(57)【要約】【課題】  複数のレーザビームを用いて、高輝度化及び高性能化に適した光学装置及び画像生成装置を提供する。【解決手段】  レーザ光を変調する一次元光変調素子５と、該一次元光変調素子の長軸方向に直交する平面内においてレーザ光源２からの複数本のレーザビームを集光して一次元光変調素子５に照射するビーム集光手段４と、各レーザビームについて光線伝播方向の角度調整を行って該レーザビームを平行化してからビーム集光手段４に入射させるための方向調整手段３を設ける。ビーム集光手段４への入射角度ずれを「θ」、一次元変調素子５の短軸方向における画素サイズを「Ｗ」、一次元変調素子５を構成する個々の画素要素に対するレーザビームの位置ずれ量の許容範囲の絶対値を「α・Ｗ」（但し、「０＜α＜１」）、ビーム集光手段４に係る焦点距離を「ｆ」と記すとき、θの絶対値が「α・Ｗ／ｆ」以下となるように方向調整する。【選択図】  図１
2006074245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、該光源からの光を変調する一次元光変調素子を備えた光学装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向に直交する平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを集光して上記一次元光変調素子に照射するビーム集光手段と、
上記平面において上記した各レーザビームについて光線伝播方向の角度調整を行って該レーザビームを平行又はほぼ平行に整列させてから上記ビーム集光手段に入射させるための方向調整手段を備え、
上記平面内での上記各レーザビームの光線伝播方向に関して、上記ビーム集光手段への入射角度ずれを「θ」と記し、上記一次元光変調素子の短軸方向における画素サイズを「Ｗ」、上記一次元光変調素子を構成する個々の画素要素に対するレーザビームの位置ずれ量の許容範囲の絶対値を「α・Ｗ」（但し、「０＜α＜１」）、上記ビーム集光手段に係る焦点距離を「ｆ」と記すとき、θの絶対値が「α・Ｗ/ｆ」以下となるように上記方向調整手段によって各レーザビームの光線伝播方向が調整されている
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載した光学装置において、
上記平面内での上記レーザビームの本数を「ｎ」と記すとき、「α＝１／（ｎ＋１）」である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項３】
請求項１に記載した光学装置において、
上記一次元光変調素子に対する、上記レーザ光源及び上記ビーム集光手段を含む照明光学系と、該照明光学系による照射光を受けた上記一次元光変調素子からの出射光を受光する光学系を備え、
上記照明光学系に係るレーザビーム１本当たりのＦナンバーを「ｆ＃」、上記光学系のＦナンバーを「Ｆ＃」、上記平面内における上記レーザビームの本数を「ｎ」と記すとき、ｎが「ｆ＃／Ｆ＃」の値を超えない２以上の整数である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項４】
請求項３に記載した光学装置において、
上記レーザビームの波長を「λ」、レーザ光のＭ2因子を「Ｍ2」、上記平面内におけるレーザビーム１本当たりの集光幅を「β・Ｗ」（但し、「０＜β＜１」）、「Ｎ＝［（β・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」とするとき、上記平面内における上記レーザビームの本数ｎがＮを超えない整数である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項５】
請求項２に記載した光学装置において、
上記一次元光変調素子に対する、上記レーザ光源及び上記ビーム集光手段を含む照明光学系と、該照明光学系による照射光を受けた上記一次元光変調素子からの出射光を受光する光学系を備え、
上記レーザビームの波長を「λ」、レーザ光のＭ2因子を「Ｍ2」、上記光学系のＦナンバーを「Ｆ＃」と記し、上記平面内におけるレーザビーム１本当たりの集光幅を「０．６・Ｗ」、「Ｎ＝［（０．６・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」とするとき、上記平面内における上記レーザビームの本数ｎがＮを超えない２以上の整数である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項６】
請求項１に記載した光学装置において、
波長の異なる複数のレーザ光源及び該光源からの光をそれぞれに変調する回折型の一次元光変調素子と、
上記一次元光変調素子の出射光から回折光を選別する空間フィルタと、
上記一次元光変調素子の長手方向及び光軸方向に平行な縦平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを拡大して上記一次元光変調素子に照射するビーム拡大手段と、
上記縦平面において上記した各レーザビームの光線伝播方向の角度調整を行うことにより、該レーザビームが上記ビーム拡大手段にて重なるように角度をつけて該レーザビームを上記ビーム拡大手段に入射させるための方向調整手段を備え、
上記縦平面内での上記各レーザビームの光線伝播方向に関して、上記ビーム拡大手段への入射角度を「Θ」と記し、上記ビーム拡大手段の倍率を「γ」と記すとき、上記空間フィルタにて各レーザビームに係る特定次数の回折光だけが選別される「Θ／γ」の角度範囲内で上記一次元光変調素子への線状ビーム照射が行われる
ことを特徴とする光学装置。
【請求項７】
波長の異なる複数のレーザ光源と、該レーザ光源からの光をそれぞれに変調する回折型の一次元光変調素子と、該一次元光変調素子の出射光から回折光を選別する空間フィルタを備えた光学装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向及び光軸方向に平行な平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを拡大して上記一次元光変調素子に照射するビーム拡大手段と、
上記平面において上記した各レーザビームの光線伝播方向の角度調整を行うことにより、該レーザビームが上記ビーム拡大手段にて重なるように角度をつけて該レーザビームを上記ビーム拡大手段に入射させるための方向調整手段を備え、
上記平面内での上記各レーザビームの光線伝播方向に関して、上記ビーム拡大手段への入射角度を「Θ」と記し、上記ビーム拡大手段の倍率を「γ」と記すとき、上記空間フィルタにて各レーザビームに係る特定次数の回折光だけが選別される「Θ／γ」の角度範囲内で上記一次元光変調素子への照射が行われる
ことを特徴とする光学装置。
【請求項８】
請求項７に記載した光学装置において、
赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源を備え、上記空間フィルタによってレーザビームの１次回折光を選別するとともに、
上記一次元光変調素子の出射光に係る０次光を基準とする回折角に関して、青色レーザビームに係る２次回折光の最小角を「φB2(min)」、赤色レーザビームに係る１次回折光の最大角を「φR1(max)」と記すとき、青色レーザビームに係る上記「Θ／γ」の絶対値が、「φB2(min)−φR1(max)」の絶対値よりも小さい
ことを特徴とする光学装置。
【請求項９】
請求項８に記載した光学装置において、
上記青色レーザ光源に係るレーザ波長が４４０乃至４６０ナノメートルの範囲内とされ、上記赤色レーザ光源に係るレーザ波長が６４２ナノメートル又はその近傍値とされ、
青色レーザビームに係る上記「Θ／γ」の絶対値（全値）が１．３°以下である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
請求項７に記載した光学装置において、
赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源を備え、上記空間フィルタによってレーザビームの１次回折光を選別するとともに、
上記一次元光変調素子の出射光に係る０次光を基準とする回折角に関して、青色レーザビームに係る１次回折光の最小角を「φB1(min)」と記し、緑色レーザビームに係る０次光の最大角を「φG0(max)」と記すとき、緑色レーザビームに係る上記「Θ／γ」の絶対値が、「φB1(min)−φG0(max)」の絶対値よりも小さい
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項７に記載した光学装置において、
