JP2013515976A - 投影画像を調整するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本開示の一実施例にしたがって、システムは、投影システムを含む。そのシステムは、さらに、その投影システム内に配置される画像生成器を含む。その画像生成器は、複数の光線を生成するように機能する。そのシステムは、さらに、その投影システム内に配置される対物レンズを含む。その対物レンズは、それら複数の光線を屈折させるように機能する。そのシステムは、さらに、画像を形成するために屈折光線をターゲットに向けて反射させるように機能する構成要素を含む。その画像は、ターゲットに関して移動させられるように機能する。その画像の動きは、ターゲットに関するその投影システムの移動とは無関係である。

Description

本開示は、概して、画像投影機に関し、より詳細には、投影画像を調整するシステム及び方法に関する。

通常、画像投影機は、様々な物体に合成画像を投影するために使用される。そのため、それら画像は、視界内で観察され得る。

しかしながら、それら画像投影機は、使用されるためには、ある所定の投影空間を必要とするという欠点がある。

本開示の実施例によると、システムは、投影システムを含む。そのシステムは、その投影システム内に配置される画像生成器をさらに含む。画像生成器は、複数の光線を発生させるように機能する。そのシステムは、その投影システム内に配置される対物レンズをさらに含む。対物レンズは、それら複数の光線を屈折させるように機能する。そのシステムは、画像を形成するために屈折光線をターゲットに向けて反射させるように機能する構成要素をさらに含む。その画像は、ターゲットに関して移動させられるように機能する。その画像の動きは、ターゲットに関する投影システムの如何なる移動とも無関係である。

本開示の様々な実施例によって、多くの技術的有利点がもたらされる。本開示の特定の実施例は、その実施に応じた以下の有利点の全部若しくは一部を示し、或いは、それらの有利点を示さない。ある実施例では、投影システムは、ターゲットに関して投影システム全体を調整する必要又は動かす必要とは無関係に、投影画像を回転させ、誘導し、且つ／或いは再フォーカスし得る。そのため、ユーザは、ターゲットに関する大まかな位置合わせで投影システムを自由に配置でき、それでもなお、投影画像をターゲット上に位置させ、正立させ、且つ、良好にフォーカスさせることができる。さらに、投影システムは、空間の制約とはほとんど無関係に、様々な区画に配置可能となり得る。

本開示の他の技術的有利点は、以下の図面、詳細な説明、及び請求項から容易に当業者にとって明らかとなるであろう。さらに、具体的な有利点が既に列挙されたが、個々の実施例は、列挙された有利点の全部若しくは一部を含む場合もあり、含まない場合もある。

本開示及びその有利点のより完全な理解のために、添付図面とともに、以下の詳細な説明を参照する。

投影画像を回転させるシステムの一実施例を示す図である。 投影画像を回転させ且つ誘導するシステムの別の実施例を示す図である。 投影画像を回転させ、誘導し、且つフォーカスさせる、ズームレンズを備えたシステムの別の実施例を示す図である。 投影画像を移動させる方法を示すフローチャートである。

本開示の実施例及びその有利点は、図１〜図４を参照することで最も良く理解される。同じ番号は、個々の図における同じ又は対応する部品に対して用いられる。

図１は、投影画像を回転させるためのシステム１００の一実施例を示す図である。一実施例において、システム１００は、投影システム１０１内に配置される画像回転プリズム１２０を含む。回転プリズム１２０は、投影画像の回転を可能にし得る。そのため、その画像は、正像を作るために、ターゲット１２８上で位置合わせされ得る。或いは、別の実施例では、その画像は、任意の角度に位置合わせされ得る。また、その投影画像は、ターゲット１２８に関する投影システム１０１全体の角度ロール配置とは無関係に、回転させられ得る。

一実施例では、システム１００は投影機である。一実施例では、用語“投影機”は、画像生成システム１０２、対物レンズ１１０、回転プリズム１２０、構成要素１２６、及びターゲット１２８の任意の組み合わせを参照し得る。別の実施例では、用語“投影機”は、追加的な構成要素、異なる構成要素、及び／又は、参照された構成要素の他の任意の組み合わせを参照し得る。

図示された実施例によると、システム１００は、投影システム１０１、構成要素１２６、及びターゲット１２８を含む。一実施例では、投影システム１０１は、投影システム１０１が小さい空間で使用されるのを可能にする様々な大きさを含み得る。一実施例では、投影システム１０１の大きさは、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍを含み得る。別の実施例では、その大きさは、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍより大きくてもよく、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍより小さくてもよい。さらに別の実施例では、投影システム１０１は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）投影システムであってもよい。さらに別の実施例では、投影システム１０１は、ヘルメット搭載ディスプレイ（ＨＭＤ）投影システムであってもよい。

図示された実施例によると、投影システム１０１は、画像生成システム１０２、対物レンズ１１０、及び回転プリズム１２０を含む。一実施例では、画像生成システム１０２は、照明光源１０３、１又は複数の光学素子１０４、画像生成器１０５、及び、１又は複数の追加的な光学素子１０６を含み得る。一実施例によると、照明光源１０３は、１又は複数の光学素子１０４を通って画像生成器１０５に伝わる光を生成し得る。また、１又は複数の追加的な光学素子１０６は、画像生成器１０５から対物レンズ１１０に電磁放射線を伝え得る。一実施例では、照明光源１０３は、レーザのような狭スペクトル光源であってもよい。別の実施例では、照明光源１０３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような広スペクトル光源であってもよい。

一実施例では、画像生成器１０５は、空間変調器を含み得る。別の実施例では、画像生成器１０５は、電磁放射線を放射し得る。さらに別の実施例では、画像生成器１０５は、画像を投影するために、可視範囲にある電磁放射線を放射し得る。さらに別の実施例では、照明光源１０３は、画像を投影するために、可視範囲にある電磁放射線を放射し得る。例えば、放射された電磁放射線は、約５０ｎｍＦＷＨＭ（半値全幅）の広帯域スペクトルを有する４００ｎｍと７００ｎｍとの間の可視波長におけるものであってもよい。一実施例では、放射された電磁放射線は、１ｐｍ未満から数ｎｍの狭帯域スペクトルを有する４００ｎｍと７００ｎｍとの間の可視波長におけるものであってもよい。図示された実施例によると、画像生成器１０５から伝わる電磁放射線は、線１０７及び１０８として参照され得る。さらに、図示された実施例は２つの線１０７及び１０８を含むが、画像生成器１０５は、２つより多い光線、又は、２つより少ない光線を放射し得る。一実施例では、線１０７及び１０８は、画像生成器１０５及びその周囲から出ていてもよい。

