KR20020057981A - Scanning beam image display - Google Patents

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Abstract

디스플레이 장치는 각각의 제 1 및 제 2 비가시 파장을 생성하는 제 1 및 제 2 IR 또는 다른 광원(80)을 포함한다. 이 광은 원하는 영상에 따라 변조된다. 이 변조된 광(82)은 이 광의 각 성분을 각자의 가시파장으로 변환하는 파장선택성 형광체(96)에 인가된다. 한 실시예에서 이미지 소스는 IR 광빔을 형광체를 지탱하는 스크린 위에 주사하는 주사광 빔 디스플레이(70)이다.The display device includes first and second IR or other light sources 80 that generate respective first and second invisible wavelengths. This light is modulated according to the desired image. This modulated light 82 is applied to the wavelength selective phosphor 96 which converts each component of the light into its own visible wavelength. In one embodiment, the image source is a scanning light beam display 70 that scans an IR light beam onto a screen carrying a phosphor.

Description

주사 빔 영상 디스플레이{Scanning beam image display}Scanning beam image display

저휘도 투시장치는 야간투시안경(night vision goggles:"NVGs")과 같은 여러가지 응용에 널리 사용된다. NVGs는 군인,경찰등의 요원이 야간, 즉 저휘도 환경에서 물체를 볼수 있게 한다.Low-brightness projections are widely used in many applications such as night vision goggles ("NVGs"). NVGs allow personnel such as soldiers and police to see objects at night, in low-light environments.

전형적인 야간투시안경은 주위광에 응답하여 가시 영상을 생성하는 영상 강화 튜브(image intensifier tube : IIT)를 사용한다. 가시 영상을 생성하기 위하여 영상강화튜브는 주위의 가시 또는 비가시 방사선을 사용자가 용이하게 인지할수 있는 파장의 가시광으로 변환시킨다.Typical night vision glasses use an image intensifier tube (ITT) that produces a visible image in response to ambient light. In order to generate a visible image, an image reinforcing tube converts surrounding visible or invisible radiation into visible light of a wavelength that a user can easily recognize.

도 1에 도시된 종래기술의 NVG(30)는 외부환경(34)의 광을 IIT(36)에 결합시키는 입력렌즈(32)를 포함한다. IIT(36)은 Edmonds Scientific에서 구입할 수 있는 G2 또는 G3 시리즈 IIT이다. 도 2에 도시한 대로, IIT(36)은 입력파장 λin의 광에 응답하여 전자를 방출하는 광전음극(38)을 포함한다. 이 전자들은 마이크로채널 플레이트(40)에 들어가면, 이 플레이트가 전자들을 가속시키거나 증가시켜 더 높은 에너지의 전자들을 출력시킨다. 마이크로채널 플레이트(40)를 빠져나갈때, 이 더 높은 에너지 전자들은 녹색 형광체와 같은 음극 발광층(44)으로 피복된 스크린(42)에 부딪친다. 음극 발광층(44)은 전자들이 스크린(42)에 부딪치는 지역에서 가시광을 방출함으로써 전자들에 응답한다. 그래서 음극 발광층(44)에서 나온 광은 IIT(36)의 출력을 형성한다.The prior art NVG 30 shown in FIG. 1 includes an input lens 32 that couples light from an external environment 34 to the IIT 36. IIT 36 is a G2 or G3 series IIT available from Edmonds Scientific. As shown in FIG. 2, the IIT 36 includes a photocathode 38 which emits electrons in response to light having an input wavelength λ in . When these electrons enter the microchannel plate 40, the plate accelerates or increases the electrons to output higher energy electrons. Upon exiting the microchannel plate 40, these higher energy electrons impinge on the screen 42 covered with a cathode light emitting layer 44, such as a green phosphor. Cathode light emitting layer 44 responds to the electrons by emitting visible light in the area where they hit the screen 42. The light exiting the cathode emissive layer 44 thus forms the output of the IIT 36.

도 1에 보면, 음극 발광층(44)의 가시광은 입력렌즈(48), 빔 스플리터(50), 및 각각의 접안렌즈(52)를 포함하는 눈결합 광학장치(46)로 간다. 렌즈(48)는 이 가시광을 빔 스플리터(50)에 보내고, 빔 스플리터(50)는 이 가시광의 일부를 각각의 접안렌즈(52)로 보낸다. 접안렌즈(52) 각각은 사용자 눈(54) 각각이 투시하는 광으로 바꾸어준다.As shown in FIG. 1, visible light from the cathode light emitting layer 44 goes to an eye coupling optic 46 comprising an input lens 48, a beam splitter 50, and respective eyepieces 52. The lens 48 sends this visible light to the beam splitter 50, and the beam splitter 50 sends a portion of this visible light to each eyepiece 52. Each of the eyepieces 52 converts into light that each of the user's eyes 54 sees.

아시다시피, 통상적인 광전음극은 IR 범위 또는 IR 근접범위에서 종종 아주 민감하다. 이러한 높은 감도로 인하여 광전음극은 매우 낮은 휘도레벨에서 전자를 생성하게 되어 IIT(36)가 매우 낮은 광조건에서 출력광을 생성할 수 있게된다. 예컨대, 몇몇 NVG들은 별빛과 같거나 더 어두운 광원의 환경에서 가시영상을 생성할수 있다.As you know, conventional photocathodes are often very sensitive in the IR range or near the IR range. This high sensitivity allows the photocathode to generate electrons at a very low luminance level so that the IIT 36 can generate output light at very low light conditions. For example, some NVGs can produce visible images in an environment of light sources that are darker than starlight.

종종, 사용자들은 투시용 NVG를 사용하는 저투시 환경에서 적절하고 효율적으로 조작하도록 훈련을 받는다. 예컨대, 렌즈(48), IIT(36) 및 접안렌즈(52)는 투시된 영상에 상당한 왜곡을 야기할 수도 있다. 또한, 전형적으로 스크린(42)은 해상도와 콘트라스트가 제한된 단색광을 출력한다. 더우기, NVG는 필드깊이가 제한되고 시야가 좁아 사용자에게 "터널 투시(tunnel vision)"라는 인식을 심어준다. 왜곡, 단색성, 콘트라스트 제한, 필드 깊이 제한 및 시야 제한이라는 총체적인 광학적 영향으로 인하여 종종 사용자들은 중요한 활동을 시도하기 전에 NVG의 조작을 연습할 필요가 있다.Often, users are trained to operate appropriately and efficiently in low perspective environments using perspective NVG. For example, lens 48, IIT 36, and eyepiece 52 may cause significant distortion in the projected image. In addition, screen 42 typically outputs monochromatic light with limited resolution and contrast. Furthermore, NVG's limited field depth and narrow field of view give the user a sense of "tunnel vision." Due to the overall optical effects of distortion, monochromaticity, contrast limitations, field depth limitations and field of view limitations, users often need to practice manipulating NVGs before attempting important activities.

광학적 영향외에도, 사용자들은 종종 NVG의 물리적 존재에 익숙해지는데 시간이 걸린다. 예컨대, NVG는 사용자 머리의 질량중심에서 벗어난 질량을 형성한다. 추가된 질량으로 인하여 사용자의 물리적 운동과 균형에 영향을 줄수 있는 힘이 사용자에게 가해진다. 광학적 영향과 물리적 영향이 결합되어 사용자의 기능이 상당히 저하되므로, 사용자가 어렵거나 위험한 활동에 개입하기 전에 어떤 형태의 NVG 훈련이 종종 요구된다.In addition to optical influences, users often take time to get used to the physical presence of NVG. For example, the NVG forms a mass off the center of mass of the user's head. The added mass exerts a force on the user that can affect the user's physical movement and balance. The combination of optical and physical effects significantly degrades the user's functionality, so some form of NVG training is often required before the user can intervene in difficult or dangerous activities.

미국특허 제 5,420,414 호에 개시된 한가지 훈련방법은 외부환경에서 사용자에게 광을 보내는 섬유봉(fiber rod)으로 IIT를 대체한다. 이 섬유봉은 사용자가 변형된 NVG의 별도 접안렌즈를 통해 외부환경을 투시하도록 하면서 사용자의 원근감(depth perception)을 제한하고자 하는 것이다. 이 섬유봉 시스템은 IIT가 필요없어지며 음극 발광층의 출력 파장에서 광을 제공하지 않는다. 또한, 섬유봉 시스템은 전자적으로 발생된 영상을 제공하는 방식을 제시하는 것은 아닌것 같다.One training method disclosed in US Pat. No. 5,420,414 replaces IIT with a fiber rod that sends light to a user in an external environment. This fiber rod is intended to limit the user's depth perception while allowing the user to see the external environment through a modified NVG eyepiece. This fiber rod system requires no IIT and does not provide light at the output wavelength of the cathode light emitting layer. In addition, the fiber rod system does not seem to suggest a way to provide an electronically generated image.

섬유봉 시스템에 대한 다른 방법은 사용자를 사실상 둘러싸는 대형 스크린 위로 전자적으로 생성된 IR 또는 IR 근접 영상을 투사하는 것이다. 그러면 사용자가 NVG를 통해 스크린을 보는 것이다. 이런 시스템은 NVG를 통해 스크린이 보이는 장소들에 사용자의 이동과 방향을 제한하는 등 몇가지 결함을 갖는다.Another method for fiber rod systems is to project an electronically generated IR or IR proximity image onto the large screen that substantially surrounds the user. The user then sees the screen through the NVG. These systems have some drawbacks, such as limiting the user's movement and orientation in places where the screen is visible through NVG.

더우기, 전형적인 대형 스크린 시스템은 투사광을 이용하여 스크린 영상을 만든다. 대형 주변 스크린위에 광을 투사하는 가장 간단하고 효과적인 방법중의 하나는 스크린의 곡률중심 부근에 투사광원을 위치시키는 것이다. 불행하게도, 그러한 장소의 경우에는 사용자가 인위적인 환경을 배회하면서 이러한 투사광을 차단할수 있다. 이러한 차단을 피하기 위해, 환경이 하나 이상의 소스를 사용하거나 영상생성 시점에서 좋지않은 장소에 광원을 위치시킬수도 있다.Moreover, typical large screen systems use projection light to produce screen images. One of the simplest and most effective ways to project light onto a large peripheral screen is to place the projected light source near the center of curvature of the screen. Unfortunately, in such places, the user can block such projection light while roaming the artificial environment. To avoid this blocking, the environment may use more than one source or place the light source in a bad place at the time of image generation.

이 발명은 저휘도 투시시스템(low light viewing system)에 관한 것이고, 특히 사용자에게 모의 영상(simulated images)을 생성하는 저휘도 투시시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a low light viewing system, and more particularly to a low brightness viewing system for generating simulated images to a user.

