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技術 入力装置

出願人 船井電機株式会社
発明者 西岡謙
出願日 2014年6月20日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2014-126966
公開日 2016年1月14日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2016-006566
状態 特許登録済
技術分野 位置入力装置
主要キーワード 赤外線レーザダイオード 投影パネル 壁面画像 ミラードライバ 空中画像 照射パラメータ 指示棒 赤外線レーザ光
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

低消費電力化及び光源長寿命化が図られ、操作性を向上させることが可能な入力装置を提供する。

解決手段

入力装置1は入力領域P2を含む空中画像P0を投影する投影部2と、入力領域P2に対して赤外線レーザ光照射し、走査部50により光走査を行う照射部10と、入力領域P2に進入したユーザの手指F等で反射した赤外線レーザ光の反射光R2を受光する受光部3と、入力領域P2の形態に応じて照射部10による赤外線レーザ光の照射パラメータを制御する主制御部5と、を備える。

概要

背景

従来、入力画面に向かって差し出された手指指示棒などといった指示体を例えば赤外線等の光源を利用して検出し、入力操作受け付け入力装置が提案されている。このような従来の入力装置が例えば特許文献1に開示されている。

特許文献1に記載された従来の入力装置は表示画面を映像領域と入力領域とに分割し、入力領域に赤外線を格子状に送受して手指などの指示体による入力操作を受け付ける。入力領域は、一定の間隔で並べられた複数の光源からなる発光部と、それら光源に対応して一定の間隔で並べられた複数の光電変換素子からなる受光部と、を備える。この入力装置は表示画面の一部を限定して入力領域とすることにより、低コスト化低消費電力化を図っている。

概要

低消費電力化及び光源の長寿命化がられ、操作性を向上させることが可能な入力装置を提供する。入力装置1は入力領域P2を含む空中画像P0を投影する投影部2と、入力領域P2に対して赤外線レーザ光照射し、走査部50により光走査を行う照射部10と、入力領域P2に進入したユーザの手指F等で反射した赤外線レーザ光の反射光R2を受光する受光部3と、入力領域P2の形態に応じて照射部10による赤外線レーザ光の照射パラメータを制御する主制御部5と、を備える。

目的

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性を向上させることが可能な入力装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

入力領域を含む画像を投影する投影部と、前記入力領域に対して光を照射し、光走査を行う照射部と、前記入力領域に進入した指示体反射した前記照射部の光を受光する受光部と、前記入力領域の形態に応じて前記照射部による光の照射パラメータを制御する制御部と、を備える入力装置

請求項2

前記照射パラメータが、照射領域の限定、前記入力領域に対するフレームレート、前記光走査における副走査方向の移動及び前記照射部が照射する光のスポットサイズの少なくとも一つを含む請求項1に記載の入力装置。

請求項3

前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に並んだ複数の入力キーを有し、前記入力領域に対する前記フレームレートに係る前記照射パラメータが、前記主走査方向に並んだすべての入力キーに対して1本の走査線で光が通過するよう設定される請求項2に記載の入力装置。

請求項4

前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に1行ずつ並んだ複数の入力キーが副走査方向に複数行にわたって配列された構成を有し、前記光走査における前記副走査方向の移動に係る前記照射パラメータが、前記光走査における前記副走査方向の移動が前記入力キーの行毎に一時的に停止するよう設定される請求項2に記載の入力装置。

請求項5

前記入力領域が画像の少なくとも一部として複数の入力キーを有し、前記照射部が照射する光の前記スポットサイズに係る前記照射パラメータが、光の前記スポットサイズが前記入力キーのサイズに対応したサイズになるよう設定される請求項2に記載の入力装置。

技術分野

0001

本発明は入力装置に関する。

背景技術

0002

従来、入力画面に向かって差し出された手指指示棒などといった指示体を例えば赤外線等の光源を利用して検出し、入力操作受け付ける入力装置が提案されている。このような従来の入力装置が例えば特許文献1に開示されている。

