JP3092162B2 - 複数画像合成装置 - Google Patents

複数画像合成装置

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JP3092162B2 JP07519148A JP51914895A JP3092162B2 JP 3092162 B2 JP3092162 B2 JP 3092162B2 JP 07519148 A JP07519148 A JP 07519148A JP 51914895 A JP51914895 A JP 51914895A JP 3092162 B2 JP3092162 B2 JP 3092162B2
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ライセルバーゲー，ピエール シー ヴァン
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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願への言及と他の資料の参照による編入 この出願は、1992年12月３日にスーザン・ケイサン・
サマー（Suzan Kasen Summer）およびバーカード・カッ
ツ（Burkhard Katz）によって三次元画像の生成装置と
して出願された米国特許第5311357号の一部継続出願で
ある、係属中の米国特許出願第08/183278号の一部継続
出願であって、前記米国特許は、1992年２月18日にバー
カード・カッツによって出願されたP4204821.4、1992年
１月28日にバーカード・カッツおよびスーザン・ケイス
ン・サマーによって出願されたP4202303.3および1992年
８月26日にバーカード・カッツによって出願されたP422
8451.1の３つの独国特許出願に基づく優先権を請求して
いる。米国特許'357および上述した３つの独国優先権主
張出願の全内容（すなわち、明細書、請求の範囲および
図面）は、参照によって、この出願に組み入れられてい
る。これら３つの独国優先権主張出願は、特許'357の公
式包袋の一部を構成しかつ含まれている。また、参照に
よりここに明確に組み込まれているのは、ウェルク（We
lck）の「相互の頂点が他の焦点に一致する２つの湾曲
した回転形状の放物面の反射体を有する実像投影システ
ム」と題される米国特許題4802750号、モンロー（Monro
e）の「実像幻影の生成装置および方法」と題される米
国特許第5257130号、および、「物体の投影装置」と題
されるスイス国特許題CH679342 A5号である。
発明の背景と概要 この発明は、複数の画像あるいは現実の物体のような
複数の可視事象／視覚刺激体を合成するための装置およ
び方法論に関し、特に、少なくとも１つの投影された実
像のそのような合成形態に結合することを含む装置およ
び方法論に関するものである。
視覚的イメージの可能性は、数十年の間、人々を魅了
し捕らえてきており、近年、新たな視覚的イメージ技術
が現れてくると、驚くべき劇的な視覚的事象を提供する
可能性が、力強く、注意を惹きつける大胆さで現れてき
た。例えば、テレビや、三次元グラフィクスおよび三次
元表示、宙に浮いた不思議な画像、その他の動画の、印
象的な注意を惹きつける力は、長い間認められており、
かつ、この注意を惹きつける力は、娯楽、宣伝広告、基
本情報伝達、可視化以外の方法では困難な事象および関
係の明確化、医学的診断法およびその他、非常に多くの
創造的な情報伝達を「演ずる」分野における強力なツー
ルとして広く認識されている。
このような環境で、この発明は、画定された可視空間
内に少なくとも１つの三次元実像を含む非常に革新的
な、多層の調整可能に位置決めできる合成画像を選択的
に合成し得る高度に革新的かつ先進のシステマティック
な装置および方法によって、「情報伝達の舞台」に踏み
出しており、そのような進歩は、上述した全ての分野に
おいて（他の多くの分野においても）、従来技術では開
けることも近づくこともできなかった重要な扉を開くも
のである。
以下に記述されかつこの発明の一部を構成する図面に
示されているものは、この発明のシステムおよび方法の
多くの主要な実施形態であり、全ての実施形態は、三次
元空間内において、少なくとも１つの実像を含む多数の
画像を合成する核心の能力を提示している。そこでは、
隣接する任意の２つの画像（あるいは可視事象）が任意
の所定の時点において、（ａ）前後に、（ｂ）並んで、
（ｃ）重ね合わせかつ交差させて配される型式の内の少
なくとも１つによってまとめ上げられる。所望であれ
ば、これらの形式は、別の方法で組み合わせられてもよ
い。これら形式の各々は、もちろん、観者の特定の視点
に関して採用される。したがって、例えば、前後に配さ
れる隣接形式は、生成された合成画像を概略水平線に沿
って見ている者だけでなく、より直立する軸に沿って合
成画像を見ている者についても存在する。画像あるいは
その任意の構成は、関連するソースが移動するものであ
るという事実あるいは合成体を生成する役割を果たす移
動可能な光学的構造を提供することのどちらかによっ
て、合成環境において移動可能とされる。
この発明の特殊な特徴は、例えば、（ａ）現実の三次
元性の知覚を劇的に促進する「同伴する」心理的な光学
的合図（cue）を含む可視画像データベース自体よりな
る三次元画像ソース（現実の物体ソース以外）と、
（ｂ）関連した三次元的な合図を含む関連のある画像
（移動あるいは静止）を、このデータベースによって提
供されるデータストリームから形成するビデオモニタの
ような二次的スクリーン装置と、（ｃ）そのようなスク
リーン装置に支持された画像（スクリーン画像）を獲得
し、それを投影された実像の明白な現実の三次元性から
損なわれる骨格や境界のような生理学的な障害によって
は制限されることのない（妨害されない）設定された空
間内に投影する実像光学投影システムとの間の協働関係
を含んでいる。
さらに、ここに記載されかつ請求されているこの発明
の他の重要な特徴は、ある具体例において、観者／ユー
ザが直接的に投影された実像と相互作用し、実際には、
画像の一以上の特性あるいは外観を操作することができ
るシステムを構築することである。例えば、この概念を
示すために、梨のような果物の一片の実像を、観者／ユ
ーザが該梨を「把持」することができ、それを、例え
ば、回転しあるいはその他の移動を行うことができる環
境において、空間内に投影することを想像することがで
きる。
この発明のシステムの特別な可能性の１つは、以下に
さらに詳細に記載されかつ図示されるように、基本的に
あるいは概略的に単一の、微少に千鳥状／斜めに画素化
あるいはラスタ化（raster）された平面において、例え
ば、ビデオソースから得られるような画像を、極めて高
い解像度を有する投影された実像に合成させる方法で合
成することができることである。そのような適用例にお
いては、勿論、最終的な合成画像に帰結する数多くのソ
ースが、同一の基礎画像ソースデータから正確に引き出
される。言い換えると、例えば、各ビデオ画像はこの方
式で合成され、この目的のために、同一画像データが、
３つのオリジナルビデオソースの全てにおいて同時刻に
発生していることになる。
以下の記載により明らかなように、それぞれの異なる
図面を見ていくと、ここに記載されている各システム
は、その一部が可視化構造として言及されているよう
に、他の開示されたシステムに共通する１以上の光学部
材を有しており、ここに明確に示されている各システム
を通じて、概略、他のシステムの装置とは厳密に異なる
１つの光学装置あるいは機構を有している。また、図示
されかつ記載されたシステムに関して、適当な位置を占
め究極的に見ることのできる画像の種々のソース（画像
発生ソース、視覚刺激体発生ソース）は他の１つのシス
テムと共通であるが、関連する光学部材（システム光学
構造）と適当に協働するように、いくらか異なって配列
されている。上述したシステムに結合される異なる光学
部材（装置）は、光学の世界では、個別に知られかつ理
解されており、したがって、当業者に周知のこれらの部
材の位置決め、大きさおよび相対配置についての詳細な
言及は省略する。上記言及によりこの文書に明確に組み
