JP4604678B2 - Image forming apparatus - Google Patents

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JP4604678B2
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賢一 児玉
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株式会社ニコン
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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 for generating an arbitrary optical 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。 As shown in FIG. 9 (a), from the object 101 that is illuminated by coherent light, diffraction light is generated. 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。 (In this case, simply referred to as "wavefront".) Optical wavefront on any plane diffraction light make S, as shown in FIG. 9 (b), different respective amplitudes (r) and phase (theta) at each position consisting of a light wave. 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。 When reproduce this wavefront S, without the object 101 is displayed virtual image 101 of the object 101 '.

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)。 As an element for generating such wavefront, the hologram element is known (Patent Document 1). 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。 In general, the hologram element diffracts the illumination light in each direction, and generates a predetermined light waves by the diffracted light.
特開平7−225546号公報 JP-7-225546 discloses

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。 However, the conventional hologram element, it is difficult to arbitrarily set the phase distribution and an amplitude distribution of the wave front.
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。 The present invention generates a wavefront, and an object thereof to provide an image forming apparatus capable of arbitrarily setting the amplitude distribution and phase distribution of the wave front.

本発明の画像形成装置は、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、前記分離光学系と前記合成光学系とに偏光ビームスプリッタが使用され、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る。 The image forming apparatus of the present invention, it generates two light and two phase modulation element that emits by modulating the phase of the incident light, the light from the light source is separated and enters individually to the two phase modulator a separation optical system that, said a two phase injection separately from the modulation element combining two light combining optical system, the polarization beam splitter is used the in the separating optical system and said combining optical system, the polarization each and a quarter-wave plate disposed in an optical path between the beam splitter the two phase modulation element, wherein arranged in the optical path of the combined two light by the polarizing beam splitter, these two optical mutually and a polarizing element that can interfere light.
なお、前記光源からの光は、コヒーレントな光であってもよい The light from the light source may be a coherent light.

また、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ってもよい Furthermore, said beam splitter for use separating optical system and as the synthesis optical system may be a single beam splitter is shared with the combining optical system and the separating optical system.

また、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てもよい Also, the two phase modulating elements are arranged side by side on the same plane, while the light guiding the separated light to the two phase modulation element in said beam splitter, emitted from the two phase modulator two light may further include a deflection optical system for guiding to said beam splitter for.

また、本発明別の画像形成装置は、 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、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 Further, another image forming apparatus of the present invention includes two phase modulating element that emits modulates the phase of incident light, the light from the light source is separated and enters individually to the two phase modulator 2 a separation optical system that generates a one light, said a two-combining optical system for combining two light emitted separately from the phase modulating element, said the separating optical system and said combining optical system, birefringence is shared one beam displacer having a together with the disposed between the beam displacer and the light source to be incident polarized light containing both components with respect to the beam displacer becomes an ordinary ray and an extraordinary ray in the beam displacer further Ru comprising a polarizing beam splitter for the beam the two light combined by the displacer to each other capable of interfering light.
なお、前記光源からの光は、コヒーレントな光であってもよい。 The light from the light source may be a coherent light.

また、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ってもよい Also, the two phase modulation element may be I Oh reflection type phase modulation element of reflective plane array capable of changing the height distribution.
また、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の範囲を含んでもよい Further, the two one height change range ΔLA of the reflection surfaces of the phase modulating element, the height variation range ΔLB of the other respective reflecting surface, when the wavelength of the illuminating light beam and lambda, at least, -3λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 3λ / 8, -5λ / 8 a ≦ ΔLB ≦ 5λ / 8 range of may also do free.

また、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の範囲を含んでもよい Further, the two one height change range ΔLA of the reflection surfaces of the phase modulating element, the height variation range ΔLB of the other respective reflecting surface, when the wavelength of the illuminating light beam and lambda, at least, 1-? / 2 ≦ ΔLA ≦ λ / 2, -λ / 2 a ≦ ΔLB ≦ λ / 2 in the range may also do free.
また、前記2つの反射型位相変調素子は、マイクロマシンから構成されてもよい Further, the two reflection-type phase modulation element may be composed of a micro machine.

また、本発明の別の画像形成装置は、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、前記分離光学系と前記合成光学系とには、1つの偏光ビームスプリッタが共用され、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る。 Further, another image forming apparatus of the present invention separates the phase modulation element that emits by modulating the phase of the incident light, a reflecting element for reflecting the incident light, the light from the light source, the phase modulating element wherein comprising two separation optical system for generating light incident individually and reflecting element, and the phase modulation element and combining optical system for combining two light emitted individually from said reflective element and said separation the optical system and said combining optical system is shared with one of the polarization beam splitter, an optical path between the polarizing beam splitter and the phase modulating element, and the optical path between the polarizing beam splitter and the reflective element 1/4 waveplate disposed respectively is disposed on the optical paths of two light combined by the polarization beam splitter, and a polarizing element for those two optical interference can light each other.

なお、前記光源からの光は、コヒーレントな光であってもよい The light from the light source may be I coherent light der.

また、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もよい The direction of the polarization axis of the polarizing element may be set such that their two light weaken interfere when the optical path length of the two light completely match.
また、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ってもよい Moreover, the phase modulation element may be I Oh reflection type phase modulation element height distribution becomes a variable one-dimensional or two-dimensional array of reflective surface arrays.

また、前記反射型位相変調素子は、マイクロマシンから構成されてもよい Further, the reflection type phase modulation element may be composed of a micro machine.

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, to generate a wave front, and the image forming apparatus can be realized which can set the amplitude distribution and phase distribution of the wavefront arbitrarily.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[第1実施形態] First Embodiment
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。 Hereinafter, FIG. 1 a first embodiment of the present invention will be described based on FIG.
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。 This embodiment is an embodiment of an image forming apparatus of the present invention.
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。 The image forming apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1 (a), the polarization beam splitter 11, the reflection type phase modulation element 12A, 12B, 2 two quarter-wave plate 13, the polarizing element 14 is provided .

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。 Phase modulating element 12A, 12B is in mutually symmetrical positions relates polarization separation surface 11a of the polarization beam splitter 11 is positioned relative polarization separation surface 11a in an attitude of approximately 45 °.
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。 Two quarter-wave plate 13 is inserted between the polarization beam splitter 11 and the phase modulation element 12A, and each of between the polarizing beam splitter 11 and the phase modulation element 12B.
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。 Polarizing element 14 (here, the phase modulation element 12B) one of the phase modulating element sandwiched the polarizing beam splitter 11 is arranged at a position facing to.

