JP2007504522A - 対象物により反射された光を測定することによって対象物の位置を光学的に検出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

検出方法は、対象物（５）に対して同一の側に存在する少なくとも二つの異なるエミッタ（Ｅｉ）−レシーバ（Ｒｉ）対に対して、対象物（５）がエミッタ（Ｅｉ）によって照射される場合、対象物（５）によって反射される光量をレシーバ（Ｒｉ）が測定する工程（Ｅ３０）と、測定された値から少なくとも二つの特性値（Ｋ１，Ｋ２）を計算する工程（Ｅ９０）と、二つの特性値（Ｋ１，Ｋ２）をインデックスとする表（Ｔｘ）を直接的に読み出すことにより対象物（５）の少なくとも一つの位置（ｘ）を決定する工程（Ｅ１２０）であって、表（Ｔｘ）のコンテンツは予め定められ且つ測定工程（Ｅ３０）よりも以前に設定される、決定工程（Ｅ１２０）と、を備える。

Description

本発明は、表面の特定の領域上における対象物の位置を、特に、以下の目的に限定される訳ではないが、データ入力の目的のために決定する方法および装置に関する。

本発明の一つの技術的分野は、コンピュータ、固定電話あるいは携帯電話、携帯情報端末、または、全ての他の電子装置に手動でデータを入力するためのキーパッドおよび同様の装置の製造分野である。

英数字データ等のデータを入力する目的で部材または対象物の位置を検出するために多数の光学システムが使用されている。

仏国特許第２４４３１７３号は、キーの凹みを検出するために複数の光のエミッタおよび複数の光のレシーバを含む移動可能なキーを有するキーパッドを開示している。該キーパッドは、多数の機械的および光電子的構成要素を必要とするため高価であり、キーが位置する領域にわたって光のエミッタおよび光のレシーバが分散されているため複雑である。

最近では、静的データ入力装置が開発されている。
米国特許第４９８６６６２号は、上述のシステムに類似したシステムを開示している。そのシステムでは、光電子的構成要素の数を減少させるためにソースがそれぞれの放物面反射鏡の焦点に配置されている。

上述の装置の欠点の一つは、十分な幾何学的精度で入力領域の周辺の略全体にわたって光学的構成要素を分散させる必要がある点である。この十分な幾何学的精度とは、ユーザによって選択されるデータを示すために用いられる対象物（指など）の入力領域における位置を決定するために光のレシーバによって伝えられる信号を表すデータに基づく計算が誤らないような精度のことである。その結果、このような装置は依然として比較的高価である。

更に、所定のサイズの表面用に設計された装置は、異なるサイズの表面に対して容易に適用可能ではない。
文献欧州特許出願公開第１０３９３６５号は、対象物によって反射される光の減衰量を測定することで対象物（指、針）の距離を決定するように構成された赤外線光変換器を含む仮想キーパッドを開示している。

より正確には、該方法は、最大量のエネルギーを伝送する変換器によって受信される信号を捕捉し、対象物とレシーバとの間の距離に基づいて逆自乗則に従って処理することに基づく（他方の変換器によって受信される低エネルギー信号は処理されない）。

これらの値は、それぞれ仮想キーパッドの一行に対応する範囲に分割されサンプリングされる。
該方法の第１の欠点は、対象物が赤外線レシーバと正確に整列されていない場合は、正確にその対象物の位置を検出することができない点である。

第２の欠点は、特に、不規則な形状から反射された後に受信される信号は線形からはほど遠いため、対象物と検出器とが整列されている場合であっても、不規則な形状の対象物（例えば、指）の正確な位置を取得することができない点である。

上述の問題への解決策の一つは、必然的に、変換器の数を増加させることであるが、それはコストおよび装置の複雑性に影響を及ぼすことになる。
文献欧州特許出願公開第１１６８２３３号は、反射された信号を分析するためにニューラル・ネットワークを用いる光学検出装置を開示している。

該方法の欠点の一つは、ニューラル・ネットワークを訓練するために多数のサンプルを必要とする点である。
ニューラル・ネットワークが（ニューロンの数に対して）比較的少数のサンプルにより訓練されると、ニューラル・ネットワークによって行われる補間の結果は上述のサンプルに対して適用された条件と同一の条件下で対象物を検出することに関してのみ信頼性があり、測定条件がその訓練条件から逸脱すると直ちに予測困難となり、極めて不確実となる。

加えて、埋め込みシステムにおいてニューラル・ネットワークが実行されると不都合な量の計算リソースが消費される。

本発明は、上述の問題を解決する。この目的のために、第１の態様において、本発明は、表面の特定の検出領域における対象物の位置を決定する光学検出方法を提供する。この方法は、前記検出領域の近傍であり、且つ前記対象物に対して同一の側に、少なくとも一つの光のエミッタおよび前記検出領域を覆うように設けられた少なくとも一つの光のレシーバを含む少なくとも三つの構成要素を配置する予備工程を備え、各エミッタは前記検出領域における前記表面に衝突しないように光を放出するよう設けられており、前記光学検出方法は、更に、
少なくとも二つの異なるエミッタ−レシーバ対に対して、前記対象物が前記エミッタの一つによって照射される場合に、前記対象物によって反射される光量を前記レシーバの一つが測定する工程と、
前記測定された値から少なくとも二つの特性値を計算する工程と、
前記少なくとも二つの特性値をインデックスとする表を直接的に読み出すことにより対象物の少なくとも一つの位置を決定する工程であって、前記表のコンテンツは予め定められ且つ前記測定工程よりも以前に設定される、決定工程と、を備える。

