JPWO2019163339A1

JPWO2019163339A1 - 非接触入力装置及び非接触入力方法

Info

Publication number: JPWO2019163339A1
Application number: JP2019527576A
Authority: JP
Inventors: 誠大坪
Original assignee: Asukanet Co Ltd
Current assignee: Asukanet Co Ltd
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-02-27
Also published as: WO2019163339A1

Abstract

ハーフミラー（１２）の一側に配置され、シート状の赤外光センサー（１５）が設けられたディスプレイ（１４）に表示された第１の画像を、ハーフミラー（１２）及び再帰性反射体（１１）、（１１ａ）を介してハーフミラー（１２）の他側に第２の画像として形成させると共に、第２の画像に向けて赤外線を照射して、第２の画像を操作した指示手段（３８）からの反射赤外線をハーフミラー（１２）及び再帰性反射体（１１）、（１１ａ）を介してディスプレイ（１４）上に結像させ、赤外光センサー（１５）によって指示手段（３８）の結像位置を検知する

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非接触入力装置及び非接触入力方法（即ち、再生画像の指示位置を非接触で検知する装置及び方法）に関する。

ディスプレイ（表示器）に画像を表示し、ディスプレイの表面に設けられたタッチパネルを介して画像の特定の場所を指で押すことにより、タッチパネルの裏面側に設けられた感圧センサなどで押圧部分の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）。
しかしながら、特許文献１記載の技術においては、タッチパネル面を直接押す必要があり、汚れた指では操作できないという問題、また不特定多数の人が触れるため、衛生的ではないという問題があった。

そこで、以上の問題を解決するため、特許文献２には、平面視して直交する第１、第２の帯状光反射面がそれぞれ同一平面上に多数立設して配置された光結像手段と、該光結像手段の一側に該光結像手段に対して傾けて設けられたディスプレイとを用い、該ディスプレイの画像（例えば、キーボード）を該光結像手段を介してその他側空間に第１の像として形成し、該第１の像にタッチした指示手段（例えば、指等）の画像を前記光結像手段を用いて前記ディスプレイの画面上に第２の像として表示し、前記ディスプレイに設けた光センサーで前記第２の像の位置を検知する非接触入力装置が提案されていた。
ところが、特許文献２記載の技術は、平面視して直交する第１、第２の帯状光反射面がそれぞれ同一平面上に多数立設して配置された光結像手段を用いているので、大型の非接触入力装置を製造するのは困難であり、更に製造したとしても高価になるという問題があった。

一方、特許文献３には、それぞれ直交配置された第１〜第３の光反射面を有する再帰性反射体であって、平板状に形成可能、かつ大量生産が可能で、並べて配置すれば大型になり、場合によっては立体像表示装置としても利用可能な再帰性反射体が提案されている。
しかしながら、特許文献３は再帰性反射体及びその製造方法の開示であって、ディスプレイを用いて画像処理することや、非接触入力装置の一部に再帰性反射体を使用することについての記載はない。

特開２００６−３９７４５号公報特開２０１７−１４２５７７号公報特許第６１１８００４号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、大量生産が可能で大型化にも対応でき、ディスプレイに物理的に接触しなくても信号入力ができる非接触入力装置及び非接触入力方法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非接触入力装置は、再帰性反射体と、前記再帰性反射体の機能側に立設されたハーフミラーと、前記ハーフミラーの一側に該ハーフミラーと距離をおいて、表示面を前記ハーフミラーに向けて配置され、予め設定された第１の画像を表示するディスプレイとを備え、前記ディスプレイには、該ディスプレイに向けて照射される赤外光を検知する赤外光センサーが設けられ、前記ディスプレイに表示された前記第１の画像を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ハーフミラーの他側に第２の画像として形成させると共に、該第２の画像に向けて前記ハーフミラー側から赤外線照射器により赤外線を照射して、前記第２の画像を操作した指示手段からの反射赤外線を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ディスプレイに結像させ、前記赤外光センサーによって前記指示手段の結像位置を検知する。ここでハーフミラーは透光率３５〜６５％のものを使用するのが好ましい。
ここで、再帰性反射体は平面状であるのが好ましいが、光を特定方向に反射するものであれば非平面状（例えば，湾曲面、屈曲面）であってもよい。

