CN113917553A - 接近检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够更准确地推定水平方向的位置的接近检测装置。本发明的接近检测装置(100)包括：在触摸面板式的显示器的下部配置的多个发光元件(110)和多个受光元件(120)，通过受光元件(120)接收来自发光元件(110)的照射光被物体反射时的反射光，由此检测物体的接近。接近检测装置(100)具有：驱动电路(130)，依次驱动多个发光元件(100)；测定电路(140)，分别测定多个发光元件依次发光时的受光元件(120)的检测等级；以及控制部(150)，具备根据多个测定结果推定水平方向的位置并修正推定出的位置的功能。

Description

接近检测装置

技术领域

本发明涉及对物体的接近的有无进行检测的接近检测装置，尤其涉及在触摸面板式显示器等电子设备中安装的接近检测装置。

背景技术

近年来，伴随着使用触摸面板式显示器的输入、手势输入等的实用化，接近检测装置向车载显示器的搭载增加。接近检测装置例如使用发出红外光的红外LED和光电二极管等受光元件，用红外光照射物体，并接受其反射光从而检测物体的接近(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-74465号公报

发明内容

近年来，接近检测装置向车载显示器的搭载增加。将该接近检测装置的例子示于图1。在驾驶席与副驾驶席之间的中央部的中控台2内配置有触摸面板式的显示器1，在显示器1中搭载有用于检测驾驶员或同乘者的手势操作等的接近检测装置。接近检测装置如图1的(B)所示那样，包括：在显示器1的下部3设置的4个发光元件LED1、LED2、LED3、LED4；以及2个受光元件PD1、PD2(将它们总称为发光元件LED、受光元件PD)。发光元件LED及受光元件PD大致直线状地配置于显示器1的下部3，在发光元件LED1与LED2之间配置受光元件PD1，在LED3与LED4之间配置受光元件PD2。发光元件LED是发出红外线的发光二极管，受光元件PD是接收红外线的反射光的光电二极管或光电晶体管。

发光元件LED向显示器1的前表面照射红外光，当用户的操作对象(手、手指等)4接近显示器1的前表面时，来自发光元件LED的照射光5被操作对象4反射，该反射光被受光元件PD接收，检测到操作对象4的接近。

图2示出了发光元件LED及光接收元件PD的操作定时。发光元件LED1、LED2、LED3、LED4以各自的发光不重复的方式以时刻t1、t2、t3、t4的定时依次被驱动。受光元件PD1被控制为以与发光元件LED1以及发光元件LED2的发光期间同步的定时接受光，受光元件PD2被控制为以与发光元件LED3以及发光元件LED4的发光期间同步的定时受光。即，使发光元件LED1发光时的反射光通过受光元件PD1来测定(LED1→PD1)，使发光元件LED2发光时的反射光通过受光元件PD1来测定(LED2→PD1)，使发光元件LED3发光时的反射光通过受光元件PD2来测定(LED3→PD2)，使发光元件LED4发光时的反射光通过受光元件PD2来测定(LED4→PD2)，将这4次测定作为1次循环进行动作。

在将发光元件与受光元件的间隔配置为大致相等的情况下，在画面的前方使操作对象4水平移动时的1个循环中的受光元件PD1、PD2的检测等级(level)如图3所示大致同等。在具有这样的接近检测功能的显示器中，能够基于在使各个发光元件LED发光时检测到的反射光的分布，来推定操作对象4的水平位置。

图4的(A)例示位于P1、P2的操作对象4，图4的(B)表示操作对象4接近画面左侧的位置P1时的受光元件PD的检测等级，图4的(C)表示操作对象4接近画面右侧的位置P2时的受光元件PD的检测等级，图4的(D)表示操作对象4的水平方向的推定位置G。

位置P1是发光元件L1的附近，因此，使发光元件LED1发光时的受光元件PD1的检测等级最大，发光元件LED2、LED3、LED4发光时的检测等级逐渐变小。另外，位置P2是发光元件L4的附近，因此，使发光元件LED4发光时的检测等级最大，发光元件LED3、LED2、LED1发光时的检测等级逐渐变小。

