(57)【要約】３次元像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置（１０２、２００、５０６、６００）が開示される。このボリュームディスプレイ装置は、マルチレイヤボリュームディスプレイ（２０２、５０２、６０２、７００）と、ボリュームディスプレイドライバと、処理ユニット（２０６）と、プロジェクタ（２０８、６０４、６０６）と、制御ユニット（２１０）とを有する。マルチレイヤボリュームディスプレイは、投影ボリュームを形成するように平行配置される複数のディスプレイ要素（２１２、４００）を備え、これらはそれぞれ光ディフューザ（３００、４０２、４０４、４０６、４０８、７０４）によって実装される。処理ユニットは３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成する。制御ユニットはボリュームディスプレイドライバおよびプロジェクタを制御し、投影ボリューム内に３次元画像を提示する。【選択図】図２Ａ
2021535418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置であって、
・  複数のディスプレイ要素を備えるマルチレイヤボリュームディスプレイであって、前記複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置され、前記複数のディスプレイ要素のそれぞれは、少なくとも１つの光ディフューザによって実装される、マルチレイヤボリュームディスプレイと、
・  前記マルチレイヤボリュームディスプレイに接続されるボリュームディスプレイドライバであって、前記ボリュームディスプレイドライバは、前記複数のディスプレイ要素の動作状態を制御するように構成される、ボリュームディスプレイドライバと、
・  前記３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される処理ユニットであって、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる、処理ユニットと、
・  前記複数の画像スライスを前記複数のディスプレイ要素上に投影するように構成される、少なくとも１つのプロジェクタと、
・  前記ボリュームディスプレイドライバ、前記処理ユニットおよび前記少なくとも１つのプロジェクタに接続される制御ユニットであって、前記制御ユニットは、前記投影ボリューム内に前記３次元画像を提示するように、前記ボリュームディスプレイドライバおよび前記少なくとも１つのプロジェクタを制御するように構成される、制御ユニットと、
を備える、テーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項２】
前記処理ユニットは、所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報が、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域内で全体的に表示可能になるように、前記所与のディスプレイ要素上に投影されることになる前記所与の画像スライスを処理するように構成される、請求項１に記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項３】
前記処理ユニットは、前記所与のディスプレイ要素の前記使用可能なフィル領域の角度幅に基づいて、前記所与の画像スライスを処理するように構成される、請求項２に記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項４】
前記複数のディスプレイ要素は互いに貼り合わせられる、前記請求項のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項５】
前記複数のディスプレイ要素は積層されるように配置される、請求項１〜３のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光ディフューザは複数の光ディフューザを備え、前記複数の光ディフューザはタイル状に配置される、前記請求項のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項７】
前記マルチレイヤボリュームディスプレイに隣接してそれに実質的に垂直に配置される、分離機構をさらに備え、前記分離機構は、前記テーブルトップボリュームディスプレイ装置内の望まれない光の反射を吸収するために、かつ／または所与のディスプレイ要素の所与の部分を対象とする所与の画像スライスの投影が、前記所与のディスプレイ要素の隣接する部分に貫通することを制限するために、採用されることになる、前記請求項のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのプロジェクタは第１のプロジェクタおよび第２のプロジェクタを備え、前記第１のプロジェクタおよび前記第２のプロジェクタは、前記分離機構の両側に配置される、請求項７に記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項９】
前記第１のプロジェクタは、前記複数の画像スライスの第１の部分を前記複数のディスプレイ要素の第１の部分上に投影するように構成され、前記第２のプロジェクタは、前記複数の画像スライスの第２の部分を前記複数のディスプレイ要素の第２の部分上に投影するように構成される、請求項８に記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのプロジェクタは、前記少なくとも１つのプロジェクタの光源がユーザに見えなくなるように配置されることになる、前記請求項のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのプロジェクタは、補完的に追加するように、所与の画像スライスを、対応するディスプレイ要素上に投影するように構成される、複数のプロジェクタを備える、前記請求項のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記マルチレイヤボリュームディスプレイはさらに、前記複数のディスプレイ要素を保護するために採用される保護カバーを少なくとも１つ備える、前記請求項のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記処理ユニットに接続される少なくとも１つのインプットデバイスをさらに備え、前記少なくとも１つのインプットデバイスは、動作中に、前記テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって提示される画像内容を対話形式で制御するために、ユーザがインプットを提供することを可能にし、さらに、前記処理ユニットは、前記ユーザのインプットに基づいて、前記前記３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される前記請求項のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記ユーザの前記インプットは形態がジェスチャ、オーディオ信号、ハプティック信号のうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、前記３次元画像のズーム制御、前記３次元画像のサイズ変更、前記３次元画像の色調節、前記３次元画像の輝度調節、前記３次元画像内のグラフィカルオブジェクトの追加および／または削除、前記３次元画像の移動のうちの少なくとも１つを、前記ユーザが実行できるようにする、請求項１３または１４に記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記処理ユニットは、外部画像ソースに通信可能なように接続され、前記処理ユニットは、リアルタイムまたは準リアルタイムで前記投影ボリューム内に前記３次元画像シーケンスを提示するために、前記外部画像ソースから３次元画像シーケンスを取得し、対応する画像スライスを生成するように前記シーケンスの個々の３次元画像を処理するように構成される、請求項１から１５のいずれかに記載のテーブルトップボリュームディスプレイ装置。
【請求項１７】
マルチレイヤボリュームディスプレイおよび少なくとも１つのプロジェクタを備える、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって、３次元画像を提示するための方法であって、前記マルチレイヤボリュームディスプレイは複数のディスプレイ要素を備え、前記複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置され、前記方法は、
・  複数の画像スライスを生成するように前記３次元画像を処理することであって、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる、前記３次元画像を処理することと、
・  前記投影ボリューム内に前記３次元画像を提示するために、前記複数のディスプレイ要素の動作状態を制御する間に、前記少なくとも１つのプロジェクタによって前記複数の画像スライスを前記複数のディスプレイ要素上に投影することと、
を含む、方法。
【請求項１８】
所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報が、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域内で全体的に表示可能になるように、前記所与のディスプレイ要素上に投影されることになる前記所与の画像スライスを処理することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所与のディスプレイ要素の前記使用可能なフィル領域の角度幅に基づいて、前記所与の画像スライスを処理することをさらに含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのプロジェクタは複数のプロジェクタを備え、前記方法は、前記複数のプロジェクタによって、補完的に追加するように、所与の画像スライスを、対応するディスプレイ要素上に投影することを含む、請求項１７〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
ユーザのインプットに基づいて前記複数の画像スライスを生成するように、前記３次元画像を処理することをさらに含む、請求項１７〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記テーブルトップボリュームディスプレイ装置の少なくとも１つのインプットデバイスによって、前記３次元画像のズーム制御、前記３次元画像のサイズ変更、前記３次元画像の色調節、前記３次元画像の輝度調節、前記３次元画像内のグラフィカルオブジェクトの追加および／または削除、前記３次元画像の移動のうちの少なくとも１つを、前記ユーザが実行できるようにすることを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
リアルタイムまたは準リアルタイムで前記投影ボリューム内に前記３次元画像シーケンスを提示するために、外部画像ソースから３次元画像シーケンスを取得することと、対応する画像スライスを生成するように前記シーケンスの個々の３次元画像を処理することとを更に含む、請求項１７〜２２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、ディスプレイ装置に関し、より詳細には、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置に関し、このようなテーブルトップボリュームディスプレイ装置は、マルチレイヤボリュームディスプレイと、ボリュームディスプレイドライバと、処理ユニットと、プロジェクタと、制御ユニットとを備える。さらに、本開示は、上述のテーブルトップボリュームディスプレイ装置によって３次元画像を提示するための方法にも関する。
【背景】
【０００２】
３次元画像は分かりやすさが強化され解釈に苦労を要しないことから、３次元画像による情報の視覚的描写は人気が急激に高まっている。技術の進歩に伴い、今では、ディスプレイ技術は、２次元画像ならびに３次元画像を実在感があるように表すことが可能である。したがって、最近では、３次元像は、教育（例えば、学校および大学で学生に３次元モデルを見せるために）、土木工学、航空交通管制の運営（例えば、空港周囲の空域をモデル化するために）、建築学、軍事（例えば、戦場の地勢モデルを示すために）などの分野で使用される。
【０００３】
最近では、３次元像を提示するためにいくつもの技術が採用される。第１の例では、所与の対象環境（例えば、近隣など）に関連する３次元情報を、テーブル上に砂を並べることによって表して、その所与の環境（地形）の倍率変更された３次元モデルを作ることができる。実施形態によっては、砂構造の表面は、投影スクリーンとして利用でき、上下方向の画像投影による付加的な情報によって補完できる。しかし、このような３次元の砂のモデルは、３次元ビューを１回表示するだけでもセットアップ時間が長く必要になり、簡単に持ち運ぶことができない。さらに、真の３次元は、静的な起伏をベースとした構成にのみ取り込まれ、典型的には、動的に変化する情報は２Ｄ投影として表される。したがって、砂盤に関連する制限を克服するために、２次元ディスプレイを採用する場合がある。第２の例では、所与の３次元オブジェクト／シーンの３次元画像を提示するために、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの２次元ディスプレイが採用される。典型的には、従来の２次元ディスプレイ（液晶ディスプレイ、発光ダイオードベースのディスプレイ、および同様の物など）上に３次元画像が提示されるときは、ユーザは透視画法、シャドーイング、オクルージョンなど、心理的な奥行き表現によって３Ｄシーンの奥行きを知覚する。しかし、このようなディスプレイは、３次元画像の実在感のある描写に不可欠な物理的奥行き表現を提示することはできず、そうなると、このような画像は分かりやすさおよび統一性が欠ける。第３の例では、２次元ディスプレイに関連する制限を克服するために、３次元プリンタなどのデバイスが採用されることがある。しかし、その手法はむしろ砂盤に似ている。３Ｄプリントは動作に非常に時間を浪費し、実在感のあるリアルタイムの動的コンテンツを３次元で描写することができない。第４の例では、所与の３次元オブジェクト／シーンの実在感のある３次元描写のために、ステレオスコピックディスプレイなど、最新の３次元ディスプレイ技術を採用することができる。しかし、例えば、眼精疲労を引き起こす、輻輳開散運動と調節の不一致（これによって、このような技術を長時間使用することが妨げられる）など、３次元画像化に関するこのような技術に関連する制限がやはり存在する。第５の例では、移動の自由度を高めるために、ヘッドマウントステレオディスプレイを採用することができる。それでもやはり、ヘッドマウントディスプレイはかさばることになるため、筋肉を緊張させることがあり、さらに、ウェアラブルであり邪魔になる構造によって対人コミュニケーションが制限される。さらに、３Ｄコンテンツへのより高い没入感という付加的な利益の他に、ヘッドマウントステレオスコピックディスプレイも、調節と輻輳運動の不一致を引き起こす。それゆえ、ヘッドマウントディスプレイ技術の装着および観視の期間が長くなると、不快感を引き起こしユーザの集中が妨げられる。第６の例では、マルチビューディスプレイ上に３次元のグラフィカルコンテンツを提示することができる。このようなマルチビューディスプレイは、限られた数のビューを（異なる角度／視点から）ユーザに提供することによって、��Ｄシーンに近づける。しかし、３Ｄシーンのいくつかのビューを表示する手法は、やや複雑な画像処理を必要とし、それゆえ、表示可能なビューの数が事実上限定される。それゆえ、典型的には、その３次元画像は、解像度がより低くかつ／または事実上使用できる視野角が小さくなる。その結果、マルチビューディスプレイは、３次元画像の分かりやすい描写を提供しない。第７の例では、マルチビューディスプレイに関連する制限を克服するために、マルチビューディスプレイの代わりにライトフィールド技術などの技術を用いることができる。このようなライトフィールド技術は、解像度が有意に良好な、画像の３次元描写を提供するために、いくつかの画像プロジェクタを採用する。さらに、このような技術は、計算量が多いので、より長い処理時間を必要とする。そうなると、３次元画像のリアルタイムの描写は制限されかつ／または多大な計算資源を必要とすることがある。