込まれ、図面および記載とともにここに採用された資料
は、一当業者が、開示されかつ議論された多くのシステ
ムのそれぞれの動作を十分に評価するのみならず、この
発明により企図されているような複数の画像の空間的な
合成を可能とするこの発明の核心的貢献（core contrib
ution）のための多くの可能性を理解するための情報の
豊富な基礎としても差し支えがない。
これから説明しようとする装置に関して，さらに概略
的にいくつか説明すると、種々の光学部材および開示さ
れた各システムにおける画像ソースは、各々の相対的な
位置が、観者によって容易に見ることのできる空間（可
視舞台）内における画像の配置および合成に帰結するよ
うに、相互に作用し、かつ、操作できるように、相互に
一体化されなければならず、あるいは、されていること
はきわめて明白である。いくつかの場合、このシステム
統合構造体の性質が、台車、ハウジングあるいは他の明
白な種類の骨組の形態をとっているが、他のシステムの
実施形態では、特定のシステム統合構造体の詳細は、そ
のような構造の存在を特別に表すために提供される図に
おけるブラケットによって省略されていることは、図面
からきわめて明白である。
上記において示唆された、この発明の装置および方法
によって要求されかつ提供される種々の物体および重要
な利点は、添付図面と関連した以下の記載によって、明
白なものとなる。
図面の説明 この記載の部分を形成する多くの図面は、性質におけ
る概要であり、正確な大きさあるいは厳密な要素間の相
対的な寸法的関係で表されているものではない。
図１は、この発明にしたがって構成される画像合成シ
ステムの一実施形態を示す概要図であり、投影された前
景実像と背景虚像とを有する合成画像を生成するため
に、２つのビデオソースとともに、双扇形実像プロジェ
クタおよびプラノ（plano）型ビーム・スプリッターを
具備している。
図２は、この発明の他の実施形態の概要を示してお
り、前景の投影された実像と背景虚像とを含む合成画像
を生成するために、ビデオソースに加えて、双扇形実像
プロジェクタと、プラノ型ビーム・スプリッターと、ス
クリーン投影ソースとを用いている。
図３は、この発明の他の実施形態を概略的に示してお
り、実体表示と投影された実像の重ね合わせとの間の合
成を生成するために、ビデオソースに加えて、双扇形実
像プロジェクタと、三次元物体ディスプレイを用いてい
る。
図４は、この発明の他の実施形態を示しており、投影
された実像前景および虚像背景を含む合成画像を生成す
るために、２つのビデオソースに加えて、双扇形実像プ
ロジェクタと、プラノ型ビーム・スプリッターとを用い
ている。
図５は、図４に示されたこの発明をいくらか変形した
ものであり、投影された実像前景および背景虚像よりな
る合成画像を生成するために、プラノ型ビーム・スプリ
ッターおよび２つのビデオソースに加えて、実像プロジ
ェクタの単一の扇形状光学部分の協働的な使用を示して
いる。
図６は、この発明の他の実施形態を示しており、投影
された実像および２つのビデオソースの内の１つを表す
基調スクリーン画像の合成画像を生成するために、双扇
形実像プロジェクタと２つのビデオソースとを用いてい
る。
図７は、図６の実施形態に関連して上記に記載したも
のと同種の合成画像を生成するために、プラノ型ビーム
・スプリッターに加えて、実像プロジェクタの単一の扇
形状光学部分を用いている点を除いて、図６に示したも
のといくらか類似している本発明の他の実施形態を示し
ている。
図８は、図６の実施形態に対して図７の実施形態が異
なっているのと同様の構造的方法において図２の実施形
態と相違している点を除いて、図２に示された実施形態
に関連する他の発明の変形した実施形態を示している。
このシステムは、図２のシステムと同様に、前景投影実
像と背景虚像とからなる合成画像を生成する。
図９は、この発明の他の実施形態を示しており、前景
投影実像と背景の引き伸ばされ／平行にされた虚像とを
含む合成画像を生成するために、双扇形実像プロジェク
タと、球面鏡と、一対のプラノ型ビーム・スプリッター
とを使用している。
図10は、図９にいくらか類似したこの発明の一実施形
態を示している。ここでは、前景投影実像と、引き伸ば
され／平行にされた虚像を含む２つの前後に分割された
背景虚像とを具備する合成画像を生成するために、双扇
形実像プロジェクタ、球面鏡および一対のプラノ型ビー
ム・スプリッターに加えて、３つのビデオソースを具備
している。
図11は、図９に示された実施形態の変形として捕らえ
ることのできるこの発明の他の実施形態を示しており、
プラノ型ビーム・スプリッターおよび前景投影実像と背
景の引き伸ばされ／平行にされた虚像とからなる合成画
像を生成する全体システムと結合される実像プロジェク
タ構造の単一の扇形状光学部分を用いるという事実に関
して相違している。
図12は、さらに、図10に示された実施形態の変形とし
て捕らえることのできるこの発明のシステムの他の実施
形態を示している。この変形は、図11に示された構造が
図９に示された構造と異なるのと同じように図10の構造
に対して相違しているものであり、図12のシステム構成
は、背景虚像に対して、２つの前後相対変位させられ投
影された実像を有する合成画像を生成することにおい
て、さらに相違している。
図13は、図12に示されたシステムにより生成されたも
のと同様の合成画像構成を生成するシステムの変形例を
示しており、この図13のシステムには、３つのビデオソ
ースに加えて、各々がそれぞれのプラノ型ビーム・スプ
リッターに結合されている一対の実像プロジェクタの単
一の扇形状の光学部分が含まれている。
図14および図15は、この発明に関連して構成された劇
場環境システムの一形態の概略的な図面に直接関連して
おり、図14は平面図、図15は側断面図を示している。図
14および図15のシステムは、投影された実像に加えて５
つまでの他の分配された画像を具備する合成画像を生成
するために、２つのプラノ型ビーム・スプリッターと、
２つの画像プロジェクタとを具備するカスケード接続さ
れた間に挟まれる構造と協働して、３つの投影ソースに
加えて３つの追加のビデオソースを具備している。
図16および図17は、相互に関連しており、この発明に
関連して構成された劇場環境システムの他の形態を示し
ている。このシステムも、図14および図15に示されるシ
ステムにより生成し得るものといくらか類似する他の種
類の多層合成画像を生成するために、３つの投影ソース
に加えて３つの追加のビデオソースを用いており、か
つ、カスケード接続され間に挟まれたビーム・スプリッ
ターおよびスクリーン／スクリム構造体に加えて球面鏡
の配置においていくらか相違している。
図18は、さらに、この発明のシステムの他の実施形態
を示しており、一対の投影された実像と、その２つの実
像の下のスクリーン画像と、全ての他の画像の下の虚像
とからなる合成画像を生成するために、４つのビデオソ
ースに加えて、２つの双扇形実像プロジェクタおよびプ
ラノ型ビーム・スプリッターを具備している。
図19は、さらに、この発明の他の参考例を示してお
り、ここでは、各プロジェクタのための物体ソースおよ
び１つの追加のビデオソースに構成された双扇形実像プ
ロジェクタの分配された領域の形態が取られている。こ
の実施形態によれば、ビデオソースによって発生させら
れたスクリーン支持の可視画像と重ね合わせて合成され
るの生成を可能とする各ソースごとに１つの実像の合成
積重ねを生成することができる。
図20は、さらに、この発明の他の実施形態を示してお
り、「画面」、つまりスクリーン／スクリム構造体の画
像形成側に投影される背景画像に対して表示される（ス
クリーン／スクリム構造体を通して投影される）前景投
影実像よりなる合成画像を生成するために、全てが協働
させられる、スクリーン／スクリム構造体の一側に配さ
れる双扇形実像プロジェクタと、ビデオソースおよびプ
ロジェクタよりなる一対のソースとを具備している。
図21は、この発明の他の実施形態を示しており、双要
素と、球面部品と、実像プロジェクタと、少なくとも部
分的に光を透過するプロジェクタ内の要素の内の１つの
背後のスクリーン画像を提供するビデオソースとを具備
している。この協働する構造の全てが、投影された実像
を生成するのに効果的な実像プロジェクタ内の光学要素
