(57)【要約】個人が、投影形式で、リアルタイムに、昼又は夜に、要求に応じて他の個人と情報を収集、共有及び利用することを可能にする小さな携帯型の「ポケットペンサイズ」プロジェクタ／画像取り込み装置。超高密度ＭＥＭＳミラーディスプレイアレイは、１０２４×７６８のラインの投影ディスプレイを提供する。軸上の５１２×３８４のカラーＣＣＤ画像化装置も、含められ、その結果、デジタル的に調整された画像取り込み及び重ね合わせ表示機能が得られる。順次アドレス指定される３つのカラーチップレーザー及び低コストのプラスチック光学系は、グループでの閲覧のためにフルカラー高解像度の明るいディスプレイを提供する。３Ｄカラー画像化は、３次元画像の取り込みを可能にする,装置への双眼鏡アタッチメントによって提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
視野に入った画像を取り込む画像取り込み手段と、
表示手段上に画像を投影する画像投影手段と、
前記画像取り込み手段と画像投影手段の両方を軸上配置で収容する比較的小さな手持ち式装置と、
視野に入った画像からの光を前記画像取り込み手段に送ることと、かつ前記画像投影手段からの光を前記表示手段に送ることの両方を時分割方式動作モードで行う前記手持ち式装置上に配置された光学手段とを備える、画像の取り込みと画像の投影の両方を行う機器。
【請求項２】
前記手持ち式装置は、概ね円筒型の断面を有する細長い本体で構成される請求項１に記載の機器。
【請求項３】
前記手持ち式装置は、概ね、ポケットペンの形状とサイズである請求項２に記載の機器。
【請求項４】
前記画像取り込み手段は、光感受性半導体装置のアレイからなる請求項１に記載の機器。
【請求項５】
前記半導体装置は、電荷結合素子からなる請求項４に記載の機器。
【請求項６】
前記電荷結合素子は、ＣＭＯＳ装置からなる請求項４に記載の機器。
【請求項７】
前記半導体装置は、赤外線放射に対して感受性を有するとともに色感受性である請求項４に記載の機器。
【請求項８】
前記半導体装置は、電荷結合素子からなる請求項７に記載の機器。
【請求項９】
前記電荷結合素子は、ＣＭＯＳ装置からなる請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
前記画像投影手段は、マイクロミラーアレイと、マイクロミラーアレイに投影される画像の光信号を生成する光源と、光源の動作とマイクロミラーアレイの駆動を制御するコントローラを含む請求項１に記載の機器。
【請求項１１】
前記マイクロミラーアレイは、ＭＥＭＳミラーアレイからなる請求項１０に記載の機器。
【請求項１２】
前記ＭＥＭＳミラーアレイは、各画像フレームにおいて所定期間、実質的に平坦なＯＦＦ状態と、上向きに角度が付けられたＯＮ状態との間で選択的に駆動されるミラー要素のマトリックスを含む請求項１１に記載の機器。
【請求項１３】
前記ミラー要素は、ＯＮ状態で２０度まで又は２０度程度上向きに角度が付けられる請求項１２に記載の機器。
【請求項１４】
前記所定期間は、所望の画像強度の関数として変化する請求項１３に記載の機器。
【請求項１５】
前記光源は、カラー画像を生成するために順次駆動される複数の相互に異なる光源を備える請求項１０に記載の機器。
【請求項１６】
前記複数の相互に異なる光源は、赤，緑及び青光源を含む請求項１５に記載の機器。
【請求項１７】
赤，緑及び青光源の相補的な色の対は、シアン、マゼンダ及び黄色光源を実現するために同時に動作させられ、それによって、生成されるカラー画像の明るさを実質的に２倍にする請求項１６に記載の機器。
【請求項１８】
前記赤，緑及び青光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードからなる請求項１６に記載の機器。
【請求項１９】
前記複数の相互に異なる光源は、紫外光源をさらに含む請求項１６に記載の機器。
【請求項２０】
前記紫外光源は、発光ダイオード又はレーザーダイオードからなる請求項１９に記載の機器。
【請求項２１】
前記画像取り込み手段によって取り込まれる両方の画像を格納し、前記画像投影手段による投影の前に画像を格納するメモリをさらに備える請求項１に記載の機器。
【請求項２２】
前記メモリは、前記画像取り込み手段によって生成される画像と、ＲＦ信号経路を介して前記機器と通信する遠隔信号源から送信される画像の両方を格納する請求項１に記載の機器。
【請求項２３】
前記遠隔信号源は、基地局、又は基地局との空中通信リンクからなる請求項１に記載の機器。
【請求項２４】
前記遠隔信号源での使用のために取り込み画像を前記遠隔信号源に送信し、前記画像投影手段による投影のために前記遠隔信号源から送信される画像を前記メモリにダウンロードする送信／受信器手段をさらに備える請求項２２に記載の機器。
