JP2002512408A

JP2002512408A - ３次元アンチエリアシングを用いた多平面ボリュメトリック表示システム及びその動作方法

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Publication number: JP2002512408A
Application number: JP2000545126A
Authority: JP
Inventors: サリバン，アラン
Original assignee: ディメンショナルメディアアソシエイツインク
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2002-04-23
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: KR20010042880A; AU3654999A; EP1082705A1; HK1039822A1; IS5672A; NO20005247L; EA200001081A1; PL343606A1; NO20005247D0; US6377229B1; EP1082705A4; JP2007164784A; JP3990865B2; KR100555807B1; CA2329037A1; US20020130820A1; CN1155915C; HUP0102634A2; WO1999054849A9; WO1999054849A1

Abstract

(57)【要約】多平面ボリュメトリック表示システム１０及びその動作方法により、アレイ状に配設された複数の個々の光学要素３６、３８、４０、４２を含む多面光学装置３２と、それぞれの光学要素３６、３８、４０、４２上に画像を選択的に投影して、多面光学装置３２で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像３４を発生させる画像プロジェクタ２０と、第１のボリュメトリック３次元画像３４を投影して、多面光学装置３２から離れた位置で、空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像５６を発生させるフローティング画像発生器５４と用いて、ボリュメトリック３次元画像３４、５６を発生させる。アンチエリアシングにより、ボリュメトリック３次元画像部分間の移行部が滑らかになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（背景技術）本発明は、３次元（３Ｄ）イメージングに関し、特に、ボリュメトリック３次
元画像（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｉｍａ
ｇｅ）を空間中に発生させるための３Ｄアンチエリアシングを用いた多平面表示
システムに関する。

【０００２】３次元（３Ｄ）画像とは、発生させると空間中に現れるように見えるものであ
ることが知られている。通常、ゴーグル及び／又はヘルメットなどの特殊メガネ
類が用いられるが、このようなメガネ類の装着は違和感を感じさせることがある
。さらに、眼への付属品としての性質から、このようなメガネ類を装着すると、
実際の３Ｄ画像を見る認知力が低下する。また、このようなメガネ類を用いるこ
とで眼に疲労が生じることがあるため、眼を疲労させないように３Ｄ画像を見る
時間が制限されたり、このメガネ類は大きく装着することで不快感を感じる場合
がある。

【０００３】このように、上記のようなメガネ類を用いることにより生じる欠点をもたない
ボリュメトリック３Ｄ画像及びディスプレイを発生させる必要がある。

【０００４】他のボリュメトリックシステムでは、例えば、自己発光ボリューム要素、すな
わち、ボクセルを用いてこのようなボリュメトリック３Ｄ画像を発生する。カリ
フォルニア州マウンテンビューの３Ｄテクノロジー・ラボラトリーズ（３ＤＴ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）のシステムが一例であり、こ
のシステムでは、希土類不純物イオンをドーピングしたソリッドガラス又はプラ
スチックボリュームで赤外線レーザービームを交差させると、このようなボクセ
ルベースの画像が発生する。しかしながら、２本の不可視光の赤外線レーザービ
ームから可視光を作り出す非線形効果の効率は、約１％と非常に低いため、大画
面ディスプレイに明るい画像を作り出すには強力なレーザが必要となる。このよ
うにレーザーが強力なものになると、眼を害する要因となる場合があるため、デ
ィスプレイの周りに相当な保護用の囲いを設ける必要が生じる。さらに、通常、
走査型のレーザーは低解像度となるため、ボクセル数が少なくなり、さらには、
ボリュメトリックメカニズムのソリッド特性により、非常に重量のある大型のシ
ステムとなる。

【０００５】マサチューセッツ州ケンブリッジのアクチュアリティ・システムズ，インコー
ポレイテッド（ＡｃｔｕａｌｉｔｙＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ）による別のボリ
ュメトリック表示システムでは、高速スピン多面鏡から高速スピン投影スクリー
ンに反射されるレーザーダイオードの線形アレイが用いられている。しかしなが
ら、このような高速スピン部品は、その大きさが比較的大きい場合があり、振動
や起こる可能性がある規模の大きな破壊を防ぐように慎重にバランスをとらなけ
ればならない。さらに、ディスプレイ内のボクセルのサイズ、形状及び方位は、
それらの位置に左右されるため、ディスプレイの解像度が位置依存性のものとな
る。

【０００６】別のボリュメトリック表示システムが、フロリダ州メルボルンのネオズ・テク
ノロジーズ，インコーポレイテッド（ＮｅｏｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉ
ｎｃ．）により提供されており、このシステムは、高速スピン螺旋状投影スクリ
ーンに音響光学的にレーザービームを走査する。このようにスピン部品が大きい
と、ディスプレイの動きと無関係に慎重にバランスを維持させる必要が生じる。
レーザー走査システムは、低解像度・低速のもので、ボクセル数が大幅に制限さ
れてしまう。さらに、ディスプレイ内のボクセルのサイズ、形状及び方位は、そ
れらの位置に左右されるため、ディスプレイの解像度が位置依存性のものとなる
。最後に、ディスプレイが厳密に直線的なものではないという性質により、異な
る２次元画像を計算する処理要求が大幅に増大する。

【０００７】立体ディスプレイなど、知られている他のタイプの３Ｄイメージングシステム
では、ある情景の僅かに異なる透視図を両眼のそれぞれに与える。次いで、脳が
別々の画像を合わせて１つの３Ｄ画像にする。これらのシステムの中には、単一
の視点のみを与えて特殊メガネ類を必要とするか、又はヘッドトラッキングを実
行してメガネ類を不要にするものもあるが、これは３Ｄ画像の観察者が１人だけ
に限られてしまう。この替わりとして、ディスプレイは、多視野自動立体ディス
プレイなど、異なる角度にある多数の視野ゾーンに、視点に合わせた各ゾーンの
画像を与える場合もある。ユーザーの眼は、離れた場所に位置するが、３Ｄ画像
を見るためには視野ゾーンの近傍になければならず、さらに、ディスプレイに対
して観察者が移動する場合に生じる不安定なジャンピングを防ぐには、視野ゾー
ンを非常に狭くしなければならない。このようなシステムの中には、横方向の視
差／視る範囲のみしかないものがある。さらに、深さの焦点収束が一致しなけれ
ば、急速に眼精疲労が生じる場合があり、観察時間が大幅に限られてしまう。さ
らに、立体ディスプレイは、視野が限られていることから、仮想現実及び／又は
フォースフィードバックインターフェースなどの直接的な相互作用技術とともに
現実的に使用不可能である。

【０００８】仮想現実の応用では、通常、ヘッドマウンティング式ディスプレイ（ＨＭＤ）
が用いられており、このディスプレイでは、一対のビデオディスプレイが左右眼
のそれぞれに適切な透視図を与える。１つのＨＭＤは、一度に１人のみでしか使
用できず、それぞれの眼に与える視野は制限される。ヘッドトラッキングは、視
差をもたらすように使用されなければならない。

【０００９】他の表示システムには、ホログラフィーディスプレイがあり、このディスプレ
イでは、ホログラフィー回折格子として知られる非常に微細なラインのパターン
とコヒーレントレーザー光を相互作用させて画像が作り出される。この回折格子
は、入射光の方向及び強度を変えるため、表示される物体の位置からくるように
見える。しかしながら、通常の光ホログラムには大量の情報が含まれているため
、ホログラフィーディスプレイを高速に更新することは、演算上集中的なものと
なる。比較的サイズが大きく視野も十分なホログラフィーディスプレイの場合、
ピクセル数は一般に、２億５千万個よりも多くなる。

【００１０】したがって、処理システムで演算上許容可能な要求で、見える能力と実行性を
高めた高品質ボリュメトリック３Ｄイメージングが必要とされている。

【００１１】さらに、３次元イメージングにおいて、別々のボクセルを用いると、例えば、
ボリュメトリック３Ｄ画像の別々の深さ間での移行部にある特徴のピクセル化に
より、画像の部分がギザギザな状態に見える。ボリュメトリック３Ｄ画像部分間
の移行部を和らげる方法が必要とされている。

【００１２】（発明の開示）ボリュメトリック３次元画像を発生させる多平面ボリュメトリックディスプレ
イ（ＭＶＤ：Ｍｕｌｔｉ−ＰｌａｎａｒＶｏｌｕｍｅｔｒｉｃＤｉｓｐｌａ
ｙ）システム及びその動作方法を開示する。ＭＶＤシステムは、アレイ状に配設
された複数の個々の光学要素を含む多面光学装置と、多面光学装置のそれぞれの
光学要素上に画像のセットを選択的に投影して、多面光学装置で観察可能な第１
のボリュメトリック３次元画像を発生させる画像プロジェクタと、多面光学装置
から第１のボリュメトリック３次元画像を投影して、多面光学装置から離れた位
置で、空間中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元
画像を発生させるフローティング画像発生器とを含む。

【００１３】多面光学装置の複数の個々の光学要素はそれぞれ、制御可能な可変の半透明性
を有する液晶要素を含む。また、液晶要素の半透明性を制御するために、光学要
素コントローラが設けられていることで、１つの液晶要素が不透明の光散乱状態
をもつように制御されて、画像プロジェクタから画像のセットのそれぞれ１つを
受けて表示し、さらに残りの液晶要素が、ほぼ透明になるように制御されて、不
透明な液晶要素上に表示された画像が観察可能になる。

【００１４】光学要素コントローラが、複数のイメージングサイクル中に高速で複数の液晶
要素にラスタ動作を実行して、ある特定のイメージングサイクル中に不透明な光
散乱状態になるように、複数の液晶要素から１つの液晶要素を選択し、不透明な
光散乱状態が液晶要素を介して移動して、画像のセットを連続して受け、３次元
の深さを有するボリュメトリック３次元画像を発生する。

【００１５】画像プロジェクタが、画像のセットを多面光学装置に投影して、３５Ｈｚより
も高速に第１のボリュメトリック３次元画像全体を多面光学装置に発生させて、
人間が認知可能な画像のちらつきを防ぐ。例えば、ボリュームレートが約４０Ｈ
ｚであってもよい。一実施形態では、例えば、約５０個の光学要素が約４０Ｈｚ
のボリュームレートで用いられる場合、画像プロジェクタが、２ｋＨｚの速度で
画像のセットのそれぞれを各光学要素に投影する。

【００１６】画像プロジェクタは、画像のセットを出力するプロジェクタレンズを含む。ま
た、このプロジェクタは、プロジェクタレンズからの画像のセットの投影の解像
度と深さを制御するために、画像のセットのそれぞれの焦点を各光学要素上に合
わせる適応光学集束システムを含む。この替わりとして、又はこれに追加して、
画像プロジェクタは、複数の色で画像のセットを発生させ投影するために、赤、
緑、青のレーザー光をそれぞれ投影する複数のレーザー光源を含む。

【００１７】さらに、３Ｄアンチエリアシング法を用いて、多面光学装置にある光学要素間
の移行部で投影された画像の部分を滑らかにする。アンチエリアシングにより、
光学要素間の遷移部のボクセルが調節されることで、ボクセルの色値が、光学要
素からボクセルの距離の関数として修正されて、ボリュメトリック３次元画像の
部分間の移行部が滑らかになる。

【００１８】（好ましい実施形態の詳細な説明）以下図１を参照すると、事実上体積的である（ボリュメトリックである）３次
元（３Ｄ）画像を発生させる多平面ボリュメトリック表示システム１０が設けら
れており、この３Ｄ画像は、３Ｄ空間のある一定の限定されたボリュームを占め
、画像が現れる位置に存在する。したがって、立体表示方法などにより光学的な
視覚の錯覚を生じさせて、画像が３Ｄであるように認識させるものと異なり、こ
のような３Ｄ画像は真の３Ｄである。

【００１９】このシステム１０により発生する３Ｄ画像は、解像度が非常に高く、広い色範
囲で表示できるため、実際の物体を見ているような特性を備えることができる。
例えば、このような３Ｄ画像は、横と縦の両方の動きの視差又は見る範囲をもつ
場合があるため、３Ｄ画像を３Ｄに見える状態のままで、視覚的刺激を観察者１
２が動いても与えることができる。

【００２０】さらに、３Ｄ画像を見るために立体表示用のバイザやメガネなど、眼精疲労な
どを起こして違和感を感じさせるために欠点となっていた特殊なメガネ類を、観
察者１２が全く装着する必要がない。さらには、３Ｄ画像は、横方向と縦方向の
両方に連続した視野をもつもので、横方向の視野はあるディスプレイ構造で３６
０°に等しいものである。さらに、観察者は、３Ｄ認知を失わずに、ＭＶＤシス
テム１０から任意の視距離の位置にいてよい。

【００２１】多平面ボリュメトリック表示システム１０は、グラフィックデータ源１６から
３Ｄグラフィックデータを受信するインターフェース１４を含み、このグラッフ
ィクデータ源１６は、システム１０に組み込まれたり、又は例えば、遠隔地から
通信チャネルを介してシステム１０に動作可能に接続され、従来の遠隔通信リン
クやインターネットなどの任意のネットワークで接続されてもよいコンピュータ
などである。インターフェース１４は、カリフォルニア州サンタクララのインテ
ル社（Ｉｎｔｅｌ）から入手可能な、ＰＣＩバスや高速グラフィックポート（Ａ
ＧＰ）インターフェースであってよい。ＩＥＥ１０１４規格で標準化されたＶＭ
Ｅバックプレインインターコネクションバスシステム、小型コンピュータシステ
ムインターフェース（ＳＣＳＩ）、アップル社（Ａｐｐｌｅ）のＭａｃｉｎｔｏ
ｓｈコンピュータで使用されているＮｕＢｕｓ高性能拡張バスシステム、及び他
のシステムと共に、インダストリー・スタンダード・アーキテクチャ（ＩＳＡ）
インターフェース、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）インターフェース、ユニバーサル・
シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェース、現在ＩＥＥＥ１３９４規格として
標準化され、コンピュータに高速通信及び等時性リアルタイムデータサービスを
提供するファイアワイヤバスシステムと共に、公開又は独占的なインターフェー
スなど、他のインターフェスを用いてもよい。

【００２２】インターフェース１４は、非常に高速な画像バッファを含む多平面ボリュメト
リックディスプレイ（ＭＶＤ）コントローラ１８に、３Ｄグラッフィックデータ
を送信する。ボリュメトリック３Ｄ画像として見える３次元画像は、ＭＶＤコン
トローラ１８により、３Ｄ画像を介して深さが変化する場所にある連続した２次
元画像スライスに変換される。次いで、画像のスライスに対応するフレームデー
タは、ＭＶＤコントローラ１８の高速画像バッファから画像プロジェクタ２０へ
と高速に出力される。

【００２３】ＭＶＤコントローラ１８及びインターフェース１４は、カリフォルニア州マウ
ンテンビューのシリコン・グラフィックス社（ＳｉｌｉｃｏｎＧｒａｐｈｉｃ
ｓ）から市販されている、ＯＣＴＡＮＥグラフィックワークステーションなどの
コンピュータで実行されてもよい。また、例えば、１９５Ｈｚの縮小命令セット
コンピュータ（ＲＩＳＣ）のマイクロプロセッサを用いたパーソナルコンピュー
タ（ＰＣ）など、他の一般的なコンピュータを用いたシステムを使用してもよい
。したがって、開示するＭＶＤシステム１０及びその部品は、ハードウェア及び
／又はソフトウェアの特定の実施又は現実化に限定されるものではないことを理
解されたい。

【００２４】グラフィックデータ源１６は、任意に、アプリケーション・プログラム・イン
ターフェース（ＡＰＩ）を動作するコンピュータのグラフィック用アプリケーシ
ョンプログラムや、インターフェース１４などの入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを介
してコンピュータのＭＶＤコントローラ１８に適切な形式で３Ｄ画像データを与
えるデバイスドライバであってもよい。ＭＶＤコントローラ１８は、例えば、パ
ーソナルコンピュータで実行され、任意に、特殊なデータ処理用の拡張カードを
用いたハードウェア及び／又はソフトウェアであってよい。

【００２５】例えば、ＭＶＤコントローラ１８の拡張カードには、グラフィックデータ源１
６からの３Ｄデータセットを、スライス２４〜３０に対応する多平面データセッ
トを形成する連続した２次元画像に変換する、グラフィックハードウェア及び／
又はソフトウェアが含まれていてもよい。このように、３Ｄ画像３４は、手術の
シミュレーション、航空交通制御、又は軍事用の指令及び統制など、実世界の応
用に、リアルタイム又はほぼリアルタイムの更新速度で発生される。また、この
ような拡張カードには、３Ｄデータセットとテクスチャメモリを操作して、３Ｄ
画像のテクスチャマッピングを実行するジオメトリエンジンが含まれていてもよ
い。

