JP7349200B1 - 非接触入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空中映像に指を当てることで非接触の入力操作を行うことが可能でしかも小型化を実現した非接触入力装置を提供すること。【解決手段】非接触入力装置１は、一つの映像を縦又は横に整数Ｎ個に分割したそれぞれの分割映像を表示する液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、平面形状を有する光学素子であって、当該光学素子の一方の面側に入射する映像を他方の面側の空中に結像させる光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、一つの映像が空中の一つの空中結像面において結像して見えるように、分割映像をつなげて結像させるべく液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃと光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃとの間の位置関係を調整する空中映像形成部１１と、空中結像面における物体の座標を一つの映像の座標系との関係で検知する検知部１６と、を備え、前記検知部１６の得た物体の座標を出力するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、使用者の指が直接触れることなく入力が可能な非接触入力装置に関するものである。

従来、この種の技術としては、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、表示装置と、一方の面側に配された表示装置に表示された映像を他方の面側の空中に結像させる光学素子と、この光学素子により結像される空中映像の近傍の物体の位置を検知する検知装置と、光学素子の角度を変化させる駆動装置と、を備え、駆動装置が、検知装置が検知した物体の位置に応じて、光学素子を移動させることにより、空中映像を３次元的に移動可能にする空中映像表示装置について開示されている。この技術により、例えば、使用者の指の奥行き位置に追従して、空中映像が移動するので、使用者は空中映像に指を当てたときに、空中映像に触れたことで入力操作が行えたかのような感覚を得られ、入力操作を行い易くなる。

また、特許文献１に記載された光学素子については、特許文献１に記載された発明の出願人によるホームページ（非特許文献１参照）に開示されており、パリティミラー（登録商標）と称されている。

特開２０２２－１２９４７３号公報 株式会社パリティ・イノベーションズ、Ａｂｏｕｔ Ｐａｒｉｔｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ、－技術紹介－、［ｏｎｌｉｎｅ］、［令和４年１０月４日検索］、インターネット＜ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｐｉｑ．ｃｏ．ｊｐ／ａｂｏｕｔ．ｈｔｍｌ＞

ところで、特許文献１に記載された技術によれば、空中映像に指を当てることで入力操作が行われるという非接触入力を実現している。しかしながら、特許文献１に記載された技術を応用して、例えば、非接触入力によるテンキー装置を実現する場合、マトリクス状に数字や記号を配列した空中映像を表示するため比較的大きな空中映像を表示する必要があり、その分表示領域が大きな表示装置及び板面が大きな光学素子を用意する必要がある。しかも、表示装置が光学素子に対して所定の角度傾けた状態で配置されているため、その分高さが必要になる。このため、空中映像を大きく表示するほど、装置本体が大きくなり易い。

本発明は、このような問題点を解決し、空中映像に指を当てることで非接触の入力操作を行うことが可能でしかも小型化を実現した非接触入力装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、次に記載する構成を備える。

（１） 一つの映像を縦又は横に整数Ｎ個に分割したそれぞれの分割映像を表示するＮ個の分割映像表示手段と、
平面形状を有する光学素子であって、当該光学素子の一方の面側に入射する映像を他方の面側の空中に結像させるＮ個の面状光学素子と、
前記一つの映像が空中の一つの空中結像面において結像して見えるように、前記Ｎ個の分割映像をつなげて結像させるべく前記Ｎ個の分割映像表示手段と前記Ｎ個の面状光学素子との間の位置関係を調整する空中映像形成手段と、
使用者が前記空中結像面における所定位置に当該使用者の指を配置した場合に、前記使用者の指の座標を前記一つの映像の座標系との関係で検知する検知手段と、を備え、
前記検知手段の得た使用者の指の座標を出力するように構成され、
前記Ｎ個の分割映像表示手段、前記Ｎ個の面状光学素子及び前記空中映像形成手段を収納しかつ上面に開口を有する筐体を更に備え、
前記Ｎ個の面状光学素子は、前記筐体の上面に対して板面が所定角度傾いた状態で配置されており、
前記空中結像面の映像は、前記開口の上部に形成され、
前記Ｎ個の面状光学素子は、前記筐体の内部に回動自在に設けられ、
前記空中映像形成手段は、使用時に前記Ｎ個の面状光学素子の板面を前記筐体の上面に対して所定角度傾けた状態で維持するように、前記面状光学素子を回動させる移動手段を有し、
前記検知手段は、使用時に前記移動手段が前記面状光学素子を回動させたときに、前記空中結像面に配置した使用者の指の座標を検知可能な位置に移動することを特徴とする非接触入力装置。

（１）によれば、Ｎ個の分割映像表示手段に表示された分割映像をＮ個の面状光学素子によって空中に結像させ、空中結像面に一つの映像を形成することにより、Ｎの数が大きくなるほど、空中結像面に分割映像を表示させるための分割映像表示手段或いは面状光学素子の高さを低くすることができる。また、使用者が空中結像面に指を位置付けた場合にその指を検知手段が検知して、指の座標が出力される。これにより、空中結像面に表示された映像に指を当てることで、指を当てた位置の映像を特定することが可能になり、非接触の入力操作を行うことが可能でしかも小型化を実現した非接触入力装置を提供することができる。

