JP3394457B2 - キーボード - Google Patents

キーボード

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JP3394457B2
JP3394457B2 JP29334898A JP29334898A JP3394457B2 JP 3394457 B2 JP3394457 B2 JP 3394457B2 JP 29334898 A JP29334898 A JP 29334898A JP 29334898 A JP29334898 A JP 29334898A JP 3394457 B2 JP3394457 B2 JP 3394457B2
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  • Input From Keyboards Or The Like (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、キーボードに関
し、特に、キーを操作する指から光学的に情報を検出す
るキーボードに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、押圧操作により操作信号を出力す
るキーが複数個配置されたキーボードが知られている。
このキーボードは、例えばコンピュータに接続されて入
力装置として用いられ、操作者がキーの上面(キートッ
プ)を指で押圧操作することで、文字情報やカーソル位
置情報或いは機能情報等の各種キーに対応した各種情報
をコンピュータに入力することができる。
【0003】キーボードを入力装置とするコンピュータ
には、パーソナルユースのパーソナルコンピュータや、
より高い処理能力を備えたエンジニアリングワークステ
ーション(EWS)等がある。
【0004】これらのコンピュータには、キーボードと
共に、いわゆるマウスやトラックボール或いはトラック
パッド等のポインティングデバイスも接続されているの
が一般的である。ポインティングデバイスは、コンピュ
ータのディスプレイ画面上で位置指定や対象指示等に用
いられる入力装置としての機能を有している。このポイ
ンティングデバイスは、例えば、キーボードとは別体で
(マウスの場合)、或いはキーボートのキー配置部分以
外の場所に(トラックボール或いはトラックパッドの場
合)、それぞれ設けられている。
【0005】そして、キーボードやポインティングデバ
イスによる各種信号の入力操作により、コンピュータの
作動が制御され、コンピュータに対する情報の入出力が
可能になる。
【0006】特に、キーボードとポインティングデバイ
スを併用することにより、位置指定や対象指示等を入力
する際の操作性が向上し、簡単に入力操作を行うことが
できる。とりわけ、GUI(Graphical Us
er Interface)の採用が普及した現在、マ
ウス等のポインティングデバイスの操作が基本になり、
初心者でも容易に入力操作することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キーボ
ードを操作すれば、誰でもキーボードが接続されたコン
ピュータを作動することができるので、コンピュータに
保存されたデータの安全性や信頼性を確保するために
は、コンピュータに対する情報の入出力を行うキーボー
ドの操作者を、許可を得た特定の者に限定することがで
きるセキュリティ機能を備えることが望まれる。
【0008】また、キーボードとポインティングデバイ
スを併用することは、キータッチ操作中のポインティン
グデバイス操作を必要とするため、ポインティングデバ
イス操作を行う指を一旦キーからポインティングデバイ
スへと移動させなければならず、連続したキータッチ操
作を不可能にする。
【0009】特に、キーボード操作に習熟してくると、
人差し指を、配列された複数のキーの内のホームポジシ
ョンキーに常時位置させるようになるが、ポインティン
グデバイス操作を人差し指で行う場合、操作毎に人差し
指を、ホームポジションキーから動かしその後再びホー
ムポジションキーに復帰させなければならない。この指
のキートップからの移動は、キーボード操作の習熟度が
上がる程、大きな不満となる。
【0010】本発明の目的は、特定の者にキーボード操
作者を限定するセキュリティ機能のためのセキュリティ
情報を検出することができ、また、キートップからの指
の移動を必要とせずに、位置指定や対象指示等を入力す
る際の操作性を向上させることができるキーボードを提
