(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光の位相を変調して射出する２つの位相変調素子と、
光源からの光を分離し、前記２つの位相変調素子に個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、
前記２つの位相変調素子から個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備え、
前記分離光学系と前記合成光学系とに偏光ビームスプリッタが使用され、
前記偏光ビームスプリッタと前記２つの位相変調素子との間のそれぞれの光路に配置された１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタで合成された２つの光の光路に配置され、それら２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光素子と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記光源からの光は、コヒーレントな光である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、
前記分離光学系と前記合成光学系として使用する前記ビームスプリッタは、前記分離光学系と前記合成光学系とに共用される１つのビームスプリッタである
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の画像形成装置において、
前記２つの位相変調素子は、同一平面上に並べて配置されており、
前記ビームスプリッタにて分離された光を前記２つの位相変調素子へ導光すると共に、それら２つの位相変調素子から射出する２つの光を前記ビームスプリッタへ導光する偏向光学系を更に備えた
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
入射した光の位相を変調して射出する２つの位相変調素子と、
光源からの光を分離し、前記２つの位相変調素子に個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、
前記２つの位相変調素子から個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備え、
前記分離光学系と前記合成光学系とには、複屈折性を有した１つのビームディスプレーサが共用され、
前記ビームディスプレーサと前記光源との間に配置され、前記ビームディスプレーサに対し常光線と異常光線となる両成分を含む偏光光を前記ビームディスプレーサに入射させると共に、前記ビームディスプレーサで合成された前記２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光ビームスプリッタを更に備えた
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像形成装置において、
前記光源からの光は、コヒーレントな光である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の画像形成装置において、
前記２つの位相変調素子は、高さ分布を変えることのできる反射面アレイからなる反射型位相変調素子である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像形成装置において、
前記２つの位相変調素子の一方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＡ、他方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＢは、前記照明光束の波長をλとすると、少なくとも、
−３λ／８≦ΔＬＡ≦３λ／８，−５λ／８≦ΔＬＢ≦５λ／８
の範囲を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項７に記載の画像形成装置において、
前記２つの位相変調素子の一方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＡ、他方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＢは、前記照明光束の波長をλとすると、少なくとも、
−λ／２≦ΔＬＡ≦λ／２，−λ／２≦ΔＬＢ≦λ／２
の範囲を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９の何れか一項に記載の画像形成装置において、
前記２つの反射型位相変調素子は、マイクロマシンからなる
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
入射した光の位相を変調して射出する位相変調素子と、
入射した光を反射する反射素子と、
光源からの光を分離し、前記位相変調素子と前記反射素子とに個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、
前記位相変調素子と前記反射素子とから個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備え、
前記分離光学系と前記合成光学系とには、１つの偏光ビームスプリッタが共用され、
前記偏光ビームスプリッタと前記位相変調素子との間の光路、及び前記偏光ビームスプリッタと前記反射素子との間の光路にそれぞれ配置された１／４波長板と、
前記偏光ビームスプリッタで合成された２つの光の光路に配置され、それら２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光素子と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の画像形成装置において、
前記光源からの光は、コヒーレントな光である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の画像形成装置において、
前記偏光素子の偏光軸の方向は、前記２つの光の光路長が完全に一致したときにそれら２つの光が干渉して弱め合うように設定されている
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１１〜請求項１３の何れか一項に記載の画像形成装置において、
前記位相変調素子は、高さ分布が可変の一次元又は二次元配列された反射面アレイからなる反射型位相変調素子である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の画像形成装置において、
前記反射型位相変調素子は、
マイクロマシンからなる
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の光波を生成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９（ａ）に示すように、コヒーレントな光により照明されている物体１０１からは、回折光が生じる。この回折光が作る任意平面上の光波面（ここでは、単に「波面」という。）Ｓは、図９（ｂ）に示すように、各位置で振幅（ｒ）及び位相（θ）のそれぞれ異なる光波からなる。この波面Ｓを再現すると、物体１０１が無くとも、物体１０１の虚像１０１’が表示される。