上記方向調整手段と上記ビーム拡大手段との距離を「Ｌ１」、上記平面内における上記した各レーザビームの開口幅を「Ｄ」、上記平面内におけるレーザビームの本数を「ｍ」と記すとき、ｍが「（２・Ｌ１・ｔａｎΘ）／Ｄ」の値を超えない２以上の整数である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載した光学装置において、
上記平面内で上記ビーム拡大手段を用いて各レーザビームが上記一次元光変調素子の長手方向の有効長よりも長くなるように線状に整形するとともに、上記一次元光変調素子の長手方向に沿って各レーザビームをずらした状態で重ね合わせた上で上記一次元光変調素子に照射する
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載した光学装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向に沿うレーザビーム長を「Ｌillm」、上記ビーム拡大手段の光軸方向における長さを「Ｌ２」と記し、「Ｌg＝Ｌillm−２・（ｍ−１）・Ｌ２・Θ」とするとき、上記一次元光変調素子の長手方向の有効長がＬg以下である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１４】
請求項７に記載した光学装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向に直交する横平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを集光して上記一次元光変調素子に照射するビーム集光手段と、
上記横平面において上記した各レーザビームについて光線伝播方向の角度調整を行って該レーザビームを平行又はほぼ平行に整列させてから上記ビーム集光手段に入射させるための方向調整手段と、
上記レーザ光源及び上記ビーム集光手段を含む照明光学系からの照射光を受けた上記一次元光変調素子からの出射光を受光する光学系を備え、
上記照明光学系に係るレーザビーム１本当たりのＦナンバーを「ｆ＃」、上記光学系のＦナンバーを「Ｆ＃」、上記横平面内における上記レーザビームの本数を「ｎ」と記すとき、ｎが「ｆ＃／Ｆ＃」の値を超えない２以上の整数である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載した光学装置において、
上記レーザビームの波長を「λ」、レーザ光のＭ2因子を「Ｍ2」、上記横平面内におけるレーザビーム１本当たりの集光幅を「β・Ｗ」（但し、「０＜β＜１」）、「Ｎ＝［（β・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」とするとき、ｎがＮを超えない整数である
ことを特徴とする光学装置。
【請求項１６】
レーザ光源と、画像信号に応じてレーザビームを変調する光変調手段を備え、該光変調手段を構成する一次元光変調素子により変調された一次元像に基づく画像の表示又は出力を行う画像生成装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向に直交する平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを集光して上記一次元光変調素子に照射するビーム集光手段と、
上記平面において上記した各レーザビームについて光線伝播方向の角度調整を行って該レーザビームを平行又はほぼ平行に整列させてから上記ビーム集光手段に入射させるための方向調整手段を備え、
上記平面内での上記各レーザビームの光線伝播方向に関して、上記ビーム集光手段への入射角度ずれを「θ」と記し、上記一次元光変調素子の短軸方向における画素サイズを「Ｗ」、上記一次元光変調素子を構成する個々の画素要素に対するレーザビームの位置ずれ量の許容範囲の絶対値を「α・Ｗ」（但し、「０＜α＜１」）、上記ビーム集光手段に係る焦点距離を「ｆ」と記すとき、θの絶対値が「α・Ｗ/ｆ」以下となるように上記方向調整手段によって各レーザビームの光線伝播方向が調整されている
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載した画像生成装置において、
上記平面内での上記レーザビームの本数を「ｎ」と記すとき、「α＝１／（ｎ＋１）」である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載した画像生成装置において、
上記一次元光変調素子に対する、上記レーザ光源及び上記ビーム集光手段を含む照明光学系と、該照明光学系による照射光を受けた上記一次元光変調素子からの出射光を受光する光学系を備え、
上記照明光学系に係るレーザビーム１本当たりのＦナンバーを「ｆ＃」、上記光学系のＦナンバーを「Ｆ＃」、上記平面内における上記レーザビームの本数を「ｎ」と記すとき、ｎが「ｆ＃／Ｆ＃」の値を超えない２以上の整数である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載した画像生成装置において、
上記レーザビームの波長を「λ」、レーザ光のＭ2因子を「Ｍ2」、上記平面内におけるレーザビーム１本当たりの集光幅を「β・Ｗ」（但し、「０＜β＜１」）、「Ｎ＝［（β・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」とするとき、上記平面内における上記レーザビームの本数ｎがＮを超えない整数である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２０】
請求項１７に記載した画像生成装置において、
上記一次元光変調素子に対する、上記レーザ光源及び上記ビーム集光手段を含む照明光学系と、該照明光学系による照射光を受けた上記一次元光変調素子からの出射光を受光する光学系を備え、
上記レーザビームの波長を「λ」、レーザ光のＭ2因子を「Ｍ2」、上記光学系のＦナンバーを「Ｆ＃」と記し、上記平面内におけるレーザビーム１本当たりの集光幅を「０．６・Ｗ」、「Ｎ＝［（０．６・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」とするとき、上記平面内における上記レーザビームの本数ｎがＮを超えない２以上の整数である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２１】
請求項１６に記載した画像生成装置において、
波長の異なる複数のレーザ光源及び該光源からの光をそれぞれに変調する回折型の一次元光変調素子と、
上記一次元光変調素子の出射光から回折光を選別する空間フィルタと、
上記一次元光変調素子の長手方向及び光軸方向に平行な縦平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを拡大して上記一次元光変調素子に照射するビーム拡大手段と、
上記縦平面において上記した各レーザビームの光線伝播方向の角度調整を行うことにより、該レーザビームが上記ビーム拡大手段にて重なるように角度をつけて該レーザビームを上記ビーム拡大手段に入射させるための方向調整手段を備え、
上記縦平面内での上記各レーザビームの伝播方向に関して、上記ビーム拡大手段への入射角度を「Θ」と記し、上記ビーム拡大手段の倍率を「γ」と記すとき、上記空間フィルタにて各レーザビームに係る特定次数の回折光だけが選別される「Θ／γ」の角度範囲内で上記一次元光変調素子への線状ビーム照射が行われる
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２２】
波長の異なる複数のレーザ光源と、該光源からのレーザ光を画像信号に応じて変調する一次元光変調素子と、該一次元光変調素子の出射光から回折光を選別する空間フィルタを備え、該一次元光変調素子により変調された一次元像に基づく画像の表示又は出力を行う画像生成装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向及び光軸方向に平行な平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを拡大して上記一次元光変調素子に照射するビーム拡大手段と、
上記平面において上記した各レーザビームの光線伝播方向の角度調整を行うことにより、該レーザビームが上記ビーム拡大手段にて重なるように角度をつけて該レーザビームを上記ビーム拡大手段に入射させるための方向調整手段を備え、
上記平面内での上記各レーザビームの光線伝播方向に関して、上記ビーム拡大手段への入射角度を「Θ」と記し、上記ビーム拡大手段の倍率を「γ」と記すとき、上記空間フィルタにて各レーザビームに係る特定次数の回折光だけが選別される「Θ／γ」の角度範囲内で上記一次元光変調素子への照射が行われる
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載した画像生成装置において、
赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源を備え、上記空間フィルタによってレーザビームの１次回折光を選別するとともに、