供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るキーボードは、キーボード上に複数設
けられたキーの少なくとも1つに、指の動きベクトルを
検出する手段を設けたことを特徴としている。
【0012】上記構成を有することにより、キーボード
上に複数設けられたキーの少なくとも1つには、指の動
きベクトルを検出する手段が設けられ、この手段によ
り、キーを操作する操作者の指の動きベクトルが検出さ
る。これにより、特定の者にキーボード操作者を限定
するセキュリティ機能のためのセキュリティ情報を検出
することができる。また、ホームポジションキーを操作
する指から光学的に情報を検出することにより、キート
ップからの指の移動を必要とせずに、位置指定や対象指
示等を入力する際の操作性を向上させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0014】図1は、本発明の実施の形態に係るキーボ
ードの平面図である。図1に示すように、キーボード1
0は、押圧操作により操作信号を出力する複数個のキー
11を有し、例えばコンピュータ(図示しない)に接続
コード12を介して接続され、コンピュータに対しデー
タや作動命令等の各種情報を入力する入力装置として用
いられる。
【0015】このキーボード10を入力装置とするコン
ピュータには、パーソナルユースのパーソナルコンピュ
ータ、或いはより高い処理能力を備えたエンジニアリン
グワークステーション(EWS)等がある。
【0016】複数のキー11は、英字やかな文字や記号
等のアルファニューメリックキー、各種機能キー、数字
のテンキー、或いはファンクションキー等からなり、各
キー11の上面(キートップ)には、出力情報に対応す
る文字や数字等が印されている(図1参照)。
【0017】これらのキー11は、例えばJIS規格に
基づく所定位置に配置され、配置された各キー11の中
から、タッチタイピング(ブラインドタッチ)によるキ
ー入力を行う場合に指を置く確認位置として、ホームポ
ジションが決められている。ホームポジションには、通
常、[F]キーと[J]キーが当てられ、[F]キーに
は左手の人差し指FLを、[J]キーには右手の人差し
指FRを、それぞれ位置させる(図1参照)。[F]キ
ーと[J]キーの各キートップには、ホームポジション
を示す、例えば突起或いは窪みが設けられている。
【0018】これら各キー11のキートップを操作者が
指で押圧操作することにより、押圧操作されたキー11
に対応した文字・数字情報やカーソル位置情報或いは機
能情報等を、コンピュータに入力することができる。そ
して、キーボード操作に習熟してくると、左右両手の各
人差し指FL,FRを、ホームポジションキーである
[F]キーと[J]キーに常時位置させて、タッチタイ
ピングによるスムーズなキー入力を行うことができる。
【0019】図2は、図1に示すホームポジションキー
の拡大断面図である。図2に示すように、ホームポジシ
ョンキー13は、例えば樹脂により上部が塞がれた箱形
に形成され、矩形のキートップ13aを有している。こ
のホームポジションキー13の内部空間には、キートッ
プ13aに載置された人差し指Fの指紋を撮像するため
のカメラ部14と、指紋を照明する発光ダイオード15
が組み込まれている。
【0020】キートップ13aの全域或いは一部は、載
置された人差し指Fの指紋をカメラ部14により撮像す
ることができるように、ガラス板やアクリル板等の透明
体若しくは半透明体により形成されている。
【0021】カメラ部14は、プリント基板16と、プ
リント基板16に装着された撮像素子17及びIC群1
8と、カメラレンズ19とを有している。撮像素子17
とカメラレンズ19は、キートップ13aに載置された
人差し指Fの指紋がキートップ13a及びカメラレンズ
19を介して、撮像素子17により撮像できる(キート
ップ13aに焦点を合わせる)ような位置関係のもと
に、配置される。なお、カメラレンズ19は、キートッ
プ13aと一体化するように、キートップ13aに組み
込んで形成してもよい。
【0022】撮像素子17とカメラレンズ19の位置関
係を調整することにより、人差し指Fをキートップ13
aに接触させた状態ばかりでなく、キートップ13aの
上方に若干浮かした状態でも撮像可能にすることができ
る。また、カメラレンズ19に、焦点距離や画角を調整
することが可能なレンズアダプタ等の調整手段を設ける
ことにより、キートップ13aを介して入力した画像、
例えばキーボード10に対向する操作者の目の虹彩等
