显示输入装置制造方法
【专利摘要】在本发明的显示输入装置中，在上表面开口的外壳的上部，板状的成像光学元件配置在外壳的上表面开口部的规定位置处，在与上述成像光学元件对应的外壳下部以相对于成像光学元件倾斜规定角度的状态配置平板显示器的载置台，上述平板显示器中显示的图像在与成像光学元件分离的位置处成像为空间像。而且，在外壳的外部配置有触摸输入设备，该触摸输入设备能够将操作者的指示输入转换为指示信号并传递至上述平板显示器的控制单元，操作投影于空间的空间像。
【专利说明】显不输入装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够将照片等二维图像显示为在空间内浮立的空间像并且通过操作者的手指触摸来交互式地操作该空间像的显示输入装置。
【背景技术】
[0002]作为在空间中显示(投影)图像、影像等的方式，已知复眼方式、多眼方式、空间像方式、体积显示方式、全息图方式等，近年来，提出了一种能够使用手、指头等(以下称为“手指”)对显示在上述空间内的二维影像或者三维影像(空间像)直观地进行相互作用的操作(交互式)的显示输入装置。
[0003]作为这种显示输入装置中的手指的识别输入单元(用户接口)，提出了以下系统:利用多个LED、灯等在感测区域(平面)内形成纵横的光格子，使用受光元件等感测输入体(手指等)对光格子的遮蔽(遮光)，来检测该输入体的位置、坐标等(参照专利文献1、2)。
[0004]专利文献1:日本特开2005-141102号公报
[0005]专利文献2:日本特开2007-156370号公报
【发明内容】
_6] 发明要解决的问题
[0007]然而，上述显示输入装置并不限于始终设置于操作者的手边，如果不将用于操作的手指等伸至该显示输入装置附近，则无法进行操作。另外，使用了上述光格子的识别输入单元由于所操作的周边环境，有可能存在不能设置的情况、输入精度降低而不稳定。
[0008]本发明是鉴于这种情形而完成的，其目的在于提供一种在任何环境下均能够可靠地操作投影于空间内的空间像的显示输入装置。
[0009]用于解决问题的方案
[0010]为了达到上述目的，本发明的显示输入装置构成为使用具有成像功能的光学元件使平板显示器的显示面中显示的影像以在与该成像光学元件分离的空间位置处浮立的状态成像，并且该显示输入装置响应于操作者的指示输入交互式地更新上述平板显示器上的影像，该显示输入装置具备:载置台，其用于载置平板显示器；该平板显示器的控制单元；板状的成像光学元件；外壳，其收容载置台、控制单元和成像光学元件；以及触摸输入设备，其配置于该外壳的外部，上述成像光学元件配置于上述外壳的上表面开口部的规定位置处，上述载置台以相对于上述成像光学元件倾斜规定角度的状态配置在与该成像光学元件对应的外壳下部的位置处，并且上述触摸输入设备将操作者的指示输入转换为指示信号并传递至上述控制单元，上述控制单元根据该指示信号使上述平板显示器显示与该指示信号对应的影像。
[0011]发明的效果
[0012]S卩，在本发明的显示输入装置中，上述成像光学元件配置于上述外壳的上表面开口部的规定位置处，上述载置台以相对于上述成像光学元件倾斜规定角度的状态配置在与该成像光学元件对应的外壳下部的位置处，在该载置台上以倾斜规定角度的状态载置上述平板显示器。通过该结构，照片等二维图像以浮立(立起)的状态富有现场感地投影(成像)在收容平板显示器的外壳的上方。
[0013]另外，在本发明的显示输入装置中，在将上述图像投影于空间的外壳的外部配置有触摸输入设备，该触摸输入设备将操作者的手指等所进行的指示输入转换为指示信号并传递至控制单元。而且，接收了上述指示信号的平板显示器的控制单元根据该指示信号使上述平板显示器显示与该指示信号(操作者的指示)对应的影像。由此，在本发明的显示输入装置中，通过操作者使用手指等触摸上述触摸输入设备，能够执行不被环境、条件左右的可靠的输入。而且，能够将上述显示输入装置设为能够交互式地操作浮立于上述空间的镜像的用户友好的装置。
