JP2020067707A - 非接触操作検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザがより利用しやすい非接触操作検出装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様として、空間中に設定された複数の注目点Ｘ，Ｙのそれぞれに物体が存在するか否かを検出可能な検出手段２と、検出手段２の検出結果に基づきジェスチャ操作を判定する操作判定部３と、空間中に、複数の注目点Ｘ，Ｙの位置を示す空中像５を表示可能な空中像表示装置４と、を備えた非接触操作検出装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触操作検出装置に関する。

近年、ジェスチャ操作によって、種々の機能を実現することが研究されている。ジェスチャ操作を検出する非接触操作検出装置として、空間中に設定された複数の注目点のそれぞれに物体が存在するか否かを検出し、例えば所定の順番で物体の存在を検出したときに、ロック解除等の機能を果たす装置が開発されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特開２０１７−１０７１６５号公報

上述の従来の非接触操作検出装置では、空間のどの位置が注目点であるかをユーザが認識しにくいため、例えば、ユーザが設定された注目点からずれた位置でジェスチャ操作をしてしまいジェスチャ操作が認識されない、といった不具合が生じる可能性があった。

本発明の目的は、ユーザがより利用しやすい非接触操作検出装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［５］の非接触操作検出装置を提供する。

［１］空間中に設定された複数の注目点のそれぞれに物体が存在するか否かを検出可能な検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づきジェスチャ操作を判定する操作判定部と、空間中に、前記複数の注目点の位置を示す空中像を表示可能な空中像表示装置と、を備えた、非接触操作検出装置。

［２］前記空中像表示装置は、光源と、入射された光を再帰反射する再帰反射部材と、前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記再帰反射部材へと出射すると共に、前記再帰反射部材で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する光分岐部材と、を備え、前記再帰反射部材で再帰反射され前記光分岐部材を透過した光が前記光源の像を空中に結像するように構成される、［１］に記載の非接触操作検出装置。

［３］前記検出手段は、前記光源に設けられ前記注目点からの戻り光を検出するフォトダイオードを有する、［２］に記載の非接触操作検出装置。

［４］前記検出手段は、前記光源に設けられ赤外光を発する検出用光源と、前記光源に設けられ前記注目点からの戻り光である赤外光を検出するフォトダイオードと、を有する、［２］または［３］に記載の非接触操作検出装置。

［５］前記空中像表示装置は、車両の車体に取り付けられ、前記車体の外部へと前記光源の像が結像するように構成されている、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の非接触操作検出装置。

本発明によれば、ユーザがより利用しやすい非接触操作検出装置を提供することができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る非接触操作検出装置の概略構成図であり、図１（ｂ）は、空中像の一例を示す説明図である。 図２（ａ），（ｂ）は、本発明の一変形例に係る非接触操作検出装置の概略構成図である。 図３は、操作判定部の制御フローの一例を示すフロー図である。 図４（ａ）は、図１の非接触操作検出装置を車両に取り付けた際の概略構成図、図４（ｂ）は、車体外部への空中像の表示の一例を示す図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る非接触操作検出装置の概略構成図であり、図１（ｂ）は、空中像の一例を示す説明図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、非接触操作検出装置１は、空間中に設定された複数の注目点Ｘ，Ｙのそれぞれに物体が存在するか否かを検出可能な検出手段２と、検出手段２の検出結果に基づきジェスチャ操作を判断する操作判定部３と、空間中に、複数の注目点Ｘ，Ｙの位置を示す空中像５を表示可能な空中像表示装置４と、を備えている。なお、注目点Ｘ，Ｙは、点である必要はなく、空中の所定の領域である。

（空中像表示装置４）
まず、空中像表示装置４について説明する。空中像表示装置４は、光源４２と、再帰反射部材（レトロリフレクター）４３と、光分岐部材（ビームスプリッター）４４と、を備えている。