0003

特許文献1に記載された従来の入力装置は表示画面を映像領域と入力領域とに分割し、入力領域に赤外線を格子状に送受して手指などの指示体による入力操作を受け付ける。入力領域は、一定の間隔で並べられた複数の光源からなる発光部と、それら光源に対応して一定の間隔で並べられた複数の光電変換素子からなる受光部と、を備える。この入力装置は表示画面の一部を限定して入力領域とすることにより、低コスト化低消費電力化を図っている。

先行技術

0004

特開2011−129012号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記従来の入力装置は表示画面の一部である入力領域に光を照射するために、発光部及び受光部を表示画面の周縁部に配置しなければならない。これにより、入力領域以外の領域にも光が照射されるので、消費電力の浪費を招き、光源の寿命が短くなることが懸念される。また、入力領域以外の領域にも光が照射されることで、誤検出が発生する虞もある。

0006

さらに、上記従来の入力装置は入力領域が固定されるので、構造上定められた位置でしか入力操作を行うことができない。したがって、表示画面に表示される映像連動して入力領域の位置を変更するようなことができず、操作性が良好であると言い難い。

0007

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性を向上させることが可能な入力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

0008

上記の課題を解決するため、本発明の入力装置は、入力領域を含む画像を投影する投影部と、前記入力領域に対して光を照射し、光走査を行う照射部と、前記入力領域に進入した指示体で反射した前記照射部の光を受光する受光部と、前記入力領域の形態に応じて前記照射部による光の照射パラメータを制御する制御部と、を備える。

0009

この構成によれば、入力装置はユーザの手指などの指示体を検出するための光の照射パラメータを、例えば入力領域の位置や大きさなどに応じて変更する。これにより、例えば入力装置は入力領域のみを照射することができる。さらに、入力領域の位置が固定されず、例えば入力装置が用いられるアプリケーションに応じて入力領域の位置の変更が可能である。したがって、入力装置の低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性が向上する。

0010

また、上記構成の入力装置において、前記照射パラメータが、照射領域の限定、前記入力領域に対するフレームレート、前記光走査における副走査方向の移動及び前記照射部が照射する光のスポットサイズの少なくとも一つを含む。

0011

この構成によれば、入力装置は照射領域を入力領域のみに限定し、また入力領域の画像の一部としての入力キーの配列に応じて走査線の本数を低減させ、また照射部が照射する光が指示体に当たる精度を向上させる。

0012

また、上記構成の入力装置において、前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に並んだ複数の入力キーを有し、前記入力領域に対する前記フレームレートに係る前記照射パラメータが、前記主走査方向に並んだすべての入力キーに対して1本の走査線で光が通過するよう設定される。

0013

この構成によれば、副走査方向において隣り合う入力キーの間に走査線が存在しない。したがって、それら入力キーの間に手指等の指示体が進入したときの誤検出が低減する。また、走査線数が少なくなるので、入力領域のフレームレートを上げることができ、応答性が向上する。さらに、照射時間が短くなるので、消費電力が低下し、光源の寿命が一層長くなる。

0014

また、上記構成の入力装置において、前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に1行ずつ並んだ複数の入力キーが副走査方向に複数行にわたって配列された構成を有し、前記光走査における前記副走査方向の移動に係る前記照射パラメータが、前記光走査における前記副走査方向の移動が前記入力キーの行毎に一時的に停止するよう設定される。

0015

この構成によれば、光走査の主走査方向に並んだ複数の入力キーに対して1本の走査線が通過する精度が向上する。さらに、走査線を、副走査方向に関して入力キーの中央を通過させることができ、手指等の指示体の誤検出がより一層低減する。

0016

また、上記構成の入力装置において、前記入力領域が画像の少なくとも一部として複数の入力キーを有し、前記照射部が照射する光の前記スポットサイズに係る前記照射パラメータが、光の前記スポットサイズが前記入力キーのサイズに対応したサイズになるよう設定される。