また（１）によれば、Ｎ個の面状光学素子は、板面が筐体の上面に対して所定角度傾いた状態で配置されているため、Ｎの数が大きくなるほど、一つの映像を形成するために使用される面状光学素子の高さを低くすることが可能になる。これにより、空中結像面に表示された映像に指を当てることで非接触の入力操作を行うことが可能でしかも小型化を実現した非接触入力装置を提供することができる。

また（１）によれば、使用時に面状光学素子の板面を筐体の上面に対して所定角度傾けた状態で維持し、使用しない時に面状光学素子を回動させて筐体の内部に倒した状態で維持することができる。これにより、使用しない時の本体の高さをより小さくすることが可能になり、よりコンパクトな非接触入力装置を提供することができる。

（２） （１）において、前記面状光学素子は、前記分割映像表示手段の端部に回動自在に支持されることを特徴とする非接触入力装置。

（２）によれば、使用しない時に面状光学素子を回動させて、面状光学素子を分割映像表示手段に重ねることが可能になる。これにより、使用しない時の本体の高さをより小さくすることが可能になり、よりコンパクトな非接触入力装置を提供することができる。

（３） （１）、（２）において、前記検知手段は、複数の発光素子と、当該複数の発光素子からの光を受光する複数の受光素子とを有し、
前記複数の発光素子及び前記複数の受光素子は、前記開口を介して個々の前記発光素子及び個々の前記受光素子が対向し、前記発光素子と当該発光素子に対向する前記受光素子とを結ぶ仮想線が、前記空中結像面において格子状に並ぶように、前記筐体における前記開口の縁部に複数並べて配置されることを特徴とする非接触入力装置。

（３）によれば、空中結像面の所望の映像に指を位置付けることにより、その映像を通る発光素子からの光が遮断されるため、所望のキー映像に対応する行の受光素子と列の受光素子とが、発光素子からの光を受けないようになる。このため、出力が変化した受光素子に基づいて、使用者の指によって指定された映像を非接触で特定することが可能になる。

（４） （１）～（３）において、前記検知手段は、互いに異なる位置に設けられる２以上の角度センサを有し、各角度センサが検出した基準位置の方向と前記空中結像面における物体の方向との角度情報に基づいて、前記物体の座標を前記一つの映像の座標系との関係で検知することを特徴とする非接触入力装置。

（４）によれば、角度センサの角度情報に基づいて、角度センサそれぞれの位置から物体（例えば、使用者の指）に向かう２つ以上の直線の式を求めることが可能になり、２つの以上の直線が互いに近づく座標、或いは２つの以上の直線が通る空中結像面の座標を求めることにより、使用者の指によって指定された映像を非接触で特定することが可能になる。また、角度センサは、空中結像面から離れた位置に設置して、空中結像面における物体を検知することが可能であるため、例えば、筐体の内部に角度センサを配置することが可能になり、角度センサを筐体の外部に配置する必要がなくなる。これにより、更なる小型化を図ることができる。

（５） 映像を表示する映像表示手段と、
平面形状を有する光学素子であって、当該光学素子の一方の面側に入射する映像を他方の面側の空中に結像させる面状光学素子と、
前記映像が空中の一つの空中結像面において結像していると見えるように、前記映像表示手段と前記面状光学素子との間の位置関係を調整する空中映像形成手段と、
使用者が前記空中結像面における所定位置に当該使用者の指を配置した場合に、前記使用者の指の座標を前記映像の座標系との関係で検知する検知手段と、
前記検知手段を取り付けるフレーム体と、
を備え、
前記面状光学素子及び前記フレーム体は、前記映像表示手段の端部にそれぞれ独立して回動自在に支持され、
前記面状光学素子が前記映像表示手段に対して回動することによって、他方の面側の空中に前記映像表示手段の映像を結像させ、
前記フレーム体は、前記面状光学素子に対して回動することによって、前記フレーム体の中央部の開口の内部に前記映像が結像している空中結像面が配置可能な位置に移動可能であることを特徴とする非接触入力装置。

（５）によれば、使用しない時に面状光学素子を回動させて、面状光学素子を映像表示手段に重ねることが可能になる。このため、使用しない時の本体の高さをより小さくすることが可能になり、よりコンパクトな非接触入力装置を提供することができる。また、使用者が空中結像面の所望の位置に指を位置付けた場合にその指を検知手段が検知する。これにより、空中結像面に指を当てることで非接触の入力操作を行うことが可能でしかも小型化を実現した非接触入力装置を提供することができる。

本発明によれば、空中映像に指を当てることで非接触の入力操作を行うことが可能でしかも小型化を実現した非接触入力装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における非接触入力装置１の外観を示す斜視図である。 発明の第１の実施形態における非接触入力装置１の内部の要部構成を模式的に示す側面図である。 図２の正面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例１における非接触入力装置１の内部の要部構成を模式的に示す側面図である。 検知部１６として角度センサ２６を使用した例を模式的に示す説明図である。 本発明の第２の実施形態における非接触入力装置２の外観を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態における非接触入力装置３の概略構成を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態における非接触入力装置３に係る空中映像形成部１１の外観を示す斜視図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態における非接触入力装置１の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態における非接触入力装置１の内部の要部構成を模式的に示す側面図である。図３は、図２の正面図である。

図１～図３に示すように、非接触入力装置１は、所謂、数字を入力するテンキーであり、筐体１０と、空中映像形成部１１と、映像を表示する表示部１２と、光学素子１４と、仕切り板１５、検知部１６と、外部接続端子２０と、を備えている。