【請求項２５】
前記遠隔信号源から前記メモリに前記画像をダウンロードすることは、前記送信される画像の注釈を含む請求項２４に記載の機器。
【請求項２６】
前記遠隔信号源に送信される取り込み画像の前記使用は、画像評価及び／又はさらなる画像処理を含む請求項２４に記載の機器。
【請求項２７】
前記遠隔信号源での前記使用は、自動ターゲット認識を含む請求項２４に記載の機器。
【請求項２８】
前記光学手段は、前記装置の一端に配置された対物レンズを少なくとも含む光学投影システムと、
前記対物レンズの後ろに配置され、前記対物レンズによって取り込まれる光を前記画像取り込み手段の方向に折り曲げ、かつ画像投影手段からの光を実質的に妨害することなく自身を通過させて対物レンズの方向に送るビームスプリッタとを備える請求項１に記載の機器。
【請求項２９】
前記ビームスプリッタは、前記対物レンズに対して４５度程度の角度に向けられている請求項２８に記載の機器。
【請求項３０】
前記光学投影システムは、Schlieren型マルチレンズ光学投影システムからなる請求項２９に記載の機器。
【請求項３１】
前記ビームスプリッタと前記画像取り込み手段との間に配置され、前記ビームスプリッタからの光を前記画像取り込み手段に送る第２レンズ手段をさらに備える請求項２９に記載の機器。
【請求項３２】
視野に入った画像を取り込む画像取り込み手段と、
表示手段上に画像を投影する画像投影手段と、
前記画像取り込み手段と前記画像投影手段の両方を軸上配置で収容する比較的小さな手持ち式装置と、
前記手持ち式装置上に配置され、視野に入った画像からの光を前記画像取り込み手段に送ることと、かつ前記画像投影手段からの光を前記表示手段に送ることの両方を時分割方式動作モードで行う光学手段とを備え、
前記画像投影手段は、ＭＥＭＳミラーアレイと、マイクロミラーアレイに投影される画像の光信号を生成する光源と、前記光源の動作と前記マイクロミラーアレイの駆動を制御するコントローラを含み、
前記画像投影手段の前記光源は、前記ＭＥＭＳミラーアレイの側に配置され、前記光源の前方に配置され、前記光源からの画像化光を前記マイクロミラーアレイに反射させる折り曲げミラー及びレンズをさらに備える、画像の取り込みと画像の投影の両方を行う機器。
【請求項３３】
視野に入った画像を取り込む画像取り込み手段と、
表示手段上に画像を投影する画像投影手段と、
前記画像取り込み手段と前記画像投影手段の両方を軸上配置で収容する比較的小さな手持ち式装置と、
前記手持ち式装置上に配置され、視野に入った画像からの光を前記画像取り込み手段に送ることと、かつ前記画像投影手段からの光を前記表示手段に送ることの両方を時分割方式動作モードで行う光学手段と、
視野に入った画像の３次元画像を提供する手段とを備える、画像の取り込みと画像の投影の両方を行う機器。
【請求項３４】
前記の３次元画像を提供する手段は、一対の離れて配置された対物レンズと、
前記対物レンズの後ろに配置された一対の内側への反射鏡素子と、
前記反射鏡素子の間に配置された一対の２方向４５度プリズムと、
前記プリズムの隣に配置され、２つの連続した立体画像フレームが前記画像取り込み手段に適用されることを可能にするシャッタ手段とを含む，前記手持ち式装置へのアタッチメントを備える請求項３３に記載の機器。
【請求項３５】
前記視野に入った画像の３次元カラー画像を提供する発光手段をさらに備える請求項３３に記載の機器。
【請求項３６】
前記発光手段は、前記視野に入った画像のカラー画像の２つの連続した光景を提供するために順次交互にエネルギーが与えられる２組の赤，緑及び青発光源を含む請求項３５に記載の機器。
【請求項３７】
赤，緑及び青の相補的な色の対は、カラー画像の明るさを２倍にするようにシアン、マゼンダ及び黄色光源を実現するために同時に動作させられる請求項３６に記載の機器。
【請求項３８】
視野に入った画像の立体効果を生み出すために、
前記２組の赤，緑及び青発光源の一方の前に配置された第１型偏光を有する偏光フィルタ手段と、
前記２組の赤，緑及び青発光源の第２の組の前に配置された第２型偏光を有する偏光フィルタ手段とをさらに含む請求項３６に記載の機器。
【請求項３９】
前記２組の赤，緑及び青発光源内に、指示器光源として働く紫外発光源を含む請求項３８に記載の機器。
【請求項４０】
視野に入った画像を取り込む光感受性半導体装置のアレイを含む画像取り込み手段と、
光画素素子として動作するマイクロミラーアレイと、投影のための画像を生成するために前記光画素素子に加えられる光信号を生成する光源とを含む画像投影手段と、
表示手段上に前記画像を投影するために前記光源の動作と前記マイクロミラーアレイの駆動を制御するコントローラと、
