特開 2024-111912 入力表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024111912

(43)【公開日】2024-08-20

(54)【発明の名称】入力表示装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20240813BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20240813BHJP

   G06F 3/0488 20220101ALI20240813BHJP

   G06F 3/023 20060101ALI20240813BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 460

G06F3/044

G06F3/0488

G06F3/023 460

G06F3/041 580

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016632

(22)【出願日】2023-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(74)【代理人】

【識別番号】100099748

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 克志

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(72)【発明者】

【氏名】天野 崇

【テーマコード（参考）】

5B020

5E555

【Ｆターム（参考）】

5B020AA11

5B020CC11

5B020DD04

5B020DD22

5E555AA54

5E555BA23

5E555BB23

5E555BC17

5E555CA13

5E555CB12

5E555CB22

5E555DA11

5E555DB18

5E555FA00

(57)【要約】

【課題】 立体的な操作部の内部に映像を表示させることができる入力表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明の入力表示装置１００は、空中に映像を表示する機能を備えた映像表示装置１１０と、映像表示装置１１０上に配置された静電容量型のタッチパネル１２０とを含む。タッチパネル１２０の表面には、少なくとも１つの透明な立体的な操作部としてノブ１３０が設けられ、ノブ１３０のタッチ面である天面１３２を超えない位置に空中映像Ｐが表示される。
【選択図】 図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

空中に映像を表示する機能を備えた映像表示装置と、
前記映像表示装置上に配置された静電容量型のタッチパネルとを含み、
前記タッチパネルは、少なくとも１つの透明な立体的な操作部を表面に含み、前記操作部の内部に前記映像が表示される、入力表示装置。

【請求項2】

前記操作部は、タッチ面である天面を含み、前記映像は、天面を超えない位置に結像される、請求項１に記載の入力表示装置。

【請求項3】

入力表示装置はさらに、前記タッチパネルへの近接を含むタッチ操作を検出する検出手段を含む、請求項１に記載の入力表示装置。

【請求項4】

前記操作部は、タッチパネルのカバーガラスと一体に成型される、請求項１に記載の入力表示装置。

【請求項5】

前記操作部は、タッチパネルのカバーガラスに光学接着剤を介して結合される、請求項１に記載の入力表示装置。

【請求項6】

前記映像表示装置は、再帰反射部材を利用して映像を空中に表示する、請求項１に記載の入力表示装置。

【請求項7】

前記操作部は、円筒状または矩形状のノブまたはボタンである、請求項１に記載の入力表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人と機械とのインターフェース機能を備えた入力表示装置に関し、特に、立体形状の操作部を含む入力表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ディスプレイに重畳して配置されたタッチパネル上に凸部を設け、当該凸部と重なる位置に操作アイコン等の画像を表示する入力表示装置が開示されている（例えば、特許文献１）。ユーザーは、凸部をタッチ操作することで入力を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９０８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

静電容量型のタッチパネルで操作を行うディスプレイ機器において、カバーガラスに凹凸形状を持たせることによりタッチ位置を触覚的に認知させ、注視せずともタッチ位置を認識することができるユーザーインタフェース（以降、立体ＵＩと呼ぶ）の提案がなされている。

【0005】

図１（Ａ）は、従来のフラットなタッチパネルの操作例であり、ユーザーＵは、ディスプレイ１０に表示された操作アイコン１２を視認し、操作アイコン１２（図の例は音符）の位置をタッチ操作することで入力を行う。

【0006】

図１（Ｂ）は、立体ＵＩを有するタッチパネルの操作例、図１（Ｃ）は、立体ＵＩの概略断面図である。タッチパネル２４上には、凹凸形状の透明なカバーレンズ２６が取り付けられ、ディスプレイ２０は、カバーレンズ２６と重なる位置に操作アイコン２２を表示する。ユーザーＵは、カバーガラス２６上に指をタッチすることで入力を行う。タッチ検出には、センサから距離が離れていても指の静電容量（距離）を検出することができる高感度静電センサが用いられ、厚みのあるカバーレンズ２６の上からでもタッチの有無を判定することが可能である。これにより、運転中の車載ディスプレイへの注視が難しい状況下において、タッチミス（操作ミス）を低減することが可能である。

【0007】

立体ＵＩにおいて厚みのある凹凸部（例えば、ノブやボタンなどの操作部）を用いたとき、図２に示すように、ディスプレイ２０は、円筒状の透明なノブ３０の下に操作アイコン２２を表示するが、操作アイコン２２の表示位置とノブ３０のタッチ面である天面３２との間に距離があると、天面３４とユーザーが触れたい場所（操作アイコン２２）との物理的なギャップによって、指Ｕが操作アイコン２２まで届かず、感覚的なズレが生じてしまい、誤操作にもつながりかねない。また、タッチパネル上には凹凸部が張り付けられている、あるいは凹凸部が飛び出しているという異物感が生じてしまい、品位、デザイン性の低下にもつながる。