の１つを通して見ることができる背景スクリーン画像に
対して表示される前景投影実像を具備する合成画像を生
成する。
図22は、さらに、図20に示されたものと構造において
いくらか類似しているこの発明の他の参考例を示してい
る。この図22の構造は、双扇形実像プロジェクタと、そ
れを通して実像が投影されるスクリム／スクリーン構造
体と、そのスクリム／スクリーン構造体の「画面」側に
スクリーン画像を投影しかつ生成するためのプロジェク
タとを具備している。この実施形態によれば、背景のス
クリーンに投影された（スクリーン支持）画像に対して
前景投影実像からなる合成画像が生成されることにな
る。
図23は、この発明の他の形態を示しており、前景投影
実像と背景虚像とからなる合成画像を生成するために両
者が一緒に作動する、単一要素の球面鏡の形態をした実
像プロジェクタと、協働するプラノ型ビーム・スプリッ
ターとを具備している。
図24は、乗車経路に沿って、他の図面に詳細に示され
た具体例のいずれか１つに従って構築された画像合成シ
ステムが複数（図には３つ）分布させられた娯楽用乗用
車により特徴付けられる娯楽システムの断片的な平面図
を示している。
図25は、図24を回転して見た図であり、図24に示され
た画像合成システムの内の１つに近づく乗り物に乗った
観者を、側面の概略的な形態で示している。図25に示さ
れる特定の種類の合成システムは、後方投影スクリーン
から供与されるときに、スクリーン／スクリム構造体の
「画面」側に配置されたプロジェクタから供与されるス
クリーン画像が投影されたスクリーン／スクリム構造体
を通して、前景実像を投影する双扇形実像プロジェクタ
を具備している。
図26は、図19に示されているものときわめてよく似た
システムを示している。しかし、ここでは、間隔を空け
た２つのビデオモニタの各々から同時に供給されるきわ
めて高解像度のビデオ画像のためのシステムを示してい
る点で相違している。この装置によれば、最終的な解像
度を大幅に向上するために、３つのビデオソースの各々
から特別に得られた画像の有効な千鳥状のズレによって
形成される略単層の投影された実像である合成を得るこ
とができる。この図を明確化するために、最終的な投影
された実像の３つの構成要素は、実際には、このシステ
ムの動作において何が起こっているのかを明確に理解す
るために、意味ありげに、単一平面の外に表す方法で示
されている。
図27は、システムの変形された形態の概略／ブロック
図であって、空中に浮遊する三次元的に現れる画像が、
いろいろな心理的に刺激する三次元画像合図のうちの１
つ以上を含む視覚的ソースデータに基づく実像として投
影されている。
図28は、観者／ユーザが、画像の位置に隣接した領域
内において追跡可能な手袋を使用する環境内において、
該ユーザが画像と相互作用することができるシステムを
表す斜視図である。
図29は、図28に示されたものといくらか似ているシス
テムを示す概略図であり、これにおいては、追跡可能な
手袋を身につけたユーザは、洋梨の画像のような投影さ
れた実像と相互作用している。
図30は、図29に示されたものといくらか似ているシス
テムの概要図であり、これにおいては、ユーザは、追跡
可能な手袋を使用しないで、投影された実像の方向およ
び位置を操作するために、例えば、その投影された実像
をつかむことにより、直接相互作用することができる。
図31は、例えば、ゲーム盤の投影された実像の概略図
であり、これに対して、ユーザは、垂直および水平な矢
印によって図示されているように、ゲームの一部を構成
するプレーヤ、小片等を動かすような方法で相互作用す
ることを許容されている。
発明の詳細な説明 ここで、図面に注目して、まず第一に図１を参照する
と、全体的に符号100で示されているものは、この発明
に関連して構築された視覚的表示装置の一形態である。
この装置100は、以下に説明するように、可視空間の画
定された容積を占有する符号102で全体的に示される視
覚的舞台内に、多数の可視事象、特に、ここでは、前景
の実像104と背景の虚像106とからなる一対の画像の合成
体を生成するように作動する。観者の視点は、この図に
示されている装置の左側に横向きに配置されている。
この同一の専門用語（「視覚的舞台」、「可視空間の
画定された容積」および「多数の可視事象の合成体」）
および全体構成は、他の図面に示されている他の全ての
特定のシステムの実施形態を特徴付けている。したがっ
て、この専門用語の全ては、他の図面の個々の説明にお
いては、必ずしも繰り返さないものとする。ここで開示
される他のシステム装置においてもそうであるように、
装置100も、視覚刺激体の可視化を達成するためのシス
テムとして、さらに、多数の画像の合成体を生成するた
めのシステムとして言及されている。ここで、可視事象
および視覚刺激体の語句が使用されているが、これらの
文言は、現実の、三次元物体のみならず画像をも含んで
いるものと理解されていると解される。画像の語句が使
用されているが、これは、実像、スクリーン画像（すな
わち、フィルムプロジェクタ、スライドプロジェクタ、
ビデオユニットからのような投影基準の画像）および虚
像を含んでいるものと解される。
装置100を構成する重要な作動可能な構成要素は、適
切に固定され、かつ、ここでシステム統合構造体として
も言及される台車のフレーム108内に格納されている。
装置100には２つの画像ソースが含まれており、これ
らは、図１にほぼ真っ直ぐに下方に向かう大型スクリー
ンの後方投影ビデオユニット110と、図１において上方
に向かう他の小型スクリーンビデオソース112である。
これら２つのソースの中間位置に配置されているのは、
双扇形放５物状の凹面実像プロジェクタ114と、プラノ
反射ビーム・スプリッター116であり、図１に示される
ように、相互方向に、かつ、２つの画像ソースの方向に
向かって配置されている。
プロジェクタ114は、参照によって組み入れられてい
るウェルクの特許文献に従って正確に構成されており、
この特許文献に記載されているように正確に稼動する。
このプロジェクタは、光学的に対面する２つの凹状の反
射面を具備しており、これらの反射面は、相互に不連続
に（すなわち、それらの延長面が交差するように）空間
内に延びている。多くの場合、実像プロジェクタとし
て、図１の構造内に示されるような放物状の光学要素に
基づく構造を使用することが好ましく、球面構造、楕円
面構造およびその他のような他の凹状の反射面構造を使
用することができる。
ビーム・スプリッター116は、反射するように被覆さ
れたガラス板（あるいはその他同様のもの）であり、そ
れを通して光を透過することができる。
図１に示されるシステムの操作において、プロジェク
タ114は、ソース112の画面から実像104を生成し、ビー
ム・スプリッター116は、ソース110の画面に現れる画像
から虚像116を生成する。観者の視点（前述）からは、
実像104は前景にあり、虚像106は背景にある。
図２は、符号118によって、この発明に関連して構成
された視覚的表示装置の他の形態を示しており、このシ
ステムによれば、前述した視覚的舞台102にいくらか類
似している視覚的舞台120内に、前景の実像122と背景の
虚像124とからなる多数画像の合成が生成される。
装置118の構成部分は、ビデオソース126とプロジェク
タ128および天井スクリーン130とからなる投影された画
像ソースを具備する２つの画像ソースである。また、装
置118には、前述したプロジェクタ114のような、双扇形
実像プロジェクタ132と、前述したビーム・スプリッタ
ー116と同様のプラノ型ビーム・スプリッター134とが含
まれている。以降では、双扇形実像プロジェクタおよび
プラノ型ビーム・スプリッターについて言及するが、こ
れらの個々の構造は、それぞれ、プロジェクタ114,132
およびビーム・スプリッター116,134と同様の特徴を有
しているものと理解される。
プロジェクタ128からの光はスクリーン130上に画像を
形成するようにビーム・スプリッター134を通過し、こ
のスクリーン上の画像は、虚像124を生成するようにビ
ーム・スプリッター134を介して観者に反射される。図
２における観者の視点は、この図に示される構造の右側
に横向きに配置されている。
ビデオソース126内に現れる画像から、プロジェクタ1
