JP2001514767A - 可動３次元ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 変更自在に形成して、ユーザが観て触れることができるビデオ・イメージのレリーフへ表示する電気機械的な能力を有する３次元表示装置（１０）。これは、光イメージを含むイメージ・プロジェクタから外へ放射する遠端部（２１ａ）を持つ複数の光ファイバ束（２０ａ）と、光ファイバの遠端部をイメージ・プロジェクタ（２４）に関して接近離反するように光ファイバの遠端部を制御自在に動かす光ファイバ調整組立体（１９）とによって達成される。センサが、光ファイバの各遠端部の位置を決定し、該位置の情報をコンピュータへ送出する。プロジェクタにより示されるイメージが変化すると、索引テーブルが光ファイバに信号してこれを新たな投射イメージと同期して動かすようにコンピュータに通知する。光ファイバ束（２０ａ）の位置を監視するセンサを介してユーザの接触を検出してこれに応答するように、光ファイバを伸縮させるコンピュータ制御組立体を用いることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 可動３次元ディスプレイ 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、３次元表示装置に関し、特に可動電子機械的３次元表示およびその 使用方法に関する。 ２．従来技術 ３次元レリーフ・イメージのモデリング表示の提供が長い間要望されてきた。 高品位３次元表示システムは、例えば、新製品のモデリング、エンターテイメン ト、教育、科学的研究および軍事企画に顕著なインパクトを及ぼす。 過去においては、３次元（３Ｄ）表示を生成するシステムは、陰極線管（ＣＲ Ｔ）イメージを反射するため平坦なプレートミラーを移動させるかあるいはプラ スチック・ミラーを撓めることを含んでいた。他の手法は、ミラー面の運動と同 期してＣＲＴに表示された情報を振動しながら反射するミラーを生成するため、 金属リング上に張り渡された銀張りマイラー・フィルムを用いていた。ＣＲＴイ メージを変換するこれら手法および他の手法は、Ｈ．Ｓｔｏｖｅｒの論文「３次 元グラフィックスを固体グラウンド上に表示する端末（Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｐｕ ｔｓ ３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｇ ｒｏｕｎｄ）」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１９８１年７月２８日）。３次元表 示を行う他の方法は、Ｈｅｌｌｉｗｅｌｌの「真３Ｄイメージを生成するフィッ シュ・タンク（商標）表示（Ｆｉｓｈ Ｔａｎｋ^T Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｒｅａ ｔｅｓ Ｔｒｕｅ ３−Ｄ Ｉｍａｇｅｓ）」（ＰＣＷｅｅｋ、第６巻、１９８ ９年９月２５日、１９ページ）において論述される。 しかし、これらの３次元ボリューム表示手法は、ＣＲＴスクリーンにおける使 用のゆえに制限されていた。更に、このような手法は、一般に、リアルタイム・ イメージを生じることができず、ＣＲＴスクリーンにおいて利用し得る可能な振 動周波数により制限されてきた。更に、比較的大きな質量を持つ振動ミラーの使 用が実質的な偏向を阻害し、これにより生成されたイメージをあらゆる角度から 見ることができなかった。 ディスプレイを回転させることにより生じる３次元ボリューム・イメージは、 同様な問題を有する。１つの問題は、これらイメージが回転スクリーンにより掃 引されるスペースのボリュームのみを占めるように制限されることである。この ようなシステムは、米国特許第４，８７１，２３１号および同第５，１７２，２ ６６号においてＦ．Ｇａｒｃｉａにより開示されている。例えば、米国特許第５ ，１７２，２６６号は、３次元イメージを投射するため回転する付角光ファイバ 束を開示している。しかし、かかる回転光ファイバ束は、個々の光ファイバを観 察者に向けて外方に動かすことができるように調整することができない。更に、 大半のボリューム・ディスプレイのように、米国特許第４，８７１，２３１号お よび同第５，１７２，２６６号に開示されたＧａｒｃｉａのボリューム・ディス プレイは、間違いなく不完全な空間的ボリュームあるいは円筒状ボリュームに限 定される。このことは、回転軸がスクリーン面を斜めに通過するに違いないため である。 回転スクリーンにおける別の問題は、種々の視点におけるイメージ輝度の不均 一性である。イメージ輝度の問題は、スクリーンからスクリーン面に対して略々 ゼロ度の角度で散乱される最小光量のゆえに生じる。このため、前記角度ではイ メージは実質的にほとんど目に達しないので、非常に不鮮明なあるいは完全に空 白の領域が生じる。 