JP7474126B2

JP7474126B2 - 画像出力装置

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Publication number: JP7474126B2
Application number: JP2020104562A
Authority: JP
Inventors: 和義廣瀬; 剛孝黒坂; 優瀧口
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2024-04-24
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: JP2021196553A; CN113810671A; US20210397128A1

Description

本開示は、画像出力装置に関する。

非特許文献１は、画像を立体的に出力する装置を開示する。この装置は、高速（３６００ｒｐｍ）で回転するホログラフィックスクリーンと、高速プロジェクタとを備える。高速プロジェクタは、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタである。ホログラフィックスクリーンに対して高速プロジェクタから二次元光像を照射し、ホログラフィックスクリーンが高速で回転することによりその二次元光像を３６０°の全周方向へ偏向する。高速プロジェクタは、ホログラフィックスクリーンによる偏向方向に対応して二次元光像を変化させる。これにより、観察者に対して画像を立体的に見せることができる。

非特許文献２は、光アドレス型の液晶型空間光変調器（ＰＡＬ－ＳＬＭ）に関する技術を開示する。この空間光変調器は、アドレス層及び液晶層を備える。アドレス層は、光導電体である水素化アモルファスシリコンを含む。液晶層はネマチック液晶を含む。ＳｉＯ_２及びＴｉＯ_２の多層膜からなる誘電体ミラーにより、書き込み側と読み出し側とが光学的に分離されている。アドレス層を挟む一対の透明電極（ＩＴＯ）間に数ボルトの交流電圧を印加して、アドレス層に画像（二次元情報）を書き込む。書き込み光が当たっていない領域では、水素化アモルファスシリコンのインピーダンスが液晶層のインピーダンスに比べて大きいので、液晶層には電圧がほとんど与えられない。一方、書き込み光が照射された部分では、水素化アモルファスシリコンのインピーダンスが下がり液晶層に与えられる電圧が上昇するので、液晶中における読み出し光の位相が変わる。このように、書き込み光情報に応じて読み出し光の位相を二次元的に変調することができる。

HideyoshiHorimai et al., "Full-Color 3D Display System with 360 Degree HorizontalViewing Angle", The International Symposium of 3D and Contents 2010, pp. 7-10(2010) 原勉、「液晶空間光変調素子の最近の展開」、光学、３６巻３号、１２２－１２８頁、２００７年 Yoshitomo Isomae et al., "Alignment control of liquid crystals in a1.0-mm-pitch spatial light modulator by lattice-shaped dielectric wallstructure", J. Soc. Inf. Display 27, pp. 251-258 (2019)

３６０°の全周方向へ各方向に対応する二次元光像を出力することにより画像を立体的に見せる装置として、非特許文献１に開示されたものがある。しかしながら、非特許文献１に開示された装置ではホログラフィックスクリーンを機械的に高速で回転させる必要があるので、ホログラフィックスクリーンを大型化することが難しい。故に、立体画像を大きくすることが困難であるという問題がある。そこで、本開示は、立体画像を大きくすることが容易な画像出力装置を提供することを目的とする。

一実施形態に係る画像出力装置は、主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に光の位相を変調する空間光変調器と、主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、を備える。空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側から照射されたアドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有する。アドレス光照射部は、裏面における回折格子パターンの向きを動的に変化させる。画像照射部は、回折格子パターンの向きに対応する二次元光像を主面に照射する。

本開示によれば、立体画像を大きくすることが容易な画像出力装置を提供することが可能となる。

第１実施形態に係る画像出力装置１Ａの全体構成を概略的に示す斜視図である。画像出力装置１Ａの断面図である。空間光変調器３の断面図であって、主面３ａ及び裏面３ｂと交差する断面を示す。（ａ）部は、隔壁３９ａを部分的に拡大した平面図である。（ｂ）部は、隔壁３９ａを部分的に拡大した斜視図であって、隔壁３９ａ付近の構造を上下逆にして示している。（ａ）部～（ｄ）部は、空間光変調器３の作製方法における各工程を示す断面図である。（ａ）部～（ｄ）部は、空間光変調器３の作製方法における各工程を示す断面図である。発光装置４１を円環の軸方向から見た平面図である。一つの発光部４２の発光面４２ａを示す正面図である。空間光変調器３の裏面３ｂにアドレス光Ｅ２を照射する様子を概念的に示す図である。空間光変調器３の裏面３ｂにアドレス光Ｅ２を照射する様子を概念的に示す図である。空間光変調器３の裏面３ｂにアドレス光Ｅ２を照射する様子を概念的に示す図である。空間光変調器３の裏面３ｂにアドレス光Ｅ２を照射する様子を概念的に示す図である。回折格子において、位相変調量が０（ｒａｄ）である領域Ｐ₁と、位相変調量がπ（ｒａｄ）である領域Ｐ₂とが周期的に交互に並ぶ場合を示す図である。波面Ｂ１とは逆向きに進む波面Ｂ２を示す図である。３個の領域Ｐ₁～Ｐ₃により１つのユニットＰＵを構成し、複数のユニットＰＵのそれぞれにおいて、位相変調量が０（ｒａｄ）である領域Ｐ₁と、位相変調量が２π／３（ｒａｄ）である領域Ｐ₂と、位相変調量が４π／３（ｒａｄ）である領域Ｐ₃とをこの順で並べた様子を概略的に示す図である。回折格子の周期Λを波長λで規格化したときの周期Λと回折角θとの関係（但しｍ＝１）を示すグラフである。（ａ）部は回折角θ＝０°～９０°のグラフを示し、（ｂ）部はそのうち回折角θ＝５°～３０°の部分を拡大して示し、（ｃ）部は回折角θ＝３０°～９０°の部分を拡大して示す。ピッチＬを波長λで規格化したときのピッチＬと回折角θとの関係（但しｍ＝１）を示すグラフである。（ａ）部は回折角θ＝０°～７０°のグラフを示し、（ｂ）部はそのうちピッチＬ＝０～２λの部分を拡大して示す。波長λ＝５３２ｎｍである場合における、ピッチＬと回折角θとの関係（但しｍ＝１）を示すグラフである。（ａ）部は回折角θ＝０°～７０°のグラフを示し、（ｂ）部はそのうちピッチＬ＝０ｎｍ～１０００ｎｍの部分を拡大して示す。図１５に示した回折角θと各領域Ｐ₁～Ｐ₃の位相変調量との関係をより詳細に示す図である。領域Ｐ₂から生じる或るタイミングでの波と、領域Ｐ₁から生じるその１つ前のタイミングでの波とにより生成される波面Ｂ３を示す図である。（ａ）部は、一例として波長λが５３２ｎｍである場合における、数式（２）を満たすピッチＬと回折角θとの関係を示すグラフである。（ｂ）部は、（ａ）部のグラフのうちピッチＬが２μｍまでの部分を拡大して示すグラフである。隣接領域間の位相差とｍ値との相関をプロットしたグラフである。波長λ＝５３２ｎｍである場合において、設計上の回折角θを与えたときに数式（２）を満たすピッチＬを求め、更に、ピッチＬを数式（５）に代入して回折角θ_Bを求めた結果を示す図表である。（ａ）部は、波長λが４６７ｎｍである場合における、数式（２）を満たすピッチＬと回折角θとの関係を示すグラフである。（ｂ）部は、（ａ）部のグラフのうちピッチＬが２μｍまでの部分を拡大して示すグラフである。隣接領域間の位相差とｍ値との相関をプロットしたグラフである。波長λ＝４６７ｎｍである場合において、設計上の回折角θを与えたときに数式（２）を満たすピッチＬを求め、更に、ピッチＬを数式（５）に代入して回折角θ_Bを求めた結果を示す図表である。（ａ）部は、波長λが６３０ｎｍである場合における、数式（２）を満たすピッチＬと回折角θとの関係を示すグラフである。（ｂ）部は、（ａ）部のグラフのうちピッチＬが２μｍまでの部分を拡大して示すグラフである。隣接領域間の位相差とｍ値との相関をプロットしたグラフである。波長λ＝６３０ｎｍである場合において、設計上の回折角θを与えたときに数式（２）を満たすピッチＬを求め、更に、ピッチＬを数式（５）に代入して回折角θ_Bを求めた結果を示す図表である。（ａ）部は、検討結果に基づく好適な回折格子の例を示す図である。（ｂ）部は、（ａ）部を部分的に拡大して示す図である。空間光変調器３における位相変調量とアドレス光Ｅ２の光強度との関係を概念的に示すグラフである。（ａ）部は、遮光膜（または遮光板）の遮光パターン８０を示す図である。（ｂ）部及び（ｃ）部は、遮光領域８１の平面形状の例を示す図である。（ｄ）部は、遮光膜の一例を示す平面図である。（ａ）部及び（ｂ）部は、回折格子を構成する各領域における位相変調量の決定方法を概念的に示す図である。（ａ）部及び（ｂ）部は、回折格子を構成する各領域における位相変調量の決定方法を概念的に示す図である。（ａ）部及び（ｂ）部は、第１変形例の構成を示す図である。（ａ）部は、第２変形例として、アドレス光照射部４Ｂの構成を示す側断面図である。（ｂ）部は、アドレス光照射部４Ｂが有する発光装置４１及び光学部材４４の平面図である。（ａ）部は、第３変形例として、アドレス光照射部４Ｃの構成を示す側断面図である。（ｂ）部は、アドレス光照射部４Ｃが有する発光装置４６の平面図である。（ｃ）部は、（ｂ）部のＩ－Ｉ線に沿った発光装置４６の断面を示す図である。（ａ）部は、第３変形例としての発光装置４６の別の構成を示す平面図である。（ｂ）部は、（ａ）部のII－II線に沿った断面図である。第４変形例として、アドレス光照射部４Ｄの構成を概略的に示す図である。（ａ）部は、第５変形例として、アドレス光照射部４Ｅの構成を概略的に示す図である。（ｂ）部は、発光装置４９を円環の軸方向から見た平面図である。（ａ）部、（ｂ）部および（ｃ）部は、第５変形例の別の構成を概略的に示す図である。第５変形例の別構成として、アドレス光照射部４Ｆの構成を概略的に示す図である。（ａ）部は、面発光レーザ素子アレイ５０の構成を示す断面図である。（ｂ）部は、位相変調層６５Ａを拡大して示す断面図である。位相変調層６５Ａの平面図である。ＸＹ平面内の異屈折率領域の重心Ｇの位置を示す図である。面発光レーザ素子アレイ５０の出力ビームパターンが結像して得られる光像と、位相変調層６５Ａにおける回転角度分布φ（ｘ，ｙ）との関係を説明するための図である。球面座標（ｒ,θ_rot,θ_tilt）からＸＹＺ直交座標系における座標（ξ，η，ζ）への座標変換を説明するための図である。（ａ）部及び（ｂ）部は、各異屈折率領域６５ｂの配置を決める際に、一般的な離散フーリエ変換（或いは高速フーリエ変換）を用いて計算する場合の留意点を説明するための図である。回転角度分布φ₁（ｘ，ｙ）の一例を概念的に示す図である。Ｓ－ｉＰＭレーザが備える位相変調層の別の構成例を表す平面図である。位相変調層６５Ｂにおける異屈折率領域６５ｂの位置関係を示す図である。空間光変調器の別の例として、反射型動的メタサーフェス（以下、単にメタサーフェスと称する）７Ａの構成を示す平面図である。図５２のIII－III線に沿った断面図であって、メタサーフェス７Ａの断面構造を示す。メタサーフェスの別の構成として、メタサーフェス７Ｂを示す断面図である。

一実施形態に係る画像出力装置は、主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に光の位相を変調する空間光変調器と、主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、を備える。空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側に照射されたアドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有する。アドレス光照射部は、裏面における回折格子パターンの向きを動的に変化させる。画像照射部は、回折格子パターンの向きに対応する二次元光像を主面に照射する。

この画像出力装置では、アドレス光照射部が、空間光変調器の裏面に対して、回折格子パターンを含むアドレス光を照射する。空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側に照射されたアドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有するので、空間光変調器は、回折格子パターンに応じた位相パターンを、主面に入射した光に与える。従って、画像照射部から主面に対して照射された二次元光像は、回折格子パターンの向きに応じた方向に偏向される。更に、裏面における回折格子パターンの向きをアドレス光照射部が動的に変化させるので、二次元光像の偏向方向も動的に変化することとなる。そして、回折格子パターンの所望の向きに対応する二次元光像を画像照射部が主面に照射することができるので、観察者に対して立体的な画像を提示することが可能になる。加えて、この画像出力装置によれば、回折格子パターンを含むアドレス光を動的に変化させることにより立体画像を出力するので、光偏向要素である空間光変調器を静止させたまま立体画像を出力することが可能になる。従って、ホログラフィックスクリーンを機械的に高速で回転させる非特許文献１に開示された装置と比較して、空間光変調器のサイズを大型化して立体画像を大きくすることが容易にできる。

上記の画像出力装置において、アドレス光照射部は、上記裏面において回折格子パターンを回転させてもよい。この場合、３６０°の全周方向に対して立体的な画像を提示することが可能になる。

上記の画像出力装置において、空間光変調器は、主面と裏面との間に位置する光反射層と、光反射層と主面との間に位置する液晶層と、液晶層と主面との間に位置する光透過性の第１電極層と、光反射層と裏面との間に位置し、アドレス光の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層と、インピーダンス変化層と裏面との間に位置する光透過性の第２電極層と、を有し、液晶層は、液晶を画素毎に区画する隔壁を有してもよい。アドレス光が空間光変調器の裏面に照射されると、インピーダンス変化層のインピーダンス分布は、アドレス光の強度分布に応じた分布となる。第１電極層と第２電極層との間に電圧が印加された場合、インピーダンス変化層のインピーダンスが小さい画素では、液晶層に強い電界が印加される。また、インピーダンス変化層のインピーダンスが大きい画素では、液晶層に弱い電界が印加されるか、もしくは電界が全く印加されない。従って、この画像出力装置によれば、空間光変調器の各画素において、各画素の裏面側に照射されたアドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を実現することができる。更に、液晶を画素毎に区画する隔壁を液晶層が有することによって、画素間の液晶の相互作用を低減でき、回折格子パターンに応じた位相パターンをより明瞭にすることができる。

上記の画像出力装置において、隔壁は、主面に沿った第１方向と、主面に沿っており第１方向と直交する第２方向とに延在し、第２方向に延在する隔壁同士のピッチは、第１方向に延在する隔壁同士のピッチより大きくてもよい。この場合、液晶の向きが揃い易いので、特定の偏光方向に対する液晶の光透過／非透過特性を効果的に発揮させることができる。

上記の画像出力装置において、第２方向に延在する隔壁同士のピッチは、第１方向に延在する隔壁同士のピッチの２倍以上であってもよい。発明者の知見によれば、この場合、液晶の向きが特に揃い易いので、特定の偏光方向に対する液晶の光透過／非透過特性をより効果的に発揮させることができる。

上記の画像出力装置において、隔壁は、主面に沿った第１方向と、主面に沿っており第１方向と直交する第２方向とに延在し、第１方向に延在する隔壁同士のピッチ、及び第２方向に延在する隔壁同士のピッチは何れも５μｍ以下であってもよい。このように小さな間隔で隔壁を構成することにより、空間光変調器の画素サイズを小さくすることができ、ひいては回折格子の周期を短くすることができる。従って、空間光変調器による二次元光像の回折角を大きくして、立体画像の出力方向を空間光変調器の主面を含む平面に近づけることができるので、広い角度範囲で三次元像を観察でき、空間光変調器の周囲に存在する観察者に対して実用的な立体画像を提供することができる。

上記の画像出力装置において、インピーダンス変化層は、水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物、ＩｎＰ系化合物、及びＧａＡｓ系化合物のうち少なくとも１つを含んでもよい。これらの物質のインピーダンスは、光を受けると変化する。従って、この場合、アドレス光の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層を好適に実現することができる。

上記の画像出力装置において、空間光変調器は、透明導電層及び誘電体層を有し、一方の面に二次元光像が入力される積層構造体と、積層構造体の一方の面に設けられた第１金属膜と、一方の面と対向する積層構造体の他方の面に設けられ、積層構造体に入力された二次元光像を一方の面に向けて反射する第２金属膜と、積層構造体との間に第２金属膜を挟む位置に設けられ、アドレス光の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層と、第２金属膜との間にインピーダンス変化層を挟む位置に設けられた光透過性の電極層と、を備えてもよい。そして、複数の画素それぞれにおいて、積層構造体は、積層方向から見て第１金属膜を挟む一対の位置にそれぞれ設けられ第１金属膜から露出する一対の部分を含み、第１金属膜及び第２金属膜は、画素毎に設けられ互いに分離された複数の部分金属膜を含んでもよい。

アドレス光が空間光変調器の裏面に照射されると、インピーダンス変化層のインピーダンス分布は、アドレス光の強度分布に応じた分布となる。第１金属膜と電極層との間に電圧が印加された場合、インピーダンス変化層のインピーダンスが小さい画素では、第１金属膜と第２金属膜との間に強い電界が印加される。また、インピーダンス変化層のインピーダンスが大きい画素では、第１金属膜と第２金属膜との間に弱い電界が印加されるか、もしくは電界が全く印加されない。また、この画像出力装置において、積層構造体は一対の部分を含む。該一対の部分は、積層方向から見て第１金属膜を挟む一対の位置にそれぞれ設けられ、第１金属膜から露出する。該一対の部分のうち一方に入力された光は、第１金属膜と第２金属膜との間を導波し、該一対の部分のうちの他方から外部へ出力される。第１金属膜の幅および積層構造体の厚さが光の波長よりも十分に小さい場合、第１金属膜と第２金属膜との間に電界が印加されると、ギャップ・サーフェス・プラズモン・モードと呼ばれる互いに逆向きの誘導電流が第１金属膜及び第２金属膜のそれぞれに生じ、積層構造体内に強い磁気共鳴（プラズモン共鳴）が生じる。この磁気共鳴を利用することで、第１金属膜と第２金属膜との間を通過する光の位相を変調することが出来る。ここで、第１金属膜と第２金属膜との間に電界が印加されると、積層構造体に含まれる透明導電層の誘電体層との界面付近の電子密度が高まる。その結果、透明導電層の該界面付近の部分が実効的に金属化して、積層構造体の実効屈折率が大きく変化する。上述した位相変調における変調量は積層構造体の実効屈折率に依存するので、第１金属膜と第２金属膜との間の電界を変化させることにより、実効屈折率を制御し、ひいては出力光の位相を制御することができる。従って、この画像出力装置によれば、空間光変調器の各画素において、各画素の裏面側に照射されたアドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を実現することができる。

