組合器和操作檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及組合器和操作檢測裝置。將投影儀(20)投影的光朝向操作者反射的組合器(30)包括：反射層(31、33、35、37)，反射由投影儀投影的光；電場產(chǎn)生層(34)，在組合器周圍產(chǎn)生電場；以及輸出層(36)，輸出根據(jù)由場產(chǎn)生層產(chǎn)生的電場的變化的電壓。
【專利說明】組合器和操作檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及組合器(combiner)和操作檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]已知輸入操作信息以顯示在顯示屏上顯示的信息、而不將操作者的視線從顯示屏移除的輸入裝置。在該輸入裝置中，用照相機(jī)捕獲操作者的手勢操作，分析所捕獲的運(yùn)動圖像，并判斷由操作者輸入的操作。另外，已知通過用紅外傳感器檢測操作者的手勢操作來判斷由操作者輸入的操作的技術(shù)。
[0003]已知作為檢測由操作者輸入的操作的傳感器的靜電電容型檢測傳感器(參見日本公開專利公布N0.2010-92420和日本公開專利公布N0.2010-182201)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]但是，當(dāng)用照相機(jī)和紅外傳感器判斷操作者的手勢時，必須單獨(dú)地(separately)提供照相機(jī)和紅外傳感器，由此裝置成本變得昂貴且電功率消耗變大。使用通過照相機(jī)捕獲的圖像進(jìn)行手勢判斷需要執(zhí)行復(fù)雜的圖像分析，包括干擾光的噪聲消除技術(shù)。
[0005]因此，本發(fā)明的一個方面中的目的是提供能用簡單的裝置配置輸入操作者的非接觸操作的組合器、以及能用該簡單的裝置配置檢測操作者的所述非接觸操作的操作檢測裝置。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種將投影儀投影的光朝向操作者反射的組合器，包括:反射層，反射由投影儀投影的光；電場產(chǎn)生層，在組合器周圍產(chǎn)生電場；以及輸出層，輸出根據(jù)由場產(chǎn)生層產(chǎn)生的電場的變化的電壓。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種操作檢測裝置，包括:組合器，將投影儀投影的光朝向操作者反射；以及判斷裝置；所述組合器包括:反射層，反射由投影儀投影的光；電場產(chǎn)生層，在組合器周圍產(chǎn)生電場；以及輸出層，輸出根據(jù)由場產(chǎn)生層產(chǎn)生的電場的變化的電壓；以及所述判斷裝置包括:電壓供給電路，向電場產(chǎn)生層供給電壓；電壓輸入電路，輸入來自輸出層的電壓；以及檢測器，基于與供給到電場產(chǎn)生層的電壓和來自輸出層的電壓之間的差對應(yīng)的信號，來檢測操作者的非接觸操作內(nèi)容。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示出平視式(head-up)顯示器的配置的例子的示圖；
[0009]圖2是示出判斷裝置的配置的示意圖；
[0010]圖3是示出組合器的配置的例子的橫截面圖；
[0011]圖4是示出組合器和主機(jī)之間的電連接配置的示圖；
[0012]圖5A是示出當(dāng)執(zhí)行使手指從左到右移動的手勢時判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平(level)的不圖；
[0013]圖5B是示出當(dāng)執(zhí)行使手指從右到左移動的手勢時判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平的示圖；
[0014]圖6A是示出當(dāng)執(zhí)行使手指從底到頂移動的手勢時判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平的示圖；
[0015]圖6B是示出當(dāng)執(zhí)行使手指從頂?shù)降滓苿拥氖謩輹r判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平的示圖；
[0016]圖7A是示出當(dāng)執(zhí)行使手指靠近組合器的手勢時判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平的示圖；
[0017]圖7B是示出當(dāng)執(zhí)行使手指離開組合器的手勢時判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平的示圖；
