JP5509391B1 - 再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ディスプレイ１１の表側に赤外線発光面２１を形成すると共に、赤外線発光面２１に赤外線を照射し、再生画像Ｒ１の位置に赤外線発光面２１の再生画像Ｒ２を形成し、再生画像Ｒ１を指等の指示手段が指示した場合の赤外線発光面２１の再生画像Ｒ２からの反射光を再生画像Ｒ１の背部に設けられた赤外線カメラ２６で撮像して、再生画像Ｒ１に接した指示手段の位置を検知する。これによって、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再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置を提供できる。

Description

本発明は、空中に実像を形成し、この実像（例えば、タッチパネル像）を見ながら指示手段（例えば、指）の操作によって信号入力ができる再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置に関する。

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することも提案されている。

一方、特許文献３には、透明平板の内部に多数の第１、第２の平面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の平面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 特許第５０３６８９８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接触又は衝突し、ディスプレイが汚れる又はディス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。なお、特許文献３には光学結像装置が提案されているが、その装置をタッチパネル等に応用することは記載されていない。

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、ペン等の指示手段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信号入力ができる極めて衛生的な再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法は、平面視して交差する第１、第２の微小反射面がそれぞれ同一平面上に多数立設して配置され、前記各第１の微小反射面からの第１反射光を、対応する前記各第２の微小反射面で受けて第２の反射光とする光制御手段を用い、１）該光制御手段の一方側に設けられたディスプレイの画像を、前記光制御手段の他方側の空中に再生画像Ｒ１として表示し、２）前記ディスプレイの表側に赤外線を乱反射する赤外線乱反射面を備えた透明シートを当接し、又は前記ディスプレイの表面に直接赤外線乱反射面を形成し、該ディスプレイとは別位置に設けられた赤外線照射手段からの赤外線を乱反射する赤外線発光面を形成し、前記再生画像Ｒ１の位置に前記光制御手段による前記赤外線発光面の再生画像Ｒ２を形成し、３）前記再生画像Ｒ１の操作位置を前記再生画像Ｒ２からの反射光によって検知する再生画像の指示位置を非接触で検知する方法であり、
前記再生画像Ｒ１の操作位置の検知は、前記再生画像Ｒ２からの反射光を受け、可視光を検知しない二次元赤外線カメラによって行われ、
前記再生画像Ｒ１は空中に形成されるタッチパネルの実像である。

また、第１の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法において、赤外線照射手段は赤外線乱反射面の全部を照射するものであってもよいし、高速スキャンさせて赤外線乱反射面に赤外線を照射するものであってもよい。

第２の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置は、平面視して交差する第１、第２の微小反射面がそれぞれ同一平面上に多数立設して配置され、前記各第１の微小反射面からの第１反射光を、対応する前記各第２の微小反射面で受けて第２の反射光とする光制御手段を用い、該光制御手段の一方側に設けられたディスプレイに表示されるタッチパネルの画像を、前記光制御手段の他方側の空中に再生画像Ｒ１として表示する再生画像の指示位置を非接触で検知する装置であり、
前記ディスプレイの表側に赤外線を乱反射する赤外線乱反射面を備えた透明シートを当接し、又は前記ディスプレイの表面に直接赤外線乱反射面を形成し、該ディスプレイとは別位置に設けられた赤外線照射手段からの赤外線を乱反射する赤外線発光面を形成して、前記再生画像Ｒ１の位置に前記赤外線発光面の再生画像Ｒ２を形成し、前記再生画像Ｒ１の操作位置を、前記再生画像Ｒ２からの反射光を可視光を検知しない二次元赤外線カメラで受けて検出し、前記再生画像Ｒ１に接した指示手段の位置を検知する。

第２の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置において、前記赤外線発光面は、前記ディスプレイの表側に形成され、別位置にある赤外線照射手段（全位置同時照射、スキャン照射を含む）によって赤外線の照射を受ける赤外線乱反射面からなっているものであってもよいし、ディスプレイの表面に直接赤外線乱反射面を形成してもよい。また、場合によっては、ディスプレイの表面から直接赤外線を発するようにしてもよい。

また、第１、第２の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置において、前記ディスプレイに対して前記光制御手段は４０〜５０度の角度範囲に配置されているのが好ましい。なお、再生画像Ｒ１は、光制御手段に対してディスプレイの画像と対称の位置に形成される。

