JP2002529801A - 調節可能な遠近調節を備える走査ビームディスプレイ - Google Patents

調節可能な遠近調節を備える走査ビームディスプレイ

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JP2002529801A JP2000581690A JP2000581690A JP2002529801A JP 2002529801 A JP2002529801 A JP 2002529801A JP 2000581690 A JP2000581690 A JP 2000581690A JP 2000581690 A JP2000581690 A JP 2000581690A JP 2002529801 A JP2002529801 A JP 2002529801A
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ティドウェル，マイケル
メルビル，チャールズ・ディ
ジョンストン，リチャード・エス
コリン，ジョエル・エス
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University of Washington
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Abstract

(57)【要約】 走査ビームディスプレイ１０／５０／１５０は、目に当る走査光波の曲率を制御して異なる深度の画像点をシミュレートする。遠距離の対象物をシミュレートするには、生成された光波はより平坦である。より近い対象物をシミュレートするには、光波の曲率は増す。光波の曲率を変化させるとき、目はその焦点を変更することにより応答する。したがって、光波の曲率が目から仮想対象物への見かけの焦点距離を定める。曲率を変化させるには、可変焦点レンズ２２／３２０または可変屈折率装置２２／３３０／３５０のいずれかが用いられる。これに代えて、可動点光源が用いられる。生成された、仮想対象物の見かけの距離は、バックグラウンド視野の中の検出された距離に相関する。仮想対象物の強度は、検出された、バックグラウンド光の強度に相関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
この発明は、走査ビーム表示装置に関し、より特定的には、走査ビーム表示装
置のための光学的構成に関する。
【０００２】 走査ビーム表示装置は、観察者の目で知覚できる画像を生成するための光学的
装置である。光は光源から発せられ、レンズを通ってコリメートされ、次に走査
装置を通過する。走査装置は光に対する走査パターンを規定する。走査された光
は中間像平面の焦点に収束する。走査が行なわれると、焦点は（たとえばラスタ
走査パターンで）像平面に沿って移動する。光は次に平面を超えて発散する。光
経路に沿って中間像平面を超えた、ある所望の焦点距離に接眼レンズが位置付け
られる。接眼レンズをわずかに超える、観察者の目が位置される区域に「射出瞳
」が生じる。
【０００３】 観察者は接眼レンズを覗いて画像を見る。接眼レンズは、ラスタパターンに沿
って偏向される光を受取る。したがって光は、走査サイクルの間の異なる時間に
異なる角度で観察者の瞳に当たる。この角度範囲が、観察者が知覚する視野のサ
イズを定める。走査サイクルの間の光の変調が画像の内容を定める。
【０００４】 シースルーのディスプレイについては、ユーザは、ユーザの付近の実世界の環
境だけでなく、走査ビーム表示装置の、網膜上に投影された加えられた画像を見
る。ユーザが視野の中の対象物を見るとき、目は３つの基本的な機能を果たす。
１つの機能としては、各々の目は対象物が視界の中央に現われるように動く。第
２の機能としては、各々の目は、虹彩の開口の直径を変更することにより目に入
る光の量を調節する。第３の機能としては、各々の目は目レンズの曲率を変更す
ることにより焦点を合わせる。第３の機能からの焦点距離が収束点への距離と一
致しなければ、脳が不一致を検出する。吐き気が起こることがある。
【０００５】
【発明の概要】
この発明に従うと、可変遠近調節の方法および装置を含むことにより、より実
物に近い画像が仮想網膜ディスプレイを用いて生成される。
【０００６】 この発明の１つの局面に従うと、走査ビーム表示装置は、目に当たる走査光波
の曲率を制御して、異なる深度の像点をシミュレートする。遠距離から無限の画
像は、目に当たる平坦な光波を有する。近距離の画像は、目に当たる凸型の光波
を有する。したがって、遠距離の対象物をシミュレートするには、ディスプレイ
から目に伝わる光波は平坦である。より近い対象物をシミュレートするには、光
波の曲率が増す。目は、その焦点を変更することにより、光波の変化する曲率に
応答する。生成された光波の曲率は、仮想の対象物と目との間の所望の「見かけ
の距離」に関連する。
【０００７】 この発明の別の局面に従うと、可変焦点レンズが仮想網膜ディスプレイに含ま
れて、光波の形状を変更する。レンズは、所望によりその焦点距離を経時的に変
化させる。たとえば、６４０×４８０画素の画像については、３０７，２００個
の画像素子が存在する。可変焦点レンズは、非常に迅速にその焦点距離を調節し
て、各画像素子ごとに異なる焦点距離を規定することができる。
【０００８】 この発明の別の局面に従うと、可変焦点レンズは共振結晶石英レンズで形成さ
れる。共振レンズはその光学軸に沿って厚みを変え、したがってその焦点距離を
変更する。レンズは時間に対して焦点距離を変える。光パルスが共振レンズに入
る時間を変えることにより、焦点が変化する。別の実施例では非共振レンズが用
いられ、その応答時間は、各画像素子ごとに焦点合わせするには十分速いもので
ある。
【０００９】 この発明の別の局面に従うと、可変焦点レンズの代わりに、経時的に屈折率を
変える装置が用いられる。１つの実施例では、音響光学装置（ＡＯＤ）または電
子光学装置（ＥＯＤ）が用いられる。ＡＯＤでは、音響エネルギが音響光学材料
に注入されてＡＯＤの屈折率を制御する。ＥＯＤの１つの実施例では、レンズは
ニオブ酸リチウム層で被覆される。電界がニオブ酸リチウム材料にわたって印加
されて、被覆の屈折率を変化させる。屈折率の変化がレンズの実際の焦点距離を
が変化させ、仮想画像の焦点距離を変化させる。
【００１０】 別の実施例では、光学装置は、当たる赤外線ビームの強度（周波数）に基づい
てその屈折率を変化させる。赤外ビームの現時の強度が、装置に対する現時の屈
折率を実質的にセットする。赤外ビームの強度を変えることにより屈折率が変化
し、光学装置の実際の焦点距離を変化させる。
