WO2021106123A1 - 光パターン生成装置 - Google Patents

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WO2021106123A1
WO2021106123A1 PCT/JP2019/046471 JP2019046471W WO2021106123A1 WO 2021106123 A1 WO2021106123 A1 WO 2021106123A1 JP 2019046471 W JP2019046471 W JP 2019046471W WO 2021106123 A1 WO2021106123 A1 WO 2021106123A1
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optical
laser light
scanner
optical element
diffractive optical
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PCT/JP2019/046471
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航 吉岐
ゆかり 宮城
勝治 今城
中野　貴敬
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三菱電機株式会社
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    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4227—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant in image scanning systems
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    • G02B27/4233—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element [DOE] contributing to a non-imaging application
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    • G02B5/04—Prisms
    • G02B5/045—Prism arrays

Definitions

  • the present invention relates to an optical pattern generator.
  • Some optical pattern generators use a laser light source and a diffractive optical element (DOE).
  • DOE diffractive optical element
  • the diffractive optical element modulates at least one of the intensity distribution or the phase distribution of the laser light emitted by the laser light source so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane.
  • Patent Document 1 describes an optical pattern generator that displays an animation on the image plane by switching the light pattern displayed on the image plane. More specifically, the optical pattern generator includes a disk-shaped diffractive optical element composed of a plurality of optical element elements that modulate the phase distribution of the laser beam, and a rotation mechanism for rotating the diffractive optical element. And have. The plurality of optical element elements correspond to each portion of the diffractive optical element separated by a plurality of lines radially extending from the central portion of the disk surface to the outer peripheral portion of the disk surface.
  • the rotation mechanism rotates the diffractive optical element in one direction with the axis passing through the center of the disk surface and perpendicular to the disk surface as the rotation axis, and among the plurality of optical element elements, the optical element through which the laser beam passes. By continuously switching the elements, the optical pattern displayed on the image plane is switched.
  • the order of the optical patterns formed on the image plane is uniquely determined by the arrangement of the plurality of optical element elements in the diffractive optical element and the rotation direction by the rotation mechanism. There is a problem that the flexibility of the order of the optical patterns to be made is limited.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the flexibility of the order of displayed light patterns.
  • the optical pattern generator includes a laser light source that emits laser light and an optical scanner that deflects the laser light emitted by the laser light source, and the laser light that has passed through each of them produces a predetermined light pattern on the image plane.
  • the optical scanner comprises a diffractive optical element portion composed of a plurality of diffractive optical element elements that modulate at least one of the phase distribution or the intensity distribution of the laser beam deflected by the optical scanner so as to form.
  • the deflection direction for deflecting the laser beam emitted by the laser light source can be changed so as to deflect the laser beam emitted by the laser light source toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements. ..
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the optical pattern generation apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the diffractive optical element part of the optical pattern generator which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the light pattern formed on the image plane by each laser beam which passed through a plurality of diffractive optical element elements in the diffractive optical element part shown in FIG.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the optical pattern generation apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the diffractive optical element part of the optical pattern generator which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 5 is a diagram showing an optical pattern formed on an image plane by laser light passing through a plurality of diffractive optical element elements in the diffractive optical element portion shown in FIG. It is a figure which shows the example which used the 2D scanning element as the optical scanner of the optical pattern generator which concerns on Embodiment 2. It is a figure which shows the example which used the one-dimensional scanning element and the addressing optical system as the optical scanner of the optical pattern generator which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the optical pattern generation apparatus which concerns on Embodiment 3. It is a figure which shows the structure of the 1st specific example of the incident angle correction optical system which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the 2nd specific example of the incident angle correction optical system which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the optical pattern generation apparatus which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the optical pattern generation apparatus which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical pattern generator 100 according to the first embodiment.
  • the optical pattern generator 100 includes a laser light source 1, a laser driver 2, a condensing optical system 3, an optical scanner 4, an optical scanner driver 6, a diffractive optical element unit 7, and a control unit 8. There is.
  • An image plane 9 is installed on the optical path of the laser beam emitted from the diffractive optical element unit 7, which will be described later.
  • the laser light source 1 emits a laser beam.
  • the laser driver 2 is connected to the laser light source 1.
  • the laser driver 2 controls the waveform or intensity of the laser beam emitted by the laser light source 1.
  • the condensing optical system 3 is installed on the optical path of the laser light emitted by the laser light source 1.
  • the condensing optical system 3 converts the laser light emitted by the laser light source 1 into light that is focused on the image plane 9.
  • the condensing optical system 3 is, for example, an optical element such as a lens that refracts the transmitted laser light, or an optical element such as a mirror that reflects the laser light.
  • a collimating optical system may be used instead of the condensing optical system 3.
  • the collimating optical system converts the laser light emitted by the laser light source 1 into parallel light.
  • an optical pattern can be formed on the image plane 9 even when the light pattern generator 100 and the image plane 9 are sufficiently separated from each other.
  • the optical pattern generator 100 does not have to include the condensing optical system 3.
  • the number of parts of the optical system can be reduced, and cost reduction and miniaturization can be realized.
  • the optical scanner 4 is installed on the optical path of the laser light emitted by the laser light source 1.
  • the optical scanner 4 deflects the laser light emitted by the laser light source.
  • the optical scanner 4 is installed on the optical path of the laser beam emitted from the condensing optical system 3.
  • the optical scanner 4 deflects the laser beam emitted from the condensing optical system 3.
  • the optical scanner driver 6 is connected to the optical scanner 4.
  • the optical scanner driver 6 controls the deflection direction in which the optical scanner 4 deflects the laser beam and the timing at which the deflection direction of the optical scanner 4 is changed.
  • the optical scanner driver 6 is, for example, a MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), an acoustic optical element, or a galvano scanner.
  • the diffractive optical element unit 7 is installed on the optical path of the laser beam emitted from the optical scanner 4.
  • Each of the diffractive optical element units 7 has at least one of the phase distribution or the intensity distribution of the laser light deflected by the optical scanner 4 so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane 9. It is composed of a plurality of diffractive optical element elements 10 to be modulated.
  • the material of the diffractive optical element unit 7 is, for example, glass or resin.
  • the diffractive optical element unit 7 is a single diffractive optical element, the single diffractive optical element is divided into a plurality of parts, and each part of the plurality of parts is diffracted.
  • the diffractive optical element unit 7 is not limited to this configuration.
  • the diffractive optical element unit 7 may be a plurality of diffractive optical element elements 10 in which a plurality of diffractive optical elements are arranged two-dimensionally side by side.
  • the above-mentioned optical scanner 4 uses the laser light emitted by the laser light source 1 so as to deflect the laser light emitted by the laser light source 1 toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the deflection direction to be deflected can be changed.