32は、前景の実像122を生成する。
ここで、図３に注意を向けると、そこには、この発明
を具体化する他の視覚的表示システムが示されている。
このシステムは、双扇形実状プロジェクタ140と、ビデ
オソース142と、仮想運動場の形態をした実物表示144
と、この物体組織化運動場の上に直接横たえられるプラ
ノ型ビーム・スプリッター146とが備え付けられたハウ
ジング138を具備している。
このシステム136を作動させると、ビデオソース142か
ら情報を供給されるプロジェクタは、背景の視覚的イメ
ージあるいは運動場144内の物体による事象と視覚的に
合成される前景実像148を投影する。図３の装置に対す
る観者の視点は、画像148および運動場144に向かって下
向きである。
図４には、符号150によって、２つのビデオソース15
2,154と、双扇形実像プロジェクタ156と、プラノ型ビー
ム・スプリッター158とを具備する視覚的表示装置が示
されている。
このシステムは、作動させられると、視覚的舞台160
内に、前景実像162と、背景虚像164とを生成する。実像
162は、ソース154の表示から供給され、プロジェクタ15
6によって示される位置に向けて投影される。虚像164
は、ビデオソース152に現れるもののビーム・スプリッ
ター158からの反射によって生成される。観者の視点
は、図４の装置の右側に横向きである。
図５に示されるシステムは、観者の視点（図５の装置
の左側に横向き）から視覚的舞台166内に多数画像の合
成を生成する。この画像合成体は、図４の装置により生
成されるものと同様であるが、きわめて異なる光学的か
つイメージソース構造的組織によって達成される。
図５の装置には、下向きに配されるビデオソース168
と上向きに配されるビデオソース170とが含まれてい
る。
これら２つのソースの間には、図５に見られるよう
に、プラノ型ビーム・スプリッター172が直接挿入され
ている。また、図５のシステムの光学的構造には、実像
プロジェクタの単一の扇形状光学的（あるいは視覚的）
部分174も含まれている。この部分は、基本的に、上述
した実像プロジェクタの半分の構造の形態をしている。
この光学的部分174は、図示されているようにビーム・
スプリッター172と組み合わせられて、協働して符号174
aで示される仮想の対面する反射面を生成する。この反
射面は、光学的部分174とともに効果的な全実像プロジ
ェクタを生成するように協働する。これと全く同種の構
造は、参照しているウェルクの特許文献に十分に開示さ
れかつ説明されている。
ソース168,170を作動させると、協働して相互作用す
るビーム・スプリッター172と光学的部分174とが、ソー
ス170から供給される実像176を生成する。ビーム・スプ
リッターは、ビデオソース168の位置に現れるものから
背景虚像178を生成する。図５における観者の視点は、
そこに示されている装置の左側において横向きである。
図６のシステムは、投影された実像と背景のスクリー
ン画像とから合成画像を形成するものである。符号180
で示されるこの装置は、２つのビデオソース182,184
と、前記ソース184の面上に実質的に直接横たえられる
プラノ型ビーム・スプリッター186と、双扇形実像プロ
ジェクタ188とを具備している。
図６の装置に関して、観者の視点は符号190により示
されている。観者は、ビーム・スプリッター186を通し
て、ソース184により生成されたスクリーン画像の直接
の光景を提供され、この光景は、ソース182から供給さ
れるときにプロジェクタ188によって投影される実像192
の背景として存在する。
図７に示される表示装置は、図６に示されるものと多
くの点において、きわめてよく似ている。符号194によ
って示されるこの装置は、一対のビデオソース196,198
と、一対のプラノ型ビーム・スプリッター200,202と、
実像プロジェクタの単一の扇形状の光学的部分204とを
具備している。扇形鏡204は、図５の装置において上述
した鏡部分174がビーム・スプリッター172と協働するの
と同様にビーム・スプリッター200と協働する。ビーム
・スプリッター202は、ビデオソース198の面に直接横た
えられており、このソースは、視点を図６に示されたも
のと実質的に同様に配する観者によってこのビーム・ス
プリッターを通して直接見ることができる。このスクリ
ーン画像と合成されるものは、ビデオソース196から情
報が提供されるときにビーム・スプリッター200と扇形
鏡204との間の協働により投影される前景実像206であ
る。
図８を見ると、符号208によって全体的に指し示され
ている視覚的表示装置は、１つの画像ソースとしてのビ
デオソース210と、他の画像ソースとしてのプロジェク
タ212および天井スクリーン214とを具備している。さら
に、装置208は、プラノ型ビーム・スプリッター216と、
上述したようにこれと協働する実像プロジェクタの単一
の扇形鏡部分218とを具備している。
表示装置208が作動すると、プロジェクタ212によって
スクリーン214上に投影された画像は、（図８の装置の
すぐ右側に横向きに配される観者の視点に対して）背景
虚像220となる。ビーム・スプリッター216と扇形鏡218
との協働により、前景実像222が投影されることにな
る。
図９には、符号224によって、この発明の実施形態に
係るさらに他の装置が示されている。この装置224は、
２つのビデオソース226,228と、双扇形実像プロジェク
タ230と、２つのほぼ直角に配置されるプラノ型ビーム
・スプリッター232,234と、球面鏡236とを具備してい
る。
図９における観者の視点は、この図に示される装置の
すぐ左側に配されている。
その視点から見ると、プロジェクタ230は、ビデオソ
ース228から供給される投影された前景実像238を生成
し、ビーム・スプリッター232,234と鏡236との協働によ
り、ビデオソース240から供給された、背景の、合成さ
れた、拡大され／平行にされた虚像240が生成される。
図10に示される表示装置242は、３つの画像ソースを
具備する点および図10の装置の左側に横向きに視点を配
する観者のために、背景実像244と、２つの深さ方向に
ずれた背景虚像246,248とを含む多層合成画像を生成す
る点を除き、図９に示される装置と多くの部分において
共通している。画像248は引き伸ばされ／平行にされて
いる。
したがって、装置242には、ビデオソース250,252,254
と、双扇形実像プロジェクタ256と、一対のプラノ型ビ
ーム・スプリッター258,260と、球面鏡262とが含まれて
いる。
装置242が作動すると、画像244,246が以下のように合
成される。鏡262は、ビデオソース250から供給される最
も遠い背景虚像248を生成するようにビーム・スプリッ
ター258,260と協働する。２つのビーム・スプリッター
は、中間の背景虚像246を生成するように、ソース254の
位置における画像と協働する。プロジェクタ256は、前
景実像244を生成するようにビデオソース252からの情報
を供給する。
図11は、符号264によって、２つのビデオソース266,2
68と２つのプラノ型ビーム・スプリッター270,272と、
ビーム・スプリッター272と協働する実像プロジェクタ2
74の単一の扇形鏡部分と、球面鏡276とを具備する表示
装置を示している。
図11の装置を作動させ、図11の装置のすぐ左側に観察
点を配した観者の視点から見ると、上述した視覚的舞台
と同種のものに、背景の引き伸ばされ／平行にされた虚
像278と、投影された前景実像280とを含む合成された多
数画像表示が生成される。ビーム・スプリッター272と
扇形鏡274との協働により、ビデオソース268から供給さ
れる情報から、実像280が投影される。球面鏡276と協働
する２つのビーム・スプリッターは、ビデオソース266
から供給されるもとになる資料から虚像278を生成す
る。
図12には、符号282によって、この発明の他の実施形
態が示されており、この実施形態は、図11に示される実
施形態に構造的に酷似している。構造的には、図12の実
施形態は、第３のビデオソースの存在によって、図11の
実施形態と相違している。機能的には、そして、図12の
装置の左に配されている観者の視点からは、外側の前景
