(57)【要約】【課題】光源からの光を分割し重ね合わせて均一化するに際して、光を分割する基本周期及びその２倍の周期の光束間の干渉による干渉縞の発生を抑制する。【解決手段】光源１、光源１からの出射光の波面を分割する波面分割部２１、被照射体１１に導くと共に分割された波面を重ね合わせる波面合成部２２、波面分割部２１において分割された光束のうち一部の光束の偏光面を回転させる偏光変換部５とを備える。偏光変換部５に光学軸の方位が異なる波長板５Ａ１、５Ａ２を設ける。【選択図】図１
2008185628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光の波面を分割する波面分割部と、
前記波面分割部からの光を被照射体に導くと共に分割された波面を重ね合わせる波面合成部と、
前記波面分割部において分割された光束のうち、一部の光束の偏光面を回転させる偏光変換部と、を備え、
前記偏光変換部は、光学軸の方位が異なる波長板を備える構成とされる
ことを特徴とするレーザ光源装置。
【請求項２】
前記波長板は、光学軸の方位が異なる第１及び第２の波長板より構成され、
前記第１の波長板は、光の偏光面を一の方向に略９０度回転させる作用を備え、
前記第２の波長板は、光の偏光面を他の方向に略９０度回転させる作用を備えて成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記第１又は第２の波長板が、前記波面分割部の光を分割する分割領域のうち１つおきの分割領域に対応して配置され、かつ、前記第１及び第２の波長板が交互に配置されて成ることを特徴とする請求項２記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
一対の前記第１及び第２の波長板が、前記波面分割部の光を分割する分割領域のうち隣接する前記分割領域に対応して２つおきに配置され、かつ、隣接する前記一対の第１及び第２の波長板の配列順が一定であることを特徴とする請求項２記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
一対の前記第１及び第２の波長板が、前記波面分割部の光を分割する分割領域のうち隣接する前記分割領域に対応して２つおきに配置され、かつ、前記一対の第１及び第２の波長板の配列順が交互に入れ替わって配置されて成ることを特徴とする請求項２記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記波面分割部が、１以上のシリンドリカルレンズアレイより構成され、前記分割領域が、１つのレンズセルとされることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記偏光変換部が、前記波面分割部のうち、前記光源からのレーザ光が最後に通過する光学素子の直前又は直後に配置されることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記光源が、複数のレーザ素子が１次元状に配列された構成とされて１次元状のレーザ光を出力する光源とされて成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
レーザ光源装置と、光変調装置と、投射光学部と、走査光学部とを備える画像生成装置であって、
前記レーザ光源装置は、
光源と、
前記光源から出射される光の波面を分割する波面分割部と、
前記波面分割部からの光を前記光変調装置に導くと共に分割された波面を重ね合わせる波面合成部と、
前記波面分割部において分割された光束のうち、一部の光束の偏光面を回転させる偏光変換部と、を備え、
前記偏光変換部は、光学軸の方位が異なる波長板を備える構成とされる
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源装置の光源が、複数のレーザ素子が１次元状に配列された構成とされて１次元状のレーザ光を出力する光源とされ、
前記光変調装置が、１次元光変調装置とされて成ることを特徴とする請求項８記載の画像生成装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源装置の光源が、１次元横マルチモード発振した固体レーザ発振光またはその出力を非線形光学素子により波長変換して得られた１次元状のレーザ光を出力する光源とされ、
前記光変調装置が、１次元光変調装置とされて成ることを特徴とする請求項８記載の画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射体に対して均一な強度分布をもってレーザ光を照射するレーザ光源装置及びこれを用いた画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザを光源とし、波面の分割及び重ね合わせを行い、均一な強度分布とされた１次元状すなわち線状の光束を得る方法としては、ロッドレンズを用いる方法、ファセット加工したミラーによる方法、レンズアレイによる方法などが挙げられる。図１６及び図１７にこのような波面の分割及び重ね合わせをレンズアレイにより行うレーザ光源装置の各例の概略構成図を示す。図１６及び図１７においては、波面を分割する方向を矢印ｘで示すｘ軸方向とし、波面の進行方向（光軸）を矢印ｚで示すｚ軸方向とし、ｘ軸及びｚ軸と直交する方向を矢印ｙで示すｙ軸方向としており、ｘ−ｚ平面に沿う断面を示す。
図１６及び図１７に示すように、波面を分割する波面分割部７７は１対のシリンドリカルレンズアレイ７２ａ及び７２ｂで構成される。これらシリンドリカルレンズアレイ７２ａ及び７２ｂは互いの焦点の位置に配置されている。また波面を合成する波面合成部７８は、図１６に示すように凸レンズ等の１つの集光レンズ７３や、図１７に示すように、平凸レンズなどの２つの光学レンズ７５及び７６の組み合わせを用いることができる。光源７１から出射されたレーザ光Ｌｏは、波面分割部７７でｘ軸方向に分割され、波面合成部７８で重ね合わされると共に集光されて、被照射体７４の所定の位置に照射される。
【０００３】
