(57)【要約】  本開示は、光受容体密度制限、広角、全スペクトル、立体視、本当の光学被写界深度、画像処理システムを提供する仮想現実システムに関するものである。１つのヘッドマウントバージョンでは、システムは、２自由度でステアリングされることができる可変発散の変調光ビームを生成するハイブリッド光学マイクロミラースキャナを利用する。このビームは続いて複合湾曲反射器から追加の光学系を通して反射され、網膜上に全被写界深度像を形成する。高性能の第１表面反射器はまた、独立してステアリング可能な光学素子のアレイによって形成することができ、それによって、広い全深度画像を提供する適応光学表面を形成する。どちらの場合でも、真の被写界深度が目に提示され、自然な水晶体レンズ調節応答を可能にする。
2019533838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
没入型光学投影装置であって、前記没入型光学投影装置は、
フレームと、
少なくとも１つの多次元画像投影装置および少なくとも１つの光源を備える投影器アレイと、
前記フレームに固定される反射器と、
投影器アレイサポートと、
を備え、
前記投影器アレイは、前記投影器アレイサポートに取り付けられ、前記投影器アレイサポートは、前記フレームに固定され、
前記光源によって生成される光ビームは、前記多次元画像投影装置によって作用され、結果として生じる変更されたビームは、前記反射器の方に進行し、着用者の眼内にさらに向けられる、
没入型光学投影装置。
【請求項２】
前記投影器アレイは、少なくとも１自由度を有する少なくとも１つの光ビームをステアリングすることができる走査式投影器である、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項３】
光ビーム変更器は、前記光源と前記少なくとも１つの多次元画像投影装置との間に配置され、前記光ビーム変更器に入射する前記光ビームのふくそう運動は、動的に制御可能であり、少なくとも１自由度で前記少なくとも１つの多次元画像投影装置によってさらにステアリングされる、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項４】
光ビーム変更器は、前記少なくとも１つの多次元画像投影装置と前記反射器との間に配置され、前記少なくとも１つの多次元画像投影装置から放射する変更されたビームが前記反射器に進行するとき、前記変更されたビームのふくそう運動は、動的に制御可能である、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの多次元画像投影装置は、多自由度のビームステアリング装置である、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項６】
前記投影器アレイは、走査式投影器である、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項７】
前記反射器は、ほぼ円錐の回転断面の反射器表面である、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項８】
前記反射器は、反射被覆の遠位面および実質的に透明な近位面を有する屈折素子であり、前記実質的に透明な近位面を通過し、前記反射被覆の遠位面で反射する変更されたビームは、前記実質的に透明な近位面を通って戻り、着用者の眼内にさらに向けられる、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項９】
前記反射器は、ほぼ円錐の回転断面の反射器表面上に配置されている個々に制御可能なマイクロミラーのアレイを有する回転するほぼ円錐断面の反射器本体である、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項１０】
前記没入型光学投影装置は、
少なくとも１つの電源と、
少なくとも１つの通信モジュールと、
少なくとも１つのスピーカと、
をさらに備え、
前記電源、前記通信モジュールおよび前記スピーカは、前記フレームに取り付けられる、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項１１】
前記没入型光学投影装置は、
少なくとも１つの外向きカメラと、
少なくとも１つの運動センサと、
をさらに備え、
前記少なくとも１つの外向きカメラは、前記反射器の遠位面に固定され、前記少なくとも１つの運動センサは、前記フレームに取り付けられる、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【請求項１２】
個々に制御可能なマイクロミラーの前記アレイは、入射する光ビームのふくそう運動を制御するように構成される、
請求項９に記載の没入型光学投影装置。
【請求項１３】
個々に制御可能なマイクロミラーの前記アレイは、入射する光ビームの方向を制御するように構成される、
請求項９に記載の没入型光学投影装置。
【請求項１４】
前記投影器アレイサポートは、前記反射器に対して封止される屈折コレクタレンズであり、それによって、前記反射器および前記投影器アレイを保護する封止されたキャビティを形成し、前記投影器アレイは、前記屈折コレクタレンズに前記封止されたキャビティ内で固定される、
請求項１に記載の没入型光学投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この国際特許出願は、本発明の発明者により２０１６年９月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／３９９，５３０号および２０１７年９月２６日に出願された米国特許出願第１５／７１６，５０３号の利点を請求する。
【０００２】
技術分野
本開示は、仮想現実システムに関するものであり、１つの場合では、仮想現実システムは、光受容体密度制限、広角、全スペクトル、立体視、本当の光学被写界深度、画像処理システムをヘッドマウントフォームファクタにおいて提供する。
【背景技術】
【０００３】
光情報を人の眼に供給するための多くの装置が作成されてきた。視覚情報は、高解像度映像、コンピュータ生成コンテンツ、２次元および３次元のコンテンツ、テキスト等の形態をとることができる。仮想現実システムの視覚的要素は、合成コンテンツを直接眼に供給するが、拡張現実システムは、生成されたコンテンツを現実世界の視覚と混合する。
【０００４】
実際は、あらゆる照明された粒子は、光線をあらゆる方向にかつ複数の波長で反射または放射する。遠くから我々に到達する光線はほぼ平行であり、近くの点から到達する光線はより発散する。我々の瞳孔を通過して到達するビームは、角膜、房水、水晶体、硝子体液を通過し、最後に網膜に到達するとき、焦束される、または、より収束性になる。
【０００５】
通常な視覚のために、画像は、眼の光軸または視線の方向に対してビームの入口角に依存する網膜の一部上に形成される。視野の中心２度において形成するこれらの画像は、窩と呼ばれる光受容体細胞（視細胞）の密度が例外的に高い網膜の領域上に位置する。高解像度の視覚情報の大部分が、光受容体を介して光から電気神経インパルスに変換され、視神経束を介して視覚野に送信されるのは、ここである。窩からより離れた光受容体は、軸外の画像を検出し、周辺視野の検出に貢献する。全体で、ほぼ１５００万の桿体細胞および錐体細胞の光受容体が存在する。桿体細胞は、低レベルの光を検出するが、色を検出せず、錐体細胞は、色を検出するが、光強度のレベルはより高い。赤色、緑色および青色光に高感度な３種類の錐体細胞は、網膜の中心領域で高密度に主に見つかり、それによって、高解像度の色覚を提供する。
【０００６】
中心視野が非常に多くの情報を含むので、眼は、重要なターゲット、例えば、顔または移動物体を凝視するとき、高速に「走査」またはサッカード（ｓａｃｃａｄｅ）を行い、最高１０００Ｈｚの速度でもう１つに飛ぶ。眼は、「ジッタ−」またはマイクロサッカードもまた行い、持続性感作を網膜に提供することができる。眼は、中心点のまわりに上／下および左／右に１分につき最高９００度の速度で回転することができる。眼は、さまざまな方向に５０度を超えて回転できるが、年齢によって、個人は、直視から±１０度を超えた眼の動きをほとんど示さない。
【０００７】
眼は、固定された前方の視線によって、角膜に入射する光を検出することができ、この光は、こめかみに向かうほぼ１１０度の角度からの光であり、鼻に向かう約５９度の光である。視野もまた、視線の方向のほぼ５６度超７０度未満に延在する。
【０００８】
単眼視力は、数例を挙げれば、運動視差（ｍｏｔｉｏｎ  ｐａｒａｌｌａｘ）、動的回転（ｋｉｎｅｔｉｃ  ｒｏｔａｔｉｏｎｓ）、陰影（ｓｈａｄｏｗｓ）、なじみのサイズ（ｆａｍｉｌｉａｒ  ｓｉｚｅ）、掩蔽（ｏｃｃｕｌｔａｔｉｏｎ）、視点（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ）および調節（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ）または焦点（ｆｏｃｕｓ）による適度な被写界深度の手掛かり（ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｆｉｅｌｄ  ｃｕｅｓ）を提供することができる。
【０００９】
