(57)【要約】【課題】ショーウィンドウに設置して、屋外から操作可能で、耐久性が高く実用に耐える、インタラクティブな表示装置を実現する。【解決手段】投射型のスクリーンと三角測量方式の光学式タッチパネルをショーウィンドウに設置することによって、インタラクティブな操作が可能なショーウィンドウ表示装置を実現した。特に、すべての電子装置を屋内側に設置することで、信頼性や耐久性を得ることができた。また、１次元のリニアイメージセンサーを使用することで、外来光にも強くすることができた。【選択図】　　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示と操作指示が同一面でできる入出力一体型のインタラクティブ表示装置であって、
該インタラクティブ表示装置は、表示装置と入力装置と情報処理装置で構成されており、
前記表示装置は、映像投射装置と、該映像投射装置から投射された映像を写すスクリーンとからなり、前記入力装置は、前記スクリーンと重なる位置検出平面と該位置検出平面の周囲の所定の位置に設けられた少なくとも２つの光学センサーと、前期位置検出平面を挟んで前記光学センサーに対向するように設けられた再帰反射枠と、前記光学センサーからの信号により指示位置を算出する座標演算装置とからなり、
前記光学センサーは、光投射部と、前期光投射部の近傍に設けられ、前期光投射部からの光が前期位置検出平面を横切って前記再帰反射枠によって反射されて戻ってきた光の入射方向を検出する光検出部とからなり、該光検出部は、光学レンズと、受光素子を１次元方向に多数配置したリニアイメージセンサーからなっており、
前記スクリーンと前記位置検出平面は、ショーウィンドウのウィンドウ面に設けられており、さらに少なくとも、前記光学センサーと、再帰反射枠は前記ウィンドウ面の屋外側に設けられており、映像は前記ウィンドウ面の屋外側から見ることができ、前記ウィンドウ面の屋外側から操作者が指などで、前記光学センサーと前記再帰反射枠の間の光の経路を遮断することにより、前期座標演算装置で三角測量の原理により、その指示位置を算出し、前記情報処理装置が、その指示位置に対応して表示映像を変化させるごとくなしたことを特徴とする、インタラクティブ表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインタラクティブ表示装置であって、
前記表示装置と前記情報処理装置は、屋内に設置されていることを特徴とするインタラクティブ表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のインタラクティブ表示装置であって、
前記入力装置は、更に光反射ミラーを有し、少なくとも前記光学センサーは前記ウィンドウ面の屋内側に配置し、前記ウィンドウを挟んで屋外側に前記光反射ミラーを配置し、前記光反射ミラーと前記再帰反射枠を往復する光が、ウィンドウ面の屋外側を通過するようになし、操作者が屋外側から指などで、その光の経路を遮断することにより、その指示位置を検出するようになしたことを特徴とするインタラクティブ表示装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載のインタラクティブ表示装置であって、
前記入力装置は、さらに、前記光投射部を所定の周期で点滅させる点滅制御部と、前記光投射部の点灯時と消灯時の信号の差分を得る差分演算装置を有し、前記座標演算装置は、差分演算装置により周囲光の影響の少ない信号を得て、それを基に座標を算出するごとくなしたことを特徴とするインタラクティブ表示装置。
【請求項５】
請求項１、２、３、又は４に記載のインタラクティブ表示装置であって、
前記表示装置は、ＬＡＮなどの上位接続インターフェース装置をさらに備えており、それにより上位装置に接続されていることを特徴とするインタラクティブ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ショーウィンドウに取り付けられるインタラクティブ表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホログラムスクリーンのような高性能な透明なスクリーンが開発されて、これをショーウィンドウに貼ってそこに映像を投影する映像表示装置が、コンビニエンスストア、ショールーム、自動車ディーラー、金融機関、証券会社などのショーウィンドウディスプレイとして利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のような構成では、ウィンドウディスプレイとして一方的な映像の提供にとどまり、見る者の意思を反映させることのできる、いわゆるインタラクティブな機能は実現されていない。しかし、ショーウィンドウにおいて、インタラクティブな機能が実現されれば、ショーウィンドウの中の展示物に対して、見る者の好みのカラーバリエーションがあるかとか、衣料品ならば、体に合うサイズの物があるかといった情報をその場で顧客の嗜好にあわせて、情報を提示することができるようになる。さらに進めば、その場で電子的な方法で購入決済をすることもでき、販売方法にひとつの大きな変化をもたらすことが予測できる。