[0018]圖8A是示出當(dāng)執(zhí)行沿順時針方向旋轉(zhuǎn)手指的手勢時判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平的示圖；
[0019]圖SB是示出當(dāng)執(zhí)行沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)手指的手勢時判斷裝置檢測到的RX信號的信號水平的示圖；以及
[0020]圖9是示出判斷裝置的處理過程的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 現(xiàn)在將參照附圖給出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述。
[0022]將參照圖1給出平視式顯示器I的描述。平視式顯示器I是能將信息直接投影在人的視野上的裝置，其將諸如投影圖像的信息投影在包含全息圖或半反射鏡的組合器上，并能向操作者顯示虛擬圖像，就好像信息漂浮在空中一樣。平視式顯示器I被應(yīng)用于車輛中安裝的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)或者顯示CT(計算層析攝影)掃描圖像和X射線圖像的醫(yī)療信息顯示系統(tǒng)。
[0023]平視式顯示器I包括主機(jī)10、投影儀20、組合器30和判斷裝置40。主機(jī)10向投影儀20供給圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)平視式顯示器I被應(yīng)用于車輛中安裝的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)時，主機(jī)10例如用作導(dǎo)航裝置體。
[0024]投影儀20使從主機(jī)10供給的圖像數(shù)據(jù)朝向組合器30投影。當(dāng)平視式顯示器I被安裝在車輛中時，例如，基于預(yù)先準(zhǔn)備的各種應(yīng)用所要顯示的各種數(shù)據(jù)和地圖信息、或者行駛速度和各種警告指示被包括在圖像數(shù)據(jù)中。
[0025]組合器30使入射光的一部分透過并使入射光的剩余部分反射，從而它同時將投影儀20投影的圖像和自然光導(dǎo)向操作者的眼睛。組合器30具有所謂的半反射鏡的功能。稍后提及組合器30的詳細(xì)配置的例子。
[0026]判斷裝置40判斷諸如操作者的手勢的操作并且將判斷結(jié)果輸出至主機(jī)10。圖2是示出判斷裝置40的配置的示意圖。判斷裝置40包括:控制整個裝置的操作的CPU51 ;作為工作內(nèi)存的RAM52 ;存儲程序和數(shù)據(jù)的R0M53 ;向組合器30供給電壓的電壓供給電路54 ;輸入來自組合器30的輸出電壓的電壓輸入電路55 ；以及與主機(jī)10通信的通信接口(I/F) 56。CPU51與RAM52、R0M53、電壓供給電路54、電壓輸入電路55和通信I/F56連接。電壓輸入電路55包括未示出的接地端子。CPU51對經(jīng)由電壓輸入電路55從組合器30輸入的電壓信號(輸出電壓)執(zhí)行如后所述的濾波處理、A/D轉(zhuǎn)換處理等。這里，在圖1中，將主機(jī)10和判斷裝置40作為分立的裝置提供，但可通過主機(jī)10實(shí)現(xiàn)判斷裝置40。
[0027]接下來，將參照圖3給出組合器30的詳細(xì)配置的例子的描述。圖3是示出組合器30的配置的例子的橫截面圖。圖3的上側(cè)是操作者側(cè)。組合器30包括第一干涉條紋層31、接地層32、第二干涉條紋層33、電場產(chǎn)生層34、第三干涉條紋層35、電場變化輸出層36和第四干涉條紋層37。電場產(chǎn)生層34包括電場產(chǎn)生電極341和絕緣層342。電場變化輸出層36包括稍后提及的多個電場檢測電極。
[0028]用作反射層的第一干涉條紋層31、第二干涉條紋層33、第三干涉條紋層35和第四干涉條紋層37中的每一個使入射光的一部分透過并反射從投影儀20投影的圖像。這里，組合器不必需要具有四個干涉條紋層。希望組合器具有至少兩個干涉條紋層。并且，作為干涉條紋層的替代，可以提供具有使入射光的一部分透過并反射來自投影儀20的圖像的功能的某個反射層。當(dāng)電場變化輸出層36太靠近電場產(chǎn)生層34時，容易在判斷裝置40從電場產(chǎn)生層34輸入的電壓上產(chǎn)生噪聲。因此，希望干涉條紋層(即，第三干涉條紋層35)設(shè)置在電場產(chǎn)生層34和電場變化輸出層36之間。這里，作為干涉條紋層和反射層的一部分的替代，可以提供具有使光透過的功能的層。
