JPH10303512A

JPH10303512A - レーザ光照明装置

Info

Publication number: JPH10303512A
Application number: JP12332697A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Tamaoki; 英一玉置
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】廉価なシングルモードのレーザ光源を用いる
ことができ、そのレーザ光源からのレーザ光によって照
明対象領域をほぼ均一に全体照明することができるよう
にする。【解決手段】半導体レーザ２０は２つの発光点からそ
れぞれレーザ光を発生する。コリメートレンズ３０は２
つのレーザ光をそれぞれ平行光にする。コリメートレン
ズ３０の後側の或る位置に、２つのレーザ光によりslow
axis方向ＳＡにおいて所望の強度分布を形成する。シ
リンドリカルレンズ４０及び軸対称レンズ５０は、上記
位置を仮想物体面ＯＰとし、空間光変調器６０の照明対
象領域を像面とする拡大光学系を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を空間光
変調器によって変調して情報の記録を行なう情報記録装
置などに用いて好適なレーザ光照明装置に関し、特に、
空間光変調器の複数の開口部（cell）などライン形状を
成す照明対象領域を、半導体レーザなどのレーザ光源か
ら発生されたレーザ光により照明するためのレーザ光照
明装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空間光変調器を用いたマルチビーム光プ
リンタなどの情報記録装置は、従来より数多く提案され
ている。例えば、特開昭６２−２７７１８号公報に記載
の既提案例においては、タングステンフィラメントラン
プを光源として用い、空間光変調器としては、ＰＬＺＴ
ライトバルブをシャッタとして使用した光変調器を用い
ている。また、特開平４−２３０７２５号公報または特
開平４−２３０７２６号公報に記載の既提案例において
は、タングステンハロゲンランプを光源として用い、空
間光変調器としては、マイクロミラーデバイス（ＤＭ
Ｄ）を用いている。

【０００３】また、熱反応によって画像を記録する目的
で、高出力で、多数の発光点を持つブロードエリア型の
半導体レーザを光源として用い、空間光変調器と組み合
わせる案も提案されている（例えば、ＵＳＰ５，５２
１，７４８、ＵＳＰ５，５１７，３５９など）。このよ
うな半導体レーザを光源として用いた既提案例において
は、半導体レーザの各発光点より発生された各レーザ光
を、空間光変調器の各開口部に効率良く導くために、半
導体レーザと空間光変調器との間にマイクロレンズアレ
イを用いている。即ち、これら既提案例においては、実
質的に均一に発光していると見なせる半導体レーザの各
発光点からのレーザ光を、マイクロレンズアレイ等を用
いて重畳して、空間光変調器の複数の開口部全体に拡大
投影するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た既提案例のうち、各種ランプを光源として用いた既提
案例においては、次のような問題点があった。即ち、ラ
ンプから発生した光は自然光に近いため、指向性があま
りなく、それ故、ランプから発生した光を空間光変調器
の各開口部に効率良く導くことが困難である。また、自
然光に近いため、偏光もほとんどなく、それ故、空間光
変調器として例えば偏光子を必須とする光変調器（例え
ば、ＰＬＺＴライトバルブをシャッタとして使用した光
変調器など）を用いた場合には、光が偏光子を介した際
に約半分が失われてしまって（偏光子は非偏光光に対し
て透過率が理論上５０％になる）、最終的に取得できる
光量が少なくなる。

【０００５】一方、ブロードエリア型の半導体レーザを
光源として用いた既提案例においては、次のような問題
があった。即ち、ブロードエリア型の半導体レーザ自体
が一般には高価であるため、装置全体の費用が高くな
る。また、マイクロレンズアレイを用いているため、他
の光学系との調整が難しい。

【０００６】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解決し、ブロードエリア型に比べて廉価な
シングルモードのレーザ光源を用いることができ、その
レーザ光源からのレーザ光によってライン形状を成す照
明対象領域をほぼ均一に全体照明することができるレー
ザ光照明装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
は、特定の方向に沿ってライン形状を成す照明対象領域
をレーザ光により照明するためのレーザ光照明装置であ
って、前記特定の方向に沿って隣接して配置された２つ
以上の発光点を有するレーザ光源と、前記各発光点から
発生された各レーザ光をそれぞれ平行光にするコリメー
トレンズと、該コリメートレンズより出射された前記各
平行光をそれぞれ拡大して前記照明対象領域に照射し、
前記照明対象領域を全体照明する拡大光学系と、を備
え、前記拡大光学系は、前記コリメートレンズより出射
された前記各平行光同士が前記コリメートレンズから前
記拡大光学系までの間で前記特定の方向において所定の
幅だけ重なり合う位置を物体面とし、前記照明対象領域
の位置を像面とする光学系であることであることを要旨
とする。

