JP2012181639A

JP2012181639A - 操作入力装置

Info

Publication number: JP2012181639A
Application number: JP2011043592A
Authority: JP
Inventors: Yoshiko Minoda; 能子蓑田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】構成が簡素で設置スペース、コストともに少なく済み、かつ単純なジェスチャーによる操作入力を可能とする。
【解決手段】操作入力装置は、間欠的に光を発する発光部と、発光部からの光によって生じる複数の反射光の各々に応じて電気信号を出力する受光部と、受光部からの電気信号に基づいて、複数の反射光の数並びに各々の強度を検出する反射光検出部と、反射光検出部により検出される複数の反射光の数又は各々の強度の変化パターンに基づいて、複数の操作指示のうちの何れか一つの操作指示を選択する操作指示選択部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、手振りなどの動作によって複数の操作入力を選択的に出力可能な操作入力装置に関する。

手振りなどの動作によって複数の操作入力を選択的に出力可能な操作入力装置の先行例は、例えば特許第３２４０９４１号公報（特許文献１）、特開２００１−２１６０６９号公報（特許文献２）などに開示されている。これらは、例えば、カーナビゲーション装置やカーオーディオ装置などの電子機器に対して動作指示を与えるために用いられる。

ところで、特許文献１に開示される先行例は、複数の発光素子と複数の受光素子によって手からの反射光を検知し、その受光量と経時変化に基づいて手振りの移動方向と移動速度を検出している。しかしながら、この先行例では原理上、発光素子または受光素子の少なくとも一方は複数個を用いる必要がある。また、特定の手振りを判別するにはその条件を十分に分析してプログラムに組み込む必要があり、開発コストが増大する。

特許文献２に開示された先行例は、手振りによるジェスチャーの種類を判別することによりカーナビゲーション装置等の操作入力を行うものである。しかし、この先行例では利用者が複数のジェスチャーを明確に使いわける必要があり、利用者に負担が大きい。さらに、ジェスチャーをカメラによって撮像するときに手の回転などによるノイズが入り、ジェスチャーの判別精度を低下させる可能性もある。また、カメラや画像処理手段が必要となることから、設置スペースが多く必要となり、かつ構成が複雑になりコスト増を招く。

特許第３２４０９４１号公報特開２００１−２１６０６９号公報

本発明に係る具体的態様は、構成が簡素で設置スペース、コストともに少なく済み、かつ単純なジェスチャーによる操作入力を可能とする技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の操作入力装置は、（ａ）間欠的に光を発する発光部と、（ｂ）前記発光部からの前記光によって生じる複数の反射光の各々に応じて電気信号を出力する受光部と、（ｃ）前記受光部からの前記電気信号に基づいて、前記複数の反射光の数並びに各々の強度を検出する反射光検出部と、（ｄ）前記反射光検出部により検出される前記複数の反射光の数又は各々の強度の変化パターンに基づいて、複数の操作指示のうちの何れか一つの操作指示を選択する操作指示選択部を備える。

上記の操作入力装置においては、発光部および受光部はそれぞれ最低限１つずつあれば足り、カメラや画像処理手段も不要であることから構成を簡素化し、設置スペース、コストともに少なくできる。また、複数の反射光の数や各々の強度の変化パターンに基づいて操作指示を選択することから、比較的に簡単な判断処理で済むので開発コストを増大させることがないとともに、利用者に行わせるジェスチャーを比較的に単純なものとすることができる。

上記の操作入力装置においては、発光部による光が赤外光又は近赤外光であることがより好ましい。

それにより、本来検出したい反射光以外のノイズ光が受光部により受光されることを防ぎ、ジェスチャーの検出精度を向上させることができる。また、ジェスチャーを検出するための光が利用者に視認されることを回避できる。