上記の画像出力装置において、アドレス光照射部は、回折格子パターンを含むアドレス光を出力する発光部と、発光部の光軸周りの姿勢角を動的に変化させる駆動部と、を有してもよい。この場合、裏面における回折格子パターンの向きを動的に変化させるアドレス光照射部を好適に実現することができる。

上記の画像出力装置において、アドレス光照射部は、円周に沿って並んで配列され、回折格子パターンを含むアドレス光をそれぞれ出力可能な複数の発光部と、複数の発光部と裏面とを光学的に結合する光学系と、を有し、複数の発光部の中から選択された、回折格子パターンの向きに対応する一部の発光部からのアドレス光を裏面に入力してもよい。また、この場合、光学系がメタレンズを含むことにより、大面積且つ薄型の光学系を実現でき、比較的大きな広がりを有するアドレス光を空間光変調器の裏面に照射することができる。

上記の画像出力装置において、アドレス光照射部は、円周に沿って設けられ、円周の径方向を周期方向とする回折格子パターンを含むアドレス光を出力する発光部を有し、発光部は、円周の周方向に並んで配置され、回折格子パターンの向きに対応する部分においてアドレス光を選択的に発光させる複数の要素電極を含んでもよい。この場合、裏面における回折格子パターンの向きを動的に変化させるアドレス光照射部を好適に実現することができる。

上記の画像出力装置において、発光部は、回折格子パターンに基づいて配列された複数の発光領域を含んでもよい。或いは、発光部は、活性層及び位相変調層を有する面発光レーザ素子を含み、位相変調層は、基本層と、基本層とは屈折率が異なり位相変調層の厚み方向に垂直な面内において二次元状に分布する複数の異屈折率領域とを含み、位相変調層の面内において仮想的な正方格子を設定した場合に、複数の異屈折率領域の重心が、仮想的な正方格子の格子点から離れて配置されるとともに、格子点周りの回転角度が各異屈折率領域毎に個別に設定されているか、または、複数の異屈折率領域の重心が、仮想的な正方格子の格子点を通り正方格子に対して傾斜する直線上に配置されるとともに、各異屈折率領域の重心と、対応する格子点との距離が各異屈折率領域毎に個別に設定されてもよい。これらのうち何れかによって、回折格子パターンを含むアドレス光を出力する発光部を好適に実現することができる。

上記の画像出力装置において、発光部は、活性層及びフォトニック結晶層を有するフォトニック結晶面発光レーザ素子と、フォトニック結晶面発光レーザ素子の光出射面上に設けられ、回折格子パターンに応じて開口部及び遮光部を周期的に繰り返す周期構造と、を有してもよい。この場合、回折格子パターンを含むアドレス光を出力する発光部を好適に実現することができる。

上記の画像出力装置において、アドレス光照射部は、レーザ光源と、レーザ光源から出力されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐部により分岐された一方のレーザ光と他方のレーザ光とを干渉させて干渉縞を生成する干渉光学系と、を有し、干渉光学系は、一方のレーザ光と他方のレーザ光との干渉時の相対位置関係を動的に変化させる位置変化部を含み、干渉縞が回折格子パターンとして用いられてもよい。干渉縞は、回折格子パターンとして用いられ得る。また、一方のレーザ光と他方のレーザ光との干渉時の相対位置関係を動的に変化させることにより、干渉縞の向き、すなわち回折格子パターンの向きを動的に変化させることができる。従って、この場合、アドレス光照射部を好適に実現することができる。

上記の画像出力装置において、回折格子パターンは、光強度が或る方向に周期的に変化する構成を有し、各周期内において光強度は段階的に且つ単調に強くなるか或いは弱くなり、各周期内における光強度が互いに異なる領域の数は３以上であってもよい。この場合、二次元光像の所望の偏向方向とは逆方向への偏向を低減し、立体画像をより明瞭に出力することかできる。

上記の画像出力装置において、画像照射部と空間光変調器との間に配置され、二次元光像に含まれる、可視光を除く他の波長成分のうち少なくとも一部の波長成分の強度を低減するフィルタを更に備えてもよい。これにより、画像照射部からの二次元光像の光が空間光変調器の位相変調量に影響する度合いを低減できる。

以下、本開示の画像出力装置の具体例を、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、以下の説明において光透過性を有するとは、透過対象である波長の光を５０パーセント以上透過することをいう。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る画像出力装置１Ａの全体構成を概略的に示す斜視図である。図２は、画像出力装置１Ａの断面図である。この画像出力装置１Ａは、画像出力装置１Ａの側方に居る観察者Ａに対して、立体的な（三次元の）画像を擬似的に示す装置である。図１及び図２に示すように、画像出力装置１Ａは、高速プロジェクタ２Ａと、空間光変調器３と、アドレス光照射部４Ａとを備える。空間光変調器３は、主面（上面）３ａ、及び主面３ａの反対側に位置する裏面（下面）３ｂを有する板状の装置である。主面３ａ及び裏面３ｂは平坦且つ互いに平行であり、一例では、それらの法線方向は鉛直方向に沿っている。高速プロジェクタ２Ａは、主面３ａと対向して空間光変調器３の上方に配置されている。アドレス光照射部４Ａは、裏面３ｂと対向して空間光変調器３の下方に配置されている。

高速プロジェクタ２Ａは、本実施形態における画像照射部の例であり、空間光変調器３の主面３ａに対して二次元光像を含む光Ｅ１を照射する。主面３ａに対する光Ｅ１の入射方向は、主面３ａの法線方向と一致する。高速プロジェクタ２Ａは、単一波長の光Ｅ１を出力してもよく、複数の波長成分を含む光Ｅ１を出力してもよい。光Ｅ１の単一または複数の波長成分は、可視光域に含まれる。一例では、複数の波長成分は緑色成分、青色成分、及び赤色成分である。高速プロジェクタ２Ａは、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタによって好適に構成され得る。高速プロジェクタ２Ａのフレームレートは、例えば毎秒１ｋフレーム以上であり、また毎秒１００ｋフレーム以下である。このフレームレートは、後述するアドレス光照射部４Ａから出力される回折格子パターンの回転速度に応じて好適な値に設定されるとよい。

図２に示すように、高速プロジェクタ２Ａと空間光変調器３との間の光路上には、フィルタ１５及びレンズ１６が並んで設けられている。フィルタ１５は、波長フィルタであって、光Ｅ１に含まれる、可視光を除く他の波長成分のうち少なくとも一部の波長成分の強度を低減（もしくは除去）する。一例では、フィルタ１５は、光Ｅ１に含まれる、可視光を除く他の全ての波長成分の強度を低減（もしくは除去）するバンドパスフィルタである。なお、フィルタ１５は、光Ｅ１に含まれる波長成分を含む任意の波長域を除く他の波長域に対して低減（もしくは除去）作用を有してもよい。この場合、他の波長域に可視域が含まれてもよい。レンズ１６は、光Ｅ１の像を観察者Ａの眼Ａａの網膜に結像する結像レンズである。なお、図示例では高速プロジェクタ２Ａとレンズ１６との間にフィルタ１５が配置されているが、高速プロジェクタ２Ａとフィルタ１５との間にレンズ１６が配置されてもよい。

空間光変調器３は、主面３ａに照射された二次元光像を含む光Ｅ１を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に光Ｅ１の位相を変調する。空間光変調器３の各画素は、裏面３ｂ側から照射されたアドレス光Ｅ２の各画素毎の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有する。図３は、空間光変調器３の断面図であって、主面３ａ及び裏面３ｂと交差する断面を示す。図３に示すように、空間光変調器３は、透明基板３１、透明電極層３２、インピーダンス変化層３３、誘電体ミラー３４、液晶配向膜３５、液晶層３６、透明電極層３７、及び透明基板３８を有する。

透明基板３１は、光透過性を有する板状の部材である。ここでいう光透過性とは、後述するアドレス光Ｅ２（図２を参照）を透過する性質をいう。一例では、透明基板３１はガラス基板である。透明基板３１は、互いに平行且つ反対方向を向く主面３１ａ及び裏面３１ｂを含む。主面３１ａ及び裏面３１ｂは、平坦且つ滑面である。裏面３１ｂは、空間光変調器３の裏面３ｂと一致する。透明基板３１の厚みは、例えば２０μｍ以上１ｍｍ以下である。

透明電極層３２は、本実施形態における第２電極層の例であって、インピーダンス変化層３３と裏面３ｂとの間に位置する。図示例では、透明電極層３２は透明基板３１の主面３１ａと接している。透明電極層３２は、透明基板３１と同様に光透過性を有する。すなわち、透明電極層３２は、後述するアドレス光Ｅ２（図２を参照）を透過する。透明電極層３２の構成材料は、例えば酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、酸化亜鉛系の導電材料（アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ））のうち少なくとも１つを含む。透明電極層３２の厚みは、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下である。透明電極層３２は、画素毎に分割され、各画素の透明電極層３２は空隙（スリット）ＧＡを挟んで互いに分離している。

インピーダンス変化層３３は、誘電体ミラー３４と裏面３ｂとの間に位置する半導体層である。図示例では、インピーダンス変化層３３は誘電体ミラー３４と透明電極層３２との間に位置している。インピーダンス変化層３３は、アドレス光Ｅ２（図２を参照）の強度分布に応じて、インピーダンスの分布を発現する。具体的には、インピーダンス変化層３３を構成する材料のインピーダンスは、光を受けるとその光強度に応じて単調に変化する。そのような材料としては、例えば水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物、ＩｎＰ系化合物、及びＧａＡｓ系化合物が挙げられる。従って、本実施形態のインピーダンス変化層３３は、水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物（例えばｉ型ＧａＮ）、ＩｎＰ系化合物（例えばｉ型ＩｎＰ）、及びＧａＡｓ系化合物（例えばｉ型ＧａＡｓ）のうち少なくとも１つを含んで構成され得る。なお、インピーダンス変化層３３の構成材料はこれらに限られず、例えば光導電性を有する半導体材料であってもよい。アドレス光Ｅ２の波長は、例えば４００ｎｍ以上２μｍ以下である。アドレス光Ｅ２が赤外光であれば、主面３ａにアドレス光Ｅ２が漏れ出ても観察者Ａには見えずノイズ光とならないので好適である。インピーダンス変化層３３の厚みは、例えば１０ｎｍ以上２０μｍ以下である。インピーダンス変化層３３は、画素毎に分割され、各画素のインピーダンス変化層３３は空隙ＧＡを挟んで互いに分離している。

誘電体ミラー３４は、本実施形態における光反射層の例であって、主面３ａに照射された光Ｅ１を反射する。誘電体ミラー３４は、主面３ａと裏面３ｂとの間に位置し、具体例としてはインピーダンス変化層３３と液晶層３６との間に位置する。図示例では、誘電体ミラー３４はインピーダンス変化層３３と接している。誘電体ミラー３４は、高屈折率誘電体層と、該高屈折率誘電体層に対して相対的に低い屈折率を有する低屈折率誘電体層とが交互に積層されて成る。高屈折率誘電体層は、例えばＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ₂、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、及びＨｆＯ₂のうち少なくとも１つを含む。また、低屈折率誘電体層は、例えばＳｉＯ_２及びＭｇＦ₂のうち少なくとも１つを含む。誘電体ミラー３４は、画素毎に分割され、各画素の誘電体ミラー３４は空隙ＧＡを挟んで互いに分離している。

液晶配向膜３５は、平行配向型であり、誘電体ミラー３４上に設けられ、一例では誘電体ミラー３４に接している。液晶配向膜３５は、例えばポリカーボネートフィルムと、該ポリカーボネートフィルム上に設けられた配向フィルム（例えばＪＳＲ社のＡＬ－１２５４）とを含んで構成され得る。液晶配向膜３５は、画素毎に分割され、各画素の液晶配向膜３５は空隙ＧＡを挟んで互いに分離している。

液晶層３６は、誘電体ミラー３４と主面３ａとの間に位置し、具体例としては誘電体ミラー３４と透明電極層３７との間に位置する。一例では、液晶層３６はネマティック液晶３６ａを含む。また、液晶層３６は、ネマティック液晶３６ａを画素毎に区画する隔壁３９ａを有する。隔壁３９ａは例えば樹脂製である。または、隔壁３９ａは、例えばＳｉといった半導体材料、若しくはＳｉＯ₂、ＳｉＮといった無機材料によって構成されてもよい。図４の（ａ）部は、隔壁３９ａを部分的に拡大した平面図である。図４の（ｂ）部は、隔壁３９ａを部分的に拡大した斜視図であって、隔壁３９ａ付近の構造を上下逆にして示している。図４に示すように、本実施形態の隔壁３９ａは、格子状といった平面形状を有しており、液晶層３６の厚み方向から見て、液晶を長方形状に区画している。なお、この例に限られず、隔壁３９ａは液晶を正方形状に区画してもよい。また、隔壁３９ａは、液晶層３６上に設けられる層３９ｂと一体に構成されている。隔壁３９ａと液晶配向膜３５とは、液晶層３６を囲むスペーサ３０１を介して互いに接合されている。スペーサ３０１は、分散ビーズを含む樹脂接着剤である。分散ビーズの直径は、隔壁３９ａの高さｈよりも大きく、例えば直径数μｍ程度である。これにより、液晶が通過可能な隙間が液晶配向膜３５と隔壁３９ａとの間に形成される。隔壁３９ａの高さｈは、例えば１μｍである。隔壁３９ａの幅ｗは、例えば０．１７μｍ以上０．２μｍ以下である。

図４の（ａ）部に示すように、隔壁３９ａは、主面３ａに沿った第１方向Ｄ１に延在する部分と、主面３ａに沿っており第１方向Ｄ１と交差（例えば直交）する第２方向Ｄ２に延在する部分とを含む。第２方向Ｄ２に延在する部分同士のピッチ（中心間隔）ｄ１は、第１方向Ｄ１に延在する部分同士のピッチｄ２よりも大きい。従って、隔壁３９ａにより区画される１つの空間（画素）の平面形状は、第１方向Ｄ１を長手方向とする長方形となる。ピッチｄ１はピッチｄ２の２倍以上であってもよく、一実施例ではピッチｄ１はピッチｄ２の２倍である。また、ピッチｄ１及びｄ２は何れも５μｍ以下であってもよく、一実施例では、ピッチｄ１は１μｍであり、ピッチｄ２は０．５μｍである。

再び図３を参照する。透明電極層３７は、本実施形態における第１電極層の例であって、液晶層３６と主面３ａとの間に位置する。図示例では、透明電極層３７は隔壁３９ａと一体化した層３９ｂにおける隔壁３９ａとは反対側の面と接している。透明電極層３７は、光透過性を有する。ここでいう光透過性とは、高速プロジェクタ２Ａから照射された二次元光像を含む光Ｅ１（図２を参照）を透過する性質をいう。一例では、透明電極層３７は可視光域を含む波長帯域を透過する。透明電極層３７の構成材料は、例えばＩＴＯ、酸化亜鉛系の導電材料（ＡＺＯ、ＧＺＯ）のうち少なくとも１つを含む。透明電極層３７の厚みは、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下である。透明電極層３７は、透明電極層３２と異なり画素毎に分割されておらず、複数の画素にわたって一体に設けられている。

透明基板３８は、透明電極層３７と同様に光透過性を有する、板状の部材である。すなわち、透明基板３８は、高速プロジェクタ２Ａから照射された二次元光像を含む光Ｅ１（図２を参照）を透過する。一例では、透明基板３８はガラス基板である。透明基板３８は、互いに平行且つ反対方向を向く主面３８ａ及び裏面３８ｂを含む。主面３８ａ及び裏面３８ｂは、平坦且つ滑面である。主面３８ａは、空間光変調器３の主面３ａと一致する。裏面３８ｂは、透明電極層３７と対向し、例えば透明電極層３７と接する。透明基板３８の厚みは、例えば２０μｍ以上１ｍｍ以下である。

空間光変調器３の動作は次の通りである。まず、透明電極層３２と透明電極層３７との間に交流電圧源１１（図２を参照）を接続して交流電圧を印加する。交流電圧の実効電圧は例えば３ボルトであり、周波数は例えば１０Ｈｚ～１００Ｈｚの範囲内である。アドレス光Ｅ２が裏面３ｂ側に照射されると、アドレス光Ｅ２はインピーダンス変化層３３に達し、インピーダンス変化層３３にインピーダンスの分布を与える。すなわち、アドレス光Ｅ２の光強度が小さい画素ではインピーダンス変化層３３のインピーダンスが大きい状態に維持され、アドレス光Ｅ２の光強度が大きい画素ではインピーダンス変化層３３のインピーダンスが小さくなる。従って、インピーダンス変化層３３のインピーダンス分布は、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じた分布となる。インピーダンス変化層３３のインピーダンスが小さくなった画素では、液晶層３６に与えられる電圧が大きくなり、液晶層３６に強い電界が印加される。また、インピーダンス変化層３３のインピーダンスが大きい状態に維持された画素では、インピーダンス変化層３３のインピーダンスが液晶層３６のインピーダンスと比べて大きいので、液晶層３６に与えられる電圧が小さく、液晶層３６に弱い電界が印加される（或いは、電界が全く印加されない）。なお、アドレス光Ｅ２は、誘電体ミラー３４により遮られて液晶層３６には達しない。

