(57)【要約】【課題】光をフェーズドアレイにより二次元方向にスキャンして観察者に画像を観察させることのできる画像表示装置を提供する。【解決手段】コヒーレント光を射出する光源部２００と、二次元方向に配列された複数の位相シフト素子３０１を有し、光源部２００からのコヒーレント光の波面を二次元方向に走査する位相シフト部３００と、を備える。【選択図】図２
2015031881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を射出する光源部と、
二次元方向に配列された複数の位相シフト素子を有し、前記光源部からのコヒーレント光の波面を二次元方向に走査する位相シフト部と、
を備える画像表示装置。
【請求項２】
前記位相シフト素子は、印加電圧により屈折率が変化する電気光学素子を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記電気光学素子はＫＴＮ結晶からなる、ことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記電気光学素子は液晶からなる、ことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記位相シフト部は、複数の前記位相シフト素子をアクティブマトリックス方式により駆動する、ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光源部は、波長の異なる光を射出する複数の光源を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記光源部は、複数の前記位相シフト素子に対応する複数の面発光レーザを有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
複数の前記面発光レーザは、それぞれ波長の異なる光を射出する複数の面発光レーザからなり、波長の短い光を射出する複数の面発光レーザが波長の長い光を射出する複数の面発光レーザよりも短いピッチで配列されている、ことを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記位相シフト部は、前記光源部からのコヒーレント光の波面を平面波又は球面波として走査する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
光をフェーズドアレイにより偏向するものとして、シングルモードファイバレイから位相のずれたレーザ光を射出させるものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）アレイの各ＶＣＳＥＬから射出されるレーザ光の位相を適切にずらすことで、ＶＣＳＥＬアレイから射出されるレーザビームを偏向することが知られている（例えば、特許文献１参照）。さらには、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を用いて光を偏向することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，７７７，３１２号明細書
【特許文献２】米国特許第７，３９７，９８０号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Hughes and Ghatak, "Phased Array Optical Scanning", July. 1, 1979, p. 2098, Applied Optics, vol. 18, No. 13, Feb. 22, 1995.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に開示の技術は、各シングルモードファイバの長さを異ならせて位相のずれたレーザ光を射出させるもので、各シングルモードファイバの長さが時間的に固定であるため、ある一定角度しか光を偏向できない。また、特許文献１に開示の技術は、バーコードリーダーに関するもので、ここには光の位相をシフトさせる具体的な方法や、光を二次元方向にスキャンすることに関しては何ら開示されていない。さらに、特許文献２に開示の技術は、光スイッチ（ＲＯＡＤＭ；Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）に関するもので、ここには光を二次元方向にスキャンすることに関しては何ら開示されていない。
