(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイハウジングと、
粒子クラウドを含む３次元フリースペースにそれぞれ２次元画像からなる２次元画像コンポーネントを投影する複数のプロジェクターと、
を備える３次元ディスプレイシステムにおいて、
前記プロジェクターは、それぞれ、プロジェクターから投影画像までの距離を調節する手段を備え、
前記プロジェクターは、それぞれ、前記ディスプレイハウジングに枢着されて、前記投影された２次元画像コンポーネントの該プロジェクターに対する水平・垂直位置を調節し、
前記２次元画像コンポーネントは組み合わされて、少なくとも１つの外面を有する３次元オブジェクトの画像が形成され、
前記２次元画像コンポーネントは、それぞれ、前記外面の一領域を形成する、３次元ディスプレイシステム。
【請求項２】
前記プロジェクターは、それぞれ、その投影ラインを中心に回転可能である、請求項１に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項３】
前記プロジェクターは、それぞれ、光源、ディスプレイ画面、およびズームレンズを備える、請求項１に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項４】
前記ズームレンズは液体ズームレンズである、請求項３に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項５】
前記プロジェクターは、それぞれ、波面変調器をさらに備える、請求項３または請求項４に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項６】
前記プロジェクターは、それぞれ、長尺の正四角柱形状のプロジェクターハウジングをさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項７】
前記プロジェクターは、それぞれ、円錐台形状のプロジェクターハウジングをさらに備え、前記ディスプレイ画面は前記ハウジングの狭端部近傍に配置され、前記ズームレンズは広端部近傍に配置される、請求項１〜５のいずれかに記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項８】
少なくとも１台のカメラと、画像処理ソフトウェアを備えたコンピューターと、をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項９】
前記投影された２次元画像コンポーネントの一部は数字またはその他の記号により形成され、前記画像処理ソフトウェアは、前記１台以上のカメラからの１つ以上のビデオ信号からの数字またはその他の記号の散乱を検出するように構成されている、請求項８に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項１０】
前記数字またはその他の記号は、人の目には見えない電磁スペクトルの一部に投影される、請求項９に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項１１】
前記数字またはその他の記号は紫外線で投影される、請求項１０に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項１２】
前記数字またはその他の記号は赤外線で投影される、請求項１０に記載の３次元ディスプレイシステム。
【請求項１３】
コンピューター操作方法であって、
該コンピューター操作方法は、ディスプレイハウジングと、粒子クラウドを含む３次元フリースペースにそれぞれ２次元画像からなる２次元画像コンポーネントを投影する複数のプロジェクターと、少なくとも１台のカメラと、を備える３次元ディスプレイシステムであって、前記プロジェクターは、それぞれ、該プロジェクターから投影画像までの距離を調節する手段を備え、前記プロジェクターは、それぞれ、前記ディスプレイハウジングに枢着されて、前記投影された２次元画像コンポーネントの該プロジェクターに対する水平・垂直位置を調節し、前記２次元画像コンポーネントは組み合わされて、少なくとも１つの外面を有する３次元オブジェクトの画像が形成され、前記２次元画像コンポーネントは、それぞれ、前記外面の一領域を形成する、３次元ディスプレイシステムを用い、
（ａ）前記コンピューターの制御により、前記プロジェクターが、前記ディスプレイ上に３次元オブジェクトを表示するステップと、
（ｂ）前記コンピューターの制御により、前記プロジェクターが、前記オブジェクトの表面に、プログラム、機能、データ、または装置のそれぞれに関する記号を表示するステップと、
（ｃ）前記コンピューターが、前記カメラからの画像に基づき、前記オブジェクトの表面に隣接するユーザーの手またはその他の付属器官の存在および位置を検出するステップと、
