JP2016006566A

JP2016006566A - 入力装置

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Publication number: JP2016006566A
Application number: JP2014126966A
Authority: JP
Inventors: 謙西岡; Ken Nishioka
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: US9841848B2; EP2957994B1; EP2957994A1; JP6364994B2; US20150370416A1

Abstract

【課題】低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性を向上させることが可能な入力装置を提供する。【解決手段】入力装置１は入力領域Ｐ２を含む空中画像Ｐ０を投影する投影部２と、入力領域Ｐ２に対して赤外線レーザ光を照射し、走査部５０により光走査を行う照射部１０と、入力領域Ｐ２に進入したユーザの手指Ｆ等で反射した赤外線レーザ光の反射光Ｒ２を受光する受光部３と、入力領域Ｐ２の形態に応じて照射部１０による赤外線レーザ光の照射パラメータを制御する主制御部５と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は入力装置に関する。

従来、入力画面に向かって差し出された手指や指示棒などといった指示体を例えば赤外線等の光源を利用して検出し、入力操作を受け付ける入力装置が提案されている。このような従来の入力装置が例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載された従来の入力装置は表示画面を映像領域と入力領域とに分割し、入力領域に赤外線を格子状に送受して手指などの指示体による入力操作を受け付ける。入力領域は、一定の間隔で並べられた複数の光源からなる発光部と、それら光源に対応して一定の間隔で並べられた複数の光電変換素子からなる受光部と、を備える。この入力装置は表示画面の一部を限定して入力領域とすることにより、低コスト化、低消費電力化を図っている。

特開２０１１−１２９０１２号公報

しかしながら、上記従来の入力装置は表示画面の一部である入力領域に光を照射するために、発光部及び受光部を表示画面の周縁部に配置しなければならない。これにより、入力領域以外の領域にも光が照射されるので、消費電力の浪費を招き、光源の寿命が短くなることが懸念される。また、入力領域以外の領域にも光が照射されることで、誤検出が発生する虞もある。

さらに、上記従来の入力装置は入力領域が固定されるので、構造上定められた位置でしか入力操作を行うことができない。したがって、表示画面に表示される映像と連動して入力領域の位置を変更するようなことができず、操作性が良好であると言い難い。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性を向上させることが可能な入力装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の入力装置は、入力領域を含む画像を投影する投影部と、前記入力領域に対して光を照射し、光走査を行う照射部と、前記入力領域に進入した指示体で反射した前記照射部の光を受光する受光部と、前記入力領域の形態に応じて前記照射部による光の照射パラメータを制御する制御部と、を備える。

この構成によれば、入力装置はユーザの手指などの指示体を検出するための光の照射パラメータを、例えば入力領域の位置や大きさなどに応じて変更する。これにより、例えば入力装置は入力領域のみを照射することができる。さらに、入力領域の位置が固定されず、例えば入力装置が用いられるアプリケーションに応じて入力領域の位置の変更が可能である。したがって、入力装置の低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性が向上する。

また、上記構成の入力装置において、前記照射パラメータが、照射領域の限定、前記入力領域に対するフレームレート、前記光走査における副走査方向の移動及び前記照射部が照射する光のスポットサイズの少なくとも一つを含む。

この構成によれば、入力装置は照射領域を入力領域のみに限定し、また入力領域の画像の一部としての入力キーの配列に応じて走査線の本数を低減させ、また照射部が照射する光が指示体に当たる精度を向上させる。

また、上記構成の入力装置において、前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に並んだ複数の入力キーを有し、前記入力領域に対する前記フレームレートに係る前記照射パラメータが、前記主走査方向に並んだすべての入力キーに対して１本の走査線で光が通過するよう設定される。

この構成によれば、副走査方向において隣り合う入力キーの間に走査線が存在しない。したがって、それら入力キーの間に手指等の指示体が進入したときの誤検出が低減する。また、走査線数が少なくなるので、入力領域のフレームレートを上げることができ、応答性が向上する。さらに、照射時間が短くなるので、消費電力が低下し、光源の寿命が一層長くなる。

また、上記構成の入力装置において、前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に１行ずつ並んだ複数の入力キーが副走査方向に複数行にわたって配列された構成を有し、前記光走査における前記副走査方向の移動に係る前記照射パラメータが、前記光走査における前記副走査方向の移動が前記入力キーの行毎に一時的に停止するよう設定される。

この構成によれば、光走査の主走査方向に並んだ複数の入力キーに対して１本の走査線が通過する精度が向上する。さらに、走査線を、副走査方向に関して入力キーの中央を通過させることができ、手指等の指示体の誤検出がより一層低減する。

