非接触输入装置和方法与流程

本发明涉及如下的非接触输入装置和方法(即，非接触地检测再生图像的指示位置的装置和方法)：在空中形成实像，能够一边观察该实像(例如，触摸面板像)一边通过指示单元(例如，手指)的操作来进行信号输入。

背景技术：

以往公知有如下技术：在显示器(显示设备)上显示图像，若利用手指来按压图像的特定的部位则由压敏传感器等来检测按压部分的xy坐标，根据该输入信号来进行接下来的动作(例如，参照专利文献1)。

并且，如专利文献2中记载的那样，还提出了如下技术：在显示器的正上方沿着xy轴平行地排列多个发光元件和受光元件而形成矩阵，在由手指或笔等障碍物触摸显示器的表面的情况下，因该障碍物横穿矩阵而检测与显示器抵接的位置。

另一方面，在专利文献3中，提出了如下的方法和装置：使用如下的光成像单元，将显示器的图像和在显示器表面上使红外线漫反射而得到的图像同时作为再生图像而在空中显示，通过二维红外线照相机来检测触摸到显示器的再生图像的指示单元的位置而检测显示器的再生图像的指示位置，其中，光成像单元以第1、第2平面光反射部在俯视观察时呈垂直状态的方式抵接或者接近配置了第1、第2光控制面板，其中，在该第1、第2光控制面板中，在透明平板的内部，平行且隔开一定间隔地分别排列了多个第1、第2平面光反射部。

并且，如专利文献4中记载的那样，还提出了如下的装置：在构成液晶面板的晶体管形状面上内装有光传感器，识别手指在液晶表面上的多点触摸或触摸笔的动作的形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-39745号公报

专利文献2：日本特开2000-56928号公报

专利文献3：日本特许第5509391号公报

专利文献4：日本特开2011-29919号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在专利文献1、2记载的触摸面板中采用如下的构造：平面状的显示器位于背面侧，在显示器上显示特定的平面图像，按压该显示器上的特定的位置而能够检测输入位置。因此，在利用手指或笔等按压图像的情况下，必须与显示器面接触或者冲突，有时导致显示器弄脏或者在显示器上产生伤痕。

在专利文献3中存在如下问题：除了显示器面板之外还需要红外线的光源、红外线的漫反射面、红外线照相机，从而导致装置结构变得更复杂。

此外，在专利文献4中，提出了具有带背光的液晶面板和光传感器的光学式触摸面板，但触摸面板不是空中成像式，其中，该光传感器通过反射光来检测与液晶面板触摸的情况。

此外，atm等中也使用利用了显示器的触摸面板，但由于不特定的多个人与画面接触因此不卫生，在防止接触感染方面并不有效。

并且，若朝向显示器照射光，则有时从显示器放射该反射光，不容易观察显示器。

本发明是鉴于该情况而完成的，其目的在于，提供如下的非接触输入装置和方法：将成像的图像作为并不是来自其他光源的反射光的空间图像，利用手指、指示棒、触摸笔等指示单元指出该空间图像的特定位置并检测该位置，即使物理上不与显示器接触也能够进行信号输入。

用于解决课题的手段

追随所述目的的第1发明的非接触输入装置具有显示器和光成像单元，其中，该显示器具有多个发光块，在该发光块的一部分或者全部中装入有光传感器，在该光成像单元中，俯视观察时交叉的第1微小反射面、第2微小反射面分别在同一平面上立设配置有多个，来自所述各第1微小反射面的第1反射光由对应的所述第2微小反射面接收而成为第2反射光，

通过所述光成像单元将配置在所述光成像单元的一侧的所述显示器的图像在所述光成像单元的另一侧成像为第1实像，使与所述第1实像接触的指示单元(例如，手指或触摸笔)的图像在所述光成像单元的一侧(通常为显示器上)成像为第2实像，利用所述显示器的光传感器来检测所述第2实像的位置。

另外，显示在所述显示器上的图像是触摸面板像、键盘像等，但也可以是通常的颜色或者黑白的画面(图像)(以下，在非接触输入方法中也相同)。

在第1发明的非接触输入装置中，优选为，所述光传感器是红外线传感器，所述各发光块除了具有可视光的发光部之外，还具有红外线发光部和所述红外线传感器。另外，红外线传感器优选使用滤光器等以使得不检测可视光，但并不是必要条件，光传感器也可以是可视光的光传感器。

