JP6754704B2 - ディスプレイ及びロボット - Google Patents

Description

本発明はディスプレイ及びロボットに係り、画像を表示するディスプレイ及びこのディスプレイを備えたロボットに関する。

特許文献１には、平面型の電子表示素子を光学系により３次元曲面スクリーンに投影し、感情に対応した電気信号に従って目に類似したパタン表示により感情表現を行う人工目及びそれを用いたロボットが開示されている。特許文献１には、光学系として、ガラスないしプラスチックファイバーからなるものを用いることが開示されている（段落［００２５］）。

特許文献２には、有機ＥＬ装置において、発光層から発光した光を基板の厚み方向に導光させる光ファイバアレイ基板を用いて平行光を取り出すものが開示されている（段落［００２２］）。

特開２００３−２０５４８９号公報 特開２００６−３１０２３４号公報

愛玩用のロボット等の感情表現機能が重要な役割を果たす機器では、感情表現の手段として目は重要な意味を有する。従来は、目としてディスプレイが用いられていたが、ディスプレイは平面状であり、実際の生物の目のような丸みをもっておらず、通常のディスプレイへの画像の表示と異ならないため、感情表現機能に乏しいという問題があった。

特許文献１には、ガラスないしプラスチックファイバーからなる光学系を用いて、平面型の電子表示素子を３次元曲面スクリーンに投影することで、多彩な感情表現を達成することが記載されており、特許文献２には、複数のグラスファイバを束ねて接着した光ファイバアレイ基板により平行光を取り出すことが記載されている。しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の導光用の光学系には、単位体積当たりの質量が大きくなるという問題があった。

一般に、ロボットでは、動作により可動部にかかる負荷を軽減し、動作を滑らかにするため、単位体積当たりの質量（密度）が小さい材料が用いられることが好ましい。特に愛玩用のロボットでは、オペレータが持ち上げたりする場合があるため、より軽量化されることが好ましい。しかしながら、目の部分の単位体積当たりの質量が大きいと、目が取り付けられるロボットの頭部の前後の重量のバランスが悪くなったり、頭部の動作に伴う負荷が大きくなってしまう。このため、目の部分の単位体積当たりの質量が大きいと、ロボットの動作が阻害されるという問題があった。さらに、頭部の動作による振動等の要因により、目の位置がずれたり、脱落したりするおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、単位体積当たりの質量が小さいディスプレイ、及びこのディスプレイを用いることで、目を構成する部材の位置ずれ及び脱落が起こりにくいロボットを提供することを目的とする。

ロボットの外観に生物的な特徴を持たせる場合、いわゆる「目」は重要な構成要素となる。一般的に「目」は、眼球の一部分が生物の表面上に露出したものであり、露出部分の中央が盛り上がった曲面状の形状をしている。本発明におけるディスプレイは、「目」の形状的な特徴を有しており、ロボットの表面側に少なくとも一部が露出する導光部材であって、その露出する部分のうち中央部分が周辺部分よりも盛り上がった曲面として形成された導光部材を含む。このような「目」としての形状的な特徴を有し、生物的な特徴を有するロボットにおいて、「目」と認識される位置に取り付けられることを意図したディスプレイを特に「目状ディスプレイ」と表現する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るディスプレイ（以下、「目状ディスプレイ」ともいう。）は、画像を示す光を出力する画面と、少なくとも目の画像を画面に出力させる表示制御手段とを有する画像表示装置と、導光部材とを備えるディスプレイであって、導光部材が、画面に対向して配置された第１の面と、第２の面と、第１の面の第１の開口部から第２の面の第２の開口部に延びる中空の筒状部であって、画面から出力されて第１の開口部に入射した光を反射して第２の開口部から出射させる反射面が内面に形成された筒状部が複数形成されており、画面から出力された画像を示す光を第２の面を介して出力させる部材本体とを備える。

第１の態様によれば、中空の筒状部が複数形成された導光部材を用いることで、単位体積当たりの質量が小さく、位置ずれ及び脱落が起こりにくいディスプレイを提供することができる。

本発明の第２の態様に係るディスプレイは、第１の態様において、第１の面が平面であり、第２の面の少なくとも一部が非平面としたものである。

本発明の第３の態様に係るディスプレイは、第１又は第２の態様において、第２の面が、曲面、多角面及び階段状の面のうちの少なくとも１つの面形状の部分を含むように構成したものである。

第２及び第３の態様によれば、実際の生物の目のような丸みがあり、中央付近が周縁部よりも厚く、かつ、単位体積当たりの質量が小さいディスプレイを提供することができる。

本発明の第４の態様に係るディスプレイは、第１から第３のいずれかの態様において、第１の面が、平面、多角面、円柱面及び円錐面のうちの少なくとも１つとしたものである。

第４の態様によれば、より多様な形状のディスプレイを提供することが可能になる。

本発明の第５の態様に係るディスプレイは、第１から第４のいずれかの態様において、第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方に配置され、光を拡散する光拡散部材を更に備えるようにしたものである。

第５の態様によれば、出射光を散乱させることができるので、視野角を広げることができる。

本発明の第６の態様に係るディスプレイは、第１から第４のいずれかの態様において、第２の面上に配置され、第２の面から出射する光を散乱する光散乱部材を更に備えるようにしたものである。

第６の態様によれば、入射光及び出射光を拡散させることができるので、視野角を広げることができる。

本発明の第７の態様に係るディスプレイは、第１から第６のいずれかの態様において、表示制御手段が、画像及び文字のうち少なくとも一方を含む情報を画面に表示させるようにしたものである。