しかしながら、このようにレンズアレイによる例を含め上述の種々の方法によって、単に波面を分割した後重ね合わせるだけでは、レーザのもつ空間コヒーレンスのため、図１８に示すように、隣り合う２つの光束Ｌａ及びＬｂが干渉し、破線Ｄで示す集光部分で細かい干渉縞が発生してしまう。図１８において、図１６及び図１７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。これは、波面を分割する際にレーザの空間コヒーレンス距離よりも短い距離で波面を分割してしまうことによるもので、分割後の波面同士が干渉性を有するために、それを重ね合わせることで干渉縞が発生してしまう。
これに対し、レーザの空間コヒーレンス距離よりも長い距離で波面を分割することにより干渉を抑制することが考えられるが、実際のレーザではコヒーレンス距離がレーザ直径に対してあまり小さくないため、波面の分割数が十分にとれず、重ね合わせたときに十分な強度の均一性が確保されない。また、空間コヒーレンス距離よりも長い距離で波面を分割した場合でも空間コヒーレンスがゼロになっているわけではないので干渉性が残ってしまうという問題がある。
【０００４】
このような干渉縞の発生を低減させるために、分割した波面（又は分割する波面）を時間コヒーレンス距離よりも長い光路差をつけてから合成することで干渉縞を低減する方法が提案されている（例えば特許文献１及び２参照。）。
上記特許文献１及び２において提案されている手法では、光源から出射されたレーザ光の波面を分割し、その一部の光を、時間コヒーレンス距離よりも長い光路差を生じさせる光路差生成部材を通過させた後重ね合わせる構成とするものである。
【特許文献１】特開２００６−４９６５６号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら実際のレーザ光では時間コヒーレンス距離が数ｃｍ以上ある場合が多く、光路差生成部材の光路に沿う方向の長さを確保するためにその部分の空間を必要とし、装置の小型化に不利となる。また、レーザ光が完全にコリメートされていない場合、光路差生成部材の側面で反射した光が迷光の原因になってしまう。更に、光路差生成部材が存在する光路と光路差生成部材が存在しない光路とでは光学距離が異なることから、光束を重ね合わせたときの効率が悪く、光の利用効率の低下を招くという問題もある。
特に、光源としてレーザ素子を１次元状に配列して１次元状の光源装置を構成し、これを利用して１次元状の光変調装置に所望の強度分布をもって照明して１次元状の変調光（すなわち画像光）を生成し、スクリーン等への走査投影を行う画像生成装置に利用する場合に、上述した迷光や光の利用効率の低下により、画像を良好に表示できない恐れがある。
【０００６】
これに対し、分割した波面に対して隣り合う２つの光路を一組と考え、一方の光路の偏光面をおよそ９０度回転させることで他方の光路の光束との干渉を低減させる方法が考えられる。この場合、例えばシリンドリカルレンズアレイ等によってレーザ光を分割すると共に、分割した光束のうち１つおきの光束が１／２波長板等を通過する構成とすることによって、隣接する光束同士は偏光方向が９０度異なるため、集光位置での重ね合わせによる干渉縞の発生が抑制されることとなる。
【０００７】
ここで、レーザ光を分割するピッチを例えばその空間コヒーレンス距離の約２分の１とすれば、分割された光束のうち１つおきの光束同士は、干渉がある程度抑制されると考えられる。
しかしながら、空間コヒーレンス距離を超えた範囲でもわずかな干渉性が残っていることから、このようにレーザ光を分割するピッチを空間コヒーレンス距離の２分の１程度とした場合でも、１つおきの光束間でわずかに干渉し、数％程度の干渉縞が発生する可能性がある。
隣接する光束による干渉縞は、光を分割する基本周期（例えばシリンドリカルレンズアレイを用いる場合はレンズセルのピッチ）の光束の干渉による干渉縞であるのに対し、１つおきの光束間の干渉による干渉縞は、光を分割する基本周期に対し２倍の周期をもって分割した光束同士の干渉による干渉縞となり、被照射体上においてはより細かいピッチとなって現われる。
【０００８】
このように細かい周期の干渉縞が発生した状態で、上述したような画像生成装置のレーザ光源として用いると、光変調装置への照明が不均一となるので画像の均一性を損なう恐れがある。また、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）の製造過程における多結晶シリコンのアニール用にこのようなレーザ光源装置を用いる場合においても、照射強度の不均一性により、歩留まりの低下を惹き起こす恐れがあるという問題がある。
したがって、光を分割する基本周期の光束同士の干渉を抑えるとともに、この基本周期に対し２倍以上の周期の光束同士の干渉をも抑制することが求められている。
【０００９】
以上の問題に鑑みて、本発明は、光源からの光を分割し重ね合わせて均一化するに際して、光を分割する基本周期の光束同士の干渉を抑えると共に、基本周期の少なくとも２倍の周期の光束間の干渉による干渉縞の発生をも抑制することを目的とする。また、画像生成装置において、レーザ光源装置における干渉縞の発生を抑制することによって、画質の均一性を損なうことを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明によるレーザ光源装置は、光源と、この光源から出射される光の波面を分割する波面分割部と、波面分割部からの光を被照射体に導くと共に分割された波面を重ね合わせる波面合成部と、波面分割部において分割された光束のうち、一部の光束の偏光面を回転させる偏光変換部と、を備える。そして偏光変換部を、光学軸の方位が異なる波長板を備える構成とする。
また、本発明は、上述のレーザ光源装置において、偏光変換部の波長板を、光学軸の方位が異なる第１及び第２の波長板より構成する。そして、第１の波長板は、光の偏光面を一の方向に略９０度回転させる作用を備え、第２の波長板は、光の偏光面を他の方向に略９０度（すなわち略２７０度）回転させる作用を備える構成とする。
更に、本発明は、上述のレーザ光源装置において、第１又は第２の波長板を波面分割部の光を分割する分割領域のうち１つおきの分割領域に対応して配置して、かつ、これら第１及び第２の波長板を交互に配置して構成する。
【００１１】
また、本発明は、レーザ光源装置と、光変調装置と、投射光学部と、走査光学部とを備える画像生成装置であって、レーザ光源装置として上述の本発明構成のレーザ光源装置を用いる構成とする。