0017

この構成によれば、ユーザが入力キーのどの部分を指示しても、照射部が照射する光が指示体に当たることになる。したがって、入力操作の確実性が向上する。

発明の効果

0018

本発明の構成によれば、低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性を向上させることが可能な入力装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明の第1実施形態の入力装置の概略構成図である。
本発明の第1実施形態の入力装置の照射部、座標検出部及び主制御部の構成を示すブロック図である。
本発明の第1実施形態の入力装置の光走査条件に対する比較例の光走査条件を示す説明図である。
本発明の第1実施形態の入力装置の光走査条件を示す説明図である。
本発明の第2実施形態の入力装置の光走査条件を示す説明図である。
本発明の第3実施形態の入力装置の光走査条件を示す説明図である。
本発明の第4実施形態の入力装置の概略構成図である。

実施例

0020

以下、本発明の実施形態を図1図7に基づき説明する。

0021

<第1実施形態>
最初に、本発明の第1実施形態の入力装置について、図1及び図2を用いて説明する。図1は入力装置の概略構成図であり、図2は入力装置の照射部、座標検出部及び主制御部の構成を示すブロック図である。

0022

入力装置1は、図1に示すように投影部2、照射部10、受光部3、座標検出部4及び主制御部5を備える。入力装置1は3次元型の入力装置であって、空中のある所定領域に入力領域を含む空中画像P0を投影する。さらに、入力装置1はその入力領域に対して指示された手指Fなどの指示体を検出して入力操作を受け付ける。

0023

投影部2は画像表示部2a及び空中投影パネル2bを備える。画像表示部2aは入力操作を受け付けるアプリケーションに応じて、空中に表示させる入力領域を含む空中画像P0の元となる画像を表示する。空中画像P0の元となる画像は後述する画像処理部6で生成される。空中投影パネル2bは画像表示部2aが表示する画像を空中の所定領域に向けて投影して空中画像P0を生成する。

0024

照射部10は発光部30、光学部40及び走査部50を備える。発光部30は光源である赤外線レーザダイオード(以下赤外LDと称する)31、LDドライバ32及びLD制御部33を備える。光学部40は光学系41、光学系駆動部42及び光学系制御部43を備える。走査部50は走査ミラー51、ミラードライバ52及びミラー制御部53を備える。

0025

赤外LD31は赤外線レーザ光出射する発光素子である。LDドライバ32は赤外LD31の発光のON/OFFや出力等に関する駆動制御を行うことができる。LD制御部33は、例えばミラー制御部53から受信した同期信号と空中画像P0に対応して定められた照射位置に応じて赤外LD31の光制御信号を生成し、LDドライバ32に出力する。

0026

光学系41は、例えばコリメートレンズなどといった光学部材を含む。光学系駆動部42は、例えばコリメートレンズを光軸方向に移動させて空中画像P0に至る赤外線レーザ光のスポットサイズなどを調節することができる。光学系制御部43は光学系41の動作を制御するための駆動制御信号を生成し、光学系駆動部42に出力する。

0027

走査ミラー51は赤外線レーザ光の反射方向を2軸方向に変化させることができる。走査ミラー51が赤外線レーザ光の反射方向を変化させることで、照射部10から空中画像P0に向けて走査レーザ光R1が照射される。

0028

ミラードライバ52は走査ミラー51を制御する駆動制御部である。ミラードライバ52はミラー制御部53からの水平同期信号及び垂直同期信号に応じて走査ミラー51を駆動し、走査ミラー51によるレーザ光の反射方向を水平方向及び垂直方向に偏向させる。

0029

なお以下、光走査及び空中画像P0に対して述べる「水平方向」は後述する図4図6に描画した空中画像P0の左右横方向を意味し、「垂直方向」は図4図6に描画した空中画像P0の上下方向を意味する。

