JP7446540B2

JP7446540B2 - 動的光パターン生成装置

Info

Publication number: JP7446540B2
Application number: JP2023557663A
Authority: JP
Inventors: ゆかり宮城; 隆典山内; 隼也西岡; 勇人佐野; 翔太越川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-02-04
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2042-02-04
Also published as: WO2023148907A1; JPWO2023148907A1

Description

本開示は、動的光パターン生成装置に関する。

従来、１枚の回折光学素子を用いて、複数の光パターンを生成する光パターン生成装置が提供されている。このような、従来の光パターン生成装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特表２０１３－５０５４７２号公報

特許文献１に開示された光パターン生成装置は、光源から出射された光ビームを、液晶セルに入射させ、液晶セルに印加する電圧を変化させることで、当該液晶セルを透過する光ビームの位相分布を変化させるものである。このため、特許文献１に開示された光パターン生成装置は、液晶セルにおいて分岐した各光ビームの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に開示された光パターン生成装置は、１つの光源を備えている。また、映し出した１つの光パターンの明るさは、光源の出力に依存する。このため、特許文献１に開示された光パターン生成装置は、１枚の回折光学素子を用いて、複数の光パターンを生成することができるが、１つの光パターンにおいて、その照度を部分的に変更することができない。

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、部分的に照度が変更可能な光パターンを生成することができる動的光パターン生成装置を提供することを目的としている。

本開示に係る動的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、レーザ光源の光軸を回転中心として回転可能に支持され、レーザ光源から出射されたレーザ光を吸収及び透過可能とするマスクと、マスクを透過したレーザ光の位相を変更し、互いに異なる部分光パターンを生成する位相分布を持つ回折光をそれぞれ出射する第１回折光学素子要素及び第２回折光学素子要素を、同一平面上に有する回折光学素子とを備え、第１回折光学素子要素は、マスクが回転することにより、照度が常時一定となる部分光パターンを生成し、第２回折光学素子要素は、マスクが回転することにより、照度が徐々に変化する部分光パターンを生成するものである。

本開示によれば、部分的に照度が変更可能な光パターンを生成することができる

実施の形態１に係る動的光パターン生成装置の平面図である。図１におけるレーザ光のＡ－Ａ矢視断面図である。マスクの正面図である。回折光学素子の正面図である。一方の回折光学素子要素によって生成される部分光パターンを示す図である。他方の回折光学素子要素によって生成される部分光パターンを示す図である。ｘｙ平面上におけるレーザ光とマスクと回折光学素子との位置関係を示す図である。図７Ａは、回転したマスクにおける透過部の長辺がｘ軸方向に対して平行となる場合の位置関係を示す図である。図７Ｂは、回転したマスクにおける透過部の長辺がｙ軸方向に対して傾斜する場合の位置関係を示す図である。図７Ｃは、回転したマスクにおける透過部の長辺がｙ軸方向に対して平行となる場合の位置関係を示す図である。回折光学素子によって生成される光パターンを示す図である。図８Ａは、一方の部分光パターンが一定の照度で常時点灯し、他方の部分光パターンが照度を変更しつつ点灯した状態を示す図である。図８Ｂは、２つの部分光パターンが同じ照度で点灯した状態を示す図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本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．
実施の形態１に係る動的光パターン生成装置１０について、図１から図８を用いて説明する。

先ず、動的光パターン生成装置１０の構成について、図１から図６を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る動的光パターン生成装置１０の平面図である。図２は、図１におけるレーザ光２０のＡ－Ａ矢視断面図である。図３は、マスク１３の正面図である。図４は、回折光学素子１５の正面図である。図５は、一方の回折光学素子要素１５ａによって生成される部分光パターン２１を示す図である。図６は、他方の回折光学素子要素１５ｂによって生成される部分光パターン２２を示す図である。

図１に示すように、動的光パターン生成装置１０は、１つの基台１１、１つのレーザ光源１２、１つのマスク１３、１つの回転機構１４、及び、１つの回折光学素子１５を備えている。また、動的光パターン生成装置１０に対向して、像面３０が設けられている。

ここで、動的光パターン生成装置１０の座標系は、ｘ軸、ｙ軸、及び、ｚ軸からなる直交座標系となっている。例えば、ｘ軸方向は、動的光パターン生成装置１０の横方向（幅方向）である。ｙ軸方向は、動的光パターン生成装置１０の高さ方向である。ｚ軸方向は、動的光パターン生成装置１０の縦方向（長さ方向）であり、後述する光軸１２ａに平行となる方向である。