実像284と、中間の前景実像286と、背景虚像288とから
なる３段階の合成画像が生成される。
図12の装置に含まれる３つのビデオソースは、符号29
0,292,294によって示されている。これら３つのビデオ
ソースは、２つのプラノ型ビーム・スプリッター296,29
8と、ビーム・スプリッター298と協働する実像プロジェ
クタの単扇形鏡部分300と、球面鏡302と協働する。
ビデオソース292から画像を供給されるビーム・スプ
リッター298および扇形鏡300は、外側の前景の投影され
た実像284を生成する。ビデオソース290から画像を供給
される２つのビーム・スプリッターと球面鏡との協働に
より、背景虚像288が生成される。２つのビーム・スプ
リッターとビデオソース294との協働的な相互作用によ
り、中間の前景の投影された実像286が生成される。
次に、図13を見ると、この発明に関連して構成された
視覚的表示装置の他の実施形態が、符号304によって全
体的に示されている。図13の装置に対する観者の視点
は、この装置のすぐ左側である。この装置304の作動に
より生ずる合成画像は、図12の装置の作動により生成さ
れるものときわめてよく似ている。したがって、この合
成画像は、上述した観者の視点から、外側の前景実像30
6と、中間前景実像308と、背景虚像310とを含んでい
る。
この装置304には３つのビデオソース312,314,316と、
図示されているように配置されている２つのプラノ型ビ
ーム・スプリッター318,320と、該ビーム・スプリッタ
ー318,320と直接的にそれぞれ協働する実像プロジェク
タの２つの単一の扇形鏡部分322,324とを具備してい
る。
ビデオソース314は、最も外側の前景投影実像306を生
成するように、関連するソース情報を、扇形鏡324と協
働するビーム・スプリッターに供給する。ビデオソース
312、２つのビーム・スプリッターと協働する扇形鏡322
から供給された情報は、中間の前景の投影された実像30
8を生成する。ビデオソース316からの情報を提供する２
つのビーム・スプリッターの相互作用的な協働により、
背景虚像310が生成される。
次に、図14と図15とを一緒に見ると、この発明の他の
重要な実施形態に関連して構成された劇場のようなシス
テムが符号326によって全体的に示されている。図14
は、このシステムの上からの概略的な平面図を表してお
り、図15は、このシステムの側断面を概略的に示してい
る。図15を見ると、符号328によって示されているもの
は、聴衆エンベロープ、すなわち、システム326内の構
造により生成された合成画像を（図14および図15におい
て左に向かって）見るために聴衆が座ることができある
いは位置させられることのできる空間としてここに参照
されているものである。また図15のみを参照すると、聴
衆エンベロープの前に、符号330によって示されている
ものは、所望により、実演動作を伴う三次元物体を支持
することのできる舞台である。
図14および図15を、左から右に全体的に見ながらシス
テム326の構成要素に注意を向けると、これらは、双扇
形実像プロジェクタ332と、一対のスクリーン／スクリ
ム構造体334,336と、プラノ型ビーム・スプリッター338
と、他のスクリーン／スクリム構造体340と、他のプラ
ノ型ビーム・スプリッター342と、聴衆エンベロープの
いくらか上方で微少に後側に、あるいは、少なくとも聴
衆エンベロープの後部に向かう３つのプロジェクタ344,
346,348（特に図14参照）とを具備している。これらの
プロジェクタは、例えば、スライドやフィルムその他か
ら与えられるように、画像を投影するためのものであ
る。また、システム326の構造内には、３つのビデオソ
ース350,352,354が含まれており、ビデオソース350は、
スクリーン／スクリム構造体340の（聴衆エンベロープ
から見て）ちょうど背後に下向きに配され、ビデオソー
ス352は、ビーム・スプリッター342の直下に上向きに配
され、ビデオソース354は、プロジェクタ322の下に上向
きに配されている。このシステム326のスクリーン／ス
クリム構造体は、プラノ型ビーム・スプリッターと同様
に、それらを通した透視を可能としている。加えて、そ
れらは、以下に記載されるように、プロジェクタ344,34
6,348からの投影に関する画像形成表面構造としても機
能する。
システム326は、実像を含む、いわば、視覚的情報の
６層までの多数の画像のきわめて複雑な合成を可能とす
るものである。さらに詳細には、プロジェクタ344から
の投影は、スクリーン／スクリム構造体334の見る側
に、聴衆が見ることのできる画像を形成するものであ
る。同様に、プロジェクタ346からの投影は、スクリー
ン／スクリム構造体340上に、可視画像を形成する。プ
ロジェクタ348からの投影は、スクリーン／スクリム構
造体336の視点側に表面可視画像を形成する。
ビデオソース354から供給される画像は、前景の投影
された実像356を形成するように、プロジェクタ332によ
って投影される。ビデオソース352から供給される画像
は、ビーム・スプリッター342の光学的な動作を介して
虚像358を生成する。ビーム・スプリッター338は、ビデ
オソース350から供給されるときに、虚像360を生成す
る。
図14および図15に、そして、これに関連して示されか
つ説明されているシステムは、きわめて深くかつ複雑な
多数の画像であって、それらの全てが、舞台330上の実
演動作を伴う固体物体の外観と結合（合成）される得る
画像を合成することを可能とするものである。このシス
テム356の範囲内には、プロジェクタ332とプロジェクタ
344,346,348との間に、カスケード接続されかつ間に挟
まれた構造として見ることのできるシステムの構造的な
構成要素が配置されている。これらの構成要素は、一対
の画像形成表面構造（スクリーン／スクリム構造体）の
間に挿入される少なくとも１つのビーム・スプリッター
と、一対のビーム・スプリッターの間に挿入される少な
くとも１つの画像形成表面構造とを含んでいる。
図16および図17は、この発明の特徴に従って構成され
た他の劇場状構造を符号362によって示している。図16
は、このシステムの上方からの概略的な平面図を示し、
図17は、その側断面図を示している。図17には、上述し
た聴衆エンベロープ328と同様の聴衆エンベロープ364お
よび上述した舞台330と同様の舞台366が示されている。
図16および図17を左から右に全体的に進みながら、シ
ステム362を構成している種々の構成要素を見ていく
と、球面鏡368と、プラノ型ビーム・スプリッター370
と、一対のスクリーン／スクリム構造体372,374と、他
のプラノ型ビーム・スプリッター370と、さらにもう１
つのスクリーン／スクリム構造体378とが含まれてい
る。聴衆エンベロープの若干上方には、その背面に向か
って、それぞれが上述したプロジェクタ344,346,348と
同様の３つのプロジェクタ380,382,384（特に図16参
照）が配置されている。また、システム362には、３つ
のビデオソース386,388,390が含まれている（特に図17
参照）。ソース386は、ビーム・スプリッター370の下側
に上向きに配置され、ソース388は、まさにそのビーム
・スプリッターの表面の上側に下向きに配置されてい
る。ビデオソース390は、ビーム・スプリッター376の表
面の上側に下向きに配置されている。
システム362は、上述したシステム326と同様に、深い
容積において、投影された実像を含む６個までの画像を
合成することができる。プロジェクタ380,382,384から
の投影は、聴衆が見ることのできる表面形成画像を、そ
れぞれ、スクリーン／スクリム構造体372,378,374の見
る側に形成する。球面鏡368と隣接するビーム・スプリ
ッター370とが協働することにより、前景の投影された
実像392を生成するように、ビデオソース388からの画像
が供給される。ビーム・スプリッター370の下面は、背
景虚像394を生成するようにソース386と協働する。ビー
ム・スプリッター376の上面は、中間虚像396を生成する
ようにビデオソース390と協働する。
上述したシステム326の場合と同様に、システム362に
生成される画像は、舞台366上の実際の三次元物体およ
