JP6918243B1 - 光パターン生成装置 - Google Patents

光パターン生成装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6918243B1
JP6918243B1 JP2020533030A JP2020533030A JP6918243B1 JP 6918243 B1 JP6918243 B1 JP 6918243B1 JP 2020533030 A JP2020533030 A JP 2020533030A JP 2020533030 A JP2020533030 A JP 2020533030A JP 6918243 B1 JP6918243 B1 JP 6918243B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
optical element
laser light
diffractive optical
optical scanner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP2020533030A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2021106123A1 (ja
Inventor
航 吉岐
航 吉岐
ゆかり 宮城
ゆかり 宮城
勝治 今城
勝治 今城
中野 貴敬
貴敬 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=76129354&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP6918243(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP6918243B1 publication Critical patent/JP6918243B1/ja
Publication of JPWO2021106123A1 publication Critical patent/JPWO2021106123A1/ja
Ceased legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4227Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant in image scanning systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4233Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
    • G02B27/425Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application in illumination systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1814Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G02B5/1819Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/04Prisms
    • G02B5/045Prism arrays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

光パターン生成装置(100)は、レーザ光を出射するレーザ光源(1)と、レーザ光源(1)が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナ(4)と、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面(9)上に形成するように、光スキャナ(4)が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素(10)から構成されている回折光学素子部(7)と、を備え、光スキャナ(4)は、レーザ光源(1)が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素(10)のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源(1)が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。

