JP2018041390A - タッチパネル及びタッチパネルシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】装置構成が簡易であり、製造コストが低く且つ故障が生じにくいタッチパネル及びこのタッチパネルを用いたタッチパネルシステムを提供する。【解決手段】本発明のタッチパネル1は、被接触面11が可撓性、可視光透過性及び赤外線透過性を有する材料から成り、前記被接触面の対向面12が可視光透過性及び赤外線透過性を有する材料から成り、前記被接触面と前記対向面とに挟まれた空間内に液体14を収容する袋状のタッチパネル本体10と、前記対向面を撮影する赤外線サーモグラフィカメラ20とを備えており、ユーザーが前記被接触面に触れた位置を熱源として、当該熱源から放射される赤外線を前記被接触面及び前記対向面を通して前記赤外線サーモグラフィカメラで撮影する。【選択図】図１
Description
本発明は装置構成が簡易であり、製造コストが低く且つ故障が生じにくいタッチパネル及びタッチパネルシステムに関する。
コンピューターや携帯情報端末などの電子情報機器には入力装置と表示装置（ディスプレイ）とを組み合わせたタッチパネルが搭載されている。
タッチパネルには静電容量方式、抵抗膜方式、超音波表面弾性波方式、光学方式（赤外線光学イメージング方式）などの種々の方式が存在する。
例えば静電容量式（特許文献1参照）では、パネル内にマトリックス状の電極パターンを配置し、ユーザーが指などでタッチすることで発生する静電容量の変化に基づいて座標を検出する仕組みになっている。
また、抵抗膜式（特許文献2参照）では、対向配置した2枚の膜の両端に電圧をかけておき、ユーザーがタッチすることで膜同士が接触した位置の電圧の変化に基づいて座標を検出する仕組みになっている。
また、光学方式（特許文献3参照）では、パネル上辺の左右端に赤外線LEDとイメージセンサー（カメラ）をそれぞれ配置し、パネルの左辺、右辺及び下辺に入射光を入射方向に反射させる再帰反射テープを配置する。ユーザーが指などでパネルに触れて赤外光を遮蔽することで生じる影をイメージセンサーでとらえ、三角測量によって座標を検出する仕組みになっている。
タッチパネルには静電容量方式、抵抗膜方式、超音波表面弾性波方式、光学方式（赤外線光学イメージング方式）などの種々の方式が存在する。
例えば静電容量式（特許文献1参照）では、パネル内にマトリックス状の電極パターンを配置し、ユーザーが指などでタッチすることで発生する静電容量の変化に基づいて座標を検出する仕組みになっている。
また、抵抗膜式（特許文献2参照）では、対向配置した2枚の膜の両端に電圧をかけておき、ユーザーがタッチすることで膜同士が接触した位置の電圧の変化に基づいて座標を検出する仕組みになっている。
また、光学方式（特許文献3参照）では、パネル上辺の左右端に赤外線LEDとイメージセンサー（カメラ）をそれぞれ配置し、パネルの左辺、右辺及び下辺に入射光を入射方向に反射させる再帰反射テープを配置する。ユーザーが指などでパネルに触れて赤外光を遮蔽することで生じる影をイメージセンサーでとらえ、三角測量によって座標を検出する仕組みになっている。
しかし、上記従来技術はいずれも装置構成が複雑なため、製造コストが嵩むという問題や故障が生じやすいという問題がある。
本発明は上記問題に鑑み、装置構成が簡易であり、製造コストが低く且つ故障が生じにくいタッチパネル及びこのタッチパネルを用いたタッチパネルシステムを提供することを課題とする。
本発明のタッチパネルは、被接触面が可撓性、可視光透過性及び赤外線透過性を有する材料から成り、前記被接触面の対向面が可視光透過性及び赤外線透過性を有する材料から成り、前記被接触面と前記対向面とに挟まれた空間内に液体を収容する袋状のタッチパネル本体と、前記対向面を撮影する赤外線サーモグラフィカメラとを備えており、前記赤外線サーモグラフィカメラは、ユーザーが前記被接触面に触れた位置を熱源として、当該熱源から放射される赤外線を前記被接触面及び前記対向面を通して撮影することを特徴とする。
また、赤外線サーモグラフィカメラの測定波長が7[μm]〜14[μm]であることを特徴とする。
また、前記液体の温度を下げるための放熱手段又は冷却手段を備えることを特徴とする。
また、加熱手段を指先に配置したグローブを備えており、ユーザーが当該グローブを介して前記被接触面に触れることを特徴とする。
また、赤外線サーモグラフィカメラの測定波長が7[μm]〜14[μm]であることを特徴とする。
また、前記液体の温度を下げるための放熱手段又は冷却手段を備えることを特徴とする。
また、加熱手段を指先に配置したグローブを備えており、ユーザーが当該グローブを介して前記被接触面に触れることを特徴とする。
本発明のタッチパネルシステムは、上記タッチパネルと、ユーザーが前記被接触面及び前記対向面を通して画像を視認できる位置に配置される映像再生装置と、前記赤外線サーモグラフィカメラの撮影画像に基いて、ユーザーが前記被接触面に触れた位置が前記画像上のどの位置にあたるかを算出する接触位置算出手段とを備えることを特徴とする。
また、前記タッチパネル本体の向きを水平状態と鉛直状態に変えることができる自立機構を備えることを特徴とする。
また、水平に配置した前記タッチパネル本体及び前記映像再生装置の間に透明性を有するクッションを備えることを特徴とする。
また、前記映像再生装置がカメラで撮影した動画像を取り込んで再生することを特徴とする。
また、前記映像再生装置がプロジェクターと透過型プロジェクタースクリーンから構成されることを特徴とする。
また、前記タッチパネル本体と前記透過型プロジェクタースクリーンが一体化されていることを特徴とする。
また、透過型ヘッドマウントディスプレイを備えることを特徴とする。
また、前記映像再生装置と前記赤外線サーモグラフィカメラのセットを複数備えることを特徴とする。
また、前記タッチパネル本体の向きを水平状態と鉛直状態に変えることができる自立機構を備えることを特徴とする。
また、水平に配置した前記タッチパネル本体及び前記映像再生装置の間に透明性を有するクッションを備えることを特徴とする。
また、前記映像再生装置がカメラで撮影した動画像を取り込んで再生することを特徴とする。
また、前記映像再生装置がプロジェクターと透過型プロジェクタースクリーンから構成されることを特徴とする。