基台１１は、レーザ光源１２、マスク１３、回転機構１４、及び、回折光学素子１５を支持するものである。この基台１１の表面には、レーザ光源１２、マスク１３、回転機構１４、及び、回折光学素子１５が取り付けられている。

レーザ光源１２は、単一波長のレーザ光２０を出射する光源である（図２参照）。このレーザ光源１２の光軸１２ａは、当該レーザ光源１２から出射されたレーザ光２０の中心軸であって、マスク１３及び回折光学素子１５の対象軸となる。なお、レーザ光源１２は、例えば、半導体レーザ、又は、ファイバレーザ、或いは、固体レーザである。

図２に示すように、レーザ光２０の横断面は、例えば、楕円形をなしている。レーザ光２０の横断面は、長軸及び短軸を有している。長軸は、ｙ軸方向に平行であり、当該長軸の長さは、ｈとなっている。短軸は、ｘ軸方向に平行であり、当該短軸の長さは、ｗとなっている。

マスク１３は、円板状をなしている。このマスク１３の中心軸（回転軸）と光軸１２ａとは、同軸上に配置されている。そして、マスク１３は、光軸１２ａを回転中心として、回転可能に基台１１に支持されている。なお、マスク１３の形状は、円形に限らず、矩形又は三角形等であっても良い。

図３に示すように、マスク１３は、入射されたレーザ光２０の一部を吸収又は反射し、その一部と異なる部分を透過させるものである。具体的には、マスク１３は、吸収部１３ａ及び透過部１３ｂを有している。

吸収部１３ａは、レーザ光２０を吸収又は反射するものである。吸収部１３ａは、例えば、入射されたレーザ光２０を吸収又は反射する材料で形成されている。又は、吸収部１３ａには、例えば、入射されたレーザ光２０を吸収又は反射するコーティングが施されている。

透過部１３ｂは、レーザ光２０を透過させるものである。透過部１３ｂは、例えば、ガラス又は樹脂等の、入射されたレーザ光２０を透過する材料で形成されている。又は、透過部１３ｂは、空間（孔）であっても良い。

透過部１３ｂは、マスク１３の中心部に形成されている。この透過部１３ｂは、例えば、矩形又は楕円形をなしている。図３は、透過部１３ｂがｙ軸方向に延びる矩形をなした例を示している。この図３に示すように、透過部１３ｂのｙ軸方向の長さは、ｈとなっており、レーザ光２０の長軸の長さｈと同じ長さとなっている。透過部１３ｂのｘ軸方向の長さは、ｗとなっており、レーザ光２０の短軸の長さｗと同じ長さとなっている。光軸１２ａは、透過部１３ｂの中心を通過している。また、吸収部１３ａは、透過部１３ｂの周囲を囲むように配置されている。

回転機構１４は、マスク１３を、光軸１２ａを回転中心として、回転させるものである。この回転機構１４は、例えば、モータ及びギヤを有している。これに対して、マスク１３は、ギヤを有している。回転機構１４のギヤとマスク１３のギヤとは、噛み合っている。このため、回転機構１４は、モータを駆動することで、ギヤを回転させて、マスク１３のギヤを回転させる。この結果、マスク１３は、光軸１２ａを回転中心として回転する。

回折光学素子１５は、入射されたレーザ光２０を所定の光パターン２３（図８参照）に形成するものである。光パターン２３は、部分光パターン２１，２２から構成されるものである。具体的には、回折光学素子１５は、ガラス又は樹脂等の材料で形成された基板上に、表面形状（例えば、スリット形状又は凹凸形状等）を周期的に設けた光学素子である。このため、回折光学素子１５は、その表面形状の影響で発生する回折光を使用して、入射されたレーザ光２０を、像面３０において、目的の強度分布となる光パターン２３に変換する。