Description

本発明は、光パターン生成装置に関する。
光パターン生成装置には、レーザ光源と回折光学素子(Diffractive Optical Element:DOE)を利用したものがある。回折光学素子は、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、レーザ光源が出射したレーザ光の強度分布又は位相分布のうちの少なくとも一方を変調する。
特許文献1には、像面上に表示される光パターンを切り換えることにより像面上にアニメーションを表示させる光パターン生成装置が記載されている。より詳細には、当該光パターン生成装置は、それぞれが、レーザ光の位相分布を変調する複数の光学素子要素から構成された円板状の回折光学素子と、当該回折光学素子を回転させる回転機構とを備えている。複数の光学素子要素は、回折光学素子が円板面の中心部から円板面の外周部に放射状に延びた複数の線によって区切られた各部分に相当する。回転機構は、円板面の中心部を通り且つ円板面に垂直な軸を回転軸として回折光学素子を一方向に回転させ、複数の光学素子要素のうちで、レーザ光が通過する光学素子要素を連続的に切り換えることによって、像面上に表示される光パターンを切り換える。
特許第6508425号
上述の特許文献1の技術では、回折光学素子における複数の光学素子要素の各配置と回転機構による回転方向とによって、像面上に形成される光パターンの順序が一意に決まってしまうため、表示される光パターンの順序の柔軟性が制限されているという問題がある。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させる技術を提供することを目的とする。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、光スキャナが、レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、光スキャナドライバは、複数の回折光学素子要素のうちで、光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって像面上に表示される光パターンが切り替わるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、複数の回折光学素子要素は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上の同一の位置に形成するように、当該複数の部分の各部分の幅であるピッチが設定されている。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、光スキャナが、レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、光スキャナドライバは、複数の回折光学素子要素のうちで、光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって像面上に表示される光パターンが切り替わるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、光スキャナと回折光学素子部との間には、光スキャナが偏向させたレーザ光を、任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換する入射角補正光学系が設置されており、回折光学素子部と像面との間には、任意の回折光学素子要素から出射した平行光を、通過した回折光学素子要素に依らずに像面上の同一の位置に集光させる再集光光学系が設置されている。
この発明によれば、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
実施の形態1に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態1に係る光パターン生成装置の回折光学素子部の構成を示す図である。 図2が示す回折光学素子部における複数の回折光学素子要素を通過した各レーザ光が像面上に形成した光パターンを示す図である。 実施の形態2に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態2に係る光パターン生成装置の回折光学素子部の構成を示す図である。 図5が示す回折光学素子部における複数の回折光学素子要素を通過したレーザ光が像面上に形成した光パターンを示す図である。 実施の形態2に係る光パターン生成装置の光スキャナとして2次元スキャン素子が用いられた例を示す図である。 実施の形態2に係る光パターン生成装置の光スキャナとして1次元スキャン素子及びアドレッシング光学系が用いられた例を示す図である。 実施の形態3に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態3に係る入射角補正光学系の第1の具体例の構成を示す図である。 実施の形態3に係る入射角補正光学系の第2の具体例の構成を示す図である。 実施の形態4に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態5に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る光パターン生成装置100の構成を示す図である。図1が示すように、光パターン生成装置100は、レーザ光源1、レーザドライバ2、集光光学系3、光スキャナ4、光スキャナドライバ6、回折光学素子部7、及び制御部8を備えている。なお、後述する回折光学素子部7から出射されるレーザ光の光路上には、像面9が設置されている。
レーザ光源1は、レーザ光を出射する。レーザドライバ2は、レーザ光源1に接続されている。レーザドライバ2は、レーザ光源1が出射するレーザ光の波形又は強度を制御する。
集光光学系3は、レーザ光源1が出射するレーザ光の光路上に設置されている。集光光学系3は、レーザ光源1が出射したレーザ光を像面9上に集光する光に変換する。集光光学系3は、例えば、透過したレーザ光を屈折させるレンズ等の光学素子、又は、レーザ光を反射するミラー等の光学素子である。
実施の形態1では、集光光学系3が用いられる構成について説明するが、集光光学系3の代わりに、コリメート光学系が用いられてもよい。その場合、コリメート光学系は、レーザ光源1が出射したレーザ光を平行光に変換する。これにより、光パターン生成装置100と像面9とが十分に離れている場合でも、像面9上に光パターンを結像することができる。または、レーザ光源1が集光機能を有する場合、光パターン生成装置100は、集光光学系3を備えていなくてもよい。これにより、光学系の部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
光スキャナ4は、レーザ光源1が出射するレーザ光の光路上に設置されている。光スキャナ4は、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる。実施の形態1では、光スキャナ4は、集光光学系3から出射されたレーザ光の光路上に設置されている。光スキャナ4は、集光光学系3から出射されたレーザ光を偏向させる。
光スキャナドライバ6は、光スキャナ4に接続されている。光スキャナドライバ6は、光スキャナ4がレーザ光を偏向させる偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。光スキャナドライバ6は、例えば、MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)、音響光学素子、又はガルバノスキャナである。
回折光学素子部7は、光スキャナ4から出射されたレーザ光の光路上に設置されている。回折光学素子部7は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素10から構成されている。
回折光学素子部7の材料は、例えば、ガラス又は樹脂である。実施の形態1では、回折光学素子部7は、単一の回折光学素子であり、当該単一の回折光学素子は、複数の部分に区分され、当該複数の部分のうちの各部分が、回折光学素子要素10に相当する。しかし、回折光学素子部7は、当該構成に限定されない。例えば、回折光学素子部7は、複数の回折光学素子要素10として、複数の回折光学素子が2次元的に並べて配置されたものであってもよい。
上述の光スキャナ4は、レーザ光源1が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。換言すれば、光スキャナ4は、レーザ光源1が出射したレーザ光が、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に入射するように、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
実施の形態1では、光スキャナ4は、集光光学系3から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、集光光学系3から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
上述の光スキャナドライバ6は、光スキャナ4が、レーザ光源1が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。実施の形態1では、光スキャナドライバ6は、光スキャナ4が、集光光学系3から出射されたレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
より具体的には、光スキャナドライバ6は、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素10が連続的に切り替わることによって像面9上にアニメーションが表示されるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
制御部8は、レーザドライバ2と光スキャナドライバ6とにそれぞれ接続され、レーザドライバ2を介してレーザ光源1を制御し、光スキャナドライバ6を介して光スキャナ4を制御する。
以下で、回折光学素子部7の構成について詳細に説明する。回折光学素子部7における複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
例えば、複数の回折光学素子要素10が、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように光路長パターンが設定されている場合、これにより、複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の位相分布を変調することができる。
例えば、複数の回折光学素子要素10が、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように透過率パターンが設定されている場合、これにより、複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の強度分布を変調することができる。
複数の回折光学素子要素10の各光路長パターン又は各透過率パターンは、例えば、反復フーリエ変換法によって最適化される。複数の回折光学素子要素10における各レーザ光の強度分布又は位相分布と、像面9上に形成された光パターンとは、フーリエ変換の関係を有する。そのため、所望の光パターンを逆フーリエ変換すれば、複数の回折光学素子要素10における各レーザ光の強度分布又は位相分布が求められる。
しかし、複数の回折光学素子要素10においてそれぞれ実現可能なレーザ光の強度分布又は位相分布には、複数の回折光学素子要素10に入射する各入射レーザ光の強度分布又は位相分布に伴う制約があり、単純な逆フーリエ変換では、当該制約を満たす、複数の回折光学素子要素10における各レーザ光の強度分布又は位相分布を得ることはできない。
そこで、複数の回折光学素子要素10における各レーザ光の強度分布又は位相分布は、反復フーリエ変換法に基づいて、繰り返し、フーリエ変換が行われることにより、当該制約を満たすように最適化されていく。得られた強度分布又は位相分布を基に、複数の回折光学素子要素10の各光路長パターン又は各透過率パターンは設定される。
次に、実施の形態1に係る光パターン生成装置100の動作について説明する。なお、制御部8は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ2と光スキャナドライバ6とをそれぞれ制御するものとする。
まず、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、集光光学系3から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に向かう第1の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、集光光学系3から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第1の偏向方向に変更する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、集光光学系3は、レーザ光源1が出射したレーザ光を像面9上に集光する光に変換する。次に、光スキャナ4は、集光光学系3から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に向けて偏向させる。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第1の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素を通過したレーザ光は、像面9上に第1の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に向かう第2の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第2の偏向方向に変更する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、集光光学系3は、レーザ光源1が出射したレーザ光を像面9上に集光する光に変換する。次に、光スキャナ4は、集光光学系3から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に向けて偏向させる。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第2の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素を通過したレーザ光は、像面9上に第2の光パターンを形成する。
