CN104461123A - 组合器和操作检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及组合器和操作检测装置。将投影仪(20)投影的光朝向操作者反射的组合器(30)包括：反射层(31、33、35、37)，反射由投影仪投影的光；电场产生层(34)，在组合器周围产生电场；以及输出层(36)，输出根据由场产生层产生的电场的变化的电压。

Description

组合器和操作检测装置

技术领域

本发明涉及组合器(combiner)和操作检测装置。

背景技术

已知输入操作信息以显示在显示屏上显示的信息、而不将操作者的视线从显示屏移除的输入装置。在该输入装置中，用照相机捕获操作者的手势操作，分析所捕获的运动图像，并判断由操作者输入的操作。另外，已知通过用红外传感器检测操作者的手势操作来判断由操作者输入的操作的技术。

已知作为检测由操作者输入的操作的传感器的静电电容型检测传感器(参见日本公开专利公布No.2010-92420和日本公开专利公布No.2010-182201)。

发明内容

但是，当用照相机和红外传感器判断操作者的手势时，必须单独地(separately)提供照相机和红外传感器，由此装置成本变得昂贵且电功率消耗变大。使用通过照相机捕获的图像进行手势判断需要执行复杂的图像分析，包括干扰光的噪声消除技术。

因此，本发明的一个方面中的目的是提供能用简单的装置配置输入操作者的非接触操作的组合器、以及能用该简单的装置配置检测操作者的所述非接触操作的操作检测装置。

根据本发明的一个方面，提供一种将投影仪投影的光朝向操作者反射的组合器，包括：反射层，反射由投影仪投影的光；电场产生层，在组合器周围产生电场；以及输出层，输出根据由场产生层产生的电场的变化的电压。

根据本发明的另一方面，提供一种操作检测装置，包括：组合器，将投影仪投影的光朝向操作者反射；以及判断装置；所述组合器包括：反射层，反射由投影仪投影的光；电场产生层，在组合器周围产生电场；以及输出层，输出根据由场产生层产生的电场的变化的电压；以及所述判断装置包括：电压供给电路，向电场产生层供给电压；电压输入电路，输入来自输出层的电压；以及检测器，基于与供给到电场产生层的电压和来自输出层的电压之间的差对应的信号，来检测操作者的非接触操作内容。

附图说明

图1是示出平视式(head-up)显示器的配置的例子的示图；

图2是示出判断装置的配置的示意图；

图3是示出组合器的配置的例子的横截面图；

图4是示出组合器和主机之间的电连接配置的示图；

图5A是示出当执行使手指从左到右移动的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平(level)的示图；

图5B是示出当执行使手指从右到左移动的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平的示图；

图6A是示出当执行使手指从底到顶移动的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平的示图；

图6B是示出当执行使手指从顶到底移动的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平的示图；

图7A是示出当执行使手指靠近组合器的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平的示图；

图7B是示出当执行使手指离开组合器的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平的示图；

图8A是示出当执行沿顺时针方向旋转手指的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平的示图；

图8B是示出当执行沿逆时针方向旋转手指的手势时判断装置检测到的RX信号的信号水平的示图；以及

图9是示出判断装置的处理过程的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图给出本发明的优选实施例的描述。

将参照图1给出平视式显示器1的描述。平视式显示器1是能将信息直接投影在人的视野上的装置，其将诸如投影图像的信息投影在包含全息图或半反射镜的组合器上，并能向操作者显示虚拟图像，就好像信息漂浮在空中一样。平视式显示器1被应用于车辆中安装的汽车导航系统或者显示CT(计算层析摄影)扫描图像和X射线图像的医疗信息显示系统。

平视式显示器1包括主机10、投影仪20、组合器30和判断装置40。主机10向投影仪20供给图像数据。当平视式显示器1被应用于车辆中安装的汽车导航系统时，主机10例如用作导航装置体。

投影仪20使从主机10供给的图像数据朝向组合器30投影。当平视式显示器1被安装在车辆中时，例如，基于预先准备的各种应用所要显示的各种数据和地图信息、或者行驶速度和各种警告指示被包括在图像数据中。

组合器30使入射光的一部分透过并使入射光的剩余部分反射，从而它同时将投影仪20投影的图像和自然光导向操作者的眼睛。组合器30具有所谓的半反射镜的功能。稍后提及组合器30的详细配置的例子。

