JPWO2021106123A1 - 光パターン生成装置 - Google Patents

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Abstract

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

Description

本発明は、光パターン生成装置に関する。
光パターン生成装置には、レーザ光源と回折光学素子（Diffractive Optical Element：DOE）を利用したものがある。回折光学素子は、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、レーザ光源が出射したレーザ光の強度分布又は位相分布のうちの少なくとも一方を変調する。
特許文献１には、像面上に表示される光パターンを切り換えることにより像面上にアニメーションを表示させる光パターン生成装置が記載されている。より詳細には、当該光パターン生成装置は、それぞれが、レーザ光の位相分布を変調する複数の光学素子要素から構成された円板状の回折光学素子と、当該回折光学素子を回転させる回転機構とを備えている。複数の光学素子要素は、回折光学素子が円板面の中心部から円板面の外周部に放射状に延びた複数の線によって区切られた各部分に相当する。回転機構は、円板面の中心部を通り且つ円板面に垂直な軸を回転軸として回折光学素子を一方向に回転させ、複数の光学素子要素のうちで、レーザ光が通過する光学素子要素を連続的に切り換えることによって、像面上に表示される光パターンを切り換える。
特許第６５０８４２５号
上述の特許文献１の技術では、回折光学素子における複数の光学素子要素の各配置と回転機構による回転方向とによって、像面上に形成される光パターンの順序が一意に決まってしまうため、表示される光パターンの順序の柔軟性が制限されているという問題がある。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させる技術を提供することを目的とする。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
この発明によれば、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
実施の形態１に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る光パターン生成装置の回折光学素子部の構成を示す図である。 図２が示す回折光学素子部における複数の回折光学素子要素を通過した各レーザ光が像面上に形成した光パターンを示す図である。 実施の形態２に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る光パターン生成装置の回折光学素子部の構成を示す図である。 図５が示す回折光学素子部における複数の回折光学素子要素を通過したレーザ光が像面上に形成した光パターンを示す図である。 実施の形態２に係る光パターン生成装置の光スキャナとして２次元スキャン素子が用いられた例を示す図である。 実施の形態２に係る光パターン生成装置の光スキャナとして１次元スキャン素子及びアドレッシング光学系が用いられた例を示す図である。 実施の形態３に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態３に係る入射角補正光学系の第１の具体例の構成を示す図である。 実施の形態３に係る入射角補正光学系の第２の具体例の構成を示す図である。 実施の形態４に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。 実施の形態５に係る光パターン生成装置の構成を示す図である。
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００の構成を示す図である。図１が示すように、光パターン生成装置１００は、レーザ光源１、レーザドライバ２、集光光学系３、光スキャナ４、光スキャナドライバ６、回折光学素子部７、及び制御部８を備えている。なお、後述する回折光学素子部７から出射されるレーザ光の光路上には、像面９が設置されている。
レーザ光源１は、レーザ光を出射する。レーザドライバ２は、レーザ光源１に接続されている。レーザドライバ２は、レーザ光源１が出射するレーザ光の波形又は強度を制御する。
集光光学系３は、レーザ光源１が出射するレーザ光の光路上に設置されている。集光光学系３は、レーザ光源１が出射したレーザ光を像面９上に集光する光に変換する。集光光学系３は、例えば、透過したレーザ光を屈折させるレンズ等の光学素子、又は、レーザ光を反射するミラー等の光学素子である。
実施の形態１では、集光光学系３が用いられる構成について説明するが、集光光学系３の代わりに、コリメート光学系が用いられてもよい。その場合、コリメート光学系は、レーザ光源１が出射したレーザ光を平行光に変換する。これにより、光パターン生成装置１００と像面９とが十分に離れている場合でも、像面９上に光パターンを結像することができる。または、レーザ光源１が集光機能を有する場合、光パターン生成装置１００は、集光光学系３を備えていなくてもよい。これにより、光学系の部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
光スキャナ４は、レーザ光源１が出射するレーザ光の光路上に設置されている。光スキャナ４は、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる。実施の形態１では、光スキャナ４は、集光光学系３から出射されたレーザ光の光路上に設置されている。光スキャナ４は、集光光学系３から出射されたレーザ光を偏向させる。
光スキャナドライバ６は、光スキャナ４に接続されている。光スキャナドライバ６は、光スキャナ４がレーザ光を偏向させる偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。光スキャナドライバ６は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）、音響光学素子、又はガルバノスキャナである。
回折光学素子部７は、光スキャナ４から出射されたレーザ光の光路上に設置されている。回折光学素子部７は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素１０から構成されている。
回折光学素子部７の材料は、例えば、ガラス又は樹脂である。実施の形態１では、回折光学素子部７は、単一の回折光学素子であり、当該単一の回折光学素子は、複数の部分に区分され、当該複数の部分のうちの各部分が、回折光学素子要素１０に相当する。しかし、回折光学素子部７は、当該構成に限定されない。例えば、回折光学素子部７は、複数の回折光学素子要素１０として、複数の回折光学素子が２次元的に並べて配置されたものであってもよい。
上述の光スキャナ４は、レーザ光源１が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。換言すれば、光スキャナ４は、レーザ光源１が出射したレーザ光が、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に入射するように、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
実施の形態１では、光スキャナ４は、集光光学系３から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、集光光学系３から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
上述の光スキャナドライバ６は、光スキャナ４が、レーザ光源１が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。実施の形態１では、光スキャナドライバ６は、光スキャナ４が、集光光学系３から出射されたレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
より具体的には、光スキャナドライバ６は、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素１０が連続的に切り替わることによって像面９上にアニメーションが表示されるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
制御部８は、レーザドライバ２と光スキャナドライバ６とにそれぞれ接続され、レーザドライバ２を介してレーザ光源１を制御し、光スキャナドライバ６を介して光スキャナ４を制御する。
以下で、回折光学素子部７の構成について詳細に説明する。回折光学素子部７における複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
例えば、複数の回折光学素子要素１０が、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように光路長パターンが設定されている場合、これにより、複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の位相分布を変調することができる。
例えば、複数の回折光学素子要素１０が、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように透過率パターンが設定されている場合、これにより、複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の強度分布を変調することができる。
複数の回折光学素子要素１０の各光路長パターン又は各透過率パターンは、例えば、反復フーリエ変換法によって最適化される。複数の回折光学素子要素１０における各レーザ光の強度分布又は位相分布と、像面９上に形成された光パターンとは、フーリエ変換の関係を有する。そのため、所望の光パターンを逆フーリエ変換すれば、複数の回折光学素子要素１０における各レーザ光の強度分布又は位相分布が求められる。
しかし、複数の回折光学素子要素１０においてそれぞれ実現可能なレーザ光の強度分布又は位相分布には、複数の回折光学素子要素１０に入射する各入射レーザ光の強度分布又は位相分布に伴う制約があり、単純な逆フーリエ変換では、当該制約を満たす、複数の回折光学素子要素１０における各レーザ光の強度分布又は位相分布を得ることはできない。
そこで、複数の回折光学素子要素１０における各レーザ光の強度分布又は位相分布は、反復フーリエ変換法に基づいて、繰り返し、フーリエ変換が行われることにより、当該制約を満たすように最適化されていく。得られた強度分布又は位相分布を基に、複数の回折光学素子要素１０の各光路長パターン又は各透過率パターンは設定される。
