TW201400872A

TW201400872A - 顯示輸入裝置（二）

Info

Publication number: TW201400872A
Application number: TW102111138A
Authority: TW
Inventors: Noriyuki Juni
Original assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-01-01
Also published as: WO2013161498A1; JP2013242850A

Abstract

本發明之顯示輸入裝置於罩殼或箱盒等機殼上面配設有面板狀之成像光學元件(微鏡陣列)，上述成像光學元件之周邊配置有LED等光源而可照射機殼上方之輸入體(手指等)，且在對應上述成像光學元件之機殼下部之預定位置上配置有相對成像光學元件之下面成預定角度α而傾斜之狀態之載置台，可供檢測位於空間影像周圍之輸入體(手指等)之位置上則配設有相機等光學檢測機構。藉此，即可自然地以操作者之手指等輸入體進行空間影像周圍之輸入操作，而不致覺察裝置之存在。

Description

顯示輸入裝置(二)

技術領域

本發明係有關於一種可將相片等二次元影像顯示為漂浮於空間中之空間影像，並取得進入上述空間影像周圍之人手或手指等輸入體之移動作為座標及軌跡等位置資訊之顯示輸入裝置。

背景技術

朝空間內顯示(投影)圖像或影像等之方式已知有雙眼顯示(binocular display)方式、多視角(multi-view display)方式、空中影像顯示(spatial imaging display)方式、體積式(volumetric display)方式、全像式(holographic display)等，近年，則已提案有可以人手或手指等(以下稱為「手指」)而直覺地進行上述空間中所顯示之二次元影像或三次元影像(空間影像)之協同操作(互動)之顯示輸入裝置。

上述顯示輸入裝置之手指之辨識輸入機構(使用者介面)已提案有藉多數LED或燈具等於偵測領域(平面)中形成縱橫之光格，以受光元件等偵測輸入體(手指等)對光格造成之遮蔽(阻光)，而檢測上述輸入體之位置及座標等之系統(參照專利文獻1、2)。

先行技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2005-141102號公報

專利文獻2：日本專利特開2007-156370號公報

發明概要

然而，一如上述，可偵測形成於偵測平面上之光格(不可見)之遮蔽而檢測輸入體之位置及座標等之顯示輸入裝置係在利用於上述LED及受光元件之設置之機架(中空之邊框)中顯示空間影像，故上述機架將進入操作者之視場內，而有難以實現立體感及臨場感之問題。且，上述機架可能被覺察其乃輸入操作時之障礙物(造成妨礙之物)，此時，操作者之輸入操作(人手或手指之移動)可能受限或不夠流暢。

本發明即有鑑於上述情形而設計，其目的在提供一種不致在投影於空間中之空間影像周圍存在將造成操作之妨礙之結構物，而可自然地以操作者之手指等輸入體進行空間影像周圍之輸入操作，且不覺察裝置之存在之顯示輸入裝置。

為達成上述目的，本發明之顯示輸入裝置採用以下之構造，即，其可使用具備成像功能之光學元件，而使平板顯示器之顯示面上顯示之影像以離開上述成像光學元件之空間位置上之狀態成像，並藉光學機構取得位於成像後之空間影像之周圍之輸入操作用之輸入體之位置資訊，並包含有：載置台，包含用於載置上述顯示器之顯示器載置面；成像光學元件，呈面板狀；光源及光學檢測機構；及，機殼，用於容置上述顯示器；上述成像光學元件配設於上述機殼之上面之預定位置上，前述成像光學元件之周邊配置有上述光源而可照射位在機殼上方之輸入體，上述成像光學元件之下側則配置有可在相對成像光學元件傾斜預定角度之狀態下保持上述顯示器之載置台，上述光學檢測機構則配設成可檢測位於上述空間影像之周圍之輸入體之狀態。

即，本發明人為解決前述問題而反覆研究，其結果則發現使用面板狀之成像光學元件而使相片等二次元影像以漂浮(浮現)狀態成像於容置平板顯示器之罩殼、箱盒等機殼之上方，並於上述成像光學元件周邊之適當位置上配置可照射手指等輸入體之光源及可檢測上述輸入體所致之反射(反射光)之光學檢測機構，即可如習知例般，進行自然之輸入操作，而不致覺察用於檢測輸入體位置之機構(機架及系統等)之存在。

本發明之顯示輸入裝置包含設有用於載置平板顯示器之顯示器載置面之載置台、面板狀之成像光學元件、光源及光學檢測機構、用於容置上述顯示器之機殼，上述成像光學元件配設於上述機殼之上面之預定位置上，前述成像光學元件之周邊配置有上述光源而可照射位在機殼上方之輸入體，上述成像光學元件之下側則配置有載置台而可在相對成像光學元件傾斜預定角度之狀態下保持上述顯示器，上述成像光學元件配設於可檢測位在上述空間影像之周圍之輸入體之位置上。因此，本發明之顯示輸入裝置可由操作者自然地以手指進行上述空間影像周圍之輸入操作，而不致覺察用於檢測輸入體之位置及座標等之機構(裝置或系統)之存在。藉此，上述顯示輸入裝置即可輕易進行互動，而構成人性化之顯示輸入裝置。

另，用於容置上述顯示輸入裝置之機殼則可選擇可阻遮周邊光線之箱狀且可於其內部容置上述載置台等之罩殼狀者，或側面開口之開放形態且上述顯示器載置面乃利用其壁面(一側面)而形成之箱盒狀者等而加以採用。採用上述箱狀之罩殼時，則有上述影像之投影較鮮明之優點。而，採用上述開放形態之箱盒狀者時，則有易於置入取出上述顯示器之優點。