【００１１】 別の実施例は、圧縮可能な円柱状の勾配屈折率レンズを焦点合わせ素子として
含む。円柱状の圧電変換器が勾配屈折率円柱の外側シェルを圧縮する。円柱の圧
縮がレンズ材料の物理的な場所をシフトさせて勾配屈折率を変化させ、それによ
り焦点距離を変更する。別の実施例は、自由キャリアの注入または空乏を用いて
その屈折率を変化させる電流駆動装置を含む。
【００１２】 この発明の別の局面に従うと、可変焦点レンズは、中間像平面の曲率の、スキ
ャナがもたらしたエラーまたは他の光学素子の収差を補正する役割を果たす。例
示的な実施例では、システムの収差マップがメモリのルックアップテーブルに記
憶される。収差マップは各画像素子ごとに補正データを提供する。補正データは
可変焦点素子を駆動して各画像素子ごとに焦点深度を調節する。
【００１３】 この発明の別の局面に従うと、可変焦点レンズを導入して焦点距離を変更する
代わりに、光源が動かされて焦点距離を変更する。
【００１４】 この発明の別の局面に従うと、光源は鏡に向けて光を発し、鏡はディスプレイ
のレンズに向けて光を反射する。鏡は反射角度を変化させる軸のまわりを可動で
ある。制御信号が、鏡の位置およびしたがって反射角度を定める。反射角度が変
化するため、レンズから出る光の焦点距離が比例して変化する。
【００１５】 この発明の別の局面に従うと、増補されたディスプレイは可変遠近調節を含む
。走査ビームディスプレイは、その上に仮想画像が増補されるバックグラウンド
画像を含むように増補される。仮想画像内の対象物が走査されて、視野内に見か
けの距離を有する。したがって、仮想対象物を実世界のバックグラウンドビュー
の中に置いてもよい。見かけの距離は、観察者の目の上で対象物の画素を走査す
る光波の曲率を制御することによって制御される。
【００１６】 この発明の別の局面に従うと、バックグラウンド画像対象物の距離が測定され
かつ用いられて、そのようなバックグラウンド画像対象物に近接して置かれるべ
き仮想対象物の見かけの距離を特定する。
【００１７】 この発明の別の局面に従うと、バックグラウンド画像の測定された強度に対し
て仮想画像の強度が制御される。その結果、異なるバックグラウンド画像強度内
ですら、仮想画像とバックグラウンド画像との間の相対的なコントラストが同じ
になることがある。さらに、より現実的な視覚効果のために、バックグラウンド
画像とほぼ同じになるように仮想画像の強度を制御することができる。
【００１８】 光の曲率を変更する１つの利点は、生じた画像がより実物に近く、ユーザの臨
場感を高めることである。この発明のこれらおよび他の局面および利点は、添付
の図面と関連して以下の詳細な説明を参照することにより、さらによく理解され
るであろう。
【００１９】
【特定の実施例の説明】
概要 図１は、この発明の実施例に従う、可変遠近調節を有する走査光ビームディス
プレイ１０のブロック図である。ディスプレイ１０は光を生成しかつ操作して、
狭い視野からパノラマ的な視野までおよび低解像度から高解像度を有する、カラ
ーまたはモノクロームの画像をもたらす。ビデオ情報で変調された光は、観察者
の目Ｅの網膜上で直接的に走査され、正立した仮想画像の知覚を生じる。ディス
プレイ１０はサイズが小さく、手持ちでの操作または観察者の頭に取付けるのに
好適である。ディスプレイ１０は画像データインターフェイス１１を含み、これ
は、ＲＧＢ信号、ＮＴＳＣ信号、ＶＧＡ信号または他のフォーマット済みの、カ
ラーもしくはモノクロームのビデオもしくは画像データ信号などの、ビデオまた
は他の画像信号を受取る。そのような信号は、コンピュータ装置、ビデオ装置ま
たは他のデジタルもしくはアナログの画像データソースから受取られる。画像デ
ータインターフェイスは光源１２を制御するための信号を生成する。生成された
光は画像データに従って変更されて、観察者の目Ｅの網膜上で走査された画像を
形成する画像素子（たとえば画像画素）を生成する。
【００２０】 光源１２は１つまたはそれ以上の点光源を含む。１つの実施例では、赤、緑お
よび青の光源が含まれる。光源またはそれらの出力ビームは入力画像データ信号
の内容に従って変調されて、光学系サブシステム１４に入力される光を生じる。
好ましくは、発せられた光は空間的にコヒーレントである。
【００２１】 走査ディスプレイ１０は、光学系サブシステム１４、走査サブシステム１６お
よび接眼レンズ２０も含む。発せられた光は光学系サブシステム１４を通り、走
査サブシステム１６によって偏向される。典型的には、光はラスタパターンに沿
って偏向されるが、代替的な実施例では、ベクトルイメージングなどの別のディ
スプレイフォーマットを用いることができる。１つの実施例では、走査サブシス
テム１６は、画像データインターフェイス１１から導出された、水平方向の偏向
信号と垂直方向の偏向信号とを受取る。別の実施例では、走査サブシステム１６
は、通過する光を偏向するための機械共振器を含む。
【００２２】 この発明の局面に従うと、光学系サブシステム１４は、目Ｅに当たる光の曲率
を変更するための装置を含む。この発明の代替的な局面に従うと、ディスプレイ
１０は、時間とともに光源位置を動かして、目Ｅに当たる光の曲率を変化させる
ための装置を代わりに含む。
【００２３】 光学系サブシステムが曲率を変化させる実施例 図２から図５は、代替的な実施例の光学的な概略を示し、ここでは光学系サブ
システム１４は、目Ｅに当たる光の曲率を変化させるための可変焦点レンズ２２
を含む。図２および図３は同じものであるが、曲率を変化させるための可変焦点
レンズ２２が異なる場所に設けられている。図２の実施例では、点光源１２から
の光は可変焦点レンズ２２を通り、次にコリメーティングレンズ２４を通り、そ
の後走査サブシステム１６および接眼レンズ２０に達する。図３の実施例では、
点光源１２からの光はコリメーティングレンズ２４を通り、次に可変焦点レンズ
２２を通り、その後走査サブシステム１６および接眼レンズ２０に達する。接眼
レンズ２０から目Ｅに通る光の曲率は、可変焦点レンズ２２の制御に基づいて経
時的に変化する。ある画像素子については、曲率は、目を第１の焦点距離に焦点
合わせする１つのコンターのものである。他の画像素子については、曲率は、目
を第２の焦点距離に焦点合わせする別のコンターのものである。曲率を制御する
ことにより、ディスプレイ１０は目の見かけの焦点を制御し、したがって現れる
異なる画像素子を異なる距離に位置づける。
【００２４】 図４は、可変焦点レンズ２２を有しない装置の光学的概略である。目Ｅに当た
る光が平面波によって形成されることに留意されたい。このような実施例では、
