JP4427968B2 - インタラクティブ型形状及び画像表示装置および画像表示システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に係り、特に、ユーザに形状及び画像の両方を提示できる表示装置に関する。本発明はまた、加えられたユーザの入力に応じて、形状及び画像の両方を提示できるインタラクティブ型表示装置にも関する。
【0002】
【従来の技術】
その形状を人の制御のもとで変更できるディスプレイの開発を試みる仮想現実感(virtual reality)と拡張現実感(augmented reality)との研究が進んでいる。このようなディスプレイの一種では、ユーザ各々が仮想3D画像を見るために着用が必要な特殊なゴーグルを介して、3Dコンピュータ・グラフィックがユーザに提示される。明らかに、これらの仮想画像は、コンピュータによって容易に制御できる(Sutherland,I.「究極的なディスプレイ(The ultimate display)」、情報処理国際連盟(International Federation of Information Processing)、1965年、506〜508頁;アズマ、R.「拡張されたリアリティ・プレゼンスの調査、遠隔操作と仮想環境(A Survey of Augmented Reality. Presence: Teleoperator and Virtual Environments)」、1997.6(4):355〜385頁;Cruz−Neira,C.等、「CAVE:オーディオ・ビジュアル体験自動仮想環境.ACMの通信(The CAVE: Audio Visual Experience Automatic Virtual Environment. Communications of the ACM)」、1992.35(6):65頁;Poupyrev,I.等、「包括的拡張リアリティ・インタフェースの開発(Developing a generic augmented-reality interface)」、コンピュータ、2002.44〜49頁)。仮想画像に伴う難しさは、仮想画像をユーザが見るためには、特殊な用具を着用することが必要となり、ユーザは自らの手で直接、仮想画像とインタラクションを持つことができないことにある。更に、仮想オブジェクトと現実世界のオブジェクトとの間に不一致がしばしば存在し、ユーザは両者間で切り替えを余儀なくされる(Sutherland,I.「究極的なディスプレイ(The ultimate display)」、情報処理国際連盟(International Federation of Information Processing)、1965年、506〜508頁)。
【0003】
実体的で把握可能なインタフェース(Fitzmaurice,G.,H.Ishii.W.Buxton.Bricks:「把握可能なユーザ・インタフェースに適した基盤の配置(Laying the foundations for graspable user interfaces)」、CHI’95、1995:ACM、442〜449頁;Ishii,H.,B.Ullmer、「人とビットとアトムとの間におけるシームレスなインタフェースのための実体的なビット(Tangible bits towards seamless interfaces between people, bits and atoms)」、CHI97.1997:ACM、234〜241頁)では、テーブルのような、ある作業表面上に投射される仮想オブジェクトに適したハンドラとしての物理的オブジェクトを用いている。テーブル上で物理的オブジェクトを移動することにより、ユーザは、仮想画像も移動できる。しかし、これらのインタフェースは入力にほぼ集中されており、物理的入力装置、例えばハンドル、と被制御仮想データとの間にギャップをつくるだけである。実際は、入力装置を移動すると仮想データも移動することになるが、仮想データの移動は実体的なデバイスに何の影響も及ぼさない。
【0004】
類似の技術が、作動ワーク・ベンチ・システム(Pangaro,G.,D.Maynes−Aminzade,H.Ishii.「作動ワークベンチ:テーブルトップ・タンジブル・ディスプレイのコンピュータ制御作動(The Actuated Workbench: Computer-Controlled Actuation in Tabletop Tangible Displays)」、UIST2002、2002:ACM、181〜190頁)に最近発表されている。このシステムは、テーブルの表面に位置した1つ又は複数の磁性パックを移動させることができる、テーブルの表面の下に置かれた磁石のアレイを用いている。このプロジェクトのパックはテーブル上で移動できる。しかし、パックの動きは水平方向に限定されている。
【0005】