全ての３次元ボリューム・ディスプレイにおける別の固有の問題は、オブジェ クト表面からの光の反射、不透明な固体オブジェクトの背面を見れないこと、お よびレンズを通る光の屈折のような表示におけるイメージが 物理的なオブジェクトの一般的な光学的特性を呈することができないことである 。一般に、このように、全てのボリューム・ディスプレイは、これらのディスプ レイが光学的な幻像に過ぎないという事実から結果として生じるゴースト状の透 明な品質を有する。これらの３次元の幻像は見ることはできるが、触れたり感じ たりすることができない。 他の者は、移動可能な垂れ幕に対して２次元のイメージを投射することにより 、３次元のイメージ形成およびモデリングにおける問題を解明しようと試みた。 参考のため本文に援用されるＧａｔｅｓの米国特許第４，１４８，６４５号およ び同第４，４１２，７９９号は、典型的な関連技術のこの種のディスプレイにつ いて記載する。Ｇａｔｅｓにより開示された写真測量的な（ｐｈｏｔｏｇｒａｍ ｍｅｔｒｉｃ）３次元表示システムは、一般に、支持部材およびクロス部材スト リップからなる水平グリッドへ取付けられた可動ロッドにより調整可能である可 撓性プラテン・スクリーンが設けられる。 Ｇａｔｅｓのプラテン・スクリーンは不透明であり、その上に高位置のプロジ ェクタにより着色イメージが示される。ロッドは、装置の特定の実施形態に従っ て、手動あるいは自動的に調整することができる。自動的に調整する実施の形態 は、フォトセルに接続される光ファイバ・チューブを含む。フォトセルは、接続 端子における電圧を受取った着色光量に比例して生じる。青みを含む赤の条件が 満たされるまで、モータ駆動チューブが光ファイバ・チューブを調整する。青み を含む赤の条件がいったん満たされると、モータ駆動チューブが停止する。この ように、可撓性のあるプラテン面全体が、投射イメージの実領域を表わす立体モ デルを生じるのに適切な高さになる。 かかるシステムは、写真測量的および立体のレリーフ・モデリングに用いられ ると良好に働くが、その用途においてやや制限される。特に、可撓性ラテックス の水平プラテン・スクリーン上にイメージを投射するゆえに、当該システムは制 約される。例えば、ラテックス・プラテン・スクリーン は、それ自体の柔軟性により制限されるため、ロッドの運動を制約する。更に、 光がスクリーン上へ投射されるので、空気中を通過するとき投射光イメージの減 衰を最小限にするために、プロジェクタは可撓性プラテン・スクリーンに対して 比較的接近しなければならない。更にまた、プロジェクタとスクリーン間にある ユーザの手のようなオブジェクトが影を生じ、これにより可撓性プラテン・スタ リーンへ投射されるイメージを歪曲する。最後に、プロジェクタが不透明プラテ ン・スクリーンにやや近くなければならないという事実が、３次元で表示を欲す るオブジェクトの寸法をも制限する。 Ｇａｔｅｓはまた、ユーザがプラテン・スクリーンを介して接続されたコンピ ュータに直接インターフェースすることを可能にする自動化された電気機械的シ ステムの提供に失敗している。Ｇａｔｅｓのシステムにおけるプラテン・スタリ ーンは、マウスあるいはキーボードのような周知のインターフェース・システム を備えたコンピュータに接続されるフォトセルにより手動かあるいは自動的に調 整される。 必要とされるのは、ユーザに対して真に等身大のイメージを更に写実的に表示 できる更に有効な３次元表示システムである。更に必要とされるものは、ユーザ が表示されたオブジェクトに触れて感じることができるように、これにより表示 装置と更に充分かつ完全にインターフェースできるように、ユーザと更に対話的 なシステムである。 発明の概要 何であれその時３次元空間の２次元の幻像であるものの更に真の表示および更 なる写実を提示する実物のような移動可能な３次元ディスプレイを提供すること が本発明の目的である。 種々の形態の感触あるいは任意の形態の観察者／オブジェクトの表示接触を認 める能力を表示に与えることにより、スクリーンが対話的となり、キーボード、 マウスを統合化して１つのユニットに表示することを可能にすることが本発明の 別の目的である。このような装置は、完全に機能的な 個有化された３次元のキーボードをディスプレイ上に生成し、マウスをユーザの 指と置換する。 ユーザを取り囲み、完全に対話的な体験を生じるように光景、音響および触覚 をユーザに提供するシステムを容易に組込む小型の電気機械的な多目的シアター ・システムを提供することが本発明の更に別の目的である。 図面の簡単な説明 本発明を例示する目的のため、その時選好される形態が図面に示されるが、本 発明は図示される正確な構成および計装に限定されるものでないものとする。図 面は基本的な例示のためであり、ある場合には同じ構成要素が幾何学的形状とし て示されるに過ぎない。 