JPH07506220A - 垂直キャビティ・面発光レーザアレイディスプレイシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称　垂直キャビティ・面発光レーザアレイディスプレイシステム 関連出願の参照 本願は、１９９１年１１月７日付で、゛″可視光・面発光半導体レーザの名称で 出願された米国特許出願第０７７７９０．９６４号と関連しており、本願では、 これを参照している。

発明の分野 本発明は、小型視覚ディスプレイ、特に、可視光を放出する垂直キャビティ拳面 発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ　ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉ ｎｇ　１ａｓｅｒｓ：ＶＣＳＥＬｓ）を利用して観察者の視野内に表示を投影す る小型視覚ディスプレイに関する。

発明の背景 人間の視覚システムは、情報を吸収、処理するのに多大な受容力があることから 、例えば、観察者の通常の視野に重畳可能な動画像、アルファニューメリック文 字、マツプ、グラフ、目標データのような多様な情報フォーマットを表示するの に、視覚ディスプレイが非常に有効である。特に、予測できない環境でなされる 非常に複雑な一連の作業を必要とする軍隊作業には、ヘッドアップディスプレイ 、直視（ｄｉｒｅｃｔ　ｖｉｅｗ）ディスプレイ、あるいはヘルメット装着ディ スプレイのような小型視覚ディスプレイの使用が非常に都合良い。例えば、戦闘 機用航空機の乗員は、現在、観察者の視野内に表示を投影するように観察者の頭 部に小型可視ディスプレイシステムを保持させることの可能なヘルメット装着デ ィスプレイ（ｈｅｌｍｅｔ−ｍｏｕｎｔｅｄ　ｄｉｓｐｌａｙｓ：ＨＭＤｓ）を 用いている。また、商業分野においては、高解像度ＨＭ　Ｄ　ｓにより、娯楽、 教育用の゛′バーチャルリアリティ”を提供することができる。

この１０年間に、ＨＭＤｓのようなコンパクトで軽量の視覚ディスプレイを開発 するための多大な努力がなされている。

好ましくは、小型視覚ディスプレイは、典型的にはＣＲＴ　（ｃａｔｈｏｄｅ　 ｒａｙ　ｔ、ｕｂｅ）のようなディスプレイ装置からの画像を、最小のゆがみで 、あるいはゆがみ無く、観察者の視野に効率的に与えるのが良い。しかしながら 、小型視覚ディスプレイの進展、特に、ＨＭＤ技術の進展は、主に、画像処理あ るいは画像の中継に古典的な光学技術、すなわちホログラフィ−を用いてなされ ている。例えば、ジェイ、アール、バーレイ等による文献［“パイロブ８フ乗り 物インターフェースの開発および人間ファクターの研究用のフルカラー広視野ホ ログラフィックヘルメット装着ディスプレイ”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　 ｔｈｅ　５ＰＩＥ、ｖｏｌ、１２９０．ＰＰ、９−１５（１９９０）Ｊ　を参照 のこと。

実際、コンパクトで高輝度、高コントラスト、低パワーＣＲＴｓの開発において は、はとんど進展がなされていない。

従って、コンパクトなＣＲＴｓとしては適当なものがなく、これにより、小型視 覚ディスプレイの用途が非常に制限され、その結果、他の適当なディスプレイ装 置を用いた小型視覚ディスプレイシステムの開発がなされている。

このようなディスプレイシステムは、米国特許出願筒５．００３．３３０号に示 されている。このディスプレイシステムは、ヘルメットバイザ構造（ｈｅｌｍｅ ｔ−ｖｉｓｏｒ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）内に取り付けられたダイオードアレイを 用いている。これらのダイオードアレイは、ヘルメット内に受け入れ可能なもの となっているが、これらは、高解像度および／またはカラーの表示イメージを表 示するには、十分なものではない。この改良を行なうのに必要とされるリニアダ イオードアレイやダイオードレーザアレイは、カラー表示イメージにとって好ま しい可視波長のものがないか、あるいは、カラーまたは高解像度の小型視覚ディ スプレイの用途に要求されるアレイの大きさにおいて好ましいものがない。

さらに、従来のレーザは、現在の走査、プリント、表示の用途に好ましい２次元 アレイの作製やマイクロ光学部品の集積化に適したものでない。これは、在来の 半導体レーザのビームに非点収差並びに高発散性があることによるものであり、 これらによって、比較的高価な大きな光学部品を用いることなく観察者の視野内 に高解像度のイメージを投影するのを困難にしている。

支配的なイメージディスプレイ装置に代わるものとして開発された他のディスプ レイ装置には、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤｓ）　、　Ａ　ＣおよびＤＣ プラズマディスプレイ、薄膜エレクトロルミネセンスディスプレイ、真空けい光 ディスプレイがある。しかしながら、これらの各ディスプレイには、特にＨＭ　 Ｄの用途に用いるとき、基本的な欠点がある。例えば、ＬＤＳｓは、光の発生効 率、変調効率、伝送効率が非常に低い。例えば、ディー、エル、ジョーゼ等によ る文献「“グレースケールカラー航空電子用ヘッドダウンディスプレイ”。

Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　５ＰＩＥ、Ｖｏｌ、１２８９．ＰＰ、 ７４−９８（＋９９０）Ｊ　を参照のこと。他方、プラズマディスプレイは、約 １ｏｏボルト以上のオーダーを必要とし、また、他のディスプレイデバイスは、 小型化を達成するのに必要なダイオードアレイあるいはレーザアレイ（１素子当 り約２０〜４０μｍ２）技術で達成可能な大きさにまで、小型化するのが難がし い。

このように、ディスプレイデバイスの大きさ、性質、および／または得られる波 長によって、小型視覚システムの実用化、用途が制限されていた。

従って、本発明の目的は、観察者の視野にモノクローム表示並びにフルカラー表 示を与える高効率、高輝度、高コントラスト、コンパクトな固体ディスプレイデ バイスを用いる視覚ディスプレイシステムを提供することにある。

さらに、本発明の目的は、高解像度カラーイメージの視覚情報を与え、消費者、 産業、ビジネス、医療９軍事の広範囲の用途に適した小型視覚ディスプレイシス テムを提供することにある。

さらに、本発明の目的は、既存の古典的なホログラフィ−光学とコンパチブルな 、従来のディスプレイデバイスよりも優れたディスプレイデバイスを用いて、よ り高解像度を達成する小型視覚ディスプレイシステムすなわち技術を提供するこ とにある。

発明の概要 これらの目的および他の目的は、可視レーザダイオードアレイ（ｖｉｓｉｂｌｅ 　１ａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ　ａｒｒａｙｓ：ＶＬＤＡｓ）を利用する本発明の小 型視覚ディスプレイシステムによって、より好ましくは、観察者の視野内に所望 の可視表示を与えるために可視光を放出する垂直キャビティ・面発光レーザ（ｖ ｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ　ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ　１ａｓｅ ｒｓ：ＶＣ３ＥＬｓ）の１次元配列および／または２次元アレイを利用する本発 明の小型視覚ディスプレイシステムによって、達成される。

好適な実施例では、掃引走査（主走査）技術および副走査技術を個別にあるいは 組合せて用いて、ＩＸＮのＶＣ８ＥＬｓアレイあるいはＮＸＮのＶＣ３ＥＬｓア レイからＭＸＭのフルイメージ（全画像）を作成する。ここで、Ｍは、Ｎの整数 倍である。このような走査技術は、表示されるべき情報によってＶＣ３ＥＬｓを 同時に変調しているとき、観察者の視野内でＶ　ＣＳ　Ｅ　Ｌ　ｓのイメージを ずらすことによって、所定数のＶＣ８ＥＬｓに対する表示イメージ（表示画像） の解像度をさらに高める。