（ｄ）前記コンピューターが、前記ユーザーの手または前記その他の付属器官を検出した箇所の近傍に表示されている記号に応じて、該記号が示すプログラム、機能、データ、または装置について、該プログラムを起動すること、該機能を有効化すること、該データを読み込むこと、または該装置に関連した機能を有効化すること、のいずれかを行うステップと、を含む方法。
【請求項１４】
（ｅ）前記コンピューターの制御により、前記プロジェクターが、前記ステップ（ａ）において表示された前記３次元オブジェクトのサイズを縮小するステップと、
（ｆ）前記コンピューターの制御により、前記プロジェクターが、前記ステップ（ｃ）においてユーザーが選択した記号が示す、起動したプログラムの各機能、読み込んだデータの各要素、または装置の各コンテンツをそれぞれ表す新しいオブジェクトを表示するステップと、
をさらに含む請求項１３に記載のコンピューター操作方法。
【請求項１５】
ワールドワイドウェブ閲覧方法であって、
該ワールドワイドウェブ閲覧方法は、ディスプレイハウジングと、粒子クラウドを含む３次元フリースペースにそれぞれ２次元画像からなる２次元画像コンポーネントを投影する複数のプロジェクターと、少なくとも１台のカメラと、を備える３次元ディスプレイシステムであって、前記プロジェクターは、それぞれ、該プロジェクターから投影画像までの距離を調節する手段を備え、前記プロジェクターは、それぞれ、ディスプレイハウジングに枢着されて、前記投影された２次元画像コンポーネントの該プロジェクターに対する水平・垂直位置を調節し、前記２次元画像コンポーネントは組み合わされて少なくとも１つの外面を有する３次元オブジェクトの画像が形成され、前記２次元画像コンポーネントは、それぞれ、前記外面の一領域を形成する、３次元ディスプレイシステムを用い、
（ａ）前記コンピューターの制御により、前記プロジェクターが、前記３次元オブジェクトとして、第１のウェブページを前記３次元ディスプレイに表示するステップと、
（ｂ）前記コンピューターが、前記カメラからの画像に基づき、前記表示されたウェブページに隣接するユーザーの手またはその他の付属器官の存在および位置を検出するステップと、
（ｃ）前記コンピューターが、前記第１のウェブページ上のハイパーリンク近傍で前記ユーザーの手が検出された場合、前記第１のウェブページのサイズを縮小し、前記ハイパーリンクのターゲットであるウェブページを拡大して表示するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
前記ウェブページの少なくとも１つは、各２次元画像コンポーネントの３次元位置を定義するマークアップ言語で書かれる、請求項１５に記載のワールドワイドウェブ閲覧方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのウェブページは、標準的な２次元ディスプレイ向けに設計されたＨＴＭＬまたはＸＨＴＭＬウェブページであり、各ウェブページの２次元画像コンポーネントの３次元位置を定義する３次元スタイルが適用される、請求項１５に記載のワールドワイドウェブ閲覧方法。
【請求項１８】
２つの文字盤と、
腕時計バンドと、
を備え、
前記文字盤の少なくとも一方に、請求項１に記載の３次元ディスプレイを設けた、両面腕時計。
【請求項１９】
ディスプレイハウジングと、
粒子クラウドを含む３次元フリースペースのそれぞれ異なる位置にそれぞれ２次元画像からなる２次元画像コンポーネントを投影する複数のプロジェクターと、
を備える３次元ディスプレイシステムにおいて、
前記プロジェクターは、それぞれ、プロジェクターから投影画像までの距離を調節する手段を備え、
前記プロジェクターは、それぞれ、前記ディスプレイハウジングに枢着されて、前記投影された２次元画像コンポーネントの該プロジェクターに対する水平・垂直位置を調節し、
前記２次元画像コンポーネントは組み合わされて、少なくとも１つの外面を有する３次元オブジェクトの画像が形成され、
前記２次元画像コンポーネントは、それぞれ、前記外面の一領域を形成する、３次元ディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は3次元ディスプレイに関し、特に、限定はしないが、ユーザーインタラクションを可能にする3次元ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
3次元ディスプレイシステムはよく知られており、複数の技術的なカテゴリーに該当する。立体視システムは2つの異なる画像を閲覧者（viewer）の2つの目に提示することで成り立つ。これは、2つの画像を同じ画面に投影し、閲覧者に偏光眼鏡またはカラーフィルター付きの眼鏡を提供して、第１の画像が閲覧者の右眼にだけ見え、第２の画像が左眼にだけ見えるようにすることで可能になる。眼鏡の不要な自動立体視システムも利用可能であり、視差バリアまたはレンチキュラーアレイにより別個の画像をそれぞれの眼に提示する。
【０００３】