ここで、回折光学素子１５によって生成された入射光の位相分布のフーリエ変換像が、伝搬後に生成される光パターンとなる。例えば、入射光の位相分布が矩形関数である場合、伝搬後の光パターンは、矩形関数のフーリエ変換像であるsinc関数となる。即ち、回折光学素子１５は、入射光が入射される表面上の位置に応じて、入射光の位相を変更するための表面形状を有している。このため、回折光学素子１５への入射光は、当該回折光学素子１５によって位相変調され、表面形状に応じた位相分布となる。そして、回折光学素子１５から出射された回折光は、像面３０まで伝搬し、表面形状に応じた位相分布を持つフーリエ変換像である、光パターンを生成する。回折光学素子１５の出射面での光の位相分布は、その表面形状によって生成されるため、一種の表面形状を有する回折光学素子１５によって生成される光パターンは、一種の光パターンとなる。従って、従来の構成においては、点灯パターンが異なる光パターンごとに、レーザ光源１２と回折光学素子１５とが必要となる。

また、回折光学素子１５の表面形状設計方法としては、反復フーリエ変換法がよく用いられる。反復フーリエ変換法は、離散フーリエ変換の周期性を用いた計算アルゴリズムであり、分布の周期性を前提条件として計算される。このため、実際の回折光学素子１５の表面形状分布も、反復フーリエ変換法で求めた位相分布を複数並べた周期的な分布となっている。

入射光が１つの位相分布を透過する場合、生成される光パターンは、回折光学素子１５の出射面での光の位相分布と矩形関数との畳込み積分となるため、設計に用いた光の強度分布よりもぼやけた分布となる。このため、現在使用されている回折光学素子１５は、光の位相分布が複数枚並んだものが使用されている。光の位相分布の繰返し数が多い程、干渉による強め合い強度が大きくなるため、より明暗が強い光パターンが生成される。よって、回折光学素子１５の全面を光が透過せず、その一部を透過する場合でも、当該回折光学素子１５は、光パターンを生成することができる。生成される光パターンの明るさは、回折光学素子１５を透過する光の強度に依存する。このため、光の強度が弱くなると、光パターンの明るさは暗くなる。一方、光の強度が強くなると、光パターンの明るさは明るくなる。

そこで、回折光学素子１５は、例えば、矩形又は楕円形をなしている。図４は、回折光学素子１５がｙ軸方向に延びる矩形をなした例を示している。この図４に示すように、回折光学素子１５のｙ軸方向の長さは、ｈ´となっており、レーザ光２０の長軸の長さｈよりも長くなっている。回折光学素子１５のｘ軸方向の長さは、ｗ´となっており、レーザ光２０の短軸の長さｗよりも長くなっている。

また、図４に示すように、回折光学素子１５は、回折光学素子要素１５ａ，１５ｂを有している。回折光学素子要素１５ａ，１５ｂは、回折光学素子１５の同一平面上に配置されており、生成する部分光パターン２１，２２が互いに異なっている。なお、回折光学素子要素１５ａは、第１回折光学素子要素を構成し、回折光学素子要素１５ｂは、第２回折光学素子要素を構成するものである。

図５に示すように、回折光学素子要素１５ａは、レーザ光２０を透過させることで、回折光による部分光パターン２１を生成する。この生成された部分光パターン２１は、像面３０に映し出される。部分光パターン２１は、常時点灯する光パターンである。この部分光パターン２１は、例えば、互いに平行に配置された２本の直線から構成されている。

また、回折光学素子要素１５ａの中心軸は、マスク１３の中心軸及び光軸１２ａと同軸状に配置されている。回折光学素子要素１５ａのｙ軸方向の長さは、ｗとなっており、レーザ光２０の短軸の長さｗと同じ長さになっている。回折光学素子要素１５ａのｘ軸方向の長さは、ｗ´となっており、レーザ光２０の短軸の長さｗよりも長くなっている。

図６に示すように、回折光学素子要素１５ｂは、レーザ光２０を透過させることで、回折光による部分光パターン２２を生成する。この生成された部分光パターン２２は、像面３０に映し出される。部分光パターン２２は、徐々に点灯した後、徐々に消灯する光パターンである。この部分光パターン２２は、例えば、一方向に向けて直線状に並んだ複数の矢印から構成されている。

また、回折光学素子要素１５ｂは、回折光学素子要素１５ａをｙ軸方向両側から挟み込むように、当該回折光学素子要素１５ａに隣接して配置されている。回折光学素子要素１５ａのｘ軸方向の長さは、ｗ´となっており、レーザ光２０の短軸の長さｗよりも長くなっている。