【０００４】
前述の技術に関連する制限を克服するために、現在、３次元像を提示するためにボリュームタイプディスプレイがますます採用されている。このようなボリュームタイプディスプレイは、所与の３次元オブジェクト／シーンの実在感のある３次元画像を作り出すために、３次元ボリュームに光を投影するための投影機器を採用する。しかし、スケーラビリティが難しいこと、データ処理量が膨大なこと、および同様のことなど、所与の３次元オブジェクト／シーンの実在感のある３次元画像を提示するための従来のボリュームタイプディスプレイを採用することに関連するいくつかの制限がある。
【０００５】
したがって、上記の考察に鑑みて、３次元像を提示するために採用される従来の技術に関連する上述の欠点を克服する必要が存在する。
【摘要】
【０００６】
本開示は、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置を提供しようと努めるものである。本開示は、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって、３次元画像を提示するための方法を提供しようと努めるものでもある。本開示は、３次元画像化のための従来のディスプレイ装置内での３次元画像の誤ったスケーラビリティおよび描写など、既存の課題に対する解決策を提供しようと努めるものである。本開示の目的は、先行技術で直面する課題を少なくとも部分的に克服する解決策を提供することであり、３次元グラフィカル情報の実物のままの描写を可能にする、頑強でユーザフレンドリなテーブルトップボリュームディスプレイ装置をもたらす。
【０００７】
一側面では、本開示の実施形態は、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置であって、
・  複数のディスプレイ要素を備えるマルチレイヤボリュームディスプレイであって、前記複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置され、前記複数のディスプレイ要素のそれぞれは、少なくとも１つの光ディフューザによって実装される、マルチレイヤボリュームディスプレイと、
・  前記マルチレイヤボリュームディスプレイに接続されるボリュームディスプレイドライバであって、前記ボリュームディスプレイドライバは前記複数のディスプレイ要素の動作状態を制御するように構成される、ボリュームディスプレイドライバと、
・  前記３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される処理ユニットであって、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる、処理ユニットと、
・  前記複数の画像スライスを前記複数のディスプレイ要素上に投影するように構成される、少なくとも１つのプロジェクタと、
・  前記ボリュームディスプレイドライバ、前記処理ユニットおよび前記少なくとも１つのプロジェクタに接続される、制御ユニットであって、前記制御ユニットは、前記投影ボリューム内に前記３次元画像を提示するように、前記ボリュームディスプレイドライバおよび前記少なくとも１つのプロジェクタを制御するように構成される、制御ユニットと、
を備える、テーブルトップボリュームディスプレイ装置を提供する。
【０００８】
別の側面では、本開示の実施形態は、マルチレイヤボリュームディスプレイおよび少なくとも１つのプロジェクタを備える、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって、３次元画像を提示するための方法であって、前記マルチレイヤボリュームディスプレイは複数のディスプレイ要素を備え、前記複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置され、前記方法は、
・  複数の画像スライスを生成するように前記３次元画像を処理することであって、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる、前記３次元画像を処理することと、
・  前記投影ボリューム内に前記３次元画像を提示するために、前記複数のディスプレイ要素の動作状態を制御する間に、前記少なくとも１つのプロジェクタによって前記複数の画像スライスを前記複数のディスプレイ要素上に投影することと、
を含む、方法を提供する。
【０００９】
本開示の実施形態は、実質的に、先行技術の上述の課題を除去するかまたは少なくとも部分的に対処し、テーブルトップボリュームディスプレイ装置内に３次元画像を実物のままに示すことができる。
【００１０】
本開示のその他の側面、利点、特徴および目的は、以下に続く添付の特許請求の範囲と併せて解釈される、例示的な実施形態の図面および詳細説明から明らかにされることになる。
【００１１】
本開示の特徴は、添付の特許請求の範囲によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、統合して様々な組み合わせにできることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
上記の摘要ならびに例示的な実施形態の以下の詳細説明は、添付の図面と併せて読むとより良く理解される。本開示を例示するために、図面には本開示の例示的な構造が示されている。しかし、本開示は、本書に開示される特定の方法および手段に限定されるものではない。さらに、図面の縮尺が正確でないことを当業者なら理解するであろう。可能な限り同様の要素は同一の数字で示した。
【００１３】
ここで、以下の図を参照しながら単なる一例として本開示の実施形態を説明する。
【００１４】
【図１】本開示の実施形態による、テーブルトップボリュームディスプレイ装置を使用するための環境の概略図である。
【図２Ａ】本開示の異なる実施形態による、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置の概略図である。
【図２Ｂ】本開示の異なる実施形態による、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置の概略図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態による、所与の光ディフューザの概略図を示す。
【図３Ｂ】本開示の実施形態による、所与の光ディフューザの上面図を示す。
【図４Ａ】本開示の実施形態による、所与の光ディフューザの概略図を示す。
【図４Ｂ】本開示の実施形態による、所与の光ディフューザの上面図を示す。
【図５Ａ】本開示の実施形態による、テーブルトップボリュームディスプレイ装置内の、マルチレイヤボリュームディスプレイおよび分離用機構の配置の図を示す。
【図５Ｂ】本開示の実施形態による、テーブルトップボリュームディスプレイ装置内の、マルチレイヤボリュームディスプレイおよび分離用機構の配置の図を示す。
【図６】本開示の実施形態による、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置の例示的な実装形態を示す。
【図７】本開示の実施形態による、プロジェクタから所与の画像スライスの一部分の投影を受けている間のマルチレイヤボリュームディスプレイの拡大断面図を示す。
【図８】本開示の実施形態による、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって、３次元画像を提示するための方法のステップを示す。
【実施形態の詳細説明】
【００１５】
添付の図面では、下線付きの数字は、下線付きの数字が配置された要素または下線付きの数字が隣接する要素を表すために用いられる。下線のない数字は、下線のない数字を要素につなぐ線によって特定される要素に関する。数字に下線がなく関連する矢印が付されるときは、下線のない数字は、矢印が指している一般の要素を特定するために用いられる。
【００１６】
以下の詳細説明は、本開示の実施形態およびそれらを実施できる手法を示す。本開示を実行する一部のモードを開示してきたが、本開示を実行または実施するための他の実施形態も可能であることを当業者は認識するであろう。
【００１７】
一側面では、本開示の実施形態は、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置であって、
・  複数のディスプレイ要素を備えるマルチレイヤボリュームディスプレイであって、複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置され、複数のディスプレイ要素のそれぞれは、少なくとも１つの光ディフューザによって実装される、マルチレイヤボリュームディスプレイと、
・  マルチレイヤボリュームディスプレイに接続されるボリュームディスプレイドライバであって、ボリュームディスプレイドライバは複数のディスプレイ要素の動作状態を制御するように構成される、ボリュームディスプレイドライバと、
・  ３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される処理ユニットであって、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる、処理ユニットと、
・  複数の画像スライスを複数のディスプレイ要素上に投影するように構成される、少なくとも１つのプロジェクタと、
・  ボリュームディスプレイドライバ、処理ユニットおよび少なくとも１つのプロジェクタに接続される、制御ユニットであって、制御ユニットは、投影ボリューム内に３次元画像を提示するように、ボリュームディスプレイドライバおよび少なくとも１つのプロジェクタを制御するように構成される、制御ユニットと、
を備える、テーブルトップボリュームディスプレイ装置を提供する。
【００１８】
別の側面では、本開示の実施形態は、マルチレイヤボリュームディスプレイおよび少なくとも１つのプロジェクタを備える、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって、３次元画像を提示するための方法であって、マルチレイヤボリュームディスプレイは複数のディスプレイ要素を備え、複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置され、本方法は、
・  複数の画像スライスを生成するように３次元画像を処理することであって、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる、３次元画像を処理することと、
・  投影ボリューム内に３次元画像を提示するために、複数のディスプレイ要素の動作状態を制御する間に、少なくとも１つのプロジェクタによって複数の画像スライスを複数のディスプレイ要素上に投影することと、
を含む、方法を提供する。
【００１９】
本開示は、上述のテーブルトップボリュームディスプレイ装置および３次元画像を提示するための上述の方法を提供する。本明細書に記載されるテーブルトップボリュームディスプレイ装置は、様々な視点から３次元画像を見るために、１人のユーザまたは複数人のユーザによって利用することができる。テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、３次元画像を実物のように示し、そうすることで、３次元画像を見るために追加的な観視補助器具（眼鏡または特別なヘッドギアなど）の必要がなくなる。テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、ユーザに現実の物理的および心理的な奥行き表現を正確に表し、そうすることで、ユーザの認知負荷が軽減され、経験の少ないユーザにも３次元画像がより理解しやすくなる。テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、相互補完的なグラフィカル情報を含むコンポジット３次元画像を表示するために、いくつかのデータフィードを受信および処理することもできる。テーブルトップボリュームディスプレイ装置のサイズは、表示されることになる３次元画像のサイズに基づいて、適切に選択することができる。有利なことに、テーブルトップボリュームディスプレイ装置が大型である必要のあるときに、画質を損なうことなく、大型の光ディフューザも小型の光ディフューザも採用できる。具体的には、小型光ディフューザを利用すると、マルチレイヤボリュームディスプレイを、より単純な設計で観視領域が大きくかつ手軽なものにすることができる。
【００２０】
本開示全体を通して、本書で用いられる用語「ボリュームディスプレイ装置」とは、３次元画像が実際の物理的奥行きを有する実物に見えるように、ユーザに３次元画像を提示するための特別な機器に関するものである。言い換えれば、ボリュームディスプレイ装置は、３次元空間に３次元画像を視覚的に提示するためのデバイスとして働くように動作可能である。本開示は、テーブル（すなわち、作業台、スタンド、および同様の物）の上面として実装され、したがって、「テーブルトップボリュームディスプレイ装置」と称される、ボリュームディスプレイ装置を説明することが理解される。
【００２１】
一部の実装形態では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、大型の３次元画像（例えば、地形モデル、解剖学的モデル、機械モデルおよびその他など）を提示するために採用できる大型の装置とすることもできる。他の実装形態では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、小型の３次元画像（例えば、家庭用品、実験計測器のモデル、教育モデルおよびその他など）を提示するために採用できる小型装置とすることもできる。
【００２２】
さらに、用語「３次元画像」とは、ボリューム画像（すなわち、３次元空間において高さ、幅、および奥行きのある画像）に関するものである。所与の３次元画像は、少なくとも１つの３次元オブジェクト（例えば、彫像、車両、武器、楽器、抽象的なデザイン、および同様の物など）、３次元シーン（例えば、ビーチのシーン、山岳環境、室内環境、および同様の物など）、およびその他の所与のボリューム画像とすることもできる。さらに、用語「３次元画像」は、コンピュータが生成する３次元の面も包含する。さらに、用語「３次元画像」は、３次元の点群も包含する。