図面において、 図１は、本発明の３次元表示装置を図示する側面図、 図２は、本発明の３次元表示装置の回転破断斜視図、 図３は、鑑賞中ユーザにに見える状態の図１の装置の外観の縮小正面図、 図４は、基本的形態における図１の装置の縮小破断側面図、 図５は、ピストンと複数の光ファイバを示す図１の本発明の拡大斜視図、 図５ａは、光ファイバの遠端部を更に示す図５の光ファイバの斜視図、 図６は、図５のピストンおよび弁組立体の拡大詳細破断図、 図７は、図６の線７−７に関する弁の平面破断図、 図８は、ねじを設けた弁ハウジング内部の弁コックを示すため取出された図７ の弁の図、 図８ａは、図８の弁コックの平面図、 図８ｂは、図８の弁コックの底面図、 図９は、１つのパネルの代替的な実施形態を示し、 図１０は、略々曲面の視覚面を持つ１つの大型ディスプレイとして機能するよ う分けられた図９に示されたパネルと類似する１組のパネルを備える別の実施の 形態を示し、 図１１は、１つの表示として機能する図９のパネルと類似する多数の単 一表示パネルからなる略々球面状の視覚シアターである別の実施の形態を示し、 図１２は、パネルの床面上のトラック上の図１１におけるパネルと類似する吊 り下げられた略々球面状の視覚シアターを示し、 図１３は、装置のブロック図である。 詳細な説明 本発明の装置１０は、図１に示されるような投射されたビデオ・イメージの３ 次元レリーフ・イメージを生じる。当該装置１０は、この装置などを冷却するた めの充分な空気を提供するため冷却通気口１６と空気取入れ部１７とを備える。 装置１０はまた、音響が投射されたイメージを伴うように音響スピーカ１８が設 けられている。 当該装置１０は、図２において破断状態で最もよく示される光ファイバ調整組 立体１９をも備える。この光ファイバ調整組立体１９は、複数のマイクロピスト ン２０と複数の光ファイバ束２１とを含む。図５および図６に示されるように、 各マイクロピストン２０は、頂部と底部とピストン・ロッド２０ａとを含む。マ イクロピストン２０の頂部には、位置センサ２０ｂがある。ピストン２０の底部 には、前記ピストンが弁体２０ｄの弁制御ハウジング２０ｃにより接続されてい る。その底部においては、弁２０がねじを設けた弁ステム２０ｅを有する。 図５ａに示されるように、各光ファイバ束２１は、遠端部２１ａを持つ複数の 個々のファイバ２１ｂを有する。光ファイバ束２１は、やや柔軟であるが、折れ たりバラバラになるのを防止するため、特に光ファイバ２１ｂの遠端部２１ａ付 近では堅固でもある。更に、各光ファイバ束２１は、図２に示されるように、こ れも組立体１９の一部である結合器２９によりピストン２０のピストン・ロッド ２０ａに接続されている。このため、各ピストン・ロッド２０ａが伸縮するとき 、個々の光ファイバ２１ａの接続されたファイバ束２１もまた伸縮する。 ピストン・ロッド２０ａおよび関連する光ファイバ束２１の運動は、組 立体１９の別の部分である、図６に最もよく示される電気的および空圧作動の集 積回路制御システム即ちコントローラ２３により駆動される。このコントローラ ２３は、空圧供給源組立体２３ｃと電気回路組立体２３ｄとを含む。組立体２３ ｃおよび２３ｄは、当技術において公知のマイクロ電気回路が印刷回路板に形成 されるとちょうど同様に、コントローラ２３に埋設される。この場合における相 違は、マイクロピストン２０を運動させるのに必要な他の金属部もまたコントロ ーラ２３に集積されることである。 次に図４ないし図６を参照すると、望ましい実施の形態において、空圧供給源 組立体２３ｃは真空管路２３ａと圧力管路２３ｂとを含んでいる。圧力管路２３ ｂは、真空管路２３ａと並行である。ポンプ２８が真空管路２３ａと圧力管路２ ３ｂとに連通して、これら管路に各空気流を供給する。例えば、空気は、真空管 路２３ａから抜出されるか、あるいは圧力管路２３ｂへ補給される。ポンプ２８ に対する空気は、保護用外部シェルまたは外部ハウジング２５における空気取入 れ部１７により装置１０から外部へ循環される。 半球状の後部照明型イメージ・プロジェクタ２４が、コントローラ２３に隣接 している。光ファイバ束２１の近端部２４ｂが、コントローラ２３を経てイメー ジ・プロジェクタ２４へ達する。プロジェクタ２４は、その投射面が物理的にあ るいはコンピュータ・プログラムによって小さな投射部分２４ａに分割され、ピ ストン２０および光ファイバ束２１の太すぎる光ファイバに対する空間を供する 。このため、ビデオ・イメージは、プロジェクタ２４から投射され、従来の２次 元表示のピクセルとちょうど同じように表示レリーフ・イメージ１５を生じるた め光ファイバ束２１の遠端部２１ａで再現される。新たなレリーフ・イメージ１ ５の特徴は、これがイメージと一緒にプロジェクタ２４に関して接近離反させら れる遠端部２１ａにより形成され、単に２次元のピクセルによらないことである 。 図２は、通気口１６、１７、スピーカ１８、光ファイバ調整組立体１９、コン トローラ23およびプロジェクタ24を含む装置10の全部分を完全 に包囲する外部ハウジング２５を示している。図２はまた、ａ、ｂ、ｃ、ｄで示 される如き外部ハウジング２５内の６個の単体ピストン２０および光ファイバ束 ２１の組の種々の配置を示している。文字ａ、ｂ、ｃはそれぞれ、１組が弛緩し た状態および１組が完全に緊張した状態の２つのピストンと光ファイバの組を示 している。文字ｄは、ディスプレイ２５ａを包囲即ち取囲む表示フレーム２６上 に延長した光ファイバ束２１を示している。