光パターン生成装置100は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上にアニメーションが表示される。
次に、実施の形態1に係る光パターン生成装置100の動作の具体例について説明する。図2は、回折光学素子部7の構成を示す図である。図3は、図2が示す回折光学素子部7における複数の回折光学素子要素10を通過した各レーザ光が像面9上に形成した光パターンを示す図である。
図2が示すように、複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、当該複数の部分は、それぞれ、属する回折光学素子要素を通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光路長又は透過率のうちの少なくとも一方が設定されている。つまり、複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
図2及び図3が示すように、図2のAが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面9上に形成した所定の光パターンは、図3のAが指し示す光パターンである。図2のBが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面9上に形成した所定の光パターンは、図3のBが指し示す光パターンである。図2のCが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面9上に形成した所定の光パターンは、図3のCが指し示す光パターンである。
そして、上述のように、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって、像面9上に、図3のAが指し示す光パターン、図3のBが指し示す光パターン、及び図3のCが指し示す光パターンの間で表示される光パターンが切り替わるアニメーションが表示される。
以上のように、実施の形態1に係る光パターン生成装置100は、レーザ光を出射するレーザ光源1と、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナ4と、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素10から構成されている回折光学素子部7と、を備え、光スキャナ4は、レーザ光源1が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
上記の構成によれば、光スキャナ4が、レーザ光源1が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させることができる。つまり、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り替えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
例えば、図2が示す回折光学素子部7において、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Aが指し示す回折光学素子要素から、Bが指し示す回折光学素子要素に切り替え、次に、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Bが指し示す回折光学素子要素から、Aが指し示す回折光学素子要素に切り替える。このように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り換えることにより、図3のAが指し示す光パターンと、図3のBが指し示す光パターンとが交互に表示される。つまり、不機嫌な顔の光パターンのみが表示される。
または、図2が示す回折光学素子部7において、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Bが指し示す回折光学素子要素から、Cが指し示す回折光学素子要素に切り替え、次に、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Cが指し示す回折光学素子要素から、Bが指し示す回折光学素子要素に切り替える。このように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り換えることにより、図3のBが指し示す光パターンと、図3のCが指し示す光パターンとが交互に表示される。つまり、笑顔の顔の光パターンのみが表示される。
または、図2が示す回折光学素子部7において、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Bが指し示す回折光学素子要素から、当該回折光学素子要素の右上、右、右下、左上、左又は左下の何れか1つの回折光学素子要素に切り替えてもよい。実施の形態1に係る光パターン生成装置100は、以上のように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り換えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
また、従来の光パターン生成装置では、上述の通り、表示される光パターンを切り換えるために、比較的サイズが大きい回折光学素子を回転させる構成を用いていたため、サイズの小型化が困難であるという問題がある。しかし、実施の形態1に係る光パターン生成装置100では、表示される光パターンを切り換えるために、光スキャナ4によってレーザ光を偏向させる構成を用いる。これにより、実施の形態1に係る光パターン生成装置100は、従来の光パターン生成装置のサイズよりも小型化が可能である。
また、実施の形態1に係る光パターン生成装置100は、光スキャナ4が、レーザ光源1が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ6をさらに備えている。
上記の構成によれば、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を、所望のタイミングで、所望の偏向方向に変更させることができる。つまり、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、所望のタイミングで、所望の回折光学素子要素に切り替えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
また、実施の形態1に係る光パターン生成装置100は、レーザ光源1と光スキャナ4との間には、レーザ光源1が出射したレーザ光を像面9上に集光する光に変換する集光光学系3が設置されている。
上記の構成によれば、像面9上に光パターンを好適に表示することができる。
また、実施の形態1に係る光パターン生成装置100における複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
上記の構成によれば、像面9上に所定の光パターンを好適に表示することができる。
実施の形態2.
実施の形態1に係る光パターン生成装置100では、光スキャナ4がレーザ光を偏向させるため、回折光学素子部7に対するレーザ光の入射角が、光スキャナ4の偏向方向に応じて異なる。そのため、図3が示すように、像面9上において、表示される光パターンの位置が異なってしまうという問題がある。実施の形態2に係る光パターン生成装置では、当該問題を解決するために、実施の形態1に係る回折光学素子部7の構成とは異なる構成の補償構造付きの回折光学素子部を用いる。
以下で、実施の形態2について図面を参照して説明する。なお、実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図4は、実施の形態2に係る光パターン生成装置101の構成を示す図である。光パターン生成装置101は、回折光学素子部7の代わりに、回折光学素子部20を備えていること以外は、実施の形態1に係る光パターン生成装置100の構成と同様の構成を有している。
回折光学素子部20は、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素21から構成されている。さらに、実施の形態2に係る複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上の同一の位置に形成するように、ピッチが設定されている。なお、本明細書における「同一の位置」は、略同一の位置、完全に同一の位置、略一定の位置、又は完全に一定の位置を意味する。
実施の形態2に係る光スキャナドライバ6は、複数の回折光学素子要素21のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
以下で、回折光学素子部20の構成について詳細に説明する。回折光学素子部20における複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
より詳細には、複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、当該複数の部分は、それぞれ、属する回折光学素子要素を通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光路長又は透過率のうちの少なくとも一方が設定されている。実施の形態2では、当該構成に加えて、複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上の同一の位置に形成するように、上記の複数の部分の各部分の幅であるピッチがさらに設定されている。なお、ここにおける幅は、回折光学素子部20におけるレーザ光の入射面及び出射面に平行な方向の幅である。
さらに詳細には、複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、周期的な構造を有するため、近似的には回折格子として取り扱われる。例えば、複数の回折光学素子要素21をそれぞれ1次元の回折格子として仮定した場合、複数の回折光学素子要素21のうちの各回折光学素子要素に対するレーザ光の入射角θinと出射角θoutとの間には以下の式(1)が成り立つ。
sin(θin) = mλ/p - sin(θout) ・・・(1)
ただし、mは、複数の回折光学素子要素21の各回折次数、λは、レーザ光の波長、pは、上述のピッチである。また、θinを複数の回折光学素子要素21の各入射面の法線からなす角とし、θoutを複数の回折光学素子要素21の各出射面の法線からなす角とする。
図4に示す通り、複数の回折光学素子要素21にそれぞれ入射するレーザ光の入射角は、回折光学素子要素毎に異なる。また、複数の回折光学素子要素21からそれぞれ出射されるレーザ光の出射角は、複数の回折光学素子要素21からそれぞれ出射されたレーザ光が像面9上に形成する光パターンの位置が一致するように設定されている必要がある。したがって、当該入射角及び当該出射角が上述の式(1)の関係を満たすためには、mλ/pを回折光学素子要素毎に適切に設定する必要があることが分かる。通常、m及びλには自由度がないため、ピッチpを最適化する問題に帰着する。
実際には、複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、2次元的な構造を有し、また、その各透過率パターン及び各光路長パターンは必ずしも周期的でないため、複数の回折光学素子要素21をそれぞれ1次元の回折格子として想定する式(1)は厳密には成立しない。しかしながら、上述の考え方に従い、複数の回折光学素子要素21の各透過率パターン又は各光路長パターンの少なくとも一方に加えて、複数の回折光学素子要素21の各ピッチを最適化することで、複数の回折光学素子要素21をそれぞれ透過したレーザ光が像面9上に形成する光パターンの位置を一致させることができる。
なお、実施の形態2に係る光パターン生成装置101の動作は、複数の回折光学素子要素21のうちの第1の回折光学素子要素を通過したレーザ光が第1の光パターンを形成する像面9上の位置と、複数の回折光学素子要素21のうちの第2の回折光学素子要素を通過したレーザ光が第2の光パターンを形成する像面9上の位置とが一致すること以外、実施の形態1に係る光パターン生成装置100の動作と同様である。
次に、実施の形態2に係る光パターン生成装置101の動作の具体例について説明する。図5は、回折光学素子部20の構成を示す図である。図6は、図5が示す回折光学素子部20における複数の回折光学素子要素21を通過したレーザ光が像面9上に形成した光パターンを示す図である。
図5が示すように、複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、当該複数の部分は、それぞれ、属する回折光学素子要素を通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光路長又は透過率のうちの少なくとも一方が設定されている。さらに、複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上の同一の位置に形成するように、上記の複数の部分の各部分の幅であるピッチが設定されている。なお、ここにおける幅は、回折光学素子部20におけるレーザ光の入射面及び出射面に平行な方向の幅である。例えば、図5のAが指し示す回折光学素子要素のピッチは、図5のBが指し示す回折光学素子要素のピッチ、及び図5のCが指し示す回折光学素子要素のピッチよりも大きい。
図5及び図6が示すように、図5のAが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面9上に形成した所定の光パターンは、図6のAが指し示す光パターンである。図5のBが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面9上に形成した所定の光パターンは、図6のBが指し示す光パターンである。図5のCが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面9上に形成した所定の光パターンは、図6のCが指し示す光パターンである。
