JP2020024282A - 空間投影装置、及び、それを備えた非接触入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空間投影される実像の変化が視認し易い空間投影装置を提供する。【解決手段】空間投影装置９は、表示ユニット７と、空間投影プレート５１と、センサ５２と、制御部５３等を備えている。表示ユニット７は、各導光部材１，２，３の光出射面である第１〜３の表示体１２，２２，３２と、複数の光源５と、を備えている。第１〜３の表示体１２，２２，３２から出た光は、空間投影プレート５１を透過し、実像８１，８２，８３として空間に結像される。実像８１，８２，８３は、立体像であり、同時に隣接表示されることで、押しボタンを模した円錐８を構成する。実像８１，８２，８３が形成された領域に被検出物Ｍが置かれると、実像８１，８２が非表示に変更される。【選択図】図１

Description

本発明は、空間投影装置及び非接触入力装置に関するものである。

図７は、従来の空間投影構造を備えたタッチレススイッチを示す図である（特許文献１を参照。）。このタッチレススイッチは、第１の元絵５０１ａ、第１の照明手段５０２ａ、第２の元絵５０１ｂ、第２の照明手段５０２ｂ、光線透過・反射部材５１１、結像手段５０３、発光素子５０４、受光素子５０５、照明手段制御装置５０６、スイッチハウジング５１３等を備えている。

第１の元絵５０１ａと第２の元絵５０１ｂとは９０度の角を成す位置に配置されており、光線透過・反射部材５１１は、第１の元絵５０１ａ及び第２の元絵５０１ｂと４５度の角を成す位置に配置されている。第１の元絵５０１ａからの光線は、光線透過・反射部材５１１を透過して結像手段５０３へ入射し、空中で実像５１０ａとして結像される。第２の元絵５０１ｂからの光線は、光線透過・反射部材５１１で反射して結像手段５０３へ入射し、空中で実像として結像される。

発光素子５０４は、第１の元絵５０１ａの実像５１０ａ及び第２の元絵５０１ｂの実像に、赤外線等の光線を照射する。これら実像に被検出物である指５０９がかざされると、発光素子５０４からの光線が指５０９で反射して受光素子５０５へ入射する。照明手段制御装置５０６は、受光素子５０５からの被検出物検出信号に基き、第１の照明手段５０２ａ及び第２の照明手段５０２ｂの点灯及び消灯の制御を行う。

このようなタッチレススイッチは、空間投影された実像に指５０９がかざされたことを検知して、空間投影される実像を切り替える。

特開平１０−１０６４１１号公報

図７に示した従来のタッチレススイッチにおいては、空間投影される二種類の実像が何れも平面像であり、これらの実像が切り替わった時の変化が分り難く、改善の余地があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、空間投影される実像の変化が視認し易い空間投影装置、及び、該空間投影装置を備えた非接触入力装置を提供することを目的としている。

本発明の空間投影装置は、表示体からの光を空間投影プレートに通して前記表示体の実像を空間に結像させる空間投影装置であって、前記表示体の実像が立体像であり、前記表示体を複数備え、前記複数の表示体の実像を同時に隣接表示すること、及び、各表示体の実像を選択的に表示又は非表示することが可能であることを特徴とする。

本発明の非接触入力装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の空間投影装置と、前記複数の表示体の実像が形成された領域に被検出物が存在するか否かを検出する検出手段と、前記検出手段が被検出物を検出した際に所定の動作を行う操作応答部と、を備えている ことを特徴とする。

本発明によれば、表示体の実像が立体像であり、前記表示体を複数備え、前記複数の表示体の実像を同時に隣接表示すること、及び、各表示体の実像を選択的に表示又は非表示することが可能であるので、空間投影される実像の変化を視認し易くできる。

本発明の第１実施形態にかかる空間投影装置及び非接触入力装置の概略構成図である。 図１の実像の斜視図である。 図１の実像に指がかざされて、実像の表示が切り替えられた様子を示す図である。 図１の表示ユニットの分解図である。 図４と別の角度から見た図１の表示ユニットの分解図である。 本発明の第２実施形態にかかる空間投影装置及び非接触入力装置を構成する表示ユニットの分解図である。 従来の空間投影構造を備えたタッチレススイッチを示す図である。

本発明の第１実施形態にかかる「空間投影装置」及び「非接触入力装置」を図１〜５を参照して説明する。

図１に示すように、空間投影装置９は、表示ユニット７と、空間投影プレート５１と、「検出手段」としてのセンサ５２と、制御部５３と、これらを保持した不図示のハウジングと、を備えている。また、この空間投影装置９は、操作応答部５４と共に非接触入力装置１０を構成する。