【0008】

一方、特許文献１では、凹凸部に導光部材を充填し、天面部にアイコンなどを表示するが、導光部材によってノブ等のパーツの透明感を表現することが困難となり、デザイン性の低下につながる。

【0009】

以上のことから、アイコンをノブの天面部側に表示させ、凹凸部分も映像表示装置の一部と認識させる表現方法が求められる。

【0010】

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、立体的な操作部の内部に映像を表示させることができる入力表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る入力表示装置は、空中に映像を表示する機能を備えた映像表示装置と、前記映像表示装置上に配置された静電容量型のタッチパネルとを含み、前記タッチパネルは、少なくとも１つの透明な立体的な操作部を表面に含み、前記操作部の内部に前記映像が表示される。

【0012】

ある態様では、前記操作部は、タッチ面である天面を含み、前記映像は、天面を超えない位置に結像される。ある態様では、入力表示装置はさらに、前記タッチパネルへの近接を含むタッチ操作を検出する検出手段を含む。ある態様では、前記操作部は、タッチパネルのカバーガラスと一体に成型される。ある態様では、前記操作部は、タッチパネルのカバーガラスに光学接着剤を介して結合される。ある態様では、前記映像表示装置は、再帰反射部材を利用して映像を空中に表示する。ある態様では、前記操作部は、円筒状または矩形状のノブまたはボタンである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、立体的な操作部の内部に映像を表示させるようにしたので、ユーザーが操作部にタッチするときの触覚と視覚の乖離を低減させることができる。また、立体的な操作部を映像表示装置の一部として認識することができ、タッチパネルの異物感を抑制し、デザイン性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１（Ａ）は、フラットなタッチパネルの操作例を示し、図１（Ｂ）は、立体ＵＩのタッチパネルの操作例を示し、図１（Ｃ）は、立体ＵＩの概略断面図である。

【図2】従来の入力表示装置の立体的な操作部（ノブ）の課題を説明する図である。

【図3】本発明の実施例に係る入力表示装置の構成を示すブロック図である。

【図4】本実施例の映像表示装置における空中映像を表示するための構成例を示す図である。

【図5】本発明の実施例に係る立体的なノブの構成例を模式的に示す断面図である。

【図6】本発明の実施例に係る入力表示装置の空中映像の表示例を示す図である。

【図7】本発明の実施例に係る空中映像の結像位置の調整例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本発明の実施の形態について説明する。本発明の入力表示装置は、人と機械との間のインターフェースを提供する。本発明の入力表示装置は、特に限定されないが、例えば、タッチパネル付きディスプレイを搭載する電子装置などに適用される。タッチパネル付きディスプレイを搭載する電子装置は、例えば、ナビゲーション機能、オーディオ・ビジュアル機能、テレビ機能などを備えた車載装置である。

【0016】

本発明の入力表示装置は、空中結像技術を用いた表示装置（空中ディスプレイ）を用いることでタッチパネルの凹凸部（立体ＵＩ部）の中空部分に映像が存在しているように見せる。この際、結像位置を凹凸部内に位置するように設定する。これにより凹凸部も映像表示装置の一部という認識を与え、品位、デザイン性の向上を図る。

【実施例0017】

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図３は、本発明の実施例に係る入力表示装置の構成を示すブロック図である。本実施例の入力表示装置１００は、空中に映像を表示する機能を備えた映像表示装置１１０と、映像表示装置１１０上に搭載された静電容量型のタッチパネル１２０と、タッチパネル１２０の表面に取り付けられた１つまたは複数の立体形状を有する透明な立体ＵＩ部（または操作部）１３０と、映像表示装置１１０の映像表示やタッチパネル１１０のタッチ検出などを制御するコントローラ１４０を含んで構成される。

【0018】

映像表示装置１１０は、少なくとも一部の機能として、空中に映像を表示する機能を備え、例えば、図４（Ａ）に示すように、ディスプレイの表面から高さＤの位置に空中映像Ｐを表示させる機能を備えている。映像表示装置１１０は、空中映像を表示する機能に加えて、フラットな液晶ディスプレイ等の画面に映像を表示する機能を備えることもできる。

【0019】

空中に映像を表示させる技術は、特に限定されないが、例えば、再帰反射部材を利用するものが知られており、本出願人は、例えば、特開２０２２－１８０８１４、特開２０２２－１７９８６８、特開２０２２－１７７４００、特開２０２２－１５０２４５、特開２０２２－１５０２１４においてその技術を開示している。

【0020】

図４（Ｂ）は、空中に映像を表示させるための一構成例を示す概略断面図である。映像表示装置１１０は、光源２００と、ビームスプリッター２１０と、再帰反射部材２２０とを含み、これらの部材は、高さＤの位置に空中映像Ｐを結像させるように、ハウジングや筐体内で取付け位置や角度が適宜調整される。