【０００８】このように、拡大光学系の物体面では、各
平行光同士が特定の方向において所定の幅だけ重なり合
っているため、それら各平行光の強度分布も重なり合っ
て、所定の強度分布が形成されている。一方、上記物体
面と共役である拡大光学系の像面は照明対象領域の位置
となっているため、拡大光学系を介したレーザ光によっ
て照明対象領域を照明すると、物体面で形成されていた
強度分布と同じ強度分布が照明対象領域に形成される。

【０００９】従って、本発明によれば、物体面において
比較的平坦な所望の強度分布を形成するようにすれば、
照明対象領域においても同じ比較的平坦な所望の強度分
布を形成することができ、照明対象領域全体をほぼ均一
に全体照明することができる。また、光源としてランプ
ではなくレーザを用いているため、発生される光の指向
性が良く、照明対象領域に光を効率良く導くことができ
る。また、レーザ光源はは少なくとも２つの発光点を有
していれば良いため、比較的廉価なシングルモードの半
導体レーザを用いることができる。また、光学系として
は、コリメートレンズ及び拡大光学系を用いており、マ
イクロレンズアレイは用いていないため、調整が容易で
済む。

【００１０】また、本発明のレーザ光照明装置におい
て、前記拡大光学系は、前記特定の方向にパワーを有す
るシリンドリカルレンズと、軸対称レンズと、を備える
ことが好ましい。

【００１１】このように、特定の方向にパワーを有する
シリンドリカルレンズを用いることによって、特定の方
向とそれ以外の方向とで拡大光学系の倍率を変えること
ができ、照明対象領域に、特定の方向でもそれ以外の方
向でも、最適な照明を行なうことができる。

【００１２】また、本発明のレーザ光照明装置におい
て、前記レーザ光源は、前記各発光点から発生される各
レーザ光の出力を独立に制御できることが好ましい。

【００１３】このように、各レーザ光の出力を独立に制
御することによって、拡大光学系の物体面において、各
平行光の強度分布に差が生じていても、その差を修正し
て、所望の強度分布を得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例と
してのレーザ光照明装置の構成を示す構成図である。本
実施例のレーザ光照明装置は、例えば、レーザ光を空間
光変調器によって変調し、その変調したレーザ光で描画
を行なうレーザ描画装置などの情報記録装置に用いられ
る。

【００１５】図１において、（ａ）は本実施例のレーザ
光照明装置をfast axis方向から見た平面図であり、
（ｂ）は同じくslow axis方向から見た側面図である。
ここで、fast axis方向とは、半導体レーザ２０から発
生されたレーザ光の拡がり角の大きい方向であり、slow
axis方向とは、同じくレーザ光の拡がり角の小さい方
向である。なお、図１において、ＯＡはoptical axis
（光軸）方向であり、ＦＡはfast axis方向であり、Ｓ
Ａはslow axis方向である。

【００１６】図１に示すように、本実施例のレーザ光照
明装置は、半導体レーザ駆動部１０と、半導体レーザ２
０と、コリメートレンズ３０と、シリンドリカルレンズ
４０と、軸対称レンズ５０と、を備えており、半導体レ
ーザ２０の発光点から発生したレーザ光によって空間光
変調器６０の開口部を照明する。なお、空間光変調器６
０の周囲には、レーザ光が空間光変調器６０の後側に回
り込まないように、遮光板７０が設けられている。

【００１７】それでは、本実施例の画像記録装置の構成
及び各構成要素の作用についてさらに詳細に説明する。

【００１８】図２は図１の半導体レーザ２０の一具体例
を示す構成図である。図２において、（ａ）は半導体レ
ーザ２０をoptical axis方向ＯＡから見た正面図、
（ｂ）は同じくslow axis方向ＳＡから見た側面図、
（ｃ）は同じくfast axis方向ＦＡから見た平面図であ
る。