[0029]圖4是示出組合器30和主機(jī)10之間的電連接配置的示圖。為了便于解釋，假設(shè)圖的左下方是原點(diǎn)，組合器30的橫向是X軸，并且組合器30的縱向是Y軸。在圖4所示的組合器30中，在接地層32上形成具有電場產(chǎn)生電極341和絕緣層342的電場產(chǎn)生層34作為圖案。這里,在圖4中，電場產(chǎn)生電極341通過網(wǎng)狀(mesh)圖案示出，且在網(wǎng)狀圖案的電場產(chǎn)生電極341之間形成用四邊形示出的絕緣層342中的每一個。電場產(chǎn)生電極341經(jīng)由布線345與判斷裝置40連接。接地層32經(jīng)由布線406與判斷裝置40連接。
[0030]并且,在電場產(chǎn)生層34的上表面上形成電場變化輸出層36。電場變化輸出層36包括五個電場檢測電極RX0、RX1、RX2、RX3和RX4(以下被稱為檢測電極)。由于組合器30是從圖4中上方所見，因此在同一平面上示出電場產(chǎn)生電極341、接地層32和檢測電極RX0、RX1、RX2、RX3和RX4。檢測電極RXO被形成在組合器30的中央域上，且經(jīng)由布線401與判斷裝置40連接。檢測電極RXl被形成在圖4所示的組合器30的X軸的左端，且經(jīng)由布線402與判斷裝置40連接。檢測電極RX2被形成在圖4所示的組合器30的X軸的右端，且經(jīng)由布線403與判斷裝置40連接。檢測電極RX3被形成在圖4所示的組合器30的Y軸的頂端，且經(jīng)由布線404與判斷裝置40連接。檢測電極RX4被形成在圖4所示的組合器30的Y軸的底端，且經(jīng)由布線405與判斷裝置40連接。絕緣層39被分別形成在電場變化輸出層36的檢測電極RXO、RXl、RX2、RX3和RX4之間。即，除了檢測電極RXO、RXl、RX2、RX3和RX4之外，電場變化輸出層36還包括絕緣層39。
[0031]判斷裝置40的電壓供給電路54經(jīng)由布線345與電場產(chǎn)生電極341連接，并向電場產(chǎn)生電極341提供交流電壓。例如，電壓供給電路54向電場產(chǎn)生電極341供給方波的脈沖電壓。與供給到電場產(chǎn)生電極341的交流電壓成比例且小于該交流電壓的電壓流入檢測電極RXO、RXl、RX2、RX3和RX4中的每一個中。當(dāng)具有接地作用的操作者的手指靠近檢測電極RXO、RXl、RX2、RX3和RX4中的任一個時，手指所靠近的電極附近的電場被改變，且用手指所靠近的檢測電極檢測到的電壓被降低。
[0032]判斷裝置40的CPU51基于供給到電場產(chǎn)生電極341的電壓與從檢測電極RX0、RXl、RX2、RX3和RX4中的每一個輸出的電壓之間的差，對操作者的手指所接近的檢測電極進(jìn)行判斷。從檢測電極RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一個輸出的電壓根據(jù)操作者靠近檢測電極的手指與檢測電極RXO、RXl、RX2、RX3和RX4中的每一個之間的距離而減小。操作者的手指越接近檢測電極中的任一個，則從該檢測電極輸出的電壓的減小量就變得越大。CPU51根據(jù)供給到電場產(chǎn)生電極341的電壓與從檢測電極RX0、RX1、RX2、RX3和RX4中的每一個輸出的電壓之間的差生成信號(以下被稱為“RX信號”)，并且基于所生成的RX信號對操作者的手勢進(jìn)行判斷。
[0033]圖5A示出當(dāng)操作者執(zhí)行將手指從組合器30的左端移動到右端的手勢時判斷裝置40檢測到的從各個檢測電極輸出的RX信號的信號水平。這里，假設(shè)手指依次通過檢測電極RXl、RXO和RX2的區(qū)域。在這種情況下，CPU51首先檢測基于從檢測電極RXl輸入的電壓的RX信號的水平。然后，CPU51檢測基于從檢測電極RXO輸入的電壓的RX信號的水平。這里，當(dāng)手指的位置移動到檢測電極RXO的區(qū)域時，CPU51檢測分別基于從檢測電極RX3和RX4輸入的電壓的RX信號的水平。這是因?yàn)槭种负蜋z測電極RX3的區(qū)域之間的距離以及手指和檢測電極RX4的區(qū)域之間的距離變短。最后，CPU51檢測從檢測電極RX2輸入的RX信號的水平。圖5B示出當(dāng)操作者執(zhí)行將手指從組合器30的右端移動到左端的手勢時判斷裝置40檢測到的RX信號的信號水平。在圖5B的情況下，與圖5A的情況相反，CPU51首先檢測來自檢測電極RX2的RX信號的水平。