すべての光学素子は共通の不定深度に現われる。
【００２５】 図５および図６は図２および図３と同様であるが、光をコリメートするよりは
むしろ光を収束する光学系サブシステム１４用のものである。図７は、可変焦点
レンズ２２を有しない仮想網膜ディスプレイの光学的概略図である。図７の実施
例については、目Ｅに当たる光が平面波で形成されることに留意されたい。この
ような実施例では、すべての光学素子は共通の不定深度に現われる。図５では、
点光源１２からの光は可変焦点レンズ２２を通り、次に収束レンズ２４を通り、
その後走査サブシステム１６および接眼レンズ２０に達する。図６の実施例では
、点光源１２からの光は収束レンズ２６を通り、次に可変焦点レンズ２２を通り
、その後走査サブシステム１６および接眼レンズ２０に達する。接眼レンズ２０
から目Ｅに通る光の曲率は、可変焦点レンズ２２の制御に基づいて経時的に変化
する。
【００２６】 図８は目に当たる光のパターンを示す。走査ビーム表示装置は、目に当たる走
査光波の曲率を制御して、異なる深度の像点をシミュレートする。遠距離から無
限までの画像は、目に当たる平坦な光波を有する。近距離の画像は、目に当たる
凸形の光波を有する。光は光のシーケンスとして示される。第１の画像素子２６
については、対応する光２８が１つの曲率を有する。別の画像素子３０について
は、対応する光３２が別の曲率を有する。他の画像素子３４、３８、４０に対す
る光３６、４０、４４も示される。画像素子のシーケンスは、目Ｅ上で走査され
て、目で知覚される画像を生成する。遠距離の対象物をシミュレートするには、
ディスプレイから目に伝わる光波は平坦である。より近い対象物をシミュレート
するには、光波の曲率が増す。生成された光波の曲率は、仮想対象物と目との間
の所望の「見かけの距離」（すなわち焦点距離）に関連する。目は、その焦点を
変更することにより、光波の変化する曲率に応答する。光の曲率は経時的に変化
して、表示される画像素子の見かけの深度を制御する。したがって、走査された
画像の異なる部分に対して、変化する画像深度が知覚される。
【００２７】 光源 光源１２は単一または多数の光源を含む。モノクローム画像を生成するために
は、単一のモノクローム光源が典型的に用いられる。カラーイメージングのため
には、多数の光源が用いられる。例示的な光源は、着色レーザ、レーザダイオー
ドまたは発光ダイオード（ＬＥＤｓ）である。ＬＥＤは典型的にはコヒーレント
な光を出力しないが、１つの実施例ではレンズが用いられてＬＥＤ光源の見かけ
のサイズを縮小しより平坦な波面を達成する。好ましいＬＥＤの実施例では、単
一モードのモノフィラメント光ファイバがＬＥＤ出力を受取り、コヒーレントな
光に近似する光を出力する点光源を規定する。
【００２８】 １つの実施例では、赤、緑および青の光源が含まれる。１つの実施例では、光
源は直接的に変調される。すなわち、光源１２は、画像データインターフェイス
１１から受取った画像信号内の画像データに対応する強度を備える光を発する。
別の実施例では、光源１２は、画像データ駆動信号に応答して別個の変調器によ
って変調される、実質的に一定の強度を備える光を出力する。したがって光学経
路に沿って出力された光は、画像データインターフェイス１１から受取った画像
信号内の画像データに従って変調される。そのような変調が画像素子または画像
画素を規定する。好ましくは、発せられた光３１は空間的にコヒーレントである
。
【００２９】 これらおよび他の光源１２の実施例のさらなる詳細は、「光ファイバ点光源を
備える仮想網膜ディスプレイ“Virtual Retinal Display with Fiber Optic Poi
nt Source”」と題された、ファーネス他（Furness et al.）の米国特許第５，
５９６，３３９号に見られ、ここに引用により援用されている。
【００３０】 画像データインターフェイス 上述のように、画像データインターフェイス１１は、表示されるべき画像デー
タを画像データ信号として受取る。さまざまな実施例において、画像データ信号
は、ＲＧＢ信号、ＮＴＳＣ信号、ＶＧＡ信号または他のフォーマットされたカラ
ーもしくはモノクロームのビデオもしくはグラフィックス信号などの、ビデオま
たは他の画像信号である。画像データインターフェイス１１の例示的な実施例は
、受取った画像データ信号からカラー成分信号および同期化信号を抽出する。画
像データ信号が赤、緑および青の成分を埋込んだ実施例では、赤の信号が抽出さ
れて変調器に経路指定され、赤色光点光源出力を変調する。同様に緑の信号が抽
出されて変調器に経路指定され、緑色光点光源出力を変調する。また、青の信号
が抽出されて変調器に経路指定され、青色光点光源出力を変調する。
【００３１】 画像データ信号インターフェイス１１は、水平方向の同期化成分および垂直方
向の同期化成分も画像データ信号から抽出する。１つの実施例では、そのような
信号が、走査サブシステム１６に経路指定された、水平方向のスキャナ駆動信号
および垂直方向のスキャナ駆動信号に対して、それぞれの周波数を規定する。
【００３２】 走査サブシステム 走査サブシステム１６は、光源１２の後ろに、光学系サブシステム１４の前ま
たは後ろのいずれかに位置される。１つの実施例では、走査サブシステム１６は
、水平方向のビーム偏向を行なうための共振スキャナ２００と、垂直方向のビー
ム偏向を行なうための検流器とを含む。水平方向のスキャナとして働くスキャナ
２００は、画像データインターフェイス１１で抽出された水平方向の同期化信号
が規定する周波数を有する駆動信号を受取る。同様に、垂直方向のスキャナとし
て働く検流器は、画像データインターフェイスで抽出された垂直方向の同期化信
号ＶＳＹＮＣが規定する周波数を有する駆動信号を受取る。好ましくは、水平方
向のスキャナ２００は、水平方向の走査周波数に対応する共振周波数を有する。
【００３３】 図９を参照すると、スキャナ２００の１つの実施例は、磁気回路によって駆動
されて回転軸２１４のまわりで高周波数で発振する鏡２１２を含む。この実施例
では、可動部分は、鏡２１２およびばねプレート２１６のみである。光学スキャ
ナ２００は、ベースプレート２１７および、１対のステータ柱２１８、２２０を
備える１対の電磁コイル２２２、２２４も含む。ステータコイル２２２および２
２４は、それぞれのステータ柱２１８および２２０の付近で反対方向に巻かれる
。電気コイル巻線２２２および２２４は、以下に論じられるように、駆動回路に
直列にまたは並列に接続されてもよい。ベースプレート２１７の両端には第１お
よび第２の磁石２２６が取付けられ、磁石２２６は、ステータ２１８および２２
