(57)【要約】      （修正有）【課題】消費電力を削減し、小型化、軽量化を実現したホログラフィックＨＭＩ装置を提供する。【解決手段】電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの入力用有体物を表すホログラフィックイメージを生成するホログラム手段と、ホログラム手段に光を照射する照明手段と、入力用有体物を表すホログラフィックイメージに対する、オペレータの選択を検出する操作検出手段と、検出を受けて、応答を生成するため電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成手段と、を有し、ホログラム手段は、透明素材及び半透明素材の少なくともいずれか一方に貼付されており、操作検出手段は、ホログラム手段を挟んでオペレータと対向する側に配置され、電磁波を生成し、かつ受信する放射／検出手段を有し、放射／検出手段は、電磁波を、入力用有体物を表すホログラフィックイメージに向けて放射し、かつ検出するように配置される装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する１つ以上の通常の接触駆動式入力用有体物を有する接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置であって、該装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの入力用有体物を表すホログラフィックイメージを提供するホログラム手段と、
ホログラフィックイメージを生成するために前記ホログラム手段に光を照射する照明手段と、
前記ホログラム手段によって生成された前記入力用有体物を表すホログラフィックイメージに対する、オペレータの選択を検出する操作検出手段と、
前記操作検出手段の検出を受けて、前記応答を生成するため前記電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成手段と、
を有し、
前記ホログラム手段は、透明素材及び半透明素材の少なくともいずれか一方に貼付されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記透明素材及び前記半透明素材の少なくともいずれか一方は、ガラス、アクリル、またはプラスティックから選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記操作検出手段は、
前記ホログラム手段を挟んでオペレータと対向する側に配置され、電磁波を生成し、かつ受信する放射／検出手段を有し、
前記放射／検出手段は、電磁波を、入力用有体物を表すホログラフィックイメージに向けて、かつ前記ホログラム手段が貼り付けられた前記素材を通して、放射し、かつ検出するために配置され、前記放射／検出手段は、前記素材を通じて入力用有体物の前記ホログラフィックイメージに対するオペレータの選択を判定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記照明手段の光路を変更して、１つ以上のホログラフィックイメージを、情報をオペレータに提示するために用いられるスクリーンのエッジに配置するため、少なくとも１つのミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つの電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する複数の通常の接触駆動式入力用有体物を有する独立した接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの複数の電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置であって、該装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
複数の前記電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの入力用有体物をそれぞれが表す複数のホログラフィックイメージを生成するホログラムユニットと、
前記ホログラムユニットに光を照射し、前記複数のホログラフィックイメージを生成する照明手段と、
入力用有体物を表す前記複数のホログラフィックイメージのそれぞれに対するオペレータの選択を検出する操作検出ユニットと、
前記操作検出手段の検出を受けて、前記応答を生成するため前記電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成器と、
を有し、
前記操作検出ユニットと前記信号生成器とは、それぞれ独立した前記ホログラフィックイメージに対する選択を検出して、各電子式または電子機械式デバイスによって独立して応答を生成するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する、通常の接触駆動式入力用有体物を有する接触制御メカニズムによって、従来どおり制御されるタイプの電子式または電子機械式デバイスを、オペレータに制御させる制御装置であって、該制御装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
接触制御メカニズムの複数の入力用有体物によって従来から生成されたものに対応する前記デバイスによって応答を生成するために生成されたホログラフィックイメージと共に、前記デバイス用の接触制御メカニズムの複数の入力用有体物を示すホログラフィックイメージを生成する合成ホログラムであって、１つの軸に沿って配置された複数のホログラムを含み、そこに生成されたホログラフィックイメージはそれぞれ、入力用有体物の異なる位置を表し、その結果、それぞれのホログラフィックイメージを、前記１つの軸に対して異なるアングルから独立に見ることができる合成ホログラムと、
それぞれの前記入力用有体物を示すホログラフィックイメージのオペレータによる選択を検出する操作検出器と、
前記操作検出器の検出を受信し入力信号を前記デバイスに提供し、それにより前記応答を生成する信号生成器と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記合成ホログラムは、各ホログラフィックイメージが複数の入力有体物の異なる部位を表すように、前記１つの軸に対してほぼ垂直を為す第２軸に沿って配置された複数のホログラムから構成され、前記合成ホログラムによって提示された各ホログラフィックイメージは、前記第２軸に対して異なるアングルから独立して見られることを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記ホログラム手段は、複数の入力用有体物のそれぞれを示す複数のホログラフィックイメージを生成し、前記操作検出手段は、前記複数のホログラフィックイメージのいずれがオペレータによって選択されたかを検出できることを特徴とする請求項１、５または６に記載の装置。
