JP2005141542A - 非接触入力インターフェース装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造や信号の作成処理を簡素化できる非接触入力インターフェース装置を提供する。
【解決手段】 物体が設定された距離範囲内にあることを検出する検出手段５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、この検出手段５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅでの物体の検出及び非検出のパタンに対応する信号を作成する信号作成部１１、そして、信号作成部１１で作成した信号を電気的に接続された機器に送信する送信部１３を備えた構成とする。これにより、検出手段５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅの検出範囲に、例えば手などを持って行くことで検出手段５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅが手などの物体を検出し、信号作成部１１が１つの検出手段で予め定めた時間内に検出を行った回数や、複数の検出手段で物体を検出した順番、物体を検出した検出手段と非検出の検出手段の認識といった検出手段５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅでの物体の検出及び非検出のパタンを識別するといった簡単な構成及び信号作成処理で信号を作成して入力操作ができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、機器の操作や設定の入力作業を非接触で行う非接触入力インターフェース装置に関する。

近年、例えばパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯情報端末、テレビ、電子レンジなどの機器の操作や設定といった入力作業を簡便にするため、また、汚れた手でこれらの機器への入力作業をおこなうことにより入力装置や機器に汚れが付着するのを防ぐためなどの目的で、接触型の入力装置であるボタンスイッチ、キーボード、マウス、タッチパネルなどを利用しなくても機器に非接触で入力できる非接触入力インターフェース装置が考えられている。

操作者の手振り、つまりジェスチャを解釈し、そのジェスチャに対応する信号を送信する非接触入力インターフェース装置では、例えば実際の本のページをめくるようなジェスチャなど、操作者に取って直感的にわかり易い操作方法で非接触による入力作業が実現できる。このような操作者のジェスチャを解釈して入力作業を行うためには、操作者をカメラで写し、その画像を解析する方法や、加速度センサなどを操作者が装着する方法などがある。しかし、操作者をカメラで写す装置では、装置が大型化してしまい、また、加速度センサなどを操作者が装着する装置では、加速度センサなどを操作者が身につける必要があるため、例えば調理などほかの作業をしながら機器を操作しようとする場合などに加速度センサなどが邪魔になるため用途が制限されてしまう。

このため、小型化が可能で、加速度センサなどを操作者が身につける必要がなく、用途が制限され難い非接触入力インターフェース装置として、人体などが近づいたことによるコンデンサの静電容量の変化を読み取るセンサ備え、このセンサによりジェスチャを解釈して入力を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この静電容量の変化を読み取るセンサ備えた非接触入力インターフェース装置は、送信電極と受信電極を格子状に配置することで、送信電極と受信電極との交点にコンデンサを形成し、マトリクス状にコンデンサが配置された静電容量センサを形成している。そして、この静電容量センサの上で手などを動かすと、その手などの動きをトレースでき、ジェスチャによる入力を可能としている。

特開２００２−３４２０３３号公報（第４−７頁、第１図）

ところが、特許文献1に示すような非接触入力インターフェース装置では、送信電極と受信電極を格子状に配置した静電容量センサを形成する必要があり、さらに、静電容量の計測として一般的に用いられるインピーダンス測定を用いた場合には交流回路が必要となるなど装置構成が複雑になる。加えて、マトリックス状に比較的多数のコンデンサが配置された構成となることから、多量の情報から対応する信号を識別することになり、信号の作成処理も複雑になってしまう。このため、構造や信号の作成処理を簡素化できる非接触入力インターフェース装置が必要となっている。

本発明の課題は、非接触入力インターフェース装置の構造や信号の作成処理を簡素化することにある。

本発明の非接触入力インターフェース装置は、物体が設定された距離範囲内にあることを検出する検出手段と、該検出手段での物体の検出及び非検出のパタンに対応する信号を作成する信号作成部と、該信号作成部で作成した信号を電気的に接続された機器に送信する送信部とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。

このような構成とすれば、検出手段の検出範囲に、例えば手などを持って行くことで検出手段が手などの物体を検出し、１つの検出手段で予め定めた時間内に検出を行った回数や、複数の検出手段で物体を検出した順番、物体を検出した検出手段と非検出の検出手段の認識といった検出手段での物体の検出及び非検出のパタンを識別するといった簡単な信号作成処理で信号を作成できる。

例えば、手で検出手段を２回たたくようなジェスチャを行うことにより、手が検出範囲に入った後、検出範囲外に出、再度範囲に入ることで、検出手段は２度手を検出することになる。検出手段が２度物体を検出することに操作などを指令する信号を割り当てておけば、このようなジェスチャにより信号を作成することができる。さらに２つの検出手段の前で手を振るようなジェスチャを行い、２つの検出手段を横切るように手を動かせば、２つの検出手段は順次手を検出することになる。したがって、２つの検出手段が物体を検出した順番によって操作などを指令する信号を割り当てておけば、２種類の信号を作成することが可能である。このように、２つの検出手段を用いたとすれば、各々の検出手段をたたくようなジェスチャ、２つの検出手段の前で手を振るジェスチャを行ったときの２つの検出手段での物体の検出及び非検出のパタンを識別するといった簡単な処理で、最低でも４種類の信号を作成することが可能である。

