JP2015225273A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タッチスクリーンディスプレイにおいて、指をディスプレイ表面で滑らせるインターフェースであるため、ユーザーが指の移動と映像の移動との間に違和感を感じる。【解決手段】 映像光を投写するプロジェクタ２０と、前記映像光を映し出す球形スクリーン１０と、前記プロジェクタを保持するプロジェクタ保持部２１と、スクリーン位置変化機構１１と、前記映像光が結像することにより映しだされている映像の前記球形スクリーン１０上の位置を検出するスクリーン位置検出システム４０とを備え前記スクリーン位置変化機構１１は、前記球形スクリーン１０の外側から前記球形スクリーン１０と接して保持し、前記球形スクリーン１０の任意の方向への回転を妨げることなく、前記球形スクリーン１０が装置から脱落することを防ぐことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばプロジェクタを用いた表示装置に関する。

スマートフォン又はタブレット等で代表される電子装置のユーザーインターフェースは、タッチスクリーンディスプレイを有する構成が主流となっている。例えば、特許文献１では、タッチ感知ディスプレイ上によって、主として指接触を通してグローバルユーザーインターフェースと対話する内容が記載されている。

特表２０１０−５０３１２７号公報（段落０００６〜０００８）

タッチスクリーンディスプレイの特徴を説明する。例えば、机の上に置かれた、紙で作られた地図を見ているとする。目から少し離れた地図の領域を見たい場合には、一般的に観察者は次のような行為を行う。つまり、観察者は、地図の上に手を置き、机の上で地図を滑らせ、地図の見たい領域を目の近くに移動させて、見たい領域を容易に見えるようにする。一方、この紙で作られた地図をタッチスクリーンディスプレイに表示された映像として置き換える。観察者は、指をディスプレイの表面上でなぞる。その結果、指に地図が追従するようにディスプレイ上で地図映像が動かされたことを認識する。これにより、観察者は、タッチスクリーンディスプレイに対しても、あたかも紙で作られた地図に対して行ったときと同様な操作感を得ることが出来る。

しかし、紙で作られた地図の場合には、紙が指に接触することにより地図が動くが、従来のタッチスクリーンディスプレイの場合には、観察者の指がディスプレイのスクリーン表面で滑っている状態で映像のみが指の位置に追従して動く。タッチスクリーンディスプレイ上の指と映像とは、物理的に接触しているわけではない。そして、指の移動と映像の移動とは実際には、速度又は位置などが異なる事になる。また、ディスプレイの表面で指を滑らせるインターフェースにおいては、ディスプレイの表面と指との間に摩擦力が働く。この摩擦力は、指の乾燥状態等、ディスプレイ又は指の表面の状態で大きく変化する。例えば、指が乾燥している状態と指が濡れている状態とでは摩擦力が変化する。この様に、従来のタッチスクリーンディスプレイでは、指をディスプレイ表面で滑らせるインターフェースであるため、ユーザーが指の移動と映像の移動との間に違和感を覚える課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ユーザーの指とタッチスクリーンディスプレイのスクリーン表面とが接触したまま動き、指が移動しているのに対してスクリーン表面が止まっているという違和感を低減するタッチスクリーンディスプレイを得るものである。

そこで、本発明では、映像光を投写するプロジェクタと、前記映像光を映し出す球形状のスクリーンと、前記プロジェクタを保持するプロジェクタ保持部と、前記スクリーンを前記スクリーンの面方向への移動可能に保持するスクリーン位置変化機構と、スクリーンが回転する速度又は位置を検出するスクリーン位置検出システムとを備え前記スクリーン位置変化機構は、前記スクリーンの外側から前記スクリーンと接して保持し、前記スクリーンの回転を妨げることなく、前記球形スクリーンが装置から脱落することを防ぐ表示装置を提供する。

ユーザーがタッチスクリーンディスプレイにおいて、指とタッチスクリーンディスプレイのスクリーンとが接触したまま動くため、指が移動しているのに対してスクリーンの表面が止まっているという違和感を低減することができる。

