JP2017538145A - 仮想画像生成器 - Google Patents

Abstract

仮想画像投影システムに関係するシステムおよび技法が本明細書で開示される。いくつかの例では、本システムは、光ビームを受光し、光ビームを投影面に反射するための走査ミラー配置と、投影面から反射された光ビームがコリメートされるかまたは発散し、投影された画像が仮想画像として知覚されることが可能になるように、光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズとを含み得る。

Description

関連出願
本出願は、２０１４年１１月２０日に出願された、「仮想画像生成器（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｍａｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」と題する米国仮出願第６２／０８２，５７５号の利益を主張し、この出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本明細書の実施形態は、一般に光学システムに関し、詳細には、仮想画像を生成するための走査ミラーシステムに関する。

様々な画像投影システムは現実画像を投影し得る。より詳細には、投影システムは、直接閲覧するためにディスプレイ面上に画像を投影し得る。逆に、様々な画像投影システムは仮想画像を投影し得る。仮想画像は、画像化されるべき物体上の点からの出射光線が集束しないときに形成される画像である。したがって、仮想画像中の物体は、光線の見掛けの発散の点に位置するように見え得る。しかしながら、物体のロケーションが発散の点と整合するように見えるとき、画像の深度（例えば、物体のロケーション）を変化させることが困難であり得る。

本開示の少なくとも第１の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第１の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第２の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第３の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第４の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第５の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の例に従って配置された光学システムの動的レンズの変位と時間との間の関係を示すグラフを示す。 本開示の少なくとも第６の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第７の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第８の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第９の例による光学システムのブロック図を示す。 本開示の例に従って配置された光学システムの動的レンズの焦点距離と時間との間の関係を示すグラフを示す。 本開示による光学システムを含む第１の例示的なウェアラブルデバイスのブロック図を示す。 本開示の例に従って配置された、図１２のウェアラブルデバイスの部分のブロック図を示す。 本開示の例に従って配置された、図１２のウェアラブルデバイスの部分のブロック図を示す。 本開示の例に従って配置された、図１２のウェアラブルデバイスの部分のブロック図を示す。 本開示の例に従って配置された、図１２のウェアラブルデバイスの部分のブロック図を示す。 本開示による光学システムを含む第２の例示的なウェアラブルデバイスのブロック図を示す。 本開示の少なくとも第９の例による光学システムのブロック図を示す。 一実施形態による論理フローを示す。 一実施形態によるコンピュータ可読媒体を示す。 一実施形態によるデバイスを示す。

本明細書で説明する様々な実施形態は、投影された画像への深度の知覚を変更するために仮想画像のための仮想投影面のロケーションを調整するための動的レンズを含む光学投影システムを概して対象とする。

次に図面を参照し、同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指すために使用される。以下の説明では、説明の目的で、それの完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を記載する。しかしながら、新規の実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実践され得ることが明らかであろう。他の事例では、知られている構造およびデバイスは、それの説明を容易にするためにブロック図の形態で示される。意図は、特許請求の範囲内のすべての変更形態、均等物、および代替形態について十分に説明されるように、完全な説明を提供することである。

さらに、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」などの変数への参照が行われることがあり、これらの変数は、１より多い構成要素が実装され得る構成要素を示すために使用される。必ずしも複数の構成要素がある必要はないこと、さらに、複数の構成要素が実装される場合、それらが同一である必要はないことに留意することが重要である。代わりに、図における参照構成要素への変数の使用は、プレゼンテーションの便宜および明快のために行われる。

図１Ａ〜図１Ｂは、本開示の例による光学システム１０１のブロック図を示す。特に、図１Ａは軸上図を示し、一方、図１Ｂは軸外（例えば、透視など）図を示す。概して、光学システム１０１は、現実画像を投影し得、局所的に制御されるべき、例えば、ピクセルレベルなどで制御されるべき投影された画像の輝度を提供し得る。特に、反射された光ビーム（および投影された画像）は、局所的輝度調整および／または照明されないピクセルと照明されたピクセルとの間のコントラストレベルの制御を有することができる。別様に言えば、光学システム１０１は、画像を投影することが必要とされる場所のみにおいて光が送られることを提供し得る。したがって、投影された画像は仮想画像として知覚され得る。特に、光学システム１０１は、現実画像を投影し得、現実画像を走査し合焦させて、仮想画像として知覚されるべき投影された現実画像を提供し得る。

光学システム１０１は、面１０２上に画像を投影し、面１０２は、この例では、投影システム１０１の主光線１０３（例えば、メリジオナル光線など）に対して強く非直角である。いくつかの例では、面１０２は反射性であり得、したがって、画像は、閲覧者が投影された現実画像を仮想画像として知覚することができるように閲覧者の眼の網膜上に投影され得る。

「投影面」という用語は、このテキストでは、光源から放出された光がそのほうへ投影され、光がそれから視点へと前進し、それにより仮想画像を可視にする、任意の物理面を指すために使用される。例えば、面は、眼鏡レンズなど、透明体または部分透明体であり得る。この用語は狭義で使用されず、また、現実画像を可視にするために光がその上に投影される物理面に限定されるべきはないことに留意することが重要である。

投影面が、例えば、面１０２など、画像の主光線１０３に対して強く非直角である場合、投影機は、画像のピクセルを投影システム１０１から異なる距離に合焦させることが可能であるべきである。大型サイズ・ショート・スロー投影機、例えば、デジタル光処理（ＤＬＰ）、リキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのマトリックスベースの投影機は、投影された画像の主光線に対して強く非直角である投影面上にシャープな画像を表示するために、高品質で、大きく高価な軸外投影レンズを必要とすることに留意されたい。

光学投影システムと呼ばれることもある光学システム１０１は、光ビーム１０９を放出するように構成された光源１０５を備え、光ビーム１０９は、面１０２上に画像を投影するために面１０２にわたって走査される。特に、光源１０５は光源放出面１１９から光を放出する。光は、動的レンズまたは可動レンズとも呼ばれる、可変位置レンズ１２３を通して伝導される。レンズ１２３は光源１０５と走査ミラーシステム１１５との間に位置することができる。可変位置レンズ１２３は、以下でより詳細に後で説明するように、源１０５によって放出された光を合焦させるように調整され得る。光はレンズ１２３を通して伝導され、走査ミラー１１５に入射する。いくつかの例では、走査ミラーシステム１１５はＭＥＭＳ走査ミラーであり得る。いくつかの例では、ミラーを含む光学システム１０１は、ラスタ走査動作またはリサジュー走査動作を実施するように構成されている。特に、ミラーシステム１１５は、面１０２上に画像を形成するかまたは画像を投影するために、軸１１１および軸１１３の方向に（例えば、点１２１と点１２５との間など）面１０２にわたって光ビーム１０９を走査するために回転し得る。

概して、レンズ１２３は、光ビーム１０９を仮想焦点面（例えば、図１３〜図１６参照）にまたは投影面１０２に合焦させることになり、それにより、点１２１および／または点１２５にピクセルを生成する。画像生成プロセス中に、走査ミラーシステム１１５は、（例えば、点１２１と点１２５との間など）面１０２上に全画像を反射するために、投影面１０２上のいくつかのロケーションにおいて光ビーム１０９を走査する。わかるように、点１２１と走査ミラーシステム１１５との間の距離は、点１２５と走査ミラーシステム１１５との間の距離とは異なる。これは、投影面１０２が主光線１０３に対して実質的に非直交であるからである。いくつかの例では、走査ミラー１１５と焦点面１０２との間の距離は３ｍｍと３００ｍｍとの間である。