前記画像取り込み手段と画像投影手段の両方を軸上配置で収容する概ね円筒型の断面を有する細長い本体部材と、
前記本体部材内に配置され、前記画像取り込み手段によって取り込まれる両方の画像を格納し、かつ前記画像投影手段による投影の前に画像を格納するメモリと、
前記本体部材に配置され、前記遠隔信号源での使用のために取り込み画像を前記遠隔信号源に送信し、前記画像投影手段による次の投影のために前記遠隔信号源から送信される画像を前記メモリにダウンロードする画像送信器／受信器手段と、
視野に入った画像からの光を前記画像取り込み手段に送ることと、かつ前記画像投影手段からの光を前記表示手段に送ることの両方を時分割方式動作モードで行う光学手段とを備え、
前記光学手段は、前記本体部材の一端に配置された対物レンズと、前記対物レンズの後ろに配置され、前記対物レンズによって取り込まれる光を前記画像取り込み手段の方向に折り曲げ、かつ画像投影手段からの光を実質的に妨害することなく自身を通過させて対物レンズの方向に送るビームスプリッタとを有する、
画像の取り込みと画像の投影の両方を行う比較的小さなポケットペン型手持ち式装置。
【請求項４１】
前記半導体装置は、色感受性電荷結合素子からなる請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記光源は、カラー画像を生成するためのマルチカラー光源からなる請求項４０に記載の装置。
【請求項４３】
前記マルチカラー光源は、赤，緑及び青光源を含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
赤，緑及び青光源の相補的な色の対は、前記カラー画像の明るさを２倍にするようにシアン、マゼンダ及び黄色の光源を提供するために同時にエネルギーが加えられる請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記遠隔信号源は、ＲＦ信号経路によって前記送信器／受信器手段と通信する請求項４０に記載の装置。
【請求項４６】
前記遠隔信号源は、投影又は注釈される画像のダウンロードを行うと共に、前記送信器／受信器手段から送信される取り込み画像の画像評価又は処理を行う基地局、又は基地局に接続される空中通信リンクからなる請求項４０に記載の装置。
【請求項４７】
前記画像評価又は処理は、自動ターゲット認識及び解析を含む請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記マイクロミラーアレイは、長方形アレイ状に配置され、各画像フレームで所定期間、実質的に平坦なＯＦＦ位置から、所定角度に角度が付けられたＯＮ位置へ選択的に駆動される複数のマイクロミラーを含む請求項４０に記載の装置。
【請求項４９】
前記所定期間は、前記複数のマイクロミラーの各マイクロミラーに対する強度の複数の階調を可能にする期間からなる請求項４８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００４年２月９日に出願された仮出願番号No.60/542,300の米国特許法第１１９条（ｅ）の下での主題を含み、かつ優先日を主張する非仮出願であり、仮出願の内容がここに参照によって取り込まれることが意図される。
【０００２】
この発明は、一般的に言えば、時分割方式動作モードでマイクロミラーアレイを用いて、ビジュアル画像の取り込みを行い、かつ格納された画像の投影されたビジュアル画像を生成する機器に関し、より詳しくは、３次元（３−Ｄ）画像を含む画像の取り込み及び投影を行う、ポケットペンのような比較的小さな手持ち式装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）技術の出現で、軍隊は、広い範囲に渡って、ヘルメット取り付け式ディスプレイ及び／又はパーム型手持ち式通信装置を導入することを考えている。ヘルメットディスプレイの場合、高解像度ＸＧＡ品質での閲覧は、可能であるが、そのディスプレイは、基本的に,本質的に「個人の目」であり、個人の集団によって集合的に又は便利に閲覧することができない。ポケットサイズのパームディスプレイは、便利なように小さくすることはできるが、小さくすると、スクリーンエリアが小さすぎて、有効な１０００本のラインの高解像度での閲覧を可能にすることができない。パームスクリーンを大きくすると、高解像度での閲覧性は、改善されるが、パーム装置は、直ぐにその「ポケット」便利性を失い、ラップトップを持ち運ぶ負荷に近づく。
【０００４】