対物レンズ１１０は、画像生成器１０５から伝わる線１０７及び１０８を受ける任意のレンズを含み得る。一実施例では、対物レンズ１１０は、単レンズを含み得る。別の実施例では、対物レンズ１１０は、レンズ群として配置される複数のレンズを含み得る。別の実施例では、対物レンズ１１０は、レンズ、シングレットレンズ素子、プリズム、及び／又は、回折素子の任意の組み合わせを含み得る。図示された実施例によると、対物レンズ１１０は、レンズ群を含む。一実施例では、線１０７及び１０８を受けた後、対物レンズ１１０は、線１０７及び１０８を回転プリズム１２０に伝え得る。追加的な実施例によると、対物レンズ１１０は、線１０７及び１０８を屈折させ、線１０７及び１０８を回折させ、或いは、線１０７及び１０８を任意の方法で調整する。例えば、一実施例では、対物レンズ１１０は、ユーザが視認できるように、システム１００によって投影される画像が拡大されるように、線１０７及び１０８を拡大してもよい。

回転プリズム１２０は、線１０７及び１０８を回転させるための任意の装置を含み、画像の回転をもたらす。例えば、回転プリズム１２０は、ペカンプリズム（Pechan prism）、ダブプリズム（dove prism）、アッベプリズム（Abbe prism）、アッベ・ケーニッヒプリズム（Abbe-Koenig prism）、シュミット（デルタ）プリズム（Schmidt prism）、直角プリズム（right-angle prism）、ペンタプリズム（penta prism）、ポロプリズム（Porro prism）、他の任意の適切なプリズム、又は、それらの任意の組み合わせを含み得る。図示された実施例によると、回転プリズム１２０は、ペカンプリズムを含む。別の実施例では、回転プリズム１２０は、入射光を反射し得る。そのような実施例では、回転プリズム１２０は、アクロマートレンズ（色収差を補正したレンズ）である。

図示された実施例によると、回転プリズム１２０は、投影システム１０１において、対物レンズ１１０を過ぎたところに配置されてもよい。例えば、回転プリズムは、対物レンズ１１０と構成要素１２６との間に配置されてもよい。このように、回転プリズム１２０は、線１０７及び１０８を回転させることができ、投影画像の回転をもたらすことができる。一実施例では、投影画像は、回転プリズム１２０自体が回転させられた場合に回転させられてもよい。例えば、回転プリズム１２０は、システム１００の線１２４の周りで回転させられてもよい。そのような実施例では、回転プリズム１２０の角度θの回転は、線１０７及び１０８を回転させ、角度２θだけ回転させられた画像をもたらす。一実施例では、角度θは、０度から１８０度までの角度のような、任意の角度を参照し得る。図示された実施例では、回転プリズム１２０から出る、回転させられた線１０７及び１０８は、光線１２２及び１２４として参照され得る。

一実施例では、回転プリズム１２０は、任意の適切な方法で回転させられ得る。例えば、回転プリズム１２０は、投影システム１０１に含まれるモータ等の１又は複数の機構に機械的に結合されてもよい。そのため、ユーザは、回転プリズム１２０を回転させるために、その機構を操作してもよい。別の実施例では、回転プリズム１２０は、他の任意の方法で回転させられてもよい。例えば、回転プリズム１２０の回転は、スイッチ、ボタン、又は回転可能なバーによって始動されてもよい。別の実施例では、回転プリズム１２０の回転は、例えばコンピュータ等の別の装置によって電気的に制御されてもよい。

上述のように、図示された実施例によると、システム１００は、構成要素１２６及びターゲット１２８をさらに含む。構成要素１２６は、ユーザが見る画像を創出するために、光線１２２及び１２４を受けそしてその後にそれらをターゲット１２８に向けて反射するための任意のコンバイナを含んでいてもよい。一実施例では、構成要素１２６は、その凹んだ面上に、部分反射コーティングを含んでいてもよい。その面を通じて、ユーザは、透過された環境を覆う合成画像を観察できる。別の実施例では、構成要素１２６は、屈折パワー素子（dioptrically powered element）を含み得る。さらに別の実施例では、構成要素１２６は、回折パワー素子（diffractive powered element）を含み得る。そのような実施例では、構成要素１２６及び対物レンズ１１０は、反射屈折画像ユニットを形成するために協働し得る。図示された実施例によると、構成要素１２６は、光線１２２及び１２４を平行にする反射型のアイピースを構成し得る。