【０００４】
ショーウィンドウをインタラクティブ表示装置にするには、そこに入力装置を付加しなければならない。そこでいわゆるタッチパネル装置をショーウィンドウに取り付けなければならなくなる。しかし、ショーウィンドウの外から操作できるようにするためには、タッチパネル自体を屋外に取り付けなければならない。そのようなタッチパネルには、屋外でも動作するような信頼性と、特に不特定多数が恣意性の有無に関わらず乱暴な取り扱いをしても壊れないような耐久性が必要とされる。
【０００５】
タッチパネルの方式として、抵抗膜方式、静電容量方式、表面弾性波方式、光遮断方式などがある。このうち、抵抗膜方式と静電容量方式はいずれも、スクリーン上に透明電極を設ける必要があり、光透過性の問題や、壊れやすさの問題が生じる。表面弾性波方式は、ガラス表面に表面弾性波を走らせる方式で、位置検出面にはガラスの他、何もいらないというメリットがあるが、表面弾性波の発生部やその反射部、その受信部をガラスの周囲に作りこむ必要があり、元のショーウィンドウを利用して簡単に設置することが難しい。
【０００６】
光遮断方式は、光の遮断を用いて、指示位置を検出するもので、位置検出面になにも要らないというメリットがある方式である。光遮断方式はさらに光マトリクス方式と光三角測量方式の２つに分けられる。光マトリクス方式は、投光素子と受光素子のペアを検出領域を挟んで対向させたものを、縦横に多数配置する方式である。この場合は、検出領域の周囲に多数の電子素子が必要で、かなり大きな額縁状の枠が必要となる。この額縁は邪魔になるし、電気配線も必要であり、耐久性に問題が生じる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで我々は、光三角測量方式を提案する。この方式では、光を投光受光する光学センサーを検出領域の一辺に配置し、他の辺には薄い光再帰反射枠を設けるだけでよい。その光学センサーも例えば、ショーウィンドウの天井近くに設け、再帰反射枠をショーウィンドウの枠部分に設けるなどすれば、センサーの存在自体がほとんど感じられないようにすることも可能となる。
【０００８】
具体的な構成は以下のようになる。すなわち、映像表示面と操作入力面が重ねられた入出力一体型のインタラクティブ表示装置であって、そのインタラクティブ表示装置は、表示装置と入力装置と情報処理装置で構成されている。その表示装置は、映像投射装置と、その映像投射装置から投射された映像を写すスクリーンとからなっており、その入力装置は、スクリーンと重なる位置検出平面と、その周囲の所定の位置に設けられた少なくとも２つの光学センサーと、位置検出平面を挟んでその光学センサーに対向するように設けられた再帰反射枠とからなっている。
【０００９】
なお、再帰反射とは、光を反射する際に、光の入射角度に対して、同じ角度に光が反射されて戻る性質のことである。再帰反射材は、道路標識や自動車の後部、自転車などに取り付けられており、自動車のヘッドライトの光を運転者に向けて効率的に反射させることで、夜間の視認性を高める用途等にひろく使用されている。再帰反射材には、小さな透明ビーズを多数並べたものや、鏡を互いに直角に３枚組合わせたコーナーキューブを多数作りこんだ透明プラスチック製のものなどがある。本発明では、再帰反射部材を貼り付けた枠を再帰反射枠と呼んでいる。
【００１０】
その光学センサーは、光投射部と、その光投射部の近傍に設けられ、その光投射部からの光が位置検出平面を横切って前記再帰反射枠によって反射されて戻ってきた光の入射方向を検出する光検出部とからなり、その光検出部は、光学レンズと、受光素子を１次元方向に多数配置したリニアイメージセンサーからなる。そして、そのスクリーンと位置検出平面は、ショーウィンドウのウィンドウ面に設けられており、少なくとも、光学センサーと、再帰反射枠はそのウィンドウ面の屋外側に設けられており、映像はウィンドウ面の屋外側から見ることができ、ウィンドウ面の屋外側から操作者が指などで、光学センサーと再帰反射枠の間の光の経路を遮断することにより、その指示位置を検出し、情報処理装置が、その指示位置に対応して表示映像を変化させるごとくなした。
【００１１】