【００２３】
テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、マルチレイヤボリュームディスプレイを備える。特に、マルチレイヤボリュームディスプレイは、複数のディスプレイ要素を備え、複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように、実質的に平行に配置される。
【００２４】
本開示全体を通して、用語「マルチレイヤボリュームディスプレイ」とは、動作中に３次元画像を表示する、特別な階層構造の機器に関するものである。さらに、用語「ディスプレイ要素」とは、３次元画像の少なくとも一部分を表示可能にする、マルチレイヤボリュームディスプレイの構成要素に関するものである。具体的には、マルチレイヤボリュームディスプレイの各レイヤは、単一のディスプレイ要素によって実装される。さらに、用語「投影ボリューム」とは、３次元画像が表示されることになる３次元空間に関するものであり、このような３次元空間は、複数のディスプレイ要素の物理的な機構内に形成される。
【００２５】
実施形態によっては、マルチレイヤボリュームディスプレイ内の複数のディスプレイ要素の数は２から５０の範囲内にある。一例として、マルチレイヤボリュームディスプレイは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、３０、３５、４０、４５または５０枚のディスプレイ要素を備えてよい。あるいは、実施形態によっては、マルチレイヤボリュームディスプレイ内の複数のディスプレイ要素の数は５０を超える。一例として、マルチレイヤボリュームディスプレイは、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５または１００枚のディスプレイ要素を備えてよい。
【００２６】
実施形態によっては、複数のディスプレイ要素は、等しい要素間間隔を有するように配置される。用語「要素間間隔」とは、１対の隣接するディスプレイ要素間の隙間（すなわち、空間）に関するものである。一例では、複数のディスプレイ要素は、厚さ１００ミリメートルの積層体として配置されてよい。このような場合、１１枚のディスプレイ要素が、各対の隣接するディスプレイ要素間に１０ミリメートルの要素間間隔を有するように配置されてよい。
【００２７】
あるいは、実施形態によっては、複数のディスプレイ要素は、等しくない要素間間隔を有するように配置される。実施形態によっては、この点で、要素間間隔は、ユーザと、所与の対の隣接するディスプレイ要素との間の距離が増大するのに伴って、線形に増大する。言い換えれば、ユーザに最も近い１対の隣接するディスプレイ要素は最小の要素間間隔を有してよく、ユーザから最も遠い１対の隣接するディスプレイ要素は最大の要素間間隔を有してよい。
【００２８】
実施形態によっては、要素間間隔は、０．５ミリメートルから５０ミリメートルの範囲にある。一例として、所与の要素間間隔は、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、２、３、４、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５または５０ミリメートルでよい。
【００２９】
複数のディスプレイ要素内のディスプレイ要素の数および要素間間隔は、テーブルトップボリュームディスプレイ装置内のアドレス可能な投影ボリューム全体を画定することが理解される。したがって、投影ボリュームの奥行きは、前述の２つのパラメータのうちの少なくとも１つを変更することによって調節できる。特に、ディスプレイ要素の数を変更しかつ／または複数のディスプレイ要素間の要素間間隔を変更することによって、投影ボリュームの奥行きを変更することができる。
【００３０】
さらに、マルチレイヤボリュームディスプレイの奥行きの解像度（すなわち、奥行き方向またはＺ方向の可能性のある情報密度）は、ディスプレイ要素の数および複数のディスプレイ要素間の要素間間隔に基づくことも理解されよう。一例として、マルチレイヤボリュームディスプレイの奥行きの解像度を増大させるために、ディスプレイ要素の数を大きくし、複数のディスプレイ要素内の要素間間隔を小さくすることができる。
【００３１】
実施形態によっては、複数のディスプレイ要素は、形状が実質的に平坦である。あるいは、実施形態によっては、複数のディスプレイ要素は、形状が実質的に湾曲している。
【００３２】
実施形態によっては、マルチレイヤボリュームディスプレイのボリュームリフレッシュレートは、２０Ｈｚから１２０Ｈｚの範囲にある。本開示全体を通して、用語「ボリュームリフレッシュレート」とは、単一の３次元画像に属する所与の複数の画像スライスがマルチレイヤボリュームディスプレイの複数のディスプレイ要素上に繰り返し表示されるレートに関するものである。言い換えれば、マルチレイヤボリュームディスプレイで単一の３次元画像に属する所与の複数の画像スライスが１回表示されると、マルチレイヤボリュームディスプレイは、単一の３次元画像の１ボリュームを表示したと言われる。したがって、マルチレイヤボリュームディスプレイのボリュームリフレッシュレートとは、マルチレイヤボリュームディスプレイが１秒間に表示できるボリューム数に関するものである。ボリュームリフレッシュレートが高いと、ユーザにはちらつきの少ない画像観視体験が容易になることが理解される。一例として、マルチレイヤボリュームディスプレイの所与のボリュームリフレッシュレートが３０Ｈｚである場合、マルチレイヤボリュームディスプレイは１秒間に３０ボリュームの所与の３次元画像を表示することができる。
【００３３】
実施形態によっては、マルチレイヤボリュームディスプレイのボリュームリフレッシュレートは４０Ｈｚから６０Ｈｚの範囲にある。より実施形態によっては、マルチレイヤボリュームディスプレイのボリュームリフレッシュレートは５０Ｈｚである。
【００３４】
先に述べたように、複数のディスプレイ要素のそれぞれは、少なくとも１つの光ディフューザによって実装される。本開示全体を通して、用語「光ディフューザ」とは、動作中に所与の画像スライスをその上に表示する光学的構成要素に関するものである。特に、所与のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザは、動作中に、所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報を、所与のディスプレイ要素で表示するように、所与の画像スライスの投影を受ける。したがって、複数のディスプレイ要素の光ディフューザは、動作中に、複数の画像スライスに表されるグラフィカル情報を、複数のディスプレイ要素で表示するように、複数の画像スライスの投影を受ける。
【００３５】
実施形態によっては、所与の光ディフューザが、コレステリックタイプの液晶ディフューザ要素によって実装される。実施形態によっては、所与の光ディフューザは、少なくとも２つの動作状態の間で転換するように電気的に切り替え可能であり、少なくとも２つの動作状態は、少なくとも光透過状態および光拡散状態を含む。所与の光ディフューザが光透過状態にあるときは、電磁放射の可視スペクトル内の光は、散乱することなく、実質的に貫通する。所与の光ディフューザが光拡散状態にあるときは、その上に入射する光の大部分が前方散乱される。より単純に言うと、光透過状態とは、「実質的に透過する状態」であると理解でき、光拡散状態とは、「実質的に拡散する状態」であると理解することができる。特に、所与の光ディフューザは、所与の光ディフューザが光拡散状態にある間にだけ、その上に投影される所与の画像スライスを表示する。所与の光ディフューザは、光透過状態で動作する間は光を通し、光拡散状態で動作する間はこのような光をユーザに見えるようにする、電気制御可能なスクリーンとして働くと理解することができる。したがって、動作の際に、各ディスプレイ要素の光ディフューザ（１または複数）は、複数の画像スライスを表示するために、少なくとも２つの動作状態間で迅速かつ連続的に切り替えられる。その結果、３次元画像内に実際の物理的奥行きが眼に見える効果が生み出される。所与の時点で、１つのディスプレイ要素の光ディフューザ（１または複数）だけが光拡散状態にあり、残るディスプレイ要素の残る光ディフューザは光透過状態にあることを理解されたい。
【００３６】
実施形態によっては、複数のディスプレイ要素は、例えば、液晶タイプの、電気制御可能な活性光ディフューザ要素によって実装される。
【００３７】
実施形態によっては、少なくとも１つの光ディフューザの厚さは０．１ミリメートルから１ミリメートルの範囲内にある。一例では、少なくとも１つの光ディフューザの厚さは、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９または１ミリメートルでよい。少なくとも１つの光ディフューザはやや薄いので、マルチレイヤボリュームディスプレイは、実施形態によっては、複数のディスプレイ要素に対応する複数の支持スラブを含んでよく、所与のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザを支持するために、所与の支持スラブが採用されることが理解される。所与のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザは、屈折率整合接着剤（例えば、光学糊、樹脂、および同様の物など）によって、所与のディスプレイ要素に対応する支持スラブに取り付けられる。複数の支持スラブは、複数のディスプレイ要素に位置の正確さならびに剛性をもたらす。さらに、複数の支持スラブは、複数のディスプレイ要素間の要素間間隔をもたらすことも可能にする。言い換えれば、複数の支持スラブは、ディスプレイ要素間のスペーサとしても働く。一例として、複数のディスプレイ要素間の要素間間隔は、実質的に、複数の支持基板の厚さに相当する。実施形態によっては、複数の支持スラブは、少なくとも１つの光ディフューザに屈折率整合した透明の材料から作られる。
【００３８】
実施形態によっては、所与の光ディフューザは、
・  互いに実質的に平行に配置される、２枚の支持基板であって、それら２枚の支持基板の内側を向いた面が透明電極物質で被覆される、２枚の支持基板と、
・  ２枚の支持基板を実質的に一様に分離するように２枚の支持基板の間に配置される、複数のスペーサと、
・  ２枚の支持基板の間の電気光学活性媒体と、
・  ２枚の支持基板の周囲に沿った、少なくとも１つのポリマーシールであって、所与の光ディフューザ内に電気光学活性媒体を収容するために採用される、少なくとも１つのポリマーシールと、
・  動作中に２枚の支持基板に電力を供給する、導電性母線と、
を備える。
【００３９】
実施形態によっては、２枚の支持基板は、所与の光ディフューザ内で、所与の光ディフューザの動作のための高電圧電気信号を含むように、電気絶縁体として働く。
【００４０】
実施形態によっては、所与の光ディフューザでは、２枚の支持基板の透明電極物質コーティングは、所与の光ディフューザの動作のための電力を受け取る電極（またはプレート）として働く。さらに、２枚の支持基板は、所与の光ディフューザに剛性をもたらし、電気光学活性媒体を収容する体積を画定する。実施形態によっては、２枚の支持基板は可視波長の光を実質的に透過する。２枚の支持基板は、２枚のミネラルガラスプレート、２枚の透明な有機化合物プレート、２枚の可撓性透明シート、および同様の物によって実装することができる。２枚の支持基板の内側を向いた面を被覆するのに使用される透明電極物質は、インジウムスズ酸化物、グラフェン、酸化亜鉛ベースの透明材料、導電性高分子材料、金属ナノワイヤメッシュ、および同様の物とすることもできる。
【００４１】
実施形態によっては、２枚の支持基板の外側を向いた面は、反射防止コーティングで被覆される。２枚の支持基板の外側を向いた面を被覆するために使用される反射防止コーティングは、３次元画像のグレアを最小限に抑え、全体のコントラストを改善する。反射防止コーティングは、例えば、ＳｉＯ２‐ＴｉＯ２、ＳｉＯ２‐Ｎｂ２Ｏ５、および同様の物の層をいくつか有する。特に反射防止コーティングは、複数のディスプレイ要素間の隙間が２枚の支持基板に屈折率整合していないとき（例えば、複数のディスプレイ要素間の隙間が空気を含むとき）に利用される。このような隙間が２枚の支持基板に屈折率整合した媒体を含むときは、反射防止物質の使用は不要である。
【００４２】
実施形態によっては、所与の光ディフューザでは、複数のスペーサは、２枚の支持基板間の隙間を画定する。実施形態によっては、複数のスペーサは２枚の支持基板間の隙間内で一様に分配される。複数のスペーサは、所望の耐火材料（例えば、ガラス、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）など）の微小球とすることができ、スペーサの屈折率は電気光学活性媒体の材料と整合している。
【００４３】
実施形態によっては、所与の光ディフューザでは、電気光学活性媒体は、コレステリックのテクスチャを呈す液晶媒体である。さらに、所与の光ディフューザでは、ポリマーシールは、２枚の支持基板を確実にシールすることを可能にし、そうすることで、所与の光ディフューザが電気光学活性媒体内に収容される。
【００４４】
実施形態によっては、所与の光ディフューザでは、導電性母線は導電材料から作られる。このような導電材料は透明でも透明でなくてもよい。一例では、導電性母線は銅系材料から作られる。導電性母線は、透明電極物質との間で良好な電気接触をもたらすように、その電極物質に接着されるかまたははんだ付けされる。導電性母線は、観視の妨害を最小限に抑制できるように、所与の光ディフューザ内に戦略的に配置される。この点で、導電性母線は、所与の光ディフューザの縁部に沿ってＬ字形の構成に配置される。導電性母線は、所与の光ディフューザの少なくとも１つの縁部に沿って配置されてよい。所与の光ディフューザの縁部に導電性母線を含まないと、所与の光ディフューザの最外周にずっと近接してポリマーシールを配設できることが理解される。その結果、導電性母線を含まないこのような縁部のすぐ隣の空間を電気光学活性媒体が占めるので、所与の光ディフューザの「デッド」領域または非アクティブ領域が最小限に抑えられる。
【００４５】
実施形態によっては、少なくとも１つの光ディフューザは複数の光ディフューザを備え、複数の光ディフューザはタイル状に配置される。実施形態によっては、複数の光ディフューザをタイル状に配置するために、個々の光ディフューザは、対応する支持スラブ上に配設され、対応する支持スラブに屈折率整合した接着剤によって対応する支持スラブに接着される。言い換えれば、所与の支持スラブは、単一のディスプレイ要素を形成する全ての光ディフューザをタイル状に配置することを可能にする。さらに、実施形態によっては、所与の支持スラブは、その対応する光ディフューザの支持基板に屈折率整合している。したがって、接着剤は、対応する光ディフューザの所与の支持スラブにも支持基板にも屈折率整合している。その結果、１つの媒体から別の媒体への屈折率の移行が滑らかになる。実施形態によっては、このような支持スラブの数は、複数のディスプレイ要素の数に等しい。したがって、マルチレイヤボリュームディスプレイのディスプレイ要素ごとに、その対応する支持スラブは複数の光ディフューザのタイル状の配置を含む。
【００４６】
