(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）イメージ・プロジェクタと、
ｂ）イメージ・プロジェクタから外へ放射する遠端部と、近端部とを有する複数の光ファイバと、
ｃ）光ファイバの遠端部により形成されるディスプレイと、
ｄ）前記イメージ・プロジェクタから遠去かるように前記光ファイバの前記遠端部を制御可能に動かすことが可能な印刷回路を含む光ファイバ調整組立体と、
ｅ）前記イメージ・プロジェクタにより、複数色で投射されるビデオ・イメージと、
ｆ）前記ビデオ・イメージと光ファイバとから形成され、遠端部の各々が前記ビデオ・イメージの画素となる表示レリーフ・イメージと
を備える３次元レリーフ・イメージを変化可能に形成しそして表示できる装置。
【請求項２】
ａ）前記光ファイバの各遠端部に対する場所を決定するために信号を発生するとともに、人間が接触して前記ファイバが動いた場合には、前記ファイバの位置の変化とファイバの運動方向を検知する少なくとも１つのセンサと、
ｂ）前記センサから受信した前記信号を処理することにより前記センサとインターフェースするコンピュータと、
ｃ）前記表示レリーフ・イメージに対応付けされた光ファイバの位置を含む索引テーブルと、
ｄ）前記少なくとも１つのセンサからの前記信号を利用して、少なくとも１つの光ファイバに対する分裂の配置、サイズ、形状、速度および角度を決定する、コンピュータに搭載されたコンピュータ・ソフトウェアと
を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光ファイバ調整組立体が、
ａ）組立体として構成され、前記光ファイバと接続され動作可能な複数の円筒状のロッドと、
ｂ）電磁石を含み前記イメージ・プロジェクタから遠去かるように前記光ファイバの動きを制御するコントローラと
を備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光ファイバ調整組立体が、
ａ）円筒状壁面と、
ｂ）前記円筒状壁面内の円筒状の受容チャンバと、
ｃ）前記円筒状の受容チャンバに結合された光ファイバと、
ｄ）前記円筒状の受容チャンバの位置を検知する円筒状受容チャンバ位置センサと
を更に備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コトローラは、光ファイバを動かすためのソレノイド組立体を備えた、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記ソレノイド組立体は、
ａ）電源と、
ｂ）前記印刷回路に接続された電磁石リード線と、
ｃ）前記電磁石リード線に接続された電磁石と、
ｄ）前記印刷回路を前記センサに接続するセンサ・リード線と
を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ａ）真空管路と、
ｂ）前記真空管路と並行な圧力管路と、
ｃ）前記真空管路と圧力管路とに連通するポンプと、
ｄ）前記真空管路と圧力管路とに連通する内孔を持つ弁と、
ｅ）前記ピストンを前記弁に接続する弁制御ハウジングと、
ｆ）前記弁内孔に収受される弁制御組立体と
を含む空圧源組立体を更に備えた、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ソレノイド組立体は、電磁ドライバを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
ａ）前記イメージ・プロジェクタと、複数の光ファイバと、光ファイバ調整組立体とを包囲する外部ハウジングと、
ｂ）前記光ファイバの遠端部と接するフレームと、
ｃ）前記複数の光ファイバの整合状態を維持する光ファイバ・ガイドと、
を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
曲面の鑑賞面を形成するように構成され配置された複数のパネルを含む３次元レリーフ・イメージを変化可能に形成して表示できる装置であって、該パネルの各々が、
ａ）イメージ・プロジェクタと、
ｂ）前記イメージ・プロジェクタから外へ放射する遠端部と、近端部とを有する複数の光ファイバと、
ｃ）前記光ファイバの遠端部により形成されるディスプレイと、
ｄ）表示イメージに対応付けされた光ファイバの位置を含む索引テーブルにより、インターフェースするコンピュータと、
ｅ）少なくとも１つの光ファイバを動かす電磁界を生成するソレノイド組立体を含む光ファイバ調整組立体であって、前記コンピュータとインターフェイスを行うための印刷回路と、前記印刷回路に接続された電磁石と、前記組立体へ電源を供給するための電源とを備えた組立体と