光源４２としては、例えば、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を配列した板状の表示器等を用いることができる。また、光源４２としては、例えば、１つ以上のＬＥＤと、ＬＥＤからの光を拡散する拡散体と、を有するものを用いることもできる。さらに、光源４２としては、液晶ディスプレイ等のディスプレイ（表示器）を用いることもできる。

再帰反射部材４３は、入射された光を入射方向へと反射する再帰反射を行う部材である。再帰反射部材４３としては、シート状に形成された再帰反射シートを用いることができる。再帰反射部材４３としては、通常一般に用いられている構造のもの、例えば、ガラスビーズを用いたものやプリズムを用いたものを用いることができる。

光分岐部材４４は、板状に形成されており、入射された光の一部を反射し、一部を透過するものである。光分岐部材４４としては、ハーフミラーを用いることができる。なお、光分岐部材４４は、ハーフミラーに限らず、アクリルやガラスからなる板状部材、パンチングメタル等の開口列を有する板、ワイヤーグリッドフィルム、反射型偏光フィルム、その他、一般にビームスプリッターと呼称されるものを用いることができる。

光分岐部材４４は、光源４２からの光の少なくとも一部を反射して再帰反射部材４３へと出射すると共に、再帰反射部材４３で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する。これにより、再帰反射部材４３で再帰反射され光分岐部材４４を透過した光が、光源４２の像を空中に結像する。この空中に結像される光源４２の像が、本発明における空中像５である。

空中像表示装置４は、空中像５として、複数の注目点Ｘ，Ｙの位置を示す像を表示する。図１（ｂ）に示すように、空中像５は、どのようにジェスチャー操作を行うかをユーザに視覚的に提示する役割を果たす。図示例では、ユーザの手指を上側の注目点Ｘから下側の注目点Ｙに移動するジェスチャ操作を行う場合を示している。

空中像表示装置４によって、複数の注目点Ｘ，Ｙの位置を示す像を表示することで、ユーザが注目点Ｘ，Ｙをしっかりと認識してジェスチャ操作を行うことが可能になる。その結果、ユーザが設定された注目点からずれた位置でジェスチャ操作をしてしまうことを抑制でき、ユーザが正しいジェスチャ操作を容易に行えるようになる。

（検出手段２）
検出手段２は、注目点Ｘ，Ｙのそれぞれに物体（例えば、ユーザの手指）が存在するか否かを検出するものである。本実施の形態では、検出手段２を空中像表示装置４の光源４２に組み込んでいる。

より具体的には、検出手段２は、光源４２に設けられ注目点Ｘ，Ｙからの戻り光を検出するフォトダイオード２１を有している。本実施の形態では、検出手段２は、注目点Ｘからの戻り光を検出する第１フォトダイオード２１ａと、注目点Ｙからの戻り光を検出する第２フォトダイオード２１ｂと、を有している。

注目点Ｘにユーザの手指等の物体が位置すると、当該物体で反射した光が、空中像５を結像する光と反対方向に伝播する。例えば、注目点Ｘで物体により反射された光は、その一部が光分岐部材４４を透過して再帰反射部材４３で再帰反射され、当該再帰反射された光の一部がさらに光分岐部材４４で反射されて光源４２側へと出射される。光源４２の注目点Ｘと対応する位置には第１フォトダイオード２１ａが配置されているので、注目点Ｘで物体により反射された光が第１フォトダイオード２１ａで受光されることになる。したがって、第１フォトダイオード２１ａでの受光強度（検出電流）を検出することで、注目点Ｘに物体が存在するかを検出することができる。

フォトダイオード２１は、可視光を検出するものであってもよいが、その場合、周囲の明るさの影響を受けやすくなり、検出精度が低下してしまう場合がある。そこで、本実施の形態では、光源４２に、赤外光を発する検出用光源２２を設け、フォトダイオード２１にて、注目点Ｘ，Ｙからの戻り光を検出するようにした。これにより、周囲の明るさ等の影響を受けにくくなり、検出精度が向上する。