ディスプレイ２５ａは、光ファイバ 束２１の全ての遠端部２１ａからなっている。 図２に示されるように、ピストン・ロッド２０ａは、ピストン２０と光ファイ バ束２１とがプロジェクタ２４から完全に引張されたとき光ファイバ・ガイド２ ７の真下の地点において結合器２９により光ファイバ束２１に接続される。組立 体１９の一部である光ファイバ・ガイド２７は、摩擦の小さなメッシュとして説 明することができる。このガイド２７は、光ファイバ束２１の横方向運動を制御 し、これにより伸縮ごとに光ファイバ束２１の適切な状態を維持することを助け る。 望ましい実施の形態においては、光ファイバ調整組立体１９はマイクロピスト ン２０、光ファイバ束２１、コントローラ２３、結合器２９および光ファイバ・ ガイド２７を含むが、当業者は、調整組立体１９がかかる構造に限定される必要 がないことを理解されよう。例えば、代替的な実施の形態においては、光ファイ バ調整組立体１９は、参考のため先に本文に援用されたＧａｔｅｓの米国特許第 ４，４１２，７９９号に記載の如き調整レバーおよびカム作用面からなるもので もよい。更に、このレバーおよびカム作用面の代わりに、歯車列、ウォーム歯車 、または他の回転動作する機械的システムの如き多くの機械的システムまたは電 気機械的システムも光ファイバを運動させるのに適し得る。ソレノイドもまた考 えられる。 可撓性に富む単体光ファイバ２１ｂを剛直な光ファイバ束２１中に一緒に保持 するためには、光ファイバ束の遠端部２１ａは、図２に示されるように、遠端部 ２１ａからこれらが結合器２９に取付けられる地点まで一体 に融解あるいは接着される。残りの長さの単体光ファイバ束２１ｂは自由状態の ままで、結合器２９からイメージ・プロジェクタ２４に置かれた光ファイバ・ポ ート２４ａに相互に取付けられない状態に残される。この地点において、光ファ イバの近端部２４ｂはその光ファイバ束の遠端部２１ａに一致した状態に形成さ れる。光ファイバ束２１のこのような全体的形態は、最下地点まで引張られたと きに単体光ファイバ２１ｂが光ファイバ・ガイド２７とコントローラ２３との間 の収容域へ折曲がり得るように必要である光ファイバの可撓性を保持する。更に 、光ファイバの遠端部２１ａに接する光ファイバ束２１およびフレーム２６の剪 断質量が、光ファイバ束の遠端部２１ａが引張られたときこれら遠端部を適正な 状態にほぼ保持するように更に作用する。 図４に示されるように、外部ハウジング２５の内部あるいは外部に配置される コンピュータのインターフェース３０およびコンピュータ３１は、コントローラ ２３に接続されている。電源３２が、電力を装置１０、コンピュータ・インター フェース３０、およびコンピュータ３１へ供給する。コンピュータ・インターフ ェース３０およびコンピュータ３１は、ディスプレイ２５ａを形成するため必要 な光ファイバ束２１の全ての運動を監視するため装置１０の各部と共働する。例 えば、位置センサ２０ｂが遠端部２１ａの位置を判定すると、この位置はコンピ ュータ・インターフェース３０を介してコンピュータ３１の索引テーブルに記憶 される。この情報は、次に、光ファイバの遠端部２１ａの運動が要求されるとき 、コンピュータ３１からコンピュータ・インターフェース３０を介してアクセス される。ディスプレイ２５ａの物理的形態は、投射されたビデオ・イメージと同 期してリアルタイム運動を生じるように１秒の約１／２４ごとに更新する。 図６において、ピストン２０は、円筒状壁面３４と、この円筒状壁面３４内部 のピストン・チャンバ４４とを含む。ピストン２０のピストン・ロッド２０ａは 、ピストン・チャンバ４４内で摺動自在に収受される。ピストン・ロッド２０ａ は、管路２３ａ、２３ｂによりピストン・チャンバ ４４へ供給される空気圧あるいは真空によってプロジェクタ２４に関して伸長あ るいは収縮される。 ピストン・ロッド２０ａは、遠端部２１ａの位置の決定を助けるＵＰＣバーコ ードとやや似た読取り可能なスケール４０が記される。検知装置４１は、センサ ２０ｂの一部である。この検知装置４１は、ＵＰＣバーコード・スキャナがバー コードを読取るように読取り可能なスケール４０上のマータを読取り、遠端部２ １ａの正確な位置を決定する。当業者は、遠端部の位置を決定する他の方法が利 用可能なことを理解されよう。例えば、直角位相検出器をこのような方法におい て用いることができる。 弁体２０ｄにおける圧力は、弁制御組立体３３により制御される。この弁制御 組立体は、弁コック５０の運動を制御する。弁コック５０は、略々管状を呈し、 頂部５０ｃの２個、側面５０ａに１個、底縁部５０ｂに１個の４個の開口を持つ 内孔４９を有する。弁コックの内孔４９は、上部開口５０ｃ、圧力入口４７、お よびねじステム２０ｅにある真空出口４８と連通している。弁コック５０は、上 部の枢着点５０ｄと下部の枢着点５０ｅの２個の枢着点を有する。これら弁コッ クの枢着点５０ｄおよび５０ｅは、弁コック５０がねじを設けた弁体２０ｄの入 口４７ａ内部で最小摩擦量で回転することを許容する。