また、前記タッチパネル本体と前記透過型プロジェクタースクリーンが一体化されていることを特徴とする。
また、透過型ヘッドマウントディスプレイを備えることを特徴とする。
また、前記映像再生装置と前記赤外線サーモグラフィカメラのセットを複数備えることを特徴とする。
本発明のタッチパネルは、内部に液体を収容したタッチパネル本体と、一般的に使用されている赤外線サーモグラフィカメラで概略構成されるので、装置構成が簡易であり、製造コストが低く且つ故障が生じにくいという効果がある。
また、内部に液体を収容しているため、通常のタッチパネルとは異なり、柔らかい触り心地のタッチパネルを得られる。
また、内部に液体を収容しているため、通常のタッチパネルとは異なり、柔らかい触り心地のタッチパネルを得られる。
また、赤外線サーモグラフィカメラの測定波長を7[μm]〜14[μm]にすることで、タッチパネルの製造が容易になる。すなわち、被接触面と対向面とで形成される空間の厚さ（両面の距離）が1[mm]以上になると赤外線がほぼ透過できなくなることが知られている。したがって、当該空間の厚さとして1[mm]以上を確保し、且つ当該空間の厚さがほぼゼロになるまで、すなわち被接触面に対して押圧時に対向面に密着できる程度の可撓性を持たせるだけで実用上充分な精度を確保できるので、タッチパネルの製造が容易になる。
また、液体の温度を下げるための放熱手段又は冷却手段や、加熱手段を指先に配置したグローブを用いることにすれば、液体と接触位置との温度差を大きくすることができるので接触位置の検出精度を向上させることができる。
また、液体の温度を下げるための放熱手段又は冷却手段や、加熱手段を指先に配置したグローブを用いることにすれば、液体と接触位置との温度差を大きくすることができるので接触位置の検出精度を向上させることができる。
本発明のタッチパネルシステムは、上記タッチパネルと、一般的に使用されているテレビやモニター等の映像再生装置と、接触位置算出手段で概略構成されるので、装置構成が簡易であり、製造コストが低く且つ故障が生じにくいという効果がある。
また、赤外線サーモグラフィカメラを使用するので、ユーザーが接触した位置及びその形状だけでなくユーザーの体温（指等の温度）の変化も検出できる。したがって、例えば指等の温度が上昇している場合にはユーザーが興奮しているなど、ユーザーの精神状態も検出できる。
また、ユーザーの指先の温度を一定とする条件下において、赤外線サーモグラフィカメラで捉えた赤外線強度の分布に基づいて、ユーザーが被接触面を触った際の圧力の変化を算出することができる。
また、赤外線サーモグラフィカメラを使用するので、ユーザーが接触した位置及びその形状だけでなくユーザーの体温（指等の温度）の変化も検出できる。したがって、例えば指等の温度が上昇している場合にはユーザーが興奮しているなど、ユーザーの精神状態も検出できる。
また、ユーザーの指先の温度を一定とする条件下において、赤外線サーモグラフィカメラで捉えた赤外線強度の分布に基づいて、ユーザーが被接触面を触った際の圧力の変化を算出することができる。
また、タッチパネル本体に収容されている液体全体が室温とほぼ同じ温度になるため、ユーザーが被接触面に触れて赤外線が透過した箇所と、赤外線が透過していない箇所を抽出すればすぐに2値に変換することができ、接触位置算出手段での処理の負担を軽減できる。
また、従来の圧電素子を使ったタッチパネルとは異なり、本発明のタッチパネルではユーザーが被接触面に触った部分の形をそのまま画像として取り込むことができる。したがって、例えば張り手や引っ掻く動作など、ユーザーの指等の動きを２次元の画像としてそのままコンピューターに取込むことができる。この機能を利用すればゲーム等の遊興器具用のタッチパネルとして使用できる。
また、タッチパネル本体の向きを水平状態と鉛直状態に変えることができる自立機構を備えることにすれば、ユーザーは起立した状態でタッチパネルを操作することができるという利点と、タッチパネル本体を水平状態にすることで可搬性に優れるという利点がある。
また、タッチパネル本体及び映像再生装置を水平状態に配置して、両者間に透明性を有するクッションを配置することにすれば、ユーザーはうつ伏せの状態でタッチパネルを操作することができる。
また、従来の圧電素子を使ったタッチパネルとは異なり、本発明のタッチパネルではユーザーが被接触面に触った部分の形をそのまま画像として取り込むことができる。したがって、例えば張り手や引っ掻く動作など、ユーザーの指等の動きを２次元の画像としてそのままコンピューターに取込むことができる。この機能を利用すればゲーム等の遊興器具用のタッチパネルとして使用できる。
また、タッチパネル本体の向きを水平状態と鉛直状態に変えることができる自立機構を備えることにすれば、ユーザーは起立した状態でタッチパネルを操作することができるという利点と、タッチパネル本体を水平状態にすることで可搬性に優れるという利点がある。
また、タッチパネル本体及び映像再生装置を水平状態に配置して、両者間に透明性を有するクッションを配置することにすれば、ユーザーはうつ伏せの状態でタッチパネルを操作することができる。
また、映像再生装置がカメラで撮影した動画像を取り込んで再生することができるようにすれば、簡易型のAR（Augmented Reality：拡張現実）を実現できる。
また、映像再生装置をプロジェクターと透過型プロジェクタースクリーンで構成すれば、タッチパネル本体の大型化を容易に実現できる。
また、タッチパネル本体と透過型プロジェクタースクリーンを一体化することで、これを例えば水平に配置し、その周囲を脚部で支持することにすれば、ユーザーが椅子に座った状態でタッチパネルを使用できる。
また、透過型ヘッドマウントディスプレイを備えることにすれば、簡易型のVR(Virtual Reality：仮想現実)を実現できる。
また、映像再生装置と赤外線サーモグラフィカメラのセットを複数備えることにすれば、赤外線サーモグラフィカメラから対向面までの距離を短くすることができ、タッチパネルシステムを小型化できる。
また、映像再生装置をプロジェクターと透過型プロジェクタースクリーンで構成すれば、タッチパネル本体の大型化を容易に実現できる。
また、タッチパネル本体と透過型プロジェクタースクリーンを一体化することで、これを例えば水平に配置し、その周囲を脚部で支持することにすれば、ユーザーが椅子に座った状態でタッチパネルを使用できる。
