JP2005070843A

JP2005070843A - 立体表示装置

Info

Publication number: JP2005070843A
Application number: JP2003208726A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Asao; 恭史浅尾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】リアリティーが高く、違和感のない立体表示装置を提供する。
【解決手段】立体画像１３の表示が可能な画像表示手段１２と、触覚呈示機能を有する触覚呈示手段１１とを有し、画像表示手段１２によって表示される立体画像１３の奥行き知覚範囲と、触覚呈示手段１１によって呈示される凹凸感再現範囲とが共通する範囲を有するようにする。これにより、リアリティーが高く、違和感のない立体画像表示が可能な立体表示装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像が表示可能な立体表示装置に関し、特に触覚呈示機能を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、人が指等で物に触ったときに感じる物体表面の凹凸感、凹凸による材質感・風合いなどを実際に触れることなく模擬的に呈示する触覚呈示装置が提案されている（特許文献１参照。）。しかし、その多くは盲人を対象としたデジタル情報伝達手段であり、極めて限られた市場の中で実用化されているのが現状である。
【０００３】
その一方で、現在の視覚のみを利用した表示装置から、将来は五感にうったえるディスプレイ（呈示）装置へと発展するであろうことが期待されており、五感情報に関する研究が始まりつつある。そして、このような研究により、ＶＲ（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ）空間内で、より現実世界に近付いた実在感を得られるようになると共に、現実感を求めて現在の視覚専用の表示装置から五感を利用した表示装置へと市場がシフトすることが期待できる。
【０００４】
中でも視覚と触覚とを融合するようにすれば、実際に目で見たものに直接触れられる感覚を得ることができるようになり、これにより極めてリアリティーの高い情報伝達を行うことができる。こうした視覚・触覚融合の表示装置によって、電子商取引や遠隔地作業など、非常に多くの応用展開が可能となることが期待できる。
【０００５】
ここで、こうした視覚・触覚融合の表示装置では、よりリアリティーを高めるためにも平面画像である二次元画像を表示する二次元表示素子よりも、立体画像である三次元画像を表示する三次元表示素子を用いて立体画像を表示することがより望ましい。
【０００６】
なお、この三次元表示素子の表示方式には、視差像を左右眼に別々に提示する２眼式（偏光メガネ方式、レンティキュラ方式等）、空間に実際に立体像を形成する空間像方式（ホログラフィー等）、あるいは幾何光学的な光線の交点を用いて立体像を知覚的に表現しようとする方式（超多眼方式等）、凹面鏡を用いる方式、前後２面の輝度比変化を用いる方式等、様々なものが提案されている。
【０００７】
一方、触覚呈示手段としては機械的なもの、電気刺激を用いるもの、超音波を用いるものなどさまざまな手段が提案されているが、視覚・触覚融合の立体表示装置に用いるための触覚提示手段は、三次元表示素子との組合せが可能なものであればいずれの手段も用いることができると考えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−２００５１０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような触覚呈示手段は三次元表示素子を用いた画像表示手段との組合せ可能なものであれば、いずれの手段も用いることが可能ではあるが、これに用いる画像表示手段（三次元表示素子）は上述の様々な方式の中でどういった表示方式を用いるか、あるいはどのような条件で表示するのが好適であるかが明確にはされていないのが現状である。
【００１０】
つまり、立体画像表示が可能な画像表示手段と、触覚呈示機能を有する触覚呈示手段とをどのように組み合わすようにすれば、リアリティーが高く、違和感のない立体表示装置を実現することができるかが明確にされていない。
【００１１】
そこで、本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、リアリティーが高く、違和感のない立体表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、立体画像表示が可能な画像表示手段と、触覚呈示機能を有する触覚呈示手段とを有し、前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚範囲と、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸感再現範囲とが共通する範囲を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明は、前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚範囲が、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸感再現範囲を包含することを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明は、前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚範囲と、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸感再現範囲とが、略一致することを