立体視は、より広い視野を可能にし、２つの画像間で平均する詳細に起因する鋭敏さを改善し、視覚的刺激を３Ｄ奥行き知覚のはるかに強い感覚に提供する。主要な両眼手掛かり（ｂｉｎｏｃｕｌａｒ  ｃｕｅｓ）は、立体映像およびふくそう運動−調節反射（ｔｈｅ  ｖｅｒｇｅｎｃｅ−ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ  ｒｅｆｌｅｘ）である。立体映像は、網膜上に位置するわずかに異なる左右の画像を処理することによって、奥行き感を与える。両眼が３Ｄ物体の同じ点に収束しうるにもかかわらず、その物体が１０メートルより近くにある場合、その形状、体積および陰影は、収束点より近い点または遠い点を有し、各網膜上のわずかに異なる水平位置に投影する。このわずかに水平に異なる変位、すなわち、「両眼視差」は、眼間隔によって誘発される地平視差に起因し、「両眼細胞」と呼ばれる、視野の中央の近くに水平に配置される専用の細胞によって検出される。形状および陰影のみに起因する垂直変位もまた認識されるが、それらは影響が小さい。次に、すべての視差情報は、視覚野に送信され、視覚野では、２つの画像が１つに結合され、深度のなんらかの測定が実現される。絶対深度よりむしろ相対深度がこのように検出されてもよい。
【００１０】
２メートルより近い物体のために、正確な深度情報は、ふくそう運動−調節反射を介して得られる。近い物体のために、距離の近似の推定は、立体映像によって認められ、それによって、３つの事象の非自発的な、同時発生を誘発する。３つの事象とは、眼が物体上の固定点に収束すること、毛様体筋が収縮し、水晶体を厚くし、その焦点を合わせる（焦束する）能力を増加させること、瞳孔が収縮し、被写界深度を増加させること、である。焦点を合わせる能力の増加は、近い物体のより発散した光線を網膜上のピントの合った焦点にもたらす。良好な焦点を達成する努力の量は、毛様体突起の固有受容性センサによって観察され、焦点距離の正確な解釈を導出する視覚野に伝達される。同様に、眼を収束の特定角度に動かした外眼筋からの運動感覚の情報によって、凝視角に結合して、視覚野は、三角測量を介して非常に正確な距離を抽出することができる。
【００１１】
最後に、前庭眼球反射は、バランス、空間定位および加速情報を提供する前庭系と、３つの回転軸のまわりで眼を動かす外眼筋と、の間の相互作用である。一方向における頭の動きによって、眼は、反射的な反対運動を反対方向に行い、それによって、視野の中心で安定画像を維持する。これにより、体が動く間の静止物体の固定された照準または移動物体の安定した照準を可能にする。
【００１２】
典型的な映写機は、焦点画像を離れた曲面スクリーンまたは平面スクリーン上に生成する。曲面スクリーンは、周辺視野の増加を有する没入の感覚を改善するのを支援する。いずれの場合においても、離れたスクリーンは、人の眼によって容易に焦束可能な反射した平行光ビームを提供するが、視差または両眼情報をほとんど与えない。
【００１３】
離れたスクリーンを「３Ｄ」眼鏡で見ることは、奥行き感を提供することができる。これらの装置は、さまざまな技術を利用し、わずかに異なる視野角を各眼に供給する。大部分は、近い物体が生成するであろう本当に発散する光線のフレームレート、明るさおよび照射野の生成によって制限される。そして、もちろん、それらのすべては、離れたスクリーンのフラットフィールド、制限された解像度、制限されたダイナミックレンジおよび制限された角度範囲に依存する。３Ｄ眼鏡を用いる間にスクリーンをより近くに移動すると、視野が改善される。より近いにもかかわらず、焦点深度は一定のままであり、緩和した距離焦点は失われる。視野は、視覚電位の小さいサブセットでもある。
【００１４】
追加の情報コンテンツは、「ヘッドアップ」ディスプレイによって追加可能であり、それによって、情報は、バイザーまたはスクリーンの表面上に投影される。スキャナおよび光学素子の組み合わせを用いて、仮想画像は、任意の見かけの深度で生成可能であるが、通常狭い写角によって制限される。この種の情報は、本当の視野を覆うことがある。生成されたコンピュータのオーバレイ、または、スクリーンの本当の直視上の他の映像源は、拡張現実の領域内に位置する。
【００１５】
現在の仮想現実、拡張現実および複合現実感システムは、運動安定化画像処理、立体視およびいくつかの別々の焦点面を含む複数の視覚的刺激を提供することを試み、より良好な現実感覚を与える。大部分は、適度な視野を提供し、現実世界において遍在する、継続的な真の発散場を供給する際に制限される。これらのヘッドマウントシステムは、しばしば、大きなフォームファクタを有し、電源、データ処理ユニットまたはパーソナルコンピュータに配線接続される。より高度なモデルは、画像処理、無線通信およびバッテリ電源をヘッドセット上に移動する。多くの装置はまた、運動センサ、外向きカメラ、外部センサを組み込み、自身の運動を追跡し、内向きカメラを組み込み、眼の位置を追跡する。最近のモバイルＶＲ／ＡＲ／ＭＲ提供品は、プライバシーおよびおしつけがましさについての社会的懸念を提起してきた。
【００１６】
従来技術は、頭に対する瞳孔の位置を決定する多くの方法を教示する。視線センサの一般的に用いられる形態は、眼の方に投影されるリモートまたはヘッドマウント赤外線光源と、瞳孔位置または角膜から結果として生じる反射パターンを観察できるリモートまたはヘッドマウントカメラと、からなる。
【００１７】
ＡＲシステムもまた、照明環境の制限された制御に悩まされる。本当のシーンは、透明スクリーンを介して観察者に直接送られ、次に、そのシーン上に合成画像が重ねられる。半透明の画像を生成することは、通常、追加のプロセスである。暗いシミュレーションされた物体を明るい本当の背景上に重ねることを試みるとき、課題が発生する。海水浴客がＡＲヘッドセットを通して凝視し、明るい水平線を見るとき、黒いコンテナ船のオーバレイを観察することができない。また、陰影を正確に制御することもできない。
【００１８】
一般的に、現在の装置は、正確な頭の動きと安定化画像とを十分に同期できず、問題となる視覚の遅延を生成することがネックである。これは、センサ不感帯問題、ソフトウェア計算遅延、デジタルコンテンツ保護およびＬＣＤスイッチングスピードに一部起因しうる。観察されるものは、前庭系によって検出される動き（存在する場合）に一致しない。さらに、本当の３Ｄ画像が眼に提示されない限り、立体映像は、完全には達成できない。さらに、立体視と自然の被写界深度の手掛かりとを同期しない仮想システムは、ふくそう運動−調節の不一致を作成する。これらの感覚不一致のすべては、人の前庭および視覚系に悪影響を及ぼし、結果として、見当識障害および「仮想現実酔い」と称されるものにつながりうる。
【００１９】
最後に、視線追跡能力を欠くシステムは、中心視野のより大きい必要に効率的に対処できる動的データ割り当てができない。それゆえ、この種類のシステムは、それらのデータ帯域幅を、所定の解像度のためのより大きい計算負荷を必要とするすべての視野にわたり均一に分配する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
一実施形態では、改善された仮想現実、拡張現実または複合現実の完全没入型システムは、正確なふくそう運動−調節反射を誘発することができるように、網膜の何百万もの桿体および錐体の受容体に刺激を供給する光学系を利用し、前庭眼球反射と厳密に同期する安定化画像を生成し、立体映像の忠実な感覚を生成する実物そっくりな両眼視差を作成し、大きい色空間および生理的に完全な視野を提供する。さらなる拡張された実施形態は、没入型オーディオ、電源、追加の環境センサ、位置センサ、運動センサ、内向きおよび外向きカメラまたはスキャナ、高速データ処理、通信を含んでもよく、製造費用を減らすことができ、ロバストになることができ、魅力的なフォームファクタを有することができ、増加した帯域幅および解像度を中心視野に選択的に供給する能力を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】モノリシックにマイクロマシン加工されたビームステアリング装置の一例である。
【図２】発散マイクロレンズである。
【図３】発散マイクロレンズを有する２自由度の光学スキャナである。
【図４】アクティベーションのさまざまな状態の可変焦点光学素子である。
【図５】アクティベーションのさまざまな状態の可変焦点光学素子である。
【図６】アクティベーションのさまざまな状態の可変焦点光学素子である。
【図７】光学スキャナの４つのアレイである。
【図８】広角走査アレイ投影器である。
【図９】広角走査アレイ投影器である。
【図１０】没入型光学式走査システムである。
【図１１】視線追跡装置である。
【図１２】封止された光学素子を有する反射器スキャナ画像処理システムである。
【図１３】反射器スキャナ画像処理システムの等角３Ｄ図である。
【図１４】近い物体の画像処理および調節である。
【図１５】正確な被写界深度を示す実像を仮想物体から作成する。
【図１６】単一自由度のＶギャップ光学素子である。
【図１７】Ｖギャップ光学素子のヒンジ領域の至近距離からの詳細である。
【図１８】適応光学反射器アレイの小断面である。
【図１９】可変焦点光学素子の固定アレイである。
【図２０】凸状態のステアリング可能な可変焦点光学素子である。
【図２１】凹状態のステアリング可能な可変焦点光学素子である。
【図２２】凹状態のステアリング可能な可変焦点光学素子のアレイである。
【図２３】平坦状態のステアリング可能な光学素子のアレイである。
【図２４】メタマテリアルビームステアリング板である。
【図２５】メタマテリアルビームステアリング板アレイである。
【図２６】マイクロスキャナ直接投影光学素子のアレイである。