さらに、検出手段は、物体が設定された距離範囲にあることを検出するものであるため、市販の距離センサと称されるようなセンサユニットを用いることができ、装置構成を複雑化するようなセンサや回路は必要ない。したがって、非接触入力インターフェース装置の構造や信号の作成処理を簡素化できる。

また、検出手段を複数備え、信号作成部は、異なる検出手段での検出及び非検出を組み合わせたパタンに対応する信号を作成する構成とする。このような構成とすれば、前述のように、２つの検出手段で最低でも４種類の信号を作成することが可能となるため、より少ない検出手段でより多くの信号を作成できるようになる。

さらに、検出手段は、物体が設定された距離範囲内にあるかないかに応じてオン、オフを切り換える構成とする。このような構成とすれば、実際に物体までの距離を計測し、設定された範囲に物体が入ったことを検出する検出手段のように、信号を作成するときに信号作成部で距離データを解析する必要がなくなり、信号作成部での信号の作成処理をより簡素化できる。

また、複数の検出手段を設けた場合に、全ての検出手段が同じ方向で物体が設定された距離範囲内にあるか否かを検出する場合、隣り合う検出手段間の間隔を互いの検出領域ができるだけ重ならないように配置しなければ、誤操作を起こし易くなる。したがって、信号の種類を増やすために検出手段の数を増やす場合、誤操作を起こし難くするためには、装置が大型化してしまう。

これに対して、検出手段を複数備え、検出手段は、複数の検出手段の検出方向が２以上の異なる方向に向いた状態で設置されている構成とする。また、筐体の異なる方向にむいた２以上の面に検出手段が設置されている構成とする。このような構成とすることにより、複数の検出手段により物体を検出するための空間を広げることができ、全ての検出手段が同じ方向で物体が設定された距離範囲内にあるか否かを検出する場合よりも隣り合う検出手段の検出領域の干渉を低減できる。したがって、装置を大型化させることなく信号の種類を増やすことができる。

さらに、検出手段は、発光部から光を出し、設定された距離以内の範囲にある物体に反射して戻ってきた光を受光部で受光する光学式センサである構成とすれば、他の検出手段に比べて指向性を高くできる。

また、送信部が信号を送信する機器にこの送信部を電気的に接続するコネクタは、送信部が信号を送信する機器側から電力の供給を受ける機能を有している構成とすれば、非接触入力インターフェース装置側に電池などの電源を設ける必要がないため、装置を小型化できる。

さらに、信号作成部は、この検出手段での物体の検出及び非検出のパタンに基づいて操作者が行ったジェスチャを認識し、この認識した操作者のジェスチャに対応する信号を作成する構成とする。

また、検出手段と、信号作成部と、送信部とを収容した筐体を備え、送信部が信号を送信する機器にこの送信部を電気的に接続するコネクタが筐体を送信部が信号を送信する機器に支持する支持部材を兼ねており、このコネクタは、筐体に対して旋回可能に取り付けられているか、または、筐体に対してスライド可能に取り付けられており、突出方向を選択可能である構成とする。このような構成とすれば、非接触入力インターフェース装置の機器への取り付けと支持を容易にできるうえ、汎用性を向上できる。

本発明によれば、非接触入力インターフェース装置の構造や信号の作成処理を簡素化できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第１の施形態について図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の概略構成を示す斜視図である。図２は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の概略構成を示すブロック図である。図３は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置が備える光学式センサの概略構成と動作を示す図である。図４は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図である。図５及び図６は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の操作方法と手の動作の一例を説明する図である。図７は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の操作者のジェスチャによって得られる各光学式センサでの検出及び非検出のパタンに対応して信号を作成する動作を示すフロー図である。

本実施形態の非接触入力インターフェース装置１は、図１に示すように、物体が設定された距離範囲内にあることを検出する検出手段として、直方体状の筐体３の正面３ａに第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃを、一方の側面３ｂに第４光学式センサ５ｄを、そして上面３ｃに第５光学式センサ５ｅを設置している。筐体３の第４光学式センサ５ｄが設けられた側面３ｂに対向する側面３ｄの下端側には、図示していない操作対象となる機器に接続するためのＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）コネクタであるコネクタ７が側面３ｄから突出した状態で設けられている。また、筐体３の正面３ａには、動作状態を表示する表示ランプ９ａ、９ｂも設置されている。