実施形態によっては、複数の光ディフューザをタイル状に配置すると、隣接する光ディフューザの境界にアドレス不能なシームが形成される。特に、このような境界に光ディフューザのポリマーシールが配置されるので、光ディフューザの電気光学活性媒体はこのような境界に沿って存在しない。その結果、隣接する光ディフューザの境界にアドレス不能なシームが形成される。２つの光ディフューザ間の所与のアドレス不能なシームの厚さが、両方の光ディフューザの２つのポリマーシールの全厚さに実質的に等しいことが理解される。それにもかかわらず、ユーザがマルチレイヤボリュームディスプレイを０．６メートル以上の距離から使用するときは、このようなアドレス不能なシームはユーザの観視体験を妨げるとは考えられない。
【００４７】
大型ディスプレイ要素を形成するために、複数の光ディフューザのタイル状配置を採用できることが理解される。このような大型ディスプレイ要素は、大型の３次元画像を提示するためにテーブルトップボリュームディスプレイ装置が採用されることになるときに使用される。さらに、マルチレイヤボリュームディスプレイの横方向の寸法は、幅の大きい光ディフューザを採用することによって大きくすることができる。
【００４８】
実施形態によっては、複数の光ディフューザのタイル状の配置では、複数の光ディフューザの導電性母線は、複数の光ディフューザのタイル状の配置の周囲に沿って配設される。特に、導電性母線は、典型的には、可視光線を透過しないので、マルチレイヤボリュームディスプレイ内でタイル状の配置が使用されるときにユーザの観視の妨害を最小限に抑制できるように、タイル状の配置の周囲に沿って配設される。
【００４９】
一例として、マルチレイヤボリュームディスプレイは、実質的に互いに平行に配置される、１６枚のディスプレイ要素を備えてよい。１６枚のディスプレイ要素はそれぞれ、４枚の光ディフューザによって実装されてよい。このような例では、４枚の光ディフューザは、２×２の矩形としてタイル状に配置することもできる。特に、このようなタイル状の配置では、４枚の光ディフューザの導電性母線は、その矩形の周囲に沿って配置されてよい。このような例では、各光ディフューザのサイズは、３００×４００ミリメートルでよく、そうすることで、各ディスプレイ要素の横方向のサイズが６００×８００ミリメートルになる。各ディスプレイ要素のこのような横方向の寸法は、対角線で約１２０センチメートル（すなわち約４７インチ）に相当する。
【００５０】
実施形態によっては、複数のディスプレイ要素は互いに貼り合わせられる。このような貼り合わせの際に、複数のディスプレイ要素は、マルチレイヤボリュームディスプレイを形成するように単一のブロックとして（実質的に平行になるように）一緒に配置される。複数のディスプレイ要素を貼り合わせると、複数のディスプレイ要素の全体の剛性を改善できることが理解される。特に、貼り合わせてあると、複数のディスプレイ要素は機械的衝撃を受けにくい。実施形態によっては、複数のディスプレイ要素を貼り合わせるために、少なくとも１つの接着剤が採用される。このような場合、少なくとも１つの接着剤は、少なくとも１つの光ディフューザの支持基板と屈折率が整合している。その結果、少なくとも１つの光ディフューザの外側を向いた面に反射防止コーティングを付着させなくても、内面反射が最小限に抑えられる。前述の貼り合わせのためにいくつかの接着剤が採用されると、いくつかの接着剤は互いに屈折率が整合していることが理解される。
【００５１】
あるいは、実施形態によっては、複数のディスプレイ要素は積層されるように配置される。特にこのような積層された配置では、複数のディスプレイ要素は、マルチレイヤボリュームディスプレイを形成するように、実質的に平行に配置される。複数のディスプレイ要素を積層して配置すると、それらの間に隙間を有することもできる。実施形態によっては、積層された配置では、隙間は、少なくとも１つの光ディフューザの支持基板と屈折率整合した気体または液体の媒体を収容する。このような液体の媒体は、複数のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザを冷却できるように、積層された配置の間を循環することができる。
【００５２】
実施形態によっては、マルチレイヤボリュームディスプレイはさらに、複数のディスプレイ要素を保護するために採用される保護カバーを少なくとも１つ備える。少なくとも１つの保護カバーは、マルチレイヤボリュームディスプレイの少なくとも１つの外側を向いた面をカバーする（すなわち、囲む）ように配置され、そうすることで、概して壊れやすい可能性がある複数のディスプレイ要素が保護される。有利なことに、少なくとも１つの保護カバーは、望まれない衝撃、汚れおよび接触による損傷（例えば、指紋の跡、スクラッチ跡など）から、複数のディスプレイ要素を保護する。実施形態によっては、少なくとも１つの保護カバーは、マルチレイヤボリュームディスプレイを封入するように配置される。少なくとも１つの保護カバーは、フィルム、シート、包装材、ガラス、および同様の物の形態にある。
【００５３】
さらに、実施形態によっては、少なくとも１つの保護カバーの外側を向いた面は、反射防止コーティングおよび／または疎油性コーティングで被覆される。
【００５４】
テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、マルチレイヤボリュームディスプレイに接続されるボリュームディスプレイドライバを備え、ボリュームディスプレイドライバは、複数のディスプレイ要素の動作状態を制御するように構成される。用語「ボリュームディスプレイドライバ」とは、マルチレイヤボリュームディスプレイの複数のディスプレイ要素の動作状態を制御するように構成される、特別なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせに関するものである。特に、ボリュームディスプレイドライバは、少なくとも１つのプロジェクタによって投影される複数の画像スライスに基づいて、複数のディスプレイ要素の動作状態を電気的に制御する。
【００５５】
実施形態によっては、所与のディスプレイ要素は少なくとも２つの動作状態を有し、少なくとも２つの動作状態は少なくとも光透過状態および光拡散状態を含む。所与のディスプレイ要素の「動作状態」は、所与のディスプレイ要素を実装するために使用される少なくとも１つの光ディフューザの動作状態（すなわち、動作の特徴）に相当することが理解される。したがって、所与のディスプレイ要素が光透過状態にあるときは、電磁放射の可視スペクトル内の光は、所与のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザを実質的に貫通し、画像スライスは所与のディスプレイ要素で表示されない。しかし、所与のディスプレイ要素が光拡散状態にあるときは、少なくとも１つの光ディフューザ上に入射する光の大部分は前方散乱され、画像スライスは所与のディスプレイ要素で表示される。言い換えれば、所与のディスプレイ要素の少なくとも１つのディフューザが光透過状態にあるときは、所与のディスプレイ要素は光透過状態にあることになり、所与のディスプレイ要素の少なくとも１つのディフューザが光拡散状態にあるときは、ディスプレイ要素は光拡散状態にあることになる。特に、所与のディスプレイ要素の光ディフューザ（１つまたは複数）全てが所与の時点で同じ動作状態を有することになる。
【００５６】
ボリュームディスプレイドライバは、任意の所与の時間に、所与の画像スライスがその上に投影されることになる単一のディスプレイ要素だけが光拡散状態になり、残るディスプレイ要素が光透過状態になるように、複数のディスプレイ要素の動作状態を電気的に制御する。具体的には、所与のディスプレイ要素を所与の動作状態に切り替えるために、ボリュームディスプレイドライバは、所与のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザを所与の動作状態に切り替える。さらに、ボリュームディスプレイドライバは、少なくとも１つの光ディフューザの動作を管理するための制御信号を利用する。実施形態によっては、ボリュームディスプレイドライバは、複数のディスプレイ要素のそれぞれが周期的に光拡散状態になるように制御する。一実施形態では、複数のディスプレイ要素を光拡散状態に切り替える進行順序は、ユーザに対して最も近いディスプレイ要素から最も遠いディスプレイ要素である。別の実施形態では、複数のディスプレイ要素を光拡散状態に切り替える進行順序は、ユーザに対して最も遠いディスプレイ要素から最も近いディスプレイ要素である。さらに別の実施形態では、複数のディスプレイ要素を光拡散状態に切り替えるためのインターレース式の順序が採用される。ボリュームディスプレイドライバは、複数のディスプレイ要素上への複数の画像スライスの投影と実質的に同期して、複数のディスプレイ要素の動作状態を制御することが理解される。
【００５７】
一例では、少なくとも１つのプロジェクタは、３枚のディスプレイ要素ＤＥ１、ＤＥ２およびＤＥ３上にそれぞれ表示されることになる、所与の３次元画像の３枚の画像スライスＩＳ１、ＩＳ２およびＩＳ３を投影してよい。このような場合、画像スライスＩＳ１がディスプレイ要素ＤＥ１上に表示されることになるときは、ボリュームディスプレイドライバは、ディスプレイ要素ＤＥ１を光拡散状態に切り替え、その間に、残るディスプレイ要素ＤＥ２およびＤＥ３を光透過状態に切り替えるように構成されてよい。同様に画像スライスＩＳ２がディスプレイ要素ＤＥ２上に表示されることになるときは、ボリュームディスプレイドライバは、ディスプレイ要素ＤＥ２を光拡散状態に切り替え、その間に、残るディスプレイ要素ＤＥ１およびＤＥ３を光透過状態に切り替えるように構成されてよい。さらに、画像スライスＩＳ３がディスプレイ要素ＤＥ３上に表示されることになるときは、ボリュームディスプレイドライバは、ディスプレイ要素ＤＥ３を光拡散状態に切り替え、その間に、残るディスプレイ要素ＤＥ１およびＤＥ２を光透過状態に切り替えるように構成されてよい。前述の切り替えパターンは、１秒以内に何回も周期的に繰り返してよい。
【００５８】
実施形態によっては、ボリュームディスプレイドライバは、マスタ‐スレーブ構成に従って、マルチレイヤボリュームディスプレイの動作を制御する。このような場合、ボリュームディスプレイドライバは、少なくとも１つのプロジェクタおよび複数のディスプレイ要素の動作を同期せるためのドライバ論理ブロックを複数備え、複数のドライバ論理ブロックは、１つのドライバ論理ブロックが「マスタ」として機能し、他のドライバ論理ブロック（１つまたは複数）が「スレーブ（１つまたは複数）」として機能するように、階層的に配置される。「マスタ」は、本書で以下に説明するこのような同期動作を実装するために、「スレーブ（１つまたは複数）」に同期信号を供給する。
【００５９】
テーブルトップボリュームディスプレイ装置はさらに、３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される、処理ユニットを備える。所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる。本開示全体を通して、用語「画像スライス」とは、３次元画像の一部分（すなわち、スライスまたはフラグメント）に関するものである。３次元画像は、画像処理アルゴリズムによって、３次元画像内のいくつかの奥行きに対応するいくつかの画像スライスに解体する（または分解する）ことができる。特に、３次元画像は、複数の画像スライスの組み合わせである。所与のディスプレイ要素が単一の光ディフューザによって実装されるときは、その単一の光ディフューザ上に画像スライス全体が表示され、所与のディスプレイ要素がいくつかの光ディフューザによって実装されるときは、画像スライスの異なる部分が異なる光ディフューザ上に表示されることが理解される。
【００６０】
一例として、３次元画像ＩＭＧが噴水、回転木馬および池がある公園の３次元シーンを示してよい。具体的には、３次元画像ＩＭＧの領域Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、噴水、回転木馬および池をそれぞれ示してよい。このような例では、処理ユニットは、３次元画像に対応する複数の画像スライスを生成するように、その上述の３次元画像ＩＭＧを処理してよい。このような例では、噴水を示す３次元画像ＩＭＧの領域Ｒ１は第１の画像スライスを構成してよく、回転木馬を示す３次元画像ＩＭＧの領域Ｒ２は第２の画像スライスを構成してよく、池を示す３次元画像ＩＭＧの領域Ｒ３は第３の画像スライスを構成してよい。このような例では、所与の３次元画像ＩＭＧは、第１、第２および第３の画像スライスの組み合わせであると理解することができる。
【００６１】
処理ユニットは、少なくとも１つの所与の３次元画像を構成する複数の画像スライスを取得するように、その３次元画像を処理するように構成される、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実装される。処理ユニットは、テーブルトップボリュームディスプレイ装置のための処理タスクを行うコンピュータユニットであると理解することができる。実施形態によっては、処理ユニットは、３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される、少なくとも１つのグラフィクス処理ユニットを備える。本開示全体を通して、用語「グラフィクス処理ユニット」とは、３次元画像を処理するために採用される特別なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせに関するものである。少なくとも１つのグラフィクス処理ユニットは、典型的には、３次元画像の並列処理を可能にする多数のコア（実際には処理コアなど）を備えることが理解される。さらに、少なくとも１つのグラフィクス処理ユニットは、いくつかの３次元画像のうちの各画像に対応する複数の画像スライスを生成するように、実質的に高い計算速度で３次元画像を並列処理するように構成される。場合によっては様々な組み合わせで、アプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、例えば、ＮＶＩＤＩＡ（登録商標）、ＣＵＤＡ（登録商標）、ＯｐｅｎＣＬ（登録商標）、ＤｉｒｅｃｔＸ（登録商標）、ＯｐｅｎＧＬ（登録商標）などを利用することによって、計算タスクは、少なくとも１つのグラフィクス処理ユニットに対して実行するために送られる。
【００６２】
一例として、処理ユニットはグラフィクス処理ユニットを４つ備えてよい。このような例では、いくつかのグラフィクス処理ユニットは、３次元画像が高いボリュームリフレッシュレートで確実に表示されるように、グラフィクス処理タスクをそれらの間で最適に分割してよい。さらに、４つのグラフィクス処理ユニットは、４つのグラフィクス処理ユニットの動作のための制御アプリケーションを実行できる単一のワークステーションに統合することができる。
【００６３】
実施形態によっては、３次元画像は、それに対応する所定数の画像スライスを生成するように処理される。一実施形態では、３次元画像の処理の際に生成されることになる複数の画像スライスの所定数は、マルチレイヤボリュームディスプレイ内の複数のディスプレイ要素の数に等しい。このような場合、ディスプレイ要素は全て使用中であり、１枚のディスプレイ要素につき１つの画像平面が投影されるようになる。別の実施形態では、３次元画像の処理の際に生成される複数の画像スライスの所定数は、マルチレイヤボリュームディスプレイ内の複数のディスプレイ要素の数よりも小さい。このような場合、複数のディスプレイ要素上に画像スライスが全て投影された後に、使用されていないディスプレイ要素が少なくとも１つは存在することになる。一例として、マルチレイヤボリュームディスプレイの複数のディスプレイ要素の数は１０に等しくてよい。このような場合、３次元画像は、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の画像スライスを生成するように処理されてよい。
