CN210983359U - 非接触式输入装置 - Google Patents

Abstract

提供非接触式输入装置，使显示器所显示的图像在空间成像而成为空间图像，检测手指、指示棒、笔等指示单元指示的空间图像上的位置，即使指示单元不与显示器直接接触也能可靠进行输入动作，非常卫生。具有：显示器(11)，其显示图像；光学成像单元(13)，其倾斜配置在显示器上方，使从一侧输入的显示器的图像成像在另一侧的空间内作为空间图像(14)；箱体(21)，其在下部具有显示器，对光学成像单元进行倾斜支承；四边形的框体(16)，其具有形成有空间图像的窗部(23)，在箱体的上部，一端部以固定或能转动的方式连结于光学成像单元的倾斜基部侧，相对于箱体倾斜配置并包围空间图像的外周；检测单元(17)，其设置于框体的外周部，检测与空间图像接触的指示单元(15)的位置。

Description

非接触式输入装置

技术领域

本实用新型涉及通过在空中形成实像并指示该实像上的特定位置来进行输入的非接触式输入装置。

背景技术

以往公知有如下的触摸面板(例如，参照专利文献1)：在显示装置(显示器)中显示图像，在利用手指按压图像的特定位置时，利用压敏传感器等检测按压部分的XY坐标，根据该输入信号进行下一动作。

另外，在专利文献2中，在显示装置(显示器)的正上方，使多个发光元件和受光元件沿着XY轴平行排列而形成矩阵，在利用手指或笔等障碍物(指示单元)触摸显示装置的表面的情况下，通过使该障碍物横切矩阵来检测与显示装置抵接的位置。

专利文献1：日本特开2006-39745号公报

专利文献2：日本特开2000-56928号公报

但是，在专利文献1、2中，采用了如下构造：在存在于触摸面板的背面侧的平面状的显示装置中显示特定的俯视图像，通过按压该显示装置上的特定的位置，能够检测输入(按压)位置。因此，在利用手指或笔等指示单元按压图像的情况下，指示单元必然与显示装置表面碰撞，有时会使显示装置被污染或者在显示装置上产生瑕疵。

此外，使用了显示装置的触摸面板也被用于ATM等，但不确定的多人触摸画面，因此不卫生，不能有效地防止接触感染。

另外，当从外部朝向显示装置的显示面照射光时，从显示装置发射该照射光的反射光，有时难以观察显示装置。

实用新型内容

本实用新型是鉴于该情况而完成的，其目的在于，提供如下非接触式输入装置：通过使显示器所显示的图像在空间成像而成为空间图像，检测手指、指示棒以及笔等指示单元所指示的空间图像上的位置，从而即使指示单元不与显示器直接接触也能够可靠地进行输入动作，非常卫生。

按照所述目的，本实用新型的非接触式输入装置具有：显示器，其显示图像；光学成像单元，其以相对于该显示器具有10度～35度的角度的方式，倾斜配置在该显示器的上方，使从一侧输入的所述显示器的图像成像在另一侧的空间内来作为空间图像；箱体，其在下部位置具有所述显示器，以所述角度对所述光学成像单元进行倾斜支承；四边形的框体，其具有形成有所述空间图像的窗部，在所述箱体的上部，该框体的一端部以固定或者能够转动的方式连结于所述光学成像单元的倾斜基部侧，该框体相对于所述箱体倾斜配置并包围该空间图像的外周；以及检测单元，其设置于该框体的外周部，检测与所述空间图像接触的指示单元的位置。

这里，光学成像单元是指，将从一侧输入的对象物的图像在另一侧的空间中的单元成像为实像，例如，可以采用国际申请2009/131128号公报所记载的光学成像装置，也可以采用凸透镜、多个微小透孔以及多个2面反射体组合配置而成的装置。

作为显示器，优选使用平面显示器。另外，平面显示器是指显示面为平面或者曲率半径较大的局部球面的显示器，包含液晶、阴极射线管、LED、等离子体以及有机EL等。另外，即使不采用这样的显示装置，通过使想要显示为图像的显示物自身发光，或者从光源向显示物照射光而利用从显示物的表面反射的反射光来使显示物发光，也能够以将显示物作为显示器，将显示物本身的形状(包含色彩)作为图像的方式使空间图像成像。另外，由显示器显示的图像可以是平面的也可以是立体的，如果图像(显示物)是立体物，则空间图像是立体像。

