(57)【要約】  画像生成システム及び画像生成方法が説明される。一側面では、画像生成システムは、ユーザの頭の、ユーザが観察できる位置に、画像生成システムを固定するように構成された取り付けシステムと、無限遠にある射出ひとみを有し、光を放射するように構成された照明システムと、照明システムから光を受光し、画像に対応する受光光の少なくともいくらかを選択的に反射するように構成された光変調器と、光変調器と結合し、画像に関するデータコンテンツにアクセスし、アクセスしたデータコンテンツに従って複数の制御信号を生成し、受光光の少なくともいくらかの選択的反射を制御するために、光変調器へ制御信号を出力するように構成された制御システムと、観察者が観察できるように、観察者の目に対して、選択的に反射された光を向けるように構成された出力光学系と、を含む。
2015513688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像生成システムを、ユーザの頭のユーザが見ることが出来る位置に固定するように構成された取り付けシステムと、
ある瞬間に、観察者の目の網膜上に画像の複数の画素を形成するように、前記観察者の目に向かって、ある光を反射し、前記ある瞬間に、前記観察者の目から離れるように、他の光を反射するように構成されたイメージングシステムと、
前記イメージングシステムと結合する制御システムであって、前記画像に関するデータコンテンツにアクセスし、前記アクセスされたデータコンテンツにしたがって、複数の制御信号を生成し、前記ある瞬間に、前記観察者の目の網膜上に前記複数の画像の画素を形成するために、前記観察者の目に向かって、前記イメージングシステムによって、ある光の反射を制御し、前記ある瞬間に、前記観察者の目から離れるように他の光の反射を制御する前記制御信号を、前記イメージングシステムに出力するように構成された前記制御システムと、
を備えることを特徴とする画像生成システム。
【請求項２】
前記イメージングシステムは、前記観察者の周辺視野を増強するために、複数の異なる角度から、前記観察者の目に、前記ある光を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記イメージングシステムは、前記観察者の目に向かう、平行な複数の光ビームからなる前記ある光を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記イメージングシステムは、前記ある瞬間に、前記観察者の目の網膜上に前記画像の前記画素を同時に形成するように、前記ある瞬間に、前記観察者の目に向かって、前記ある光を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記画像は、２次元画像で、前記イメージングシステムは、前記ある瞬間に、前記観察者の目の網膜上に、２次元に画素を形成するように、前記ある瞬間に、前記観察者の目に向かって、前記ある光を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記イメージングシステムは、
前記光を放出するよう構成された光源と、
前記光源と光学的に結合し、複数の位置の間を動くように構成された複数のミラーを備えた光変調器とを備え、
前記制御システムは、前記ある瞬間に、前記観察者の目の網膜上に前記画像の前記画素を形成するために、前記観察者の目に、前記光源からの前記ある光を反射するように、前記ミラーの集合を前記位置の一つに動かすように制御する制御信号を生成するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記イメージングシステムは、前記観察者の目へ、更なる反射なしにミラーの前記集合から反射された前記ある光を向ける、ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
ミラーの前記集合は、第１の集合であり、前記制御システムは、前記ある瞬間に、前記観察者の目から離れるように、前記光源からの前記他の光を反射するように、前記ミラーの第２の集合を制御する前記制御信号を生成するように構成される、ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記光源は、複数の異なる瞬間のそれぞれにおいて、異なる色を有する前記光を放射するように構成され、前記光変調器の前記ミラーは、カラー画像を形成するために、前記異なる瞬間に、前記観察者の目に、前記異なる色の前記ある光を反射するように構成されている、ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光源は、LEDである、ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記光源は、レーザである、ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ミラーは、他の瞬間に、目モニタシステムに、前記観察者の目の画像を反射するように構成されている、ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項１３】
前記画像は、カラー画像で、前記イメージングシステムは、複数の連続する瞬間のそれぞれに、前記観察者の目の網膜上に、異なる色の複数の画像を生成するように構成されており、前記イメージングシステムは、前記色の一つの前記画像の一つのために、前記ある瞬間に、前記観察者の目の網膜上に、前記色の前記一つの複数の画素を同時に生成するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
２次元カラー画像のデータコンテンツを生成するように構成されたデータ生成システムと、
観察者の目の網膜上に、前記２次元画像の複数の画素を同時に形成するために、前記観察者の目に向かって光を伝送するように構成されたイメージングシステムと、
前記データ生成システムと前記イメージングシステムに結合され、前記画像の前記データコンテンツにアクセスし、前記アクセスされたデータコンテンツにしたがって、複数の制御信号を生成し、前記観察者の目の網膜上に前記２次元カラー画像の画素を同時に生成するために、前記観察者の目に向かって、平行に、それぞれの画素に対応する前記光の複数の光ビームを伝送することを制御するための前記制御信号を、前記イメージングシステムへ出力するように構成された制御システムと、
前記制御システムに結合され、前記観察者の目の動きをモニタするように構成された目モニタシステムと、を備え、
前記イメージングシステムは、複数の異なる瞬間のそれぞれにおいて、前記２次元カラー画像の複数の異なるカラーフレームを形成するように構成され、前記イメージングシステムは、
前記異なる瞬間において、異なる色を有する前記光を放射するように構成された光源と、
前記光源と光学的に結合し、前記光を均一化するように構成された光ファイバと、
前記光源と前記光ファイバとに光学的に結合し、複数の位置の間を動くように構成された複数のミラーを備えた光変調器とを備え、
前記制御システムは、異なる瞬間に、前記観察者の目の網膜上に前記２次元カラー画像の異なる色フレームを形成するために、前記異なる瞬間に、前記観察者の目へと、前記光源からの前記光を反射し、追加的な瞬間に、前記観察者の目の画像を前記目モニタシステムへ反射するように、前記位置の一つへ、前記ミラーの異なる集合を動かすように制御する前記制御信号を生成するように構成されており、
前記制御システムは、前記観察者の目の前記画像を前記目モニタシステムへ反射することの結果として、前記イメージングシステムの少なくとも１つの動作を制御するように構成されている、ことを特徴とする画像生成システム。
【請求項１５】
画像に関するデータコンテンツにアクセスし、
前記データコンテンツを用いて、ある瞬間に形成されるべき、前記画像の複数の画素を特定し、
前記特定後、前記ある瞬間に、観察者の目の網膜上に前記画像の前記複数の特定された画素を形成するように、前記観察者の目に向かって、平行に、前記画像の前記複数の特定された画素のある光を反射し、前記ある瞬間に、前記観察者の目から離れるように、他の光を反射する、
ことを特徴とする画像生成方法。
【請求項１６】