判断装置40判断诸如操作者的手势的操作并且将判断结果输出至主机10。图2是示出判断装置40的配置的示意图。判断装置40包括：控制整个装置的操作的CPU51；作为工作内存的RAM52；存储程序和数据的ROM53；向组合器30供给电压的电压供给电路54；输入来自组合器30的输出电压的电压输入电路55；以及与主机10通信的通信接口(I/F)56。CPU51与RAM52、ROM53、电压供给电路54、电压输入电路55和通信I/F56连接。电压输入电路55包括未示出的接地端子。CPU51对经由电压输入电路55从组合器30输入的电压信号(输出电压)执行如后所述的滤波处理、A/D转换处理等。这里，在图1中，将主机10和判断装置40作为分立的装置提供，但可通过主机10实现判断装置40。

接下来，将参照图3给出组合器30的详细配置的例子的描述。图3是示出组合器30的配置的例子的横截面图。图3的上侧是操作者侧。组合器30包括第一干涉条纹层31、接地层32、第二干涉条纹层33、电场产生层34、第三干涉条纹层35、电场变化输出层36和第四干涉条纹层37。电场产生层34包括电场产生电极341和绝缘层342。电场变化输出层36包括稍后提及的多个电场检测电极。

用作反射层的第一干涉条纹层31、第二干涉条纹层33、第三干涉条纹层35和第四干涉条纹层37中的每一个使入射光的一部分透过并反射从投影仪20投影的图像。这里，组合器不必需要具有四个干涉条纹层。希望组合器具有至少两个干涉条纹层。并且，作为干涉条纹层的替代，可以提供具有使入射光的一部分透过并反射来自投影仪20的图像的功能的某个反射层。当电场变化输出层36太靠近电场产生层34时，容易在判断装置40从电场产生层34输入的电压上产生噪声。因此，希望干涉条纹层(即，第三干涉条纹层35)设置在电场产生层34和电场变化输出层36之间。这里，作为干涉条纹层和反射层的一部分的替代，可以提供具有使光透过的功能的层。

图4是示出组合器30和主机10之间的电连接配置的示图。为了便于解释，假设图的左下方是原点，组合器30的横向是X轴，并且组合器30的纵向是Y轴。在图4所示的组合器30中，在接地层32上形成具有电场产生电极341和绝缘层342的电场产生层34作为图案。这里，在图4中，电场产生电极341通过网状(mesh)图案示出，且在网状图案的电场产生电极341之间形成用四边形示出的绝缘层342中的每一个。电场产生电极341经由布线345与判断装置40连接。接地层32经由布线406与判断装置40连接。

并且，在电场产生层34的上表面上形成电场变化输出层36。电场变化输出层36包括五个电场检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4(以下被称为检测电极)。由于组合器30是从图4中上方所见，因此在同一平面上示出电场产生电极341、接地层32和检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4。检测电极RX0被形成在组合器30的中央域上，且经由布线401与判断装置40连接。检测电极RX1被形成在图4所示的组合器30的X轴的左端，且经由布线402与判断装置40连接。检测电极RX2被形成在图4所示的组合器30的X轴的右端，且经由布线403与判断装置40连接。检测电极RX3被形成在图4所示的组合器30的Y轴的顶端，且经由布线404与判断装置40连接。检测电极RX4被形成在图4所示的组合器30的Y轴的底端，且经由布线405与判断装置40连接。绝缘层39被分别形成在电场变化输出层36的检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4之间。即，除了检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4之外，电场变化输出层36还包括绝缘层39。

判断装置40的电压供给电路54经由布线345与电场产生电极341连接，并向电场产生电极341提供交流电压。例如，电压供给电路54向电场产生电极341供给方波的脉冲电压。与供给到电场产生电极341的交流电压成比例且小于该交流电压的电压流入检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一个中。当具有接地作用的操作者的手指靠近检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的任一个时，手指所靠近的电极附近的电场被改变，且用手指所靠近的检测电极检测到的电压被降低。

判断装置40的CPU51基于供给到电场产生电极341的电压与从检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一个输出的电压之间的差，对操作者的手指所接近的检测电极进行判断。从检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一个输出的电压根据操作者靠近检测电极的手指与检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一个之间的距离而减小。操作者的手指越接近检测电极中的任一个，则从该检测电极输出的电压的减小量就变得越大。CPU51根据供给到电场产生电极341的电压与从检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一个输出的电压之间的差生成信号(以下被称为“RX信号”)，并且基于所生成的RX信号对操作者的手势进行判断。