を備えた装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、３次元表示装置に関し、特に可動電子機械的３次元表示およびその使用方法に関する。
２．従来技術
３次元レリーフ・イメージのモデリング表示の提供が長い間要望されてきた。高品位３次元表示システムは、例えば、新製品のモデリング、エンターテイメント、教育、科学的研究および軍事企画に顕著なインパクトを及ぼす。
過去においては、３次元（３Ｄ）表示を生成するシステムは、陰極線管（ＣＲＴ）イメージを反射するため平坦なプレートミラーを移動させるかあるいはプラスチック・ミラーを撓めることを含んでいた。他の手法は、ミラー面の運動と同期してＣＲＴに表示された情報を振動しながら反射するミラーを生成するため、金属リング上に張り渡された銀張りマイラー・フィルムを用いていた。ＣＲＴイメージを変換するこれら手法および他の手法は、Ｈ．Ｓｔｏｖｅｒの論文「３次元グラフィックスを固体グラウンド上に表示する端末（Ｔｅｒｍｉｎａｌ  Ｐｕｔｓ  ３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｇｒｏｕｎｄ）」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１９８１年７月２８日）。３次元表示を行う他の方法は、Ｈｅｌｌｉｗｅｌｌの「真３Ｄイメージを生成するフィッシュ・タンク（商標）表示（Ｆｉｓｈ  ＴａｎｋT  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｃｒｅａｔｅｓ  Ｔｒｕｅ  ３−Ｄ  Ｉｍａｇｅｓ）」（ＰＣ  Ｗｅｅｋ、第６巻、１９８９年９月２５日、１９ページ）において論述される。
しかし、これらの３次元ボリューム表示手法は、ＣＲＴスクリーンにおける使用のゆえに制限されていた。更に、このような手法は、一般に、リアルタイム・イメージを生じることができず、ＣＲＴスクリーンにおいて利用し得る可能な振動周波数により制限されてきた。更に、比較的大きな質量を持つ振動ミラーの使用が実質的な偏向を阻害し、これにより生成されたイメージをあらゆる角度から見ることができなかった。
ディスプレイを回転させることにより生じる３次元ボリューム・イメージは、同様な問題を有する。１つの問題は、これらイメージが回転スクリーンにより掃引されるスペースのボリュームのみを占めるように制限されることである。このようなシステムは、米国特許第４，８７１，２３１号および同第５，１７２，２６６号においてＦ．Ｇａｒｃｉａにより開示されている。例えば、米国特許第５，１７２，２６６号は、３次元イメージを投射するため回転する付角光ファイバ束を開示している。しかし、かかる回転光ファイバ束は、個々の光ファイバを観察者に向けて外方に動かすことができるように調整することができない。更に、大半のボリューム・ディスプレイのように、米国特許第４，８７１，２３１号および同第５，１７２，２６６号に開示されたＧａｒｃｉａのボリューム・ディスプレイは、間違いなく不完全な空間的ボリュームあるいは円筒状ボリュームに限定される。このことは、回転軸がスクリーン面を斜めに通過するに違いないためである。
回転スクリーンにおける別の問題は、種々の視点におけるイメージ輝度の不均一性である。イメージ輝度の問題は、スクリーンからスクリーン面に対して略々ゼロ度の角度で散乱される最小光量のゆえに生じる。このため、前記角度ではイメージは実質的にほとんど目に達しないので、非常に不鮮明なあるいは完全に空白の領域が生じる。
全ての３次元ボリューム・ディスプレイにおける別の固有の問題は、オブジェクト表面からの光の反射、不透明な固体オブジェクトの背面を見れないこと、およびレンズを通る光の屈折のような表示におけるイメージが物理的なオブジェクトの一般的な光学的特性を呈することができないことである。一般に、このように、全てのボリューム・ディスプレイは、これらのディスプレイが光学的な幻像に過ぎないという事実から結果として生じるゴースト状の透明な品質を有する。これらの３次元の幻像は見ることはできるが、触れたり感じたりすることができない。
他の者は、移動可能な垂れ幕に対して２次元のイメージを投射することにより、３次元のイメージ形成およびモデリングにおける問題を解明しようと試みた。参考のため本文に援用されるＧａｔｅｓの米国特許第４，１４８，６４５号および同第４，４１２，７９９号は、典型的な関連技術のこの種のディスプレイについて記載する。Ｇａｔｅｓにより開示された写真測量的な（ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｉｃ）３次元表示システムは、一般に、支持部材およびクロス部材ストリップからなる水平グリッドへ取付けられた可動ロッドにより調整可能である可撓性プラテン・スクリーンが設けられる。