【０００３】
このような波面を生成する素子として、ホログラム素子が知られている（特許文献１など）。一般に、ホログラム素子は、照明光を各方向に回折し、その回折光によって所定の光波を生成するものである。
【特許文献１】特開平７−２２５５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のホログラム素子は、波面の位相分布や振幅分布を任意に設定することは困難である。
そこで本発明は、波面を生成し、かつその波面の振幅分布や位相分布を任意に設定することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の画像形成装置は、入射した光の位相を変調して射出する２つの位相変調素子と、光源からの光を分離し、前記２つの位相変調素子に個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、前記２つの位相変調素子から個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備え、前記分離光学系と前記合成光学系とに偏光ビームスプリッタが使用され、前記偏光ビームスプリッタと前記２つの位相変調素子との間のそれぞれの光路に配置された１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタで合成された２つの光の光路に配置され、それら２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光素子とを備える。
なお、前記光源からの光は、コヒーレントな光であってもよい。
【０００６】
また、前記分離光学系と前記合成光学系として使用する前記ビームスプリッタは、前記分離光学系と前記合成光学系とに共用される１つのビームスプリッタであってもよい。
【０００７】
また、前記２つの位相変調素子は、同一平面上に並べて配置されており、前記ビームスプリッタにて分離された光を前記２つの位相変調素子へ導光すると共に、それら２つの位相変調素子から射出する２つの光を前記ビームスプリッタへ導光する偏向光学系を更に備えてもよい。
【０００９】
また、本発明の別の画像形成装置は、入射した光の位相を変調して射出する２つの位相変調素子と、光源からの光を分離し、前記２つの位相変調素子に個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、前記２つの位相変調素子から個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備え、前記分離光学系と前記合成光学系とには、複屈折性を有した１つのビームディスプレーサが共用され、前記ビームディスプレーサと前記光源との間に配置され、前記ビームディスプレーサに対し常光線と異常光線となる両成分を含む偏光光を前記ビームディスプレーサに入射させると共に、前記ビームディスプレーサで合成された前記２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光ビームスプリッタを更に備える。
なお、前記光源からの光は、コヒーレントな光であってもよい。
【００１０】
また、前記２つの位相変調素子は、高さ分布を変えることのできる反射面アレイからなる反射型位相変調素子であってもよい。
また、前記２つの位相変調素子の一方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＡ、他方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＢは、前記照明光束の波長をλとすると、少なくとも、−３λ／８≦ΔＬＡ≦３λ／８，−５λ／８≦ΔＬＢ≦５λ／８の範囲を含んでもよい。
【００１１】
また、前記２つの位相変調素子の一方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＡ、他方の各反射面の高さ変化範囲ΔＬＢは、前記照明光束の波長をλとすると、少なくとも、−λ／２≦ΔＬＡ≦λ／２，−λ／２≦ΔＬＢ≦λ／２の範囲を含んでもよい。
また、前記２つの反射型位相変調素子は、マイクロマシンから構成されてもよい。
【００１２】
また、本発明の別の画像形成装置は、入射した光の位相を変調して射出する位相変調素子と、入射した光を反射する反射素子と、光源からの光を分離し、前記位相変調素子と前記反射素子とに個別に入射する２つの光を生成する分離光学系と、前記位相変調素子と前記反射素子とから個別に射出する２つの光を合成する合成光学系とを備え、前記分離光学系と前記合成光学系とには、１つの偏光ビームスプリッタが共用され、前記偏光ビームスプリッタと前記位相変調素子との間の光路、及び前記偏光ビームスプリッタと前記反射素子との間の光路にそれぞれ配置された１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタで合成された２つの光の光路に配置され、それら２つの光を互いに干渉可能な光にする偏光素子とを備える。
【００１３】
なお、前記光源からの光は、コヒーレントな光であってもよい。
【００１５】
また、前記偏光素子の偏光軸の方向は、前記２つの光の光路長が完全に一致したときにそれら２つの光が干渉して弱め合うように設定されてもよい。
また、前記位相変調素子は、高さ分布が可変の一次元又は二次元配列された反射面アレイからなる反射型位相変調素子であってもよい。
【００１６】
また、前記反射型位相変調素子は、マイクロマシンから構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、波面を生成し、かつその波面の振幅分布や位相分布を任意に設定することのできる画像形成装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づき説明する。
本実施形態は、本発明を適用した画像形成装置の実施形態である。
本実施形態の画像形成装置には、図１（ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタ１１、反射型の位相変調素子１２Ａ，１２Ｂ、２つの１／４波長板１３、偏光素子１４が備えられる。
【００１９】
位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに関し互いに対称な位置に、偏光分離面１１ａに対し略４５°の姿勢で配置される。
２つの１／４波長板１３は、偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ａとの間、及び偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ｂとの間のそれぞれに挿入される。
偏光素子１４は、偏光ビームスプリッタ１１を挟み一方の位相変調素子（ここでは、位相変調素子１２Ｂ）に対向する位置に配置される。
【００２０】
この画像形成装置には、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対し略４５°の角度でコヒーレントな照明光束１０が投光される。照明光束１０が最初に入射する面は、偏光ビームスプリッタ１１の位相変調素子１２Ａとは反対側の面である。