【００１２】
上述したように、本発明のレーザ光源装置及び画像生成装置によれば、レーザ光源装置の波面分割部により分割された光束の一部が、偏光変換部の波長板を通過する構成とするものであり、光を分割する基本周期の光束同士、すなわち波面分割部により分割された隣接する光束同士の干渉を抑えることができる。そして更に、偏光変換部が光学軸の方位が異なる波長板を備えることから、光を分割する基本周期の２倍の周期の光束、すなわち波面分割部の各分割領域に対して、１つおき又は２つおきなどの光束の位相変化量をそれぞれ異ならせることができる。したがって、これらの光束同士の干渉光の位相を調整することができるので、干渉を抑制することが可能となる。
また、偏光変換部の波長板として第１及び第２の波長板を設け、第１の波長板が光の偏光面を一の方向に略９０度回転させ、第２の波長板は光の偏光面を他の方向に略９０度回転させる作用を備える構成とする場合は、第１及び第２の波長板を通過する光束同士の干渉光の位相を、これら波長板を通過しない光束同士の干渉光の位相に対し略逆の位相とすることができるので、結果的に干渉縞を解消して、その発生を抑制することが可能となる。
特に、第１又は第２の波長板を波面分割部の光を分割する分割領域のうち１つおきの分割領域、例えばシリンドリカルレンズアレイを用いる場合はその１つおきのレンズセルに対応して配置して、かつ、これら第１及び第２の波長板を交互に配置して構成することにより、１つおきの分割領域に対応して配置される一対の第１及び第２の波長板を通過した光束の干渉光と、これらの間もしくは外側を通過し、すなわち波長板を通過しない光束同士の干渉光とを、略逆の位相とすることができるので、効果的に干渉縞の発生を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ光源装置によれば、光源からの光を分割し重ね合わせて均一化するに際して、光を分割する基本周期の光束同士の干渉を抑えると共に、基本周期の少なくとも２倍の周期の光束間の干渉による干渉縞の発生をも抑制することができる。
本発明の画像生成装置によれば、本発明構成のレーザ光源装置を用いることから、光を分割する基本周期の光束同士の干渉を抑えると共に、基本周期の少なくとも２倍の周期の光束間の干渉を抑制することができるので、干渉縞の発生により画像の均一性を損なうことを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
（１）第１の実施形態例
図１に、本発明の実施形態例に係るレーザ光源装置の一例の概略構成図を示す。図１においては、波面を分割する方向を矢印ｘで示すｘ軸方向とし、波面の進行方向（光軸）を矢印ｚで示すｚ軸方向とし、ｘ軸及びｚ軸と直交する方向を矢印ｙで示すｙ軸方向とする。光源１から出射される光Ｌは、ｘ軸方向を長手方向とする横マルチモードである。光源１には、例えば複数の半導体レーザ素子が１次元状に配列されたアレイレーザや、各レーザ素子が一体型に形成されたバーレーザ等が用いられる。また、１次元横マルチモード発振した固体レーザ発振光、またはその出力を共振器内部乃至外部に配置した非線形光学素子により波長変換して得られた１次元状のレーザ光を出力する光源を用いてもよい。図１においてはこのレーザ光源装置１０から出力されるレーザ光が照射される被照射体１１も便宜的に示す。
このレーザ光源装置１０には、波面分割部２１として一対のシリンドリカルレンズアレイ２Ａ及び２Ｂ、波面合成部２２として凸レンズ等よりなる集光レンズ６が配置される例を示す。図１においてはｙ軸方向のレンズは省略して示す。
２組のシリンドリカルレンズアレイ２Ａ及び２Ｂを使用し、各シリンドリカルレンズアレイ２Ａ及び２Ｂを互いの焦点の位置に配置することで、ｘ軸方向、この場合１次元方向（長手方向）に波面を分割し、その波面を所望した場所にそれぞれの分割された波面の照明が重なる構成とすることができる。
【００１５】
なお、光源からシリンドリカルレンズアレイ２Ａまでの間に例えば装置の小型化を目的として折り返しミラーを設けるとか、或いは、スペックル低減を図ることを目的として光学遅延ループを挿入するなど、種々の光学素子を設けてもよい。また波面合成部２２の光学系に関しては、前述の図１７及び図１８において示すように、凸レンズを用いる場合と２つの平凸レンズを用いる場合と基本形が２つあるが、これらから派生される種々の光学系を適用することができる。つまり波面合成部２２には、所望された場所に分割された波面の照明を重ね合わせる機能があればよい。
【００１６】
また図１に示す例では、シリンドリカルレンズアレイ２Ａ及び２Ｂのうち、光が通過する最後の光学素子であるシリンドリカルレンズアレイ２Ｂの直前又は直後、図示の例では直後に、隣り合う光束に対して偏光面を回転する偏光変換部５が配置される。このように、光が通過する最後の光学素子の直前または直後（図では直後）、すなわち波面分割部２１の出射端近傍に配置すると、光束がこの位置で比較的幅狭となるため挿入した素子のエッジに光線が当たりにくくなり、この部分で散乱の発生を抑え、また迷光の発生を抑えることができる。特に、この例のようにシリンドリカルレンズアレイ２Ｂの直前ではなく直後に配置する場合は、波面分割部２１内における光路長の変化がないので、集光位置での倍率のずれや位置ずれは殆ど発生しないという利点を有する。
【００１７】
そして本発明においては、この偏光変換部５が、光学軸の方位が異なる波長板を備える構成とする。図示の例では、波長板として光学軸の方位が異なる第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２を有する構成とする場合を示す。第１の波長板５Ａ１は、例えば光の偏光面を一の方向に略９０度回転させ、第２の波長板５Ａ２は、例えば光の偏光面を他の方向に略９０度回転させる作用を備える構成とすることができる。そして図１に示す例においては、これら第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２が、波面分割部２１の光を分割する分割領域２１ａのうち１つおきの分割領域、この場合シリンドリカルレンズアレイ２Ｂの１つおきのレンズセルに対応して配置され、かつ、前記第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２が交互に配置される例を示す。
