JP2020013171A - Sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサシステムに関する。 The present invention relates to a sensor system.
従来、空中映像に対する人の操作を検出する技術が知られている。例えば、特許文献1には、TOF(Time Of Flight)方式の赤外線センサを用いて空中映像に人の手が触れたことを検知することができる光学システムが開示されている。また、特許文献2には、カメラを用いてユーザを撮影することで、ユーザの位置を特定し、空中映像に対するユーザのアクセスを検知する空中映像インタラクション装置が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for detecting a human operation on an aerial image is known. For example,
しかしながら、上記従来の技術では、赤外線センサ又はカメラなどの光センサを利用しているので、空中映像に対する操作を行っていない場合でも反射光を検出する場合があり、誤動作が生じるという問題がある。具体的には、受光素子と空中映像とを結ぶ線上に物体が存在する場合に、空中映像の操作時と同様に、反射光を検出する。例えば、手又は身体が映像の光センサ側を偶発的に通過したとき、反射光を検出し、誤動作が生じる。 However, in the above-described conventional technology, since an optical sensor such as an infrared sensor or a camera is used, reflected light may be detected even when an operation on an aerial image is not performed, and there is a problem that a malfunction occurs. Specifically, when an object exists on a line connecting the light receiving element and the aerial image, the reflected light is detected in the same manner as when operating the aerial image. For example, when a hand or body accidentally passes by the optical sensor side of the image, reflected light is detected, and a malfunction occurs.
そこで、本発明は、誤動作を抑制することができるセンサシステムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a sensor system that can suppress malfunction.
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るセンサシステムは、投影対象物の実像を空中画像として空中に結像する投影光学系と、検知空間内で検知対象物が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、前記静電容量値に基づいて検知信号を出力する静電容量式センサと、前記検知信号を受信した場合に、制御対象機器を制御するための制御信号を出力する制御部とを備え、前記空中画像の少なくとも一部は、前記検知空間内において前記静電容量値が第1閾値以上第2閾値以下となる空間に存在し、前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第1閾値を超えてから前記第2閾値を超えない場合において所定の条件を満たしたときに前記検知信号を出力する。 In order to achieve the above object, a sensor system according to one embodiment of the present invention includes a projection optical system that forms a real image of a projection target in the air as an aerial image, and the closer the detection target in the detection space, the more the electrostatic A capacitance-type sensor having a large capacitance value, the capacitance-type sensor outputting a detection signal based on the capacitance value, and for controlling a device to be controlled when the detection signal is received. A control unit that outputs a control signal of the aerial image, at least a part of the aerial image exists in a space where the capacitance value is equal to or more than a first threshold and equal to or less than a second threshold in the detection space, and The capacitive sensor outputs the detection signal when a predetermined condition is satisfied when the capacitance value does not exceed the second threshold after exceeding the first threshold.
本発明に係るセンサシステムによれば、誤動作を抑制することができる。 According to the sensor system of the present invention, malfunctions can be suppressed.
以下では、本発明の実施の形態に係るセンサシステムについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, a sensor system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each of the embodiments described below shows a specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement and connection forms of constituent elements, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and do not limit the present invention. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in the independent claims that represent the highest concept of the present invention are described as arbitrary components.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。また、以下の実施の形態において、略一致又は略垂直などの「略」を用いた表現を用いている。例えば、略一致は、完全に一致することを意味するだけでなく、実質的に一致する、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。 In addition, each drawing is a schematic diagram, and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each drawing. Further, in each of the drawings, substantially the same configuration is denoted by the same reference numeral, and redundant description will be omitted or simplified. Further, in the following embodiments, expressions using “substantially” such as approximately coincident or approximately vertical are used. For example, an approximate match means not only a perfect match but also a substantial match, that is, including a difference of, for example, about several percent. The same applies to expressions using other “abbreviations”.
