WO2016006151A1 - 画像表示装置 - Google Patents

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crystal semiconductor
light
semiconductor laser
semiconductor lasers
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敢人 宮崎
山崎　健
大智 渡邊
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オリンパス株式会社
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    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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    • H04N2213/00—Details of stereoscopic systems
    • H04N2213/001—Constructional or mechanical details

Definitions

  • Patent Document 1 discloses an image display apparatus capable of observing a virtual image projected at infinity.
  • a plurality of diffused light beams emitted from the semiconductor laser array are periodically raster scanned by the light deflection element as parallel light beams by the lens array, and the light beams emitted from the semiconductor laser array in synchronization with the raster scan Is controlled based on the input image information.
  • the observer can observe the virtual image projected at infinity by focusing the light beam emitted from the light deflection element on the retina.
  • the semiconductor laser array and the lens array are formed of fine optical elements, the optical distance between the optical elements can be shortened, and the image display device can be thinned. Has the advantage of being able to Further, since the semiconductor laser array and the lens array are used, there is also an advantage that the observable range can be expanded with a simple configuration.
  • the image display device disclosed in Patent Document 1 corresponds to the focal distance of the lens array between the semiconductor laser array and the lens array even if the semiconductor laser array and the lens array are formed by fine optical elements. It will take an interval. Therefore, thinning of the device is limited by the lens array.
  • the present invention has been made in view of the above-described viewpoint, and it is an object of the present invention to provide an image display device which can be further thinned.
  • An image display apparatus which achieves the above object is: A luminous flux emitting unit that emits a plurality of parallel luminous fluxes; The plurality of parallel beams emitted from the beam emitting unit are periodically two-dimensionally deflected based on a scan signal, and the light intensities of the plurality of parallel beams are based on a light intensity control signal based on input image information.
  • a control unit that controls in synchronization with the scan signal;
  • the light beam emitting unit includes at least a plurality of two-dimensionally arrayed semiconductor lasers for emitting the plurality of parallel light beams, The light intensities of the parallel light beams emitted from the plurality of semiconductor lasers are controlled based on the light intensity control signal. It is characterized by
  • Each of the plurality of semiconductor lasers comprises a photonic crystal semiconductor laser
  • the plurality of photonic crystal semiconductor lasers deflect the parallel luminous flux respectively emitted in a first direction of the two-dimensional deflection based on the scan signal
  • the light beam emitting unit further includes a light beam deflecting unit that deflects the plurality of parallel light beams emitted from the plurality of photonic crystal semiconductor lasers in a second direction of the two-dimensional deflection based on the scan signal. It is characterized by
  • the direction of the two-dimensional arrangement of the plurality of photonic crystal semiconductor lasers coincides with the direction of two-dimensional deflection of the plurality of parallel light beams,
  • the number of arrays in the first direction is larger than the number of arrays in the second direction. It is characterized by
  • Each of the plurality of semiconductor lasers comprises a photonic crystal semiconductor laser
  • the plurality of photonic crystal semiconductor lasers two-dimensionally deflect the parallel luminous fluxes respectively emitted based on the scan signal. It is characterized by
  • the plurality of semiconductor lasers include a semiconductor laser emitting regularly arranged red light, a semiconductor laser emitting green light, and a semiconductor laser emitting blue light. It is characterized by
  • FIG. 6A It is a schematic block diagram of the image display apparatus which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure for demonstrating the light beam deflection
  • FIG. 11 is an enlarged perspective view for explaining an example of the photonic crystal semiconductor laser of FIG. 10; It is a figure which shows an example of the period of the hole in the x direction of the photonic crystal semiconductor laser of FIG. It is a figure which shows an example of the period of the hole in the y direction of the photonic crystal semiconductor laser of FIG. It is a figure which shows the period of two types of holes of the photonic crystal layer of FIG. It is a figure for demonstrating the light beam deflection
  • FIG. 1 is a conceptual view of an image display apparatus according to the first embodiment.
  • the image display apparatus includes a light beam emitting unit 10, a control unit 20, and an image information generating unit 30.
  • the light beam emitting unit 10 emits a plurality of parallel light beams from a plane observed by the observer 40.
  • a parallel luminous flux may be regarded substantially as a parallel luminous flux, and also includes a luminous flux having a spread angle or a diaphragm angle of, for example, about 1 ° or less.
  • the x axis and the y axis are taken so that the plane observed by the observer 40 is the xy plane, and the axis orthogonal to the xy plane is taken as the z axis.
  • the light beam emitting unit 10 is configured such that the control unit 20 can control the deflection and the light intensity of the plurality of parallel light beams to be emitted. The detailed configuration of the light beam emitting unit 10 will be described later.
  • the control unit 20 periodically two-dimensionally deflects the plurality of parallel light beams emitted from the light beam emitting unit 10 in the xy plane based on the scan signal.
  • the scanning method of two-dimensional deflection may be any method such as raster scan and spiral scan within the xy plane, but in this embodiment, raster scan is performed in the x direction and y direction.
  • the control unit 20 controls the light intensities of the plurality of parallel light beams emitted from the light beam emitting unit 10 in synchronization with the scan signal based on the light intensity control signal based on the image information input from the image information generating unit 30. Do.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of the luminous flux emitting unit 10 shown in FIG.