照明光束１０の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分が等しくなるよう予め調整されている。
【００２１】
以下、照明光束１０が投光されたときの画像形成装置内の光の振る舞いについて説明する。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した照明光束１０のｐ偏光成分／ｓ偏光成分は、互いに等しい光量でそれぞれ偏光分離面１１ａを透過／反射する。
偏光分離面１１ａを透過したｐ偏光成分の光束ＬＡは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ａに入射し、位相変調素子１２Ａにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。
【００２２】
偏光分離面１１ａを反射したｓ偏光成分の光束ＬＢは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ｂに入射し、位相変調素子１２Ｂにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。
ここで、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂについて詳細に説明する。
位相変調素子１２Ａ，１２Ｂのそれぞれには、反射型位相変調素子、具体的には、マイクロマシン（MEMS：Micro Electro mechanical Systems）が用いられる。なお、本明細書において「マイクロマシン」とは、Ｓｉ基板上に半導体微細加工をベースとした方法で機械構造を作り込み、ワンチップ化したものを指す。
【００２３】
図１（ｂ）に示すのは、マイクロマシンで作られた反射型位相変調素子の一部を拡大した模式図である。図１（ｂ）に示すとおり反射型位相変調素子には、表面が反射面となった反射板Ｐが多数個アレイ状に配列されている。各反射板Ｐは、それぞれが電気的指令により、ｎｍオーダで上下に変位し、その変位量を保持することが可能である。この図１（ｂ）では、反射板Ｐが５個一列に配置された反射型位相変調素子を示したが、ここでは、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂには、この反射板Ｐが多数個、照明光束１０の波長λに比較して同程度のオーダーの小さいピッチで二次元状に配列されているとする。
【００２４】
このような位相変調素子１２Ａ，１２Ｂから射出した直後の光束ＬＡ，ＬＢの波面ＷＡ，ＷＢの位相分布は、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの表面の凹凸分布にそれぞれ応じたものとなる。
また、位相変調素子１２Ａの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡと、位相変調素子１２Ｂの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢとは、照明光束１０の波長λに対し、下式（１），（２），（３）の何れかの関係を満たす。これらの式の導出については後ほど説明する。
【００２５】
−３λ／８≦ΔＬＡ≦３λ／８，
−５λ／８≦ΔＬＢ≦５λ／８  ・・・（１）
−３λ／８≦ΔＬＢ≦３λ／８，
−５λ／８≦ΔＬＡ≦５λ／８  ・・・（２）
−λ／２≦ΔＬＡ≦λ／２，
−λ／２≦ΔＬＢ≦λ／２  ・・・（３）
次に、図１（ａ）に戻り、位相変調素子１２Ａから射出した光束ＬＡは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｓ偏光に変換され、その状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａにおいて反射され、偏光素子１４に入射する。
【００２６】
一方、位相変調素子１２Ｂから射出した光束ＬＢは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｐ偏光に変換され、その状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａを透過し、偏光素子１４に入射する。
偏光素子１４の偏光軸は、入射する光束ＬＡの偏光方向（ｓ偏光方向）と、入射する光束ＬＢの偏光方向（ｐ偏光方向）とのそれぞれに対し４５°の角度を成す。よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＡと光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。
【００２７】
ここで、位相変調素子１２Ａと位相変調素子１２Ｂとが偏光分離面１１ａに関し対称で、かつ、偏光素子１４の射出側から見た位相変調素子１２Ａの光学的距離と、位相変調素子１２Ｂの光学的距離とは略等しいものとする。
よって、１／４波長板１３、偏光ビームスプリッタ１１、及び偏光素子１４を介して光束ＬＡの波面ＷＡと光束ＬＢの波面ＷＢとを観察すると、等価的に両者が重なり合って、高コントラストで干渉する。
【００２８】
次に、この干渉によって生じた干渉光束の波面（以下、「合成波面」という。）について図２に基づき詳細に説明する。なお、図２では、波面ＷＡと波面ＷＢとを明確にするために、光軸方向に少しだけずらして描いた。
先ず、合成波面上の或る点に対応する波面ＷＡと波面ＷＢとの位相差（θA−θB）が、下式（４）の条件を満たす場合は、互いに打ち消し合い、その点の振幅は小さくなる（つまり、暗くなる。）。
【００２９】
θA−θB＝（ｎ＋１／２）×２π（但し、ｎ：任意の整数）  ・・・（４）
反対に、合成波面上の或る点に対応する波面ＷＡと波面ＷＢとの位相差（θA−θB）が、下式（５）の条件を満たす場合は、互いに強め合い、その点の振幅は大きくなる（つまり、明るくなる。）。
θA−θB＝ｎ×２π（但し、ｎ：任意の整数）  ・・・（５）
このように、合成波面上の各点の振幅は、波面ＷＡの位相θAと波面ＷＢの位相θBとに応じたものとなる。また、合成波面上の各点の位相も、波面ＷＡの位相θAと波面ＷＢの位相θBとに応じたものとなる。これら振幅と位相とをまとめて表現すると、以下のとおりである。
【００３０】
合成波面上の或る点に対応する波面ＷＡの光波、波面ＷＢの光波をｒ・ｅｘｐ［ｉθA］，ｒ・ｅｘｐ［ｉθB］と表わすと、合成波面上のその点の光波は、下式（６）のように表される。
ｒ・ｅｘｐ［ｉθA］＋ｒ・ｅｘｐ［ｉθB］＝√［２｛１＋ｃｏｓ（θA−θB）｝］ｒ・ｅｘｐ［ｉ（θA＋θB）／２］  ・・・（６）
但し、θA：波面ＷＡの或る点での位相，θB：波面ＷＢのθAに対する点での位相，ｒ：波面ＷＡと波面ＷＢとに共通する振幅である（なお、光束ＬＡの光路長と光束ＬＢの光路長とは略等しいものとみなした。）。
【００３１】
したがって、合成波面上のその点の振幅は、√［２｛１＋ｃｏｓ（θA−θB）｝］であり、合成波面のその点の位相は、（θA＋θB）／２となる。
すなわち、合成波面の振幅分布は、波面ＷＡと波面ＷＢとの位相差の分布（（θA−θB）の分布）により決定され、合成波面の位相分布は、波面ＷＡと波面ＷＢと中間位相の分布（（θA＋θB）／２の分布）により決定される。
【００３２】