上記一次元光変調素子の出射光に係る０次光を基準とする回折角に関して、青色レーザビームに係る２次回折光の最小角を「φB2(min)」、赤色レーザビームに係る１次回折光の最大角を「φR1(max)」と記すとき、青色レーザビームに係る上記「Θ／γ」の絶対値が、「φB2(min)−φR1(max)」の絶対値よりも小さい
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載した画像生成装置において、
上記青色レーザ光源に係るレーザ波長が４４０乃至４６０ナノメートルの範囲内とされ、上記赤色レーザ光源に係るレーザ波長が６４２ナノメートル又はその近傍値とされ、
青色レーザビームに係る上記「Θ／γ」の絶対値（全値）が１．３°以下である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載した画像生成装置において、
赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源を備え、上記空間フィルタによってレーザビームの１次回折光を選別するとともに、
上記一次元光変調素子の出射光に係る０次光を基準とする回折角に関して、青色レーザビームに係る１次回折光の最小角を「φB1(min)」と記し、緑色レーザビームに係る０次光の最大角を「φG0(max)」と記すとき、緑色レーザビームに係る上記「Θ／γ」の絶対値が、「φB1(min)−φG0(max)」の絶対値よりも小さい
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２６】
請求項２２に記載した画像生成装置において、
上記方向調整手段と上記ビーム拡大手段との距離を「Ｌ１」、上記平面内における上記した各レーザビームの開口幅を「Ｄ」、上記平面内におけるレーザビームの本数を「ｍ」と記すとき、ｍが「（２・Ｌ１・ｔａｎΘ）／Ｄ」の値を超えない２以上の整数である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載した画像生成装置において、
上記平面内で上記ビーム拡大手段を用いて各レーザビームが上記一次元光変調素子の長手方向の有効長よりも長くなるように線状に整形するとともに、上記一次元光変調素子の長手方向に沿って各レーザビームをずらした状態で重ね合わせた上で上記一次元光変調素子に照射する
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載した画像生成装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向に沿うレーザビーム長を「Ｌillm」、上記ビーム拡大手段の光軸方向における長さを「Ｌ２」と記し、「Ｌg＝Ｌillm−２・（ｍ−１）・Ｌ２・Θ」とするとき、上記一次元光変調素子の長手方向の有効長（長手方向に沿って配列される画素要素全体の長さ）がＬg以下である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２９】
請求項２２に記載した画像生成装置において、
上記一次元光変調素子の長手方向に直交する横平面内において上記レーザ光源からの複数本のレーザビームを集光して上記一次元光変調素子に照射するビーム集光手段と、
上記横平面において上記した各レーザビームについて光線伝播方向の角度調整を行って該レーザビームを平行又はほぼ平行に整列させてから上記ビーム集光手段に入射させるための方向調整手段と、
上記レーザ光源及び上記ビーム集光手段を含む照明光学系からの照射光を受けた上記一次元光変調素子からの出射光を受光する光学系を備え、
上記照明光学系に係るレーザビーム１本当たりのＦナンバーを「ｆ＃」、上記光学系のＦナンバーを「Ｆ＃」、上記横平面内における上記レーザビームの本数を「ｎ」と記すとき、ｎが「ｆ＃／Ｆ＃」の値を超えない２以上の整数である
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載した画像生成装置において、
上記レーザビームの波長を「λ」、レーザ光のＭ2因子を「Ｍ2」、上記横平面内におけるレーザビーム１本当たりの集光幅を「β・Ｗ」（但し、「０＜β＜１」）、「Ｎ＝［（β・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」とするとき、ｎがＮを超えない整数である
ことを特徴とする画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源と一次元光変調素子を用いた光学装置や画像生成装置（表示装置、プリンタ等を含む。）への適用において、高輝度化や高効率化等を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面表示が可能な画像表示装置として、投射型構成（プロジェクタ）が知られており、観察者は、光源からの光をスクリーン上に投射することによって映し出される映像を見ることができる。
【０００３】
高輝度のレーザ投影型ディスプレイを実現するためには、５乃至１０Ｗ程度のパワーをもつレーザ装置を使用する必要がある。
【０００４】
また、一次元光変調素子を用いてレーザ光を変調する構成形態において、均一化された光強度分布が得られるように、半導体レーザアレイ等の並列化光源を用いて、一次元光変調素子の長手方向及びレーザ光線伝播方向を含む面内で複数のレーザビームを重ね合わせる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３１１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の画像表示装置にあっては、レーザ装置の出力、画質や効率面で問題がある。
【０００７】
例えば、光利用効率が３０％程度とされる投影装置の場合、１０００ｌｍ（ルーメン）の明るさを実現するためには、赤１０Ｗ、緑５Ｗ、青４Ｗ程度のレーザ装置が必要であるが、高出力レーザを実際に作製することが困難である（アルゴンイオンレーザ等のガスレーザでは、エネルギー利用効率が低く、寿命が短いことが問題となる。）。
【０００８】
そして、一次元光変調素子の長手方向に直交する横方向及びレーザ光線伝播方向を含む面内において、集光レンズを用いて２本以上のレーザビームを集光した上で一次元光変調素子に照射する場合に、集光レンズに対するレーザビームの入射角度ずれが大きいと、これが一次元光変調素子に対する照射位置ずれの原因となり、性能低下（画質劣化等）を引き起こす虞がある。
【０００９】
また、一次元光変調素子の長手方向及びレーザ光線伝播方向を含む面内において、複数本のレーザビームを用いて一次元光変調素子を照射する場合に、一次元光変調素子の出射光から特定次数の回折光を選別する空間フィルタの回折効率を低下させないように配慮する必要がある。
【００１０】
そこで、本発明は、複数本のレーザビームを用いて、高輝度化及び高性能化に適した光学装置及び画像生成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記した課題を解決するために、下記に示す構成要素を備えたものである。
【００１２】
・一次元光変調素子の長手方向（長軸方向）に直交する横平面内において、レーザ光源からの複数本のレーザビームを集光して一次元光変調素子に照射するビーム集光手段
・上記平面において各レーザビームに係る光線伝播方向の角度調整を行って該レーザビームを平行又はほぼ平行に整列させてからビーム集光手段に入射させるための方向調整手段。
【００１３】
そして、上記横平面内での各レーザビームの光線伝播方向に関して、上記ビーム集光手段への入射角度ずれを「θ」と記し、一次元光変調素子の短軸方向における画素サイズを「Ｗ」、該一次元光変調素子を構成する個々の画素要素に対するレーザビームの位置ずれ量の許容範囲の絶対値を「α・Ｗ」（但し、「０＜α＜１」）、ビーム集光手段に係る焦点距離を「ｆ」と記すとき、θの絶対値が「α・Ｗ/ｆ」（単位：ラジアン）以下となるように方向調整手段によって各レーザビームの光線伝播方向が調整されるように構成している。
【００１４】
従って、この発明では、一次元光変調素子の長手方向に直交する横方向及びレーザ光線伝播方向を含む面内において、２本以上のレーザビームに係る角度ずれ量を許容範囲内に抑えることができ、一次元光変調素子に対する照射位置精度を充分に保証することができる。
【００１５】
また、本発明に係る光学装置及び画像生成装置において、一次元光変調素子の長手方向及び光軸方向に平行な縦平面内でのビーム配置に関しては、下記に示す構成要素を備えている。
【００１６】
・波長の異なる複数のレーザ光源と、該レーザ光源からの光をそれぞれに変調する回折型の一次元光変調素子
・一次元光変調素子の出射光から回折光を選別する空間フィルタ