ある光を前記観察者の目に向けて反射することは、前記光の複数のビームを平行に反射することからなる、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ある光を前記観察者の目に向かって反射することは、前記画像の特定されたそれぞれの画素に対応する前記光の複数のビームを反射することからなる、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ある光を前記観察者の目に向かって反射することは、最初に、光変調器を用いて反射し、さらに、次に、前記光変調器を用いて、他の瞬間に、前記観察者の目の画像を反射し、前記観察者の目の前記画像をモニタすることからなる、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ある光を前記観察者の目に向かって反射することは、光変調器を用いて反射することを含み、前記特定することは、前記特定された画素に対応する前記光変調器の複数のミラーを特定することを含み、さらに、前記ある瞬間に、前記観察者の目に向かって、前記特定された画素の光ビームを反射するために、前記特定されたミラーを複数の異なる位置の一つに制御することからなる、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記ある瞬間に、前記観察者の目から離れるように、他の光を反射するために、前記ミラーの特定されなかったものを前記異なる位置の第２のものに制御することからなる、ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ある光を前記観察者の目に向かって反射することは、ユーザが焦点を合わせる実画像を形成することなしに、前記観察者の目の網膜上に、前記画像を形成する、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記ある光を前記観察者の目に向かって反射することは、前記ある瞬間に、前記観察者の目の網膜上に、前記画像の前記特定された画素を同時に形成することからなる、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、異なる瞬間に、前記光の異なる色を放射することを含み、前記特定することは、前記異なる瞬間に、形成されるべき前記画像の異なる画素を特定することからなり、前記ある光を前記観察者の目に向かって反射することは、前記異なる瞬間に、前記画像の前記特定された異なる画素に対応する前記光の前記異なる色を反射することからなる、ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
ユーザの頭の、ユーザが観察出来る位置に、画像生成システムを固定するように構成された取り付けシステムと、
無限遠にある射出ひとみを有し、光を放射するように構成された照明システムと、
前記照明システムから前記光を受光し、画像に対応する前記受光された光の少なくともいくらかを選択的に反射するように構成された光変調器と、
前記光変調器に結合され、前記画像に関するデータコンテンツにアクセスし、前記アクセスしたデータコンテンツに従って、複数の制御信号を生成し、前記受光した光の少なくともいくらかの選択的反射を制御するために、前記光変調器に前記制御信号を出力するように構成された制御システムと、
前記観察者が観察できるように、前記観察者の目に対して、前記選択的に反射された光を向けるように構成された出力光学系と、
を備えることを特徴とする画像生成システム。
【請求項２５】
前記出力光学系は、前記観察者が観察できるように、無限遠に前記画像を運ぶように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記出力光学系によって方向付けられた前記選択的に反射された光は、前記観察者の目の網膜上に、前記画像を直接形成するように、前記観察者の目の水晶体によって収束されることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記出力光学系によって方向付けられた前記選択的に反射された光は、前記画像として、前記観察者によって直接知覚されることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記出力光学系は、前記観察者の目に対して前記選択的に反射された光を向け、ユーザが焦点を合わせる中間的実画像を形成することなく、前記観察者の目の網膜上に直接前記画像を形成する、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
前記出力光学系は、前記観察者の目に対して前記選択的に反射された光を向け、前記観察者の目の網膜上に平行に、前記画像の複数の画素を形成する、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３０】
前記出力光学系は、前記観察者の目に対して前記選択的に反射された光を向け、前記観察者の目の網膜上に、２次元画像からなる前記画像の複数の画素を同時に形成する、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３１】
前記出力光学系は、前記選択的に反射された光を受光する入力面と、前記観察者の目に向かって、前記選択的に反射された光を出力する出力面とを備える対物レンズを備え、前記入力面は、前記出力面の曲率と比較して、大きな曲率を有している、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３２】
さらに、前記照明システムから前記光を受光し、前記光を、前記照明システムから前記光変調器へと向け、前記出力光学系に対して、前記選択的に反射された光を向けるように構成されたTIRプリズムを備える、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３３】
前記照明システムは、テレセントリック光学系であることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３４】
前記出力光学系は、前記観察者の目に向けて、前記選択的に反射された光を、平行に、複数のコリメートされた光ビームとして方向付けるように構成されていることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３５】
前記出力光学系は、前記観察者の目に受光される前にさらに反射されることなく、前記観察者の目に対し、前記選択的に反射された光を向ける、ことを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記出力光学系は、前記観察者の片目だけに、前記選択的に反射された光を向けることを特徴とする請求項２４に記載のシステム。
【請求項３７】
ユーザの頭の、前記ユーザが観察出来る位置に前記画像生成システムを固定するように構成された取り付けシステムと、
光を放射するように構成された照明システムと、
前記照明システムから前記光を受光するように構成された第１の面と、
前記第１の面で受光された前記光を出力し、反射光を受光するように構成された第２の面と、
前記第２の面で受光された前記反射光を出力するように構成された第３の面と、を備えるTIRプリズムと、
前記反射光を提供するために、前記TIRプリズムの前記第２の面から出力された前記光の少なくともいくらかを選択的に反射するように構成された光変調器と、
前記TIRプリズムの前記第３の面から出力された前記反射光を受光し、観察者の目の網膜上に画像を直接形成するために、前記反射光を収束する前記観察者の目の水晶体に向けて、前記反射光を出力するように構成された出力光学系と、
を備えることを特徴とする画像生成システム。
【請求項３８】
画像に関するデータコンテンツにアクセスし、
前記画像に関する前記アクセスされたデータコンテンツを用いて、前記画像の複数の画素に対応する光を反射し、
観察者の目に向かった方向の無限遠に、前記画像の前記反射された光を運び、前記運ばれた光は、前記観察者の目の網膜上に前記画像を形成するために、前記観察者の目の水晶体によって収束される、
ことを特徴とする画像生成方法。
【請求項３９】
さらに、無限遠にある射出ひとみを有する照明システムを用いて、前記光を提供することを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記画像の前記画素は、前記観察者の目の網膜上に平行に形成されることを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記運ぶことは、前記反射された光を、複数のコリメートされた光ビームとして、平行に、前記観察者の目に向かって運ぶことを含む、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記反射することは、前記画素に対応する複数の反射ミラーを備える光変調器を用いて、反射することを含む、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記運ぶことは、前記反射の後に、前記画像の前記画素の前記光を受光し、
