JP3085482U - 入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力が簡単で、安価で耐久性があり嵩張ら
ず、可動指示体の接触による表示画面の汚れを防止で
き、イメージセンサの撮影可能な範囲を表示画面に近接
した狭い範囲に限定して誤作動を起こすことを防ぐ入力
装置を提供すること。 【解決手段】 表示画面２及び扁平なレンズケース３，
４を基盤１に取り付け、レンズケース３，４の奥部にイ
メージセンサ５，６を設置し、レンズケース３，４の開
口面３’，４’の幅を、イメージセンサ５，６の視野内
に表示画面２の角部を構成する２辺が含まれる長さと
し、レンズケース３，４の内部に、その開口面３’，
４’の上端よりも高い位置からの光及び表示画面２に反
射した光がイメージセンサ５，６の受光面５’，６’に
達するのを阻止するレンズ７，８を配設し、イメージセ
ンサ５，６からの画像信号を解析手段に伝送する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、パーソナルコンピュータ、家電製品、ＡＴＭ、券売機等の各種電子 機器に搭載するのに好適な入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電子機器の入力装置としては、キーボード、マウス、トラック・ボール、タッ チパネル等が一般的に用いられている。 ところが、キーボード、マウス、トラック・ボールを操作するにはある程度の 習熟度が必要であり、機器の操作によって間接的に入力を行わなければならない という欠点があった。 一方、タッチパネルは、操作は簡単であるものの、構造が複雑で耐久性に劣り 、接触によって画面が汚れやすいものであった。

【０００３】 そこで、特開平−３２５１０号公報、特開平５−１８９１３７号公報等に記載 のもののように、スクリーン、液晶ディスプレイ等の画面に指標が映し出され、 指先等の指示体が画面上に触れたときに、ビデオカメラで画面を撮影し、ビデオ カメラからの画像信号によって、指示体が指し示す指標の画面における座標を得 て、入力を行う入力装置が提案されている。 これによれば、画面自体は簡単な構造で良く、様々な機器に応用可能で汎用性 に富み、操作の熟練度が要求されず、一定以上の耐久性も得られる。

【０００４】 しかし、これらのものは、ビデオカメラが画面全面を撮影できるように、その 上方或いは側方の離れた位置に設置されるので、装置が複数のピースから構成さ れて嵩張るばかりか、取り付けが面倒であった。また、指先等で画面に触れるた め、画面が汚れやすいと言う欠点があった。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 本考案の目的は、特殊な技術が無くても簡単に入力可能であって、安価で耐久 性に富み、イメージセンサと表示画面とが同じ基盤に組み込まれているため嵩張 らず、可動指示体を直接表示画面に接触させる必要が無くて表示画面の汚れを防 止でき、イメージセンサの撮影可能な範囲を表示画面と平行な狭い範囲に限定す ることにより誤作動を起こしにくい入力装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案の入力装置は、可動指示体で指示すべき角形状の表示画面を基盤に取り 付け、該表示画面の隣り合う角部に臨んで、表示画面と対向する面を開口した扁 平なレンズケースを前記基盤に取り付け、該レンズケースの奥部に表示画面及び その上方撮影範囲を撮影して画像信号を出力するイメージセンサをそれぞれ設置 し、該開口面の幅を、イメージセンサの視野内にそれぞれ表示画面の角部を構成 する隣接した２辺が含まれる長さとし、レンズケースの内部においてイメージセ ンサよりも開口面寄りに、開口面上端よりも高い位置からの光及び表示画面に反 射した光がイメージセンサの受光面に達するのを阻止するレンズを配設し、イメ ージセンサからの画像信号を、該画像信号によって表示画面及び上方撮影範囲に おける可動指示体の位置及び動作を解析する解析手段に伝送する。

