JP2000512772A - 小型ディスプレイ装置およびシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 身体取付可能なディスプレイ装置(10)であって、画像を作る画像ソースと、少なくとも一本の光伝送ファイバー(150)を含む画像伝送装置(60)とを備えており、該画像伝送装置(60)は、使用者の身体に取り付けることができる。さらに該ディスプレイ装置は、画像伝送装置(60)によって搬送された画像を受けてリレーするための投射光学手段(80)と、画像伝送装置(60)から画像を受けるための、そしてその画像を少なくとも一人の人に映写して見せるディスプレイ(30)とを備えている。本発明の実施形態は、大きさおよび重さを大幅に削減し、電力消費および発熱を大幅に削減し、耐久性および信頼性を大幅に向上させる。本発明の実施形態はまた、外観も美的に好ましい。相当する方法の実施形態も同様の利点をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】 小型ディスプレイ装置およびシステム 関連出願への他所参照 本件出願の主題は、１９９６年５月９日出願の米国仮出願番号６０／０１７２ ３２号および１９９６年８月２８日出願の米国仮出願番号６０／０２４８５１号 が付与された仮出願の共通の主題に関するものであり、双方の仮出願は、この明 細書中に参照することによって組み入れられており、これに対する優先権は、米 国法令１１９条(e)（35 U.S.C．§119(e)）の規定により主張されている。 発明の背景 １．発明の技術分野 本発明は、小型ディスプレイ装置およびシステムに係り、特に、着用可能なコ ンピューター装置と共に併用できる身体取付可能なディスプレイ装置およびシス テムに関する。 ２．関連技術の説明 着用可能なコンピューター技術は、軍事市場および商業市場を含む幾つかの市 場において大きな用途の可能性を有している。商業的には、着用可能な或いは携 行可能なコンピューターが、電話や冊子、無線LANや他の媒体により急速に広め られている。着用可能なコンピューターの市場には、製造業、警察、消防、医療 、老人介護、流通、小売販売等の、手仕事の邪魔にならずに手が自由に使える( ハンドフリーの)コンピューター利用が行える業務形態の市場が含まれる。軍事 用途の可能性としては、意思伝達、検知／映像化、保守／点検、保安／情報、お よび医療関連業務が含まれる。 種々の着用可能なコンピューター製品は、米国ミネソタ州ノースフィールドの ViA Inc.から入手可能である。また、本明細書においても参照されているが、Vi A Inc.の有する米国特許第５５８１４９２号、第５５５５４９０号、第５４９１ ６５１号、および第５２８５３９８号にも注意されたい。 頭部取り付けディスプレイも種々の状況に用いられることが知られている。し かし、典型的な従来技術の頭部取り付けディスプレイは、嵩高く、重くて或いは 不快なものであり、かなりの発熱があり、大きな電力を要するものであった。ま た、多くの典型的な装置が、満足な美的外観を与えるものではなかった。さらに は、多くの典型的な装置が、複雑なレンズ系を必要とし、或いは製造が困難で高 価なものであった。典型的な従来技術の装置はまた、信頼性および耐久性におい て不十分なものであった。 頭部取り付けディスプレイまたは身体携行可能なディスプレイに対する要求は 起こっており、特に、着用可能なパーソナルコンピューターとの併用が可能で、 上述のような欠点を克服するディスプレイに対する要求が起こっている。 発明の開示 上述のような、或いはその他の欠点を克服するために、身体携行可能なディス プレイは、画像を作る画像ソースと、少なくとも一本の光伝送ファイバーを含む 画像伝送装置とを備えており、該画像伝送装置は、使用者の身体に取り付けるこ とができる。さらに該ディスプレイは、画像伝送装置によって搬送された画像を 受けてリレーするための投射光学手段(projection optics)と、画像伝送装置か ら画像を受けるための、そしてその画像を少なくとも一人の人に映写して見せる ディスプレイとを備えている。本発明の実施形態は、大きさおよび重さを大幅に 削減し、電力消費および発熱を大幅に削減し、耐久性および信頼性を大幅に向上 させる。本発明の実施形態はまた、外観も美的に好ましい。相当する方法の実施 形態も同様の利点をもたらす。 図面の簡単な説明 本発明の実施態様を図面を参照して以下に説明する。図面において同様の参照 番号は同様の部材を示している。 図１〜３は、本発明に係るディスプレイシステム実施形態を示している。 図４は、着用可能なパーソナルコンピューターに接続された、本発明の実施形 態に係るディスプレイシステムの実施形態を示している。 図５〜６は、本発明の実施形態に係るマルチメディアディスプレイリングを示 している。 図７〜８は、本発明に係るマルチメディアディスプレイリングの別の実施形態 を示している。 図９〜１１は、本発明に係るプロジェクションリングの実施形態を示している 。 図１２〜１３は、本発明の実施形態に係る手首取付のマルチメディアユニット を示している。 図１４〜１７は、本発明の実施形態に係る光学系を示している。 図１８は、本発明に係るマルチメディアディスプレイユニットの実施形態を示 している。 図１９〜２０は、本発明の実施形態に係る小型液晶表示装置プロジェクション ディスプレイシステムを示している。 図２１〜２４は、本発明の実施形態に係る投影画面ディスプレイシステムを示 している。 図２５〜３２は、着用者の頭に支持された本発明の種々の実施形態を示してい る。 図３３〜３４は、本発明の実施形態に係る投影画像とデジタルディスプレイと のシステムを示している。 図３５〜３８は、本発明に係るオーディオプロジェクションシステムの実施形 態を示している。 好ましい具体例の詳細な説明 本発明の具体例は、頭部や身体に着用する従来のディスプレイシステムに比べ て有利な点が多い。例えば、多くの従来システムは、非常に大きくて重く、短時 間着用しただけで疲れてしまう。それに比べて、本発明の具体例は非常に小さく 、着用者には、一端にスプーンサイズのミラーが付いた単なるスティックに見え る。このスティックは、眼鏡に取り付けたり、手で保持したり、他の簡単に着用 できる物に取り付けたりできる。また、簡単に持ち運ぶことができ、非常に軽量 である。本発明の具体例は、長時間着用しても快適である。 さらに、本発明の具体例は、意匠的に見ても有利である。それは、着用者の全 体的な外観を不必要に損わないからである。このことは、多くの場面または用途 において有利である。例えば、医師が患者にインタビューしようとするとき、警 察官が公衆から情報を得ようとするとき等である。大きなサイズのディスプレイ 装置では安全性を害することは明らかであって、特に法的執行という局面におい てはそうである。 本発明の具体例は、カラーのＶＧＡを提供する。これは、快適で小さく、これ まで知られていなかった方法で簡単に着用できるパッケージにされている。大幅 に電力を節約でき、はっきりとしたシャープな画像の静止画タイプおよびビデオ タイプのものを達成することができる。本発明の具体例によれば、従来の装置に 比べて、必要電力および発熱量が大幅に低減される。単に周囲光のみを利用して バックライトを行うことによっても、電力等を大幅に節約できると考えられる。 従来装置において使用されていた多くのレンズや光学要素を省略し、その結果、 製造コストおよび重量を低減し、耐久性を大幅に向上した。 さらに、本発明の具体例は、少なくとも４〜７ワットの電力を消費する多くの 従来システムに比べて、約０.５ワット以下の電力および（または）約３.５ワッ ト以下の電力を節約することができる。さらに、本発明の具体例は軽量で、約５ ００グラム以下の質量、より好ましくは約４００グラム以下の質量、最も好まし くは３００グラム以下の質量である。 本発明の具体例に係る小型ディスプレイシステムおよび装置は、身体または頭 部に着用できるパッケージ内にＶＧＡまたはＳＶＧＡのディスプレイ容量を実現 できるように設計されている。本発明の具体例は、標準的なＰＣビデオ出力また はテレビジョン標準のＮＴＳＣインターフェイス信号に対応できるように設計さ れている。また、特定の用途に、現在または将来の望ましい他の信号プロトコル にも対応できる。 本発明の具体例は、７つの別個のサブシステムに分けることができる。それは 、（１）ドライブアンドインターフェイス電子装置、（２）小型ディスプレイ、 （３）ディスプレイ光源、（４）画像形成光学系(imaging optics)、（５）画像 伝送装置（好ましくは、コヒーレントなファイバーオプティクス導管）、（６） 投射光学系、（７）ユーザーディスプレイ（投射ミラーを備えることが好まし い）である。これらサブシステムのうちの幾つかは、任意の要素であり、また、 他のサブシステムを伴うものであってもよい。さらに、他のサブシステム（例え ば、モノラルまたはステレオのオーディオインプット／アウトプット）が本発明 の具体例に係るディスプレイシステムに対応できる。