び実演動作と合成され得る。
図18には、この発明の他の実施形態が、符号398によ
って示されている。この実施形態は、４つのビデオソー
ス400,402,404,406と２つの双扇形実像プロジェクタ40
8,410と、ソース402,404の画像形成表面上にそれぞれ直
接横たえられる２つのプラノ型ビーム・スプリッター41
2,414とを具備している。
図18の装置を作動させ、符号416により示される観者
の視点から見ると、２つの実像プロジェクタおよび２つ
のビーム・スプリッターは、近い前景の投影された実像
418を生成するように、ソース400から供給される画像と
協働する。２つのビーム・スプリッターおよび実像プロ
ジェクタ410は、中間の前景の投影された実像420を生成
するように協働させられる。画像420の直下において、
ビーム・スプリッター414は、ビデオソース404から現れ
る表面スクリーン形成画像を直接見ることを可能とす
る。ビーム・スプリッター414とビデオソース406との協
働により、背景虚像422が生成される。
図19は、この発明の分布された配列形態として考える
ことができ、ここに、符号424によって全体的に示され
ているように、６個の双扇形実像プロジェクタ426,428,
430,432,434,436の配列と、固体物体のような６個の非
活動的な視覚的ソース438,440,442,444,446,448と、そ
れぞれ物体440,442,444,446,448上に重ねられる５個の
プラノ型ビーム・スプリッター452,454,456,458,460と
を具備している。また、図19に示される構造の右側に向
かって、ビデオソース462と、このソースにスクリーン
を直接重ね合わせたプラノ型ビーム・スプリッター464
とが含まれている。
図19のシステムにおける観者の視点は、この図の配列
の右端に隣接して下向きに選択されている。これによれ
ば、積重ねとして現れる７つの画像を垂直方向に合成し
たものを見ることができる。この積重ねを下方に向かっ
て進んでいくと、符号466,468,470,472,474,476で示さ
れるものは、それぞれソース438,440,442,444,446,448
から供給される投影された実像である。この「積重ね」
の下には、直接見ることのできるビデオソース462の表
面（スクリーン）上に現れるスクリーン形成画像が合成
される。
図20は、この発明の参考例として構成される装置が符
号478によって示されており、この装置は、スクリーン
／スクリム構造体480と、（符号482により示される観者
の視点から見て）その後側に配される双扇形実像プロジ
ェクタ484とを具備している。構造480の視点側には、こ
の視点側における静止したあるいは移動する画像の投影
のためのソースとして機能するプロジェクタ486が配置
されている。実像プロジェクタ484は、（プロジェクタ4
86による投影により供給されるときに）構造480の視覚
的表面上に現れる背景の表面形成画像と合成される前景
の投影された実像490を生成するように、例えば、符号4
88により示されるビデオソースと協働する。
図21は、この発明に係る他の実施形態が、符号492に
よって全体的に示されている。この実施形態は、光学的
に対面させられる反射要素494a,494bを含む２つの部分
からなる球面要素の実像プロジェクタ494を具備してい
る。観者の視点は、図21の装置の左側に配置されてい
る。この視点に対して、光の一部を透過する要素494bの
背後に配置されているのは、ビデオソース496である。
装置492内の符号498は、現実の物体の形態をした視覚的
ソースである。
この図21のシステム／装置が作動させられると、実像
プロジェクタ494は前景実像500を投影する。この実像
は、プロジェクタ要素494bを透過させられるときに、ソ
ース496の表面（スクリーン）496aに現れる背景のスク
リーン画像に対して合成される。
図22には、この発明の他の参考例が、符号502によっ
て全体的に示されている。この装置502は、（調節可能
に）関節接続された双扇形実像プロジェクタ504と、ス
クリム／スクリーン構造体506と、静止あるいは移動画
像を構造506の画像形成表面上に投影するのに用いるこ
とのできるプロジェクタ508とを具備している。この画
像形成表面は、図22において右側に向かっている。この
システムが作動させられると、プロジェクタ504は、適
当な視覚的画像ソースから、プロジェクタ508からの投
影により生ずる背景の表面形成画像に対して合成され
る、前景投影実像510を生成する。
図23では、符号512によって、この発明の重要な特徴
を具体化する他の構造を示している。ハウジング514内
には、球面鏡516と、プラノ型ビーム・スプリッター518
と、三次元物体520を含む２つの視覚的画像ソースと、
２次元画像の配列522とが配置されている。
図23のシステムが作動すると、鏡516は、符号524によ
って示される位置に、ハウジング514の表示窓514aを通
して前景の投影された実像を生成するように、ビーム・
スプリッター518と協働する。プラノ型ビーム・スプリ
ッターは、符号526の位置に、配列522から提供された背
景の合成された虚像を形成する。
図24および図25の両方を見ると、まず、図24には、こ
の発明の実施形態である娯楽施設の乗り物システムの適
用例が示されている。例えば、図24に示されているもの
は、この発明に従って３つの視覚的表示ユニット534,53
6,538により与えれられる３つの視覚的舞台を越えて乗
車している観者を搬送するために、概略乗車経路532に
沿う矢印の方向に移動する乗り物の車あるいは乗用車52
8である。これらの表示ユニットは、上記において説明
した特定のシステムの実施形態のいずれか１つに従って
構成されている。
図25は、これらの表示ユニット内の１つ、例えば、表
示ユニット534であって、双扇形実像プロジェクタ540
と、後部投影スクリーン542と、視覚的画像ソースとし
ての後部プロジェクタ544と、スクリーン／スクリム構
造体546と、視点側構造546およびプロジェクタ548とを
具備しているものを示している。
図25に示されるシステムが作動させられると、このシ
ステムにより提供される画像視覚的ステーションを通過
する乗用車528によって搬送される乗り手は、後部投影
スクリーン542から供給され、プロジェクタ548による構
造546の視点側への投影により生ずる背景のスクリーン
画像に対して表示される前景投影実像550を含む多数画
像の合成を見ることになる。所望であれば、システム
は、プロジェクタ548が常にオンされていないような状
態で作動されることもでき、この場合には、搬送されて
上述されたシステムを通過するところで、観者が、スク
リーン／スクリム構造体自体の背景画像に対する投影さ
れた実像550を含む合成画像を見ることになる。
次に、図26を見ると、符号552によって全体的に示さ
れるこの発明の他の分布配列形態が示されている。この
形態には、３つの双扇形実像プロジェクタ554,556,558
と、３つのビデオソース560,562,564と、３つのプラノ
型ビーム・スプリッター566,568,570が含まれている。
ビーム・スプリッター566,568は、それぞれ、ビデオソ
ース562,564のスクリーンに直接重ねられており、ビー
ム・スプリッター570は、図19の構造におけるプロジェ
クタ436に対して配置された上述したビーム・スプリッ
ター464とほぼ同様の関係となるように、図26のプロジ
ェクタ558に対して配置されている。
システム552が作動させられると、３つのビデオソー
スのそれぞれには、全く同一のビデオ情報が供給され
る。これら３つのソースおよびそれらに対応する投影鏡
は、投影された合成実像がビーム・スプリッター570の
すぐ上に、ほぼ単一平面内に横たえられるように配置さ
れている。しかし、３つの構成画像は、３つのビデオソ
ースの面上に現れる画像のいずれか１つを特徴付けるも
のよりもかなり高い解像度を達成するように、これらの
画像内の画素、ラスタ線その他これに類するものが、空
間を「埋める」ように、相互に平面内で微妙にずらされ
ている。この合成実像は、ビデオソース560,562,564か
らそれぞれ提供される３つの画像要素572,574,576を含
