(57)【要約】  走査光ディスプレイシステムは、光を発射するように動作可能な光源と、発射された光の少なくとも一部分を受け取るように配置された曲面鏡とを含む。この曲面鏡は、受け取った光を実質的に平行にするように構成されている。光源と曲面鏡のうちの少なくとも一方を相対的に移動させることによってこの実質的に平行な光を走査して、画像を形成する。あるいは、この走査光ディスプレイシステムは、光を発射するように動作可能な光源と、この光の一部分を受け取るように配置された曲面鏡と、曲面鏡から反射された光を受け取るように配置された光学要素とを含む。この光学要素は、受け取った光を実質的に平行にするように構成される。光源、曲面鏡および光学要素のうちの少なくとも１つを移動させることによってこの実質的に平行な光を走査して、画像を形成する。走査鏡アセンブリおよびその製作方法も開示される。
2007537465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発散光を発射するように動作可能な光源と、
前記光の少なくとも一部分を受け取るように配置され、前記受け取った光を実質的に平行にするように構成された曲面鏡と、
前記光源と前記曲面鏡のうちの少なくとも一方に結合されたアクチュエータであって、前記実質的に平行な光を走査して画像を形成するために、前記光源と前記曲面鏡を相対的に移動させるように動作可能なアクチュエータと
を含むことを特徴とする走査光ディスプレイシステム。
【請求項２】
前記光源から発射された前記光の全般的な方向と前記曲面鏡の主軸とは一直線上にないことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３】
前記光源は前記曲面鏡の前に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４】
前記アクチュエータは、前記実質的に平行な光を１つの次元内で走査して前記画像を形成するために、前記光源および前記曲面鏡を相対的に移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記実質的に平行な光を２つの次元内で走査して前記画像を形成するために、前記光源および前記曲面鏡を相対的に移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６】
前記アクチュエータは、少なくとも１つの軸の周りで前記曲面鏡を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記光源と前記曲面鏡のうちの少なくとも一方を、水平方向と垂直方向のうちの少なくとも一方の方向に移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８】
前記光源は、前記曲面鏡の前に配置された発光体の少なくとも１つのアレイを含み、前記少なくとも１つのアレイは第１の方向に延びる長軸を有することを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な軸の周りで前記曲面鏡を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記曲面鏡を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１】
前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１２】
前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記曲面鏡を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な軸の周りで前記曲面鏡を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１５】
前記アクチュエータは、発光体の前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であり、前記移動は、前記アクチュエータが前記発光体を移動させるときに前記発光体と前記曲面鏡の間の距離が実質的に一定に維持される態様で実施されることを特徴とする請求項１１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、発光体の前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であり、前記移動は、前記アクチュエータが前記発光体を移動させるときに前記発光体と前記曲面鏡の間の距離が実質的に一定に維持される態様で実施されることを特徴とする請求項１２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１７】
前記発光体および前記アクチュエータに結合された制御システムをさらに含み、前記制御システムは、前記第１の方向に順番に走査させるための信号を前記少なくとも１つのアレイ内の前記発光体に結合し、発光体の前記少なくとも１つのアレイおよび前記曲面鏡を相対的に移動させるための信号を前記アクチュエータに結合するように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１８】
前記制御システムは、発光体の前記少なくとも１つのアレイが前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に移動するときに、発光体の前記少なくとも１つのアレイのそれぞれの位置でそれぞれの前記発光体を順番に作動させるための信号を、前記発光体に結合するように動作可能であることを特徴とする請求項１７に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１９】
前記発光体および前記アクチュエータに結合された制御システムをさらに含み、前記制御システムは、それぞれの前記発光体から実質的に同時に光を発射させるための信号を前記少なくとも１つのアレイ内の前記発光体に結合し、発光体の前記少なくとも１つのアレイおよび前記曲面鏡を相対的に移動させるための信号を前記アクチュエータに結合するように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２０】
前記曲面鏡および発光体の前記少なくとも１つのアレイは見る人の眼の前に配置され、システムはさらに、
前記見る人の眼の位置を感知するように動作可能なセンサと、
制御システムに結合された画像修正システムであって、前記見る人の眼の位置が変化したときに、走査光ディスプレイシステムによって表示される画像の位置を見ることができるように、前記発光体の走査および発光体の前記少なくとも１つのアレイの位置を、前記制御システムに変更させる画像修正システムと
を含むことを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２１】
前記曲面鏡および発光体の前記少なくとも１つのアレイは見る人の眼の前に配置され、システムはさらに、
前記見る人の眼の位置を感知するように動作可能なセンサと、
前記センサに結合された鏡アクチュエータであって、前記見る人の眼の位置が変化したときに、走査光ディスプレイシステムによって表示される画像の射出瞳を見ることができるように、前記曲面鏡の位置を変更するように動作可能な鏡アクチュエータと
を含むことを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２２】
発光体の前記少なくとも１つのアレイは、前記曲面鏡の前記第１の方向の湾曲に対応した湾曲で前記第１の方向に延びることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２３】
前記曲面鏡は焦点面を有し、発光体の前記少なくとも１つのアレイは実質的に前記焦点面に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２４】
前記曲面鏡は球面鏡であり、前記焦点面は焦点球面であることを特徴とする請求項２３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２５】
前記光源は複数の発光体を含み、前記発光体の数は前記画像の１本の画素行の画素数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２６】
前記曲面鏡および発光体の前記少なくとも１つのアレイは見る人の眼の前に配置され、走査光ディスプレイシステムはさらに、発光体の前記少なくとも１つのアレイと前記見る人の眼の間に配置された光フィルタを含み、前記光フィルタは、前記曲面鏡から前記見る人の眼に向かって反射された外来光を実質的に減衰させるように動作可能であることを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２７】
前記曲面鏡は静止曲面鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２８】
前記曲面鏡は少なくとも部分的に透明な鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項２９】
前記光源は光源のアレイを含み、前記曲面鏡は、前記アレイ内の前記光源によって発射された光の少なくとも１つの波長の範囲内の光を優先的に反射する狭帯域鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３０】
前記曲面鏡は球面鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３１】
前記曲面鏡はフレネルの鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３２】
前記曲面鏡は回折鏡を含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３３】
前記発光体は、
複数の光源と、
それぞれの前記光源から前記少なくとも１つのアレイ内のそれぞれの位置までそれぞれ延びる複数のライトパイプと
を含むことを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３４】
発光体の前記少なくとも１つのアレイは発光体の実質的に直線状のアレイを含むことを特徴とする請求項８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３５】
前記曲面鏡および前記発光体は、前記見る人の眼の前の、見る人の眼が焦点を合わせることができる距離よりも近い距離のところに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３６】
前記光源から発射された光を前記曲面鏡へ向けて上方へ向け直す位置および向きに配置された部分的に透明な鏡をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３７】
前記光源から発射された光を受け取り、前記光を前記曲面鏡へ向け直すように配置された鏡をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３８】
前記光の光路は折り返されていることを特徴とする請求項３７に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項３９】
前記曲面鏡からの走査光を受け取り、前記走査光を向け直してビューイングアパーチャを通過させるように配置された反射面をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４０】
前記曲面鏡は楕円の第１の焦点に位置し、前記反射面から走査光を受け取るために、見る人の眼の瞳孔は前記楕円の第２の焦点に置くことができることを特徴とする請求項３９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４１】
前記アクチュエータは磁気アクチュエータを含み、前記磁気アクチュエータは複数の電磁石を含み、前記曲面鏡は複数の永久磁石に結合されており、前記永久磁石はそれぞれ、前記複数の電磁石のうちの対応する１つの電磁石に関連付けられており、前記曲面鏡は、前記複数の電磁石によって生成された磁界に応答して少なくとも１つの軸の周りを回転するように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４２】
それぞれの前記電磁石と前記永久磁石のうちの対応する１つの永久磁石との間に配置されたバイアス磁石をさらに含み、前記バイアス磁石の極と前記対応する永久磁石の極は反対向きであることを特徴とする請求項４１に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４３】
光を発射するように動作可能な光源と、
前記光の少なくとも一部分を受け取るように配置された曲面鏡と、
前記曲面鏡から反射された光を受け取るために前記曲面鏡の前に配置された光学要素であって、前記受け取った光を実質的に平行にするように構成された光学要素と、
前記曲面鏡、前記光学要素および前記光源のうちの少なくとも１つに結合されたアクチュエータであって、前記実質的に平行な光を走査して画像を形成するために、前記曲面鏡、前記光学要素および前記光源のうちの少なくとも１つを移動させるように動作可能なアクチュエータと
を含むことを特徴とする走査光ディスプレイシステム。
【請求項４４】
前記光源は、前記曲面鏡と前記曲面鏡の焦点面との間に配置されていることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４５】
前記アクチュエータは、前記実質的に平行な光を１つの次元内で走査して前記画像を形成するために、前記曲面鏡、前記光学要素および前記光源のうちの少なくとも１つを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４６】
前記アクチュエータは、前記実質的に平行な光を２つの次元内で走査して前記画像を形成するために、前記曲面鏡、前記光学要素および前記光源のうちの少なくとも１つを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４７】
前記アクチュエータは、前記曲面鏡と前記光学要素のうちの少なくとも一方を少なくとも１つの軸の周りを回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４８】
前記アクチュエータは、前記曲面鏡、前記光学要素および光源のうちの少なくとも１つを、水平方向と垂直方向のうちの少なくとも一方の方向に移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項４９】
前記光源は、前記曲面鏡の前に配置された発光体の少なくとも１つのアレイを含み、前記少なくとも１つのアレイは第１の方向に延びる長軸を有することを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５０】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記光学要素は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な軸の周りで前記曲面鏡を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５１】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記光学要素は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記曲面鏡を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５２】