図6のA、B及びCの各光パターンが示すように、複数の回折光学素子要素21を通過した各レーザ光は、所定の光パターンを像面9上の同一の位置に形成する。そして、上述のように、複数の回折光学素子要素21のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって、像面9上に、図6のAが指し示す光パターン、図6のBが指し示す光パターン、及び図6のCが指し示す光パターンの間で、表示される光パターンが切り替わるアニメーションが表示される。
次に、実施の形態2に係る光パターン生成装置101の光スキャナ4の具体例について図面を参照して説明する。図7は、光スキャナ4として2次元スキャン素子22が用いられた例を示す図である。図8は、光スキャナ4として1次元スキャン素子23及びアドレッシング光学系24が用いられた例を示す図である。
図7が示す例では、光スキャナ4は、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を2次元的に変更可能な2次元スキャン素子22である。図7が示すように、2次元スキャン素子22は、レーザ光源1が出射したレーザ光を、2次元的に配置された複数の回折光学素子要素21のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
図8が示す例では、光スキャナ4は、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を1次元的に変更可能な1次元スキャン素子23と、1次元スキャン素子23が偏向させたレーザ光の伝搬方向を、複数の回折光学素子要素21のうちの任意の回折光学素子要素に向かう方向に2次元的に変化させるアドレッシング光学系24とから構成されている。
なお、図8が示すアドレッシング光学系24は、複数の反射ミラーから構成されている。しかし、アドレッシング光学系24は、当該構成に限定されない。例えば、アドレッシング光学系24は、プリズム等であってもよい。また、図7が示す2次元スキャン素子22と、図8が示す1次元スキャン素子23及びアドレッシング光学系24とは、それぞれ、実施の形態1に係る光パターン生成装置100、後述する実施の形態3に係る光パターン生成装置、後述する実施の形態4に係る光パターン生成装置、又は後述する実施の形態5に係る光パターン生成装置に適用されてもよい。
以上のように、実施の形態2に係る光パターン生成装置101における複数の回折光学素子要素21は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上の同一の位置に形成するように、ピッチが設定されている。
上記の構成によれば、複数の回折光学素子要素21を通過した各レーザ光は、光パターンを像面9上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素21のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、実施の形態2に係る光パターン生成装置101は、光スキャナ4が、レーザ光源1が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素21のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ6をさらに備え、光スキャナドライバ6は、複数の回折光学素子要素21のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
上記の構成によれば、光スキャナドライバ6が光スキャナ4を制御することによって、複数の回折光学素子要素21のうちで、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わる。これにより、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、実施の形態2に係る光パターン生成装置101における光スキャナ4は、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を1次元的に変更可能な1次元スキャン素子23と、1次元スキャン素子23が偏向させたレーザ光の伝搬方向を、複数の回折光学素子要素21のうちの任意の回折光学素子要素に向かう方向に2次元的に変化させるアドレッシング光学系24とから構成されている。
上記の構成によれば、1次元スキャン素子23は、レーザ光源1が出射したレーザ光を、2次元的に配置された複数の回折光学素子要素21のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源1が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。よって、2次元的に配置された複数の回折光学素子要素21のうちで、1次元スキャン素子23が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り替えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
実施の形態3.
上述の通り、実施の形態1に係る光パターン生成装置100では、像面9上において、表示される光パターンの位置が異なってしまうという問題がある。実施の形態3に係る光パターン生成装置は、当該問題を解決するために、入射角補正光学系及び再集光光学系をさらに備えている。
以下で、実施の形態3について図面を参照して説明する。なお、実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図9は、実施の形態3に係る光パターン生成装置102の構成を示す図である。実施の形態1に係る光パターン生成装置100の構成と比較して、光パターン生成装置102は、集光光学系3の代わりにコリメート光学系30を備えている。また、光パターン生成装置102は、入射角補正光学系31及び再集光光学系32をさらに備えている。
コリメート光学系30は、レーザ光源1と光スキャナ4との間に設置されている。コリメート光学系30は、レーザ光源が出射したレーザ光を平行光に変換する。
なお、レーザ光源1が平行光を生成する機能を有する場合、光パターン生成装置102は、コリメート光学系30を備えていなくてもよい。これにより、光学系の部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
実施の形態3に係る光スキャナ4は、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。より詳細には、光スキャナ4は、コリメート光学系30から出射されたレーザ光が、後述する入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射するように、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
入射角補正光学系31は、光スキャナ4と回折光学素子部7との間に設置されている。入射角補正光学系31は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する。なお、ここで、複数の回折光学素子要素10の各入射面は、同一面上にあり、複数の回折光学素子要素10の各出射面は、同一面上にあるものとする。
実施の形態3に係る回折光学素子部7における複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、入射角補正光学系31から同一の入射角で入射したレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。なお、複数の回折光学素子要素10を通過した各レーザ光は、同一の出射角で出射される平行光である。つまり、実施の形態3に係る回折光学素子部7における複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、実施の形態2の複数の回折光学素子要素21のようにピッチが設定されていない。
再集光光学系32は、回折光学素子部7と像面9との間に設置されている。再集光光学系32は、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上の同一の位置に集光させる。より詳細には、再集光光学系32は、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過した平行光を、通過した回折光学素子要素に依らずに、像面9上の同一の位置に集光させる。再集光光学系32を通過したレーザ光は、通過した回折光学素子要素に依らずに、所定の光パターンを像面9上の同一の位置に形成する。つまり、再集光光学系32によって像面9上に形成される光パターンの位置が決定されるため、上述のように、複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、ピッチが設定される必要がない。
実施の形態3に係る光スキャナドライバ6は、複数の回折光学素子要素10のうちで、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
次に、実施の形態3に係る光パターン生成装置102の動作について説明する。なお、制御部8は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ2と光スキャナドライバ6とをそれぞれ制御するものとする。
まず、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を第1の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第1の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ4によって当該第1の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系30は、レーザ光源が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ4は、コリメート光学系30から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第1の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系31は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第1の光パターンを像面9上に形成するように、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系32は、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上に集光させる。次に、再集光光学系32から出射されたレーザ光は、像面9上に第1の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、第2の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第2の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ4によって当該第2の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系30は、レーザ光源1が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ4は、コリメート光学系30から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第2の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系31は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。なお、上述の第1の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角と、当該第2の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角とは、一致している。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第2の光パターンを像面9上に形成するように、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系32は、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上に集光させる。次に、再集光光学系32から出射されたレーザ光は、像面9上に第2の光パターンを形成する。なお、像面9上に形成された上述の第1の光パターンの位置と、像面9上に形成された当該第2の光パターンの位置とは、一致している。
光パターン生成装置102は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上にアニメーションが表示される。
次に、実施の形態3に係る入射角補正光学系31の第1の具体例について説明する。図10は、入射角補正光学系31の第1の具体例の構成を示す図である。
図10が示すように、第1の具体例に係る入射角補正光学系31は、テレセントリック光学系33と、コリメート光学系アレー34とから構成されている。
テレセントリック光学系33は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせる。なお、図10では、テレセントリック光学系33は、レンズとして示されているが、当該構成に限定されない。テレセントリック光学系33は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせるように、当該レーザ光を反射するミラー等であってもよい。
コリメート光学系アレー34は、テレセントリック光学系33が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換する。より詳細には、コリメート光学系アレー34は、複数のコリメート光学系から構成され、当該複数のコリメート光学系は、それぞれ、テレセントリック光学系33が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換する。なお、図10では、コリメート光学系アレー34は、凸レンズアレーとして示されているが、当該構成に限定されない。コリメート光学系アレー34は、テレセントリック光学系33が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換する凹レンズアレーであってもよい。
