(57)【要約】  画像データを観察するためのシステムおよび方法である。そのシステムは、頭部着用画像ソース、コントローラ、接眼レンズ組立体および表示装置を含む。頭部着用画像ソースは、物体を画像化し、画像データを提供する。コントローラは、頭部着用画像ソースの焦点位置からの焦点調節量を決定する。表示装置は、画像データを受信し、接眼レンズ組立体を介してユーザの眼に画像データを表示する。接眼レンズ組立体と表示装置の間の距離は、焦点位置に応じた焦点調節量に基づいて調節される。
2013537784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データを観察するためのシステムであって、
物体を画像化し前記画像データを提供するための頭部着用画像ソースと、
前記頭部着用画像ソースの焦点位置からの焦点調節量を決定するためのコントローラと、
接眼レンズ組立体と、
前記画像データを受信し前記接眼レンズ組立体を介してユーザの眼に前記画像データを表示するための表示装置とを備え、
前記接眼レンズ組立体と前記表示装置の間の距離が、前記焦点位置に応じた前記焦点調節量に基づいて調節されるシステム。
【請求項２】
前記焦点調節量により、前記物体までの距離に関連した前記物体へのユーザの眼の視線の広がりが模擬される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラ、前記表示装置および前記接眼レンズ組立体の間に配置された、前記焦点調節量を受信し前記接眼レンズ組立体と前記表示装置の間の前記距離を調節するための焦点調節機構
を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、前記焦点位置から前記物体までの距離を決定し、前記距離を用いてルックアップテーブル（ＬＵＴ）から前記焦点調節量を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記物体までの前記距離に対応するジオプトリ値を前記焦点調節量が含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記頭部着用画像ソースにより画像化される前記物体までの前記距離を決定するための、前記コントローラに連結された焦点位置エンコーダ
を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記接眼レンズ組立体が静止し、前記焦点調節量に応じて前記接眼レンズ組立体に対して前記表示装置が移動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記表示装置が静止し、前記焦点調節量に応じて前記表示装置に対して前記接眼レンズ組立体が移動する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記表示装置および前記接眼レンズ組立体がヘルメットマウントディスプレイ（ＨＭＤ）に含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記表示装置、前記接眼レンズ組立体および前記画像ソースがヘッドマウント式の暗視ゴーグルの一部である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記表示装置および前記頭部着用画像ソースが、それぞれ前記ユーザの眼の真正面に配置されるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
視覚補助として前記表示装置が前記ユーザの眼の真正面に配置されるように構成され、前記頭部着用画像ソースが前記ユーザの眼の側方にずらして構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラが、前記画像データを電子的にオフセットして、前記表示装置と前記頭部着用画像ソースの間のずれに起因する視差を修正し、前記表示装置が前記オフセット画像データを表示する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
画像ソース、表示装置および接眼レンズ組立体を有する頭部着用カメラシステムで画像データを観察する方法であって、
（ａ）前記画像ソースにより物体を画像化して前記画像データを提供するステップと、
（ｂ）前記画像ソースの焦点位置に基づいて焦点調節量を決定するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）で決定された前記焦点調節量に基づいて前記接眼レンズ組立体と前記表示装置の間の距離を調節するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）に応じて、前記表示装置により前記接眼レンズ組立体を介してユーザの眼に前記画像データを表示するステップと
を含む方法。
【請求項１５】
前記焦点調節量により、前記物体までの距離に関連した前記物体へのユーザの眼の視線の広がりが模擬される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ｂ）が、前記画像ソースの前記焦点位置に基づいて前記物体までの焦点距離を決定し、前記焦点距離を用いてルックアップテーブル（ＬＵＴ）から前記焦点調節量を決定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記物体までの前記距離に対応するジオプトリ値を前記焦点調節量が含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記接眼レンズ組立体が静止し、ステップ（ｂ）が、前記焦点調節量に応じて前記接眼レンズ組立体に対して前記表示装置を移動させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記表示装置が静止し、ステップ（ｂ）が、前記焦点調節量に応じて前記表示装置に対して前記接眼レンズ組立体を移動させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
視覚補助として前記表示装置が前記ユーザの眼の真正面に配置されるように構成され、前記画像ソースが前記ユーザの眼の側方にずらして構成され、
前記画像データをオフセットして、前記表示装置と前記画像ソースの間のずれに起因する視差を修正する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００６年１０月１０日に出願された、頭部着用映像システムにおける視差を動的に修正するためのシステムおよび方法（A SYSTEM AND METHOD FOR DYNAMICALLY CORRECTING PARALLAX IN HEAD BORNE VIDEO SYSTEMS）という名称をもつ、正規の（Nonprovisional）米国出願第１１／５４５，６４４号の一部継続出願である。その出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の分野