0030

ミラー制御部53は走査ミラー51の方向を制御するための制御信号を生成し、ミラードライバ52に出力する。ミラー制御部53は、例えば空中画像P0に対応して定められた走査領域、走査線数、フレームレートに応じて走査ミラー51の駆動波形を生成し、走査ミラー51の走査位置を示す同期信号を出力する。

0031

受光部3は入力装置1が設置された環境の自然光と、照射部10から空中画像P0に向けて出射された走査レーザ光R1の反射光R2とを受光する。なお、ここで述べる「自然光」には、太陽光や月光などといった自然に由来する光に加えて、入力装置1が発する光以外のその環境に存在する人工光(例えば室内照明の光)を含む。そして、受光部3は入射した光を電気信号光電変換して出力する。受光部3が出力した検出信号は座標検出部4に送られる。

0032

座標検出部4は受光部3から走査レーザ光R1の反射光R2の検出信号を受信し、照射部10のミラー制御部53から走査ミラー51の走査位置を示す同期信号を受信する。座標検出部4は走査ミラー51の走査位置を示す同期信号と反射光R2の受光タイミングとを対応付けることで、ユーザの手指Fが指示する空中画像P0上の座標を算出する。座標検出部4が算出した座標信号は主制御部5に送られる。

0033

主制御部5は不図示の記憶部等に格納されたプログラム制御情報などを用いて、検出装置1の各構成要素を制御する。主制御部5は照射部10のLD制御部33、光学系制御部43及びミラー制御部53各々に対して走査レーザ光R1の照射条件に係る制御信号を出力する。そして、主制御部5は入力領域の形態に応じて照射部10による光の照射パラメータを制御する。

0034

主制御部5は画像処理部6を備える。画像処理部6は入力操作を受け付けるアプリケーションに応じて、或いは座標検出部4から受信した座標信号に基づき映像やアプリケーションを変更して、空中に表示させる入力領域を含む空中画像P0の元となる画像を生成する。空中画像P0の元となる画像の信号は画像表示部2aに送信される。

0035

画像処理部6は入力領域の形状や大きさなどに応じて照射部10が照射する走査レーザ光R1の走査範囲演算し、走査ミラー51の走査角度を決定する。また、画像処理部6は入力領域に画像の一部として設けられた例えば入力キーの位置に応じて走査部50による光走査に係る走査線数及びフレームレート、赤外LD31の発光タイミングを決定する。また、画像処理部6は入力領域に設けられた例えば入力キーの大きさに応じて赤外線レーザ光のスポットサイズを決定する。

0036

続いて、入力装置1の入力領域に対する光走査条件について、図3及び図4を用いて詳細に説明する。図3は入力装置1の光走査条件に対する比較例の光走査条件を示す説明図であり、図4は入力装置1の入力領域に対する光走査条件を示す説明図である。

0037

なお、図3及び図4にはともに左方に空中画像P0を示し、右方にその空中画像P0に対応する光走査における走査ミラー51の垂直方向の駆動波形を示す。空中画像P0には走査される赤外線レーザ光の軌跡を重ねて描画している。赤外線レーザ光の軌跡及び走査ミラー51の垂直方向の駆動波形はともに実線が赤外LD31の点灯期間を示し、破線が赤外LD31の消灯期間を示している。後述する図5及び図6も同様の構成とする。

0038

図3及び図4に示すように、空中画像P0は映像領域P1及び入力領域P2を備える。映像領域P1が空中画像P0のほぼ上半分に設けられ、入力領域P2が空中画像P0のほぼ下半分に設けられるが、空中画像P0の形態はこれに限定されるわけではない。空中画像P0に対して、入力領域P2をいずれの箇所に設けても良い。