上記の操作入力装置において、発光部は、一定期間毎に予め設定された回数だけ光を発することも好ましい。

それにより、複数の反射光の数並びに各々の強度を検出する処理がより容易になる。

上記の操作入力装置における複数の操作指示は、例えばナビゲーション装置の動作に用いられるものであってもよい。もちろん、他の電子機器の動作に用いられてもよい。

一実施形態の操作入力装置の構成を示すブロック図である。発光部および受光部の構成例を示す模式図である。操作入力装置の取り付け位置の一例を示す模式図である。発光部から発せられる光とそれによって生じる反射光について説明するための波形図である。１組の発光部および受光部を有する操作入力装置におけるジェスチャーの例を示す模式図である。図５に示すジェスチャーに対応して受光部に入射する反射光について説明するための波形図である。２組の発光部および受光部を有する操作入力装置におけるジェスチャーの例を示す模式図である。図７に示すジェスチャーに対応して受光部に入射する反射光について説明するための波形図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の操作入力装置の構成を示すブロック図である。図１に示す操作入力装置１００は、電子機器の一例である車載用のナビゲーション装置２００を動作させるために必要な種々の操作入力を行うためのものであり、発光部１、受光部２、ＣＰＵ３、無線ドライバ４、アンテナ５、バッテリ６および発電モジュール７を含んで構成されている。

発光部１は、ＣＰＵ３によって駆動されて、間欠的に光を発する。この発光部１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて構成される。発光部１から発せられる光は、赤外光又は近赤外光であることが好ましいがこれに限定されず、可視光であってもよい。

受光部２は、ＣＰＵ３によって駆動されて、発光部１からの光によって生じる複数の反射光の各々に応じて電気信号を出力する。この受光部２は、例えばフォトダイオードを用いて構成される。

ＣＰＵ３は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ等と協働し、所定の制御プログラムを実行することにより発光部１や受光部２の駆動など操作入力装置１００の全体動作を制御するものである。このＣＰＵ３は、制御プログラムを実行することにより仮想的に実現される機能ブロックとしての反射光検出部１１、操作指示選択部１２および操作指示出力部１３を有する。

反射光検出部１１は、受光部２から出力される電気信号をデジタル信号に変換して取り込み、そのデジタル信号に基づいて、複数の反射光の数と各々の強度を検出する。

操作指示選択部１２は、反射光検出部１１により検出される複数の反射光の数又は各々の強度の変化パターンに基づいて、複数の操作指示（コマンド）のうちの何れか一つの操作指示を選択する。各操作指示の内容については予め決められ、あるいは利用者によって適宜に設定される。本実施形態の操作入力装置１００は上記のようにナビゲーション装置２００と組み合わせて用いられるため、ここではナビゲーション装置２００を動作させるための多くの操作指示のうちの主要なもの（例えば使用頻度の高いもの）がいくつか選ばれる。

操作指示出力部１３は、操作指示選択部１２によって選択された一つの操作指示の内容を示す操作指示信号を生成し、無線ドライバ４へ出力する。

無線ドライバ４は、操作指示出力部１３から受け取った操作指示信号をナビゲーション装置２００へ無線伝送するための信号を生成する。この信号は、アンテナ５を介してナビゲーション装置２００へ送信される。

バッテリ６は、操作入力装置１００の全体に対して電力を供給する。発電モジュール７は、例えば圧電素子、熱電素子、太陽電池等からなり、バッテリ６を充電するための電力を発生する。このような発電モジュール７を持つことで、バッテリ６の交換をすることなく、又は低い交換頻度で電力供給を続けることができる。

図２は、発光部および受光部の構成例を示す模式図である。図２に示す例では、発光部１と受光部２が同一パッケージに収められている。具体的には、発光部１と受光部２は共通の基板上に設けられている。発光部１の発光面と受光部２の受光面は、基板に対して上向きに配置されている。

図３は、操作入力装置の取り付け位置の一例を示す模式図である。図３（Ａ）は、１組の発光部および受光部を有する操作入力装置の取り付け位置の例である。図示の例では、少なくとも発光部１および受光部２が車両のハンドル上に位置するようにして操作入力装置１００が設けられている。図示の例は、利用者から見てハンドルの左側中央部に発光部１および受光部２を設置している。車両がいわゆる右ハンドル車である場合には、ハンドルの左側に設置したほうが利用者の使い勝手がより向上すると考えられる。なお、２組の発光部および受光部を有するように操作入力装置を構成してもよく、その場合の操作入力装置の取り付け位置の例を図３（Ｂ）に示す。図示の例では、少なくとも発光部１および受光部２が車両のハンドルの上側に左右対称に位置するようにして操作入力装置１００が設けられている。