在第1发明的非接触输入装置中，也可以是，所述光传感器是红外线传感器，所述各发光块除了具有可视光的发光部之外还具有所述红外线传感器，与所述显示器分开地具有红外线发光单元，该红外线发光单元从所述光成像单元侧对与所述第1实像接触的所述指示单元进行照射，通过所述红外线传感器来检测所述第2实像的位置。

在第1发明的非接触输入装置中，优选为，所述可视光的发光部具有r发光单元、g发光单元以及b发光单元。这里，r是指红色，g是指绿色，b是指蓝色。

在第1发明的非接触输入装置中，优选为，所述显示器是液晶式。因此，在液晶面的背面侧具有光源(背光)。另外，在发光块具有红外线发光部的情况下，优选光源包含红外线发光源。

并且，在第1发明的非接触输入装置中，也可以是，所述显示器是发光二极管式。在该情况下，可视光的发光部可以使用三原色的发光二极管，红外线发光部可以使用红外线发光二极管。

另外，在第1发明的非接触输入装置中，光成像单元可以使用日本专利第5036898号公报中记载的结构，也可以是在日本专利第4734652号公报中记载的将具有2个垂直的光反射面的单位光学元件呈平面状地并排配置。

在第2发明的非接触输入方法中，使用显示器和光成像单元，其中，该显示器具有多个发光块，在该发光块的一部分或者全部中装入有光传感器，在该光成像单元中，俯视观察时交叉的第1微小反射面、第2微小反射面分别在同一平面上立设配置有多个，来自所述各第1微小反射面的第1反射光由对应的所述第2微小反射面接受而成为第2反射光，

通过所述光成像单元将配置在所述光成像单元的一侧的所述显示器的图像在所述光成像单元的另一侧成像为第1实像，与所述第1实像接触的指示单元(例如，手指或触摸笔)的图像成像而在所述光成像单元的一侧形成第2实像，利用所述显示器的光传感器来检测该第2实像的位置。

在第2发明的非接触输入方法中，优选为，所述光传感器是红外线传感器，所述各发光块除了具有具备r发光单元、g发光单元以及b发光单元的可视光的发光部之外，还具有所述红外线传感器。

在该非接触输入方法中，所述各发光块也可以具有红外线发光部，并且还可以另外具有朝向所述指示单元照射红外线的红外线发光单元，还可以同时设置它们。

并且，从所述显示器发出的光(还包含红外线)、或者来自红外线发光单元的红外线优选被进行高频的调制而与自然光进行区分。

发明效果

在本发明的非接触输入装置和方法中，利用光成像单元将显示器的图像成像为位于空间内的第1实像，利用光成像单元将与该第1实像接触的指示单元的图像在光成像单元的一侧例如显示器上成像为第2实像，利用光传感器来检测该第2实像的位置，因此能够比较简单地检测指示单元的位置。并且，不需要像以往那样特别的二维红外线照相机等。

并且，即使显示器相对于光成像单元的位置发生改变，指示单元的图像也成像在原来的显示器上。

在本发明的非接触输入装置和方法中，在显示器具有红外线发光部和红外线传感器的情况下，能够与可视光的变化无关地仅利用红外线来检测指示单元的位置。并且，在从分开设置的红外线发光单元发出红外线的情况下，能够简化显示器的构造。

另外，在使用可视光而作为光的情况下，能够将以往的“光传感器液晶垫”保持原样地用于显示器。在该情况下，在使显示器的图像为键盘等的情况下，优选将特别的光线图像(例如，聚光灯)设置成各个键盘图像。由此，光传感器的位置也与光线图像对准，能够提高检测精度。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的非接触输入装置的说明图。