【００２６】画像データを画像プロジェクタ２０に伝送する前に、ＭＶＤコントローラ１８
又は、その替わりとしてグラフィックデータ源１６が、画像データ上に３Ｄアン
チエリアシングを実行することで、３Ｄ画像３４に表示される特徴を滑らかにし
て、ｚ軸に垂直なｘ−ｙ平面に整列させた光学要素３６〜４２を有するＭＯＥデ
バイス３２の本来別個のボクセル構造により生じるディスプレイのピクセル化に
より、例えば、ｚ方向に沿った平行平面間の深さのギザギザな線が出ないように
する。画像スライス２４〜３０に対応するデータが発生するにつれ、画像素子が
、平面の移行部縁付近、すなわち、光学要素３６〜３８などの光学要素間に現れ
ることがある。特定の画像素子で突然に移行しないように、スライス２４、２６
は共に、画像４４〜４６のそれぞれが特定の画像素子を含むように発生されるた
め、画像素子は、光学要素３６〜３８により形成された両平面間で共有され、移
行部を滑らかにして、３Ｄ画像３４がより連続的に現れるようにできる。それぞ
れの連続した光学要素上の画像素子の輝度は、画像データの画像素子の位置に応
じて変化するものである。

【００２７】また、グラフィックデータ源１６及びＭＶＤコントローラ１８は、ＭＶＤコン
トローラ１８への画像データの転送率を最大限にして画像を発生させるように、
インターフェース１４を介してゼロの連続の符号化を実行してもよい。モーショ
ン・ピクチャ・エキスパート・グループ（ＭＰＥＧ）データ通信規格やデルタ（
Δ）圧縮など、他の画像データの転送技術を用いてもよいことが理解される。

【００２８】３Ｄ画像には、４０Ｈｚの速度で更新される約５０ＳＶＧＡ解像度の画像が含
まれている場合があり、表示される生データ信号速度が２ＧＢ／ｓｅｃよりも大
きくなる。このような生データ信号速度は、ゼロを伝送しないことにより大幅に
低減される。通常、物体の内部、前景物体により遮られている背景物体、および
その周りの空の空間に関連する多数のゼロにより、ボリュメトリック３Ｄ画像が
表される。グラフィックデータ源１６は、連続したゼロがゼロ連続フラグ（ＺＲ
Ｆ）又はゼロ連続符号により表され、その後に連続長が続くか又はそれに関連さ
せるように画像データを符号化してもよい。このように、ゼロのカウントは、ゼ
ロを送信せずに表示して送信されてもよい。ＭＶＤコントローラ１８の３Ｄデー
タ画像バッファが初期化されて、すべてのゼロを格納してもよく、画像データが
画像バッファに格納されると、ＺＲＦフラグを検出することによって、ＭＶＤコ
ントローラ１８が、ゼロの連続長に等しいデータ位置又はピクセル数だけ、バッ
ファで先に飛び越すことができる。次いで、３Ｄデータ画像バッファは、２次元
画像を発生させるために、ＳＬＭを動作するＳＬＭドライバを含む場合がある画
像プロジェクタ２０に出力される３Ｄデータを含む。

【００２９】画像プロジェクタ２０は、高フレームレートで時系列に３Ｄ画像の２次元スラ
イス２４〜３０を多数の光学要素（ＭＯＥ）からなる装置３２に投影し、選択的
にイメージングして、観察者１２にはＭＯＥ装置３２の空間にあるように見える
第１のボリュメトリック３次元画像３４を発生させる。ＭＯＥ装置３２は、複数
の光学要素３６〜４２を含み、これらの光学要素は、ＭＶＤコントローラ１８の
制御下で、２次元画像４４〜５０が表示される場合、スライス２４〜３０をそれ
ぞれ選択的に受け、１つの光学要素は、各フレームレートサイクル中にそれぞれ
のスライスを受けて表示する。ＭＶＤコントローラ１８により発生された深さス
ライスの数は、光学要素３６〜４２の数に等しいものであり、言い換えれば、各
光学要素は、発生及び表示されるボリュメトリック３Ｄ画像の深さ解像度のユニ
ットを表すものである。

【００３０】光学要素３６〜４２は、例えば、ネマチック、強誘電、コレステリック材料か
、又はこのような組成の当業者には知られている修正ケントステート法を用いた
コレステリックテクスチャなどの他のポリマー安定化材料からなる液晶ディスプ
レイであってもよい。

【００３１】表示される画像のセットとして、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２により
スライス２４〜３０のそれぞれはすべて、以下に示すような十分に高いフレーム
レート、例えば、約３５Ｈｚよりも速い速度で表示されるため、人である観察者
１２は、立体表示用ヘッドセットを用いずに直接見て、個々の２次元画像４４〜
５０ではなく、連続したボリュメトリック３Ｄ画像３４を認知する。したがって
、図１に示すように、画像４４〜５０は、球体の断面図であるため、このように
発生した３Ｄ画像３４は、ＭＯＥ装置３２を形成する光学要素３６〜４２の真中
に位置する球体として、観察者１２には見えることになる。

【００３２】代替実施形態では、画像４４〜５０は、球体の下側にキャプションとしての２
Ｄテキストや、球体上の２Ｄテキストなど、２Ｄと３Ｄを混合させて表して画像
全体を表示させるように発生されてもよい。応用の１つには、グラフィック・ユ
ーザー・インターフェース（ＧＵＩ）コントロールパッドがあり、これは２Ｄと
３Ｄの両方の画像特徴をもつことで、仮想フラットスクリーンディスプレイとし
て２Ｄスクリーンが現れ、仮想フラットスクリーンディスプレイ上に現れる球体
などの３Ｄ画像を有する、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴＷＩＮＤＯＷＳ９５などのＧ
ＵＩを観察者１２が観察することができる。

【００３３】第１のボリュメトリック３Ｄ画像３４は、配置の範囲内で見ることができる。
さらに、第１のボリュメトリック３Ｄ画像３４からの光５２は、ＭＯＥ装置３２
からの距離で空間にフローティングしている第１のボリュメトリック３Ｄ画像３
４とほぼ同じ画像であるように観察者１２に表示される、第２のボリュメトリッ
ク３Ｄ画像５６を発生するように実像プロジェクタ５４によってさらに処理され
る。実像プロジェクタ５４、あるいはその代わりにフローティング画像プロジェ
クタは、ＭＯＥ装置３２から出される光５２を集光し、３Ｄ画像３４を外側に自
由空間に再イメージングするレンズ及び／又は鏡のセットであってもよい。実像
プロジェクタ５４は、従来の球面鏡あるいは放物面鏡を含み、ＭＯＥ装置３２の
光学軸上にある信号観察ゾーンを発生する高精細体積ディスプレイ（ＨＤＶＤ）
であってもよい。

【００３４】例えば、実像投影システムは、Ｐｒｉｎｃｅの米国特許第５，５５２，９３４
号、及びＣｒａｂｔｒｅｅ，ＩＶの米国特許第５，５７２，３７５号に記載され
ている装置であってもよく、これらの特許の各々は参照してここに組み込まれる
。他の実施形態では、ホログラフィーレンズは、光学軸と整列した中心領域の１
つの観察ゾーンのような複数の観察ゾーン及び光学軸のどちらかの側の観察ゾー
ンの場合を除いて、フローティング画像５６を発生するように従来の球面鏡ある
いは放物面鏡と同じ機能を有する実画像プロジェクタ５４によって使用されても
よいので、複数の３Ｄフローティング画像５６は複数の観察者によって観察され
てもよい。

【００３５】他の代替の実施形態では、実像プロジェクタ５４は、予め存在する物体の記録
画像を示していない、ホログラフィー光学要素（ＨＯＥ）、すなわち、従来の意
味でホログラムを含んでもよい。その代わりに、ＨＯＥは、入射光を受光し、反
射し、かつ再び向けるレンズ及び／又は鏡のような従来の光学要素の役目を果た
す。ガラスあるいはプラスティックのような従来の光学要素に比べて、ＨＯＥは
、非常に軽量で、再生するのに安価であり、従来の光学素子で使用可能ではない
固有の光学特性も持ってもよい。例えば、ＨＯＥは、所定の光学軸から異なる角
度で同じ物体の複数の画像を発生できるので、比較的小さいＨＯＥを使用するデ
ィスプレイの視野は、従来の光学素子に対して必要に応じて光学素子サイズを増
加しないで非常に増加できる。したがって、実像プロジェクタ５４として少なく
とも一つのＨＯＥを使用して、ＭＶＤシステム１０は、比較的コンパクトなシス
テムに３６０°の視野を備えるように製造されてもよい。さらに、レーザ光源を
組み込む画像プロジェクタ２０に関しては、ＨＯＥは、ＨＯＥの波長選択性によ
るこのようなレーザ光源と高性能に関して特に適合している。

【００３６】ボリュメトリック３Ｄ画像３４、５６のいずれかは、観察者１２に対してボリ
ューム及び深さ、及び任意には色も有するようにみえるので、多平面ボリュメト
リック表示システム１０は、外科手術を教示する立体感のあるアニメーションに
対して後述される例のような、仮想現実及び触覚の用途に適合されてもよい。実
像プロジェクタ５４は、フローティング３Ｄ画像５６が仮想対話に対して直接ア
クセスできることを可能にする。ＭＶＤシステム１０は、画像３４、５６のいず
れかを操作しようと試みる観察者１２に対応する観察者１２からの手の動きを受
け取る、ユーザフィードバック装置５８を含んでもよい。このような手の動きは
、画像３４、５６の１つあるいは両方を修正し、観察者１２の動きに応答するよ
うにみえるようにＭＶＤコントローラ１８へのインタフェースに伝達される制御
信号として、ユーザフィードバック装置５８によって変換されてもよい。一方、
ユーザフィードバック装置５８は、画像３４、５６の１つあるいは両方を修正す
るために、３Ｄグラフィックスプロセッサを含むグラフィックデータ源１６に動
作可能に接続されてもよい。

【００３７】多数の新しい対話技術は、実像プロジェクタ５４を使用するＭＶＤ１０の改良
された性能をもたらす。例えば、マサチューセッツ州ケンブリッジ市のセンシブ
ルデバイズ（ＳＥＮＳＩＢＬＥＤＥＶＩＣＥＳ）社によって開発されたフォー
スフィードバックインタフェースは、ＭＶＤシステム１０が手で３Ｄ画像３４、
５６に実際感知し、操作する能力を与えることができる効果的な使用可能な技術
である。適切なプログラミングで、観察者１２は、あたかも画像が粘土であるか
のように３次元画像を、本出願の譲受人のディメンションナル・メディア・アソ
シエート（ＤＥＭＥＮＳＩＯＮＡＬＭＥＤＩＡＡＳＯＣＩＡＴＥＳ）の商品
のディジタルクレイと呼ばれるシステムを使用して彫塑できる。

【００３８】フォースフィードバックインタフェースを有するＭＶＤシステム１０の他のア
プリケーションは、ユーザが、外科医としての許可を得て、革新的な新しい処置
を実行し、あるいはそれどころか遠隔手術を、例えばインターネット通信プロト
コルを使用するインターネットを介して実行するために、仮想鼓動のようなアニ
メーションを含み、ユーザによる仮想プロッディングに反応する３次元仮想解剖
を見て、感知することができる外科シミュレータ及びトレーナーである。

【００３９】触覚作用は、実時間シミュレーション及びＭＶＤシステム１０によって発生さ
れた３Ｄ画像で作動するユーザの刺激を与えるように、アニメーションとこのよ
うに結合されてもよい。例えば、観察者１２は、外科医が仮想現実で第１の３Ｄ
画像３４を観察し操作する、医学生を教える外科医であってもよいが、学生は、
第１の３Ｄ画像３４の変化に応答する実像プロジェクタ５４により対応して操作
され、修正された第２の３Ｄ画像５６を観察する。次に、学生は、３Ｄ画像３４
、５４のようなアニメーションをイメージングすることによって鼓動でさえあっ
てもよい心臓の画像のような画像３４を個別に操作するために回転を行ってもよ
い。次に、教えている外科医は、あたかもこのような画像が心臓外科手術のシミ
ュレーションのように現実であるかのように、画像操作を実行する際に学生を観
察し、採点する。

【００４０】ＭＯＥ装置例示された実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、ガラス、プラスティック、液体
、あるいは空気スペーサによって分離される光学要素３６〜４２として、ガラス
で構成される単一ピクセル液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のスタックで構成されて
いる。一方、光学要素３６〜４２は、軽量構造のような様々な長所を有するプラ
スティックあるいは他の物質で構成されてもよい。ガラス、プラスティック、及
び／又は空気スペーサは、内部界面での反射を除去するように光学的に連続して
いる形状のガラスＬＣＤと結合されてもよい。ＬＣＤ及びスペーサの表面は、光
学接触、屈折率整合流体、あるいは光学結合剤のいずれかによって光学的に結合
されてもよい。一方、スペーサは、水、鉱物オイル、あるいは屈折率整合流体な
どの流体と取り換えられてもよい。このような流体は、ＭＯＥ装置３２を冷却す
るために外部冷却装置によって循環することができる。さらに、このような流体
を間に設けたＭＯＥ装置３２は、全重量を減らすように空の状態で輸送され、設
置されてもよく、間に設ける液体は設置後に加えられる。

【００４１】好ましい実施形態では、光学要素３６〜４２は、平面であり、矩形であるが、
任意に曲げられてもよいし及び／又は円筒状のような任意の形状のものであって
もよい。例えば、円筒状ＬＣＤディスプレイは、押しだし成形のような異なる技
術によって製造されてもよいし、互いの内部でぴったりと重ね合わされてもよい
。光学要素３６〜４２間の間隔距離は、一定であってもよいしあるいは他の実施
形態では、ＭＯＥ装置３２の深さが、光学要素３６〜４２の数を増加させないで
非常に増加されてもよいように可変であってもよい。例えば、観察者１２の目が
、増加された観察距離に対する深さ感度を失うので、観察者１２からさらに遠く
に置かれた光学要素はさらに遠くに離れて置かれてもよい。光学要素３６〜４２
間の間隔が観察者１２からの距離と共に直線的に増加した、対数関数の間隔が実
現されてもよい。

【００４２】光学要素３６〜４２は、図２に示されるような明るい非常に透明な状態と、図
３に示されるような不透明な非常に散乱している状態との間で迅速にスイッチさ
れるように、例えばＭＶＤコントローラ１８のＭＯＥ装置ドライバによって、迅
速に電子的にスイッチされる特性を有する液晶形態で構成されている。図２〜図
３を参照すると、光学要素３６の断面が図示され、液晶分子６０〜６４は、ガラ
ス、プラスティック、あるいは空気スペーサであってもよく、基板６６〜６８の
それぞれに加えられた透明導電層７０、７１も有してもよい基板６６〜６８間に
懸濁されてもよい。

【００４３】導電層７０、７１は、優れた透明性及び低抵抗を有するが、ガラスあるいはプ
ラスティックの基板６６〜６８の屈折率に比べて比較的高い屈折率を有する、イ
ンジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のスパッタ薄膜あるいは蒸着薄膜で構成されても
よい。これらの材料間の屈折率差は、その界面で反射を生じることもあり、反射
防止（ＡＲ）材の付加コーティングあるいは層は、望ましくない反射のような反
射光量を減らすように、導電層７０、７１と基板６６〜６８との間で基板６６〜
６８上に任意に配置されてもよい。例えば、７６ｎｍのような典型的な光の波長
の１／４の光学的厚さを有し、約１．８の屈折率を有するＡＲ層は、基板導電層
界面での反射を非常に低いレベルに減らす。

【００４４】ＡＲコーティングを使用することによって、光学要素３６〜４２間の間隔材料
は、それの間の空気あるいは真空状態を残すように取り除かれてもよいので、Ｍ
ＯＥ装置３２の全重量を減らす。このようなＡＲコーティングは蒸着された誘電
体でもよいし、あるいは蒸発あるいはスパッタされた誘電体であってもよい。一
方、ＡＲコーティングは、スピンコーティング、ディップコーティング、あるい
はゾルゲル（ＳＯＬ−ＧＥＬ）を有するメニスカスコーティングによって塗布さ
れてもよい。

【００４５】図２を参照すると、このような導電層７０、７１を使用して、それとの間の電
源７２は、例えばＭＶＤコントローラ１８から、殆どあるいは全然散乱のない光
学要素３６を通して光７６を液晶分子６０〜６４に整列させ、透過させる光学要
素３６の基板６６〜６８間に電界７４を発生するので、光学要素３６はほぼ透明
である。

【００４６】図３を参照すると、電圧７２の除去は、例えば、ＭＶＤコントローラ１８によ
って制御される迅速にスイッチ可能なスイッチ７８を開くすることによるような
、導電層７０、７１間で回路を開くすることによって起こり得る。電圧７２のこ
のような除去の際に、液晶分子６０〜６４は、ランダムに配向されているので、
光７６は散乱光８０を発生するようにランダムに散乱される。この構成では、光
学要素３６は不透明に見えるので、画像プロジェクタ２０によってそれに集束さ
れたそれぞれの画像４４を受像し、表示する投影スクリーンとしての役目を果た
してもよい。

