JP2014067071A - 空中タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】結像させる画像を他の光源からの反射光でない空間画像とし、この空間画像の特定位置を指、指示棒、ペン等で指してその位置を入力させ、ディスプレイに接触しなくても入力できる極めて衛生的な空中タッチパネルを提供する。
【解決手段】発光性を有する画像Ａを表示する表示器１１と、表示器１１の画像Ａを入力し一空間に出力して画像Ｂを結像する結像手段１２と、画像Ｂが表示される一空間に配置された光学式の位置入力手段１３とを有する。ここで、結像手段１２は、第１、第２の光制御パネル１９、２０が、それぞれの第１、第２の帯状光反射部１７、１８を平面視して交差状態にして当接又は近接配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空中に実像を形成し、この実像を見ながら特定の位置を入力できる空中タッチパネルに関する。

ディスプレイ（表示器）に画像を表示し、画像の特定の場所を指で押すと感圧センサーなどで押圧部分のＸＹ座標が検知され、この入力信号によって次の動作を行うことは従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２に記載されているように、ディスプレイの直上に発光素子と受光素子をＸＹ軸に沿って多数平行に並べてマトリックスを形成し、指やペン等の障害物でディスプレイの表面をタッチした場合は、その障害物がマトリックスを横切ることで、ディスプレイに当接した位置を検知していた。

一方、特許文献３には、透明平板の内部に多数の第１、第２の帯状光反射部を平行かつ一定間隔でそれぞれ並べた第１、第２の光制御パネルを、第１、第２の帯状光反射部が平面視して直交状態となるように当接又は近接配置し、一方側に配置された物体の画像を他方側に実像として形成する技術が開示されている。

特開２００６−３９７４５号公報 特開２０００−５６９２８号公報 ＷＯ２００９／１３１１２８号公報

しかしながら、特許文献１、２記載のタッチパネルにおいては、平面状のディスプレイが裏面側に存在し、ディスプレイに特定の平面画像が表示され、そのディスプレイ上の特定の位置を押圧して入力位置が検知できる構造となっていた。従って、指やペン等で画像を押した場合、必ずディスプレイ面に衝突し、ディスプレイが汚れる又はディプレイに疵を付けることがあった。

更に、ＡＴＭなどでもディスプレイを用いたタッチパネルは使用されているが、不特定多数の人が画面に触れるので衛生的ではなく、接触感染防止には有効ではなかった。
また、ディスプレイに向けて光が照射されると、その反射光がディスプレイから放射され、ディスプレイが見にくい場合があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、結像させる画像を他の光源からの反射光でない空間画像とし、この空間画像の特定位置を指、指示棒、ペン等で指してその位置を入力させ、ディスプレイに接触しなくても入力できる極めて衛生的な空中タッチパネルを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る空中タッチパネルは、発光性を有する画像Ａを表示する表示器と、前記表示器の画像Ａを入力し前記画像Ａと少なくとも要部が同一の画像Ｂを一空間に結像する結像手段と、前記画像Ｂが表示される前記一空間に配置された光学式の位置入力手段とを有する。
ここで、結像手段とは、対象物の画像を別の空間に実像として結像する手段をいい、例えば、特許文献３に記載の光学結像装置であってもよいし、凸レンズ、多数の微小透孔、多数の２面反射体を組み合わせて配置したものでもよい。なお、本発明に係る空中タッチパネルにおいて、発光性を有するとは、表示物自体が発光するものの他、表示物自体は発光せず他の光源からの強い照射される反射光によって、発光するもの（即ち、視覚できるもの）も含む。

本発明に係る空中タッチパネルにおいて、前記結像手段は、透明平板の内部にそれぞれ多数の第１、第２の帯状光反射部を平行かつ一定間隔で並べた第１、第２の光制御パネルが、前記第１、第２の帯状光反射部を平面視して交差状態にして当接又は近接配置されているものを使用するのが好ましい。

また、本発明に係る空中タッチパネルにおいて、前記表示器は平面ディスプレイであるのが好ましい。ここで、平面ディスプレイとは表示面が平面又は曲率半径の大きい部分球面となったものをいい、液晶、ブラウン管、ＬＥＤ、プラズマ、有機ＥＬ等を含む。

本発明に係る空中タッチパネルにおいて、前記位置入力手段は、前記画像が結像される前記一空間を囲む枠体を備えているのが好ましく、この部分に例えば投光器及び受光器等を配置できる。

