非接触操作检测装置
阅读：753发布：2020-05-08
专利汇可以提供非接触操作检测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种非 接触 操作检测装置，其包括：检测单元，其构造为能够检测在空间中设置的多个待观察点的每个点处是否存在物体；操作判定部，其构造为基于检测单元所检测到的检测结果判定是否进行了手势操作；以及空中图像显示装置，其构造为能够显示空中图像，该空中图像示出空间中多个待观察点的 位置 。，下面是非接触操作检测装置专利的具体信息内容。
1.一种非接触操作检测装置，包括：
检测单元，其构造为能够检测在空间中设置的多个待观察点的每个点处是否存在物体；
操作判定部，其构造为基于所述检测单元所检测到的检测结果判定是否进行了手势操作；以及
空中图像显示装置，其构造为能够显示空中图像，所述空中图像示出所述空间中多个待观察点的位置。
2.根据权利要求1所述的非接触操作检测装置，其中，所述空中图像显示装置包括：
光源；
回射构件，其使入射在其上的光回射；以及
分光构件，其允许从所述光源发射的光的至少一部分被反射并入射在所述回射构件上，并且被所述回射构件回射的入射到所述分光构件上的光的至少一部分被透射，其中，所述空中图像显示装置构造成使得由所述回射构件回射并透射穿过所述分光构件的光在空气中形成所述光源的图像。
3.根据权利要求2所述的非接触操作检测装置，其中，所述检测单元包括光电二极管，所述光电二极管设置在所述光源中，以检测从所述多个待观察点返回的光。
4.根据权利要求2或3所述的非接触操作检测装置，其中，所述检测单元包括：可检测光源，其设置在所述光源中以发射红外光；以及光电二极管，其设置在所述光源中以检测从所述多个待观察点返回的所述红外光。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的非接触操作检测装置，其中，所述空中图像显示装置构造为附接至车辆的车身，并在所述车身的外侧形成所述光源的图像。
6.一种非接触检测操作的方法，包括以下步骤：
检测在多个待观察点的每个点处是否存在物体，所述多个点设置在空间中；
基于检测步骤中的检测结果，判定是否执行了手势操作；以及
显示示出了所述多个点的位置的空中图像。
7.根据权利要求6所述的非接触检测操作的方法，其中，显示所述空中图像的步骤包括以下步骤：
设置光源；
回射入射在回射构件上的光；以及
设置分光构件，以允许从所述光源发射的光的至少一部分被反射并入射在所述回射构件上，并且由所述回射构件回射的入射到所述分光构件上的光的至少一部分被透射，从而根据由所述回射构件回射并透射穿过所述分光构件的光在空气中形成所述光源的图像。
8.根据权利要求6所述的非接触检测操作的方法，其中，所述检测的步骤包括以下步骤：
在所述光源中设置光电二极管，用于检测从所述多个待观察点返回的光。
9.根据权利要求6所述的非接触检测操作的方法，其中，所述检测的步骤包括以下步骤：
在所述光源中设置可检测光源，用于发射红外光，以及
在所述光源中设置光电二极管，用于检测从所述多个待观察点返回的红外光。
10.根据权利要求6所述的非接触检测操作的方法，其中，显示所述空中图像的步骤包括以下步骤：
将空中图像显示装置附接至车身的外侧；以及
在所述车身的外侧上形成所述光源的图像。
非接触操作检测装置
技术领域
[0001] 本发明涉及非接触操作检测装置以及非接触操作检测方法。
背景技术
[0002] 近年来，已经研究了执行各种功能的手势操作。作为检测手势操作的非接触操作检测装置，已经开发出了一种装置，该装置检测在空间中设置的多个待观察点的每个点处是否存在物体，以及例如，当已经检测到物体以预定的顺序存在时，则执行诸如锁定释放功能等的功能。