・レーザ光源からの複数本のレーザビームを拡大して一次元光変調素子に照射するビーム拡大手段
・上記縦平面において各レーザビームの光線伝播方向の角度調整を行うことにより、該レーザビームがビーム拡大手段にて重なるように角度をつけて該レーザビームをビーム拡大手段に入射させるための方向調整手段。
【００１７】
そして、上記縦平面内での各レーザビームの光線伝播方向に関して、ビーム拡大手段への入射角度を「Θ」と記し、ビーム拡大手段の倍率（横倍率）を「γ」と記すとき、空間フィルタにて各レーザビームに係る特定次数の回折光だけが選別される「Θ／γ」の角度範囲内で一次元光変調素子への照射が行われるように構成している。
【００１８】
従って、この発明では、一次元光変調素子による変調後に、空間フィルタによって特定次数の回折光が他の回折光や０次光の影響を被ることなく高い精度で分離され、充分な回折効率が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、一次元光変調素子の長手方向に直交する横平面内での入射角度ずれを抑制して、一次元光変調素子に対する集光位置ずれを減少させ、該位置ずれに起因する性能低下（画質劣化等）を防止するとともに、複数本のレーザビームを用いて高輝度化及び高性能化を実現することができる。
【００２０】
そして、横平面において、該一次元光変調素子を構成する個々の画素要素に対するレーザビームの位置ずれ量の許容範囲の絶対値を「α・Ｗ」と記し、レーザビームの本数を「ｎ」と記すとき、角度条件「｜θ｜≦α・Ｗ/ｆ」中のαについて、「α＝１／（ｎ＋１）」と規定して、横平面内においてｎ本のレーザビームをＷの範囲内に照射できる。
【００２１】
また、一次元光変調素子に対する、レーザ光源及びビーム集光手段を含む照明光学系と、該照明光学系による照射光を受けた一次元光変調素子からの出射光を受光する光学系（投影系、空間フィルタ等）を備え、照明光学系に係るレーザビーム１本当たりのＦナンバーを「ｆ＃」、光学系のＦナンバーを「Ｆ＃」と記すとき、ビーム本数ｎが「ｆ＃／Ｆ＃」の値を超えない２以上の整数とされる構成形態では、Ｆナンバー比「ｆ＃／Ｆ＃」に基づいてレーザビーム本数の上限が規定され、利用効率面で有効である。この場合、レーザビームの波長を「λ」、レーザ光のＭ2因子を「Ｍ2」、上記横平面内におけるレーザビーム１本当たりの集光幅を「β・Ｗ」（但し、「０＜β＜１」）、「Ｎ＝［（β・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」とするとき、レーザビーム本数ｎがＮを超えない整数となるように規定することで、目標とする集光幅に対するビーム照射が可能となる。具体的には、β＝０．６〜１程度が好ましい。尚、画素サイズWに１未満のβ値を掛けて、より狭い集光線幅とする理由は、レーザを複数本使用することによる調整ズレが発生してもなお、線幅がWより小さい数値となり、解像度の低下を回避できるようにするためである。また、β値については、設計上０．６が好ましい（この値より小さくなるとむしろ縦長のスポットとなってしまうため。）。
【００２２】
波長の異なる複数のレーザ光源と、該レーザ光源からの光をそれぞれに変調する回折型の一次元光変調素子、該一次元光変調素子の出射光から回折光を選別する空間フィルタを備えた構成形態においては、一次元光変調素子の長手方向及び光軸方向に平行な縦平面内において各レーザビームの光線伝播方向の角度調整を行う場合に、空間フィルタを用いて特定次数の回折光だけが選別される上記角度範囲（Θ／γ）内で一次元光変調素子への照射を行う。例えば、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源を備え、空間フィルタによってレーザビームの１次回折光を選別する構成形態では、一次元光変調素子の出射光に係る０次光を基準とする回折角に関して、青色レーザビームに係る２次回折光の最小角を「φB2(min)」、赤色レーザビームに係る１次回折光の最大角を「φR1(max)」と記すとき、青色レーザビームに係る「Θ／γ」の絶対値が、「φB2(min)−φR1(max)」の絶対値よりも小さくなるように設計すると、青色レーザビームに係る２次回折光の影響を防止できる（２次回折光と赤色レーザビームに係る１次回折光とを精度良く分離できる。）。例えば、青色レーザ光源に係るレーザ波長が４４０乃至４６０ナノメートルの範囲内とされ、上記赤色レーザ光源に係るレーザ波長が６４２ナノメートル又はその近傍値とされる場合には、青色レーザビームに「Θ／γ」の絶対値（全値）は１．３°以下とされる。
【００２３】
また、緑色レーザビームに係る０次光の影響を防止するには、一次元光変調素子の出射光に係る０次光を基準とする回折角に関して、青色レーザビームに係る１次回折光の最小角を「φB1(min)」と記し、緑色レーザビームに係る０次光の最大角を「φG0(max)」と記すとき、緑色レーザビームに係る「Θ／γ」の絶対値が、「φB1(min)−φG0(max)」の絶対値よりも小さくなるように設計することにより、０次光と青色レーザビームに係る１次回折光とを精度良く分離することができる。
【００２４】
上記縦平面内におけるレーザビームの本数（これを「ｍ」と記す。）については、上記方向調整手段と上記ビーム拡大手段との距離を「Ｌ１」、上記縦平面内における各レーザビームの開口幅（ビーム直径）を「Ｄ」と記すとき、ｍは「（２・Ｌ１・ｔａｎΘ）／Ｄ」の値を超えない２以上の整数とする。例えば、上記横平面内のビーム本数を「ｎ」とするとき、縦平面にｍ本及び横平面にｎ本（合計ｍ×ｎ本）のレーザビームを用いて一次元光変調素子を効率良く照射することができる。
【００２５】
また、上記縦平面内で上記ビーム拡大手段を用いて拡大される線状の各レーザビームの長さ（一次元長）については、一次元光変調素子の長手方向の有効長よりも長くなるように線状に整形するとともに、一次元光変調素子の長手方向に沿って各レーザビームを少しずつずらした状態で重ね合わせた上で一次元光変調素子に照射することが好ましい。つまり、各線状ビームの長さを一次元光変調素子の長手方向の有効長よりも長くすることで、線状ビームの位置ずれ対策を講じることができる（精度要求や光学アライメント等の面で有利である。）。例えば、一次元光変調素子の長手方向に沿うレーザビーム長を「Ｌillm」、ビーム拡大手段の光軸方向における長さを「Ｌ２」と記し、「Ｌg＝Ｌillm−２・（ｍ−１）・Ｌ２・Θ」とするとき、一次元光変調素子の長手方向の有効長（長手方向に沿って配列される画素要素全体の長さ）がＬg以下となるように設計すれば、ｍ本の線状ビーム同士がオーバーラップする範囲を一次元光変調素子の有効長範囲に一致させて照射できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る光学装置は、レーザ光源と、該レーザ光源からの光を変調する一次元光変調素子を備え、該レーザ光源からの複数本のレーザビームを一次元光変調素子に照射する構成とされている。
【００２７】
図１は、光学装置１の基本構成について説明するための図であり、レーザ光源２、方向調整手段３、ビーム集光手段４、一次元光変調素子５を示している。尚、本図は一次元光変調素子５の長手方向（長軸方向）に直交する横平面内における構成を概略的に示している。
【００２８】
図中に示す「ＬＢ１」〜「ＬＢｎ」はｎ本のレーザビームを示しており、固体レーザ等を用いたレーザ光源２から出力されて方向調整手段３、ビーム集光手段４を経て一次元光変調素子５に照射される。尚、レーザ光源２については、例えば、複数の光源による出力光を用いる形態や、単一光源のビームから複数のレーザビームを生成する形態が挙げられる。
【００２９】
方向調整手段３は、レーザ光源２からの各レーザビームについて光線伝播方向の角度調整を行い、それらを平行又はほぼ平行に整列させてからビーム集光手段４に入射させるために設けられている。つまり、方向調整手段３を構成するｎ個の調整機構３ａ、３ａ、…が、レーザビーム「ＬＢ１」〜「ＬＢｎ」のそれぞれに対して設けられており、各調整機構によって平行に揃えられたビーム群が得られる。
【００３０】
図２は、調整機構３ａの説明図であり、発光源６からのビーム「ＬＢ」に対して、レンズ７及び反射手段８を配置した構成例を示している。
【００３１】
本例では、反射手段８に回転ミラーを用いており、その角度調整によりビーム方向を調整することができる。また、光軸に対して直交する方向においてレンズ７をずらすことにより、所望の角度シフトが得られるように構成する等、光学部品の位置や姿勢の調整に応じた各種の実施形態が挙げられる。
【００３２】
ビーム集光手段４（図１には単レンズで示す。）は、方向調整手段３によって平行化された複数本のレーザビームを集光して一次元光変調素子５に照射するものである。
【００３３】
ビーム集光手段４に入射されるビーム群の平行度に関して、入射角度のずれは一次元光変調素子５に対する集光位置ずれに直結する。
