。 The abnormal light beam LA and the normal light beam LB emitted from the phase modulation elements 12A and 12B are combined by returning through the beam displacer 21 and re-enter the polarization beam splitter 22.
At the time of re-incident, the polarization direction of the normal light beam LB and the polarization direction of the abnormal light beam LA are inclined by 45 ° with respect to the p-polarization direction of the polarization beam splitter 22.

よって、異常光束ＬＡのｐ偏光成分と通常光束ＬＢのｐ偏光成分とは、互いに等しい光量で偏光ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａを透過する。つまり、その偏光ビームスプリッタ２２の射出側では、異常光束ＬＡと通常光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。
また、偏光ビームスプリッタ２２の射出側から見た位相変調素子１２Ａの光学的距離と、位相変調素子１２Ｂの光学的距離とは略等しい。 Therefore, the p-polarized component of the extraordinary light beam LA and the p-polarized light component of the normal light beam LB are transmitted through the polarization separation surface 22a of the polarizing beam splitter 22 with the same amount of light. That is, on the exit side of the polarization beam splitter 22, the abnormal light beam LA and the normal light beam LB become light beams having the same light amount and polarization direction.
Further, the optical distance of the phase modulation element 12A viewed from the exit side of the polarization beam splitter 22 is substantially equal to the optical distance of the phase modulation element 12B.

よって、偏光ビームスプリッタ２２の射出側では、異常光束ＬＡの波面ＷＡと通常光束ＬＢの波面ＷＢとが、高コントラストで干渉し、合成波面を生成する。
このように本実施形態の画像形成装置でも、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが、共通の基板１６上に配置されているので、両者の位置調整が第１実施形態の画像形成装置よりも容易になる。 Therefore, on the exit side of the polarization beam splitter 22, the wavefront WA of the abnormal light beam LA and the wavefront WB of the normal light beam LB interfere with each other with a high contrast to generate a composite wavefront.
As described above, also in the image forming apparatus of the present embodiment, since the phase modulation elements 12A and 12B are arranged on the common substrate 16, the position adjustment of both is easier than the image forming apparatus of the first embodiment. .

（第３実施形態の追記事項）
なお、本実施形態は、図４（ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａで反射した照明光束１０をビームディスプレーサ２１に入射させると共に、偏光分離面２２ａを透過した異常光束ＬＡと正常光束ＬＢとによる干渉光束の波面を合成波面としたが、図４（ａ’）に示すように、偏光分離面２２ａを透過した照明光束１０をビームディスプレーサ２１に入射させると共に、偏光分離面２２ａで反射した異常光束ＬＡと正常光束ＬＢとによる干渉光束の波面を合成波面としてもよい。 (Additional items of the third embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 4A, the illumination light beam 10 reflected by the polarization separation surface 22a of the polarization beam splitter 22 is incident on the beam displacer 21 and the abnormal light beam transmitted through the polarization separation surface 22a. Although the wavefront of the interference light beam formed by LA and the normal light beam LB is a combined wavefront, as shown in FIG. 4 (a ′), the illumination light beam 10 transmitted through the polarization separation surface 22a is incident on the beam displacer 21 and the polarization separation is performed. The wavefront of the interference light beam formed by the abnormal light beam LA and the normal light beam LB reflected by the surface 22a may be used as a composite wavefront.

［各実施形態の追記事項］
なお、各実施形態の位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、反射板Ｐを二次元状に配列してなるが、一次元状に配列しても構わない。また、一次元状に配列した位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが生成する一次元の像をスキャンすることで、二次元の像を得てもよい。配列方法は、画像形成装置の適用分野や要求精度などによって適宜選定される。 [Additional items for each embodiment]
In addition, although the phase modulation elements 12A and 12B of the respective embodiments are formed by arranging the reflection plates P in a two-dimensional manner, they may be arranged in a one-dimensional manner. Alternatively, a two-dimensional image may be obtained by scanning a one-dimensional image generated by the phase modulation elements 12A and 12B arranged in a one-dimensional manner. The arrangement method is appropriately selected depending on the field of application of the image forming apparatus and the required accuracy.

また、画像形成装置に立体画像を表示させる際には、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂへ入力する電気的指令（入力信号）は、表示すべき立体画像（立体動画像の各フレーム）の回折像の各店における振幅と位相とされる。この回折像は、例えばコンピュータなどの計算機によって求めることもできる。
また、本発明の画像形成装置の応用範囲は広く、航空機パイロットのヘッドアップディスプレイ、航空管制用のディスプレイ、アミューズメント用のディスプレイ、三次元医療画像用のディスプレイ、ＣＡＤＡＭのディスプレイ、レーザプリンタ等のレーザ走査光学系、光通信用の交換機、電子ロックシステムなどの各分野に及ぶ。 When displaying a stereoscopic image on the image forming apparatus, an electrical command (input signal) input to the phase modulation elements 12A and 12B is a diffraction image of the stereoscopic image (each frame of the stereoscopic moving image) to be displayed. The amplitude and phase at each store. This diffraction image can also be obtained by a computer such as a computer.
The image forming apparatus of the present invention has a wide range of applications, such as aircraft pilot head-up displays, air traffic control displays, amusement displays, three-dimensional medical image displays, CADAM displays, laser scanning for laser printers, etc. It covers various fields such as optical systems, switchboards for optical communications, and electronic lock systems.