別の実施例では、構成要素１２６は、（画像生成器１０５に関して）内側を向く面上にあるコーティングに加え、（画像生成器１０５に関して）外側を向く面上にコーティングを有していてもよい。一実施例では、その内側を向く面におけるコーティングは、投影された照明のうちの所望の部分をほとんど反射し、周囲からの光をほとんど透過させるために、スペクトル的に選択された反射性を有していてもよい。また、その外側を向く面におけるコーティングは、周囲からの光をほとんど透過させるために、（当該技術分野では反射防止コーティングとして知られる）最小限の反射性を有していてもよい。一実施例では、構成要素１２６のスペクトル的に選択された反射性は、約５０ｎｍの半値全幅の広帯域スペクトルを有する５２５ｎｍの可視波長における投影された照明の部分的な反射をもたらし得る。また一方で、構成要素１２６は、可視スペクトル全体における任意のところで部分的に透過可能であってもよい（その結果、可視スペクトル全体における任意の波長を有する外部の風景画像が透過できるようにする。）。追加的な実施例では、構成要素１２６のスペクトル的に選択された反射性は、可視スペクトル全体における任意の波長での投影照明の部分的な反射をもたらし得る。また一方で、構成要素１２６は、可視スペクトル全体における任意のところで部分的に透過可能であってもよい。そのような実施例では、構成要素１２６におけるスペクトル的に選択された反射性及び最小限の反射性は、相補的なものであってもよい。別の実施例では、構成要素１２６のスペクトル的に選択された反射性は、例えば、４８０ｎｍ、５２５ｎｍ、及び６５０ｎｍといった複数の異なる帯域幅での投影照明における同時に起こる部分的な反射をもたらし得る。一実施例では、反射防止コーティングは、（周囲からの）１又は複数の外部の風景画像が透過できるようにし得る。また、反射防止コーティングは、さらに、１又は複数のゴースト画像を取り除き得る。したがって、構成要素１２６は、外部の風景と生成画像との重複画像をターゲット上に形成し得る。画像生成器１０５が偏光ビームを出す別の実施例では、その内側を向く面におけるコーティングは、投影偏光照明の所望の部分をほとんど反射し、且つ、周囲からの光をほとんど透過させるために、偏光選択反射性を有していてもよい。また、その外側を向く面におけるコーティングは、周囲からの光をほとんど透過させるために、反射防止コーティングを有していてもよい。そのような実施例では、投影システム１０１は、さらに、回転角度に応じて偏光を調節する回転プリズム１２０を補うために、回転プリズム１２０を過ぎたところに配置される偏光補償器を含んでいてもよい。

ターゲット１２８は、光線１２２及び１２４が画像として見られるようにする任意の装置を含み得る。一実施例では、ターゲット１２８は、レンズ、スクリーン、ブランクウォール、ユーザの目、又は、構成要素１２６から光線１２２及び１２４を受けるための他の任意の適切な装置を含み得る。図示された実施例によると、ターゲット１２８は、当該技術分野ではアイボックスとして知られる場所（locus）であってもよい。別の実施例では、ターゲット１２８は、さらに、構成要素１２６から受けた光線１２２及び１２４を、ユーザによって見られる画像にフォーカスさせてもよい。別の実施例では、ターゲット１２８は、回転させられた画像をユーザが見られるようにしてもよい。

上述のように、回転プリズム１２０は、投影画像の回転を可能にする。別の実施例では、画像生成器１０５がその画像が回転させられるようにしてもよい。例えば、画像生成器１０５は、投影画像が回転させられるように、投影画像のピクセルを仮想的に回転させてもよい。そのような例では、画像生成器１０５は、電子的な割り当てを用いてそれらピクセルに値を割り付けることによって、投影画像のピクセルを再割り当てしてもよい。別の例として、画像生成器１０５（又は空間変調器）は、投影画像を回転させるために回転可能であってもよい。したがって、一実施例では、その画像は、画像生成器１０５及び回転プリズム１２０の何れか又は双方を回転させることによって回転させられてもよい。例えば、一実施例によると、回転させられた画像をもたらすために、画像生成器１０５は動かないままで、回転プリズム１２０が回転させられてもよい。別の実施例では、回転させられた画像をもたらすために、回転プリズム１２０は動かないままで、画像生成器１０５が回転させられてもよい。一実施例では、回転プリズム１２０又は画像生成器１０５の何れかを用いて投影画像を回転させることによって、投影画像は、投影システム１０１全体の角度ロール配置とは無関係に回転させられ得る。

本発明の範囲を逸脱することなく、システム１００に対する変更、追加、又は省略が行われ得る。システム１００の構成要素は、統合されてもよく、或いは、分離されてもよい。さらに、システム１００の働きは、より多い、より少ない、或いは、他の構成要素によって実現されてもよい。例えば、回転プリズム１２０の働きは、２以上の構成要素によって実現されてもよい。本文書で使用されるように、“それぞれ”は、１つのセットの各部材、又は、１つのセットの１つのサブセットにおける各部材を参照する。

図２は、投影画像を回転させ且つ誘導するためのシステム２００の一実施例を示す図である。一実施例では、システム２００は、投影システム２０１内に配置される誘導ミラー（steering mirror）２２５を含み得る。誘導ミラー２２５は、投影画像をターゲット２２８上に或いはターゲット２２８上の特定のスポットに配置するために、投影画像が誘導されるようにする。そのため、システム２００は、ターゲット２２８が当初は投影システム２０１の視界内に無かった場合であっても、画像をターゲット２２８上に投影し得る。さらに、投影画像は、投影システム２０１全体を動かすことなく、移動させられ得る。

一実施例では、システム２００は、投影機であってもよい。一実施例では、用語“投影機”は、画像生成システム２０２、対物レンズ２１０、回転プリズム２２０、誘導ミラー２２５、構成要素２２６、及びターゲット２２８の任意の組み合わせを参照し得る。別の実施例では、用語“投影機”は、追加的な構成要素、別の構成要素、及び／又は参照された構成要素の他の任意の組み合わせを参照し得る。

図示された実施例によると、システム２００は、投影システム２０１、構成要素２２６、及びターゲット２２８を含む。一実施例では、図２の投影システム２０１は、図１の投影システム１０１に類似し、図２の構成要素２２６は、図１の構成要素１２６に類似し、また、図２のターゲット２２８は、図１のターゲット１２８に類似する。一実施例では、投影システム２０１は、投影システム２０１を小さい空間で使用できるようにする様々な大きさを含み得る。一実施例では、投影システム２０１の大きさは、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍを含み得る。別の実施例では、その大きさは、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍより大きくてもよく、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍより小さくてもよい。さらに別の実施例では、投影システム２０１は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）投影システムであってもよい。別の実施例では、投影システム２０１は、ヘルメット搭載ディスプレイ（ＨＭＤ）投影システムであってもよい。