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。 This image forming apparatus, a coherent illumination beam 10 at an angle of approximately 45 ° to the polarization separation surface 11a of the polarization beam splitter 11 is projected. 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。 Surface illumination light beam 10 is first incident, the phase modulation element 12A of the polarization beam splitter 11 is a surface on the opposite side.
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 polarization direction of the illumination light beam 10, p-polarized light component and s-polarized light component is previously adjusted to be equal to the polarization separation surface 11a 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。 Hereinafter, the illumination light beam 10 will be described the behavior of light within the image formation apparatus when projected.
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。 p-polarized light component / s-polarized light component of the illumination light beam 10 incident on the polarization beam splitter 11 is transmitted / reflected each polarization separation surface 11a at mutually equal light amount.
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。 Light beam LA of the p-polarized light component transmitted through the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12A in a state of circularly polarized light through a 1/4-wavelength plate 13, changing the phase distribution of the wave front in the phase modulating element 12A folding the optical path Te.

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。 Light beam LB of the s-polarized light component reflected by the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12B in a state of circularly polarized light through a 1/4-wavelength plate 13, changing the phase distribution of the wave front in the phase modulation element 12B folding the optical path Te.
ここで、位相変調素子12A,12Bについて詳細に説明する。 Here, the phase modulation element 12A, 12B will be described in detail.
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。 Phase modulating element 12A, each of 12B, the reflection type phase modulation element, specifically, micromachines (MEMS: Micro Electro mechanical Systems) is used. 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。 Incidentally, the "micromachines" as used herein, in a manner based on semiconductor fine processing on the Si substrate of building a mechanical structure, refers to those one chip.

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。 Shown in FIG. 1 (b) is a schematic view enlarging a portion of the reflective phase modulator fabricated by micromachining. 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。 The reflection-type phase modulator as shown in FIG. 1 (b), the surface of reflector plate P became reflecting surface is arranged in a large number array. 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。 Each reflector P is the electrical command, respectively, displaced up and down in the nm order, it is possible to hold the amount of displacement. 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。 In the FIG. 1 (b), representing the reflection plate P is 5 reflective arranged in a line or a phase modulation element, wherein the phase modulating element 12A, the 12B, a large number the reflector P is illuminated and compared to the wavelength of the light beam 10 lambda it is two-dimensionally arranged at a small pitch of the order of magnitude.

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。 Such phase modulating element 12A, immediately after emitted from 12B the light beam LA, LB wavefront WA, phase distribution of the WB becomes one corresponding respectively phase modulating element 12A, the uneven distribution of the surface of 12B.
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。 Also, the height of the variation range ΔLA of each reflector P of the phase modulation element 12A, each reflector P of the phase modulation element 12B and the height of the variation range DerutaLB, the wavelength λ of the illumination light beam 10, the following formula (1), (2), satisfies one of the relations (3). これらの式の導出については後ほど説明する。 It will be explained later derivation of these expressions.

−3λ/8≦ΔLA≦3λ/8, -3λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 3λ / 8,
−5λ/8≦ΔLB≦5λ/8 ・・・(1) -5λ / 8 ≦ ΔLB ≦ 5λ / 8 ··· (1)
−3λ/8≦ΔLB≦3λ/8, -3λ / 8 ≦ ΔLB ≦ 3λ / 8,
−5λ/8≦ΔLA≦5λ/8 ・・・(2) -5λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 5λ / 8 ··· (2)
−λ/2≦ΔLA≦λ/2, -λ / 2 ≦ ΔLA ≦ λ / 2,
−λ/2≦ΔLB≦λ/2 ・・・(3) -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。 Next, returning to FIG. 1 (a), the light beam LA emitted from the phase modulating element 12A, the polarization direction to be re-incident on the 1/4-wavelength plate 13 is converted into s-polarized light, the polarization beam splitter 11 in that state again incident, reflected at the polarization separation surface 11a, then enters the polarization 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。 On the other hand, the light beam LB emitted from the phase modulation element 12B is 1/4 polarization direction incident again on the wavelength plate 13 is converted into p-polarized light, and again enters the polarization beam splitter 11 in that state, transmits the polarization separation surface 11a and is incident on 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。 The polarization axis of the polarizing element 14 constitutes a polarization direction of the light beam LA incident (s polarization direction), an angle of 45 ° for each of the polarization direction (p polarization direction) of the light beam LB incident. 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。 Therefore, in the exit side of the polarization element 14, the light beam LA and the light beam LB becomes equal to each other the light flux of the light quantity 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。 Here, symmetric and a phase modulating element 12A and the phase modulation element 12B is relates polarization separation surface 11a, and the optical distance of the phase modulating element 12A as viewed from the exit side of the polarization element 14, the optical phase modulation element 12B distance shall substantially 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。 Therefore, 1/4-wavelength plate 13, when observing a wavefront WB of the wavefront WA and the light beam LB of the polarization beam splitter 11, and the light beam LA through the polarizing element 14, and equivalently both overlap, 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。 Next, the wave front of the interference light beam caused by the interference (hereinafter, referred to as "combined wavefront".) Will be described in detail with reference to FIG. 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。 In FIG. 2, in order to clarify the wavefront WA and the wavefront WB, painted in the optical axis direction is shifted slightly.
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。)。 First, the phase difference between the wave WA and the wavefront WB corresponding to a certain point on the combined wavefront (theta A - [theta] B) is, if conditions are met the following formula (4), cancel each other, the amplitude of the point smaller (that is, becomes dark.).

θ A −θ B =(n+1/2)×2π(但し、n:任意の整数) ・・・(4) θ A -θ B = (n + 1/2) × 2π ( where, n: arbitrary integer) (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。)。 Conversely, the phase difference between the wave WA and the wavefront WB corresponding to a certain point on the combined wavefront (theta A - [theta] B) is, if conditions are met the following formula (5), mutually reinforce each other, of the point amplitude increases (i.e., becomes brighter.).
θ A −θ B =n×2π(但し、n:任意の整数) ・・・(5) θ A -θ B = n × 2π ( where, n: arbitrary integer) (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。 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. 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。 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. 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。 It expressed collectively and these amplitude and phase, is 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。 Lightwave wavefront WA that corresponds to a point on the combined wavefront, the light wave wavefront WB r · exp [iθ A] , expressed as r · exp [iθ B], the light wave of the point on the combined wavefront is lower represented by the 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) 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。)。 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 were considered substantially equal to the optical path length of the long and the light beam LB.).

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。 Therefore, the amplitude of the point on the combined wavefront is √ a [2 {1 + cos (θ A -θ B)}], the point of the phase of the combined wavefront becomes (θ A + θ B) / 2.
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。 That is, the amplitude distribution of the combined wavefront is determined by the distribution of the phase difference between the wave WA and the wavefront WB ((θ AB) of distribution), the phase distribution of the combined wavefront is wavefront WA wavefront WB and the intermediate phase It is determined by the distribution ((θ a + θ B) / 2 of the distribution).