[0004] [专利文件1]JP-A-2017-107165
发明内容
[0005] 在上述常规的非接触操作检测装置中，由于用户难以识别空间中的哪些位置是待观察点，因此存在发生这样的故障的可能性，即用户在远离待观察的设定点的位置处执行手势操作，导致无法识别这些手势操作。
[0006] 本发明的一个目的是提供对用户而言更易于使用的一种非接触操作检测装置以及一种非接触检测操作的方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了由以下[1]至[10]限定的非接触操作检测装置。
[0008] [1]非接触操作检测装置，其包括：检测单元，其构造为能够检测在空间中设置的多个待观察点的每个点处是否存在物体；操作判定部，其构造为基于所述检测单元所检测到的检测结果判定是否进行了手势操作；以及空中图像(aerial image)显示装置，其构造为能够显示空中图像，该空中图像示出空间中多个待观察点的位置。
[0009] [2]如以上[1]限定的非接触操作检测装置，其中，空中图像显示装置包括：光源；回射构件，其使入射在其上的光回射；以及分光构件，其允许从光源发射的光的至少一部分被反射并入射在回射构件上，并且被回射构件回射的入射到分光构件上的光的至少一部分被透射，其中空中图像显示装置构造成使得由回射构件回射并透射穿过分光构件的光在空气中形成光源的图像。
[0011] [4]如以上[2]或[3]限定的非接触操作检测装置，其中，该检测单元包括：可检测光源，其设置在光源中以发射红外光；以及光电二极管，其设置在光源中以检测从多个待观察点返回的红外光。
[0012] [5]根据以上[1]至[4]中任一项限定的非接触操作检测装置，其中，空中图像显示装置构造为附接至车辆的车身，并在车身的外侧形成光源的图像。
[0013] [6]一种非接触检测操作的方法，包括以下步骤：
[0014] 检测在多个待观察点的每个点处是否存在物体，多个点设置在空间中；
[0015] 基于检测步骤中的检测结果，判定是否执行了手势操作；以及显示示出了多个点的位置的空中图像。
[0016] [7]如以上[6]限定的非接触检测操作的方法，其中，显示空中图像的步骤包括以下步骤：
[0017] 设置光源；
[0018] 回射入射在回射构件上的光；以及
[0019] 设置分光构件，以允许从光源发射的光的至少一部分被反射并入射在回射构件上，并且由回射构件回射的入射到分光构件上的光的至少一部分被透射，从而根据由回射构件回射并透射穿过分光构件的光在空气中形成光源的图像。
[0020] [8]如以上[6]限定的非接触检测方法，其中，检测的步骤包括以下步骤：
[0021] 在光源中设置光电二极管，用于检测从多个待观察点返回的光。
[0022] [9]如以上[6]限定的非接触检测操作的方法，其中，检测的步骤包括以下步骤：
[0023] 在光源中设置可检测光源，用于发射红外光，以及
[0024] 在光源中设置光电二极管，用于检测从多个待观察点返回的红外光。
[0025] [10]如以上[6]限定的非接触检测操作的方法，其中，显示空中图像的步骤包括以下步骤：
[0026] 将空中图像显示装置附接至车身的外侧；以及
[0027] 在车身的外侧上形成光源的图像。
[0028] 发明的要点
[0030] 图1A是根据本发明的一个实施例的非接触操作检测装置的示意性构造图。
[0031] 图1B是示出了空中图像的一个示例的说明图。
[0032] 图2A是示出了根据本发明的一种变型例的非接触操作检测装置的示意性构造图。
[0033] 图2B是示出了根据本发明的一种变型例的非接触操作检测装置的示意性构造图。
[0034] 图3是示出了操作判定部中的控制流程的示例的流程图。
[0035] 图4A是示出了图1的非接触操作检测装置附接至车辆时的示意性构造图。
