JP7205001B2 - 光パターン生成装置 - Google Patents

Description

本開示は、光パターン生成装置に関する。

従来、位相型の回折光学素子を用いた光パターン生成装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。位相型の回折光学素子を用いることにより、振幅型の回折光学素子を用いる場合に比して、光パターン生成装置におけるエネルギー効率の向上を図ることができる。このため、位相型の回折光学素子を用いるのが好適である。

国際公開第２０１９／１３８４７９号

特許文献１記載の光パターン生成装置は、以下のように構成されている。すなわち、１枚の円板状の回折光学素子の片面部が円周方向にｎ分割されている。これにより、ｎ個の領域が設定されている（例えば、特許文献１の図２参照。）。ｎ個の領域は、互いに異なる凹凸形状を有するものである。これにより、ｎ個の領域は、互いに異なる光パターンに対応するものである。換言すれば、ｎ個の領域は、ｎ個の光パターンにそれぞれ対応するものである。

以下、板状の回折光学素子における板面に沿う方向を総称して「素子面方向」という。特許文献１記載の光パターン生成装置において、回折光学素子は、素子面方向に対して回動自在に設けられている。回折光学素子が回動することにより、ｎ個の領域のうちのレーザ光が照射される領域が切り替わる。これにより、１枚の回折光学素子を用いて、ｎ個の光パターンのうちの投影される光パターンを切り替えることができる。

ここで、特許文献１記載の光パターン生成装置に対する従来の光パターン生成装置は、投影される光パターンの切替えに液晶素子を用いるものであった。このため、従来の光パターン生成装置においては、液晶素子を設けることが要求されるとともに、液晶素子用の電圧源を設けることが要求される。これにより、光パターン生成装置が大型になる問題があった。また、光パターン生成装置が高価になる問題があった。

これに対して、特許文献１記載の光パターン生成装置においては、液晶素子を設けることが不要である。また、液晶素子用の電圧源を設けることも不要である。このため、特許文献１記載の光パターン生成装置を用いることにより、従来の光パターン生成装置を用いる場合に比して、光パターン生成装置を小型にすることができる。また、光パターン生成装置を安価にすることができる。

しかしながら、特許文献１記載の光パターン生成装置においては、以下のような問題があった。すなわち、特許文献１記載の光パターン生成装置においては、個々の光パターンが投影されるとき、投影された光パターンの傾き角度が互いに同一の傾きに対応するものとなるように設計されている（例えば、特許文献１の段落［００３１］参照。）。これにより、投影される光パターンの切替えに対応しているものの、そのバリエーションが少ないという問題があった。より具体的には、その傾きのバリエーションが少ないという問題があった。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、１枚の回折光学素子を用いて、投影される光パターンを切り替えることができ、かつ、投影された光パターンの傾き角度を変化させることができる光パターン生成装置を提供することを目的とする。

本開示に係る光パターン生成装置は、位相型の板状の回折光学素子と、前記回折光学素子にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記回折光学素子を前記回折光学素子の板面に沿う方向である素子面方向に回動させる回動機構と、を備え、前記回折光学素子の凹凸面部は、互いに異なる複数個の光パターンに対応する複数個の凹凸領域を含み、前記回折光学素子の回動に応じて前記複数個の凹凸領域のうちの前記レーザ光が照射される凹凸領域が切り替わることにより、前記複数個の光パターンのうちの被投影面における被投影光パターンが切り替わるものであり、前記回折光学素子の回動に応じて、前記回折光学素子の回動前における前記板面に設定された方向軸と、前記回折光学素子の回動後における前記方向軸とがなす角である、前記素子面方向における前記回折光学素子の傾き角度が変化することにより、前記被投影面に沿う方向である被投影面方向における前記切り替わった後の被投影光パターンの、前記被投影面の面内に設定された方向軸と、前記各被投影光パターンの向きを示す方向軸とがなす角である傾き角度が変化するものである。