または、コリメート光学系アレー34は、テレセントリック光学系33が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換するように、当該レーザ光を反射する反射ミラーアレーであってもよい。
テレセントリック光学系33及びコリメート光学系アレー34の各構成についてより詳細には、図10が示すように、光スキャナ4の出射面とテレセントリック光学系33の入射面との間隔は、テレセントリック光学系33の焦点距離fと一致している。これにより、テレセントリック光学系33から出射されたレーザ光の主光線がテレセントリック光学系33の光軸と平行になる。
また、図10が示すように、テレセントリック光学系33の出射面とコリメート光学系アレー34の各入射面との間隔は、テレセントリック光学系33の焦点距離fとコリメート光学系アレー34の各焦点距離fとの和と一致している。これにより、コリメート光学系アレー34から出射された各レーザ光は、平行光になる。
次に、実施の形態3に係る入射角補正光学系31の第2の具体例について説明する。図11は、入射角補正光学系31の第2の具体例の構成を示す図である。
図11が示すように、第2の具体例に係る入射角補正光学系31は、プリズムアレー35から構成されている。プリズムアレー35は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する。なお、プリズムアレー35の各光軸は、平行であるものとする。
以上のように、実施の形態3に係る光パターン生成装置102は、光スキャナ4と回折光学素子部7との間に、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する入射角補正光学系31が設置されており、回折光学素子部7と像面9との間には、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上の同一の位置に集光させる再集光光学系32が設置されている。
上記の構成によれば、再集光光学系32を通過したレーザ光は、光パターンを像面9上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、上記の構成によれば、像面9上の同一の位置に光パターンを表示するために、実施の形態2のように、複数の回折光学素子要素10の各ピッチを調整する必要がない。よって、複数の回折光学素子要素10の設計及び製造にかかるコストを削減することができる。
また、上記の構成によれば、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射するレーザ光は、入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光である。これにより、回折光学素子部7が複数の回折光学素子から構成されている場合、回折光学素子部7が製造された後でも、複数の回折光学素子要素10の各配置位置を変更することができる。または、複数の回折光学素子要素10のうちの少なくとも1つ以上の回折光学素子要素を別の回折光学素子要素と入れ換えることもできる。例えば、別の回折光学素子を多数用意しておき、状況又は用途に応じて、複数の回折光学素子要素10のうちの少なくとも1つ以上の回折光学素子要素を取り外し、別の回折光学素子要素を追加することによって、状況又は用途に応じた光パターンを像面9上に表示することができる。
また、実施の形態3に係る光パターン生成装置102における入射角補正光学系31は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせるテレセントリック光学系33と、それぞれが、当該テレセントリック光学系33が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系アレー34とから構成されている。
上記の構成によれば、光スキャナ4が偏向させたレーザ光は、入射角補正光学系31及びコリメート光学系アレー34によって、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に好適に変換される。そして、再集光光学系32を通過したレーザ光は、光パターンを像面9上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、実施の形態3に係る光パターン生成装置102における入射角補正光学系31は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換するプリズムアレー35から構成されている。
上記の構成によれば、光スキャナ4が偏向させたレーザ光は、プリズムアレー35によって、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に好適に変換される。そして、再集光光学系32を通過したレーザ光は、光パターンを像面9上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。また、入射角補正光学系31及びコリメート光学系アレー34が用いられた場合と比較して、光学系の点数を減らせるため、光パターン生成装置102の小型化を実現できる。
また、実施の形態3に係る光パターン生成装置102は、光スキャナ4が、レーザ光源1が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ6をさらに備え、光スキャナドライバ6は、複数の回折光学素子要素10のうちで、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
上記の構成によれば、光スキャナドライバ6が光スキャナ4を制御することによって、複数の回折光学素子要素10のうちで、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わる。これにより、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
実施の形態4.
実施の形態3では、レーザ光源1と光スキャナ4との間に、コリメート光学系30が設置されている構成について説明した。実施の形態4では、レーザ光源1と光スキャナ4との間に光スキャナ集光光学系が設置されている構成について説明する。
以下で、実施の形態4について図面を参照して説明する。なお、実施の形態1で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図12は、実施の形態4に係る光パターン生成装置103の構成を示す図である。実施の形態1に係る光パターン生成装置100の構成と比較して、光パターン生成装置103は、集光光学系3の代わりに光スキャナ集光光学系40を備えている。また、光パターン生成装置103は、光スキャナコリメート光学系41及び再集光光学系32をさらに備えている。
光スキャナ集光光学系40は、レーザ光源1と光スキャナ4との間に設置されている。光スキャナ集光光学系40は、レーザ光源1が出射したレーザ光を光スキャナ4に集光させる。これにより、光スキャナ4の有効開口が比較的小さい場合でも、レーザ光を光スキャナ4に入射させることができ、ケラレを抑制することができる。
なお、図12では、光スキャナ集光光学系40は、レンズとして示されているが、当該構成に限定されない。光スキャナ集光光学系40は、レーザ光源1が出射したレーザ光を光スキャナ4に集光させるように、当該レーザ光を反射するミラー等であってもよい。または、レーザ光源1がレーザ光を光スキャナ4に集光させる機能を有する場合、光パターン生成装置103は、光スキャナ集光光学系40を備えていなくてもよい。これにより、光学系の部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
実施の形態4に係る光スキャナ4は、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。より詳細には、光スキャナ4は、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光が、後述する光スキャナコリメート光学系41を介して複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射するように、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
光スキャナコリメート光学系41は、光スキャナ4と回折光学素子部7との間に設置されている。光スキャナコリメート光学系41は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する。なお、ここで、複数の回折光学素子要素10の各入射面は、同一面上にあり、複数の回折光学素子要素10の各出射面は、同一面上にあるものとする。
なお、図12では、光スキャナコリメート光学系41は、レンズとして示されているが、当該構成に限定されない。光スキャナコリメート光学系41は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換するように、当該レーザ光を反射するミラー等であってもよい。
光スキャナコリメート光学系41の構成についてより詳細には、図12が示すように、光スキャナ4と光スキャナコリメート光学系41との間隔は、光スキャナコリメート光学系41の焦点距離fと一致している。これにより、光スキャナコリメート光学系41から出射された各レーザ光は、平行光になる。
実施の形態4に係る回折光学素子部7における複数の回折光学素子要素10は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナコリメート光学系41から同一の入射角で入射したレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。なお、複数の回折光学素子要素10を通過した各レーザ光は、同一の出射角で出射される平行光である。
実施の形態4に係る再集光光学系32は、回折光学素子部7と像面9との間に設置されている。再集光光学系32は、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上の同一の位置に集光させる。
実施の形態4に係る光スキャナドライバ6は、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナコリメート光学系41から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
次に、実施の形態4に係る光パターン生成装置103の動作について説明する。なお、制御部8は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ2と光スキャナドライバ6とをそれぞれ制御するものとする。
まず、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を第1の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第1の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ4によって当該第1の偏向方向に偏向したレーザ光は、光スキャナコリメート光学系41を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、光スキャナ集光光学系40は、レーザ光源1が出射したレーザ光を光スキャナ4に集光させる。次に、光スキャナ4は、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光が、光スキャナコリメート光学系41を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第1の偏向方向に偏向させる。
次に、光スキャナコリメート光学系41は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第1の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナコリメート光学系41から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系32は、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上に集光させる。次に、再集光光学系32から出射されたレーザ光は、像面9上に第1の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、第2の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第2の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ4によって当該第2の偏向方向に偏向したレーザ光は、光スキャナコリメート光学系41を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、光スキャナ集光光学系40は、レーザ光源1が出射したレーザ光を光スキャナ4に集光させる。次に、光スキャナ4は、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光が、光スキャナコリメート光学系41を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第2の偏向方向に偏向させる。
次に、光スキャナコリメート光学系41は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。なお、上述の第1の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角と、当該第2の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角とは、一致している。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第2の光パターンを像面9上に形成するように、光スキャナコリメート光学系41から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系32は、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上に集光させる。次に、再集光光学系32から出射されたレーザ光は、像面9上に第2の光パターンを形成する。なお、像面9上に形成された上述の第1の光パターンの位置と、像面9上に形成された当該第2の光パターンの位置とは、一致している。