[0036] 图4B是示出了将空中图像显示到车身的外侧的一个示例的图。
具体实施方式
[0037] [实施例]
[0038] 下面将结合附图描述本发明的实施例。
[0039] 图1A是根据本实施例的非接触操作检测装置的示意性构造视图，图1B是示出了空中图像的一个示例的说明图。如图1A和图1B所示，非接触操作检测装置1构造为包括：检测单元2，其构造为能够检测在空间中设置的多个待观察点X和Y的每个点处是否存在物体；操作判定部3，其构造为基于检测单元2所检测到的检测结果判定是否进行了手势操作；以及空中图像显示装置4，其构造为能够显示空中图像5，该空中图像5示出空间中多个待观察点X和Y的位置。注意，多个待观察点X和Y可以不是点，而是空气中的预定区域。
[0040] (空中图像显示装置4)
[0041] 首先，将描述空中图像显示装置4。空中图像显示装置4构造为包括光源42、回射构件(回射器)43和分光构件(分束器)44。
[0042] 作为光源42，例如可以使用在其上排列有多个LED(发光二极管)的板状形状的显示构件等。此外，作为光源42，例如，还可以使用包括一个或多个LED以及使从这些LED发出的光扩散的扩散材料的光源。此外，作为光源42，还可以使用诸如液晶显示器等的显示器(显示构件)。
[0043] 回射构件43构造为执行回射的构件，以使入射在其上的背光沿着与入射方向平行但相反的方向反射。作为回射构件43，可以使用形成为片状的回射片。作为回射构件43，通常可以使用具有通常使用的结构的回射构件，例如使用玻璃珠或使用棱镜的结构。
[0044] 分光构件44形成为板状形状，并且被设计为反射入射在其上的光的一部分而透射其余部分。作为分光构件44，可以使用半反射镜。注意，分光构件44不限于上述的半反射镜，而是可以使用通常称为分束器的分光构件、以及由丙烯酸或玻璃制成的板状形状构件、具有诸如冲孔金属等的开口阵列的板、线栅膜或反射偏光膜。
[0045] 分光构件44构造成允许从光源42发射的光的至少一部分被反射并入射在回射构件43上，并且由回射构件43回射的入射到分光构件44上的光的至少一部分被透射。这使得由回射构件43回射并透射穿过分光构件44的光能够在空气中形成光源42的图像。光源42在空气中成像的该图像是本发明中的空中图像5。
[0046] 空中图像显示装置4构造为显示作为空中图像5的示出了多个待观察点X和Y的位置的图像。如图1B所示，空中图像5用于在视觉上向用户示出如何执行手势操作。所示示例示出了这样一种情况，即，将用户的手从上观察点X移动到下观察点Y来执行手势操作。
[0047] 通过将空中图像显示装置4构造为显示示出了多个待观察点X和Y的位置的图像，可以使用户充分识别多个待观察点X和Y，并执行手势操作。结果，可以防止用户在远离待观察的设定点的位置处执行手势操作，从而使用户容易地执行正确的手势操作。
[0048] (检测单元2)
[0049] 检测单元2被设计成检测在待观察的每个点X和Y处是否存在物体(例如，用户的手)。在本实施例中，检测单元2内置在空中图像显示装置4的光源42中。
[0050] 更具体地，检测单元2构造为包括两个光电二极管21，这两个光电二极管设置在光源42中以检测分别从待观察点X和点Y返回的光。在本实施例中，检测单元2构造为包括第一光电二极管21a和第二光电二极管21b，第一光电二极管21a构造为检测从待观察点X返回的光，第二光电二极管21b构造为检测从点Y返回的光。
[0051] 当诸如用户的手等的物体位于待观察点X处时，从物体反射的光沿与形成空中图像5的光的行进方向相反的方向传播。例如，由在待观察点X处的物体反射的光的一部分透射穿过分光构件44并由回射构件43回射，并且该回射光的一部分进一步由分光构件44反射并射向光源42侧。由于第一光电二极管21a布置在光源42中与待观察点X的位置相关联的位置处，因此由在待观察点X处的物体反射的光被第一光电二极管21a接收。因此，通过检测第一光电二极管21a中接收的光的强度(待检测的电流)，可以检测在观察点X处是否存在物体。