Ｇａｔｅｓのプラテン・スクリーンは不透明であり、その上に高位置のプロジェクタにより着色イメージが示される。ロッドは、装置の特定の実施形態に従って、手動あるいは自動的に調整することができる。自動的に調整する実施の形態は、フォトセルに接続される光ファイバ・チューブを含む。フォトセルは、接続端子における電圧を受取った着色光量に比例して生じる。青みを含む赤の条件が満たされるまで、モータ駆動チューブが光ファイバ・チューブを調整する。青みを含む赤の条件がいったん満たされると、モータ駆動チューブが停止する。このように、可撓性のあるプラテン面全体が、投射イメージの実領域を表わす立体モデルを生じるのに適切な高さになる。
かかるシステムは、写真測量的および立体のレリーフ・モデリングに用いられると良好に働くが、その用途においてやや制限される。特に、可撓性ラテックスの水平プラテン・スクリーン上にイメージを投射するゆえに、当該システムは制約される。例えば、ラテックス・プラテン・スクリーンは、それ自体の柔軟性により制限されるため、ロッドの運動を制約する。更に、光がスクリーン上へ投射されるので、空気中を通過するとき投射光イメージの減衰を最小限にするために、プロジェクタは可撓性プラテン・スクリーンに対して比較的接近しなければならない。更にまた、プロジェクタとスクリーン間にあるユーザの手のようなオブジェクトが影を生じ、これにより可撓性プラテン・スクリーンへ投射されるイメージを歪曲する。最後に、プロジェクタが不透明プラテン・スクリーンにやや近くなければならないという事実が、３次元で表示を欲するオブジェクトの寸法をも制限する。
Ｇａｔｅｓはまた、ユーザがプラテン・スクリーンを介して接続されたコンピュータに直接インターフェースすることを可能にする自動化された電気機械的システムの提供に失敗している。Ｇａｔｅｓのシステムにおけるプラテン・スクリーンは、マウスあるいはキーボードのような周知のインターフェース・システムを備えたコンピュータに接続されるフォトセルにより手動かあるいは自動的に調整される。
必要とされるのは、ユーザに対して真に等身大のイメージを更に写実的に表示できる更に有効な３次元表示システムである。更に必要とされるものは、ユーザが表示されたオブジェクトに触れて感じることができるように、これにより表示装置と更に充分かつ完全にインターフェースできるように、ユーザと更に対話的なシステムである。
発明の概要
何であれその時３次元空間の２次元の幻像であるものの更に真の表示および更なる写実を提示する実物のような移動可能な３次元ディスプレイを提供することが本発明の目的である。
種々の形態の感触あるいは任意の形態の観察者／オブジェクトの表示接触を認める能力を表示に与えることにより、スクリーンが対話的となり、キーボード、マウスを統合化して１つのユニットに表示することを可能にすることが本発明の別の目的である。このような装置は、完全に機能的な個有化された３次元のキーボードをディスプレイ上に生成し、マウスをユーザの指と置換する。
ユーザを取り囲み、完全に対話的な体験を生じるように光景、音響および触覚をユーザに提供するシステムを容易に組込む小型の電気機械的な多目的シアター・システムを提供することが本発明の更に別の目的である。
【図面の簡単な説明】
本発明を例示する目的のため、その時選好される形態が図面に示されるが、本発明は図示される正確な構成および計装に限定されるものでないものとする。図面は基本的な例示のためであり、ある場合には同じ構成要素が幾何学的形状として示されるに過ぎない。
図面において、
図１は、本発明の３次元表示装置を図示する側面図、
図２は、本発明の３次元表示装置の回転破断斜視図、
図３は、鑑賞中ユーザにに見える状態の図１の装置の外観の縮小正面図、
図４は、基本的形態における図１の装置の縮小破断側面図、
図５は、ピストンと複数の光ファイバを示す図１の本発明の拡大斜視図、
図５ａは、光ファイバの遠端部を更に示す図５の光ファイバの斜視図、
図６は、図５のピストンおよび弁組立体の拡大詳細破断図、
図７は、図６の線７−７に関する弁の平面破断図、
図８は、ねじを設けた弁ハウジング内部の弁コックを示すため取出された図７の弁の図、
図８ａは、図８の弁コックの平面図、
図８ｂは、図８の弁コックの底面図、
図９は、１つのパネルの代替的な実施形態を示し、
図１０は、略々曲面の視覚面を持つ１つの大型ディスプレイとして機能するよう分けられた図９に示されたパネルと類似する１組のパネルを備える別の実施の形態を示し、
図１１は、１つの表示として機能する図９のパネルと類似する多数の単一表示パネルからなる略々球面状の視覚シアターである別の実施の形態を示し、
図１２は、パネルの床面上のトラック上の図１１におけるパネルと類似する吊り下げられた略々球面状の視覚シアターを示し、