また、透過型ヘッドマウントディスプレイを備えることにすれば、簡易型のVR(Virtual Reality：仮想現実)を実現できる。
また、映像再生装置と赤外線サーモグラフィカメラのセットを複数備えることにすれば、赤外線サーモグラフィカメラから対向面までの距離を短くすることができ、タッチパネルシステムを小型化できる。
［タッチパネル1の実施の形態］
以下、本発明のタッチパネル1の実施の形態を図面を用いて示す。
図1(a)〜(c)に示すようにタッチパネル1はタッチパネル本体10と赤外線サーモグラフィカメラ20から概略構成される。
タッチパネル本体10は被接触面11と対向面12とを備える袋状である。タッチパネル本体10を四角枠状のフレーム（図示略）に固定してもよい。
被接触面11の材質としては可撓性、可視光透過性及び赤外線透過性を有していればよい。また、対向面12の材質としては可視光透過性及び赤外線透過性を有していればよい。被接触面11及び対向面12の材質としては例えば軟質塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。
タッチパネル本体10の製造方法としては、図2(a)に示すように被接触面11と対向面12の2枚のシートの周囲（図2中に丸で囲んだ箇所）を熱圧着や接着等の周知の手段で気密性及び水密性を持つように固定すればよい。あるいは、図2(b)に示すように被接触面11と対向面12の2枚のシートの表面及び側縁を縁部材13で覆った状態で固定してもよい。
被接触面11と対向面12とに挟まれた空間内、すなわちタッチパネル本体10の内部には液体14を収容している。液体14の種類としては透明性を有していればよく、例えば水やジェル等が挙げられるが、特に次の点において水が適している。すなわち、水が安価である点、熱容量が空気と比して高いためタッチパネル本体10の全体を均一温度に安定的に維持できる点、タッチパネル本体10にクッション性を持たせることができる点、無色で透明度が高いためある程度の厚さが有っても可視光を透過させて後述する映像再生装置50の画像をユーザーUが快適に視聴できる点、一定の厚さ以上になると赤外線を透過しない点である。
以下、本発明のタッチパネル1の実施の形態を図面を用いて示す。
図1(a)〜(c)に示すようにタッチパネル1はタッチパネル本体10と赤外線サーモグラフィカメラ20から概略構成される。
タッチパネル本体10は被接触面11と対向面12とを備える袋状である。タッチパネル本体10を四角枠状のフレーム（図示略）に固定してもよい。
被接触面11の材質としては可撓性、可視光透過性及び赤外線透過性を有していればよい。また、対向面12の材質としては可視光透過性及び赤外線透過性を有していればよい。被接触面11及び対向面12の材質としては例えば軟質塩化ビニール、ポリエチレン、ポリプロピレン等を用いることができる。
タッチパネル本体10の製造方法としては、図2(a)に示すように被接触面11と対向面12の2枚のシートの周囲（図2中に丸で囲んだ箇所）を熱圧着や接着等の周知の手段で気密性及び水密性を持つように固定すればよい。あるいは、図2(b)に示すように被接触面11と対向面12の2枚のシートの表面及び側縁を縁部材13で覆った状態で固定してもよい。
被接触面11と対向面12とに挟まれた空間内、すなわちタッチパネル本体10の内部には液体14を収容している。液体14の種類としては透明性を有していればよく、例えば水やジェル等が挙げられるが、特に次の点において水が適している。すなわち、水が安価である点、熱容量が空気と比して高いためタッチパネル本体10の全体を均一温度に安定的に維持できる点、タッチパネル本体10にクッション性を持たせることができる点、無色で透明度が高いためある程度の厚さが有っても可視光を透過させて後述する映像再生装置50の画像をユーザーUが快適に視聴できる点、一定の厚さ以上になると赤外線を透過しない点である。
赤外線サーモグラフィカメラ20は対向面12を撮影するために設けられる。赤外線サーモグラフィカメラ20はコンピューター30に接続されており、その撮影画像をコンピューター30に取り込んで解析する仕組みになっている。
ユーザーUが指や掌等（以下、単に「指等F」という。）で被接触面11に触れることで当該接触位置が熱源となる。図1(b)に示すようにユーザーUが被接触面11に触れると被接触面11と対向面12との間隔が狭まり（タッチパネル本体10の厚さが薄くなり）、液体14が周辺に押し出される。上述のとおり被接触面11及び対向面12は赤外線透過性を有するので、接触位置では赤外線が通過し易くなる。一方、接触位置以外では指等Fの熱源から放射された赤外線の大部分は液体14によって遮蔽される。
赤外線サーモグラフィカメラ20が対向面12を撮影し、撮影画像Gをコンピューター30で解析することで、タッチパネル本体10上の熱源すなわちユーザーUの接触位置を特定することができる。
ユーザーUが指や掌等（以下、単に「指等F」という。）で被接触面11に触れることで当該接触位置が熱源となる。図1(b)に示すようにユーザーUが被接触面11に触れると被接触面11と対向面12との間隔が狭まり（タッチパネル本体10の厚さが薄くなり）、液体14が周辺に押し出される。上述のとおり被接触面11及び対向面12は赤外線透過性を有するので、接触位置では赤外線が通過し易くなる。一方、接触位置以外では指等Fの熱源から放射された赤外線の大部分は液体14によって遮蔽される。
赤外線サーモグラフィカメラ20が対向面12を撮影し、撮影画像Gをコンピューター30で解析することで、タッチパネル本体10上の熱源すなわちユーザーUの接触位置を特定することができる。
図3は赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像Gを模式的に表した図である。ユーザーUが指等Fで被接触面11を押して被接触面11と対向面12とが密着した場合、当該密着箇所には液体14が存在しないため赤外線強度が高くなり、密着箇所の周辺には液体14が僅かに存在するため赤外線強度は相対的に弱くなる。赤外線サーモグラフィカメラ20では赤外線強度が高い中心部分が高温領域H1、その周辺が周辺領域H2として捉えられる。コンピューター解析では指等Fで被接触面11を押圧している強さを温度分布に基いて多段階的に検出する仕組みにしてもよいし、或いは温度分布を考慮せずに、温度が変化している範囲を接触位置、変化していない範囲を非接触位置と2値的に検出する仕組みにしてもよい。