【０００６】
本発明の目的は、光をフェーズドアレイにより二次元方向にスキャンして観察者に画像を観察させることのできる画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する画像表示装置の発明は、コヒーレント光を射出する光源部と、二次元方向に配列された複数の位相シフト素子を有し、前記光源部からのコヒーレント光の波面を二次元方向に走査する位相シフト部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光をフェーズドアレイにより二次元方向にスキャンして観察者に画像を観察させることのできる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る画像表示装置の原理を説明するための図である。
【図２】第１実施の形態に係る画像表示装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】ＶＣＳＥＬアレイにおけるＶＣＳＥＬ配列の一例を示す図である。
【図４】ＶＣＳＥＬアレイにおけるＶＣＳＥＬ配列の他の例を示す図である。
【図５】位相シフト素子の他の構成例を示す図である。
【図６】ＫＴＮ結晶の動作を説明するための図である。
【図７】位相シフト部の回路構成を示す図である。
【図８】位相シフト部の動作を説明するための図である。
【図９】位相シフト部による光束の偏向例を説明するための図である。
【図１０】位相シフト部による位相差の制御を観察面側から見た模式図である。
【図１１】位相シフト部による光束の他の偏向例を説明するための図である。
【図１２】第２実施の形態に係る画像表示装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図１３】ＶＣＳＥＬアレイにおけるＶＣＳＥＬ配列の一例を示す図である。
【図１４】図１３のIII−III線断面を模式的に示す図である。
【図１５】図１３のIV−IV線断面を模式的に示す図である。
【図１６】図１３のV−V線断面を模式的に示す図である。
【図１７】第３実施の形態に係る画像表示装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
先ず、実施の形態の説明に先立って、本発明に係る画像表示装置の原理について、図１を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、観察者が画像表示装置１の観察面２を観察した際、観察面２から眼球３の瞳を通して平行光束Ｌ１が入射すると、その光束Ｌ１は水晶体４によって網膜５上の位置Ｐ１に結像される。また、平行光束Ｌ１と異なる角度で観察面２から入射する平行光束Ｌ２は、網膜５上の位置Ｐ１とは異なる位置Ｐ２に結像される。つまり、観察面２から角度の異なる平行光束が眼球３に入射すると、それぞれの平行光束は、網膜５上で異なる位置に結像される。
【００１２】
本発明に係る画像表示装置の一例では、表示すべき画像の順次の画素の光を、観察面から平行光束としてつまり無限遠からの光として、画素位置に応じてフェーズドアレイにより二次元的に偏向して射出する。これにより、観察者において画像を観察可能とする。
【００１３】
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。
【００１４】
（第１実施の形態）
