JP2000201362A

JP2000201362A - 体積３ｄイメ―ジを表示するための改良された方法及び装置

Info

Publication number: JP2000201362A
Application number: JP11361090A
Authority: JP
Inventors: Tsuao Che-Chii; チェ−チー・ツァオ
Original assignee: ACT Research Inc
Current assignee: ACT Research Inc
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2000-07-18
Anticipated expiration: 2019-12-20
Also published as: JP4706944B2; US6765566B1

Abstract

(57)【要約】【課題】カラー付きの体積３Ｄイメージの表示、及び
３Ｄイメージとバリアフリーのインタラクションを改善
する。【解決手段】生の３Ｄデータセットを、最初、分散し
た点、曲線及び表面の集合の形式の幾何学的記述及び対
応するカラー記述を有する可視データに処理する。１つ
のカラー組合わせ方法を用いて、各々が点の集合及び異
なるカラー周波数である３つのデータ・サブセットに可
視データを処理する。異なるカラー周波数の各パターン
から成る１組の別個のイメージ・パターンをカラー表示
システムに３つのデータ・サブセットの内容に従って表
示する。最後に、カラーの体積３Ｄイメージを形成する
ため１組の別個のイメージ・パターンを再び組み合わせ
て、体積表示装置に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にカラー付
きの体積３Ｄイメージの表示、及び３Ｄイメージとバリ
アフリーのインタラクションのための改良された方法及
び装置に関する。

【０００２】本発明は、１９９８年５月１９日付けで発
行された米国特許Ｎｏ．５，７５４，１４７及び１９９
６年８月２３日付けで出願された米国特許出願Ｎｏ．０
８／７０２，０４７に関連する。

【０００３】

【従来の技術】体積３Ｄディスプレイは、３Ｄイメージ
を実３Ｄ空間に表示する。体積イメージの中の各「ボク
セル」は、想定されるあるべき空間的位置に実際にかつ
物理的に位置し、そして光線は、その位置から全方向に
向けて直接走行して、実イメージをビューアの眼に形成
する。その結果、体積デスプレイは、生理学的及び心理
学的な双方の深度キュー（ｄｅｐｔｈｃｕｅｓ）にお
いて全ての主要な要素を持ち、かつ特別の眼鏡を必要と
せずに多数のビューアによる３６０度の歩き回りビュー
イング（ｗａｌｋ−ａｒｏｕｎｄｖｉｅｗｉｎｇ）を
可能にする。

【０００４】スキャニング（走査型）・レーザをイメー
ジ・ソースとして用いる２つの主要なタイプの体積デス
プレイがこれまであった。第１のタイプは、スキャニン
グ・レーザ点を運動する表示スクリーン上に直接投影し
て、イメージを形成する（文献：Ｇａｒｃｉａ，Ｇａｒ
ｃｉａ及びＷｉｌｌｉａｍｓ，Ｂａｔｃｈｋｏ，Ｌａｓ
ｈｅｒ他，Ｂｅｌｆａｔｔｏ）。第２のタイプは、２段
励起の原理に基づいており（文献：Ｋｏｒｅｖａａｒ，
Ｄｏｗｎｉｎｇ他）、それはイメージを生成するため２
つのレーザ・ビームの交差点を用いてフォトルミネセン
ス媒体を励起する。フォトルミネセンス媒体の２段励起
に基づく別のアプローチでは、２つのマトリックスの平
行ビームを用いて、多くの交差点をボリュームの中に与
える（文献：Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）。カラー・イメージを
表示するのに対して、スキャニング・レーザの直接投影
の主要な欠点は、ボクセルの数が制限されることであ
る。レーザ投影ボリューム・ディスプレイの現状技術
は、ボリューム当たり２０，０００〜４０，０００ボク
セルであることを報告しており（文献：Ｌａｓｈｅｒ
他）、それはワイヤフレーム・イメージを表示するには
良好であるが、複雑なカラー・イメージを示すには十分
ではない。固体物質を用いる２段励起の場合（文献：Ｄ
ｏｗｎｉｎｇ他）、その欠点は、３原色のための３つの
異なる物質が必要となることである。気体物質を用いる
２段励起の場合、主要な問題は、用いられる典型的な気
体が毒性があるので安全性である。

【０００５】別のアプローチは、イメージを生成するた
め電子ビーム及び蛍光体を用いる。これもまた２つのタ
イプのシステムがあり、１つは静止源から放出された電
子ビームを受け取るため蛍光体でコートされた運動する
スクリーンを用いるものであり、（文献：Ｂｌｕｎｄｅ
ｌｌ）、もう１つは燐光性気体の２段励起に基づくもの
である（文献：Ｒｏｗｅ）。回転型スクリーンのアプロ
ーチでは、一定に回転しているスクリーン上の異なるカ
ラーの蛍光体に対して電子ビームを正確に位置合わせす
ることが必要となろう。電子ビームによる２段励起のア
プローチについては、カラー・イメージを表示すること
が難しいであろう。

【０００６】体積デスプレイの別のアプローチは、回転
するＬＥＤ（発光ダイオード）パネルを用いる（文献：
Ｂｅｒｌｉｎ）。光ファイバがまたＬＥＤを交換するた
め用いられてきた（文献：ＭａｃＦａｒｌａｎｅ）。こ
のアプローチの主要な問題は、マトリックスの光源の組
み立ての複雑さにある。

【０００７】体積デスプレイの更に別の範疇のものは、
レーザ又は電子ビームの「点スキャニング」の代わりに
「全体フレーム表示」を用いている。１つのアプローチ
は、電気的に切り換え可能な液晶表示層の積み重ねを用
いている（文献：Ｈａｔｔｏｒｉ，Ｓａｄｏｖｉｎｉ
ｋ）。別のアプローチは、ピエゾベースの高速焦点レン
ズを用いて、イメージ・フレームをＰＤＬＣスクリーン
の積み重ねに投影している（文献：Ｐａｅｋ）。双方の
アプローチは、積み重ね内のＬＣＤパネル又はスクリー
ンの数が物理的に制限されるので分解能が制限されてい
た。更に別のアプローチは、平行光ビームから成るイメ
ージを運動するスクリーンに直接投影する（文献：Ｔｈ
ｏｍｐｓｏｎ）。光学的インタフェース機構を用いる異
なるアプローチは静止投影装置上に生成された全体フレ
ーム・イメージを運動するスクリーン（回転又は往復運
動）上へスムーズに送るが、このアプローチは、通常の
２Ｄ投影光学機器を用いて体積３Ｄイメージを生成する
のを可能にし、従って平行イメージ・ビームの要件を取
り除く（文献：Ｔｓａｏ他，Ｔｓａｏ）。

【０００８】カラー３Ｄ体積イメージを表示するため、
「全体フレーム表示」に基づくアプローチ、特に光学的
インタフェース機構を用いるアプローチは、高ボクセル
数の利点を持ち、２Ｄディスプレイ用に用いられる多く
の技術を適用することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、このアプロー
チに基づいて、本発明は、カラー体積（ｖｏｌｕｍｅｔ
ｒｉｃ）３Ｄイメージを表示するための新規で改良され
た方法及びシステムを提供する。本発明はまた、ユーザ
と体積表示システムとの間のインタラクションを改善す
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、一般的に、カ
ラー又はグレイ・スケールを有する体積３Ｄイメージを
表示するための新規で改良された方法及び装置に関す
る。基本概念は、次の４つのステップを含む。即ち、１．１組の生の３Ｄデータを可視データに処理する。
この可視データは、分散した点、曲線及び表面の集合
（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）の形式である幾何学的記述、
及び対応するカラー記述を含む。

【００１１】２．可視データを１組の表示可能なデー
タに処理する。４つのカラー組合わせ方法の１つを用い
て、可視データを、各々が点の集合及び異なるカラー周
波数である３つのデータ・サブセットに処理し、それら
は後に空間において組み合わされ、カラー付きの体積イ
メージを形成することができる。４つのカラー組合わせ
方法は次の４つである。即ち、（１）正確な組合わせ：
１つのボクセルの中の全ての原色は、同じ位置に同じ体
積掃引（ｖｏｌｕｍｅｓｗｅｅｐ）において現れる。
（２）空間的組合わせ：１つのボクセルのための原色
は、僅かに異なる位置にであるが同じ体積掃引において
現れる。（３）時間的組合わせ：１つのボクセルのため
の原色は同じ位置にではあるが異なる体積掃引において
現れる。（４）空間的−時間的組合わせ：（１）及び
（２）の組合わせである。