また、上記構成の入力装置において、前記入力領域が画像の少なくとも一部として複数の入力キーを有し、前記照射部が照射する光の前記スポットサイズに係る前記照射パラメータが、光の前記スポットサイズが前記入力キーのサイズに対応したサイズになるよう設定される。

この構成によれば、ユーザが入力キーのどの部分を指示しても、照射部が照射する光が指示体に当たることになる。したがって、入力操作の確実性が向上する。

本発明の構成によれば、低消費電力化及び光源の長寿命化が図られ、操作性を向上させることが可能な入力装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の入力装置の概略構成図である。本発明の第１実施形態の入力装置の照射部、座標検出部及び主制御部の構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態の入力装置の光走査条件に対する比較例の光走査条件を示す説明図である。本発明の第１実施形態の入力装置の光走査条件を示す説明図である。本発明の第２実施形態の入力装置の光走査条件を示す説明図である。本発明の第３実施形態の入力装置の光走査条件を示す説明図である。本発明の第４実施形態の入力装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づき説明する。

＜第１実施形態＞
最初に、本発明の第１実施形態の入力装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１は入力装置の概略構成図であり、図２は入力装置の照射部、座標検出部及び主制御部の構成を示すブロック図である。

入力装置１は、図１に示すように投影部２、照射部１０、受光部３、座標検出部４及び主制御部５を備える。入力装置１は３次元型の入力装置であって、空中のある所定領域に入力領域を含む空中画像Ｐ０を投影する。さらに、入力装置１はその入力領域に対して指示された手指Ｆなどの指示体を検出して入力操作を受け付ける。

投影部２は画像表示部２ａ及び空中投影パネル２ｂを備える。画像表示部２ａは入力操作を受け付けるアプリケーションに応じて、空中に表示させる入力領域を含む空中画像Ｐ０の元となる画像を表示する。空中画像Ｐ０の元となる画像は後述する画像処理部６で生成される。空中投影パネル２ｂは画像表示部２ａが表示する画像を空中の所定領域に向けて投影して空中画像Ｐ０を生成する。

照射部１０は発光部３０、光学部４０及び走査部５０を備える。発光部３０は光源である赤外線レーザダイオード（以下赤外ＬＤと称する）３１、ＬＤドライバ３２及びＬＤ制御部３３を備える。光学部４０は光学系４１、光学系駆動部４２及び光学系制御部４３を備える。走査部５０は走査ミラー５１、ミラードライバ５２及びミラー制御部５３を備える。

赤外ＬＤ３１は赤外線レーザ光を出射する発光素子である。ＬＤドライバ３２は赤外ＬＤ３１の発光のＯＮ／ＯＦＦや出力等に関する駆動制御を行うことができる。ＬＤ制御部３３は、例えばミラー制御部５３から受信した同期信号と空中画像Ｐ０に対応して定められた照射位置に応じて赤外ＬＤ３１の光制御信号を生成し、ＬＤドライバ３２に出力する。

光学系４１は、例えばコリメートレンズなどといった光学部材を含む。光学系駆動部４２は、例えばコリメートレンズを光軸方向に移動させて空中画像Ｐ０に至る赤外線レーザ光のスポットサイズなどを調節することができる。光学系制御部４３は光学系４１の動作を制御するための駆動制御信号を生成し、光学系駆動部４２に出力する。

走査ミラー５１は赤外線レーザ光の反射方向を２軸方向に変化させることができる。走査ミラー５１が赤外線レーザ光の反射方向を変化させることで、照射部１０から空中画像Ｐ０に向けて走査レーザ光Ｒ１が照射される。

ミラードライバ５２は走査ミラー５１を制御する駆動制御部である。ミラードライバ５２はミラー制御部５３からの水平同期信号及び垂直同期信号に応じて走査ミラー５１を駆動し、走査ミラー５１によるレーザ光の反射方向を水平方向及び垂直方向に偏向させる。

なお以下、光走査及び空中画像Ｐ０に対して述べる「水平方向」は後述する図４〜図６に描画した空中画像Ｐ０の左右横方向を意味し、「垂直方向」は図４〜図６に描画した空中画像Ｐ０の上下方向を意味する。

ミラー制御部５３は走査ミラー５１の方向を制御するための制御信号を生成し、ミラードライバ５２に出力する。ミラー制御部５３は、例えば空中画像Ｐ０に対応して定められた走査領域、走査線数、フレームレートに応じて走査ミラー５１の駆動波形を生成し、走査ミラー５１の走査位置を示す同期信号を出力する。