(実施の形態1)
[構成]
まず、本実施の形態に係るセンサシステム1の構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係るセンサシステム1の構成を模式的に示す断面図である。図2は、本実施の形態に係るセンサシステム1の構成を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
[Constitution]
First, the configuration of the
図1及び図2に示すように、センサシステム1は、投影対象物2の実像を空中に結像することで空中画像3を空中に表示し、かつ、表示された空中画像3に対するユーザの操作を検知するシステムである。空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1内に存在している。センサシステム1は、ユーザの手又は指などの検知対象物4によって空中画像3が操作された場合に、当該操作に応じて制御対象機器90を制御する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、図1では、投影対象物2から放射された光の経路を破線で表している。当該破線に示される矢印は、光の進行方向を示している。これは、後述する図8も同様である。
In FIG. 1, the path of light emitted from the
本実施の形態では、投影対象物2は、ディスプレイ又はプロジェクタなどの表示装置が表示面(又はスクリーン)に表示する画像(映像)である。投影対象物2は、例えば、静止画及び動画像のいずれでもよい。投影対象物2は、例えば、表示装置が備える記憶装置に記憶されたコンテンツ映像、テレビ番組の放送中の映像若しくは録画画像、BD(Blu−ray(登録商標) Disc)若しくはDVD(Digital Versatile Disc)などの再生映像、又は、インターネットを介したストリーミング映像などである。
In the present embodiment, the
空中画像3は、投影対象物2の実像であるので、空中画像3の表示内容(コンテンツ)と投影対象物2とは一致する。
Since the
検知対象物4は、ユーザの手又は指などの生体の一部であるが、これに限定されない。例えば、検知対象物4は、無機物でもよい。
The
制御対象機器90は、センサシステム1によって制御される機器である。具体的には、制御対象機器90は、空中画像3に対するユーザの操作に応じて制御される。
The
本実施の形態では、制御対象機器90は、投影対象物2を表示するディスプレイである。制御対象機器90は、センサシステム1による制御に基づいて、投影対象物2、すなわち、表示面に表示する映像(又は画像)を変更する。これにより、空中画像3の表示内容が変更される。
In the present embodiment, the
このように、本実施の形態によれば、空中画像3をユーザが操作した場合に、空中画像3の表示内容を変更することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the user operates the
図2に示すように、センサシステム1は、投影光学系10と、静電容量式センサ20と、制御部30とを備える。以下では、センサシステム1の各構成要素について、図1及び図2を適宜参照しながら説明する。
As shown in FIG. 2, the
[投影光学系]
投影光学系10は、投影対象物2の実像を空中画像3として空中に結像する。図1に示すように、投影光学系10は、ハーフミラー11と、再帰反射部材12とを備える。
[Projection optical system]
The projection
投影光学系10は、ハーフミラー11を基準として、投影対象物2の面対称位置に空中画像3を表示させる。具体的には、投影対象物2の所定の部位と、当該部位に対応する空中画像3の部位とを結ぶ仮想的な直線は、ハーフミラー11に対して直交している。また、投影対象物2と空中画像3とは、ハーフミラー11からそれぞれ等しい距離に位置している。空中画像3は、投影対象物2と同じ大きさである。
The projection
ハーフミラー11は、投影対象物2から放射される光を反射及び透過することで、反射光及び透過光を出射するビームスプリッタの一例である。具体的には、ハーフミラー11は、入射する光の一部を鏡面反射し、残りをそのまま(進行方向を実質的に変えることなく)透過させる。ハーフミラー11は、例えば、入射する光を略1:1で反射及び透過する。すなわち、ハーフミラー11は、入射する光の光束の50%の反射光と50%の透過光とを出射する。
The
ハーフミラー11は、例えば、金属薄膜又は誘電体多層膜などの反射性の薄膜が表面に形成された透光性の板材である。透光性の板材としては、例えば、透明なソーダガラスなどのガラス材料、又は、アクリル(PMMA)、ポリカーボネート(PC)などの透明樹脂材料を用いて形成されている。金属薄膜は、アルミニウムなどの金属材料を用いて、光透過性及び光反射性を有する程度に薄く形成された薄膜である。
The
ハーフミラー11は、投影対象物2から放射される光を再帰反射部材12に向けて反射する。ハーフミラー11は、再帰反射部材12から再帰反射された光を透過させる。この透過した再帰反射光は、ハーフミラー11を基準として投影対象物2の反対側の空間で結像される。これにより、投影対象物2の実像である空中画像3が空中に表示される。
The
再帰反射部材12は、ハーフミラー11によって反射された反射光を再帰反射する。本実施の形態では、再帰反射部材12は、ハーフミラー11を基準として投影対象物2と同じ側に位置している。
The
再帰反射部材12は、例えば、複数の球状のガラスビーズが板状の基材の面内に敷き詰められたシート状の部材である。あるいは、再帰反射部材12は、マイクロプリズムが設けられた板材でもよい。
The
本実施の形態では、再帰反射部材12は、ハーフミラー11に対して所定角で傾斜するように配置されているが、これに限らない。再帰反射部材12は、ハーフミラー11による反射光の光路上に位置していればよく、ハーフミラー11に対して略垂直になる姿勢で配置されていてもよい。
In the present embodiment, the
[静電容量式センサ]
静電容量式センサ20は、検知空間D1内で検知対象物4が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、静電容量値に基づいて検知信号を出力する。検知信号は、検知対象物4が検知されたことを示す信号である。
[Capacitance sensor]
The capacitance-
図1に示すように、静電容量式センサ20は、基板21と、検知電極22とを備える。静電容量式センサ20は、検知電極22と検知対象物4との間の静電容量値に基づいて、検知対象物4を検知する。
As shown in FIG. 1, the
基板21は、例えば、樹脂材料からなる樹脂基板又は金属を絶縁被覆したメタルベース基板などである。なお、基板21は、例えば、平面視形状が円形であるが、これに限らず、矩形などでもよい。
The
検知電極22は、例えば、銅又は銀などの金属材料を用いて、基板21の一方の面に所定のパターンで形成されている。具体的には、検知電極22は、平面視形状が円形のベタ電極である。検知電極22は、検知対象物4との間に生じる静電容量値の時間変化を示す信号を出力する。本実施の形態では、静電容量式センサ20の基板21及び検知電極22は、投影光学系10のハーフミラー11の主面と略平行になるように配置されている。