本発明の実施の形態１における表示装置の構成図である。 本発明の実施の形態１におけるプロジェクタ固定手段とスクリーン位置変化機構との動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態２における表示装置の断面図である。 本発明の実施の形態３における表示装置の構成図である。

実施の形態１．
本実施の形態１は、球形状のスクリーン１０に対して、スクリーン１０の内側にプロジェクタ２０を配置する。スクリーン１０は、その球形状の中心位置に対して回転して動作することができる。スクリーン１０は、ユーザーの指等とスクリーン１０との間の摩擦力により、ユーザーの指等に接したまま回転する。つまり、映像は、あたかもスクリーン１０の回転に追従しているかのように表示される。

図１は、本発明の実施の形態１の表示装置１の構成図である。表示装置１は、プロジェクタ２０、スクリーン１０、プロジェクタ保持部２１、スクリーン位置変化機構１１及びスクリーン位置検出システム４０を備える。スクリーン１０は、球形状であり、その内部が空洞である。さらに、スクリーン１０は、その外側をスクリーン位置変化機構１１により保持されている。スクリーン位置変化機構１１は、例えば、ボール方式マウスのボール保持機構のような構造で実現できる。「ボール方式マウス」とは、底面に露出したボールによって間接的に車輪を動かす方式のポインティングデバイスである。ボール方式マウスのボール保持機構は、ボールの任意の方向への回転を妨げることなく、ボールがボール保持機構からの脱落を防ぐものである。ボール方式マウスのボール保持機構は、一般的にはリング形状である。リング形状のボール保持機構は、リング及び外筐によりボールを保持する構造である。リング形状のボール保持機構は、リング中央の穴からボールを底面に露出させ、リングの周囲及び外筐によりボールを保持するものである。なお、リング及び外筐については図示しない。

また、スクリーン位置変化機構１１の一端を外部より固定する。これにより、スクリーン１０はその球形状の中心位置を変えずに、その中心位置に対して回転できる。つまり、スクリーン位置変化機構１１は、スクリーン１０の面方向への移動可能にスクリーン１０を保持している。「面方向への移動」とは、球形状のスクリーンの任意方向への回転のことである。また、スクリーン１０に対する指の位置を検出するため、本発明の表示装置１は、タッチ位置検出システム３０を備える。

スクリーン１０の内側には、プロジェクタ２０を配置する。スクリーン１０は、端を有さない卵の殻のような構成の球形状である。このため、スクリーン１０は、プロジェクタ２０をその内側に配置するために、その製造にあたって例えば以下の工程とすることができる。まず、一対の半球形状のスクリーンを作成する。次に、プロジェクタ２０を半球形状のスクリーンの内側に球形の中心付近となるよう配置する。最後に、半球状のスクリーンの端と、もう一対の半球状のスクリーンの端とを合わせて接着する。プロジェクタ２０は、プロジェクタ保持部２１を有する。プロジェクタ保持部２１は、スクリーン１０に対してプロジェクタ２０の位置を保持するための部品である。プロジェクタ保持部２１も、スクリーン位置変化機構１１と同様の構造で実現できる。

上記の構造だけでは、プロジェクタ２０はスクリーン１０に対して回転方向の位置が固定されておらず、スクリーン１０の内側で回転してしまう。この回転を固定するために、例えば、磁石による磁力を利用する方法がある。

図２は、プロジェクタ固定手段とスクリーン位置変化機構との動作を示す説明図である。例えば、スクリーン位置変化機構１１は、Ｓに着磁している。一方、プロジェクタ保持部２１は、Ｎに着磁している。