レーザ走査光学系への応用例は、例えば、次のとおりである。
図５に示すように、画像形成装置３１が生成した合成波面上の複数の輝点４１が印刷に利用される。この画像形成装置内の２つの位相変調素子に対し電気的指令を与え、その電気的指令を変調する。これにより、この輝点４１の分布が変調されるので、スキャナ不要のレーザ走査光学系が実現する。 Examples of application to a laser scanning optical system are as follows.
As shown in FIG. 5, a plurality of bright spots 41 on the combined wavefront generated by the image forming apparatus 31 are used for printing. An electrical command is given to the two phase modulation elements in the image forming apparatus, and the electrical command is modulated. Thereby, since the distribution of the bright spots 41 is modulated, a laser scanning optical system that does not require a scanner is realized.

電子ロックシステムへの応用は、例えば、次のとおりである。
ロックすべきドアなどに画像形成装置を設け、画像形成装置の一方の位相変調素子を「鍵穴」、他方の位相変調素子を「鍵」として用いる。画像形成装置が生成する合成波面のパターンを検出する検出部と、検出したパターンが特定のパターンに一致するか否かを判断する判断部と、一致したときにのみロックを解除する解除開放部とをドアに設ける。特定のパターンを生成するための「鍵」を偽造することは困難であるので、このシステムの防犯効果は高い。 The application to an electronic lock system is as follows, for example.
An image forming apparatus is provided at a door to be locked, and one phase modulation element of the image forming apparatus is used as a “key hole” and the other phase modulation element is used as a “key”. A detection unit that detects a pattern of a composite wavefront generated by the image forming apparatus; a determination unit that determines whether the detected pattern matches a specific pattern; and a release release unit that releases the lock only when the pattern matches On the door. Since it is difficult to forge a “key” for generating a specific pattern, the security effect of this system is high.

また、このシステムにおいては、ドアの使用者の変更時、鍵の紛失時などに、鍵穴としての位相変調素子の凹凸分布、鍵としての位相変調素子の凹凸分布、検出すべき特定のパターンの組み合わせを管理者が変更するだけで、防犯効果を持続させることができる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について図６に基づき説明する。 Also, in this system, when the user of the door is changed or the key is lost, the uneven distribution of the phase modulation element as a keyhole, the uneven distribution of the phase modulation element as a key, and a specific pattern combination to be detected Just by changing the administrator, the crime prevention effect can be sustained.
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態は、上述した第１実施形態又は第２実施形態の変形例である。ここでは、第１実施形態の変形例とし、第１実施形態と共通の部分については共通の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の画像形成装置は、図６に示すように、第１実施形態の画像形成装置において、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにおける反射板Ｐの配列を一次元にすると共に、偏光ビームスプリッタ１１として、正方形の断面を有したロッド状の偏光ビームスプリッタを用いたものである。 The present embodiment is a modification of the first embodiment or the second embodiment described above. Here, as a modification of the first embodiment, portions common to the first embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 6, the image forming apparatus of the present embodiment is the same as that of the image forming apparatus of the first embodiment, except that the arrangement of the reflection plates P in the phase modulation elements 12A and 12B is one-dimensional, and A rod-shaped polarizing beam splitter having a square cross section is used.

この偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａは、偏光ビームスプリッタ１１の長手方向に延びる各辺と平行である。
その偏光ビームスプリッタ１１の互いに隣接する２つの面上に、１／４波長板１３がそれぞれ配置される。これらの１／４波長板１３は、偏光ビームスプリッタ１１の面上に密着していてもよい。 A polarization separation surface 11 a of the polarization beam splitter 11 is parallel to each side extending in the longitudinal direction of the polarization beam splitter 11.
On the two surfaces adjacent to each other of the polarization beam splitter 11, quarter-wave plates 13 are respectively disposed. These quarter-wave plates 13 may be in close contact with the surface of the polarization beam splitter 11.

また、それら１／４波長板１３上に、位相変調をするために必要な間隔を置いて位相変調素子１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ配置される。位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの反射板Ｐの配列方向は、偏光ビームスプリッタ１１の長手方向である。
また、偏光ビームスプリッタ１１の他の面上に、偏光素子１４が配置される。なお、図６では、偏光素子１４の位置が偏光ビームスプリッタ１１から離れているが、偏光素子１４は、偏光ビームスプリッタ１１の面上に密着していてもよい。 In addition, phase modulation elements 12A and 12B are arranged on the quarter-wave plate 13 at intervals necessary for phase modulation. The arrangement direction of the reflection plates P of the phase modulation elements 12 A and 12 B is the longitudinal direction of the polarization beam splitter 11.
A polarizing element 14 is disposed on the other surface of the polarizing beam splitter 11. In FIG. 6, the position of the polarizing element 14 is separated from the polarizing beam splitter 11, but the polarizing element 14 may be in close contact with the surface of the polarizing beam splitter 11.