作为检测单元，优选使用如下结构：检测由指示单元对光线(激光、红外光等)的遮断，从而识别指示单元的位置。而且，如果在框体的外周部对置配置多个发光部和受光部并且从发光部发出的光线的光轴沿着空间图像的XY方向，则能够将指示单元的位置检测为空间图像上的XY坐标。在该情况下，能够在框体的背面设置由透明或者半透明的板材构成的保护部件，由此，能够防止手指或者其他指示单元的不经意的插入。

在本实用新型的非接触式输入装置中，优选的是，所述显示器与所述光学成像单元所成的角度处于12度～30度的范围内。

在本实用新型的非接触式输入装置中，优选的是，所述箱体具有将所述框体的一端部保持为能够转动的轴支承部，该轴支承部具有将所述框体临时固定在与所述光学成像单元重叠的位置和与所述空间图像平行的位置的临时固定单元。

在本实用新型的非接触式输入装置中，优选的是，在所述光学成像单元中，第1光控制部、第2光控制部分别具有在立设状态下配置为具有间隙的多个光反射面，该第1光控制部、第2光控制部配置为使各个所述光反射面在俯视观察时垂直。

本实用新型的非接触式输入装置利用手指或笔等指示单元触摸在空间内成像的空间图像，从而能够利用检测单元检测指示单元的位置并输入，因此使用者的手指等不会接触显示器或光学成像单元的表面，非常卫生。另外，指示单元也不会被按压在显示器或光学成像单元的表面上而造成损伤。而且，不从在空间内独立形成的空间图像产生反射光，因此视认性优异。此外，显示器与光学成像单元所成的角度为10度～35度，因此能够使显示器与框体(空间图像)所成的角度为20度～70度，而以适当的倾斜角度显示空间图像，视认性和输入作业性优异。能够将包围空间图像的外周的框体作为基准，容易地掌握空间图像的位置，从而能够利用指示单元可靠地指示空间图像上的特定的位置，顺畅地进行输入作业。

在显示器与光学成像单元所成的角度处于12度～30度的范围内的情况下，显示器与空间图像所成的角度处于24度～60度的范围内，从而能够提高空间图像的视认性和输入作业性。

在箱体具有将框体的一端部保持为能够转动的轴支承部，轴支承部具有将框体临时固定在与光学成像单元重叠的位置和与空间图像平行的位置的临时固定单元的情况下，框体不会在搬运时或使用时意外转动，因此处理性和操作性优异。另外，当在使用时将框体临时固定在与空间图像平行的位置的情况下，能够利用框体准确地包围空间图像的外周，从而能够提高检测单元对指示单元的检测精度，防止误输入。

当在光学成像单元中，第1光控制部、第2光控制部分别具有在立设状态下配置为具有间隙的多个光反射面，该第1光控制部、第2光控制部配置为使各个光反射面在俯视观察时垂直的情况下，容易制造，并且能够显示明亮清晰的空间图像。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施方式的非接触式输入装置的立体图。

图2是示出本实用新型的一个实施方式的非接触式输入装置的使用时的状态的侧视剖视图。

图3是示出本实用新型的一个实施方式的非接触式输入装置的框体的俯视图。

图4A和图4B分别是该非接触式输入装置的光学成像单元的主视剖视图和侧视剖视图。

标号说明

10：非接触式输入装置；11：显示器；13：光学成像单元；14：空间图像；15：指示单元；16：框体；17：检测单元；18：显示面；21：箱体；22：开口部；23：窗部；24：轴支承部；26：发光部；27：受光部；30：光反射面；31：第1光控制部；32：光反射面；33：第2光控制部；34：第1透明板材；35：倾斜面；36：垂直面；37：槽；38：凸条；39、40：微小平面部；41：第2透明板材；42：倾斜面；43：垂直面；44：槽；45：凸条；46、47：微小平面部；48：透明树脂。