図1(c)に示すようにユーザーUが被接触面11から指等Fを離すと、被接触面11と対向面12との間隔が元に戻るので赤外線サーモグラフィカメラ20で熱源を捉えることができなくなる。
図1(c)に示すようにユーザーUが被接触面11から指等Fを離すと、被接触面11と対向面12との間隔が元に戻るので赤外線サーモグラフィカメラ20で熱源を捉えることができなくなる。
赤外線サーモグラフィカメラ20の測定波長は、被接触面11及び対向面12を通過した赤外線を撮影できさえすれば特に限定されないが、7[μm]〜14[μm]が特に好ましい。その理由は測定波長が7[μm]〜14[μm]の赤外線サーモグラフィカメラ20は市場で容易に入手可能である点と、図4に示すように水の厚さが1[mm]以上になると赤外線がほぼ透過できなくなる点にある。
したがって、被接触面11と対向面12とで形成される空間の厚さ（両面の距離）を1[mm]以上にすれば赤外線をほぼ遮蔽することができる。また、測定波長が2[μm]以下の近赤外線領域の波長の赤外線では、前述の（両面の距離）を1[mm]以上にしても赤外線がある程度は透過するので、この性質を逆に利用して（両面の距離）が密着せずある程度近づいたら反応するタッチパネル本体10を作成してもよい。
したがって、被接触面11と対向面12とで形成される空間の厚さ（両面の距離）を1[mm]以上にすれば赤外線をほぼ遮蔽することができる。また、測定波長が2[μm]以下の近赤外線領域の波長の赤外線では、前述の（両面の距離）を1[mm]以上にしても赤外線がある程度は透過するので、この性質を逆に利用して（両面の距離）が密着せずある程度近づいたら反応するタッチパネル本体10を作成してもよい。
なお、指等Fによるタッチパネル本体10への接触／非接触を赤外線サーモグラフィカメラ20で正確に捉える（感度を高める）には、液体14と指等Fとの温度差を大きくすればよい。
そこで、図5に示すようにヒートシンク等の周知の放熱手段40やペルチェ素子等の周知の冷却手段41をタッチパネル本体10に接続して液体14を循環させることにしてもよい。これにより液体14の温度が低くなり、指等Fとの温度差を大きくできる。
また、図6に示すように電熱線等の周知の加熱手段42を指先等に配置したグローブ43を使用することで指等Fと液体14との温度差を大きくすることにしてもよい。
そこで、図5に示すようにヒートシンク等の周知の放熱手段40やペルチェ素子等の周知の冷却手段41をタッチパネル本体10に接続して液体14を循環させることにしてもよい。これにより液体14の温度が低くなり、指等Fとの温度差を大きくできる。
また、図6に示すように電熱線等の周知の加熱手段42を指先等に配置したグローブ43を使用することで指等Fと液体14との温度差を大きくすることにしてもよい。
また、液体14の僅かな温度変化（熱ゆらぎ）が原因となって撮影画像にノイズが生じたり、ユーザーUの指等Fが意図せずに被接触面11から一瞬だけ離れてしまう場合がある。
そこで、図7に示す撮影画像の解析プロセスにおいて、例えば赤外線強度が高い領域が一定期間連続して検出された場合には当該領域が接触されたと認識し（第1〜3フレーム参照）、赤外線強度は高いものの不連続にしか検出されない領域についてはノイズとして認識することにしてもよい（第1及び第2フレーム参照）。また、赤外線強度が高い領域が検出された後に検出されない状態に変化し（第4フレーム参照）、その後再び検出された場合（第5フレーム参照）には、ユーザーUがその間連続して接触していたと判断することにしてもよい。この場合、赤外線強度が高い領域が連続して一定期間検出されなかった場合にはユーザーUが指等Fを被接触面11から離したと判断することにすればよい（第6〜7フレーム参照）。
そこで、図7に示す撮影画像の解析プロセスにおいて、例えば赤外線強度が高い領域が一定期間連続して検出された場合には当該領域が接触されたと認識し（第1〜3フレーム参照）、赤外線強度は高いものの不連続にしか検出されない領域についてはノイズとして認識することにしてもよい（第1及び第2フレーム参照）。また、赤外線強度が高い領域が検出された後に検出されない状態に変化し（第4フレーム参照）、その後再び検出された場合（第5フレーム参照）には、ユーザーUがその間連続して接触していたと判断することにしてもよい。この場合、赤外線強度が高い領域が連続して一定期間検出されなかった場合にはユーザーUが指等Fを被接触面11から離したと判断することにすればよい（第6〜7フレーム参照）。
［タッチパネルシステムの第1の実施の形態］
以下、本発明のタッチパネルシステムの第1の実施の形態を図面を用いて示す。
図8(a)及び(b)に示すようにタッチパネルシステム100は、上記タッチパネル本体10、映像再生装置50及び接触位置算出手段60から概略構成される。
映像再生装置50はユーザーUがタッチパネル本体10（被接触面11及び対向面12）を通して画像を視認できる位置に配置される装置である。すなわち、映像再生装置50は、被接触面11側に居るユーザーUに対してタッチパネル本体10を挟んで反対側（対向面12側）に配置される。本実施の形態では映像再生装置50のフレームの一部に赤外線サーモグラフィカメラ20を固定している。
接触位置算出手段60は、赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像（対向面12の画像）に基づいて、ユーザーUが被接触面11に触れた位置が映像再生装置50の画像上のどの位置にあたるか、換言するとユーザーUが画像上のどこを触れたかを算出するために設けられる。接触位置算出手段60はコンピューター30内に格納される。
以下、本発明のタッチパネルシステムの第1の実施の形態を図面を用いて示す。
図8(a)及び(b)に示すようにタッチパネルシステム100は、上記タッチパネル本体10、映像再生装置50及び接触位置算出手段60から概略構成される。
映像再生装置50はユーザーUがタッチパネル本体10（被接触面11及び対向面12）を通して画像を視認できる位置に配置される装置である。すなわち、映像再生装置50は、被接触面11側に居るユーザーUに対してタッチパネル本体10を挟んで反対側（対向面12側）に配置される。本実施の形態では映像再生装置50のフレームの一部に赤外線サーモグラフィカメラ20を固定している。