FEELEX装置(イワタ、H.,H.ヤノ、F.ナカイズミ、R.カワムラ、「プロジェクトFeelex:触覚性表面のグラフィックへの付加(Project Feelex: Adding Haptic Surfaces to Graphics)」、SIGGRAPH2001.2001:ACM、469〜475頁)では、画像と触覚感情とを組み合わせるように試みている。この装置は、ゴムシートのような柔軟で柔らかく、その上に画像が投射されるシートで覆われた、複数のロッドのアレイから成る。上方からゴムシートに投射された画像に準じた形状を形成するよう、ロッドが上下に移動できる。ユーザは、ゴムシートに触ることで画像を感じることができる。
【0006】
プロトリュード・フロー(コダマ、S.,M.タケノ、「プロトリュード・フロー(Protrude, Flow)」、SIGGRAPH2001エレクトリック・アーツとアニメーション・カタログ(Electronic art and animation catalog)2001:ACM138頁)では、磁性液体を用いて、異なる形状を生成し制御している。しかし、この装置は、任意の形状を生成することができず、所定の形状にしか展開できない。
【0007】
ウッドン・ミラー「Rozin,D.「ウッドン・ミラー(Wooden Mirror)」、ACM、SIGGRAPH2000、エレクトリック・アーツとアニメーション・カタログ(Electronic art and animation catalog)2000」は、画像がサーボ・モータで回転される複数の木製ブロックから構成されている、表示装置である。カメラを用いて画像を取得し、次にブロックを異なる角度で回転することにより、近似的な画像が再生できる。
【0008】
PCT国際出願公開WO01/08131では、触覚要素(haptic element)を備える力フィードバック型コンピュータの入出力素子が開示されている。触覚要素が、格子状に配置され、センサと作動要素とを具備している。しかし、この素子は、力覚的フィードバック(tactile feedback)を提供するだけであり、ユーザが認識できる任意の視覚的な出力又はフィードバックを提供するものではない。言い換えれば、ユーザは、素子に直接接触しなければならない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
種々のタイプの表示装置が提案されているが、触れることができる物理的な形状を生成すると共に、多種多様なアプリケーションに応用できる単純な構造で、同時に画像も提示することができる表示装置はない。更に、人間の制御のもとで物理的形状を変更可能な表示装置を提供するというニーズもある。
【0010】
本発明は前述の従来技術を鑑みて考案されている。本発明の目的は、形状及び画像の両方を提示できる新規の表示装置、このような表示装置を備えている装置又はシステムを提供することにある。
【0011】
更に、本発明の他の目的は、そこに加えられた人の動作に応じて、形状及び画像の両方を提示できる、新規のインタラクティブ型表示装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施形態によれば、形状及び画像を提示できる表示装置が提供される。本表示装置は、2次元アレイ状に配列され、一方の端部が表示面を形成し、他方の端部に提示された対応する画像セグメントの光を前記一方の端部に透過させる棒状の複数の表示要素であって、それぞれが長手方向に独立して移動できるように配置されている複数の表示要素と、前記複数の表示要素の各々をその長さ方向に移動させるアクチュエータ・ユニットと、形状及び画像とを互いに独立して提示するよう前記アクチュエータ・ユニットと別々に制御され、複数の画像セグメントを含む画像を生成して、前記複数の表示要素の他方の端部に提示する画像表示ユニットとを有し、前記画像表示ユニットによって生成された複数の画像セグメントを有する画像を、前記光が透過する表示面に提示させる。
【0014】
本実施形態の表示装置は、上記形状及び/又は画像に関連する信号を受信し、該受信した信号に応じて前記アクチュエータ・ユニット及び前記画像表示ユニットの少なくとも一方を制御する制御部をさらに備えていても良い。
【0015】
また本表示装置は、ユーザからの上記形状及び/又は画像に関連する入力を検出し、該検出結果を示す信号を制御部に出力するセンサ・ユニットを更に備え、前記ユーザの入力により当該表示装置上に提示された形状及び画像のうち少なくとも一方を制御しても良い。前記センサ・ユニットは、前記表示面でのユーザ入力の位置を検出する、当該表示装置の表示面に設けた位置センサであっても良い。
【0016】
本実施形態の表示装置では、前記複数の表示要素が導光ロッド(light conducting rod)であってもよい。この場合、前記アクチュエータ・ユニットが導光ロッドの各々をその長さ方向に沿って移動させるもので、該導光ロッドの一方の端部が画像表示ユニットに面し他方の端部が前記表示面と面するよう、前記複数の導光ロッドが配置されていることが好ましい。
【0017】
前記画像表示ユニットは、複数の光源又は表示スクリーンを備えたディスプレイのいずれかとしても良い。前記アクチュエータ・ユニットは、各々の表示要素の配列に対応して配置された複数のアクチュエータ要素を備えていても良い。
