显示片

技术领域

本发明涉及一种显示片，其在通过指示单元(例如，手指)指示形成于空中的实像上的特定位置时，能够以非接触的方式简单且可靠地检测该指示的位置。

背景技术

以往，已知下述触控面板：将图像显示到显示器(显示器)上并用手指按压图像的特定部位时，压敏传感器等检测按压部分的XY坐标，通过其输入信号来进行下一操作(例如参见专利文献1)。

另外，在专利文献2中，在显示器正上方沿着XY轴平行排列大量的发射元件和接收元件而形成矩阵，用手指或笔等障碍物(指示单元)触摸显示器的表面时，该障碍物横穿矩阵，由此检测到与显示器抵接的位置。

另一方面，在专利文献3中，提出了下述方法和装置：对于在透明平板的内部平行且以一定间隔分别排列大量的第1、第2平面光反射部而成的第1、第2光控制面板，按照第1、第2平面光反射部俯视形成正交状态的方式进行抵接或接近配置，使用所获得的光成像单元，将显示器的图像和使红外线漫反射到显示器表面的图像同时作为再生图像显示到空中，利用二维红外线照相机检测触摸显示器的再生图像的指示单元的位置，检测显示器的再生图像的指示位置。

另外，在专利文献4中，涉及一种非接触显示输入装置和方法，其具有在同一平面上分别竖立配置有多个俯视时交叉的第1、第2微小反射面的光成像单元、和设置于光成像单元的一侧的显示器，将显示器的图像作为第1像形成于光成像单元的另一侧，以光学方式检测触摸第1像的指示单元的图像位置，在上述非接触显示输入装置和方法中，在显示器的表面具有仅检测来自正面侧的光的光传感器，并将来自指示单元的反射光藉由光成像单元作为第2像形成于显示器上，利用光传感器检测第2像的位置。

此外，如专利文献5中记载的那样，还提出了下述装置：使光传感器内置于构成液晶面板的晶体管形状面，识别液晶表面处的基于手指的多点触控或触控笔的移动。

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：日本专利第5509391号公报

专利文献4：日本特开2017-142577号公报

专利文献5：日本特开2011-29919号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1、2中为下述结构：特定的平面图像被显示到存在于触控面板的背面侧的平面状的显示器上，该显示器上的特定位置被按压，由此能够检测输入(按压)位置。因此，在用手指或笔等指示单元按压图像的情况下，指示单元必定会碰撞显示器表面，显示器有时会被弄脏或者显示器有时会产生划痕。

专利文献3存在下述问题：除了显示器面板以外，还需要红外线的光源、红外线的漫反射面、红外线照相机，装置构成更加复杂。

专利文献4中，通过在显示器的正面侧设置由片状的光传感器片构成的光传感器，无需将光传感器组装到显示器中，但为了获得来自指示单元的反射光，需要准备组装有红外线发射器的专用显示器，或者在显示器外设置红外线发射器，通用性欠缺，会导致构成的复杂化和装置的大型化。

另外，专利文献5是将光传感器内置于液晶面板、通过反射光来检测手指或触控笔等指示单元触摸液晶面板的光学式的触控面板，而不是专利文献3、4那样的空中成像式(非接触式)的输入装置。使用了这种显示器的触控面板还可用于ATM等，但非特定的许多人会接触屏幕，因此不卫生，对于防止接触感染不是有效的。此外，若朝向显示器照射光，则其反射光从显示器被放射，有时难以看到显示器。

本发明是鉴于该情况而进行的，其目的在于提供一种显示片，该显示片仅通过设置于显示器上并与光成像单元组合就能实现空中成像式(非接触式)的输入装置，无需另行准备专用的显示器或红外线发射器，通用性优异。

用于解决课题的手段

根据上述目的的本发明的显示片配置到显示器上来使用，从该显示器上向空间照射红外线的红外线发射元件、接收从上述空间朝向上述显示器的红外线的红外线接收元件、和使上述显示器发出的光透射到上述空间的透射部并排或分散配置而形成为片状。

此处，红外线接收元件优选使用滤光器等，以不检测可见光，但其不是必要条件。将上述红外线发射元件、上述红外线接收元件和上述透射部支撑到规定位置的部件可以为非透光性，也可以利用透明的材料(例如，透明片)形成上述红外线发射元件和上述红外线接收元件以外的部分，并将透明的材料的一部分或全部作为显示器的光透射部。

本发明的显示片中，优选在上述红外线发射元件和上述红外线接收元件中的任一者或双方设有罩。由此，可以防止在显示器上来自红外线发射元件的光直接进入红外线接收元件等错误检测。