【００１８】
この波長板５Ａ１及び５Ａ２としては、例えば波長フィルム、薄膜波長板、水晶波長板、フレネルロムなどを用いることができる。偏光変換機能を有さない光透過性基板上に部分的に波長フィルムなどの偏光変換素子を設ける構成としてもよい。なお、偏光変換部５の波長板としては、偏光面をおよそ一の方向に９０度又は他の方向に９０度回転させる機能を有するものであればよく、上述の例に限定されるものではない。また、偏光面を一の方向に９０度もしくは他の方向に９０度（すなわち−９０度）回転することが最も望ましいが、±９０度から多少ずれても、干渉の低減を図る効果は得られる。
また、通常偏光面を回転させる光学素子である波長板は薄いものなので、波長板が配置されず、波長板を通過しないレンズセルの光路とも光学的な距離が殆ど変わらない。したがって、被照射体１１上の集光位置での、倍率のずれや位置ずれはほとんど発生しない。
【００１９】
このような構成とすることで、光源１から出射されたレーザ光Ｌは、波面分割部２１のシリンドリカルレンズアレイ２Ａ及び２Ｂにより分割され、偏光変換部５を通過した後、波面合成部２２の例えば集光レンズ６により重ね合わされてレーザ光源装置１０から出力され、被照射体１１上の所定位置に所定のビーム形状として照射される。
このとき、シリンドリカルレンズアレイ２Ａ及び２Ｂのレンズセルのピッチを、使用するレーザの空間コヒーレント距離のおよそ１／２になるように構成すると、隣接する光束同士の干渉を抑制できる。すなわち、図１に示すように偏光変換部５を挿入して偏光面の回転を行うことによって、波面分割部２１において分割された隣り合う光束ＬＡ１及びＬＢ１、ＬＡ２及びＬＢ２の波面を重ね合わせても、効果的に干渉縞の発生を抑えることができる。そして更に本実施形態例によれば、レンズセル１つおきの光束ＬＡ１及びＬＡ２、ＬＢ１及びＬＢ２の波面の重ね合わせによる干渉をも低減することが可能である。以下この干渉低減効果について説明する。
【００２０】
図２においては、本発明のレーザ光源装置の第１の実施形態例に適用される偏光変換部５の一例の概略平面構成図を示す。この場合、偏光変換部５には、波面分割部の分割領域、例えばシリンドリカルレンズアレイのレンズセルの２つおきに１／２波長板より成る第１及び第２の波長板５Ａ１、５Ａ２が配置される例を示す。図２においては光束を分割する方向をｘ軸、光軸に沿う方向をｚ軸、ｘ軸及びｚ軸と直交する方向をｙ軸として示し、ｚ軸方向（光軸方向）からみた偏光変換部５の平面構成を示す。第１及び第２の波長板５Ａ１、５Ａ２は、そのｘ軸方向からの方位が矢印ｐ１で示す４５°の配置と、矢印ｐ２で示す１３５°の配置とされ、互いに９０度反転している。
【００２１】
ここで、回転Ｒと位相変化Ｃを示す偏光ジョーンズ行列を表す式を下記の数１及び数２に示す。図３に、波長板の光学軸の方位を示す。ｘ−ｙ平面においてｘ軸方向からの回転角をθとする。
【００２２】
【数１】
2008185628.tif 000003
【００２３】
【数２】
2008185628.tif 000004
【００２４】
偏光行列ｍは、
ｍ＝Ｒ（θ）×Ｃ（φ）×Ｒ（−θ）
であるから、下記の数３に示す入射偏光に対して、偏光行列ｍと出射偏光Ｅ１’及びＥ２’は、θ＝４５°の場合は下記数４及び数５に示す式で表される。
【００２５】
【数３】
2008185628.tif 000005
【００２６】
【数４】
2008185628.tif 000006
【００２７】
【数５】
2008185628.tif 000007
【００２８】
また、θ＝１３５°の場合は、偏光行列ｍと出射偏光Ｅ１’及びＥ２’は、下記の数６及び数７に示す式で表される。
【００２９】
【数６】
2008185628.tif 000008
【００３０】
【数７】
2008185628.tif 000009
【００３１】
つまり、θ＝４５°（＝θ１）の配置とする場合と、θ＝１３５°（＝θ２）の配置とする場合とでは、出射偏光の符号が反転しており、位相が１８０°反転していることがわかる。つまり、光学軸を４５°の方位に配置して偏光方向を略９０度回転させる構成とした１／２波長板を通過した光と、光学軸を１３５°の方位に配置して偏光方向を更に略９０°回転させる構成とした１／２波長板を通過した光とでは、１８０°の位相差があることがわかる。ここで、異なる分割領域、この場合レンズセルから出射される光の強度は、
｜Ｅ＋Ｅ’｜２＝｜Ｅ｜２＋｜Ｅ’｜２＋２Ｅ×Ｅ’
となり、干渉項はＥ×Ｅ’として表されるから、同符合同士の干渉項と位相が１８０度反転した干渉項は、干渉縞の位相が１８０度反転することがわかる。
【００３２】
したがって、図２に示す偏光変換部５において、第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２を通過する１つおきの領域Ａ１及びＡ２で生じる干渉項（矢印Ａ１２で示す領域を通過する光束同士の干渉項）の位相は異符号であり、１／２波長板を通過しない領域Ｂ１及びＢ２で生じる干渉項（矢印Ｂ１２で示す領域を通過する光束同士の干渉項）の位相は同符号である。
【００３３】
すなわちこの場合、１／２波長板の方位が交互に配置されているとすると、波長板を通過する分割領域１つおきの光束の干渉縞はすべて異符号となり、波長板を通過しない分割領域１つおきの光束の干渉縞はすべて同符号となる。
図４に示すように、波長板を通過しない同符号同士の干渉項Ｂの位相に対して、第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２を通過する異符号同士の干渉項Ａの位相は反転しており、重ね合わせ平均で干渉縞が解消されることがわかる。つまりこの場合は、図２に示す領域Ａ１−Ａ２を通過する光束の干渉縞と、領域Ｂ１−Ｂ２を通過する光束の干渉縞との相互作用によって、全体的な干渉縞の発生を抑制することができることとなる。
【００３４】
なお、図２に示す例においては、偏光変換部５の波面分割部の隣接する分割領域に対応する光路では偏光が異なるため干渉縞は発生しない。また、図２中矢印Ａ１３、Ｂ１３で示すように２つおきの分割領域に対応する光路においても偏光が異なるため干渉縞は発生しない。