도 1은 영상강화기 튜브(IIT)와 관련 광학장치를 포함하는 종래 저휘도 투시기의 개략도,1 is a schematic diagram of a conventional low brightness perspective instrument comprising an image intensifier tube (IIT) and associated optics;

도 2는 도 1의 IIT의 상세한 블록도,2 is a detailed block diagram of the IIT of FIG. 1;

도 3은 이미지 소스의 광과 배경광의 조합으로 사용자가 인지하는 결합 영상의 다이어그램,3 is a diagram of a combined image perceived by a user by a combination of light and background light of an image source;

도 4는 야간투시안경 입력 위로 주사된 적외선 빔을 포함하는 야간투시 시뮬레이터의 개략도,4 is a schematic diagram of a night vision simulator comprising an infrared beam scanned over a night vision input,

도 5는 매어진 IR 소스를 포함하는 머리착용식 야간투시 시뮬레이터의 측면도,5 is a side view of a head wear night vision simulator including a tied IR source,

도 6은 도 2 디스플레이에 이미지 소스로 사용하기 적절한 IR 주사 시스템의 개략도,6 is a schematic diagram of an IR scanning system suitable for use as an image source in the FIG. 2 display;

도 7은 적외선 백라이트가 있는 LCD 판넬을 포함하는 시뮬레이터 실시예의 도식도,7 is a schematic diagram of a simulator embodiment including an LCD panel with an infrared backlight;

도 8은 FED 이미터를 포함하는 시뮬레이터 실시예의 도식도,8 is a schematic of a simulator embodiment including a FED emitter,

도 9는 컴퓨터 제어장치와 rf 링크들을 포함하는 중앙제어시스템과 복수의 사용자들을 포함하는 시뮬레이션 환경의 평면도,9 is a plan view of a simulation environment including a plurality of users and a central control system including a computer controller and rf links;

도 10은 파장전환 형광체를 활성화시키는 주사광 빔과 반사된 가시빔을 포함하는 디스플레이 실시예의 개략도,10 is a schematic diagram of a display embodiment including a scanning light beam and a reflected visible beam activating a wavelength conversion phosphor;

도 11은 가시영상을 생성하는 파장전환 형광체를 활성화시키는 주사된 비가시 방사선 빔을 포함하는 머리착용식 디스플레이 실시예의 개략도,11 is a schematic representation of a head wearable display embodiment including a scanned invisible radiation beam that activates a wavelength converting phosphor that produces a visible image;

도 12는 파장 선택적 형광체들을 선택적으로 활성화시키도록 복수파장의 비가시 방사선 소스들을 사용하는 칼라 디스플레이 시스템의 개략도,12 is a schematic diagram of a color display system using multiple wavelengths of invisible radiation sources to selectively activate wavelength selective phosphors;

도 13은 도 4의 디스플레이에 사용할 이축선 MEMS 스캐너의 평면도이다.FIG. 13 is a plan view of a biaxial MEMS scanner for use in the display of FIG. 4. FIG.

(발명의 개요)(Summary of invention)

이 발명의 일 실시예에 따르면, 디스플레이장치는 야간투시안경과 적외선 소스를 포함한다. 한 실시예에서, 적외선 소스는 주사시스템과 적외선광 이미터를 포함하는 주사광 빔 디스플레이장치이다. 이 적외선 소스는 투시될 영상을 표시하는 제어전자장치로 부터 영상신호를 받는다. 이 제어 전자장치가 광 이미터를 동작시키고 광이미터는 원하는 영상에 대응하는 세기를 지닌 변조된 광을 방출한다. 동시에, 주사시스템 내부의 스캐닝 미러(scanning mirror)은 야간투시안경의 영상 강화기 튜브위로 거의 가는 가로줄무늬 패턴(raster pattern)을 통해 위 변조된 광을 주사한다.According to an embodiment of the present invention, the display device includes a night vision glasses and an infrared source. In one embodiment, the infrared source is a scanning light beam display device comprising a scanning system and an infrared light emitter. This infrared source receives an image signal from a control electronics that displays the image to be viewed. This control electronics operates the light emitter, which emits modulated light with an intensity corresponding to the desired image. At the same time, a scanning mirror inside the scanning system scans the modulated light through a raster pattern that almost passes over the image enhancer tube of the night vision glasses.

입사 적외선광에 응답하여 IIT는 사용자가 투시할 가시광을 출력한다. 주위광이 IIT에 영향을 주지 않도록 한 실시예에서는 IIT에 대한 입력이 폐쇄된다.In response to the incident infrared light, the IIT outputs visible light for the user to see. In one embodiment, the input to the IIT is closed so that ambient light does not affect the IIT.

스캐너를 포함하는 한 실시예에서, 스캐너는 2개의 일축선 스캐너들을 포함하지만, 다른 실시예에서는 스캐너가 이축선 스캐너이다. 한 실시예에서, 스캐너는 기계적으로 공진하는 스캐너이다. 스캐너는 분리된 스캐너, 음향광학 스캐너, 미소전자기계적(MEMs) 스캐너 또는 다른 타입의 스캐너일 수 있다.In one embodiment including a scanner, the scanner includes two uniaxial scanners, while in other embodiments the scanner is a biaxial scanner. In one embodiment, the scanner is a mechanically resonant scanner. The scanner may be a separate scanner, an acoustic optical scanner, a microelectromechanical (MEMs) scanner, or another type of scanner.

다른 실시예에서, 스캐너는 적외선 백라이트를 지닌 액정표시장치로 대체될수도 있다. 이 LCD는 영상 데이터에 따라 종래형태로 어드레스된다. 화소가 동작될때 화소가 적외선 광을 IIT로 전송한다. 이에 응답하여 IIT는 가시광을 사용자에게 출력한다.In another embodiment, the scanner may be replaced with a liquid crystal display with an infrared backlight. This LCD is addressed in conventional form according to the image data. When the pixel is operated, the pixel transmits infrared light to the IIT. In response, the IIT outputs visible light to the user.

또 다른 실시예에서, 스캐너는 전계방출표시장치의 이미터 판넬로 대체된다. 이 실시예에서는, IIT 음극도 제거될수 있다. 그러면 이미터 판넬은 NVG의 마이크로채널 가속기에 직접 전자를 방출한다. 이 가속된 전자들이 NVG의 음극발광물질을 활성화시켜 투시용 출력광을 생성한다.In another embodiment, the scanner is replaced with an emitter panel of the field emission display. In this embodiment, the IIT cathode can also be removed. The emitter panel then emits electrons directly into NVG's microchannel accelerator. These accelerated electrons activate the cathode light-emitting material of the NVG to produce output light for viewing.

또 다른 실시예에서, 자외선 또는 적외선 광원과 같은 비가시 방사원은 형광체를 발광시킨다. 그러면, 형광체가 가시파장의 광을 방출한다. 한 실시예에서 비가시 방사원이 적외선이면, 파장은 사람의 투시에 안전하다고 판단되는 영역에서 파장이 선택된다.In another embodiment, an invisible radiation source, such as an ultraviolet or infrared light source, emits phosphors. The phosphor then emits light of visible wavelengths. In one embodiment, if the invisible radiation source is infrared, the wavelength is selected in the region determined to be safe for human vision.

발명의 다른 실시예에서, 디스플레이는 레이저 다이오드와 같은 다수의 비가시 방사원을 사용하여 스크린상에 파장 선택성 형광체 화합물을 구동시킨다. 형광체 화합물 각각은 광원중 선택된 하나에 응답하여 각자의 가시파장에서 가시광을 방출한다. 전자 제어장치는 통상적인 비디오신호와 같은 영상신호로 된 영상정보에 따라 비가시 방사원 각각을 변조시킨다. 그러면 스캐너는 광원들 모두의 변조된 광을 대략 가는줄무늬 패턴으로 형광체 화합물 위로 주사한다. 이에 따라 형광체 화합물은 대응하는 비가시 방사선의 변조된 강도에 대응하는 강도를 지닌 각자의 가시 파장들에서 광을 방출한다. 그래서 스크린상의 각 장소는 영상신호에 의해 지시된 색상과 강도를 지닌 광을 방출하여, 영상의 각 화소를 생성한다.In another embodiment of the invention, the display uses multiple invisible radiation sources, such as laser diodes, to drive the wavelength selective phosphor compound on the screen. Each phosphor compound emits visible light at its own visible wavelength in response to a selected one of the light sources. The electronic controller modulates each of the invisible radiation sources in accordance with image information made of an image signal such as a conventional video signal. The scanner then scans the modulated light of all of the light sources over the phosphor compound in a rough stripe pattern. The phosphor compound thus emits light at respective visible wavelengths with an intensity corresponding to the modulated intensity of the corresponding invisible radiation. Each location on the screen thus emits light having the color and intensity indicated by the image signal, producing each pixel of the image.

사용자에게 그래프 영상이나 비디오영상의 시각적 표시를 할수 있게 하는 다양한 기술들이 있다. 최근에, 부분적 즉 확대된 관찰 응용을 위한 매우 작은 디스플레이들이 개발되어 왔다. 그러한 응용들에서 디스플레이들은 도 3에 도시한 대로, 사용자 시야(64)의 일부영역(62)에 영상(60)을 생성하도록 위치조정된다. 그래서 사용자는 표시된 영상(66)과 배경정보(68)을 모두 볼 수 있다.There are a variety of techniques that allow the user to visually display graphical or video images. Recently, very small displays have been developed for partial or enlarged viewing applications. In such applications, the displays are positioned to produce an image 60 in the partial region 62 of the user's field of view 64, as shown in FIG. Thus, the user can see both the displayed image 66 and the background information 68.

소형 디스플레이의 일예는 이 명세서에 참고로 병합된 "VIRTUAL RETINAL DISPLAY(가상망막 디스플레이)"라는 명칭으로 Furness 외에게 허여된 미국특허 제 5,467,104 호에 개시된 바와 같은 주사빔 디스플레이이다. 주사방식 디스플레이에 있어서, 스캐닝 미러 또는 음향 광학 스캐너와 같은 스캐너는 투시자의 망막위에 변조광 빔을 주사한다. 주사된 광은 투시자의 동공을 통해 눈에 들어와서 각막에 의해 망막위에 상이 맺힌다. 사용자는 변조광 영상에 대응하는 영상을 망막위에 지각한다. 소형 디스플레이의 다른예는 소형 LCD, 전계방출 디스플레이(FED), 플라즈마 디스플레이 및 소형 음극선관기반 디스플레이(CRT)를 포함한다. 이러한 다른 형식의 디스플레이들은 당분야의 기술에 공지되어 있다.One example of a small display is a scanning beam display as disclosed in US Pat. No. 5,467,104 to Furness et al., Entitled " VIRTUAL RETINAL DISPLAY, " incorporated herein by reference. In scanning displays, a scanner such as a scanning mirror or an acoustooptic scanner scans the modulated light beam onto the retina of the seeker. The scanned light enters the eye through the pupil of the seeker and forms an image on the retina by the cornea. The user perceives an image corresponding to the modulated light image on the retina. Other examples of small displays include small LCDs, field emission displays (FEDs), plasma displays, and small cathode ray tube based displays (CRTs). Such other types of displays are known in the art.

이 명세서에 개시하는 바와 같이, 이러한 소형 디스플레이는 광 발광재를 활성화시켜 소형 디스플레이의 파장들과는 다른 선택된 파장들로 가시 영상들을 생성하기에 적합하게 만들어질 수 있다. 예컨대, 그러한 소형 디스플레이들은 NVG의 음극발광재를 활성화시켜, NVG가 저휘도 영상환경을 투시하는데 사용될때 인지된 영상을 모사하는 인지영상(perceived image)을 생성할 수 있다. 도 4에 도시된 그러한 시스템의 제 1 실시예는 NVG(72)에 입력빔을 주사하도록 위치조정된 IR 주사광 빔 디스플레이(70)를 포함한다. IR 디스플레이(70)의 광에 응답하여 NVG(72)는 투시자의 눈(54)이 투시할 가시광을 출력한다. IR 디스플레이(70)는 4개의 주요 부분들을 포함하며, 각각에 대하여 이하 상술한다.As disclosed herein, such a small display can be made suitable for activating a photoluminescent material to produce visible images at selected wavelengths other than those of the small display. For example, such small displays may activate the cathode light emitting material of the NVG, producing a perceived image that mimics the perceived image when the NVG is used to see a low luminance image environment. The first embodiment of such a system shown in FIG. 4 includes an IR scan light beam display 70 positioned to scan an input beam to NVG 72. In response to the light of the IR display 70, the NVG 72 outputs visible light for the viewer's eye 54 to see. The IR display 70 includes four main parts, each of which is described in detail below.