本発明に係る非接触入力装置において、前記赤外光センサーは、光変調（例えば、高周波変調、デジタル変調）された前記赤外光のみ検知するのが好ましい。これによって自然の赤外光と区分できる。

本発明に係る非接触入力装置において、前記ハーフミラーは厚み（実質透明シートの厚み）が１０〜５００μmの範囲にあるのが好ましい。これによって、ハーフミラーを通過する光のずれを小さくでき、より鮮明な結像となる。なお、ハーフミラーの厚みが５００μmを超えたものであっても、本発明は適用可能であるが、第２の画像が鮮明でなくなる。

本発明に係る非接触入力装置において、前記ハーフミラーの上下又は周囲には該ハーフミラーを平面に保つ支持体を有するのが好ましい。これによって、ハーフミラーを平面状に保持できる。

本発明に係る非接触入力装置において、前記再帰性反射体は水平に配置され、前記再帰性反射体は前記ハーフミラーを中心にして左右に分割されているのが好ましい。
更に、本発明に係る非接触入力装置において、前記左右の再帰性反射体はそれぞれ、直交する第１、第２の光反射面と、該第１、第２の光反射面に直交する垂直光反射面を有する微小再帰性反射ブロックを多数備え、前記ハーフミラーの左右に形成された前記再帰性反射体の前記微小再帰性反射ブロックは、それぞれの前記垂直光反射面が前記ハーフミラー側に向いているのがよい。

本発明に係る非接触入力装置において、前記再帰性反射体は直交する３つの光反射面を有するキュービックコーナーを平面状に多数並べて形成することもできる。この場合、キュービックコーナーの中心線を垂直とするのが好ましい。

本発明に係る非接触入力装置において、前記赤外光センサーはシート状に形成され、前記ディスプレイの表示面（画像表示面）に接して配置されている（接合されている場合を含む）のが好ましい。この場合、シート状の赤外光センサーの裏面には非透光処理がなされて、ディスプレイからの光の影響を受けないのが好ましい。

そして、本発明に係る非接触入力方法は、例えば平面状の再帰性反射体と、前記再帰性反射体の機能側に立設されたハーフミラーと、前記ハーフミラーの一側に該ハーフミラーと距離をおいて、表示面を前記ハーフミラーに向けて配置され、予め設定された第１の画像を表示するディスプレイとを用い、前記ディスプレイに、該ディスプレイに向けて照射される赤外光を検知する赤外光センサーを設け、
前記ディスプレイに表示された前記第１の画像を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ハーフミラーの他側に第２の画像として形成させると共に、該第２の画像に向けて前記ハーフミラー側から赤外線を照射して、前記第２の画像を操作した指示手段からの反射赤外線を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ディスプレイに結像させ、前記赤外光センサーによって前記指示手段の結像位置を検知する。

本発明に係る非接触入力装置及び非接触入力方法においては、再帰性反射体を用いるので、大型の非接触入力装置が比較的安価に製造可能である。

本発明の一実施例に係る非接触入力装置の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はディスプレイの説明図である。ハーフミラーを通過する光線の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）はハーフミラーの支持体の説明図である。（Ａ）、（Ｂ）は図１のＪ部の拡大説明図、（Ｃ）、（Ｄ）は図１のＫ部の拡大説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施例に係る非接触入力装置１０は、水平配置された平面状の再帰性反射体１１、１１ａと、再帰性反射体１１、１１ａの機能側（この実施例では表側、上側）中央に立設されたハーフミラー１２と、ハーフミラー１２の一側にハーフミラー１２と距離をおいて、表示面１３をハーフミラー１２に向けて配置され、予め設定された第１の画像を表示するディスプレイ１４と、ハーフミラー１２の他側に設けられ反ハーフミラー１２側を照らす赤外線照射器１６とを備えている。なお、この実施例では、再帰性反射体を左右に分割したが、一枚の再帰性反射体を使用してもよいし、更に３枚以上に分割してもよい。

