JP2009528570A - 対話型ディスプレイ・パネルの均一照明 - Google Patents

Abstract

フラット・パネル・ディスプレイ（ＦＰＤ）を採用する対話型ディスプレイ・デバイスである。対話型ディスプレイ・デバイスは、筐体、フラット・パネル・ディスプレイ、光拡散層、可視光照明システムおよびＦＰＤに近接する物体を検出するために使用する非可視光照明システムを含む。また、筐体の内部のコヒーレント・イメージが、ユーザの視野から少なくとも部分的にあいまいになるように、ユーザが複数の視角から見た場合、可視光でＦＰＤの一様な照明を提供する技術およびＦＰＤの面境界で可視照明を拡散する技術について説明する。ＦＰＤを貫通した非可視光がディスプレイに近接する物体から反射し、ＦＰＤを貫通して戻り、筐体内で検出される。

Description

本発明は、対話型ディスプレイ・パネルの均一照明に関する。

より良好なユーザ・インタフェースを提供することにより、コンピュータ・システムの有用性と楽しみを強化できる。コンピュータ・システムのユーザ・インタフェースは、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）が最初に広く利用可能になって以来、著しく発展した。初期のＰＣは、キーボードおよびシリアル・マウスのようなユーザ入力デバイスに制限され、最初はテキスト・ベースであった。しかしながら、マイクロプロセッサの速度と電力の大幅な改善、はるかに大きな利用可能性のある低価格メモリおよび改善されたプログラム機能は全て、はるかにより高度なユーザ・インタフェース設計の進展並びに使いやすいグラフィック・オペレーティング・システムとハードウエアの発展に貢献した。

ユーザ・インタフェース技術における高度化の一つの具体的な分野は、対話型ディスプレイの最近の発展に関連し、それに対して、同一出願人により多数の特許出願を行った。対話型ディスプレイは、テーブルまたは他の筐体型式のトップのような平面上で、ユーザにグラフィック・イメージを提示する。加えて、この面はユーザによる入力に応答する。ＰＣは対話型ディスプレイに結合されて、ユーザに豊富な対話経験をもたらす処理能力を提供し、もっと高度なコマンドとインタフェース特性、および、システムに入力を提供するのに、具体的にはディスプレイ・イメージに関して、はるかにもっと自然な対話型アプローチを提供する。

開発された対話型ディスプレイ・システムは、典型的には、イメージを生成し、ユーザ入力を検出するため光学的システムを採用する。しかしながら、そのような光学的システムは、通常、イメージ投影システムを必要とし、それは相対的に高価であり、相対的に大きな筐体を必要とし、入力を感知する光学部品に対して緊密な位置合わせ状態を維持しなければならない。イメージ・ディスプレイのための投影システムに固有の問題に当たるために開発された一つの代替案は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルの使用である。ＬＣＤディスプレイは、入射光の偏光を変化させ、ＬＣＤと同じ方向で偏光していない光をフィルタで除去することにより、動作する。この機能は、典型的には、固定偏光シートと活性液晶素子とのサンドイッチを使用して実現される。液晶素子の活性化は、ディスプレイの各部分を通過することができる光量を制御する。更に、各素子は特定の範囲の可視光を透過させるのみであり、それ故、フルカラー・ディスプレイを実現するように、ＬＣＤパネル内にカラーフィルタのモザイクをオーバレイするか組み込む。しかしながら、イメージを表示する面の上または面に近接して置かれた物体を検出するように、対話型ディスプレイをまた構成しなければならない。例えば、面の陰にカメラを置いて、面上にある、または面にすぐ近接してある物体から反射する光を感知することができる。残念ながら、物体検出のため可視光照明を用いると、ディスプレイ・パネル上に表示されたイメージと干渉することになるであろう。

ＬＣＤパネル用の典型的な照明源は、パネルを構成するアクリルのような透明材料の板の端部に光入力を生成する薄い蛍光灯である。蛍光灯からの光は、このアクリル板の光導波路内を進み、内部反射により表面で反射し、故意に粗くした表面上のある点に到達し、光は導波路より脱出可能となる。他の導波路技術は、バンプまたは曲がったくさびによる散乱の使用を含む。しかしながら、多くのＬＣＤパネルは全く半透明であり、もしＬＣＤパネルの照明が、ＬＣＤパネルを収容する囲い内で均一でなければ、ある角度でディスプレイを見た場合、暗い領域が見える可能性がある。

従って、現在興味があるのは、ディスプレイ面上の品物の検出を提供できる対話型ディスプレイを使用するため、ＬＣＤパネルにある上記問題点に対する解決策を見出すことであり、一方また、見る角度に関係なく、ユーザが見た場合に均一な面照明を提供することである。本解決策は、パネル面上にある、またはパネル面に近接してある物体の検出と干渉しないで、パネル上のグラフィック・イメージの表示を可能とすべきである。それ故、物体を検出するため、ユーザに見える光を生成する照明源の使用を避けることは重要な事であり、なぜならば、それは表示されたイメージと干渉するからである。勿論、現在表示されたイメージにかかわらず、ディスプレイ面上の品物が検出されるということも重要な事である。

対話型ディスプレイの数個の実装について、以下に詳細に説明する。説明するこれらの実装の一つの側面は、ユーザにイメージを表示するフラット・パネル・ディスプレイを採用した対話型ディスプレイを構成する方法に関する。説明する方法は、フラット・パネル・ディスプレイに可視光照明を提供するステップを含む。ユーザが複数の視角から見た場合、視差によるディスプレイの暗い領域を避けるため、ディスプレイ面に対し実質的に均一な照明を提供するよう、照明を構成する。本方法では更に、ディスプレイの視界面の下にある物体のコヒーレント・イメージを、ユーザの視界から少なくとも部分的に妨害しないよう、ディスプレイの面境界で照明の拡散を提供するステップについて説明する。次に、本方法では、ユーザ入力検出を提供するステップについて説明する。ユーザ入力検出は、ディスプレイの面境界に近接する物体から反射する赤外線照明を検出することに基づくことが可能であり、赤外線照明に実質的に透明であるようにディスプレイを構成する。ディスプレイの下に配置する対話型ディスプレイ内のいかなるユーザ入力検出部品も、可視照明を拡散するステップにより、視野から少なくとも部分的に見えなくなる。