どちらの装置も議論及びグループの意思決定、及び／又は基地の自動ターゲット認識（ＡＴＲ）及び注釈のための大きなスクリーン情報を取り込み、直ぐに表示することはない。また、どちらの装置も、ここで議論されるような、基地のＡＴＲ及び注釈、及び後に続く高解像度での再度の投影のために戦場のシーン及び地図／文書を取り込むことはない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、画像を取り込む電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ、好ましくは赤外（ＩＲ）感受能力を有するカラーＣＣＤアレイと、ディスプレイ機器上に投影された画像を生成するマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）ミラーアレイとを含む、比較的小さな細長い「ポケットペン」型携帯型装置に統合された時分割方式画像取り込み及びプロジェクタシステムに向けられている。
【０００６】
ＣＣＤアレイは、ミラーアレイと精密画素調整された軸上の５１２×３８４の画像化装置からなり、その結果、画像取り込み及び重ね合わせ表示機能を有し、これらは、例えば、限定されないが、取り込み／検索／照合／重ね合わせプロセスによって、軍人による１つの用途では、地図のダウンロード及び／又は知らない地形の同定に有意義に適用できる。
【０００７】
ＭＥＭＳミラーアレイは、５ミクロン角のミラーを用いて製造された高解像度の０．５ｃｍ×０．４ｃｍのＭＥＭＳミラーアレイ投影ディスプレイターゲットからなり、これによって、１０２４×７６８本のラインの投影ディスプレイが得られる。
【０００８】
順次アドレス指定される３色ＬＥＤチップは、Schlieren型マルチレンズ光学投影システムと組み合わせて利用することもでき、この場合、１８インチ×１３．５インチのフルカラーで高解像度の明るいディスプレイが得られる。フルカラーは、少ない視聴者（８〜１０人）用のＸＧＡ解像度でも達成可能である。画像が、要求に応じて遠隔通信装置へ／からアップロードされたり、ダウンロードされたりするように、デジタルメモリ及び計算手段と共に、送信／受信（Ｔ／Ｒ）機器もポケットペン装置の筐体内に配置される。
【０００９】
完全に携帯型のペン／プロジェクタ／画像取り込みポケット装置は、持ち運びに便利であるが、多数人による閲覧のために、高解像度で非常に詳細なラップトップ品質のフルカラー画像を投影可能である。
【００１０】
物理的なアタッチメントも含まれており、例えば後に続く瞬時の３次元（３−Ｄ）投影のための、戦場のようなシーンからの３次元画像の取り込みを可能にする。安価で使い捨ての「紙」のポラロイド（Polaroid）眼鏡を着用することが必要であろうが、眼鏡とプロジェクタの間での電気的な同期は、必要でない。
【００１１】
主題発明による軸上ペンサイズシステムと画像プロジェクタ／取り込み機能の組み合わせは、リアルタイム機能を可能にする。システムの動作の１つのモードは、リアルタイムでの画像取り込み、画像解析及び投影された注釈（projected annotation）である。このモードは、ペンの画像化システムによって取り込まれた地上部隊の視野を解析するために軍において極めて役に立ち得る。
【００１２】
このシステムの送信／受信機能を利用することによって、洗練された自動ターゲット解析及び画像処理のために、画像を基地のような遠隔地に送り返すことができる。解析とペンへの再送信の後、画像は、投影された注釈で、注釈されることが可能である。さらに、連続的に画像を取り込み、解析及び注釈することによってプロジェクタシステムは、遠隔にいる専門家を用いて、現場にいる兵士のようなユーザーに対して、変化する戦場条件について警告及び更新することができる。
【００１３】
さらに、本発明の適用範囲は、後述する詳細な説明から明らかであろう。しかし、詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示唆するものではあるが、例示として与えられることを理解すべきである。なぜなら、本発明の精神及び範囲内で種々の変更及び修正が、詳細な説明から当業者に明らかになるであろうからである。
図面の簡単な説明
【００１４】
例示のためにのみ提供され、従って限定的な意味で考慮されることを意図していない添付図面と共に後述する詳細な説明を考慮すると、本発明は、より十分に理解されるであろう。
【００１５】
図１は、主題発明による携帯型のペン画像プロジェクタの縦断面図である。
図２は、図１に示す本発明の実施形態で利用されるミラーセグメントのアレイのミラーセグメント間のライン間隔を示す。
図３は、本発明の画像投影機能を示す。
図４は、図１に示す画像化及び投影機器の修正された配置を示すダイアグラムである。
図５は、図１に示す本発明の電気ブロック図である。
図６は、図２に示す実施形態の動作の１つのモードを示すダイアグラムである。