これにより、ショーウィンドウの外側に必要な電子部品を光学センサーのみとすることができた。その光学センサーもショーウィンドウの上方の容易に手の届かないところに設置することができることは言うまでもない。映像投射装置も屋外側で高いところに取り付けてもよいことは言うまでもない。更に、前記表示装置と前記情報処理装置は、屋内に設置されているようにすれば、高価な表示装置や情報処理装置を破壊から確実に守ることができる。
【００１２】
更に、その入力装置は光反射ミラーを有し、少なくとも光学センサーはウィンドウ面の屋内側に配置し、そのウィンドウを挟んで屋外側に光反射ミラーを配置し、光反射ミラーと再帰反射枠を往復する光が、ウィンドウ面の屋外側を通過するようになし、操作者が屋外側から指などで、その光の経路を遮断することにより、その指示位置を検出するようになした。これにより、ウィンドウの屋外側には電子部品は無くなり、光のみが屋外の検出面を形成するようになったので、すべての電子装置を外部の天候の影響や破壊などから守ることができるようになった。
【００１３】
このような光学センサーに、屋外からの太陽光線などが当たると、その影響を受けやすい。そこで外来光をキャンセルして、信号光のみを受け取るような仕組みが必要になってくる。そこで、さらに、光投射部を所定の周期で点滅させる点滅制御部と、その光投射部の点灯時と消灯時の信号の差分を得る差分演算装置を有し、座標演算装置は、差分演算装置により周囲光の影響の少ない信号を得て、それを基に座標を算出するごとくなした。これにより、光学センサーに入ってくる周囲光の影響を大きく低減することができるようになった。
【００１４】
更に、このインタラクティブ表示装置は、ＬＡＮなどの上位接続インターフェース装置をさらに備えており、それにより上位装置に接続されるようになした。これにより、外部装置から豊富な情報提供ができるようになった。また、更に、大きなシステムの一部として使用することで、様々な用途に使用することもできるようになった。
【００１５】
なお、ここでいう屋外と屋内とは、必ずしも物理的な意味での建物の外と中という意味ではなく、一般の人が自由に入れる部分と、入ることが制限された部分を屋外と屋内という言葉で表現したものである。また、映像が投射されるスクリーンは、発光効率のよい専用のスクリーンがよいが、必ずしもそれに限定されない。専用のスクリーンには、光の干渉を利用して表示輝度を高くしたものなどがある。また、安価なシステムではすりガラス面のようなものでもよい。ガラスの厚みによる表示位置と入力位置の視差を無くすためには、スクリーンも外側においたほうがよいが、スクリーンが高価な場合は、破損防止のために、ウィンドウの屋内側に貼り付けるのが安全である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
【実施例】
図１は、本発明のショーウィンドウ・インタラクティブ表示装置の構成を示すブロック図を示し、図２には実施例を示す。ショーウィンドウ・インタラクティブ表示装置は、表示装置と入力装置と情報処理装置３で構成され、表示装置は屋内にあって映像投射装置１と投射された映像をショーウィンドウ４に装着して写すスクリーン２によって映像を写すものである。入力装置は屋外側にあってスクリーン２と重なる位置検出平面５とセンサーバー６とセンサーバー６に対向するように設けられた再帰反射枠７がある。センサーバー６は、２つの光学センサーと座標演算装置を内蔵しており、位置検出平面５上の指８の位置を検出する。情報処理装置３は、該指８の指示位置に対応して表示映像を変化させるものである。なお、本発明によれば、情報処理装置３は、ＬＡＮなどの上位接続インターフェース装置をさらに備えてもよく、それにより上位装置に接続して、外部からの豊富な情報に対してもインタラクティブに対応出来るインタラクティブ表示装置を可能にした。
【００１８】
図３は、本発明の光学センサー１１による検出原理を示す。光学センサー１１は、点線で示される位置検出平面５の上方に左右２つ設けられ、位置検出平面５上に導入される指８の指示位置座標を検出するものである。位置検出平面５の周りには再帰反射枠７がある。なお、２つの光学センサー１１は、その取付け角度がずれると、測定に誤差が生じるので、１つのケースに内蔵し、座標演算部と合わせてセンサーバーとして構成するほうがよい。
【００１９】
まず、光学センサー１１に内蔵される光源からの光が、位置検出平面５を通過して、再帰反射枠７に当たる。再帰反射特性により、当たった場所から、光源に向かって光は反射されて、来た時と同じ経路を逆にたどって、光学センサー１１に戻ってきて、受光素子によって検出される。受光素子は１次元のリニアイメージセンサーであり、光学レンズと組み合わされて、入射する光の角度が分かるように構成されている。この時に、位置検出平面５に、光を遮るものが何もなければ、すべての方向から光が返ってくるが、人間の指８などの光遮断物があれば、その方向からの光のみが遮断されるので、それを検出することで、指８の存在する方向を検出することができる。