첫째, 제어전자장치(76)는 컴퓨터, TV수상기, 비디오카세트 플레이어, 기타 유사장치와 같은 이미지소스(78)로부터 영상신호 VIM에 응답하여 디스플레이(70)의 조작을 제어하는 전기신호를 제공한다. 도 4의 블록도가 제어전자장치(76)에 직접 연결된 이미지소스(78)를 보여주지만, 당분야에 숙달된 자라면 영상신호 VIM을 제어전자장치(76)에 결합시키는 다른 방식을 알고 있다. 예컨대, 사용자가 마음대로 이용하고 싶은 경우 rf 송신기와 수신기는 도 9와 관련하여 설명한 대로 영상신호 VIM을 통신할 수 있다. 대안으로서, 제어전자장치(76)가 휴대용 컴퓨터와 같은 저전력소모용으로 구성되는 경우 제어전자장치(76)는 사용자가 운반하며 전지로 구동된다.First, the control electronics 76 provide an electrical signal that controls the operation of the display 70 in response to the video signal V IM from an image source 78 such as a computer, TV receiver, video cassette player, or other similar device. . Although the block diagram of FIG. 4 shows an image source 78 directly connected to the control electronics 76, one skilled in the art knows another way of coupling the video signal V IM to the control electronics 76. . For example, when the user wants to use it, the rf transmitter and the receiver may communicate the video signal V IM as described with reference to FIG. 9. Alternatively, when the control electronics 76 are configured for low power consumption, such as a portable computer, the control electronics 76 are carried by the user and driven by batteries.

디스플레이(70)의 두번째 부분은 영상신호 VIM내 정보에 대응하는 변조를 갖는 변조광빔(82)를 출력하는 광원(80)을 포함한다. 이 광원(80)은 레이저 다이오드 또는 발광다이오드(LED)와 같은 직접변조 광이미터를 포함하거나 음향광학 변조기와 같은 외부 변조기에 의해 직접 변조된 연속광 이미터를 포함할수도 있다. 바람직하게는 광원(80)이 IR 또는 IR 근접광을 방출하는 동안, 어떤 응용의 경우 다른 파장들이 사용될 수도 있다. 예컨대, 몇가지 경우들에 있어서 NVG(72)는 다른파장들(예컨대, 가시광 또는 자외선)에서 감도를 갖는 형광체를 사용할 수도 있다. 그러한 경우 광원(80)의 파장은 형광체에 대응하도록 선택될 수 있다.The second portion of the display 70 includes a light source 80 that outputs a modulated light beam 82 having a modulation corresponding to information in the video signal V IM . The light source 80 may include a direct modulated light emitter, such as a laser diode or light emitting diode (LED), or may comprise a continuous light emitter directly modulated by an external modulator, such as an acoustic optical modulator. Preferably, while the light source 80 emits IR or IR near light, other wavelengths may be used for some applications. For example, in some cases NVG 72 may use a phosphor having sensitivity at other wavelengths (eg, visible or ultraviolet light). In such a case, the wavelength of the light source 80 may be selected to correspond to the phosphor.

디스플레이(70)의 세번째 부분은 가는 줄무늬 패턴과 같은 이차원 주사패턴을 통해 광원(80)의 변조된 빔(82)을 주사하는 스캐너 조립체(84)이다. 이러한 스캐너 조립체의 일예는 여기서 참고로 병합된 "MINIATURE OPTICAL SCANNER FOR A TWO-AXIS SCANNING SYSTEM(이축선 주사시스템용 소형 광학 스캐너)"라는 명칭으로 Melville 외에게 허여된 미국특허 제 5,557,444 호에 개시된 것과 같은 기계적 공진형 스캐너이다. 그러나, 미소전자기계적(MEMs) 스캐너와 음향광학 스캐너와 같은 다른 주사조립체들도 이 발명의 범주내에 있다. MEMs 스캐너는 저중량과 소형크기로 인하여 어떤 응용들에는 바람직하다. 그러한 스캐너들은 일축선이나 이축선이다. 그러한 MEMS 스캐너의 일예는 여기에 참고로 병합된 "MICROMACHINED TORSIONAL SCANNER(미세가공된 비틀림 스캐너)"라는 명칭으로 Neukermans 외에게 허여된 미국특허 제 5,629,790 호에 개시되어 있다. 광원 (80)과 스캐너 조립체(84)가 비교적 저전력으로 작동될수 있으므로, 휴대용 배터리팩은 광원(80), 스캐너조립체(84), 그리고 어떤 응용들에서는 제어전자장치(76)용의 필요한 전원을 공급할수 있다.The third portion of the display 70 is a scanner assembly 84 that scans the modulated beam 82 of the light source 80 through a two-dimensional scan pattern, such as a thin stripe pattern. One example of such a scanner assembly is the same as disclosed in U.S. Patent No. 5,557,444 to Melville et al., Entitled "MINIATURE OPTICAL SCANNER FOR A TWO-AXIS SCANNING SYSTEM," hereby incorporated by reference. Mechanical resonant scanner. However, other scan assemblies such as microelectromechanical (MEMs) scanners and aco-optical scanners are also within the scope of this invention. MEMs scanners are desirable for some applications due to their low weight and small size. Such scanners are uniaxial or biaxial. One example of such a MEMS scanner is disclosed in US Pat. No. 5,629,790 to Neukermans et al. Under the name "MICROMACHINED TORSIONAL SCANNER", which is incorporated herein by reference. Since the light source 80 and the scanner assembly 84 can be operated at relatively low power, the portable battery pack provides the necessary power for the light source 80, the scanner assembly 84, and in some applications the control electronics 76. can do.

디스플레이(70)의 네번째 부분은 이미징 광학장치(86)로 형성된다. 이미징 광학장치(86)가 도 4에는 단일렌즈로 표현되어 있지만, 당업자라면 알수있듯이, 이미징 광학장치(86)는 예컨대 빔(82)이 집중되거나 형상화될때에는 더욱 복잡해진다. 예컨대, 이미징 광학장치(86)는 하나이상의 렌즈나 회절광학소자들을 포함할 수도 있다. 다른 경우에 있어서, 이미징 광학장치가 완전히 배제되거나 NVG(72)의 입력렌즈(88)를 이용할 수도 있다. 또한, LCD판넬이나 전계방출 디스플레이 구조와 같은 대안의 구조(도 7와 도 8에서 후술함)가 이미지 소스(78)와 스캐너 조립체(84)를 대신하는 경우, 이미징 광학장치(86)는 알려진 원리에 따라 변형될수도 있다.The fourth portion of the display 70 is formed of imaging optics 86. Although the imaging optics 86 are represented by a single lens in FIG. 4, as will be appreciated by those skilled in the art, the imaging optics 86 become more complicated, for example, when the beam 82 is focused or shaped. For example, imaging optics 86 may include one or more lenses or diffractive optical elements. In other cases, the imaging optics may be completely excluded or the input lens 88 of the NVG 72 may be used. In addition, when an alternative structure (described later in FIGS. 7 and 8), such as an LCD panel or field emission display structure, replaces the image source 78 and the scanner assembly 84, the imaging optics 86 is a known principle. It may be modified according to.

이미징 광학장치(86)는 주사빔(82)을 입력렌즈(88)위에 출력하거나 NVG(72)의 IIT(96) 위에 직접 출력한다. NVG(72)는 주사빔(82)에 응답하고 전술한 대로 사용자의 눈(54)에 투사할 가시광을 생성한다.The imaging optics 86 output the scanning beam 82 over the input lens 88 or directly over the IIT 96 of the NVG 72. The NVG 72 responds to the scanning beam 82 and generates visible light to project into the user's eye 54 as described above.

소자들이 도식적으로 제시되어 있지만, 당업자라면 알수있듯이 전형적으로 부품들은 도 5에 도시한대로 NVG(72)에 직접 설치하도록 크기와 형상이 정해진다.이 실시예에서, 디스플레이(70)의 제 1 부분(104)이 렌즈프레임(106)에 장착되고, 제 2 부분(108)이 예컨대 허리 벨트에 따로 지지된다. 부분(104),(108)은 광학 및 전자 신호들을 제 2 부분(108)에서 제 1 부분(104)으로 운반하는 광섬유와 전자사슬(110)에 의해 링크된다. 섬유결합된 주사 디스플레이의 일예는 여기에 참고로 병합된 "VIRTUAL RETINAL DISPLAY WITH FIBER OPTIC POINT SOURCE(광섬유 점광원과 가상망막 디스플레이)"라는 명칭으로 Furness 외에게 허여된 미국특허 제 5,596,339 호에 개시되어 있다. 당업자라면 알수 있듯이, 제어전자장치(76)(도 3)가 소형인 응용들에서 광원은 제 1 부분(104)에 병합되고 사슬(110)이 배제될 수 있다.Although the elements are shown diagrammatically, as will be appreciated by those skilled in the art, components are typically sized and shaped to be mounted directly to NVG 72 as shown in FIG. 5. In this embodiment, the first portion of display 70 104 is mounted to the lens frame 106, and the second portion 108 is supported separately, for example, on the waist belt. The portions 104, 108 are linked by an optical chain and an electron chain 110 that carries optical and electronic signals from the second portion 108 to the first portion 104. An example of a fiber-coupled scan display is disclosed in US Pat. No. 5,596,339 to Furness et al. Entitled "VIRTUAL RETINAL DISPLAY WITH FIBER OPTIC POINT SOURCE", incorporated herein by reference. . As will be appreciated by those skilled in the art, in applications where the control electronics 76 (FIG. 3) are compact, the light source may be incorporated into the first portion 104 and the chain 110 may be excluded.

제 1 부분(104)이 렌즈프레임(106)에 장착될때, 렌즈프레임(106)은 적외선 광을 제 1 부분에서 IIT(112)로 연결한다. IIT(112)는 적외선 광을 접안렌즈(114)에 의해 사용자에게 제시되는 가시광으로 변환한다.When the first portion 104 is mounted to the lens frame 106, the lens frame 106 connects infrared light to the IIT 112 at the first portion. IIT 112 converts infrared light into visible light presented to the user by eyepiece 114.

도 6은 스캐너 조립체(84)에 사용하기 적합한 기계적으로 공진하는 스캐너(200)의 한 실시예를 보여준다. 공진 스캐너(200)는 스프링판(204)에 장착된 이동미러(202)를 포함하는 수평 스캐너(201)를 주요 수평주사요소로서 포함한다. 미러(202)와 스프링판(204)의 치수와, 스프링판(204)의 재료특성은 미러(202)와 스프링판(204)이 1-100㎑ 크기의 고유진동주파수를 갖도록 선택된다. 미러(202)에 장착된 강자성 물질은 1쌍의 전자기 코일(206,208)에 의해 구동되어 미러(202)에 기동력을 제공함으로써 진동을 개시하고 유지한다. 드라이브 전자장치(218)는 코일(206,208)을 작동시키는 전기신호를 제공한다.6 shows one embodiment of a mechanically resonant scanner 200 suitable for use with the scanner assembly 84. The resonant scanner 200 includes a horizontal scanner 201 including a moving mirror 202 mounted to the spring plate 204 as a main horizontal scanning element. The dimensions of the mirror 202 and the spring plate 204 and the material properties of the spring plate 204 are selected such that the mirror 202 and the spring plate 204 have a natural vibration frequency of 1-100 Hz. The ferromagnetic material mounted to the mirror 202 is driven by a pair of electromagnetic coils 206 and 208 to provide the driving force to the mirror 202 to initiate and maintain vibration. Drive electronics 218 provide electrical signals for actuating coils 206 and 208.

