CN109117066A - 空中成像交互装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空中成像交互装置,包括:显示模块,用于显示画面;空中像生成模块,与所述显示模块成一角度设置,用于在所述空中像生成模块与所述显示模块相背的一侧生成所述画面的空中像;感应光产生模块,用于产生覆盖所述空中像的光膜或感应光束;以及感应模块,用于在有操作部件对所述空中像进行操作时,感应所述操作部件反射和/或散射的所述光膜或所述感应光束的光。本发明的空中成像交互装置所形成的空中像不会遮挡用户的视野,且可在空中像所在的平面进行人机交互。
Description
技术领域
本发明主要涉及显示交互领域,尤其涉及一种空中成像交互装置。
背景技术
随着信息技术的进步,人们越来越多的使用交互设备进行工作或者娱乐。现有的显示技术可以分为直接显示、投影显示和抬头显示这三类。
直接显示技术是由人眼直接注视显示设备来获知显示设备所显示的信息,并可以使用触摸屏等在显示面上进行人机交互。由于显示设备不是透明的,这样就会导致用户的视野会被显示设备遮挡,无法获知显示设备后面的事物。
投影显示技术是采用投影设备将影像投影至幕布、墙、毛玻璃等散射面,用户通过散射面所散射的光线来获取信息。与直接显示技术一样,投影显示技术所采用的散射面也会遮挡用户的视野。此外,投影显示技术通常无法在显示面(即散射面)上进行人机交互。
抬头显示技术是将显示的内容投影到经特殊处理的透明玻璃上,并将投影的焦距设定为无穷远,用户通过透明玻璃反射的光线,可以观测到在无穷远处具有相应显示信息的虚像。抬头显示技术虽然可以使用户观测透明玻璃后的事物,但由于虚像在无穷远处,因此也就无法在显示面上进行人机交互。
由此可知,现有的显示交互设备并无法实现既可透过显示面观测显示面后的事物,又可在显示面上进行人机交互的功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够透过显示面观测显示面后的事物,又可实现在显示面上进行人机交互的空中成像交互装置。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种空中成像交互装置,包括:显示模块,用于显示画面;空中像生成模块,与所述显示模块成一角度设置,用于在所述空中像生成模块与所述显示模块相背的一侧生成所述画面的空中像;感应光产生模块,用于产生覆盖所述空中像的光膜或感应光束;以及感应模块,用于在有操作部件对所述空中像进行操作时,感应所述操作部件反射和/或散射的所述光膜或所述感应光束的光。
在本发明的一实施例中,空中成像交互装置还包括:控制模块,用于基于接收所述感应模块输出的感应信号,并基于所述感应信号确定所述操作部件的位置。
在本发明的一实施例中,空中成像交互装置还包括:数据接口,用于接收所述显示模块所需的显示信号和/或输出所述感应模块输出的感应信号。
在本发明的一实施例中,所述空中像生成模块包括垂直镜面阵列;所述显示模块散发的光经所述垂直镜面阵列反射后,在所述垂直镜面阵列与所述显示模块相背的一侧汇聚,以形成所述空中像。
在本发明的一实施例中,所述显示模块的一侧边与所述空中像生成模块的一侧边连接;所述感应光产生模块设置于所述显示模块与所述空中像生成模块的连接处,并产生所述光膜。
在本发明的一实施例中,所述感应光产生模块设置于所述空中像生成模块远离所述显示模块的一侧边,并产生所述感应光束。
在本发明的一实施例中,所述感应模块设置于所述空中像生成模块远离所述显示模块的一侧边。
在本发明的一实施例中,所述感应模块是可转动地设置于所述空中像生成模块远离所述显示模块的一侧边。
在本发明的一实施例中,所述显示模块的一侧边与所述空中像生成模块的一侧边可活动地连接。
在本发明的一实施例中,所述角度为45°。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
相对于现有的直接显示技术和投影显示技术,本发明的空中成像交互装置所形成的空中像不会遮挡用户的视野,使用户既能观测空中像,又能观测空中像后的事物。相对于抬头显示技术,本发明的空中像交互装置能够在空中像所在的平面进行人机交互,使用户能够更直观的进行操作。
附图说明
图1是本发明一实施例的空中成像交互装置的三维立体图。
图2是图1所示出的空中成像交互装置的侧视图。
图3是空中像生成面板生成空中像的原理图。
图4是空中像生成面板的结构示意图。
图5是本发明一实施例的空中成像交互装置的电路模块示意图。
图6是本发明另一实施例的空中成像交互装置的三维立体图。