【０００７】 表示画面及びイメージセンサが組み込まれたレンズケースを同じ基盤に取り付 けたことによって、入力装置全体が一体化され嵩張らない。また、表示画面の上 方撮影範囲を撮影して、可動指示体の位置及び動作を解析するので、表示画面に 直接接触せずに済む。 レンズケースの内部に、その開口面上端よりも高い位置からの光及び表示画面 に反射した光がイメージセンサの受光面に達するのを阻止するレンズを配設した 構成により、イメージセンサの撮影可能範囲を表示画面に近接した狭い範囲に限 定し、高い位置からの影像或いは表示画面からの反射写り込みによって誤作動が 発生するのを防ぐ。

【０００８】 レンズケースの内部において前記レンズよりも奥に、表示画面と平行にレンズ ケースへ進入した光のみをイメージセンサの受光面に向けて反射させる反射鏡を 設けても良い。 レンズケースの開口面上端よりも高い位置からの光及び表示画面に反射した光 が、万が一、レンズを通過した後にイメージセンサで受光可能な経路を通っても 、反射鏡がこの光をイメージセンサでは受光できない方向へ反射し、画像信号と して認識しないよう排除する。 基盤の周縁部に、レンズケースの上面を覆う枠を形成することもできる。 表示画面の上方撮影範囲以外から照射する光の一部を枠によって遮断し、レン ズケース内へ進入するのを阻止する。

【０００９】

【考案の実施の形態】

図１乃至図５は、本考案の第１の実施形態を示す。 図１乃至図３に示すように、本考案の入力装置は、基盤１に取り付けられた角 形状の表示画面２と、表示画面２の隣り合う角部ａ，ｂに臨んで基盤１に取り付 けられた第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４と、第１のレンズケー ス３及び第２のレンズケース４の奥部にそれぞれ設置されて、表示画面２及びそ の上方撮影範囲Ａを撮影して画像信号を出力する第１のイメージセンサ５及び第 ２のイメージセンサ６と、第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４の内 部において、第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６よりも開口面 ３’，４’寄りに配置される第１のレンズ７及び第２のレンズ８とを有する。

【００１０】 基盤１は、搭載される電子機器が家電製品や音響機器の場合には、その本体ハ ウジングであることが多く、パーソナルコンピュータ、ＡＴＭ、券売機の場合に は、入力操作部の基盤であることが多い。 また、基盤１の外周部は表示画面２の外縁よりも外方に延びており、この部分 に第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４が取り付けられる。さらに、 基盤１の周縁部上面には、表示画面２よりも上方に起立した枠２０が形成される 。この枠２０は、第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４の上面を完全 に覆ってその開口面３’，４’に達しており、第１のレンズケース３及び第２の レンズケース４は、上方から視ると完全に基盤１へ埋設された状態になっている 。従って、基盤１の外方から照射される光の一部は枠２０に遮断されて、開口面 ３’，４’からレンズケース３，４内へ進入することができない。

【００１１】 表示画面２は、液晶ディスプレイ、ブラウン管等より成り、用途に応じた大き さの矩形に形成される。 また、表示画面２には、操作者の指、スティック等の可動指示体９が指示すべ き指標１０を表示してある。指標１０としては、数字、記号、文字、動作を表す 文章や図柄、地名、駅名等がある。 なお、表示画面２に常に一定の指標１０を表示する場合には、表示画面２は、 単に指標１０を塗料で描いた板の上に透明板を重ねたものであっても良い。

【００１２】 第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４は、表示画面２に交差する起 立部１８と、起立部１８の上端から基盤１の内周方向に延びる水平部１９とを連 設した断面逆Ｌ字状の中空箱体より成る。 また、第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４において、水平部１９ の先端面（表示画面２に臨む面）が開口面３’，４’となっている。そして、こ れらレンズケース３，４は、開口面３’，４’の下端が表示画面２と一致するよ う基盤１に取り付けられる。