本開示によれば、上記のように構成したので、１枚の回折光学素子を用いて、投影される光パターンを切り替えることができるとともに、投影された光パターンの傾き角度を変化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要部を示す説明図である。 第１基準状態における回折光学素子の例を示す説明図である。 第１基準状態における被投影光パターンの例を示す説明図である。 第１傾斜状態における回折光学素子の例を示す説明図である。 第１傾斜状態における被投影光パターンの例を示す説明図である。 第２基準状態における回折光学素子の例を示す説明図である。 第２基準状態における被投影光パターンの例を示す説明図である。 第２傾斜状態における回折光学素子の例を示す説明図である。 第２傾斜状態における被投影光パターンの例を示す説明図である。 第１基準状態における回折光学素子の他の例を示す説明図である。 第１基準状態における被投影光パターンの他の例を示す説明図である。 第２基準状態における回折光学素子の他の例を示す説明図である。 第２基準状態における被投影光パターンの他の例を示す説明図である。 第２傾斜状態における回折光学素子の他の例を示す説明図である。 第２傾斜状態における被投影光パターンの他の例を示す説明図である。

以下、この開示をより詳細に説明するために、この開示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の要部を示す説明図である。図１を参照して、実施の形態１に係る光パターン生成装置について説明する。

図１に示す如く、光パターン生成装置１００は、回折光学素子１、レーザ光源２及び回動機構３を含むものである。

回折光学素子１は、ガラス製の１枚の基板又は樹脂製の１枚の基板を用いたものである。これにより、回折光学素子１の形状は、１枚の板状である。具体的には、例えば、回折光学素子１の形状は、１枚の矩形板状である。回折光学素子１の表面部は、レーザ光源２と対向配置されている。他方、回折光学素子１の裏面部は、光パターン生成装置１００により光パターンが投影される面（以下「被投影面」という。）Ｐと対向配置されている。すなわち、回折光学素子１は、レーザ光源２と被投影面Ｐ間に配置されている。

以下、被投影面Ｐに投影されるべき光パターンを「目標光パターン」ということがある。また、被投影面Ｐにおける目標光パターンに対応する強度分布を「目標強度分布」ということがある。これに対して、被投影面Ｐに投影される光パターン又は被投影面Ｐに投影された光パターンを総称して「被投影光パターン」ということがある。

以下、被投影面Ｐに沿う方向を総称して「被投影面方向」という。図１に示す例においては、回折光学素子１が被投影面Ｐに対して平行に設けられている。すなわち、回折光学素子１が図中ＸＹ平面に対して平行に設けられており、かつ、被投影面Ｐが図中ＸＹ平面に対して平行に設けられている。これにより、図１に示す例においては、個々の素子面方向が対応する被投影面方向に対して平行な方向に設定されている。すなわち、個々の素子面方向が図中ＸＹ平面に対して平行な方向に設定されており、かつ、個々の被投影面方向が図中ＸＹ平面に対して平行な方向に設定されている。

レーザ光源２は、例えば、半導体レーザ、ファイバレーザ又は固体レーザを用いたものである。レーザ光源２は、レーザ光Ｌ＿１を出力するものである。具体的には、例えば、レーザ光源２は、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）駆動又はパルス駆動によりレーザ光Ｌ＿１を出力するのである。レーザ光Ｌ＿１は、例えば、所定の波長λを有する単一波長光を用いたものである。

レーザ光源２により出力されたレーザ光Ｌ＿１は、回折光学素子１の表面部に照射される。図中、Ｏ＿１は、レーザ光Ｌ＿１の光軸の例を示している。当該照射されたレーザ光Ｌ＿１は、回折光学素子１の内部に侵入する。当該侵入したレーザ光Ｌ＿２は、回折光学素子１の内部を通過する。図中、Ｏ＿２は、レーザ光Ｌ＿２の光軸の例を示している。当該通過したレーザ光Ｌ＿３は、回折光学素子１の裏面部により回折光学素子１の外部に出力される。図中、Ｏ＿３は、レーザ光Ｌ＿３の光軸の例を示している。当該出力されたレーザ光Ｌ＿３は、被投影面Ｐに照射される。当該照射されたレーザ光Ｌ＿３は、被投影面Ｐにより反射又は散乱される。これにより、被投影面Ｐにて、当該照射されたレーザ光Ｌ＿３の強度分布に対応する光パターンが実現される。

被投影面Ｐは、光パターン生成装置１００の外部に配置されている。より具体的には、被投影面Ｐは、回折光学素子１に対するフラウンホーファ領域に含まれる位置に配置されている。換言すれば、被投影面Ｐは、レーザ光Ｌ＿３におけるフラウンホーファ領域に含まれる位置に配置されている。すなわち、回折光学素子１と被投影面Ｐ間の距離Ｄは、かかる位置に対応する値に設定されている。