０から等距離である。ベース２１７は後方ストップ２３２を備えて形成され、後
方ストップは各々の端から上方向に延びて磁石２２６のそれぞれの台座を形成す
る。
【００３４】 ばねプレート２１６はばね鋼から形成され、その長さおよび幅によって定めら
れたばね定数を有するねじり型のばねである。ばねプレート２１６のそれぞれの
端はそれぞれの磁石２２６の磁極上で休止する。磁石２２６は、それらがばねプ
レートに隣接する同じ磁極を有するような向きにされる。
【００３５】 鏡２１２は、鏡の回転軸２１４がステータ柱２１８および２２０から等距離に
なるように、ステータ柱２１８および２２０の直接的に上に取付けられる。鏡２
１２はばねプレートの一部の上に取付けられるかまたはその上を被覆する。
【００３６】 磁気回路が光学スキャナ２００の中に形成され、交番駆動信号に応答して回転
軸２１４のまわりで鏡２１２を発振させる。１つの磁気回路は、磁石２２６の上
部磁極からばねプレートの端２４２に延び、ばねプレート２１６を通り、ギャッ
プを横切りステータ２１８へ、さらにベース２１７を通って磁石２２６に戻りそ
の下部磁極に達する。別の磁気回路は、他方の磁石２２６の上部磁極から他方の
ばねプレートの端に延び、ばねプレート２１６を通り、ギャップを横切りステー
タ２１８へ、さらにベース２１７を通って磁石２２６に戻りその下部磁極に達す
る。同様に、磁気回路はステータ２２０を通ってもたらされる。
【００３７】 逆向きに巻かれたコイル２２２および２２４に方形波などの周期的な駆動信号
が与えられると、磁界がもたらされて、回転軸２１４のまわりで鏡２１２を前後
に発振させる。より特定的には、たとえば方形波が高いとき、ステータ２１８な
らびに磁石２２６および２２８を通って磁気回路がもたらす磁界は、鏡の端をス
テータ２１８に引寄せる。同時に、ステータ２２０および磁石２２６を通って延
びる磁気回路がもたらす磁界は、ステータ２２０が鏡２１２の反対側の端を反発
するようにする。したがって、鏡は回転軸２１４のまわりを一方方向に回転する
ようにされる。方形波が低くなると、ステータ２１８がもたらす磁界はばねプレ
ート２１６の端を反発する。同時に、ステータ２２０はばねプレート２１６の他
方端を引寄せる。両方の力により、鏡２１２は軸２１４のまわりを反対の方向に
回転する。
【００３８】 代替的な実施例では、走査サブシステム１４は、音響光学デフレクタ、電気光
学デフレクタ、回転多面体または検流器を代わりに含み、水平方向および垂直方
向の光の偏向を行なう。ある実施例では、２つの同じタイプの走査装置が用いら
れる。別の実施例では、水平方向のスキャナおよび垂直方向のスキャナに、異な
るタイプの走査装置が用いられる。
【００３９】 接眼レンズ 図２から図４を参照すると、接眼レンズ２０は典型的には、目Ｅに入る前に光
ビームを受取る多素子レンズまたはレンズシステムである。代替的な実施例では
、接眼レンズ２０は単一レンズである（図５から図７を参照）。接眼レンズ２０
は、観察者の目に向けて光ビームからの光線を中継する役割を果たす。特に、接
眼レンズ２０は、走査ディスプレイ１０の射出瞳が形成する場所に寄与する。接
眼レンズ２０は接眼レンズ２０から公知の距離ｄで射出瞳を規定する。そのよう
な場所は、観察者の目Ｅに対して、大体の予測された場所である。
【００４０】 １つの実施例では、接眼レンズ２０は表示装置１０の外側からの光を伝えない
閉塞素子である。代替的な実施例では、接眼レンズシステム２０は透過性であり
、観察者は仮想画像だけでなく実世界を見ることもできる。さらなる別の実施例
では、接眼レンズは透過性を変更することができ、実世界の周辺ライティングと
仮想画像ライティングとの間のコントラストを維持する。図１０を参照すると、
光センサ３００が周辺光のレベルを検出する。検出された光レベルに応答して、
制御回路３０２は、光互変材料３０４にかかるバイアス電圧を変化させて接眼レ
ンズ２０の透過性を変える。周辺光レベルが不所望に高い場合は、光互変材料３
０４は、仮想画像をより容易に知覚できるように、外部環境からの光の一部をブ
ロックする。
【００４１】 光学系サブシステム 図２から図７に戻ると、光学系サブシステム１４は、直接的にまたは走査サブ
システム１６を通過した後のいずれかに、光源から出力された光を受取る。ある
実施例では、光学系サブシステムは光をコリメートする。別の実施例では、光学
系サブシステムは光を収束する。遮られないままならば、光は焦点に収束し、次
にそのような点を超えて発散する。しかしながら、収束する光が偏向されるに従
い、焦点が偏向される。偏向のパターンが焦点のパターンを規定する。そのよう
なパターンが中間像平面と称される。
【００４２】 この発明の局面に従うと、光学系サブシステム１４は、経時的に光の曲率を変
化させるための光学装置を含む。具体的には、いずれかの所与の画像素子に対す
る、目Ｅに入る光の曲率パターンが可変焦点レンズ２２を介して制御される。あ
る実施例では、レンズ２２の焦点はレンズ２２の厚みを制御することにより変化
する。別の実施例では、レンズ２２の焦点はレンズ２２の屈折率を変化させるこ
とにより変化する。
【００４３】 レンズ２２から出る光の曲率は、レンズ２２の形状を変化させることまたはレ
ンズ２２の屈折率を変化させることにより制御される。その形状を変えるレンズ
が図１１に示され、電気機械的可変焦点レンズ（ＶＦＬ）３２０と称される。Ｖ
ＦＬ３２０の中央部分３２２は、圧電共振結晶石英からなる。動作においては、
１対の透過性導電電極３２４が、公知の態様で圧電材料を変形する電界をもたら
す。そのような変形は、中央部分３２２の厚みをその光学軸に沿って変化させ、
実際にＶＦＬ３２０の焦点を変化させる。
【００４４】 ＶＦＬ３２０は共振装置であるため、その焦点距離は非常に予測可能なパター
ンで周期的に変化する。光パルスが共振レンズに入る時間を制御することにより
、ＶＦＬ３２０の実際の焦点位置を制御できる。
【００４５】 ある実施例では、ＶＦＬ３２０の共振周波数に従って光のパルスを選択的に遅
らせることは望ましくないであろう。そのような場合、ＶＦＬ３２０は、関心の
ある周波数で共振しないように、しかしそれでも十分迅速に各画像素子ごとに焦
点を合せるように設計される。
【００４６】 別の実施例では、可変焦点レンズは、電界または他の入力に応答してその屈折
率を変える材料から形成される。たとえば、レンズ材料は、電気光学的または音
響光学的材料であってもよい。好ましい実施例では、中央部分３２２（図１０参
照）は、電気光学的でも音響光学的でもあるニオブ酸リチウムから形成される。
したがって、中央部分３２２は、印加される電界または音響エネルギに依存する