수평 스캐너(201)와 매우 유사하게 구성된 수직 스캐너(220)에 의해 수직 주사가 제공된다. 수평 스캐너(201)와 마찬가지로, 수직 스캐너(220)는 드라이브 전자장치(218)로 부터의 전기신호에 응답하여 1쌍의 코일들(224,226)에 의해 구동되는 미러(222)를 포함한다. 그러나, 진동속도는 수직 주사의 경우 훨씬 더 낮으므로 통상적으로 수직 스캐너(220)는 공진하지 않는다. 미러(222)는 수평 스캐너(201)에서 광을 수신하고 약 30-100㎐에서 수직 편향을 일으킨다. 유익하게는, 더 낮은 주파수인 경우 미러(222)는 미러(202)보다 상당히 더 커질수 있으므로 수직 스캐너(220)의 위치조정에 있어서 어려움이 줄어든다.Vertical scanning is provided by a vertical scanner 220 configured very similarly to the horizontal scanner 201. Like the horizontal scanner 201, the vertical scanner 220 includes a mirror 222 driven by a pair of coils 224, 226 in response to an electrical signal from the drive electronics 218. However, since the oscillation speed is much lower for vertical scanning, the vertical scanner 220 typically does not resonate. Mirror 222 receives light from horizontal scanner 201 and causes vertical deflection at about 30-100 Hz. Advantageously, at lower frequencies the mirror 222 can be significantly larger than the mirror 202, thus reducing the difficulty in positioning the vertical scanner 220.

가상 망막 디스플레이와 기계적 공진주사의 세부사항은 여기에 참고로 병합되는 "MINIATURE OPTICAL SCANNER FOR A TWO AXIS SCANNING SYSTEM(이축선 주사시스템용 소형 광학스캐너)"라는 명칭으로 Melville 외에게 허여된 미국특허 제 5,557,444 호에 더 상세히 개시되어 있다.Details of the virtual retina display and mechanical resonant injection are described in US Pat. No. 5,557,444 to Melville et al. Under the name "MINIATURE OPTICAL SCANNER FOR A TWO AXIS SCANNING SYSTEM", hereby incorporated by reference. It is disclosed in more detail in the call.

대안으로서, 수직 미러가 회동축(pivoting shaft)에 장착되고 유도코일에 의해 구동될 수 있디. 그러한 주사 조립체들은 바코드 스캐너에 통상적으로 사용된다. 후술하는 바와 같이, 어떤 응용에서는 수직 및 수평 스캐너가 단일 이축선 스캐너로 결합될 수도 있다.As an alternative, a vertical mirror can be mounted on a pivoting shaft and driven by an induction coil. Such injection assemblies are commonly used in bar code scanners. As discussed below, in some applications, vertical and horizontal scanners may be combined into a single biaxial scanner.

동작시에, 이미지 소스(78)(도 4)에 의해 구동된 광원(80)은 영상신호에 따라 변조된 광빔을 출력한다. 동시에, 드라이브 전자장치(218)는 코일들(206,208,224,226)을 활성화시켜 미러(202,222)를 진동시킨다. 변조된 광빔이 진동하는 수평미러(202)에 부딪친 다음 미러(202)의 순시각에 대응하는 각도에 의해 수평으로 편향된다. 이 편향된 광이 수직미러(222)에 부딪힌 다음 수직미러(222)의 순시각에 대응하는 수직각도로 편향된다. 광빔의 변조가 수평 및 수직 주사와 동기화되어, 미러의 위치 각각에서 빔 칼라와 강도는 원하는 영상에대응하게 된다. 그러므로, 빔은 IIT(112)위에 직접 가상의 영상을 "그린다"(도 4). 당업자라면 알수 있듯이, 스캐너(200)의 몇개 부품들이 표현의 간결을 위해 생략되었다. 예컨대, 수직 및 수평 스캐너들(201,220)은 전형적으로 프레임에 대해 고정된 상대 위치들에 장착된다. 부가적으로, 스캐너(200)는 하나 이상의 선회 미러들을 포함하는 것이 보통이라서 빔이 적절한 각도로 각각의 미러(202.222)에 부딪친다. 예컨대, 선회미러가 빔을 보내면 이 빔이 미러들(202,222)중 하나 또는 모두에 여러차례 부딪쳐 광학주사의 유효각 범위를 증가시킨다.In operation, the light source 80 driven by the image source 78 (Fig. 4) outputs a light beam modulated according to the video signal. At the same time, the drive electronics 218 activate the coils 206, 208, 224, 226 to vibrate the mirrors 202, 222. The modulated light beam strikes the vibrating horizontal mirror 202 and is then horizontally deflected by an angle corresponding to the instantaneous time of the mirror 202. This deflected light strikes the vertical mirror 222 and then is deflected at a vertical angle corresponding to the instantaneous time of the vertical mirror 222. The modulation of the light beam is synchronized with the horizontal and vertical scans so that the beam color and intensity at each of the mirror positions correspond to the desired image. Therefore, the beam “draws” a virtual image directly on the IIT 112 (FIG. 4). As will be appreciated by those skilled in the art, several components of the scanner 200 have been omitted for brevity of representation. For example, vertical and horizontal scanners 201 and 220 are typically mounted at fixed relative positions relative to the frame. Additionally, the scanner 200 typically includes one or more pivoting mirrors so that the beams strike each mirror 202.222 at an appropriate angle. For example, when the turning mirror sends a beam, the beam hits one or both of the mirrors 202 and 222 several times to increase the effective angle range of the optical scan.

당업자라면 알 수 있듯이, LCD 판넬과 전계방출 디스플레이와 같은 다양한 이미지 소스들이 스캐너 조립체(84)와 광원(80) 대신에 사용하기 적합하다. 예컨대, 도 7에 도시한 대로 NVG 시뮬레이터(600)의 다른 실시예는 LCD 판넬(602), IR백라이트(604) 및 NVG(72)로 형성된다. IR 백라이트(604)는 LED 또는 레이저 다이오드와 같은 IR 소스 어레이(606), 백리플렉터(608) 및 디퓨저(610)으로 형성된다. 당업자라면 LCD 판넬에 의한 공간변조를 위해 적외선 또는 다른 광을 제공할수 있는 다른 구조를 많이 생각할수 있을 것이다.As will be appreciated by those skilled in the art, various image sources such as LCD panels and field emission displays are suitable for use in place of scanner assembly 84 and light source 80. For example, another embodiment of the NVG simulator 600 as shown in FIG. 7 is formed of an LCD panel 602, an IR backlight 604, and an NVG 72. The IR backlight 604 is formed of an IR source array 606, a back reflector 608, and a diffuser 610, such as an LED or laser diode. Those skilled in the art will appreciate many other structures that can provide infrared or other light for spatial modulation by the LCD panel.

액정과 편광자의 특성이 IR 파장에 응답하도록 조정되는 것을 제외하고는 LCD 판넬(602)는 종래 편광기반 LCD판넬과 구조적으로 유사하다. LCD 판넬(602)은 이차원 어레이내 각 장소를 활성화시키는 종래의 방식대로 어드레스된다. 영상이 IR 광을 포함하도록 의도된 장소에서는 LCD 판넬이 IR광을 백라이트(604)에서 NVG(72)로 선택적으로 통과시킨다. NVG(72)는 사용자의 눈(54)으로 투시할 가시광을 방출함으로써 전술한 대로 응답한다.The LCD panel 602 is structurally similar to a conventional polarization-based LCD panel except that the characteristics of the liquid crystal and polarizer are adjusted to respond to the IR wavelength. LCD panel 602 is addressed in a conventional manner to activate each location within a two-dimensional array. In places where the image is intended to contain IR light, the LCD panel selectively passes IR light from the backlight 604 to the NVG 72. The NVG 72 responds as described above by emitting visible light to be projected into the user's eye 54.

도 8에 도시한대로, 이 발명에 따른 다른 실시예는 전계방출 디스플레이 구조를 이용하여 NVG(72)에 입력을 제공한다. 이 실시예에서 이미터 판넬(802)은 FED 드라이브 전자장치(804)에서 제어신호를 받고 이에 응답하여 전자를 방출한다. 이미터 판넬(802)은 시판중인 전계방출 디스플레이에 사용되는 것과 같은 알려진 이미터 판넬일수 있다. 도 8에 도시된 전형적인 이미터 판넬 구조는 추출 그리드(808)와 정렬된 이미터 세트(806) 어레이로 형성된다. 전형적으로 이미터 세트들(806)은 높은 전기장을 받을때 전자를 방출하는 하나 이상의 공통접속된 방사성 단절부(emissive discontinuities)들 즉 "팁(tip)들"의 집단이다. 추출 그리드(808)는 하나 이상의 도체로 된 전도성 격자이다. 드라이브 전자장치(804)가 추출 그리드(808)의 주변 영역과 이미터 세트(806) 사이에 전압차를 유도할때 이미터 세트(806)가 전자를 방출한다. 각 이미터 세트(806)와 그리드(808)의 주변영역 사이에 전압을 선택적으로 제어함으로써 드라이브 전자장치들(804)은 방출되고 있는 전자들의 장소와 속도를 제어할 수 있다.As shown in FIG. 8, another embodiment in accordance with this invention provides an input to NVG 72 using a field emission display structure. In this embodiment, emitter panel 802 receives control signals from FED drive electronics 804 and emits electrons in response. Emitter panel 802 may be a known emitter panel such as used in commercial field emission displays. The typical emitter panel structure shown in FIG. 8 is formed of an array of emitter sets 806 aligned with the extraction grid 808. Typically the emitter sets 806 are a group of one or more commonly connected radioactive discontinuities or "tips" that emit electrons when subjected to a high electric field. Extraction grid 808 is a conductive grating of one or more conductors. The emitter set 806 emits electrons as the drive electronics 804 induces a voltage difference between the peripheral area of the extraction grid 808 and the emitter set 806. By selectively controlling the voltage between each emitter set 806 and the periphery of the grid 808, the drive electronics 804 can control the location and speed of the electrons being emitted.

투명판(812)에 의해 지지된 고전압 양극(810)은 방출된 전자들을 끌어 당긴다. 전자들이 투명판(812)로 이동하면서 양극(810)을 덮고 있는 음극발광 코팅(814)에 부딪친다. 이에 응답하여 음극 발광 코팅(814)은 충돌지역에서 적외선 광을 방출하고, 그 세기는 전자들이 이 충돌지역에 부딪치는 속도에 대응한다. 적외선 광은 투명판(812)을 통과해서 NVG(72)에 들어간다. 드라이브 전자장치(804)는 영상신호에 따라 방출된 전자들의 속도와 장소를 결정하므로 적외선 광도 이 영상 신호에 대응한다. 전과 같이 NVG(72)는 사용자의 눈(54)으로 투시할 적외선 광에응답하여 가시광을 방출한다.The high voltage anode 810 supported by the transparent plate 812 attracts the emitted electrons. As the electrons move to the transparent plate 812, they hit the cathode luminescent coating 814 covering the anode 810. In response, cathodic luminescent coating 814 emits infrared light in the impact zone, the intensity of which corresponds to the rate at which electrons strike the impact zone. The infrared light passes through the transparent plate 812 and enters the NVG 72. The drive electronics 804 determine the speed and location of the emitted electrons according to the image signal, so that the infrared light corresponds to the image signal. As before, NVG 72 emits visible light in response to infrared light to be projected into the user's eye 54.

도 9에 도시한 대로, 참가자(900)는 사실상 무제한 운동을 허용하는 모의 환경에서 도 5의 디스플레이(70)를 사용할 수 있다. 이 실시예에서, 참가자(900)가 디스플레이(70)를 착용할 적에 제 2 부분(108)이 허리주위에 고정되고 제 1 부분(104)이 머리착용식 NVG(72)에 장착된다. 추가적으로 제1부분(104)은 환경내 참가자의 위치와 사용자의 시선 방향을 확인하는 위치모니터(906)와 시선추적자(908)를 포함한다.As shown in FIG. 9, participant 900 may use display 70 of FIG. 5 in a simulated environment that allows for virtually unlimited workouts. In this embodiment, as participant 900 wears display 70, second portion 108 is secured around the waist and first portion 104 is mounted to head wear NVG 72. Additionally, the first portion 104 includes a position monitor 906 and a gaze tracker 908 that identify the location of the participant in the environment and the direction of the user's gaze.