スクリーン位置変化機構１１は、スクリーン１０の外側に接する。一方、プロジェクタ保持部２１は、スクリーン１０の内側に接する。スクリーン位置変化機構１１とプロジェクタ保持部２１とが、スクリーン１０に接する部分の形状は、マウスのボール保持機構と同様にいずれもリング形状である。スクリーン位置変化機構１１とプロジェクタ保持部２１とが、スクリーン１０に接する部分は、リング形状の径方向に着磁されている。例えば、スクリーン位置変化機構１１の可動部の表面側をＳに着磁させる。そして、プロジェクタ保持部２１の可動部の表面側をＮに着磁させる。その場合には、スクリーン１０を通して、スクリーン位置変化機構１１とプロジェクタ保持部２１とは磁力で引き合う。スクリーン位置変化機構１１の一端は、例えば、設置個所に固定されている。よって、スクリーン位置変化機構１１の磁力とプロジェクタ保持部２１の磁力とを適切に調整することにより、スクリーン位置変化機構１１とプロジェクタ保持部２１とは、相対的な位置変化が生じないように保持される。一方で、スクリーン位置変化機構１１とプロジェクタ保持部２１とは、それぞれスクリーンの回転中心に対して回転して動作することができる。これにより、プロジェクタ２０をスクリーン１０の回転方向に対して固定することができる。

プロジェクタ２０は、映像光を投写するために電力を必要とする。さらに、プロジェクタ２０は、映像信号を入力する必要がある。しかし、本実施の形態１では、プロジェクタ２０はスクリーン１０の内側に配置され、外側と隔離されている。このため、スクリーン１０の外側より、プロジェクタ２０に電力や信号を供給する際に、一般的な電力ケーブルや信号ケーブルを使用することができない。そこで、電力供給のため、例えば、電磁誘導によるワイヤレス給電、又は充電型のリチウムイオン電池を使用する方法がある。一方で、映像信号の入力方法としては、無線での信号伝達を使用する方法がある。

以上、説明した構成により、本発明の表示装置１は、プロジェクタ２０に対して、その投写方向に対して垂直な方向に移動できるスクリーン１０を有することができる。スクリーン１０の表面をユーザーが指で触れて指を動かした場合には、指とスクリーン１０との間に発生した摩擦力により、スクリーン１０はユーザーの指に追従して動く。

スクリーン位置検出システム４０は、例えば、ロータリーエンコーダーと光センサとの組み合わせにより実現できる。「ロータリーエンコーダー」とは、内蔵した格子円盤を基準として入力軸の回転の変位をデジタル信号として出力する角位置センサである。ロータリーエンコーダーと光センサとを組み合わせる場合には、一般的なボール方式マウスにおけるボールの回転を検出するシステムと同様にすることで実現することができる。なお、「回転を検出するシステム」とは、ボールに接するように直交する位置に設置された２つのローラーそれぞれが横方向と縦方向との回転数を検出し、電気信号に変換するものである。または、スクリーン１０に、人間には感知できない微小なパターンを備える方法がある。その方法では、レーザー等の光源及び光センサを用いて、微小パターンを検知することでスクリーン１０の位置を検出する。なお、本実施の形態１では、スクリーン位置検出システム４０により、表示させる映像の指に追従する動きを制御する事とする。

上記の説明のように、本発明の表示装置１は、球形状のスクリーン１０上の映像の表示位置は変化させないまま、スクリーン１０を指で回転させることができる。また、表示装置１は、スクリーン１０上の指の位置、指を動かす速度、スクリーン１０の位置又はクリーン１０の回転速度を検出することができる。

次に、スクリーン１０に映しだされている映像を、スクリーン位置検出システム４０により検出されたスクリーン位置及び回転速度を基に、移動させる方法を説明する。スクリーン１０を指で回転させることにより、スクリーン１０の位置がＡ（ｍｍ）だけ変化したとする。スクリーン１０に投写された映像の解像度が、Ｂ［１画素／ｍｍ］である場合に、スクリーン１０の移動する方向と同じ方向に、プロジェクタ２０から投写する映像をＡ×Ｂ（画素）移動させる。映像の移動は、投写する映像信号の変化により行われる。この結果、スクリーン１０の映像が指に追従して動く。さらに、指がスクリーン１０の上を滑るのではなく、指にスクリーン１０が接触したまま動くことにより、指、スクリーン１０及び映像が同時に動く。これにより、本発明は、従来からの紙による印刷物と同様の良好なユーザーインターフェースを持つ表示装置１を提供することができる。