【００２０】
次に図４を用いて、三角測量の原理により指８の指示位置座標を計算する方法を説明する。光学センサー１１からの投光される光と再帰反射枠７から光学センサー１１へ戻る光を指８によって遮断した影を検出し、その影の入射角度α及びβを得る。ここで、指８の位置座標を（Ｘ，Ｙ）とし、原点位置を左の光学センサーの位置とする。そこから、右の光学センサーの方向をＸ軸、それに垂直な方向をＹ軸とし、２つの光学センサーの間の距離をＬとすると、以下の式（１）、式（２）の関係が成り立つ。
Ｙ　＝　Ｘ　ｔａｎ　α　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
Ｙ　＝　（Ｌ−Ｘ）　ｔａｎ　β　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
但し、Ｘ，Ｙは指の位置座標を表す。この式（１）、式（２）を用いて、Ｘを求めると、以下の式（３）の関係が成り立つ。
Ｘ　＝　（Ｌ　ｔａｎ　β）　／　（ｔａｎ　α　＋　ｔａｎ　β）　（３）
この式（１）及び式（３）を用いることで、角度α及びβが検出できれば位置検出平面５内で指示された指８の指示位置座標（Ｘ，Ｙ）を算出することができる。
【００２１】
図５は、本発明の光学センサー１１の構成例を示す。光学センサー１１は、受光素子２１の前に光学レンズ２２がある。受光素子２１は、図ではＩＣのパッケージの外観を示しているが、その内部に、１次元方向に多数の分割された受光部をもっている、ＣＣＤもしくは、ＣＭＯＳ構造のリニアイメージセンサーである。光学レンズ２２は、ここでは図のような凸レンズで示した。最も単純にはピンホールレンズでもよい。受光素子２１と光学レンズ２２で光検出部を構成する。また、複数の光源２３が扇状に配置されて、光投射部を形成している。ここでは発光ダイオードを光源２３として描いている。光源２３からの光は、再帰反射枠によって反射して、光源２３に向かって戻ってくるので、光源２３と受光用の光学レンズ２２は、できるだけ近づけて配置する。ここで、その光軸を完全に一致させるためにハーフミラーを用いることもできる。しかし、ハーフミラーでは、それ自体が光量を減らしてしまうので、必ずしもベストの構成ではなく、ここではハーフミラーを用いない構成を例示した。
【００２２】
図６は、本発明のショーウィンドウ・インタラクティブ表示装置の再帰反射枠７をウィンドウの下端に配置した例を示す。図６（ａ）は、その側面図であり、図６（ｂ）は正面図である。ショーウィンドウ４を挟んで、屋内には表示装置と情報処理装置３を配置し、屋外には、入力装置を配置した構成である。入力装置は、屋外側のスクリーン２と重なる位置検出平面５の周囲の上方向にはセンサーバー６、下方向には再帰反射枠７が取り付けられ、位置検出平面５に導入された指８の指示位置座標を検出する。このように、再帰反射枠をウィンドウの下端に配置すれば、操作者の目には、ほとんど触れなくすることができる。また、位置検出平面の左右に再帰反射枠が必要な場合は、ウィンドウ自体の左右の枠に再帰反射枠を取り付けてもよい。なお、再帰反射枠７は説明の為に大きく描かれているが、再帰反射素材はテープ状のものが入手可能であり、そのテープをウィンドウの枠に貼り付けることで、再帰反射枠とすることも可能である。
【００２３】
図７に、本発明のショーウィンドウ・インタラクティブ表示装置の別の実施例を示す。図７（ａ）は側面図であり、図７（ｂ）は正面図である。ショーウィンドウ４を挟んで、屋内には表示装置と情報処理装置３と入力装置のセンサーバー６を配置し、屋外には、入力装置の再帰反射枠７と光反射プリズム９を配置した構成である。入力装置のセンサーバー６は、屋内側のスクリーン２の上方向の位置に取り付けられ、屋外側にはスクリーン２と重なる位置検出平面５の周囲の上方向にはセンサーバー６の光の経路を確保する位置に光反射プリズム９、左右と下方向には再帰反射枠７が取り付けられ、位置検出平面５に導入された指８の指示位置座標を検出するものである。情報処理装置３は、指８の指示位置に対応して表示映像を変化させる。なお、光反射プリズムは、通常のミラーでも実現できるが、実施例のようにプリズムとした方がガラス面に取り付けやすい。また、再起反射部材の構造によっては、雨や露に濡らすと性能が出ない物があるので、その場合は、再起反射枠の側にも光反射ミラーを設けて、光反射ミラーのみを屋外とするように構成してもよい。
【００２４】