いくつかの例では、光源１０５は、レーザー、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＥＤ）、マイクロＬＥＤ、共振キャビティ発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直キャビティ面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）光源などであり得る。いくつかの例では、光源１０５は単一の光源であり得るかまたは複数の光源であり得る。いくつかの例では、複数の光源が提供される場合、光結合デバイスが提供され得る。例えば、ビームコンバイナおよび／または二色性プレートが提供され得る。

特に、走査ミラーシステム１１５は、可動プレートと、２つの相互に直交する軸を中心として回転されるように配置されたミラーとを備え得る。いくつかの例では、ミラーは１つの軸を中心として回転し得る。いくつかの例では、システム１１５は２つのミラーを備え得、各ミラーは１つの軸を中心として回転する。特に、各ミラーは、相互に直交する軸を中心として回転し得る。

いくつかの例では、ミラーシステム１１５は、水平方向に（例えば、軸１１１の方向などに）ラインごとに１ｋＨｚ〜８０ｋＨｚの速度で光ビーム１０９を走査し得る。いくつかの例では、ミラーシステム１１５は、垂直方向に（例えば、軸１１３の方向などに）ラインごとに１Ｈｚ〜２００Ｈｚの速度で光ビーム１０９を走査し得る。それに応じて、ラインごとに、例えば投影面１０２の上から下に画像全体のピクセルをラスタ走査することによって画像が生成され得る。その後、ミラー１１５は元の位置に戻る。この期間はフライバック期間と呼ばれ、フライバック期間中に画像は投影されない。いくつかの例では、例えば、インタレース投影が実装され得、画像は、（例えば、インタレース様式で）上から下におよび次いで下から上に投影される。いくつかの例では、例えば、より高い（例えば、軸ごとに６００Ｈｚ〜８０ｋＨｚなどの）水平軸周波数および垂直軸周波数を含むために、リサジュー型投影技法が実装され得る。

概して、ミラー１１５に対する可変位置レンズ１２３の変位は、動作中に動的に変更され得る。いくつかの例では、レンズ１２３は電気活性ポリマーを備え得る。したがって、レンズ１２３に電流を適用すると、レンズ１２３を物理的に変形させ得、結果的にレンズ１２３の変位が変化され得る。いくつかの例では、レンズ１２３は、圧電作動される剛性またはポリマーレンズであり得、レンズは、異なるロケーションへとレンズに物理的に移動させるために駆動動信で作動される。いくつかの例では、駆動信号はコントローラ（例えば、図１７に示されているコントローラ１８９０）によって提供され得る。

図２〜図５は、システム１０１の様々な例のブロック図を示す。これらの例は、図１Ａおよび図１Ｂに示されているシステム１０１に関して論じられ、特に、図示されているシステムの構成要素は、便宜および明快のために同様の数字表示を使用することがあることに留意されたい。ただし、例はこれらのコンテキストにおいて限定されない。

図２に目を向けると、システム２０１が示されている。システム２０１において、可変位置レンズ１２３と投影面１０２との間の距離Ａが大きくなるほど、光源放出点１１９と可変位置レンズ１２３との間の距離ａがより小さくなる。この距離ａと距離Ａとの間の関係は以下の式によって定義され得る。
ａ＝ｆｐ×Ａ／（Ａ−ｆｐ'）
ただし、ａは光源放出点１１９から可変位置レンズ１２３までの距離であり、ｆｐは可変位置レンズ１２３の焦点距離であり、Ａは可変位置レンズ１２３から投影面１０２までの距離である。一例として、可変位置レンズ１２３が焦点距離ｆｐ＝６ｍｍを有し、可変位置レンズ１２３から投影面１０２までの距離Ａが２０ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内である場合、光源放出点１１９から可変位置レンズ１２３までの距離ａは８．５７ｍｍ（Ａ＝２０ｍｍのとき）と７．０５ｍｍ（Ａ＝４０ｍｍのとき）との間で変化する。Ａは、光学システム２０１中に含まれ得る、例えば、三角測量技法などの特定の距離測定技法を用いて測定され得ることに留意されたい。可変位置レンズ１２３を調整することによって、投影面１０２と走査ミラーシステム１１５との間が光路の変動が１つの画像内で補償され得る。

図３に目を向けると、システム３０１が示されている。システム３０１では、可変位置レンズ１２３は走査ミラーシステム１１５と投影面１０２との間に配設され得る。さらに、システム１０１は、光源１０５と走査ミラーシステム１１５との間に置かれ得る、固定焦点距離および／または静的コリメーションレンズ１１７を備え得る。いくつかの例では、この図に示されているシステム１０１は、可変位置合焦レンズ１２３が、サブミリメートル範囲で走査される光ビーム合焦スポット距離を調整し得るように提供され得る。特に、可変位置レンズ１２３の変位は点１２１および／または１２５の実際の変位に対応し得る。

図４に目を向けると、システム４０１が示されている。システム４０１では、可変位置レンズ１２３は光源１０５と走査ミラーシステム１１５との間に配設され得る。さらに、システム１０１は、走査ミラーシステム１１５と投影面１０２との間に配設された固定焦点距離および／または静的投影レンズ１２４を備え得る。この図に示されているシステム１０１は、投影レンズ１２４が、投影された画像を投影面１０２に合焦させる一方、可変位置レンズ１２３が、投影面１０２に投影される合焦された画像のロケーションを調整するように操作されるように提供され得る。したがって、この図に示されているシステム１０１は、投影面１０２上で、合焦された投影された画像ロケーションのより大きい変位を可能にする。いくつかの例では、このシステムに示されているシステム１０１はウェアラブルディスプレイ適用例において実装され得、投影された画像は、仮想焦点面１４０上に合焦され、ユーザによって知覚される画像の視覚的深度を変化させるために他の仮想焦点面１４１および／または１４２（図１３〜図１６参照）において合焦されるように数ミリメートルだけ変位される必要がある。

図５に目を向けると、システム５０１が示されている。システム５０１では、可変位置レンズ１２３は固定焦点距離および／または静的コリメーションレンズ１１７と走査ミラーシステム１１５との間に配設され得る。レンズ１１７は、今度は光源１０５の前に配設される。したがって、この図に示されているシステム１０１は、走査ミラーシステム１１５と投影面１０２との間に配設された、固定焦点距離および／または静的投影レンズ１２４を備える。概して、コリメーションレンズ１１７と可変位置レンズ１２３との組合せは、例えば、他のシステムと比較して、投影面１０２上で合焦される投影された画像ロケーションのより大きい精度を提供し得る。いくつかの例では、このシステムに示されているシステム１０１はウェアラブルディスプレイ適用例において実装され得、投影された画像は、仮想焦点面１４０（図１３〜図１６参照）上に合焦され、ユーザによって知覚される画像の視覚的深度を変化させるために他の仮想焦点面１４１および／または１４２（図１３〜図１６参照）において合焦されるように数ミリメートルだけ変位される必要がある。

図６は、時間ｔと、可変位置レンズ１２３から投影面１０２までの距離Ａとの間の関係を示すチャート６００を示す。図示のように、時刻ｔ１において、距離Ａはｄ１に等しい。この位置において、点１２１におけるピクセルは面１０２上に投影される。これは距離Ａの最小値であり得る。この例では、点１２１におけるピクセルは、走査ミラーシステム１１５に最も近い面１０２上のピクセルであり得る。距離Ａが次いで時刻ｔ２まで線形的に増加された場合、距離Ａはそれの最大値ｄ２にあり得る。この位置において、点１２５におけるピクセルは面１０２上に投影される。このケースでは、点１２５におけるピクセルは、走査ミラーシステム１１５から最も遠い面１０２上のピクセルであり得る。可変位置レンズ１２３は、時刻ｔ３において、点１２１におけるピクセルで再び開始して新しい画像が走査され得るように、次いでそれの初期位置に迅速に戻される。図示のように、可変位置レンズ１２３は、以下でさらに詳細に説明する、走査ミラーシステム１１５の低速軸の移動にのみ追従する。しかしながら、いくつかの例では、可変位置レンズ１２３は走査ミラーシステム１１５の高速軸の移動に追従し得るか、または可変位置レンズ１２３は走査ミラーシステム１１５の低速軸と高速軸の両方の移動に追従し得る。