詳細な説明の項で下記に更に詳細に説明するが、簡単な型式で２、３の概念を紹介するために、この要約を提供した。しかしながら、この要約で、請求項のキーとなる、または本質的な特徴を特定することを意図していないばかりか、請求項の範囲を決定する助けとして使用することも意図していない。

一つまたは複数の例示の実施形態およびその変形についての各種の側面と付随する利点については、下記の添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解するようになるので、より容易に理解されるであろう。

対話型ディスプレイ・システム
図１に、フレーム６２内にあるパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）２０を含み、ＰＣのための光入力デバイスおよびビデオ・ディスプレイ・デバイスの両方の役目を果たす例示の対話型ディスプレイ・テーブル６０を示す。この対話型ディスプレイ・テーブルの実施形態は、ＬＣＤパネルのようなフラット・パネル・ディスプレイを含まない。ＬＣＤパネルを含む図２から図９までの例示の実施形態と比較するため、この実施形態を示す。また、この図は、いかにして対話型ディスプレイが対話型ディスプレイ面にイメージを表示し、同様に対話型ディスプレイ面上にある、または近接してある物体を検出するように動作するかを明らかにする手助けとなるべきである。

この対話型ディスプレイ・テーブル６０を切り取った図では、テキストおよびグラフィック・イメージに表示のため使用する光線８２ａ−８２ｃは、通常、点線を使用して示し、一方、対話型ディスプレイ・テーブル６０のユーザ・インタフェース面６４上にある、または直上にある物体を感知するために使用する赤外線（ＩＲ）光線は、破線を使用して示す。中心にある実際のディスプレイ領域の周辺のテーブル面の周囲長は、グラフィック・イメージまたはユーザ・インタフェース面６４に表示される仮想環境と相互作用するために使用してもよい物体を含め、ユーザの腕または他の物体を支持するのに有用である。

ＩＲ光源は、複数のＩＲ発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、フレーム６２の内側に実装するのが望ましい。ＩＲ光源６６が生成するＩＲ光は、破線７８ａ、７８ｂおよび７８ｃが示すように、上に向かってユーザ・インタフェース面６４の下面まで進む。ＩＲ光源６６が生成するＩＲ光は、光散乱特性を有するベラム板または他の適当な半透明材料を備えるテーブルの半透明層６５を通過した後、ディスプレイ面上にある、または面に近接してある任意の物体から反射する。ここで使用するように、および対話型ディスプレイ面上にある、または近接してある物体に関連して次の説明で使用するように、表現“に近接して”は、この表現が対話型ディスプレイ面に実際に接触している物体および対話型ディスプレイ面の直ぐ上にある物体の両方を包含することを意図して使用している。１個のみのＩＲ源６６を示しているが、ユーザ・インタフェース面６４の更なる照明を提供するため、フレーム６２の内側の周辺で間隔を持たせた位置に、複数のそのようなＩＲ源を搭載してもよい、ということを理解すべきである。ＩＲ源が生成するＩＲ光は、
・破線７８ａが示すように、任意の物体を照明することなしに、テーブル面から外へ 出る可能性があり、
・破線７８ｂが示すように、テーブル面上にある物体を照明する可能性があり、また は、
・破線７８ｃが示すように、テーブル面上に少し離れてあるが、テーブル面には接触 していない物体を照明する可能性がある。

ユーザ・インタフェース面６４の上にある物体は、ディスプレイ面上に横たわる“接触”物体７６ａおよびディスプレイ面に近いが、実際には接触していない“浮上”物体７６ｂを含む。それ故、接触物体および浮上物体の両方とも、ここで使用する表現のように、ディスプレイ面“に近接して”いる。ディスプレイ面を通過するＩＲ光を拡散するために半透明層６５を使用する結果として、物体がユーザ・インタフェース面６４のトップに接近するにつれ、物体から反射するＩＲ光量は、物体が実際にディスプレイ面と接触する時に達成する最大レベルまで増加する。

ユーザ・インタフェース面６４の上に配置した任意の接触物体または浮上物体から反射するＩＲ光を受信するのに適当な場所で、ユーザ・インタフェース面６４の下のフレーム６２に、デジタル・ビデオ・カメラ６８を搭載する。デジタル・ビデオ・カメラ６８には、ＩＲ光のみを送り、点線８４ａに沿ってユーザ・インタフェース面６４を通過する周囲の可視光をブロックするＩＲフィルタ８６ａを装備する。図示の実装では、ＩＲ源６６とデジタル・ビデオ・カメラ６８との間にバッフル７９を配置し、ＩＲ源から直接発光するＩＲ光がデジタル・ビデオ・カメラに入るのを防ぐ。ユーザ・インタフェース面６４の上の近い距離にあるか、またはそれに接触している物体から反射するＩＲ光にのみ応答して、デジタル・ビデオ・カメラが出力信号を生成しなければならないことが望ましい。このようにして、ディスプレイ面にあるか、その上部にある物体から反射するＩＲ光のイメージに応答する光のみを検出する。明らかなことであるが、デジタル・ビデオ・カメラ６８はまた、点線８４ａが示す経路にも沿って進む周辺の光を含めて、対話型ディスプレイの上から内部へユーザ・インタフェース面６４を通過する周辺の光に含まれる全てのＩＲ光に応答するであろう。

テーブル面にある、またはその上部にある物体から反射するＩＲ光は、破線８０ａおよび破線８０ｂで示すように、ＩＲパス・フィルタ８６ａを通りデジタル・ビデオ・カメラ６８のレンズへと、半透明層６５を介して逆に反射される可能性があり、または、破線８０ｃで示すように、デジタル・ビデオ・カメラ６８のレンズに入らずに対話型ディスプレイ内の他の内部面で反射され、または吸収される可能性がある。