前記曲面鏡および前記光学要素は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５３】
前記曲面鏡および前記光学要素は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５４】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記光学要素は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記曲面鏡を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５５】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記光学要素は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な軸の周りで前記曲面鏡を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５６】
前記アクチュエータは発光体の前記少なくとも１つのアレイを移動させ、前記移動は、前記アクチュエータが前記発光体を移動させるときに前記発光体と前記曲面鏡の間の距離が実質的に一定に維持される態様で実施されることを特徴とする請求項５２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５７】
前記アクチュエータは発光体の前記少なくとも１つのアレイを移動させ、前記移動は、前記アクチュエータが前記発光体を移動させるときに前記発光体と前記曲面鏡の間の距離が実質的に一定に維持される態様で実施されることを特徴とする請求項５３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５８】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記光学要素を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項５９】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な軸の周りで前記光学要素を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６０】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記光学要素を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６１】
前記少なくとも１つのアレイおよび前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な軸の周りで前記光学要素を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６２】
前記発光体および前記アクチュエータに結合された制御システムをさらに含み、前記制御システムは、前記第１の方向に順番に走査させるための信号を前記少なくとも１つのアレイ内の前記発光体に結合し、前記曲面鏡、前記光学要素および前記光源のうちの少なくとも１つを移動させるための信号を前記アクチュエータに結合するように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６３】
前記制御システムは、発光体の前記少なくとも１つのアレイが前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に移動するときに、発光体の前記少なくとも１つのアレイのそれぞれの位置でそれぞれの前記発光体を順番に作動させるための信号を、前記発光体に結合するように動作可能であることを特徴とする請求項６２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６４】
前記発光体および前記アクチュエータに結合された制御システムをさらに含み、前記制御システムは、それぞれの前記発光体から実質的に同時に光を発射させるための信号を前記少なくとも１つのアレイ内の前記発光体に結合し、前記曲面鏡、前記光学要素および前記光源のうちの少なくとも１つを移動させるための信号を前記アクチュエータに結合するように動作可能であることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６５】
前記曲面鏡および発光体の前記少なくとも１つのアレイは見る人の眼の前に配置され、システムはさらに、
前記見る人の眼の位置を感知するように動作可能なセンサと、
制御システムに結合された画像修正システムであって、前記見る人の眼の位置が変化したときに、走査光ディスプレイシステムによって表示される画像の位置を見ることができるように、前記発光体の走査および発光体の前記少なくとも１つのアレイの位置を、前記制御システムに変更させる画像修正システムと
を含むことを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６６】
前記曲面鏡および発光体の前記少なくとも１つのアレイは見る人の眼の前に配置され、システムはさらに、
前記見る人の眼の位置を感知するように動作可能なセンサと、
前記センサに結合された鏡アクチュエータであって、前記見る人の眼の位置が変化したときに、走査光ディスプレイシステムによって表示される画像の射出瞳を見ることができるように、前記曲面鏡の位置を変更するように動作可能な鏡アクチュエータと
を含むことを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６７】
発光体の前記少なくとも１つのアレイは、前記曲面鏡の前記第１の方向の湾曲に対応した湾曲で前記第１の方向に延びることを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６８】
前記曲面鏡は焦点面を有し、発光体の前記少なくとも１つのアレイは実質的に前記焦点面に配置されていることを特徴とする請求項６７に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項６９】
前記曲面鏡は球面鏡であり、前記焦点面は焦点球面であることを特徴とする請求項６８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７０】
前記曲面鏡、前記光源および前記光学要素は見る人の眼の前に配置され、走査光ディスプレイシステムはさらに、前記光源と前記見る人の眼の間に配置された光フィルタを含み、前記光フィルタは、前記曲面鏡から前記見る人の眼に向かって反射された外来光を実質的に減衰させるように動作可能であることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７１】
前記曲面鏡は静止曲面鏡を含むことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７２】
前記曲面鏡は少なくとも部分的に透明な鏡を含むことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７３】
前記曲面鏡は、前記少なくとも１つのアレイ内の前記光源によって発射された光の波長の範囲内の光を優先的に反射する狭帯域鏡を含むことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７４】
前記曲面鏡は球面鏡を含むことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７５】
前記曲面鏡はフレネルの鏡を含むことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７６】
前記曲面鏡は回折鏡を含むことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７７】
前記発光体は、
複数の光源と、
それぞれの前記光源から前記少なくとも１つのアレイ内のそれぞれの位置までそれぞれ延びる複数のライトパイプと
を含むことを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７８】
発光体の前記少なくとも１つのアレイは発光体の実質的に直線状のアレイを含むことを特徴とする請求項４９に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項７９】
前記曲面鏡および前記発光体は、前記見る人の眼の前の、見る人の眼が焦点を合わせることができる距離よりも近い距離のところに配置されていることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８０】
前記光源は複数の発光体を含み、前記発光体の数は前記画像の１本の画素行の画素数よりも少ないことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８１】
前記光学要素は固定光出力を有することを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８２】
前記光学要素は可変光出力を提供するように動作可能であることを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８３】
前記可変光出力光学要素は複数の固定光出力光学要素を含み、前記可変出力光学要素は、前記複数の固定光出力光学要素のうちの１つの要素を前記受け取った光に対して機能するように配置するよう動作可能であることを特徴とする請求項８２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８４】
前記可変光出力要素の光学特性は手動で調整可能であることを特徴とする請求項８２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８５】
前記可変光出力要素の光学特性は、電力作動によって選択されることを特徴とする請求項８２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８６】
前記可変光出力要素の光学特性は自動的に選択されることを特徴とする請求項８２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８７】
前記光学要素は少なくとも１つのレンズを含むことを特徴とする請求項４３に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項８８】
一対のレンズ取付けフレームと、それぞれのレンズ取付けフレームの内縁を互いに結合するブリッジと、それぞれの前記レンズ取付けフレームの外縁に結合され、前記それぞれのレンズ取付けフレームの前記外縁から後方へ延びるそれぞれのつるとを有する眼鏡フレームと、
光を発射するように動作可能な光源と、
前記光の少なくとも一部分を受け取るように配置され、前記受け取った光を実質的に平行にするように構成された曲面鏡であって、少なくとも一方の前記レンズ取付けフレームと視覚的に整列して前記眼鏡フレームに結合された曲面鏡と、
前記眼鏡フレームに結合され、前記光源と前記曲面鏡のうちの少なくとも一方に結合されたアクチュエータであって、前記実質的に平行な光を見る人の眼の網膜上へ走査して画像を形成するために、前記光源と前記曲面鏡とを相対的に移動させるように動作可能なアクチュエータと、
前記発光体および前記アクチュエータに結合された制御システムであって、前記光源および前記曲面鏡を相対的に移動させるための信号を前記アクチュエータに結合するように動作可能な制御システムと
を含むことを特徴とする眼鏡取付け式走査光ディスプレイシステム。
【請求項８９】
前記アクチュエータは前記眼鏡フレームの前記ブリッジに接続されていることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９０】
前記曲面鏡は鏡支持体に結合されており、前記鏡支持体は前記眼鏡フレームの前記ブリッジに接続されていることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９１】
前記アクチュエータは、前記眼鏡フレームの少なくとも一方の前記つるの中に取り付けられていることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９２】
前記アクチュエータは、前記アクチュエータから互いに反対の双方向に延びる細長い光源支持体によって前記光源に結合されており、走査光ディスプレイシステムはさらに、前記光源が結合した前記光源支持体の位置とは反対側のある位置で前記光源支持体に取り付けられた釣合い重りを含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９３】
前記光源は、前記眼鏡フレームの少なくとも一方の前記つるに接続された細長い光源支持体によって担持されていることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９４】
前記レンズ取付けフレームはそれぞれのレンズ取付け面を画定し、前記曲面鏡および前記光源は、前記曲面鏡と視覚的に整列した前記レンズ取付けフレームの前記レンズ取付け面の後ろに配置されていることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９５】
前記光源は、長軸を有する発光体の少なくとも１つのアレイを含み、前記制御システムは、発光体の前記少なくとも１つのアレイが前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に移動するときに、発光体の前記少なくとも１つのアレイのそれぞれの位置でそれぞれの前記発光体を順番に作動させるための信号を、前記発光体に結合するように動作可能であることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９６】
前記光源は、長軸を有する発光体の少なくとも１つのアレイを含み、前記制御システムは、それぞれの前記発光体から実質的に同時に光を発射させるための信号を前記発光体に結合するように動作可能であることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９７】
前記光源は、長軸を有する発光体の少なくとも１つのアレイを含み、システムはさらに、
前記眼鏡フレームに取り付けられたセンサであって、前記眼鏡フレームを装着している前記見る人の眼の位置を感知するように動作可能なセンサと、
制御システムに結合された画像修正システムであって、前記見る人の眼の位置が変化したときに、走査光ディスプレイシステムによって表示される画像の位置を見ることができるように、前記発光体の前記第１の方向の走査および前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向の発光体の前記少なくとも１つのアレイの位置を、前記制御システムに変更させる画像修正システムと
を含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９８】
前記眼鏡フレームに取り付けられたセンサであって、前記眼鏡フレームを装着している前記見る人の眼の位置を感知するように動作可能なセンサと、
前記センサに結合された鏡アクチュエータであって、前記見る人の眼の位置が変化したときに、走査光ディスプレイシステムによって表示される画像の位置を見ることができるように、前記曲面鏡の位置を変更するように動作可能な鏡アクチュエータと
をさらに含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項９９】