【図２７】システム統合眼鏡である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、モノリシックにマイクロマシン加工されたビームステアリング装置１０２の一例を示す。その設計および機能は、米国特許第５，８７２，８８０号、米国特許第６，０８６，７７６号、米国特許第６，１２７，９２６号および米国特許第７，２０１，８２４号の主題である。一実施形態では、光は、最初に点１１８で光学素子１１６のコアに導入され、点１２０で放射される。次に、わずかに発散したビームは、自由空間を通り短い距離を進み、ダブルジンバルマイクロミラー１０８の表面に当たる。他の実施形態では、光ビーム変更器、例えばボールレンズ、ＧＲＩＮレンズまたは他の任意の光学素子が点１２０の後導入され、ダブルジンバルマイクロミラー１０８に当たる前にビーム光線をさらに変えてもよい。他の実施形態では、光ビーム変更器は、マイクロミラー１０８に当たった後に導入されてもよい。ビーム変更器のさらに２つの実施例は、ビーム広がりを動的に制御し、ｖ溝１１４に整列する光軸を有する静電くし歯状の可変焦点レンズと、図４〜図６に示される可変焦点光学素子６１５と、を含む。ＶＦＯＥ６１５を図１のような構成内に配置する１つの方法は、点１２０から放射するビームが４５度の角度でＶＦＯＥ６１５に当たり、ｖ溝１１４の長さの下でマイクロミラー１０８の方に進行するように、光学素子１１６をその示された位置から９０度回転させることである。一旦マイクロミラー１０８に当たると、ビームは、２自由度で表面１０３から制御可能に離れる方に向けられることができる。当業者にとって、放射ビームがマイクロミラー１０８に進行するまたはマイクロミラー１０８から離れるとき、放射ビームに等価な動作の影響を及ぼすように光ビーム変更器および光学素子を配置できる無数の方法があることが認識できる。
【００２３】
ダブルジンバルマイクロミラーアセンブリ１０６の第１および第２の入れ子になったジンバルフレームは、独立して移動することができ、一実施形態では、静電力によって各ジンバルフレーム上のパッドと基板壁１１０との間で駆動される。この例では、電気制御信号は、結合パッド１１２上に導入され、これにより、静電アクチュエータパッドと基板壁１１０との間に電荷プロファイルを誘発する電流が、アドレスライン１０４を通り流れ、結果として、マイクロミラーアセンブリ１０６を所定の配向に向ける静電力を生じる。マイクロミラー１０８の角運動および位置は、電流、磁気、電荷、電位、熱膨張、形状記憶効果または制御されて加えられた他の任意の力の操作によって、非常に正確に制御できることが認識できる。
【００２４】
この一実施形態では、ビームステアリング装置１０２の基板は、（１００）結晶配向を有するシリコンウェハから製造される。加熱された水酸化カリウム溶液のような異方性のエッチング液に露出されると、露出したシリコン表面は、エッチングが効果的に終了する＜１１１＞の結晶面配向に達するまで、活発にエッチングされる。これらは、正確なｖ溝１１４および基板壁１１０を定義する表面である。マイクロミラーアセンブリ１０６およびその屈曲は、標準の微小電気機械システムプロセス、例えば、フォトリソグラフィ、化学蒸着、スパッタリングおよびプラズマエッチングを用いて、異方性エッチングによってリリースされる前に製造される。次に、マイクロミラーアセンブリ１０６は、基板壁１１０によって定義されるキャビティ内に配置および固定される。その結果、ｖ溝構造間の原子面配列は、光学素子１１６の光軸とマイクロミラー１０８の中央との間に非常に正確な配列を提供する。光学素子１１６は、小型レーザー、ＬＥＤ、白熱光源またはおそらくレーザーとＧＲＩＮレンズとの組み合わせを含む任意の光学アセンブリの形態をとることができることが認識できる。他の実施形態では、ダブルジンバルレーザーダイオードは、ダブルジンバルマイクロミラーアセンブリ１０６を交換することができ、多自由度のステアリング可能なビームを直接生成することができる。
【００２５】
適切なサイズ制約の場合、多くの小型化されたビームステアリング装置または２次元画像を投影する能力を有する画像投影装置は、ビームステアリング装置１０２の等価な代用になりうる。例えば、ダブルバウンスオフ（ｄｏｕｂｌｅ  ｂｏｕｎｃｅ  ｏｆｆ）、２つの単一自由度のステアリング可能なマイクロミラーの適切な組み合わせは、同様に、２自由度のビームステアリングの挙動を生じることができる。同様に、独立して変更されたビームの線形配列は、その長さに対して横方向に単一自由度のマイクロミラーでステアリングされる等である。
【００２６】
図２は、高い開口数（ＮＡ）の負レンズとして構成される光学素子１５１を示す。下面１５０は中空の半球部１５３を示し、一方、上面は平坦であり、ただし、上面および下面の両方は、凹状、凸状または平坦を含む任意の形状をとることができ、屈折、反射、メタマテリアル特性、複屈折、全反射または他の任意の光学特性を示す任意の光学材料から構成されてもよい。この特定の例では、光学素子１５１の１つの可能な機能は、マイクロミラー１０８によって生成される全走査角を増加することとすることができる。追加の光学素子が光学素子１５１の後に配置され、ビームをさらに変更してもよいことが認識できる。一実施形態では、レジストレーションエッジ１５２は、光学素子１５１の上面にエッチングされ、正確なアセンブリ配列を追加の光学、例えば回転プリズム３５０に提供する。
【００２７】
図３に示される可能な一実施形態では、ビームステアリング装置１０２は、光学素子１５１に接続可能である。光学素子１５１が正味の負ジオプタを有する場合、２自由度の出射ビームの走査角が増加可能である。一般的に、光学素子１５１は、複レンズ、単レンズ、複合レンズ、小型レンズアレイ、正レンズ、負レンズ、アクロマート、非球面、自由形状レンズ、ＧＲＩＮレンズ、反射または屈折素子、マルチ誘電体スタック、プリズム、エミッタ、吸収装置、光センサ、温度センサ、磁気センサ、磁気コイル、フォトダイオード、液晶ディスプレイ、フォトダークニング素子、能動または受動フィルタ、または、他の任意の光学素子、電気光学素子または電気素子の形態をとってもよい。光学素子１５１は、可変焦点レンズの形態をとることができ、１つまたは複数の光学的な従属部品は、表面１０３に対して垂直な方向、水平な方向、または、３回転度のいずれかに制御可能に移動することができる。さらに、この種の可変焦点レンズの要素間の相対変位は、圧電スタック、音響力、磁力、静電力、熱力、形状記憶力または従来技術において周知の他の任意の加えられた力によって制御可能に提供可能である。さらに他の実施形態では、ビームステアリング装置１０２は、光学素子１５１を必要とせず、光学素子１５１に結合されない。
【００２８】
図４、図５および図６は、可変焦点光学素子６１５の断面を示し、可変焦点光学素子６１５は、その反射面の形状を凹状から凸状におよび中間の任意の形状に正確にかつ徐々に制御するように構成される。単純な形態では、表面形状は、球形、円錐の回転断面または非球面とすることができる。代替の形状および代替の非対称形の輪郭は、レリーフカットを含む、堆積およびプラズマエッチングパラメータに対する変更を用いて、上面の内部応力の程度および位置を調整することによって達成可能である。とにかく、ＶＦＯＥ６１５の１つの基本的な機能は、反射ビームのふくそう運動（ｔｈｅ  ｖｅｒｇｅｎｃｅ  ｏｆ  ａ  ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ  ｂｅａｍ）が正確に制御可能なように、凹面または凸面の程度を制御することであり、または同等に、正または負の焦点距離を制御してもよい。例えば、これは、図６に示すように反射凹面２６２に当たるビームを焦束するのに役立つことができ、または、図５の場合、ビームを変更されずに平坦面２６１で単に反射するのに役立つことができ、または、図４に示すように、入射ビームが、反射凸面２６０に当たった後にその発散を増加させるのに役立つことができる。図４では、負電荷２７０および２７２は、導電面２５０および反射凸面２６０に注入され、それによって、薄膜隔膜を外部に隆起させる反発力を与える。同様に、図６では、反対の電荷２５２および２５４は、導電面２５０および反射凹面２６２上に配置され、それによって、薄膜隔膜を内部に引き付ける引力を与える。電荷が存在しない場合、図５のように、反射薄膜の反射平坦面２６１は、影響を受けないままである。直径１０ミクロンのオーダーの単一モードのビームのために、小さいＶＦＯＥは、非常に高速に応答し、命令を入力することができる。絶縁体２５８は、標準のマイクロマシン加工技術を用いて基板２５６上に形成可能である。光学面の下で中空キャビティをエッチングすることは、その円周のまわりの一連の穿孔を提供することによって達成可能である。代替的には、予備成形されたキャビティは、アセンブリステップとして上面の光学部品に結合可能である。当業者に周知なように、この種類の装置を製造できる多くの等価な方法が存在する。導電性の場合、光学面は、ジンバルフレームにおいて入れ子状である場合、作動力を提供してもよい。ＶＦＯＥ６１５の光学面は、単純なマイクロミラー、マルチ誘電スタック、メタマテリアル、光回折格子アレイ、静的な凸状または凹状の光学素子、能動的に可変な凹状または凸状の光学素子、または、電磁放射を送信する、吸収する、偏光する、アップコンバートする、ダウンコンバートする、レーザー光線を当てる、放射する、屈折するまたは反射する他の任意の光学素子の形態をとってもよい。
【００２９】
静電力に加えて、力生成の他の方法を用いることができる。例えば、表面２６０、２６１または２６２および２５０上に形成されたマイクロコイルは、屈折に十分な磁力を生成することができ、または、磁気材料は、マイクロコイルに向かう平面上で利用され、これらの力を提供することができる。キャビティ内の気体または液体圧力もまた、制御可能な変形力を提供することができる。これらの圧力は、高いまたは低い圧力源によって提供可能であり、または、流体に作用する熱いまたは冷たいシンクによって生成可能である。同様に、熱バイモルフ、形状記憶効果およびワックスのようないくつかの固体の相変換もまた、これらの屈折力を提供することができる。事実、反射面の制御可能な屈折を生成する任意の力の実施を用いることができる。