スプライン５２が、ピス トン・チャンバ４４からの空気の流出および真空管路２３ａから弁体２０ｄを介 するピストン・チャンバ４４内への空気の流入を許容する。スプライン５２はま た、弁コック５０がピストン・チャンバ４４内へ引込まれることを阻止する。 図７は、弁制御ハウジング２０ｃの頂部断面および電磁石４５の３つの配置を 示している。この３個の電磁石４５は、弁制御ハウジング２０ｃの内部に配置さ れる。一方、永久磁石５１は、円筒状弁コック５０の弁コック内孔４９に埋設さ れる。電磁石４５の１つが付勢されると、永久磁石５１がこの電磁石に引付けら れる。また、上部弁コック枢着点５０ｄが挿入されるスプライン５２の平面図も 示される。 図８は、弁コック５０の取出された側面図を示している。平面図８ａお よび底面図８ｂは、開口５０ｃおよび５０ｂを更に詳細に示している。枢着点５ ０ｅ、５０ｄおよびねじを設けた弁体２０ｄおよび上部スプライン５２とのそれ らの接触状態も示されている。 図４ないし図８ｂを参照して、電気回路組立体２３ｄは、電源３２、電源３２ と接続するコントローラ２３に埋設された印刷回路２２、印刷回路２２に接続さ れた電磁石リード線４６、電磁石リード線４６に接続された電磁石４５、および これも印刷回路２２に接続されたセンサ・リード線４２を含んでいる。センサ・ リード線４２は更に、位置センサ２０ｂに接続されている。先に述べたように、 位置センサ２０ｂはピストン・ロッド２０ａの位置を決定して、光ファイバ束２ １の位置の決定を助ける。 次に図９および図１０を参照して、別の望ましい実施の形態において、３次元 レリーフ・イメージ１１５を表示する装置１１０は、先に述べた表示装置１０と 同様に、複数のパネル５５からなる。これらのパネル５５は、曲面の鑑賞表面６ ０を形成するように構成され配置される。パネル５５の各々は、表示装置１０と 共通した多くの構成要素を有する。例えば、各パネル５５は、イメージ・プロジ ェクタ１２４、遠端部１２１ａおよび近端部１２４ｂ（図示せず）を持つ複数の 光ファイバ１２１を備え、遠端部１２１ａがイメージ・プロジェクタ１２４から 外方を照射し、光ファイバ１２１の遠端部１２１ａにより形成されるディスプレ イ１２５ａ、および光ファイバの遠端部１２１をイメージ・プロジェクタ１２４ に関して接近離反させる光ファイバ調整組立体１１９を備えている。 特に図９を参照して、パネル５５は、単一の表示装置１０と構造において類似 する。しかし、パネル５５は、更に大きな基部対ディスプレイ比を有する形状を 呈する。パネル５５の凹状形態は、２つ以上のパネル５５を一体に接合すること を容易にする。図１０に示されるように、パネル５５は、１つの大きなディスプ レイ即ち曲面の鑑賞面６０に分類される。図１１において、曲面の鑑賞面６０が ユーザ１６５を略々包囲して略々球面状の個人用鑑賞シアター７４を形成する代 替的な望ましい実施の形態が示さ れる。 図１２において、別の望ましい実施の形態は、複数のパネル１５５からなる床 ６４を更に含んでいる。このパネル１５５は、構造において装置１０と同じであ り、同様な方法で領域をシミュレートするように運動することが可能である。支 持構造７６は、床６４の下方の地面に支持される。トラック７８が、支持構造７ ６により支持される。トラック７８は、種々の方法で支持構造７６により支持さ れ、例えば、所定位置に運動可能に取付けられあるいは溶接することができる。 当該実施の形態において、動力付き頭上装置８１が、略々球面状の鑑賞シアタ ーを任意の方向に動かす全ての機構を含む。例えば、垂直枢着軸７９が、略々球 状の個人用鑑賞シアター１７４を水平面内に回転させ、垂直面内で上下に動かす ことを可能にする。車輪８２が装置をトラック７８に沿って動かしながら、動力 付き頭上装置８１はまた軸／レールの組合わせ８０に沿って前後に動く。このよ うに、略々球状の個人用鑑賞シアター１７４の任意の位置あるいは運動方向が、 電動機を軸駆動装置に組合わせることにより達成される。曲面の鑑賞面２６０と 関連してユーザ２６５の運動を検出するため、運動センサの如き検知装置７０を 略々球状の個人用鑑賞シアター１７４内部のパネル１５５における装置３１０に 付加することができる。 使用および操作において 図１ないし図４に示された実施の形態において、ＣＤ ＲＯＭあるいは他の媒 体における第１の索引テーブルに記憶されたムービー・プログラムがコンピュー タ３１へロードされる。このプログラムは、従来の映画ビデオ・テープまたはレ ーザ・ディスクにおけるようなイメージおよび音響ばかりでなく、各光ファイバ 束２１の相対位置に関する情報をも含む．先に述べたように、個々の光ファイバ ２１ｂは、遠端部２１ａおよび近端部２１ｂを有する。遠端部２１ａは、イメー ジ・プロジェクタ２４に配置されたポート２４ａに取付けられ、イメージ・プロ ジェクタから外方に照射す る。光ファイバ束２１は、イメージ・プロジェクタ２４からの光波を遠端部２１ ａの先端部へ運ぶように設計される。このため、ムービーが装置１０によりＣＤ ＲＯＭから上演されると、図３に示されるようにディスプレイ２５ａの前方か らユーザが鑑賞するとき、レリーフ・イメージ１５はイメージ・プロジェクタ２ ４により投射される色彩で見える。 