▶ ヒーズ アイピー ホールディングス エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-05
(45)【発行日】2024-11-13
(54)【発明の名称】仮想現実機器および拡張現実機器用の仮想画像表示システム
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20241106BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20241106BHJP
H04N 13/344 20180101ALI20241106BHJP
H04N 13/339 20180101ALI20241106BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B26/10 C
G02B26/10 104Z
H04N13/344
H04N13/339
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2022506646
(86)(22)【出願日】2021-09-30
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-19
(86)【国際出願番号】 US2021052750
(87)【国際公開番号】W WO2022072565
(87)【国際公開日】2022-04-07
【審査請求日】2023-06-30
(31)【優先権主張番号】63/085,172
(32)【優先日】2020-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】520332841
【氏名又は名称】ヒーズ アイピー ホールディングス エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100108833
【弁理士】
【氏名又は名称】早川 裕司
(74)【代理人】
【識別番号】100162156
【弁理士】
【氏名又は名称】村雨 圭介
(74)【代理人】
【識別番号】100082418
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 朔生
(74)【代理人】
【識別番号】100167601
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 信之
(74)【代理人】
【識別番号】100201329
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 真二郎
(74)【代理人】
【識別番号】100220917
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 忠大
(72)【発明者】
【氏名】ジュンニン、ライ
(72)【発明者】
【氏名】フォンチュン、イエ
【審査官】近藤 幸浩
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５３３０６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０５６９３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１１７５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平０４－５０１９２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１２１５８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５２７７９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１０７６０７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ２７／０２
Ｇ０２Ｂ ２７／０１
Ｇ０２Ｂ ２６／１０
Ｈ０４Ｎ １３／３４４
Ｈ０４Ｎ １３／３３９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ビューワの第１の眼の中に投影される複数の第１の光信号を放出する第１の光放出器と、周期的に、第１の期間中に前記第１の光信号の第１の部分を第１の光方向修正器の方に向きを変え、次いで第２の期間中に前記第１の光信号の第２の部分を第３の光方向修正器の方に向きを変える第１の光スイッチと、
所定の数の光信号を用いて第１の画像フレームを表示するために、前記第１の期間中に第１の空間範囲内で前記第１の光信号の前記第１の部分の光方向を第１のスキャン速度で変える前記第１の光方向修正器、および第２の期間中に第３の空間範囲内で前記第１の光信号の前記第２の部分の光方向を第５のスキャン速度で変える第３の光方向修正器と、を備え、
前記第１の画像フレームの中央区域は、横断面積あたり前記第１の画像フレームの周辺区域の光信号よりも多数の光信号を有することを特徴とする、
仮想画像表示システム。
【請求項2】
前記第１の光スイッチは電圧または電磁界により制御されることを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【請求項3】
前記第１の光信号の第１の部分は、前記第１の画像フレームの第１の画像部分を形成し、前記第１の画像部分は、第１の数の光信号を有し、前記第１の光信号の前記第２の部分は、前記第１の画像フレームの第２の画像部分を形成し、前記第２の画像部分は、第２の数の光信号を有し、前記第１の画像フレームに関する前記所定の数の光信号は、前記第１の数の光信号と前記第２の数の光信号の合計以下であることを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【請求項4】
前記第１の空間範囲および前記第３の空間範囲の各々は、第１の座標成分および第２の座標成分を備え、前記第１の空間範囲は、前記第１の座標成分または前記第２の座標成分のいずれかで前記第３の空間範囲と境を接することを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【請求項5】
前記第１の空間範囲および前記第３の空間範囲の各々は、第１の座標成分および第２の座標成分を備え、前記第１の空間範囲は、前記第１の座標成分または前記第２の座標成分のいずれかでの画像つなぎ合わせのために前記第３の空間範囲と重なることを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【請求項6】
前記第１のスキャン速度または前記第５のスキャン速度は一定ではないことを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【請求項7】
前記光方向は、第１の座標成分および第２の座標成分を備え、前記第１の光信号の前記光方向の前記第１の座標成分は、前記所定の数の光信号を用いて前記第１の画像フレームを集合的に表示するために、前記第１の空間範囲および前記第３の空間範囲内で時間に関して前記第１のスキャン速度および前記第５のスキャン速度で変えられ、前記第１の光信号の前記光方向の前記第２の座標成分は、前記第１の空間範囲および前記第３の空間範囲内で時間に関して第２のスキャン速度および第６のスキャン速度で変えられ、前記第２のスキャン速度および前記第６のスキャン速度は一定ではないことを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【請求項8】
前記第１の光放出器は、前記第１の期間および前記第２の期間中に光パルスとして前記複数の第１の光信号を可変周波数で放出して、前記第１の画像フレーム内の所定の区域の横断面積あたりの光信号の数を調節することを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【請求項9】
前記第１の光方向修正器は、前記第１のスキャン速度または前記第５のスキャン速度のいずれかを変更して、前記第１の画像フレーム内の所定の区域内の横断面積あたりの光信号の数を調節することを特徴とする、請求項１に記載の仮想画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、仮想現実機器および拡張現実機器用の仮想画像表示システムに関し、より具体的には仮想画像の画質を犠牲にすることなく解像度および視野の範囲を拡大した仮想画像を作り出すことができる仮想画像表示システムに関する。
【背景技術】
【0002】
仮想現実および拡張現実用のヘッド・マウント・ディスプレイ機器は近年、重要な研究開発分野の１つになってきた。眼のためにより高い解像度、より広い視野、およびより広い視野角を有する表示装置の要求は、ヘッド・マウント・ディスプレイ機器の開発のために常に主要な関心の中心であった。より広い視野は没入感を高め、ユーザがより多くの画像情報を知覚できるようにする。眼のためのより大きな視野角は、ユーザが画像を見失うことなく観察中に自身の眼を任意に動かすことができるようにする。
ヘッド・マウント・ディスプレイ機器での視野および視野角を拡大するためのさまざまな方法およびシステムが提案されてきたが、ヘッド・マウント・ディスプレイ機器で使用される光放出器の技術的制限に起因して、画像の解像度は、ヘッド・マウント・ディスプレイ機器の視野および視野角の拡大と共に容易に拡大できるわけではない。その結果、眼のためにより広い視野および視野角を有するヘッド・マウント・ディスプレイ機器は、より明瞭性の低い画像を作り出す。したがって、視野が拡大され、画像解像度の高い仮想画像表示システムを有することが望ましいことがある。
ヘッド・マウント・ディスプレイ機器での視野および視野角を拡大するためのさまざまな方法およびシステムが提案されてきたが、ヘッド・マウント・ディスプレイ機器で使用される光放出器の技術的制限に起因して、画像の解像度は、ヘッド・マウント・ディスプレイ機器の視野および視野角の拡大と共に容易に拡大できるわけではない。その結果、眼のためにより広い視野および視野角を有するヘッド・マウント・ディスプレイ機器は、より明瞭性の低い画像を作り出す。したがって、視野が拡大され、画像解像度の高い仮想画像表示システムを有することが望ましいことがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
本発明の一実施形態では、本発明は、上述の制限を克服するための微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＭＥＭＳ）に基づく仮想画像表示システムを開示する。仮想画像表示システムは、ビューワの第１の眼の中に投影される複数の第１の光信号を放出するための第１の光放出器、および時間に関して複数の第１の光信号の光方向を第１の画像フレームを形成するスキャン速度で変えるための第１の光方向修正器を備える。第１の光放出器は、正常状態の下で光パルスとして複数の第１の光信号を一定速度で放出する、または光パルスとして複数の第１の光パルスを変動する周波数で放出して第１の画像フレーム内の所定の区域で横断面積あたりの第１の光信号の数を調節する。第１の画像フレームは、所定の数の光信号からなる。第１の光方向修正器は、回転軸に対して第１の座標平面または第２の座標平面内で回転していてよい。複数の第１の光信号の光方向は、第１の光方向修正器が第１の座標平面または第２の座標平面内で回転することができる最大空間範囲または最大角度に関係がある第１の空間範囲内で変えられる。第１の光方向修正器の回転により、複数の第１の光信号の光方向は、第１の座標または第２の座標で変化するようになる。