本发明的显示片中，优选对上述红外线发射元件发出的红外线施加了高频调制或数字调制。

发明的效果

通过将本发明的显示片配置于显示器上，显示器发出的光透过透射部，从与显示器隔开规定距离设置的光成像单元的一侧进入，因此，显示到显示器的图像在光成像单元的另一侧成像为第1实像(空中图像)。此时，从红外线发射元件向空间照射的红外线也从光成像单元的一侧进入，并照射到在光成像单元的另一侧成像的第1实像。然后，当指示单元接触第1实像时，由指示单元反射的红外线从光成像单元的另一侧进入，在位于光成像单元的一侧的显示器上的显示片的表面成像为第2实像，因此通过红外线接收元件检测第2实像的位置，能够简单且可靠地检测指示单元对于第1实像的指示位置(接触位置)。

本发明的显示片中，在红外线发射元件和红外线接收元件中的任一者或双方设有罩的情况下，可防止红外线发射元件发出的红外线直接被红外线接收元件接收，仅接收从指示单元反射并在显示片的表面成像的第2实像(反射光)，能够准确地检测指示单元的指示位置。

本发明的显示片中，对红外线发射元件发出的红外线施加了高频调制或数字调制的情况下，能够通过红外线接收元件区别由红外线发射元件照射并由指示单元反射的红外线与自然界中存在的红外线，能够提高检测指示单元所指示的指示位置时的检测精度。

附图说明

图1中，(A)是本发明的一个实施例的显示片的局部俯视图，(B)是(A)的A-A线截面图。

图2是使用了同一显示片的非接触式输入装置的说明图。

图3中，(A)、(B)分别是同一非接触式输入装置中的光成像单元的正截面图、侧截面图。

具体实施方式

接着，参考附图对将本发明具体化的实施例进行说明。

如图2所示，图1(A)、(B)所示的本发明的一个实施例的显示片10配置到显示器11上来使用，构成非接触式输入装置12的一部分，当指示单元(例如，手指)14指示形成于空中的第1实像13上的特定位置时，以非接触的方式检测该指示的位置。需要说明的是，作为显示器，除了通常的液晶显示器那样平面板状的显示器以外，还可以使用键盘那样仅在单侧具有凹凸而发光的显示器等。但是，在如键盘等那样具有凹凸的显示器的情况下，优选将显示片与显示器的凹面或凸面平行地进行配置。

如图1(A)、(B)、图2所示，显示片10中，从显示器11上向空间照射红外线的红外线发射元件15、接收从空间朝向显示器11的红外线的红外线接收元件16、和使显示器11发出的光透射到空间的透射部17按照以片状排列或分散的方式形成，支撑它们的部件由不通过可见光线或红外线等的非透光性的材料构成。需要说明的是，也可以利用透明的材料(例如，透明片)形成红外线发射元件15和红外线接收元件16以外的部分，作为显示器11的光透射部。

并且，如图1(A)、(B)所示，在各红外线发射元件15的上下以格子状配置有用于向各红外线发射元件15供电的带状的透明电极19、20，在各红外线接收元件16的上下以格子状配置有用于在从各红外线接收元件16接收红外线时获得信号的透明电极21、22。在各红外线接收元件16的背部(不检测红外线的一侧)，优选利用非透光片等设置非透光部，以不检测来自背部的显示器11的光。

如图1(B)所示，在各红外线接收元件16的外周设有罩(隔板)23，其用于防止周围的红外线发射元件15发出的红外线直接被红外线接收元件16接收。本实施例中，仅在各红外线接收元件16设置了罩23，但也可以仅在红外线发射元件15设置罩，也可以在红外线发射元件15和红外线接收元件16设置罩。需要说明的是，在红外线发射元件和红外线接收元件的双方设置罩的情况下，优选使红外线发射元件的罩的高度高于红外线接收元件的罩的高度(1.5～3倍)。

另外，如图1(B)所示，显示片10的最上表面和最下表面分别被透明的保护板24、25覆盖。此时，透射部17只要能够透射显示器11发出的光即可，优选使用透明树脂，但在保护板24形成了透明电极19、21、在保护板25形成了透明电极20、22的情况下，透射部17可以是中空，也可以填充透明树脂。特别是，优选在红外线发射元件15的背面进行非光反射处理，以使红外线接收元件16不因来自红外线发射元件15的红外线而反应。