【0018】
本発明の他の実施形態によれば、ユーザ・インタフェース装置が提供される。本ユーザ・インタフェース装置は、当該ユーザ・インタフェース装置に加えられたユーザ入力に応じて、信号処理装置を制御するために使用することができる。本ユーザ・インタフェース装置は、画像と形状とを提示する前述の表示装置を備えており、画像及び形状の少なくとも一つは、選択可能な機能及び/又は信号処理装置の動作を示す。
【0019】
本発明の更に他の実施形態によれば、(a)複数の導光ロッドと、(b)ロッドでの導光を可能にするロッド毎の光源と、(c)個々のロッドを垂直方向に移動させるアクチュエータ機構と、(d)アクチュエータと光源の各々を独立して制御することを可能にする電子部品及びソフトウェアと、(e)これらの要素の全てを互いに組み合わせるための手段とを備える表示装置が提供される。
【0020】
本実施形態の表示装置では、LCDスクリーンのような画像ディスプレイを光源として用いることで、ロッドを介して画像を提示できる。ロッドを移動させるためのアクチュエータ機構として、形状記憶合金(shape-memory alloy)アクチュエータを使用しても良い。本装置上に提示された形状及び画像は、互いに独立して制御できる。
【0021】
本発明の表示装置は、画像とロッドの動きとを人の動きに従って制御可能とするための、人の動作を把握するセンサ・ユニットと処理ユニットとを更に備えていても良い。前記センサ・ユニットとして、センサ又はセンサ・アレイを当該表示装置に埋め込んでも良い。或いは、本センサ・ユニットを、本装置から離して配置しても良い。本センサ・ユニットは、本表示装置に対する手の動きを追跡するためのコンタクトレス2D又は3D位置センサ、又はタッチ及び圧力センサであっても良い。
【0022】
したがって、本実施形態の表示装置は、多くのシステム、センサ及びユーザによるリモートコントロールが可能となるよう、ネットワークに接続しても良い。更に、センサ・ユニットを備えた表示装置は、機器や制御装置用のボタンのように、動的な物理的インタフェースの構築に使用しても良い。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。
【0024】
1. システム構成
図1は本発明の一実施形態に基づくシステムの構成を示す。システムは、形状及び画像の両方を提示することができる新規の表示装置10を有している。本実施形態の表示装置10は、表示装置10に印加されたユーザの入力を検出するセンサ・ユニット12と、形状及び画像の出力を提示する表示要素アセンブリ14とを有している。
【0025】
表示要素アセンブリ14は、複数の表示要素140と、表示要素140の各々が互いに独立して移動可能のように複数の表示要素140を支持する支持ユニット141と、入力したアクチュエータ制御信号に応じて表示要素140の各々を移動するアクチュエータ・ユニット142と、複数の画像セグメントを生成する画像表示ユニット144とを備えている。各画像セグメントは、入力した画像制御信号に応じて各表示要素で提示されるように、表示要素の各々に対応している。
【0026】
支持ユニット141はまた、各表示要素140の移動を案内する機能も有しており、該移動のストローク制御と共に、表示要素140のデフォルト位置から上方に移動した表示要素140から構成される3次元形状を決定する。
【0027】
表示要素140が支持ユニット141と共に位置しているので、これら表示要素の端部のアレイが、画像及び形状が提示される表示装置10の表示面を形成する。アクチュエータ・ユニット142は、表示面と垂直の方向に表示要素を移動させるので、表示面上の形状は、表示面から突き出ている表示要素から形成される。表示面に表示された画像は、個々の表示要素上に表示された複数の画像セグメントから形成されている。単一画像を構成するように画像表示ユニット144に画像セグメントを生成することにより、本来の単一画像と類似する又は対応する画像が、表示要素を介して表示面に提示することができる。
【0028】
センサ・ユニット12は、ユーザの入力とその入力の位置とを検出する。センサ・ユニット12は複数のセンサ素子を備えていても良い。本実施形態では、印加されたユーザの入力を検出可能で、ユーザの入力の位置が識別可能であるよう配置されているものであれば、任意のセンサ素子を用いても良い。
【0029】
本システムはさらに、センサ制御/駆動部30と、センサ・ユニット12、アクチュエータ・ユニット142及び画像表示ユニット144を各々駆動して制御するアクチュエータ制御/駆動部40及び画像制御/駆動部50と、これらの制御/駆動部30、40、50の動作を制御する制御部20とを有している。制御部20は、本システムの動作を制御するための所定のソフトウェア・プログラムを実行するメモリとCPUとを備えているコンピュータであっても良い。
【0030】
本システムはさらに、例えば種々のユーザ入力又はコマンドを受けるマウス及び/又はキーボードのような入力ユニット60と、ネットワーク又は任意の他の装置を介して入力又はコマンドを受けるためのI/Fユニット70とを有している。