半透明層６５は、入射光および反射光の両方を拡散する。それ故、上記で説明したように、ユーザ・インタフェース面６４により近くにある浮上物体７６ｂのような“浮上”物体は、ディスプレイ面から更に離れている同じ反射率の物体より、多くのＩＲ光をデジタル・ビデオ・カメラ６８に逆に反射するであろう。デジタル・ビデオ・カメラ６８は、イメージ領域内の“接触”物体および“浮上”物体から反射するＩＲ光を感知し、ＰＣ２０へ入力される反射ＩＲ光のイメージに対応するデジタル信号を生成し、そのような物体各々の位置、および、選択的には物体の大きさ、方向および形状を決定する処理を行う。ユーザの前腕のような物体の一部がテーブルの上部にある可能性があり、一方、ユーザの指のような別の部分がディスプレイ面と接触してあることに注意すべきである。加えて、物体には、底面上に、その物体に固有の、または、その物体がメンバである関連物体のクラスに固有の、ＩＲ光の反射パターンまたは、バーコードのような符号識別子を含む可能性がある。従って、本発明を踏まえ、その反射パターンから反射するＩＲ光に基づき、そのような特定の物体の各々を検出するため、同様に、その方向を決定するため、デジタル・ビデオ・カメラ６８からのイメージ信号を使用することもできる。

図示の対話型ディスプレイ・テーブルは、物体から反射するＩＲ光を使用してその識別特性を検出することにより、物体そして／またはユーザ・インタフェース面６４に対するその位置を認識するよう動作可能である。それ故、物体およびその方向を検出し、識別するために実装する論理的ステップについて、同一出願人による特許出願で説明するが、それは、いずれも２００４年３月３１日に出願した米国出願番号１０／８１４，５７７、“符号パターンの識別による対話型ディスプレイ面の物体の識別、Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｏｂｊｅｃｔ Ｏｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｂｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ Ｃｏｄｅ Ｐａｔｔｅｒｎ”、および、米国出願番号１０／８１４，７６１、“対話型表面に対する３Ｄ物体の結合性とオフセットの決定、Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｎｅｓｓ Ａｎｄ Ｏｆｆｓｅｔ Ｏｆ ３Ｄ Ｏｂｊｅｃｔｓ Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｔｏ Ａｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ”を含む。

ＰＣ２０は、図１に示すように対話型ディスプレイ・テーブル６０と一体であってもよく、または、代わりに図２の実施形態で示すように対話型ディスプレイ・テーブルの外部にあってもよい。図２では、データ・ケーブル６３を介して対話型ディスプレイ・テーブル６０’を外部ＰＣ２０（上記のように、オプションのモニタ４７を含む）に接続する。図２の実施形態には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルまたは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ・パネルのようなフラット・パネル・ディスプレイを含めてもよく、それらの詳細については、図３−図９に関して以下で議論する。無線リンク（即ち、ＷｉＦｉまたは、他の適当な無線信号リンク）を経由して、外部ＰＣ２０を対話型ディスプレイ面６０’に接続可能である。また、この図に示すように、一組の直交軸Ｘ、Ｙがユーザ・インタフェース面６４に関連して存在し、同様に“０”で示す原点がある。個々に示していないが、ユーザ・インタフェース面６４の上の任意の位置を特定するため、各直交軸に沿う複数の座標位置を採用できる、ということは理解されるであろう。

もし外部ＰＣ２０（図２のように）または、セット・トップ・ボックス、ビデオ・ゲーム、ラップトップ・コンピュータまたはメディア・コンピュータ（図示せず）のような幾つかの他の型式の外部計算デバイスに対話型ディスプレイ・テーブル６０’を接続するなら、対話型ディスプレイ・テーブル６０’には、入力／出力デバイスを備える。対話型ディスプレイ・テーブル６０’に対する電力は、通常の交流電流（ＡＣ）源（図示せず）に結合する電力ケーブル６１を介して提供される。対話型ディスプレイ・テーブル６０’に接続するデータ・ケーブル６３を、ＰＣ２０のＵＳＢ２．０ポート、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）１３９４（またはファイアワイア）ポート、またはイーサネネット・ポートに結合することができる。また、無線接続の速度は改善を続けているので、対話型ディスプレイ・テーブル６０’をまた、そのような高速無線接続を経由して、または他の幾つかの適当な有線または無線通信リンクを経由して、ＰＣ２０のような計算デバイスに接続できる可能性があるという検討もなされている。対話型ディスプレイの一体的部分として内部に含もうと外部にあろうと、ＰＣ２０は、ディスプレイ面の上かそれに近接して存在する物体を感知するために使用するデジタル・ビデオ・カメラからのデジタル・イメージを処理するアルゴリズムを実行し、対話型ディスプレイ・テーブルの良好な利点として更に直観的ユーザ・インタフェース機能を採用するよう設計したソフトウエア・アプリケーションを実行し、同時に、そのような機能を利用するよう特定して設計していないが、対話型ディスプレイ・テーブルの入力能力および出力能力をまだよく利用できる他のソフトウエア・アプリケーションを実行する。また、更なる代替として、対話型ディスプレイは外部計算デバイスに結合することができるが、そのときは外部ＰＣは実行しないであろうイメージ処理および他のタスクを行う内部計算デバイスを含むことができる。

対話型ディスプレイ・テーブルの重要で強力な特徴は、グラフィック・イメージ、またはゲームに対する仮想環境、または他のソフトウエア・アプリケーションを表示する能力と、ユーザ・インタフェース面６４で見えるグラフィック・イメージまたは仮想環境の間で対話できる能力と、物体７６ａのようにディスプレイ面上に横たわる物体、または、物体７６ｂのようにディスプレイ面の上部で浮上している物体を認識する能力とである。