電力は、必要に応じて、外 部電源または内部電源から供給される。 図１を参照すると、身体に着用できるディスプレイ装置１０は、コンピュータ システムや等価ＮＴＳＣソース等からのビデオ信号を受け取るドライブアンドイ ンターフェイス電子装置２０を備えている。ドライブアンドインターフェイス電 子装置２０は、ビデオ信号を１組の電気信号へと同期化および統合化し、それが 後述の小型ディスプレイ３０に対応する。 一般市場で手に入るドライブアンドインターフェイス電子装置における典型的 な問題は、それと関連するディスプレイ装置が標準的でない信号の生成を要する ことがしばしばあるということである。そのようなディスプレイ装置は、例えば レッド、グリーン、およびブルーの画素を順にスキャンする。それに対して、Ｃ ＲＴは一般的に像をたった１回スキャンして同時にすべての色を発する。したが って、一般的に、コンピュータで生成される標準的なビデオ信号は、ＣＲＴタイ プの信号プロトコルに対応できる。これに対して、頭部や身体に着用して使用す るのに適した小型ディスプレイは、上述のような更なるシーケンシャルなプロト コルを必要とする。したがって、本発明においては、コンピュータで生成された 信号を標準的な電子装置を使用して、適切にタイミングし同期化する。マサチュ ーセッツ州ターントンのKopin社は、多くのドライブおよび電子装置システムを 供給している。 インターフェイスアンドドライブ電子装置２０は、ディスプレイ３０に直接に 組み込むこともできる。カリフォルニア州サンパブロのMicro display社は、例 えば、シリコン上に配置した関連の電子装置を直接装着したディスプレイを提案 している。頭部に着用する現在のディスプレイ装置のパッケージが嵩張るのは、 関連する電子装置をすべて保持するからである。一般的にそのような電子装置は 、比較的サイズが大きく、ワイヤ等のボディ装着装置を必要とする。一方、本発 明の具体例にしたがって、例えば５mmの対角チップの裏側に電子装置を装着する と、 現在の頭部着用ディスプレイ装置のように嵩張ることは解消でき、好ましい。 後述するように、本発明の具体例は、着用可能なコンピュータ装置において特 に有益である。本発明において使用できると考えられる着用可能なコンピュータ 装置の１つは、必要なドライブアンドインターフェイス電子装置を例えば着用可 能なコンピュータ自体の上に非常に小さな形態で含むことができる。電子装置も またＰＣカードやマイクロカードの形式に小型化することができ、着用可能なコ ンピュータやノートブックコンピュータ等に簡単に挿入することができる。 小型ディスプレイサブシステム３０について考えると、一具体例においては、 このサブシステムは、オン・オフ可能な画素等のピクチャー要素の２次元アレイ を備える。ドライブアンドインターフェイス電子装置２０からの信号がこの画素 のオン・オフを制御し、ディスプレイに完全な像を形成するために個々の画素の 輝度／グレイスケールまたは色を制御する。現在、アクティブマトリックスの液 晶ディスプレイは、サイズ、重量、消費電力という点で望ましい特性を有してい る。そのようなディスプレイの１つは、Kopin社が販売している640×480画素の ０．７インチ対角グレイスケールディスプレイである。Displaytech Chrono Col orの商標名で販売されている小型ディスプレイは、強誘電性液晶(ＦＬＣ)技術に 基づいている。この技術は、高解像度、高いイメージフィルファクター(デッド ゾーン面積に対するアクティブな画素の割合)、および前方側でのＬＥＤ照射を 提供する。 Micro Display社は、小型のアクティブマトリックスＬＣＤ装置を開発した。 この装置においては、必要なドライバ電子装置がディスプレイ用に使用されるの と同一のシリコン基板上に一体化されている。外部ドライバ回路の形態としてオ ーバーヘッドを減じることは、小型ディスプレイとの関連が深い。そのようなデ ィスプレイは、640×480の解像度で２５６色の場合、対角寸法がほぼ５mmである 。真のＶＧＡディスプレイは対角寸法が５mmのパッケージとされている。 小型ディスプレイサブシステム３０は、可能な限り小さくするべきである。例 えば寸法が５mmの場合、小型ディスプレイ３０は、ファイバオプティック導管６ ０や後述する他の画像伝送システムに直接取り付けることができる。例えば対角 寸法が０.７インチと大きな場合には、ディスプレイ３０により形成される画像 を導管６０に対応できるサイズへと減じるために、やはり後述する画像形成オプ ティクス５０が使用される。小型ＣＲＴを使用することも可能であるが、サイズ 、電圧、電力、重量、および遮蔽の必要性等の理由であまり望ましくはない。 ディスプレイ３０は、望ましくない歪特性を修正し補償するように構成するこ ともできる。Micro Display社は、例えば、楔形や他の所望形状等の非矩形基板 上に画素を位置決めすることを提案している。糸巻き形および(または)楔形の歪 は、例えば、反対の歪を与えるように予め歪めたエッジを使用したり、画素を上 記基板上に配列したりして補償することができ、それにより歪みのない完全な画 像を生成できる。これにより、後述のパラボラミラー(放物面鏡)９０に代えてフ ラットミラー(平面鏡)を使用することが可能になる。複製したミラーは安価であ り、他の解決方法もあるが、軸線のずれたパラボラミラーの使用を避けることに よって製造コストを下げることができる。 小型ディスプレイ３０上に形成された画像は、ディスプレイ光源サブシステム ４０によって可視状態とされている。光源４０は、透過型ディスプレイの裏側に バックライトとして配置することができるし、反射型ディスプレイの場合には、 小型ディスプレイ３０の側方または前方に配置することができる。照射源のなか でも、サブシステム４０としては、発光ダイオード、白熱管、冷陰極蛍光管(col d-cathode florescent tube)等が考えられる。バックライトには拡散物体を設け てもよい。例えば、バックライトを必要に応じて拡散したり拡げたりすべく、４ 枚のフレネルレンズを１組としたものである。 Kopin社が販売している透過型ＬＣＤは、冷陰極蛍光バックライトを使用する ものである。そのような装置は、バックグランドが実質的に均一に照射されるこ と等、潜在的に望ましい特性を有しているが、その作動にはほぼ５０〜６０ボル トの交流電圧を必要とする。インバータとして機能する回路カードは、電源から 直流電圧を取り出し、高い交流電圧を作り出してライトを点灯させる。これには 相当の電力が必要となり、熱損失も大きい。したがって、他のタイプのディスプ レイを使用することが望ましい。 光源４０は、周囲光を用いてバックライトとする光学装置または他の装置を備 えていてもよい。例えば、適切な集光／ファンネリング（funnellig）特性を有 する小さくて、好ましくは可撓性のある非画像形成ファイバーオプティクスを使 用すれば、頭上の蛍光灯の光や自然の外光等の周囲光を集めて、バックライトと することができる。一具体例においては、内表面に銀を設けた実質的に円錐形状 の装置が、光源となるような場所へと鉛直上方または他の方向に向けられており 、例えば、可撓性のある光ファイバケーブルまたはファイバオプティック導管に その底部において取り付けられる。そのようなケーブルまたは導管は、例えばフ ァイバオプティックテーパを用いてディスプレイ３０に連結される。ファイバオ プティックテーパについては後述する。周囲光を利用してバックライトとする具 体例は、一般に、光のある状況においてのみ有益である。そこで、夜や他の暗い 状況での使用に備えてパワーバックアップを設けることができる。非画像形成オ プティックについての一般的な背景情報としては、1991年３月のScientific Ame ricanに掲載されたWinston Rollandによる”Non-Imaging optics”が注目される 。その内容は、本明細書において参考として盛り込んでいる。 ＬＥＤを用いた特定のバックライトを使用する具体例においては、表面に配列 された３×３のＬＥＤアレイは、集光部材および拡散部材の複合体を備えていて 、点照射源のアレイから均一照射を作り出す。モノクロのバックライト照射のた めには、サイズおよび電力消費の点からＬＥＤアレイは正しい選択である。レッ ドおよびスーパーレッドのＬＥＤ照射は暗い場所での使用に適しており、グリー ンおよびイエローのＬＥＤ照射はともに肉眼のピーク感度に非常に近く、日中に おける使用に適している。しかしながら、バックライトとしてＲＧＢのカラー照 射が必要な場合、モノクロのＬＥＤを直接使用することはできない。 Sanyoにより製造された冷フィラメントの平坦蛍光ランプ(ＣＦＬ)を使用する ことができる。このＣＦＬは、１.３インチの対角ＬＣＤユニットを有する。し かしながら、このバックライトは、１５mmに近い厚さを有し、作動するためには １.３ワットの電力を要する。このタイプのユニットにおけるこのような物理的 な寸法および電力に対する要求は、例えば着用可能なもの等の携帯システムの有 用性を制限する。 