このような非接触入力インターフェース装置１は、図２に示すように、筐体３の各面に設置された第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、第４光学式センサ５ｄ、第５光学式センサ５ｅに加え、これらの各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅでの物体の検出及び非検出のパタンに対応する信号を作成するマイクロコンピュータ及び付随する回路やメモリなどで構成された信号作成部１１、非接触入力インターフェース装置１を接続したパーソナルコンピュータなどの図示していない機器にコネクタ７を介して信号作成部１１で作成した信号を送信する通信回路などで構成された送信部１３などを備えている。

信号作成部１１や送信部１３は、各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅと共に筐体３に収められている。各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅと信号作成部１１、信号作成部１１と送信部１３、送信部１３とコネクタ７は、各々、配線１５などを介して電気的に接続されている。また、図２には図示していないが、表示ランプ９ａ、９ｂと信号作成部１１も、配線などを介して電気的に接続されている。

本実施形態では、図１に示すように、第１光学式センサ５ａは、筐体３の正面３ａの下部の第４光学式センサ５ｄが設けられた側面３ｂ側に、第２光学式センサ５ｂは、筐体３の正面３ａの下部のコネクタ７が設けられた側面側に、第３光学式センサ５ｃは、筐体３の正面３ａの上部の第１光学式センサ５ａの上方に、各々配設されている。また、第４光学式センサ５ｄは、筐体３の側面３ｂの下部に、第５光学式センサ５ｅは、筐体３の上面３ｃの中央部に、各々配設されている。なお、本実施形態の各光学式センサの数や配置は一例に過ぎず、入力操作に必要な信号の種類数や、また、非接触入力インターフェース装置を取り付けた機器の種類や用途に対する入力操作のし易さなどに応じて適宜選択することができる。

本実施形態では、これらの第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅとして赤外線反射型光学式距離センサを用いている。第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅとなる赤外線反射型光学式距離センサ５は、図３に示すように、赤外線を発光する発光部１７、そして受光部１９を有している。発光部１７は、レンズを内蔵した構造となっており、発光部１７から出た赤外出射光は、図３に実線の矢印で示すように、指向性を有して出力される。検出対象物２１で反射した赤外光は、図３に実線の矢印で示すように、赤外線反射型光学式距離センサ５への入射光として、可視光などの外乱光を遮断するための光学フィルタ２３を透過して受光部１９へ達し、これにより受光部１９がオン状態となって検出信号を出力する。

このように、本実施形態の第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、物体が設定された距離範囲内にあるときオンして検出信号を出力し、物体が設定された距離範囲内にないときオフして検出信号を出力しないオンオフ式の赤外線反射型光学式距離センサである。なお、受光部１９は、反射した赤外光発光部１７を受光していないときにはオフ状態となっている。また、受光部１９としては、消費電力の点から赤外発光ＬＥＤを用いるのが一般的であり、受光部１９にはフォトダイオードを用いるのが一般的である。

このような赤外線反射型光学式距離センサ５からなる第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅの検知距離が長くなるに連れて、操作者の体の動きなど、検出対象物となる物体、例えば手以外の体の部分を検知する可能性が高くなる。したがって、例えば、図４に示すように、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１が、タッチパネル式のパーソナルコンピュータ２５の側面に設けられたＵＳＢポートにコネクタ７を挿入して接続され、使用される状態を想定すると、第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅの検知距離、つまり物体の検出範囲は１５０ｍｍ以内であることが、外乱を排除する上で適当である。

本実施形態の非接触入力インターフェース装置１のコネクタ７は、図１及び図２に示すように、パーソナルコンピュータ２５などの入力対象の機器との接続に用いられる。また、コネクタ７は、ＵＳＢコネクタであるため、電気信号の送受信を行うと共に、入力対象の機器から非接触入力インターフェース装置１への給電も行う。したがって、家庭の電源コンセントなどの交流（ＡＣ）電源に接続されているのは、パーソナルコンピュータ２５などの入力対象の機器であり、入力対象の機器を介して非接触入力インターフェース装置１へ給電されるのは直流（ＤＣ）である。これにより、非接触入力インターフェース装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータなどを備える必要がなくなり、装置の小型化、低価格化が可能となる。さらに、非接触入力インターフェース装置１は、コネクタ７によってパーソナルコンピュータ２５などの入力対象の機器に構造的に支持されており、本実施形態のコネクタ７は構造材の役割も有している。

このように本実施形態の非接触入力インターフェース装置１のコネクタ７は、ＵＳＢコネクタであるため、電気信号の送受信、給電、そして支持のための構造材の役割を有するという条件を満たしている。加えて、非接触入力インターフェース装置１をＵＳＢ規格の装置とする場合、非接触入力インターフェース装置１は、ＨＩＤ（Ｈｕｍａｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ）として認識される装置とすることが望ましい。ＵＳＢのＨＩＤに関しては、多くのパーソナルコンピュータ用ＯＳにおいて標準でドライバを備えているため、非接触入力インターフェース装置１をＨＩＤとして認識される装置とすれば、非接触入力インターフェース装置１をパーソナルコンピュータなどに接続する際にドライバソフトのインストールが不要になる。