従って、対象物の位置は、二つの異なるエミッタ−レシーバ対によって行われる少なくとも二つの測定を用いて検出される。
該方法は、最大のエネルギーを伝送する変換器によって受信される信号のみを分析する場合であって、特に、検出されるべき対象物が変換器と整列されていない場合に比べてより信頼性の高い検出を提供する。

従って、該方法では、エミッタおよびレシーバの数の増加を回避できる。
出願人は、この二重測定により、反射された信号の非線形性の問題が回避され、不規則な形状の対象物の検出が相当に改善されることを見出した。

更に、特性値を用いて位置の表にインデックスを付けることにより、この表を記憶するために必要なメモリのサイズ、および、生成するために必要な測定の回数は大幅に減少される。

これに関して、出願人は、一つのエミッタ（またはレシーバ）が一つまたは二つのレシーバ（またはエミッタ）と関連付けられている場合、押下されたキーの位置を検出するために実際上二つまたは三つの特性値で十分であることを見出した。

更に、検出領域における対象物の位置は、特性値を用いて位置の表を読み出すことで直接的に取得される。
従って、本発明の検出方法は、ニューラル・ネットワークの使用に基づく方法に比べ遥かに簡単である。

本発明の第１の実施形態では、各エミッタは一つのレシーバとのみ関連付けられており、特定のレシーバと関連付けられるエミッタのみがオンにされているときに該レシーバによって測定される値にそれぞれ等しい少なくとも二つの特性値が使用される。

本実施形態は、具体化するのに特に簡単である。並んで配置される二つのエミッタ−レシーバ対が使用されることが好ましい。
本発明の第２の実施形態では、前記予備工程の間に、エミッタおよびレシーバは交互に且つ規則的に配置され、特性値は各エミッタに対して該エミッタのみがオンにされるときに該エミッタの両側のレシーバによって測定される値を平均化することにより計算される。この状況では、エミッタは、二つの光のレシーバと関連付けられていると考えられる。

第３の実施形態では、上述の第２の実施形態と略同様に、特性値は各レシーバに対して該レシーバの両側に位置するエミッタのみが連続的にオンにされるときに、該レシーバによって測定される値を平均化することにより計算される。この状況では、レシーバは、複数の光のエミッタと関連付けられていると考えられる。

第２および第３の実施形態は、第1 に、特性値が背景ノイズに過敏ではないために、第２に、不規則な形状の対象物の位置の改善された検出を提供するために、第１の実施形態よりも好ましい。

第４の実施形態では、エミッタおよびレシーバは任意の方法で配置されていてもよく、特性値は各エミッタに対して該エミッタのみがオンにされるときに、少なくとも三つのレシーバによって測定される値の関数を計算することにより計算され、このアフィン関数の係数は各レシーバと該エミッタとの間の距離の関数である。

測定工程は、安定した量の反射光が測定されるまでエミッタ−レシーバ対のそれぞれに対して反復されることが好ましい。
この補助的な予防措置により、好都合なことに、単独の測定の間に存在する全ての背景ノイズは回避される。

当業者には、位置に加えて対象物の動きを検出するために対象物が移動している速度に適合する時間間隔にのみ安定化工程が実施されることを理解するであろう。
好ましい実施形態では、予め定められた位置の表は、測定工程に適用された条件と同一の条件下で行われる多数の予備測定から多項式回帰法によって取得される。

該方法において、表を生成するに必要な測定の回数を更に制限することは好都合である。
当業者は、本文脈における同一の測定条件の概念とは、同タイプの対象物、同タイプのエミッタおよびレシーバ、これら構成要素の同一の配置等を意味していることを理解するであろう。

検出が行われる表面が略平面であるとき、特定の検出領域に対して略平行な発光軸および受光軸をそれぞれに有する光のエミッタおよびレシーバを単一線上に配置することが好ましい。

エミッタおよびレシーバの組が対象物と同一の側の単一線上に配置されるため、対象物の位置の検出はいかなるサイズの領域に対しても適合される。
光のエミッタによって放出される光は、通常の非コヒーレント光であると好都合である。

放出される光の波長は、ＵＶ、可視、赤外の波長範囲のうちの一つであればよく、その場合に使用されるエミッタおよびレシーバはコヒーレント（レーザ）光のエミッタ／レシーバまたは電磁気エミッタ／レシーバよりも複雑性が低く、コストも低い。

本発明の好ましい実施形態では、特定の領域は、所定の機能とそれぞれ関連付けられる基本領域の組を含み、基本領域における対象物の任意の位置が該基本領域と関連付けられる機能を活性化する。