ディスプレイ１４には、このディスプレイ１４の表示面１３に向けて照射される赤外光を検知するシート状の赤外光センサー１５が設けられている。赤外光センサー１５は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、格子状に配列された多数の赤外光センサーセル１７と、赤外光センサーセル１７の上部及び下部に接続されマトリックス状に配線された透明導線１９、２０と、絶縁性の透明な保護シート２２、２３とを有し、ディスプレイ１４の表示面１３に貼着されている。

この赤外光センサーセル１７の裏面は不透光処理（盲処理）がなされて、ディスプレイ１４から発する光に赤外光センサーセル１７が反応しない構造となっている。このような構造とすることによって市販のディスプレイを使用でき装置全体を安価に製造できる。なお、シート状の赤外光センサー１５のＸ方向端部、Ｙ方向端部には、このシート状の赤外光センサー１５で得たデータを制御装置(コンピュータを含む)３７と連結するコネクターが設けられている。

ハーフミラー１２は図３に示すように、透明なフイルム２５とその片側に形成されたハーフミラー層２６とからなっている。ハーフミラー層２６の厚みは２μm以下であるので、ハーフミラー１２の厚みはフイルム２５の厚みｔ１からなって、１０〜５００μm（好ましくは１０〜１００μm）とするのがよい。この場合、ハーフミラー１２自体には強度がないので、図４（Ａ）に示すように、周囲に枠２７を設けるか、又は図４（Ｂ）に示すように、上部に支持棒２７ａ、下部に重り棒２７ｂを設ける。これらは、ハーフミラー１２を平面に保つ支持体の役目を果たす。この実施例では、ハーフミラー１２とディスプレイ１４のなす角度は３５〜６０度としているが、他の角度でも本発明は適用される。

なお、図３に示すように、ハーフミラー１２に対して光線（可視光、赤外光を含む）Ｌは斜めから入光するので、前述のようにハーフミラー１２の厚みを１０〜５００μmに選定している。その理由について、図３を参照しながら説明する。角度θ１でフイルム２５にＰ点で入光した光線Ｌは角度θ２に屈曲し、ハーフミラー層２６を通過して角度θ１でハーフミラー層２６のＱ点から出光する。一方、ハーフミラー層２６のＱ点で反射した光線Ｌ１は、フイルム２５のＲ点で裏面反射し、光線Ｌ２となってハーフミラー層２６に向かう。ハーフミラー層２６の裏面反射率は、例えば１０％程度と大きいので、厚みを有するハーフミラー１２を斜めに通過した光線Ｌ１は複屈折を起こして鮮明な画像が得られない。従って、この実施例では、ハーフミラー１２の厚みを薄くした。ｄ１は光線Ｌ２と、ハーフミラー１２を通過した光線Ｌ３の光路差を示し、ハーフミラー１２の厚みｔ１に比例する。但し、ディスプレイ１４の画像がオンオフを行う押しボタンスイッチ等の場合は、画像は粗くてもよいので例えばガラスを用いた厚いハーフミラーを用いることができる。

続いて、再帰性反射体１１、１１ａについて、図１、図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照しながら説明する。この実施例においては、再帰性反射体１１、１１ａとして、特許文献３（特許第６１１８００４号）に記載のものを使用する。即ち、ハーフミラー１２を中央にして左右（水平）に配置された再帰性反射体１１、１１ａは、平板状ブロック２８、２８ａの上側に、平行配置された光反射溝２９、２９ａと、所定間隔で平行配置され、光反射溝２９、２９ａに直交する仕切り壁３０、３０ａとを有し、光反射溝２９、２９ａは、直交する第１、第２の光反射面３１、３２、３１ａ、３２ａを備え、仕切り壁３０、３０ａは上方に向かって幅狭となる抜き勾配が設けられ、一側に第１、第２の光反射面３１、３２、３１ａ、３２ａとは直交する垂直光反射面３３、３３ａを有する。第１、第２の光反射面３１、３２と垂直光反射面３３を有して第１の微小再帰性反射ブロックを構成し、第１、第２の光反射面３１ａ、３２ａと垂直光反射面３３ａを有して第２の微小再帰性反射ブロックを構成している。