んでいる。
システム522の動作の「ストーリー」を明確にするた
めに、結果物としての投影された合成実像は、上述した
３つの画像要素の各々を相互に垂直方向に配置して（す
なわち、平面からかなり外れて）、かつ、誇張した方法
で横にずらして示されている。図26の観者の視点から、
利用されるズレは、この図面の左から右まで全体に延び
かつ図26の平面に垂直な平面内において生ずる。
勿論、解像度を向上するために、２以上の任意の適当
な数の投影された画像を用いたシステム552のようなシ
ステムを利用してもよい。
次に、図27を見ると、この発明のきわめて刺激的なシ
ステムの変形例が符号580によって概略的に示されてい
る。このシステムは、多数画像合成を伴ってあるいは伴
わずに用いられ、空間的に浮遊する実像の投影のために
供給する画像データの概念に基づいており、データは、
１つ以上の心理的に刺激する３次元画像合図を含んでい
る。言い換えれば、フィルム、ビデオテープ、ビデオレ
ーザディスク、磁気画像格納ディスク、光データストリ
ーム、電子データストリームあるいはその他の形態をし
たソースデータは、自分が実際に現実の三次元的な、す
なわち、現実に空間を占有している画像を見ていると観
者に強烈に示唆する画像を生成するこれらの合図の１つ
以上をその中に組み込んでいる。このシステムによれ
ば、これらのデータ合図は、影、閉塞、遠近、動作視
差、深さに対する大きさ、深さに対する明るさ（あるい
は彩度値）、および深さに対する鮮明度よりなる群のよ
うな周知の合図の群から選択される。そのようなソース
データは、図27の符号582にブロックの形態で示されて
いる。
そのような画像合図を、デジタル形式のデータベース
で生成するために利用できるソフトウェアは、例えば、
フレーム（Flame）、フリント（Flint）、ソフトイメー
ジ（Soft Image）、エレクトリックイメージ（Electric
Image）、スイベル３−Ｄ（Swibel 3−Ｄ）、スペクト
ラビジョン（Spectra Vision）、エラスティックリアリ
ティ（Elastic Reality）およびクラスタアフタエフェ
クツ（Cluster After Effects）の名前で販売されてい
る製品を含んでいる。
ソースデータ582からの画像生成情報は、矢印584によ
って示されるように、任意の適当な方式で、ビデオモニ
タ586のような二次元な（２−Ｄ）スクリーン装置（視
覚的画像ソース）に供給される。このスクリーン装置で
は、供給された画像促進データストリームから、観者に
自分が現実に空間を占める３次元画像を見ているものと
強烈に示唆するような心理的に知覚される刺激合図の存
在によって特徴付けられる２次元的な画像を生成する。
符号580によって示されるシステムをさらに進んでい
くと、モニタ586は、矢印588によって示されているよう
に、上述した画像システムのいずれか１つを含む任意の
公知形式の実像投影システムの形態を採り得る実像投影
システム590（あるいは実像投影鏡）にとっての視覚的
ソースとして機能する。矢印592により概略的に示され
ているように、システム590は、スクリーン装置586から
発せられる光線を介してソースデータ582から供給され
る投影された実像を、視覚的舞台594に投影する。符号5
96により、ステーション594では、驚くべき、現実的
な、３次元外観の、妨げられない、投影された実像を知
覚する観者の目がブロック形式で示されている。実像
は、１以上のソースデータの三次元的画像合図の存在に
より、完全に、現実に空間を占有する三次元画像として
知覚される。
重要な結合されたソースデータの三次元的な合図の存
在および、選択された合図により特徴付けられる妨げら
れない画像の究極の空間的な浮遊により、現実には、空
間における（厚さの観点から）やや無限の平面により近
接して横たわる画像である、すばらしい、妨げられな
い、真実味のある三次元画像が与えられる。
さらに、図27には、観者の目が視覚的舞台594内に、
向きを変えて観者の方に向けて近づくように歩く、回転
しかつ移動する一対のブーツを知覚しているところ描い
た例が示されている。これらのブーツの（観者に向かっ
て）前進する４段階の動作が、符号598a,598b,598c,598
dにより示されている。矢印599は、ブーツが観者に近づ
くときの時間の進行を概略的に示している。これらのブ
ーツの明らかな三次元画像は、前に述べたように発生す
るソースデータストリームに組み込まれた知覚的に刺激
するある種の三次元的な合図とともに組込まれており、
観者に、特定の与えられた実例の中で、影、閉塞、遠
近、動作視差、深さに対する大きさ、深さに対する彩度
値（明るさ）、深さに対する鮮明度合図により特徴付け
られる動く画像を見させるものである。
観者の視点から見れば、システム580は、たとえ画像
が実際には二次元に基づくデータから供給されるもので
あっても、疑いなく三次元的空間を占め、妨げられな
い、投影された実像を与えるものである。
浮遊画像相互作用 この発明に係る実像生成システムの重要な拡張は、観
者に、吊り下げられたあるいは明らかに浮かんでいる実
像との相互作用を許容する能力に関連している。多量の
公開された情報により、当業者であれば、ユーザに、
（例えば、センサを含むデータグローブを介した）操作
あるいは二次元的なコンピュータの表示画面上に表示さ
れている画像内において旅行を経験させることは可能で
ある。例えば、参照によりここに組み入れられている以
下の米国特許第4988981号、第4937444号、第5097252
号、第4542291号を参照する（まとめて「ジマーマン（Z
immerman）の特許」として参照する）。このジマーマン
の特許のみならず他の多くの刊行物および製品は、現在
では、一般に「パーチャルリアリティ」として知られる
技術に関連して市販されている。図28は、ジマーマンの
特許'981に開示されている基本的なバーチャルリアリテ
ィシステム600を示している。このシステム600は、二次
元的なあるいはほぼ平坦な表示画面606上に画像を生成
するためにコンピュータ602を利用している。ケーブル6
08はコンピュータ602に接続されたインターフェース電
子部品611にデータグローブ610を接続している。信号発
生器、例えば、超音波変換器612が、グローブ610に取り
付けられている。超音波受信器614a,614b,614cは、表示
画面606の周囲に配置されかつインターフェース電子部
品611に接続されている。信号データは、超音波変換器1
7の位置およびグローブ610内のユーザの１以上の指の曲
げ角度および／または向きに関連して収集される。そし
て、コンピュータ602は、データグローブ610すなわちユ
ーザの手の動きに対応して、表示された画像604を変化
させる。
この発明は、観者が相互作用することができる実像を
浮遊させる技術を提供することによりバーチャルリアリ
ティ技術のきわめて重要かつ強力な拡大を可能とするも
のである。図29はそのようなシステムを概略的に示して
いる。相互作用可能な浮遊画像システム620は、二次元
表示画面624上に画像を生成することのできるコンピュ
ータ922を具備している。コンピュータ622および表示画
面624は、画像ソースとしてひとまとめに言及される。
例えば、米国特許第4802750号に示されるような実像生
成鏡（実像供給／提供構造）626が、表示画面624からの
画像を受け止めて、観者の目631の前の上演領域630に対
応する実像628を形成しかつ投影するために配置されて
いる。配線632は、ユーザの腕634の先端の手に装着され
たデータグローブ633にコンピュータ622を接続してい
る。データグローブ633も、超音波受信器638に信号を送
る超音波変換器のような信号発生器を有している。
図29に示されるシステムでは、相互作用データは、ジ
マーマン特許に開示されているもののように、センサお
よび信号発生器を通じて生成される。しかしながら、デ
ータグローブを用いることなく、ユーザと浮遊画像との
間の相互作用を容易にする別の方法がある。例えば、図
30では、洋梨650の実像が上演領域652に投影されてい
る。ユーザは、上演領域内において手653の一部を移動
させることにより、洋梨との相互作用を達成することが