【００３０】
図７は、光学素子１５１を備えている４つのビームステアリング装置１０２のグループ化によって定義される４つのアレイ３７０の一実施形態を示す。光学素子３００、３０２、３０４は、例えば、赤色、緑色および青色の単一周波数の色をステアリングマイクロミラー１０８に供給することができる。第４の光学素子３０６は、追加の色、例えば黄色により、色域を拡大するために用いられることができ、または、眼から入る光信号を受信、記録または定量化する観察チャネルとして用いられ、一例では、頭に対する瞳孔の反射位置を決定することができ、他の例では、眼内からの反射光、屈折光または散乱光を、例えば医療目的で受信することができる。上述したように、パッド１１２は、一例では、４つのマイクロミラー１０８の各々を独立してステアリングするために、電圧制御を供給する。これらの光学素子３００、３０２、３０４または３０６のいずれかは、観察チャネルとして用いられることができ、または、特定の波長または波長の任意の組み合わせまたは波長の重ね合わせを伝達することができる。他の実施形態では、４つのアレイ３７０は、１つまたは複数のビームステアリング装置１０２を備える。
【００３１】
図８および図９は、サブ投影器３７１のアレイのための１つの可能な構成を示す。全体としてグループ化したものは、走査式投影器４４０と呼ばれる。２自由度のビームが４つのアレイ光学スキャナ３７０から出射するので、ビームは、上面１０３から上に離れて投影され、次に、直角の回転プリズム３５０によって実質的に水平方向に偏向される。上述したように、回転プリズム３５０は、４つのアレイ３７０の表面に結合され、レジストレーション溝１５２の支援で出射ビームにわたり正確に整列される。これは、サブ投影器３７１の一例を作成する。サブ投影器３７１が、単に１つまたは複数のビームステアリング装置１０２からなってもよいことが認識できる。８つのサブ投影器３７１は、共通基板３５２上に配置され、高精度で選択された相対的角度で固定される。この例では、３つのサブ投影器３７１は、ベクトル３５４、３５６および３５８によって示されるように、基板３５２の上面で後方を向き、ほぼ１８０度の走査角をカバーし、各サブ投影器３７１は、ほぼ６０度の走査角を提供する。上面の単一のサブ投影器３７１は、ベクトル３６０および３６２によって示されるように、前方を向き、眼の方に向く。
【００３２】
この一実施形態では、対称の構成は、基板３５２の下面のさらに４つのサブ投影器３７１によって確立され、それによって、ベクトル３６６、３６８および３７２によって定義される追加の走査空間を提供する。この構成は、ほぼ１８０度の水平走査および１２０度の垂直走査を可能にする。前方を向くサブ投影器３７１は、眼の中に直接投影し、走査式投影器４４０を前方の視線から「隠す」。図８および図９は、単に、サブ投影器３７１のアレイの１つの可能な組み合わせを示す。事実、眼に近接したヘッドセットに取り付けられる単一の可能なビームステアリング装置１０２は、完全な没入型の広視野角を提供することができる。２次元画像を投影することができる任意の装置が、サブ投影器３７１の代用になりうること、および、サブ投影器アレイが単一または複数のサブ投影器を備えてもよいことが認識できる。図１０に示すように、全視野を、網膜をカバーするセクタに対応するセクタに分割することによって、かつ、これらのセクタに個々に対処するために複数のサブ投影器を利用することによって、非常に平行な投影システムが作成される点に留意されたい。これは、投影するより小さい領域を有するすべての個々のサブ投影器が、そのタスクをより高速に完了できるという点で、動的性能の大きな改善を提供する。
【００３３】
図１０は、没入型光学式走査システムのための１つの可能な構成の光線追跡光学素子を二分する水平面および眼とのその関係の平面図を示す。この図では、光線追跡は、法線ベクトルが走査式投影器４４０の光軸に垂直な他の任意の面に対してほぼ有効である。光線の矢印は、走査式投影器４４０から網膜４０２までの経路を示すが、大部分の光学素子と同様に、光線経路は可逆的であり、光子はいずれの方向にも進行することができる。反射器本体４４２の角度範囲が右にほぼ１１０度で、左に６０度であり、人の右眼の直視のための完全な水平視野を表す点に留意されたい。反射器本体４４２の上にほぼ５０度、下に７０度の範囲は示されていない。
【００３４】
一実施形態では、走査式投影器４４０は、ほぼ円錐回転断面の反射器本体４４２の中央の近くに配置される。第１の平面鏡４２２は、走査式投影器４４０から放射するビームを瞳孔の方に戻し、最終的に網膜上に反射する。反射器本体４４２の外面４２４は、前向きおよび横向きの広角カメラ４２６をサポートして示される。十分な解像度により、これらのカメラは、類似の視野と、ディスプレイが存在していれば見える立体視と、を提供することができる。この視覚データ流を走査式投影器４４０に転送し、広視野の反射器本体４４２を介して反射ビームを眼内に直接向けることによって、ヘッドセット透明度の錯覚は、離れた物体のために完了する。これらのカメラはまた、ＵＶおよびＩＲを含む光の他の波長を検出してもよい。これらのカメラはまた、被写界深度情報を収集してもよく、または、望遠鏡および顕微鏡の機能を提供してもよい。さらに、他のセンサは、エネルギー場の数例を挙げれば、磁気データ、無線データ、近接データ、容量データ、熱データ、電気データ、音響データ、ソナーデータまたはレーダーデータを検出することによって、「合成視野」を提供してもよい。検出可能な任意の放射線源が、この実施形態または任意の数のバリエーションによって見えることを認識されたい。他の形態の抽象データもまた、「合成視野」の提示、例えば、熱プロファイルまたは触覚の情報のマップのために構成可能である。
【００３５】
１つの可能な構成では、広角の環境データセットは、カメラおよびセンサから収集され、高速データ処理装置で視覚フォーマットに編集されてもよい。次に、任意の仮想現実データは、環境データとマージされてもよい。次に、結果として生じるデータセットは、複数のセクタに分割されてもよく、各セクタは、網膜上の特定位置を表し、すべてのセクタの全体は、完全な網膜範囲を表す。図８および図９を参照すると、６つの後方を向くサブ投影器には、合計６つのセクタデータが割り当てられ、残りの２つの前方を向くサブ投影器は、セクタデータの小さいサブセットを受信し、それら自身を覆い隠す視野を回復することができる。次に、６つの後方を向くサブ投影器３７１は、それらのデータセットに対応するビームを放射し、当該ビームは、第１の表面反射器４２２で反射し、角膜４２０に入射する。同様に、２つの前方を向くサブ投影器３７１もまた、それらのデータセットのビームを放射し、当該ビームは、角膜４２０に直接入射する。次に、光ビームは、房水４１５を通過し、虹彩４１０を通り、水晶体４０８を通り、硝子体液４０６を通り、網膜４０２の表面上に当たる。
【００３６】
他の実施形態では、反射器本体４４２は、透明または半透明でもよく、第１の表面反射器４２２は、部分的なミラーとすることができる。性能レベルは、構成要素の種類および数を変更することによって調整可能である。例えば、パススルーＡＲ設計のいくつかのバージョンでは、単一の外向きの広角カメラ４２６を、フレーム安定化のために用いることができ、２つ以上の外向きの広角カメラ４２６が、ＡＲ、ＶＲまたはＭＲ設計に役立つことができる。
【００３７】
視線追跡情報を用いて、サブ投影器３７１の帯域幅を増加させることができ、サブ投影器３７１のセクタデータは、前方の視線の視野内に位置する。これは、視力が、窩４００によって決定されるように視野の中心で最大であるので、有利である。そして、帯域幅が制限される場合、動的な再割り当てが適切となりうる。
【００３８】
視線追跡の一実施形態では、内面の近く、または、反射器本体４４２の周辺部に存在する１つまたは複数のＩＲエミッタ４２８により提供されるＩＲ光のパルスを用いて、瞳孔の角位置が決定されてもよい。ＩＲ光パルスは、走査式投影器４４０自体によって提供されてもよい。光の他の波長も同様に用いることができる。反射器本体４４２の内面の近くに配置された視線追跡センサ４３６のアレイは、ユーザの瞳孔および角膜からの反射光を検出してもよい。次に、この情報を用いて、反射器本体４４２に対する眼の正確な位置を推定し、その後、頭に対する眼の相対的な位置を推定してもよい。図７において上述したように、視線追跡センサ４３６の機能は、内向きカメラまたは観察チャネルによって交換されてもよい。走査式投影器４４０がＩＲ眼照明およびＩＲ反射分析を提供する場合、ＩＲエミッタ４２８および視線追跡センサ４３６は、置換されうる。
【００３９】
カメラまたは観察チャネルは、照明された瞳孔から放射する角膜反射パターン、網膜生理学またはＩＲ反射を観察し、眼位置を確認することもできる。
【００４０】
他の実施形態では、視線追跡は、直接角膜または強膜４０４上の基準マークを確立することによって拡張されてもよい。１つの可能な構成は、生体適合性の蛍光染料で直接眼上にマイクロ印刷するインクジェットを利用する。他の種類のインクまたは染料も同様に用いることができる。マークは、直接接触転送によって、例えばスタンプのように眼上に印刷可能である。マークを表面上に印刷する多くの方法を利用できることが認識できる。次に、これらのマークの位置は、１つまたは複数のカメラ、センサまたは観察チャネルを用いて観察可能である。美的理由のために、染料は、通常の照明条件下では見えなくすることができる。しかしながら、適切な光の波長によって刺激されると、これらの蛍光の基準のマークは、おそらくバンドパスフィルタと組み合わせて、急速眼球運動を効果的に追跡するためのハイコントラストで曖昧でない基準枠を効果的に提供しうる。例えば、２つ以上のマイクロ点を用いることは、眼球回転の全３軸のための情報をもたらすことができる。