このように、光パターン生成装置１００においては、レーザ光Ｌが回折光学素子１を透過するものである。以下、回折光学素子１を透過するときのレーザ光Ｌ又は回折光学素子１を透過したときのレーザ光Ｌを総称して「透過光」ということがある。

ここで、回折光学素子１の表面部及び回折光学素子１の裏面部のうちのいずれか一方（以下「凹凸面部」という。）には、周期性を有する凹凸形状が設けられている。具体的には、例えば、一定方向に配列された複数本のスリット状の凹凸形状が設けられている。かかる凹凸形状が設けられていることにより、回折光学素子１の凹凸面部にて透過光が回折する。以下、かかる回折の角度を「回折角度」という。

また、かかる凹凸形状が設けられていることにより、回折光学素子１の表面部におけるレーザ光Ｌ＿１の位相分布に対して、回折光学素子１の裏面部におけるレーザ光Ｌ＿３の位相分布が変化する。より具体的には、レーザ光Ｌ＿３の位相分布は、そのフーリエ変換像が被投影面Ｐにおける目標強度分布に対応した分布となる。例えば、目標強度分布がｓｉｎｃ関数状の分布であるとき、レーザ光Ｌ＿３の位相分布が矩形関数状の分布となる。

換言すれば、回折光学素子１の裏面部におけるレーザ光Ｌ＿３の位相分布は、被投影面Ｐにおける目標強度分布を実現可能な分布となる。これにより、被投影面Ｐにて目標光パターンが実現される。すなわち、光パターン生成装置１００は、位相型の回折光学素子１を用いたものである。

したがって、回折光学素子１の凹凸面部における凹凸形状は、回折光学素子１の裏面部におけるレーザ光Ｌ＿３の位相分布が被投影面Ｐにおける目標強度分布に対応する分布となるように設計されたものである。かかる凹凸形状の設計には、公知の種々の技術を用いることができる。これらの技術についての詳細な説明は省略する。

具体的には、例えば、かかる凹凸形状は、反復フーリエ変換法により設計されたものである。すなわち、かかる凹凸形状は、特許文献１の段落［００１６］に記載された設計方法と同様の設計方法により設計されたものである。

回動機構３は、回折光学素子１を素子面方向に回動させるものである。回動機構３は、例えば、回転式のモータを用いたものである。かかる回動の中心位置Ｃは、例えば、回折光学素子１の中心部に対応する位置に設定されている。なお、回動機構３は、回折光学素子１を連続的に回動させるものであっても良く、又は回折光学素子１を断続的に回動させるものであっても良い。

ここで、回折光学素子１が回動することにより、素子面方向における回折光学素子１の傾き角度θが変化するようになっている。傾き角度θが変化することより、被投影面方向における被投影光パターンの傾き角度φが変化するようになっている。

以下、傾き角度θが所定の基準値θｒｅｆと同等の値であるとき（すなわち傾き角度φが所定の基準値φｒｅｆと同等の値であるとき）、かかる状態を「基準状態」という。他方、傾き角度θが基準値θｒｅｆと異なる値であるとき（すなわち傾き角度φが基準値φｒｅｆと異なる値であるとき）、かかる状態を「傾斜状態」という。すなわち、基準値θｒｅｆ及び基準値φｒｅｆの各々は、例えば、０度に設定されている。

このようにして、光パターン生成装置１００の要部が構成されている。

ここで、光パターン生成装置１００における回折光学素子１は、以下のような特徴を有するものである。

すなわち、回折光学素子１の凹凸面部は、複数個の領域（以下「凹凸領域」という。）Ａを含むものである。具体的には、例えば、回折光学素子１の凹凸面部は、互いに隣接する２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２を含むものである。２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２は、例えば、基準状態における回折光学素子１の凹凸面部を左右に二分割してなるものである。

２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２は、互いに異なる凹凸形状を有するものである。これにより、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２は、互いに異なる光パターンＬＰに対応するものである。すなわち、１個の凹凸領域（以下「第１凹凸領域」ということがある。）Ａ＿１は、所定の光パターン（以下「第１光パターン」ということがある。）ＬＰ＿１に対応するものである。これに対して、他の１個の凹凸領域（以下「第２凹凸領域」ということがある。）Ａ＿２は、他の所定の光パターン（以下「第２光パターン」ということがある。）ＬＰ＿２に対応するものである。