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。 Accordingly, the phase modulating element 12A of the image forming apparatus, giving an electrical command to 12B, light beams LA, LB wavefront WA, be set independently of the phase distribution of the WB, phase distribution and an amplitude distribution of the combined wavefront it can be arbitrarily set independently of.
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。 That is, the image forming apparatus can produce a combined wavefront of arbitrary amplitude distribution and arbitrary phase distribution. 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, it is possible to display a high-quality three-dimensional image consisting of any shape and any color depth.

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。 Further, the phase modulating element 12A, 12B is the effective use of the illumination light beam 10 differs from the holographic element utilizing only the diffracted light except the 0-order, energy utilization efficiency is high. したがって、明るい立体画像が得られる。 Therefore, a bright stereoscopic image can be obtained.
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。 Further, (without the any large-scale image forming apparatus) only by modulating the electrical command to be given the phase modulation element 12A, to 12B, a phase distribution and an amplitude distribution of the combined wavefront can be respectively modulated simultaneously. したがって、立体画像の動画が得られる。 Thus, moving three-dimensional 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。 Further, the phase modulating element 12A, since micromachines and 12B is applied, it is possible to set the amplitude and phase distributions of a combined wavefront, respectively high accuracy. 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。 Therefore, it is high-resolution and multi-gradation of the stereoscopic image.
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。 Further, the phase modulating element 12A, since micromachine is applied to 12B, a phase distribution and an amplitude distribution of the combined wavefront can be modulated at high speed. 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。 Therefore, it is possible to display a smooth stereoscopic video.

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。 Further, the phase modulating element 12A, since micromachine is applied to 12B, the image forming apparatus is also possible miniaturization.
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。 Also, the height of the variation range ΔLA of each reflector P of the phase modulation element 12A, the height of the variation range ΔLB of each reflector P of the phase modulation element 12B, the above equation (1), (2), ( because satisfy one of relations 3), the amplitude distribution and phase distribution of the combined wavefront can be respectively full modulation. 以下、その理由を説明する。 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。 First, the seen with reference to equation (6), in order to maximize modulating the amplitude of the combined wavefront is necessary to change the "cos (θ AB)" in the range of -1 to 1 There are, in order to maximize modulating the phase of the combined wavefront is that it is necessary to vary from -π~ + π section "(θ a + θ B) / 2 ". よって、θ A ,θ Bは、下式(7)の範囲で変化する必要がある。 Therefore, theta A, theta B needs to be changed in the range of the following expression (7).

−π≦θ A −θ B ≦π, -π ≦ θ A -θ B ≦ π ,
−π≦(θ A +θ B )/2≦π ・・・(7) -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。 Therefore, in principle, theta A, theta B is if the change in the range of the following expression (8), the amplitude distribution and phase distribution of the combined wavefront can be respectively full modulation.
−3π/2≦θ A ≦3π/2, -3π / 2 ≦ θ A ≦ 3π / 2,
−3π/2≦θ B ≦3π/2 ・・・(8) -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。 However, in practice, since such a refractive index inhomogeneity of mechanical errors and optical elements in the image forming apparatus (the polarization beam splitter 11 and other refractive index inhomogeneity) occurs, phase modulation as viewed from the side of the combined wavefront optical distance between element 12A and the phase modulation element 12B is conceivable that deviate slightly. 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。 This deviation can be corrected by the phase modulation element 12A, the height of the reflector P of 12B provided offset.

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。 To allow the correction, the phase modulating element 12A, 12B of the height of the variation range ΔLA of each reflector P, kept with a margin to DerutaLB.
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「θ 0 」とおく。)。 Hereinafter, a case of correcting the deviation of the optical distance only by the phase modulating element 12B, a case of correcting only the phase modulating element 12A, illustrating phase modulation element 12A, and a case of correcting every half 12B sequentially (Note, hereinafter, put that represents the magnitude of deviation of the optical distance in units of the phase as "theta 0".).

(位相変調素子12Bのみで補正する場合) (When correcting only the phase modulation element 12B)
ずれθ 0を考慮してθ B →θ B +θ 0と置き換えると、上式(8)は、下式(9)となる。 Replacing considering the deviation theta 0 and θ B → θ B + θ 0 , the above equation (8) becomes the following equation (9).
−3π/2≦θ A ≦3π/2, -3π / 2 ≦ θ A ≦ 3π / 2,
−3π/2≦θ B +θ 0 ≦3π/2 ・・・(9) -3π / 2 ≦ θ B + θ 0 ≦ 3π / 2 ··· (9)
ここで、ずれθ 0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≦θ 0 ≦πとおく。 Here, displacement theta 0 is also considered the case where such mechanical errors and refractive index inhomogeneity becomes most pronounced, put a -π ≦ θ 0 ≦ π.

よって、θ A ,θ Bは、下式(10)の範囲で変化する必要がある。 Therefore, theta A, theta B needs to be changed in the range of the following expression (10).
−3π/2≦θ A ≦3π/2, -3π / 2 ≦ θ A ≦ 3π / 2,
−5π/2≦θ B ≦5π/2 ・・・(10) -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。 The expressed in equation (10), theta range to be a change in A, theta range should change in B, the height of the variation range ΔLA reflector P of the phase modulation element 12A, the reflective plate of the phase modulation element 12B in terms of the height of the variation range ΔLB 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。 Therefore, the amplitude distribution and phase distribution of the combined wavefront if satisfied the relationship of the above equation (1), each capable of maximum modulation.
(位相変調素子12Aのみで補正する場合) (When correcting only the phase modulating element 12A)
ずれθ 0を考慮してθ A →θ A +θ 0と置き換えると、上式(8)は、下式(9')となる。 Replacing displacement theta 0 and θ A → θ A + θ 0 in consideration, the above equation (8) becomes the following equation (9 ').

−3π/2≦θ A +θ 0 ≦3π/2, -3π / 2 ≦ θ A + θ 0 ≦ 3π / 2,
−3π/2≦θ B ≦3π/2 ・・・(9') -3π / 2 ≦ θ B ≦ 3π / 2 ··· (9 ')
ここで、ずれθ 0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≦θ 0 ≦πとおく。 Here, displacement theta 0 is also considered the case where such mechanical errors and refractive index inhomogeneity becomes most pronounced, put a -π ≦ θ 0 ≦ π.
よって、θ A ,θ Bは、下式(10')の範囲で変化する必要がある。 Therefore, theta A, theta B needs to be changed in the range of the formula (10 ').