立体視システムでは、画像に対する閲覧者の位置に関わりなく、閲覧者の左右の目には同じ画像が提示される。このため、閲覧者は画像の側面や裏面に回り込んで見ることはできず、奥行きのある単一の透視図が提示されるだけである。眼のトラッキング装置を使用して、閲覧者の視線を追跡し、リアルタイムで画像を調整することが行われてきた。しかしながら、このようなシステムは閲覧者が1人の場合にしか適さない。
【０００４】
立体ディスプレイも知られており、「掃引容積」装置などがある。このようなディスプレイでは、3次元画像を閲覧者に提示するため、残像を頼みに、可動2次元平面に3次元画像のスライスを急速に投影する。ただし、このような装置のディスプレイボリュームは、敏速に動く機械部品を備える必要があるため、掃引容積ディスプレイをインタラクティブな装置として使用することは不可能である。なぜなら、画像に触れると負傷するからである。このようなディスプレイは、また、ラップトップやタブレット、電話などのモバイルデバイスでの使用にも不適である。
【０００５】
「静的ボリューム」装置も知られており、これはディスプレイボリュームにおいて可動部品が不要となる。静的ボリュームディスプレイ装置の一例としては、レーザーを空中の一点に集束させ、その箇所で空気を電離してプラズマの玉を生成する。このようなディスプレイでは、ディスプレイボリュームにおける可動部品は必要ないが、表示された画像は比較的大きなピクセルで構成されているため、ディスプレイの解像度は低い。このディスプレイは、また、単色または少数の色に限定される。
【０００６】
3次元画像はホログラフィーにより生成することもできる。ただし、既知のホログラフィックディスプレイではユーザーインタラクションは利用できない。
【０００７】
上記の既存の3次元ディスプレイの多くは、仮想画像、またはディスプレイ内に限定された画像を生成する。実際の画像とは異なり、仮想画像には触れられないため、ユーザーインタラクションは不可能である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題を低減するか、実質的に未然に防ぐ、3次元インタラクティブディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、3次元ディスプレイシステムは、ディスプレイハウジングと、2次元画像を自由空間に投影する複数のプロジェクターと、を備える。各プロジェクターは、プロジェクターから投影画像までの距離を調節する手段を備える。また、各プロジェクターは、ディスプレイハウジングに枢着されて、投影された2次元画像のプロジェクターに対する水平・垂直位置を調節する。
【００１０】
複数のプロジェクターを設けることにより、複数の2次元画像コンポーネントから3次元画像を構築できる。これにより、あたかも実際の物体のように、多角度から見ることができる3次元画像が得られる。各画像コンポーネントは視野が小さく、光学収差を最小限に抑えられることになるため、小さな画像コンポーネントから画像を構築することは有利である。
【００１１】
小さい画像コンポーネントを統合して単一の3次元画像を形成できれば理想的である。しかし、2次元画像がわずかに分離している場合でも、説得力のある3次元効果を実現できる。場合によっては、それぞれ独立した複数の3次元画像を作成することが望ましいこともある。
【００１２】
調節可能なスローを有するプロジェクターを設け、ハウジングにプロジェクターを枢着することにより、各2次元画像コンポーネントの位置を変えることができる。このため、多くの異なる3次元画像を表示でき、動画を作成できる。ディスプレイボリュームには可動部品がないため、投影された画像に安全に触れることができる。画像は、解像度が高く多色とすることができ、表示するための特別な装置は必要ない。一度に複数の人がディスプレイを楽しむことができる。
【００１３】
各プロジェクターは、光源、ディスプレイ画面、およびズームレンズを備えることができる。また、各プロジェクターは波面変調器を備えてもよい。光源、ディスプレイ画面、およびズームレンズを備えたプロジェクターは従来の方法で動作し、画像をディスプレイ画面に投影し、ズームレンズ（および装備されている場合は変調器）を調整することで所定の箇所に合焦させる。
【００１４】
ズームレンズは液体ズームレンズであってもよい。液体ズームレンズは、ディスプレイ装置が携帯用の場合、特に有利である。従来の機械式ズームレンズに比べて大幅な省スペース化を実現できるためである。
【００１５】
各プロジェクターは、さらに、プロジェクターハウジングを備えることができ、長尺の正四角柱形状とすることができる。このような形状は、同タイプのプロジェクターをフレームに効率よく多数取り付けられるため、有利である。
【００１６】
各プロジェクターは、円錐台形状のハウジングを備えてもよく、ディスプレイ画面はハウジングの狭端部近傍に、ズームレンズは広端部近傍に配置する。このような形状は、ハウジングの壁に吸収される光を最小限に抑えて操作を効率化できるため、有利である。