第７の態様によれば、目の画像以外の情報をディスプレイに表示させることができるので、より多様な表示制御を実現することが可能になる。

本発明の第８の態様に係るディスプレイは、第１から第７のいずれかの態様において、第２の面側における操作部材の動作を検知するセンサを更に備え、表示制御手段は、センサによって検知された操作部材の動作に応じて画面に出力する画像を変更するようにしたものである。

第８の態様によれば、センサにより表示内容を変更させることができるので、より多様な表示制御を実現することが可能になる。

本発明の第９の態様に係るロボットは、顔部と、顔部の前面の取付位置に取り付けられた第１から第８のいずれかの態様のディスプレイと、画像表示装置によって出力される画像を制御する制御手段とを備える。

第９の態様によれば、中空の筒状部が複数形成された導光部材を用いることで、ディスプレイの位置ずれ及び脱落が起こりにくいロボットを提供することができ、かつ、ディスプレイの質量に起因してロボットの動作が不安定になるのを防止することができる。

本発明の第１０の態様に係るロボットは、第９の態様において、取付位置には、ディスプレイを取り付けるための凹部が設けられており、ディスプレイは、凹部に取り付けられるようにしたものである。

本発明の第１１の態様に係るロボットは、第９又は第１０の態様において、顔部を含む頭部が取り付けられた首部と、腕部、胴部及び脚部にそれぞれ設けられた可動部のうちの少なくとも１つを動作させる動作手段を更に備え、制御手段は、ディスプレイに表示させる画像の制御と連携して、動作手段による各可動部の動作を制御するようにしたものである。

第１１の態様によれば、ディスプレイの動作とロボットの動作を連携させることにより、より多様な感情表現機能を実現することができる。

本発明によれば、中空の筒状部が複数形成された導光部材を用いることで、位置ずれ及び脱落が起こりにくいディスプレイを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るディスプレイ（目状ディスプレイ）を備えたロボットを示す外観斜視図である。 図２は、図１に示すロボットの顔部の正面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを示す分解斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを示す正面図及び断面図である。 図５Ａは、目状ディスプレイの別の実施例（多角面）を示す分解斜視図である。 図５Ｂは、目状ディスプレイの別の実施例（円柱面）を示す分解斜視図である。 図５Ｃは、目状ディスプレイの別の実施例（任意の曲面）を示す分解斜視図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを備えたロボットの制御系を示すブロック図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを備えたロボットの制御方法を示すフローチャートである。 図８Ａは、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイの導光部材の製造工程を示す断面図である。 図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイの導光部材の製造工程を示す断面図である。 図８Ｃは、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイの導光部材の製造工程を示す断面図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイの導光部材の製造工程を示すフローチャートである。 図１０Ａは、落下試験用の導光部材を示す平面図及び側面図である。 図１０Ｂは、落下試験用の導光部材の筒状部を拡大して示す平面図である。

以下、添付図面に従って本発明に係るディスプレイ（目状ディスプレイ）及びロボットの実施の形態について説明する。

［ロボットの全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを備えたロボットを示す外観斜視図であり、図２は、図１に示すロボットの顔部の正面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るロボット１００は、頭部１０２、胴部１０８、腕部１１０及び脚部１１６を備えており、オペレータの指示により、又は予め用意されたプログラムに従って、目的とする作業を自動的に行うことができる装置である。なお、ロボット１００の具体的な形態は、本実施形態に限定されるものではない。顔部を有するロボットであれば、例えば、頭部のみ、頭部と胴部のみ、頭部と腕部のみのロボットにも、本実施形態の目状ディスプレイを適用することが可能である。

なお、ロボット１００の各部を作成するための材料は特に限定されないが、頭部１０２、胴部１０８、腕部１１０、脚部１１６等のオペレータが触れる可能性が高い場所は、耐久性が高く、軟質の素材（例えば、樹脂、軟質ゴム（一例で硬度７０以下））で作成されることが好ましい。

頭部１０２は、胴部１０８の上端部に取り付けられる。頭部１０２の上端部（頭頂部）には、アンテナ１０４が取り付けられており、無線による通信が可能となっている。

図２に示すように、頭部１０２の前面（以下、顔部という。）には、目状ディスプレイ１０及び口部１０６が取り付けられている。

目状ディスプレイ１０は、顔部の左右の対称の位置にある取付位置に取り付けられる。目状ディスプレイ１０には、目の画像が表示可能となっている。なお、目状ディスプレイ１０については、図３等を用いて後述する。

口部１０６には、発光部（例えば、発光ダイオード）が埋め込まれており、目状ディスプレイ１０、頭部１０２、腕部１１０及び脚部１１６の動作に合わせた口を示す画像を表示することが可能となっている。

胴部１０８の上端部と下端部の間には、腕部駆動軸１１２が左右の対称の位置に１つずつ設けられており、腕部１１０は、左右の腕部駆動軸１１２にそれぞれ取り付けられる。腕部駆動軸１１２は、モータ（図６の動作制御部１６２の一部）に取り付けられており、腕部１１０は、腕部駆動軸１１２を回転軸として回転可能となっている。さらに、腕部１１０は、関節部１１０Ａを支点として回動可能となっている。腕部１１０の先端には、指部を備えた手部１１０Ｂが設けられており、手部１１０Ｂにより物を把持したり、指部を用いて機器を操作したり、プログラムに定められた作業をすることが可能となっている。

胴部１０８の下端部には、脚部駆動軸１１８が左右の対称の位置に１つずつ設けられており、脚部１１６は、脚部駆動軸１１８にそれぞれ取り付けられる。脚部駆動軸１１８は、モータに取り付けられている。脚部１１６は、脚部駆動軸１１８を回転軸として回転可能な車輪状であり、ロボット１００は、脚部１１６を回転させることにより、前進及び後退することができる。また、ロボット１００の胴部１０８には、脚部１１６の胴部１０８に対する角度を変更するためのステアリング機構（図６の動作制御部１６２の一部）が内蔵されている。左右の脚部１１６は、ロボット１００が顔部の正面方向（Ｘ方向）に前進又は後退する場合には平行になっているが、このステアリング機構により、脚部１１６の胴部１０８に対する角度を変更することにより、ロボット１００の前進及び後退の方向を変更することが可能となっている。これにより、ロボット１００は、前後左右に移動可能となっている。