前記光源は、長軸を有する発光体の少なくとも１つのアレイを含み、発光体の前記少なくとも１つのアレイは、実質的に前記曲面鏡と視覚的に整列して配置されており、発光体の前記少なくとも１つのアレイは、前記曲面鏡の前記第１の方向の湾曲に対応した湾曲で前記第１の方向に延びていることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１００】
前記アクチュエータは、前記実質的に平行な光を１つの次元内で走査して前記画像を形成するために、前記光源および前記曲面鏡を相対的に移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０１】
前記アクチュエータは、前記実質的に平行な光を２つの次元内で走査して前記画像を形成するために、前記光源および前記曲面鏡を相対的に移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０２】
前記光源は、長軸を有する発光体の少なくとも１つのアレイを含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０３】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な軸の周りで前記曲面鏡を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項１０２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０４】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記曲面鏡を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項１０２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０５】
前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項１０２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０６】
前記曲面鏡は静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記少なくとも１つのアレイを移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項１０２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０７】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記曲面鏡を移動させるように動作可能であることを特徴とする請求項１０２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０８】
前記少なくとも１つのアレイは静止して動かず、前記アクチュエータは、前記第１の方向に実質的に垂直な軸の周りで前記曲面鏡を回転させるように動作可能であることを特徴とする請求項１０２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１０９】
前記アクチュエータは発光体の前記少なくとも１つのアレイを移動させ、前記移動は、前記アクチュエータが前記発光体を移動させるときに前記発光体と前記曲面鏡の間の距離が実質的に一定に維持される態様で実施されることを特徴とする請求項１０５に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１０】
前記アクチュエータは発光体の前記少なくとも１つのアレイを移動させ、前記移動は、前記アクチュエータが前記発光体を移動させるときに前記発光体と前記曲面鏡の間の距離が実質的に一定に維持される態様で実施されることを特徴とする請求項１０６に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１１】
前記曲面鏡は焦点球面を有し、前記光源は実質的に前記焦点球面のところに配置されていることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１２】
前記光源の後ろに配置された光フィルタをさらに含み、前記フィルタは、前記曲面鏡から後方に反射された光を実質的に減衰させるように動作可能であることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１３】
前記曲面鏡は静止曲面鏡を含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１４】
前記曲面鏡は少なくとも部分的に透明な曲面鏡を含み、そのため、前記曲面鏡および前記曲面鏡と視覚的に整列した前記レンズ取付けフレームを通して背景を見ることができることを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１５】
前記曲面鏡は、前記光源によって発射された光の波長の範囲内の光を優先的に反射する狭帯域鏡を含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１６】
前記曲面鏡は球面鏡を含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１７】
前記曲面鏡はフレネルの鏡を含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１８】
前記曲面鏡は回折鏡を含むことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１１９】
発光体の前記少なくとも１つのアレイは発光体の実質的に直線状のアレイを含むことを特徴とする請求項１０２に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１２０】
前記光源は複数の発光体を含み、前記発光体の数は前記画像の１本の画素行の画素数よりも少ないことを特徴とする請求項８８に記載の走査光ディスプレイシステム。
【請求項１２１】
見る人の眼の網膜上に光を走査することによって画像を形成する方法であって、
光源から光を発射すること、
前記光を曲面反射面から反射させること、
前記反射光を実質的に平行にすること、および
前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２２】
前記見る人の眼の位置を感知すること、ならびに
前記見る人の眼の前記位置が変化したときに前記画像の位置を見ることができるように、前記光の強度および前記光が生成される位置を変更すること
をさらに含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
前記見る人の眼の位置を感知すること、ならびに
前記見る人の眼の前記位置が変化したときに前記画像の位置を見ることができるように、前記曲面反射面の位置を変更すること
をさらに含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２４】
前記曲面反射面から前記見る人の眼に向かって反射された外来光を実質的に減衰させることをさらに含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２５】
前記光源は複数の発光体を含み、前記複数の発光体は、前記曲面反射面の湾曲に対応する曲線を画定することを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２６】
前記光を曲面反射面から反射させる前記行為は、前記光を球面反射面から反射させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２７】
前記曲面反射面は、実質的に静止して動かない反射面を含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２８】
前記曲面反射面は焦点面を有し、前記光は、実質的に前記焦点面上にある、ある位置から発射されることを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２９】
前記曲面反射面は、前記光源から発射された光の波長の範囲内の光を優先的に反射する狭帯域反射面を含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３０】
前記曲面反射面は球面反射面を含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３１】
前記曲面反射面はフレネルの反射面を含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３２】
前記曲面反射面は回折反射面を含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３３】
前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記実質的に平行な光を１つの次元内で走査することを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３４】
前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記実質的に平行な光を２つの次元内で走査することを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３５】
前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記光源および前記曲面反射面を相対的に移動させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３６】
光源から光を発射する前記行為は、概ね第１の方向に延びる複数の位置から光を発射することを含み、前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記第１の方向に実質的に平行な軸の周りで前記曲面反射面を回転させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３７】
光源から光を発射する前記行為は、概ね第１の方向に延びる複数の位置から光を発射することを含み、前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記曲面反射面を移動させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３８】
光源から光を発射する前記行為は、概ね第１の方向に延びる複数の位置から光を発射することを含み、前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記第１の方向に実質的に垂直な方向に前記光源を移動させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１３９】
光源から光を発射する前記行為は、概ね第１の方向に延びる複数の位置から光を発射することを含み、前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記曲面反射面を移動させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１４０】
光源から光を発射する前記行為は、概ね第１の方向に延びる複数の位置から光を発射することを含み、前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記第１の方向に実質的に平行な方向に前記光源を移動させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１４１】
前記光源から発射された前記光を前記曲面反射面へ反射させることをさらに含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１４２】
前記光源から発射された前記光を前記曲面反射面へ反射させる前記行為は、前記光源から発射された前記光を部分的に透明な反射面から反射させることを含むことを特徴とする請求項１４１に記載の方法。
【請求項１４３】
前記画像を形成するために、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の前記網膜上に走査する前記行為は、前記実質的に平行な光を前記見る人の眼の網膜上へ反射させることを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１４４】
前記反射光を実質的に平行にする前記行為は、前記反射光をレンズに通すことを含むことを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１４５】
前記反射光を実質的に平行にする前記行為は、前記曲面反射面から反射された場合に実施されることを特徴とする請求項１２１に記載の方法。
【請求項１４６】
曲面鏡構造を形成する方法であって、
相互接続された複数の走査フレームを提供すること、
少なくともいくつかの前記走査フレームに曲面鏡を接合すること、および
前記曲面鏡が接合した前記走査フレームを単片化すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４７】
前記走査フレームはシリコンを含むことを特徴とする請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４８】
前記曲面鏡はプラスチック鏡を含むことを特徴とする請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４９】
少なくともいくつかの前記走査フレームに曲面鏡を接合する前記行為は、前記相互接続された複数の走査フレームに選択的に接着剤を塗布することを含むことを特徴とする請求項１４６に記載の方法。
【請求項１５０】
前記相互接続された複数の走査フレームに選択的に接着剤を塗布する前記行為は、前記相互接続された複数の走査フレーム上へスクリーン印刷によってエポキシを塗布することを含むことを特徴とする請求項１４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、２００４年５月７日出願の米国特許仮出願第６０／５６９３８９号明細書、２００４年９月１７日出願の米国特許仮出願第６０／６１１１８３号号明細書、２００４年９月１７日出願の米国特許仮出願第６０／６１０９１１号明細書、および２００５年３月９日出願のＵ．Ｓ．  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．  １１／０７８，９７０の恩典を主張するものである。これらの文献の開示はそれぞれ参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は走査光ディスプレイシステム（ｓｃａｎｎｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｓｙｓｔｅｍ）に関し、詳細には、大開口数光源および／または光源からの光を操作する比較的にコンパクトな光学系を使用した走査光ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００３】
グラフィック画像またはビデオ画像の視覚的表示をユーザに提供する目的にはさまざまな技法が使用可能である。多くの応用の中で、テレビジョン、コンピュータモニタなどの陰極線管型ディスプレイ（ＣＲＴ）は見るための画像を生み出す。このような装置にはいくつかの制約がある。例えば、一般的なＣＲＴはかさが大きく、かなりの電力を消費し、そのため、携帯応用またはヘッドマウント応用には望ましくない。