できる。米国特許第5248856号に開示されているもの
（走査レーザシステム）のような光照射および検知装置
654が指の位置を示す信号を発生する。信号は、信号処
理装置に伝送され、それによって、洋梨650の所望の移
動あるいは変化に影響を及ぼす。
図31に示されるように、この発明は、浮遊画面、すな
わち、画面の実像上において行われるゲームの形態を採
ることもできる。迷路660が上演領域662内に浮遊してい
る。プレーヤのカソール664は、迷路660内を移動するこ
とができる。ユーザは、カーソル664をスタート666から
ゴール668まで進めることを試みる。ユーザは、浮遊し
ている実像矢印670に接触しあるいはこれを貫くことに
よりカーソル664の進行方向を定めることができる。ユ
ーザの指の位置は、例えば、米国特許第5248856号に開
示されているシステムにおいて用いられているような走
査レーザによって検知され得る。相互作用プロセスを容
易にするために、ユーザの指に指輪、鏡、光あるいは音
の放射体等を取り付けることも有用である。したがっ
て、局部指令によりユーザが浮遊画像と相互作用するこ
とを可能にするために、音検知機構を用いることもでき
る。図31に示されるゲームを生成するために用いられる
ようなシステムは、従来のコンピュータの画面およびキ
ーボードに類似した画面やキーボードの実像を投影する
こともできる。
以上のように、この発明に係るシステムおよび方法
が、少なくとも１つの投影された実像を含む刺激的で視
覚的に印象的かつ見晴らしのよい空間を占める合成され
た画像その他を生成するために上記において言及された
「重要な扉」を、どのようにして開くのかについては、
きわめて明白である。潜在的な適用例と利用分野は、創
造的な想像力と同じだけ広い。ここに開示されかつ議論
されている多くの実施形態は、この発明を中心としたあ
る種の合成を得るために、この発明に従って、光学要素
および視覚的ソースを結合し得る種々の方法を示しかつ
示唆している。したがって、そのような要素の他の特定
の装置は、関連する技術分野の当業者であれば、この発
明の範囲内において思いつくものであると考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｇ 3/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３６０ (72)発明者 ウェルク，スティーヴ エイ アメリカ合衆国 ハワイ 96761 マウ イ ラハイナ ＃3501 プーウ アノ アノ ストリート 50 (72)発明者 カッツ，バークハードディキンソン ジ ョン エム アメリカ合衆国 オレゴン 97202 ポ ートランド エス．イー．31スト アヴ ェニュー 8015 (72)発明者 ヴァン ライセルバーゲー，ピエール シー アメリカ合衆国 オレゴン 97201 ポ ートランド エス．ダヴリュー．ハンプ シャー ストリート 3043 (56)参考文献 特開 平３−166536（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−89992（ＪＰ，Ｕ) 特表 平６−509885（ＪＰ，Ａ) 米国特許5257130（ＵＳ，Ａ) 米国特許4988981（ＵＳ，Ａ) 英国公開4802750（ＧＢ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画像プロジェクタを具備する視覚的表示装
    置（398;424;552）において、Ｎ個の画像ソース（400,4
    02;438,440,442,444,446,448;560,562,564）（以下、Ｎ
    は２以上の整数）と、Ｎ個までの画像プロジェクタと、
    Ｎ個までのビーム・スプリッター（412,414;452,454,45
    6,458,460,464;566,568,570）とから成り、 第１画像ソースを除く全画像ソース（402;440,442,444,
    446,448;562,564）が各対応する１個のビーム・スプリ
    ッターにより被覆されており、更に、画像ソース（400,
    402;438,440,442,444,446,448;560,562,564）がＮ個ま
    での画像プロジェクタ（408,410;426,428,430,432,434,
    436,554,556,558）と共に、ビーム・スプリッターを有
    しない第１画像ソース（400;438;560）の画像が隣接す
    る第２画像ソース（402;440;562）のビーム・スプリッ
    ター（412;452;566）の上に投影され、且つ第２画像ソ
    ース（402;440;562）のビーム・スプリッター（412;45
    2;566）上に投影された画像が第２画像ソース（402;44
    0;562）の画像と共に次のビーム・スプリッター（414;4
    54;568）上に投影され、同様にして、画像ソース（400,
    402;438,440,442,444,446,448;560,562,564）のいずれ
    をも被覆していない最後のビーム・スプリッター（414;
    464;570）に至るまで画像が順次投影されるように配置
    されており、最後のビーム・スプリッター（414;464;57
    0）の位置で、全ての投影画像（418,420;466,468,470,4
    72,474,476;572,574,576）が、観察者の視点から見るこ
    とができる複合画像を形成すること、を特徴とする前記
    視覚的表示装置。
  2. 【請求項２】少なくとも１つの画像プロジェクタが相互
    に対向する１対の凹面鏡を有する、請求項１に記載の視
    覚的表示装置（398;424;552）。
  3. 【請求項３】少なくとも１つの画像ソース（400,402;56
    2,564）が、対応するビーム・スプリッター（412;566,5
    68）により被覆された表示スクリーンを有するビデオソ
    ースである、請求項１または２に記載の視覚的表示装置
    （398;552）。
  4. 【請求項４】少なくとも１つの画像ソース（440,442,44
    4,446,448）が、対応するビーム・スプリッター（452,4
    54,456,458,460）により被覆された静止画像ソースであ
    る、請求項１〜３のいずれか１項に記載の視覚的表示装
    置（424）。
  5. 【請求項５】画像ソース（438,440,442,444,446,448;56
    0,562,564）が第１平面に配置され、画像プロジェクタ
    （426,428,430,432,434,436;554,556,558）が第１平面
    から離れた第２平面に配置されている、請求項１〜４の
    いずれか１項に記載の視覚的表示装置（424;552）。
  6. 【請求項６】画像ソース（560,562,564）の画像が画素
    化された画像であり、得られる複合画像（572,574,57
    6）がほぼ単一平面にあり且つソース画像（560,562,56
    4）のいずれの解像度をも越える複合画像解像度を達成
    するように画像要素がこの平面内でずらし重ね合わされ
    て（offset）いることを特徴とする、請求項１〜５のい
    ずれか１項に記載の視覚的表示装置（552）。
  7. 【請求項７】他の画像ソース（406）が、その画像（42
    2）が画像プロジェクタを介する投影なしに複合画像（4
    18,420）に付加されるように、最後のビーム・スプリッ
    ター（414）に対して連関して配置されている、請求項
    １〜６のいずれか１項に記載の視覚的表示装置（39
    8）。
  8. 【請求項８】他の画像ソース（404;462）が、その画像
    が最後のビーム・スプリッター（414;464）を介して見
    ることができるように、最後のビーム・スプリッター
    （414;464）に対して連関して配置されている、請求項
    １〜７のいずれか１項に記載の視覚的表示装置（398;42
    4）。
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