具体实施方式

接下来，参照附图，对使本实用新型具体化后而得到的实施方式进行说明。

图1至图4A、图4B所示的本实用新型的一个实施方式是非接触式输入装置10，光学成像单元13使显示器11所显示的图像在空间成像而成为空间图像14，利用设置在框体16的外周部上的检测单元17检测由手指、指示棒以及笔等指示单元15所指示的空间图像14上的位置，从而进行输入动作。另外，在本实施方式中，显示器11所显示的图像和空间图像14是平面像，而进行说明。

首先，如图2所示，板状的光学成像单元13以相对于显示图像的显示器11具有a＝10度～35度的角度的方式倾斜配置在显示器11的上方(显示面18侧)。光学成像单元13使从一侧(这里是背面侧或者反面侧)输入的显示器11的图像在另一侧(这里是前表面侧或者上表面侧)的空间内成像为空间图像14。后面对该光学成像单元13的详细情况进行叙述。

显示器11配置于箱体21的下部位置，光学成像单元13被倾斜支承在箱体21的上部。此时，光学成像单元13只要相对于显示器11以规定的角度a倾斜配置即可，显示器11不必水平配置。另外，在本实施方式中，采用了在箱体21的上部(上表面)形成开口部22，以包围光学成像单元13的外周的方式对该光学成像单元13进行支承的构造，但不限定于此，例如，也可以采用从下方对光学成像单元13的外周进行支承的构造。此外，光学成像单元13不需要配置在箱体21的上表面，也可以配置于箱体21的比上表面靠下方(凹陷的位置)的位置。

接下来，框体16具有形成有空间图像14的窗部23，在箱体21的上部，一端部经由轴支承部24以能够转动的方式连结于光学成像单元13的倾斜基部侧。而且，框体16以包围空间图像14的外周的方式使外形形成为四边形，在使用时相对于箱体21倾斜配置。如图2和图3所示，在该框体16的外周部(各边)设置有对与空间图像14接触的指示单元15的位置进行检测的检测单元17。在该检测单元17中，使多个发光部26和受光部27对置配置，从发光部26发出的光线(例如激光、红外光等)的光轴以沿着空间图像14的XY方向的方式呈格子状配置。此时，从发光部26发出的光线所形成的格子面(检测面)为平面。而且，如图2所示，在使用时，使框体16在非接触式输入装置10的前端侧(近前侧)转动，并将框体16临时固定为与空间图像14(成像面)平行(即，空间图像14的倾斜角度＝框体16的倾斜角度＝2a)。由此，能够使空间图像14(成像面)与由检测单元25(发光部26)的光线形成的检测面一致，如图2所示，从而能够在指示单元15遮断光线时，利用XY坐标将该位置检测为空间图像14上的指示单元15的位置。然后，根据指示单元15的位置(XY坐标)，发送(发信)对应的输入信号，从而进行输入。另外，能够适当选择成对的发光部26和受光部27的数量和配置间隔。作为显示器11，能够适当使用通常的液晶显示器、阴极射线管显示器、等离子显示器以及有机EL显示器等平面显示器，但不限定于此，也可以采用具有来自内部或外部的照明的立体面板。

接下来，如图4A、图4B所示，光学成像单元13具有：第1光控制部31，其具有在立设状态下配置为具有间隙的多个光反射面30；以及第2光控制部33，其具有在立设状态下配置为具有间隙的多个光反射面32，第1、第2光控制部31、33以使各个光反射面30、32在俯视观察时垂直的方式在厚度方向上重叠配置(一体化)。

第1光控制部31通过在第1透明板材34的一侧使截面三角形的多个槽37和形成在相邻的槽37之间的截面三角形的多个凸条38分别以规定间隔配置而成，该截面三角形的多个槽37具有倾斜面35和垂直面36，在各个槽37的垂直面36形成有由镜面(金属反射面)构成的光反射面30。另外，在槽37的底部(倾斜面35的下端与垂直面36的下端之间)和凸条38的顶部(倾斜面35的上端与垂直面36的上端之间)分别形成有微小平面部39、40。