図７〜図１０は、システム１０１の様々な例のブロック図を示す。これらの例は、図１Ａおよび図１Ｂに示されているシステム１０１に関して論じられ、特に、図示されているシステムの構成要素は、便宜および明快のために同様の数字表示を使用することがあることに留意されたい。ただし、例はこれらのコンテキストにおいて限定されない。

図７に目を向けると、システム７０１が示されている。システム７０１は、動的レンズとも呼ばれる可変焦点距離レンズ１２７を含み得る。いくつかの例では、システム７０１は、レンズ１２３（例えば、レンズ１２３は図１Ａ〜図５などにおいて示されている）の代わりに可変焦点距離レンズ１２７を含むように実装され得る。さらに、光源１０５と可変焦点距離レンズ１２７との間に固定焦点距離および／または静的コリメーションレンズ１１７が配設される。コリメーションレンズ１１７から光源放出面１１９までの距離は固定のままであり得る。走査された光ビーム１０９は可変焦点距離レンズ１２７によって合焦される。したがって、可変焦点距離レンズ１２７は、仮想焦点面においてまたは投影面１０２において、コリメーションレンズ１１７によってコリメートされた光ビーム１０９を合焦させ得る。焦点距離は、レンズ曲率を動的に変化させることによって変更され得る。いくつかの例では、レンズ１２７は電気活性ポリマーを備え得る。したがって、レンズ１２７に電流を適用すると、レンズ１２７を物理的に変形させ得、結果的にレンズ１２７の曲率が変化され得る。いくつかの例では、レンズ１２７は、圧電作動される剛性またはポリマーレンズであり得、レンズは、レンズの形状を物理的に変更させ、それにより焦点距離を動的に変更するために駆動動信で作動される。いくつかの例では、駆動信号はコントローラ（例えば、図１７に示されているコントローラ１８９０）によって提供され得る。

図示のように、可変焦点距離レンズ１２７から投影面１０２までの距離Ｂが大きくなるほど、レンズの焦点距離がより大きくなる。可変焦点距離レンズ１２７の焦点距離ｆと、可変焦点距離レンズ１２７から投影面１０２までの距離Ｂとの間の関係は以下の式によって定義され得る。
ｆ＝Ｂ
ただし、ｆは可変焦点距離レンズ１２７の焦点距離であり、Ｂは可変焦点距離レンズ１２７から投影面１０２までの距離である。一例として、最も近いピクセルから最も遠いピクセルまでの距離Ｂの変動が範囲２０ｍｍ〜４０ｍｍ内である場合、可変焦点距離レンズ１２７の焦点距離ｆは範囲２０ｍｍ〜４０ｍｍ内になる。距離Ｂの変動は、いくつかの適用例では実際には３ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内であり得る。

図８に目を向けると、システム８０１が示されている。システム８０１では、可変焦点距離レンズ１２７は走査ミラーシステム１１５と投影面１０２との間に配設される。したがって、固定焦点距離および／または静的コリメーションレンズ１１７は光源１０５と走査ミラーシステム１１５との間に配設される。したがって、システム８０１、および特に、可変焦点距離合焦レンズ１２７は、ある範囲（例えば、何十ミリメートルなど）にわたってビーム１０９の合焦スポット距離を正確に調整することが可能である。この構成では、可変焦点距離レンズ１２７の焦点距離は、合焦スポット１２１および／または１２５から可変焦点距離レンズ１２７までの実際の距離に対応し得る。いくつかの例では、システム８０１は、合焦スポットと可変焦点距離レンズ１２７との間の距離が大きい変動範囲を有することになる腕時計投影機において実装され得る。

図９に目を向けると、システム９０１が示されている。システム９０１では、可変焦点距離レンズ１２７は固定焦点距離および／または静的コリメーションレンズ１１７と走査ミラーシステム１１５との間に配設され得る。固定焦点距離および／または静的コリメーションレンズ１１７は、今度は光源１０５の前に配設される。さらに、システム９０１は、走査ミラーシステム１１５と投影面１０２との間に置かれた固定焦点距離および／または静的投影レンズ１２４を含む。したがって、システム９０１、および特に、レンズ１２４は、投影された画像を投影面１０２に合焦させるが、可変焦点距離レンズ１２７は、投影面１０２に投影される合焦された画像のロケーションを細かく調整するだけでよい。

図１０に目を向けると、システム１００１が示されている。システム１００１では、可変焦点距離レンズ１２７は光源１０５と走査ミラーシステム１１５との間に配設され得る。さらに、固定焦点距離および／または静的投影レンズ１２４は走査ミラーシステム１１５と投影面１０２との間に配設される。したがって、システム１００１、および特に固定焦点距離および／または静的投影レンズ１２４は、投影された画像を投影面１０２に合焦させるが、可変焦点距離合焦レンズ１２７は、投影面１０２に投影される合焦された画像のロケーションを細かく調整するだけでよい。

図１１は、時間ｔと可変焦点距離レンズ１２７の焦点距離ｆとの間の関係を示すチャート１１００を示す。時刻ｔ１において、焦点距離ｆはｆ１に等しい。この位置において、点１２１に投影されたピクセルは面１０２上に投影される。これは、焦点距離ｆが取ることができる最小値であり得る。このケースでは、点１２１におけるピクセルは、走査ミラーシステム１１５に最も近い面１０２上にあり得る。今や、焦点距離ｆは時刻ｔ２まで線形的に増加される。この時刻において、焦点距離ｆはそれの最大値ｆ２を取る。この位置において、点１２５に投影されたピクセルは面１０２上に投影され、合焦される。このケースでは、点１２５におけるピクセルは、走査ミラーシステム１１５から最も遠い面１０２上のピクセルであり得る。これの後に、可変焦点距離レンズ１２７は、時刻ｔ３において、点１２１におけるピクセルから再び開始して新しい画像が走査され得るように、光源１０５に近いそれの初期焦点距離ｆ１に迅速に戻される。いくつかの例では、可変焦点距離レンズ１２７は、後でより詳細に説明するように、走査ミラーシステム１１５の低速軸の移動にのみ追従する。いくつかの例では、可変焦点距離レンズ１２７は走査ミラーシステム１１５の高速軸の移動に追従することができるか、または可変焦点距離レンズ１２７は走査ミラーシステム１１５の低速軸と高速軸の両方の移動に追従することができる。

いくつかの例では、光学システム１０１、または上記で説明した光学システム（例えば、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１、１００１など）のいずれかにおいて、動的レンズ（例えば、レンズ１２３、レンズ１２７、レンズ１２３とレンズ１２７の両方など）は、ミラー軸１１３とともに方向付けられ得る。いくつかの例では、光学システム１０１、または上記で説明した光学システム（例えば、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１、１００１など）のいずれかにおいて、動的レンズ（例えば、レンズ１２３、レンズ１２７、レンズ１２３とレンズ１２７の両方など）は、ミラー軸１１１とともに方向付けられ得る。

いくつかの例では、光学システム１０１、または上記で説明した光学システム（例えば、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１、１００１など）のいずれかにおいて、動的レンズ（例えば、レンズ１２３、レンズ１２７、レンズ１２３とレンズ１２７の両方など）は、動的レンズと投影領域との間の距離が最も大きい変動を有するミラー軸とともに方向付けられ得る。いくつかの例では、距離（例えば、距離の変動など）は、カメラ三角測量技法によって検出されるか、距離検知デバイスによって検出されるか、あるいは事前に選択または提供され得る。