  • the optical scanner 4 deflects the laser light emitted by the laser light source 1 so that the laser light emitted by the laser light source 1 is incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements. It is possible to change the direction of deflection.
  • the optical scanner 4 condenses the laser light emitted from the condensing optical system 3 so as to deflect the laser light toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the deflection direction that deflects the laser beam emitted from the optical system 3 can be changed.
  • the optical scanner 4 deflects the laser light emitted by the laser light source 1 toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 at an arbitrary timing.
  • the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled.
  • the optical scanner 4 emits the laser beam emitted from the condensing optical system 3 at an arbitrary timing, and any diffractive optical element among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled so as to deflect toward the element.
  • the optical scanner driver 6 continuously switches the diffractive optical element element 10 through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10, so that the image plane 9 is formed.
  • the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled so that the animation is displayed above.
  • the control unit 8 is connected to the laser driver 2 and the optical scanner driver 6, respectively, controls the laser light source 1 via the laser driver 2, and controls the optical scanner 4 via the optical scanner driver 6.
  • Each of the plurality of diffractive optical element elements 10 in the diffractive optical element unit 7 has at least one of an optical path length pattern or a transmittance pattern so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane 9. It is set.
  • the plurality of diffractive optical elements 10 can modulate the phase distribution of the laser light deflected by the optical scanner 4 so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane 9.
  • each of the plurality of diffractive optical element elements 10 forms a predetermined light pattern on the image plane 9
  • the plurality of diffractive optical elements thereby form a predetermined light pattern.
  • Each of the elements 10 can modulate the intensity distribution of the laser light deflected by the optical scanner 4 so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane 9.
  • Each optical path length pattern or each transmittance pattern of the plurality of diffractive optical element elements 10 is optimized by, for example, an iterative Fourier transform method.
  • the intensity distribution or phase distribution of each laser beam in the plurality of diffractive optical element elements 10 and the optical pattern formed on the image plane 9 have a Fourier transform relationship. Therefore, if a desired light pattern is subjected to inverse Fourier transform, the intensity distribution or phase distribution of each laser beam in the plurality of diffractive optical element elements 10 can be obtained.
  • the intensity distribution or phase distribution of the laser beam that can be realized in each of the plurality of diffractive optical element elements 10 has restrictions due to the intensity distribution or phase distribution of each incident laser beam incident on the plurality of diffractive optical element elements 10. It is not possible to obtain the intensity distribution or phase distribution of each laser beam in the plurality of diffractive optical element elements 10 satisfying the constraint by a simple inverse Fourier transform.
  • the intensity distribution or phase distribution of each laser beam in the plurality of diffractive optical element elements 10 is optimized so as to satisfy the constraint by repeatedly performing the Fourier transform based on the iterative Fourier transform method. .. Based on the obtained intensity distribution or phase distribution, each optical path length pattern or each transmittance pattern of the plurality of diffractive optical element elements 10 is set.
  • the control unit 8 controls the laser driver 2 and the optical scanner driver 6 based on information stored in an internal memory (not shown) or information input from the outside.
  • the optical scanner driver 6 sets the deflection direction in which the optical scanner 4 deflects the laser beam emitted from the condensing optical system 3 among the plurality of diffractive optical element elements 10 based on the command of the control unit 8.
  • the optical scanner 4 is controlled so as to change to the first deflection direction toward the first diffractive optical element.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the condensing optical system 3 to the first deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the condensing optical system 3 converts the laser light emitted by the laser light source 1 into light that is focused on the image plane 9.
  • the optical scanner 4 deflects the laser light emitted from the condensing optical system 3 toward the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 was deflected by the optical scanner 4 so that the passed laser beam formed a first optical pattern on the image plane 9. Modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the laser beam. Next, the laser light that has passed through the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 forms a first optical pattern on the image plane 9.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 stops emitting the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 stops the emission of the laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the optical scanner driver 6 sets the deflection direction in which the optical scanner 4 deflects the laser beam emitted by the laser light source 1 to the second of the plurality of diffractive optical element elements 10 based on the command of the control unit 8.
  • the optical scanner 4 is controlled so as to change to the second deflection direction toward the diffractive optical element of the above.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted by the laser light source 1 to the second deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the condensing optical system 3 converts the laser light emitted by the laser light source 1 into light that is focused on the image plane 9.
  • the optical scanner 4 deflects the laser light emitted from the condensing optical system 3 toward the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 was deflected by the optical scanner 4 so that the passed laser beam formed a second optical pattern on the image plane 9. Modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the laser beam. Next, the laser light that has passed through the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 forms a second optical pattern on the image plane 9.
  • the optical pattern generator 100 continuously switches the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10. An animation is displayed on the surface 9.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the diffractive optical element unit 7.
  • FIG. 3 is a diagram showing an optical pattern formed on the image plane 9 by each laser beam passing through the plurality of diffractive optical element elements 10 in the diffractive optical element unit 7 shown in FIG.
  • each of the plurality of diffractive optical element elements 10 has a plurality of periodically divided minute portions, and the plurality of portions each have a laser beam that has passed through the diffractive optical element element to which the diffractive optical element element belongs.
  • At least one of the optical path length and the transmittance is set so that a predetermined light pattern is formed on the image plane 9. That is, at least one of the optical path length pattern and the transmittance pattern is set for each of the plurality of diffractive optical element elements 10 so that the passed laser beam forms a predetermined light pattern on the image plane 9. .
  • the predetermined optical pattern formed on the image plane 9 by the laser beam in which the diffractive optical element element pointed to by A in FIG. 2 modulates at least one of the phase distribution and the intensity distribution is It is an optical pattern pointed out by A of FIG.
  • the predetermined optical pattern formed on the image plane 9 by the laser beam in which the diffractive optical element element indicated by B in FIG. 2 modulates at least one of the phase distribution and the intensity distribution is the optical pattern indicated by B in FIG. ..
  • the predetermined optical pattern formed on the image plane 9 by the laser beam in which the diffractive optical element element indicated by C in FIG. 2 modulates at least one of the phase distribution and the intensity distribution is the optical pattern indicated by C in FIG. ..
  • FIG. 3 is displayed on the image plane 9.
  • An animation is displayed in which the light pattern displayed is switched between the light pattern pointed to by A, the light pattern pointed to by B in FIG. 3, and the light pattern pointed to by C in FIG.
  • the laser light source 1 that emits the laser light
  • the optical scanner 4 that deflects the laser light emitted by the laser light source 1
  • the laser that has passed through each of them It is composed of a plurality of diffractive optical element elements 10 that modulate at least one of the phase distribution or the intensity distribution of the laser light deflected by the optical scanner 4 so that the light forms a predetermined optical pattern on the image plane 9.