前記反射後に、さらに反射することなしに、前記観察者の目に対し、前記画素の前記光を向ける、ことを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記運ぶことは、前記ユーザが焦点を合わせる中間画像を形成することなく、前記観察者の目に、前記画像の前記画素の前記光を運ぶことを含む、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記反射することは、光変調器を用いて反射することからなり、さらに、
照明システムを用いて光を放射し、
TIRプリズムを用いて、前記照明システムから前記光変調器へ、前記光を向け、
前記TIRプリズムを用いて、前記光変調器から、前記画像の前記反射光を無限遠に運ぶ出力光学システムへ、前記光を向ける、ことからなる、ことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連特許情報＞
本出願は、2012年2月6日出願の、出願番号13/367,261、出願の名称"Image Generation Systems and Image Generation Methods"の米国特許出願の部分継続出願であり、この出願に対し優先権を主張するものである。この出願の教示は、参照文献として、ここに併合する。
＜技術分野＞
この開示は、画像生成システム及び画像生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージングシステムは、事業、科学、軍事的応用、エンターテインメントなどへの多くの応用に有用である。イメージングシステムの洗練化と質は、イメージング光学系及びデジタル処理装置が改善されるにつれ、改善し続けている。異なるイメージング配置あるいは実装は、例えば、デジタルコンテンツの写真やコンピュータ表示スクリーン、センサによって生成された画像、例えば、カメラで撮影された現実世界のシーンの描写と仮想情報を盛り込んだ複合画像など、異なる種類の画像を生成する。異なるイメージングシステムは、画像を生成するための異なるセンサを搭載してもよい。例えば、光センサは、環境の写真やビデオコンテンツを生成するのに使われ、赤外センサは、電磁スペクトルの赤外領域の放射を検出するのに用いられたり、シーンの熱画像を生成するための熱イメージングカメラの中で用いられたりもする。
【０００３】
本開示の少なくともいくつかの側面は、画像を生成するシステムと方法を対象とする。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本開示の例示的実施形態が、以下の添付図面を参照して、以下に説明される。
【０００５】
【図１】一実施形態に従った、画像生成システムの例示的実装形態である。
【図２】一実施形態に従った、画像生成システムのコンポーネントのブロック図である。
【図３】一実施形態に従った、イメージングシステムの模式的図である。
【図４】一実施形態に従った、イメージングシステムのコンポーネントの等角投影図である。
【図５】一実施形態に従った、イメージングシステムの補助的光学素子の模式的図である。
【図６】一実施形態に従った、イメージングシステムの模式的図である。
【図７】一実施形態に従った、照明システムの模式的図である。
【図８】一実施形態に従った、イメージングシステムの模式図である。
【図９】一実施形態に従った、ビューイングシステムの模式的図である。
【図１０】一実施形態に従った、イメージングシステムの模式的図である。
【図１１】一実施形態に従った、イメージングシステムの模式的図である。
【図１２】一実施形態に従った、イメージングシステムの模式的図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一実施形態によれば、画像生成システムは、ユーザの頭であってユーザが観察出来る位置に画像生成システムを固定するように構成された取り付けシステムと、無限遠に配置された射出ひとみを有し、光を放射するように構成された照明システムと、照明システムから光を受け、画像に対応する、受光した光の少なくともいくらかを選択的に反射するように構成された光変調器と、光変調器と結合し、画像に関するデータコンテンツにアクセスし、アクセスしたデータコンテンツに従って、複数の制御信号を生成し、光変調器に制御信号を出力して、受光光の少なくともいくらかの選択的反射を制御するように構成された制御システムと、選択的反射光を、観察者から見えるように、観察者の目に向けるように構成された出力光学系と、を含む。
【０００７】
追加的な実施形態によれば、画像生成システムは、ユーザの頭のユーザが見られる位置に画像生成システムを固定するように構成された取り付けシステムと、光を放射するように構成された照明システムと、照明システムから光を受光するように構成された第1の面と、第1の面で受光された光を出力し、反射光を受光するように構成された第2の面と、第2の面で受光された反射光を出力する第3の面と、を備えるTIRプリズムと、TIRプリズムの第2の面から出力された光の少なくともいくらかを選択的に反射し、反射光を提供するように構成された光変調器と、TIRプリズムの第3の面から出力された反射光を受光し、反射光を収束して観察者の目の網膜上に直接画像を形成する観察者の目のレンズに向けて、反射光を出力するように構成された出力光学系と、を備える。
【０００８】
他の実施形態によれば、画像生成方法は、画像に関するデータコンテンツにアクセスし、画像に関する、アクセスしたデータコンテンツを用いて、画像の複数の画素に対応して、光を反射し、観察者の目に向かう方向の無限遠に、画像の反射光を運び、運ばれた光は、観察者の目の網膜上に画像を形成するように、観察者の目のレンズによって収束される。
【０００９】
図１を参照すると、ユーザの頭に装着されるように構成された画像生成システム１０が、一実施形態に従って示されている。図示された画像生成システム１０は、図１の例では個人が装着するヘルメット搭載ディスプレイ（HMD）として実装されている。
【００１０】
もう一つの特定の例においては、画像生成システム１０は、画像生成システム１０によって検知あるいは観察される環境に関する画像のデータコンテンツを生成するように構成されたカメラ及び／あるいは、センサと、追加的な回路を含み、イメージングコンポーネントは、1以上の個人に視覚画像として、データコンテンツを運ぶことが出来る（センサ、回路、及び、イメージングシステムなどのような追加的なイメージングコンポーネントは、図１には図示されていない）。センサ、回路、図１の例示的画像生成システム１０のコンポーネントは筐体１２内に設けられ、筐体１２は取り付けシステム１４を用いて、ヘルメットと個人の頭に取り付けられる。筐体１２は、図示された構成において、画像生成システム１０のコンポーネントを、環境要素から保護することが出来る。他の実施形態が可能であり、例えば、システム１０は、ヘルメットに組み込まれたり、ヘルメットとは別のゴーグルに実装されることが出来る。システム１０を、ヘルメットを用いずに（例えば、ストラップ、ハット、マスクなど）、ユーザの頭に固定する、取り付けシステム１４の他の構成が可能である。
【００１１】
画像生成システム１０は、多くの応用において有用であろう。一実装においては、画像生成システム１０は、例えば、軍事あるいは調査の応用において有効な熱画像を生成する1以上の熱センサと光学素子を含む。画像生成システム１０は、追加的な実施形態において、異なる構成に実装され得る。例えば、上記したように、システム１０は、システム１０の周りの環境の光を検知するカメラを含むことが出来る。他の例では、システム１０は、乗り物に搭載することができ、乗り物の環境のデータコンテンツを生成するように配置された外部カメラ及び／あるいはセンサを含むことが出来る。さらに、これらのカメラは、ある実装においては、3次元画像を形成し、目標範囲の情報を生成するために、ステレオペアを形成することができる。画像生成システム１０のこれらの実装及び応用は例示的であり、画像生成システム１０は、画像の生成が望まれる、他の実装、及び、応用に利用してもよい。
【００１２】
図２を参照すると、画像生成システム１０の一実施形態の回路とコンポーネントが示されている。例示の図示された配置では、画像生成システム１０は、データ生成システム２０、制御システム２２及び、イメージングシステム２４を含む。さらに、図示された実施形態では、データ生成システム２０は、1以上のセンサ３０を含み、制御システム２２は、処理回路３２と記憶回路３４を含む。イメージングシステム２４の例示的構成の詳細が、図３に示されている。