図１Ｂの実線が高速ミラー軸（例えば、垂直軸１１３）に対応する一方、破線の走査ラインが低速ミラー軸（例えば、水平軸１１１）に対応することに留意されたい。いくつかの例では、１つの画像内でさえも、走査された光ビーム１０９を常に投影面１０２上に合焦させたままに保つために、低速軸の振動は可変焦点距離レンズ１２７の焦点距離変動または可変位置レンズ１２３の変位変動と同期される。走査ミラーシステム１１５の低速軸および高速軸の方向付けを正しく選定することによって、表示される垂直線の各々について動的レンズの１つの調整位置を有することが可能である。特定の一例として、６４０本の垂直ラインと６０Ｈｚのリフレッシュレートとをもつ投影された画像について、最小値と最大値との間の動的レンズの変位または焦点距離の変更は１／６０ｓ＝１６ｍｓ内で動的に調整され得る。

図１２は、本開示の例示的な一実装形態を示す。特に、この図は、例えば、読書用眼鏡、サングラス、スマートグラスなど、眼鏡（ｓｐｅｃｔａｃｌｅｓ）とも呼ばれる、眼鏡（ａ ｐａｉｒ ｏｆ ｇｌａｓｓｅｓ）として実装され得るウェアラブルデバイス１２００を示す。特に、デバイス１２００は拡張および／または仮想現実眼鏡であり得る。デバイス１２００は、２ＤＯＦ ＭＥＭＳベースのラスタ走査投影機１３９−１および１３９−２を含み得る。投影機１３９は、上記で説明した光学システム（例えば、システム１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１、１００１など）のいずれかを備え得る。特に、投影機１３９の各々は、光源１０５と、動的レンズ（例えば、レンズ１２３、レンズ１２７など）と、走査ミラーシステム１１５とを備え得る。投影機１３９は、眼鏡フレームの左側および右側の各々に取り付けられる。例えば、投影機１３９−１はロケーション１３２におけるフレームに取り付けられ、一方、投影機１３９−２はロケーション１３３におけるフレームに取り付けられる。

投影機１３９の各々は、独立した画像を投影する。特に、投影機１３９−１は眼鏡レンズ１３７上に画像１３５を投影し、一方、投影機１３９−２は眼鏡レンズ１３８上に画像１３６を投影する。リレー光学系とも呼ばれる眼鏡レンズ１３７および１３８は、ホログラフィック、楕円体または光回折ベースのシースルーまたは非シースルーのコンバイナであり得、それにより、ユーザは、現実の屋外画像と投影された画像とを同時に見ることが可能になる。レンズ１３７および１３８は光ファイバーまたは光ファイバーの束を備え得る。

眼鏡レンズ１３７および１３８に投影された画像１３５および１３６は、ユーザの眼の瞳孔のロケーション（例えば、図１３〜図１６のロケーション１４５）のほうへコンバイナによって反射される。反射されたビームは、ユーザの眼のレンズの光学特性に適応する必要なしにユーザが画像を無限の視覚的深度を有するものとして知覚することを提供するために、コリメートされ得る。

反射されたビームをコリメートするために、投影された画像は眼鏡レンズ１３７および１３８の前で合焦され得る。特に、画像は仮想面上に合焦され得る。これは図１３〜図１６においてより詳細に示される。これらの図をまとめて参照すると、システム１２００の一部分がより詳細に示されている。特に、これらの図は、投影面（例えば、眼鏡レンズ１３８）に近接する仮想面とも呼ばれる、仮想面１４０上に合焦されている投影された画像を示している。これらの図は眼鏡レンズ１３８に関して説明されるが、それらは、上記で説明した眼鏡レンズ１３７、または投影面１０２に適用可能であり得る。例はこのコンテキストにおいて限定されない。仮想面は必ずしも数学的面であるとは限らないことに留意されたい。また、これらの図に示されている可変位置レンズ１２３は、代わりに可変焦点距離レンズ１２７であり得ることに留意されたい。いくつかの例では、仮想面１４０は、平坦、球面状、非球面状、多項式、または自由形態の形状を有し得る。いくつかの例では、面１４０の形状は、システムにおいて実装されるビームコンバイナによって決定され得る。

いくつかの例では、投影面１３８ならびに仮想焦点面１４０、１４１、および／または１４２は平行である。いくつかの例では、仮想焦点面１４０、１４１、および／または１４２は、例えば、図１４に示されているように湾曲され得る。それに応じて、閲覧者は、網膜の曲率に一致する仮想画像を知覚し得、したがって、知覚される仮想画像は、閲覧者によってなお一層自然であるように知覚され得る。投影面１３８は、仮想焦点面と同じ形状を有することも有しないこともある。

いくつかの例では、眼鏡レンズ１３８によって反射されるビームは、例えば、図１５〜図１６に示されているように発散し得る。反射された光が発散するために、投影された画像（例えば、画像のピクセルを決定する光ビーム１０９の各々）は、眼鏡レンズ１３８と仮想焦点面１４０との間に合焦される。代替の仮想焦点面１４１および１４２も示されている。焦点面（例えば、面１４０、１４１、１４２など）が眼鏡レンズ１３８に近づくほど、画像の視覚的深度がより近くに現れることになることに留意されたい。

本明細書で使用されるとき、仮想焦点面または仮想面という用語は、（平坦な仮想面のケースでは）２次元または（上述のように球面状、非球面状、多項式または自由形態の形状のケースでは）３次元における焦点の集合によって決定される仮想面を指すことを意図し、点の各々は、画像の特定のピクセルに対応する個々の光ビームの焦点である。

より詳細には図１６に目を向けると、システム１３００は、走査ミラー１１５と投影面（例えば、眼鏡レンズ１３８）との間に配設された光学レンズ１４６および／または１４７を含み得る。レンズ１４６および１４７は、それらの間に指定された間隔をあけて互いに近接して配設され得る。特に、レンズ１４６および１４７は、ビーム１０９を延長し、ビーム１０９を眼鏡レンズ１３８に再び導くように配置され得る。レンズ１４６および１４７は互いに異なる焦点距離を有し得る。いくつかの例では、レンズ１４６はレンズ１４７よりも短い焦点距離を有し得る。したがって、アイボックス（例えば、画像が閲覧者によって見られることになる領域）が増加し得、それにより、ある範囲内で閲覧位置が移動する場合でも、画像が依然として可視であり得ることを提供する。

図１３〜図１６の例では、焦点面が投影面１３８の前に位置することに留意することが重要である。言い換えれば、仮想焦点面は、投影面１３８と走査ミラー配置１１５との間に位置する。しかしながら、仮想焦点面は、代替的には投影面に一致するかまたはそれの後ろに位置し得る。距離知覚を決定するものは、投影面上のビーム・スポット・サイズではなく、投影面１０２に達する光ビーム（例えば、図１Ａおよび図１Ｂのビーム１０９）の集束／発散角度であることに留意されたい。本開示によれば、レンズ１２７の焦点距離を調整することによってまたは可動レンズ１２３を変位させることによってそれらのビームの各々の角度を修正することが可能である。これは、投影面１０２上に修正されたピクセル・スポット・サイズをもたらすことになる。

図１７は、本開示の例示的な一実装形態を示す。特に、この図は、例えば、スマートウォッチなど、腕時計として実装され得るウェアラブルデバイス１７００を示している。デバイス１７００は、デバイス１７００のハウジング１４８内に配設された２ＤＯＦ ＭＥＭＳベースの走査投影機１３９を含み得る。投影機１３９は、例えば、着用者の手１４９など、デバイス１７００に近接する面上に画像を投影するように構成され得る。いくつかの例では、投影機１３９は、低速動ミラー軸（例えば、軸１１１など）が、デバイス中の動的レンズ（例えば、レンズ１２３、１２７など）と近接面との間の距離が最も大きい変動を有するデバイス１７００に近接する面（例えば、着用者の手の背面など）上の方向に沿って方向付けられるように方向付けられ得る。