  • the optical scanner 4 includes the diffractive optical element unit 7 and deflects the laser light emitted by the laser light source 1 toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10. ,
  • the deflection direction that deflects the laser light emitted by the laser light source 1 can be changed.
  • the optical scanner 4 can deflect the laser light emitted by the laser light source 1 toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10. That is, among the plurality of diffractive optical element elements 10, it is possible to switch the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes. Therefore, it is possible to improve the flexibility of the order of the displayed light patterns.
  • the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes is switched from the diffractive optical element element pointed to by A to the diffractive optical element element pointed to by B.
  • the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes is switched from the diffractive optical element element pointed to by B to the diffractive optical element element pointed to by A.
  • the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes is switched from the diffractive optical element element pointed to by B to the diffractive optical element element pointed to by C.
  • the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes is switched from the diffractive optical element element pointed to by C to the diffractive optical element element pointed to by B.
  • the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes is passed from the diffractive optical element element pointed by B to the upper right and right of the diffractive optical element element. You may switch to any one of the lower right, upper left, left or lower left diffractive optical element.
  • the optical pattern generator 100 according to the first embodiment can switch the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes. Therefore, it is possible to improve the flexibility of the order of the displayed light patterns.
  • the conventional optical pattern generator uses a configuration in which a diffractive optical element having a relatively large size is rotated in order to switch the displayed optical pattern, so that it is difficult to reduce the size. There's a problem.
  • the optical pattern generator 100 according to the first embodiment uses a configuration in which the laser beam is deflected by the optical scanner 4 in order to switch the displayed optical pattern. As a result, the optical pattern generator 100 according to the first embodiment can be made smaller than the size of the conventional optical pattern generator.
  • the optical scanner 4 emits the laser light emitted by the laser light source 1 at an arbitrary timing, and any diffractive optical element among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • An optical scanner driver 6 that controls the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 so as to deflect toward the element is further provided.
  • the deflection direction for deflecting the laser light emitted by the laser light source 1 can be changed to a desired deflection direction at a desired timing. That is, among the plurality of diffractive optical element elements 10, the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes can be switched to a desired diffractive optical element element at a desired timing. Therefore, it is possible to improve the flexibility of the order of the displayed light patterns.
  • the optical pattern generator 100 is a collection of light emitted by the laser light source 1 between the laser light source 1 and the optical scanner 4 that is converted into light focused on the image plane 9.
  • An optical optical system 3 is installed. According to the above configuration, the light pattern can be suitably displayed on the image plane 9.
  • each of the plurality of diffractive optical element elements 10 in the optical pattern generator 100 has an optical path length pattern or transmission so that the passed laser beam forms a predetermined light pattern on the image plane 9. At least one of the rate patterns is set. According to the above configuration, a predetermined light pattern can be suitably displayed on the image plane 9.
  • Embodiment 2 In the optical pattern generator 100 according to the first embodiment, since the optical scanner 4 deflects the laser beam, the incident angle of the laser beam on the diffractive optical element portion 7 differs depending on the deflection direction of the optical scanner 4. Therefore, as shown in FIG. 3, there is a problem that the positions of the displayed light patterns are different on the image plane 9.
  • a diffractive optical element unit having a compensation structure different from the configuration of the diffractive optical element unit 7 according to the first embodiment is used.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the optical pattern generator 101 according to the second embodiment.
  • the optical pattern generator 101 has the same configuration as the optical pattern generator 100 according to the first embodiment, except that the diffractive optical element unit 20 is provided instead of the diffractive optical element unit 7. There is.
  • Each of the diffractive optical element units 20 has at least one of the phase distribution or the intensity distribution of the laser light deflected by the optical scanner 4 so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane 9. It is composed of a plurality of diffractive optical element elements 21 that modulate the light. Further, the pitch of each of the plurality of diffractive optical element elements 21 according to the second embodiment is set so that the passed laser beam forms a predetermined light pattern at the same position on the image plane 9.
  • the same position in this specification means substantially the same position, completely the same position, substantially constant position, or completely constant position.
  • the optical scanner driver 6 continuously switches the diffractive optical element elements through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes among the plurality of diffractive optical element elements 21 on the image plane 9.
  • the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled so that the animation is displayed at the same position.
  • Each of the plurality of diffractive optical element elements 21 in the diffractive optical element unit 20 has at least one of an optical path length pattern or a transmittance pattern so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane 9. It is set.
  • each of the plurality of diffractive optical element elements 21 has a plurality of periodically divided minute portions, and each of the plurality of portions is predetermined by a laser beam that has passed through the diffractive optical element element to which the diffractive optical element element belongs. At least one of the optical path length and the transmittance is set so as to form the light pattern of the above on the image plane 9.
  • the plurality of diffractive optical element elements 21 are each described above so that the passed laser beam forms a predetermined light pattern at the same position on the image plane 9.
  • the pitch which is the width of each part of, is further set.
  • the width is the width in the direction parallel to the entrance surface and the emission surface of the laser beam in the diffractive optical element unit 20.
  • each of the plurality of diffractive optical element elements 21 has a periodic structure, they are approximately treated as a diffraction grating.
  • a plurality of diffractive optical element elements 21 are assumed as one-dimensional diffraction gratings, between the incident angle ⁇ in and the emission angle ⁇ out of the laser beam for each diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 21
  • the following equation (1) holds.
  • m is each diffraction order of the plurality of diffractive optical element elements 21, ⁇ is the wavelength of the laser beam, and p is the above-mentioned pitch. Further, ⁇ in is an angle formed by the normals of the incident surfaces of the plurality of diffractive optical element elements 21, and ⁇ out is an angle formed by the normals of the exit surfaces of the plurality of diffractive optical element elements 21.
  • the incident angle of the laser beam incident on each of the plurality of diffractive optical element elements 21 is different for each diffractive optical element element. Further, the emission angles of the laser beams emitted from the plurality of diffractive optical element elements 21 coincide with the positions of the optical patterns formed on the image plane 9 by the laser beams emitted from the plurality of diffractive optical element elements 21. Must be set to. Therefore, it can be seen that in order for the incident angle and the emitted angle to satisfy the relationship of the above equation (1), it is necessary to appropriately set m ⁇ / p for each diffractive optical element. Normally, m and ⁇ have no degrees of freedom, which results in the problem of optimizing the pitch p.
  • each of the plurality of diffractive optical element elements 21 has a two-dimensional structure, and since each transmittance pattern and each optical path length pattern are not necessarily periodic, the plurality of diffractive optical element elements 21 Eq. (1), which assumes each of the above as a one-dimensional diffraction grating, does not hold strictly.
  • a plurality of diffracting optical element elements 21 may be used. The positions of the light patterns formed on the image plane 9 by the laser light transmitted through the diffractive optical element elements 21 can be matched.