光パターン生成装置103は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナコリメート光学系41から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上にアニメーションが表示される。
以上のように、実施の形態4に係る光パターン生成装置103は、レーザ光源1と光スキャナ4との間には、レーザ光源1が出射したレーザ光を光スキャナ4に集光させる光スキャナ集光光学系40が設置されており、光スキャナ4と回折光学素子部7との間には、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する光スキャナコリメート光学系41が設置されており、回折光学素子部7と像面9との間には、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面9上の同一の位置に集光させる再集光光学系32が設置されている。
上記の構成によれば、再集光光学系32を通過したレーザ光は、光パターンを像面9上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、上記の構成によれば、光スキャナ集光光学系40によって、光スキャナ4の有効開口が比較的小さい場合でも、レーザ光を光スキャナ4に入射させることができ、ケラレを抑制することができる。
また、実施の形態4に係る光パターン生成装置103は、光スキャナ4が、光スキャナ集光光学系40から出射されたレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ6をさらに備え、光スキャナドライバ6は、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナコリメート光学系41から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面9上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ4の偏向方向と、光スキャナ4の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
上記の構成によれば、光スキャナドライバ6が光スキャナ4を制御することによって、複数の回折光学素子要素10のうちで、光スキャナコリメート光学系41から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わる。これにより、像面9上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
実施の形態5.
実施の形態3及び実施の形態4では、回折光学素子部7と像面9との間に再集光光学系32が設置されている構成について説明した。実施の形態5では、回折光学素子部7と像面9との間に可変焦点光学系が設置されている構成について説明する。
以下で、実施の形態5について図面を参照して説明する。なお、実施の形態1又は実施の形態3で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図13は、実施の形態5に係る光パターン生成装置104の構成を示す図である。実施の形態3に係る光パターン生成装置102の構成と比較して、光パターン生成装置104は、再集光光学系32の代わりに可変焦点光学系50を備えている。また、光パターン生成装置104は、焦点調整ドライバ51をさらに備えている。
可変焦点光学系50は、回折光学素子部7と像面9との間に設置されている。可変焦点光学系50は、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能である。可変焦点光学系50は、例えば、ズーム機能を有する複数のレンズ又は液体レンズ等である。
焦点調整ドライバ51は、制御部8と可変焦点光学系50とに接続されている。焦点調整ドライバ51は、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系50の焦点距離を制御する。実施の形態5では、焦点調整ドライバ51は、制御部8の命令に基づいて、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系50の焦点距離を制御する。なお、可変焦点光学系50の焦点距離は、手動によって変更されてもよい。その場合、光パターン生成装置104は、焦点調整ドライバ51を備えていなくてもよい。これにより、部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
次に、実施の形態5に係る光パターン生成装置104の動作について説明する。なお、制御部8は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ2と光スキャナドライバ6と焦点調整ドライバ51とをそれぞれ制御するものとする。
まず、焦点調整ドライバ51は、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面52上の同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系50の焦点距離を制御する。
次に、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を第1の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第1の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ4によって当該第1の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系30は、レーザ光源が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ4は、コリメート光学系30から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第1の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系31は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第1の光パターンを像面52上に形成するように、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、可変焦点光学系50は、複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面52上に集光させる。次に、可変焦点光学系50から出射されたレーザ光は、像面52上に第1の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ6は、制御部8の命令に基づいて、光スキャナ4が、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、第2の偏向方向に変更するように、光スキャナ4を制御する。光スキャナ4は、光スキャナドライバ6の命令に基づいて、コリメート光学系30から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第2の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ4によって当該第2の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ2は、制御部8の命令に基づいて、レーザ光源1がレーザ光を出射するようにレーザ光源1を制御する。レーザ光源1は、レーザドライバ2の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系30は、レーザ光源1が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ4は、コリメート光学系30から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系31を介して複数の回折光学素子要素10のうちの第1の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第2の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系31は、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。なお、上述の第1の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角と、当該第2の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角とは、一致している。
次に、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第2の光パターンを像面52上に形成するように、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、可変焦点光学系50は、複数の回折光学素子要素10のうちの第2の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面52上に集光させる。次に、可変焦点光学系50から出射されたレーザ光は、像面52上に第2の光パターンを形成する。なお、像面52上に形成された上述の第1の光パターンの位置と、像面52上に形成された当該第2の光パターンの位置とは、一致している。
光パターン生成装置104は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素10のうちで、入射角補正光学系31から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面52上にアニメーションが表示される。
なお、光パターン生成装置104と像面52との位置関係を変える場合には、上述の内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報を変更することにより、制御部8は、焦点調整ドライバ51を介して可変焦点光学系50の焦点距離を調整する。
以上のように、実施の形態5に係る光パターン生成装置104は、光スキャナ4と回折光学素子部7との間には、光スキャナ4が偏向させたレーザ光が複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度を、光スキャナ4の偏向方向に依らず一定にする入射角補正光学系31が設置されており、回折光学素子部7と像面9との間には、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能な可変焦点光学系50が設置されている。
上記の構成によれば、可変焦点光学系50の焦点距離を変更することによって、任意の像面上における同一の位置に光パターンを表示することができる。
光パターン生成装置104が置かれた状況又は光パターン生成装置104の用途によって、光パターン生成装置104と像面との間の距離は変動し得る。しかし、上記の構成によれば、可変焦点光学系50の焦点距離を変更することで、変動後の像面に光パターンを表示することができる。つまり、光パターン生成装置104は、種々の状況又は種々の用途に対応できる。
また、実施の形態5に係る光パターン生成装置104は、可変焦点光学系50が、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系50の焦点距離を制御する焦点調整ドライバ51をさらに備えている。
上記の構成によれば、可変焦点光学系50の焦点距離を好適に変更することができ、任意の像面上における同一の位置に光パターンを表示することができる。
なお、実施の形態5では、可変焦点光学系50及び焦点調整ドライバ51を実施の形態3に係る光パターン生成装置102に適用した例について説明したが、可変焦点光学系50及び焦点調整ドライバ51は、実施の形態4に係る光パターン生成装置103に適用してもよい。
その場合、光パターン生成装置は、レーザ光源1と光スキャナ4との間には、レーザ光源1が出射したレーザ光を光スキャナ4に集光させる光スキャナ集光光学系40が設置されており、光スキャナ4と回折光学素子部7との間には、光スキャナ4が偏向させたレーザ光を、任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ4の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する光スキャナコリメート光学系41が設置されており、回折光学素子部7と像面9との間には、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能な可変焦点光学系50が設置されている。
また、その場合、光パターン生成装置は、可変焦点光学系50が、複数の回折光学素子要素10のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系50の焦点距離を制御する焦点調整ドライバ51をさらに備えている。
上記の各構成によれば、実施の形態5に係る光パターン生成装置104が奏する各効果と同様の効果を奏する。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係る光パターン生成装置は、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができるため、光パターンを表示する技術に利用可能である。
1 レーザ光源、2 レーザドライバ、3 集光光学系、4 光スキャナ、6 光スキャナドライバ、7 回折光学素子部、8 制御部、9 像面、10 複数の回折光学素子要素、20 回折光学素子部、21 複数の回折光学素子要素、22 2次元スキャン素子、23 1次元スキャン素子、24 アドレッシング光学系、30 コリメート光学系、31 入射角補正光学系、32 再集光光学系、33 テレセントリック光学系、34 コリメート光学系、35 プリズムアレー、40 光スキャナ集光光学系、41 光スキャナコリメート光学系、50 可変焦点光学系、51 焦点調整ドライバ、52 像面、100,101,102,103,104 光パターン生成装置。