  • the light beam emitting unit 10 includes a photonic crystal semiconductor laser array 11 and a light beam deflecting unit 12.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 11 As shown in FIG. 4, a partial plan view of the plurality of surface emitting photonic crystal semiconductor lasers 11a viewed from the viewer side, the direction of raster scan by the control unit 20 matches A plurality of elements are arranged in the x direction and the y direction.
  • Each photonic crystal semiconductor laser 11a is controlled by the control unit 20 based on the light intensity control signal, and emits parallel luminous flux of the same light intensity from the emission region 11b in the z direction.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 11 has a rectangular outer shape in which the photonic crystal semiconductor lasers 11a are arrayed more in the x direction than in the y direction, for example, when viewed from the z direction.
  • the light beam deflection unit 12 includes a light deflection element 12x that deflects the parallel light flux emitted from the photonic crystal semiconductor laser array 11 in the x direction, and a light deflection element 12y that deflects the parallel light flux in the y direction.
  • the light deflection elements 12x and 12y are, for example, a light deflection element using a liquid crystal microprism (see, for example, Japanese Patent No. 3273583) or a light deflection element using a metamaterial element (see, for example, JP2011-112942A). And so on.
  • the light deflection element 12x is controlled by the control unit 20 based on the scan signal in the x direction, and deflects the parallel light flux emitted from the photonic crystal semiconductor laser array 11 in the x direction as shown in FIG. 5A.
  • the light deflection element 12y is controlled by the control unit 20 based on the scan signal in the y direction, and deflects the parallel light beam emitted from the photonic crystal semiconductor laser array 11 in the y direction as shown in FIG. 5B.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams for explaining the display principle of the image display device according to the first embodiment.
  • FIG. 6A shows image information input to the control unit 20.
  • FIG. 6A an image having a circle at the center of the screen will be briefly described.
  • FIG. 6B shows the movement of the deflection direction in the screen based on the scan signal, and the blinking of the photonic crystal semiconductor laser array 11.
  • a raster scan as shown by a solid line in FIG. 6B is performed by the light deflection element 12x that deflects the parallel light flux in the x direction and the light deflection element 12y that deflects the parallel light flux in the y direction.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 11 emits light at a time corresponding to the outline of the circle in FIG. 6A, that is, t1 to t18 in synchronization with the scan signal during this raster scan. It becomes possible to form a circle image. Since the image formed in this way is formed by parallel light beams, the observation range can be expanded, and when it is projected onto the retina of the observer 40, it is observed as a clear virtual image that forms an image at infinity. Be done. Note that the photonic crystal semiconductor laser array 11 is not limited to blinking of light emission and extinguishment, and the control unit 20 outputs light intensity control signals in multiple stages according to image information to allow the photonic crystal semiconductor laser array 11 to output light. It is also possible to form multi-tone images by controlling the intensity of emitted light in multiple steps. Thereby, it is possible to observe an image having gradation.
  • the diameter of the parallel luminous flux emitted from each photonic crystal semiconductor laser 11a is about 0.5 mm.
  • the wavelength of the collimated light beam is around 650 nm.
  • the arrangement pitch of the photonic crystal semiconductor laser 11a in the x direction is about 1 mm. Therefore, since the pupil of a person is about 3 mm in diameter, approximately three parallel light beams are incident from the pupil. In this case, since the diameter of each parallel luminous flux is about 0.5 mm, the resolution of the observed image becomes about 5 minutes due to the influence of diffraction and becomes larger than 1 minute which is regarded as the resolution of the eye. The resolution is sufficient for reading etc.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram of an image display apparatus according to the second embodiment.
  • the image display apparatus according to the present embodiment is different from the image display apparatus according to the first embodiment in the configuration of the light beam emitting unit 10.
  • points different from the first embodiment will be described.
  • the light beam emitting unit 10 includes a photonic crystal semiconductor laser array 13 and a light beam deflecting unit 14.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 13 is configured by arranging a plurality of surface emitting photonic crystal semiconductor lasers 13a in the x direction and the y direction of raster scan as in the first embodiment.
  • the control unit 20 controls the deflection of the parallel light beam to be emitted in the x direction based on the scan signal in the x direction, and the control unit 20 controls the scan signal
  • the light intensity of the collimated light beam to be emitted is controlled based on the light intensity control signal synchronized with.
  • the light beam deflection unit 14 is a light deflection in which the parallel light beam emitted from the photonic crystal semiconductor laser array 13 is controlled to be deflected in the y direction by the control unit 20 based on a scan signal in the y direction.
  • An element 14y is provided.
  • the light deflection element 14y is configured in the same manner as the light deflection element 12y described in the first embodiment.
  • the image display apparatus is the image display apparatus according to the first embodiment, in which each photonic crystal semiconductor laser 11a constituting the photonic crystal semiconductor laser array 11 emits parallel light fluxes x It has a light beam deflection function of deflecting in one dimension in the direction, and accordingly, the light deflection element 12x in the x direction from the light beam deflection unit 12 is omitted.
  • FIG. 9A, 9B and 9C are diagrams for explaining an example of the photonic crystal semiconductor laser 13a, FIG. 9A shows an enlarged plan view of the photonic crystal semiconductor laser 13a, and FIG. 9B shows a cross sectional view, FIG. 9C shows the period of the holes of the photonic crystal.
  • a photonic crystal semiconductor laser having a one-dimensional light beam deflection function is disclosed, for example, in JP-A-2013-211542, http://www.jst.go.jp/pr/announce/20100503/, and the like.
  • the photonic crystal semiconductor laser 13a has a lower substrate 131 as shown in FIG. 9B.