−5π/2≦θ A ≦5π/2, -5π / 2 ≦ θ A ≦ 5π / 2,
−3π/2≦θ B ≦3π/2 ・・・(10') -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。 This was represented in the formula (10 '), the range should change in theta A, the range to be a change in theta B, the height of the variation range of the reflection plate P of the phase modulation element 12A DerutaLA, reflection of the phase modulation element 12B in terms of the height of the variation range ΔLB 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。 Therefore, if satisfied the relationship of the above equation (2) is the amplitude distribution and phase distribution of the combined wavefront can be respectively full modulation.
(位相変調素子12A,12Bで半分ずつ補正する場合) (Phase modulation element 12A, when correcting by half 12B)
ずれθ 0を考慮してθ B →θ B +θ 0 /2,θ A →θ A +θ 0 /2と置き換えると、上式(8)は、下式(11)となる。 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 +θ 0 /2≦3π/2, -3π / 2 ≦ θ A + θ 0/2 ≦ 3π / 2,
−3π/2≦θ B +θ 0 /2≦3π/2 ・・・(11) -3π / 2 ≦ θ B + θ 0/2 ≦ 3π / 2 ··· (11)
ここで、ずれθ 0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≦θ 0 ≦πとおく。 Here, displacement theta 0 is also considered the case where such mechanical errors and refractive index inhomogeneity becomes most pronounced, put a -π ≦ θ 0 ≦ π.
よって、θ A ,θ Bは、下式(12)の範囲で変化する必要がある。 Therefore, theta A, theta B needs to be changed in the range of the following expression (12).

−2π≦θ A ≦2π, -2π ≦ θ A ≦ 2π,
−2π≦θ B ≦2π ・・・(12) -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。 The expressed in equation (12), the range to be the change in phase theta A, the range to be a change in theta B, the height of the variation range of the reflection plate P of the phase modulation element 12A DerutaLA, reflection of the phase modulation element 12B in terms of the height of the variation range ΔLB 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。 Therefore, if satisfied the relationship of the above equation (3) is the amplitude distribution and phase distribution of the combined wavefront can be respectively full modulation.
(第1実施形態の追記事項) (Additional information in the first embodiment)
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。 In the image forming apparatus of this embodiment, non-polarization beam splitter (so-called beam splitter) in place of the polarization beam splitter 11 with the two quarter-wave plate 13, it is also possible to omit the polarization element 14 it is. 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。 However, in this case, since a part of the light beam reenters the beam splitter is lost, use efficiency of light is reduced.

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。 In the image forming apparatus of this embodiment, the phase modulating element 12A, but 12B is a reflection type phase modulation element may be a transmissive type phase modulator.
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。 However, it preferable to use a reflection type phase modulation element, a separation optical system (illuminating light beam is separated into two illumination beams the two phase modulation element which is incident respectively) and combining optical system (two phase modulator since a one) for combining the two exit light beam emitted it can also used in a single beam splitter as shown in FIG. 1, preferred.

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。 Further, the phase modulating element 12A, 12B, the light beams LA, LB wavefront WA, as long as it can modulate the phase distribution of the WB, can be substituted with the elements other than the micromachine.
[第2実施形態] Second Embodiment
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。 Explanations will be provided hereinafter by referring to FIG. 3, a second embodiment of the present invention.
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。 This embodiment is also an embodiment of an image forming apparatus of the present invention. 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。 Here, only describes the differences between the image forming apparatus of the first embodiment, description thereof is omitted by assigning the same reference numerals for common parts.

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。 The image forming apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the reflector 15A, 15B are added. 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。 Also, two phase modulation elements 12A, 12B are provided side by side on a common substrate 16.
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。 Phase modulating element 12A, 12B is in mutually symmetrical positions relates polarization separation surface 11a of the polarization beam splitter 11 is disposed in an attitude of approximately 90 ° relative 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。 Reflectors 15A, 15B are disposed between the polarization beam splitter 11 and the phase modulation element 12A, it is disposed respectively between the polarization beam splitter 11 and the phase modulation element 12B.
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。 Arrangement angle of the reflecting mirror 15A is a light beam emitted at an angle of 45 ° from the polarization splitting surface 11a, the angle to be incident substantially perpendicular to the phase modulator 12A.
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。 Arrangement angle of the reflecting mirror 15B is a ray emitted at an angle of 45 ° from the polarization splitting surface 11a, the angle to be incident substantially perpendicular to the phase modulation element 12B.

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。 Plane coherent illuminating light beam 10 is first incident is the surface opposite to the surface that emits light to the reflecting mirror 15A from 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。 Hereinafter, the illumination light beam 10 will be described the behavior of light within the image formation apparatus when projected.
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。 p-polarized light component / s-polarized light component of the illumination light beam 10 incident on the polarization beam splitter 11 is transmitted / reflected each polarization separation surface 11a at mutually equal light amount.

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。 Light beam LA of the p-polarized light component transmitted through the polarization separation surface 11a is a reflecting mirror 15A, 1/4 enters the phase modulation element 12A in a state of circularly polarized light through the wave plate 13, the wave front of the phase in the phase modulating element 12A distribution is changed by folding the optical path.
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 LB of the s-polarized light component reflected by the polarization separation surface 11a is a reflecting mirror 15B, 1/4 enters the phase modulation element 12B in a state of circularly polarized light through the wave plate 13, the wave front of the phase in the phase modulating element 12B distribution is changed by folding the optical path.

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。 Light beam LA emitted from the phase modulating element 12A, the polarization direction to be re-incident on the 1/4-wavelength plate 13 is converted into s-polarized light, and again enters the polarization beam splitter 11 via the reflecting mirror 15A in this state, the polarization separation is reflected by the surface 11a, then enters the polarization 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。 On the other hand, the light beam LB emitted from the phase modulation element 12B, the polarization direction to be re-incident on the 1/4-wavelength plate 13 is converted into p-polarized light, and again enters the polarization beam splitter 11 via the reflecting mirror 15B in this state, transmits the polarization separation surface 11a, then enters the polarization 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。 The polarization axis of the polarizing element 14 constitutes a polarization direction of the light beam LA incident (s polarization direction), an angle of 45 ° for each of the polarization direction (p polarization direction) of the light beam LB incident. 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。 Therefore, in the exit side of the polarization element 14, the light beam LA and the light beam LB becomes equal to each other the light flux of the light quantity and polarization direction.
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。 Also, a symmetrical phase modulation element 12A and the phase modulation element 12B is relates polarization separation surface 11a, and the optical distance of the phase modulating element 12A as viewed from the exit side of the polarization element 14, the optical distance of the phase modulation element 12B and substantially equal to the.

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。 Accordingly, at the exit side of the polarization element 14, and the wavefront WB wavefront WA and the light beam LB of the light beam LA interferes with high contrast, to produce a combined wavefront.
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。 Thus, in the image forming apparatus of this embodiment, the phase modulating element 12A, 12B is, since it is arranged on a common substrate 16, both the position adjustment of more readily than image forming apparatus of the first embodiment Become.

(第2実施形態の追記事項) (Additional information in the second embodiment)
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。 In the image forming apparatus of this embodiment, non-polarization beam splitter (so-called beam splitter) in place of the polarization beam splitter 11 with the two quarter-wave plate 13, it is also possible to omit the polarization element 14 it is. 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。 However, in this case, since a part of the light beam reenters the beam splitter is lost, use efficiency of light is reduced.