筐体１０は、直方体形状であり、この筐体１０の内部に、表示部１２と、光学素子１４と、各種の回路基板と、を含む各種の部材が収納される。また、筐体１０の上面に矩形の開口１０ａが形成されており、この開口１０ａは透明なガラス板１０ｂによって覆われている。開口１０ａは横長の矩形であり、以下の説明の便宜上、筐体１０において、開口１０ａの横辺に沿った方向を横方向、開口１０ａの縦辺に沿った方向を縦方向、筐体１０の厚さ方向を高さ方向と称する。

空中映像形成部１１は、筐体１０の内部に設けられ、表示部１２及び光学素子１４を支持するとともに、表示部１２と光学素子１４との間の位置関係を調整する。

表示部１２は、３枚の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって構成されている。液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、横幅が開口１０ａの横幅よりも若干長く、縦幅が開口１０ａの縦幅の１／３の長さよりも若干短い矩形形状であり、ガラス板１０ｂの下方に、縦方向に等間隔に並べて配置される。また、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃは空中映像形成部１１によって所定角度傾けた状態で、筐体１０の内部に固定されており、開口１０ａにおいて横方向に延びる一方の横辺側から他方の横辺側に向かって、液晶パネル１２ａ、液晶パネル１２ｂ、液晶パネル１２ｃの順に配置されている。

光学素子１４は、３枚の光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃによって構成されている。光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、一方の面側に配された液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃに表示された映像を他方の面側の空中に結像させる素子であり、例えば、株式会社パリティ・イノベーションズのパリティミラー（登録商標）からなる。光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、表面に２枚の鏡が直角に組み合わさったものが多数並んでなる２面コーナーリフレクターアレイを備えている。光学ミラー１４ａは液晶パネル１２ａに、光学ミラー１４ｂは液晶パネル１２ｂに、光学ミラー１４ｃは液晶パネル１２ｃに対向配置されている。この際、光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの板面は液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの表示画面に対して所定角度傾けた状態で空中映像形成部１１によって支持されている。

これにより、図２に示すように、光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対して面対称の位置に、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの表示映像Ｒの虚像Ｖが、開口１０ａの上部に浮かぶ空中映像として表示される。なお、以下の説明において、虚像Ｖを空中映像と称する場合がある。

筐体１０の内部における３枚の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配置及び角度は、空中映像がガラス板１０ｂの上面に対して約５ｍｍ上方に形成されるように設定されている。本実施形態によれば、３枚の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの表示画面はガラス板１０ｂの板面に対して直角に配置され、光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃは液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対して４５度傾いているため、空中映像は、ガラス板１０ｂの板面に平行な二次元映像として表示される。

ここで、空中映像形成部１１は、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって表示される個々の映像が、開口１０ａの上部の空中における一つの空中結像面において結像して見えるように、３枚の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃと３枚の光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃとの間の位置関係を調整している。このため、３枚の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの映像の虚像Ｖが一つの空中結像面において繋げて結像される。これにより、３つの虚像を繋げた１つの大きな空中映像が開口１０ａの上部に表示される。なお、３枚の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの映像の虚像Ｖが一つの空中結像面において繋げて結像されるとは、隣り合う虚像Ｖの縁部が接している状態だけではなく、隣り合う虚像Ｖ同士の関連性が使用者に理解できる程度であれば、両者の縁部が多少重なり合った状態でも或いは離間した状態も含まれる。

本実施形態によれば、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃにそれぞれテンキー映像を３つに分割した分割映像が表示される。具体的に、液晶パネル１２ａには、「７」、「８」、「９」、「０」と表示され、液晶パネル１２ｂには、「４」、「５」、「６」、「Ｃ」と表示され、液晶パネル１２ｃには、「１」、「２」、「３」、「Ｅ」と表示される。このため、ガラス板１０ｂの上面に対して約５ｍｍ上方の位置で３つの空中映像（虚像Ｖ）が繋がって、３行４列のマトリクス状のキー配列を有する一つのテンキー映像が空中に形成される。なお、筐体１０において、説明の便宜上、「１」、「２」、「３」、「Ｅ」と表示される側を手前側、「７」、「８」、「９」、「０」と表示される側を奥側、「１」、「４」、「７」と表示される側を左側、「０」、「Ｃ」、「Ｅ」と表示される側を右側と称することにする。また、テンキー映像を構成する「０」～「９」の数字映像及び「Ｃ」、「Ｅ」の英字映像をまとめてキー映像と称する場合がある。

検知部１６は、発光素子１６ａと、この発光素子１６ａからの光を受ける受光素子１６ｂと、を備えている。発光素子１６ａは、非接触入力装置１に電力が供給されている場合に、常時発光する。受光素子１６ｂは、発光素子１６ａからの光を受けた場合に電流を発生する。つまり、受光素子１６ｂは、発光素子１６ａからの光を受けた場合にオンになり、発光素子１６ａからの光が遮断された場合にオフになる。この受光素子１６ｂからのオンオフ信号は、筐体１０内の制御回路に送信される。発光素子１６ａの発光位置及び受光素子１６ｂの受光位置は、空中映像が表示される位置と同様に、ガラス板１０ｂの上面に対して約５ｍｍ上の高さに配置される。