Claims (7)

  1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、
    それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、前記光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、
    前記光スキャナが、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、
    前記光スキャナは、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、
    前記光スキャナドライバは、前記複数の回折光学素子要素のうちで、前記光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって前記像面上に表示される光パターンが切り替わるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、前記像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、
    前記複数の回折光学素子要素は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、通過したレーザ光が所定の光パターンを前記像面上の同一の位置に形成するように、当該複数の部分の各部分の幅であるピッチが設定されていることを特徴とする、光パターン生成装置。
  2. 内部メモリまたは外部から入力された信号に基づいて、前記光スキャナドライバに指示する前記光スキャナの偏向方向を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、内部メモリまたは外部から入力された信号に応じて、前記光スキャナドライバに指示する光スキャナの偏向方向を制御することで、前記像面上の同一の位置に表示されるアニメーションの種類を任意に変更することを特徴とする、請求項1に記載の光パターン生成装置。
  3. レーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、
    それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、前記光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、
    前記光スキャナが、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、
    前記光スキャナは、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、
    前記光スキャナドライバは、前記複数の回折光学素子要素のうちで、前記光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって前記像面上に表示される光パターンが切り替わるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、前記像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、
    前記光スキャナと前記回折光学素子部との間には、前記光スキャナが偏向させたレーザ光を、前記任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が前記光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換する入射角補正光学系が設置されており、
    前記回折光学素子部と前記像面との間には、前記任意の回折光学素子要素から出射した平行光を、通過した回折光学素子要素に依らずに前記像面上の同一の位置に集光させる再集光光学系が設置されていることを特徴とする、光パターン生成装置。
  4. 内部メモリまたは外部から入力された信号に基づいて、前記光スキャナドライバに指示する前記光スキャナの偏向方向を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、内部メモリまたは外部から入力された信号に応じて、前記光スキャナドライバに指示する光スキャナの偏向方向を制御することで、前記像面上の同一の位置に表示されるアニメーションの種類を任意に変更することを特徴とする、請求項3に記載の光パターン生成装置。
  5. 前記入射角補正光学系は、前記光スキャナが偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせるテレセントリック光学系と、当該テレセントリック光学系が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系アレーとから構成されていることを特徴とする、請求項3に記載の光パターン生成装置。
  6. 前記入射角補正光学系は、前記光スキャナが偏向させたレーザ光を、前記任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が前記光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換するプリズムアレーから構成されていることを特徴とする、請求項3に記載の光パターン生成装置。
  7. 前記再集光光学系は、前記任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能な可変焦点光学系であることを特徴とする、請求項3に記載の光パターン生成装置。
JP2020533030A 2019-11-28 2019-11-28 光パターン生成装置 Ceased JP6918243B1 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/046471 WO2021106123A1 (ja) 2019-11-28 2019-11-28 光パターン生成装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6918243B1 true JP6918243B1 (ja) 2021-08-11
JPWO2021106123A1 JPWO2021106123A1 (ja) 2021-12-02