【００１９】まず、本実施例のレーザ光照明装置では、
半導体レーザ２０として、図２に示すような２つの発光
点を有する半導体レーザを用いている。即ち、半導体レ
ーザ２０の前面には、ほぼシングルモードと見なせる２
つの発光点２２ａ，２２ｂが、slow axis方向ＳＡに沿
って所定の間隔ｄで隣接して配置されており、それぞ
れ、optical axis方向ＯＡにレーザ光を発生する。両発
光点２２ａ，２２ｂは厚み方向がfast axis方向ＦＡ、
長手方向がslow axis方向ＳＡとなるように配置されて
おり、両発光点から発生したレーザ光は厚み方向に拡が
り角が大きくなり、長手方向には拡がり角が小さい。従
って、fast axis方向ＦＡのレーザ光の拡がり角を半値
全幅（ＦＷＨＭ）でθ_f、slow axis方向ＳＡの拡がり角
をＦＷＨＭでθ_sとすると、θ_f＞θ_sとなる。

【００２０】なお、このような半導体レーザとしては、
例えば、SDL社（SDL Inc.）のSDL-7600シリーズの半導
体レーザを用いることができる。具体的には、半導体レ
ーザとしてSDL-7601-V1 を使用した場合、２つの発光点
の間隔ｄは約２５μｍであり、fast axis方向ＦＡの拡
がり角θ_fは約３５゜、slow axis方向ＳＡの拡がり角θ
_sは約８゜である。

【００２１】次に、本実施例では、図１に示すように、
コリメートレンズ３０を、半導体レーザ２０の発光点か
らコリメートレンズ３０の焦点距離ｆ_Cだけ離れた位置
またはその近傍に配置している。コリメートレンズ３０
は、図１に示すように光軸について対称な形状を成して
いるため、光軸に対して垂直な何れの方向においてもパ
ワーを有しており、両レーザ光はslow axis方向ＳＡ，f
ast axis方向ＦＡの何れの方向においても、図１
（ａ），（ｂ）に示すように屈折される。

【００２２】従って、コリメートレンズ３０を発光点か
ら焦点距離ｆ_Cだけ離れた位置に配置することによっ
て、コリメートレンズ３０は、slow axis方向ＳＡ及びf
ast axis方向ＦＡにおいて、図１（ａ），（ｂ）に示す
ように２つの発光点２２ａ，２２ｂから発生した両レー
ザ光の拡がりをそれぞれ抑えて平行にする。但し、slow
axis方向ＳＡにおいて、２つの発光点のうち、一方の発
光点２２ｂは図１（ａ）に示すようにコリメートレンズ
３０の光軸上に位置しているが、他方の発光点２２ａは
コリメートレンズ３０の光軸から外れており、両発光点
は間隔ｄだけ隔たっているため、コリメートレンズ３０
は、図１（ａ）に示すように、発光点２２ｂからのレー
ザ光については上記のように拡がりを平行にするだけで
あるが、コリメートレンズ３０の光軸から外れた発光点
２２ａからのレーザ光については、拡がりを平行にした
上で、内側に向けて屈折させる。しかも、両発光点を出
射した両レーザ光の主光線は平行になっているため、コ
リメートレンズ３０を介した後は、図３に示すように、
両レーザ光はコリメートレンズ３０の後側焦点またはそ
の近傍で交差することになる。

【００２３】図３は図１のコリメートレンズ３０を介し
た両レーザ光の進み方を示す説明図である。なお、図３
は図１（ａ）と同様にfast axis方向ＦＡから見た平面
図である。

【００２４】従って、コリメートレンズ３０の後側焦点
またはその近傍においては、図３に示すように、両レー
ザ光はほぼ完全に重畳されるため、レーザ光全体の強度
はほぼ２倍になり、強度分布も図３のＰ₁として示すよ
うに、ほぼ単一のレーザ光と同じ分布（即ち、ガウス分
布に近い分布）が形成されることになる。

【００２５】その後、両レーザ光は、図３に示すよう
に、コリメートレンズ３０の後側の焦点から遠ざかるに
従って、互いに離れてゆく。

【００２６】従って、コリメートレンズ３０の後側焦点
から遠ざかった位置では、図３に示す後側焦点からの距
離ｘと両レーザ光の主光線の交差角αの両方に依存した
強度分布が形成されることになる。