【００１３】
画像生成システム１０の追加的なコンポーネントを提供することも出来る。例えば、システム２０、２２、２４に電力を供給するのに電源を利用することができ（例えば、携帯用のバッテリ）、制御システム２２は、ユーザが見るための画像を生成するために用いることが出来る、外部ソースからのデータコンテンツを受信するインタフェースあるいは通信回路を含むことができる。
【００１４】
センサ３０は、説明する実施形態において、画像生成システム１０の周囲の環境を検知するように構成されている。さらに、センサ３０は、例えば、検知された環境を視覚的に表現する画像を生成するために利用される電気信号の形態で、データコンテンツを生成することが出来る。センサ３０は、例示の構成では、テラヘルツ放射と共に、可視光、赤外、ミリ波を検知するように構成されることが出来る。
【００１５】
制御システム２２は、説明する実施形態では、センサ３０と電気的に結合する。制御システム２２の処理回路３２は、形成されるべき画像に関するデータコンテンツにアクセスすることができる。例示的データコンテンツは、一実施形態では、形成されるデジタル画像の複数の画素の強度を特定する。データコンテンツは、データ生成システム２０のセンサ３０によって生成され、記憶回路３４に格納され、及び／あるいは、外部センサあるいは画像生成システム１０の外部の他のソースからアクセスされ得る。
【００１６】
処理回路３２は、追加的に、データコンテンツの適切な処理を提供してもよく、一実施形態においては、処理されたデータコンテンツを用いて、ユーザが見るための視覚画像を生成するために、イメージングシステム３４への制御信号を生成および出力する。以下に詳細に説明するように、イメージングシステム２４は、画像を生成するために、一実施形態においては、光変調器を用いる。制御信号は、以下に追加的に詳しく説明するように、画像を生成するために、複数の位置の間で（すなわち、ON／OFF状態に対応して）、光学生成器の複数のミラーの動きを制御することが出来る。
【００１７】
処理回路３２は、データを処理し、データアクセスと記憶を制御し、例えば、以下に追加的に詳細に説明される目追跡動作を実装することを含む、他の望ましい動作を制御するように配置される。処理回路３２は、少なくとも１つの実施形態において、適切なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体によって提供される、望ましいプログラミングを実装するように構成された回路を備えることができる。例えば、処理回路３２は、1以上のプロセッサ、及び／あるいは、例えば、ソフトウェア及び／あるいはファームウェア命令を含む実行可能な命令を実行するように構成された他の構成として実装されてもよい。処理回路３２の他の例示的実施形態は、ハードウェア論理、PGA、FPGA、ASIC、状態機械、及び／あるいは、他の構成を、単独で、あるいは、1以上のプロセッサと組み合わせて含む。処理回路３２のこれらの例は、例示のもので、他の構成が可能である。
【００１８】
記憶回路３４は、実行可能なコードあるいは命令（例えば、ソフトウェア及び／あるいはファームウェア）、電子データ、データベース、データコンテンツ、あるいは、他のデジタル情報などのプログラミングを記憶するように構成され、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含むことが出来る。少なくとも、ここに説明するある実施形態あるいは側面は、記憶回路３４の1以上のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体内に格納されるプログラミングを用いて実装でき、適切な処理回路３２を制御するように構成されることができる。
【００１９】
コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例示的な実施形態においては、処理回路３２を含む命令実行システムによって、あるいは、これと関連して用いるためのプログラミング、データ及び／あるいはデジタル情報を含み、記憶し、あるいは、維持することができる、1以上の製造品の形態で実施することが出来る。例えば、例示的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、非一時的で、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外あるいは半導体媒体などの任意の１つの物理媒体を含む。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体のより具体的な例のいくつかとして、フロッピーディスケット、ジップディスク、ハードドライブ、ランダムアクセスメモリ、リードオンリーメモリ、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、及び／あるいは、プログラミング、データあるいは他のデジタル情報を格納可能な他の構成などの携帯磁気コンピュータディスケットを含むが、これらには限定されない。
【００２０】
イメージングシステム２４が、一例示的実装に係る図３に関連して説明される。図示されたイメージングシステム２４は、ユーザによる観察用に視覚画像を生成するのに利用されることが出来る。一実施形態では、画像生成システム１０は、仮想網膜ディスプレイ（VRD）として構成され、イメージングシステム２４は、観察者の目に向かって光を送って観察者の目の網膜上に直接画像を形成し、網膜上に形成される画像は、一実施形態においては、形成される唯一の画像（つまり、観察者が焦点を合わせる実画像は形成されない）である。後述するように、複数の光ビームは、観察者の目の網膜上に画像の画素を形成するように、観察者の目に向かって、反射され、方向付けられる。図１の例示的ゴーグル構成など、いくつかの実装においては、図３の複数のイメージングシステム２４は、個人の両眼で見るための、ステレオ、あるいは、３D視覚画像を生成するために用いることが出来る。一実施形態では、光変調器（一実施形態においては、以下に詳しく説明するように、画像を生成するために用いられることが出来る）の物理的大きさ（例えば、対角寸法）は、見る人の目の入射ひとみの直径よりも大きく、この場合、外部ビューイング装置を用いないで直接シーンを見ると、画像生成システムから見る人の目に入る複数の光ビームは擬似的な周辺視野体験を引き起こす。
【００２１】
図３のイメージングシステム２４の図示された例示的構成は、光源４０、光インタフェース４２、照明レンズ４４、光変調器４６及び、目モニタシステム４８を含む。イメージングシステム２４の他の構成は、他の実装において利用されることが出来る。
【００２２】
光源４０は、ユーザによって観察される視覚画像を生成するのに用いられる光を放射するように構成されている。光源４０は、制御システム２２から制御信号を受信し、制御信号は、生成されるべき画像に従って、光の放射を制御する。制御信号は、放射される光のパラメータ（例えば、強度、色）とタイミングを制御することができる。
【００２３】
画像生成システム１０の応用、及び、例えば、システム１０が、モノクロあるいはカラーの画像を生成するか否かによって異なる光源４０を用いることができる。一例示的カラー実装の場合、光源４０は、画像を生成するために、複数の異なる色の光（例えば、RGB、CMYK）を生成するように構成されることが出来る。一つのより具体的な実装においては、異なる色の光は、カラー画像を形成するために、シーケンシャルに放射されることが出来る。光源４０は、一例では、赤、緑、及び青の光を生成するように構成された、複数の発光ダイオード（LED）として実装されることが出来る。他の実装においては、光源４０は、白熱光源のような、実質的に白色の光源と、異なる色の光を生成するためのカラーホイールを含むことが出来る。さらに他の例においては、光源４０は、異なる色の光を放射するように構成された1以上のレーザを用いて、実装することができる。照明光のこれらの複数の色は、ある配置においては、ダイクロイックミラーを用いて、あるいは、溶融スプライス光カプラを用いて、自由空間で結合されることができる。
【００２４】
光インタフェース４２は、光源４０と光学的に結合され、図示の実施形態では、光源４０からの生成された光を送り出し、照明レンズ４４に向かって光５０を放射するように構成される。光インタフェース４２は、イメージングシステム２４に、物理的サイズ及び／あるいは空間的な制限がある構成において有用である。一実施形態では、光インタフェース４２は、光を送り出すための光マルチモードファイバとして実装される。
【００２５】