主面３ａには、高速プロジェクタ２Ａから二次元光像を含む光Ｅ１が照射される。光Ｅ１は、透明基板３８、透明電極層３７及び液晶層３６を透過したのち誘電体ミラー３４において反射し、再び液晶層３６、透明電極層３７及び透明基板３８を透過して、主面３ａから空間光変調器３の外部へ出射する。液晶層３６においては、電界が印加されるとネマティック液晶３６ａの液晶分子が傾く。液晶分子の傾きは、印加された電界の大きさに依存する。液晶分子が傾くほど、光Ｅ１に対するネマティック液晶３６ａの等価的な屈折率が小さくなり、ネマティック液晶３６ａ中において光Ｅ１の位相が進む。故に、光Ｅ１に対して、アドレス光Ｅ２の光強度分布に応じた位相分布が与えられる。空間光変調器３において、π（ｒａｄ）の位相変調に要する応答時間は例えば約３０ミリ秒であり、その場合、毎秒３０フレームのパターン変更を実現可能である。

ここで、空間光変調器３の作製方法の例について説明する。図５及び図６は、空間光変調器３の作製方法における各工程を示す断面図である。まず、図５の（ａ）部に示すように、透明基板３８を用意し、透明基板３８の一方の面上に透明電極層３７を形成する。透明電極層３７の形成方法は例えば真空蒸着法またはスパッタである。次に、図５の（ｂ）部に示すように、透明電極層３７における透明基板３８とは反対側の面上に、隔壁３９ａのための紫外線硬化樹脂３９を塗布する。そして、図５の（ｃ）部に示すように、隔壁３９ａに対応する格子状の溝を有する型５１を紫外線硬化樹脂３９に押し付け（ナノインプリント）、その状態を維持しながら紫外線硬化樹脂３９に紫外光を照射して紫外線硬化樹脂３９を硬化させる。その後、型５１を除去する。これにより、図５の（ｄ）部に示すように隔壁３９ａ及び層３９ｂが形成される。

また、図６の（ａ）部に示すように、透明基板３１を用意し、透明基板３１の一方の面上に透明電極層３２を形成する。透明電極層３２の形成方法は例えば真空蒸着法またはスパッタである。次に、透明電極層３２上にインピーダンス変化層３３を形成する。インピーダンス変化層３３の形成方法は例えば真空蒸着法またはスパッタである。その後、図６の（ｂ）部に示すように、インピーダンス変化層３３上に誘電体ミラー３４を形成する。すなわち、高屈折率誘電体層と、高屈折率誘電体層に対して相対的に低い屈折率を有する低屈折率誘電体層とを交互に積層することにより誘電体ミラー３４を形成する。高屈折率誘電体層及び低屈折率誘電体層の形成方法は、例えば真空蒸着法またはスパッタである。そして、図６の（ｃ）部に示すように、誘電体ミラー３４上に液晶配向膜３５を配置する。具体的には、ポリカーボネートフィルムと、配向フィルムとを積層する。

続いて、液晶配向膜３５上における液晶を充填する領域の周辺に、分散ビーズを含む接着剤を塗布し、図５の（ｄ）部に示した隔壁３９ａと、図６の（ｃ）部に示した液晶配向膜３５とを互いに接合する（図６の（ｄ）部）。この際、分散ビーズの直径を隔壁３９ａの高さよりも大きくし、隔壁３９ａと液晶配向膜３５との間にネマティック液晶３６ａが通過可能な隙間を設けておく。また、液晶充填用の開口部には接着剤を塗布しない。接着剤が硬化したのち、全体を減圧し、液晶充填用の開口部からネマティック液晶３６ａを注入したのち、開口部に接着剤を塗布して密封する。こうして、空間光変調器３が完成する。

再び図２を参照する。アドレス光照射部４Ａは、空間光変調器３の裏面３ｂに対して、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を照射する。本実施形態のアドレス光照射部４Ａは、円環状の発光装置４１と、発光装置４１の内側に配置された光学系４３とを有する。図７は、発光装置４１を円環の軸方向から見た平面図である。図７に示すように、発光装置４１は、回折格子パターンに基づいて配置された複数の発光部４２を含んで構成されている。複数の発光部４２は、発光面４２ａを内側に向けて、円周に沿って並んで配列されている。図８は、一つの発光部４２の発光面４２ａを示す正面図である。図８に示すように、各発光部４２は、回折格子パターンに基づいて、上下方向に周期的に且つ交互に並んで配置された発光領域４２ｂ，４２ｃを発光面４２ａに有する。このような発光領域４２ｂ，４２ｃを有することにより、各発光部４２は、後述する回折格子パターンを近視野像に含むアドレス光Ｅ２を出力可能となっている。発光領域４２ｂ，４２ｃは、例えば発光ダイオード、面発光レーザなどの面発光型の半導体発光素子の光出射面上に、回折格子パターンに応じて開口部及び遮光部を周期的に繰り返す周期構造（例えば、後述する図３８を参照）が設けられたものによって好適に構成され得る。面発光レーザは、垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；ＶＣＳＥＬ）、活性層及びフォトニック結晶層を有するフォトニック結晶面発光レーザ（Photonic Crystal Surface Emitting Laser；ＰＣＳＥＬ）、またはＳ－ｉＰＭレーザ（後述）であってもよい。

図２に示すように、光学系４３は、複数の発光部４２と空間光変調器３の裏面３ｂとを光学的に結合する。そして、光学系４３は、各発光部４２の発光領域４２ｂ，４２ｃから出射されたアドレス光Ｅ２を、空間光変調器３の裏面３ｂに向けて偏向する。光学系４３は、発光装置４１と同心の円環状を呈しており、円環の中心軸を含む断面における光学系４３の形状は、例えばOff-axis型の凸レンズを含む。或いは、円環の中心軸を含む断面における光学系４３の形状は、メタレンズを含んでもよい。光学系４３がメタレンズを含む場合、光学系４３の径方向の厚さを薄くすることが出来るので、密集した配置に適する。これにより、実効的に曲率半径の大きい凸レンズでは隣接するレンズ同士が接触してしまうような場合に、凸レンズをフラットレンズであるメタレンズに置き換えることができ、偏向角をより大きくすることができる。なお、光学系４３の形状はこれらに限られず、アドレス光Ｅ２を裏面３ｂに向けて偏向し得る形状であれば、他の様々な形状を採用し得る。

図９～図１２は、空間光変調器３の裏面３ｂにアドレス光Ｅ２を照射する様子を概念的に示す図である。これらの図においては、アドレス光Ｅ２の強度分布を色の濃淡で表している。色が濃い領域ほど光強度が小さく、色が淡い領域ほど光強度が大きい。本実施形態のアドレス光Ｅ２は、光強度が小さい（或いは光強度が略ゼロである）領域Ｅ２ａと、光強度がやや大きい領域Ｅ２ｂと、光強度が大きい領域Ｅ２ｃとを含み、これら３つの領域Ｅ２ａ～Ｅ２ｃが順に繰り返し並ぶことによって回折格子パターンが構成されている。言い換えると、回折格子パターンは、光強度が或る方向に周期的に変化する構成を有し、各周期内において光強度は段階的に（すなわち単調に）強くなるか或いは弱くなり、各周期内における光強度が互いに異なる領域の数は３以上（図示例では３つ）である。図９に示すように、領域Ｅ２ａ～Ｅ２ｃの配列周期は、各画素３０の長手方向における画素ピッチの３倍と一致するか、それより大きい。そして、図９～図１２に示すように、裏面３ｂにおける回折格子パターン（裏面３ｂに照射されたアドレス光Ｅ２に含まれる回折格子パターン）の向きを動的に変化させる。例えば、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きを裏面３ｂの中心回りに回転させる。このような回折格子パターンの向きの変化は、複数の発光部４２の中から選択された、回折格子パターンの所望の向きに対応する一部の発光部４２からアドレス光Ｅ２を出力させることによって好適に実現され得る。回折格子パターンの回転速度は、例えば１０ｒｐｍ以上１００００ｒｐｍ以下であり、一例では３６００ｒｐｍである。

以上の構成を備える本実施形態の画像出力装置１Ａによって得られる効果について説明する。画像出力装置１Ａでは、アドレス光照射部４Ａが、空間光変調器３の裏面３ｂに対して、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を照射する。空間光変調器３の各画素３０は、各画素３０の裏面３ｂ側に照射されたアドレス光Ｅ２の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有するので、空間光変調器３は、回折格子パターンに応じた位相パターンを、主面３ａに入射した光Ｅ１に与える。従って、高速プロジェクタ２Ａから主面３ａに対して照射された二次元光像は、空間光変調器３において反射する際、回折格子パターンの向きに応じた方向に偏向して出力される。更に、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きをアドレス光照射部４Ａが動的に変化させるので、二次元光像の偏向方向も動的に変化することとなる。回折格子パターンの向きに対応する二次元光像を高速プロジェクタ２Ａが主面３ａに照射すると、観察者Ａに対して立体的な画像を提示することが可能になる。加えて、この画像出力装置１Ａによれば、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を動的に変化させることにより立体画像を出力するので、光偏向要素である空間光変調器３を静止させたまま立体画像を出力することが可能になる。従って、ホログラフィックスクリーンを機械的に高速で回転させる非特許文献１に開示された装置と比較して、空間光変調器３のサイズを大型化して立体画像を大きくすることが容易にできる。

本実施形態のように、アドレス光照射部４Ａは、空間光変調器３の裏面３ｂにおいて回折格子パターンを回転させてもよい。この場合、３６０°の全周方向に対して立体的な画像を提示することが可能になる。なお、回折格子パターンの向きの動的な変化は、回折格子パターンの回転に限定されず、或る限られた角度範囲における回動動作であってもよい。

本実施形態のように、空間光変調器３は、主面３ａと裏面３ｂとの間に位置する誘電体ミラー３４と、誘電体ミラー３４と主面３ａとの間に位置する液晶層３６と、液晶層３６と主面３ａとの間に位置する透明電極層３７と、誘電体ミラー３４と裏面３ｂとの間に位置し、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層３３と、インピーダンス変化層３３と裏面３ｂとの間に位置する透明電極層３２と、を有してもよい。そして、液晶層３６は、ネマティック液晶３６ａを画素毎に区画する隔壁３９ａを有してもよい。アドレス光Ｅ２が空間光変調器３の裏面３ｂに照射されると、インピーダンス変化層３３のインピーダンス分布は、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じた分布となる。透明電極層３７と透明電極層３２との間に電圧が印加された場合、インピーダンス変化層３３のインピーダンスが小さい画素では、液晶層３６に強い電界が印加される。また、インピーダンス変化層３３のインピーダンスが大きい画素では、液晶層３６に弱い電界が印加される。従って、この画像出力装置１Ａによれば、空間光変調器３の各画素において、各画素の裏面３ｂ側に照射されたアドレス光Ｅ２の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を実現することができる。更に、ネマティック液晶３６ａを画素毎に区画する隔壁３９ａを液晶層３６が有することによって、画素間のネマティック液晶３６ａの相互作用を低減でき、回折格子パターンに応じた位相パターンをより明瞭にすることができる。

本実施形態のように、隔壁３９ａは、主面３ａに沿った第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とに延在し、第２方向Ｄ２に延在する隔壁３９ａ同士のピッチは、第１方向Ｄ１に延在する隔壁３９ａ同士のピッチより大きくてもよい。この場合、ネマティック液晶３６ａの向きが揃い易いので、特定の偏光方向に対するネマティック液晶３６ａの光透過／非透過特性を効果的に発揮させることができる。

本実施形態のように、第２方向Ｄ２に延在する隔壁３９ａ同士のピッチは、第１方向Ｄ１に延在する隔壁３９ａ同士のピッチの２倍以上であってもよい。発明者の知見によれば、この場合、ネマティック液晶３６ａの向きが特に揃い易いので、特定の偏光方向に対するネマティック液晶３６ａの光透過／非透過特性をより効果的に発揮させることができる。

本実施形態のように、第１方向Ｄ１に延在する隔壁３９ａ同士のピッチ、及び第２方向Ｄ２に延在する隔壁３９ａ同士のピッチは何れも５μｍ以下であってもよい。このように小さな間隔で隔壁３９ａを構成することにより、空間光変調器３の画素サイズを小さくすることができ、ひいては回折格子の周期を短くすることができる。従って、後述するように、空間光変調器３による二次元光像の回折角を大きくして、立体画像の出力方向を空間光変調器３の主面３ａを含む平面に近づけることができるので、空間光変調器３の周囲に存在する観察者Ａに対して実用的な立体画像を提供することができる。

本実施形態のように、インピーダンス変化層３３は、水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物、ＩｎＰ系化合物、及びＧａＡｓ系化合物のうち少なくとも１つを含んでもよい。これらの物質のインピーダンスは、光を受けると変化する。従って、この場合、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層３３を好適に実現することができる。

本実施形態のように、アドレス光照射部４Ａは、円周に沿って並んで配列され、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２をそれぞれ出力可能な複数の発光部４２と、複数の発光部４２と裏面３ｂとを光学的に結合する光学系４３と、を有してもよい。そして、複数の発光部４２の中から選択された、回折格子パターンの所望の向きに対応する一部の発光部４２がアドレス光Ｅ２を出力してもよい。この場合、機械的な駆動部を無くすことができ、信頼性の向上につながる。また、この場合、光学系４３がメタレンズを含むことにより、大面積且つ薄型の光学系４３を実現でき、比較的大きな広がりを有するアドレス光Ｅ２を空間光変調器３の裏面３ｂに照射することができる。

本実施形態のように、画像出力装置１Ａは、高速プロジェクタ２Ａと空間光変調器３との間に配置され、二次元光像に含まれる、可視光を除く他の波長成分のうち少なくとも一部の波長成分の強度を低減するフィルタ１５を備えてもよい。これにより、インピーダンス変化層３３への光Ｅ１の入射光量を低減して、光Ｅ１が空間光変調器３の位相変調量に影響する度合いを低減できる。

本実施形態のように、透明電極層３２、インピーダンス変化層３３、誘電体ミラー３４、及び液晶配向膜３５は、画素毎に分割され、各画素部分は空隙ＧＡを挟んで互いに分離していてもよい。この場合、隣接画素間のクロストークを低減できる。

前述したように、発光部４２は、活性層及びフォトニック結晶層を有するＰＣＳＥＬと、ＰＣＳＥＬの光出射面上に設けられ、回折格子パターンに応じて開口部及び遮光部を周期的に繰り返す周期構造と、を有してもよい。この場合、回折格子パターンを含むアドレス光を出力する発光部４２を好適に実現することができる。

ここで、空間光変調器３において実現される回折格子について詳細に説明する。図１３は、位相変調量が０（ｒａｄ）である領域Ｐ₁と、位相変調量がπ（ｒａｄ）である領域Ｐ₂とが周期的に交互に並んでいる場合を示している。図中の直線Ｂ１は、主面３ａの法線方向から照射された二次元光像がこの回折格子により回折された場合の波面を示している。この例では、回折角θと、二次元光像の波長λと、領域Ｐ₁，Ｐ₂の配列ピッチＬとの関係は次式（１）で表される。

なお、回折角θとは、二次元光像の入射方向である法線方向Ｄａと、波面の法線方向すなわち光出射方向Ｄｂとのなす角であって、主面３ａと波面Ｂ１とのなす角に等しい。例えば回折角θを３０°としたい場合、Ｌ＝λとするとよい。

しかしながらこの場合、図１４に示すように、主面３ａの法線方向から見て、波面Ｂ１とは逆向きに進む波面Ｂ２も同時に生じる。波面Ｂ２の回折角θは、波面Ｂ１の回折角θと等しい。すなわち、波面Ｂ２は、主面３ａの法線に関して波面Ｂ１と線対称である方向に出射することとなる。従って、図１の観察者Ａと対向する位置にいる別の観察者にも同じ二次元光像が見えてしまう。故に、空間光変調器３周りの各位置において、本来見せるべき二次元光像と、その位置から１８０°移動した位置において見せるべき二次元光像とが重なって見えてしまう。

そのような見え方が許容される場合は問題ないが、許容されない場合もある。そこで、本実施形態では、図１５に示すように、３個の領域Ｐ₁～Ｐ₃により１つのユニットＰＵを構成し、複数のユニットＰＵのそれぞれにおいて、位相変調量が０（ｒａｄ）である領域Ｐ₁と、位相変調量が２π／３（ｒａｄ）である領域Ｐ₂と、位相変調量が４π／３（ｒａｄ）である領域Ｐ₃とをこの順で並べる。位相変調量が０（ｒａｄ）である領域Ｐ₁は、図９～図１２の領域Ｅ２ａに対応する。位相変調量が２π／３（ｒａｄ）である領域Ｐ₂は、図９～図１２の領域Ｅ２ｂに対応する。位相変調量が４π／３（ｒａｄ）である領域Ｐ₃は、図９～図１２の領域Ｅ２ｃに対応する。領域Ｐ₁～Ｐ₃の配列ピッチをＬとすると、各ユニットＰＵのピッチすなわち回折格子の周期は３Ｌ（＝Λ）である。また、或る波面Ｂ１とその次に生じる波面Ｂ１との間隔は、ｍλ（ｍは整数）である。すなわち、次の数式（２）が成り立つ。なお、ピッチＬは、空間光変調器３の各画素の長手方向（図４の（ａ）部における第１方向Ｄ１）の長さ以上とされ、好適な例では、ピッチＬは空間光変調器３の各画素の長手方向の長さと等しい。

図１６は、回折格子の周期Λを波長λで規格化したときの周期Λと回折角θとの関係（但しｍ＝１）を示すグラフである。図１６の（ａ）部は回折角θ＝０°～９０°のグラフを示し、図１６の（ｂ）部はそのうち回折角θ＝５°～３０°の部分を拡大して示し、図１６の（ｃ）部は回折角θ＝３０°～９０°の部分を拡大して示す。図１６の（ｂ）部を参照すると、例えば回折角θ≧１０°を実現するためには、Λ≦６λを満たすことが必要であることがわかる。言い換えると、回折格子の周期Λは波長λの６倍以下であることが望ましい。これにより、回折角θ≧１０°を実現することができる。また、図１６の（ｃ）部を参照すると、例えば回折角θ≧３０°を実現するためには、Λ≦２λを満たすことが必要であることがわかる。言い換えると、回折格子の周期Λは波長λの２倍以下であることが望ましい。これにより、回折角θ≧３０°を実現することができる。