屈折率を示す。動作の際、電極３２４は電界を印加して、ニオブ酸リチウムの中
央部分３２２の屈折率を制御する。別の実施例では、石英レンズは透明インジウ
ム錫酸化物被覆を含む。
【００４７】 図１２に示される別の実施例では、レンズ３３０は、圧縮可能な円柱状の中央
部３３２を含み、これはその半径の関数として勾配屈折率を有する。円柱状の圧
電変換器３３４は円柱状の中央部３３２を取囲む外側シェルを形成する。電界が
変換器３３４に印加されると、変換器３３４は中央部３３２を圧縮する。この圧
縮が中央部３３２を変形させ、それにより屈折率の勾配を変化させる。変化した
勾配屈折率は中央部３３２の焦点距離を変化させる。
【００４８】 図１３に示される別の実施例では、可変焦点素子は半導体装置３５０であり、
これは透過領域３５２における自由キャリアの密度に依存する屈折率を有する。
１対の電極３５４を通して装置３５０に順電圧または逆電圧のいずれかを印加す
ることにより、自由キャリアの密度を増加させる電流または自由キャリアの密度
を減少させる逆バイアスのいずれかがもたらされる。屈折率は自由キャリアの密
度に依存するため、印加された電圧が屈折率を制御することができる。
【００４９】 図１４に示されるさらなる別の実施例では、複数のレンズ３６０−３６２が直
列にカスケード接続される。１つまたはそれ以上の圧電位置決め装置３６４−３
６６は、光経路に沿って１つまたはそれ以上のそれぞれのレンズ３６０−３６２
を移動させて光ビームの焦点距離を変化させる。互いに対するレンズの相対的な
位置を変化させることにより、光の曲率が変化する。
【００５０】 可変焦点レンズ２２の効用の１つは、中間像平面の曲率の、走査システム１６
によってもたらされたエラーまたは他の光学素子によってもたらされた収差を補
正することである。たとえば、図１３の実施例では、光学経路全体の収差マップ
がメモリ３７０のルックアップテーブルに記憶される。収差マップは、画像の各
画素ごとの可変焦点素子の焦点距離の変化または所望の量を表わす、定められた
補正データの集合である。制御エレクトロニクス３７２は、各画素ごとにテーブ
ルから値を取出し、対応する電圧または他の入力を与えて、焦点深度を調節し収
差を補正する。
【００５１】 移動して光波曲率を変化させる光源 図１５および図１６は走査ディスプレイ５０／５０′の実施例を示し、ここで
は光源１３は１つまたはそれ以上の可動点光源１５を含む。図１５は、光をコリ
メートする接眼レンズ２０および光学系サブシステム１４を有する表示装置５０
を示す。図１６は、光を収束する接眼レンズ２０および光学系サブシステム１４
を有する表示装置５０′を示す。図１５および図１６の実施例の各々において、
点光源１５は、光学系サブシステム１４の平面に対して垂直方向の軸５４に沿っ
て移動する。したがって点光源１５は、光学系１４のより近くにまたはそれから
さらに遠くへのいずれかに移動する。点光源１５と光学系１４との間で変化する
距離は、レンズ１４を通して見たように、点光源１５の見かけの距離を変化させ
る。一方方向に点光源を動かすことにより、観察者には仮想画像部分がより遠く
に見えるようになる。点光源１５を反対方向に動かすことにより、観察者には仮
想画像部分がより近くに見えるようになる。これは、図１５および図１６に示さ
れる光波面５６の曲率を変えることにより表わされる。光学系１４からの点光源
１５の距離を制御することにより、画像部分の焦点が変化する。
【００５２】 制御信号に応答して、位置コントローラ６０は、各画素ごとまたは画素群に対
して点光源１５から光学系１４への距離を定める。１つの実施例では、コントロ
ーラ６０は、点光源１５を動かす圧電アクチュエータを含む。別の実施例では、
コントローラ６０は、点光源１５を移動させる電磁駆動回路を含む。アクチュエ
ータまたは駆動回路の動きの軸は点光源１５が光を発する方向と整列されるため
、点光源１５の動きはユーザの視野の中のそれぞれの画素の場所のシフトを生じ
させない。
【００５３】 図１７は、点光源１５の見かけの場所を移動させる実施例を示す。光源１２か
ら発せられた光は、鏡１２４に向けて光を偏向する部分反射面１２２に当たる。
鏡１２４は部分反射面１２２を介して光を反射し返し、光学系１４に光を伝える
。光が光学系１４に当たる角度は鏡１２４の向きによって定められる。そのよう
な向きは調節可能である。１つの実施例では、鏡１２４は旋回軸線１２６のまわ
りで可動である。初期位置では、鏡１２４の向きは、その表面に当たる光に対し
て垂直である。鏡１２４の、角度δｚ分の動きに対しては、光学系１４から出る
光の焦点は、距離Δｚおよび高さΔｈ分変化する。弧の距離δｚよりもはるかに
大きい距離ｗで光を受ける鏡１２４については、距離Δｚは高さΔｈの変化より
もはるかに大きい。したがって、高さΔｈの差は多くの適用例については重要で
はない。このように、鏡１２４の回転は、画素の見かけの場所に大きく影響を与
えずに、各画像画素ごとに焦点距離を変化させる。
【００５４】 図１８は、この発明の別の実施例に従う光源１３′を示す。光源は光ビームを
発する光エミッタ１５を含む。１つの実施例では、光エミッタ１５はレーザダイ
オードである。別の実施例では、光エミッタ１５は、出力された光をコヒーレン
トにするための光学系を備える発光ダイオードである。
【００５５】 光エミッタ１５は支持体６４によって保持される。１つの実施例では、支持体
６４はばね鋼から形成され、片持ち型ばねである。片持ちばねのばね定数は、そ
の長さ、幅および厚みによって定められる。好ましくは、支持体６４は共振性で
あり、一旦支持体が動き始めてもエネルギがほとんど失われないように、高いＱ
値を有する。その結果、各々の移動期間の間に加えられるエネルギはほとんどな
く、支持体６４の動きの一定の振幅を維持する。高いＱシステムに対する、サイ
クル当りのエネルギ損失は０．００１％未満である。支持体６４は一方端６５で
固定され、反対側の端６７で自由である。好ましくは、位置センサが支持体６４
および光エミッタ１５の位置をモニタする。ある実施例では、共通モード阻止圧
電センサ６８が用いられる。他の実施例では、変化する慣性に応答するセンサ７
０が用いられる。「機械的共振スキャナ鏡の位置検出“Position Detection of
Mechanical Resonant Scanner Mirror”」と題された、１９９７年１２月２日発
行のそのような米国特許第５，６９４，２３７号に、例示的なセンサ６８が記載
されている。
【００５６】 光源１３′は、ベース７６、キャップ７８および、永久磁石８２と電子コイル
８４とで形成された電磁駆動回路６０も含む。支持体６４の固定された端６５は