なお、口部１０６、腕部１１０及び脚部１１６等の構成は、上記の実施形態に限定されるものではない。口部１０６には、発光部に加えて、又は発光部に代えて、例えば、口部１０６に可動部を設けてもよい。また、刺股状の手部１１０Ｂに代えて５本指の手部を設けてもよいし、車輪状の脚部１１６に代えて２足歩行用の脚部を設けてもよい。また、腕部１１０及び脚部１１６の数は、２に限定されるものではない。

［目状ディスプレイ］
図３は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを示す分解斜視図であり、図４の上部はその平面図であり、図４の下部はその断面図である。

図３に示すように、本実施形態に係る目状ディスプレイ１０は、導光部材１２と、画像表示装置３０とを備えている。なお、以下の説明では、導光部材１２の延びる方向をｚ方向とする３次元直交座標系を用いて説明する。

画像表示装置３０の表示画面３２は平面状である。画像表示装置３０としては、例えば、液晶ディスプレイのようにバックライトを備えたもの、又は有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイ又は無機ＥＬディスプレイのように自発光機能を有するものが用いられる。

導光部材１２は、表示画面３２から出射した光を、ロボット１００の正面側に導光（伝送）するための部材である。導光部材１２は円柱状であり、その直径は、一例で１〜１０ｃｍのオーダの範囲で、その高さＨ１は、一例で１〜１０ｃｍのオーダの範囲で選択可能となっている。導光部材１２（部材本体）の材料としては、例えば、樹脂（合成樹脂（いわゆるプラスチック）を含む。）又はゴムを用いることができる。樹脂の種類としては、例えば、ポリアミド、ポリオキシエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル（Acrylonitrile）、ブタジエン（Butadiene）、スチレン（Styrene）共重合合成樹脂）等を用いることができる。図３に示すように、導光部材１２の下面（第１の面、入射面）１４は平面形状であり、上面（第２の面、出射面）１６は非平面形状である。導光部材１２の下面１４は、平面状の表示画面３２に取り付けられる。画像表示装置３０は、頭部１０２の正面（顔部）の左右２か所に設けられた凹部１０２Ａの底部に取り付けられる。導光部材１２の高さ（ｚ方向の長さ）Ｈ１は、凹部１０２Ａの深さＤ２より大きく、導光部材１２の上面１６は、凹部１０２Ａからロボット１００の正面側に露出する。なお、Ｈ１≦Ｄ２としてもよい。

なお、液晶ディスプレイあるいは有機ＥＬ又は無機ＥＬディスプレイを、単独で用いる場合、一般に広視野角が求められる。しかしながら、本実施形態では、画像表示装置３０からの光は導光部材１２に導かれ、導光部材１２の中は直進する光の透過率が高い。このため、本実施形態に係る画像表示装置３０の表示画面３２については、視野角が狭い（一例で６０°）ことが好ましい。したがって、視野角が狭い表示画面３２を用いるか、表示画面３２に視野角を狭めるためのフィルム等の部材（例えば、直線上の偏光板が設けられた積層フィルム）を設けることが好ましい。

導光部材１２には、下面１４から上面１６に（ｚ方向に沿って）延びる中空の筒状部１８が複数形成される。筒状部１８の直径は、一例で１μｍ〜１ｍｍのオーダの範囲で選択可能となっている。なお、図４では、簡単のため、筒状部１８を１つだけ示しているが、筒状部１８は、実際には複数形成される。以下、筒状部１８の下面１４側の開口部（第１の開口部）を１８Ａとし、筒状部１８の上面１６側の開口部（第２の開口部）を１８Ｂとする。なお、第１の開口部１８Ａ及び第２の開口部１８Ｂの平面形状を円形としているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第１の開口部１８Ａ及び第２の開口部１８Ｂの平面形状は多角形であってもよい。

図４に示すように、本実施形態に係る目状ディスプレイ１０では、画像表示装置３０の表示画面３２から出力された光Ｌ１は、導光部材１２の下面１４側の第１の開口部１８Ａに入射する。各筒状部１８の内面には、反射膜が設けられている。ここで、筒状部１８の内面の反射膜の内部反射率は、一例で３０％以上であることが好ましい。第１の開口部１８Ａから入射した光Ｌ１は、筒状部１８の内部で反射された後、第２の開口部１８Ｂから出射する。これにより、表示画面３２に出力された画像が導光部材１２を介して非球面の上面１６に投影されるので、オペレータは、立体感があり、より生物の目に近い目状ディスプレイにより画像を視認することが可能になる。

本実施形態によれば、単位体積当たりの質量が小さい材料からなり、中空の筒状部１８が複数形成された導光部材１２を用いることで、位置ずれ及び脱落が起こりにくい目状ディスプレイ１０を提供することができる。さらに、本実施形態によれば、非球面の目状ディスプレイ１０を実現し、かつ、ロボット１００の軽量化を図ることができるので、目状ディスプレイの重量によってロボット１００の動作が阻害されるのを防止することができる。