【請求項９】
前記ホログラム手段と前記照明手段との間の物理的な距離を縮め、なおかつホログラフィックイメージを生成するため、前記ホログラム手段と前記照明手段との間に挿入された少なくとも１つのミラーをさらに有することを特徴とする請求項１、５または６に記載の装置。
【請求項１０】
前記ホログラム手段は収束性能を有するレンズを含むことを特徴とする請求項１、５または６に記載の装置。
【請求項１１】
前記ホログラム手段と前記照明手段との間の物理的な距離を縮め、なおかつホログラフィックイメージを生成するため、前記ホログラム手段と前記照明手段との間に挿入された少なくとも１つのレンズをさらに有することを特徴とする請求項１、５または６に記載の装置。
【請求項１２】
前記信号生成手段は、さらに、可聴信号及び可視信号のうち少なくともいずれかを生成し、前記操作検出手段が、オペレータによるホログラフィックイメージの選択を検出したことを、オペレータに対して示すことを特徴とする請求項１、５または６に記載の装置。
【請求項１３】
前記照明手段は、前記ホログラム手段が貼り付けられた素材のエッジに配置された再生用光源を備えることを特徴とする請求項１、５または６に記載の装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する複数の通常の接触駆動式入力用有体物を有する独立した接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの複数の電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置であって、該装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
前記電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの１つ以上の入力用有体物を表す複数の３次元イメージのうち、少なくとも一つを生成するアクチュエータイメージ生成ユニットと、
アクチュエータイメージ生成ユニットによって生成された、入力用有体物を表す前記複数の３次元イメージのうち、少なくとも１つに対するオペレータの選択を検出するアクチュエータ検出ユニットと、
前記アクチュエータ検出手段の検出を受けて、前記応答を生成するため前記電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成ユニットと、
を有し、
前記アクチュエータ検出ユニットと前記信号生成器とは、各３次元イメージに対する選択を検出してそれに応答し、前記アクチュエータイメージ生成ユニットは、オペレータから物理的に近い位置に３次元画像を投影できる電子式または電子機械式デバイスに備えられることを特徴とする装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する複数の通常の接触駆動式入力用有体物を有する独立した接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの複数の電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる方法であって、該方法は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
前記電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの１つ以上の入力用有体物を表す複数の３次元イメージのうち、少なくとも一つを生成するアクチュエータイメージ生成ステップと、
アクチュエータイメージ生成ステップによって生成された、入力用有体物を表す前記複数の３次元イメージのうち、少なくとも１つに対するオペレータの選択を検出するアクチュエータ検出ステップと、
前記アクチュエータ検出ステップでの検出を受けて、前記応答を生成するため前記電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成ステップと、
を有し、
前記アクチュエータ検出ステップと前記信号生成ステップとは、各３次元イメージに対する選択を検出してそれに応答し、前記アクチュエータイメージ生成ユニットは、オペレータから物理的に近い位置に３次元画像を投影できる電子式または電子機械式デバイスに備えられることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間と、電子式または電子機械式デバイスとの間の、ホログラフィックヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）に関する。
【０００２】
本願は、２００３年７月３日に出願された米国仮出願第６０／４８４，８３８号の利益を主張するものである。その仮出願の内容は、始めから完全にここに記載されていたのと同様に、援用されて本出願に完全に含まれる。
【背景技術】
【０００３】
現在、コンピュータや他の電子機器にデータやコマンドを入力するために利用可能な方法や入力デバイスが数多く存在している。そのような入力デバイスには、例えば、キーボード、キーパッド、ライトペン、マウス、プッシュボタン、タッチスクリーン、そしてトラックボールなどがある。これらの入力デバイスの全ては、共通の特徴を有している。すなわち、これらの入力デバイスには、そのコンピュータや電子機器のユーザによる物理的な接触が必要になるということである。しかしながら、ホログラフィックＨＭＩは、ヒューマンオペレータとＨＭＩの制御部との間で、物理的な接触を全く要しない。なぜなら、そこでの入力デバイスは、キーや、通常は接触駆動する他の入力用有体物を表す、ホログラフィックイメージだからである。これらのホログラフィックイメージに対するオペレータによるインタラクションは、電磁手段や他の手段によって検知され、いかなる入力用有体物やその表面との直接的な物理的接触も必要としない。
【０００４】
人間と、電子式または電子機械式装置との間のホログラフィックＨＭＩは、従来から知られている。特に、McPhetersによる英国特許第２２９２７１１号と米国特許第６，３１７，２３８号には、「ホログラフィック制御装置」が記載されているが、ここで参照することにより、これらの内容は、本明細書に含まれているものとする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既知のホログラフィックＨＭＩシステムは、比較的大型のホログラフィックＨＭＩデバイスであることを特徴としているといえる。そしてそれらは、比較的大量の電力を消費する可能性があるため、用途によっては非実用的になっている。
【０００６】