表示ユニット７は、第１〜３の導光部材１，２，３と、各導光部材１，２，３にそれぞれ光を照射する複数の光源５と、複数の光源５が搭載された基板６と、これらを収容したホルダ４と、を備えている。

第１〜３の導光部材１，２，３は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明な樹脂で構成されている。図４，５に示すように、第１の導光部材１は、円柱状に形成されている。第１の導光部材１は、軸方向の一端側に位置する光入射面１１と、軸方向の他端側に位置する「第１の表示体」としての光出射面１２と、非透光性のコーティングが施された外周面１３を有している。光出射面１２には拡散処理が施されている。光出射面１２は、すり鉢状に凹に形成されている。この光出射面１２の形状によって後述する実像８１の形状が決まる。以下、光出射面１２を「第１の表示体１２」と呼称する。

第２の導光部材２は、円筒状に形成されている。第２の導光部材２は、軸方向の一端側に位置する光入射面２１と、軸方向の他端側に位置する「第２の表示体」としての光出射面２２と、非透光性のコーティングが施された外周面２３及び内周面２４を有している。光出射面２２には拡散処理が施されている。光出射面２２は、外周面２３側から内周面２４側に向かうにしたがって光入射面２１側に近付く方向に傾斜している。この光出射面２２の形状によって後述する実像８２の形状が決まる。以下、光出射面２２を「第２の表示体２２」と呼称する。

第３の導光部材３は、円筒状に形成されている。第３の導光部材３は、軸方向の一端側に位置する光入射面３１と、軸方向の他端側に位置する「第３の表示体」としての光出射面３２と、非透光性のコーティングが施された外周面３３及び内周面３４を有している。光出射面３２には拡散処理が施されている。光出射面３２は、外周面３３側から内周面３４側に向かうにしたがって光入射面３１側に近付く方向に傾斜している。この光出射面３２の形状によって後述する実像８３の形状が決まる。以下、光出射面３２を「第３の表示体３２」と呼称する。

複数の光源５は、本例では全て同一のＬＥＤが用いられている。これら複数の光源５が搭載された基板６は、制御部５３と接続されている。

ホルダ４は、非透光性の材料で構成されており、図４，５に示すように、円筒部４１と、隔壁４２と、隔壁４２から立設した遮光壁４４，４５と、を有している。隔壁４２は、円筒部４１内を、第１〜３の導光部材１，２，３が収容される空間と、基板６及び光源５が収容される空間とに区画している。隔壁４２には、各光源５と対向する位置に貫通孔４３が形成されている。遮光壁４５は、第１の導光部材１用の光源５と、第２の導光部材２用の光源５とを隔てる壁である。遮光壁４４は、第２の導光部材２用の光源５と、第３の導光部材３用の光源５とを隔てる壁である。

図１に示すように、第１の導光部材１は、第２の導光部材２の内側に配置される。第２の導光部材２は、第３の導光部材３の内側に配置される。第１〜３の導光部材１，２，３の光入射面１１，２１，３１は、隔壁４２に当接する。光入射面１１，２１，３１が隔壁４２に当接した状態で、第２の表示体２２は第１の表示体１２に隣接し、第３の表示体３２は第２の表示体２２に隣接している。

空間投影プレート５１は、第１〜３の表示体１２，２２，３２からの光が通され、第１〜３の表示体１２，２２，３２の実像８１，８２，８３を空間に結像させる結像素子であり、周知のマイクロレンズアレイやマイクロミラーアレイ等を用いることができる。

第１〜３の表示体１２，２２，３２の実像８１，８２，８３は、立体像である。本発明において「立体像」とは、１つの平面内に収まらない像（非平面像）を意味する。これら実像８１，８２，８３は、同時に表示されることで、図２に示す円錐８（「錐体」に相当する。）を構成する。円錐８は、押しボタンを模したものである。また、第１の表示体１２の実像８１は、円錐８の頂部を成す。第２の表示体２２の実像８２は、円錐８の中間部を成す。第３の表示体３２の実像８３は、円錐８の底部を成す。このように複数の実像８１，８２，８３は同時に表示可能であり、隣接する位置に表示される。

センサ５２は、実像８１，８２，８３が形成された領域に向かって赤外線等の測定用光線を照射し、該測定用光線の反射光を受光することにより、実像８１，８２，８３が形成された領域に被検出物Ｍ（例えば操作者の指）が存在するか否かを検出する。センサ５２は、制御部５３と接続されており、被検出物Ｍの存在を検出すると、制御部５３に検出信号を出力する。