[0014]另外，在本发明的显示输入装置中，还能够在上述触摸输入设备为能够进行相互正交的两个方向的坐标输入的触摸面板设备的情况下，在与操作者的手指等的动作连动的两个方向上直观地进行浮立于上述空间的影像的操作。因而，本发明的显示输入装置能够使上述立体的二维图像感到更逼真。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的第一实施方式中的显示输入装置的结构的截面图。
[0016]图2是说明本发明的第一实施方式中的显示输入装置的使用方法的图。
[0017]图3是说明将平板显示器设置于上述第一实施方式的显示输入装置的方法的局部截面图。
[0018]图4的(a)是本发明的实施方式中使用的微镜阵列的示意性放大图，(b)是说明基于微镜阵列的空间像的成像样式的图。
[0019]图5是说明本发明的第二实施方式中的显示输入装置的使用方法的图。
[0020]图6是说明将平板显示器设置于上述第二实施方式的显示输入装置的方法的局部截面图。
【具体实施方式】
[0021]接着，根据附图详细说明本发明的实施方式。但是，本发明并不限定于该实施方式。
[0022]图1是表示第一实施方式中的显示输入装置的结构的示意性截面图，图2是说明上述显示输入装置的使用方法的图。此外，在本例中，将便携式电话(智能手机等)的液晶显示装置(LCD)的画面利用于平板显示器(附图标记D)。另外，图中的附图标记E表示操作者的视点位置，其空心箭头表示操作者的视线方向，并且图中的附图标记2表示盖住外壳10的上表面开口的透明的板状部件(透明板)。另外，在该图中，在LCD画面中显示的“图像”(图1中的粗线箭头I等)和投影的“空间像”(图1中的虚线箭头I’等)强调其厚度来进行图示。
[0023]如图1所示，本实施方式的显示输入装置配置有载置台3和板状的成像光学元件1，该载置台3用于在上表面开口形状的有底箱状的外壳10中载置平板显示器D。上述载置台3上的平板显示器(D)具备控制上述平板显示器D的显示的控制单元，以相对于该成像光学元件I倾斜α的状态被载置在与上述成像光学元件I的下表面Ib对峙的直下方(正下方)的位置处。而且，在该外壳10附近(外部)配置有操作输入用的触摸输入设备(触摸面板Τ)，该触摸面板T将操作者的指示输入转换为指示信号并传递至上述控制单元，由此上述平板显示器D显示与该指示信号对应的影像(图像)。这是本发明的第一实施方式的显示输入装置的特征。
[0024]对于上述第一实施方式的显示输入装置，当详细地进行说明时，配置于上述外壳10的上表面开口部并盖住该外壳10的透明板2是为了外壳开口方向(上下方向)的光的透过(空间像I’的成像)以及上述成像光学元件I等的安装(定位固定)而设置的，由玻璃板、丙烯酸树脂板等可见光区域的光透过率为80%以上的硬质的板状部件形成。
[0025]安装于上述透明板的板状的成像光学元件I具备使存在于其一面侧的图像1、影像等在另一面侧成像为实像(空间像I’)的成像功能，能够将包含菲涅尔透镜等的各种透镜、无聚焦光学系统的微镜、角反射器等折射型成像元件、微透镜阵列等正立等倍型成像元件使用于本发明的显示输入装置。其中，在本发明中，优选使用如图1所示那样在相对于成像光学元件I的元件面P面对称的位置处成像的微镜阵列(凸型角反射器阵列、详细构造参照图4)。此外，在本例中，示出将上述微镜阵列(成像光学元件I)安装于在上述外壳10的上表面开口部安装的透明板2(盖部件)的下表面(内表面)侧的例子，但是也可以在上述透明板2设置与成像光学元件I相同形状的开口(孔)，并将该成像光学元件I嵌入并固定在该开口。
[0026]对于该微镜阵列(角反射器阵列)，当更详细地进行说明时，如图4的(a)的仰视图所示，该微镜阵列在基板(基盘)11的下表面(图1中的成像光学元件I的下表面Ib侧)，以斜棋盘状地排列的方式排列了朝下凸状的多个微小的单位光学元件12(角反射器)。各单位光学元件12的构成各角12c的两个光反射面(第一侧面12a、第二侧面12b)朝向操作者的视点方向(图1、图2中的E侧)。此外，在从上方观察该微镜阵列(成像光学元件I)的情况下，如图4的(b)的俯视图所示，将上述阵列配置成使其外缘(外边)相对于上述外壳10的正面(作为操作者侧的E侧)旋转45° (即，外缘的角部朝向操作者侧)，成像光学元件I的下侧的图像I在相对于该成像光学元件I面对称的位置(成像光学元件I的上方)形成空间像I’。