【００１３】 水平部１９の内部には第１のレンズ７及び第２のレンズ８が配設され、起立部 １９の下端には、それぞれ視野角度が９０度以上である第１のイメージセンサ５ 及び第２のイメージセンサ６が、その受光面５’，６’を上に向けて設置される 。 また、第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４は、その奥部に設置さ れた第１のイメージセンサ５の視野と、第２のイメージセンサ６の視野とが、９ ０度の角度で交差するよう配置されている。

【００１４】 第１のレンズケース３の開口面３’の幅は、第１のイメージセンサ５の視野内 に、角部ａを構成する隣接した２辺である辺ｈ１及び辺ｈ２が含まれる長さとす る。 また、第２のレンズケース４の開口面４’の幅は、第２のイメージセンサ６の 視野内に、角部ｂを構成する隣接した２辺である辺ｈ１及び辺ｈ３が含まれる長 さとする。 なお、開口面３’，４’の高さは、表示画面２の大きさや必要な精度によって 変更することができる。

【００１５】 第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６は、ＣＣＤカメラ、ＣＭ ＯＳカメラ等より成る。また、イメージセンサ５，６の受光素子郡３０，４０は 、受光面５’，６’の端部に近づくほど表示画面２から遠ざかって影像がぼやけ るのを防ぐために、長さ方向中央部を頂点として表示画面２側が凹になるよう屈 曲配置され、各受光素子から表示画面２の角部ａ，ｂまでの距離を均一化してあ る（図５，図６）。 第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６は表示画面２の大きさに 応じた数の受光素子を有するが、その映像によって単に可動指示体９の位置及び 動作が解れば良いので、精密な解像度は要求されない。従って、素子密度は比較 的粗くすることができ、この結果、表示画面２が大型であっても受光素子の数が 膨大になることはない。 なお、イメージセンサ５，６の照準及び被写界深度は、表示画面２の大きさに 応じて任意に設定すると共に、シャッタースピードは１／１００００秒〜１／１ ５秒の範囲で可変とする。

【００１６】 図１に示すように、第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４の内部に おいて、起立部１８と水平部１９の角には反射鏡１１を、その反射面がレンズケ ース３，４の開口面３’，４’及びイメージセンサ５，６の受光面５’，６’を 向くよう傾斜して設置してある。 この反射鏡１１は、表示画面２と平行に第１のレンズケース３及び第２のレン ズケース４へ進入した光のみをイメージセンサ５，６の受光面５’，６’に向け て反射するようになっている。

【００１７】 第１のレンズ７及び第２のレンズ８は、第１のレンズケース３及び第２のレン ズケース４の開口面３’，４’を遮るように配置され、レンズケース３，４に進 入した光を反射鏡１１の反射面に向けて屈曲させる。 また、第１のレンズ７及び第２のレンズ８は、開口面３’，４’の上端よりも 高い位置からレンズケース３，４に進入した光或いは表示画面２に反射してレン ズケース３，４に進入した光が反射鏡１１に反射して受光面５’，６’に達する のを阻止するようになっている。

【００１８】 従って、イメージセンサ５，６による上方撮影範囲Ａは、表示画面２から開口 面３’，４’上端までの、表示画面２と平行な狭い範囲に限定される。 さらに、開口面３’，４’の上端よりも高い位置からレンズケース３，４へ進 入した光、又は、表示画面２に反射してレンズケース３，４へ進入した光が、万 が一レンズ７，８を経て受光面５’，６’により受光可能な経路を通るようなこ とがあっても、これらの光は反射鏡１１によってイメージセンサ５，６が受光で きない位置へ反射され、認識されることはない。

【００１９】 なお、第１のレンズ７及び第２のレンズ８は、単一のレンズとすることも、複 数のレンズを組み合わせたレンズ系とすることもできる。 また、第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４は、保守・点検等をし やすいように、基盤１に対して着脱できるようにすると便利である。 さらに、反射鏡１１に代えてプリズムを配置し、このプリズムによって表示画 面２及び上方撮影範囲Ａからの光を受光面５’，６’に向けて屈曲させても良い 。