【００１２】３．１組の別個のイメージ・パターンを
発生しかつカラー表示システム上に表示する。異なるカ
ラー周波数の各パターンから成る１組の別個のイメージ
・パターンが、カラー表示システム上に表示可能なデー
タの内容に従って発生される。

【００１３】４．１組の別個のイメージ・パターンを
再び組み合わせかつ体積表示システム上に表示する。最
後のステップで、複数の組の別個のイメージ・パターン
は、再び組み合わされかつ体積表示装置上に表示され
て、カラー・体積３Ｄイメージを形成する。

【００１４】本発明はまた、体積デスプレイの中のイメ
ージをユーザの空間に投影するため凹型ミラーを用いる
ことにより、そして仮想操作装置がユーザの動きを体積
表示空間の中に延長する方法を用いることにより、ユー
ザと体積デスプレイの中のイメージとの間のインタラク
ションを改善する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、添付の図面の援助によ
り詳細に記述され得る。

【００１６】本発明の基本概念は、次の４つのステップ
を含む。即ち、１．１組の生の３Ｄデータを可視データに処理する。

【００１７】２．可視データを表示可能なデータに処
理する。３．１組の別個のイメージ・パターンを発生しかつカ
ラー表示システム上に表示する。

【００１８】４．１組の別個のイメージ・パターンを
再び組合わせかつ体積表示システム上に表示する。

【００１９】我々の実験的観察に基づくと、ビューアが
３Ｄの実空間においてかれらの空間的分布、即ち、分散
した点、曲線（直線を含む）及び表面（平面を含む）を
明瞭に知覚することができる３つの基本的な幾何学的形
式が存在する。

【００２０】例えば、Ｘ線ＣＴ（コンピュータ化された
断層撮影）３Ｄデータは密集した状態で離間している点
の集合である場合があり、各データ点は、組織の密度を
表しかつ輝度又はグレイ・スケールの尺度に変換され得
る異なる値の減衰係数を表す。データ・セットの中の全
ての点が３Ｄ実空間に表示される場合、ビューアは密度
（又は輝度）分布を知覚することは難しいであろう。そ
れは、丁度、たとえ水の中の泥の濃度が場所場所により
変わっても人が泥水のタンクを通して見ることができな
いように、組織表面に近接した点が内部の点を阻止する
からである。

【００２１】従って、第１のステップで、生の３Ｄデー
タは、３つの基本的な幾何学的形式の組合わせのデータ
形式、ここでは可視データと呼ばれるデータ形式に変換
されねばならない。なお、これらの基本的な幾何学的形
式は情景（ｓｃｅｎｅ）を阻止しかつ混乱させる問題を
持たないものである。一般的に、可視データは、その形
状を定義することができる幾何学的記述、及びその種々
の部分のカラー（色）を定義することができるカラー記
述を有する。幾何学的記述は、分散した点、曲線及び表
面の集合の形式である。

【００２２】従って、Ｘ線ＣＴデータの例に戻って、元
のデータは１組の境界表面により表すことができ、各境
界表面は密度のような異なる特性の領域を分離する。異
なる組織は通常医療の像形成データにおいて異なる値の
減衰係数を与えるので、従って異なる組織の境界は元の
データから見い出すことができる。減衰係数が突然の境
界なしに変化する場合、輪郭境界、即ち同じ範囲の減衰
係数を有する領域の境界は定義されることができる。図
１の（Ａ）は、人間の頭部データが３層の境界表面、即
ち、頭骨１１０、脳１２０及び内部の有害組織１３０に
より表される例による概念を図示する。更に、図１の
（Ｄ）において参照番号１６０及び１７０で示されるよ
うに、分散した点が、内部の特性を示すため、境界表面
により囲まれる空間の中に加えられることができる。

【００２３】３Ｄ医療データ及び多くの他のタイプの３
Ｄデータを視る際に、セクション（断面イメージ）が非
常に有効である。セクションは、平面のデータであり、
従って可視データである。更に、境界表面又はセクショ
ンが十分に示されることができ又は選択的に示されるこ
とができることに注目すべきである。それらが十分に示
されるとき、セクションは、ビットマップ・イメージが
３Ｄ実空間の中に位置することを除いて丁度ビットマッ
プ・イメージのように密度の高い点により示される。セ
クションが選択的に示されるとき、セクションは分散し
た点又は曲線により示される。例えば、図１の（Ｂ）
は、人間の頭部のセクション１４０が頭部１００の境界
表面表示に重ね合わされている概念を図示する。セクシ
ョンが十分に示され、それにより、曲線１４５により囲
まれているビットマップ範囲１４２は脳の組織を表し、
同様に、曲線１４６により囲まれているビットマップ範
囲１４３は有害組織を表す。曲線１４４、１４５及び１
４６は、境界表面１１０、１２０及び１３０それぞれの
断面である。代わりに、セクションは、図１の（Ｃ）の
参照番号１４０において示されるように、それらの曲線
によってのみ示されることもできる。

【００２４】機械組立体の場合のように、３Ｄデータが
固体の対象物でありかつその固体の内部に関心がない場
合には、境界表面は、その固体を表すのに十分である。
図１の（Ｅ）は、３つの側面が３つの平面１０１−１０
３により表され（他の３つの側面は図示されいない）、
各平面がビット・マップとして十分に示されている立方
体を図示する。追加のデータはその内部において必要と
されない。代わりに、立方体は、平面、例えば１０１が
４つのライン１０４−１０７により表されている図１の
（Ｆ）に示されるように、ワイヤフレーム（ライン）に
より表すこともできる。

【００２５】第２のステップにおいて、可視データは別
個のデータ・サブセットに処理され、その別個のデータ
・サブセットは後に空間において組み合わされ、カラー
付きの体積イメージを形成する。各データ・サブセット
は、点の集合から成り、異なるカラー周波数を有する。
これらの別個のサブセットが実空間において組み合わさ
れるとき、それらは可視データにより定義されるように
幾何学的形状及びカラーを有するイメージを形成する。
この新しい組のデータは、カラー表示装置が表示するの
に適するが、可視データ自身は適していない。この新し
いデータ・セットは、これにより表示可能データと呼ば
れる。

【００２６】表示可能データの形態、即ち、点が適切な
位置で異なるカラー周波数に割り当てられる仕方は、カ
ラー・イメージを生成するため用いられるカラーの組合
わせ方法に依存する。説明の便宜のため、固体の対象物
の例示的表示可能データが図２に図示されている。十分
に示された境界表面２１０は、ディスプレイ・ボリュー
ム（ｖｏｌｕｍｅ）の中の対象物を表す。その表面２２
０の部分は、表面の点の位置と共に図示され、それはま
た、例えば２２１でカラー情報を担持する。平面２０１
は、体積掃引中のある瞬間に１つの投影されたフレーム
の位置を表し、そしてあの平面２０２での断面の小部分
は、可視データ２０３の一部の点を示すため拡大され、
そこにおいて４つの白い正方形２２２−２２５は対象物
２１０の境界表面上の４つの選択された点を表す。

【００２７】４つの基本的なカラー組合わせ方法が存在
する。第１は、「正確な組合わせ」であり、それは１つ
のボクセルの中の全ての原色を同じ体積掃引の中の同じ
位置に現れさせる。図３に図示されているように、可視
データ２１０は表示可能データに処理される。その表示
可能データは３つのサブセットのデータ３２０Ｒ、３２
０Ｇ及び３２０Ｂを含み、その各々は異なる原色、例え
ばＲ（赤）、Ｇ（緑）又はＢ（青）である。各データ
点、例えばサブセットの中の３２５Ｒ、３２５Ｇ及び３
２５Ｂは、可視データ、例えば２２５におけるように同
じ対応位置に位置する。その結果、３つのサブセット
は、組み合わされて、可視データ２１０において定義さ
れるように同じ幾何学的形状及びカラーへ３１０になる
ことができる。