本発明は、一般に、画像データを観察するためのシステムおよび方法に関する。より詳細には、本発明は、頭部着用画像化システム内で画像データを表示するためのシステムおよび方法に関し、画像ソースの焦点位置に基づいて接眼レンズ組立体の焦点を調節する。
【背景技術】
【０００３】
頭部に着用される視覚補助装置は、典型的には、補助付きの片眼または両眼の真正面に配置される。これらのシステムは直視型の光路からデジタルカメラの補助器具に移行するため、そのシステム構成により、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）が１インチのアイレリーフでユーザの補助付きの眼の真正面に配置されることが求められる。ＨＭＤのこの配置のために、補助付きの眼の真正面にカメラの開口をごく近接させて配置することができなくなる。カメラの開口は、ＨＭＤの前かまたはＨＭＤの側方に移動させなければならない。
【０００４】
例えば、デジタルカメラが補助付きの眼の光軸の側方１００ｍｍに配置されたならば、デジタルカメラの開口とデジタルカメラの画像表示の間にずれが生じ、典型的にはその表示は補助付きの眼の光軸の周りに集中する。このずれにより、カメラを通して観察される物体の見かけの位置と、物空間（または実空間）で見られるその物体の実際の位置との間に、不一致が生じる。知覚空間と物空間におけるはこのオフセットは、視差と呼ばれる。
【０００５】
図１は、視差誤差の例を与える。図示したように、ユーザは、ヘッドマウント式の映像装置を通して環境１０を観察している。ユーザは、近くに工具１２が見え、その工具を拾い上げようとする。視差のために、工具１２の知覚される位置は不正確である。物空間における工具１２の本当の位置は、点線の工具１４により示している。
【０００６】
ユーザがヘッドマウント式の映像装置を通して物体を観察する場合は、視差により映像システムの有用性が低下する。人間の心理視覚系は、その生まれつきの入射開口（これは人間の眼の瞳孔である）を通して外界を知覚することに、無意識のうちに慣れている。手作業につきものの、手と眼の連係は、この生まれつきの特性に基づく。歩行や走行といった人間の普通の運動は、この潜在意識のプロセスに依存する。固定されたシステムは、ある固定された距離で視差を取り除くように位置合わせされるが、他のすべての距離では位置が合わなくなる。このことは、遠くで物体の視差を取り除くように映像システムが位置合わせされ、ユーザの手が届くところに置かれている図１の工具１２などの別の物体をユーザが近くに置こうとしたときに、特に当てはまる。
【０００７】
以下で説明するように、本発明は、あらゆる距離で映像画像が実世界と一致するようにその画像を動的に再調整するためのシステムを提供することにより、視差の問題に対処する。
【０００８】
上記のように、人間の心理視覚系は、人間の眼の瞳孔を通して外界を知覚することに無意識のうちに慣れている。視差を取り除くことにより、画像化される物体は、自然眼の輻輳角に配置される。しかしながら、その輻輳角は、カメラを通して観察される物体の奥行き知覚を与えるための単なる１つの手掛かりである。奥行き知覚に関する別の手掛かりは、両眼の視線の輻輳と協働して、異なる距離にある対象とする物体に焦点を合わせるようにユーザの補助なしの両眼が無意識に遠近調節することである。本発明は、ユーザの眼に提示される画像が実際の物体と同じ距離に見えるように眼までの物体距離を模擬するためのシステムを提供することにより、奥行き知覚の手掛かりのシミュレーションに取り組む。
【発明の概要】
【０００９】
この要求や他の要求に応えるために、またその目的の観点から、本発明は、物体を画像化し映像データを提供するための頭部着用映像ソースを含む、動的に修正される視差システムを提供する。頭部着用映像ソースから与えられた映像データを電子的にオフセットして、オフセット映像データを形成するためのコントローラが含まれる。表示装置が、オフセット映像データを受信し、そのオフセット映像データをユーザの眼に表示する。表示装置は、視覚補助としてユーザの眼の真正面に配置されるように構成され、頭部着用映像ソースは、ユーザの眼の側方にずらして構成される。オフセット映像データにより、表示装置と頭部着用映像ソースの間のずれに起因する視差が修正される。
【００１０】
表示装置は、画素の各行各列のＸ，Ｙアレイを含み、オフセット映像データは、Ｘ，ＹアレイのＸ方向にいくつかの画素列のオフセットを含む。あるいは、オフセット映像データは、Ｘ，ＹアレイのＹ方向にいくつかの画素行のオフセットを含んでもよい。また、オフセット映像データは、Ｘ，ＹアレイのＸ方向にいくつかの画素列のオフセットを含み、Ｘ，ＹアレイのＹ方向にいくつかの画素行の別のオフセットを含んでもよい。
【００１１】
形状的には、ユーザの眼の光軸は、映像ソースにより画像化される物体までのＤの距離を延び、映像ソースの開口の光軸は、ユーザの眼の光軸と平行な方向に延びる。側方へのずれは、フランクフルト平面における、ユーザの眼の光軸と映像ソースの開口の光軸との間の水平変位距離ｄである。オフセット映像データは、水平変位距離ｄと物体までの距離Ｄに基づく。
【００１２】
さらに、水平オフセット角θＤが、次のように構成される。
θＤ＝ｔａｎ−１ｄ／Ｄ
ここで、ｄはユーザの眼の光軸と映像ソースの開口の光軸との間の水平変位距離である。
【００１３】
表示装置は、画素の各行各列のＸ，Ｙアレイを含み、オフセット映像データは、以下の水平オフセットを含む。
ｏｆｆｓｅｔｃｏｌｕｍｎｓ＝＃Ｃｏｌｕｍｎｓ／ＦＯＶｈｏｒｚ×θＤ
ここで、ｏｆｆｓｅｔｃｏｌｕｍｎｓは列としての水平オフセットの量、ＦＯＶｈｏｒｚは映像ソースの水平視野、＃Ｃｏｌｕｍｎｓは表示装置の列の総数である。
【００１４】
さらにまた、垂直オフセット角θＤも
ΦＤ＝ｔａｎ−１ｄ’／Ｄ
と構成することができる。ここで、ｄ’はユーザの眼の光軸と映像ソースの開口の光軸との間の垂直変位距離である。オフセット映像データは、以下の垂直オフセットを含む。
ｏｆｆｓｅｔｒｏｗｓ＝＃Ｒｏｗｓ／ＦＯＶｖｅｒｔ×ΦＤ
ここで、ｏｆｆｓｅｔｒｏｗｓは行としての垂直オフセットの量、ＦＯＶｖｅｒｔは映像ソースの垂直視野、＃Ｒｏｗｓは表示装置の行の総数である。
【００１５】
動的に修正される視差システムは、映像ソースと表示装置の間に配置された、映像ソースからの映像データをデジタル映像データに変換するための表示電子機器モジュールを含む。表示電子機器モジュールは、コントローラからオフセット命令を受信し、デジタル映像データをオフセット映像データに変更するように構成される。表示電子機器モジュールとコントローラを、１つの構成部分に一体化してもよい。映像ソースにより画像化される物体までの距離Ｄを決定するためのコントローラに焦点位置エンコーダを連結してもよく、距離Ｄは視差を修正するために使用される。
【００１６】