【0031】
本実施形態の表示装置10では、表示要素によって提示されるべき画像及び形状は、センサ・ユニット12や入力ユニット60から出力された信号、又は、ネットワークを介しI/Fユニット70で受信したデータ、又は、本システムとは独立した任意の他のデータ・ストリームに基づいて決定される。
【0032】
本システムにおける上記のようなインタラクティブ型ループの一例を図2に示す。本インタラクティブ型ループでは最初、入力があるかどうかがチェックされる(ステップ2000)。入力は、センサ・ユニット12からの検出信号又は入力ユニット60又はI/Fユニット70からの入力信号である。新しい入力が検出されない場合(ステップ2002でNo)、フローはステップ2000に戻る。新しい入力が検出された場合(ステップ2002でYes)、制御信号が、検出した新しい入力に応じて生成され、アクチュエータ・ユニット142と画像表示ユニット144とに送られ、表示要素アセンブリ14で提示されていた画像と形状を更新する(ステップ2004、2006)。
【0033】
2. 構成要素、表示装置の構成、インタラクティブ型動作
図3(A)は、本発明の他の実施形態に基づく表示装置の構造の一例を示す。本例において表示装置は、複数の導光ロッド1400と、対応する導光ロッドに光を放出する複数の光源1440aと、これらの導光ロッド1400の全てを、力が印加されない時には所定の中間レベルL1で支持すると共に、該中間レベルから他のレベルL2に互いに独立して上昇が可能であるように支持するメカニカル・アセンブリ1410とを備えている。導光ロッドのストロークは、固定値に又は変数として設定してもよい。
【0034】
図3の表示装置は、対応する導光ロッドを垂直方向に移動させる複数のアクチュエータ(図示せず)を更に備えている。本例では、ロッドを所定の方向に任意の量だけ移動させることができるものであるならば、任意のタイプのアクチュエータを利用することができる。
【0035】
本実施形態では、導光ロッド1400を表示要素140として用いている。導光ロッド1400は、光ファイバ・ワイヤ又はアクリル・ライト・ガイドのように、光を、導光ロッド1400の一端の近くに配置された光源1440aから、導光ロッド1400の他端に導く又は通過させることができる材料で構成されていても良い。
【0036】
導光ロッド1400を本実施形態では表示要素140として用いているが、本発明の表示要素はそれに限定されない。例えば、表示要素の形状はロッド形状に限定されず、複数の表示要素が画像及び形状を提示できる表示面を形成するアレイ構造を形成することができるならば、任意の他の形状を用いても良い。各々表示要素のサイズと長さは、それが適用される技術分野に応じて任意に調整してもよい。
【0037】
光源1440aは、画像セグメントを生成する画像表示ユニット144を構成するデバイスとして用いている。光源1440aは、例えば、発光ダイオードで構成するか、又は、異なる色の発光ダイオードを複数組み合わても良い。また、LCDや有機ELデバイスやレーザ・デバイスのように、十分な輝度と所定の色とをもつ光を放出するものであれば、任意の異なるタイプの光源を用いても良い。光源はまたミラー又は光学系を備えていても良い。
【0038】
アクチュエータ1420の各々は、対応する導光ロッド1400を所定のニュートラル位置L0から上方へ移動させる。アクチュエータ1420の詳細について以下に説明する。
【0039】
メカニカル・アセンブリ1410は、所定の位置に導光ロッド1400を支持する要素支持ユニット141として用いる。
【0040】
導光ロッド1400は、図4(A)又は図4(B)に示すように、マトリクス形状と形成するよう配置しても良い。本例においては、導光ロッド1400の高さと色(又は光のオン/オフ)を個別的かつインタラクティブ的に制御して、静的又は動的に画像及び形状を生成するように、導光ロッド1400が光源1440aとアクチュエータ1420と共にメカニカル・アセンブリ1410で支持されている。
【0041】
アクチュエータ1420が形状制御信号に応じて作動したばあい、導光ロッド1400が上昇し、同時に光源1440aが点灯して、移動中の導光ロッド1400を照らす。その結果、ユーザが最上部から又は斜めから見た場合、形状と組み合わされた画像が、図4(A)又は図4(B)に示すように、本発明の表示装置により明確に提示できる。
【0042】
図4(A)では、矢印が表示装置の形状及び画像によって提示されている。本図では、形状が、矢印のレリーフ・パターンを構成するように、所定数の導光ロッドを上昇させて形成される。画像は、上昇中の矢印パターンを形成する導光ロッドに対応する光源を点灯することにより形成される。
【0043】
本実施形態で、導光ロッドのストロークと光源の色は、任意の特定の値に限定されるものではない。しかし、ユーザが導光ロッドの動きを認識できる、十分の大きさのストロークを有していることが好ましい。
【0044】