ＣＤ ＲＯＭを読出し中、装置１０のコンピュータ３１は、イメージおよび音 響を投射するためイメージ・プロジェクタ２４を駆動するのみならず、光ファイ バ束２１を動かすためコンピュータ・インターフェース３０を介して信号を光フ ァイバ調整組立体１９へ送出する。図１３に最もよく示されるように、コンピュ ータ３１がＣＤ ＲＯＭ（ｆ．）に記憶された第１の索引テーブルから位置をい ったん読出すと、コンピュータは第２の索引テーブルに記憶された遠端部２１ａ のその時の位置をＣＤ ＲＯＭに記憶された第１の索引テーブルから読出した前 記遠端部の位置に比較する。この第２の索引テーブルは、コンピュータ３１のメ モリあるいはディスク記憶装置に記憶されている。例えば、前記索引テーブルは 、コンピュータのランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）または読出し専用メモ リ（ＲＯＭ）に記憶することができる。ｇ．から受取ったその時の位置をｆ．か ら受取った基準位置に比較した後、コンピュータ３１は、信号（ｂ．）をコンピ ュータ・インターフェース３０を介して装置１０へ送信する。 図５および図６に示された検出装置２０ｂは、光ファイバ束２１の遠端部２１ ａのその時の位置を連続的に決定する。先に述べたように、望ましい１つの実施 形態では、入力（ａ．）はユーザ６５から入来する。図１３に示されるように、 ａ．における入力は、遠端部２１ａの位置を変化させる。光ファイバの遠端部２ １ａの運動がいったん判ると、電子信号が生成される。この生成された信号は、 ちょうどコンピュータのキーボードのキーを押すかあるいはコンピュータのマウ スをクリックすることがコンピュータのコマンドに対応するように、コンピュー タのコマンドに対応する。例えば、ユーザの接触から生じたコンピュータ・コマ ンドは、ムービー・ プログラムを開始するコマンドである。 次に図２および図１３を参照すると、遠端部２１ａを動かす信号（ｂ．）をコ ンピュータ３１から受信した後、組立体１９は、次にピストン・ロッド２０ａを 伸長あるいは収縮するように駆動する。ピストン・ロッド２０ａが伸縮するとき 、個々の光ファイバ２１ａの接続されたファイバ束２１もまた伸縮する。再びこ れらの伸長および収縮の間、光ファイバ遠端部２１ａの位置はセンサ２０ｂによ り常に監視され、コンピュータ３１により第２の索引テーブルにおいて更新され る。 図５ないし図８ｂにおいて、コンピュータ３１は、コンピュータ・インターフ ェース３０を介して信号（ｂ．）を組立体１９における印刷回路２２へ送出する ことにより、ピストン・ロッド２０ａの運動を制御する。印刷回路２２は、この 信号を弁制御組立体３３へ送る。これらの電気信号は、弁制御組立体３３の電磁 石４５の１つを付勢することによりねじを設けた弁体２０ｄに対する空気の流れ を制御する。電磁石４５により生じた電磁界が、弁コック５０の永久磁石５１を 引付ける。 電磁石４５の１つに対する永久磁石５１の吸引は、弁コック５０の回転運動を 生じる。回転運動の間、円筒状弁コック５０は３つの位置、即ち、（１）弁の圧 力入口４７に弁コックの入口５０ａを整合してピストン・チャンバ４４を加圧状 態にさせ更にピストン・ロッド２０ａおよび光ファイバ束２１をプロジェクタ２ ４から伸長させる位置、（２）弁コックの真空出口５０ｂを弁の真空出口４８に 整合することによりピストン・チャンバ４４内に真空を生成し、更にピストン・ ロッド２０ａおよび光ファイバ２１をプロジェクタ２４に向けて収縮させる位置 、あるいは（３）圧力口または真空口のいずれも整合されず、これにより弁体２ ０ｄに対する空気流を閉鎖する第３の位置、の１つに停止する。 第３の、即ち閉鎖位置において、ピストン・ロッド２０ａは、その所望の位置 に達したのでかかる位置を保持する。いったん所望の位置にあると、ピストン・ チャンバ４４内の圧力の如何に拘わらず、位置が維持され続け る。ピストン・チャンバ４４内の圧力は変化しないので、ピストン・ロッド２０ ａは移動しない。 当業者には、光ファイバおよびピストンを動かす圧力を供給する他のシステム が利用可能であり、本発明は本文に特に述べた如きシステムに限定されると解釈 されるべきでないことを理解されよう。例えば、光ファイバを動かす流体圧作動 システムも等しく働く。 図１２における実施の形態において、装置３１０のパネル１５５は、イグルー （エスキモーの氷の家）壁面のブロックのように分類され、従って、略々球状の 鑑賞シアター１７４を生成する。図１１は、動かない球状の鑑賞シアター７４を 備える代替的な実施の形態を示している。 当該実施の形態において、ヘッドセット７２がユーザ２６５により着用される 。このヘッドセット７２は、ヘッドセット７２の運動と関連して曲面の鑑賞面６ ０を動かすようにセンサ７０とインターフェースする。例えば、ヘッドセットは 、ヘッドセット７２の幾つかの位置からレーザ光を発射する。鑑賞面２６０は、 発射されたレーザ光を受取ることができる受信ポートを備える。