表示装置は、ヘルメットマウントディスプレイ（ＨＭＤ）か、またはヘッドマウント式の暗視ゴーグルの一部でもよい。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、映像ソースと表示装置を有し、表示装置は視覚補助としてユーザの眼の真正面に配置されるように構成され、映像ソースはユーザの眼の側方にずらして構成される頭部着用カメラシステム用の、視差を動的に修正する方法を含む。本方法は、（ａ）映像ソースにより物体を画像化して映像データを提供するステップと、（ｂ）物体までの焦点距離を決定するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）で決定された焦点距離、およびユーザの眼と映像ソースの開口との間の変位距離に基づいて、映像データをオフセットしてオフセット映像データを形成するステップと、（ｄ）表示装置によりオフセット映像データを表示するステップとを含む。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態は、画像データを観察するためのシステムを含む。本システムは、物体を画像化し画像データを提供するための頭部着用画像ソースと、頭部着用画像ソースの焦点位置からの焦点調節量を決定するためのコントローラと、接眼レンズ組立体と、画像データを受信し接眼レンズ組立体を介してユーザの眼に画像データを表示するための表示装置とを含む。接眼レンズ組立体と表示装置の間の距離は、焦点位置に応じた焦点調節量に基づいて調節される。
【００１９】
別の実施形態は、画像ソース、表示装置および接眼レンズ組立体を有する頭部着用カメラシステム用の、画像データを観察する方法を含む。本方法は、（ａ）画像ソースにより物体を画像化して画像データを提供するステップと、（ｂ）画像ソースの焦点位置に基づいて焦点調節量を決定するステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）で決定された焦点調節量に基づいて接眼レンズ組立体と表示装置の間の距離を調節するステップと、（ｄ）ステップ（ｃ）に応じて、表示装置により接眼レンズ組立体を介してユーザの眼に画像データを表示するステップとを含む。
【００２０】
前述した概略の説明と以下の詳細な説明は本発明の例示であり、本発明を限定するものではないことが理解されよう。
【００２１】
本発明は、添付の図面に関して読まれると、以下の詳細な説明から最もよく理解される。図面には以下の図が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】カメラにより画像化された物体と、物空間で観察者が見たときの同じ物体との間における、視差オフセットの幾何学的配置を描いている。
【図２】本発明の実施形態による、頭部着用映像システム内で視差を動的に修正するためのシステムのブロック図である。
【図３Ａ】ユーザにより観察される物体と、映像カメラにより画像化される物体との上面図であり、画像の表示がカメラの開口から水平変位距離だけずれている。
【図３Ｂ】ユーザにより観察される物体と、映像カメラにより画像化される物体との側面図であり、画像の表示がカメラの開口から垂直変位距離だけずれている。
【図４】本発明の実施形態による、興味のある対象までの観察距離の関数としての、表示装置上でシフトされるべき必要な列の個数のグラフである。
【図５】本発明の実施形態による、興味のある対象までの観察距離の関数としての、カメラの結像角にバイアス角を導入した状態で、表示装置上でシフトされるべき必要な列の個数のグラフである。
【図６】物体に対する補助なしの眼の側面図であり、補助なしの眼までの色々な距離に物体が配置されたときのその物体への眼の視線を示す。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態による、ある距離の物体に対する接眼レンズの位置調節を示す、頭部着用画像化システムの接眼レンズと表示装置の側面図である。
【図７Ｂ】本発明の別の実施形態による、別の距離の物体に対する接眼レンズの位置調節を示す、頭部着用画像化システムの接眼レンズと表示装置の側面図である。
【図７Ｃ】本発明の別の実施形態による、さらに別の距離の物体に対する接眼レンズの位置調節を示す、頭部着用画像化システムの接眼レンズと表示装置の側面図である。
【図８】本発明の実施形態による、頭部着用映像システム内で画像データを観察するためのシステムのブロック図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態による、図８に示したシステムの表示装置組立体の分解斜視図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態による、図８に示したシステムの表示装置組立体の断面図である。
【図１０Ａ】ある距離の物体に対する接眼レンズの位置調節を示す、図９Ｂに示した表示装置組立体の断面図である。
【図１０Ｂ】別の距離の物体に対する接眼レンズの位置調節を示す、図９Ｂに示した表示装置組立体の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の別の実施形態による、図８に示したシステムの表示装置組立体の分解斜視図である。
【図１１Ｂ】本発明の別の実施形態による、図８に示したシステムの表示装置組立体の断面図である。
【図１２Ａ】ある距離の物体に対する表示装置の位置調節を示す、図１１Ｂに示した表示装置組立体の断面図である。
【図１２Ｂ】別の距離の物体に対する表示装置の位置調節を示す、図１１Ｂに示した表示装置組立体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下で説明するように、本発明は、あらゆる距離で映像画像が実世界と一致するようにその画像を動的に再調整する。これを行うために、本発明は、興味のある対象までの射程を決定し、決定された射程に基づいて動的な調整が実現されるようにする。一実施形態では、本発明は、カメラのフォーカス機構の絶対位置（または手動フォーカスノブの角の向き）を使用してユーザの興味のある対象までの距離を決定し、次いで、ユーザの表示装置に示された画像に適切な量の視差修正を加える。このようにして、興味のある対象の見かけの場所は、物空間におけるその本当の位置で正しく知覚される。
【００２４】
本発明の一実施形態では、映像は、ＬＣＤディスプレイまたはＬＥＤディスプレイなどのデジタル表示装置上で、ユーザに提供される。これらの表示装置は、画素の行と列のアレイからなる。表示装置に送られる映像データのタイミングを制御することにより、本発明は、画像がユーザに表示されるときに画像にオフセットを生じさせる。表示空間で画像をシフトすることにより、本発明は、物体の見かけの位置と物空間におけるその実際の位置との間の不一致を取り除く。
【００２５】