【００１７】
少なくとも1台のカメラを設けることができ、カメラを画像処理ソフトウェアを搭載したコンピューターに接続してもよい。カメラをディスプレイ装置のディスプレイボリュームに向けて、投影画像との関連で実際の物体の存在および位置を検出してもよい。
【００１８】
カメラおよびコンピューターを設けた場合、各投影2次元画像コンポーネントの一部を数字またはその他の記号により形成し、１台以上のカメラからの１つ以上のビデオ信号からの数字またはその他の記号の有無を検出するように画像処理ソフトウェアを構成してもよい。そうすれば、コンピューターは、何らかの物理的な障害（例えばユーザーの手など）によって投影画像の一部が散乱した場合に、それがどの部分かを識別できる。
【００１９】
数字は、人間の目には見えない一部の電磁スペクトルに投影されることもある（例えば紫外線や赤外線など）。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、コンピューター操作方法は、
(a)ディスプレイハウジングと、2次元画像を自由空間に投影する複数のプロジェクターと、を備える3次元ディスプレイシステムを提供するステップであって、各プロジェクターは、プロジェクターから投影画像までの距離を調節する手段を備え、各プロジェクターはディスプレイハウジングに枢着されて、投影2次元画像のプロジェクターに対する水平・垂直位置を調節する、３次元ディスプレイシステムを提供するステップと、
(b)3次元オブジェクトを3次元ディスプレイに表示するステップと、
(c)オブジェクトの表面に、プログラム、機能、データ、または装置のそれぞれに関する記号を表示するステップと、
(d)オブジェクトの表面に隣接するユーザーの手またはその他の付属器官の存在および位置を検出するステップと、
(e)ユーザーの手を検出した箇所の近傍に表示されている記号に応じて、該記号が示すプログラム、機能、データ、または装置について、該プログラムを起動すること、該機能を有効化すること、該データを読み込むこと、または該装置に関連した機能を有効化すること、のいずれかを行うステップと、を含む。
【００２１】
コンピューターの操作方法は、
(f)ステップ(a)において表示されたオブジェクトのサイズを縮小するステップと、
(g)前記ステップ(ｃ)においてユーザーが選択した記号が示す、起動したプログラムの機能、読み込んだデータの要素、または装置のコンテンツのいずれかを表す新しいオブジェクトを表示するステップと、をさらに含む。
【００２２】
このコンピューター操作方法により、人間とコンピューターとのインタラクションが高度に視覚化され、ユーザーは、例えば、自分が閲覧しているデータ編成の表示を保持するといった3次元空間の利点を享受できる。これにより、従来の2次元インターフェイスより、複雑な相互接続データと機能をより迅速に理解できるようになる。
【００２３】
本発明の第3の態様によれば、ワールドワイドウェブ閲覧方法は、
(a)ディスプレイハウジングと、2次元画像を自由空間に投影する複数のプロジェクターと、を備える3次元ディスプレイシステムを提供するステップであって、プロジェクターは、それぞれ、プロジェクターから投影画像までの距離を調節する手段を備え、プロジェクターは、それぞれ、ディスプレイハウジングに枢着されて、投影された2次元画像のプロジェクターに対する水平・垂直位置を調節する、３次元ディスプレイシステムを提供するステップと、
(b)3次元ディスプレイ上に第１のウェブページを表示するステップと、
(c)表示されたウェブページに隣接するユーザーの手またはその他の付属器官の存在および位置を検出するステップと、
(d)第１のウェブページ上のハイパーリンク近傍で前記ユーザーの手が検出された場合、第１のウェブページのサイズを縮小し、ハイパーリンクのターゲットであるウェブページを拡大して表示するステップと、を含む。
【００２４】
本発明の第２の態様による方法と同様、本方法でも、ユーザーは、自分が訪れているウェブページの相互接続性をより強く認識して把握できる。特定のページを表示している間、ユーザーはそのページからどこへ移動できるかだけではなく、どこからそのページにアクセスしたのかも認識できる。このようにして、以前にアクセスしたサイトへのバックトラッキング等の非直線的な閲覧が容易になり、情報をユーザーの思考に同化させることができる。
【００２５】
ウェブページは、各要素の3次元位置を定義するマークアップ言語で書くことができる。したがって、このようなウェブページは、本発明の第３の態様によるディスプレイおよびインタラクティブ方法用に最適化することができる。
【００２６】
また、各ページコンポーネントの3次元位置を定義する3次元スタイルを、標準的な2次元ブラウザーでの表示用に設計されたHTMLまたはXHTMLウェブページに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明をよりよく理解するため、またどのようにすれば有効になるのかをより明確に示すため、以下の添付図面を例としてのみ参照する。