  • the operation of the optical pattern generator 101 according to the second embodiment is an image plane in which the laser beam passing through the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 21 forms the first optical pattern. Except that the position on the 9 and the position on the image plane 9 where the laser light passing through the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element 21 forms the second optical pattern coincide with each other. This is the same as the operation of the optical pattern generator 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the diffractive optical element unit 20.
  • FIG. 6 is a diagram showing an optical pattern formed on the image plane 9 by laser light passing through a plurality of diffractive optical element elements 21 in the diffractive optical element unit 20 shown in FIG.
  • each of the plurality of diffractive optical element elements 21 has a plurality of periodically divided minute portions, and the plurality of portions each have a laser beam that has passed through the diffractive optical element element to which the diffractive optical element element belongs. At least one of the optical path length and the transmittance is set so that a predetermined light pattern is formed on the image plane 9. Further, each of the plurality of diffractive optical element elements 21 has a pitch that is the width of each portion of the plurality of portions so that the passed laser beam forms a predetermined light pattern at the same position on the image plane 9. Is set. The width here is the width in the direction parallel to the entrance surface and the emission surface of the laser beam in the diffractive optical element unit 20. For example, the pitch of the diffractive optical element element pointed to by A in FIG. 5 is larger than the pitch of the diffractive optical element element pointed to by B in FIG. 5 and the pitch of the diffractive optical element element pointed to by C in FIG.
  • the predetermined optical pattern formed on the image plane 9 by the laser beam in which the diffractive optical element element pointed to by A in FIG. 5 modulates at least one of the phase distribution and the intensity distribution is It is an optical pattern pointed out by A of FIG.
  • the predetermined optical pattern formed on the image plane 9 by the laser beam in which the diffractive optical element element indicated by B in FIG. 5 modulates at least one of the phase distribution and the intensity distribution is the optical pattern indicated by B in FIG. ..
  • the predetermined optical pattern formed on the image plane 9 by the laser beam in which the diffractive optical element element indicated by C in FIG. 5 modulates at least one of the phase distribution and the intensity distribution is the optical pattern indicated by C in FIG. ..
  • each laser beam that has passed through the plurality of diffractive optical element elements 21 forms a predetermined light pattern at the same position on the image plane 9. Then, as described above, among the plurality of diffractive optical element elements 21, the diffractive optical element element through which the laser light deflected by the optical scanner 4 passes is continuously switched, so that FIG. 6 is on the image plane 9.
  • An animation is displayed in which the displayed light pattern is switched between the light pattern pointed to by A, the light pattern pointed to by B in FIG. 6, and the light pattern pointed to by C in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example in which the two-dimensional scanning element 22 is used as the optical scanner 4.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example in which the one-dimensional scanning element 23 and the addressing optical system 24 are used as the optical scanner 4.
  • the optical scanner 4 is a two-dimensional scanning element 22 capable of two-dimensionally changing the deflection direction that deflects the laser light emitted by the laser light source.
  • the two-dimensional scanning element 22 directs the laser light emitted by the laser light source 1 toward an arbitrary diffractive optical element element among a plurality of diffractive optical element elements 21 arranged two-dimensionally.
  • the deflection direction that deflects the laser beam emitted by the laser light source 1 can be changed so as to deflect the laser light.
  • the optical scanner 4 includes a one-dimensional scanning element 23 capable of one-dimensionally changing the deflection direction for deflecting the laser beam emitted by the laser light source 1, and a laser deflected by the one-dimensional scanning element 23. It is composed of an addressing optical system 24 that two-dimensionally changes the propagation direction of light in a direction toward an arbitrary diffractive optical element element among a plurality of diffractive optical element elements 21.
  • the addressing optical system 24 shown in FIG. 8 is composed of a plurality of reflection mirrors.
  • the addressing optical system 24 is not limited to this configuration.
  • the addressing optical system 24 may be a prism or the like.
  • the two-dimensional scanning element 22 shown in FIG. 7, the one-dimensional scanning element 23 shown in FIG. 8, and the addressing optical system 24 are the optical pattern generator 100 according to the first embodiment and the third embodiment described later, respectively. It may be applied to the optical pattern generator according to the above, the optical pattern generator according to the fourth embodiment described later, or the optical pattern generator according to the fifth embodiment described later.
  • the passed laser light forms a predetermined light pattern at the same position on the image plane 9.
  • the pitch is set to.
  • each laser beam that has passed through the plurality of diffractive optical element elements 21 forms an optical pattern at the same position on the image plane 9.
  • the animation is displayed at the same position on the image plane 9 by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes among the plurality of diffractive optical element elements 21. can do.
  • the optical scanner 4 emits the laser light emitted by the laser light source 1 at an arbitrary timing, and any diffractive optical element among the plurality of diffractive optical element elements 21.
  • An optical scanner driver 6 that controls the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 so as to deflect toward the element is further provided, and the optical scanner driver 6 includes a plurality of diffractive optical elements.
  • the optical scanner 4 has the optical scanner 4 so that the animation is displayed at the same position on the image plane 9 by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes. The deflection direction and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled.
  • the optical scanner driver 6 controls the optical scanner 4, so that among the plurality of diffractive optical element elements 21, the diffractive optical element elements through which the laser beam deflected by the optical scanner 4 passes are continuous. Switch to the target. As a result, the animation can be displayed at the same position on the image plane 9.
  • the optical scanner 4 in the optical pattern generator 101 has a one-dimensional scanning element 23 capable of one-dimensionally changing the deflection direction for deflecting the laser light emitted by the laser light source 1, and a one-dimensional scanning. It is composed of an addressing optical system 24 that two-dimensionally changes the propagation direction of the laser beam deflected by the element 23 in a direction toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 21.
  • the one-dimensional scanning element 23 directs the laser light emitted by the laser light source 1 toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 21 arranged two-dimensionally.
  • the deflection direction that deflects the laser beam emitted by the laser light source 1 can be changed so as to deflect the laser light. Therefore, among the plurality of diffractive optical element elements 21 arranged two-dimensionally, the diffractive optical element element through which the laser beam deflected by the one-dimensional scanning element 23 passes can be switched. Therefore, it is possible to improve the flexibility of the order of the displayed light patterns.
  • the optical pattern generator 100 according to the first embodiment has a problem that the position of the displayed optical pattern is different on the image plane 9.
  • the optical pattern generator according to the third embodiment further includes an incident angle correction optical system and a refocusing optical system in order to solve the problem.
  • FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the optical pattern generation device 102 according to the third embodiment.
  • the optical pattern generator 102 includes a collimating optical system 30 instead of the condensing optical system 3. Further, the optical pattern generator 102 further includes an incident angle correction optical system 31 and a refocusing optical system 32.