【００４７】他の実施形態では、図２〜図３を参照すると、図示された光学要素３６は、第
１の基板６６に隣接する導電層７０をアースに接続すると同時に、第２の導電層
６８に隣接する導電層７１を約５０Ｖ〜約２５０Ｖの範囲にある電圧のような供
給電圧に接続することによって、図２に示された透明状態にあるように作動され
てもよい。光学要素３６を図３のような散乱不透明状態にあるように切り換える
ために、電圧の印加は反転される、すなわち、導電層７１は、約１ｍｓ〜約５ｍ
ｓのような所定の遅延のためにアースにされ、次に導電層７０は供給電圧に接続
される。この手順は、光学要素３６を透明状態に戻すように再度反転される。し
たがって、平均直流（ＤＣ）あるいは電圧は、一定印加電圧を有することによっ
て故障をもたらし得る光学要素３６に全く印加されない。さらに、加熱を生じ、
光学要素への電力要件を増加する連続的な交流（ＡＣ）あるいは電圧も全くない
。

【００４８】動作中、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２の１つだけは、所与の時間に散
乱不透明な状態にあるので、散乱平面あるいは散乱表面を形成する。画像プロジ
ェクタ２０は投影サイクル中、高速度でスライス２４〜３０を投影し、１スライ
スはサイクル毎に放射されるので、散乱平面は、効果的に可変深さの投影スクリ
ーンを形成するようにＭＯＥ装置３２の深さを通して迅速にラスタ動作を実行さ
れると同時に、残りの透明光学要素によって、観察者１２は受像された画像スラ
イス２４〜３０からの表示画像を見ることができる。

【００４９】図４〜図７に示されるように、連続フレームデータは、画像８２〜８８をフレ
ームデータから発生するようにＭＶＤコントローラ１８から画像プロジェクタ２
０に供給されるので、ＭＶＤコントローラ１８は、画像８２が図４のように光学
要素３６の上に放射されるとき光学要素３６は不透明であり、画像８４が図５の
ように光学要素３８の上に放射されるとき光学要素３８が不透明であり、画像８
６が図６のように光学要素４０の上に放射されるとき光学要素４０が不透明であ
り、画像８８が図７のように光学要素４２の上に放射されるとき光学要素４２が
不透明であるように、光学要素３６〜４２のスイッチングを同期化する。ＭＶＤ
コントローラ１８は、画像プロジェクタ２０が、フレームデータ１〜４のセット
のそれぞれからそれぞれの画像８２〜８８を発生するのに十分な時間を遅延中に
有するように、各フレームデータのセットを画像プロジェクタ２０に供給するこ
とと、所与の光学要素を不透明にさせることとの間に遅延を導入してもよい。

【００５０】図４〜７を参照すると、１つの光学要素が不透明であり、それぞれの画像をそ
れの上に表示するが、残りの光学要素は透明であるので、光学要素３６上の図４
の画像８２は、例えば少なくとも光学要素３８を通して見ることができ、同様に
画像８４は図５の少なくとも光学要素４０を通して見ることができ、画像８６は
少なくとも光学要素４２を通して見ることができる。画像８２〜８８は、比較的
高速度で不透明な状態及び透明状態にスイッチされる光学要素３６〜４２上に画
像プロジェクタ２０によって高速で表示されるので、画像８２〜８８は単一ボリ
ュメトリック３Ｄ画像３４を形成する。

【００５１】認知できるちらつきなしに連続するボリュメトリック３Ｄ画像３４を形成する
ために、各光学要素３６〜４２は、それぞれの画像を受像するためにあり、約３
５Ｈｚよりも大きいフレームレートで不透明な状態にスイッチされるべきである
。したがって、全３Ｄ画像をリフレッシュ及び／又は更新するために、画像プロ
ジェクタ２０のフレームレートは、約Ｎ×３５Ｈｚよりも大きいべきである。４
０Ｈｚの個別の光学要素フレームレートを有するＭＯＥ装置３２を形成する５０
個のＬＣＤ素子のスタックに関しては、画像プロジェクタ２０の全フレームレー
トは、約５０×４０Ｈｚ＝２ｋＨｚよりも大きいべきである。ＭＶＤシステム１
０による高性能及び／又は高品質ボリュメトリック３Ｄイメージングは、約１５
ｋＨｚの画像プロジェクタ２０のより大きいフレームレートを必要としてもよい
。

【００５２】一実施形態では、図４〜図７の画像８２〜８４は、逐次表示され、このような
逐次フレーム配列は、ＭＯＥ装置３２の全ボリュームの光学要素３６〜４２を更
新するためのボリューム周期毎に一度の深さの範囲の更新である。このような逐
次フレーム配列は、静止画像８２〜８８に対して約３２Ｈｚ、及び動きを表示す
る画像８２〜８８に対して約４５Ｈｚのフレーム表示レートのような限界のフレ
ームレート要件で十分であることもある。代替実施形態では、半ランダム平面配
列は、各光学要素がボリューム周期毎に一回さらに更新されるだけであるけれど
も、画像ジッタを低下させ、深さの範囲がより高い周波数で更新される動きアー
ティファクトを減少させるように実行されてもよい。画像プロジェクタ２０のフ
レームレートを増加させないで認知されたボリュームレートを増加させるこのよ
うな半ランダム平面配列は、偶数番号の付いた平面が画像で照らされ、次に奇数
番号の付いた平面が照らされる多平面インタレーシングを含む。

【００５３】ＭＯＥ装置３２は、画像プロジェクタ２０で最初に発生された画像解像度を保
持し、高忠実度３次元画像を提供する。液晶パネル３６〜４２は、非常に透明で
、明るさにごりがなく、透明状態であり、画像プロジェクタ２０からの光及び画
像が有効的にほぼ散乱されている不透明な散乱状態と、明るく透明な状態とを迅
速に切り換えることができる。

【００５４】他の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は軽量であるように構成されてもよい。液
晶パネル３６〜４２は、その内部表面上に透明導電層７０、７１を被覆された一
対のガラス基板で構成されてもよく、透明導電層７０、７１は絶縁層で被覆され
ている。ポリマー配向層は絶縁層上に最適に配置されてもよい。所与の液晶パネ
ルの基板間に、液晶組成の薄い層が約１０〜２０ミクロンの厚さであるように配
置されている。

【００５５】パネルの大部分のボリューム及び重量は、パネルの横方向のサイズ及び数が増
加されるとき、潜在的に非常に重いＭＯＥ装置３２に寄与するガラス基板に関連
している。プラスティック基板で構成される液晶パネル３６〜４２の実現は、重
量の増加に対する１つの解決策である。他の実現は、非常に薄いプラスティック
基板上にロール・ツー・ロール法でＭＯＥ装置３２の光学要素を製造し、連続し
て非常に低いコスト方法によって製造される処理方法を使用することを含む。

【００５６】ＭＯＥ装置３２に対してこのような比較的軽量の部品を使用すると、ＭＯＥ装
置３２も、動作中でない場合、ＭＶＤシステム１０が携帯であり得るように折り
畳み式であってもよい。さらに、光学要素３６〜４２は、さらにあるいはスピン
コーティングあるいはディップコーティングによって有機的に塗布されるＩＴＯ
層のような液晶技術の代わりに他の無機材料を含んでもよい。

【００５７】高フレームレート画像プロジェクタＭＶＤシステム１０によって発生された３次元画像３４、５６の最大解像度及
び色深さは、高フレームレート画像プロジェクタ２０の解像度及び色深さによっ
て直接決定される。ＭＯＥ装置３２の役割は、主に画像プロジェクタ２０からの
一連の２次元画像を３Ｄボリュメトリック画像に変換することにある。

【００５８】一実施形態では、画像プロジェクタ２０は、短いアークを有するアークランプ
光源を含む。ランプからの光は、カラー分離光学素子によって赤成分、緑成分及
び青成分に分離され、３つの分離空間光変調器（ＳＬＭ）を照明するために使用
される。ＳＬＭによって変調後、３つのカラーチャネルは、単一ビームに再結合
され、スライス２４〜３０からの各それぞれの２次元画像が、光学要素３６〜４
２の中の１つに表示されるように、集束レンズのような光学素子２２からＭＯＥ
装置３２に投影される。

【００５９】他の実施形態では、画像プロジェクタ２０は、アークランプ及びカラー分離レ
ンズの代わりに高出力固体レーザを含む。レーザ光源は、増加された効率、強い
方向性ビーム、及び単一波長動作を含む多数の長所を有する。さらに、レーザ光
源はかなり飽和した明るい色を生じる。

【００６０】さらにもう一つの実施形態において、もし高速動作が得られるとすれば、異な
る技術は、ＳＬＭを実現するために使用されてもよい。例えば、高速液晶装置、
マイクロ電気機械（ＭＥＭ）装置に基づく変調器、あるいは他の光変調方法は、
このような高フレームレートイメージングを行うために使用されてもよい。例え
ば、テキサス州ダラス市にあるテキサスインストルメンツ（ＴＥＸＡＳＩＮＳ
ＴＲＵＭＥＮＴＳ）社のディジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）技術、カリ
フォルニア州のサニーベール市にあるシリコンライトマシンズ（ＳＩＬＩＣＯＮ
ＬＩＧＨＴＭＡＣＨＩＮＥＳ）社の回折格子光弁（ＧＬＶ）技術、コロラド
州のボールダーにあるボールダーノンリニアシステムズ（ＢＯＵＬＤＥＲＮＯ
ＮＬＩＮＥＡＲＳＹＳＴＥＭＳ）社のアナログ強誘電型ＬＣＤ装置は、画像プ
ロジェクタ２０によって出力するための画像を変調するために使用されてもよい
。さらに、ＳＬＭは、強誘電型液晶（ＦＣＬ）装置であってもよく、ＦＬＣＳ
ＬＭの偏光バイアスが実現されてもよい。

【００６１】ＭＶＤシステム１０の非常に高い解像度の画像を得るために、画像４４〜５０
は、各対応する画像を光学要素上に適当な深さで表示するために、ＭＯＥ装置の
各対応する光学要素上に適切に迅速に再集束されねばならない。このような再集
束要求を満たすために、ｈｔｔｐ：／／ｇｕｅｒｎｓｅｙ．ｅｔ．ｔｕｄｅｌｆ
ｔ．ｎｌ／ｆｏｃｕｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌでインターネットで利用可能であ
る、Ｇ．Ｖｄｏｖｉｎ著の「マイクロマシン適応ミラーを使用するイメージング
光学素子の高速集束（Ｆａｓｔｆｏｃｕｓｉｎｇｏｆｉｍａｇｉｎｇｏ
ｐｔｉｃｓｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄａｄａｐｔｉｖｅｍ
ｉｒｒｏｓ）」に記載された、高速集束装置のような当該技術で知られている装
置であってもよい適応光学素子系が使用される。図８に示されるように、膜光変
調器（ＭＬＭ）９０は、制御できる反射および集束特性を有する鏡の役目を果た
す薄い可撓性膜９２として有する。膜９２は、プラスティック、ニトロセルロー
ズ、「マイラー（ＭＹＬＡＲ）」、あるいはそれから張力の下で、反射性である
金属コーティングの導電性反射層で被覆されているアルミニウムのような金属膜
で構成されてもよい。電極及び／又は圧電アクチュエータ９４は、膜９２にほぼ
隣接しているように置かれている。電極９４は、膜９２の表面に対して２次元で
延びるように、平坦あるいはほぼ平面であってもよい。膜９２は、円形リングの
ような楕円取り付けリングのような取り付け構造９６によって、電極９４にほぼ
隣接して取り付けられている。

【００６２】電極９４は、電圧源９８からの約１，０００ボルトのような高圧に置かれるこ
とができる。この電圧は、膜９２を引き付ける及び／又ははね返すように所望の
範囲内で変えられてもよい。アース１００に接続することによってアース電位に
あってもよい膜９２は、このように静電引力によって歪められ、変形させられて
、放物状のような曲げられた形状になる。そのように変形される場合、膜９２は
、焦点距離、したがって電極電圧を変えることによって迅速に変えることができ
る投影距離を有する集束光学素子の役目を果たす。例えば、膜９２の曲面は、曲
げられた膜９２の曲率半径の半分に等しい焦点距離を有してもよく、この曲率半
径は、膜９２上の張力、膜９２の材料の機械的特性、膜９２及び電極９４の分離
、電極９４に印加された電圧によって決定される。

【００６３】一実施形態では、膜９４の偏向は常に電極９４の方へである。一方、電極９４
から膜９２の反対側の透明導電層を有する窓を設置し、次に一定電圧を窓に加え
ることによって、膜９２は両方向に、すなわち、電極９４から離れてあるいは電
極９４の方へ偏向させられるので、より大きい範囲の集束画像を可能にする。複
数の方向のこのような膜９２のこのような制御された変化は、例えば、ＳＰＩＥ
会議議事録，ＶＯＬ．７５，ｐｐ９７−１０２（１９７６）でＭａｒｔｉｎＹ
ｅｌｌｉｎによる論文に記載されている。

【００６４】ＭＬＭ９０の偏向の光学効果は、投影光学素子２２によって拡大され、物体平
面からの投影画像を、高再集束レートの画像プロジェクタ２０から様々な距離で
集束させてもよい。さらに、ＭＬＭ９０は、その全集束範囲にわたってほとんど
一定の画像倍率を保持できる。

【００６５】図９を参照すると、ＭＬＭ９０は、例えば、画像を投影光学素子２２に集束す
るために、１／４波長板１０４及びビームスプリッタ１０６に隣接している適応
光学素子系１０２に組み込まれてもよい。物体あるいは物体平面１１２からの画
像１１０は、ビームスプリッタ１０６によって水平方向に偏光される偏光子１０
８を通過するので、１／４波長板１０４を通過し、反射及び集束するために膜９
２に入射する円形偏光された光を生じる。反射後、このような集束画像１１４は
、入射光１１０の方向に対して９０°偏光された光１１４を生じる１／４波長板
１０４を通過し戻される。次に、ビームスプリッタ１０６は、光１１４を投影光
学素子２２の方へ反射し、物体の画像を形成する。１／４波長板１０４及び偏光
子１０８をＭＬＭ９０とを併用することによって、適応光学素子系は、ＭＬＭ９
０を軸ずれで及び／又は投影レンズ２２からの距離に取り付けることを避ける比
較的コンパクトな形状に折り畳まれてもよい。

【００６６】この画像は、投影光学素子２２から垂直な投影平面１１６に対する垂直距離Ｆ _Ｎに集束されてもよく、最小投影平面１１８からの最小距離Ｆ_ＭＩＸ対投影光学
素子２２から最大投影平面１２０に対する最大距離Ｆ_ＭＡＸ間で、高速に再集束
されてもよく、画像の高解像度が保持される。

【００６７】図１０に示されるように、ＭＬＭ９０、１／４波長板１０４、及び偏光子１０
８を有する適応光学素子系を含む画像プロジェクタ２０は、２Ｄスライスが少な
くとも１つの光学要素上に集束されるように、２ＤスライスがＭＯＥ装置３２の
光学要素３６〜４４間のスペーサ１２２上に入射しないように、高集束精度で、
３Ｄ画像の個別の２Ｄスライスを個別の光学要素３６〜４２上にこのように選択
的に、迅速に投影してもよい。

【００６８】図９〜図１０を参照すると、他の代替実施形態では、画像プロジェクタ２０は
、物体平面１１２からの光１１０を変調する複数のピクセル１２６を有するＳＬ
Ｍ１２４を含む。切り換えることができる１／２波長板が、９０°だけ向きが異
なるＳＬＭ１２４の前部基板及び後部基板上に配向層を生成することによって形
成されるツイステッドネマティック（ＴＮ）ＳＬＭが使用されてもよい。ＴＮＳ
ＬＭの液晶は、各表面上の配向層に配向し、次に、２つの基板間で滑らかに結合
し、１／２周期のらせんを形成する。らせんのピッチは光の波長近くに選択され
、らせんは、１／２波長板の役目を果たし、入射光偏光を９０°だけ回転させる
。らせんを巻き戻し、１／２波長板を無効にしＴＮＳＬＭに十分な強度の電界の
印加によって、２つの基板間の大部分の液晶材料は、基板に垂直な点に再度配向
するので、入射光の偏光の回転を除去する。固有偏光がＴＮ液晶材料にないこと
によって、ＴＮＳＬＭは、印加電圧の符号に影響を受けなく、電圧のどちらかの
符号は波長板の働きで同じ減少を生じるので、ＴＮＳＬＭは、印加電圧の大きさ
の関数である遅延を有する波長板の役目を果たす。

【００６９】一方、図１１に示されるように、ＳＬＭ１２４は、複数のピクセル１２６で構
成される強誘電型液晶（ＦＬＣ）ベースの装置であってもよく、各ピクセル１２
６はシリコン基板１３０のような半導体基板上に置かれたＦＬＣ材料１２８を有
し、電極１３２はそれとの間に置かれている。電極１３２はアルミニウムで構成
されてもよい。透明導体１３４は、ＦＬＣ材料１２８の上に配置され、２．５Ｖ
の作動電圧のような電圧源に接続されている。例えば、ガラスで構成されるカバ
ースライド１３６は、透明導体１３４上に置かれている。