【0021】

光源２００は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等を含み、２次元的な表示エリアに映像を出力する。光源２００によって生成される映像は、空中映像Ｐの原画像であり、その映像は、例えば、操作アイコンなどである。

【0022】

ビームスプリッター２１０は、入射光を反射光と透過光に分離する光学部材であり、例えば、ハーフミラーなどから構成される。ビームスプリッター２１０は、光源２００の光の出射方向に対して傾斜するように配置され、ビームスプリッター２１０は、光源２００からの光の一部を透過させ、残りの光を再帰反射部材２２０に向けて反射する。

【0023】

再帰反射部材２２０は、入射光と同じ方向に光を出射する光学部材であり、三角錐型再帰反射素子、フルキューブコーナー型再帰反射素子などのプリズム型再帰反射素子やビーズ型再帰反射素子によって構成される。再帰反射部材２２０は、ビームスプリッター２１０から入射した光をそれと同じ方向に反射し、その反射した光を再びビームスプリッター２１０に進ませる。ビームスプリッター２１０を透過した光は、収束後拡散し、空中映像Ｐを結像する。空中映像Ｐは、ビームスプリッター２１０の面に関し光源２００と対称の位置に形成される。

【0024】

図４（Ｃ）は、空中に映像を表示させるための別の構成例を示す概略断面図である。映像表示装置１１０は、再帰反射部材２４０、再帰反射部材２４０の上方に配置された導光板２５０、導光板２５０の上方に配置されたハーフミラー２６０、ＬＥＤ等の光源２７０を含んで構成される。

【0025】

光源２７０から出射された光Ｌは、導光板２５０の側部から入射し、導光板２５０の内部を一様に照射する。導光板２５０の底部には、入射した光Ｌを垂直方向に向けて拡散するための光拡散部２５２が形成される。光拡散部２５２は、空中映像Ｐを生成するための原画像を構成する。

【0026】

導光層２５０の光拡散部２５２で垂直方向に拡散または散乱された光は、ハーフミラー２６０で一部が透過し、残りが反射され、その反射光が再帰反射部材２４０に入射される。再帰反射部材２４０に入射した光は、入射した光と同じ方向に反射され、その光がハーフミラー２６０を透過し、空中映像Ｐを結合する。空中映像Ｐは、ハーフミラー２６０の面に関し光拡散部２５２と対称の位置に形成される。

【0027】

タッチパネル１２０は、例えば、複数のＸ側およびＹ側の電極ラインが交差する位置に形成された複数の検出部（センサ）を含み、当該検出部は、ユーザーの指や手などがタッチパネル１１０に接近または接触したときの静電容量を検出する。タッチパネル１２０は、映像表示装置１１０上に搭載され、ユーザーが映像表示装置１１０で表示されたアイコン等への入力を行うための入力インターフェースを提供する。

【0028】

タッチパネル１２０は、透明なパネル上にさらに、１つまたは複数の立体的な操作部１３０（以下、立体ＵＩ部）を含む。立体ＵＩ部１３０は、凹凸形状を有する透明な部材から構成され、その形状、大きさ、高さなどは特に限定されないが、立体ＵＩ部１３０は、ユーザーの手や指がその天面またはタッチ面に接近または接触したとき、その位置の静電容量が変化するように構成される。立体ＵＩ部１３０の天面は、必ずしも平坦であることを要せず、凹凸が形成されていてもよいし、傾斜していてもよい。また、立体ＵＩ部１３０は、全体が透明な材料で構成されていてもよいし、内部の一部が中空であってもよい。

【0029】

図３には、円柱状と矩形状の４つの立体ＵＩ部１３０がタッチパネル１２０の下部に取付けられた例が示されている。立体ＵＩ部１３０は、例えば、ボタンまたはノブのような立体形状を有し、立体ＵＩ部１３０は、例えば、ガラスやプラスチックなどのクリアパーツから構成される。立体ＵＩ部１３０は、例えば、図５（Ａ）に示すようにタッチセンサ１２２上のカバーガラス１２４に一体成型されたり、あるいは図５（Ｂ）に示すように平坦なカバーガラス１２４上に光学接着剤（ＯＣＡ／ＯＣＲ等）１２６によって張り付けられる。

【0030】

立体ＵＩ部１３０の取り付け位置の座標や高さなどの情報は、コントローラ１４０のメモリに予め登録される。例えば、立体ＵＩ部１３０が円筒状であれば、その底面の中心の座標を取り付け位置として登録したり、あるいは、直方体状であれば、その底面の矩形状の対角線が交差する位置の座標を取り付け位置として登録する。