この実施例においては、左右の再帰性反射体１１、１１ａにそれぞれ設けられた多数の第１、第２の微小再帰性反射ブロックの垂直光反射面３３、３３ａが向かい合って、ハーフミラー１２側に向いている。これによって、左右の再帰性反射体１１、１１ａの各再帰性反射体素子（微小再帰性反射ブロック）の光軸をハーフミラー１２側に傾け、反射効率を高めることができる。なお、立方体の角部の形状をし、直交する３つの光反射面を有するコーナーキューブ（キュービックコーナー）を平面状に多数並べて再帰性反射体として使用できる。この場合、コーナーキューブの中心軸を垂直又は、ハーフミラー１２側に傾けて配置するのがよい。

ハーフミラー１２の他側に設けられている赤外線照射器１６について説明する。この赤外線照射器１６はハーフミラー１２を中央にして、ディスプレイ１４と対称領域３５の全部に赤外線を照射するように配置されている。照射する赤外線は高周波又はデジタルなどで変調され、所定の赤外光のみしか赤外光センサー１５が感知しないようにしている。

続いて、非接触入力装置１０を用いた非接触入力方法及びその作用について説明する。図１において、ディスプレイ１４の表示面１３上には、シート状の赤外光センサー１５が、貼着状態で配置され、その出力は制御装置(コンピュータを含む)３７に出力され、どの赤外光センサーセル１７が所定の赤外線を検知したかを検出する。

ディスプレイ１４に表示された第１の画像からの光線Ｌがハーフミラー１２に当たると、その一部の光線Ｌ３は、ハーフミラー１２を通過し、他の一部の光線Ｌ１はハーフミラー１２で反射する。ハーフミラー１２を通過した光線Ｌ３は再帰性反射体１１で再帰性反射し、その反射光Ｌ３ａはハーフミラー１２で反射し、その反射光Ｌ４が結像に寄与する。また、再帰性反射体１１ａに向かった光線Ｌ１も再帰性反射体１１ａで再帰性反射し、ハーフミラー１２を通過して結像に寄与する。従って、ディスプレイ１４に表示される第１の画像が、ハーフミラー１２を中心にしてその対称位置（ハーフミラー１２の他側）に第２の画像として結像する。この実施例では、左右の再帰性反射体１１、１１ａの垂直光反射面３３、３３ａが、ハーフミラー１２の方を向いているので、再帰性反射体の利用率が向上し、ハーフミラー１２もフイルム状となっているので、第２の画像がより鮮明となる。

ここで、第２の画像に外側（ハーフミラー１２がある側と反対側）から指等の指示手段３８で触れると、指示手段３８（第２の画像）に向けて赤外線照射器１６から赤外線が照射されるので、指示手段３８からの反射赤外線を、ハーフミラー１２及び再帰性反射体１１、１１ａを介してディスプレイ１４上に結像させて、指示手段３８の画像３８ａが表示される。ディスプレイ１４には、シート状の赤外光センサー１５が設けられているので、指等の指示手段３８の画像３８ａからその結像位置を検知する。指示手段３８の画像３８ａの位置は、画像の図心（重心に同じ）位置を演算することによって行う。この場合、指等の指示手段３８を、第２の画像の奥まで挿入すると、指示手段３８の画像３８ａの正確な位置データが得られない場合があるので、赤外光センサー１５で検知する指示手段３８の位置が適正面積(例えば、０．６〜２cm^２)範囲にある時にその位置を測定するのがよい。

以上の非接触入力装置１０を用いることによって、空間の結像した第２の画像に触れるのみで、特定の電気機器の操作を衛生的に行うことができる。また、ディスプレイ１４に表示させる第１の画像は変更することは可能である。
この実施例においては、ハーフミラー１２の両側にハーフミラー１１、１１ａを設けたが、いずれか一方であっても本発明は適用される。