図７は、図２及び６に示す投影機器でカラー画像を生成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）の配置を示す。
図８は、図１での携帯型のペンに対する３−Ｄアタッチメントの斜視図である。
図９は、携帯型のペン装置の端に取り付けられた図５に示す３−Ｄ画像を生成するアタッチメントの縦断面図である。
図１０は、本発明の第２実施形態による３−Ｄカラー画像を生成する６つの発光ダイオード及び偏光フィルタの配置を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を参照すると、図１は、主題発明の好ましい実施形態によるプロジェクタ／フレーム取り込み装置システムを示す。このシステムでのキーエレメントは、画像プロジェクタ／画像取り込みヘッド１０である。このヘッド１０は、図１の挿入図内に示され、ポケットペン型筐体１２内に配置されている。符号１１は、ポケットクリップを参照する。挿入図内には、電子的にアドレス指定が可能なマイクロミラーアレイチップ１６を含む超高解像度マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）画像プロジェクタ１４が示されている。チップ１６は、図２に示すように、例えば５ミクロン角ミラー１３の１０２４×７６８のマトリックス（２００ミラー／ｍｍの密度，１３００Åのライン間隔１８）で構成されている。所望により、より高い解像度のために、１０２４×１０２４のマトリックスを利用することができる。
【００１７】
このような高解像度を得るために、電子ビームリソグラフィが利用される。５ミクロン角ミラー１３は、ターゲットのミラー部分を描画するのに約３〜５分を要するＥＢＥＡＭ機器を用いて製造される。ミラー１３間に１３００Åの間隔２８を設け、反射効率約９５＋％が達成され得る。この効率は、従来のラップトップディスプレイの明るさに匹敵する明るい色の０．５メートル角の投影を得るのに十分に高い。ミラーのエッジでのスムーズなラインにより、過度の等方散乱が最小限になり、この非常に（acutely）高密度なアレイに対する回折によって主に制限されるコントラストが高くなることが予測される。５ミクロン角ミラー１３は、サイズが可視波長よりも１０倍以上大きいので、回折散乱が最小になるであろう。
【００１８】
電子的にアドレス指定が可能なマイクロミラーアレイチップ１６は、基板１７上に取り付けられ，チップ１６の下に横たわるドライバセクション１５も含み、制御回路１９に隣接してポケットペン型筐体１２内に配置されている。光学投影システム、例えば図１に示すようにマルチレンズシュリーレン（Schlieren）光学投影システムは、例えばミラーチップ１６に隣接したレンズ２４と共にレンズ２０及び２２と、角度４５°に向けられた、光クロスストップ＃２２の形態のビームスプリッタ２６を含む。画像の入射光は、上向きに折り曲げられ、レンズ２９を通って電荷結合素子（ＣＣＤ）画像化アレイ２８に向かう。一方，画像プロジェクタ１４からの光は、ビームスプリッタ２６に妨げられることなく、ビームスプリッタ２６を透過し、ディスプレイスクリーン３０等に向かう。画像取り込み装置及び投影の別の実施形態は、図４に示し、後で説明する。
【００１９】
ＣＣＤ画像化アレイ２８は、色と所望により赤外（ＩＲ）光の両方に対して感受性を有するＣＭＯＳ装置で構成され、レンズ２０及び２２を通じて視野に入る画像の画像フレーム取り込み装置として働く。ビームスプリッタ２６の４５°の傾きは、最大の固定パターンノイズデカップリングを提供する。
【００２０】
ＭＥＭＳミラーアレイ１６は、高い反射率と、高いフィルファクターを有しており、このことは、与えられたソースでのより明るい投影に繋がる。これは、１０倍の画素サイズと、従って１０倍のチップサイズと、５０％をかなり下回る光学的な明るさを有することがある従来のLiquid Crystal Displays-on-Siliconとは対照的である。
【００２１】
図３は、従来のカラーラップトップディスプレイと関連させて，画像プロジェクタ１４によって投影され得る画像のサイズを示す図である。主題発明では、ディスプレイ３０は、現在の投影装置から，電子ビームリソグラフィを用いた２００個の投影ミラー／ｍｍ（５ミクロンミラー）まで一桁（by an order of magnitude）大きくなる。これによって、例えば８００，０００要素ディスプレイターゲットが、非常に携帯性の良い直径１．５ｃｍのペンフォーマットにフィットするようになる。各投影要素は、面積で１０，０００倍に拡大され、ＸＧＡレベルの色解像度関与（participation）を有する０．５メートル×０．５メートルの高輝度ディスプレイが生成される。