作为根据这样的检测等级的分布对检测物的水平位置进行定量化的方法，通常重心计算法是有效的。对该计算方法进行说明。例如，若将由发光元件LED1、LED2、LED3、LDE4检测出的水平位置的坐标设定为x1、x2、x3、x4，将各发光元件LED的发光量设为相同，则能够根据式(1)来推定检测物的水平位置。A1、A2、A3、A4是使发光元件LED1、LED2、LED3、LED4发光时的检测等级。

[数式1]

在此，若将x1～x4设为大致等间隔地设为x1＝1、x2＝2、x3＝3、x4＝4，则式(1)用式(2)表示。

[数式2]

根据式(2)，推定位置G能够在1≤G≤4的范围内求出。假设操作对象4接近位置P1时，若检测等级为A1＝2000、A2＝700、A3＝100、A4＝10，则根据式(2)计算出推定位置G＝1.3。另外，在接近位置P2时，若检测等级为A1＝10、A2＝100、A3＝700、A4＝2000，则计算出推定位置G＝3.7。

通过这样推定操作对象的水平位置，从而例如在水平位置在规定时间(例如1秒)内变化了规定值以上的情况下，能够判定为进行了滑动操作，这能够应用于手势操作。

图5的流程图表示上述的以往的水平位置的推定动作。首先，取得依次使发光元件LED1、LED2、LED3、LED4照射时的受光元件PD1、PD2的各测定值A1、A2、A3、A4(S100)，根据这些测定值计算出指标值V，该指标值V用于评价是否存在足以进行位置判定的充分的检测物(S110)。指标值V的计算例如可以是检测等级的测定值A1、A2、A3、A4的最大值。在指标值V超过了规定的阈值的情况下(S120)，判断为存在有意义的检测物，推定检测物的水平位置(S130)。位置推定例如使用上述的重心计算的式(1)、(2)，计算检测物的水平方向的推定位置G。在指标值V不足阈值的情况下，不进行位置推定，而返回到下一个测定。

近年来，车载显示器有大型化的倾向，超过10英寸地为15英寸以上的显示器搭载于中控台内的例子也不稀奇。在这样的大画面的显示器中，根据操作位置，有时基于上述的接近检测进行的水平位置的推定无法正常发挥作用。

图6表示驾驶员操作大画面的显示器的例子。如该图6的(A)所示那样，正在对显示器1的画面上的比较距驾驶员近的位置进行操作的情况下，由受光元件PD检测到的反射光如上述那样，发光元件LED4、LED3发光时的检测等级大，发光元件LED2、LED1发光时的反射光的检测等级一直变小。

另一方面，如图6的(B)所示那样、对显示器1的画面上的距驾驶员比较远的副驾驶座侧的位置进行操作的情况下，由于画面较大，因此驾驶员的手臂部分4A接近画面，因此发光元件LED2、LED3、LED4发光时的反射光增加，此时的检测等级比图4的(B)时大。将该情形示于图6的(C)。

在推定水平位置的计算式中，检测等级A2、A3、A4的值变大会对推定位置G造成影响。如在图4的(B)中说明的那样，根据检测等级为A1＝2000、A2＝700、A3＝100、A4＝10来计算出推定位置G＝1.33，但受到手臂部分4A的反射的影响，例如，若检测等级变化为A2＝500、A3＝400，则推定位置G＝1.81，推定位置G产生大的误差。

在根据推定位置G判定滑动操作时，如果在1秒内存在一定以上的位置移动(例如2.1以上)则在判定为存在滑动操作的情况下，如果使操作对象4从图6的(A)的位置向图6的(B)的位置移动时的计算结果原本应该以“3.8”→“1.33”的移动量判定为滑动操作，但由于推定位置G的误差而成为“3.8”→“1.81”，则移动量不足，无法判定为滑动操作。结果，无法识别手势操作。