The
静電容量式センサ20の検知空間D1は、検知電極22から前方(基板21とは反対側)に広がるように形成されている。例えば、検知空間D1の形状は、球状(球の一部)又はドーム状である。検知空間D1の平面視形状は、例えば、円形である。なお、平面視とは、検知電極22を正面から見た場合を意味する。検知空間D1の中心軸Pは、検知空間D1の平面視形状である円の中心を通る直線であり、検知電極22の略中央部分で検知電極22に略直交する仮想的な直線である。
The detection space D1 of the
本実施の形態では、図1に示すように、空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1内に存在し、かつ、中心軸P上に存在している。投影対象物2の少なくとも一部は、検知空間D1の中心軸P上に存在している。例えば、投影対象物2の中央部分と空中画像3の中央部分とを結ぶ仮想的な直線は、中心軸Pに略一致している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, at least a part of the
ここで、図3を用いて、検知空間D1と静電容量値との関係について説明する。図3は、本実施の形態に係るセンサシステム1において、静電容量式センサ20の検知空間D1と静電容量値との関係を模式的に示す図である。
Here, the relationship between the detection space D1 and the capacitance value will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the relationship between the detection space D1 of the
静電容量式センサ20は、検知対象物4が近づく程、検知対象物4との間の静電容量値が大きくなる。具体的には、検知電極22からの距離と、検知対象物4との間の静電容量値との間には負の相関関係を有する。当該相関関係を利用することで、静電容量式センサ20の検知空間D1は、検知対象物4との間の静電容量値に基づいて定義することができる。
The capacitance value between the
例えば、図3の「th1」が示す実線上に検知対象物4(の先端)が存在する場合に、静電容量値が第1閾値th1に等しくなる。本実施の形態では、検知空間D1は、当該実線で囲まれる空間である。具体的には、検知空間D1は、検知対象物4との間の静電容量値が第1閾値th1以上になる空間である。言い換えると、検知空間D1内に検知対象物4が存在している場合、静電容量式センサ20の静電容量値は、第1閾値th1以上の値になる。
For example, when the detection target 4 (the tip) exists on the solid line indicated by “th1” in FIG. 3, the capacitance value becomes equal to the first threshold th1. In the present embodiment, the detection space D1 is a space surrounded by the solid line. Specifically, the detection space D1 is a space where the capacitance value between the detection space D1 and the
また、図3の「th2」が示す破線上に検知対象物4(の先端)が存在する場合に、静電容量値が第2閾値th2に等しくなる。第2閾値th2は、第1閾値th1より大きい値である。図3の「th2」が示す破線で囲まれた空間は、静電容量値が第2閾値th2以上となる空間D2を示している。空間D2は、検知空間D1内で、かつ、検知電極22により近い部分に形成されている。
In addition, when (the tip of) the
静電容量値は、検知対象物4が検知空間D1に入ったときに第1閾値th1を超え、検知空間D1から出たときに第1閾値th1を下回る。同様に、静電容量値は、検知対象物4が空間D2に入ったときに第2閾値th2を超え、空間D2から出たときに第2閾値th2を下回る。
The capacitance value exceeds the first threshold th1 when the
なお、検知空間D1の大きさは、例えば、中心軸P上において検知電極22からの距離が数cm〜十数cm以内の範囲であるが、これに限定されない。センサシステム1の使用環境などに応じて適宜設定することができる。
The size of the detection space D1 is, for example, within a range of several cm to several tens of cm from the
静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1を超えてから第2閾値th2を超えない場合において所定の条件を満たしたときに検知信号を出力する。所定の条件は、静電容量式センサ20が検知信号を出力するために静電容量値が満たすべき条件である。所定の条件、及び、静電容量式センサ20の具体的な動作については後で説明する。
The
[制御部]
制御部30は、検知信号を受信した場合に、制御対象機器90を制御するための制御信号を出力する。制御部30は、制御対象機器90と有線又は無線により接続されている。有線通信又は無線通信により制御対象機器90に制御信号を送信することで、制御対象機器90の動作を制御する。
[Control unit]
When receiving the detection signal, the
本実施の形態では、ユーザが指(検知対象物4)で空中画像3を操作した場合に、静電容量式センサ20が検知対象物4を検知して検知信号を出力するので、制御部30によって制御対象機器90が制御される。例えば、制御対象機器90が投影対象物2を表示するディスプレイである場合に、制御部30は、投影対象物2の表示内容を変更するための制御信号を生成し、制御対象機器90に送信する。これにより、ユーザが空中画像3を操作することで、空中画像3(投影対象物2)の表示内容を変更することができる。
In the present embodiment, when the user operates the
制御部30は、例えば、マイコン(マイクロコントローラ)で実現される。制御部30は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。
The
[動作]
続いて、本実施の形態に係るセンサシステム1の動作について説明する。
[motion]
Subsequently, an operation of the
本実施の形態に係るセンサシステム1は、空中画像3に対するユーザの操作を検知する。このとき、空中画像3に対するユーザの操作態様として2つの態様が考えられる。具体的には、2つの態様は、タッチ操作とストローク操作とである。以下では、2つの態様の各々に応じたセンサシステム1の動作について説明する。
The
[タッチ操作]
まず、タッチ操作について、図4及び図5を用いて説明する。
[Touch operation]
First, the touch operation will be described with reference to FIGS.