図１７は、ピッチＬを波長λで規格化したときのピッチＬと回折角θとの関係（但しｍ＝１）を示すグラフである。図１７の（ａ）部は回折角θ＝０°～７０°のグラフを示し、図１７の（ｂ）部はそのうちピッチＬ＝０～２λの部分を拡大して示す。図１７の（ａ）部を参照すると、ピッチＬが４λよりも大きい場合、回折角θは５°未満となる。また、図１７の（ｂ）部を参照すると、Ｌ＝０．３５５λのときθ＝７０°、Ｌ＝０．４３５λのときθ＝５０°、Ｌ＝０．６６７λのときθ＝３０°、Ｌ＝０．９７５λのときθ＝２０°、Ｌ＝１．９２０λのときθ＝１０°となる。

図１８は、一例として波長λ＝５３２ｎｍである場合における、ピッチＬと回折角θとの関係（但しｍ＝１）を示すグラフである。図１８の（ａ）部は回折角θ＝０°～７０°のグラフを示し、図１８の（ｂ）部はそのうちピッチＬ＝０ｎｍ～１０００ｎｍの部分を拡大して示す。図１８の（ａ）部を参照すると、ピッチＬが２μｍよりも大きい場合、回折角θは５°未満となる。また、図１８の（ｂ）部を参照すると、Ｌ＝１８８．７ｎｍのときθ＝７０°、Ｌ＝２３１．５ｎｍのときθ＝５０°、Ｌ＝３５４．７ｎｍのときθ＝３０°、Ｌ＝５１８．５ｎｍのときθ＝２０°、Ｌ＝１０２１．２ｎｍのときθ＝１０°となる。

ここで、上述した設計上の回折角θとは異なる他の回折角の有無を検討する。図１９は、図１５に示した回折角θと各領域Ｐ₁～Ｐ₃の位相変調量との関係をより詳細に示す図である。同図に示すように、或るユニットＰＵの領域Ｐ₁の位相変調量が０°、領域Ｐ₂の位相変調量が（１／３）Λsinθ＝Ｌsinθ＝（１／３）ｍλ、領域Ｐ₃の位相変調量が（２／３）Λsinθ＝２Ｌsinθ＝（２／３）ｍλ、隣接するユニットＰＵの領域Ｐ₁の位相変調量がΛsinθ＝３Ｌsinθ＝ｍλであるとき、互いに隣接する画素同士の同一タイミングでの（すなわちｍの値が等しい）波面Ｂ１と主面３ａとのなす角（すなわち回折角）はθとなる。しかしながら、互いに隣接する画素同士の非同一タイミングでの（すなわちｍの値が異なる）波面と主面３ａとのなす角は、別の回折角となり得る。図２０に示す例では、領域Ｐ₂から生じる或るタイミングでの波と、領域Ｐ₁から生じる１つ前のタイミングでの波とにより生成される波面Ｂ３が示されており、この波面Ｂ３と主面３ａとのなす角θ_Bの大きさは、上述した回折角θとは異なる。なお、この角θ_Bは、次の数式（３）を満たす。

このことを一般化すると、隣接領域のｎ個前（ｎは整数）の波との強め合いによって

を満たす回折角θ_Bを有する波面Ｂ３が生じる。

次に、任意の回折角θを実現するためのピッチＬと隣接領域間の位相差との関係について説明する。図２１の（ａ）部は、一例として波長λが５３２ｎｍである場合における、上式（２）を満たすピッチＬと回折角θとの関係を示すグラフである。図２１の（ｂ）部は、（ａ）部のグラフのうちピッチＬが２μｍまでの部分を拡大して示すグラフである。これらの図には、ｍ＝１～５のそれぞれに対応する５つのグラフが示されている。図２２は、隣接領域間の位相差とｍ値との相関をプロットしたグラフである。これらのグラフに基づけば、例えばｍ＝１において回折角θ＝４０°を実現するためにはピッチＬ＝２７６ｎｍとすればよく、或いは、ｍ＝２において回折角θ＝４０°を実現するためにはピッチＬ＝５５２ｎｍとすればよいことがわかる。

図２３は、波長λ＝５３２ｎｍである場合において、設計上の回折角θを与えたときに数式（２）を満たすピッチＬを求め、更に、ピッチＬを下記の数式（５）に代入して回折角θ_Bを求めた結果を示す図表である。なお、隣接領域の位相差δφを２π／３とした。ｎ＝０である場合の回折角θ_Bは、回折角θと一致する。

別の例として、図２４の（ａ）部は、波長λが４６７ｎｍである場合における、上式（２）を満たすピッチＬと回折角θとの関係を示すグラフである。図２４の（ｂ）部は、（ａ）部のグラフのうちピッチＬが２μｍまでの部分を拡大して示すグラフである。これらの図には、ｍ＝１～５のそれぞれに対応する５つのグラフが示されている。図２５は、隣接領域間の位相差とｍ値との相関をプロットしたグラフである。これらのグラフに基づけば、例えばｍ＝１において回折角θ＝４０°を実現するためにはピッチＬ＝２４２ｎｍとすればよく、或いは、ｍ＝２において回折角θ＝４０°を実現するためにはピッチＬ＝４８４ｎｍとすればよいことがわかる。

図２６は、波長λ＝４６７ｎｍである場合において、設計上の回折角θを与えたときに数式（２）を満たすピッチＬを求め、更に、ピッチＬを上記の数式（５）に代入して回折角θ_Bを求めた結果を示す図表である。なお、隣接領域の位相差φを２π／３とした。ｎ＝０である場合の回折角θ_Bは、回折角θと一致する。

更に別の例として、図２７の（ａ）部は、波長λが６３０ｎｍである場合における、上式（２）を満たすピッチＬと回折角θとの関係を示すグラフである。図２７の（ｂ）部は、（ａ）部のグラフのうちピッチＬが２μｍまでの部分を拡大して示すグラフである。これらの図には、ｍ＝１～５のそれぞれに対応する５つのグラフが示されている。図２８は、隣接領域間の位相差とｍ値との相関をプロットしたグラフである。これらのグラフに基づけば、例えばｍ＝１において回折角θ＝４０°を実現するためにはピッチＬ＝３２７ｎｍとすればよく、或いは、ｍ＝２において回折角θ＝４０°を実現するためにはピッチＬ＝６５３ｎｍとすればよいことがわかる。

図２９は、波長λ＝６３０ｎｍである場合において、設計上の回折角θを与えたときに数式（２）を満たすピッチＬを求め、更に、ピッチＬを上記の数式（５）に代入して回折角θ_Bを求めた結果を示す図表である。なお、隣接領域の位相差φを２π／３とした。ｎ＝０である場合の回折角θ_Bは、回折角θと一致する。

図３０の（ａ）部は、上記の検討結果に基づく好適な回折格子の例を示す図である。図３０の（ｂ）部は、（ａ）部を部分的に拡大して示す図である。なお、これらの図においては、位相変調量を色の濃淡で示し、位相変調量が大きい領域ほど淡い色で、位相変調量が小さい領域ほど濃い色で示している。同図に示すように、この回折格子においては、位相変調量が０である領域Ｆａと、位相変調量が２π／３（ｒａｄ）である領域Ｆｂと、位相変調量が４π／３（ｒａｄ）である領域Ｆｃとが、それぞれの短手方向において、この順で並んで繰り返し配列されている。一例では、回折格子の配列方向における各領域Ｆａ～Ｆｃの幅（すなわちピッチＬ）は、５１８ｎｍである。この場合、図２３に示すように、波長λ＝５３２ｎｍの光Ｅ１が、４３．２°および－２０．０°の回折角θ，θ_Bにて偏向する。

空間光変調器３の位相変調による回折格子を精度良く実現するためには、空間光変調器３における位相変調量とアドレス光Ｅ２の光強度との関係（γ特性）を予め求めておくとよい。図３１は、空間光変調器３における位相変調量とアドレス光Ｅ２の光強度との関係を概念的に示すグラフである。同図に示すように、空間光変調器３の位相変調量とアドレス光Ｅ２の光強度との関係は、多くの場合、非線形である。

アドレス光Ｅ２に含まれる回折格子パターンは、図８に示した発光面４２ａの発光領域４２ｂ，４２ｃから出射される光の強度を調整することによって実現される。発光領域４２ｂ，４２ｃの光強度の調整は、発光領域４２ｂ，４２ｃそれぞれに供給する駆動電流の増減により行ってもよく、或いは、図３２の（ａ）部に示すような遮光パターン８０を含む遮光膜（または遮光板）を用いて発光領域４２ｂ，４２ｃを覆うことにより行ってもよい。なお、図３２の（ａ）部に示す遮光パターンは、互いに離間した複数の遮光領域８１を含んで構成され、複数の遮光領域８１は、三角格子または正方格子といった種々の格子の格子点上に位置する。遮光領域８１の平面形状は、図３２の（ｂ）部に示すように円形であってもよく、或いは、図３２の（ｃ）部に示すように四角形（例えば正方形または長方形）であってもよい。または、遮光領域８１の平面形状は、他の様々な形状であってもよい。複数の遮光領域８１が占める面積割合（すなわち各遮光領域８１の大きさ及び間隔）を調整することにより、発光領域４２ｂ，４２ｃから出射される光の強度を調整することができる。なお、光の回折を抑制するために、互いに隣り合う遮光領域８１同士の中心間隔（ピッチ）は、アドレス光Ｅ２の波長以下であるとよい。図３２の（ｄ）部は、遮光膜の一例を示す平面図である。この例では、図９～図１２に示した領域Ｅ２ｂに対応する遮光膜の領域Ａｂに上記の遮光パターン８０を適用している。この例に限られず、領域Ａｂに加えて、領域Ｅ２ａに対応する遮光膜の領域Ａａ、および領域Ｅ２ｃに対応する遮光膜の領域Ａｃのうち少なくとも一方に対して遮光パターン８０を適用してもよい。

以上の説明では、回折格子が、位相変調量が小さい（或いは位相変調量が略ゼロである）領域Ｆａと、位相変調量がやや大きい領域Ｆｂと、位相変調量が大きい領域Ｆｃとを含み、これら３つの領域Ｆａ～Ｆｃが短手方向において順に繰り返し並ぶことによって回折格子が構成される場合を例示した。この場合、アドレス光Ｅ２の回折格子パターンは、光強度が或る方向に周期的に変化する構成を有し、各周期内において光強度は段階的且つ単調に強くなるか或いは弱くなり、各周期内における光強度が互いに異なる領域Ｅ２ａ～Ｅ２ｃの数は３であり、光強度は２段階で変化する。しかしながら、回折格子及びアドレス光Ｅ２はこのような形態に限られるものではない。回折格子は、長手方向を有するＮ個（Ｎは３以上の整数）の領域が短手方向に順に繰り返し並ぶことによって構成され、該Ｎ個の領域の並び方向における一端から他端にかけて、位相変調量が単調に変化してもよい。換言すると、アドレス光Ｅ２の回折格子パターンは、長手方向を有するＮ個の領域が短手方向に順に繰り返し並ぶことによって構成され、各繰り返し周期内において光強度は段階的に強くなるか或いは弱くなり、各周期内における光強度が互いに異なる領域の数はＮであり、各繰り返し周期内において光強度は（Ｎ－１）段階で変化してもよい。この場合であっても、二次元光像の所望の偏向方向とは逆方向への偏向（図１４を参照）を低減し、立体画像をより明瞭に出力することかできる。

ここで、図３３及び図３４は、回折格子を構成する各領域における位相変調量の決定方法を概念的に示す図である。なお、図示例の回折格子において、各ユニットＰＵは４個の領域Ｐ₁～Ｐ₄を含むものとする（すなわちＮ＝４）。これらの図において、横軸は回折格子の周期方向（領域Ｐ₁～Ｐ₄の並び方向）における位置を表し、縦軸は出力位相を表す。回折格子を実現する際には、図３３の（ａ）部、及び図３４の（ａ）部に示すように、回折方向において出力位相を単調増加とするとよい。一例として、これらの図には、出力位相が回折方向において線形に変化する場合を示している。そして、実際には、各領域Ｐ₁～Ｐ₄の位相変調量を、出力位相を２πで除算したときの剰余とするとよい。図３３の（ａ）部、及び図３４の（ａ）部には、出力位相を２πで除算したときの剰余が灰色に色付けされている。また、図３３の（ｂ）部、及び図３４の（ｂ）部には、各領域Ｐ₁～Ｐ₄の位相変調量が示されている。各ユニットＰＵの位相変調量を揃えるためには、互いに隣接するユニットＰＵの出力位相の位相差は２πの整数倍であることが好ましく、２πであることがより好ましい。これは、互いに隣接するユニットＰＵの出力位相の位相差が２πの整数倍でない場合、ユニットＰＵの周期に起因する回折光が高次の成分まで生じ、微弱ながらノイズ光として光Ｅ１に重畳するからである。

また、上述したように、空間光変調器３による光Ｅ１の回折角は光Ｅ１の波長に依存する。従って、光Ｅ１に複数の波長成分が含まれる場合には、波長成分毎に回折角が異なり、観察者Ａに提示する各波長成分の光像が互いにずれてしまう。そこで、光Ｅ１に複数の波長成分が含まれる場合には、各波長成分を同時ではなく極めて短い周期でもって順に照射し、各波長成分に応じて格子間隔を変化させることにより回折角を一定に保つとよい。

また、本実施形態では、空間光変調器３の各画素３０がアドレス光Ｅ２の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有するが、画素３０毎に独立した電極を配置して各電極に個別に電圧を印加することによっても同様の機能を実現できる。しかしながら、観察者Ａの眼Ａａの高さに光像を提供するためには、例えば３０°以上といった比較的大きな回折角が望まれる。その場合、回折格子を構成する各領域のピッチＬは１μｍ～数μｍ程度と極めて小さく、空間光変調器３の画素３０の配列ピッチはこのピッチＬ以下である必要があるので、電極の配列ピッチが極めて小さくなり、駆動回路に要する面積を考慮すると実現が困難である。本実施形態のように、画素３０がアドレス光Ｅ２の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有することによって、各電極と個別に接続される配線が不要となり、画素３０の配列ピッチを小さくして比較的大きな回折角を実現することができる。

（第１変形例）
図３５の（ａ）部及び（ｂ）部は、上記実施形態の第１変形例の構成を示す図である。上記実施形態の画像出力装置１Ａは、図１に示した高速プロジェクタ２Ａに代えて、図３５の（ａ）部に示すマイクロＬＥＤパネル２Ｂを備えてもよい。マイクロＬＥＤパネル２Ｂは、本変形例における画像照射部の例であり、空間光変調器３の主面３ａに対して二次元光像を含む光Ｅ１を照射する、自発光型の高精細ディスプレイである。本変形例においても、主面３ａに対する光Ｅ１の入射方向は、空間光変調器３の主面３ａの法線方向と一致する。マイクロＬＥＤパネル２Ｂの出力波長およびフレームレートは、上記第１実施形態の高速プロジェクタ２Ａと同様である。

マイクロＬＥＤパネル２Ｂと空間光変調器３との間の光路上には、フィルタ１５が設けられる。フィルタ１５の構成及び作用は第１実施形態と同様である。なお、本変形例では、第１実施形態のレンズ１６（図２を参照）は配置されなくてもよい。マイクロＬＥＤパネル２Ｂからの光は、そのまま観察しても観察者Ａの眼Ａａの網膜に結像するからである。

また、上記実施形態の画像出力装置１Ａは、図１に示した高速プロジェクタ２Ａに代えて、図３５の（ｂ）部に示す複数（図示例では３つ）の高速プロジェクタ２Ｃ～２Ｅと、波長合成部２１とを備えてもよい。高速プロジェクタ２Ｃ～２Ｅは、単一波長の二次元光像を出力する装置であって、それぞれの出力波長は互いに異なる。一例では、高速プロジェクタ２Ｃは赤色域の二次元光像を出力し、高速プロジェクタ２Ｄは緑色域の二次元光像を出力し、高速プロジェクタ２Ｅは青色域の二次元光像を出力する。高速プロジェクタ２Ｃ～２Ｅは、それぞれ個別に、波長合成部２１と光学的に結合されている。波長合成部２１は、例えばクロスダイクロイックプリズムであり、高速プロジェクタ２Ｃ～２Ｅから出力された二次元光像を合成して、光Ｅ１として出力する。クロスダイクロイックプリズムは、青色域の光を反射し緑色域の光を透過する第１の多層膜と、赤色域の光を反射し緑色域の光を透過する第２の多層膜とを有し、第１及び第２の多層膜がＸ型に組み合わされてなる。

例えば本変形例のように、画像照射部は上記実施形態に限られず様々な構成を有することができる。画像出力装置１Ａは、空間光変調器３の主面３ａに対して二次元光像を含む光Ｅ１を照射する種々の画像照射部を備えることによって、上記実施形態の効果を奏することができる。また、図３５の（ｂ）部に示した例のように複数の高速プロジェクタからの光を合成することにより、実効的に高速プロジェクタの個数倍の高速化が可能となる。

（第２変形例）
図３６の（ａ）部は、上記実施形態の第２変形例として、アドレス光照射部４Ｂの構成を示す側断面図であって、空間光変調器３の裏面３ｂの法線を含む断面を示す。図３６の（ｂ）部は、アドレス光照射部４Ｂが有する発光装置４１及び光学部材４４の平面図であって、空間光変調器３の裏面３ｂの法線方向から見た発光装置４１及び光学部材４４の構成を示す。