なお、第１、第２の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置において、光制御手段は特許第５０３６８９８号公報記載のものを使用してもよいし、特許第４７３４６５２号公報に記載の２つの直交する光反射面を有する単位光学素子を平面状に並べて配置したものでもよい。

第１、第２の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置において、前記赤外線カメラは２次元位置を検知できる赤外線センサーであってもよい。この場合、この赤外線カメラは再生画像に含まれる光（可視光）を感知しないものを使用するのが好ましい。

第１、第２の発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置において、前記再生画像Ｒ１は、複数のスイッチが表示されたタッチパネル像、キーボード像であってもよい。

本発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置は、光制御手段の一方側に設けられたディスプレイの画像を、光制御手段の他方側の空間に再生画像Ｒ１として表示し、ディスプレイの表側に赤外線発光面を形成して、再生画像Ｒ１の位置に赤外線発光面の再生画像Ｒ２を形成（結像）する。再生画像Ｒ１を（指示手段によって）操作すると、赤外線発光面の再生画像Ｒ２から操作位置を示す赤外線が反射するので、再生画像Ｒ２を赤外線カメラで撮像することによってその位置を検知できる。これにより、空中に結像された再生画像Ｒ１にタッチしてその入力位置を検知できる。

また、本発明の再生画像の指示位置を非接触で検知する装置においては、再生画像Ｒ１が空間に表示され、従来のようにパネルに指、手等が触ることがないので、極めて衛生的である。
また、画像に指等を物理的に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、再生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、再生画像からの反射光がない。

本発明の第１の実施例に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置の説明図である。 同再生画像の指示位置を非接触で検知する装置の光制御手段の説明図である。 本発明の第２の実施例に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置の説明図である。

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例について説明する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施例に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置１０は、ディスプレイ１１と４０〜５０度の角度を有して形成され、ディスプレイ１１の画像を対称位置に結像する光制御手段１２を備えている。

光制御手段１２は、図２に詳細を示すように、第１、第２の光制御パネル１３、１４をその一面側を当接又は隙間を有して向かい合わせて形成されている。第１、第２の光制御パネル１３、１４は、それぞれ厚みが一定な透明平板１６、１７の一方側の面に垂直に多数かつ帯状の平面光反射部１８、１９を一定のピッチで並べて形成されている。ここで、第１、第２の光制御パネル１３、１４の平面光反射部１８、１９は平面視して交差して（この実施例では直交状態で）配置されている。この光制御手段１２の製造方法は特許文献３に詳細に記載されている。

この光制御手段１２の動作について、図２を参照しながら説明すると、物体Ｎ（例えば、光制御手段１２の一方側に設けられたディスプレイ１１の画像）から発した光Ｌ１は、第１の光制御パネル１３の平面光反射部１８のｃ点で反射し、次に第２の光制御パネル１４の平面光反射部１９のｄ点で反射し、実像Ｎ’を、光制御手段１２の外側位置（他方側の空間）に結像する。従って、この光制御手段１２を有する画像表示装置（光学結像装置）を用いて、空間にディスプレイ１１の画像を再生画像Ｒ１として表示できる。

ここで、平面視して、第２の光制御パネル１４の平面光反射部１９のピッチで区分けされる第１の光制御パネル１３の平面光反射部１８が第１の微小反射面を形成し、平面視して、第１の光制御パネル１３の平面光反射部１８のピッチで区分けされる第２の光制御パネル１４の平面光反射部１９が第２の微小反射面を形成する。従って、平面視して交差する第１、第２の微小反射面がそれぞれ同一平面上に多数並べて立設されており、物体Ｎから発した光は、第１の微小反射面で反射し（即ち、第１反射光）、対応する第２の微小反射面で再反射して（即ち、第２の反射光）実像Ｎ’を形成する

再生画像の指示位置を非接触で検知する装置１０においては、ディスプレイ１１の表側に、赤外線を乱反射する赤外線乱反射面２１（赤外線発光面の一例）を備えた透明シート２２を配置している。ディスプレイ１１と透明シート２２の隙間が大きいと、ディスプレイ１１の画像が暈けるので、透明シート２２とディスプレイ１１の表面との距離はできるだけ小さいのが好ましい。なお、透明シート２２がディスプレイ１１に当接、又はディスプレイ１１の表面に直接赤外線乱反射面２１を形成してもよい。また、透明シート２２はディスプレイ１１とは別のパネルで、ガラスであってもよいし、透明プラスチックであってもよい。また、ディスプレイの表面から直接赤外線が発するように工夫されたものであってもよい。なお、赤外線発光面には、ディスプレイ自体（表面）から赤外線を発する場合もある。