図4は、本実施の形態に係るセンサシステム1においてユーザの空中画像3への接触例(タッチ操作)を示す図である。図5は、図4に示すユーザの動きに応じたセンサシステム1の動作を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a user touching the aerial image 3 (touch operation) in the
図4に示すように、空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1内において、静電容量値が第1閾値th1以上第2閾値th2以下となる空間に存在している。すなわち、空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1内の空間D2を除いた空間に存在している。ユーザが空中画像3を操作する動作の1つとして、空中画像3に重ねて置くように手(検知対象物4)を空中画像3の表示位置まで移動させ、僅かな時間停止した後、手を引くような動作がある(図4の実線及び破線の矢印)。本明細書では、当該動作を「タッチ操作」と記載する。
As shown in FIG. 4, at least a part of the
タッチ操作を行った場合、検知対象物4である手は、静電容量式センサ20の検知空間D1に入った後、空間D2内に入ることなく、検知空間D1から出ていく。このとき、静電容量式センサ20の静電容量値は、図5の実線で示すカーブC1を描く。具体的には、静電容量値は、徐々に増加し、第1閾値th1を超えた後、第1閾値th1と第2閾値th2との間で一定期間維持される。その後、手(検知対象物4)を引く動作に合わせて、静電容量値は、徐々に減少し、第1閾値th1を下回る。
When the touch operation is performed, the hand that is the
本実施の形態では、静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1以上第2閾値th2以下となる状態が、所定の第1期間Tth1以上継続したときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1以上第2閾値th2以下となる状態の継続期間が第1期間Tth1より短い場合には、検知信号を出力しない。所定の第1期間Tth1は、例えば1秒以下であり、一例として0.4秒である。
In the present embodiment, when the state in which the capacitance value is equal to or larger than the first threshold th1 and equal to or smaller than the second threshold th2 continues for a predetermined first period Tth1 or more, a predetermined condition is satisfied. A detection signal is output as being satisfied. The capacitance-
通常、ユーザが手(検知対象物4)を空中画像3まで動かして引っ込めるまで(すなわち、タッチ操作)には、0.4秒以上の期間を要する。したがって、図5の実線のカーブC1に示すように、静電容量値が第1閾値th1を超えた後、第1閾値th1を下回るまでに要する期間T1は、第1期間Tth1より長くなる。このため、静電容量値が第1閾値th1を超えてから第1期間Tth1を経過した時点で、静電容量式センサ20は検知信号を出力する。これにより、制御部30が制御信号を制御対象機器90に出力し、制御対象機器90が制御される。
Normally, it takes 0.4 seconds or more for the user to move the hand (detection target 4) to the
ここで、空中画像3のタッチ操作以外の動作をユーザが行った場合の静電容量値の振る舞いについて説明する。
Here, the behavior of the capacitance value when the user performs an operation other than the touch operation on the
例えば、静電容量式センサ20の表面近傍をユーザが通過した場合が想定される。具体的には、静電容量式センサ20が建築物の壁などに埋め込まれている場合、壁のすぐ傍を人が歩いたときなどに、静電容量式センサ20の静電容量値が変化する。
For example, it is assumed that the user has passed near the surface of the
このような動作を行った場合、検知対象物4であるユーザは、静電容量式センサ20の検知空間D1に入った後、空間D2を通過して、検知空間D1を出る。このとき、静電容量式センサ20の静電容量値は、図5の破線で示すカーブC2を描く。具体的には、ユーザの静電容量式センサ20への接近に伴い、静電容量値は、徐々に増加し、第1閾値th1を超えた後、第2閾値th2を超える。その後、ユーザが静電容量式センサ20から離れるに従い、静電容量値は、徐々に減少し、第2閾値th2及び第1閾値th1を順に下回る。
When such an operation is performed, the user who is the
タッチ操作ではない動作の場合、意識して動作を止めないので、検知空間D1に入ってから空間D2内に入るまでの期間は、十分に短くなる。したがって、図5に示すように、第1閾値th1を超えてから第2閾値th2を超えるまでの期間T2は、第1期間Tth1より短くなる。このため、静電容量式センサ20は検知信号を出力しないので、制御部30によって制御信号が出力されず、制御対象機器90は制御されない。
In the case of an operation that is not a touch operation, since the operation is not stopped consciously, the period from entering the detection space D1 to entering the space D2 is sufficiently short. Therefore, as shown in FIG. 5, the period T2 from when the first threshold th1 is exceeded to when the second threshold th2 is exceeded is shorter than the first period Tth1. For this reason, since the
このように、本実施の形態に係るセンサシステム1によれば、タッチ操作によって、制御対象機器90を制御することができる。また、センサシステム1によれば、タッチ操作ではない動作の場合に、意図せず制御対象機器90が制御されること、すなわち、誤動作を抑制することができる。
As described above, according to the
[ストローク操作]
次に、ストローク操作について、図6及び図7を用いて説明する。
[Stroke operation]
Next, the stroke operation will be described with reference to FIGS.