また、図６において、符号１５で示すのは、不図示の光源から射出した照明光束１０の偏光方向を調整するための偏光素子である。この偏光素子１５は、照明光束１０の偏光方向を、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対しｐ偏光成分とｓ偏光成分が等しくなるように整える。なお、この偏光素子１５は、偏光ビームスプリッタ１１の残る１つの面上に密着していてもよい。 In FIG. 6, reference numeral 15 denotes a polarizing element for adjusting the polarization direction of the illumination light beam 10 emitted from a light source (not shown). The polarization element 15 adjusts the polarization direction of the illumination light beam 10 so that the p-polarization component and the s-polarization component are equal to the polarization separation surface 11 a of the polarization beam splitter 11. The polarizing element 15 may be in close contact with the remaining surface of the polarizing beam splitter 11.

このように、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの反射板Ｐの配列が一次元であることに対応して、ロッド状の偏光ビームスプリッタ１１を利用すれば、画像形成装置のサイズを必要最小限に抑えることができる。
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について図７に基づき説明する。 As described above, if the rod-shaped polarization beam splitter 11 is used in correspondence with the one-dimensional arrangement of the reflection plates P of the phase modulation elements 12A and 12B, the size of the image forming apparatus is minimized. be able to.
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態は、上述した何れかの実施形態の変形例である。ここでは、第１実施形態の変形例とし、第１実施形態と共通の部分については共通の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の画像形成装置は、図７に示すように、第１実施形態の画像形成装置（図１）において、一方の位相変調素子１２Ａに代えて、平面鏡１２Ｃが備えられたものである。 This embodiment is a modification of any of the above-described embodiments. Here, as a modification of the first embodiment, portions common to the first embodiment are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 7, the image forming apparatus according to the present embodiment includes a plane mirror 12C in place of the one phase modulation element 12A in the image forming apparatus according to the first embodiment (FIG. 1).

平面鏡１２Ｃの反射面は、位相変調素子１２Ｂの反射面全体と略同じサイズの平面状の反射面である。
また、この画像形成装置においては、照明光束１０の時間的なコヒーレンス（単色性）は完全でなくてもよい。すなわち、この画像形成装置の光源には、レーザ光源などの単色光源でなく、発光ダイオードなどの準単色光源が用いられてもよい。 The reflecting surface of the plane mirror 12C is a planar reflecting surface having substantially the same size as the entire reflecting surface of the phase modulation element 12B.
In this image forming apparatus, temporal coherence (monochromaticity) of the illumination light beam 10 may not be perfect. That is, a quasi-monochromatic light source such as a light emitting diode may be used as the light source of the image forming apparatus instead of a monochromatic light source such as a laser light source.

この照明光束１０は、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。照明光束１０の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分とが等しくなるよう予め調整されている。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した照明光束１０のうち、偏光分離面１１ａに対するｐ偏光成分／ｓ偏光成分は、互いに等しい光量でそれぞれ偏光分離面１１ａを透過／反射する。 The illumination light beam 10 enters the polarization beam splitter 11. The polarization direction of the illumination light beam 10 is adjusted in advance so that the p-polarization component and the s-polarization component are equal to the polarization separation surface 11 a of the polarization beam splitter 11.
Of the illumination light beam 10 incident on the polarization beam splitter 11, the p polarization component / s polarization component with respect to the polarization separation surface 11a are transmitted / reflected through the polarization separation surface 11a with the same amount of light.

偏光分離面１１ａを透過したｐ偏光成分の光束ＬＣは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で平面鏡１２Ｃに入射し、波面の位相分布を何ら変化させることなく光路を折り返す。
偏光分離面１１ａを反射したｓ偏光成分の光束ＬＢは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ｂに入射し、位相変調素子１２Ｂにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。 The light beam LC of the p-polarized component transmitted through the polarization separation surface 11a enters the plane mirror 12C through the quarter-wave plate 13 in a circularly polarized state, and turns back the optical path without changing any phase distribution of the wavefront.
The light beam LB of the s-polarized component reflected from the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12B in a circularly polarized state via the quarter wavelength plate 13, and the phase distribution of the wave front is changed by the phase modulation element 12B. Turn the light path back.