接触位置算出手段60は、赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像（対向面12の画像）に基づいて、ユーザーUが被接触面11に触れた位置が映像再生装置50の画像上のどの位置にあたるか、換言するとユーザーUが画像上のどこを触れたかを算出するために設けられる。接触位置算出手段60はコンピューター30内に格納される。
図9に示すように方眼状の画像データ61がコンピューター30の記憶手段に予め記憶されている。画像データ61は正方形の基準用マーカー62をX、Y方向に方眼状に並べて成るものであり、その縦横の寸法は赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像の縦横の寸法と一致するように設定されている。
接触位置算出手段60は、方眼状の画像データ61と赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像とを重ね合わせることで接触位置のX，Y座標を算出する。例えば正方形の基準用マーカー62の寸法が縦横1センチの場合、原点からX方向に3センチ、Y方向に2センチの画像上の位置をユーザーUが触ったことを算出する。
図10に示すように一つの基準用マーカー62内に赤外線強度が相対的に高い領域(高温領域)Hと低い領域（低温領域）Lとが混在する場合がある。この場合、一つの基準用マーカー62の内部を多数のピクセルPに分割して、例えば赤外線強度が高い領域が全ピクセルPに対して50％以上存在する場合には当該基準用マーカー62に対応する画像上の位置をユーザーUが触っていると検出することにすればよい。なお、赤外線強度が高い領域Hを2値以上の多段階（上記高温領域H1と周辺領域H2等）に分割することで接触の強弱まで検出できる仕組みにしてもよい。
また、タッチパネルシステム100の作動時に画像データ61を自動生成する仕組みにしてもよい。この場合、図11に示すように対向面12と赤外線サーモグラフィカメラ20との距離Dに応じて正方形の基準用マーカー62の縦横の寸法を調節すればよい。また、正方形の基準用マーカー62の縦横の寸法を小さくすることで接触位置の検出精度を高めることができるため、用途に応じて縦横の寸法を調節することにしてもよい。
接触位置算出手段60は、方眼状の画像データ61と赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像とを重ね合わせることで接触位置のX，Y座標を算出する。例えば正方形の基準用マーカー62の寸法が縦横1センチの場合、原点からX方向に3センチ、Y方向に2センチの画像上の位置をユーザーUが触ったことを算出する。
図10に示すように一つの基準用マーカー62内に赤外線強度が相対的に高い領域(高温領域)Hと低い領域（低温領域）Lとが混在する場合がある。この場合、一つの基準用マーカー62の内部を多数のピクセルPに分割して、例えば赤外線強度が高い領域が全ピクセルPに対して50％以上存在する場合には当該基準用マーカー62に対応する画像上の位置をユーザーUが触っていると検出することにすればよい。なお、赤外線強度が高い領域Hを2値以上の多段階（上記高温領域H1と周辺領域H2等）に分割することで接触の強弱まで検出できる仕組みにしてもよい。
また、タッチパネルシステム100の作動時に画像データ61を自動生成する仕組みにしてもよい。この場合、図11に示すように対向面12と赤外線サーモグラフィカメラ20との距離Dに応じて正方形の基準用マーカー62の縦横の寸法を調節すればよい。また、正方形の基準用マーカー62の縦横の寸法を小さくすることで接触位置の検出精度を高めることができるため、用途に応じて縦横の寸法を調節することにしてもよい。
更に、図12に示すように対向面12の一部に電熱線等から成る補正用枠63を設けてもよい。この場合、タッチパネルシステム100の作動時に赤外線サーモグラフィカメラ20が高温の補正用枠63を捉えて、この補正用枠63の縦横の寸法と同一寸法となるように正方形の基準用マーカー62の縦横の寸法を調節し、方眼状の画像データ61を生成する仕組みになる。
また、基準用マーカー62及び方眼状の画像データ61を使用せずに、図13に示すように撮影画像Gを直接多数のピクセルPに分割して、各ピクセルPの赤外線強度に応じて接触／非接触を検出する仕組みにしてもよい。
また、基準用マーカー62及び方眼状の画像データ61を使用せずに、図13に示すように撮影画像Gを直接多数のピクセルPに分割して、各ピクセルPの赤外線強度に応じて接触／非接触を検出する仕組みにしてもよい。
［タッチパネルシステムの第2の実施の形態］
次に本発明のタッチパネルシステム101の第2の実施の形態について説明するが、上記第1の実施の形態と同一の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図14(a)及び(b)に示すように本実施の形態のタッチパネルシステム101ではタッチパネル本体10及び映像再生装置50を起立させて設置する点に特徴を有する。
具体的には、タッチパネル本体10は四角枠状のフレーム70に固定されている。フレームは机等の台座71に載せられており、自立機構72により水平状態と鉛直状態に向きを変えることができる仕組みになっている。
本実施の形態のタッチパネルシステム101ではユーザーUが起立した状態で使用できるという利点がある。
また、図15に示すようにコンピューター30で作成したキャラクター73やコンピューター30に接続したカメラ74で撮影した動画像を合成して映像再生装置50に映し出すことで簡易型のARを実現することができる。
また、図16に示すように映像再生装置50としてプロジェクター75と透過型プロジェクタースクリーン76とを組み合わせることもできる。この場合、タッチパネル本体10の大型化を容易に実現できる。
更に、図17に示すように図15と図16の構成を合体させたタッチパネルシステム102にしてもよい。
次に本発明のタッチパネルシステム101の第2の実施の形態について説明するが、上記第1の実施の形態と同一の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図14(a)及び(b)に示すように本実施の形態のタッチパネルシステム101ではタッチパネル本体10及び映像再生装置50を起立させて設置する点に特徴を有する。