【００３４】
図３において、一次元光変調素子５の長手方向に直交する平面内での各レーザビームの伝播方向に関して、ビーム集光手段４への入射角度ずれを、光軸方向に対する角度「θ」で定義し、ビーム集光手段４の焦点距離を「ｆ」と記すとき、一次元光変調素子５に対する集光位置ずれは「ｆ・θ」となる。つまり、この位置ずれ量が大きいと一次元光変調素子５の短軸方向において正確な照射が保証されなくなる。
【００３５】
そこで、一次元光変調素子の短軸方向における画素（ピクセル）サイズを「Ｗ」と記し、一次元光変調素子を構成する個々の画素要素に対するレーザビームの位置ずれ量の許容範囲の絶対値を「α・Ｗ」（但し、「０＜α＜１」）と記すとき、入射角度ずれθの絶対値が「α・Ｗ/ｆ」（単位：ラジアン）以下となるように、横平面内での入射角度ずれを抑制する。
【００３６】
方向調整手段３は、θの精度を実現するために光路内に設置されるものであり、θが±α・Ｗ/ｆの範囲を逸脱しないように、調整機構３ａによって各レーザビームの光線伝播方向が自動又は手動で調整される。これによって、一次元光変調素子に対する集光位置ずれを充分に減少させることができる。
【００３７】
ここで、α値については、例えば、横平面内でのレーザビーム本数「ｎ」に対して、「α＝１／（ｎ＋１）」である。
【００３８】
図４は、ｎ本のレーザビームが「ｆ・θ」の幅で重なり合った状態で横幅Ｗの照射対象範囲に照射される様子を概念的に示したものである。
【００３９】
入射角度ずれがθであるとき、集光位置ずれｆ・θに対して「ｎ＋１」本分の総幅がＷ以下となる条件、つまり、「（ｆ・θ）・（ｎ＋１）≦Ｗ」から上記αの限界値が決められる。例えば、ｎ＝４の時、α＝１／５＝０．２である。ｎ＞４の場合には、より精密な調整でα値を小さくする必要があるが、温度変化等に伴うレンズ、ミラー保持機構の膨張や収縮等を考慮した場合において、機械的安定性の観点から精度維持が困難になる。また、レーザそのものの光線伝播方向の安定性も精度を制限する要因となる（従って、α＝０．２又はその近傍値が上限になるものと考えられる。）。
【００４０】
一次元光変調素子５において画像信号等に基づいて変調された後の出射光は、これを受光する光学系に送られる。
【００４１】
図５は、画像生成装置９の要部（照明光学系を除く。）の構成例を概略的に示しており、プロジェクションシステムへの適用例を示している。
【００４２】
１次元光変調素子５Ｒ、５Ｇ、５Ｂは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色にそれぞれ対応して設けられ、各色照明光を変調する光変調手段を構成している。これらの１次元光変調素子を用いて変調された光は、Ｌプリズム等の合成手段１０によって混合された後に、後段の光学系１１、光走査手段１２を経てスクリーンＳＣＮ上に投影される。
【００４３】
光学系１１には、空間フィルタや投影系等が含まれ、例えば、１次元光変調素子を用いて変調された光は、シュリーレンフィルタに通されて１次回折光が選別される。尚、空間フィルタと投影系をそれぞれ別個の光学系として設計して組み合わせる形態と、両者を１つの光学系として設計する形態等が挙げられる。
【００４４】
光走査手段１２は、光変調手段からの出力光を所定方向（図の矢印「ＳＳ」参照）に走査するものであり、回転反射鏡が用いられ、その反射光は前方のスクリーンＳＣＮに向けて照射される。尚、光走査については、ガルバノミラーやポリゴンミラー等を用いた形態が挙げられる。
【００４５】
スクリーンＳＣＮに投影される１次元像は、光走査によって２次元像に展開されて映し出される。
【００４６】
尚、本例に限らず、光走査手段１２とスクリーンＳＣＮとの間に投影系を配置した形態等、光学要素の変更に関して各種形態での実施が可能である。
【００４７】
このような画像生成装置における光学装置の構成としては、基本的には下記に示す光学系が用いられる。
【００４８】
・レーザ光源、方向調整手段、ビーム集光手段を含む照明光学系
・照明光学系による照射光を受けた一次元光変調素子からの出射光を受光し又は読み取るための光学系。
【００４９】
図６は、反射型の一次元光変調素子を用いる場合において、横平面内のｎ本のビームを集光して一次元光変調素子に照射するとともに、該素子の出射光が光学系に入射される構成例を示している。
【００５０】
方向調整手段３によって互いに平行な光となった各レーザビームは、ビーム集光手段４によって横平面内で収束されて、一次元光変調素子５に照射される。つまり、この収束光が照明光学系による照射光である。
【００５１】
そして、一次元光変調素子５で変調された光は、光学系１１に入射される。
【００５２】
横平面内におけるレーザビームの本数「ｎ」の上限は、一次元光変調素子５の照明光学系及び後段の光学系１１の各Ｆナンバーによって規定される。
【００５３】
つまり、照明光学系に係るレーザビーム１本当たりのＦナンバーを「ｆ＃」と記し、光学系１１のＦナンバーを「Ｆ＃」と記すとき、ｎは「ｆ＃／Ｆ＃」の値を超えない２以上の整数である。
【００５４】
図７は、１本のレーザビーム（直径Ｄ）が集光幅「β・Ｗ」（０＜β＜１）に集光される様子を概略的に示したものである。
【００５５】
焦点距離ｆのビーム集光手段４に対して、光軸に平行な入射光（角度ずれθ＝０とする。）の直径が「Ｄ」であり、これが「β・Ｗ」の幅に集光される。
【００５６】
この幅「β・Ｗ」と、「ｆ」、「Ｄ」との間の関係は、下式により表される。
【００５７】
【数１】
2006074245.tif 000003
【００５８】
尚、上式中の各記号の意味は下記に示す通りである。
【００５９】
・「λ」＝レーザビームの波長
・「Ｍ2」＝レーザ光のＭ2因子
尚、「β・Ｗ」におけるＷは、画素サイズ（横平面内）である。また、Ｍ2因子は、横モードの品質を表すもので、ＴＥＭ00のガウシアンビームの場合に１である。
【００６０】
上式を「ｆ＃＝ｆ／Ｄ」について変形すると下式が得られる。
【００６１】
【数２】
2006074245.tif 000004
【００６２】
つまり、目標とする集光幅からＦナンバー「ｆ＃」が決定される。
【００６３】
ここで、数２式の右辺におけるｆ＃の係数をＦ＃で割ったものを、「Ｎ＝［（β・Ｗ）・（π／（４・λ・Ｍ2））］／Ｆ＃」として定義するとき、上記したように、横平面内におけるビーム本数ｎは、「ｆ＃／Ｆ＃」の値を超えない２以上の整数であるから、ｎはＮを超えない整数である（Ｘを超えない整数を示すガウス記号[Ｘ]を用いると、「２≦ｎ≦[Ｎ]」である。）。
【００６４】
このように、横平面内で互いに平行な状態で整列可能なレーザビーム群（横ビームスタック）に関して、ｆ＃とＦ＃との比によって、許容される本数の上限が決まることが分かる。また、この事は、レーザビーム本数が予め指定されている場合において、光学系１１に係るＦナンバー「Ｆ＃」に要求される条件を規定している（ｎが大きいとき、Ｆ＃を小さくする必要がある。）。
【００６５】
以下では、一次元光変調素子として、例えば、米国シリコン・ライト・マシン（ＳＬＭ）社が開発したグレーティング・ライト・バルブ（Grating Light Valve）素子を例にして、ビーム本数ｎの算出例について説明する。尚、この素子（以下、「ＧＬＶ素子」という。）は反射型回折格子を用いて構成される（後述のように、複数の可動リボンが所定間隔をもって配置され、該可動リボンの間に固定リボンが配置されている。）。
【００６６】
例えば、一次元光変調素子の長軸方向における長さを２８ｍｍとし、総ピクセル数が長軸方向において１０８０である場合、１画素当たりのサイズが２８ｍｍ／１０８０≒２６μｍとなる。
【００６７】
下表１に示す計算例では、Ｍ2因子を１として、ガウシアン分布において光強度がピーク値の１／ｅ2以上とされる範囲によってレーザビーム直径を定義しており、レーザビーム開口サイズをその２倍としている。また、光変調素子の横幅を２５μｍとし、β＝０．７としている。
【００６８】
【表１】
2006074245.tif 000005
【００６９】
本例では、ｎの上限が約４．３を超えない整数４として決まる。
【００７０】
尚、βの範囲については、実用上０．６乃至１が好ましい。つまり、β＝１の場合、「集光線幅＝画素サイズ」となり、レーザ複数本使用時に角度ずれが発生した場合、ビームが横幅広となり、解像度の低下が懸念されるので、β＝１が上限となる。
【００７１】
レーザビームの本数を増やして、多数の平行レーザビームを得るための構成形態としては、例えば、１本又は複数本のビームを多面体プリズムに入射し、入射面での反射光と、該プリズム内で全反射して外部に出射する光を用いることで、出力本数を２倍にする形態や、多重反射板や複屈折性結晶等を用いる形態が挙げられる。
【００７２】