照明レンズ４４は、光インタフェース４２に光学的に結合し、光インタフェース４２及び光源４０から光５０を受光するように配置される。照明レンズ４４は、受光した光５０をコリメートするよう配置され、コリメートされた光５２を光変調器４６に向ける。照明レンズ４４は、例示的実施形態では、複レンズあるいはトリプレットレンズとすることができる。光源４０、光インタフェース４２、及び、レンズ４４のうち1以上のコンポーネントは、ここでは、照明システムと呼ぶ。
【００２６】
光変調器４６は、コリメートされた光５２を受光し、観察者の目の網膜上に画像を形成するように、異なる方向に、光を選択的に反射するように配置されている。一実施形態では、光変調器４６の物理的寸法は、明順応した人間のひとみの入射ひとみ（直径３−５ｍｍ）よりも大きく（例えば、Texas Instruments DLP 0.55 XGA は、０．５５インチあるいは〜１４ｍｍの対角寸法を有している）することができ、見る人は、ここで説明している実施形態において、自然な視野と同様な周辺視野体験を認識するだろう。一実施形態では、光変調器４６は、複数のマイクロミラー（図３には、単一のミラー４７のみが示されている）を含む、デジタルミラー装置（DMD）である。より詳しくは、デジタルミラー装置は、2次元アレイに配置された複数のミラーを含み、ミラーは、画像の画素を生成するために、異なる位置あるいは状態（例えば、ON／OFF）の間を制御され得る。
【００２７】
制御システム２２は、「ON」と「OFF」状態に対応する異なる位置の間で、個々のミラーを制御する制御信号を提供する。図３に示されるように、ミラー４７は、観察者の目に向かう第1の方向に光５４のビームを反射する「ON」の位置／状態に置かれ、単一のミラー４７からの光５４のビームは、ユーザの目の網膜上に生成される画像の画素を形成する。ミラー４７は、観察者の目から遠ざかる第2の方向に、光５６のビームを反射する「OFF」状態におかれることも出来る。形成されるべき画像のデータコンテンツに従って、「ON」と「OFF」状態の間でミラー４７を制御することにより、画像を形成する。
【００２８】
ある特定の例示的配置においては、光変調器４６は、Texas Instruments Inc.から購入することができるDLP 0.55 XGA Series 450 デジタルミラー装置 (DMD)として実装される。この例示的装置は、１０．８μｍのミラーピッチの１０２４×７６８マイクロミラーのアレイを含み、アレイは、１１．０６ｍｍ×８．３ｍｍで、対角寸法が〜１４ｍｍ（０．５５”）である。マイクロミラーは、一実施形態では、制御システム２２のデジタルメモリセルから制御信号によってアドレス指定できるCMOS基板上のシリコンとすることが出来る。
【００２９】
アレイの個々のマイクロミラーは、説明している実施形態において、ミラーの「ON」と「OFF」状態を生成するために、複数の異なる位置の間を、ミラーの対角に渡るヒンジの周りに±１２°回転することが出来る。一実施形態では、ミラーの電源オフ状態は、０°傾きで、「ON」状態は、＋１２°及び、「OFF」状態で−１２°とすることが出来る。制御システム２２によって提供される制御信号は、形成される画像のデータコンテンツに従って、「ON」と「OFF」状態の間でミラーを制御する。例えば、制御信号は、適切なミラーを特定・制御して「ON」状態にし、観察者の目に向かって光を反射させ、他のミラーを特定・制御して「OFF」状態にし、観察者の目から離れるように光を反射させてもよく、その結果として画像が生成される。画像とは、今説明している実施形態においては、画像のすべての画素が同時に表示される完全な画像（例えば、モノクロ画像）、あるいは、カラー画像のフレーム（例えば、時間的に異なる瞬間における異なる色の連続する複数のフレームは、観察者によってカラー画像と知覚される）を示す。ある画像あるいはフレームにおいて、「ON」ミラーは、ミラーの第1の集合として参照され、「OFF」ミラーは、ミラーの第2の集合として参照されることができる。
【００３０】
一実施形態では、アレイのミラーは、形成されるべき画像の画素と対応し、ある画像あるいはフレームについて、制御システム２２からの制御信号は、どの画素が、観察者の目に表示されるべきか（つまり、どの画素が「ON」か）、及び、どの画素が、観察者の目に表示されないべきか（つまり、どの画素が「OFF」か）を識別、あるいは特定することが出来る。したがって、一実施形態では、ある画像あるいはフレームについて、複数の光ビームは、光変調器４６によって同時に平行に観察者の目に反射され、方向付けられ、このある画像あるいはフレームが形成されるときに、観察者の目の網膜上に、2次元でこの画像あるいはフレームの複数の画素を同時に形成する。
【００３１】
カラー画像は、一実装では、赤、緑、青の三原色のフレームを順番に知覚することにより、最低限形成することが出来る。一カラー画像生成方法では、光源４０は、各瞬間に、赤、緑、青の光を順番に放射することが出来、ミラーは、赤の光の間、観察者に赤の画像フレームを提供するように制御され、ミラーは、緑の光の間、観察者に緑の画像フレームを提供するように制御され、その後、青の光の間、観察者に青の画像フレームを提供するように制御されることができる。カラー画像を形成するために、適切なミラーが、人間の視覚の持続時間より速い速度で「ON」と「OFF」状態の間を制御されることが出来る（ミラーは、一例では、1秒当たり数千回変調され得る）。結果のディザリングは、一実施形態では、元画像の色と明るさレベルに一致するように、個々の画素の色と明るさレベルを制御することができる。
【００３２】
上述したように、LED光源４０を使用することができ、光インタフェース４２は、放射された光を伝送する。光インタフェース４２は、異なる波長の光を含む放射光を結合し、運び、均一化し、Thorlabs, Inc.から購入できる製品FT400EMT などのマルチモード光ファイバとして実装でき、マルチモード光ファイバは、一例では、個々のRGB波長を反射するが、他の２つを三色の照明に透過する、ダイクロイックミラーを用いて、単一の大コアファイバに結合することが出来る。上記ファイバは、コア径が０．４ｍｍで、開口数（NA)が０．３７である。また、いくつかの実施形態においてファイバ結合器は、ファイバが異なる色の照明ビームを結合するために、ペアに溶融スプライスされるおけるダイクロイック自由空間結合器の代わりに用いられ得る。
【００３３】
一つのより具体的な実施形態においては、照明レンズ４４は、０．３７NAファイバの出力をコリメートし、光変調器４６のミラーのアレイの面を完全に照らすための、１９ｍｍ有効焦点距離（EFL）を有する複レンズとすることができる。マルチモードファイバは、厳密には、シングルモードファイバによって提供されるような、点光源のコリメートされた出力を生成しないし、むしろ、ファイバ端を出るコリメートされた複数のビームには、光源の横方向の広がりによっては、わずかに異なる角度がついていることに注意されたい。しかし、０．４ｍｍの相対的に小さなコア径のために、白熱電球ベースの照明あるいはLEDアレイに比べ、角光分布が小さな範囲となる。一実施形態では、光変調器４６のミラーのアレイは、入射光を反射し、経路長は、比較的短くコンパクトで、２５ｍｍ以下の経路長を容易に達成することが出来る。
【００３４】
一実施形態では、光変調器４６によって運ばれる画像に寄与する光は、観察者の目に画像を運ぶのに、大きな視野（FOV）のビューイングシステムを必要としない。DMDミラーへの鋭角の入射が、ミラーの被覆された面からの光の効果的な反射戻りを得るのに利用されるが、「ON」と「OFF」状態の指定は任意である。また、図３の例示的構成は、反射光の強度を弱めるビーム分岐素子なしで実装する。
【００３５】
図示されたイメージングシステム２４の目モニタシステム４８は、「OFF」状態にある光変調器４６のミラーによって反射された光５６を受光するように構成されている。例えば、光変調器４６のミラーは、いつでも、観察者の目の画像を撮像するデジタルカメラ４９を含む目モニタシステム４８に光を反射する「OFF」状態になるように、制御されることが出来る。一例では、観察者の目の画像は、カメラ４９を、光源４０の光で飽和させないように、光源４０の照明パルス間で取得されることができる。一実施形態では、イメージングシステム２４は、連続する瞬間に、観察者の目に、画像の連続するRGBフレームを運ぶことができ、その後、変調器４６のミラーは、観察者の目に追加的なRGBフレームを再び提供する前に、観察者の目の画像をカメラ４９が撮像することが出来るように、「OFF」状態に制御されることができる。他の例では、光変調器４６は、RGBフレームの個々のものの間に、カメラ４９に、観察者の目の画像を提供することができる。生成された画像の観察の間に観察者の目の画像を撮像する他の実施形態及び／あるいは方法も利用することができる。