图7是图6所示出的空中成像交互装置的侧视图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如本申请和权利要求书中所示,除非上下文明确提示例外情形,“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数,也可包括复数。一般说来,术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素,而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列,方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
实施例一
图1是本发明一实施例的空中成像交互装置的三维立体图。图2是图1所示出的空中成像交互装置的侧视图。请参考图1和图2,空中成像交互装置100包括显示模块110、空中像生成模块120、感应光产生模块130和感应模块140。
显示模块110用于显示画面。显示的画面经空中像生成模块120投射后以形成空中像110’。显示模块110可以包括显示面板111和壳体112。显示面板111可以是采用背光和液晶层的诸如TFT、IPS之类的液晶显示屏,或使用有机发光二极管的诸如AMOLED显示屏。显示面板111还可以是不具备主动显示功能的散射面,而是通过投影设备将携带图像信息的光束投射到散射面来显示画面。壳体112用于容纳显示面板111以及相应的显示电路等。优选地,壳体112面向空中像生成模块120的一面为深色,例如黑色,以提升显示画面与壳体112的对比度。
空中像生成模块120与显示模块110成一角度θ设置,用于在空中像生成模块120与显示模块110相背的一侧生成显示模块110所显示画面的空中像110’。空中像生成模块120可以包括空中像生成面板121和边框122。
图3是空中像生成面板生成空中像的原理图。图4是空中像生成面板的结构示意图。请参考图3和图4,显示面板111等所显示的实像所散发的光经空中像生成面板121所具有的特殊结构的镜面反射后,可以在空中像生成面板121的另一侧再次聚集于相同距离处,从而形成与实像成镜像的空中像。眼睛通过观测空中像即可获知实像,进而获得实像所展现的信息。空中像生成面板121可以包括垂直镜面阵列,入射至空中像生成面板121的光,经垂直镜面两次反射后,能够使光线入射到空中像生成面板121的入射角与光线从空中像生成面板121离开时的出射角相同,从而使空中像和实像在空中像生成面板121的两侧成镜像设置。具体到显示面板111所显示的画面而言,显示面板111散发的光经垂直镜面阵列反射后,在垂直镜面阵列与显示面板111相背的一侧汇聚,以形成空中像110’。
请继续参考图1和图2,边框122用于夹持空中像生成面板121,以保护空中像生成面板121。可以理解,空中像生成模块120可以没有边框122,而仅有空中像生成面板121。
优选地,空中像生成模块120与显示模块110间的夹角θ为45°,以使空中像与实像垂直。当显示模块110水平放置时,可在竖直方向上呈现空中像110’,用户就能够平视观测空中像110’,且由于空中像110’并不会遮挡视野,用户还可以同时观测空中像110’后的事物。可以理解,空中像生成模块120与显示模块110间的夹角θ还可以是0到90°内的其他角度,且同样具有不遮挡用户视野的技术效果。
优选地,空中像生成模块120的一侧边与显示模块110的一侧边可活动地连接,以在空中成像交互装置100在不使用时,可以将空中像生成模块120和显示模块110折叠在一起,以方便收纳和携带。在需要使用空中成像交互装置100时,再将空中像生成模块120打开所需的角度,以生成空中像。可以理解,空中像生成模块120的一侧边与显示模块110的一侧边还可以以一定的角度固定地连接。
感应光产生模块130用于产生覆盖空中像110’的光膜131。当有操作部件10,例如手指,位于空中像110’时,操作部件10能够反射和/或散射光膜131的光形成操作光束132。优选地,光膜131与空中像110’重合,以使用户具有直接在空中像110’中操作的感觉。可以理解,光膜131还可以不与空中像110’重合,而是与空中像110’成一小的距离布置。举例而言,光膜131可以设置于空中像110’前1毫米的位置处,或设置于空中像110’后1毫米的位置处。优选地,感应光产生模块130可以设置于显示模块110与空中像生成模块120的连接处。举例来说,在显示模块110与空中像生成模块120的连接处,外壳112具有凹槽112a,感应光产生模块130设置于凹槽112a内。在凹槽112a的开口处,可以设置有对于光膜131而言透明的挡板,以防止灰尘等落入到凹槽112a内。感应光产生模块130可以是能够发射红外射线的光源,例如红外激光器。优选地,感应光产生模块130为具有约为180°发散角的红外激光器。