他に可能性のあるバックライトシステムは、軸状フィラメントを備えるやや小 型の白熱ランプを２つ使用する。ＬＥＤ照射において使用されるのと同様の集光 部材および拡散部材の組合せを使用して、２つのライン状ソースから均一な照射 を作り出す。さらに、ランプの後方側に反射部材を配置して、ＬＣＤユニットへ 向けて照射された光の有効量を増加することもできる。 前方または側方から照射される反射型のディスプレイサブシステム３０の具体 例を使用すると、光源４０(どのようなタイプのものであってもよい)からの光を ビームスプリッタを通してディスプレイ３０へと送ることができる。このため、 ディスプレイ３０の前方側に光源４０を９０度で配置することができる。反射型 ディスプレイの一具体例は、レッド、グリーン、およびブルーのＬＥＤを使用し 、前方または側方からのライトのための回折層をディスプレイ頂部に備える。 画像形成オプティクス５０においては、ディスプレイ３０が後述の導管６０の 端部よりも大きいならば、もともとの画像は、そのサイズを導管60自体に適合す るように縮小されなければならない。ＬＣＤまたは他のディスプレイ装置は、そ れが小さくなるにつれて、導管６０自体の自体の大きさに近づいてくるので、画 像形成オプティクスを省略することができる。その場合、ディスプレイ３０は、 導管６０の後端に直接当接させることができる。しかしながら、ディスプレイ３ ０が導管６０よりも大きな画像を形成する場合には、図２を参照して説明するよ うに、ミラー、集光レンズ、リレーレンズ、またはファイバオプティックテーパ を使用することができる。関連するミラーは、ともに平坦面を含んでいてもよい 。平坦面は、ハウジング内でのスペース要求に応じるために画像ビームを折り重 ねるのに使用されるものである。また、非球面や放物面等を使用することも考え られる。 画像形成オプティクス要素のそれぞれは、ディスプレイ３０からの光線を湾曲 させて、導管６０の画像形成端部に他の画像を形成するのに使用することもでき る。このように修正された画像は、導管６０の画像形成端の有効面積と同サイズ であるかそれよりも小さいことが最も好ましい。また、導管の許容できる角度( 開口数／屈折率の関数)は、選択されたイメージングオプティクスシステムに対 応できることが好ましい。一具体例においては、ミラーを使用することが好まし い。ミラーは、変色や収差の原因とはならないからである。 画像伝送装置６０は、光学的に透過性を有するファイバを少なくとも１つ備え ている。このファイバは、既に説明したディスプレイ３０を含む画像ソースから の画像を受け取って、ユーザーのための最終ディスプレイへと送る。好ましい具 体例によれば、画像伝送装置６０は、コヒーレントなファイバオプティク導管を 備える。導管がコヒーレント特性を有する場合、当然に、導管の第１端６３に形 成される画像と他端６７における画像とが同じになる(繰り返される)。導管６０ は、溶融した多種のグラスファイバを強固に固めて構成されることが好ましい。 ファイバの数および各ファイバのサイズは、ディスプレイシステムに必要とされ る解像度によって決まる。 最高の解像度を得るためには、ディスプレイ３０上のある１つの画素で見える ファイバオプティク繊維の数をできる限り多くすることである。望ましい最小限 は、１つの画素に対して１本のファイバを使用することである。それ以上ファイ バの数を少なくすると、解像度が大きく劣化する。その理由は、画像全体が観察 されないこと、および(または)異なる画素が同じファイバで観察されるので、あ るファイバ内に非干渉性が存在することである。ディスプレイの画素サイズが小 さい場合には、導管６０内のファイバのサイズも小さくして、１つの画素に少な くとも１本のファイバという状況に適合させるべきである。 しかし、他の実施例によれば、画素当り１ファイバーのミニマム・コンディシ ョンに合されることができないと、ファイバー光導管の画像端６３は、少なくと も１つの電気−機械アクチュエータによって少なくとも２方向に振動され、ファ イバー直径の略１または２倍の量のランダム運動を引き起こす可能性がある。１ ファイバー直径と同じように小さい振幅は、ラインペアターゲットを見るときに 、解像度の著しい向上を示す。例えば、カパニー・エヌ・エスほかによる“ファ イバー束を用いた静的および動的スキャニングにおける画像伝送”J.Opt.Soc.Am .、第４７巻、第５号、１９５７年、第４２３−７頁を参照されたい。この運動 は、好ましくは、導管６０の縦軸に直角であり、画像ソースのサンプリングを増 大させ、したがって、ファイバー光導管６０のミリメータ当りのラインペアで計 測された見かけの解像度を向上させる。 また、各画素のサンプリングは、導管６０によって伝達されるイ画像のいわゆ るチェックイン・ワイヤー・ディストーションを縮小する。チェックイン・ワイ ヤー・ディストーションは、ファイバーが画素間でダーク・スペースを見るとき に起こる。しかし、導管６３の端での上記した運動は、非最適ファイバーの解像 度を受け入れることができるまで改良する。また、堅い導管の端を振動させるた めに市販されている圧電トランスデューサ（例えば、ジルコン酸チタン鉛クリス タル）が予想される。 もちろん、代わりに、導管６０内に大きいファイバーを用いることもできるが 、これは導管６０の全体サイズを増大させる。これは、たとえば頭部に装着した り身につけたりする装置については、好ましくはないであろう。 好ましい実施例によれば、導管６０は横向きのベッド７０を備える。ベッド７ ０は、真直ぐな導管６０を単に加熱して横に曲げることによって形成できる。あ るいは、導管６０をねじり、所望の程度まで、例えば９０度まで曲げることがで きる。このように、導管６０の向きと角度は、小さいパッケージ内で容易に変え ることができる。 ファイバー光導管は、たとえば、ショット・ファイバー・オプティック・イン コーポレイテッドから入手可能である。この会社は、現在、個々の直径が１２μ ｍまで小さい導管を製造している。ＶＧＡ解像度については、４μｍのオーダー のファイバー直径が１／８インチ（３.２ｍｍ）の直径の導管にコヒーレントな 画像を導くために好ましい。もちろん、本発明により他の直径を用いてもよいが 、寸法／重量を考慮すれば、この全体直径はリーズナブルな上限と思われる。ま た、直径が３μｍまでおよびそれより小さく、迷光をおさえてコントラストを増 すためにたとえば黒ガラス境界吸収材料を塗布されたファイバーが有効と思われ 、本発明に用いることができると考えられる。 また、フレキシブルなファイバー光ケーブルを用いることが可能であり、この ケーブルは、容易かつ好ましい再指向性アスペクトを与えることができる。スキ ップラウンド（積層された）ケーブルと、発散され浸出されたケーブルとは、小 さいファイバー束で築き上げて高解像度にすることができる方法を提供する。ス キップラウンドケーブルは、小コア倍率ファイバーの束で構成され、コヒーレン トでフレキシブルな画像導管のより太いケーブルを築き上げるように積層される 。融合され浸出されたケーブルは、一緒に融合してコヒーレントな束となる３つ の 材料からなる。端部は耐酸性コーティングが塗布されている。そして、束は酸浴 に飛び込み、３つの材料を浸出させる。このプロセスは、ケーブルの両端のアラ イメントを保護するときに、浸出させるエリアをフレキシブルなままにする。解 像度は、ファイバーのミスアライメント、固定されたパターンのノイズ、破損し たファイバーなどに関係し、フレキシブルな光ファイバーケーブル／導管の選択 時に、寸法を考慮するとともに、考慮され扱われるべきである． コヒーレントな画像の伝送のためのフレキシブルな又は堅い光ファイバーケー ブル／導管の実際の使用においては、画像解像度、ケーブル／導管寸法および重 量、信頼性、コストを含む種々のファクターの関数である。広い種類のファイバ ー光製品は、画像伝送システム６０に用いるために潜在的に適用可能であり、理 想的にはマインドに関して評価されるべきである。 ディスプレイ３０の縮小された画素サイズを光ファイバー直径にマッチングす ることは、画像をコヒーレントに伝達するためにファイバー光／画像導管を用い るときのキーとなる点である。４：３の比の矩形ビデオフォーマットの縮小され た画像を円筒形状の画像導管の端にマッチングさせる場合、矩形のフォーマット の対角は導管の直径に写像されなければならない。矩形の画像導管またはファイ バー光ケーブルの導管の場合、矩形フォームのファクターは互いに写像されるべ きである。最小解像度状態は、画素とファイバーに１：１に写像することによっ て達成される。最良では、各ディスプレイ画素は、マルチプルファイバーによっ て申し込み超過となるであろう。 最小に対するラインペアにおいて、解像度は、Ｒ＝５００／ｄ（静的スキャニ ング）、またはＲ＝１２００／ｄ（動的スキャニング）によって控えめに決定さ れる。ここで、ｄは、ファイバー直径であり、単位はμｍである。静的スキャニ ングは、ハイコントラストターゲットを見ることに言及し、一方、ファイバー光 ケーブル又は導管は、ターゲットに関して静的であり、またその逆も同じである 。