图5A示出当操作者执行将手指从组合器30的左端移动到右端的手势时判断装置40检测到的从各个检测电极输出的RX信号的信号水平。这里，假设手指依次通过检测电极RX1、RX0和RX2的区域。在这种情况下，CPU51首先检测基于从检测电极RX1输入的电压的RX信号的水平。然后，CPU51检测基于从检测电极RX0输入的电压的RX信号的水平。这里，当手指的位置移动到检测电极RX0的区域时，CPU51检测分别基于从检测电极RX3和RX4输入的电压的RX信号的水平。这是因为手指和检测电极RX3的区域之间的距离以及手指和检测电极RX4的区域之间的距离变短。最后，CPU51检测从检测电极RX2输入的RX信号的水平。图5B示出当操作者执行将手指从组合器30的右端移动到左端的手势时判断装置40检测到的RX信号的信号水平。在图5B的情况下，与图5A的情况相反，CPU51首先检测来自检测电极RX2的RX信号的水平。

图6A示出当操作者执行将手指从组合器30的底端移动到顶端的手势时判断装置40检测到的RX信号的信号水平。这里，假设手指依次通过检测电极RX4、RX0和RX3的区域。在这种情况下，CPU51首先检测基于从检测电极RX4输入的电压的RX信号的水平。然后，CPU51检测基于从检测电极RX0输入的电压的RX信号的水平。这里，当手指的位置移动到检测电极RX0的区域时，CPU51检测分别基于从检测电极RX1和RX2输入的电压的RX信号的水平。最后，CPU51检测从检测电极RX3输入的RX信号的水平。图6B示出当操作者执行将手指从组合器30的顶端移动到底端的手势时判断装置40检测到的RX信号的信号水平。在图6B的情况下，与图6A的情况相反，CPU51首先检测来自检测电极RX3的RX信号的水平。

图7A示出当操作者的手指在检测电极RX0的区域的中心在垂直方向上接近组合器30时判断装置40检测到的RX信号的信号水平。在这种情况下，CPU51检测基于检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4的各个电压的RX信号的信号水平。并且，随着手指接近检测电极RX0，基于从检测电极RX0输入的电压的RX信号的水平变成最大值。

图7B示出当操作者的手指在检测电极RX0的区域的中心在垂直方向上离开组合器30时判断装置40检测到的RX信号的信号水平。在这种情况下，CPU51检测基于检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4的各个电压的RX信号的信号水平。并且，随着手指离开检测电极RX0，基于从检测电极RX0输入的电压的RX信号的水平变成最小值。

图8A示出当操作者依次在检测电极RX3、RX2、RX4和RX1的区域上执行手指的圆形运动时判断装置40检测到的RX信号的信号水平。在这种情况下，CPU51首先检测基于从检测电极RX3输入的电压的RX信号的水平。接下来，CPU51检测基于从检测电极RX2输入的电压的RX信号的水平。然后，CPU51检测基于从检测电极RX4输入的电压的RX信号的水平。最后，CPU51检测基于从检测电极RX1输入的电压的RX信号的水平。这里，由于手指不通过检测电极RX0的区域，因此基于从检测电极RX0输入的电压的RX信号的水平小于检测电极RX3、RX2、RX4和RX1的信号水平。这里，图8B示出当操作者依次在检测电极RX3、RX1、RX4和RX2的区域上(即与图8A的方向相反)执行手指的圆形运动时判断装置40检测到的RX信号的信号水平。

接下来，将参照图9所示的流程图给出判断装置的处理过程的描述。首先，判断装置40的电压供给电路54向电场产生电极341供给电压(步骤S1)。具体地，电压供给电路54向电场产生电极341供给方波的脉冲电压。判断装置40的电压输入电路55输入检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一个检测电极的输出电压(步骤S2)。接下来，判断装置40的CPU51对检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一个检测电极的输入电压执行滤波处理以去除噪声(步骤S3)。CPU51对供给到电场产生电极341的电压与滤波处理后的电压之间的差执行AD转换以生成RX信号(步骤S4)。接下来，CPU51比较检测电极RX0、RX1、RX2、RX3和RX4的RX信号与阈值(步骤S5)。阈值是用于判断每个RX信号是否为有效输入的值，且预先被存储在RAM52或ROM53中。可使用主机10改变阈值。当存在等于或者大于阈值的至少一个RX信号(步骤S6中为是)时，CPU51转移到步骤S7的处理，并且当不存在等于或大于阈值的RX信号(步骤S6中为否)时，CPU51返回到步骤S1的处理。