本実施形態の操作入力装置１００は以上のような構成を備えており、次にその動作について詳述する。

図４は、発光部から発せられる光とそれによって生じる反射光について説明するための波形図である。図４（Ａ）は図３（Ａ）に示した１組の発光部および受光部を有する操作入力装置の場合の波形図である。図４（Ｂ）は図３（Ｂ）に示した２組の発光部および受光部を有する操作入力装置の場合の波形図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）の各上段の波形図に示すように、本実施形態の発光部１は、一定期間（一周期）ごとに予め設定された回数だけ光を発する。図示の例では一周期に７回ずつ光を発する。これに対して、利用者の手振りによるジェスチャーが行われていない定常時には、発光部１からの光は車内の何らかの物体（例えば、利用者の体や車室内壁など）によって反射される。その反射光は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）の各下段の波形図に示すように、発光部１からの光よりも光強度が減衰し、かつ時間的に遅れて受光部２に到達する。なお、発光部および受光部を２組とした場合における反射光の強度が比較的に大きいのは、発光部１および受光部２の取り付け位置によるものである（図３（Ｂ）参照）。

図５は、１組の発光部および受光部を有する操作入力装置におけるジェスチャーの例を示す模式図であり、手振りによって比較的単純に表現可能なジェスチャーの一例が３つ示されている。また、図６は、図５に示すジェスチャーに対応して受光部に入射する反射光について説明するための波形図である。図６における破線は定常時の反射光強度、実線はジェスチャー入力時の反射光強度を示している。

図５（Ａ）に示すのは発光部１および受光部２からなるセンサーに対して一定時間だけ手をかざすというジェスチャーである。このように一定時間だけ手をかざすことにより、図６（Ａ）に示すように一定時間内に発光部１から発せられる光による反射光は全てその光強度が大きくなり、それらの反射光の数と各々の強度が反射光検出部１１によって検出される。このとき、上記したように発光部１が一定期間ごとに決まった回数で光を発していることにより反射光の数を識別する処理がより容易になる。すなわち、一定期間毎に発光部１から発せられる光に対応した７つの反射光の全ての光強度が相対的に大きくなっていれば、操作指示選択部１２は上記した「手をかざすジェスチャー」であることを識別できる。このジェスチャーに対応する操作指示を「コマンド１」とする。

なお、反射光の光強度が大きくなっているか否かは、例えば定常時の反射光の光強度よりも大きい所定のしきい値を設定しておくことで判定できる。また、発光部１からの光が一定期間ごとに決まった回数とされていない場合であっても、例えば光強度がしきい値を超える反射光がある程度の数（例えば７つ）だけ連続したか否かを操作指示選択部１２において識別することにより、ジェスチャーを判定できる。これらは以下でも同様とする。

図５（Ｂ）に示すのはセンサーに対して手を近づけて離すというジェスチャー、換言すれば手とセンサーとの距離を経時的に変化させるというジェスチャーである。このように手とセンサーとの距離を経時的に変化させることにより、図６（Ｂ）に示すように発光部１から発せられる光による反射光の光強度も経時的に増減し、それらの反射光の数と各々の強度が反射光検出部１１によって検出される。このときも、上記したように発光部１が一定期間ごとに決まった回数で光を発していることにより、反射光の光強度の変化パターンを識別する処理がより容易になる。すなわち、一定期間毎に発光部１から発せられる光に対応した７つの反射光の光強度が経時的に増減するという変化パターンとなっていれば、操作指示選択部１２は、上記した「手を近づけて離すジェスチャー」であることを識別できる。このジェスチャーに対応する操作指示を「コマンド２」とする。