【０００４】
液晶ディスプレイ、電界放出ディスプレイなどのマトリックスアドレッサブル（ｍａｔｒｉｘ  ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）ディスプレイにはＣＲＴほどかさばらず、ＣＲＴほど電力を消費しないものがある。しかし、一般的なマトリックスアドレッサブルディスプレイは、差渡し数インチのスクリーンを利用する。ヘッドマウント応用、またはディスプレイがユーザの視界の小さな部分だけを占有することを意図した応用において、このようなスクリーンの使用は限定される。このようなディスプレイは、ますます困難さを増す加工および限定された解像度または明るさと引換えに、サイズを低減させた。さらに、このようなディスプレイの解像度を向上させるには一般に、複雑さをかなり増大させる必要がある。
【０００５】
他の形態のディスプレイが走査ビームディスプレイ（ｓｃａｎｎｅｄ  ｂｅａｍ  ｄｉｓｐｌａｙ）である。当技術分野では、参照によって本明細書に組み込まれる特許文献１に記載されているものなど、さまざまな走査ビームディスプレイが開示されている。走査ビームディスプレイの１つの例では、走査源がコヒーレント光ビームを出力し、このビームはＭＥＭＳスキャナ内のミラーによって反射されて見る人（ｖｉｅｗｅｒ）の網膜上へ達する。この走査光は、見る人の瞳孔を通して見る人の眼に入り、角膜および水晶体によって網膜上へ導かれる。光源からの光の強度は、ビームを水平および垂直に走査するときに、見る人が画像を知覚するように調整される。他の例では、走査源が１つまたは複数の調整された発光体を含み、この発光体を角掃引（ａｎｇｕｌａｒ  ｓｗｅｅｐ）によって回転させて、見る人の網膜上に光を走査する。どちらのタイプのディスプレイにも適したこのようなスキャナの一例が、参照によって本明細書に組み込まれる特許文献２に開示されている。
【０００６】
走査ビームディスプレイは時に、ディスプレイの一部をユーザの視界の中に配置して、ユーザの視界の一領域を占有する画像を生み出す、部分視または増大視応用に対して使用される。ユーザはしたがって、表示されたバーチャル画像と背景像の両方を見ることができる。背景光が遮られた場合、見る人はバーチャル画像だけを知覚する。シースルーおよび遮蔽式走査ビームディスプレイの応用には例えば、ヘッドマウント式ディスプレイ、カメラの電子式ファインダなどがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
走査ビームディスプレイの共通の要件は、視界を横切ってビームを走査する前に光を平行にして、比較的に小さな開口数、すなわち小さな発散角を有するビームにする必要があることであった。残念なことに、小開口数の平行光ビームを得るためには、レーザ、端面発光ダイオード（「ＥＥＬＥＤ」）などの比較的に高価なコヒーレント光源が使用される。このような平行光源では光学効率が低くなる可能性があり、このような平行光源は薄暗いディスプレイを生み出す効果を有する。
【０００８】
走査ビームディスプレイはしばしば、走査ビーム像を生成する複雑な光学系を必要とする。一例では、小開口数光源からの光が、ビームを形成するために一組の光学系によって集められる。次いでこの光ビームは２軸スキャナに導かれ、このスキャナはこの光ビームを一組の光学系中へ走査し、この光学系は、中間像平面に配置された射出瞳エキスパンダ（「ＥＰＥ」）上にこの光ビームを結像させる。次いでこの拡大された画像は他の一組の光学系によって運ばれ、この光学系は、ＥＰＥからの位置情報を見る人の瞳孔における角度情報に変換する。このようなディスプレイでは、スキャナが、ＥＰＥにおいて位置情報に変換される角度情報を、ただこの位置情報をこのビューイング光学系によって再び角度情報へ変換するためだけに出力する。これらのタイプの複雑なイメージングシステムによって多数の光学構成要素が使用される結果、ディスプレイは比較的に大きく高価になる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５４６７１０４号明細書（Furness他、「VIRTUAL RETINAL DISPLAY」）
【特許文献２】米国特許第５５５７４４４号明細書（Melville他、「MINIATURE OPTICAL SCANNER FOR A TWO-AXIS SCANNING SYSTEM」）
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様によれば、走査光ディスプレイシステムは、光を発射するように動作可能な光源と、発射された光の少なくとも一部分を受け取るように配置された曲面鏡とを含む。この曲面鏡は、光源から受け取った光を実質的に平行にするように構成されている。光源と曲面鏡のうちの少なくとも一方には、実質的に平行な光を走査して画像を形成するために光源と曲面鏡を相対的に移動させるアクチュエータが動作可能に結合されている。
【００１１】
他の態様によれば、走査光ディスプレイシステムは、光を発射するように動作可能な光源と、発射された光の少なくとも一部分を受け取るように配置された曲面鏡と、走査光画像を受け取りこれを中継するために曲面鏡の前に配置された光学要素とを含む。光学要素（例えばレンズ）は、曲面鏡から反射された光を受け取るように配置され、曲面鏡から受け取った光を実質的に平行にするように構成される。光源、中継光学要素（例えばレンズ）および曲面鏡のうちの少なくとも１つに、実質的に平行な光を走査して画像を形成するために曲面鏡、光学要素および光源のうちの少なくとも１つを移動させるアクチュエータが動作可能に結合される。任意選択で、中継光学要素（例えばレンズ）を、ある範囲の射出瞳距離を許容するための可変出力を有するように製作することができる。これを使用して、ディスプレイを使用環境に適合させ、ある範囲の視界と視距離の対を提供することができる。
【００１２】
他の態様によれば、記憶された静止またはビデオ画像あるいはライブの静止またはビデオ画像を、例えばカメラサブシステムとして表示するように走査光ディスプレイシステムを適合させることができる。他の態様によれば、ビデオまたは静止画像を含むストリーミングおよび／または無線メディアを表示するように走査光ディスプレイシステムを適合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ１００を示す。ディスプレイ１００は、大開口数の光１０４を生み出す軸外れ（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）光源１０２を含む。いくつかの文脈では光源１００がランバート光源（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）とも呼ばれる。ただし、大開口数の装置が全てランバート光源であるとは限らない。光源１０２からの光１０４はその一部が、比較的に大きな曲面鏡１０８（例えば球面鏡）によって反射される。図１には２つの垂直走査位置しか示されていないが、曲面鏡１０８は、水平と垂直の両方の方向に走査することができる。
【００１４】
曲面鏡１０８は２つの機能を提供する。第１に、曲面鏡１０８は、見る人の眼１１５の瞳孔１１２によって画定される画像平面およびこの画像平面の近くで、光１０４を実質的に平行にしてビーム１１８とする。ビーム１１８は見る人の瞳孔１１２の直径よりも大きい。次いで、見る人の水晶体１１４がこの平行ビーム１１８を、見る人の網膜１１６上へ集束させる。曲面鏡１０８によって提供されるコリメーション（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）の程度は見かけの像距離に対応することができる。第２に、曲面鏡１０８が光１０４を掃引すると、曲面鏡１０８上に視界が形成され、光１０４の強度は、画素のアレイを順番に生み出すように調整される。曲面鏡１０８が半透明である場合には、ディスプレイ１００を、曲面鏡１０８の後ろに位置する背景像を見ることができるシースルー（ｓｅｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）ディスプレイとして構成することができる。平行ビーム１１８は、図１に示すように曲面鏡１０８をｘ軸を軸に傾ける、すなわちｘ軸を軸に回転させることによって、または、曲面鏡１０８を回転させずにｚ軸方向に垂直に移動させることによって、あるいはその両方を組み合わせることによって、見る人の瞳孔１１２を横切って垂直ｚ軸方向に走査することができる。曲面鏡１０８を回転させること、または垂直に移動させることはともに、見る人の瞳孔１１２を横切って平行ビーム１１８を垂直軸方向に効果的に走査する。同様に、曲面鏡１０８をｚ軸を軸に傾ける、すなわちｚ軸を軸に回転させることによって、または曲面鏡１０８を回転させずにｘ軸方向に水平に移動させることによって、あるいはその両方を組み合わせることによって、平行ビーム１１８を水平ｘ軸方向に走査することができる。
【００１５】
走査中に、ビーム１０８の一部分と瞳孔１１２とのアラインメントを維持しつつ平行ビーム１１８が網膜１１６を横切って掃引することを可能にするため、曲面鏡１０８は比較的に大きくなければならない。曲面鏡１０８の直径を比較的大きくすることによって、曲面鏡１０８が走査するにつれて光源の見かけの位置が曲面鏡１０８を横切って移動し、画素のアレイの印象を生み出す。さらに、曲面鏡１０８の直径を比較的大きくすることによって、たとえ角度が極端な場合でも、見る人の瞳孔１１２を満たすだけの十分な部分が平行ビーム１１８には存在する。
【００１６】
光源１０２は、面発光ＬＥＤ光源、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）光源などの光源または他の適当な光源とすることができる。このような光源は、実質的に均一に曲面鏡１０８を満たす円錐またはランバートパターンの光を発射する。平行ビーム１１８の水平および垂直掃引中に、曲面鏡１０８によって投射されたビーム１１８のさまざまな部分がさまざまな角度から瞳孔１１２に入るため、曲面鏡１０８を均一に満たすことによって画像の均一性は向上する。したがって、表示画像の上部に近い画素は平行ビーム１１８の一部分を使用し、画像の中央部に近い画素は平行ビーム１１８の別の部分を使用し、下部に近い画素はビーム１１８のまた別の部分を使用する。画像を形成するために使用される平行ビーム１１８のさまざまな部分は連続体であり、平行ビーム１１８が往復走査されるとき、瞳孔１１２に入るビーム１１８の部分は絶えず変化する。
【００１７】
一部の光（光１０６として示された部分）が曲面鏡１０８から外れるため光源１０２の効率が最適ではない場合があるが、より大きな効率を提供し、同時に他の設計制約条件を満たすために、光源１０２の開口数を、曲面鏡１０８の集光開口数に実質的に一致させることができる。例えば、１つまたは複数のレーザ光源（図示せず）を使用することができる。レーザは一般に、より小さな開口数を有する光、すなわちより平行なビームを発射し、このビームをビーム整形光学系によって発散させて、曲面鏡１０８を満たすことができる。しかし、レーザ光源を使用すると、大開口数光源を使用することで得られるコスト上の利点を得ることができない。
【００１８】
いくつかの実施形態の１つの利点はアラインメントの許容度が緩いことである。いくつかの実施形態では光源１０２のＸ、Ｙ、ロール（Ｒｏｌｌ）、ヨー（Ｙａｗ）およびピッチ（Ｐｉｔｃｈ）軸を正確に制御する必要がない。ディスプレイの集束を画定するｚ軸は一般に他の走査光ディスプレイにおいて一般的な許容度を有する。調整可能な集束を有することが望ましいいくつかの実施形態では、ｚ軸さえも、固定式に正確に配置されている必要はない。この精密アラインメントの量の低減は、多数のレンズの排除とともに、システムコストの低減に役立つことがある。
【００１９】
表１に、見る人の一般的な瞳孔の直径２ｍｍに対する３つの実施形態の射出瞳距離（eye relief）、射出瞳（exit pupil）、視界（ＦＶ）および曲面鏡直径の間の関係を示す。表１のケース１および２では、高速走査（ＦＳ）軸が水平ｘ軸であるとした。ケース３では、高速走査軸が垂直ｚ軸と一致するとした。ケース３ではさらに、ゾーンの使用によって、水平最大走査角（ＭＳＡ）が垂直ＭＳＡ角度よりも小さいとした。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
ゾーンの使用とは、単一の光源を使用するのではなく２つ以上の光源を使用することを指し、これについては、図４から２４に示す実施形態に関して後により詳細に論じる。アレイ内のそれぞれの発光体は、ある範囲またはゾーンの画素に対して光を提供することができる。ゾーン法を使用することによって、曲面鏡１０８は、所与のビデオフレーム中に１つのゾーンを満たすに足るだけの高速走査掃引を実施するだけでよく、フレーム全体を満たす掃引を実施する必要はない。隣接する光源のゾーン（および任意選択で任意の混合ゾーン）までの間隙を満たすだけの光を所与の光源から走査するだけでよいので、低速走査角は低減される。したがって、２つ以上の光源を使用することによって、鏡の必要な高速走査頻度を大幅に低減させることができる。さらに、鏡の高速走査を遅くすることによって、それぞれの画素上での滞在時間を増大させ、所与の光源を使用して達成できる明るさを向上させることができる。
【００２２】
図１に示したディスプレイ１００は、大開口数光源を使用する走査ビームディスプレイでは一般的に付随する複雑な光学系を使用することなしに大開口数光源を使用することができる。
【００２３】
図２に、やはり軸外れ光源を使用した一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ１２０を示す。このディスプレイ１２０の構成は、走査鏡によって生み出された画像を中間固定反射面１２４（例えば楕円鏡）から反射させることにより、より小さなサイズの走査鏡を使用することを容易にする。動作について説明すると、光源１０２が光１０４を発射し、この光は、楕円１３０の第１の焦点に位置する走査可能曲面鏡１２２によって実質的に平行にされ、反射される。曲面鏡１２２によって反射された光１２６は、中間固定反射面１２４によって反射されて見る人の瞳孔１１２上へ達し、曲面鏡１２２を図１のディスプレイ１００と同様の方法で走査することにより、見る人の瞳孔１１２を横切って走査される。ディスプレイ１２０では見る人の瞳孔１１２が楕円１３０の第２の焦点に位置する。ディスプレイ１２０のこの構成では、曲面鏡１２２と中間固定反射面１２４との間の比較的に正確なアラインメントが必要となることがある。しかし、ディスプレイ１２０は、図１のディスプレイ１００のような大きな可動鏡を必要とすることなく、比較的に大きな射出瞳距離および視界を提供する。さらに、中間固定反射面１２４が部分的に透明である（例えば半分銀被覆されている）場合、図２のシステムをシースルーディスプレイとして構成することができる。
【００２４】
図３に、一実施形態に基づく走査ディスプレイ１３２を示す。このディスプレイ１３２もやはり、光源から発射された光の光路を変更することができる軸外れ光源を使用する。図３では、反射面１３６で光１０４を曲面鏡１０８上へ向け直すことによって、光源１０２と走査曲面鏡１０８の間で光路を折り返すことができる。ディスプレイ１３２はさらにハウジング１４７を含み、これは、光源１０２、アクチュエータ１４６の作動下で見る人の瞳孔１１２を横切って光を走査するように動作可能な曲面鏡１０８、反射面１３６、およびハウジング１４７に接続され、見る人が曲面鏡１０８から反射した光をそれを通して見る透明な前板１３８を取り囲む。アクチュエータ１４６は、フレキシブル回路１４０を介してアクチュエータコントローラ１３４によって受け取られた命令から曲面鏡１０８を作動させる磁気アクチュエータとすることができる。ディスプレイ１３２の構成要素は比較的に小さな体積を占有し、そのため、ディスプレイ１３２は、カメラのファインダ、アイウェア（ｅｙｅｗｅａｒ）などサイズに制約の応用によく適合する。