这样的问题被认为，将用于检测滑动的移动量设定得较小，或者将检测到的位置例如如图7的(A)所示进行映射变换，从而能够容易地应对。然而，该修正方法在如图7的(B)所示那样，操作对象对显示器1的画面的较高的位置进行操作的情况下，由于手臂部分4A反射照射光，因此是有效是，但在如图7的(C)所示那样对显示器1的画面的比较低的位置进行操作的情况下，即使在对副驾驶席侧的位置进行操作的情况下，也不会受到手臂4A的影响，因此这样的修正是不必要的。反而，通过进行这样的修正，例如由于通常在显示器的下部设置的空调调整等的操作，也会产生误检测到滑动操作的不良情况。为了防止这种情况，能够根据手臂的高度方向的位置来改变处理，但在该情况下，需要用于探测高度方向的位置的其他发光元件/受光元件的传感器，导致硬件的增大。

本发明的目的在于解决这样的以往的课题，提供能够更准确地推定水平方向的位置的接近检测装置。

本发明的接近检测装置，使用多个发光元件和接收来自该多个发光元件的照射光被物体反射后的反射光的受光元件来检测物体的接近，包括：驱动部，依次驱动在水平方向上呈直线状配置的多个发光元件；测定部，分别测定所述多个发光元件依次发光时的所述受光元件的检测等级；推定部，基于所述测定部的多个测定结果来推定物体的水平方向的位置；以及修正部，修正由所述推定部推定出的推定位置，所述修正部以越接近水平方向的一侧则修正越大、且越接近与所述一侧相对置的另一侧则修正越小的方式修正所述推定位置。

在一个实施方式中，所述修正部基于所述测定部的测定结果来计算检测等级的峰值位置，并基于计算出的峰值位置来修正所述推定位置。在一个实施方式中，所述修正部以越接近所述一侧则基于所述峰值位置的修正量越大、且越接近所述另一侧则基于所述峰值位置的修正量越小的方式决定加权系数。在一个实施方式中，所述推定部通过由所述多个发光元件各自的检测等级检测出的水平坐标和所述测定部的多个测定结果的重心计算，来计算所述推定位置。在一个实施方式中，所述修正部利用(1-w)×G+w×P，修正所述推定位置(在此，w是加权系数，G是推定位置，P是峰值位置)。在一个实施方式中，所述多个发光元件及所述受光元件配置于触摸面板式的显示器的下部，所述受光元件包含：配置于第一发光元件与第二发光元件之间的第一受光元件和配置于第三发光元件与第四发光元件之间的第二受光元件，所述测定分别测定在第一发光元件与第二发光元件发光时的第一受光元件的检测等级，分别测定在第三发光元件与第四发光元件发光时的第二受光元件的检测等级。在一个实施方式中，所述显示器配置于驾驶席与副驾驶席之间，所述一侧为副驾驶席侧，所述另一侧为驾驶席侧。

发明效果

根据本发明，将根据测定部的各测定结果推定出的推定位置以越接近水平方向的一侧则修正越大、且越接近与一侧相对置的另一侧则修正越小的方式进行修正，因此能够抑制从一侧朝向另一侧的物体的接近的误检测，准确地推定水平位置。

附图说明

图1表示现有的接近检测装置的一例，图1的(A)表示搭载有接近检测装置的显示器的配置例，图1的(B)是表示接近检测装置的操作对象的检测例的图。

图2是表示以往的接近检测装置的发光元件以及受光元件的驱动定时的图。

图3是表示使操作对象水平移动时的受光元件的检测等级的图。

图4是表示操作对象接近位置P1、P2时的1个循环中的受光元件的检测等级、和根据检测等级的分布计算出的推定位置的图。

图5是表示现有的接近检测装置中的水平位置的推定动作的流程图。

图6的(A)表示对距驾驶员近的位置进行操作的例子，图6的(B)表示对距驾驶员远的一侧进行操作的例子，图6的(C)是表示对距驾驶员远的位置进行操作时的1个循环中的检测等级的图。