  • the collimating optical system 30 is installed between the laser light source 1 and the optical scanner 4.
  • the collimating optical system 30 converts the laser light emitted by the laser light source into parallel light.
  • the optical pattern generator 102 does not have to include the collimating optical system 30. As a result, the number of parts of the optical system can be reduced, and cost reduction and miniaturization can be realized.
  • the optical scanner 4 is a collimating optical system so as to deflect the laser light emitted from the collimating optical system 30 toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the deflection direction that deflects the laser beam emitted from 30 can be changed. More specifically, in the optical scanner 4, the laser beam emitted from the collimating optical system 30 is transferred to an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31 described later.
  • the deflection direction that deflects the laser beam emitted from the collimating optical system 30 so as to be incident can be changed.
  • the incident angle correction optical system 31 is installed between the optical scanner 4 and the diffractive optical element unit 7.
  • the incident angle at which the laser beam deflected by the optical scanner 4 is incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 does not depend on the deflection direction of the optical scanner 4. Converts to constant parallel light.
  • the incident surfaces of the plurality of diffractive optical element elements 10 are on the same surface, and the exit surfaces of the plurality of diffractive optical element elements 10 are on the same surface.
  • the plurality of diffractive optical element elements 10 in the diffractive optical element unit 7 according to the third embodiment are respectively from the incident angle correction optical system 31 so that the passed laser beam forms a predetermined light pattern on the image plane 9. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of laser beams incident at the same incident angle.
  • Each laser beam that has passed through the plurality of diffractive optical element elements 10 is parallel light emitted at the same emission angle. That is, the pitch of the plurality of diffractive optical element elements 10 in the diffractive optical element unit 7 according to the third embodiment is not set as in the case of the plurality of diffractive optical element elements 21 of the second embodiment.
  • the refocusing optical system 32 is installed between the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9.
  • the refocusing optical system 32 focuses the laser light that has passed through an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 at the same position on the image plane 9. More specifically, the refocusing optical system 32 allows parallel light that has passed through an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 to pass through the diffractive optical element element, regardless of the passing diffractive optical element element. Focus on the same position on the top.
  • the laser light that has passed through the refocusing optical system 32 forms a predetermined light pattern at the same position on the image plane 9 regardless of the passed diffracting optical element. That is, since the position of the light pattern formed on the image plane 9 is determined by the refocusing optical system 32, it is necessary to set the pitch of each of the plurality of diffractive optical element elements 10 as described above. Absent.
  • the optical scanner driver 6 is an image obtained by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser light emitted from the incident angle correction optical system 31 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled so that the animation is displayed at the same position on the surface 9.
  • the control unit 8 controls the laser driver 2 and the optical scanner driver 6 based on information stored in an internal memory (not shown) or information input from the outside.
  • the optical scanner driver 6 uses light so that the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the first deflection direction based on the command of the control unit 8. Controls the scanner 4.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the first deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser beam deflected in the first deflection direction by the optical scanner 4 is incident on the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the collimating optical system 30 converts the laser light emitted by the laser light source into parallel light.
  • the laser beam emitted from the collimating optical system 30 is incident on the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser beam is deflected in the first deflection direction.
  • the incident angle correction optical system 31 converts the laser light deflected by the optical scanner 4 into parallel light incident on the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element 10 is from the incident angle correction optical system 31 so that the passed laser beam forms the first optical pattern on the image plane 9. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the emitted laser light.
  • the refocusing optical system 32 focuses the laser light that has passed through the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 on the image plane 9.
  • the laser light emitted from the refocusing optical system 32 forms a first light pattern on the image plane 9.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 stops emitting the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 stops the emission of the laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the optical scanner driver 6 causes the optical scanner 4 to change the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the second deflection direction based on the command of the control unit 8. , Control the optical scanner 4.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the second deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser beam deflected in the second deflection direction by the optical scanner 4 is incident on the second diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the collimating optical system 30 converts the laser light emitted by the laser light source 1 into parallel light.
  • the laser beam emitted from the collimating optical system 30 is incident on the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser beam is deflected in the second deflection direction.
  • the incident angle correction optical system 31 converts the laser light deflected by the optical scanner 4 into parallel light incident on the second diffractive optical element element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the incident angle of the parallel light incident on the first diffractive optical element element and the incident angle of the parallel light incident on the second diffractive optical element element are the same.
  • the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element 10 is from the incident angle correction optical system 31 so that the passed laser beam forms the second optical pattern on the image plane 9. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the emitted laser light.
  • the refocusing optical system 32 focuses the laser light that has passed through the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 on the image plane 9.
  • the laser light emitted from the refocusing optical system 32 forms a second light pattern on the image plane 9.
  • the position of the above-mentioned first light pattern formed on the image plane 9 and the position of the second light pattern formed on the image plane 9 coincide with each other.
  • the optical pattern generator 102 continuously switches the diffractive optical element element through which the laser beam emitted from the incident angle correction optical system 31 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10. As a result, the animation is displayed on the image plane 9.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a first specific example of the incident angle correction optical system 31.
  • the incident angle correction optical system 31 according to the first specific example includes a telecentric optical system 33 and a collimating optical system array 34.
  • the telecentric optical system 33 makes the main ray of the laser beam deflected by the optical scanner 4 parallel to the optical axis.
  • the telecentric optical system 33 is shown as a lens in FIG. 10, the telecentric optical system 33 is not limited to the configuration.
  • the telecentric optical system 33 may be a mirror or the like that reflects the laser beam so that the main ray of the laser beam deflected by the optical scanner 4 is parallel to the optical axis.
  • the collimated optical system array 34 converts the laser light in which the telecentric optical system 33 makes the main light beam parallel to the optical axis into parallel light. More specifically, the collimating optical system array 34 is composed of a plurality of collimating optical systems, and each of the plurality of collimating optical systems is parallel to a laser beam in which the telecentric optical system 33 makes the main ray parallel to the optical axis. Convert to light. In FIG. 10, the collimating optical system array 34 is shown as a convex lens array, but the configuration is not limited to this. The collimating optical system array 34 may be a concave lens array in which the telecentric optical system 33 converts the laser beam in which the main ray is parallel to the optical axis into parallel light.
  • the collimating optical system array 34 may be a reflection mirror array that reflects the laser light so that the telecentric optical system 33 converts the laser light in which the main light beam is parallel to the optical axis into parallel light.
  • the distance between the exit surface of the optical scanner 4 and the incident surface of the telecentric optical system 33 is the distance between the telecentric optical system 33 and the incident surface of the telecentric optical system 33. consistent with the focal length f 1.
  • the main ray of the laser beam emitted from the telecentric optical system 33 becomes parallel to the optical axis of the telecentric optical system 33.