【0004】
ある実施形態によれば、第１の光方向修正器は、時間に関して複数の第１の光信号の第１の座標成分または第２の座標成分のいずれかを一定ではないスキャン速度で変える。第１の光放出器の光放出の周波数もまた一定ではなくてよい。
【0005】
ある実施形態によれば、１つの光放出器に加えて多数のＭＥＭＳ鏡が実装される。仮想画像表示システムは、第１の光放出器、第１の光方向修正器、第３の光方向修正器、および第１の光スイッチを備えてよい。第１の光放出器は、複数の第１の光信号を放出するために使用される。第１の光スイッチは周期的に、第１の期間中に第１の光信号の第１の部分を第１の光方向修正器の方に向きを変え、次いで第２の期間中に第１の光信号の第２の部分を第３の光方向修正器の方に向きを変えることが可能である。第１の光方向修正器および第３の光方向修正器は、時間に関して複数の第１の光信号の光方向を変えて、所定の数の光信号からなる第１の画像フレームを形成するために実装される。第１の光方向修正器は、所定の数の光信号を用いて第１の画像フレームを表示するために、第１の期間中に第１の空間範囲内で第１の光信号の第１の部分の光方向を第１のスキャン速度で変え、第３の光方向修正器は、第２の期間中に第３の空間範囲内で第１の光信号の第２の部分の光方向を第５のスキャン速度で変える。
【0006】
本発明の別の実施形態では、解像度およびＦＯＶは、１つのＭＥＭＳ鏡に加えて多数の光放出器を使用することにより拡大されてよい。仮想画像表示システムは、１人のビューワの第１の眼に複数の第１の光信号および複数の第３の光信号をそれぞれ放出して第１の画像フレームを形成するための第１の光放出器および第３の光放出器を備えてよい。第１の光放出器および第３の光放出器は、それぞれＬＢＳプロジェクタであってよい。ＦＯＶは、１つの光方向修正器を使用することにより拡大される。第１の光信号放出器から得られる複数の第１の光信号および第３の光放出器から得られる複数の第３の光信号は、それぞれ第１の光方向修正器上に投影される。複数の第１の光信号の光方向は、第１の空間範囲内で第１のスキャン速度で変えられ、複数の第３の光信号の光方向は、第３の空間範囲内で同様に第１のスキャン速度で変えられる。本実施形態では、第１の空間範囲は、第１の光方向修正器が回転できる最大空間範囲または最大角度である第３の空間範囲に等しい。
【0007】
本実施形態の他の変形形態では、光学組立体は、複数の第１の光信号の光路の所定の横断面の面積を変えるために上述の光放出器と結合器の間に配置されてよい。具体的には、レンズを包含する光学組立体は、複数の第１の光信号の光路を第１の光放出器から第１の結合器に変えて複数の第１の光信号の各々の投影面積または横断面サイズを変更するために実装されてよい。
【0008】
いくつかの実施形態では、第１の画像フレーム内の画素および第２の画像フレーム内の対応する画素は、第１の光信号とビューワの眼の中に投影している第２の光信号の間の第１の角度に関係がある第１の深度に両眼仮想画像画素を形成する。
【0009】
先行する実施形態のいずれか１つの変形実施形態では、ヘッド・マウント・ディスプレイは、ビューワの両眼に光信号をそれぞれ反射させるための、第１の結合器および第２の結合器を置き換える集積結合器を備えてよい。ヘッド・マウント・ディスプレイは、両眼用の１対の仮想画像表示システムを備えてよい。仮想画像表示システムは、上記で簡単に記述した仮想画像表示システムのいずれかであってよい。左側の仮想画像表示システムは、第２の眼に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよく、右側の仮想画像表示システムは、第１の眼に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよい。しかしながら、一実例では、左側の仮想画像表示システムは、第１の眼に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよく、右側の仮想画像表示システムは、第２の眼に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよい。
【0010】
本実施形態は、仮想現実機器および拡張現実機器用のヘッド・マウント・ディスプレイなどの支持構造に適用されてよい。この場合、仮想画像表示システムは、ビューワの両眼に提供される。第１の画像フレーム上で画素を形成する第１の光信号および第２の画像フレーム上で画素を形成する対応する第２の光信号は、ビューワの第１の眼および第２の眼により知覚されて、第１の深度に両眼仮想画像画素を形成する。第１の深度は、ビューワの眼の中に投影している第１の光信号と第２の光信号の間の第１の角度に関係がある。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１の実施形態による仮想画像表示システムの概略図である。
【図2】本発明による画像フレームの中央区域および周辺区域の概略図である。
【図3】本発明の第１の実施形態による仮想画像表示システムの動作概略図である。
【図4】本発明の第１の実施形態による仮想画像表示システムの動作概略図である。
【図5a】本発明の第１の実施形態による仮想画像表示システムの動作概略図である。
【図5b】本発明の第１の実施形態による仮想画像表示システムの動作概略図である。
【図6】本発明の実施形態の変形形態によるヘッド・マウント・ディスプレイの概略図である。
【図7】本発明の実施形態の変形形態による別のヘッド・マウント・ディスプレイの概略図である。
【図8a】本発明の第２の実施形態による仮想画像表示システムの概略図である。
【図8b】本発明の第２の実施形態の変形形態による仮想画像表示システムの概略図である。
【図9】本発明の第３の実施形態による仮想画像表示システムの概略図である。
【図10】本発明の実施形態の変形形態による仮想画像表示システムの概略図である。
【図11】本発明の実施形態の変形形態による光学組立体の概略図である。
【図12a】本発明による、第１の深度に両眼仮想画像画素を表示するための方法について記述するための概略図である。
【図12b】本発明による、第１の深度に両眼仮想画像画素を表示するための方法について記述するための別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下で提示する記述で使用する専門用語は、技術のある種の特有の実施形態についての詳細な記述に関連して使用されるとしても、その用語の最も広い合理的な手法で解釈されることが意図される。ある種の用語は、以下で強調される場合もあるが、任意の制限された手法で解釈されることを意図されるいかなる専門用語も、この「発明を実施するための形態」の節でそのようなものとして具体的に規定される。
【0013】
本発明は、仮想現実機器または拡張現実機器用の仮想画像表示システムにより作り出された深度知覚を有する仮想画像の解像度および視野（ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ、ＦＯＶ）を拡大するためのシステムおよび方法に関する。本発明は、仮想画像の画素密度を犠牲にすることなく、従来技術を基準にしてより高い解像度およびより広いＦＯＶを伴う仮想画像を作り出すことが可能である。その結果、本発明に従って作り出された仮想画像の品質は、従来技術を基準にして優れていることがある。
【0014】
本発明で言及する光方向修正器は、光放出器により放出される光の方向を時間に関して動的に変更できる機械的素子または光学素子を指す。例えば微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）鏡であり得るがそれに限定されない。典型的なＭＥＭＳ鏡は、１つの軸または２つの別個の軸（２次元ＭＥＭＳ鏡）で光の方向を変更できてよい。一例として、２次元ＭＥＭＳ鏡は、両方の軸で最大ほぼ３０°の光学スキャニング角度までレーザビームを高速に偏向可能であってよい。しかしながら、一方の軸（主スキャニング軸）での最大スキャニング角度は、他方の軸よりも大きくてよい。
ＭＥＭＳ鏡技術は非常に用途が広く、投影表示装置、３Ｄスキャンニング、およびレーザマーキングなどのようなさまざまな用途に適用可能である。ＭＥＭＳ鏡の動きを駆動するための原理は、さまざまな物理的原理により提供でき、その例は、電磁効果、静電効果、熱電効果、およびピエゾ電気効果であってよい。ＭＥＭＳ鏡を駆動するための物理的原理の各々は、異なる利点または欠点を示すことがある。ＭＥＭＳ鏡の旋回周波数または旋回振幅は、異なる周波数の駆動電圧／電磁界、および異なる振幅の駆動電圧／電磁界をＭＥＭＳ鏡にそれぞれ加えることにより制御されてよく、このことは、当技術分野で容易に広く知られている。
ＭＥＭＳ鏡技術は非常に用途が広く、投影表示装置、３Ｄスキャンニング、およびレーザマーキングなどのようなさまざまな用途に適用可能である。ＭＥＭＳ鏡の動きを駆動するための原理は、さまざまな物理的原理により提供でき、その例は、電磁効果、静電効果、熱電効果、およびピエゾ電気効果であってよい。ＭＥＭＳ鏡を駆動するための物理的原理の各々は、異なる利点または欠点を示すことがある。ＭＥＭＳ鏡の旋回周波数または旋回振幅は、異なる周波数の駆動電圧／電磁界、および異なる振幅の駆動電圧／電磁界をＭＥＭＳ鏡にそれぞれ加えることにより制御されてよく、このことは、当技術分野で容易に広く知られている。
【0015】
本開示で言及する「スキャン速度」という語句は、ＭＥＭＳ鏡の調和振動の周波数に関係がある、ＭＥＭＳ鏡の「旋回周波数」を指すことに留意されたい。「スキャン速度」および「旋回周波数」という語句は、本開示で交換可能に使用されることがあり、これらの語句の両方とも、時間単位での空間変位の量に関係がある。本開示で言及する「第１の眼」および「第２の眼」という語句は、ユーザの２つの眼を指す。一般に、「第１の眼」および「第２の眼」は、ビューワの右眼および左眼をそれぞれ指すことがある、または「第１の眼」および「第２の眼」は、ビューワの左眼および右眼をそれぞれ指すことがある。
【0016】
異なる座標系を使用して、本発明で開示する素子または機器の光方向、空間範囲、または変位を表してよいことは言及する価値がある。たとえば、座標系は、デカルト座標系でのＸ座標成分およびＹ座標成分、または極座標系でのθ座標成分およびφ座標成分であってよい。Ｘ座標またはθ座標は、第１の座標成分として表現されることがあり、Ｙまたはφは、第２の座標成分として表現されることがある。場合によっては、Ｘ座標またはθ座標は、第２の座標成分として表現されることがあり、Ｙまたはφは、第１の座標成分として表現されることがある。
【0017】