[0052] 光电二极管21可以被设计为检测可见光，但是在那种情况下，它们容易受到环境亮度的影响，这可能导致检测精度的降低。为了避免这种情况，在本实施例中，在光源42中设置了发射红外光的两个可检测光源22(在本实施例中，也称为第一和第二可检测光源22)，使得从待观察点X和Y返回的光分别在光电二极管21中被检测。这使得光电二极管21基本上不受周围亮度等的影响，从而提高光电二极管21的检测精度。
[0053] 为了增加在光电二极管21中接收的返回光的量，第一光电二极管21和第一可检测光源22可以布置为尽可能彼此相邻，并且第二光电二极管21和第二可检测光源22可以布置为尽可能彼此相邻。第一光电二极管21和第一可检测光源22布置在光源42中与待观察点X的位置相关联的位置中，而第二光电二极管21和第二可检测光源22布置在光源42中与待观察点Y的位置相关联的位置中。从可检测光源22发出的红外线分别形成在空中图像5中分别对应于待观察点X和Y的位置5a的图像。此处，第一光电二极管21和第一可检测光源22布置在光源42的一个边缘部(上端部)中，而第二光电二极管21和第二可检测光源22布置在光源42的另一个边缘部(下端部)中。然而，应当注意，可以根据待观察的可设定点X和Y的位置适当地改变布置光电二极管21和可检测光源22的位置。
[0054] 尽管在本实施例中，为多个待观察点X和Y中的每一个设置光电二极管21和可检测光源22，并且使用与待观察点X和Y的数量相同数量的光电二极管21和可检测光源22，但是光电二极管21的数量和可检测光源22的数量不限于上述数量，而是对于多个待观察点X和Y可以使用一个可检测光源22，或者对于多个待观察点X和Y也可以使用一个光电二极管21。例如，如图2B所示，检测单元2可以构造为：在光源42中分别与待观察点X和Y的位置相关联的位置之间的中途位置处设置一个可检测光源22，并且检测单元2构造为：设置有覆盖该一个可检测光源22的红外光扩散材料23，以允许从该一个可检测光源22发射的扩散的红外光线到达待观察点X和Y处。在这种情况下，在光源42中分别与待观察点X和Y的位置相关联的位置中布置两个光电二极管21。
[0055] 此外，如图2A所示，检测单元2可以构造为：使用一个光电二极管21检测从多个待观察点X和Y返回的光线。在这种情况下，在光源42中分别与待观察点X和Y的位置相关联的位置之间的中途位置处设置一个光电二极管21，并且以覆盖该一个光电二极管21的方式设置扩散材料23。此外，在光源42中分别与待观察点X和Y的位置相关联的位置中布置两个可检测光源22。期望的是扩散材料23被延伸到与两个可检测光源22中的每一个相邻的区域。在图2A的情况下，两个可检测光源22以预定时间周期(例如，数kHz量级的周期)交替地开启。例如，如果在与待观察点X相关联的可检测光源22开启的同时光电二极管21的接收光强度变高，则说明在待观察点X处存在物体。
[0056] (操作判定部3)
[0057] 返回图1A，来自光电二极管21a和21b的检测到的电流分别通过相关联的电流-电压转换电路(未示出)转换成电压信号，该电压信号分别通过其相关联的放大电路61放大，并分别通过其相关联的模拟-数字转换电路62转换成数字信号，然后将数字信号输入到控制装置7。