【００４１】
反射器４２２の形状は、網膜から走査式投影器４４０まで追跡する光線によって近似されてもよい。ここでは、入射光子に対する桿体または錐体細胞の応答が入射角に対して不変であるという仮定がなされる。
【００４２】
以下は、投影点から網膜上の桿体および錐体細胞まで生じる光線を方向付けることができる受動的な反射器の表面形状を取得する１つの近似方法を示す。
１）網膜の所定のセクタ内の桿体または錐体細胞から生じる光線追跡によって、特徴付けられるベクトル群を取得し、光線は、射出瞳の中央を通り進行し、角膜から外に進行する。
２）角膜から選択された距離に位置し、かつ、前をまっすぐに凝視するときに視軸に位置する点を選択する。これは、走査式投影器４４０によって占有される空間の点を表す。
３）ステップ２において選択される投影点を中心とした、所定の半径の球体を定義する。
４）ステップ１において分析される網膜セクタの中央から放射するベクトルを選択する。
５）ステップ４において選択されるベクトルと、ステップ３において定義される球体の表面と、の３Ｄ交点を見つける。
６）投影器への等しい入射角および反射を満たす、差動反射器表面要素のための法線ベクトルが存在する場合、計算する。
７）他のベクトルをステップ１から選択し、ステップ５および６を繰り返す。
８）ステップ６および７で見つかる正しく配向された表面要素をまとめる。表面が隣接しない場合、隣接するまで、初期の投影半径を変更する。
９）ステップ１で設定される全ベクトルを使い果たすまで、ステップ７および８を繰り返す。
１０）結果として生じる区分的な反射器表面が、滑らかで隣接する場合、ステップ１から９を繰り返し、すべてのこの種のセクタ表面を見つけてまとめ、完全な反射器を形成する。
【００４３】
結果として生じる表面が区分的に隣接せず滑らかにできない場合、以下の解決法を繰り返す。
１１）満足な表面が見つかるまで、ステップ３における投影球体の初期の直径を増減し、再計算する、または、
１２）投影点をステップ２における角膜から近くにまたは遠くに移動し、再計算する、または、
１３）光受容体から放射し、射出瞳内の任意の点を通る光線を表す、選択された網膜セクタ内のはるかに大きい第２のベクトルセットを取得する。
１４）以前に見つけた最も滑らかな表面を選択し、ステップ１３において見つけた光受容体ベクトルの新規なセットのために再計算する。
【００４４】
条件を満たした反射器表面が依然として見つからない場合、補正レンズを追加してもよい。
【００４５】
このように定義される受動的な反射面は、眼内のすべての光受容体への完全なアクセスのために最小のベクトルセットを提供しなければならない。しかしながら、ひずみがない場合、正確な被写界深度画像は、受動的な反射器を用いて作成するのが困難である、または、受動的な屈折補正反射器および適応反射面がその代わりに用いられてもよい。一旦すべての視覚および他のデータが高速アルゴリズムによって生成、収集および処理されると、大部分の光受容体が正しい強度、色、タイミングおよび相対位置を有する光子を備え、視覚の没入の錯覚をもたらすというような方法で、情報は、光ビームを放射する走査式投影器４４０に送られる。
【００４６】
図１１は、高速視線追跡装置のための他の可能な構成を示し、反射器本体４４２の内面は、フォトダイオード４３６のアレイでカバーされてもよい。これらのフォトダイオード４３６は、ビーム反射器領域６０４またはマイクロスキャナ直接投影光学素子８２０の間に介在的に配置されてもよい。ＩＲ放射の短バーストは、ＩＲエミッタ４２８または走査式投影器４４０を介して眼に送信可能である。結果として生じる戻り信号は、センサーアレイ上に投影されてもよく、瞳孔の画像は、「陰影」内にあるセンサ６０２およびより明るい領域内にあるセンサ、例えばセンサ６００からの信号の強さを比較することによって見つけることができる。十分に微細な範囲によって、瞳孔の円周６０８の良好な幾何学的位置および形状を決定することができ、それから、瞳孔半径および視線の中央を推定することができる。フォトダイオードが非常に高速に信号に応答することができるので、これは高速視線追跡装置を提供する。任意の光検出要素が、フォトダイオードの代用になりうることが認識できる。
【００４７】
図１２は、没入型光学投影装置を封止するための１つの可能な構成を示す。屈折補正板４５０の導入は、精巧な第１の表面反射器４２２および走査式投影器４４０のための封止を提供し、ユーザの視覚問題を修正し、または、眼４６０の方に向かって進むときの投影ビームをさらに改善することができる。反射器本体４４２は、屈折補正板４５０に気密封止され、耐湿性環境を提供してもよい。屈折補正板４５０は、表面反射器４２２に直接接触してもよいことが認識できる。他の実施形態では、屈折補正板４５０は、薄い部分とすることができ、当該部分は、反射器本体４４２の開放端に架橋する、または、走査式投影器４４０の取り付けのために一端から反射器本体４４２の中央まで延在し、電気および光信号を走査式投影器４４０へ／から伝達する。
【００４８】
図１３は、反射器スキャナ画像処理システムの等角斜視図を示し、眼４６０、反射器本体４４２、走査式投影器４４０、第１の表面反射器４２２および反射器本体の外面４２４の相対位置を示す。本実施形態において、屈折補正板４５０は存在しない。
【００４９】
図１４は、近い物体の光路と、網膜４０２上および網膜４０２の後ろに結果として生成される画像と、を示す。眼４６０に対して遠い物体５０４および近い物体５０６を含む光路の縦断面図が示される。この図では、網膜４０２は、円によって表され、水晶体および角膜は、点５２０で見つかる焦点距離を有する単純な両凸等価レンズ４０８によって表される。単純なレンズ形状を用いて、出願人は、遠い物体５０４の先端５００から放射し、眼の光軸５３１に平行に進む水平光ビーム５０１を選択する。ビームは、点５０８まで進み、等価レンズ４０８を通り屈折し、焦点５２０を通過し、実像５３２の先端を形成する先端５２４で網膜４０２に当たる。先端５００から等価レンズ４０８の中央を通り通過する光線５０７は、不変のままであり、さらに先端５２４に到達する。予想されるように、実像５３２は反転され、網膜４０２に集束する。
【００５０】
近い物体５０６の先端５０２からの類似の光線追跡プロセスは、眼の後ろの画像先端５２８で焦点が合う実像５３０を生成する。近い先端５０２から放射するビーム５０３および５０５が、等価レンズ４０８の点５０８および中央点５１０をそれぞれ通過し、それぞれ点５２４および先端５２６で網膜４０２に入射することが分かる。ビームは網膜上で焦点が合うので、近い物体５０６はぼやけて現れる。等価レンズ４０８がぼやける画像に適応することを試みる場合、厚くなり、それによって、その光出力を増加させ、近い実像５３０を網膜４０２上のピントの合った焦点に移動する。
【００５１】
図１５は、投影された仮想物体からのビームを選択的にステアリングすることによって、どのように適応反射器アレイ５７５が正確な被写界深度を示す実像を生成できるかを示す。図１５において、遠い仮想物体５５６および近い仮想物体５５８は、それぞれ、図１４で見つかる実物体５０４および５０６を交換する。さらに、適応反射器アレイ５７５は、観察者の眼４６０に隣接して配置される。適応反射器アレイは、眼に最も近い表面をカバーする複数のステアリング可能な光学素子が、入射する光ビームの軌道を変更するように個々に自由に調整可能な特性を有する。これは、遠い物体からのほとんど平行な光線放射と同様に、近くの物体によって生成される発散光線の特性を模倣するのに役立つことができる。
【００５２】
遠い仮想物体５５６の先端５５０から開始して、水平仮想ビーム５５２は、眼の光軸５３１に平行に点５０８に進行し、等価レンズ４０８を通り屈折し、焦点５２０を通過し、網膜４０２上の先端５２４で終了する。そして、仮想ビーム５５７は、先端５５０から離れ、等価レンズ４０８の中央点５１０を通過し、同様に網膜上の先端５２４で終了する。もちろん、仮想物体が光子を生成しないので、実像は形成されない。しかしながら、適応反射器アレイ５７５との正確な交点で仮想ビームの理論的な方向、色および強度を正確に定義し、その反射器アレイの表面上の各点で、それらの正確な特性を示す本当の光ビームと置換することによって、仮想物体５５６の実像５３２は形成可能である。
【００５３】
遠い仮想物体５５６の実像を作成するために、その点で仮想物体５５６のために計算される方向、強度および色の正しい特性を有する本当のビーム５６８は、投影器４４０によって、適応ステアリング可能な光学素子５６０の方に放射される。ステアリング可能な光学素子５６０は、適応反射器アレイ５７５に対する面からわずかに傾けられ、ビーム５６８が点５２４の方に向けられることを保証する。同様に、正しく計算されたビーム５６９は、投影器４４０から放射され、傾けられたステアリング可能な光学素子５６６に当たり、点５０８に進行し、点５２４で網膜４０２上に当たる。
【００５４】
そして同様に、近い仮想物体のための光線追跡は、以下のとおりに進行する。近い仮想物体５５８の先端５５４から開始して、水平仮想ビーム５５２は、眼の光軸５３１に平行に、点５０８に進行し、等価レンズ４０８を通り屈折し、焦点５２０を通過し、網膜４０２の後ろの先端５２８で終了する。そして、仮想ビーム５５５は、先端５５４から離れ、等価レンズ４０８の中央点５１０を通過し、同様に網膜の後ろの先端５２４で終了する。