如图2所示，非接触式输入装置12具备与显示器11呈30～60度的角度α分开配置的光成像单元27。来自显示到显示器11的图像的光透过显示片10的透射部17并从光成像单元27的一侧进入，在光成像单元27的另一侧(隔着光成像单元27与显示器11对称的位置，以下称为成像面11a)成像为第1实像(空中图像)13。

以下，对光成像单元27的详细情况进行说明。

如图3(A)、(B)所示，光成像单元27具有第1光控制部31和第2光控制部33，第1光控制部31具有以竖立状态隔开间隙配置的多个光反射面30，第2光控制部33具有以竖立状态隔开间隙配置的多个光反射面32，第1、第2光控制部31、33在厚度方向上被重合配置(一体化)，以使各光反射面30、32在俯视时正交。

第1光控制部31在第1透明板材34的一侧在由第1透明树脂构成的第1成型母材的各槽37的垂直面36形成有由镜面(金属反射面)构成的光反射面30，该第1成型母材分别以规定的间距配置有具有倾斜面35和垂直面36的截面三角形的多个槽37、以及形成在相邻的槽37之间的截面三角形的多个凸条38。需要说明的是，在槽37的底部(倾斜面35的下端与垂直面36的下端之间)、以及凸条38的顶部(倾斜面35的上端与垂直面36的上端之间)分别形成有微小平面部39、40。

另外，第2光控制部33在第2透明板材41的另一侧在由第2透明树脂构成的第2成型母材的各槽44的垂直面43形成有由镜面(金属反射面)构成的光反射面32，该第2成型母材分别以规定的间距配置有具有倾斜面42和垂直面43的截面三角形的多个槽44、以及形成在相邻的槽44之间的截面三角形的多个凸条45。需要说明的是，在槽44的底部(倾斜面42的下端与垂直面43的下端之间)、以及凸条45的顶部(倾斜面42的上端与垂直面43的上端之间)分别形成有微小平面部46、47。

但是，优选不具有微小平面部40、47。

并且，在相向配置的槽37、44中填充有透明树脂48。

需要说明的是，优选第1、第2透明树脂的折射率η1、η2同等(η1为η2的0.95～1.05倍)，且填充于其间的透明树脂48的折射率η3在第1、第2透明树脂的折射率η1、η2的0.8～1.2倍(更优选为0.9～1.1倍、进一步优选为0.95～1.05倍)的范围。

作为第1、第2透明树脂，可以使用环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸系树脂)、非晶质氟树脂、PMMA、光学用聚碳酸酯、芴系聚酯、聚醚砜等热塑性树脂，但特别适合使用熔点、透明度高的树脂。

作为形成镜面(金属反射面)的方法，也适合使用直接对槽37、44的垂直面36、43进行溅射、金属蒸镀、金属微小颗粒的喷吹、离子束的照射、金属糊料的涂布等的方法，但也可以将通过溅射或金属蒸镀等形成了反射膜的树脂膜贴附到槽37、44的垂直面36、43上。需要说明的是，直接对槽37、44的垂直面36、43进行溅射、金属蒸镀、金属微小颗粒的喷吹、离子束的照射等的情况下，在真空中或低压下，从沿着倾斜面35、42的方向并且按照所照射的金属颗粒不接触倾斜面35、42的方式，从斜上方向垂直面36、43照射金属颗粒。此时，由于在槽37、44的底部分别形成有微小平面部39、46，因此能够缓和金属颗粒附着在倾斜面35、42。并且，能够将金属颗粒均匀地照射至垂直面36、43的下端。需要说明的是，代替将槽37、44的倾斜面35、42形成为平面状，也可以形成向凸条38、45的内侧凹陷的截面多边形的多边形表面或截面圆弧状的凹面、或者在表面具有大量的微小凹凸(划痕)的凹凸面，以防止金属颗粒的附着。

作为在槽37、44中填充透明树脂48而将第1、第2光控制部31、33一体化的方法，按照第1光控制部31的一侧与第2光控制部33的另一侧、即形成有各个槽37、44的一侧的面相向的方式面对面地进行配置，在该状态下在其间夹入熔点低于第1、第2透明树脂的片状的透明树脂，在真空状态下进行加热、按压，仅使片状的透明树脂溶解、固化；也可以在各个槽37、44中分别填充由透明树脂构成的透明粘接剂，使第1、第2光控制部31、33的槽37、44面对面地对上，使透明粘接剂固化。作为透明粘接剂，除了通过照射紫外线等而固化的光固化型以外，也可以使用热固化型或双液混合型的粘接剂。特别是，为了使折射率η3接近折射率η1、η2，适合使用由调整了折射率的折射率调整树脂构成的光学用粘接剂等。