表示装置上で画像をシフトする結果、画像シフトの方向で、画素の行および／または列が失われる。表示装置の反対側の端部における画素の行および／または列は、（カメラと表示装置の間で画素の解像度に１対１の関係を仮定すると）これらの画素はもはやカメラの視野内になく、したがって画像データを与えないため、任意の強度値を示す。したがって、画像をシフトすることにより、使用可能な画像サイズが縮小するために、実効的なユーザの視野が縮小することになる。しかしながら、この負の効果は、カメラが指す輻輳角を遠視野よりはるかに近い距離に設定することにより、最小化することができる。
【００２６】
次に図２を参照すると、頭部着用映像システム内で視差を動的に修正するためのシステムを、全体的に２０として示している。システム２０は、表示電子機器モジュール２４に映像データを提供する映像ソース２３を含み、表示電子機器モジュール２４は、表示装置２５上での観察用のデジタル画素データを形成する。システム２０には、焦点位置データをマイクロコントローラ２２に提供するための、２１として示した焦点位置エンコーダも含まれる。図示したように、焦点位置エンコーダ２１は、映像ソース２３に配置されたフォーカスノブ２６の向きを符号化する。マイクロコントローラ２２は、後で説明するように、位置エンコーダ２１から受信された焦点位置データを、Ｘ，Ｙオフセット制御信号に変換する。Ｘ，Ｙオフセット制御信号は表示電子機器２４に与えられ、そして表示電子機器２４は、表示装置２５上での観察用のオフセット映像データを提供する。
【００２７】
映像ソース２３は、ユーザの眼の光軸の側方に配置されるように構成された任意のカメラ装置でよいことが理解されよう。図２に示した実施形態では、映像ソース２３は、ユーザが映像カメラのレンズを調節して興味のある対象に焦点を合わせることができるようにする手動フォーカスノブ２６を含む。表示装置２５は、ユーザの眼の光軸の周りに配置されるように構成された任意の表示装置でよい。表示装置は、映像ソース２３から受信された映像データにより表される画像のオフセット画素画像を提供する。表示装置２５に表示されるＸ，Ｙアレイの画素と、映像ソース２３により提供される映像データは、１対１の対応関係を有してもよく、または、解像度が低下した表示装置と高解像度の映像カメラとから生じる対応関係などの、任意の他の関係を有してもよい。
【００２８】
別の実施形態のように、フォーカスノブ２６をモータ（図示せず）により制御して、映像ソース２３のズームレンズを操作できるようにしてもよい。本実施形態では、焦点位置エンコーダ２１は、ズームレンズのバレルを含めることで、興味のある対象までの焦点長さを決定してもよい。ズームレンズのバレルの焦点長さを検出し出力するために、焦点長さ検出回路を含めてもよい。さらに別の実施形態のように、映像ソース２３は、赤外線レンジファインダ（これは、赤外線ビームの焦点を対象に合わせ、対象から反射された赤外線ビームを受信することができる）などのレンジファインダを含んでもよい。焦点位置エンコーダ２１に含まれる位置検知装置は、反射されたビームのずれを検出し、対象の射程または位置についての符号化された信号を提供することができる。
【００２９】
マイクロコントローラは、媒体に蓄積されているソフトウェアプログラムか、または集積回路により与えられる物理的に組み込まれたプログラムにより実現される、プロセッサ実行能力を有する任意の種類のコントローラでよい。マイクロコントローラ２２がＸ，Ｙオフセット制御信号を計算するやり方について、次に記載する。
【００３０】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ユーザの眼３２からある変位距離だけオフセットされたカメラ２３を示している。図３Ａでは、カメラ２３が水平変位距離ｄだけ水平にユーザの眼３２の右側に向きを定めて配置されているが、図３Ｂでは、カメラ２３が垂直変位距離ｄ’だけユーザの眼の垂直側（上方または下方）に向きを定めて配置されているという点を除いて、図３Ａおよび図３Ｂは互いに同様である。水平変位距離および／または垂直変位距離は、典型的には、１００ミリメートル付近である。カメラ２３は、３７として示した光軸を有し、ユーザの眼は、３５として示した光軸を有する。両方の光軸は、互いに平行に示されている。
【００３１】
ユーザは、物体３１を観察する際に、表示装置２５を介して補助が与えられる。図３Ａに示したように、カメラ２３は、θＤの水平オフセット角で物体３１を画像化している。しかしながら、図３Ｂでは、カメラ２３は、物体３１を垂直オフセット角ΦＤで画像化している。両方の図で、物体３１は、ユーザによる観察用に、画素画像として表示装置２５上に表示される。焦点距離（これは調節可能でもよい）は、ユーザの眼と興味のある対象３１との間の距離Ｄである。
【００３２】
図３Ａを用いて、マイクロコントローラ２２によりＸオフセット制御信号を算出するための方法を、以下で例示する。この例では、Ｘオフセットの単位は水平画素であり、これらは映像表示２５上の画素列と同値でもよい。この例の目的のために、水平変位距離ｄは１０３ｍｍであり、カメラ２３の視野（ＦＯＶ）は水平（ＨＦＯＶ）軸に沿って４０度であり、表示装置２５の水平解像度は１２８０画素であり、カメラ２３の光軸は補助なしの眼３２の光軸と平行であり、カメラの開口は補助なしの眼と揃って観察者のフランクフルト平面上にあり、興味のある対象３１は焦点距離Ｄにあることを仮定する。
【００３３】
水平オフセット角θＤは、次のような式（１）により与えられる。
θＤ＝ｔａｎ−１ｄ／Ｄ                                              （式１）
【００３４】
（４０度のＦＯＶと１２８０画素の水平表示解像度に対する）修正因子「Ｃｈｏｒｚ」は、列／度の単位で、次のような式２により与えられる。
Ｃｈｏｒｚ＝＃Ｃｏｌｕｍｎｓ／ＦＯＶｈｏｒｚ                        （式２）
＝１２８０／４０
＝３２列／度
【００３５】
ここで、＃Ｃｏｌｕｍｎｓは、デジタル表示装置における列の総数、すなわち（この例では）１２８０列である。表示装置上の画像シフト、すなわち列のオフセットの量は、以下の式３により与えられる。ここで、θＤはカメラの視線３６とカメラの光軸３７の間における水平オフセット角である。
ｏｆｆｓｅｔｃｏｌｕｍｎｓ＝Ｃｈｏｒｚ×θＤ                        （式３）
【００３６】
同様に、図３Ｂを用いて、マイクロコントローラ２２によりＹオフセット制御信号を算出するための方法を、以下で例示する。この例では、Ｙオフセットの単位は垂直画素であり、これらは映像表示２５上の画素行と同値でもよい。この例の目的のために、垂直変位距離ｄ’は１０３ｍｍであり、カメラ２３の視野（ＦＯＶ）は垂直（ＶＦＯＶ）軸に沿って３０度であり、表示装置２５の垂直解像度は１０２４画素であり、カメラ２３の光軸は補助なしの眼３２の光軸と平行であり、カメラの開口は補助なしの眼と垂直線内で揃っており、興味のある対象３１は焦点距離Ｄにあることを仮定する。
【００３７】