よって、この画像形成装置の位相変調素子１２Ａ，１２Ｂに対し電気的指令を与え、光束ＬＡ，ＬＢの波面ＷＡ，ＷＢの位相分布を独立してそれぞれ設定すれば、合成波面の位相分布及び振幅分布をそれぞれ独立して任意に設定することができる。
すなわち、この画像形成装置は、任意の振幅分布及び任意の位相分布からなる合成波面を生成することができる。したがって、任意の形状及び任意の階調からなる高品質な立体画像を表示することができる。
【００３３】
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、０次を除く回折光のみ利用するホログラム素子とは異なり照明光束１０を有効利用するので、エネルギーの利用効率が高い。したがって、明るい立体画像が得られる。
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂに与えるべき電気的指令を変調するだけで（画像形成装置を何ら大がかりにすることなく）、合成波面の位相分布及び振幅分布をそれぞれ同時に変調することができる。したがって、立体画像の動画が得られる。
【００３４】
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにはマイクロマシンが適用されているので、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ高精度に設定することができる。したがって、立体画像の高解像度化及び多階調化ができる。
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにはマイクロマシンが適用されているので、合成波面の位相分布及び振幅分布を高速に変調することができる。したがって、滑らかな立体動画像を表示することができる。
【００３５】
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにはマイクロマシンが適用されているので、画像形成装置は超小型化も可能である。
また、位相変調素子１２Ａの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡと、位相変調素子１２Ｂの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢとは、上式（１），（２），（３）の何れかの関係を満たすので、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。以下、その理由を説明する。
【００３６】
先ず、上式（６）を参照すると分かるのは、合成波面の振幅を最大限変調するためには、「ｃｏｓ（θA−θB）」の項を−１〜１の範囲で変化させる必要があり、合成波面の位相を最大限変調するためには、「（θA＋θB）／２」の項を−π〜＋πの範囲で変化させる必要があることである。よって、θA，θBは、下式（７）の範囲で変化する必要がある。
【００３７】
−π≦θA−θB≦π，
−π≦（θA＋θB）／２≦π  ・・・（７）
よって、原理的には、θA，θBが下式（８）の範囲で変化すれば、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
−３π／２≦θA≦３π／２，
−３π／２≦θB≦３π／２  ・・・（８）
但し、実際には、画像形成装置内では機械的誤差や光学素子の屈折率不均一性（偏光ビームスプリッタ１１その他の屈折率不均一性）などが生じるので、合成波面の側から見た位相変調素子１２Ａと位相変調素子１２Ｂとの光学的距離が若干ずれることが考えられる。このずれは、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの反射板Ｐの高さにオフセットを設けることにより補正できる。
【００３８】
この補正が可能なように、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの各反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，ΔＬＢに対しマージンを付けておく。
以下、光学的距離のずれを位相変調素子１２Ｂのみで補正する場合と、位相変調素子１２Ａのみで補正する場合と、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂで半分ずつ補正する場合とを順に説明する（なお、以下では、光学的距離のずれの大きさを位相の単位で表したものを「θ0」とおく。）。
【００３９】
（位相変調素子１２Ｂのみで補正する場合）
ずれθ0を考慮してθB→θB＋θ0と置き換えると、上式（８）は、下式（９）となる。
−３π／２≦θA≦３π／２，
−３π／２≦θB＋θ0≦３π／２  ・・・（９）
ここで、ずれθ0は、機械的誤差や屈折率不均一性などが最も顕著になった場合をも考慮し、−π≦θ0≦πとおく。
【００４０】
よって、θA，θBは、下式（１０）の範囲で変化する必要がある。
−３π／２≦θA≦３π／２，
−５π／２≦θB≦５π／２  ・・・（１０）
この式（１０）に表された、θAの変化すべき範囲，θBの変化すべき範囲を、位相変調素子１２Ａの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢに換算すると、上式（１）が得られる。
【００４１】
したがって、上式（１）の関係が満たされれば合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
（位相変調素子１２Ａのみで補正する場合）
ずれθ0を考慮してθA→θA＋θ0と置き換えると、上式（８）は、下式（９’）となる。
【００４２】
−３π／２≦θA＋θ0≦３π／２，
−３π／２≦θB≦３π／２  ・・・（９’）
ここで、ずれθ0は、機械的誤差や屈折率不均一性などが最も顕著になった場合をも考慮し、−π≦θ0≦πとおく。
よって、θA，θBは、下式（１０’）の範囲で変化する必要がある。
【００４３】
−５π／２≦θA≦５π／２，
−３π／２≦θB≦３π／２  ・・・（１０’）
この式（１０’）に表された、θAの変化すべき範囲，θBの変化すべき範囲を、位相変調素子１２Ａの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢに換算すると、上式（２）が得られる。
【００４４】
したがって、上式（２）の関係が満たされれば、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
（位相変調素子１２Ａ，１２Ｂで半分ずつ補正する場合）
ずれθ0を考慮してθB→θB＋θ0／２，θA→θA＋θ0／２と置き換えると、上式（８）は、下式（１１）となる。
【００４５】
−３π／２≦θA＋θ0／２≦３π／２，
−３π／２≦θB＋θ0／２≦３π／２  ・・・（１１）
ここで、ずれθ0は、機械的誤差や屈折率不均一性などが最も顕著になった場合をも考慮し、−π≦θ0≦πとおく。
よって、θA，θBは、下式（１２）の範囲で変化する必要がある。
【００４６】
−２π≦θA≦２π，
−２π≦θB≦２π  ・・・（１２）
この式（１２）に表された、位相θAの変化すべき範囲，θBの変化すべき範囲を、位相変調素子１２Ａの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＡ，位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの高さの変化範囲ΔＬＢに換算すると、上式（３）が得られる。