【００７０】このようなピクセル１２６で構成されているＦＬＣＳＬＭは、例えば、電極
１２８と導体１３４間への電界への印加が、入射光の偏光の回転を生じるツイス
テッドネマティック（ＴＮ）ＳＬＭと同様に作動する。回転度は印加電圧に比例
し、０°から９０°まで変わる。偏光子１０８のような外部偏光子と組み合わせ
て、ＳＬＭ１２４の偏光回転は入射光の輝度変調を生じる。

【００７１】ＴＮＳＬＭと違って、ＦＬＣＳＬＭは、印加電圧とは無関係の遅延を有する
波長板を形成する所望の厚さを有するＦＬＣＳＬＭを生じる固有偏光を有する
。ＦＬＣＳＬＭは、印加電圧の大きさ及び符号の両方の関数である向きを有す
る波長板の役目を果たす。

【００７２】図１１のＦＬＣＳＬＭ１２４のピクセル１２６に関して、ＦＬＣＳＬＭ１
２４の１／２波長板は、水平基準軸に対して約２２．５°である電力の供給のな
い配向を有するように一般的に実現され、入射光偏光の４５°回転を生じる。電
力が供給される場合、透明導体１３４は、ピクセル１２６の電極１３２の電圧範
囲の半分であってもよい２．５Ｖにバイアスされる。

【００７３】図１２〜１４を参照すると、ＦＬＣＳＬＭ１２４のピクセル１２６によって
形成される１／２波長板の主軸の向きは、０°、４５°及び９０°偏光をそれぞ
れ有するように０Ｖ、２．５Ｖ、及び５Ｖのそれぞれで示されている。

【００７４】ＴＮＳＬＭ及びＦＬＣＳＬＭの両方は正しい動作を維持するようにバランス
される直流（ＤＣ）にあるべきである。ピクセル１２６に連続するＤＣ電界を加
えることによって、ピクセル１２６を破壊する不純物イオン衝撃によって基板上
の配向層の破壊を生じる。このような損傷を防止するために、電界は、ＴＮＳＬ
Ｍの場合に約１００Ｈｚ、及びＦＬＣＳＬＭの場合に約１Ｈｚのオーダーの周
波数で周期的及び／又は不規則的に符号反転される。電界の符号に対するＴＮＳ
ＬＭの感度がないことによって、電界が反転されるとき一定の外観を有する、Ｔ
ＮＳＬＭを通過する画像を生じる。しかしながら、ＦＬＣＳＬＭは、一般的に
は、ＳＬＭがＤＣバランスされる場合に画像の黒領域が白に変わり、画像の白領
域が黒に変わるグレイスケール反転を生じる電界の符号に影響を受ける。

【００７５】ＳＬＭ１２４のＤＣバランス中のグレイスケール反転を防止するために、入射
光の偏光は、ピクセル１２６への電界の印加によって引き起こされる正負の画像
が同じ外観を有するようにバイアスされる。ＳＬＭ１２４及び／又は個別ピクセ
ル１２６は、ＳＬＭ１２４の前に入射光１１０を受光するように置かれている静
止１／２波長板１３８を有する。波長板１３８は、入射光の偏光の２２．５°回
転を行うように向けられ、生じるグレイスケールは電極１３２に印加されるＯＶ
あるいは５Ｖのいずれかに対して最大輝度を有し、２．５Ｖが電極１３２に印加
される場合に最大輝度を有する。他の実施形態では、波長板１３８を包含するこ
とによって最大輝度の減少を防止するために、偏光バイアスされたＦＬＣＳＬ
Ｍ１２４の最大輝度が波長板１３８なしにバイアスされていないＳＬＭの最大輝
度に一致させることができる４５°の静止配向を有するＦＬＣ材料１２８が使用
されてもよい。

【００７６】前述されているように、画像プロジェクタ２０の代替実施形態では、物体平面
１１２の彩色された及び／又は固体のカラー発生レーザのようなレーザが使用さ
れてもよい。このようなレーザは、例えばＣＤＲＯＭならびにレーザビデオシス
テムのような他の情報記憶および検索技術で現在で使用可能である、青及び緑の
固体レーザを組み込んでもよい。

【００７７】画像プロジェクタ２０の１つの代替実施形態では、適応光学素子は、深さが固
定されておらず、その代わりに観察者１２の方へあるいは観察者１２から離れて
移動されてもよい３Ｄ画像を生成するように、ヘッドアップディスプレイで使用
されてもよい。ＭＯＥ装置３２を使用しないで、２Ｄ画像スライス２４〜３０は
、正しい深さで表示するために観察者１２の目の中に直接投影されてもよい。こ
のスライス２４〜３０を観察者１２に迅速に表示することによって、３Ｄ画像は
観察者１２によって認知される。ＭＶＤシステム１０のこの実施形態では、画像
プロジェクタ２０の適応光学素子及び他の部品は、ヘルメット装着形ディスプレ
イのためのコックピットのあるいは既存のヘッドアップディスプレイ、あるいは
自動車のダッシュボード装着形システムに組み込まれているように非常にコンパ
クトであってもよい。

【００７８】他の実施形態では、スライス２４〜３０は、画像４４〜５０のいくつかが、単
一光学要素に対応する単一深さでの代わりにＭＯＥ装置３２の深さの範囲にわた
って画像を表示することによって、深さをオーバサンプリングするために光学要
素３６〜４２の２つ以上にそれぞれ表示されるように発生され、投影されてもよ
い。例えば、ＭＯＥ装置３２が画像スライス２４〜３０の数よりも多くの光学要
素３６〜４２の平面を有する場合、オーバサンプリングは有利であるので、画像
４４〜５０の数は画像スライス２４〜３０の数よりも大きい。例えば、スライス
２４は、光学要素３６〜３８の両方に画像４４〜４６のそれぞれとして表示した
。このようなオーバサンプリングは、光学要素３６〜４２の数あるいは画像プロ
ジェクタ２０のフレームレートを増加させないで、より連続している外観を有す
る３Ｄ画像３４を発生する。このようなオーバサンプリングは、例えば、それぞ
れの不透明な複数の光学要素上へのそれぞれの複数の投影サイクル中、単一の投
影スライスを受け取るように複数の光学要素を不透明な状態に切り換えことによ
って実行されてもよい。

【００７９】多平面データセットからの３Ｄ画像の発生３Ｄ画像３４を形成するように２Ｄ画像４４〜５０のセットとして表示される
２Ｄ画像スライス２４〜３０のセットを生成するために、多平面データセットは
、グラフィックスデータ源１６からＭＶＤコントローラ１８によって受信された
３Ｄ画像データから発生される。スライス２４〜３０の各々は、ＭＯＥ装置３２
内の適切な深さで表示される。すなわち、スライス２４〜３０は、光学要素３６
〜４２の特定の１つに選択的に投影される。３Ｄ画像３４のスライス２４〜３０
が十分接近して作られている場合、画像３４は連続している３Ｄ画像であるよう
にみえる。ここに記載されている任意の多平面アンチエリアシングも、３Ｄ画像
３４の連続している外観を強調するために使用されてもよい。

【００８０】多平面データセット（ＭＰＤ）を計算する方法は、ＭＶＤシステム１０によっ
て実行される。特に、ＭＶＤコントローラ１８は、このような方法を実行し、グ
ラフィックスコンピュータであってもよいグラフィックスデータ源１６のフレー
ムバッファの色バッファ及び深さ（すなわちｚ）バッファからの情報を結合する
。この方法は一定の深さ動作及びアンチエリアシングも含む。

【００８１】図１５を参照すると、この方法は、ステップ１４０で応答し、ＧＵＩあるいは
任意のユーザフィードバック装置５８によるようなＭＶＤシステム１０を操作す
るユーザ１２と対話し、表示される画像を選択及び操作する。このような操作及
び／又は対話から、ＭＶＤシステム１０は、例えば、ＭＶＤコントローラ１８の
メモリであってもよいフレームバッファに記憶された画像データからの画像レン
ダリングをステップ１４２で実行する。フレームバッファは、色バッファ及び深
さバッファのようなサブバッファを含んでもよい。典型的なレンダリング処理中
、グラフィックスコンピュータは、深さバッファの同じ（ｘ，ｙ）位置の各ピク
セルのカラー及び深さを計算する。新しいピクセルの深さが予め計算されたピク
セルの深さよりも小さい場合、新しいピクセルは観察者により接近しているので
、新しいピクセルのカラー及び深さは、それぞれ色バッファ及び深さバッファの
両方の古いピクセルのカラー及び深さと取り換えられる。一旦シーンの全ての物
体がイメージングのためのデータセットとして表現されると、この方法はステッ
プ１４４〜１５２で連続する。一方あるいはさらに、フレームバッファの再現画
像は、ボリュメトリック３Ｄ画像３４のような３Ｄ画像の生成の準備としての２
Ｄコンピュータスクリーン上の３Ｄ画像として観察者１２に表示されてもよいの
で、観察者１２は、どの画像が３Ｄ画像３４として発生するかを選択できる。

【００８２】ＭＰＤ計算のための方法を実行する際に、色バッファからのデータはステップ
１４４で読み出され、深さバッファからのデータはステップ１４６で読み出され
る。フレームバッファは、例えば、光学要素３６〜４２のピクセル寸法によって
決定されてもよい所望の画像スライス２４〜４２のサイズと同じ、ｘ寸法及びｙ
寸法のピクセル数を有してもよい。寸法当たりのピクセル数がフレームバッファ
と画像スライス２４〜３０との間で同じでない場合、色バッファ及び深さバッフ
ァのデータは、画像スライス２４〜３０の所望のピクセル寸法を有するＭＶＤシ
ステム１０と同じ解像度を有するようにステップ１４８でスケーリングされる。
ＭＶＤコントローラ１８は、前述のようにスケーリングされたデータであっても
よい色バッファ及び深さバッファのデータから発生された最終ＭＰＤを記憶する
メモリの出力バッファを含む。

【００８３】出力バッファは、２Ｄ画像に対応するデータのセットを記憶し、このような２
Ｄ画像は、スライス２４〜３０によって投影される画像４４〜５０と同じ解像度
及びカラー深さを有する。好ましい実施形態では、画像４４〜５０の数は、ＭＯ
Ｅ装置３２の光学要素３６〜４２によって形成される平面数に等しい。ＭＰＤ計
算が完了され、２Ｄ画像のピクセルがステップ１５０で出力バッファに記憶され
た後、出力バッファは、画像プロジェクタ２０のメモリに保持されてもよいＭＶ
Ｄ画像バッファに転送される。画像プロジェクタ２０からの２Ｄ画像は、前述さ
れるように、観察者１２によって観察される３Ｄ画像３４を形成するために画像
スライス２４〜３０に変換される。次に、この方法は、例えば３Ｄ画像３４の生
成と同時にステップ１４０にループバックし、新しい入力を処理し、それゆえ３
Ｄ画像３４を更新あるいは変更し、例えば動画３Ｄ画像を発生する。

【００８４】ＭＶＤシステム１０は、２つのモード、すなわち可変深さモード及び固定深さ
モードで作動してもよい。可変深さモードでは、深さバッファは、ＭＶＤシステ
ム１０による３Ｄボリュメトリックイメージングより前に、別個の２Ｄスクリー
ン上の３Ｄ画像の極端な深さの値に対応してもよい最大深さ値Ｚ_ＭＡＸ及び最小
深さ値Ｚ_ＭＩＸを決定するために、ステップ１４６を含むＭＰＤ計算より前に試
験される。固定深さモードでは、Ｚ_ＭＡＸ及びＺ_ＭＩＸは、ＭＶＤシステム１０
によって発生される３Ｄ画像３４の前部境界及び後部境界のそれぞれを示すため
に対話形式で、あるいはアプリケーション起動中のいずれかで観察者１２によっ
て割り当てられた値である。可変深さモードによって、２Ｄスクリーン上で見る
ことができる物体の全ては、このような物体を有するシーンの対話式操作による
深さの範囲あるいは画像深さの変化に関係なくＭＯＥ装置３２に表示できる。

【００８５】固定深さモードでは、このような物体はＭＯＥ装置３２の仮想深さの範囲外に
あってもよいので、２Ｄスクリーン上で見ることができる物体は、ＭＯＥ装置３
２で見えなくてもよい。固定深さモードの他の実施形態では、ＭＯＥ装置３２の
「背部」あるいは最も後部の光学要素の外側にあるように決定されてもよい画像
ピクセルは、その代わりに、観察者１２に対して、最も後部の光学要素上に表示
されてもよい。例えば、図１の観察者１２の観点から、この光学要素３６は、遠
い画像が投影されてもよい最も後部の光学要素である。このように、物体の全シ
ーンは目に見えるままであるが、Ｚ_ＭＡＸ及びＺ_ＭＩＸ間の深さを有する物体だ
けは、ＭＯＥ装置３２によって発生されるボリュメトリック３Ｄ画像において見
える。

【００８６】ここに示されたＭＰＤ方法では、Ｚ_ＭＡＸ及びＺ_ＭＩＮの値を使用して、深さ
バッファ内の深さ値は、ステップ１４８でオフセットされ、スケーリングされる
ので、Ｚ_ＭＩＮの深さを有するピクセルは０のスケーリングされた深さを有し、
Ｚ_ＭＡＸの深さを有するピクセルは、ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２の平
面数に等しいスケーリングされた深さを有する。ステップ１５０では、スケーリ
ングされた深さを有するこのようなピクセルは、そこで、スケーリングされた深
さ値ｄ_ｉの整数部

【００８７】

【数２】を試験し、色バッファからのカラー値を同じ（ｘ，ｙ）座標の適切なＭＰＤスラ
イス２４〜３０に割り当てることによって出力バッファ内で分類され、記憶され
る。このカラー値は関連ピクセルあるいはボクセルの輝度を指示してもよい。

【００８８】開示されたＭＰＤ方法を使用すると、ＭＶＤシステム１０によって発生された
ボリュメトリック３Ｄ画像３４は不完全であってもよい。すなわち、このような
物体あるいは部分が２Ｄコンピュータスクリーン上の対応する３Ｄ画像を観察す
る観察者の観点から見えない場合、その物体あるいは部分が完全に除去される。
ＭＶＤシステム１０によって発生されたボリュメトリックディスプレイでは、予
め隠された物体が見えるようになるように、図１の観察者１２が視角まで移動で
きる画像観察が行われるので、このようなＭＶＤシステム１０は、３Ｄ画像の既
存の２Ｄ表示よりも有利である。

【００８９】代替実施形態では、ＭＰＤ方法は、スケーリングされた深さ値の端数部分、す
なわち、ピクセルのカラー値の分数をスライス２４〜３０のセットの２つの隣接
ＭＶＤ画像スライスに割り当てる

【００９０】

【数３】を使用することによって、ここに示されるように、アンチエリアシングを実行し
てもよい。例えば、スケーリングされた深さ値が５．５であり、各スライスが個
別の深さ値に対応する場合、ピクセルの輝度の半分はスライス５及びスライス６
の各々に割り当てられる。一方、スケーリングされた深さが５．２の場合、スラ
イス５はスケーリングされた深さに「より接近」し、カラー値の２５％はスライ
ス６に割り当てられるので、色値の７５％はスライス５に割り当てられる。

【００９１】アンチエリアシングの異なる度合いは、異なる可視化タスクに適切であり得る
。アンチエリアシングの度合いは、すなわち、カラー値を分数の深さ値の全てを
使用する他方の極値に割り当てるために分数深さ値を無視する一方の極値から変
えることができるか、あるいはアンチエリアシングの度合いはこのような極値間
の任意の値に変えることができる。このような可変アンチエリアシングは、スケ
ーリングされた深さの端数部分をアンチエリアシングパラメータと乗算し、それ
から得られた値をアンチエリアシングパラメータの半分だけ負にオフセットする
ことによって実行されてもよい。最終カラー値は、０と１との間のように負にオ
フセットされた値を所定の範囲内であるように固定あるいはクランプすることに
よって決定されてもよい。１のアンチエリアシングパラメータは、全アンチエリ
アシングに対応し、無限大∞のアンチエリアシングは全くアンチエリアシングに
対応しない。１よりも小さいアンチエリアシングも実行されてもよい。

【００９２】深さバッファ値をスケーリングする際に、レンダリング動作及びイメージング
動作をサポートするグラフィックスハードウェアのオープングラフィックスライ
ブラリ（ＯｐｅｎＧＬ）マルチプラットホームソフトウェアインタフェースで特
定されるような透視投影図が使用されてもよい。このような透視投影図は、深さ
バッファに非線形の値を生じてもよい。３Ｄ画像３４の仮想深さと可視深さとの
間の正確な関係に関しては、ＭＶＤコントローラ１８は、ステップ１４８でスケ
ーリングされた深さを生じる際にこのような非線形性を考慮する。一方、正投影
は、ステップ１４８で深さバッファ値をスケーリングするために使用されてもよ
い。