図１３は、装置のブロック図である。
詳細な説明
本発明の装置１０は、図１に示されるような投射されたビデオ・イメージの３次元レリーフ・イメージを生じる。当該装置１０は、この装置などを冷却するための充分な空気を提供するため冷却通気口１６と空気取入れ部１７とを備える。装置１０はまた、音響が投射されたイメージを伴うように音響スピーカ１８が設けられている。
当該装置１０は、図２において破断状態で最もよく示される光ファイバ調整組立体１９をも備える。この光ファイバ調整組立体１９は、複数のマイクロピストン２０と複数の光ファイバ束２１とを含む。図５および図６に示されるように、各マイクロピストン２０は、頂部と底部とピストン・ロッド２０ａとを含む。マイクロピストン２０の頂部には、位置センサ２０ｂがある。ピストン２０の底部には、前記ピストンが弁体２０ｄの弁制御ハウジング２０ｃにより接続されている。その底部においては、弁２０がねじを設けた弁ステム２０ｅを有する。
図５ａに示されるように、各光ファイバ束２１は、遠端部２１ａを持つ複数の個々のファイバ２１ｂを有する。光ファイバ束２１は、やや柔軟であるが、折れたりバラバラになるのを防止するため、特に光ファイバ２１ｂの遠端部２１ａ付近では堅固でもある。更に、各光ファイバ束２１は、図２に示されるように、これも組立体１９の一部である結合器２９によりピストン２０のピストン・ロッド２０ａに接続されている。このため、各ピストン・ロッド２０ａが伸縮するとき、個々の光ファイバ２１ａの接続されたファイバ束２１もまた伸縮する。
ピストン・ロッド２０ａおよび関連する光ファイバ束２１の運動は、組立体１９の別の部分である、図６に最もよく示される電気的および空圧作動の集積回路制御システム即ちコントローラ２３により駆動される。このコントローラ２３は、空圧供給源組立体２３ｃと電気回路組立体２３ｄとを含む。組立体２３ｃおよび２３ｄは、当技術において公知のマイクロ電気回路が印刷回路板に形成されるとちょうど同様に、コントローラ２３に埋設される。この場合における相違は、マイクロピストン２０を運動させるのに必要な他の金属部もまたコントローラ２３に集積されることである。
次に図４ないし図６を参照すると、望ましい実施の形態において、空圧供給源組立体２３ｃは真空管路２３ａと圧力管路２３ｂとを含んでいる。圧力管路２３ｂは、真空管路２３ａと並行である。ポンプ２８が真空管路２３ａと圧力管路２３ｂとに連通して、これら管路に各空気流を供給する。例えば、空気は、真空管路２３ａから抜出されるか、あるいは圧力管路２３ｂへ補給される。ポンプ２８に対する空気は、保護用外部シェルまたは外部ハウジング２５における空気取入れ部１７により装置１０から外部へ循環される。
半球状の後部照明型イメージ・プロジェクタ２４が、コントローラ２３に隣接している。光ファイバ束２１の近端部２４ｂが、コントローラ２３を経てイメージ・プロジェクタ２４へ達する。プロジェクタ２４は、その投射面が物理的にあるいはコンピュータ・プログラムによって小さな投射部分２４ａに分割され、ピストン２０および光ファイバ束２１の太すぎる光ファイバに対する空間を供する。このため、ビデオ・イメージは、プロジェクタ２４から投射され、従来の２次元表示のピクセルとちょうど同じように表示レリーフ・イメージ１５を生じるため光ファイバ束２１の遠端部２１ａで再現される。新たなレリーフ・イメージ１５の特徴は、これがイメージと一緒にプロジェクタ２４に関して接近離反させられる遠端部２１ａにより形成され、単に２次元のピクセルによらないことである。
図２は、通気口１６、１７、スピーカ１８、光ファイバ調整組立体１９、コントローラ２３およびプロジェクタ２４を含む装置１０の全部分を完全に包囲する外部ハウジング２５を示している。図２はまた、ａ、ｂ、ｃ、ｄで示される如き外部ハウジング２５内の６個の単体ピストン２０および光ファイバ束２１の組の種々の配置を示している。文字ａ、ｂ、ｃはそれぞれ、１組が弛緩した状態および１組が完全に緊張した状態の２つのピストンと光ファイバの組を示している。文字ｄは、ディスプレイ２５ａを包囲即ち取囲む表示フレーム２６上に延長した光ファイバ束２１を示している。ディスプレイ２５ａは、光ファイバ束２１の全ての遠端部２１ａからなっている。
図２に示されるように、ピストン・ロッド２０ａは、ピストン２０と光ファイバ束２１とがプロジェクタ２４から完全に引張されたとき光ファイバ・ガイド２７の真下の地点において結合器２９により光ファイバ束２１に接続される。組立体１９の一部である光ファイバ・ガイド２７は、摩擦の小さなメッシュとして説明することができる。このガイド２７は、光ファイバ束２１の横方向運動を制御し、これにより伸縮ごとに光ファイバ束２１の適切な状態を維持することを助ける。