【００４７】
したがって、上式（３）の関係が満たされれば、合成波面の振幅分布及び位相分布をそれぞれ最大限変調することができる。
（第１実施形態の追記事項）
なお、本実施形態の画像形成装置においては、偏光ビームスプリッタ１１の代わりに無偏光ビームスプリッタ（所謂、ビームスプリッタ）を用い、２つの１／４波長板１３、偏光素子１４を省略することも可能である。但し、この場合は、ビームスプリッタに再入射した光束の一部がロスとなるので、光の利用効率が低下する。
【００４８】
また、本実施形態の画像形成装置においては、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが反射型位相変調素子とされているが、透過型位相変調素子としてもよい。
但し、反射型位相変調素子を用いた方が、分離光学系（照明光束を２つの照明光束に分離し前記２つの位相変調素子にそれぞれ入射させるもの）と合成光学系（２つの位相変調素子から射出する２つの射出光束を合成するもの）とを図１に示したごとく単一のビームスプリッタにて兼用できるので、好ましい。
【００４９】
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、光束ＬＡ，ＬＢの波面ＷＡ，ＷＢの位相分布を変調できるのであれば、マイクロマシン以外の素子に置換可能である。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図３に基づき説明する。
本実施形態も、本発明を適用した画像形成装置の実施形態である。なお、ここでは、第１実施形態の画像形成装置との相違点についてのみ説明し、共通の部分については共通の符号を付与してその説明を省略する。
【００５０】
本実施形態の画像形成装置には、図３に示すように、反射鏡１５Ａ，１５Ｂが追加されている。また、２つの位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、共通の基板１６上に並べて設けられている。
位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに関し互いに対称な位置に、偏光分離面１１ａに対し略９０°の姿勢で配置されている。
【００５１】
反射鏡１５Ａ，１５Ｂは、偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ａとの間、偏光ビームスプリッタ１１と位相変調素子１２Ｂとの間のそれぞれに配置される。
反射鏡１５Ａの配置角度は、偏光分離面１１ａから４５°の角度で射出した光線を、位相変調素子１２Ａに対し略垂直に入射させる角度である。
反射鏡１５Ｂの配置角度は、偏光分離面１１ａから４５°の角度で射出した光線を、位相変調素子１２Ｂに対し略垂直に入射させる角度である。
【００５２】
コヒーレントな照明光束１０が最初に入射する面は、偏光ビームスプリッタ１１から反射鏡１５Ａへ光が射出する面と反対側の面である。
以下、照明光束１０が投光されたときの画像形成装置内の光の振る舞いについて説明する。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した照明光束１０のｐ偏光成分／ｓ偏光成分は、互いに等しい光量でそれぞれ偏光分離面１１ａを透過／反射する。
【００５３】
偏光分離面１１ａを透過したｐ偏光成分の光束ＬＡは、反射鏡１５Ａ，１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ａに入射し、位相変調素子１２Ａにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。
偏光分離面１１ａを反射したｓ偏光成分の光束ＬＢは、反射鏡１５Ｂ，１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ｂに入射し、位相変調素子１２Ｂにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。
【００５４】
位相変調素子１２Ａから射出した光束ＬＡは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｓ偏光に変換され、その状態で反射鏡１５Ａを介して偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａにおいて反射され、偏光素子１４に入射する。
一方、位相変調素子１２Ｂから射出した光束ＬＢは、１／４波長板１３に再入射すると偏光方向がｐ偏光に変換され、その状態で反射鏡１５Ｂを介して偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａを透過し、偏光素子１４に入射する。
【００５５】
偏光素子１４の偏光軸は、入射する光束ＬＡの偏光方向（ｓ偏光方向）と、入射する光束ＬＢの偏光方向（ｐ偏光方向）とのそれぞれに対し４５°の角度を成す。よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＡと光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。
また、位相変調素子１２Ａと位相変調素子１２Ｂとが偏光分離面１１ａに関し対称で、かつ、偏光素子１４の射出側から見た位相変調素子１２Ａの光学的距離と、位相変調素子１２Ｂの光学的距離とは略等しいものとする。
【００５６】
よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＡの波面ＷＡと光束ＬＢの波面ＷＢとが、高コントラストで干渉し、合成波面を生成する。
このように、本実施形態の画像形成装置では、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが、共通の基板１６上に配置されているので、両者の位置調整が第１実施形態の画像形成装置よりも容易になる。
【００５７】
（第２実施形態の追記事項）
なお、本実施形態の画像形成装置においては、偏光ビームスプリッタ１１の代わりに無偏光ビームスプリッタ（所謂、ビームスプリッタ）を用い、２つの１／４波長板１３、偏光素子１４を省略することも可能である。但し、この場合は、ビームスプリッタに再入射した光束の一部がロスとなるので、光の利用効率が低下する。
【００５８】
また、本実施形態の画像形成装置においては、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが反射型位相変調素子とされているが、透過型位相変調素子としてもよい。
但し、反射型位相変調素子を用いた方が、分離光学系（照明光束を２つの照明光束に分離し前記２つの位相変調素子にそれぞれ入射させるもの）と合成光学系（２つの位相変調素子から射出する２つの射出光束を合成するもの）とを図３に示したごとく単一のビームスプリッタにて兼用できるので、好ましい。
【００５９】
また、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、光束ＬＡ，ＬＢの波面の位相分布を変調できるのであれば、マイクロマシン以外の素子に置換可能である。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について図４に基づき説明する。