動的スキャニングは、上記したように、静的なターゲットに関して動いている ケーブル又は導管に言及している。観察できるように、あるファイバー直径での 動的スキャニングは、２を越えるファクターによって、達成可能な解像度を向上 させることができる。 ユーザーによって見られる画像は、導管７０から映写レンズ８０を介して伝達 される。映写レンズ８０は、１実施例では、種々のレンズエレメントからなり、 導管６０によって伝送された画像を、描写するために、たとえば映写ミラー９０ に中継する。レンズエレメントは、投射ミラー９０の適当なサイズの画像を形成 するために選択され、一方、伝統的なレンズ誘導収差を最小化する。また、図２ に関して説明するように、傾斜指数（ＧＲＩＮ）レンズを用いてもよい。また、 バイナリオプティックスと呼ばれることもある回折レンズを用いてもよい。この ようなレンズは、反射および回折の光学原理を備えており、たとえば、単一の回 折レンズを用いて色収差を除去することができる。他方、伝統的なタイプのレン ズについては、このような除去が少なくともダブルレンズで必要である。 最後に、ユーザーディスプレイ９０は導管６０から映写レンズ８０を経て画像 を受ける。頭に装着する実施例によれば、ユーザーディスプレイ９０は、例えば 放物形状で、目の前に配置される投射ミラーを備える。投射ミラー９０は十分に 反射し、したがって、不透明または半透明であり、すなわち、部分的に反射する コーティングを積層された透明基板である。１つの簡単な実施例によれば、放物 ミラー９０は、単にアルミのブロックから機械加工させて、コーティングされて いる。 他の実施例によれば、折れ重ねられたレンズを用いてミラー９０を形成する。 折れ重ねられたレンズは、１つのマスターを用いて複数のレプリカを形成できる ので好ましい。典型的には、レプリカは金属基板を有し、この場合、ディスプレ イ装置全体のハウジングの外側シェルを支持する部分を形成することも可能であ る。エポキシ層が重ねられ、マスターがエポキシに押し込まれ、エポキシがマス ターの形状をピックアップする。エポキシが硬化すると、マスターはレプリカか ら分離され、レプリカの表面は、全反射（不透明）ミラーの場合、たとえばアル ミニウムでコートされ、アルミニウムには、アルミニウムを酸化と傷から護る他 の誘電体材料で保護膜が形成される。また、ガラスやプラスチックタイプの材料 を用いることができる透明基板を有し、たとえば、完全な不透明な装置の代わり にシースルータイプのユーザーディスプレイを提供するようにしてもよい。この 場合、アルミニウムの相対的に厚い膜を重ねる代わりに、ずっと薄い膜を重ね、 半透明とする。 また、本発明により、手で保持する実施例とすることができる。この実施では 、投射ミラー９０は手で保持する環境に対して適した形態であり形状である。 図２−４は、本発明の追加実施例である。図１−４の実施例のエレメントのよ うに、分離して示さない。図面は互いに等しく適用される。さらに、１つの特別 な実施例の特徴は、他の実施例で用いることができ、その他の適用も同様である 。 図２において、身体に取り付け可能なディスプレイ装置１１０は、ドライブお よびインターフェース電極１２０、小型ディスプレイ１３０、光源１４０、およ びファイバー光テーパー１５０を画像伝送装置１６０の中に備え、たとえばコヒ ーレントファイバー光導管である。１つの実施例によれば、ファイバー光テーパ ー１５０は、堅いコヒーレント光ファイバーの束を備え、束の一端は他端より大 きくなるように製造される。テーパー１５０は、デバイスを結合し画像を拡大た めに用いることができる。また、テーパー１５０は、光のゆがみを除去する。そ うでなければ、ディスプレイ１３０を導管１６０に接続するためにリレーレンズ は他のレンズを用いるようになるであろう。これは、たとえばＶＧＡのように解 像度を向上させる場合に、特に好ましい。そうでなければ、ピンクッションおよ び／または色収差が強くなるであろう。 導管１６０は、要すれば、１７０で曲がり、上記した傾斜指数（ＧＲＩＮ）レ ンズで終わる。ＧＲＩＮレンズは、平らで円筒形状にモールドすることができ、 光を曲げるためにその体積の内側で反射指数を変えることができる。たとえば、 レンズの軸に沿って、または中心から端へ径方向に、指数を変えることもできる 。このように、複合レンズは、単一のＧＲＩＮレンズと置き換えることができる 。 そして、投射ミラー１９０はユーザーの目２００に画像を与える。 図３の実施例に示すように、ディスプレイ装置３１０は、電源、データ、音声 Ｉ／Ｏなどの電線を備え、身に着けることができる装置のように、外部装置と通 信できる。もちろん、たとえばワイヤレス、ファイバーレンズなどの他の伝達手 段を用いてもよい。制御エレクトロニクス３２０には、マイクロフォン３２３お よびスピーカー３２５が、再び（図示したような）電線その他の手段を介して接 続される。たとえば、ＬＣＤディスプレイであるディスプレイ３３０は、ミラー ３５０に送るために画像を伝達する光源３４０によってバックライトされる。そ して、画像はイメージレンズ３５５で受け取られ、ファイバー光導管３６０に伝 達され、ベッド３７０を通り、そして投射レンズ３８０およびミラー３９０を経 て、着用者の目４００に達する。 図４は、着用可能なパーソナルコンピューター４２０の機能的に接続するため にディスプレイシステムの実施例４１０を図示している。着用可能なパーソナル コンピューター４２０は、上記したように、電線ワイヤーハーネス４５０または 他の伝達手段によって、単一のディスプレイユニット４３０に、またはマルチプ ルディスプレイユニット４４０に接続されている。図４に図示された本発明の実 施例は、３次元グラフィック出力用マルチメディアユニット４３０に、たとえば 上記したように、容易に適用できる。さらに、図４の実施例は、ディスプレイユ ニット４３０および／または４４０に特に適用でき、メモリーとものにフレキシ ブルなデザインであり、種々の材料（例えば、プラスチックや金属）から作られ 、この適用とは別の場合と同様に、曲げることができ、蝶番を付けられ、または 堅い。 マルチメディアディスプレイユニット実施例は、図５−１３に示しされている 。図５−１３に示されたマルチメディアディスプレイユニット実施例は、説明す る様に、たとえばデータポートと協働する接続デバイスによって、コンピュータ 、たとえば身に着けることができるコンピュータに接続されることができる。接 続デバイスは、種々の導電線、ファイバー光ケーブル、赤外線その他のワイヤレ ス伝達システムなどを含むことができる。 ファイバー光導管５６０は、上記したように容易に曲がり形づくることができ るが、リング状デバイスのように、種々の身に着ける、または体で運ぶデバイス の一部となるようにすることができる。図５−６に示したように、たとえば、リ ングの実施例５００は、適切な制御エレクトロニクスと協働するディスプレイ５ ３０、たとえばＬＣＤディスプレイ、マイクロフォン５３３およびピーカー５３ ７と、ファイバー光導管５６０または他の画像伝送装置に導くファイバー光また は他のタイプのテーパー５５０を含む。また、リングの装着者または他の見る者 に対する画像５９０の究極のプレゼンテーションのために、適切なイメージング レンズ５７０とディスプレイレンズ５８０を備える。また、この実施例は、要す れば、カメラ５９５、好ましくはＣＣＤタイプのものを備え、擬似画像を伝送し 、たとえばテレコミュニケーション環境において画像を見せる。 カメラ５９５からの画像伝送に適応するために、導管リング５９７と協働する 分離したリングとして、あるいは、それと一部品として、第２のファイバー光導 管５９７を備えることができる。カメラ５９５は、着用者の画像、着用者のまわ りの環境や他の特徴を形成するために用いることができる。そして、画像は適切 なケーブルまたは他の信号伝達装置を通して着用可能なまたは他のパーソナルコ ンピュータにフィードバックされ、パーソナルコンピュータは画像を集める。代 わりに、あるいは付加して、画像を、たとえば監視者や他の操作者と接続し離れ 位置にワイヤレスで送ることができる。 さらに、デュアル導管５６０，５０７は、互いに相対的にスライドするように 構成し、リングの着用者がカメラ５９５をたとえば自分自身の顔に狙い、離れた パーティーに自分自身の得を示すようにすることができる一方、同時に、リング からまたはリング内に映写された第３者の画像を示すことができる。代わりに、 カメラを回転し、第３者が着用者（使用者）が見ているものを見ることができる ようにすることも可能である。２つの異なるリングを用いて、カメラとディスプ レイに機能を与えることができる。もっとも、単一のリングは、ただ１つのケー ブルまたは他の接続デバイスがリングと、着用可能な又は他のパーソナルコンピ ュータとの間でデータをやり取りすることができるので、好ましい。単一ケーブ ルの場合、好ましくは、多数の信号伝達装置が、イメージインとイメージアウト の両方の能力について丁度十分である。 本発明によれば、多数の小型マイクロフォンとスピーカーの実施例が企図され る。