【００５５】
近い仮想物体５５８の実像を作成するために、その点で仮想物体のために計算された方向、強度および色の正しい特性を有する本当のビーム５６７は、投影器４４０によって、適応ステアリング可能な光学素子５６５の方に放射される。ステアリング可能な光学素子５６５は、適応反射器アレイ５７５に対する面からわずかに傾けられ、ビーム５６７は、焦点位置５２８の方に向けられる。同様に、正しく計算されたビーム５６９は、投影器４４０から放射され、傾けられたステアリング可能な光学素子５６６に当たり、点５０８に進行し、次に点５２０に進み、網膜４０２の後ろの点５２８で焦点に到達する。
【００５６】
適応反射器アレイ５７５は、投影器４４０と組み合わせて、実像を任意の焦点深度で仮想物体から導出される計算から生成することができるので、眼は本当の焦点深度と仮想の焦点深度との相違を区別できないはずである。画像は、まさに本物として現れることができ、水晶体は、あたかも実物によって生成されているかのように、適切な焦点に調節することができる。
【００５７】
一実施形態では、適応反射器アレイ５７５は、単一自由度のステアリング可能な光学素子を備える。すなわち、任意のステアリング可能な光学素子の回転軸は、共通して中央点５１０を有する断面の任意の垂直面に対して垂直である。この構成は、適度に良好な画像を提供することができる。他の実施形態では、複数ＤＯＦの光学素子を用いて、より大きな範囲の光学特性、角度および被写界深度をより厳しい画像のために生成することができる。複数ＤＯＦの光学素子を利用する適応反射器アレイ５７５は、ほぼ２．５ｍｍの直径のビームを眼内にステアリングすることによって、正常視力の解像度を達成することができ、その結果、網膜上の５ミクロンのスポットサイズを生じる。この構成は、乱視または観察者の視覚における任意の他の軸外光学エラーを修正することもできる。次に、一般的な場合では、２ＤＯＦまたは３ＤＯＦのステアリング可能な光学素子アレイを備える適応反射器アレイ５７５は、修正された実像に、両眼手掛かりおよび単一レンズのための調節応答および両眼構成のためのふくそう運動−調節応答（ａ  ｖｅｒｇｅｎｃｅ−ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を呼び起こす正確な被写界深度を提供することができ、それによって、視覚の没入の全感覚(ａ  ｔｏｔａｌ  ｓｅｎｓｅ  ｏｆ  ｖｉｓｕａｌ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）を生成する。
【００５８】
次のステップは、仮想物体セットから本当の近視野像を計算および投影するための１つの可能なプロセスを表す。
１．瞳孔を中心とした半径Ｒｉの球面Ｓを定義し、Ｒｉは、観察者の前で初期に最も近い焦点距離である。
２．仮想シーンの構成要素と球体の表面Ｓとの間の面交点を見つける。
３．ステップ２において見つかる仮想面交点要素によって生成される光ビームの適切な強度、色、位置および方向を計算する。
４．適応反射器アレイ５７５上のすべてのステアリング可能な光学素子の傾斜角を計算し、ステップ２および３において見つかる仮想要素をシミュレーションする。
５．これらのステアリング可能な光学素子を作動させ、走査式投影器４４０から計算されたビームをこれらの要素上に投影する。
６．Ｒｉを少量だけ増加する（仮想物体との交点を遠くに移動する）。
７．前から後ろの全走査が完了するまで、ステップ１から前方へ全プロセスを繰り返す。
または、
１．ステップ１から５を繰り返すが、適応反射器アレイ５７５のすべての領域を走査し、それによって、単一の投影の間、近い物体を有する遠隔画像を含む。
２．上述したようにステップ６および７を継続する。
【００５９】
図１６は、単一自由度のＶギャップの光学素子の一実施形態を示す。光学面５７１は、単純なマイクロミラー、マルチ誘電スタック、メタマテリアル、光回折格子アレイ、静的な凸状または凹状の光学素子、能動的に可変な凹状または凸状の光学素子、または、放射を送信する、吸収する、アップコンバートする、ダウンコンバートする、レーザー光線を当てる、放射する、屈折するまたは反射する、または、他の任意の光学特性を変更する他の任意の光学素子の形態をとることができる。
【００６０】
この実施形態では、ＶＧＯＥは、上部基板５７２によりサポートされる光学面５７１を備え、上部基板５７２は、下部基板５７４に対してｖギャップの角度５７８に制御可能に開放可能である。１つの構成では、制御可能な拮抗力は、ヒンジ５８０と、上部基板５７２のアクチュエータ面５７０および下部基板５７４上のアクチュエータ面５７６に存在する電荷により提供される静電力と、の間に確立される。装置が動作していないときにｖギャップの角度５７８がゼロである場合、アクチュエータ面５７０および５７６上の同様の電荷の制御された導入は、ｖギャップの角度を増加させ、ヒンジ５８０の閉鎖力に打ち勝つ。ヒンジ５８０が、通常、アクチュエータ面５７０および５７６に存在する電荷なしで、下部基板５７４に対する上部基板５７２を正のｖギャップの角度５７８に強制する場合、アクチュエータ面５７０および５７６上に配置される反対の電荷の導入は、ｖギャップの閉鎖力を提供し、ヒンジ５８０の開放力に打ち勝つ。いずれの場合でも、正確なｖギャップの角度５７８は、アクチュエータ面５７０および５７６上に存在する電荷を制御することによって確立可能である。磁力は、静電力の代用になりえ、それによって、ｖギャップの角度５７８の同じ制御をもたらすことが認識できる。同等に、ヒンジ５８０は、熱バイモルフ、圧電バイモルフまたは形状記憶要素を備えてもよく、それによって、開閉運動を提供し、静電的または磁気的な駆動力を用いずにｖギャップの角度５７８を制御する。実際、多数の他の力、例えば、熱膨張、局所的光学加熱または他の任意の力もまた同様に、角度または線形変位を提供することができる。
【００６１】
この一例では、２つのアクチュエータ面５７６および５７０によって確立される可変容量は、電圧フィードバック信号を提供し、ｖギャップの角度５７８を能動的に制御することができる。同様に、ヒンジ５８０またはｖギャップの角度５７８を監視する任意の光学、磁気、熱、電気、機械、応力またはひずみを検出する回路が、フィードバック信号を提供し、ギャップ角度を正確に制御することもできる。
【００６２】
光学面５７１は、明るい色を反射された白色光から生成する光回折格子の形態をとることができ、反射された波長は、格子、光源および観察者の間の相対角度に依存している。他の実施形態では、光回折格子５７１の周波数出力は、電子的に制御可能であり、各々の連続した刻線間の間隔は、変化することができる。さらに他の実施形態では、さまざまな色は、電子的に可変な薄膜干渉装置を用いて生成されてもよく、電子制御されたギャップは、透明または半透明の上面と反射する下面との間に提供される。制御可能なギャップは、１つの構成では、真空ギャップでもよく、または、複数の代替構成では、媒質が充填されたギャップでもよい。他の構成では、光学面５７１の色は、スペクトルに依存して反射するマイクロ構造を磁気的に、電気的に、光学的にまたは熱的に変化させることにより制御可能である。
【００６３】
図１７は、単一ＤＯＦのＶＧＯＥの１つの可能な構成のヒンジ領域を示す。電気絶縁の下部基板５７４の場合、アクチュエータ面５７６は、堆積され、パターニングされ、電子回路を介してアドレス指定可能である。次に、犠牲層（明確にするため図示されない）および追加の絶縁層は、堆積およびパターニングされ、カンチレバーサポートバー５９０および絶縁の上部基板５７２を形成する。次に、制御された深度のエッチプロファイル５８６は、すべてのヒンジ領域に適用され、ヒンジ領域内の絶縁の上部基板５７２の全体の厚さを調整する。これは、最終的なヒンジ層プロファイル５８８および５９４のバネ定数を調整するという効果を有する。任意数のヒンジ５８０が、ｖギャップの光学素子をサポートしてもよい。絶縁の上部基板５７２の厚さ全体の応力勾配にさまざまな堆積技術を提供することにより、制御された深度のエッチプロファイル５８６は、装置が動作していないとき、可変な角度５７８を選択された静的位置に移動することができる。アクチュエータ面５７０は、上述したように、堆積およびパターニングされてもよく、アドレスバー５９２を介して電子的にアクティベートされてもよい。追加の絶縁層（図示せず）は、光学面５７１が続くアクチュエータ面５７０にわたり堆積されてもよい。任意数のアクチュエータおよび光学層は、上部基板５７２上に製造されてもよく、ヒンジ領域５９６によって表される導電領域を介して、アドレスバー５９２および外部電気回路と通信してもよい。一旦すべての層がパターニングされると、犠牲層は除去され、それによって、上部基板５７２を解放し、上部基板５７２は、その静的位置に移動することができる。
【００６４】
図１８は、適応反射器アレイ５７５の一実施形態の小断面を示す。この特定の例では、ＳＤＯＦのＶＧＯＥの単一列の小さい長さは、反射器本体４４２の部分上に配置されている。実際には、この小アレイは、おそらく数百または何万もの要素のために線形に継続してもよい。次に、すべての適応反射器アレイ５７５は、おそらく数百または数万の併置されたこの種の列を備えてもよく、図１０に示される受動的な、ほぼ円錐の回転断面の反射器本体４４２の代用になる。
【００６５】