フォトダイオード２１で受光される戻り光の光量を多くするために、フォトダイオード２１と検出用光源２２とは、なるべく近接して配置されるとよい。フォトダイオード２１と検出用光源２２は、光源４２における注目点Ｘ，Ｙに対応する位置にそれぞれ配置される。検出用光源２２から出射された赤外光は、空中像５における注目点Ｘ，Ｙに対応する位置５ａに結像される。ここでは、フォトダイオード２１及び検出用光源２２は、光源４２における縁部（上端部及び下端部）に配置されている。ただし、フォトダイオード２１及び検出用光源２２を配置する位置は、設定する注目点Ｘ，Ｙの位置に応じて適宜変更可能である。

本実施の形態では、注目点Ｘ，Ｙ毎にフォトダイオード２１及び検出用光源２２を設けており、注目点Ｘ，Ｙと同数のフォトダイオード２１及び検出用光源２２を用いているが、これに限らず、複数の注目点Ｘ，Ｙに対して１つの検出用光源４２を用いたり、複数の注目点Ｘ，Ｙに対して１つのフォトダイオード２１を用いることもできる。例えば、図２（ａ）に示すように、光源４２の注目点Ｘ、Ｙに対応する位置の中間位置に１つの検出用光源２２を設けると共に、検出用光源２２を覆うように赤外光を拡散させる拡散体２３を設けることで、１つの検出用光源２２からの赤外光が両注目点Ｘ，Ｙに到達するように構成してもよい。この場合、フォトダイオード２１は、光源４２における注目点Ｘ，Ｙに対応する位置にそれぞれ配置される。

また、図２（ｂ）に示すように、１つのフォトダイオード２１を用い、複数の注目点Ｘ，Ｙの戻り光を検出するように構成することもできる。この場合、光源４２の注目点Ｘ、Ｙに対応する位置の中間位置に１つのフォトダイオード２１を設けると共に、フォトダイオード２１を覆うように拡散体２３を設ける。さらに、光源４２における注目点Ｘ，Ｙに対応する位置にそれぞれ検出用光源２２を配置する。拡散体２３は、検出用光源２２の近傍まで延出されていることが望ましい。図２（ｂ）の場合、２つの検出用光源２２は、所定の時間周期（例えば数ｋＨｚ程度の周期）で交互に点灯される。例えば、注目点Ｘに対応する検出用光源２２を点灯しているときにフォトダイオード２１の受光強度が大きくなった場合、注目点Ｘに物体が存在していることがわかる。

（操作判定部３）
図１（ａ）に戻り、両フォトダイオード２１ａ，２１ｂからの検出電流は、それぞれ図示しない電流−電圧変換回路で電圧信号に変換され、増幅回路６１で増幅され、アナログ−デジタル変換回路６２でデジタル信号に変換されて、制御装置７に入力される。

制御装置７には、ジェスチャ操作を判定する操作判定部３が搭載されている。操作判定部３は、ＣＰＵ等の演算素子、メモリ、インターフェイス、ソフトウェア等を適宜組み合わせて実現されている。

本実施の形態では、操作判定部３は、入力されたフォトダイオード２１ａ，２１ｂからの検出電流に基づき、ジェスチャ操作を判定するように構成されている。操作判定部３は、フォトダイオード２１ａ，２１ｂからの検出電流が所定の閾値以上であるときに、対応する注目点Ｘ，Ｙにユーザの手指等の物体が存在すると判定する。本実施の形態では、操作判定部３は、注目点Ｘに物体が存在すると判定され、かつ、当該判定から所定時間内に注目点Ｙに物体が存在すると判定された場合に、ジェスチャ操作がなされたと判定し、ロック解除等の所定の機能を実行するように構成されている。

図３は、操作判定部３の制御フローの一例を示すフロー図である。ここでは、一例として、操作判定部３は、ジェスチャ操作がなされたと判定されたときに、車両１０のバックドア１２（図４（ａ），（ｂ）参照）のロックを解除する場合について説明する。