垂直オフセット角ΦＤは、次のような式（４）により与えられる。
ΦＤ＝ｔａｎ−１ｄ’／Ｄ                                            （式４）
【００３８】
（３０度の垂直ＦＯＶと１０２４画素の垂直表示解像度に対する）修正因子「Ｃｖｅｒｔ」は、行／度の単位で、次のような式５により与えられる。
Ｃｖｅｒｔ＝＃Ｒｏｗｓ／ＦＯＶｖｅｒｔ                              （式５）
＝１０２４／３０
＝３４行／度
【００３９】
ここで、＃Ｒｏｗｓは、デジタル表示装置における行の総数、すなわち（この例では）１０２４行である。表示装置上の画像シフト、すなわち行のオフセットの量は、以下の式６により与えられる。ここで、ΦＤはカメラの視線３６とカメラの光軸３７との間における垂直オフセット角である。
Ｏｆｆｓｅｔｒｏｗｓ＝Ｃｖｅｒｔ×ΦＤ                              （式６）
【００４０】
次に図４を参照すると、観察者（ユーザの眼）と観察される物体（興味のある対象）との間の距離に対する、＃Ｃｏｌｕｍｎｓでのオフセットのグラフを示している。より詳細には、図４は、観察者と映像カメラの間における１０３ｍｍの水平変位により生じる視差を補償するために必要とされる水平画像オフセットを、列の数でグラフにしている。補助付きの眼の右に配置されているカメラの場合、表示装置で視差を修正する画像シフトは、右に向いている。
【００４１】
図４に示したグラフは、４０度の適合したＨＦＯＶをもつカメラ／ＨＭＤシステムについてのものである。図からわかるように、視差を取り除くために必要とされる画像シフトの量は、観察者がより短い距離に焦点を合わせようとするにつれて、非線形に増加する。２フィートの焦点距離では、ＳＸＧＡ高解像度表示装置の観察可能な領域の２５％が見えないところにシフトされることになり、それにより、実効的な表示ＨＦＯＶがほぼ２５％だけ減少する。近くの焦点距離でのＨＦＯＶの損失を避けるために、カメラの光軸を左に片寄らせて、それにより、水平オフセット角θＤを減少させることができる。
【００４２】
図４に示したグラフと同様のグラフを、観察者（ユーザの眼）と観察される物体（興味のある対象）との間の距離に対する、＃Ｒｏｗｓでのオフセットについて作ることができる。
【００４３】
最後に、図５は、４．８度のバイアス角を導入したという点を除いて図４と同じ仮定で、結果として生じる水平画像オフセットを＃Ｃｏｌｕｍｎｓで示す。このカメラ角では、視差を取り除くために必要とされる表示オフセットは、４フィートで０まで低下する。２フィートでは、必要とされるオフセットは１５２列、すなわち図４でのＨＦＯＶの２４％と比較して、ＨＦＯＶの１２％である。４フィートの距離を超えると、表示オフセットは負になり、これは、映像画像を反対側の端部、すなわち表示の終端にシフトしなければならないことを意味する。したがって、このカメラ角により、反対の符号をもつ視差の誤差が導入される。１０フィートの焦点距離については、視差を補償するために必要とされる水平表示オフセットは−９３列、すなわちＨＦＯＶの７．２％である。４０フィートの距離では、水平表示オフセットは１３９列、すなわちＨＦＯＶの１１％である。
【００４４】
上記のように、例示的なシステム２０（図２）は、画像がユーザに表示されるときに画像にオフセットを生じさせることにより、視差を修正する。この画像オフセットにより、物体の画像は物空間におけるその実際の位置（すなわち、実際の画角）に配置されるので、したがって物体の画像が自然眼の輻輳角に配置されるようになる。視差を修正することで、画像オフセットにより、自然眼の輻輳角での誤差も修正される。
【００４５】
典型的には、暗視ゴーグルなどの視覚補助システムでは、観察者に提供される画像は、画像化された場面を完全に正確には再生しないことがある。例えば、視覚補助の入射開口は、ユーザの眼の入射開口には配置されないことがある。視覚補助の入射開口のずれは、望ましくない知覚上の効果をユーザ（眼の絞りの入射開口に生まれつき調整されている）に与えるおそれがある。入射開口のずれは、直列型の視覚補助（この場合、画像ソースの開口は補助付きの眼の光軸にごく近接して配置されている）と、オフセット型の視覚補助（この場合、画像ソースの開口は補助付きの眼の光軸からオフセットされている）の両方に影響を及ぼすおそれがある。
【００４６】
上記のように、オフセット視覚補助システムでは、視差を修正することで、画像オフセットにより自然眼の輻輳角も修正される。眼の輻輳角は、奥行き知覚についての唯一の手掛かりである。別の手掛かりは、眼の視線の広がりを様々な距離での物体に無意識に遠近調節すること、すなわちユーザの眼の焦点調節に関する。眼の焦点調節を模擬するための１つの方法は、接眼レンズの焦点を調節することによる。従来の視覚補助装置は、典型的には、ユーザにより手動で調節可能な接眼レンズを含む。しかしながら、従来の接眼レンズの焦点は、他の奥行き知覚の手掛かりに関連して調節されるものではない。
【００４７】
本発明の別の実施形態によれば、接眼レンズの焦点は、画像ソースの焦点にまとめられる。画像ソースの対物レンズが、興味のある対象に焦点を合わせるように配置される。焦点位置を検出し使用して、物体までの距離を決定する。接眼レンズの調節は、物体までの距離に基づいて決定される。接眼レンズの調節により、眼の視線の広がりが模擬されるので、画像化される物体が実際の物体と同じ距離にあるように見える。したがって、画像ソースの焦点も、接眼レンズの焦点の位置に制御される。焦点調節により、視覚補助システムがないときに物体が見えたであろう焦点と同じ実効的な焦点で物体の画像がユーザの眼に提示されることになる位置に、接眼レンズは動かされる。
【００４８】
次に図６を参照して、異なる焦点距離ＤＮＥＡＲ，ＤＩＮＴＥＲ，ＤＦＡＲでの物体６３に対する補助なしの眼６２の無意識の焦点調節について説明する。図６では、焦点距離ＤＮＥＡＲは眼６２に近い物体を表し、焦点距離ＤＩＮＴＥＲは眼６２までの中間の距離にある物体を表し、焦点距離ＤＦＡＲは眼６２から遠い物体を表す。
【００４９】
第１の例として、近い焦点距離ＤＮＥＡＲにある物体６３を眼６２が観察すると、近くの視線６４は角θＮＥＡＲで物体６３に集束し、眼のレンズは無意識に物体６３に焦点を合わせる。第２の例として、中間の焦点距離ＤＩＮＴＥＲにある物体６３を眼６２が観察すると、中間の視線６６は角θＩＮＴＥＲで物体６３に集束し、眼のレンズは無意識に物体６３に焦点を合わせる。第３の例として、遠い焦点距離ＤＦＡＲにある物体６３を眼６２が観察すると、遠くの視線６８は角θＦＡＲで物体６３に集束し、眼のレンズは無意識に物体６３に焦点を合わせる。遠い焦点距離ＤＦＡＲでは、遠い視線６８は実質的に平行であり、眼はほぼ無限遠の焦点に向かって緊張が解かれる。角θは、物体６３から眼６２までの色々な距離に対する眼の視線の広がりに関連している。物体６３までの距離が減少するにつれて、角θはθＮＥＡＲ＞θＩＮＴＥＲ＞θＦＡＲのように増加することが理解されよう。