発光素子１６ａは、図３に示すように、筐体１０の上面における開口１０ａの左側の縁部と手前側の縁部に配置されており、左側の縁部には、３つの発光素子１６ａが「１」、「４」、「７」と表示される空中映像の左隣りに配置され、手前側の縁部には、４つの発光素子１６ａが「１」、「２」、「３」、「Ｅ」と表示される空中映像の手前に配置される。このように、発光素子１６ａは合計７個配置される。受光素子１６ｂは、筐体１０の上面における開口１０ａの右側の縁部と奥側の縁部に配置されており、右側の縁部には、３つの受光素子１６ｂが「０」、「Ｃ」、「Ｅ」と表示される空中映像の右隣りに配置され、奥側の縁部には、３つの受光素子１６ｂが「７」、「８」、「９」、「０」と表示される空中映像の奥に配置される。このように、受光素子１６ｂは合計７個配置される。つまり、発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの間に、マトリクス状のテンキー映像において行方向に並ぶキー映像及び列方向に並ぶキー映像が配置される。

「１」、「４」、「７」と表示されるキー映像の左隣りに配置された発光素子１６ａからの光は、「０」、「Ｃ」、「Ｅ」と表示されるキー映像の右隣りに配置された受光素子１６ｂによってそれぞれ受光される。「１」、「２」、「３」、「Ｅ」と表示されるキー映像の手前に配置された発光素子１６ａからの光は、「７」、「８」、「９」、「０」と表示されるキー映像の奥に配置された受光素子１６ｂによってそれぞれ受光される。

ここで、「０」、「Ｃ」、「Ｅ」と表示されるキー映像の右隣りに配置された３つの受光素子１６ｂを受光素子（Ｉ１）、受光素子（Ｉ２）、受光素子（Ｉ３）とし、「７」、「８」、「９」、「０」と表示されるキー映像の奥に配置された４つの受光素子１６ｂを受光素子（Ｊ１）、受光素子（Ｊ２）、受光素子（Ｊ３）、受光素子（Ｊ４）とする。これにより、使用者がキー映像に指を置いた場合に、受光素子（Ｉ１）～（Ｉ３）の中から１つ及び受光素子（Ｊ１）～（Ｊ４）の中から１つの計２つの受光素子１６ｂがオフになる。これら２個のオフになった受光素子１６ｂに基づいて、使用者が指を置いたキー映像に対応する数字或いは英字を特定することができる。

外部接続端子２０は、例えばＵＳＢ端子からなり、筐体１０内の回路基板に設けられている。外部接続端子２０と外部端末とをＵＳＢケーブル１００等によって接続することにより、ＵＳＢケーブル１００を介して非接触入力装置１に電力を供給することが可能になり、非接触入力装置１と外部端末との間で送受信が可能になる。

本実施形態の非接触入力装置１を使用する際には、非接触入力装置１の外部接続端子２０と外部端末とをＵＳＢケーブル等によって接続することにより、非接触入力装置１に電力が供給され、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃがテンキー映像を３つに分割した映像の表示を行う。これにより、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの虚像が空中に表示され、これらの虚像が空中で繋ぎ合わされることによって、一つのテンキー映像が形成される。また、発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂに電力が供給され、発光素子１６ａが発光するとともに受光素子１６ｂが受光を開始する。これにより、空中映像に置いた使用者の指先の検知が可能になる。

使用者が指先を例えば「７」の数字映像に置いたとする。この場合、受光素子（Ｉ１）と受光素子（Ｊ１）とがオフになる。筐体１０内の回路基板は、受光素子（Ｉ１）と受光素子（Ｊ１）とがオフになったことに基づいて「７」が指定された旨の信号を出力する。この出力信号は、外部接続端子２０によって接続されているＵＳＢケーブル１００を介して外部端末に送信される。

このように構成された本実施形態によれば、３つの空中映像形成部１１が縦方向に並べて配置されており、テンキーを３行に分割した映像が液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃに表示され、これら映像が光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃによって筐体１０の上に結像されて３つの虚像が繋げて並べられることにより、筐体１０上にテンキーの空中映像が形成される。これにより、表示部１２及び光学素子１４を１枚で構成した場合よりも、筐体１０の高さを低くすることが可能になり、非接触入力装置１の小型化を図ることができる。

また、キー入力の際に、使用者がキー映像に指を置くことによって入力操作が行われるため、使用者がキートップ等に直接触れることのない、非接触の入力操作を実現することができる。これにより、ウイルスによる感染症が拡大するリスクを低減することが可能になる。

なお、上述した第１の実施形態によれば、横長の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃを縦方向に並べているが、それに限らず縦長の液晶パネル及び光学ミラーを横方向に並べてもよい。また、第１の実施形態によれば、１つの液晶パネルに４つのキーを表示させているが、１つの液晶パネルに表示させるキー数は適宜設定可能である。例えば、１つのキーに１つの液晶パネル及び光学ミラーを対応させて、１つの液晶パネル及び光学ミラーの組をマトリクス状に配置してもよい。

また、上述した第１の実施形態によれば、０～９の数字キーとＣキー及びＥキーの計１２個のキーの虚像Ｖを空中に表示させているが、他にも＋、－と言った演算キーやその他のキーを含めてもよいことは言うまでもない。

また、上述した第１の実施形態によれば、使用者の指を検知する検知部１６として発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂを使用しているが、これはあくまでも一例であって、非接触で使用者の指を検知可能であれば、他の方法でも適用可能である。例えば、カメラで虚像を撮影して画像処理によって使用者の指の位置を検知したり、複数のキー映像の周りに指が位置している水平方向及び垂直方向の角度を検出する角度センサを２つ以上配置し、各角度センサが検出した水平方向及び垂直方向の角度に基づいて指の位置を検知したりすることも可能である。