又，本發明之顯示輸入裝置中，將上述載置台及平板顯示器之顯示面相對上述面板狀之成像光學元件之下面之傾斜角設為30°以上、未滿90°，則可將上述顯示之立體二次元影像顯示為漂浮感更強烈之立體影像。

且，本發明之顯示輸入裝置尤其在上述面板狀之成像光學元件係角反射器型之單位光學元件所構成之微鏡陣列時，可將上述顯示之立體二次元影像顯示為亮度更高之鮮明影像。

其次，本發明之顯示輸入裝置在上述平板顯示器係行動電話或攜帶資訊終端之顯示部，而上述行動電話或攜帶資訊終端配設成可對上述載置台或顯示器載置面進行裝卸時，無須特別之準備，即可更為簡單且輕易地利用上述顯示輸入裝置。

1、30、31、32、40‧‧‧微鏡陣列

1’、13、13、13’、11、14‧‧‧基板

1b‧‧‧下面

2‧‧‧載置台

2a‧‧‧板狀構件

2b、2b‧‧‧基台

3‧‧‧透明板

4、4’‧‧‧LED

5‧‧‧相機

5’‧‧‧二次元PSD

5a‧‧‧相機本體

5b‧‧‧相機基台

6‧‧‧頂板構件

6a、6b、6c‧‧‧開口

6e‧‧‧固定用階部

10、10’、20‧‧‧罩殼

10a‧‧‧插入口

12‧‧‧單位光學元件

12a‧‧‧第1側面

12b‧‧‧第2側面

12c‧‧‧隅角

13a、13’a、14a‧‧‧表面

13b、13’b、14b‧‧‧背面

13c、13’c、14c‧‧‧板狀部

13g、13’g、19e、14g、14g’‧‧‧溝槽

15~19、21‧‧‧箱盒

15a、16a、17a、18a、19a、21a‧‧‧頂板部

15b、17b、18b、19b、21b‧‧‧底板部

15c、16c、19c、21c‧‧‧側板部

15d、16d、17d、18d、21d‧‧‧傾斜板部

19d、19d‧‧‧傾斜板

A、B、E、F、I、I’‧‧‧箭號

D‧‧‧平板顯示器

Da‧‧‧顯示面

H‧‧‧手指

H’‧‧‧二次元影像

H”‧‧‧二進位化影像

I‧‧‧影像

I’‧‧‧空間影像

P‧‧‧元件表面

Q‧‧‧虛擬水平面

Q’、Q”‧‧‧虛擬攝影平面

T‧‧‧指尖座標

α‧‧‧角度

α、β‧‧‧傾斜角

α、β‧‧‧預定角度

圖1係顯示本發明第1實施形態之顯示輸入裝置之構造之截面圖。

圖2(a)係第1實施形態所使用之微鏡陣列之模式放大圖，圖2(b)則說明微鏡陣列之空間影像之成像形式。

圖3說明第1實施形態之顯示輸入裝置之使用方法。

圖4係說明對第1實施形態之顯示輸入裝置設置平板顯示器之方法之局部截面圖。

圖5(a)~5(c)說明本發明之實施形態之顯示輸入裝置之手指之座標(XY方向)之檢測方法。

圖6係顯示本發明第2實施形態之顯示輸入裝置之構造之截面圖。

圖7係顯示本發明第3實施形態之顯示輸入裝置之構造之分解立體圖。

圖8係顯示上述實施形態之顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列之構造之模式圖。

圖9係顯示上述實施形態之顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列之安裝方法之模式圖。

圖10係顯示本發明第4實施形態之顯示輸入裝置之構造之分解立體圖。

圖11係顯示上述實施形態之顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列之構造之模式圖。

圖12係顯示上述實施形態之顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列之其它構造之模式圖。

圖13係顯示本發明第5實施形態之顯示輸入裝置之構造之分解立體圖。

圖14係顯示上述實施形態之顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列之構造之模式圖。

圖15係顯示本發明第6實施形態之顯示輸入裝置之構造之立體圖。

圖16係顯示本發明第7實施形態之顯示輸入裝置之構造之立體圖。

圖17係顯示本發明第8實施形態之顯示輸入裝置之構造之立體圖。

圖18係顯示本發明第9實施形態之顯示輸入裝置之構造之立體圖。

圖19係顯示本發明第10實施形態之顯示輸入裝置之構造之立體圖。

圖20係顯示本發明第11實施形態之顯示輸入裝置之構造之截面圖。

圖21係顯示本發明第11實施形態之顯示輸入裝置之構造之立體圖。

用以實施發明之形態

以下，參照圖示詳細說明本發明之實施形態。惟，本發明並不受限於以下之實施形態。

圖1係顯示本發明第1實施形態之顯示輸入裝置之構造之模式截面圖。而，圖3係第1實施形態之顯示輸入裝置之使用方法之說明圖，圖4係自圖3之箭號F方向觀察上述顯示輸入裝置所得之局部截面圖。另，本例中，平板顯示器(標號D)係利用行動電話(智慧型行動電話等)之液晶顯示畫面(LCD)。且，圖中之標號3代表封蓋罩殼10之上面開口之透明之板狀構件(透明板)，且畫面上顯示之「圖像」(圖1中之粗線箭號I等)及所投影之「空間影像」(圖1中之粗線箭號I’等)已圖示成較厚。