次に、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００の動作について説明する。なお、制御部８は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ２と光スキャナドライバ６とをそれぞれ制御するものとする。
まず、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、集光光学系３から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に向かう第１の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、集光光学系３から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第１の偏向方向に変更する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、集光光学系３は、レーザ光源１が出射したレーザ光を像面９上に集光する光に変換する。次に、光スキャナ４は、集光光学系３から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に向けて偏向させる。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第１の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素を通過したレーザ光は、像面９上に第１の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に向かう第２の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第２の偏向方向に変更する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、集光光学系３は、レーザ光源１が出射したレーザ光を像面９上に集光する光に変換する。次に、光スキャナ４は、集光光学系３から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に向けて偏向させる。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第２の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素を通過したレーザ光は、像面９上に第２の光パターンを形成する。
光パターン生成装置１００は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上にアニメーションが表示される。
次に、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００の動作の具体例について説明する。図２は、回折光学素子部７の構成を示す図である。図３は、図２が示す回折光学素子部７における複数の回折光学素子要素１０を通過した各レーザ光が像面９上に形成した光パターンを示す図である。
図２が示すように、複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、当該複数の部分は、それぞれ、属する回折光学素子要素を通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光路長又は透過率のうちの少なくとも一方が設定されている。つまり、複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
図２及び図３が示すように、図２のＡが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面９上に形成した所定の光パターンは、図３のＡが指し示す光パターンである。図２のＢが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面９上に形成した所定の光パターンは、図３のＢが指し示す光パターンである。図２のＣが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面９上に形成した所定の光パターンは、図３のＣが指し示す光パターンである。
そして、上述のように、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって、像面９上に、図３のＡが指し示す光パターン、図３のＢが指し示す光パターン、及び図３のＣが指し示す光パターンの間で表示される光パターンが切り替わるアニメーションが表示される。
以上のように、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００は、レーザ光を出射するレーザ光源１と、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナ４と、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素１０から構成されている回折光学素子部７と、を備え、光スキャナ４は、レーザ光源１が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
上記の構成によれば、光スキャナ４が、レーザ光源１が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させることができる。つまり、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り替えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
例えば、図２が示す回折光学素子部７において、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Ａが指し示す回折光学素子要素から、Ｂが指し示す回折光学素子要素に切り替え、次に、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Ｂが指し示す回折光学素子要素から、Ａが指し示す回折光学素子要素に切り替える。このように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り換えることにより、図３のＡが指し示す光パターンと、図３のＢが指し示す光パターンとが交互に表示される。つまり、不機嫌な顔の光パターンのみが表示される。
または、図２が示す回折光学素子部７において、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Ｂが指し示す回折光学素子要素から、Ｃが指し示す回折光学素子要素に切り替え、次に、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Ｃが指し示す回折光学素子要素から、Ｂが指し示す回折光学素子要素に切り替える。このように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り換えることにより、図３のＢが指し示す光パターンと、図３のＣが指し示す光パターンとが交互に表示される。つまり、笑顔の顔の光パターンのみが表示される。
または、図２が示す回折光学素子部７において、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、Ｂが指し示す回折光学素子要素から、当該回折光学素子要素の右上、右、右下、左上、左又は左下の何れか１つの回折光学素子要素に切り替えてもよい。実施の形態１に係る光パターン生成装置１００は、以上のように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り換えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
また、従来の光パターン生成装置では、上述の通り、表示される光パターンを切り換えるために、比較的サイズが大きい回折光学素子を回転させる構成を用いていたため、サイズの小型化が困難であるという問題がある。しかし、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００では、表示される光パターンを切り換えるために、光スキャナ４によってレーザ光を偏向させる構成を用いる。これにより、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００は、従来の光パターン生成装置のサイズよりも小型化が可能である。
また、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００は、光スキャナ４が、レーザ光源１が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ６をさらに備えている。
上記の構成によれば、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を、所望のタイミングで、所望の偏向方向に変更させることができる。つまり、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を、所望のタイミングで、所望の回折光学素子要素に切り替えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
また、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００は、レーザ光源１と光スキャナ４との間には、レーザ光源１が出射したレーザ光を像面９上に集光する光に変換する集光光学系３が設置されている。
上記の構成によれば、像面９上に光パターンを好適に表示することができる。
また、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００における複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
上記の構成によれば、像面９上に所定の光パターンを好適に表示することができる。
実施の形態２．
実施の形態１に係る光パターン生成装置１００では、光スキャナ４がレーザ光を偏向させるため、回折光学素子部７に対するレーザ光の入射角が、光スキャナ４の偏向方向に応じて異なる。そのため、図３が示すように、像面９上において、表示される光パターンの位置が異なってしまうという問題がある。実施の形態２に係る光パターン生成装置では、当該問題を解決するために、実施の形態１に係る回折光学素子部７の構成とは異なる構成の補償構造付きの回折光学素子部を用いる。