光パターン生成装置１００においては、回折光学素子１が回動することにより、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２のうちのレーザ光Ｌ＿１が照射される凹凸領域Ａが切り替わるようになっている。これにより、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２のうちの被投影面Ｐに投影される光パターンＬＰが切り替わるようになっている。すなわち、被投影光パターンが切り替わるようになっている。

以下、基準状態にて第１凹凸領域Ａ＿１にレーザ光Ｌ＿１が照射される状態であるとき、かかる状態を「第１基準状態」ということがある。また、基準状態にて第２凹凸領域Ａ＿２にレーザ光Ｌ＿１が照射される状態であるとき、かかる状態を「第２基準状態」ということがある。また、傾斜状態にて第１凹凸領域Ａ＿１にレーザ光Ｌ＿１が照射される状態であるとき、かかる状態を「第１傾斜状態」ということがある。また、傾斜状態にて第２凹凸領域Ａ＿２にレーザ光Ｌ＿１が照射される状態であるとき、かかる状態を「第２傾斜状態」ということがある。

ここで、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２は、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの形状、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの傾き、又は基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの位置のうちの少なくとも一つが互いに異なるものである。換言すれば、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２は、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの態様が少なくとも部分的に異なるものである。

すなわち、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の形状は、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の形状と異なり得るものである。また、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の傾きは、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の傾きと異なり得るものである。また、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の位置は、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の位置と異なり得るものである。

なお、かかる位置が互いに異なるものであるとき、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２においては、透過光の回折角度が互いに異なるものである。すなわち、第１凹凸領域Ａ＿１における透過光の回折角度が第２凹凸領域Ａ＿２における透過光の回折角度と異なるものである。

図２～図９を参照して後述する具体例（以下「第１具体例」という。）は、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２について、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの形状が互いに異なる場合の例を示している。すなわち、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の形状が「Ａ」字状であるのに対して（図３参照）、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の形状が「Ｂ」字状である（図７参照）。

なお、第１具体例において、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の傾き（図３参照）は、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の傾き（図７参照）と同一である。また、第１具体例において、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の位置（図３参照）は、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の位置（図７参照）と同一である。

これに対して、図１０～図１５を参照して後述する具体例（以下「第２具体例」という。）は、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２について、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの位置が互いに異なる場合の例を示している。すなわち、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の位置が被投影面Ｐの中心部であるのに対して（図１１参照）、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の位置が被投影面Ｐの上端部である（図１３参照）。これは、第１凹凸領域Ａ＿１における透過光の回折角度が第２凹凸領域Ａ＿２における透過光の回折角度と異なることによるものである。

なお、第２具体例において、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の形状（図１１参照）は、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の形状（図１３参照）と同一である。また、第２具体例において、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１の傾き（図１１参照）は、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２の傾き（図１３参照）と同一である。

このように、回折光学素子１は、１枚の基板を用いたものでありながら、その凹凸面部に複数個の凹凸領域Ａを含むものである。かかる回折光学素子１の製造には、公知の種々の技術を用いることができる。これらの技術についての詳細な説明は省略する。

具体的には、例えば、回折光学素子１は、複数個の凹凸領域Ａを有する１枚の基板に対する切り出しにより製造されたものである。すなわち、回折光学素子１は、特許文献１の段落［００４０］に記載された製造方法と同様の製造方法により製造されたものである。これにより、複数個の凹凸領域Ａに対応する複数枚の基板（例えば２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２に対応する２枚の基板）を用いて回折光学素子１を製造する場合に比して、回折光学素子１の製造コストを低減することができる。換言すれば、複数個の凹凸領域Ａに対応する複数枚の回折光学素子（例えば２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２に対応する２枚の回折光学素子）を用いる場合に比して、光パターン生成装置１００の製造コストを低減することができる。

次に、図２～図９を参照して、回折光学素子１及び被投影光パターンに係る第１具体例について説明する。

なお、第１具体例において、回動機構３は、回折光学素子１を紙面反時計回り方向に回動させるものとする。また、回折光学素子１における光軸Ｏに対応する位置のＸＹ座標は、かかる回動に対して一定であるものとする。また、中心位置ＣのＸＹ座標も、かかる回動に対して一定であるものとする。