本発明に係る非接触入力装置及び非接触入力方法（再生画像の指示位置を非接触で検知する装置及び方法）は、各種機械の操作盤に利用すると、操作ボタンを有する操作盤（例えば、キーボード、タッチパネル）の再生画像を空間に表示させ、再生画像の操作ボタンを押すと入力信号を得ることができる。
従って、本発明に係る非接触入力装置及び非接触入力方法は、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：非接触入力装置、１１、１１ａ：再帰性反射体、１２：ハーフミラー、１３：表示面、１４：ディスプレイ、１５：赤外光センサー、１６：赤外線照射器、１７：赤外光センサーセル、１９、２０：透明導線、２２、２３：保護シート、２５：フイルム、２６：ハーフミラー層、２７：枠、２７ａ：支持棒、２７ｂ：重り棒、２８、２８ａ：平板状ブロック、２９、２９ａ：光反射溝、３０、３０ａ：仕切り壁、３１、３１ａ：第１の光反射面、３２、３２ａ：第２の光反射面、３３、３３ａ：垂直光反射面、３５：対称領域、３７：制御装置、３８：指示手段、３８ａ：指示手段の画像

Claims

再帰性反射体と、前記再帰性反射体の機能側に立設されたハーフミラーと、前記ハーフミラーの一側に該ハーフミラーと距離をおいて、表示面を前記ハーフミラーに向けて配置され、予め設定された第１の画像を表示するディスプレイとを備え、前記ディスプレイには、該ディスプレイに向けて照射される赤外光を検知する赤外光センサーが設けられ、
前記ディスプレイに表示された前記第１の画像を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ハーフミラーの他側に第２の画像として形成させると共に、該第２の画像に向けて前記ハーフミラー側から赤外線照射器により赤外線を照射して、前記第２の画像を操作した指示手段からの反射赤外線を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ディスプレイに結像させ、前記赤外光センサーによって前記指示手段の結像位置を検知することを特徴とする非接触入力装置。
請求項１記載の非接触入力装置において、前記赤外光センサーは、光変調された前記赤外光のみ検知することを特徴とする非接触入力装置。
請求項１又は２記載の非接触入力装置において、前記ハーフミラーは厚みが１０〜５００μmの範囲にあることを特徴とする非接触入力装置。
請求項１〜３のいずれか１記載の非接触入力装置において、前記ハーフミラーの上下又は周囲には該ハーフミラーを平面に保つ支持体を有することを特徴とする非接触入力装置。
請求項１〜４のいずれか１記載の非接触入力装置において、前記再帰性反射体は水平に配置され、前記再帰性反射体は前記ハーフミラーを中心にして左右に分割されていることを特徴とする非接触入力装置。
請求項５記載の非接触入力装置において、前記左右の再帰性反射体はそれぞれ、直交する第１、第２の光反射面と、該第１、第２の光反射面に直交する垂直光反射面を有する微小再帰性反射ブロックを多数備え、前記ハーフミラーの左右に形成された前記再帰性反射体の前記微小再帰性反射ブロックは、それぞれの前記垂直光反射面が前記ハーフミラー側に向いていることを特徴とする非接触入力装置。
請求項１〜５のいずれか１記載の非接触入力装置において、前記再帰性反射体は直交する３つの光反射面を有するキュービックコーナーが平面状に多数並べて形成されていることを特徴とする非接触入力装置。
請求項１〜７のいずれか１記載の非接触入力装置において、前記赤外光センサーは、シート状に形成され、前記ディスプレイの表示面に接して配置されていることを特徴とする非接触入力装置。
再帰性反射体と、前記再帰性反射体の機能側に立設されたハーフミラーと、前記ハーフミラーの一側に該ハーフミラーと距離をおいて、表示面を前記ハーフミラーに向けて配置され、予め設定された第１の画像を表示するディスプレイとを用い、前記ディスプレイに、該ディスプレイに向けて照射される赤外光を検知する赤外光センサーを設け、
前記ディスプレイに表示された前記第１の画像を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ハーフミラーの他側に第２の画像として形成させると共に、該第２の画像に向けて前記ハーフミラー側から赤外線を照射して、前記第２の画像を操作した指示手段からの反射赤外線を前記ハーフミラー及び前記再帰性反射体を介して前記ディスプレイに結像させ、前記赤外光センサーによって前記指示手段の結像位置を検知することを特徴とする非接触入力方法。