【００９３】既存の２Ｄモニタでは、透視は、観察者からより遠い物体がより小さく見え、
平行線が集中するように見えるように、深さの意味を作成する３Ｄデータの可視
化において計算上生成される。開示されたＭＶＤシステム１０では、３Ｄ画像３
４は、前述の深さの意味を作成する計算上の透視で生成されるので、３Ｄ画像３
４の深さは強められる。

【００９４】他の実施形態では、スライス２４〜３０は、画像４４〜５０のいくつかが単一
の光学要素に対応する単一の深さでの代わりに、ＭＯＥ装置３２の深さの範囲に
わたって画像を表示することによって深さをオーバサンプリングするために、光
学要素３６〜４２の２つ以上にそれぞれ表示されるように生成され、投影されて
もよい。例えば、ＭＯＥ装置３２が画像スライス２４〜３０の数よりも多い平面
の光学要素３６〜４２を有する場合、オーバサンプリングは有利であることもあ
るので、画像４４〜５０の数は画像スライス２４〜３０の数よりも多い。例えば
、スライス２４は、光学要素３６〜３８の両方に画像４４〜４６としてそれぞれ
表示した。このようなオーバサンプリングは、画像プロジェクタ２０の光学要素
３６〜４２の数あるいはフレームレートを増加させないで、より連続する外観を
有する３Ｄ画像３４を生成する。このようなオーバサンプリングは、例えば、そ
れぞれの不透明な複数の光学要素へのそれぞれの複数の投影サイクル中、単一投
影スライスを受け取るように複数の光学要素を不透明な状態にあるように切り換
えることによって実行されてもよい。

【００９５】ＭＶＤシステムの他の実施形態一つの他の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、１０個の液晶パネル３６〜４２
を含み、長さ５．５インチ（１４ｃｍ）×幅５．２５インチ（１３．３ｃｍ）×
奥行き２インチ（４．８ｃｍ）であるような寸法にされる。画像プロジェクタ２
０は、赤、緑及び青の光を生じる一対のイオンレーザを使用する音響音波光学レ
ーザビームスキャナを含んでおり、イオンレーザは、高周波数音波によって変調
され、次に走査される。レーザスキャナは、２００×２００ポイントの解像度の
毎秒１６６，０００ポイントをベクトル走査できる。４０Ｈｚで作動する１０個
の平面ＭＯＥ装置３２と結合される場合、ＭＶＤシステム１０は、４００，００
０ボクセル、すなわち３Ｄ画素を有する３Ｄ画像を発生する。２４ビットＲＧＢ
解像度のカラー深さは、１Ｈｚの画像更新レートで得られる。実像プロジェクタ
５４を使用すると、１００°×４５°の視野を得ることができる。

【００９６】他の代替実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、１２個の液晶パネル３６〜４２を
含み、長さ６インチ（１５．２ｃｍ）×幅６インチ（１５．２ｃｍ）×奥行き３
インチ（７．７ｃｍ）であるような寸法にされる。実像プロジェクタ２０は、１
８０Ｈｚのフレームレートでグレイスケール画像を生成するように、フィールド
シーケンシャルカラーモードで作動するように構成された一対のテキサスインス
トルメンツＤＬＰビデオプロジェクタを含む。２つのプロジェクタをインターレ
ースすることによって、有効的な単一プロジェクタは、３０Ｈｚのレートで１２
個の平面ボリュメトリック画像を生成するように３６０Ｈｚのフレームレートで
形成される。達成できる横方向解像度は６４０×４８０ポイントである。３０Ｈ
ｚで作動する１２個の平面ＭＯＥ装置３２と結合される場合、ＭＶＤシステム１
０は、全部が３，６８６，４００ボクセルを有するグレイ３Ｄ画像を生成する。
８ビットのグレイスケール解像度のカラー深さは、１０Ｈｚの画像更新レートで
得られる。実像プロジェクタ５４を使用すると、１００°×４５°の視野を得る
ことができる。

【００９７】さらなる代替実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、５０個の液晶パネル３６〜４
２を含み、長さ１５インチ（３８．１ｃｍ）×幅１３インチ（３３．０ｃｍ）×
奥行き１０インチ（２５．４ｃｍ）であるような寸法にされる。画像プロジェク
タ２０は、約１０ｋＨｚのフレームレートで非常に高速である、ボールダーノン
リニアシステムズから市販されている高速アナログ強誘電型ＬＣＤを含む。達成
できる横方向解像度は５１２×５１２ポイントである。４０Ｈｚで作動する５０
個の平面ＭＯＥ装置３２と結合される場合、ＭＶＤシステム１０は、全部で１３
，１０７，２００ボクセルを有するグレイ３Ｄ画像を生成する。２４ビットＲＧ
Ｂ解像度のカラーの深さは、１０Ｈｚの画像更新レートで得られる。実像プロジ
ェクタ５４を使用すると、１００°×４５°の視野を得ることができる。このよ
うな解像度及び非インタフェースの４０Ｈｚのボリュームレートに関しては、Ｍ
ＶＤシステム１０は、２０インチ（５０．８ｃｍ）対角線を有する従来のモニタ
に等価のディスプレイ機能を有する。

【００９８】他の実施形態では、光学要素３６〜４２は、１２８０×１０２４の横方向解像
度及び２５６の平面の深さ解像度を有してもよい。このシステムは、３７．５Ｈ
ｚのレートで更新される全ボリュームを有する、７５Ｈｚの合計レートで交互の
平面が書き込まれるインターレースされた深さモードで動作する可能性がある。
このようなインタレースは、画像プロジェクタ２０のフレームレートを増加させ
ないで、より高い認知されたボリュームレートを提供する。

【００９９】他の実施形態では、ＭＯＥ装置３２は、著しく大きい深さ解像度、及び２０億
ボクセルよりも大きいボクセル数を生じる２０４８×２０４８ピクセルの横方向
解像度のために５００個の平面を含む。この構成のＭＯＥ装置３２のサイズは、
４１インチ（１０４ｃｍ）対角線を有する従来のディスプレイに相当する、長さ
３３インチ（８４ｃｍ）×幅２５インチ（６４ｃｍ）×奥行き２５インチ（６４
ｃｍ）である。本実施形態の画像プロジェクタ２０は、２０ｋＨｚのフレームレ
ートを供給するシリコンライトマシンズの回折格子光弁技術を含む。

【０１００】仮想対話アプリケーションフォースフィードバックインタフェースとしてユーザフィード装置５８を組み
込むＭＶＤシステム１０の他の実施形態によって、観察者１２は、３Ｄ画像３４
、５６がみえる同じ位置で、３Ｄ画像３４、５６の触覚及び感覚を認知し、経験
する。ＭＶＤシステム１０は、高解像度３Ｄ画像３４、５６を生成できるので、
仮想対話は、高解像度表面テクスチュア及び非常に硬い面、すなわち、観察者１
２による表面の一部の仮想現実運動を考慮して低コンプライアンスに抵抗し及び
／又は低コンプライアンスを持つように表示する面を生成するように、適切なフ
ォースフィードバック装置を使用してＭＶＤシステムで実行される。

【０１０１】したがって、ユーザフィードバック５８は、高解像度位置エンコーダ及び高周
波数フィードバックループを含み、観察者１２の手の運動を、３Ｄ画像３４、５
６の修正ならびに観察者１２のフォースフィードバック感覚と調和させる。好ま
しくは、ユーザフィード装置５８は、部品の減少された質量及びボリューム及び
関連重量ならびに慣性が最少で観察者１２の動きを邪魔するように、フォースフ
ィードバック誘導グローブのような軽量で、コンパクトな仮想現実部品を含む。

【０１０２】このようなユーザフィードバック装置は、観察者１２によって着用された任意
の着用可能な部品の重量を非常に減らす軽量炭素複合物を含んでもよい。さらに
、非常にコンパクトで、非常に高い解像度光ファイバあるいは容量性位置エンコ
ーダは、手及び頭の向きのような観察者１２の一部の位置を決定するために当該
技術で知られているかさばった光学位置エンコーダの代わりに使用されてもよい
。

【０１０３】観察者１２に着用可能な部品は、ユーザフィードバック装置５８を制御する埋
め込みプロセッサシステムを含むので、ＭＶＤコントローラ１８及び／又はイン
タフェース１４の処理オーバーヘッドを軽くする。その唯一の仕事がインタフェ
ースを実行することにある埋め込みプロセッサを使用することによって、全ＭＶ
Ｄシステム１０のためのフィードバックレートは、１００ｋＨｚよりも大きくて
もよい。非常に高い解像度エンコーダと結合される場合、ＭＶＤシステムは、非
常に高忠実度フォースフィードバックインタフェースを有する。

【０１０４】このような仮想対話技術を、このようなボリュメトリック３Ｄ画像３４、５６
を表示できるＭＶＤシステム１０と併用すると、３ＤＧＵＩは、観察者１２が３
Ｄデータをアクセスし、直接操作できるように実現される。データグローブのよ
うな知られているインタフェース装置、ビデオゼスチャ認識装置、及びマサチュ
ーセッツ州のケンブリッジ市のＭＩＴメディア研究所（ＭＥＤＩＡＬＡＢ）か
ら入手できるフィッシュセンサは、ユーザが、例えば、３Ｄグラフィックス及び
コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムで、３Ｄデータを直接操作できるよう
に使用できる。

【０１０５】このような３Ｄ画像及びデータ操作に関しては、ＭＶＤシステム１０は、マサ
チューセッツ州のローウェル市のスペーステック（Ｓｐａｃｅｔｅｃ）社から市
販されているスペースボールのような３Ｄマウス装置、ならびに観察者１２が真
の空間で手を移動させるのと同じように画像３４の周りの表示ボリュームにおい
て３Ｄカーソルをどこへでも移動させる３Ｄポイント装置も組み込んでもよい。
一方、ＭＶＤシステム１０は、ユーザフィードバック装置５８により、観察者１
２の手の移動を３Ｄカーソルとして解釈してもよい。

【０１０６】一実施形態では、ユーザフィードバック装置５８は、観察者１２の手の位置及
び向きを検知する部品を含んでもよい。例えば、観察者１２は、ポリヘマウス（
ＰＯＬＹＨＥＭＵＳ，ＩＮＣ．，）社から入手できる磁気センサのような位置セ
ンサ、及び／又は仮想現実データグローブに組み込まれた位置センサのような他
の種類のセンサを保持あるいは着用してもよい。一方、手の位置は、コンピュー
タ画像処理あるいはＭＩＴメディア研究所で開発されたセンサのような無線周波
数センサの使用により、３Ｄ画像３４の表示ボリューム内で検知される。筋肉疲
労を避けるために、ユーザフィードバック装置５８は、パーソナルコンピュータ
の２Ｄスクリーン上の２Ｄカーソルの位置を制御するためにデスクトップのフラ
ットな表面上の従来の２Ｄマウスの２Ｄ移動と同様に表示された３Ｄ画像３４か
ら、物理的に離れている非常に小さい検知空間の観察者１２の手あるいは指の移
動を検知してもよい。

【０１０７】ＭＶＤシステムの長所ＭＶＤシステム１０を使用して、３Ｄ画像３４、５６は、観察者１２による自
然観察を与えるように生成されるが、それは、すなわち、３Ｄ画像３４、５６が
、現実の物体を観察することに関連する深さキューすべてを実質的に有し、目の
過労を最小限度にし、疲労せずに延長された時間の期間も観察することを可能に
する。

【０１０８】ＭＶＤシステム１０は、当業者には知られている数多くのボリュメトリックデ
ィスプレイ上の大きさの少なくとも１つの大きさの度合いである、例えば、３，
０００，０００よりも大きなボクセル数を提供するＭＯＥ装置３２により、高度
の解像度／ボクセル数を提供する。さらに、２Ｄ画像４４〜５０のように、ディ
スプレイ画像スライス２４〜３０に適応させた矩形の断面を有するＭＯＥ装置３
２などの、３Ｄ画像３４を表示するために直線幾何学を好適に使用することによ
って、ＭＶＤシステム１０は、付加的な変換ソフトウエアを必要としないコンピ
ュータ性能とディスプレイ更新速度を容易にしかつ最大限にする、数多くの知ら
れているグラフィックスコンピュータならびにグラフィカルアプリケーションプ
ログラムの内部座標システムにマッチする１つの座標システムを使用している。
さらに付け加えると、１つの好適な実施形態においては、ＭＯＥ３２の画像ボク
セルは、３Ｄ画像３４における画像の歪みを消去する、同一かつ定常的な形状、
大きさ、方向を有している。

【０１０９】当業者には知られているマルチビュー自動立体ディスプレイとは異なり、ＭＶ
Ｄシステム１０は、たった１つだけの代わりに複数の範囲における観察により３
Ｄ画像を「見渡せる」ことを可能にする、水平と垂直の両方の視差により広範な
視野を提供する。さらに、マルチビュー自動立体ディスプレイとは異なり、ＭＶ
Ｄシステム１０の視野は、全方向において連続的であり、それはすなわち、ＭＯ
Ｅ装置３２に対して観察者１２が動く際に、３Ｄ画像３４で混乱させるようなジ
ャンプがない。

【０１１０】さらに、ＭＯＥ装置３２における光学要素３６〜４２の静的構成のため、ＭＯ
Ｅ装置３２の全体のバランスを喪失するような場合に、ＭＯＥ装置３２の画像の
歪み、ディスプレイ振動、また破滅的な機械的障害をも結果的に生じる動的な部
品がない。

【０１１１】ＭＶＤシステム１０はまた、閉塞、すなわち、背景物体によって放射される光
の前景物体による障害を避けることが可能である。コンピュータ上の閉塞と呼ば
れる閉塞の１つの限定された形態は、画像構築と表示の速度を改善するため、特
定の視点を取り上げて、またその後にその視点からは見ることができない表面を
単に描かないことによって作り出すことができる。しかし、観察者１２が前景物
体を見渡そうと試みる場合には、描かれなかった背景物体の部品は見えない。１
つの実施形態においては、ＭＶＤシステム１０は、背景光を吸収することにより
閉塞を作り出す散乱状態にあるほかの光学要素とともに、１つの画像を表示する
散乱している光学要素を散らばらせることにより、閉塞の欠如に対する補償を行
う。ゲストホストポリマー分散液晶は、染料が液晶分子と一緒に混合され、印加
される電圧により材料の色が変化することを許容する、光学要素３６〜４２にお
いて使用することができる。

【０１１２】ＭＶＤシステム１０はまた、実画像プロジェクタ５４を使用すると、ＭＯＥ装
置３２まで達するハウジングを必要し、そのためＭＯＥ装置３２に達する周囲の
光の量を減らすことになり、またそれによってコントラストグラデーションを防
ぐことになるため、ＭＶＤシステム１０の周囲の照明によるコントラストグラデ
ーションをほとんど有していないに等しい。

【０１１３】代替的には、コントラストグラデーションは、周囲の照明に比例して画像プロ
ジェクタ２０からの照明を増加することにより、また観察可能なレベルにまで画
像の明るさを減らすために、ＭＯＥ装置３２の周囲に吸収用プラスチックの囲い
を設置することにより、減らすことができる。周囲の光が、観察者１２に達する
には吸収用の囲いを２度通過しなければならない。一度は途中で、またもう一度
はＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２を散乱させた後である。反対に、画像４
４〜５０を形成する画像プロジェクタ２０からの光は、観察者１２への途中で吸
収用囲いのなかを通過するだけであり、またそのため、周囲の光により受ける損
失の平方根の関数である、照明の損失が減った。

【０１１４】周囲の光の影響を減らす代替的な実施形態の１つは、赤、緑、青における３つ
の狭いスペクトルのバンドパスを付けた１つの囲いと、そうした周囲の光の影響
を減らすためには非常に効果的であるバンド外の光に対する高度な吸収材料を使
用するものである。レーザー光源からの狭いバンドの光はＭＯＥ装置３２から散
乱した後も減衰されずに透過し、一方、周囲の照明から得られる広域バンド光は
ほとんどが吸収されるため、画像プロジェクタ２０でレーザー光源を使用するこ
とにより、周囲の光の点でより高い性能が得られる。

【０１１５】ＭＯＥ装置におけるアンチエリアシングもう１つの代替的な実施形態においては、図１６に参照して、また本出願に説
明されているように、画像データの画像プロジェクタ２０への伝送の前に、また
そこからＭＯＥ装置３２の光学要素１６０〜１６８までの伝送の前に、ＭＶＤコ
ントローラ１８ないしは代替的にはグラフィックスデータ源１６が、光学要素１
６０〜１６８上に３Ｄ画像３４に表示されている特徴を円滑にするように、画像
データ上で３Ｄアンチエリアシングを行うことができる。３Ｄアンチエリアシン
グを使用して、システム１０は、ｚ軸に対して垂直であるｘ−ｙ平面に整列して
いる光学要素１６０〜１６８により、ＭＯＥ装置３２の固有の分離ボクセル構成
により引き起こされる表示のピクセル化による、例えば、ｚ方向に沿って平行平
面１６２〜１６４の間にある深さの画像のきざきざになった線ないしは不完全な
領域を回避する。