本実施形態も、本発明を適用した画像形成装置の実施形態である。なお、ここでは、第２実施形態の画像形成装置との相違点についてのみ説明し、共通の部分については共通の符号を付与してその説明を省略する。
【００６０】
本実施形態の画像形成装置には、偏光ビームスプリッタ１１，反射鏡１５Ａ，１５Ｂ，１／４波長板１３に代えて、図４（ａ）に示すように、ビームディスプレーサ２１が１つ備えられる。ビームディスプレーサ１２としては、例えば、方解石を使用することが可能である。また、偏光素子１４に代えて偏光ビームスプリッタ２２が備えられる。
この画像形成装置には、偏光ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａに対し略４５°の角度でコヒーレントな照明光束１０が投光される。
【００６１】
偏光ビームスプリッタ２２に投光された照明光束１０のｓ偏光成分は、偏光分離面２２ａにて反射し、ビームディスプレーサ２１に入射する。
ここで、ビームディスプレーサ２１は、入射した照明光束１０の偏光方向に対して、常光線と異常光線とが同じ割合で発生するように配置される。なお、図４では、ビームディスプレーサ２１において常光線と異常光線を含む面に垂直な軸を符号２１ａで示した。
【００６２】
よって、ビームディスプレーサ２１に入射した照明光束１０は、その軸２１ａと平行な方向ＤＢに偏光した通常光束（常光線）ＬＢと、軸２１ａと垂直な方向ＤＡに偏光した異常光束（異常光線）ＬＡとに分離され、両者は、互いに等しい光量となる。この様子を図４（ａ）の矢印Ｄｒから見た図が図４（ｂ）である。
通常光束ＬＢと異常光束ＬＡとは、図４（ｂ）に示すように、ビームディスプレーサ２１内のずれた光路を個別に進行し、ビームディスプレーサ２１から出射した後互いに平行になり、それぞれ基板１６上の位相変調素子１２Ｂ、１２Ａに個別に略垂直に入射し、それら位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにて波面の位相分布を変化させてそれぞれの光路を折り返す。
【００６３】
位相変調素子１２Ａ，１２Ｂから射出した異常光束ＬＡと通常光束ＬＢとは、ビームディスプレーサ２１内を戻ることにより合成され、偏光ビームスプリッタ２２に再入射する。
再入射のとき、通常光束ＬＢの偏光方向と、異常光束ＬＡの偏光方向とは、偏光ビームスプリッタ２２のｐ偏光方向に対して４５°傾いている。
【００６４】
よって、異常光束ＬＡのｐ偏光成分と通常光束ＬＢのｐ偏光成分とは、互いに等しい光量で偏光ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａを透過する。つまり、その偏光ビームスプリッタ２２の射出側では、異常光束ＬＡと通常光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。
また、偏光ビームスプリッタ２２の射出側から見た位相変調素子１２Ａの光学的距離と、位相変調素子１２Ｂの光学的距離とは略等しい。
【００６５】
よって、偏光ビームスプリッタ２２の射出側では、異常光束ＬＡの波面ＷＡと通常光束ＬＢの波面ＷＢとが、高コントラストで干渉し、合成波面を生成する。
このように本実施形態の画像形成装置でも、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが、共通の基板１６上に配置されているので、両者の位置調整が第１実施形態の画像形成装置よりも容易になる。
【００６６】
（第３実施形態の追記事項）
なお、本実施形態は、図４（ａ） に示すように、偏光ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａで反射した照明光束１０をビームディスプレーサ２１に入射させると共に、偏光分離面２２ａを透過した異常光束ＬＡと正常光束ＬＢとによる干渉光束の波面を合成波面としたが、図４（ａ’）に示すように、偏光分離面２２ａを透過した照明光束１０をビームディスプレーサ２１に入射させると共に、偏光分離面２２ａで反射した異常光束ＬＡと正常光束ＬＢとによる干渉光束の波面を合成波面としてもよい。
【００６７】
［各実施形態の追記事項］
なお、各実施形態の位相変調素子１２Ａ，１２Ｂは、反射板Ｐを二次元状に配列してなるが、一次元状に配列しても構わない。また、一次元状に配列した位相変調素子１２Ａ，１２Ｂが生成する一次元の像をスキャンすることで、二次元の像を得てもよい。配列方法は、画像形成装置の適用分野や要求精度などによって適宜選定される。
【００６８】
また、画像形成装置に立体画像を表示させる際には、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂへ入力する電気的指令（入力信号）は、表示すべき立体画像（立体動画像の各フレーム）の回折像の各店における振幅と位相とされる。この回折像は、例えばコンピュータなどの計算機によって求めることもできる。
また、本発明の画像形成装置の応用範囲は広く、航空機パイロットのヘッドアップディスプレイ、航空管制用のディスプレイ、アミューズメント用のディスプレイ、三次元医療画像用のディスプレイ、ＣＡＤＡＭのディスプレイ、レーザプリンタ等のレーザ走査光学系、光通信用の交換機、電子ロックシステムなどの各分野に及ぶ。
【００６９】
レーザ走査光学系への応用例は、例えば、次のとおりである。
図５に示すように、画像形成装置３１が生成した合成波面上の複数の輝点４１が印刷に利用される。この画像形成装置内の２つの位相変調素子に対し電気的指令を与え、その電気的指令を変調する。これにより、この輝点４１の分布が変調されるので、スキャナ不要のレーザ走査光学系が実現する。
【００７０】
電子ロックシステムへの応用は、例えば、次のとおりである。
ロックすべきドアなどに画像形成装置を設け、画像形成装置の一方の位相変調素子を「鍵穴」、他方の位相変調素子を「鍵」として用いる。画像形成装置が生成する合成波面のパターンを検出する検出部と、検出したパターンが特定のパターンに一致するか否かを判断する判断部と、一致したときにのみロックを解除する解除開放部とをドアに設ける。特定のパターンを生成するための「鍵」を偽造することは困難であるので、このシステムの防犯効果は高い。
【００７１】
また、このシステムにおいては、ドアの使用者の変更時、鍵の紛失時などに、鍵穴としての位相変調素子の凹凸分布、鍵としての位相変調素子の凹凸分布、検出すべき特定のパターンの組み合わせを管理者が変更するだけで、防犯効果を持続させることができる。
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について図６に基づき説明する。
【００７２】
本実施形態は、上述した第１実施形態又は第２実施形態の変形例である。ここでは、第１実施形態の変形例とし、第１実施形態と共通の部分については共通の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の画像形成装置は、図６に示すように、第１実施形態の画像形成装置において、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂにおける反射板Ｐの配列を一次元にすると共に、偏光ビームスプリッタ１１として、正方形の断面を有したロッド状の偏光ビームスプリッタを用いたものである。