【００２０】 図４に示すように、第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６から 出力された画像信号は、ＵＳＢポート１３等のインターフェースを経て、可動指 示体９の表示画面２及び上方撮影範囲Ａにおける位置及び動作を解析する解析手 段１４へ伝送される。 この時、第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６からＵＳＢポー ト１３へ画像信号を伝送するには、図４の破線で示すように、それぞれメモリを モジュール１５及びモジュール１５’の別個のモジュールにしても、実線で示す ように一つのモジュール１５としても良い。 さらに、ＵＳＢポート１３から解析手段１４へは、第１のイメージセンサ５及 び第２のイメージセンサ６からの画像信号を、１つのフレームを上下に２分割し て同時に伝送すると良い。

【００２１】 第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６の画像信号により、次の ようにして可動指示体９が指し示した点の表示画面２における座標ｘ，ｙを得る 。 図２に示すように、可動指示体９が表示画面２の何れかの指標１０に接近する と、表示画面２及びその上方撮影範囲Ａを撮影する第１のイメージセンサ５の受 光素子群３０の複数個及び第２のイメージセンサ６の受光素子群４０の複数個が 感光する（図５，図７）。 そして、第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６からは、この画 像信号がＵＳＢポート１３を介して解析手段１４に出力される。

【００２２】 すると、解析手段１４では、先ず、第１のイメージセンサ５及び第２のイメー ジセンサ６の各受光素子が感知した輝度Ｉに基づき、それぞれの画像の輝度重心 を求める次の数式によって、第１のイメージセンサ５の感光した受光素子値Ｌ及 び第２のイメージセンサ６の感光した受光素子値Ｒを決定する。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】 Ｓ１は第１のイメージセンサ５の受光素子初期調整開始値で、Ｓ１≧０であり 、Ｅ１は第１のイメージセンサ５の受光素子初期調整最終値で、Ｅ１≦第１のイ メージセンサ５の受光素子数である。 また、Ｓ２は第２のイメージセンサ６の受光素子初期調整開始値で、Ｓ２≧０ であり、Ｅ２は第２のイメージセンサ６の受光素子初期調整最終値で、Ｅ２≦第 ２のイメージセンサ６の受光素子数である。 なお、以下の式は、第１のレンズ７及び第２のレンズ８の種類、イメージセン サ５，６の受光素子数等によっても異なるが、第１のイメージセンサ５の受光素 子数及び第２のイメージセンサ６の受光素子数を３５２個として計算する。

【００２６】 図５及び図６に示すように、角部ａと可動指示体９の支持位置とを結ぶ線ｌ１ と辺ｈ１との交差角度をα１、角部ａを通りその角度を２等分する線ｌ２と線ｌ １との交差角度をβ１、角部ｂと可動指示体９の支持位置とを結ぶ線ｌ３と辺ｈ １との交差角度をα２、角部ｂを通りその角度を２等分する線ｌ４と線ｌ３との 交差角度をβ２、第１のイメージセンサ５及び第２のイメージセンサ６の視野角 度の半分（角部ａ，ｂとイメージセンサ５，６の受光素子端部とを結ぶ線と線ｌ ２の交差角度）をθとする。

【００２７】 また、イメージセンサ５，６の最も端部に位置する受光素子を通って線ｌ２， ｌ４に直交する線と線ｌ２，ｌ４との交点Ｐ１から角部ａ，ｂまでの距離をＡ、 交点Ｐから受光素子郡の中央Ｏまでの距離をｈｗ、受光素子値Ｌ，Ｒを通って線 ｌ２，ｌ４に直交する線と線ｌ２，ｌ４との交点Ｐ２から角部ａ，ｂまでの距離 をｈｌ，ｈｒ、受光面５’，６’と線ｌ２，ｌ４に直交する線とのなす角度をｒ とする。なお、第１のイメージセンサ５と第２のイメージセンサ６は同じものを 用いており、その受光面５’，６’は線ｌ２，ｌ４に対して対称なので、図６に は、第１のイメージセンサ５について、その片側のみに符号を付して図示してあ る。 すると、上記各値の間には、