好ましくは、ＶＣ３ＥＬｓは、ユーザの頭部に取付機構によって取付可能なディ スプレイハウジング内に、あるいは、手で保持または手に取付可能なディスプレ イハウジング内に収容されている。ＶＣ３ＥＬから放出される輻射（光）は、円 対称で低発散性を有し、多数の波長、特に赤、青、緑の波長が得られるものであ るのが良く、これによって、高解像度のモノクロームイメージあるいはカラーイ メージを生成することができる。２次元アレイ内における各Ｖ　ＣＳ　Ｅ　Ｌ　 ｓのアドレッシングは、行／列アドレッシングのようなマトリックスアドレッシ ング技術を用いることによってなされる。

図面の簡単な説明 本発明のより完全な理解は、添付図面と関連させて以下の説明から得ることがで きる。

第１図は、可視光を放出する垂直キャビティ・面発光レーザ（ＶＣ５ＥＬ）の断 面図である。

第２図は、本発明の原理によるＶＣＳＥＬアレイディスプレイシステムの例を示 す図である。

第３図は、ＶＣ３ＥＬアレイディスプレイシステムの他の例であって、フル掃引 走査の使用を示す図である。

第４図は第３図のＶＣ３ＥＬアレイディスプレイシステムを観察者が観察するこ とによって見られる実効ビーム位置を説明するための図である。

第５図は、本発明のＶＣ３ＥＬアレイディスプレイシステムに用いられるモノリ シックに集積化されたＶＣ３ＥＬアレイおよびマイクロレンズの断面図である。

第６図は、画像解像度を高める副走査を用いるときに■Ｃ３ＥＬアレイディスプ レイシステムを観察者が観察することによって見られる実効ビーム位置を説明す るための図である。

第７図は、本発明のディスプレイシステムの実効解像度を高めるために副走査と ともに複数のマイクロレンズを用いる場合を示す図である。

第８図は、異なる基板上に電子駆動回路が作製されている千鳥状ＶＣ３ＥＬｓリ ニアアレイの平面図である。

第９図は、飛び越し走査（ｊｕｍｐ　ｓｃａｎｎｉｎｇ）を用いるときに１次元 ＶＣ３ＥＬアレイシステムを観察者が観察することによって見られる実効ビーム 位置を説明するための図である。

第１０図は、副走査とともに掃引走査（主走査）を用いるときに１次元ＶＣ３Ｅ Ｌアレイシステムを観察者が観察することによって見られる実効ビーム位置を説 明するための図である。

第１１図は、本発明による超広視野ヘルメット装着ディスプレイの平面図である 。

第１２図は、第１１図のヘルメット装着ディスプレイの側面図である。

詳細な説明 本発明は、可視光を放出する垂直キャビティ・面発光レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ −ｃａｖｉｔｙ　５ｕｒｆａｃｅ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　１ａｓｅｒｓ：ＶＣＳＥ Ｌｓ）を用いて、高輝度、高効率、コンパクトなディスプレイ、より詳しくはＶ Ｃ３ＥＬアレイディスプレイシステムを提供するものである。特に、ＶＣＳＥＬ ｓのサイズ、構造およびほぼ理想的なビーム品質によって、現実あるいは仮想の 高解像度のモノクローム表示イメージあるいはカラー表示イメージを観察者の視 野内に与える。

ＶＣＳＥＬｓは、在来のエツジ発光レーザダイオード（ｅｄｇｅ−ｅｍｉｔｔｉ ｎｇ　１ａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅｓ）と異なり、ｐ−ｎ接合面と垂直な方向にレー ザ光を放出する新しいクラスの半導体レーザである。本願の関連出願（米国特許 出願筒０７／７９０．９６４号）に記載されているように、第１図に示す如く、 例えば、２つの分布形ブラッグ反射体（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　 ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ：ＤＢＲｓ）すなわちミラー１２０，１３０間に挾まれて いるＧａ１ｎＰおよびＡ　Ｉ　＊Ｇ　ａ　ｌ−＊　Ｉ　ｎ　Ｐの交互層からなる 活性量子井戸領域を用いることによって、０．４μｍ〜０．７μｍの範囲で可視 レーザ光が放出されるようにＶＣＳＥＬｓを作製することができる。

動作において、注入電流は、典型的には、環状形状のプロトン注入領域１４０の 使用によって、活性領域１１０内に閉じ込められ、誘導放出が達成できる。重要 なのは、ＶＣＳＥＬｓを１次元アレイおよび／または２次元アレイに作製でき、 マイクロ光学部品と集積化できることにある。材料を適当に選択することで、電 磁気スペクトルの可視領域のそれぞれ異なる部分のレーザ光を放出するように各 ＶＣＳＥＬを作製することができる。これらＶＣＳＥＬｓの動作および作製につ いては、上述した関連出願に詳細に記載されており、ここでは簡単のため詳細に は説明しない。

ＶＣ３ＥＬアレイディスプレイシステムの基本概念は、第２図に示されている。

しかしながら、第２図に示されているＶＣ３ＥＬアレイディスプレイシステムは 、単に説明の便宜上のものであり、これに限定されることを意図するものではな いことが理解されるべきである。ＶＣ３ＥＬアレイディスプレイシステムは、例 えばＨＭ　Ｄとして用いられる場合には、典型的には、観察者の頭部の付近に位 置決めされ、ＶＣ３ＥＬアレイディスプレイシステムは、ＶＣ３ＥＬｓアレイ２ ００と、レンズ系２１０と、好ましくは、ダイクロイックフィルタあるいはダイ クロイックミラーのような部分透過のフェースプレート２２０とを有している。

レンズ系２１０は、既知の光学理論に従ってＶＣ３ＥＬアレイ２００の仮想イメ ージを生成するために、ＶＣ３ＥＬアレイ２００から放出される可視光をコリメ ートするよう、ＶＣ３ＥＬアレイ２００からほぼ有効焦点距離を隔てて配置され ている。任意の時点で、観察者は、フェースプレート２２０内をのぞき込むこと で、フェースプレート２２０に向けられた外部視覚情報とＶＣＳＥＬアレイ２０ ０の仮想イメージとを同時に見ることができる。

観察者に所望のイメージを表示する際、駆動電子回路２３０によって、ＶＣ３Ｅ Ｌアレイ２００内の各レーザを適当な色彩情報あるいはモノクローム情報で個別 にアドレッシングし、変調することができる。アドレッシングして所望の光強度 を発生するのに必要な電気信号は、アナログあるいはデジタル集積化された０Ｍ Ｏ３およびＴＴＬ電子回路とコンパチブルな非常に低い駆動電流および電圧をも っている。

さらに、システムの光軸に沿って、ＶＣ５ＥＬアレイ２００を移動させ、あるい は、このかわりに、レンズ系２１０を移動させて、仮想イメージの位置を無限大 から観察者に近い距離まで掃引することによって、３次元の仮想イメージを生成 することができる。このような移動は、アレイまたはレンズを物理的に移動させ るための機械的なサーボ機構あるいは圧電トランスデユーサを用いる移動駆動部 ２４０によって、容易になされる。

ＶＣＳＥＬアレイ２００によって占められるスペースは、約２０Ｘ２０ｍｍの典 型的な寸法をもつ従来の小型ＣＲＴ　ｓのけい光面によって占められるスペース とほぼ同じである。

従って、従来技術において知られているＨＭＤの視野（ｆｉｅｌｄｏｆ　ｖｉｅ ｗ：ＦＯＶ）のような臨界パラメータやパッケージングは、ＶＣ３ＥＬアレイ２ ００を用いることによって、在来のＣＲＴや良く知られた他のディスプレイデバ イスに比べて、実質的に影響を受けない。さらに、観察者の頭部への装着に適し たディスプレイシステムあるいは手で保持して使用するのに適したディスプレイ システムとして、ＶＣ３ＥＬアレイ２００の使用をさらに容易にするために、当 業者に知られている光学設計およびバッキング手段を用いることもできる。例え ば、米国特許第５，０２３，９０５号および第５．０４８．０７７号を参照のこ と。例えば、本発明のＶＣ３ＥＬアレイディスプレイを、イメージを観察するこ とのできる開口をもつディスプレイユニットにパッケージすることができて、ユ ーザのへルメーットの側壁にあるいはユーザの眼鏡に取り付けることができる。