【図１】本発明の第１の態様に基づく3次元ディスプレイシステムの概要透視図を示している。
【図２】図1の3次元ディスプレイシステムの構成部品であるプロジェクターの概要透視図を示している。
【図３】図1のディスプレイシステムにおける図2のプロジェクターに代わるプロジェクターの代替実施形態を示している。
【図４】図2のプロジェクターと図3のプロジェクターとの比較を示す。
【図５】図2のプロジェクターの回転載置を示している。
【図６】図2のプロジェクターの枢着を示している。
【図７】フレーム上での図2のプロジェクターの複数のコピーの配置を示している。
【図８】フレーム上での図2のプロジェクターの複数のコピーの代替配置を示している。
【図９】フレーム上での図2のプロジェクターの複数のコピーのさらなる代替配置を示している。
【図１０】フレーム上での図2のプロジェクターの複数のコピーのさらなる代替配置を示している。
【図１１】フレーム上での図2のプロジェクターの複数のコピーのさらなる代替配置を示している。
【図１２】フレーム上での図2のプロジェクターの複数のコピーのさらなる代替配置を示している。
【図１３】使用時の図1のディスプレイ装置を示し、複数の視界が示されている。
【図１４】投影された3次元画像がハウジング内に含まれた、図1のディスプレイ装置を示す。
【図１５】投影された3次元画像が部分的にハウジング内に含また、図1のディスプレイ装置を示す。
【図１６】投影された3次元画像全体が完全にハウジングの外にある、図1のディスプレイ装置を示す。
【図１７】図1のディスプレイ装置によって投影された、背景、中景、前景で構成された画像を示す。
【図１８】図1のディスプレイ装置によって投影された柔軟なシートの画像を示している（実際に人が触れている）。
【図１９】図1のディスプレイ装置によって投影された液体表面の画像を示している（実際に人が触れている）。
【図２０】図1のディスプレイ装置によって投影された柔体の表面の画像を示している（実際に人が触れている）。
【図２１】図1のディスプレイ装置によって投影されている、ヒューマノイドの画像を示している。
【図２２】可動マウント上の凹面鏡を示している。
【図２３】図22の凹面鏡と併用されている図1の3次元ディスプレイシステムを示している。
【図２４】異なる位置における図23の配置を示している。
【図２５】さらに異なる位置における図24の配置を示している。
【図２６】本発明の第２の態様によるコンピューターオペレーティングインターフェイスを示している。
【図２７】図26の画像の一部にユーザーの手が触れた後の図26のインターフェイスを示している。
【図２８】図26のインターフェイスの一部である、電子メールメッセージのディスプレイを示している。
【図２９】本発明の第３の態様に基づくウェブブラウザーを示している。
【図３０】図29のウェブブラウザーを示しており、従来の2次元ウェブサイトが表示されている。
【図３１】本発明の第４の態様に基づく両面腕時計を示している。
【図３２】図31の腕時計の片面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
まず図1では、3次元ディスプレイシステム全体に符号10を付して示す。ディスプレイシステム10は、複数の投影ブロック12、複数のカメラ22、ディスプレイハウジング24、およびコンピューター26を備える。各投影ブロック12は、2次元画像コンポーネント102をディスプレイシステム10の前にある空間に投影する。複数の2次元画像コンポーネント102を組み合わせて3次元画像100を形成する。
【００２９】
各投影ブロック12の構造を図2に示す。各投影ブロックは、ブロックハウジング14、2次元ディスプレイ画面16、ズームレンズ18、および変調器20を備える。ハウジング14は、長尺の正四角柱形状である。2次元ディスプレイ画面16は、長尺のハウジング14の一方の端部にあり、ズームレンズ18がその反対側の端部にある。変調器20は、両端部間の実質的に4分の1の距離で、ディスプレイ画面16よりもズームレンズ18に近い方に配置されている。
【００３０】
2次元ディスプレイ画面16は、本実施例においては、コンピューター26によって制御されるLCDディスプレイである。ディスプレイ画面16は背面照光式である。使用時は、画像コンポーネントがディスプレイ画面16に表示され、ズームレンズ18および変調器20を調節して、投影ブロック12からの距離を設定変更可能な、空間内の任意の箇所に鮮明な画像を表示する。ブロックハウジング14は光を通さない素材で作成し、同じフレームに取り付けられている画像ブロック12間で光が交差して干渉を引き起こすことがないようにする。ズームレンズ18は、例えば、英国特許第2432010号（サムソン）に開示されるように、液体ズームレンズとしてもよい。
【００３１】