図示された実施例によると、投影システム２０１は、画像生成システム２０２、照明光源２０３、１又は複数の光学素子２０４、画像生成器２０５、１又は複数の追加的な光学素子２０６、対物レンズ２１０、回転プリズム２２０、及び誘導ミラー２２５を含む。一実施例では、図２の画像生成システム２０２は、図１の画像生成システム１０２に類似し、図２の照明光源２０３は、図１の照明光源１０３に類似し、図２における１又は複数の光学素子２０４は、図１における１又は複数の光学素子１０４に類似し、図２の画像生成器２０５は、図１の画像生成器１０５に類似し、図２における１又は複数の追加的な光学素子２０６は、図１における１又は複数の追加的な光学素子１０６に類似し、また、図２の対物レンズ２１０は、図１の対物レンズ１１０に類似する。図示された実施例によると、図２は、さらに、線２０７及び２０８、並びに、光線２２２及び２２４を示す。一実施例では、図２の線２０７及び２０８は、図１の線１０７及び１０８に類似し、図２の光線２２２及び２２４は、図１の光線１２２及び１２４に類似する。

上述のように、投影システム２０１は、さらに、回転プリズム２２０及び誘導ミラー２２５を含む。一実施例では、図２の回転プリズム２２０は、図１の回転プリズム１２０に類似する。そのため、回転プリズム２２０は、線２０７及び２０８を回転させるための任意の装置を含み、図１で説明されたように、画像の回転をもたらす。さらに、回転プリズム２２０は、図１で説明されたように、任意の適切なプリズムを含み得る。図示された実施例によると、回転プリズム２２０は、ポロプリズムを含み得る。別の実施例では、回転プリズム２２０は、光線２２２及び２２４が回転プリズム２２０から出て誘導ミラー２２５に伝わるように、位置付けられてもよい。そのような実施例では、光線２２２及び２２４は、線２０７及び２０８に関して約１８０度で回転プリズム２２０から出てもよい。他の実施例では、光線２２２及び２２４は、線２０７及び２０８に関して他の任意の適切な角度で回転プリズム２２０から出てもよい。

誘導ミラー２２５は、光線２２２及び２２４を構成要素２２６に向けて反射させるための任意の適切な装置を含み得る。例えば、誘導ミラー２２５は、回転プリズム２２０と構成要素２２６との間に置かれる平面鏡を含み得る。別の実施例では、誘導ミラー２２５は、他の任意の適切な反射装置を含み、また、誘導ミラー２２５が光線２２２及び２２４を構成要素２２６に向けて反射させ得る場所である、投影システム２０１内の任意の場所に配置され得る。

図示された実施例によると、誘導ミラー２２５は、光線２２２及び２２４が伝わる方法を変えるために調整可能であってもよい。例えば、誘導ミラー２２５は、ピッチ及びヨーの２つの角度的自由度で調整可能であってもよい。そのような実施例では、誘導ミラー２２５は、光線２０７及び２０８が構成要素２２６に向けて反射される角度を変えるために、ピッチ及び／又はヨーの任意の適切な角度に調整され得る。したがって、一実施例では、誘導ミラー２２５を調整することによって、光線２０７及び２０８が構成要素２２６上の別の位置に誘導され、ターゲット２２８上の別の位置に画像が誘導される。結果として、誘導ミラー２２５は、投影画像が垂直方向及び／又は水平方向に移動させられるのを可能にする。一実施例では、これは、ターゲット２２８が当初は投影システム２０１の視界内になかった場合であっても投影システム２０１がターゲット２２８上に画像を投影するのを可能し、或いは、投影システム２０１が投影画像をターゲット２２８上の別の位置に移動させるのを可能にする。

一実施例では、誘導ミラー２２５は、任意の適切な方法で調整され得る。例えば、誘導ミラー２２５は、投影システム２０１に含まれるモータ等の１又は複数の機構に機械的に結合され得る。そのため、ユーザは、誘導ミラー２２５を調整するために、それらの機構を始動させ得る。別の実施例では、誘導ミラー２２５は、他の任意の方法で調整され得る。例えば、誘導ミラー２２５は、スイッチ、ボタン、又は、調整可能なバーによって調整され得る。別の実施例では、誘導ミラー２２５の調整は、例えばコンピュータ等の別の装置によって電子的に制御され得る。

本発明の範囲を逸脱することなく、システム２００に対する変更、追加、又は省略が行われ得る。システム２００の構成要素は、統合されてもよく、或いは、分離されてもよい。さらに、システム２００の働きは、より多い、より少ない、或いは、他の構成要素によって実現され得る。例えば、誘導ミラー２２５の働きは、２以上の構成要素によって実現されてもよい。

図３は、投影画像を回転させ、誘導し、且つ、フォーカスするためのズームレンズを備えるシステム３００の一実施例を示す図である。一実施例において、システム３００は、投影システム３０１内に配置される対物レンズ３１０を含む。対物レンズ３１０は、ターゲット３２８に投影された画像を再フォーカスするために調整され得る。そのため、焦点画像は、対物レンズ３１０と構成要素３２６との間の距離とは無関係に、ターゲット３２８のところに形成され得る。

図示された実施例によると、システム３００は、投影システム３０１、構成要素３２６、及びターゲット３２８を含む。一実施例では、図３の投影システム３０１は、図２の投影システム２０１に類似し、図３の構成要素３２６は、図２の構成要素２２６に類似し、また、図３のターゲット３２８は、図２のターゲット２２８に類似する。一実施例では、投影システム３０１は、投影システム３０１を小さい空間で使用できるようにする様々な大きさを含み得る。一実施例では、投影システム３０１の大きさは、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍを含み得る。別の実施例では、その大きさは、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍより大きくてもよく、１２０ｍｍ×７５ｍｍ×６５ｍｍより小さくてもよい。さらに別の実施例では、投影システム３０１は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）投影システムであってもよい。別の実施例では、投影システム３０１は、ヘルメット搭載ディスプレイ（ＨＭＤ）投影システムであってもよい。

図示された実施例によると、投影システム３０１は、画像生成システム３０２、照明光源３０３、１又は複数の光学素子３０４、画像生成器３０５、１又は複数の追加的な光学素子３０６、対物レンズ３１０、及び誘導ミラー３２５を含む。一実施例では、図３の画像生成システム３０２は、図２の画像生成システム２０２に類似し、図３の照明光源３０３は、図２の照明光源２０３に類似し、図３における１又は複数の光学素子３０４は、図２における１又は複数の光学素子２０４に類似し、図３の画像生成器３０５は、図２の画像生成器２０５に類似し、図３における１又は複数の追加的な光学素子３０６は、図２における１又は複数の追加的な光学素子２０６に類似し、また、図３の誘導ミラー３２５は、図２の誘導ミラー２２５に類似する。図示された実施例によると、図３は、さらに、線３０７及び３０８、並びに、光線３２２及び３２４を示す。一実施例では、図３の線３０７及び３０８は、図２の線２０７及び２０８に類似し、図３の光線３２２及び３２４は、図２の光線２２２及び２２４に類似する。