【００２７】そこで、今、コリメートレンズ３０の後側
焦点から遠ざかった或る位置において、slow axis方向
ＳＡに所望の強度分布を形成することを考えてみる。所
望の強度分布とは具体的には例えば最大部分が比較的平
坦な分布である。

【００２８】図４はレーザ光の所望の強度分布の算出の
仕方を説明するための説明図である。図４において、縦
軸はレーザ光の強度を、横軸はslow axis方向ＳＡにお
ける位置を、それぞれ示している。なお、横軸におい
て、“０”はコリメートレンズ３０の光軸上の位置に相
当する。また、図４において、Ｐａは発光点２２ａから
のレーザ光の強度分布であり、Ｐｂは発光点２２ｂから
のレーザ光の強度分布であり、Ｐｍは両レーザ光全体の
強度分布である。

【００２９】計算によると、図４に示すように、slow a
xis 方向において、２つのレーザ光の強度分布Ｐａ，Ｐ
ｂが互いに同じ強度分布であり、かつ、完全なガウス分
布であるならば、それら２つのレーザ光をほぼＦＷＨＭ
程度シフトして重畳することによって、両レーザ光全体
の強度分布Ｐｍとして、最大部分が比較的平坦な所望の
分布を得ることができる。このとき、比較的平坦な部分
（即ち、ほぼ均一と見なせる部分）の幅は、上記した２
つのレーザ光のシフト幅、即ち、ＦＷＨＭとほぼ同等に
なる。

【００３０】例えば、今、半導体レーザ２０として前述
したSDL-7601-V1 を使用した場合、発生した両レーザ光
のslow axis方向ＳＡの拡がり角θ_sは約８゜であるの
で、コリメートレンズ３０の焦点距離ｆ_Cを約４ｍｍと
すると、slow axis方向ＳＡにおいて、コリメートレン
ズ３０を介した両レーザ光（即ち、２つの平行光）のＦ
ＷＨＭは、２×４ｍｍ×ｔａｎ（８゜／２）＝０．５６
ｍｍとなる。また、２つの発光点２２ａ，２２ｂの間隔
ｄは約２５μｍであるので、コリメートレンズ３０を介
した両レーザ光の主光線の交差角αは、０．０２５ｍｍ
／４ｍｍ＝６．２５ｍｒａｄになる。従って、コリメー
トレンズ３０の後側において、前述した所望の強度分布
が形成される位置は、コリメートレンズ３０の後側焦点
からの距離ｘが、０．５６ｍｍ／６．２５ｍｒａｄ＝８
９．５ｍｍの位置となる。このとき、所望の強度分布に
おいて、比較的平坦な部分の幅は前述したようにＦＷＨ
Ｍとほぼ同等であるので、０．５６ｍｍと見て良い。

【００３１】ところで、図４に示す例では、半導体レー
ザ２０の２つの発光点２２ａ，２２ｂから発生した２つ
のレーザ光の強度分布Ｐａ，Ｐｂが互いに同じであると
して説明したが、実際には、２つのレーザ光の強度分布
Ｐａ，Ｐｂがそれぞれ異なる場合もある。そのような場
合には、図１に示す半導体レーザ駆動部１０によって、
各発光点２２ａ，２２ｂ毎に半導体レーザ２０に与える
駆動電流をそれぞれ変化させ、各発光点２２ａ，２２ｂ
から発生される各レーザ光の出力を独立に制御して、両
レーザ光の強度分布Ｐａ，Ｐｂの差を修正し、所望の強
度分布が得られるようにする。

【００３２】次に、本実施例では、以上のようにしてコ
リメートレンズ３０の後側の或る位置において所望の強
度分布が形成される場合に、その位置を仮想的な物体面
ＯＰとし、空間光変調器６０の開口部の位置を像面とす
る拡大光学系を設けている。具体的には、この拡大光学
系は図１に示すシリンドリカルレンズ４０と軸対称レン
ズ５０とで構成されている。