あるいは、ディスプレイシステムをユーザのベルトに取り付けることもできて、 この場合、このディスプレイシステムの表示情報を、コンピュータ、ポケット計 算器、あるいは無線送信機から遠隔ディスプレイ情報として与えることができる 。

一実施例において、ＶＣ３ＥＬアレイ２００は、個々にアドレッシング可能な２ 次元のＭＸＭアレイを有している。ＭＸＭアレイ内のＶ　ＣＳ　Ｅ　Ｌ　ｓは、 １つの所定の波長で、または、青、緑、赤のようないくつかの波長で、レース（ ｌａｃｅ）するよう作製され、良く知られた色彩理論に従って、それぞれ、モノ クロームイメージ、または、フルカラーイメージを生成することができる。

ＶＣ３ＥＬアレイは、分子線エピタキシー（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｂｅａ鳳ｅｐ ｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）　＋　ウニ・ソトケミカルエツチングなどのような在来の プラナ−Ｌ　Ｓ　Ｉ　（ｌａｒｇｅ　５ｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）技 術を用いて作製される。より詳しくは、２次元アレイは、最初、■Ｃ３ＥＬ構造 の半導体層をエピタキシャルに堆積し、次いで、例えば複数の列（コラム）をフ ォトリソグラフィーおよびエツチングし、各々、個別にアドレッシング可能なＶ Ｃ３ＥＬを画定することによって、作製される。ＶＣ３ＥＬｓへのコンタクトは 、在来の堆積技術（デポジション技術）によって形成される。すなわち、例えば 、１９９２年１月２１日付けで“垂直キャビティ・面発光レーザを備えたトラン ジスタの集積化”の名称で出願された米国特許出願筒０７７８２３．４９６号に 記載のように、各ＶＣ３ＥＬを個別にアドレッシングするように、行（ロウ）コ ンタクトおよび列（コラム）のコモンバス（共通バス）コンタクトを形成するこ とができる。

２次元アレイのＶＣ３ＥＬｓの個数は、もちろん、観察者に投影されるイメージ （表示されるイメージ）の幅および長さ並びに所要の解像度による。

数１００ミクロン長×１０μｍの寸法をもつエツジ発光レーザと比べると、各Ｖ Ｃ３ＥＬは、直径が約１０μｍであり、従来のディスプレイデバイスよりも、単 位面積当り、２５倍以上のディスプレイ要素を与えることができる０重要なのは 、放出される光が、円対称で低発散性をもっていることであり、これらによって 、ＶＣ３ＥＬｓの拡太仮芯イメージを生成するのに、開口数（ＮＡ）の小さなレ ンズ系を用いることができる。

また、ＶＣ３ＥＬｓは、固有の非点収差をもたず、密接させて電気的に個別にア ドレッシング可能なディスプレイ要素として作製できるので、高解像度を得るこ とができることが当業者にとって明らかであろう。

例えば、ＣＣＤアレイに用いられるものと同様なマトリックスアドレッシングコ ンタクト、すなわち行（ロウ）７列（コラム）アドレッシングコンタクトを用い て各ＶＣ３ＥＬを個別にアドレッシングすることによって、情報をＶＣ３ＥＬｓ に加えることができる。ディスプレイデバイスのＭＸＭアレイの全アドレッシン グ（フルアドレッシング）を行なう場合には、電気的にＭ２本のリード線を必要 とし、従って、ＭＸＭアレイの全アドレッシングを行なうことは、１６Ｘ１６（ ２５６本のリード線）よりもかなり大きなサイズのアレイでは、実用的ではない 。従って、マトリックスアドレッシングすなわちロウ（行）／コラム（列）アド レッシングを使用して■Ｃ３ＥＬｓの各々を個別にアドレッシングすることによ って、情報をＶＣ３ＥＬｓに加える。これにより、リード線の本数をＭ２から２ Ｍに削減できる。例えば、エム、オーレンスタイン等による文献「“マトリック ス−アドレッシング可能な垂直キャビティー面発光レーザアレイ”、　Ｅｌｅｃ ｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ。

Ｖｏｌ、２７．　ＰＰ、４３７−４３８　（＋９’９１）Ｊ　を参照のこと。ま た、これと関連して、例えば、アドレッシングを行ない放出された光の強度を変 調するのに用いられるシフトレジスタ、トランジスタなどを有する駆動電子回路 ２３０を、ディスプレイユニットの外部に配置するのではなく、ＶＣ３ＥＬアレ イを含むチップあるいは基板上に集積化することができ、このような集積化によ って、リード線の本数を削減し、大規模アレイ、例えば５１２Ｘ５１２のアレイ の容易な作製が可能になる。

ＶＣ３ＥＬアレイの要素数が、表示されるイメージの所要の解像度と一致してい る場合には、電気的なアドレッシング以外の走査を必要としない。しかしながら 、所定数の■Ｃ３ＥＬｓについて解像度を高めるため、あるいは、所望の解像度 を達成するのに必要とされるＶＣ３ＥＬｓの個数を減少させるため、種々の走査 技術を用いることができる。例えば、現実イメージあるいは仮想イメージについ て、全ページ（フルベージ）表示を生成するのに必要とされるディスプレイデバ イスの個数よりもかなり少ない個数のディスプレイデバイスから、走査によって 、全ページ表示を作成することができる。

例えば、フル掃引走査（ｆｕｌｌ−ｓｗｅｅｐ　ｓｃａｎｎｉｎｇ）として知ら れている技術を用いることによって、ＩＸＭのＶＣ３ＥＬアレイから、ＭＸＭの 表示イメージを生成することができる。

全ページ表示は、観察者によって知覚されたＶＣ３ＥＬの仮想イメージ位置を１ つの軸に沿って走査することによって得られる。

この形式の走査では、Ｖ　ＣＳ　Ｅ　Ｌアレイは、１つの軸に沿って各解像度要 素ごとに個別のＶＣ３ＥＬすなわち要素をもつリニアに整列された複数のＶＣ３ ＥＬｓを有している。他の軸に沿った解像度要素は、以下により詳細に説明する ように走査によって与えられる。

第３図および第４図を参照すると、ＶＣ３ＥＬアレイ３゜Ｏは、第４図の左側に 黒ドツトによって表わされた単一垂直列のＶＣ３ＥＬを有している。このアレイ から出力されるコリメート光は、レンズ３１０によって、例えば電気−機械的な スキャナ３３０の振動ミラー３２０に向けられる。−電気−機械的スキャナ３３ ０には、米国特許第４，９０２，０８３号に示されている型式のものを用いるこ とができ、この場合、ミラー３２０は、スキャナ電子回路３５０がらの制御信号 に従って振動される。ミラー３２０の振動中、種々のポイントでｖｃＳ　Ｅ　Ｌ アレイ３００内の種々のレーザを選択的に発光させることによって、画素の連続 列（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ）、すなわち表示ポイントを、観察 者の視野内に現わせることができる。

これらの表示ポイントは、第４図に、２次元のドツトアレイで示されている。こ こで、黒色ドツトは、走査がない場合におけるＶＣ３ＥＬｓからの光のイメージ 位置を表わしており、灰色ドツト（点ドツト）は、走査によって得られた表示ポ イントを表わしている。任意の時点で、観察者は、ＶＣ３ＥＬアレイ３００の１ つの列すなわち垂直ラインだけを見るが、観察者の視野の一方の縁部がら他方の 縁部までＶＣ３ＥＬアレイ３００の垂直ラインの見かけ上の位置（ａｐｐａｒｅ ｎｔ　１ｏｃａｔｉｏｎ）を掃引するように、ミラー３２０を水平方向に繰り返 し振動すなわち走査するので、観察者の目は、第４図に示すような、スクリーン 情報全体を知覚する。