平面鏡１２Ｃにて光路を折り返した光束ＬＣは、１／４波長板１３に再入射し、その偏光方向をｓ偏光に変化させた状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａにおいて反射され、偏光素子１４に入射する。
位相変調素子１２Ｂにて光路を折り返した光束ＬＢは、１／４波長板１３に再入射し、その偏光方向をｐ偏光に変化させた状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａを透過して偏光素子１４に入射する。 The light beam LC that has turned the optical path through the plane mirror 12C reenters the quarter-wave plate 13, re-enters the polarization beam splitter 11 with its polarization direction changed to s-polarized light, and is reflected by the polarization separation surface 11a. And enters the polarizing element 14.
The light beam LB whose optical path is turned back by the phase modulation element 12B reenters the quarter-wave plate 13, re-enters the polarization beam splitter 11 with its polarization direction changed to p-polarized light, and the polarization separation surface 11a. And enters the polarizing element 14.

偏光素子１４の偏光軸は、入射する光束ＬＣの偏光方向（ｓ偏光方向）と、入射する光束ＬＢの偏光方向（ｐ偏光方向）とのそれぞれに対し４５°の角度を成す。よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＣと光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。
ここで、本実施形態では、位相変調素子１２Ｂと平面鏡１２Ｃとが偏光分離面１１ａに関し対称で、かつ、偏光素子１４の射出側から見た位相変調素子１２Ｂの光学的距離と、平面鏡１２Ｃの光学的距離とは略等しいものとする。 The polarization axis of the polarizing element 14 forms an angle of 45 ° with respect to each of the polarization direction of the incident light beam LC (s-polarization direction) and the polarization direction of the incident light beam LB (p-polarization direction). Therefore, on the exit side of the polarizing element 14, the light beam LC and the light beam LB become light beams having the same light amount and polarization direction.
Here, in the present embodiment, the phase modulation element 12B and the plane mirror 12C are symmetrical with respect to the polarization separation surface 11a, and the optical distance of the phase modulation element 12B viewed from the exit side of the polarization element 14 and the optical property of the plane mirror 12C. The target distance is approximately equal.

よって、１／４波長板１３、偏光ビームスプリッタ１１、及び偏光素子１４を介して光束ＬＢの波面ＷＢと光束ＬＣの波面ＷＣとを観察すると、等価的に両者が重なり合って、高コントラストで干渉する。
次に、この干渉によって生じた干渉光束の波面（合成波面）について説明する。
合成波面上の或る点に対応する波面ＷＢと波面ＷＣとの位相差Δθが、下式（４’）の条件を満たす場合は、互いに打ち消し合い、その点の振幅は小さくなる（つまり、暗くなる。）
Δθ＝（ｎ＋１／２）×２π（但し、ｎ：任意の整数）・・・（４’）
反対に、合成波面上の或る点に対応する波面ＷＢと波面ＷＣとの位相差Δθが、下式（５’）の条件を満たす場合は、互いに強め合い、その点の振幅は大きくなる（つまり、暗くなる。）
Δθ＝ｎ×２π（但し、ｎ：任意の整数）・・・（５’）
この合成波面上の或る点の複素振幅を詳細に表現すると、下式（６’）のとおりである。 Therefore, when the wavefront WB of the light beam LB and the wavefront WC of the light beam LC are observed through the quarter-wave plate 13, the polarizing beam splitter 11, and the polarizing element 14, they are equivalently overlapped with each other and interfere with high contrast. .
Next, the wavefront (synthetic wavefront) of the interference light beam generated by this interference will be described.
When the phase difference Δθ between the wavefront WB and the wavefront WC corresponding to a certain point on the combined wavefront satisfies the condition of the following expression (4 ′), they cancel each other, and the amplitude at that point becomes small (that is, dark) Become.)
Δθ = (n + 1/2) × 2π (where n is an arbitrary integer) (4 ′)
On the other hand, when the phase difference Δθ between the wavefront WB and the wavefront WC corresponding to a certain point on the combined wavefront satisfies the condition of the following expression (5 ′), they are mutually strengthened and the amplitude at that point becomes large ( In other words, it gets dark.)
Δθ = n × 2π (where n is an arbitrary integer) (5 ′)
When the complex amplitude at a certain point on the combined wavefront is expressed in detail, the following equation (6 ′) is obtained.

√［２｛１＋ｃｏｓΔθ｝］ｒ・ｅｘｐ［ｉΔθ／２］・・・（６’）
ここで、本実施形態では、平面鏡１２Ｃにて反射した光束ＬＣの波面ＷＣの位相分布は何ら変化しないので、波面ＷＢと波面ＷＣとの位相差Δθの分布は、波面ＷＢの位相分布のみによって決まる。この事実と上式（６’）とから、合成波面の振幅分布は、波面ＷＢの位相分布により決定されることがわかる。 √ [2 {1 + cosΔθ}] r · exp [iΔθ / 2] (6 ′)
Here, in this embodiment, since the phase distribution of the wavefront WC of the light beam LC reflected by the plane mirror 12C does not change at all, the distribution of the phase difference Δθ between the wavefront WB and the wavefront WC is determined only by the phase distribution of the wavefront WB. . From this fact and the above equation (6 ′), it can be seen that the amplitude distribution of the combined wavefront is determined by the phase distribution of the wavefront WB.

