JP6247121B2

JP6247121B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP6247121B2
Application number: JP2014053801A
Authority: JP
Inventors: 林治阿部
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: JP2015176473A

Description

本発明は、被検出体の位置を検知し、検知結果に基づいて動作を判別する入力装置に関する。

特許文献１に記載の電子機器は、ディスプレイの表示面近傍に複数の赤外ＬＥＤと受光部を設けた構成を備え、複数の赤外ＬＥＤからの出射光の被検出体による反射光のデータに基づいて、被検出体のＸ方向の動きを検知する。

特許文献２は、２つの発光部から周波数の異なる光が出射され、これらの光の被検出体による反射光を近接センサが受光し、被検出体の左右の動きを検知する。

特開２０１３−２１８５４９号公報特開２００６−８８７６８号公報

しかしながら、特許文献１の電子機器及び特許文献２の近接センサのいずれにおいても、専用の発光部を複数設けるため、発光部や発光部を駆動する回路にコストがかかり、さらに、発光部を駆動するための電力が必要となる。

そこで本発明は、部品コストや使用電力を低減することができ、さらに、構造が簡便であって製造が容易な入力装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の入力装置は、画面と光源を有し、前記光源によって前記画面から光を出射可能な表示装置の前記画面の外囲に設置される入力装置であり、ケース部と、ケース部において、光源の出射光による被検出体からの反射光が入射する位置に設けられた１つ以上の孔部と、反射光を検知する検知部と、検知部からの出力データに基づいて被検出体の動作を判別する判別部と、を備えることを特徴としている。

表示装置の画面の外囲に設置することにより、画面からの出射光を用いて検知や判別を行うことが可能となることから、専用の発光部を設ける必要がないため、部品コスト及び発光にかかる電力を削減することができる。

本発明の入力装置において、検知部は、孔部の１つについて２つ以上設けられていることが好ましい。

１つの孔部について２つ以上の検知部を設けることにより、被検出体からの広いエリアの拡散光の反射波に対し、反射光検知の連続性を確保できる。

本発明の入力装置において、検知部は、被検出体の仮想検出領域の２つ以上の点から各々出て、対応する１つの孔部をそれぞれ通る直線上又はその直線の近傍にそれぞれ配置されることが好ましい。

これにより、検知部のそれぞれに異なる検知対象範囲からの反射光が入射しやすくなるため、被検出体の動作判別の精度が高まる。

本発明の入力装置において、１つの孔部の中心軸、及び、１つの孔部に対応する２つ以上の検知部に入射する光線の進行方向は互いに同一ではないことが好ましい。

本発明の入力装置において、１つの孔部に対応する２つ以上の検知部は、孔部の中心軸に関して反対の位置に配置された、２つの検知部を１組以上有することが好ましい。

これにより、孔部の中心軸に関して反対側の検知対象範囲からの反射光が、別個の検知部に入射しやすくなるため、被検出体の動作判別の精度が高まる。

本発明の入力装置において、１つの孔部に対応する２つ以上の検知部は、孔部の中心軸に関して、検知対象範囲と反対側にそれぞれ配置されていることが好ましい。

これにより、各検知部の検知対象が明確になるため、判別処理を確実かつ高速に行うことができる。

本発明の入力装置において、孔部の中心軸は、表示装置の画面の法線と交差することが好ましい。
これにより、被検出体からの反射光が孔部に入射しやすくなる。

本発明の入力装置において、表示装置は、バックライト型表示装置または自発光型表示装置であり、出射光は、表示装置自体から発せられる光であることが好ましい。

本発明によると、部品コストや使用電力を低減することができ、さらに、構造が簡便であって製造が容易な入力装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る入力装置を表示装置に適用した状態を示すであって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部内面を示す側面図である。本発明の実施形態に係る入力装置の内部構造を示す図である。本発明の実施形態に係る入力装置の構造を示すブロック図である。被検出体の動作の判別の流れを示すフローチャートである。変形例において、第１検知部と第２検知部からの出力の例を示すグラフである。変形例における被検出体の動作の判別の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る入力装置について図面を参照しつつ詳しく説明する。本実施形態では、孔部が一つであり、この孔部に対応する検知部が２つである例について説明するが、本発明はこれに限定されない。