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明は、前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚位置と、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸再現時の奥行き位置との間の位置ずれを補正する補正手段を有することを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明は、前記画像表示手段は、奥行き位置の異なる複数の表示面にそれぞれ二次元像を表示して立体画像を生成する方法のものであることを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明は、前記触覚呈示手段は、触覚呈示位置からの凹み感を呈示することが可能なものであることを特徴とするものである。
【００１８】
また本発明は、前記触覚呈示手段は、透光性を有していることを特徴とするものである。
【００１９】
また本発明は、前記触覚呈示手段は、刺激電極に皮膚が触れることで電気刺激によって該皮膚から触覚情報が呈示されるものであることを特徴とするものである。
【００２０】
また本発明は、前記触覚呈示手段として、超音波による振動によって触覚情報が呈示されることを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１及び図２は、本実施の形態にて実現される触覚呈示機能を有する立体表示装置の構成を示す図である。
【００２３】
図１において、１２は画像表示手段である三次元表示素子、１１は触覚呈示手段である触覚呈示素子、１３は三次元表示素子１２より映し出される立体画像であり、同図においては、この立体画像１３の知覚位置が三次元表示素子１２から離れた位置に存在する例を示している。
【００２４】
図２において、２１は触覚呈示手段である触覚呈示素子、２２は画像表示手段である三次元表示素子、２３は表示される立体画像であり、同図においては、立体画像２３の知覚位置が三次元表示素子２３内に存在する例を示している。
【００２５】
ここで、このように立体画像１３，２３の表示を行った場合、本発明者らの検討によると、視覚情報で得られる奥行き認知位置と触覚情報で得られる凹凸感認知位置とが一致しないときには、大きな違和感を伴うことが確認されている。したがって、こうした不一致を防ぐことのできる構成が高リアリティー製品実現の必須要件であることが明らかとなった。
【００２６】
つまり、高リアリティーな次世代ディスプレイ（立体表示装置）として必要なことは、少なくとも立体画像１３，２３が表示可能な三次元表示素子１２，２２と、触覚呈示機能を有する触覚呈示素子１１，２１と、を有することが大前提であるが、三次元表示素子１２，２２によって表示される立体画像（三次元画像）１３，２３の奥行き知覚範囲と、触覚呈示素子１１，２１によって呈示される凹凸感再現範囲とが、共通する範囲を有することが必須である。
【００２７】
ここで、このとき三次元表示素子１２，２２によって表示される立体画像１３，２３の奥行き知覚範囲が、触覚呈示素子１１，２１によって呈示される凹凸感再現範囲を包含することが好ましい。なぜならば、この条件から外れる場合には、立体画像１３，２３で何も表示されていないところを触れても触覚が発生してしまうことになり極めて不自然である。なお、その逆については、その不自然さはさほど大きくない。
【００２８】
つまり、三次元表示素子１２，２２と、触覚呈示素子１１，２１とを三次元表示素子１２，２２によって表示される立体画像１３，２３の奥行き知覚範囲と、触覚呈示素子１１，２１によって呈示される凹凸感再現範囲とが共通する範囲を有するようにすることにより、リアリティーが高く、違和感のない立体表示装置を提供することができる。
【００２９】
むろん、これら二つの知覚範囲が略一致することが最も自然であることは言うまでも無い。このとき触覚と立体表示を組み合わせる場合にのみ、三次元表示素子１２，２２の奥行き表示範囲を触覚呈示範囲に限定しておいても良い。
【００３０】
なお、立体表示の表示方法によっては、奥行き認識に個人差が生じる場合がある。このときは、それら二つの奥行き認識位置が個人差などによって生じる位置ずれを補正する手段を有することで、一致させるような装置構成にしておくことが望ましい。
【００３１】
ところで、図２に示すような構成では、立体画像表示位置が三次元表示素子内に存在しているために、触覚呈示手段２１としては凸形状を呈示する必要は無く、凹み感を呈示できれば良い。特に図２に示す構成において、奥行き位置の異なる複数の表示面にそれぞれ二次元像を表示して、三次元立体像を生成する三次元表示方法を用いる場合には、奥行き認識量の個人差が極めて小さいことから好適に用いられる。
【００３２】
この構成の例を図３に示す。この表示方式は奥行き位置の異なる２つの二次元像（３１、３２）の各々の輝度比を変化させることで奥行き感を連続的に変化させる奥行き知覚方式であり、濃度差方式とも呼ばれている（陶山史朗、高田英明：ＨＯＤＩＣＣｉｒｃｕｌａｒホログラフィック・ディスプレイ研究会Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．３（Ｓｅｐ．２０００））。この方式を用いることで容易に大画面立体表示を実現することが可能となっている。
【００３３】
一方の触覚呈示素子１１，２１は前述のようにいずれの手段も用いることが可能であるが、例えば多数の釘状のピンがマトリクス状に配置されている装置であって、そのピンをメカニカルに変動させて触覚呈示する装置など、透光性が乏しい触覚呈示手段は本視覚・触覚融合の立体表示装置には適さない。
【００３４】
一方、刺激電極に皮膚が触れることで電気刺激によって該皮膚から触覚情報が呈示される触覚呈示手段や、超音波による振動によって触覚情報が呈示される触覚呈示手段であれば、透光性を有する立体表示装置を容易に実現できるために好適に用いられる。もちろん、機械的なものであっても光を透過するものであれば好適に用いられる。