  • a back surface electrode 132 is formed on the back surface side of the lower substrate 131.
  • a first cladding layer 133, an active layer 134, a photonic crystal layer 135, a second cladding layer 136, an upper substrate 137 and a transparent selective drive electrode 138 are sequentially formed.
  • the active layer 134 and the photonic crystal layer 135 may be configured in the reverse stacking order.
  • a plurality of selection drive electrodes 138 are formed side by side at constant intervals in the x direction.
  • the photonic crystal layer 135 is formed, for example, by combining a silicon thin film with a photonic crystal having two types of hole periods (lattice constants) a and a 'in the x direction.
  • the period a of one photonic crystal is fixed at, for example, 294 nm
  • the period a ′ of the other photonic crystal is 294 nm over the arrangement range of the selection drive electrodes 138 in the x direction. To 426 nm, for example.
  • the photonic crystal semiconductor laser 13a is controlled by the control unit 20 based on the scan signal in the x direction to balance the current flowing to the adjacent several electrodes simultaneously driven among the plurality of selective drive electrodes 138.
  • the photonic crystal semiconductor laser 13a can control the intensity of the parallel beam to be emitted by controlling the entire current supplied to the selection drive electrode 138 which is simultaneously driven.
  • the diameter of the parallel luminous flux emitted from each photonic crystal semiconductor laser 13a, the wavelength of light, and the distance along the x direction between the adjacent photonic crystal semiconductor lasers 13a are the same as in the first embodiment. is there.
  • an example of numerical data of the image display device is also the same as that of the first embodiment.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 13 has a light beam deflection function of one-dimensionally deflecting the emitted parallel light beam in the x direction, so the light deflection shown in the first embodiment is made.
  • the element 12x can be omitted. Therefore, it is possible to make the device thinner than in the first embodiment.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 13 deflects the light flux in the x direction in which the number of arrangement of the photonic crystal semiconductor lasers 13a is large, high-speed scanning in the x direction becomes possible. Therefore, since the raster scan can be speeded up, the frame rate of the display image can be improved, and flickering of the image can be prevented.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of an image display device according to the third embodiment.
  • the light beam emitting unit 10 includes the photonic crystal semiconductor laser array 15 having a two-dimensional light beam deflection function.
  • the other configuration is the same as that of the above-described embodiment, and therefore, different points are described below.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 15 is configured by arranging a plurality of photonic crystal semiconductor lasers 15a in the x direction and the y direction of raster scan as in the above embodiment.
  • the control unit 20 controls the deflection of the parallel luminous flux to be emitted in the x direction and y direction based on the scan signal of raster scan, and the control unit 20 controls the light synchronized with the scan signal Based on the intensity control signal, the light intensity of the parallel beam to be emitted is controlled.
  • FIG. 11A, 11B and 11C are diagrams for explaining an example of the photonic crystal semiconductor laser 15a.
  • the photonic crystal semiconductor laser 15a has a lower substrate 151, as shown in the enlarged perspective view of FIG. 11A.
  • a back surface electrode 152 is formed on the back surface side of the lower substrate 151.
  • a first cladding layer 153, a photonic crystal layer 154, an active layer 155, a second cladding layer 156, an upper substrate 157, and a transparent selective drive electrode 158 are formed on the surface side of the lower substrate 151.
  • the photonic crystal layer 154 and the active layer 155 may be configured in the reverse stacking order. Note that FIG. 11A shows the photonic crystal layer 154 and the active layer 155 separately for convenience.
  • a plurality of selection drive electrodes 158 are formed side by side at fixed intervals in the x direction and the y direction, respectively.
  • FIG. 11A exemplifies the case where eight selection drive electrodes 158 are provided in the x direction and four in the y direction.
  • the photonic crystal semiconductor laser 15a selects parallel light flux having a desired light intensity from a desired region by selecting an electrode through which current flows and the magnitude of the current among the plurality of selective drive electrodes 158. Can be injected.
  • parallel light beams having different emission angles are emitted depending on the area. That is, parallel light flux is emitted in the direction perpendicular to the xy plane in the area near the saddle point (the area where the difference between the periods a and a 'is small), and in the area away from the saddle point Parallel luminous flux is emitted in the direction.
  • parallel light fluxes inclined in the x direction are emitted as shown in FIG. 13A as being away from the saddle point in the x direction, and similarly, are inclined in the y direction as shown in FIG.
  • Parallel luminous flux is emitted.
  • parallel luminous fluxes are emitted which are inclined with respect to both the x and y directions.
  • the parallel light flux emitted from the photonic crystal semiconductor laser 15a can be raster scanned.
  • the diameter of the parallel luminous flux emitted from each photonic crystal semiconductor laser 15a, the wavelength of light, and the distance along the x direction between the adjacent photonic crystal semiconductor lasers 15a are the same as in the first embodiment. is there.
  • an example of numerical data of the image display device is also the same as that of the first embodiment.
  • the photonic crystal semiconductor laser array 15 has a function of two-dimensionally deflecting the emitted parallel light flux in the x direction and the y direction, so the light flux shown in the second embodiment.
  • the deflection unit 14 can be omitted. Therefore, it is possible to make the device thinner than in the second embodiment.
  • the parallel light flux to be emitted can be raster scanned at high speed by the photonic crystal semiconductor laser array 15, it is possible to more reliably prevent the display image from flickering.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a main part of the image display device according to the fourth embodiment.