另外，第2光控制部33通过在第2透明板材41的另一侧使截面三角形的多个槽44和形成在相邻的槽44之间的截面三角形的多个凸条45分别以规定间隔配置而成，该截面三角形的多个槽44具有倾斜面42和垂直面43，在各个槽44的垂直面43形成有由镜面(金属反射面)构成的光反射面32。另外，在槽44的底部(倾斜面42的下端与垂直面43的下端之间)和凸条45的顶部(倾斜面42的上端与垂直面43的上端之间)分别形成有微小平面部46、47。优选没有微小平面部46、47。

然后，在相对配置的槽37、44中填充有透明树脂48。

另外，第1、第2透明板材34、41的折射率η1、η2相等(η1是η2的0.95倍～1.05倍)，填充在第1、第2透明板材34、41之间的透明树脂48的折射率η3优选为处于第1、第2透明板材34、41的折射率η1、η2的0.8倍～1.2倍(更优选为0.9倍～1.1倍，进一步优选为0.95倍～1.05倍)的范围内。

针对作为第1、第2透明板材34、41的原料的透明树脂，能够使用环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸系树脂)、非晶质氟树脂、PMMA、光学用聚碳酸酯、芴系聚酯以及聚醚砜等热塑性树脂，但特别优选使用熔点、透明度高的树脂。

作为形成镜面(金属反射面)的方法，优选使用在槽37、44的垂直面36、43上直接进行溅射、金属蒸镀、金属微粒的喷涂、离子束的照射以及金属糊剂的涂布等方法，但也可以在槽37、44的垂直面36、43上粘贴通过溅射或金属蒸镀等而形成有反射膜的树脂膜。另外，当在槽37、44的垂直面36、43上直接进行溅射、金属蒸镀、金属微粒的喷涂以及离子束的照射等的情况下，在真空中或者低压下，从沿着倾斜面35、42的方向照射金属粒子并且以照射的金属粒子不与倾斜面35、42接触的方式，从斜上方朝向垂直面36、43照射金属粒子。此时，在槽37、44的底部分别形成有微小平面部39、46，因此能够缓和金属粒子附着在倾斜面35、42上。而且，能够没有斑点地使金属粒子照射至垂直面36、43的下端。另外，也可以为，代替槽37、44的倾斜面35、42形成为平面状的情况，而形成为向凸条38、45的内侧凹陷的截面多边形状的多边形面或截面圆弧状的凹面，或者形成为在表面具有多个微小的凹凸(缺陷)的凹凸面，从而防止金属粒子的附着。

作为向槽37、44填充透明树脂48而使第1、第2光控制部31、33一体化的方法，可以为，在使第1光控制部31的一侧和第2光控制部33的另一侧(即，形成有各自的槽37、44的一侧)的面以对置的方式相对配置的状态下，在它们之间夹入熔点比第1、第2透明板材34、41低的片状的透明树脂，在真空状态下加热、按压而仅使透明树脂溶解、固化，也可以为，向各个槽37、44分别填充由透明树脂构成的透明粘接剂，使第1、第2光控制部31、33的槽37、44相对而对接，并使透明粘接剂硬化。作为透明粘接剂，除了能够使用通过照射紫外线等而硬化的光硬化型之外，还能够使用热硬化型或双液混合型的粘接剂。尤其是，为了使折射率η3接近折射率η1、η2，优选使用由对折射率进行调整后的折射率调整树脂构成的光学用粘接剂等。

另外，在各槽的倾斜面为多边形面、凹面以及凹凸面等的情况下，通过锚固效应，能够提高倾斜面与填充在槽中的透明树脂的密合性，利用透明树脂无间隙地填埋槽内，从而能够消除凹凸。其结果为，能够使光通过而不在倾斜面与透明树脂的界面上产生漫反射(散射)，从而能够将折射抑制为最小限度而得到明亮清晰的空间图像。