图7的(A)表示通过映射变换来修正推定位置的方法，图7的(B)表示对画面的上部进行操作的例子，图7的(C)是表示对画面的下部进行操作的例子的图。

图8的(A)是表示本发明的实施例的接近检测装置的电气结构的框图，图8的(B)是表示控制部中包含的手势判定功能的结构的图。

图9是说明本发明的实施例的推定位置的修正方法的流程图。

图10是说明本发明的实施例的修正方法的效果的曲线图。

具体实施方式

接着，对本发明的实施例的方式进行说明。在一个方式中，本发明的接近检测装置包含发光元件和接收来自被来自该发光元件的光所照射的物体的反射光的受光元件，光学地检测物体的接近的有无。发光元件例如是具有指向性的发光二极管或激光二极管等，受光元件是光电二极管或光电晶体管等。1个或多个发光元件和1个或多个受光元件一体地安装在电子设备等的周边，检测用户的操作对象对电子设备的接近。安装有接近检测装置的电子设备没有特别限定，但电子设备例如是触摸面板式显示器。电子设备在检测到用户的操作对象的接近时，例如检测滑动等手势操作。

[实施例]

接着，对本发明的实施例的接近检测装置进行说明。图8是表示本发明的实施例的接近检测装置的电气结构的框图。本实施例的接近检测装置100包括多个发光元件110、多个受光元件120、驱动发光元件110的驱动电路130、测定受光元件120对反射光的受光的测定电路140、控制接近检测装置100的整体的控制部150。

接近检测装置100例如如图1的(B)所示，搭载于车载显示器1，检测用户的操作对象对显示器1的接近的有无。发光元件110包含有在显示器1的下部3配置的发光元件LED1～LED4，受光元件120包括配置于发光元件LED1与LED2之间的受光元件PD1、配置于发光元件LED3与LED4之间的受光元件PD2。驱动电路130如图2所示，在循环期间中，以发光元件LED1～LED4的发光不重复的方式依次驱动发光元件LED1～LED4，测定电路140在循环期间中，测定使发光元件LED1发光时的反射光被受光元件PD1受光时的检测等级(LED1→PD1)，测定使发光元件LED2发光时的反射光被受光元件PD1受光时的检测等级(LED2→PD1)，测定使发光元件LED3发光时的反射光被受光元件PD2受光时的检测等级(LED3→PD2)，测定使发光元件LED4发光时的反射光被受光元件PD2受光时的检测等级(LED4→PD2)。

控制部150基于测定电路140的测定结果来判定操作对象对显示器1的接近的有无，或者基于在循环中测定出的受光元件PD1、PD2的检测等级的分布来推定操作对象的水平位置，并根据该推定结果来判定滑动等手势操作。控制部150既可以是对显示器1的显示进行控制的显示控制器的一部分，或者也可以与显示控制器独立地设置，并与显示控制器协作地进行动作。例如，当通过控制部150检测到滑动操作时，显示控制器能够进行与该检测相应的显示控制(例如菜单画面的显示、下一页画面的显示等)。控制部150使用硬件及软件来实施。控制部140例如包括包含ROM/RAM的微控制器、微处理器、存储器等，执行存储于ROM或存储器的程序。

本实施例的接近检测装置100如图7的(C)所例示的那样，提供不增加对显示器1的画面下部进行操作时的误检测，而减轻在图7的(B)所例示那样的驾驶员对显示器1的画面上部的副驾驶席侧进行操作时因来自臂部4A的反射光而产生的推定位置的误差的手段。

图8的(B)是表示控制部150所包含的水平位置推定功能200的结构的图。水平位置推定功能200包括：检测等级判定部210，根据测定出的检测等级来判定在显示器1的前表面是否存在可能成为检测对象的检测物；水平位置推定部220，在由检测等级判定部210判定为存在可能成为检测对象的检测物的情况下，推定检测物的水平位置；以及推定位置修正部230，对由水平位置推定部220推定出的推定位置进行修正。推定位置修正部230减轻如图7的(B)、(C)所示那样的驾驶员对副驾驶席侧的远离的位置的画面进行操作时的推定位置的误差。

参照图9所示的流程图对本实施例的推定位置推定功能200的算法进行说明。图9的流程图的步骤S200～S230与图5的流程图的步骤S100～S130相同，本实施例还包含步骤S240～S260。

