JP2009134761A - 非接触入力インターフェース装置及び情報端末装置 - Google Patents
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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】非接触入力インターフェース装置は、所定の距離範囲内の物体の存在の有無により検出/非検出を判断する複数の検出手段5a、5b、5c、5d、5eを備えた筐体と、複数の検出手段のうち第1の検出手段による第1の検出、該第1の検出手段の非検出、複数の検出手段のうち第2の検出手段による第2の検出を含むパタンについて、複数の検出手段のそれぞれとそれらの検出/非検出の組み合わせのパタンに対し、出力する信号を対応させたデータベースと、複数の検出手段から入力されたパタンに対応する信号を作成する信号作成部11と、該信号作成部で作成した信号を送信する送信部13と、接続される機器に対して、該送信部からの信号を電気的に伝えるコネクタ7とを備えて構成される。
【選択図】図2
【解決手段】非接触入力インターフェース装置は、所定の距離範囲内の物体の存在の有無により検出/非検出を判断する複数の検出手段5a、5b、5c、5d、5eを備えた筐体と、複数の検出手段のうち第1の検出手段による第1の検出、該第1の検出手段の非検出、複数の検出手段のうち第2の検出手段による第2の検出を含むパタンについて、複数の検出手段のそれぞれとそれらの検出/非検出の組み合わせのパタンに対し、出力する信号を対応させたデータベースと、複数の検出手段から入力されたパタンに対応する信号を作成する信号作成部11と、該信号作成部で作成した信号を送信する送信部13と、接続される機器に対して、該送信部からの信号を電気的に伝えるコネクタ7とを備えて構成される。
【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及び情報端末装置に関する。
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。
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、所定の距離範囲内の物体の存在の有無により検出/非検出を判断する複数の検出手段を備えた筐体と、複数の検出手段のうち第1の検出手段による第1の検出、この第1の検出手段の非検出、複数の検出手段のうち第2の検出手段による第2の検出を含むパタンについて、複数の検出手段のそれぞれとそれらの検出/非検出の組み合わせのパタンに対し、出力する信号を対応させたデータベースと、複数の検出手段から入力されたパタンに対応する信号を作成する信号作成部と、この信号作成部で作成した信号を送信する送信部と、接続される機器に対して、送信部からの信号を電気的に伝えるコネクタ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。
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。
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。
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。
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。
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
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 (4)
- 所定の距離範囲内の物体の存在の有無により検出/非検出を判断する複数の検出手段を備えた筐体と、
前記複数の検出手段のうち第1の検出手段による第1の検出、該第1の検出手段の非検出、前記複数の検出手段のうち第2の検出手段による第2の検出を含むパタンについて、前記複数の検出手段のそれぞれとそれらの検出/非検出の組み合わせのパタンに対し、出力する信号を対応させたデータベースと、
前記複数の検出手段から入力された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送信する送信部と、
接続される機器に対して、該送信部からの信号を電気的に伝えるコネクタとを備えることを特徴とする非接触入力インターフェース装置。 - 前記コネクタは、前記筐体からの突出方向が可変であ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。
- 請求項1に記載の非接触入力インターフェース装置を備えた情報端末装置。
- 請求項1に記載の非接触入力インターフェース装置が、情報端末装置の支持台であることを特徴とする情報端末装置。
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