需要说明的是，在各槽的倾斜面为多边形表面、凹面、凹凸面等的情况下，通过锚固效应提高倾斜面与填充到槽中的透明树脂的密合性，能够利用透明树脂无间隙地填埋槽内而消除凹凸。其结果，在倾斜面与透明树脂的界面能够不产生漫反射(散射)而使光通过，也能将折射抑制到最小限度，能够得到明亮且清晰的空间图像。

接着，对光成像单元27的操作进行说明。

在图2中，当图像显示到显示器11上时，其光朝向光成像单元27被放射。如图3(A)、(B)所示，当光L1在P1的位置处进入光成像单元27的第2光控制部33的情况下，该光L1在光反射面32上的P2的位置处发生反射，进入第1光控制部31。然后，在光反射面30的P3的位置处发生反射后，在P4的位置处从第1光控制部31出去到空中而进行成像。此处，在图3(A)的Q1处光从透明树脂48进入第1光控制部31，但由于构成第1光控制部31的第1透明树脂的折射率η1与透明树脂48的折射率η3近似(大致同等)，因此不发生全反射或分光等现象。另外，在图3(B)的S1处光从第2光控制部33进入透明树脂48，但由于构成第2光控制部33的第2透明树脂的折射率η2与透明树脂48的折射率η3近似(大致同等)，因此不发生全反射或分光等现象。需要说明的是，在P1、P4的位置也发生折射，但P1、P4的折射相抵。另外，光反射面30、32可以使表里(图3(A)、(B)中的左右)任一侧的面均作为光反射面发挥功能。

需要说明的是，在制造第1、第2光控制部31、33的过程中，有时在位于垂直面36、43的顶部的微小平面部40、47也形成金属反射膜。若在形成该金属反射膜的情况下，则光成像单元27中存在微小的光反射面，光成像单元的成像性变差。因此，优选将形成于微小平面部40、47的金属反射膜除去而形成光透射面(非光反射面)，或者在金属反射膜的表面侧和背面侧形成着色成黑色(光线吸收色的一例)的光吸收层(非光反射面)，使其不存在光反射面。

根据如上构成的光成像单元27，一侧的显示器11的图像发出的光由于光反射面32而发生镜面反射，由于其上的光反射面30而发生第2次镜面反射，因此，如图2所示，在另一侧的空间内成像为第1实像13。此时，从红外线发射元件15向空间照射的红外线也从光成像单元27的一侧进入，并以面状重叠照射到在光成像单元27的另一侧成像的第1实像13的整个面，但视觉上无法识别。

并且，当指示单元14接触显示器11的第1实像13时，由指示单元14反射的红外线从光成像单元27的另一侧进入，并且其图像(通过反射光以指示单元14的形状形成的红外线图像)在位于光成像单元27的一侧的显示器11上的显示片10的表面成像为第2实像49。第2实像49由于是由红外线形成的图像，因此无法目视，但可以通过红外线接收元件16检测其位置，能够简单且可靠地检测指示单元14对于第1实像13的指示位置(接触位置)，能够进行输入操作。此时，若对红外线发射元件15发出的红外线施加了高频调制或数字调制，则能够通过红外线接收元件16区别由指示单元14反射的红外线与自然界中存在的红外线，能够提高检测指示单元14所指示的指示位置时的检测精度。通过使用该显示片10，无需在显示器中内置红外线发射元件或红外线接收元件、或者设置外置的红外线发光单元或红外线照相机等，能够使用现有的显示器简单地构成非接触式输入装置。

另外，如图2所示，也能够以包围第1实像13的周围的方式设置框体50，由此，能够明确基于指示单元14的操作区域。另外，代替设置框体50，也可以预先将框一起显示到在显示器11所显示的图像上，使框被显示为第1实像的一部分。

需要说明的是，未到达成像面11a的指示单元14的成像位置是超过显示器11的表面位置的位置(显示器11的背面侧)，由于焦点偏离的指示单元14的图像被显示在显示器11的表面上，因此利用红外线接收元件16设置检测亮度梯度差等或仅检测焦点对准的图像等的焦点检测单元，将焦点偏离的图像的数据除去。并且，运算指示单元14的图像中心，检测显示器11上的指示位置。另外，通过了成像面11a的指示单元14的成像位置位于显示器11的表面位置的前侧(光成像单元27侧)，因此进行与上述同样的处理，将焦点偏离的图像的数据除去。