【００２８】「正確なカラー組合わせ」は経済的に望ま
しくない場合がある。カラー組合わせの第２の方法は
「時間的組合わせ」であり、それは１つのボクセルのた
めの原色を同じ位置であるが異なる体積掃引において現
れさせる。我々の実験的観察に基づいて、１０−１５Ｈ
ｚのボリューム・リフレッシュ速度は、一般的に良好な
体積３Ｄイメージを与えることができる。従って、ボリ
ューム・リフレッシュ速度が例えば３０−４５Ｈｚに増
大される場合、各々が異なる原色を担持する３つのデー
タ・サブセットは、組み合わされたカラー・イメージを
提示するよう連続的に表示されることができる。図４に
図示されるように、可視データ２１０は表示可能データ
に処理される。その表示可能データは、３つのサブセッ
トのデータ４２０Ｒ、４２０Ｇ及び４２０Ｇを含み、そ
の各々は、異なる原色であり、そして異なるしかし連続
したボリュームに示される。サブセットの中の各データ
点、例えば４２５Ｒ、４２５Ｇ及び４２５Ｂは、可視デ
ータ、例えば２２５におけるように同じ対応位置に位置
する。その結果、３つのサブセットは、再び組み合わさ
れて、可視データ２１０において定義されるように同じ
幾何学的形状及びカラーへ４１０になることができる。

【００２９】第３のカラー組合わせ方法は「空間的組合
わせ」であり、それは１つのボクセルのための各原色を
僅かに異なる位置にあるがしかし同じ体積掃引において
現れさせる。図５に図示されるように、可視データ２１
０の中の各データ点、例えば２２５は、異なる原色の３
つの僅かにオフセットされたサブ点、例えば５２５Ｒ、
５２５Ｇ及び５２５Ｂに処理される。３つの近接して離
間したサブ点は、元のデータ点に対応するカラーを有す
る１つの点として見える。組合わせにおいて、可視デー
タの幾何学的形状及びカラーは５１０で再び生成される
ことができる。

【００３０】これは、多くの２Ｄ表示において用いられ
ている「カラー・トライアッド」技術に似ていて、それ
は３つのサブピクセルの異なる原色を用いて１つのピク
セルを形成する。しかしながら、２Ｄ表示においては、
１つのピクセルのためのサブピクセルの数はそれらのサ
イズにより制限される。体積３Ｄ表示においては、より
多くのサブボクセルを置いてより多くのカラー・レベル
を生成するための追加のスペースが存在する。３Ｄ対象
物の体積イメージは大部分境界表面から成ることが指摘
されてきた。従って、各々が異なる原色であるが類似の
形状である多数のサブ表面を密接に積み上げることによ
り、全ての個々の表面の色の混合を有する統合化された
表面を生成することができる。図６に図示されるよう
に、可視データの中の表面２２０は、各々が異なる原色
である３つのサブ表面６２０Ｒ、６２０Ｇ及び６２０Ｂ
に処理される。それら３つのサブ表面は密接に積み上げ
られる。統合化された表面６２０の部分の拡大図６０３
に図示されるように、例えば、カラーの青６２０Ｂ−
１、６２０Ｂ−２及び６２０Ｂ−３を有する点はサブ表
面６２０Ｂの部分を形成する。表面６２０Ｒ及び６２０
Ｇの場合も同様である。３つのサブ表面の色の混合は、
元のデータのカラーを再び生成する。例えば、点６２０
Ｒ−１（赤）、６２０Ｇ−１（緑）及び６２０Ｂ−１
（青）の組合わせは、元のデータにおける対応する点２
２５のカラーとして、白のように見える。ビューアの視
線は表面６２０を視たときほとんどｘｙ平面に平行であ
り、従ってほとんど矢印６０１により示されるように、
サブ表面に対してほとんど垂直であることに注目すべき
である。その結果、表面に対して垂直の方向にある表面
の「厚さ」の増大は、表面に対して平行の方向において
測定される空間的分解能の損失に変換されない。従っ
て、各サブ表面は、空間的分解能に影響を及ぼすことな
く幾つかの点の「厚さ」を持つことができる。より多く
の点は、カラーのより多くのレベルを結果として生じ
る。こうして、「カラー・サブ表面」の方法は、「カラ
ー・トライアッド」方法より体積３Ｄイメージのためよ
り多くのカラーを生成することができる。

【００３１】第４のカラー組合わせ方法は「空間的−時
間的組合わせ」であり、それは空間的と時間的との両方
の色混合を適用する方法である。

【００３２】本発明の第３のステップにおいて、各々が
異なる原色である１組の別個のイメージ・パターンが、
表示可能なデータに従って発生されかつカラー表示シス
テム、好適には投影システム上に表示される。

【００３３】カラー投影システムにとって理想的なイメ
ージ・ソースは表示パネルであり、そのピクセルの各々
は異なるカラーを表示することが可能である。そのよう
な「カラー−ピクセル・パネル」を用いることにより
「正確な組合わせ」のカラーを有する体積イメージを容
易に発生することができる。原理的には、放出され、反
射され、又は送られる光の周波数を変える又は選択する
ため、好適には電気により、同調することができるいず
れの光の発光、反射又は送出デバイスが、「カラー−ピ
クセル・パネル」を作るため微細製作されかつ統合化さ
れることができる。１つの典型的な例は、ＦＬＣ（強誘
電性液晶）から作られた高速切換え可能なカラー・フィ
ルタであり、それは印加される電圧の組合わせを変える
ことにより光の選択された周波数スペクトルをフィルタ
リングすることができる（文献：Ｄｉｓｐｌａｙｔｅｃ
ｈ）。従って、「カラー−ピクセル・パネル」は、各ピ
クセルが切換え可能なカラー・フィルタとして独立に作
用するように作ることができる。図７は、カラー・イメ
ージ投影システムの第１の好適な実施形態を図示する。
独立に制御されるＦＬＣ切換え可能カラー・フィルタ７
１１のマトリックスから成る「カラー−ピクセル・パネ
ル」７１０が、イメージ・ソースとして用いられてい
る。集光レンズ７２０は、白色光をランプ７３０から集
め、カラー表示パネルを照射する。投影レンズ７４０
は、カラー表示パネル上に表示されるイメージを投影す
る。更に多くのカラー・レベルを生成するため、２以上
の「カラー−ピクセル・パネル」を用いることができ
る。投影されたイメージは、より多くのカラー・レベル
に重ね合わせることができる。

【００３４】より共通には、表示パネルはモノクローム
であり、それはカラー・イメージを生成するためカラー
照射を必要とする。図８は、カラー・イメージ投影シス
テムの第２の好適な実施形態を図示し、それは、３つの
モノクローム表示パネル８１０Ｒ、８１０Ｇ及び８１０
Ｂをイメージ・ソースとして用いる。３原色の光ビーム
８３１Ｒ−Ｂが、３つのパネルのそれぞれを集光レンズ
７２０を通して照射する。ここに示す表示パネルは反射
型パネルであるので、ＴＩＲ（合計内部反射）プリズム
８５０を用いて、パネル上のイメージを投影レンズ７４
０へ送る。液晶パネルを用いる場合、偏光子が通常必要
とされ、それは図８に示されていない。表示パネルが透
過型である場合、光学的セットアップ部は図７に類似の
形式を取ることになる。１つの白色光源を１組の二色性
カラー・フィルタと共に用いることにより、カラー照射
８３１Ｒ−Ｂを発生させることができる。なお、１組の
二色性カラー・フィルタは光学エンジニアリングにおい
ては通常の実行である。イメージを３つのパネル上に再
び組み合わせるため、類似の二色性フィルタ装置を用い
ることができ、それは赤の反射器８６０Ａ、青の反射器
８６０Ｂ及びミラー８６０Ｍを含む。各表示パネルから
出力の青反射器８６０ＢまでのＯＰＬ（光学的経路長）
は等しく保たれるべきで、それにより３つの別個のイメ
ージ・パターンを適正に再び組み合わせることができ
る。

【００３５】カラー投影システムの第３の好適な実施形
態は、切換え可能なカラー照射システムを有する１つの
モノクローム表示パネルを用いる。図９の（Ａ）に示さ
れるように、モノクローム表示パネル８１０は、切換え
可能なカラー・フィルタ９１０が光ビーム８３１の色を
切り換えるため用いられることを除いて、図８における
それと類似の投影光学機器の中にある。カラー・フィル
タの切換えは、表示パネルと同期化され、それにより各
原色は、同じ原色に対応するイメージ・パターンが表示
されるとき、パネルを照射する。カラーの各切換えはま
た、全てのボリューム・リフレッシングに同期化されて
いる。こうして、カラー・体積イメージは、「時間的組
合わせ」方法により表示されることができる。代替のカ
ラー切換え機構は、図９の（Ｂ）に示されるように、回
転型カラー・ホイール９２０である。