図５（Ｃ）に示すのはセンサーの前で手を通過させるというジェスチャーである。このときに手の動く速度は秒速１ｍ程度が目安となる。このようにセンサーの前で手を通過させることにより、図６（Ｃ）に示すように発光部１から発せられる光による反射光のうちのいくつかの光強度が大きくなり、それらの反射光の数と各々の強度が反射光検出部１１によって検出される。このとき、上記したように発光部１が一定期間ごとに決まった回数で光を発していることにより反射光の数を識別する処理がより容易になる。すなわち、一定期間毎に発光部１から発せられる光に対応した７つの反射光のうち、７つより少ない数（図示の例では５つ）の光強度が相対的に大きくなっていれば、操作指示選択部１２は、上記した「手を通過させるジェスチャー」であることを識別できる。このジェスチャーに対応する操作指示を「コマンド３」とする。なお、発光部１からの光が一定期間ごとに決まった回数とされていない場合であっても、例えば光強度がしきい値を超える反射光がある程度の数（例えば３つ〜６つ）だけ連続したか否かを識別することにより、ジェスチャーを判定できる。

このように、反射光の数や光強度の変化パターンに基づいて３つのジェスチャーの内容を識別できるので、これら３つのジェスチャーにそれぞれ操作指示（コマンド）を予め割り当てておくことができる。例えば本実施形態では、上記した「コマンド１」には経路案内中における次の進路変更地点の音声案内を割り当て、「コマンド２」には現在地の音声案内を割り当て、「コマンド３」には経路案内中における到着予定時刻の音声案内を割り当てておくものとする。これにより、利用者が「手をかざすジェスチャー」をした場合には、ナビゲーション装置２００に「○○ｋｍ先を右折です。目印は○○デパートです。」というような動作（音声案内）を実行させることができる。同様に、利用者が「手を近づけて離すジェスチャー」をした場合には、ナビゲーション装置２００に「現在地は○○県○○市です。」というような動作（音声案内）を実行させることができる。同様に、利用者が「手を通過させるジェスチャー」をした場合には、ナビゲーション装置２００に「ただいま○○時○○分です。到着予定時刻は○○時○○分です。」というような動作（音声案内）を実行させることができる。すなわち、操作指示選択部１２は、利用者のジェスチャーに応じて複数の操作指示（コマンド）のうちの何れか一つの操作指示を選択することができる。この選択された操作指示の内容は、操作指示出力部１３および無線ドライバ４によってナビゲーション装置２００へ送信される。

図７は、２組の発光部および受光部を有する操作入力装置におけるジェスチャーの例を示す模式図であり、手振りによって比較的単純に表現可能なジェスチャーの一例が３つ示されている。また、図８は、図７に示すジェスチャーに対応して受光部に入射する反射光について説明するための波形図である。図８における破線は定常時の反射光強度、実線はジェスチャー入力時の反射光強度を示している。なお、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）の各図における上段は一方の受光部２に到達する反射光、下段は他方の受光部に到達する反射光に対応する。

図７（Ａ）に示すのは発光部１および受光部２からなるセンサーに対して一定時間だけ利用者の左手をかざすというジェスチャーである。なお、図７（Ｄ）に示すようにジェスチャーに用いる手は右手であってもよい。このように一定時間だけ手をかざすことにより、図８（Ａ）に示すように一定時間内に発光部１から発せられる光による反射光はいずれの受光部２においても全てその光強度が大きくなり、それらの反射光の数と各々の強度が反射光検出部１１によって検出される。このジェスチャーに対応する操作指示を「コマンド１」とする

図７（Ｂ）に示すのはセンサーの前の空間で手を左側から右側へ通過させるというジェスチャーであり、図７（Ｃ）に示すのはセンサーの前の空間で右側から左側へ通過させるというジェスチャーである。なお、図７（Ｅ）および図７（Ｆ）に示すように、センサーの前でハンドルをなでるようにして手を通過させてもよい。また、ジェスチャーに用いる手は右手でも左手でもよい。このようにセンサーの前で手を通過させることにより、図８（Ｂ）または図８（Ｃ）に示すように発光部１から発せられる光による反射光のうちのいくつかの光強度が大きくなり、それらの反射光の数と各々の強度が反射光検出部１１によって検出される。また、一方の受光部２によって検出されるいくつかの反射光の光強度が大きくなるタイミングと他方の受光部２によって検出されるいくつかの反射光の光強度が大きくなるタイミングにずれがある。このタイミングのずれは、図８（Ｂ）と図８（Ｃ）に示すように手を左側から右側に通過する場合とその逆の場合で異なる。これを利用すれば手の移動する方向も識別できる。このとき、例えば、手を左側から右側へ移動させるジェスチャーに対応する操作指示を「コマンド２」とし、手を右側から左側へ移動させるジェスチャーに対応する操作指示を「コマンド３」とする。