  • the distance between the exit surface of the telecentric optical system 33 and each incident surface of the collimating optical system array 34 is the focal length f 1 of the telecentric optical system 33 and each focal length of the collimating optical system array 34. It is consistent with the sum of the f 2. As a result, each laser beam emitted from the collimated optical system array 34 becomes parallel light.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a second specific example of the incident angle correction optical system 31.
  • the incident angle correction optical system 31 according to the second specific example is composed of a prism array 35.
  • the incident angle at which the laser beam deflected by the optical scanner 4 is incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 is constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4. Convert to parallel light. It is assumed that the optical axes of the prism array 35 are parallel.
  • the laser beam deflected by the optical scanner 4 is transmitted between the optical scanner 4 and the diffractive optical element 7 to the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • An incident angle correction optical system 31 that converts the incident angle incident on any of the diffractive optical element elements into parallel light that is constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4 is installed, and the diffractive optical element unit 7 and Between the image plane 9 and the image plane 9, there is a refocusing optical system 32 that focuses the laser light that has passed through any diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 at the same position on the image surface 9. is set up.
  • the laser beam that has passed through the refocusing optical system 32 forms an optical pattern at the same position on the image plane 9.
  • the animation can be displayed at the same position on the image plane 9 by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser beam passes among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the laser light incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 is parallel light whose incident angle is constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4. is there.
  • the diffractive optical element unit 7 is composed of a plurality of diffractive optical elements
  • the arrangement positions of the plurality of diffractive optical element elements 10 can be changed even after the diffractive optical element unit 7 is manufactured. ..
  • at least one or more diffractive optical element elements among the plurality of diffractive optical element elements 10 can be replaced with another diffractive optical element element.
  • a large number of different diffractive optical elements are prepared, and at least one or more diffractive optical element elements among the plurality of diffractive optical element elements 10 are removed depending on the situation or application, and another diffractive optical element element is used. By adding it, an optical pattern according to the situation or application can be displayed on the image plane 9.
  • the incident angle correction optical system 31 in the optical pattern generator 102 includes a telecentric optical system 33 that makes the main ray of the laser beam deflected by the optical scanner 4 parallel to the optical axis.
  • the telecentric optical system 33 is composed of a collimated optical system array 34 that converts a laser beam in which a main ray is parallel to an optical axis into parallel light.
  • the laser light deflected by the optical scanner 4 is incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 by the incident angle correction optical system 31 and the collimating optical system array 34.
  • the incident angle is preferably converted to parallel light that is constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4.
  • the laser beam that has passed through the refocusing optical system 32 forms an optical pattern at the same position on the image plane 9.
  • the animation can be displayed at the same position on the image plane 9 by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser beam passes among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the incident angle correction optical system 31 in the optical pattern generator 102 transfers the laser beam deflected by the optical scanner 4 to any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10. It is composed of a prism array 35 that converts incident light into parallel light whose incident angle is constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4.
  • the laser beam deflected by the optical scanner 4 is deflected by the prism array 35 so that the incident angle incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 is deflected by the optical scanner 4. It is suitably converted into parallel light that is constant regardless of the direction. Then, the laser beam that has passed through the refocusing optical system 32 forms an optical pattern at the same position on the image plane 9. As a result, the animation can be displayed at the same position on the image plane 9 by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser beam passes among the plurality of diffractive optical element elements 10. Further, since the number of points of the optical system can be reduced as compared with the case where the incident angle correction optical system 31 and the collimating optical system array 34 are used, the optical pattern generator 102 can be downsized.
  • the optical scanner 4 emits the laser beam emitted by the laser light source 1 at an arbitrary timing, and any diffractive optical element among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • An optical scanner driver 6 that controls the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 so as to deflect toward the element is further provided, and the optical scanner driver 6 includes a plurality of diffractive optical elements.
  • the light is such that the diffraction optical element element through which the laser light emitted from the incident angle correction optical system 31 passes is continuously switched so that the animation is displayed at the same position on the image plane 9.
  • the deflection direction of the scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled.
  • the optical scanner driver 6 controls the optical scanner 4, so that the diffractive optical element through which the laser light emitted from the incident angle correction optical system 31 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the elements switch continuously.
  • the animation can be displayed at the same position on the image plane 9.
  • Embodiment 4 In the third embodiment, the configuration in which the collimating optical system 30 is installed between the laser light source 1 and the optical scanner 4 has been described. In the fourth embodiment, a configuration in which an optical scanner condensing optical system is installed between the laser light source 1 and the optical scanner 4 will be described.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the optical pattern generator 103 according to the fourth embodiment.
  • the optical pattern generator 103 includes an optical scanner condensing optical system 40 instead of the condensing optical system 3. Further, the optical pattern generator 103 further includes an optical scanner collimating optical system 41 and a refocusing optical system 32.
  • the optical scanner condensing optical system 40 is installed between the laser light source 1 and the optical scanner 4.
  • the optical scanner condensing optical system 40 condenses the laser light emitted by the laser light source 1 on the optical scanner 4. As a result, even when the effective aperture of the optical scanner 4 is relatively small, the laser beam can be incident on the optical scanner 4, and vignetting can be suppressed.
  • the optical scanner condensing optical system 40 is shown as a lens, but the configuration is not limited to this.
  • the optical scanner condensing optical system 40 may be a mirror or the like that reflects the laser beam so as to condense the laser beam emitted by the laser light source 1 on the optical scanner 4.
  • the optical pattern generator 103 does not have to include the optical scanner condensing optical system 40. As a result, the number of parts of the optical system can be reduced, and cost reduction and miniaturization can be realized.
  • the optical scanner 4 deflects the laser light emitted from the optical scanner condensing optical system 40 toward an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the deflection direction that deflects the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 can be changed. More specifically, in the optical scanner 4, the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 is subjected to arbitrary diffraction optics among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the optical scanner collimating optical system 41 described later.
  • the deflection direction that deflects the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 so as to be incident on the element element can be changed.
  • the optical scanner collimating optical system 41 is installed between the optical scanner 4 and the diffractive optical element unit 7.
  • the incident angle at which the laser beam deflected by the optical scanner 4 is incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 does not depend on the deflection direction of the optical scanner 4. Converts to constant parallel light.
  • the incident surfaces of the plurality of diffractive optical element elements 10 are on the same surface, and the exit surfaces of the plurality of diffractive optical element elements 10 are on the same surface.
  • the optical scanner collimating optical system 41 is shown as a lens, but the configuration is not limited to this.
  • the incident angle at which the laser beam deflected by the optical scanner 4 is incident on any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 does not depend on the deflection direction of the optical scanner 4. It may be a mirror or the like that reflects the laser beam so as to convert it into constant parallel light.