、キャップ７８によって永久磁石８２に保持される。永久磁石８２はベース７６
に取付けられる。電磁コイル８４は、支持体６４に磁界を作用させる制御信号を
受取る。別の実施例では、圧電アクチュエータが電磁駆動回路の代わりに用いら
れる。駆動回路６０は、軸８８に沿って（図１５または図１６の）光学系１４か
らまたはそれに向けて支持体６４および光エミッタ１５を移動させて、ディスプ
レイから出る光の焦点距離を変化させる。
【００５７】 ある実施例では、コントローラ６０が光エミッタ１５を移動させて、対象物後
方の平坦な走査フィールドを生成する。実際に、コントローラは、中間像平面１
８（図１９参照）の各画素成分ごとに対象物後方の平坦な像平面に生じる、発せ
られた光の焦点を変化させる。図１９は、３つの対応する焦点Ｆ１、Ｆ２および
Ｆ３とともに、中間像平面１８に沿った、ある時間にわたって３つの位置にある
点光源１５を示す。
【００５８】 別の実施例では、中間実画像の曲率は、図２０に示されるように接眼レンズ２
０′の曲率と一致するように変更される。光エミッタ１５の位置が変化するに従
い、画像光１１０の曲率が変化する。光が接眼レンズ２０′に沿って走査される
に従い、光が接眼レンズ２０′に当る領域で接眼レンズ２０′の曲率に一致する
ように、光の曲率が変更される。図２０は、光エミッタ１５の１つの位置に対す
る第１の曲率１１２と、光エミッタ１５の別の位置に対する第２の曲率１１４と
を示す。
【００５９】 増補された走査ビームディスプレイ 図２１は、走査ビームディスプレイが、バックグラウンド画像上に仮想画像を
生成する増補されたディスプレイ１５０である好ましい実施例を示す。バックグ
ラウンド画像は、周辺環境画像または生成された画像であってもよい。仮想画像
はバックグラウンド画像のすべてまたは一部と重ねられる。仮想画像は、知覚さ
れた２次元または３次元のバックグラウンド画像環境とともに置かれるべき仮想
２次元または３次元の対象物から形成されてもよい。より具体的には、視野内の
見かけの距離に仮想対象物が位置されるように表示される。
【００６０】 前述のように、表示装置は、目に当る走査光波の曲率を制御して、異なる深度
の画像点をシミュレートする。遠距離から無限の画像は、目に当る平坦な光波を
有する。近距離の画像は、目に当る凸型の光波を有する。遠距離の対象物をシミ
ュレートするには、ディスプレイから目に伝わる光波は平坦である。より近い対
象物をシミュレートするには、光波曲率が増す。目はその焦点を変更することに
より、光波の変化する曲率に応答する。生成された光波の曲率は、仮想対象物と
目との間の所望の見かけの焦点距離に関連する。
【００６１】 増補された走査ビームディスプレイ１５０は、画像源１５４から画像信号１５
２を受取る。ディスプレイ１５０は、画像データインターフェイス１１、１つま
たはそれ以上の光源１２、レンズまたは光学系サブシステム１４、走査サブシス
テム１６、ビームスプリッタ１５６、凹面鏡１５８および接眼レンズ２０を含む
。図１のディスプレイ１０について同一のまたは類似の機能を果たす同じ部分は
同じ部分番号を与えられる。１つの実施例では、ビームスプリッタ１５６および
鏡１５８は接眼レンズとして働く。別の実施例では、別のレンズ（図示せず）が
含まれて接眼レンズ２０として働く。
【００６２】 画像信号１５２を生成する画像源１５４は、コンピュータ装置、ビデオ装置ま
たは他のデジタルもしくはアナログの画像データ源である。画像信号１５２は、
ＲＧＢ信号、ＮＴＳＣ信号、ＶＧＡ信号、ＳＶＧＡ信号または他のフォーマット
されたカラーもしくはモノクロームのビデオもしくは画像データ信号である。画
像信号１５２に応答して、画像データインターフェイス１１は、光源１２を制御
するための画像内容信号１６０と、走査サブシステム１６を制御するための１つ
またはそれ以上の同期化信号１６２とを生成する。
【００６３】 光源１２は１つまたはそれ以上の点光源を含む。１つの実施例では、赤、緑お
よび青の光源が含まれる。１つの実施例では、光源１２は直接的に変調される。
すなわち、光源１２は、画像内容信号１６０に対応する強度を備える光を発する
。別の実施例では、光源１２は、信号１６０に応答して別個の変調器で変調され
る、実質的に一定の強度を備える光を出力する。光１６４は光学経路に沿って光
源１２から出力され、画像内容信号１６０内の画像データに従って変調される。
このような変調が画像素子または画像画素を規定する。好ましくは、発せられた
光１６４は空間的にコヒーレントである。
【００６４】 光１６４は光学系サブシステム１４および走査サブシステム１６に出力される
。走査サブシステム１６は水平方向のスキャナおよび垂直方向のスキャナを含む
。１つの実施例では、水平方向のスキャナは、通過する光を偏向するための機械
共振器を含む。典型的には光はラスタパターンに沿って偏向されるが、代替的な
実施例では、ベクトルイメージングなどの別のディスプレイフォーマットを用い
ることができる。
【００６５】 走査サブシステム１６は、目Ｅに向けてまたは実施例に示されたようにビーム
スプリッタ１５６に向けて、ラスタパターンに沿って光を偏向する。ビームスプ
リッタ１５６は、バックグラウンド光１６６と仮想画像光１６８との両者を、観
察者の目Ｅに伝える。凹面鏡１５８は目Ｅに光を焦点合せする。目はバックグラ
ウンド画像および重ねられた仮想画像を知覚する。仮想画像を形成する画像画素
は観察者の目の上で走査される。仮想画像が更新されかつ必要な周波数で周期的
に再走査されると、観察者は連続的な仮想画像を知覚する。
【００６６】 増補されたディスプレイ１５０は、１つまたはそれ以上の光センサ１７０、１
７２およびコントローラ１７４も含む。図２１および図２２を参照すると、光セ
ンサ１７０はバックグラウンド光１６６の強度を検出する。コントローラ１７４
は検出された光の強度を受取り、応答の際に仮想画像光１６８の強度を調節する
信号１７６を生成する。１つの実施例では、仮想画像光１６８の強度は、光源１
２が出力した光１６４の強度を制御することにより調節される。たとえば、コン
トローラ１７４は、制御信号１７６を光源１２に出力して、光源１２の強度を変
化させる。
【００６７】 センサ１７２は、バックグラウンド対象物またはバックグラウンド画像光１６
６の他の焦点視点の距離を検出する。そのようなセンサ１７２は、カメラのオー
トフォーカス機能と関連する、物体距離を定めるのにカメラで用いられる種類の
従来のセンサである。センサ１７２を備えるコントローラ１７４は、バックグラ
ウンド対象物に重ねられるべき仮想対象物の見かけの距離を制御するための信号