【００３６】カラー投影システムの第４の好適な実施形
態は、カラー・トライアッドを有する表示パネルをイメ
ージ・ソースとして用いる。図１０に示されるように、
表示パネル１０１０は、そのパネルの拡大図１０１１に
図示されるように、３原色のピクセルのモザイクを有す
る。勿論種々の形式のカラー・トライアッド構成があり
得る。この場合の投影光学装置は、再び図８におけるそ
れと似ている。より多くのレベルを得るため、３つのカ
ラー・トライアッド・パネルを用いることができ、そし
てそれらのイメージ・パターンを重ね合わせることがで
きる。

【００３７】第５の好適な実施形態、即ち代替のカラー
・トライアッドのアプローチは、モノクローム表示パネ
ル、及びカラー・トライアッド・コーティングを有する
投影スクリーンを用いることである。図１１に示される
ように、体積表示装置の投影スクリーン１０５０は、半
透明で拡散性の中央材料１０５２をサンドウィッチした
カラー・トライアッド形態（図示のようにストライプ
状）の２つのカラー・フィルタ・フィルム又はコーティ
ングから成る。モノクローム表示パネルからスクリーン
上へ投影されるイメージ・パターン１０６０は、白色光
の点である。赤のストライプ上へ投影された点１０６０
Ｒは赤の点として現れ、そして青又は緑のストライプ上
へ投影された点１０６０Ｂ及び１０６０Ｇは青又は緑の
点として現れる。代替として、スクリーン上のカラー・
トライアッドはまた、透明なベース層上にコーティング
された又は印刷された、３つの異なるカラーを有する拡
散性材料から作ることができる。

【００３８】カラー投影システムの第６の好適な実施形
態は、カラー・トライアッドを有する３つの表示パネル
で切換え可能なカラー照射システムと一緒のものをイメ
ージ・ソースとして用いる。図１２の（Ａ）に示されよ
うに、このシステムは、切換え可能なカラー・フィルタ
９１０Ａ−９１０Ｃを用いて表示パネルに対する照射の
色を制御する点を除いて、各々が本質的に図１０の実施
形態である３つのサブシステム１１００Ａ−１１００Ｃ
の組立体である。３つのサブシステムの投影されたイメ
ージは、ある距離１１９０において一致して、重ね合わ
されたフレーム・イメージを生成する。

【００３９】全体フレーム投影に基づくボリューム・デ
ィスプレイのため、イメージ・パネルのフレーム速度
は、ボリュームをスイープする方向におけるイメージ分
解能を決定する。図１２の（Ａ）の実施形態は、この限
界より高い分解能（ボリュームをスイープする方向にお
いて）を有してカラー・イメージを生成することができ
る。動作概念を以下に説明する。カラー・トライアッド
表示パネル１０１０上に表示されたイメージ・パターン
の任意の１つのフレームは、３つのサブフレーム、即ち
赤パターン、緑パターン及び青パターンを含む。切換え
可能なカラー照射システムを用いて、これらの３つのサ
ブフレームを別々にかつ独立して投影することができ
る。例えば、典型的な切換え可能カラーＦＬＣカラー・
フィルタは、およそ１００マイクロ秒の切換え遷移時間
（１０ｋＨｚ）を有する。典型的なＦＬＣ表示パネル
は、およそ３ｋＨｚのフレーム速度（３０００フレーム
／秒）を有する（文献：Ｄｉｐｌａｙｔｅｃｈ）。従っ
て、切換え可能なカラー・フィルタは、ＦＬＣ表示パネ
ルの１フレームの時間内に１Ｒ−Ｇ−Ｂサイクルをラン
することができる。３つのこのようなサブシステム１１
００Ａ−１１００Ｃを用い、かつこれら３つのサブシス
テムから投影された各サブフレームを、いずれの瞬間に
おいても、重ね合わされたイメージ・フレームが３つの
サブフレームを含むように重ね合わせることにより、各
々が異なる表示パネルからでかつ異なる原色であるカラ
ー・体積イメージであって表示パネルのフレーム速度に
より制限された分解能より３倍高い分解能（即ち、１ボ
リューム当たりの合計サブフレーム数）を有する前記カ
ラー・体積イメージを生成することができる。典型的な
投影シークエンスは次の通りである。

【００４０】

【表１】

【００４１】従って、各表示パネル上に表示された各フ
レームの内容は、上記の投影シークエンスに従って設計
（又はプログラム）されるべきあり、それによりパネル
１−３からのＲ、Ｇ及びＢのサブフレームの重ね合わせ
は所望のカラー・サブフレームｆ１，ｆ２…を生成する
ことができる。

【００４２】カラー照射を切り換える代替方法は、カラ
ー・ホイールを用いるものである。図１２の（Ｂ）に示
されるように、光ビームはレンズ１１２０により収束さ
れ、そのため光ビームはカラー・ホイール１１１０の最
小の直径１１３０を通る。カラー・ホイールは、図１２
の（Ｃ）に示されるように多数の小さいカラー・フィル
タのストライプを規則的に含む。３つの光源からの焦点
合わせされた光ビーム１１３０Ａ−１１３０Ｃは、各ビ
ームが任意の瞬間に異なるカラーのストライプによりフ
ィルタリングされるように位置決めされている。

【００４３】一般に、この「サブフレーム方法」を用い
て、１ボリューム当たりより高いフレーム数を有してカ
ラー・イメージを生成する。しかしながら、この方法
は、カラー・イメージの生成に制限されない。必要なら
ば、スクリーンの運動の方向において更に一層高い分解
能を生じるため４以上のカラー・フィルタ・システムを
用いることにより、フレームの４以上の細分割を行うこ
とができる。この方法はまた、カラー・トライアッドの
表示パネルに制限されない。多重カラー・パターンの可
能ないずれの表示パネルも適用することができ、それ
は、カラー投影システムの第１の実施形態において説明
したカラー−ピクセル・ディスプレイ、並びにフィルム
・ベースのディスプレイを含む。

【００４４】再び、図１２の（Ａ）のシステムに対する
代替システムは、カラー・トライアッドの３つの表示パ
ネル１０１０をモノクローム表示パネルと置換しかつカ
ラー・トライアッドを投影スクリーン上に配置するもの
である。

【００４５】表示パネルを駆動する好適な方法は「ベク
トル駆動」方法である。イメージ投影装置は満足な体積
３Ｄイメージを生成するため高いフレーム速度を有する
必要があることが従来技術において指摘されていた（文
献：Ｔｓａｏ他、Ｔｓａｏ）。これはまた、イメージ・
データが表示パネルに高速度でアップロードされねばな
らないことを意味する。カラー表示にとって、この速度
要件は、ここでカラーの追加のデータが存在するので、
一層高くなり得る。現在の２Ｄ表示のためにほとんど採
用されている駆動方法は「ラスタリング」であり、それ
は内容が何であれ表示パネルの全てのピクセルを更新す
る。本発明においては、３Ｄ表示可能データは基本的に
境界表面、曲線及び散在した点の形式であるので、表示
パネルにアップロードされるべきイメージ・データ・フ
レームは、図１３の１２０５に図示されるように、大部
分散在した点及び曲線の形式であることを分かることが
できる。即ち、表示パネルの有意の部分は黒であり、境
界曲線上のそれらのデータ点のみが実効的なデータであ
る。従って、イメージ・データ記憶装置（フレーム・バ
ッファ）のフォーマット及びピクセルのアドレス方法が
「ラスタ」形式に代わりに「ベクトル」形式に変えられ
た場合、メモリ・バッファ・サイズ、及びイメージ・ド
ライバのためのイメージ・データ転送速度についての要
件は、著しく低減されることができる。図１３はこの概
念を図示する。ベクトル駆動方法の下では、フレーム・
バッファ１２１０は、ディスプレイのピクセル数に等し
い全マトリックスのデータ・エントリをもはや記憶しな
い。代わりに、有効なピクセルのみ（非黒ピクセル）の
アドレス及びデータ値（例えばグレイ・スケール数）を
含むより小さいデータ・アレイが記憶される（１２１
１）。フレームを表示するとき、イメージ・ドライバ回
路のＣＰＵ１２２０は、アレイの中の各データ値をその
対応するアドレス、即ち対応するピクセルに割り当て
る。これは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を
アドレスする方法に似ている。多くの現在の２Ｄ表示デ
バイスは、実際にはＤＲＡＭ又はＳＲＡＭＶＬＳＩ構
造に基づいており、従ってこのベクトル方法により駆動
されることができる。