受光部３は入力装置１が設置された環境の自然光と、照射部１０から空中画像Ｐ０に向けて出射された走査レーザ光Ｒ１の反射光Ｒ２とを受光する。なお、ここで述べる「自然光」には、太陽光や月光などといった自然に由来する光に加えて、入力装置１が発する光以外のその環境に存在する人工光（例えば室内照明の光）を含む。そして、受光部３は入射した光を電気信号に光電変換して出力する。受光部３が出力した検出信号は座標検出部４に送られる。

座標検出部４は受光部３から走査レーザ光Ｒ１の反射光Ｒ２の検出信号を受信し、照射部１０のミラー制御部５３から走査ミラー５１の走査位置を示す同期信号を受信する。座標検出部４は走査ミラー５１の走査位置を示す同期信号と反射光Ｒ２の受光タイミングとを対応付けることで、ユーザの手指Ｆが指示する空中画像Ｐ０上の座標を算出する。座標検出部４が算出した座標信号は主制御部５に送られる。

主制御部５は不図示の記憶部等に格納されたプログラムや制御情報などを用いて、検出装置１の各構成要素を制御する。主制御部５は照射部１０のＬＤ制御部３３、光学系制御部４３及びミラー制御部５３各々に対して走査レーザ光Ｒ１の照射条件に係る制御信号を出力する。そして、主制御部５は入力領域の形態に応じて照射部１０による光の照射パラメータを制御する。

主制御部５は画像処理部６を備える。画像処理部６は入力操作を受け付けるアプリケーションに応じて、或いは座標検出部４から受信した座標信号に基づき映像やアプリケーションを変更して、空中に表示させる入力領域を含む空中画像Ｐ０の元となる画像を生成する。空中画像Ｐ０の元となる画像の信号は画像表示部２ａに送信される。

画像処理部６は入力領域の形状や大きさなどに応じて照射部１０が照射する走査レーザ光Ｒ１の走査範囲を演算し、走査ミラー５１の走査角度を決定する。また、画像処理部６は入力領域に画像の一部として設けられた例えば入力キーの位置に応じて走査部５０による光走査に係る走査線数及びフレームレート、赤外ＬＤ３１の発光タイミングを決定する。また、画像処理部６は入力領域に設けられた例えば入力キーの大きさに応じて赤外線レーザ光のスポットサイズを決定する。

続いて、入力装置１の入力領域に対する光走査条件について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。図３は入力装置１の光走査条件に対する比較例の光走査条件を示す説明図であり、図４は入力装置１の入力領域に対する光走査条件を示す説明図である。

なお、図３及び図４にはともに左方に空中画像Ｐ０を示し、右方にその空中画像Ｐ０に対応する光走査における走査ミラー５１の垂直方向の駆動波形を示す。空中画像Ｐ０には走査される赤外線レーザ光の軌跡を重ねて描画している。赤外線レーザ光の軌跡及び走査ミラー５１の垂直方向の駆動波形はともに実線が赤外ＬＤ３１の点灯期間を示し、破線が赤外ＬＤ３１の消灯期間を示している。後述する図５及び図６も同様の構成とする。

図３及び図４に示すように、空中画像Ｐ０は映像領域Ｐ１及び入力領域Ｐ２を備える。映像領域Ｐ１が空中画像Ｐ０のほぼ上半分に設けられ、入力領域Ｐ２が空中画像Ｐ０のほぼ下半分に設けられるが、空中画像Ｐ０の形態はこれに限定されるわけではない。空中画像Ｐ０に対して、入力領域Ｐ２をいずれの箇所に設けても良い。

入力領域Ｐ２は水平方向に１行ずつ並んだ複数の入力キーＫが垂直方向に４行にわたって配列された所謂キーボードの構成をなす。すなわち、入力領域Ｐ２の入力キーＫは走査部５０による光走査の主走査方向に１行ずつ並んでおり、副走査方向に４行分が設けられている。映像領域Ｐ１はユーザに入力操作を促す入力キーなどが表示されず、入力操作を受け付けない。

ここで、本実施形態に対する比較例（従来例）の入力装置について説明する。図３に示すように通常、ユーザの手指Ｆなどの指示体に対する検出の分解能と応答性を向上させるため、走査ミラー５１の垂直方向の駆動波形は鋸の歯のような形状をなす。光走査のフレームレートは約６０Ｈｚである。そして、比較例の光走査は映像領域Ｐ１を含む空中画像Ｐ０の全体にわたって実行する。このようにして、比較例では入力操作を受け付けない映像領域Ｐ１にも赤外線レーザ光を照射するので、消費電力の浪費を招き、赤外ＬＤ３１の寿命が短くなることが懸念される。