本實施形態之顯示輸入裝置一如圖1所示，於上面開口之有底箱狀之罩殼10中配設有用於載置平板顯示器D之載置台2、面板狀之成像光學元件(本例中為微鏡陣列1，以下亦稱為「陣列1」)、光源(LED-標號4、4’)及光學檢測機構(相機5)。罩殼10之上部(開口側)於封蓋該罩殼10之上面開口之透明板3下面之預定位置上貼附固定有上述微鏡陣列1，上述微鏡陣列1之周邊則安裝有各LED4。且，罩殼10之下部(底部側)於與上述微鏡陣列1之下面1b相對之正下方(正下面)之位置上，配置有對上述微鏡陣列1呈角度α而傾斜之載置台2，上述微鏡陣列1之正下方(載置台2之領域)以外之與上述微鏡陣列1在側方(圖中右方)上隔有距離之下方(底部側)之位置上，配設有可檢測位於上述微鏡陣列 1之上方之空間影像I’之周圍之輸入體(手指H等)之狀態之上述相機5。此乃本發明之顯示輸入裝置之特徵。

詳細說明上述顯示輸入裝置，則配設於上述罩殼 10之上面開口部而封蓋上述罩殼10之透明板3係為進行罩殼開口方向(上下方向)之光之穿透(空間影像I’之成像、LED4、4’之投射光、相機5之拍攝等)，以及上述微鏡陣列1及LED4、4’等之安裝(定位固定)而設，並由玻璃板或丙烯酸樹脂板等可見光領域之透光率為80%以上之硬質之板狀構件所形成。

安裝於上述透明板上之面板狀之成像光學元件 (微鏡陣列1)具備將存在其一方面側之圖像I及影像等成像為實像(空間影像I’)於他方面側之成像功能，本發明之顯示輸入裝置可使用包含菲涅耳透鏡等之各種透鏡及無聚焦系統之微鏡、角反射器等折射型成像元件、微透鏡陣列等正立等倍型成像元件。其中，本實施形態中，一如圖1所示，宜使用可在對元件表面P成面對稱之位置上成像之微鏡陣列(凸型角反射器陣列，詳細構造參照圖2)。上述微鏡陣列1安裝於上述罩殼10之上面開口部所裝設之透明板3(蓋構件)之下面(內面)側。另，亦可於上述透明板3上開設與陣列1相同形狀之開口(孔部)，再予以嵌入該開口而固定之。

更詳細說明上述微鏡陣列1(角反射器陣列)，則該陣列1一如圖2(a)所示，於基板(基部)11上，由操作者之視點(箭號E方向)觀看微小之單位光學元件12(角反射器)，其係排列成傾斜之棋盤狀。各單位光學元件12之構成各隅角12c之2個光反射面(第1側面12a、第2側面12b)面對操作者之正面[圖2(a)中紙面下側之內側]，整體則如圖2(b)所示，配設成使上述陣列之外緣(外邊)已對上述罩殼10之正面(操作者近邊之E側)旋轉45°之狀態。

上述微鏡陣列1之周邊安裝之光源(作為主光源之3個LED4，參照圖3)可朝罩殼10之上方照光，而輕易拍攝(反射光之檢測)進入其中之輸入體(手指H等)，並使用可發光可見光以外之領域之波長之光(可見光)者，以避免與用於成像空間影像I’之光(紅外光、紫外光)發生干擾，且不致為操作者所覺察而造成其操作之妨礙。上述光源宜為諸如紅外LED或半導體雷射(VCSEL)等可發射波長700~1000nm程度之紅外光之發光體或燈具等，本實施形態中，上述LED4係使用紅外LED。

另，使上述各LED4連續或間歇地發光即可，間歇發光時，亦可使各LED4依序錯開時序而發光。又，相機5之拍攝(檢測)範圍較大時，則如圖1、圖3所示，亦可另行配設同種光源(本例中為2個LED4’)作為輔助光源。該等輔助光源配置於罩殼10之外部亦無妨。

其次，用於載置平板顯示器D之載置台2由板狀構件2a及支持該板狀構件2a之基台2b、2b所構成，並配設於罩殼10內部之與上述微鏡陣列1之下面1b相對之位置(陣列1之垂直下方)上。上述板狀構件2a在對罩殼10之底面及陣列1之元件表面P(或陣列1之下面1b)成預定角度α而傾斜之狀態(參照圖1)下為上述基台2b、2b所支持、固定，其上面則為平板顯示器D之載置面。其次，於上述載置台2之載置面(板狀構件2a之上)上載置包含平板顯示器D之智慧型行動電話等，即可將上述平板顯示器D之顯示面Da保持在對微鏡陣列1之元件表面P傾斜α°之狀態。另，可調整罩殼10內之上述載置台2對微鏡陣列1之元件表面P(下面1b)之傾斜角α以使陣列1之成像作用最佳化，通常係設為30°以上、未滿90°，而40°以上、80°以下則更佳。

又，上述圖像I之顯示所使用之平板顯示器D(以下亦簡稱為「顯示器D」)除設有背光之液晶顯示面板(LCD)以外，宜使用電漿顯示面板、有機EL顯示面板等可以高對比度重現全可見光波長中最少偏差之「白色」、非顯示時之「黑色」之顯示面板。另，顯示器D亦可為行動電話或攜帶資訊終端等之顯示部，具體而言，可使用智慧型行動電話、平板電腦、數位相框、攜帶型遊戲機、攜帶型電子書閱讀器、PDA、電子字典等中，其顯示部經常露出(未覆蓋)之類型中，可載置於上述載置台2上之尺寸者。