図１８は、例示的な光学システム１８００のブロック図を示す。光学システム１７００は、例えば、上記で説明した光学システム１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１、および／または１００１など、本明細書で説明する光学システムのいずれかにおいて実装され得る。概して、光学システム１８００は、画像に対する深度の知覚および／または知覚される距離を提供するために、投影面上に画像を投影するために画像の投影中に画像のピクセルを動的に合焦させるように実装され得る。特に、システム１８００は、ミラー１８１５と、いくつかの動的レンズ１８２０とを含み得る。ミラー１８１５および動的レンズ１８２０は光学的に結合され、したがって、ミラー１８１５および動的レンズ１８２０は、光ビームを受光し、ディスプレイ面にわたって光ビームを走査し、同時に、投影された画像の個々のピクセルを合焦させるために走査された光ビームを動的に合焦させ得る。システム１８００は、動作中に受光された光ビームをミラー１８１５に走査させ、受光および／または走査された光ビームを動的レンズ１８２０に合焦させるために、ミラー１８１５と動的レンズ１８２０とに動作可能に結合されたコントローラ１８９０をさらに含み得る。

概して、コントローラ１８９０はハードウェアを備え得、コントローラ１８９０が１つまたは複数の制御信号をミラー１８１５および動的レンズ１８２０に送るための命令を実行するように構成され得、制御信号は、いくつかの軸を中心としてミラー１８１５を回転させ、動的レンズ１８２０を変位させおよび／または動的レンズ１８２０にレンズ１８２０の焦点距離を調整させる。

コントローラ１８９０は眼追跡構成要素１８９２を含み得る。眼追跡構成要素１８９２は、カメラまたはＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ、マイクロＬＥＤ、ＲＣＬＥＤもしくはレーザーベースの照明源の組合せ、およびフォトダイオードまたはフォトダイオードのアレイなど、フォトセンサを含み得る。眼追跡構成要素１８９２は、ユーザまたは着用者の眼の位置または視点を追跡および／または判定するように構成され得る。

コントローラ１８９０は距離測定構成要素１８９４を含み得る。距離測定構成要素１８９４は、カメラまたはＬＥＤ、ＶＣＳＥＬ、マイクロＬＥＤ、ＲＣＬＥＤもしくはレーザーベースの照明源の組合せ、およびフォトダイオードまたはフォトダイオードのアレイなど、フォトセンサを含み得る。距離測定構成要素１８９４は、閲覧者からの物体の見掛けの距離を判定するために眼追跡構成要素１８９２に動作可能に結合され得（いくつかの例では、同じ構造を用いて実装され得）、仮想画像中の物体は面１０２上に投影される。

コントローラ１８９０はコンテンツ修正構成要素１８９６を含み得る。コンテンツ修正構成要素１８９６は、投影されるべき画像中の物体の見掛けのサイズおよび位置を調整するために、仮想焦点面（例えば、面１４０、１４１、１４２など）および投影された画像（例えば、画像１３５、１３６など）を修正するように構成され得る。いくつかの例では、仮想焦点面および投影された画像は２次元において修正される。いくつかの例では、仮想焦点面および投影された画像は３次元において修正される。

いくつかの例では、コンテンツ修正構成要素１８９６は、投影面（例えば、面１０２、面１３７、面１３８、面１４９など）にわたって画像の解像度を変化させることによって、投影されるべき画像を修正し得る。例えば、構成要素１８９６は、投影された画像において選択された画像変調伝達関数（ＭＴＦ）または光学的伝達関数（ＯＴＦ）を維持し得る。ＭＴＦは、投影面上の画像の様々な位置におけるピクセル間のコントラストにリンクされ得る。したがって、構成要素１８９６は、投影面上の２つの異なるロケーションをもたらす、２つの異なる時刻における２つの連続するピクセルをパルス化することによってそれらのピクセルを区別するように構成され得る。

いくつかの例では、コンテンツ修正構成要素１８９６は、ピクセル・スポット・サイズを変化させることによってまたは光源（例えば、源１０５など）のパルス化を調整することによって、投影された画像を調整するように構成され得る。例えば、オン１０ｎｓ（第１のピクセル）、オフ１ｎｓ、オン１０ｎｓ（第２のピクセル）に基づいて画像を投影する代わりに、構成要素１８９６は、パルスオン１０ｎｓ（第１のピクセル）、オフ１０ｎｓ、オン１０ｎｓ（第２のピクセル）に基づいて画像が投影されることを指定するように構成され得る。したがって、源（例えば、源１０５）がオフであるとき、投影面上に黒い部分が生成される。したがって、２つのスポット間の輝度の差が所望のＭＴＦコントラストよりも大きい場合、２つのピクセルが検出され得る。

投影面上の画像解像度を変化させることは、投影される仮想画像の画像解像度が変化されることを必ずしも意味するとは限らないことに留意されたい。例えば、ラインごとに１０００個のピクセルが投影面（例えば、１３８）上に投影され得るが、仮想面（例えば、１４０）上では、ピクセルが重複することがある。そのようなものとして、（互いの上に重複しているピクセルのただ１つの束が見られ得るように）効果的な解像度が投影面上の１ピクセル程度に低い状況がある。しかしながら、仮想画像では、それは「ズームされた」ように知覚され得る。特に、同じピクセルが存在するが、それらが互いに分離されていると、フル解像度が知覚され得る。したがって、所与のＭＴＦ値のためにピクセルを互いに区別することが可能である。

いくつかの例では、コンテンツ修正構成要素１８９６は、投影面上でいくつかのピクセル（例えば、４つのピクセル、８つのピクセルなど）が区別され得るように、投影された画像を修正し得る。したがって、焦点は、投影面上で単一のピクセルが区別されるケースに対して、投影面上で増加するが、仮想画像は同じ解像度を依然として有し得る。

いくつかの例では、コントローラ１８９０は、異なる知覚されるロケーションにおいて完全な画像をシステムに投影させるように構成され得る。例えば、１つの画像フレームまたはフレームの１つのセットが１つのロケーションに投影され得、後続の画像またはフレームのセットは異なるロケーションに投影される。したがって、仮想画像が正しいロケーションにおいて知覚されるように仮想画像を投影すると同時に、知覚される投影距離が設定され得る。例えば、ユーザが２ｍ離れている椅子を見ている場合、システム１８００は、椅子とは異なるロケーションにおいてアバターが知覚させられるはずである、２０ｍ離れて座っているのとは対照的に、２ｍ離れている椅子の上に座っているように知覚されるアバターの仮想画像を投影するように構成され得る。

いくつかの例では、コントローラ１８９０は、複数の異なる知覚される距離において同じ画像の一部分をシステムに投影させるように構成され得、例えば、仮想画像中の物体が閲覧者に対して移動しているという印象をシステムに生成させるように構成されるか、または、仮想画像の異なる部分が異なる知覚された距離を有する、静的な仮想画像をシステムに単に示させるように構成され得る。

概して、本明細書で説明する光学システムは、例えば、単眼デバイス、両眼デバイス、ヘッドアップディスプレイ、ホログラフィックシステムなど、様々な異なる光学投影デバイスのいずれかにおいて実装され得る。したがって、コントローラ１８９０は、（距離知覚を伴う）２Ｄ画像または現実３Ｄ画像をシステムに生成させるように構成され得る。いくつかの例では、単眼デバイスは、例えば、画像の上部が無限距離において知覚され、画像の下部が短距離において知覚される場合など、連続的な深度修正を有するものとして知覚されるべき３Ｄ仮想画像を投影するように実装され得る。