従って、本発明は、キーパッドの各キーが本発明の意味での基本領域に対応する仮想キーパッドで動作する対象物の（指、針）の位置を検出するために使用され得る。
本発明の一つの特定の実施形態では、特定の領域は長方形であり、光のエミッタおよびレシーバは長方形領域の一辺の近傍のみに配置される。

この構造は、基本領域の数を最適化する。
本発明はまた、表面の特定の検出領域上の対象物の位置を決定する光学検出装置を対象としている。該装置は、特定の領域の近傍であり、且つ対象物に対して同一の側に配置され、
検出領域における表面に衝突しないように光を放出するよう設けられた少なくとも一つの光のエミッタと、
検出領域を覆い、対象物によって反射される光量を表す値を測定するように構成されている少なくとも一つの光のレシーバと、を含む少なくとも三つの構成要素を備え、前記光学検出装置は、更に、
エミッタをオンにする制御手段と、
プロセッサ手段であって、
対象物がエミッタによって照射される場合に、対象物によって反射されレシーバによって測定される光量を少なくとも二つの異なるエミッタ−レシーバ対に対して取得して、記憶し、
測定された値から少なくとも二つの特性値を計算し、
特性値をインデックスとする表を直接的に読み出すことにより対象物の少なくとも一つの位置を決定し、表のコンテンツが予め定められ且つ光量を取得する工程よりも以前に設定されるように構成されている、プロセッサ手段と、を備える。

特定の領域は、所定の機能とそれぞれ関連付けられる基本領域の組を備え、基本領域における対象物の任意の位置が該基本領域と関連付けられる機能を活性化する。
特定の領域は入力領域に対応し、各基本領域はキーに対応し得る。

本発明はまた、上述の特徴を有する光学検出装置を含むデータ入力端末を対象とする。

本発明は、例示的且つ非限定的な例として提供する以下の説明を添付図面と共に読むことにより良く理解されるであろう。
図１は、特定領域３を含む表面１を示し、特定領域３上には、本発明によって検出されるべき対象物５が存在する。

本発明は、特に、特定領域３の近傍に、あるいは接触して配置されるユーザの指、筆記用具、または針のようなポインタ等の対象物５の位置を決定するために適用される。
従って、検出領域に対応する特定領域３は、いかなる形状およびサイズであってもよい。

更に、光のエミッタＥおよびレシーバＲの交互の組７は全て、対象物５と同一の側における特定領域３の周辺に配置され、エミッタＥは領域３全体を覆うように光を放出する。
本実施形態において、表面１は略平面である。

しかしながら、これは、エミッタＥによって放出される光が検出領域３において表面１により遮られないことを条件として、任意である。
図１の例では、エミッタＥおよびレシーバＲは単一線１３上に配置される。

放出される光は、レーザ光のようなコヒーレントである必要はなく、好都合なことに、通常の赤外光、可視光、または、紫外光でもあってもよい。
光電子レシーバＲは、エミッタＥにより放出される光に対する感受性を有し、特定領域３を覆っている。

本実施形態では、光のエミッタＥおよびレシーバＲはそれぞれ、特定の領域３に対して略平行な発光軸１５または受光軸１７を有しており、そのため、エミッタＥおよびレシーバＲの組７は該領域３に対して平行な面で最適に動作する。

本願に記載の好ましい実施形態では、光のエミッタＥは、必ずしも連続的ではなく互いに独立してオンにされる。従って、オンにされる各エミッタＥに対する少なくとも一つのレシーバＲによって受信される光信号を測定することができる。

以後の説明において、表記Ｖ（Ｅｉ，Ｒｊ）は、エミッタＥｉのみがオンにされている場合に対象物５によって反射され、レシーバＲｊによって測定される光量を示す。
このために、図１は、エミッタＥをオンにする制御手段１９、および、レシーバＲによって受信される信号を測定するプロセッサ手段２１を示す。

制御手段１９およびプロセッサ手段２１は、同一の制御部２３に一体化されてもいてもよい。
図２Ａ乃至図２Ｃは、本発明によるエミッタＥおよびレシーバＲの異なる配置を示す。

各図は、対象物５の位置を識別するための二本の垂直な軸ｘ，ｙのデカルト座標系を示す。
本例は、センチメートル（ｃｍ）で表される相対座標系（ｘ，ｙ）を用い、このとき、
横軸の座標（ｘ）の原点がエミッタＥ１の前にあり、
縦軸の座標（ｙ）の原点がエミッタＥとレシーバＲとによって形成される直線から０．５ｃｍ離れて位置する。

上記三つの例では、エミッタおよびレシーバに最も近い点の位置に対応する対象物５の位置は、（１．７５，１）である。
図２Ａに示す第１の実施形態では、それぞれが単一のエミッタＥｉと関連付けられる複数のレシーバＲｉが用いられる。本実施形態では、エミッタおよびその関連するレシーバは上下に位置決めされることが好ましい。

本発明によると、対象物５によって反射される光量の測定が二つの別個のエミッタ−レシーバ対に対して行われ、その測定に基づく少なくとも二つの特性値Ｋ１、Ｋ２を計算するプロセッサ手段２１によって、対象物５の位置は決定され得る。