【００２５】
動作について説明すると、光源１０２から光１０４が発射され、次いで反対側の反射面１３６で反射される。反射面１３６から反射された光は曲面鏡１０８上へ導かれる。アクチュエータ１４６は、自体による作動の下にディスプレイ１００と同様の方法で曲面鏡１０８を走査することにより、曲面鏡１０８から反射された光を、垂直ｚ軸方向または水平ｘ軸方向あるいはその両方の方向に、見る人の瞳孔１１２を横切って走査するように動作可能である。
【００２６】
図４に、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ１４８を示す。ディスプレイ１４８は、見る人の瞳孔１１２と直接に一直線上にならんだ曲面鏡１０８（例えば球面鏡）を含む。見る人の瞳孔１１２の前の曲面鏡１０８の焦点のところに、概ねｘ軸方向に延びる発光体１６２の直線アレイ１５０が配置されている。発光体１６２のアレイ１５０は、それぞれの発光体１６２が、見る人の網膜１１６上に生成される水平画素行の１つの画素に対応する、完全占有アレイとすることができる。発光体１６２によって発射された光１５２は、実質的に半球状のある立体角を横切って外側へ放射し、曲面鏡１０８に当たることができる。曲面鏡１０８から外れた光はディスプレイハウジング（図示せず）によって吸収されることができる。曲面鏡１０８に当たった光は、曲面鏡１０８によって実質的に平行にされてビーム１５４となり、瞳孔１１２へ導かれ、そこで、見る人の眼１１５の水晶体１１４によって見る人の網膜１１６上に集束する。
【００２７】
直線アレイ１５０内で使用される多数の発光体１６２はそれぞれ、赤／緑／青（「ＲＧＢ」）発光体のトライアッド（ｔｒｉａｄ）とすることができ、そのためアレイ１５０は、水平画素１つにつき１つのＲＧＢトライアッドを提供する。一実施形態では、アレイ１５０の発光体１６２をＯＬＥＤデバイスとすることができる。また、アレイ１５０は直線アレイであるとしてきたが、実際には、マニュファクチャビリティ（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒａｂｉｌｉｔｙ）または他の問題を考慮して、個々の発光体１６２の位置をずらすことができる。１画素ピッチのかなりの部分またはそれ以上、発光体１６２の位置をずらした場合には、曲面鏡１０８の走査角に対する発光体１６２の位置の変化を考慮するために、画素タイミングを変更することができる。最後に、アレイ１５０は直線アレイであるとしてきたが、曲面鏡１０８の湾曲に対応するようにアレイ１５０を湾曲させて、曲面鏡１０８とそれぞれの発光体１６２の間の距離が一定となり、発光体１６２が曲面鏡１０８の焦点球面内にあるようにしてもよい。
【００２８】
曲面鏡１０８によって反射された光１５２は見る人の瞳孔１１２に導かれるが、この光は一般に、見る人の顔にも導かれる。外部光源からの光も見る人の顔に当たる場合があり、曲面鏡１０８の後ろに光源が位置するシースルーディスプレイとしてディスプレイ１４８が使用される場合には特にそうである。見る人の顔に当たったこの外来光が曲線面鏡１０８によって反射されて、ユーザの眼に入る可能性がある。見る人の顔に当たった外来光が眼に入ることを防ぐため、発光体１６２のアレイ１５０と見る人の瞳孔１１２の間に光フィルタ１５６を配置することができる。光フィルタ１５６の一実施形態では、直線偏光板１５８およびそれに続く四分の一波長偏光板１６０を使用する。見る人の顔から反射された光は、四分の一波長偏光板１６０を２回（１度目は顔から曲面鏡１０８へ、２度目は曲面鏡１０８から瞳孔１１２へ）通過し、フィルタ１５６によって大幅に排除される。その結果、光フィルタ１５６は、表示される画像のコントラスト比を向上させる。フィルタ１５６内で使用することができる１つの市販製品が３Ｍ（登録商標）Ｃｏｍｐａｎｙ社によって販売されている。他のフィルタ設計を使用してもよい。
【００２９】
アレイ１５０は見る人の焦点面（ビーム１５４が完全に平行な場合には無限遠）にないので、ユーザには、アレイ１５０および（発光体１６２に結合した）電気導線がはっきりとは見えない。発光体アレイ１５０は、曲面鏡１０８から戻ってくる光の一部を遮るが、ユーザの瞳孔１１２に比べてアレイ１５０は小さいので、このシャドーイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）効果は最小限である。
【００３０】
動作について説明すると、見る人の瞳孔１１２を横切って平行ビーム１５４を垂直に掃引するため、曲面鏡１０８は垂直軸方向にだけ走査する。図１に示した走査ビームディスプレイ１００と同様に、図４に示すように曲面鏡１０８をｘ軸を軸に傾ける、すなわちｘ軸を軸に回転させることによって、または曲面鏡１０８を回転させずにｚ軸方向に垂直に移動させることによって、あるいはその両方を組み合わせることによって、平行ビーム１５４を、見る人の瞳孔１１２を横切って垂直ｚ軸方向に走査することができる。曲面鏡１０８のそれぞれの位置で、表示中の画像内の対応して配置された位置の強度に対応した強度で、発光体１６２は実質的に同時に光を発射することができ、または発光体１６２を順番に活動化することができる。ＲＧＢトライアッドによって発光体１６２を形成する場合には、ＲＧＢ発光体の相対強度を、表示中の画像内の対応して配置された位置の色を再現するように制御する。代替実施形態では、発光体１６２を点灯させるごとに、曲面鏡１０８をその範囲全体にわたって垂直に走査する。しかし、この代替実施形態は一般にあまり望ましくない。発光体１６２を電気的に走査するよりも速い速度で曲面鏡１０８を物理的に走査する必要があり、物理的な走査は一般に電気的走査よりも低速であるからである。一実施形態によれば、曲面鏡１０８を例えばフレームレート６０Ｈｚで走査し、アレイ１５０のそれぞれの発光体１６２を周波数３６ｋＨｚ（６０Ｈｚ×６００列）で調整して、ＳＶＧＡディスプレイの品質を有するディスプレイを提供する。この実施形態では、アレイ１５０が、赤、緑および青の発光体１６２をそれぞれ８００個（合計２４００個の発光体１６２）含むことができる。
【００３１】
代替実施形態では、曲面鏡１０８の走査周波数を例えば６００Ｈｚに増大させ、それによってアレイ４８内の発光体１６２の数を減らすことができる。６０Ｈｚ走査の場合には、２４００個の発光体１６２を１０個ずつ多重化することができ、したがって発光体１６２を駆動する回路（図示せず）を２４０個だけ使用することができる。他の組合せを使用することもできる。
【００３２】
図５に、図４のディスプレイ１４８をパッケージ化するための一実施形態を示す。ディスプレイ１６４は、走査鏡アセンブリ１７０とアレイ１５０とを収容するためのハウジング１７４を含む。走査鏡アセンブリ１７０は曲面鏡１０８およびアクチュエータ１７２を含み、アクチュエータ１７２は、アクチュエータ１７２を制御するアクチュエータコントローラ１６８に動作可能に結合されている。アクチュエータ１７２は、図４のディスプレイ１４８に関して先に述べたように曲面鏡１０８を走査するように動作可能である。ディスプレイ１６４はさらに、図４のフィルタ１５６と同様の方法で外来光をフィルタリングするためにハウジング１７４に接続されたフィルタ板１６６を含む。
【００３３】
図６および７に図５のディスプレイ１６４の概略図を示す。図７の分解図を参照すると、ハウジング１７４は、走査鏡アセンブリ１７０を受け取るための構造を含む。このディスプレイ１６４の実施形態では、アレイ１５０を担持したガラス製発光板１７６がハウジング１７４によって受け取られ、その内部に接続される。曲面鏡１０８とは反対の方向に光が漏れることを防ぐために発光アレイ１５０にマスクをすることができる。発光板１７６を覆ってフィルタ板１８０が配置され、発光板１７６およびフィルタ板１８０は、ビューイングアパーチャ（ｖｉｅｗｉｎｇ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）を画定するフレーム１７８によってハウジング１７４の内部に固定される。
【００３４】
フィルタ板１８０は、偏光板側を見る人に向け、四分の一波長板側を発光板および走査鏡に向けて組み立てられた組合せ四分の一波長板／偏光板であり、フィルタ１５６に関して先に説明したとおりに動作する。特に見る人の眼、顔または周囲からのグレア（ｇｌａｒｅ）が問題にならない応用では、フィルタ板１８０を省略することができる。さらに、この四分の一波長回転機能および偏光機能を２枚以上の別個の板に分離すること、薄膜として具体化することなどもできる。代替実施形態では、ガラス製発光板１７６を排除し、フィルタ板１８０上にアレイ１５０を直接に形成する。他の実施形態では、四分の一波長板がハウジング１７４の反対端の曲面鏡１０８の近くに配置され、または他の代替位置に配置される。ビューイングアパーチャを通してディスプレイに入る光を減衰させるため、偏光および回転の代わりに、ニュートラル、カラーまたは他のフィルタを使用することもできる。
【００３５】
図８に、図４の走査ビームディスプレイ１４８に非常によく似た構造の一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ１８２を示す。したがって、簡潔にするために、ディスプレイ１４８、１８２内の同一の構成要素には同じ参照符号を付し、２つのディスプレイ１４８、１８２間で構成要素の機能が異ならない限り、それらの構造および機能の説明は繰り返さない。ディスプレイ１４８と同様に、ディスプレイ１８２は、見る人の瞳孔１１２と一直線上にならんだ曲面鏡１０８を含む。見る人の瞳孔１１２の前の曲面鏡１０８の焦点のところにやはり、発光体１６２の直線アレイ１５０が直接に配置されている。発光体１６２はそれぞれ光を発射し、この光は大きな開口数を有するものでもよい。高解像度画像を得るためには、発光体１６２が比較的に小さな断面積から光を発射することが好ましい。曲面鏡１０８の湾曲に対応するようにアレイ１５０を湾曲させて、曲面鏡１０８とそれぞれの発光体１６２の間の距離が一定となり、発光体１６２が曲面鏡１０８の焦点球面内にあるようにしてもよい。発光体１６２によって発射された光１５２は曲面鏡１０８を目指す。曲面鏡１０８に当たった光は、曲面鏡１０８によって反射され平行にされてビーム１５４となり、見る人の眼１１５の瞳孔１１２へ導かれ、そこで、見る人の水晶体１１４によって見る人の網膜１１６上に集束する。見る人の顔および眼から反射した光が曲面鏡１０８で反射されて見る人の眼１１５に入ることを防ぐために、光フィルタ１５６を配置することができる。
【００３６】
ディスプレイ１８２が図４のディスプレイ１４８と異なる点は、曲面鏡１０８を実質的に静止した状態に維持することである。発光体１６２のアレイ１５０を静止した状態に維持する代わりに、アレイ１５０をｚ軸方向に垂直に移動させる。図８には、アレイの３つの位置１５０、１５０’および１５０”だけが示されている。アレイ１５０を垂直に移動させることによって、曲面鏡１０８が見る人の瞳孔１１２上へ導くビーム１５４の位置および角度を変化させる。この方法は、ディスプレイ１４８の曲面鏡１０８を回転させまたは垂直に移動させることによって、瞳孔１１２上へ導かれる光の位置および角度を変化させる方法と類似の方法である。いくつかの実施形態では、光を発射する発光体１６２が曲面鏡１０８の焦点面上に位置するようにアレイ１５０を垂直に移動させる。
【００３７】
動作について説明すると、アレイ１５０のそれぞれの垂直位置で、発光体１６２は実質的に同時に光を発射することができ、または発光体１６２を順番に活動化することができる。発光体１６２は、表示中の画像内の対応して配置された位置の強度に等しい強度で活動化される。例えばＲＧＢトライアッドによって発光体１６２を形成する場合には、ＲＧＢ発光体の相対強度を、表示中の画像内の対応して配置された位置の色を再現するように制御する。
【００３８】
上述の実施形態では、発光体１６２が実質的に同時に光を発射することができ、または発光体１６２を水平ｘ軸方向に順番に点灯することができるので、発光体１６２のアレイ１５０は垂直方向に静止している。全ての発光体１６２を点灯させた後、発光体１６２のアレイ１５０をｚ軸方向に沿った次の垂直位置へ移動させることができ、発光体１６２は再び実質的に同時に光を発射し、または順番に光を発射する。発光体１６２を点灯させ、次いでそれぞれの走査後にアレイ１５０を垂直に移動させるこのプロセスを、アレイを１５０が曲面鏡１０８の垂直寸法全体を横切って移動するまで続ける。代替実施形態では、それぞれの発光体１６２を順番に点灯させるごとに、発光体１６２のアレイ１５０を上から下までｚ軸方向に垂直に移動させる。例えば、アレイ１５０内の最初の発光体１６２を連続的に点灯させている間に、アレイ１５０を上から下まで移動させる。次いでアレイ１５０を最上位の位置に戻し、第２の発光体１６２を点灯させ、アレイ１５０が垂直走査の最下部へ移動するまで、それを点灯させ続ける。以下同様である。しかし、この代替実施形態は一般にあまり望ましくない。発光体１６２を電気的に走査するよりも速い速度でアレイ１５０を物理的に走査する必要があり、物理的な走査は一般に電気的走査よりも低速であるからである。発光体１６２を点灯させる具体的な順序とは無関係に、光を発射しているそれぞれの発光体１６２が常に曲面鏡１０８から一定の距離のところにあるように、発光体１６２のアレイ１５０を曲線経路に沿って移動させてもよい。
【００３９】
一実施形態によれば、アレイ１５０を例えばフレームレート６０Ｈｚで垂直に走査し、アレイ１５０のそれぞれの発光体１６２を周波数３６ｋＨｚ（６０Ｈｚ×６００列）で調整して、ＳＶＧＡディスプレイの品質を有するディスプレイを提供する。この実施形態では、アレイ１５０が、赤、緑および青の発光体１６２をそれぞれ８００個（合計２４００個の発光体１６２）含むことができる。代替実施形態では、アレイを物理的に走査する周波数を例えば６００Ｈｚに増大させ、それによってアレイ１５０内の発光体１６２の数を減らすことができる。６０Ｈｚ走査の場合には、例えば２４００個の発光体１６２を１０個ずつ多重化することができ、したがって発光体１５０を駆動する回路（図示せず）は２４０個だけでよい。６００Ｈｚ走査では発光体の数を減らすことができる。他の組合せを使用することもできる。
【００４０】
図４の発光体１６２の静止アレイ１５０と同様に、図８の可動アレイ１５０は見る人の焦点面（例えば無限遠）になく、ユーザには、アレイ１５０およびそれを駆動する電気導線（図示せず）がはっきりとは見えない。さらに、アレイ１５０を高速で移動させることによって、アレイ１５０がユーザに見える可能性はより低下し、曲面鏡１０８から戻ってくる光の一部をアレイ１５０が不鮮明にする範囲で、このシャドーイング効果は表示領域全体に広がる。
【００４１】
曲面鏡１０８を垂直に走査するのではなくアレイ１５０を垂直に移動させることによってさらに、潜在的により高い走査周波数を提供することができる。アレイ１５０は曲面鏡１０８よりも軽くすることができ、空中を移動させるためにより小さな断面積を有することができる。その結果、所与の電力およびアクチュエータ制約条件について、発光体１６２のアレイ１５０を移動させることにより、曲面鏡１０８を回転させまたは曲面鏡１０８をｚ軸方向に垂直に移動させることによって垂直走査を達成することができる周波数よりも高い周波数で、垂直走査することが可能である可能性がある。
【００４２】