图2是在该非接触输入装置中使用的光成像单元的说明图。

图3的(a)、(b)分别是在该非接触输入装置中使用的显示器的说明图。

图4是在该非接触输入装置中使用的变形例的显示器的说明图。

图5的(a)、(b)分别是在本发明的第2实施例的非接触输入装置中使用的显示器的说明图。

图6是本发明的第3实施例的非接触输入装置的说明图。

图7是在该非接触输入装置中使用的显示器的说明图。

具体实施方式

接着，参照附图对将本发明具体化的实施例进行说明。

如图1、图2所示，本发明的第1实施例的非接触输入装置10具有光成像单元13，该光成像单元13与平面状的显示器11以具有30～60度的角度α的方式分开形成，对显示在显示器11上的图像进行入光而在对称位置上将显示器11的图像成像为实像12。另外，这里，作为显示器除了使用像通常的液晶显示器那样平面板状的结构，还可以使用在内部具有光源的立体状的结构、像键盘那样仅在一侧具有凹凸的结构(在以下的实施例中也相同)。并且，在光成像单元13将透明塑料、玻璃等透明材料用作主要材料的情况下，在从空气中入光到透明材料、从透明材料出光到空气中时，产生因透明材料的材质而引起的折射，因此考虑折射角而决定显示器11的位置(在以下的实施例中也相同)。另外，显示器相对于光成像单元的位置在某程度上是自由的，不需要使用透镜系统的情况下的对焦。

如图2中示出详细那样，光成像单元13具有厚度分别为t1、t2(例如，0.1～5mm)的平板状的第1、第2光控制面板14、15，该第1、第2光控制面板14、15的一面侧抵接或者接近地配置。在第1、第2光控制面板14、15内部，分别与一侧的面垂直地按照一定的间距(p1、p2)并排地形成有多个且带状的平面光反射部18、19。这里，第1、第2光控制面板14、15的平面光反射部18、19在俯视观察时交叉(在本实施例中呈垂直状态)配置。

第1、第2光控制面板14、15的除了平面光反射部18、19以外的部分由玻璃或者透明塑料等透明材料形成。该平面光反射部18、19由反射效率良好的金属片、蒸镀金属、或者在中间部具有粘接剂层的金属片、镜面膜构成，优选正背面两面是反射面，但在仅一个面为反射面的情况下也应用本发明。另外，关于光成像单元13的制造方法，例如记载在wo2009/131128a1等。并且，反射效率较高的金属有铝、银、钛、镍、铬等。

通常，由于在生产效率方面优选各平面光反射部18、19的间距p1、p2相同，第1、第2光控制面板14、15的厚度t1、t2相同，因此之后将平面光反射部18、19的间距设为p，将第1、第2光控制面板14、15的厚度设为t来进行说明。若俯视观察这样的光成像单元13，则如图1的局部放大图所示，平面光反射部18、19交叉地形成多个正方形的框。该情况下的一个框(即，一层的框)的纵横比γ(高度/宽度)为厚度(t)/间距(p)。纵横比γ为1～4.5左右，但要想在一个平面光反射部18、19上反射多次而得到更明亮的实像12，可以为2.5～4.5(更详细而言为超过3且4.5以下)。

利用第1、第2光控制面板14、15的一个框的部分而形成了俯视观察时交叉的第1、第2微小反射面20、21。该第1、第2微小反射面20、21分别在同一平面上立设地配置有多个。因此，来自配置在光成像单元13的一侧的显示器11的光在位于近前侧(显示器11侧)的第1光控制面板14的各第1微小反射面20上反射(第1反射光)，在对应的第2微小反射面21上进一步反射(第2反射光)而在光成像单元13的另一侧形成实像12。该实像12形成在空间部，与形成于显示器11的图像11a为相同大小。另外，除了入射光和反射光仅在一个框中进行反射的情况之外，还包含越过一个框进行反射的情况。

接着，参照图3的(a)、(b)、图4对在非接触输入装置10中使用的显示器11进行说明。该显示器11基本上是液晶型，具有背光24、液晶部25以及显示部30，在显示部30中，具有分别为可视光的发光部的一例的r发光单元26、g发光单元27以及b发光单元28(以下，也简称为rgb发光单元26～28)的多个元件(发光块)29呈格子状配置。这里，r发光单元26、g发光单元27、b发光单元28是指自身不发光，在背光24的光穿过了液晶部25的情况下发光出r(红)、g(绿)、b(蓝)的部分，仅仅是滤色片也可以代替。