[0027]接着，如图1、图2所示，用于载置上述平板显示器D的载置台3由板状部件3a以及将该板状部件3a以倾斜地竖立的状态支承的左右一对基台3b，3b构成，配置于外壳10内部的与上述成像光学元件I的下表面Ib对峙的位置(成像光学元件I的铅直下方)。上述板状部件3a以相对于外壳10的底面和成像光学元件I的元件面P (或者成像光学元件I的下表面Ib)倾斜规定角α的状态被支承、固定于上述基台3b，3b，上述板状部件3a的上表面成为平板显示器D的载置面。而且，通过在上述载置台3的载置面(板状部件3a上)载置具备平板显示器D的智能手机等，上述平板显示器D的显示面Da以相对于成像光学元件I的元件面P倾斜角α的状态被保持。此外，外壳10内的上述载置台3的相对于成像光学元件I的元件面Ρ(下表面Ib)的倾斜角α被调整为成像光学元件I的成像作用最佳，通常设定为30°以上且小于90°，优选设定为40°以上且80°以下。
[0028]另外，作为用于显示上述图像I的平板显示器D，期望除了使用具备背光灯的液晶显示面板(IXD)以外，还使用等离子体显示器面板、有机EL显示面板等能够对比度良好地再现整个可见光波长上尽量无偏差的“白色”和非显示时的“黑色”的显示器面板。此外，平板显示器D也可以是如本例那样的便携式电话或者便携式信息终端等的显示部，具体地说，在智能手机、平板型PC、数码相框、便携式游戏机、便携式电子书阅读器、PDA、电子辞典等中，能够使用其显示部始终露出(未被覆盖)类型的可载置于上述载置台3上的尺寸的设备。另外，在使用不具有背光灯的显示器的情况下，从另外设置的光源朝向显示画面照射光，利用其反射光即可。
[0029]上述智能手机(D)具备控制上述平板显示器D的显示的程序(引擎)或者应用，上述平板显示器D的控制器根据从后述的触摸面板T输入的信号(指示信号)使该平板显示器D显示与该指示信号对应的影像。此外，在上述实施方式中，示出智能手机兼具与触摸面板T进行信息交换的通信功能、作为上述平板显示器D的控制单元的功能以及作为运算单元、管理单元的功能这所有的功能的例子，但是也可以构成为除了上述智能手机以外，还另外设置由计算机等构成的控制部(控制器)，与该控制器分担这些功能。
[0030]而且，在本实施方式中，在外壳10的外部配置有操作输入用的触摸面板T。作为该触摸面板T，能够利用电阻膜方式、电磁感应方式、静电电容方式、红外线(光波导路)方式等各种类型，优选采用在操作板(透明面板)的背面具备液晶显示面板、等离子体显示器面板、有机EL显示面板等板状图像显示装置的触摸面板。在本实施方式中，从操作性的观点出发，如图2所示，能够利用显示画面Ta(LCD)的整面(整个区域)输入相互正交的两个方向(在本例中为X、y方向)的坐标信息的触摸面板是优选的，并且期望能够在该显示画面Ta的任意位置(区域)显示成为按钮的替代的图标等的触摸面板。当然，关于上述按钮等，也可以在画面的框(边框)部分配置实际的电磁开关等。
[0031 ] 此外，通过Bluetooth (注册商标)、无线LAN等的无线连接或者使用了线缆等的有线连接来进行上述触摸面板T与兼用上述控制单元的智能手机的连接。另外，关于上述触摸面板T的配置位置，如果在能够进行上述无线或者有线连接的范围内，则不需要特别是显示输入装置附近，配置于操作者附近或者根据其利用方式配置于希望的位置即可。
[0032]并且，作为本发明的显示输入装置中的触摸输入设备，除了使用上述触摸面板T以外，还可以使用不具备显示画面的其它“能够通过操作者的手指进行操作的输入设备”、例如键盘方式、鼠标方式、手写面板方式等的输入装置，(虽说原本的功能受损)也可以利用(挪用)其它便携式电话或者便携式信息终端等的显示输入部。而且，在办公室等能够将该显示输入装置与计算机(个人计算机)等进行连接而利用的情况下，与该个人计算机等相连接的键盘、鼠标、手写面板等输入接口也可以兼用(共享)上述显示输入装置的触摸输入设备。