上述のように、投影システム３０１は、さらに、対物レンズ３１０を含む。一実施例では、図３の対物レンズ３１０は、図２の対物レンズ２１０に類似する。一実施例では、対物レンズ３１０は、２以上のレンズを含んでいてもよい。別の実施例では、対物レンズ３１０は、レンズ、シングレットレンズ素子、プリズム、及び／又は、回折素子の任意の組み合わせを含み得る。図示された実施例によると、対物レンズ３１０は、シングレットレンズ素子３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１６を含む。一実施例では、シングレットレンズ素子３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１６は、コマ収差、非点収差、視野収差、及びゆがみ収差に加え、球面収差、色収差等の光学収差を補正するために、適合する透明材料で作られる。一実施例では、シングレットレンズ素子３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１６のうちの１つ又は複数は、主光線、すなわち、対物レンズ３１０及び回転プリズム３２０の対称線と一致する光線に関して軸外に配置されてもよい。一方で、それ以外のものは、主光線に関して傾斜していてもよい。

図示された実施例によると、シングレットレンズ素子３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１６のうちの１つは、ターゲット３２８上に投影される画像の再フォーカスを可能にするために、システム３００の光軸に沿って平行移動可能であってもよい。例えば、シングレットレンズ素子３１４は、その光軸に沿って図示された位置３１５まで平行移動可能であってもよい。そのため、対物レンズ３１０は、ズームレンズシステムであってもよい。一実施例では、そのようなズーム能力を備えることは、対物レンズ３１０による広範囲にわたるずれの補正を可能にする。例えば、一実施例では、対物レンズ３１０は、０．１倍から６倍の範囲内でずれを補正できるものであってもよい。別の実施例では、対物レンズ３１０は、そのシステムを非熱的にすべく、熱変形を補正するために使用されてもよい。さらに別の実施例では、対物レンズ３１０は、０．１倍より小さい、或いは、６倍より大きいずれを補正できるものであってもよい。

一実施例によると、シングレットレンズ素子３１４を位置３１５に位置付けることは、構成要素３２６が位置３２７に移動させられた場合に、システム３００が補正され得るようにする。そのため、焦点画像は、対物レンズ３１０と構成要素３２６との間の距離とは無関係に、ターゲット３２８に形成され得る。一実施例では、対物レンズ３１０及び構成要素３２６は、反射屈折系であってもよく、また、他の実施例では、ズーム反射屈折系であってもよい。

図３は、シングレットレンズ素子３１４を平行移動可能なものとして示すが、実施例によっては、シングレットレンズ素子３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１６のうちの何れが平行移動可能であってもよい。さらに、シングレットレンズ素子３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１６のうちの２以上のものが平行移動可能であってもよい。

上述のように、対物レンズ３１０は、ターゲット３２８上に投影される画像を再フォーカスするために調整され得る。一実施例では、対物レンズ３１０は、任意の適切な方法で調整されてもよい。例えば、対物レンズ３１０（又は、シングレットレンズ素子３１１、３１２、３１３、３１４、及び３１６のうちの１又は複数のもの）は、投影システム３０１に含まれるモータ等の１又は複数の機構に機械的に結合されてもよい。そのため、ユーザは、対物レンズ３１０を調整するためにそれらの機構を始動してもよい。別の実施例では、対物レンズ３１０は、他の任意の方法で調整されてもよい。例えば、対物レンズ３１０は、スイッチ、ボタン、又は調整可能なバーによって調整されてもよい。さらに別の実施例では、対物レンズ３１０の調整は、例えばコンピュータ等の別の装置によって電子的に制御されてもよい。

本発明の範囲から逸脱することなく、システム３００に対する変更、追加、又は省略が行われ得る。システム３００の構成要素は、統合されてもよく、或いは、分離されてもよい。さらに、システム３００の働きは、より多い、より少ない、或いは、他の構成要素によって実現されてもよい。例えば、誘導ミラー３２５の働きは、２以上の構成要素によって実現されてもよい。

図４は、投影画像を移動させるための方法４００の一実施例を示すフローチャートである。一実施例では、方法４００は、図１のシステム１００、図２のシステム２００、及び図３のシステム３００のようなシステムによって実行され得る。別の実施例では、そのシステムは、投影システムを含み得る。その投影システムは、ＨＵＤであってもよい。

その方法は、ステップ４０４で始まる。ステップ４０８において、複数の線が生成される。一実施例では、それら複数の線は、画像生成器によって生成され得る。別の実施例では、それら複数の線は、投影システム内に配置される画像生成器によって生成され得る。別の実施例では、それら生成される線は、画像を投影するために、可視範囲における電磁放射線であってもよい。別の実施例では、それら線は、光を生成する照明光源、光を画像生成器に供給する１又は複数の光源（source optics）、及び、それら線を対物レンズに供給する１又は複数の光生成器（generator
optics）とともに、画像生成器によって生成されてもよい。

ステップ４１２において、それら複数の線が屈折させられる。一実施例では、それら複数の線が対物レンズによって屈折させられてもよい。別の実施例では、それら複数の線が投影システム内に配置される対物レンズによって屈折させられてもよい。一実施例では、対物レンズは、レンズ群として配置される複数のレンズを含んでいてもよい。別の実施例では、対物レンズは、レンズ、シングレットレンズ素子、プリズム、及び／又は、回折素子の任意の組み合わせを含み得る。さらに別の実施例では、対物レンズは、レンズ群を含み得る。一実施例では、それら複数の線は、任意の適切な方法でさらに変化させられてもよい。例えば、それらの線は、任意の方法で回折させられてもよく或いは調整されてもよい。別の例として、それらの線は、ユーザによって見られるように投影画像が拡大されるよう、拡大されてもよい。