【００２８】

【数３】

【００２９】

【数４】 の関係が成り立つ。

【００３０】 これにレンズ７，８の誤差角ψによる修正を加えると、

【数５】

【００３１】

【数６】 となる。

【００３２】 そして、可動指示体９の支持位置の座標ｘ，ｙは

【数７】

【００３３】

【数８】 によって得られる。 なお、ｈｗ＝ｔａｎｒ×１７６、ｈｒ＝ｔａｎｒ×（１７６−Ｒ）、ｈｌ＝ｔ ａｎｒ×（１７６−Ｌ）である。

【００３４】 これを予め記憶されているデータと照合して、可動指示体９がどのような命令 を指示したのか判別することができる。 なお、Ｄは表示画面２上の解像度数であって、表示画面２の大きさ、用途、指 標１０の数等に応じて任意に決定される。 指示された指標１０の座標以外に、可動指示体９の動作を実行命令として認識 する場合もある。

【００３５】 例えば、可動指示体９が、表示画面２に対して、ドラッグ動作のように連続し て平行移動した場合には、解析手段１４は、第１のイメージセンサ５及び第２の イメージセンサ６からの画像信号によって、可動指示体９がどの点からどの点ま で移動したかを解析し、記憶されているデータに基づいて、その移動動作がどの ような実行命令を示すのか判別する。 或いは、可動指示体９がマウスのボタンに相当する指標１０を１回指示した場 合には、これをクリック動作と見なし、この指標１０を短時間に２回連続して指 示した場合には、ダブルクリックとみなす。

【００３６】 図８は、本考案の第２の実施形態を示す。 第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４は、高さに比べて横幅が広い 扁平な箱型に形成される。 また、第１のレンズケース３及び第２のレンズケース４の奥面には、第１のイ メージセンサ５及び第２のイメージセンサ６が、それぞれ受光面５’，６’を表 示画面２と交差するようレンズケース３，４の開口面３’，４’に向けて配置さ れる。そして、レンズ７，８を通過した表示画面２及び上方撮影範囲Ａからの光 を、イメージセンサ５，６の受光面５’，６’が反射鏡１１或いはプリズムを用 いずに直接受けるようにする。

【００３７】 イメージセンサ５，６の受光面５’，６’の前方にそれぞれ遮光体１６が配置 され、この遮光体１６に、表示画面２と平行にレンズケース３，４へ進入した光 のみの透過を許容する横長のスリット１７が形成されている。 従って、開口面３’，４’の上端よりも高い位置からレンズケース３，４へ進 入した光、又は、表示画面２に反射してレンズケース３，４へ進入した光が、万 が一、レンズ７，８を経て受光面５’，６’により受光可能な経路を通るような ことがあっても、遮光体１６によって遮蔽され、この結果、不適当な影像による 誤作動を確実に防止できる。 その他の構成及び作用は、第１の実施形態とほぼ同様なので、詳細な説明は省 略する。

【００３８】 なお、反射鏡１１を設置した第１の実施形態においても、イメージセンサ５， ６の受光面５’，６’の上方に、スリット１７を有する遮光体１６を設置するこ とが可能であり、第２の実施形態におけるレンズケース３，４の上面を、基盤１ の周縁部に形成した枠２０で覆っても良い。 さらに、用途によっては、基盤１に第３のイメージセンサを取り付け、この第 ３のイメージセンサによって、可動指示体９以外の通常のカメラ画像、例えば入 力操作者の顔等を取り込み、その画像信号をビデオ信号として扱うこともできる 。 また、表示画面２が暗い場合などには、赤外線ＬＥＤ等の補助光源を第１乃至 第３のイメージセンサの近くに設置することが可能である。