【００３３】この拡大光学系は、図１（ａ）に示すよう
に、slow axis 方向において、コリメートレンズ３０よ
り出射された両レーザ光をそれぞれ拡大して空間光変調
器６０に向けて照射し、空間光変調器６０における後述
するような複数の開口部の全体を照明する。このとき、
拡大光学系は、前述したように、所望の強度分布が形成
される位置を仮想物体面ＯＰとし、照明対象である空間
光変調器６０の開口部の位置を像面としており、仮想物
体面ＯＰと像面とは互いに共役であるため、slow axis
方向において、拡大光学系を介した両レーザ光によって
空間光変調器６０の開口部全体を照明すると、仮想物体
面ＯＰで形成されていた所望の強度分布と同じ強度分布
が、像面である空間光変調器６０の開口部上にも形成さ
れることになる。即ち、空間光変調器６０における複数
の開口部全体にわたって、図４に示したような最大部分
が比較的平坦な強度分布が得られる。

【００３４】図５は図１の空間光変調器６０の一具体例
を示す構成図である。図５において、（ａ）は空間光変
調器６０をoptical axis方向ＯＡから見た正面図、
（ｂ）は同じくslow axis方向ＳＡから見た側面図であ
る。

【００３５】図５に示すように、空間光変調器６０は、
半導体レーザ２０と向かい合う面に多数の開口部（cel
l）６２を有している。空間光変調器６０は１次元（リ
ニア）素子であって、各開口部６２がslow axis方向Ｓ
Ａに沿ってそれぞれ１ライン上に配列されている。各開
口部６２は、それぞれ、拡大光学系を介した両レーザ光
を受光する。また、空間光変調器６０には、図示されて
いないが、例えば、画像信号などの変調信号が入力され
ており、その信号に応じて、空間光変調器６０は各開口
部６２で受光したレーザ光に変調を施す。例えば、空間
光変調器６０として透過型光変調器を用いた場合は、受
光したレーザ光を透過する際に、変調信号に応じてレー
ザ光の偏光方向を高速に変化させることによって、レー
ザ光に変調を施す。

【００３６】さて、以上のような空間光変調器６０を用
いる場合、空間光変調器６０における各開口部６２の端
から端までの長さをＬとすると、前述した拡大光学系の
倍率Ｍを次の式（１）ように設定する。

【００３７】Ｍ＝Ｌ／ＦＷＨＭ ……（１）、

【００３８】例えば、空間光変調器６０が３２０画素対
応の光変調器であるとすると、各開口部６２の端から端
までの長さＬは約６．４ｍｍであるので、ＦＷＨＭを上
記した例に従うと、拡大光学系の倍率Ｍは式（１）によ
り６．４ｍｍ／０．５６ｍｍ＝１１．４となる。

【００３９】前述したように、拡大光学系の仮想物体面
ＯＰは所望の強度分布が形成される位置であり、しか
も、その所望の強度分布のうち、比較的平坦な部分の幅
はＦＷＨＭとほぼ同等であるので、拡大光学系の倍率Ｍ
を式（１）のように設定すると、拡大光学系の像面であ
る空間光変調器６０の開口部６２の位置においては、上
記した所望の強度分布のうち、比較的平坦な部分を、開
口部６２全体（即ち、各開口部６２の端から端まで）に
過不足なく対応させることができる。

【００４０】さて、以上は、拡大光学系のslow axis方
向ＳＡにおける作用についての説明であったが、次に、
これと直交する方向、即ち、fast axis方向ＦＡにおけ
る作用についての説明を行なう。

【００４１】fast axis方向ＦＡにおいては、拡大光学
系が上記のような倍率のままでは、空間光変調器６０上
においてレーザ光により照明される部分の大きさが６．
４ｍｍ×３５゜／８゜＝２５．６ｍｍにもなってしまう
ため、fast axis方向ＦＡでは別の倍率関係が必要であ
る。

【００４２】そこで、本実施例では、拡大光学系を前述
したようにシリンドリカルレンズ４０と軸対称レンズ５
０とで構成するようにしている。

【００４３】ここで、シリンドリカルレンズ４０は、図
１に示すように、半円柱形状を成すレンズであって、そ
の半円柱の軸がfast axis方向ＦＡを向くように配置さ
れているため、slow axis方向ＳＡにおいてはパワーを
有するが、fast axis方向ＦＡにおいては何らパワーを
有しない。従って、コリメートレンズ３０を介したレー
ザ光は、slow axis方向ＳＡにおいては図１（ａ）に示
すように屈折されるが、fast axis方向ＦＡにおいては
何ら影響を受けない。