【００３６】
一実施形態では、目モニタシステム４８を用いて、観察者の目の動きをモニタすることが、画像生成システム１０の動作を制御するために、制御システム２２によって利用されることができる。例えば、あるイメージングシステム２４は、ユーザによって観察される射出ひとみを提供する。観察者の目の動きに関する情報は、観察者の目の動きに対応して、射出ひとみを動かすために、回転ミラー（不図示）を調整するのに利用される。他の実施形態においては、目モニタシステム４８によって追跡される目の動きは、画像生成システム１０の１以上のセンサ３０を制御するためにも用いることができる。例えば、ユーザが見上げると、ユーザによる観察のデータコンテンツを提供するカメラなどのセンサ３０は、観察の視野を変えるために、あるいは、カメラのステレオペアの場合、システムの収束点を変えるために、上方に傾けられることが出来る。目モニタシステム４８の出力は、さらに、例えば、目の動きでポインタを制御するなどの他の配置において、他の目的のために用いられることができる。また、瞬きは、他の実施形態において、画像生成装置１０の動作を制御するために利用されることが出来る。
【００３７】
上記した一実施形態では、画像生成システム１０は、観察者の目のレンズを、最終光学素子として使用して、観察者の目の網膜上に直接画像を形成する仮想網膜ディスプレイ（VRD）として構成される。一例では、イメージングシステム２４によって生成される唯一の画像が、網膜上に生成される画像である（つまり、ユーザの前にあってユーザが焦点を合わせる、中間の実画像を生成することがない）。例えば、光変調器４６は、光５４を観察者の目の水晶体と角膜に向け、観察者の目の網膜上に直接画像を運ぶ。一実施形態では、イメージングシステム２４の射出ひとみは、観察者の目の入射ひとみと同一平面である。光変調器４６は、説明した実施形態においては、ミラーのそれぞれからの複数の平行ビームを含む光５４を、観察者の目に向け、観察者の目の水晶体と角膜は、ビームを網膜上に収束し、したがって、観察者の目の上に画像を形成する。
【００３８】
説明された例示的実施形態においては、光変調器４６は、画像の異なる画素に対応する複数のビーム（例えば、画像の赤のフレーム）を、同時に平行して、共通の瞬間に、観察者の目へと向ける。光５４のビームが観察者の目に入る角度は、ビームが収束される、網膜上のそれぞれの位置を決定する。これらの角度は、また、ある実施形態において（例えば、一実施形態を図５に以下にさらに詳細に説明する）、周辺視野をシミュレーションする自然な視野体験に寄与する。
【００３９】
図３の図示した例においては、光変調器４６のミラーは、光５４、５６の経路の間に光を向けることができる。さらに、イメージングシステム２４の他の配置が、異なる実装を収容するために可能である。例えば、１以上の追加的なミラーを用いて、光変調器４６から反射された光を、観察者の目に向かって、目モニタシステム４８あるいは、他の実施形態における他の望ましい位置に向けてもよい。
【００４０】
図４を参照すると、例示的ゴーグル構成に配置されたイメージングシステム２４が、一実施形態に従って示されている。図示された構成において、光源４０は、筐体１２の外部にあり、図示されていない。光インタフェース４２は、筐体１２の内部で、外部光源４０からの光を、光５２を光変調器４６に向かわせる照明レンズ４４に伝送する（図４には、光変調器４６の単一のミラー４７が示されているのみである）。
【００４１】
光変調器４６の個々のミラー４７は、選択的に「ON」と「OFF」状態の間を制御され、ユーザによる観察用のアイピース５８へ、あるいは、目モニタシステム４８へと、光５４をそれぞれ選択的に向かわせる。一実施形態においては、筐体１２は、環境光が筐体12内部に入らないように塞がれ、実質的に、ユーザが見る光は、光変調器４７によって反射される光５４のみとなる。結果として、この装置のいくつかの配置には、軍事応用における夜間の使用で観察者のいる位置を示してしまう光学的しるしがない。
【００４２】
一構成においては、アイピース５８は、光５４の中間画像を観察者の目の網膜に送るように配置されたErfleアイピースである。例示的アイピース５８は、望遠鏡の焦点に形成された画像を転送し、画像を無限遠（コリメーション空間）に投影するように設計されている。この「無限遠での画像」は、人間の視覚調節能力を利用して、観察者の目の水晶体に運ばれ、その後、網膜に収束される。アイピース５８は、ある実施形態では、出力光学系と呼ばれる。
【００４３】
図５を参照すると、イメージングシステム２４の一配置において使用される補助的光学素子７０の一実施形態が示される。例示的素子７０は、図示された配置において、観察者の周辺視野を増強するために利用される、アキシコンである。一実装においては、光学素子７０は、光変調器４６と観察者の目の間に挿入されることができ、光束７２は、光変調器４６から受光され、光束７４として、観察者の目に向けられる（あるいは、アイピース５８が利用される実施形態において、観察者の目内に受けられる前に、最初アイピース５８に向けられる）。図５では、簡単にするために、各光束７２、７４が、光線の５つのグループを含む一方で、光束７２、７４のそれぞれは、典型的には、図示された光線の5つのグループ間に含まれるより多くの光線を含む。
【００４４】
光変調器４６によって反射される光束７２は、一般的に視覚画像を生成するためにイメージングシステム２４によって生成される光に順応する観察者の目の瞳孔より大きくなることがある（例えば、光束７２は、１０ｍｍ×１０ｍｍ角に対し、明順応した瞳孔は直径３ｍｍ）。素子７０は、観察者の明順応した瞳孔のサイズに近づける円錐台先端領域７１を有するアキシコンとして実装することができる。円錐台先端領域７１は、中心の光線が、素子70を通り抜け、観察者の目の中心視野をつかさどる部位に作用するように出来る。アキシコン素子７０の切頂部以外で角度がついている他の部分は、他の光線を瞳孔に向かって角度をつけてずらし、光線が、観察者の目の周辺視野をつかさどるかん状体視細胞が多い領域上に作用するようにする。アキシコン素子７０の角度のついた部分の角度は、観察者の目までの距離などのさまざまな要因に基づいて決定することが出来る。この例示的素子７０の使用は、光束７４を、複数の異なる角度から観察者の目へと向け、光学素子７０を用いない配置に比べ、観察者の周辺視野を増強する。
【００４５】
図３の上記した例において、照明光路、投影光路、及び、OFF状態光路は、光変調器４６の前面の共通区間を共有する。以下に説明する実施形態のいくつかは、図３の配置の光路間の追加的な分離を有し、光路間の分離が少ないある配置に比べ、相互作用、クロストーク、画像劣化、及び、機械的相互干渉が軽減される。
【００４６】
図６を参照して、仮想網膜ディスプレイとして構成される画像生成システム１０に用いられるイメージングシステム２４ａの他の実施形態が説明される。ある実施形態においては、例えば、ヘルメットに搭載するディスプレイとしての応用に用いる場合など、奥行きが短い画像生成システムを提供することが望まれる。図６において、光変調器４６は、図３に関して上記した配置と同様に、光ビーム５４及び光ビーム５６として、選択的に、光源４０、及び、光インタフェース４２からのコリメートされた光５２を反射する。しかし、光変調器４６の選択されたミラー４７によって反射される光ビーム５４は、光ビーム５４を第2の回転ミラー８４に向かって反射する第1の回転ミラー８２に向かわせる。図示の実施形態においては、第2の回転ミラー８４は、光ビーム５４を、（上記したアイピース５８として構成され得る）対物レンズ８６に向かわせ、観察者の目に向かわせる。
【００４７】
第1及び第2の回転ミラー８２、８４は、一実施形態では、照明及び目モニタ光路から、ビューイング光路をより分離させるのに用いられ、図３の実施形態に比べ、光路間の干渉が少なくなる。さらに、ある実施形態では、第2の回転ミラー８４は、画像生成システム１０によって運ばれるデジタル情報によって増大した視野におけるシーンの観察を、観察者に可能にするために、部分透過性とすることが出来る。図示されたイメージングシステム２４ａは、光を観察者の目と光変調器４６に向ける対物レンズ８６の出力面間で、約５６．５ｍｍの寸法を有する。
【００４８】