複数のスクリーンに表示された情報をオペレータに提供するタッチスクリーンやタッチパッドに換えて、既知のホログラフィックＨＭＩを使用しようとする場合も、問題が発生することがある。なぜなら、制御対象である電子式または電子機械式デバイスの情報提供機器上で、ヒューマンオペレータが利用可能な入力、出力情報を、ホログラフィックイメージとスムーズに組み合わせることができなかったからである。
【０００７】
加えて、複数の電子式または電子機械式機器が、複数のホログラフィックイメージを要求しつつ、ホログラフィックＨＭＩによって制御される場合にも問題は起こりうる。このような場合、オペレータはその複数のイメージのせいで混乱しやすくなる。
【０００８】
現在知られているホログラフィックＨＭＩには、他にも問題がある。これは、従来型のインタフェースと比べると、ホログラフィックＨＭＩのオペレータは、ホログラフィックＨＭＩを操作する際に、触覚的なフィードバックを全く受け取ることができないという問題である。これにより、ホログラフィックＨＭＩのオペレータは、電子式または電子機械式デバイスに入力されたコマンドや情報がどうなったのか分からない場合があった。
【０００９】
さらに、既知のホログラフィックＨＭＩに必要なスペースは、制御対象である従来型の電子式または電子機械式デバイスの物理的な大きさに比べて小さくないという問題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、既知のホログラフィックＨＭＩに対して、消費電力を削減し、小型化、軽量化を実現した装置を提供することを目的とする。さらに、制御される電子式または電子機械式デバイスの情報提供手段と、より一層スムーズに組み合わせることができ、それにより、オペレータはより容易に本発明に係る様々な方法を実施できる。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明にあっては、１つ以上の通常の接触駆動式入力用有体物を有する接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置を提供する。ここで、接触駆動式入力用有体物との物理的接触は、電子式または電子機械式デバイスによる応答を生成する。本装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなく、そのような制御を実現する。本装置は、電子式または電子機械式デバイスのための有形制御メカニズムにおける１つ以上の入力用有体物を表す１つ以上のホログラフィックイメージを生成するホログラム手段を有する。また本装置は、複数のホログラフィックイメージの少なくとも１つを生成するために前記ホログラム手段に光を照射する照明手段を有する。また、本装置は、ホログラム手段によって生成された、入力用有体物を表す複数のホログラフィックイメージの少なくとも１つに対する、オペレータの選択を検知する操作検出手段を有する。さらに本装置は操作検出手段の検知を受けて、応答を生成するため電子式または電子機械式デバイスへの入力信号を生成する信号生成手段を有する。さらにホログラム手段は、ガラス、アクリル、またはプラスティックを含むがこれらに限定されない透明素材または半透明素材の少なくともいずれか一方に貼付されている。
【００１２】
本発明の他の態様に従えば、物理的接触により１つ以上の電子式または電子機械式デバイスによる応答を生成する複数の通常の接触駆動式入力用有体物を有する独立した接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの１つ以上の電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置が提供される。この装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とする。この装置は、複数の前記電子式または電子機械式デバイス用の有形制御メカニズムの入力用有体物を表す複数のホログラフィックイメージを生成するホログラムユニットを有する。前記ホログラムユニットに光を照射し、複数のホログラフィックイメージを生成する照明手段を有する。この装置は、入力用有体物を表す複数のログラフィックイメージのそれぞれに対するオペレータの選択を検出する操作検出ユニットを有する。また、この装置は、前記操作検出ユニットの検出を受けて、入力信号を前記デバイスに提供し、それによって応答を生成する信号生成器を有する。そして、生成された各ホログラフィックイメージは、各電子式または電子機械式デバイスの接触制御メカニズムの１つ以上の入力用有体物によって従来どおり生成されたものに対応して、各電子式または電子機械式デバイスによって独立して応答を生成できる。
本発明の他の態様に従えば、物理的接触により電子式または電子機械式デバイスによる応答を生成する、通常の接触駆動式入力用有体物を有する接触制御メカニズムによって、従来どおり制御されるタイプの電子式または電子機械式デバイスを、オペレータに制御させる制御装置が提供される。該装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とする。本装置は、接触制御メカニズムの各入力用有体物によって従来から生成されたものに対応して、その装置によって応答を生成するために、生成されたホログラフィックイメージと共に、前記デバイス用の接触制御メカニズムの複数の入力用有体物の少なくとも１つを示すホログラフィックイメージを生成する合成ホログラムを備える。この合成ホログラムは、１つの水平軸に沿って配置された複数の狭いホログラムを含む。そして、ホログラフィックイメージはそれぞれ、入力用有体物のイメージの様々な薄い垂直スライスを提示する。これにより、合成ホログラムによって提示される狭いホログラフィックイメージのそれぞれを、水平面に対して少し異なるアングルから独立に見ることができる。各ホログラフィックイメージは、オペレータが頭を少し左右または上下に動かしても、または、オペレータが、水平面内で右から左へ、左から右へ少し合成ホログラムの向きを変えても見ることができる。多少異なるアングルから見ることができる。制御装置はさらに、入力用有体物を示すホログラフィックイメージのオペレータによる選択を検出する操作検出器と、操作検出器の検出を受信し入力信号を前記デバイスに提供し、それにより前記応答を生成する信号生成器とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の原理に係るＨＭＩの機能的な構成を示す図である。ここで、オペレータが、ホログラフィックイメージに対して行う操作を検知するために使用されるセンサは、オペレータから見てホログラムの後ろ側に配置されている。