典型的には、ミラー３２０は、ＩＸＭのアレイがら、連続した全ページの画像（ イメージ）すなわちＭＸＭの画像（イメージ）の錯覚を生じさせるように、約１ ００Ｈｚで振動する。

もちろん、ＶＣＳＥＬアレイ３００の垂直ラインすなわち列（コラム）は、所望 の表示イメージ内において列（コラム）ごとに選択的に光を放出するよう、適当 に変調すなわち電気的に励起される。このような駆動電子回路は、これをＶＣ３ ＥＬｓと集積化することができる。電気的なタイミングによって、各列（コラム ）すなわち各垂直ラインごとに適切な■ｃｓＥＬを、走査中の正しい時点で発光 させることができる。小型視覚ディスプレイ、例えば、フル掃引走査を用いるＨ ＭＤは、米国特許第４，９３４，７７３号に示されている。

リニアアレイのＶＣ３ＥＬｓの個数は、例えば、観察者に表示されるべき所望の イメージの幅に依る。１つの好適な実施例では、１０２４ｘ１０２４（７）表示 ニラいテ、ＶＣ３ＥＬＬｓを有している。この実施例で用いられるＶＣ３ＥＬｓ は、直径が約１０μｍであり、各ＶＣ３ＥＬｓ間の間隔（ｓｐａｃｅ）が約１０ μｍである。

また、例えばリニアに準するアレイ（ｑｕａｓｉ−１ｉｎｅａｒ　ａｒｒａｙ） や千鳥状アレイのような、リニアではないＶＣ：ＳＥＬアレイを用いて、掃引走 査（主走査）を行なうことも可能である。この場合、ＶＣ３ＥＬｓの変更された 位置を補償するための電気駆動信号の変調の仕方については当業者に知られてい ると考えられる。

また、より安定した他の走査技術も考えられる。これらの技術として、例えば、 ＶＣ３ＥＬアレイと容易に集積化されるマイクロ光学部品（ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔ ｉｃｓ）の使用がある。例えば、ＶＣ３ＥＬアレイを含む基板上に導波路を形成 するとともにサブミリメータの直径の小レンズ（ｌｅｎｓｌｅｔｓ）を（マイク ロレンズとして）形成することによって、ディスプレイの性能。

光効率２表面散乱性、波長感度およびビーム発散性を改善し、画像システムの大 きさ２重量および複雑さを低減することができる。第５図は、ＶＣ３ＥＬアレイ ５１０とマイクロレンズ５２０とをモノリシックに集積化した一例を示す図であ り、このような構成を本発明の実施に用いて、音響光学変調器（ａｃｏｕｓｔｏ −ｏｐｔｉｃ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ　：　ＡＯＭｓ）を使用する電気光学走査 技術のような他の種々の走査技術の使用を容易にすることができる。マイクロレ ンズ５２０は、光学レンズ３１０の画像処理機能の全てではなくともいくつかを もち、ＶＣ３ＥＬｓがら放出された光を所定方向に伝搬させる。

例えば、ＶＣ３ＥＬｓがら放出された光ビームの発散をマイクロレンズ５２０に よって低減することができて、この結果、観察者の視野内に所望のイメージを表 示するのに、開口数（ＮＡ）の小さな光学系を使用することができる。あるいは 、マイクロレンズ５２０によってビームの発散を増加させて画像の解像度を高め ることができる。

他の実施例では、新規な副走査技術を用いて、ＮＸＮのＶＣ３ＥＬｓアレイから ＭＸＭの全表示を生成する。ここで、ＭはＮの整数倍である。掃引走査（主走査 ）と対比して、副走査は、観察者の視野内において、主画素（ｉｎｔｅｒ−ｅｌ ｅｍｅｎｔ）すなわちＶＣ３ＥＬ（ＶＣ３ＥＬに対応した画素）の間隔よりも小 さな距離で、ＶＣ３ＥＬアレイを現実にあるいは仮想的に移動させるものである 。第６図を参照すると、黒ドツトは、観察者に画像を直接与えたときのＶＣ３Ｅ Ｌｓの画像要素（画素）の位置を示している。観察者に表示される各画像要素（ 画素）を水平軸線６１０．垂直軸線６２０に沿ってそれぞれ走査するとき、画像 要素（画素）は、灰色ドツト（点ドツト）で示される位置に位置決めされ、ペー ジ全体が表示されているような錯覚を生じさせる。掃引走査（主走査）時と同様 に、ＶＣ３ＥＬｓからの光は、ＶＣ３ＥＬアレイの走査中、適当に変調される。

また、この走査は、例えば圧電トランスデユーサを用いて現実イメージを移動（ 変位）させることによっても、行なうことができる。

典型的には、各ＶＣ３ＥＬに対応した画素（主画素）間の間隔（ｉｎｔｅｒ−ｓ ｐａｃｉｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ）　１は、生成される副画素（ｓｕｂ−ｅｌｅ ｍｅｎｔｓ）間の間隔ｄの整数倍、すなわち解像度を高めさせる率（ｆａｃｔｏ ｒ）の整数倍である。圧電トランスデユーサ、機械的なスキャナ、音響光学変調 器等の他の手段を用いて副走査を行なっても良い。

これらの走査技術は、マイクロ光学部品の使用によって、並びにマイクロ光学部 品をＶＣ３ＥＬアレイと集積化することによって、実現が容易となる（恩恵を受 ける）１例えば、主画素間隔（ｉｎｔｅｒ−ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｐａｃｉｎｇ） のビーム直径に対する比は、典型的には約２＝１である。第５図に示すように、 マイクロレンズを使用して各ＶＣ３ＥＬからの光出力すなわちビームを小さなス ポットサイズに絞ることによって、主画素（ｉｎｔｅｒ−ｅｌｅｍｅｎｔ）間隔 のビーム径に対する比を増加させることができる。有利には、副走査を用いて、 上述のように隣接するＶＣＳＥＬ点間に副画素（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌｓ）を生成 し、これによって実効解像度を高めることができる。これに対し、発光ダイオー ドからのビームについては、これを小さなスポットサイズに効果的に絞ることは できない。

上記副走査技術と関連させて、マイクロレンズを使用するかわりに、より大きな レンズを用いて複数のＶＣ３ＥＬｓからの光を集光することもできる。第７図に 示すように、レンズ対７１０，７２０は、複数のＶＣ３ＥＬｓ７３０ａ−ｄから 放出される光を小さなスポットサイズに絞る。ＶＣ３ＥＬ対７３０ａ−ｂ問およ び７３０ｃｍｄ間の間隔は、元々、距離ａであるのに対し、各レンズ対を通過さ せた後の各ビームの間隔は、距離ａよりもかなり小さな距離すとなる。いま、副 走査を用いて、画像化されたＶＣＳＥＬ点間に、灰色ドツト（点ドツト）で示さ れているような副画素を生成することができる。ここで、レンズ対７３０ａ−ｂ および７３０ｃｍｄによって実現される縮小率（ｄｅｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏ ｎ　ｆａｃｔｏｒ）は、観察者の視野を満たすのに必要とされる副画素の個数、 すなわち、画像化されたＶＣＳＥＬ点（ポイント）間の間隔に等しい整数である 。これと対比して、単一のマクロレンズを使用する場合には、実効解像度は高め られない。マクロレンズはスポットサイズを小さくするが、これと同じ率（縮小 率）で、主画素間の間隔（ｉｎｔｅｒ−ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｐａｃｉｎｇ）が小 さくなってしまう。すなわち、主画素間の間隔のスポット径に対する比が変化し ない。従って、単一のマクロレンズを使用する場合には、副走査を用いて解像度 をその最大可能な値に高めることはできない。