よって、この画像形成装置の位相変調素子１２Ｂに対し電気的指令を与え、光束ＬＢの波面ＷＢの位相分布を設定すれば、合成波面の振幅分布を任意に設定することができる。
すなわち、この画像形成装置は、任意の振幅分布からなる合成波面を生成することができる。したがって、任意の階調からなる高品質な画像を表示することができる。
ここで、本実施形態の画像形成装置による表示画像の解像度について説明する。 Therefore, by giving an electrical command to the phase modulation element 12B of the image forming apparatus and setting the phase distribution of the wavefront WB of the light beam LB, the amplitude distribution of the combined wavefront can be arbitrarily set.
That is, this image forming apparatus can generate a composite wavefront having an arbitrary amplitude distribution. Therefore, it is possible to display a high quality image having an arbitrary gradation.
Here, the resolution of the display image by the image forming apparatus of the present embodiment will be described.

本実施形態の画像形成装置では、位相変調素子１２Ｂの或る１つの反射板Ｐ（図１（ｂ）参照）の変位が、合成波面上の或る１部分の振幅を決定する。よって、位相変調素子１２Ｂの１つの反射板Ｐが、本画像形成装置の単位画素に相当する。
位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの幅は、マイクロマシンの技術によると例えば６μｍ程度に抑えられ、反射板Ｐ同士の間隙は略０μｍに抑えられる。よって、本実施形態の画像形成装置では、画素ピッチは６μｍ程度に抑えられる。 In the image forming apparatus of the present embodiment, the displacement of a certain reflecting plate P (see FIG. 1B) of the phase modulation element 12B determines the amplitude of a certain portion on the combined wavefront. Therefore, one reflecting plate P of the phase modulation element 12B corresponds to a unit pixel of the image forming apparatus.
According to the micromachine technique, the width of the reflection plate P of the phase modulation element 12B is suppressed to, for example, about 6 μm, and the gap between the reflection plates P is suppressed to about 0 μm. Therefore, in the image forming apparatus of the present embodiment, the pixel pitch can be suppressed to about 6 μm.

一方、従来の画像形成装置の１つに、ＧＬＶ（Grating Light Valve）と呼ばれる回折光学素子がある。ＧＬＶも、マイクロマシンの技術を用いて作られており、微少量変位可能な反射板（リボン）が多数個アレイ状に配列されている。ＣＬＶの反射板の幅は、６μｍ程度に抑えられ、反射板同士の間隙を０μｍに抑えられる。
しかし、ＧＬＶの単位画素は、隣接し合った数個の反射板（例えば、６個の反射板）によって構成されるので、１画素中の反射板数を６とすると、画素ピッチは６×６μｍ＝３６μｍと大きくなる。 On the other hand, there is a diffractive optical element called GLV (Grating Light Valve) as one of conventional image forming apparatuses. The GLV is also made by using micromachine technology, and a large number of reflectors (ribbons) that can be displaced by a small amount are arranged in an array. The width of the CLV reflector is suppressed to about 6 μm, and the gap between the reflectors can be suppressed to 0 μm.
However, since the unit pixel of GLV is composed of several reflectors (for example, six reflectors) adjacent to each other, assuming that the number of reflectors in one pixel is 6, the pixel pitch is 6 × 6 μm. = 36 μm

このことから、本実施形態の画像形成装置は、従来のＧＬＶよりも高い解像度で画像を表示することができる。
（第５実施形態の追記事項）
なお、本実施形態の画像形成装置においては、平面鏡１２Ｃと位相変調素子１２Ｂとがが入れ替わっても、同じ効果が得られる。 From this, the image forming apparatus of this embodiment can display an image with a higher resolution than the conventional GLV.
(Additional items in the fifth embodiment)
In the image forming apparatus of the present embodiment, the same effect can be obtained even if the plane mirror 12C and the phase modulation element 12B are interchanged.

また、本実施形態の画像形成装置の光源に準単色光源（発光ダイオードなど）が用いられた場合には、画像形成装置による表示画像のコントラストを高くするために、偏光素子１４の偏光軸の方向を予め最適化しておくことが望ましい（正確には、偏光分離面１１ａに対する照明光束１０の偏光方向、１／４波長板１３の軸方向と共に、偏光素子１４の偏光軸の方向を予め最適化しておくことが望ましい。）。 When a quasi-monochromatic light source (such as a light emitting diode) is used as the light source of the image forming apparatus of the present embodiment, the direction of the polarization axis of the polarizing element 14 is used to increase the contrast of the display image by the image forming apparatus. (To be precise, the direction of the polarization axis of the polarizing element 14 is optimized in advance together with the direction of polarization of the illumination light beam 10 with respect to the polarization separation surface 11a and the direction of the axis of the quarter-wave plate 13). It is desirable to leave.)