  • the image display apparatus according to the present embodiment includes the photonic crystal semiconductor laser array 17 for the light beam emitting unit 10 to display a color image.
  • FIG. 14 is a partial plan view of the photonic crystal semiconductor laser array 17 as viewed from the observer side.
  • the image display apparatus is the same as the photonic crystal semiconductor laser array according to any one of the first to third embodiments described above, except for the photonic crystal semiconductor laser array 17 shown in FIG. Used and configured. Therefore, for example, in the case where the photonic crystal semiconductor laser array 17 is provided with a one-dimensional beam deflection function as in the second embodiment, each of the photonic crystal semiconductor lasers 17R, 17G, and 17B is illustrated in FIGS. 9A to 9C. It is configured in the same manner as the photonic crystal semiconductor laser 13a described above.
  • each of the photonic crystal semiconductor lasers 17R, 17G, and 17B is illustrated in FIGS. 11A to 11C. It is configured in the same manner as the photonic crystal semiconductor laser 15a described above.
  • the light intensities of the photonic crystal semiconductor lasers 17R, 17G and 17B are controlled based on the light intensity control signal indicating the color component of the pixel of the display image synchronized with the scan signal, so that parallel light beams having the same light intensity for each color are obtained. Eject.

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Abstract

　複数の平行光束を射出する光束射出部１０と、光束射出部１０から射出する複数の平行光束をスキャン信号に基づいて周期的に２次元偏向するとともに、複数の平行光束の光強度を入力される画像情報に基づく光強度制御信号に基づいてスキャン信号に同期して制御する制御部２０と、を備え、光束射出部１０は、複数の平行光束を射出する２次元配列された複数の半導体レーザ１１ａを少なくとも有し、複数の半導体レーザ１１ａは、それぞれ射出する平行光束の光強度が光強度制御信号に基づいて制御される。

Description

画像表示装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年７月１１日に日本国に特許出願された特願２０１４－１４３４２４の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は、観察者に画像を観察させることのできる画像表示装置に関するものである。
　特許文献１には、無限遠に投影された虚像を観察可能とする画像表示装置が開示されている。この画像表示装置では、半導体レーザアレイから射出される複数の拡散光束をレンズアレイによってそれぞれ平行光束として光偏向素子により周期的にラスタスキャンし、そのラスタスキャンに同期して半導体レーザアレイから射出する光束の光強度を入力される画像情報に基づいて制御している。観察者は、光偏向素子から射出される光束を網膜に結像させることにより、無限遠に投影された虚像を観察することができる。
　特許文献１に開示の画像表示装置は、半導体レーザアレイ及びレンズアレイが微細な光学要素で構成されるので、光学要素間の光学距離を短くすることができ、画像表示装置の薄型化を図ることができる利点がある。また、半導体レーザアレイ及びレンズアレイを用いるので、簡易な構成で観察可能な範囲の拡大化を図ることができる利点もある。
特開２０１３－１６０９２９号公報
　しかし、特許文献１に開示の画像表示装置は、半導体レーザアレイ及びレンズアレイが微細な光学要素で構成されても、半導体レーザアレイとレンズアレイとの間には、レンズアレイの焦点距離に相当する間隔を要することになる。そのため、レンズアレイによって装置の薄型化が制限されることになる。
　本発明は、上述した観点に鑑みてなされたもので、より薄型化が可能な画像表示装置を提供することを目的とするものである。
　上記目的を達成する本発明に係る画像表示装置は、
　複数の平行光束を射出する光束射出部と、
　該光束射出部から射出する前記複数の平行光束をスキャン信号に基づいて周期的に２次元偏向するとともに、前記複数の平行光束の光強度を入力される画像情報に基づく光強度制御信号に基づいて前記スキャン信号に同期して制御する制御部と、を備え、
　前記光束射出部は、前記複数の平行光束を射出する２次元配列された複数の半導体レーザを少なくとも有し、
　前記複数の半導体レーザは、それぞれ射出する前記平行光束の光強度が前記光強度制御信号に基づいて制御される、
ことを特徴とするものである。
　前記複数の半導体レーザは、それぞれフォトニック結晶半導体レーザからなり、
　前記光束射出部は、前記複数のフォトニック結晶半導体レーザから射出された前記複数の平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向する光束偏向部をさらに備える、