【００６４】
さらに、実施形態によっては、処理ユニットは、複数の画像スライスを生成するように３次元画像を処理しながら、少なくとも１つの画像処理動作を行うように構成される。少なくとも１つの画像処理動作は、前処理動作ならびに後処理動作に関するものとすることもできる。少なくとも１つの画像処理動作の例には、限定されるものではないが、３次元画像の線形変換（例えば、平行移動、回転および同様の物など）、３次元画像のトリミング、複数の画像スライスへのグラフィカル情報および／またはポインタ情報の追加および／または削除、３次元画像の色調節、３次元画像のコントラスト調節、３次元画像のためのスライス間アンチエイリアス処理が含まれる。
【００６５】
さらに、実施形態によっては、処理ユニットは、少なくとも１つのプロジェクタおよび／またはマルチレイヤボリュームディスプレイのフォーマットに準拠するフォーマット（例えば、ビットプレーンフォーマットなど）に、複数の画像スライスを変換するように構成される。
【００６６】
テーブルトップボリュームディスプレイ装置はさらに、複数の画像スライスを複数のディスプレイ要素上に投影するように構成される、少なくとも１つのプロジェクタを備える。本開示全体を通して、本書で用いられる用語「プロジェクタ」とは、３次元画像の複数の画像スライスをマルチレイヤボリュームディスプレイの複数のディスプレイ要素上に投影するための特別な機器に関するものである。
【００６７】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタは、光源、空間光変調器および投影機構を備え、所与の画像スライスを投影するときに、少なくとも１つのプロジェクタは、
・  光ビームを照射するために光源を採用し、
・  光ビームを変調するために空間光変調器を採用し、
・  変調光ビームをマルチレイヤボリュームディスプレイに向けるために投影機構を採用する、ように構成される。
【００６８】
一実施形態では、用語「光源」とは、光ビームをそこから照射するために使用される機器に関するものである。動作の際に、光源は、可視波長の光ビーム（すなわち、人間の眼に見える波長の光）を照射するように構成されることが理解される。光源の例には、限定されるものではないが、少なくとも１つの可視光発光ダイオード、少なくとも１つの可視光レーザ、カラーフィルタが関連付けられた高輝度ガス放電タイプの電球が含まれる。
【００６９】
実施形態によっては、光源は、少なくとも３つの波長の光を照射するように構成される、複数の発光ダイオードによって実装され、少なくとも１つの第１の発光ダイオードは、第１の波長を有する光を照射するように構成され、少なくとも１つの第２の発光ダイオードは、第２の波長を有する光を照射するように構成され、少なくとも１つの第３の発光ダイオードは、第３の波長を有する光を照射するように構成される。実施形態によっては、第２の波長は、第１の波長よりも大きいが、第３の波長よりは小さい。一例として、第１の波長は、青色光（すなわち、４４０ナノメートルから４７０ナノメートルの間にある波長）に対応してよく、第２の波長は、緑色光（すなわち、５２０ナノメートルから５５０ナノメートルの間にある波長）に対応してよく、第３の波長は、赤色光（すなわち、６１０ナノメートルから６５０ナノメートルの間にある波長）に対応してよい。あるいは、実施形態によっては、第２の波長は、第３の波長よりも大きいが、第１の波長よりは小さい。一例として、第１の波長は、赤色光（すなわち、６１０ナノメートルから６５０ナノメートルの間にある波長）に対応してよく、第２の波長は、緑色光（すなわち、５２０ナノメートルから５５０ナノメートルの間にある波長）に対応してよく、第３の波長は、青色光（すなわち、４４０ナノメートルから４７０ナノメートルの間にある波長）に対応してよい。
【００７０】
実施形態によっては、光源はトゥルーカラー光源である。このような場合、光源によって照射される光の波長（１つまたは複数）は、表示される３次元画像内でトゥルーカラーの描画を可能にする。一例として、光源は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および青色発光ダイオードを備えてよく、前述の発光ダイオードによって照射される光の強度は、表示される３次元画像内でトゥルーカラーをもたらすように調節されてよい。
【００７１】
一実施形態では、用語「空間光変調器」とは、光ビームを変調するために採用される特別な機器に関するものである。言い換えれば、空間光変調器は、少なくとも１つの空間次元における光ビームの強度および／または位相を調節するように構成される。さらに、空間光変調器は、複数の画像スライスに表されるグラフィカル情報を確実に符号化する。実施形態によっては、空間光変調器は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ｄｅｖｉｃｅ）、液晶ベースの空間光変調器、液晶オンシリコン（ＬＣｏＳ：ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）ベースの空間光変調器のうちの少なくとも１つによって実装される。一例として、空間光変調器は、リフレッシュレートの高い、強誘電性の液晶ベースの空間光変調器によって実装されてよい。
【００７２】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタは、異なる波長の光ビームを実質的に同時に変調するために採用される空間光変調器を複数備える。
【００７３】
実施形態によっては、光源と空間光変調器とは単一のユニットになるように統合される。このような場合、単一のユニットは、光源ならびに空間光変調器として機能する。実施形態によっては、このような単一のユニットは、アドレス可能なマイクロＯＬＥＤアレイ、アドレス可能なソリッドステートマイクロＬＥＤアレイ、レーザベースの空間光変調器によって実装される。
【００７４】
実施形態によっては、３次元画像の横方向の空間解像度は、複数の画像スライスを投影するために使用される、少なくとも１つのプロジェクタに（具体的には、空間光変調器に）直接的に関連する。したがって、３次元画像の横方向の空間解像度を上げるためには、マルチレイヤボリュームディスプレイの各ディスプレイ要素は、いくつかの光ディフューザによって実装でき、複数の画像スライスの所与の部分を所与のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザ上に投影するために、専用のプロジェクタを採用することができる。一例では、マルチレイヤボリュームディスプレイはディスプレイ要素を１０枚備えてよく、各ディスプレイ要素は４つの光ディフューザによって実装される。このような場合、所与の画像スライスの特定の部分を、対応する光ディフューザ上に投影するためのプロジェクタを４つ採用してよい。その結果、３次元画像の横方向の空間解像度は、単一のプロジェクタの利用に比べて、事実上４倍にすることができる。したがって、手頃な低解像度の空間光変調器を、少なくとも１つのプロジェクタ内で効率的に採用することができる。別の例では、マルチレイヤボリュームディスプレイは、ディスプレイ要素を１５枚備えてよく、所与のディスプレイ要素が、６つの光ディフューザによって実装される。このような場合、所与の画像スライスの特定の部分を２つの対応する光ディフューザ上に投影するためのプロジェクタが３つ採用されてよい。
【００７５】
一実施形態では、用語「投影機構」とは、変調光ビームをマルチレイヤボリュームディスプレイに向けるように構成される、光学的構成要素機構（例えば、レンズ、ミラー、プリズム、アパーチャ、および同様の物など）に関するものである。特に、投影機構は、複数のディスプレイ要素上に複数の画像スライスの焦点を鮮明に合わせることを可能にする。投影機構は、投影ボリュームを包含する十分な被写界深度を提供する。その結果、十分に鮮明な画像が複数のディスプレイ要素上に表示される。一例では、投影機構の焦点距離が１．５５メートルのときに、投影機構は、奥行き１００ミリメートルのディスプレイ要素の積層体に、複数の画像スライスの焦点を鮮明に合わせることを可能にできる。さらに、投影機構は、少なくとも、複数の画像スライスの被写界深度および輝度を調節するためにアパーチャを含んでよい。特に、複数の画像平面が複数のディスプレイ要素上に投影されるときに、複数の画像スライスの被写界深度を調節すると、複数の画像平面の鮮明度が調節される。
【００７６】
実施形態によっては、投影機構は、対応するディスプレイ要素上に複数の画像スライスの焦点をアクティブに合わせるように電気制御可能な活性光学的構成要素によって実装される。このような活性光学的構成要素の例には、限定されるものではないが、液晶ベースの電気活性レンズおよび静電制御可能な膜が含まれる。
【００７７】
さらに、実施形態によっては、投影機構は、マルチレイヤボリュームディスプレイの複数のディスプレイ要素全体にわたって変調光ビームの実質的に均一の倍率をもたらすことを可能にする。
【００７８】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタのリフレッシュレートは、マルチレイヤボリュームディスプレイのボリュームリフレッシュレートおよび複数のディスプレイ要素の数に基づく。少なくとも１つのプロジェクタのリフレッシュレートは、少なくとも１つのプロジェクタによって複数の画像スライスが投影されるレートであると理解できる。特に、少なくとも１つのプロジェクタのリフレッシュレートは、マルチレイヤボリュームディスプレイのボリュームリフレッシュレートと複数のディスプレイ要素の数との積である。一例として、マルチレイヤボリュームディスプレイが２０枚のディスプレイ要素を備え、マルチレイヤボリュームディスプレイのボリュームリフレッシュレートが１秒当たり５０ボリューム（または５０Ｈｚ）である場合、少なくとも１つのプロジェクタのリフレッシュレートは、１０００ヘルツ（または１キロヘルツ）に等しい。
【００７９】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタの空間光変調器は、少なくとも１つのプロジェクタのリフレッシュレートに対応する、実質的に高いリフレッシュレートを有する。一例として、少なくとも１つのプロジェクタ内に、非常に高いリフレッシュレート（例えば、２５キロヘルツなど）を有するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を採用してよい。
【００８０】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタは、少なくとも１つのプロジェクタの光源がユーザに直接見えないように配置されることになる。実施形態によっては、この点で、少なくとも１つのプロジェクタの投影機構は、少なくとも１つのプロジェクタの光源がユーザに見えなくできるようにずらされる。特に、テーブルトップボリュームディスプレイ装置では、複数の画像スライスの投影はユーザに見えるが、少なくとも１つのプロジェクタの実際の物理的構成要素（光源など）はユーザに見えない。少なくとも１つのプロジェクタのこのような配置手法によって、少なくとも１つのプロジェクタの光源の望まれない画像である「ホットスポット」の出現を最小限に抑えることが可能になる。言い換えれば、それら構成要素は、プロジェクタ機構からの直接の光がユーザに直接見えない（典型的には、見通し内にない）ように配置される。ユーザは、複数の画像スライスで３Ｄ画像を形成する散乱光だけを見ることができる。
【００８１】
一実施形態によれば、少なくとも１つのプロジェクタは、マルチレイヤボリュームディスプレイに対して背面投影機構として配置される。背面投影機構では、少なくとも１つのプロジェクタは、マルチレイヤボリュームディスプレイの背面側から複数の画像スライスを投影し、マルチレイヤボリュームディスプレイの背面側は、マルチレイヤボリュームディスプレイのうちのユーザから最も遠い面に対応する。別の実施形態によれば、少なくとも１つのプロジェクタは、マルチレイヤボリュームディスプレイに対して前面投影機構として配置される。前面投影機構では、少なくとも１つのプロジェクタは、マルチレイヤボリュームディスプレイの前面側から複数の画像スライスを投影し、マルチレイヤボリュームディスプレイの前面側は、マルチレイヤボリュームディスプレイのうちのユーザに最も近い側に対応する。
【００８２】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタは、光操縦機構に向かって複数の画像スライスを投影するように配置され、複数の画像スライスの投影は、光操縦機構から複数のディスプレイ要素に向けられる。このような場合、少なくとも１つのプロジェクタがマルチレイヤボリュームディスプレイに対して背面投影機構として配置されるときは、光操縦機構は、複数の画像スライスをマルチレイヤボリュームディスプレイの背面側に向ける。同様に、少なくとも１つのプロジェクタがマルチレイヤボリュームディスプレイに対して前面投影機構として配置されるときは、光操縦機構は、複数の画像スライスをマルチレイヤボリュームディスプレイの前面側に向ける。実施形態によっては、光操縦機構は光学素子を少なくとも１つ備え、その光学素子は、変調光ビームの光路上において、少なくとも１つのプロジェクタの投影機構と、マルチレイヤボリュームディスプレイとの間に配置される。少なくとも１つの光学素子は、変調光ビームをコリメートすること、変調光ビームを操縦すること、変調光ビームの光路を折り畳むことのうちの少なくとも１つを可能にする。少なくとも１つの光学素子の例には、限定されるものではないが、実質的に平坦なミラー、実質的に湾曲したミラー、レンズ、およびプリズムが含まれる。
【００８３】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタは、補完的に追加するように、所与の画像スライスを、対応するディスプレイ要素上に投影するように構成されるプロジェクタを複数備える。言い換えれば、複数のプロジェクタは、所与の画像スライスの相互補完部分を、このような部分が集合的に所与の画像スライスを構成するように、対応するディスプレイ要素上に投影する。したがって、このような部分は、複数のプロジェクタによって対応するディスプレイ要素上に投影されるときは、所与の画像スライスの全部を形成する「合算」であると理解することができる。一例として、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、所与の画像スライスの４つの相互補完部分を、対応するディスプレイ要素上に投影するように構成されるプロジェクタを４つ備える。このような例では、４つの相互補完部分は所与の画像スライスを追加的に構成する。
【００８４】