別の例として、ウェアラブルデバイスが両眼システムにおいて実装され得る。コントローラ１８９０は、異なる画像間のシフトによっておよび透視画像レンダリングによって現実３Ｄ環境をシステムに投影させるように構成され得る。３Ｄ画像の知覚をさらに改善するために、透視レンダリングは、仮想画像距離が物理的に調整されるという意味において物理的に生成され得る。

いくつかの例では、光学システムは、部分的に透過的であり部分的に反射性であるホログラフィックトランス反射体を備え得る。いくつかの例では、光学システムは、光をユーザの眼の瞳孔のほうへ方向転換するように構成された、体積ホログラムトランス反射体を備え得る。特に、ホログラムは、複数のアイボックスを生成するようにユーザの眼の瞳孔における複数のロケーションのほうへ、ホログラム上の同じロケーション上で合焦する様々な波長の同じピクセルを表す複数のビームを空間的に反射するように構成され得る。アイボックスは、閲覧者がその眼を動き回らせた後に画像を依然として見る領域であることに留意されたい。したがって、全体的なアイボックスのサイズを拡大するために、光ビームのサイズを拡大する代わりに、各ピクセルは、複数の、例えば、３つの光ビームによって、３つの異なる波長をもつ３つの光源を使用することによって反射され得る。いくつかの例では、複数の光ビームの波長は、それらが同じまたは同様の色として知覚されるように互いに近いことがある。

例えば、６４０ｍｎ、６４５ｎｍ、６５０ｎｍの波長をもつ３つの赤色光源が選定され得る。ホログラムはこのケースでは波長多重化されたホログラムであるので、ホログラムが、網膜における３つの異なる空間位置において３つのビームを方向転換することが可能であるように、異なる波長が使用され得る。この種類のホログラムは、同じ点（走査動作が進むとこの点は移動している）において同時にホログラフィックディフューザとして働いているホログラム面に光ビームが達する場合でも、異なる波長の光を異なる方向に方向転換することができる。実際、そうするとき、および複数のビームの各々が同じピクセルを表す場合、ならびにそれらのビームを眼のほうへ反射させ、異なるロケーションにおいて眼に到達させることによって、ユーザは、眼を移動した後に、１つのビームから別のビームに「スイッチする」ことになるが、それらすべてが同じピクセルを表すので、閲覧者は、アイボックスを切り替えながら同じ画像を見る傾向になる。閲覧者にとって、それは、次いで、より大きいアイボックスとして知覚されることになる。

したがって、コントローラ１８９０は、そのような多重化ホログラムを備えるシステムが、光ビームをホログラフィックディフューザ上の同じロケーションに投影し、様々な知覚される距離をもつ仮想画像を生成するための様々な焦点を生成するように動的レンズ１２３および／または１２７を動的に調整することを引き起こすように構成され得る。コントローラ１８９０は、投影された画像のピクセルごとに個々に動的レンズ１２３および／または１２７を調整し得る。したがって、所与の時刻に複数のアイボックスが生成され得、各アイボックスは、知覚される距離が異なる同じ仮想画像を示し得る。したがって、この例では、閲覧者は、所与の時刻に、単に異なるアイボックスを見ることによって３つの異なる知覚される仮想画像距離の間で選定することが可能である。

コントローラ１８９０は、複数の光ビームをユーザ網膜における同じロケーションにシステムに導かせ、それにより、所与の時刻において単一のアイボックスを生成するように構成され得る。特に、コントローラ１８９０は、光ビームごとに個々に動的レンズ１２３および／または１２７を調整するように構成され得、例えば、レンズ１２７の焦点距離は、第１の光ビームのための第１の焦点距離と、第２の光ビームのための第２の焦点距離とに調整され得る。

いくつかの例では、コントローラ１８９０は、ピクセルごとにおよび／または画像フレームごとに動的レンズ１２３および／または１２７を調整し得る。上記で説明した複数の光ビームホログラフィックシステムは同様の色を使用することに関して説明されたが、異なる色の複数のビームを投影するシステムが実装され得ることに留意されたい。したがって、コントローラ１８９０は、光ビームの様々な波長に基づいて、投影された仮想画像の知覚される距離を調整するように構成され得る。

図１９は、仮想画像を投影するための論理フロー１９００を示す。論理フロー１９００はブロック１９１０において開始し得る。ブロック１９１０「反射されるべき光ビームを受光する」において、ミラー１１５は、例えば、光ビーム１０９など、光ビームを受光し得る。特に、光源１０５が光ビーム１０９を放出し得、光ビーム１０９はミラー１１５によって受光される。コントローラ１８９０は、投影面１０２上に仮想画像を投影するために画像ラスタ走査動作をミラー１１５に実装させるように構成され得る。さらに、ブロック１９１０において、光学システム、および特に動的レンズ１２３および／または１２７は、走査され反射された光ビームを焦点面（例えば、投影面１０２、レンズ１３７、レンズ１３８、仮想面１４０、１４１、１４２など）に合焦させるように構成され得る。

ブロック１９２０「仮想画像を投影するための距離を判定する」に進むと、コントローラ１８９０は、投影面上に仮想画像を投影するための距離を判定し得る。特に、ブロック１９２０において、コントローラ１８９０は、閲覧者の眼の位置を判定および／または検知し得る。閲覧者によって閲覧される物体は、検出された眼の位置に基づいて判定され得、検出された物体までの距離が識別され得る。いくつかの例では、仮想画像を投影するための判定された距離は、検出された物体までの判定された距離に対応し得る。

ブロック１９３０「仮想画像を投影するための判定された距離に基づいて動的レンズを調整する」に進む。ブロック１９３０において、コントローラ１８９０は、投影された仮想画像が、ブロック１９２０において判定された距離に対応する距離において知覚させられるために、動的にレンズに調整させる（例えば、変位させる、焦点距離を変化させるなどの）ための制御信号をレンズ１２３および／または１２７に送るように構成され得る。

図２０は、記憶媒体２０００の一実施形態を示す。記憶媒体２０００は製造品を備え得る。いくつかの例では、記憶媒体２０００は、光学、磁気または半導体記憶装置など、任意の非一時的コンピュータ可読媒体または機械可読媒体を含み得る。記憶媒体２０００は様々なタイプのコンピュータ実行可能命令（例えば、２００２）を記憶し得る。例えば、記憶媒体２０００は、技法１９００を実装するために様々なタイプのコンピュータ実行可能命令を記憶し得る。

コンピュータ可読または機械可読記憶媒体の例は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリ、リムーバブルまたは非リムーバブルメモリ、消去可能または消去不能メモリ、書込み可能または再書込み可能メモリなどを含む、電子データを記憶することが可能な任意の有形媒体を含み得る。コンピュータ実行可能命令の例は、ソースコード、コンパイルされたコード、解釈されたコード、実行可能コード、静的コード、動的コード、オブジェクト指向コード、視覚的コードなど、任意の好適なタイプのコードを含み得る。例はこのコンテキストにおいて限定されない。

図２１は、例示的なシステム実施形態の図であり、特に、様々な要素を含み得るプラットフォーム３０００を示す。例えば、この図は、プラットフォーム（システム）３０００が、プロセッサ／グラフィックスコア３００２、チップセット／プラットフォーム制御ハブ（ＰＣＨ）３００４、入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス３００６、（ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）などの）ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３００８、および読取り専用メモリ（ＲＯＭ）３０１０、ディスプレイ電子回路３０２０、（例えば、システム１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１２００、１７００、１８００など、例えば、上記で説明した光学システムを含む）ディスプレイ３０２２、ならびに様々な他のプラットフォーム構成要素３０１４（例えば、ファン、クロス・フロー・ブロワ、ヒートシンク、ＤＴＭシステム、冷却システム、ハウジング、通気口など）を含み得ることを示している。システム３０００はまた、ワイヤレス通信チップ３０１６とグラフィックスデバイス３０１８とを含み得る。ただし、実施形態はこれらの要素に限定されない。