ことを特徴とするものである。
　前記複数の半導体レーザは、それぞれフォトニック結晶半導体レーザからなり、
　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザは、それぞれ射出する前記平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向の第１の方向に偏向し、
　前記光束射出部は、前記複数のフォトニック結晶半導体レーザから射出された前記複数の平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向の第２の方向に偏向する光束偏向部をさらに備える、
ことを特徴とするものである。
　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザの前記２次元配列の方向は、前記複数の平行光束の２次元偏向の方向と一致しており、
　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザは、前記第１の方向における配列数が前記第２の方向における配列数よりも多い、
ことを特徴とするものである。
　前記複数の半導体レーザは、それぞれフォトニック結晶半導体レーザからなり、
　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザは、それぞれ射出する前記平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向する、
ことを特徴とするものである。
　前記複数の半導体レーザは、規則的に配列された赤色光を発する半導体レーザ、緑色光を発する半導体レーザ及び青色光を発する半導体レーザを含む、
ことを特徴とするものである。
　本発明によれば、より薄型化が可能な画像表示装置を提供することが可能となる。
第１実施の形態に係る画像表示装置の概念図である。 図１の画像表示装置の他の使用態様を示す図である。 図１の光束射出部の概略構成図である。 図３のフォトニック結晶半導体レーザアレイの部分平面図である。 図３の光束射出部によるｘ方向の光束偏向動作を説明するための図である。 図３の光束射出部によるｙ方向の光束偏向動作を説明するための図である。 図１の画像表示装置の表示原理を説明するための画像の一例を示す図である。 図６Ａの画像を表示する原理を説明するための図である。 第２実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 図７の光束射出部によるｘ方向の光束偏向動作を説明するための図である。 図７の光束射出部によるｙ方向の光束偏向動作を説明するための図である。 図７のフォトニック結晶半導体レーザの一例を説明するための拡大平面図である。 図７のフォトニック結晶半導体レーザの部分断面図である。 図７のフォトニック結晶半導体レーザの孔の周期一例を示す図である。 第３実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 図１０のフォトニック結晶半導体レーザの一例を説明するための拡大斜視図である。 図１０のフォトニック結晶半導体レーザのｘ方向における孔の周期の一例を示す図である。 図１０のフォトニック結晶半導体レーザのｙ方向における孔の周期の一例を示す図である。 図１１のフォトニック結晶層の２種類の孔の周期を示す図である。 図１０のフォトニック結晶半導体レーザアレイによるｘ方向の光束偏向動作を説明するための図である。 図１０のフォトニック結晶半導体レーザアレイによるｙ方向の光束偏向動作を説明するための図である。 第４実施の形態に係る画像表示装置の要部の概略構成図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
（第１実施の形態）
　図１は、第１実施の形態に係る画像表示装置の概念図である。画像表示装置は、光束射出部１０と、制御部２０と、画像情報発生部３０とを備える。光束射出部１０は、観察者４０が観察する平面から複数の平行光束を射出する。なお、本明細書において、平行光束とは、実質的に平行光束と見なせればよく、例えば１°以下程度の拡がり角又は絞り角を有する光束も含むものである。図１では、観察者４０が観察する平面をｘｙ平面とするようにｘ軸、ｙ軸を取り、ｘｙ平面に直交する軸をｚ軸に取っている。光束射出部１０は、射出する複数の平行光束の偏向及び光強度が制御部２０により制御可能に構成される。光束射出部１０の詳細な構成については、後述する。
　制御部２０は、光束射出部１０から射出する複数の平行光束をスキャン信号に基づいてｘｙ平面内で周期的に２次元偏向する。２次元偏向のスキャン方式は、ｘｙ平面内であればラスタスキャン、スパイラルスキャン等の任意の方式とすることができるが、本実施の形態ではｘ方向及びｙ方向にラスタスキャンするものとする。また、制御部２０は、光束射出部１０から射出する複数の平行光束の光強度を、画像情報発生部３０から入力される画像情報に基づく光強度制御信号に基づいてスキャン信号に同期して制御する。
　画像情報発生部３０は、例えば静止画や動画等の画像情報を格納するフレームメモリ等を有して構成される。画像情報は、例えばネットワーク等を介して取得される画像情報であってもよいし、可搬性の記録媒体から取得される画像情報等であってもよい。
　観察者４０は、光束射出部１０から広い面積で射出される光束の一部を網膜に結像させることにより、無限遠に投影された虚像を観察することができる。また、図２に示すように、必要に応じて光束射出部１０の前面に、例えばフレネルレンズ等の視度調整部材５０を配置して視度調整して虚像６０を観察することもできる。
　図３は、図１に示した光束射出部１０の概略構成図である。光束射出部１０は、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１と光束偏向部１２とを備える。フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１は、複数個の面発光のフォトニック結晶半導体レーザ１１ａが、図４に観察者側から見た部分平面図を示すように、制御部２０によるラスタスキャンの方向と一致するｘ方向及びｙ方向に複数個配列されて構成されている。各フォトニック結晶半導体レーザ１１ａは、制御部２０により光強度制御信号に基づいて制御されて、同じ光強度の平行光束を射出領域１１ｂからｚ方向に射出する。なお、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１は、ｚ方向から見た外観形状が、例えば、ｙ方向よりもｘ方向においてフォトニック結晶半導体レーザ１１ａが多く配列された長方形状となっている。