具体的には、タッチパネル本体10は四角枠状のフレーム70に固定されている。フレームは机等の台座71に載せられており、自立機構72により水平状態と鉛直状態に向きを変えることができる仕組みになっている。
本実施の形態のタッチパネルシステム101ではユーザーUが起立した状態で使用できるという利点がある。
また、図15に示すようにコンピューター30で作成したキャラクター73やコンピューター30に接続したカメラ74で撮影した動画像を合成して映像再生装置50に映し出すことで簡易型のARを実現することができる。
また、図16に示すように映像再生装置50としてプロジェクター75と透過型プロジェクタースクリーン76とを組み合わせることもできる。この場合、タッチパネル本体10の大型化を容易に実現できる。
更に、図17に示すように図15と図16の構成を合体させたタッチパネルシステム102にしてもよい。
［タッチパネルシステムの第3の実施の形態］
次に本発明のタッチパネルシステムの第3の実施の形態について説明するが、上記第1及び第2の実施の形態と同一の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図18に示すように本実施の形態のタッチパネルシステム103ではタッチパネル本体10及び映像再生装置50を水平に設置する点に特徴を有する。
タッチパネル本体10と映像再生装置50の間には透明性を有する素材からなるクッション77を配置している。クッション77に映像再生装置50を固定ベルト78で固定し、クッション77内に赤外線サーモグラフィカメラ20を固定している。クッション77の形状は平面視した場合に長方形に限らず円形や多角形でもよく、側面視した場合に湾曲していてもよく、球形や楕円形にしてもよい。
本実施の形態のタッチパネルシステム103ではユーザーUがうつ伏せの状態で使用できるという利点がある。
また、図19に示すようにタッチパネル本体10とクッション77とを一体化してもよい。
また、図20に示すようにユーザーUが前方も見ることができる透過型ヘッドマウントディスプレイ79を装着することにしてもよい。この場合、透過型ヘッドマウントディスプレイ79でユーザーUの近く映したい映像、映像再生装置50でユーザーUの遠くに映したい映像をながすことでVRを実現することができる。
次に本発明のタッチパネルシステムの第3の実施の形態について説明するが、上記第1及び第2の実施の形態と同一の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図18に示すように本実施の形態のタッチパネルシステム103ではタッチパネル本体10及び映像再生装置50を水平に設置する点に特徴を有する。
タッチパネル本体10と映像再生装置50の間には透明性を有する素材からなるクッション77を配置している。クッション77に映像再生装置50を固定ベルト78で固定し、クッション77内に赤外線サーモグラフィカメラ20を固定している。クッション77の形状は平面視した場合に長方形に限らず円形や多角形でもよく、側面視した場合に湾曲していてもよく、球形や楕円形にしてもよい。
本実施の形態のタッチパネルシステム103ではユーザーUがうつ伏せの状態で使用できるという利点がある。
また、図19に示すようにタッチパネル本体10とクッション77とを一体化してもよい。
また、図20に示すようにユーザーUが前方も見ることができる透過型ヘッドマウントディスプレイ79を装着することにしてもよい。この場合、透過型ヘッドマウントディスプレイ79でユーザーUの近く映したい映像、映像再生装置50でユーザーUの遠くに映したい映像をながすことでVRを実現することができる。
また、図21に示すように映像再生装置50としてプロジェクター75と透過型プロジェクタースクリーン76とを組み合わせることもできる。この場合、タッチパネル本体10の大型化を容易に実現できる。また、赤外線サーモグラフィカメラ20をクッション77内に配置することで、仮に透過型プロジェクタースクリーン76が赤外線を透過させない素材や形状であっても、対向面12の赤外線を確実に捉えることができる。
図18〜図20のようにタッチパネル本体10と映像再生装置50を水平に設置し、両者間にクッション77を介在させる構成の場合、赤外線サーモグラフィカメラ20から対向面12までの距離を充分に確保できない場合がある。この場合、赤外線サーモグラフィカメラ20に広角レンズを使用すればよい。或いは図22(a)及び(b)に示すように複数の映像再生装置50の各々に赤外線サーモグラフィカメラ20を取り付けて、接触位置算出手段60が各赤外線サーモグラフィカメラ20からの撮影画像に基いて接触位置を算出することにしてもよい。
図18〜図20のようにタッチパネル本体10と映像再生装置50を水平に設置し、両者間にクッション77を介在させる構成の場合、赤外線サーモグラフィカメラ20から対向面12までの距離を充分に確保できない場合がある。この場合、赤外線サーモグラフィカメラ20に広角レンズを使用すればよい。或いは図22(a)及び(b)に示すように複数の映像再生装置50の各々に赤外線サーモグラフィカメラ20を取り付けて、接触位置算出手段60が各赤外線サーモグラフィカメラ20からの撮影画像に基いて接触位置を算出することにしてもよい。
［タッチパネルシステムの第4の実施の形態］
次に本発明のタッチパネルシステムの第4の実施の形態について説明するが、上記各実施の形態と同一の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図23に示すように本実施の形態のタッチパネルシステム104ではタッチパネル本体10及び映像再生装置50を水平に設置する点に特徴を有する。映像再生装置50としてプロジェクター75と透過型プロジェクタースクリーン76とを組み合わせている。
タッチパネル本体10と透過型プロジェクタースクリーン76を一体化した状態でその四隅を脚部80で支持している。
本実施の形態のタッチパネルシステム104ではユーザーUが椅子に座った状態で使用できるという利点がある。
図24に示すようにタッチパネル本体10の被接触面11又は対向面12の全体又は一部に粘着層81を設けることでタッチパネル本体10を任意の場所に貼り付けて使用することができる。