図１を参照する。以下の実施形態は、画質を維持しながら、拡大した解像度およびＦＯＶを有する仮想画像を作り出すことが可能な、ＭＥＭＳに基づく仮想画像表示システムを開示する。
本実施形態でのＭＥＭＳ鏡は、２次元ＭＥＭＳであってよい。本実施形態では、光放出器が画像の各光信号（画素）を作り出す周波数、および／または光信号の垂直方向／水平方向でのスキャン速度は、画像フレームのＦＯＶが拡大したときの画素密度劣化を補償するために操作される。仮想画像表示システムは、ビューワの第１の眼５０の中に投影される複数の第１の光信号１０００を放出するための第１の光放出器１０、および時間に関してスキャン速度で複数の第１の光信号１０００の光方向を変えて第１の画像フレームＦ１を形成するための第１の光方向修正器１００を備える。たとえば、第１の光放出器１０は、レーザ・ビーム・スキャナ（ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｓｃａｎｎｅｒ、ＬＢＳ）・プロジェクタなどのレーザビーム発生器であってよい。第１の光放出器１０は、正常条件の下で光パルスとして複数の光信号１０００を一定速度で放出する、または光パルスとして複数の第１の光信号１０００を可変周波数で放出して、第１の画像フレームＦ１内の所定の区域内の横断面積あたりの第１の光信号１０００の数（画素密度に対応する）を調節する。
第１の光フレームＦ１は、所定の数の光信号からなる。光信号の各々は、第１の画像フレームＦ１上の画素を表してよい。第１の画像フレームＦ１の形成中、第１の光方向修正器１００は、回転軸に対して第１の座標平面（たとえば水平面）または第２の座標平面（たとえば垂直面）で回転していてよい。複数の第１の光信号１０００の光方向は、第１の光方向修正器１００が第１の座標平面または第２の座標平面内で回転できる最大空間範囲または最大角度に関係がある第１の空間範囲ＳＲ１内で変えられる。第１の光方向修正器１００の回転により、複数の第１の光信号１０００の光方向は、設定に応じて第１の座標（たとえば水平座標）または第２の座標（たとえば、垂直座標）が変化するようになる。
本実施形態でのＭＥＭＳ鏡は、２次元ＭＥＭＳであってよい。本実施形態では、光放出器が画像の各光信号（画素）を作り出す周波数、および／または光信号の垂直方向／水平方向でのスキャン速度は、画像フレームのＦＯＶが拡大したときの画素密度劣化を補償するために操作される。仮想画像表示システムは、ビューワの第１の眼５０の中に投影される複数の第１の光信号１０００を放出するための第１の光放出器１０、および時間に関してスキャン速度で複数の第１の光信号１０００の光方向を変えて第１の画像フレームＦ１を形成するための第１の光方向修正器１００を備える。たとえば、第１の光放出器１０は、レーザ・ビーム・スキャナ（ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ ｓｃａｎｎｅｒ、ＬＢＳ）・プロジェクタなどのレーザビーム発生器であってよい。第１の光放出器１０は、正常条件の下で光パルスとして複数の光信号１０００を一定速度で放出する、または光パルスとして複数の第１の光信号１０００を可変周波数で放出して、第１の画像フレームＦ１内の所定の区域内の横断面積あたりの第１の光信号１０００の数（画素密度に対応する）を調節する。
第１の光フレームＦ１は、所定の数の光信号からなる。光信号の各々は、第１の画像フレームＦ１上の画素を表してよい。第１の画像フレームＦ１の形成中、第１の光方向修正器１００は、回転軸に対して第１の座標平面（たとえば水平面）または第２の座標平面（たとえば垂直面）で回転していてよい。複数の第１の光信号１０００の光方向は、第１の光方向修正器１００が第１の座標平面または第２の座標平面内で回転できる最大空間範囲または最大角度に関係がある第１の空間範囲ＳＲ１内で変えられる。第１の光方向修正器１００の回転により、複数の第１の光信号１０００の光方向は、設定に応じて第１の座標（たとえば水平座標）または第２の座標（たとえば、垂直座標）が変化するようになる。
【0018】
この実施形態によれば、第１の光方向修正器１００は、時間に関して複数の第１の光信号１０００の第１の座標成分または第２の座標成分のいずれかを一定でないスキャン速度で変える。第１の光放出器１０の光放出の周波数もまた一定でなくてよい。本実施形態の裏にある考え方は、人間の眼が対象物体を見るとき、眼の視軸は対称物体に向けられ、対称物体の画像が眼の黄斑（網膜の最も感度のよい部分）上に集中することになり、その結果、対称物体は、視覚の中央区域Ｃ内にあるように見えるということである。画像内の対象物体を基準にして、画像の他の部分は、光に対して感度がそれほどよくない、網膜の他の部分に投影されてよいので、より明瞭ではなくてよい。
上述した人間の視覚の性質に基づき、本実施形態による仮想画像表示システムは、画像フレームの周辺区域Ｐを基準にしてより高い画素密度を画像フレームの中央部分に提供することを目指すので、本発明のユーザは、より高い画素密度で対称物体（より明瞭な画像）を見ることが可能であるのに対して、人間の眼は、いずれにしても周辺区域Ｐでより高い品質の画像を知覚できないので、周辺区域Ｐ内の画像は、中央区域Ｃ内の対象物体ほど明瞭である必要はない。中央区域Ｃ内の光信号（または画素）の数は、中央区域Ｃ内での第１の光放出器１０の光放出のスキャン速度および／または周波数を変えることにより操作される。この方法を実装することにより、限られたハードウェア能力を用いて、本発明のユーザは、仮想対象物体を見るときに画素密度劣化を感じることなく、拡大したＦＯＶで第１の画像フレームＦ１を依然として見ることが可能である。
上述した人間の視覚の性質に基づき、本実施形態による仮想画像表示システムは、画像フレームの周辺区域Ｐを基準にしてより高い画素密度を画像フレームの中央部分に提供することを目指すので、本発明のユーザは、より高い画素密度で対称物体（より明瞭な画像）を見ることが可能であるのに対して、人間の眼は、いずれにしても周辺区域Ｐでより高い品質の画像を知覚できないので、周辺区域Ｐ内の画像は、中央区域Ｃ内の対象物体ほど明瞭である必要はない。中央区域Ｃ内の光信号（または画素）の数は、中央区域Ｃ内での第１の光放出器１０の光放出のスキャン速度および／または周波数を変えることにより操作される。この方法を実装することにより、限られたハードウェア能力を用いて、本発明のユーザは、仮想対象物体を見るときに画素密度劣化を感じることなく、拡大したＦＯＶで第１の画像フレームＦ１を依然として見ることが可能である。
【0019】
図１～図４を参照する。正常条件の下で（スキャン速度がデフォルト速度であるとき）第１の光放出器１０および第１の光方向修正器１００は、第１の空間範囲ＳＲ１（たとえば、水平方向に４０°および垂直方向に２２．５°）内でデフォルト解像度（たとえば、１２８０×７２０画素）からなる第１の画像フレームＦ１を形成できてよい。本開示で言及する空間範囲は、２つの座標で表現されてよい第１の座標成分と第２の座標成分の両方の範囲を表すことは言及する価値がある。
本実施形態では、第１の空間範囲ＳＲ１は、第１の眼５０のＦＯＶに対応する。ＦＯＶを拡大する（たとえば、空間範囲を水平方向で４０°から６０°に拡大する）ときに画素密度劣化を補償するために、第１の画像フレームＦ１は、周辺区域Ｐおよび中央区域Ｃに分割される。画像フレームの中央区域Ｃには、周辺区域Ｐを基準にしてより高い画素密度（単位面積内により多数の光信号）が提供される。一例として、両方の座標成分での中央区域Ｃは、両方の座標成分でＦＯＶの中の１０°として設定されてよく、両側の周辺区域Ｐは、ＦＯＶの中の１５°になるように設定されてよい。
本実施形態では、第１の空間範囲ＳＲ１は、第１の眼５０のＦＯＶに対応する。ＦＯＶを拡大する（たとえば、空間範囲を水平方向で４０°から６０°に拡大する）ときに画素密度劣化を補償するために、第１の画像フレームＦ１は、周辺区域Ｐおよび中央区域Ｃに分割される。画像フレームの中央区域Ｃには、周辺区域Ｐを基準にしてより高い画素密度（単位面積内により多数の光信号）が提供される。一例として、両方の座標成分での中央区域Ｃは、両方の座標成分でＦＯＶの中の１０°として設定されてよく、両側の周辺区域Ｐは、ＦＯＶの中の１５°になるように設定されてよい。
【0020】
以下、中央区域Ｃ内で第１の光放出器１０の光放出の周波数を変えることにより、中央区域Ｃ内で光信号（または画素）の数を増大させるための方法について記述する。中央区域Ｃ内部の画像情報は、より多数の光信号を得るために第１の光放出器１０のより高い投影周波数（デフォルト周波数を基準とする、たとえば１０ｎｓ／画素）で作り出され、より多数の光信号は、より高い解像度に変換される。周辺区域Ｐ内部の画像情報は、第１の光放出器のデフォルト投影周波数（たとえば、４０ｎｓ／画素）で作り出すことが可能である。その結果、第１の画像フレームＦ１内の中央区域Ｃおよび周辺区域Ｐの画素密度は一様ではない。
【0021】
以下、中央区域Ｃ内で第１の光放出器１０のスキャン速度を操作することにより中央区域Ｃ内の光信号（または画素）の数を変えるステップについて記述する。
具体的には、第１の光信号１０００の光方向の第１の座標成分および第２の座標成分は、第１の画像フレームＦ１を表示するために第１の空間範囲ＳＲ１内で時間に関して第１のスキャン速度および第２のスキャン速度でそれぞれ変えられる。いくつかの実施形態では、第１のスキャン速度または第２のスキャン速度は一定ではなくてもよい。いくつかの他の実施形態では、第１のスキャン速度も第２のスキャン速度も一定でなくもてよい。一例として、ＭＥＭＳ鏡の第２の座標成分のスキャン速度は、第１の画像フレームＦ１の中央区域Ｃを通って移動する間に低減でき、光放出器の投影周波数は同じに保たれ、その結果、ある期間内により高密度の画素またはより多数の光信号を中央区域Ｃ内に投影できる（図２を参照のこと）。
具体的には、第１の光信号１０００の光方向の第１の座標成分および第２の座標成分は、第１の画像フレームＦ１を表示するために第１の空間範囲ＳＲ１内で時間に関して第１のスキャン速度および第２のスキャン速度でそれぞれ変えられる。いくつかの実施形態では、第１のスキャン速度または第２のスキャン速度は一定ではなくてもよい。いくつかの他の実施形態では、第１のスキャン速度も第２のスキャン速度も一定でなくもてよい。一例として、ＭＥＭＳ鏡の第２の座標成分のスキャン速度は、第１の画像フレームＦ１の中央区域Ｃを通って移動する間に低減でき、光放出器の投影周波数は同じに保たれ、その結果、ある期間内により高密度の画素またはより多数の光信号を中央区域Ｃ内に投影できる（図２を参照のこと）。
【0022】
図３を参照する。以下の例は、１つの座標成分（たとえば垂直方向）でＭＥＭＳ鏡のスキャン速度を変える実施形態に関する１つの特有の例を例証する。
【0023】
垂直方向での全ＦＯＶは４０°であり、中央区域Ｃは、中央区域Ｃの中の１０°になるように設定され、目標視力（ｖｉｓｕａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ、ＶＡ）は２．０である。
【0024】
中央区域Ｃ内でＶＡ２．０に必要とされる全画素数は、
６０ｐ×２×１０＝１２００画素（ＶＡ＝０．５のための最初の画素数のほぼ４倍である）
であり、式中、６０はＶＡ＝１．０に必要とされるＦＯＶの１°での画素数である。