図９Ａに、所与の曲面鏡直径でより大きな視界を提供する一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ１８４を示す。視界を増大させるために曲面鏡１０８の直径を増大させることができる。しかし、より大きな鏡はかさばり、高価で、重く、望ましくない。走査ビームディスプレイ１８４では、レンズ１８６を使用して、見る人の視界を増大させる。一実施形態ではレンズ１８６が二重レンズである。走査ビームディスプレイ１８４は、図８の走査ビームディスプレイ１８２に非常によく似た構造を有する。したがって、簡潔にするために、ディスプレイ１８２、１８４内の同一の構成要素には同じ参照符号を付し、２つのディスプレイ１８２、１８４間で構成要素の機能が異ならない限り、それらの構造および機能の説明は繰り返さない。ディスプレイ１８２と同様に、ディスプレイ１８４は、見る人の眼１１５の瞳孔１１２と一直線上にならんだ曲面鏡１０８を含む。アレイ１５０と見る人の瞳孔１１２の間にレンズ１８６が位置し、曲面鏡１０８の焦点面よりも前方にアレイ１５０が位置する。曲面鏡１０８の焦点面よりも前方にアレイ１５０を配置することによって、アレイ上の発光体１６２と曲面鏡１０８の間の距離が一定に維持されるようにアレイ１５０がその周りを回転することができる点はディスプレイ１８４内に移動する。したがって、アレイ１５０のこのピボット点を、図８のディスプレイ１８２のようにほぼ見る人の眼１１５のところに置く代わりに、ディスプレイ１８４内に置き、それによってピボット機構の機械設計を容易にする。
【００４３】
動作について説明すると、アレイ１５０の発光体１６２が光を発射し、この光が曲面鏡１０８上へ導かれる。しかし、アレイ１５０は曲面鏡１０８の焦点面よりも前方に位置するので、曲面鏡１０８から反射された光は平行にならない（すなわちわずかに発散する）。レンズ１８６は、曲面鏡１０８から反射された発散光を集束させて、実質的に平行なビームにし、このビームが見る人の眼１１５の瞳孔１１２上へ導かれる。図９Ａに示すように、一実施形態では、レンズ１８６によって平行にした光をｚ軸方向に垂直に走査するために、アレイ１５０をｚ軸方向に垂直に移動させ、レンズ１８６および曲面鏡１０８は静止した状態に維持する。代替実施形態では、レンズ１８６を貫いてまたはレンズ１８６のすぐ近くでｘ軸方向に延びる一軸の周りでアレイ１５０を回転させる。この実施形態では、光を発射するアレイ１５０の発光体１６２が、曲面鏡１０８およびレンズ１８６によって画定された光学系の焦点面上に位置するように、アレイ１５０が回転する。この回転点をレンズ１８６またはレンズ１８６のすぐ近くの位置に移動させることによって、アレイ１５０を支持する支持バー（ｂａｒ）を短くすることができ、これによって支持バーの慣性モーメントは大幅に低減する。代替実施形態では、曲面鏡１０８およびアレイ１５０を静止した状態に維持し、レンズ１８６をｘ軸を軸に傾け、すなわちｘ軸を軸に回転させ、またはｚ軸方向に垂直に移動させ、あるいはその両方を組み合わせて実施して、見る人の瞳孔１１２を横切って平行ビームを垂直ｚ軸方向に走査する。他の代替実施形態では、レンズ１８６およびアレイ１５０を静止した状態に維持し、曲面鏡１０８をｘ軸を軸に傾け、すなわちｘ軸を軸に回転させ、または曲面鏡１０８を回転させずに曲面鏡１０８をｚ軸方向に垂直に移動させ、あるいはその両方を組み合わせることによって、レンズ１８６によって集束させた光を、図４のディスプレイ１４８と同様の方法で、見る人の瞳孔１１２を横切って垂直ｚ軸方向に走査する。図８のディスプレイ１８２と構造が似た走査ディスプレイを使用してレンズ１８６の使用を説明したが、図１および４に示したディスプレイ１００、１４８とともにレンズ１８６を使用することもできる。
【００４４】
図９Ｂに、大開口数走査ビーム画像源９０１とユーザの眼の間に配置された一実施形態に基づく可変出力対物レンズ要素９０２を示す。この図ではユーザの眼が２つの位置９０４および９０６に示されている。一実施形態によれば、ユーザが手動調整制御機構９０８を調整して、画像をユーザの好みに従って最適化する。例えば位置９０４でユーザは、自分の視界を最大にすることを選ぶことができる。例えば位置９０６でユーザは、制御機構９０８を調整して、狭くなった視界に収まるように画像を圧縮することを選ぶことができる。任意選択で、ユーザの好みに合わせて画像を最もよく結像させるために画像の見かけの距離を変化させる調整機能を提供することができる。
【００４５】
代替実施形態では、可変出力対物レンズ要素９０２を調整する自動システム９１０を提供する。一実施形態では、検出器９１２が、ユーザの眼の位置に関係した特性を測定する。検出器９１２は例えば、ディスプレイからユーザの顔までの距離を監視する距離検出器である。検出器９１２はあるいは、ユーザの眼または顔が張る角度を測定する。第２の代替実施形態では視界から反射した光の量を測定する。当業者に知られている他の検出技術を使用してもよい。マイクロコントローラ９１４は、検出器９１２から眼の位置の相関信号を受け取り、可変出力対物レンズ要素９０２の光学的変更を可能にしまたは作動させる。
【００４６】
可変出力対物レンズ要素９０２とともに、または可変出力対物レンズ要素９０２とは別に使用することができる他の代替実施形態では、マイクロコントローラ９１４が画像源９０１を制御する。１つのオプションによれば、マイクロコントローラ９１４は、見る人の眼が画像を見る位置にあるときに画像を表示し、かつ／または見る人の眼がそこにないときに低出力の非表示モードに入るように、画像源９０１をイネーブル（ｅｎａｂｌｅ）しまたは制御する。ユーザが短時間目をそらした場合に画像源９０１をイネーブルされた状態に保つため、または新しい見る人が自分の眼にディスプレイを近づける（または自分の眼をディスプレイに近づける）時間を考慮するために、遅延タイマを使用することができる。マイクロコントローラ９１４の論理はさらに、ユーザがシステムを利用する可能性を諸条件が指示しているときに、画像源９０１および／または可変出力対物レンズ要素９０２をイネーブルすることを予測することができる。
【００４７】
図９Ｃに、一実施形態に基づく単純なユーザ制御可変出力対物レンズを示す。画像源９０１の前に配置された第１の固定出力対物レンズ９１６が示されている。第１の固定出力対物レンズ９１６は、少なくとも１つの第２の固定出力対物レンズ９２０と一緒に、調整板９１８によって保持され、または調整板９１８と一体に形成されている。調整板９１８は、第２の固定出力対物レンズ９２０が画像源９０１の上にくるよう、軸９２２を軸にして回転するように適合されており、このような変更は、調整タブ９２４を移動させることによってユーザが手動でそれをイネーブルしたときに実施される。選択した対物レンズ（例えば９１６または９２０）をその場に保持したいときにそれを達成する移動止めを形成することができる。これらの複数の固定出力対物レンズ要素９１６および９２０の光学特性を、ある範囲の動作条件を満たすように選択することができる。例えば、第１の固定出力対物レンズ要素９１６を、ユーザが自分の眼をシステムの近くに置いているときに、ディスプレイの視界を最大にするように適合させ、第２固定出力対物レンズ要素９２０を、ユーザの眼がシステムから遠くにあるときに、実質的に画像全体がユーザに見えるように画像を圧縮するように適合させる。
【００４８】
他の代替実施形態（図示せず）では、光源、曲面レンズおよび可変出力対物レンズ光学要素間の所望の光路長セットを提供するため、光源、曲面鏡および可変出力対物レンズ要素の位置を相対的に移動させる。制御された一連の位置を提供するために、はすば歯車、ステッパポジショナ（ｓｔｅｐｐｅｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ）、スライディングステージ（ｓｌｉｄｉｎｇ  ｓｔａｇｅ）、圧電アクチュエータおよび当業者に知られている他の機構を使用することができる。
【００４９】
図１０に、シースルー走査ビームディスプレイ１８８を対象とした一実施形態を示す。ディスプレイ１８８は以前に説明したディスプレイとは異なり、ある角度に傾斜した平面に沿って部分的に透明な鏡１９０を見る人の眼１１５の前に有する。鏡１９０は、アレイ１５０から発射された光を曲面鏡１０８へ向けて上方へ反射する位置および向きに配置されている。鏡１９０は部分的に透明な材料から形成されており、そのため見る人は、鏡１９０を通して向こう側を見ることができる。曲面鏡１０８は、鏡１９０に対して、アレイ１５０から発射され鏡１９０で反射された光が曲面鏡１０８へ導かれるような位置および向きに配置されている。曲面鏡１０８は鏡１９０が受け取った光を平行にする。平行ビームは鏡１９０に向かって反射され、続いて見る人の眼１１５の瞳孔１１２上へ反射され、そこで、水晶体１１４によって見る人の網膜１１６上に集束する。
【００５０】
動作について説明すると、見る人の瞳孔１１２を横切って平行ビームを垂直に掃引するため、曲面鏡１０８は垂直軸方向にだけ走査する。図１０に示すように曲面鏡１０８をｘ軸を軸に傾け、すなわちｘ軸を軸に回転させ、または、曲面鏡１０８を回転させることなく曲面鏡１０８を概ねｙ軸方向に移動させ、あるいはその両方を組み合わせて実施して、鏡１９０上の平行ビームが反射される位置を変化させることによって、見る人の瞳孔１１２を横切って平行ビームを垂直ｚ軸方向に走査することができる。代替実施形態では、曲面鏡１０８を実質的に静止した状態に維持し、アレイ１５０をｚ軸方向に垂直に移動させることによって、見る人の瞳孔１１２を横切って平行ビームを垂直に掃引する。画像の生成と同時に、見る人の網膜１１６上に画像を形成するための鏡１９０を通してその先の景色を見ることによって、見る人は現実の世界を見ることができる。したがってディスプレイ１８８は、ユーザに対して増大した現実経験を生み出すのによく適している。
【００５１】
ディスプレイ１８８は、不要な画像劣化を防ぐための任意選択のフィルタ板１９２、１９４および１９６を有するように示されている。フィルタ板１９２および１９４は偏光板であり、フィルタ板１９６は四分の一波長板である。フィルタ板１９２は、見る人の眼１１５の前のビューイングアパーチャから入射した光を偏光する。フィルタ板１９４は、部分的に透明な鏡１９０から入射した光を偏光する。フィルタ板１９６は、フィルタ板１９２および１９４を通過した偏光をその初回通過で４５度回転させる。光が曲面鏡１０８から反射された後、フィルタ板１９６は偏光軸を再び４５度回転させ、その結果、偏光軸は入射光に比べ９０度回転する。次いで、画像と見る人が見ている現実の世界との間の不要な干渉を実質的に排除するために、この回転した偏光を、フィルタ板１９４および１９２によって減衰させる。
【００５２】
フィルタ板１９２、１９４および１９６のフィルタリング機能を含む図１０の実施形態を、特定の応用に合わせて変更することができる。例えば、一実施形態によれば、部分的に透明な鏡１９０とフィルタ板１９４の位置を逆にする。これによって、複数の表面から反射された円錐および掃引ビームによって引き起こされる収差を低減させることができる。
【００５３】
図１１および１２に、図１０のディスプレイ１８８をパッケージ化するための一実施形態を示す。曲面鏡１０８を担持した走査鏡アセンブリ２０４にハウジング１９８が取り付けられている。ハウジング１９８はさらに、部分的に透明な鏡１９０ならびにフィルタ１９２、１９４および１９６を保持する。図１２に最もよく示されているように、ハウジング１９８はフィルタ板１９６を受け取り、曲面鏡１０８を担持した走査鏡アセンブリ２０４に接続する。ハウジング１９８はさらに、ハウジング１９８の内部に発光板２００を受け取る。ハウジング１９８はフィルタ板１９２に接続するように構成されている。ハウジング１９８はさらにフィルタ板１９４を受け取り、部分的に透明な鏡１９０に接続する。
【００５４】
発光体１６２のアレイ１５０を使用する図４から１２に示したディスプレイでは、アレイ１５０が発光体１６２によって完全に占有されており、そのため、鏡１０８から反射された光は垂直軸方向（すなわちｚ軸方向）にだけ走査すればよい。しかし、アレイ１５０は、発光体１６２によって疎らに占有されたアレイでもよく、それにより、アレイ１５０の発光体１６２の数と見る人の網膜１１６上に生成される１本の水平画素行の画素数とが一対一に対応していなくてもよい。例えば、隣接する発光体１６２間のアレイ１５０の領域が、電気接点または発光体１６２の動作に必要な他の構造によって占有されていてもよい。したがって、製造上の制約条件または他の設計制約条件によっては、アレイ１５０の発光体１６２の数と見る人の網膜１１６上に生成される１本の水平画素行の画素数とが一対一に対応する必要な密度を有する完全占有アレイ１５０を使用することが望ましくないことがある。疎らなアレイ１５０を使用する場合、それぞれの発光体１６２は、２つ以上の画素を含む１つの画素ゾーンに対応する。したがって、単一の発光体１５０を使用して見る人の網膜上に２つ以上の画素を生み出すことができる。
【００５５】
動作について説明すると、アレイ１５０のそれぞれの発光体１６２が実質的に同時にまたは順番に光を発射して、それらのそれぞれの画素ゾーンの画素を生成する。次いで、それぞれの発光体１６２がそれぞれ光を発射してそれらのそれぞれの画素ゾーンの別の画素を生成するように、アレイ１５０、曲面鏡１０８および適用可能な場合にレンズ１８６のうちの少なくとも１つをｘ軸方向に水平に移動させ、他の構成要素はを静止した状態に維持する。代替実施形態では、曲面鏡１０８をｚ軸の周りで傾け、アレイ１５０および適用可能ならばレンズ１８６を静止した状態に維持する。図９Ａの実施形態のようにレンズ１８６が存在する場合には、曲面鏡１０８およびアレイ１５０を静止した状態に維持し、レンズ１８６をｚ軸の周りで傾ける。前述のいずれかの水平走査技法によって見る人の網膜を水平に走査した後、垂直走査を実行するための前述のいずれかの技法を使用した垂直走査によって、見る人の網膜１１６上に追加の画素を生成する。代替実施形態では、垂直走査を最初に実行し、次いで水平走査を実行する。
【００５６】
図１３に、発光体アレイ１５０が疎らに占有されている場合に必要な水平走査を排除しまたは低減させる、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ２０６を示す。ディスプレイ２０６は、図４および８のディスプレイ１４８、１８２によく似た構造を有する。したがって、簡潔にするために、ディスプレイ１４８、１８２、２０６内の同一の構成要素には同じ参照符号を付し、３つのディスプレイ１４８、１８２、２０６間で構成要素の機能が異ならない限り、それらの構造および機能の説明は繰り返さない。発光体１６２のアレイ１５０を１つだけ有する代わりに、ディスプレイ２０６は３つのアレイ１５０ａ〜１５０ｃを含み、これらのアレイは、それぞれの個々のアレイによって生み出される隣接する画素間を「補間」するために使用することができ、したがって垂直列の照明器の割合を増大させることができる。これによって、水平軸方向に走査する必要性を低減させまたは排除することができる。２つ以上のアレイ１５０を使用することによってさらに、曲面スキャナによって提供される垂直視界を増大させることができ、したがって所与の垂直視界に対する曲面スキャナの垂直走査角を小さくすることができる。２つ以上のアレイ１５０を使用することによって、単一のアレイよりも大きな視界を生み出すことができ、したがって見る人がより熱中できる環境を可能にすることができる。さらに、他のアレイの対応する発光体が故障した場合の「ホットスワップ可能な（ｈｏｔ−ｓｗａｐｐａｂｌｅ）」予備アレイとして、追加のアレイ１５０を使用することができる。このようなスワッピング（ｓｗａｐｐｉｎｇ）は、必要に応じて全部の発光体または個々の発光体を置換するときに実行することができる。スワッピングは一般に、全体として、所望の画素位置合せレベルを維持することを容易にするという利点を有する。あるいは、ディスプレイの明るさを増大させるために追加のアレイ１５０を使用することもできる。
【００５７】