ステップ４１６において、それらの屈折光線は、画像を形成するために、ターゲットに向けて反射される。一実施例では、それらの屈折光線は、構成要素によってターゲットに向けて反射されてもよい。一実施例では、それらの屈折光線は、１又は複数の外部の風景画像に組み合わされてもよい。そのため、（それらの屈折光線から）生成された画像と外部の風景との重複画像が形成され得る。一実施例では、ターゲットは、ユーザの目であってもよい。

ステップ４２０において、画像が移動させられる。一実施例では、画像は、ターゲットに関して移動させられる。別の実施例では、画像は、ターゲットに関する投影システムの如何なる移動とも無関係に、移動させられる。

一実施例では、画像を移動させることは、その画像を回転させることを含み得る。例えば、画像は、回転プリズムによって回転させられてもよい。そのような例では、回転プリズムは、投影システム内に配置されてもよく、また、回転プリズムは、ペカンプリズム、ダブプリズム、アッベプリズム、アッベ・ケーニッヒプリズム、シュミットプリズム、デルタプリズム、直角プリズム、ペンタプリズム、又は、ポロプリズムであってもよい。さらに、画像は、回転プリズムを回転させることによって回転させられてもよい。別の例として、画像は、画像生成器によって回転させられてもよい。そのような例では、画像は、画像生成器を回転させることによって回転させられてもよい。さらに別の例として、画像は、複数の線における１又は複数のピクセルを再割り当てすることによって回転させられてもよい。そのような例では、ピクセルは、画像生成器によって再割り当てされてもよい。

一実施例では、画像を移動させることは、画像を垂直に移動させることを含み得る。一実施例では、画像は、屈折光線を垂直に移動させることによって、垂直に移動させられてもよい。例えば、屈折光線は、投影システム内に配置される誘導ミラーによって垂直に移動させられてもよい。

一実施例では、画像を移動させることは、画像を水平に移動させることを含み得る。一実施例では、画像は、屈折光線を水平に移動させることによって水平に移動させられてもよい。例えば、屈折光線は、投影システム内に配置される誘導ミラーによって水平に移動させられてもよい。

一実施例では、画像を移動させることは、画像の回転、画像の垂直移動、及び／又は画像の水平移動の任意の適切な組み合わせを含み得る。

ステップ４２４において、その方法は終了する。図４に示すステップは、必要に応じて組み合わされ、変更され、或いは、削除されてもよい。また、その動作例には追加的なステップが追加されてもよい。例えば、その方法は、対物レンズにおける複数のレンズのうちの少なくとも１つを、少なくともそれら複数のレンズのうちの第２のものに関して平行移動可能に移動させることによって画像をフォーカスするステップをさらに含み得る。さらに、上述のステップは、任意の適切な順序で実行されてもよい。さらに、それらのステップのうちの１又は複数は、図示された他のステップと実質的に同時に実行されてもよく、全く同時に実行されてもよい。

特定の実施例にしたがって、本開示は、照明光源を利用するコンパクトな画像システムを含み得る。一実施例では、そのコンパクトな画像システムは、生成される線が結像レンズを通過するところの画像生成器を含み得る。別の実施例では、それらの線は、さらに、その画像システムの第２の部分を構成する、部分反射鏡（特定の波長帯の光を反射する反射鏡）に伝わってもよい。別の実施例では、その部分反射鏡は、画像を形成するためにそれらの線を反射してもよい。

一実施例によると、その画像生成器は、画像システムの角度配置とは無関係に、ターゲットのところでの正像の形成をもたらす角度で回転させられてもよい。別の実施例では、画像生成器における１又は複数のピクセルの内容が再割り当てされてもよく、その画像システムの角度配置とは無関係にターゲットのところでほぼ正立した像の形成をもたらす。

さらなる実施例にしたがって、本開示は、生成される線が結像レンズを通過しその後に回転プリズムを通過するところの、照明光源及び画像生成器を利用するコンパクトな画像システムを含み得る。一実施例では、画像が回転させられてもよい。別の実施例では、それらの線は、さらに、その画像システムの第２の部分を構成する部分反射鏡に伝わってもよい。追加的な実施例では、その部分反射鏡は、画像を形成するために、それらの線を反射してもよい。

一実施例によると、回転プリズムは、画像システムの角度配置とは無関係に、ターゲットのところで正像の形成をもたらす角度で回転させられてもよい。別の実施例では、回転プリズムは、ペカンプリズム、ダブプリズム、アッベプリズム、アッベ・ケーニッヒプリズム、シュミットプリズム、デルタプリズム、直角プリズム、ペンタプリズム、又は、ポロプリズムの何れかであってもよい。追加的な実施例では、回転プリズムは、画像システムの角度配置とは無関係にターゲットのところで正像が形成されるように画像を回転させ得る別のプリズムであってもよい。

別の実施例では、その部分反射鏡は、内側を向く面のスペクトルコーティングによってそれら画像光線の一部を反射してもよい。特定の実施例によると、その部分反射鏡は、その内側を向く面のスペクトルコーティング及びその外側を向く面の広帯域反射防止コーティングにより、外部照明の一部をそのシステムに透過させてもよい。別の実施例では、その部分反射鏡は、その内側を向く面の偏光選択性によって、それらの画像光線の一部を反射してもよい。別の実施例では、その部分反射鏡は、その内側を向く面の偏光選択性とその外側を向く面の広帯域又は狭帯域の反射防止コーティングとによって、外部照明の一部をそのシステムに透過させてもよい。別の実施例では、その部分反射鏡は、アイピースとして機能してもよい。さらに別の実施例では、その部分反射鏡は、外部の風景と生成画像との重複画像をターゲット上に形成するために、それらの画像光線と合わせて、外部照明の一部をそのシステムに透過させてもよい。追加的な実施例によると、その部分反射鏡は、外部の景色に重なるターゲット上に正像を形成するために回転プリズムが回転させられるところのシステムに、それらの画像光線と合わせて、外部照明の一部を透過させてもよい。