したがって、図２に示す波長板の配置構成とした偏光変換部を用いる本実施形態例においては、光源の空間コヒーレンス距離が比較的長くても効果が得られるといえる。例えば、波面分割部の各分割領域の２つおきの領域（３つ分離れた領域）まで空間コヒーレンスが広がっていて、この領域間の干渉が無視できない場合においても、干渉縞を十分抑制できることが分かる。
【００３５】
一方、比較例として図５に示す構成の偏光変換部８５を設ける場合について説明する。この比較例においては、偏光変換部８５の波面分割部の１つおきの分割領域（シリンドリカルレンズアレイの場合は１つおきのレンズセル）に対応して、例えば１／２波長板より成る波長板８５ａを設ける例を示す。この場合は、隣接する分割領域を通過する光束を交互に９０度偏光を回転させる目的で、全ての波長板８５ａの光学軸を４５度の方位に配置される。図５においては、図２と同様に、光束を分割する方向をｘ軸、光軸に沿う方向をｚ軸、ｘ軸及びｚ軸と直交する方向をｙ軸として示す。この場合は、波長板８５ａを通過する光をａ１及びａ２、通過しない光をｂ１及びｂ２とすると、例えば矢印ａ１２で示すように光束ａ１−ａ２間、また例えば矢印ｂ１２で示すように光束ｂ１−ｂ２間において干渉がわずかに生じてしまう。
【００３６】
図６においては、図５に示す比較例のように、光学軸が例えば４５°の方位に配置される同一の波長板８５ａを１つおきの分割領域毎に配置した場合の干渉項の模式的な波形図を示す。領域ａ１及びａ２を通過する光束同士による干渉項、領域ｂ１及びｂ２を通過する光束同士による干渉項はそれぞれ実線ａ、破線ｂで示すように同位相となるので、干渉縞が発生する。
【００３７】
これに対し、第１の実施形態例においては、上述したように偏光変換部に設ける波長板の光学軸を交互に異ならせる構成とすることによって、１つおきの光束の干渉項同士を逆位相とするため、１つおきの光束干渉縞が解消される。
【００３８】
以上説明した第１の実施形態例においては、波面分割部の１つおきの分割領域に対応する光路の干渉を位相反転により解消する例である。これに対し、１／２波長板の製造誤差や、光学軸の方位の誤差など、また光量分布の不均一により理想的な解消ができずわずかに干渉縞が残ることも懸念される。
図７Ａ〜Ｃにおいては、波面分割部２１として設ける例えばシリンドリカルレンズアレイ２Ｂの各分割領域２１ａに対して、基本周期、２倍周期、３倍周期による光束の干渉する様子を示す。またその干渉縞の被照射体上の位置を、図７Ｄ〜Ｆにそれぞれ示す。図７Ｄ〜Ｆにおいては横軸を被照射体上の位置ｙ、縦軸を干渉光の強度として示す。図７Ｄで示す基本周期の場合の干渉縞に対して、２倍周期の場合は図７Ｅに示すように空間周波数が２倍、３倍周期の場合は図７Ｆに示すように空間周波数が３倍となる。このように、２倍周期、３倍周期の光束同士の干渉は、基本周期に比べると空間周波数が高く、すなわち細かい干渉縞となる。
【００３９】
レーザ光源装置からの出射光の用途によっては、周波数の低い干渉縞よりも、このように周波数の高い細かな干渉縞が問題となる場合がある。例えば、後述する画像生成装置において、光変調装置によって干渉縞による影響を例えば入力信号を補正することによって低減することが考えられる。しかしながらこの場合、より細かい周期の干渉縞を補正することが困難となることが予想される。したがって、基本周期よりも２倍周期又は３倍周期の光束による干渉が原理的に生じない、或いは生じにくい配置とすることが有効となる場合も想定できる。
次に、このような２倍周期及び３倍周期の光束による干渉を抑える実施形態例について説明する。
【００４０】
（２）第２の実施形態例
第２の実施形態例におけるレーザ光源装置に用いる偏光変換部の一例の概略平面構成図を図８に示す。図８において、図５と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この例においては、偏光変換部５の波長板として第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２を設け、第１の波長板５Ａ１は入射光の偏光方向を略９０度回転する１／２波長板とされ、第２の波長板５Ａ２は入射光の偏光方向を逆方向に略９０度、すなわち略２７０度回転する１／２波長板とされる。すなわちこの場合それぞれの光学軸のｘ軸方向からの方位を例えば４５°、１３５°とする。そして更にこの例においては、一対の第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２が、波面分割部の光を分割する分割領域、例えばシリンドリカルレンズアレイのレンズセルのうち隣接するレンズセルに対応して配置されると共に、レンズセル２つおきに配置される。そしてこれら一対の第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２の配列順が一定である例を示す。すなわちこの場合、分割領域例えばレンズセルに対応して、第１の波長板５Ａ１、第２の波長板５Ａ２、無偏光変換領域（波長板なし）、無偏光変換領域（波長板なし）、・・の配列順をｘ軸方向に繰り返す配置とする。または、第２の波長板５Ａ２、第１の波長板５Ａ１、無偏光変換領域、無偏光変換領域、・・の配列順をｘ軸方向に繰り返す配置としてもよい。
【００４１】
この場合、１つおきの領域を通過する光束は、波長板５Ａ１又は５Ａ２のいずれか一方と、波長板のない領域とを通過する光束となる。したがってこれらの光束は必ず偏光が直交しているので干渉が抑えられ、すなわち２倍周期の干渉が生じない。
また、上述の第１の実施形態例と同様に、隣接する領域を通過する光束の干渉項が逆位相となるので、干渉縞が打ち消される。すなわちこの場合、第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２を通過する光束、すなわち矢印ＡＡ’で示す領域を通過する光束による干渉項は異符号であり、波長板５Ａ１及び５Ａ２を通過しない矢印ＢＢ’で示す領域を通過する光束による干渉項は同符号である。したがって、隣接する光路を通過する光束同士の干渉は位相反転により解消される。
【００４２】