本発明に係る空中タッチパネルにおいて、前記枠体の背面には、透明板又は半透明材からなる保護部材が設けられているのが好ましく、枠体の奥に指や指示具等を過剰に差し込むのを防止できる。

本発明に係る空中タッチパネルにおいて、前記表示器に表示される前記画像Ａは立体像とすることもできる。これによって、結像する立体像（画像Ｂ）の一部に当接し位置信号を得ることができる。

本発明に係る空中タッチパネルは、空中に結像された画像にタッチしてその入力位置を検知するようにしているので、タッチ面に指等が触ることがなく、極めて衛生的である。
また、画像に指等を押し付ける必要がないので、画面に疵等が付くことがない。
そして、画像は液晶パネル等に表示されているわけではなく、空間に独立して形成されているので、画像からの反射光がない。

なお、位置入力手段として、ＸＹ方向に多数の光軸を有する光線（レーザー光、赤外光等）を使用した場合は、画像の周囲に枠体が必要となるが、この場合、枠体の背面に透明板又は半透明材からなる保護部材を設けることもでき、これによって、不用意な指又は道具の差し込みを防止できる。

本発明の一実施の形態に係る空中タッチパネルの説明図である。 同空中タッチパネルの位置入力手段の説明図である。 同空中タッチパネルの原理図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の他の実施の形態に係る空中タッチパネルの説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る空中タッチパネル１０は、発光性を有する画像Ａを表示する表示器（ディスプレイ）１１と、表示器１１の画像Ａを入力し一空間に出力して画像Ｂを結像する結像手段１２と、画像Ｂが表示される一空間に配置された光学式の位置入力手段１３とを有する。以下、これらについて詳しく説明する。なお、画像Ｂは画像Ａと少なくとも要部が同一である場合も含む。

表示器１１は通常の液晶ディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の平面ディスプレイが使用できるが、例えば、立体物であってもよいし、自体は発光せず、他の光の反射光によって自体が発光しているように見えるものも含む。更に画像Ａは平面的であってもよいし、立体的であってもよい。

結像手段１２は、図３に示すように、透明平板１５、１６の内部にそれぞれ多数の第１、第２の帯状光反射部１７、１８を平行かつ一定間隔で並べた第１、第２の光制御パネル１９、２０が、第１、第２の帯状光反射部１７、１８を平面視して（矢視Ｐから見て）交差状態（例えば、直交状態）にして当接又は近接配置されている。

これによって、一つの空間にある表示器１１のα、βから出た光は、第１の帯状光反射部１７によって鏡面反射し、その上の第２の帯状光反射部１８によって２回目の鏡面反射をし、α’、β’が他の空間に結像する。この結像する位置に光学式の位置入力手段１３が設けられている。

この光学式の位置入力手段１３は図２に示すように四角形の縦部材２１、２２と横部材２３、２４とを有する枠体２５を有し、対向配置される縦部材２１、２２には投光素子２６と受光素子２７の対が所定間隔で多数配置され、対向配置される横部材２３、２４には投光素子２８と受光素子２９の対が所定間隔で多数配置されている。
それぞれ多数の投光素子２６、２８によって発する光線（例えば、赤外線、その他のレーザー光線）が形成する格子面３０は平面となって、その空間となった格子面３０に表示器１１の画像Ａが画像Ｂとして結像する。

従って、この空中タッチパネル１０を使用する場合は、表示器１１に特定の画像Ａを表示させ、この表示された画像Ａを枠体２５内に画像Ｂとして結像させる。この画像Ｂは実像であるので、枠体２５内の空間部に結像される。従って、この画像Ｂの上に指３２を置くと、投光素子２６、２８から受光素子２７、２９に向かう光を横切ることになり、その位置が位置入力手段１３によって検知される。
なお、指等によって入力すると、複数本の光線を横切ることになるが、その場合の中央の光線を採用すると、入力位置のＸＹ座標が点として決まる。

この場合、枠体２５の内側は空間部であるので、枠体２５の背面（背部）に透明板又は半透明材からなる保護部材３１（図１参照）を設けることもできる。これによって、指で押す位置が明確となる。なお、この保護部材３１があると指のタッチによって汚れるので、省略するのが最も好ましいが、保護部材３１を枠体２５に近接して設ける場合は格子面３０との間に隙間を設けるのがよい。