[0033]另外，如图1所示，收容上述各部件的外壳10在其上表面的开口部配置了上述透明板2，并且为了防止光的漫反射，将外壳10的内表面设为黑色(色度0、彩度0、亮度O)或者接近黑色的暗色。此外，如图2、图3所示，在该外壳10的一侧面设置有狭缝状的插入口 10a，该插入口 1a用于将上述平板显示器D (图中为智能手机)插入到该外壳10的内部(载置台3上)。
[0034]接着，说明使用上述平板显示器D(智能手机)将图像I的实像(空间像I’)投影和显示于上述外壳10的上方的方法。
[0035]在上述显示输入装置中，在显示(投影)上述图像I的情况下，首先准备具备平板显示器D的智能手机，使该平板显示器D显示实施了规定的加工(背景色变更、对比度提高等图像处理)的图像I (在图2、图3中举例“狗的照片”)，将该智能手机设为上述图像I的上下(天地)颠倒并使该智能手机移动至上述插入口 1a的某一外壳10的侧面附近(参照图2、图3的箭头A)。
[0036]接着，当在上述图像I颠倒的状态下将上述智能手机从上述插入口 1a塞入到外壳10的内部(图2、图3的箭头B)时，该智能手机在载置面上横向滑动而被设置在载置台3上的规定位置(图2、图3的C位置)处。由此，上述平板显示器D的画面中显示的平面的二维图像I (照片等)作为具有层次感的空间像I’(立体的二维图像)而被显示(投影)于板状的成像光学元件I的上方(参照图2)。
[0037]此外，如果将与上述不同的平板显示器倾斜状地配置来代替构成上述载置台3的载置面的板状部件3a，则即使在不载置上述平板显示器D的情况下，也能够持续进行图像I的显示和空间像I’的投影。另外，如果在载置台3的载置面(板状部件3a)安装LED显示器、LED数字钟等自发光方式的显示装置，则即使在不载置(插入)上述平板显示器D的情况下，也能够不中断地持续进行它们的显示与投影，因此是优选的。并且，如果上述载置台3构成为具备上述便携式电话、便携式信息终端等的充电(充电座或者托架)功能，则能够在插入到外壳10内部的期间完成各设备的充电，能够有效地利用用于该充电的时间。
[0038]根据上述结构的显示输入装置，在收容平板显示器D的外壳10的上方，照片等二维图像I作为空间像I’而以立体地浮立的状态富有现场感地投影(成像)。另外，操作者使用手指等触摸上述触摸面板T的显示画面Ta，由此能够执行不被环境、条件左右的可靠的操作输入。
[0039]接着，说明上述触摸输入设备与智能手机成为一体的结构例。
[0040]图5是表示本发明的第二实施方式中的显示输入装置的结构的示意性截面图，图6是说明上述显示输入装置的使用方法的图。此外，对与上述第一实施方式相同的结构附加相同的附图标记并省略其说明。
[0041]图5、6示出的第二实施方式的显示输入装置与上述第一实施方式不同之处在于，用于将操作者的指示输入(传递)到该显示输入装置的触摸输入设备构成为智能手机的操作部的一部分(以下称为操作部Dt)而不是外壳10外部的独立体。
[0042]该智能手机的操作部Dt作为滑动型便携式电话、拉条菜单型(日文:A—型)便携式电话等的操作输入部而设置，如图6所示，使平板显示器D的画面Da显示图像I (狗的照片)，在将该智能手机从插入口 1a塞入外壳10的内部的情况下，上述操作部Dt从该插入口 1a向外壳10外部突出。由此，不准备触摸面板T等作为上述触摸输入设备，就能够起到与上述第一实施方式的显示输入装置同等的操作性和效果。
[0043]接着，说明使用触摸上述触摸输入设备(触摸面板T)的手指等的指示和位置信息(坐标)来更新平板显示器D上显示的图像(影像)的方法。
[0044]例如图2所示，在触摸面板T的显示画面Ta显示上部的坐标输入区域(xy轴的显示区域)和下部的图标触摸区域(M、N、T、B等四方形状图标)的情况下，当使用手指等对下部的图标(显示画面Ta上的特定区域)进行触摸(指示输入)时，该触摸面板T检测出述手指等对面板的接触(触摸)，对上述平板显示器D的控制单元(控制器)送出与该图标对应的指示信号(代码或者事件)。
[0045]接收到相当于上述“Μ”邮件(mail)图标的指示信号的控制器通过智能手机、计算机等运算单元(事件处理引擎)和通信线路等，确认该服务器上的mailbox内是否存在(是否存在新到的)邮件、SMS等，将上述平板显示器D上的图像更新(更换或者绘制)为与其结果对应的图像。此外，也可以在更新上述图像的同时将与是否存在上述电子邮件的结果对应的文本(字符信息)从内置于上述智能手机的扬声器或者安装于外部的声音输出单元等中发声(朗读)。