好ましい小型スピーカーは、良好な低周波応答を提供し、声をベースとする 適用について非常に好ましい。ムービングコイルトランスデューサーは、小型圧 電トランスデューサーより好ましい。なぜなら、低周波数応答がより好ましいか らである。マイクロフォンについては、アクティブノイズキャンセリング指向性 エレメントが好ましい。広い種類のオーディオ入力トランスデューサーと出力デ バイスを用いることができるであろう。マイクロフォンとスピーカーの選択は、 ほとんどディスプレイシステムの停止に影響を与えることなく、全体的に作るこ とができる。 図７〜図８は、別のリングの実施形態600を示している。それはリング500に似 ているが、一方の側にマイク605を備え、他方の側にスピーカー610を備える。こ の実施形態も、好ましくは、例えばパーソナルコンピューターと通信するための データインとデータアウトのポートであるデータポート615を備えている。他の 要素を、図５〜図６に示しており、２つの実施形態の様々な特徴が、一緒に結合 し、および（または）、特別な応用に望ましいものとして用いるために選択され る。 図９〜図１１は、投射システム620を記載しており、その中で、リング630は、 着用者の指から選択的に除去され、ピストルのグリップのようなデバイス635に 取り付けられている。１つの実施形態によれば、ユーザーは指からリングを除去 し、取付けている指又はピストルのグリップのようなデバイス635上の他の適切 な支持構造の上に、それをスライドさせる。他の取付け機能性も考慮している。 補助光源640が、強力なバックライトとして機能し、リング630を通した画像を表 示画面645に投射する。表示画面645は、たくさんの人々が見ることができるよう にリングからかなりはなれている。スクリーン645は、例えば、小部屋の壁面、 伝統的な部屋の壁面、映画スクリーン、その他のものである。 図１０〜図１１に示すように、投射リング630は、ユーザー選択用の代わりの 投射光学系を与えるために回転車輸650を備えることができる。例えば、レンズ6 55の形である投射光学系は、車輸650の中に設けることができ、様々な範囲で画 像を投射するために異なった焦点距離を与える。代わりに、固定焦点のレンズセ ットも考慮している。投射光学系655セットの一つは、バックライトを露出させ ることができ、リングを強い光ファイバー又は上記の光源640のような他の光の 近くに配置することができる。遠く離れた壁のような対象物上に投射するために 、これは、実質的には無限の範囲および(または)比較的大きい画像を与える。前 記したシリコンベースのビデオ製品に関連する高解像度は、扱いにくいサイズで はないので、この種の投射に非常に有効である。投射リング630は、好ましくは 、ＬＣＤ又は他のディスプレイ660、テーパー665、導管670、及び適切なリレー 光 学部品675を備えている。 図１２〜図１３は、例えば、手首に取り付けられたマルチメディアのユニット 680を示しており、それは小型のカラーＶＧＡディスプレイ技術、音声Ｉ／Ｏ、 及びビデオ入力を備えることができる。着用可能なＰＣ、および(または)、例え ば少なくとも900MHzの無線のオーディオ／ビデオのリンクへのケーブル接続又は その他の接続は、選択的に使用される。前記の実施形態の特徴、例えば、カメラ 、マイクスピーカー、ファイバーオプティック導管、及び他の特徴は、所望する ように、装置680に組み込まれる。スピーカー685は、例えば、図１３のように位 置決めされ、装置680を使用しないとき、ヒンジ結合した表示画面690によって覆 われる。リストバンド695は、着用者の手首又は脚への安全な装置680又は他の所 望の追加物又は構造物に固定して使用される。 ビデオ表示画面とそれに関連した光学部品とに関する小型化技術の最近の進歩 は、前の実施形態と同様に、図５〜図１３の実施形態に適している。 全ての装置を直接身体に取り付けるための種々の装置も考慮しており、それら は、例えば、吊り下げたネックレス型の取り付け配置、リストバンドおよび(ま たは)バンド、又は頭部の上または周りに装置を取り付けるためのばねであり、 これらの例のいずれか又は全ては、ベルクロ型（VELCRO-type）の留め具を用い 、および(または)ハンドフリーの操作が可能になる。さらに、異なった保持装置 を考慮している。それらは図示した軸外れの放物面状のディスプレイ鏡、及びそ れに関連したコヒ―レントな光ファイバー導管を、物品又はユーザーによりすり 切れた物品上の適切な位置に固定する。例えば、眼鏡、他のアイウェア（eyewea r）、又は帽子に取り付けるためのクリップを考慮している。導管は、曲げるこ とができ、片方の目又は両方の目に画像を与えるために、例えば、頭の頂部、後 部および(または)側面の、身体の形態に適応する。導管は、ベルト又は衣類の他 の物品上に引っ掛けるように曲げることができる。その低い減衰／ばらつき特性 によって、導管が比較的長いものから形成されていることも考慮している。コヒ ―レントロッド及びそれに関連した上記のディスプレイ装置は、例えば、帽子／ ヘルメットの中にも組み込まれる。しかしながら、装置は支持されており、ユー ザーが、意志で、身体上の又は身体から離れた位置から位置に装置を動かす ことができることを考慮している。 手首保持装置も考慮している。それは開示したディスプレイシステムを支え、 その結果、手首から手のひらに容易にはまることができる。１つの実施形態によ れば、コヒ―レントのファイバーオプティック導管が、いくらかの点でその長さ に沿って折れ曲がり、例えば、コヒ―レントなファイバーオプティック導管に沿 った所望の位置でボールレンズを用いることにより、ディスプレイ鏡は容易且つ 簡単に手のひらにきちんとはまることができる。代わりに、全導管は、オフ導管 のピボット点を通して手にきちんとはまることができる。手は、周囲光からの保 護を与える。そして、それをつかんだり、保持したり、取り付けたりするために 指又は手を用いることなく、ユーザーがディスプレイ装置をアクセスしたり、見 たり、収納したりすることができる。ハンドヘルドのディスプレイ鏡および(ま たは)他の要素により、周囲光が入らないようにしている間、ユーザーは所望の 位置に画像を投射することができる。そして、パワーをより大きく節減する。同 様に、ポップアップのフォッブは、本発明で用いるために考慮されている。それ は、ポケット（fobs）の中に押し込む位置に動くポップアップスクリーン又はカ バーにより自動遮光する。 ステレオおよび(または)２つのディスプレイ鏡の実施形態によれば、図４に示 すように、２つのディスプレイ鏡が用いられ、一つが着用者の目のそれぞれと関 連している。声のインターフェースを、駆動ソフトウェアと相互作用するために 選択的に備えている。声コマンドの意志で、投射画像を一方の目から他方の目に 、又は両方の目に移すことができる。さらに、声コマンドが用いられ、それによ り、所望する特別な応用のために、画像を逆におよび(または)上下逆の構成に動 かすことができる。 本発明の実施形態によれば、異なったスナップ方式の光学部品および(または) 図の異なった形のフィールド用の反射鏡を用いることができる。永久的に固定す る代わりに、本発明によるディスプレイ鏡及び他の関連したレンズは、取り外し 可能なように導管の端に固定する。それにより、傷ついた光学部品を容易に交換 することができる。長さ調整可能な光学部品も考慮しており、それにより、投射 するための画像の焦点距離／サイズを調節するか、又は眼鏡をかける必要がなく なる。 保護するゴムタイプのドーナツ形の配置も考慮しており、それはディスプレイ 鏡および(または)他の関連する光学部品を囲み且つ保護する。本発明の実施形態 では、ビデオ又は他の画像出力を駆動できるリチウムイオン重合体バッテリーを 組み込むことができる。これは、異なった仕様の多くの有線と適合する必要がな くなり、無線、ＬＡＮ、又はボディＬＡＮに直接適用できる。 高解像度のファイバーオプティック導管の使用が望ましくない実施形態のため に、対の放物面状の鏡は、例えば図１４に示すように、投射光学系８０のために 用いられる。図１４は、色収差や球面収差やコマ収差がないという利点をもった 、一般的で、２０°（垂直），２６°（水平）の計測可能な対の放物面鏡システ ムを表している。色収差は、全てを反射要素にすることによって除去される。球 面収差は、表面曲率の選択によって除去される。コマ収差は、システム形状の選 択によって除去され、光束が光軸から角度変位の機能として焦点を結ぶ条件は、 視野のエッジ方向にぼやけさせる。「Ｚ」構成（その中では、「Ｚ」の上部及び 下部の脚が焦点から発する光線を表し、斜めの部材がリレーされた光束を表す） は、コマ収差を除去する。１つの実施形態によれば、奇数の平らな鏡が、リレー されたビームを折り曲げるために用いられる。偶数のリレー鏡は、コマ収差を強 調するかもしれない。 図１４のシステムは、直径５mmの瞳孔に対して大略４３mmのアイリリーフを与 える。この比較的大きなスタンドオフ距離により、目の表面と最も近い投射構造 との間で２５mm（およそ１インチ）の距離まで可能になる。