以下、最適化の内容を説明する。
先ず、画像形成装置による表示画像のコントラストを高くするためには、画像形成装置が「黒画像」を表現するときの合成波面の振幅を、完全なゼロにする必要がある。
合成波面の振幅をゼロにするためには、式（６’）における位相差Δθ（波面ＷＣと波面ＷＢとの位相差）を「π」に設定すればよいと考えられる。 The contents of optimization will be described below.
First, in order to increase the contrast of the display image by the image forming apparatus, it is necessary to make the amplitude of the combined wavefront when the image forming apparatus represents a “black image” completely zero.
In order to reduce the amplitude of the combined wavefront to zero, it is considered that the phase difference Δθ (phase difference between the wavefront WC and the wavefront WB) in the equation (6 ′) should be set to “π”.

但し、光源に準単色光源が用いられた場合には、全ての波長成分の位相差Δθがそれぞれ「π」にならなければ、合成波面の振幅は完全なゼロにならない。
また、全ての波長成分の位相差Δθが同じ値になり得るのは、光束ＬＣと光束ＬＢの光路差がゼロのときのみである。
また、合成波面の振幅をゼロにするためには、光束ＬＣと光束ＬＢの光路差だけでなく、偏光分離面１１ａに対する照明光束１０の偏光方向、１／４波長板１３の進相軸（或いは遅相軸）の方向、及び偏光素子１４の偏光軸の方向（これらの方向は何れも光軸回りの回転角度）の影響も考慮しなければならない。 However, when a quasi-monochromatic light source is used as the light source, the amplitude of the combined wavefront does not become completely zero unless the phase differences Δθ of all wavelength components become “π”.
In addition, the phase difference Δθ of all wavelength components can be the same value only when the optical path difference between the light beam LC and the light beam LB is zero.
In order to make the amplitude of the combined wavefront zero, not only the optical path difference between the light beam LC and the light beam LB, but also the polarization direction of the illumination light beam 10 with respect to the polarization separation surface 11a, the fast axis of the quarter wavelength plate 13 (or The influence of the direction of the slow axis) and the direction of the polarization axis of the polarizing element 14 (all of these directions are rotation angles around the optical axis) must also be considered.

そこで、第１に、本実施形態の画像形成装置では、光束ＬＣと光束ＬＢとの光路長が完全に一致するときに「黒画像」を表示するように（つまり位相変調素子１２Ｂの各反射板Ｐの変位量を一様な所定値に設定するように）、位相変調素子１２Ｂと平面鏡１２Ｃと偏光ビームスプリッタ１１との位置関係が予め設定される。
この設定下で光束ＬＣ，ＬＢの光路長が完全に一致する場合、図８の上部に示すように、偏光素子１４に入射する全ての波長の光束ＬＣ，ＬＢの電気ベクトルＶＣ，ＶＢは、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示すごとく互いに同じ大きさとなり、その方向だけが９０°ずれる。これらの電気ベクトルＶＣ，ＶＢと、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向との関係によって、偏光素子１４から射出する光束ＬＣ，ＬＢの電気ベクトルＶＣ’，ＶＢ’の関係は定まる。 Therefore, first, in the image forming apparatus of the present embodiment, a “black image” is displayed when the optical path lengths of the light beam LC and the light beam LB completely match (that is, each reflector of the phase modulation element 12B). The positional relationship among the phase modulation element 12B, the plane mirror 12C, and the polarization beam splitter 11 is set in advance so that the displacement amount of P is set to a uniform predetermined value.
When the optical path lengths of the light beams LC and LB completely match under this setting, as shown in the upper part of FIG. 8, the electric vectors VC and VB of the light beams LC and LB of all wavelengths incident on the polarizing element 14 are As shown in FIG. 8 (a) or FIG. 8 (b), they have the same size, and only their directions are shifted by 90 °. The relationship between the electric vectors VC ′ and VB ′ of the light beams LC and LB emitted from the polarizing element 14 is determined by the relationship between the electric vectors VC and VB and the direction of the polarization axis D of the polarizing element 14.