　光束偏向部１２は、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１から射出された平行光束をｘ方向に偏向する光偏向素子１２ｘと、ｙ方向に偏向する光偏向素子１２ｙとを備える。光偏向素子１２ｘ及び１２ｙは、例えば液晶マイクロプリズムを用いた光偏向素子（例えば、特許第３２７３５８３号公報参照）やメタマテリアル素子を用いた光偏向素子（例えば、特開２０１１－１１２９４２号公報参照）等の公知のもので構成することができる。
　光偏向素子１２ｘは、制御部２０によりｘ方向のスキャン信号に基づいて制御されて、図５Ａに示すように、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１から射出された平行光束をｘ方向に偏向する。光偏向素子１２ｙは、制御部２０によりｙ方向のスキャン信号に基づいて制御されて、図５Ｂに示すように、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１から射出された平行光束をｙ方向に偏向する。
　図６Ａ及び図６Ｂは、第１実施の形態に係る画像表示装置の表示原理を説明するための図である。図６Ａは、制御部２０に入力される画像情報を示している。図６Ａでは、簡易的に画面中央部に丸印を有する画像で説明する。図６Ｂは、スキャン信号に基づく画面内での偏向方向の移動、並びに、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１の点滅の様子を示している。ｘ方向に平行光束を偏向させる光偏向素子１２ｘと、ｙ方向に平行光束を偏向させる光偏向素子１２ｙによって、図６Ｂに実線で示すようなラスタスキャンが実行される。
　このラスタスキャン中に、スキャン信号に同期して、図６Ａの丸印の輪郭部分、すなわち、ｔ１～ｔ１８に該当する時刻にフォトニック結晶半導体レーザアレイ１１を発光させることで、図６Ｂのように丸印の像を形成することが可能となる。このように形成された画像は、平行光束によって形成されているので、観察範囲の拡大が図られるとともに、観察者４０の網膜上に投影された場合、無限遠に像を結ぶ鮮明な虚像として観察される。なお、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１は、発光及び消灯の明滅に限らず、制御部２０から画像情報に応じた多段階の光強度制御信号を出力することで、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１から射出される光強度を多段階に制御して、多階調の像を形成することも可能である。これにより、濃淡を有する像を観察することができる。
　本実施の形態に係る画像表示装置によると、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１から直接的に複数の平行光束を射出させて、それらの平行光束を光束偏向部１２によりラスタスキャンしている。したがって、平行光束にするためのレンズアレイが不要となるので、装置のより薄型化が可能となる。
　ここで、各フォトニック結晶半導体レーザ１１ａから射出する平行光束の直径は、０．５ｍｍ程度である。平行光束の光の波長は、６５０ｎｍ付近である。また、フォトニック結晶半導体レーザ１１ａのｘ方向の配列ピッチは、１ｍｍ程度である。したがって、人の瞳孔は直径３ｍｍ程度であるので、３本程度の平行光束が瞳孔から入射することになる。この場合、それぞれの平行光束の直径が０．５ｍｍ程度であるので、観察される像の分解能は、回折の影響から５分程度となって眼の分解能とされる１分より大きくなるが、文字などを読むには十分な分解能である。
　以下に、第１実施の形態に係る画像表示装置の数値データの一例を示す。
　光束射出部の寸法：１２０ｍｍ（ｘ方向）、５０ｍｍ（ｙ方向）
　光束射出部の表面から観察者の眼までの距離：２０ｍｍ～２５０ｍｍ
　画角：ｘ方向±５．７°、y方向±４．３°
（第２実施の形態）
　図７は、第２実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。本実施の形態に係る画像表示装置は、第１実施の形態の画像表示装置と光束射出部１０の構成が異なるものである。以下、第１実施の形態と異なる点について説明する。
　光束射出部１０は、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１３と、光束偏向部１４とを備える。フォトニック結晶半導体レーザアレイ１３は、複数個の面発光のフォトニック結晶半導体レーザ１３ａが、第１実施の形態と同様にラスタスキャンのｘ方向及びｙ方向に複数個配列されて構成されている。各フォトニック結晶半導体レーザ１３ａは、図８Ａに示すように、制御部２０によりｘ方向のスキャン信号に基づいて、射出する平行光束のｘ方向の偏向が制御されるとともに、制御部２０によりスキャン信号に同期した光強度制御信号に基づいて、射出する平行光束の光強度が制御される。
　光束偏向部１４は、図８Ｂに示すように、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１３から射出された平行光束を、制御部２０によりｙ方向のスキャン信号に基づいてｙ方向の偏向が制御される光偏向素子１４ｙを備える。光偏向素子１４ｙは、第１実施の形態で説明した光偏向素子１２ｙと同様に構成される。
　すなわち、本実施の形態に係る画像表示装置は、第１実施の形態に係る画像表示装置において、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１を構成する各フォトニック結晶半導体レーザ１１ａが、射出する平行光束をｘ方向の一次元に偏向する光束偏向機能を有し、それに伴って、光束偏向部１２からｘ方向の光偏向素子１２ｘを省略したものである。
　図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、フォトニック結晶半導体レーザ１３ａの一例を説明するための図で、図９Ａはフォトニック結晶半導体レーザ１３ａの拡大平面図を示し、図９Ｂは断面図を示し、図９Ｃはフォトニック結晶の孔の周期を示している。一次元の光束偏向機能を有するフォトニック結晶半導体レーザは、例えば、特開２０１３－２１１５４２号公報やhttp://www.jst.go.jp/pr/announce/20100503/、等に開示されている。フォトニック結晶半導体レーザ１３ａは、図９Ｂに示すように、下部基板１３１を有する。下部基板１３１の裏面側には、裏面電極１３２が形成されている。下部基板１３１の表面側には、第１クラッド層１３３、活性層１３４、フォトニック結晶層１３５、第２クラッド層１３６、上部基板１３７及び透明な選択駆動電極１３８が順次形成されている。活性層１３４及びフォトニック結晶層１３５は、積層順序が反対に構成される場合もある。