小さいフォーマット の表示形式も利用可能であるけれど、このシステムの比較的大きいサイズは、大 きいフォーマットのＬＣＤ又は他のディスプレイの使用を反映する。光学導管／ よって折りたたまれた鏡を用いて、低減される。しかしながら、この実施形態は 、一般的な光インターフェースを含むことができる。このインターフェースは、 仮想焦点から光束を広げること対してのみ、概念的に原因がある。あらゆる適用 可能な光学システム（光ファイバーケーブル／導管を含む）は、このインターフ ェースの後にあってもよい。大きいフォーマットのＬＣＤディスプレイ又は他の デ ィスプレイに対して、色収差と球面収差を含むにもかかわらず、テレセントリッ ク（telecentric）なリレーレンズアセンブリーは、ディスプレイの作用領域か ら光インターフェースまで画像を導く。 図１５〜図１６は、投射鏡９０と、イメージング光学部品５０に使用するため の放物面鏡とのそれぞれを考慮した特定の実施形態を示している。図１７は、投 射光学系８０の実施形態から投射鏡９０への、及び着用者の目への光ビーム伝達 を示すオーバーヘッド図である。 さらに、マルチメディアのディスプレイユニットの概念図を、図１８の700で 示している。図示した実施形態によれば、ディスプレイハウジング705は、小型 のＬＣＤ又は他のタイプのディスプレイ、制御電子装置、放物線状の供給鏡、画 像光学部品、及びコヒ―レントなファイバーオプティック導管の始めを含む。オ ン／オフ動作のスイッチ、音量調節、バックライト制御等のような操作コントロ ーラ710は、ハウジング705の上部に配置し、スピーカー出力部715はその側面に 配置する。例えば、着用者の眼鏡、身体、又は衣類の上に簡単に取り付けること ができるように、ハウジング705の壁部分は、ヘッドギア取付けブラケット720を 好ましくは備える。 コヒ―レントなファイバーオプティック導管730の端部での投射光学系725は、 軸外れした放物線状のディスプレイ鏡735に送る。ディスプレイ鏡735は、音声「 スプーン」740用の折りたたみ可能なディスプレイスピーカーの形である。関連 したオーディオシステムは、音声出力用の小スピーカー、音声入力用の小型マイ ク、及び両方に関連した様々な電子装置を備える。このシステムにより、例えば 、着用可能なパーソナルコンピューター用に音声入力することができ、それによ りマルチメディア応用として音響出力が可能となる。 図１９〜図２０は、本発明の実施形態による小型のＬＣＤプロジェクションデ ィスプレイシステムを示している。ビデオ駆動回路750は、フレキシブルなＰＣ Ｂコネクター755を通してＴＦＴ‐ＬＣＤディスプレイ760に接続する。ＴＦＴ‐ ＬＣＤディスプレイ760は、図から明らかなように、光源765、反射鏡770、及び 拡散体775と操作上関連している。 図２１〜図２４は、ＬＣＤ投射又は他のタイプのディスプレイから着用者の目 に画像を供給するための４つの可能な光学構成を示している。図２１は、ＬＣＤ 、微小なルーバー、及びビームスプリッター785を通して光を目に導くレンズサ ンドイッチアセンブリー780を有する、単純反射のデザインを示している。図２ ２は、ビームスプリッター795を用いて、ファイバーオプティック導管及びそれ に関連した投射光学系790を有する、単純反射を示している。図２３は、ファイ バーオプティック導管と、放物線状のビームスプリッター800を備える投射光学7 90とを用いた放物線状の軸外れ供給（feed）の実施形態を示している。最後に、 図２４は、ホログラムを用いた実施形態を示しており、ＬＣＤ又は他のタイプの ディスプレー805上の画像が、ホログラフィックエレメント810を通して目に送ら れる。 図２５〜図２６は、本発明による別の実施形態を示している。着用者の頭に支 えられ、この実施形態は、単一の640×480のディスプレイ、ステレオ音声出力、 単一の音声入力、及び拡張と置換操作を見るための速いはね上げ式の遮光体を好 ましくは備えている。 さらに、頭に取り付けたプラットホームを、図２７〜図３２に示している。図 ２７〜図２８は、単眼鏡ヘッドセットの実施形態を示しており、それは、一つ又 は二つの画像、音声入出力、及び速いはね上げ式のデザインを有する。図２９〜 図３０は、二つの画像と音声入出力とを有するゴーグルヘッドセットの実施形態 を示している。ゴーグルヘッドセットの実施形態は、特に、埃っぽい環境および (または)有煙環境に有用である。図３１〜図３２は、二つの画像と音声入出力と を備え、軍時スタイル又は消火ヘルメットと関連した、顔面板のデザインを示し ている。好ましい実施形態によれば、これらの実施形態も、いっぱいの周辺視野 を与える。 他の実施形態によれば、中心供給の導管の実施形態は、着用者の頭の中心線で 又はその近くで、投射光学の位置決めをしている。画像は外方に投射される。ビ ームスプリッター面は、ユーザーの頬とほとんど平行して配置する。ＬＣＤ又は 他のディスプレイは、位置の中でヘッドセット（水平ビーム）の側に、又は目（ 垂直ビーム）より上に取り付ける。反対に、ファイバーオプティックスの導管投 射システムは、鼻梁（水平ビーム）を越えて、又はほとんどいずれの方向にも、 ヘッドセットの中心から供給される。位置に関して、ファイバーオプティックス の導管は、本発明の実施形態によれば、非常にフレキシブルであり且つ望ましい 。 図３３〜３４は、付加的な投射画像とデジタルディスプレイシステムとの実施 例を示している。詳細なテキストやグラフィクス或いは画像は、通常の視界（vi sion）に干渉することなく、高解像度を有する敏速なカラーディスプレイフォー マットで表示することができる。また、このようなディスプレイシステムは、理 想的には、着用者や、その他のユーザーが、自分たちの前でそのシーンの略図を 描くことができるに十分フレキシブルであり、しかも、表示された情報に（神経 を）集中することができるに十分フレキシブルである。これは、視覚的にノイズ がある環境において、特に有用である。加えて、このディスプレイシステムは、 好ましい実施形態によれば、人目につかない状況（covert situations）におい てユーザーの位置を害する外的特徴（external signature）を殆ど又は全く有す るべきではない。 図３３は、画像投射技術に焦点を絞って示したものである。或る画像は、小型 ディスプレイ装置に形成される。この画像は、一連の光パイプやファイバーオプ ティックの束を介すると共に、目の前にあるクリアスクリーン（clear screen） に画像を投射する投射レンズを介して、投射されている。ＬＣＤクリスタルは、 画像形成スクリーン用に使用することができ、これにより、通常の視認可能な背 景が描き出され、ユーザーは、表示された画像に集中できるようになっている。 図３４は、カメラ画像をコンピュータグラフィクスと合体させたものを示してお り、目の前の小さいアクティブディスプレイに表示されている。レンズが一端に 接続された小型のライトパイプやファイバーオプティックの束は、コマ送り速度 が大きいＣＣＤ画像形成装置（high-frame-rate CCD imager）に接続されている 。この画像は、次いで、デジタル化することができ、コンピュータグラフィクス と合体させることができる。画像がＣＰＵ内で形成された後、画像データは、小 さいアクティブマトリクスディスプレイ装置に表示されるであろう。この実施形 態や他の実施形態に係る好ましいディスプレイは、「通常の」ビジョンが損なわ れないように、適切な視域や、フォーカスや、非点収差の補正や、カラー情報や 、速度や、鋭敏さ（acuities）を用いている。 図３５〜３７に示される如く、種々のイアピース（earpiece）デザインが考え 出されている。ユーザーの通常の声や聴くことに干渉しない高忠実度を有するオ ーディオ入出力装置が好ましい。小型のコンデンサマイクロフォン技術は、声の 入力に使用することができる。マイクロフォンのパッケージングや位置決めは、 好ましくは、最善の状態にされ、これにより、収音と明瞭さとが最大限に発揮さ れると同時に、例えば、背景のノイズや、風や息が形成するノイズが、最小限に される。ソリッドステート圧電トランスデューサを用いることができる。また、 他の音形成素子も同様に考え出されている。図３５は、環状形の実施形態のイア ピースデザインを示しており、図３６は、犬脚形（dog-leg-type）の実施形態イ アピースデザインを示しており、図３７は、ハンマーヘッド形の実施形態のイア ピースデザインを示している。 図３８は、本発明の実施形態に係るオーディオプロジェクションシステムの該 略を示している。スピーカ素子820は、カプラー825を介して、柔軟なサウンドパ イプ830とサウンドベント835とに接続されている。図３８は、図３５〜３７の実 施形態と共に使用可能なシステムに関するより総括的な（generic）ものを示し ている。 また、本発明に係るものとして、小型のＩ／Ｏセンサーシステムが考えられて いる。小型のＩ／Ｏシステムは、重量が小さく、また、ユーザーに対する全体的 な衝撃を最小限にする。