发光元件LED1、LED2、LED3、LED4通过驱动电路130依次驱动，此时由受光元件PD1、PD2接收光的检测等级作为测定值A1、A2、A3、A4通过测定电路140进行测定(S200)。检测等级判定部210基于这些测定值A1～A4计算指标值V，该指标值V用于评价是否存在足以进行位置判定的检测物(S210)。指标值V的计算例如可以是测定值A1、A2、A3、A4的最大值。

水平位置推定部220在指标值V超过了阈值的情况下(S220)，判断为存在有意义的检测物，通过上述的式(1)、(2)计算检测物的推定位置G(S230)。在指标值V不足阈值的情况下，不进行位置推定，返回到下一测定。

在指标值V超过了阈值的情况下，推定位置修正部230进一步根据测定值A1～A4推定峰值位置P(S240)。峰值位置P决定推定位置G的修正量，如后所述，该修正量以在副驾驶席侧变大、且在驾驶席侧变小的方式通过加权系数而可变。峰值位置P的推定方法也可以单纯地设为测定值A1～A4中的最大的测定值的位置(最大的检测等级的位置)。例如，如果测定值A1最大，则峰值位置P＝1，如果测定值A2最大则峰值位置P＝2，如果测定值A3最大则峰值位置P＝3，如果测定值A4最大则峰值位置P＝4。或者，也可以求出与最大的测定值相邻的第二大的测定值，求出与最大值的加权平均。例如，在测定值A1＝2000最大，测定值A2＝700为第二个的情况下，通过对测定值A1的水平位置的坐标x1＝1和测定值A2的水平位置的坐标x2＝2进行加权而得到的式子，

P＝(A1×[x1]+A2×[x2])/(A1+A2)，

能够求出(2000×1+700×2)/(2000+700)＝1.26。

接着，推定位置修正部230根据如上所述求出的峰值位置P，决定用于修正推定位置G的加权系数w(S250)。关于加权，若将最接近驾驶席的发光元件设为LED4，则以推定位置G越接近坐标x1则修正越大的方式对修正量进行加权。例如，如果将峰值位置P＝1时的加权系数w设为0.8(w＝0.8)，将峰值位置P＝4时的加权系数w设为0.2(w＝0.2)，其中途的加权系数通过线性插值求出，则在上述的例子(峰值位置P＝1.26)中，加权系数w为0.75(w＝0.75)。

推定位置修正部230根据加权后的峰值位置P来修正推定位置G，并计算修正位置G’(S260)。修正位置G’通过下式计算。

G’＝(1-w)×G+w×P

在上述式的第一项[(1-w)×G]中，越接近驾驶席侧，则用于减小推定位置G的修正量变大，在第二项[w×P]中，越接近驾驶席侧，则用于增大峰值位置P的修正量越大。

通过重心计算求出为推定位置G＝1.81的推定位置，通过上述计算式被修正为G’＝(1-w)×G+w×P＝0.25×1.81+0.75×1.26＝1.40，修正后的推定位置G’＝1.40成为接近本来的推定位置1.33的值。

图10是表示通过本实施例的水平位置推定功能200修正了推定位置的例子的图表，该图的(A)表示在显示器1的画面上部从副驾驶席侧向驾驶席侧滑动时得到的推定位置，该图的(B)是在显示器1的画面下部从副驾驶席侧向驾驶席侧滑动时得到的推定位置。用●所示的线表示基于以往的重心计算的推定位置G，用□所示的线表示由本实施例修正后的推定位置G’。

图10的(A)的基于重心计算的推定位置G中，在对画面上部进行操作时，若是向副驾驶席侧的操作，则由于来自手臂部分的反射的影响而推定位置变高(在驾驶席侧产生了误差)。与此相对，通过本实施例的修正后的推定位置G’可知，推定位置被抑制得较低，且被修正为顺畅。

另外，可知，在图10的(B)所示的画面下部的操作中，原本臂部的反射所产生的影响较小，因此即使在以往的计算方法中也能够推定正确的位置，但即使进行本实施例的修正，修正后的推定位置G’也不会被过度扰乱而与推定位置G近似，顺畅的推定位置得以保持。