　選択駆動電極１３８は、図９Ａに示すように、ｘ方向に一定間隔で複数個並んで形成される。フォトニック結晶層１３５は、例えば、シリコン薄膜にｘ方向に２種類の孔の周期（格子定数）ａ及びa’をもったフォトニック結晶を組み合わせてなる。図９Ｃに示すように、一方のフォトニック結晶の周期aは、例えば２９４ｎｍに固定されており、他方のフォトニック結晶の周期a’は、選択駆動電極１３８のｘ方向の配列範囲に亘って２９４ｎｍから例えば４２６ｎｍまで連続的に変化している。
　本実施の形態において、フォトニック結晶半導体レーザ１３ａは、制御部２０によりｘ方向のスキャン信号に基づいて、複数個の選択駆動電極１３８のうち、同時に駆動する隣接する数個の電極に流す電流バランスを制御しながら、駆動する電極をｘ方向に順次ずらすことにより、射出する平行光束をｘ方向に偏向することができる。また、フォトニック結晶半導体レーザ１３ａは、同時に駆動する選択駆動電極１３８に流す全体の電流を制御することにより、射出する平行光束の強度を制御することができる。
　ここで、各フォトニック結晶半導体レーザ１３ａから射出する平行光束の直径、光の波長、隣接するフォトニック結晶半導体レーザ１３ａ間のｘ方向に沿った間隔は、第１実施の形態の場合と同様である。また、画像表示装置の数値データの一例も、第１実施の形態の場合と同様である。
　本実施の形態に係る画像表示装置によると、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１３が、射出する平行光束をｘ方向に一次元偏向する光束偏向機能を有するので、第１実施の形態に示した光偏向素子１２ｘを省略することができる。したがって、第１実施の形態におけるよりも、装置のより薄型化が可能となる。また、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１３は、フォトニック結晶半導体レーザ１３ａの配列数の多いｘ方向において光束を偏向するので、ｘ方向の高速スキャンが可能となる。したがって、ラスタスキャンの高速化が可能となるので、表示画像のフレームレートを向上でき、画像のちらつきを防止できる。
（第３実施の形態）
　図１０は、第３実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。本実施の形態に係る画像表示装置は、光束射出部１０が二次元の光束偏向機能を有するフォトニック結晶半導体レーザアレイ１５を備えるものである。その他の構成は、上記実施の形態と同様であるので、以下、異なる点について説明する。
　フォトニック結晶半導体レーザアレイ１５は、複数個のフォトニック結晶半導体レーザ１５ａが、上記実施の形態と同様にラスタスキャンのｘ方向及びｙ方向に複数個配列されて構成されている。各フォトニック結晶半導体レーザ１５ａは、制御部２０によりラスタスキャンのスキャン信号に基づいて、射出する平行光束のｘ方向及びｙ方向の偏向が制御されるとともに、制御部２０によりスキャン信号に同期した光強度制御信号に基づいて、射出する平行光束の光強度が制御される。
　すなわち、本実施の形態に係る画像表示装置は、第１実施の形態に係る画像表示装置において、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１１を構成する各フォトニック結晶半導体レーザ１１ａが、射出する平行光束をｘ方向及びｙ方向の二次元に偏向する光束偏向機能を有し、それに伴って、光束偏向部１２を省略したものである。
　図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、フォトニック結晶半導体レーザ１５ａの一例を説明するための図である。フォトニック結晶半導体レーザ１５ａは、図１１Ａに拡大斜視図を示すように、下部基板１５１を有する。下部基板１５１の裏面側には、裏面電極１５２が形成されている。下部基板１５１の表面側には、第１クラッド層１５３、フォトニック結晶層１５４、活性層１５５、第２クラッド層１５６、上部基板１５７及び透明な選択駆動電極１５８が形成されている。フォトニック結晶層１５４及び活性層１５５は、積層順序が反対に構成される場合もある。なお、図１１Ａは、便宜上、フォトニック結晶層１５４と活性層１５５とを分離して示している。
　選択駆動電極１５８は、ｘ方向及びｙ方向にそれぞれ一定間隔で複数個並んで形成される。図１１Ａでは、ｘ方向に８個、ｙ方向に４個の選択駆動電極１５８を有する場合を例示している。
　フォトニック結晶層１５４は、例えば図１２に示すように、シリコン薄膜にｘ方向及びｙ方向に２種類の孔の周期（格子定数）ａ及びa’を形成してなる。図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、周期ａはｘ方向及びｙ方向においてそれぞれ一定である。周期a’は、面内波数零の点（Γ点）を中心として、ｘ方向及びｙ方向に離れるに従って徐々に大きくなる。
　本実施の形態において、フォトニック結晶半導体レーザ１５ａは、複数の選択駆動電極１５８のうち、電流を流す電極と電流の大きさとを選択することで、所望の領域から所望の光強度を有する平行光束を射出することができる。この際、領域によって周期ａ、ａ’の差が異なるため、領域により射出角の異なる平行光束が射出される。すなわち、Γ点付近の領域（周期ａ、ａ’の差が小さい領域）ではｘｙ平面に垂直方向に平行光束が射出され、Γ点から離れた領域ではΓ点の面直方向に対して傾いた方向に平行光束が射出される。つまり、Γ点からｘ方向に離れるに従って、図１３Ａに示すようにｘ方向に傾いた平行光束が射出され、同様に、Γ点からｙ方向に離れるに従って、図１３Ｂに示すようにｙ方向に傾いた平行光束が射出される。Γ点からｘ方向及びｙ方向に離れると、ｘ方向及びｙ方向の双方に対して傾いた平行光束が射出される。これにより、フォトニック結晶半導体レーザ１５ａから射出する平行光束をラスタスキャンすることができる。
　ここで、各フォトニック結晶半導体レーザ１５ａから射出する平行光束の直径、光の波長、隣接するフォトニック結晶半導体レーザ１５ａ間のｘ方向に沿った間隔は、第１実施の形態の場合と同様である。また、画像表示装置の数値データの一例も、第１実施の形態の場合と同様である。
　本実施の形態に係る画像表示装置によると、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１５が、射出する平行光束をｘ方向及びｙ方向に二次元偏向する機能を有するので、第２実施の形態に示した光束偏向部１４を省略することができる。したがって、第２実施の形態におけるよりも、装置のより薄型化が可能となる。また、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１５によって、射出する平行光束を高速にラスタスキャンできるので、表示画像のちらつきをより確実に防止することが可能となる。