ストローク及び色は、アクチュエータと光源に各々入力した制御信号に応じて独立して調節できる。例えば、図4(B)に示すように、導光ロッドの高さは、幾つかのレベルに設定できる。本図では、導光ロッド1400−4は、上昇のための力が印加されていないニュートラル位置にある。導光ロッド1400−1と1400−2は最大の高さまで、導光ロッド1400−3は中間の高さまで上昇したものである。
【0045】
光源はまた、対応する導光ロッドの移動と関係無しに点灯させても良い。例えば、図4(B)に示すように、導光ロッドの一部に対応する光源だけ、すなわち、導光ロッド1400−1が点灯される一方、導光ロッド1400−2からは光が放出されていない。更に、光の色は導光ロッドによって変更できる。例えば、導光ロッド1400−1上に赤色光を点灯させ、異なる色、例えば青色や黄色の光を所定の高さまで上昇している隣接ロッドに点灯させても良い。
【0046】
本例の表示装置は画像及び形状を互いに独立して制御できる。これは、形状を伴わなくても画像を提示できる、又は、画像を伴わなくて形状を提示できる、又は、画像及び形状を同時に提示できることも意味している。
【0047】
図3に戻り、表示装置の代替構造について説明する。図3(B)は、複数の単独光源1440aの代わりに、LCDのような画像表示デバイス1440bを有する表示装置の他の例を示す。本例では、LCD1440bに表示された画像を制御することにより、導光ロッドを介して見えるものを制御できる。また代わりに、表示スクリーンを構成する画素の各々から出射された光が、対応する導光ロッドを介してその端部に導かれるように、各画素を設けても良い。
【0048】
本発明の表示装置は、図1に示す制御部20のような制御部の制御のもとで自立的に動作させても良い。また、図3(C)に示すように、表示装置10に埋め込まれた又は取り付けられた複数のセンサ1200を有していても良い。センサ1200を具備する本例は、表示装置10がセンサ・ユニット12を備えている前述の図1に示した上記実施形態に対応している。
【0049】
センサ1200は、ユーザの手の位置(又は任意の他の動作)を追跡し、表示装置10が提示した画像及び形状、すなわち、導光ロッド1400の点灯動作及び/又は動きを制御可能にする。図3(C)において、センサ1200の各々は、導光ロッド1400と同じ空間的分解能でユーザの入力位置を検出するように、対応する導光ロッド1400に非常に近いところに設けられている。図3(C)の例では、単独光源1440aの代わりに、任意の他タイプの画像表示装置を、LCD画像表示装置1440bのように使用することができる。
【0050】
図3(C)に示す例によれば、ユーザがその手を表示装置の近くにもってゆくと、表示装置10は、導光ロッド1400を移動させて図5(A)に示すように触覚的な又は視覚的なフィードバックを提供するか、又は、光源1440aを作動させることで、対応する。
【0051】
本例では様々なタイプのセンサ1200を用いることができる。例えば、センサ・タイプとして下記がある。
(1)非接触型(contact−less)位置センサ:e−メッシュ・スタイル・センサ(レキモト、J.「スマートスキン:インタラクティブ型表面上のフリーハンド操作のインフラ(SmartSkin: An Infrastructure for Freehand Manipulation on Interactive Surfaces)」、CHI2002、113〜120頁)や3D磁気センサのように、ユーザがディスプレイに直接接触しなくても、ディスプレイ表面の上方で人の手の位置を追跡できる。
(2)接触センサ:タッチ及び位置センサのように、ユーザがセンサの要素に直接触れることが必要となる。
【0052】
また代わりに、センサ1200は、ユーザが導光ロッド1400に直接加えた力を検出する力又は張力センサでもよい。
【0053】
図5(B)と図5(C)は本発明の他の実施形態を示す。本実施形態では、センサと入力装置とは、共に種々の形態でユーザの入力を検出するもので、表示装置に直接埋め込まれておらず、リモートコントロールを行うものである。図5(B)に示す例では、ユーザが形状取得素子602とインタラクションし、形状取得素子602が取得したオブジェクト600(本例では人の手)と同じ形状及び/又は画像が、複数の導光ロッド1400を使用して本発明の表示装置10に提示される。本例において形状取得素子602は、オブジェクト600の2D形状を取得する入力装置として機能するものであり、e−メッシュ・タイプ・センサでもよい。
【0054】
図5(C)に示す他の例では、カメラ604又は任意の画像センサを入力装置として用いて、ユーザ(又は環境)の画像を取得できる。また、取得された画像又は形状は、導光ロッド1400を用いて表示装置10上に提示できる。また代わりに、マイクロフォン又は任意の音/音声センサを入力装置として用いて、音声コマンドをユーザから表示装置10に送り、該コマンドに応じて画像及び/又は形状を提示してもよい。
【0055】