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。 In the image forming apparatus of this embodiment, the phase modulating element 12A, but 12B is a reflection type phase modulation element may be a transmissive type phase modulator.
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。 However, it preferable to use a reflection type phase modulation element, a separation optical system (illuminating light beam is separated into two illumination beams the two phase modulation element which is incident respectively) and combining optical system (two phase modulator since a one) for combining the two exit light beam emitted it can also used in a single beam splitter as shown in FIG. 3, preferred.

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。 Further, the phase modulating element 12A, 12B, the light beams LA, as long as it can modulate the phase distribution of the wave front of LB, can be substituted with the elements other than the micromachine.
[第3実施形態] Third Embodiment
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。 Explanations will be provided hereinafter by referring to FIG. 4, a third embodiment of the present invention.
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。 This embodiment is also an embodiment of an image forming apparatus of the present invention. 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。 Here, only describes the differences between the image forming apparatus of the second embodiment, the description thereof is omitted by assigning the same reference numerals for common parts.

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。 The image forming apparatus of this embodiment, the polarization beam splitter 11, reflecting mirrors 15A, in place of the 15B, 1/4-wavelength plate 13, as shown in FIG. 4 (a), the beam displacer 21 is provided one. 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。 The beam displacer 12, for example, it is possible to use the calcite. 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。 Further, the polarization beam splitter 22 is provided in place of the polarizing element 14.
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。 This image forming apparatus, a coherent illumination beam 10 at an angle of approximately 45 ° to the polarization separation plane 22a of the polarization beam splitter 22 is projected.

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。 s-polarized light component of the illumination light beam 10 which is projected to the polarizing beam splitter 22 is reflected by the polarization splitting surface 22a, it enters the beam displacer 21.
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。 Here, the beam displacer 21, to the polarization direction of the illumination light beam 10 incident, the ordinary and extraordinary rays are arranged to generate at the same rate. 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。 In FIG. 4, an axis perpendicular to the plane including the ordinary and extraordinary rays in the beam displacer 21 indicated by reference numeral 21a.

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。 Thus, the beam displacer 21 illumination beams 10 incident on the ordinary light beam (ordinary ray) LB polarized that axis 21a parallel to the direction DB, the extraordinary light beams polarized in the axial 21a perpendicular direction DA (extraordinary ray) LA It is separated into bets, both become equal to each other quantity. この様子を図4(a)の矢印Drから見た図が図4(b)である。 This state is a view from arrow Dr in FIGS. 4 (a) is a diagram 4 (b).
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。 The normal light beam LB and the extraordinary light beam LA, as shown in FIG. 4 (b), beam displacer displaced and the optical path proceeding separately in 21 become parallel to each other after exiting from the beam displacer 21, the upper, respectively the substrate 16 the phase modulation element 12B, incident substantially vertically individually 12A, their phase modulation element 12A, folding the respective optical paths by changing the phase distribution of the wavefront at 12B.

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。 Phase modulation element 12A, and the abnormal light beam LA and normal light beam LB emitted from 12B, is synthesized by returning the inside of the beam displacer 21, and re-enters the polarization beam splitter 22.
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。 When the incident again, the polarization direction of the ordinary light beam LB, and the polarization direction of the extraordinary light beam LA, is inclined 45 ° with respect to 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。 Therefore, an abnormal light beam LA of the p-polarized light component and the normal light beam LB of the p-polarized light component is transmitted through the polarization splitting surface 22a of the polarization beam splitter 22 in the same amount to each other. 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。 That is, in the exit side of the polarization beam splitter 22, the extraordinary light beams LA and the normal light beam LB becomes equal to each other the light flux of the light quantity and polarization direction.
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。 Also, the optical distance of the phase modulating element 12A as viewed from the exit side of the polarization beam splitter 22, 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。 Therefore, in the exit side of the polarization beam splitter 22, a wavefront WA of the extraordinary light beam LA and a wavefront WB of the normal light beam LB interferes with high contrast, to produce a combined wavefront.
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。 Thus in the image forming apparatus of the present embodiment, the phase modulating element 12A, 12B is, since it is arranged on a common substrate 16, both the position adjustment is made easier than the image forming apparatus of the first embodiment .

(第3実施形態の追記事項) (Additional information in the third embodiment)
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。 The present embodiment, as shown in FIG. 4 (a), the abnormal light beam transmitted causes incident illumination light beam 10 reflected by the polarization splitting surface 22a of the polarization beam splitter 22 to the beam displacer 21, the polarization separation plane 22a While the wave front of the interference light beam by and a normal light beam LB LA was combined wavefront, as shown in FIG. 4 (a '), causes the incident illumination light beam 10 transmitted through the polarization splitting surface 22a in the beam displacer 21, the polarization separation the wavefront of the interference light beam by the reflected light and extraordinary light beams LA and normal light beam LB in terms 22a may be combined wavefront.

[各実施形態の追記事項] [Additional information of each of the embodiments]
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。 The phase modulating element 12A, 12B of the embodiment is formed by arranging a reflecting plate P two-dimensionally, it may be arranged one-dimensionally. 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。 The phase modulation element 12A that is arranged one-dimensionally, by scanning a one-dimensional image 12B is generated, may be obtained a two-dimensional image. 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。 Sequence method is appropriately selected depending on the applications and the required precision of the image forming apparatus.

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。 Further, when displaying the stereoscopic image on the image forming apparatus, phase modulation element 12A, an electrical command to be input to 12B (the input signal), the diffraction image of the stereoscopic image to be displayed (the frame of a 3D moving image) It is the amplitude and phase at each store. 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。 The diffraction image can also be determined, for example by a computer, such as a computer.
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。 Moreover, the application range of the image forming apparatus of the present invention is broadly, head-up display of an aircraft pilot, a display for air traffic control, display for amusement, the three-dimensional medical images for display, the display of CADAM, laser scanning such as laser printer optical system, the exchange for optical communication, ranging in various fields, such as an electronic locking system.

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。 Application to a laser scanning optical system, for example, as follows.
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。 As shown in FIG. 5, a plurality of bright spots 41 on combined wavefront image forming apparatus 31 has generated is used for printing. 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。 It provides electrical command to the two phase modulation elements in the image forming apparatus, and modulating the electrical command. 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。 Thus, the distribution of the bright spot 41 is modulated, a laser scanning optical system of the scanner unnecessary 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。 Application to an electronic locking system, for example, as follows.
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。 An image forming apparatus provided such a door should be locked, one of the phase modulation element of the image forming apparatus "keyhole", using the other of the phase modulation device as a "key". 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。 A detector for detecting a pattern of combined wavefront image forming apparatus to generate a determination unit which has detected pattern to determine whether to match a particular pattern, a release opening for releasing the lock only if they match the provision of the door. 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。 Since it is difficult to forge the "key" for generating a particular pattern, crime prevention 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。 Further, in this system, when changing the user's door, such as when lost key, uneven distribution of the phase modulation element of the keyhole, uneven distribution of the phase modulation device as a key, a combination of a specific pattern to be detected the only administrators to change, it is possible to maintain the effect of crime prevention.
[第4実施形態] Fourth Embodiment
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。 Explanations will be provided hereinafter by referring to FIG. 6, a fourth embodiment of the present invention.