図２Ａの実施形態では、特性値Ｋ１（またはＫ２）は、エミッタＥ１（またはＥ２）のみがオンにされているときに、関連するレシーバＲ１（またはＲ２）によって測定される値に等しくされ得る。

つまり、指定された表記を使用すると、
Ｋ１＝Ｖ（Ｅ１，Ｒ１），
Ｋ２＝Ｖ（Ｅ２，Ｒ２），
Ｋ３＝Ｖ（Ｅ３，Ｒ３）等である。

特性値Ｋはボルト（Ｖ）の単位で表される。
特に、対象物の反射率が高い場合、反射率があまり高くない場合、あるいは特定領域３の境界に存在する場合には、対象物の測定された位置の精度が向上するように、各エミッタに関連付けられるレシーバの数を増加させると好都合である。例えば、各エミッタに対して二つのレシーバを関連付けてもよい。

図２Ｂの配置では、エミッタＥおよびレシーバＲは、交互に且つ規則的に配置されている。
この配置では、特性値Ｋは、各エミッタＥに対して、該エミッタＥのみがオンであるときにその近隣の二つのレシーバによって測定される値を平均化することで選択され得る。

つまり、
Ｋ１＝０．５×（Ｖ（Ｅ１，Ｒ１）＋Ｖ（Ｅ１，Ｒ２）），
Ｋ２＝０．５×（Ｖ（Ｅ２，Ｒ２）＋Ｖ（Ｅ２，Ｒ３））等である。

しかしながら、特性値Ｋは、各レシーバＲに対して、二つの近隣のエミッタが連続してオンにされるときに該レシーバによって測定される値を平均化することで選択されてもよい。

つまり、
Ｋ１＝０．５×（Ｖ（Ｅ１，Ｒ２）＋Ｖ（Ｅ２，Ｒ２）），
Ｋ２＝０．５×（Ｖ（Ｅ２，Ｒ３）＋Ｖ（Ｅ３，Ｒ３））等である。

一般に、複数のエミッタおよびレシーバが利用可能であるとき、エミッタに関連付けられる特性値は、該エミッタのみがオンにされているときに少なくとも二つのレシーバによって測定される値の関数を計算することで選択され、該関数の係数は、エミッタとレシーバとの間の距離の関数である。

従って、図２Ｃに示すように、エミッタＥ１に関連付けられる特性値Ｋ１は、
Ｋ１＝１／６（Ｖ（Ｅ１，Ｒ１）＋２Ｖ（Ｅ１，Ｒ２）＋２Ｖ（Ｅ１，Ｒ３）＋Ｖ（Ｅ１，Ｒ４））に等しくされ得る。

この好ましい実施形態では、簡略化のため、二つの特性値Ｋ１、Ｋ２のみが計算される。当然のことながら、当業者は、特性値の数を増加させることは検出の精度を向上させることにつながるが、計算時間およびメモリ占有率には影響を及ぼすことになることを理解されるであろう。

本発明によると、検出領域３における対象物の位置ｘ（またはｙ）は、特性値Ｋ１、Ｋ２をインデックスとする位置の表Ｔｘ（またはＴｙ）において直接的に読み出される。
本願で説明する好ましい実施形態では、同表のコンテンツは、検出されるべきタイプの対象物の特定の数の位置に対して上述の特性値の一連の予備測定を最初に行うことで得られる。

これら予め計算された表は、検出されるべき対象物（本例では人間の指）のタイプに光反射特性が類似する任意の対象物に対して前もって取得される二つの値の多数のサンプルを含む。

例えば、以下の表Ｔ１およびＴ２はそれぞれ図２Ｂの配置の検出領域における異なる位置ｘ、ｙに配置される指に対する特性値Ｋ１およびＫ２を提供する。

様々なエミッタ−レシーバ対によって受信される信号と対象物５の位置との間の関係は直ちに複雑になり得るため、対象物の既知の位置に対して得られる結果の測定に基づくモデルが用いられる。この場合、多項式回帰法を用い、かつ測定された値と対象物の座標との関係が所定の次数の多項式の形態をとることに基づいてモデル化が行われ、当該技術分野において周知なように、多項式の係数を決定するために最適化手法が適用される。

本例では、表Ｔ１およびＴ２を補間するためにｘについて３次のおよびｙについて３次の多項式回帰が行われる。
当該技術分野において周知なように、特性値Ｋ１およびＫ２の補間に対して多項式Ｐ_Ｋ１およびＰ_Ｋ２の係数Ｐ_{Ｋ１，ｎ，ｍ}およびＰ_{Ｋ２，ｎ，ｍ}が決定されることになる。

多項式Ｐ_Ｋ１およびＰ_Ｋ２は以下の表記を用いて求められる。

補間された関数Ｐ_Ｋ１（ｘ，ｙ）およびＰ_Ｋ２（ｘ、ｙ）の逆である関数Ｔｘ（Ｋ１，Ｋ２）およびＴｙ（Ｋ１，Ｋ２）の近似値を求めるために不連続法（discrete method ）が用いられる。