次に本発明のタッチパネルシステムの第4の実施の形態について説明するが、上記各実施の形態と同一の構成になる箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。
図23に示すように本実施の形態のタッチパネルシステム104ではタッチパネル本体10及び映像再生装置50を水平に設置する点に特徴を有する。映像再生装置50としてプロジェクター75と透過型プロジェクタースクリーン76とを組み合わせている。
タッチパネル本体10と透過型プロジェクタースクリーン76を一体化した状態でその四隅を脚部80で支持している。
本実施の形態のタッチパネルシステム104ではユーザーUが椅子に座った状態で使用できるという利点がある。
図24に示すようにタッチパネル本体10の被接触面11又は対向面12の全体又は一部に粘着層81を設けることでタッチパネル本体10を任意の場所に貼り付けて使用することができる。
図25(a)〜(c)にタッチパネル本体10を指で押した場合の赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像を示す。
被接触面11及び対向面12にポリエチレンシートを用い、内部の液体14に水を用いている。水温、室温、被接触面11及び対向面12の温度は26[℃]、ユーザーUの体温は36.1[℃]、被接触面11及び対向面12の厚さd=0.1[mm]、指で押していない状態の被接触面11と対向面12の間隔10[mm]、赤外線サーモグラフィカメラ20の使用周波数波長は遠赤外線の7.2[μm]〜13[μm]である。
指で被接触面11を押していない状態の図25(a)では赤外線サーモグラフィカメラ20には何も映っていない。
指で被接触面11を押した状態の図25(b)では被接触面11と対向面12の間隔がほぼゼロになることで指からの赤外線を赤外線サーモグラフィカメラ20が捉えている。
指を被接触面11から離した状態の図25(c)では再び何も映っていない状態に戻った。
なお通常サーモグラフィ画像はカラー画像で温度分布を示すが、図25のサーモグラフィ画像は視認性を高めるためにカラーのサーモグラフィ画像を白色に変換している。実際の赤外線サーモグラフィカメラ20は白黒だけでなく、温度分解能(通称NETD)が許す範囲で細かい温度分布を異なる色で表示することができる。したがって、指等Fの温度変化を細かく捉えて、サーモグラフィ画像の各画素のカラーのRGB値を解析することで、それをユーザーUの興奮の程度を示す指標データとして、接触位置に関するデータと共に検出してもよい。
被接触面11及び対向面12にポリエチレンシートを用い、内部の液体14に水を用いている。水温、室温、被接触面11及び対向面12の温度は26[℃]、ユーザーUの体温は36.1[℃]、被接触面11及び対向面12の厚さd=0.1[mm]、指で押していない状態の被接触面11と対向面12の間隔10[mm]、赤外線サーモグラフィカメラ20の使用周波数波長は遠赤外線の7.2[μm]〜13[μm]である。
指で被接触面11を押していない状態の図25(a)では赤外線サーモグラフィカメラ20には何も映っていない。
指で被接触面11を押した状態の図25(b)では被接触面11と対向面12の間隔がほぼゼロになることで指からの赤外線を赤外線サーモグラフィカメラ20が捉えている。
指を被接触面11から離した状態の図25(c)では再び何も映っていない状態に戻った。
なお通常サーモグラフィ画像はカラー画像で温度分布を示すが、図25のサーモグラフィ画像は視認性を高めるためにカラーのサーモグラフィ画像を白色に変換している。実際の赤外線サーモグラフィカメラ20は白黒だけでなく、温度分解能(通称NETD)が許す範囲で細かい温度分布を異なる色で表示することができる。したがって、指等Fの温度変化を細かく捉えて、サーモグラフィ画像の各画素のカラーのRGB値を解析することで、それをユーザーUの興奮の程度を示す指標データとして、接触位置に関するデータと共に検出してもよい。
図26(a)〜(c)にタッチパネル本体10に掌と指を押し付けた状態でタッチパネル本体10を指で引っ掻いた場合の赤外線サーモグラフィカメラ20による撮影画像を示す。
被接触面11及び対向面12にポリエチレンシートを用い、内部の液体14に水を用いている。水温、室温、被接触面11及び対向面12の温度は25[℃]、ユーザーUの体温は36.1[℃]、被接触面11及び対向面12の厚さd=0.1[mm]、指で押していない状態の被接触面11と対向面12の間隔d2=10[mm]、赤外線サーモグラフィカメラ20の使用周波数波長は遠赤外線の7.2[μm]〜13[μm]である。
なお、図26(a)〜(c)には比較のためタッチパネル本体10に触れていない左手も撮影画像中に映している。つまり、左手の映像は赤外線サーモグラフィカメラ20がタッチパネル1を介さずに直接撮影したものになる。
動作開始時点のt＝0[秒]では図26(a)の右上の基準線上に、右手の中指をタッチパネル1に押し付けたことによる赤外線強度が高い領域が表れている。なお、基準線は指の動きを説明するために設けたにすぎない。
次に、t＝0.5[秒]では図26(b)の右上であって基準線より下に右手の中指による赤外線強度が高い領域が表れている。
次に、t＝1.0[秒]では図26(c)の右上であって基準線より上に右手の中指による赤外線強度が高い領域が表れている。これはユーザーUが右手の中指を引っ掻くように上下動させたことによるものである。
また、図26(a)〜(c)のいずれにも右下に右手の掌による赤外線強度が高い領域が表れており、当該領域がサーモグラフィで33[℃]を示している。このように本発明のシステムではユーザーUがタッチパネル1を触った位置及び形状と、ユーザーUの体温を検出し、記録することができる。
被接触面11及び対向面12にポリエチレンシートを用い、内部の液体14に水を用いている。水温、室温、被接触面11及び対向面12の温度は25[℃]、ユーザーUの体温は36.1[℃]、被接触面11及び対向面12の厚さd=0.1[mm]、指で押していない状態の被接触面11と対向面12の間隔d2=10[mm]、赤外線サーモグラフィカメラ20の使用周波数波長は遠赤外線の7.2[μm]〜13[μm]である。