図２は、第１実施の形態に係る画像表示装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。図２に示す画像表示装置１００は、光源部２００と、観察面として作用する位相シフト部３００とを有する。光源部２００は、例えば面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）２０１を複数有するＶＣＳＥＬアレイ２０２を備える。ＶＣＳＥＬアレイ２０２は、例えば特開２００５−４５２４３号公報に開示されている公知の構成とすることができ、共通の底部ミラー２０３及び活性層２０４と、ＶＣＳＥＬごとの頂部ミラー２０５とを有する。かかる構成のＶＣＳＥＬアレイ２０２は、底部ミラー２０３が共通に形成されているので、各ＶＣＳＥＬ２０１から射出されるレーザ光の位相を同期させることができ、コヒーレント光を射出することができる。なお、図２では、図面を明瞭とするために、ＶＣＳＥＬアレイ２０２の構成を省略して示している。
【００１５】
ＶＣＳＥＬアレイ２０２は、各ＶＣＳＥＬ２０１のレーザ光が射出されるレーザ射出口２０６が、ｘ−ｙ軸平面上で例えば図３又は図４に示すように、射出されるレーザ光の波長レベルのピッチで二次元方向に配列されて構成される。図３及び図４は、図２のＩ−Ｉ線からＶＣＳＥＬアレイ２０２を見た平面図の一部である。図３は、レーザ射出口２０６が、ｘ軸方向及びｙ軸方向における配列ピッチの半分のピッチで段違いに配列されている。また、図４は、レーザ射出口２０６が、ｘ軸方向及びｙ軸方向に格子状に正方配列されている。なお、図３及び図４では、レーザ射出口２０６を円形で示しているが、四角形や六角形等の任意の形状とすることができる。また、図２〜図４において、ｚ軸方向は、ｘ及びｙ軸方向と直交する方向で、各ＶＣＳＥＬアレイ２０１から射出されるレーザ光の方向を示している。これらレーザ射出口の形状及びｘｙｚ軸は、他の実施の形態においても同様である。
【００１６】
図２において、位相シフト部３００は、ＶＣＳＥＬアレイ２０２のレーザ光の射出側に光学的に結合して配置される。位相シフト部３００は、ＶＣＳＥＬアレイ２０２の各ＶＣＳＥＬ２０１に対応する複数の位相シフト素子３０１を有する。位相シフト素子３０１は、例えば印加電圧により屈折率が変化するＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）結晶、ＬＮ（ニオブ酸リチウム）結晶、液晶、等の公知の電気光学素子を用いて構成される。以下の説明では、電気光学素子としてＫＴＮ結晶３０２を用いるものとする。
【００１７】
位相シフト素子３０１は、ＶＣＳＥＬ２０１からの光の入射側に接合された領域電極部３０３と、光の射出側に各位相シフト素子３０１に対して共通に接合された透明な共通電極３０４とを有している。領域電極部３０３は、例えば透明な領域電極と、当該領域電極に接続されたスイッチング素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）とを有して構成される。また、領域電極部３０３側には、各位相シフト素子３０１を選択するＸ軸配線３０５及びＹ軸配線３０６が形成される。
【００１８】
Ｘ軸配線３０５及びＹ軸配線３０６は、後述のＸ軸配線駆動回路及びＹ軸配線駆動回路に接続されて、Ｘ軸配線駆動回路によりＸ軸配線３０５が駆動され、Ｙ軸配線駆動回路によりＹ軸配線３０６が駆動される。ここで、Ｘ軸配線駆動回路及びＹ軸配線駆動回路は、各位相シフト素子３０１をパッシブマトリックス方式により駆動するように構成することもできるが、アクティブマトリックス方式により駆動するように構成するのが好ましい。
【００１９】
図２において、位相シフト素子３０１は、一枚のＫＴＮ結晶３０２に各ＶＣＳＥＬ２０１に対応する領域電極部３０３を形成することで構成されている。しかし、位相シフト素子３０１は、図５に示すように、Ｙ軸配線３０６の単位で分離されたＫＴＮ結晶３０２に領域電極部３０３を形成して構成してもよい。あるいは、図示しないが、Ｘ軸配線単位で分離されたＫＴＮ結晶３０２に領域電極部３０３を形成して構成してもよい。また、領域電極部３０３は、例えばスイッチング素子を当該位相シフト素子３０２の光路外に形成できれば、領域電極のみで構成することができる。この場合、スイッチング素子は、必ずしもＴＦＴとする必要はない。
【００２０】