６０ｐ×２×１０＝１２００画素（ＶＡ＝０．５のための最初の画素数のほぼ４倍である）
であり、式中、６０はＶＡ＝１．０に必要とされるＦＯＶの１°での画素数である。
【0025】
ＦＯＶの残りの部分（周辺ＦＯＶ）については、画素の密度は最初と同じままである。周辺ＦＯＶの全画素数は、
１２８０×３０／４０＝９６０画素
ＶＡ＝９６０／３０／６０＝０．５３
である。
１２８０×３０／４０＝９６０画素
ＶＡ＝９６０／３０／６０＝０．５３
である。
【0026】
その他の座標成分（たとえば、水平方向）のＭＥＭＳ鏡のスキャン速度はまた、横断面積あたりの第１の光信号１０００の数を増大させるために修正できる。一例として、ＭＥＭＳ鏡のその他の座標成分のスキャン速度は、画素数をたとえば７２０画素から１４４０画素に増大させるために１／２だけ低減できる。
【0027】
図４を参照する。以下、スキャン速度を変更することなく一方の方向で第１の画像フレームＦ１の画素密度または解像度を変更するための別の方法について開示する。周辺ＦＯＶでの画素数は、一定の垂直位置だけで光信号を放出する（たとえば、垂直成分で画像フレームのいくつかの行に関する光放出を停止する）ことだけにより低減できる。以下の例は、垂直方向に一定速度で１／４だけＭＥＭＳ鏡の回転速度を低減して、垂直の画素密度／解像度を増大させる１つの可能な実装形態について例証する。
【0028】
垂直方向での全ＦＯＶは３０°であり、中央区域Ｃは、全ＦＯＶの中の１０°になるように設定され、目標ＶＡは２．０である。
【0029】
中央ＦＯＶ内でＶＡ２．０に必要とされる全画素数は、
（最初の密度のほぼ４倍であるＶＡ０．５のための最初の３２０画素と比較して）６０×２×１０＝１２００画素
である。これは、全画素数は、ＦＯＶの１０°ごとに１２００画素を含まなければならないことを意味する。
（最初の密度のほぼ４倍であるＶＡ０．５のための最初の３２０画素と比較して）６０×２×１０＝１２００画素
である。これは、全画素数は、ＦＯＶの１０°ごとに１２００画素を含まなければならないことを意味する。
【0030】
垂直方向でのＭＥＭＳ鏡のスキャン速度が一定である必要がある場合、各周辺ＦＯＶはまた、１２００の垂直画素（または１２８０×１画素からなる１２００の線）を包含する。光放出器が４つの線ごとだけに光信号を投影する場合、周辺区域Ｐ内に投影される線の全体は、
１２００／４＝３００の線であり、したがって、
ＶＡ＝（３００／１０）／６０＝０．５
である。
１２００／４＝３００の線であり、したがって、
ＶＡ＝（３００／１０）／６０＝０．５
である。
【0031】
１０°あたり１２００の線を達成するために、垂直方向でのＭＥＭＳ鏡のスキャン速度は、ＶＡ０．５のための最初の速度よりも遅い必要がある。
【0032】
中央区域Ｃでは、光放出器は、正方向と負方向の両方に動いている間に光信号を放出する。他方では、光放出器は、周辺区域Ｐ内で正または負のいずれかの方向に動いている間だけ光信号を放出する。
【0033】
さらに図５ａおよび図５ｂを参照する。別の実施形態の第１の画像フレームＦ１の中央区域Ｃおよび周辺区域Ｐが示されている。中央区域Ｃは領域Ａ５により表されるのに対して、周辺区域Ｐは、領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ６、Ａ７、Ａ８、およびＡ９の組合せにより表される。第１の画像フレームＦ１の形成中、第１の光方向修正器１００は、同時的に回転して第１の光放出器１０の投影方向を変更して、行ごとまたは列ごとの手法で第１の画像フレームＦ１を作り出す。
詳細には、第１の光放出器１０は、一度に画像の１画素を投影することにより第１の画像フレームＦ１を作り出し、第１の光方向修正器１００は、次いで第１の光信号１０００の方向を変えて、新しい場所に画像の別の画素を作り出す。新しい場所は多くの場合、画像の先行する画素の水平または垂直方向にすぐ次にある。したがって、ある期間の後、第１の光放出器１０は、１行の画素画像または１列の画素画像（たとえば１２８０×１または１×７２０）を作り出す。第１の光方向修正器１００は、次いで第１の光信号１０００の方向を次の行または次の列に変更して、続けて第２の行の画素画像または第２の列の画素画像を作り出す。この処理は、完全な画像フレームが作り出される（たとえば、１２８０×７２０の画素画像を完成する）まで反復される。
詳細には、第１の光放出器１０は、一度に画像の１画素を投影することにより第１の画像フレームＦ１を作り出し、第１の光方向修正器１００は、次いで第１の光信号１０００の方向を変えて、新しい場所に画像の別の画素を作り出す。新しい場所は多くの場合、画像の先行する画素の水平または垂直方向にすぐ次にある。したがって、ある期間の後、第１の光放出器１０は、１行の画素画像または１列の画素画像（たとえば１２８０×１または１×７２０）を作り出す。第１の光方向修正器１００は、次いで第１の光信号１０００の方向を次の行または次の列に変更して、続けて第２の行の画素画像または第２の列の画素画像を作り出す。この処理は、完全な画像フレームが作り出される（たとえば、１２８０×７２０の画素画像を完成する）まで反復される。
【0034】
本例では、最初に領域Ａ１～Ａ３内の画素が、続いて領域Ａ４～Ａ６内の画素が、最後に領域Ａ７～Ａ９内の画素が完成する。一例として、画像フレームのデフォルト解像度は１２８０×７２０画素であってよい。領域Ａ１～Ａ３内の画素を作り出すとき、列方向（またはＹ方向）での第１の光放出器１０の投影周波数も第１の光方向修正器１００のスキャン速度もデフォルト値のままである。しかしながら、領域Ａ４～Ａ６内部の画素が作り出されるとき、列方向（またはＹ方向）での第１の光方向修正器１００のスキャン速度は低減される（たとえば、デフォルト値の１／２倍）。第１の光放出器１０の投影周波数は、領域Ａ５内部に画素を作り出すときだけ増大する（たとえば、デフォルト値の２倍）ので、行方向および列方向での光信号（画素）の数は、両方とも領域Ａ５内だけで増大する（たとえば、デフォルト値の２×２倍）ことに留意されたい。換言すれば、単位横断面積内の光信号の数は、領域Ａ５内で最大になる（これは、画素密度が最も高くなる、すなわち、領域Ａ１～Ａ３およびＡ７～Ａ９の４倍になることを意味する）。
領域Ａ４およびＡ６では、列方向での画素数だけは増大する（たとえば、デフォルト値の２倍）。領域Ａ７～Ａ９内で画素を作り出している間、列方向での第１の光放出器１０の投影周波数も第１の光方向修正器１００のスキャン速度もデフォルト値に戻る。その結果、領域Ａ５（中央区域Ｃ）は最多数の画素を有し、Ａ４およびＡ６は次に２番目に最多数の画素を有し、領域Ａ１～Ａ３およびＡ７～Ａ９はデフォルト数の画素を有する。第１の画像フレームＦ１をビューワは、第１の画像フレームＦ１の中央区域を見るとき、最高の光学画像を見ることが可能である。
領域Ａ４およびＡ６では、列方向での画素数だけは増大する（たとえば、デフォルト値の２倍）。領域Ａ７～Ａ９内で画素を作り出している間、列方向での第１の光放出器１０の投影周波数も第１の光方向修正器１００のスキャン速度もデフォルト値に戻る。その結果、領域Ａ５（中央区域Ｃ）は最多数の画素を有し、Ａ４およびＡ６は次に２番目に最多数の画素を有し、領域Ａ１～Ａ３およびＡ７～Ａ９はデフォルト数の画素を有する。第１の画像フレームＦ１をビューワは、第１の画像フレームＦ１の中央区域を見るとき、最高の光学画像を見ることが可能である。
【0035】
要するに、本実施形態では、第１の成分方向（たとえば、水平方向）でのＭＥＭＳ鏡の第１のスキャン速度、および第２の成分方向（たとえば、垂直方向）でのＭＥＭＳ鏡の第２のスキャン速度は、水平位置および水平位置に従って変えられる。中央区域Ｃ内で画像を放出している間、単位時間内に中央区域Ｃ内でより高密度の画素または画像情報を投影できる（さらには中央区域Ｃ内のＶＡを高める）ように、投影周波数を増大できる、および／または水平方向でも垂直方向でもＭＥＭＳ鏡のスキャン速度を低減できる。両方向でのＭＥＭＳ鏡の投影周波数および／またはスキャン速度は、周辺区域Ｐ内で正常に戻ることが可能である。
【0036】
図６および図７を参照する。本実施形態は、仮想現実機器および拡張現実機器用のヘッド・マウント・ディスプレイなどの支持構造に適用されてよい。この場合、仮想画像表示システムは、ビューワの両眼に提供され、複数の第１の光信号１０００の向きを変えて、ビューワの第１の眼５０に集光する第１の結合器２１０を備えてよい。それに加えて、仮想画像表示システムは、ビューワの第２の眼６０の中に投影される複数の第２の光信号３０００を放出する第２の光放出器３０と、複数の第２の光信号３０００の光方向を変える第２の光方向修正器３００と、複数の第２の光信号３０００の方向を変えて、ビューワの第２の眼６０に集光する第２の結合器４１０とをさらに備えてよい。
第２の光信号の光方向は、所定の数の光信号を用いて第２の画像フレームＦ２を表示するために、第２の空間範囲ＳＲ２内で時間に関して第３のスキャン速度で変えられる。第３のスキャン速度は、一定であっても、一定ではなくてもよい。この実施形態では、第１の画像フレームＦ１上で画素を形成する第１の光信号、および第２のフレーム画像Ｆ２上で画素を形成する対応する第２の光信号は、ビューワの第１の眼５０および第２の眼６０により知覚されて、第１の深度に両眼仮想画像画素を形成する。そして第１の深度は、ビューワの眼の中に投影している第１の光信号１０００と第２の光信号３０００の間の第１の角度に関係がある。
第２の光信号の光方向は、所定の数の光信号を用いて第２の画像フレームＦ２を表示するために、第２の空間範囲ＳＲ２内で時間に関して第３のスキャン速度で変えられる。第３のスキャン速度は、一定であっても、一定ではなくてもよい。この実施形態では、第１の画像フレームＦ１上で画素を形成する第１の光信号、および第２のフレーム画像Ｆ２上で画素を形成する対応する第２の光信号は、ビューワの第１の眼５０および第２の眼６０により知覚されて、第１の深度に両眼仮想画像画素を形成する。そして第１の深度は、ビューワの眼の中に投影している第１の光信号１０００と第２の光信号３０００の間の第１の角度に関係がある。
【0037】
以下の実施形態は、拡大した解像度およびＦＯＶを有する画像の解像度を増大させるためのさらに別の、ＭＥＭＳに基づく光放出システムを開示する。解像度およびＦＯＶは、図８ａおよび図８ｂに示すように、１つのＭＥＭＳ鏡に加えて多数の光放出器を使用することにより拡大されてよい。仮想画像表示システムは、ビューワの第１の眼５０に複数の第１の光信号１０００および複数の第３の光信号２０００をそれぞれ放出して第１の画像フレームＦ１を形成するための第１の光放出器１０および第３の光放出器２０を備えてよい。第１の光放出器１０および第３の光放出器２０は、それぞれＬＢＳプロジェクタであってよい。ＦＯＶは、図９に例示するように、１つの光方向修正器を使用することにより拡大される。