図１４および１５に、眼鏡２８４に物理的に取り付けられたシースルーディスプレイの形態の、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ２８０を示す。眼鏡２８４は、それぞれがレンズ２９２を含んだ一般に楕円形の一対のレンズホルダ２９０を有するフレームを含む。レンズホルダ２９０はブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）２９４によって互いに接続されている。それぞれのレンズホルダ２９０の外側の部分にはつる２９６が取り付けられており、つるはそれぞれのレンズ２９２から遠ざかる方向に延びている。レンズ２９２は、矯正レンズ（近視または遠視矯正用）、サングラスレンズ、偏光レンズ、あるいは現在知られているまたは今後開発される他のタイプのレンズとすることができる。
【００５８】
走査ビームディスプレイ２８０は、それぞれのレンズ２９２の後ろに配置された曲面鏡２０９（例えば球面鏡）を含む。曲面鏡２０９は、ブリッジ２９４から外側へ突き出たそれぞれの鏡支持体２０７によって所定の位置に固定されている。曲面鏡２０９は、レンズ２９２を通した眺めを曲面鏡２０９が不明瞭にしない十分に小さく、見る人の眼に十分に近いものであることが好ましい。さらに、曲面鏡２０９を半透明にして、レンズ２９２を通した遠くの物体の眺めが不明瞭になる可能性をさらに低減させることができる。これは曲面鏡２０９がその物体の眺めを不明瞭にしないからである。いくつかの実施形態では、曲面鏡２０９を複屈折曲面鏡とし、アレイ２２０内の発光体からの光を曲面鏡２０９に対して直交偏光させる。曲面鏡２０９の極性は、アレイ２２０内の発光体からの光がフィルタ２２６に対して平行に偏光されるように合わせることができる。あるいは、アレイ２２０内の発光体からの光の波長に対応する狭い帯域の光を反射するように曲面鏡２０９を設計する。
【００５９】
ディスプレイ２８０はさらに、ブリッジ２９４に取り付けられたアクチュエータ２１０を含み、これは回転電磁アクチュエータとすることができる。アクチュエータ２１０のそれぞれの端部から細長い光支持棒２１６が延び、支持棒２１６はその端部において、発光体の直線アレイ２２０をそれぞれ支持する。図２０に最もよく示されているように、アレイ２２０は、曲面鏡２０９の湾曲と符合するように湾曲している。アクチュエータ２１０は、支持棒２１６を介してアレイ２２０を、垂直または水平、あるいはこの両方の方向に選択的に移動させることができる。アクチュエータ２１０および光支持棒２１６は、アレイ２２０が上下に移動するときに曲面鏡２００とアレイ２２０の間の距離が一定に保たれるように構成することができる。支持棒２１６は、アレイ２２０内の発光体に信号を結合する導線（図示せず）を担持することができる。それぞれのレンズホルダ２９０にはさらに、図４のディスプレイ１４８の光フィルタ１５６と同じ機能を果たす光フィルタ２２６が取り付けられている。代替実施形態では、発光体がアクチュエータの近くに取り付けられ、それらの発射光は、ライトパイプ（ｌｉｇｈｔ  ｐｉｐｅ）を使用して発光面まで送られる。
【００６０】
走査ビームディスプレイ２８０は、ディスプレイ１４８、１８２に関して先に説明したのと同じ方法で動作する。しかし、レンズ２９２およびフィルタ２２６を通して物体を見ることができるため、ディスプレイ２８０は、ディスプレイ２８０によって生成された画像がレンズ２９２越しに見える景色の上に重なるシースルーディスプレイとして機能する。代替実施形態では、曲面鏡２００が支持体２０７によってアクチュエータ２１０に結合され、アレイ２２０は支持棒２１６によって固定され支持される。曲面鏡２００を、垂直または水平あるいはその両方の方向に移動させて、見る人の網膜上への光の走査を、前述の任意の実施形態で実行されるのと同じ方法で実行することができる。
【００６１】
図１６および１７に、一実施形態に基づくシースルーディスプレイ２０８を示す。このディスプレイ２０８も眼鏡２１０の中に組み込まれており、この眼鏡もやはり、それぞれレンズ２１５を含み、ブリッジ２１８によって互いに接続された一般に楕円形の一対のレンズホルダ２１４を含むフレーム２１２を有する。それぞれのレンズホルダ２１４の外側の部分にはそれぞれのつる２２０が取り付けられている。ディスプレイ２０８は図１９および２０のディスプレイ２８０とは異なり、図１９および２０の実施形態の場合のようにブリッジの中ではなくそれぞれのつる２２０の中に走査機構２２４を含む。図１７に最もよく示されているように、走査機構２２４は、支持バー２３２を回転させる回転可能に取り付けられた電磁アクチュエータ２３０を含む。支持バー２３２は全体にＬ字形の形状を有し、その一端には任意選択の釣合い重り２３６が取り付けられており、もう一端には発光体２４２または発光位置の直線アレイ２４０が取り付けられている。支持バー２３２は軽量マグネシウム合金から形成することができる。任意選択の釣合い重り２３６は振動を低減させ、近くに取り付けられる光源を収容することができる。位相を約１８０度ずらして左眼と右眼を走査することによって振動をさらに低減させることができる。したがって、走査機構２２４は、直線アレイ８４０を概ね垂直ｚ軸方向に回転させることで、直線アレイ２４０から発射された光を垂直ｚ軸方向に走査することを可能にする。
【００６２】
アレイ２４０は曲面鏡２５０を照らすように配置される。曲面鏡２５０は、反射コーティング２５８でレンズ２１５をコーティングすることによって形成することができる。反射コーティング２５８は例えば、アレイ２４０内の発光体２４２によって発射される光の波長の範囲内の光だけを反射する狭帯域反射コーティングである。光フィルタ２６０は図示のように配置され、図４のフィルタ１５６と同様に、曲面鏡２５０から反射された見る人の顔または眼からの外来光を減衰させるように機能する。
【００６３】
図１８に、ヘッドセットの形態の一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ６００を示す。ディスプレイ６００は、図８のディスプレイ１８２と同様に、大きな曲面鏡６１０を静止した状態に維持し、ハウジング６０８の中に囲われた発光体アレイ（図示せず）を移動させて、曲面鏡６１０からの平行光を見る人の網膜上に走査することによって機能する。ディスプレイ６００は、見る人の頭部６０４の頂部にぴったりとはまるように適当に構成された支持構造６０２を含む。ディスプレイ６００はさらに、支持構造６０２から見る人の頭部６０４の側面に沿って延びるディスプレイ支持体６０６を含む。ディスプレイ支持体６０６は、見る人の眼の前に横方向から突き出したハウジング６０８を含む。ディスプレイ支持体６０６およびハウジング６０８はさらに、図１７の走査機構２２４と同様に機能する走査機構を収容するための構造を含む。したがって、ディスプレイ支持体６０６およびハウジング６０８は、ハウジング６０８内の見る人の眼の前に垂直に配置された発光体アレイ（図示せず）を移動させるように構成された走査機構を収容する。ディスプレイ６００はさらに、曲面鏡６１０が取り付けられた鏡支持体６１４を含む。鏡支持体６１４は、発光体アレイ（図示せず）から発射された光が曲面鏡６１０によって受け取られ、受け取られた光を平行ビームとして反射するように、ハウジング６０８および見る人の眼の前に曲面鏡６１０を配置する。曲面鏡６１０が部分的に透明である場合、ディスプレイ６００はシースルーディスプレイとして構成される。ディスプレイ６００は、眼鏡に取り付けられた図１４および１６のディスプレイ２８０、２０８に代わる、よりかさばらずより安価なディスプレイを提供する。
【００６４】
図１９および２０に、携帯電話器７０２に取り付けられた一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ７００を示す。ディスプレイ７００は、静止鏡および可動光源を使用する前述の任意のディスプレイと同様に機能する。携帯電話器は従来の任意のタイプの携帯電話器とすることができる。図１９および２０に示した電話器７０２は、フリップ（ｆｌｉｐ）式に開閉するように蝶番式に取り付けられた従来の電話器ディスプレイ（すなわち通話した電話番号、住所などを表すためのディスプレイ）を有するフリップ式の電話器である。しかし他のタイプの携帯電話器を使用することもできる。電話器７０２は、電話器７０２の基部に組み込まれたディスプレイ７００を含む。ディスプレイ７００は、曲面鏡７０６と、７０５の方向に移動するように構成された発光体アレイ７０４とを含む。ディスプレイ７００によって生成された走査画像は、ビューイングアパーチャ７０４を通して見る人によって見られる。曲面鏡７０６は、電話器７００の基部に一対のアーム７１０によって取り付けられており、これらのアーム７１０は、図１９に示すように電話器７０２のハウジング７１２から延び、図２０に示すようにハウジング７１２内に格納されるように構成されている。ディスプレイ７００のアーム７１０を手で延ばして、電話器７０２の基部から曲面鏡７０６を遠ざけることができ、またはアクチュエータを使用してアーム７１０を延ばして、電話器７０２の基部から曲面鏡７０６を遠ざけることができる。
【００６５】
図２１に、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイ２７０を示す。ディスプレイ２７０は、図８のディスプレイ１８２に含まれるものと同じ多くの構成要素を有する。したがって、簡潔にするために、２つのディスプレイ１８２、２７０の互いに対応する構成要素には同じ参照符号を付し、それらの構造および動作の説明は繰り返さない。走査ビームディスプレイ２７０は、図８のディスプレイ１８２と３つの点で異なる。第１に、曲面鏡１０８が静止鏡である代わりに、曲面鏡１０８は、水平ｘ軸と垂直ｚ軸など２つの直交軸の周りで曲面鏡１０８を回転させるように構成された作動機構内に取り付けられている。作動機構は、ｘ軸方向に水平に、またはｚ軸方向に垂直に、あるいはその両方の方向に曲面鏡１０８を移動させるように構成することもできる。第２に、ディスプレイ２７０は、見る人の眼１１５の動きを追跡するセンサ２９８を含む。最後に、ディスプレイ２７０は制御システム２７２を含み、これはマイクロプロセッサに基づくシステムとすることができる。制御システム２７２は曲面鏡１０８の位置を制御して、ディスプレイの射出瞳の向きを、射出瞳が常に見る人から見えるように維持する。さらに、またはあるいは、この制御システムは、アレイ１５０の位置および／またはアレイ１５０内の発光体１６２の走査を制御して、ディスプレイ２７０が見る人の眼１１５に提示する画像の配置を制御することができる。例えば、レンズ２１５越しに物体を見るために見る人が異なる方向に見ているときに、画像を静止させまたはコンテクストに応じた情報を表示するように、画像をパン（ｐａｎ）しまたは制御することができる。
【００６６】
図２２に、アレイ１５０を電気的および物理的に走査するのに使用することができる、一実施形態に基づく制御システム３００を示す。制御システム３００は、画像に対応するビデオ信号ＶＩＭを受け取る信号処理プロセッサ３０４を含む。信号処理プロセッサ３０４は、画像の行を表すディジタルデータを抽出する。例えば、ビデオ信号ＶＩＭがアナログ信号である場合には、従来のアナログ／ディジタル変換器によってディジタルデータを得ることができる。ビデオ信号ＶＩＭがディジタルデータを含む場合には、このディジタル情報を直接に抽出することができる。信号処理プロセッサ３０４によって生成されたディジタル画像データはデータのグループに分割され、それぞれのグループはその画像の単一の行を表すデータを含む。１本の行に対応するそれぞれのデータグループは行バッファ３０６に格納される。
【００６７】
信号処理プロセッサ３０４はさらに、水平および垂直同期信号ＨＳＹＮＣ、ＶＳＹＮＣを抽出する。水平同期信号ＨＳＹＮＣは画像のそれぞれの行の後に生成され、行カウンタ３０８を増分するために使用される。行カウンタ３０８は対応する行アドレスを生成する。したがって、行カウンタ３０８からの行アドレスは、バッファ３０６の中に格納された画像データの行を識別する。それぞれの水平同期信号ＨＹＳＮＣの後、行バッファ３０６から１行の画像データが取り出され、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３１０に供給される。（行バッファ３０６はクロック信号と同期して動作する。平明にするためクロック信号は図２２から省いた。）Ｄ／Ａ変換器３１０はこのディジタルデータをアナログ信号に変換し、このアナログ信号は増幅器３１４で増幅され、マルチプレクサ（「ＭＵＸ」）３２０の入力に入力される。マルチプレクサ３２０は、再循環画素カウンタ３２４からのディジタル制御値によって制御される。マルチプレクサ３２０は、増幅器３１４の出力を、この制御値によって決定された１つの出力に結合する。マルチプレクサ３２０のそれぞれの出力は、アレイ１５０内のそれぞれの発光体１６２１、１６２２、．．．、１６２Ｎに結合されている。画素カウンタ３２４は、位相同期ループ（「ＰＬＬ」）３３０の出力によって増分される。
【００６８】
位相同期ループ３３０は、ＨＳＹＮＣ信号の位相をフィードバック信号ＶＦの位相と比較する位相検出器３３４を含む。位相検出器は、フィードバック信号ＶＦの位相とＨＳＹＮＣ信号の位相の差に対応する大きさを有する誤差信号ＶＥを出力する。この誤差信号ＶＥは、ループフィルタ３３８によって増幅され、低域フィルタリングされて、制御信号ＶＣを生成する。制御信号ＶＣは、電圧制御発振器（「ＶＣＯ」）３４０によって生成される信号の周波数を制御するために使用される。フィードバック信号ＶＦは、周波数分割器３４４を通してＶＣＯ３４０の出力を結合することによって生成される。周波数分割器３４４は、ＶＣＯ３４０の出力からの信号の周波数を、アレイ内の発光体１６２の数「Ｎ」で割る。したがって、ＶＣＯ３４０は、ＨＳＹＮＣパルスごとにＮ個のパルスを出力する。Ｎ個のパルスがそれぞれ画素カウンタ３２４を増分し、そのため、それぞれのＨＳＹＮＣパルスの後に、増幅器３１４の出力が、アレイ１５０内のそれぞれの発光体１６２１、１６２２、．．．、１６２Ｎに順番に結合される。
【００６９】
行カウンタ３０８は、その時点でマルチプレクサ３２０に入力中のアナログ信号の行に対応するディジタル値を生成する。このディジタル値はアクチュエータ３５０に入力され、アクチュエータ３５０は、行カウンタ３０８からのディジタル信号の値に対応する位置にアレイ１５０を垂直に移動させる。行カウンタ３０８は、それぞれの画像フレームの開始時に生成される垂直同期（「ＶＳＹＮＣ」）パルスによってリセットされる。
【００７０】
図２３に、可動鏡を使用する前述のディスプレイ実施形態の多くで使用することができる、走査曲面鏡アセンブリ４０５の一実施形態を示す。走査曲面鏡アセンブリ４０５は、曲面反射面４０３を有するプラスチック板４０２を含む。いくつかの実施形態では曲面反射面４０３が球面である。補剛用リブ４１４を有する支持フレーム４０４がプラスチック板４０２を支持し、支持フレーム４０４は、特に走査加速に起因する動荷重の下で、プラスチック板４０２の形状を維持するのを助ける。支持フレーム４０４は、インサート成形、接着、機械的固定、音波溶接または他の適当な技法によってプラスチック基板４０２に張り付けることができる。支持フレーム４０４にはばね４０６ａおよび４０６ｂが取り付けられており、これらはハウジング（図示せず）に回転可能に取り付けられる。一実施形態では、支持フレーム４０４によって支持されている間にプラスチック板４０２を成形して曲面反射面４０３を形成する。この実施形態では、この成形プロセス中にプラスチック基板４０２および支持フレーム４０４が受ける温度および圧力によって、プラスチック板４０２の下面が支持フレーム４０４に接合する。光学等級の低密度プラスチックからプラスチック板４０２を形成することによって、走査加速中のシステムの慣性負荷を望ましく小さく保ち、それでもなお、光を反射するために必要な光学特性を得ることができる。軽量の支持フレーム４０４がプラスチック基４０２に対する支持を提供し、そのため、プラスチック板４０２／支持フレーム４０４は走査加速に耐える十分な剛性を示し、システムの慣性モーメントは望ましくないほどには増大しない。一実施形態では、システムの質量を望ましくないほどまでに増大させることなくプラスチック板４０２に構造的支持を提供するため、支持フレーム４０４が鋳造軽量マグネシウム合金から形成される。