二つの位置の表ＴｘおよびＴｙは、このようにして求められ、それぞれ、図２Ｂの配置例における特性値Ｋ１およびＫ２の関数として位置ｘおよびｙの値を提供する。
これら予め計算された表は、検出されるべき対象物（本例では人間の指）のタイプに光反射特性が類似する任意の対象物に対して前もって取得される二つの値の多数のサンプルを含む。

これらの二つのパラメータにより、例えば、当該技術分野において周知の行列計算法を用いて取得された値に対する４次の多項式回帰を行うことで、対象物の空間的位置の十分な近似値を求めることが可能となる。この多項式回帰は、対象物の位置を二つの入力パラメータの関数として与える表を生成するために用いられる。

この計算は、マイクロコンピュータ上で前もって行われてもよい。従って、制御ユニットにおけるプロセッサ・ユニットは単に「特性値」を連続的に計算し、マイクロコンピュータによって生成される表を用いて対象物の座標を決定する。

本例では、分解能は任意に０．２５Ｖとして選択される。

図２Ｂを再び参照すると、示される対象物５の位置を決定するために、以下の測定がなされる。

対象物５がエミッタＥ１によってのみ照射された場合に、レシーバＲ１によって測定される光量Ｖ（Ｅ１，Ｒ１）、
対象物５がエミッタＥ１によってのみ照射された場合に、レシーバＲ２によって測定される光量Ｖ（Ｅ１，Ｒ２）、
対象物５がエミッタＥ２によってのみ照射された場合に、レシーバＲ２によって測定される光量Ｖ（Ｅ２，Ｒ２）、
対象物５がエミッタＥ２によってのみ照射された場合に、レシーバＲ３によって測定される光量Ｖ（Ｅ２，Ｒ３）。

本例では以下の値が得られた。
Ｖ（Ｅ１，Ｒ１）＝０．２２，
Ｖ（Ｅ１，Ｒ２）＝０．５９，
Ｖ（Ｅ２，Ｒ２）＝１．９８，
Ｖ（Ｅ２，Ｒ３）＝１．２５．
上述の式
Ｋ１＝０．５×（Ｖ（Ｅ１，Ｒ１）＋Ｖ（Ｅ１，Ｒ２）），
Ｋ２＝０．５×（Ｖ（Ｅ２，Ｒ２）＋Ｖ（Ｅ２，Ｒ３））
を適用すると、
二つの特性値Ｋ１、Ｋ２が、
Ｋ１＝０．４０５，
Ｋ２＝１．６１５
のように計算される。

これらの値は、位置の表ＴｘおよびＴｙの分解能で離散化され、
Ｋ１＝０．５，
Ｋ２＝１．５
となる。

対象物５の位置ｘ、ｙは、特性値Ｋ１、Ｋ２をインデックスとする位置の表ＴｘおよびＴｙを直接的に読み出すことで直接的に決定され、
ｘ＝Ｔｘ（０．５，１．５）＝１．５ｃｍ，
ｙ＝Ｔｙ（０．５，１．５）＝１．０ｃｍ
となる。

本例において、対象物５の正確な位置は（１．７５，１）である。従って、測定の結果は、選択された分解能の下で許容範囲である。
図３乃至図５は、本発明による光学検出用の装置および方法の実施形態を示す。

図３の例では、光のエミッタおよびレシーバの交互の組は、マイクロプロセッサに基づく制御ユニット２３、マルチプレクサ４３、ランダム・アクセス・メモリ４４、アナログ−デジタル変換器４５、および、ＥＥＰＲＯＭの形態の記憶手段４７を備える制御モジュール３３に接続される七つのエミッタ（例えば、赤外線エミッタ）と六つのレシーバとを備える。

記憶手段４７は、位置の表ＴｘおよびＴｙを記憶する。
ユニット２３は、各エミッタのオン／オフ、および、各レシーバによる測定を制御する。

特定の検出領域３は、七つの検出領域、即ち列３ａ乃至３ｇによって区画される。エミッタおよびレシーバは、図２Ｂを参照して説明した前述の例のように関連付けられている。

従って、信号は、出力がアナログ−デジタル変換器４５に接続されるマルチプレクサ４３の入力に接続４１を介してレシーバから伝送される。レシーバ１１からの信号の変換により結果として生ずるデータＶ（Ｅｉ，Ｒｉ）は、それぞれ接続５３、５４、５５、および、５７によってユニット４３、４４、４５、および、４７に接続される制御ユニット２３の制御の下、ランダム・アクセス・メモリ４４に記憶される。

図４は、各エミッタのオン／オフ、および、各レシーバにおける測定を制御するユニット２３に組み込まれる命令を示すフローチャートである。
工程Ｅ１０では、以前に記憶された「アイドル」反射値、即ち、特定の領域３に対象物が存在しない場合の反射値が制御ユニット２３にロードされる。

工程Ｅ２０では、エミッタＥｉがオンにされる。
工程Ｅ３０では、該エミッタＥｉと関連付けられる（複数の）レシーバＲｊからの（複数の）信号が測定され、ランダム・アクセス・メモリ４４に記憶される。