（第４実施の形態）
　図１４は、第４実施の形態に係る画像表示装置の要部の概略構成図である。本実施の形態に係る画像表示装置は、光束射出部１０がカラー画像を表示するためのフォトニック結晶半導体レーザアレイ１７を備えるものである。図１４は、フォトニック結晶半導体レーザアレイ１７を観察者側から見た部分平面図で示している。
　フォトニック結晶半導体レーザアレイ１７は、赤色光（Ｒ）の平行光束を面発光するフォトニック結晶半導体レーザ１７Ｒと、緑色光（Ｇ）の平行光束を面発光するフォトニック結晶半導体レーザ１７Ｇと、青色光（Ｂ）の平行光束を面発光するフォトニック結晶半導体レーザ１７Ｂとを有する。フォトニック結晶半導体レーザ１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂは、ラスタスキャンのｘ方向に規則的に配列され、ｙ方向には同一色を発するフォトニック結晶半導体レーザが配列される。ｘ方向に順次配列された３個のフォトニック結晶半導体レーザ１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂの合計寸法は、１ｍｍ以下とするとよい。
　本実施の形態に係る画像表示装置は、上述した第１～３実施の形態のいずれかの実施の形態におけるフォトニック結晶半導体レーザアレイに代えて、図１４に示すフォトニック結晶半導体レーザアレイ１７を用いられて構成される。したがって、例えば第２実施の形態におけるようにフォトニック結晶半導体レーザアレイ１７に一次元の光束偏向機能を持たせる場合、フォトニック結晶半導体レーザ１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂの各々は、図９Ａ～図９Ｃで説明したフォトニック結晶半導体レーザ１３ａと同様に構成される。また、例えば第３実施の形態におけるようにフォトニック結晶半導体レーザアレイ１７に二次元の光束偏向機能を持たせる場合、フォトニック結晶半導体レーザ１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂの各々は、図１１Ａ～図１１Ｃで説明したフォトニック結晶半導体レーザ１５ａと同様に構成される。フォトニック結晶半導体レーザ１７Ｒ、１７Ｇ及び１７Ｂは、スキャン信号に同期した表示画像の画素の色成分を示す光強度制御信号に基づいて光強度が制御されて、色毎に同じ光強度の平行光束を射出する。
　本実施の形態に係る画像表示装置によると、上述した実施の形態の効果に加えて、カラー画像を観察することができる。しかも、観察者の瞳孔には、少なくともＲＧＢの３本の平行光束が入射するので、観察されるカラー画像に色ずれが生じることもない。
　以下に、第４実施の形態に係る画像表示装置の数値データの一例を示す。
　光束射出部の寸法：１６０ｍｍ（ｘ方向）、７０ｍｍ（ｙ方向）
　光束射出部の表面から観察者の眼までの距離：２０ｍｍ～２５０ｍｍ
　画角：ｘ方向±１０°、y方向±５．６°
　本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形または変更が可能である。
　１０　光束射出部
　１１、１３、１５、１７　フォトニック結晶半導体レーザアレイ
　１１ａ、１３ａ、１５ａ、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ　フォトニック結晶半導体レーザ
　１２、１４　光束偏向部
　１２ｘ、１２ｙ、１４ｙ　光偏向素子
　２０　制御部

Claims (6)

  1. 　複数の平行光束を射出する光束射出部と、
    　該光束射出部から射出する前記複数の平行光束をスキャン信号に基づいて周期的に２次元偏向するとともに、前記複数の平行光束の光強度を入力される画像情報に基づく光強度制御信号に基づいて前記スキャン信号に同期して制御する制御部と、を備え、
    　前記光束射出部は、前記複数の平行光束を射出する２次元配列された複数の半導体レーザを少なくとも有し、
    　前記複数の半導体レーザは、それぞれ射出する前記平行光束の光強度が前記光強度制御信号に基づいて制御される、
    ことを特徴とする画像表示装置。
  2. 　前記複数の半導体レーザは、それぞれフォトニック結晶半導体レーザからなり、
    　前記光束射出部は、前記複数のフォトニック結晶半導体レーザから射出された前記複数の平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向する光束偏向部をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 　前記複数の半導体レーザは、それぞれフォトニック結晶半導体レーザからなり、
    　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザは、それぞれ射出する前記平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向の第１の方向に偏向し、
    　前記光束射出部は、前記複数のフォトニック結晶半導体レーザから射出された前記複数の平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向の第２の方向に偏向する光束偏向部をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  4. 　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザの前記２次元配列の方向は、前記複数の平行光束の２次元偏向の方向と一致しており、
    　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザは、前記第１の方向における配列数が前記第２の方向における配列数よりも多い、
    ことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
  5. 　前記複数の半導体レーザは、それぞれフォトニック結晶半導体レーザからなり、
    　前記複数のフォトニック結晶半導体レーザは、それぞれ射出する前記平行光束を前記スキャン信号に基づいて前記２次元偏向する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  6. 　前記複数の半導体レーザは、規則的に配列された赤色光を発する半導体レーザ、緑色光を発する半導体レーザ及び青色光を発する半導体レーザを含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
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