【００５０】
人間の観察者は、遠近調節と呼ばれるプロセスで補助なしの眼６２のレンズの形状を変化させることにより、色々な距離にある物体６３に無意識に焦点を合わせる。一般に、補助なしの眼６２のレンズは、眼の視線の広がりを変化させ物体６３を色々な焦点距離についての焦点に動かすように、形状を変化させる。例えば、近い距離ＤＮＥＡＲにある物体６３については、中間の距離ＤＩＮＴＥＲと比べて、より大きい角（例えば、θＮＥＡＲ）での焦点に物体６３を動かすように、より大きい遠近調節が用いられる。遠くの視線６８は遠く離れた眼６２では実質的に平行であるから、遠い距離ＤＦＡＲについては、遠近調節はあまり用いられない。
【００５１】
例示的な実施形態によれば、角θをジオプトリの単位で定量化してもよい。ジオプトリは、物体６３と観察者の眼６２の間における距離（メートル単位）の逆数を表す。図６のように広がる視線については、これらの視線６４，６６，６８は負の値のジオプトリをもつと表現される。例えば、眼６２から１０メートルの距離にある物体６３には、−０．１のジオプトリ値が付随する。１メートルの距離にある物体６３には、−１．０のジオプトリ値が付随する。０．５メートルの距離にある物体６３には、−２．０のジオプトリ値が付随する。したがって、物体６３は、眼６２までのその距離が減少するにつれて増加する負のジオプトリ値をもつ。
【００５２】
以下でさらに記載するように、眼の焦点調節を模擬するために、実際の物体と同じ距離にあると思われる画像を眼６２に提示することにより、物体距離（例えば、ＤＮＥＡＲ）が模擬される。本発明では、ヘッドマウントディスプレイで使用される接眼レンズの焦点を調節することにより、眼の視線の広がりのシミュレーションが実現される。
【００５３】
図７Ａ〜図７Ｃ参照すると、頭部着用画像化システムの表示装置７１と接眼レンズ７２の側面図を示しており、異なる距離での物体に対する接眼レンズ７２のそれぞれの位置調節を示している。特に、図７Ａは、近い距離ＤＮＥＡＲ（図６）について眼６２の焦点調節を模擬するための、表示装置７１に対する接眼レンズ７２の位置を示し、図７Ｂは、中間の距離ＤＩＮＴＥＲ（図６）について眼６２の焦点調節を模擬するための、表示装置７１に対する接眼レンズ７２の位置を示し、図７Ｃは、遠い距離ＤＦＡＲ（図６）について眼６２の焦点調節を模擬するための、表示装置７１に対する接眼レンズ７２の位置を示す。
【００５４】
一般に、接眼レンズ７２は、典型的には、いくつかのレンズ素子を含み、表示装置７１から観察者の眼６２に画像を提供する。表示装置７１と接眼レンズ７２の間の距離が（例えばＤＮからＤＩ、ＤＦへと）変化すると、表示装置７１上の１つの点７０から観察者の眼６２に来る光線７３の角θは（例えば、それぞれθＮＥＡＲからθＩＮＴＥＲ、θＦＡＲへと）変化する。図７Ａ〜図７Ｃでは、距離ＤＮ，ＤＩ，ＤＦは、物体６３と眼６２の間におけるそれぞれの距離ＤＮＥＡＲ，ＤＩＮＴ，ＤＦＡＲ（図６）について、眼６２の焦点調節を模擬するように選択される。したがって、接眼レンズ７２は、表示装置７１と接眼レンズ７２の間の距離を変化させることにより、焦点を合わせることができる。
【００５５】
図７Ａでは、接眼レンズ７２から出て来る光線７３は、かなり大きい角（θＮＥＡＲ）を有し、近い距離ＤＮＥＡＲ（図６）での観察点７０を模擬する。この接眼レンズの焦点調節については、相対的に大きい角θＮＥＡＲにより、相対的に大きい負のジオプトリ値がもたらされる。角θＮＥＡＲで観察される画像では、焦点が合った状態で点７０を観察するためには、観察者によるかなりの遠近調節を用い得ることが理解されよう。図７Ｂでは、接眼レンズ７２から出て来る光線７３は、適度な角（θＩＮＴＥＲ）を有し、中間の距離ＤＩＮＴＥＲ（図６）での観察点７０を模擬する。
【００５６】
図７Ｃでは、接眼レンズ７２から出て来る光線７３は、実質的に平行で相対的に小さい角θＦＡＲを有し、遠い距離ＤＦＡＲ（図６）での観察点７０を模擬する。相対的に小さい角θＦＡＲにより、ジオプトリ値はほぼ０になる。角θＦＡＲで観察される画像では、焦点が合った状態で点７０を観察するために、観察者の側では遠近調節をほとんど用いないかまたは全く用いなくてよいことが理解されよう。したがって、接眼レンズ７２の焦点調節により与えられる総合的な能力により、観察者は、表示装置７１上で観察される場面について、所望のジオプトリ値を実現することが可能になる。
【００５７】
次に図８を参照すると、頭部着用映像システム内で画像データを観察するためのシステムを、全体的に８０として示している。システム８０は、画像ソース８１、マイクロコントローラ８２および表示装置組立体８３を含む。画像ソース８１は、焦点位置データをマイクロコントローラ８２に提供し、画像データを表示装置組立体８３に提供する。マイクロコントローラ８２は、画像ソース８１から焦点位置を受信し、画像ソース８１の焦点位置に応じて表示装置組立体８３の焦点を調節するための焦点調節命令を提供する。
【００５８】
画像ソース８１は、表示装置組立体８３上での観察用に画像データを提供することが可能な任意の装置を含んでもよい。表示装置組立体８３は、ユーザの眼の光軸の周りに配置されるように構成された任意の表示装置を含んでもよい。一実施形態によれば、画像ソース８１を、表示装置組立体８３の光軸にごく近接して配置してもよい。別の実施形態によれば、画像ソース８１を、表示装置組立体８３からオフセットしてもよい。
【００５９】
１つの画像ソース８１と１つの表示装置組立体８３に関し、システム８０について以下で述べるが、システム８０は、１つまたは複数の画像ソース８１を含んでもよく、画像ソース８１は、１つまたは複数の表示装置組立体８３のそれぞれに画像データを提供できることが理解されよう。例えば、システム８０は、１組の双眼鏡用などの、２つの表示装置組立体８３を含んでもよい。このように、各視覚補助組立体の焦点は、１つまたは複数の画像ソースの焦点に別々にまとめることができる。
【００６０】
画像ソース８１は、対物レンズ８４、画像センサ８５、焦点調節機構８６および焦点絶対位置エンコーダ８７を含む。ユーザの入力に応じて、焦点調節機構８６は、対物レンズ８４と画像センサ８５の間の距離ＤＩＭＡＧＥを調節することにより、画像ソース８１の焦点を調節する。
【００６１】
焦点調節機構８６は、（ノブまたはレバーを介してシャフトを回転させることなどによる）機械的な入力、または電気的な信号（例えば、デジタル信号またはアナログ信号）、無線周波数（ＲＦ）信号、光信号および／もしくは赤外線（ＩＲ）信号などの他の入力信号を介して、ユーザから焦点入力を受信してもよい。入力信号を有線接続または無線接続により与えてもよい。一実施形態によれば、焦点調節機構８６は、図２に関して上述したフォーカスノブ２６を含んでもよい。焦点調節機構８６をモータ（図示せず）により制御して、上記のように画像ソース８１のズームレンズを操作できるようにしてもよい。また、画像ソース８１は、レンジファインダを含んでもよく、焦点位置エンコーダ８７は、上記のように対象の位置を検出するために、位置検知装置を含んでもよい。