なお、図26(a)〜(c)には比較のためタッチパネル本体10に触れていない左手も撮影画像中に映している。つまり、左手の映像は赤外線サーモグラフィカメラ20がタッチパネル1を介さずに直接撮影したものになる。
動作開始時点のt＝0[秒]では図26(a)の右上の基準線上に、右手の中指をタッチパネル1に押し付けたことによる赤外線強度が高い領域が表れている。なお、基準線は指の動きを説明するために設けたにすぎない。
次に、t＝0.5[秒]では図26(b)の右上であって基準線より下に右手の中指による赤外線強度が高い領域が表れている。
次に、t＝1.0[秒]では図26(c)の右上であって基準線より上に右手の中指による赤外線強度が高い領域が表れている。これはユーザーUが右手の中指を引っ掻くように上下動させたことによるものである。
また、図26(a)〜(c)のいずれにも右下に右手の掌による赤外線強度が高い領域が表れており、当該領域がサーモグラフィで33[℃]を示している。このように本発明のシステムではユーザーUがタッチパネル1を触った位置及び形状と、ユーザーUの体温を検出し、記録することができる。
本発明は、装置構成が簡易であり、製造コストが低く且つ故障が生じにくいタッチパネル及びこのタッチパネルを用いたタッチパネルシステムに関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
F 指等
G 撮影画像
H 高温領域
H1 高温領域
H2 周辺領域
L 低温領域
P ピクセル
U ユーザー
1 タッチパネル
10 タッチパネル本体
11 被接触面
12 対向面
13 縁部材
14 液体
20 赤外線サーモグラフィカメラ
30 コンピューター
40 放熱手段
41 冷却手段
42 加熱手段
43 グローブ
50 映像再生装置
60 接触位置算出手段
61 画像データ
62 基準用マーカー
63 補正用枠
70 フレーム
71 台座
72 自立機構
73 キャラクター
74 カメラ
75 プロジェクター
76 透過型プロジェクタースクリーン
77 クッション
78 固定ベルト
79 透過型ヘッドマウントディスプレイ
80 脚部
81 粘着層
100 タッチパネルシステム
101 タッチパネルシステム
102 タッチパネルシステム
103 タッチパネルシステム
104 タッチパネルシステム
G 撮影画像
H 高温領域
H1 高温領域
H2 周辺領域
L 低温領域
P ピクセル
U ユーザー
1 タッチパネル
10 タッチパネル本体
11 被接触面
12 対向面
13 縁部材
14 液体
20 赤外線サーモグラフィカメラ
30 コンピューター
40 放熱手段
41 冷却手段
42 加熱手段
43 グローブ
50 映像再生装置
60 接触位置算出手段
61 画像データ
62 基準用マーカー
63 補正用枠
70 フレーム
71 台座
72 自立機構
73 キャラクター
74 カメラ
75 プロジェクター
76 透過型プロジェクタースクリーン
77 クッション
78 固定ベルト
79 透過型ヘッドマウントディスプレイ
80 脚部
81 粘着層
100 タッチパネルシステム
101 タッチパネルシステム
102 タッチパネルシステム
103 タッチパネルシステム
104 タッチパネルシステム
Claims (12)
- 被接触面が可撓性、可視光透過性及び赤外線透過性を有する材料から成り、前記被接触面の対向面が可視光透過性及び赤外線透過性を有する材料から成り、前記被接触面と前記対向面とに挟まれた空間内に液体を収容する袋状のタッチパネル本体と、
前記対向面を撮影する赤外線サーモグラフィカメラとを備えており、
前記赤外線サーモグラフィカメラは、ユーザーが前記被接触面に触れた位置を熱源として、当該熱源から放射される赤外線を前記被接触面及び前記対向面を通して撮影することを特徴とするタッチパネル。
- 赤外線サーモグラフィカメラの測定波長が7μm〜14μmであることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル。
- 前記液体の温度を下げるための放熱手段又は冷却手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のタッチパネル。
- 加熱手段を指先に配置したグローブを備えており、ユーザーが当該グローブを介して前記被接触面に触れることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のタッチパネル。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のタッチパネルと、
ユーザーが前記被接触面及び前記対向面を通して画像を視認できる位置に配置される映像再生装置と、
前記赤外線サーモグラフィカメラの撮影画像に基いて、ユーザーが前記被接触面に触れた位置が前記画像上のどの位置にあたるかを算出する接触位置算出手段とを備えることを特徴とするタッチパネルシステム。
- 前記タッチパネル本体の向きを水平状態と鉛直状態に変えることができる自立機構を備えることを特徴とする請求項5に記載のタッチパネルシステム。
- 水平に配置した前記タッチパネル本体及び前記映像再生装置の間に透明性を有するクッションを備えることを特徴とする請求項5に記載のタッチパネルシステム。
- 前記映像再生装置がカメラで撮影した動画像を取り込んで再生することを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載のタッチパネルシステム。
- 前記映像再生装置がプロジェクターと透過型プロジェクタースクリーンから構成されることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載のタッチパネルシステム。
- 前記タッチパネル本体と前記透過型プロジェクタースクリーンが一体化されていることを特徴とする請求項9に記載のタッチパネルシステム。
- 透過型ヘッドマウントディスプレイを備えることを特徴とする請求項5〜10のいずれか一項に記載のタッチパネルシステム。
- 前記映像再生装置と前記赤外線サーモグラフィカメラのセットを複数備えることを特徴とする請求項5〜11のいずれか一項に記載のタッチパネルシステム。
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