JP2000250448A - 仮想物体呈示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 様々な映像を表示すると同時にその表示映像
中の仮想物体の触感を呈示することが可能であり、仮想
物体に接触させようとする部位の動きを入力する必要が
ない仮想物体呈示装置を提供する。 【解決手段】 表示面上に２次元配列構造を有する液晶
ライトバルブを、画素電極(3)で構成して、２次元映像
を表示する。２次元映像を構成する一部の画素は、表示
面上で等間隔ごとに配置された振動子(4)で構成されて
いる。表示面上の振動子(4)に指先等を接触させると、
擬似的な触感を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は仮想物体呈示装置に
関するものであり、更に詳しくは、仮想物体の視覚情報
及び触覚情報を呈示する仮想物体呈示装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】バーチャルリアリティにおける視覚情報
の呈示には、ＣＲＴ(cathode-ray tube)，ＬＣＤ(liqui
d crystal display)，プロジェクター等の映像表示装置
が用いられており、従来より様々な方式のものが数多く
提案されている。仮想物体の映像に加えてその触感をも
呈示すれば、更に高度な現実感を達成することが可能で
ある。触覚情報を呈示する装置としては、例えば特開平
５−２１６５６８号公報や特開平６−２６１７３８号公
報で提案されているものが挙げられる。これらの触覚呈
示装置によれば、指先等(つまり接触させようとする人
体の部位)に接触させた部材の振動によって仮想物体の
触感が呈示される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記触覚呈示
装置によって仮想物体の触感が得られたとしても、それ
が表示映像中のどの部分の触感であるのかが分からなけ
れば、触覚情報を呈示した意味がない。したがって、表
示映像と指先等との位置関係を映像表示装置で示すため
に、指先等の動きを入力する装置が必要となる。このよ
うな入力装置は、システム全体の複雑化・大型化を招く
原因となる。

【０００４】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、様々な映像を表示すると同時にその表示
映像中の仮想物体の触感を呈示することが可能であり、
しかも仮想物体に接触させようとする部位の動きを入力
する必要がない仮想物体呈示装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の仮想物体呈示装置は、２次元映像の表
示が、表示面上に２次元配列構造を有するライトバルブ
又は自発光体により行われる画素発光式の表示装置であ
って、前記２次元映像を構成する一部の画素が、前記表
示面上で等間隔ごとに配置された振動子で構成されてい
ることを特徴とする。

【０００６】第２の発明の仮想物体呈示装置は、上記第
１の発明の構成において、前記振動子が、ライトバルブ
又は自発光体で変調された光をガイドする光ファイバー
であることを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した仮想物体
呈示装置を、図面を参照しつつ説明する。図１に、仮想
物体呈示装置を構成するＴＦＴ型のＬＣＤパネル(1)を
示す。このＬＣＤパネル(1)は、基板(2)上に６５２個の
画素電極(3)と２８個の振動子(4)とを有している。６５
２個の画素電極(3)は、表示面上に２次元配列構造を有
する液晶ライトバルブを構成している。そして、その液
晶ライトバルブでの光変調により得られる透過光又は反
射光で、様々な２次元映像の動画表示が行われる。２次
元映像は２０(縦)×３４(横)の画素で構成されるが、２
次元映像を構成する一部(２８個)の画素は、表示面上で
等間隔(０．５ｍｍ程度)ごとに配置された振動子(4)で
構成される。この振動子(4)は映像表示機能を持たない
ので、その対応する画素に関しては表示映像中の画素欠
損となる。

【０００８】図２に、振動子(4)の取り付け構造を示
す。各振動子(4)は、５つの圧電素子(5a〜5e)と共にケ
ース(6)内にセットされている。また各振動子(4)は、圧
電素子(5a〜5d)によって表示面に沿った方向に振動し、
圧電素子(5e)によって表示面に垂直な方向に振動するよ
うに構成されている。圧電素子(5a〜5e)としては、ＰＺ
Ｔ，ＰＬＺＴ等の圧電材料から成るものを用いることが
できる。圧電素子(5a〜5e)に電圧をかけて振動させる
と、その振動が振動子(4)に伝達されて、振動子(4)にレ
イリー波(Rayleigh wave)，進行波，定在波等が発生す
る。その振動子(4)に指先等を接触させると、擬似的な
触感を得ることができる。