【００２２】
また、ポケットペン装置１２の投影ヘッド１０には、光源３２が含まれている。光源３２は、それぞれが赤、緑及び青に中心波長を有する近接配置された３つの高輝度ＬＥＤ又はレーザーダイオードを含む小型ＬＥＤ又はレーザーダイオードパッケージを含んでいる。これらの色が順次繰り返されるので、移動式カラーホイール（moving color wheel）の効果がシミュレートされ、投影された画像の３色の分離された部分(three color separation portions)が、目の中でフルカラー画像として合成される(combined)。その結果，非常に小さなパッケージ中にフルカラーディスプレイが得られる。４番目の近接配置されたＵＶ  ＬＥＤ又はレーザーダイオードの追加は、図７に示すように光源３２’中に含めることができる。これによって装置１２は、指示モード（designation modes）への道が開ける。
【００２３】
ポケットペン筐体１２中に配置されているのは、後述するように、フレーム取り込み装置ＣＣＤアレイ２８によって取り込みされる画像を格納し、画像プロジェクタ１４によって投影される画像を格納するためのデジタルメモリ３８である。メモリ３８に隣接して配置されているのは、基地戦闘局（base combat station）のような遠隔地４２へ／から直接又は図示のような空中通信リンクを介して(airborne communications link)信号を送信及び受信するように構成されているＲＦ送信器／受信器（Ｔ／Ｒ）モジュール４０である。所望の場合には、取り込み画像は、Ｔ／Ｒモジュール４０へ直接振り向けられることが可能である。
【００２４】
個人セキュリティのための指紋(personal security fingerprint)又はその他の種類の身分証明（ＩＤ）手段４４も、例えば紛失時にシステムを無効にするために筐体１２中に含めることができる。種々の構成部品に電力を供給する一対のＤＣバッテリー４６及び４８も、図１に示している。
【００２５】
画像／画像取り込み／プロジェクタヘッド１０の変形を図４において符号１０’で示す。赤，青及び緑の発光ダイオードからなる光源３２は、ここでは、ＭＥＭＳ画像プロジェクタ１４の一方の側（one side）に配置されている。その光は、集光レンズ５０及び折り曲げミラー５２によってある角度で(at an angle)マイクロミラーアレイに向けられている。これによって、各画像フレームシーケンスにおいて所定数のミラーが平坦なＯＦＦ状態から好ましくは２０度の、角度がついた又は前方に傾けられたＯＮ状態にまで駆動されるときに、マイクロミラーアレイ１６から投影されることになっていない光が、光取り込み素子５４に向けて反射され、一方、ディスプレイ３０に投影されることになっている光が、ビームスプリッタ２６を通ってレンズアセンブリ２３に送られる。しかし、必要であれば、より小さい又はより大きい傾き角を利用可能である。
【００２６】
プロジェクタ／取り込み動作に統合されたサブシステムの機能は、図５に示すブロック図によってさらに示される。上記のように、プロジェクタ／フレーム取り込みヘッド１０で構成された光学系は、特有のペンサイズの画像プロジェクタ／取り込み機能には不可欠である。さらに上記のように、入射光がＣＣＤ取り込みアレイ２８に到達し、ＭＥＭＳマイクロミラーアレイ１４から投影された光が邪魔されずに対物レンズ２２を通過するのを可能にするように、標準的な光クロスストップ＃２２であるビームスプリッタ２６が４５度でこれに隣接して配置されている。
【００２７】
従って，対物レンズ２２から取り込まれた光は、光ストップ２６によってＣＣＤ画像化アレイ２８に向かって上向きに折り曲げられる。ＣＣＤアレイ２８は、ペンの対物レンズによって集められ，アレイ上に画像化された光を対応する(representative)アナログ電流に変換する。次に、このアナログ電気信号は、アナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器５０によってデジタル化され、全ての画素位置において取り込み画像の明るさに対応する個別のデジタル数が生成される。
【００２８】
さらに、上記のようにメモリブロック３８は、ＣＣＤセンサアレイ２８から取り込み画像の格納を可能にし、投影の前に遠くに位置する戦闘基地４２にような外部ソースからダウンロードされた画像の格納も可能にする。送信器／受信器モジュール４０は、評価又はさらなる画像処理及び自動ターゲット認識（ＡＴＲ解析）のために取り込み画像を基地４２へアップロードすることと，画像プロジェクタ１４によって投影又は注釈される画像をダウンロードすることをリアルタイムに行うことを可能にする。
【００２９】