表示ランプ９ａ、９ｂは、非接触入力インターフェース装置１の動作状態を示すものであり、表示ランプ９ａは、非接触入力インターフェース装置１が作動中であることを、２つの表示ランプ９ｂは、非接触入力インターフェース装置１がどのような状態で作動しているか、つまり作動モードを示すものである。表示ランプ９ａ、９ｂは、筐体３の正面３ａの第２光学式センサ５ｂの上方に配設されている。なお、表示ランプ９ａ、９ｂには、消費電力を低減するため、ＬＥＤが適している。

このような構成の非接触入力インターフェース装置１による入力操作の方法について説明する。パーソナルコンピュータ２５などの入力対象の機器を操作しようとする操作者は、図５に示すように、第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅが反応するように、手またはその代用となる物体などの検出対象物２７を動かすジェスチャをすることで、各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅに検出対象物２７を検出させて非接触で入力を行う。したがって、第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、操作者が手などの検出対象物２７を個々に検知させることが可能な間隔及び検出方向となるように筐体３に取り付けられている。さらに、本実施形態のように、筐体３の複数の面に各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを配設することで、操作者にとっては、非接触入力インターフェース装置１のどの面の光学式センサに検出させるのか直感的にわかり易くなり、また、光学式センサの検出方向が異なることで、光学式センサの設置間隔を狭めることができ、非接触入力インターフェース装置１の筐体３を小型化できる。

各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、各々の検出範囲内に操作者の手などといった検出対象物２７が入ると、検出信号を信号作成部１１に向けて出力する。ここで、例えば、図５（ａ）に示すように、操作者が、第１光学式センサ５ａ側から第２光学式センサ５ｂに向けて手を振るジェスチャをすると、検出対象物２７である手が、例えば、第１光学式センサ５ａの検出範囲、そして第２光学式センサ５ｂの検出範囲に順次入り、これにより、第１及び第２光学式センサ５ａ、５ｂが順次オンして、各々の光学式センサ５ａ、５ｂから検出信号が信号作成部１１に向けて順次出力される。

このとき、第１及び第２光学式センサ５ａ、５ｂからの検出信号は、図５（ｂ）に示すように、順次時差を有して生じる。したがって、複数の光学式センサの前を検出対象物２７が横切るといった、複数の光学式センサからの検出信号出力が時系列的に得られるジェスチャ、１つの光学式センサからの検出信号出力のみが得られるジェスチャに対応して、つまり、各光学式センサでのオンオフの状態や順序などといった検出及び非検出のパタンに対応して非接触入力インターフェース装置１で作成する信号を予め規定しておけば、実際に各光学式センサから得られた検出及び非検出のパタンを信号作成部１１で認識することで、対応する信号を作成して出力することができる。

なお、複数の検出信号は同じ光学式センサからのものでも構わず、同じ光学式センサから複数の検出信号を得る場合、その光学式センサを複数回叩くようなジェスチャをするようにすれば、他の光学式センサの検出範囲に入る恐れがなく好ましい。

第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃは、図１に示すように、筐体３の正面３ａという同一平面上に配設されたセンサであり、第４光学式センサ５ｄは、側面３ｂ、第５光学式センサ５ｅは、上面３ｃに配設されたセンサである。人間の自然な感覚から、筐体３の複数の面にセンサが配置された場合、同一平面にないセンサの検出範囲を通過するような、検出対象物である手のジェスチャは不自然である。例えば、上面３ｃの第５光学式センサ５ｅから側面３ｂの第４光学式センサ５ｄに向けて手を動かすジェスチャは、直感的に行いづらい。

したがって、本実施形態では、側面３ｂの第４光学式センサ５ｄ、及び上面３ｃの第５光学式センサ５ｅに関しては、各々のセンサを２回叩くジェスチャに対して、各々対応する信号が規定されており、これにより２種類の信号を作成できる。さらに、第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃを、各々のセンサを２回叩くジェスチャで３種類の信号を、第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃの間を手が行き来するジェスチャで６種類の信号を作成できる。すなわち、本実施形態では、１１種類のジェスチャによって１１種類の信号を作成できる。

このような本実施形態における操作者のジェスチャに対する各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅでの検出及び非検出のパタンに対応して信号作成部１１が信号を作成する動作の一例を具体的に説明する。操作者が、図６に示すように、検出対象物２７として手で第１光学式センサ５ａを２回叩くジェスチャＡを行うと、信号作成部１１は、所定時間内に時差を有して第１光学式センサ５ａから２回検出信号を受け取ることになる。これによって、信号作成部１１は、図７に示すように、第１光学式センサ５ａが所定時間内に時差を有して２回検出対象物２７を検出したことに対応して信号Ａを作成する。