同様に、分割領域３つおきの領域を通過する光、すなわち矢印ＣＣ’で示す領域を通過する光束の干渉項と、矢印ＤＤ’で示す領域を通過する光束の干渉項も位相反転で解消する。したがってこの第２の実施形態例による場合は、干渉縞の基本周期、２倍周期、３倍周期まで解消することが可能となる。特にこの場合は、２倍周期の光束同士の干渉が原理的に生じない配置であるので、より細かい周期の干渉縞を確実に回避したい場合に有利となる。なお、第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２の配列置を逆とし、ｘ軸方向に第２の波長板５Ａ２、第１の波長板５Ａ１、無偏光変換領域、無偏光変換領域、・・の配列順とする場合においても、同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４３】
図９は、この偏光変換部５を用いて構成した本発明の第２の実施形態例に係るレーザ光源装置の一例の概略断面構成図である。図９において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
上述したようにこの場合は、波面分割部２１の分割領域２１ａの基本周期となる光束ＬＡ１とＬＡ２との干渉、２倍周期となる光束ＬＡ１とＬＢ１との干渉、３倍周期となる光束ＬＡ１とＬＢ２との干渉を抑制することができる。
【００４４】
（３）第３の実施形態例
第１及び第２の実施形態例では、波面分割部の分割領域の基本周期、２倍周期、３倍周期までの光束同士の干渉を抑制することが可能であるが、４倍周期、すなわち分割領域４つおきの領域を通過する光同士の干渉は解消できない。第３の実施形態例においては、４倍周期の領域を通過する光の干渉を優先的に解消する例について説明する。
この例における偏光変換部の一例の概略平面構成図を図１０に示す。図１０において、図５及び図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合においても、偏光変換部５の波長板として第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２を設け、第１の波長板５Ａ１を入射光の偏光を一の方向に略９０度回転する１／２波長板とし、第２の波長板５Ａ２を入射光の偏光を他の方向に略９０度、１／２波長板とする。すなわちそれぞれの光学軸のｘ軸方向からの方位を例えば４５°、１３５°とする。一対の第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２が、波面分割部の光を分割する分割領域のうち隣接する分割領域、例えばシリンドリカルレンズアレイのレンズセルのうち隣接するレンズセルに対応して配置されると共に、これら第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２は、２つおきの分割領域に対応して配置される。更に、これら一対の第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２の配列順を交互に入れ替わる配置構成とする。すなわちこの場合、分割領域例えばレンズセルに対応して、第１の波長板５Ａ１、第２の波長板５Ａ２、無偏光変換領域（波長板なし）、無偏光変換領域（波長板なし）、第２の波長板５Ａ２、第１の波長板５Ａ１、無偏光変換領域、無偏光変換領域、の配列順をｘ軸方向に繰り返す配置とする。
図１１にこの偏光変換部５を用いた本発明の第３の実施形態例に係るレーザ光源装置の一例の概略断面構成図を示す。図１１において、図１及び図９と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４５】
このような構成とする場合は、上述の第２の実施形態例と同様に、１つおきの領域を通過する光束は、波長板５Ａ１又は５Ａ２のいずれか一方を通過する光束と、波長板のない領域とを通過する光束との組み合わせとなる。したがってこれらの光束は必ず偏光が直交しているので干渉が抑えられ、すなわち２倍周期の干渉が生じない。
また同様に、隣接する領域を通過する光束の干渉項が逆位相となるので、干渉縞が打ち消される。すなわちこの場合、第１及び第２の波長板５Ａ１及び５Ａ２を通過する光束、すなわち矢印ＡＡ’で示す領域を通過する光束による干渉項は異符号であり、波長板５Ａ１及び５Ａ２を通過しない矢印ＢＢ’で示す領域を通過する光束による干渉項は同符号である。したがって、隣接する光路の干渉は位相反転により解消される。
【００４６】
更に、分割領域４つおきの領域を通過する光、すなわち矢印ＣＣ’で示す領域を通過する光束の干渉項と、矢印ＤＤ’で示す領域を通過する光束の干渉項も位相反転で解消する。したがってこの第３の実施形態例による場合は、干渉縞の基本周期、２倍周期、４倍周期まで解消することが可能となる。
なおこの場合は、３倍周期に関しては、例えば図１０中２つおきに配置される波長板５Ａ１同士を通過する光束の干渉、すなわち矢印ＥＥ’で示す領域を通過する光束同士の干渉項と矢印ＦＦ’で示す無偏光領域（波長板なし）通過する光束同士の干渉項とは同符号となる。一方、波長板のない無偏光領域を通過する光束と、これとは分割領域の２つおきに配置される第１の波長板５Ａ１（又は第２の波長板５Ａ２）を通過する光束の干渉、すなわち矢印ＧＧ’及びＨＨ’で示す領域を通過する光束同士の干渉は、互いに偏光方向が直交しているので抑制することができる。つまりこの第３の実施形態例においては、３倍周期の領域を通過する光の干渉を半減することができることとなる。
したがって、この第３の実施形態例においては、基本周期、２倍周期、４倍周期の領域を通過する光の干渉を解消することが可能であり、また、３倍周期の領域を通過する光の干渉を半減することとなる。したがって、４倍周期の高い周波数、すなわち細かい干渉縞が問題となる光学装置の光源として適用する場合に、特に有利である。
【００４７】
以上説明した第１〜第３の実施形態例によれば、１／２波長板を波面分割部の各分割領域に対応して１つおきに配置するか、または一対の光学軸の方位が異なる１／２波長板を２つおきに配置することにより、波面分割部の各分割領域の基本周期、すなわち隣接する領域を通過する光束同士の干渉のみならず、少なくとも２倍周期、すなわち１つおきの分割領域を通過する光束同士の干渉をも抑制することが可能である。