さらなる実施例にしたがって、本開示は、生成される線が結像レンズを通過しその後に回転プリズムを通過するところの、照明光源及び画像生成器を利用するコンパクトな画像システムを含み得る。一実施例では、画像が回転させられてもよい。別の実施例では、それら線は、さらに、平坦な誘導ミラーに伝わってもよい。さらに別の実施例では、それら線は、さらに、その画像システムの第２の部分を構成する部分反射鏡に伝わってもよく、また、その部分反射鏡は、画像を形成するためにそれら線を反射してもよい。一実施例では、誘導ミラーは、それら線を部分反射鏡に誘導する立体角のところで調整されてもよい。別の実施例では、誘導ミラーは、ターゲットのところで画像を形成するように、それら線を誘導する立体角のところで調整されてもよい。

追加的な実施例にしたがって、本開示は、生成される線が結像レンズを通過するところの、照明光源及び画像生成器を利用するコンパクトな画像システムを含み得る。一実施例では、その結像レンズは、レンズ群で構成されてもよい。別の実施例では、それら線は、回転プリズムを通過してもよい。さらに別の実施例では、画像が回転させられてもよい。追加的な実施例では、それら線は、さらに、平坦な誘導ミラーに伝わってもよく、また、それら線は、さらに、その画像システムの第２の部分を構成する部分反射鏡に伝わってもよい。別の実施例では、その部分反射鏡は、画像を形成するために、それら線を反射してもよい。

一実施例によると、そのレンズは、複数のシングレットレンズ素子を含み得る。別の実施例では、そのレンズは、複数のシングレットレンズ素子と複数のプリズムとを含み得る。追加的な実施例では、そのレンズは、複数のシングレットレンズ素子と複数のプリズムと複数の回折素子とを含み得る。さらに別の実施例では、レンズ群及び部分誘導反射鏡は、反射屈折ズームシステムを形成してもよい。別の実施例では、そのレンズ群のうちの少なくとも１つのシングレットレンズが平行移動されてもよい。追加的な実施例では、そのレンズ群における平行移動可能なシングレットレンズは、そのレンズ群からその部分反射鏡までの距離とは無関係に、所定の境界内において、ターゲットのところで焦点画像が形成されるように、平行移動されてもよい。特定の実施例によると、そのレンズ群における平行移動可能なシングレットレンズとその部分反射鏡は、少なくとも０．１倍から６倍の範囲内の反射屈折ズームシステムを構成し得る。

別の実施例によると、その回転プリズムは、その画像システムの角度配置とは無関係にターゲットのところでの正像の形成をもたらす角度で回転させられてもよい。また、誘導ミラーは、ターゲットのところで画像を形成するようにそれら線を誘導する立体角のところで調整されてもよい。また、そのレンズ群における平行移動可能なシングレットレンズは、そのレンズ群からその部分反射鏡までの距離とは無関係に、所定の境界内において、焦点画像がターゲットのところに形成されるように平行移動されてもよい。別の実施例では、その画像システムは、ＨＵＤアーキテクチャで構成されてもよい。追加的な実施例では、その画像システムは、ＨＭＤアーキテクチャで構成されてもよい。

本開示における実施例が詳細に説明されたが、多くの変更、置換、変形、修正、及び改良が当業者によって解明され得る。同様に、適切な場合には、添付の請求項は、本書で説明された実施例に対する、当業者が把握するであろう変更、置換、変形、修正、及び改良の全てを包含する。

特許庁、及び、本願に対して付与される特許の読者が本書に添付された請求項を解釈するのを支援するために、出願人は、特定の請求項において“means for”又は“step for”が使用されていない以上、添付の請求項が何れも、本書の出願時と同様の状態で、米国特許法第１１２条第６項を喚起することを意図していない点を指摘することを望む。

Claims (29)