なお、図４に示す例では、導光部材１２と凹部１０２Ａの間に隙間が設けられているが、導光部材１２と凹部１０２Ａとの間に隙間が生じないようにしてもよい。

また、第１の面も非球面（例えば、平面、多角面、円柱面及び円錐面のうちの少なくとも１つ）としてもよい。また、凹部１０２Ａを設けずに、目状ディスプレイ１０を頭部１０２の表面に直接取り付けるようにしてもよい。また、導光部材１２は、表示画面３２に直接取り付ける（貼り付ける）のではなく、導光部材１２と表示画面３２との間に、光を透過する部材を挟むようにしてもよい。また、下面１４も非球面（例えば、曲面、多角面及び階段状の面のうちの少なくとも１つの面形状の部分を含む。）としてもよい。

［導光部材の上面］
次に、導光部材１２の上面１６に施す処理について説明する。

導光部材１２の上面１６には、光を散乱するための光散乱部材（光散乱膜）を設けることが可能である。この光散乱部材は、例えば、導光部材１２の上面１６に光を透過する層（例えば、可視光を透過する樹脂の層）を設けて、この層の表面に，光を透過する樹脂又はポリマーに光を散乱させる粒子（酸化チタン（ＴｉＯ_２））を分散させたものをコーティングするか、又は導光部材１２に練り込むことによって形成することができる。また、光散乱部材としては、表面に微細な凹凸を設けた部材（膜）を用いてもよい。これにより、出射光を散乱させることができるので、視野角を広げることができる。

また、導光部材１２の下面１４及び上面１６には、それぞれ入射光及び出射光を拡散するための拡散部材を設けることが可能である。この光拡散部材は、上記光散乱部材と同様にして形成することができる。これにより、入射光及び出射光を拡散させることができるので、視野角を広げることができる。なお、この拡散部材は、導光部材１２の下面１４及び上面１６のいずれか一方に設けるようにしてもよい。

また、導光部材１２の上面１６には、タッチセンサ（上面１６（第２の面）側における操作部材の動作を検知するセンサの一例）を設けて、オペレータからの操作入力を受け付けるようにしてもよい。このタッチセンサを用いたロボット１００の操作方法については、図６及び図７を用いて後述する。

また、導光部材１２の上面１６には、反射防止膜を設けることも可能である。反射防止膜としては、例えば、導光部材１２の上面１６に光を透過する層（例えば、可視光を透過する樹脂の層）を設けて、この層の表面に、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）コーティングを施すことにより形成することができる。ここで、この反射防止膜における反射率は５％以下であることが好ましい。これにより、導光部材１２の上面１６において、外部の光源（例えば、電灯）の映り込みによる表面反射を防止することができるので、上面１６の画像の視認性を高めることができる。なお、反射防止膜は、タッチセンサの表面に施してもよい。

なお、図３及び図４に示す例では、導光部材１２は円柱状であり、導光部材１２の上面１６は、上（顔部の正面側、＋ｚ方向）に凸の２次曲線を導光部材１２の中心軸ＡＸ１の回りに回転させた回転２次曲面（例えば、球面、回転放物面）となっているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、導光部材１２の形状は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、４角柱であってもよいし、多角柱又は錐台（円錐台又は角錐台）であってもよい。また、導光部材１２の上面１６は、図５Ａに示すように、複数の平面が組み合わされた多角面であってもよいし、図５Ｂに示すように、円柱面又は断面Ｃ字状の面であってもよい。また、導光部材１２の上面１６は、図５Ｃに示すように、任意の曲面（例えば、２次曲面）であってもよい。また、導光部材１２の上面１６は、下（−ｚ方向）に凸の２次曲線を中心軸ＡＸ１の周りに回転させた回転２次曲面であってもよい。

［筒状部］
次に、筒状部１８について説明する。なお、以下の説明では、３次元直交座標系の原点Ｏが導光部材１２の中心軸ＡＸ１上にあるとして説明する。

導光部材１２の下面１４が平面であり、導光部材１２の上面１６は非平面であるため、導光部材１２の平面位置（ｘｙ平面状の位置）によって第１の開口部１８Ａと第２の開口部１８Ｂの間の距離Ｈ２が異なる。図３及び図４に示す例では、上面１６は、中心軸ＡＸ１を回転中心とした回転２次曲面であるため、ｘｙ平面において、筒状部１８の位置が導光部材１２の中心に近いほど（（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２の値が小さいほど）、光の伝播経路の長さＨ２の値が大きくなり、画像が暗くなってしまう。

このため、ｘｙ平面において、筒状部１８の位置が導光部材１２の中心に近いほど（（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２の値が小さいほど、Ｈ２の値が大きい領域ほど）、（１）筒状部１８の反射面の反射率を高くする、（２）筒状部１８の径を太くする、（３）筒状部１８の単位面積当たりの数を多くする、又は（４）上面１６に設けるフィルタ（可視光を透過するフィルタ（膜））における光の透過率を高くすることが好ましい。また、（５）筒状部１８の少なくとも一部について、第１の開口部１８Ａの径が第２の開口部１８Ｂの径よりも大きい先細形状（例えば、筒状部１８の少なくとも一部をテーパ形状とした形状）とし、ｘｙ平面において、筒状部１８の位置が導光部材１２の中心に近いほど（（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２の値が小さいほど、Ｈ２の値が大きい領域ほど）、先細形状に加工した筒状部１８の数の単位面積当たりの数（割合）を少なくするようにしてもよい。また、（１）から（５）の組み合わせにより、筒状部１８を設計してもよい。これにより、Ｈ２の値が大きく、光Ｌ１の伝播経路が長い位置の画像が、伝播経路が短い場所と比較して暗くなることを防止することができ、画像の明るさを導光部材１２の位置によらず均等にすることができる。