１７８を生成する。１つの実施例では、制御信号１７８は可変焦点レンズ２２に
入力されて、仮想画像光１６８を形成する光波の曲率を調節する。代替的な実施
例では、制御信号１７８は光源１２を移動させて、仮想画像光１６８を形成する
光波の曲率を変化させる。ある実施例では、バックグラウンド視界内の多数の点
に対してバックグラウンド距離を測定するための多数のセンサ１７２が含まれる
。測定点は視野内の異なる区域に対応する。所与の区域に対する、測定された距
離は、対応する画像区域に重ねられるべき仮想対象物に対する距離を特定するの
に用いられる。重ねられる（overlaid）という用語が用いられるが、仮想対象物
は、所望により、バックグラウンド対象物またはバックグラウンド画像区域に対
して一部は重ねられ、一部は下に敷かれ（underlaid）てもよい。したがって、
実世界の画像、およびより特定的には、実世界の像距離に相関する見かけの距離
を有する仮想画像区域が生成される。より一般的には、バックグラウンド画像、
およびより特定的には、バックグラウンド像距離に相関する見かけの距離を有す
る仮想画像区域が生成される。
【００６８】 さまざまな適用例については、仮想対象物の内容および位置付けを制御するこ
とに加えて、対象物のぼかし（shading）、陰影付け（shadowing）および他のイ
メージング効果を制御して、所望の現実的、超現実的または非現実的効果を達成
することができる。たとえば、ゲーム用途では、仮想の場面がプレーヤのすぐ近
くのバックグラウンド環境（たとえばプレーヤの家、林など）に重ね合せられて
もよい。フライトシミュレータにおいては、シミュレートされた地形がバックグ
ラウンド画像光源であってもよく、シミュレートされた航空機、標的または他の
対象物が仮想対象物としての役割を果たしてもよい。このような例では、地形シ
ミュレータがセンサ１７０、１７２への入力を置換えたりまたは提供したりする
。
【００６９】 ある実施例では、半透明の仮想対象物がそこに重ねられるバックグラウンド区
域はブランクにされる。１９９８年１月２０日出願の、「コントラストを向上さ
せるためにシルエットを用いる、増補されたイメージング“Augmented Imaging
Using A Silhouette To Improve Contrast”」と題された、チャールズ Ｄ．メ
ルビル（Charles D. Melville）の、同時譲渡された米国特許出願連続番号第０
９／００９，７５９号が、援用によりここにその一部が引用される。このような
出願には、バックグラウンド光の区域をブランクにして、仮想画像区域に対する
コントラストを向上させるシルエットディスプレイの使用が記載されている。
【００７０】 この発明の好ましい実施例が示されかつ説明されたが、さまざまな代替物、修
正および均等物が用いられてもよい。したがって、前述の説明は添付の請求項に
よって規定される発明の範囲を制限するものと理解されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイのブロック図で
ある。
【図２】 この発明の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイの光学的概略図
である。
【図３】 この発明の別の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイの光学的概
略図である。
【図４】 可変焦点レンズを備えない、仮想網膜ディスプレイの光学的概略
図である。
【図５】 この発明の別の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイの光学的概
略図である。
【図６】 この発明の別の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイの光学的概
略図である。
【図７】 可変焦点レンズを備えない、別の仮想網膜ディスプレイの光学的
概略図である。
【図８】 一連の画像素子に対する光の曲率を示すための、目に向けられた
光の図である。
【図９】 図１のディスプレイのための例示的な走査サブシステムの斜視図
である。
【図１０】 図１のディスプレイの実施例向けの、透過性を変更できる接眼
レンズの図である。
【図１１】 この発明の実施例に従う、図１の光学系サブシステム向けの電
気機械的可変焦点レンズの図である。
【図１２】 図１の光学系サブシステムのための代替的な可変焦点レンズの
実施例の図である。
【図１３】 図１の光学系サブシステムのための別の代替的な可変焦点レン
ズの実施例の図である。
【図１４】 この発明の実施例に従う、図１の光学系システムのための複数
の縦列のレンズの図である。
【図１５】 この発明の別の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイの光学的
概略図である。
【図１６】 この発明の別の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイの光学的
概略図である。
【図１７】 この発明の実施例に従う、図１０および図１１の位置コントロ
ーラを備える光学源の図である。
【図１８】 この発明の別の実施例に従う、図１０および図１１の位置コン
トローラを備える光学源の図である。
【図１９】 この発明の別の実施例に従う、仮想網膜ディスプレイの光学的
概略図である。
【図２０】 表示装置用の接眼レンズとして働く眼鏡に取付けられた、この
発明の表示装置の実施例の図である。
【図２１】 この発明の走査ビーム増補ディスプレイの実施例の図である。
【図２２】 図２１のディスプレイの制御部分の図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年９月２５日（２０００．９．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ， ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 メルビル，チャールズ・ディ アメリカ合衆国、98029 ワシントン州、 イサクア、トゥーハンドレッドアンドフォ ーティファースト・アベニュ・エス・イ ー、3631 (72)発明者 ジョンストン，リチャード・エス アメリカ合衆国、98029 ワシントン州、 イサクア、エス・イー・トゥウェンティエ イス・ストリート、25524 (72)発明者 コリン，ジョエル・エス アメリカ合衆国、11103 ニュー・ヨーク 州、ロング・アイランド・シティ、サーテ ィフォース・ストリート、28−46、アパー トメント・４・ディ Ｆターム(参考） 2H079 AA02 CA21 DA03 DA04 EB17 2H087 KA14 LA01 LA12 RA27 RA28 5C080 AA01 AA18 CC02 CC03 DD01 EE19 FF04 FF05 JJ02 JJ06