図6は、本実施の形態に係るセンサシステム1においてユーザの空中画像3への別の接触例(ストローク操作)を示す図である。図7は、図6に示すユーザの動きに応じたセンサシステム1の動作を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating another example of contact (stroke operation) of the user with the
図6に示すように、ユーザが空中画像3を操作する動作の1つとして、空中画像3を払うように手(検知対象物4)を、空中画像3の表示位置を通過させるように移動させる動作がある(図6の実線の矢印)。本明細書では、当該動作を「ストローク操作」と記載する。
As shown in FIG. 6, as one of the operations for the user to operate the
ストローク操作を行った場合、検知対象物4である手は、静電容量式センサ20の検知空間D1に入った後、空間D2に入ることなく、検知空間D1から出ていく。このとき、静電容量式センサ20の静電容量値は、図7の実線で示すカーブC11を描く。具体的には、静電容量値は、徐々に増加し、第1閾値th1を超えた後すぐに、第1閾値th1を下回る。
When the stroke operation is performed, the hand that is the
本実施の形態では、静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1を超えてから、所定の第2期間Tth2より短い期間内に、第2閾値th2を超えずに第1閾値th1を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。静電容量式センサ20は、第1閾値th1を超えてから第2閾値th2を超えた場合、又は、第1閾値th1を超えてから第2閾値th2を超えずに第1閾値th1を下回るまでの期間が第2期間Tth2より長い場合、検知信号を出力しない。所定の第2期間Tth2は、タッチ操作の判定に用いる第1期間Tth1より短い期間である。第2期間Tth2は、例えば0.2秒〜0.3秒である。
In the present embodiment, after the capacitance value exceeds the first threshold th1, the
通常、ユーザが手(検知対象物4)で空中画像3を払うように操作した場合、空中画像3に触れている期間(具体的には、第1閾値th1を超えてから下回るまでの期間)は、0.2秒以下などの十分に短い期間である。したがって、図7の実線のカーブC11に示すように、静電容量値が第1閾値th1を超えた後、第2閾値th2を超えずに第1閾値th1を下回るまでの期間T11は、第2期間Tth2より短くなる。このため、静電容量値が第1閾値th1を下回った時点で、静電容量式センサ20は検知信号を出力する。これにより、制御部30が制御信号を制御対象機器90に出力し、制御対象機器90が制御される。
Normally, when the user operates to pay the
ここで、空中画像3のストローク操作以外の動作をユーザが行った場合の静電容量値の振る舞いについて説明する。
Here, the behavior of the capacitance value when the user performs an operation other than the stroke operation of the
例えば、静電容量式センサ20の表面近傍にユーザが存在し続けている場合が想定される。具体的には、静電容量式センサ20が建築物の壁などに埋め込まれている場合、ユーザが静電容量式センサ20の存在に気付かずに長時間もたれかかったときなどに、静電容量式センサ20の静電容量値が変化する。
For example, it is assumed that the user continues to exist near the surface of the
このような動作を行った場合、検知対象物4であるユーザは、静電容量式センサ20の検知空間D1に入った後、空間D2内に所定期間存在し続ける。このとき、静電容量式センサ20の静電容量値は、図7の破線で示すカーブC12を描く。具体的には、ユーザの静電容量式センサ20への接近に伴い、静電容量値は、徐々に増加し、第1閾値th1及び第2閾値th2を順に超える。ユーザがそのまま動かないので、静電容量値は、第2閾値th2を超えた状態で維持される。
When such an operation is performed, the user who is the
ストローク操作ではない動作の場合、静電容量値の意図しない変動及び値の維持が起こりやすくなるので、静電容量値が第1閾値th1を超えてから、第2期間Tth2より短い期間内で第1閾値th1を下回ることはほとんどない。このため、静電容量式センサ20は検知信号を出力しないので、制御部30によって制御信号が出力されず、制御対象機器90は制御されない。
In the case of an operation other than a stroke operation, an unintended change in the capacitance value and maintenance of the value are likely to occur. Therefore, after the capacitance value exceeds the first threshold value th1, the capacitance value is changed within a period shorter than the second period Tth2. It hardly falls below one threshold th1. For this reason, since the
このように、本実施の形態に係るセンサシステム1によれば、ストローク操作によって、制御対象機器90を制御することができる。また、センサシステム1によれば、ストローク操作ではない動作の場合に、意図せず制御対象機器90が制御されること、すなわち、誤動作を抑制することができる。
As described above, according to the
なお、本実施の形態では、タッチ操作とストローク操作との各々の場合で検知信号を出力する条件について説明したが、静電容量式センサ20は、いずれか一方のみの条件を利用してもよい。あるいは、静電容量式センサ20は、両方の条件を利用してもよい。具体的には、静電容量式センサ20は、(i)静電容量値が第1閾値th1以上第2閾値th2以下となる状態が、第1期間Tth1以上継続したとき、及び、(ii)静電容量値が第1閾値th1を超えてから第2期間Tth2より短い期間内に、第2閾値th2を超えずに第1閾値を下回ったとき、の少なくとも一方が満たされた場合に、検知信号を出力してもよい。これにより、タッチ操作及びストローク操作のいずれが行われた場合でも、制御対象機器90を制御することができる。ユーザによる空中画像3への接触方法が限定されないので、ユーザ利便性を高めることができる。
In the present embodiment, the condition for outputting the detection signal in each of the touch operation and the stroke operation has been described. However, the
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係るセンサシステム1は、投影対象物2の実像を空中画像3として空中に結像する投影光学系10と、検知空間D1内で検知対象物4が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、静電容量値に基づいて検知信号を出力する静電容量式センサ20と、検知信号を受信した場合に、制御対象機器90を制御するための制御信号を出力する制御部30とを備え、空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1内において静電容量値が第1閾値th1以上第2閾値th2以下となる空間に存在し、静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1を超えてから第2閾値th2を超えない場合において所定の条件を満たしたときに検知信号を出力する。
[Effects, etc.]