  • the distance between the optical scanner 4 and the optical scanner collimating optical system 41 coincides with the focal length f 3 of the optical scanner collimating optical system 41 ing.
  • each laser beam emitted from the optical scanner collimating optical system 41 becomes parallel light.
  • the plurality of diffractive optical element elements 10 in the diffractive optical element unit 7 according to the fourth embodiment are respectively from the optical scanner collimating optical system 41 so that the passed laser light forms a predetermined light pattern on the image plane 9. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of laser light incident at the same incident angle.
  • Each laser beam that has passed through the plurality of diffractive optical element elements 10 is parallel light emitted at the same emission angle.
  • the refocusing optical system 32 according to the fourth embodiment is installed between the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9.
  • the refocusing optical system 32 focuses the laser light that has passed through an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 at the same position on the image plane 9.
  • the optical scanner driver 6 is an image obtained by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser light emitted from the optical scanner collimating optical system 41 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled so that the animation is displayed at the same position on the surface 9.
  • the control unit 8 controls the laser driver 2 and the optical scanner driver 6 based on information stored in an internal memory (not shown) or information input from the outside.
  • the optical scanner driver 6 causes the optical scanner 4 to change the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 to the first deflection direction based on the command of the control unit 8.
  • the optical scanner 4 is controlled.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 to the first deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser beam deflected in the first deflection direction by the optical scanner 4 is incident on the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the optical scanner collimating optical system 41.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the optical scanner condensing optical system 40 condenses the laser light emitted by the laser light source 1 on the optical scanner 4.
  • the laser light emitted from the optical scanner condensing optical system 40 is transferred to the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the optical scanner collimating optical system 41.
  • the laser beam is deflected in the first deflection direction so as to be incident.
  • the optical scanner collimating optical system 41 converts the laser light deflected by the optical scanner 4 into parallel light incident on the first diffractive optical element element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element 10 is from the optical scanner collimating optical system 41 so that the passed laser light forms the first optical pattern on the image plane 9. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the emitted laser light.
  • the refocusing optical system 32 focuses the laser light that has passed through the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 on the image plane 9.
  • the laser light emitted from the refocusing optical system 32 forms a first light pattern on the image plane 9.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 stops emitting the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 stops the emission of the laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the optical scanner driver 6 changes the deflection direction in which the optical scanner 4 deflects the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 to the second deflection direction based on the command of the control unit 8.
  • the optical scanner 4 is controlled so as to do so.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 to the second deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser beam deflected in the second deflection direction by the optical scanner 4 is incident on the second diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the optical scanner collimating optical system 41.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the optical scanner condensing optical system 40 condenses the laser light emitted by the laser light source 1 on the optical scanner 4.
  • the laser light emitted from the optical scanner condensing optical system 40 is transferred to the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the optical scanner collimating optical system 41.
  • the laser beam is deflected in the second deflection direction so as to be incident.
  • the optical scanner collimating optical system 41 converts the laser light deflected by the optical scanner 4 into parallel light incident on the second diffractive optical element element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the incident angle of the parallel light incident on the first diffractive optical element element and the incident angle of the parallel light incident on the second diffractive optical element element are the same.
  • the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 is from the optical scanner collimating optical system 41 so that the passed laser light forms a second optical pattern on the image plane 9. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the emitted laser light.
  • the refocusing optical system 32 focuses the laser light that has passed through the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10 on the image plane 9.
  • the laser light emitted from the refocusing optical system 32 forms a second light pattern on the image plane 9.
  • the position of the above-mentioned first light pattern formed on the image plane 9 and the position of the second light pattern formed on the image plane 9 coincide with each other.
  • the optical pattern generator 103 continuously switches the diffractive optical element element through which the laser light emitted from the optical scanner collimating optical system 41 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10. As a result, the animation is displayed on the image plane 9.
  • the optical pattern generator 103 is a collection of optical scanners that collects the laser light emitted by the laser light source 1 on the optical scanner 4 between the laser light source 1 and the optical scanner 4.
  • An optical optical system 40 is installed, and a laser beam deflected by the optical scanner 4 is transmitted between the optical scanner 4 and the diffractive optical element 7 to any diffractive optical of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • An optical scanner collimating optical system 41 that converts the incident angle incident on the element element into parallel light that is constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4 is installed, and is installed between the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9.
  • the laser beam that has passed through the refocusing optical system 32 forms an optical pattern at the same position on the image plane 9.
  • the animation can be displayed at the same position on the image plane 9 by continuously switching the diffractive optical element elements through which the laser beam passes among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the optical scanner condensing optical system 40 can make the laser beam incident on the optical scanner 4 even when the effective aperture of the optical scanner 4 is relatively small, and can suppress vignetting. it can.
  • the optical scanner 4 emits the laser beam emitted from the optical scanner condensing optical system 40 at an arbitrary timing among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • An optical scanner driver 6 that controls the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 so as to deflect toward an arbitrary diffractive optical element is further provided.
  • the diffractive optical element element through which the laser beam emitted from the optical scanner collimating optical system 41 passes is continuously switched, so that the animation is displayed at the same position on the image plane 9.
  • the deflection direction of the optical scanner 4 and the timing of changing the deflection direction of the optical scanner 4 are controlled.
  • the optical scanner driver 6 controls the optical scanner 4, so that the diffractive optical element through which the laser light emitted from the optical scanner collimating optical system 41 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the elements switch continuously.
  • the animation can be displayed at the same position on the image plane 9.
  • Embodiment 5 In the third embodiment and the fourth embodiment, the configuration in which the refocusing optical system 32 is installed between the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9 has been described. In the fifth embodiment, a configuration in which a variable focus optical system is installed between the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9 will be described.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the optical pattern generator 104 according to the fifth embodiment.
  • the optical pattern generator 104 includes a variable focus optical system 50 instead of the refocusing optical system 32. Further, the optical pattern generator 104 further includes a focus adjustment driver 51.
  • the variable focus optical system 50 is installed between the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9.
  • the focal length of the variable focal length optical system 50 can be changed so that the laser light that has passed through an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 is focused at the same position on an arbitrary image plane.
  • the variable focus optical system 50 is, for example, a plurality of lenses having a zoom function, a liquid lens, or the like.
  • the focus adjustment driver 51 is connected to the control unit 8 and the variable focus optical system 50.
  • the focus adjustment driver 51 is a variable focus optical system 50 so that laser light that has passed through an arbitrary diffractive optical element element among a plurality of diffractive optical element elements 10 is focused at the same position on an arbitrary image plane. Control the focal length.
  • the focus adjustment driver 51 transmits the laser beam passing through any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 on an arbitrary image plane based on the command of the control unit 8.
  • the focal length of the variable focal length optical system 50 is controlled so as to focus on the position of.