図７−１２を参照して、イメージングシステム２４ｂ−２４ｅ（あるいは、そのコンポーネントあるいはシステム）の追加的な実施形態を説明する。１以上の開示のイメージングシステムと共に利用される照明システムの例示的実施形態を図７に示す。光インタフェース４２は、光源で生成された光を放射する（光源は、図７に示されていないが、一例示的配置において、白色光源及び、カラー画像を形成するために異なる色の光を生成するためのカラーホイールとして実装できる）。放射された光は、照明レンズ４４に届く前に光の強度分布を均一化する拡散器４３（例えば、ある例示的例において、すりガラス、ホログラフィックあるいはマイクロレンズアレイ）を通る。照明レンズ４４は、受光した光をコリメートし、コリメートされた光５２を出力し、レンズ４４は、例示的実施形態においては、複レンズ、あるいは、トリプレットレンズとすることができる。
【００４９】
一実施形態においては、インタフェース４２は、１００ミクロンの直径、０．３９の開口数を有している。一実施形態では、レンズ４４は、インタフェース４２から約１焦点距離だけ離れて間隔が置かれており、コリメータ焦点距離は、変調器４６の面をいっぱいにする、約２５ｍｍのコリメートされた光５２のビーム径を達成するために利用されることが出来る。一実施形態では、レンズ４４は、３０ｍｍの焦点距離を有する複レンズで、インタフェース４２の出力をコリメートして、約２５ｍｍのコリメートされた光のビーム径を達成する。
【００５０】
ある実施形態では、照明システムから発するビーム片の主な光線は、変調器４６に入射するとき、平行である。図７の例に示される照明システムは、画像空間で、テレセントリックで、したがって、無限遠にある射出ひとみを有している。射出ひとみを通る物点の主な光線は、図示される例における照明システムのレンズ４４から放射されるコリメート光５２内で、光軸に対し、及び、互いに平行である。照明システムによって提供される光線は、図示された実装において、変調器４６に達するとき平行である。
【００５１】
図８を参照して、仮想網膜ディスプレイの例示的イメージングシステム２４ｂの追加的詳細を説明する。照明システムのレンズ４４（レンズ４４は図７に示されている）から出力されるコリメート光５２は、図示された実施形態では、全内部反射（TIR）プリズムであるプリズム９０に向けられる。図示された例示的TIRプリズム９０は、第１のプリズム９２、第２のプリズム９４及び、第１及び第２のプリズム９２、９４間の空気ギャップ９６を含む。プリズム９０は、例示的実施形態において、ガラスあるいはプラスチックで構成することが出来、プラスチックは、軽くて、ディスプレイが機械的衝撃をうけたときには、より優れた耐破損性を有している。
【００５２】
第１のプリズム９２は、臨界角度より大きい角度で、面９１において、コリメート光５２を受光するように配置され、したがって、一実施形態において、第１のプリズム９２は、面９３から、受光した光を、光変調器４６のミラーの傾き角度の約２倍の角度で、光変調器４６に向かって反射する。
【００５３】
光は、「ON」状態にある光変調器４６のミラーによって、プリズム９０に向かって反射され、「ON」状態にあるミラーから反射される光は、第１のプリズム９２の面９３によって受光される。反射された光は、一実装では、第１のプリズム９２の面９３で屈折され、１０ミクロンより小さい空気ギャップ９６を横切って伝搬する。空気ギャップ９６を横切った伝搬に続いて、光は、空気ギャップ９６と隣接する第１のプリズムの面と反対方向に、同じだけ光を屈折するように設計された第２のプリズム９４に当たり、光が、面９７に対しほぼ垂直な角度で、第２のプリズム９４の面９７を出ることができるようにする。
【００５４】
対物レンズ８６は、プリズム９０の下流に配置されており、第２のプリズム９４の面９７を出る光を受光する。一実施形態では、対物レンズ８６は、レンズ８６の出力面の曲率に比べ、大きな曲率の入力面を有する複レンズである（出力面が、入力面に対し、大きな曲率を有する配置に比べ、歪みを減少する）。一実施形態では、対物レンズ８６は、変調器４６から１焦点距離に配置され、無限遠にある射出ひとみを、変調器４６の位置に入射ひとみを有する。図８の例においては、対物レンズ８６は、観察者の目内で受光されるまえに、光をさらに反射しないで、観察者の目に、光変調器４６からの選択的に反射された光を向ける。
【００５５】
上述したように、本開示の画像生成システム１０は、ある実装においては、仮想網膜ディスプレイとして構成されることが出来る。ある仮想網膜ディスプレイは、直接観察者の網膜で、光変調器４６の画像を知覚できるように、光を観察者の目に直接伝送する。ある例示的仮想網膜ディスプレイ実施形態において、光変調器４６からの画像のコリメートされた光は、イメージングシステム２４ｂ−２４ｅの対物レンズ８６から出力され、観察者の網膜上に、中間的あるいは間接の画像（たとえば、ユーザが焦点を合わせる距離のスクリーン上の画像）が形成されないで、光変調器４６からの画像が直接形成されるように、観察者の目の水晶体によって収束される。ある実施形態では、観察者の目は、対物レンズ８６の出力から２５ｍｍより近い。
【００５６】
ある実施形態においては、対物レンズ８６は、変調器４６からの光を、観察者によって画像として直接知覚される観察者の目へと向ける。対物レンズ８６は、説明した例において、プリズム９０から無限遠へと出力される画像を観察者の目に向かって運び、そこで観察者の目の水晶体が画像化し、あるいは、収束することで観察者の目の網膜上に実画像を直接形成する。
【００５７】
変調器４６のミラーは、複数の物点（例えば、画素）に対応し、出力光学系（つまり、対物レンズ８６）は、観察者の目に向かうこれらの物点に対応する、コリメートされた光ビームを平行に出力する。観察者の遠近調節していない目で見ている間、観察者の目の毛様筋は、弛緩し、無限遠に焦点が定まり、観察者の目の水晶体は、観察者の目の網膜上に直接、変調器４６からの画像を形成する。したがって、一実施形態では、第１の実画像は、上述したように、観察者の目が焦点を定める、間接の、あるいは、中間の画像を形成することなく、観察者の網膜上に、観察者の目の水晶体によって形成される。さらに、上述したように、出力光学系は、一実施形態では、無限の焦点距離を有する。他の実施形態では、出力光学系は、１０〜１００フィートなどの他の焦点距離を有してもよい。
【００５８】
変調器４６によって反射されるコリメートされたビームは、ある例示的実施形態において、ラスタスキャンされるのとは対照的に、観察者の目の網膜上に同時に形成される画素に対応する。言い換えれば、二次元画像の画素は、これらの実施形態では、観察者の網膜上に、平行に形成されることができる。
【００５９】
図示されたイメージングシステム２４ｂは、少なくとも一つの実施形態において、相対的に小型で、光を観察者の目と光変調器４６に向かわせる対物レンズ８６の出力面から約３５ｍｍの寸法を有する。いくつかの他の実装と比較して、光変調器４６に近い対物レンズ８６を提供するシステム２４ｂの配列は、対物レンズ８６と光変調器４６間に大きな隙間を有する他の実装と比較して、光変調器４６からの画像に大きな倍率を提供する。大きな倍率は、観察者の目の焦点距離（EFLeye =約２１ｍｍ）と、対物レンズ８６の焦点距離（説明した実施形態において、ELFobjective =約３５ｍｍ）の関係によるもので、この説明された実施形態では、EFLeye /EFLobjective = 21 /35 = 0.6により規定される光変調器からの画像の倍率を提供する。この配置においては、ビューイング光路及び照明光路は、互いに約９０°となっている。
【００６０】
図９を参照して、ビューイングシステムの一実施形態を示す。図９に示される図は、上述した図８の右から見た図である。上述したように、画像の光は、光変調器４６から反射され、プリズム９０によって、光を観察者の目のひとみ９９に向ける出力光学系（レンズ８６）に向けられる。図示された例においては、観察者の目のひとみ９９は、直径が約５ｍｍで、レンズ８６から約５ｍｍ離れている。観察者の目の水晶体は、観察者の目の網膜上に画像を直接形成するように、受光された光を収束する。一実施形態では、レンズ８６の位置は、近視などの視覚異常を有する可能性のある、異なる観察者でも出力が明瞭に見えるようにするために、観察者の目のひとみ９９に対して（例えば、機械的調整機構を用いるなどして、不図示）、軸方向に（より近く、あるいは、より遠く）調整され得る。
【００６１】
図１０を参照して、いくつかの他の配置に比べ、ヘッドセットの体積が小さいイメージングシステム２４ｃの他の実施形態を示す。図１０に示されるプリズム９０は、図８のイメージングシステム２４ｂと比較して、照明とビューイング光路が入れ替わる、逆全内部反射として実装される。図１０のイメージングシステム２４ｃは、また、互いに約９０°の照明とビューイング光路を提供する。ここで用いられる全内部反射プリズムは、特定の構成にのみ言及しようと特別に述べない限り、全内部反射プリズム（たとえば、図８と１０の実施形態のプリズム）の異なる開示された構成を指す。