実施形態によっては、テーブルトップボリュームディスプレイ装置はさらに、マルチレイヤボリュームディスプレイに隣接しそれに実質的に垂直に位置する、分離機構を備える。分離機構は、テーブルトップボリュームディスプレイ装置内の望まれない光の反射を吸収するために、かつ／または所与のディスプレイ要素の所与の部分を対象とする所与の画像スライスの投影が、所与のディスプレイ要素の隣接部分に貫通することを制限するために、採用されることになる。本書で用いられる用語「分離機構」とは、望まれない光と望まれる光とを互いから分離する、少なくとも１つの分離スクリーン機構または少なくとも１つの分離壁機構に関するものである。分離機構の材料は、光を吸収かつ／または光を反射する特徴を有してよく、そうすることで、分離機構が前述の機能を果たすことが可能になる。一例として、分離機構は、光吸収材料で被覆された、金属（例えば、鋼、アルミニウムおよび同様の物など）、プラスチックまたは複合材料の、シートまたは壁とすることもできる。採用されるときは、分離機構は、ホットスポットの可視性を制限しながら、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の周囲からの望まれない光の反射も吸収する。実施形態によっては、分離機構は、マルチレイヤボリュームディスプレイの背面側に隣接しそれに実質的に垂直に位置決めされ、その背面側は、マルチレイヤボリュームディスプレイのうちのユーザの方を向いた側の反対にある。分離機構は、複数のディスプレイ要素の別々の部分に入射するはずの光がそれら別々の部分に対応する別々の空間を通って進行するように、テーブルトップボリュームディスプレイ装置内の少なくとも１つのプロジェクタの配置に基づいて、少なくとも１つのプロジェクタに対応する投影空間を物理的に分割できるようにすることが理解される。その結果、複数のディスプレイ要素のある部分に入射されるはずの光は、複数のディスプレイ要素の別の部分に入射されるはずの光と実質的に混合されない。このような分離機構は、別々の領域内で光を投影するために少なくとも１つのプロジェクタに対応する投影空間を効率的に分割できるので、タイル状に配置される複数の光ディフューザによって複数のディスプレイ要素が実装されるときに特に有用な可能性がある。
【００８５】
一例では、分離機構は、複数のディスプレイ要素の下の投影空間が２つの等しい部分に分割されるように、マルチレイヤボリュームディスプレイの背面側に隣接しそれに垂直に位置決めされる、単一の分離壁によって実装されてよい。
【００８６】
別の例では、分離機構は、複数のディスプレイ要素の下の投影空間が４つの等しい部分に分割されるように、互いに実質的に垂直に配置され、かつマルチレイヤボリュームディスプレイの背面側に隣接しそれに垂直に位置決めされる、２つの分離壁によって実装されてよい。
【００８７】
実施形態によっては、少なくとも１つのプロジェクタは、第１のプロジェクタおよび第２のプロジェクタを備える。第１のプロジェクタおよび第２のプロジェクタは、分離機構の両側に配置される。このような場合、分離機構は、複数のディスプレイ要素の下の投影空間を２つの部分に分割したと理解することができ、第１のプロジェクタおよび第２のプロジェクタは、第１のプロジェクタから投影される光が複数のディスプレイ要素の一方の部分に入射することになり、第２のプロジェクタから投影される光が複数のディスプレイ要素の他方の部分に入射することになるように、分離機構の両側に配置される。簡単に言えば、分離機構によって、第１および第２のプロジェクタによって投影される光は、分離機構の別々の側を進む。
【００８８】
実施形態によっては、第１のプロジェクタは、複数の画像スライスの第１の部分を複数のディスプレイ要素の第１の部分上に投影するように構成され、第２のプロジェクタは、複数の画像スライスの第２の部分を複数のディスプレイ要素の第２の部分上に投影するように構成される。特に、このような場合は、任意の所与の画像スライスについて、その第１の部分と第２の部分とが集合的に所与の画像スライスの全部を構成する。したがって、このような場合には、第１および第２のプロジェクタは、複数のディスプレイ要素の第１および第２の部分に入射するときに複数の画像スライスが完全に表示されるように、複数の画像スライスの第１および第２の部分を投影する。
【００８９】
テーブルトップボリュームディスプレイ装置はさらに、ボリュームディスプレイドライバ、処理ユニットおよび少なくとも１つのプロジェクタに接続される、制御ユニットを備える。制御ユニットは、投影ボリューム内に３次元画像を提示するように、ボリュームディスプレイドライバおよび少なくとも１つのプロジェクタを制御するように構成される。制御ユニットは、３次元画像を提示するように、少なくとも、ボリュームディスプレイドライバおよび少なくとも１つのプロジェクタの動作を管理するように構成される、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせによって実装される。簡単に言えば、制御ユニットは、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の様々な構成要素のための主制御センタとして働く。特に、制御ユニットは、投影ボリューム内の異なる位置にある、対応するディスプレイ要素上に複数の画像スライスを正確に投影するように、少なくとも１つのプロジェクタおよびボリュームディスプレイドライバの動作を同期して制御する。さらに、制御ユニットはまた、複数の画像スライスを投影する時刻および複数の画像スライスを投影する期間を管理する。動作の際には、所与の画像スライスが所与のディスプレイ要素上に投影されることになるときに、制御ユニットは、所与のディスプレイ要素を光拡散動作状態に切り替え、他の全てのディスプレイ要素を光透過状態に切り替えるように、ボリュームディスプレイドライバを制御する。同時に、制御ユニットは、所与の画像スライスが所与のディスプレイ要素上に正確に投影されるように、所与の画像スライスをマルチレイヤボリュームディスプレイに投影するように少なくとも１つのプロジェクタを制御する。制御ユニットは、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の様々な構成要素の動作を同期して管理することを可能にし、そうすることで、投影ボリューム内で３次元画像の精密な表現が可能になることが理解される。
【００９０】
実施形態によっては、制御ユニットは、少なくとも１つのハイスループットインターフェースによって、処理ユニットに接続される。少なくとも１つのハイスループットインターフェースは有線または無線とすることもできる。特に、少なくとも１つのハイスループットインターフェースは、制御ユニットと処理ユニットとの間の通信を可能にする。しかし、制御ユニットから処理ユニットへの通信は非常に限られる可能性があるので、制御ユニットから処理ユニットへの通信を可能にするために、一般的な通信インターフェース（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）インターフェース、少なくとも１つのハイスループットインターフェースの補助チャネル、および同様の物など）を任意選択で利用することができる。少なくとも１つのハイスループットインターフェースの例には、限定されるものではないが、ディスプレイポートインターフェース、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ（登録商標）インターフェース、ユニバーサルシリアルバスインターフェース、高精細マルチメディアインターフェースおよびワイヤレスギガビットアライアンスインターフェースが含まれる。追加の帯域幅を取得するためにいくつかのハイスループットインターフェースを採用してよいことが理解される。
【００９１】
実施形態によっては、制御ユニットは、処理ユニットから複数の画像スライスを受信し、少なくとも１つのプロジェクタの空間光変調器によって要求されるフォーマット（例えば、ビットプレーンフォーマットなど）に、複数の画像スライスを変換するように複数の画像スライスを処理する。
【００９２】
実施形態によっては、制御ユニットは、少なくとも１つのプロジェクタの光源の動作を制御するための光源ドライバを備える。光源ドライバは、光源から照射されることになる光ビームの強度、光源から照射されることになる光ビームの波長、光源から光ビームを照射する時刻および持続時間、のうちの少なくとも１つを調節するように構成される。実施形態によっては、制御ユニットおよび光源ドライバは、互いに通信するように接続される別々の構成要素である。
【００９３】
実施形態によっては、制御ユニットは、空間光変調器の動作を制御するための空間光変調器ドライバを備える。さらに、実施形態によっては、空間光変調器ドライバは、空間光変調器の解像度を調節し、そうすることで、３次元画像の横方向の空間解像度を調節することが可能になる。制御ユニットは、空間光変調器ドライバのためのデータを確実に途切れなく供給するように記憶装置を管理し、そうすることで、マルチレイヤボリュームディスプレイの一定の途切れないリフレッシュレートを提供するように、空間光変調器ドライバが空間光変調器を動作させることが可能になる。実施形態によっては、制御ユニットおよび空間光変調器ドライバは、互いに通信するように接続される別々の構成要素である。
【００９４】
実施形態によっては、制御ユニットは、記憶装置と通信するように接続され、記憶装置は、処理ユニットによって生成される複数の画像スライスを格納するように構成される。さらに、実施形態によっては、記憶装置は、テーブルトップボリュームディスプレイ装置で提示されることになる３次元画像を格納するように構成される。実施形態によっては、記憶装置は制御ユニットと統合される。あるいは、実施形態によっては、記憶装置は処理ユニットと統合される。動作の際は、実施形態によっては、記憶装置は、複数のデータバッファを利用することによって、複数の画像スライスの同期しないバッファリングを可能にする。
【００９５】
実施形態によっては、テーブルトップボリュームディスプレイ装置はさらに、電力管理モジュールを備える。電力管理モジュールは、制御ユニットおよびボリュームディスプレイドライバに接続され、動作中に電源から制御ユニットおよびボリュームディスプレイドライバに電力を分配する。その後、制御ユニットは、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の他の電気構成要素（例えば、光源ドライバ、空間光変調器ドライバ、処理ユニット、および同様の物など）に電力を分配し、ボリュームディスプレイドライバは、複数のディスプレイ要素の少なくとも１つの光ディフューザに電力を供給する。実施形態によっては、電力管理モジュールは制御ユニットと統合することができる。動作の際には、電力管理モジュールは、制御ユニットに１２ボルトの電力供給を行ってよく、ボリュームディスプレイドライバに１５０ボルト〜２００ボルトの電力供給を行ってよい。
【００９６】
実施形態によっては、処理ユニットは、外部画像ソースに通信可能なように接続される。処理ユニットは、リアルタイムまたは準リアルタイムで投影ボリューム内に３次元画像シーケンスを提示するために、外部画像ソースから３次元画像シーケンスを取得し、対応する画像スライスを生成するようにそのシーケンスの個々の３次元画像を処理するように構成される。このような場合、外部画像ソースは、撮像システム（例えば、ロボットまたはドローンに搭載のカメラなど）、データベース機構、マルチメディアのストリーミングサービス、および同様の物とすることもできる。３次元画像シーケンスは、３次元のビデオ（例えば、３次元のチュートリアル、３次元のゲーム環境、３次元のシミュレーション、および同様の物など）を構成することになる。用語「リアルタイム」および「準リアルタイム」とは、テーブルトップボリュームディスプレイ装置を使用するときにユーザによって明らかな遅延が観察されないように３次元画像シーケンスを表示するための期間に関するものであることが理解される。一例として、３次元画像シーケンスの取得と、３次元画像シーケンスの提示との間のタイムラグが、ユーザの観視体験が妨げられないように最小限に抑えられるべきである。
【００９７】
実施形態によっては、外部画像ソースは記憶装置に通信するように接続され、記憶装置は３次元画像シーケンスを格納するように構成される。
【００９８】
実施形態によっては、処理ユニットは、複数の外部画像ソースに通信可能なように接続される。処理ユニットは、複数の外部画像ソースから複数のデータフィードを取得し、投影ボリューム内にコンポジット３次元画像を生成するように複数のデータフィードを処理するように構成される。
【００９９】
実施形態によっては、処理ユニットは、所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報が、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域内で全体的に表示可能になるように、所与のディスプレイ要素上に投影されることになる所与の画像スライスを処理するように構成される。概して、所与の画像スライスは、少なくとも１つのプロジェクタによって、マルチレイヤボリュームディスプレイにある角度で投影される。特に、所与の画像スライスは、少なくとも１つのプロジェクタの空間光変調器と実質的に同様のアスペクト比を有する。動作の際には、所与の画像スライスのグラフィカル情報は、その対応するディスプレイ要素において全体的に表示されることになる。しかし、所与のディスプレイ要素と少なくとも１つのプロジェクタとの間の光学的な角度距離が増大するにつれて、所与の画像スライスの所与の光ビームが広くなり、そうなると、対応する光ディフューザの有効な領域をオーバーフィルする可能性が生じる（それゆえ、場合によっては一部の情報が消失する）。その結果、所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報の一部の部分は、消失しやすい。所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報の消失は望ましくないので、処理ユニットは、所与の画像スライスがマルチレイヤボリュームディスプレイにある角度で投影される場合でも、グラフィカル情報の消失がなくなるように、投影前に所与の画像スライスを処理する。とりわけ、所与の画像スライスを前述のように処理する間に、所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報は、投影時にグラフィカル情報が所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域の外部に入射することのないように、縮小されかつ／または所与の画像スライス内にシフトされる。したがって、処理ユニットによって所与の画像スライスをこのように処理する際に、所与の画像スライスの一部分がグラフィカル情報の全体を表し、所与の画像スライスの残る部分にはグラフィカル情報が全くない。その結果、所与の画像スライスが処理後に所与のディスプレイ要素に向かって投影されるときは、所与の画像スライスのうちのグラフィカル情報を表す部分は、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域内に全体的に表示される。所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域は、グラフィカル情報を表示するために実際に採用できる所与のディスプレイ要素の領域に関することが理解される。所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域は、概して、所与の画像スライスの全面積の７０から１００パーセントに相当し、このような相関性は、所与のディスプレイ要素と少なくとも１つのプロジェクタとの間の光学的な角度距離に基づく。
【０１００】