ディスプレイ１１の斜め上部に、赤外線乱反射面２１に赤外線を照射する赤外線発生手段（即ち、赤外線照射手段、例えば、赤外線ランプ、赤外線発光ダイオード）２４を配置する。この場合、赤外線発生手段２４からの光は可視光を含まないようにするのが好ましい。従って、赤外線発生手段２４としては、単数又は複数の赤外線ダイオード等が使用されるのがよい。なお、赤外線は高速スキャンするものであってもよい。

この赤外線乱反射面２１からの光（赤外線乱反射面２１の像）は、光制御手段１２を介してその実像からなる再生画像Ｒ２を、実像からなる再生画像Ｒ１の裏面側（Ａ側）又は同一面に形成する。
一方、この再生画像Ｒ２を背部から撮影し、その位置（Ｘ、Ｙ座標）を確認できる二次元カメラ２６を光制御手段１２の上側位置に備えている。この二次元カメラ２６には赤外線のみを検知する赤外線カメラを用い、可視光は検知しないのが好ましい。
以上の赤外線乱反射面２１を備えた透明シート２２付きのディスプレイ１１、光制御手段１２、赤外線発生手段２４及び二次元カメラ２６を有して、再生画像の指示位置を非接触で検知する装置１０は形成されている。

これによって、例えば、ディスプレイ１１に操作パネルの像Ｎ（複数のスイッチが表示されたタッチパネル像）を表示すると、タッチパネルの再生画像Ｒ１（操作パネルの実像Ｎ’）が空中に形成され、更にその裏側に赤外線乱反射面２１の再生画像Ｒ２が形成される。ここで、作業者が指、棒状物等（指示手段の一例）でタッチパネルの再生画像Ｒ１を押すと、赤外線乱反射面２１の再生画像Ｒ２も同時に押すことになる。これによって、指からの赤外線反射光が二次元カメラ２６によって撮像され、その位置が判る。そして、作業者がタッチパネルのどの位置（例えば、操作パネルのボタン）を押したかを検知できる。従って、指等に油、血液、薬品等の汚れが付いていても支障なく、タッチパネルの入力をすることができる。

続いて、図３を参照しながら、本発明の第２の実施例に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置３０について説明する。第１の実施例に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置１０と同一の構成要素は同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
光制御手段１２の下側（即ち、一側）には、ディスプレイ１１が配置され、その表面には赤外線乱反射面２１を有する透明シート２２が近接又は当接して設けられている。この透明シート２２には赤外線発生手段２４によって赤外線が照射されている。

従って、ディスプレイ１１の画像が光制御手段１２によって、光制御手段１２を中心としてその対称位置にディスプレイ１１の再生画像Ｒ１として再生（結像）され、赤外線乱反射面２１の再生画像Ｒ２が再生画像Ｒ１の直前に形成される。この赤外線乱反射面２１の再生画像Ｒ２を検知する二次元カメラ２６が、光制御手段１２の上位置に設けられている。

従って、ディスプレイ１１にタッチパネルの像を形成すると、ディスプレイ１１の画像の再生画像Ｒ１が空間部に形成される。この再生画像Ｒ１を押すと、赤外線の反射があり、その反射光を二次元カメラ２６で撮像し、位置（Ｘ、Ｙ）を検知する。これによって、タッチパネルの操作位置が判ることになる。

第１、第２の実施例に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する装置１０、３０においては、二次元カメラ２６を光制御手段１２を基準として、ディスプレイ１１の反対側、即ち、再生画像Ｒ１、Ｒ２が形成される側に配置したが、ディスプレイ１１側に配置することもできる。

この実施例を、図３に２点鎖線で示すが、赤外線乱反射面２１の再生画像Ｒ２に背部から指示手段（例えば、指３２）を当接させると、赤外線の反射光が、光制御手段１２を介して赤外線乱反射面２１上に結像される。この像を赤外線のみを検知する二次元カメラ２６’で検知し、その位置を演算すると、指３２の操作位置が判る。
なお、赤外線乱反射面２１の上にスリット等をおいて、指３２の位置を明確にすることもできる。