これに対して、本実施形態の入力装置１は、主制御部５が入力領域Ｐ２の形態に応じて
照射部１０による赤外線レーザ光の照射パラメータを制御する。この照射パラメータは照射領域の限定に係るものであって、図４に示すように赤外線レーザ光による照射領域を入力領域Ｐ２に限定する。すなわち、入力装置１は空中画像Ｐ０のうち映像領域Ｐ１に赤外線レーザ光を照射せず、入力領域Ｐ２のみに赤外線レーザ光を照射する。

さらに、主制御部５は入力領域Ｐ２に対するフレームレートに係る照射パラメータも制御する。この照射パラメータは、図４に示すように行毎に水平方向に並んだすべての入力キーＫに対して１本の走査線で赤外線レーザ光が通過するよう設定される。これにより、走査線数が減少するので、通常６０Ｈｚであるフレームレートを倍速、４倍速に設定することができる。さらに、行毎に水平方向に並んだ入力キーＫの行間では赤外ＬＤ３１を消灯させる。

上記のように、本発明の実施形態の入力装置１は入力領域Ｐ２を含む空中画像Ｐ０を投影する投影部２と、入力領域Ｐ２に対して赤外線レーザ光を照射し、走査部５０により光走査を行う照射部１０と、入力領域Ｐ２に進入したユーザの手指Ｆ等で反射した赤外線レーザ光の反射光Ｒ２を受光する受光部３と、入力領域Ｐ２の形態に応じて照射部１０による赤外線レーザ光の照射パラメータを制御する主制御部５と、を備える。

この構成によれば、入力装置１はユーザの手指Ｆなどの指示体を検出するための赤外線レーザ光の照射パラメータを、例えば入力領域Ｐ２の位置や大きさなどに応じて変更する。これにより、入力装置１は入力領域Ｐ２のみを照射することができる。さらに、入力領域Ｐ２の位置を固定しないようにすることができ、入力装置１が用いられるアプリケーションに応じて入力領域Ｐ２の位置の変更が可能である。すなわち、図４では一例として入力領域Ｐ２を空中画像Ｐ０の下側に設けたが、入力領域Ｐ２を空中画像Ｐ０のいずれの箇所にも設けることが可能である。したがって、入力装置１の低消費電力化及び光源である赤外ＬＤ３１の長寿命化を図ることができ、操作性を向上させることが可能である。

また、入力装置１は入力領域Ｐ２が光走査の主走査方向（水平方向）に並んだ複数の入力キーＫを有し、入力領域Ｐ２に対するフレームレートに係る照射パラメータが、主走査方向に並んだすべての入力キーＫに対して１本の走査線で光が通過するよう設定される。これにより、副走査方向（垂直方向）において隣り合う入力キーＫの間、すなわち行間に走査線が存在しない。したがって、それら入力キーＫの間に手指Ｆ等の指示体が進入したときの誤検出を低減させることができる。また、走査線数が少なくなるので、入力領域Ｐ２のフレームレートを上げることができ、応答性を向上させることが可能である。さらに、照射時間が短くなるので、消費電力が低下し、赤外ＬＤ３１の寿命が一層長くなる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の入力装置について、図５を用いてその構成を説明する。図５は入力装置の入力領域に対する光走査条件を示す説明図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第２実施形態の入力装置１では、主制御部５が入力領域Ｐ２の形態に応じて制御する照射パラメータが光走査における副走査方向（垂直方向）の移動に係るものである。この照射パラメータは、図５に示すように光走査における副走査方向（垂直方向）の移動が入力キーＫの行毎に一時的に停止するよう設定される。

この構成によれば、光走査の主走査方向（水平方向）に並んだ複数の入力キーＫに対して１本の走査線が通過する精度を向上させることができる。さらに、走査線を、副走査方向（垂直方向）に関して入力キーＫの中央を通過させることができ、手指Ｆ等の指示体の誤検出をより一層低減させることが可能である。

なお、光走査の副走査方向の移動を停止したその停止位置で、複数本の走査線で重ね書きするように赤外線レーザ光を照射しても良い。これにより、照射状態の連続性を確認することができ、意図しない自然光の強弱などに起因する誤検出を抑制することが可能である。したがって、手指Ｆ等の指示体の検出精度が向上する。