アドレス光照射部４Ｂは、空間光変調器３の裏面３ｂに対して、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を照射する。アドレス光照射部４Ｂは、上記実施形態と同様の発光装置４１を有するとともに、上記実施形態の光学系４３（図２を参照）に代えて、光学部材４４及び結像レンズ４５を含む光学系を有する。光学部材４４は、円環状の発光装置４１の中心に配置された凹面鏡４４ａを有する。結像レンズ４５は、光学部材４４と空間光変調器３の裏面３ｂとの間に配置されている。凹面鏡４４ａ及び結像レンズ４５は、発光装置４１の複数の発光部４２と、空間光変調器３の裏面３ｂとを光学的に結合する。具体的には、凹面鏡４４ａは、発光部４２から出射されたアドレス光Ｅ２を空間光変調器３の裏面３ｂに向けて反射する。凹面鏡４４ａ及び結像レンズ４５は、協働して、アドレス光Ｅ２に含まれる回折格子パターンを裏面３ｂに結像する。また、凹面鏡４４ａは、発光部４２の縦方向のみ選択的に拡大する曲率を有する。これにより、発光部４２の縦方向の長さを小さくすることが可能となる。なお、発光部４２の縦方向のみ選択的に拡大するために、各発光部４２の発光面４２ａ上にシリンドリカルレンズ（不図示）を配置してもよい。シリンドリカルレンズは、サブ波長要素により構成されるメタレンズを用いて実現されてもよい。

光学部材４４には、回転軸４０２を介して回転駆動部４０１が取り付けられている。回転軸４０２は、裏面３ｂの法線方向に延在し、回転駆動部４０１からの駆動力によって、裏面３ｂの法線方向に沿った軸周りに回動する。これにより、凹面鏡４４ａの向きが動的に変化し、複数の発光部４２の中から選択された、所望の回折格子パターンの向きに対応する一部の発光部４２からのアドレス光Ｅ２が、空間光変調器３の裏面３ｂに入力される。従って、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きを動的に変化させることが可能となる。一例では、回転軸４０２は回転駆動部４０１からの駆動力によって一方向への回転動作を行う。その場合、回折格子パターンは裏面３ｂにおいて一方向に回転する。

上記実施形態の画像出力装置１Ａは、本変形例のアドレス光照射部４Ｂを備える場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、上記実施形態では、複数の発光部４２の中から選択された、所望の回折格子パターンの向きに対応する一部の発光部４２がアドレス光Ｅ２を出力するが、本変形例では、上記実施形態と同様であってもよいし、複数の発光部４２の全てがアドレス光Ｅ２を常に出力してもよい。

（第３変形例）
図３７の（ａ）部は、上記実施形態の第３変形例として、アドレス光照射部４Ｃの構成を示す側断面図であって、空間光変調器３の裏面３ｂの法線方向に沿った断面を示す。図３７の（ｂ）部は、アドレス光照射部４Ｃが有する発光装置４６の平面図であって、空間光変調器３の裏面３ｂの法線方向から見た発光装置４６の構成を示す。図３７の（ｃ）部は、（ｂ）部のＩ－Ｉ線に沿った発光装置４６の断面を示す図である。

アドレス光照射部４Ｃは、空間光変調器３の裏面３ｂに対して、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を照射する。本変形例のアドレス光照射部４Ｃは、発光装置４６及び光学系４７を有する。発光装置４６は、円板状を呈しており、主面４６ａ、及び主面４６ａとは反対側の裏面４６ｅを有する。また、発光装置４６は、主面４６ａに設けられた発光部４６ｂを有する。発光部４６ｂの平面形状は、円周に沿って設けられた円環状を呈する。この円環の中心軸は、空間光変調器３の画素群の中心軸と一致する。図３７の（ｃ）部に示すように、発光部４６ｂは、同心円状に並ぶ複数の発光領域４６ｃを含む。このような同心円状の複数の発光領域４６ｃを有することにより、発光部４６ｂは、円周の径方向を周期方向とする回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を出力可能となっている。複数の発光領域４６ｃは、例えば発光ダイオード、面発光レーザなどの面発光型の半導体発光素子によって好適に構成され得る。面発光レーザは、ＶＣＳＥＬ、ＰＣＳＥＬ、またはＳ－ｉＰＭレーザ（後述）であってもよい。

また、図３８の（ａ）部に示すように、発光部４６ｂは、同心円状に並ぶ複数の発光領域４６ｃに代えて、単一の円環状の発光領域４６ｇを有してもよい。その場合、発光装置４６は、遮光膜による周期構造４６ｈを主面４６ａ上に有するとよい。なお、図３８の（ｂ）部は、図３８の（ａ）部のII－II線に沿った断面図である。周期構造４６ｈは、発光領域４６ｇの光出射面上に設けられ、回折格子パターンに応じて開口部及び遮光部を周期的に繰り返す。なお、図示例では、図９～図１２に示した領域Ｅ２ａ，領域Ｅ２ｂにそれぞれ対応する遮光部４６１，４６２と、領域Ｅ２ｃに対応する開口部４６３とが周期的に繰り返されている。発光領域４６ｇは、例えば発光ダイオード、面発光レーザなどの面発光型の半導体発光素子によって好適に構成され得る。面発光レーザは、ＶＣＳＥＬ、ＰＣＳＥＬ、またはＳ－ｉＰＭレーザ（後述）であってもよい。

また、発光部４６ｂは、複数の要素電極４６ｄ及び主面４６ａに形成された導電膜４６ｆを含む。一例では、導電膜４６ｆは透明導電膜であり、アドレス光Ｅ２の波長に対して光透過性を有する。なお、図３７の（ｂ）部及び図３８の（ａ）部では、代表して１つの要素電極４６ｄのみを示す。複数の要素電極４６ｄは、発光装置４６の裏面４６ｅ上に設けられ、円周の周方向に並んで配置されている。一例では、各要素電極４６ｄの平面形状は、発光部４６ｂの円環の中心を中心点とする扇形である。これらの要素電極４６ｄは、空間光変調器３の裏面３ｂにおける所望の回折格子パターンの向きに対応する発光部４６ｂの部分において、導電膜４６ｆとの間に駆動電流を供給することにより、アドレス光Ｅ２を選択的に発光させる。これにより、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きを動的に変化させることが可能となる。一例では、周方向において各要素電極４６ｄが順に発光部４６ｂを発光させる。その場合、回折格子パターンは裏面３ｂにおいて一方向に回転する。

光学系４７は、発光装置４６と空間光変調器３との間に配置され、発光部４６ｂと空間光変調器３の裏面３ｂとを光学的に結合する。光学系４７の光軸は、発光部４６ｂの円環の中心軸と一致しており、円環の中心軸を含む断面における光学系４７の形状は、例えば凸レンズを含む。或いは、円環の中心軸を含む断面における光学系４７の形状は、メタレンズを含んでもよい。光学系４７がメタレンズを含む場合、光学系４７の光軸方向の厚さを薄くできる。なお、光学系４７の形状はこれらに限られず、アドレス光Ｅ２を裏面３ｂに結像し得る形状であれば、他の様々な形状を採用し得る。

上記実施形態のアドレス光照射部４Ａは、本変形例のアドレス光照射部４Ｃに置き換えられてもよい。本変形例の構成によれば、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きを動的に変化させるアドレス光照射部４Ｃを、アドレス光照射部４Ａと異なり、円周に沿った組立てを要さず平面上のプロセス加工によって好適に実現することができる。なお、上記の例では複数の要素電極４６ｄが発光装置４６の裏面４６ｅ上に設けられているが、主面４６ａ側の導電膜４６ｆが複数の要素電極に分割され、裏面４６ｅ側には単一の電極が設けられてもよい。
（第４変形例）

図３９は、上記実施形態の第４変形例として、アドレス光照射部４Ｄの構成を概略的に示す図である。アドレス光照射部４Ｄは、空間光変調器３の裏面３ｂに対して、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を照射する。本変形例のアドレス光照射部４Ｄは、レーザ光源４０３、ビームエキスパンダ４０４、偏光ビームスプリッタ４０５、半波長板（λ／２板）４０６、反射鏡４０７、傾斜鏡４０８、及び回転駆動部４０９を有する。

レーザ光源４０３は、アドレス光Ｅ２の波長と同一の波長を有するレーザ光Ｅ３を出力する。ビームエキスパンダ４０４は、レーザ光源４０３と光学的に結合され、レーザ光源４０３から出力されたレーザ光Ｅ３の光径を拡大し、平行化して出力する。

偏光ビームスプリッタ４０５は、本変形例における分岐部の例であって、レーザ光源４０３から出力されたレーザ光Ｅ３を２つのレーザ光Ｅ３１，Ｅ３２に分岐する。具体的には、偏光ビームスプリッタ４０５は、ビームエキスパンダ４０４を介してレーザ光源４０３と光学的に結合され、レーザ光源４０３から受けたレーザ光Ｅ３を、偏光方向に応じて２つのレーザ光Ｅ３１，Ｅ３２に分岐する。レーザ光Ｅ３の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ４０５が透過特性を有する偏光方向に対して０°より大きく９０°より小さい角度（例えば４５°）で傾いている。従って、偏光ビームスプリッタ４０５が透過特性を有する偏光方向と平行なレーザ光Ｅ３の偏光成分は、偏光ビームスプリッタ４０５を透過してレーザ光Ｅ３１となり、偏光ビームスプリッタ４０５が透過特性を有する偏光方向と直交するレーザ光Ｅ３の偏光成分は、偏光ビームスプリッタ４０５により反射してレーザ光Ｅ３２となる。

半波長板４０６は、偏光ビームスプリッタ４０５及びビームエキスパンダ４０４を介してレーザ光源４０３と光学的に結合され、偏光ビームスプリッタ４０５から出力されたレーザ光Ｅ３１を受け、位相を１８０°変化させることによりレーザ光Ｅ３１の偏光方向を９０°回転させる。これにより、半波長板４０６を通過した後のレーザ光Ｅ３１の偏光方向は、レーザ光Ｅ３２の偏光方向と一致する。

反射鏡４０７及び傾斜鏡４０８は、本変形例における干渉光学系を構成する。反射鏡４０７は、半波長板４０６及び偏光ビームスプリッタ４０５を介してレーザ光源４０３と光学的に結合され、偏光ビームスプリッタ４０５及び半波長板４０６を透過したレーザ光Ｅ３１を、空間光変調器３の裏面３ｂに向けて反射する。傾斜鏡４０８は、偏光ビームスプリッタ４０５を介してレーザ光源４０３と光学的に結合され、偏光ビームスプリッタ４０５により分岐されたレーザ光Ｅ３２を、空間光変調器３の裏面３ｂに向けて反射する。反射鏡４０７及び傾斜鏡４０８は互いに対向して配置され、裏面３ｂの法線方向から見て互いに逆方向からレーザ光Ｅ３１，Ｅ３２を裏面３ｂに向かわせる。反射鏡４０７及び傾斜鏡４０８は、偏光ビームスプリッタ４０５により分岐されたレーザ光Ｅ３１，Ｅ３２を互いに干渉させて、空間光変調器３の裏面３ｂにおいて干渉縞を生成する。この干渉縞は、裏面３ｂにおいてアドレス光Ｅ２の回折格子パターンとして用いられる。

回転駆動部４０９及び傾斜鏡４０８は、本変形例における位置変化部を構成し、レーザ光Ｅ３１，Ｅ３２の干渉時の相対位置関係を動的に変化させる。具体的には、傾斜鏡４０８は回転軸４１０を介して回転駆動部４０９に連結されており、回転駆動部４０９の駆動力を受けて、所定軸周りの回転動作を行う。また、傾斜鏡４０８の光反射面の法線方向は所定軸に対して僅かに傾斜しており、所定軸を中心として傾斜鏡４０８が回転動作を行うと、レーザ光Ｅ３２の光軸も微小な半径をもって回転移動する。これにより、空間光変調器３の裏面３ｂ上において、レーザ光Ｅ３１の照射スポットに対するレーザ光Ｅ３２の照射スポットの相対位置が或る円に沿って移動する。従って、レーザ光Ｅ３１，Ｅ３２の干渉縞であるアドレス光Ｅ２の回折格子パターンは、裏面３ｂ上において一方向に回転することとなる。

本変形例のように、干渉縞を回折格子パターンとして用いてもよい。その場合、本変形例のように、干渉縞を構成する一方のレーザ光Ｅ３１と他方のレーザ光Ｅ３２との干渉時の相対位置関係を動的に変化させることにより、干渉縞の向き、すなわち回折格子パターンの向きを動的に変化させることができる。なお、回折格子パターンの向きの動的な変化は、回折格子パターンの回転に限定されず、或る限られた角度範囲における回動動作であってもよい。なお、上記の例では偏光ビームスプリッタ４０５および半波長板４０６を用いたが、偏光ビームスプリッタの代わりにハーフミラーなどを用いてレーザ光Ｅ３を分岐してもよい。この場合、半波長板４０６は不要となる。
（第５変形例）

図４０の（ａ）部は、上記実施形態の第５変形例として、アドレス光照射部４Ｅの構成を概略的に示す図である。アドレス光照射部４Ｅは、空間光変調器３の裏面３ｂに対して、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を照射する。本変形例のアドレス光照射部４Ｅは、円環状の発光装置４９と、発光装置４９の内側に配置された光学部材４８を含む光学系とを有する。図４０の（ｂ）部は、発光装置４９を円環の軸方向から見た平面図である。同図に示すように、発光装置４９は、複数の面発光レーザ素子アレイ５０を含んで構成されている。各面発光レーザ素子アレイ５０は、本変形例における発光部の例である。複数の面発光レーザ素子アレイ５０は、発光面５０ａを内側に向けて、円周に沿って並んで配列されている。本変形例の面発光レーザ素子アレイ５０は、複数の面発光レーザ素子が一次元又は二次元に配列されてなる。各面発光レーザ素子は、二次元状に配列された複数の発光点から出射される光の位相スペクトル及び強度スペクトルを制御することにより、任意の光像を出力する。このような面発光レーザ素子はＳ－ｉＰＭ（Static-integrable PhaseModulating）レーザと呼ばれ、半導体基板の主面に垂直な方向およびこれに対して傾斜した方向をも含む二次元的な任意形状の光像を出力することができる。従って、面発光レーザ素子アレイ５０は、出力光の位相スペクトル及び強度スペクトルを予め適切に設計することにより、遠視野像に回折格子パターン（例えば、図９～図１２に示したような光強度が異なる３つの領域Ｅ２ａ～Ｅ２ｃを順に繰り返すパターン）を含むアドレス光Ｅ２を裏面３ｂにおいて結像させることを可能とする。

光学部材４８は、円環状の発光装置４９の中心に配置された平坦な反射鏡４８ａを有する。反射鏡４８ａは、発光装置４９の複数の面発光レーザ素子アレイ５０と、空間光変調器３の裏面３ｂとを光学的に結合する。すなわち、反射鏡４８ａは、面発光レーザ素子アレイ５０から出射されたアドレス光Ｅ２を空間光変調器３の裏面３ｂに向けて反射する。

光学部材４８には、回転軸４０２を介して回転駆動部４０１が取り付けられている。回転軸４０２は、裏面３ｂの法線方向に延在し、回転駆動部４０１からの駆動力によって、裏面３ｂの法線方向に沿った軸周りに回動する。これにより、反射鏡４８ａの向きが動的に変化し、複数の面発光レーザ素子アレイ５０の中から選択された、所望の回折格子パターンの向きに対応する一部の面発光レーザ素子アレイ５０からのアドレス光Ｅ２を、空間光変調器３の裏面３ｂに入力させることができる。従って、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きを動的に変化させることが可能となる。一例では、回転軸４０２は回転駆動部４０１からの駆動力によって一方向への回転動作を行う。その場合、回折格子パターンは裏面３ｂにおいて一方向に回転する。

なお、図４１の（ａ）部に示すように、光学部材４８を介さずにアドレス光Ｅ２を面発光レーザ素子アレイ５０から裏面３ｂに直接照射してもよく、或いは、図４１の（ｂ）部に示すように、アドレス光Ｅ２を面発光レーザ素子アレイ５０からレンズ５４を介して裏面３ｂに照射してもよい。また、図４１の（ｃ）部に示すように、メタレンズ５５を、発光面５０ａ上に形成して面発光レーザ素子アレイ５０と一体化してもよい。図４１の（ａ）部～（ｃ）部に示した構成によれば、光学部材４８を必要としないので、機械的な回転機構を要さず電気的に切替えができる。したがって、大型化及び高速化に適した構成となる。

図４２は、本変形例の別構成として、アドレス光照射部４Ｆの構成を概略的に示す図である。アドレス光照射部４Ｆもまた、空間光変調器３の裏面３ｂに対して、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を照射する。アドレス光照射部４Ｆは、面発光レーザ素子アレイ５０及び回転駆動部４０１を有する。面発光レーザ素子アレイ５０は、その発光面５０ａが空間光変調器３の裏面３ｂと対向するように、空間光変調器３の下方に配置されている。面発光レーザ素子アレイ５０には、回転軸４０２を介して回転駆動部４０１が取り付けられている。回転軸４０２は、裏面３ｂの法線方向に延在し、回転駆動部４０１からの駆動力によって、裏面３ｂの法線方向に沿った軸周りの姿勢角を動的に変化させる。これにより、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きが動的に変化することとなる。一例では、回転軸４０２は回転駆動部４０１からの駆動力によって一方向への回転動作を行う。その場合、回折格子パターンは裏面３ｂにおいて一方向に回転する。このように、アドレス光照射部４Ｆは、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を出力する発光部（面発光レーザ素子アレイ５０）と、発光部の光軸周りの姿勢角を動的に変化させる駆動部（回転駆動部４０１）と、を有してもよい。この場合、裏面３ｂにおける回折格子パターンの向きを動的に変化させるアドレス光照射部を好適に実現することができる。なお、本変形例では面発光レーザ素子アレイ５０の姿勢角を動的に変化させているが、図８に示された発光部４２の姿勢角を、本変形例と同様の構成により動的に変化させてもよい。