其次，可檢測手指H(輸入體)之相機5(光學檢測機構)則配置於與上述微鏡陣列1在側方(圖1中之右方)上隔有距離之下方(罩殼底部側)之位置(即，拍攝時上述手指H未為陣列1之陰影所遮蔽之位置)上，藉此，即可拍攝(檢測)位在成像於上述微鏡陣列1之上方之空間影像I’周圍之手指H(參照圖1之相機5之視角-二點鏈線)。上述相機5之相機本體5a則使用設有CMOS或CCD等影像感測器者。

另，上述顯示輸入裝置所使用之光學檢測機構亦可使用PSD(Position Sensitive Detector)。上述PSD可輸出與輸入體之距離作為位置訊號，預先取得距離與位置訊號(電壓)之相關(對照)，即可以高精度測量與輸入體之距離。上述PSD使用2次元PSD時，可於相機5之位置上配置上述2次元PSD而取代上述相機5。又，使用1次元PSD時，則可將2個以上之1次元PSD分散配置於可藉三角測量而測量上述手指H(輸入體)之座標之複數位置上。使用該等PSD(或單元化後之PSD模組)，即可提昇手指H之位置檢測精度。

又，上述相機5或PSD等光學檢測機構為在視角內拍攝輸入體(手指等)之整體，宜配置於充分(諸如10cm以上)離開上述透明板3之下方。另，朝上方支持上述相機本體5a之相機基台5b亦可為昇降式之架台，以變更(調整)上述相機5之視角。進而，舉例言之，如第2實施形態(圖6)所示，使用空間充裕之其它罩殼10’時，亦可將上述光學檢測機構(相機5等)配置於與上述成像光學元件(微鏡陣列1)在側方(左方)上隔有距離之位置(但，同樣為檢測時上述手指H未為成像光學元件之陰影所遮蔽之位置)上。上述光學檢測機構亦可於罩殼10下方之個別離開之位置上設置複數台。

又，上述光學檢測機構乃可藉成像光學元件而檢測手指H等之類型時，亦可將上述相機5等配置於面對上述微鏡陣列1之元件表面P之位置[該等例中，微鏡陣列1之平面中心之正下面(垂直下方)之位置]上。但，上述配置可能出現無法檢測手指H等之位置(死角)，或可能必須進行成像之變形之修正演算。

其次，可容置上述各構件之罩殼10則如圖1所示，其上面之開口部配置有前述透明板3，罩殼10之內面塗成黑色(色度0、飽和值0、亮度值0)或近似之暗色，以避免發生光之漫射。另，上述罩殼10之一側面上，如後述之圖3、圖4所示，設有可朝上述罩殼10之內部(載置台2之上)插入上述平板顯示器D(圖中為智慧型行動電話)之長孔狀之插入口10a。

另，上述罩殼10之局部亦可配設揚聲器等發聲機構。上述發聲機構可輸出配合顯示於上述平板顯示器D上之圖像I之音樂(BGM)及聲音等。當然，亦可利用內建於上述智慧型行動電話(平板顯示器D)之揚聲器等。

其次，說明使用上述平板顯示器D(智慧型行動電話)而朝上述罩殼10之上方投影、顯示圖像I之實像(空間影像I’)之方法。

上述顯示輸入裝置中，顯示(投影)上述圖像I時，將先準備包含顯示器D之智慧型行動電話，並將業經預定之加工(背景色變更或對比提高等影像處理)之圖像I(圖3中以「狗相片」為例)顯示於上述顯示器D上，再將上述智慧型行動電話移至上述插入口10a所位在之罩殼10之側面附近(參照圖3之箭號A)，以使上述圖像I之上下(頂底)顛倒。

接著，在上述圖像I已顛倒之狀態下，一旦自上述插入口10a朝罩殼10內部推入(圖3、圖4之箭號B)上述智慧型行動電話，則上述智慧型行動電話將在載置面上朝橫向滑動，而設置於載置台2上之預定位置上[圖3、圖4之C位置]。藉此，顯示於上述平板顯示器D之畫面上之平面之二次元影像I(相片等)將被顯示(投影)於面板狀之微鏡陣列1之上方作為具備景深感之空間影像I’(立體之二次元影像)(參照圖3)。

另，若先使上述智慧型行動電話(平板顯示器D) 之顯示影像為自動漸變之狀態(所謂之「自動輪播」模式)，則在上述罩殼10內，亦無須操作上述平板顯示器D(智慧型行動電話)，即可依序顯示(投影)任意之所需影像。且，上述載置台2若構成具備上述行動電話或攜帶資訊終端等之充電(充電站或充電座)功能，則亦可在上述圖像I之顯示時完成各設備之充電，而有效運用上述充電所需之時間。

進而，上述智慧型行動電話(平板顯示器D)兼具可控制上述光源(LED4、4’)之發光與光學檢測機構(相機5)之檢測(拍攝)之控制機構之功能，以及擷取、解析上述光學檢測機構所拍攝之手指H之圖像而界定其座標之演算機構之功能，並與上述LED4、4’及相機5藉有線(省略圖示)或無線通訊等而相互連接成可通訊之狀態。

接著，依序說明已進入使用上述光學檢測機構 (相機5)之顯示輸入裝置之空間影像I’之周圍(偵測領域內)之輸入體(本例中係「手指H」)之檢測，以及上述手指H之位置資訊(座標)之取得方法之過程(步驟)。另，用於說明之圖5中，標號Q係與微鏡陣列1之元件表面(P)大致平行之「虛擬水平面」(相當於罩殼10上之透明板3)，標號Q’、Q”則為與上述虛擬水平面Q平行之「虛擬攝影平面」。

上述手指H之位置(座標)之界定係先如圖5(a)所示，自手指H下側(陣列1之周邊)所配置之各光源(LED4、4’)朝上述手指H投射光。另，上述投射光亦可為間歇發光[投射光步驟]。