再度図１を参照すると、対話型ディスプレイ・テーブル６０は、グラフィック・イメージを表示するために使用するビデオ・プロジェクタ７０、仮想環境、またはユーザ・インタフェース面６４のテキスト情報を含む。この実装においては、ビデオ・プロジェクタ７０は、少なくとも６４０×４８０ピクセルの分解能を有する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはデジタル光映像素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＬＰ）型式、または反射型液晶（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ、ＬＣｏＳ）ディスプレイ型式から構成するのが望ましい。ＩＲカット・フィルタ８６ｂは、ビデオ・プロジェクタ７０の投影レンズの前に搭載され、ビデオ・プロジェクタが出すＩＲ光が対話型ディスプレイ・テーブルの内部に入るのを防ぐが、ＩＲ光は、ユーザ・インタフェース面６４の上にある、またはその上部にある物体から反射するＩＲ光と干渉する可能性がある。ビデオ・プロジェクタ７０は点線経路８２ａに沿って第一のミラー・アセンブリ７２ａに向かって光を投影する。第一のミラー・アセンブリ７２ａは、フレーム６２にある透明孔９０ａを通してビデオ・プロジェクタ７０から点線経路８２ｂに沿って受けた、点線経路８２ａからの投影光を反射し、その結果、反射投影光は第二のミラー・アセンブリ７２ｂ上に入る。第二のミラー・アセンブリ７２ｂは、点線経路８２ｃに沿って、投影レンズの焦点にある半透明層６４ｂに点線経路８２ｂからの光を反射し、その結果、投影イメージは見えるようになり、観察用にユーザ・インタフェース面６４に焦点を合わせる。

アライメント・デバイス７４ａおよびアライメント・デバイス７４ｂが提供され、それは、ねじ付き棒と回転調整ナット７４ｃを含み、ディスプレイ面上に投影されたイメージがディスプレイ面と整列することを保証するため、第一のミラー・アセンブリと第二のミラー・アセンブリの角度を調整する。所望の方向に投影イメージを向けることに加え、これらの２個のミラー・アセンブリの使用は、プロジェクタ７０と半透明層６４ｂとの間のより長い経路を提供し、より長い焦点距離の（およびより安価な）プロジェクタ・レンズをプロジェクタに使用できるようにしている。

前述の議論では、対話型ディスプレイ・テーブル６０（あるいは、対話型ディスプレイ・テーブル６０’）の型式で対話型ディスプレイ・デバイスを説明している。それにもかかわらず、理解すべきことは、対話型ディスプレイ面は、一般的に水平なテーブルのトップの型式である必要はなく、また、床に横たわるテーブルのように形成する必要はないが、その代わり、テーブルまたは他の表面の上に置くデバイスとして形成することが可能であり、垂直以外の方向に面することのできるディスプレイ面を含むことが可能である。本明細書で述べた方法のため採用した原理はまた、異なる形状および湾曲のディスプレイ面を適当に含み、それに適用し、それらを水平以外の方向に搭載する。更に、次の説明は対話型ディスプレイ面“の上に”物理的物体を置くことを参照しているが、ディスプレイ面と接触して、そうでなければディスプレイ面に近接して物理的物体を置くことにより、対話型ディスプレイ面に近接して物理的物体を置いてもよい。図１および図２に関連して上で説明した例示のディスプレイ・システムは、いかなる特定の型式のディスプレイまたは感知技術に限定されることはなく、他の対話型ディスプレイの実装で使用する動作環境と共通構成要素を示すため、各種の対話型ディスプレイ・システムの例示の実装として単に提供するものであることを理解すべきである。

図３は、フラット・パネル・ディスプレイ（ＦＰＤ）ベースの対話型ディスプレイ・テーブル３６０の概略断面図であり、ＦＰＤから離れて配置した照明システム３１０の例示の実施形態を含む。注意すべきは、図３−図９を参照する以下の説明は各々、ＬＣＤパネルを採用しているが、所望の特性を持つ全ての適切なフラット・パネルも、全ての所望の実装で採用可能である、ということである。使用可能なフラット・パネル・ディスプレイの非制限的例は、ＬＣＤパネル、プラズマ・ディスプレイおよび有機発光ダイオード・ディスプレイを含む。しかしながら、ＬＣＤディスプレイは、そのようなディスプレイに赤外光を容易に伝送可能とさせるある特徴を持っている。具体的には、多くのＬＣＤパネルにおける偏光子は、非可視赤外範囲では偏光しない。実際、赤外照明はＬＣＤパネルの固定偏光層と活性状態に関係ない活性液晶素子の両方を通過する。更なる注意点は、カラーＬＣＤディスプレイで使用する多くのカラーフィルタはまた、赤外照明に対して半透明である、ということである。

図３に示すように、ディスプレイ・テーブル３６０は、拡散層３６５を介してＬＣＤパネル３６６に結合するユーザ・インタフェース面３６４を含む。ユーザ・インタフェース面３６４の長さ方向に沿って延びるように、図３で拡散層３６５を示しているが、他の実装（図示せず）では、拡散層３６５をＬＣＤパネル３６６に結合することができ、次に、ユーザ・インタフェース面３６４にＬＣＤパネルを結合することができる。拡散層３６５は、一般的には、ＬＣＤパネルの観察平面の下にある物体がユーザにはっきりとは見えないようにし、即ち、拡散層が提供する可視照明の若干の拡散により、ＬＣＤパネルを通して対話型ディスプレイ・テーブル３６０の内部をはっきりとは見えないようにしているが、内部には各種のユーザ入力検出部品およびＬＣＤ照明部品があり、そうでなければ、ユーザに見える可能性がある。

対話型テーブル・ケース３６２はユーザ・インタフェース面３６４を支える。照明システム３１０が、支持体３９１ａおよび支持体３９１ｂで支持されて示されている。“接触”物体３７６ａおよび“浮上”物体３７６ｂのような、ユーザ・インタフェース面３６４の上にあるか、近接してある物体から反射する非可視光（例えば、ＩＲ光の光線３７８ａおよび光線３７８ｂ）を検出するように構成されたカメラ３６７を、支持体３９０が支持して示されている。ユーザ・インタフェース面３６４を非可視光で十分に照明するため、３１５ａおよび３１５ｂのような照明源を何個でも、対話型ディスプレイ・テーブル３６０内に採用可能であることを理解すべきである。更に、非可視照明を、照明システム３１０とＬＣＤパネル３６６との間で、筺体内の任意の適当な場所に置くことができることに注意すべきである。

