TW201643609A - 非接觸輸入裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種非接觸輸入裝置，其係具有：分別在同一平面上立設多數平面視下呈交叉的第1、第2微小反射面而配置的光成像機構；及設在光成像機構的一側的顯示器，將顯示器的畫像在光成像機構的另一側形成為第1實像，光學式感測觸碰到第1實像的指示機構的畫像位置的非接觸輸入裝置，其在顯示器的表面具有排列設有僅感測來自表側的光的感測器元件的光感測器，將來自指示機構的反射光，透過光成像機構，在顯示器上形成為第2實像，以光感測器感測第2實像的位置。

Description

非接觸輸入裝置及方法 發明領域
本發明係關於在空中形成實像，且可一邊觀看該實像(例如觸控面板像)一邊藉由指示機構(例如手指)的操作進行訊號輸入的非接觸輸入裝置及方法(亦即以非接觸感測再生畫像之指示位置的裝置及方法)。
發明背景
自以往以來已知在顯示器(display)顯示畫像，若以手指按壓畫像的特定場所，以感壓感測器等感測按壓部分的XY座標，藉由該輸入訊號，進行接下來的動作(參照例如專利文獻1)。
此外，如專利文獻2之記載所示，亦已提出在顯示器的正上方，將發光元件及受光元件沿著XY軸平行排列多數而形成矩陣，若以手指或筆等障礙物觸碰顯示器的表面時，該障礙物橫穿過矩陣，藉此感測抵接於顯示器的位置。
另一方面，在專利文獻3提出一種方法及裝置，其使用將在透明平板的內部，以平行且一定間隔分別排列 多數的第1、第2平面光反射部的第1、第2光控制面板，以第1、第2平面光反射部平面視下成為正交狀態的方式進行抵接或近接配置的光成像機構，將顯示器的畫像、及使紅外線作不規則反射至顯示器表面的畫像同時作為再生畫像而顯示在空中，且藉由二次元紅外線攝影機感測觸碰到再生畫像的指示機構的位置，來感測再生畫像的指示位置。
此外，如專利文獻4之記載所示，亦已提出使光感測器內置於構成液晶面板的電晶體形狀面，辨識在液晶表面之藉由手指所為之多觸碰或觸碰筆的動作、形狀的裝置。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特開2006-39745號公報
【專利文獻2】日本特開2000-56928號公報
【專利文獻3】日本專利第5509391號公報
【專利文獻4】日本特開2011-29919號公報
發明概要
但是，在專利文獻1、2所記載之觸控面板中，係形成為存在平面狀的顯示器，可在顯示器顯示特定的平面畫像，按壓該顯示器上的特定位置來感測輸入位置的構造。因此，以手指或筆等按壓畫像時，必定接觸或衝撞顯示器面或觸控面板面，有顯示器等髒污或在顯示器造成損 傷的情形。
在專利文獻3，除了顯示器之外，亦必須要有紅外線的發生機構(紅外線燈)、紅外線的不規則反射面、及紅外線攝影機，裝置構成變得更為複雜。此外，紅外線發生機構、紅外線攝影機被配置在有別於顯示器及光成像機構的其他位置，因此有必須要有設置空間的問題。接著，由於在顯示器的正面側放置紅外線的不規則反射面，因此會有顯示器的光的一部分被吸收的問題。此外，在專利文獻3中，由於使用光成像機構，因此並不具有如透鏡般供成像用的焦點距離，但是若使用紅外線攝影機，必須選定設置位置，且另外進行對影像的焦點(focus)調整。
在專利文獻4中提出一種具備有：附背光的液晶面板、及藉由反射光來感測觸碰到液晶面板的情形的光感測器的光學式觸控面板，但是觸控面板並非為空中成像式。
此外，在ATM等亦使用採用顯示器的觸控面板，但是因不特定多數人觸碰畫面，因此並不衛生，在防止接觸感染方面並不有效。此外，若朝向顯示器被照射光，該反射光由顯示器被放射，會有不易觀看顯示器的情形。
本發明係鑑於該情形而完成者，目的在提供將所成像的畫像形成為非為來自其他光源的反射光的空間畫像，以手指、指示棒、觸碰筆等指示機構指著該空間畫像的特定位置來感測該位置，即使未物理式接觸顯示器，亦可進行訊號輸入之非接觸輸入裝置及方法。