図３に示すように、操作判定部３は、まず、ステップＳ１にて、第１フォトダイオード２１ａの検出電流が所定の閾値以上であるかを判定する。ステップＳ１でＮｏと判定された場合、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ２にて、操作判定部３が第２フォトダイオード２１ｂの検出電流が所定の閾値以上であるかを判定する。ステップＳ２でＹｅｓと判定された場合、注目点Ｘ，Ｙの両方に物体が存在していることになるため、ジェスチャ操作がなされたとは判定せず、ステップＳ１に戻る。ステップＳ２でＮｏと判定された場合、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、操作判定部３がタイマをリセットし、スタートする。ステップＳ４では、操作判定部３が、第２フォトダイオード２１ｂの検出電流が所定の閾値以上であるかを判定する。ステップＳ４でＮｏと判定された場合、ステップＳ５にて、操作判定部３が、タイマが所定の時間閾値より大きいかを判定する。ステップＳ５でＮｏと判定された場合、ステップＳ４に戻り、ステップＳ５でＹｅｓと判定された場合、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ４でＹｅｓと判定された場合、すなわち注目点Ｘに物体が存在すると判定されてから所定時間内に注目点Ｙで物体が存在すると判定された場合、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、操作判定部３が、第１フォトダイオード２１ａの検出電流が所定の閾値以上であるかを判定する。ステップＳ６でＹｅｓと判定された場合、注目点Ｘ，Ｙに同時に物体が存在することになるため、ジェスチャ操作がなされたとは判定せず、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ６でＮｏと判定された場合、ジェスチャ操作がなされたと判定し、ステップＳ７にて、操作判定部３がバックドア１２のロックを解除し、処理を終了する。

（車両１０への適用）
図４（ａ）は、図１の非接触操作検出装置１を車両１０に取り付けた際の概略構成図であり、図４（ｂ）は、車体１１外部への空中像５の表示の一例を示す図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、空中像表示装置４は、車両１０の車体１１に取り付けられ、１１車体の外部へと空中像５が結像するように構成されている。本実施の形態に係る非接触操作検出装置１では、空中像表示装置４は、車両１０のバックドア（リアハッチ）１２に設けられ、バックドア１２の後方に空中像５を結像するように構成されている。

非接触操作検出装置１では、光源４２は、バックドア１２の外側の板金１２１の外表面に設けられており、その光軸が車両１０の後方かつ上方（斜め上方向）となるように設けられている。光分岐部材４４は、光源４２と対向するように設けられている。再帰反射部材４３は、光源４２の後方かつ下方に光分岐部材４４と対向するように配置されており、光分岐部材４４よりも水平方向に対する傾斜角度が小さくなるように配置されている。

光分岐部材４４の後方は、樹脂製のカバー４５で覆われている。カバー４５のうち、再帰反射部材４３から光分岐部材４４を介して空中像５へと到る光が通る部分は、少なくとも、当該光の一部を透過する部材で構成される。本実施の形態では、カバー４５は、図示しないナンバープレートを照明するナンバー灯１３を覆う役割も兼ねている。再帰反射部材４３は、ナンバー灯１３からの光を遮るために、板金１２１とカバー４５との間を塞ぐように設けられている。なお、再帰反射部材４３は、その表面（図示上側の面）が再帰反射をするように構成されており、その背面（図示下側の面）は、ナンバー灯１３からの光を遮光可能な部材（例えば黒色の樹脂層など）で構成されている。なお、図４（ａ）中の符号１２２は、バックドア１２の内層トリムを表している。