２つのＶＧＯＥ６０２が完全な閉鎖状態で示される。それらの光学面は、適応反射器アレイ５７５の局所面にほぼ平行である。ＶＧＯＥ６００、５６５および５６０は、それぞれ、さまざまな正確な角度５９８、６０４および６０６に開かれて示される。このようにして、入射光線の正確な偏向角は、適応反射器アレイ５７５の表面上の各点で制御される。ＳＤＯＦのＶＧＯＥを用いて、任意のステアリング可能な光学素子の回転軸は、共通して中央点５１０を有する断面図の任意の面に垂直でもよい（図１５参照）。各光学素子の表面から出る法線ベクトル群は、いくつかの用途では、反射器本体の合成湾曲に起因して、過剰に制約されうるので、波面収差を伝播することは過剰になりうる。それゆえ、他の実施形態では、複数ＤＯＦの光学素子は、単一ＤＯＦの要素を交換してもよく、または、単一および複数ＤＯＦの光学素子の組み合わせを利用して、より高次のＤＯＦの適応反射器がアレイ５７５を作成することができる。
【００６６】
図１９は、図４、図５および図６にて説明したように、ＶＦＯＥ６１５のアレイを備える可変焦点光学素子アレイ６２５の１つの可能な構成を示す。各ＶＦＯＥは、各ＶＦＯＥの光軸がその隣りに対していくらか整列されるように、その隣りに半硬式に接続されている。各ＶＦＯＥの光学面は、曲率が変化することができる。特に、ＶＦＯＥ６２０は動作していない状態にあり、平坦面を生成する。静電アクチュエーションを利用する１つの可能な例では、ＶＦＯＥ６３５は、その上面および下面上で反対の電荷を有し、それゆえ、隔膜面は凹形状をとる。そして、ＶＦＯＥ６３２は、同様の電荷によってアクティベートされ、その表面は凸形状をとる。
【００６７】
個々のＶＦＯＥのサイズに応じて、アレイは、良好な忠実度でより少なくまたはより多く発散した個々のビームを成形することができる。ＶＦＯＥＡはまた、波面を成形することもでき、アレイの各点で、表面変形を動的に制御することによって画像面を移動することもできる。大部分の場合、例えば３ｍｍの大きい入射ビーム上のＶＦＯＥＡ６２５の影響を変更することは、はるかに小さい直径のＶＦＯＥの個々の影響の合計である。ＶＦＯＥＡ６２５は、ほぼ円錐の回転断面の反射器、半球、凸状反射鏡、平坦面または他の任意の形状の形態をとることができる。
【００６８】
図２０は、ダブルジンバル構成のステアリング可能な可変焦点光学素子６５６を示す。一実施形態では、ＶＦＯＥ６５６は、ＶＦＯＥ６１５と類似の光学的機能を提供し、ねじれジンバル支持対６５４および６７２によって拘束されるフレームで懸架されるように構成される。各ジンバルねじれ支持対は、垂直運動を抑制するとともに、単一ＤＯＦの回転を可能にする。図示しない導電線は、光学面６３０に対する電気通信と同様に、電気通信をアクチュエータパッド６５８Ａ、６５８Ｂ、６５８Ｃ、６５８Ｄに外界から提供し、これらのジンバル支持に接触し、横切る。この例では、光学面６３０は、凸状態にアクティベートされている。
【００６９】
アクチュエータパッド６５８Ａ、６５８Ｂ、６５８Ｃおよび６５８Ｄは、ＶＦＯＥ６５６の４つの表面の角に配置され、ねじれジンバル支持対６５４および６７２によって定義される回転軸のまわりに、２ＤＯＦを有するＶＦＯＥ６５６を移動することができるアンバランスな作動力を提供する。対で作動する場合、アクチュエータパッド６５８Ａおよび６５８Ｂは、アクチュエータパッド６５８Ｃおよび６５８Ｄによって生成される回転力に反発または強化することができ、ジンバル支持対６５４によって定義される軸のまわりの純粋な回転を引き起こすことができる。
【００７０】
外側のジンバルフレーム６６０は、ＶＦＯＥ６５６を保持し、ジンバル支持対６５４によって定義される軸のまわりの回転を可能にする。固定された外側のフレーム６７０は、第２の回転軸のまわりの外側のジンバルフレーム６６０の回転を可能にし、第２の回転軸は、第１の回転軸に対して実質的に垂直であり、ジンバル支持対６７２によって定義される。すべての電気径路は、ジンバル支持対６７２のこの第２のセットにわたり、または、それの上で進行することができる。アクチュエータパッド６７６（掩蔽に起因して図示されない下部パッド）は、ＶＦＯＥ６５６を回転させるための静電力をジンバル支持対６７２の軸のまわりの選択された角度に提供することができる。
【００７１】
ねじれベアリング、光学面、アクチュエータ要素、通信追跡および構成要素の材料組成のための任意数の代替構成が、これまたは任意の他のジンバルの実施形態の全体機能を変えることなく、代用になりうることが認識できる。他の実施形態では、ＶＦＯＥ６５６は、単一のジンバル構成とすることができる。固定された所定の表面形状を有する光学素子は、ＶＦＯＥを交換することもでき、その結果、固定焦点を有するステアリング可能な要素になりうることも認識できる。そして、上述したように、磁気、熱バイモルフ、熱膨張、局所的光学加熱、圧電性、形状記憶変形または力を与える他の任意の方法は、ステアリング可能な光学素子のための角度または線形変位を与える等価な代用とすることができる。
【００７２】
図２１は、図２０の議論に類似のダブルジンバル構成のステアリング可能な可変焦点光学素子６８０を示すが、ＶＦＯＥ６８０は、凹状態の表面６３０を有する。この実施形態では、ねじれジンバル支持対６５４によってＶＦＯＥ６８０は、外側のジンバルフレーム６６０に拘束される。そして、外側のジンバルフレーム６６０は、ねじれジンバル支持対６７２によって外部に固定された外側のフレーム６７０に拘束される。回転軸、通信線、アクチュエータパッド、代替構成および代替力生成方法は、図２０の議論に類似している。支持の種類、ベアリングの数、ＤＯＦの運動の数、それらの軸の位置、回転の方向、構成要素自体の種類、位置および外部形状は、これまたは任意の他のジンバルの実施形態の全体機能を変えることなく、多くの異なるが等価な物理形態をとることができることが当業者によって認識できる。
【００７３】
半球マイクロレンズまたは垂直ＧＲＩＮレンズまたは他の任意の屈折レンズは、製造され、ミラー表面に取り付け可能であり、それによって、ステアリング可能に焦点を合わせる力または同様に焦点をぼかす力を提供することも認識できる。
【００７４】
図２２は、凹状態かつさまざまな角度位置でのステアリング可能な可変焦点光学素子６８０のアレイの小部分を示す。一実施形態では、全アレイは、隣接するフレキシブルシートとして形成されてもよく、フレキシブルシートは、反射器４４２に結合されてもよく、または、反射器４４２の形状または他の任意の役立つ形状に形成されてもよい。他の実施形態では、個々のステアリング可能なＶＦＯＥ６８０またはステアリング可能なＶＦＯＥ６８０の群を結合し、次に、それらを表面に結合することによって、アレイを作成してもよい。さらに他の実施形態では、１つまたは複数の個々のステアリング可能なＶＦＯＥ６８０は、互いに直接接触する必要なく、反射器４４２のような表面に直接結合されてもよい。
【００７５】
１つの特定のアレイの実施形態では、個々のステアリング可能なＶＦＯＥ６８０は、それらの表面輪郭を独立してまたは同期した群として制御してもよい。さらに他の実施形態では、ステアリング可能なＶＦＯＥ６８０は、所定の輪郭を有するステアリング可能な固定曲率の光学素子６７３と交換可能である。さらに他の実施形態では、ステアリング可能なＶＦＯＥ６８０とステアリング可能な静的曲率の光学素子６７３との組み合わせは、ステアリング可能なアレイを構成してもよい。図２２のアレイ内の個々のステアリング可能なＶＦＯＥ６８０は、単一ＤＯＦの運動、２以上のＤＯＦの運動または単一ＤＯＦの運動と２以上のＤＯＦの運動との組み合わせのために構成されてもよい。
【００７６】
凹状反射器プロファイルは、小さい直径のレーザービームの反射のために有利である。なぜなら、回折に起因する不可避の発散がビーム径に反比例し、正の集束素子によって維持可能であり、近距離で小さいスポットサイズを可能にするからである。光受容体の平均サイズは、ほぼ６ミクロンである。正常視力のために、解像度の最少角度は、ほぼ６０秒である。したがって、正常視力の解像度が目的である場合、２．５ｍｍの直径のビームは、例えば、ほぼ１度の発散にコリメートされなければならず、５ミクロンの直径スポットを、水晶体４０８を有する網膜の上に形成し、有効焦点距離はほぼ１７ｍｍである。２．５ｍｍの直径の瞳孔から６インチ離れている点に対する角度は、ほぼ１度である。
【００７７】
図２３は、ダブルジンバルの平坦な光学素子アレイのための一実施形態を示す。特徴、動作および代替実施形態は、上述したアレイおよびアレイの構成要素に類似している。一実施形態では、すべてのビームステアリング光学素子６８０の光学面６８２は、平坦状態にある。これは、ＶＦＯＥの動的制御によって、または、静的に定義済みの平坦面を用いて達成可能である。外側フレーム６７０は、可動の外側ジンバルフレーム６６０に対して固定され、光学素子６８０は、外側ジンバルフレーム６６０に対して移動することができる。図１５にて説明したように、平面鏡状態は、全反射器表面の部分の動的集束用に設計される反射器アレイにおいて、非常に役立つことができる。もちろん、ビームステアリング光学素子６８０は、長方形または正方形を含む任意の外部形状とすることができる。
【００７８】
光学面６８２は、単純なマイクロミラー、動的ＶＦＯＥ、マルチ誘電スタック、メタマテリアル、静的または動的に制御される光回折格子アレイ、静的な凸状または凹状の光学素子、または、いかなる形であれ電磁放射を送信する、吸収する、偏光する、アップコンバートする、ダウンコンバートする、レーザー光線を当てる、放射する、屈折するまたは反射する他の任意の光学素子の形態をとることができる。さらに、作用の方法は、静電力のみに制限されてはならない。磁気、熱バイモルフ、熱膨張、局所的光学加熱、圧電、形状記憶変形または多数の他の力は、同様に、角度または線形変位を提供するために代用になりうる。
【００７９】