以上说明了本发明的实施例，但本发明完全不限定于上述实施例中记载的构成，也包括在权利要求所记载的事项的范围内可考虑的其他实施例及变形例。

例如，显示器所显示的图像和第1实像不限于平面像，也可以为立体像。该情况下，用框体包围成像为第1实像的立体像的一部分(特定的深度位置)，可以在框体所包围的范围内触摸第1实像来进行输入。例如，在将键盘之类的按钮开关的立体像成像为第1实像的情况下，若根据按钮开关的表面位置(高度)配置框体，则能够平稳地触摸按钮开关的立体像(第1实像)的表面而进行输入。此时，在显示器侧，若使触摸的按钮开关发光显示或改变按钮开关的显示颜色，则观察者(输入操作者)能够在第1实像上容易地确认触摸了哪个按钮开关。另外，也可以根据在指示单元触摸按钮开关的时机来发出声音而能够确认输入。

上述实施例中，在红外线发射元件和红外线接收元件中的任一者或双方设有罩，但代替该罩或除了该罩以外，也可以在显示片的表面安装遮光体(louver)，以使红外线发射元件发出的红外线不扩散而照射到规定的范围。此时，遮光体优选竖立设置以与显示片的表面正交，但根据需要也可以倾斜。另外，遮光体的高度可以根据从显示器至光成像单元的距离和显示器与光成像单元所成的角度α来适当选择。遮光体可以仅沿着显示片的外周配置，但优选根据红外线发射元件的配置(间距)并列地配置多个，特别是，在以格子状(纵横)配置有遮光体的情况下，能够有效地防止红外线的扩散。需要说明的是，遮光体优选着色成黑色等以使红外线不透过。另外，由于各红外线接收元件接收的红外线强度的差异，可以将在第2实像的范围内获得规定值以上的红外线强度的位置判断为焦点对准的位置(图像清晰的位置)，检测为基于指示单元的指示位置。

需要说明的是，在上述实施例中，作为光成像单元，使用了配置成第1、第2光控制部的正面侧(形成有槽的面)彼此相接的光成像单元，但光成像单元只要第1、第2光控制部的光反射面以俯视时正交的方式配置即可。由此，也存在按照第1、第2光控制部的正面侧与背面侧相接的方式配置的情况、及按照第1、第2光控制部的背面侧彼此相接的方式配置的情况。此外，代替利用2张透明板材分别形成第1、第2光控制部并进行接合，也可以在1张透明板材的一侧和另一侧形成第1、第2光控制部。需要说明的是，作为第1、第2光控制部，代替在第1、第2成型母材的各槽的垂直面形成镜面(金属反射面)，若在槽内密封空气等气体或使槽内为真空，利用光的全反射，则能够使各槽的垂直面直接作为光反射面。

另外，在上述实施例中，作为光成像单元，对分别以直线状(平行)配置有第1、第2光控制部的多个光反射面的光成像单元进行了说明，但也可以使用具有以辐射状配置有多个光反射面的第1光控制部和以同心圆状配置有多个光反射面的第2光控制部的光成像单元。该情况下，第1光控制部的辐射状的光反射面以基准点X为中心以直线状进行设置，与此相对，第2光控制部的同心圆状的光反射面沿着以俯视时与基准点X重叠的基准点Y为中心的同心圆弯曲，但在俯视时光反射面彼此交叉的点处两者正交。由此，可以与上述实施例同样地操作。

进而，作为光成像单元，例如，可以使用日本专利第5420774号公报中记载的光成像单元，也可以将日本专利第4734652号公报中记载的具有2个正交的光反射面的单位光学元件以平面状排列配置。

需要说明的是，光成像单元只要能够将显示到显示器的图像在空间内成像即可，除了将第1、第2光控制部组合而成的光成像单元以外，例如也可以使用具有大量正交的反射面的双面反光镜或透镜等。

工业实用性

仅将本发明的显示片设置于显示器上，并与例如光成像单元组合，就能实现空中成像式(非接触式)的输入装置，无需另行准备内部组装有红外线发光光源或红外线接收部的专用显示器或红外线发射器，可以使用通常的显示器，因此装置的成本降低。

符号说明

10：显示片、11：显示器、11a：成像面、12：非接触式输入装置、13：第1实像、14：指示单元、15：红外线发射元件、16：红外线接收元件、17：透射部、19～22：透明电极、23：罩(隔板)、24、25：保护板、27：光成像单元、30：光反射面、31：第1光控制部、32：光反射面、33：第2光控制部、34：第1透明板材、35：倾斜面、36：垂直面、37：槽、38：凸条、39、40：微小平面部、41：第2透明板材、42：倾斜面、43：垂直面、44：槽、45：凸条、46、47：微小平面部、48：透明树脂、49：第2实像、50：框体