上述の副走査技術について、各軸線に沿った走査長さは、対称的である必要のな いことが理解されるべきである。各軸線に沿ってそれぞれ異なる走査長さを用い ることによって、ＫＸＬのＶＣ３ＥＬアレイからＭＸＮの表示イメージアレイを 生成することが可能である。ここで、Ｍ、Ｎは、それぞれに、Ｌの整数倍である 。

副走査システムの一例として、４０μｍの素子間隔（ｉｎｔｅｒ−ｅｌｅｍｅｎ ｔ　ｓｐａｃｉｎｇ）をもつ１２８Ｘ１２８のＶＣ３ＥＬアレイを両方の軸線で ３５μｍの最大距離まで５μｍずつ歩進させて走査し、１０２４Ｘ１０２４のイ メージ（各軸線について隣接するＶＣ３ＥＬ主画素間に７個の副画素位置（ｓｕ ｂ−ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ））を得ることができる。

上述の実施例において、限られた個数の情報を観察者に選択的に与える必要があ るとき、表示されるべき情報を良く知られているＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＦＲＯＭな どのデータ記憶装置に予め記憶させても良い。あるいは、時間とともに変化する 情報を必要とする多くの用途に対しては、表示されるべき新しい情報をフレーム の終わりに９例えば走査の終了時にＶＣ３ＥＬｓに与えても良い。

また、表示されるべき新たな情報を各ＶＣ３ＥＬに直接与えて、行および列のア ドレッシング（マトリックスアドレッシング）を行なうことなく、各ＶＣ３ＥＬ を個々にアドレッシングすることで、上述のような全表示（フル表示）を生成す ることもできる。さらに、デバイス間のギャップを補償するために、ＮＸＮのＶ Ｃ３ＥＬアレイを、ＶＣ３ＥＬｓが千鳥状に行装置されたものとすることもでき る。第８図は千鳥状に配置されたＶＣ３ＥＬｓ　８１０のリニアアレイの一部を 示す図であり、ＶＣＳＥＬｓ８１０は、異なる基板に実装されつる電子駆動部８ ２０に対するワイヤボンドを有している。

なお、本願の関連出願（米国特許出願筒０７７８２３．４９６号）に記載されて いるように、ワイヤボンディングの必要性をなくすため、ＶＣ３ＥＬアレイと電 子駆動部とを同じ基板上に作製することもできる。駆動電子回路８２０には、Ｆ ＥＴ５．バイポーラトランジスタなどのトランジスタが設けられている。

一般に、上述の関連出願に記載されている構造を本発明の実施に用いることがで きる。

一例として１例えば２０Ｘ７５インチの領域をカバーする３６００ドツト／イン チ（ｄｐｉ）などのレーザ印刷への用途に、１次元副走査を用いることができる 。１インチ当り３００個のＶＣ３ＥＬｓをもつ２０インチのＶＣ３ＥＬリニアア レイを、各ＶＣ３ＥＬが１ラインにおいて１２個の点（画素）での発光を制御し て、所望の３６００ｄｐｉの解像度が得られるように、一方向に副走査すること ができる。印刷材料を他の方向に進めることによって、この方向の印刷が可能と なる。

１次元副走査の変形例として、ＶＣ３ＥＬ型の１次元アレイと同様なＶＬＤＡｓ の１次元アレイを、アレイサイズに１つの主画素間距離を加えた長さの整数倍に 等しい距離だけ移動させて、１次元副走査を行なうこともできる。第９図に示す ように、１×４のＶＣ３ＥＬサブアレイ（ｓｕｂ−ａｒｒａｙｓ）の３つのグル ープ８６０ａ−ｃからなる１つのＶＣ３ＥＬアレイ８５０の各サブアレイ８６０ ａ−ｃを、複数の発光フェーズでイメージを通して歩進することによって、走査 する。第１のフェーズでは、各サブアレイは、表示点（表示ポイント）８７０ａ −ｃの発光を制御する。第２のフェーズでは、サブアレイ８６０ａ−ｃがらの光 を、例えば電気機械的な手段などによって、灰色ドツト（点ドツト）８７０ａ’ 　−ｃ’　でそれぞれ示されている位置まで移動させる。従って、ＶＣ３ＥＬｓ は、これらの移動位置に対応する適当なモノクローム情報あるいは色彩情報で変 調され、新たな実効解像度要素すなわち新たな画素を生成する０次いで、第３の フェーズでは、アレイ８６０ａ−ｃがらの光を、それぞれ、位置８７０ａ”　− Ｃ’まで歩進、すなわち移動させる。この歩進技術すなわち“ジャンプ”技術に よって、移動ごとにすなわち歩進ごとに、４つの新たな画素が実効的に生成され る。従って、第３のフェーズがなされた段階で、サブアレイ８６０ａ−ｃの各々 について、８個の新たな画素が生成される。この走査の形式を゛′ジャンプ走査 と称し、この形式の走査をレーザ印刷の用途に用いることもできる。例えば、所 望の解像度を得るのに６０００個のレーザ（１００個のレーザを１チツプとした ６０チツプのレーザ）が必要である場合、これと同じことを行なわせるのに、１ ００個のレーザを１チツプとしたｌｏチップのレーザを用い、これを６回“ジャ ンプさせれば良い。

すなわち、これを６回繰り返し移動させれば良い。

また、掃引走査（主走査）と副走査との両方を組合せることによって、２次元表 示イメージを生成することもできる。第１Ｏ図を参照すると、１×４のＶＣ３Ｅ Ｌアレイを水平軸線９１０に沿って掃引走査し、垂直軸線９２０に沿って副走査 することによって、１×４のＶＣ３ＥＬアレイがら１６Ｘ１６の表示イメージを 生成することができる。ＶＣ３ＥＬ型に対応した主画素間隔（ｉｎｔｅｒ−ｅｌ ｅｍｅｎｔ　ｓｐａｃｉｎｇ）　ｙは、ＶＣ３ＥＬｓの仮想イメージを繰り返し 歩進することによって、主画素間に３つの副位置（副画素）が生成されるような ものである。観察者に知覚される仮想イメージは、１６個の画素に対応する距離 まで、所望の副位置（副画素間隔）Ｘに対応する距離ずつ水平軸線９１０に沿っ て進められる。仮想イメージは、垂直軸線９２０に沿っても、所望の副位置（副 画素）間隔Ｘずつ進められるが、垂直軸線９２０に沿っては、ＶＣ３ＥＬ主画素 間隔ｙに対応する距離までしか進められない。

本発明の特徴は、フルカラー表示（ｆｕｌｌ−ｃｏｌｏｒ　ｄｉｓｐｌａｙ）を 生成できることである。フルカラー表示の一実施例においては、カラー視覚画像 （イメージ）を与えるために、緑、青、赤のような異なる波長の光を放出する３ つの異なるタイプのＶＣ３ＥＬｓを単一アレイに必要とする。例えば、このアレ イの各行（ロウ）のＶＣ３ＥＬｓは、それぞれ、１つのタイプのＶ　ＣＳ　Ｅ　 Ｌ　ｓだけからなり、各行（ロウ）のＶ　ＣＳ　Ｅ　Ｌ　ｓから放出される色は 、規則的に変わる。なお、各ＶＣ５ＥＬ間のギャップをなくすために、行（ロウ ）自体を千鳥状に配列しても良い。

タイミング／制御回路の制御の下で、適当な色彩データが各行のＶＣ３ＥＬｓに 僅かに異なる時間間隔で加えられる。

この結果、隣接する３つの行のカラーＶＣＳＥＬｓを１つの組とするとき、この ような組からの出力を仮想イメージ内の同じラインに画像化し、これにより、良 く知られた色彩理論に従ってカラー表示を生成することができる。