按照前述目的之本發明之非接觸輸入裝置具有：光成像機構，其被配置為在同一平面上立設多數平面視下呈交叉的各個第1、第2微小反射面，且來自前述各第1微小反射面的第1反射光在相對應的前述第2微小反射面接受並形成為第2反射光；及，顯示器，在該光成像機構的一側隔著距離而被設置，且該非接觸輸入裝置係將前述顯示器的畫像在前述光成像機構的另一側形成為第1實像，並光學式感測已觸碰到該第1實像的指示機構的畫像位置，其特徵為：
在前述顯示器的表面具有排列設有僅感測來自表側的光的感測器元件的光感測器，將來自前述指示機構的反射光，透過前述光成像機構，在前述顯示器上形成為第2實像，並以前述光感測器感測該第2實像的位置。
在本發明之非接觸輸入裝置中、較佳為由前述顯示器所發出的光的一部分或全部被高頻調變(例如數kHz~200MHz)。
此外，較佳為由前述顯示器所發出的光包含紅外線，前述各感測器元件為紅外線感測器元件。
在此，較佳為前述光感測器(紅外線感測器)形成為薄片狀。
接著，在本發明之非接觸輸入裝置中，較佳為前述各感測器元件在背側設有非透光材。若前述感測器元件為可見光的光感測器元件，使用遮斷可見光的非透光材，若前述感測器元件為紅外線感測器元件，則使用遮斷紅外 線的非透光材。
此外，按照前述目的之本發明之非接觸輸入方法係使用：光成像機構，其被配置為在同一平面上立設多數平面視下呈交叉的各個第1、第2微小反射面，且來自前述各第1微小反射面的第1反射光在相對應的前述第2微小反射面接受並形成為第2反射光；及，顯示器，在該光成像機構的一側隔著距離而被設置，且該非接觸輸入方法係將前述顯示器的畫像在前述光成像機構的另一側形成為第1實像，並光學式感測已觸碰到該第1實像的指示機構的畫像位置，其特徵為， 在前述顯示器的表面具有排列設有感測來自表側的光的感測器元件的光感測器，將觸碰到前述第1實像的前述指示機構的畫像，在前述顯示器上形成為第2實像，並以前述光感測器感測前述第2實像的位置。
接著，在本發明之非接觸輸入方法中，較佳為由前述顯示器所發出的光包含紅外線，前述各感測器元件為紅外線感測器元件。
本發明之非接觸輸入裝置及非接觸輸入方法係在顯示器的表面具有排列設有僅感測來自表側的光的感測器元件的光感測器，將來自指示機構的反射光，透過光成像機構，在顯示器上形成為第2實像，以光感測器感測第2實像的位置，因此無須配備特別的紅外線發生機構或紅外線攝影機等，可相較簡單地檢測指示機構的位置。
此外，光成像機構與透鏡(攝影機)不同，由於不具有特別的焦點距離，因此即使顯示器的位置改變，指示機構的畫像亦成像在原本的顯示器上，可進行更為正確的指示機構(例如手指、筆尖等)的位置的檢測。
尤其，在本發明之非接觸輸入裝置及非接觸輸入方法中，若由顯示器所發出的光包含紅外線，且光感測器的感測器元件為紅外線感測器元件，可藉由無法目視的紅外線來感測指示機構的位置。
此外，在本發明之非接觸輸入裝置中，若光感測器形成為薄片狀，具有光感測器的顯示器的製造變得較為容易，亦可採用一般的顯示器。此外，若使用可見光作為光時，亦可將習知之「光感測器液晶墊」直接利用在顯示器。此時，以感測器元件在背側配置非透光材，僅感測來自表側的光為佳。其中，若將光感測器形成為薄片狀而載置於顯示器上時，亦可為有別於顯示器的其他構造者。
在薄片狀的光感測器所接受到的第2實像中，進行由各感測器元件的受光資料找尋重心位置等運算處理，來求出指示機構(例如指尖)的位置。
在此，若將顯示器的畫像形成為鍵盤等時，較佳為在各個鍵盤的中心設置特別的光線畫像(例如點光)。藉此，光感測器的位置亦配合光線畫像而可提升感測精度。
10‧‧‧非接觸輸入裝置
11‧‧‧顯示器
11a‧‧‧畫像
12‧‧‧第1實像
13‧‧‧光成像機構
14‧‧‧第1光控制面板
15‧‧‧第2光控制面板
18、19‧‧‧平面光反射部
20‧‧‧第1微小反射面
21‧‧‧第2微小反射面
24‧‧‧背光
25‧‧‧液晶顯示部
25a‧‧‧透明薄片
26‧‧‧紅外線感測器
27‧‧‧非透光材
28‧‧‧紅外線感測器元件