従来は、光源から出射されるレーザ光の空間コヒーレンス距離を、波面分割部の隣接する分割領域の範囲、すなわちシリンドリカルレンズアレイを設ける場合はそのレンズセルのピッチの２倍以下に制御する場合においても、わずかなコヒーレンス長の広がりから２倍周期以上の周波数で１０％以下程度の干渉縞が生じていた。これに対し本発明によれば、２倍周期以上の領域を通過する光束による干渉縞を大幅に低減することができるので、従来に比してより均一な分布のレーザ光を出力することが可能となる。
また、レーザ光源の発振状態の変動等により空間コヒーレンス特性がわずかに変動しても干渉縞が生じない、或いは生じにくいレーザ光源装置を提供することができる。
【００４８】
更に、上述の第２及び第３の実施形態例において説明した構成の偏光変換部を設けることにより、従来は解消できなかった２倍周期以上、３倍周期又は４倍周期の領域を通過する光束同士の干渉による細かい干渉縞の発生を抑制することができる。
すなわち本発明においては、偏光変換部に設ける波長板の配置や光学軸の方位を変えることによって、レーザ光源の空間コヒーレンス距離と波面分割部の分割ピッチを調整しても残留する干渉縞の空間周波数成分の制御を可能とするものであり、本発明のレーザ光源装置を適用する各種の光学装置の用途によって波長板の配置や構成を適宜変更すればよい。
【００４９】
（４）第４の実施形態例
次に、第４の実施形態例として、上述の本発明構成のレーザ光源装置を用いた画像生成装置の一実施形態例について図１２〜図１６を参照して説明する。
図１２に示すように、この画像生成装置５０は光源１及び上述した波面分割部及び波面合成部を含む照明光学系２０とより構成されるレーザ光源装置１０と、例えば回折格子型の１次元光変調装置５１、光選択部５２を含む光変調部５５、投射光学部５３、走査素子５４を有する走査光学部５６から構成される。光源１には、例えば複数の半導体レーザ素子が１次元状に配列されたアレイレーザや、各レーザ素子が一体型に形成されたバーレーザ等が用いられる。また、1次元横マルチモード発振した固体レーザ発振光、またはその出力を共振器内部乃至外部に配置した非線形光学素子により波長変換して得られた１次元状のレーザ光を出力する光源を用いてもよい。
本発明構成のレーザ光源装置１０の光源１から射出された光Ｌｏは、図示しない波面分割部及び波面合成部を含む照明光学系２０において、干渉縞を低減されたレーザ光として所定のビーム形状、この場合例えば１次元状（線状）の光ビームとして出力され、回折格子型構成の１次元型光変調装置５１に１次元状（線状）の光ビームとして照射される。
回折格子型の光変調装置５１は外部演算部１５０において生成された画像信号をもとに、図示しない駆動回路からの信号Ｓｐを受けて動作する。光変調装置５１を回折格子型構成とする場合、その回折光が光選択部５２に入射される。なお、例えば三原色の光を用いる場合は、各色の光源からそれぞれ各色用１次元照明装置、各色用光変調装置を経てＬ字型プリズム等の色合成部により光束を重ね合わせて光選択部に出射される構成とすることができる。
光選択部５２はオフナーリレー光学系等より成り、シュリーレンフィルター等の空間フィルター（図示せず）を有し、ここにおいて例えば＋１次光が選択されて１次元画像光Ｌｍとして出射される。更に投射光学部５３によって拡大等を行い、走査光学部５６における走査素子５４の矢印ｒで示す回転によりＬ１、Ｌ２、・・・Ｌｎ−１、Ｌｎで示すように走査され、スクリーン等の画像生成面１００上に２次元像５７が生成される。画像生成面１００上において走査位置は矢印ｓで示すように走査される。走査素子５４としては、例えばガルバノミラー、ポリゴンミラーの他、例えば電磁石等によって共振して走査を行ういわゆるレゾナントスキャナを用いることも可能である。
【００５０】
このような画像生成装置において利用可能な１次元光変調装置の一例を図１３〜図１５を参照して説明する。図１３は、この実施形態例に係る光変調装置を構成する光変調素子の概略斜視構成図である。図１３に示すように、この光変調素子６０は、シリコン等より成る基板上に、ポリシリコン薄膜などから成る共通電極６３が形成され、この共通電極６３と所定の間隔を保って、表面に反射膜が形成された条帯（ストリップ）状の第１の電極６１ａ〜６１ｃと、第２の電極６２ａ〜６２ｃとが交互に形成されている。第１の電極６１ａ〜６１ｃは、固定電位とされて例えば接地され、第２の電極６２ａ〜６２ｃは可動電極すなわち可動部とされ、駆動電圧電源６５に接続される。
【００５１】
このような構成とする場合、第１の電極６１ａ〜６１ｃは例えば固定されており、反射面の高さは不変である。そして第２の電極６２ａ〜６２ｃが駆動電圧に応じた静電力に起因する吸引力又は反発力によって、共通電極６３に向かって移動又は屈曲可能であり、第２の電極６２ａ〜６２ｃの反射面の高さ（例えば基板との間隔）を変えることができる。第２の電極６２ａ〜６２ｃの移動又は屈曲によってピッチは一定で深さが変調可能な回折格子として機能させることができる。
なお、この光変調素子６０は、光変調装置内の１つの画素（ピクセル）に対応して第２の電極６２ａ〜６２ｃを１画素分の画素信号に対応して変調させるものであるが、この光変調素子に設ける第１の電極及び第２の電極の数は図１３に示す例のように６本とする以外に、２本、４本等とすることができ、適宜変更可能である。また、この光変調素子６０を各電極の長手方向と直交する方向に画素数分並置配列して、所望の画素数に対応する光変調装置が構成される。すなわち光変調装置内に設ける電極の総数は、１画素あたりの電極の本数及び目的とする表示画像の画素数に対応して適宜選定される。
【００５２】
この光変調素子６０の代表的な寸法の一例として、例えば、第１及び第２の電極の幅は３〜４μｍ、隣接する電極間ギャップは約０．６μｍ、電極の長さは２００〜４００μｍ程度である。この場合、６本の電極で１画素分とすると、１画素分の光変調素子の幅は約２５μｍである。
実用化されつつある１０８０画素を表示する１次元光変調装置においては、図１３の第１及び第２の電極の幅方向に沿って、１０８０画素分の電極が多数並置配列される。
【００５３】