本発明は前記実施例に限定されることなく、他の公知の手段を用いる場合も適用される。例えば、光制御手段に、縦横に交差したミラー、又はキュービック状のミラーを並べたものを用いることもできる。
また、赤外線乱反射面は透明シートの表側に形成したが、裏側でもよく、ディスプレイの表面又は内部に形成してもよい。

本発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置は、各種機械の操作盤に利用すると、空間に操作ボタンを有する操作盤（例えば、タッチパネル）の再生画像を表示させ、操作ボタンを押すと入力信号を得ることができる。また、空間に形成された再生画像に直接触れる訳ではないので、画面に疵を付けることもなく、汚すこともない。
従って、本発明に係る再生画像の指示位置を非接触で検知する方法及び装置は、工場の機械の操作盤だけでなく、携帯電話、パソコン、自動車、船等のタッチパネルにも最適に使用できる。

１０：再生画像の指示位置を非接触で検知する装置、１１：ディスプレイ、１２：光制御手段、１３：第１の光制御パネル、１４：第２の光制御パネル、１６、１７：透明平板、１８、１９：平面光反射部、２１：赤外線乱反射面、２２：透明シート、２４：赤外線発生手段、２６、２６’：二次元カメラ、３０：再生画像の指示位置を非接触で検知する装置、３２：指、Ｒ１、Ｒ２：再生画像

Claims (3)

1. 平面視して交差する第１、第２の微小反射面がそれぞれ同一平面上に多数立設して配置され、前記各第１の微小反射面からの第１反射光を、対応する前記各第２の微小反射面で受けて第２の反射光とする光制御手段を用い、１）該光制御手段の一方側に設けられたディスプレイの画像を、前記光制御手段の他方側の空中に再生画像Ｒ１として表示し、２）前記ディスプレイの表側に赤外線を乱反射する赤外線乱反射面を備えた透明シートを当接し、又は前記ディスプレイの表面に直接赤外線乱反射面を形成し、該ディスプレイとは別位置に設けられた赤外線照射手段からの赤外線を乱反射する赤外線発光面を形成し、前記再生画像Ｒ１の位置に前記光制御手段による前記赤外線発光面の再生画像Ｒ２を形成し、３）前記再生画像Ｒ１の操作位置を前記再生画像Ｒ２からの反射光によって検知する再生画像の指示位置を非接触で検知する方法であり、
   前記再生画像Ｒ１の操作位置の検知は、前記再生画像Ｒ２からの反射光を受け、可視光を検知しない二次元赤外線カメラによって行われ、
   前記再生画像Ｒ１は空中に形成されるタッチパネルの実像であることを特徴とする再生画像の指示位置を非接触で検知する方法。
2. 平面視して交差する第１、第２の微小反射面がそれぞれ同一平面上に多数立設して配置され、前記各第１の微小反射面からの第１反射光を、対応する前記各第２の微小反射面で受けて第２の反射光とする光制御手段を用い、該光制御手段の一方側に設けられたディスプレイに表示されるタッチパネルの画像を、前記光制御手段の他方側の空中に再生画像Ｒ１として表示する再生画像の指示位置を非接触で検知する装置であり、
   前記ディスプレイの表側に赤外線を乱反射する赤外線乱反射面を備えた透明シートを当接し、又は前記ディスプレイの表面に直接赤外線乱反射面を形成し、該ディスプレイとは別位置に設けられた赤外線照射手段からの赤外線を乱反射する赤外線発光面を形成して、前記再生画像Ｒ１の位置に前記赤外線発光面の再生画像Ｒ２を形成し、前記再生画像Ｒ１の操作位置を、前記再生画像Ｒ２からの反射光を可視光を検知しない二次元赤外線カメラで受けて検出し、前記再生画像Ｒ１に接した指示手段の位置を検知することを特徴とする再生画像の指示位置を非接触で検知する装置。
3. 請求項２記載の再生画像の指示位置を非接触で検知する装置において、前記ディスプレイに対して前記光制御手段は４０〜５０度の角度範囲に配置されていることを特徴とする再生画像の指示位置を非接触で検知する装置。

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