【図２】図２は、本発明の原理に係るＨＭＩの機能的な構成を示す図である。ここで、オペレータが、ホログラフィックイメージに対して行う操作を検知するために使用されるセンサは、制御される電子式または電子機械式デバイスのオペレータに入出力情報を提示するために使用されるスクリーンの下方、上方或いはいずれかのサイドに配置されている。そして、ホログラフィックイメージはソフトキーとして機能し、その機能は、スクリーン上の対応するアイコンや他のシンボルによって決定される。
【図３】図３は、本発明の原理に係るＨＭＩの機能的な構成を示す図である。ここで、複数の電子式または電子機械式デバイスのインタフェースのホログラフィックイメージは、１つの好適な場所に投影される。
【図４】図４は、本発明の原理に係るＨＭＩの一実施形態の機能的構造を示す図である。ここで、ホログラムと再生用光源との間の物理的な距離は、１つ以上のミラーを用いて減少される。
【図５】図５は、本発明の原理に係るＨＭＩの一実施形態の機能的構造を示す図である。ここで、ホログラムと再生用光源との間の物理的な距離は、１つ以上のレンズを用いて減少される。
【図６】図６は、本発明の原理に係るＨＭＩの一実施形態のブロック図である。ここで、ＨＭＩを操作した際、接触的応答の代わりに、聴覚的または視覚的応答がオペレータに提供される。
【図７】図７は、本発明の原理に係るＨＭＩの一実施形態の機能的構造を示す図である。ここで、１つ以上の狭いホログラムが、オペレータが垂直軸または水平軸に沿って異なる角度から再生イメージを見て、操作できる方法で記録される。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）センサの位置
本発明の第１実施形態は、オペレータから見てホログラムの後ろ側に検知センサを配置し、これらのセンサがホログラムがマウントされた媒体を「通して見る」ことができるようにすることで、ホログラフィックＨＭＩの小型化及び軽量化を実現する手段を提供する。この配置は、ホログラムと並べて、またはホログラムに対してオペレータと同じ側（手前側）に、ウェイブソースセンサを配置する方法に対して、好適な代替策である。なぜなら、必要なハードウェアをよりコンパクトにでき、ホログラフィックＨＭＩの小型化及び軽量化を図ることができるからである。
【００１５】
ホログラフィックＨＭＩを構成する際の使用に適するタイプのウェイブソースセンサは、ホログラムに貼り付けられ、エンボスされ、あるいはマウントされたある種の素材を「通して見る」ことができる。ホログラムを、貼り付けたり、エンボスしたり、或いはマウントしたりすることのできるタイプの素材としては、様々な厚さのアクリルや、ガラスやプラスティックが挙げられるが、これに限定されるものではない。それらの素材を「通して見る」ことができるタイプのセンサとしては、所定の波長の赤外線を発光（エミッティング）／受光（ディテクティング）するもの、例えば、波長が約８８０ナノの赤外線を発光するセンサを挙げることができるが、これに限定されるものでもない。
【００１６】
反射型ホログラムや透過型ホログラムが従来からよく知られており、ホログラフィックＨＭＩに利用することもできる。反射型ホログラムとは、ホログラムに対して、ＨＭＩのオペレータと同じ側に配置された再生用光源を使用するものである。一方、透過型ホログラムとは、オペレータから見てホログラムの後ろ側に、直接、または反射材を介して配置された再生用光源を使用するものである。改良技術であるエッジリットホログラムは、後述するように、ホログラフィックＨＭＩをより小型かつ軽量にするにあたり、非常に有利である。いずれにしても、従来からよく知られているように、ホログラフィックイメージは、半透明であり、結果として、他の物体の前に、その物体を覆い隠すことなく投影することができる。
【００１７】
エッジリットホログラムは、従来から良く知られているが（S.A. Benton, S.M. Birner and A. Shirakura, “Edge-Lit Rainbow Holograms” in SPIE Proc. Vol. 1212, Practical Holography IV (Soc. Photo-Opt. Instr. Engrs., Bellingham, WA 1990)を参照のこと）、ホログラフィックＨＭＩと組み合わせて利用することは、知られていない。
【００１８】
エッジリットホログラムのイメージは、ホログラフィックＨＭＩホログラムのエッジに配置された光源を用いて、そのエッジに光を照射することによって、再生される。これにより、ホログラムのイメージは、エッジリットホログラムを含む素材から少し離れた位置に再生される。さらに、反射型ホログラムや透過型ホログラムに必要な、再生用光源とホログラムとの間の物理的な間隔をほぼ無くすことができる。
【００１９】
エッジリットホログラムをホログラフィックＨＭＩ用の再生用光源として利用すれば、ＨＭＩのホログラムとその再生用光源とをあまり離す必要が無い。これにより、ＨＭＩを再生するためのハードウェアとして、より小さくより軽いものを利用することができる。
【００２０】
図１は、本発明の原理に係るＨＭＩの機能的な構成を示す図である。ここで、ホログラフィックイメージに対してオペレータが行う操作を検出するセンサは、オペレータから見てホログラムの後ろ側に配置されている。また、このホログラフィックイメージは、電子式または電子機械式デバイスに設けられるキーや、他の従来型の接触駆動式入力デバイスを表したものである。図１において、ホログラム４２１が透過型ホログラムであれば、再生用光源２８は、ホログラム４２１の背後に配置され、そこからホログラムに光を照射する。従って、ホログラフィックイメージ２７０は、オペレータの目前の空間に投影される。一方、ホログラム４２１が反射型ホログラムである場合、ホログラム４２１の前に配置された再生用光源２８’によってホログラムに光が照射される。そして、ホログラフィックイメージ２７０は、やはりオペレータの目前の空間に投影される。ホログラム４２１が、エッジリットホログラムである場合には、そのエッジに配置された再生用光源２８’’によってホログラムに光が照射される。そして、ホログラフィックイメージ２７０はオペレータの目前の空間に投影される。
【００２１】
透過型、反射型或いはエッジリット型のホログラムからホログラフィックイメージを生成する技術は従来から知られている。
【００２２】
デバイスの操作は、ホログラム４２１に向けて波３６０を放射するウェイブソースエミッタ／ディテクタ３５０によって検知されうる。この斜角により、波及びその反射は、ホログラムが貼り付けられ、エンボスされ、或いはマウントされた素材（不図示）を通過する。物体（例えば図１に示されるようなオペレータの指１１）が、ホログラフィックイメージ２７０が現れている位置に存在すると、波３６０は反射して、波３７０としてエミッタ／ディテクタ３５０に入射する。ホログラム４２１が貼り付けられ、エンボスされ、或いはマウントされる素材の組成の透過性により、ホログラム４２１がマウントされた素材の存在にもかかわらず、反射波は、エミッタ／ディテクタ３５０によって検知される。そしてその反射波により、エミッタ／ディテクタ３５０は、ホログラフィックイメージに対するオペレータの選択を、ＨＭＩの電子式または電子機械式デバイスに送信する。このような方法及び装置については、例えば、米国特許６，３１７，２３８に記載がある。