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。 This embodiment is a modification of the first embodiment or the second embodiment described above. 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。 Here, a modification of the first embodiment, the common parts as the first embodiment and their description is omitted common reference numerals.
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 image forming apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the image forming apparatus of the first embodiment, the phase modulating element 12A, while the one-dimensional arrays of reflector P in 12B, as a polarizing beam splitter 11 , those using a rod-shaped polarization beam splitter having a square cross-section.

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。 The polarization separation surface 11a of the polarization beam splitter 11 is parallel to the sides extending in the longitudinal direction of the polarization beam splitter 11.
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。 Each other on two adjacent surfaces of the polarization beam splitter 11, 1/4-wavelength plate 13 are respectively disposed. 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。 These quarter-wave plate 13 may be adhered on 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。 Moreover, on their quarter-wave plate 13, the phase modulating element 12A at intervals necessary for the phase modulation, 12B are respectively disposed. 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。 Phase modulating element 12A, the arrangement direction of the reflection plate P of 12B is a longitudinal polarization beam splitter 11.
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。 Further, on the other side of the polarization beam splitter 11, the polarizing element 14 is disposed. 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 FIG. 6, the position of the polarizing element 14 is away from the polarization beam splitter 11, the polarizing element 14 may be adhered on the surface of the polarization 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。 Further, in FIG. 6, indicate by reference numeral 15 is a polarization element for adjusting the polarization direction of the illumination light beam 10 emitted from a light source (not shown). 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。 The polarizing element 15, the polarization direction of the illumination light beam 10, adjust as p-polarized light component and s-polarized light component with respect to the polarization separation surface 11a of the polarization beam splitter 11 are equal. 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。 Incidentally, the polarizing element 15 may be adhered on one surface remaining the polarization 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。 Thus, in response to the phase modulation element 12A, the sequence of the reflector P of 12B is one-dimensional, by using a rod-shaped polarization beam splitter 11, kept to a minimum size of an image forming apparatus be able to.
[第5実施形態] Fifth Embodiment
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。 Hereinafter will be described with reference to FIG. 7, a fifth embodiment of the present invention.

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。 This embodiment is a modification of any of the embodiments described above. 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。 Here, a modification of the first embodiment, the common parts as the first embodiment and their description is omitted common reference numerals.
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。 The image forming apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 7, in the image forming apparatus of the first embodiment (FIG. 1), in place of one of the phase modulation element 12A, are those provided is a plane mirror 12C.

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。 The reflecting surface of the plane mirror 12C is a substantially planar reflective surface of the same size as the entire reflecting surface of the phase modulation element 12B.
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。 Further, in the image forming apparatus, temporal coherence (monochromaticity) of the illumination light beam 10 may not be perfect. 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。 That is, the light source of the image forming apparatus, rather than monochromatic light source such as a laser light source, quasi-monochromatic light source may be used such as a light emitting diode.

この照明光束10は、偏光ビームスプリッタ11に入射する。 The illuminating light beam 10 is incident on the polarization beam splitter 11. 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。 The polarization direction of the illumination light beam 10, and a p-polarized component and an s-polarized component is previously adjusted to be equal to the polarization separation surface 11a of the polarization beam splitter 11.
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。 Of the illumination light beam 10 incident on the polarization beam splitter 11, p-polarized light component / s-polarized light component to the polarization separating surface 11a is transmitted / reflected each polarization separation surface 11a at mutually equal light amount.

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。 Light beam LC of p-polarized light component transmitted through the polarization separation surface 11a is incident on the plane mirror 12C in a state of circularly polarized light through a 1/4-wavelength plate 13, folding the optical path without any change the phase distribution of the wave front.
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。 Light beam LB of the s-polarized light component reflected by the polarization separation surface 11a is incident on the phase modulation element 12B in a state of circularly polarized light through a 1/4-wavelength plate 13, changing the phase distribution of the wave front in the phase modulation element 12B folding the optical path Te.

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。 Light beam LC with folded optical path at the plane mirror 12C is re-incident on the 1/4-wavelength plate 13, and re-enters the polarization beam splitter 11 and the polarization direction in a state of changing the s-polarized light, reflected in the polarization separation plane 11a It is incident on the polarizing element 14.
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。 Light beam LB with folded optical path in the phase modulation element 12B is re-incident on the 1/4-wavelength plate 13, and re-enters the polarization direction of the polarization beam splitter 11 while being changed into p-polarized light, the polarization separation plane 11a transmitted through the incident on 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。 The polarization axis of the polarizing element 14 constitutes a polarization direction of the incident light beam LC (s polarization direction), an angle of 45 ° for each of the polarization direction (p polarization direction) of the light beam LB incident. 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。 Accordingly, at the exit side of the polarization element 14, a light beam LC and the light beam LB becomes equal to each other the light flux of the light quantity and polarization direction.
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。 In this embodiment, a symmetrical phase modulation element 12B and the plane mirror 12C is relates polarization separation surface 11a, and the optical distance of the phase modulation element 12B as viewed from the exit side of the polarization element 14, an optical plane mirror 12C and substantially equal to the distance.

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。 Therefore, 1/4-wavelength plate 13, when observing the wavefront WC wavefront WB and the light beam LC of the light beam LB through the polarization beam splitter 11 and the polarizing element 14, and equivalently both overlap, interfere with high contrast .
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。 Next, a description will be given wavefront interference light beam caused by the interference (combined wavefront).
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。) The phase difference Δθ between the wavefront WB and the wavefront WC corresponding to a certain point on the combined wavefront is, when conditions are met the following formula (4 '), cancel each other, the amplitude of that point is reduced (i.e., dark Become.)
Δθ=(n+1/2)×2π(但し、n:任意の整数) ・・・(4') Δθ = (n + 1/2) × 2π (where, n: arbitrary integer) (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。) Conversely, the phase difference Δθ between the wavefront WB and the wavefront WC corresponding to a certain point on the combined wavefront is, when conditions are met the following formula (5 '), mutually reinforce each other, the amplitude of the point increases ( In other words, the dark.)
Δθ=n×2π(但し、n:任意の整数) ・・・(5') Δθ = n × 2π (where, n: arbitrary integer) (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。 Expressed in detail the complex amplitude of a point on the combined wavefront is as the following formula (6 ').