投影画像コンポーネント102の収差の一部は、変調器20および/またはレンズ18によって発生する場合がある。歪みは、生じうる収差の1種であり、コンピューター26で予測することができ、2次元ディスプレイ画面16に送る画像に逆の歪みを生じさせることで補償できる。球面収差もこの方法で補正できるが、実際には、閲覧者は球面収差には気づかない場合が多い。
【００３２】
ヘイズマシン（図示せず）は、空中に浮遊粒子のクラウドを提供し、半透明の霧を形成する。これにより、投影ブロック12は空中に浮遊する画像を投影できる。ヘイズマシンは、好ましくは、閲覧者の目には見えない、またはほとんど見えない、非妨害の霧を生成するために選択される。
【００３３】
投影ブロック28の他の実施形態が図3に示されている。この実施形態では、ブロックハウジング30は円錐台の形状になっている。この場合、2次元ディスプレイ画面１6は、ハウジング30の狭端部に、ズームレンズ18は、同広端部に設置されている。
【００３４】
投影ブロック12または28のいずれの実施形態においても、ディスプレイ画面16は、ブロック12または28の端部近傍ではなく、図6で示されているように、ブロック12または28の端部からある程度の距離をおいて配置してもよい。
【００３５】
投影ブロック28の形状は有利である。なぜなら、図4で示されているように、背面照光式のディスプレイ画面16からの光の大部分が、光を通さない壁に吸収されることなく、プロジェクターハウジング30から確実に投影されるためである。
【００３６】
代案として、投影ブロックは、ポイント、ピクセル、または画像のいずれかのコンポーネントを空間に投影可能な他の装置に置き換えることも可能である。たとえば、レーザーを使用して、気体に可視放射線を投影させてもよい。
【００３７】
投影ブロックの一部またはすべては、あらかじめ記録したホログラムを有するおよび写真乾板およびレーザーなどのホログラムを投影できる構造とすることも考えられる。
【００３８】
ここで図5および図6を参照すると、各投影ブロック12または28が、２つの直交軸Ａ−ＡおよびＢ−Ｂのいずれかを中心に旋回可能なようにディスプレイハウジング24に取り付けられている。各軸は、ディスプレイ画面16と同一平面上にあるハウジング12または28の端部にあり、それぞれディスプレイ画面16の端部に対して垂直である。各投影ブロック12または28も、角柱形状または円錐台形状のブロックハウジングの主軸を中心に90度回転できる。マウントはモーター駆動式であり、コンピューター26で制御して、使用時は、投影ブロック12または28を軸A-Aを中心に旋回することにより、投影された画像コンポーネント102を、それぞれ、ディスプレイシステム10の表面に平行な水平X方向に移動するか、投影ブロック12または28を軸B-Bを中心に旋回することにより、投影された画像コンポーネント102を、それぞれ、ディスプレイシステム10の表面に平行な垂直Y方向に移動するか、ズームレンズ18および変調器20を調整することにより、投影された画像コンポーネント102を、それぞれ、ディスプレイシステム10の表面に垂直なZ方向に移動することができる。ハウジングを回転できることで、3次元画像100を形成する際に、画像コンポーネント102の配置における柔軟性が高まるという利点がある。
【００３９】
本実施形態において、ディスプレイ画面16は正方形だが、他の形状のディスプレイ画面も使用できる。その場合は90度の回転により2次元画像コンポーネント102におけるアスペクト比が異なる。
【００４０】
図7〜図12には、ディスプレイハウジング24内での投影ブロック12または28の異なる配置が示されている。投影ブロック12または28の配置は、ディスプレイ上に表示しようとする画像の形状に最も適するように選択できる。たとえば、図10は球形配置した投影ブロックを示しており、投影ブロック12または28はディスプレイから外向きになっているため、3次元画像100はディスプレイを完全に包囲することができる。3次元画像100は、たとえば、パノラマの風景とすることができ、複数の人がディスプレイ装置10の上および下へと動きまわって見ることができる。図12は半球状の配置を示しており、これは、ラップトップやタブレット、携帯電話などのモバイルデバイスでの使用に適している。
【００４１】
使用時は、図13に示されているように、複数の画像コンポーネント102で構成されているディスプレイ装置10により3次元画像100を投影する。閲覧者112の位置によって一部の画像コンポーネント102は閲覧者の視野に入るが、それ以外の画像コンポーネントは見えない。これは実際の3次元オブジェクトを見た場合と一致する。すなわち、他の部分によって隠されていない部分だけが見えるのである。図13では、閲覧者112aは画像コンポーネント102aを見ることができるが、画像コンポーネント102bは見えない。同様に、閲覧者112bは画像コンポーネント102bを見ることができるが、画像コンポーネント102aは見えない。各画像コンポーネントは、特定の角度範囲内にいる閲覧者には見えるが、その角度範囲外にいる閲覧者には見えない。