ここで、ＫＴＮ結晶３０２を有する位相シフト素子３０１は、図６に示すように、領域電極３０７と共通電極３０４との間に電圧Ｖが印加されると、カー効果によって電圧Ｖの印加方向（ｚ軸方向）に屈折率分布が生じる。この場合のｚ軸方向の屈折率変化δｎ（ｚ）は、下式（１）で表される。ただし、式（１）において、ｎ０は屈折率、ε０は真空の誘電率、εｒは比誘電率、ｄはＫＴＮ結晶３０２のｚ軸方向の厚さ、ｚは領域電極３０７からのｚ軸方向の距離を示す。
【００２１】
【数１】
2015031881.tif 000003
【００２２】
したがって、位相シフト素子３０１に電圧Ｖが印加されると、領域電極３０７と共通電極３０４との間を透過する光の位相変化Δｐは、下式（２）で表される。ただし、式（２）において、λは透過光の波長を示す。
【００２３】
【数２】
2015031881.tif 000004
【００２４】
次に、図７〜図１１を参照して、位相シフト部３００が位相シフト素子３０１をアクティブマトリックス方式により駆動する場合について説明する。なお、以下の説明では、ＶＣＳＥＬアレイ２０２が図４に示した正方配列されている場合を想定している。また、各位相シフト素子３０１の領域電極部３０３には、領域電極３０７とＴＦＴ３０８とが形成されている場合を想定している。図７に示すように、Ｘ軸配線３０５はＸ軸配線駆動回路３１０に接続され、Ｙ軸配線３０６はＹ軸配線駆動回路３１１に接続されている。
【００２５】
先ず、図７を参照して、ＶＣＳＥＬアレイ２０２の各ＶＣＳＥＬ２０１に対応する位相シフト素子３０１の駆動回路の構成について説明する。なお、実際の回路では、ＳＮ比改善や高速化のための電子部品が付加される場合もあるが、図７は位相シフト素子３０１の駆動回路の等価回路を示す。ＫＴＮ結晶３０２は誘電体として機能するので、キャパシタ「Ｃ」として表している。また、領域電極３０７は符号「Ｅ」として示し、反対側の共通電極３０４は下向きの矢印で表している。
【００２６】
領域電極Ｅは、ＴＦＴ３０８のドレインＤに接続され、ＴＦＴ３０８のソースＳは対応するＹ軸配線３０６、すなわちデータ線に接続されて、Ｙ軸配線駆動回路３１１により所要の電圧が印加される。ＴＦＴ３０８のゲートＧは対応するＸ軸配線３０５、すなわち走査線に接続されている。なお、ＫＴＮ結晶Ｃに印加される電圧を保持するために、領域電極Ｅと次段のＸ軸配線３０５との間に蓄積キャパシタＣｓが形成されている。なお、図７においては、図面を明瞭とするため、主として一つの位相シフト素子３０１に対応する部分に符号を示している。
【００２７】
図７は、３×３の位相シフト素子（領域電極Ｅ）の配列部分を取り出して描いているが、実際にはＶＣＳＥＬアレイは多くのＶＣＳＥＬで構成されており、領域電極ＥもＶＣＳＥＬの数だけ存在している。そして、Ｙ軸配線駆動回路３１１からＹ軸配線３０６を介して対応するＫＴＮ結晶Ｃの領域電極Ｅに電圧データに応じた電圧が印加され、Ｘ軸配線駆動回路３１０からＸ軸配線３０５を介して対応するＴＦＴ３０８のゲートＧに書き込み走査用の制御電圧が印加される。
【００２８】
次に、図８を参照して領域電極Ｅのアクティブマトリックス駆動について説明する。Ｘ軸配線駆動回路３１０により上側のＸ軸配線３０５から順番に書き込み制御電圧Ｖｓが加えられる（走査)。現時刻ｔ０では、真ん中のＸ軸配線３０５に制御電圧Ｖｓが印加されている。ＴＦＴ３０８のゲートＧに制御電圧Ｖｓが印加されると、当該Ｘ軸配線３０５に接続されているＴＦＴ３０８は、すべてオンになる。そして、ＴＦＴ３０８のドレインＤに接続されている領域電極Ｅに電荷が注入され、各領域電極Ｅの電位はＹ軸配線３０６の電位と同電位になる。これにより、それぞれのＶＣＳＥＬ上の領域電極ＥにＫＴＮ結晶Ｃに印加する電圧が加わることになる。
【００２９】
つまり、時刻ｔ０における電圧データは、左のＹ軸配線３０６から順にＶ４、Ｖ５、Ｖ６であり、ＴＦＴ３０８がオンになっている中央のＸ軸配線３０５に沿った領域電極Ｅの電位は、それぞれＶ４、Ｖ５、Ｖ６となっている。なお、ｔ０より一つ前の制御電圧Ｖｓが上のＸ軸配線３０５に加えられた時刻には、Ｙ軸配線３０６に加えられている電圧はＶ１、Ｖ２、Ｖ３であり、対応する領域電極Ｅに印加されている電圧はＶ１、Ｖ２、Ｖ３である。領域電極Ｅへの印加電圧は、蓄積キャパシタＣｓによって保持されている。