図２に示す如く、第１基準状態においては、回折光学素子１の凹凸面部の左半部が第１凹凸領域Ａ＿１に対応するものとなり、かつ、回折光学素子１の凹凸面部の右半部が第２凹凸領域Ａ＿２に対応するものとなる。他方、図６に示す如く、第２基準状態においては、回折光学素子１の凹凸面部の右半部が第１凹凸領域Ａ＿１に対応するものとなり、かつ、回折光学素子１の凹凸面部の左半部が第２凹凸領域Ａ＿２に対応するものとなる。

図３に示す如く、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１は、被投影面Ｐの中心部に配置された非傾斜の「Ａ」字状のパターンとなる。すなわち、第１凹凸領域Ａ＿１における凹凸形状は、かかる「Ａ」字状のパターンに対応するものである。他方、図７に示す如く、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２は、被投影面Ｐの中心部に配置された非傾斜の「Ｂ」字状のパターンとなる。すなわち、第２凹凸領域Ａ＿２における凹凸形状は、かかる「Ｂ」字状のパターンに対応するものである。

このように、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２は、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの形状が互いに異なるものである（図３及び図７参照）。

第１基準状態に対して、回動機構３が回折光学素子１をθ度回動させることにより、第１傾斜状態が実現される（図４及び図５参照）。このとき、回折光学素子１の回動に応じて第１光パターンＬＰ＿１が傾く。この結果、第１光パターンＬＰ＿１の傾き角度φは、回折光学素子１の傾き角度θと同等の値となる。

第１基準状態に対して、回動機構３が回折光学素子１を１８０度回動させることにより、第２基準状態が実現される（図６及び図７参照）。または、第１傾斜状態に対して、回動機構３が回折光学素子１を（１８０－θ）度回動させることにより、第２基準状態が実現される（図６及び図７参照）。

第２基準状態に対して、回動機構３が回折光学素子１をθ度回動させることにより、第２傾斜状態が実現される（図８及び図９参照）。このとき、回折光学素子１の回動に応じて第２光パターンＬＰ＿２が傾く。この結果、第２光パターンＬＰ＿２の傾き角度φは、回折光学素子１の傾き角度θと同等の値となる。

このように、第１具体例においては、１枚の回折光学素子１を用いて４種類の被投影光パターンを実現することができる（図３、図５、図７及び図９参照）。また、第１傾斜状態における傾き角度θを異ならしめることにより、異なる傾き角度φに対応する第１光パターンＬＰ＿１を実現することができる。また、第２傾斜状態における傾き角度θを異ならしめることにより、異なる傾き角度φに対応する第２光パターンＬＰ＿２を実現することができる。これにより、被投影光パターンのバリエーションを更に増やすことができる。

換言すれば、光パターン生成装置１００により実現される被投影光パターンの種類に対して、回折光学素子１における凹凸領域Ａの個数を低減することができる。これにより、回折光学素子１の設計を容易にすることができる。この結果、光パターン生成装置１００の製造コストを更に低減することができる。

次に、図１０～図１５を参照して、回折光学素子１及び被投影光パターンに係る第２具体例について説明する。

なお、第２具体例において、回動機構３は、回折光学素子１を紙面反時計回り方向に回動させるものとする。また、回折光学素子１における光軸Ｏに対応する位置のＸＹ座標は、かかる回動に対して一定であるものとする。また、中心位置ＣのＸＹ座標も、かかる回動に対して一定であるものとする。

図１０に示す如く、第１基準状態においては、回折光学素子１の凹凸面部の左半部が第１凹凸領域Ａ＿１に対応するものとなり、かつ、回折光学素子１の凹凸面部の右半部が第２凹凸領域Ａ＿２に対応するものとなる。他方、図１２に示す如く、第２基準状態においては、回折光学素子１の凹凸面部の右半部が第１凹凸領域Ａ＿１に対応するものとなり、かつ、回折光学素子１の凹凸面部の左半部が第２凹凸領域Ａ＿２に対応するものとなる。