【００４２】
投影3次元画像は、図14のように、ディスプレイハウジング24の境界内にあるか、図15および図16のように、全体または一部がハウジング24の境界外にある場合もある。
【００４３】
図17は、2次元前景104、中間画像106、および背景108で構成されている3次元画像100を示している。前景104は、中間画像106と背景108の一部を覆って遮断している。しかし、閲覧者は、移動すれば、前景の向こう側や周囲から背景108と中間画像106のそれまで隠れていた部分を見ることができる。
【００４４】
3次元画像100は物理的なオブジェクトの存在に反応できるため、ユーザーは3次元ディスプレイ10上の画像100と相互作用することが可能になる。
【００４５】
図18〜図20は、数多くのインタラクションの例を示している。図18では、投影画像100は柔軟なシートに投影されている。3次元画像100は、物理的な柔軟なシートと同様に、ユーザーのタッチに反応しているように見受けられる。図19では、投影画像100は液体表面に投影されている。ユーザーの手110が画像に触れると、接触点から波または小波が外向きに移動していくように見える。図20では、投影画像100は、例えば、砂の塊などの、柔らかく弾力性のない素材の表面となっている。ユーザーの手110が投影画像の表面に触れると、表面にくぼみができ、手110を離した後もそのまま残る。この図では、手110は画像の左から右に水平に動いており、直線的なくぼみができている。
【００４６】
上記および図18〜図20で示されている例に限らず、3次元インタラクションはカメラ22の使用によって実現できる。カメラ22は、画像100が投影されているエリアに向けられている。図21に示されているように、各画像コンポーネント102には数記号でマークが付けられる。各数記号を小さくして、目立たないもの、またはユーザーにはほとんど見えないものとしてもよい。各数記号は、電磁スペクトルの見えない部分、例えば、紫外線や赤外線などに投影してもよい。コンピューター26は、カメラ22からビデオ信号を受信し、画像コンポーネント102において見えなくなった数記号に基づき、オブジェクトの存在によって画像コンポーネント102がいつ散乱したかを識別できる。このようにして、外部オブジェクトの位置を識別でき、ディスプレイ画面16に送信されたビデオ信号、投影ブロック12のズームレンズ18および変調器20、さらにはモーター駆動式のマウントの投影ブロック12の角度位置を調整することで、投影3次元画像100が適切に反応するようにできる。
【００４７】
また、コンピューター26は、カメラ22の視野内でオブジェクトの位置と動きを検出できる画像処理ソフトウェアを備えてもよい。この方法には、投影画像100が数記号で不明瞭なってしまうことがないという利点がある。好適な画像処理テクニックについては、Dellaert et al. (2000) の『Structure from Motion without Correspondence, IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition』と『Hartley and Zisserman (2004), Multiple View Geometry in Computer Vision, Cambridge University Press』で説明されている。空間内のオブジェクトの位置を検出できるレーザー、レーダー、または類似した技術を使用しても同じ効果を得ることができる。
【００４８】
カメラ22を使用して、動いている人や物を記録することも可能である。コンピューター26は、カメラ22からのビデオストリームを使用して、既知のテクニックを用いてその場面の3次元モデルを構築してもよい。3次元モデルはその後、3次元ディスプレイ装置10で再生できる。記録は保管してもよく、電子メールなどで別の人に送信してもよい。
【００４９】
図22では、凹面鏡ユニット40全体に符号40を付して示す。凹面鏡ユニット40は、凹面鏡42、凹面鏡外面の中心に固定され、その中心点における曲面の接線に対して垂直に伸びている第１の支持部材44、および第１の支持部材に枢着されている第２の支持部材46で構成されている。第２の支持部材46は、使用時は、例えば床または壁などにしっかり固定される。第１の支持部材44が第２の支持部材に連結されている場合は、モーター駆動式のマウント48を設け、鏡42が3つの直交軸を中心に回転可能とする。モーター駆動式マウントをコンピューター26で制御して、凹面鏡の位置を調整する。
【００５０】