投影モードでは、画像は、標準的な時分割多重化技術システムによって形成される。このシステムで、各画素のビット情報がメモリ３８から読まれ、デジタル信号に変換される。この信号は、次に、個別の期間にミラーがＯＮ及びＯＦＦ位置の間をフリップすることができるように、コントローラ１９によって、各ミラーの下にあるドライバ素子（図示せず）に与えられる。これによって、各画素の強度の２５６階調がアレイ１４の対応するミラーによって表現されることが可能になる。さらに、この画素強度は、光学系を通ってディスプレイスクリーン３０上に投影される。
【００３０】
カラー画像を生成するために、各画素が色全体のうちの赤，青及び緑成分を表現するために、３つのデジタル数が必要とされる。この場合、コントローラは、画像フレーム間の期間の１／３の間、光源にある赤、緑及び青のＬＥＤのそれぞれを順次点灯させる。各ＬＥＤについて，各画素の強度の対応する階調が投影され、スクリーンに表示される色の適切な階調が可能なる。投影光学系は、ＭＥＭＳミラー１６からの光が集められ、光クロスストップ２６を通ってディスプレイ３０上に投影されることを可能にする。
【００３１】
画素の相補的な色成分であるシアン（緑及び青）、マゼンダ（赤及び青）、及び黄色（赤及び緑）を投影することによって何れの色も形成することができることに注目すべきである。相補的な色は、２つの同時のＬＥＤからの光を投影することによって形成される。どんな色でも明るさが２倍になって投影されるであろう。このような投影技術は、理想的でない投影スクリーンを用いて昼光条件で画像を投影するのに十分な明るさを必要とする手持ち式の投影装置では、貴重である。
【００３２】
表１は，例えば、戦場環境での軍用途（これに限定されない）で使用可能ないくつかの動作モードを開示する。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１で示したモードの１つを図６に示す。図６では、５１２×３８４のカラーＣＣＤアレイ２８が、ビームスプリッタ２６に対してレーザー光源３２とは反対側に示され、同軸配置になっている。これは、図１に示す臨機ターゲット(target of opportunity)３３の便利なコード化された手持ち式指示の可能性を可能にする。図６では、ＣＣＤアレイ２８が、ＩＲ放射に対して強化された応答性を有し、投影とフレーム取り込みが交互に行われ、例えば図１に示す基地４２から受信したターゲット指示に応じて、例えばレーザー光源３２’中にあるＵＶ  ＬＥＤ又はレーザーダイオードが、カラーＣＣＤアレイ２８によって検知された局所的な「ホットスポット」３５に、コード化された不可視ＵＶパルス列５２を重ねる場合を示す。ＭＥＭＳプロジェクタ１４は、信号合成器５４により、ＣＣＤアレイがホットスポットを見る場所にＵＶ指示器信号を正確に置く。
【００３５】
さらに、最も重要なことだが、ＣＣＤアレイ２８は、投影軸に対して９０度に精密調整され、４５度不透明ミラーのストップ２６の他の側にある。これによって、投影ミラー１６は、４つごとに（every four projection mirrors）ＣＣＤアレイ２８中のＬＥＤ又はレーザーダイオードの１つと同じ光学面にあり、かつこれに対して精密調整されるようになっている。この方法で、アレイ２８及びメモリ３８は、システムの投影パートと同じレンズ系を用いてペン１２のフロントレンズ２２内の如何なるシーンも取り込み、記録及び正確に格納することができる。これは、ユーザー、例えば兵士（これに限定されない）がペンの前で起こっていることの「カラー写真をスナップ」するために写真取り込みモードを使用することを可能にする。これは、例えば遠隔戦闘局４２がペンが指している現在の方向での地形の詳細にアクセスすることを可能にする。
【００３６】
また、ポケットペン装置１２は、種々の他のタイプのホットスポット（現場での装甲車又は敵の兵士からの排気を含む。）を作り出し、注釈するために使用することができる。さらに、近赤外光と可視光の間の反射の差異により、隠されたカモフラージュされた装甲車と通常の緑の植物とを識別することができる。
【００３７】
さらに重要なことに、ミラーに対して画素が正確に調整(precise pixel to mirror alignment)されているので、この特徴は、基地局４２が、臨機ターゲット３３を例えば正確かつ高解像度でモアレ効果のないディスプレイの最大解像能力に達する，兵士の前のシーンの何れのスナップショットの上にもリアルタイムで正確に重ね合わせすることを可能にする。
【００３８】
この投影／ＣＣＤの組み合わせの特徴は、次の表２にさらに要約される。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