【００６２】
焦点位置エンコーダ８７は、焦点位置エンコーダ２１（図２）と同様であり、焦点調節機構８６の向きを符号化する。焦点位置エンコーダ８７には、これらに限定されないが、可変抵抗器、シンクロエンコーダ、レゾルバ、磁気回転エンコーダ、磁気直線エンコーダ、電気光学的な回転エンコーダまたは電気光学的な直線エンコーダが含まれる。
【００６３】
マイクロコントローラ８２は、一時的でないコンピュータ読取り可能な媒体に蓄積されているソフトウェアプログラムか、または集積回路により与えられる物理的に組み込まれたプログラムにより実現される、プロセッサ実行能力を有する任意の種類のコントローラでよい。マイクロコントローラ８２は、焦点位置エンコーダ８７から受信された焦点位置データを、接眼レンズ７２の焦点を制御するための焦点調節量に変換する。焦点調節量には、実際の物体までの距離を模擬するための接眼レンズ７２に関する適当な焦点位置が含まれる。したがって、マイクロコントローラ８２は、焦点位置エンコーダ８７から受信された焦点位置データを使用して、表示装置組立体８３の接眼レンズ７２の焦点を、画像ソース８１の焦点にまとめる。
【００６４】
別の実施形態によれば、画像ソース８１が表示装置組立体８３からオフセットされるときに、同時に、マイクロコントローラ８２は、（上記のように視差を修正するために）オフセット映像データを表示装置組立体８３に提供し、（物体への眼の視線の広がりを模擬するために）接眼レンズ７２の焦点を調節してもよい。このように、（例えば焦点調節機構８６を介した）ユーザによる１回の調節によって、同時に２つの奥行き知覚の手掛かりを強化することが可能になる。
【００６５】
マイクロコントローラ８２は、受信された焦点位置に基づいて物体の距離を決定し、接眼レンズ７２の焦点を制御するための焦点調節量を生成する。マイクロコントローラ８２は、物体距離を決定し、かつ／または接眼レンズの焦点調節量を生成するための適当なアルゴリズムでプログラミングされたマイクロプロセッサまたはユーザにより書込み可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）装置を含んでもよい。
【００６６】
焦点調節値は、予め定められた焦点位置に基づいて、例えばルックアップテーブル（ＬＵＴ）から決定してもよい。例えば、補助なしの眼のジオプトリ値を用いて、多数の予め定められる焦点位置を決定してもよい。したがって、色々な距離で物体に焦点を合わせるための補助なしの眼に関する既知のジオプトリの尺度を使用して、予め定められるＬＵＴの焦点調節量を決定してもよい。したがって、焦点位置エンコーダ８７から受信された焦点位置データに応じて、マイクロコントローラ８２は、予め定められた焦点位置のうちの１つを焦点調節量として選択してもよい。マイクロコントローラ８２が接眼レンズ７２の焦点を調節するやり方について、以下でさらに記載する。焦点調節量は、マイクロコントローラ８２により、焦点調節命令の一部として表示装置組立体８３の接眼レンズ焦点調節機構８８に与えられる。
【００６７】
表示装置組立体８３は、接眼レンズ焦点調節機構８８、表示装置７１および接眼レンズ７２を含む。接眼レンズ焦点調節機構８８は、焦点調節値を有する焦点調節命令をマイクロコントローラ８２から受信し、表示装置７１に対する接眼レンズ７２の焦点位置を調節する。接眼レンズ焦点調節機構８８は、表示装置７１に対する接眼レンズ７２の焦点位置を調節するように構成された任意の焦点調節機構でもよいことが理解されよう。例えば、接眼レンズ焦点調節機構８８は、電気機械的な装置、光学機械的な装置またはオブジェクティブフィードバックセンサ、ならびに焦点調節命令に応じて接眼レンズ７２および／もしくは表示装置７１を動かす低出力モータを含んでもよい。焦点調節命令には、焦点調節値として特定の接眼レンズ・画像表示装置間の距離ＤＤＩＳＰＬＡＹが含まれ、これは、接眼レンズ焦点調節機構８８により組み込まれる。（ＤＤＩＳＰＬＡＹを介して）結果として生じる接眼レンズの焦点位置調節のジオプトリ値は、対物レンズ８４により焦点が合わされていた実際の物体からの光線の広がりを模擬するような値である。
【００６８】
例示的な実施形態によれば、接眼レンズ焦点調節機構８８は、（表示装置７１に対する）接眼レンズ７２の実際の位置と焦点調節値を比較するための適当な電子的な論理回路またはアナログの回路構成、表示装置７１に対する接眼レンズ７２の実際の位置を与えるためのフィードバックトランスデューサ（図示せず）、および表示装置７１と接眼レンズ７２の間の距離ＤＤＩＳＰＬＡＹを調節するためのモータ（図示せず）を含んでもよい。表示装置７１に対する接眼レンズ７２の焦点を調節する例について、図９Ａ〜図１２Ｂに関して以下でさらに記載する。
【００６９】
動作中に、システム８０は、焦点調節機構８６の位置を使用して、ユーザの興味のある対象までの距離を決定する。マイクロコントローラ８２は、興味のある対象の焦点距離に対応する適切な焦点調節量を決定して、ユーザの眼に至る物体の自然な視線の広がりを実現する。例えば、物体までの焦点距離が近い距離、例えば図６に示したＤＮＥＡＲであるとマイクロコントローラ８２が決定したときは、接眼レンズ焦点調節機構８８は、（マイクロコントローラ８２に応じて）この近い物体からの眼の視線を模擬するためのジオプトリ値に距離ＤＤＩＳＰＬＡＹを調節する。遠く離れた物体、例えば図６に示したＤＦＡＲに画像ソース８１が焦点を合わせているときは、接眼レンズ焦点調節機構８８は、ほぼ無限遠の焦点であるジオプトリ値に距離ＤＤＩＳＰＬＡＹを調節する。
【００７０】
また、別の実施形態によれば、システム８０は、興味のある対象までの距離に基づいて、表示装置７１上に示された画像に適切な量の視差修正を加えてもよい。例えば、画像ソース８１が表示装置組立体８３の光軸からオフセットされているならば、マイクロコントローラ８２は、異なる焦点距離にある物体へのユーザの眼の焦点調節を模擬するために、同時に、画像データに視差修正を加え、表示装置７１と接眼レンズ７２の間の距離ＤＤＩＳＰＬＡＹを調節してもよい。本発明のシステムによれば、（焦点調節機構８６を介した）ユーザによる１回の調節で、視差と眼の視線の広がりとを同時に補償し、奥行き知覚を強められることが理解されよう。
【００７１】
次に図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、本発明の実施形態による表示装置組立体８３を示している。特に、図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、視覚補助本体９１と、表示装置９６を有する表示装置組立体９２と、リング９３と、接眼レンズ９７を有する接眼レンズ組立体９４と、焦点調節カラー９５とを含む表示装置組立体８３の分解斜視図および断面図である。表示装置９６と接眼レンズ９７は、それぞれ、図８の表示装置７１と接眼レンズ７２に対応する。