次に、タッチ位置検出システム３０について説明する。タッチ位置検出システム３０は、球形状をしたスクリーン１０の最表面を指で触れた際に、スクリーン１０上の指の位置又は指を動かす速度を検出するものである。この方法として、透明導電フィルムを熱で整形し、スクリーン１０の表面に貼り付ける方法がある。または、スクリーン１０の製造工程において、平面上のスクリーン１０に対して透明導電フィルムを貼り付け、その後に熱成形し、半球状とする方法もある。または、スクリーン１０の内側又は外側にカメラを配置し、指の位置を検出する方法もある。スクリーン１０の内側にカメラを配置する場合は、プロジェクタ２０に固定する。

ユーザーがスクリーン１０に対して、スクリーン１０が回転するために充分な押し付け力を与えた場合には、スクリーン１０は回転する。スクリーン１０が回転した場合には、スクリーン位置検出システム４０は、回転したスクリーン１０の表面の位置を検出する。ここで、ユーザーがスクリーン１０に対して与えた力が、スクリーン１０が回転するために充分な押し付け力でない場合には、ユーザーの指はスクリーン１０に対して滑る。この際、スクリーン位置検出システム４０は、スクリーン１０の回転を検出しない。しかし、タッチ位置検出システム３０は、スクリーン１０の表面に触れた指が動いていることを検出する。この検出結果を基に、スクリーン１０が回転する場合の、例えば、地図スクロール等のみではなく、ユーザーの指に応じて、メニュー画面等、別の画面を表示させるといったこともできる。つまり、画面をスクロールさせることとは別の新しいインターフェースを提供することができる。すなわち、ユーザーがスクリーン１０に対して指を押し付ける力を変えて、スクリーン１０を回転させる又はスクリーン１０の上を指が滑るという、極めて容易な手段によって、豊富なインターフェースを提供することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、スクリーン１０は、実施の形態１で説明した様な、端のない球形状ではなく、球形状に、穴が開いている形状、又は球形状から一部を切り出した形状である。すなわち、球形状のスクリーン１から切り取る部分は、半球よりも小さくても、又は半球よりも大きくても良い。

図３は、本発明の実施の形態２の表示装置１の断面図を示している。表示装置１は、プロジェクタ２０、スクリーン１０ａ、プロジェクタ保持部２１、スクリーン位置変化機構１１、スクリーン位置検出システム４０及び画面枠６０を備える。また、表示装置１におけるプロジェクタ２０には、ケーブル２２が接続されている。実施の形態１と同じ構成要素は、スクリーン位置変化機構１１、プロジェクタ２０及びスクリーン位置検出システム４０である。実施の形態１と同じ構成要素は、説明を省略する。スクリーン１０ａには、穴１２が設けられる。プロジェクタ保持部２１ａは、穴１２を貫通する。また、プロジェクタ保持部２１ａは、プロジェクタ２０を固定する。

本実施の形態２では、例えばスクリーン１０の穴１２を貫通する部材（プロジェクタ保持部２１及びケーブル２２）によって、スクリーン１０の回転角度が制限される。ユーザーがスクリーン１０の回転角度の限度までスクリーンを回転させた際には、一度スクリーン１０の回転位置を初期の状態に戻す。つまり、スクリーン１０の穴の端部１３が画面枠の端部６１の所に来た場合には、一度スクリーン１０の回転位置を初期の状態に戻す。スクリーン１０の回転角度の限度における映像から初期状態における映像への切り替わりは眼が追従しにくいため、ユーザーが指を離した瞬間に、プロジェクタ２０の映像を表示せず、これと同時にスクリーン１０を回転させることが望ましい。スクリーン１０を初期位置まで回転させる構造としては、例えば、スクリーン位置変化機構１１にモーターを設けて回転させる等の方法が考えられる。

スクリーン１０は、実施の形態１と同様に、スクリーン位置変化機構１１によってその球形状の中心位置を変えないまま、その中心位置に対して回転して動作することができる。本構成は、プロジェクタ２０の固定が容易であるというメリットがある。また、本構成は、プロジェクタ２０に電力と信号とを供給するケーブル２２がスクリーン１０に設けられた穴１２を貫通させることにより、ケーブル２２の引き回しが容易であるというメリットがある。また、画面枠６０を設け、ユーザーからスクリーン１０に設けられた穴１２が見えないようにする事で、デザイン性を向上させる。さらに、本構成は、プロジェクタ２０をスクリーン１０に設けられた穴１２から挿入する事ができるため、組立が簡易であるというメリットがある。