당업자들은 음향센서와 광학 센서와 같은 다수의 실현가능한 위치 추적자들을 알고 있다. 더우기, 참가자(900)가 위치 모니터(906)를 착용하는 것으로 도시되어 있지만 위치 모니터(906)는 환경내 또는 환경 주변에 고정적으로 위치될 수 있거나 가동부분과 고정부분을 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 다양한 시선추적구조물이 이용될수 있다. 도 9의 실시예에서, 시선 추적자는 환경(902)의 여기저기에 또는 참가자(900) 위에 위치한 다수의 기준 반사경(910)을 이용한다. 위치를 검출하기 위하여, 시선 추적자(908)는 환경(902) 안으로 하나이상의 IR 빔들을 방출한다. IR 빔들은 이미지 소스(78)에 의해 또는 제 1 부분(104)에 장착된 별도의 IR 소스들에서 발생될 수 있다. 방출된 IR 빔들은 기준 반사경(910)에 부딪치고 반사된다. 각각의 기준 반사경(910)은 분명하고 확인가능한 패턴의 공간 반사성을 갖고 있기 때문에, 이 반사된 광은 특정 기준반사경(910)에 대응하는 패턴으로 변조된다. 제 1 부분(104)에 장착된 검출기는 이 반사광을 받아 기준반사경(910)의 반사 패턴을 나타내는 전기 신호를 발생한다. 사슬(110)은 이 전기신호를 제 2부분(108)으로 운반한다.Those skilled in the art know a number of feasible position trackers such as acoustic sensors and optical sensors. Moreover, although participant 900 is shown wearing position monitor 906, position monitor 906 may be fixedly positioned within or around the environment or may include a movable portion and a fixed portion. Similarly, various eye tracking structures can be used. In the embodiment of FIG. 9, the gaze tracker utilizes multiple reference reflectors 910 located throughout the environment 902 or above the participant 900. To detect the position, the eye tracker 908 emits one or more IR beams into the environment 902. IR beams may be generated by the image source 78 or at separate IR sources mounted to the first portion 104. The emitted IR beams strike and reflect the reference reflector 910. Since each reference reflector 910 has a clear and identifiable pattern of spatial reflectivity, this reflected light is modulated into a pattern corresponding to the particular reference reflector 910. The detector mounted on the first portion 104 receives the reflected light to generate an electrical signal representing the reflection pattern of the reference reflector 910. Chain 110 carries this electrical signal to second portion 108.

제 2 부분(108)은 상기 검출된 반사광과 상태정보에 대응하는 데이터를 전자제어기(911)로 보내는 모바일 안테나(905)가 있는 rf 송수신기(904)를 포함한다. 이 전자 제어기(911)는 소프트웨어 프로그램의 제어를 받아 원하는 영상을 결정하는 마이크로프로세서 기반 시스템이다. 제어기(911)는 기지안테나(907)를 통해 송수신기(904)로부터 참가자의 장소, 상태, 및 시선방향에 관한 정보를 받는다. 응답시에 제어기(911)는 적절한 영상 데이터를 확인하고 이 영상 데이터를 송수신기(904)에 보낸다. 그다음에 제 2 부분(108)은 사슬을 통해 제 1 부분(104)에 신호들을 보내어 스캐너 조립체(84)와 이미지 소스(78)로 하여금 NVG(72)에 IR입력을 제공하게 한다. 그래서 참가자(900)는 참가자의 위치와 시선방향에 대응하는 영상들을 NVG(72)를 통해 인지한다.The second portion 108 includes an rf transceiver 904 with a mobile antenna 905 that sends data corresponding to the detected reflected light and state information to the electronic controller 911. The electronic controller 911 is a microprocessor-based system that determines a desired image under the control of a software program. The controller 911 receives information about the participant's location, status, and gaze direction from the transceiver 904 via the base antenna 907. In response, the controller 911 identifies the appropriate image data and sends this image data to the transceiver 904. The second portion 108 then sends signals to the first portion 104 via the chain to cause the scanner assembly 84 and the image source 78 to provide an IR input to the NVG 72. Thus, the participant 900 recognizes images corresponding to the participant's position and gaze direction through the NVG 72.

환경내 활동의 외부감시를 허용하기 위해, 전자 제어기(911)에 결합된 디스플레이(912)는 참가자(900)가 투시한 대로 환경의 영상을 보여준다. CD-ROM, 자기디스크, 비디오 테이프 플레이어 또는 유사장치와 같은 시나리오 입력장치(914)와, 키보드 또는 음성인식 모듈과 같은 데이터 입력장치(916)가 있으므로, 환경(902)내에서의 동작이 원하는대로 조정되고 변형될 수 있다.To allow external monitoring of activities in the environment, the display 912 coupled to the electronic controller 911 shows an image of the environment as viewed by the participant 900. Scenario input devices 914, such as CD-ROMs, magnetic disks, video tape players, or similar devices, and data input devices 916, such as keyboards or voice recognition modules, so that operations within the environment 902 are as desired. Can be adjusted and deformed.

여기의 실시예들은 주사된 적외선 광을 사용하는 것으로 설명되지만, 이 발명은 반드시 그렇게 한정되지 않는다. 예컨대, 어떤 경우에는 광활성화된 스크린 위로 자외선 광 또는 가시광을 주사하는 것이 바람직할 수 있다. 알려진 업 컨버팅(up-converting) 형광체를 주사하거나, 보통 형광등에서 발견되는 통상적인가시 형광체를 주사하는데는 자외선 광 주사가 특히 유용할 수 있다.The embodiments herein are described as using scanned infrared light, but this invention is not necessarily so limited. For example, in some cases it may be desirable to scan ultraviolet light or visible light over a photoactivated screen. Ultraviolet light scanning can be particularly useful for injecting known up-converting phosphors, or for injecting phosphors that are commonly found in fluorescent lamps.

그러한 구조의 한예가 도 10에 도시되는데, 여기서 주사빔 디스플레이(1000)는 스캐너 조립체(1004)에 정렬된 UV광원(1002)로 형성된다. UV광원(1002)은 이산 레이저, 레이저 다이오드 또는 UV광을 방출하는 LED일 수 있다.One example of such a structure is shown in FIG. 10, where the scanning beam display 1000 is formed of a UV light source 1002 aligned to the scanner assembly 1004. The UV light source 1002 may be a discrete laser, laser diode or LED emitting UV light.

제어 전자장치(1006)는 대략 가는 줄무늬 패턴을 통해 스캐너 조립체(1004)를 구동한다. 부가적으로, 제어 전자장치(1006)는 컴퓨터, rf수신기, FLIR 센서, 비디오카세트 레코더, 기타 종래장치와 같은 영상 입력장치(1008)로 부터의 영상신호에 응답하여 UV광원(1002)를 활성화시킨다.The control electronics 1006 drives the scanner assembly 1004 through a rough thin stripe pattern. Additionally, control electronics 1006 activates UV light source 1002 in response to video signals from video input devices 1008 such as computers, rf receivers, FLIR sensors, video cassette recorders, and other conventional devices. .

스캐너 조립체(1004)는 형광체층(1014)으로 피복된 유리 또는 플렉시유리판(1012)으로 형성된 스크린(1010)위로 UV광원(1002)의 UV광을 주사하도록 위치조정된다. 입사 UV광에 응답하여, 형광체층(1014)은 사람눈에 보이는 파장의 광을 방출한다. 이 가시광의 강도는 입사 UV광의 세기에 대응할 것이고, 이어서 입사 UV광의 세기는 영상신호에 대응할 것이다. 그래서 투시자는 영상신호에 대응하는 가시 영상을 인지한다. 당업자들이라면 알 수 있듯이, 형광체층(1014)이 큰 범위의 각도에 걸쳐 광을 방출하므로 스크린(1010)은 사용자 눈에 의한 영상의 포착을 용이하게하는 출구 동공 확장기로서 유효하게 작용하여 유효 수치 구경(effective numerical aperture)을 증가시킨다.The scanner assembly 1004 is positioned to scan the UV light of the UV light source 1002 onto the screen 1010 formed of the glass or plexiglass plate 1012 coated with the phosphor layer 1014. In response to incident UV light, phosphor layer 1014 emits light of a wavelength visible to the human eye. The intensity of this visible light will correspond to the intensity of the incident UV light, and then the intensity of the incident UV light will correspond to the image signal. Thus, the viewer recognizes the visible image corresponding to the image signal. As will be appreciated by those skilled in the art, the phosphor layer 1014 emits light over a large range of angles, such that the screen 1010 effectively acts as an exit pupil expander that facilitates the capture of an image by the user's eye. increase the effective numerical aperture.

주사된 UV소스외에, 도 10의 실시예는 적색 레이저 다이오드와 같은 가시광원(1020)과, 제 2 스캐너 조립체(1022)도 포함한다. 제어전자장치(1006)은 제 2 영상 입력장치(1024)로 부터 제 2 영상신호에 응답하여 제 2 스캐너 조립체(1022)와가시광원(1020)을 제어한다.In addition to the scanned UV source, the embodiment of FIG. 10 also includes a visible light source 1020, such as a red laser diode, and a second scanner assembly 1022. The control electronics 1006 controls the second scanner assembly 1022 and the visible light source 1020 in response to the second image signal from the second image input device 1024.

제어전자장치에 응답하여, 제 2 스캐너 조립체(1022)는 가시광을 스크린(1010)위로 주사한다. 그러나, 형광체는 가시광에 응답하여 다른 파장의 광을 방출하지 않도록 선택된다. 그 대신에, 형광체 층(1014)과 플레이트(1012)는 가시광을 확산하도록 구성된다. 그래서 형광체층(1014)과 플레이트(1012)는 시판되는 확산기(diffuser)와 똑같은 방식으로 동작하여 투시자가 제 2 영상신호에 대응하는 적색 영상을 볼수 있게한다.In response to the control electronics, the second scanner assembly 1022 scans visible light onto the screen 1010. However, the phosphor is chosen not to emit light of other wavelengths in response to visible light. Instead, phosphor layer 1014 and plate 1012 are configured to diffuse visible light. The phosphor layer 1014 and the plate 1012 thus operate in the same manner as commercially available diffusers, allowing the viewer to see a red image corresponding to the second image signal.

작동시에, UV 및 가시광원들(1002, 1020)은 독립적으로 활성화되어 중첩될수 있는 2개의 별도 영상들을 생성한다. 예컨대, 비행기에서 UV 광원(1002)는 고도계와 같은 센서로부터 다양한 데이터나 텍스트를 제시할수 있지만, 가시광원(1020)은 활성화되어 FLIR 경고를 표시할수 있다.In operation, the UV and visible sources 1002 and 1020 produce two separate images that can be activated independently and superimposed. For example, in an airplane, the UV light source 1002 may present various data or text from a sensor such as an altimeter, but the visible light source 1020 may be activated to display a FLIR alert.

도 10의 디스플레이는 2개의 별도 스캐너 조립체들(1004, 1022)을 포함하는 것으로 제시되어 있지만, 당업자라면 두개의 소스들을 동일한 스캐너 조립체에 정렬시킴으로써 단일 스캐너 조립체가 UV광과 가시광 모두를 주사할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한 당업자라면 이 발명이 UV 및 가시광에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 적외선 형광체 또는 다른 IR 감응부품이 사용되는 경우에는 광원(1002, 1020)은 2개의 적외선 소스들일 수 있다. 대안으로, 광원(1002, 1020)은 적외선 및 가시광 소스 또는 적외선 및 UV 소스를 포함할 수도 있다.Although the display of FIG. 10 is shown to include two separate scanner assemblies 1004, 1022, one of ordinary skill in the art would appreciate that a single scanner assembly can scan both UV and visible light by aligning two sources into the same scanner assembly. I will understand that. Those skilled in the art will also understand that this invention is not limited to UV and visible light. For example, when infrared phosphors or other IR sensitive components are used, the light sources 1002 and 1020 may be two infrared sources. Alternatively, light sources 1002 and 1020 may include infrared and visible light sources or infrared and UV sources.