As described above, the
これにより、センサシステム101では、空中画像3の少なくとも一部が存在する空間と、検知信号を出力する範囲とが対応しているので、例えばユーザが空中画像3を操作した(触れた)場合に、検知信号を出力し、制御対象機器90を制御することができる。
Thereby, in the
また、静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1を超えてから第2閾値th2を超えるまでに所定の条件を満たしたときに検知信号を出力するので、検知対象物4が静電容量式センサ20に接近しすぎた場合(すなわち、静電容量値が第2閾値th2を超えた場合)には、検知信号を出力しない。したがって、静電容量式センサ20の表面近傍を偶発的に検知対象物4が横切った場合など、空中画像3の操作を目的としない場合に検知信号が出力されるのを抑制することができる。これにより、制御対象機器90の誤動作(ユーザが意図しない動作)を抑制することができる。
Further, the
また、例えば、静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1以上第2閾値th2以下となる状態が、所定の第1期間Tth1以上継続したときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。
Further, for example, the capacitance-
これにより、空中画像3に手(検知対象物4)を重ねて置くような動作(タッチ操作)をした場合に、検知信号を出力し、制御対象機器90を制御することができる。タッチ操作以外の動作による誤動作を抑制しつつ、適切に制御対象機器90を制御することができる。
Thus, when an operation (touch operation) such as placing a hand (detection target object 4) on the
また、例えば、静電容量式センサ20は、静電容量値が第1閾値th1を超えてから、所定の第2期間Tth2より短い期間内に、第2閾値th2を超えずに第1閾値th1を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。
Further, for example, after the capacitance value exceeds the first threshold value th1, the
これにより、空中画像3を手(検知対象物4)で払うような動作(ストローク操作)をした場合に、検知信号を出力し、制御対象機器90を制御することができる。ストローク操作以外の動作による誤動作を抑制しつつ、適切に制御対象機器90を制御することができる。
Accordingly, when an operation (stroke operation) of paying the
また、例えば、空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1の中心軸P上に存在している。
Also, for example, at least a part of the
これにより、空中画像3の少なくとも一部が検知空間D1の中心軸上に存在しているので、空中画像3の全体又は大部分が検知空間D1内に存在する。したがって、ユーザが空中画像3の一部のみを触れた場合でも静電容量式センサ20の静電容量値が変化するので、検知信号が出力されやすくなる。このように、センサシステム1のセンシング精度を高めることができる。
Thereby, since at least a part of the
(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described.
[構成]
図8は、本実施の形態に係るセンサシステム101の構成を模式的に示す断面図である。
[Constitution]
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of the
本実施の形態に係るセンサシステム101は、実施の形態1に係る静電容量式センサ20の代わりに、静電容量式センサ120を備える点が相違する。静電容量式センサ120は、実施の形態1に係る静電容量式センサ20と構成は同じであり、配置されている位置が異なっている。
The
具体的には、静電容量式センサ120は、空中画像3が検知空間D1の中心軸P上に存在しないように配置されている。つまり、投影対象物2の任意の部位と、当該部位に対応する空中画像3の部位とを結ぶ仮想的な直線は、中心軸Pに一致しない。
Specifically, the
本実施の形態では、図8に示すように、空中画像3は、検知空間D1内において中心軸Pより下方に存在している。ここで、下方向は、ハーフミラー11の主面に沿って再帰反射部材12に近づく方向である。上方向は、その反対方向であり、具体的には、ハーフミラー11の主面に沿って再帰反射部材12から離れる方向である。すなわち、図8は、静電容量式センサ120が上方に位置するように、ハーフミラー11が垂直に立てて設置されている場合を図示したものである。このため、ユーザは、空中画像3を斜め上方から見下ろすように見ることができる。なお、ハーフミラー11の設置の態様はこれに限らず、ハーフミラー11が水平に設置されていてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
本実施の形態では、静電容量式センサ120は、実施の形態1に係る静電容量式センサ20の場合よりも、再帰反射部材12から遠くなる位置(ユーザの視点方向側、すなわち、上方側)に配置されている。これにより、ハーフミラー11の有効領域の面積を大きくすることができる。ハーフミラー11の有効領域とは、図8の両矢印で模式的に示す範囲であり、投影対象物2から放射された光を空中画像3として結像させることができる部分である。
In the present embodiment, the
実施の形態1では、投影対象物2が中心軸P上に存在していたため、投影対象物2から放射された光の一部が静電容量式センサ20によって遮られる(図1を参照)。これに対して、本実施の形態では、投影対象物2が中心軸Pより再帰反射部材12側に位置しているため、投影対象物2から放射された光が遮られる量が少なくなり、有効領域を大きくすることができる。これにより、空中画像3を見ることができる範囲である視野角を大きくすることができる。
In the first embodiment, since the
なお、静電容量式センサ120が再帰反射部材12から離れる程、視野角が広くなるものの、投影対象物2からの直接光がユーザの眼に入射しやすくなる。直接光が眼に入射した場合、空中画像3の視認性が低くなる。
Note that, as the
このため、図8に示すように、静電容量式センサ120の基板121の下端は、投影対象物2の上端と空中画像3の上端とを結ぶ線Qより再帰反射部材12に近い位置に位置している。これにより、投影対象物2からの直接光を基板121によって遮ることができ、空中画像3の視認性を高めることができる。