即ち、回折光学素子１５のｙ軸方向の長さｈ´は、１つの回折光学素子要素１５ａと２つの回折光学素子要素１５ｂとをｙ軸方向に沿って並べた長さであって、レーザ光２０の長軸の長さｈよりも長くなっている。また、回折光学素子１５のｘ軸方向の長さｗ´は、回折光学素子要素１５ａ，１５ｂのＸ軸方向の長さであって、レーザ光２０の短軸の長さｗよりも長くなっている。

なお、図４に示す回折光学素子１５の構成は一例であり、必ずしも、マスク１３の透過部１３ｂと同じ形状でなくても良い。例えば、回折光学素子１５は、ｙ軸方向の長さとｘ軸方向の長さとが同じ長さとなる、矩形又は楕円形をなしても良い。

像面３０は、入射された回折光を反射又は散乱し、当該回折光による光パターン２３を映し出すものである。この像面３０は、回折光学素子１５から光軸方向に向けて所定距離以上離れた、回折光学素子１５から出射された回折光のフラウンホーファ領域に配置されている。

次に、動的光パターン生成装置１０の動作について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、ｘｙ平面上におけるレーザ光２０とマスク１３と回折光学素子１５との位置関係を示す図である。図８は、回折光学素子１５によって生成される光パターン２３を示す図である。

先ず、レーザ光源１２から出射されたレーザ光２０は、マスク１３に入射される。このとき、吸収部１３ａに入射されたレーザ光２０は、当該吸収部１３ａに吸収される。また、透過部１３ｂに入射されたレーザ光２０は、当該透過部１３ｂを透過した後、回折光学素子１５に入射される。続いて、回折光学素子１５に入射されたレーザ光２０は、当該回折光学素子１５によって位相変調され、表面形状に応じた位相分布となる。そして、回折光学素子１５から出射された回折光は、像面３０に向けて伝搬し、その像面３０に対して、回折光学素子１５の表面形状に応じた位相分布を持つ波面のフーリエ変換像である、光パターン２３を生成する。

ｘｙ平面上におけるレーザ光２０の位置は、図２に示し、ｘｙ平面上における回折光学素子１５の位置は、図４に示している。これに対して、マスク１３は、光軸１２ａを回転中心として回転するため、その回転角度によって、透過部１３ｂの向きが変化する。

図７Ａは、透過部１３ｂの向きが、当該透過部１３ｂの長辺がｘ軸方向に対して平行となる向きである場合を示している。この場合、マスク１３に入射されたレーザ光２０の一部は、吸収部１３ａに入射され、当該吸収部１３ａに吸収される。また、マスク１３に入射されたレーザ光２０の一部は、透過部１３ｂを透過した後、回折光学素子１５の回折光学素子要素１５ａに入射される。このため、回折光学素子要素１５ａに入射されたレーザ光２０は、当該回折光学素子要素１５ａの表面形状に応じた位相分布に変換される。そして、回折光学素子要素１５ａから出射された回折光は、像面３０に伝搬する。このとき、図５に示すように、像面３０には、回折光学素子要素１５ａの表面形状に応じた回折光による部分光パターン２１が映し出される。

図７Ｃは、透過部１３ｂの向きが、当該透過部１３ｂの長辺がｙ軸方向に対して平行となる向きである場合を示している。この場合、マスク１３に入射されたレーザ光２０は、透過部１３ｂを通過した後、回折光学素子要素１５ａ，１５ｂのそれぞれに入射される。このため、回折光学素子要素１５ａに入射されたレーザ光２０は、当該回折光学素子要素１５ａの表面形状に応じた位相分布に変換される。そして、回折光学素子要素１５ａから出射された回折光は、像面３０に伝搬する。一方、回折光学素子要素１５ｂに入射されたレーザ光２０は、当該回折光学素子要素１５ｂの表面形状に応じた位相分布に変換される。そして、回折光学素子要素１５ｂから出射された回折光は、像面３０に伝搬する。このとき、図８Ｂに示すように、像面３０には、回折光学素子要素１５ａの表面形状に応じた回折光による部分光パターン２１と、回折光学素子要素１５ｂの表面形状に応じた回折光による部分光パターン２２とが組み合わされた光パターン２３が、映し出される。