28a‧‧‧透明保護板
29、30‧‧‧導體線
32‧‧‧照明器
34‧‧‧手指
35‧‧‧第2實像
r1~r4‧‧‧反射光
α‧‧‧角度
θ‧‧‧指示機構
圖1係本發明之一實施例之非接觸輸入裝置的說明圖。
圖2係在該非接觸輸入裝置所使用的光成像機構的說明圖。
圖3(A)、(B)係分別在該非接觸輸入裝置所使用的顯示器的說明圖。
實施發明之形態
接著，一邊參照所附圖示，一邊說明將本發明具體化之實施例。如圖1所示，本發明之一實施例之非接觸輸入裝置10具備有：與平面狀的顯示器11具有例如30~60度的角度α而分離形成，將顯示在顯示器11的畫像11a(參照圖2)入光而在對稱位置將顯示器11的畫像11a成像為第1實像12的光成像機構13。其中，在此，以顯示器而言，如一般的液晶顯示器般，除了平面板狀者之外，亦可使用在內部具有光源的立體狀者、如鍵盤般僅在單側具有凹凸者，亦可視情況，使用如在內部具有光源(背光)的看板(電光顯示器等靜止圖像顯示器)者。尤其，靜止圖像亦可為立體或平面狀者。
此外，若光成像機構13使用透明塑膠、玻璃等透明材作為主要材料，當由空氣中入光至透明材，且由透明材出光至空氣中時，由於產生因透明材的材質而起的折射，因此考慮折射角，來決定顯示器11的位置。其中，顯示器相對光成像機構的位置係有一定程度的自由，並不需要進行使用透鏡系時的對焦。
如圖2詳示，光成像機構13具有將一面側抵接或 近接配置之分別厚度為t1、t2(例如0.1~5mm)的平板狀的第1、第2光控制面板14、15。在第1、第2光控制面板14、15內部，分別與一方側的面呈垂直地以一定間距(p1、p2)排列多數形成有多數且帶狀的平面光反射部18、19。在此，第1、第2光控制面板14、15立設的平面光反射部18、19配置成平面視下相交叉(在該實施例中為正交狀態)。
第1、第2光控制面板14、15除了平面光反射部18、19以外的部分為由玻璃或透明塑膠等透明材所形成。該平面光反射部18、19較佳為由反射效率佳的金屬薄片、蒸鍍金屬、在中間部具有接著劑層的金屬薄片、或鏡面薄片而成，表背兩面形成為反射面，惟即使在僅有單面成為反射面的情形下，亦適用本發明。其中，關於光成像機構13的製造方法，例如記載於WO2009/131128A1等。此外，在反射效率高的金屬例如有鋁、銀、鈦、鎳、鉻等。
通常各平面光反射部18、19的間距p1、p2相同，且第1、第2光控制面板14、15的厚度t1、t2相同在生產效率方面為較佳，因此以下，平面光反射部18、19的間距設為p，第1、第2光控制面板14、15的厚度設為t來進行處理。若將如上所示之光成像機構13進行平面視，如圖1的部分放大圖所示，平面光反射部18、19交叉而形成多數正方形框。此時的一個框(亦即一層份的框)的縱橫比γ(高度/寬度)成為厚度(t)/間距(p)。縱橫比γ成為1~4.5左右，但是在一個平面光反射部18、19作複數次反射而獲得更加明亮的第1實像12時，以形成為2.5~5(更詳言之為超過3且為4.5以下)為佳。
在第1、第2光控制面板14、15的一個框的部分，形成平面視呈交叉的第1、第2微小反射面20、21。該第1、第2微小反射面20、21係分別在同一平面上立設多數而配置。因此，來自被配置在光成像機構13的一側的顯示器11的光係在位於跟前側(顯示器11側)的第1光控制面板14的各第1微小反射面20作反射(第1反射光)，在2光控制面板15所對應的第2微小反射面21另外反射(第2反射光)，在光成像機構13的另一側形成第1實像12。該第1實像12形成在空間部，與形成在顯示器11的畫像11a為相同大小。其中，入射光及反射光除了僅在一個框之中進行反射的情形之外，亦包含跳過一個框來進行反射的情形。
接著，一邊參照圖1、圖3(A)、(B)，一邊說明非接觸輸入裝置10所使用的顯示器11。該顯示器11基本上為液晶類型，具有：背光24、液晶顯示部25、作為光感測器之一例的薄片狀的紅外線感測器26、及表面的透明保護板28a。