図４は、検知部１６として角度センサ２６を使用した例を模式的に示す説明図であり、図４（ａ）は内部側面図、図４（ｂ）は平面図である。角度センサ２６は、筐体１０の内部に２つ設置されており、開口１０ａにおける横方向に延びる２辺の中央部の下部にそれぞれ設置されている。

そして、複数のキー映像のいずれかに使用者の指が置かれた場合に、角度センサ２６は、予め定められた基準位置に対する指の水平方向及び垂直方向の角度を検出し、角度情報を制御回路に送信する。制御回路は、角度情報に基づいて角度センサ２６、２６の座標位置から指の方向に向かう２つの直線式を求める。そして、制御回路は、２つの直線式がもっとも近づいた座標を求め、この座標に最も近いキー映像を特定する。これにより、使用者の指が置かれたキー映像を特定することが可能となる。なお、空中結像面と直線式による仮想直線との交点座標を求めることにより、使用者の指が置かれたキー映像を特定することも可能となる。

このように検知部１６として角度センサ２６を使用することにより、角度センサ２６を筐体１０内に収納することが可能であるため、図３に示すように、発光素子１６ａと受光素子１６ｂとを筐体１０外に配置するよりも装置の小型化を図ることが可能になる。なお、図４においては、２つの角度センサ２６を配置しているが、それ以上であってもよく、角度センサ２６の数が多いほど使用者の指が置かれたキー映像を特定する精度を高めることが可能である。また、図１に示す例では、３つの分割映像の虚像が繋がって、空中に１つの平面のテンキー映像を形成したが、角度センサ２６を使用することにより、液晶パネルの角度や液晶パネルと光学ミラーの距離を変えて湾曲したテンキー映像を空中に形成しても、テンキー映像に含まれるキー映像を特定することが可能になる。

［第１の実施形態の変形例１］
図５は、本発明の第１の実施形態の変形例１における非接触入力装置１の内部の要部構成を模式的に示す側面図である。

変形例１における非接触入力装置１の筐体１０は、図１、図２に示す非接触入力装置１における筐体１０を、互いに分離、結合自在な蓋体４１と容器体４２とによって構成するとともに、容器体４２の内部に液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃが回動自在に取り付けられている。

蓋体４１には、図１、図２に示す筐体１０と同様の開口１０ａが形成されており、この開口１０ａにガラス板１０ｂが取り付けられ、更に、蓋体４１の上面に発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂが配置されている。

また、変形例１における筐体１０の高さは、蓋体４１と容器体４２とを結合して容器体４２を閉じた状態において、図１、図２に示す筐体１０の高さよりも低くなるように設定されている。

筐体１０には、蓋体４１を容器体４２に対して上下方向に平行移動するようにガイドするガイド部材（図示せず）が設けられており、蓋体４１が上方に移動して特定位置に到達した場合に、それ以上の移動が規制され、特定位置に維持される。なお、蓋体４１が特定位置に維持された状態で、蓋体４１上の発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂは、図１、図２に示す発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂの配置と同じ場所に配置される。

容器体４２には、奥側から手前側に向かって液晶パネル１２ａ、光学ミラー１４ａ、液晶パネル１２ｂ、光学ミラー１４ｂ、液晶パネル１２ｃ、光学ミラー１４ｃの順に並べて配置される。

また、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの横方向に対向する両側面における手前側の端部に回動軸３０、３０が設けられており、光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの横方向に対向する両側面における手前側の端部に回動軸３１、３１が設けられている。回動軸３０、３０及び回動軸３１、３１は、容器体４２の所定部位に軸支される。

空中映像形成部１１は、蓋体４１と液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃとを連結するリンク部材（図示せず）を備えており、蓋体４１の上下移動に連動して、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃが回動する。

蓋体４１と容器体４２とが結合した状態においては、図５（ａ）に示すように、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃが、容器体４２の底面に対向するように奥側に回動した状態で維持される。この状態から、蓋体４１を上方に平行移動させて、特定位置に位置付けた場合に、図５（ｂ）に示すように、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃが９０度回動し、光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃが４５度上方に回動する。なお、蓋体４１が特定位置に維持された状態で、容器体４２内の液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、図１、図２に示す液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配置と同じ場所に配置されかつ同じ角度に維持される。

これにより、変形例１においても、図１、図２に示す非接触入力装置１と同様に、非接触の入力操作が可能になる。また、非接触入力装置１を使用しない時には、蓋体４１と容器体４２とを結合させることにより、図１、図２に示す非接触入力装置１よりも筐体１０を薄くすることが可能になる。このように、更なる非接触入力装置１の小型化、コンパクト化が可能になる。

なお、変形例１においては、図１、図２に示す非接触入力装置１における仕切り板１５を削除しているが、仕切り板１５の代わりに遮光性を有する布材を配置して、蓋体４１を上方に移動させた時に隣合う空中映像形成部１１、１１の間を布材で仕切ってもよい。