なお、本実施形態では、筒状部１８の配置、配置密度又は形状を変えることにより、同じ明度の画像に対して、導光部材１２の上面１６における光量が不均一になるのを防止するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、表示画面３２の位置ごとに対向する筒状部１８のＨ２の値のデータを作成しておき、表示画面３２の位置ごとに、光量を調整する制御（例えば、同じ明度の画像に対して、Ｈ２の値が大きい領域ほど、出力光量を大きくする）を行うようにしてもよい。

なお、筒状部１８は、導光部材１２の平面状で、不均一な間隔（非等間隔）で配置されることが好ましい。例えば、筒状部１８は、ｘｙ平面において、ペンローズタイルの頂点の位置に配置されるようにしてもよい。また、筒状部１８は、フィボナッチ数の間隔で配置されるようにしてもよい。これにより、第２の開口部１８Ｂが等間隔で配置された場合に、等間隔の第２の開口部１８Ｂから出射する光Ｌ１の干渉によって生じ得るモアレの発生を防止することができる。

また、筒状部１８が、所謂フィボナッチの長方形の頂点に配置されるようにしてもよい。例えば、面積のより大きい長方形（すなわち、頂点の間隔がより広い長方形）が、Ｈ２の値がより小さい領域（すなわち、光の伝播経路が短い領域）に配置され、面積のより小さい長方形（すなわち、頂点の間隔がより狭い長方形）が、Ｈ２の値がより大きい領域（すなわち、光の伝播経路が長い領域）に配置されるようにして、筒状部１８がその頂点の位置に配置されるようにしてもよい。これにより、光の伝播経路が短い領域ほど、筒状部１８の単位面積当たりの数を減らし、かつ、筒状部１８を非等間隔で配置することができるので、導光部材１２の上面１６において、明度が低い領域が生じるのを防止し、かつ、モアレの発生を防止することができる。

［ロボット及び目状ディスプレイの制御系］
図６は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを備えたロボットの制御系を示すブロック図である。

図６に示すように、本実施形態に係るロボット１００は、制御部１５０、操作部１５２、メモリ１５４、電源回路１５６、画像メモリ１５８、出力制御部１６０、動作制御部１６２、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１６４、音声入出力部１６６及び画像表示装置３０を備える。画像表示装置３０は、ディスプレイ制御部３４、ディスプレイ記憶部３６及び通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）３８を備えている。ロボット１００の制御部１５０と、画像表示装置３０とは、Ｉ／Ｆ１６４及びＩ／Ｆ３８を介して通信可能に接続されている。

制御部（制御手段）１５０は、本実施形態に係るロボット１００の各部を統括制御する演算装置であり、操作部１５２及びタッチセンサ５０からの操作入力、又はネットワークＮＷを介してアンテナ１０４によって受信された外部機器３００（例えば、無線式のコントローラ、パーソナルコンピュータ等）からの指示入力に応じて、ロボット１００の各部に制御信号を送信し、ロボット１００の各部の動作を制御する。

操作部１５２は、ユーザからの操作入力を受け付けるための手段であり、例えば、電源スイッチ、操作スイッチ、文字入力のためのキーボード等を含んでいる。なお、操作部１５２は、ロボット１００に内蔵されていてもよいし、有線接続（例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus））、無線接続（Bluetooth（登録商標））等により接続可能となってもよい。

メモリ１５４は、制御部１５０がロボット１００の動作に係る演算を行うために使用するプログラムが格納される記憶装置である。プログラムとしては、例えば、操作入力に応じて、頭部１０２、腕部１１０及び脚部１１６の動作を制御するための動作制御プログラムと、目状ディスプレイ１０の表示内容を制御するための表示制御プログラムが含まれる。

電源回路１５６は、ロボット１００の各部に電力を供給するための装置であり、充電式のバッテリを含んでいる。

画像メモリ１５８は、画像表示装置３０に出力するための目の画像を含む画像情報と、文字情報とが格納されている。制御部１５０は、これらの画像情報及び文字情報を目状ディスプレイ１０に表示させることが可能となっている。なお、画像メモリ１５８は、画像表示装置３０に設けられていてもよい。

メモリ１５４及び画像メモリ１５８としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気ディスクを含む装置、ｅＭＭＣ（embedded Multi Media Card）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のフラッシュメモリを含む装置等を用いることができる。

出力制御部（表示制御手段）１６０は、制御部１５０からの指示に応じて、画像メモリ１５８から画像を読み出して、画像表示装置３０に出力する。

動作制御部（動作手段）１６２は、腕部１１０及び脚部１１６を駆動するためのモータと、脚部１１６を駆動するためのステアリング機構とを備えており、制御部１５０からの制御信号に従って各部の動作を制御する。

音声入出力部１６６は、例えば、音声を出力するためのスピーカと、音声を収集するためのマイクロフォンとを備えている。音声入出力部１６６は、音声による指示入力を受け付けたり、制御部１５０からの制御信号に応じて音声を出力することが可能となっている。なお、音声の出力と連携して、口部１０６の発光部を発光又は明滅させるようにしてもよい。

ディスプレイ制御部（表示制御手段）３４は、画像表示装置３０の各部の動作を統括制御する演算装置であり、制御部１５０からの制御信号に従って表示画面３２に出力される画像の制御（表示画像の変更、明度の調整等）を行う。

ディスプレイ記憶部３６は、ディスプレイ制御部３４が実行する制御プログラムが格納される不揮発性メモリと、出力制御部１６０により出力された画像を一時記憶するバッファメモリとを備えている。