0039

入力領域P2は水平方向に1行ずつ並んだ複数の入力キーKが垂直方向に4行にわたって配列された所謂キーボードの構成をなす。すなわち、入力領域P2の入力キーKは走査部50による光走査の主走査方向に1行ずつ並んでおり、副走査方向に4行分が設けられている。映像領域P1はユーザに入力操作を促す入力キーなどが表示されず、入力操作を受け付けない。

0040

ここで、本実施形態に対する比較例(従来例)の入力装置について説明する。図3に示すように通常、ユーザの手指Fなどの指示体に対する検出の分解能と応答性を向上させるため、走査ミラー51の垂直方向の駆動波形はの歯のような形状をなす。光走査のフレームレートは約60Hzである。そして、比較例の光走査は映像領域P1を含む空中画像P0の全体にわたって実行する。このようにして、比較例では入力操作を受け付けない映像領域P1にも赤外線レーザ光を照射するので、消費電力の浪費を招き、赤外LD31の寿命が短くなることが懸念される。

0041

これに対して、本実施形態の入力装置1は、主制御部5が入力領域P2の形態に応じて
照射部10による赤外線レーザ光の照射パラメータを制御する。この照射パラメータは照射領域の限定に係るものであって、図4に示すように赤外線レーザ光による照射領域を入力領域P2に限定する。すなわち、入力装置1は空中画像P0のうち映像領域P1に赤外線レーザ光を照射せず、入力領域P2のみに赤外線レーザ光を照射する。

0042

さらに、主制御部5は入力領域P2に対するフレームレートに係る照射パラメータも制御する。この照射パラメータは、図4に示すように行毎に水平方向に並んだすべての入力キーKに対して1本の走査線で赤外線レーザ光が通過するよう設定される。これにより、走査線数が減少するので、通常60Hzであるフレームレートを倍速、4倍速に設定することができる。さらに、行毎に水平方向に並んだ入力キーKの行間では赤外LD31を消灯させる。

0043

上記のように、本発明の実施形態の入力装置1は入力領域P2を含む空中画像P0を投影する投影部2と、入力領域P2に対して赤外線レーザ光を照射し、走査部50により光走査を行う照射部10と、入力領域P2に進入したユーザの手指F等で反射した赤外線レーザ光の反射光R2を受光する受光部3と、入力領域P2の形態に応じて照射部10による赤外線レーザ光の照射パラメータを制御する主制御部5と、を備える。

0044

この構成によれば、入力装置1はユーザの手指Fなどの指示体を検出するための赤外線レーザ光の照射パラメータを、例えば入力領域P2の位置や大きさなどに応じて変更する。これにより、入力装置1は入力領域P2のみを照射することができる。さらに、入力領域P2の位置を固定しないようにすることができ、入力装置1が用いられるアプリケーションに応じて入力領域P2の位置の変更が可能である。すなわち、図4では一例として入力領域P2を空中画像P0の下側に設けたが、入力領域P2を空中画像P0のいずれの箇所にも設けることが可能である。したがって、入力装置1の低消費電力化及び光源である赤外LD31の長寿命化を図ることができ、操作性を向上させることが可能である。

0045

また、入力装置1は入力領域P2が光走査の主走査方向(水平方向)に並んだ複数の入力キーKを有し、入力領域P2に対するフレームレートに係る照射パラメータが、主走査方向に並んだすべての入力キーKに対して1本の走査線で光が通過するよう設定される。これにより、副走査方向(垂直方向)において隣り合う入力キーKの間、すなわち行間に走査線が存在しない。したがって、それら入力キーKの間に手指F等の指示体が進入したときの誤検出を低減させることができる。また、走査線数が少なくなるので、入力領域P2のフレームレートを上げることができ、応答性を向上させることが可能である。さらに、照射時間が短くなるので、消費電力が低下し、赤外LD31の寿命が一層長くなる。

0046

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態の入力装置について、図5を用いてその構成を説明する。図5は入力装置の入力領域に対する光走査条件を示す説明図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第1実施形態と同じであるので、第1実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