また、蓋体４１の上下移動を電動で行ってもよい。例えば、容器体４２の内部の四隅に上下に駆動する電磁ソレノイドを配置し、この電磁ソレノイドに蓋体４１を取り付ける。そして、電気が供給されていない場合には、蓋体４１を下げて容器体４２を閉じた状態とし、ＵＳＢケーブル１００を介して外部端末から電気が供給された場合に、電磁ソレノイドが駆動して蓋体４１を上げ、それに連動して液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃや光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃを回動させてもよい。これにより、非接触入力装置１に直接触れる機会を少なくすることができる。また、液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃをモータによって回動させてもよい。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態における非接触入力装置２の外観を示す斜視図であり、図６（ａ）は使用時の状態、図６（ｂ）は小型化した状態を示す。なお、非接触入力装置２において、図１～図３に示す第１の実施形態における非接触入力装置１を構成する部材と同一の部材又は同一機能の部材については、同一の符号を付すことによって、詳細な説明は省略する。

非接触入力装置２は、表示部５２と、光学素子５４と、検知部１６と、フレーム板５６と、支持シャフト５８と、テープ材５９と、を含んでいる。なお、図６に図示していないが、非接触入力装置２は、他にも、外部接続端子と、表示部５２及び検知部１６等に電気を供給する電源回路と、各種の制御を行う制御回路と、を備えている。

表示部５２は、矩形の液晶パネルと、液晶パネルを収納する筐体と、を有する薄型の液晶装置からなる。上述した外部接続端子、電源回路及び制御回路は、筐体に液晶パネルとともに収納される。光学素子５４は、図１～図３に示す第１の実施形態の光学素子１４と同様に、株式会社パリティ・イノベーションズのパリティミラー（登録商標）からなり、表示部５２の上面と同じ大きさの矩形の板状部材である。

フレーム板５６は、中央に矩形の開口５６ａが形成された、表示部５２の上面と同じ大きさの矩形の板状部材からなる。フレーム板５６における開口５６ａの縁部には、検知部１６が配置されており、図３に示す第１の実施形態と同様に、複数の発光素子１６ａと受光素子１６ｂとの組が開口５６ａを介して互いに対向するように、縦方向及び横方向に複数組並べられている。

支持シャフト５８は、２本の細長い板状部材の端部を重ねてリベット枢着したものであり、板状部材を回動させることにより、２本の細長い板状部材を重ね合わせたり、１８０度回動させて１本の棒状に延ばしたりすることが可能である。なお、支持シャフト５８における２本の細長い板状部材は、１８０度回動した場合にそれ以上の回動は規制され、１本の棒状の状態で維持される。

テープ材５９は、可撓性を有する帯状の部材である。

光学素子５４は、表示部５２上に配置され、光学素子５４の一端部の下面と表示部５２の一端部の上面とが、例えば折り返された粘着テープによって連結される。これにより光学素子５４の他端部を持ち上げることによって光学素子５４を表示部５２に対して回動させることが可能になる。

フレーム板５６は、光学素子５４上に配置され、フレーム板５６の一端部の下面と光学素子５４の一端部の上面とが、例えば折り返された粘着テープ等によって連結される。これによりフレーム板５６の他端部を持ち上げることによってフレーム板５６を光学素子５４に対して回動させることが可能になる。

支持シャフト５８は、一端部が表示部５２の側面の中央部に回動自在に取り付けられ、他端部がフレーム板５６の側面の中央部に回動自在に取り付けられる。このため、図６（ｂ）に示すように、表示部５２に重ねた状態のフレーム板５６を持ち上げることにより、フレーム板５６が回動して支持シャフト５８がくの字状態になり、更に回動させると支持シャフト５８が１本の棒状となって、図６（ａ）に示すように、フレーム板５６が傾いた状態で維持される。

テープ材５９は、フレーム板５６の他端部と光学素子５４の他端部とを繋いでいる。このため、表示部５２に重ねた状態のフレーム板５６の他端部を持ち上げることにより、テープ材５９も上昇し、そして、フレーム板５６の他端部を所定の高さ以上に持ち上げることにより、テープ材５９に張力がかかって光学素子５４がフレーム板５６に連動して持ち上げられる。そして、支持シャフト５８が１本の棒状となって、フレーム板５６が傾いた状態で維持されたときに、図６（ａ）に示すように、フレーム板５６と表示部５２との間に光学素子５４が配置される。この時、フレーム板５６の板面と光学素子５４の板面との角度と、表示部５２と光学素子５４の板面との角度とは同じになる。このため、表示部５２の映像が、光学素子５４によってフレーム板５６の位置に虚像として空中表示される。

非接触入力装置２は、使用しない時には、図６（ｂ）に示すように、フレーム板５６及び光学素子５４を下げておくことにより、フレーム板５６及び光学素子５４を表示部５２の上に重ねてコンパクトにすることが可能になる。

使用時には、図６（ａ）に示すように、表示部５２に重ねた状態のフレーム板５６を持ち上げて、フレーム板５６と表示部５２との間に光学素子５４を位置付ける。そして、表示部５２に映像を表示することにより、その映像の虚像Ｖがフレーム板５６の開口５６ａの内部に空中映像として表示される。図６に示す例では、０～９の数字及びＣ、Ｅの英字がマトリクス状に配置されたテンキー映像が開口５６ａの内部に表示される。

使用者が指を開口５６ａの内部に入れると、第１の実施形態と同様に、制御回路が検知部１６による検知結果に基づいて、使用者の指の位置に対応するキー情報を求め、外部端末にキー情報を送信する。

このように構成された第２実施形態によれば、表示部５２に対してフレーム板５６及び光学素子５４が回動自在に取り付けられており、使用しない時には、フレーム板５６及び光学素子５４を下げておくことにより、フレーム板５６及び光学素子５４を表示部５２の上に重ねてコンパクトな状態にすることが可能になる。