第１の光信号放出器１０から得られる複数の第１の光信号１０００および第３の光放出器２０から得られる複数の第３の光信号２０００は、それぞれ第１の光方向修正器１００上に投影される。一例では、任意に、複数の第１の光信号１０００と第１の光方向修正器１００により反射された複数の第３の光信号２０００との間の最大角度の大きさは、第１の光方向修正器の最大スキャニング角度（光方向修正器が回転できる最大空間範囲または最大角度である）の２倍として設定されてよい。第１の光方向修正器１００は、複数の第１の光信号１０００および複数の第３の光信号２０００の光方向を時間に関して同時に変えて、所定の数の光信号（たとえば、２５６０×７２０画素）からなる第１の画像フレームＦ１を形成する。複数の第１の光信号１０００の光方向は、第１の空間範囲ＳＲ１内で第１のスキャン速度で変えられ、複数の第３の光信号２０００の光方向は、第３の空間範囲内で同様に第１のスキャン速度で変えられる。本実施形態では、第１の空間範囲ＳＲ１は、第１の光方向修正器１００が回転できる最大空間範囲または最大角度である第３の空間範囲ＳＲ３に等しい。その結果、最終的なスキャニング角度は、実質的に第１の空間範囲ＳＲ１と第３の空間範囲ＳＲ３の合計である。
第１の光信号放出器１０から得られる複数の第１の光信号１０００および第３の光放出器２０から得られる複数の第３の光信号２０００は、それぞれ第１の光方向修正器１００上に投影される。一例では、任意に、複数の第１の光信号１０００と第１の光方向修正器１００により反射された複数の第３の光信号２０００との間の最大角度の大きさは、第１の光方向修正器の最大スキャニング角度（光方向修正器が回転できる最大空間範囲または最大角度である）の２倍として設定されてよい。第１の光方向修正器１００は、複数の第１の光信号１０００および複数の第３の光信号２０００の光方向を時間に関して同時に変えて、所定の数の光信号（たとえば、２５６０×７２０画素）からなる第１の画像フレームＦ１を形成する。複数の第１の光信号１０００の光方向は、第１の空間範囲ＳＲ１内で第１のスキャン速度で変えられ、複数の第３の光信号２０００の光方向は、第３の空間範囲内で同様に第１のスキャン速度で変えられる。本実施形態では、第１の空間範囲ＳＲ１は、第１の光方向修正器１００が回転できる最大空間範囲または最大角度である第３の空間範囲ＳＲ３に等しい。その結果、最終的なスキャニング角度は、実質的に第１の空間範囲ＳＲ１と第３の空間範囲ＳＲ３の合計である。
【0038】
第１の画像フレームＦ１は、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２を備える。第１の画像部分ＩＰ１の内容は、第２の画像部分ＩＰ２の内容と異なる。第１の光方向修正器が回転する間に、第１の光方向修正器１００は、時間に関して複数の第１の光信号１０００の光方向を変えて、第１の画像部分ＩＰ１を形成し、第１の画像部分ＩＰ１は、第１の数の光信号を有する。同じ瞬間に、第１の光方向修正器１００は、時間に関して複数の第３の光信号２０００の光方向を変えて、第２の画像部分ＩＰ２を形成し、第２の画像部分ＩＰ２は、第２の数の光信号を有する。
第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は同時に形成される。第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は、第１の画像フレームＦ１の異なる部分を表す。光信号の所定の数は（第１の画像フレームＦ１の画素数）は、一般に光信号（または画素）の第１の数と光信号（または画素）の第２の数の合計に等しい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の画像部分ＩＰ１は、第２の画像部分ＩＰ２と部分的に重なってよく、その結果、第１の画像フレームＦ１の光信号（または画素）の数は、第１の画素数と第２の画素数の合計よりも少なくてよい。
第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は同時に形成される。第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は、第１の画像フレームＦ１の異なる部分を表す。光信号の所定の数は（第１の画像フレームＦ１の画素数）は、一般に光信号（または画素）の第１の数と光信号（または画素）の第２の数の合計に等しい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の画像部分ＩＰ１は、第２の画像部分ＩＰ２と部分的に重なってよく、その結果、第１の画像フレームＦ１の光信号（または画素）の数は、第１の画素数と第２の画素数の合計よりも少なくてよい。
【0039】
一例として（図８ａを参照すると）動作の始めに第１の光方向修正器１００は、複数の第１の光信号１０００の入射角が４５°であり、かつ複数の第３の光信号２０００の入射角が５°である角度に位置決めされてよい。光方向修正器は、両側の端部位置で端から端に自身の最大スキャニング角度（光方向修正器が回転できる最大空間範囲または最大角度）まで回転して、第１の座標（たとえば、水平座標）の方向でのスキャニング運動を完了する。
図８ａに示すように、一例では、光方向修正器が最大回転角まで回転するとき、複数の第１の光信号１０００の入射角は６５°であり、複数の第３の光信号２０００の入射角は２５°である。この実施形態に示すように、光放出器の各々は、第１の画像フレームＦ１の一部分（すなわち、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２）を投影するので、第１の光放出器１０および第３の光放出器２０により投影される画像の組合せは、第１の画像フレームＦ１を形成する。本明細書で提供する例では、最終的な全スキャニング角度は２倍になり、その結果、ＦＯＶは、最初のＦＯＶを基準にして２倍拡大する。画像の解像度もまた増大する。追加で、角度の１°あたりの画素数は維持される。
図８ａに示すように、一例では、光方向修正器が最大回転角まで回転するとき、複数の第１の光信号１０００の入射角は６５°であり、複数の第３の光信号２０００の入射角は２５°である。この実施形態に示すように、光放出器の各々は、第１の画像フレームＦ１の一部分（すなわち、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２）を投影するので、第１の光放出器１０および第３の光放出器２０により投影される画像の組合せは、第１の画像フレームＦ１を形成する。本明細書で提供する例では、最終的な全スキャニング角度は２倍になり、その結果、ＦＯＶは、最初のＦＯＶを基準にして２倍拡大する。画像の解像度もまた増大する。追加で、角度の１°あたりの画素数は維持される。
【0040】
第１の画像フレームＦ１の形成中、第１の光方向修正器１００は、回転軸に対して第１の座標面または第２の座標面で回転していてよいことに留意されたい。第１の光方向修正器１００の回転により、複数の第１の光信号１０００および複数の第３の光信号２０００の光方向は、設定に応じて第１の座標（たとえば垂直座標）または第２の座標（たとえば水平座標）で変化するようになる。本実施形態では、第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３の各々は、第１の座標成分および第３の座標成分を備える。本実施形態によれば、第１の光方向修正器１００は、時間に関して複数の第１の光信号１０００および複数の第３の光信号２０００の第１の座標成分を同時に変え、または時間に関して複数の第１の光信号１０００および複数の第３の光信号２０００の第２の座標成分を同時に変え、それにより、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は同時に投影されて、完全な第１の画像フレームＦ１を形成する。
図９を再度参照する。第１の空間範囲ＳＲ１は、第１の座標成分または第２の座標成分に関して第３の空間範囲と境を接する（これは、ＩＰ１およびＩＰ２は、互いに境を接していてよい、または垂直方向または水平方向に互いに近傍にあってよいことを意味する）ことに留意されたい。しかしながら、すでに言及したように、場合によっては、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は重なってよく、第１の座標成分または第２の座標成分のいずれかでの画像つなぎ合わせのために第１の空間範囲ＳＲ１を第３の空間範囲と重なるようにする。
図９を再度参照する。第１の空間範囲ＳＲ１は、第１の座標成分または第２の座標成分に関して第３の空間範囲と境を接する（これは、ＩＰ１およびＩＰ２は、互いに境を接していてよい、または垂直方向または水平方向に互いに近傍にあってよいことを意味する）ことに留意されたい。しかしながら、すでに言及したように、場合によっては、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は重なってよく、第１の座標成分または第２の座標成分のいずれかでの画像つなぎ合わせのために第１の空間範囲ＳＲ１を第３の空間範囲と重なるようにする。
【0041】
本実施形態の変形形態によれば、第１の画像フレームＦ１はまた、周辺区域Ｐおよび中央区域Ｃに分割されてよい。第１の画像フレームＦ１の中央区域Ｃは、周辺区域Ｐを基準にして横断面積あたりより多数の光信号（より高い画素密度）を具備する。横断面積あたり異なる数の光信号を達成するために、スキャン速度は、先行する実施形態に類似して一定ではなくてよい。本実施形態の別の変形形態によれば、第１の光信号１０００および第３の光信号２０００の光方向の第１の座標成分および第２の座標成分は、第１の画像フレームＦ１内の所定の区域内の横断面積あたりの光信号の数を調節するために、先行する実施形態に類似して一定ではない第２のスキャン速度を用いて、第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３内で時間に関して第１のスキャン速度および第２のスキャン速度でそれぞれ変えられる。
【0042】
本実施形態のさらに別の変形形態では、先行する実施形態に類似して、第１の光放出器１０は、光パルスとして複数の第１の光信号１０００を可変周波数で放出して、または第３の光放出器２０は、光パルスとして複数の第３の光信号２０００を可変周波数で放出して、第１の画像フレームＦ１内の所定の区域の横断面積あたりの光信号の数を調節する。
【0043】
先行する実施形態に類似して、本実施形態は（図８ｂに示すように）仮想現実機器および拡張現実機器用のヘッド・マウント・ディスプレイなどの支持構造に適用されてよい。この場合、仮想画像表示システムは、ビューワの両眼に提供され、複数の第１の光信号１０００および複数の第３の光信号２０００の向きを変えて、ビューワの第１の眼５０に集光する第１の結合器２１０を備えてよい。
それに加えて、仮想画像表示システムは、ビューワの第１の眼５０の中に投影される複数の第１の光信号１０００を放出する第１の光放出器１０と、ビューワの第１の眼５０の中に投影される複数の第３の光信号２０００を放出する第３の光放出器２０と、第１の光放出器１０および第３の光放出器２０により放出される光信号の光方向を変更するための第１の光方向修正器１００と、ビューワの第２の眼６０の中に投影される複数の第２の光信号３０００を放出する第２の光放出器３０と、ビューワの第２の眼６０の中に投影される複数の第４の光信号４０００を放出する第４の光放出器４０とをさらに備えてよい。この場合、第１の光方向修正器に加えて、第２の光方向修正器３００は、所定の数の光を用いて第２の画像フレームＦ２を表示するために、第２の空間範囲ＳＲ２内で複数の第２の光信号３０００の光方向を、および第４の空間範囲内で複数の第４の光信号の光方向を第３のスキャン速度で同時にそれぞれ変えるために提供され、第２の光結合器４１０は、複数の第２の光信号３０００および第４の光信号４０００の向きを変えて、ビューワの第２の眼６０に集光するために提供される。