これらのケース全てで、センサ又は入力装置は、表示装置10から離れて配置されており、ユーザ入力を取得し、その状態を表示装置10に伝える。本実施形態では、このようなセンサ又は入力装置として、下記を含むことができる。
【0056】
−2D及び3D位置センサ
−音声入力システム
−レーザ・スキャナや深さカメラなどのような、深さセンサ装置
−カメラ装置など。
【0057】
3. 表示装置の詳細
図6と図7は、表示装置の例を図示して、本発明の更なる他の実施形態に基づくロッド動作と点灯メカニズムの構成を図解している。本例の表示装置の基本構造は、図3(A)のものに対応している。
【0058】
図6に示す例では、光案内アクリルロッド203(導光ロッド1400)がLED201(光源1440a)の上方のベース209に組み込まれている。LED201が点灯すると、LED201の光が光案内アクリルロッド203の上端まで透過する。この上端は光拡散キャップ211で覆われている。
【0059】
着脱可能なトップ・プレート204aは、光拡散キャップ211を覆い、この構造がユーザから見えないようにする。着脱可能なトップ・プレート204aと光拡散キャップ211との最上面は、画像及び形状が提示される表示面を形成する。光案内アクリルロッド203が上昇すると、ロッド203の端部、すなわち、光拡散キャップ211が、この表示面から現れ、ユーザに見えるようになる。更に、光源が点灯すると、対応する光拡散キャップ211から光が放射される。光拡散キャップ211は、上昇する場合でも又はニュートラル位置にある場合でも、ユーザが光案内アクリルロッド203を容易に認識できるようにする。
【0060】
着脱可能なトップ・プレート204は上部部材204b上に配置される。上部部材204bとベース209は、図3(A)のメカニカル・アセンブリ1410に対応している。
【0061】
LED201の代わりに、光案内アクリルロッド203の下に画像を生成するLCDディスプレイのような表示装置を使用しても良い。このような場合、光案内アクリルロッド203下方のLCDの一部分をオン・オフすると、LCDに表示された画像の対応部分が、光案内アクリルロッド203を介して送られるので、ユーザは光案内アクリルロッド203のアレイを介して画像を見ることができる。
【0062】
本例では、形状記憶合金(SMA)ワイヤ207をアクチュエータとして用いて、光案内アクリルロッド203の各々を駆動している。SMAワイヤ207は、加熱されると縮小し、冷却されると本来の長さに戻る。そこで、光案内アクリルロッド203とベース209の固定部とをSMAワイヤ207を用いて接続し、該SMAワイヤ207を加熱することで、光案内アクリルロッド203を引っ張ることができる。
【0063】
本例では、SMAワイヤ207に電流が送られて加熱が行われる。したがって、対応するSMAワイヤ207に送られる電流を制御することで、光案内アクリルロッド203の動きを制御することができる。例えば、0.8mmのSMAワイヤは、100mAの電流が印加されると4%縮小する。20cmの長さのSMAワイヤを用いると、光案内アクリルロッドを5mm移動させることができる。
【0064】
SMAワイヤ207を用いて光案内アクリルロッド203を駆動する二つの好適な構造がある。すなわち、単独ワイヤ・システム(図6)とプーリー・システム(図7)を用いる構造である。両方の構成において、SMAワイヤ207の一端は、アタッチメント208で光案内アクリルロッド上に固定され、さらに装置外部のベース209の孔210を通って、アクチュエータ駆動回路に接続されるコネクト207aと接続されている。
【0065】
図6に示したプーリー・システムの場合、SMAワイヤ207は、上部部材204bに取り付けたプーリー206に進んだ後、ベース209に戻り、そこで、調整ボルト202に固定される。このため、調整ボルト202を回転させると、SMAワイヤ207の張力の変更が可能になる。また代わりに、調整ボルト202は、上部部材204bに設置し、プーリー206に取り付けても良い。
【0066】
図7に示した単独ワイヤ・システムでは、プーリー206を用いていない。ワイヤが、上部部材204bに固定したアタッチメント206aに単純に取り付けられているだけである。もちろん、この場合、調整ボルト202は、調整ボルトを上部部材204bに取り付ける場合に用いても良い。
【0067】
SMAワイヤ207に電流が供給されると、SMAワイヤ207は、急速に縮小して、光案内アクリルロッド203を引き上げる。電流供給時に、全てのロッドが同じ高さに上昇するように、各々ワイヤを同じ長さにしなければならない。そのために、調整ボルト202を用いて、ワイヤ張力を変えて、ロッド移動の速度と高さとを微調整する。
【0068】
電流をオフにすると、SMAワイヤ207が冷えるが、加熱時よりもゆっくりしている。ニュートラル位置に戻る光案内アクリルロッドの速度を早めるために、光案内アクリルロッド203の最上部に設けたスプリング205を用いて、ロードを押し下げる。
【0069】
プーリー・システムの長所は、SMAワイヤ207が長ければ長いほど、より高い位置に光案内アクリルロッド203が上昇させることができるという点にある。単一ワイヤ・システムの長所は、単純性と信頼性とにある。