【００３９】

【考案の効果】

請求項１に係る考案によれば、表示画面及びイメージセンサを同じ基盤に取り 付けたので、入力装置が１つのピースで構成され、このため、入力装置全体が嵩 張らず、取り付けも簡単である。 また、表示画面及びその上方撮影範囲を撮影した画像信号によって、可動指示 体の位置及び動作を解析するので、可動指示体で直接表示画面に触れる必要が無 く、接触による表示画面の汚れを防止できる。

【００４０】 さらに、表示画面の縦辺及び横辺の全長に亘ってセンサを配置するよりも、セ ンサ部の長さが短くて済むと共に、表示画面の寸法が変化しても、それに応じて 高価なセンサを別のものに代える必要が無く、この結果、製造コストが非常に安 価となる。 また、レンズケースの開口面上端よりも高い位置からの光及び表示画面に反射 した光がイメージセンサの受光面に達することがないので、イメージセンサの撮 影可能な範囲が表示画面に近接した狭い範囲に限定され、このため、不適当な画 像信号によって誤作動が発生するのを防ぐことができる。

【００４１】 請求項２に係る考案によれば、レンズケースの開口面上端よりも高い位置から の光及び表示画面に反射した光が、万が一、レンズを通過した後にイメージセン サで受光可能な経路を通っても、反射鏡がこの光をイメージセンサでは受光でき ない位置へ反射するので、いっそう認識精度を高めることができる。 請求項３に係る考案によれば、基盤の外方から照射される光の一部が、レンズ ケース内に進入しないよう枠で遮断されるため、不適当な画像信号による誤作動 をより確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施形態を示す入力装置の要部
拡大断面図

【図２】同上の平面図

【図３】同上の全体断面面図

【図４】画像信号の伝送経路を示すブロック図

【図５】計算式に用いた符号の関係を示す図

【図６】図５の一部拡大図

【図７】イメージセンサの出力信号を示す図

【図８】第２の実施形態を示す入力装置の要部拡大断面
図

【符号の説明】

１ 基盤 ２ 表示画面 ３ 第１のレンズケース ３’ 開口面 ４ 第２のレンズケース ４’ 開口面 ５ 第１のイメージセンサ ５’ 受光面 ６ 第２のイメージセンサ ６’ 受光面 ７ 第１のレンズ ８ 第２のレンズ ９ 可動指示体 １０ 指標 １１ 反射鏡 １３ ＵＳＢポート １４ 解析手段 １５，１５’ モジュール １６ 遮光体 １７ スリット １８ 起立部 １９ 水平部 ２０ 枠 ３０ 第１のイメージセンサの受光素子群 ４０ 第２のイメージセンサの受光素子群

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動指示体で指示すべき角形状の表示画
   面を基盤に取り付け、該表示画面の隣り合う角部に臨ん
   で、前記表示画面と対向する面が開口した扁平なレンズ
   ケースを前記基盤に取り付け、該レンズケースの奥部に
   前記表示画面及びその上方撮影範囲を撮影して画像信号
   を出力するイメージセンサをそれぞれ設置し、該開口面
   の幅を、前記イメージセンサの視野内にそれぞれ前記表
   示画面の角部を構成する隣接した２辺が含まれる長さと
   し、前記レンズケースの内部において前記イメージセン
   サよりも開口面寄りに、前記開口面上端よりも高い位置
   からの光及び前記表示画面に反射した光が前記イメージ
   センサの受光面に達するのを阻止するレンズを配設し、
   前記イメージセンサからの画像信号を、該画像信号によ
   って前記表示画面及び上方撮影範囲における前記可動指
   示体の位置及び動作を解析する解析手段に伝送すること
   を特徴とした入力装置。
2. 【請求項２】 前記レンズケースの内部において前記レ
   ンズよりも奥に、前記表示画面と平行に前記レンズケー
   スへ進入した光のみを前記イメージセンサの受光面に向
   けて反射させる反射鏡を設けた請求項１に記載の入力装
   置。
3. 【請求項３】 前記基盤の周縁部に、前記レンズケース
   の上面を覆う枠を形成した請求項１又は２に記載の入力
   装置。