図１は、本実施形態の入力装置２０を表示装置１０に適用した状態を示すであって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部内面を示す側面図である。図２は、入力装置２０の内部構造を示す図である。図３は、入力装置２０の構造を示すブロック図である。

図１に示すように、入力装置２０は、表示装置１０の画面１１の外囲であって、画面１１の下側に設けられる。ここで、表示装置１０は、光源を有し、画面１１から光を射出する表示装置であり、例えば、液晶ディスプレイその他のバックライト型表示装置、エレクトロルミネッセンス素子その他の自発光型表示装置である。

入力装置２０は、ケース部２１と、孔部２２と、検知部２３と、判別部２４（図３）とを備える。

ケース部２１は、遮光性を備えた部材、例えばプラスチックで構成する。孔部２２は、表示装置１０の画面１１の中心の下方であって、ケース部２１の正面壁部２１ａを厚み方向に貫通するように設けられている。別言すると、孔部２２は、ケース部２１において、表示装置１０の光源からの出射光による被検出体からの反射光が入射する位置に設けられている。

図１（Ｂ）に示すように、ケース部２１の正面壁部２１ａは、表示装置１０の画面１１側に傾斜して設けられている。このため、孔部２２の中心軸２２ｃは、表示装置１０の画面１１の法線１１ｃと交差する。正面壁部２１ａが画面１１側に傾斜しているため、画面１１の前で動いた被検出体による反射光が孔部２２に入射しやすくなっている。画面１１と正面壁部２１ａのなす角度θは、両者が同一平面をなす０度以上であって、９０度未満であることが好ましい。

図１（Ｂ）に示すように、検知部２３は、ケース部２１内に設けられ、図２に示すように、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂからなる。第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂは、孔部２２から入射した光、すなわち、表示装置１０の光源の出射光による被検出体からの反射光、をそれぞれ検知する。

第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂは、被検出体の仮想検出領域としての左右の検知対象範囲ＶＡ１、ＶＡ２（図２）の任意の２点以上から出て、孔部２２をそれぞれ通る直線上又はその直線の近傍にそれぞれ配置される。第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂは、孔部２２の中心軸２２ｃ上には配置されておらず、中心軸２２ｃに関して、互いに反対の位置に配置されており、左右の検知対象範囲ＶＡ１、ＶＡ２に対しては反対側にそれぞれ配置されている。より具体的には、図２において、第１検知部２３ａは左側の検知対象範囲ＶＡ１に対応して右側に配置され、第２検知部２３ｂは右側の検知対象範囲ＶＡ２に対応して左側に配置されている。したがって、孔部２２の中心軸２２ｃ、及び、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂに入射する光線の進行方向Ａ１、Ａ２は互いに同一ではない。

孔部２２は、孔部２２の中心軸２２ｃ、及び、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂに入射する光線の進行方向Ａ１、Ａ２が互いに一致しないようなピンホールである。

図３に示すように、判別部２４は、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂ、及び、制御部２６に接続されており、制御部２６によって動作を制御されている。また、制御部２６には、記憶部２５と計時部２７も接続されている。

判別部２４は、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂからの出力データに基づいて、次のように被検出体の動作を判別する。図４は、被検出体の動作の判別の流れを示すフローチャートである。まず、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂから判別部２４へは随時データが出力されており、制御部２６は、この出力データを、計時部２７から出力される時刻データと対応させて記憶部２５に保存させている。

判別部２４は、経過時刻ごとに、第１検知部２３ａの出力Ｄ１と第２検知部２３ｂの出力Ｄ２を比較して被検出体の位置を判別する（図４のステップＳ１）。第１検知部２３ａの出力Ｄ１の方が第２検知部２３ｂの出力Ｄ２より大きかったとき（ステップＳ２）は、左側の検知対象範囲ＶＡ１に被検出体があったと判別（ステップＳ３）する。これに対して、第２検知部２３ｂの出力Ｄ２の方が第１検知部２３ａの出力Ｄ１より大きかったとき（ステップＳ４）は、右側の検知対象範囲ＶＡ２に被検出体があったと判別（ステップＳ４）する。この例では、第１検知部２３ａの出力Ｄ１と第２検知部２３ｂの出力Ｄ２が同一であるとき（ステップＳ６）は被検出体の位置を判別しない。被検出体の位置の判別結果は、時刻データと対応させて記憶部２５に保存される。