ここで、面発光レーザ素子アレイ５０を構成する面発光レーザ素子について詳細に説明する。図４３の（ａ）部は、面発光レーザ素子５２の構成を示す断面図である。面発光レーザ素子５２の中心を通り面発光レーザ素子５２の厚さ方向に延びる軸をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を定義する。面発光レーザ素子５２は、ＸＹ面内方向において定在波を形成し、アドレス光Ｅ２を半導体基板５３の主面５３ａに対して垂直な方向（Ｚ方向）に出力する。

面発光レーザ素子５２は、半導体基板５３と、半導体基板５３の主面５３ａ上に設けられた半導体積層６０とを有する。半導体積層６０は、主面５３ａ上に設けられたクラッド層６１と、クラッド層６１上に設けられた活性層６２と、活性層６２上に設けられたクラッド層６３と、クラッド層６３上に設けられたコンタクト層６４とを有する。更に、半導体積層６０は、位相変調層６５Ａを有する。図示例において、位相変調層６５Ａは活性層６２とクラッド層６３との間に設けられているが、位相変調層６５Ａはクラッド層６１と活性層６２との間に設けられてもよい。アドレス光Ｅ２は、半導体基板５３の裏面５３ｂから出力し、空間光変調器３に提供される。すなわち、半導体基板５３の裏面５３ｂが、図４０及び図４２における発光面５０ａに相当する。

クラッド層６１及びクラッド層６３のエネルギーバンドギャップは、活性層６２のエネルギーバンドギャップよりも広い。半導体基板５３、クラッド層６１及び６３、活性層６２、コンタクト層６４、位相変調層６５Ａの厚さ方向は、Ｚ軸方向と一致する。

位相変調層６５Ａは、共振モードを形成する層である。図４３の（ｂ）部は、位相変調層６５Ａを拡大して示す断面図である。位相変調層６５Ａは、基本層６５ａと、複数の異屈折率領域６５ｂとを含んで構成されている。基本層６５ａは、第１屈折率媒質からなる半導体層である。複数の異屈折率領域６５ｂは、第１屈折率媒質とは屈折率の異なる第２屈折率媒質からなり、基本層６５ａ内に存在する。異屈折率領域６５ｂは、空孔であってもよく、空孔に化合物半導体が埋め込まれて構成されてもよい。複数の異屈折率領域６５ｂは、位相変調層６５Ａの厚さ方向に垂直な面内（ＸＹ面内）において二次元状に配列されている。

図４４は、位相変調層６５Ａの平面図である。ここで、位相変調層６５Ａに、ＸＹ面内における仮想的な正方格子を設定する。正方格子の一辺はＸ軸と平行であり、他辺はＹ軸と平行であるものとする。このとき、正方格子の格子点Ｏを中心とする正方形状の単位構成領域Ｒが、Ｘ軸に沿った複数列及びＹ軸に沿った複数行にわたって二次元状に設定され得る。複数の異屈折率領域６５ｂは、各単位構成領域Ｒ内に１つずつ設けられる。異屈折率領域６５ｂの平面形状は、例えば円形状であるが、これに限らず、例えば多角形、閉曲線、２つ以上の閉曲線から構成される等、様々な形状であってもよい。各単位構成領域Ｒ内において、異屈折率領域６５ｂの重心Ｇは、これに最も近い格子点Ｏから離れて配置される。

図４５に示すように、格子点Ｏから重心Ｇに向かう方向とＸ軸との成す角度をφ（ｘ，ｙ）とする。ｘはＸ軸におけるｘ番目の格子点の位置、ｙはＹ軸におけるｙ番目の格子点の位置を示す。回転角度φが０°である場合、格子点Ｏと重心Ｇとを結ぶベクトルの方向はＸ軸の正方向と一致する。また、格子点Ｏと重心Ｇとを結ぶベクトルの長さをｒ（ｘ，ｙ）とする。一例では、ｒ（ｘ，ｙ）はｘ、ｙによらず（位相変調層６５Ａ全体にわたって）一定である。なお、長さｒ（ｘ、ｙ）＝０であるとき、異屈折率領域６５ｂの重心Ｇが格子点Ｏに一致し、この面発光レーザ素子５２はＰＣＳＥＬとなる。

図４４に示されるように、位相変調層６５Ａにおいては、異屈折率領域６５ｂの重心Ｇの格子点Ｏ周りの回転角度φが、所望の光像に応じて各単位構成領域Ｒ毎に独立して個別に設定される。回転角度分布φ（ｘ，ｙ）は、ｘ，ｙの値で決まる位置毎に特定の値を有するが、必ずしも特定の関数で表わされるとは限らない。すなわち、回転角度分布φ（ｘ，ｙ）は、所望の光像を逆フーリエ変換して得られる複素振幅分布のうち位相分布を抽出したものから決定される。なお、所望の光像から複素振幅分布を求める際には、ホログラム生成の計算時に一般的に用いられるGerchberg-Saxton（ＧＳ）法のような繰り返しアルゴリズムを適用することによって、ビームパターンの再現性が向上する。

図４６は、面発光レーザ素子５２の出力ビームパターンが結像して得られる光像と、位相変調層６５Ａにおける回転角度分布φ（ｘ，ｙ）との関係を説明するための図である。なお、出力ビームパターンの中心Ｑは半導体基板５３の主面５３ａに対して垂直な軸線上に位置するとは限らないが、垂直な軸線上に配置させることもできる。ここでは説明のため、中心Ｑが主面５３ａに対して垂直な軸線上にあるものとする。図４６には、中心Ｑを原点とする４つの象限が示されている。図４６では例として第１象限および第３象限に光像が得られる場合を示したが、第２象限および第４象限或いは全ての象限に像を得ることも可能である。本変形例では、図４６に示されるように、原点に関して点対称な光像が得られる。図４６は、例として、第３象限に文字「Ａ」が、第１象限に文字「Ａ」を１８０度回転したパターンが、それぞれ得られる場合について示している。なお、光像が回転対称である場合には、重なって一つの光像として観察される。

本変形例の面発光レーザ素子５２の出力ビームパターンの光像は、回折格子パターンを含んでいる。ここで、回折格子パターンを含む所望の光像を得るためには、以下の手順によって位相変調層６５Ａの異屈折率領域６５ｂの回転角度分布φ（ｘ，ｙ）を決定する。

まず、第１の前提条件として、法線方向に一致するＺ軸と、複数の異屈折率領域６５ｂを含む位相変調層６５Ａの一方の面に一致した、互いに直交するＸ軸およびＹ軸を含むＸ－Ｙ平面と、により規定されるＸＹＺ直交座標系において、該Ｘ－Ｙ平面上に、それぞれが正方形状を有するＭ１（１以上の整数）×Ｎ１（１以上の整数）個の単位構成領域Ｒにより構成される仮想的な正方格子が設定される。

第２の前提条件として、ＸＹＺ直交座標系における座標（ξ，η，ζ）は、図４７に示すように、動径の長さｒと、Ｚ軸からの傾き角θ_tiltと、Ｘ－Ｙ平面上で特定されるＸ軸からの回転角θ_rotと、で規定される球面座標（ｒ,θ_rot,θ_tilt）に対して、以下の式（６）～式（８）で示された関係を満たしているものとする。なお、図４７は、球面座標（ｒ,θ_rot,θ_tilt）からＸＹＺ直交座標系における座標（ξ，η，ζ）への座標変換を説明するための図であり、座標（ξ，η，ζ）により、実空間であるＸＹＺ直交座標系において設定される所定平面上の設計上の光像が表現される。面発光レーザ素子５２から出力される光像に相当するビームパターンを角度θ_tiltおよびθ_rotで規定される方向に向かう輝点の集合とするとき、角度θ_tiltおよびθ_rotは、以下の式（９）で規定される規格化波数であってＸ軸に対応したＫｘ軸上の座標値ｋ_ｘと、以下の式（１０）で規定される規格化波数であってＹ軸に対応するとともにＫｘ軸に直交するＫｙ軸上の座標値ｋ_ｙと、に換算されるものとする。規格化波数は、仮想的な正方格子の格子間隔に相当する波数２π／ａを１．０として規格化された波数を意味する。このとき、Ｋｘ軸およびＫｙ軸により規定される波数空間において、光像に相当するビームパターンを含む特定の波数範囲が、それぞれが正方形状のＭ２（１以上の整数）×Ｎ２（１以上の整数）個の画像領域ＦＲで構成される。なお、整数Ｍ２は、整数Ｍ１と一致する必要はない。同様に、整数Ｎ２は、整数Ｎ１と一致する必要もない。また、式（９）および式（１０）は、例えば、Y. Kurosaka et al.," Effects of non-lasing band intwo-dimensional photonic-crystal lasers clarified using omnidirectional bandstructure," Opt. Express 20, 21773-21783 (2012)に開示されている。

ａ：仮想的な正方格子の格子定数
λ：面発光レーザ素子５２の発振波長

第３の前提条件として、波数空間において、Ｋｘ軸方向の座標成分ｋ_ｘ（０以上Ｍ２－１以下の整数）とＫｙ軸方向の座標成分ｋ_ｙ（０以上Ｎ２－１以下の整数）とで特定される画像領域ＦＲ（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ）それぞれを、Ｘ軸方向の座標成分ｘ（０以上Ｍ１－１以下の整数）とＹ軸方向の座標成分ｙ（０以上Ｎ１－１以下の整数）とで特定されるＸ－Ｙ平面上の単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）に二次元逆離散フーリエ変換することで得られる複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）が、ｊを虚数単位として、以下の式（１１）で与えられる。また、この複素振幅Ｆ（ｘ，ｙ）は、振幅項をＡ（ｘ，ｙ）とするとともに位相項をＰ（ｘ，ｙ）とするとき、以下の式（１２）により規定される。更に、第４の前提条件として、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）が、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ平行であって単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）の中心となる格子点Ｏ（ｘ，ｙ）において直交するｓ軸およびｔ軸で規定される。

上記第１～第４の前提条件の下、位相変調層６５Ａは、以下の第１および第２条件を満たすよう構成される。すなわち、第１条件は、単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内において、重心Ｇが、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から離れた状態で配置されていることである。また、第２条件は、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）から対応する重心Ｇまでの線分長ｒ₂（ｘ，ｙ）がＭ１個×Ｎ１個の単位構成領域Ｒそれぞれにおいて共通の値に設定された状態で、格子点Ｏ（ｘ，ｙ）と対応する重心Ｇとを結ぶ線分と、ｓ軸と、の成す角度φ（ｘ，ｙ）が、
φ（ｘ，ｙ）＝Ｃ×Ｐ（ｘ，ｙ）＋Ｂ
Ｃ：比例定数であって例えば１８０°／π
Ｂ：任意の定数であって例えば０
なる関係を満たすように、対応する異屈折率領域６５ｂが単位構成領域Ｒ（ｘ，ｙ）内に配置されることである。

フーリエ変換で得られた複素振幅分布から強度分布と位相分布を得る方法として、例えば強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）については、ＭａｔｈＷｏｒｋｓ社の数値解析ソフトウェア「ＭＡＴＬＡＢ」のａｂｓ関数を用いることにより計算することができ、位相分布Ｐ（ｘ，ｙ）については、ＭＡＴＬＡＢのａｎｇｌｅ関数を用いることにより計算することができる。

ここで、光像のフーリエ変換結果から回転角度分布φ（ｘ，ｙ）を求め、各異屈折率領域６５ｂの配置を決める際に、一般的な離散フーリエ変換（或いは高速フーリエ変換）を用いて計算する場合の留意点を述べる。フーリエ変換前の光像を図４８の（ａ）部のようにＡ１，Ａ２，Ａ３，及びＡ４といった４つの象限に分割すると、得られるビームパターンは図４８の（ｂ）部のようになる。つまり、ビームパターンの第１象限には、図４８の（ａ）部の第１象限を１８０度回転したものと図４８の（ａ）部の第３象限が重畳したパターンが現れ、ビームパターンの第２象限には図４８の（ａ）部の第２象限を１８０度回転したものと図４８の（ａ）部の第４象限が重畳したパターンが現れ、ビームパターンの第３象限には図４８の（ａ）部の第３象限を１８０度回転したものと図４８の（ａ）部の第１象限が重畳したパターンが現れ、ビームパターンの第４象限には図４８の（ａ）部の第４象限を１８０度回転したものと図４８の（ａ）部の第２象限が重畳したパターンが現れる。

従って、フーリエ変換前の光像（元の光像）として第１象限のみに値を有するものを用いた場合には、得られるビームパターンの第３象限に元の光像の第１象限が現れ、得られるビームパターンの第１象限に元の光像の第１象限を１８０度回転したパターンが現れる。

このように、面発光レーザ素子５２においては、波面が位相変調されていることによって所望のビームパターンが得られる。このビームパターンは、一対の単峰ビーム（スポット）であるばかりでなく、例えば図９～図１２に示されるような回折格子パターンとすることも可能である。

本変形例において、活性層６２から出力されたレーザ光は、クラッド層６１とクラッド層６３との間に閉じ込められつつ位相変調層６５Ａの内部に入り、位相変調層６５Ａの内部の格子構造に応じた所定のモードを形成する。位相変調層６５Ａ内で散乱されて出射されるレーザ光は、半導体基板５３の裏面５３ｂから外部へ出力される。このとき、０次光は、主面５３ａに垂直な方向へ出射する。これに対し、＋１次光および－１次光は、主面５３ａに垂直な方向及びこれに対して傾斜した方向を含む２次元的な任意方向へ出射する。

なお、本変形例における上記の説明では、波長λ₀に対して、λ₀＝ａ×ｎ（ａは格子間隔）としており、正方格子のΓ₂点と称するバンド端を利用している。一方、格子間隔ａをλ₀＝（√２）ａ×ｎとなるように設定してもよい。これは、正方格子のＭ点と称するバンド端に対応する。この場合、設計ビームパターンに対応する位相角度分布φ₀（ｘ，ｙ）に対して、追加の位相角度分布φ₁（ｘ，ｙ）＝（±πｘ／ａ，±πｙ／ａ）の位相を重畳した位相角度分布φ（ｘ，ｙ）＝φ₀（ｘ，ｙ）＋φ₁（ｘ，ｙ）とする。図４９は、回転角度分布φ₁（ｘ，ｙ）の一例を概念的に示す図である。図４９に示されるように、この例では、第１の位相値φ_Aと、第１の位相値φ_Aとは異なる値の第２の位相値φ_Bとが市松模様に配列されている。一実施例では、位相値φ_Aは０（ｒａｄ）であり、位相値φ_Bはπ（ｒａｄ）である。すなわち、第１の位相値φ_Aと、第２の位相値φ_Bとがπずつ変化する。この場合、面垂直方向に設計ビームパターンを取り出すことができ、面垂直方向に０次光が現れず、±１次光からなる設計ビームパターンのみを出射することができる。０次光は位相変調されない波面だが、±１次光は位相変調された波面となる。故に、空間光変調器３へ入射するアドレス光Ｅ２の空間位相分布を効率的に制御できる。

本変形例のように、アドレス光Ｅ２の回折格子パターンを出力する発光部は、Ｓ－ｉＰＭレーザによって構成されてもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。また、本変形例においては、複数個のＳ－ｉＰＭレーザを並べて同時に用いることにより、解像度を容易に向上させ得る。すなわち、Ｓ－ｉＰＭレーザ単体での解像度を向上するためには位相変調層６５Ａの発振領域サイズを大きくする必要があるが、発振領域サイズを大きくすると全体で均一且つ安定な発振を維持することが困難となるおそれがある。本変形例ではＳ－ｉＰＭレーザから出力されるビームパターンの強度情報のみを用いて空間光変調器３の位相制御を行うので、互いに位相が整合していない複数のＳ－ｉＰＭレーザを単純に並べるだけで済む。

具体的な数値例を挙げると、例えばY.Kurosaka et al., “Phase-modulating lasers toward on-chip integration”,Scientific Reports 6, 30138(2016)に記載されているＳ－ｉＰＭレーザは、一辺４００μｍの正方形の発振領域から１４００行１４００列の解像度を有する２次元ビームパターンを出力する。空間光変調器３の光変調領域を一辺５０ｃｍの正方形とした場合、１μｍピッチで画素を配列すると画素数は行方向及び列方向ともに５０万となり、上記の解像度を有するＳ－ｉＰＭレーザを行方向及び列方向にそれぞれ３５７個並べるとよい。理想的に密に敷き詰めた場合には、一辺１４．３ｃｍの正方形となる。すなわち、一辺１４．３ｃｍのＳ－ｉＰＭレーザアレイを回転させるだけで、一辺５０ｃｍのホログラフィック板を回転させるのと同等の機能を実現することができ、大型化が可能となる。言い換えると、一辺３０ｃｍのＳ－ｉＰＭレーザアレイを回転させるだけで、一辺１０５ｃｍのホログラフィック板を回転させるのと同等の機能を実現することができ、立体像に対して１ｍを超える大型化が可能となる。

なお、回折格子パターンは単純なストライプパターンの繰り返しであるので、必ずしも上記の個数のＳ－ｉＰＭレーザを並べる必要はなく、例えばビームスプリッタを含む光学系を用いて少数のＳ－ｉＰＭレーザからの出力パターンの分岐及びシフトを行ってもよい。この場合、分岐の回数分だけＳ－ｉＰＭレーザの個数を減らすことができる。

また、図４２に示す例において、機械的に回転する面発光レーザ素子アレイ５０に代えて、複数の回転位相に対応する複数の面発光レーザ素子アレイ５０を切替えて用いてもよい。或いは、Ｓ－ｉＰＭレーザに代えて、ビームパターンを動的に変更可能なＤ－ｉＰＭ（Dynamic-integrable Phase Modulating）レーザを用いてもよい。これらの場合、機械的な駆動部を無くすことができ、信頼性の向上につながる。なお、Ｄ－ｉＰＭレーザを用いる場合においても、ビームパターンの強度情報のみを用いて空間光変調器３の位相制御を行うので、互いに位相が整合していない複数のＤ－ｉＰＭレーザを単純に並べてよい。