個人携帯型の高解像度画像プロジェクタ１４と画素調整されたＣＣＤアレイ２８の特有の組み合わせにより、戦闘中の兵士に興味を持たせる多くの潜在的に魅力的なモードが、この発明に対して考えられる。しかし、他の種類の非軍用途も考えられる。例えば、デジタルカメラへの、主題発明による小型投影ユニットのアタッチメントは、カメラの背面にある１インチ×１．５インチのＴＦＴパネルを目を細めて見るのとは対照的に、写真を壁に即座に投影することを可能にするであろう。また、この装置は、個々のユーザーに対する掲示を生成することや、娯楽目的の投影手段として使用可能である。
【００４１】
本発明の第２実施形態を図８，９及び１０に示す。図８及び９には、所望の３−Ｄ効果により６インチ〜１２インチ若しくはそれ以上離された２つのレンズ５６及び５８と、一対のミラー６０及び６２と、ミラータイプの面６６及び６８を含む２方向４５度プリズム６４からなる３次元（３−Ｄ）アタッチメント４３が示されている。これは、画像取り込み装置内のチップ上に、適切な組み込みカラーフィルタを有する、オリジナルポケットペンの色感受性ＣＣＤアレイ２８の単一レンズ２２が、ステレオ分離された画像の、２つの赤、緑及び青（ＲＧＢ）の組を見ることを可能にする。これらの６つの画像が、ペンのメモリ３８に取り込み及び格納され、解析のために基地４２に送信されるか、表示投影のために６つのＬＲ／ＬＢ／ＬＧ及びＲＲ／ＲＢ／ＲＧ画像が順次及び繰り返しマイクロミラーアレイ１４に与えられ、同時に、図１０に示すように６つのＬＥＤ照射器アセンブリ７０によって照射される。
【００４２】
照射器７０は、左目（Ｌ）用の組み込み垂直偏光ＬＥＤフィルタ７２と、右目（Ｒ）用の水平偏光ＬＥＤフィルタ７２と、２組の赤、緑及び青を発するダイオード７６，７８、８０を含む。図９で注目すべき点は、Ｌ及びＲ画像が画像取り込み装置ＣＣＤアレイ２８に交互に同時でなく表示されることを保証するために、液晶シャッタ８２及び８４が、３−Ｄアタッチメント５４に配置されていることである。
【００４３】
図１０は、より大きな投影コントラストを得るための密なＬＥＤ環を得るための、オンチップの、中心からずれたＬＥＤ領域と、中心のＵＶ照射器指示器８６も示す。この方法では、３−Ｄ画像は、紙でできた安価な偏光眼鏡を着用した兵士のようなユーザーが高解像度深さ情報に基づく戦術的な及び戦略的な選択を含む意思決定のために、「チームとして」閲覧を行うために、ＸＧＡ（１０２４×７６８）フルカラー解像度で素早く得られ、素早く投影されることが可能である。従って、６つのＬＥＤソース及び「立体画像アーム」アタッチメント５４は、３−Ｄ画像の取り込みを可能にし、高解像度でのフルカラーの３−Ｄ投影が、例えば地上にいる兵士による使用のために提供される。
【００４４】
ここまで本発明について説明してきたが、この発明は、多くの方法で変形可能であることは自明である。このような変形は、本発明の精神と範囲からの逸脱であるとはみなされるべきではなく、全てのこのような修正は、当業者にとって自明であり、次のクレームの範囲内に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、主題発明による携帯型のペン画像プロジェクタの縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す本発明の実施形態で利用されるミラーセグメントのアレイのミラーセグメント間のライン間隔を示す。
【図３】図３は、本発明の画像投影機能を示す。
【図４】図４は、図１に示す画像化及び投影機器の修正された配置を示すダイアグラムである。
【図５】図５は、図１に示す本発明の電気ブロック図である。
【図６】図６は、図２に示す実施形態の動作の１つのモードを示すダイアグラムである。
【図７】図７は、図２及び６に示す投影機器でカラー画像を生成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）の配置を示す。
【図８】図８は、図１での携帯型のペンに対する３−Ｄアタッチメントの斜視図である。
【図９】図９は、携帯型のペン装置の端に取り付けられた図５に示す３−Ｄ画像を生成するアタッチメントの縦断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態による３−Ｄカラー画像を生成する６つの発光ダイオード及び偏光フィルタの配置を示す。
【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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【国際調査報告】
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