そこで、第２に、本実施形態の画像形成装置では、この設定下で「黒画像」が表示されるときに、偏光素子１４から射出する光束ＬＣ，ＬＢの電気ベクトルＶＣ’，ＶＢ’が、図８（ａ”）又は図８（ｂ”）に示すごとく互いに同じ大きさとなり、かつその方向だけが１８０度ずれるように、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向が予め最適化される。
なお、一般に、偏光素子１４から射出する光の電気ベクトルＶ’は、偏光素子１４に入射した光の電気ベクトルＶの偏光軸Ｄへの射影に一致するので、例えば、電気ベクトルＶＢ，ＶＣの関係が図８（ａ）に示す関係である場合には、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向は、図８（ａ’）の方向に最適化される。このとき、電気ベクトルＶＢ’，ＶＣ’の関係は、図８（ａ”）に示す関係となって互いに完全に打ち消し合う。 Therefore, secondly, in the image forming apparatus of the present embodiment, when a “black image” is displayed under this setting, the electric vectors VC ′ and VB ′ of the light beams LC and LB emitted from the polarizing element 14 are As shown in FIG. 8A "or FIG. 8B", the direction of the polarization axis D of the polarizing element 14 is optimized in advance so that they have the same size as each other and only their directions are shifted by 180 degrees.
In general, the electric vector V ′ of the light emitted from the polarizing element 14 matches the projection of the electric vector V of the light incident on the polarizing element 14 onto the polarization axis D. For example, the relationship between the electric vectors VB and VC Is the relationship shown in FIG. 8A, the direction of the polarization axis D of the polarizing element 14 is optimized to the direction of FIG. 8A ′. At this time, the relationship between the electric vectors VB ′ and VC ′ becomes the relationship shown in FIG.

同様に、例えば、電気ベクトルＶＢ，ＶＣの関係が、図８（ｂ）に示す関係である場合には、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向は、図８（ｂ’）の方向に最適化される。このとき、電気ベクトルＶＢ’，ＶＣ’の関係は、図８（ｂ”）に示す関係となって互いに完全に打ち消し合う。
このような電場ベクトルＶＢ’，ＶＣ’の打ち消し合いは、光束ＬＣと光束ＬＢとの光路長が完全に一致しているこの設定下では、全ての波長成分についてそれぞれ生じる。これは、全ての波長成分の位相差Δθが全て「π」になることを意味する。 Similarly, for example, when the relationship between the electric vectors VB and VC is the relationship shown in FIG. 8B, the direction of the polarization axis D of the polarizing element 14 is optimized to the direction shown in FIG. 8B ′. Is done. At this time, the relationship between the electric vectors VB ′ and VC ′ becomes a relationship shown in FIG. 8B ″ and completely cancel each other.
Such cancellation of the electric field vectors VB ′ and VC ′ occurs for all wavelength components under this setting in which the optical path lengths of the light beam LC and the light beam LB completely coincide with each other. This means that the phase differences Δθ of all wavelength components are all “π”.

したがって、以上の最適化によれば、画像形成装置が「黒画像」を表現するときの合成光波の振幅が完全なゼロとなり、表示画像のコントラストが最大になる。
なお、電気ベクトルＶＣ，ＶＢの角度関係が図８（ａ），（ｂ）の何れになるかは、偏光分離面１１ａに対する照明光束１０の偏光方向、１／４波長板１３の進相軸（或いは遅相軸）の方向によって決まる。 Therefore, according to the above optimization, the amplitude of the combined light wave when the image forming apparatus expresses the “black image” becomes completely zero, and the contrast of the display image is maximized.
Whether the angle relationship between the electric vectors VC and VB is as shown in FIGS. 8A and 8B depends on the polarization direction of the illumination light beam 10 with respect to the polarization separation surface 11a and the fast axis of the quarter wavelength plate 13 ( Alternatively, it depends on the direction of the slow axis).

よって、以上の最適化を簡単に行うには、例えば、製造者は、照明光束１０の偏光方向、及び１／４波長板１３の進相軸の設定後に、画像形成装置に「黒画像」を表示させ、その「黒画像」を観察しながら偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向を変化させ、その観察される「黒画像」が最も暗くなったときに偏光軸Ｄの方向を固定すればよい。 Therefore, in order to easily perform the above optimization, for example, the manufacturer sets a “black image” on the image forming apparatus after setting the polarization direction of the illumination light beam 10 and the fast axis of the quarter-wave plate 13. It is only necessary to change the direction of the polarization axis D of the polarizing element 14 while observing the “black image” and fix the direction of the polarization axis D when the observed “black image” becomes the darkest. .

第１実施形態の画像形成装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an image forming apparatus according to a first embodiment. 合成波面の位相分布及び振幅分布を説明する図である。It is a figure explaining the phase distribution and amplitude distribution of a synthetic wave front. 第２実施形態の画像形成装置の構成図である。It is a block diagram of the image forming apparatus of 2nd Embodiment. 第３実施形態の画像形成装置の構成図である。It is a block diagram of the image forming apparatus of 3rd Embodiment. 画像形成装置のレーザ走査光学系への応用例を説明する図である。It is a figure explaining the application example to the laser scanning optical system of an image forming apparatus. 第４実施形態の画像形成装置の構成図である。It is a block diagram of the image forming apparatus of 4th Embodiment. 第５実施形態の画像形成装置の構成図である。It is a block diagram of the image forming apparatus of 5th Embodiment. 偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向の最適化方法を説明する図である。It is a figure explaining the optimization method of the direction of the polarization axis D of the polarizing element. 立体画像の表示原理を説明する図である。It is a figure explaining the display principle of a stereo image.