【００３５】
次に、本実施の形態の実施例について説明する。
【００３６】
（実施例１）
本実施例１においては、共通の素子構造として下記のものを用いて奥行き検知位置の精度を確認する実験を行った。実験には計算機で計算した奥行き呈示位置に縦１ｃｍ、幅１ｃｍの奥行きの無い平面像を表示させ、被験者２０名にその奥行き位置を答えさせ、計算結果と実測値とのずれを定性的に求めた。奥行き呈示位置は被験者の目の位置から５０ｃｍ〜１ｍの範囲内で任意の位置とした。
結果を下表に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
この結果から、２眼式立体表示方式では個人間で数ｃｍの誤差が存在することがわかった。したがって、こうした奥行き知覚位置に個人差のある立体表示方式において、触覚呈示装置と組み合わせる場合には、表示画像にフィードバックをかけて個人差による触覚位置とのずれを無くしておく必要があることが確認できた。
【００３９】
また、ホログラフィーでは誤差が少ないことは確認できたが、今回の実験に用いた平面像よりも大きな像を形成することが困難であった。したがって、視覚・触覚融合のデバイス（立体表示装置）として応用するためには、更に大画面の立体再現技術が必要であることが確認できた。
【００４０】
明細書中に記した図３の方式では、奥行き知覚範囲に個人差が小さく、また大画面表示が容易に実現できることから、本発明に好適に用いられることが確認できた。
【００４１】
（実施例２）
本実施例２では、明細書中に記した図３の方式および２眼レンチキュラ方式による三次元表示素子と、触覚呈示素子とを組み合わせて視覚・触覚融合デバイスを試作した。このときの触覚呈示素子として、電気刺激を用いる方式と超音波を用いる方式との２種類で作製した素子を使用した。
【００４２】
その結果、２眼レンチキュラ方式三次元（立体）表示装置では個人差によって立体画像表示位置と触覚呈示位置の誤差が生じ、違和感を覚えることがあったが、この誤差を補正し、再表示させることによって高リアリティーな立体表示装置を実現できていることが確認できた。
【００４３】
図３の方式による立体表示装置による試作では、触覚呈示時に凸形状を表示させると、何も無いところで触覚を感じてしまい違和感を覚えたものの、触覚呈示を凹み感だけに限定すれば高リアリティーな立体表示装置を実現できることが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、立体画像表示が可能な画像表示手段と、触覚呈示機能を有する触覚呈示手段とを画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚範囲と、触覚呈示手段によって呈示される凹凸感再現範囲とが共通する範囲を有するようにすることにより、リアリティーが高く、違和感のない立体表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にて実現される触覚呈示機能を有する立体表示装置の構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態にて実現される触覚呈示機能を有する立体表示装置の他の構成を示す図。
【図３】濃度差方式を説明する図。
【符号の説明】
１１触覚呈示素子
１２立体表示素子
１３立体画像
２１触覚呈示素子
２２立体表示素子
２３立体画像
３１第１の二次元像
３２第２の二次元像

Claims

立体画像表示が可能な画像表示手段と、触覚呈示機能を有する触覚呈示手段とを有し、
前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚範囲と、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸感再現範囲とが共通する範囲を有することを特徴とする立体表示装置。
前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚範囲が、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸感再現範囲を包含することを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚範囲と、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸感再現範囲とが、略一致することを特徴とする請求項１記載の立体表示装置。
前記画像表示手段によって表示される立体画像の奥行き知覚位置と、前記触覚呈示手段によって呈示される凹凸再現時の奥行き位置との間の位置ずれを補正する補正手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体表示装置。
前記画像表示手段は、奥行き位置の異なる複数の表示面にそれぞれ二次元像を表示して立体画像を生成する方法のものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体表示装置。
前記触覚呈示手段は、触覚呈示位置からの凹み感を呈示することが可能なものであることを特徴とする請求項５に記載の立体表示装置。
前記触覚呈示手段は、透光性を有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の立体表示装置。
前記触覚呈示手段は、刺激電極に皮膚が触れることで電気刺激によって該皮膚から触覚情報が呈示されるものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の立体表示装置。
前記触覚呈示手段として、超音波による振動によって触覚情報が呈示されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の立体表示装置。