【００４６】本発明の第４のステップにおいては、複数
の組の別個のイメージ・パターンは、再び組合わせさ
れ、そして体積表示装置上に投影されて、最終の体積３
Ｄカラー・イメージを表示する。文献：Ｔｓａｏ他、及
びＴｓａｏに開示された体積表示システムを本発明のた
め用いることができ、それは、静止投影装置上に表示さ
れた全体フレーム・イメージを運動しているスクリーン
（回転しているか往復運動しているかのいずれか）上へ
配送するため光学的インタフェース機構を用いる。

【００４７】図１４に図示されているように、回転型ス
クリーン・システムのうちの一つは、３つの主要部分、
即ち、回転するスクリーン・ユニット１３３０、高フレ
ーム速度イメージ投影システム１３１０及び光学的イン
タフェース機構１３２０を特徴とする。光学的インタフ
ェース機構１３２０は、イメージ・プロジェクタから投
影された光学的イメージを表示用スクリーン上へ中継す
るが、一方スクリーンが回転するとき、投影されたイメ
ージのサイズ、向き及び焦点を不変に保つ。好適な光学
的インタフェース機構は、スクリーンの半分の速度で回
転する光学的イメージ回転装置である。文献：Ｔｓａｏ
他及び文献：Ｔｓａｏ及びＣｈｅｎに開示された好適な
インタフェース機構の外に、用いることができる他の幾
つかのイメージ回転装置が存在し、それらはドーブ・プ
リズム（又はＫミラー）及びピーチャン（Ｐｅｃｈａ
ｎ）・プリズムのようなイメージを回転させるプリズム
を含む。しかしながら、これらのプリズムは内部の長い
光学的経路長を有し、それは影光学機器にとって有利で
はない。１つの好適な光学的インタフェース機構は９０
°反射器に基づくものであり、それはイメージをフリッ
プ（ｆｌｉｐ）することができ、従ってイメージ回転装
置として用いることができる。図１５に図示されている
ように。反射器１４１０は、回転軸に沿って到来する光
ビームを受け取り、そしてそれを９０°反射器１４２０
に送り、その９０°反射器１４２０は、イメージをフリ
ップし、反射器１４３０及び１４４０は、そのビームを
回転軸１３０１へ戻す。反射器組立体全体が回転するに
つれ、出力イメージは反射器組立体の速度の２倍の速度
で回転することになる。好適なシステムにおいては、対
称に構成された２組の４反射器セットアップ部から成る
形態が用いられている。この構成は、反射器のサイズを
低減し、オフ軸の光学的経路長を短くする。プリズムの
代わりに前表面ミラーが、重さを低減するため用いられ
る。

【００４８】別の好適な光学的インタフェース機構は、
図１６に示されるように、異なるセットアップ部内の５
つのミラーから成る。５ミラー・システムはイメージを
反転し、それによりその機構全体が回転するにつれ、投
影されたイメージ・フレームは２倍の速度で回転する。
このシステムはまた、対称的に配置された２つの５ミラ
ー・システムから成る１０反射器組立体の中に作られ、
反射器のサイズを低減しかつオフ軸の光学的経路長を短
くすることができる。

【００４９】更に別の好適な光学的インタフェース機構
は、図１７に示されるように、２対の円筒形の投影レン
ズであってそれらのパワー子午線セット（ｐｏｗｅｒ
ｍｅｒｉｄｉａｎｓｓｅｔ）を直交方向に有する前記
２対の円筒形投影レンズから成る。レンズの度が選択さ
れ、それにより、投影されたイメージがレンズ１６１０
及び１６２０によりｘ方向において反転され、そしてレ
ンズ１６３０及び１６４０によりｙ方向において正立さ
れ、しかしイメージ位置及び倍率は同じである。これ
は、円筒形レンズがパワー子午線の方向のみに働くの
で、可能性がある。こうして、光学機器はイメージを反
転し、それにより機構全体が回転するにつれ、投影され
たイメージ・フレームは２倍の速度で回転する。この機
構において、イメージ回転とイメージ投影とが組み合わ
される。

【００５０】図１８は、体積表示システムの別の好適な
実施形態を図示する。このシステムは、表示パネル１７
１０及び投影光学機器全部を回転ユニット１７３０に配
置し、そこにはスクリーン１７３１及び側部反射器１７
３３が着座している。投影システムがスクリーンと共に
回転するので、光学的インタフェース・システムの必要
性がない。光源１７５０は回転する必要がない。光ビー
ム１７５１は、回転軸に沿って走行して、表示パネルに
到達する。スリップ・リング装置１７６０又は類似のも
のが、データを回転ユニットの中に送るため必要とされ
る。用いられる色組合わせ方法に応じて、切換え可能な
光シャッタ又はカラー・フィルタが、回転ユニット上に
又はそれの外側に静止光源と共に配置されてもよい。こ
のシステムは、表示パネル及び投影光学機器が小さい寸
法であり及び重さが軽いとき、最良に働く。

【００５１】文献：Ｔｓａｏ他は、単一の反射器をイン
タフェース機構として用いる体積表示システムを開示し
ている。そのシステムは、１対の直交反射器をインタフ
ェース機構として用いることにより修正されることがで
きる。図１９に示されるように、２つの反射器１８２０
は、９０°の角度で取り付けられ、そして２つの反射器
が接触する屋根端部１８２５を通る共通軸１８０１の周
りを回転する。反射表面は凸側１８２０Ａ及び１８２０
Ｂ上である。半透明スクリーン１８３１及び反対位置に
ある２つの側部反射器１８３３Ａ及び１８３３Ｂはま
た、共通軸の周りを直交反射器の速度の２倍の速度で回
転する。直交反射器の反対側にある２つのイメージ投影
システム１８１０Ａ及び１８１０Ｂが用いられる。１つ
のスクリーン回転から次のスクリーン回転まで、２つの
投影システムは、イメージ・フレームをスクリーンに直
交反射器を介して交番して投影する。２つの体積掃引を
有する各スクリーン回転内に、１つの反射器及び１つの
側部反射器（例えば１８２０Ａ及び１８３３Ａ）は、投
影されたイメージ・フレームを第１のボリュームの間に
スクリーンの一方の側上に中継し、また他方の反射器及
び他方の側部反射器（例えば１８２０Ｂ及び１８３３
Ｂ）は、投影されたイメージ・フレームを第２の体積掃
引の間にスクリーンの他方の側上に中継する。２つの光
シャッタ１８１１Ａ及び１８１１Ｂを用いて、イメージ
投影システムからの投影ビームを調整して、投影ビーム
が確実に正しい反射器に到達するようにする。光シャッ
タは、文献：Ｔｓａｏに開示されているように、２つの
独立のシャッタ範囲を有する。

【００５２】図２０は、２つ以上の側部反射器、例えば
１９３３及び１９３４を用いて回転ユニット１９３０の
直径を増大することなくスクリーン・サイズ（即ち、表
示ボリューム）の増大に適応させる回転型スクリーンの
好適な実施形態を示す。

【００５３】文献：Ｔｓａｏはまた、往復運動型スクリ
ーンに基づく幾つかの体積表示システムを開示してい
る。図２１は、往復運動するスクリーンの動きを生じる
ため滑らかな回転機構を用いる改良された往復運動型ス
クリーン・システムを図示する。核心となる機構は、一
致して回転する２対の回転アーム２０３５Ａ−２０３５
Ｄを有する。回転アームは、統合化されたマシン基台
（図示せず）に取り付けられ、タイミング・ベルト装置
を有するモータ（図示せず）作動されることができる。
半透明スクリーン２０３１はその両端部で２つのロッド
２０３６に装着され、それら２つロッド２０３６は回転
ベアリングを有する２対の回転アームに取り付けられて
いる。アームが回転するにつれ、スクリーンはそれに従
って移動し、表示ボリュームはスクリーンをスイープす
ることにより生成されることができる。４つの回転アー
ムが一致して回転するので、基本的に回転中にスクリー
ン及びロッド組立体にストレスが課されない。従って、
スクリーン及びロッドは、重さの軽い材料で作ることが
できる。各回転アームは、適正な重量分布により均衡を
とることができる。その結果、回転は、滑らかになり、
かつ十分に均衡するようにすることができる。イメージ
投影システム２０１０は、イメージ・フレームを光学的
インタフェース機構２０２０を介してスクリーン上に投
影する。光学的インタフェース機構は、文献：Ｔｓａｏ
に開示されている機構の１つであり、それはアクチュエ
ータ−センサ・システムを介してスクリーンの動きと同
期化されることができる。