図７Ｂは、透過部１３ｂの向きが、当該透過部１３ｂの長辺がｙ軸方向に対して傾斜する向きである場合を示している。この場合、マスク１３に入射されたレーザ光２０の一部は、吸収部１３ａに入射され、当該吸収部１３ａに吸収される。また、マスク１３に入射されたレーザ光２０の一部は、透過部１３ｂを透過した後、回折光学素子１５に入射される。更に、回折光学素子１５に入射されたレーザ光２０の一部は、回折光学素子要素１５ａに入射され、当該回折光学素子要素１５ａの表面形状に応じた位相分布に変換される。そして、回折光学素子要素１５ａから出射された回折光は、像面３０に伝搬する。一方、回折光学素子１５に入射されたレーザ光２０の一部は、回折光学素子要素１５ｂに入射され、当該回折光学素子要素１５ｂの表面形状に応じた位相分布に変換される。そして、回折光学素子要素１５ｂから出射された回折光は、像面３０に伝搬する。このとき、回折光学素子要素１５ｂに向けて入射されるレーザ光２０の一部は、マスク１３の吸収部１３ａに吸収されるため、実際に回折光学素子要素１５ｂに入射されたレーザ光２０は、図７Ｃの場合と比べて、その光強度が弱い。この結果、図８Ａに示すように、像面３０には、回折光学素子要素１５ａの表面形状に応じた回折光による部分光パターン２１と、回折光学素子要素１５ｂの表面形状に応じた回折光による、図７Ｃの場合と比べて照度が低い部分光パターン２２とが組み合わされた光パターン２３が、映し出される。

なお、回折光学素子要素１５ａは、マスク１３が光軸１２ａを回転中心として回転しても、常に透過部１３ｂと対向し、吸収部１３ａとは殆ど対向しない。このため、透過部１３ｂを透過して回折光学素子要素１５ａに入射されたレーザ光２０の光強度は、マスク１３が回転しても、一定となっている。

また、マスク１３の回転は、連続的な回転及び間欠的な回転等であって良い。例えば、マスク１３は、部分光パターン２２の照度が連続的に変化するように回転しても良い。又は、マスク１３は、部分光パターン２２の照度が任意の値となる回転角度位置に回転したときに停止しても良い。

次に、マスク１３の回転時における像面３０に生成された光パターン２３について説明する。この例として、マスク１３が光軸１２ａを回転中心として時計回りに回転する場合を説明する。なお、回折光学素子要素１５ａの表面形状は、図５に示す部分光パターン２１を目標とする光の強度分布として設計されたものである。また、回折光学素子要素１５ｂの表面形状は、図６に示す部分光パターン２２を目標とする光の強度分布として設計されたものとする。

先ず、マスク１３が図７Ａに示す回転角度位置に配置される場合、レーザ光２０は、回折光学素子１５の回折光学素子要素１５ａのみに入射されるため、像面３０には、回折光学素子要素１５ａから出射された回折光による部分光パターン２１のみが生成される。

次いで、マスク１３が図７Ａに示す回転角度位置から図７Ｂに示す回転角度位置に回転するまで、レーザ光２０は、回折光学素子要素１５ａの全域と、回折光学素子要素１５ｂの一部とに入射される。このため、図８Ａに示すように、像面３０には、回折光学素子要素１５ａから出射された回折光による部分光パターン２１と、回折光学素子要素１５ｂから出射された回折光による照度が低い部分光パターン２２とが、生成される。

ここで、マスク１３は、図７Ａに示す回転角度位置から、図７Ｂに示す回転角度位置を介して、図７Ｃに示す回転角度位置まで回転する。このとき、回折光学素子要素１５ｂに入射されたレーザ光２０の光の強度は、マスク１３の回転角度が大きくなるに従って、強くなる。また、回折光学素子要素１５ａに入射されたレーザ光２０の光の強度は、マスク１３の回転角度が大きくなっても一定である。このため、動的光パターン生成装置１０は、マスク１３を図７Ａに示す回転角度位置から図７Ｃに示す回転角度位置まで回転させることによって、照度が常時一定となる部分光パターン２１と、照度が徐々に高くなる部分光パターン２２とを組み合わせた光パターン２３を、像面３０に生成することができる。

また、マスク１３が図７Ｃに示す回転角度位置に配置される場合、レーザ光２０は、マスク１３の吸収部１３ａに入射されないため、回折光学素子要素１５ｂに入射されたレーザ光２０の光の強度は最大となる。このため、図８Ｂに示すように、像面３０には、回折光学素子要素１５ａから出射された回折光による部分光パターン２１と、回折光学素子要素１５ｂから出射された回折光による照度が高い部分光パターン２２とが、生成される。