制御部５３は、各光源５の点灯及び消灯の制御を行う。制御の一例として、本例では、非接触入力装置１０の使用開始時に、図１に示すように全ての実像８１，８２，８３を同時に隣接表示し、センサ５２からの被検出物Ｍの検出信号が入力されると、図３に示すように実像８１，８２を非表示にする。実像８１，８２を非表示にする際は、まず実像８１を非表示にし、時間差をつけて実像８２を非表示にする。このように表示内容を段階的に変化させることで、押しボタンが実際に押し込まれているような表現が可能となる。

さらに、制御部５３は、操作応答部５４の制御を行う。本例では、操作応答部５４が照明装置であり、センサ５２からの被検出物Ｍの検出信号が制御部５３に入力されると、制御部５３は、操作応答部５４に照明のオンオフを切り替える命令を送る。この命令に基づいて操作応答部５４は照明のオンオフを切り替える。

即ち、本例の非接触入力装置１０は、操作応答部５４（即ち照明装置）のオンオフスイッチを空間投影装置９によって空間投影し、空間投影されたオンオフスイッチ（即ち押しボタンを模した円錐８）が操作されたことを検出して、照明のオンオフを切り替える。

上述した空間投影装置９によれば、第１〜３の表示体１２，２２，３２の実像８１，８２，８３が立体像であり、これら複数の実像８１，８２，８３を同時に隣接表示すること、及び、各実像８１，８２，８３を選択的に表示又は非表示することが可能であり、複数の実像８１，８２，８３の表示・非表示を多段階に切り替えるので、空間投影される実像８１，８２，８３の変化を視認し易くできる。

また、上述した空間投影装置９においては、電子ディスプレイやハーフミラー（図７の光線透過・反射部材５１１を参照。）を用いることなく空間投影される表示内容を変更することができる。よって、少ない部品点数であり、構成が簡素でコンパクトな空間投影装置９及び非接触入力装置１０とすることができる。

また、上述した実施形態においては、何れかの実像８１，８２，８３に操作者の指等が置かれることで図１の表示内容から図３の表示内容に変化する構成であったが、空間投影される表示内容（即ち光源５の制御内容）については適宜変更可能である。例えば、センサ５２として測距センサを採用し、操作者の指等が何れの実像８１，８２，８３に置かれているかを解析して表示内容を変更するようにしてもよい。すなわち、円錐８への押し込み量に応じて表示内容を変更するようにしてもよい。その他、センサ５２の検出結果に関わらず、所定のプログラムに従って表示内容を変更するようにしてもよい。

また、本発明の空間投影装置は、被検出物の検出手段（センサ５２）を必ずしも備えていなくてもよく、実像投影機能のみを備えていてもよい。その場合、所定のプログラムに従って複数の表示体の実像の表示・非表示が多段階に切り替えられる。

また、上述した実施形態においては、第１〜３の表示体１２，２２，３２の実像８１，８２，８３が、同時に隣接表示されることで「錐体」としての円錐８を構成していたが、本発明ではこれに限定されず、第１〜３の表示体の実像が四角錐等を構成してもよい。

本発明の第２実施形態にかかる「空間投影装置」及び「非接触入力装置」を図６を参照して説明する。図６において、前述した第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

本例の空間投影装置及び非接触入力装置は、第１実施形態で説明した表示ユニット７の代わりに、図６に示す表示ユニット１０７を備えている。これ以外の構成は、第１実施形態と同一である。

表示ユニット１０７は、第１〜３の導光部材１０１，１０２，１０３と、各導光部材１０１，１０２，１０３にそれぞれ光を照射する複数の光源５と、複数の光源５が搭載された基板１０６と、これらを収容したホルダ１０４と、を備えている。

第１〜３の導光部材１０１，１０２，１０３は、各部品の形状は第１実施形態の第１〜３の導光部材１，２，３と異なっているが、第１実施形態と同じ形状の第１〜３の表示体１２，２２，３２を有している。よって、本例の空間投影装置は、第１実施形態で説明した実像８１，８２，８３と同じ実像を形成する。

第１の導光部材１０１は、正方形板状に形成されている。第１の導光部材１０１は、その側面に位置し、対向する一対の光入射面１１１と、その上面側に位置する光出射面、即ち第１の表示体１２を有している。第１の導光部材１０１の光入射面１１１及び第１の表示体１２以外の面には非透光性のコーティングが施されている。第１実施形態と同様に、第１の表示体１２には拡散処理が施されている。第１の表示体１２は、すり鉢状に凹に形成されている。