以上説明したように、本実施の形態２に係る表示装置１は、組立性を向上しつつ、実施の形態１と同様に、指の動きに追従して、スクリーン１０と映像とが動く。これにより、本発明は、従来からの紙による印刷物と同様の良好なユーザーインターフェースを持つ表示装置１を提供することができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、指でスクリーン１０を押し付ける力に応じて、スクリーン１０に表示する画面を変更するものである。図４は、本発明の実施の形態３の表示装置１の構成図である。表示装置１は、プロジェクタ２０、スクリーン１０、プロジェクタ保持部２１、スクリーン位置変化機構１１及び押し付け力検出システム５０を備える。実施の形態１と同じ構成要素は、スクリーン１０、スクリーン位置変化機構１１、プロジェクタ２０及びプロジェクタ保持部２１である。実施の形態１と同じ構成要素は、説明を省略する。この構成は、実施の形態１の表示装置１において、スクリーン位置検出システム４０に代えて押し付け力検出システム５０を備えたものである。

押し付け力検出システム５０は、ユーザーがスクリーン１０に対して与える押し付け力を検出する。本実施の形態３の表示装置１は、押し付け力検出システム５０により検知された押し付け力に応じて、表示する画面を変更する。押し付け力検出システム５０は、例えば、スクリーン１０に設けられた荷重センサである。又は、押し付け力検出システム５０は、スクリーン位置変化機構１１若しくはプロジェクタ保持部２１に設けられた荷重センサである。これらの構成では、荷重の大きさによって、２つ以上の複数パターンで荷重検出が可能であるため、例えば、荷重の大きさに応じて表示画面を変更する事が可能である。この検出結果を基に、スクリーン１０が回転する場合の、例えば、地図スクロール等のみではなく、荷重の大きさを何段階かに分けることで、メニュー画面等の別の画面を、荷重の大きさを分けた段階の種類だけ表示させるといったこともできる。このように、実施の形態３は、豊富なインターフェースを提供することができる。

なお、上述の各実施の形態においては、「球形」や「垂直」などの部品の形状又は部品間の位置関係を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。

また、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

１ 表示装置
１０ スクリーン
１１ スクリーン位置変化機構
２０ プロジェクタ
２１ プロジェクタ保持部
２２ ケーブル
３０ タッチ位置検出システム
４０ スクリーン位置検出システム
５０ 押し付け力検出システム
６０ 画面枠

Claims (5)

1. 映像光を投写するプロジェクタと、
   前記映像光を映し出す球形状のスクリーンと、
   前記プロジェクタを保持するプロジェクタ保持部と、
   前記スクリーンを前記スクリーンの面方向に移動可能に保持するスクリーン位置変化機構と、
   スクリーンが回転する速度又は位置を検出するスクリーン位置検出システムとを備え
   前記スクリーン位置変化機構は、前記スクリーンの外側から前記スクリーンと接して、前記スクリーンの回転を妨げることなく保持する
   ことを特徴とする表示装置。
2. 映像光を投写するプロジェクタと、
   前記映像光を映し出す球形状のスクリーンと、
   前記プロジェクタを保持するプロジェクタ保持部と、
   スクリーン位置変化機構と、
   外部から球形スクリーンに対して与える押し付け力を検出する押し付け力検出システムとを備え
   前記スクリーン位置変化機構は、前記スクリーンの外側から前記スクリーンと接して、前記スクリーンの回転を妨げることなく保持する
   ことを特徴とする表示装置。
3. 前記スクリーン位置変化機構と前記プロジェクタ保持部とが、磁石を構成部材に含み、スクリーンを挟むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 画面枠を備え、前記スクリーンには、少なくとも１つ以上の穴が設けられ、前記穴と操作者の視線とは前記画面枠により遮られていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
5. 前記スクリーン上の指の位置又は指を動かす速度を検出するタッチ位置検出システムをさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。

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