また、交換可能なＩ／Ｏモジュールも考えられている。 これにより、例えば軍事行動や消火活動等の危険度が高い特定の仕事を行う個々 のおよび(または)チームの作業性が向上する。例えば、マルチスペクトルによる 画像形成システムと、ナビゲーション用Ｉ／Ｏシステムと、環境センサシステム と、生物学的センサシステムの４つの一般的なカテゴリーのモジュールが考えら れている。 本発明の実施形態に係り高解像度を有する４つの画像形成モジュール、つまり 、中間赤外線画像形成装置（mid-infrared imager）、近赤外線画像形成装置、 固定ズーム能力を備えた可視画像形成装置（visible imager）、及び紫外線/Ｘ 線画像形成装置、が考えられている。この中間ＩＲ装置については、水銀カドミ ウムテルル化物の画像検知装置と、鉛塩製ファイバーオプティックケーブル （lead-salt fiber-optic cable）とを用いることができる。このシステムによ り、物質の特定化（materials-identification）に役立つハイパースペクトルデ ータ（hyperspectral data）が提供され、また、広範囲に用いられる熱画像形成 応用装置（extended thermal imaging applications）が提供される。このミラ ーＩＲモジュールは、ファイバーオプティク入力部を備えたＣＣＤ画像形成装置 を含むことができる。このモジュールは、熱画像形成システム及び暗視（ナイト ビジョン）システム用の主要データを提供する。この視認可能な画像を形成する モジュールは、好ましくは、ファイバーオプティック入力部を備えたマルチスペ クトルのＣＣＤ画像形成装置に基く。そのＣＰＵは、特定のスペクトルの特徴を 用いてターゲットの特定化を補助するマルチスペクトルデータを用いることがで きる。ファイバーオプティックの先端を細くすることにより、移動部分なしに、 付加的オプティクスなしに、また、入力信号の損失なしに、同時的に固定式ズー ムの性能が付与される。 薄型で背面が照射されるＣＣＤ画像形成装置により、近紫外線から極度の紫外 線／X線（extreme-UV/x-ray）のハイパースペクトル領域がカバーされる。この モジュールは、使用されている色素や材料に関して、不可視の蛍光が備える特徴 に基いてなされている最近のカムフラージュ技術を打破するのに有用であるかも 知れない。加えて、装置のＸ線性能は、放射性物質や他のＸ線源を検知するのに 有用である。 各画像形成システムに対して、重要なシーンの特徴を特定するために、フォー ルスカラーやカラーマッピング技術が考えられている。低光度応用装置（low-li ght applications）に対して、着用者のナイトビジョンを維持するべく、曳光弾 や眩い爆発は、赤や紫色にマッピングすることができる。小さく変動可能な測定 バーは、デジタル的に画像に付加することができ、これにより、積極的な距離計 や温度表示能が与えられる。加えて、画像形成装置は、ヘルメットを被っている 彼／彼女がレーザーエネルギーで照射されていることを警告するのに用いること ができる。 多数のナビゲーション用モジュール、すなわち、ＧＰＳ（グローバル・ポジシ ョニング・システム）ナビゲーションモジュールや、磁力方位計（コンパス）モ ジュールや、加速度計／回転速度モジュール、が考えられている。このＧＰＳモ ジュールは、地球上の何処にいるかを速やかにかつ正確に決定するべく、マルチ メディアディスプレイの着用者に、緯度、経度、そして高度についてのデータを 提供する。このＧＰＳデータにより、ＣＰＵは、メモリに格納されているマップ に対して使用者の位置を記したり、遠く離れた公文書記録所からアクセスするこ とができるようになっている。ナビゲーションの目的で、ユーザーは、ＣＰＵが 進行をモニターしたりコースの補正が必要な場合に警告音を発したりすることを 可能ならしめるであろう、１組の地点（way points）にエンターすることができ る。ＧＰＳデータは、速度を見積もったり、地点に対するＥＴＡを計算したりす るのに用いることができる。 コンパスモジュールは、１度の半分以内の精度を有する方位データを提供する べく、３軸フラックスゲート磁力計システムに基いている。このデータは、ＧＰ Ｓデータと合体されることができ、ユーザーに推定航法によるナビゲーション能 力を付与する。この方位データは、建物／船／工業プラントの青写真を介してメ ンバーを案内するべく、チームの調整者により用いられることができる。当該合 体されたＧＰＳ方位データは、また，動作しているエア制御装置の操作（forwar d air-controller operations）に大変有用である。 ナビゲーションファミリーにおける最終的なモジュールは、自由度（ＤＯＦ） を有する６つの加速度計／回転速度センサパッケージである。このモジュールは 、ディスプレイ装置の直線運動及び回転運動に関する詳細な運動情報を提供する 。この情報は、特定の仕事を行うチームメンバーの進行をモニターするのに有用 であり、また、正確（精密）なナビゲーションに用いられる詳細なデータを提供 するのに有用である。 ４つの環境用モジュール、つまり、高温プローブネットワーク用モジュールと 、高められた（enhanced）オーディオピックアップ用モジュールと、アクティブ な距離計と、単純な気象学用モジュールとが考えられている。消火活動に使用さ れることを目的として、小型の高温プローブのシステムが、頭からつま先まで通 常の耐火（防火）服に固定されることができる。最善の温度プローブは、範囲や 、正確さや、サイズを考慮して、選択することができる。このプローブは、高温 計 測システムに用いられる１０までのそのようなセンサのネットワークのベースと なり得る。多数のチームメンバーからの温度データは、一つの状況に正確にアク セスしたり、資源のより良い割り当てを行うのに有用である。 考えられている２つ目の環境用モジュールは、高められたマルチスペクトルの オーディオ性能を提供する、小さいショットガンタイプのマイクロフォンピック アップである。このシステムは、安全な距離から車のノイズシグネチュアの位置 を知り特定するために、偵察隊要員により用いられる。このモジュールは、また 、遠方の会話を盗聴するために、偵察パトロールにより用いられる。このショッ トガンマイクロフォンモジュールは、また、堆積している大きな残骸の中に捕ら えられた犠牲者を捜索するのに使用することができる。 アクティブレーザー距離計は、考えられている３つ目の環境用モジュールであ る。このシステムは、ファイバーオプティックやライトパイプの出力部を備えた 小さいレーザーダイオードと、レーザーラインフィルタを備えた小型のソリッド ステート光検知器とを有している。このシステムは、１０から１０００フィート 以上離れた非協力的なターゲット（uncooperative targets）に関する領域情報 を提供する。この領域は、もし、反射的なターゲット（reflective targets）が 用いられている場合には、より大きい位の数値となる。 考えられている他の環境用モジュールは、単純な気象学用ユニットである。こ のユニットは、空気温度プローブと、気圧プローブと、湿度センサとから構成さ れる。このパッケージは、ヘルメット着用者の環境の完全な状態のベクトル（co mplete state vector）が必要な例において重要である。例えば、異なった場所 や季節から結果を正確に比較するために、トレーニング時における天候ファクタ ーを計測することが望ましいかも知れない。他のモジュールも、勿論可能である 。 最後に、ディスプレイの着用者や外来患者に使用される一連の５つのバイオセ ンサシステム、つまり、パルスモジュールと、呼吸モジュールと、ガルバーニ電 気によるスキン反応モジユール（galvanic skin response module）と、心電計 （ＥＫＧ）モジュールと、脳電図（脳波）モジュール、が考えられている。この パルスモジュールは、小型のイアークリップを用いて、或いは、血管の近傍に位 置する皮膚に接した状態で設けられる小型の音響センサを用いて、危機的な心臓 の動き（速度）に関する情報（critical heart-rate information）を提供する 。 ２つのタイプのセンサは、呼吸速度を測定するために考えられている。その第 １の方法は、小型の歪ゲージを使用するもので、これにより、胸部の空洞の周期 運動に基く呼吸の周期及び深さが測定される。その第２の方法は、小型の音響セ ンサを用いるもので、これにより、呼吸についての情報が決定される。ガルバー ニ電気によるスキン反応モジュールは、ヘルメット装置内に設けることができる 一連の接点を備える。接点間の皮膚抵抗を測定することにより、生物学的パラメ ータと、感情的（情緒的）パラメータとを決定することができる。１組の小型の 金属製接点は、心臓の活動を正確にモニターするために、胸の特定箇所に位置せ しめられることができる。上記ＥＫＧモジュール用のプローブは、接点がその材 料に縫い込まれた状態の特別の肌着に取り付けられることができる。最後の生物 学用モジュール（biomodule）は、ＥＥＧシステムである。