【0031】

次に、コントローラ１４０の詳細について説明する。コントローラ１４０は、映像表示装置１１０およびタッチパネル１２０に電気的に接続され、映像表示装置１１０の表示制御およびタッチパネル１２０のタッチ制御を行う。コントローラ１４０は、ハードウエアおよび／またはソフトウエアにより実行され、例えば、演算処理部、ＲＯＭ／ＲＡＭを含むマイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＧＰＵなどを用いて構成される。

【0032】

コントローラ１４０は、図３に示すように、駆動／測定部１４２、タッチ検出部１４４、表示制御部１４６を含んで構成される。駆動／測定部１４２は、タッチパネル１２０のＸ側および／またはＹ側の複数の電極ラインを駆動し、駆動した電極ラインの各検出部（センサ）の静電容量を測定する。測定周期は、例えば、６０フレーム／秒である。

【0033】

タッチ検出部１４４は、駆動／測定部１４２によって測定された静電容量に基づきタッチパネル１２０のタッチ位置を検出する。ここで言うタッチ位置とは、ユーザーの指がタッチパネル１２０に接触したときの位置のみならず、指がタッチパネル１２０から一定の距離に接近したときの位置を含む。例えば、ユーザーの指がタッチパネル１２０のフラットな表面に接触または接近したとき、タッチ検出部１４４は、対応する検出部の静電容量の変化に基づきタッチ位置の座標を検出し、同様に、ユーザーの指が立体ＵＩ部１３０に接触または接近すると、立体ＵＩ部１３０に対応する検出部の静電容量が変化し、タッチ検出部１４４は、この静電容量の変化により立体ＵＩ部１３０のタッチを検出する。タッチ検出部１４４によってタッチ位置が検出されると、コントローラ１４０は、ユーザー入力があったと判定し、当該入力に応じた映像制御などの処理を実行する。

【0034】

表示制御部１４６は、映像表示装置１１０の映像表示を制御する。表示制御部１４６は、例えば、立体ＵＩ部１３０と重畳する位置に、ユーザーの入力操作を表すようなアイコンを空中映像として表示させる。また、表示制御部１４６は、立体ＵＩ部１３０以外のフラットなディスプレイ画面上にユーザー操作用のアイコンを表示させることも可能である。ユーザーは、操作用のアイコンを視認し、立体ＵＩ部１３０や平坦なタッチパネルにタッチすることで入力を行う。表示制御部１４６は、ユーザーのタッチ操作の入力が行われると、映像表示の切替えなどを行う。

【0035】

図６は、本実施例の入力表示装置１００の空中映像の表示例である。映像表示装置１１０によって表示された空中映像Ｐ（図の例は、音符の操作アイコン）は、円筒状のノブ１３０の内部、つまり天面１３２を超えない範囲に表示される。好ましくは、天面１３２の近傍に空中映像Ｐが表示される。これにより、タッチ面である天面１３２と空中映像Ｐの表示位置との距離が小さくなり、ユーザーがノブ１３０にタッチするときの感覚的なズレまたは乖離を抑制することができる。また、ノブ１３０の天面１３２の近傍に空中映像Ｐが表示されるため、ノブ１３０が映像表示装置の一部として認識され易くなり、かつデザイン性が向上する。

【0036】

ここで、図７（Ａ）に示すように、映像表示装置１１０による空中映像Ｐの結像位置がノブ１３０の天面１３２の高さ（または厚さ）Ｈを超えてしまうと、ノブ１３０と映像表示装置１１０との一体感を十分に得ることができなくなってしまう。

【0037】

そこで、図７（Ｂ）に示すように、空中映像Ｐがノブ１３０の高さＨを超えないように、つまりノブ１３０の天面１３２の近傍に表示されるように、空中映像Ｐの結像位置を設定する。結像位置の設定は、映像表示装置１１０の再帰反射部材やビームスプリッター（ハーフミラー）などの光学部材の取付け位置や角度を調整することによって行われる。なお、映像表示装置１１０は、これらの光学部材の位置や角度を調整するための調整機構を備えることができ、当該調整機構を、手動またはモータ等の動力源で駆動するようにしてもよい。

【0038】

また、別な態様では、図７（Ｃ）に示すように、空中映像Ｐの結像位置がノブ１３０の天面１３２を超えないように、高さＨ１の大きなノブ１３０Ａを取り付けるようにしてもよい（Ｈ１＞Ｈ）。

【0039】

このように本実施例によれば、立体ＵＩを備えた入力表示装置において、凹凸部の異物感を低減し、視認性・品位・デザイン性の向上を図ることができる。

【0040】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

【符号の説明】

【0041】

１００：入力表示装置
１１０：映像表示装置
１２０：タッチパネル
１２２：タッチセンサ
１２４：カバーガラス
１２６：光学接着剤
１３０：立体ＵＩ部（操作部）
１３２：天面
１４０：コントローラ
Ｐ：空中映像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】