以下で、実施の形態２について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図４は、実施の形態２に係る光パターン生成装置１０１の構成を示す図である。光パターン生成装置１０１は、回折光学素子部７の代わりに、回折光学素子部２０を備えていること以外は、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００の構成と同様の構成を有している。
回折光学素子部２０は、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素２１から構成されている。さらに、実施の形態２に係る複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上の同一の位置に形成するように、ピッチが設定されている。なお、本明細書における「同一の位置」は、略同一の位置、完全に同一の位置、略一定の位置、又は完全に一定の位置を意味する。
実施の形態２に係る光スキャナドライバ６は、複数の回折光学素子要素２１のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
以下で、回折光学素子部２０の構成について詳細に説明する。回折光学素子部２０における複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されている。
より詳細には、複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、当該複数の部分は、それぞれ、属する回折光学素子要素を通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光路長又は透過率のうちの少なくとも一方が設定されている。実施の形態２では、当該構成に加えて、複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上の同一の位置に形成するように、上記の複数の部分の各部分の幅であるピッチがさらに設定されている。なお、ここにおける幅は、回折光学素子部２０におけるレーザ光の入射面及び出射面に平行な方向の幅である。
さらに詳細には、複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、周期的な構造を有するため、近似的には回折格子として取り扱われる。例えば、複数の回折光学素子要素２１をそれぞれ１次元の回折格子として仮定した場合、複数の回折光学素子要素２１のうちの各回折光学素子要素に対するレーザ光の入射角θinと出射角θoutとの間には以下の式（１）が成り立つ。
sin(θin) = mλ/p - sin(θout) ・・・（１）
ただし、mは、複数の回折光学素子要素２１の各回折次数、λは、レーザ光の波長、pは、上述のピッチである。また、θinを複数の回折光学素子要素２１の各入射面の法線からなす角とし、θoutを複数の回折光学素子要素２１の各出射面の法線からなす角とする。
図４に示す通り、複数の回折光学素子要素２１にそれぞれ入射するレーザ光の入射角は、回折光学素子要素毎に異なる。また、複数の回折光学素子要素２１からそれぞれ出射されるレーザ光の出射角は、複数の回折光学素子要素２１からそれぞれ出射されたレーザ光が像面９上に形成する光パターンの位置が一致するように設定されている必要がある。したがって、当該入射角及び当該出射角が上述の式（１）の関係を満たすためには、mλ/pを回折光学素子要素毎に適切に設定する必要があることが分かる。通常、m及びλには自由度がないため、ピッチpを最適化する問題に帰着する。
実際には、複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、２次元的な構造を有し、また、その各透過率パターン及び各光路長パターンは必ずしも周期的でないため、複数の回折光学素子要素２１をそれぞれ１次元の回折格子として想定する式（１）は厳密には成立しない。しかしながら、上述の考え方に従い、複数の回折光学素子要素２１の各透過率パターン又は各光路長パターンの少なくとも一方に加えて、複数の回折光学素子要素２１の各ピッチを最適化することで、複数の回折光学素子要素２１をそれぞれ透過したレーザ光が像面９上に形成する光パターンの位置を一致させることができる。
なお、実施の形態２に係る光パターン生成装置１０１の動作は、複数の回折光学素子要素２１のうちの第１の回折光学素子要素を通過したレーザ光が第１の光パターンを形成する像面９上の位置と、複数の回折光学素子要素２１のうちの第２の回折光学素子要素を通過したレーザ光が第２の光パターンを形成する像面９上の位置とが一致すること以外、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００の動作と同様である。
次に、実施の形態２に係る光パターン生成装置１０１の動作の具体例について説明する。図５は、回折光学素子部２０の構成を示す図である。図６は、図５が示す回折光学素子部２０における複数の回折光学素子要素２１を通過したレーザ光が像面９上に形成した光パターンを示す図である。
図５が示すように、複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、当該複数の部分は、それぞれ、属する回折光学素子要素を通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光路長又は透過率のうちの少なくとも一方が設定されている。さらに、複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上の同一の位置に形成するように、上記の複数の部分の各部分の幅であるピッチが設定されている。なお、ここにおける幅は、回折光学素子部２０におけるレーザ光の入射面及び出射面に平行な方向の幅である。例えば、図５のＡが指し示す回折光学素子要素のピッチは、図５のＢが指し示す回折光学素子要素のピッチ、及び図５のＣが指し示す回折光学素子要素のピッチよりも大きい。
図５及び図６が示すように、図５のＡが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面９上に形成した所定の光パターンは、図６のＡが指し示す光パターンである。図５のＢが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面９上に形成した所定の光パターンは、図６のＢが指し示す光パターンである。図５のＣが指し示す回折光学素子要素が位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調したレーザ光が像面９上に形成した所定の光パターンは、図６のＣが指し示す光パターンである。
図６のＡ、Ｂ及びＣの各光パターンが示すように、複数の回折光学素子要素２１を通過した各レーザ光は、所定の光パターンを像面９上の同一の位置に形成する。そして、上述のように、複数の回折光学素子要素２１のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって、像面９上に、図６のＡが指し示す光パターン、図６のＢが指し示す光パターン、及び図６のＣが指し示す光パターンの間で、表示される光パターンが切り替わるアニメーションが表示される。
次に、実施の形態２に係る光パターン生成装置１０１の光スキャナ４の具体例について図面を参照して説明する。図７は、光スキャナ４として２次元スキャン素子２２が用いられた例を示す図である。図８は、光スキャナ４として１次元スキャン素子２３及びアドレッシング光学系２４が用いられた例を示す図である。
図７が示す例では、光スキャナ４は、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を２次元的に変更可能な２次元スキャン素子２２である。図７が示すように、２次元スキャン素子２２は、レーザ光源１が出射したレーザ光を、２次元的に配置された複数の回折光学素子要素２１のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
図８が示す例では、光スキャナ４は、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を１次元的に変更可能な１次元スキャン素子２３と、１次元スキャン素子２３が偏向させたレーザ光の伝搬方向を、複数の回折光学素子要素２１のうちの任意の回折光学素子要素に向かう方向に２次元的に変化させるアドレッシング光学系２４とから構成されている。
なお、図８が示すアドレッシング光学系２４は、複数の反射ミラーから構成されている。しかし、アドレッシング光学系２４は、当該構成に限定されない。例えば、アドレッシング光学系２４は、プリズム等であってもよい。また、図７が示す２次元スキャン素子２２と、図８が示す１次元スキャン素子２３及びアドレッシング光学系２４とは、それぞれ、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００、後述する実施の形態３に係る光パターン生成装置、後述する実施の形態４に係る光パターン生成装置、又は後述する実施の形態５に係る光パターン生成装置に適用されてもよい。
以上のように、実施の形態２に係る光パターン生成装置１０１における複数の回折光学素子要素２１は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上の同一の位置に形成するように、ピッチが設定されている。
上記の構成によれば、複数の回折光学素子要素２１を通過した各レーザ光は、光パターンを像面９上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素２１のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、実施の形態２に係る光パターン生成装置１０１は、光スキャナ４が、レーザ光源１が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素２１のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ６をさらに備え、光スキャナドライバ６は、複数の回折光学素子要素２１のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
上記の構成によれば、光スキャナドライバ６が光スキャナ４を制御することによって、複数の回折光学素子要素２１のうちで、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わる。これにより、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、実施の形態２に係る光パターン生成装置１０１における光スキャナ４は、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を１次元的に変更可能な１次元スキャン素子２３と、１次元スキャン素子２３が偏向させたレーザ光の伝搬方向を、複数の回折光学素子要素２１のうちの任意の回折光学素子要素に向かう方向に２次元的に変化させるアドレッシング光学系２４とから構成されている。
