(57)【要約】【課題】好適な表示が可能な表示装置を提供する。【解決手段】本発明の表示装置１は、画像光を投射する画像投影部２２と、検出光を照射する検出光照射部３３と、前記画像光を散乱させる散乱部１１と、前記散乱部１１が備えられていない領域に備えられ前記検出光を透過させる透過部１２とを有する表示部１０と、前記検出光を受光する検出光受光部２４とを備えること、を特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を投射する画像投影部と、
検出光を照射する検出光照射部と、
前記画像光を散乱させる散乱部と、前記散乱部が備えられていない領域に備えられ前記検出光を透過させる透過部とを有する表示部と、
前記検出光を受光する検出光受光部とを備えること、
を特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置であって、
前記検出光照射部から照射された前記検出光は、前記透過部を透過し対象物に反射した後、前記透過部を透過し、
前記検出光受光部は、前記対象物に反射した後、前記透過部を透過する前記検出光を受光することにより前記対象物の位置を検出すること、
を特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表示装置であって、
前記表示部はドーム状に形成され、
前記検出光照射部及び前記検出光受光部は、前記表示部におけるドーム状の中心部に配置されていること、
を特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の表示装置であって、
前記画像投影部、前記検出光照射部及び前記検出光受光部は、前記表示部におけるドーム状の中心部に配置された同一の光学素子を介してそれぞれ投射、照射、受光するように構成されていること、
を特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置であって、
前記画像投影部において、前記表示部に前記画像光を投射する際に、前記透過部から可視光の出射が制限されていること、
を特徴とする表示装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置であって、
前記表示部における前記透過部は、非均一に配置されていること、
を特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンピュータ等の操作装置として、画像を表示すると共にその表示画像を操作する仕草等を感知して入力信号とする、いわゆる対話型の背面投射型の表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０４０２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の背面投射型の表示装置は、表示面への直接接触を検知して対応した信号を入力する。このため、表示面が皮脂等で汚れ、表示の視認が阻害されるという問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、好適な表示が可能な表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１に記載の発明は、画像光を投射する画像投影部（２２）と、検出光を照射する検出光照射部（３３）と、前記画像光を散乱させる散乱部（１１）と、前記散乱部（１１）が備えられていない領域に備えられ前記検出光を透過させる透過部（１２）とを有する表示部（１０）と、前記検出光を受光する検出光受光部（２４）とを備えること、を特徴とする表示装置（１，１’）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表示装置（１，１’）であって、前記検出光照射部（３３）から照射された前記検出光は、前記透過部（１２）を透過し対象物に反射した後、前記透過部（１２）を透過し、前記検出光受光部（２４）は、前記対象物に反射した後、前記透過部（１２）を透過する前記検出光を受光することにより前記対象物の位置を検出することを特徴とする表示装置（１，１’）である。