望ましい実施の形態においては、光ファイバ調整組立体１９はマイクロピストン２０、光ファイバ束２１、コントローラ２３、結合器２９および光ファイバ・ガイド２７を含むが、当業者は、調整組立体１９がかかる構造に限定される必要がないことを理解されよう。例えば、代替的な実施の形態においては、光ファイバ調整組立体１９は、参考のため先に本文に援用されたＧａｔｅｓの米国特許第４，４１２，７９９号に記載の如き調整レバーおよびカム作用面からなるものでもよい。更に、このレバーおよびカム作用面の代わりに、歯車列、ウォーム歯車、または他の回転動作する機械的システムの如き多くの機械的システムまたは電気機械的システムも光ファイバを運動させるのに適し得る。ソレノイドもまた考えられる。
可撓性に富む単体光ファイバ２１ｂを剛直な光ファイバ束２１中に一緒に保持するためには、光ファイバ束の遠端部２１ａは、図２に示されるように、遠端部２１ａからこれらが結合器２９に取付けられる地点まで一体に融解あるいは接着される。残りの長さの単体光ファイバ束２１ｂは自由状態のままで、結合器２９からイメージ・プロジェクタ２４に置かれた光ファイバ・ポート２４ａに相互に取付けられない状態に残される。この地点において、光ファイバの近端部２４ｂはその光ファイバ束の遠端部２１ａに一致した状態に形成される。光ファイバ束２１のこのような全体的形態は、最下地点まで引張られたときに単体光ファイバ２１ｂが光ファイバ・ガイド２７とコントローラ２３との間の収容域へ折曲がり得るように必要である光ファイバの可撓性を保持する。更に、光ファイバの遠端部２１ａに接する光ファイバ束２１およびフレーム２６の剪断質量が、光ファイバ束の遠端部２１ａが引張られたときこれら遠端部を適正な状態にほぼ保持するように更に作用する。
図４に示されるように、外部ハウジング２５の内部あるいは外部に配置されるコンピュータのインターフェース３０およびコンピュータ３１は、コントローラ２３に接続されている。電源３２が、電力を装置１０、コンピュータ・インターフェース３０、およびコンピュータ３１へ供給する。コンピュータ・インターフェース３０およびコンピュータ３１は、ディスプレイ２５ａを形成するため必要な光ファイバ束２１の全ての運動を監視するため装置１０の各部と共働する。例えば、位置センサ２０ｂが遠端部２１ａの位置を判定すると、この位置はコンピュータ・インターフェース３０を介してコンピュータ３１の索引テーブルに記憶される。この情報は、次に、光ファイバの遠端部２１ａの運動が要求されるとき、コンピュータ３１からコンピュータ・インターフェース３０を介してアクセスされる。ディスプレイ２５ａの物理的形態は、投射されたビデオ・イメージと同期してリアルタイム運動を生じるように１秒の約１／２４ごとに更新する。
図６において、ピストン２０は、円筒状壁面３４と、この円筒状壁面３４内部のピストン・チャンバ４４とを含む。ピストン２０のピストン・ロッド２０ａは、ピストン・チャンバ４４内で摺動自在に収受される。ピストン・ロッド２０ａは、管路２３ａ、２３ｂによりピストン・チャンバ４４へ供給される空気圧あるいは真空によってプロジェクタ２４に関して伸長あるいは収縮される。
ピストン・ロッド２０ａは、遠端部２１ａの位置の決定を助けるＵＰＣバーコードとやや似た読取り可能なスケール４０が記される。検知装置４１は、センサ２０ｂの一部である。この検知装置４１は、ＵＰＣバーコード・スキャナがバーコードを読取るように読取り可能なスケール４０上のマークを読取り、遠端部２１ａの正確な位置を決定する。当業者は、遠端部の位置を決定する他の方法が利用可能なことを理解されよう。例えば、直角位相検出器をこのような方法において用いることができる。
弁体２０ｄにおける圧力は、弁制御組立体３３により制御される。この弁制御組立体は、弁コック５０の運動を制御する。弁コック５０は、略々管状を呈し、頂部５０ｃの２個、側面５０ａに１個、底縁部５０ｂに１個の４個の開口を持つ内孔４９を有する。弁コックの内孔４９は、上部開口５０ｃ、圧力入口４７、およびねじステム２０ｅにある真空出口４８と連通している。弁コック５０は、上部の枢着点５０ｄと下部の枢着点５０ｅの２個の枢着点を有する。これら弁コックの枢着点５０ｄおよび５０ｅは、弁コック５０がねじを設けた弁体２０ｄの入口４７ａ内部で最小摩擦量で回転することを許容する。スプライン５２が、ピストン・チャンバ４４からの空気の流出および真空管路２３ａから弁体２０ｄを介するピストン・チャンバ４４内への空気の流入を許容する。スプライン５２はまた、弁コック５０がピストン・チャンバ４４内へ引込まれることを阻止する。