【００５４】ボリューム表示システムの更に別の好適な
実施形態は、２段励起アプローチを光学的インタフェー
ス機構と組み合わせる。基本的概念は、物理的スクリー
ンを、フォトルミネセンス材料の中の平面の光ビームと
置換し（第１段の励起）、そしてイメージの全体フレー
ムを平面の光ビームに投影する（第２段の励起）。図２
２は、回転させる方法を図示する。平面ビーム２１３１
は、第１の周波数のレーザ２１３５及び平面ビーム変換
器２１３６により生成され、その平面ビーム変調器２１
３６は、１組の円筒形レンズか回折光学機器かのいずれ
かである。平面ビーム変換器を回転させることにより、
平面ビームは、ドーム形状の容器２１３８の中に包囲さ
れたフォトルミネセンス材料をスイープする。イメージ
投影システム２１１０は、第２の周波数のイメージ・フ
レームを投影して、平面ビーム、即ち全体フレームを同
時に横切る。平面ビーム変換器及び中央反射器２１３２
は同期して回転し、光学的インタフェース機構２１２０
はそれらの速度の半分の速度で回転する。回転部品の数
を更に低減するため、図１４における回転型側部反射器
は、ドームの内部の周りの反射用コーティングの帯２１
３３により置換されることができる。この反射用帯は球
形であり平坦でないので、補正レンズ又はミラーが投影
光経路に追加されねばならない（図示せず）。図２３
は、往復運動型のアプローチを図示する。平面ビーム２
２３１が再びレーザ及び平面ビーム変換器により生成さ
れる。平行なスキャン平面２２３９をフォトルミネセン
ス材料の容器の中に生成する多くの方法があり得る。１
つの例は、図２３に示されるように、パラボラ型反射器
２２４１及びスキャン用ミラー２２４３をその焦点ライ
ンに用いるものである。イメージ投影システム２２１０
は、第２の周波数の光のイメージ・フレームを投影す
る。光学的インタフェース機構２２２０は文献：Ｔｓａ
ｏに開示されているものであり、それはアクチュエータ
−センサ・システムを介してスキャン用ミラーの動きに
同期化されることができる。

【００５５】体積３Ｄ表示システムは更に、より良いヒ
ューマン・システム・インタフェースを提供するよう修
正されることができる。１つの望ましい特徴は、ユーザ
が所望のデータ取り扱い又は操作を実行するため３Ｄデ
ータ・イメージの「中に手を伸ばす」ことを可能にする
ことである。図２４は、そのような「バリアフリー」表
示システムの１つの好適な実施形態を図示し、それは体
積デスプレイ２３１０を凹型ミラー２３２０と組み合わ
せている。体積表示システムの表示ボリュームは、凹型
反射器の光軸２３２１近くの位置に配置される。光学の
原理により、表示ボリュームに表示された体積イメージ
は、図２４に示されるように、凹型反射器の光軸近くの
中間の空中２３５０に浮かんでいる実イメージとして投
影されることができる。イメージは、３Ｄであり、そし
て反射器の外側に出ているように見える。このシステム
は、この結果「体積イメージ・プロジェクタ」と呼ばれ
る。位置追跡システム、３Ｄ座標測定アーム、又は触覚
型インタフェースのような３Ｄ入力装置２３６０は、シ
ステムと統合化されることができ、ユーザ２３７０が３
Ｄイメージと直接インタラクトすることを可能にする。

【００５６】「バリアフリー」体積表示システムの別の
実施形態は、「仮想マニピュレータ」を用いて、ユーザ
がイメージと直接インタラクトすることを可能にする。
腕又は指を表示空間に直接伸ばす代わりに、ユーザは、
図２５に示されるように、操作装置２４７０を表示ボリ
ューム２４１１の外側で用いる。しかしながら、操作装
置は、イメージ・データの形式のみで、物理的形式では
なく定義される「仮想端部」２４７１を有する。位置追
跡システム２４６０は、操作装置の３Ｄ位置及び向きを
追跡し、従って「仮想端部」の位置及び向きは、システ
ムを制御するコンピュータ２４８０に対して常に知られ
ている。コンピュータが仮想端部のいずれの部分を表示
ボリューム２４１１内で検出するとき、仮想端部のその
部分の体積３Ｄインタラクト４７１Ａは、対応する位置
及び向きで表示ボリュームの中に表示されるであろう。
その結果、ユーザは、あたかもユーザが３Ｄイメージの
中に直接伸ばすことができるツールを有するかのよう
に、操作装置を用いることができる。この「仮想マニピ
ュレータ」の概念は３Ｄマウスのような既存の３Ｄ入力
システムとは異なることに注目すべきである。３Ｄマウ
スの動作は、３Ｄマウスとイメージとの間の位置マッピ
ングが相対的であるので、相対的な手と眼との協調に依
存している。「仮想マニピュレータ」の動作は、位置及
び向きの絶対的マッピングを用い、従って直接の手と眼
との協調を可能にする。力フィードバック・システムの
ような触覚型インタフェースは、「仮想ツール」を作る
ためこのシステムと統合化されることができる。例え
ば、図２５に図示されるように、操作装置は、２つの力
フィードバック作用点２４７２及び２４７３を有する仮
想ピンセットである。ユーザは、２つの指を用いて、２
つの作用点を保持しかつ力を加えることができる。「仮
想端部」２４７１は、ピンセットの２つの先端部として
定義することができ、その２つの先端部は、ユーザが２
つの作用点を操作するにつれ動く。次いで、適切なコン
ピュータ・プログラミング及び制御により、ユーザは、
仮想ピンセットを用いて、表示ボリュームの中の体積３
Ｄイメージの形式のピックアップの先端部と組織により
組織表面２４９０を「持ち上げる」ことができる。「仮
想マニピュレータ」の概念はまた、勿論、「体積イメー
ジ・プロジェクタ」に用いることができる。

【００５７】本発明はまた、フィルム・ベースのディス
プレイを用いて体積・カラー・イメージを生成すること
を含む。イメージ投影システムの多くの好適な実施形態
における表示パネルは、フィルム・プロジェクタにより
置換することができる。「カラー・サブ表面方法」及び
「サブフレーム方法」はまた、フィルム・ベースのイメ
ージ・ソースに拡張することができる。フィルム・ベー
スのシステムは、可視及び非可視双方の光の光パターン
を生成するためのフィルムを含むことになる。

【００５８】前述した好適な実施形態に加えて、発明の
背景の章で説明した体積表示システムのような他の多く
の体積表示システムがまた、本発明と用いることができ
る。また、本発明の多くの方法が投影システムに基づく
体積デスプレイに限定されないことに注目すべきであ
る。例えば、「カラー・サブ表面」の方法及び「サブフ
レーム方法」は双方、回転型ＬＥＤに基づく、又は多層
のＬＣＤに基づく体積デスプレイに適用可能である。