タッチセンサ５０（上面１６（第２の面）側における操作部材の動作を検知するセンサの一例）は、目状ディスプレイ１０の導光部材１２の上面１６に設けられている。タッチセンサ５０は、例えば、静電容量型のものを用いることができる。静電容量型のタッチセンサ５０では、オペレータの手、指又は先端部に導電性を有する導電性部材が取り付けられたペン等（以下、手、指及びペン等を「導電性操作部材」と総称する。）がタッチセンサ５０に接触するか又は近づくと、タッチセンサ５０の表面の導電膜と導電性操作部材との間の静電容量が変化し、タッチセンサ５０は、この静電容量の変化を検知することにより、オペレータの操作の内容（例えば、タッチされた位置、スワイプ動作）を検知する。タッチセンサ５０により操作入力が検知されると、その操作入力内容は、制御部１５０に伝達される。制御部１５０は、タッチセンサ５０により検知された操作入力の内容に従って、ロボット１００の各部を制御する。

タッチセンサ５０におけるタッチ操作の検知方式としては、静電容量型以外の方式、例えば、抵抗膜方式等を用いることも可能である。抵抗膜方式のように圧力の負荷を検知する方式（感圧式）のタッチセンサ５０を用いる場合、タッチセンサ５０は、導光部材１２の上面１６に設けられていてもよいし、目状ディスプレイ１０の奥側（例えば、下面１４又は表示画面３２）に設けられてもよい。圧力の負荷を検知する方式のタッチセンサ５０を目状ディスプレイ１０の奥側に設ける場合、導光部材１２の上面１６がオペレータの指等の操作部材（非導電性の操作部材を含む。）で押圧されると、その押圧による圧力が導光部材１２を介してタッチセンサ５０に伝達され、制御部１５０は、この圧力を検知することにより、オペレータによる操作入力内容を認識することができる。

なお、上面１６（第２の面）側における操作部材の動作を検知するセンサは、タッチセンサに限定されるものではない。例えば、静電容量型の近接センサを用いることも可能である。静電容量型の近接センサは、近接センサ近傍の検出領域への導電性操作部材の侵入、及びこの検出領域からの導電性操作部材の離脱を検出するものである。静電容量型の近接センサは、導光部材１２の上面１６の周辺部に設けることが可能である。静電容量型の近接センサは、導光部材１２の上面１６の表面又は近傍に設けられた電極を備える。この電極は、導光部材１２の上面１６の周囲を取り囲むように配置される。なお、本実施形態のように上面１６が上に凸の形状の場合、上面１６の周囲に加えて、上面１６の頂点又はその近傍に設けてもよい。静電容量型の近接センサでは、この電極により、導光部材１２の上面１６の近傍に設定された検出領域に電界を発生させ、この検出領域に導電性操作部材又は誘電体からなる操作部材が侵入することによって生じる電極の静電容量の変化を電気信号に変換して物体の接近を検出する。静電容量型の近接センサにおける検出領域は、導光部材１２の上面１６からの距離が、一例で１ｍｍから１ｃｍのオーダの領域又は約１０ｃｍの領域に設定される。また、静電容量型の近接センサにおける検出領域は、導光部材１２のサイズに応じて設定されるようにしてもよく、例えば、導光部材１２の直径の１０分の１以下の領域とすることも可能である。また、静電容量型の近接センサに設けられたボリューム（可変抵抗器）により電界の強度を調整することで、この検出領域を調整可能にしてもよい。

図７は、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイを備えたロボットの制御方法を示すフローチャートである。

まず、ロボット１００の電源が投入されて起動すると、制御部１５０は、動作制御プログラムに従って、動作制御部１６２に制御信号を出力し、ロボット１００の各部に起動時の初期動作（例えば、腕部１１０を振り上げる、脚部１１６により前後に動く、音声を発する、各部を合わせて動作して挨拶をする等）を実行させる。表示制御プログラムに従って画像メモリ１５８から目の画像（例えば、閉じていた目を開く画像等）を読み出して、Ｉ／Ｆ１６４及びＩ／Ｆ３８を介して画像表示装置３０に出力する。ディスプレイ制御部３４は、Ｉ／Ｆ３８を介して入力された目の画像を表示画面３２に出力する。これにより、表示画面３２から出力された画像を示す光が導光部材１２の筒状部１８を通って上面１６に伝播し、オペレータは、導光部材１２の上面１６の画像を視認することが可能になる（ステップＳ１０）。そして、制御部１５０は、表示制御プログラムに従って、時間の経過に応じて、又はロボット１００の動作と連携して、画像表示装置３０に目の画像を出力して表示させる。これにより、ロボット１００の動作全体を通じて、目状ディスプレイ１０の表示内容と連携した豊かな感情表現を実現することができる。

次に、導光部材１２の上面１６のタッチセンサ５０により、オペレータのタッチ操作が検知されると（ステップＳ１２のＹｅｓ）、ディスプレイ制御部３４は、このタッチ操作の内容（例えば、タッチ回数、タッチの位置、強度等）の情報を示す信号制御部１５０に出力する。制御部１５０は、このタッチ操作の内容を示す信号を受け付けると、表示制御プログラムに従って、このタッチ操作の内容に応じた画像又は情報を画像メモリ１５８から読み出し、又は、ネットワークを介して、このタッチ操作に応じた画像又は情報を取得して、画像表示装置３０に出力し、表示画面３２に表示させる（ステップＳ１４）。

そして、操作部１５２、タッチセンサ５０又は外部からの信号入力により、表示の終了指示（例えば、電源オフの指示）が検知されると（ステップＳ１６のＹｅｓ）、処理が終了する。

［目状ディスプレイの導光部材の製造方法］
次に、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイの導光部材の製造方法について説明する。