なおこのような回折格子型の光変調装置としては、各電極が非動作時に表面がほぼ一平面上に配置される通常型構成と、各電極が基準面（例えば光変調装置の基板面）から所定の角度をもって傾斜されて配置されるいわゆるブレーズ型構成とが提案されている。これらの各タイプの光変調装置の一例の概略断面構成図を図１４及び図１５に模式的に示す。図１４及び図１５において、図１３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図１４及び図１５に示す例では、１画素に対応する第１及び第２の電極の数を３本ずつ、合計６本とした場合を示すが、これに限定されるものではない。
【００５４】
通常型構成の光変調装置は、図１４に動作時の一例を示すように、第２の電極６２ａ〜６２ｃの移動量Ｚ１を例えば入射光の波長λに対しλ／４とするときに、入射方向と逆向きに反射される０次回折光（図示せず）と、±１次回折光Ｌｒ（＋１）及びＬｒ（−１）が回折光として反射される。一例として、λ＝５３２ｎｍの場合は、第２の電極の移動量は最大λ／４＝１３３ｎｍである。例えば＋１次回折光のみを利用する場合、１本の回折光だけを空間フィルタを通してスクリーン上に結像し、画像表示用に利用することができる。非動作時（駆動電圧をゼロとする場合）には＋１次回折光は生じないため、このオフ状態は画面の暗状態に対応し、表示画面が黒になる。すなわち、第２の電極６２ａ〜６２ｃへの駆動電圧を外部からの画像情報に対応して調整して、移動量Ｚ１を制御することによって、画素のオン／オフとこの間の階調表示が可能となる。
【００５５】
一方ブレーズ型構成の光変調装置は、図１５に示すように、基準面Ａ、すなわち光変調装置の基板（図示せず）の表面と平行な面から例えば角度θをもって各電極６１ａ〜６１ｃ、６２ａ〜６２ｃを傾斜して配置する。この時角度θは好適には電極１本分の周期に対して隣接する電極間の高さの差がλ／４（λは用いる光の波長）となる角度とする。そして動作時には、隣接する一対の第１及び第２の電極６１ａ及び６２ａ、６１ｂ及び６２ｂ、６１ｃ及び６２ｃの各表面が一平面を成すように、第２の電極６２ａ〜６２ｃを移動させる。このときその移動量Ｚ２は、入射光の波長λに対してλ／４（つまり２本の電極周期毎にλ／２の段差）となるように動作させると、＋１次回折光のみが出射される。従って、この＋１次回折光を用いて、１本の回折光だけを空間フィルタを通してスクリーン上に結像することができる。すなわちブレーズ型の光変調装置を用いる場合は、反射回折光のうち１本の回折光を利用する構成とすることにより、光利用効率を高めることができる。
【００５６】
以上説明した１次元光変調装置、本発明構成のレーザ光源装置を用いて図１２に示す画像生成装置を構成することによって、１次元光変調装置に対して、光の分割及び重ね合わせにより均一な照明を行うとともに、干渉縞の発生を抑制することができるので、良好な光変調を行い、干渉縞の発生により画質を損なうことを抑制し、また光の利用効率を損なうことなく、良好な画像の生成が可能となる。
なお、本発明の画像生成装置は上述の第４の実施形態例に限定されるものではなく、レーザ光源装置において本発明構成とする他は、光変調部、投射光学部、走査光学部とにおいて種々の変形、変更が可能である。また投射型表示に限定されることなく、描画により文字情報や画像などを生成するレーザプリンタ等にも適用可能である。
【００５７】
また、本発明は上述の各実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、例えばレーザ光源装置内の波面合成部等における光学素子の部品点数、材料構成等、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態例に係るレーザ光源装置の概略断面構成図である。
【図２】比較例によるレーザ光源装置の偏光変換部の概略平面構成図である。
【図３】波長板の光学軸の方位の説明図である。
【図４】比較例による干渉項の波形を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態例に係るレーザ光源装置における偏光変換部の概略平面構成図である。
【図６】本発明の第１の実施形態例に係るレーザ光源装置における干渉項の波形を示す図である。
【図７】Ａ〜Ｃは基本周期、２倍周期及び３倍周期の光束の干渉の説明図であり、Ｄ〜Ｆはその干渉縞の強度波形を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態例に係るレーザ光源装置における偏光変換部の概略平面構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態例に係るレーザ光源装置の概略断面構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態例に係るレーザ光源装置における偏光変換部の概略平面構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態例に係るレーザ光源装置の概略断面構成図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態例に係る画像生成装置の概略斜視構成図である。
【図１３】１次元型の光変調装置の一例の要部の概略斜視構成図である。
【図１４】１次元型の光変調装置の一例の要部の概略断面構成図である。
【図１５】１次元型の光変調装置の一例の要部の概略断面構成図である。
【図１６】従来のレーザ光源装置の基本的な構成例を示す概略構成図である。
【図１７】従来のレーザ光源装置の基本的な構成例を示す概略構成図である。
【図１８】従来のレーザ光源装置において干渉が発生する様子を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１．光源、２A．シリンドリカルレンズアレイ、２B．シリンドリカルレンズアレイ、５．偏光変換部、１０．レーザ光源装置、１１．被照射体、２１．波面分割部、２１a．分割領域、２２．波面合成部、５０．画像生成装置、５１．１次元光変調装置、５２．光選択部、５３．投射光学部、５４．走査素子、５５．光変調部、５６．走査光学部、５７．２次元像、１００．画像生成面
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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