また、本変形例では、面発光レーザ素子アレイ５０からのアドレス光Ｅ２を、レンズ光学系を介さずに直接、空間光変調器３の裏面３ｂに照射している。より細かい回折格子パターンの形成のために、面発光レーザ素子アレイ５０と裏面３ｂとの間に、複数のレンズにより構成されるズームレンズ光学系を介在させてもよい。

（第６変形例）
Ｓ－ｉＰＭレーザは、前述した第５変形例の構成に限られない。例えば、本変形例の位相変調層の構成であっても、Ｓ－ｉＰＭレーザを好適に実現することができる。図５０は、Ｓ－ｉＰＭレーザが備える位相変調層６５Ｂの平面図である。また、図５１は、位相変調層６５Ｂにおける異屈折率領域６５ｂの位置関係を示す図である。位相変調層６５Ｂは、本変形例における共振モード形成層である。図５０及び図５１に示すように、位相変調層６５Ｂにおいて、各異屈折率領域６５ｂの重心Ｇは、直線Ｄ上に配置されている。直線Ｄは、各単位構成領域Ｒの対応する格子点Ｏを通り、正方格子の各辺に対して傾斜する直線である。言い換えると、直線Ｄは、Ｘ軸及びＹ軸の双方に対して傾斜する直線である。正方格子の一辺（Ｘ軸）に対する直線Ｄの傾斜角はαである。傾斜角αは、位相変調層６５Ｂ内において一定である。傾斜角αは、０°＜α＜９０°を満たし、一例ではα＝４５°である。または、傾斜角αは、１８０°＜α＜２７０°を満たし、一例ではα＝２２５°である。傾斜角αが０°＜α＜９０°または１８０°＜α＜２７０°を満たす場合、直線Ｄは、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される座標平面の第１象限から第３象限にわたって延びる。或いは、傾斜角αは、９０°＜α＜１８０°を満たし、一例ではα＝１３５°である。或いは、傾斜角αは、２７０°＜α＜３６０°を満たし、一例ではα＝３１５°である。傾斜角αが９０°＜α＜１８０°または２７０°＜α＜３６０°を満たす場合、直線Ｄは、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される座標平面の第２象限から第４象限にわたって延びる。このように、傾斜角αは、０°、９０°、１８０°及び２７０°を除く角度である。このような傾斜角αとすることで、光出力ビームにおいて、Ｘ軸方向に進む光波とＹ軸方向に進む光波との両方を寄与させることができる。ここで、格子点Ｏと重心Ｇとの距離をｒ（ｘ，ｙ）とする。ｘはＸ軸におけるｘ番目の格子点の位置、ｙはＹ軸におけるｙ番目の格子点の位置を示す。距離ｒ（ｘ，ｙ）が正の値である場合、重心Ｇは第１象限（または第２象限）に位置する。距離ｒ（ｘ，ｙ）が負の値である場合、重心Ｇは第３象限（または第４象限）に位置する。距離ｒ（ｘ，ｙ）が０である場合、格子点Ｏと重心Ｇとは互いに一致する。

図５０に示される、各異屈折率領域６５ｂの重心Ｇと、各単位構成領域Ｒの対応する格子点Ｏとの距離ｒ（ｘ，ｙ）は、所望の光像に応じて各異屈折率領域６５ｂ毎に個別に設定される。距離ｒ（ｘ，ｙ）の分布は、ｘ，ｙの値で決まる位置毎に特定の値を有するが、必ずしも特定の関数で表わされるとは限らない。距離ｒ（ｘ，ｙ）の分布は、所望の光像を逆フーリエ変換して得られる複素振幅分布のうち位相分布を抽出したものから決定される。すなわち、図５１に示される、或る座標（ｘ，ｙ）における位相Ｐ（ｘ，ｙ）がＰ₀である場合には距離ｒ（ｘ，ｙ）を０と設定し、位相Ｐ（ｘ，ｙ）がπ＋Ｐ₀である場合には距離ｒ（ｘ，ｙ）を最大値ｒ₀に設定し、位相Ｐ（ｘ，ｙ）が－π＋Ｐ₀である場合には距離ｒ（ｘ，ｙ）を最小値－ｒ₀に設定する。そして、その中間の位相Ｐ（ｘ，ｙ）に対しては、ｒ（ｘ，ｙ）＝｛Ｐ（ｘ，ｙ）－Ｐ₀｝×ｒ₀／πとなるように距離ｒ（ｘ，ｙ）をとる。ここで、初期位相Ｐ₀は任意に設定することができる。正方格子の格子間隔をａとすると、ｒ（ｘ，ｙ）の最大値ｒ₀は例えば

の範囲内である。

本変形例のように、面発光レーザ素子アレイ５０は、共振モード形成層として位相変調層６５Ｂを有してもよい。この場合、位相変調層６５Ｂにおいて発生したレーザ光の一部（＋１次光および－１次光の一部、並びに０次光）は、半導体基板５３の主面５３ａに対して平行ではない方向に回折し、金属電極膜６６において反射したのち（または直接に）半導体基板５３の裏面５３ｂに達し、裏面５３ｂから空間光変調器３に向けて、アドレス光Ｅ２として出射する。本変形例においても、面発光レーザ素子アレイ５０は、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を空間光変調器３の裏面３ｂに結像させることができる。従って、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第７変形例）
上記実施形態では、空間光変調器３として液晶型のものを例示したが、空間光変調器の構成は液晶型に限られない。図５２は、空間光変調器の別の例として、反射型動的メタサーフェス（以下、単にメタサーフェスと称する）７Ａの構成を示す平面図である。「メタサーフェス」とは、光Ｅ１の波長よりも十分に小さい単位構造を平坦な表面上に複数並べて形成することにより、単位構造毎に入射光の位相を変化させるものである。メタサーフェスには種々の構造が存在するが、本実施形態のメタサーフェスは、その中でもギャップ・プラズモン型と呼ばれる構造を有する。メタサーフェス７Ａは、互いに交差（例えば直交）する方向Ｄ１及びＤ２に沿って延びる平板状の装置であって、方向Ｄ１及びＤ２の双方と交差（例えば直交）する方向Ｄ３を厚さ方向とする。メタサーフェス７Ａの主面７ａには、複数の画素７０が形成されている。複数の画素７０は、方向Ｄ１を行方向とし、方向Ｄ２を列方向とする二次元状に配列されている。各画素７０の平面形状は矩形状（例えば正方形状）である。各画素７０の一辺の長さＬは、例えば２００ｎｍ～４００ｎｍの範囲内である。メタサーフェス７Ａは、主面７ａに入力される光Ｅ１の位相を画素７０毎に個別に変調することにより、回折格子としての役割を果たす。

図５３は、図５２のIII－III線に沿った断面図であって、メタサーフェス７Ａの断面構造を示している。メタサーフェス７Ａは、主面７ａに照射された二次元光像を含む光Ｅ１を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素７０毎に光Ｅ１の位相を変調する。メタサーフェス７Ａの各画素７０は、裏面７ｂ側から照射されたアドレス光Ｅ２の各画素７０毎の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有する。図５３に示すように、メタサーフェス７Ａは、透明基板７１、透明電極層７２、インピーダンス変化層７３Ａ、金属膜７４、積層構造体７５、金属膜７６、及び透明基板７７を有する。

透明基板７１は、光透過性を有する板状の部材である。ここでいう光透過性とは、アドレス光Ｅ２を透過する性質をいう。一例では、透明基板７１はガラス基板である。透明基板７１は、互いに平行且つ反対方向を向く主面７１ａ及び裏面７１ｂを含む。主面７１ａ及び裏面７１ｂは、平坦且つ滑面である。裏面７１ｂは、メタサーフェス７Ａの裏面７ｂと一致する。透明基板７１の厚みは、例えば２０μｍ以上１ｍｍ以下である。

透明電極層７２は、インピーダンス変化層７３Ａと透明基板７１との間に位置する。図示例では、透明電極層７２は透明基板７１の主面７１ａと接している。透明電極層７２は、透明基板７１と同様に光透過性を有する。すなわち、透明電極層７２は、アドレス光Ｅ２を透過する。透明電極層７２の構成材料は、例えば例えばＩＴＯ、酸化亜鉛系の導電材料（ＡＺＯ、ＧＺＯ）のうち少なくとも１つを含む。透明電極層７２の厚みは、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下である。透明電極層７２は、画素毎に分割されておらず、主面７１ａ上の全面にわたって一体に設けられている。

インピーダンス変化層７３Ａは、金属膜７４と透明電極層７２との間に位置する半導体層である。インピーダンス変化層７３Ａは、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じて、インピーダンスの分布を発現する。具体的には、インピーダンス変化層７３Ａを構成する材料のインピーダンスは、光を受けるとその光強度に応じて単調に変化する。そのような材料としては、例えば水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物、ＩｎＰ系化合物、及びＧａＡｓ系化合物が挙げられる。従って、本変形例のインピーダンス変化層７３Ａは、水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物（例えばｉ型ＧａＮ）、ＩｎＰ系化合物（例えばｉ型ＩｎＰ）、及びＧａＡｓ系化合物（例えばｉ型ＧａＡｓ）のうち少なくとも１つを含んで構成され得る。インピーダンス変化層７３Ａの厚みは、例えば１０ｎｍ以上２０μｍ以下である。インピーダンス変化層７３Ａもまた、画素７０毎に分割されておらず、主面７１ａ上の全面にわたって一体に設けられている。

積層構造体７５は、平坦な膜であって、複数の画素７０にわたって方向Ｄ１及びＤ２に沿って延在している。積層構造体７５は、主面７５ａおよび裏面７５ｂを有する。主面７５ａには、光Ｅ１が入力される。主面７５ａおよび裏面７５ｂは、方向Ｄ３において互いに対向する。主面７５ａと裏面７５ｂとの間隔（すなわち方向Ｄ３における積層構造体７５の厚さ）は、光Ｅ１の波長λよりも十分に小さく設定される。積層構造体７５の厚さは、例えば１０ｎｍ～１００ｎｍの範囲内である。積層構造体７５は、方向Ｄ３を積層方向として積層された透明導電層７５１及び誘電体層７５２を有する。

透明導電層７５１は、光透過性且つ導電性を有する無機膜である。ここでいう光透過性とは、光Ｅ１を透過する性質をいう。また、導電性とは、電気抵抗率が極めて低い（例えば抵抗率が１０^－６Ω・ｍ以下の）性質をいう。本変形例の透明導電層７５１は、例えばＩＴＯ、酸化亜鉛系の導電材料（ＡＺＯ、ＧＺＯ）のうち少なくとも１つを含む。透明導電層７５１の厚さは、例えば３ｎｍ～５０ｎｍの範囲内であり、一例では２０ｎｍである。

誘電体層７５２は、光透過性且つ絶縁性を有する無機膜である。絶縁性とは、電気抵抗率が極めて高い（例えば抵抗率が１０^６Ω・ｍ以上の）性質をいう。誘電体層７５２は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）のうち少なくとも一つを含む。誘電体層７５２の厚さは、例えば１ｎｍ～２０ｎｍの範囲内であり、一例では５ｎｍである。なお、図示例では裏面７ｂ側に透明導電層７５１が設けられ、主面７ａ側に誘電体層７５２が設けられているが、主面７ａ側に透明導電層７５１が設けられ、裏面７ｂ側に誘電体層７５２が設けられてもよい。

金属膜７６は、メタサーフェス構造におけるナノアンテナとしての機能を有する。金属膜７６は、積層構造体７５の主面７５ａ上に設けられている。金属膜７６は、例えば金（Ａｕ）といった金属からなる膜である。金属膜７６の膜厚は、例えば３０ｎｍ～１００ｎｍの範囲内であり、一例では５０ｎｍである。金属膜７６は、画素７０毎に分割されている。方向Ｄ１における各画素７０の金属膜７６の幅は、同方向における画素７０の長さ（画素ピッチ）よりも小さく設定され、且つ、光Ｅ１の波長λよりも十分に小さく設定される。一例では、各画素７０の金属膜７６の幅は４０ｎｍ～３６０ｎｍの範囲内であり、一例では２５０ｎｍである。また、隣り合う金属膜７６同士の間隔は４０ｎｍ～３６０ｎｍの範囲内であり、一例では１５０ｎｍである。また、金属膜７６の幅Ｗ１と光Ｅ１の波長λとの比（Ｗ１／λ）は０．０２～１の範囲内である。さらに、金属膜７６の幅Ｗ１と画素７０の一辺の長さＬとの比（Ｗ１／Ｌ）は０．１～０．９の範囲内である。

金属膜７４は、積層構造体７５の裏面７５ｂ上に設けられ、積層構造体７５とインピーダンス変化層７３Ａとの間に位置する。一例では、金属膜７４は裏面７５ｂと接している。金属膜７４は、積層構造体７５に入力された光Ｅ１を、主面７ａに向けて反射する。金属膜７４は、例えば金（Ａｕ）といった金属からなる。金属膜７４の膜厚は、例えば１００ｎｍ～２００ｎｍの範囲内であり、一例では１５０ｎｍである。金属膜７４は、画素７０毎に分割されている。一例では、各画素７０の金属膜７４の幅は４０ｎｍ～３６０ｎｍの範囲内である。さらに、各画素７０の金属膜７４の幅Ｗ２と画素７０の一辺の長さＬとの比（Ｗ２／Ｌ）は０．１～０．９の範囲内である。

透明基板７７は、積層構造体７５の主面７５ａ上において、金属膜７６を覆うように設けられている。言い換えると、金属膜７６は、積層構造体７５と透明基板７７との間に設けられている。透明基板７７は、光透過性を有する板状の部材である。ここでいう光透過性とは、光Ｅ１を透過する性質をいう。一例では、透明基板７７はガラス基板である。透明基板７７は、積層構造体７５とは反対側の表面７７ａを含む。表面７７ａは、平坦且つ滑面であり、メタサーフェス７Ａの主面７ａと一致する。透明基板７７の厚みは、例えば２０μｍ以上１ｍｍ以下である。

以上の構成を備えるメタサーフェス７Ａによって得られる作用について説明する。メタサーフェス７Ａは、光反射膜としての金属膜７４と、透明導電層７５１及び誘電体層７５２を含む積層構造体７５と、ナノアンテナとしての金属膜７６とがこの順に積層されたＭＩＭ構造を備える。この場合、メタサーフェス７Ａの主面７ａに入射した光Ｅ１は、金属膜７６の一方側において露出した積層構造体７５の部分に入射する。この光Ｅ１は、金属膜７４と金属膜７６との間を導波し、金属膜７６の他方側において露出した積層構造体７５の部分から主面７ａを介してメタサーフェス７Ａの外部へ出力される。このとき、金属膜７６と金属膜７４との間に駆動電圧が印加されると、ギャップ・サーフェス・プラズモン・モードと呼ばれる互いに逆向きの誘導電流が金属膜７６及び金属膜７４の双方に生じ、積層構造体７５内に強い磁気共鳴（プラズモン共鳴）が生じる。この磁気共鳴を利用することで、金属膜７６と金属膜７４との間を通過する光Ｅ１の位相を変調することができる。

ここで、以下の数式（１４）は、磁気共鳴による光Ｅ１の位相変調量φ、金属膜７６の幅ｗ（＝Ｗ１）、光Ｅ１の波長λ、および積層構造体７５の実効屈折率Ｎ_ｇｓｐの関係を表す。なお、ｍは整数である。

数式（１４）から明らかなように、位相変調量φは、積層構造体７５の実効屈折率Ｎ_ｇｓｐに依存する。そして、金属膜７６と金属膜７４との間に印加される駆動電圧を変化させることによって、実効屈折率Ｎ_ｇｓｐを制御することができる。その理由は次の通りである。金属膜７６と金属膜７４との間に駆動電圧が印加されると、金属膜７６と金属膜７４との間の電界によって透明導電層７５１の誘電体層７５２との界面付近の電子密度が高まる。その結果、図５３に示されるように、透明導電層７５１の該界面付近の部分が、実効的に金属化した層７５１ａに変化する。この層７５１ａによって、光Ｅ１に対する積層構造体７５の実効屈折率Ｎ_ｇｓｐが大きく変化する。

本変形例では、金属膜７６と透明電極層７２との間に交流電圧源７８が電気的に接続され、金属膜７６と透明電極層７２との間に交流の駆動電圧が印加される。交流電圧の実効電圧は例えば数ボルトであり、周波数は例えばＤＣ～１ＧＨｚである。そして、透明電極層７２と金属膜７４との間には、インピーダンス変化層７３Ａが設けられている。アドレス光Ｅ２が裏面３ｂ側に照射されると、アドレス光Ｅ２はインピーダンス変化層７３Ａに達し、インピーダンス変化層７３Ａにインピーダンスの分布を与える。すなわち、アドレス光Ｅ２の光強度が小さい画素７０ではインピーダンス変化層７３Ａのインピーダンスが大きい状態に維持され、アドレス光Ｅ２の光強度が大きい画素７０ではインピーダンス変化層７３Ａのインピーダンスが小さくなる（図５３の領域７３ａ）。従って、インピーダンス変化層７３Ａのインピーダンス分布は、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じた分布となる。インピーダンス変化層７３Ａのインピーダンスが小さくなった画素７０では、透明導電層７５１に与えられる電圧が大きくなり、透明導電層７５１に強い電界が印加される。また、インピーダンス変化層７３Ａのインピーダンスが大きい状態に維持された画素では、インピーダンス変化層７３Ａのインピーダンスは透明導電層７５１のインピーダンスと比べて同程度なので、透明導電層７５１に与えられる電圧は小さく、透明導電層７５１には弱い電界が印加される（或いは、電界が全く印加されない）。故に、光Ｅ１に対して、アドレス光Ｅ２の光強度分布に応じた位相分布が与えられる。なお、アドレス光Ｅ２は、金属膜７４により遮られて積層構造体７５には達しない。