上記の構成によれば、１次元スキャン素子２３は、レーザ光源１が出射したレーザ光を、２次元的に配置された複数の回折光学素子要素２１のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源１が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。よって、２次元的に配置された複数の回折光学素子要素２１のうちで、１次元スキャン素子２３が偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素を切り替えることができる。よって、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができる。
実施の形態３．
上述の通り、実施の形態１に係る光パターン生成装置１００では、像面９上において、表示される光パターンの位置が異なってしまうという問題がある。実施の形態３に係る光パターン生成装置は、当該問題を解決するために、入射角補正光学系及び再集光光学系をさらに備えている。
以下で、実施の形態３について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図９は、実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２の構成を示す図である。実施の形態１に係る光パターン生成装置１００の構成と比較して、光パターン生成装置１０２は、集光光学系３の代わりにコリメート光学系３０を備えている。また、光パターン生成装置１０２は、入射角補正光学系３１及び再集光光学系３２をさらに備えている。
コリメート光学系３０は、レーザ光源１と光スキャナ４との間に設置されている。コリメート光学系３０は、レーザ光源が出射したレーザ光を平行光に変換する。
なお、レーザ光源１が平行光を生成する機能を有する場合、光パターン生成装置１０２は、コリメート光学系３０を備えていなくてもよい。これにより、光学系の部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
実施の形態３に係る光スキャナ４は、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。より詳細には、光スキャナ４は、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光が、後述する入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射するように、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
入射角補正光学系３１は、光スキャナ４と回折光学素子部７との間に設置されている。入射角補正光学系３１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する。なお、ここで、複数の回折光学素子要素１０の各入射面は、同一面上にあり、複数の回折光学素子要素１０の各出射面は、同一面上にあるものとする。
実施の形態３に係る回折光学素子部７における複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、入射角補正光学系３１から同一の入射角で入射したレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。なお、複数の回折光学素子要素１０を通過した各レーザ光は、同一の出射角で出射される平行光である。つまり、実施の形態３に係る回折光学素子部７における複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、実施の形態２の複数の回折光学素子要素２１のようにピッチが設定されていない。
再集光光学系３２は、回折光学素子部７と像面９との間に設置されている。再集光光学系３２は、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上の同一の位置に集光させる。より詳細には、再集光光学系３２は、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過した平行光を、通過した回折光学素子要素に依らずに、像面９上の同一の位置に集光させる。再集光光学系３２を通過したレーザ光は、通過した回折光学素子要素に依らずに、所定の光パターンを像面９上の同一の位置に形成する。つまり、再集光光学系３２によって像面９上に形成される光パターンの位置が決定されるため、上述のように、複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、ピッチが設定される必要がない。
実施の形態３に係る光スキャナドライバ６は、複数の回折光学素子要素１０のうちで、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
次に、実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２の動作について説明する。なお、制御部８は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ２と光スキャナドライバ６とをそれぞれ制御するものとする。
まず、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を第１の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第１の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ４によって当該第１の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系３０は、レーザ光源が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ４は、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第１の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系３１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第１の光パターンを像面９上に形成するように、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系３２は、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上に集光させる。次に、再集光光学系３２から出射されたレーザ光は、像面９上に第１の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、第２の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第２の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ４によって当該第２の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系３０は、レーザ光源１が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ４は、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第２の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系３１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。なお、上述の第１の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角と、当該第２の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角とは、一致している。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第２の光パターンを像面９上に形成するように、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系３２は、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上に集光させる。次に、再集光光学系３２から出射されたレーザ光は、像面９上に第２の光パターンを形成する。なお、像面９上に形成された上述の第１の光パターンの位置と、像面９上に形成された当該第２の光パターンの位置とは、一致している。
光パターン生成装置１０２は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上にアニメーションが表示される。
次に、実施の形態３に係る入射角補正光学系３１の第１の具体例について説明する。図１０は、入射角補正光学系３１の第１の具体例の構成を示す図である。
図１０が示すように、第１の具体例に係る入射角補正光学系３１は、テレセントリック光学系３３と、コリメート光学系アレー３４とから構成されている。
テレセントリック光学系３３は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせる。なお、図１０では、テレセントリック光学系３３は、レンズとして示されているが、当該構成に限定されない。テレセントリック光学系３３は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせるように、当該レーザ光を反射するミラー等であってもよい。
コリメート光学系アレー３４は、テレセントリック光学系３３が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換する。より詳細には、コリメート光学系アレー３４は、複数のコリメート光学系から構成され、当該複数のコリメート光学系は、それぞれ、テレセントリック光学系３３が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換する。なお、図１０では、コリメート光学系アレー３４は、凸レンズアレーとして示されているが、当該構成に限定されない。コリメート光学系アレー３４は、テレセントリック光学系３３が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換する凹レンズアレーであってもよい。