接著，在已投射光之狀態下，藉配設於上述罩殼 10之底部之相機5而拍攝上述手指H，並如圖5(b)所示，取得上述手指H所致上述光之反射(反射光或反射像)作為具備相互垂直之XY方向之座標軸之二次元影像H’(虛擬攝影平面Q’上之圖像)[拍攝步驟]。

然後，基於閾值而使所得之上述二次元影像H’ 二進位化後，再如圖5(c)所示，自上述二進位化影像H”中辨識上述手指H之外形形狀(圖中之網點部分)後，舉例言之，再識別自拳部突出之指部等而藉演算取得相當於其先端位置之座標(指尖座標T)。其次，將上述指尖座標T記憶於控制機構(本例中為智慧型行動電話)等之記憶機構中，或在上述顯示輸入裝置具備「輸入裝置」之功能時，對外部之設備輸出上述指尖座標T之資料(訊號)[座標界定步驟]。

另，在一定時間間隔中重複進行取得上述手指H 之座標之過程，亦可檢測上述手指H之移動(軌跡)。且，使用上述重複之經過前後之指尖座標T之差(變化量)，則可算出上述指尖座標T之移動距離與方向，並基於其結果而對應上述手指H之移動而互動地改變(更新)平板顯示器D之圖像I即空間影像I’。藉此，上述顯示輸入裝置即可如滑鼠或平板電腦等指向裝置般進行動作。

進而，使用PSD作為光學檢測機構而取代上述相機5時，則無須進行上述之影像處理，即可藉演算(三角測量)而由上述位置訊號(距離)直接以高精度算得上述手指H之座標(指尖座標T)。

又，上述實施形態中，雖已例示智慧型行動電話等行動電話兼用作為控制顯示功能(顯示器D)與光源之發光及光學檢測機構之檢測之控制機構，以及擷取、解析光學檢測機構所拍攝之手指H之圖像以界定其座標之演算機構，但除上述行動電話等以外，亦可構成另行設置電腦等所構成之控制部(控制器)，並以該控制部分擔上述顯示功能以外之功能(控制機構及演算機構等)。

如上所述，依據本發明之顯示輸入裝置，可藉簡單之構造及低成本而界定手指H之位置及座標。甚且，上述顯示輸入裝置於投影至空間中之空間影像I’周圍不存在將造成輸入操作之妨礙之結構物，故不致覺察裝置之存在即可自然地以手指H進行操作輸入。

接著，說明將本發明之顯示輸入裝置構成更易組裝之第3~第5實施形態。

圖7係顯示本發明第3實施形態之顯示輸入裝置之構造之分解立體圖。又，圖8係顯示上述實施形態之顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列(30)之詳細構造之模式圖，圖9係說明對裝置安裝上述微鏡陣列(30)之方法之截面圖。另，以下之各實施形態中，亦就平板顯示器(標號D)採用行動電話(智慧型行動電話等)之液晶顯示畫面(LCD)。且，具備與前述第1、第2實施形態相同之功能之構成構件附有相同之標號，而省略其詳細之說明。

上述第3實施形態之顯示輸入裝置之特徵點係就成像光學元件採用製作較容易而可節省成本之二片(1組)之基板13所構成之微鏡陣列30，並使用可於罩殼20上面簡單組裝(設置)上述微鏡陣列30之頂板構件6。

上述微鏡陣列30一如圖8所示，於透明之平板狀之基板13、13上側之各表面13a上，藉使用迴轉刀之切割加工等而依預定間隔形成有複數條彼此平行之直線狀之溝槽13g。其次，上述微鏡陣列30並使用該等相同形狀之2片光學元件(基板13、13)而在上側之一方之基板13已相對於下側之他方之基板13而旋轉之狀態下，對下側之基板13之形成有溝槽13g之表面13a抵接上述之基板13之未形成有溝槽13g之背面13b(板狀部13c)，以使各基板13上所設之各溝槽13g之延續方向在平視時相互垂直，並上下重疊該等基板13彼此，而構成一組。

詳細說明上述微鏡陣列30之構造(後述之微鏡陣列31、32、40亦為相同之原理)，則構成各光學元件之基板13(形成溝槽13g前之基板)係用於凹刻加工上述直線狀之溝槽13g之基體，並由諸如玻璃或丙烯酸樹脂等可見光的穿透率為80%以上之材料所形成。上述基板13通常為具備一定厚度之硬質之板狀(厚0.5~10.0mm程度)，其上面(表面13a)則藉切割加工等而凹刻(切刻)形成有上述直線狀之各溝槽13g。另，上述各溝槽13g之凹刻所未到達之平板狀部位(板狀部13c)則為凸刻於各溝槽13g之間而形成之凸條部位之支持基台。

上述基板13上之溝槽13g係利用切割加工機之迴轉刀(切刀)等而形成，並於基板13之加工對象面(表面)上朝一方向依預定之間隔(間距)而形成彼此平行之狀態。另，構成該等溝槽13g之側面(壁面)係藉使用上述迴轉刀之切割加工等而形成，故已形成光反射性之垂直面(鏡面)。且，各溝槽13g雖亦視上述刀片等之厚度(端面方向之總厚度)而不同，但通常使用0.015mm(15μm)~0.3mm(300μm)程度之厚度之刀片時，可形成寬約20~350μm、深約50~500μm程度之溝槽13g，未形成該等溝槽13g之其餘領域(凸條部位)則構成寬約50~300μm、高約50~500μm(與溝槽之深度相同)之平行之肋狀。