√[2{1+cosΔθ}]r・exp[iΔθ/2] ・・・(6') √ [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。 In the present embodiment, since the phase distribution of the wavefront WC of the light beam LC reflected by plane mirror 12C is not changed at all, the distribution of the phase difference Δθ between the wavefront WB and the wavefront WC depends only the phase distribution of the wavefront WB . 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。 Since this fact and the above equation (6 '), the amplitude distribution of the combined wavefront is found to be 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。 Thus, given an electrical command to the phase modulation element 12B of the image forming apparatus, by setting the phase distribution of the wavefront WB of the light beam LB, the amplitude distribution of the combined wavefront can be set arbitrarily.
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。 That is, the image forming apparatus can produce a combined wavefront of arbitrary amplitude distribution. 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。 Therefore, it is possible to display a high quality image consisting of any gradation.
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。 The following describes the resolution of the display image by the image forming apparatus of this embodiment.

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。 In the image forming apparatus of this embodiment, the displacement of a certain one of the reflecting plates P of the phase modulation element 12B (see FIG. 1 (b)), to determine the amplitude of one certain portion on a combined wavefront. 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。 Thus, one reflecting plate P of the phase modulation element 12B corresponds to a unit pixel of the image forming apparatus.
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。 Width of the reflection plate P of the phase modulation element 12B is suppressed to by the example 6μm about the micromachining technique, the gap of the reflective plate P between is suppressed to almost 0 .mu.m. 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。 Therefore, in the image forming apparatus of this embodiment, the pixel pitch is suppressed to about 6 [mu] m.

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。 On the other hand, one of the conventional image forming apparatus, there is a diffractive optical element called GLV (Grating Light Valve). 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。 GLV have also been made using a micromachining technique, a small amount displaceable reflector (ribbon) are arranged into a plurality array. 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。 Width of reflectors CLV is suppressed to about 6 [mu] m, it is suppressed gap of the reflector between the 0 .mu.m.
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。 However, the unit pixels of the GLV are several reflecting plate each other adjacent (e.g., six reflector) because it is constituted by, when the reflecting plate number in one pixel and 6, the pixel pitch is 6 × 6 [mu] m = as large as 36μm.

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。 Therefore, the image forming apparatus of this embodiment can display an image at a higher than conventional GLV resolution.
(第5実施形態の追記事項) (Additional information in the fifth embodiment)
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。 In the image forming apparatus of the present embodiment, even interchanged plane mirror 12C and the phase modulation element 12B transgression, the same effect can be obtained.

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。)。 Also, if the quasi-monochromatic light source in the light source of the image forming apparatus (such as a light emitting diode) is used, in order to increase the contrast of the display image by the image forming apparatus, the direction of the polarization axis of the polarizing element 14 to it is desirable (exactly in advance optimization, the polarization direction of the illumination light beam 10 with respect to the polarization separation plane 11a, with 1/4-axis direction of the wavelength plate 13, and optimized in advance in the direction of the polarization axis of the polarizing element 14 put it is desirable.).

以下、最適化の内容を説明する。 Below, describing the contents of optimization.
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。 First, in order to increase the contrast of the display image by the image forming apparatus, the amplitude of the combined wavefront when the image forming apparatus representing a "black image", it is necessary to complete zero.
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。 To the amplitude of the combined wavefront to zero it is considered a phase difference Δθ in equation (6 ') (phase difference between the wavefront WC and wavefront WB) may 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。 However, if the quasi-monochromatic light source is used as a light source, a phase difference Δθ of all wavelength components unless become respectively "π", the amplitude of the combined wavefront is not a perfect zero.
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。 Further, the phase difference Δθ of all wavelength components to obtain the same value, the optical path difference between light beams LC and the light beam LB is only at zero.
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。 In order to make the amplitude of the combined wavefront to zero, not only the optical path difference between light beams LC and the light beam LB, the polarization direction of the illumination light beam 10 with respect to the polarization separation plane 11a, the fast axis of the 1/4-wave plate 13 (or direction of slow axis), and the direction the direction (of these polarization axis of the polarizing element 14 must be taken into account the influence of any rotation angle of the optical axis).

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。 Therefore, the first, in the image forming apparatus of the present embodiment, each reflection plate so as to display "black image" (i.e. phase modulation element 12B when the optical path length between the light beams LC and the light beam LB is perfectly matched to set the displacement amount of P to a uniform predetermined value), the positional relationship between the phase modulating element 12B and the plane mirror 12C and the polarization beam splitter 11 is set in advance.
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。 If the light beam LC under this setting, the optical path length of LB coincide completely, as shown in the upper part of FIG. 8, all wavelengths of light beams LC incident on the polarizing element 14, the electric vector VC of LB, VB, as shown in FIG. 8 (a) or FIG. 8 become the same as each other size as (b), the only that direction is shifted 90 °. 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。 These electric vector VC, and VB, the relationship between the direction of the polarization axis D of the polarizing element 14, the light beam LC emitted from the polarizing element 14, the electric vector VC of LB ', VB' relationship is determined.

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。 Therefore, the second, the image forming apparatus of this embodiment, when the "black image" is displayed under this setting, the light beam LC emitted from the polarizing element 14, the electric vector VC of LB ', VB' is, Figure 8 (a ") or FIG. 8 (b" become mutually the same size as shown in), and so that only its direction by 180 degrees, the direction of the polarization axis D of the polarization element 14 is pre-optimized.
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。 In general, the electric vector V of the light emitted from the polarization element 14 ', so to match the projection of the polarization axis D of the electric vector V of the light incident on the polarization element 14, for example, the electric vector VB, VC relationship There when the relationship shown in FIG. 8 (a), the direction of the polarization axis D of the polarization element 14 are optimized in the direction of FIG. 8 (a '). 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。 At this time, the relationship between the electric vector VB ', VC' is canceled completely with each other become the relationship shown in FIG. 8 (a ").

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。 Similarly, for example, the electric vector VB, relationship VC, if the relationship shown in FIG. 8 (b), the direction of the polarization axis D of the polarization element 14 is optimized in the direction of FIG. 8 (b ') It is. 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。 At this time, the relationship between the electric vector VB ', VC' is canceled completely with each other become the relationship shown in FIG. 8 (b ").
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。 Such electric field vector VB ', VC' is canceled, and in this setting under the optical path length between the light beams LC and the light beam LB is completely matched, respectively generated for all wavelength components. 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。 This means that the phase difference Δθ of all wavelength components all become "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。 Therefore, according to the above optimization, amplitude of the combined light wave when the image forming apparatus representing a "black image" becomes complete zero, the contrast of the display image is maximized.
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。 The electric vector VC, angular relationship VB in FIG. 8 (a), (b) is either the one consisting of the polarization direction of the illumination light beam 10 with respect to the polarization separation plane 11a, the fast axis of the 1/4-wave plate 13 ( or determined by 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, to do easily further optimization, for example, the manufacturer, the polarization direction of the illumination light beam 10, and after the setting of the fast axis of the quarter wave plate 13, the "black image" in the image forming apparatus is displayed, the changing direction of the polarization axis D of the polarizing element 14 while observing the "black image", the direction of the polarization axis D may be fixed when it is the observed "black image" becomes darkest .