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の表示装置（１）であって、前記表示部（１０）はドーム状に形成され、前記検出光照射部（３３）及び前記検出光受光部（２４）は、前記表示部（１０）におけるドーム状の中心部に配置されていること、を特徴とする表示装置（１）である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の表示装置（１）であって、前記画像投影部（２２）、前記検出光照射部（３３）及び前記検出光受光部（２４）は、前記表示部（１０）におけるドーム状の中心部に配置された同一の光学素子を介してそれぞれ投射、照射、受光するように構成されていること、を特徴とする表示装置（１）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置（１，１’）であって、前記画像投影部（２２）において、前記表示部（１０）に前記画像光を投射する際に、前記透過部（１２）から可視光の出射が制限されていること、を特徴とする表示装置（１，１’）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置（１，１’）であって、前記表示部（１０）における前記透過部（１２）は、非均一に配置されていること、を特徴とする表示装置（１，１’）である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、好適な表示が可能な表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態である背面投射型表示装置を概念的に示す外観斜視図である。
【図２】背面投射型表示装置の概念断面図である。
【図３】投影受光光学系ユニットの拡大図である。
【図４】表示部の拡大断面図である。
【図５】背面投射型表示装置における表示と操作による入力の説明図である。
【図６】背面投射型表示装置における表示と操作による入力の説明図である。
【図７】表示部の変形例を示す図である。
【図８】変形例としての背面投射型表示装置の概念断面図である。
【図９】図８に示す背面投射型表示装置における表示部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である対話型の背面投射型表示装置１を概念的に示す外観斜視図である。図２は、背面投射型表示装置１の概念断面図である。図３は、投影受光光学系ユニット２０の拡大図である。図４は、表示部１０の拡大断面図である。
【００１０】
図１に示す背面投射型表示装置１は、当該背面投射型表示装置１を使用するＰＣ等の機器（使用機器）と接続され、使用機器が備えるアプリケーションソフト等との協働により、画像を表示すると共に、その表示画像に対して操作するような動作を検知してＰＣ等に対して入力を行うものである。
なお、本発明は、ＰＣ等の機器と接続されるものに限定されない。例えば、背面投射型表示装置自体が、ＳＤカード等の記録媒体から画像を入力可能であってもよく、それらの記録媒体に記録されている画像、または記録媒体から入力された画像を表示するものであってもよい。
【００１１】
背面投射型表示装置１は、ドーム状の表示部１０と、その内部に配置された投影受光光学系ユニット２０と、制御部３０と、により構成されている。
表示部１０は、所定の板厚で中空半球状に形成され、筐体１Ａの上部に設けられている。表示部１０は、たとえば透明アクリルやポリカーボネート等、少なくとも可視光を透過可能な素材によって形成されている。なお、表示部１０は、後述する投影受光光学系ユニット２０における赤外光源が出射する赤外光を透過しない素材であれば、より好ましい。
【００１２】
表示部１０の内周面全域には、スクリーン１１が形成されている。スクリーン１１は、照射された可視光を乱反射する光散乱層である。このスクリーン１１は、表示部１０の内周面を直接加工して形成しても、また、別体の光散乱層を表示部１０の内周面に貼着または塗布等によって形成しても、いずれでも良い。
【００１３】
また、表示部１０には、複数の赤外光透過部１２が形成されている。
部分拡大図である図４（ａ）に示すように、本実施形態における赤外光透過部１２は、表示部１０をその板厚方向に貫通する微小な丸孔であって、表示部１０の全域に所定の分布密度で均等に配置されている。各赤外光透過部１２の中心軸線は、半球状の表示部１０の中心に配置された後述する投影受光光学系ユニット２０における対物レンズ２１に向かうように（対物レンズ２１を中心とする放射状に）設定されている。また、赤外光透過部１２の孔径は、１ｍｍ程度以下とするが、極力小さい方が好ましい。
表示部１０は、その全面に亘って赤外光透過部１２が所定の密度で配置されており、その赤外光透過部１２の形成部位にはスクリーン１１が形成されていない。なお、赤外光透過部１２の形状は丸孔に限らない。