형광체와 같은 파장변환매체 위로 제 1 파장의 광을 주사하는 것이 야간 투시 응용에만 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 도 11에 도시한 대로, 주사광 빔 머리착용식 디스플레이(HMD)(1100)은 주사광빔(1104)에 의해 활성화되어 사용자용 투시 영상을 생성하는 형광체판(1102)을 포함한다. HMD(1100)은 야간투시 보조장치라기 보다는 범용 디스플레이로 사용될 수 있다.Scanning light of a first wavelength onto a wavelength converting medium, such as a phosphor, is not limited to night vision applications. For example, as shown in FIG. 11, a scanning light beam head wearable display (HMD) 1100 includes a phosphor plate 1102 that is activated by the scanning light beam 1104 to produce a perspective image for a user. The HMD 1100 may be used as a general-purpose display rather than a night vision aid.

이 실시예에서, HMD(1100)는 사용자가 HMD(1100)을 편안하게 착용할수 있도록 통상적인 안경과 유사하게 구성되는 프레임(1106)을 포함한다. 프레임(1106)은 형광판(1102)과 이미지 소스(1108)를 상대적으로 정렬시켜 지지하므로 광빔이 형광판(1102)에 부딪친다. 이미지 소스(1108)는 전자제어모듈(1116)의 제어하에 작동하는 MEMs 스캐너와 같은 직접변조 레이저 다이오드(1112)와 소형 스캐너(1110)를 포함한다. 레이저 다이오드(1112)는 바람직하게는 적외선 또는 자외선 광과 같은 비가시 방사선을 방출한다. 그러나, 적색 즉 근접 UV와 같은 다른 파장들이 몇가지 응용들에 사용될 수도 있다.In this embodiment, the HMD 1100 includes a frame 1106 that is configured similar to conventional eyewear so that a user can comfortably wear the HMD 1100. The frame 1106 supports the fluorescent plate 1102 and the image source 1108 in a relatively aligned manner so that the light beam strikes the fluorescent plate 1102. The image source 1108 includes a direct modulation laser diode 1112 and a small scanner 1110 such as a MEMs scanner operating under the control of the electronic control module 1116. Laser diode 1112 preferably emits invisible radiation, such as infrared or ultraviolet light. However, other wavelengths, such as red or near UV, may be used for some applications.

스캐너(1110)는 다이오드(1112)의 광을 수신하고 이 광을 대략 가는 줄무늬 패턴을 통해 형광체 판(1102) 위로 다시 보내는 이축선 스캐너이다. 주사빔(1104)에 응답하여 형광체 판(1102) 위 형광체는 가시파장의 광을 방출한다. 이 가시광은 사용자의 눈(1114)으로 가서 사용자가 주사빔(1104)의 변조에 대응하는 영상을 관찰한다.The scanner 1110 is a biaxial scanner that receives the light of the diode 1112 and sends it back over the phosphor plate 1102 through a roughly striped pattern. In response to the scanning beam 1104, the phosphor on the phosphor plate 1102 emits light of visible wavelengths. This visible light goes to the user's eye 1114 and the user observes an image corresponding to the modulation of the scanning beam 1104.

영상은 형광체판의 패턴형에 따라 칼라 또는 흑백일수 있다. 칼라 디스플레이의 경우, 형광판(1102)은 일정한 틈새가 있는 줄들을 포함하고, 각 줄은 도 12에 도시한대로 적색, 녹색 또는 청색 파장의 광을 방출하도록 조성된 각자의 형광체를 내포한다. 제어모듈(1116)은 각각의 장소에 대해 주사광 빔의 상대적 강도를 제어하여 각자의 화소에 대해 적절한 레벨의 적, 녹 및 청색광을 생성한다.The image may be color or black and white depending on the pattern of the phosphor plate. In the case of a color display, the fluorescent plate 1102 includes rows with a certain gap, and each row contains its own phosphor configured to emit light of red, green or blue wavelengths as shown in FIG. The control module 1116 controls the relative intensity of the scanning light beam for each location to generate the appropriate levels of red, green and blue light for each pixel.

광빔 변조와 측면위치와의 동기화를 유지하기 위하여 HMD(1100)는 하나이상의 센서 고속 포토다이오드(1118)가 스캐너(1110)에 인접하여 설치되어 있는 능동피드백 제어를 사용한다. 형광체판(1102)에 장치된 소형 반사경(1120)은 수평주사 각각의 마지막에 주사빔(1104)의 끝부분을 포토다이오드(1118)로 되돌려 보낸다. 이 반사광에 응답하여 포토다이오드(1118)은 빔위치와 빔 변조사이의 위상 관계를 나타내는 전기에러신호를 제어모듈(1116)에 제공한다. 이에 응답하여, 제어모듈(1116)은 영상 데이터의 타이밍을 조절하며, 다이오드(1112)가 각 주사장소마다 적절히 변조되도록 보장한다.To maintain synchronization of the light beam modulation and side position, the HMD 1100 uses active feedback control in which one or more sensor high speed photodiodes 1118 are installed adjacent to the scanner 1110. The small reflector 1120 mounted on the phosphor plate 1102 returns the end of the scanning beam 1104 to the photodiode 1118 at the end of each horizontal scan. In response to the reflected light, the photodiode 1118 provides the control module 1116 with an electrical error signal indicative of the phase relationship between the beam position and the beam modulation. In response, the control module 1116 adjusts the timing of the image data and ensures that the diode 1112 is properly modulated at each scan location.

형광체로써 여러가지 색의 영상을 생성하는 다른 방법은 도 12에 제시되어 있다. 도 12의 디스플레이(1150)는 스캐너(1154)에 광입력을 제공하는 다중파장 소스(1152)를 포함한다. 차례로 이 스캐너(1154)는 파장선택성 형광체층(1158)로 피복된 스크린(1156)위로 광을 주사한다.Another method for generating images of different colors with phosphors is presented in FIG. 12. The display 1150 of FIG. 12 includes a multiwavelength source 1152 that provides optical input to the scanner 1154. In turn, the scanner 1154 scans light onto the screen 1156 coated with the wavelength selective phosphor layer 1158.

다중파장 소스(1152)는 약간 다른 파장들의 광을 방출하는 4개의 IR 레이저 다이오드들(1160)로 형성된다. 예컨대, 하나의 응용에서 레이저 다이오드(1160)은 900~1600㎚의 범위에 걸친 파장들의 광을 방출한다. 레이저 다이오드(1160) 각각은 TV수상기, 컴퓨터, 비디오카세트 수신기, 비행제어시스템, 기타 다른 타입의 이미지 소스와 같은 신호 소스(1166)로부터 입력 영상신호 VIM의 선택된 성분에 응답하여 드라이버 회로(1164)에 의해 독립적으로 구동된다. 드라이버 회로(1164)는 영상신호 VIM중 RGB 성분과 같은 선택된 성분들을 추출하여 대응하는 전기신호들을 각자의 레이저 다이오드(1160)에 제공한다. 각각의 전기신호에 응답하여, 각각의 레이저 다이오드(1160)는 대응하는 강도레벨의 적외선 광을 방출한다.Multi-wavelength source 1152 is formed of four IR laser diodes 1160 emitting light of slightly different wavelengths. For example, in one application the laser diode 1160 emits light at wavelengths over a range of 900-1600 nm. Each of the laser diodes 1160 is a driver circuit 1164 in response to selected components of the input video signal V IM from a signal source 1166, such as a TV receiver, a computer, a video cassette receiver, a flight control system, and some other type of image source. Are driven independently. The driver circuit 1164 extracts selected components such as RGB components of the image signal V IM and provides corresponding electrical signals to the respective laser diodes 1160. In response to each electrical signal, each laser diode 1160 emits infrared light of a corresponding intensity level.

빔결합기(1162)는 레이저 다이오드(1160)로 부터의 광을 결합시켜, 4개의 다른 파장들 λ14의 강도변조된 광을 포함하는 단일빔을 생성한다. 스캐너(1154)는 이 결합빔을 스크린(1156)위에 가는 가로줄무늬 형태로 주사한다.Beam combiner 1162 combines the light from laser diode 1160 to produce a single beam comprising intensity modulated light of four different wavelengths λ 14 . The scanner 1154 scans this combined beam in the form of a horizontal stripe on the screen 1156.

결합된 빔이 형광체층(1158)에 부딪쳐서 각 장소에서 광이 방출된다. 형광체층(1158)은 다수의 파장선택성 형광체 결합물들을 포함하고, 각 형광체 결합물은 파장 λ14의 각각에 응답하여 각자의 가시파장에서 광을 방출한다. 이런 형광체들은 SRI에 의해 시현된바 있고 SRI 및 Kodak사로 부터 구입할 수 있다. 예컨대, 형광체 결합물들중 첫번째는 제 1 IR 파장 λ1의 광에 응답하여 녹색광을 방출한다. 이 녹색광의 세기는 제 1 IR 파장 λ1의 광세기에 일치하고, 이어서 이 제 1 IR 파장 λ1의 광은 영상신호 VIM의 녹색성분에 대응한다. 다양한 파장의 IR 광이 동시적으로 주사되기 때문에, 그리고 가시 칼라들이 빔위치보다는 각자 파장 성분의 세기에 의존하기 때문에, 도 11의 실시예에 대하여 설명된 정렬문제(alignment issues)가 상당히 저감된다.The combined beam hits the phosphor layer 1158 so that light is emitted at each location. Phosphor layer 1158 includes a plurality of wavelength selective phosphor combinations, each phosphor combination emitting light at its own visible wavelength in response to each of wavelengths λ 14 . These phosphors have been demonstrated by SRI and are available from SRI and Kodak. For example, the first of the phosphor combinations emits green light in response to light of the first IR wavelength λ 1 . The intensity of this green light corresponds to the light intensity of the first IR wavelength λ 1 , and then the light of the first IR wavelength λ 1 corresponds to the green component of the video signal V IM . Because IR light of various wavelengths is scanned simultaneously, and because the visible colors depend on the intensity of the respective wavelength component rather than the beam position, the alignment issues described for the embodiment of FIG. 11 are significantly reduced.

이 실시예는 4개의 독립 레이저 다이오드(1160)을 포함하는 것으로 설명되었지만 이 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, LED와 같은 다른 적외선 소스가 어떤 응용들에 적합할수 있다. 마찬가지로, 레이저 다이오드(1160)의 갯수는 4개 이상이나 이하일 수 있다. 전형적인 RGB 시스템에 있어서, 레이저 다이오드(1160)의 갯수는 통상 3개이다. 그러나, 형광체 결합물의 스펙트럼 응답 또는 기타 응답에 따라 그리고 표시된 영상의 원하는 정보내용에 따라 다른 갯수가 적절할수 있다. 더우기, 빔 결합기(1162)가 4 대 1 섬유결합기(4-to-1-fiber combinier)로 제시되어 있지만, 자유공간 광학소자, 집적된 광학부품, 또는 중합체 도파관등의 다른 빔결합기가 사용될 수도 있다. 어떤 응용에 있어서는, 레이저 다이오드들이 일정한 세기로 구동되도록 간섭계 변조기(interferometric modulators)와 같은 광 변조기들이 빔 결합기(1162)에 병합될 수 있다. 부가적으로, 예시적인 실시예가 3파장 모두의 광을 주사하는 단일 스캐너(1154)를 포함하지만, 이 발명은 이에 한정되지 않는다. 어떤 응용에서는 하나이상의 스캐너(1154)가 사용될 수 있다.This embodiment has been described as including four independent laser diodes 1160, but the invention is not so limited. For example, other infrared sources such as LEDs may be suitable for certain applications. Similarly, the number of laser diodes 1160 may be four or more or less. In a typical RGB system, the number of laser diodes 1160 is typically three. However, other numbers may be appropriate depending on the spectral response or other response of the phosphor conjugate and the desired information content of the displayed image. Moreover, although beam coupler 1162 is presented as a four-to-one-fiber combinier, other beam combiners such as free-space optics, integrated optics, or polymer waveguides may be used. . In some applications, light modulators such as interferometric modulators may be incorporated into the beam combiner 1162 such that the laser diodes are driven at a constant intensity. Additionally, although the exemplary embodiment includes a single scanner 1154 that scans all three wavelengths of light, the present invention is not so limited. In some applications more than one scanner 1154 may be used.