【００７３】
この偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａは、偏光ビームスプリッタ１１の長手方向に延びる各辺と平行である。
その偏光ビームスプリッタ１１の互いに隣接する２つの面上に、１／４波長板１３がそれぞれ配置される。これらの１／４波長板１３は、偏光ビームスプリッタ１１の面上に密着していてもよい。
【００７４】
また、それら１／４波長板１３上に、位相変調をするために必要な間隔を置いて位相変調素子１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ配置される。位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの反射板Ｐの配列方向は、偏光ビームスプリッタ１１の長手方向である。
また、偏光ビームスプリッタ１１の他の面上に、偏光素子１４が配置される。なお、図６では、偏光素子１４の位置が偏光ビームスプリッタ１１から離れているが、偏光素子１４は、偏光ビームスプリッタ１１の面上に密着していてもよい。
【００７５】
また、図６において、符号１５で示すのは、不図示の光源から射出した照明光束１０の偏光方向を調整するための偏光素子である。この偏光素子１５は、照明光束１０の偏光方向を、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対しｐ偏光成分とｓ偏光成分が等しくなるように整える。なお、この偏光素子１５は、偏光ビームスプリッタ１１の残る１つの面上に密着していてもよい。
【００７６】
このように、位相変調素子１２Ａ，１２Ｂの反射板Ｐの配列が一次元であることに対応して、ロッド状の偏光ビームスプリッタ１１を利用すれば、画像形成装置のサイズを必要最小限に抑えることができる。
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について図７に基づき説明する。
【００７７】
本実施形態は、上述した何れかの実施形態の変形例である。ここでは、第１実施形態の変形例とし、第１実施形態と共通の部分については共通の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の画像形成装置は、図７に示すように、第１実施形態の画像形成装置（図１）において、一方の位相変調素子１２Ａに代えて、平面鏡１２Ｃが備えられたものである。
【００７８】
平面鏡１２Ｃの反射面は、位相変調素子１２Ｂの反射面全体と略同じサイズの平面状の反射面である。
また、この画像形成装置においては、照明光束１０の時間的なコヒーレンス（単色性）は完全でなくてもよい。すなわち、この画像形成装置の光源には、レーザ光源などの単色光源でなく、発光ダイオードなどの準単色光源が用いられてもよい。
【００７９】
この照明光束１０は、偏光ビームスプリッタ１１に入射する。照明光束１０の偏光方向は、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離面１１ａに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分とが等しくなるよう予め調整されている。
偏光ビームスプリッタ１１に入射した照明光束１０のうち、偏光分離面１１ａに対するｐ偏光成分／ｓ偏光成分は、互いに等しい光量でそれぞれ偏光分離面１１ａを透過／反射する。
【００８０】
偏光分離面１１ａを透過したｐ偏光成分の光束ＬＣは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で平面鏡１２Ｃに入射し、波面の位相分布を何ら変化させることなく光路を折り返す。
偏光分離面１１ａを反射したｓ偏光成分の光束ＬＢは、１／４波長板１３を介して円偏光の状態で位相変調素子１２Ｂに入射し、位相変調素子１２Ｂにて波面の位相分布を変化させて光路を折り返す。
【００８１】
平面鏡１２Ｃにて光路を折り返した光束ＬＣは、１／４波長板１３に再入射し、その偏光方向をｓ偏光に変化させた状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａにおいて反射され、偏光素子１４に入射する。
位相変調素子１２Ｂにて光路を折り返した光束ＬＢは、１／４波長板１３に再入射し、その偏光方向をｐ偏光に変化させた状態で偏光ビームスプリッタ１１に再入射し、偏光分離面１１ａを透過して偏光素子１４に入射する。
【００８２】
偏光素子１４の偏光軸は、入射する光束ＬＣの偏光方向（ｓ偏光方向）と、入射する光束ＬＢの偏光方向（ｐ偏光方向）とのそれぞれに対し４５°の角度を成す。よって、偏光素子１４の射出側では、光束ＬＣと光束ＬＢとが光量及び偏光方向の互いに等しい光束となる。
ここで、本実施形態では、位相変調素子１２Ｂと平面鏡１２Ｃとが偏光分離面１１ａに関し対称で、かつ、偏光素子１４の射出側から見た位相変調素子１２Ｂの光学的距離と、平面鏡１２Ｃの光学的距離とは略等しいものとする。
【００８３】
よって、１／４波長板１３、偏光ビームスプリッタ１１、及び偏光素子１４を介して光束ＬＢの波面ＷＢと光束ＬＣの波面ＷＣとを観察すると、等価的に両者が重なり合って、高コントラストで干渉する。
次に、この干渉によって生じた干渉光束の波面（合成波面）について説明する。
合成波面上の或る点に対応する波面ＷＢと波面ＷＣとの位相差Δθが、下式（４’）の条件を満たす場合は、互いに打ち消し合い、その点の振幅は小さくなる（つまり、暗くなる。）
Δθ＝（ｎ＋１／２）×２π（但し、ｎ：任意の整数）  ・・・（４’）
反対に、合成波面上の或る点に対応する波面ＷＢと波面ＷＣとの位相差Δθが、下式（５’）の条件を満たす場合は、互いに強め合い、その点の振幅は大きくなる（つまり、暗くなる。）
Δθ＝ｎ×２π（但し、ｎ：任意の整数）  ・・・（５’）
この合成波面上の或る点の複素振幅を詳細に表現すると、下式（６’）のとおりである。
【００８４】
√［２｛１＋ｃｏｓΔθ｝］ｒ・ｅｘｐ［ｉΔθ／２］  ・・・（６’）
ここで、本実施形態では、平面鏡１２Ｃにて反射した光束ＬＣの波面ＷＣの位相分布は何ら変化しないので、波面ＷＢと波面ＷＣとの位相差Δθの分布は、波面ＷＢの位相分布のみによって決まる。この事実と上式（６’）とから、合成波面の振幅分布は、波面ＷＢの位相分布により決定されることがわかる。
【００８５】
よって、この画像形成装置の位相変調素子１２Ｂに対し電気的指令を与え、光束ＬＢの波面ＷＢの位相分布を設定すれば、合成波面の振幅分布を任意に設定することができる。
すなわち、この画像形成装置は、任意の振幅分布からなる合成波面を生成することができる。したがって、任意の階調からなる高品質な画像を表示することができる。
ここで、本実施形態の画像形成装置による表示画像の解像度について説明する。
【００８６】
本実施形態の画像形成装置では、位相変調素子１２Ｂの或る１つの反射板Ｐ（図１（ｂ）参照）の変位が、合成波面上の或る１部分の振幅を決定する。よって、位相変調素子１２Ｂの１つの反射板Ｐが、本画像形成装置の単位画素に相当する。
位相変調素子１２Ｂの反射板Ｐの幅は、マイクロマシンの技術によると例えば６μｍ程度に抑えられ、反射板Ｐ同士の間隙は略０μｍに抑えられる。よって、本実施形態の画像形成装置では、画素ピッチは６μｍ程度に抑えられる。