操作者が、図６に示すように、検出対象物２７である手を第１光学式センサ５ａ側から第２光学式センサ５ｂに向けて横に振るジェスチャＢを行うと、信号作成部１１は、所定時間内に時差を有して第１光学式センサ５ａからの検出信号、そして第２光学式センサ５ｂからの検出信号を順次受け取ることになる。これによって、信号作成部１１は、図７に示すように、第１光学式センサ５ａで検出対象物２７を検出した後、第２光学式センサ５ｂで検出対象物２７を検出したことに対応して信号Ｂを作成する。

操作者が、図６に示すように、検出対象物２７である手を第１光学式センサ５ａ側から第３光学式センサ５ｃに向けて上方に振るジェスチャＣを行うと、信号作成部１１は、所定時間内に時差を有して第１光学式センサ５ａからの検出信号、そして第３光学式センサ５ｃからの検出信号を順次受け取ることになる。これによって、信号作成部１１は、図７に示すように、第１光学式センサ５ａで検出対象物２７を検出した後、第３光学式センサ５ｃで検出対象物２７を検出したことに対応して信号Ｃを作成する。なお、本実施形態では、信号作成部１１は、第１光学式センサ５ａが検出信号を受け取ってから予め設定された時間内にいずれの光学式センサからも検出信号を受け取らなかった場合には、入力操作なしと判定する。

このように、信号作成部１１は、操作者が図６に示すような各ジェスチャをすることによって生じる図７に示すような各光学式センサでの検出及び非検出のパタンに対応し、予め図示していないメモリなどの記憶手段に記憶させておいた各光学式センサでの検出及び非検出のパタンと作成する信号との定義を参照して入力操作などの信号の作成を行う。

このとき、図６に示すジェスチャＤ及びＧを認識する動作は、信号を作成するための各光学式センサでの検出及び非検出の判断を３段階で行っている。つまり、操作者が、検出対象物２７である手を第２光学式センサ５ｂ側から第３光学式センサ５ｃに向けて斜め上方に振るジェスチャＤを行うと、信号作成部１１は、所定時間内に時差を有して第２光学式センサ５ｂからの検出信号、第１光学式センサ５ａからの検出信号、そして、第３光学式センサ５ｃからの検出信号を順次受け取ることになる。これによって、信号作成部１１は、図７に示すように、第２光学式センサ５ｂで検出対象物２７を検出した後、第１光学式センサ５ａで検出対象物２７を検出し、さらに、第３光学式センサ５ｃで検出対象物２７を検出したことに対応して信号Ｄを作成する。

これは、本実施形態のように第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃを配置した場合、図６からも分かる通り、ジェスチャＤの動作、つまり、検出対象物２７である手を第２光学式センサ５ｂから第３光学式センサ５ｃに向けて動かす動作をした場合、第２光学式センサ５ｂの次に検出対象物２７である手または腕が第１光学式センサ５ａの検出範囲に入ってしまうためである。したがって、図６に示すジェスチャＤとジェスチャＥを識別するため、３段階目として予め設定した時間内に第３光学式センサ５ｃからの検出信号が得られた場合はジェスチャＤとして識別し、得られなければ、ジェスチャＥとして認識している。ジェスチャＧの場合も同様である。

このように本実施形態の非接触入力インターフェース装置１は、各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅの検出範囲に、検出対象物２７となる物体、例えば手などを持って行くことで各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅが手などの物体を検出し、いずれかの光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅで予め設定した時間内に検出を行った回数や、複数の光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅで物体を検出した順番、物体を検出した光学式センサと非検出の光学式センサの認識といった各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅでの物体の検出及び非検出のパタンを識別するといった簡単な信号作成処理で信号を作成できる。そして、検出手段となる各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅは、物体が設定された距離範囲にあることを検出するものであるため、市販の距離センサと称されるようなセンサユニットを用いることができ、装置構成を複雑化するようなセンサや回路は必要ない。したがって、非接触入力インターフェース装置の構造や信号の作成処理を簡素化できる。

さらに、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１は、調理中などのように手が汚れて使えない場合だけでなく、調理器具で手が塞がっている場合などでも、調理器具などを各光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅの検出範囲内に持って行くことで入力操作ができる。

加えて、従来の送信電極と受信電極を格子状に配置した静電容量センサを形成した非接触入力インターフェース装置では、コンデンサのマトリックス構造が一種のアンテナとなってしまうにもかかわらず、手などの接近による静電容量変化は比較的小さいため、検知結果は電磁波ノイズの影響を受け易く、入力動作の信頼性に問題がある。しかし、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１は、光学式センサなどを用いて構成しているため、ノイズの影響を低減でき、入力動作の信頼性を向上できる。

さらに、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１では、検出手段となる光学式センサを第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅといったように複数備え、信号作成部１１は、異なる光学式センサでの検出及び非検出を組み合わせたパタンに対応する信号を作成する。このため、より少ない検出手段でより多くの信号を作成できる。