図３に示すように、照明システム３１０には数個の部品を含む。（例えば、光線３８０が提供するように）ＬＣＤパネル３６６が均一か一様な照明を生成するため、可視光源３６９を含む導波路アセンブリ３６８に拡散層３６３を結合する。また、バックプレーン３７０を導波路アセンブリ３６８に結合して示す。実質的に反射可視光に適切な任意の材料で、バックプレーン３７０を形成することができる。幾つかの実装では、バックプレーン３７０は不透明な白色アクリル板であることが可能である。他の実装では、拡散層３６３は、一つまたは複数の（または組み合わせた）光拡散層およびコリメータ・レンズ、例えば、フレネル・レンズであることが可能である。ＬＣＤパネル３６６をもっとも効率よく照明するため、導波路アセンブリ３６８から出る可視光を適当な状態にするよう、光拡散層３６３を一般的には構成する。

可視光アセンブリ３６８には、アクリル板のような適当な材料で形成した導波路層を含めることができる。他の実装では、可視光源３６９は、ＬＣＤパネルに含むアクリル板の端面に光を当てるよう構成した冷陰極蛍光灯とすることができる。さらに別の実装では、光源３６９は、アクリル導波路の端面に光学的に結合する白色光ＬＥＤとすることができる。ＬＣＤパネルをバックライトする導波路の実装と動作については、同業者はよく知っているだろうから、従ってさらに詳細に議論する必要はないであろう。

対話型テーブル３６０のこの例示の構成では、照明システム３１０およびＬＣＤパネル３６６は相隔たっている。照明システム３１０とＬＣＤパネル３６６との間隔は、これらの部品に使用する特定の実装および材料に応じて、２、３センチメートルから数インチの範囲とすることができる。図３には示していないが、対話型テーブル３６０には、ＰＣ、電源および音声サブシステムのような追加の部品を含むことができる。図３に示す構成を使用する対話型テーブルの特定の典型的実施形態が数個あり、それらについて、図４−図７と関連して以下に説明する。必要に応じて、図３で示す典型的実施形態に共通な部品は、以下の図では同じ参照番号を共有する。

ここで図４を参照すると、図３で示したような照明システム３１０を含む対話型ディスプレイ・テーブル４６０の概略断面図が示されている。対話型ディスプレイ・テーブル４６０は、再び、ディスプレイ・ケース３６２、拡散層３６５に結合するユーザ・インタフェース面３６４およびＬＣＤディスプレイ３６６を含む。ディスプレイ・ケース３６２に非可視光源３１５ｂ（例えば、ＩＲ光源）を結合する。図４には１個の非可視光源のみを示しているが、ユーザ・インタフェース面３６４を十分に照明するため、適当な任意の個数の非可視光源を採用できることに注意すべきである。更に、図４には、ＰＣ４２０、電源４３０および音声アセンブリ４５０を含む。

ＰＣ４２０は、図１および図２に関連して説明したＰＣ２０のような対話型テーブル４６０の動作を可能とするのに適する任意の計算デバイスとすることができる。電源４３０は、適当な電圧／電流レベルで、対話型テーブル４６０の部品に電力を提供する任意の適切な供給源とすることができる。音声アセブリ４５０は、これに制限されないが、電力増幅器、スピーカ、マイクロフォン、音声処理ハードウエアおよび同様なものを含む音声入力デバイスおよび音声出力デバイスの任意の組み合わせとすることができるが、また、ＰＣ４２０に含む音声カード（個々には図示せず）に結合されることも可能である。

図４に示す例示の実施形態の構成は、ＬＣＤパネル３６６の表面積より実質的に大きい表面積を照明システム３１０に提供することに注目すべきである。この照明システムのより大きな領域の結果として、ユーザ４９９は、ＬＣＤパネルに対して多岐にわたる視角からＬＣＤパネル３６６の一様な照明に気付くであろうが、その理由は、照明システム３１０が提供する照明が、ＬＣＤパネル３６６の外部境界の外側に十分延長し、視差によるＬＣＤパネル上の暗い領域にユーザ４９９が気付かないようにするからである。

図５は、更に別のＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブル５６０の概略断面図であり、図３の場合と同じく、再度ＬＣＤパネルから相隔たっている照明システム３１０を含む。対話型ディスプレイ・テーブル５６０は、ディスプレイ・ケース３６２、拡散層３６５に結合するユーザ・インタフェース面３６４およびＬＣＤディスプレイ３６６を含む。再度、非可視光源３１５ａで照明する。しかしながら、光源３１５ａは、ここでは、照明システム３１０と結合しているように示されている。一つの例では、光源３１５ａは、照明システム３１０の表面の上に規則的間隔で並べた複数の赤外線発光の一つとすることができる。再度、図５は、ＰＣ４２０、電源４３０および音声アセンブリ４５０を含む。