  • the focal length of the variable focal length optical system 50 may be changed manually. In that case, the optical pattern generator 104 does not have to include the focus adjustment driver 51. As a result, the number of parts can be reduced, and cost reduction and miniaturization can be realized.
  • the control unit 8 controls the laser driver 2, the optical scanner driver 6, and the focus adjustment driver 51 based on information stored in an internal memory (not shown) or information input from the outside.
  • the focus adjustment driver 51 focuses the laser light that has passed through an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 at the same position on the image plane 52, so that the variable focal length optical system 50 Control the focal length of.
  • the optical scanner driver 6 causes the optical scanner 4 to change the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the first deflection direction based on the command of the control unit 8. Controls the optical scanner 4.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the first deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser beam deflected in the first deflection direction by the optical scanner 4 is incident on the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the collimating optical system 30 converts the laser light emitted by the laser light source into parallel light.
  • the laser beam emitted from the collimating optical system 30 is incident on the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser beam is deflected in the first deflection direction.
  • the incident angle correction optical system 31 converts the laser light deflected by the optical scanner 4 into parallel light incident on the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the first diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element 10 is from the incident angle correction optical system 31 so that the passed laser beam forms the first optical pattern on the image plane 52. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the emitted laser light.
  • variable focus optical system 50 collects the laser light that has passed through the first diffractive optical element element of the plurality of diffractive optical element elements 10 on the image plane 52.
  • the laser light emitted from the variable focus optical system 50 forms a first light pattern on the image plane 52.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 stops emitting the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 stops the emission of the laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the optical scanner driver 6 causes the optical scanner 4 to change the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the second deflection direction based on the command of the control unit 8. , Control the optical scanner 4.
  • the optical scanner 4 changes the deflection direction for deflecting the laser beam emitted from the collimating optical system 30 to the second deflection direction based on the instruction of the optical scanner driver 6.
  • the laser beam deflected in the second deflection direction by the optical scanner 4 is incident on the second diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser driver 2 controls the laser light source 1 so that the laser light source 1 emits the laser light based on the instruction of the control unit 8.
  • the laser light source 1 emits a laser beam based on the instruction of the laser driver 2.
  • the collimating optical system 30 converts the laser light emitted by the laser light source 1 into parallel light.
  • the laser beam emitted from the collimating optical system 30 is incident on the first diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 via the incident angle correction optical system 31.
  • the laser beam is deflected in the second deflection direction.
  • the incident angle correction optical system 31 converts the laser light deflected by the optical scanner 4 into parallel light incident on the second diffractive optical element element of the plurality of diffractive optical element elements 10.
  • the incident angle of the parallel light incident on the first diffractive optical element element and the incident angle of the parallel light incident on the second diffractive optical element element are the same.
  • the second diffractive optical element of the plurality of diffractive optical element 10 is from the incident angle correction optical system 31 so that the passed laser beam forms the second optical pattern on the image plane 52. It modulates at least one of the phase distribution or intensity distribution of the emitted laser light.
  • variable focus optical system 50 collects the laser light that has passed through the second diffractive optical element element of the plurality of diffractive optical element elements 10 on the image plane 52.
  • the laser light emitted from the variable focus optical system 50 forms a second light pattern on the image plane 52.
  • the position of the above-mentioned first light pattern formed on the image plane 52 and the position of the second light pattern formed on the image plane 52 coincide with each other.
  • the optical pattern generator 104 continuously switches the diffractive optical element element through which the laser beam emitted from the incident angle correction optical system 31 passes among the plurality of diffractive optical element elements 10. As a result, the animation is displayed on the image plane 52.
  • the control unit 8 When changing the positional relationship between the optical pattern generator 104 and the image plane 52, the control unit 8 focuses by changing the information stored in the internal memory or the information input from the outside.
  • the focal length of the variable focus optical system 50 is adjusted via the adjustment driver 51.
  • the laser beam deflected by the optical scanner 4 is a plurality of diffractive optical element elements 10.
  • An incident angle correction optical system 31 is installed that makes the incident angle incident on any of the diffractive optical element elements constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4, and includes the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9.
  • the focal distance can be changed so that the laser beam that has passed through any diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 is focused at the same position on an arbitrary image plane.
  • the focal optical system 50 is installed.
  • the optical pattern can be displayed at the same position on an arbitrary image plane by changing the focal length of the variable focal length optical system 50.
  • the distance between the optical pattern generator 104 and the image plane may vary depending on the situation in which the optical pattern generator 104 is placed or the application of the optical pattern generator 104.
  • the optical pattern can be displayed on the image plane after the fluctuation by changing the focal length of the variable focus optical system 50. That is, the optical pattern generator 104 can be applied to various situations or applications.
  • the variable focus optical system 50 transmits laser light passing through an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 on an arbitrary image plane. It further includes a focus adjustment driver 51 that controls the focal distance of the variable focus optical system 50 so as to focus the light at the same position.
  • the focal length of the variable focal length optical system 50 can be preferably changed, and the light pattern can be displayed at the same position on an arbitrary image plane.
  • variable focus optical system 50 and the focus adjustment driver 51 are applied to the optical pattern generator 102 according to the third embodiment, but the variable focus optical system 50 and the focus adjustment driver 51 have been described. , May be applied to the optical pattern generator 103 according to the fourth embodiment.
  • an optical scanner condensing optical system 40 for condensing the laser light emitted by the laser light source 1 on the optical scanner 4 is installed between the laser light source 1 and the optical scanner 4.
  • the incident angle at which the laser beam deflected by the optical scanner 4 is incident on any diffractive optical element is constant regardless of the deflection direction of the optical scanner 4.
  • An optical scanner collimating optical system 41 for converting into a certain parallel light is installed, and an arbitrary diffractive optical element element among a plurality of diffractive optical element elements 10 is placed between the diffractive optical element unit 7 and the image plane 9.
  • a variable focus optical system 50 whose focal distance can be changed is installed so that the passed laser light is focused at the same position on an arbitrary image plane.
  • the variable focus optical system 50 puts the laser beam that has passed through an arbitrary diffractive optical element element among the plurality of diffractive optical element elements 10 at the same position on an arbitrary image plane. It further includes a focus adjustment driver 51 that controls the focal distance of the variable focus optical system 50 so as to focus. According to each of the above configurations, the same effects as those of the optical pattern generator 104 according to the fifth embodiment are obtained. In the present invention, within the scope of the invention, it is possible to freely combine each embodiment, modify any component of each embodiment, or omit any component in each embodiment. ..
  • the optical pattern generator according to the present invention can be used in a technique for displaying an optical pattern because it can improve the flexibility of the order of the displayed optical patterns.

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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

光パターン生成装置
　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。

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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