図２４は、メタマテリアル反射器の小アレイのための１つの可能な構成を示す。メタマテリアルは、電磁放射のための屈折係数の量であるｎを変化させる能力を有する有望な潜在能力を示した。正しい構成では、ビームステアリングメタマテリアル反射器７０２上に入射するビーム７３５は、角度７４０で電子的に反射可能であり、その結果、ある電位でビーム７３６を生じ、同時に、入射ビーム７３０は、異なる角度７２５で電子的に反射可能であり、その結果、異なる電位で異なる板上でビーム７２０を生じる。示される単純な構成は、屈折率を自由に変えるように設計された薄膜ナノ構造からなる。この一実施形態では、屈折率を変えるメタマテリアル反射器７０２の小さいパッドは、基板７００上に製造され、トレンチ７０６によって互いから分離されてもよい。各メタマテリアル反射器７０２は、各メタマテリアル反射器７０２の下かつ基板７００上に位置決めされる個々にアドレス指定可能な制御板７０４によって制御されてもよい。メタマテリアル反射器、制御板、電気接続および基板の他の等価な実施形態は、任意の形状または任意の曲率をとることができ、記載されている範囲または機能から逸脱することなく、多くの異なる材料から作成可能である。
【００８０】
図２５は、基板７００上に配置され、制御板７０４上に位置するメタマテリアル反射器７０２のより大きいアレイの一実施形態を示す。アレイは、十分に大きくなるので、大きい視野を高い視力で調節することができる。ビーム偏向要素の上限は、人の眼の光受容体の総数、すなわち１５００万個より多くすることができる。基板７００は、ほぼ円錐の回転断面のような任意の３Ｄの曲面の形態をとり、図１５の議論にて記載したような特性を形成し、適応反射器アレイ５７５によって表されるビームを提供してもよい。他の等価な実施形態は、図２４の議論にて記載したとおりである。
【００８１】
図２６は、単一のマイクロスキャナ直接投影光学素子８２０の一実施形態のブレークアウト図を示す。連結されたＭＳＤＰＯＥ８２０の垂直列８３５も示される。この図では、ＭＳＤＰＯＥ８２０は、光分離ハウジング８０２を含み、光分離ハウジング８０２は、隣接したＭＳＤＰＯＥからの光分離を提供し、投影光学素子８００および走査式投影器４４０をサポートする。電気および光信号経路（図示せず）は、光分離ハウジング８０２の壁を通り内部要素に信号を伝達してもよい。一実施形態では、走査式投影器４４０に最も近い補正された第１の表面および眼４６０に最も近いオプションのマイクロレンズで変更された第２の表面を有する投影光学素子８００は、光分離ハウジング８０２に気密封止されてもよい。
【００８２】
適応反射器アレイ５７５に関する図１８の議論と同様に、複数の垂直列８３５は、付近の完全な没入型投影フィールドを提供できる合成曲面スクリーンが作成されうるように並んで結合可能である。一実施形態では、合成曲面スクリーンは、反射器４４２と同様の形状でもよい。ＭＳＤＰＯＥ８２０のアレイ構成は、任意の形状をとることができ、任意数および任意のサイズのＭＳＤＰＯＥ８２０を組み込んでもよいことが認識できる。
【００８３】
１つの可能な実施形態では、ＭＳＤＰＯＥアレイは、以下の方法で動作してもよい。制御可能な発散の光ビーム８１０は、走査式投影器４４０によって放射される。次に、これらのビームは、投影光学素子８００の補正された第１の表面に当たり、より収束状態に屈折する。次に、ビームは、投影光学素子８００の第２の屈折面から出射し、オプションのマイクロレンズアレイ８２５によってさらに調整されてもよく、各出射ビーム８３０のふくそう運動は、網膜に当たる前にさらに変更されてもよい。
【００８４】
各ＭＳＤＰＯＥは、その隣りに強固に取り付けられ、すべての出射ビーム軸８４０を適切な角度で角膜を横切るように配向し、それによって、直接網膜上の適切な没入型投影を生成してもよい。
【００８５】
出射ビーム軸８４０は、投影光学素子８００の出射面にほぼ垂直であり、すべてのシミュレーションされた視野条件のための適切な角度から逸脱してはいけないということに留意されたい。この可能な状況を修正するために、図２３に示すようなステアリング可能な平坦な光学素子６８２のアレイをさらに利用してもよい。この実施形態では、マイクロレンズを有するダブルジンバルフレーム６６０内にサポートされる平坦な反射器６８２を単に交換してもよい。次に、変更された視野および改善された出射ビーム方向は、マイクロレンズアレイ８２５の代わりにこの屈折ビームステアリングアレイを導入することによって達成されてもよい。
【００８６】
ＭＳＤＰＯＥ８２０は、記載されている機能の範囲または目的を制限することなく、能動または受動設計で、各種の形状およびサイズを有する屈折または反射素子の任意の組み合わせを備えることができることが認識できる。
【００８７】
例えば、他の実施形態では、走査式投影器４４０は、光分離ハウジング８０２の後壁から投影光学素子８００の第１の表面に再配置可能である。次に、光分離ハウジング８０２の後壁は、例えば、ほぼ円錐の回転断面の反射器の形態をとるように変更されてもよい。次に、制御可能な発散ビーム８１０は、この表面で反射し、図１２にいくらか類似した光路において投影光学素子８００の第１の表面を通過する。そして、さらに他の実施形態では、この構成を上述した屈折ビームステアリングアレイと組み合わせることによって、近い理想的なふくそう運動および任意の出射ビーム８３０のための出射角を有するコンパクトなＭＳＤＰＯＥ８２０を提供することができる。
【００８８】
図２７は、上部領域においてシステム統合眼鏡９００のための１つの可能な構成の平面図を示し、図の下部において眼鏡の等角図を示し、右上領域の右レンズの断面図を示す。
【００８９】
走査式投影器４４０は、左右の眼の各々のために示される。走査ビームは、本願明細書に記載の任意の種類の反射器表面９０６で反射してもよい。快適な光分離シールド９１６は、交換可能とすることができ、おそらく、各個人のためにカスタムフィットされ、通気性がある光バッフル設計を組み込む。必要に応じて、角リング上に配置される視線追跡カメラ９０２は、通常の方法で瞳孔を見るために提供可能である。視線追跡カメラ９０２は、十分小さく、侵入的でない場合、各反射器表面９０６上に配置可能である。外向きカメラ４２６が示され、外面上に適切に分配され、十分に高い解像度を有する場合、眼鏡をかけていない場合に見るものを模倣する映像入力を着用者に提供することができる。この視覚はまた、単なる合成像と組み合わせ、拡張現実の感覚またはカメラデータなしで純粋な仮想視覚を与えることもできる。補正レンズ９０８はまた、走査式投影器４４０のためのサポートを提供する。完全な没入効果を完成するために、例えば、イヤホンの形態の１つまたは複数のスピーカ９０５を利用することができる。
【００９０】
統合システムは、フレーム、走査式投影器４４０、データ処理装置、電源および通信モジュールを含んでもよい。他の実施形態では、データ処理、電源および通信機能は、単一のハイブリッドモジュール９１０に組み合わせることができ、ハイブリッドモジュール９１０は、フレーム上にまたはフレームから離れて存在することができる。他の実施形態では、追加のシステム構成要素は、反射器本体４４２、外向きカメラ４２６、内向きカメラまたは視線追跡カメラ、外部ディスプレイ、無線送信機、ＩＲ送信機、スピーカ、マイクロホン、屈折光学素子、反射光学素子、補正レンズ９０８、導波路、光ファイバ部品、マイクロ光学部品、光源、光学フィルタ、ソフトウェアおよびセンサ９０３を含んでもよいが、これらに制限されるものではなく、これらは、運動、位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）、位置（ｌｏｃａｔｉｏｎ）、ＧＰＳ信号、環境条件、湿度、温度、風速、無線信号、圧力、触覚情報、磁場、熱、音、可視光、ＵＶ、ＩＲ、電離放射線、放射能、または、検出、観察または測定可能な他の任意の量も検出することができる。
【００９１】
多くの機能をフレームから移動することによって、重量およびコストを減少してもよい。例えば、クラウドベースの計算は、オンボードの電子光学モジュール、通信モジュールおよび電力モジュールに無線送信可能である。電力は、誘導により無線で供給可能である。または、すべてのサポート機能は、フレームから移動可能であり、光ファイバおよびワイヤケーブルが電気および視覚のデータを投影器へ直接伝達してもよい。
【００９２】
一実施形態では、社会的受容を改善するために、各レンズを通る人の眼の外部視野は、通行人によって感知されるとき、着用者の眼の画像を、内向きカメラを用いて取得し、この画像をＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤまたは外面９２０に配置された任意の他の種類のディスプレイに表示することによって達成可能である。
【００９３】
本願明細書に記載されているシステム、サブシステムおよび構成要素の無制限の組み合わせが存在し、統合された、視覚没入型、音響没入型、光受容体密度制限、広角、全スペクトル、両眼、本当の光学被写界深度、高水準の複雑さおよびコストでの画像処理システムを供給する能力は、低水準の複雑さおよびコストで統合された、視覚没入型システムを供給する能力に等価でもよいことが当業者によって認識できる。
【００９４】
上述した説明は、多くの特性を含むが、これは、範囲および趣旨を制限するものとして解釈されてはならず、むしろそのいくつかの実施形態の例として解釈されたい。多くの他のバリエーションが可能であり、実施形態の変更態様は当業者が思いつくものである。したがって、範囲は、示される実施形態によってではなく、添付の請求の範囲およびその正当な均等物によって決定されなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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