1. 投影システム；
   複数の線を生成するように機能する、前記投影システムに配置される画像生成器；
   前記複数の線を屈折させるように機能する、前記投影システムに配置される対物レンズ；
   画像を形成するために、屈折線をターゲットに向けて反射させるように機能する構成要素；を含み、
   前記画像は、前記ターゲットに関して移動でき、前記画像の移動は、前記ターゲットに関する前記投影システムの移動とは無関係である、
   システム。
2. 前記画像の動きは、前記画像の回転を含む、
   請求項１に記載のシステム。
3. 当該システムは、前記投影システムに配置される回転プリズムをさらに含み、
   前記回転プリズムは、前記投影システムの内側で回転するように機能し、且つ、
   前記回転プリズムが回転すると、前記回転プリズムは、さらに、前記屈折線を回転させることによって前記画像を回転させるように機能する、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記回転プリズムは、ペカンプリズム、ダブプリズム、アッベプリズム、アッベ・ケーニッヒプリズム、シュミットプリズム、デルタプリズム、直角プリズム、ペンタプリズム、及び、ポロプリズムから選択される、
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記画像生成器は、前記投影システムの内側で回転するように機能し、且つ、
   前記画像生成器が回転すると、前記画像生成器は、さらに、前記複数の線を回転させることによって前記画像を回転させるように機能する、
   請求項２に記載のシステム。
6. 前記画像生成器は、さらに、前記複数の線において１又は複数のピクセルを再割り当てすることによって前記画像を回転させるように機能する、
   請求項１に記載のシステム。
7. 前記画像の動きは、前記画像の垂直移動を含み、
   当該システムは、さらに、前記投影システムに配置される誘導ミラーを含み、
   前記誘導ミラーは、前記屈折線を垂直に移動させることによって前記画像を垂直に移動させるように機能する、
   請求項１に記載のシステム。
8. 前記画像の動きは、前記画像の水平移動を含み、
   当該システムは、さらに、前記投影システムに配置される誘導ミラーを含み、
   前記誘導ミラーは、前記屈折線を水平に移動させることによって前記画像を水平に移動させるように機能する、
   請求項１に記載のシステム。
9. 前記対物レンズは、複数のレンズを含み、
   前記複数のレンズのうちの少なくとも１つは、前記複数のレンズのうちの少なくとも第２のものに関して平行移動可能に移動するよう機能し、
   前記複数のレンズのうちの少なくとも１つの動きは、前記画像をフォーカスするように機能する、
   請求項１に記載のシステム。
10. 前記投影システムは、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）投影システムを含み、
    前記ターゲットは、ユーザの目を含む、
    請求項１に記載のシステム。
11. 前記構成要素は、さらに、外部の景色からの照明を前記ターゲットに向けて透過させるよう機能し、前記画像と前記外部の景色とを含む重複画像を形成する、
    請求項１に記載のシステム。
12. 前記画像は、半値全幅５０ｎｍの広帯域スペクトルを有する５２５ｎｍの波長を含み、
    前記外部の景色は、可視スペクトル内の任意の位置にある波長を含む、
    請求項１１に記載のシステム。
13. 前記画像及び前記外部の景色の双方は、可視スペクトル内の任意の位置にある波長を含み、
    前記画像における波長は、前記外部の景色における波長に対して相補的である、
    請求項１１に記載のシステム。
14. 前記画像は、様々な帯域幅を有する複数の波長を含む、
    請求項１１に記載のシステム。
15. 投影システムに配置される画像生成器によって複数の線を生成するステップ；
    前記投影システムに配置される対物レンズによって前記複数の線を屈折させるステップ；
    画像を形成するために構成要素によって屈折線をターゲットに向けて反射させるステップ；、及び、
    前記ターゲットに関して前記画像を移動させるステップ；を含み、
    前記画像を移動させるステップは、前記ターゲットに関する前記投影システムの移動とは無関係である、
    方法。
16. 前記画像を移動させるステップは、前記画像を回転させるステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記画像を回転させるステップは、
    前記投影システムの内側に配置される回転プリズムを回転させることによって前記屈折線を回転させるステップを含む、
    請求項１６に記載の方法。
18. 前記回転プリズムは、ペカンプリズム、ダブプリズム、アッベプリズム、アッベ・ケーニッヒプリズム、シュミットプリズム、デルタプリズム、直角プリズム、ペンタプリズム、及び、ポロプリズムから選択される、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記画像を回転させるステップは、前記画像生成器を回転させることによって前記複数の線を回転させるステップを含む、
    請求項１６に記載の方法。
20. 前記画像を回転させるステップは、前記画像生成器によって前記複数の線において１又は複数のピクセルを再割り当てするステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
21. 前記画像を移動させるステップは、前記投影システムに配置される誘導ミラーを用いて前記屈折線を垂直に移動させることによって前記画像を垂直に移動させるステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
22. 前記画像を移動させるステップは、前記投影システムに配置される誘導ミラーを用いて前記屈折線を水平に移動させることによって前記画像を水平に移動させるステップを含む、
    請求項１５に記載の方法。
23. 前記対物レンズは、複数のレンズを含み、
    請求項１５に記載の方法は、前記複数のレンズのうちの少なくとも第２のものに関して前記複数のレンズのうちの少なくとも１つを平行移動可能に移動させることによって前記画像をフォーカスするステップをさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
24. 前記投影システムは、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）投影システムを含み、
    前記ターゲットは、ユーザの目を含む、
    請求項１５に記載の方法。
25. 前記画像と外部の景色とを含む重複画像を形成するために、前記構成要素によって、前記外部の景色からの照明を前記ターゲットに向けて透過させるステップをさらに含む、
    請求項１５に記載の方法。
26. 前記画像は、半値全幅５０ｎｍの広帯域スペクトルを有する５２５ｎｍの波長を含み、
    前記外部の景色は、可視スペクトル内の任意の位置にある波長を含む、
    請求項２５に記載の方法。
27. 前記画像及び前記外部の景色の双方は、可視スペクトル内の任意の位置にある波長を含み、
    前記画像における波長は、前記外部の景色における波長に対して相補的である、
    請求項２５に記載の方法。
28. 前記画像は、様々な帯域幅を有する複数の波長を含む、
    請求項２５に記載の方法。
29. 投影システム；
    前記投影システムに配置される、複数の線を生成するように機能する画像生成器；
    前記投影システムに配置される、前記複数の線を屈折させるように機能する対物レンズ；
    画像を形成するために、屈折線をターゲットに向けて反射させるように機能する構成要素；
    前記投影システムに配置される回転プリズム；を含み、
    前記構成要素は、さらに、外部の景色からの照明を前記ターゲットに向けて透過させるよう機能し、前記画像と前記外部の景色とを含む重複画像を形成し、
    前記画像及び前記外部の景色の双方は、可視スペクトル内の任意の位置にある波長を含み、
    前記画像における波長は、前記外部の景色における波長に対して相補的であり、
    前記画像は、前記ターゲットに関して移動させられるように機能し、
    前記画像の動きは、前記ターゲットに関する前記投影システムの移動とは無関係であり、
    前記画像の動きは、前記画像の回転を含み、
    前記回転プリズムは、前記投影システムの内側で回転するように機能し、
    前記回転プリズムが回転すると、前記回転プリズムは、さらに、前記屈折線を回転させることによって前記画像を回転させるように機能し、
    前記回転プリズムは、ペカンプリズム、ダブプリズム、アッベプリズム、アッベ・ケーニッヒプリズム、シュミットプリズム、デルタプリズム、直角プリズム、ペンタプリズム、及び、ポロプリズムから選択され、
    前記画像の動きは、さらに、前記画像の垂直移動を含み、
    当該システムは、さらに、前記投影システムに配置される誘導ミラーを含み、
    前記誘導ミラーは、前記屈折線を垂直に移動させることによって前記画像を垂直に移動させるように機能し、
    前記画像の動きは、さらに、前記画像の水平移動を含み、
    前記誘導ミラーは、さらに、前記屈折線を水平に移動させることによって前記画像を水平に移動させるように機能し、
    前記対物レンズは、複数のレンズを含み、
    前記複数のレンズのうちの少なくとも１つは、前記複数のレンズのうちの少なくとも第２のものに関して平行移動可能に移動するよう機能し、
    前記複数のレンズのうちの少なくとも１つの動きは、前記画像をフォーカスするように機能し、
    前記投影システムは、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）投影システムを含み、
    前記ターゲットは、ユーザの目を含む、
    システム。

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