【００３０】
このように、Ｘ軸配線３０５が上から下に順に走査されて、Ｙ軸配線３０６に送られているＫＴＮ印加電圧のデータが各領域電極Ｅに書き込まれていく。
【００３１】
次に、図９を参照して、位相シフト部３００による光束の偏向について説明する。ＶＣＳＥＬアレイ２０２の各ＶＣＳＥＬ２０１からの光は、等位相の平面波で射出されるが、波が進むに従って回折により球面波に近づいていく。この概略球面波で位相シフト部３００に入射する。位相シフト部３００の各位相シフト素子の領域電極Ｅに所望の電圧が印加されると、位相シフト部３００の各位相シフト素子から射出される光は位相変化を生じた概略球面波となる。位相シフト部３００の各位相シフト素子から射出される位相差を有する球面波は、位相シフト素子が波長レベルのピッチで配列されているので、ホイヘンスの原理により包絡面Ｅを形成する。つまり、ＶＣＳＥＬアレイ２０２から射出された光が一つの波面となる。すなわち、全体として矢印の方向に進む平面波となる。
【００３２】
ここで、位相シフト素子の配列ピッチをｐｉ、ＶＣＳＥＬ２０１から射出される光の波長をλ、位相シフト素子間の位相差をφ、位相シフト部３００からの平面波の出射角をωとすると、
sinω＝λφ／πｐｉ        ・・・（３）
の関係が成り立つ。
【００３３】
したがって、図９に示すように、上式（３）に従って位相差φ（例えば、φ１〜φ７）を生じさせれば、ＶＣＳＥＬアレイ２０２からの光束を偏向させることができる。また、与える位相差の大きさを適切に制御すれば、光束の偏向方向を連続的に変化させることができ、いわゆるフェーズドアレイによる光束の走査が可能となる。
【００３４】
図１０は、図９の位相シフト部３００による位相差の制御を観察面側から見た模式図である。図１０に示すように、ｘ軸方向の各行の位相シフト素子３０１には位相差が順次増加又は減少し、ｙ軸方向の各列の位相シフト素子３０１には同じ位相差を与えれば、ｘ軸方向に光束を偏向することができる。逆に、ｙ軸方向の各列の位相シフト素子３０１には位相差が順次増加又は減少し、ｘ軸方向の各行の位相シフト素子３０１には同じ位相差を与えれば、ｙ軸方向に光束を偏向することができる。また、ｘ軸方向及びｙ軸方向のデータを混合すれば、ｘ軸方向及びｙ軸方向に同時に偏向することができる。
【００３５】
したがって、フェーズドアレイにより連続的に偏向を行えば、ＶＣＳＥＬアレイ２０２から射出される光束をラスター状に走査することができる。そのラスター走査に従ってＶＣＳＥＬアレイ２０２の光強度を変調すれば、画像を表示することができる。あるいは、ＶＣＳＥＬアレイ２０２から観察者までの光路中に光強度変調器を設けて、画像を表示しても良い。これにより、観察者は、位相シフト部３００を観察することにより、二次元画像の虚像を観察することができる。
【００３６】
また、図１１に示すように、包絡面Ｅが球面波となるように位相差φ１〜φ７を制御することも可能である。この場合、図１１に実線で示すように、球の中心が装置の奥側つまり観察者からＶＣＳＥＬアレイ２０２よりも前方側となる球面波を射出することで、観察者は有限の距離にピントを合わせた場合でも、画像をはっきり見ることができる。また、図１１に破線で示すように、球の中心が観察者の後ろ側となる球面波を射出することで、遠視の観察者でも画像を明瞭に観察させることが可能となる。この場合、スクリーンを設置すれば、像を投影することができるので、プロジェクタとしても使用することも可能となる。
【００３７】