図８に、外来光の影響を少なくするようになした構成のブロック図を示す。センサーバー６は、光投射部１４、光検出部１２とからなる光学センサー１１を２つと、光投射部１４の点滅を制御する点滅制御部１５と、点灯時と消灯時の信号の差分を取る差分演算部１６と、その信号から光の入射角度を得て、指示位置を算出する座標演算部１７とからなっている。光投射部１４からの光は位置検出平面５を横切って、再帰反射枠７で来た方向に反射されて、再び位置検出平面５を横切って、光検出部１２で検出される。また、情報処理装置３から、表示装置１が駆動されて、スクリーン２に画像が投影されている。このスクリーン２と位置検出平面５は、ウィンドウ４上に重ねられている。そして、情報処理装置３は、センサーバー６からの指示位置検出情報を受け取って、それに応じて、表示装置１を通じて、スクリーン２の表示内容を変化させるので、ここにインタラクティブ性が生じる。
【００２５】
ここで、差分演算部では、光源の点灯時と消灯時の信号の差分をとるので、デジタルもしくはアナログ方式の記憶回路が必要になる。実際は、デジタルで実現したほうがたやすい。その場合は、ＡＤコンバータでデジタル化された信号を、メモリで保管し、デジタル回路で差分演算を行うことになる。もちろん、それをＣＰＵによって処理することが可能である。座標演算部もＣＰＵによって構成されるので、差分演算部も同じＣＰＵで演算するようにできるのは言うまでもない。
【００２６】
さて、このような光学式の座標検出装置を、通常のビデオカメラ、すなはち、２次元の光センサーを用いて実現することも理論的には可能である。しかし、２次元のセンサーは１次元のセンサーに比べて、その構造が複雑な分コストが高くなる。また画素数が多い分だけ、その処理に時間がかかってしまう。また、通常の２次元センサーは出力スピードが、毎秒３０フレームから６０フレームのものがほとんどである。しかし、１次元のリニアイメージセンサーでは、毎秒１万フレームといった出力スピードが実現されている。本発明のように、周囲光の影響を少なくするために、光源を点滅させて、点灯時と消灯時の信号の差分をとる方式では、指示位置の変化や、環境の変化の影響を極力無くす為に、できるだけ、短い時間間隔で光源の点滅を行い、データを取り込む必要がある。よって、高速にデータを取り込むことができ、データ数も少なくてその処理も高速に出来る１次元のリニアイメージセンサーを用いる方式がベストである。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のショーウィンドウ・インタラクティブ表示装置によれば、ショーウィンドウを媒体としたインタラクティブ表示装置ができる。そして、表示装置と情報処理装置を屋内に設置できることで、高価な装置はすべて屋内に設置でき、屋外の環境からの破壊を防ぐことができる。更に光反射ミラーを追加することにより、光学センサーまでも屋内に設置することができ、屋外側には電子装置を一切設置しなくて良くなり、さらに信頼性と耐久性の向上が計れる。また、光源を点滅しながら、信号の差分を取ることで、外来光の影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略を示す図である。
【図２】本発明の構成を示す図である。
【図３】本発明の光学センサーの作動原理を示す図である。
【図４】三角測量の原理により座標を計算する方法を示す図である。
【図５】本発明の光学センサーの内部構成を示す図である。
（ａ）は、その上面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す図である。
（ａ）は、その側面図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【図７】本発明の更に別の実施例を示す図である。
（ａ）は、その側面図であり、（ｂ）は、その正面図である。
【図８】本発明の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　映像投射装置
２　　スクリーン
３　　情報処理装置
４　　ショーウィンドウ
５　　位置検出平面
６　　センサーバー
７　　再帰反射枠
８　　指
９　　光反射プリズム
１１　光学センサー
１２　光検出部
１４　光投射部
１５　点滅制御部
１６　差分演算部
１７　座標演算部
２１　受光素子
２２　光学レンズ
２３　光源
【図１】
2004054065.tif 000003
【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】
2004054065.tif 000009
【図８】
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