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像データ信号を受取りかつ画像を表示フィールド上で走査
    するための装置１０／５０／１５０であって、 受取った画像データ信号に基づいて、画像の内容を規定する光のパターンを生
    成するための光源１２と、 レンズの焦点を経時的に変化させる制御信号３２４／３５４／１７８を受取る
    可変焦点レンズ２２とを含み、レンズは光を受取りかつ通過させ、さらに 表示フィールド上で画像を走査する光を偏向するための鏡２１２を含み、 知覚された、画像の一部の深度は、可変焦点レンズの変化する焦点に基づいて
    変化する、装置。
  2. 【請求項２】 制御信号はレンズの厚みを変化させる、請求項１に記載の装
    置。
  3. 【請求項３】 制御信号はレンズの屈折率を変化させる、請求項１に記載の
    装置。
  4. 【請求項４】 制御信号は赤外光信号である、請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 装置であって、 動作して画像信号を発生する画像信号源１２と、 焦点制御信号を生成する焦点制御信号源３７０と、 画像信号源に結合され、画像信号に応答して光を発する光エミッタ１５と、 光エミッタから光を受取りかつ、出て行く光を通すレンズ２２とを含み、出て
    行く光は焦点距離を有し、さらに 光エミッタとレンズとの間の距離を制御するための焦点制御信号に応答するコ
    ントローラ３７２を含み、レンズから出て行く光の焦点距離は、光エミッタとレ
    ンズとの間の距離とともに変化する、装置。
  6. 【請求項６】 コントローラは電磁駆動回路８２、８４を含む、請求項５に
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 コントローラは圧電アクチュエータを含む、請求項５に記載
    の装置。
  8. 【請求項８】 光エミッタは、画像信号源に結合されかつ画像信号に応答し
    てレンズに向けて光を発する複数の光エミッタ１５の１つである、請求項１から
    ７のいずれかに記載の装置。
  9. 【請求項９】 装置は増補されたディスプレイとして働き、偏向された光を
    鏡から受取りかつバックグラウンド光をさらに受取るビームスプリッタ１５６を
    さらに含み、ビームスプリッタは偏向された光とバックグラウンド光とを表示フ
    ィールドに方向付けする、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
  10. 【請求項１０】 バックグラウンド光の強度を検出する光センサ１７０と、
    検出された強度に応答して、偏向された光の強度を制御する強度コントローラ１
    ７４とをさらに含む、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
  11. 【請求項１１】 装置は、受取ったバックグラウンド光に応答して、制御信
    号を変化させて、可変焦点レンズが通した光の焦点をバックグラウンド光と相関
    させる信号源１７４をさらに含む、請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
  12. 【請求項１２】 装置は距離センサ１７２をさらに含み、これは、そこから
    バックグラウンド光を受取るバックグラウンド視野内の対象物の距離を検出し、
    信号源は、対象物からの受取ったバックグラウンド光に応答しかつ、可変焦点レ
    ンズが通した光の焦点を変化させて対象物の検出された距離に焦点を相関させる
    、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
  13. 【請求項１３】 観察者の目の上で画像を走査するための方法であって、 画像の内容を規定する光のパターンを生成するために、光源１２で画像データ
    信号を受取るステップと、 経時的にレンズの焦点を変化させる制御信号３２４／３５４／１７８を可変焦
    点レンズ２２で受取るステップと、 可変焦点レンズで光のパターンを受取るステップとを含み、制御信号は光のパ
    ターンに同期化され、可変焦点レンズは光を通過させ、さらに 鏡２１２を用いて光を偏向して、観察者の目の上で画像を走査するステップと
    、 観察者が画像を知覚する接眼レンズ２０を超えたところに、観察者に対して射
    出瞳を形成するステップとを含み、 知覚された、見えた画像の部分の深度が、可変焦点レンズの変化する焦点に基
    づいて変化する、方法。
  14. 【請求項１４】 制御信号に応答して可変焦点レンズの厚みを変化させるス
    テップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 制御信号に応答して可変焦点レンズの屈折率を変化させる
    ステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 制御信号は赤外光信号である、請求項１３に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 パターンが仮想画像の内容を規定し、方法は、 バックグラウンド光を受取るステップと、 バックグラウンド光および仮想画像を組合せるステップとをさらに含む、請求
    項１３から１６のいずれかに記載の方法。
  18. 【請求項１８】 受取ったバックグラウンド光の強度を検出するステップと
    、 バックグラウンド光の検出された強度の関数として仮想画像の強度を制御する
    ステップとをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 方法は、バックグラウンド光をそこから受取るバックグラ
    ウンド視野内の対象物の距離を検出するステップをさらに含み、制御信号を受取
    るステップは、レンズの焦点を変化させて、検出された、対象物の距離に相関す
    る制御信号を可変焦点レンズで受取るステップを含む、請求項１７または１８に
    記載の方法。
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