または、コリメート光学系アレー３４は、テレセントリック光学系３３が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換するように、当該レーザ光を反射する反射ミラーアレーであってもよい。
テレセントリック光学系３３及びコリメート光学系アレー３４の各構成についてより詳細には、図１０が示すように、光スキャナ４の出射面とテレセントリック光学系３３の入射面との間隔は、テレセントリック光学系３３の焦点距離ｆ１と一致している。これにより、テレセントリック光学系３３から出射されたレーザ光の主光線がテレセントリック光学系３３の光軸と平行になる。
また、図１０が示すように、テレセントリック光学系３３の出射面とコリメート光学系アレー３４の各入射面との間隔は、テレセントリック光学系３３の焦点距離ｆ１とコリメート光学系アレー３４の各焦点距離ｆ２との和と一致している。これにより、コリメート光学系アレー３４から出射された各レーザ光は、平行光になる。
次に、実施の形態３に係る入射角補正光学系３１の第２の具体例について説明する。図１１は、入射角補正光学系３１の第２の具体例の構成を示す図である。
図１１が示すように、第２の具体例に係る入射角補正光学系３１は、プリズムアレー３５から構成されている。プリズムアレー３５は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する。なお、プリズムアレー３５の各光軸は、平行であるものとする。
以上のように、実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２は、光スキャナ４と回折光学素子部７との間に、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する入射角補正光学系３１が設置されており、回折光学素子部７と像面９との間には、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上の同一の位置に集光させる再集光光学系３２が設置されている。
上記の構成によれば、再集光光学系３２を通過したレーザ光は、光パターンを像面９上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、上記の構成によれば、像面９上の同一の位置に光パターンを表示するために、実施の形態２のように、複数の回折光学素子要素１０の各ピッチを調整する必要がない。よって、複数の回折光学素子要素１０の設計及び製造にかかるコストを削減することができる。
また、上記の構成によれば、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射するレーザ光は、入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光である。これにより、回折光学素子部７が複数の回折光学素子から構成されている場合、回折光学素子部７が製造された後でも、複数の回折光学素子要素１０の各配置位置を変更することができる。または、複数の回折光学素子要素１０のうちの少なくとも１つ以上の回折光学素子要素を別の回折光学素子要素と入れ換えることもできる。例えば、別の回折光学素子を多数用意しておき、状況又は用途に応じて、複数の回折光学素子要素１０のうちの少なくとも１つ以上の回折光学素子要素を取り外し、別の回折光学素子要素を追加することによって、状況又は用途に応じた光パターンを像面９上に表示することができる。
また、実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２における入射角補正光学系３１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせるテレセントリック光学系３３と、それぞれが、当該テレセントリック光学系３３が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系アレー３４とから構成されている。
上記の構成によれば、光スキャナ４が偏向させたレーザ光は、入射角補正光学系３１及びコリメート光学系アレー３４によって、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に好適に変換される。そして、再集光光学系３２を通過したレーザ光は、光パターンを像面９上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２における入射角補正光学系３１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換するプリズムアレー３５から構成されている。
上記の構成によれば、光スキャナ４が偏向させたレーザ光は、プリズムアレー３５によって、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に好適に変換される。そして、再集光光学系３２を通過したレーザ光は、光パターンを像面９上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。また、入射角補正光学系３１及びコリメート光学系アレー３４が用いられた場合と比較して、光学系の点数を減らせるため、光パターン生成装置１０２の小型化を実現できる。
また、実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２は、光スキャナ４が、レーザ光源１が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ６をさらに備え、光スキャナドライバ６は、複数の回折光学素子要素１０のうちで、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
上記の構成によれば、光スキャナドライバ６が光スキャナ４を制御することによって、複数の回折光学素子要素１０のうちで、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わる。これにより、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
実施の形態４．
実施の形態３では、レーザ光源１と光スキャナ４との間に、コリメート光学系３０が設置されている構成について説明した。実施の形態４では、レーザ光源１と光スキャナ４との間に光スキャナ集光光学系が設置されている構成について説明する。
以下で、実施の形態４について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１２は、実施の形態４に係る光パターン生成装置１０３の構成を示す図である。実施の形態１に係る光パターン生成装置１００の構成と比較して、光パターン生成装置１０３は、集光光学系３の代わりに光スキャナ集光光学系４０を備えている。また、光パターン生成装置１０３は、光スキャナコリメート光学系４１及び再集光光学系３２をさらに備えている。
光スキャナ集光光学系４０は、レーザ光源１と光スキャナ４との間に設置されている。光スキャナ集光光学系４０は、レーザ光源１が出射したレーザ光を光スキャナ４に集光させる。これにより、光スキャナ４の有効開口が比較的小さい場合でも、レーザ光を光スキャナ４に入射させることができ、ケラレを抑制することができる。
なお、図１２では、光スキャナ集光光学系４０は、レンズとして示されているが、当該構成に限定されない。光スキャナ集光光学系４０は、レーザ光源１が出射したレーザ光を光スキャナ４に集光させるように、当該レーザ光を反射するミラー等であってもよい。または、レーザ光源１がレーザ光を光スキャナ４に集光させる機能を有する場合、光パターン生成装置１０３は、光スキャナ集光光学系４０を備えていなくてもよい。これにより、光学系の部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
実施の形態４に係る光スキャナ４は、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。より詳細には、光スキャナ４は、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光が、後述する光スキャナコリメート光学系４１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射するように、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能である。
光スキャナコリメート光学系４１は、光スキャナ４と回折光学素子部７との間に設置されている。光スキャナコリメート光学系４１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する。なお、ここで、複数の回折光学素子要素１０の各入射面は、同一面上にあり、複数の回折光学素子要素１０の各出射面は、同一面上にあるものとする。
なお、図１２では、光スキャナコリメート光学系４１は、レンズとして示されているが、当該構成に限定されない。光スキャナコリメート光学系４１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換するように、当該レーザ光を反射するミラー等であってもよい。
光スキャナコリメート光学系４１の構成についてより詳細には、図１２が示すように、光スキャナ４と光スキャナコリメート光学系４１との間隔は、光スキャナコリメート光学系４１の焦点距離ｆ３と一致している。これにより、光スキャナコリメート光学系４１から出射された各レーザ光は、平行光になる。
実施の形態４に係る回折光学素子部７における複数の回折光学素子要素１０は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナコリメート光学系４１から同一の入射角で入射したレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。なお、複数の回折光学素子要素１０を通過した各レーザ光は、同一の出射角で出射される平行光である。
実施の形態４に係る再集光光学系３２は、回折光学素子部７と像面９との間に設置されている。再集光光学系３２は、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上の同一の位置に集光させる。
実施の形態４に係る光スキャナドライバ６は、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナコリメート光学系４１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