【００６２】
この図示された配置においては、コリメートされた光５２は、第２のプリズム９４の面９７で、光変調器４６のミラー面に対し、ほぼ垂直な角度で、受光される。受光された光は、図示された実施形態において、第２のプリズム９４を通り、空気ギャップ９６を横切って、第１のプリズム９２を通り、光変調器４６によって反射されて第１のプリズム９２に戻り、対物レンズ８６に向かって、面９１から出力される。
【００６３】
図１１を参照して、図１０の実施形態と同様だが、拡張現実アプローチを提供もする、イメージングシステム２４ｄの他の実施形態を示す。特に、図１０のイメージングシステム２４ｃと同様に、コリメートされた光５２は、第２のプリズム９４の面９７によって受光され、対物レンズ８６に向かって、第１のプリズム９２の面９１から出力される。対物レンズ８６から出力される光は、対物レンズ８６の後段のビューイング光路に設けられた部分透過性回転ミラー９８に向けられ、デジタルと現実世界コンテンツの視認と融合を同時に可能とする。部分透過性ミラー９８は、図示された例示的実施形態において、世界に加え、光変調器４６によって運ばれるデジタルコンテンツの拡張現実表示を提供するイメージングシステム２４ｄによって受光される、世界表示１００の光を通す。
【００６４】
図１２を参照して、上記した目モニタシステム４８を組み込むイメージングシステム２４ｅの他の実施形態を示す。目モニタシステム４８は、一実施形態において、画像生成システム１０の使用中、観察者の目の画像を撮像し、目追跡動作を実装するのに利用される、カメラ（不図示）を含むことが出来る。図示された例においては、コリメートされた光５２は、プリズム９０に向けられる前に、ビームスプリッタ１１０を通る。観察者の目の画像の光は、ミラー周期の目サンプリング部分の間（照明がOFF）「ON」状態に設定されるデジタル変調器４６のミラーによって反射され、面９１を通ってプリズムから出る。この光は、一実施形態において、観察者の目の画像を撮像し、目追跡を実装するのに利用される目モニタシステム４８に向かって、ビームスプリッタ１１０によって反射される。
【００６５】
一実施形態では、イメージングシステム２４−２４ｅは、観察者の片方の目で見られる画像を生成するように構成されている。言い換えると、光変調器４６によって生成される画像は、観察者の左あるいは右目のいずれかに向けられる。ある実施形態においては、複数のイメージングシステム２４−２４ｅは、独立な画像を生成し、観察者のそれぞれ左あるいは右目の向けられる、平行／ステレオビューイングペアを提供するのに利用されることができる。複数のイメージングシステム２４−２４ｅを用いることによって、ヘッド搭載ビューイング配置において、観察者のための２つの異なるデジタル源からの画像の融合、あるいは、平面画像のために、各目に同じ画像を表示することを可能にする。さらに、複数のイメージングシステムは、各個人の観察者のために、個々に、光学的あるいは機械的に調整されることができる。
【００６６】
上記したように、ある実施形態は、比較的小型のイメージングシステム（例えば、上記したTIRプリズムを含む実施形態）を利用し、一ステレオビューイングの実施形態において、イメージングシステムの出力は、互いに約７５ｍｍ離れており、個々には、光変調器４６から対物レンズ８６の出力まで、約３５ｍｍの奥行きを有している。
【００６７】
上記したイメージングシステム２４の少なくともある実装は、スキャンする実装において典型的に用いられるレーザ以外の光源を利用する。例えば、光源は、一実施形態では、１以上のLEDを含むことができる。さらに、画像あるいはフレームのための光変調器の画素は、平行に、観察者に伝達されるので、スキャン方法と比較すると他の検知及び処理動作（例えば、目追跡）のための時間を空けられる。また、イメージングシステムは、偏光素子を利用する配列と比べて照明の効果をよりよくする一実施形態では、偏光素子を使用することなく実装することが出来る。さらに、一実装における上記したマイクロミラーの「OFF」状態は、ポインタとして利用できる、あるいは、他のユーザコマンドに関連付けられる、瞬き、目の上下への回転、あるいは他の異なる眼の動きによって、コンテンツの伝達を、「手を用いないで」制御するために、損失の多いビームスプリッタを使用することなく、目モニタシステムへ、観察者の目から反射された光を向けるために使用されることが出来る。一実施形態における、ファイバによって伝達されるコリメートされた照明ビームの使用（例えば、マルチモードファイバの使用によって）は、ビームを均一化し、光インタフェースを用いない、大きな白熱照明あるいはLEDアレイを使用する場合に比べて、観察者の目の水晶体に、容易に再画像化できる、ほぼ点の、あるいは、小さな光源を生成する。
【００６８】
さらに、パルス化されたLED照明の使用は、比較的に電力消費が少なく、画像生成システムのバッテリ式の実装を可能にする。高照明効率は、一実施形態では、非偏光LED照明の使用による。さらに、画像生成システムは、めがね、ゴーグル、ヘルメットに搭載されたディスプレイあるいは他の配置を用いた、人装着ディスプレイ技術のために、比較的に小型のサイズに配置されることができる。画像生成システムは、ユーザ入力の立体的、あるいは、３次元ディスプレイのための１あるいは２個のイメージングシステムを含むことが出来る。さらに、最終回転ミラーは、ディスプレイ上で画像をデジタル的に並進させることと共に、最終回転ミラーを回転することにより、ひとみ内距離（これは、大人の人間の９５％に対し、５５ｍｍから７５ｍｍの範囲である）の調整を可能とするために設けられることができる。一例では、無限遠に物体の目の焦点を設けることにより、目の疲れを軽減することが出来る。また、光学系は、異なるビューアの視力を考慮に入れるために調整可能である。比較的に低放射の投影光を用いることにより、軍隊及び警察の夜間でのオペレーションのためのヘッド搭載ディスプレイにシステムを使用することができる。また、多波長ビューアは、軍人への応用及び日中／夜間でのオペレーションのために、可視から遠赤外までの波長のカメラ画像を組み合わせることにより、実装することが出来る。システムは、ある実施形態では、画像が意図されたビューアによってのみ見られるので、安全なディスプレイ動作を提供することができる。
【００６９】
ここで説明したように、デジタル光変調器を利用したある実施形態により、無限遠に焦点を結ぶ、リラックスした目によって見られることができる、HD解像度を有するビデオ速度のデジタル画像を生成することができ、これは、目の緊張を大きく減らし、商用、軍事及び警察への応用のための省電力、小型のユーザが装着できるディスプレイ装置のさまざまなものを可能とする。また、上記したように、イメージングシステムの二重配置は、また、飛行機、戦車、あるいは、他の車両を操縦するなど、優れた奥行き知覚を用いる活動のための、可視、熱赤外、及びミリ波の画像装置など、いくつかの異なるイメージング手段を融合することができる、没入環境（immersion environment）のための、立体的あるいは３次元イメージングのために、実現することもできる。
【００７０】
法に従うために、本発明は、構造や方法的フィーチャについて、多かれ少なかれ特定的な文言によって説明された。しかし、本発明は、ここに開示した手段は、本発明の効果を示すに好適な形態からなるので、図示され、及び、説明された特定のフィーチャに限定されるものではないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等論にしたがって、適切に解釈された添付の請求項の範囲内で、任意の形態あるいは変形によって請求される。
【００７１】
さらに、本開示の図示的実施形態の構成及び／あるいは動作のガイドとして、ここに、ある側面が提示された。本出願人は、これらの説明された図示された実施形態は、また、明示的に開示されたものに加え、更なる発明の側面を含み、開示し、説明するものと考える。例えば、追加的な発明の側面は、図示された実施形態に説明されたものよりも、少ない、多い、及び／あるいは、他のフィーチャを含むことが出来る。より特定的な例においては、出願人は、明示的に開示された構造よりも少ない、多い、及び／あるいは、他の構造を含む装置と共に、明示的に開示されたものより少ない、多い、及び／あるいは、他のステップを含む方法を、本開示は含み、開示し、及び、説明するものと考える。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【国際調査報告】
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