図示のように、Ｉ／Ｏデバイス３００６、ＲＡＭ３００８、およびＲＯＭ３０１０は、チップセット３００４を介してプロセッサ３００２に結合される。チップセット３００４は、バス３０１２によってプロセッサ３００２に結合され得る。したがって、バス３０１２は複数のラインを含み得る。

プロセッサ３００２は、１つまたは複数のプロセッサコアを備える中心処理ユニットであり得、任意の数のプロセッサコアを有する任意の数のプロセッサを含み得る。プロセッサ３００２は、例えば、ＣＰＵ、多重処理ユニット、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、パイプラインを有するプロセッサ、複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）など、任意のタイプの処理ユニットを含み得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ３００２は、別個の集積回路チップ上に位置する複数の別個のプロセッサであり得る。いくつかの実施形態では、プロセッサ３００２は内蔵グラフィックスを有するプロセッサであり得るが、他の実施形態では、プロセッサ３００２は１つまたは複数のグラフィックスコアであり得る。

いくつかの実施形態は、「一実施形態」または「実施形態」という表現をそれらの派生物とともに使用して説明されることがある。これらの用語は、それらの実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、または特性が少なくとも一実施形態中に含まれることを意味する。本明細書の様々な場所における「一実施形態では」という句の出現は、必ずしも同じ実施形態をすべて参照しているとは限らない。さらに、いくつかの実施形態は、「結合された」、「接続された」という表現をそれらの派生物とともに使用して説明されることがある。これらの用語は、必ずしも互いに類義語として意図されるとは限らない。例えば、いくつかの実施形態は、１より多い要素が互いに直接物理的または電気的に接触していることを指示するために「接続された」および／または「結合された」という用語を使用して説明されることがある。ただし、「結合された」という用語は、１より多い要素が互いに直接接触していないが、それでも依然として互いに協働または相互作用することをも意味し得る。さらに、異なる実施形態からの態様または要素は組み合わされ得る。

開示の要約書は、読者が技術的開示の性質を迅速に確認することを可能にするために提供されることが強調される。要約書は、その要約書が特許請求の範囲または意味を解釈または限定するために使用されることはないという理解とともに提出される。さらに、上記の発明を実施するための形態では、様々な特徴は、本開示を合理化するために単一の実施形態において一緒にグループ化されることがわかる。本開示のこの方法は、請求される実施形態が、各請求項に明確に具陳されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されるべきではない。そうではなく、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の主題は、単一の開示される実施形態のすべてよりも少ない特徴の中にある。したがって、以下の特許請求の範囲は、本明細書によって発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は別個の実施形態として単独で成立する。添付の特許請求の範囲において、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「それにおいて（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、それぞれ、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」というそれぞれの用語の平易な英語の均等物として使用される。その上、「第１の」、「第２の」、「第３の」などという用語は、ラベルとして使用されるにすぎず、それらの対象に数的要件を課するものではない。

以上の説明は、開示されるアーキテクチャの例を含む。もちろん、構成要素および／または方法論のあらゆる考えられる組合せについて説明することは可能でないが、当業者は、多くのさらなる組合せおよび置換が可能であることを認識されよう。したがって、新規のアーキテクチャは、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に入るすべてのそのような改変形態、変更形態および変形形態を包含するものである。詳細な開示は、次に、さらなる実施形態に関係する例を提供することに目を向ける。以下で提供される例は限定的なものではない。

例１．光ビームを受光し、受光された光ビームを反射するための走査ミラーと、仮想画像を投影するために、反射された光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズと、仮想画像の投影中に動的光学レンズに調整させるための制御信号を動的光学レンズに送るためのコントローラとを備える、装置。

例２．動的光学レンズは可変位置レンズであり、コントローラは、走査ミラーに対する位置を可変位置レンズに変更させるための制御信号を可変位置レンズに送る、例１の装置。

例３．動的光学レンズは可変焦点距離レンズであり、コントローラは、焦点距離を可変焦点距離レンズに変更させるための制御信号を可変焦点距離レンズに送る、例１の装置。

例４．走査ミラーは、第１の軸および第１の軸とは異なる第２の軸を中心として回転可能である、例１の装置。

例５．走査ミラーは投影面に画像を投影し、焦点面は投影面に一致する、例１の装置。

例６．走査ミラーは投影面に画像を投影し、焦点面は投影面に近接する、例１の装置。

例７．投影面は光ビームの一部分を反射し、動的光学レンズは、投影された画像が、投影された仮想画像として知覚されるように、光ビームの反射された部分がコリメートされるかまたは発散するように、光ビームを焦点面上に合焦させる、例５から６のいずれか１つの装置。

例８．焦点面は仮想焦点面である、例７の装置。

例９．投影面は半透明である、例１の装置。

例１０．走査ミラーと投影面との間に配設された少なくとも１つの光学要素を備え、少なくとも１つの光学要素は、反射された光ビームを集束させ、集束された光ビームを投影面に方向転換する、例１の装置。

例１１．反射された光を合焦させるために走査ミラーと焦点面との間に配設された固定位置投影レンズを備える、例１の装置。

例１２．動的光学レンズは、受光された光ビームに対して走査ミラーの前に配設される、例１の装置。

例１３．焦点面は投影面を備える、例１の装置。

例１４．焦点面は平坦、球面状、非球面状、または多項式である、例１の装置。

例１５．画像を投影するためのシステムであって、光ビームを放出するための光源と、光ビームを受光し、受光された光ビームを反射するための走査ミラーと、仮想画像を投影するために、反射された光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズと、仮想画像の投影中に動的光学レンズに調整させるための制御信号を動的光学レンズに送るためのコントローラとを備えるシステム。

例１６．走査ミラーは光ビームを投影面上に反射し、投影面は光ビームの一部分を反射し、動的光学レンズは、投影された画像が、投影された仮想画像として知覚されるように、光ビームの反射された部分がコリメートされるかまたは発散するように、光ビームを焦点面上に合焦させる、例１５のシステム。

例１７．投影面を備える、例１６のシステム。

例１８．投影面は眼鏡レンズ、ヘルメットバイザー、または風防である、例１７のシステム。

例１９．投影面は半透明である、例１７のシステム。

例２０．焦点面は投影面に一致する、例１６のシステム。

例２１．焦点面は投影面に近接する、例１６のシステム。

例２２．動的光学レンズは可変位置レンズであり、コントローラは、走査ミラーに対する位置を可変位置レンズに変更させるための制御信号を可変位置レンズに送る、例１６のシステム。

例２３．動的光学レンズは可変焦点距離レンズであり、コントローラは、焦点距離を可変焦点距離レンズに変更させるための制御信号を可変焦点距離レンズに送る、例１５のシステム。

例２４．走査ミラーは、第１の軸および第１の軸とは異なる第２の軸を中心として回転可能である、例１５のシステム。

例２５．焦点面は仮想焦点面である、例１５のシステム。

例２６．走査ミラーと投影面との間に配設された少なくとも１つの光学要素を備え、少なくとも１つの光学要素は、反射された光ビームを集束させ、集束された光ビームを投影面に方向転換する、例１６のシステム。

例２７．反射された光を合焦させるために走査ミラーと焦点面との間に配設された固定位置投影レンズを備える、例１５のシステム。

例２８．動的光学レンズは走査ミラーと光源との前に配設される、例１５のシステム。

例２９．焦点面は平坦、球面状、非球面状、または多項式である、例１５のシステム。

例３０．光ビームをコリメートするために光源と動的光学レンズとの間に配設されたコリメーションレンズを備える、例１５のシステム。

例３１．動的レンズは走査ミラーと焦点面との間に配設される、例１５のシステム。

例３２．光ビームをコリメートするために光源と走査ミラーとの間に配設されたコリメーションレンズを備える、例３１のシステム。

例３３．走査ミラーは、第２の軸を中心として振動するよりも第１の軸を中心としてより緩やかに振動し、コントローラは、投影された画像が、走査ミラーと焦点面との間の距離が最も大きい変動を有するａに沿って第１の軸を方向付ける、例２４のシステム。