次に、実施の形態４に係る光パターン生成装置１０３の動作について説明する。なお、制御部８は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ２と光スキャナドライバ６とをそれぞれ制御するものとする。
まず、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を第１の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第１の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ４によって当該第１の偏向方向に偏向したレーザ光は、光スキャナコリメート光学系４１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、光スキャナ集光光学系４０は、レーザ光源１が出射したレーザ光を光スキャナ４に集光させる。次に、光スキャナ４は、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光が、光スキャナコリメート光学系４１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第１の偏向方向に偏向させる。
次に、光スキャナコリメート光学系４１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第１の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナコリメート光学系４１から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系３２は、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上に集光させる。次に、再集光光学系３２から出射されたレーザ光は、像面９上に第１の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、第２の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第２の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ４によって当該第２の偏向方向に偏向したレーザ光は、光スキャナコリメート光学系４１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、光スキャナ集光光学系４０は、レーザ光源１が出射したレーザ光を光スキャナ４に集光させる。次に、光スキャナ４は、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光が、光スキャナコリメート光学系４１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第２の偏向方向に偏向させる。
次に、光スキャナコリメート光学系４１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。なお、上述の第１の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角と、当該第２の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角とは、一致している。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第２の光パターンを像面９上に形成するように、光スキャナコリメート光学系４１から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、再集光光学系３２は、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上に集光させる。次に、再集光光学系３２から出射されたレーザ光は、像面９上に第２の光パターンを形成する。なお、像面９上に形成された上述の第１の光パターンの位置と、像面９上に形成された当該第２の光パターンの位置とは、一致している。
光パターン生成装置１０３は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナコリメート光学系４１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上にアニメーションが表示される。
以上のように、実施の形態４に係る光パターン生成装置１０３は、レーザ光源１と光スキャナ４との間には、レーザ光源１が出射したレーザ光を光スキャナ４に集光させる光スキャナ集光光学系４０が設置されており、光スキャナ４と回折光学素子部７との間には、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する光スキャナコリメート光学系４１が設置されており、回折光学素子部７と像面９との間には、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面９上の同一の位置に集光させる再集光光学系３２が設置されている。
上記の構成によれば、再集光光学系３２を通過したレーザ光は、光パターンを像面９上の同一の位置に形成する。これにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、レーザ光が通過する回折光学素子要素を連続的に切り替えることによって、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
また、上記の構成によれば、光スキャナ集光光学系４０によって、光スキャナ４の有効開口が比較的小さい場合でも、レーザ光を光スキャナ４に入射させることができ、ケラレを抑制することができる。
また、実施の形態４に係る光パターン生成装置１０３は、光スキャナ４が、光スキャナ集光光学系４０から出射されたレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバ６をさらに備え、光スキャナドライバ６は、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナコリメート光学系４１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面９上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、光スキャナ４の偏向方向と、光スキャナ４の偏向方向を変更するタイミングとを制御する。
上記の構成によれば、光スキャナドライバ６が光スキャナ４を制御することによって、複数の回折光学素子要素１０のうちで、光スキャナコリメート光学系４１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わる。これにより、像面９上の同一の位置にアニメーションを表示することができる。
実施の形態５．
実施の形態３及び実施の形態４では、回折光学素子部７と像面９との間に再集光光学系３２が設置されている構成について説明した。実施の形態５では、回折光学素子部７と像面９との間に可変焦点光学系が設置されている構成について説明する。
以下で、実施の形態５について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１又は実施の形態３で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１３は、実施の形態５に係る光パターン生成装置１０４の構成を示す図である。実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２の構成と比較して、光パターン生成装置１０４は、再集光光学系３２の代わりに可変焦点光学系５０を備えている。また、光パターン生成装置１０４は、焦点調整ドライバ５１をさらに備えている。
可変焦点光学系５０は、回折光学素子部７と像面９との間に設置されている。可変焦点光学系５０は、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能である。可変焦点光学系５０は、例えば、ズーム機能を有する複数のレンズ又は液体レンズ等である。
焦点調整ドライバ５１は、制御部８と可変焦点光学系５０とに接続されている。焦点調整ドライバ５１は、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系５０の焦点距離を制御する。実施の形態５では、焦点調整ドライバ５１は、制御部８の命令に基づいて、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系５０の焦点距離を制御する。なお、可変焦点光学系５０の焦点距離は、手動によって変更されてもよい。その場合、光パターン生成装置１０４は、焦点調整ドライバ５１を備えていなくてもよい。これにより、部品点数を減らすことができ、低コスト化及び小型化を実現することができる。
次に、実施の形態５に係る光パターン生成装置１０４の動作について説明する。なお、制御部８は、図示しない内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報に基づいてレーザドライバ２と光スキャナドライバ６と焦点調整ドライバ５１とをそれぞれ制御するものとする。
まず、焦点調整ドライバ５１は、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面５２上の同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系５０の焦点距離を制御する。
次に、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を第１の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第１の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ４によって当該第１の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系３０は、レーザ光源が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ４は、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第１の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系３１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第１の光パターンを像面５２上に形成するように、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、可変焦点光学系５０は、複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面５２上に集光させる。次に、可変焦点光学系５０から出射されたレーザ光は、像面５２上に第１の光パターンを形成する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光の出射を停止するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光の出射を停止する。