図７は、弁制御ハウジング２０ｃの頂部断面および電磁石４５の３つの配置を示している。この３個の電磁石４５は、弁制御ハウジング２０ｃの内部に配置される。一方、永久磁石５１は、円筒状弁コック５０の弁コック内孔４９に埋設される。電磁石４５の１つが付勢されると、永久磁石５１がこの電磁石に引付けられる。また、上部弁コック枢着点５０ｄが挿入されるスプライン５２の平面図も示される。
図８は、弁コック５０の取出された側面図を示している。平面図８ａおよび底面図８ｂは、開口５０ｃおよび５０ｂを更に詳細に示している。枢着点５０ｅ、５０ｄおよびねじを設けた弁体２０ｄおよび上部スプライン５２とのそれらの接触状態も示されている。
図４ないし図８ｂを参照して、電気回路組立体２３ｄは、電源３２、電源３２と接続するコントローラ２３に埋設された印刷回路２２、印刷回路２２に接続された電磁石リード線４６、電磁石リード線４６に接続された電磁石４５、およびこれも印刷回路２２に接続されたセンサ・リード線４２を含んでいる。センサ・リード線４２は更に、位置センサ２０ｂに接続されている。先に述べたように、位置センサ２０ｂはピストン・ロッド２０ａの位置を決定して、光ファイバ束２１の位置の決定を助ける。
次に図９および図１０を参照して、別の望ましい実施の形態において、３次元レリーフ・イメージ１１５を表示する装置１１０は、先に述べた表示装置１０と同様に、複数のパネル５５からなる。これらのパネル５５は、曲面の鑑賞表面６０を形成するように構成され配置される。パネル５５の各々は、表示装置１０と共通した多くの構成要素を有する。例えば、各パネル５５は、イメージ・プロジェクタ１２４、遠端部１２１ａおよび近端部１２４ｂ（図示せず）を持つ複数の光ファイバ１２１を備え、遠端部１２１ａがイメージ・プロジェクタ１２４から外方を照射し、光ファイバ１２１の遠端部１２１ａにより形成されるディスプレイ１２５ａ、および光ファイバの遠端部１２１をイメージ・プロジェクタ１２４に関して接近離反させる光ファイバ調整組立体１１９を備えている。
特に図９を参照して、パネル５５は、単一の表示装置１０と構造において類似する。しかし、パネル５５は、更に大きな基部対ディスプレイ比を有する形状を呈する。パネル５５の凹状形態は、２つ以上のパネル５５を一体に接合することを容易にする。図１０に示されるように、パネル５５は、１つの大きなディスプレイ即ち曲面の鑑賞面６０に分類される。図１１において、曲面の鑑賞面６０がユーザ１６５を略々包囲して略々球面状の個人用鑑賞シアター７４を形成する代替的な望ましい実施の形態が示される。
図１２において、別の望ましい実施の形態は、複数のパネル１５５からなる床６４を更に含んでいる。このパネル１５５は、構造において装置１０と同じであり、同様な方法で領域をシミュレートするように運動することが可能である。支持構造７６は、床６４の下方の地面に支持される。トラック７８が、支持構造７６により支持される。トラック７８は、種々の方法で支持構造７６により支持され、例えば、所定位置に運動可能に取付けられあるいは溶接することができる。
当該実施の形態において、動力付き頭上装置８１が、略々球面状の鑑賞シアターを任意の方向に動かす全ての機構を含む。例えば、垂直枢着軸７９が、略々球状の個人用鑑賞シアター１７４を水平面内に回転させ、垂直面内で上下に動かすことを可能にする。車輪８２が装置をトラック７８に沿って動かしながら、動力付き頭上装置８１はまた軸／レールの組合わせ８０に沿って前後に動く。このように、略々球状の個人用鑑賞シアター１７４の任意の位置あるいは運動方向が、電動機を軸駆動装置に組合わせることにより達成される。曲面の鑑賞面２６０と関連してユーザ２６５の運動を検出するため、運動センサの如き検知装置７０を略々球状の個人用鑑賞シアター１７４内部のパネル１５５における装置３１０に付加することができる。
使用および操作において
図１ないし図４に示された実施の形態において、ＣＤ  ＲＯＭあるいは他の媒体における第１の索引テーブルに記憶されたムービー・プログラムがコンピュータ３１へロードされる。このプログラムは、従来の映画ビデオ・テープまたはレーザ・ディスクにおけるようなイメージおよび音響ばかりでなく、各光ファイバ束２１の相対位置に関する情報をも含む．先に述べたように、個々の光ファイバ２１ｂは、遠端部２１ａおよび近端部２１ｂを有する。遠端部２１ａは、イメージ・プロジェクタ２４に配置されたポート２４ａに取付けられ、イメージ・プロジェクタから外方に照射する。光ファイバ束２１は、イメージ・プロジェクタ２４からの光波を遠端部２１ａの先端部へ運ぶように設計される。このため、ムービーが装置１０によりＣＤ  ＲＯＭから上演されると、図３に示されるようにディスプレイ２５ａの前方からユーザが鑑賞するとき、レリーフ・イメージ１５はイメージ・プロジェクタ２４により投射される色彩で見える。