【００１４】
また、赤外光透過部１２は、図４（ｂ）に示すように、後述する投影受光光学系ユニット２０における赤外光源２３が出射する赤外光を透過する素材の透過部材１２Ａで充填しても良い。この構成によれば、赤外光透過部１２に塵埃が詰まる等の不具合を防ぐことができる。
【００１５】
図３に示すように、投影受光光学系ユニット２０は、対物レンズ２１と、画像投影機２２と、赤外光源２３と、赤外光受光センサ２４と、ダイクロイックミラー２５、ハーフミラー２６等を備えて構成されている。
対物レンズ２１は、画角が略１８０°の魚眼レンズであって、当該投影受光光学系ユニット２０の各構成要素を収容する筐体２０Ａの上部に、表示部１０の略全域を画角内として配置されている。本実施形態では、対物レンズ２１の光軸は、鉛直に設定されている。
【００１６】
画像投影機２２は、対物レンズ２１の下側に、出射光軸を対物レンズ２１の光軸に一致させて配置されている。画像投影機２２には、後述する制御部３０から画像情報が入力され、その画像情報に基づく可視画像を、対物レンズ２１を介して表示部１０のスクリーン１１に投影する。
【００１７】
画像投影機２２から対物レンズ２１に至る可視光の光軸（可視光軸２０Ｂ）内には、ダイクロイックミラー２５が可視光軸２０Ｂに対して４５°の角度で配置されている。
ダイクロイックミラー２５は、後述する赤外光源２３が出射する所定波長の赤外光のみを反射し可視光は透過するように構成されている。このため、画像投影機２２から対物レンズ２１に至る可視光は、ダイクロイックミラー２５を透過する。
【００１８】
赤外光源２３は、検出光としての所定波長の赤外光の光源であって、画像投影機２２と並んで設けられており、赤外光を可視光軸２０Ｂと平行な光軸（赤外光軸２０Ｃ）で出射する。
赤外光源２３が出射した赤外光の光路（赤外光軸２０Ｃ）前方には、ハーフミラー２６が配置されている。
【００１９】
ハーフミラー２６は、赤外光源２３から出射された赤外光の一部を反射すると共に一部を透過するように設定されたミラーである。ハーフミラー２６は、赤外光軸２０Ｃをダイクロイックミラー２５向けて屈曲するように、その反射面を赤外光源２３の出射光軸（赤外光軸２０Ｃ）に対して４５°の角度として設けられている。
これにより、赤外光源２３が出射した赤外光は、ハーフミラー２６によってダイクロイックミラー２５に向けて反射され、さらに、ダイクロイックミラー２５によって反射されて、可視光軸２０Ｂと一致して対物レンズ２１に向かい、対物レンズ２１から出射されるようになっている。
【００２０】
赤外光受光センサ２４は、ハーフミラー２６の背面側（ダイクロイックミラー２５に向かう赤外光軸２０Ｃとは反対側）に、配置されている。赤外光受光センサ２４には、外部から対物レンズ２１に入射した赤外光が、赤外光源２３から出射された赤外光の光路（赤外光軸２０Ｃ）を逆に辿り、ハーフミラー２６を透過して入射するようになっている。
【００２１】
上記のように構成された投影受光光学系ユニット２０は、筐体１０Ａの内部に、対物レンズ２１を半球状の表示部１０の中心に位置させて配置されている。
そして、投影受光光学系ユニット２０は、画像投影機２２が、制御部３０から入力される画像情報に基づく可視画像光を出射し、対物レンズ２１から表示部１０のスクリーン１１に向けて投影する。
ここで、画像投影機２２は、表示部１０における赤外光透過部１２と対応する位置には、画像光を投影しない。または、黒画像を投影する。これにより、可視光が赤外光透過部１２を通って散乱せずに直接出射し、輝点に見えることを防ぐことができる。
【００２２】
また、赤外光源２３から出射された赤外光は、ハーフミラー２６、ダイクロイックミラー２５および対物レンズ２１を介して、表示部１０に向かって照射される。
赤外光受光センサ２４は、外部から対物レンズ２１に入射してハーフミラー２６を透過した赤外光を受光し、その受光情報を制御部３０に出力する。
【００２３】
制御部３０は、当該背面投射型表示装置１を利用する使用機器と接続されて入出力を司る。すなわち、制御部３０は、投影受光光学系ユニット２０における画像投影機２２に画像情報を入力して投影駆動すると共に、赤外光受光センサ２４の受光検出から情報を解析して使用機器に出力する。
【００２４】
上記のように構成された背面投射型表示装置１は、投影受光光学系ユニット２０における画像投影機２２が、制御部３０から入力された画像情報に基づいて可視画像光を射出し、対物レンズ２１から表示部１０のスクリーン１１に向けて投影する。スクリーン１１に投影された画像は、可視光において透明な表示部１０の外側から視認可能となる。