ビューワの両方の眼に仮想画像表示システムが提供される場合、ビューワは、第１の画像フレームＦ１上で画素を形成する第１の光信号および第３の光信号、ならびに第２の画像フレームＦ２上で画素を形成する対応する第２の光信号および第４の光信号が第１の深度に両眼画像画素を表示することを知覚できる。第１の深度は、ビューワの第１の眼５０の中に投影される第１の光信号または第３の光信号と、対応する第２の光信号または第４の光信号との間の第１の角度に関係がある。
それに加えて、仮想画像表示システムは、ビューワの第１の眼５０の中に投影される複数の第１の光信号１０００を放出する第１の光放出器１０と、ビューワの第１の眼５０の中に投影される複数の第３の光信号２０００を放出する第３の光放出器２０と、第１の光放出器１０および第３の光放出器２０により放出される光信号の光方向を変更するための第１の光方向修正器１００と、ビューワの第２の眼６０の中に投影される複数の第２の光信号３０００を放出する第２の光放出器３０と、ビューワの第２の眼６０の中に投影される複数の第４の光信号４０００を放出する第４の光放出器４０とをさらに備えてよい。この場合、第１の光方向修正器に加えて、第２の光方向修正器３００は、所定の数の光を用いて第２の画像フレームＦ２を表示するために、第２の空間範囲ＳＲ２内で複数の第２の光信号３０００の光方向を、および第４の空間範囲内で複数の第４の光信号の光方向を第３のスキャン速度で同時にそれぞれ変えるために提供され、第２の光結合器４１０は、複数の第２の光信号３０００および第４の光信号４０００の向きを変えて、ビューワの第２の眼６０に集光するために提供される。
ビューワの両方の眼に仮想画像表示システムが提供される場合、ビューワは、第１の画像フレームＦ１上で画素を形成する第１の光信号および第３の光信号、ならびに第２の画像フレームＦ２上で画素を形成する対応する第２の光信号および第４の光信号が第１の深度に両眼画像画素を表示することを知覚できる。第１の深度は、ビューワの第１の眼５０の中に投影される第１の光信号または第３の光信号と、対応する第２の光信号または第４の光信号との間の第１の角度に関係がある。
【0044】
以下の実施形態では、すでに言及した、従来技術での制限を克服するための、別のＭＥＭＳに基づく光放出システムを開示する。この実施形態では、１つの光放出器に加えて多数のＭＥＭＳ鏡が実装される。図９に示すように、仮想画像表示システムは、第１の光放出器１０（たとえば、レーザ・ビーム・スプリッティング・プロジェクタ／ＬＢＳプロジェクタ）、第１の光方向修正器１００、第３の光方向修正器５００、および第１の光スイッチ９０を備えてよい。
【0045】
第１の光スイッチ９０は、ビームスプリッタから出る光の量を異なる方向に動的に制御できる、ビームスプリッタの一種である。典型的ビームスプリッタは、光ビームを２つ以上の成分に分裂させることが可能であり、成分の各々は、ビームスプリッタを通して異なる経路で移動し、ビームスプリッタから異なる方向に出る。本明細書で記述する第１の光スイッチ９０は、ビームスプリッタから各方向に出る成分の振幅を動的に制御できる動的ビームスプリッタを指すことがある。一例では、本発明による光スイッチは、第２の極性の光が通り抜けできるようにしながら第１の極性の光ビームを遮断する液晶を備えてよい。別の期間に液晶の相は、第２の極性の光ビームを遮断しながら第１の極性の光ビームが通過できるようにするように変更されてよい。光ビームは一様な極性を有してよいので、光スイッチ内の液晶の相に応じて完全に遮断される、または通過できるようになることが可能であることに留意されたい。第１の光スイッチ９０の動作は、電圧または電磁界により制御されてよい。
【0046】
本実施形態では、第１の光放出器１０は、複数の第１の光信号を放出するために使用される。第１の光スイッチ９０は周期的に、第１の期間中に第１の光信号１０００の第１の部分を第１の光方向修正器１００の方に向きを変え、次いで第２の期間中に第１の光信号１０００の第２の部分を第３の光方向修正器５００の方に向きを変えることが可能である。第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００は、時間に関して複数の第１の光信号１０００の光方向を変えて、所定の数の光信号（または画素）からなる第１の画像フレームＦ１を形成するために実装される。より具体的には、所定の数の光信号を用いて第１の画像フレームＦ１を表示するために、第１の光方向修正器１００は、第１の期間中に第１の空間範囲ＳＲ１内で第１の光信号１０００の第１の部分の光方向を第１のスキャン速度で変え、第３の光方向修正器５００は、第２の期間中に第３の空間範囲ＳＲ３で第１の光信号１０００の第２の部分の光方向を第５のスキャン速度で変える。一例として、第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００は、それぞれＭＥＭＳ鏡であってよい。そして第１の光スイッチ９０は電子式電圧により制御される。
【0047】
図９に例示するように、第１の光スイッチ９０は、第１の光放出器１０と２つの光方向修正器の間に一列に並んで挿入される。第１の光スイッチ９０は、２つの光方向修正器のために非透過モードと透過モードの間で切り替えられて、それぞれ第１の光信号１０００が２つの光方向修正器の一方を通過できるようにする、または２つの光方向修正器の一方に第１の光信号１０００を反射できるようにすることが可能である。一例として、第１の光スイッチ９０は、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）により制御されて、第１の光信号１０００の第２の部分を第３の光方向修正器５００の方に向きを変えながら（または第１の光信号１０００の第２の部分を遮断しながら）第１の光信号１０００の第１の部分を第１の光方向修正器１００の方に向きを変えてよい。
【0048】
第１の光放出器１０は、第１の画像フレームＦ１を複数の画像部分に分割することにより所定の数の光信号からなる第１の画像フレームＦ１を作り出し、次いで画像部分をそれぞれ同時に投影する。たとえば、２５６０×７２０画素の第１の画像フレームＦ１は、２つの１２８０×７２０の画像部分に、すなわち、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２に分割される。本実施形態では、第１の信号１０００の第１の部分は、第１の画像フレームＦ１の第１の画像部分ＩＰ１を形成し、第１の画像部分ＩＰ１は、第１の数の光信号（たとえば、１２８０×７２０の光信号）を有する。第１の信号１０００の第２の部分は、第１の画像フレームＦ１の第２の画像部分ＩＰ２を形成し、第２の画像部分ＩＰ２は、第２の数の光信号（たとえば、１２８０×７２０の光信号）を有する。第１の画像フレームＦ１の形成中、第１の画像部分ＩＰ１（１２８０×１画素）の第１行に対応する複数の第１の光信号１０００は、第１の光スイッチ９０を通過して、第１の光方向修正器により反射されるようになる。
第１の画像部分ＩＰ１の第１行の放出を終了した後、第１の光スイッチ９０は、第２の画像部分ＩＰ２（同じく１２８０×７２０画素）の第１行が第３の光方向修正器５００により反射されて、第２の画像部分ＩＰ２の第１行を作り出せるようにする。一方では、第１の光方向修正器１００は開始位置に戻る。第３の光方向修正器５００が第２の画像部分ＩＰ２の第１行の放出を終了したとき、第１の画像フレームＦ１の第１行（合計２５６０×１画素）は描画され、第１の光スイッチ９０は、第１の光方向修正器１００のために切り替えられて透過モードに戻って、第１の画像部分ＩＰ１の第２行の放出を可能にする。第１の画像フレームＦ１の第１行は、第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００により同時に形成される。第３の光方向修正器５００は、次いで次のスキャンのために開始位置に戻る。その結果、第１の光スイッチ９０は、完全な第１の画像フレームＦ１（２５６０画素×７２０の線）が描画されるまで、行ごとの方式で（または同様に列ごとの方式で）第１の画像フレームＦ１を放出するために、透過モードから非透過モードの間を切り替えるように制御される。
第１の画像部分ＩＰ１の第１行の放出を終了した後、第１の光スイッチ９０は、第２の画像部分ＩＰ２（同じく１２８０×７２０画素）の第１行が第３の光方向修正器５００により反射されて、第２の画像部分ＩＰ２の第１行を作り出せるようにする。一方では、第１の光方向修正器１００は開始位置に戻る。第３の光方向修正器５００が第２の画像部分ＩＰ２の第１行の放出を終了したとき、第１の画像フレームＦ１の第１行（合計２５６０×１画素）は描画され、第１の光スイッチ９０は、第１の光方向修正器１００のために切り替えられて透過モードに戻って、第１の画像部分ＩＰ１の第２行の放出を可能にする。第１の画像フレームＦ１の第１行は、第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００により同時に形成される。第３の光方向修正器５００は、次いで次のスキャンのために開始位置に戻る。その結果、第１の光スイッチ９０は、完全な第１の画像フレームＦ１（２５６０画素×７２０の線）が描画されるまで、行ごとの方式で（または同様に列ごとの方式で）第１の画像フレームＦ１を放出するために、透過モードから非透過モードの間を切り替えるように制御される。
【0049】
第１の画像フレームＦ１の形成中、第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００は、それらの対応する回転軸に対して第１の座標成分または第２の座標成分（たとえば、水平成分または垂直成分）で回転していてよいことに留意されたい。たとえば、第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００の回転により、複数の第１の光信号１０００の光方向は、設定に応じて垂直座標または水平座標が変更させられる。
第１の光方向修正器１００は、第１の空間範囲ＳＲ１内で複数の第１の光信号１０００の光方向を変更し、第３の光方向修正器５００は、第３の空間範囲ＳＲ３内で複数の第１の光信号１０００の光方向を変更する。第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３は、それぞれ第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００の回転角に関係がある。第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３の各々は、第１の座標成分および第３の座標成分により表されてよい。