図５に示す実施形態は、サイド・パネル５１１ａおよびサイド・パネル５１１ｂを有する照明システム３１０を更に提供し、各パネルは、サイド・パネルの端面に光を導入する可視光源５６９ａおよび可視光源５６９ｂでそれぞれ照明される。図５に示すように、サイド・パネルは、照明システム３１０の上部面の各端からユーザ・インタフェース面３６４の下部面まで垂直に延長し、閉じた照明ボックスのトップを形成するＬＣＤパネル３６６を有する閉じた照明ボックスを形成する。一つの実装（図示せず）では、サイド・パネル５１１ａおよびサイド・パネル５１１ｂを、対話型ディスプレイ５６０の内部側壁を照明するように、対話型ディスプレイ・ケース３６２に結合できる。これらのサイド・パネルを追加する結果として、ユーザ５９９は、ＬＣＤパネルに対して多岐にわたる視角からＬＣＤパネル３６６の一様な照明に気付くであろうが、その理由は、照明システム３１０が提供する照明およびパネル５１１ａおよびパネル５１１ｂの追加が、視差によるＬＣＤパネル３６６上の暗い領域にユーザ５９９が気付かないようにするからである。一つの実装では、サイド・パネル５１１ａおよびサイド・パネル５１１ｂは、アクリル板のような導波路であることが可能である。別の実装では、サイド・パネル５１１ａおよびサイド・パネル５１１ｂは、一つまたは複数の拡散物のような部品層、一つまたは複数のレンズ、導波路および可視光を反射するバックプレーンを含むことができる。一つの例では、サイド・パネル５１１ａおよびサイド・パネル５１１ｂは照明システム３１０に対する構造において同じであり、拡散層、レンズ、導波路および反射バックプレーンと同じ構成を共有する。この例では、照明システム３１０の導波路と同じく、サイド・パネル５１１ａおよびサイド・パネル５１１ｂを同時に照明するように、可視光照明源５６９ａおよび可視光照明源５６９ｂを構成することができる。注意すべきは、対話型テーブル５６０の実装を断面で示しているが、従って、照明される追加のサイド・パネルを含めて、図示していない追加の部品を含むことが可能であり、その結果、照明システム３１０の各サイドが照明されるサイド・パネルを持ち、ＬＣＤパネル３６６に提供する照明の一様性を更に改善するであろう。

図６に対話型テーブル６６０が示す簡略化した構成は、図５のサイド・パネル５１１ａおよびサイド・パネル５１１ｂを、単に可視光を反射するサイド・パネル６１１ａおよびサイド・パネル６１１ｂで置き換え、図５に示す例示の実装と比較して材料コストを節約している。前に述べた実施形態の各々と同じく、ユーザ６９９は、ＬＣＤパネルに対して多岐にわたる視角からＬＣＤパネル３６６の一様な照明に気付くであろうが、その理由は、照明システム３１０およびサイド・パネル６１１ａとサイド・パネル６１１ｂが提供する照明が、視差によるＬＣＤパネル３６６上の暗い領域にユーザ６９９が気付かないようにするからである。

図７に対話型テーブル７６０が示す更に別の簡略化した構成は照明システム７７０を採用し、中心点でＬＣＤパネル３６６から相隔たる曲線パネルとして形成するが、ＬＣＤパネル３６６の周囲の周りでユーザ・インタフェース面３６４に合うよう曲線を描く端を持つ。この実装は、図４に示した実施形態と機能的に類似であり、その理由は、ユーザ・インタフェース面３６４に合った曲線照明システム７７０の実際的効果は、ＬＣＤパネル３６６の領域を実質的に超えた照明システム３１０の領域に広がるのと同じであるからである。この曲線構成の結果として、ユーザ７９９は、ＬＣＤパネルに対して多岐にわたる視角からＬＣＤパネル３６６の一様な照明に気付くであろうが、その理由は、曲線照明システム３１０が提供する照明が、視差によるＬＣＤパネル３６６上の暗い領域にユーザ７９９が気付かないようにするからである。

図８は、ＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブル８６０の概略断面図であり、ＬＣＤパネルのすぐ近くに隣接して配置した照明システム８１０の例示の実施形態を含む。図８に示す実装は、図３で示した実施形態に含む多くの部品と特徴を共有し、従って、機能的に同様の部品は、各図で同じ参照番号を持つ。図８で示すように、ディスプレイ・テーブル８６０は、ユーザ・インタフェース面３６４、ＬＣＤパネル３６６および拡散層３６５を含む。再度、拡散層３６５は、ユーザ・インタフェース面３６４の長さに沿って延びるが、他の実装（図示せず）では、拡散層３６５をＬＣＤパネル３６６に結合することができ、次にユーザ・インタフェース面３６４に結合することができる。

対話型テーブル・ケース３６２はユーザ・インタフェース面３６４を支持する。照明システム８１０は、ＬＣＤディスプレイ３６６およびユーザ・インタフェース面３６４のすぐ近くに隣接して示されている。支持体３９０は適当な位置でカメラ３６７を支持して示されており、ユーザ・インタフェース面３６４の上またはそれに隣接する、“接触”物体３７６ａおよび“浮上”物体３７６ｂのような物体から反射する非可視光（例えば、ＩＲ光）を検出する。とりわけ、および図３に示す実施形態と異なり、光線３７８ａおよび光線３７８ｂは、照明システム８１０を貫通しているとして、図８に示す。ここで、非可視光源３１５ａおよび非可視光源３１５ｂを、支持体３９０に結合して示す。再度理解すべきであるが、非可視光でユーザ・インタフェース面３６４を十分照明するため、光源３１５ａおよび光源３１５ｂのような光源を任意の数だけ対話型ディスプレイ・テーブル８６０内に採用できる。更に、注意すべきであるが、非可視光源を、ユーザ・インタフェース面３６４を非可視光で効率的に照明できるように、対話型ディスプレイ・ケース３６２内の任意の適当な場所に配置できる。

図８に示すように、照明システム８１０は、数個の部品を含む。拡散層３６３を導波路アセンブリ３６８に結合し、導波路アセンブリは、ＬＣＤパネル３６６の均質で一様な照明（例えば、光線３８０が示すように）を生成する可視光源３６９を含む。また、反射バックプレーン８７０を導波路アセンブリ３６８に結合して示す。可視光を実質的に反射し、一方でまた非可視照明が貫通することを許す任意の材料で、反射バックプレーン８７０を形成できる。一つの実施形態では、バックプレーン８７０を“コールド・ミラ”として実装する。上記で議論したように、散乱層３６３は、一つまたは複数の（または組合わせた）光拡散層およびフレネル・レンズを含むコリメータ・レンズである。再度、可視光アセンブリ３６８は、アクリル板のような任意の適当な材料から形成する導波層を含むことが可能である。他の実装では、可視光源３６９は、アクリル板の端に光を当てるように構成した冷陰極蛍光灯とすることが可能である。注意すべきことであるが、図３−図７の実施形態と対比して、対話型テーブル８６０の構成では、照明システム８１０とＬＣＤパネル３６６は互いに直ぐ近接している。実際、幾つかの実装では、照明システム８１０とＬＣＤパネル３６６は直接接触していることができ、他の実装では、照明システム８１０とＬＣＤパネル３６６は、最大数ミリメータまで分離されることができる。照明システムをＬＣＤパネルに直ぐ近接して配置する結果として、再度、ユーザは、多岐にわたる視角からＬＣＤパネル３６６の一様な照明に気付くであろうが、その理由は、照明システム３１０が提供する照明が、照明源の近接近により、ＬＣＤパネル３６６の全域で連続するであろう、ということである。