感应模块140用于在有操作部件10对空中像进行操作时,感应操作部件10反射和/或散射的光膜131的光,即感应操作光束132,并输出相应的感应信号。感应模块140可以设置于空中像生成模块120远离显示模块110的一侧边。举例而言,感应模块140可以设置于边框122远离显示模块110的一侧边的中间位置处。优选地,感应模块140可以相对于空中像生成模块120沿方向A上下转动,和/或沿方向B左右转动,以能够方便地对感应模块140的感应区域进行调整。优选地,感应模块140是红外传感器,例如红外摄像头。
图5是本发明一实施例的空中成像交互装置的电路模块示意图。请参考图5,并同时参考图1和图2,空中成像交互装置100还可以具有与显示模块110、感应光产生模块130和感应模块140分别电连接的控制模块150。控制模块150用于控制显示模块110、感应光产生模块130和感应模块140中至少之一的工作时机和/或工作状态。此处的工作时机,对于显示模块110、感应光产生模块130和感应模块140而言,主要是指开启和/或关闭时刻。此处的工作状态,对于显示模块110而言,可以包括显示模式、显示内容、显示设定等;对于感应光产生模块130而言,可以包括光膜范围、光膜模式(例如连续光膜、脉冲光膜等)等;对于感应模块140而言,可以包括感应频率、感应范围等。在一实施例中,控制模块150还用于接收感应模块140所输出的感应信号,并基于感应信号确定操作部件10的位置,从而实现用户在空中像110’上进行类似于触控,或手势控制等输入以实现人机交互。可以理解,控制模块150可以设置于显示模块110内,即设置于外壳112内。
空中成像交互装置100还可以具有数据接口160。数据接口160同样与控制模块150电连接。控制模块150可以通过数据接口160与外界进行数据交互,例如接收投影数据、输出感应信号、输出操作部件的位置等。
可以理解,空中成像交互装置100可以没有控制模块150,而具有数据接口160,显示模块110、感应光产生模块130和感应模块140分别与数据接口160电连接。如此,可以通过外部的PC、平板电脑、PDA、移动电话等直接对显示模块110、感应光产生模块130和感应模块140进行控制,并基于感应模块140输出的感应信号确定操作部件10的位置,进而实现人机交互。
根据感应信号确定操作部件10的位置的方法有多种,下面做一些举例说明。
在一非限制性的实施例中,识别用户的输入时(例如用户手部的移动和点击)可以使用发射飞行时间法(TOF)。即,由感应光产生模块130向空中像110’区域连续发送脉冲光膜131。在没有用户进行操作时,空中像110’区域中没有反射、散射部件,光膜131的光不会被感应模块140捕捉到。相对的,当用户进行操作时,例如将手伸入空中像110’区域,照射在用户手上的光膜131的光则会发生漫反射和/或散射,形成操作光束132,使得感应模块140能够接收操作光束132。控制模块150、外部位置确定设备(例如PC、平板电脑、PDA、移动电话等)通过光膜131的飞行(往返)时间,即可获知用户的手的空间位置。
在另一非限制性的实施例中,感应模块140为摄像装置,感应光产生模块130向空中像110’区域发送连续的光膜131。在没有用户进行操作时,空中像110’区域中没有反射、散射部件,光膜131的光不会被感应模块140捕捉到,因此感应模块140所能获得的是均匀较暗的图像。当用户进行操作时,例如将手伸入空中像110’区域,照射在用户手上的光膜131的光则会发生漫反射和/或散射,形成操作光束132,使得感应模块140能够接收操作光束132。由于操作光束132的存在,导致感应模块140所获得图像为具有亮点的图像。控制模块150、外部位置确定设备(例如PC、平板电脑、PDA、移动电话等)通过分析亮点在图像中的位置即可确定出操作部件10的位置。
实施例二
图6是本发明另一实施例的空中成像交互装置的三维立体图。图7是图6所示出的空中成像交互装置的侧视图。图6和图7示出的空中成像交互装置200是图1、图2所示出的空中成像交互装置100的一种变化例,相同的部件采用相同的附图标记。空中成像交互装置200与空中成像交互装置100主要差别在于感应光产生模块130设置的位置不同,及所产生光的形式不同。对于相同的部件、设置在此不再重复描述,下面主要对不同之处进行描述。