For this reason, as shown in FIG. 8, the lower end of the
[動作]
続いて、本実施の形態に係るセンサシステム101の動作について説明する。
[motion]
Subsequently, an operation of the
本実施の形態では、図8に示したように、空中画像3が中心軸Pより下方に位置しており、ユーザの視点は、空中画像3の斜め上方に位置している。このため、ユーザが空中画像3を操作しようとした場合、タッチ操作よりもストローク操作の方が行いやすい。したがって、以下では、ストローク操作を行った場合について説明する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
図9は、本実施の形態に係るセンサシステム101においてユーザの空中画像3への接触例(ストローク操作)を示す図である。図10は、図9に示すユーザの動きに応じたセンサシステム101の動作を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of contact (stroke operation) of the user with the
図9に示すように、空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1内において静電容量値が第3閾値th3に一致する位置に存在する。第3閾値th3は、第1閾値th1以上第2閾値th2より小さい値である。第3閾値th3は、例えば、第1閾値th1より大きい値であり、かつ、第2閾値th2よりは第1閾値th1に近い値である。例えば、空中画像3は、検知空間D1と検知空間D1外との境界近傍に存在していてもよい。
As shown in FIG. 9, at least a part of the
なお、第3閾値th3は、第1閾値th1に等しくてもよい。あるいは、第3閾値th3は、第1閾値th1より第2閾値th2に近い値、又は、第1閾値th1と第2閾値th2との平均値でもよい。 Note that the third threshold th3 may be equal to the first threshold th1. Alternatively, the third threshold th3 may be a value closer to the second threshold th2 than the first threshold th1 or an average value of the first threshold th1 and the second threshold th2.
ストローク操作を行った場合、検知対象物4である手は、静電容量式センサ120の検知空間D1に入った後、空間D2に入ることなく、検知空間D1から出ていく。このとき、静電容量式センサ120の静電容量値は、図9の実線で示すカーブC21を描く。具体的には、静電容量値は、徐々に増加し、第1閾値th1、第3閾値th3を順に超えた後、第3閾値th3、第1閾値th1を順に下回る。
When the stroke operation is performed, the hand that is the
本実施の形態では、静電容量式センサ120は、静電容量値が第3閾値th3を超えた後に第3閾値th3を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。空中画像3の少なくとも一部は、図9に示すように、静電容量値が第3閾値th3に一致する位置に存在しているので、ユーザが空中画像3を触ったときに検知信号が出力される。
In the present embodiment, when the capacitance value falls below the third threshold th3 after exceeding the third threshold th3, the
このとき、静電容量式センサ120は、静電容量値が第3閾値th3を超えるときには、検知信号を出力しない。これにより、図9で示すように、手(検知対象物4)が空中画像3に向かって振り下ろされた場合に、手が空中画像3に至る手前で検知信号が出力されなくなる。したがって、ユーザが空中画像3を触る前に検知信号が出力され、制御対象機器90が制御されるのを抑制することができる。
At this time, when the capacitance value exceeds the third threshold th3, the
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係るセンサシステム101では、例えば、空中画像3は、検知空間D1の中心軸P上に存在しない。
[Effects, etc.]
As described above, in the
これにより、静電容量式センサ20が投影対象物2から放射された光を遮りにくくすることができるので、空中画像3の視野角を大きくすることができる。
This makes it difficult for the
また、例えば、空中画像3の少なくとも一部は、検知空間D1内において静電容量値が、第1閾値th1以上第2閾値th2より小さい第3閾値th3に一致する位置に存在し、静電容量式センサ20は、静電容量値が第3閾値th3を超えた後に第3閾値th3を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。
Further, for example, at least a part of the
これにより、静電容量式センサ120は、静電容量値と第3閾値th3との比較を行うことで、検知信号を出力するか否かを判定している。すなわち、実施の形態1のように閾値を下回るまでの期間などを計測しなくてもよいので、簡単な回路構成(又はプログラム)で、検知信号の出力の判定を行うことができる。
Thus, the
また、空中画像3の表示位置と第3閾値th3とが対応しているので、ユーザが空中画像3を操作したタイミングで検知信号が出力され、制御対象機器90が制御される。このように、空中画像3の操作と制御対象機器90の制御とが略同時に行われるので、ユーザにとって空中画像3の操作が自然に感じられ、違和感を軽減することができる。例えば、物理ボタンを操作するのと同様に、ユーザは、空中画像3を操作して制御対象機器90を制御することができる。
Further, since the display position of the
(その他)
以上、本発明に係るセンサシステムについて、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
(Other)
As described above, the sensor system according to the present invention has been described based on the above embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments.