実施形態によっては、複数のディスプレイ要素のそれぞれが複数の光ディフューザによって実装されるときに、処理ユニットは、所与の画像スライスの一部分に表されるグラフィカル情報が、対応する光ディフューザの使用可能なフィル領域内で全体的に表示可能になるように、複数の光ディフューザの異なる光ディフューザ上に投影されることになる、所与の画像スライスの異なる部分を処理するように構成される。このような場合、所与の画像スライスの異なる部分を処理するときに、所与の画像スライスの異なる部分に表されるグラフィカル情報は、投影時に所与の画像スライスの異なる部分に表されるグラフィカル情報がその対応する光ディフューザでのみ表されるように、縮小されかつ／または所与の画像スライス内にシフトされる。言い換えれば、所与の画像スライスの所与の部分に表されるどの部分のグラフィカル情報も、対応する光ディフューザの使用可能なフィル領域の外部に入射することがなくなる。その結果、必要な光ディフューザの外部のグラフィカル情報のクロストークが避けられる。
【０１０１】
実施形態によっては、処理ユニットは、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域の角度幅に基づいて、所与の画像スライスを処理するように構成される。特に、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域の角度幅とは、所与の画像スライスの投影が所与のディスプレイ要素上に向けられる角度、ならびに、少なくとも１つのプロジェクタまたは光操縦機構と、所与のディスプレイ要素との間の距離に関するものである。言い換えれば、少なくとも１つのプロジェクタから最も近いディスプレイ要素と最も遠いディスプレイ要素とのフィルファクタの差は、遮断長さと全ての可能性のあるアクティブな長さの比に比例する。したがって、プロジェクタに最も近いディスプレイ要素は、前述のいずれのデジタル処理がなくても、プロジェクタから最も遠いディスプレイ要素と比べて、所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報のより高い空間画素密度を表す場合がある。このような状況では、前述のデジタル処理がないと、所与のディスプレイ要素に関する表示可能なグラフィカル情報の量は、マルチレイヤボリュームディスプレイ内での所与のディスプレイ要素の奥行き位置と共に変化する。この制限を克服するために、所与の画像スライスは、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域の角度幅に基づいて、このようなディスプレイ要素の奥行き位置に関係なく、対応するディスプレイ要素上に所与の画像スライスのグラフィカル情報全体を表すように、適切にデジタル処理することができる。
【０１０２】
実施形態によっては、テーブルトップボリュームディスプレイ装置はさらに、処理ユニットに接続される少なくとも１つのインプットデバイスを備える。少なくとも１つのインプットデバイスは、動作中に、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって提示される画像内容を対話形式で制御するために、ユーザがインプットを提供することを可能にし、さらに、処理ユニットは、ユーザのインプットに基づいて、３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される。このような例では、ユーザは、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって提示される画像内容を管理するように、少なくとも１つのインプットデバイスを動作させることができる。例えば、ユーザは、少なくとも１つのインプットデバイスを利用することによって、表示のために画像内容を追加または削除でき、かつ、テーブルトップボリュームディスプレイ装置で提示されている既存のコンテンツを修正することができる。したがって、処理ユニットは、ユーザのインプットに基づいて、３次元画像を提示するために、複数の画像スライスを生成する。ユーザのインプットを受信する際に、ユーザのインプットは、処理ユニットによって処理され、複数の画像スライスはユーザのインプットに従って、リアルタイムまたは準リアルタイムで生成されることが理解される。その結果、テーブルトップボリュームディスプレイ装置とのユーザの双方向の体験が平滑になり、見た目の遅れが実質的になくなる。
【０１０３】
実施形態によっては、少なくとも１つのインプットデバイスは、深度カメラ、トラックボール、ジョイスティック、キーボード、マウス、タッチパッド、スタイラス、マイクロホン、電子ホワイトボード、ハプティックインプットデバイスのうちの少なくとも１つによって実装される。より実施形態によっては、少なくとも１つのインプットデバイスは高い自由度を有する。自由度の高い高性能のインプットデバイスは、双方向の画像内容のユーザ制御を高度にすることができる。一例では、少なくとも１つのインプットデバイスは、３次元のスタイラスまたは６自由度のＳｐａｃｅＭｏｕｓｅ（登録商標）でよい。
【０１０４】
実施形態によっては、ユーザのインプットは、ジェスチャ、オーディオ信号、ハプティック信号のうちの少なくとも１つの形態である。言い換えれば、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、少なくとも１つの形態のユーザインプットを受信できる。実施形態によっては、ユーザインプットのこのような形態は、少なくとも１つのインプットデバイスによって電気信号に変換され、その後、処理ユニットに伝送される。一例として、ユーザは、ジェスチャの形態でユーザのインプットを供給するために深度カメラ（インプットデバイス）を少なくとも１つ採用してよい。別の例として、ユーザは、オーディオ信号（すなわち、音声信号）の形態でユーザのインプットを供給するために、マイクロホン（インプットデバイス）を少なくとも１つ採用してよい。さらに別の例として、ユーザは、ハプティック信号の形態でインプットを供給するためにタッチパッドを少なくとも１つ採用してよい。
【０１０５】
実施形態によっては、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、３次元画像のズーム制御、３次元画像のサイズ変更、３次元画像の色調節、３次元画像の輝度調節、３次元画像内のグラフィカルオブジェクトの追加および／または削除、３次元画像の移動のうちの少なくとも１つを、ユーザが実行できるようにする。一例として、ユーザは、ジェスチャインプットによって、３次元画像のズームインまたはズームアウトなどのズーム制御を行ってよい。このような場合、ユーザが３次元画像内の対象領域を拡大ズームするときは、全体の（奥行きおよび横方向の）より高い解像度で対象領域を表すために、ユーザの対象領域に対応するように３次元画像を修正でき、修正された３次元画像に対応する画像スライスが生成され、それを複数のディスプレイ要素上に投影することができる。別の例として、ユーザは、別のジェスチャインプットによって３次元画像を移動してよい。このような場合、移動は、３次元画像の回転、３次元画像の傾斜、３次元画像の平行移動のうちの少なくとも１つを含むこともできる。さらに別の例として、ユーザは、少なくとも１つのタッチパッドを介したハプティックインプットによって、３次元画像内の色を調節してよい。例えば、ユーザはトゥルーカラー画像をグレースケールに変更してよい。
【０１０６】
実施形態によっては、テーブルトップボリュームディスプレイ装置はさらに、処理ユニットに接続されるアウトプットデバイスを少なくとも１つ備える。少なくとも１つのアウトプットデバイスは、動作中に、テーブルトップボリュームディスプレイ装置からのアウトプットをユーザが受信できるようにする。少なくとも１つのアウトプットデバイスは、スピーカ、ハプティックアウトプットデバイスのうちの少なくとも１つによって実装される。このような場合、ユーザの双方向のテーブルトップボリュームディスプレイ装置体験が実質的に強化される。ハプティックアウトプットデバイスの例には、限定されるものではないが、ハプティック手袋、ハプティックブレスレット、ハプティックオーナメント、ハプティックフットウェアおよびハプティック衣類が含まれる。一例では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置で提示されている３次元画像に（例えば、ユーザのインプットによる）任意の変更があるときに、スピーカはユーザにオーディオインプットを提供できる。別の例では、ユーザは、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の外面に触れるときに、少なくとも１つのハプティックデバイスによってハプティックアウトプットが提供されてよい。
【０１０７】
実施形態によっては、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、単一の筐体内にマルチレイヤボリュームディスプレイ、ボリュームディスプレイドライバ、処理ユニット、少なくとも１つのプロジェクタおよび制御ユニットを少なくとも含む、統合ユニットとして実装される。より実施形態によっては、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の統合ユニットは、分離機構、少なくとも１つのインプットデバイス、少なくとも１つのアウトプットデバイスのうちの少なくとも１つを含む。テーブルトップボリュームディスプレイ装置の統合ユニットの実装形態によって、テーブルトップボリュームディスプレイ装置を携帯可能にし、好都合に任意の数のユーザによって利用可能にできることが理解される。このような場合、統合ユニットは、ユーザにとって完結型のワークステーションとして働く。実施形態によっては、統合ユニットはステアリング機構（例えば、ホイールなど）を備える。その結果、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の統合ユニットは簡単に移動できる。
【０１０８】
本開示のテーブルトップボリュームディスプレイ装置は、３次元コンテンツを実物のように表し、したがって、様々な応用分野で、例えば、軍事、教育、医療、輸送、建築学、工学およびその他などで採用できることが理解される。一例では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、動的な３次元コンテンツを容易に表示するために、軍事領域で砂盤の代わりに使用することができる。このような例では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、軍事機器（武器、車両、および同様の物など）、地勢、および同様の物の３次元画像を提示するために採用することができる。別の例では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、特定の機器の動作を生徒に見せるため、科学概念を生徒に示すため、製造工場および／または実験室を生徒に見せるため、ならびに同様のことのために、教育分野で使用することができる。さらに別の例では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、手術計画の手術プロシージャをシミュレーションするため、患者の臨床検査報告を分析するため、患者の解剖学的モデルを見るため、およびその他のことのために、医療分野で使用することができる。
【０１０９】
本開示は、上記に記載した方法にも関する。上記で開示した様々な実施形態および変更形態を本方法に準用する。
【０１１０】
実施形態によっては、本方法はさらに、所与の画像スライスに表されるグラフィカル情報が、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域内で全体的に表示可能になるように、所与のディスプレイ要素上に投影されることになる所与の画像スライスを処理することを含む。
【０１１１】
実施形態によっては、本方法はさらに、所与のディスプレイ要素の使用可能なフィル領域の角度幅に基づいて、所与の画像スライスを処理することを含む。
【０１１２】
実施形態によっては、本方法では、少なくとも１つのプロジェクタは複数のプロジェクタを備え、本方法は、複数のプロジェクタによって、補完的に追加するように、所与の画像スライスを、対応するディスプレイ要素上に投影することを含む。
【０１１３】
実施形態によっては、本方法はさらに、ユーザのインプットに基づいて、３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成することを含む。
【０１１４】
実施形態によっては、本方法はさらに、テーブルトップボリュームディスプレイ装置の少なくとも１つのインプットデバイスによって、３次元画像のズーム制御、３次元画像のサイズ変更、３次元画像の色調節、３次元画像の輝度調節、３次元画像内のグラフィカルオブジェクトの追加および／または削除、３次元画像の移動のうちの少なくとも１つを、ユーザが実行できるようにすることを含む。
【０１１５】
実施形態によっては、本方法はさらに、リアルタイムまたは準リアルタイムで投影ボリューム内に３次元画像シーケンスを提示するために、外部画像ソースから３次元画像シーケンスを取得することと、対応する画像スライスを生成するようにそのシーケンスの３次元画像を処理することとを含む。
【図面の詳細説明】
【０１１６】
図１を参照すると、本開示の実施形態による、テーブルトップボリュームディスプレイ装置１０２を使用するための環境１００の概略図が示されている。図示のように、環境１００は、テーブルトップボリュームディスプレイ装置１０２が複数のユーザ（第１のユーザ１０４、第２のユーザ１０６および第３のユーザ１０８として示される）によって使用されているところを示す。環境１００では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置１０２は、第１のユーザ１０４、第２のユーザ１０６および第３のユーザ１０８によって観視される３次元画像１１０を提示する。特に、第１のユーザ１０４、第２のユーザ１０６および第３のユーザ１０８は、様々な視点から３次元画像１１０を見えるようにするために、テーブルトップボリュームディスプレイ装置１０２の周りを自由に移動できる。
【０１１７】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、本開示の異なる実施形態による、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置２００の概略図が示されている。図２Ａおよび図２Ｂは、単に見やすくするために単純化されたテーブルトップボリュームディスプレイ装置２００の概略図を含み、単なる単純化が本書の特許請求の範囲を不当に限定するはずのないことが、当業者なら理解できる。当業者は、本開示の実施形態の多くの変更形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。
【０１１８】