ＣＤ  ＲＯＭを読出し中、装置１０のコンピュータ３１は、イメージおよび音響を投射するためイメージ・プロジェクタ２４を駆動するのみならず、光ファイバ束２１を動かすためコンピュータ・インターフェース３０を介して信号を光ファイバ調整組立体１９へ送出する。図１３に最もよく示されるように、コンピュータ３１がＣＤ  ＲＯＭ（ｆ．）に記憶された第１の索引テーブルから位置をいったん読出すと、コンピュータは第２の索引テーブルに記憶された遠端部２１ａのその時の位置をＣＤ  ＲＯＭに記憶された第１の索引テーブルから読出した前記遠端部の位置に比較する。この第２の索引テーブルは、コンピュータ３１のメモリあるいはディスク記憶装置に記憶されている。例えば、前記索引テーブルは、コンピュータのランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）または読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶することができる。ｇ．から受取ったその時の位置をｆ．から受取った基準位置に比較した後、コンピュータ３１は、信号（ｂ．）をコンピュータ・インターフェース３０を介して装置１０へ送信する。
図５および図６に示された検出装置２０ｂは、光ファイバ束２１の遠端部２１ａのその時の位置を連続的に決定する。先に述べたように、望ましい１つの実施形態では、入力（ａ．）はユーザ６５から入来する。図１３に示されるように、ａ．における入力は、遠端部２１ａの位置を変化させる。光ファイバの遠端部２１ａの運動がいったん判ると、電子信号が生成される。この生成された信号は、ちょうどコンピュータのキーボードのキーを押すかあるいはコンピュータのマウスをクリックすることがコンピュータのコマンドに対応するように、コンピュータのコマンドに対応する。例えば、ユーザの接触から生じたコンピュータ・コマンドは、ムービー・プログラムを開始するコマンドである。
次に図２および図１３を参照すると、遠端部２１ａを動かす信号（ｂ．）をコンピュータ３１から受信した後、組立体１９は、次にピストン・ロッド２０ａを伸長あるいは収縮するように駆動する。ピストン・ロッド２０ａが伸縮するとき、個々の光ファイバ２１ａの接続されたファイバ束２１もまた伸縮する。再びこれらの伸長および収縮の間、光ファイバ遠端部２１ａの位置はセンサ２０ｂにより常に監視され、コンピュータ３１により第２の索引テーブルにおいて更新される。
図５ないし図８ｂにおいて、コンピュータ３１は、コンピュータ・インターフェース３０を介して信号（ｂ．）を組立体１９における印刷回路２２へ送出することにより、ピストン・ロッド２０ａの運動を制御する。印刷回路２２は、この信号を弁制御組立体３３へ送る。これらの電気信号は、弁制御組立体３３の電磁石４５の１つを付勢することによりねじを設けた弁体２０ｄに対する空気の流れを制御する。電磁石４５により生じた電磁界が、弁コック５０の永久磁石５１を引付ける。
電磁石４５の１つに対する永久磁石５１の吸引は、弁コック５０の回転運動を生じる。回転運動の間、円筒状弁コック５０は３つの位置、即ち、（１）弁の圧力入口４７に弁コックの入口５０ａを整合してピストン・チャンバ４４を加圧状態にさせ更にピストン・ロッド２０ａおよび光ファイバ束２１をプロジェクタ２４から伸長させる位置、（２）弁コックの真空出口５０ｂを弁の真空出口４８に整合することによりピストン・チャンバ４４内に真空を生成し、更にピストン・ロッド２０ａおよび光ファイバ２１をプロジェクタ２４に向けて収縮させる位置、あるいは（３）圧力口または真空口のいずれも整合されず、これにより弁体２０ｄに対する空気流を閉鎖する第３の位置、の１つに停止する。
第３の、即ち閉鎖位置において、ピストン・ロッド２０ａは、その所望の位置に達したのでかかる位置を保持する。いったん所望の位置にあると、ピストン・チャンバ４４内の圧力の如何に拘わらず、位置が維持され続ける。ピストン・チャンバ４４内の圧力は変化しないので、ピストン・ロッド２０ａは移動しない。
当業者には、光ファイバおよびピストンを動かす圧力を供給する他のシステムが利用可能であり、本発明は本文に特に述べた如きシステムに限定されると解釈されるべきでないことを理解されよう。例えば、光ファイバを動かす流体圧作動システムも等しく働く。
図１２における実施の形態において、装置３１０のパネル１５５は、イグルー（エスキモーの氷の家）壁面のブロックのように分類され、従って、略々球状の鑑賞シアター１７４を生成する。図１１は、動かない球状の鑑賞シアター７４を備える代替的な実施の形態を示している。