加えて、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１では、検出手段として、物体が設定された距離範囲内にあるかないかに応じてオン、オフを切り換える第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを用いている。このため、実際に物体までの距離を計測し、設定された範囲に物体が入ったことを検出する検出手段のように、信号を作成するときに信号作成部で距離データを解析する必要がなくなり、信号作成部での信号の作成処理をより簡素化できる。

ただし、検出手段としては、本実施形態のような光学式センサに限らず、実際に距離を計測する光学式センサ、さらに、超音波式センサ、静電容量式センサ、熱感知センサなど、物体が予め設定した距離範囲内に入ったことを検出できる様々なセンサを用いることができる。しかし、本実施形態のようにオン、オフ式の光学式センサを用いた方が、信号の作成処理をより簡素化でき、また、Ａ／Ｄコンバータなどを必要としないことから装置構成の簡素化や装置の小型化などが可能となり、さらに、これらのことからコストの低減なども可能になる。

さらに、検出手段が、発光部から光を出し、設定された距離以内の範囲にある物体に反射して戻ってきた光を受光部で受光する赤外線式の光学式センサであるため、他の検出手段に比べて指向性を高くでき、また、耐ノイズ性の向上なども可能となる。

さらに、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１では、第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃと、第４光学式センサ５ｄと、第５光学式センサ５ｅとは、各々、筐体３の異なる方向にむいた２以上の面３ａ、３ｂ、３ｃに設置されており、検出方向が２以上の異なる方向に向いた状態で設置されている。このため、複数の検出手段により物体を検出するための空間を広げることができ、全ての検出手段が同じ方向で物体が設定された距離範囲内にあるか否かを検出する場合よりも隣り合う検出手段の検出領域の干渉を低減できる。したがって、装置を大型化させることなく信号の種類を増やすことができる。ただし、必要となる信号の種類数によって、また、大きさに制限がない場合などには、全ての検出手段を検出方向が同じ方向を向いた状態で設置することもできる。

加えて、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１では、送信部１３が信号を送信する機器であるパーソナルコンピュータ２５からコネクタ７を介して電力の供給を受けているため、非接触入力インターフェース装置側に電池などの電源を設ける必要がなく、装置を小型化できる。ただし、大きさに制限がない場合などには、非接触入力インターフェース装置自体が家庭用コンセントなどの電源に接続されたり、電池などの電源を有した構成にすることもできる。

また、本実施形態では、操作者が行ったジェスチャつまり動作によって生じる、第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅでの検出及び非検出のパタンに対応して信号作成部１１が信号を作成している。しかし、信号作成部１１が、検出手段である第１乃至第５光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅでの物体の検出及び非検出のパタンに基づいて操作者が行ったジェスチャを認識し、この認識した操作者のジェスチャに対応する信号を作成する構成にすることもできる。

これは、非接触入力インターフェース装置１が接続されるタブレットＰＣやタッチパネル式パーソナルコンピュータなどの機器に対して、操作者が行うジェスチャが意味する動作を指令する信号を作成することも、入力操作の直感的なわかり易さという点で重要であるためである。例えば、パーソナルコンピュータ上で行おうとしている処理が電子ブックのページめくりである場合、操作者がページをめくる様に手を動かすジェスチャをすることで、その動作の指令を入力できればわかり易い。

また、本実施形態の非接触入力インターフェース装置１では、コネクタ７が筐体３をパーソナルコンピュータ２５などに支持する支持部材を兼ねている。しかし、非接触入力インターフェース装置１とパーソナルコンピュータ２５などの機器との間をケーブルで接続し、非接触入力インターフェース装置１は、パーソナルコンピュータ２５には固定しないようにしたり、別の固定手段で固定するようにすることもできる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第２の実施形態について図８乃至図１０を参照して説明する。図８は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の概略構成を示す斜視図である。図９は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図である。図１０は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の操作方法と手の動作の一例を説明する図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。

本実施形態の非接触入力インターフェース装置が第１の実施形態と相違する点は、筐体の形状と光学式センサの配置にあり、本実施形態では、第１の実施形態では直方体状であった筐体３の正面３ａの側縁部から第４光学式センサ５ｄが配設されていた側面３ｂにかけての部分を曲面とし、この曲面に第４光学式センサ５ｄに相当する光学式センサを配設し、さらに、第１の実施形態の第５光学式センサ５ｅに相当する光学式センサを筐体の下面に配設したことにある。すなわち、本実施形態の非接触入力インターフェース２９は、図８及び図９に示すように、正面３１ａの側縁部から側面３１ｂにかけて、曲面状に形成された筐体３１を有している。筐体３１は、正面３１ａから側面３１ｄのかけての部分が曲面で形成されている以外は、上面３１ｃ、下面３１ｄなどは、正面３１ａや側面３１ｂに対して垂直な面となっている。