Explanation of symbols

１１，２２偏光ビームスプリッタ
１１ａ，２２ａ偏光分離面
１２Ａ，１２Ｂ位相変調素子
１２Ｃ平面鏡
１３１／４波長板
１４偏光素子
１５Ａ，１５Ｂ反射鏡
１６基板
１０照明光束
２１ビームディスプレーサ
11, 22 Polarization beam splitters 11a, 22a Polarization separation surfaces 12A, 12B Phase modulation element 12C Plane mirror 13 1/4 wavelength plate 14 Polarization elements 15A, 15B Reflection mirror 16 Substrate 10 Illumination beam 21 Beam displacer

Claims

Two phase modulation elements that modulate and emit the phase of the incident light;
A separation optical system that separates light from a light source and generates two lights that individually enter the two phase modulation elements;
An image forming apparatus comprising: a combining optical system that combines two lights individually emitted from the two phase modulation elements.

The image forming apparatus according to claim 1.
The image forming apparatus, wherein the light from the light source is coherent light.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein:
An image forming apparatus, wherein a beam splitter is used for the separation optical system and the synthesis optical system.

The image forming apparatus according to claim 3.
The image forming apparatus, wherein the beam splitter used as the separation optical system and the synthesis optical system is one beam splitter shared by the separation optical system and the synthesis optical system.

The image forming apparatus according to claim 3 or 4, wherein:
The two phase modulation elements are arranged side by side on the same plane,
And further comprising a deflection optical system that guides the light separated by the beam splitter to the two phase modulation elements and guides the two lights emitted from the two phase modulation elements to the beam splitter. An image forming apparatus.

In the image forming apparatus according to any one of claims 3 to 5,
The beam splitter is a polarizing beam splitter;
A quarter-wave plate disposed in each optical path between the polarizing beam splitter and the two phase modulation elements;
An image forming apparatus comprising: a polarizing element that is disposed in an optical path of two lights combined by the polarizing beam splitter and makes the two lights interfere with each other.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein:
The separating optical system and the combining optical system share a single beam displacer having birefringence,
Polarized light, which is disposed between the beam displacer and the light source and includes both components of ordinary and extraordinary rays with respect to the beam displacer, is incident on the beam displacer, and the two combined by the beam displacer An image forming apparatus, further comprising: a polarization beam splitter that makes the lights capable of interfering with each other.

In the image forming apparatus according to any one of claims 1 to 7,
2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the two phase modulation elements are reflection type phase modulation elements including a reflection surface array capable of changing a height distribution.

The image forming apparatus according to claim 8.
The height change range ΔLA of each reflection surface of one of the two phase modulation elements and the height change range ΔLB of each other reflection surface are at least as long as the wavelength of the illumination light beam is λ,
−3λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 3λ / 8, −5λ / 8 ≦ ΔLB ≦ 5λ / 8
An image forming apparatus including a range of

The image forming apparatus according to claim 8.
The height change range ΔLA of each reflection surface of one of the two phase modulation elements and the height change range ΔLB of each other reflection surface are at least as long as the wavelength of the illumination light beam is λ,
−λ / 2 ≦ ΔLA ≦ λ / 2, −λ / 2 ≦ ΔLB ≦ λ / 2
An image forming apparatus including a range of

The image forming apparatus according to any one of claims 8 to 10,
The image forming apparatus, wherein the two reflection type phase modulation elements are made of a micromachine.

A phase modulation element that modulates and emits the phase of the incident light; and
A reflective element that reflects incident light;
A separation optical system that separates light from a light source and generates two lights that individually enter the phase modulation element and the reflection element;
An image forming apparatus comprising: a combining optical system that combines two light beams individually emitted from the phase modulation element and the reflection element.

The image forming apparatus according to claim 12.
The image forming apparatus, wherein the light from the light source is coherent light.

The image forming apparatus according to claim 12 or 13,
One image splitter is shared by the said separation optical system and the said synthetic | combination optical system. The image forming apparatus characterized by the above-mentioned.

The image forming apparatus according to claim 14.
The beam splitter is a polarizing beam splitter;
A quarter-wave plate disposed in an optical path between the polarizing beam splitter and the phase modulation element, and an optical path between the polarizing beam splitter and the reflection element,
An image forming apparatus comprising: a polarizing element that is disposed in an optical path of two lights combined by the polarizing beam splitter and makes the two lights interfere with each other.

The image forming apparatus according to claim 15.
The direction of the polarization axis of the polarizing element is set so that the two light beams interfere and weaken when the optical path lengths of the two light beams completely coincide with each other.

The image forming apparatus according to any one of claims 12 to 16, wherein
The image forming apparatus, wherein the phase modulation element is a reflection type phase modulation element including a reflection surface array in which a height distribution is variable and is one-dimensionally or two-dimensionally arranged.

The image forming apparatus according to claim 17.
The reflective phase modulation element is:
An image forming apparatus comprising a micromachine.