なお、第２実施形態によれば、検知部１６として発光素子１６ａと受光素子１６ｂを用いているため、それらを支持する部材が必要であることからフレーム板５６を使用しているが、例えば、図４に示す角度センサ２６のように、表示部５２側から空間にある指の位置を検知できるものであれば、フレーム板５６を省略することも可能である。

また、表示部５２に対するフレーム板５６の角度を任意に調整可能とし、フレーム板５６に連動して光学素子５４の角度が、フレーム板５６と表示部５２との角度の１／２になるように構成してもよい。これにより、フレーム板５６内の空中画像を使用者にとって見やすい角度に調整することが可能になる。

なお、第１の実施形態の変形例１においても、第２実施形態と同様に液晶パネル１２ａ、１２ｂ、１２ｃの一端部に対して光学ミラー１４ａ、１４ｂ、１４ｃの一端部を回動自在に取り付けてもよい。これにより、第１の実施形態の変形例１においても更なる小型化、コンパクト化が可能になる。

［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態における非接触入力装置３の概略構成を示す平面図、図８は、本発明の第３の実施形態における非接触入力装置３に係る単位入力部６０の外観を示す斜視図である。なお、図７、図８に示す部材において、図１～図３に示す第１の実施形態における非接触入力装置１を構成する部材と同一の部材又は同一機能の部材については、同一の符号を付すことによって、詳細な説明は省略する。

非接触入力装置３は、図７に示すように、単位入力部６０を複数並べた構成を備えている。単位入力部６０は、図８に示すように、筐体６１と、表示部６２と、光学素子６４と、検知部１６と、を含んでいる。なお、図７、図８に図示していないが、非接触入力装置３は、他にも、外部接続端子と、表示部６２、光学素子６４及び検知部１６等に電気を供給する電源回路と、検知部１６による検知結果に基づいて、キー情報を、外部接続端子２０を介して外部端末に送信する制御回路と、を備えている。

筐体６１は、立方体形状であり、一の面に使用者の指が挿入可能な円形の開口６１ａが形成されている。表示部６２は、筐体６１内に挿入可能であり、筐体６１の正方形面よりも一回り小さい正方形の液晶パネルからなる。光学素子６４は、図１～図３に示す第１の実施形態の光学素子１４と同様に、株式会社パリティ・イノベーションズのパリティミラー（登録商標）からなる、矩形の板状部材である。光学素子６４の矩形は、筐体６１の上面を対角線に沿って下方に切断したときの切断面よりも一回り小さい長方形である。

表示部６２は、液晶パネルを備えており、筐体６１の内部おける開口６１ａが形成されている面の隣に位置する面に配置される。光学素子６４は、筐体６１の内部おける開口６１ａと表示部６２との間に対角線方向に沿って配置される。このため、開口６１ａと光学素子６４の面との角度及び表示部６２の液晶パネルと光学素子６４の面との角度は４５度となる。これにより、表示部６２の液晶パネルに表示された映像は、光学素子６４によって結像されることにより、開口６１ａ内に虚像が形成される。

検知部１６は、筐体６１における開口６１ａの縁部に配置されている。検知部１６は、発光素子１６ａと受光素子１６ｂとを備えており、発光素子１６ａ及び受光素子１６ｂは開口６１ａを介して互いに対向するように配置される。このため、第１の実施形態の検知部１６と同様に、使用者の指が開口６１ａに挿入された場合、発光素子１６ａから受光素子１６ｂに向かう光が指によって遮断されることによって、受光素子１６ｂがオフになる。これにより、検知部１６によって指の検知が可能になる。

このように構成された単位入力部６０を１２個用意して、図７に示すように、３行４列のマトリクス状に配置する。そして、１２個の単位入力部６０の開口６１ａに０～９の数字の空中映像及びＣ、Ｅの英字の空中映像からなるテンキー映像を表示させることにより、第１の実施形態の非接触入力装置１と同様にテンキーとして使用することができる。

これにより、光学素子６４を１２個に分けて配置することができるため、第１の実施形態の非接触入力装置１と同様に、小型のテンキーを提供することが可能になる。

なお、第３の実施形態における非接触入力装置３は、テンキーにかかわらず、他の入力キーに応用することが可能である。例えば、数字以外にＢ１、Ｂ２やＲと言った空中映像を形成させるものを含め、例えば、上下方向に単位入力部６０を並べることにより、非接触のエレベータの入力パネルを実現することが可能になる。

また、上述した第３の実施形態における非接触入力装置３は、単位入力部６０を複数備えているが、単位入力部６０が１個であってもよい。また、単位入力部６０における表示部６２の位置に、表示部６２の代わりに既存の発光表示体を位置付けてもよい。これにより、既存の発光表示体を利用した非接触の入力装置を容易に構成することが可能になる。また、第３の実施形態に係る検知部１６についても、上述したように画像処理によるものや角度センサを用いるものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限るものではない。例えば、上述した実施形態については、表示部１２、５２、６２として液晶パネルにキー表示させることを例として説明したが、液晶パネルに限らず、発光表示するものであれば適用可能である。例えば、ＬＥＤランプの前に、透明性或いは半透明性を有するプラスチックの板に遮光性部材或いは色違いの透明性或いは半透明性部材からなるペイント材を塗布することによってキー表示させた部材をかぶせたものを表示部として適用して、光るキー表示を行ってもよい。勿論、キー表示部分を透明とし、その周囲を遮光性部材或いはキー表示部分よりも光透過性が低い部材としたプラスチックの板を、ＬＥＤランプの前にかぶせたものでもよいことは言うまでもない。更には、矩形の基板に複数の小型ＬＥＤランプを敷き詰めて配置し、所謂、電光掲示板のように光るドットの組み合わせによってキー表示を行ってもよい。