本実施の形態では、空中像５を結像する光は湾曲したカバー４５を透過するため、カバー４５の影響で空中像５が歪むおそれがある。そこで、カバー４５の影響による空中像５の歪みを補正するカバー歪み補正手段をさらに備えてもよい。カバー歪み補正手段としては、例えば、光源４２と光分岐部材４４との間にカバー４５による歪みを補正可能な部材（カバー４５と同じ材質で逆形状のもの等）を配置すること、あるいは、カバー４５の影響で歪むことによって意図する空中像５が得られるように、もとの光源４２の像自体を変更すること等が上げられる。

（変形例）
本実施の形態では、検出手段２が、空中像表示装置４の光源４２に組み込まれている場合について説明したが、これに限らず、例えば、空中像表示装置４と別体で設けられたカメラや超音波センサ等を用いて、注目点Ｘ，Ｙに物体が存在しているかを検出するように構成してもよい。ただし、この場合、部品点数が増加し、画像処理装置等が必要となり装置が複雑化してしまい、またコストも高くなってしまうため、本実施の形態のように、光源４２にフォトダイオード２１を組み込む構成とすることがより望ましいといえる。

また、光源４２（フォトダイオード２１や検出用光源２２を含む）、再帰反射部材４３、及び光分岐部材４４が、モールド部材により一体に設けられていてもよい。これにより、振動による各部材の相対的な位置ずれを抑制でき、各部材の位置ずれによる空中像５の歪み等の不具合を抑制することができる。モールド部材としては、光源４２（及び検出用光源２２）が発する光に対して透明（透過率が高い）ものを用いるとよく、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。樹脂以外のモールド部材として、無機透明材を用いることもでき、ガラス等を用いることができる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る非接触操作検出装置１では、空間中に設定された複数の注目点Ｘ，Ｙのそれぞれに物体が存在するか否かを検出可能な検出手段２と、検出手段２の検出結果に基づきジェスチャ操作を判定する操作判定部３と、空間中に、複数の注目点Ｘ，Ｙの位置を示す空中像５を表示可能な空中像表示装置４と、を備えている。

空中像５で注目点Ｘ，Ｙの位置を示すことで、ユーザが注目点Ｘ，Ｙをしっかりと認識してジェスチャ操作を行うことが可能になり、ユーザがより利用しやすい非接触操作検出装置１を実現できる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

例えば、上記実施の形態では、車両１０のバックドア１２に非接触操作検出装置１を設ける場合について説明したが、非接触操作検出装置１の設置位置はこれに限定されるものではない。また、非接触操作検出装置１は、車両１０以外にも適用可能である。

また、上記の実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ 非接触操作検出装置
２ 検出手段
２１ フォトダイオード
２２ 検出用光源
３ 操作判定部
４ 空中像表示装置
４２ 光源
４３ 再帰反射部材
４４ 光分岐部材
５ 空中像
１０ 車両
１１ 車体

Claims (5)

1. 空間中に設定された複数の注目点のそれぞれに物体が存在するか否かを検出可能な検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づきジェスチャ操作を判定する操作判定部と、
   空間中に、前記複数の注目点の位置を示す空中像を表示可能な空中像表示装置と、を備えた、
   非接触操作検出装置。
2. 前記空中像表示装置は、
   光源と、
   入射された光を再帰反射する再帰反射部材と、
   前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記再帰反射部材へと出射すると共に、前記再帰反射部材で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する光分岐部材と、を備え、
   前記再帰反射部材で再帰反射され前記光分岐部材を透過した光が前記光源の像を空中に結像するように構成される、
   請求項１に記載の非接触操作検出装置。
3. 前記検出手段は、前記光源に設けられ前記注目点からの戻り光を検出するフォトダイオードを有する、
   請求項２に記載の非接触操作検出装置。
4. 前記検出手段は、
   前記光源に設けられ赤外光を発する検出用光源と、
   前記光源に設けられ前記注目点からの戻り光である赤外光を検出するフォトダイオードと、を有する、
   請求項２または３に記載の非接触操作検出装置。
5. 前記空中像表示装置は、車両の車体に取り付けられ、前記車体の外部へと前記光源の像が結像するように構成されている、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の非接触操作検出装置。

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