次に、光スキャナドライバ６は、制御部８の命令に基づいて、光スキャナ４が、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を、第２の偏向方向に変更するように、光スキャナ４を制御する。光スキャナ４は、光スキャナドライバ６の命令に基づいて、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光を偏向させる偏向方向を当該第２の偏向方向に変更する。なお、光スキャナ４によって当該第２の偏向方向に偏向したレーザ光は、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に入射する。
次に、レーザドライバ２は、制御部８の命令に基づいて、レーザ光源１がレーザ光を出射するようにレーザ光源１を制御する。レーザ光源１は、レーザドライバ２の命令に基づいて、レーザ光を出射する。
次に、コリメート光学系３０は、レーザ光源１が出射したレーザ光を平行光に変換する。次に、光スキャナ４は、コリメート光学系３０から出射されたレーザ光が、入射角補正光学系３１を介して複数の回折光学素子要素１０のうちの第１の回折光学素子要素に入射するように、当該レーザ光を第２の偏向方向に偏向させる。
次に、入射角補正光学系３１は、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素に入射する平行光に変換する。なお、上述の第１の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角と、当該第２の回折光学素子要素に入射する平行光の入射角とは、一致している。
次に、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素は、通過したレーザ光が第２の光パターンを像面５２上に形成するように、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する。
次に、可変焦点光学系５０は、複数の回折光学素子要素１０のうちの第２の回折光学素子要素を通過したレーザ光を像面５２上に集光させる。次に、可変焦点光学系５０から出射されたレーザ光は、像面５２上に第２の光パターンを形成する。なお、像面５２上に形成された上述の第１の光パターンの位置と、像面５２上に形成された当該第２の光パターンの位置とは、一致している。
光パターン生成装置１０４は、以上の動作を繰り返すことにより、複数の回折光学素子要素１０のうちで、入射角補正光学系３１から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって像面５２上にアニメーションが表示される。
なお、光パターン生成装置１０４と像面５２との位置関係を変える場合には、上述の内部メモリに保存された情報、又は外部から入力された情報を変更することにより、制御部８は、焦点調整ドライバ５１を介して可変焦点光学系５０の焦点距離を調整する。
以上のように、実施の形態５に係る光パターン生成装置１０４は、光スキャナ４と回折光学素子部７との間には、光スキャナ４が偏向させたレーザ光が複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素に入射する入射角度を、光スキャナ４の偏向方向に依らず一定にする入射角補正光学系３１が設置されており、回折光学素子部７と像面９との間には、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能な可変焦点光学系５０が設置されている。
上記の構成によれば、可変焦点光学系５０の焦点距離を変更することによって、任意の像面上における同一の位置に光パターンを表示することができる。
光パターン生成装置１０４が置かれた状況又は光パターン生成装置１０４の用途によって、光パターン生成装置１０４と像面との間の距離は変動し得る。しかし、上記の構成によれば、可変焦点光学系５０の焦点距離を変更することで、変動後の像面に光パターンを表示することができる。つまり、光パターン生成装置１０４は、種々の状況又は種々の用途に対応できる。
また、実施の形態５に係る光パターン生成装置１０４は、可変焦点光学系５０が、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系５０の焦点距離を制御する焦点調整ドライバ５１をさらに備えている。
上記の構成によれば、可変焦点光学系５０の焦点距離を好適に変更することができ、任意の像面上における同一の位置に光パターンを表示することができる。
なお、実施の形態５では、可変焦点光学系５０及び焦点調整ドライバ５１を実施の形態３に係る光パターン生成装置１０２に適用した例について説明したが、可変焦点光学系５０及び焦点調整ドライバ５１は、実施の形態４に係る光パターン生成装置１０３に適用してもよい。
その場合、光パターン生成装置は、レーザ光源１と光スキャナ４との間には、レーザ光源１が出射したレーザ光を光スキャナ４に集光させる光スキャナ集光光学系４０が設置されており、光スキャナ４と回折光学素子部７との間には、光スキャナ４が偏向させたレーザ光を、任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナ４の偏向方向に依らず一定である平行光に変換する光スキャナコリメート光学系４１が設置されており、回折光学素子部７と像面９との間には、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能な可変焦点光学系５０が設置されている。
また、その場合、光パターン生成装置は、可変焦点光学系５０が、複数の回折光学素子要素１０のうちの任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、可変焦点光学系５０の焦点距離を制御する焦点調整ドライバ５１をさらに備えている。
上記の各構成によれば、実施の形態５に係る光パターン生成装置１０４が奏する各効果と同様の効果を奏する。
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係る光パターン生成装置は、表示される光パターンの順序の柔軟性を向上させることができるため、光パターンを表示する技術に利用可能である。
１ レーザ光源、２ レーザドライバ、３ 集光光学系、４ 光スキャナ、６ 光スキャナドライバ、７ 回折光学素子部、８ 制御部、９ 像面、１０ 複数の回折光学素子要素、２０ 回折光学素子部、２１ 複数の回折光学素子要素、２２ ２次元スキャン素子、２３ １次元スキャン素子、２４ アドレッシング光学系、３０ コリメート光学系、３１ 入射角補正光学系、３２ 再集光光学系、３３ テレセントリック光学系、３４ コリメート光学系、３５ プリズムアレー、４０ 光スキャナ集光光学系、４１ 光スキャナコリメート光学系、５０ 可変焦点光学系、５１ 焦点調整ドライバ、５２ 像面、１００，１０１，１０２，１０３，１０４ 光パターン生成装置。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、光スキャナが、レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、光スキャナドライバは、複数の回折光学素子要素のうちで、光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって像面上に表示される光パターンが切り替わるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、像面上の同一の位置にアニメーションを表示する。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、光スキャナが、レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、光スキャナドライバは、複数の回折光学素子要素のうちで、光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって像面上に表示される光パターンが切り替わるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、複数の回折光学素子要素は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上の同一の位置に形成するように、ピッチが設定されている。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、光スキャナが、レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、光スキャナドライバは、複数の回折光学素子要素のうちで、光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって像面上に表示される光パターンが切り替わるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、光スキャナと回折光学素子部との間には、光スキャナが偏向させたレーザ光を、任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換する入射角補正光学系が設置されており、回折光学素子部と像面との間には、任意の回折光学素子要素から出射した平行光を、通過した回折光学素子要素に依らずに像面上の同一の位置に集光させる再集光光学系が設置されている。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、光スキャナが、レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、光スキャナドライバは、複数の回折光学素子要素のうちで、光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって像面上に表示される光パターンが切り替わるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、複数の回折光学素子要素は、それぞれ、周期的に分割された微小な部分を複数有し、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上の同一の位置に形成するように、当該複数の部分の各部分の幅であるピッチが設定されている。