[0034]圖6A示出當(dāng)操作者執(zhí)行將手指從組合器30的底端移動到頂端的手勢時判斷裝置40檢測到的RX信號的信號水平。這里，假設(shè)手指依次通過檢測電極RX4、RXO和RX3的區(qū)域。在這種情況下，CPU51首先檢測基于從檢測電極RX4輸入的電壓的RX信號的水平。然后，CPU51檢測基于從檢測電極RXO輸入的電壓的RX信號的水平。這里，當(dāng)手指的位置移動到檢測電極RXO的區(qū)域時，CPU51檢測分別基于從檢測電極RXl和RX2輸入的電壓的RX信號的水平。最后，CPU51檢測從檢測電極RX3輸入的RX信號的水平。圖6B示出當(dāng)操作者執(zhí)行將手指從組合器30的頂端移動到底端的手勢時判斷裝置40檢測到的RX信號的信號水平。在圖6B的情況下，與圖6A的情況相反，CPU51首先檢測來自檢測電極RX3的RX信號的水平。
[0035]圖7A示出當(dāng)操作者的手指在檢測電極RXO的區(qū)域的中心在垂直方向上接近組合器30時判斷裝置40檢測到的RX信號的信號水平。在這種情況下，CPU51檢測基于檢測電極RXO、RXU RX2、RX3和RX4的各個電壓的RX信號的信號水平。并且，隨著手指接近檢測電極RXO，基于從檢測電極RXO輸入的電壓的RX信號的水平變成最大值。
[0036]圖7B示出當(dāng)操作者的手指在檢測電極RXO的區(qū)域的中心在垂直方向上離開組合器30時判斷裝置40檢測到的RX信號的信號水平。在這種情況下，CPU51檢測基于檢測電極RXO、RXU RX2、RX3和RX4的各個電壓的RX信號的信號水平。并且，隨著手指離開檢測電極RXO，基于從檢測電極RXO輸入的電壓的RX信號的水平變成最小值。
[0037]圖8A示出當(dāng)操作者依次在檢測電極RX3、RX2、RX4和RXl的區(qū)域上執(zhí)行手指的圓形運(yùn)動時判斷裝置40檢測到的RX信號的信號水平。在這種情況下，CPU51首先檢測基于從檢測電極RX3輸入的電壓的RX信號的水平。接下來，CPU51檢測基于從檢測電極RX2輸入的電壓的RX信號的水平。然后，CPU51檢測基于從檢測電極RX4輸入的電壓的RX信號的水平。最后，CPU51檢測基于從檢測電極RXl輸入的電壓的RX信號的水平。這里，由于手指不通過檢測電極RXO的區(qū)域，因此基于從檢測電極RXO輸入的電壓的RX信號的水平小于檢測電極RX3、RX2、RX4和RXl的信號水平。這里，圖8B示出當(dāng)操作者依次在檢測電極RX3、RX1、RX4和RX2的區(qū)域上(即與圖8A的方向相反)執(zhí)行手指的圓形運(yùn)動時判斷裝置40檢測到的RX信號的信號水平。
[0038]接下來，將參照圖9所示的流程圖給出判斷裝置的處理過程的描述。首先，判斷裝置40的電壓供給電路54向電場產(chǎn)生電極341供給電壓(步驟SI)。具體地，電壓供給電路54向電場產(chǎn)生電極341供給方波的脈沖電壓。判斷裝置40的電壓輸入電路55輸入檢測電極RXO、RXl、RX2、RX3和RX4中的每一個檢測電極的輸出電壓(步驟S2)。接下來，判斷裝置40的CPU51對檢測電極RXO、RXl、RX2、RX3和RX4中的每一個檢測電極的輸入電壓執(zhí)行濾波處理以去除噪聲(步驟S3)。CPU51對供給到電場產(chǎn)生電極341的電壓與濾波處理后的電壓之間的差執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換以生成RX信號(步驟S4)。接下來，CPU51比較檢測電極RXO、RX1、RX2、RX3和RX4的RX信號與閾值(步驟S5)。閾值是用于判斷每個RX信號是否為有效輸入的值，且預(yù)先被存儲在RAM52或R0M53中。可使用主機(jī)10改變閾值。當(dāng)存在等于或者大于閾值的至少一個RX信號(步驟S6中為是)時，CPU51轉(zhuǎn)移到步驟S7的處理，并且當(dāng)不存在等于或大于閾值的RX信號(步驟S6中為否)時，CPU51返回到步驟SI的處理。
[0039]在步驟S7的處理中，CPU51使用RX信號計算指示手指位置的X、Y和Z方向的坐標(biāo)值。在此例子中，假設(shè)圖3所示的組合器30的水平方向被設(shè)為X軸，組合器30的縱向被設(shè)為Y軸，且組合器30的垂直方向被設(shè)為Z軸。這里，指示手指位置的X、Y和Z方向的坐標(biāo)值可通過以下公式(I)、⑵和⑶來計算。這里，在公式(I)、⑵和⑶中，“PP”指示峰值信號。例如，“RX1PP”是指其中信號值在檢測電極RXl所檢測到的RX信號之中指示峰值的信號。
[0040][公式I]
[0041]X = I RXlpp+RX2pp I/2...(I)
[0042][公式2]
[0043]Y = I RX3pp+RX4pp I/2...(2)
[0044][公式3]
[0045]Z= I RXOpp 1...⑶