Family

ID=76129354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020533030A Ceased JP6918243B1 (ja) 2019-11-28 2019-11-28 光パターン生成装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220244557A1 (ja)
JP (1) JP6918243B1 (ja)
CN (1) CN114730097A (ja)
WO (1) WO2021106123A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024201883A1 (ja) * 2023-03-30 2024-10-03 ナルックス株式会社 マイクロレンズアレイの製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000253347A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Victor Co Of Japan Ltd 光記録媒体及び光記録媒体再生装置
JP2006189821A (ja) * 2004-12-09 2006-07-20 Meiji Univ 画像表示装置及び方法
JP2012146621A (ja) * 2010-12-20 2012-08-02 Stanley Electric Co Ltd 車両用灯具
JP2012230310A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Dainippon Printing Co Ltd 投射装置
JP2015132707A (ja) * 2014-01-14 2015-07-23 大日本印刷株式会社 表示装置及び表示装置が搭載された車両
WO2016072483A1 (ja) * 2014-11-07 2016-05-12 大日本印刷株式会社 光学装置
CN108563033A (zh) * 2018-03-06 2018-09-21 江西衍光科技有限公司 采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统
JP6508425B1 (ja) * 2018-01-11 2019-05-08 三菱電機株式会社 光パターン生成装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000253347A (ja) * 1999-02-26 2000-09-14 Victor Co Of Japan Ltd 光記録媒体及び光記録媒体再生装置
JP2006189821A (ja) * 2004-12-09 2006-07-20 Meiji Univ 画像表示装置及び方法
JP2012146621A (ja) * 2010-12-20 2012-08-02 Stanley Electric Co Ltd 車両用灯具
JP2012230310A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Dainippon Printing Co Ltd 投射装置
JP2015132707A (ja) * 2014-01-14 2015-07-23 大日本印刷株式会社 表示装置及び表示装置が搭載された車両
WO2016072483A1 (ja) * 2014-11-07 2016-05-12 大日本印刷株式会社 光学装置
JP6508425B1 (ja) * 2018-01-11 2019-05-08 三菱電機株式会社 光パターン生成装置
CN108563033A (zh) * 2018-03-06 2018-09-21 江西衍光科技有限公司 采用准直激光照射衍射光学元件形成动画图像的光学系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20220244557A1 (en) 2022-08-04
WO2021106123A1 (ja) 2021-06-03
JPWO2021106123A1 (ja) 2021-12-02
CN114730097A (zh) 2022-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11422238B2 (en) Optical beam director
JP2677295B2 (ja) 光ビーム走査装置及び定置ホログラム板の製造方法及びホログラム回転体及び光配線装置
CN109844560B (zh) 用于激光雷达系统的光学元件
JP2019045574A (ja) 光線走査装置
US6252715B1 (en) Beam pattern contractor and focus element, method and apparatus
US7327508B2 (en) Display device using light modulator and having improved numerical aperture of after-edge lens system
JP6918243B1 (ja) 光パターン生成装置
JPH05500120A (ja) 少なくとも1つの画素用の光学的位置定め装置
US5870227A (en) Scanning head lens assembly
US7495814B2 (en) Raster scanning-type display device using diffractive optical modulator
US7564608B2 (en) Raster scanning-type display device using diffractive light modulator
WO2015137125A1 (ja) ビーム露光装置
US7474324B2 (en) Printing apparatus using order-separation type optical modulator
KR20080112856A (ko) 라인 빔 조명 광학계
WO2005050285A1 (en) Optical pattern generating device
US8368994B2 (en) Scanned, one-dimensional, phased-array display system
WO2019130418A1 (ja) 光パターン生成装置
KR100815357B1 (ko) 가상 단일 광원을 갖는 칼라 디스플레이 장치
KR100855814B1 (ko) 스위칭 신호에 연동하여 순차 주사를 수행하는 주사 장치
US7405806B2 (en) Imaging system and method employing beam folding
KR100871024B1 (ko) 바타입의 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치
CA2345124C (en) Scanning head lens assembly
JP2004330768A (ja) 光ビーム走査装置
SU1764021A1 (ru) Голографический дефлектор
KR20170073450A (ko) 지향성 백라이트 유닛을 이용한 홀로그램 디스플레이 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200615

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200615

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200615

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200909

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200915

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210622

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210720

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6918243

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

RVOP Cancellation by post-grant opposition