【００７１】
走査鏡アセンブリ４０５が軸４１０また軸４１２あるいはその両方を軸にして回転することができるように、走査鏡アセンブリ４０５は、ハウジング（図示せず）に回転可能に取り付けられたばね４０６ａおよび４０６または他の適当な取付け構造体によって支持される。この回転アセンブリの質量分布とばね４０６ａおよび４０６ｂのばね定数を整合させることによって、当技術分野で知られているように、１つまたは複数の共振周波数が選択される。
【００７２】
いくつかの実施形態では、支持フレーム４０４に張り付けられた駆動永久磁石４０８ａおよび４０８ｂを使用することによって、走査鏡アセンブリ４０５の回転を達成する。走査鏡アセンブリ４０５は、磁界に応答して、軸４１０と４１２のうちの少なくとも一方の軸の周りで回転する。一実施形態では、駆動磁石４０８ａおよび４０８ｂが支持フレーム４０４の下に張り付けられる。しかし、磁石の間隔については、図２４に示すように他の構成を使用することもできる。例えば、一実施形態によれば、支持フレーム４０４のそれぞれの角の下に磁石を配置する。駆動磁石４０８ａおよび４０８ｂならびに他の磁石（図示せず）は、実質的に平行な垂直磁界と整列させる。
【００７３】
図２４に、走査鏡アセンブリ４０５と同様の走査曲面鏡アセンブリ８０５を利用した走査ビームディスプレイの代替実施形態８００を示す。したがって、簡潔にするために、両走査鏡アセンブリ４０５、８０５内の互いに同一の構成要素には同じ参照符号を付し、２つの走査鏡アセンブリ４０５、８０５間で構成要素の機能が異ならない限り、それらの構造および機能の説明は繰り返さない。走査鏡アセンブリ８０５では、駆動永久磁石４０８ａ〜４０８ｄが、支持フレーム４０４の下ではなしに、支持フレーム４０４の角に隣接した支持フレーム４０４の横に張り付けられている。走査ビームディスプレイ８００は、走査鏡アセンブリ８０５および関連構成要素を収容するハウジング８０２を含む。走査ビームディスプレイ８００は、それぞれの駆動磁石４０８ａ〜４０８ｄに対応する４つの垂直電磁石８０６ａ〜８０６を含む。対応する駆動磁石４０８ａ〜４０８ｄと電磁石８０６ａ〜８０６ｄの間には永久磁石８１０ａ〜８１０ｄが配置されている。アレイ８０４と曲面反射面４０３の間に適当な距離を置くため、４つの電磁石８０６ａ〜８０６ｄは、発光体アレイ８０４と曲面反射面４０３の間に配置されている。
【００７４】
動作について説明すると、４つの電磁石８０６ａ〜８０６ｄは対応する磁界を発生させて、走査鏡アセンブリ８０５を軸４１０および４１２を軸にして選択的に回転させる。軸４１０を軸とした回転は、対応する駆動磁石４０８ａおよび４０８ｃの垂直磁界と同じ線上にある垂直磁界を、電磁石８０６ａおよび８０６ｃから発生させて、それらの間に引力を働かせることによって達成することができる。軸４１０を軸とした逆方向の回転は、対応する駆動磁石４０８ｂおよび４０８ｄの垂直磁界と同じ線上にある垂直磁界を、電磁石８０６ｂおよび８０６ｄから生成させて、それらの間に引力を働かせることによって達成することができる。同様に、軸４１２を軸とした回転は、対応する駆動磁石４０８ａおよび４０８ｂの垂直磁界と同じ線上にある垂直磁界を、電磁石８０６ａおよび８０６ｂから生成させて、それらの間に引力を働かせることによって達成することができる。軸４１２を軸とした逆方向の回転は、対応する駆動磁石４０８ｃおよび４０８ｄの垂直磁界と同じ線上にある垂直磁界を、電磁石８０６ｃおよび８０６ｄから生成させて、それらの間に引力を働かせることによって達成することができる。駆動磁石４０８ａ〜４０８ｄと電磁石８０６ａ〜８０６ｄの間に配置された永久磁石８１０ａ〜８１０ｄの向きは、それぞれの電磁石８０６ａ〜８０６ｄによって発生した垂直磁界を除去した後に、永久磁石８１０ａ〜８１０ｄの極が、駆動磁石４０８ａ〜４０８ｄを電磁石８０６ａ〜８０６ｄから離れる方向にバイアスするように決める。したがって、永久磁石８１０ａ〜８１０ｄは、永久磁石８１０ａ〜８１０ｄがない場合に起こる可能性がある、電磁石８０６ａ〜８０６ｄと対応する駆動磁石４０８ａ〜４０８ｄの間の接合を防ぐのに役立つ。
【００７５】
ディスプレイ８００はさらに、アレイ８０４と電磁石８０６ａ〜８０６ｄの間に配置された、図４のフィルタ１５６と同じ機能を果たすフィルタ８１４を含む。アレイ８０４から発射された光の走査は、発光体の静止アレイおよび可動鏡を使用する前述の任意の走査ビームディスプレイと同じ方法で実行される。走査光はビューイングアパーチャ８１６を通して見る。また、走査鏡アセンブリ４０５および８０５を磁気作動機構を使用するものとして説明したが、圧電または静電作動機構を使用することもできる。
【００７６】
図２５は、可動鏡を使用する前述の実施形態の多くのディスプレイで使用するのに適した走査曲面鏡アセンブリ５００を製作する方法の一実施形態を示す概略図である。走査曲面鏡アセンブリ５００は２枚のウェーハを使用して製作することができ、第１のウェーハ（例えばシリコンウェーハ）は、２軸走査フレーム用の適当なジオメトリを有するように形成し、他のウェーハは、光学等級のプラスチックウェーハから形成する。このプラスチックウェーハを成形して複数のプラスチック鏡５０４を形成し、次いでこれらを、相互接続されたそれぞれの走査フレーム５０２に、エポキシスクリーン印刷法などの接合技法を使用して接着剤５０６で接合する。例えば、走査フレーム５０２の選択位置にスクリーン印刷法によってエポキシを塗布し、エポキシが付いた位置に複数のそれぞれのプラスチック鏡５０４を置いて、走査フレーム５０２をそれぞれのプラスチック鏡５０４に接合する。走査フレーム５０２内のプラスチック鏡５０４の間隔は走査フレーム５０２のピッチと一致させる。接合後、プラスチック鏡５０４および走査フレーム５０２を、図２６に示す個々のアセンブリに切断する。
【００７７】
プラスチック鏡５０４は、適当な光学仕上げを有する曲面を有し、Ｔｈｅｔａ−Ｄ（最大走査角に鏡直径を掛けたもの）の要件を達成するのにも役立つ。実際に瞳孔に入射する部分をビームの投影している鏡の部分に対して、平面性を考慮することができることに留意されたい。鏡の表面の直径２ｍｍの任意の領域にわたって必要な平面性を達成することは、鏡全体にわたって一度に平面性を達成するよりも容易である。このより大きな距離にわたる表面湾曲を、互いに対する画素位置の歪みを防ぐ十分に一貫した湾曲にする。光学等級のプラスチックは一般にシリコンよりも密度がはるかに小さく（すなわちより小さい慣性負荷を生み出し）、光学等級プラスチックは、構造完全性に関して最適化するために次第に薄くなる厚さを有するように成形することができる。シリコンプロセスははるかに制限が多く、しばしば最適な構造断面を与えない。留意すべき第３の点は、球面構造の方が平面構造よりも一般に強固であるということである。これらの因子は、非常に高いＴｈｅｔａ  Ｄを有する二次元のスキャナに資する。
【００７８】
図２７に、走査ビームディスプレイ２７０４を使用して見る人１１５の眼に画像を提供する、一実施形態に基づくカメラなどのシステム２７０２のブロック図を示す。任意選択のディジタル画像捕捉サブシステム２７０６は、マイクロコントローラ２７０８によって制御されて、ユーザインタフェース２７１０を介して受け取ったユーザ制御に従って静止またはビデオ画像を連続的にまたは選択的に捕捉する。ユーザの希望に従って、画像またはビデオを局所記憶装置２７１２に記憶し、かつ／あるいは入出力インタフェース２７１４を介して外部システムに送信することができる。システム２７０２を制御して、画像捕捉システム２７０６が受け取ったライブ画像を表示し、あるいは記憶装置２７１２から取り出した記憶画像またはビデオを表示することができる。
【００７９】
図２８に、走査ビームディスプレイ２７０４を使用して見る人１１５の眼に画像を提供する、一実施形態に基づくメディアビューイングシステム（ｍｅｄｉａ  ｖｉｅｗｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）２８０２のブロック図を示す。メディアビューイングシステム２８０２は、メディアデリバリインフラストラクチャ（ｍｅｄｉａ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）２８０４から画像を受け取る。メディアデリバリインフラストラクチャ２８０４には例えば、インターネット、携帯電話網、衛星システム、地上放送またはケーブルテレビ、プラグインカード、ＣＤまたはＤＶＤ、あるいは当技術分野で知られている他のメディア源を介したビデオ画像または静止画像の送達サービスが含まれる。図２８の例では、アクセスポイント２８０６が、無線インタフェース２８０８と、メディアビューワ２８０２の残りの部分に通信インタフェース２７１４を介してインタフェースされた無線インタフェース２８１０とを介して、メディアビューワ（ｍｅｄｉａ  ｖｉｅｗｅｒ）２８０２の入出力に信号を送る。本明細書では用語「通信インタフェース」が、集合的に、無線インタフェース２８１０（例えば図示のアンテナ）、ならびにそれが接続された無線および／または他のインタフェースを指すために使用される。メディアは、ディスプレイ２７０４上で見るために、通信インタフェースを介してリアルタイムで送達することができ、あるいはマイクロコントローラ２７０８によって局所記憶装置２７１２にバッファすることができる。ユーザインタフェース２７１０を含むユーザ制御を使用して、メディアの受取りおよび表示を制御することができる。メディアビューイングシステム２８０２は例えば、ポケットメディアビューワ、携帯電話、ポータブルインターネットアクセスデバイスあるいは他の有線または無線デバイスとして構成することができる。
【００８０】
曲面鏡を使用するものとして実施形態を説明してきたが、代替実施形態によれば、本明細書に記載の曲面鏡の代わりに回折光学要素を使用することができる。フレネル型の鏡に対する適合など、鏡形状に対する変更が本発明の範囲に含まれ、任意の形状の回折要素への適合も同様であることを理解されたい。簡潔かつ明確にするため、用語「曲面鏡」はこのような代替鏡タイプを含むことを理解されたい。
【００８１】
開示した実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および詳細の変更を実施することができることを当業者は認識しよう。例えば、さまざまな実施形態の走査を「垂直」および「水平」方向に関して説明したが、これらの代わりに、他の直交および非直交軸に沿った走査を使用することができることを理解されたい。さらに、走査ビームディスプレイを網膜スキャナとして使用するためのものとして説明したが、走査ビームディスプレイを使用して、ディスプレイスクリーンなどの他のタイプの画像面上に画像を形成することもできる。このような変更は当業者の技能の範囲に含まれる。したがって本発明は添付の請求項による以外は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】軸外れ光源を使用した一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図２】図１の走査ビームディスプレイよりもコンパクトな、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図３】図１の走査ビームディスプレイよりもコンパクトな、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図４】図１の走査ビームディスプレイよりもコンパクトな、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図５】パッケージ化された一実施形態に基づく図４のディスプレイの概略断面図である。
【図６】図５のディスプレイの概略等角図である。
【図７】図５のディスプレイのさまざまな構成要素を示す、図５のディスプレイの概略等角分解図である。
【図８】ディスプレイが発光体のアレイを移動させ、曲面鏡が静止したまま動かない、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図９Ａ】ディスプレイが、見る人の眼と発光体のアレイとの間に配置されたレンズを含む、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図９Ｂ】見る人の眼と発光体のアレイとの間に配置され、ある範囲の見る距離を許容する、一実施形態に基づく可変出力対物レンズ光学要素の概略断面図である。
【図９Ｃ】複数の対物レンズ光学要素の中から選択する一実施形態に基づく単純な機構の、見る人の側から見た立面図である。
【図１０】一実施形態に基づくシースルー走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図１１】パッケージ化された図１０のディスプレイの概略等角図である。
【図１２】図１１の実施形態の主要な構成要素を示す概略等角分解図である。
【図１３】発光体のアレイを３つ使用した一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図１４】ディスプレイが眼鏡に取り付けられた、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図１５】図１４の走査ビームディスプレイの概略等角分解図である。
【図１６】ディスプレイが眼鏡に取り付けられた、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略等角図である。
【図１７】図１６の走査ビームディスプレイの概略部分断面図である。
【図１８】見る人の頭部に装着するように構成された支持構造を有する、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略等角図である。
【図１９】携帯電話器に組み込まれた、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略等角図である。
【図２０】走査ビームディスプレイおよび電話器ディスプレイが閉じた図１９の携帯電話器の概略等角図である。
【図２１】見る人の眼の動きに伴って表示画像が移動する、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略断面図である。
【図２２】図１から２１のディスプレイとともに使用することができる一実施形態に基づく制御システムのブロック図である。
【図２３】一実施形態に基づく走査鏡アセンブリの概略等角図である。
【図２４】磁気アクチュエータシステムを使用して作動させる走査鏡アセンブリを使用した、一実施形態に基づく走査ビームディスプレイの概略等角図である。
【図２５】相互接続された複数の走査フレームとそれに接合された個々の鏡とのアセンブリの概略平面図である。
【図２６】図２５のアセンブリから切断された個々の走査鏡アセンブリの概略断面図である。
【図２７】スチールカメラもしくはビデオカメラまたは他の記憶画像表示システムとともに使用され、あるいはこれらのサブシステムとして使用される、一実施形態に基づく走査光ディスプレイシステムのブロック図である。
【図２８】ストリーミングおよび／または無線メディア源からユーザに静止画像および／またはビデオ画像を提供することができる、一実施形態に基づくメディアビューワのブロック図である。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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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【図２８】
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