このため、幾つ かの受信ポートがヘッドセット７２からレーザ光を受取ると、曲面の鑑賞面２６ ０は、この鑑賞面の中心がヘッドセット７２における発光ポートと整合されるま で回転する。鑑賞面２６０は、ユーザ２６５の頭部のヘッドセット７２の動きに 従って常に回転する。当該実施の形態において、曲面の鑑賞面２６０もまた、ユ ーザ２６５の略々周囲で伸長して略々球状の個人用鑑賞シアター１７４を形成す る。 先に述べたように、位置ロッド・センサ２０ｂもまた、プログラムされないピ ストン・ロッド２０ａと遠端部２１ａの運動を検出することができる。次に、コ ンピュータ３１は、配置、サイズ、形状、速度および角度に対してこれら外部的 に生じた遠端部２１ａの分裂を処理する。これら５つの異なるレベルの入力情報 を用いて、入力装置としての遠端部２１ａが従来のキー操作あるいはマウスのク リックよりはるかに大きな範囲の入力情報を有する。このため、図１２に示され るように、ユーザ２６５がシアタ ー１７４に入ると、曲面の鑑賞面２６０がユーザのオプションを提示する。例え ば、ユーザがシアター１７４へ入ると、パネル１５５に「どれかのパネルに触れ てください」のようなフレーズが現れる。ユーザ２６５は手を伸ばして鑑賞面２ ６０の一部に触れることによりオプションを選択する。 ユーザ２６５が鑑賞面２６０に触れると、ユーザ２６５は光ファイバ２１ｂの 少なくとも１つの遠端部２１ａを指、手あるいは他の物体を用いて変位させる。 次いで、装置のセンサ２０ｂが変位させる光ファイバ２１ｂの動きを検知する。 センサ２０ｂは、センサからの電子信号をコンピュータ３１へ送る。コンピュー タ３１は、この信号を受取り、コンピュータにより受取られた信号に対応する第 ３の索引テーブルから応答を選択する。次に、コンピュータ３１は、コンピュー タが選んだ応答に対応するピストン・ロッド２０ａと遠端部２１ａの運動シーケ ンスを開始し、これにより前記応答を実行する。 ユーザ２６５がいったんパネル１５５の任意の１つと接触すると、コンピュー タ３１は、数種類のユーザ接触に対して対応的なコンピュータ・プログラムを開 始する。ユーザは、随時、ちょうど通常のテレビジョン・セットのようにムービ ーを観ることができる。他の場合には、プログラムがユーザにある大きさの鑑賞 面の接触を行うように要求し、従ってユーザ２６５はこのような理由から鑑賞面 ２６０に触れる必要がある。 別の実施の形態において、ユーザは、シアター外部でキーパッド・ディスプレ イあるいは通常のコンピュータのキーボード上でプログラムを開始することもで きる。更に別の実施の形態においては、ユーザの進入を検出してプログラムを開 始するためにセンサを用いることもできる。 システムがいったんオンになると、ユーザ２６５が動きまわると、鑑賞面２６ ０上に載置された運動センサ７０が球状シアター１７４をユーザに追従させるこ とを助ける。従って、ユーザが床６４上で向を変えたり動きまわってさえ、鑑賞 面２６０は常にユーザの前面にあり、個々の光ファイバから形成された表示レリ ーフ・イメージ１１５が常にユーザに向けある いは遠去かるよう投射する。 望ましい実施の形態において、ユーザ２６５がどこにいようとコンピュータ３ １が追跡することができるように、ヘルメット即ちヘッドセット７２が装置３１ ０に組込まれている。このため、装置３１０は、ユーザ２６５に近づいて触れる かあるいは触れることを避ける位置を認知する。例えば、ユーザ２６５が異星人 のムービーを観ているならば、異星人が鑑賞面２６０から飛び出すこともできる 。実際には、図９に最もよく示されるように、鑑賞面２６０がユーザに向かって 光ファイバ２１ｂを突出させ異星人の手をシミュレートする。このように、異星 人は３−Ｄ形態でユーザ２６５に向かって飛び出す。次に、ディスプレイ２５ａ は、異星人ムービーの情景が進行するに従って鑑賞面２６０内へ戻る。 別の実施の形態において、ユーザの手や足が鑑賞面に関してどこにあるかを追 跡するために感光センサをユーザの手や足にそれぞれ配置することもできる。 図１３に示された更なる実施の形態において、代替的な入力装置あるいは隣接 する入力装置として働くようにコンピュータ３１をアクセス（ｅ．）するため従 来のキーボードを用いることができる。更に、従来のＣＲＴディスプレイ（ｄ． ）は、装置１０に対して２次元（２−Ｄ）モニターとして働くこともできる。 先に述べたように、本発明に対してその趣旨から逸脱することなく他の多くの 変更を行うことが可能である。これら変更の範囲は、請求の範囲から明らかにな るであろう。