図８Ａから図８Ｃは、本発明の一実施形態に係る目状ディスプレイの導光部材の製造工程を示す断面図であり、図９は、この製造工程を示すフローチャートである。

まず、導光部材１２の材料１２Ａの切り出し、チャンバ（不図示）内への載置（図８Ａ）等の準備工程が行われる（ステップＳ３０）。

次に、レーザ光により、材料１２Ａに筒状部１８が形成される（ステップＳ３２）。図８Ｂは、レーザ加工装置による筒状部１８の形成工程の概要を示している。

本実施形態に係るレーザ加工装置は、制御装置２００、操作部２０２、メモリ２０４、レーザ光出力装置２０６及び送気装置２０８を備えている。

制御装置２００は、レーザ加工装置の各部を制御する演算装置であり、操作部２０２からの操作入力に応じて、レーザ光の出力制御、レーザ光出力装置２０６によるレーザ照射位置の位置制御及び送気装置２０８の送気口の位置制御を行う。

操作部２０２は、レーザ加工装置のオペレータからの操作入力を受け付けるための装置であり、例えば、各種のパラメータ（例えば、樹脂材料１２Ａの種類、大きさ、筒状部１８のサイズ及び位置、導光部材１２の完成形状等）の設定を受け付ける。

メモリ２０４は、制御装置２００の演算のためのプログラムが記憶される記憶装置と、操作部２０２からの操作内容を一時記憶するためのバッファメモリとを含んでいる。

制御装置２００は、樹脂材料１２Ａの種類及び大きさ、筒状部１８のサイズの設定に応じて、例えば、筒状部１８の形状、配置等の演算を行い、レーザ光出力装置２０６及び送気装置の２０８の制御を行う。

レーザ光出力装置２０６は、制御装置２００からの制御信号に従ってレーザ光ＬＢ（例えば、炭酸ガスレーザ（波長１０．６μｍ））を出力し、材料１２Ａに筒状部１８を形成する。

送気装置２０８は、レーザ光の照射位置及びその周囲にガスＢ１（例えば、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）等）を吹き付けることにより、レーザ光によって溶融された材料１２Ａを除去する。

レーザ光出力装置２０６を移動させながら、材料１２Ａにレーザ光を照射することにより、材料１２Ａに複数の筒状部１８が形成される。

次に、筒状部１８の内面に反射面が形成される（ステップＳ３４）。この反射面は、例えば、筒状部１８が形成された材料を、例えば、反射面の材料（例えば、フッ素系樹脂等）の中に浸潤させることによって作成される。

次に、筒状部１８が形成された材料１２Ａに対して、バリ取り、研削等の加工が施されて、材料１２Ａが所定の形状に成形される。ステップＳ３６では、例えば、不図示の研削手段（例えば、ブレード）により、材料１２Ａが研削加工される。

そして、上記の光散乱部材、光拡散部材、反射防止膜等の形成、タッチセンサの取付等の処理が行われると。図８Ｃに示すように、導光部材１２が完成する（ステップＳ３８）。その後、画像表示装置３０が取り付けられて、配線の取付等がなされることにより、目状ディスプレイ１０が完成する。

本実施形態によれば、単位体積当たりの質量が比較的小さい材料に対してレーザ光等を用いることにより、ロボット１００の動作への影響が少ない軽量な導光部材１２を容易に作成することが可能になる。

なお、本実施形態では、筒状部１８の内面に反射面を形成した後に、例えば、可視光を透過することが可能な材料（例えば、気体（例えば、Ｎ_２等）、液体、ゲル等）を充填する工程を設けてもよい。また、導光部材１２の上面１６は、黒色に塗装するようにしてもよい。

また、導光部材１２の単位面積当たりの質量（密度）は、一例で１．５ｇ／ｃｍ^３以下であり、好ましくは１．０ｇ／ｃｍ^３以下、更に好ましくは０．９０ｇ／ｃｍ^３以下である。導光部材１２の密度を上記の範囲内にすることにより、目状ディスプレイ１０の位置ずれ及び脱落をより確実に防止することが可能になる。ガラスファイバの密度は一例で２．２〜２．５ｇ／ｃｍ^３であるのに対し、樹脂（合成樹脂（いわゆるプラスチック）を含む。）の密度は一例で０．９０〜１．５ｇ／ｃｍ^３である。導光部材１２における開口率（単位面積当たりの開口部の占める割合）を０．５０とした場合、本実施形態に係る樹脂製の導光部材１２の密度は、０．４５〜０．７５ｇ／ｃｍ^３となり、上記の密度の範囲に収まる。このような導光部材１２を用いることにより、ロボット１００の動作中に目状ディスプレイ１０が脱落することを防止することができる。

［ストレステスト］
次に、本実施形態に係る導光部材の製造方法により作成した導光部材に対するストレステスト（落下試験）について説明する。図１０Ａは、落下試験用の導光部材を示す平面図（上部）及び側面図（下部）であり、図１０Ｂは、落下試験用の導光部材の筒状部を拡大して示す平面図である。

図１０Ａに示す導光部材１２は、合成樹脂（いわゆるプラスチック）製であり、直径Ｒ１２＝５０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍの円柱形状である。導光部材１２の中心部の直径ＲＡ＝４０ｍｍのエリアＡ１２に、直径Ｒ１８＝０．６０ｍｍの円柱状の貫通穴（筒状部１８）を作成した。筒状部１８は、炭酸ガスレーザによって、横方向の間隔Ｐ１及び縦方向の間隔Ｐ２をいずれも１．０ｍｍとして作成した。

次に、厚さ３．０ｍｍで、中央に直径５０ｍｍの円形の穴４０４が形成された板４００を用意し、導光部材１２をこの穴４０４に嵌めた。板４００の両面に、穴４０４の円周上の３箇所に、つめ４０２を取り付けて、導光部材１２をこのつめ４０２によって固定した。つめ４０２の大きさ（穴４０４側に突き出した部分の長さ）Ｐ４０２は１．０ｍｍであった。

比較例として、本実施形態に係る導光部材１２と直径及び厚さが等しいガラスファイバ製の導光部材（直径５０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍ）を作成し、本実施形態に係る導光部材１２と同様に、板４００につめ４０２を用いて固定した。