以下、具体例について説明する。ＶＣＳＥＬアレイ２０２のＶＣＳＥＬ配列を、図４の正方配列とし、ＶＣＳＥＬ間ピッチを１．５μｍ、観察面の大きさすなわち開口(瞳)の大きさを１００ｍｍ×５０ｍｍとすると、ＶＣＳＥＬ数は、６６，６６７×３３，３３３個となる。したがって、図７に示したアクティブマトリックス方式により駆動する場合、Ｘ軸配線３０５は３３，３３３本となり、全領域電極を一回書き換えるのに上から順に３３，３３３回のＶｓ信号を出力すればよいことになる。ここで、図１０に示したように、位相シフト部３００の全ての位相シフト素子で光束の偏向方向を制御して、ＳＶＧＡ（画素数８００×６００）の画面をフレームレート３０ｆｐｓで表示するには、書き換え速度を４８０，０００×３０Ｈｚ＝１４．４ＭＨｚとし、Ｙ軸配線３０６への電圧データの送出タイミングは、１４．４ＭＨｚ×３３，３３３＝４７９ＧＨｚとすればよい。この場合、Ｖｓ信号の幅すなわちＴＦＴ３０８のスイッチング速度は、２ｐｓとなる。
【００３８】
また、光束の偏向制御は、位相シフト部３００の全ての位相シフト素子で行う場合に限らず、位相シフト部３００を分割して制御することも可能である。この場合の分割領域は、例えば、回折による広がりが悪影響を与えない０．５ｍｍ×０．５ｍｍ程度から数ｍｍ×数ｍｍ程度が好ましい。この場合、異なる区分のＶＣＳＥＬの位相を同期させる必要はなく、各区分間の光束は相互にインコヒーレントである。０．５ｍｍ×０．５ｍｍの場合、ＶＣＳＥＬ数は、３３３×３３３個となる。また、Ｙ軸配線３０６への電圧データの送出タイミングは、１４．４ＭＨｚ×３３３＝４．８ＧＨｚとなり、Ｖｓ信号の幅すなわちＴＦＴ３０８のスイッチング速度は、０．２ｎｓとなる。したがって、前者の全ての位相シフト素子で偏向を制御する場合に比べて、Ｘ軸配線駆動回路３１０及びＹ軸配線駆動回路３１１の構成が容易になる。
【００３９】
本実施の形態によると、以下の構成が可能となる。
＜ＶＣＳＥＬアレイ２０２が図３に示した配列の場合＞
位相シフト素子間＝ＶＣＳＥＬ間のｘ軸方向ピッチ：２．４μｍ
ｙ軸方向ピッチ：１．２μｍ
ＫＴＮ結晶の厚みｄ：１μｍ
ＫＴＮ結晶への印加電圧：０〜４．１８Ｖ（位相差０〜λ）
ＶＣＳＥＬアレイの射出光の波長（λ）：６４０ｎｍ
走査最大角度（半角）：ｘ軸方向１８．７５度
ｙ軸方向１５．５度
観察面の大きさ：１００ｍｍ×５０ｍｍ
フレームレート：３０ｆｐｓ
Ｘ軸配線数＝走査線本数：６００〜１０８０本
【００４０】
＜ＶＣＳＥＬアレイ２０２が図４に示した配列の場合＞
位相シフト素子間＝ＶＣＳＥＬ間のｘ軸方向ピッチ：１．５μｍ
ｙ軸方向ピッチ：１．５μｍ
ＫＴＮ結晶の厚みｄ：１μｍ
ＫＴＮ結晶への印加電圧：０〜４．１８Ｖ（位相差０〜λ）
ＶＣＳＥＬアレイの射出光の波長（λ）：６４０ｎｍ
走査最大角度（半角）：ｘ軸方向２５度
ｙ軸方向２５度
観察面の大きさ：１００ｍｍ×５０ｍｍ
フレームレート：３０ｆｐｓ
Ｘ軸配線数＝走査線本数：６００〜１０８０本
【００４１】
（第２実施の形態）
図１２は、第２実施の形態に係る画像表示装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。図１２に示す画像表示装置１３０は、カラー画像を表示するもので、第１実施の形態の画像表示装置１００と光源部の構成が異なるものである。したがって、第１実施の形態と同様の構成要素には、同一参照符号を付して説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態において、光源部２３０は、例えば、赤色レーザ光（Ｒ）を射出するＶＣＳＥＬ２３１Ｒを複数有するＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒと、緑色レーザ光（Ｇ）を射出するＶＣＳＥＬ２３１Ｇを複数有するＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｇと、青色レーザ光（Ｂ）を射出するＶＣＳＥＬ２３１Ｂを複数有するＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｂとを備える。ＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒ、２３２Ｇ及び２３２Ｂは、第１実施の形態で説明したＶＣＳＥＬアレイ２０２と同様に、それぞれ共通の底部ミラー２３３及び射出するレーザ光の波長に対応する活性層２３４と、ＶＣＳＥＬごとの頂部ミラー２３５とを有して構成される。なお、図１２では、図面を明瞭とするために、ＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒ、２３２Ｇ及び２３２Ｂの各々の構成を省略して示している。また、位相シフト部３００のＸ軸配線及びＹ軸配線の図示を省略している。