図９は、ＬＣＤパネルを直接照明する照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブル９６０の概略断面図である。再度、図９に示す実装は、図３に示す実施形態と多くの部品と特徴を共有し、従って、同じ部品に対して両方の図で同じ参照番号を使用する。図９に示すように、対話型ディスプレイ・テーブル９６０は、ユーザ・インタフェース面３６４、ＬＣＤパネル３６６および拡散層３６５を含む。やはり、拡散層３６５は、ユーザ・インタフェース面３６４の長さに沿って延びるが、他の実装（図示せず）では、拡散層３６５をＬＣＤパネル３６６に結合することができ、次にユーザ・インタフェース面３６４に結合することができる。

対話型テーブル・ケース３６２はユーザ・インタフェース面３６４を支持する。支持体３９０はカメラ３６７を支持して示されており、ユーザ・インタフェース面３６４の上またはそれに隣接する、“接触”物体３７６ａおよび“浮上”物体３７６ｂのような物体から反射する（例えば、光線３７８ａおよび光線３７８ｂで示すような）非可視光（例えば、ＩＲ光）を検出するためにカメラを採用する。非可視光源３１５ａおよび非可視光源３１５ｂを、支持体３９０に結合して示す。再度理解すべきであるが、非可視光源でユーザ・インタフェース面３６４を十分照明するため、この型式の非可視光源を任意の数だけ対話型ディスプレイ・テーブル９６０内に採用できる。更に、注意すべきであるが、非可視光源を、対話型ディスプレイ・ケース３６２内の任意の適当な場所に配置でき、ユーザ・インタフェース面３６４を非可視光で効率的に照明できる。

図３−図８に示した実施形態と異なり、対話型ディスプレイ９６０は、可視光源９７１ａおよび可視光源９７１ｂの型式で直接照明システムを含む。図９に示す簡略化した例示の実施形態では、可視光源９７１ａおよび可視光源９７１ｂは、ＬＣＤパネルの実質的に一様な照明を達成するような方法で、可視光でＬＣＤパネル３６６の下面を照らす。しかしながら、理解すべきことであるが、可視光源９７１ａおよび可視光源９７１ｂは単に例示であり、他の実装では、ＬＣＤパネル３６６を直接照明するため、任意の適当な数の可視光源を採用できる。ＬＣＤパネル３６６のこの直接照明の結果として、ユーザは、多岐にわたる視角からＬＣＤパネル３６６の一様な照明に気付くであろうが、その理由は、直接光で照らすことによる照明が、ユーザに、視差により生じるＬＣＤパネル３６６上の暗い領域に気付かないようにするであろうからである。この直接照明は拡散層３６５で拡散されるが、拡散層は直接照明源の強度を一様にし、ＬＣＤパネルの観察面下の物体がはっきり見えるのを防ぐ。

本発明について、それを実行する好ましい形式とその修正に関連して説明したが、本技術分野の当業者は理解するであろうが、添付の請求項内で、本発明に多くの他の修正を行うことが可能である。従って、請求項については、上記の説明により、任意の方法で制限を受けるが、代わりに添付の請求項を参照して完全に決定される、ということを意図していない。

一体型ＰＣを含むが、以下で議論する本方法を採用していない対話型ディスプレイ・テーブル・システムを示す断面図である。 本ＩＲ検出システムの実施形態を含む可能性があるＬＣＤベースの対話型ディスプレイ・テーブルを外部ＰＣに接続した実施形態の等角図である。 ＬＣＤパネルから離れている照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブルの概略断面図である。 ＬＣＤパネルから離れている照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブルの別の概略断面図である。 ＬＣＤパネルから離れている照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブルのさらに別の概略断面図である。 ＬＣＤパネルから離れている照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブルのまたさらに別の概略断面図である。 ＬＣＤパネルから離れている照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブルの別の概略断面図である。 ＬＣＤパネルにすぐ近接してある照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブルの概略断面図である。 ＬＣＤパネルを直接照明する照明システムの例示の実施形態を含むＬＣＤパネルをベースにした対話型ディスプレイ・テーブルの概略断面図である。

Claims (20)