在步骤S7的处理中，CPU51使用RX信号计算指示手指位置的X、Y和Z方向的坐标值。在此例子中，假设图3所示的组合器30的水平方向被设为X轴，组合器30的纵向被设为Y轴，且组合器30的垂直方向被设为Z轴。这里，指示手指位置的X、Y和Z方向的坐标值可通过以下公式(1)、(2)和(3)来计算。这里，在公式(1)、(2)和(3)中，“pp”指示峰值信号。例如，“RX1pp”是指其中信号值在检测电极RX1所检测到的RX信号之中指示峰值的信号。

[公式1]

X＝|RX1pp+RX2pp|/2   …(1)

[公式2]

Y＝|RX3pp+RX4pp|/2   …(2)

[公式3]

Z＝|RX0pp|           …(3)

接下来，CPU51分析每个坐标值并判断手势是否得到满足(步骤S8)。具体地，限定坐标值的变化顺序的数据被预先存储在ROM53中，作为用于手势的判断数据。CPU51基于限定坐标值的变化顺序的数据是否与坐标值的实际变化顺序等同，来判断手势是否成立(established)。例如，假设限定坐标值的变化顺序的数据包括坐标值按照检测电极RX1、RX0和RX2的顺序变化的情况，但不包括坐标值按照检测电极RX1、RX0和RX1的顺序变化的情况。在这种情况下，当坐标值按照检测电极RX1、RX0和RX2的顺序变化时，CPU51判断将手指从组合器30的左端移动到右端的手势成立。另一方面，当坐标值按照检测电极RX1、RX0和RX1的顺序变化时，CPU51判断手势不成立。

当CPU51判断手势成立(步骤S9中为是)时，CPU51将成立的手势以及X、Y和Z的坐标值通知给主机10(步骤S10)。并且，当CPU51判断手势不成立(步骤S9中为否)时，CPU51将X、Y和Z的坐标值通知给主机10(步骤S11)。

如上所述，根据本实施例，可以在不向平视式显示器1单独提供红外传感器、照相机等的情况下判断操作者输入的手势。因此，可以防止平视式显示器1的扩大并且可降低平视式显示器1的制造成本。

尽管在上述实施例中电场变化输出层36包括五个检测电极，但是检测电极的数量并不限于此。例如，电场变化输出层36可包括m行×n列(m和n是等于或大于2的自然数)的检测电极。

上述实施例是本发明的优选实施例。但是，本发明并不限于具体公开的实施例和变型，而可以在不脱离本发明的范围的情况下包括其它的实施例和变型。

Claims (5)

1.一种将投影仪(20)投影的光朝向操作者反射的组合器(30)，其特征在于包括：

反射层(31、33、35、37)，反射由投影仪投影的光；

电场产生层(34)，在组合器周围产生电场；以及

输出层(36)，输出根据由电场产生层产生的电场的变化的电压。

2.根据权利要求1所述的组合器，其特征在于包括：

多个反射层(31、33、35、37)；

其中，所述多个反射层之中的单个反射层被布置在电场产生层和输出层之间。

3.根据权利要求1或2所述的组合器，其特征在于：

输出层包含多个电极(341)，单个电极被布置在输出层的中心，并且其它的电极经由绝缘层(342)被布置在所述单个电极的前面、后面、右面和左面。

4.一种操作检测装置，其特征在于包括：

组合器(30)，将投影仪投影的光朝向操作者反射；以及

判断装置(40)；

所述组合器包括：

反射层(31、33、35、37)，反射由投影仪投影的光；

电场产生层(34)，在组合器周围产生电场；以及

输出层(36)，输出根据由电场产生层产生的电场的变化的电压；以及

所述判断装置包括：

电压供给电路(54)，向电场产生层供给电压；

电压输入电路(55)，输入来自输出层的电压；以及

检测器(51)，基于与供给到电场产生层的电压和来自输出层的电压之间的差对应的信号，来检测操作者的非接触操作内容。

5.根据权利要求4所述的操作检测装置，其特征在于：

输出层包括多个电极(RX0、RX1、RX2、RX3、RX4)，并且检测器基于用于手势的判断数据、以及与供给到电场产生层的电压和来自所述多个电极中的每个电极的电压之间的差对应的信号，来检测操作者的手势的非接触操作内容。