背光24較佳為發出可見光，並且發出紅外光，此時，較佳為對來自背光24的光(一部分或全部)施加高頻調變。若分別具備有對背光24發出可見光的發光機構A及發出紅外光的發光機構B之雙方時，亦可僅對發光機構B施加高頻調變。其中，可使用發光二極體或螢光燈作為背光24。此外，亦可使用例如有機或無機的電激發光作為顯示器。
如圖3(A)、(B)所示，被設在顯示器11的表面的薄片狀的紅外線感測器26以格子狀配列多數紅外線感測器 元件(感測器元件之一例)28，以上下配置有導體線29、30。在紅外線感測器元件28的背側設有導電性或非導電性的非透光材27，使紅外線感測器元件28僅感測來自表側的光。其中，25a表示透明薄片。
紅外線感測器元件28及導體線29、30形成為透明，容易通過可見光及紅外光。該紅外線感測器26僅反應紅外線，且發生電動勢。其中，亦可使用反應可見光及紅外光的感測器，作為紅外線感測器元件，在上部設置僅通過紅外線的濾波器。紅外線感測器元件及導體線的任一方或雙方可為不透明，此時若儘可能縮窄面積及寬幅而提高顯示器的開口率即可。
液晶顯示部25係成為周知構造，屬於可見光的發光部的一部分的R(紅)、G(綠)、B(藍)的彩色濾光片被並列配置，在R、G、B彩色濾光片的各個的正下方配置液晶晶胞，藉由液晶晶胞作ON/OFF及亮度調整之來自背光24的下部的光，進行可見光的發光。因此，藉由該液晶顯示部25，顯示預定的形狀(例如鍵盤等)的畫像11a。
以顯示器而言，在並列使用採用R、G、B(或其他顏色)的發光二極體的構造者亦可適用本發明。亦可排列R、G、B的發光二極體及紅外線感測器作為一個區塊，顯示器將該區塊排列成平面狀者。在此，亦可使用可見光作為光，若使用可見光的光感測器，在排列成平面狀的各區塊之上設置紅外線遮斷薄片。
若無法由顯示器發出強度足夠的紅外線時，亦可 在光成像機構13的另一側配置照射形成顯示器11的畫像11a的第1實像12的範圍的全部的紅外線的照明器32。形成為在來自該照明器32的光(紅外線)設有遮光罩(反射器)，且並不入光至紅外線感測器26及光成像機構13的構造。來自該照明器32的光進行高頻調變或訊號調變而與自然光作區別。當然，若紅外線感測器接受經高頻調變的紅外線而進行訊號處理時，在該控制電路具備有在以紅外線感測器元件28所入光的光(被轉換成電訊號)之中，僅輸入特定頻率(高頻)作為訊號的電性濾波器電路。其中，紅外線感測器的位置亦可配置在光成像機構13的一端部。
接著，說明使用非接觸輸入裝置10的非接觸輸入方法。
如圖1所示，將光成像機構13配置在預定位置，且在其一側隔著距離配置顯示器11。在該顯示器11顯示例如觸控面板的畫像11a，可藉由例如切換開關等而改變為任意畫像。顯示器11由於會發光，因此藉由該光通過光成像機構13，在以光成像機構13為中心的對稱位置再生被形成在顯示器11的畫像11a的第1實像12。
此時，第1實像12形成在空間，即使改變顯示器11的位置，不會有第1實像12變模糊的情形，而再生鮮明的畫像。若作為指示機構之一例的手指34觸碰該第1實像12，來自顯示器11的光(紅外線)被照射至手指34，來自手指34的反射光(手指34的畫像)透過光成像機構13，在顯示器11上成像為第2實像35。其中，r1~r4表示來自手指34的反射光。
該第2實像35成為鮮明的畫像，因此藉由紅外線感測器26，在光學上感測其位置。藉此，可鮮明地辨識手指34按到第1實像12的哪個部分。該第2實像35係無關於顯示器11的位置均形成為鮮明的畫像。此外，在圖1中，θ表示指示機構(手指34)及第2實像35相對光成像機構13呈對稱。其中，在此，若未發出在來自顯示器11的光具有一定以上的光度的紅外線，以使用紅外線的照明器32為佳。
第2實像35的位置係感測在薄片狀(平面狀)的紅外線感測器26的哪一個紅外線感測器元件28有受光，進行所感測到的資料的畫像處理來進行認知。
在以上實施例中，使用無法目視的紅外線作為感測實像的光，但是即使為可見光，亦適用本發明。此時，藉由對可見光施加高頻調變，可與外亂光區分。在此，亦可將光感測器作為可見光感測器而組入在R、G、B的發光部的區塊。