【００４４】また、軸対称レンズ５０は、図１に示すよ
うに通常の球面レンズであって、光軸について対称な形
状を成しているため、光軸に対して垂直な何れの方向に
おいてもパワーを有している。従って、シリンドリカル
レンズ４０を介したレーザ光はfast axis方向ＦＡ，slo
w axis方向ＳＡの何れの方向においても、図１（ａ），
（ｂ）に示すように屈折される。

【００４５】従って、fast axis方向ＦＡにおいては、
図１（ｂ）に示すように、コリメートレンズ３０によっ
て平行とされたレーザ光は、シリンドリカルレンズ４０
を素通りした後、軸対称レンズ５０によって、内側に向
けて屈折され、集光されて、空間光変調器６０の開口部
６２で結像される。即ち、空間光変調器６０は、optica
l axis方向ＯＡにおいて、開口部６２が軸対称レンズ５
０の後側焦点またはその近傍に位置するように配置され
ている。

【００４６】このように、本実施例においては、拡大光
学系のfast axis方向ＦＡの倍率を、slow axis方向ＳＡ
の倍率Ｍとは異なるものに変えるために、拡大光学系の
構成要素として、fast axis方向ＦＡにおいてはパワー
を有しないシリンドリカルレンズ４０を用いるようにし
ている。従って、fast axis方向ＦＡにおいては、シリ
ンドリカルレンズ４０の存在を考慮に入れなくても良い
ため、fast axis方向ＦＡにおける全体の倍率は、コリ
メートレンズ３０の焦点距離ｆ_Cと軸対称レンズ５０の
焦点距離ｆ_Aの比によって決定される。

【００４７】従って、今、図２（ａ）に示すように半導
体レーザ２０の両発光点２２ａ，２２ｂのfast axis方
向ＦＡの厚みをｔとすると、この発光点２２の厚みｔに
対し、そのｆ_A／ｆ_C倍の大きさの像が空間光変調器６０
上に投影されることになる。

【００４８】そこで、図５（ａ）に示すように空間光変
調器６０の各開口部６２のfast axis方向ＦＡの大きさ
をＷとした場合に、軸対称レンズ５０の焦点距離ｆ_Aが
次の式（２）を満足するよう設定されているとすると、
fast axis方向ＦＡにおいて、軸対称レンズ５０によっ
て集光されたレーザ光は空間光変調器６０の開口部６２
において、その開口部６２の大きさＷとほぼ同じ幅にな
る。

【００４９】ｆ_A＝（Ｗ・ｆ_C）／ｔ ……（２）

【００５０】従って、この場合、軸対称レンズ５０によ
り集光されたレーザ光は、fast axis方向ＦＡにおいて
も、空間光変調器６０の開口部６２全体を過不足なく照
明することになる。

【００５１】一方、前述したように、拡大光学系のslow
axis方向ＳＡにおける倍率はＭであるため、シリンド
リカルレンズ４０の焦点距離ｆ_Sは、次の式（３）よっ
て求めることができる。

【００５２】ｆ_S＝ｆ_A／Ｍ ……（５）

【００５３】以上のようにして、拡大光学系を構成する
軸対称レンズ５０の焦点距離ｆ_A及びシリンドリカルレ
ンズ４０の焦点距離ｆ_Sをそれぞれ求めることができ
る。

【００５４】例えば、今、半導体レーザ２０の両発光点
２２ａ，２２ｂのfast axis方向ＦＡの厚みｔを約１μ
ｍ、空間光変調器６０の各開口部６２のfast axis方向
ＦＡの大きさＷを約２０μｍとすると、前述した例によ
れば、コリメートレンズ３０の焦点距離ｆ_Cは約４ｍｍ
であるので、軸対称レンズ５０の焦点距離ｆ_Aは、式
（４）によって、（０．０２ｍｍ×４ｍｍ）／０．００
１ｍｍ＝８０ｍｍとなる。また、前述した例によれば、
拡大光学系のslow axis方向ＳＡにおける倍率Ｍは、式
（５）により８０ｍｍ／１１．４＝７ｍｍとなる。