緑、赤、青の各波長の概略的な範囲は、それぞれ、６１０−６３０ａｍ、５１４ −５５４ａｍ、４４０−４７０ａｍである。これらの波長範囲は、フルカラース ペクトルを与え、本願の関連出願（米国特許出願筒０７７７９０．９６４号）に 記載されているＶＣ３ＥＬｓの作動範囲内にある。例えば、活性領域内のＧａＩ ｎＰ層＋　Ａ　１　ｘ　Ｇ　ａ　＋　−ｘ　Ｉ　ｎ　Ｐ層の交互層を用いて、赤 波長領域の光を生成することができる。また、活性領域内のＧａ　Ｉ　ｎＰ層、 　ＡｌｘＧａ＋−ｘＰ層の交互層を用いて、緑波長領域の光を生成することがで きる。また、活性領域内のＡＩ　、Ｇ　ａ　、−、Ｎ層＋　Ａ　Ｉ　＋＋　Ｇ　 ａ　＋　−ｘ　Ｎ層の交互層を用いて、青波長領域の光を生成することができる 。

白色光の生成効率を最大にするため、赤色光、緑色光、青色光の波長として、そ れぞれ６０５ａｍ、５５４ａｍ、４６０ａｍを用いるのが好ましい。また、赤色 光源として６０５ａｍよりも長波長のものを用いる場合には、同じ照度を維持す るために赤色光強度の大きなものが必要である。

観察者の視野内にカラー表示イメージを差し向けるために、さらに、部分透過ミ ラーを用いることができる。これらのミラーは、所要の光学パワーを最小にする ため、ＶＣ３ＥＬｓの放出光波長のところに高い反射率をもつよう作製されるの が良い。さらに、外部情報を外から最も見え易くするために、上記波長以外の波 長のところでの反射率を最小（すなわち高透過）にするのが良い。

本発明の原理によれば、ＶＣＳＥＬｓを、可視ダイオードレーザや超けい光発光 ダイオード（ｓｕｐｅｒｌｕ＋ｍ１ｎｅｓｃｅｎｔ　ｌｉｇｈｔｅｍｉｔｔｉｎ ｇ　ｄｉｏｄｅｓ：５ＬＥＤｓ）のような他のディスプレイデバイスと集積化す ることもできるし、あるいは、ＶＣＳＥＬｓをこれらのディスプレイデバイスで 置き換えることもできて、本発明のＶＣ３ＥＬアレイシステムの用途をさらに増 加させ、および／または、補足することができる。なお、当業者に知られている ように、５ＬＥＤは、その発光効率および指向性が部分キャビティ（ｐａｒｔｉ ａｌ　ｃａｖｉｔｙ）の付加によって高められた発光ダイオード（ＬＥＤ）であ る、５ＬＥＤｓは、標準的なプラナ−ＬＳＩプロセス技術を用いて、ＶＣＳＥＬ ｓと非常に類似した工程で作製される０本発明の原理によれば、ＶＣＳＥＬｓを ５ＬＥＤおよび／またはＬＥＤｓと集積化することが考えられる。

他の実施例では、掃引走査（主走査）を副走査と関連させて用いて、超広角視野 をもつＨＭＤを実現することができる。

例えば、回転ポリゴンミラーを用いて掃引走査を行ない、はぼ１８０”の視野を 得ることができる。回転ポリゴンミラーは、振動ミラーよりも頑強であり、しか も、ＨＭＤｓの視野をほぼ円対称にさせることができるという利点がある。

第１１図、第１２図は、それぞれ、本発明の原理を用いる超広角視野ＨＭＤの平 面図、側面図である。ポリゴンミラー９２０は、垂直軸線の周りに回転し、第４ 図に示したように、観察者の視野の一部の縁部から他方の縁部まで、ＶＣ３ＥＬ アレイ９１０の見かけの位置を掃引する。１８０＠の視野は、適当な数の側面を もつポリゴンミラー９２０を９０’−１２０＠回転させることによって得られる 。この構成では、ｖＣ３ＥＬアレイは、ミラー９２０の回転軸線と平行となるよ うに、垂直方向に向いたりニアアレイであるのが良い。ＨＭＤの上部すなわち観 察者の前額部近付に位置決めされたシリンドリカルレンズ９３０は、ＶＣ３ＥＬ アレイ９１０から放出された光を水平軸線に沿って拡大（エクスパンド）する、 ビームの拡大は、観察者の両眼の瞳孔開口を満たして両眼フル表示を得るのに十 分なものである。なお、第１２図に示すように水平方向に適当な曲率をもつポリ ゴンミラー９２０、あるいは、複数のシリンドリカルレンズを、単一のシリンド リカルレンズ９３０のかわりに用いることもできる。

観察者の頭部の動きを考慮して垂直方向に１５−２０ｍｍだけ拡大を行なう必要 がある。両眼表示のためには、水平方向のビーム幅を１００ｍｍ以上にするのが 好ましい。また、観察者の瞳孔のところから好適には５０−７５ｍｍのところに 凹面ミラー９４０が配置されており、該凹面ミラー９４０は、良く知られた光学 理論に従って、観察者の視野内に、ＶＣ３ＥＬアレイ９１０の仮想イメージを作 る。掃引走査（主走査）と関連させて、個々の各ＶＣ３ＥＬを適当にアドレッシ ングし、変調することで、観察者に全パノラマ表示を与えることができる。

各ＶＣ３ＥＬからの光は、システムの小さな部分だけを通るので、システムの各 要素は、何ら実質的な光学収差を生じさせない、従って、光学部品数が少ないに もかかわらず、視野全体にわたって、ｌサイクル／　ｍ　ｒ　ａ　ｄよりも良好 な解像度を得ることができる。

また、当業者に容易にわかるように、放出された光の垂直方向のビーム特性に適 合させるため、ポリゴンミラー９２０およびミラー９４０の両方の垂直方向凹面 率（ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｃｏｎｅａｖｉｔｙ）が用いられる。他方、凹面ミラー ９４０の水平方向の曲率およびシリンドリカルレンズ９３０は、放出された光の 水平方向の形状すなわちビーム特性に適合したものとなっている。このような仕 方で、放出された光を１例えば１８０’の視野内に適切に差し向けることができ る。

各々が異なる波長の光を放出する複数のＶＣ３ＥＬアレイをさらに用いてカラー イメージを生成することができる。例えば、赤色光を放出するＶＣ８ＥＬアレイ ９１０．緑色光を放出するＶＣ３ＥＬアレイ９５０．青色光を放出する■Ｃ３Ｅ Ｌアレイ９６０を回転ミラー９２０の周りの異なる位置に配置することができる 。良く知られた色彩理論に従ってカラーイメージを生成するため、もちろん、各 アレイからの光を同期させる。

さらに、回転ミラー９２０の各側面がある特定の水平方向画素の組を掃引するよ うに、回転ミラー９２０の各側面に互いに垂直方向に傾き（ｔｉｌｔ）をもたせ ても良い。例えば、４つの側面をもつ回転ミラーが用いられる場合、この回転ミ ラーの各側面に僅かな垂直方向の傾きをもたせ、前述のように副走査させること によって、垂直方向において、垂直方向の解像度を実効的に４倍に高めることが できる。従って、２５６個だけのＶＣＳＥＬｓを有する単一アレイを用いて、垂 直方向に１０２４画素の表示解像度を達成することができる。この方式を副走査 技術および掃引走査技術と組み合わせることで、最小数のＶＣＳＥＬｓにより、 超広角視野にわたって非常に高解像度の表示イメージを生成することができる。

本発明の範囲および思想から逸脱することなく、種々の変形が当業者にとって明 らかである。例えば、コックビット環境用のヘッドダウンディスプレイを本発明 の原理を用いて構成することができる。すなわち、ＶＣ３ＥＬアレイからの現実 イメージを観察者に見せるためのスクリーン上に投影するよう構成することがで きる。また、仮想イメージ表示と現実イメージ表示との組み合わせを用いて、シ ミュレータを構成することもできる。