図１１に示す如く、第１基準状態における第１光パターンＬＰ＿１は、被投影面Ｐの中心部に配置された上方矢印状のパターンとなる。すなわち、第１凹凸領域Ａ＿１における凹凸形状は、かかる矢印状のパターンに対応するものである。他方、図１３に示す如く、第２基準状態における第２光パターンＬＰ＿２は、被投影面Ｐの上端部に配置された上方矢印状のパターンとなる。すなわち、第２凹凸領域Ａ＿２における凹凸形状は、かかる矢印状のパターンに対応するものである。

このように、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２は、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの位置が互いに異なるものである（図１１及び図１３参照）。

第１基準状態に対して、回動機構３が回折光学素子１を１８０度回動させることにより、第２基準状態が実現される（図１２及び図１３参照）。

第２基準状態に対して、回動機構３が回折光学素子１をθ度回動させることにより、第２傾斜状態が実現される（図１４及び図１５参照）。このとき、回折光学素子１の回動に応じて第２光パターンＬＰ＿２が傾く。この結果、第２光パターンＬＰ＿２の傾き角度φは、回折光学素子１の傾き角度θと同等の値となる。

このように、第２具体例においては、１枚の回折光学素子１を用いて３種類の被投影光パターンを実現することができる（図１１、図１３及び図１５参照）。これに加えて、第１傾斜状態（不図示）を用いることにより、４種類の被投影光パターンを実現することもできる。また、第２傾斜状態における傾き角度θを異ならしめることにより、異なる傾き角度φに対応する第２光パターンＬＰ＿２を実現することができる。さらに、第１傾斜状態（不図示）における傾き角度θを異ならしめることにより、異なる傾き角度φに対応する第１光パターンＬＰ＿１を実現することもできる。これにより、被投影光パターンのバリエーションを更に増やすことができる。

換言すれば、光パターン生成装置１００により実現される被投影光パターンの種類に対して、回折光学素子１における凹凸領域Ａの個数を低減することができる。これにより、回折光学素子１の設計を容易にすることができる。この結果、光パターン生成装置１００の製造コストを更に低減することができる。

ここで、以下のような構成を採用することにより、複数種類の被投影光パターンによるアニメーションを実現することができる。具体的には、例えば、上記３種類の被投影光パターン又は上記４種類の被投影光パターンを用いて、矢印が動くアニメーションを実現することができる。

すなわち、レーザ光源２は、パルス駆動によりレーザ光Ｌ＿１を出力する。これにより、レーザ光源２は、パルス駆動におけるパルスタイミングに応じたタイミングにて断続的にレーザ光Ｌ＿１を出力する。

このとき、回動機構３は、パルス駆動におけるパルスタイミングに応じたタイミングにて断続的に回折光学素子１を回動させる。すなわち、パルス駆動におけるパルスタイミングに対して、回動機構３による回動のタイミングを同期させる。各回の回動における回動量（すなわち傾き角度θの変化量Δθ）を設定することにより、各回のレーザ光Ｌ＿１の出力時における被投影光パターンの傾き角度φを制御することができるとともに、被投影光パターンが切り替わるタイミングを制御することができる。

これにより、複数種類の被投影光パターンによるアニメーションを実現することができる。また、所望の傾き角度φと異なる傾き角度φに対応する光パターンＬＰが被投影面Ｐに投影されるのを回避することができる。

次に、光パターン生成装置１００の変形例について説明する。

第１具体例（図２～図９参照）及び第２具体例（図１０～図１５参照）においては、回折光学素子１の凹凸面部の全体に凹凸形状が設けられている。これに対して、回折光学素子１の凹凸面部における一部の部位に凹凸形状が設けられているものであっても良い。換言すれば、回折光学素子１の凹凸面部における残余の部位に凹凸形状が設けられていないものであっても良い。かかる凹凸形状は、回折光学素子１の凹凸面部におけるレーザ光Ｌが透過し得る領域に設けられているものであれば良い。

第１具体例（図２～図９参照）及び第２具体例（図１０～図１５参照）においては、回折光学素子１の形状が１枚の矩形板状である。しかしながら、回折光学素子１の形状は、かかる矩形板状に限定されるものではない。回折光学素子１の形状は、レーザ光Ｌが個々の凹凸領域Ａを透過可能な形状であれば良い。