【００５５】以上説明したように、本実施例によれば、
光源としてランプではなく半導体レーザを用いているた
め、発生される光の指向性が良く、空間光変調器６０の
各開口部６２に光を効率良く導くことができる。また、
空間光変調器６０として偏光子を必須とする光変調器
（例えば、ＰＬＺＴライトバルブをシャッタとして使用
した光変調器など）を用いた場合でも、光は偏光されて
いるため、偏光子を介することよって、光量が大幅に少
なくなることはない。また、半導体レーザ２０は少なく
とも２つの発光点を有していれば良いため、比較的廉価
なシングルモードの半導体レーザを用いることができ
る。また、光学系としては、コリメートレンズ３０，シ
リンドリカルレンズ４０及び軸対称レンズ５０を用いて
おり、マイクロレンズアレイは用いていないため、調整
が容易で済む。また、slow axis方向ＳＡにおいては、
空間光変調器６０における複数の開口部６２全体にわた
って、最大部分が比較的平坦な所望の強度分布を形成す
ることができるため、各開口部６２全体をほぼ均一に全
体照明することができる。

【００５６】図６は本発明の第２の実施例としてのレー
ザ光照明装置の構成を示す構成図である。図６におい
て、（ａ）は本実施例のレーザ光照明装置をfast axis
方向から見た平面図であり、（ｂ）は同じくslow axis
方向から見た側面図であり、（ｃ）は図６（ｂ）のＡ部
を拡大して示した拡大図である。

【００５７】本実施例が、前述した第１の実施例と異な
る点は、１次元（リニア）素子であった空間光変調器６
０の代わりとして、実質的には１次元素子と同等の機能
を有するが、各開口部がslow axis方向ＳＡに沿ってそ
れぞれ１ラインではなく２ライン上に配列された空間光
変調器８０を用いている点である。

【００５８】例えば、図６（ｃ）に示すように、空間光
変調器８０における各開口部８２のfast axis方向ＦＡ
の大きさＷが約８０μｍであり、２ラインの間隔（fast
axis方向ＦＡにおける間隔）Ｈが約９０μｍであると
すると（例えば、ＰＬＺＴライトバルブをシャッタとし
て使用した光変調器を用いた場合）、fast axis方向Ｆ
Ａにおける開口部８２の端から端までの長さＨは、８０
μｍ×２＋９０μｍ＝２５０μｍになる。

【００５９】従って、コリメートレンズ３０の焦点距離
ｆ_Cを第１の実施例と同様に約４ｍｍとすると、fast ax
is方向ＦＡにおいて、空間光変調器８０の開口部８２全
体をレーザ光により過不足なく照明するようにするため
には、式（２）に従って、軸対称レンズ５０の焦点距離
ｆ_Aを、（０．２５ｍｍ×４ｍｍ）／０．００１ｍｍ＝
１０００ｍｍに設定する必要があり、光学系全体の大き
さが大きくなってしまう。

【００６０】そこで、本実施例では、軸対称レンズ５０
の焦点距離ｆ_Aを、光学系全体が大きくならない程度の
許容できる範囲内で変更すると共に、空間光変調器８０
の位置（詳しくは空間光変調器８０の開口部８２の位
置）を、optical axis方向ＯＡにおいて、軸対称レンズ
５０による結像位置（即ち、軸対称レンズ５０の後側焦
点位置）よりも前側に来るようにしている。

【００６１】例えば、第１の実施例と同様に、コリメー
トレンズ３０の焦点距離ｆ_Cを約４ｍｍ、半導体レーザ
２０の発光点から発生されるレーザ光のfast axis方向
ＦＡの拡がり角θ_fを約３５゜とすると、コリメートレ
ンズ３０によって平行とされたレーザ光の光束の幅Ｋ
は、２×４ｍｍ×ｔａｎ（３５゜／２）＝２．５ｍｍと
なる。一方、光学系全体の大きさがさほど大きくならな
いように、軸対称レンズ５０の焦点距離ｆ_Aを、例え
ば、１３０ｍｍに設定するようにする。従って、fast a
xis方向ＦＡにおいて、空間光変調器８０の開口部８２
全体をレーザ光により過不足なく照明するようにするた
めには、fast axis方向ＦＡにおける開口部８２の端か
ら端までの長さＨが約２５０μｍであるので、空間光変
調器８０を、軸対称レンズ５０からの距離Ｚとして、１
３０ｍｍ×（１−０．２５ｍｍ／２．５ｍｍ）＝１１７
ｍｍの位置に配置する必要がある。