液晶部25是公知的构造，由上下分别沿x、y方向呈格子状配置的带状的透明电极31、32供电，能够以遮光状态和透光状态按照元件单位(即，rgb发光单元26～28单位)来控制。配置在显示部30上的元件29在元件29单位中除了rgb发光单元26～28之外还具有红外线发光部33和作为光传感器的一例的红外线传感器34。在红外线传感器34的上下，从红外线传感器34得到光信号的(也有时供电)带状的透明电极36、37在上下呈格子状配置。另外，在图3的(a)、(b)中，39～41，41a表示透明的保护板材，42表示偏转滤光器，43表示各元件29的障壁。并且，背光24的光源中包含红、蓝、绿的可视光，并且使用包含红外光在内的光源。并且，使用透明电极31、32来控制液晶部25，使用透明电极36、37来控制红外线传感器34。这里，25a表示液晶部主体。另外，图4所示的透明电极31、32和36、37的方向被表示为与图3所示的透明电极31、32和36、37的方向不同。因此，图4所示的显示器11为图3所示的显示器11的变形例。并且，光传感器可以设置于所有的发光块，也可以设置于除了一部分之外的发光块。

对该显示器11的动作进行说明。在点亮背光24的状态下，若经由透明电极31、32对与各元件29内的rgb发光单元26～28、红外线发光部33对应的(即，正下方的)液晶部25进行接通断开，则从一个元件29产生可视光和红外光。由此，能够在显示器11上形成图像11a，并且从显示器11产生均匀照度的红外线。

如图1所示，来自显示在显示器11上的图像11a的光(r1～r4)进入到光成像单元13，在其另一侧形成实像12(第1实像，以下相同)。另外，显示器11和实像12以光成像单元13为中心形成为左右对称或者上下对称。在该情况下，从显示器11的红外线发光部33发出的红外线被形成为呈面状而与实像12的位置重叠，但无法目视确认。

这里，如图1所示，若在实像12的规定的位置处放入作为指示单元45的一例的手指(也可以是触摸笔、指示棒等)，则从指示单元45产生红外线的反射光，该图像经由光成像单元13在显示器11侧(即，显示器11上)成像为第2实像45a。如图1所示，来自指示单元45的红外线的反射光沿着r1’、r3’的返路入光到光成像单元13，在光成像单元13弯曲反射，通过r2’、r4’的返路而成像出第2实像45a。由于第2实像45a是基于红外线的成像，因此无法目视。在图1(图6中也相同)中，θ表示第1实像12(70)与第2实像45a相对于光成像单元13对称地形成。另外，r1～r4、r1’～r4’表示有助于成像的红外线束的外侧的红外线。

这里，利用配置在显示器11上的红外线传感器34来检测指示单元45的红外线图像，由此，能够检测按压到实像12的哪个部分。在实像12是例如键盘等的情况下，能够检测键盘的按压位置。

因此，在该非接触输入装置10中，不需要外置的红外线发光部或红外线照相机等。

接着，对本发明的第2实施例的非接触输入装置50进行说明。在与第1实施例的非接触输入装置10的结构要素相同的情况下标注相同的编号而省略详细的说明(在以下的实施例中也相同)。

如图1、图2所示，该非接触输入装置50具有光成像单元13，该光成像单元13与平面状的显示器51具有30～60度的角度α而分开形成，对显示在显示器51上的图像11a进行入光而在对称位置上成像为实像12。

在图5(a)中示出显示器51的局部放大图，在图5(b)中示出显示器51的截面放大图。该非接触输入装置50的显示器51并不是液晶式，而使用发光二极管式来形成图像。因此，在显示器51上，设置有多个元件(发光块)58，该多个元件(发光块)58除了具有分别由发光二极管形成的r发光单元52、g发光单元53、b发光单元54(可视光的发光部)之外，还具有由发光二极管构成的红外线发光部55、由光电二极管等构成的红外线传感器(光传感器的一例)56。57表示划分各元件58的障壁，60、61表示对r发光单元52、g发光单元53、b发光单元54的各发光二极管供应电力并接收来自红外线传感器56的信号的带状的透明电极。另外，透明电极61也可以不透明。并且，63表示透明保护板材，64表示保护板材，65表示偏转滤光器。

由此，能够从显示器51发出包含红绿蓝的光在内的可视光线的图像和红外线，显示在显示器51上的图像11a经由光成像单元13而在其对称位置的空间中形成实像12。

若利用指示单元45与实像12接触，则该反射红外线经由光成像单元13而在显示器51的表面上成像出红外线图像(第2实像45a)，通过红外线传感器56来检测其位置。

图6所示的本发明的第3实施例的非接触输入装置67具有光成像单元13，该光成像单元13与平面状的显示器68具有30～60度的角度α而分开形成，对来自显示在显示器68上的图像(键盘像、触摸面板像等)69的光进行入光，而在对称位置上将该图像69成像为实像(第1实像)70。这里，对整个实像70照射红外线的红外线发光单元71被设置于光成像单元13的另一侧。该红外线发光单元71例如由红外线发光二极管或者红外线灯等构成，从光成像单元13侧可靠地照射与实像70接触的指示单元45，朝向光成像单元13发出反射光。另外，红外线发光单元71原则上不朝向光成像单元13照射光(红外线)。