また、副走査方向の移動の停止位置で、走査線が副走査方向（垂直方向）に関して個々の入力キーＫの領域内で波打つように赤外線レーザ光を照射しても良い。これにより、手指Ｆ等の指示体に赤外線レーザ光が当たる確率を高めることができ、検出精度を向上させることが可能である。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態の入力装置について、図６を用いてその構成を説明する。図６は入力装置の入力領域に対する光走査条件を示す説明図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第３実施形態の入力装置１では、主制御部５が入力領域Ｐ２の形態に応じて制御する照射パラメータが、照射部１０が照射する赤外線レーザ光のスポットサイズに係るものである。この照射パラメータは、図６に示すように赤外線レーザ光のスポットＳのサイズが入力キーＫのサイズに対応したサイズになるよう設定される。これは、光学系４１のコリメートレンズを光軸方向に移動させて赤外ＬＤ３１との距離を変更することにより、入力領域Ｐ２の赤外線レーザ光のスポットＳのサイズが入力キーＫの垂直方向のサイズとほぼ同じになるようにする。

この構成によれば、ユーザが入力キーＫのどの部分を指示しても、照射部１０が照射する赤外線レーザ光が手指Ｆ等の指示体に当たることになる。したがって、入力操作の確実性を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態の入力装置について、図７を用いてその構成を説明する。図７は入力装置の概略構成図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第４実施形態の入力装置１０１は、図７に示すように壁面Ｗのある所定領域に入力領域Ｐ４を含む壁面画像Ｐ３を投影する。入力装置１０１は投影部１０２、照射部１０３及び受光部１０４を備える。座標検出部及び主制御部については図面への描画とその説明を省略する。

投影部１０２は、例えばプロジェクタのような形態をなし、壁面画像Ｐ３を壁面Ｗの所定領域に向けて投影して生成する。照射部１０３は壁面画像Ｐ３に向けて赤外線レーザ光からなる走査レーザ光Ｒ３を照射する。なお、入力装置１０１は壁面画像Ｐ３のうち入力領域Ｐ４のみに走査レーザ光Ｒ３を照射する。受光部１０４は入力装置１０１が設置された環境の自然光と、照射部１０３から壁面画像Ｐ３に向けて出射された走査レーザ光Ｒ３の反射光Ｒ４とを受光する。

このように、壁面Ｗに入力領域Ｐ４を含む壁面画像Ｐ３を投影して入力操作を受け付ける入力装置１０１であっても、入力領域Ｐ４のみを赤外線レーザ光で照射することができる。そして、入力装置１０１の低消費電力化及び光源の長寿命化を図ることができ、操作性を向上させることが可能である。

なお本発明は、空中や壁面のほか、床面や表示パネル表面に入力領域を含む画像を投影して入力操作を受け付ける入力装置にも適用することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は入力装置において利用可能である。

１、１０１入力装置
２、１０２投影部
３、１０４受光部
４座標検出部
５主制御部（制御部）
６画像処理部
１０、１０３照射部
５０走査部
Ｐ２、Ｐ４入力領域

Claims

入力領域を含む画像を投影する投影部と、
前記入力領域に対して光を照射し、光走査を行う照射部と、
前記入力領域に進入した指示体で反射した前記照射部の光を受光する受光部と、
前記入力領域の形態に応じて前記照射部による光の照射パラメータを制御する制御部と、
を備える入力装置。
前記照射パラメータが、照射領域の限定、前記入力領域に対するフレームレート、前記光走査における副走査方向の移動及び前記照射部が照射する光のスポットサイズの少なくとも一つを含む請求項１に記載の入力装置。
前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に並んだ複数の入力キーを有し、
前記入力領域に対する前記フレームレートに係る前記照射パラメータが、前記主走査方向に並んだすべての入力キーに対して１本の走査線で光が通過するよう設定される請求項２に記載の入力装置。
前記入力領域が画像の少なくとも一部として前記光走査の主走査方向に１行ずつ並んだ複数の入力キーが副走査方向に複数行にわたって配列された構成を有し、
前記光走査における前記副走査方向の移動に係る前記照射パラメータが、前記光走査における前記副走査方向の移動が前記入力キーの行毎に一時的に停止するよう設定される請求項２に記載の入力装置。
前記入力領域が画像の少なくとも一部として複数の入力キーを有し、
前記照射部が照射する光の前記スポットサイズに係る前記照射パラメータが、光の前記スポットサイズが前記入力キーのサイズに対応したサイズになるよう設定される請求項２に記載の入力装置。