【００４３】
ＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒ、２３２Ｇ及び２３２Ｂは、各ＶＣＳＥＬ２３１Ｒ、２３１Ｇ及び２３１Ｂのレーザ射出口２３６Ｒ、２３６Ｇ及び２３６Ｂが、ｘ−ｙ軸平面上で例えば図１３示すように、波長レベルのピッチで二次元方向に配列されて構成される。なお、図１３は、図１２のII-II線からＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒ、２３２Ｇ及び２３２Ｂを見た平面図の一部である。すなわち、ｘ軸方向の行については、Ｒ行、Ｂ行、Ｂ行、Ｇ行の繰り返しパターンとし、ｙ軸方向の列については、Ｂ及びＧが交互に並ぶ列と、Ｒ及びＢが交互に並ぶ列との繰り返しパターンとする。また、同色のレーザ射出口のピッチ及び隣接するレーザ射出口のピッチは、例えば、図１３に示すように、同色のレーザ射出口についてはｘ軸方向のピッチが２μｍ、ｙ軸方向のピッチが２．３μｍ、隣接するレーザ射出口については、ｘ軸方向のピッチが１μｍ、ｙ軸方向のピッチが１．１５μｍとすることができる。
【００４４】
ＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｂは、図１４に図１３のIII−III線断面を模式的に示すように、レーザ射出口２３６Ｂ側が、第１実施の形態と同様の構成からなる位相シフト部３００に光学的に結合される。また、ＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｇは、図１５に図１３のIV−IV線断面を模式的に示すように、レーザ射出口２３６Ｇ側が導波路２３７を介して位相シフト部３００に光学的に結合される。同様に、ＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒは、図１６に図１３のV−V線断面を模式的に示すように、レーザ射出口２３６Ｒ側が導波路２３８を介して位相シフト部３００に光学的に結合される。位相シフト部３００は、ＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒ、２３２Ｇ及び２３２Ｂの各ＶＣＳＥＬ２３１Ｒ、２３１Ｇ及び２３１Ｂに対応する複数の位相シフト素子３０１を有している。
【００４５】
図１３から明らかなように、本実施の形態に係る画像表示装置１３０は、青色レーザ光を射出するＶＣＳＥＬ２３１Ｂの数を多くして、隣接するＶＣＳＥＬ２３１Ｂのピッチを小さくしている。その理由は、上式（３）から、波長λが短いと出射角ωが小さくなるため、波長λの短い青色レーザ光を射出するＶＣＳＥＬ２３１Ｂについては、数を多くしてピッチを小さくすることにより、所望の出射角ωが得られるようにするためである。また、もちろん、ｘ軸、ｙ軸各方向の画角に応じて、ｘ軸方向とｙ軸方向のピッチを異なるものとすることができる。
【００４６】
各色のＶＣＳＥＬアレイ２３２Ｒ、２３２Ｇ及び２３２Ｂは、表示すべき画素の色情報に応じて、色順次に或いは同時に点灯される。また、位相シフト部３００は、第１実施の形態で説明したと同様に、表示すべき画素位置に応じて射出光をフェーズドアレイにより二次元方向に走査する。これにより、観察者は、位相シフト部３００を観察することにより、カラー画像を観察することができる。
【００４７】
本実施の形態によると、以下の構成が可能となる。
波長：Ｒ；６４０ｎｍ、Ｇ；５３０ｎｍ、Ｂ；４５０ｎｍ
位相シフト素子間＝ＶＣＳＥＬ間のピッチ：図１３の通り
ＫＴＮ結晶の厚みｄ：１μｍ
ＫＴＮ結晶への印加電圧：０〜４．１８Ｖ（位相差０〜λ）
走査最大角度（半角）：ｘ軸方向１５．４度
ｙ軸方向１１．３度
観察面の大きさ：２００ｍｍ×１００ｍｍ
フレームレート：３０ｆｐｓ
Ｘ軸配線数＝走査線本数：６００〜１０８０本