このように、メタサーフェス７Ａの各画素７０は、各画素７０の裏面７ｂ側に照射されたアドレス光Ｅ２の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有するので、メタサーフェス７Ａは、回折格子パターンに応じた位相パターンを、主面７ａに入射した光Ｅ１に与える。従って、主面７ａに対して照射された二次元光像は、メタサーフェス７Ａにおいて反射する際、回折格子パターンの向きに応じた方向に偏向して出力される。更に、本変形例においても上記実施形態と同様に、裏面７ｂにおける回折格子パターンの向きが動的に変化するので、二次元光像の偏向方向も動的に変化する。回折格子パターンの向きに対応する二次元光像を主面７ａに照射すると、観察者に対して立体的な画像を提示することが可能になる。加えて、この画像出力装置によれば、回折格子パターンを含むアドレス光Ｅ２を動的に変化させることにより立体画像を出力するので、光偏向要素であるメタサーフェス７Ａを静止させたまま立体画像を出力することが可能になる。従って、ホログラフィックスクリーンを機械的に高速で回転させる非特許文献１に開示された装置と比較して、メタサーフェス７Ａのサイズを大型化して立体画像を大きくすることが容易にできる。また、本変形例のように空間光変調器としてメタサーフェス７Ａを用いることにより、液晶型の空間光変調器を用いる場合と比較して、より高速な動作が可能となる。

本変形例においても、メタサーフェス７Ａの裏面７ｂにおいて回折格子パターンを回転させてよい。この場合、３６０°の全周方向に対して立体的な画像を提示することが可能になる。なお、回折格子パターンの向きの動的な変化は、回折格子パターンの回転に限定されず、或る限られた角度範囲における回動動作であってもよい。

本変形例のように、メタサーフェス７Ａは、主面７ａと裏面７ｂとの間に位置する金属膜７４と、金属膜７４と主面７ａとの間に位置する透明導電層７５１と、透明導電層７５１と主面７ａとの間に位置するナノアンテナとしての金属膜７６と、金属膜７４と裏面７ｂとの間に位置し、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層７３Ａと、インピーダンス変化層７３Ａと裏面７ｂとの間に位置する透明電極層７２と、を有してもよい。上述したように、例えばこのような構成をメタサーフェス７Ａが有することにより、メタサーフェス７Ａの各画素７０において、各画素７０の裏面７ｂ側に照射されたアドレス光Ｅ２の強度に応じて位相変調量を変化させることができる。

本変形例のように、インピーダンス変化層７３Ａは、水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物、ＩｎＰ系化合物、及びＧａＡｓ系化合物のうち少なくとも１つを含んでもよい。これらの物質のインピーダンスは、光を受けると変化する。従って、この場合、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層７３Ａを好適に実現することができる。

図５４は、第７変形例のメタサーフェスの別の構成として、メタサーフェス７Ｂを示す断面図である。メタサーフェス７Ｂは、上述したインピーダンス変化層７３Ａに代えてインピーダンス変化層７３Ｂを有する点でメタサーフェス７Ａと相違する。また、メタサーフェス７Ｂは、メタサーフェス７Ａの構成に加えて、透明導電層７９を更に有する。

インピーダンス変化層７３Ｂは、金属膜７４と透明電極層７２との間に位置する。インピーダンス変化層７３Ｂは、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じて、インピーダンスの分布を発現する。具体的には、インピーダンス変化層７３Ｂを構成する材料のインピーダンスは、光を受けるとその光強度に応じて単調に変化する。そのような材料としては、例えば水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物、ＩｎＰ系化合物、及びＧａＡｓ系化合物が挙げられる。従って、本変形例のインピーダンス変化層７３Ｂは、水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物（例えばｉ型ＧａＮ）、ＩｎＰ系化合物（例えばｉ型ＩｎＰ）、及びＧａＡｓ系化合物（例えばｉ型ＧａＡｓ）のうち少なくとも１つを含んで構成され得る。インピーダンス変化層７３Ｂの厚みは、例えば１０ｎｍ以上２０μｍ以下である。また、互いに隣り合うインピーダンス変化層７３Ｂ同士におけるキャリア拡散による電気クロストークを避けるため、隣り合うインピーダンス変化層７３Ｂの間には空隙ＧＡが設けられる。

アドレス光Ｅ２が裏面３ｂ側に照射されると、当該部分のインピーダンスが局所的に低下する。従って、インピーダンス変化層７３Ｂのインピーダンス分布は、アドレス光Ｅ２の強度分布に応じた分布となる。インピーダンス変化層７３Ｂのインピーダンスが小さくなった画素７０では、透明導電層７５１に与えられる電圧が大きくなり、透明導電層７５１に強い電界が印加される。また、インピーダンス変化層７３Ｂのインピーダンスが大きい状態に維持された画素では、インピーダンス変化層７３Ｂのインピーダンスが透明導電層７５１のインピーダンスと比べて大きいので、透明導電層７５１に与えられる電圧が小さく、透明導電層７５１に弱い電界が印加される（或いは、電界が全く印加されない）。なお、アドレス光Ｅ２は、金属膜７４により遮られて積層構造体７５には達しない。

透明導電層７９は、透明基板７７と同様に光透過性を有し、且つ、導電性を有する。透明導電層７９は、光Ｅ１を透過する。透明導電層７９の構成材料は、例えば例えばＩＴＯ、酸化亜鉛系の導電材料（ＡＺＯ、ＧＺＯ）のうち少なくとも１つを含む。透明導電層７９の厚みは、例えば１ｎｍ以上１μｍ以下である。透明導電層７９は、画素毎に分割されておらず、主面７１ａ上の全面にわたって一体に設けられている。透明導電層７９は、金属膜７６と透明基板７７との間に介在しており、金属膜７６と電気的に接続されている。一例では、透明導電層７９は金属膜７６に接する。交流電圧源７８は、透明電極層７２と透明導電層７９との間に電気的に接続され、透明電極層７２と透明導電層７９との間に交流電圧を印加する。

以上に説明した構成を有するメタサーフェス７Ｂであっても、前述したメタサーフェス７Ａと同様の効果を奏することができる。なお、図示例のように、透明電極層７２、インピーダンス変化層７３Ｂ、及び積層構造体７５は、画素７０毎に分割され、分割された各部分は空隙ＧＡを介して互いに離れていてもよい。これにより、隣接画素間の電気的クロストークを抑制することができる。

本発明による画像出力装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、空間光変調器として、上記実施形態では液晶型の空間光変調器３を例示し、第７変形例ではメタサーフェス７Ａ，７Ｂを例示したが、本発明に適用される空間光変調器はこれらに限られず、他に様々な構成のものを適用可能である。また、アドレス光照射部及び画像照射部の構成も上記実施形態及び各変形例に限られず、他に様々な構成のものを適用可能である。

１Ａ…画像出力装置、２Ａ…高速プロジェクタ、２Ｂ…マイクロＬＥＤパネル、２Ｃ～２Ｅ…高速プロジェクタ、３…空間光変調器、４Ａ～４Ｆ…アドレス光照射部、７Ａ，７Ｂ…メタサーフェス、１１…交流電圧源、１５…フィルタ、１６…レンズ、２１…波長合成部、３０…画素、３１…透明基板、３２…透明電極層、３３…インピーダンス変化層、３４…誘電体ミラー、３５…液晶配向膜、３６…液晶層、３６ａ…ネマティック液晶、３７…透明電極層、３８…透明基板、３９…紫外線硬化樹脂、３９ａ…隔壁、４１…発光装置、４２…発光部、４２ａ…発光面、４２ｂ，４２ｃ…発光領域、４３…光学系、４４…光学部材、４４ａ…凹面鏡、４５…結像レンズ、４６…発光装置、４６ａ…主面、４６ｂ…発光部、４６ｃ…発光領域、４６ｄ…要素電極、４６ｅ…裏面、４６ｆ…導電膜、４６ｇ…発光領域、４６ｈ…周期構造、４７…光学系、４８…光学部材、４８ａ…反射鏡、４９…発光装置、５０…面発光レーザ素子アレイ、５０ａ…発光面、５２…面発光レーザ素子、５３…半導体基板、６０…半導体積層、６１…クラッド層、６２…活性層、６３…クラッド層、６４…コンタクト層、６５Ａ，６５Ｂ…位相変調層、６５ａ…基本層、６５ｂ…異屈折率領域、６６…金属電極膜、７０…画素、７１…透明基板、７２…透明電極層、７３Ａ，７３Ｂ…インピーダンス変化層、７４…金属膜、７５…積層構造体、７６…金属膜、７７…透明基板、７８…交流電圧源、７９…透明導電層、８０…遮光パターン、８１…遮光領域、３０１…スペーサ、４０１…回転駆動部、４０２…回転軸、４０３…レーザ光源、４０４…ビームエキスパンダ、４０５…偏光ビームスプリッタ、４０６…半波長板、４０７…反射鏡、４０８…傾斜鏡、４０９…回転駆動部、４１０…回転軸、７５１…透明導電層、７５２…誘電体層、Ａ…観察者、Ａａ…眼、Ｂ１～Ｂ３…波面、Ｄ…直線、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄａ…法線方向、Ｄｂ…光出射方向、Ｅ１…光、Ｅ２…アドレス光、Ｅ２ａ～Ｅ２ｃ…領域、Ｅ３，Ｅ３１，Ｅ３２…レーザ光、Ｆａ～Ｆｃ…領域、ＦＲ…画像領域、Ｇ…重心、ＧＡ…空隙、Ｏ…格子点、Ｐ_１～Ｐ_４…領域、ＰＵ…ユニット、Ｑ…中心、Ｒ…単位構成領域、α…傾斜角、θ，θ_Ｂ…回折角、θ_ｒｏｔ…回転角、θ_ｔｉｌｔ…傾き角。

Claims

主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に前記光の位相を変調する空間光変調器と、
前記主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、
前記裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、
を備え、
前記空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側から照射された前記アドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有し、
前記アドレス光照射部は、静止した状態の前記空間光変調器の前記裏面における前記回折格子パターンの向きを動的に変化させ、
前記画像照射部は、前記回折格子パターンの向きに対応する前記二次元光像を前記主面に照射する、画像出力装置。
前記アドレス光照射部は、前記裏面において前記回折格子パターンを回転させる、請求項１に記載の画像出力装置。
前記空間光変調器は、
前記主面と前記裏面との間に位置する光反射層と、
前記光反射層と前記主面との間に位置する液晶層と、
前記液晶層と前記主面との間に位置する光透過性の第１電極層と、
前記光反射層と前記裏面との間に位置し、前記アドレス光の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層と、
前記インピーダンス変化層と前記裏面との間に位置する光透過性の第２電極層と、
を有し、
前記液晶層は、液晶を前記画素毎に区画する隔壁を有する、請求項１又は２に記載の画像出力装置。
前記隔壁は、前記主面に沿った第１方向と、前記主面に沿っており前記第１方向と直交する第２方向とに延在し、
前記第２方向に延在する前記隔壁同士のピッチは、前記第１方向に延在する前記隔壁同士のピッチよりも大きい、請求項３に記載の画像出力装置。
前記第２方向に延在する前記隔壁同士のピッチは、前記第１方向に延在する前記隔壁同士のピッチの２倍以上である、請求項４に記載の画像出力装置。
前記隔壁は、前記主面に沿った第１方向と、前記主面に沿っており前記第１方向と直交する第２方向とに延在し、
前記第１方向に延在する前記隔壁同士のピッチ、及び前記第２方向に延在する前記隔壁同士のピッチは何れも５μｍ以下である、請求項３に記載の画像出力装置。
前記インピーダンス変化層は、水素化アモルファスシリコン、ＧａＮ系化合物、ＩｎＰ系化合物、及びＧａＡｓ系化合物のうち少なくとも１つを含む、請求項３～６のいずれか１項に記載の画像出力装置。
主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に前記光の位相を変調する空間光変調器と、
前記主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、
前記裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、
を備え、
前記空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側から照射された前記アドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有し、
前記アドレス光照射部は、前記裏面における前記回折格子パターンの向きを動的に変化させ、
前記画像照射部は、前記回折格子パターンの向きに対応する前記二次元光像を前記主面に照射し、
前記空間光変調器は、
透明導電層及び誘電体層を有し、一方の面に前記二次元光像が入力される積層構造体と、
前記積層構造体の前記一方の面に設けられた第１金属膜と、
前記一方の面と対向する前記積層構造体の他方の面に設けられ、前記積層構造体に入力された前記二次元光像を前記一方の面に向けて反射する第２金属膜と、
前記積層構造体との間に前記第２金属膜を挟む位置に設けられ、前記アドレス光の強度分布に応じてインピーダンスの分布を発現するインピーダンス変化層と、
前記第２金属膜との間に前記インピーダンス変化層を挟む位置に設けられた光透過性の電極層と、
を備え、
前記複数の画素それぞれにおいて、前記積層構造体は、積層方向から見て前記第１金属膜を挟む一対の位置にそれぞれ設けられ前記第１金属膜から露出する一対の部分を含み、
前記第１金属膜及び前記第２金属膜は、前記画素毎に設けられ互いに分離された複数の部分金属膜を含む、画像出力装置。
主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に前記光の位相を変調する空間光変調器と、
前記主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、
前記裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、
を備え、
前記空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側から照射された前記アドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有し、
前記アドレス光照射部は、前記裏面における前記回折格子パターンの向きを動的に変化させ、
前記画像照射部は、前記回折格子パターンの向きに対応する前記二次元光像を前記主面に照射し、
前記アドレス光照射部は、
前記回折格子パターンを含む前記アドレス光を出力する発光部と、
前記発光部の光軸周りの姿勢角を動的に変化させる駆動部と、
を有する、画像出力装置。
主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に前記光の位相を変調する空間光変調器と、
前記主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、
前記裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、
を備え、
前記空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側から照射された前記アドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有し、
前記アドレス光照射部は、前記裏面における前記回折格子パターンの向きを動的に変化させ、
前記画像照射部は、前記回折格子パターンの向きに対応する前記二次元光像を前記主面に照射し、
前記アドレス光照射部は、
円周に沿って並んで配列され、前記回折格子パターンを含む前記アドレス光をそれぞれ出力可能な複数の発光部と、
前記複数の発光部と前記裏面とを光学的に結合する光学系と、
を有し、
前記複数の発光部の中から選択された、前記回折格子パターンの向きに対応する一部の前記発光部からの前記アドレス光を前記裏面に入力する、画像出力装置。
前記光学系はメタレンズを含む、請求項１０に記載の画像出力装置。
主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に前記光の位相を変調する空間光変調器と、
前記主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、
前記裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、
を備え、
前記空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側から照射された前記アドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有し、
前記アドレス光照射部は、前記裏面における前記回折格子パターンの向きを動的に変化させ、
前記画像照射部は、前記回折格子パターンの向きに対応する前記二次元光像を前記主面に照射し、
前記アドレス光照射部は、
円周に沿って設けられ、前記円周の径方向を周期方向とする前記回折格子パターンを含む前記アドレス光を出力する発光部を有し、
前記発光部は、前記円周の周方向に並んで配置され、前記回折格子パターンの向きに対応する部分において前記アドレス光を選択的に発光させる複数の要素電極を含む、画像出力装置。
前記発光部は、前記回折格子パターンに基づいて配列された複数の発光領域を含む、請求項９～１２のいずれか１項に記載の画像出力装置。
前記発光部は、活性層及び位相変調層を有する面発光レーザ素子を含み、
前記位相変調層は、基本層と、前記基本層とは屈折率が異なり前記位相変調層の厚み方向に垂直な面内において二次元状に分布する複数の異屈折率領域とを含み、
前記位相変調層の前記面内において仮想的な正方格子を設定した場合に、前記複数の異屈折率領域の重心が、前記仮想的な正方格子の格子点から離れて配置されるとともに、格子点周りの回転角度が各異屈折率領域毎に個別に設定されているか、または、前記複数の異屈折率領域の重心が、前記仮想的な正方格子の格子点を通り前記正方格子に対して傾斜する直線上に配置されるとともに、各異屈折率領域の重心と、対応する格子点との距離が各異屈折率領域毎に個別に設定されている、請求項９～１２のいずれか１項に記載の画像出力装置。
前記発光部は、
活性層及びフォトニック結晶層を有するフォトニック結晶面発光レーザ素子と、
前記フォトニック結晶面発光レーザ素子の光出射面上に設けられ、前記回折格子パターンに応じて開口部及び遮光部を周期的に繰り返す周期構造と、
を有する、請求項９～１２のいずれか１項に記載の画像出力装置。
主面および裏面を有し、主面に照射された光を反射するとともに、二次元状に配列された複数の画素毎に前記光の位相を変調する空間光変調器と、
前記主面に対して二次元光像を照射する画像照射部と、
前記裏面に対して回折格子パターンを含むアドレス光を照射するアドレス光照射部と、
を備え、
前記空間光変調器の各画素は、各画素の裏面側から照射された前記アドレス光の強度に応じて位相変調量を変化させる構成を有し、
前記アドレス光照射部は、前記裏面における前記回折格子パターンの向きを動的に変化させ、
前記画像照射部は、前記回折格子パターンの向きに対応する前記二次元光像を前記主面に照射し、
前記アドレス光照射部は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたレーザ光を分岐する分岐部と、
前記分岐部により分岐された一方のレーザ光と他方のレーザ光とを干渉させて干渉縞を生成する干渉光学系と、
を有し、
前記干渉光学系は、前記一方のレーザ光と前記他方のレーザ光との干渉時の相対位置関係を動的に変化させる位置変化部を含み、
前記干渉縞が前記回折格子パターンとして用いられる、画像出力装置。
前記回折格子パターンは、光強度が或る方向に周期的に変化する構成を有し、各周期内において光強度は段階的に且つ単調に強くなるか或いは弱くなり、
各周期内における光強度が互いに異なる領域の数は３以上である、請求項１～１５のいずれか１項に記載の画像出力装置。
前記画像照射部と前記空間光変調器との間に配置され、前記二次元光像に含まれる、可視光を除く他の波長成分のうち少なくとも一部の波長成分の強度を低減するフィルタを更に備える、請求項１～１７のいずれか１項に記載の画像出力装置。