제 1 부분(104)의 크기와 하중을 저감하기 위하여, 스캐닝 조립체(58)의 크기와 하중을 저감하는 것이 바람직하다. 크기와 하중을 줄이는 한가지 방법은 기계적 공진 스캐너(200, 220)를 아래의 미국특허에 개시된 바와 같은 미소전자기계(microelectromechanical : MEMS) 스캐너로 대체하는 것이다. 즉 이 명세서에 각각 참고로 병합되어 있는 MICROMACHINED TORSIONAL SCANNER 라는 명칭으로 Neukermans 외에게 허여된 미국특허 제 5,629,790 호와 MICROMACHINED HINGE HAVING AN INTEGRAL TORSION SENSOR 라는 명칭으로 Neukermans 외에게 허여된 미국특허 제 5,648,618 호. 이 명세서에 개시되고 도 13에 도시된 대로 이축선 스캐너(1200)가 실리콘기판(1202)에 형성된다. 이축선 스캐너(1200)는 미러(1204)를 선회가능 지지부(1208)에 링크하는 양측의 만곡부(1206)에 의해 지지되는 미러(1204)를 포함한다.In order to reduce the size and load of the first portion 104, it is desirable to reduce the size and load of the scanning assembly 58. One way to reduce size and load is to replace the mechanical resonant scanners 200 and 220 with microelectromechanical (MEMS) scanners as disclosed in the following US patent. Named US Patent No. 5,629,790 issued to Neukermans et al. Under the name MICROMACHINED TORSIONAL SCANNER, each of which is incorporated herein by reference. A biaxial scanner 1200 is formed on a silicon substrate 1202 as disclosed herein and shown in FIG. Biaxial scanner 1200 includes mirror 1204 supported by both curved portions 1206 that link mirror 1204 to pivotable support 1208.

만곡부(1206)은 비틀어 돌려지도록 되어 있으므로 미러(1204)가 지지부(1208)에 대해 만곡부(1206)에 의해 정의된 축선을 중심으로 회동하게 된다. 한 실시예에서 미러(1204)의 회동은 스캐너(1200)의 수평주사를 정의한다.Since the curved portion 1206 is to be twisted and turned, the mirror 1204 is rotated about the support 1208 about the axis defined by the curved portion 1206. In one embodiment, the rotation of the mirror 1204 defines a horizontal scan of the scanner 1200.

제 2 쌍의 양측 만곡부(1212)는 지지부(1208)를 기판(1202)에 결합시킨다. 만곡부(1212)의 치수는 비틀어 휘어지도록 되어 있으므로 지지부(1208)가 기판(1202)에 대해 선회하게 된다. 바람직하게는 미러(1204), 지지부(1208) 및 만곡부(1212)의 질량과 치수를 선택함에 있어서 미러가 높은 Q에서 10-40㎑로 수평으로 공진하며 지지부(1208)가 60㎐이상에서 선회하게 한다.The second pair of curved portions 1212 couple the support 1208 to the substrate 1202. Since the dimensions of the curved portion 1212 are to be twisted and bent, the support 1208 pivots relative to the substrate 1202. Preferably, in selecting the mass and dimensions of the mirror 1204, support 1208 and bend 1212, the mirror resonates horizontally at 10-40 Hz at high Q and the support 1208 pivots at 60 Hz or more. do.

양호한 실시예에서, 미러(1204)위의 플레이트(1214)와 베이스(도시안됨)위의 도체 사이에 전기장을 인가함으로써 미러(1204)가 선회한다. 플레이트(1214)가 커패시터의 한 플레이트로서 작용하고 베이스내 도체가 제 2 플레이트로 작동하기 때문에 이런 방식은 용량성 구동(capacitive drive)이라 한다. 플레이트들 사이의 전압이 증가함에 따라 전기장에 의해 미러(1204)에 힘이 가해져서 미러(1204)가 만곡부(1206)를 중심으로 선회한다. 플레이트들에 인가된 전압을 주기적으로 변화시킴으로써 미러(1204)가 주기적으로 주사하게 된다. 바람직하게는 전압이 미러(1204)의 기계적 공진주파수에서 변화하므로 미러(1204)의 진동에 전력소모가 적어진다.In a preferred embodiment, the mirror 1204 is pivoted by applying an electric field between the plate 1214 on the mirror 1204 and the conductor on the base (not shown). This is called capacitive drive because plate 1214 acts as one plate of capacitor and the conductor in the base acts as the second plate. As the voltage between the plates increases, a force is applied to the mirror 1204 by the electric field so that the mirror 1204 pivots about the bend 1206. The mirror 1204 periodically scans by periodically changing the voltage applied to the plates. Preferably, since the voltage changes at the mechanical resonance frequency of the mirror 1204, power consumption is reduced in vibration of the mirror 1204.

지지부(1208)는 특정응용의 요건에 따라 자기적으로 선회된다. 고정자석(1205)가 지지부(1208) 주위에 위치하고 지지부(1208)위 도전 경로(1207)가 전류를 운반한다. 전류를 변화시키면 지지부위에 자력이 변화되어 운동이 일어난다. 양호하게는, 지지부(1208)가 60㎐ 정도의 원하는 리프레쉬 속도이상의 주파수에서 응답할 수 있도록 지지부(1208)와 만곡부(1212)의 크기를 정한다. 당업자라면 용량적 또는 전자기적 드라이브가 인가되어 미러(1204)와 지지부(1208) 양자를 선회시킬 수 있고 압전 드라이브와 같은 다른 드라이브 메카니즘이 적용되어 미러(1204) 또는 지지부(1208)를 선회시킬수 있다는 것을 인식할 것이다.The support 1208 is pivoted magnetically in accordance with the requirements of the particular application. A stator magnet 1205 is positioned around the support 1208 and a conductive path 1207 on the support 1208 carries current. Changing the current causes the magnetic force to change at the support, which causes movement. Preferably, the support 1208 and the bend 1212 are sized so that the support 1208 can respond at frequencies above the desired refresh rate of about 60 Hz. Those skilled in the art will appreciate that a capacitive or electromagnetic drive may be applied to pivot both the mirror 1204 and the support 1208 and other drive mechanisms such as piezoelectric drives may be applied to pivot the mirror 1204 or the support 1208. Will recognize.

이 발명이 여기에서는 예시적 실시예들로 개시되었으나, 여기에 개시된 구조와 방법은 이 발명의 정신과 범위내에서 변형이 있을 수 있다. 예컨대 여러가지 부품들의 위치가 변경될 것이다. 위치재조정의 일예에서 UV소스(1002)와 가시소스(1020)이 스크린(1010)의 양측에 위치고정될 수 있다. 더우기, 수평 스캐너(200)가 스캐닝 주파수에서 양호하게는 기계적으로 공진하는 것으로 개시되지만 어떤 응용에서는 스캐너(200)가 비공진일수도 있다. 예컨대, 스캐너(200)이 "일필(stroke)" 또는 "달필(calligraphic)" 스캐닝에 사용되는 경우, 비공진 스캐너가 더 좋을 것이다. 더우기, 입력신호가 전자제어기 또는 소정의 영상입력에서 나오는 것으로 개시되지만, 당업자라면 휴대용 비디오 카메라(전자제어기와 함께 결합되거나 단독으로)가 영상신호를 제공할 수도 있다. 이런 구성은 각 참가자의 비디오 카메라가 국부적으로 영상입력을 제공할 수 있으므로 다수의 참가자가 개입한 모의환경에서 특히 유용하고, 그래서 제어시스템의 복잡성을 저감시킬수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서 이 발명은 첨부한 청구범위에 의해서만 제한된다.While the invention has been disclosed herein by way of example embodiments, the structures and methods disclosed herein may vary within the spirit and scope of the invention. For example, the positions of the various components will change. In one example of repositioning, the UV source 1002 and the visible source 1020 may be positioned on either side of the screen 1010. Moreover, although the horizontal scanner 200 is described as preferably mechanically resonating at the scanning frequency, the scanner 200 may be non-resonant in some applications. For example, if the scanner 200 is used for "stroke" or "calligraphic" scanning, a non-resonant scanner would be better. Furthermore, although the input signal is disclosed as originating from an electronic controller or a predetermined image input, those skilled in the art may provide a video signal by a portable video camera (either alone or in combination with the electronic controller). It will be appreciated that this configuration is particularly useful in simulation environments involving multiple participants since each participant's video camera can provide local video input, thus reducing the complexity of the control system. Accordingly, this invention is limited only by the appended claims.

Claims (31)