接下来，对光学成像单元13的动作进行说明。

在图2中，当在显示器11中显示图像时，该图像的光朝向光学成像单元13发射。如图4A、图4B所示，当在光L1在P1的位置向光学成像单元13的第2光控制部33入射光的情况下，该光L1在光反射面32上的P2的位置反射，并进入第1光控制部31。然后，当在光反射面30的P3的位置反射之后，在P4的位置从第1光控制部31向空中射出而成像。这里，光L1在图4A的Q1处从透明树脂48向第1透明板材34入射，但第1透明板材34的折射率η1接近透明树脂48的折射率η3(大致相等)，因此不会发生全反射或分光等现象。另外，光L1在图4B的S1处从第2透明板材41向透明树脂48入射，但第2透明板材41的折射率η2接近透明树脂48的折射率η3(大致相等)，因此不会发生全反射或分光等现象。另外，在P1、P4的位置也发生折射，但P1、P4的折射抵消。另外，光反射面30、32的正面背面(在图4A、图4B中为左右)的任意一侧的面都能够作为光反射面来发挥功能。

另外，在制造第1、第2光控制部31、33的过程中，有时在位于垂直面36、43的顶部的微小平面部40、47上也形成有金属反射膜。如果保持形成有该金属反射膜的状态，则在光学成像单元13之中存在微小的光反射面，使光学成像单元13的成像性变差。因此，优选为，通过机械加工或者化学处理去除形成在微小平面部40、47上的金属反射膜而使它们成为光透过面(非光反射面)，或者在金属反射膜的表面侧和背面侧形成被着色为黑色(光线吸收色的一例)的光吸收层(非光反射面)，从而使光反射面不存在。

根据像以上那样构成的光学成像单元13，一侧的显示器11的图像所发出的光被光反射面32镜面反射，并被该反射面32上方的光反射面30第2次镜面反射，因此，如图2所示，在另一侧的空间内成像为空间图像14。因此，在使用该非接触式输入装置10的情况下，使显示器11所显示的图像在被框体16包围的空间部成像为空间图像14。由此，如上所述，当在空间图像14上放置指示单元15时，该指示单元15的位置被检测单元17检测，并进行输入。此时，空间图像14形成在隔着光学成像单元13与显示器11的显示面18对称的位置。即，显示器11的显示面18(与非接触式输入装置10的设置面平行)与光学成像单元13所成的角度和光学成像单元13与空间图像14(成像面)所成的角度均等于a。由此，如果将显示器11的显示面18与光学成像单元13所成的角度a设定在10度～35度的范围内，优选设定在12度～30度的范围内，则显示器11的显示面18与空间图像14所成的角度2a在20度～70度的范围内，优选为在24度～60度的范围内。由此，将非接触式输入装置10设置于水平面时的空间图像14的视认性和输入作业性(操作性)优异。此时，优选为，设置于箱体21的轴支承部24具有将框体16临时固定在与开口部22重叠的位置(即，与光学成像单元13重叠的位置)和与空间图像14平行的位置的临时固定单元(未图示)。由此，能够简单并且可靠地使空间图像14与检测单元17的检测面一致。另外，通过利用临时固定单元将框体16临时固定在规定的位置(角度)，而在搬运或使用非接触式输入装置10时框体16不会意外地转动，因此处理性和操作性优异。作为临时固定单元，例如优选使用在框体16转动了规定的角度时，通过使凸部与凹部间隙配合来临时固定框体16的结构，但不限定于此，能够适当地选择。

另外，框体16的内侧(窗部23)是空间部，因此也能够在框体16的背面(背部)设置由透明或者半透明的板材构成的保护部件(未图示)。由此，使指示单元15所按压的位置明确，但指示单元15有可能产生污损，因此优选省略。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明，但本实用新型不限定于任何上述实施方式所记载的结构，还包含在实用新型的权利要求的范围所记载的事项的范围内能够想到的其他的实施方式和变形例。

例如，在上述实施方式中，对显示器所显示的图像和空间图像是平面像的情况进行了说明，但也能够使显示器所显示的图像和空间图像成为立体像。在该情况下，利用框体包围成像为空间图像的立体像的一部分(特定的深度位置)，从而能够通过在框体所包围的范围内触摸空间图像来进行输入。例如，在使像键盘那样的按钮开关的立体像成像为空间图像的情况下，当使框体配合按钮开关的表面位置(高度)而进行配置时，能够使检测单元的光线所形成的格子面(检测面)与按钮开关的表面一致。由此，能够通过触摸按钮开关的立体像(空间图像)的表面来进行输入。此时，在显示器侧，如果使被触摸的按钮开关发光显示，或者变更按钮开关的显示颜色，则观察者能够在空间图像上容易地确认触摸了哪个按钮开关。另外，也可以为，配合指示单元触摸按钮开关的时机而发出声音，从而能够确认输入。