第１具体例（図２～図９参照）及び第２具体例（図１０～図１５参照）においては、回折光学素子１の凹凸面部が２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２を含むものである。しかしながら、回折光学素子１の凹凸面部における凹凸領域Ａの個数は、２個に限定されるものではない。回折光学素子１の凹凸面部は、３個以上の凹凸領域Ａを含むものであっても良い。すなわち、回折光学素子１の凹凸面部は、互いに異なる光パターンＬＰに対応する複数個の凹凸領域Ａを含むものであれば良い。

ただし、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２を用いることにより、以下のような効果が得られる。すなわち、凹凸領域Ａの個数が２個に限定されている場合、被投影光パターンに係る傾きの角度範囲が－９０°～＋９０°になる。これにより、かかる傾きの設定の自由度を向上することができる。

例えば、いわゆる「路面ライティング」に光パターン生成装置１００が用いられるものであるとする。この場合において、第２具体例に係る矢印状のパターンを用いることにより、車両（乗用車、特殊車両、工場における自走ロボット等）の進行方向を－９０°～＋９０°の範囲内にて路面に表示することができる。これにより、動的障害物（他車両、歩行者等）が当該車両に衝突するのを回避することができる。当該車両によるバック走行を考慮しない場合、かかる範囲内にて矢印状のパターンを回転させることにより、当該車両による全ての進行方向に対応することができる。これは、凹凸領域Ａの個数が２個に限定されていることによる有利な効果である。

なお、凹凸領域Ａの個数が増加することにより、かかる傾きの設定の自由度が低下するものの、被投影光パターンの種類を増やすことができる。光パターン生成装置１００の用途によっては、被投影光パターンの種類を増やすことが要求される。このような場合、凹凸領域Ａの個数を増やすのが好適である。

第１具体例（図２～図９参照）及び第２具体例（図１０～図１５参照）においては、基準状態における回折光学素子１の凹凸面部を左右に二分割することにより２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２が設定されている。換言すれば、複数個の凹凸領域Ａを実現するための凹凸面部の分割方向が基準状態における左右方向（図中Ｘ軸方向）に設定されている。しかしながら、かかる分割方向は、基準状態における左右方向（図中Ｘ軸方向）に限定されるものではない。かかる分割方向は、回折光学素子１の回動による被投影光パターンの切替えが実現される方向であれば、如何なる方向に設定されたものであっても良い。

第１具体例（図２～図９参照）及び第２具体例（図１０～図１５参照）においては、回動機構３が回折光学素子１を紙面反時計回り方向に回動させるものである。しかしながら、回動機構３による回折光学素子１の回動方向は、かかる方向に限定されるものではない。すなわち、回動機構３は、回折光学素子１を紙面反時計回り方向に回動させるのに代えて又は加えて、回折光学素子１を紙面時計回り方向に回動させるものであっても良い。

回折光学素子１における光軸Ｏに対応する位置は、図２～図１５に示す例に限定されるものではない。回折光学素子１における光軸Ｏに対応する位置は、個々の傾き角度θにおいて、複数個の凹凸領域Ａのうちの対応する凹凸領域Ａに含まれる位置であれば良い。

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、位相型の回折光学素子１と、回折光学素子１にレーザ光Ｌを照射するレーザ光源２と、回折光学素子１を素子面方向に回動させる回動機構３と、を備え、回折光学素子１の凹凸面部は、互いに異なる複数個の光パターンＬＰに対応する複数個の凹凸領域Ａを含み、回折光学素子１の回動に応じて複数個の凹凸領域Ａのうちのレーザ光Ｌが照射される凹凸領域Ａが切り替わることにより、複数個の光パターンＬＰのうちの被投影面Ｐにおける被投影光パターンが切り替わるものであり、回折光学素子１の回動に応じて素子面方向における回折光学素子１の傾き角度θが変化することにより、被投影面方向における被投影光パターンの傾き角度φが変化するものである。これにより、１枚の回折光学素子１を用いて、被投影光パターンを切り替えることができるとともに、被投影光パターンの傾き角度φを変化させることができる。

また、複数個の凹凸領域Ａは、互いに隣接する２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２を含み、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２における透過光の回折角度が互いに異なるものである。これにより、例えば、第２具体例に係る回折光学素子１を実現することができる。

また、レーザ光源２は、パルス駆動によりレーザ光Ｌを出力するものであり、回動機構３は、パルス駆動におけるパルスタイミングに応じたタイミングにて回折光学素子１を回動させるものである。これにより、複数種類の被投影光パターンによるアニメーションを実現することができる。また、所望の傾き角度φと異なる傾き角度φに対応する光パターンＬＰが被投影面Ｐに投影されるのを回避することができる。