다수의 성분들을 지닌 입력 영상신호에 응답하여 가시 영상을 생성하는 디스플레이에 있어서,In the display for generating a visible image in response to an input video signal having a plurality of components, 제 1 입력파장의 광에 응답하여 제 1 가시 파장 범위의 광을 출력하도록 감응하고, 제 2 입력파장의 광에 응답하여 제 2 가시파장 범위의 광을 출력하도록 감응하는 베이스플레이트와 파장변환코팅을 포함하는 스크린과,A base plate and a wavelength conversion coating sensitive to output light in the first visible wavelength range in response to light of the first input wavelength, and output light in the second visible wavelength range in response to light in the second input wavelength. Screen included, 상기 영상신호의 제 1 성분에 응답하여 상기 제 1 입력파장의 변조된 광을 방출하도록 작동하는 제 1 광 이미터와,A first light emitter operative to emit modulated light of the first input wavelength in response to a first component of the video signal; 상기 영상신호의 제 1 성분에 응답하여 상기 제 2 입력파장의 변조된 광을 방출하도록 작동하는 제 2 광 이미터와,A second light emitter operative to emit modulated light of the second input wavelength in response to a first component of the video signal; 입력이 상기 제 1 및 제 2 광원들로 부터 광을 받도록 광학적으로 정렬되고, 출력이 상기 입력에 수신된 광을 상기 스크린으로 보내도록 광학적으로 정렬되고, 구동신호에 감응하여 상기 수신된 광을 상기 파장변환코팅 위로 주기적 패턴으로 주사하는 스캐너 조립체를 포함하는 디스플레이.An input is optically aligned to receive light from the first and second light sources, an output is optically aligned to send light received at the input to the screen, and in response to a drive signal to receive the received light A display comprising a scanner assembly for scanning in a periodic pattern over a wavelength conversion coating. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 입력파장이 비가시 파장인 디스플레이.Wherein the first input wavelength is an invisible wavelength. 청구항 2 에 있어서,The method according to claim 2, 상기 제 1 입력파장이 비가시 파장인 디스플레이.Wherein the first input wavelength is an invisible wavelength. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 스캐너 조립체는 회전축선을 중심으로 선회운동하도록 설치된 미러를 포함하는 디스플레이.And the scanner assembly includes a mirror mounted to pivot about an axis of rotation. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 스캐너 조립체는 상기 입력에서 수신된 광을 편향하도록 위치조정된 미러를 갖는 미소전자기계적 스캐너를 포함하는 디스플레이.The scanner assembly includes a microelectromechanical scanner having a mirror positioned to deflect light received at the input. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 파장변환코팅은 제 1 적외선 감응 형광체 화합물을 포함하고, 상기 제 1 입력파장이 적외선 파장인 디스플레이.The wavelength conversion coating comprises a first infrared sensitive phosphor compound, wherein the first input wavelength is an infrared wavelength. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 파장변환코팅은 상기 제 2 입력파장에 감응하는 제 2 적외선 감응 형광체 화합물을 포함하는 디스플레이.The wavelength conversion coating comprises a second infrared sensitive phosphor compound sensitive to the second input wavelength. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제 1 광원은 제 1 레이저 다이오드인 디스플레이.Wherein the first light source is a first laser diode. 청구항 8 에 있어서,The method according to claim 8, 상기 제 1 광원은 외부 변조기를 포함하는 디스플레이.And the first light source comprises an external modulator. 청구항 8 에 있어서,The method according to claim 8, 상기 제 2 광원은 제 2 레이저 다이오드인 디스플레이.And the second light source is a second laser diode. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 스캐너 조립체와 상기 제 1 및 제 2 광원들 사이에 끼워진 빔 결합기를 더 포함하고, 이 빔 결합기는 상기 제 1 광원에 정렬된 제 1 입력, 상기 제 2 광원에 정렬된 제 2 입력, 그리고 상기 스캐너 조립체에 정렬된 결합기 출력을 구비하고, 상기 결합기는 상기 제 1 파장의 변조된 광과 상기 제 2 파장의 변조된 광으로부터 단일 결합 빔을 생성하도록 감응하는 디스플레이.A beam coupler sandwiched between the scanner assembly and the first and second light sources, the beam combiner having a first input aligned with the first light source, a second input aligned with the second light source, and And a combiner output aligned to the scanner assembly, wherein the combiner is sensitive to produce a single combined beam from the modulated light of the first wavelength and the modulated light of the second wavelength. 원하는 영상에 대응하는 영상신호를 생성하는 영상 신호원과,A video signal source for generating a video signal corresponding to a desired video; 비가시 방사선에 감응하여 가시광을 방출하는 파장변환코팅을 구비한 스크린과,A screen having a wavelength conversion coating that emits visible light in response to invisible radiation; 상기 영상신호에 감응하여 상기 영상신호에 따라 변조된 비가시 방사선을 방출하는 광원과,A light source emitting invisible radiation modulated according to the video signal in response to the video signal; 상기 변조된 광을 수신하도록 위치고정되고 상기 수신된 광을 상기 스크린위에 주기적 패턴으로 주사하도록 작동하는 스캐너를 포함하는 디스플레이.A scanner positioned to receive the modulated light and operative to scan the received light in a periodic pattern on the screen. 청구항 12 에 있어서,The method according to claim 12, 상기 광원은 제 1 파장 범위의 광을 방출하도록 작동하는 제 1 적외선 레이저를 포함하는 디스플레이.And the light source comprises a first infrared laser operative to emit light in a first wavelength range. 청구항 13 에 있어서,The method according to claim 13, 상기 광원은 상기 제 1 범위와 다른 제 2 파장 범위의 광을 방출하도록 작동하는 제 2 적외선 레이저를 포함하는 디스플레이.Wherein the light source comprises a second infrared laser operative to emit light in a second wavelength range that is different from the first range. 청구항 14 에 있어서,The method according to claim 14, 상기 파장변환코팅은 상기 제 1 파장범위의 광에 감응하여 제 1 칼라의 가시광을 방출하고, 상기 제 2 파장범위의 광에 감응하여 상기 제 1 칼라와 다른 제 2 칼라의 가시광을 방출하는 디스플레이.And the wavelength conversion coating emits visible light of a first color in response to light in the first wavelength range, and emits visible light of a second color different from the first color in response to light in the second wavelength range. 청구항 12 에 있어서,The method according to claim 12, 상기 파장변환코팅은 다수의 형광체 결합물들을 포함하고, 이 형광체 결합물 각각은 각자 파장의 비가시 광에 감응하여 각자 가시파장의 광을 방출하는 디스플레이.And wherein said wavelength converting coating comprises a plurality of phosphor combinations, each of which emits light of visible wavelengths in response to invisible light of respective wavelengths. 청구항 12 에 있어서,The method according to claim 12, 상기 스캐너는 MEMS 스캐너인 디스플레이.And the scanner is a MEMS scanner. 청구항 12 에 있어서,The method according to claim 12, 상기 스캐너는 공진 주사 부분을 포함하는 디스플레이.The scanner includes a resonant scan portion. 청구항 12 에 있어서,The method according to claim 12, 상기 주기적 패턴은 대략 가는 줄무늬 패턴인 디스플레이.Wherein said periodic pattern is an approximately fine striped pattern. 제 1 비가시 파장의 광을 생성하는 단계;Generating light of a first invisible wavelength; 제 2 비가시 파장의 광을 생성하는 단계;Generating light of a second invisible wavelength; 상기 제 1 비가시 파장의 광을 영상정보의 제 1 부분으로 변조하는 단계;Modulating light of the first invisible wavelength into a first portion of image information; 상기 제 2 비가시 파장의 광을 상기 영상정보의 제 2 부분으로 변조하는 단계;Modulating light of the second invisible wavelength into a second portion of the image information; 상기 제 1 비가시 파장의 광을 주기적 패턴으로 주사하는 단계;Scanning the light of the first invisible wavelength in a periodic pattern; 상기 제 2 비가시 파장의 광을 주기적 패턴으로 주사하는 단계;Scanning the light of the second invisible wavelength in a periodic pattern; 상기 제 1 비가시 파장의 주사된 광을 제 1 가시파장의 광으로 변환하는 단계;Converting the scanned light of the first invisible wavelength into light of a first visible wavelength; 상기 제 2 비가시 파장의 주사된 광을 제 2 가시파장의 광으로 변환하는 단계; 및Converting the scanned light of the second invisible wavelength into light of a second visible wavelength; And 상기 제 1 및 제 2 가시 파장의 변환된 광을 사용자에게 보내는 단계;로 구성되는 가시영상을 사용자에게 제공하는 방법.And transmitting the converted light of the first and second visible wavelengths to a user. 청구항 20 에 있어서,The method of claim 20, 상기 영상정보로 광을 변조하는 단계는Modulating the light with the image information 상기 제 1 비가시 파장의 연속파 광을 광원으로 방출하는 단계와,Emitting continuous wave light of the first invisible wavelength to a light source; 상기 광원과 분리된 외부 진폭 변조기로 상기 연속파 광을 변조하는 단계를 포함하는 방법.And modulating the continuous wave light with an external amplitude modulator separate from the light source. 청구항 20 에 있어서,The method of claim 20, 상기 제 1 비가시 파장의 광을 주기적 패턴으로 주사하는 단계는 상기 제 1 비가시 파장의 광을 대략 가는 줄무늬 패턴을 통해 보내는 단계로 되어 있는 방법.Scanning the light of the first invisible wavelength in a periodic pattern comprises sending the light of the first invisible wavelength through an approximately thin stripe pattern. 청구항 22 에 있어서,The method according to claim 22, 상기 제 1 비가시 파장의 광을 대략 가는 줄무늬 패턴을 통해 보내는 단계는 상기 제 1 비가시 파장의 광을 주사미러로 되돌려보내는 단계로 되어 있는 방법.Directing the light of the first invisible wavelength through a substantially fine stripe pattern comprises returning the light of the first invisible wavelength to a scanning mirror. 청구항 20 에 있어서,The method of claim 20, 상기 제 1 비가시 파장의 주사된 광을 제 1 가시 파장의 광으로 변환하는 단계는 상기 주사된 광을 형광체 결합물에 비추는 단계로 되어 있는 방법.And converting the scanned light of the first invisible wavelength into light of the first visible wavelength comprises shining the scanned light onto a phosphor combination. 청구항 20 에 있어서,The method of claim 20, 상기 제 1 및 제 2 비가시 파장의 광을 주사하는 단계 이전에 상기 제 1 및 제 2 비가시 파장의 광을 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.Combining the light of the first and second invisible wavelengths prior to scanning the light of the first and second invisible wavelengths. 청구항 20 에 있어서,The method of claim 20, 상기 제 1 비가시 파장의 광을 생성하는 단계는 레이저 다이오드를 활성화시키는 단계로 되어 있는 방법.Generating light of the first invisible wavelength comprises activating a laser diode. 청구항 26 에 있어서,The method of claim 26, 상기 제 1 비가시 파장의 광을 영상정보의 제 1 부분으로 변조하는 단계는 구동전류를 레이저 다이오드로 변조하는 단계로 되어 있는 방법.And modulating the light of the first invisible wavelength into a first portion of the image information comprises modulating a drive current with a laser diode. 투시될 영상의 제 1 부분에 해당하는 제 1 전기 영상신호를 생성하는 단계;Generating a first electrical video signal corresponding to the first portion of the image to be viewed; 투시될 영상의 제 1 부분에 해당하는 제 2 전기 영상신호를 생성하는 단계;Generating a second electrical video signal corresponding to the first portion of the image to be viewed; 상기 제 1 영상신호를 제 1 이미지 소스에 인가하는 단계;Applying the first video signal to a first image source; 상기 제 2 영상신호를 제 2 이미지 소스에 인가하는 단계;Applying the second video signal to a second image source; 상기 인기된 제 1 영상신호에 응답하여 제 1 파장범위의 적외선 광을 방출하는 단계;Emitting infrared light of a first wavelength range in response to the popular first image signal; 상기 인가된 제 2 영상신호에 응답하여 상기 제 1 파장범위와 다른 제 2 파장범위의 적외선 광을 방출하는 단계;Emitting infrared light having a second wavelength range different from the first wavelength range in response to the applied second image signal; 상기 제 1 파장의 방출된 적외선 광을 파장변환 물질에 보내는 단계;Sending the emitted infrared light of the first wavelength to a wavelength converting material; 상기 제 2 파장의 방출된 적외선 광을 파장변환물질에 보내는 단계;Sending the emitted infrared light of the second wavelength to a wavelength converting material; 상기 제 1 파장의 보내진 방출광에 응답하여 상기 파장변환물질로 제 1 가시파장의 가시광을 방출하는 단계; 및Emitting visible light of a first visible wavelength to the wavelength converting material in response to the emitted light of the first wavelength; And 상기 제 2 파장의 보내진 방출광에 응답하여 상기 파장변환물질로 제 2 가시파장의 가시광을 방출하는 단계를 포함하는 사용자가 투시할 영상을 생성하는 방법.Emitting visible light of a second visible wavelength to the wavelength converting material in response to the emitted emission light of the second wavelength. 청구항 28 에 있어서,The method according to claim 28, 상기 제 1 파장의 방출된 적외선 광을 파장변환 물질에 보내는 단계는 상기 제 1 파장의 적외선 광을 대략 가는 줄무늬 패턴을 통해 주사하는 단계로 되어 있는 방법.Sending the emitted infrared light of the first wavelength to a wavelength converting material comprises scanning the infrared light of the first wavelength through an approximately thin stripe pattern. 청구항 29 에 있어서,The method of claim 29, 상기 제 2 파장의 방출된 적외선 광을 파장변환물질에 보내는 단계는 상기 제 2 파장의 적외선 광을 대략 가는 줄무늬 패턴을 통해 주사하는 단계로 되어 있는 방법.Sending the emitted infrared light of the second wavelength to a wavelength converting material comprises scanning the infrared light of the second wavelength through an approximately thin stripe pattern. 청구항 30 에 있어서,The method of claim 30, 상기 제 1 파장의 적외선 광을 대략 가는 줄무늬 패턴을 통해 주사하는 단계는Scanning the infrared light of the first wavelength through an approximately thin stripe pattern 상기 제 1 파장의 적외선 광을 주사미러 위에 보내는 단계와,Sending infrared light of the first wavelength onto a scanning mirror; 상기 주사미러를 주기적 주사패턴을 통해 선회시키는 단계를 포함하는 방법.Pivoting the scan mirror through a periodic scan pattern.
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