其次，形成有上述直線狀之各溝槽13g之2片基板 13、13一如圖8所示，在使上側之一方之基板13對他方之基板13水平地旋轉90°之狀態(即，下側之基板1與上側之基板1’之方位有90°之差異之狀態)下，於下側之基板13之表面13a(上側面)上抵接而重疊上側之基板13之背面13b(板狀部13c之下側面)，而構成一組(一體)之微鏡陣列30。此時，一如上述，由於下側之基板13與上側之基板13之方位有90°之差異，故形成相同形狀之基板13之各溝槽13g彼此配置成使上述溝槽13g之延續方向在平視時相互垂直(立體上係「扭轉之位置」)。

上述狀態下，自基板表背方向(上下方向)觀看上述微鏡陣列30時，上側之基板13之各溝槽13g與下側之基板13之各溝槽13g在平視時呈相互垂直之格狀，其等之相交部位上則分別形成上側之基板13之各溝槽13g之光反射性之垂直面(鏡面)與下側之基板13之各溝槽13g之光反射性之垂直面(鏡面)所構成之角反射器。

其次，上述微鏡陣列30(各基板13)設置於顯示輸入裝置之上面時，則如圖7及圖9所示，朝形成於頂板構件6上面之內緣上設有固定用階部6e之預定形狀(與基板13之外形大致相同形狀)之開口6a先嵌入第1片基板13，其上則在其餘之第2片基板13已水平地旋轉90°之狀態下加以嵌入而重疊之，則任何人均可簡單地安裝微鏡陣列30。

另，構成上述微鏡陣列30之各基板13亦可二片均朝下側(開口6a側)嵌入形成有各溝槽13g之表面13a(上面)(參照後述之圖11、圖12之「俯向」基板13’)。此時，在第2片基板(13’)已水平旋轉90°之狀態下朝第1片之基板(13’)加以嵌入而重疊之，即可獲致相同之效果。

又，相機5利用設於上述頂板構件6之開口6b、 LED(標號4)利用各開口6c，而與微鏡陣列30相同，可輕易進行定位及安裝。其次，於頂板構件6上安裝各微鏡陣列30、相機5、LED(4)等後，將於上述頂板構件6上覆蓋用於封蓋罩殼20上面之透明之板狀構件(透明板)3(參照圖9)，以保護各構件。

其次，圖10所示之第4實施形態之顯示輸入裝置及圖13所示之第5實施形態之顯示輸入裝置之構造亦大致與上述第3實施形態之顯示輸入裝置相同。不同點在於顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列之構造，第4實施形態之顯示輸入裝置(圖10)中，係使用2片組之微鏡陣列31(圖11)或微鏡陣列32(圖12)。而，第5實施形態之顯示輸入裝置(圖13)則使用單片構造之微鏡陣列40(圖14)。

圖11、圖12所示之微鏡陣列31、32亦構成可將配置於一方面側(背面側或表面側)之被投影物之鏡像成像於與陣列之元件表面(P)成面對稱之他方面側(表面側或背面側)之空間位置上之「成像光學元件」。又，構成該等微鏡陣列31、32之各光學元件(「仰向」基板13、「俯向」基板13’)亦與上述第3實施形態相同，係於透明之平板狀之基板13、13’之表面13a、13’a上，藉使用迴轉刀之切割加工等而依預定之間隔形成有複數條相互平行之直線狀之溝槽13g或溝槽13’g。另，基板13與基板13’僅配置方向有所不同，其構造則無差異。

第4實施形態之顯示輸入裝置所使用之微鏡陣列 31與前述微鏡陣列(30)之不同點一如圖11所示，乃使上側之一方之基板13’表背(頂底)反轉而使形成有溝槽13’g之表面13’a朝下而加以應用。即，上述微鏡陣列31係使用相同形狀之2片光學元件(基板13、13’)而使上側之一方之基板13’表背反轉，並在使該基板13’對下側之他方之基板13旋轉90°後之狀態下，使上側之基板13’上形成有溝槽13’g之表面13’a與下側之基板13之形成有溝槽13g之表面13a抵接。如此，上下重疊該等基板13、13’彼此，以使各基板13、13’ 上所設之各溝槽13g與溝槽13’g之延續方向在平視時相互垂直，即構成1組微鏡陣列31。

又，同樣地，第4實施形態之顯示輸入裝置所使用之另一構造之微鏡陣列32(圖12)係使構成上述微鏡陣列31(圖11)之各光學元件(基板13、13’)之位置調換(相反)而加以積疊而成，且在使下側之一方之基板13’表背反轉且使該基板13’對上側之他方之基板13旋轉90°後之狀態下，使上側之基板13之背面13b(板狀部13c之下側面)與下側之基板13’之背面13’b(板狀部13’c之上側面)抵接而加以積疊而成。藉此，而構成設於各基板13、13’上之各溝槽13g與溝槽13’g之延續方向在平視時相互垂直之一組陣列32。

其次，圖13所示之第5實施形態之顯示輸入裝置之基本構造亦與前述第3、第4實施形態之顯示輸入裝置相同，僅所使用之微鏡陣列40之構造(參照圖14)有所不同。上述微鏡陣列40相對於前述第3、第4實施形態之微鏡陣列30~32係由一面上形成有直線狀之溝槽(13g)之2片基板13(13’)所構成，本第5實施形態所使用之微鏡陣列40則由1片基板14所構成。

即，上述微鏡陣列40(成像光學元件)一如圖14所示，係於透明之平板狀之基板14上側之表面14a及下側之背面14b上，分別藉使用迴轉刀之切割加工等而依預定之間隔形成有複數條相互平行之直線狀之溝槽14g及溝槽14g’，該等表面14a側之各溝槽14g與背面14b側之各溝槽14g’則形成使其形成方向(延續方向)在平視時相互垂直。