第１の光方向修正器１００は、第１の空間範囲ＳＲ１内で複数の第１の光信号１０００の光方向を変更し、第３の光方向修正器５００は、第３の空間範囲ＳＲ３内で複数の第１の光信号１０００の光方向を変更する。第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３は、それぞれ第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００の回転角に関係がある。第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３の各々は、第１の座標成分および第３の座標成分により表されてよい。
【0050】
要するに、本実施形態によれば、第１の光方向修正器１００および第３の光方向修正器５００は、時間に関して第１の座標成分を同時に変え、または時間に関して第２の座標成分を同時に変え、それにより、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２は、行ごとの手法または列ごとの手法で同時に投影されて、完全な第１の画像フレームＦ１を形成する。
【0051】
さらにまた、第１の画像部分ＩＰ１の内容は、第２の画像部分ＩＰ２の内容と異なることは言及する価値があり、これは、第１の画像部分ＩＰ１および第２の画像部分ＩＰ２が第１の画像フレームＦ１の異なる部分を表すことを意味する。第１の画像部分ＩＰ１は、第１の数の光信号を有し、第２の画像部分ＩＰ２は、第２の数の光信号を有する。
第１の空間範囲ＳＲ１が第１の座標成分または第２の画像成分で第３の空間範囲と境を接するとき（これは、ＩＰ１およびＩＰ２が垂直方向または水平方向で互いに境を接していてよい、または互いに近傍にあってよいことを意味する）光信号の所定の数（第１の画像フレームＦ１の画素数）は一般に光信号の第１の数と光信号の第２の数の合計に等しい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の空間範囲ＳＲ１が第１の座標成分または第２の座標成分のいずれかでの画像つなぎ合わせのために第３の空間範囲と部分的に重なるとき、第１の画像フレームＦ１の画素数は、光信号の第１の数と光信号の第２の数の合計よりも少なくてよい。本明細書で提供する例では、最終的な全スキャニング角度は増大し、その結果、ＦＯＶは最初のＦＯＶを基準にして拡大する。その一方では、画像の解像度もまた増大する。さらに重要なことには、角度の１°あたりの画素数（または横断面積あたりの光信号の数）は維持される。
第１の空間範囲ＳＲ１が第１の座標成分または第２の画像成分で第３の空間範囲と境を接するとき（これは、ＩＰ１およびＩＰ２が垂直方向または水平方向で互いに境を接していてよい、または互いに近傍にあってよいことを意味する）光信号の所定の数（第１の画像フレームＦ１の画素数）は一般に光信号の第１の数と光信号の第２の数の合計に等しい。しかしながら、いくつかの実施形態では、第１の空間範囲ＳＲ１が第１の座標成分または第２の座標成分のいずれかでの画像つなぎ合わせのために第３の空間範囲と部分的に重なるとき、第１の画像フレームＦ１の画素数は、光信号の第１の数と光信号の第２の数の合計よりも少なくてよい。本明細書で提供する例では、最終的な全スキャニング角度は増大し、その結果、ＦＯＶは最初のＦＯＶを基準にして拡大する。その一方では、画像の解像度もまた増大する。さらに重要なことには、角度の１°あたりの画素数（または横断面積あたりの光信号の数）は維持される。
【0052】
本実施形態の変形形態によれば、第１の画像フレームＦ１はまた、周辺区域Ｐおよび中央区域Ｃに分割されてよい。第１の画像フレームＦ１の中央区域Ｃは、周辺区域Ｐを基準にして横断面積あたりより多数の光信号（より高い画素密度）を具備する。横断面積あたり異なる数の光信号を達成するために、第１のスキャン速度（回転軸に対するスキャン速度）または第５のスキャン速度は一定ではなくてよい。詳細には、所定の数の光信号を用いて第１の画像フレームＦ１を集合的に表示するために、第１の光信号１０００の光方向の第１の座標成分は、第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３内で時間に関して第１のスキャン速度および第５のスキャン速度で変えられ、第１の光信号１０００の光方向の第２の座標成分は、第１の空間範囲ＳＲ１および第３の空間範囲ＳＲ３内で時間に関して第２のスキャン速度および第６のスキャン速度で変えられ、第２のスキャン速度または第６のスキャン速度は一定ではない。第１の光方向修正器１００はまた、第１のスキャン速度または第５のスキャン速度のいずれかを変更して、第１の画像フレームＦ１内の所定の区域内の横断面積あたりの光信号の数を調節してよい。
【0053】
本実施形態のさらに別の変形形態では、先行する実施形態に類似して、第１の光放出器１０は、第１の期間または第２の期間中に光パルスとして複数の第１の光信号１０００を可変周波数で放出して、第１の画像フレームＦ１内の所定の区域の単位面積あたりの光信号の数を調節する。さらに、仮想現実機器および拡張現実機器用のヘッド・マウント・ディスプレイに本実施形態を適用するとき、ヘッド・マウント・ディスプレイは、ビューワの別の眼に第２の画像フレームＦ２を作り出すための第２組の仮想画像表示システムを備えてよい。
【0054】
先行する実施形態のいずれか１つの変形実施形態では、ヘッド・マウント・ディスプレイは、ビューワの両眼に光信号をそれぞれ反射させるための、第１の結合器２１０および第２の結合器４１０を置き換える集積結合器７００を備えてよい。ヘッド・マウント・ディスプレイは、両眼用の１対の仮想画像表示システムを備えてよい。仮想画像表示システムは、上記で簡単に記述した仮想画像表示システムのいずれかであってよい。左側の仮想画像表示システム（たとえば、第２の光方向修正器３０または第４の光放出器４０）は、第２の眼６０（たとえば左眼）に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよく、右側の仮想画像表示システム（たとえば、第１の光放出器１０または第３の光放出器２０）は、第１の眼５０（たとえば右眼）に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよい。しかしながら、一実例では（図１０を参照して）左側の仮想画像表示システム（たとえば、第２の光放出器３０または第４の光放出器４０）は、第１の眼５０（たとえば右眼）に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよく、右側の仮想画像表示システム（たとえば、第１の光放出器１０または第３の光放出器２０）は、第２の眼６０（たとえば左眼）に至る画像フレームを作り出す役割を担ってよい。図１０に示すように、ＦＯＶは、図６に示す実施形態のＦＯＶよりも広くてよい。その結果、ＦＯＶの全重複面積は増大し、ビューワに、深度知覚を有するより大きな視覚面積を与える。仮想画像表示システムは、先行する実施形態で記述するように、１つの光方向修正器を伴う単一光放出器、２つの光方向修正器を伴う単一光放出器、または１つの光方向修正器を伴う２つの光放出器を有してよい。
【0055】
さらに図１１を参照する。本実施形態の他の変形形態では、光学組立体は、複数の第１の光信号の光路の所定の横断面の面積を変えるために、上述の光放出器と結合器の間に配置されてよい。具体的には、レンズを包含する光学組立体は、第１の光放出器１０から第１の結合器２１０に至る複数の第１の光信号１０００の光路を変えて複数の第１の光信号の各々の投影面積または横断面サイズを変更するために実装されてよい。たとえば、図１０を参照する。光学組立体はレンズ＿１およびレンズ＿２を備える。レンズ＿１およびレンズ＿２は凸レンズである。光放出器は、最初はレンズ＿１の焦点距離に置かれる。レンズ＿１’として示される新しい位置にレンズ＿１が動かされるとき、光放出器とレンズ＿１の間の距離は短くなり、その結果、ＬＢＳからの光発散角度の量は増大する。それにより、複数の第１の光信号１０００の各々の投影面積または横断面サイズもまた増大する。
【0056】
先行する実施形態で言及するように、第１の画像フレームＦ１内の画素および第２の画像フレームＦ２内の対応する画素は、ビューワの眼の中に投影している第１の光信号と第２の光信号の間の第１の角度に関係がある第１の深度に両眼仮想画像画素を形成する。以下は、第１の深度を伴う両眼仮想画像画素を表示するための方法について詳細に記述する。
図１２ａおよび図１２ｂを参照する。複数の光信号を受信すると、ビューワは、結合器から向きを変えられた右光信号の広がりにより境界を定められる領域Ａ内に、対象物に関して第１の画像フレームＦ１内で多数の右画素を知覚する。領域Ａは、右眼５０に関する視野（ＦＯＶ）と呼ばれる。同様に、第２の画像フレームＦ２内の多数の左光信号は、第１の結合器２１０により向きを変えられ、左瞳孔６２の中心を通り、最終的に左網膜６４により受信される。向きを変えられた左光信号を受信すると、ビューワは、向きを変えられた左光信号の広がりにより境界を定められる領域Ｂ内に、対象物に関する多数の左画素を知覚する。領域Ｂは、左眼６０に関する視野（ＦＯＶ）と呼ばれる。第１の画像フレームＦ１から得られる多数の右画素と第２の画像フレームＦ２から得られる多数の左画素の両方が、領域Ａおよび領域Ｂが重なった領域Ｃ内に表示されるとき、１つの右画素を表示する少なくとも１つの右光信号および１つの左画素を表示する対応する左光信号は融合されて、特有の深度を伴う両眼仮想画像画素を領域Ｃ内に表示する。深度は、向きを変えられた右光信号と向きを変えられた左光信号の角度に関係がある。そのような角度はまた輻湊角と呼ばれる。
図１２ａおよび図１２ｂを参照する。複数の光信号を受信すると、ビューワは、結合器から向きを変えられた右光信号の広がりにより境界を定められる領域Ａ内に、対象物に関して第１の画像フレームＦ１内で多数の右画素を知覚する。領域Ａは、右眼５０に関する視野（ＦＯＶ）と呼ばれる。同様に、第２の画像フレームＦ２内の多数の左光信号は、第１の結合器２１０により向きを変えられ、左瞳孔６２の中心を通り、最終的に左網膜６４により受信される。向きを変えられた左光信号を受信すると、ビューワは、向きを変えられた左光信号の広がりにより境界を定められる領域Ｂ内に、対象物に関する多数の左画素を知覚する。領域Ｂは、左眼６０に関する視野（ＦＯＶ）と呼ばれる。第１の画像フレームＦ１から得られる多数の右画素と第２の画像フレームＦ２から得られる多数の左画素の両方が、領域Ａおよび領域Ｂが重なった領域Ｃ内に表示されるとき、１つの右画素を表示する少なくとも１つの右光信号および１つの左画素を表示する対応する左光信号は融合されて、特有の深度を伴う両眼仮想画像画素を領域Ｃ内に表示する。深度は、向きを変えられた右光信号と向きを変えられた左光信号の角度に関係がある。そのような角度はまた輻湊角と呼ばれる。
【0057】
図１２ｂに示すように、ビューワは、自身の前方で領域Ｃ内に多数の深度を伴う、恐竜対象物７０の仮想画像を知覚する。領域Ｃは、その中で両眼が視線を集中して深度を伴う画像を知覚できるので、領域Ｃ内部の画像が最大画素密度で作り出されるようにＦＯＶの中央区域Ｃになることが望ましいことがあることに留意されたい。恐竜対象物７０の画像は、第１の深度Ｄ１に表示された第１の仮想両眼画素７２および第２の深度Ｄ２に表示された第２の仮想両眼画素７４を含む。