如图7所示，显示器68具有多个发光块(元件)73，各发光块73具有：具有r发光单元74、g发光单元75、b发光单元76的可视光的发光部；以及作为光传感器的一例的红外线传感器77。

另外，在显示器68是液晶式的情况下，在rgb发光单元74～76的底部设置有液晶部，在显示器68是发光二极管式的情况下，rgb发光单元74～76分别由发光二极管构成。

因此，在第3实施例的非接触输入装置67中，通过红外线发光单元71对指示单元(手指、触摸笔等)45照射红外线，如图6所示，位于h1、h3的范围内的红外线反射光穿过光成像单元13而在显示器68上成像为第2实像45a。h2、h4表示穿过光成像单元13而通向外侧的红外线。通过红外线传感器77来检测第2实像45a的位置。另外，在第2实像45a的面积较大的情况下，由于被多个红外线传感器77检测，因此优选进行图像处理，例如求出其重心位置而作为显示器68的输出。

在以上的第1～第3实施例的非接触输入装置10、50、67中，为了将来自红外线发光部33、55、红外线发光单元71的红外线信号与外部的红外线进行区分，优选进行调制而成为接通断开信号或者波形信号。在非接触输入装置10的情况下控制液晶而进行该调制，在非接触输入装置50的情况下对施加给红外线发光部(发光二极管)55的电力进行调制，在非接触输入装置67的情况下对施加给红外线发光单元71的电力进行调制。

在红外线传感器34、56、77将接受到的红外线暂时变换成电信号之后，通过过滤器来选择必要信号。

在以上的实施例中，除了可视光之外使用红外光，但也可以不使用红外光，而仅使用可视光而构成非接触输入装置。在该情况下，红外线发光部在元件中不存在，取代红外线传感器而具有可视光的光传感器。因此，也可以转用通常的个人计算机中使用的光传感器式的触摸面板。

在该情况下，优选对可视光进行调制，但此外也可以由光传感器仅检测可视光的一部分的光。并且，红外线包含波长比可视光线的波长长的光线例如远红外线等。

本发明不限于以上的实施例，例如在更换第1～第3实施例的非接触输入装置的一部分的结构而实施的情况下也应用本发明。

在第1～第3实施例中，具体地说明了发光块(元件)的形状、构造，但能够进行不变更本发明的主旨的范围内的改良、形状变更。

并且，在所述实施例中，使用了rgb发光单元，但可以变换顺序，还可以组合rgb以外的颜色，还可以是黑白。

产业上的可利用性

若将本发明的非接触输入装置和方法(非接触地检测再生图像的指示位置的装置和方法)用于各种机械的操作盘，则在空间中显示具有操作按钮的操作盘(例如，键盘、触摸面板)的再生图像，按压再生图像的操作按钮就能够得到输入信号。因此，本发明的非接触输入装置和方法不仅适合用于工厂的机械操作盘，还能够适合用于移动电话、个人计算机、车辆、船等的触摸面板。

标号说明

10：非接触输入装置；11：显示器；11a：图像；12：实像(第1实像)；13：光成像单元；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：液晶部；25a：液晶部主体；26：r发光单元；27：g发光单元；28：b发光单元；29：元件；30：显示部；31、32：透明电极；33：红外线发光部；34：红外线传感器；36、37：透明电极；39～41、41a：保护板材；42：偏转滤光器；43：障壁；45：指示单元；45a：第2实像；50：非接触输入装置；51：显示器；52：r发光单元；53：g发光单元；54：b发光单元；55：红外线发光部；56：红外线传感器；57：障壁；58：元件；60、61：透明电极；63：透明保护板材；64：保护板材；65：偏转滤光器；67：非接触输入装置；68：显示器；69：图像；70：实像(第1实像)；71：红外线发光单元；73：发光块；74：r发光单元；75：g发光单元；76：b发光单元；77：红外线传感器。