[0059] 在本实施例中，操作判定部3构造为基于从光电二极管21a和21b输入的检测到的电流来确定是否已经执行了手势操作。当从光电二极管21a和21b检测到的电流等于或大于预定阈值时，操作判定部3判定诸如用户的手之类的物体存在于分别与光电二极管21a和21b相关联的观察点X和Y处。在本实施例中，以如下方式构造操作判定部3：当操作判定部3做出物体存在于观察点X处的第一判定，以及在从做出第一判定的时间起的预定时间内做出物体存在于观察点Y处的第二判定时，操作判定部3做出已经执行手势操作的最终判定，并且执行诸如锁定释放功能的预定功能。
[0060] 图3是示出了操作判定部3中的控制流程的示例的流程图。此处，作为一个示例，将描述这样一种情况，即，当操作判定部3做出已经执行手势操作的判定时，释放车辆10的后门12(参见图4A和图4B)的锁定。
[0061] 如图3所示，在步骤S1中，操作判定部3首先判定在第一光电二极管21a中检测到的电流是否等于或高于预定阈值。如果在步骤S1中判定为“否”，则进程返回到步骤S1。如果在步骤S1中判定为“是”，则在步骤S2中，操作判定部3判定在第二光电二极管21b中检测到的电流是否等于或高于预定阈值。如果在步骤S2中判定为“是”，则在待观察点X和Y处都存在物体，因此操作判定部3判定未执行手势操作，并且进程返回到步骤S1。如果在步骤S2中判定为“否”，则进程进入步骤S3。
[0062] 在步骤S3中，操作判定部3重置并启动计时器。在步骤S4中，操作判定部3判定在第二光电二极管21b中检测到的电流是否等于或高于预定阈值。如果在步骤S4中判定为“否”，则在步骤S5中，操作判定部3判定计时器中的时间是否比预定时间阈值长。如果在步骤S5中判定为“否”，则进程返回到步骤S4，或者如果在步骤S5中判定为“是”，则进程返回到步骤S1。
[0063] 如果在步骤S4中判定为“是”，换言之，如果操作判定部3在从判定物体存在于待观察点X处的时间起的预定时间内判定物体存在于待观察点Y处，然后进程进入步骤S6。在步骤S6中，操作判定部3判定第一光电二极管21a中检测到的电流是否等于或高于预定阈值。如果在步骤S6中判定为“是”，则在待观察点X和Y处同时存在物体，因此操作判定部3判定未执行手势操作，并且进程返回到步骤S1。
[0064] 如果在步骤S6中判定为“否”，则操作判定部3判定已经执行手势操作，并且在步骤S7中，操作判定部3释放车辆10的后门12(参见图4A和图4B)的锁定，并结束进程。
[0065] (应用于车辆10)
[0066] 图4A是示出了图1的非接触操作检测装置1附接至车辆10时的示意性构造图，图4B是示出了将空中图像5显示到车身11的外侧的一个示例的图。如图4A和图4B所示，空中图像显示装置4构造成附接至车辆10的车身11，并且在车辆10的车身11的外侧形成空中图像5。在根据本实施例的非接触操作检测装置1中，空中图像显示装置4构造成设置在车辆10的后门(后盖)12的方式，并且空中图像显示装置4在后门12的后侧形成空中图像5。
[0067] 在非接触操作检测装置1中，光源42设置在后门12的外侧上的金属板121的外表面上，并且光源42以光源42的光轴朝向车辆10的后侧和上侧(向上倾斜的方向)的方式设置。分光构件44以与光源42相对的方式设置。回射构件43以位于光源42的后侧和下侧并且与分光构件44相对的方式布置，并且回射构件43以回射构件43相对于水平方向的倾斜角度小于分光构件44相对于水平方向的倾斜角度的方式布置。
[0068] 分光构件44的后侧由树脂盖45覆盖。盖45的一部分(用于使由回射部件43回射并透射穿过分光部件44以形成空中图像5的光通过)由使该光的至少一部分透射的构件制成。在本实施例中，盖45还用于覆盖用于照亮车牌(未示出)的车牌灯13。回射构件43以遮蔽金属板121与盖45之间的空间的方式设置，以遮挡来自车牌灯13的光。注意，回射构件43构造成允许在回射构件43的前表面(图中的上表面)处进行回射，并且回射构件43的后表面(图中的下表面)由能够遮挡来自车牌灯13的光的构件(例如黑色树脂层等)制成。注意，图4A中的附图标记122表示后门12的内饰板。