工程Ｅ４０では、そのエミッタがオフにされる。
工程Ｅ６０では、工程Ｅ３０において測定された値から先行する工程Ｅ４０において測定された値が減算されることにより「基本信号」が計算される。

工程Ｅ７０は、特性値Ｋ１、Ｋ２を計算するに必要なエミッタ−レシーバ対のそれぞれに対して工程Ｅ２０乃至Ｅ６０を反復する検査である。
工程Ｅ８０では、プログラムの初期化の間にロードされた記憶されているアイドル反射値が基本信号値から減算され、ランダム・アクセス・メモリ４４に記憶される「有用信号」値Ｖ（Ｅｉ，Ｒｊ）が生成される。

工程Ｅ９０では、信号が安定していない場合、即ち、有用信号が最後の反復においても変化した場合、処理は再び工程Ｅ２０から始められる。
反対に、信号が安定している場合、即ち、有用信号が任意の回数の反復においても変化していない場合、且つ、反射信号が閾値より大きい場合、次の工程は工程Ｅ１００である。

工程Ｅ１００では、特性値Ｋ１、Ｋ２が、上述のように測定された値Ｖ（Ｅｉ，Ｅｊ）から計算される。
工程Ｅ１２０では、特性値Ｋ１、Ｋ２をインデックスとする位置の表Ｔｘ、Ｔｙを読み出すことで対象物５の位置（ｘ，ｙ）が決定される。

これらの表は、マイクロコンピュータ上で前もって計算されていてもよい。
制御ユニットにおけるプロセッサ・ユニットは、単に、特性値Ｋ１、Ｋ２を連続的に計算し、マイクロコンピュータによって確立された位置の表を用いて対象物の座標を決定する。

次に、工程Ｅ１３０では、キー・ナンバーに変換するために、先行する工程において計算された座標をサンプリングするよう閾値が適用される。
例として、図５は、２１個のキーＴ１乃至Ｔ２１を表す七つの列および三つの行を含む図３の例の特定の領域３を示す。例えば、この特定の領域３は、約１１×６ｃｍのフィールドに対応する。

最後に、工程Ｅ１４０では、処理が工程Ｅ２０から再び開始される前に本発明の装置が接続されるマイクロコンピュータ、産業用または他のタイプの機器にキー・ナンバーが送信される。

図６では、特定の領域３は所定の機能とそれぞれ関連付けられる基本領域３１ａの組を含み、基本領域３１ａにおける対象物５の任意の位置が該基本領域３１ａと関連付けられる機能を活性化する。

従って、本発明の装置は、コンピュータ、固定電話あるいは携帯電話、携帯情報端末、または、全ての他の電子装置に手動でデータを入力するためのデータ入力端末に対応し得る。

特定の領域３が入力領域に対応し、各基本領域がキーに対応し得る。
図７は、本発明の一つの特定の実施形態における、特定の領域３が長方形であり、その長方形領域の１辺、例えば、長辺の近傍においてのみ光のエミッタＥおよびレシーバＲの組７が配置される場合を示す。

エミッタＥおよびレシーバＲの組は、各種の表面、例えば、ＬＣＤスクリーンに容易に一体化されるストリップ８に含まれ得る。
本発明の装置は、ユーザにとって基準系としてのみ機能し、入力キーがスクリーン印刷またはエッチングされている全ての表面（コンピュータ・スクリーン等）に固定されてもよいことに注意されたい。

当然のことながら、この装置が、対象物の移動を検出し、対象物の連続する位置を分析することにより、その移動速度を測定するために使用され得ることは、当業者には理解されるであろう。

表面の特定の領域における対象物を光学的に検出する本発明の装置を示す図。 図１の検出装置において使用され得るエミッタおよびレシーバの配置。 図１の検出装置において使用され得るエミッタおよびレシーバの配置。 図１の検出装置において使用され得るエミッタおよびレシーバの配置。 本発明の装置の一つの特定の実施形態を示す図。 図３の装置による、表面の特定の領域における対象物の光学的検出の原理を示すフローチャート。 図３の例に関連して決定領域を示す図。 図１のように基本領域を含む特定の領域を示す図。 図１の変形例。

Claims (27)