以上のように、画像表示等への適用における高出力化、高輝度化等の実現には、上記光路方向の調整によって互いに平行とされた多数のレーザ光線を横平面内に並べて、それらを集光して一次元光変調素子に対して一括照明を行うことが好ましいが、その際には、ビーム配置の精度や使用本数についての充分な配慮が必要である。つまり、各レーザ光線の平行度を上記した許容範囲内に規定して精度を確保するとともに、ビーム本数が、上記計算に基づく上限を超えないようにすることが望ましい。
【００７３】
次に、一次元光変調素子の長手方向及び光軸方向に平行な平面（縦平面）内において、複数本のレーザビームを用いて一次元光変調素子への照明を実現するための構成について説明する。
【００７４】
図８は、光学装置１の基本構成について説明するための図であり、レーザ光源２、方向調整手段１３、ビーム拡大手段１４、一次元光変調素子５を示している。尚、本図は一次元光変調素子５の長軸方向を含む縦平面内における構成を概略的に示している。
【００７５】
図中に示す「ｌｂ１」〜「ｌｂｍ」は所定の波長をもったｍ本のレーザビームを示しており、レーザ光源２から出力されて方向調整手段１３、ビーム拡大手段１４を経て一次元光変調素子５に照射される。
【００７６】
尚、レーザ光源２には、波長の異なる複数のレーザ光源が含まれるが（赤、緑、青の３原色に対応した各色レーザ光源等）、図では波長の区別を明示していない（あるいは、図８に示す構成が波長毎に用いられるものとする。）。
【００７７】
方向調整手段１３は、縦平面において各レーザビームの光線伝播方向の角度調整を行うために設けられている。方向調整手段１３によって、各レーザビームがビーム拡大手段１４にて重なるように角度がつけられた上で、各レーザビームがビーム拡大手段１４に入射される。
【００７８】
本例では、方向調整手段１３を構成するｍ個の調整機構１３ａ、１３ａ、…が、レーザビーム「ｌｂ１」〜「ｌｂｍ」のそれぞれに設けられている。各調整機構については、図２と同様の構成が用いられ、反射手段８の角度調整や、レンズ７の位置調整等に応じた各種の実施形態が挙げられる（各ビームを平行化する必要はなく、ビーム拡大手段１４に対して許容範囲内の角度をもって入射する。）。
【００７９】
方向調整については、１本のレーザビーム毎に個別に行う必要はないので、複数本のレーザビームをまとめて調整する形態も可能である。また、互いに平行な複数本のレーザビームに対して、プリズムを用いて変換する形態が挙げられる。
【００８０】
図９に示す例では、多面体プリズム１５の入射面に対して３本のレーザビームが垂直入射し、中央のビームｌｂ２については光軸方向に対して直交する面からそのまま出射されて後段のレンズ１６に対して出力される。残り２本のビームｌｂ１、ｌｂ３については、光軸に対して所定の角度をもって傾斜された出射面でそれぞれ屈折されて、光軸に近づく方向に光路変更を受けて後段のレンズ１６に対して、ある入射角度をもってそれぞれ出力される。
【００８１】
尚、レンズ１６は、ビーム拡大手段１４を構成する集光レンズである。
【００８２】
図１０及び図１１は、ビーム拡大手段１４を例示したものであり、線状ビームへの整形用ビームエキスパンダーを示している。尚、図１０は一次元光変調素子の長軸方向を含む縦平面内での構成を示し、図１１は一次元光変調素子の短軸方向を含む横平面内での構成を示す。
【００８３】
エキスパンダー光学系を構成するレンズ１６、１７は、いずれも円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）とされている。
【００８４】
図１０に示す縦平面内で、所定の拡大倍率をもって拡大された線状ビームは、集光レンズ１８を透過して後、一次元光変調素子（例えば、長さ３０ｍｍ）５に照射される。
【００８５】
集光レンズ１８は円筒レンズとされ、縦平面内ではパワーを持たないが、図１１に示す横平面内において集光作用を有する。つまり、集光レンズ１８は、上記したビーム集光手段４に相当し、収束されたビームが一次元光変調素子（ブレーズ型ＧＬＶ素子等）５に照射される。
【００８６】
尚、レンズ１６、１７については横平面内においてパワーをもたない。
【００８７】
図１０に示すように、本例では、３本のレーザビームｌｂ１〜３が、一次元光変調素子５の長軸方向を含む縦平面内にて拡大されてから一次元光変調素子５に照射される。
【００８８】
中央のビームｌｂ２の光線伝播方向が光軸に平行とされ、ビームｌｂ１、ｌｂ３がレンズ１６に対して斜め方向から入射する。そして、各ビームの拡大像が一次元光変調素子５の被照射面上で重なり合うように構成されている。
【００８９】
以下では、レーザ光を変調する回折型の一次元光変調素子を用いる場合を例にして説明する。
【００９０】
図１２は、ＧＬＶ素子１９の動作原理について説明するための模式図である。
【００９１】
ＧＬＶは、シリコンプロセス技術によって形成される微小なりボン（長さ２００μｍ程度、幅３乃至４μｍ程度）を備えており、これらが１次元方向に多数配置された構成を有する。例えば、６本のリボン１組で１ピクセルが構成される場合に、１０８０の画素要素からなる素子では、６４８０本のリボンが長軸方向に配列される。
【００９２】
１ピクセルを構成する６本のリボンのうち、１本おきに配置される３本が固定リボン２０Ａ、２０Ａ、２０Ａであり、各固定リボンの間にそれぞれ位置する３本が可動リボン２０Ｂ、２０Ｂ、２０Ｂである。
【００９３】
このような交互に配置された６本のリボンに関して、基板２１からの各リボンの位置（高さ）が（Ａ）図のように一平面内に揃った状態と、（Ｂ）図に示すように、可動リボンと固定リボンの相対的な位置関係にずれをもった状態では光学的作用が異なる。
【００９４】
各可動リボン２０Ｂについては、図示しない駆動回路からの電圧印加によって所定の方向に移動できるように配線や回路が組まれているが、駆動電圧を印加しない場合には、（Ａ）図に示すように、６本のリボンの表面が平坦な反射鏡としての作用をもつ（図に実線の矢印で示す入射光に対する鏡面反射）。
【００９５】
これに対して、所定の駆動電圧を印加すると、静電力が生じて可動リボン２０Ｂが基板２１側に変位し、これによって回折作用をもつ。つまり、回折格子の機能が発現され、入射光に対する反射光は、０次光（鏡面反射成分）、±１次光（回折光成分）等に分離し、可動リボンに係る変位量が、入射光波長の４分の１のときに回折成分が最大となる。
【００９６】
画像生成においては、画像信号に応じた光変調を行うために、一次元光変調素子を駆動する手段（変調用ドライバ等）が設けられている。
【００９７】
そして、一次元光変調素子の出射光から特定次数の回折光を選別する空間フィルタが用いられ、ＧＬＶ素子では、その出射光のうち、正反射成分と回折成分とを分離して、回折成分（１次回折光）だけを取り出す機能を備えたシュリーレンフィルタが用いられる（例えば、図６の光学系１１に含まれるオフナー光学系を構成する凹面鏡と、これに対向する凸面鏡の上にフィルタを形成した構成等。）。
【００９８】
図１３は、シュリーレンフィルタの機能について説明するための模式図である。
【００９９】
ビーム拡大手段からの１次元照明光がＧＬＶ素子１９に照射され、該素子により変調された光のうち、フィルタ面にて１次回折光が選別される。
【０１００】
瞳面（ＧＬＶ像のフーリエ面）において回折光（信号光）と反射光とが空間的に分離することを利用し、回折光のみを抽出するシュリーレンフィルタを用いることで、画素単位の強度変調を実現することができる。
【０１０１】
図１０に示したように、ビーム拡大手段に入射される複数のビームについては、それぞれ異なる入射角度をもっているため、ＧＬＶ素子等の一次元空間変調素子に対する照射角度が同じではない。
【０１０２】
一次元空間変調素子の長軸方向を含む縦平面内において、斜め方向から該素子に対して線状ビームが入射される場合には、回折光や０次光に関する瞳面（フィルタ面）上での位置が変化するため、入射角度が許容範囲から外れた場合に、充分な回折効率が保証されなくなってしまう。つまり、縦平面内において整列されるレーザビーム群（縦ビームスタック）に関して、空間フィルタにおける回折効率の低下を防止するには、変調素子に対する入射角度範囲を制限する必要がある。
【０１０３】
例えば、図１０に示す縦平面内での各レーザビームの伝播方向に関して、ビーム拡大手段１４への入射角度を「Θ」と記し、ビーム拡大手段１４の倍率（横倍率）を「γ」と記すとき、ビーム拡大手段１４からの出射角度が「Θ／γ」とされるが、空間フィルタにて各レーザビームに係る特定次数の回折光だけが選別される角度範囲内で一次元光変調素子への照射を行うことが好ましい。
【０１０４】
図１４は、レーザ光がＧＬＶ素子の被照射面に対して垂直入射する場合において、瞳面（フーリエ面）上での強度分布例（縦軸が強度を示し、横軸が角度を示す。）を概念的に示した説明図である。
【０１０５】
図にはレーザ光の波長の違いを「Ｒ」（赤）、「Ｇ」（緑）、「Ｂ」（青）で区別しており、各色回折光に係る回折角については、一次元光変調素子の出射光に係る０次光を基準（０°）として示している。