【００４８】
（第３実施の形態）
図１７は、第３実施の形態に係る画像表示装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。図１７に示す画像表示装置１６０は、カラー画像を表示するもので、第１実施の形態の画像表示装置１００と光源部の構成が異なるものである。したがって、第１実施の形態と同様の構成要素には、同一参照符号を付して説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態において、光源部２６０は、例えば、赤色レーザ光（Ｒ）を射出するレーザダイオード２６１Ｒと、緑色レーザ光（Ｇ）を射出するレーザダイオード２６１Ｇと、青色レーザ光（Ｂ）を射出するレーザダイオード２６１Ｂと、３個のコリメータレンズ２６２、２６３、２６４と、２個のダイクロイックミラー２６５、２６６と、ビームエキスパンダ２６７とを備える。レーザダイオード２６１Ｒから射出される赤色レーザ光は、コリメータレンズ２６２で平行光に変換され、ダイクロイックミラー２６５及び２６３を順次透過した後、ビームエキスパンダ２６７により光束が拡大されて平行光として位相シフト部３００に入射される。レーザダイオード２６１Ｇから射出される緑色レーザ光は、コリメータレンズ２６３で平行光に変換され、ダイクロイックミラー２６５で反射されて赤色レーザ光の光路と同軸に合成された後、ダイクロイックミラー２６６を透過し、さらにビームエキスパンダ２６７により光束が拡大されて平行光として位相シフト部３００に入射される。レーザダイオード２６１Ｂから射出される青色レーザ光は、コリメータレンズ２６４で平行光に変換され、ダイクロイックミラー２６６で反射されて赤色レーザ及び緑色レーザ光の光路と同軸に合成された後、ビームエキスパンダ２６７により光束が拡大されて平行光として位相シフト部３００に入射される。
【００５０】
各色のレーザダイオード２６１Ｒ、２６１Ｇ及び２６１Ｂは、表示すべき画素の色情報に応じて、順次に或いは同時に点灯される。また、位相シフト部３００は、波長レベルのピッチで二次元方向に配列された複数の位相シフト素子３０１を有して構成され、第１実施の形態と同様に、表示すべき画素位置に応じて射出光をフェーズドアレイにより二次元方向に走査する。これにより、観察者は、位相シフト部３００を観察することにより、カラー画像を観察することができる。
【００５１】
なお、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。例えば、カラー画像を表示する場合、光源はＲＧＢの３色に限らず、さらに例えば黄色を加えた４色以上の波長の光を射出するように構成してもよい。また、上記実施の形態では、位相シフトに電気光学結晶による屈折率変化を用いたが、キャリアプラズマ効果による屈折率変化を用いることもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１００、１３０、１６０  画像表示装置
２００、２３０、２６０  光源部
２０１、２３１Ｒ、２３１Ｇ、２３１Ｂ  面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）
２０２、２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂ  ＶＣＳＥＬアレイ
２０６、２３６Ｒ、２３６Ｇ、２３６Ｂ  レーザ射出口
２６１Ｒ、２６１Ｇ、２６１Ｂ  レーザダイオード
２６５、２６６  ダイクロイックミラー
２６７  ビームエキスパンダ
３００  位相シフト部
３０１  位相シフト素子
３０２  ＫＴＮ結晶
３０３  領域電極部
３０４  共通電極
３０５  Ｘ軸配線
３０６  Ｙ軸配線
３０８  ＴＦＴ
３１０  Ｘ軸配線駆動回路
３１１  Ｙ軸配線駆動回路
【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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