【００５９】更に、本発明において用いられている用語
「カラー」（又は「色」）は一般的にカラー（又は色）
及びグレイ・スケールの双方の表示を含むことに注目す
べきである。また、用語「カラー・トライアッド」は一
般的にカラー・ストライプ又はマトリックス又は他の構
成を含む異なるカラー周波数のピクセルの種々のレイア
ウト構成を含むことに注目すべきである。それらのカラ
ー・トライアッドを生成するため用いられる技術は、カ
ラー・フィルタをトライアッド又はストライプの形式で
又は他の形式で用いる技術、及び回折光学機器又はホロ
グラフィー構成要素を用いた空間的彩色のカラー化され
た照射技術のようなカラー・フィルタのないのを要求す
る技術を含む。更に、用語「表示パネル」は、一般的に
ＳＬＭ（空間的光変調器）、レーザのマトリックス、Ｌ
ＥＤ、ＣＲＴ及び他のものを含む２Ｄ表示を生成するこ
とができる種々のイメージ・ソースを含む。また、「３
原色」及び「３つのパネル」を用いてカラー組合わせの
一般的概念を記載したが、著しく異なる周波数のいずれ
の２つのカラーは、全部のカラー（フルカラー）でない
場合、種々のカラーを生成するためカラー組合わせを実
行するのに十分であることに注目すべきである。参考文
献Ｂａｔｃｈｋｏ，Ｒ．Ｇ．「回転型平坦スクリーンの完
全アドレス可能ボリューム表示システム（Ｒｏｔａｔｉ
ｎｇＦｌａｔＳｃｒｅｅｎＦｕｌｌｙＡｄｄｒｅ
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ＴｈｒｅｅＤｉｍｅｎｓｉｎａｌＤｉｓｐｌａｙ
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ｅｅＤｉｍｅｎｓｉｎａｌＤｉｓｐｌａｙＡｐｐ
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ｅｔｒｉｃＤｉｓｐｌａｙ）」（ＭｉｎｇＨ．Ｗｕ編
者による投影ディスプレイＩＩの中）、Ｐｒｏｃ．ＳＰ
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ａｌＤｉｐｌａｙ）」、ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃ
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スプレイ（Ａ３ＤＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌ
ａｙｕｓｉｎｇＰＤＬＣｓ）」、カリフォルニア州
サンノゼ、１９９６年１月２９日−２月２日における光
学エンジニアリング国際学会のコンファレンス（Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＯｐｔｉｃａｌＥ
ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）で提供、Ｒｏｗｅ，Ｗ．Ｇ．
「三次元表示装置（ＴｈｒｅｅＤｉｍｅｎｓｉｎａｌ
ＤｉｓｐｌａｙＤｅｖｉｃｅ）」、米国特許Ｎｏ．
４，０６３，２３３、１９７７年Ｓａｄｏｖｎｉｋ，Ｌｅｖ．Ｓ．及びＲｉｚｋｉｎ，Ａ
「３Ｄボリューム視覚化ディスプレイ（３−Ｄｖｏｌ
ｕｍｅｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｄｉｓｐｌａ
ｙ）」、米国特許Ｎｏ．５，７６４，３１７Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ｅ，Ｅ及びＤｅＭｏｎｄ，Ｔ．Ｗ．
「イメージ投影用装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ
ａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＩｍａｇｅＰｒｏｊｅ
ｔｉｏｎ）」、米国特許Ｎｏ．５，５０６，５９７Ｔｓａｏ，Ｃ．Ｃ．Ｚｈｏｕ及びＨｕ，Ａ．Ｋ．Ｊ．
「三次元体積イメージを表示するための方法及び装置
（ＭｅｔｈｏｄａｎｄＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒ
ＤｉｓｐｌａｙｉｎｇＴｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉ
ｏｎａｌＶｏｌｕｍｅｔｒｉｃＩｍａｇｅｓ）」、
米国特許Ｎｏ．５，７５４，１４７、１９９８年Ｔｓａｏ，Ｃ．Ｃ．「体積三次元ディスプレイのための
可動スクリーン投影技術（ＭｏｖｉｎｇＳｃｒｅｅｎ
ＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏ
ｒＶｏｌｕｍｅｔｒｉｃＴｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓ
ｉｎａｌＤｉｓｐａｌｙ）」、１９９６年８月２３日
付けで出願された米国特許出願Ｎｏ．０８／７０２，０
４７

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）から（Ｆ）は、本発明に従った可視デー
タ構造の例を図示する。

【図２】固体の対象物の例示的表示可能データを図示す
る。

【図３】本発明に従った正確なカラー組合わせの方法を
図示する。

【図４】本発明に従った時間的カラー組合わせの方法を
図示する。

【図５】本発明に従ったカラー・トライアッドによる空
間的カラー組合わせの方法を図示する。

【図６】本発明に従ったカラー・サブ表面による空間的
カラー組合わせの方法を図示する。

【図７】本発明に従ったカラー・イメージ投影システム
の第１の好適な実施形態を図示する。

【図８】本発明に従ったカラー・イメージ投影システム
の第２の好適な実施形態を図示する。

【図９】（Ａ）は、本発明に従ったカラー・イメージ投
影システムの第３の好適な実施形態を図示し、（Ｂ）
は、（Ａ）に示されるカラー切換え機構の代替である回
転型カラー・ホイール９２０を図示する。

【図１０】本発明に従ったカラー・イメージ投影システ
ムの第４の好適な実施形態を図示する。

【図１１】本発明に従った装置のためのスクリーンの例
示的実施形態を図示する。

【図１２】本発明に従ったカラー・イメージ投影システ
ムの第６の好適な実施形態を図示する。

【図１３】本発明に従った表示パネルを駆動する好適な
方法を図示する。

【図１４】本発明に従った第１の好適な体積表示装置を
図示する。

【図１５】図１４の装置のための光学的インタフェース
機構の第１の例示的実施形態を図示する。

【図１６】図１４の装置のための光学的インタフェース
機構の第２の例示的実施形態を図示する。

【図１７】図１４の装置のための光学的インタフェース
機構の第３の例示的実施形態を図示する。

【図１８】本発明に従った第２の好適な体積表示装置を
図示する。

【図１９】本発明に従った第３の好適な体積表示装置を
図示する。

【図２０】本発明に従った体積表示装置のための回転型
スクリーン・セットアップ部の例示的実施形態を図示す
る。

【図２１】本発明に従った第４の好適な体積表示装置を
図示する。

【図２２】本発明に従った第５の好適な体積表示装置を
図示する。

【図２３】本発明に従った第６の好適な体積表示装置を
図示する。

【図２４】本発明に従った第７の好適な体積表示装置を
図示する。

【図２５】本発明に従った第８の好適な体積表示装置を
図示する。

【符号の説明】

１００頭部１１０頭骨１２０脳１３０有害組織１４０人間の頭部のセクション２０３可視データ２１０境界表面６２０サブ表面７１０カラー−ピクセル・パネル７２０集光レンズ７３０ランプ７４０投影レンズ８１０Ｒ、８１０Ｇ、８１０Ｂモノクローム表示パネ
ル８５０ＴＩＲプリズム８６０Ａ赤の反射器８６０Ｂ青の反射器８６０Ｍミラー９１０切換え可能なカラー・フィルタ９２０回転型カラー・ホイール１０１０表示パネル１０５０投影スクリーン１１１０カラー・ホイール１１２０レンズ１２１０フレーム・バッファ１３１０高フレーム速度イメージ投影システム１３２０光学的インタフェース機構１３３０スクリーン・ユニット１４１０、１４３０反射器１４２０９０°反射器１６１０、１６２０、１６３０、１６４０レンズ１７１０表示パネル１７３０回転ユニット１７３１スクリーン１７３３側部反射器１７５０光源１７６０スリップ・リング装置１８１０Ａ、１８１０Ｂイメージ投影システム１８１１Ａ、１８１１Ｂ光シャッタ１８２０反射器１８３１半透明スクリーン１８３３Ａ、１８３３Ｂ側部反射器１９３０回転ユニット１９３３、１８３４反射器２０１０イメージ投影システム２０２０光学的インタフェース機構２０３５Ａ−２０３５Ｄ回転アーム２０３１半透明スクリーン２１３５レーザ２１３６平面ビーム変調器２１３８容器２１１０イメージ投影システム２１２０光学的イメージ機構２１３３コーティングの帯２２１０イメージ投影システム２２２０光学的インタフェース機構２２４１パラボラ型反射器２２４３スキャン用ミラー２３１０体積デスプレイ２３２０凹型ミラー２３６０３Ｄ入力装置２３７０ユーザ２４６０位置追跡システム２４７０操作装置２４８０コンピュータ２４９０組織表面