【００２３】
（第２実施形態）  スクリーンエッジＨＭＩ
本発明の第２実施形態は、ホログラムを配置する手段を提供する。この手段によれば、操作または制御される電子式または電子機械式デバイスに関して、キーや他の従来型の接触駆動式入力デバイスを表す再生されたホログラフィックイメージは、オペレータに入出力情報を提示するために使用されるスクリーンの、下方、上方或いはいずれかのサイドに現れる。
【００２４】
図２において、電子式または電子機械式デバイスに含まれる情報提供デバイス９４（或いは他の電子式の情報提供デバイス）は、ホログラフィックＨＭＩによって操作または制御される。情報提供デバイス９４上に表れるアイコン（または他のシンボル）４４は、ホログラフィックＨＭＩの電子式または電子機械式デバイスのオペレータに対して、選択可能な選択肢を示す。ホログラフィックＨＭＩの電子式または電子機械式デバイスに対してオペレータがコマンドや情報を入力しやすくするため、アイコン（または他のシンボル）４４に対応するホログラフィックイメージ２７０は、情報提供デバイス９４の下方、上方、またはいずれかのサイドに配置され、ソフトキーとして動作する。ソフトキーの機能は、アイコン（または他のシンボル）に割り当てられた機能によって決定される。ホログラフィックイメージ２７０は、もしホログラム４２１が透過型ホログラムであれば、ホログラム４２１の後方に配置された再生用光源２８によってホログラム４２１から再生される。また、もし反射型ホログラムであれば、ホログラム４２１の前方に配置された再生用光源２８’によって再生される。また、さらに、ホログラム４２１がエッジリットホログラムであれば再生用光源２８’’によって再生される。図２に示すように、センサ３５０は、本実施形態のホログラフィックイメージ２７０のそれぞれの平面部分に対する、指や他の物体の侵入を検知する。
【００２５】
図４は、本発明の原理に係るＨＭＩの一実施形態の機能的構造を示す図である。ここで、ハードウェアをより都合よく配置するため、１つ以上のミラー５２を用いて再生用光源２８の通路を変更する。ここで、ホログラム４２１が透過型ホログラムであり、ホログラフィックイメージ２７０は光源２８によって再生される。本実施形態のスクリーンエッジホログラフィックＨＭＩにおいては、既知の透過型ホログラムによるイメージ再生方法を用いて、小型のホログラフィックＨＭＩを構築する手段を提供し、再生用光源の通路が、ホログラフィックＨＭＩのハードウェア（不図示）の「周りを包み込む」。これにより、本発明の第２実施形態に係るホログラフィックイメージを空間を効果的に利用しつつ、ニーズに合わせて提供することができる。
【００２６】
本実施形態の原理に応じたホログラフィックＨＭＩイメージを配置することにより、電子式または電子機械式デバイスは、複数の「スクリーン」の情報をオペレータに提示できる。その情報は、そのデバイスそのもののスクリーンの上方、下方またはいずれかのサイドに現れる１つ以上のホログラフィックイメージとのインタラクションによって選択される。そして、オペレータは、様々なホログラフィックイメージとのインタラクションにより、情報提供デバイス９４のそれぞれ独立した「スクリーン」上での選択を行う。これらの様々なホログラフィックイメージは、情報提供デバイス９４上に表れる、各独立した「スクリーン」上の、キャラクタ、アイコン、文字、プロンプト、あるいは他のシンボルに対応し結びついている。これらは、これらのキャラクタ、アイコン、文字、プロンプト、あるいは他のシンボルに関するデータを入力するためのホログラフィックイメージのそばにある。
【００２７】
本発明の実施形態の原理に関して構成されたホログラフィックＨＭＩは、オペレータに情報を表示する情報提供デバイス上において、従来のタッチスクリーンやタッチパッドに比べて、より明確に情報を提供する。
【００２８】
（第３実施形態）複数のデバイス向けのＨＭＩ
本発明の第３実施形態は、車や飛行機のコックピットや、工業用、軍事用制御設備のように、２つ以上の電子式または電子機械式デバイスが少ない人数で操作され、制御される場所あるいは状況において用いることを目的とするホログラフィックＨＭＩを改良する手段を提供する。（複数の）オペレータにとって都合の良いように１つの場所に配置された２つ以上の電子式または電子機械式デバイスの、キーや従来の接触駆動式入力デバイスを表すイメージを投影するために、当業者に知られた方法によって記録された単一のホログラムが配置される。この配置により、電子式または電子機械式デバイスとインタラクトするために、オペレータがこれらのタスクから目をそらす必要を減らし、元来のタスクの邪魔とならないようになり、オペレータにとっての利便性が向上する。
【００２９】
本実施形態の一例では、例えば、セルラ電話やラジオ、エアコンディショナー、カーナビゲーションなどのように、自動車の運転席に導入されるような複数の電子式デバイスが、従来の原理に従って記録されたホログラムから投影された単一のホログラフィックＨＭＩに対するインタラクティングによって操作され、制御される。そして、図３に示すように、（複数の）オペレータにとって便利な位置に、オペレータに対して、従来はこれらのデバイスのキーまたはボタンであったものに対応する半透明のホログラフィックイメージを提示する。ホログラフィックイメージは、半透明なので、オペレータの目前に投影することができる。例えば、自動車の運転者の視界中に、運転者の前方の道路に対する視界を遮ることなく、投影できる。また、パイロットの視界内に、パイロットが飛行機の外側で起こっていることを確認する際に邪魔にならないように投影できる。さらには、工業用の制御施設や軍事用の制御施設において、設備や測定器の前に、他の設備や測定器に対するオペレータの注意を制限することなく投影することができる。
【００３０】
図３において、ホログラム４２１が透過型ホログラムの場合、ホログラフィックイメージ２７０は、ホログラム４２１の後ろ側に配置された光源２８によってホログラム４２１から再生される。ホログラム４２１が反射型ホログラムの場合、ホログラム４２１の前方に配置された光源２８’によってホログラム４２１が再生される。またさらに、ホログラム４２１がエッジリットホログラムの場合、光源２８’’によってホログラム４２１が再生される。図３において、センサ３５０は、１つ以上のホログラフィックイメージ２７０に対して、指や他の物体が挿入されたことを検知する。
【００３１】
（第４実施形態）再生用光源の効率的利用