【００８７】
一方、従来の画像形成装置の１つに、ＧＬＶ（Grating Light Valve）と呼ばれる回折光学素子がある。ＧＬＶも、マイクロマシンの技術を用いて作られており、微少量変位可能な反射板（リボン）が多数個アレイ状に配列されている。ＣＬＶの反射板の幅は、６μｍ程度に抑えられ、反射板同士の間隙を０μｍに抑えられる。
しかし、ＧＬＶの単位画素は、隣接し合った数個の反射板（例えば、６個の反射板）によって構成されるので、１画素中の反射板数を６とすると、画素ピッチは６×６μｍ＝３６μｍと大きくなる。
【００８８】
このことから、本実施形態の画像形成装置は、従来のＧＬＶよりも高い解像度で画像を表示することができる。
（第５実施形態の追記事項）
なお、本実施形態の画像形成装置においては、平面鏡１２Ｃと位相変調素子１２Ｂとがが入れ替わっても、同じ効果が得られる。
【００８９】
また、本実施形態の画像形成装置の光源に準単色光源（発光ダイオードなど）が用いられた場合には、画像形成装置による表示画像のコントラストを高くするために、偏光素子１４の偏光軸の方向を予め最適化しておくことが望ましい（正確には、偏光分離面１１ａに対する照明光束１０の偏光方向、１／４波長板１３の軸方向と共に、偏光素子１４の偏光軸の方向を予め最適化しておくことが望ましい。）。
【００９０】
以下、最適化の内容を説明する。
先ず、画像形成装置による表示画像のコントラストを高くするためには、画像形成装置が「黒画像」を表現するときの合成波面の振幅を、完全なゼロにする必要がある。
合成波面の振幅をゼロにするためには、式（６’）における位相差Δθ（波面ＷＣと波面ＷＢとの位相差）を「π」に設定すればよいと考えられる。
【００９１】
但し、光源に準単色光源が用いられた場合には、全ての波長成分の位相差Δθがそれぞれ「π」にならなければ、合成波面の振幅は完全なゼロにならない。
また、全ての波長成分の位相差Δθが同じ値になり得るのは、光束ＬＣと光束ＬＢの光路差がゼロのときのみである。
また、合成波面の振幅をゼロにするためには、光束ＬＣと光束ＬＢの光路差だけでなく、偏光分離面１１ａに対する照明光束１０の偏光方向、１／４波長板１３の進相軸（或いは遅相軸）の方向、及び偏光素子１４の偏光軸の方向（これらの方向は何れも光軸回りの回転角度）の影響も考慮しなければならない。
【００９２】
そこで、第１に、本実施形態の画像形成装置では、光束ＬＣと光束ＬＢとの光路長が完全に一致するときに「黒画像」を表示するように（つまり位相変調素子１２Ｂの各反射板Ｐの変位量を一様な所定値に設定するように）、位相変調素子１２Ｂと平面鏡１２Ｃと偏光ビームスプリッタ１１との位置関係が予め設定される。
この設定下で光束ＬＣ，ＬＢの光路長が完全に一致する場合、図８の上部に示すように、偏光素子１４に入射する全ての波長の光束ＬＣ，ＬＢの電気ベクトルＶＣ，ＶＢは、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示すごとく互いに同じ大きさとなり、その方向だけが９０°ずれる。これらの電気ベクトルＶＣ，ＶＢと、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向との関係によって、偏光素子１４から射出する光束ＬＣ，ＬＢの電気ベクトルＶＣ’，ＶＢ’の関係は定まる。
【００９３】
そこで、第２に、本実施形態の画像形成装置では、この設定下で「黒画像」が表示されるときに、偏光素子１４から射出する光束ＬＣ，ＬＢの電気ベクトルＶＣ’，ＶＢ’が、図８（ａ”）又は図８（ｂ”）に示すごとく互いに同じ大きさとなり、かつその方向だけが１８０度ずれるように、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向が予め最適化される。
なお、一般に、偏光素子１４から射出する光の電気ベクトルＶ’は、偏光素子１４に入射した光の電気ベクトルＶの偏光軸Ｄへの射影に一致するので、例えば、電気ベクトルＶＢ，ＶＣの関係が図８（ａ）に示す関係である場合には、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向は、図８（ａ’）の方向に最適化される。このとき、電気ベクトルＶＢ’，ＶＣ’の関係は、図８（ａ”）に示す関係となって互いに完全に打ち消し合う。
【００９４】
同様に、例えば、電気ベクトルＶＢ，ＶＣの関係が、図８（ｂ）に示す関係である場合には、偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向は、図８（ｂ’）の方向に最適化される。このとき、電気ベクトルＶＢ’，ＶＣ’の関係は、図８（ｂ”）に示す関係となって互いに完全に打ち消し合う。
このような電場ベクトルＶＢ’，ＶＣ’の打ち消し合いは、光束ＬＣと光束ＬＢとの光路長が完全に一致しているこの設定下では、全ての波長成分についてそれぞれ生じる。これは、全ての波長成分の位相差Δθが全て「π」になることを意味する。
【００９５】
したがって、以上の最適化によれば、画像形成装置が「黒画像」を表現するときの合成光波の振幅が完全なゼロとなり、表示画像のコントラストが最大になる。
なお、電気ベクトルＶＣ，ＶＢの角度関係が図８（ａ），（ｂ）の何れになるかは、偏光分離面１１ａに対する照明光束１０の偏光方向、１／４波長板１３の進相軸（或いは遅相軸）の方向によって決まる。
【００９６】
よって、以上の最適化を簡単に行うには、例えば、製造者は、照明光束１０の偏光方向、及び１／４波長板１３の進相軸の設定後に、画像形成装置に「黒画像」を表示させ、その「黒画像」を観察しながら偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向を変化させ、その観察される「黒画像」が最も暗くなったときに偏光軸Ｄの方向を固定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】第１実施形態の画像形成装置の構成図である。
【図２】合成波面の位相分布及び振幅分布を説明する図である。
【図３】第２実施形態の画像形成装置の構成図である。
【図４】第３実施形態の画像形成装置の構成図である。
【図５】画像形成装置のレーザ走査光学系への応用例を説明する図である。
【図６】第４実施形態の画像形成装置の構成図である。
【図７】第５実施形態の画像形成装置の構成図である。
【図８】偏光素子１４の偏光軸Ｄの方向の最適化方法を説明する図である。
【図９】立体画像の表示原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１１，２２  偏光ビームスプリッタ
１１ａ，２２ａ  偏光分離面
１２Ａ，１２Ｂ  位相変調素子
１２Ｃ  平面鏡
１３  １／４波長板
１４  偏光素子
１５Ａ，１５Ｂ  反射鏡
１６  基板
１０  照明光束
２１  ビームディスプレーサ
【図１】
0004604678.tif 000002
【図２】
0004604678.tif 000003
【図３】
0004604678.tif 000004
【図４】
0004604678.tif 000005
【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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