【００２５】
一方、投影受光光学系ユニット２０における赤外光源２３が出射して対物レンズ２１を介して表示部１０に投影された赤外光は、表示部１０（スクリーン１１）に形成された赤外光透過部１２を介して表示部１０の外側に出射する。赤外光透過部１２から出射した赤外光は、表示部１０の外側近傍に存在する指示操作部材２（図２における手）によって反射されて、赤外光透過部１２を介して逆に表示部１０の内部に入射する。表示部１０の内部に入射した反射赤外光は、出射時と同一光路を逆に戻り、その一部がハーフミラー２６を透過して赤外光受光センサ２４に入射する。赤外光受光センサ２４は、例えば、２次元の撮像素子を有し、指示操作部材２の２次元的な位置座標（受光情報）を検出可能である。赤外光受光センサ２４は、その受光情報を制御部３０に出力する。なお、表示部１０に投影された赤外光はスクリーン１１で散乱されるが、赤外光であるために可視光による画像の視認を妨げる障害とはならない。
制御部３０は、赤外光受光センサ２４の受光情報から、表示部１０の外周近傍における指示操作部材２の位置および移動等を検出して、その情報を接続された使用機器に出力する。
【００２６】
上記構成により、背面投射型表示装置１は、表示部１０に表示された画像を視認しつつ、表示部１０に手（指示操作部材２）をかざして動かすと、それを赤外光受光センサ２４の受光情報から制御部３０が検知し、これを操作情報として使用機器に出力する。つまり、表示画像と関連づけて操作情報を出力でき、対話型の操作が可能となる。
【００２７】
図５および図６に、背面投射型表示装置１における表示と操作による入力の一例を示す。
すなわち、図５（ａ）に示すように、背面投射型表示装置１の図中右側に手（指示操作部材２）をかざすと、それに対応した赤外光受光センサ２４の受光情報に基づいて、表示部１０の右側の手（指示操作部材２）をかざした側に画像Ｇを表示する。同様に、図５（ｂ）に示すように、図中左側に手（指示操作部材２）をかざすと左側に画像Ｇを表示する。
【００２８】
また、図６（ａ）に示すように、背面投射型表示装置１の周囲で手（指示操作部材２）を回すと、それに対応した赤外光受光センサ２４の受光情報に基づいて、表示部１０に表示する画像を拡大あるいは縮小する。
さらに、図６（ｂ）に示すように、背面投射型表示装置１に向かって（別れを意味する）手（指示操作部材２）を振ると、それに対応した赤外光受光センサ２４の受光情報に基づいて、背面投射型表示装置１の表示あるいは電源をオフにする。
【００２９】
以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）本発明の背面投射型表示装置１では、赤外光透過部１２を介して検出光である赤外光を入出射させるため、指示操作部材２（手）を表示部１０の表面に接触させることなく検出することができる。これにより、表示部１０の表面を手脂等により汚すことなく操作情報を入力できる。
【００３０】
（２）投影受光光学系ユニット２０における対物レンズ２１は、半球状の表示部１０の中心に位置し、この対物レンズ２１を介して表示画像の投影が行われる。これにより、表示部１０におけるスクリーン１１に投影する画像の歪みを抑える、もしくは歪を均質にすることができる。
【００３１】
（３）検出光である赤外光の入出射は、半球状の表示部１０の中心に位置する対物レンズ３１を介して行われる。これにより、赤外光の入出射光軸と、表示部１０をその板厚に直交して貫通形成された赤外光透過部１２の中心軸とが一致し、赤外光の入出射光軸と表示部１０の板厚直交方向とが異なる場合に生ずる表示部１０の肉厚分による赤外光のケラレを考慮する必要がなく、赤外光透過部１２を小径化出来る。また、指示操作部材２を歪み無く均質に検出することが出来る。
【００３２】
（４）背面投射型表示装置１は、半球状の表示部１０の中心に配置された同一の対物レンズ３１を介して表示画像の投影と検出光である赤外光の入出射とを行う。このため、少ない構成部材で合理的に構成でき、コストの低減と装置全体の小型化が可能となる。
【００３３】
（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）上記実施形態では、赤外光透過部１２は、表示部１０に形成された孔または孔に赤外光を透過する透過部材１２Ａが充填されて形成されたものである。しかし、赤外光透過部１２はこの構成に限らず、スリット状とする等、適宜変更可能である。