1. 表面（１）の特定の検出領域（３）における対象物（５）の位置を決定する光学検出方法であって、
   前記検出領域（３）の近傍であり、且つ前記対象物（５）に対して同一の側に、少なくとも一つの光のエミッタ（Ｅ１，Ｅ２）および前記検出領域（３）を覆うように設けられた少なくとも一つの光のレシーバ（Ｒ１，Ｒ２）を含む少なくとも三つの構成要素を配置する予備工程を備え、各エミッタ（Ｅ１，Ｅ２）は前記検出領域（３）における前記表面（１）に衝突しないように光を放出するよう設けられており、前記光学検出方法は、更に、
   少なくとも二つの異なるエミッタ（Ｅｉ）−レシーバ（Ｒｉ）対に対して、前記対象物（５）が前記エミッタ（Ｅｉ）の一つによって照射される場合に、前記対象物（５）によって反射される光量を前記レシーバ（Ｒｉ）の一つが測定する工程（Ｅ３０）と、
   前記測定された値から少なくとも二つの特性値（Ｋ１，Ｋ２）を計算する工程（Ｅ１００）と、
   前記少なくとも二つの特性値（Ｋ１，Ｋ２）をインデックスとする表を直接的に読み出すことにより対象物（５）の少なくとも一つの位置（ｘ）を決定する工程（Ｅ１２０）であって、前記表（Ｔｘ）のコンテンツは予め定められ且つ前記測定工程（Ｅ３０）よりも以前に設定される、決定工程（Ｅ１２０）と、
   を備えること特徴とする、光学検出方法。
2. 請求項１に記載の方法において、各エミッタ（Ｅｉ）は一つのレシーバ（Ｒｉ）とのみ関連付けられており、前記特性値（Ｋｉ）は前記エミッタ（Ｅｉ）のみがオンにされるときに各レシーバ（Ｒｉ）によって測定される値に等しいことを特徴とする、光学検出方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記予備工程の間に、前記エミッタ（Ｅｉ）および前記レシーバ（Ｒｉ）は交互に且つ規則的に配置され、前記特性値（Ｋｉ）は、各エミッタ（Ｅｉ）に対して該エミッタ（Ｅｉ）のみがオンにされるときに該エミッタ（Ｅｉ）の両側のレシーバ（Ｒｉ，Ｒｉ＋１）によって測定される値を平均化することにより計算される（工程Ｅ１００）ことを特徴とする、光学検出方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記予備工程の間に、前記エミッタ（Ｅｉ）および前記レシーバ（Ｒｉ）は交互に且つ規則的に配置され、前記特性値（Ｋｉ）は、各レシーバ（Ｒｉ）に対して該レシーバ（Ｒｉ）の両側に位置するエミッタ（Ｅｉ−１，Ｅｉ）が連続的にオンにされるときに該レシーバ（Ｒｉ）によって測定される値を平均化することにより計算される（工程Ｅ９０）ことを特徴とする、光学検出方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記予備工程の間に、前記エミッタおよび前記レシーバは任意の方法で配置され、前記特性値は、各エミッタ（Ｅｉ）に対して該エミッタのみがオンにされるときに少なくとも三つのレシーバ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）によって測定される値の関数を計算することにより計算され（工程Ｅ９０）、このアフィン関数の係数は各レシーバと該エミッタ（Ｅｉ）との間の距離の関数であることを特徴とする、光学検出方法。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記測定工程（Ｅ３０）は安定した量の反射光が測定されるまで前記エミッタ（Ｅｉ）−レシーバ（Ｒｉ）対のそれぞれに対して反復されることを特徴とする、光学検出方法。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記予め定められた表（Ｔｘ）は、前記測定工程（Ｅ３０）に適用される条件と同一の条件下で行われる多数の予備測定から多項式回帰法によって取得されることを特徴とする、光学検出方法。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記表面（１）は略平面であり、前記予備工程の間に、前記特定の検出領域に対して略平行な発光軸（１５）および受光軸（１７）をそれぞれに有する光のエミッタ（Ｅｉ）およびレシーバ（Ｒｉ）は単一線（１３）上に配置されることを特徴とする、光学検出方法。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記検出領域（３）は長方形であり、前記エミッタ（Ｅ１，Ｅ２）および前記レシーバ（Ｒ１，Ｒ２）は前記長方形の領域の一辺の近傍にのみ配置されることを特徴とする、光学検出方法。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記光のエミッタ（９）によって放出される光は通常の非コヒーレント光であることを特徴とする、光学検出方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記放出される光の波長は、ＵＶ、可視、赤外の波長範囲のうちの一つであることを特徴とする、光学検出方法。
12. 請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記検出領域（３）は所定の機能とそれぞれ関連付けられる基本領域（３１）の組を備え、基本領域（３１）における前記対象物の任意の位置が該基本領域と関連付けられる機能を活性化することを特徴とする、光学検出方法。
13. 表面（１）の特定の検出領域（３）上の対象物（５）の位置を決定する光学検出装置であって、