这样，根据本实施例的推定位置的修正方法，在对距驾驶席远的位置的画面进行操作时，在画面上部的操作时，抑制因驾驶员的臂部的反射而产生的误差，并且极端地修正后的推定位置不会变形而顺畅地保持连续性，另一方面，在臂部的影响少的画面下部的操作时不会过于修正，因此不会引起在显示器下部配置的空调操作等引起的误检测，能够检测用户的意图那样的滑动操作等。

此外，根据本实施例的修正方法，由于不需要追加用于判定画面的上部或下部的操作的硬件，因此实质上能够抑制接近检测装置的成本增加。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于特定的实施方式，在权利要求书所记载的发明的主旨的范围内，能够进行各种变形、变更。

附图标记说明

1：显示器

2：中控台

3：下部

4：操作对象

5：照射光

100：接近检测装置

110：发光元件

120：受光元件

130驱动电路

140：测定电路

150：控制部。

Claims (11)

1.一种接近检测装置，使用多个发光元件和受光元件来检测物体的接近，该受光元件接收来自该多个发光元件的照射光被物体反射后的反射光，

所述接近检测装置包括：

驱动部，依次驱动在水平方向上呈直线状配置的多个发光元件；

测定部，分别测定所述多个发光元件依次发光时的所述受光元件的检测等级；

推定部，基于所述测定部的多个测定结果，来推定物体的水平方向的位置；以及

修正部，修正由所述推定部推定出的推定位置，

所述修正部以越接近水平方向的一侧则修正越大、且越接近与所述一侧相对置的另一侧则修正越小的方式修正所述推定位置。

2.根据权利要求1所述的接近检测装置，其中，

所述修正部基于所述测定部的测定结果来计算检测等级的峰值位置，并基于计算出的峰值位置来修正所述推定位置。

3.根据权利要求2所述的接近检测装置，其中，

所述修正部决定加权系数，所述加权系数是越接近所述一侧则基于所述峰值位置的修正量越大、且越接近所述另一侧则基于所述峰值位置的修正量越小的加权系数。

4.根据权利要求3所述的接近检测装置，其中，

所述推定部通过由所述多个发光元件各自的检测等级检测出的水平坐标和所述测定部的多个测定结果的重心计算，来计算所述推定位置。

5.根据权利要求4所述的接近检测装置，其中，

所述修正部利用(1-w)×G+w×P，修正所述推定位置，其中，w是加权系数，G是推定位置，P是峰值位置。

6.根据权利要求2所述的接近检测装置，其中，

所述推定部通过由所述多个发光元件各自的检测等级检测出的水平坐标和所述测定部的多个测定结果的重心计算，来计算所述推定位置。

7.根据权利要求6所述的接近检测装置，其中，

所述修正部利用(1-w)×G+w×P，修正所述推定位置，其中，w是加权系数，G是推定位置，P是峰值位置。

8.根据权利要求1所述的接近检测装置，其中，

所述推定部通过由所述多个发光元件各自的检测等级检测出的水平坐标和所述测定部的多个测定结果的重心计算，来计算所述推定位置。

9.根据权利要求8所述的接近检测装置，其中，

所述修正部利用(1-w)×G+w×P，修正所述推定位置，其中，w是加权系数，G是推定位置，P是峰值位置。

10.根据权利要求1所述的接近检测装置，其中，

所述多个发光元件以及所述受光元件配置于触摸面板式的显示器的下部，

所述受光元件包括：配置于第一发光元件与第二发光元件之间的第一受光元件；以及配置于第三发光元件与第四发光元件之间的第二受光元件，

所述测定部分别测定在第一发光元件及第二发光元件发光时的第一受光元件的检测等级，并分别测定在第三发光元件及第四发光元件发光时的第二受光元件的检测等级。

11.根据权利要求10所述的接近检测装置，其中，

所述显示器配置于驾驶席与副驾驶席之间，所述一侧为副驾驶席侧，所述另一侧为驾驶席侧。

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