構成上述微鏡陣列40之基板14(溝槽14g、14g’形成前之基板)與前述基板13相同，係可供凹刻加工直線狀之溝槽(14g)之基體，並由諸如玻璃或丙烯酸樹脂等可見光之穿透率為80%以上之材料所形成。上述基板14通常為具備一定厚度之硬質之板狀(厚0.5~10.0mm程度)，其上面(表面14a)則藉切割加工等而分別凹刻形成有上述直線狀之各溝槽14g、14g’。另，上述各溝槽14g、14g’之凹刻所未到達之平板狀部位(板狀部14c)則構成凸刻於各溝槽14g、14g’之間而形成之凸條部位之支持部位。

另，基板14之溝槽14g、14g’係於基板14之加工對象面(表面14a、背面14b)上，分別朝一方向依預定之間隔(間距)而形成相互平行狀態。上述之兩面加工可於一方之面(諸如表面14a)上形成溝槽14g後，自切割加工機等暫時卸下上述基板14，並在上述基板14之表背(上下)反轉後之狀態下加以安裝，而於基板14之他方之面(背面14b)側亦形成與上述一方之面(表面14a)側之方位相差90°(朝平視時與表面14a側之溝槽14g垂直之方向)之與上述一方之面(表面14a)相同之相互平行之複數條直線狀溝槽14g’。

依據以上之第3~第5實施形態之顯示輸入裝置，亦可將顯示於顯示器D上之相片等二次元影像顯示成漂浮於微鏡陣列(30~32、40)之上方之狀態而呈現豐富之立體感。且，該等顯示輸入裝置可藉簡單且低成本之構造而界定手指H等之位置及座標，甚且，由於投影於空間中之空間影像I’之周圍不存在將造成輸入操作之妨礙之結構物，故可自然地以上述手指H等進行操作輸入而不覺察裝置之存在。

以下，取代前述箱狀(密閉形)之罩殼10、10’、20，而就以無側面之開放形之箱盒(15~19)作為用於容置上述顯示輸入裝置之各零件之機殼之例加以說明。但，本發明之顯示輸入裝置所使用之罩殼及箱盒之形狀等並不受限於該等實施形態。

圖15~圖19分別係本發明之第6~第10實施形態之顯示輸入裝置之外觀立體圖。另，投影於微鏡陣列上方之空間影像I’(本例中為狗相片)則除圖15以外均省略其圖示。且，為避免構造之複雜化，而已省略顯示器D以外之光學檢測機構(相機，標號5)及光源(LED，標號4)等之圖示。

進而，以下各實施形態所使用之微鏡陣列30(1、 31、32、40等亦可)與前述第3~第5實施形態相同，係嵌入而固定於各箱盒之頂板構件(頂板部)上所設之開口(附有內緣階部)中，其上側亦同樣配設有保護用之透明之板狀構件(透明板3)。

首先，第6實施形態之顯示輸入裝置一如圖15所示，係使用由頂板部15a、底板部15b、側板部(垂直方向)15c、傾斜狀之側部(傾斜板部15d)所構成之未設有顯示器橫向(顯示器插入方向)之側面(側部)之箱盒15。設於上述箱盒15之上面(頂板部15a)之開口中則嵌入有上述微鏡陣列30，位於其下側之傾斜板部15d之上面(內側面)則形成用於載置平板顯示器(顯示器D)之顯示器載置面(等同於第1實施形態之載置台2之上面)。

上述傾斜板部15d與前述實施形態之載置台2之顯示器載置面(2a)相同，對箱盒15之底板部15b及微鏡陣列30之元件表面(或其下面)，形成依預定角度α而傾斜之狀態，其上面(顯示器載置面)則貼附有用於暫時固定顯示器D之吸附膠帶等(圖示省略)。

又，圖16所示之第7實施形態之顯示輸入裝置則使用由相同之頂板部16a、側板部(垂直方向)16c、傾斜狀之側部(傾斜板部16d)所構成，而無底板部及顯示器橫向之側面之箱盒16。另，設於該箱盒16上面(頂板部16a)之開口中亦配設有微鏡陣列30，位於其下側之傾斜板部16d之上面(內側面)則形成用於載置顯示器D之載置台(顯示器載置面)。另，上述傾斜板部16d係對裝置下面及微鏡陣列30之元件表面(下面)形成依預定角度α而傾斜之狀態，其上面(顯示器載置面)亦同樣貼附有用於暫時固定顯示器D之吸附膠帶等(圖示省略)。

其次，第8實施形態之顯示輸入裝置一如圖17所示，係使用由頂板部17a、底板部17b、傾斜狀之側部(傾斜板部17d)所構成，而無垂直之側面(側板部)及顯示器橫向之側面之箱盒17。另，設於箱盒17上面(頂板部17a)之開口中亦配設有微鏡陣列30，位於其下側之傾斜板部17d之上面(內側面)則形成用於載置顯示器D之載置台(顯示器載置面)。且，用於暫時固定顯示器D之吸附膠帶等(圖示省略)亦同。

又，圖18所示之第9實施形態之顯示輸入裝置則使用於大致水平狀之頂板部18a與底板部18b之間設有用於支持其等之傾斜板部18d之箱盒18。設於該箱盒18之上面(頂板部18a)之開口中亦配設有微鏡陣列30(1、31、32、40等亦可)。與前述相同，位於微鏡陣列30下側之傾斜板部18d對底板部18b及微鏡陣列30之元件表面(下面)形成依預定角度α而傾斜之狀態，其上面(顯示器載置面)貼附有用於暫時固定顯示器D之吸附膠帶等(圖示省略)。