次に、判別部２４は、現在の位置の判別結果と直近の位置の判別結果を比較して、動作判別を行う（ステップＳ７）。例えば、左側の検知対象範囲ＶＡ１から右側の検知対象範囲ＶＡ２へ位置が移動したときは被検出体が右側へ移動した、すなわち左から右へのジェスチャを行ったと判別し、右側の検知対象範囲ＶＡ２から左側の検知対象範囲ＶＡ１へ位置が移動したときは被検出体が左側へ移動した、すなわち右から左へのジェスチャを行ったと判別する。判別結果は、時刻データと対応させて記憶部２５に保存される。動作判別が終わると再び位置判別を行い、位置判別結果から動作判別を行うという処理を繰り返す。

以上の構成により、本実施形態の入力装置は、表示装置１０の画面１１の前で操作者が、被検出体としての手や指を動かすと、画面１１からの出射光の反射光を検知部２３で検知し、この検知結果に基づいて被検出体の動作（ジェスチャ）を判別することができ、この判別結果に対応した入力結果が外部機器へ出力される。

以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）光源を有する表示装置の画面の外囲に設置することにより、画面から出射する光を用いて検知や判別を行うことが可能となることから、専用の発光部を設ける必要がないため、部品コスト及び発光にかかる電力を削減することができる。

（２）１つの孔部に対して２つ以上の検知部を設けたことにより、被検出体からの広いエリアの拡散光の反射波に対し、検知データの連続性を確保できる。さらに、孔部から仮想検出領域までの距離に対して、孔部から検知部までの距離が十分小さいため検出範囲を確保しやすくなっている。また、検知部の配置エリアを孔部の近傍にできるため、入力装置のデザインに自由度があり、表示装置のデザインに与える影響も抑えることができる。

（３）簡便な構成により、安価で、低消費電力を実現する、表示装置用のジェスチャ入力装置を提供できる。

ここで、変形例について説明する。
上記実施形態では、図４に示すように、被検出体が右側と左側のどちらにあるかを判別していたが、実際には被検出体は大きさを持っているので、例えば中心軸２２ｃ近傍に被検出体がある場合には、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂの双方に反射光が入射する。これを利用して、右側・左側に加えて中央にあることも判別すると動作の判別がより精度よく行えるため好ましい。図５は、この変形例において、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂからの出力の例を示すグラフである。図６は、この変形例における被検出体の動作の判別の流れを示すフローチャートである。図５の横軸は被検出体の位置（単位ｃｍ）、縦軸は第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂからの出力（単位なし）を示しており、第１検知部２３ａの出力と第２検知部２３ｂの出力に共通の閾値を設定している。また、横軸において、１５ｃｍの位置が孔部２２の中心軸２２ｃに対応する位置である。

この変形例において、判別部２４は、経過時刻ごとに、第１検知部２３ａの出力Ｄ１と第２検知部２３ｂの出力Ｄ２を比較して被検出体の位置を判別する（図６のステップＳ１）。第１検知部２３ａの出力Ｄ１が閾値より大きく、かつ、第２検知部２３ｂの出力Ｄ２が閾値より小さかったとき（ステップＳ２（図６）、領域ＡＬ（図５））は、左側の検知対象範囲に被検出体があったと判別（ステップＳ３（図６））する。一方、第１検知部２３ａの出力Ｄ１と第２検知部２３ｂの出力Ｄ２がともに閾値以上であったとき（ステップＳ４（図６）、領域ＡＣ（図５））は、中央の検知対象範囲に被検出体があったと判別（ステップＳ５（図６））する。また、第１検知部２３ａの出力Ｄ１が閾値より小さく、かつ、第２検知部２３ｂの出力Ｄ２が閾値より大きかったとき（ステップＳ６（図６）、領域ＡＲ（図５））は、右側の検知対象範囲に被検出体があったと判別（ステップＳ７（図６））する。さらに、第１検知部２３ａの出力Ｄ１と第２検知部２３ｂの出力Ｄ２がともに閾値より小さかったとき（ステップＳ８（図６））は、判別を行わない（ステップＳ９（図６））。