また、レーザ光Ｌは、単一波長光を用いたものである。これにより、単一波長光を用いて、被投影光パターンを切り替えることができるとともに、被投影光パターンの傾き角度φを変化させることができる。

また、複数個の凹凸領域Ａは、互いに隣接する２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２を含み、複数個の光パターンＬＰは、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２に対応する２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２を含み、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２は、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの形状が互いに異なるものである。かかる形状の相違により、被投影光パターンのバリエーションを増やすことができる。

また、複数個の凹凸領域Ａは、互いに隣接する２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２を含み、複数個の光パターンＬＰは、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２に対応する２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２を含み、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２は、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの傾きが互いに異なるものである。かかる傾きの相違により、被投影光パターンのバリエーションを増やすことができる。

また、複数個の光パターンＬＰは、２個の凹凸領域Ａ＿１，Ａ＿２に対応する２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２を含み、２個の光パターンＬＰ＿１，ＬＰ＿２は、基準状態にて被投影面Ｐに投影されたときの位置が互いに異なるものである。かかる位置の相違により、被投影光パターンのバリエーションを増やすことができる。

なお、本願開示はその開示の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係る光パターン生成装置は、例えば、路面ライティング、材料加工、印刷、光学計測又は照明に用いることができる。

１ 回折光学素子、２ レーザ光源、３ 回動機構、１００ 光パターン生成装置。

Claims (7)

1. 位相型の板状の回折光学素子と、前記回折光学素子にレーザ光を照射するレーザ光源と、前記回折光学素子を前記回折光学素子の板面に沿う方向である素子面方向に回動させる回動機構と、を備え、
   前記回折光学素子の凹凸面部は、互いに異なる複数個の光パターンに対応する複数個の凹凸領域を含み、
   前記回折光学素子の回動に応じて前記複数個の凹凸領域のうちの前記レーザ光が照射される凹凸領域が切り替わることにより、前記複数個の光パターンのうちの被投影面における被投影光パターンが切り替わるものであり、
   前記回折光学素子の回動に応じて、前記回折光学素子の回動前における前記板面に設定された方向軸と、前記回折光学素子の回動後における前記方向軸とがなす角である、前記素子面方向における前記回折光学素子の傾き角度が変化することにより、前記被投影面に沿う方向である被投影面方向における前記切り替わった後の被投影光パターンの、前記被投影面の面内に設定された方向軸と、前記各被投影光パターンの向きを示す方向軸とがなす角である傾き角度が変化するものである
   ことを特徴とする光パターン生成装置。
2. 前記複数個の凹凸領域は、互いに隣接する２個の凹凸領域を含み、
   前記２個の凹凸領域における透過光の回折角度が互いに異なるものである
   ことを特徴とする請求項１記載の光パターン生成装置。
3. 前記レーザ光源は、パルス駆動により前記レーザ光を出力するものであり、
   前記回動機構は、前記パルス駆動におけるパルスタイミングに応じたタイミングにて前記回折光学素子を回動させるものである
   ことを特徴とする請求項１記載の光パターン生成装置。
4. 前記レーザ光は、単一波長光を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の光パターン生成装置。
5. 前記複数個の凹凸領域は、互いに隣接する２個の凹凸領域を含み、
   前記複数個の光パターンは、前記２個の凹凸領域に対応する２個の光パターンを含み、
   前記２個の光パターンは、基準状態にて前記被投影面に投影されたときの形状が互いに異なるものである
   ことを特徴とする請求項１記載の光パターン生成装置。
6. 前記複数個の凹凸領域は、互いに隣接する２個の凹凸領域を含み、
   前記複数個の光パターンは、前記２個の凹凸領域に対応する２個の光パターンを含み、
   前記２個の光パターンは、基準状態にて前記被投影面に投影されたときの傾きが互いに異なるものである
   ことを特徴とする請求項１記載の光パターン生成装置。
7. 前記複数個の光パターンは、前記２個の凹凸領域に対応する２個の光パターンを含み、
   前記２個の光パターンは、基準状態にて前記被投影面に投影されたときの位置が互いに異なるものである
   ことを特徴とする請求項２記載の光パターン生成装置。

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