【００６２】また、このとき、空間光変調器８０の開口
部８２の位置において、前述した所望の強度分布におけ
る比較的平坦な部分が対応する長さ（slow axis方向Ｓ
Ａの長さ）Ｌ’は、シリンドリカルレンズ４０の焦点距
離ｆ_Sを第１の実施例と同様に約７ｍｍとし、レーザ光
のＦＷＨＭも第１の実施例と同様に約０．５６ｍｍとす
ると、０．５６ｍｍ×１３０ｍｍ／７ｍｍ＝１０．４ｍ
ｍとなる。従って、例えば、slow axis方向ＳＡにおい
て、隣接する開口部の間隔（セルピッチ）を約８５μｍ
とすると、上記した長さＬ’＝１０．４ｍｍは、１０．
４ｍｍ／０．０８５ｍｍ＝１２２により、ほぼ１２０画
素分に相当することになる。

【００６３】以上説明したように、本実施例によれば、
開口部が２ライン上に配列された空間光変調器８０を用
いた場合でも、光学系全体の大きさが大きくなることな
く、fast axis方向ＦＡにおいて、空間光変調器８０の
開口部８２全体をレーザ光により過不足なく照明するこ
とができる。

【００６４】なお、本発明は上記した実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様にて実施することが可能である。

【００６５】例えば、半導体レーザ２０の両発光点２２
ａ，２２ｂから発生するレーザ光の拡がり角には、半導
体レーザ毎に個体差があるため、コリメートレンズ３０
によって平行にされたレーザ光（平行光）の光束の大き
さＫは、半導体レーザ毎に異なる可能性がある。従っ
て、そのように異なる場合には、強度分布が最も望まし
い分布となるように、コリメートレンズ３０の後側焦点
からの距離ｘを調整して、２つのレーザ光のシフト量を
変えるようにすれば良い。

【００６６】また、半導体レーザ２０として、３つ以上
の発光点を有する半導体レーザを用いるようにしても良
い。そのような場合にも、コリメートレンズ３０の後側
焦点からの距離ｘを調整することにより、最適な強度分
布を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例としてのレーザ光照明装
置の構成を示す構成図である。

【図２】図１の半導体レーザ２０の一具体例を示す構成
図である。

【図３】図１のコリメートレンズ３０を介した両レーザ
光の進み方を示す説明図である。

【図４】レーザ光の所望の強度分布の算出の仕方を説明
するための説明図である。

【図５】図１の空間光変調器６０の一具体例を示す構成
図である。

【図６】本発明の第２の実施例としてのレーザ光照明装
置の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１０…半導体レーザ駆動部２０…半導体レーザ２２ａ，２２ｂ…発光点３０…コリメートレンズ４０…シリンドリカルレンズ５０…軸対称レンズ６０…空間光変調器６２…開口部７０…遮光板８０…空間光変調器８２…開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特定の方向に沿ってライン形状を成す照
明対象領域をレーザ光により照明するためのレーザ光照
明装置であって、前記特定の方向に沿って隣接して配置された２つ以上の
発光点を有するレーザ光源と、前記各発光点から発生された各レーザ光をそれぞれ平行
光にするコリメートレンズと、該コリメートレンズより出射された前記各平行光をそれ
ぞれ拡大して前記照明対象領域に照射し、前記照明対象
領域を全体照明する拡大光学系と、を備え、前記拡大光学系は、前記コリメートレンズより出射され
た前記各平行光同士が前記コリメートレンズから前記拡
大光学系までの間で前記特定の方向において所定の幅だ
け重なり合う位置を物体面とし、前記照明対象領域の位
置を像面とする光学系であることを特徴とするレーザ光
照明装置。
【請求項２】請求項１に記載のレーザ光照明装置にお
いて、前記拡大光学系は、前記特定の方向にパワーを有するシリンドリカルレンズ
と、軸対称レンズと、を備えることを特徴とするレーザ光照明装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のレーザ
光照明装置において、前記レーザ光源は、前記各発光点から発生される各レー
ザ光の出力を独立に制御できることを特徴とするレーザ
光照明装置。