【０００９】この仮想物体呈示装置によれば、画素電極
(3)から成る液晶ライトバルブによって様々な映像表示
が行われると同時に、表示面上の振動子(4)によって表
示映像中の仮想物体の触感が呈示される。したがって、
映像を見ながら表示面に指先等を接触させると、表示映
像中の仮想物体の触感を得ることができる。指先等との
接触位置にある仮想物体の触感が呈示されるため、表示
映像中のどの部分の触感が呈示されているかは明らかで
ある。したがって、仮想物体に接触させようとする部位
(例えば指先)の動きを入力する装置は不要である。な
お、振動子(4)の先端が丸く形成されているため、指先
等の接触部位を表示面に対してなめらかに接触移動させ
ることが可能である。

【００１０】前述したように、振動子(4)が配置されて
いる部分は映像表示中の画素欠損となる。しかし、それ
は数１００μｍ程度の等間隔をあけて生じる画素欠損で
あるため、表示映像に悪影響を与えない程度の目立たな
いものといえる。また、人間の指先等の触覚分解能は数
ｍｍ程度しかないので、数１００μｍ程度の間隔をあけ
て振動子(4)を配置しても、その間隔が触感に悪影響を
与えることはない。またここでは、２次元配列された画
素電極(3)の一部を振動子(4)に置き換える構成をとって
いるが、このような素子の置き換えを行う代わりに、特
定の画素電極(3)上に振動子(4)を載せる構成としてもよ
い。例えば、振動子(4)が等間隔をあけて配置されたシ
ートを、通常の映像表示装置の表示面(例えばＬＣＤパ
ネル面)に貼り付けることにより、触覚情報を呈示する
機能を映像表示装置に付加することができる。

【００１１】ここでは、映像表示に液晶ライトバルブを
用いる構成になっているが、これの代わりにプラズマ素
子，ＬＥＤ(light emitting diode)素子等の自発光体を
用いてもよい。表示面上に２次元配列構造を有するライ
トバルブ又は自発光体を２次元映像表示に用いる画素発
光式の表示装置には、プロジェクション方式の表示装置
では得られない効果がある。プロジェクション方式の表
示装置でスクリーン上に映像投影を行う構成を採用した
場合、表示面であるスクリーン面に指先等を接触させよ
うとすると、表示画像が手等に投影されると同時にスク
リーン上にその影が生じてしまい、現実感が損なわれて
しまう。このような問題は画素発光式の表示装置では生
じないので、それにより現実感が損なわれることもな
い。

【００１２】図２に示す振動子(4)等の代わりに、図
３，図４に示す振動子(7)等を用いてもよい。振動子(7)
は、ＰＺＴ，ＰＬＺＴ等の圧電材料から成る圧電素子で
ある。振動子(7)は、電極(9)側の端部(上端)で支持部材
(8)の穴(8a)と摺動自在に嵌合しており、電極(10)側の
端部(下端)で支持部材(8)に固定されている。電極(9,1
0)間に電圧をかけると、電極(9,10)間距離が変化して振
動する。振動子(7)の上端に指先等を接触させると、擬
似的な触感を得ることができる。

【００１３】以上説明した仮想物体呈示装置では、ライ
トバルブ又は自発光体が映像表示機能を有し、振動子が
仮想物体の触覚情報を呈示する機能を有するため、図５
に示すように映像情報は映像信号と触覚信号とに分けら
れて、映像信号はライトバルブに送られ、触覚信号は振
動子系(圧電素子)に送られることになる。ただし、図
３，図４に示すように振動子(7)自身が圧電素子から成
る場合には、ＰＬＺＴから成る振動子(7)を用いること
により、振動子(7)をライトバルブと兼用することが可
能である。ＰＬＺＴから成る振動子(7)を下端から照明
するとともに、振動子(7)に光変調のための電圧をかけ
ることによって、表示面上で振動子(7)が配置されてい
る部分での映像表示も可能となる。したがって、前記画
素欠損は生じない。この場合、図６に示すように映像信
号はライトバルブと振動子の両方に送られることにな
る。