【０１０６】
また、「Ｕｐ」はシュリーレンフィルタの開口上限（Upper cut-off）、「Ｌｏ」はシュリーレンフィルタの開口下限（Lower cut-off）をそれぞれ示している。図には、Ｌｏ〜Ｕｐの矩形範囲を通過する±１次回折光だけが抽出される様子を、それ以外の０次光や２次回折光について網掛けのマスク領域に示すことで表現している。
【０１０７】
尚、各記号の意味は、下記の通りである（「θｃ」に付した「ｃ」は色の区別を意味し、Ｒ、Ｇ、Ｂのいずれかを示す。上記入射角度「θ」とは異なる。）
・「θc-1」＝ｃ色レーザビームの−１次回折角
・「θc+1」＝ｃ色レーザビームの＋１次回折角
・「2θc+1」＝ｃ色レーザビームの＋２次回折角
・「Δθc」＝ｃ色レーザビームの回折幅
【０１０８】
０次光、＋１次光、＋２次光についてそれぞれの回折範囲を下表２に示す。
【０１０９】
【表２】
2006074245.tif 000006
【０１１０】
「θc+1」、「Δθc」は、各色レーザ波長、ＧＬＶ素子の回折格子周期、ＧＬＶ素子の画素サイズによって下記のように決まる。
【０１１１】
【表３】
2006074245.tif 000007
【０１１２】
表中の記号の意味を以下に示す。
【０１１３】
【表４】
2006074245.tif 000008
【０１１４】
上表４の数値例について上表２を計算した結果を、下表に示す。
【０１１５】
【表５】
2006074245.tif 000009
【０１１６】
表５からＲ、Ｇ、Ｂの各色間で、０次光の範囲の上限と＋１次光回折範囲の下限、あるいは＋１次光回折範囲の上限と＋２次光回折範囲の下限について重なり合いが生じていないので、各色について±１次光のみを透過するフィルタが設計可能である（−１次光等については対称性から明らかである。）。
【０１１７】
例えば、表５において、「赤色の０次光に係る最大角  ＜  青色の１次光に係る最小角」であり、また、「赤色の１次光に係る最大角  ＜  青色の２次光に係る最小角」である。
【０１１８】
次に、レーザ光がＧＬＶ素子に対して斜め方向から入射する場合について説明する。
【０１１９】
図１５は、緑色レーザ光がＧＬＶ素子に対して斜め入射する場合において、瞳面（フーリエ面）上での強度分布例を概念的に示した説明図である。
【０１２０】
尚、各記号の意味は図１４において説明した通りである。
【０１２１】
ＧＬＶ素子の長軸方向を含む縦平面内で、複数のレーザビームを整列させてビーム拡大手段１４に対して各ビームを入射する場合に、例えば、緑色（Ｇ）ビームの入射角が「Θ１」であり、ビーム拡大手段１４の拡大倍率が「γ」であるとき、ＧＬＶ素子への入射角は「Θ１／γ」程度である。
【０１２２】
これに伴って、緑色光（Ｇ）の強度分布に関して、図に破線で示すように、「Θ１／γ」分の角度シフトが引き起こされる。
【０１２３】
その際、緑色光の±１次光だけがシュリーレン開口（Ｌｏ〜Ｕｐ）を通過し、０次光や±２次光がシュリーレン開口を通過しないための条件から、「Θ１／γ」に対して制約が課せられる。
【０１２４】
例えば、上表５に示す数値例の場合、許容される角度シフト量は、「−２．０２＜Θ１／γ＜２．０２」である。この範囲は、緑色の０次光に係る最大角度が、青色の１次回折光に係る最小角を超えない範囲として決定される。
【０１２５】
つまり、緑色レーザビームに係る０次光の最大角を「φG0(max)」と記し、青色レーザビームに係る１次回折光の最小角を「φB1(min)」と記すとき、緑色レーザビームに係る「Θ１／γ」の範囲は、「｜Θ１／γ｜＜（φB1(min)−φG0(max)）」によって決まり、上表５では「φB1(min)−φG0(max)＝２．６３−０．６１＝２．０２」となる。
【０１２６】
γ＝１０とした場合には、Θ１に関して±２０．２度の範囲内でビーム拡大手段１４への入射が許容されることになる。
【０１２７】
このように、φB1(min)とφG0(max)との差によって決まる入射角度の許容範囲を規定することで、緑色レーザビームに係る０次光の影響を防止することができる（該０次光と青色レーザビームに係る１次回折光とを精度良く分離できる。）。
【０１２８】
上記の説明では、緑色光をとり上げたが、青色光についても入射角度範囲に関する同様の条件を導出することができる。
【０１２９】
青色（Ｂ）ビームの入射角が「Θ２」であり、ビーム拡大手段１４の拡大倍率が「γ」であるとき、ＧＬＶ素子への入射角は「Θ２／γ」程度となる。
【０１３０】
これに伴って、青色光（Ｂ）の強度分布に関して、「Θ２／γ」分の角度シフトが引き起こされる。
【０１３１】
その際、青色光の±１次光だけがシュリーレン開口（Ｌｏ〜Ｕｐ）を通過し、０次光や±２次光がシュリーレン開口を通過しないための条件から、「Θ２／γ」に対して制約が課せられる。
【０１３２】
例えば、上表５に示す数値例の場合、許容される角度シフト量は、「−０．６２＜Θ２／γ＜０．６２」である。この範囲は、青色の２次光に係る最小角が、赤色の１次光に係る最大角を越えない範囲として決定される。
【０１３３】
つまり、青色レーザビームに係る２次回折光の最小角を「φB2(min)」と記し、赤色レーザビームに係る１次回折光の最大角を「φR1(max)」と記すとき、青色レーザビームに係る「Θ２／γ」の範囲は、「｜Θ２／γ｜＜（φB2(min)−φR1(max)）」で決まり、上表５の場合、「φB2(min)−φR1(max)＝５．７９−５．１７＝０．６２」となる。
【０１３４】
γ＝１０とした場合には、Θ２に関して±６．２度の範囲内でビーム拡大手段１４への入射が許容されることになる。
【０１３５】
このように、φB2(min)とφR1(max)との差によって決まる入射角度の許容範囲を規定することで、青色レーザビームに係る２次回折光の影響を防止することができる（該２次回折光と赤色レーザビームに係る１次回折光とを精度良く分離できる。）。
【０１３６】
Ｒ、Ｇ、Ｂの各色レーザ光源を用いて画像生成を行う場合に、青色レーザ光源に係るレーザ波長が４４０乃至４６０ｎｍ（ナノメートル）の範囲内で設定されるものとして、青色レーザビームに係る上記「Θ２／γ」についての好ましい許容範囲が、１．３°以下（±０．６５°以内）であることを以下に説明する。
【０１３７】
尚、ここでは、赤色レーザ光波長を６４２ｎｍ又はその近傍値とし、緑色レーザ光波長を５３２ｎｍとする。
【０１３８】
青色レーザ光波長範囲として、４４０乃至４６０ｎｍを選んだ理由は、人間の目で色を認識する場合に、ＸＹＺ刺激値係数のうち、青色の感度を表すＺ刺激値係数の値が、４５０ｎｍ付近をピークとして、４４０〜４６０ｎｍの範囲であまり変化しないことに依る。つまり、この範囲に属する波長をもったレーザ光源であれば、レーザディスプレイ等への適用において青色光源として使用することが可能である。
【０１３９】
下表６は、青色レーザ光波長を、４４０ｎｍ、４６０ｎｍとした場合について、上記表５と同様に回折範囲（角度分布）を計算した結果を示す。
【０１４０】
【表６】
2006074245.tif 000010
【０１４１】
この表において、赤色の＋１次回折光の最大角と、青色の＋２次回折光の最小角とが重ならないという条件から、青色レーザビームに係る「Θ２／γ」が下記のように決定される。
【０１４２】
・λB＝４４０ｎｍの場合
｜Θ２／γ｜＜５．５７−５．１７＝０．４（°）
・λB＝４６０ｎｍの場合
｜Θ２／γ｜＜５．８２−５．１７＝０．６５（°）
【０１４３】
この結果から、青色レーザビームに係る「Θ２／γ」の許容範囲として、１．３°以下であること（−０．６５＜Θ２／γ＜＋０．６５）が望ましいことが分かる。
【０１４４】
尚、上記の計算において関与するのは赤色の１次回折角であり、赤色レーザ波長に関係するが、これは、赤色の＋１次回折光の最大角の方が、緑色の＋１次回折光の最大角よりも大きいことに依る。従って、緑色の＋１次回折光の最大角の方が、赤色の＋１次回折光の最大角よりも大きい場合には、Θ２／γの許容範囲に関して緑レーザ波長が関係する。
【０１４５】
図１６は、λB＝４４０ｎｍの場合に、縦平面内において４本のビームをビーム拡大手段に対して照射する様子を示す概略図である。
【０１４６】
本例では、４つのミラー２２、２２、２２、…を用いた方向調整手段によって、各レーザビームの光線伝播方向が個別に調整された上で、ビーム拡大手段１４（のレンズ１６）に入射される。
【０１４７】
γ＝１０とした場合に、「−４°＜Θ２＜４°」、即ち、８°の角度範囲内で青色レーザ光をビーム拡大手段に対して入射することができる。
【０１４８】
レーザビーム直径（あるいは開口幅）「Ｄ」を５ｍｍとし、方向調整手段からビーム拡大手段までの距離「Ｌ１」を２００ｍｍとして、４本のビームを合成する場合に、ビーム拡大手段への入射角度は「５ｍｍ＊４／２００ｍｍ＝０．１（radian）≒５．７（°）」となり、上記許容範囲８°を超えない。