【００７２】
視覚補助本体９１は、表示装置組立体９２と接眼レンズ組立体９４を収容する。リング９３により、表示装置９６と接眼レンズ組立体９４の接眼レンズ９７との間に離隔距離が与えられる。動作中に、焦点調節カラー９５を使用して、表示装置組立体９２と視覚補助本体９１に対し接眼レンズ組立体９４を移動させて、距離ＤＤＩＳＰＬＡＹ（図８）を調節し、接眼レンズのジオプトリ値を調節する。
【００７３】
表示装置９６は、接眼レンズ９７により焦点が合わせられユーザにより観察される、画像が現れる面を提供する。図９Ａおよび図９Ｂに示したように、表示装置９６は、暗視イメージ管を表す。表示装置組立体９２は、これらに限定されないが、電子ディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ））、透明焦点板、または中継レンズにより形成される空中の画像を提供するディスプレイなどの、他の種類の表示装置９６を含んでもよいことが理解されよう。
【００７４】
接眼レンズ組立体９４は、全体的に接眼レンズ９７として示した一連のレンズ素子を含み、光学機械的な接眼レンズ組立体９４に物理的に一体化された１つまたは複数の光学フィルタ（図示せず）を含んでもよい。接眼レンズ組立体９４は、図９Ａおよび図９Ｂに示したように形状が円筒形でもよいが、図１１Ａおよび図１１Ｂに示した直線状の形状などの、円筒形でない他の形状を含んでもよい。
【００７５】
焦点調節カラー９５は、ねじ山をつけた焦点調節機構を示す。この例では、表示装置９６に対して接眼レンズ９７を連続的に直線状に位置調節できるようにするための機構として、雄ねじと雌ねじの組を使用する。ねじ山をつけたこれらの構成要素のうちの１つを視覚補助本体９１に固定して、焦点調節カラー９５上の接合している部分が視覚補助本体９１に対して自由に回転できるようにしてもよい。回転のプロセスにより、回転軸に沿って構成要素が直線状に並進することになる。例えば、接眼レンズ９７は表示装置９６に対して平行移動する。一実施形態によれば、接眼レンズ９７は、焦点調節の並進動作中に回転してもよい。別の実施形態によれば、回転防止ピンにより接眼レンズが回転しないようにして、焦点調節カラー９５による回転で接眼レンズ９７が直線状に並進することになるようにしてもよい。
【００７６】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、表示装置組立体８３の断面図であり、２つの異なる距離にある物体に対する接眼レンズ組立体９４の位置調節をそれぞれ示す。図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９Ａおよび図９Ｂに示した表示装置組立体８３を用いた２つの焦点位置（すなわち、異なるジオプトリの設定値）を示す。
【００７７】
図１０Ａは、接眼レンズ９７と表示装置９６の間の相対的に小さい距離Ｄ１を示す。距離Ｄ１は、ユーザの眼の位置では、より大きな負のジオプトリ測定値に対応する。図１０Ｂは、接眼レンズ９７と表示装置９６の間の相対的に大きい距離Ｄ２を示す。距離Ｄ２は、ユーザの眼の位置では、より大きな正のジオプトリ測定値に対応する。
【００７８】
図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、本発明の別の実施形態による表示装置組立体８３’を示している。特に、図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれ、ハウジング１１０と、焦点調節機構１１１と、表示装置１１５を有する表示装置組立体１１２と、ハウジング１１３と、接眼レンズ１１６を有する接眼レンズ組立体１１４とを含む表示装置組立体８３’の分解斜視図および断面図である。表示装置１１５と接眼レンズ１１６は、それぞれ、図８の表示装置７１と接眼レンズ７２に対応する。
【００７９】
ハウジング１１０とハウジング１１３を使用して、焦点調節機構１１１と表示装置組立体１１２を収容する。接眼レンズ組立体１１４は、ハウジング１１３に連結される。動作中に、焦点調節機構１１１を使用して、接眼レンズ組立体１１４に対し表示装置組立体１１２を移動させて、距離ＤＤＩＳＰＬＡＹ（図８）を調節し、接眼レンズのジオプトリ値を調節する。
【００８０】
焦点調節機構１１１は、接眼レンズ１１６に対して表示装置１１５を並進させる。焦点調節機構１１１は、表示装置１１５を保持する構造１１６と、フォーカスノブ１１８の回転に応じた並進動作を実行するねじ山をつけた機構１１７とを含む。図示しないが、焦点位置エンコーダ８７（図８）などのアクチュエータにより、焦点調節命令に応じてフォーカスノブ１１８を駆動してもよい。
【００８１】
図１１Ａおよび図１１Ｂでは、表示装置１１５はＬＣＤ映像ディスプレイを表す。表示装置１１５は、表示装置９６（図９Ａおよび図９Ｂ）と同様であり、表示装置９６に関して上述した任意の種類の表示装置を含んでもよい。
【００８２】
接眼レンズ組立体１１４は、全体的に接眼レンズ１１６として示した接眼レンズ組立体９４と同様の構成要素、すなわち一連の接眼レンズを含み、光学機械的な接眼レンズ組立体１１４に物理的に一体化された１つまたは複数の光学フィルタ（図示せず）を含んでもよい。接眼レンズ組立体１１４は、図１１Ａおよび図１１Ｂに示したように形状が直線状でもよいが、図９Ａおよび図９Ｂに示した円筒形の形状などの、直線状でない他の形状を含んでもよい。
【００８３】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、表示装置組立体８３’の断面図であり、２つの異なる距離にある物体に対する表示装置組立体１１２の位置調節をそれぞれ示す。図１２Ａおよび図１２Ｂは、図１１Ａおよび図１１Ｂに示した表示装置組立体８３’を用いた２つの焦点位置（すなわち、異なるジオプトリの設定値）を示す。
【００８４】
図１２Ａは、接眼レンズ１１６と表示装置１１５の間の相対的に小さい距離Ｄ１を示す。距離Ｄ１は、ユーザの眼の位置では、より大きな負のジオプトリ測定値に対応する。図１２Ｂは、接眼レンズ１１６と表示装置１１５の間の相対的に大きい距離Ｄ２を示す。距離Ｄ２は、ユーザの眼の位置では、より大きな正のジオプトリ測定値に対応する。
【００８５】
上述の実施形態は、ヘッドマウント式の暗視ゴーグルやヘッドマウント式の現実の仲介装置を含む、任意の頭部着用カメラシステムにより使用することができる。
【００８６】
特定の実施形態を参照して本発明を図示し本明細書に記載したが、示された細部に本発明が限定されることは意図していない。むしろ、本発明から逸脱することなく、特許請求の範囲とその均等物の範囲内で、細部に色々な修正を行うことができる。
【図１】
2013537784.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
2013537784.tif 000022
2013537784.tif 000023