(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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な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、各画像セグメントは、入力した画像制御信号に応じて各々表示要素に提示されるように、各表示要素と対応している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状及び画像を提示する表示装置において、
複数の表示要素と、
前記表示要素の各々が独立して移動できるよう、該複数の表示要素を支持する支持ユニットと、
前記表示要素の各々を移動させるアクチュエータ・ユニットと、
複数の画像セグメントを含む画像を生成する画像表示ユニットとを備えており、
前記複数の画像セグメントが、前記複数の表示要素の各々に対応し、該複数の表示要素の各々の端部で表示されることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記複数の表示要素が、対応する画像セグメントの光を各表示要素の端部へ透過させ、
前記画像表示ユニットで元々生成された画像を当該表示装置の表示面に提示するものであって、該表示面は前記複数の表示要素の端部のアレイから形成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。
【請求項３】
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２に記載の表示装置。
【請求項４】
ユーザの入力を検出し、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を制御することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
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側が前記画像表示ユニットに面し、他方の側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２に記載の表示装置。
【請求項６】
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は、形状及び画像とを互いに独立して提示するよう、別々に制御されることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
【請求項７】
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２に記載の表示装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ・ユニットは、各々の表示要素用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２に記載の表示装置。
【請求項９】
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４に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記センサ・ユニットは当該表示装置の主要部から離れて配置されることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項１１】
主装置と、加えられたユーザ入力に応じて該主装置を制御するユーザユーザ・インタフェース装置とを備えるシステムにおいて、該ユーザ・インタフェース装置は、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の表示装置を備え、
前記表示装置は、画像及び形状を提示するものであり、その内少なくとも一つは、選択可能な機能及び／又は主装置における動作状態を示すことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、複数の表示要素と、該複数の表示要素の各々が独立して移動できるよう該複数の表示要素を支持する支持ユニットと、該表示要素の各々を移動させるアクチュエータ・ユニットと、複数の画像セグメントを含む画像を生成する画像表示ユニットとを備えており、該複数の画像セグメントが、前記複数の表示要素の各々に対応し、該複数の表示要素の各々の端部で表示されることを特徴としている。
【００１３】
本実施形態では、前記複数の表示要素が、対応する画像セグメントの光を各表示要素の端部へ透過させることで、前記画像表示ユニットで元々生成された画像を本表示装置の表示面に提示するものであって、該表示面は表示要素の端部のアレイから形成されていても良い。
【００１４】
本実施形態の表示装置は、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、ユーザの入力を検出し、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。或いは、本センサ・ユニットは当該表示装置の主要部から離れて配置される。
【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側が画像表示ユニットに面し他方の側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】
本実施形態の表示装置では、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は、形状及び画像とを互いに独立して提示するよう、別々に制御されるようにしても良い。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、他の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、その内少なくとも一つは、選択可能な機能及び／又は他の装置の動作の状態を示す。
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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