上述した実施形態については、検知部１６として、発光素子１６ａと受光素子１６ｂとを用いるものの他に、画像処理によるものや角度センサを用いるものも適用可能であるとしたが、要は、非接触で指の位置を検知できるものであれば、適用可能である。例えば、上述した実施形態によれば、他にも超音波や無線を利用して指の位置を検知してもよい。また、第３の実施形態であれば、使用者の指が開口６１ａに挿入された場合に、使用者が違和感を覚えない程度の放電現象を発生させる装置を単位入力部６０に設けてもよい。これにより、放電現象が発生した単位入力部６０に対応するキー表示が、使用者が指定したキー表示であると特定することが可能である。

１、２、３ 非接触入力装置
１０ 筐体
１０ａ 開口
１０ｂ ガラス板
１１ 空中映像形成部
１２、５２、６２ 表示部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 液晶パネル
１４、５４、６４ 光学素子
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 光学ミラー
１５ 仕切り板
１６ 検知部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 発光素子
２０ 外部接続端子
３０、３１ 回動軸
４１ 蓋体
４２ 容器体
５６ フレーム板
５６ａ 開口
５８ 支持シャフト
５９ テープ材
６０ 単位入力部
６１ 筐体
６１ａ 開口

Claims (5)

1. 一つの映像を縦又は横に整数Ｎ個に分割したそれぞれの分割映像を表示するＮ個の分割映像表示手段と、
   平面形状を有する光学素子であって、当該光学素子の一方の面側に入射する映像を他方の面側の空中に結像させるＮ個の面状光学素子と、
   前記一つの映像が空中の一つの空中結像面において結像して見えるように、前記Ｎ個の分割映像をつなげて結像させるべく前記Ｎ個の分割映像表示手段と前記Ｎ個の面状光学素子との間の位置関係を調整する空中映像形成手段と、
   使用者が前記空中結像面における所定位置に当該使用者の指を配置した場合に、前記使用者の指の座標を前記一つの映像の座標系との関係で検知する検知手段と、を備え、
   前記検知手段の得た使用者の指の座標を出力するように構成され、
   前記Ｎ個の分割映像表示手段、前記Ｎ個の面状光学素子及び前記空中映像形成手段を収納しかつ上面に開口を有する筐体を更に備え、
   前記Ｎ個の面状光学素子は、前記筐体の上面に対して板面が所定角度傾いた状態で配置されており、
   前記空中結像面の映像は、前記開口の上部に形成され、
   前記Ｎ個の面状光学素子は、前記筐体の内部に回動自在に設けられ、
   前記空中映像形成手段は、使用時に前記Ｎ個の面状光学素子の板面を前記筐体の上面に対して所定角度傾けた状態で維持するように、前記面状光学素子を回動させる移動手段を有し、
   前記検知手段は、使用時に前記移動手段が前記面状光学素子を回動させたときに、前記空中結像面に配置した使用者の指の座標を検知可能な位置に移動することを特徴とする非接触入力装置。
2. 前記面状光学素子は、前記分割映像表示手段の端部に回動自在に支持されることを特徴とする請求項１記載の非接触入力装置。
3. 前記検知手段は、複数の発光素子と、当該複数の発光素子からの光を受光する複数の受光素子とを有し、
   前記複数の発光素子及び前記複数の受光素子は、前記開口を介して個々の前記発光素子及び個々の前記受光素子が対向し、前記発光素子と当該発光素子に対向する前記受光素子とを結ぶ仮想線が、前記空中結像面において格子状に並ぶように、前記筐体における前記開口の縁部に複数並べて配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の非接触入力装置。
4. 前記検知手段は、互いに異なる位置に設けられる２以上の角度センサを有し、各角度センサが検出した基準位置の方向と前記空中結像面における使用者の指の方向との角度情報に基づいて、前記使用者の指の座標を前記一つの映像の座標系との関係で検知することを特徴とする請求項１又は２記載の非接触入力装置。
5. 映像を表示する映像表示手段と、
   平面形状を有する光学素子であって、当該光学素子の一方の面側に入射する映像を他方の面側の空中に結像させる面状光学素子と、
   前記映像が空中の一つの空中結像面において結像していると見えるように、前記映像表示手段と前記面状光学素子との間の位置関係を調整する空中映像形成手段と、
   使用者が前記空中結像面における所定位置に当該使用者の指を配置した場合に、前記使用者の指の座標を前記映像の座標系との関係で検知する検知手段と、
   前記検知手段を取り付けるフレーム体と、
   を備え、
   前記面状光学素子及び前記フレーム体は、前記映像表示手段の端部にそれぞれ独立して回動自在に支持され、
   前記面状光学素子が前記映像表示手段に対して回動することによって、他方の面側の空中に前記映像表示手段の映像を結像させ、
   前記フレーム体は、前記面状光学素子に対して回動することによって、前記フレーム体の中央部の開口の内部に前記映像が結像している空中結像面が配置可能な位置に移動可能であることを特徴とする非接触入力装置。