例えば、上記の実施の形態では、再帰反射部材12がハーフミラー11を基準として投影対象物2と同じ側に配置されている例について示したが、これに限らない。再帰反射部材12は、ハーフミラー11を基準として投影対象物2と反対側、すなわち、空中画像3側に配置されていてもよい。
For example, in the above-described embodiment, an example is described in which the
この場合、再帰反射部材12は、投影対象物2から放射された光のうち、ハーフミラー11を透過した光を再帰反射する。再帰反射部材12によって再帰反射された光は、ハーフミラー11によって反射される。この反射された再帰反射光は、ハーフミラー11を基準として再帰反射部材12と同じ側(投影対象物2とは反対側)の空間で結像される。これにより、投影対象物2の実像である空中画像3が空中に表示される。
In this case, the
また、例えば、投影光学系10は、透過率と反射率とがそれぞれ50%で等しいハーフミラー11の代わりに、透過率と反射率とが異なるビームスプリッタを備えてもよい。
Further, for example, the projection
また、例えば、上記の実施の形態では、投影光学系10がハーフミラー11と再帰反射部材12とを備える例について示したが、これに限らない。投影光学系10は、投影対象物2を空中に結像すればよく、例えば、ハーフミラー11の代わりに2面コーナーリフレクタアレイを備えてもよい。この場合、投影光学系10は、再帰反射部材12を備えていなくてもよい。
Further, for example, in the above-described embodiment, an example has been described in which the projection
また、例えば、上記の実施の形態では、制御対象機器90が投影対象物2を表示するディスプレイなどである例について示したが、これに限らない。制御対象機器90は、例えば、照明設備、音響設備、空調設備などの他の機器でもよい。具体的には、制御部30は、照明設備、音響設備又は空調設備の電源のオンオフを制御してもよい。すなわち、センサシステム1は、各種設備の電源スイッチとして機能することができる。
Further, for example, in the above-described embodiment, an example in which the
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, a form obtained by performing various modifications that can be conceived by those skilled in the art to each embodiment, and a combination of components and functions in each embodiment without departing from the spirit of the present invention are realized. Embodiments are also included in the present invention.
1、101 センサシステム
2 投影対象物
3 空中画像
4 検知対象物
10 投影光学系
20、120 静電容量式センサ
30 制御部
90 制御対象機器
D1 検知空間
P 中心軸
DESCRIPTION OF
Claims (6)
検知空間内で検知対象物が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、前記静電容量値に基づいて検知信号を出力する静電容量式センサと、
前記検知信号を受信した場合に、制御対象機器を制御するための制御信号を出力する制御部とを備え、
前記空中画像の少なくとも一部は、前記検知空間内において前記静電容量値が第1閾値以上第2閾値以下となる空間に存在し、
前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第1閾値を超えてから前記第2閾値を超えない場合において所定の条件を満たしたときに前記検知信号を出力する
センサシステム。 A projection optical system that forms a real image of a projection target in the air as an aerial image,
A capacitance sensor whose capacitance value increases as the detection target approaches in the detection space, wherein the capacitance sensor outputs a detection signal based on the capacitance value.
When receiving the detection signal, comprising a control unit that outputs a control signal for controlling the device to be controlled,
At least a part of the aerial image exists in a space where the capacitance value is equal to or greater than a first threshold and equal to or less than a second threshold in the detection space,
The sensor system, wherein the capacitance sensor outputs the detection signal when a predetermined condition is satisfied in a case where the capacitance value does not exceed the second threshold after exceeding the first threshold.
請求項1に記載のセンサシステム。 The capacitance-type sensor detects that the predetermined condition is satisfied when the state where the capacitance value is equal to or more than the first threshold and equal to or less than the second threshold continues for a predetermined first period or more. The sensor system according to claim 1, which outputs a signal.
請求項1に記載のセンサシステム。 When the capacitance value sensor falls below the first threshold without exceeding the second threshold within a period shorter than a predetermined second period after the capacitance value exceeds the first threshold. The sensor system according to claim 1, wherein the detection signal is output assuming that the predetermined condition is satisfied.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のセンサシステム。 The sensor system according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the aerial image exists on a center axis of the detection space.
請求項1に記載のセンサシステム。 The sensor system according to claim 1, wherein the aerial image does not exist on a central axis of the detection space.
前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第3閾値を超えた後に前記第3閾値を下回ったときに、前記所定の条件を満たしたとして前記検知信号を出力する
請求項5に記載のセンサシステム。 At least a portion of the aerial image is present at a position where the capacitance value in the detection space matches a third threshold that is greater than or equal to the first threshold and smaller than the second threshold.
The capacitance type sensor outputs the detection signal as satisfying the predetermined condition when the capacitance value falls below the third threshold value after the capacitance value exceeds the third threshold value. The sensor system as described.
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