在上述实施方式中，作为检测单元，使用了垂直的红外线等光线的格子面，但也可以利用来自位于一个或者多个部位的投光部的光线来扫描空间图像的表面。另外，作为检测单元，能够使用多个照相机并通过图像处理来检测指示单元的位置，或者能够使用红外线运动传感器等。

另外，在上述实施方式中，作为光学成像单元，使用了配置为使第1、第2光控制部的正面侧(形成有槽的面)彼此相接的结构，但在光学成像单元中，只要配置为使第1、第2光控制部的光反射面在俯视观察时垂直即可。由此，有时配置为第1、第2光控制部的正面侧和背侧相接，或者配置为第1、第2光控制部的背侧彼此相接。此外，也可以为，代替使用2片透明板材分别形成第1、第2光控制部并进行接合的结构，而在1片透明板材的一侧和另一侧形成第1、第2光控制部。另外，如果代替在第1、第2光控制部的各槽的垂直面形成镜面(金属反射面)，而在槽内密封空气等气体或者使槽内为真空来利用光的全反射，则能够将各槽的垂直面直接作为光反射面。

另外，在上述实施方式中，作为光学成像单元，对配置为第1、第2光控制部的多个光反射面分别呈直线状(平行)的结构进行了说明，但也能够使用如下结构，具有：第1光控制部，其配置为使多个光反射面呈放射状；以及第2光控制部，其配置为使多个光反射面呈同心圆状。在该情况下，第1光控制部的放射状的光反射面以基准点X为中心呈直线状设置，相对于此，第2光控制部的同心圆状的光反射面沿着以在俯视观察时与基准点X重叠的基准点Y为中心的同心圆弯曲，但在俯视观察时，在光反射面彼此交叉的点处，两者垂直。由此，能够与上述实施方式相同地进行动作。

此外，作为光学成像单元，例如也能够像专利第5437436号公报所记载的那样，使用如下光学成像单元：使具有在一侧的面上垂直(例如，以相同间距)排列而形成的多个带状反射面的第1、第2光控制部重合配置为使各个带状反射面在俯视观察时垂直。

另外，光学成像单元只要能够使显示于显示器的图像在空间内成像即可，除了组合第1、第2光控制部的结构以外，例如也能够使用具有多个垂直的反射面的2面反射器或者透镜等。

而且，框体在箱体的上部，一端部以能够转动的方式连结于光学成像单元的倾斜基部侧而倾斜配置，但也可以将一端部固定而倾斜配置。

Claims (4)

1.一种非接触式输入装置，其特征在于，

该非接触式输入装置具有：

显示器，其显示图像；

光学成像单元，其以相对于该显示器具有10度～35度的角度的方式倾斜配置在该显示器的上方，使从一侧输入的所述显示器的图像成像在另一侧的空间内来作为空间图像；

箱体，其在下部位置具有所述显示器，以所述角度对所述光学成像单元进行倾斜支承；

四边形的框体，其具有形成有所述空间图像的窗部，在所述箱体的上部，该框体的一端部以固定或者能够转动的方式连结于所述光学成像单元的倾斜基部侧，该框体相对于所述箱体倾斜配置并包围该空间图像的外周；以及

检测单元，其设置于该框体的外周部，检测与所述空间图像接触的指示单元的位置。

2.根据权利要求1所述的非接触式输入装置，其特征在于，

所述显示器与所述光学成像单元所成的角度处于12度～30度的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的非接触式输入装置，其特征在于，

所述箱体具有将所述框体的一端部保持为能够转动的轴支承部，

该轴支承部具有将所述框体临时固定在与所述光学成像单元重叠的位置和与所述空间图像平行的位置的临时固定单元。

4.根据权利要求1或2所述的非接触式输入装置，其特征在于，

在所述光学成像单元中，第1光控制部、第2光控制部分别具有在立设状态下配置为具有间隙的多个光反射面，该第1光控制部、第2光控制部配置为使各个所述光反射面在俯视观察时垂直。

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