1. イメージを表示する対話型ディスプレイを照明し、かつ前記対話型ディスプレイと接触しまたは極めて近接している物体を検出するための方法であって、
   （Ａ）複数の実質的に異なる視角から前記対話型ディスプレイの第二の面をユーザが見る場合、実質的に一様である可視光で前記対話型ディスプレイの第一の面を照明するステップであって、第二の面は第一の面の反対にある、第一の面を照明するステップと、
   （Ｂ）前記対話型ディスプレイの観察平面の下にある物体のコヒーレント・イメージが、ユーザの観察から少なくとも部分的に分かりにくくなるように可視光を拡散するステップと、
   （Ｃ）前記対話型ディスプレイの第二の面に接触しまたは近接して配置される物体の検出に使用する非可視光で、前記対話型ディスプレイの第一の面を一様に照明するステップであって、前記対話型ディスプレイは非可視光に実質的に透明であるように構成される、一様に照明するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 可視光で前記対話型ディスプレイの第一の面を照明するステップは、照明源で前記対話型ディスプレイの第一の面を直接的に照明するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 可視光で前記対話型ディスプレイの第一の面を照明するステップは、導波路に結合する照明源で前記対話型ディスプレイの第一の面を間接的に照明するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 非可視光で前記対話型ディスプレイの第一の面を一様に照明するステップは、前記対話型ディスプレイの第一の面から第二の面に通過し、第二の面に接触しまたは近接して配置される物体から反射し、次に前記対話型ディスプレイを貫通して第一の面に戻る非可視光を検出するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. （ａ）対話型ディスプレイ筐体と、
   （ｂ）イメージを表示するように構成したフラット・パネル・ディスプレイ（ＦＰＤ）と、
   （ｃ）光拡散層と、
   （ｄ）可視光で前記ＦＰＤを実質的に一様に照明するように構成した照明システムと、
   （ｅ）前記ＦＰＤを貫通した非可視光で、前記ＦＰＤに近接する物体を照明するための非可視光照明システムと、
   （ｆ）前記ＦＰＤに近接する物体から反射した非可視光を検出するためのセンサと
   を備えることを特徴とする対話型ディスプレイ。
6. 前記照明システムは前記ＦＰＤを直接的に照明するように構成した少なくとも１個の可視光源を備えることを特徴とする請求項５に記載の対話型ディスプレイ。
7. 前記照明システムは、前記対話型ディスプレイ筐体内に、
   （ａ）少なくとも１個の可視光源を含む導波路アセンブリと、
   （ｂ）少なくとも一つの光拡散器と、
   （ｃ）可視光を反射するバックプレーンと
   を含む主たる部分を備えることを特徴とする請求項５に記載の対話型ディスプレイ・システム。
8. 前記光拡散器は、前記ＦＰＤに対して一様な照明を提供するため、前記導波路から放出される可視光の調子を整えるように構成したフレネル・レンズであることを特徴とする請求項７に記載の対話型ディスプレイ・システム。
9. 前記導波路アセンブリは、
   （ａ）アクリル板と、
   （ｂ）蛍光灯から出る光を前記アクリル板が導くよう前記アクリル板の端に沿って位置する、少なくとも１個の蛍光灯およびＬＥＤと
   を備えることを特徴とする請求項７に記載の対話型ディスプレイ・システム。
10. 前記照明システムは前記ＦＰＤに直ぐ近接して配置されていることを特徴とする請求項７に記載の対話型ディスプレイ。
11. 前記照明システムは前記ＦＰＤから実質的に相隔たっていることを特徴とする請求項７に記載の対話型ディスプレイ・システム。
12. ユーザが複数の視角から見た場合、ＦＰＤの照明が実質的に一様であるように、主たる部分の表面積が前記ＦＰＤの表面積より実質的に大きいことを特徴とする請求項１１に記載の対話型ディスプレイ・システム。
13. 前記照明システムは、ユーザが複数の視角から見た場合前記ＦＰＤの照明が実質的に一様であるように、可視光を反射し、前記主たる部分に垂直であり、前記主たる部分からユーザ・インタフェース面まで延び、それにより前記ＦＰＤおよび前記ユーザ・インタフェース面で閉じた照明システムを形成する側面部分を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の対話型ディスプレイ・システム。
14. 前記照明システムの主たる部分は、ユーザが複数の視角から見た場合ＦＰＤの照明が実質的に一様であるように、前記主たる部分の中心点からユーザ・インタフェース面まで延び、それにより前記ＦＰＤおよび前記ユーザ・インタフェース面で閉じた照明システムを形成し、連続的面を形成するように実質的に曲線であることを特徴とする請求項１１に記載の対話型ディスプレイ・システム。
15. 前記照明システムは、ユーザが複数の視角から見た場合前記ＦＰＤの照明が実質的に一様であるように、前記主たる部分に実質的に垂直に配置し、前記主たる部分からユーザ・インタフェース面まで延びて前記ＦＰＤで閉じた照明システムを形成する照明された側面部分を更に備え、前記照明された側面部分はそれぞれ、照明された導波路、少なくとも一つの拡散器および反射バックプレーンを備えることを特徴とする請求項１０に記載の対話型ディスプレイ・システム。
16. 非可視光照明システムは、赤外線照明で前記対話型ディスプレイ面を照明する対話型ディスプレイ筐体内に配置される複数の赤外線源を備え、非可視光を検出する前記センサは赤外線照明に感知するデジタル・カメラを備えることを特徴とする請求項５に記載の対話型ディスプレイ・システム。
17. （ａ）対話型ディスプレイ・ケースと前記ケースに結合するユーザ・インタフェース面を含む対話型ディスプレイ筐体と、
    （ｂ）前記対話型ディスプレイ筐体のユーザ・インタフェース面に結合する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルと、
    （ｃ）前記ＬＣＤパネルに結合する光拡散層と、
    （ｄ）前記対話型ディスプレイ筐体内に配置され、可視光で前記ＬＣＤパネルを実質的に一様に照明するように構成した照明システムと、
    （ｅ）前記ＬＣＤパネルを貫通し、物体から反射し、前記ＬＣＤパネルを貫通して戻り、前記対話型ディスプレイ筐体内で検出される非可視光に応答して、ユーザ・インタフェース面に近接して配置される物体を感知するためのユーザ入力検出システムと
    を備えることを特徴とする対話型ディスプレイ・システム。
18. 前記照明システムは、前記対話型ディスプレイ筐体内から前記ＬＣＤパネルのＬＣＤ底面を直接的に照明するように構成した、少なくとも１個の照明源を備えることを特徴とする請求項１７に記載の対話型ディスプレイ。
19. 前記照明システムの少なくとも一部はＬＣＤパネルから相隔たっており、
    （ａ）可視光で導波路の少なくとも一つの端を照明するように構成した照明源を持つ導波路と、
    （ｂ）少なくとも１個のフレネル・レンズと、
    （ｃ）少なくとも一つの光拡散器と、
    （ｄ）可視光を実質的に反射するバックプレーンと
    を備えることを特徴とする請求項１７に記載の対話型ディスプレイ。
20. 前記照明システムは前記ＬＣＤパネルに実質的に近接し、そして結合しており、
    （ａ）可視光で導波路の少なくとも一つの端を照明するように構成した照明源を持つ導波路と、
    （ｂ）少なくとも１個のフレネル・レンズと、
    （ｃ）少なくとも一つの光拡散器と、
    （ｄ）コールド・ミラーと
    を備えることを特徴とする請求項１７に記載の対話型ディスプレイ。

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