[0046]接下來，CPU51分析每個坐標(biāo)值并判斷手勢是否得到滿足(步驟S8)。具體地，限定坐標(biāo)值的變化順序的數(shù)據(jù)被預(yù)先存儲在R0M53中，作為用于手勢的判斷數(shù)據(jù)。CPU51基于限定坐標(biāo)值的變化順序的數(shù)據(jù)是否與坐標(biāo)值的實(shí)際變化順序等同，來判斷手勢是否成立(established)。例如，假設(shè)限定坐標(biāo)值的變化順序的數(shù)據(jù)包括坐標(biāo)值按照檢測電極RX1、RXO和RX2的順序變化的情況，但不包括坐標(biāo)值按照檢測電極RXl、RXO和RXl的順序變化的情況。在這種情況下，當(dāng)坐標(biāo)值按照檢測電極RXURXO和RX2的順序變化時，CPU51判斷將手指從組合器30的左端移動到右端的手勢成立。另一方面，當(dāng)坐標(biāo)值按照檢測電極RXl、RXO和RXl的順序變化時，CPU51判斷手勢不成立。
[0047]當(dāng)CPU51判斷手勢成立(步驟S9中為是)時，CPU51將成立的手勢以及X、Y和Z的坐標(biāo)值通知給主機(jī)10(步驟S10)。并且，當(dāng)CPU51判斷手勢不成立(步驟S9中為否)時，CPU51將X、Y和Z的坐標(biāo)值通知給主機(jī)10 (步驟Sll)。
[0048]如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，可以在不向平視式顯示器I單獨(dú)提供紅外傳感器、照相機(jī)等的情況下判斷操作者輸入的手勢。因此，可以防止平視式顯示器I的擴(kuò)大并且可降低平視式顯示器I的制造成本。
[0049]盡管在上述實(shí)施例中電場變化輸出層36包括五個檢測電極，但是檢測電極的數(shù)量并不限于此。例如，電場變化輸出層36可包括m行Xn列(m和η是等于或大于2的自然數(shù))的檢測電極。
[0050]上述實(shí)施例是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，本發(fā)明并不限于具體公開的實(shí)施例和變型，而可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下包括其它的實(shí)施例和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種將投影儀(20)投影的光朝向操作者反射的組合器(30)，其特征在于包括: 反射層(31、33、35、37)，反射由投影儀投影的光； 電場產(chǎn)生層(34)，在組合器周圍產(chǎn)生電場；以及 輸出層(36),輸出根據(jù)由電場產(chǎn)生層產(chǎn)生的電場的變化的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合器，其特征在于包括: 多個反射層(31、33、35、37)； 其中，所述多個反射層之中的單個反射層被布置在電場產(chǎn)生層和輸出層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合器，其特征在于: 輸出層包含多個電極(341)，單個電極被布置在輸出層的中心，并且其它的電極經(jīng)由絕緣層(342)被布置在所述單個電極的前面、后面、右面和左面。
4.一種操作檢測裝置，其特征在于包括: 組合器(30)，將投影儀投影的光朝向操作者反射；以及 判斷裝置(40)； 所述組合器包括: 反射層(31、33、35、37)，反射由投影儀投影的光； 電場產(chǎn)生層(34)，在組合器周圍產(chǎn)生電場；以及 輸出層(36),輸出根據(jù)由電場產(chǎn)生層產(chǎn)生的電場的變化的電壓；以及 所述判斷裝置包括: 電壓供給電路(54)，向電場產(chǎn)生層供給電壓； 電壓輸入電路(55)，輸入來自輸出層的電壓；以及 檢測器(51),基于與供給到電場產(chǎn)生層的電壓和來自輸出層的電壓之間的差對應(yīng)的信號，來檢測操作者的非接觸操作內(nèi)容。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的操作檢測裝置，其特征在于: 輸出層包括多個電極(RX0、RX1、RX2、RX3、RX4)，并且檢測器基于用于手勢的判斷數(shù)據(jù)、以及與供給到電場產(chǎn)生層的電壓和來自所述多個電極中的每個電極的電壓之間的差對應(yīng)的信號，來檢測操作者的手勢的非接觸操作內(nèi)容。
【文檔編號】G06F3/041GK104461123SQ201410496141
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】宇佐博樹 申請人:富士通電子零件有限公司