空中成像交互装置200中的感应光产生模块130不再设置于外壳112的凹槽112a中,而是设置于空中像生成模块120远离显示模块110的一侧边,即感应光产生模块130和感应模块140并列地设置于空中像生成模块120远离显示模块110的一侧边。感应光产生模块130用于产生覆盖空中像110’的感应光束133。优选地,感应光产生模块130和/或感应模块140可以相对于空中像生成模块120沿方向A上下转动,和/或沿方向B左右转动,以能够方便地对感应光束133的覆盖区域和/或感应模块140的感应区域进行调整。
由于感应光束133与光膜131不同,这就导致根据感应信号确定操作部件10的位置的方法也会不同,下面列举一些本实施例可用的方法。
在一非限制性的实施例中,识别用户的输入时(例如用户手部的移动和点击)可以使用发射飞行时间法(TOF)。即,由感应光产生模块130向空中像110’区域连续投射脉冲感应光束133。在没有用户进行操作时,空中像110’区域中没有反射、散射部件,感应光束133的光不会被感应模块140捕捉到。相对的,当用户进行操作时,例如将手伸入该空中像110’区域,照射在用户手上的感应光束133的光则会发生漫反射和/或散射,形成操作光束132,使得感应模块140能够接收操作光束132。控制模块150、外部位置确定设备(例如PC、平板电脑、PDA、移动电话等)通过感应光束133的飞行(往返)时间,即可获知用户的手的空间位置。
在另一非限制性的实施例中,感应光产生模块130能够产生随距离变化而变换图案的结构感应光束133;感应模块140为摄像装置,实时获取空中像110’区域内的图像。当用户进行操作时,例如将手伸入该空中像110’区域,控制模块150、外部位置确定设备(例如PC、平板电脑、PDA、移动电话等)即可对感应模块140获取的图像进行图像分析,确定出指尖等处的感应光束133所具有的图案,即可根据图案的形状反推处距离,进而确定出指尖等的位置。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换,因此,只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
Claims (10)
1.一种空中成像交互装置,包括:
显示模块,用于显示画面;
空中像生成模块,与所述显示模块成一角度设置,用于在所述空中像生成模块与所述显示模块相背的一侧生成所述画面的空中像;
感应光产生模块,用于产生覆盖所述空中像的光膜或感应光束;以及
感应模块,用于在有操作部件对所述空中像进行操作时,感应所述操作部件反射和/或散射的所述光膜或所述感应光束的光。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:控制模块,用于接收所述感应模块输出的感应信号,并基于所述感应信号确定所述操作部件的位置。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:数据接口,用于接收所述显示模块所需的显示信号和/或输出所述感应模块输出的感应信号。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述空中像生成模块包括垂直镜面阵列;所述显示模块散发的光经所述垂直镜面阵列反射后,在所述垂直镜面阵列与所述显示模块相背的一侧汇聚,以形成所述空中像。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述显示模块的一侧边与所述空中像生成模块的一侧边连接;所述感应光产生模块设置于所述显示模块与所述空中像生成模块的连接处,并产生所述光膜。
6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述感应光产生模块设置于所述空中像生成模块远离所述显示模块的一侧边,并产生所述感应光束。
7.根据权利要求1、5或6所述的装置,其特征在于,所述感应模块设置于所述空中像生成模块远离所述显示模块的一侧边。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述感应模块是可转动地设置于所述空中像生成模块远离所述显示模块的一侧边。
9.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述显示模块的一侧边与所述空中像生成模块的一侧边可活动地连接。
10.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述角度为45°。
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