当該実施の形態において、ヘッドセット７２がユーザ２６５により着用される。このヘッドセット７２は、ヘッドセット７２の運動と関連して曲面の鑑賞面６０を動かすようにセンサ７０とインターフェースする。例えば、ヘッドセットは、ヘッドセット７２の幾つかの位置からレーザ光を発射する。鑑賞面２６０は、発射されたレーザ光を受取ることができる受信ポートを備える。このため、幾つかの受信ポートがヘッドセット７２からレーザ光を受取ると、曲面の鑑賞面２６０は、この鑑賞面の中心がヘッドセット７２における発光ポートと整合されるまで回転する。鑑賞面２６０は、ユーザ２６５の頭部のヘッドセット７２の動きに従って常に回転する。当該実施の形態において、曲面の鑑賞面２６０もまた、ユーザ２６５の略々周囲で伸長して略々球状の個人用鑑賞シアター１７４を形成する。
先に述べたように、位置ロッド・センサ２０ｂもまた、プログラムされないピストン・ロッド２０ａと遠端部２１ａの運動を検出することができる。次に、コンピュータ３１は、配置、サイズ、形状、速度および角度に対してこれら外部的に生じた遠端部２１ａの分裂を処理する。これら５つの異なるレベルの入力情報を用いて、入力装置としての遠端部２１ａが従来のキー操作あるいはマウスのクリックよりはるかに大きな範囲の入力情報を有する。このため、図１２に示されるように、ユーザ２６５がシアター１７４に入ると、曲面の鑑賞面２６０がユーザのオプションを提示する。例えば、ユーザがシアター１７４へ入ると、パネル１５５に「どれかのパネルに触れてください」のようなフレーズが現れる。ユーザ２６５は手を伸ばして鑑賞面２６０の一部に触れることによりオプションを選択する。
ユーザ２６５が鑑賞面２６０に触れると、ユーザ２６５は光ファイバ２１ｂの少なくとも１つの遠端部２１ａを指、手あるいは他の物体を用いて変位させる。次いで、装置のセンサ２０ｂが変位させる光ファイバ２１ｂの動きを検知する。センサ２０ｂは、センサからの電子信号をコンピュータ３１へ送る。コンピュータ３１は、この信号を受取り、コンピュータにより受取られた信号に対応する第３の索引テーブルから応答を選択する。次に、コンピュータ３１は、コンピュータが選んだ応答に対応するピストン・ロッド２０ａと遠端部２１ａの運動シーケンスを開始し、これにより前記応答を実行する。
ユーザ２６５がいったんパネル１５５の任意の１つと接触すると、コンピュータ３１は、数種類のユーザ接触に対して対応的なコンピュータ・プログラムを開始する。ユーザは、随時、ちょうど通常のテレビジョン・セットのようにムービーを観ることができる。他の場合には、プログラムがユーザにある大きさの鑑賞面の接触を行うように要求し、従ってユーザ２６５はこのような理由から鑑賞面２６０に触れる必要がある。
別の実施の形態において、ユーザは、シアター外部でキーパッド・ディスプレイあるいは通常のコンピュータのキーボード上でプログラムを開始することもできる。更に別の実施の形態においては、ユーザの進入を検出してプログラムを開始するためにセンサを用いることもできる。
システムがいったんオンになると、ユーザ２６５が動きまわると、鑑賞面２６０上に載置された運動センサ７０が球状シアター１７４をユーザに追従させることを助ける。従って、ユーザが床６４上で向を変えたり動きまわってさえ、鑑賞面２６０は常にユーザの前面にあり、個々の光ファイバから形成された表示レリーフ・イメージ１１５が常にユーザに向けあるいは遠去かるよう投射する。
望ましい実施の形態において、ユーザ２６５がどこにいようとコンピュータ３１が追跡することができるように、ヘルメット即ちヘッドセット７２が装置３１０に組込まれている。このため、装置３１０は、ユーザ２６５に近づいて触れるかあるいは触れることを避ける位置を認知する。例えば、ユーザ２６５が異星人のムービーを観ているならば、異星人が鑑賞面２６０から飛び出すこともできる。実際には、図９に最もよく示されるように、鑑賞面２６０がユーザに向かって光ファイバ２１ｂを突出させ異星人の手をシミュレートする。このように、異星人は３−Ｄ形態でユーザ２６５に向かって飛び出す。次に、ディスプレイ２５ａは、異星人ムービーの情景が進行するに従って鑑賞面２６０内へ戻る。
別の実施の形態において、ユーザの手や足が鑑賞面に関してどこにあるかを追跡するために感光センサをユーザの手や足にそれぞれ配置することもできる。
図１３に示された更なる実施の形態において、代替的な入力装置あるいは隣接する入力装置として働くようにコンピュータ３１をアクセス（ｅ．）するため従来のキーボードを用いることができる。更に、従来のＣＲＴディスプレイ（ｄ．）は、装置１０に対して２次元（２−Ｄ）モニターとして働くこともできる。
先に述べたように、本発明に対してその趣旨から逸脱することなく他の多くの変更を行うことが可能である。これら変更の範囲は、請求の範囲から明らかになるであろう。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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