第２の導光部材１０２は、正方形板状に形成されており、その中央部に貫通孔が形成されている。そして、該貫通孔の内面が光出射面、即ち第２の表示体２２を成している。また、第２の導光部材１０２は、その側面に位置し、対向する一対の光入射面１２１を有している。第２の導光部材１０２の光入射面１２１及び第２の表示体２２以外の面には非透光性のコーティングが施されている。第１実施形態と同様に、第２の表示体２２には拡散処理が施されている。第２の表示体２２は、貫通孔の外側から中心に向かうにしたがって第２の導光部材１０２の下面側に近付く方向に傾斜している。

第３の導光部材１０３は、正方形板状に形成されており、その中央部に貫通孔が形成されている。そして、該貫通孔の内面が光出射面、即ち第３の表示体３２を成している。また、第３の導光部材１０３は、その側面に位置し、対向する一対の光入射面１３１を有している。第３の導光部材１０３の光入射面１３１及び第３の表示体３２以外の面には非透光性のコーティングが施されている。第１実施形態と同様に、第３の表示体３２には拡散処理が施されている。第３の表示体３２は、貫通孔の外側から中心に向かうにしたがって第３の導光部材１０３の下面側に近付く方向に傾斜している。

複数の光源５が搭載された基板１０６は、本例では一対設けられている。

ホルダ１０４は、非透光性の材料で構成されており、四角筒部１４１と、一対の隔壁１４２と、それぞれの隔壁１４２から立設した遮光壁１４４，１４５と、を有している。

一対の隔壁１４２は、四角筒部１４１内を、第１〜３の導光部材１０１，１０２，１０３が収容される空間と、基板１０６及び光源５が収容される空間とに区画している。即ち、本例では、四角筒部１４１の両端部に各基板１０６が配置され、これら一対の基板１０６間に第１〜３の導光部材１０１，１０２，１０３が積層される。第１の導光部材１０１は下段に配置され、第２の導光部材１０２は中段に配置され、第３の導光部材１０３は上段に配置される。四角筒部１４１における第３の導光部材１０３との対向部分には、開口部１４６が形成されている。各隔壁１４２には、各光源５と対向する位置に貫通孔４３が形成されている。

遮光壁１４５は、第１の導光部材１０１用の光源５と、第２の導光部材１０２用の光源５とを隔てる壁である。遮光壁１４４は、第２の導光部材１０２用の光源５と、第３の導光部材１０３用の光源５とを隔てる壁である。

このような表示ユニット１０７において、両側面から各導光部材１０１，１０２，１０３に入射した光は、各表示体１２，２２，３２から出射する。また、各表示体１２，２２，３２から出射した光は、空間投影プレート５１（図１を参照。）を透過し、実像８１，８２，８３（図１を参照。）として空間に結像される。

本例の空間投影装置によれば、第１実施形態の空間投影装置９と同様に、空間投影される実像８１，８２，８３の変化を視認し易くできる。また、少ない部品点数であり、構成が簡素でコンパクトな空間投影装置及び非接触入力装置とすることができる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

９ 空間投影装置
１０ 非接触入力装置
１２ 第１の表示体
２２ 第２の表示体
３２ 第３の表示体
５１ 空間投影プレート
８１，８２，８３ 実像

Claims (5)

1. 表示体からの光を空間投影プレートに通して前記表示体の実像を空間に結像させる空間投影装置であって、
   前記表示体の実像が立体像であり、
   前記表示体を複数備え、
   前記複数の表示体の実像を同時に隣接表示すること、及び、各表示体の実像を選択的に表示又は非表示することが可能である
   ことを特徴とする空間投影装置。
2. 光出射面が形成された複数の導光部材と、各導光部材にそれぞれ光を照射する複数の光源と、を備え、
   前記各導光部材の前記光出射面が前記各表示体を成している
   ことを特徴とする請求項１に記載の空間投影装置。
3. 前記複数の表示体として、第１の表示体と、第２の表示体と、第３の表示体と、を備え、
   前記第１〜３の表示体の実像は、同時に隣接表示されることで錐体を構成し、
   前記第１の表示体の実像は、前記錐体の頂部を成し、
   前記第２の表示体の実像は、前記錐体の中間部を成し、
   前記第３の表示体の実像は、前記錐体の底部を成す
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空間投影装置。
4. 前記複数の表示体の実像が形成された領域に被検出物が存在するか否かを検出する検出手段を備え、
   前記検出手段が被検出物を検出した際に、前記複数の表示体の実像の表示・非表示を多段階に切り替える
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の空間投影装置。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載の空間投影装置と、
   前記複数の表示体の実像が形成された領域に被検出物が存在するか否かを検出する検出手段と、
   前記検出手段が被検出物を検出した際に所定の動作を行う操作応答部と、を備えている
   ことを特徴とする非接触入力装置。

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