【０１１６】画像スライスに対応するデータが生成されると、画像素子１７０が平面移行部
の１つの端の近傍に現れて、すなわち、光学要素の間、例えば、光学要素１６２
〜１６４の間に現れる。説明的な目的のためにのみ、図１６〜１８に図示されて
いる光学要素１６０〜１６８とボクセル１７０の構造形態は、開示されているア
ンチエリアシングシステムと方法をさらに明らかに説明し図示するために誇張さ
れており、またそのため、光学要素１６０〜１６８は相対的にその間に小さな間
隙を有していることが理解されるべきである。

【０１１７】特定の画像素子１７０と、少なくともボクセル及び／又は画像素子１７０で構
成される３Ｄ画像での突然の移行を避けるために、光学要素１６２〜１６４上で
プロジェクタ２０から照明を受けている、本出願に説明されているような両方の
スライスを、光学要素１６２〜１６４上の各画像１７２〜１７４が、それぞれ画
像素子１７０ないしは一部分ないしはその誘導形態を含むように生成することが
でき、したがって、画像素子１７０は、その移行を柔軟化し、またさらに図１の
３Ｄ画像３４が連続的にみえることを可能にする、光学要素１６２〜１６４によ
り形成される両方の平面の間で共有される。それぞれ連続的になっている光学要
素１６２〜１６４上の画像素子１７２〜１７４の輝度は、画像データにおける画
像素子１７２〜１７４の位置により変わる。

【０１１８】図１６に参照すると、光学要素１６０〜１６８の数Ｎは、平面ＬＣＤ表面（複
数）になっていて、したがって、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・Ｐ_Ｎと標識化され、
またＭＯＥ装置３２の幅である距離Ｄにわたっている。したがって、各光学要素
１６０〜１６８は、Ｄ_Ｎ−Ｄ_１＝Ｄとなるように、共通基準点からｚ軸に沿って
距離Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、・・・Ｄ_Ｎをもって間隔を空ける。例えば、共通基準点
は、プロジェクタ２０に対してｚ軸に沿ってもっとも近い光学要素１６０であり
、したがってＤ_１＝０、またＤ_Ｎ＝Ｄである。代替的には、光学要素１６０〜１
６８の距離は、プロジェクタ２０のレンズ２２から測定され、したがって光学要
素１６０からの相対的距離を得るために、光学要素１６０とレンズ２２からのオ
フセット距離Ｄ_{ＯＦＦＳＥＴ}が、レンズ２２からの光学要素１６０〜１６８の絶
対的距離Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３、・・・Ｄ_Ｎから減算される。したがって、Ｄ_１＝Ｄ _{ＯＦＦＳＥＴ} となる。光学要素１６０〜１６８はまた、その間の均一な間隙Ｓを
有し、あるいは代替的には、光学要素１６０〜１６８の間の間隙にバラツキがあ
るものも考えられる。

【０１１９】本出願に説明されているように、各ボクセル１７０の深さ値は、レンズ２２に
おいてかあるいは光学要素１６０においてかのいずれかで、基準点からｚ軸に沿
った測定され、またそうした深さ値は、色バッファのなかに格納されている関連
する色値とともに深さバッファのなかに格納されている。例えば、深さ値Ｄ_Ｖは
、ボクセル１７０と関連している。

【０１２０】アンチエリアシングを実施するために、またしたがって光学要素１６２〜１６
４の間に横たわっているボクセル１７０の外観を円滑にするために、深さ値Ｄ_Ｖと光学要素１６２〜１６４の間の距離Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂはそれぞれ測定され、そうした
距離はアンチエリアシングパラメータを生成するのに使用される。アンチエリア
シングパラメータは、その後、２つのボクセル１７２〜１７４のそれぞれの色値
を生成するために、アンチエリアシングパラメータにより修正されたボクセル１
７０に対応している色値が、光学要素１６２〜１６４上の２つのボクセル１７２
〜１７４をそれぞれ生成するのに使用される。

【０１２１】図１７はアンチエリアシングを使用していない、１つのボクセル表示を図示し
ている。図１７に図示されているように、光学要素１６２上のボクセル１７６〜
１７８と、光学要素１６４上のボクセル１８０〜１８４は、ボクセル１７８〜１
８０により規定されている境界で鋭い移行を形成する。光学要素１６２〜１６４
の間の距離が大きい場合には、画像３４の目立ったぎざぎざな、あるいは断続的
な外観が、表示されたボクセル１７６〜１８４の組み合わせにより形成される可
能性がある。例えば、ボクセル１７８は光学要素１６２により近いが、光学要素
１６２の上になく、またボクセル１８０は光学要素１６２により近いが、しかし
光学要素１６２上にないといった、ボクセル１７８〜１８０が、光学要素１６２
〜１６４の間の深さ値を有することもある。こうした中間的な深さ値はその後に
、ボクセル１７８〜１８０を表示するために、光学要素１６２〜１６４の分離深
さ値Ｄ_２、Ｄ_３にそれぞれ変換されてもよい。さらに、図１７におけるボクセル
１７８〜１８０の色値は変わらず、したがってこのボクセル１７８〜１８０の色
の強度は、このように異なった光学的深さでは異常に見えることもある。代替的
には、移行部のボクセル１７８〜１８０は、それらの中間的な深さのため除外さ
れるが、しかしボクセル１７６と１８２〜１８４で構成される３Ｄ画像３４には
、穴あるいは破損があるように見える。

【０１２２】アンチエリアシングを使用して、図１８に図示されているように、両方の移行
ボクセル１７８〜１８０が、光学要素１６２上に表示されているボクセル１７８
Ａ〜１８０Ａと光学要素１６４上に表示されているボクセル１７８Ｂ〜１８０Ｂ
とともに、新しいボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂと、１８０Ａ〜１８０Ｂを生成す
るのに使用してもよい。さらに、図１８に図示されているように、ボクセル１７
６と１８２〜１８４の色値は変化しないが、アンチエリアシングを実施すること
により、新しいボクセルの色値が、各新しいボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂと１８
０Ａ〜１８０Ｂが、異なった深さにわたってｘ−ｙ平面における画像の移行を柔
軟化するために調節された色を有するように、修正されることがある。したがっ
て、図１９に図示されているように、ボクセル１７６〜１８４は、図１７にある
画像に関して曲線１７６により見かけ上の深さで突然の移行が行われるが、図１
８にあるボクセル１７６、１７８Ａ〜１７８Ｂ、１８０Ａ〜１８０Ｂ、１８２〜
１８４は、曲線１８８により見かけ上の深さで相対的により円滑な移行が行われ
る。説明的な目的のみのために、曲線１８６〜１８８は、曲線１８６〜１８８を
明瞭に示すために、図１８に重ね描きされてはいないことに留意すべきであり、
したがって、図１８において、ボクセル１７６と１８２〜１８４の見かけ上の深
さは、アンチエリアシングに拠り、また拠らずに同一であると理解されたい。

【０１２３】図１９においては、図１８のボクセル１７８Ａ〜１７８Ｂは、ボクセル１７８
Ａ〜１７８Ｂの深さの間の中間にあって、また光学要素１６２上にはないが、そ
のより近傍にあるように、図１７のボクセル１７８の元の深さに対応している見
かけ上の深さ１７８Ｃをもって、光学要素１６２〜１６４にわたる画像を形成す
る。同様に、図１８のボクセル１８０Ａ〜１８０Ｂは、ボクセル１８０Ａ〜１８
０Ｂの深さの間の中間にあって、光学要素１６４上にではなく、その近傍にある
ように、図１７のボクセル１８０の元の深さに対応している見かけ上の深さ１８
０Ｃをもって、光学要素１６２〜１６４にわたる画像を形成する。

【０１２４】アンチエリアシングは、もっとも近傍の境界光学要素に限定されていないが、
その代わりに、ボクセル１７８〜１８０は、光学要素１６０〜１６８のそれぞれ
の複数上に対応する複数のボクセルを生成するのに使用してもよく、したがって
、例えば、図１９の曲線１８８よりも円滑である深さ移行曲線を提供するために
使用してもよい。例えば、アンチエリアシングによる深さ移行曲線１８８は、シ
グモイドあるいはタンジェント関数に近似することが可能である。

【０１２５】図１６を参照すると、ボクセル１７０のアンチエリアシングを実施するために
、少なくとも１つの光学要素からボクセル１７０までの距離の関数である少なく
とも１つの深さ調節値λが生成される。１つの実施形態においては、各光学要素
１６２〜１６４からの距離Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂのスケーリング値の関数である調節値λ、
μが生成されてもよい。調節値λ、μはその後に、ボクセル１７０のｘ−ｙ位置
に等しい光学要素１６２〜１６４上の各ｘ−ｙ位置を有するボクセル１７２〜１
７４とともに、新たに生成されたボクセル１７２〜１７４に関連している新しい
色値Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂを生成するように、ボクセル１７０に関連する色値Ｃ_Ｖを修正す
るのに使用される。

【０１２６】１つのボクセルの色値は、表示されるべきボクセルの輝度を少なくとも特定す
ることができる。代替的には、ボクセル１７０を、色づけしたボクセルの輝度を
特定する少なくとも１つのスカラを含むパラメータのセットに関連させることが
可能である。したがって、色値の修正が、調節値による色値の乗算によって実施
される。例えば、色値Ｃ_Ｖ＝１２輝度単位及び調節値λ＝０．５に関しては、修
正色値Ｃ_Ａは、Ｃ_Ｖλ＝（１２輝度単位）×（０．５）＝６輝度単位であるとし
て求められる。

【０１２７】１つの実施形態においては、距離Ｄ_Ｖは、１からＮまでの深さ値であるように
スケーリングされ、Ｎは光学要素１６０〜１６８の数であり、例えば、図１６に
図示されているように、標識Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、・・・Ｐ_Ｎに対する指標として
、各整数値１〜Ｎが光学要素１６０〜１６８の特定の１つに対応している。調節
値λ、μはスケーリングされた深さ値から求められる。光学要素１６０〜１６８
が距離Ｄに沿って定常間隙Ｓをもって一様に間隔決めされている場合には、すな
わち、Ｓ＝Ｄ／（Ｎ−１）（１）したがってボクセル１７０のスケーリング距離は、

【０１２８】

【数４】ここでは、Ｄ_Ｖはレンズ２２ないしほかの基準点から測定された絶対距離である
。例えば、レンズ２２がｚ軸の原点であれば、光学要素１６０は距離Ｄ_１＝Ｄ_Ｏ _{ＦＦＳＥＴ} にあることになる。

【０１２９】Ｄ_{ＳＣＡＬＥＤ}は、１≦Ｄ_{ＳＣＡＬＥＤ}≦Ｎであるような実数値であり、した
がって０と１の間の範囲にあるＤ_{ＳＣＡＬＥＤ}の端数部分は、光学要素１６２〜
１６４からの相対距離を示す。ｚ軸に沿っていずれの側にもボクセル１７０と接
している光学要素１６２〜１６４に関しては、光学要素１６２〜１６４の指標は
それぞれ、すなわち、

【０１３０】

【数５】

【０１３１】

【数６】ここでは、

【０１３２】

【数７】は１つの値あるいは変数Ｘのフロアあるいは整関数であり、すなわち、Ｘ未満の
最大整数をもとに戻す関数である。

【０１３３】Ｄ_{ＳＣＡＬＥＤ}の端数部分は、すなわち、

【０１３４】

【数８】したがって、 μ＝１−λ （６）ボクセル１７２、１７４にそれぞれ関連している各輝度を示す色値Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂは、以下のように値を割り当てられる。すなわち、Ｃ_Ａ：＝Ｃ_Ｖ（１−λ）（７）Ｃ_Ｂ：＝Ｃ_Ｖλ＝Ｃ_Ｖ（１−μ）（８）ここでは、シンボル「：＝」は、１つの新しい値の割り当てを示している。

【０１３５】例えば、レンズ２２から深さＤ_Ｖ＝９．２単位を有するボクセル１７０に関し
ては、オフセットＤ_{ＯＦＦＳＥＴ}＝３．０単位であり、ＭＯＥ装置３２が長さで
２０単位伸びている５つの均等に間隔決めされた光学要素を有する場合には、式
（１）により、Ｎ＝５、Ｄ＝２０、その後に間隔Ｓ＝５単位であり、また式（２
）によりＤ_{ＳＣＡＬＥＤ}＝２．２４である。ボクセル１７０はこのように、式（
３）〜（４）により、指標

【０１３６】

【数９】を有する光学要素の間に間隔決めされており、また、したがって図１６において
、標識Ｐ_２とＰ_３を有する光学要素１６２〜１６４は、新しいボクセル１７２〜
１７４がボクセル１７０に対応してその上に表示されるべき光学要素として同定
される。

【０１３７】本実施例においては、式（５）〜（６）からスケーリングされた深さの端数値
はλ＝０．２４であり、またしたがってμ＝０．７６である。したがって、（１
−λ）＝０．７６、及び（１−μ）＝０．２４であり、また式（７）〜（８）か
ら、ボクセル１７２の色値は、元のボクセル１７０の輝度のＣ_Ａ＝０．７６Ｃ _Ｖ＝７６％であり、またボクセル１７４の色値は元のボクセル１７０の輝度のＣ _Ｂ＝０．２４Ｃ_Ｖ＝２４％である。したがって、ボクセル１７０は、光学要素
１６４よりも光学要素１６２に「より近い」ため、対応する新しいボクセル１７
２〜１７４は、より近い光学要素１６２が、２つのボクセル１７２〜１７４の間
の色の大部分を表示するように分布された輝度を有し、一方、さらに遠くにある
光学要素１６４は、ボクセル１７０で光学要素１６２〜１６４の間にある３Ｄボ
リュメトリック画像の移行部の外観に対してより少ないがしかしゼロ量ではなく
貢献する。

【０１３８】光学要素１６０〜１６８上に正確にある深さ値を有するボクセル１７０に関し
ては、アンチエリアシングは必要ない。したがって、式（２）〜（４）は、整数
値に縮重し、また式（５）〜（６）の結果は、調節値λ、μはそれぞれ０と１で
あり、あるいはそれぞれ１と０であり、したがって、色値の調節は行われない。
不必要な計算を避けるために、ＭＶＤコントローラ１８は、式（２）における計
算が、１パーセントといった所定の誤り公差内にあって、結果的に整数になるか
どうかをチェックし、また、もしそうであれば、ボクセル１７０は、光学要素１
６０〜１６８のうちの１つ上に正確にあるように求められ、あるいはそのように
考えられる。アンチエリアシングの手順は現時点で処理されたボクセル１７０に
関しては完了し、またその手順はその後に、３Ｄ画像３４のほかのボクセルを処
理するよう継続することができる。

【０１３９】式（１）〜（８）を使用する本実施形態においては、ＭＯＥ装置３２の均一な
間隔とほかの特性が知られているため、ボクセル１７０の距離Ｄ_ＶとＭＯＥ装置
の特性が、式（３）〜（４）によってどの光学要素がボクセル１７０と接するか
を判定するので、もっとも近くにある境界光学要素を探索する必要はない。

【０１４０】もう１つの実施形態においては、均一な間隔か、あるいは可変及び／又は非均
等な間隔かのいずれかを有するＭＯＥ装置３２の光学要素１６０〜１６８に関し
ては、アンチエリアシングは、上の式（７）〜（８）と関連して下に説明されて
いる式（９）〜（１３）を使用して実施することができる。例えば、プロジェク
タ２０とレンズ２２からのＭＯＥ装置の可変間隔及び／又は可変オフセットを有
するＭＯＥ装置に関しては、アンチエリアシング方法を、光学要素１６０〜１６
８の間隔と構造形態の修正の間にオンザフライ式に実施することができる。光学
要素１６０〜１６８の距離／深さが可変するため、代替的な実施形態においては
、アンチエリアシング方法では、現時点で処理されているボクセル１７０と接し
ている少なくとも２つの光学要素を、以下のように、距離／深さ値Ｄ_{ＮＥＡＲ１} とＤ_{ＮＥＡＲ２}を有する２つの境界光学要素に対して各光学要素１６０〜１６８
の深さ値を探索することにより求める。すなわち、Ｄ_{ＮＥＡＲ１}≦Ｄ_Ｖ≦Ｄ_{ＮＥＡＲ２} （９）変数ＮＥＡＲ１とＮＥＡＲ２は、光学要素１６０〜１６８のなかから関連する
光学要素を特定する整数指標である。例えば、図１６において、ＮＥＡＲ１＝２
とＮＥＡＲ２＝３は、ｚ軸に沿ってボクセル１７０と接している光学要素１６２
〜１６４に対応している。