較佳為在此時的各感測器元件的背面設置遮光構件，且僅感測來自顯示器的表側的光。感測器元件及與其相連結的導體線較佳為透明，但是即使為非透光，亦適用本發明。此外，若不使用紅外光，可為一般的液晶面板，亦可為發出預定顏色的光的發光二極體群。
本發明並非限定於以上實施例，例如，顯示器的畫像亦可為黑白畫像，而非為彩色畫像。
此外，在本發明中，在顯示器不僅包含顯示畫像者，亦包含經照光或透光的實物像等。亦即，以顯示器而言， 若如一般的看板使用透光性的構件(平面構件、曲面構件)，在各感測器元件的背側可設置遮光構件，亦可在感測器元件使用僅感測來自表側的光(可見光或紅外光)者。
組合以上說明的各構成要素，來形成非接觸輸入裝置亦適用本發明。
此外，薄片狀的光感測器亦可為可與顯示器分離、或為接合構造者。
【產業上可利用性】
本發明之非接觸輸入裝置及方法(以非接觸感測再生畫像的指示位置的裝置及方法)若利用在各種機械的操作盤時，使具有操作按鍵的操作盤(例如鍵盤、觸控面板)的再生畫像在空間顯示，若按壓再生畫像的操作按鍵，即可得輸入訊號。因此，本發明之非接觸輸入裝置及方法不僅工廠機械的操作盤，亦最適於使用在行動電話、個人電腦、汽車、船等之觸控面板。
10‧‧‧非接觸輸入裝置
11‧‧‧顯示器
12‧‧‧第1實像
13‧‧‧光成像機構
14‧‧‧第1光控制面板
15‧‧‧第2光控制面板
18、19‧‧‧平面光反射部
20‧‧‧第1微小反射面
21‧‧‧第2微小反射面
25‧‧‧液晶顯示部
25a‧‧‧透明薄片
26‧‧‧紅外線感測器
27‧‧‧非透光材
28‧‧‧紅外線感測器元件
28a‧‧‧透明保護板
29、30‧‧‧導體線
32‧‧‧照明器
34‧‧‧手指
35‧‧‧第2實像
r1~r4‧‧‧反射光
α‧‧‧角度
θ‧‧‧指示機構

Claims (7)

  1. 一種非接觸輸入裝置，其具有：光成像機構，其被配置為在同一平面上立設多數平面視下呈交叉的各個第1、第2微小反射面，且來自前述各第1微小反射面的第1反射光在相對應的前述第2微小反射面接受並形成為第2反射光；及，顯示器，在該光成像機構的一側隔著距離而被設置，且該非接觸輸入裝置係將前述顯示器的畫像在前述光成像機構的另一側形成為第1實像，並光學式感測已觸碰到該第1實像的指示機構的畫像位置，其特徵為：在前述顯示器的表面具有排列設有僅感測來自表側的光的感測器元件的光感測器，將來自前述指示機構的反射光，透過前述光成像機構，在前述顯示器上形成為第2實像，並以前述光感測器感測該第2實像的位置。
  2. 如請求項1項之非接觸輸入裝置，其中，由前述顯示器所發出的光的一部分或全部被高頻調變。
  3. 如請求項1項之非接觸輸入裝置，其中，由前述顯示器所發出的光包含紅外線，前述各感測器元件為紅外線感測器元件。
  4. 如請求項3之非接觸輸入裝置，其中，前述光感測器形成為薄片狀。
  5. 如請求項1項至4項中任一項之非接觸輸入裝置，其中，前述各感測器元件在背側設有非透光材。
  6. 一種非接觸輸入方法，其係使用：光成像機構，其被配置為在同一平面上立設多數平面視下呈交叉的各個第1、第2微小反射面，且來自前述各第1微小反射面的第1反射光在相對應的前述第2微小反射面接受並形成為第2反射光；及，顯示器，在該光成像機構的一側隔著距離而被設置，且該非接觸輸入方法係將前述顯示器的畫像在前述光成像機構的另一側形成為第1實像，並光學式感測已觸碰到該第1實像的指示機構的畫像位置，其特徵為：在前述顯示器的表面具有排列設有感測來自表側的光的感測器元件的光感測器，將觸碰到前述第1實像的前述指示機構的畫像，在前述顯示器上形成為第2實像，並以前述光感測器感測前述第2實像的位置。
  7. 如請求項6項之非接觸輸入方法，其中，由前述顯示器所發出的光包含紅外線，前述各感測器元件為紅外線感測器元件。
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