従って、請求の範囲は、上述したような説明に限定されることなく、本発明の特 許性のある全ての特徴を包含し、当業者にとって均等とみなせる全ての特徴を有 するものとして、解釈されるべきである。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、６ フロントページの続き （８１）指定図　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＺ。

ＦＩ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＲ，ＫＺ、ＬＫ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、Ｎｏ、ＮＺ、ＰＬ、 ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＫ、ＤＡ

Claims (59)

【特許請求の範囲】
1. １．可視光を放出する複数の垂直キャビティ・面発光レーザと、 前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザのイメージを観察者の視野内に表示す る表示手段とを有していることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、該視覚ディ スプレイシステムは、人間の前額部に取付けて使用されるに適した大きさを有し ていることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記表示手 段は、 前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザの仮想イメージを生成する手段と、 前記仮想イメージを所望の視野にわたって移動させるための回転ミラーとを有し ていることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、該視覚ディ スプレイシステムは、さらに、前記イメージが実質的に所定の視野表示を表わす ように、前記複数の垂直キャビテイ・面発光レーザの各々からの光強度を選択的 に変調するための手段を有していることを特徴とする視覚ディスプレイシステム 。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複数の 垂直キャビティ・面発光レーザは、前記イメージがモノクロームであるような所 定波長の光を放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複数の 垂直キャビティ・面発光レーザは、前記イメージがカラーであるような複数の所 定波長の光を放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複数の 垂直キャビティ・面発光レーザは、３つのラインに整列され、各ラインごとに相 違する波長の光を放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記第１番 目のラインの垂直キャビティ・面発光レーザ群は、赤色領域の光を放出し、前記 第２番目のラインの垂直キャビティ・面発光レーザ群は、緑色領域の光を放出し 、前記第３番目のラインの垂直キャビティ・面発光レーザ群は、青色領域の光を 放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記第１番 目，第２番目，第３番目のラインの垂直キャビティ・面発光レーザ群は、互いに 千鳥状に配置されていることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
10. １０．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複数 の垂直キャビティ・面発光レーザは、実質的に、１次元アレイに整列されている ことを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
11. １１．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複数 の垂直キャビティ・面発光レーザは、実質的に、２次元アレイに整列されている ことを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
12. １２．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記表示 手段は、 前記複数の垂直キャビテイ・面発光レーザの仮想イメージを生成する画像処理手 段と、 前記仮想イメージを観察者の視野内に反射する反射手段とを有していることを特 徴とする視覚ディスプレイシステム。
13. １３．請求の範囲第１２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記反 射手段は、ミラーであることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
14. １４．請求の範囲第１２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記反 射手段は、観察者が、前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザのイメージと観 察者に向けられた外部視角情報とを同時に見ることができるように、部分透過， 部分反射のフェースプレートを有していることを特徴とする視覚ディスプレイシ ステム。
15. １５．請求の範囲第１２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、該視覚 ディスプレイシステムは、さらに、前記仮想イメージの位置を無限大から観察者 に近い位置まで調整する調節手段を有していることを特徴とする視覚ディスプレ イシステム。
16. １６．請求の範囲第１５項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記調 節手段は、前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザを移動するための機械的サ ーボを有していることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
17. １７．請求の範囲第１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、該視覚デ ィスプレイシステムは、さらに、前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザから の光を所定方向に伝搬させるためのマイクロレンズを有していることを特徴とす る視覚ディスプレイシステム。
18. １８．観察者の視野内に、Ｍ×Ｎ画素のイメージを表示するための視覚ディスプ レイシステムにおいて、該視覚ディスプレイシステムは、 少なくとも１×Ｎアレイに実質的に整列された可視光を放出する複数の垂直キャ ビティ・面発光レーザと、前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザのイメージ を生成する手段と、 前記イメージの位置を観察者の視野内で繰り返し変位させる手段と、 所望のＭ×Ｎのイメージを作成するために前記イメージの位置を変位させるとき 、前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザの各々から放出される光の強度を選 択的に制御するための手段とを有していることを特徴とする視覚ディスプレイシ ステム。
19. １９．請求の範囲第１８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記イ メージは、仮想イメージであることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
20. ２０．請求の範囲第１８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複 数の垂直キャビティ・面発光レーザは、前記Ｍ×Ｎのイメージがモノクロームで あるような所定波長の光を放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム 。
21. ２１．請求の範囲第１８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複 数の垂直キャビティ・面発光レーザは、前記Ｍ×Ｎのイメージがカラーであるよ うな複数の波長の光を放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
22. ２２．請求の範囲第２１項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複 数の垂直キャビティ・面発光レーザは、１×Ｎアレイを１つのラインとするとき に３つのラインに整列され、各ラインごとに相違する所定波長の光を放出するこ とを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
23. ２３．請求の範囲第２２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、１×Ｎ のアレイからなる前記第１番目のラインの垂直キャビティ・面発光レーザ群は、 赤色領域の光を放出し、１×Ｎのアレイからなる前記第２番目のラインの垂直キ ャビティ・面発光レーザ群は、緑色領域の光を放出し、１×Ｎのアレイからなる 前記第３番目のラインの垂直キャビティ・面発光レーザ群は、青色領域の光を放 出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
24. ２４．請求の範囲第１８項に記載の現覚ディスプレイシステムにおいて、該現覚 ディスプレイシステムは、さらに、前記複数の垂直キャピテイ・面発光レーザか らの光を所定方向に伝搬させるためのマイクロレンズを有していることを特徴と する視覚ディスプレイシステム。
25. ２５．請求の範囲第１８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記１ ×Ｎアレイ内の垂直キャビティ・面発光レーザは、互いに千鳥状に配列されてい ることを特徴とする現覚ディスプレイシステム。
26. ２６．Ｍ×Ｎ画素のイメージを観察者の視覚内に表示するための視覚ディスプレ イシステムにおいて、該視覚ディスプレイシステムは、Ｍ，ＮをそれぞれＫ，Ｌ よりも大きいものとする場合に、 Ｋ×Ｌアレイに実質的に整列された可視光を放出する複数のレーザと、 前記複数のレーザのイメージを生成するための手段と、前記イメージの位置を観 察者の視身内で繰リ返し変位させるための手段と、 所望のＭ×Ｎイメージを作成するために前記イメージの位置を変位させるときに 、前記複数のレーザから放出される光の強度を選択的に制御するための手段とを 有していることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
27. ２７．請求の範囲第２６項に記載の視覚デイスプレイシステムにおいて、可視光 を放出する前記レーザは、垂直キャビティ・面発光レーザであることを特徴とす る視覚ディスプレイシステム。