本発明の第４実施形態は、小型化及び軽量化によって透過型ホログラムを利用したホログラフィックＨＭＩを改良する手段を提供する。具体的には、収束参照ビームを用いてホログラムを記録することで、或いは、ホログラフィックイメージの再生に用いられる光源からの光を、ミラーやレンズを用いて、方向を変えたり、フォーカシングしたり、拡散させたりすることによって、再生用光源とホログラムとの間の距離を縮める。
【００３２】
本実施形態では、収束参照ビームを知られている方法で使用して透過型ホログラムを記録する。これにより、ホログラムと再生用光源との間の光路を短くできる。実際、レンズの収束性能がホログラムそのものの内部に構築され、結果としてＨＭＩの小型化、省スペース化及び軽量化を実現する。そして、介在するミラーやレンズの必要性を、たとえなくすことができないとしても減らすことができる。ホログラフィックＨＭＩの再生用光源と、操作され制御される電子式または電子機械式デバイスのキーや接触駆動式入力デバイスを表すイメージを含むホログラムと、の間の物理的な距離を短くするためにミラーを用いることもできる。加えて、ホログラフィックＨＭＩの再生用光源と、ホログラムと、の間の物理的距離を縮めるためにレンズを用いることができる。また、再生されるホログラフィックイメージをよりシャープにする目的で、再生用光源から照射される光を集めるためにレンズを用いても良い。
【００３３】
従来から知られている通り、最適な画像解像度を得るためにホログラフィックＨＭＩの再生用光源を透過型ホログラムからどの程度離して配置しなければならないかは、ホログラム自体の記録時に定義された照射ビームの収束または発散の角度に拠る。図４に示すように、１つ以上のミラーを用いれば、ＨＭＩのホログラフィックイメージを再生するために必要な全光路を、より小さな物理的空間に圧縮できる。ホログラム記録時に光源とフィルムの間にレンズを配置するか、或いは、図５に示すように再生用ビームとホログラムとの間に１つ以上のレンズを挿入することにより、収束や発散の角度を変化させ、同様の効果を得ることができることも知られている。
【００３４】
図４では、透過型ホログラム４２１の下方のミラー５２が再生用光源２８からの光をホログラムの方向へ反射している。そして、ホログラフィックイメージ２７０は、透過型ホログラム４２１の上方のスペースに再生される。
【００３５】
同様の効果が、図５に示すように、１つ以上のレンズを用いて再生用ビームをフォーカシングすることによっても得られる。
【００３６】
図５において、再生用光源２８からの光は、透過型ホログラム４２１に達する前に、レンズ５６を通過して、収束または発散する。ホログラフィックイメージ２７０は、透過型ホログラム４２１上のスペースに再生される。
【００３７】
本実施形態の原理に従って構築されたホログラフィックＨＭＩは、再生用光源と透過型ホログラム自体との間の距離を短くしたことにより、より小型で、よりコンパクトになり得る。
【００３８】
（第５実施形態）触覚的フィードバックの代替
本発明の第５実施形態は、ホログラフィックＨＭＩのオペレータに対して、電子トーン、他のトーン、或いはコンピュータスクリーンなどの情報提供デバイス上に表された視覚的信号といった形態で、聴覚可能な或いは視覚可能な反応を提供する。そして、操作される或いは制御される電子式或いは電子機械式デバイスのキーや他の従来型の接触駆動式入力デバイスを表す、１つ以上のホログラフィックイメージの中からオペレータが何を選択したのかを示す。
【００３９】
この改良は意味がある。それは、キーや他の従来型の接触駆動式デバイスに対してオペレータが物理的にインタラクトし、ＨＭＩを触って、触覚的なレスポンスを得る従来のＨＭＩと異なり、ホログラフィックＨＭＩのオペレータは、ホログラフィックＨＭＩの操作にあたって実際には何も触らないので、ホログラフィックＨＭＩを用いた選択を行う際になんら触覚的なフィードバックを受け取らないからである。従って、本発明の原理に従ってホログラフィックＨＭＩに対してコマンドや選択を入力したことの聴覚的または視覚的証拠を受け取ることにより、オペレータは正確に、快適に、速く操作することを容易に達成できる。これは、操作されまたは制御される電子式または電子機械式デバイスにおける、キーや他の従来型の接触駆動式入力デバイスの操作の中でオペレータが感じるであろう接触的なフィードバックの代替となる。
【００４０】
既知の方法により、どの電子トーンや可視信号がホログラフィックＨＭＩによって制御された電子式または電子機械式デバイスによって生成されうるかを決定する。そして、オペレータが見たり聞いたりできる方法で、１つ以上の電子トーンや可視信号をそのデバイスに発信させるため、そのデバイスのソフトウェアに対するどのコマンドをそのデバイスに供給しなければならないかを決定する。当業者に知られている方法で、ホログラフィックＨＭＩのソフトウェアは、本実施形態の原理に従って構築されたホログラフィックＨＭＩのホログラフィックイメージに対してオペレータが操作する際に、ＨＭＩに、１つ以上のコマンドを送信させるようにプログラムされている。このコマンドは、所望の電子トーンや可視信号を得るために選択され、制御される電子式または電子機械式デバイスの内部回路に対して送信される。これにより、デバイスのハードウェアは、どのコマンドや選択が電子式または電子機械式デバイスに入力されたのかをオペレータに明確に示すべく、所望の電子トーンを発信したり、所望の可視信号を表示したりする。図６は、可聴のフィードバックを生成するために使用される、本発明に係る回路のブロック図である。
【００４１】
図６において、フィールドターミネーション１は、電源２を本発明の原理に従うＨＭＩ用外部電源に接続し、リレーまたはソリッドステート回路でありうる出力回路３を、ＨＭＩが操作または制御しようとする電子式または電子機械式デバイスに接続する。図６において、電源２は出力回路３、検出光源１４、画像光源２８、マイクロプロセッサコントロール４、検出回路１１及び音声出力器３７に電力を供給している。また、図６では、マイクロプロセッサコントロール４に制御される画像光源２８が、本発明の原理に従うミラーまたはレンズといった画像生成光学部５２と組み合わさることで、ホログラム４２１の画像を再生する。図６に示すように、同様のハードウェアに含まれうる検出光学部３５０は、検出光源１４と検出回路１１を含み、指や他の物体がホログラフィックイメージに対してインタラクションしたかどうかを判定し、そのイベントをマイクロプロセッサコントロール４を介して出力回路３に送る。その信号が、ＨＭＩが操作または制御しようとする電子式または電子機械式デバイス及び音声出力器３７に送信される。出力器３７は、次に、問題となるインタラクションがＨＭＩによって検出されたという聴覚可能なインディケーションを提供する。
【００４２】
（第６実施形態）複数のホログラフィックイメージ