次いで、マスク１３が図７Ｃに示す回転角度位置から図７Ａに示す回転角度位置に回転するまで、レーザ光２０は、回折光学素子要素１５ａの全域と、回折光学素子要素１５ｂの一部とに入射される。このため、図８Ａに示すように、像面３０には、回折光学素子要素１５ａから出射された回折光による部分光パターン２１と、回折光学素子要素１５ｂから出射された回折光による照度が低い部分光パターン２２とが、生成される。

このとき、回折光学素子要素１５ｂに入射されたレーザ光２０の光の強度は、マスク１３の回転角度が大きくなるに従って、弱くなる。また、回折光学素子要素１５ａに入射されたレーザ光２０の光の強度は、マスク１３の回転角度が大きくなっても一定である。このため、動的光パターン生成装置１０は、マスク１３を図７Ｃに示す回転角度位置から図７Ａに示す回転角度位置まで回転させることによって、照度が常時一定となる部分光パターン２１と、照度が徐々に低くなる部分光パターン２２とを組み合わせた光パターン２３を、像面３０に生成することができる。

従って、動的光パターン生成装置１０は、１つのレーザ光源１２及び１枚の回折光学素子１５を設け、レーザ光２０の横断面における長軸の長さ及び短軸の長さと同じ長さとなる長軸及び短軸を有する透過部１３ｂを備えるマスク１３を回転させることにより、照度が常時一定となる部分光パターン２１と、照度が徐々に変化する部分光パターン２２とを組み合わせた光パターン２３を生成することができる。言い換えれば、動的光パターン生成装置１０は、常時点灯する部分光パターン２１と、点灯と消灯とを繰り返す部分光パターン２２とを組み合わせた光パターン２３を生成することができる。また、動的光パターン生成装置１０は、マスク１３を任意の回転角度位置に位置決めすることにより、部分光パターン２２の照度を任意の値に設定することができる。

一般的に、回折光学素子１５は、１枚の板状の基板上に、光パターンを生成する位相分布に応じた凹凸形状を形成した後、１つの素子に切り出しを行うことで製造される。従って、図４に示すような、互いに部分光パターン２１，２２が異なる回折光学素子要素１５ａ，１５ｂを有する１枚の回折光学素子１５であっても、回折光学素子要素１５ａ，１５ｂをそれぞれ製造し、それらを互いに組み合わせなくても、１度で製造することができる。このため、動的光パターン生成装置１０は、部分光パターン２１，２２ごとに回折光学素子１５を製造する必要が無く、複数の回折光学素子要素１５ａ，１５ｂを有する１枚の回折光学素子１５を製造すれば良い。この結果、動的光パターン生成装置１０は、製造コストを抑制することができる。

また、像面３０に映し出される部分光パターン２１，２２の生成位置は、光軸１２ａの軸方向、回折光学素子１５の回折角度、及び、回折光学素子１５の光軸１２ａに対する設置角度に依存する。このため、動的光パターン生成装置１０は、複数の部分光パターン２１，２２を生成する場合でも、レーザ光源１２及び回折光学素子１５の設置位置を固定しているため、装置組み立て時において、部分光パターン２１，２２の生成位置を調整する必要が無い。この結果、動的光パターン生成装置１０は、当該装置の組み立てを容易にすることができる。

更に、動的光パターン生成装置１０は、互いに点灯パターンが異なる部分光パターン２１，２２を、１つのレーザ光源１２、１つのマスク１３、及び、１枚の回折光学素子１５によって生成しているため、部分光パターン２１，２２のそれぞれの点灯パターンごとに、レーザ光源１２、マスク１３、及び、回折光学素子１５を備える必要が無い。この結果、動的光パターン生成装置１０は、製造コストを抑制することができる。

以上、実施の形態１に係る動的光パターン生成装置１０は、レーザ光２０を出射するレーザ光源１２と、レーザ光源１２の光軸１２ａを回転中心として回転可能に支持され、レーザ光源１２から出射されたレーザ光２０を吸収及び透過可能とするマスク１３と、マスク１３を透過したレーザ光２０の位相を変更し、互いに異なる部分光パターン２１，２２を生成する位相分布を持つ回折光をそれぞれ出射する複数の回折光学素子要素１５ａ，１５ｂを、同一平面上に有する回折光学素子１５とを備える。このため、動的光パターン生成装置１０は、部分的に照度が変更可能な光パターンを生成することができる。