其次，第10實施形態之顯示輸入裝置則如圖19 所示，使用由頂板部19a、底板部19b、側板部(垂直方向)19c所構成，而無顯示器橫向之側面(側部)之箱盒19。該箱盒19並未設有構成顯示器載置面之較長之傾斜側面(上述18d等)。該箱盒19之底板部19b上設有依預定角度α而傾斜之一對較短之傾斜板19d、19d而取代之，該等傾斜板19d、19d之間所形成之溝槽19e中則可嵌入顯示器D之一端。

以上之構造亦可使上述顯示輸入裝置僅藉將上述顯示器D嵌入底板部19b上之溝槽19e之簡單操作，而將平面之二次元影像朝微鏡陣列30上方顯示(投影)成具備景深感之擬似之立體像(立體二次元影像)。

甚且，上述各顯示輸入裝置於其箱盒(15~19)之側面設有較大開口，故可輕易且簡單地進行上述顯示器D(智慧型行動電話等)之插入及取出等作業，且構成構件較少亦有利於降低成本。

其次，說明配置於上述罩殼或箱盒(標號15~19) 等之上面之頂板構件(頂板部)及保護用之透明板狀構件(透明板3)配設成傾斜狀之顯示輸入裝置(第11實施形態)。

圖20係說明第11實施形態之顯示輸入裝置之構造之原理之要部截面圖，圖21係顯示上述顯示輸入裝置之使用狀態之外觀立體圖。本實施形態中，亦使用由頂板部21a、底板部21b、側板部(垂直方向)21c、傾斜狀之側部(傾斜板部21d)所構成，而無顯示器橫向(顯示器插入方向)之側面(側部)之箱盒21。且，設於箱盒21之上面(頂板部21a)之開口中嵌入有微鏡陣列30，位於其下側之傾斜板部21d之上面(內側面)則形成用於載置平板顯示器(顯示器D)之顯示器載置面。另，為避免構造之複雜化，已省略顯示器D與光學檢測機構(前述二次元PSD，標號5’)以外之光源(LED，標號4)及配線等之圖示。

上述第11實施形態之顯示輸入裝置之構造上特徵在於上述機殼(箱盒21)之上面(頂板部21a及透明板3)形成由觀察者(手指H側)之近邊側之裝置前側(圖示右側)朝內側之裝置後側(圖示左側)依預定角度β而傾斜之「上升坡面」。且，本實施形態之光學檢測機構(PSD，標號5’)一如圖20所示，在正對微鏡陣列30之元件表面P中心之位置上，面朝上述元件表面P而配設成可檢測位於上述空間影像I’周圍之輸入體(手指H)之狀態。

詳細說明上述箱盒21之各傾斜面，則用於載置上述顯示器D之傾斜板部21d與前述各實施形態之箱盒(15~19)相同，形成對箱盒21之底板部21b及微鏡陣列30之元件表面P(或其下面)依預定角度α而傾斜之傾斜面，其上面(顯示器載置面)則貼附有用於暫時固定顯示器D之吸附膠帶等(圖示省略)。

又，箱盒21之頂板部21a構成可朝設於其大致中央之開口(附有內緣階部：參照圖20)嵌入而固定陣列30，並構成與覆蓋上述頂板部21a之透明板3一同朝與上述空間影像I’之傾斜相同之傾斜方向，即，就觀察者(手指H側)而言係對裝置之水平面(觀察者所感覺之水平面)自近邊側(前側)朝內側(後側)之方向，依預定角度β而往上傾斜之傾斜面。

另，通常，上述箱盒21之上面(頂板部21a及透明板3)與水平所形成之傾斜角β設為1°以上、60°以下(本例中為15°)，並係上述顯示器D之顯示面Da對微鏡陣列30構成之傾斜角α(30°以上、未滿90°)之角度以下。且，該等傾斜角β與傾斜角α之間成立以下之關係。

0<β≦α(但，1°≦β≦60°，30°≦α<90°)

依據上述構造，上述顯示輸入裝置可由任何人依上述機殼上面之傾斜方向而簡易地發現適用於空間影像I’之觀察及輸入操作之「裝置正面」(近邊側)。因此，可無意識地簡易發現最得以感受上述空間影像I’之立體感等之最適於進行觀察及輸入操作之方向、位置。甚且，上述觀察方向及位置亦為上述顯示輸入裝置中，最得以強烈感受空間影像I’之漂浮感及臨場感等之位置。

進而，依據上述顯示輸入裝置之構造，浮現而呈傾斜狀之空間影像I’與位在其背面之機殼上面(頂板部21a及透明板3)之間，將發生可更為強調空間影像I’之景深、漂浮感及臨場感等之雙眼視差。因此，空間影像I’(影像及圖像等)之對比度及鮮明度均更為強烈，並可自更遠處明視上述空間影像I’。當然，上述機殼上面朝觀察者形成上升坡面之構造，亦可應用於前述第1~第10實施形態。

另，上述實施形態中，雖已說明本發明之具體形態，但上述實施形態純屬例示，並非用於限定解釋本發明。本技術領域之從業人員所可得而知之各種變形態樣，均應包含於本發明之範圍內。

產業上之可利用性

本發明之顯示輸入裝置可直覺地操作空間影像而不覺察輸入系統之存在，故適用於以操作者之手指而直接與空間影像互動之使用者介面裝置。

1‧‧‧微鏡陣列