[0069] 在本实施例中，形成空中图像5的光透射穿过弯曲的盖45，因此，由于盖45的影响，这可能导致空中图像5的变形。为了避免这种情况，可以进一步设置盖变形校正单元，盖变形校正单元校正由于盖45的影响而引起的空中图像5的变形。作为盖变形校正单元，可以涉及以下方面：在光源42与分光构件44之间布置这样的构件(由与盖45相同的材料制成并且具有与盖45的形状相反的形状)以能够校正由于盖45引起的图像变形；改变原始光源42的图像本身，使得可以通过例如由于盖45等的影响而引起的变形来获得期望的空中图像5。
[0070] (变型例)
[0071] 尽管在本实施例中已经描述了在空中图像显示装置4的光源42中内置检测单元2的情况，但是检测单元2的构造不限于这种情况，而是作为代替地，例如检测单元2可以构造成使用与空中图像显示装置4分开设置的照相机、超声波传感器等来检测在待观察点X和Y处是否存在物体。然而，应注意，在这种情况下，因为零件数量增加，并且需要图像处理装置等，导致装置复杂度增加，并且成本增加，因此可以说，更期望的是使用如本实施例那样的在光源42内内置光电二极管21的构造。
[0072] 另外，光源42(包括光电二极管21和可检测光源22)、回射构件43和分光构件44可以通过用成型构件成型而一体地设置。这使得可以抑制由于振动引起的每个构件的相对位置失准的发生，从而可以抑制由于每个构件的位置失准引起的诸如空中图像5的变形等故障的发生。作为成型构件，可以使用对光源42(以及可检测光源22)发出的光透明(透过率高)的构件，以及可以使用例如丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮等。作为除那些树脂之外的成型构件，还可以使用无机透明材料，并且可以使用玻璃等。
[0073] (实施例的操作和有益效果)
[0074] 如上所述，根据本实施例的非接触操作检测装置1构造为包括：检测单元2，其构造为能够检测在空间中设置的多个待观察点X和Y的每个点处是否存在物体；操作判定部3，其构造为基于检测单元2所检测到的检测结果判定是否进行了手势操作；以及空中图像显示装置4，其构造为能够显示空中图像5，该空中图像5示出空间中多个待观察点X和Y的位置。
[0075] 通过利用空中图像5示出多个待观察点X和Y的位置，用户可以充分识别多个待观察点X和Y，并执行手势操作，因此，可以实现对于用户而言更易于使用的非接触操作检测装置1。
[0076] 尽管上面已经描述了本发明的实施例和示例，但是本发明不限于上述实施例和示例，而是可以在不脱离本发明的精神的情况下进行各种变型。
[0077] 例如，尽管在以上实施例中已经描述了非接触操作检测装置1设置在车辆10的后门12中的情况，但是非接触操作检测装置1的安装位置不限于此。另外，非接触操作检测装置1还可以应用于除了车辆10以外的机器。
[0079] 尽管已经针对特定的实施例描述了本发明以进行完整和清楚的公开，但是所附权利要求书不受此限制，而应理解为体现了本领域技术人员可以想到的所有变型和替代构造均属于本文阐述的基本教导范围内。
[0080] [附图标记的描述]
[0081] 1 非接触操作检测装置
[0082] 2 检测单元
[0083] 21 光电二极管
[0084] 22 可检测光源
[0085] 3 操作判定部
[0086] 4 空中图像显示装置
[0087] 42 光源
[0088] 43 回射构件
[0089] 44 分光构件
[0090] 5 空中图像
[0091] 10 车辆
[0092] 11 车身
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