この発明に係る光パターン生成装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、光スキャナが、レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバと、を備え、光スキャナは、レーザ光源が出射したレーザ光を、複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であり、光スキャナドライバは、複数の回折光学素子要素のうちで、光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が任意の順序で連続的に切り替わることによって像面上に表示される光パターンが切り替わるように、光スキャナの偏向方向と、光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御し、像面上の同一の位置にアニメーションを表示し、光スキャナと回折光学素子部との間には、光スキャナが偏向させたレーザ光を、任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換する入射角補正光学系が設置されており、回折光学素子部と像面との間には、任意の回折光学素子要素から出射した平行光を、通過した回折光学素子要素に依らずに像面上の同一の位置に集光させる再集光光学系が設置されている。

Claims (17)

  1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる光スキャナと、
    それぞれが、通過したレーザ光が所定の光パターンを像面上に形成するように、前記光スキャナが偏向させたレーザ光の位相分布又は強度分布のうちの少なくとも一方を変調する複数の回折光学素子要素から構成されている回折光学素子部と、を備え、
    前記光スキャナは、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を変更可能であることを特徴とする、光パターン生成装置。
  2. 前記光スキャナが、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバをさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  3. 前記レーザ光源と前記光スキャナとの間には、前記レーザ光源が出射したレーザ光を前記像面上に集光する光に変換する集光光学系が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  4. 前記複数の回折光学素子要素は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを前記像面上に形成するように、光路長パターン又は透過率パターンのうちの少なくとも一方が設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  5. 前記複数の回折光学素子要素は、それぞれ、通過したレーザ光が所定の光パターンを前記像面上の同一の位置に形成するように、ピッチが設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  6. 前記光スキャナが、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバをさらに備え、
    前記光スキャナドライバは、前記複数の回折光学素子要素のうちで、前記光スキャナが偏向させたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって前記像面上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御することを特徴とする、請求項５に記載の光パターン生成装置。
  7. 前記光スキャナと前記回折光学素子部との間には、前記光スキャナが偏向させたレーザ光を、前記任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が前記光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換する入射角補正光学系が設置されており、
    前記回折光学素子部と前記像面との間には、前記任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を前記像面上の同一の位置に集光させる再集光光学系が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  8. 前記入射角補正光学系は、前記光スキャナが偏向させたレーザ光の主光線を光軸と平行にさせるテレセントリック光学系と、当該テレセントリック光学系が主光線を光軸と平行にさせたレーザ光を平行光に変換するコリメート光学系アレーとから構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の光パターン生成装置。
  9. 前記入射角補正光学系は、前記光スキャナが偏向させたレーザ光を、前記任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が前記光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換するプリズムアレーから構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の光パターン生成装置。
  10. 前記光スキャナが、前記レーザ光源が出射したレーザ光を、任意のタイミングで、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバをさらに備え、
    前記光スキャナドライバは、前記複数の回折光学素子要素のうちで、前記入射角補正光学系から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって前記像面上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御することを特徴とする、請求項７に記載の光パターン生成装置。
  11. 前記光スキャナと前記回折光学素子部との間には、前記光スキャナが偏向させたレーザ光が前記任意の回折光学素子要素に入射する入射角度を、前記光スキャナの偏向方向に依らず一定にする入射角補正光学系が設置されており、
    前記回折光学素子部と前記像面との間には、前記任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能な可変焦点光学系が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  12. 前記可変焦点光学系が、前記任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、前記可変焦点光学系の焦点距離を制御する焦点調整ドライバをさらに備えていることを特徴とする、請求項１１に記載の光パターン生成装置。
  13. 前記レーザ光源と前記光スキャナとの間には、前記レーザ光源が出射したレーザ光を前記光スキャナに集光させる光スキャナ集光光学系が設置されており、
    前記光スキャナと前記回折光学素子部との間には、前記光スキャナが偏向させたレーザ光を、前記任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が前記光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換する光スキャナコリメート光学系が設置されており、
    前記回折光学素子部と前記像面との間には、前記任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を前記像面上の同一の位置に集光させる再集光光学系が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  14. 前記光スキャナが、前記光スキャナ集光光学系から出射されたレーザ光を、任意のタイミングで、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向けて偏向させるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御する光スキャナドライバをさらに備え、
    前記光スキャナドライバは、前記複数の回折光学素子要素のうちで、前記光スキャナコリメート光学系から出射されたレーザ光が通過する回折光学素子要素が連続的に切り替わることによって前記像面上の同一の位置にアニメーションが表示されるように、前記光スキャナの偏向方向と、前記光スキャナの偏向方向を変更するタイミングとを制御することを特徴とする、請求項１３に記載の光パターン生成装置。
  15. 前記レーザ光源と前記光スキャナとの間には、前記レーザ光源が出射したレーザ光を前記光スキャナに集光させる光スキャナ集光光学系が設置されており、
    前記光スキャナと前記回折光学素子部との間には、前記光スキャナが偏向させたレーザ光を、前記任意の回折光学素子要素に入射する入射角度が前記光スキャナの偏向方向に依らず一定である平行光に変換する光スキャナコリメート光学系が設置されており、
    前記回折光学素子部と前記像面との間には、前記任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、焦点距離が変更可能な可変焦点光学系が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
  16. 前記可変焦点光学系が、前記任意の回折光学素子要素を通過したレーザ光を任意の像面上における同一の位置に集光させるように、前記可変焦点光学系の焦点距離を制御する焦点調整ドライバをさらに備えていることを特徴とする、請求項１５に記載の光パターン生成装置。
  17. 前記光スキャナは、前記レーザ光源が出射したレーザ光を偏向させる偏向方向を１次元的に変更可能な１次元スキャン素子と、前記１次元スキャン素子が偏向させたレーザ光の伝搬方向を、前記複数の回折光学素子要素のうちの任意の回折光学素子要素に向かう方向に２次元的に変化させるアドレッシング光学系とから構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光パターン生成装置。
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