【０１４１】深さ調節値λとμは次にように決定される。

【０１４２】

【数１０】

【０１４３】

【数１１】ここで、｜Ｘ｜は値すなわち変数Ｘの絶対値すなわち大きさの関数である。

【０１４４】式（１０）と（１１）から得られる深さ調節値は双方共が次式を満足する正の
実数である。

【０１４５】０≦λ，μ≦１（１２） λ＋μ＝１（１３）したがって、深さ調節値が、光学要素間の非一様な及び／又は可変の距離をスケ
ーリングし、次に式（７）と（８）中で用いられて、対応する調節済み色値を持
ったボクセル１７２〜１７４を発生する。式（１０）と（１１）に示すように、
深さ調節値λとμは、光学要素１６２〜１６４にそれぞれ関連したボクセル１７
２〜１７４の深さの範囲内においてボクセル１７０の深さの内挿に基づいている
。

【０１４６】一様な間隔を有する上記の例では、式（９）〜（１３）はＤ_Ｖ＝９．２単位、
Ｄ_{ＮＥＡＲ１}＝Ｄ_２＝８単位、Ｄ_{ＮＥＡＲ２}＝Ｄ_３＝１３単位という条件で適用
されており、したがって、

【０１４７】

【数１２】となるが、これは式（１）〜（８）を用いた調節値と一致している。この代替実
施形態は、ＭＯＥ装置３２と光学要素１６０〜１６８の寸法的及び空間的特徴が
変化する場合には有用であるが、新しいボクセル１７２〜１７４を発生するため
に適切な境界光学要素１６２〜１６４を決定するための探索が必要である。

【０１４８】図２０は本明細書に述べる３次元アンチエリアシングを実現する方法の流れ図
を示すが、同図では、ボクセル１７０のような表示される現行のボクセルに対し
て、本方法は、それに対応する深さ値Ｄ_Ｖと色値Ｃ_Ｖをステップ１９０でそれぞ
れ深さバッファと色バッファから読み取る。次に、本方法は、光学要素間間隔が
一定であるかどうかをステップ１９２で判断する。例えば、ＭＶＤコントローラ
１８の構成設定が、光学要素１６０〜１６８が固定されていて、一様又は非一様
な分布を有しているかどうか、及び／又はＭＶＤコントローラ１８とＭＯＥ装置
３２が、本明細書で説明するように可変間隔モードで動作するがどうかを示すこ
ともある。

【０１４９】間隔が一定である場合、本方法は次にステップ１９４で、式（１）と（２）を
用いて光学要素１６０〜１６８の指標の範囲内にあるように深さ値Ｄ_Ｖをスケー
リングし、次に本方法はステップ１９６で式（３）と（４）を用いて、ステップ
１９６において深さ値Ｄ_Ｖに最も近く、これと接する光学要素を決定する。しか
し、ステップ１９２で間隔が一定でなかった場合、本方法はこの代替実施形態で
、ステップ１９４を無視してステップ１９６を実行して、式（９）を満足する光
学要素を決定する。すなわち、光学要素１６０〜１６８の各々の間隔／深さの値
を探索する手順を用いる。別の代替方法では、ステップ１９２は、ＭＶＤコント
ローラ１８とＭＯＥ装置３２の構成と動作モードしだいで、任意に実行されたり
省略されたりする。

【０１５０】次に、本方法は、本明細書で説明するように実現される実施形態によって、式
（５）と（６）又は式（１０）と（１１）を用いてステップ１９８で深さ調節値
λ及び／又は第２の値μを決定する。次に、本方法は、式（７）と（８）を用い
て１つ又は複数の深さ調節値を用いて最も近い境界光学要素上のボクセルに対し
てステップ２００で色値を調節し、また、この調節された色値を持つ最も近い境
界光学要素上の調節済みボクセルをステップ２０２で表示する。

【０１５１】別の代替実施形態では、中間程度のアンチエリアシングが実現される。例えば
、調節値λとμは、例えば、ボクセル１７０の輝度の半分が、ボクセル１７２〜
１７４の各々に割り当てられるように、０．５という値に固定されてもよい。こ
のような中間的なアンチエリアシングによって、図１９の曲線１８９で示される
ような中間移行曲線に対応する中間深さ１８０Ｄなどの見かけ上の深さが発生さ
れることがある。

【０１５２】他の代替実施形態では、アンチエリアシングの程度は、１つの極値から、すな
わち、色値を割り当てるために深さの端数値λとμを無視して、深さの端数値λ
とμの全てを用いる別の極値まで変化し得る、すなわち、アンチエリアシングの
程度はこのような２つの極値間のいかなる値でも取り得る。このような可変のア
ンチエリアシングは、スケーリングされた深さの端数部分λをアンチエリアシン
グパラメータＰで除算し、次にその結果値を１から負の方向にオフセットするこ
とによって実行され得る。すなわち、αを式（５）と（１０）で計算した後で、
変数値λ_ＶＡＲが次式のように計算される。

【０１５３】 λ_ＶＡＲ＝λ／Ｐ（１４）最終的な色値は、負方向にオフセットされた値を所定の範囲内、例えば０と１
の間に収まるように固定又はクランプすることによって決定され得る。したがっ
て、式（７）と（８）は可変のアンチエリアシングに対して次式のように修正さ
れる。

【０１５４】Ｃ_Ａ２＝Ｃ_Ｖ（１−λ_ＶＡＲ）（１５）Ｃ_Ｂ２＝Ｃ_Ｖλ_ＶＡＲ（１６）このように、図２０のステップ１９８〜２０２はそれぞれ式（１４）〜（１６
）を実現して、可変アンチエリアシングを提供する。

【０１５５】Ｐ＝１のアンチエリアシングパラメータは、全アンチエリアシングに対応し、
任意の高い数値で計算的に実現され得る無限のアンチエリアシングパラメータＰ
→∞は、いかなるアンチエリアシングにも対応していない。１未満のアンチエリ
アシングパラメータもまた実現され得る。例えば、Ｐ＝１である場合、上記の式
（１）〜（１３）に対するアンチエリアシングが実現される。

【０１５６】別の例では、アンチエリアシング値がλ＝０．２４でアンチエリアシングパラ
メータが３である場合、式（１４）によってλ_ＶＡＲ＝０．０８であり、したが
ってＣ_Ａ２＝０．９２Ｃ_Ｖ＝ボクセル１７０の色値の９２％であり、一方、式
（１５）と（１６）により、Ｃ_Ｂ２＝０．０８Ｃ_Ｖ＝ボクセル１７０の色値の
８％となる。前の数値の例と比較して、このような可変アンチエリアシングは、
見かけ上の深さにおけるボクセル１７２の貢献度を７６％から９２％に増加させ
、一方、ボクセル１７４の貢献度は２４％すなわち約１／４から１０％未満にま
で減少する。さらなる例では、Ｐ→∽の場合、アンチエリアシングは消滅し、し
たがって、式（１４）によってλ_ＶＡＲ＝０．００となる。このように、式（１
５）と（１６）によれば、Ｃ_Ａ２＝１．０Ｃ_Ｖ＝ボクセル１７０の色値の１０
０％であり、一方Ｃ_Ｂ２＝０．０Ｃ_Ｖ＝ボクセル１７０の色値の０％である。
したがって、光学要素１６２〜１６４の間にあるあらゆるボクセル１７０がアン
チエリアシング無しで、より近い光学要素１６２上に表示され、したがって、図
２０のステップ２０２は、Ｐ→∽の場合、基準点からより遠い第２のボクセルを
発生しない、したがって表示しないステップをさらに含む。例えば、ボクセル１
７４は発生されない。

【０１５７】可変アンチエリアシングを用いるさらなる代替実施形態では、図２０の方法は
、調節された色値が所定のしきい値Ｔより大きい場合にだけ、新しいボクセルを
表示することを含むことがある。例えば、Ｃ_Ｖ（１−λ_ＶＡＲ）＞Ｔであれば、Ｃ_Ａ２＝Ｃ_Ｖ（１−λ_ＶＡＲ）でなければ、Ｃ_Ａ２＝０（１７）Ｃ_Ｖλ_ＶＡＲ＞Ｔであれば、Ｃ_Ｂ２＝Ｃ_Ｖλ_ＶＡＲでなければ、Ｃ_Ｂ２＝０（１８）例えば、Ｔは０．０５に等しいことがあり、したがって、例えば、約５％未満
の色の貢献度は無視可能であると考えられるが、その理由は、このような色値を
持つボクセルは、不透明／散乱モードに切り換えられたときに光学要素１６０〜
１６８上に表示されるからである。したがって、全体的な３次元画像に対するこ
のような無視可能な貢献度は切り捨てられ、また、非貢献のボクセルは表示され
ず、これによって、表示されるボクセルの数が減少し、３次元画像の計算処理が
向上する。

【０１５８】追加の代替実施形態では、ＭＶＤシステム１０は、３次元画像３４のある部分
の外観が半透明である３次元画像３４を発生することが可能である。すなわち、
ＭＯＥ装置３２の光学要素３６〜４２上に表示される画像４４〜５０は、１つの
画像のある部分が半透明に見え、第２の画像の別の部分がこの半透明な部分を通
して観測可能であるように見えるように、適切なシェーディングと色を有する。
このような半透明な外観は、アンチエリアシングあるなしに関わらず発生され得
る。

【０１５９】３次元画像３４を発生するに際して、ＭＶＤシステム１０が用いる方法は、例
えばグラフィックデータ源１６のフレームバッファの色バッファと深さ（又はｚ
）バッファなどのＯｐｅｎＧＬフレームバッファデータを用いて、ＭＰＤ計算を
実行する。この深さバッファ中の値は、色バッファ中にある対応するピクセルの
深さであり、ＭＯＥ装置３２内に表示される、図１６のボクセル１７０などのピ
クセル又はボクセルのロケーションを決定するために用いられる。このＭＰＤ計
算方法は、ＭＯＥ装置３２からのボリュメトリック画像３４の背景物体の画像の
部分が、このような画像が前景物体の画像によって塞がれている場合には、再現
されないのが望ましい状況下では適切である。

【０１６０】前景物体の画像が半透明であるため塞がれている背景物体に対応する画像が見
えるＭＯＥ装置３２中で画像を発生するために、アルファチャネル技法が用いら
れるが、この場合、パラメータα（アルファ）によって、αの値次第で前景物体
と背景物体双方の色を合成することによって色バッファ中のピクセル／ボクセル
の色が決定される。完全な不透明はα＝１で与えられ、完全な透明性はα＝０で
与えられる。このようなアルファチャネルイメージングを用いて、正確に見える
画像を色バッファから発生する一方では、深さバッファ中の深さ値は不変であり
、このため、最も前方にある物体の画像の深さにまだ対応している。

【０１６１】知られている表示システムでは、深さが修正されていないとボリュメトリック
表示システム中で画像が適切に表示されないが、その理由は、これらの画像が、
たった１つの深さ値を用いて表示されるはずの様々な深さにある複数の表面であ
り得るからである。ここで開示するＭＶＤシステム１０は、例えば半透明な物体
又は部分を有するボリュメトリック画像３４を発生し、これによって、単一の深
さ値に対する様々な深さで複数の表面を表示する際の先行技術における禁止を避
けている。この開示のＭＶＤシステム１０は、ＯｐｅｎＧＬの追加の機能を用い
て、ＭＶＤシステム１０のモデル空間中に位置しているクリップ平面を発生する
が、これでは、例えば、負の側に対面した正の側のような各クリップ平面の所定
の側上で単に再現し得るだけである。

【０１６２】図２１〜２４に示すように、指標１からＮで番号付けされ、これらの間に一様
な間隔Δを有するＮ個の平面２０４〜２１２を有するＭＯＥ装置３２の場合、ボ
リュメトリック画像３４などのシーンは、互いに対面しており、距離Δだけ離間
しており、モデル空間中の平面２０４〜２１２から成る所与のＭＯＥ平面のロケ
ーションに中心付けされているクリップ平面でＮ回も再現される。したがって、
Ｎ個の異なった画像が発生し、それに対応する色バッファが、フレームバッファ
から検索されてＭＶＤコントローラ１８に送られる。ＭＯＥ装置３２中で表示す
るために色バッファをＭＶＤコントローラ１８に送ると、アルファチャネルがオ
フされることがあるが、その理由は、ＭＶＤシステム１０が、３次元ボリュメト
リック画像３４を発生するために用いられているＭＯＥ装置と関連する固有のア
ルファ値を有するからである。

【０１６３】クリップ平面で再現するという動作は、図２１〜２２に示すようにアンチエリ
アシング無しでも実行され得るが、この場合、クリップ平面２１４〜２１６を観
測者２１８に近接して位置している画像部分に対応して用いられ、また、画像３
４のある部分が発生して、クリップ平面２１４〜２１６間に位置している第１の
平面２０６上に表示され、クリップ平面２１４〜２１６間にある画像部分は第１
の平面２０６上に表示される。画像３４の新しい部分はクリップ平面２２０〜２
２２間で発生して、観測者２１８からさらに離れ、クリップ平面２２０〜２２２
間に置かれた第２の平面２０８上で表示され、クリップ平面２２０〜２２２間に
ある画像部分は第２の平面２０８上に表示される。

【０１６４】アルファチャネルを用いる上記の方法でアンチエリアシングを実行するために
、アンチエリアシングで用いられるフォグ状イメージングを実現する雰囲気効果
など、ＯｐｅｎＧＬの他の特徴が用いられる。フォグ特徴によって、フォグの密
度と、そのフォグに対して指定された遠値と近値に関連した深さ範囲を基準とし
たモデルの深さとによって決まる比率で、各イメージングされた物体の色がフォ
グの色と合成される。

【０１６５】ＯｐｅｎＧＬで利用可能なフォグ関数には、線形関数、指数関数及び平方指数
関数がある。本開示のＭＶＤシステム１０はこのような関数とさらに、図２３〜
２４に示すような線形フォグ関数２２４〜２２７の重ね合わせなどの、このよう
なフォグ関数の組合せを用いてもよい。図２３〜２４に示す図示実施形態では、
線形フォグ関数２２４〜２２７の各組み合わせは、フォグの近い深さで黒色の設
定に応じてゼロという値から始まり、線形に進行して、真の色の設定に応じて、
近い深さのロケーションから（ＦＡＲ−ＮＥＡＲ）／２の距離だけ離れたところ
で１という値に達する。次に、フォグ関数はフォグの遠い深さのところでゼロに
戻る。このようなフォグ関数によって、また、画像３４が表示されるモデル空間
中の所与のＭＯＥ平面上に中心を持つ距離２Δだけ離間したクリップ平面によっ
て、画像３４は、Ｎ回だけ再現されるが、毎回色バッファからのデータが、ＭＯ
Ｅ装置３２の対応する平面に送られる。

【０１６６】ある図示の実施形態では、線形フォグ関数の組合せとこのような組合せをもち
いるボクセル画像データの処理とは、所与の光学要素、例えば図２３の平面２０
６に対する画像を、少なくとも２つの再現パスによって合成することによって実
行される。第１のパスの間では、２つのクリップ平面が距離Δだけ離間されるが
、第１のクリップ平面２２８は、現行の光学要素２０６の前で再現されている画
像を持つ光学要素２０４上にあり、第２のクリップ平面はこの現行の光学要素２
０６上にある。ＮＥＡＲがＦＡＲ未満であり、距離が増加する前方線形フォグ関
数２２４が、次に前記のクリップ平面と共に用いられて、光学要素２０６に対す
る画像の第１のセットを再現する。

【０１６７】第２のパスの間では、この２つのクリップ平面は距離Δだけ離間しており、第
１のクリップ平面は現行の光学要素２０６上にあり、第２のクリップ平面２３０
は光学要素２０８上に置かれて、現行の光学要素２０６の後でその画像が再現さ
れ、第２のクリップ平面は現行の光学要素２０６上にある。距離が増加し、ＦＡ
ＲがＮＥＡＲ未満である後方線形フォグ関数２２５が次に前記のクリップ平面と
共に用いられて、光学要素２０６に対する画像の第２のセットを再現する。

【０１６８】様々な線形フォグ関数２２４〜２２５で再現されたこの第２のセットの画像は
次に、ＭＶＤシステム１０によって一緒に加算されて、光学要素２０６上で表示
される。

【０１６９】図２３に示すように第１の画像を第１の平面２０６上で再現するために、フォ
グ関数２２４〜２２５が第１の平面２０６の周りに中心付けされ、クリップ平面
２２８〜２３０からの画像とこれら間の深さは自身の対応する色値が、関連する
深さでフォグ関数２２４〜２２５の対応する値によって修正される。この加算さ
れた画像を光学要素２０６上で関数２２４〜２２５を用いて再現した後は、ＭＶ
Ｄシステム１０は、連続する画像を第２の平面２０８上で図２４に示すように再
現するが、フォグ関数２２６〜２２７は第２の平面２０８の周りに中心付けされ
るように変換される。クリップ平面２３２〜２３４からの画像とこれら間の深さ
は、自身の対応する色値が関連する深さでフォグ関数２２６の対応する値によっ
て修正される。ＭＶＤシステム１０は、連続的にフォグ関数を移動させ、また、
対応するクリップ平面を処理して、各個別の画像をアルファチャネル方法を用い
て色調節する。代替実施形態では、例えば観測者２１８からよりの距離が大きい
とフォグ密度も大きくなるように、別のフォグ関数が様々な平面２０４〜２１２
に対して実現され、これによって、表示された３次元ボリュメトリック画像３４
の深さ認識効果を増してもよい。