[0046]另外，在检测出对显示画面Ta上的“N”新闻(news)图标的触摸(指示输入)的情况下，与上述同样地，将平板显示器D上的图像更新为与Web上的新闻、天气预报、电车的运行状况等、地震等灾害信息、Twitter (注册商标)、SNS等的更新对应的图像。同样地，在检测出对显示画面Ta上的“T”时间(time)图标的触摸(指示输入)的情况下，通过上述运算单元、通信线路等获取时刻数据，将上述平板显示器D上的图像更新为与当前时刻对应的图像。而且，在检测出对显示画面Ta上的“B”电池余量(batt.)图标的触摸(指示输入)的情况下，通过上述运算单元、传感器等获取上述智能手机等的电池余量的数据，将上述平板显示器D上的图像更新为与上述电池余量对应的图像。关于这些各信息的更新，也可以按每个信息改变显示(信号)来进行显示，用声音通知该更新。
[0047]并且，在操作者触摸上述显示画面Ta上的各图标以外的区域并用指尖等连续地输入其轨迹(连续的坐标信息)的情况下，能够根据上述指尖坐标的变化量使平板显示器D的图像1(即空间像I’ )与指尖的动作相应地连续且交互式地变化(更新)。此外，各图标以外的区域除了用作像鼠标、手写面板等指示设备那样进行动作的区域以外，也可以用作通过在该区域一笔画出特定图形来输入指示(所谓“手势输入”)的区域、字符识别(手写输入)区域。
[0048]另外，在上述实施方式中，举例说明了以操作者的输入为起点(开端)来主动地获取邮件、新闻等Web上的信息的[所谓“拉取式(PULL)传送”]系统，但是本发明的显示输入装置也可以兼用与从Web(网络)侧对便携式电话等的自动的信息传送[所谓“推送式(PUSH)传送”]对应地更新上述平板显示器D上的图像的系统。
[0049]并且，示出了在智能手机等本地运用上述控制单元、运算单元等中使用的程序(引擎)的例子，但是这些各程序可以分散配置于上述另外准备的控制器等，另外，也可以配置于经由云端等网络的外部(服务器等)。
[0050]在上述实施方式中，示出了本发明中的具体方式，但是上述实施方式只不过是单纯的例示，不应被限定地解释。本领域技术人员显而易见的各种变形在本发明的范围内。
[0051]产业h的可利用件
[0052]本发明的显示输入装置在任何环境下均能够直观地操作在空间投影的空间像，因此能够设为能够与空间像简单地进行交互的用户接口设备。
[0053]附图标记说曰月
[0054]1:成像光学元件；la:上表面；lb:下表面；2:透明板；3:载置台；3a:板状部件；3b:基台；10:外壳；11:基板；12:单位光学兀件;12a、12b:侧面；12c:角；D:平板显不器；Da:显示面；Dt:操作部；T:触摸面板；Ta:显示画面；P:元件面；1:图像；1’:空间像。
【权利要求】
1.一种显示输入装置，使用具有成像功能的光学元件使平板显示器的显示面中显示的影像以在与该成像光学元件分离的空间位置处浮立的状态成像，并且该显示输入装置响应于操作者的指示输入交互式地更新上述平板显示器上的影像，该显示输入装置的特征在于，具备:载置台，其用于载置平板显示器；该平板显示器的控制单元；板状的成像光学元件；外壳，其收容上述载置台、上述控制单元和上述成像光学元件；以及触摸输入设备，其配置于该外壳的外部， 上述成像光学元件配置在上述外壳的上表面开口部的规定位置处，上述载置台以相对于上述成像光学元件倾斜规定角度的状态配置在外壳下部的与该成像光学元件对应的位置处，并且上述触摸输入设备将操作者的指示输入转换为指示信号并传递至上述控制单元，上述控制单元根据该指示信号使上述平板显示器显示与该指示信号对应的影像。
2.根据权利要求1所述的显示输入装置，其特征在于， 上述触摸输入设备为能够进行相互正交的两个方向的坐标输入的触摸面板设备。
【文档编号】G03B21/00GK104471517SQ201380037477
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】十二纪行 申请人:日东电工株式会社