なお、図４に示すように、枠体２５内に立体像３４を形成することもできる。図４には押しボタンスイッチ（例えば、キーボード）等の立体像３４を形成し、その表面に格子面３０を配置すると、押しボタンスイッチの画像に触れることによって、その位置を検知し、入力信号を得ることが可能となる。特に、キーボード等の立体像の場合は、そのキーをオンにしたことを示すため、音又は光（例えば、当接したキーが光る）を発するようにするのがよい。

前記実施の形態においては、結像手段１２として、第１、第２の光制御パネル１９、２０を組み合わせたものを用いて説明したが、枠体２５内に実像を形成するものであれば、他の手段（例えば、直交する反射面を多数有する２面リフレクター、レンズ等）を用いることもできる。

本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない空中タッチパネルにも適用可能である。例えば、本発明においては、位置入力手段として、直交する赤外線等の光線の格子面を用いたが、１又は複数箇所にある投光部からの光線がスキャンするものであってもよい。また、位置入力手段として、複数のカメラを用いて指等の位置を画像処理によって検知するもの、例えば、リープモーションセンサー（「Ｌｅａｐ」商品名、Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎ社製）であってもよい。
前記実施の形態においては、指を使って入力したが、タッチペン等の指示手段であってもよい。
更には、前記実施の形態においては、枠体の背面に保護部材を配置しているが、この保護部材の代わりに、この保護部材と共に、空中タッチパネルに触れる指等の触感を出すための機構（例えば、超音波等を使用して、空中タッチパネルに触れた指に接触感を与える）を設けることもできる。

１０：空中タッチパネル、１１：表示器、１２：結像手段、１３：位置入力手段、１５、１６：透明平板、１７：第１の帯状光反射部、１８：第２の帯状光反射部、１９：第１の光制御パネル、２０：第２の光制御パネル、２１、２２：縦部材、２３、２４：横部材、２５：枠体、２６：投光素子、２７：受光素子、２８：投光素子、２９：受光素子、３０：格子面、３１：保護部材、３２：指、３４：立体像

本発明は、空中に実像を形成し、この実像を見ながら特定の位置を入力できる空中タッチパネルに関する。

ディスプレイ（表示器）に画像を表示し、画像の特定の場所を指で押すと感圧センサーなどで押圧部分のＸＹ座標が検知され、この入力信号によって次の動作を行うことは従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２に記載されているように、ディスプレイの直上に発光素子と受光素子をＸＹ軸に沿って多数平行に並べてマトリックスを形成し、指やペン等の障害物でディスプレイの表面をタッチした場合は、その障害物がマトリックスを横切ることで、ディスプレイに当接した位置を検知していた。

一方、特許文献３には、透明平板の内部に多数の第１、第２の帯状光反射部を平行かつ一定間隔でそれぞれ並べた第１、第２の光制御パネルを、第１、第２の帯状光反射部が平面視して直交状態となるように当接又は近接配置し、一方側に配置された物体の画像を他方側に実像として形成する技術が開示されている。

特開２００６−３９７４５号公報 特開２０００−５６９２８号公報 ＷＯ２００９／１３１１２８号公報

しかしながら、特許文献１、２記載のタッチパネルにおいては、平面状のディスプレイが裏面側に存在し、ディスプレイに特定の平面画像が表示され、そのディスプレイ上の特定の位置を押圧して入力位置が検知できる構造となっていた。従って、指やペン等で画像を押した場合、必ずディスプレイ面に衝突し、ディスプレイが汚れる又はディプレイに疵を付けることがあった。

更に、ＡＴＭなどでもディスプレイを用いたタッチパネルは使用されているが、不特定多数の人が画面に触れるので衛生的ではなく、接触感染防止には有効ではなかった。
また、ディスプレイに向けて光が照射されると、その反射光がディスプレイから放射され、ディスプレイが見にくい場合があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、結像させる画像を他の光源からの反射光でない空間画像とし、この空間画像の特定位置を指、指示棒、ペン等で指してその位置を入力させ、ディスプレイに接触しなくても入力できる極めて衛生的な空中タッチパネルを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る空中タッチパネルは、発光性を有する画像Ａを表示する表示器と、前記表示器の画像Ａを入力し前記画像Ａと少なくとも要部が同一の画像Ｂを一空間に結像する結像手段と、前記画像Ｂが表示される前記一空間に配置された光学式の位置入力手段とを有し、
前記結像手段は、透明平板の内部にそれぞれ多数の第１、第２の帯状光反射部を平行かつ一定間隔で並べた第１、第２の光制御パネルが、前記第１、第２の帯状光反射部を平面視して交差状態にして当接又は近接配置されたものであり、
前記位置入力手段は、前記画像Ｂが結像される前記一空間を囲む枠体を備え、該枠体の背面に透明板からなる保護部材が設けられている。
なお、本発明に係る空中タッチパネルにおいて、発光性を有するとは、表示物自体が発光するものの他、表示物自体は発光せず他の光源から照射されてその反射光によって、発光するもの（即ち、視覚できるもの）も含む。