図23に示されているように、可動式の凹面鏡ユニット40はディスプレイ装置10により投影された3次元画像100を映すことができるため、その全体を異なる位置に移動することができる。3次元画像の位置は、モーター駆動式のマウント48を制御することにより、コンピューターで制御できる。また、第２のモーター駆動式マウント50を設けて、サポートトラス52上に3次元ディスプレイハウジング24をサポートする。第２のモーター駆動式マウント50は、第１のモーター駆動式マウント48と同様の動作自由度を提供し、コンピューターで制御され、また、投影画像100を位置決めする際の自由度を高める。
【００５１】
画像の位置を調整可能とすることにより、図23〜図25に示されているように、閲覧者は、3次元画像100を、立位、座位、または寝そべった姿勢でも見ることができる。画像位置の調整は、ユーザーが手動で、例えば、リモートコントロールを介して行うことができる。または、コンピューター26で自動的に画像の位置を調整することもでき、ユーザーの頭の位置を追跡するためにカメラ22からの入力を使用する。
【００５２】
3次元ディスプレイシステム10を用いて、図22〜図24で示されているように、コンピューターを操作することもできる。図26において、3次元コンピューティングインターフェイス120は、第１の3次元球体122の投影画像で構成されているが、この投影画像は3次元ディスプレイシステム10で投影されたものである。コンピューターに接続されている種々のストレージ装置は、第１の球体122の表面に文字または記号124で示される。プログラムまたはデータファイルを同様の文字や記号であらわすこともできる。ユーザーがしかるべき記号に触れると、上記のいずれかの方法で検出され、第１の球体122のサイズが縮小されて第２の球体126が投影され、例えば、選択されたストレージ装置中のファイルまたはディレクトリー、選択されたプログラムの機能、選択されたデータファイルのデータなどが、図27のように示される。複数のプログラムやディレクトリー、ファイルを任意の特定の時間に開くことができ、それらはそれぞれ独自の球体（現在ユーザーインタラクションを受けていない背景タスクを示すより小さな球体）に示される。球体以外の形状を使用して、コンピューターシステム内の装置やプログラム、データを同様にあらわしてもよい。図28では、電子メールのメッセージが受信され、送信者の3次元画像とともに3次元ディスプレイ10に表示されている。
【００５３】
図29および図30は、3次元ウェブブラウザー130を示している。3次元コンピューティングインターフェイス120と同様、ウェブページ132は球体としてのブラウザー130であらわされる。ユーザーが、別のウェブサイトへのリンクを示すようマークが付けられた第１の球体の表面の一部に触れると、第１の球体のサイズが縮小され、大きなサイズの第２の球体が現れてリンクされたページを示す。ウェブページ132は、各コンポーネントの3次元位置を特定するマークアップ言語で、特に3次元ディスプレイ用に設計することができる。または、3次元スタイルを従来の2次元HTMLやXHTMLウェブページにローカルに適用することも可能である。ブラウザーは複数のウェブページを同時に表示できる。互換性のために、ウェブブラウザー130でも、3次元スタイルの定義を追加することなく2次元ウェブページ134を表示できる。3次元ビデオをウェブページに埋め込んでもよい。
【００５４】
ここで図31および図32を参照する、両面腕時計70は、第１の文字盤72、第２の文字盤74、および両文字盤同士を接続するバンド76で構成されている。腕時計70は、着用した際に２つの文字盤が着用者の手首の対向する各側にくるように配置される。バンド76には、文字盤72と74との間の通信用配線が埋め込まれている。
【００５５】
図32は、腕時計の文字盤72と74の一方を拡大したものである。各文字盤には、概ね上述したような3次元インタラクティブディスプレイが備えられている。腕時計は、時刻およびその他の有用な情報を3次元ディスプレイで表示する。ディスプレイは、各文字盤におけるプロジェクターを着用者の手の周囲のディスプレイエリアに向けた状態で、別個に動作するか、または同一3次元インタラクティブディスプレイの一部とすることができる。腕時計70は高解像度で多色の3次元効果を演出でき、着用者の友人らにも好印象を与えることができる。
【００５６】
腕時計には、例えばWi-Fi (RTM)標準規格準拠に準拠した、ワイヤレス通信リンクが設けられる。このため、この腕時計を使用して、3次元ビデオメッセージなどの電子的なメッセージを送信できる。テキストベースのメッセージを送信する際は、インタラクティブなキーボードを3次元インタラクティブディスプレイに投影してもよい。
【００５７】
ディスプレイのハウジングと光を通さないプロジェクターのハウジングはプラスチック製とし、特に、生分解性バイオプラスチック製として、使用期間終了後の装置が環境へ及ぼす影響を抑制することもできる。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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