【０１４９】
このことを一般化すると、縦平面内におけるレーザビームの本数「ｍ」と記すとき、ｍは「（２・Ｌ１・ｔａｎΘ２）／Ｄ」の値を超えない２以上の整数であるという結果が導出される（上記数値例では、ｍの上限として５が得られる。）。
【０１５０】
前記したように横平面内においてｎ本のビームスタックを構成し、縦平面内においてｍ本のビームスタックを構成する場合には、合計でｍ×ｎのレーザビームを使用することができる。
【０１５１】
例えば、縦平面内、横平面内においてそれぞれ４本の青色レーザビームを用いる場合には、１６本のビームの同時使用が可能であり、４Ｗレーザを使用して１００００ｌｍ（ルーメン）相当の照明光源を用いた画像生成装置（プロジェクタ等）を実現することができる。
【０１５２】
また、λB＝４６０ｎｍの場合、γ＝１０としてΘ２の許容範囲の上限が１３°であることから分かるように、同じビーム本数（４本）においてＬ１を短くすることが可能である。あるいは、Ｌ１やＤの値を上記と同じにした場合に、ビーム本数を増やすことができる。
【０１５３】
尚、上記したように、縦平面内でのビームスタックにおいて、ビーム拡大手段１４への入射角の範囲が制約され、該範囲内の入射角をもって拡大される線状ビームが、入射角「Θ／γ」で一次元光変調素子に入射される場合に、線状ビームの位置ずれ対策を講じる必要が生じる。
【０１５４】
図１７は、３本のレーザビームを合成してビーム拡大手段１４を経てＧＬＶ素子１９に照射する例について説明するための概略図である。
【０１５５】
３本のうち中央のビームｌｂ２は、光軸方向に沿ってビーム拡大手段１４の初段レンズ１６に入射され、残るビームｌｂ１、ｌｂ３は、ミラー２３、２３を用いてそれぞれ方向調整を受けてからビーム拡大手段１４の初段レンズ１６に入射される（それらの入射角度θについては、上記した許容範囲内となるように調整されている。）。
【０１５６】
「Ｌ１」はミラー２３、２３と初段レンズ１６との距離を示し、ケラレなくビームを合成できる最短距離に設定されている。
【０１５７】
「Ｄ」は各レーザビーム直径を示しており、よって、本例の入射角度は「Θ≒Ｄ／Ｌ１」となる。
【０１５８】
「Ｌ２」は、ビーム拡大手段１４の光軸方向における長さ（レンズ１６、１７の間隔に相当する。）を示している。
【０１５９】
「ｓ」は、ビーム拡大手段１４を経た各線状ビームについて、ＧＬＶ素子１９の被照射面上での位置ずれ（長軸方向におけるずれ量）を示しており、「ｓ＝Ｌ２・Θ」である。
【０１６０】
ＧＬＶ素子の長軸方向を含む縦平面内でビーム拡大手段１４を用いて、各レーザビームはＧＬＶ素子の長手方向の有効長よりも長い線状ビームに拡大整形され、それらが重なり合った範囲内にＧＬＶ素子が位置している（つまり、各線状ビームが一次元光変調素子の長手方向の有効長よりも長くされている。）。
【０１６１】
このように、一次元光変調素子の長手方向に沿って各レーザビームをずらした状態で重ね合わせた上で該一次元光変調素子に照射する方法は、位置ずれ量ｓに起因する弊害の防止に有効である。
【０１６２】
図１８に示す概略図において、縦平面内でのビームスタックの本数をｍ本とし、一次元光変調素子の長手方向に沿うレーザビーム長を「Ｌillm」と記すとき、ビーム拡大後のｍ本の線状ビームが互いにオーバーラップするときの長さ「Ｌｇ」は、下記のようになる。
【０１６３】
Ｌg＝Ｌillm−２・（ｍ−１）・ｓ
＝Ｌillm−２・（ｍ−１）・Ｌ２・Θ
＝Ｌillm−２・（ｍ−１）・（Ｌ２／Ｌ１）・Ｄ
【０１６４】
よって、一次元光変調素子の長手方向の有効長（長手方向に沿って配列される画素要素全体の長さ）をＬg以下にすることが好ましい（ｍ本の線状ビームに係る重複範囲の照明光でを一次元光変調素子の有効長範囲を照射できる。）。
【０１６５】
尚、上式の導出に関して、図１８に示す複数の線状ビーム２４、２４、…のうち、その長手方向の両端部ではそれぞれ（ｍ−１）・ｓのずれ量の範囲がＬｇで示す範囲から外れる。
【０１６６】
上記のビーム拡大手段１４では、ずれ量ｓがゼロでないとした構成形態について説明したが、これに限らず、「ｓ＝０」又は「ｓ≒０」とし、ＬgをＬillmに一致させるような光学系を用いた構成形態も可能である。つまり、この場合には、各レーザビームをビーム拡大手段１４に入射される手前で揃えておき、この位置での像と、一次元光変調素子の被照射面での像が共役関係となるように光学設計を行って、像をそのまま拡大して投影すれば良い（但し、光学的に高い精度等を必要とする。）。
【０１６７】
以上に説明した構成によれば、例えば、下記に示す利点が得られる。
【０１６８】
・ＧＬＶ素子（１次元空間変調素子）の線状領域（例えば、長軸方向の長さ３０ｍｍ、短軸方向の幅２５μｍ程度）への一次元ビーム照明にあたって、縦平面及び横平面において複数本のレーザビームを配列させ、共通のビーム整形（拡大）光学系や集光光学系を用いて同時照射を行うことができる。その結果、高輝度の画像表示装置等を実現することができる（あるいは比較的低いパワーのレーザ装置を使用することが可能となり、長寿命化等に有効である。）。
・共通の光学系（ビーム整形光学系や集光光学系、投影光学系等）を用いることにより低コスト化が可能となる。
【０１６９】
・ＧＬＶ素子の短軸方向及びレーザ光伝播方向を含む横平面内において、ｆ＃／Ｆ＃を超えない最大本数ｎのレーザ光を集光光学系に対して平行に入射させるとともに、ＧＬＶ素子の長軸方向及びレーザ光伝播方向を含む縦平面内において、シュリーレンフィルタでの回折効率を低下させない範囲の入射角度をもってビーム拡大光学系に対して最大本数ｍのレーザ光を入射させる場合に、例えば、ｍ×ｎ台のレーザ装置を使用して１つのＧＬＶ素子への一次元照明を行うことができる。ｆ＃を一定としてＦ＃が小さいほどビーム本数ｎの上限が高くなり、スペックルノイズの低減対策等に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明に係る光学装置の基本構成例の説明図である。
【図２】方向調整に係る構成例の説明図である。
【図３】ビーム集光における位置ずれについて説明するための図である。
【図４】レーザビームが重なり合った状態で対象物に照射される様子を概念的に示した図である。
【図５】画像生成装置の構成例を概略的に示す概略図である。
【図６】ビーム集光手段、反射型一次元光変調素子、光学系の配置を示す説明図である。
【図７】１本のレーザビームが集光される様子を概略的に示す図である。
【図８】縦平面内における光学装置の基本構成について説明するための図である。
【図９】多面体プリズムを用いた構成例の要部を示す図である。
【図１０】図１１とともに、ビーム拡大手段の構成例について説明するための図であり、本図は縦平面内における構成を示す図である。
【図１１】横平面内における構成を示す図である。
【図１２】ＧＬＶ素子の動作原理について説明するための図である。
【図１３】シュリーレンフィルタの機能について説明するための模式図である。
【図１４】レーザ光がＧＬＶ素子に対して垂直入射する場合において、瞳面（フーリエ面）上での強度分布例を概念的に示した説明図である。
【図１５】緑色レーザ光がＧＬＶ素子に対して斜め入射する場合において、瞳面（フーリエ面）上での強度分布例を概念的に示した説明図である。
【図１６】縦平面内において４本のレーザビームをビーム拡大手段に対して照射する様子を示す概略図である。
【図１７】３本のレーザビームを合成してビーム拡大後にＧＬＶ素子に照射する様子を示す概略図である。
【図１８】レーザビーム長「Ｌillm」、ビーム拡大後の各線状ビームが互いにオーバーラップする場合の長さ「Ｌｇ」、位置ずれ量ｓの関係について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１…光学装置、２…レーザ光源、３…方向調整手段、４…ビーム集光手段、５…一次元光変調素子、５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ…光変調手段、９…画像生成装置、１１…光学系、１３…方向調整手段、１４…ビーム拡大手段
【図１】
2006074245.tif 000011
【図２】
2006074245.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006074245.tif 000019
【図１０】
2006074245.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006074245.tif 000023
【図１４】
2006074245.tif 000024
【図１５】
2006074245.tif 000025
【図１６】
2006074245.tif 000026
【図１７】
2006074245.tif 000027
【図１８】
2006074245.tif 000028