【0070】
本実施形態では、光案内アクリルロッドを移動するアクチュエータとしてSMAワイヤを用いている。また代わりに、画像が提示されるロッドの上端に対する光源からの光伝送に干渉せずに、独立してロッドの各々を移動できるならば、種々のタイプのアクチュエータが使用できる。アクチュエータは、機械的なモータを具備するアクチュエータや、ガス又は液体を用いて力を加えるアクチュエータなどを含んでいても良い。
【0071】
4. アプリケーション
視覚的ディスプレイの開発は、高い分解能と優れた色の再生機能を具備する、大きく明るいディスプレイの製造に重点がおかれている。それも重要であるが、ホーム・エレクトロニクスやインテリア・デザインなどのような多くのアプリケーションにおいて、高い画像忠実度は不要で高価であるかもしれない。
【0072】
本発明の表示装置を開発する際に、本発明の発明者は、逆の手法を取り入れた。すなわち、新しい通信チャンネル(画像の物理的な動き)と組み合わせた、小型で非常に単純な視覚的ディスプレイを形成した。これは、単純でエレガントであるが有用なインタフェースをデザインできる数多くの可能性を開拓するものである。これは、異なる物理的形状又はアニメーションが、完全に異なる情報を同じ画像を介して伝送できるからである。本明細書において、アニメーションは表示装置で提示された形状の動的な変化を意味している。
【0073】
言い換えれば、2層の独立した情報が、形状及び画像の形態で各々具体化されて、単独の表示装置によりユーザに提示することができる。更に、伝送すべき情報の更なる層を加えるために、表示装置が提示した形状及び/又は画像を時間と共に変化させてもよい。
【0074】
例えば、DVDプレーヤー上で“play”記号は、図8に示す三角形のようなものになる。停止、高速、前進、巻き戻しなどのような他の動作については、異なる記号を使用しなければならない。しかし、本発明の表示装置を用いると、DVDプレーヤーの状態は、同一の視覚的な記号に異なる物理的アニメーションと組み合わせて伝えることができる。例えば、図8に示した三角形の画像中を移動するスロー・ウェーブ・モーションでプレイバックを示し、また高速ウェーブ・モーションで高速前進、逆方向のウェーブ・モーションで巻き戻しなどを示しても良い。
【0075】
もちろん、前述の例はDVDプレーヤーを意図しているが、本発明は、DVDプレーヤーのアプリケーションだけに限定されず、異なる動作を行う任意の他のアプリケーションにも応用できる。画像表示によるアニメーションの活用は、未来のデジタル機器の状態を伝える新規で単純かつエレガントな方式への導きとなり得る。
【0076】
新しい外観形状と体験のデザインは、本発明の他の重要な要素である。消費者用のデジタル機器は、それらの視覚的で美的な魅力から益々選択され購入されてきている。新しく独自な製品設計とインタフェースの製作を推進できる製作技術の開発が非常に重要な方向となる。
【0077】
前述のように本発明の表示装置は、視覚的な表示と機械的な動きとを一つのユニットにまとめている。また代わりに、本発明の表示装置では、ユーザとのインタラクション機能を形状及び画像の両方の表示と組み合わせても良い。
【0078】
このような表示装置の他のアプリケーションによれば、以下に示すボタン・インタフェースのように、物理的インタフェースを動的に構築することを可能にする。
【0079】
図9(A)は、本発明の表示装置80を用いるボタン・インタフェース・アプリケーションの一例を示す。表示装置80において、スクリーンはボタン82と84のグラフィック画像及び形状を共にユーザに提示して、それらを可視状態にしたり、ボタンの作動状態を示したり、又は単純にその使用を容易にすることができる。図9(A)で、ボタン82の画像が表示される領域は、ボタン84と異なる状態を示すために上昇する。ボタン82の形状は、対応領域に配置された複数の表示要素を上昇させることで形成される。
【0080】
図9(B)と図9(C)は、本発明による表示装置80の他の例を示す。本例では、ユーザ入力を検出するセンサが、図3(C)の例で説明した表示装置に埋め込まれている。図9(B)において、形状及び画像が共に提示された幾つかのボタンは、表示装置80の表示面に表示されている。個々のボタンに表示された画像は、それらの機能を示しており、例えば、画像の色を変えると、各々の機能に対応する動作の状態を更に示すことができる(ボタン86を参照)。本例において、表示装置80はセンサを備えている。そこで、ボタンの形状は、ユーザの入力に応じて変更できる。例えば、ボタン88aは、ユーザがボタン88aを押すと、その形状をボタン88bへと変更する。
【0081】