【００１４】図２に示す振動子(4)等の代わりに、図
７，図８に示す光ファイバー(11)から成る振動子等を用
いてもよい。光ファイバー(11)は、保持部材(12)内を貫
通した状態で、その表示面側端部が保持部材(12)に固定
されており、４つの圧電素子(13a〜13d)と共にケース(1
4)内にセットされている。圧電素子(13a〜13d)の構成及
び機能は前記圧電素子(5a〜5e)と同様であり、保持部材
(12)を介して圧電素子(13a〜13d)の振動が光ファイバー
(11)に伝えられる。光ファイバー(11)の表示面側{すな
わち保持部材(12)側}端部は、圧電素子(13a,13b)によっ
て表示面に沿った方向に振動し、圧電素子(13c,13d)に
よって表示面に垂直な方向に振動する。振動する光ファ
イバー(11)に指先等を接触させると、擬似的な触感を得
ることができる。なお、保持部材(12)は２つの付勢部材
(α)によって圧電素子(13a,13b)側に付勢されているの
で、２つの圧電素子(13a,13b)で表示面に沿った２方向
の振動が可能である。

【００１５】図９(Ａ)又は図９(Ｂ)に示すようにＬＣＤ
パネル(1)からのびた２８本の光ファイバー(11)は、Ｌ
ＣＤパネル(15)の表示面に取り付けられている。このＬ
ＣＤパネル(15)は、照明系(16)からの光を変調して、そ
の透過光を光ファイバー(11)に導く構成になっている。
光ファイバー(11)は、ＬＣＤパネル(15)で変調された光
をＬＣＤパネル(1)の表示面へとガイドする。このよう
に振動子として機能する光ファイバー(11)が映像表示を
も行うので、前記画素欠損は生じない。なお、この場
合、映像信号は２つのＬＣＤパネル(1,15)に送られるこ
とになる。

【００１６】ＬＣＤパネル(15)は液晶ライトバルブを構
成しているが、これの代わりにＰＬＺＴ素子等のライト
バルブを用いてもよく、また、プラズマ素子，ＬＥＤ素
子等の自発光体を用いてもよい。ＬＣＤパネル(1)の代
わりにプラズマディスプレイ等の自発光パネルを用いれ
ば、光ファイバー(11)でバックライトが遮られることも
ない。また、ＰＬＺＴから成る光ファイバー(11)を用い
ることにより、光ファイバー(11)をライトバルブと兼用
してもよい。光ファイバー(11)の一端から照明するとと
もに、光ファイバー(11)に光変調のための電圧をかける
構成とすれば、表示面上で光ファイバー(11)が配置され
ている部分での映像表示が可能となる。したがって、前
記画素欠損は生じない。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、様
々な映像を表示すると同時にその表示映像中の仮想物体
の触感を呈示することが可能である。しかも、仮想物体
に接触させようとする部位の動きを入力しなくても、表
示映像中のどの部分の触感が呈示されているかが分かる
ので、より高度な現実感を簡単・コンパクトな構成で達
成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態を構成するＬＣＤパネルの概略外観
構成を示す斜視図。

【図２】実施の形態を構成する振動子の取り付け構造を
示す分解斜視図。

【図３】実施の形態を構成する他の振動子の取り付け構
造を示す分解斜視図。

【図４】図３の振動子の取り付け構造を示す断面図。

【図５】振動子による画素欠損が生じる場合の信号の流
れを示すブロック図。

【図６】振動子による画素欠損が生じない場合の信号の
流れを示すブロック図。

【図７】光ファイバーから成る振動子の取り付け構造を
示す斜視図。

【図８】図７の取り付け構造を示す分解斜視図。

【図９】図７の光ファイバーを振動子として用いた場合
の光変調構成を概略的に示す模式図。

【符号の説明】

1 …ＬＣＤパネル 3 …画素電極 4 …振動子 5a〜5e …圧電素子 7 …振動子 8 …支持部材 11 …光ファイバー 12 …保持部材 13a〜13d …圧電素子 15 …ＬＣＤパネル 16 …照明系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 孝生 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元映像の表示が、表示面上に２次元
   配列構造を有するライトバルブ又は自発光体により行わ
   れる画素発光式の表示装置であって、 前記２次元映像を構成する一部の画素が、前記表示面上
   で等間隔ごとに配置された振動子で構成されていること
   を特徴とする仮想物体呈示装置。
2. 【請求項２】 前記振動子が、ライトバルブ又は自発光
   体で変調された光をガイドする光ファイバーであること
   を特徴とする請求項１記載の仮想物体呈示装置。