第1実施形態の画像形成装置の構成図である。 It is a configuration diagram of an image forming apparatus of the 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 diagram illustrating a phase distribution and an amplitude distribution of the combined wavefront. 第2実施形態の画像形成装置の構成図である。 It is a configuration diagram of an image forming apparatus according to the second embodiment. 第3実施形態の画像形成装置の構成図である。 It is a configuration diagram of an image forming apparatus according to the third 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 diagram illustrating an example of application to a laser scanning optical system of the 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 configuration diagram of an image forming apparatus of the fourth embodiment. 第5実施形態の画像形成装置の構成図である。 It is a configuration diagram of an image forming apparatus of the fifth 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。 Is a diagram illustrating the direction of the optimization method of the polarization axis D of the polarizing element 14. 立体画像の表示原理を説明する図である。 Is a diagram illustrating the display principle of the stereoscopic image.

符号の説明 DESCRIPTION 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13 1/4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 a polarization beam splitter 11a, 22a polarization separation surface 12A, 12B phase modulator 12C plane mirror 13 quarter-wave plate 14 the polarization element 15A, 15B reflector 16 substrate 10 illumination beams 21 beam displacer

Claims (15)

  1. 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、 And two phase modulation element that emits by modulating the phase of the incident light,
    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、 Separating the light from a light source, a separation optical system for generating two light incident individually to the two phase modulation element,
    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、 A synthesizing optical system for combining two light emitted individually from the two phase modulation element,
    前記分離光学系と前記合成光学系とに偏光ビームスプリッタが使用され、 The polarizing beam splitter is used to separate optical system and said combining optical system,
    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、 1/4 waveplate disposed on each of the optical path between the polarizing beam splitter and the two phase modulation element,
    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 Is arranged in the optical paths of two light combined by the polarization beam splitter, a polarization element for those two optical interference can light each other
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising the.
  2. 請求項1に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 1,
    前記光源からの光は、コヒーレントな光である ことを特徴とする画像形成装置。 Light from the light source, an image forming apparatus which is a coherent light.
  3. 請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 1 or claim 2,
    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 ことを特徴とする画像形成装置。 Wherein said beam splitter to use separate optical system and as said combining optical system, the image forming apparatus, wherein the separating optical system and the a one beam splitter is shared and combining optical system.
  4. 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 3,
    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、 The two phase modulation elements are arranged side by side on the same plane,
    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 ことを特徴とする画像形成装置。 The light separated by said beam splitter as well as an optical guide to the two phase modulating element that, with two light emitted from the two phase modulating element further deflection optical system for guiding to said beam splitter an image forming apparatus comprising.
  5. 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、 And two phase modulation element that emits by modulating the phase of the incident light,
    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、 Separating the light from a light source, a separation optical system for generating two light incident individually to the two phase modulation element,
    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、 A synthesizing optical system for combining two light emitted individually from the two phase modulation element,
    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、 Wherein the separating optical system and said combining optical system, one beam displacer having birefringence is shared,
    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 ことを特徴とする画像形成装置。 Wherein disposed between the beam displacer and the light source, the polarized light to the beam displacer containing both components comprising an ordinary ray and an extraordinary ray causes incident on the beam displacer, has been the two combined by the beam displacer an image forming apparatus further comprising a polarization beam splitter for the light to each other capable of interfering light.
  6. 請求項5に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 5,
    前記光源からの光は、コヒーレントな光である Light from the light source is a coherent light
    ことを特徴とする画像形成装置。 Image forming apparatus characterized by.
  7. 請求項1〜請求項の何れか一項に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to any one of claims 1 to 6,
    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 ことを特徴とする画像形成装置。 The two phase modulation element, an image forming apparatus which is a reflective-type phase modulator comprising a reflective plane array capable of changing the height distribution.
  8. 請求項に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 7,
    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、 The two phase-modulated one height change range ΔLA of the reflecting surfaces of the element, the height variation range ΔLB the other of each reflective surface, and the wavelength of the illuminating light beam and lambda, at least,
    −3λ/8≦ΔLA≦3λ/8,−5λ/8≦ΔLB≦5λ/8 -3λ / 8 ≦ ΔLA ≦ 3λ / 8, -5λ / 8 ≦ ΔLB ≦ 5λ / 8
    の範囲を含むことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising a range.
  9. 請求項に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 7,
    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、 The two phase-modulated one height change range ΔLA of the reflecting surfaces of the element, the height variation range ΔLB the other of each reflective surface, and the wavelength of the illuminating light beam and lambda, at least,
    −λ/2≦ΔLA≦λ/2,−λ/2≦ΔLB≦λ/2 -λ / 2 ≦ ΔLA ≦ λ / 2, -λ / 2 ≦ ΔLB ≦ λ / 2
    の範囲を含むことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising a range.
  10. 請求項 〜請求項の何れか一項に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to any one of claims 7 to claim 9,
    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 ことを特徴とする画像形成装置。 The two reflection-type phase modulation element, an image forming apparatus, comprising the micromachine.
  11. 入射した光の位相を変調して射出する位相変調素子と、 A phase modulating element that emits by modulating the phase of the incident light,
    入射した光を反射する反射素子と、 A reflection element for reflecting the incident light,
    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、 A light separating, the phase modulating element and the producing two light entering separately the reflective element separation optical system from the light source,
    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、 A synthesizing optical system for combining two light emitted individually from said phase modulating element and the reflective element,
    前記分離光学系と前記合成光学系とには、1つの偏光ビームスプリッタが共用され、 Wherein the separating optical system and said combining optical system, a single polarization beam splitter is shared,
    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、 1/4 waveplate disposed respectively in the optical path between the optical path, and said polarizing beam splitter and the reflective element between said polarization beam splitter and the phase modulating element,
    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 Is arranged in the optical paths of two light combined by the polarization beam splitter, a polarization element for those two optical interference can light each other
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising the.
  12. 請求項11に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 11,
    前記光源からの光は、コヒーレントな光である ことを特徴とする画像形成装置。 Light from the light source, an image forming apparatus which is a coherent light.
  13. 請求項11に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 11,
    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 ことを特徴とする画像形成装置。 The direction of the polarization axis of the polarizing element, the image forming apparatus characterized by the two light is set destructively interfere when the optical path length of the two light completely match.
  14. 請求項11 〜請求項13の何れか一項に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to any one of claims 11 to claim 13,
    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 ことを特徴とする画像形成装置。 The phase modulating element is an image forming apparatus, wherein the height distribution is a reflection type phase modulation element comprising a variable one-dimensional or two-dimensional array of reflective surface arrays.
  15. 請求項14に記載の画像形成装置において、 The image forming apparatus according to claim 14,
    前記反射型位相変調素子は、 The reflection-type phase modulation element,
    マイクロマシンからなる ことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus, comprising the micromachine.
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