    前記特定の領域（３）の近傍であり、且つ前記対象物（５）に対して同一の側に配置され、
    前記検出領域（３）における前記表面（１）に衝突しないように光を放出するよう設けられた少なくとも一つの光のエミッタ（Ｅ１）と、
    前記検出領域（３）を覆い、前記対象物（５）によって反射される光量を表す値を測定するように構成されている少なくとも一つの光のレシーバ（Ｒ１，Ｒ２）と、を含む少なくとも三つの構成要素を備え、前記光学検出装置は、更に、
    前記エミッタ（９）をオンにする制御手段（１９）と、
    プロセッサ手段（２１）であって、
    前記対象物（５）が前記エミッタ（Ｅｉ）によって照射される場合に、前記対象物（５）によって反射され前記レシーバ（Ｒｉ）によって測定される光量を少なくとも二つの異なるエミッタ（Ｅｉ）−レシーバ（Ｒｉ）対に対して取得して、記憶し、
    前記測定された値から少なくとも二つの特性値（Ｋ１，Ｋ２）を計算し、
    前記特性値（Ｋ１，Ｋ２）をインデックスとする表（Ｔｘ）を直接的に読み出すことにより対象物（５）の少なくとも一つの位置（ｘ）を決定し、前記表（Ｔｘ）のコンテンツは予め定められ且つ前記対象物によって反射される光量を取得する工程よりも以前に設定されるように構成されている、プロセッサ手段と、
    を備える光学検出装置。
14. 請求項１３に記載の装置において、各エミッタ（Ｅｉ）は一つのレシーバ（Ｒｉ）とのみ関連付けられており、前記特性値（Ｋｉ）は、前記エミッタ（Ｅｉ）のみがオンにされるときに各レシーバ（Ｒｉ）によって測定される値に等しいことを特徴とする、光学検出装置。
15. 請求項１３に記載の装置において、交互に且つ規則的に配置されるエミッタ（Ｅｉ）およびレシーバ（Ｒｉ）を含み、前記エミッタ（Ｅｉ）は、前記エミッタ（Ｅｉ）のみがオンにされるときに前記エミッタ（Ｅｉ）の両側のレシーバ（Ｒｉ，Ｒｉ＋１）によって測定される値を平均化することにより特性値（Ｋｉ）を計算する（工程Ｅ１００）ことを特徴とする、光学検出装置。
16. 請求項１３に記載の装置において、交互に且つ規則的に配置されるエミッタ（Ｅｉ）およびレシーバ（Ｒｉ）を含み、前記特性値（Ｋｉ）は、各レシーバ（Ｒｉ）に対して該レシーバ（Ｒｉ）の両側に位置するエミッタ（Ｅｉ−１，Ｅｉ）が連続的にオンにされるときに該レシーバ（Ｒｉ）によって測定される値を平均化することにより計算される（工程Ｅ９０）ことを特徴とする、光学検出装置。
17. 請求項１３に記載の装置において、前記エミッタ（Ｅ１，Ｅ２）および前記レシーバ（Ｒ１，Ｒ２）は任意の方法で配置され、前記プロセッサ手段（２１）は、各エミッタ（Ｅｉ）に対して該エミッタのみがオンにされるときに少なくとも三つのレシーバ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４）によって測定される値の関数を計算することにより前記特性値（Ｋｉ）を計算し、このアフィン関数の係数は各レシーバ（Ｒｉ）と該エミッタ（Ｅｉ）との間の距離の関数であることを特徴とする、光学検出装置。
18. 請求項１３乃至１７のうちのいずれか一項に記載の装置において、前記プロセッサ手段は、安定した量の反射光が測定されるまで前記エミッタ（Ｅｉ）−レシーバ（Ｒｉ）対のそれぞれに対して前記測定工程（Ｅ３０）を反復するように構成されていることを特徴とする、光学検出装置。
19. 請求項１３乃至１８のうちのいずれか一項に記載の装置において、前記予め定められた表（Ｔｘ）は、前記測定に適用される条件と同一の条件下で行われる多数の予備測定から多項式回帰法によって取得されることを特徴とする、光学検出装置。
20. 請求項１３乃至１９のうちのいずれか一項に記載の装置において、前記表面（１）は略平面であり、前記特定の検出領域に対して略平行な発光軸（１５）および受光軸（１５，１７）をそれぞれに有する前記エミッタ（Ｅｉ）およびレシーバ（Ｒｉ）は単一線（１３）上に配置されることを特徴とする、光学検出装置。
21. 請求項１３乃至２０のうちのいずれか一項に記載の装置において、前記検出領域（３）は長方形であり、前記エミッタ（Ｅ１，Ｅ２）および前記レシーバ（Ｒ１，Ｒ２）は前記長方形の領域の一辺の近傍にのみ配置されることを特徴とする、光学検出装置。
22. 請求項１３乃至２１のうちのいずれか一項に記載の装置において、前記光のエミッタによって放出される光は通常の非コヒーレント光であることを特徴とする、光学検出装置。
23. 請求項２２に記載の装置において、前記放出される光の波長は、ＵＶ、可視、赤外の波長範囲のうちの一つであることを特徴とする、光学検出装置。
24. 請求項１３乃至２３のうちのいずれか一項に記載の装置において、前記特定の領域（３）は所定の機能とそれぞれ関連付けられる基本領域（３１）の組を備え、基本領域（３１）における前記対象物の任意の位置が該基本領域と関連付けられる機能を活性化することを特徴とする、光学検出装置。
25. 請求項２４に記載の装置において、前記特定の領域は入力領域に対応し、前記基本領域のそれぞれはキーに対応することを特徴とする、光学検出装置。
26. 請求項１３乃至２５のうちのいずれか一項に記載の装置を含むデータ入力端末。
27. 対象物の移動を検出するか、あるいは対象物の移動の速度を測定するための請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の検出方法、または、請求項１３乃至２５のうちのいずれか一項に記載の検出装置の使用方法。

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