───────────────────────────────────────────────────── 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 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）イメージ・プロジェクタと、 ｂ）イメージ・プロジェクタから外へ放射する遠端部と、近端部とを有する複 数の光ファイバと、 ｃ）光ファイバの遠端部により形成されるディスプレイと、 ｄ）前記イメージ・プロジェクタから遠去かるように光ファイバの光ファイバ を制御可能に動かすことが可能であることにより、３次元レリーフ・イメージを 形成する光ファイバ調整組立体と を備える３次元レリーフ・イメージを表示する装置。 ２．ａ）前記光ファイバの各遠端部に対する場所を決定する少なくとも１つのセ ンサと、 ｂ）前記センサとインターフェースするコンピュータと、 ｃ）前記光ファイバの近端部を前記プロジェクタに対して固定する複数の光フ ァイバ・ポートと を更に備える請求項１記載の装置。 ３．前記光ファイバ調整組立体が、 ａ）ピストンと、 ｂ）前記イメージ・プロジェクタから遠去かる前記ピストンの動きを制御する コントローラと、 ｃ）動きを生じるように前記ピストンを少なくとも１つの光ファイバに取付け る結合器と、 ｄ）前記光ファイバの整合状態を維持する光ファイバ・ガイドと を含む請求項２記載の装置。 ４．前記ピストンが、 ａ）円筒状壁面と、 ｂ）前記円筒状壁面内のピストン・チャンバと、 ｃ）前記ピストン・チャンバ内に収受されるピストン・ロッドと、 ｄ）前記ピストン・ロッドの位置を決定するピストン・ロッド・センサと を含む請求項３記載の装置。 ５．前記コントローラが、 ａ）空圧源組立体と、 ｂ）電気回路組立体と を含む請求項３記載の装置。 ６．前記電気回路組立体が、 ａ）電源と、 ｂ）前記コントローラ内に埋設された、前記電源に接続する印刷回路と、 ｃ）前記印刷回路に接続された電磁石リード線と、 ｄ）前記電磁石リード線に接続された電磁石と、 ｅ）前記印刷回路を前記センサに接続するセンサ・リード線と を含む請求項５記載の装置。 ７．前記空圧源組立体が、 ａ）真空管路と、 ｂ）前記真空管路と並行な圧力管路と、 ｃ）前記真空管路と圧力管路とに連通するポンプと、 ｄ）前記真空管路と圧力管路とに連通する内孔を持つねじを設けた弁体と、 ｅ）前記ピストンを前記ねじを設けた弁体に接続する弁制御ハウジングと、 ｆ）前記ねじを設けた弁内孔に収受される弁制御組立体と を含む請求項６記載の装置。 ８．前記弁制御組立体が、 ａ）上部枢着点と下部枢着点とを持ち、上部開口に連通する内孔と圧力入口と 前記ねじを設けた弁体に配置された真空出口とを持つ弁コックと、 ｂ）前記弁コック内孔内の永久磁石と、 ｃ）前記上部枢着点と当接する上部枢動スプラインと を含む請求項７記載の装置。 ９．前記イメージ・プロジェクタと複数の光ファイバと光ファイバ調整組立体と を包囲する外部ハウジングと、 ｂ）前記光ファイバの遠端部と接するフレームと、 ｃ）前記複数の光ファイバの整合状態を維持する光ファイバ・ガイドと を更に備える請求項１記載の装置。 １０．前記イメージ・プロジェクタと複数の光ファイバと光ファイバ調整組立体 とを包囲する外部ハウジングを更に備える請求項８記載の装置。 １１．曲面の鑑賞面を形成するように構成され配置された複数のパネルを含み、 該パネルの各々が、 ａ）イメージ・プロジェクタと、 ｂ）前記イメージ・プロジェクタから外へ放射する遠端部と、近端部とを有す る複数の光ファイバと、 ｃ）前記光ファイバの遠端部により形成されるディスプレイと、 ｄ）前記形成の遠端部を前記イメージ・プロジェクタから遠去かるように動か すことにより３次元レリーフ・イメージを形成する光ファイバ調整組立体と を含む、３次元レリーフ・イメージを表示する装置。 １２． ａ）鑑賞面下方の床と、 ｂ）前記床に隣接した支持構造と を更に備える請求項１１記載の装置。 １３．ａ）前記支持構造により支持されたトラックと、 b)前記トラックに動作可能に連通する軸と を更に備える請求項１２記載の装置。 １４．前記軸を前記トラックに沿って駆動し、前記曲面の鑑賞面を 垂直軸の周囲に回転させる動力付き装置を更に備える請求項１３記載の装置。 １５．前記床が複数のパネルを含む請求項１２記載の装置。 １６．前記床が複数のパネルを含む請求項１４記載の装置。 １７．前記曲面の鑑賞面に関するユーザの動きを検出する運動センサを更に備え る請求項１６記載の装置。 １８．前記運動センサとインターフェースして前記曲面の鑑賞面をヘッドセット の運動と関連して動かす、ユーザにより着用されたヘッドセットを更に備える請 求項１７記載の装置。 １９．複数のディスプレイが、一部が略々球形状である鑑賞面を形成するように 構成され配置される請求項１記載の装置。 ２０．ａ）イメージ・プロジェクタと、該イメージ・プロジェクタから外へ放射 する遠端部を持つ複数の光ファイバと、前記光ファイバの遠端部により形成され るディスプレイと、該光ファイバの位置を決定するセンサと、ユーザとインター フェースするコンピュータとを設けるステップと、 ｂ）光ファイバの遠端部を変位させるステップと、 ｃ）前記変位された光ファイバの動きを検知するステップと、 ｄ）前記センサからの信号をコンピュータへ送出するステップと、 ｅ）前記信号を受信するステップと、 ｆ）前記コンピュータにより受信された信号に対応する索引テーブルから応答 を選択するステップと、 ｇ）前記応答を実行するステップと を含む、ユーザにより情報をディスプレイへ入力する方法。