このように、反射光の数や光強度の変化パターンに基づいて３つのジェスチャーの内容を識別できるので、これら３つのジェスチャーに対して上記と同様に操作指示（コマンド）を予め割り当てておけば、ナビゲーション装置２００に複数の動作を選択的に実行させることが可能となる。その具体例は上記と同様であるため、説明を省略する。なお、図示を省略するが、センサーに対して手を近づけて離すというジェスチャーについても上記した図６（Ｂ）の場合と同様に反射光の光強度の経時的変化に基づいて識別することができる。さらに、一方の受光部２と他方の受光部２において検出した光強度の大きさを比較することで、いずれのセンサーに対して手を近づけて離したかも識別し得る。これらの識別可能なジェスチャーに対してコマンドを割り当てておけば、より多くのコマンドを使い分けることが可能となる。

以上のような本実施形態によれば、発光部および受光部はそれぞれ最低限１つずつあれば足り、カメラや画像処理手段も不要であることから構成を簡素化し、設置スペース、コストともに少なくできる。

また、複数の反射光の数や各々の強度の変化パターンに基づいて操作指示を選択することから、比較的に簡単な判断処理で済むので開発コストを増大させることがないとともに、利用者に行わせるジェスチャーを比較的に単純なものとすることができる。

また、本実施形態の操作入力装置はバッテリや発電モジュールを備えているので、外部配線が不要となり、ハンドル上の好みの場所へ設置することが可能となる。

なお、上記したように発光部および受光部を２つずつにすることで、検出可能なジェスチャーの数をより増加させることができる。この場合でも、発光部と受光部以外は増えないので、構成はさほど複雑化しない。

上記のように本実施形態の操作入力装置をナビゲーション装置と組み合わせて用いることにより、例えばナビゲーション装置に行き先をセットした状態で走行中にちょっとした情報を知りたいときに、目をナビゲーション装置の画面に向けずにハンドルで簡単に操作ができるようになる。また、助手席に人がいた場合に教えてもらえるような単純な情報を、一人のときでも知ることができる。上記のように、ナビゲーション装置に実行させる動作としては、典型的には何らかの情報を利用者に提供する動作が好ましいが、それに限定されない。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。

例えば、上記実施形態では、操作入力装置のうち少なくとも発光部と受光部からなるセンサーをハンドル上に設置していたが、センサーの設置場所はこれに限定されず、例えば車輌のダッシュボードなどにも配置できる。

また、上記実施形態では本発明にかかる操作入力装置と組み合わせて用いることが可能な電子機器の一例としてナビゲーション装置を挙げていたが、電子機器はこれに限定されない。

また、上記実施形態では発光部と受光部を別体としていたが、発光部と受光部を１つのＬＥＤによってまかなってもよい。一般にＬＥＤは、効率が低いものの受光特性を有しており、受光素子としても用いることが可能だからである。この場合には、発光部としての機能と受光部として機能を交互に発揮させればよい。

１：発光部
２：受光部
３：ＣＰＵ
４：無線ドライバ
５：アンテナ
６：バッテリ
７：発電モジュール
１１：反射光検出部
１２：操作指示選択部
１３：操作指示出力部
１００：操作入力装置
２００：ナビゲーション装置

Claims

間欠的に光を発する発光部と、
前記発光部からの前記光によって生じる複数の反射光の各々に応じて電気信号を出力する受光部と、
前記受光部からの前記電気信号に基づいて、前記複数の反射光の数並びに各々の強度を検出する反射光検出部と、
前記反射光検出部により検出される前記複数の反射光の数又は各々の強度の変化パターンに基づいて、複数の操作指示のうちの何れか一つの操作指示を選択する操作指示選択部、
を含む、操作入力装置。
前記発光部による前記光が赤外光又は近赤外光である、請求項１に記載の操作入力装置。
前記発光部は、一定期間毎に予め設定された回数だけ前記光を発する、請求項１又は２に記載の操作指示装置。
前記複数の操作指示がナビゲーション装置の動作に用いられるものである、請求項１〜３の何れか１項に記載の操作入力装置。