そして、本実施形態では、第１乃至第３光学式センサ３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、第１の実施形態と同様の配置で正面３１ａに設けられている。一方、第４光学式センサ３１ｄは、曲面状に形成された側面３３ｂの下部に配設されており、また、第５光学式センサ３３ｅは、第１の実施形態とは逆に、筐体３１の下面３１ｄの中央部に配設されている。

第１の実施形態の構成では、筐体３の正面３ａの３個の第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃと、側面３ｂの第４光学式センサ５ｄとは、垂直に交わる面に設けられていることになるため、正面３ａの第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃと、側面３ｂの第４光学式センサ５ｄとで検出されるように、一回のジェスチャ中で手などの検出対象物２７を、正面３ａ側から側面３ｂ側に動かすのは、直感的にも実際の動作においても難しい場合がある。

これに対して、本実施形態の非接触入力インターフェース２９では、筐体３１の正面３１ａの第１乃至第３光学式センサ３３ａ、３３ｂ、３３ｃと、側面３１ｂの第４光学式センサ３３ｄとで検出されるように、一回のジェスチャ中で手などの検出対象物２７を、筐体３１の正面３１ａから側面３１ｄに動かすとき、正面３１ａから側面３１ｄにかけての曲面に沿って動かせばよいため、直感的に操作がわかり易くなり、異なる方向に向いた面に設けられた検出方向が異なる光学式センサでも一回のジェスチャに組み込むことが可能となる。

このような本実施形態の非接触入力インターフェース２９では、筐体３１の正面３１ａから側面３１ｄにかけを曲面で形成したことにより、利用可能なジェスチャの数と動きは図１０に示すように、第４光学式センサ３３ｄから第１光学式センサ３３ａに向けて検出対象物２７である手を横に振るジェスチャＬ、第１光学式センサ３３ａから第４光学式センサ３３ｄに向けて検出対象物２７である手を横に振るジェスチャＭ、第４光学式センサ３３ｄから第３光学式センサ３３ｃに向けて検出対象物２７である手を斜め上方に振るジェスチャＮ、そして、第３光学式センサ３３ｃから第４光学式センサ３３ｄに向けて検出対象物２７である手を斜め下方に振るジェスチャＯなどが第１の実施形態に追加されており、１５種類のジェスチャによって１５種類の信号を作成できる。

一方、第１の実施形態の構成では、第５光学式センサ５ｅは、筐体３の上面３ｃに設けられているため、非接触入力インターフェース装置が例えば棚の上など操作者の肩より高い位置にあった場合、第５光学式センサ５ｅに検出させようと手をかざしたとき、手や腕が例えば正面３ａの第１乃至第３光学式センサ５ａ、５ｂ、５ｃといった他の光学式センサの検出範囲内に入ってしまう場合がある。

これに対して、本実施形態の非接触入力インターフェース２９では、第５光学式センサ３３ｅが筐体３１の下面３１ｄに設けられていることにより、他の光学式センサの検出範囲内に手や腕が入り難くなり、誤入力を低減できる。

（第３の実施形態）
以下、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第３の実施形態について図１１乃至図１２を参照して説明する。図１１は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の概略構成を示す斜視図である。図１２は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図である。なお、本実施形態では、第１及び第２の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１及び第２の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。

本実施形態の非接触入力インターフェース装置が第１及び第２の実施形態と相違する点は、旋回可能なコネクタを備えており、コネクタの筐体からの突出方向が可変となっていることにある。すなわち、本実施形態の非接触入力インターフェース装置３５は、図１１に示したように、直方体棒状の筐体３７となっており、その一方の端部、本実施形態では下端部に、筐体３７の延在方向を回転軸として旋回可能なコネクタ３９が取り付けられている。また、本実施形態では、旋回可能なコネクタ３９が取り付けられていることから、図１１及び図１２に示したように、左右の側面３７ｂ両側にパーソナルコンピュータ２５が位置することになるため、検出手段である光学式センサとしては、筐体３７の正面３７ａに縦方向に並べて第１乃至第３光学式センサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが設けられており、上面３７ｃに第４光学式センサ４１ｄが設けられているのみである。また、各光学式センサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃの間に表示ランプ９ａ、９ｂが設置されている。

旋回可能なコネクタ３９を回転させることによって、図１１に実線及び破線で示すコネクタ３９のように、筐体３７の左右いずれの側面３７ｂにもコネクタ３９を突出させた状態にでき、筐体３７の左右両方の側面３７ｂでパーソナルコンピュータ２５などの機器に接続することが可能となる。これにより、操作者が右利きか左利きか、または、ジェスチャを行うスペースが機器のどちら側にあるかなどの問題に対する利便性を向上でき、また、設置できる機器や機種に対する汎用性を向上できる。