例３４．投影面はホログラムを備え、１より多い光ビームを使用することによって投影面上の１つの画像ピクセルが投影され、各光ビームは、互いに異なる波長を有する同じピクセルを投影し、動的光学レンズは、光ビームの各々の焦点を個々に調整する、例１６のシステム。

例３５．仮想画像を投影するための方法であって、本方法が、光ビームを受光することと、光ビームを投影面上に反射することと、仮想画像を投影するために、反射された光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズを通して、反射された光ビームを伝導することと、仮想画像の投影中に動的光学レンズを調整することとを含む、方法。

例３６．光ビームを投影面上に反射するために第１の軸および第１の軸とは異なる第２の軸を中心としてミラーを回転させることを含む、例３５の方法。

例３７．焦点面の深度を変化させるために位置を動的光学レンズに変更させるための制御信号を動的光学レンズに送ることを含む、例３５の方法。

例３８．焦点面の深度を変化させるために焦点距離を動的光学レンズに変更させるための制御信号を動的光学レンズに送ることを含む、例３５の方法。

例３９．閲覧者の眼の位置を検出することと、検出された眼の位置に基づいて物体を検出することと、物体までの距離を判定することであって、動的光学レンズが、判定された距離に基づいて調整される、こととを含む、例３５の方法。

例４０．プロセッサによって実行されたとき、仮想画像の投影中に動的光学レンズを調整するための制御信号を動的光学レンズに送ることであって、仮想画像が、光ビームを受光することと、光ビームを投影面上に反射することと、仮想画像を投影するために、反射された光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズを通して、反射された光ビームを伝導することとによって投影される、ことをプロセッサに行わせる命令を備える少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

例４１．命令は、焦点面の深度を変化させるために位置を動的光学レンズに変更させるための制御信号を動的光学レンズに送ることをプロセッサに行わせる、例４０の少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

例４２．命令は、焦点面の深度を変化させるために焦点距離を動的光学レンズに変更させるための制御信号を動的光学レンズに送ることをプロセッサに行わせる、例４０の少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

例４３．例３５から３９のいずれか１つの方法を実施するための手段を備える装置。

Claims (25)

1. 光ビームを受光し、前記受光された光ビームを反射するための走査ミラーと、
   仮想画像を投影するために前記反射された光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズと、
   前記動的光学レンズに動作可能に結合されたコントローラであって、前記コントローラが、前記仮想画像の投影中に前記動的光学レンズに調整させるための制御信号を前記動的光学レンズに送る、コントローラと
   を備える、装置。
2. 前記動的光学レンズは可変位置レンズであり、前記コントローラは、前記走査ミラーに対する位置を前記可変位置レンズに変更させるための制御信号を前記可変位置レンズに送る、請求項１に記載の装置。
3. 前記動的光学レンズは可変焦点距離レンズであり、前記コントローラは、焦点距離を前記可変焦点距離レンズに変更させるための制御信号を前記可変焦点距離レンズに送る、請求項１に記載の装置。
4. 前記走査ミラーは、第１の軸および前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心として回転可能である、請求項１に記載の装置。
5. 前記焦点面は仮想焦点面である、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記焦点面は投影面を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記焦点面は平坦、球面状、非球面状、または多項式である、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
8. 画像を投影するためのシステムであって、
   光ビームを放出するための光源と、
   前記光ビームを受光し、前記受光された光ビームを反射するための走査ミラーと、
   仮想画像を投影するために前記反射された光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズと、
   前記動的光学レンズに動作可能に結合されたコントローラであって、前記コントローラが、前記仮想画像の投影中に前記動的光学レンズに調整させるための制御信号を前記動的光学レンズに送る、コントローラと
   を備える、システム。
9. 前記動的光学レンズは可変位置レンズであり、前記コントローラは、前記走査ミラーに対する位置を前記可変位置レンズに変更させるための制御信号を前記可変位置レンズに送る、請求項８に記載のシステム。
10. 前記動的光学レンズは可変焦点距離レンズであり、前記コントローラは、焦点距離を前記可変焦点距離レンズに変更させるための制御信号を前記可変焦点距離レンズに送る、請求項８に記載のシステム。
11. 前記走査ミラーは、第１の軸および前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心として回転可能である、請求項８に記載のシステム。
12. 前記走査ミラーは、前記第２の軸を中心として振動するよりも前記第１の軸を中心としてより緩やかに振動し、前記コントローラは、前記投影された画像が、前記走査ミラーと前記焦点面との間の距離が最も大きい変動を有するａに沿って前記第１の軸を方向付ける、請求項１１に記載のシステム。
13. 投影面はホログラムを備え、１より多い光ビームを使用することによって、前記投影面上の１つの画像ピクセルが投影され、各光ビームは、互いに異なる波長を有する同じピクセルを投影し、前記動的光学レンズは、前記光ビームの各々の焦点を個々に調整する、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記走査ミラーは前記光ビームを投影面上に反射し、前記投影面は前記光ビームの一部分を反射し、前記動的光学レンズは、投影された画像が前記投影された仮想画像として知覚されるように、前記光ビームの前記反射された部分がコリメートされるかまたは発散するように、前記光ビームを前記焦点面上に合焦させる、請求項８から１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記投影面を備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記投影面は眼鏡レンズ、ヘルメットバイザー、または風防である、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記投影面は半透明である、請求項１５に記載のシステム。
18. 仮想画像を投影するための方法であって、前記方法が、
    光ビームを受光することと、
    前記光ビームを投影面上に反射することと、
    仮想画像を投影するために前記反射された光ビームを焦点面に合焦させるための動的光学レンズを通して前記反射された光ビームを伝導することと、
    前記仮想画像の投影中に前記動的光学レンズを調整することと
    を含む、方法。
19. 前記光ビームを前記投影面上に反射するために第１の軸および前記第１の軸とは異なる第２の軸を中心としてミラーを回転させることを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記焦点面の深度を変化させるために位置を前記動的光学レンズに変更させるための制御信号を前記動的光学レンズに送ることを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記焦点面の深度を変化させるために焦点距離を前記動的光学レンズに変更させるための制御信号を前記動的光学レンズに送ることを含む、請求項１８に記載の方法。
22. 閲覧者の眼の位置を検出することと、
    前記検出された眼の位置に基づいて物体を検出することと、
    前記物体までの距離を判定することであって、前記動的光学レンズが、前記判定された距離に基づいて調整される、ことと
    を含む、請求項１８に記載の方法。
23. プロセッサによって実行されたとき、
    仮想画像の投影中に動的光学レンズを調整するための制御信号を前記動的光学レンズに送ることであって、前記仮想画像が、光ビームを受光することと、前記光ビームを投影面上に反射することと、前記仮想画像を投影するために前記反射された光ビームを焦点面に合焦させるための前記動的光学レンズを通して前記反射された光ビームを送達することとによって投影される、こと
    を前記プロセッサに行わせる命令を備える、少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
24. 前記命令は、前記焦点面の深度を変化させるために位置を前記動的光学レンズに変更させるための制御信号を前記動的光学レンズに送ることを前記プロセッサに行わせる、請求項２３に記載の少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
25. 前記命令は、前記焦点面の深度を変化させるために焦点距離を前記動的光学レンズに変更させるための制御信号を前記動的光学レンズに送ることを前記プロセッサに行わせる、請求項２３に記載の少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

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