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 15/00 Ｇ０６Ｆ 15/72 ４５０Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラー又はグレイ・スケールの体積３Ｄ
イメージを有する３Ｄデータを表示する方法において、（１）前記３Ｄデータを可視データに処理するステップ
であって、前記可視データは、カラー又はグレイ・スケ
ールのデータを有する、分散した点、曲線及び表面の対
応したデータの集合である、前記可視データに処理する
ステップと、（２）前記可視データを表示可能なデータに処理するス
テップであって、前記表示可能なデータはデータ点の多
数のサブセットを有し、各サブセットは異なる所定のカ
ラーである、前記表示可能なデータに処理するステップ
と、（３）１組の別個のイメージ・パターンを前記表示可能
なデータに従って発生し、かつ前記別個のイメージ・パ
ターンをカラー表示システムに表示するステップであっ
て、各前記別個のイメージ・パターンは異なる所定のカ
ラーである、前記表示するステップと、（４）前記１組の別個のイメージ・パターンを体積表示
システムの表示空間に再び組み合わせかつ表示するステ
ップとを備える方法。
【請求項２】前記表面は、３Ｄデータのセクション
と、当該３Ｄデータの中の異なる特性の領域を分離する
境界表面とを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】前記別個のイメージ・パターンは、同じ
位置及び同じ体積掃引の中に現れる各ボクセルに対して
異なる所定のカラーと再び組み合わされる請求項１記載
の方法。
【請求項４】前記別個のイメージ・パターンは、僅か
に異なる位置においてしかし同じ体積掃引の中に現れる
各ボクセルに対して異なる所定のカラーと再び組み合わ
される請求項１記載の方法。
【請求項５】前記別個のイメージ・パターンは、同じ
位置においてしかし異なる体積掃引の中に現れる各ボク
セルに対して異なる所定のカラーと再び組み合わされる
請求項１記載の方法。
【請求項６】前記別個のイメージ・パターンは、僅か
に異なる位置及び異なる体積掃引の中に現れる各ボクセ
ルに対して異なる所定のカラーと再び組み合わされる請
求項１記載の方法。
【請求項７】各前記サブセットのデータ点は更に、多
数のサブ表面を表すデータ点を含み、異なるカラーの当
該サブ表面は、表示空間の中の多数の統合化されたカラ
ー表面の中に再び組み合わされることが可能である請求
項１記載の方法。
【請求項８】前記体積デスプレイに表示される各カラ
ー・イメージ・フレームを多数のサブフレームにカラー
切り換え手段により分離するステップであって、１つの
前記カラー・イメージ・フレームの各サブフレームは異
なる所定のカラーである、前記分離するステップを更に
備える請求項１記載の方法。
【請求項９】前記表示可能なデータの非黒のデータ点
のアドレス及びデータ値を前記ディスプレイのメモリ・
バッファに記憶するステップと、非黒データ点のアドレス及びデータ値をアップロードす
るステップとを更に備える請求項１記載の方法。
【請求項１０】カラー表示システムと、体積表示システムと、を備え、前記カラー表示システムは、少なくとも１つのカラー・
ピクセル表示パネルを備え、前記カラー・ピクセル表示パネルは、多数の異なるカラ
ーをそのピクセルの各々の上に表示することが可能であ
る、カラーの体積３Ｄイメージを表示するシステム。
【請求項１１】前記カラー・ピクセル表示パネルは、
統合化されたマトリックスの切り換え可能なカラー・フ
ィルタである請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】カラー表示システムと、体積表示システムと、を備え、前記カラー表示システムは、少なくとも１つのモノクロ
ーム表示パネルを備え、各前記モノクローム表示パネルは、１つの異なる所定の
カラーである、カラーの体積３Ｄイメージを表示するシ
ステム。
【請求項１３】カラー表示システムと、体積表示システムと、を備え、前記カラー表示システムが、少なくとも１つの複数カラ
ー・トライアッド表示パネルを備える、カラーの３Ｄ体
積イメージを表示するシステム。
【請求項１４】カラー表示システムと、体積表示システムと、を備え、前記カラー表示システムが、少なくとも１つの複数フィ
ルム・ベース型表示パネルを備える、カラーの３Ｄ体積
イメージを表示するシステム。
【請求項１５】カラー表示システムと、体積表示システムと、を備え、前記カラー表示システムが、少なくとも１つのモノクロ
ーム表示パネルを備え、前記体積表示システムが、その表面に複数のカラー・ト
ライアッドを有する表示スクリーンを有する、カラーの
体積３Ｄイメージを表示するシステム。
【請求項１６】前記表示スクリーンが回転型スクリー
ンであり、前記体積表示システムは更に、前記スクリーンと回転す
る２以上の側部反射器と、多重投影ビーム経路とを備え
る請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】前記表示スクリーンは、一致して回転
する多数の回転アームに取り付けられている請求項１５
記載のシステム。
【請求項１８】前記表示スクリーンが回転型スクリー
ンであり、前記カラー表示システムは更に静止投影ランプを備え、前記静止投影ランプは、前記表示パネルを照射し、前記表示パネルは前記回転型スクリーンと一致して回転
し、前記体積表示システムは更に、前記カラー表示システム
を制御するための複数スリップリング装置を備える請求
項１５記載のシステム。
【請求項１９】各前記表示パネルのカラーを変える又
はフィルタリングするカラー切り換え手段を更に備える
請求項１０、１２、１３、１４及び１５のうちのいずれ
か一項に記載のシステム。
【請求項２０】前記カラー切り換え手段は、切り換え
可能なカラー・フィルタ装置又はカラー・ホイールを備
える請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】前記体積表示システムは、回転型光学
インタフェース機構を備える請求項１０、１２、１３、
１４及び１５のうちのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】前記回転型光学インタフェース機構が
ピーチャン・プリズムを備える請求項２１記載のシステ
ム。
【請求項２３】前記回転型光学インタフェース機構
は、少なくとも１つの９０度反射器を含む反射器組立体
を備える請求項２１記載のシステム。
【請求項２４】前記反射器組立体は、少なくとも１つ
の４反射器セットアップ部を備え、前記４反射器セットアップ部は、入力光ビームを受け取
りかつ当該ビームを前記９０度反射器へ反射させる第１
の反射器、及び前記９０度反射器からのビームを元の方
向に戻すよう共働して案内する第２及び第３の反射器を
備える請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】前記回転型光学インタフェース機構が
少なくとも１つの５ミラー・セットアップ部を備える請
求項２１記載のシステム。
【請求項２６】前記回転型光学インタフェース機構が
１組の円筒形レンズを備える請求項２１記載のシステ
ム。
【請求項２７】前記回転型インタフェース機構が１対
の直交反射器を備える請求項２１記載のシステム。
【請求項２８】前記体積表示システムが回転型表示ス
クリーンを備える請求項１０、１２、１３及び１４のう
ちのいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】前記スクリーンと共に回転する２以上
の側部反射器及び多重投影ビーム経路を更に備える請求
項２８記載のシステム。
【請求項３０】静止投影ランプを更に備え、前記投影ランプは、前記表示パネルを照射し、前記表示パネルは、前記回転型スクリーンと一致して回
転し、前記体積表示システムは更に、前記カラー表示システム
を制御するための複数スリップリング装置を備える請求
項２８記載のシステム。
【請求項３１】前記体積表示システムは、回転する平
面光ビーム及びフォトルミネセンス媒体を備え、前記平面光ビームは、前記フォトルミネセンス媒体を遮
る請求項１０、１２、１３及び１４のいずれか一項に記
載のシステム。
【請求項３２】前記体積表示システムが往復型スクリ
ーンを備え、前記スクリーンが多数の回転型アームに取り付けられ、前記多数の回転型アームが一致して回転する請求項１
０、１２、１３及び１４のいずれか一項に記載のシステ
ム。
【請求項３３】前記体積表示システムが、往復運動す
る平面光ビーム及びフォトルミネセンス媒体を備え、前
記平面光ビームが前記フォトルミネセンス媒体を遮る請
求項１０、１２、１３及び１４のいずれか一項に記載の
システム。
【請求項３４】（１）複数体積表示システムと、（２）凹型ミラーと、（３）ユーザ位置を追跡するための複数位置追跡装置と
を備える、３Ｄイメージ・データを表示しかつインタラ
クトするシステム。
【請求項３５】（１）３Ｄイメージを複数体積表示シ
ステムに表示するステップと、（２）操作装置を設けるステップと、（３）前記操作装置の仮想端部を表す１組のデータを定
義するステップと、（４）前記操作装置の位置及び向きを追跡する複数位置
追跡装置を設けるステップと、（５）前記操作装置の仮想端部の位置及び向きを計算す
るステップと、（６）仮想端部のイメージを前記体積表示システムに表
示するステップと、（７）仮想端部イメージと３Ｄイメージとの間のインタ
ラクションのためのプログラムを設けるステップとを備
える、３Ｄイメージ・データとインタラクトする方法。