【００３４】
（２）上記実施形態では、半球状の表示部１０に、複数の赤外光透過部１２が均等に配置されている。しかし、表示部１０の形状および赤外光透過部１２の配置はこれに限定されるものではない。また、図２，５，６に示した指示操作部材２としての手とのバランスから推定される表示部１０の大きさも一例であって、これに限定されることなく、これより極めて大きく、または極めて小さく構成しても良い。
図７〜９に表示部１０の変形例を示す。
【００３５】
すなわち、図７（ａ）は、表示部１０の上部に、赤外光透過部１２が形成されていない平坦部１３を備えたものである。これにより、平坦部１３に専ら画像を表示し、その周囲において操作を行うことができる。
図７（ｂ）は、表示部１０は半球状であるが、上部には赤外光透過部１２が形成されない表示専用域１４が形成され、この表示専用域１４に専ら画像を表示し、周囲において操作を行うように構成されているものである。
【００３６】
図７（ｃ）は、表示部１０の周囲の限定された領域（操作領域１５）のみに赤外光透過部１２が形成され、この操作領域１５で操作を行い、その他の部位に表示を行うように構成されているものである。
図７（ｄ）は、表示部１０をマウスのように小判型に形成した例である。
図７（ｅ）は、表示部１０の他の形状の例を示す。
【００３７】
図８は、表示部１０を平板とした例の背面投射型表示装置１’の概念断面図を示す。図中、前述した背面投射型表示装置１と同機能の構成要素には同符号を付してある。
図８に示す背面投射型表示装置１における表示部１０は、所定の板厚の平板状で、筐体１Ａの上部に設けられている。表示部１０の平面形状は、矩形や円形等、任意に設定可能である。
【００３８】
表示部１０は、可視光を透過可能な素材によって形成され、内周面全域にはスクリーン１１Ａが形成されている。
表示部１０における赤外光透過部１２は、対物レンズ２１に向かう（対物レンズ２１を中心とする放射状）ように設定された所定径の孔である。
【００３９】
このように平板状の表示部１０を備える背面投射型表示装置１’では、投影受光光学系ユニット２０（対物レンズ２１）からの投影距離の違いによって表示画像が変形すると共に赤外光受光センサ２４の受光情報に歪みが生ずるが、これらは制御部３０が補正することで正常な画像表示と操作入力が可能となる。
【００４０】
ここで、表示部１０が平板の場合（平板に限らず対物レンズ２１を中心とした球状でない場合でも）には、部分拡大断面図である図９（ａ）に示すように、対物レンズ２１の光軸から離間した赤外光透過部１２の中心軸線は、表示部１０の板面と直交する方向に対して角度（θ）を有し、その角度は赤外光透過部１２の位置によって異なる。このため、赤外光透過部１２が表示部１０を貫通する孔状である場合には、入出射する赤外光のケラレを防ぐために、個々の赤外光透過部１２をそれぞれ対応する角度とする必要があり、制作が面倒となる。制作容易とするために赤外光透過部１２を表示部１０の板面と直交する方向に貫通した形状とすれば大径化してしまう。
【００４１】
このような不具合を解消する構成として、図９（ｂ）に部分拡大断面図を示すように、表示部１０を赤外光が透過可能な素材とし、スクリーン１１の形成時において、マスキング等によって赤外光が入出射可能な平坦部を形成してこれを赤外光透過部１２とする。これにより、赤外光透過部１２は、極薄いスクリーン１１において部分的にスクリーンのない窓のように形成されることとなり、赤外光の入出射角度によるケラレを防いで最小限の径とすることができる。この構成を、前述した実施形態における背面投射型表示装置１に適用しても良い。
【００４２】
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００４３】
１，１’：背面投射型表示装置、２：指示操作部材、１０：表示部、１１：スクリーン、１２：赤外光透過部、２０：投影受光光学系ユニット、２１：対物レンズ、２２：画像投影機、２３：赤外光源、２４：赤外光受光センサ
【図１】
2013161408.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】
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【図８】
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【図９】
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