このシステムは、ヘ ルメット内に装着される金属製接点を用いることが可能であり、これにより、脳 波の活動が詳細にモニターされる。 マルチメディアヘルメットデザインに係る実施形態は、外部に備えられる生物 学モジュール用の入力部を有している。当該生物学用モジュールは、ＥＭＴ及び 他の医療要員にとって、負傷者を評価（evaluate）する上で有用であるかもしれ ない。この装置のＣＰＵは、生物学用センサの信号を活動的にモニターしたり、 あらかじめセットされた許容レベルに達したときに視覚的警告信号や音響的警告 信号を発するのに使用することができる。 小型の高利得ショットガンマイクロフォンシステムについて、マイクロフォン それ自体は、特定の音の波長をより良く捕らえるために特定長さに切断されてな る一連の小型チューブから構成することができる。この構造は、次いで、帯域フ ィルターシステムを通過する一連の小型オーディオピックアップに接続される。 周波数領域に分解されたそのオーディオデータは、次いで、ヘルメットや、他の ディスプレイ装置に送られる。小型でアクティブなレーザー距離計に関して、小 型のレーザーダイオードと光検知器との組（ペアー）が選択され、これにより、 目に安全な短距離測定能が実現される。適切なパルス及びタイミング回路により 、 レーザーパルスが往復するのに要する伝達時間が計測される。最後に、天候感知 用モジュールは、小型の温度、圧力、湿度センサを有することができる。これと 共に、考えられているモジュールは、その着用者を直接取り巻いている環境（im mediate surroundings）によりよくアクセスするのに用いることができる。生体 臨床医学で感知される特徴は、許容範囲のない警告性能（out-of-tolerancealar m capabilities）を含むことができる。これらのモジュールは、ディスプレイ着 用者の健康や安全をモニターするのに使用したり、外来患者に使用したりするこ とができる。 付加的なモジュールの範囲によって、丈夫（rugged）で軽量である、大変多目 的である本発明に係るマルチメディア画像形成ディスプレイシステムが形成され る。接続される専用装置と接続される多数の選択されたセンサモジュールからの データを融合させることにより、個人個人の能力レベルとチームユニットの能力 レベルとがこれらのヘルメットシステムの使用を通して高められるであろうこと が、殆ど保証される。また、当該モジュールに関する概念により、職務条件が変 更されたときや、将来的に新規なセンサ技術やデータ処理システムが採用された ときに、このシステムは、継続的に最新の状態に維持されることができる。 他のユーザーとコミュニケーションしたり、ネットワークを中央に集中化させ せたりする目的で、ＦＭ無線ローカル区域ネットワーク（ＬＡＮ）が、赤外線Ｌ ＡＮシステムと共に、考えられている。また、本発明の実施形態に係る暗号技術 が考えられている。 上記の如く、本発明の実施形態は、着用可能なコンピュータ技術へ、特別に適 用されるものである。アナログからデジタルへ変換するコンバータや、デジタル からアナログへ変換するコンバータや、フラッシュメモリや、モデムや、ＧＰＳ ナビゲーションや、エーテルネット（Ethernet）や、フレーム把持装置（frameg rabbers）等を含み、種々のＰＣカードモジュールや、マイクロカードモジュー ル等を用いることができる。さらに、本発明に係る異なった多数のタイプのセン サーを、ＩＲカメラや、ＥＣＧネットワーク等と共に用いることができる。また 、ＦＭバンドや、ＩＲ無線コミュニケーション用のオプションが考えられている 。これらのオプションは、店の床や、アセンブリラインを含む種々の環境内での 使 用に、成いは、例えば交通事故現場における分野での使用においてさえ、理想的 である。ＩＲシステムは、会社内データや、声の伝達（voice traffic）用には 理想的であろう。加えて、建物や船において用いられる本発明のそのようなシス テムにより、たとえば、安全や防火における飛躍的な発展（quantum leap）が提 供される。 この明細書は、本発明に係る多数の可能なバリエーションや同等物を記述する ことを意図したものである。上記装置や方法についての種々の変形形態は、通常 の技術を有する者にとっては、明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 アンズ―ミードー，ティ・ダイアナ アメリカ合衆国55057ミネソタ州ノースフ ィールド、ブリッジ・スクウェア11番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．着用者が使用するための、ファイバーオプティクスが連結された頭部取付デ ィスプレイ装置において、 ソースのビデオ出力回路からのビデオ信号を受けるためのドライブおよびイン ターフェースのエレクトロニクスであって、ディスプレイのエレクトロニクスと 併用可能な信号を作るドライブおよびインターフェースのエレクトロニクスと、 上記ドライブおよびインターフェースのエレクトロニクスからの信号を受ける ための小型ディスプレイであって、二次元の画素アレイを有しており、上記ドラ イブおよびインターフェースのエレクトロニクスからの信号が、どの画素をター ンオンしターンオフするかを制御し、且つ該小型ディスプレイ上の画像を形成す べく個々の画素の輝度または色を制御する、小型ディスプレイと、 該頭部取付ディスプレイ装置の着用者に、上記小型ディスプレイ上の画像が見 えるようにするためのディスプレイ光源と、 上記小型ディスプレイ上に画像を注入し伝送するイメージングオプティクスと 、 上記イメージングオプティクスを経て小型ディスプレイから画像を受けるため のコヒーレントなファイバーオプティクス導管(conduit)であって、二つの端部 を有しており、一方端で画像を受け、着用者の頭部によって携行できる構造にさ れているコヒーレントなファイバーオプティクス導管と、 上記コヒーレントなファイバーオプティクス導管によって搬送された画像を受 けてリレーするための投射光学手段(projection optics)と、 上記投射光学手段からの画像を受けて該画像を着用者の目にリレーする投射ミ ラー(projection mirror)とを備えた、ファイバーオプティクスが連結された頭 部取付ディスプレイ装置。 ２．上記小型ディスプレイは、透過型(transmission-type)のディスプレイであ り、さらに光源が、該ディスプレイのバックライトを形成するようにディスプレ イ光源の後に配置されている、請求の範囲第１項の装置。 ３．上記小型ディスプレイは、透過型のディスプレイであり、さらにディスプレ イ光源が、該ディスプレイの横もしくは前に配置されている、請求の範囲第１項 の装置。 ４．上記投射ミラーは軸外れ放物面鏡を含む、請求の範囲第１項の装置。 ５．上記投射ミラーは、部分反射コーティングで覆われた透明基板を含む、請求 の範囲第１項の装置。 ６．画像を作る画像ソースと、 上記画像ソースからの画像を受けて最終的なディスプレイのために画像を搬送 するための少なくとも一本の光伝送ファイバーを含み、且つ使用者の身体に携行 可能な画像伝送装置と、 上記画像伝送装置によって搬送された画像を受けてリレーするための投射光学 手段(projection optics)と、 上記投射光学手段から画像を受けて該画像を表示し、該表示された画像が少な くとも一人の人が見ることのできるディスプレイとを備えている、身体携行可能 なディスプレイ装置。 ７．約０.５Ｗよりも少ない電力消費量を有する、請求の範囲第６項の身体携行 可能なディスプレイ装置。 ８．約５００グラムよりも少ない質量を有する、請求の範囲第６項の身体携行可 能なディスプレイ装置。 ９．約２５０グラムよりも少ない質量を有する、、請求の範囲第６項の身体携行 可能なディスプレイ装置。 １０．リング形状の、請求の範囲第６項の身体携行可能なディスプレイ装置。 １１．頭部取付ディスプレイの形態の、請求の範囲第６項の身体携行可能なディ スプレイ装置。 １２．美的外観を有する、請求の範囲第６項の身体携行可能なディスプレイ装置 。 １３．画像ソースで画像を作り、 上記画像ソースからの画像を受けて最終的なディスプレイのために画像を搬送 するための少なくとも一本の光伝送ファイバーを含み、且つ使用者の身体に携行 可能な画像伝送装置によってを伝送し、 上記画像伝送装置によって搬送された画像を、投射光学手段によって受けてリ レーし、 上記投射光学手段から画像を、少なくとも一人の人が見ることのできるディス プレイで受け、 上記画像を少なくとも一人の人に表示する、身体携行可能な表示方法。 １４．画像を作る手段と、 画像ソースからの画像を受けて最終的なディスプレイのために画像を搬送する ための手段を備えて、且つ使用者の身体に携行可能な画像伝送手段と、 上記画像伝送手段によって搬送された画像を受けてリレーする手段と、 上記画像を受けてリレーする手段から画像を受けて該画像を少なくとも一人の 人に表示する手段とを備えている、身体携行可能なディスプレイ装置。