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、テーブルトップボリュームディスプレイ装置２００は、マルチレイヤボリュームディスプレイ２０２と、マルチレイヤボリュームディスプレイ２０２に接続されるボリュームディスプレイドライバ２０４と、処理ユニット２０６と、少なくとも１つのプロジェクタ（プロジェクタ２０８として示される）と、ボリュームディスプレイドライバ２０４、処理ユニット２０６およびプロジェクタ２０８に接続される制御ユニット２１０とを備える。マルチレイヤボリュームディスプレイ２０２は複数のディスプレイ要素２１２を備える。複数のディスプレイ要素２１２は、投影ボリュームを形成するために実質的に平行に配置され、複数のディスプレイ要素２１２はそれぞれ、少なくとも１つの光ディフューザ（図示せず）によって実装される。ボリュームディスプレイドライバ２０４は、複数のディスプレイ要素２１２の動作状態を制御するように構成される。処理ユニット２０６は、３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成され、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる。プロジェクタ２０８は、複数の画像スライスを複数のディスプレイ要素２１２上に投影するように構成される。制御ユニット２１０は、投影ボリューム内に３次元画像を提示するように、ボリュームディスプレイドライバ２０４およびプロジェクタ２０８を制御するように構成される。
【０１１９】
図２Ｂに示すように、テーブルトップボリュームディスプレイ装置２００はさらに、処理ユニット２０６に接続されるインプットデバイス（インプットデバイス２１４として示される）を少なくとも１つ備える。インプットデバイス２１４は、動作中に、テーブルトップボリュームディスプレイ装置２００によって提示される画像内容を対話形式で制御するために、ユーザがインプットを提供することを可能にし、さらに、処理ユニット２０６は、ユーザインプットに基づいて、３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成される。さらに、テーブルトップボリュームディスプレイ装置２００は、電力管理モジュール２１６を備えることが示されている。電力管理モジュール２１６は、ボリュームディスプレイドライバ２０４および制御ユニット２１０に接続され、動作中に、電源２１８からボリュームディスプレイドライバ２０４および制御ユニット２１０に電力を分配する。さらに、処理ユニット２０６は、３次元画像を処理して複数の画像スライスを生成するように構成されるグラフィクス処理ユニット（グラフィクス処理ユニット２２０として示される）を少なくとも１つ備える。さらに、処理ユニット２０６は、外部画像ソース２２２に通信可能なように接続される。処理ユニット２０６は、リアルタイムまたは準リアルタイムで投影ボリューム内に３次元画像シーケンスを提示するために、外部画像ソース２２２から３次元画像シーケンスを取得し、対応する画像スライスを生成するようにそのシーケンスの個々の３次元画像を処理するように構成される。さらに、プロジェクタ２０８は、光源２２４、空間光変調器２２６および投影機構２２８を備える。プロジェクタ２０８は、所与の画像スライスを投影するときに、光ビームを照射するために光源２２４を採用し、光ビームを変調するために空間光変調器２２６を採用し、変調光ビームをマルチレイヤボリュームディスプレイ２０２に向けるために投影機構２２８を採用するように構成される。さらに、プロジェクタ２０８は、光操縦機構２３０に向かって複数の画像スライスを投影するように配置され、複数の画像スライスの投影は、光操縦機構２３０から複数のディスプレイ要素２１２に向けられる。さらに、制御ユニット２１０は、プロジェクタ２０８の光源２２４の動作を制御するための光源ドライバ２３２と、空間光変調器２２６の動作を制御するための空間光変調器ドライバ２３４とを備える。
【０１２０】
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本開示の実施形態による、所与の光ディフューザ３００の概略図および上面図がそれぞれ示されている。図３Ａおよび図３Ｂは、単に見やすくするために単純化された所与の光ディフューザ３００の図を含み、単なる単純化が本書の特許請求の範囲を不当に限定するはずのないことが、当業者なら理解できる。当業者は、本開示の実施形態の多くの変更形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。
【０１２１】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、所与の光ディフューザ３００は、２枚の支持基板（支持基板３０２Ａおよび支持基板３０２Ｂとして示される）と、複数のスペーサ（スペーサ３０４として示される）と、２枚の支持基板３０２Ａと３０２Ｂとの間の電気光学的に活性の媒体（図示せず）と、２枚の支持基板３０２Ａ〜Ｂの周囲に沿った少なくとも１つのポリマーシール（図示せず）と、動作中に２枚の支持基板３０２Ａ〜Ｂに電力を供給する導電性母線（導電性母線３０６Ａおよび導電性母線３０６Ｂとして示される）とを備える。２枚の支持基板３０２Ａ〜Ｂは、実質的に互いに平行に配置され、２枚の支持基板３０２Ａ〜Ｂのうちの内側を向いた面は透明電極物質で被覆される。さらに、２枚の支持基板３０２Ａ〜Ｂのうちの外側を向いた面は、反射防止物質で被覆することもできる。スペーサ３０４は、２枚の支持基板３０２Ａ〜Ｂに実質的に一様の間隔をあけるように、２枚の支持基板３０２Ａと３０２Ｂとの間に配置される。少なくとも１つのポリマーシールは、所与の光ディフューザ３００内に電気光学的に活性の媒体を収容するために採用される。特に、導電性母線３０６Ａ〜Ｂは、観視の妨害を最小限に抑制できるように、所与の光ディフューザ３００の縁部に沿ってＬ字形の構成になるように配置される。
【０１２２】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、本開示の実施形態による、所与のディスプレイ要素４００の概略図および上面図がそれぞれ示されている。図４Ａおよび図４Ｂは、単に見やすくするために単純化された所与のディスプレイ要素４００の図を含み、単なる単純化が本書の特許請求の範囲を不当に限定するはずのないことが、当業者なら理解できる。当業者は、本開示の実施形態の多くの変更形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。
【０１２３】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、所与のディスプレイ要素４００は、タイル状に配置される複数の光ディフューザ（光ディフューザ４０２、光ディフューザ４０４、光ディフューザ４０６および光ディフューザ４０８として示される）によって実装される。光ディフューザ４０２、４０４、４０６および４０８は、２枚の支持基板（支持基板Ａおよび支持基板Ｂとして示される）と、複数のスペーサ（スペーサ４１０として示される）と、支持基板Ａと支持基板Ｂとの間の電気光学的に活性の媒体（図示せず）と、支持基板Ａおよび支持基板Ｂの周囲に沿った少なくとも１つのポリマーシール（図示せず）と、動作中に支持基板Ａおよび支持基板Ｂに電力を供給する導電性母線４１２とを備える。光ディフューザ４０２〜４０８のそれぞれにおいて、導電性母線４１２は、対応する光ディフューザの縁部に沿ってＬ字形の構成になるように配置される。さらに、図示のタイル状の配置では、導電性母線４１２は、複数の光ディフューザ４０２〜４０８のタイル状の配置の周囲に沿って配設される。特に、導電性母線４１２は、概して、可視光線を透過しないので、このようなタイル状の配置がマルチレイヤボリュームディスプレイ内で使用されるときにユーザの観視の妨害を最小限に抑止できるように、タイル状配置の周囲に沿って配設される。
【０１２４】
図４Ａに示すように、所与のディスプレイ要素４００に対応する支持スラブ４１４が示されており、支持スラブ４１４は、所与のディスプレイ要素４００の光ディフューザ４０２、４０４、４０６および４０８を支持するために採用される。支持スラブ４１４は、所与のディスプレイ要素４００に位置の正確さならびに剛性をもたらす。マルチレイヤボリュームディスプレイは、複数のディスプレイ要素に対応する複数の支持スラブを含むことが理解される。
【０１２５】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、本開示の実施形態による、テーブルトップボリュームディスプレイ装置５０６内のマルチレイヤボリュームディスプレイ５０２および分離機構５０４の配置の異なる図が示されている。図５Ａおよび図５Ｂは、単に見やすくするために単純化された配置の図を含み、単なる単純化が本書の特許請求の範囲を不当に限定するはずのないことが、当業者なら理解できる。当業者は、本開示の実施形態の多くの変更形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。
【０１２６】
図５Ａに示すように、テーブルトップボリュームディスプレイ装置５０６内のマルチレイヤボリュームディスプレイ５０２および分離機構５０４の配置の概略図が示されている。分離機構５０４は、マルチレイヤボリュームディスプレイ５０２に隣接してそれに実質的に垂直に配置される。分離機構５０４は、テーブルトップボリュームディスプレイ装置５０６内の望まれない光の反射を吸収するために、かつ／または所与のディスプレイ要素の所与の部分を対象とする所与の画像スライスの投影が、所与のディスプレイ要素の隣接する部分に貫通することを制限するために、採用されることになる。特に、分離機構５０４は、テーブルトップボリュームディスプレイ装置５０６の（ユーザが観視する視点の反対側である）裏面に隣接して実質的に垂直に配置される。
【０１２７】
図５Ｂに示すように、テーブルトップボリュームディスプレイ装置５０６内のマルチレイヤボリュームディスプレイ５０２および分離用機構５０４の配置の、軸Ｘ‐Ｘ'に沿った断面図が示されている。マルチレイヤボリュームディスプレイ５０２は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置される、複数のディスプレイ要素（ディスプレイ要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、および５０８Ｄとして示される）を備える。さらに、ディスプレイ要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、および５０８Ｄは、積層されるように配置される。図示のように、マルチレイヤボリュームディスプレイ５０２はさらに、ディスプレイ要素５０８Ａ、５０８Ｂ、５０８Ｃ、および５０８Ｄを保護するために採用される、保護カバー５１０を少なくとも１つ備える。
【０１２８】
図６を参照すると、本開示の実施形態による、３次元画像を提示するためのテーブルトップボリュームディスプレイ装置６００の例示的な実装形態が示されている。テーブルトップボリュームディスプレイ装置６００は、複数のディスプレイ要素を備えるマルチレイヤボリュームディスプレイ６０２と、マルチレイヤボリュームディスプレイ６０２に接続されるボリュームディスプレイドライバ（図示せず）と、処理ユニット（図示せず）と、少なくとも１つのプロジェクタ（第１のプロジェクタ６０４および第２のプロジェクタ６０６）として示されると、ボリュームディスプレイドライバ、処理ユニット、第１のプロジェクタ６０４および第２のプロジェクタ６０６に接続される制御ユニット（図示せず）とを備える。図示のように、テーブルトップボリュームディスプレイ装置６００はさらに、分離機構６０８および光操縦機構６１０を備える。第１のプロジェクタ６０４および第２のプロジェクタ６０６は、光操縦機構６１０に向かって複数の画像平面を投影するように配置され、複数の画像平面の投影は、光操縦機構６１０から、複数のディスプレイ要素に向けられる。図示のように、光操縦機構６１０は、少なくとも１つの光学素子（光学素子６１０Ａ、光学素子６１０Ｂ、光学素子６１０Ｃ、および光学素子６１０Ｄとして示される）を備える。光学素子は、第１および第２のプロジェクタ６０４および６０６の投影機構と、マルチレイヤボリュームディスプレイとの間の、変調光ビーム（第１のプロジェクタ６０４からの光ビームＡおよび第２のプロジェクタ６０６からの光ビームＢとして示される）の光路上に配置される。さらに、第１のプロジェクタ６０４および第２のプロジェクタ６０６は、分離機構６０８の両側に配置され、第１のプロジェクタ６０４は、複数の画像スライスの第１の部分を複数のディスプレイ要素の第１の部分６１２に投影するように構成され、第２のプロジェクタ６０６は、複数の画像スライスの第２の部分を複数のディスプレイ要素の第２の部分６１４に投影するように構成される。
【０１２９】
図７を参照すると、本開示の実施形態による、プロジェクタ（図示せず）から所与の画像スライスの一部分の投影Ａを受けている間のマルチレイヤボリュームディスプレイ７００の拡大断面図が示されている。マルチレイヤボリュームディスプレイ７００は、タイル状に配置される複数の光ディフューザによって実装される複数のディスプレイ要素を備えることが示されている。図示のように、所与の画像スライスの一部分の投影Ａは、光操縦ユニットから（具体的には、光操縦ユニットの光学素子７０２から）光ディフューザのセット７０４の中の所与の光ディフューザ７０４Ａに向けられる。特に、光ディフューザのセット７０４とセット７０６との間に分離機構７０８が配置される。しかし、セット７０４の所与の光ディフューザ７０４Ａへの入射が意図される投影Ａは、隣にあるセット７０６の光ディフューザ（１つまたは複数）への入射でもある。したがって、このような場合、処理ユニットは、所与の画像スライスのうちの投影Ａに対応する部分に表されるグラフィカル情報が、対応する光ディフューザ７０４Ａの使用可能なフィル領域内で全体的に表示可能になるように、所与の画像スライスのこのような部分を処理するように構成される。所与の画像スライスのこのような処理は、所与の光ディフューザ７０４Ａの使用可能なフィル領域の角度幅に基づく。
【０１３０】
図８を参照すると、本開示の実施形態による、テーブルトップボリュームディスプレイ装置によって、３次元画像を提示するための方法８００のステップが示されている。方法８００では、テーブルトップボリュームディスプレイ装置は、マルチレイヤボリュームディスプレイおよび少なくとも１つのプロジェクタを備える。マルチレイヤボリュームディスプレイは複数のディスプレイ要素を備え、複数のディスプレイ要素は、投影ボリュームを形成するように実質的に平行に配置される。ステップ８０２で、３次元画像は、複数の画像スライスを生成するように処理され、所与の画像スライスが、対応するディスプレイ要素上に投影されることになる。ステップ８０４で、複数の画像スライスは、投影ボリューム内に３次元画像を提示するために、複数のディスプレイ要素の動作状態を制御する間に、少なくとも１つのプロジェクタによって複数のディスプレイ要素上に投影される。
【０１３１】
ステップ８０２から８０４は単なる例示であり、他の代替形態を提供することもでき、本書の特許請求の範囲から逸脱することなしに、１つもしくは複数のステップが追加されるか、１つもしくは複数のステップが省略されるか、または１つもしくは複数のステップが異なる順序で行われる。
【０１３２】
上記に記載した本開示の実施形態の修正は、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の範囲から逸脱することなく可能である。本開示を説明し特許請求するために用いられる「含む」、「備える」、「組み込む」、「有する」、「である」などの表現は、排他的でない形式で、すなわち、明示的に記載されていない項目、構成要素または要素も存在できるものと解釈されるものである。単数形の言及でも複数形に関係するとも解釈されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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