また、本実施形態では、旋回可能なコネクタ３９を設けたが、旋回可能なコネクタ３９に代えて、両端にコネクタ端を有するコネクタを用い、このようなコネクタをスライド可能に設けることもできる。

（第４の実施形態）
以下、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第４の実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の概略構成を、パーソナルコンピュータに接続した状態で示す斜視図である。なお、本実施形態では、第１乃至第３の実施形態と同一の構成などには同じ符号を付して説明を省略し、第１乃至第３の実施形態と相違する構成や特徴部などについて説明する。

本実施形態の非接触入力インターフェース装置が第１乃至第３の実施形態と相違する点は、タブレットＰＣやタッチパネル式のパーソナルコンピュータなどを支持するための支持台を兼ねていることにある。すなわち、本実施形態の非接触入力インターフェース装置４３は、図１３に示すように、タッチパネル式のパーソナルコンピュータ２５を支持するための支持台を兼ねており、パーソナルコンピュータ２５の枠の下側の一部分を嵌合させてパーソナルコンピュータ２５を連結するための連結部４３ａ、そして、机上などに載置される台座部４３ｂなどで形成されている。第１乃至第３光学式センサ４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、連結部４３ａの正面に横方向に並べて配設されている。また、各光学式センサ４５ａ、４５ｂ、４５ｃの間に表示ランプ９ａ、９ｂが設置されている。

このような本実施形態の非接触入力インターフェース装置４３では、パーソナルコンピュータ２５などの取り付け対象、つまり入力対象となる機器の周囲において、非接触入力インターフェース装置を取り付けることによる張り出しを無くすことができ、非接触入力インターフェース装置を取り付けた機器の設置スペースを小さくできる。

また、本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置は、第１乃至第４の実施形態の構成に限らず、物体が設定された距離範囲内にあることを検出する検出手段、検出手段での物体の検出及び非検出のパタンに対応する信号を作成する信号作成部、そして、信号作成部で作成した信号を電気的に接続された機器に送信する送信部を備えた構成であれば様々な構成や形状で形成することができる。

本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第１の実施形態の概略構成を示す斜視図である。 本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第１の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明を適用してなる第１の実施形態の非接触入力インターフェース装置が備える光学式センサの概略構成と動作を示す図である。 本発明を適用してなる第１の実施形態の非接触入力インターフェース装置をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図である。 本発明を適用してなる第１の実施形態の非接触入力インターフェース装置の操作方法と手の動作の一例を説明する図であり、（ａ）は手の動作の一例を、（ｂ）は（ａ）の動作のときの第１及び第２光学式センサでの検出状態を示す図である。 本発明を適用してなる第１の実施形態の非接触入力インターフェース装置の操作方法と手の動作の一例を説明する図である。 本発明を適用してなる第１の実施形態の非接触入力インターフェース装置における操作者のジェスチャによって得られる各光学式センサでの検出及び非検出のパタンに対応して信号を作成する動作を示すフロー図である。 本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第２の実施形態の概略構成を示す斜視図である。 本発明を適用してなる第２の実施形態の非接触入力インターフェース装置をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図である。 本発明を適用してなる第２の実施形態の非接触入力インターフェース装置の操作方法と手の動作の一例を説明する図である。 本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第３の実施形態の概略構成を示す斜視図である。 本発明を適用してなる第３の実施形態の非接触入力インターフェース装置をパーソナルコンピュータに接続した状態を示す斜視図である。 本発明を適用してなる非接触入力インターフェース装置の第４の実施形態の概略構成を、パーソナルコンピュータに接続した状態で示す斜視図である。

符号の説明

１ 非接触入力インターフェース装置
５ａ 第１光学式センサ
５ｂ 第２光学式センサ
５ｃ 第３光学式センサ
５ｄ 第４光学式センサ
５ｅ 第５光学式センサ
７ コネクタ
１１ 信号作成部
１３ 送信部

Claims (5)

1. 物体が設定された距離範囲内にあることを検出する検出手段と、該検出手段での物体の検出及び非検出のパタンに対応する信号を作成する信号作成部と、該信号作成部で作成した信号を電気的に接続された機器に送信する送信部とを備えた非接触入力インターフェース装置。
2. 前記検出手段を複数備え、前記信号作成部は、異なる前記検出手段での検出及び非検出を組み合わせたパタンに対応する信号を作成することを特徴とする請求項１に記載の非接触入力インターフェース装置。
3. 前記検出手段を複数備え、前記検出手段は、複数の前記検出手段の検出方向が２以上の異なる方向に向いた状態で設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触入力インターフェース装置。
4. 筐体の異なる方向にむいた２以上の面に前記検出手段が設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非接触入力インターフェース装置。
5. 前記検出手段は、発光部から光を出し、設定された距離以内の範囲にある物体に反射して戻ってきた光を受光部で受光する光学式センサであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触入力インターフェース装置。
   

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