第１の向きを変えられた右光信号１６’と対応する第１の向きを変えられた左光信号３６’の間の第１の角度はθ１である。第１の深度Ｄ１は第１の角度θ１に関係がある。詳細には、対象物の第１の両眼仮想画像画素の第１の深度は、第１の向きを変えられた右光信号と対応する第１の向きを変えられた左光信号の間の光路の広がりの第１の角度θ１により決定できる。その結果、第１の両眼仮想画像画素７２の第１の深度Ｄ１は、次式
によりほぼ計算できる。
右瞳孔５２と左瞳孔６２の間の距離は瞳孔間距離（ｉｎｔｅｒｐｕｐｉｌｌａｒｙ ｄｉｓｔａｎｃｅ、ＩＰＤ）である。同様に、第２の向きを変えられた右光信号１８と対応する第２の向きを変えられた左光信号の間の第２の角度はθ２である。第２の深度Ｄ１は第２の角度θ２に関係がある。詳細には、対象物の第２の両眼仮想画像画素の第２の深度Ｄ２は、同じ式により第２の向きを変えられた右光信号と対応する第２の向きを変えられた左光信号の光路の間の広がりの第２の角度θ２によりほぼ決定できる。第２の両眼仮想画像画素７４は、第１の両眼仮想画像画素７２よりもビューワから遠く離れている（すなわち、より大きな深度にある）ようにビューワにより知覚されるので、第２の角度θ２は第１の角度θ１よりも小さい。
第１の向きを変えられた右光信号１６’と対応する第１の向きを変えられた左光信号３６’の間の第１の角度はθ１である。第１の深度Ｄ１は第１の角度θ１に関係がある。詳細には、対象物の第１の両眼仮想画像画素の第１の深度は、第１の向きを変えられた右光信号と対応する第１の向きを変えられた左光信号の間の光路の広がりの第１の角度θ１により決定できる。その結果、第１の両眼仮想画像画素７２の第１の深度Ｄ１は、次式
右瞳孔５２と左瞳孔６２の間の距離は瞳孔間距離（ｉｎｔｅｒｐｕｐｉｌｌａｒｙ ｄｉｓｔａｎｃｅ、ＩＰＤ）である。同様に、第２の向きを変えられた右光信号１８と対応する第２の向きを変えられた左光信号の間の第２の角度はθ２である。第２の深度Ｄ１は第２の角度θ２に関係がある。詳細には、対象物の第２の両眼仮想画像画素の第２の深度Ｄ２は、同じ式により第２の向きを変えられた右光信号と対応する第２の向きを変えられた左光信号の光路の間の広がりの第２の角度θ２によりほぼ決定できる。第２の両眼仮想画像画素７４は、第１の両眼仮想画像画素７２よりもビューワから遠く離れている（すなわち、より大きな深度にある）ようにビューワにより知覚されるので、第２の角度θ２は第１の角度θ１よりも小さい。
【0058】
さらに、向きを変えられた右光信号１６’および対応する向きを変えられた左光信号３６’は一緒に、第１の深度Ｄ１を伴う第１の両眼仮想画像画素７２を表示するが、向きを変えられた右光信号１６’は、対応する向きを変えられた左光信号３６’の視差ではない。通常は、右眼は左眼の視野角と異なる視野角から同じ対象物を見るので、右眼が受信する画像と左眼が受信する画像の間の視差は、ビューワが、深度を伴う３Ｄ画像を知覚するために使用される。
しかしながら、本発明では、両眼仮想画像画素に関する右光信号および対応する左光信号は、同じ視野角の画像を表示する。その結果、右光信号および左光信号の赤、青、および緑（ｒｅｄ、ｂｌｕｅ、ａｎｄ ｇｒｅｅｎ、ＲＢＧ）の色の強度ならびに／または輝度はほぼ同じである。換言すれば、右画素および対応する左画素はほぼ同じである。しかしながら、別の実施形態では、右光信号および左光信号の一方または両方は、影などのいくつかの３Ｄ効果を提示するために修正されてよい。一般に、右眼も左眼も、通常は３Ｄ画像を生成するために使用される、それぞれ右眼視野角および左眼視野角から得られる視差ではなくむしろ本発明では同じ視野角から得られる対象物の画像を受信する。
しかしながら、本発明では、両眼仮想画像画素に関する右光信号および対応する左光信号は、同じ視野角の画像を表示する。その結果、右光信号および左光信号の赤、青、および緑（ｒｅｄ、ｂｌｕｅ、ａｎｄ ｇｒｅｅｎ、ＲＢＧ）の色の強度ならびに／または輝度はほぼ同じである。換言すれば、右画素および対応する左画素はほぼ同じである。しかしながら、別の実施形態では、右光信号および左光信号の一方または両方は、影などのいくつかの３Ｄ効果を提示するために修正されてよい。一般に、右眼も左眼も、通常は３Ｄ画像を生成するために使用される、それぞれ右眼視野角および左眼視野角から得られる視差ではなくむしろ本発明では同じ視野角から得られる対象物の画像を受信する。
【0059】
上述したように、多数の右光信号は、右光信号発生器により生成され、第２の結合器４１０により向きを変えられ、次いで右網膜の上で直接スキャンされて、右網膜上に右網膜画像を形成する。同様に、多数の左光信号は、左光信号発生器により生成され、第１の結合器２１０により向きを変えられ、次いで左網膜の上でスキャンされて、左網膜上に左網膜画像を形成する。
図１２ｂに示す実施形態では、右網膜画像８０は、６×６のアレイ内に第１の画像フレームＦ１から得られる３６の右画素を包含し、左網膜画像９０はまた、６×６のアレイ内に第２の画像フレームＦ２から得られ得る３６の左画素を包含する。別の実施形態では、右網膜画像８０は、１２８０×７２０のアレイ内に第１の画像フレームＦ１から得られる９２１，６００の右画素を包含し、左網膜画像９０はまた、１２８０×７２０のアレイ内に第２の画像フレームＦ２から得られる９２１，６００の左画素を包含する。対象物表示システムは、右網膜上に右網膜画像を、左網膜上に左網膜画像をそれぞれ形成する多数の右光信号および対応する多数の左光信号を生成するように構成される。その結果、ビューワは、画像融合のおかげで領域Ｃ内に特有の深度を伴う仮想両眼対象物を知覚する。右光信号発生器１０からの第１の右光信号１６は、第２の結合器４１０により受信および反射される。第１の向きを変えられた右光信号１６’は、右瞳孔５２を通して、ビューワの右網膜に到達して右画素Ｒ３４を表示する。左光信号発生器３０からの対応する左光信号３６は、第１の結合器２１０により受信および反射される。第１の向きを変えられた光信号３６’は、左瞳孔６２を通して、ビューワの左網膜に到達して左網膜画素Ｌ３３を表示する。
画像融合の結果として、ビューワは、同じ対象物に関する多数の向きを変えられた右光信号と対応する多数の向きを変えられた左光信号の角度により深度が決定される、多数の深度を伴う仮想両眼対象物を知覚する。向きを変えられた右光信号と対応する左光信号の間の角度は、右画素と左画素の相対的水平距離により決定される。その結果、両眼仮想画像画素の深度は、両眼仮想画像画素を形成する右画素と対応する左画素の間の相対的水平距離と逆相関関係がある。換言すれば、そのような両眼仮想画像画素を形成する右画素と左画素の間のＸ軸での相対的水平距離が短いほど、それだけ両眼仮想画像画素はビューワにより、より深く知覚される。たとえば、図１２ｂに示すように、第２の両眼仮想画像画素７４は、第１の両眼仮想画像画素７２よりも大きな深度を有する（すなわち、ビューワから遠く離れている）ように、ビューワにより知覚される。その結果、第２の右画素と第２の左画素の間の水平距離は、網膜画像上の第１の右画素と第１の左画素の間の水平距離よりも短くなる。具体的には、第２の両眼仮想画像画素を形成する第２の右画素Ｒ４１と第２の左画素Ｌ５１の間の水平距離は４画素の長さである。しかしながら、第１の両眼仮想画像画素を形成する第１の右画素Ｒ４３と第１の左画素Ｌ３３の間の距離は６画素の長さである。
図１２ｂに示す実施形態では、右網膜画像８０は、６×６のアレイ内に第１の画像フレームＦ１から得られる３６の右画素を包含し、左網膜画像９０はまた、６×６のアレイ内に第２の画像フレームＦ２から得られ得る３６の左画素を包含する。別の実施形態では、右網膜画像８０は、１２８０×７２０のアレイ内に第１の画像フレームＦ１から得られる９２１，６００の右画素を包含し、左網膜画像９０はまた、１２８０×７２０のアレイ内に第２の画像フレームＦ２から得られる９２１，６００の左画素を包含する。対象物表示システムは、右網膜上に右網膜画像を、左網膜上に左網膜画像をそれぞれ形成する多数の右光信号および対応する多数の左光信号を生成するように構成される。その結果、ビューワは、画像融合のおかげで領域Ｃ内に特有の深度を伴う仮想両眼対象物を知覚する。右光信号発生器１０からの第１の右光信号１６は、第２の結合器４１０により受信および反射される。第１の向きを変えられた右光信号１６’は、右瞳孔５２を通して、ビューワの右網膜に到達して右画素Ｒ３４を表示する。左光信号発生器３０からの対応する左光信号３６は、第１の結合器２１０により受信および反射される。第１の向きを変えられた光信号３６’は、左瞳孔６２を通して、ビューワの左網膜に到達して左網膜画素Ｌ３３を表示する。
画像融合の結果として、ビューワは、同じ対象物に関する多数の向きを変えられた右光信号と対応する多数の向きを変えられた左光信号の角度により深度が決定される、多数の深度を伴う仮想両眼対象物を知覚する。向きを変えられた右光信号と対応する左光信号の間の角度は、右画素と左画素の相対的水平距離により決定される。その結果、両眼仮想画像画素の深度は、両眼仮想画像画素を形成する右画素と対応する左画素の間の相対的水平距離と逆相関関係がある。換言すれば、そのような両眼仮想画像画素を形成する右画素と左画素の間のＸ軸での相対的水平距離が短いほど、それだけ両眼仮想画像画素はビューワにより、より深く知覚される。たとえば、図１２ｂに示すように、第２の両眼仮想画像画素７４は、第１の両眼仮想画像画素７２よりも大きな深度を有する（すなわち、ビューワから遠く離れている）ように、ビューワにより知覚される。その結果、第２の右画素と第２の左画素の間の水平距離は、網膜画像上の第１の右画素と第１の左画素の間の水平距離よりも短くなる。具体的には、第２の両眼仮想画像画素を形成する第２の右画素Ｒ４１と第２の左画素Ｌ５１の間の水平距離は４画素の長さである。しかしながら、第１の両眼仮想画像画素を形成する第１の右画素Ｒ４３と第１の左画素Ｌ３３の間の距離は６画素の長さである。
【0060】
図１２ａおよび図１２ｂを再度参照する。ビューワにより領域Ｃ内で知覚される仮想対象物は、多数の両眼仮想画像画素を含む。空間内の両眼仮想画像画素の場所を正確に記述するために、空間内の各場所は３次元（３Ｄ）座標を、たとえばＸＹＺ座標を提供される。別の実施形態では、他の３Ｄ座標系を使用できる。その結果、各両眼仮想画像画素は３Ｄ座標を、すなわち水平方向、垂直方向、および深度方向を有する。水平方向（またはＸ軸方向）は、瞳孔間線の方向に沿っている。垂直方向（またはＹ軸方向）は、顔の中心線に沿って水平方向に垂直である。深度方向（またはＺ軸方向）は、前額面に垂直であり、水平方向と垂直方向の両方に垂直である。
【0061】
例示する目的で本発明の特定の実施形態について詳細に記述してきたが、本開示の趣旨および範囲を逸脱することなくさまざまな修正形態および強化形態を作成してよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図6】
【図7】
【図8a】
【図8b】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12a】
【図12b】