次に、判別部２４は、現在の位置の判別結果と直近の位置の判別結果を比較して、図４に示す実施形態と同様に動作判別を行う（ステップＳ１０（図６））。動作判別が終わると再び位置判別を行い、位置判別結果から動作判別を行うという処理を繰り返す。

また、孔部は、画面１１の外囲であって、画面の１１の上部や側部に設けることもできる。例えば、孔部を側部中央に設け、対応する検知部を孔部の中心軸に関して上側と下側に配置した場合は被検出体の上下の動作を判別できる。また、孔部を画面１１の上部と下部に設け、それぞれの孔部について、孔部の中心軸に関して右側と左側に検知部を配置すると、４つの検知部の出力に基づいて上下左右の動作を判別することが可能となる。

検知部２３は、孔部２２の中心軸２２ｃに関して反対側に配置した、第１検知部２３ａと第２検知部２３ｂの１組で構成したが、２組以上で構成してもよい。

孔部と、この孔部に対応する１つの検知部との組み合わせを複数設け、複数の検知部からの出力に基づいて被検出体の動作を判別してもよい。

また、光源や環境の明るさによるバックグラウンドの変動の影響を小さくするために、定期的にバックグラウンドレベル測定を行い、測定値に基づいて第１検知部２３ａの出力Ｄ１と第２検知部２３ｂの出力Ｄ２を調整する等の補正をしても良い。

孔部２２に、一部の波長の光のみを透過させるフィルタを設けると、画面１１からの出射光以外の外光の影響を抑えて精度の高い判別を行うことができる。このフィルタに加えて、又は、フィルタに代えて、判別部２４において検知部２３への入射光のうち一部の波長に対応するデータのみを抽出してもよい。

図４に示す、位置判別では第１検知部２３ａの出力Ｄ１と第２検知部２３ｂの出力Ｄ２をそのまま比較していたが、出力Ｄ１と出力Ｄ２の差が一定の範囲内にあるときは位置判別を行わないようにしてもよい。これにより、外光、画面１１の画像の左右の輝度の違い、ノイズ等の影響を抑えて位置判別を精度良く行うことができる。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。

以上のように、本発明に係る入力装置は、バックライト型表示装置や自発光型表示装置に適用してジェスチャ判別装置を構成することができる点で有用である。

１０表示装置
１１画面
１１ｃ法線
２０入力装置
２１ケース部
２２孔部
２２ｃ中心軸
２３検知部
２３ａ第１検知部
２３ｂ第２検知部
２４判別部
２５記憶部
２６制御部
２７計時部

Claims

画面と光源を有し、前記光源によって前記画面から光を出射可能な表示装置の前記画面の外囲に設置される入力装置であり、
ケース部と、
前記ケース部において、前記光源の出射光による被検出体からの反射光が入射する位置に設けられた１つ以上の孔部と、
前記反射光を検知する検知部と、
前記検知部からの出力データに基づいて前記被検出体の動作を判別する判別部と、
を備えることを特徴とする入力装置。
前記検知部は、前記孔部の１つについて２つ以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
前記検知部は、前記被検出体の仮想検出領域の２つ以上の点から各々出て、対応する前記１つの孔部をそれぞれ通る直線上又はその直線の近傍にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
前記１つの孔部の中心軸、及び、前記１つの孔部に対応する２つ以上の検知部に入射する光線の進行方向は互いに同一ではないことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
前記１つの孔部に対応する２つ以上の検知部は、前記孔部の中心軸に関して反対の位置に配置された、２つの検知部を１組以上有することを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
前記１つの孔部に対応する２つ以上の検知部は、前記孔部の中心軸に関して、検知対象範囲と反対側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
前記孔部の中心軸は、前記表示装置の画面の法線と交差することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の入力装置。
前記表示装置は、バックライト型表示装置または自発光型表示装置であり、前記出射光は、前記表示装置自体から発せられる光であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の入力装置。