28. ２８．請求の範囲第２６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、可視光 を放出する前記レーザは、発光ダイオードであることを特徴とする視覚ディスプ レイシステム。
29. ２９．請求の範囲第２６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、可視光 を放出する前記レーザは、エッジ発光型レーザダイオードであることを特徴とす る視覚ディスプレイシステム。
30. ３０．請求の範囲第２６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記イ メージは、仮想イメージであることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
31. ３１．請求の範囲第２６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複 数のレーザは、前記Ｍ×Ｎのイメージがモノクロームであるような所定波長の光 を放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
32. ３２．請求の範囲第２６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記複 数のレーザは、前記Ｍ×Ｎのイメージがカラーであるような複数の波長の光を放 出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
33. ３３．請求の範囲第２６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、可視光 を放出する前記複数のレーザの前記Ｋ×Ｌアレイの１×Ｌアレイは、３つのライ ンに整列され、各ラインごとに相違する所定波長の光を放出することを特徴とす る視覚ディスプレイシステム。
34. ３４．請求の範囲第３３項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記１ ×Ｎアレイ内のレーザは、互いに千鳥状に配列されていることを特徴とする視覚 ディスプレイシステム。
35. ３５．請求の範囲第３３項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、１×Ｌ アレイの前記第１番目のラインのレーザ群は、赤色領域の光を放出し、１×Ｌア レイの前記第２番目のラインのレーザ群は、緑色領域の光を放出し、１×Ｌアレ イの前記第３番目のラインの垂直キャビティ・面発光レーザ群は、青色領域の光 を放出することを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
36. ３６．請求の範囲第２６項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、該視覚 ディスプレイシステムは、さらに、前記複数の垂直キャビティ・面発光レーザか らの光を所定方向に伝搬させるためのマイクロレンズを有していることを特徴と する視覚ディスプレイシステム。
37. ３７．観察者の視野内に、所望のイメージを表示するための視覚ディスプレイシ ステムにおいて、該視覚ディスプレイシステムは、 可視光を放出する複数の垂直キャビティ・面発光レーザおよび発光ダイオードを 有するレーザアレイと、前記レーザアレイの光学的イメージを生成する手段と、 前記光学的イメージの位置を観察者の視身内で繰リ返し変位させる手段と、 所望のイメージを作成するために前記光学的イメージの位置を変位させるとき、 前記レーザアレイから放出される光の強度を選択的に制御するための手段とを有 していることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
38. ３８．観察者の視野内に、Ｍ×Ｎ画素の所望のイメージを表示するための視覚デ ィスプレイシステムにおいて、該視覚ディスプレイシステムは、Ｍ，Ｎをそれぞ れＫ，Ｌよりも大きいとするとき、 １×Ｌアレイが２つ以上のレーザのグループで構成されている場合に、Ｋ１×Ｌ アレイに実質的に整列された複数の面発光レーザと、 前記レーザから放出される光の伝搬方向とほぼ同じ（コリニアな）光学軸をもち 、レーザグループに対応する縮少イメージサイズのグループがレーザグループ間 隔よりも大きいグルーブ間隔をもつように、レーザグループを縮少イメージサイ ズのグルーブに画像化するための複数のレンズ対と、前記縮少イメージサイズの グループのイメージを生成する手段と、 縮少イメージサイズのグループ間に副画素を生成するように、前記イメージの位 置を観察者の視野内で繰リ返し変位させる手段と、 所望のＭ×Ｎのイメージを作成するために前記イメージの位置を変位させるとき 、前記複数の面発光レーザの各々から放出される光の強度を選択的に制御するた めの手段とを有していることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
39. ３９．請求の範囲第３８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記面 発光レーザは、垂直キャビテイ・面発光レーザであることを特徴とする視覚ディ スプレイシステム。
40. ４０．請求の範囲第３８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記面 発光レーザは、発光ダイオードであることを特徴とする視覚ディスプレイシステ ム。
41. ４１．請求の範囲第３８項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記面 発光レーザは、エッジ発光型レーザダイオードであることを特徴とする視覚ディ スプレイシステム。
42. ４２．観察者の視野内に、Ｍ×Ｎ画素の所望のイメージを表示するための視覚デ ィスプレイシステムにおいて、該視覚ディスプレイシステムは、Ｍ，Ｎをそれぞ れＫ，Ｌよりも大きいとするとき、 １×Ｌアレイが２つ以上のレーザのグループで構成されている場合に、１×Ｌア レイに実質的に整列された複数の面発光レーザと、 前記レーザから放出される光の伝搬方向とほぼ同じ（コリニァな）光学軸をもち 、レーザグループに対応する縮少イメージサイズのグループがレーザグループ間 隔よりも大きいグループ間隔をもつように、レーザグループを縮少イメージサイ ズのグループに画像化するための複数のレンズ対と、前記縮少イメージサイズの グループのイメージを生成する手段と、 前記イメージの第１および第２の各方向に沿って画素間におよび縮少イメージサ イズのグループ間に副画素を生成するように、前記イメージの位置を観察者の視 野内で繰リ返し変位させる手段と、 所望のＭ×Ｎのイメージを作成するために前記イメージの位置を変位させるとき 、前記複数の面発光レーザの各々から放出される光の強度を選択的に制御するた めの手段とを有していることを特徴とする視覚ディスプレイシステム。
43. ４３．請求の範囲第４２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記面 発光レーザは、垂直キャビティ・面発光レーザであることを特徴とする視覚ディ スプレイシステム。
44. ４４．請求の範囲第４２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記面 発光レーザは、発光ダイオードであることを特徴とする視覚ディスプレイシステ ム。
45. ４５．請求の範囲第４２項に記載の視覚ディスプレイシステムにおいて、前記面 発光レーザは、エッジ発光型レーザダイオードであることを特徴とする視覚ディ スプレイシステム。
46. ４６．１×Ｎアレイの各要素間の間隔がｄであリ、第１の方向に沿って少なくと も１×Ｎアレイに実質的に整列された可視光を放出する複数の面発光レーザと、 前記複数の面発光レーザのイメージを生成する手段と、１×Ｎアレイの各レーザ 間の間隔がｄであリ、前記レーザの各々が１つの画素に対応する場合に、隣接す るレーザイメージ間に副画素を生成するよう、前記第１の方向に沿って、前記間 隔ｄよりも小さい距離ずつ、前記複数の面発光レーザイメージを繰リ返し変位さ せる手段とを有していることを特徴とする走査機構。
47. ４７．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、前記面発光レーザは、垂 直キャビティ・面発光レーザであることを特徴とする走査機構。
48. ４８．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、前記面発光レーザは、発 光ダイオードであることを特徴とする走査機構。
49. ４９．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、前記面発光レーザは、エ ッジ発光型レーザダイオードであることを特徴とする走査機構。
50. ５０．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、前記１×Ｎアレイ内の面 発光レーザは、互いに千鳥状に配列されている二とを特赦とする走査機構。
51. ５１．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、該走査機構は、さらに、 前記複数の面発光レーザのイメージを、前記第１の方向とほぼ垂直な第２の方向 に沿ってそれぞれ表示するための手段を有していることを特徴とする走査機構。
52. ５２．請求の範囲第５１項に記載の走査機構において、前記複数の面発光レーザ は、前記のイメージがカラーであるような複数の波長の光を放出することを特徴 とする走査機構。
53. ５３．請求の範囲第５１項に記載の走査機構において、前記複数の面発光レーザ は、１×Ｎアレイを１つのラインとするときに３つのラインに整列され、各ライ ンごとに相違する所定波長の光を放出することを特徴とする走査機構。
54. ５４．請求の範囲第５３項に記載の走査機構において、１×Ｎアレイの前記第１ 番目のラインの面発光レーザ群は、赤色領域の光を放出し、１×Ｎアレイの前記 第２番目のラインの面発光レーザ群は、緑色領域の光を放出し、１×Ｎアレイの 前記第３番目のラインの面発光レーザ群は、青色領域の光を放出することを特徴 とする走査機構。
55. ５５．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、該走査機構は、さらに、 前記複数の面発光レーザからの光を所定方向に伝搬させるためのマイクロレンズ を有していることを特徴とする走査機構。
56. ５６．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、前記イメージ生成手段は 、光学レンズ系を有していることを特徴とする走査機構。
57. ５７．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、前記イメージを繰リ返し 変位させる前記手段は、共鳴ミラーを有していることを特徴とする走査機構。
58. ５８．請求の範囲第４６項に記載の走査機構において、前記イメージを繰リ返し 変位させる前記手段は、回転ミラーを有していることを特徴とする走査機構。
59. ５９．請求の範囲第５８項に記載の走査機構において、前記回転ミラーはＮ個の 側面をもち、各側面は、垂直方向に互いに傾きをもっていることを特徴とする走 査機構。