本実施形態に係る導光部材１２を嵌め込んだ板４００と、ガラスファイバ製の導光部材（比較例）を嵌め込んだ板４００に対して落下試験を行った。この落下試験では、本実施形態に係る導光部材１２を嵌め込んだ板４００と、ガラスファイバ製の導光部材（比較例）を嵌め込んだ板４００を、それぞれ１．０ｍの高さから１０回落下（自由落下）させた。この落下試験は、IEC 60068-2-31:2008（ＩＥＣ：International Electrotechnical Commission）に準拠して行った。

この結果、ガラスファイバ製の導光部材は板４００から脱落したが、本実施形態に係る導光部材１２は板４００に固定されたままであった。なお、本実施形態に係る導光部材１２の密度は、０．８５ｇ／ｃｍ^３であり、ガラスファイバ製の導光部材の密度は２．２ｇ／ｃｍ^３であった。

このように、目状ディスプレイ１０において、密度の小さい（０．９０ｇ／ｃｍ^３以下）材料で作成された導光部材１２を用いることにより、ロボット１００の動作中に目状ディスプレイ１０が脱落することを防止することができる。

１０ 目状ディスプレイ
１２ 導光部材
１２Ａ 導光部材の材料（樹脂材料）
１４ 下面（第１の面）
１６ 上面（第２の面）
１８ 筒状部
１８Ａ 第１の開口部
１８Ｂ 第２の開口部
３０ 画像表示装置
３２ 表示画面
３４ ディスプレイ制御部
３６ ディスプレイ記憶部
３８ 通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）
５０ タッチセンサ
１００ ロボット
１０２ 頭部
１０２Ａ 凹部
１０４ アンテナ
１０６ 口部
１０８ 胴部
１１０ 腕部
１１０Ａ 関節部
１１０Ｂ 手部
１１２ 腕部駆動軸
１１６ 脚部
１１８ 脚部駆動軸
１５０ 制御部
１５２ 操作部
１５４ メモリ
１５６ 電源回路
１５８ 画像メモリ
１６０ 出力制御部
１６２ 動作制御部
１６４ 通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）
１６６ 音声入出力部１６６
２００ 制御装置
２０２ 操作部
２０４ メモリ
２０６ レーザ光出力装置
２０８ 送気装置
３００ 外部機器
ＡＸ１ 中心軸
Ｂ１ ガス
Ｌ１ 光
ＬＢ レーザ光
ＮＷ ネットワーク
Ｓ１０〜Ｓ１６ 目状ディスプレイにおける表示制御工程
Ｓ３０〜Ｓ３８ 導光部材の製造工程
４００ 板
４０２ つめ
４０４ 穴

Claims (11)

1. 画像を示す光を出力する画面と、少なくとも目の画像を前記画面に出力させる表示制御手段とを有する画像表示装置と、
   導光部材とを備えるディスプレイであって、
   前記導光部材が、
   前記画面に対向して配置された第１の面と、
   前記第１の面に対向して配置された第２の面と、
   前記第１の面の第１の開口部から前記第２の面の第２の開口部に延びる中空の筒状部であって、前記画面から出力されて前記第１の開口部に入射した光を反射して前記第２の開口部から出射させる反射面が内面に形成された筒状部が複数形成されており、前記画面から出力された前記画像を示す光を前記第２の面を介して出力させる部材本体とを備え、
   前記筒状部の第２の面において、前記第２の開口部が不均一な間隔で配置され、かつ、前記筒状部における前記第１の開口部と前記第２の開口部との間の距離の値が大きい領域ほど、前記筒状部の第２の面において、前記筒状部の単位面積当たりの数が多く配置される、
   ディスプレイ。
2. 前記第１の面が平面であり、
   前記第２の面の少なくとも一部が非平面である、請求項１記載のディスプレイ。
3. 前記第２の面が、曲面、多角面及び階段状の面のうちの少なくとも１つの面形状の部分を含む請求項１又は２記載のディスプレイ。
4. 前記第１の面が、平面、多角面、円柱面及び円錐面のうちの少なくとも１つである、請求項１から３のいずれか１項記載のディスプレイ。
5. 前記第１の開口部及び第２の開口部の少なくとも一方に配置され、光を拡散する光拡散部材を更に備える請求項１から４のいずれか１項記載のディスプレイ。
6. 前記第２の面上に配置され、前記第２の面から出射する光を散乱する光散乱部材を更に備える請求項１から４のいずれか１項記載のディスプレイ。
7. 前記表示制御手段は、画像及び文字のうち少なくとも一方を含む情報を前記画面に表示させる、請求項１から６のいずれか１項記載のディスプレイ。
8. 前記第２の面側における操作部材の動作を検知するセンサを更に備え、
   前記表示制御手段は、前記センサによって検出された前記操作部材の動作に応じて前記画面に出力する画像を変更する、請求項１から７のいずれか１項記載のディスプレイ。
9. 顔部と、
   前記顔部の前面の取付位置に取り付けられた請求項１から８のいずれか１項記載のディスプレイと、
   前記画像表示装置によって出力される画像を制御する制御手段と、
   を備えるロボット。
10. 前記取付位置には、前記ディスプレイを取り付けるための凹部が設けられており、
    前記ディスプレイは、前記凹部に取り付けられる、請求項９記載のロボット。
11. 前記顔部を含む頭部が取り付けられた首部と、腕部、胴部及び脚部にそれぞれ設けられた可動部のうちの少なくとも１つを動作させる動作手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記ディスプレイに表示させる画像の制御と連携して、前記動作手段による各可動部の動作を制御する、請求項９又は１０記載のロボット。

Images