動的光パターン生成装置１０において、回折光学素子１５は、回折光学素子要素１５ａ，１５ｂを有している。回折光学素子要素１５ａは、その中心に光軸１２ａが通過している。回折光学素子要素１５ｂは、回折光学素子要素１５ｂを挟み込むように、当該回折光学素子要素１５ａに隣接して配置されている。このため、動的光パターン生成装置１０は、１つの回折光学素子１５を用いて、互いに異なる部分光パターン２１，２２を容易に生成することができる。

動的光パターン生成装置１０において、回折光学素子要素１５ａは、マスク１３がいずれの回転角度位置に回転した場合でも、当該マスク１３を透過したレーザ光２０が入射される。このため、動的光パターン生成装置１０は、照度が常時一定となる部分光パターン２１を生成することができる。

動的光パターン生成装置１０において、マスク１３は、レーザ光２０の横断面における長軸の長さ及び短軸の長さと同じ長さとなる長軸及び短軸を有し、レーザ光源１２から出射されたレーザ光２０を透過する透過部１３ｂと、透過部１３ｂの周囲に設けられ、レーザ光源１２から出射されたレーザ光２０を吸収又は反射する吸収部１３ａとを有する。このため、動的光パターン生成装置１０は、照度が常時一定となる部分光パターン２１と、照度が徐々に変化する部分光パターン２２とを組み合わせた光パターン２３を生成することができる。

動的光パターン生成装置１０は、マスク１３を、光軸１２ａを回転中心として回転させる回転機構１４を備える。このため、動的光パターン生成装置１０は、マスク１３の回転方向（時計回り又は反時計周り）及び回転角度位置を容易に設定することができる。

動的光パターン生成装置１０において、レーザ光２０の波長は、単一波長である。このため、動的光パターン生成装置１０は、レーザ光２０の位相を変更する回折光学素子要素１５ａ，１５ｂを容易に製造することができる。

なお、本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。

本開示に係る動的光パターン生成装置は、光源、マスク、及び、回折光学素子を備えることにより、部分的に照度が変更可能な光パターンを生成することができ、動的光パターン生成装置等に用いるのに適している。

１０動的光パターン生成装置、１１基台、１２レーザ光源、１２ａ光軸、１３マスク、１３ａ吸収部、１３ｂ透過部、１４回転機構、１５回折光学素子、１５ａ，１５ｂ回折光学素子要素、２０レーザ光、２１，２２部分光パターン、２３光パターン、３０像面。

Claims

レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源の光軸を回転中心として回転可能に支持され、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を吸収及び透過可能とするマスクと、
前記マスクを透過したレーザ光の位相を変更し、互いに異なる部分光パターンを生成する位相分布を持つ回折光をそれぞれ出射する第１回折光学素子要素及び第２回折光学素子要素を、同一平面上に有する回折光学素子とを備え、
前記第１回折光学素子要素は、前記マスクが回転することにより、照度が常時一定となる部分光パターンを生成し、
前記第２回折光学素子要素は、前記マスクが回転することにより、照度が徐々に変化する部分光パターンを生成する
ことを特徴とする動的光パターン生成装置。
前記第１回折光学素子要素は、その中心に前記光軸が通り、
前記第２回折光学素子要素は、前記第１回折光学素子要素を挟み込むように、当該第１回折光学素子要素に隣接して配置される
ことを特徴とする請求項１記載の動的光パターン生成装置。
前記第１回折光学素子要素は、
前記マスクがいずれの回転角度位置に回転した場合でも、前記マスクを透過したレーザ光が入射される
ことを特徴とする請求項２記載の動的光パターン生成装置。
前記マスクは、
レーザ光の横断面における長軸の長さ及び短軸の長さと同じ長さとなる長軸及び短軸を有し、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を透過する透過部と、
前記透過部の周囲に設けられ、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を吸収又は反射する吸収部とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の動的光パターン生成装置。
前記マスクを、前記光軸を回転中心として回転させる回転機構を備える
ことを特徴とする請求項１記載の動的光パターン生成装置。
レーザ光の波長は、単一波長である
ことを特徴とする請求項１記載の動的光パターン生成装置。