【０１７０】例えば、図２３を参照すると、Ｄと標識付けされた深さ２３８にあり、それぞ
れの色値Ｃ_ｉを画像の各部分に対して有する画像２３６の場合、深さＤにおける
フォグ関数２２４の値２４０はα_Ｄであり、したがって、画像２３６に対して表
示される調節された色値はα_ＤＣ_ｉである。この色値Ｃ_ｉは、本明細書で述べる
ように式（７）〜（８）及び／又は式（１５）〜（１８）中のような深さ調節さ
れた色値であってもよく、したがってアルファチャネル調節は図２０のステップ
２００で任意に実現されて、本明細書で述べるアルファチャネル技法でアンチエ
リアシングを実行する。

【０１７１】前記によって、新規で明瞭な多平面ボリュメトリック表示システム１０と動作
方法を、好ましい実施形態を参照として開示した。しかしながら、本発明の精神
から逸脱することなく多くの修正や置換が可能である。例えば、好ましい実施形
態は平坦パネル液晶表示などの平面光学要素を用いて説明したが、上記のように
湾曲した光学要素を想定することも本発明に完全に含まれる。

【０１７２】ＭＶＤシステム１０は、１９９８年４月２０日提出の同時係属米国仮特許出願
第６０／０８２，４４２号に記載の装置と方法、さらに、米国特許第５，０９０
，７８９号の分割である、米国特許第５，５７２，３７５号の部分継続出願であ
る、１９９６年１１月４日提出の同時継続米国特許出願第０８／７４３，４８３
号に記載の装置と方法を用いて実現してもよい。ＭＶＤシステム１０はまた、１
９９８年１月８日提出の同時継続米国出願第０９／００４，７２２号に記載の装
置と方法を用いて実現してもよい。上記のそれぞれ仮の及び仮ではない特許出願
と発行済みの特許は各々が、参照してここに組み込まれる。したがって、本発明
は制限目的ではなく図示目的で記載されたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】開示する多平面ボリュメトリック表示システムを示す図である。

【図２】透明状態を有する液晶に基づく光学要素を示す図である。

【図３】散乱不透明状態にある図２の光学要素を示す図である。

【図４】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連
続した画像の表示を示す図である。

【図５】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連
続した画像の表示を示す図である。

【図６】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連
続した画像の表示を示す図である。

【図７】ボリュメトリック３Ｄ画像を形成するためのもので、複数の光学要素上での連
続した画像の表示を示す図である。

【図８】膜光変調器を示す図である。

【図９】画像プロジェクタで使用される適応光学システムを示す図である。

【図１０】複数の光学要素システムと共に、図９の適応光学システムを示す図である。

【図１１】強誘電性液晶（ＦＬＣ）空間光変調器（ＳＬＭ）のピクセルの横断面図である
。

【図１２】図１１のＦＬＣＳＬＭの軸の角度方位を示す図である。

【図１３】図１１のＦＬＣＳＬＭの軸の角度方位を示す図である。

【図１４】図１１のＦＬＣＳＬＭの軸の角度方位を示す図である。

【図１５】多平面データセットを発生させる方法の流れ図である。

【図１６】複数の光学要素でのボクセルの３Ｄアンチエリアシングを示す図である。

【図１７】３Ｄアンチエリアシングを用いない場合のボクセル表示を示す図である。

【図１８】３Ｄアンチエリアシングを用いた場合のボクセル表示を示す図である。

【図１９】３Ｄアンチエリアシングを用いた場合と用いない場合の見掛けの深さを比較し
たグラフである。

【図２０】３Ｄアンチエリアシングの実施方法の流れ図である。

【図２１】アンチエリアシングを用いない場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の発
生を示す図である。

【図２２】アンチエリアシングを用いない場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の発
生を示す図である。

【図２３】アンチエリアシングを用いた場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の発生
を示す図である。

【図２４】アンチエリアシングを用いた場合の半透明の前景物体を有する３Ｄ画像の発生
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号０９／２９１，３１５ (32)優先日平成11年４月14日(1999．4．14) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，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，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光学要素上に表示された３次元画像の第１のボクセル
のアンチエリアシングを実行する方法であって、第１のボクセルの第１のボクセ
ル深さの値が、第１のボクセルに接する一対の光学要素に対応する一対の光学要
素の深さの値間にある方法であり、第１のボクセル深さの値から深さ調節値を発生させるステップと、深さ調節値を用いて、第１のボクセルと関連する第１の色値を調節するステッ
プと、調節された色値を用いて、一対の光学要素の少なくとも１つに第２のボクセル
を表示するステップとを備えることを特徴とする、複数の光学要素上に表示され
た３次元画像の第１のボクセルのアンチエリアシングを実行する方法。
【請求項２】複数の光学要素と関連する指標の所定の範囲内になるように
、第１のボクセル深さの値をスケーリングするステップをさらに備え、深さ調節値を発生させるステップが、スケーリングしたボクセル深さの値から
深さ調節値を発生させるステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方
法。
【請求項３】深さ調節値を発生させるステップが、深さ調節値になるように、スケーリングしたボクセル深さの値の端数部分を決
定するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】第１の色値を調節するステップが、第２のボクセルと関連する第２の色値を調節された色値として発生させるよう
に、第１の色値を端数部分の関数で乗算するステップを含むことを特徴とする請
求項３に記載の方法。
【請求項５】深さ調節値を発生させるステップが、３次元画像の第１のボクセルの表示のアンチエリアシング度を制御するように
、深さ調節値をアンチエリアシングパラメータで修正するステップを含むことを
特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】第１の色値を調節するステップが、深さ調節値を用いて調節された第１の色値から第２及び第３の色値を発生させ
るステップを含み、第２のボクセルを表示するステップが、第２及び第３の色値を用いて一対の光学要素のそれぞれ一つの要素に第２のボ
クセル及び第３のボクセルを表示するステップを含むことを特徴とする請求項１
に記載の方法。
【請求項７】複数の光学要素の間隔が均一であることを特徴とする請求項
６に記載の方法。
【請求項８】複数の光学要素の間隔が不均一であることを特徴とする請求
項６に記載の方法。
【請求項９】複数の光学要素の間隔がその間で可変であることを特徴とす
る請求項６に記載の方法。
【請求項１０】一対の光学要素を決定するステップが、一対の光学要素を決定するように、複数の光学要素に関連する複数の深さ値を
探索するステップを含み、第１のボクセルの第１のボクセル深さの値が、一対の
光学要素に関連する一対の光学要素の深さ値間にあることを特徴とする請求項６
に記載の方法。
【請求項１１】深さ調節値を発生させるステップが、第１のボクセルの深さ値及びボクセルと一対の光学要素に関連する光学要素の
深さ値それぞれから、深さ調節値を発生させるステップを含むことを特徴とする
請求項６に記載の方法。
【請求項１２】深さ調節値λを発生させるステップが、【数１】により（ここで、｜Ｘ｜は、値又は変数Ｘの絶対値すなわち大きさの関数）、
一対の光学要素の深さ値Ｄ_{ＮＥＡＲ１}及びＤ_{ＮＥＡＲ２}に第１のボクセルの深さ
値Ｄ_Ｖを補間させるステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】３次元画像の２次元スライスセットに対応する画像データ
を画像プロジェクタに与えるステップと、多面光学装置を形成する複数の光学要素から選択された各光学要素に、画像プ
ロジェクタから２次元スライスのそれぞれを選択的に投影するステップとを備え
るボリュメトリック３次元画像を発生させる方法であって、該選択的に投影する
ステップが、少なくとも一対の光学要素間の移行部でボクセルのアンチエリアシングを実行
して、アンチエリアシングされたボクセルから得た調節された色値をスライスに
発生させるステップと、複数の液晶要素上に選択的に投影されたアンチエリアシングされたスライスか
ら、多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させる
ステップを含む、ボリュメトリック３次元画像を発生させる方法。
【請求項１４】多面光学装置から第１のボリュメトリック３次元画像を投
影して、フローティング画像発生器を用いて多面光学装置から離れた位置で空間
中にフローティングするように見える第２のボリュメトリック３次元画像を発生
するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】アンチエリアシングされたスライスをそれぞれ受けて表示
するように、光学要素コントローラを用いて多面光学装置の複数の個々の光学要
素のそれぞれの半透明性を制御する制御ステップをさらに備えることを特徴とす
る請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】制御ステップが、１つの液晶要素に不透明な光散乱状態をもつようにさせて、アンチエリアシン
グされたスライスを受けて表示するステップと、残りの液晶要素に半透明性をもつようにさせて、画像のセットが１つの液晶要
素の上にそれぞれ投影可能なようにするステップとを含むことを特徴とする請求
項１５に記載の方法。
【請求項１７】アレイ状に配設された複数の個々の光学要素を含む多面光
学装置と、複数対の光学要素間の移行部でボクセルのアンチエリアシングを実行して、ア
ンチエリアシングされたボクセルから得た調整された色値をスライスに発生させ
る画像プロジェクタであって、多面光学装置のそれぞれの光学要素上にアンチエ
リアシングされたボクセルを含む画像のセットを選択的に投影して、多面光学装
置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させる画像プロジェク
タとを備えることを特徴とする、ボリュメトリック３次元画像を発生させるシス
テム。
【請求項１８】多面光学装置から第１のボリュメトリック３次元画像を投
影して、多面光学装置から離れた位置で、空間中にフローティングするように見
える第２のボリュメトリック３次元画像を発生させるフローティング画像発生器
をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】多面光学装置の複数の個々の光学要素のそれぞれが、制御
可能な可変半透明性を有する液晶要素を含み、アンチエリアシングされた画像を
受けることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】液晶要素の半透明性を制御する光学要素コントローラをさ
らに備え、１つの液晶要素が、不透明光散乱状態をもつように制御されて、画像プロジェ
クタからアンチエリアシングされた画像のセットのそれぞれの画像を受けて表示
し、残りの液晶要素が、ほぼ透明になるように制御されて、不透明な液晶要素上に
表示された画像が観察可能になることを特徴とする請求項１９に記載のシステム
。
【請求項２１】アレイ状に配設された複数の個々の光学要素を含む多面光
学装置と、多面光学装置のそれぞれの光学要素上に画像のセットを選択的に投影して、多
面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させる画像プ
ロジェクタと、多面光学装置から第１のボリュメトリック３次元画像を投影して、多面光学装
置から離れた位置で、空間中にフローティングするように見える第２のボリュメ
トリック３次元画像を発生させるフローティング画像発生器とを備えることを特
徴とするボリュメトリック３次元画像を発生させるシステム。
【請求項２２】多面光学装置の複数の個々の光学要素のそれぞれが、制御
可能な可変の半透明性を有する液晶要素を含むことを特徴とする請求項２１に記
載のシステム。
【請求項２３】液晶要素の半透明性を制御する光学要素コントローラをさ
らに備え、１つの液晶要素が、不透明光散乱状態をもつように制御されて、画像プロジェ
クタから画像のセットのそれぞれの画像を受けて表示し、残りの液晶要素が、ほぼ透明になるように制御されて、不透明な液晶要素上に
表示された画像が観察可能になることを特徴とする請求項２２に記載のシステム
。
【請求項２４】光学要素コントローラが、複数のイメージングサイクル中
に高速で複数の液晶要素にラスタ動作を実行して、ある特定のイメージングサイ
クル中に不透明な光散乱状態になるように、複数の液晶要素から１つの液晶要素
を選択することで、光学要素コントローラにより、不透明な光散乱状態が複数の
液晶要素を介して移動して、画像のセットを連続して受け、３次元の深さを有す
るボリュメトリック３次元画像を発生することを特徴とする請求項２３に記載の
システム。
【請求項２５】画像プロジェクタが、画像のセットを多面光学装置に投影
して、３５Ｈｚよりも高速に第１のボリュメトリック３次元画像全体を多面光学
装置に発生させて、人間が認知可能な画像のちらつきを防ぐことを特徴とする請
求項２１に記載のシステム。
【請求項２６】多面光学装置が、約５０個の光学要素を含み、画像プロジェクタが、少なくとも２ｋＨｚの速度で画像のセットのそれぞれを
各光学要素に投影することを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】画像プロジェクタが、画像のセットを出力するプロジェクタレンズと、プロジェクタレンズからの画像のセットの投影の解像度と深さを制御するよう
に、画像のセットのそれぞれの焦点を各光学要素上に合わせる適応光学集束シス
テムとを含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
【請求項２８】画像プロジェクタが、複数の色で画像のセットを発生させ投影するように、赤、緑、青のレーザー光
をそれぞれ投影する複数のレーザー光源を含むことを特徴とする請求項２１に記
載のシステム。
【請求項２９】制御可能な可変の半透明性を有する複数の平面液晶要素を
含む多平面光学装置と、３次元画像の２次元スライスとして画像のセットを各液晶要素に選択的に投影
して、多平面光学装置で観察される第１のボリュメトリック３次元画像を発生さ
せる画像プロジェクタと、多平面光学装置から第１のボリュメトリック３次元画像を投影して、多面光学
装置から離れた位置で、空間中にフローティングするように見える第２のボリュ
メトリック３次元画像を発生させるフローティング画像発生器とを備えることを
特徴とするボリュメトリック３次元画像を空間中に発生させるシステム。
【請求項３０】複数の平面液晶要素が、多平面光学装置を形成する線形ア
レイ状に積層されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】複数の平面液晶要素の少なくとも１つが、それぞれの画像
を受けて表示するための曲面であることを特徴とする請求項２９に記載のシステ
ム。
【請求項３２】液晶要素の半透明性を制御する光学要素コントローラをさ
らに備え、１つの液晶要素が、不透明光散乱状態をもち、画像プロジェクタから画像のセ
ットのそれぞれの画像を受けて表示するように、１つの液晶要素に対して、画像
プロジェクタからの画像のセットのそれぞれ１つの出力と同期するように制御さ
れ、残りの液晶要素が、ほぼ透明になり、不透明な液晶要素上に表示された画像が
観察可能になるように、画像のセットのそれぞれ１つの出力と同期するように制
御されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】多平面光学装置が、少なくとも５１２ポイント×少なくと
も５１２ポイントの横解像度をそれぞれが有する少なくとも５０個の平面液晶要
素を含むことにより、多平面光学装置が少なくとも１３００万個のボクセルを有
するように形成されることを特徴とする請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】３次元画像の２次元スライスセットに対応する画像データ
を画像プロジェクタに与えるステップと、多面光学装置で観察可能な第１のボリュメトリック３次元画像を発生させるよ
うに、多面光学装置を形成する複数の液晶要素から選択された各液晶要素に、画
像プロジェクタから前記２次元スライスのそれぞれを選択的に投影する選択的投
影ステップと、フローティング画像発生器を用いて、多面光学装置から第１のボリュメトリッ
ク３次元画像を投影して、多面光学装置から離れた位置で空間中にフローティン
グするように見える第２のボリュメトリック３次元画像を発生するステップとを
備えることを特徴とするボリュメトリック３次元画像を発生する方法。
【請求項３５】光学要素コントローラを用いて多面光学装置の複数の個々
の光学要素のそれぞれの半透明性を制御する制御ステップをさらに備えることを
特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】制御ステップが、１つの液晶要素に不透明な光散乱状態をもつようにさせるステップと、残りの液晶要素に半透明性をもつようにさせて、画像のセットがその上にそれ
ぞれ投影可能なようにするステップとを含むことを特徴とする請求項３５に記載
の方法。
【請求項３７】制御ステップが、複数のイメージングサイクル中に高速で複数の液晶要素にラスタ動作を実行す
るステップと、ある特定のイメージングサイクル中に１つの液晶要素が不透明な光散乱状態に
なるように、複数の液晶要素から１つの液晶要素を選択するステップと、不透明な光散乱状態を複数の液晶要素を介して移動させるステップと、不透明な光散乱状態の対応する１つの液晶要素上に表示されるように、それぞ
れの画像の投影を同期させるステップと、不透明状態の各液晶要素上に同期させた投影像を用いて、３次元深さを有する
ようにボリュメトリック３次元画像を発生させるステップとを含むことを特徴と
する請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】選択的投影ステップが、画像のセットを多面光学装置に投影して、３５Ｈｚよりも高速に第１のボリュ
メトリック３次元画像全体を多面光学装置に発生させて、人間が認知可能な画像
のちらつきを防ぐステップを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】多面光学装置が、約５０個の光学要素を含み、選択的投影ステップが、少なくとも２ｋＨｚの速度で画像のセットのそれぞれ
を各光学要素に投影するステップを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方
法。
【請求項４０】選択的投影ステップが、複数の色で複数の光学要素に画像のセットを発生させ投影するように、複数の
レーザー光源から赤、緑、青のレーザー光をそれぞれ投影するステップを含むこ
とを特徴とする請求項３４に記載の方法。