本発明の第６実施形態は、ホログラフィックＨＭＩを改良する手段を提供する。それは、操作または制御される電子式または電子機械式デバイスのキーまたは他の従来型の接触駆動式入力デバイスを表すホログラフィックイメージが、操作または制御しようとする電子式または電子機械式デバイスの物理的な占有面積よりも大きくなるようにするものである。従って、この改良型のホログラフィックＨＭＩは、従来の電子式または電子機械式デバイスに見られる、触ることのできる小さなキーボードやキーパッドやタッチスクリーンよりも大きく使いやすい。
【００４３】
これは、キーまたは他の従来型の接触駆動式入力デバイスを表すイメージを、１つ以上の薄いホログラムに記録することによって実現される。そして、その再生イメージは、水平または垂直軸をまたいで少し異なるアングルで、（複数の）オペレータが視認でき、オペレータは各ホログラフィックイメージに関して情報を入力することができる。本実施形態は、オペレータに対し、ＨＭＩを使用する電子式または電子機械式デバイスのサイズに制限されずに、通常の指で操作するのに快適なサイズのホログラフィックＨＭＩを提供しようとするものである。
【００４４】
本実施形態の一例では、図７に示すように、１つ以上の狭いホログラム４２１が配置され、その再生用光源により各ホログラフィックイメージは、ＨＭＩのオペレータによって水平または垂直軸を横切り少し異なるアングルから視認可能となる。
【００４５】
図７において、ホログラム４２１が透過型ホログラムの場合、ホログラフィックイメージ２７０はホログラム４２１の後ろ側に配置された光源２８によってホログラム４２１から再生される。また、ホログラム４２１が反射型ホログラムの場合ホログラムの前方に配置された光源２８’によって再生される。さらにホログラム４２１がエッジリットホログラムの場合光源２８’’によって再生される。
【００４６】
知られているように、レーザーで視覚可能なホログラムは、本実施形態で検討される方法で使用するため、好適な視差性能のために水平軸及び垂直軸の両方に交差する、異なるアングルで視覚可能となるように意図されたホログラムの記録及び再生に適している。
【００４７】
本実施形態で検討されるホログラムによって提示される各ホログラフィックイメージは、頭を少し左右または上下に動かしているオペレータによっても、またはホログラフィックＨＭＩを少し右から左へ、左から右へ、或いは上下に少しターンするオペレータによっても、多少異なるアングルから見ることができる。或いは、異なる光源を用いて異なるアングルからホログラムに光を照射することにより、あるいは、異なるアングルからホログラムのイメージを再生するために動く光源によっても、見ることができる。
【００４８】
図７に示すように、センサ３５０は、本実施形態の各ホログラフィックイメージ２７０の平面部分に指や他の物体が挿入されたことを検知するために、ＨＭＩに関してそれらのイメージが現れるアングルで配置される。既知の技術を用いることで、ホログラフィックＨＭＩは、（複数の）オペレータによって選択されたホログラフィックイメージによって表されたコマンドまたは情報を、ＨＭＩの電子式または電子機械式デバイスに送信する。
【００４９】
本実施形態は、ＨＭＩの物理的構成のサイズ面で改良されている。そしてこれにより、その使い勝手が向上し及び軽量化されてもいる。
【００５０】
完全を期するため、ここに詳述したホログラフィックＨＭＩについての詳説は、添付資料Ａとして添付され、その全体的に参照することによって本明細書に組み込まれるものである。
【００５１】
何が現在好適な実施形態となるかを考えて本発明を開示してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。むしろ本発明は、添付の請求の範囲の概念の範囲に含まれる種々の変形や同様の構成をカバーする。添付の請求の範囲の概念は、そのような変形例や等価な構成や機能の全てを含むように、もっとも広く解釈されるべきである。
【図１】
2011154389.tif 000002
【図２】
2011154389.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年4月5日(2011.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する１つ以上の通常の接触駆動式入力用有体物を有する接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置であって、該装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの入力用有体物を表すホログラフィックイメージを生成するホログラム手段と、
ホログラフィックイメージを生成するために前記ホログラム手段に光を照射する照明手段と、
前記ホログラム手段によって生成された前記入力用有体物を表すホログラフィックイメージに対する、オペレータの選択を検出する操作検出手段と、
前記操作検出手段の検出を受けて、前記応答を生成するため前記電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成手段と、
を有し、
前記ホログラム手段は、透明素材及び半透明素材の少なくともいずれか一方に貼付されており、
前記操作検出手段は、前記ホログラム手段を挟んでオペレータと対向する側に配置され、電磁波を生成し、かつ受信する放射／検出手段を有し、
前記放射／検出手段は、電磁波を、入力用有体物を表すホログラフィックイメージに向けて、かつ前記ホログラム手段が貼り付けられた前記素材を通して、放射し、かつ検出するように配置される
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記透明素材及び前記半透明素材の少なくともいずれか一方は、ガラス、アクリル、またはプラスティックから選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記照明手段の光路を変更して、１つ以上のホログラフィックイメージを、情報をオペレータに提示するために用いられるスクリーンのエッジに配置するため、少なくとも１つのミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
少なくとも１つの電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する複数の通常の接触駆動式入力用有体物を有する独立した接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの複数の電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置であって、該装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