前述のように、センサを表示装置に埋め込むことにより、表示装置との単純なインタラクションをデザインすることができる。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、形状及び画像の両方を提示できる新規の表示装置と、このような表示装置を含んでいる装置又はシステムとが提供される。更に、本発明によれば、加えられた人の動作に応じて形状及び画像の両方を提示できる新規のインタラクティブ型表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に基づく表示装置を含んでいるシステムの構造を示すブロック図である。
【図2】図1の表示装置におけるインタラクティブ・プロセスのフローチャートである。
【図3】図3(A):本発明による表示装置の一例の概略図である。
図3(B):本発明による表示装置の他の例の概略図である。
図3(C):本発明による表示装置の更に他の例の概略図である。
【図4】図4(A):本発明による表示装置の一例の斜視図ある。
図4(B):本発明による表示装置の他の例の斜視図である。
【図5】図5(A):本発明によるインタラクティブ型表示装置の一例の概略図である。
図5(B):本発明によるインタラクティブ型表示装置の他の例の概略図である。
図5(C):本発明によるインタラクティブ型表示装置の更に他の例の概略図である。
【図6】本発明の表示装置のアクチュエータ構造の一例を示す概略図である。
【図7】本発明の表示装置のアクチュエータ構造の他の例を示す概略図である。
【図8】本発明の表示装置に提示された画像の一例の略平面図である。
【図9】図9(A):ボタン・インタフェース・アプリケーションにおける本発明による表示装置の一例の斜視図である。
図9(B):ボタン・インタフェース・アプリケーションにおける本発明による表示装置の他の例の斜視図である。
図9(C):ボタン・インタフェース・アプリケーションにおける本発明による表示装置の更に他の例の斜視図である。
【符号の説明】
10 表示装置
1200 センサ
1400 導光ロッド(表示要素)
1410 メカニカル・アセンブリ
1440a 光源
1440b 光源。
Claims (8)
- 形状及び画像を提示する表示装置において、
2次元アレイ状に配列され、一方の端部が表示面を形成し、他方の端部に提示された対応する画像セグメントの光を前記一方の端部に透過させる棒状の複数の表示要素であって、それぞれが長手方向に独立して移動できるように配置されている複数の表示要素と、
前記複数の表示要素の各々をその長さ方向に移動させるアクチュエータ・ユニットと、
形状及び画像とを互いに独立して提示するよう前記アクチュエータ・ユニットと別々に制御され、複数の画像セグメントを含む画像を生成して、前記複数の表示要素の他方の端部に提示する画像表示ユニットと
を有し、
前記画像表示ユニットによって生成された複数の画像セグメントを有する画像を、前記光が透過する表示面に提示させる
表示装置。 - 上記形状及び/又は画像に関連する信号を受信し、該受信した信号に応じて前記アクチュエータ・ユニット及び前記画像表示ユニットのうち少なくとも一方を制御する制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- ユーザからの上記形状及び/又は画像に関連する入力を検出し、該検出結果を示す信号を前記制御部に出力するセンサ・ユニットを更に備え、
前記ユーザの入力により当該表示装置上に提示された形状及び画像のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記表示要素は導光ロッドであり、
前記アクチュエータ・ユニットは、前記複数の導光ロッドの各々をその長さ方向に沿って移動させ、
前記複数の導光ロッドは、該導光ロッドの一方の端部が前記画像表示ユニットに面し、他方の端部が前記表示面と面するよう、配置されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記画像表示ユニットは、複数の光源及び表示スクリーンを備えたディスプレイのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記アクチュエータ・ユニットは、各々の表示要素の配列に対応して配置された複数のアクチュエータ要素を備えていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 前記センサ・ユニットは、前記表示面でのユーザ入力の位置を検出する、当該表示装置の表示面に設けた位置センサであることを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
- 信号処理装置と、加えられたユーザ入力に応じて該信号処理装置を制御するユーザ・インタフェース装置を備える画像表示システムにおいて、
該ユーザ・インタフェース装置は、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の前記表示装置を備え、
前記表示装置は、画像及び形状を提示するものであり、前記画像及び形状の少なくとも一つは、選択可能な機能及び/又は前記信号処理装置における動作を示すことを特徴とする画像表示システム。
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