また、本発明に係る空中タッチパネルにおいて、前記表示器は平面ディスプレイであるのが好ましい。ここで、平面ディスプレイとは表示面が平面又は曲率半径の大きい部分球面となったものをいい、液晶、ブラウン管、ＬＥＤ、プラズマ、有機ＥＬ等を含む。

本発明に係る空中タッチパネルは、前記位置入力手段は、前記画像が結像される前記一空間を囲む枠体を備えているので、この部分に例えば投光器及び受光器等を配置できる。

本発明に係る空中タッチパネルは、前記枠体の背面には、透明板からなる保護部材が設けられているので、枠体の奥に指や指示具等を過剰に差し込むのを防止できる。

本発明に係る空中タッチパネルにおいて、前記表示器に表示される前記画像Ａは立体像とすることもできる。これによって、結像する立体像（画像Ｂ）の一部に当接し位置信号を得ることができる。

本発明に係る空中タッチパネルは、空中に結像された画像にタッチしてその入力位置を検知するようにしているので、タッチ面に指等が触ることがなく、極めて衛生的である。
また、画像に指等を押し付ける必要がないので、画面に疵等が付くことがない。
そして、画像は液晶パネル等に表示されているわけではなく、空間に独立して形成されているので、画像からの反射光がない。

なお、位置入力手段として、ＸＹ方向に多数の光軸を有する光線（レーザー光、赤外光等）を使用した場合は、画像の周囲に枠体が必要となるが、この場合、枠体の背面に透明板からなる保護部材を設けることによって、不用意な指又は道具の差し込みを防止できる。

本発明の一実施の形態に係る空中タッチパネルの説明図である。 同空中タッチパネルの位置入力手段の説明図である。 同空中タッチパネルの原理図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明の他の実施の形態に係る空中タッチパネルの説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る空中タッチパネル１０は、発光性を有する画像Ａを表示する表示器（ディスプレイ）１１と、表示器１１の画像Ａを入力し一空間に出力して画像Ｂを結像する結像手段１２と、画像Ｂが表示される一空間に配置された光学式の位置入力手段１３とを有する。以下、これらについて詳しく説明する。なお、画像Ｂは画像Ａと少なくとも要部が同一である場合も含む。

表示器１１は通常の液晶ディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の平面ディスプレイが使用できるが、例えば、立体物であってもよいし、自体は発光せず、他の光の反射光によって自体が発光しているように見えるものも含む。更に画像Ａは平面的であってもよいし、立体的であってもよい。

結像手段１２は、図３に示すように、透明平板１５、１６の内部にそれぞれ多数の第１、第２の帯状光反射部１７、１８を平行かつ一定間隔で並べた第１、第２の光制御パネル１９、２０が、第１、第２の帯状光反射部１７、１８を平面視して（矢視Ｐから見て）交差状態（例えば、直交状態）にして当接又は近接配置されている。

これによって、一つの空間にある表示器１１のα、βから出た光は、第１の帯状光反射部１７によって鏡面反射し、その上の第２の帯状光反射部１８によって２回目の鏡面反射をし、α’、β’が他の空間に結像する。この結像する位置に光学式の位置入力手段１３が設けられている。

この光学式の位置入力手段１３は図２に示すように四角形の縦部材２１、２２と横部材２３、２４とを有する枠体２５を有し、対向配置される縦部材２１、２２には投光素子２６と受光素子２７の対が所定間隔で多数配置され、対向配置される横部材２３、２４には投光素子２８と受光素子２９の対が所定間隔で多数配置されている。
それぞれ多数の投光素子２６、２８によって発する光線（例えば、赤外線、その他のレーザー光線）が形成する格子面３０は平面となって、その空間となった格子面３０に表示器１１の画像Ａが画像Ｂとして結像する。