複数の前記電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの入力用有体物をそれぞれが表す複数のホログラフィックイメージを生成するホログラムユニットと、
前記ホログラムユニットに光を照射し、前記複数のホログラフィックイメージを生成する照明手段と、
入力用有体物を表す前記複数のホログラフィックイメージのそれぞれに対するオペレータの選択を検出する操作検出ユニットと、
前記操作検出ユニットの検出を受けて、前記応答を生成するため前記電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成器と、
を有し、
前記操作検出ユニットと前記信号生成器とは、それぞれ独立した前記ホログラフィックイメージに対する選択を検出して、各電子式または電子機械式デバイスによって独立して応答を生成するように構成され、
前記操作検出ユニットは、前記ホログラムユニットを挟んでオペレータと対向する側に配置され、電磁波を生成し、かつ受信する放射／検出ユニットを有し、
前記放射／検出ユニットは、電磁波を、入力用有体物を表すホログラフィックイメージに向けて、かつ前記ホログラムユニットが貼り付けられた素材を通して、放射し、かつ検出するように配置される
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
前記ホログラム手段は、複数の入力用有体物のそれぞれを示す複数のホログラフィックイメージを生成し、前記操作検出手段は、前記複数のホログラフィックイメージのいずれがオペレータによって選択されたかを検出できることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ホログラム手段と前記照明手段との間の物理的な距離を縮め、なおかつホログラフィックイメージを生成するため、前記ホログラム手段と前記照明手段との間に挿入された少なくとも１つのミラーをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ホログラム手段は収束性能を有するレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記ホログラム手段と前記照明手段との間の物理的な距離を縮め、なおかつホログラフィックイメージを生成するため、前記ホログラム手段と前記照明手段との間に挿入された少なくとも１つのレンズをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記信号生成手段は、さらに、可聴信号及び可視信号のうち少なくともいずれかを生成し、前記操作検出手段が、オペレータによるホログラフィックイメージの選択を検出したことを、オペレータに対して示すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記照明手段は、前記ホログラム手段が貼り付けられた素材のエッジに配置された再生用光源を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの電子式または電子機械式デバイスによる応答を物理的接触により生成する複数の通常の接触駆動式入力用有体物を有する独立した接触制御メカニズムによって従来どおり制御されるタイプの複数の電子式または電子機械式デバイスをオペレータに制御させる装置であって、該装置は、オペレータがいかなる有体物に対しても物理的に接触することなくそのような制御を可能とし、
前記電子式または電子機械式デバイス用の接触制御メカニズムの１つ以上の入力用有体物を表す複数の３次元イメージのうち、少なくとも一つを生成するアクチュエータイメージ生成ユニットと、
前記アクチュエータイメージ生成ユニットによって生成された、入力用有体物を表す前記複数の３次元イメージのうち、少なくとも１つに対するオペレータの選択を検出するアクチュエータ検出ユニットと、
前記アクチュエータ検出ユニットの検出を受けて、前記応答を生成するため前記電子式または電子機械式デバイスに対して入力信号を提供する信号生成ユニットと、
を有し、
前記アクチュエータ検出ユニットと前記信号生成ユニットとは、各３次元イメージに対する選択を検出してそれに応答し、
前記アクチュエータイメージ生成ユニットは、オペレータから物理的に近い位置に３次元イメージを投影できる電子式または電子機械式デバイスに備えられており、
前記アクチュエータ検出ユニットは、前記アクチュエータイメージ生成ユニットを挟んでオペレータと対向する側に配置され、電磁波を生成し、かつ受信する放射／検出ユニットを有し、
前記放射／検出ユニットは、電磁波を、入力用有体物を表す３次元イメージに向けて、かつ前記アクチュエータイメージ生成ユニットが貼り付けられた素材を通して、放射し、かつ検出するように配置される
ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記ホログラムユニットは、複数の入力用有体物のそれぞれを示す複数のホログラフィックイメージを生成し、前記操作検出ユニットは、前記複数のホログラフィックイメージのいずれがオペレータによって選択されたかを検出できることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１３】
前記ホログラムユニットと前記照明手段との間の物理的な距離を縮め、なおかつホログラフィックイメージを生成するため、前記ホログラムユニットと前記照明手段との間に挿入された少なくとも１つのミラーをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１４】
前記ホログラムユニットは収束性能を有するレンズを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１５】
前記ホログラムユニットと前記照明手段との間の物理的な距離を縮め、なおかつホログラフィックイメージを生成するため、前記ホログラムユニットと前記照明手段との間に挿入された少なくとも１つのレンズをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１６】
前記信号生成器は、さらに、可聴信号及び可視信号のうち少なくともいずれかを生成し、前記操作検出ユニットが、オペレータによるホログラフィックイメージの選択を検出したことを、オペレータに対して示すことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１７】
前記照明手段は、前記ホログラムユニットが貼り付けられた素材のエッジに配置された再生用光源を備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【外国語明細書】
2011154389000001.pdf
2011154389000002.pdf
2011154389000003.pdf
2011154389000004.pdf