0047

第2実施形態の入力装置1では、主制御部5が入力領域P2の形態に応じて制御する照射パラメータが光走査における副走査方向(垂直方向)の移動に係るものである。この照射パラメータは、図5に示すように光走査における副走査方向(垂直方向)の移動が入力キーKの行毎に一時的に停止するよう設定される。

0048

この構成によれば、光走査の主走査方向(水平方向)に並んだ複数の入力キーKに対して1本の走査線が通過する精度を向上させることができる。さらに、走査線を、副走査方向(垂直方向)に関して入力キーKの中央を通過させることができ、手指F等の指示体の誤検出をより一層低減させることが可能である。

0049

なお、光走査の副走査方向の移動を停止したその停止位置で、複数本の走査線で重ね書きするように赤外線レーザ光を照射しても良い。これにより、照射状態連続性を確認することができ、意図しない自然光の強弱などに起因する誤検出を抑制することが可能である。したがって、手指F等の指示体の検出精度が向上する。

0050

また、副走査方向の移動の停止位置で、走査線が副走査方向(垂直方向)に関して個々の入力キーKの領域内で波打つように赤外線レーザ光を照射しても良い。これにより、手指F等の指示体に赤外線レーザ光が当たる確率を高めることができ、検出精度を向上させることが可能である。

0051

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態の入力装置について、図6を用いてその構成を説明する。図6は入力装置の入力領域に対する光走査条件を示す説明図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第1実施形態と同じであるので、第1実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

0052

第3実施形態の入力装置1では、主制御部5が入力領域P2の形態に応じて制御する照射パラメータが、照射部10が照射する赤外線レーザ光のスポットサイズに係るものである。この照射パラメータは、図6に示すように赤外線レーザ光のスポットSのサイズが入力キーKのサイズに対応したサイズになるよう設定される。これは、光学系41のコリメートレンズを光軸方向に移動させて赤外LD31との距離を変更することにより、入力領域P2の赤外線レーザ光のスポットSのサイズが入力キーKの垂直方向のサイズとほぼ同じになるようにする。

0053

この構成によれば、ユーザが入力キーKのどの部分を指示しても、照射部10が照射する赤外線レーザ光が手指F等の指示体に当たることになる。したがって、入力操作の確実性を向上させることができる。

0054

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態の入力装置について、図7を用いてその構成を説明する。図7は入力装置の概略構成図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第1実施形態と同じであるので、第1実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

0055

第4実施形態の入力装置101は、図7に示すように壁面Wのある所定領域に入力領域P4を含む壁面画像P3を投影する。入力装置101は投影部102、照射部103及び受光部104を備える。座標検出部及び主制御部については図面への描画とその説明を省略する。

0056

投影部102は、例えばプロジェクタのような形態をなし、壁面画像P3を壁面Wの所定領域に向けて投影して生成する。照射部103は壁面画像P3に向けて赤外線レーザ光からなる走査レーザ光R3を照射する。なお、入力装置101は壁面画像P3のうち入力領域P4のみに走査レーザ光R3を照射する。受光部104は入力装置101が設置された環境の自然光と、照射部103から壁面画像P3に向けて出射された走査レーザ光R3の反射光R4とを受光する。

0057

このように、壁面Wに入力領域P4を含む壁面画像P3を投影して入力操作を受け付ける入力装置101であっても、入力領域P4のみを赤外線レーザ光で照射することができる。そして、入力装置101の低消費電力化及び光源の長寿命化を図ることができ、操作性を向上させることが可能である。

0058

なお本発明は、空中や壁面のほか、床面や表示パネル表面に入力領域を含む画像を投影して入力操作を受け付ける入力装置にも適用することができる。

0059

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

0060

本発明は入力装置において利用可能である。

0061

1、101入力装置
2、102投影部
3、104受光部
4座標検出部
5 主制御部(制御部)
6画像処理部
10、103照射部
50走査部
P2、P4 入力領域

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