従って、この空中タッチパネル１０を使用する場合は、表示器１１に特定の画像Ａを表示させ、この表示された画像Ａを枠体２５内に画像Ｂとして結像させる。この画像Ｂは実像であるので、枠体２５内の空間部に結像される。従って、この画像Ｂの上に指３２を置くと、投光素子２６、２８から受光素子２７、２９に向かう光を横切ることになり、その位置が位置入力手段１３によって検知される。
なお、指等によって入力すると、複数本の光線を横切ることになるが、その場合の中央の光線を採用すると、入力位置のＸＹ座標が点として決まる。

この場合、枠体２５の内側は空間部であるので、枠体２５の背面（背部）に透明板又は半透明材からなる保護部材３１（図１参照）を設けることもできる。これによって、指で押す位置が明確となる。なお、この保護部材３１があると指のタッチによって汚れるので、省略するのが最も好ましいが、保護部材３１を枠体２５に近接して設ける場合は格子面３０との間に隙間を設けるのがよい。

なお、図４に示すように、枠体２５内に立体像３４を形成することもできる。図４には押しボタンスイッチ（例えば、キーボード）等の立体像３４を形成し、その表面に格子面３０を配置すると、押しボタンスイッチの画像に触れることによって、その位置を検知し、入力信号を得ることが可能となる。特に、キーボード等の立体像の場合は、そのキーをオンにしたことを示すため、音又は光（例えば、当接したキーが光る）を発するようにするのがよい。

前記実施の形態においては、結像手段１２として、第１、第２の光制御パネル１９、２０を組み合わせたものを用いて説明したが、枠体２５内に実像を形成するものであれば、他の手段（例えば、直交する反射面を多数有する２面リフレクター、レンズ等）を用いることもできる。

本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない空中タッチパネルにも適用可能である。例えば、本発明においては、位置入力手段として、直交する赤外線等の光線の格子面を用いたが、１又は複数箇所にある投光部からの光線がスキャンするものであってもよい。また、位置入力手段として、複数のカメラを用いて指等の位置を画像処理によって検知するもの、例えば、リープモーションセンサー（「Ｌｅａｐ」商品名、Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎ社製）であってもよい。
前記実施の形態においては、指を使って入力したが、タッチペン等の指示手段であってもよい。
更には、前記実施の形態においては、枠体の背面に保護部材を配置しているが、この保護部材の代わりに、この保護部材と共に、空中タッチパネルに触れる指等の触感を出すための機構（例えば、超音波等を使用して、空中タッチパネルに触れた指に接触感を与える）を設けることもできる。

１０：空中タッチパネル、１１：表示器、１２：結像手段、１３：位置入力手段、１５、１６：透明平板、１７：第１の帯状光反射部、１８：第２の帯状光反射部、１９：第１の光制御パネル、２０：第２の光制御パネル、２１、２２：縦部材、２３、２４：横部材、２５：枠体、２６：投光素子、２７：受光素子、２８：投光素子、２９：受光素子、３０：格子面、３１：保護部材、３２：指、３４：立体像

Claims (6)

1. 発光性を有する画像Ａを表示する表示器と、前記表示器の画像Ａを入力し前記画像Ａと少なくとも要部が同一の画像Ｂを一空間に結像する結像手段と、前記画像Ｂが表示される前記一空間に配置された光学式の位置入力手段とを有することを特徴とする空中タッチパネル。
2. 請求項１記載の空中タッチパネルにおいて、前記結像手段は、透明平板の内部にそれぞれ多数の第１、第２の帯状光反射部を平行かつ一定間隔で並べた第１、第２の光制御パネルが、前記第１、第２の帯状光反射部を平面視して交差状態にして当接又は近接配置されていることを特徴とする空中タッチパネル。
3. 請求項１又は２記載の空中タッチパネルにおいて、前記表示器は平面ディスプレイであることを特徴とする空中タッチパネル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の空中タッチパネルにおいて、前記位置入力手段は、前記画像Ｂが結像される前記一空間を囲む枠体を備えていることを特徴とする空中タッチパネル。
5. 請求項４記載の空中タッチパネルにおいて、前記枠体の背面には、透明板又は半透明材からなる保護部材が設けられていることを特徴とする空中タッチパネル。
6. 請求項１又は２記載の空中タッチパネルにおいて、前記表示器に表示される前記画像Ａは立体像であることを特徴とする空中タッチパネル。

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