を、撮像することもできる。
【0023】このカメラ部14には、キーボード10が
接続されるコンピュータからカメラ駆動用のDC電源が
供給され、キーボード10を介して、コンピュータとの
間で制御信号や画像信号のやり取りが行われる。カメラ
部14においては、例えば、1/30秒或いは1/60
秒間隔で、定常的に撮像が繰り返される。
【0024】撮像素子17は、CCD(Charge
Coupled Device)或いはCMOS(Co
mplementary Metal−Oxide−S
emiconductor)等からなる。IC群18に
は、撮像素子17の撮像情報から指紋画像に基づく画像
情報出力を得るための処理が行われる、カメラ処理回路
が組み込まれている。
【0025】発光ダイオード15は、照射方向をキート
ップ13aに向けて設置され、撮像素子17による指紋
撮影ができるように、キートップ13aに載置された人
差し指Fを照射する。
【0026】図3は、図1に示すホームポジションキー
の他の例の説明図である。図3に示すように、カメラレ
ンズ19を、ホームポジションキー13のキートップ1
3aから露出するように、レンズ凸面を上方に向けてキ
ートップ13aに直接取り付けてもよい。この場合、カ
メラレンズ19の露出部分を、ホームポジションを示す
印とすることができる。
【0027】図4は、指紋照合を行うカメラ部の構成を
示すブロック図である。図4に示すように、カメラ部1
4は、撮像素子17と、アナログ処理回路20と、A/
D変換回路21と、画像処理回路22と、駆動回路23
とを有している。これらアナログ処理回路20、A/D
変換回路21、画像処理回路22、及び駆動回路23
は、カメラ処理回路としてIC群18に組み込まれてい
る。
【0028】駆動回路23により作動制御される撮像素
子17からの撮像出力信号は、アナログ処理回路20に
入力してアナログ処理され、アナログ処理回路20から
のアナログ出力信号は、A/D変換回路21に入力して
デジタル変換処理される。A/D変換回路21からのデ
ジタル出力信号は、画像処理回路22に入力して画像処
理され、カメラ部14から、ホームポジションキー13
に載置された人差し指Fの指紋の画像情報aが、デジタ
ル信号として出力される。
【0029】このカメラ部14により、キーボード10
を操作する操作者の指紋照合が行われる。指紋照合にお
ける手順を以下に示す。
【0030】先ず、コンピュータの使用を許容する操作
者を登録するための初期登録を行う。例えばコンピュー
タ起動時等の初期登録時に、コンピュータ側から初期登
録要求が出され、その旨、ディスプレイ画面に表示され
る。操作者は、この要求に従って、キーボード10のホ
ームポジションキー13のキートップ13aに人差し指
Fを置き、指紋の画像情報aをコンピュータに登録す
る。
【0031】次に、コンピュータ使用を許容するか否か
を決定する指紋照合を行う。この指紋照合は、コンピュ
ータ起動時やアプリケーション立ち上げ時或いはアプリ
ケーション使用時等、コンピュータ使用の様々な時点で
任意に行うことができ、例えば、コンピュータ操作開始
時点で、或いはコンピュータ操作中の設定した所定時間
毎に定期的に行ってもよい。指紋照合に際しては、コン
ピュータ側から操作者確認要求が出され、その旨、ディ
スプレイ画面に表示される。
【0032】操作者は、この要求に従って、キーボード
10のホームポジションキー13のキートップ13aに
人差し指Fを置き、カメラ部14により指紋を撮像して
得た画像情報aを、コンピュータに読み込ませる。
【0033】コンピュータ側では、入力された操作者の
指紋の画像情報aと、初期登録により予め登録された指
紋の画像情報aとを照合し、両画像情報aが同一か否か
を判断する。その後、判断結果に基づいて、操作者にコ
ンピュータ使用を許容するか否かを決定する。
【0034】登録或いは照合に際し指紋入力タイミング
を決定するには、例えば、複数のキーの中の特定のキー
を操作する、或いはキーボード10上に設けた専用キー
を操作する等、キーボード10による通常のキー入力操
作に支障のないようにして行う。
【0035】このような指紋の照合は、例えば、撮像手
段を介して得られた指紋の画像から、指紋の分岐、点、
切れ等の特徴的な部分を抽出することにより、この特徴
的な部分を基準にして行われる。
【0036】図5は、動きベクトルを検知するカメラ部
の構成を示すブロック図である。図5に示すように、カ
メラ部24は、撮像素子17と、アナログ処理回路20
と、A/D変換回路21と、駆動回路23と、動き検知
回路25と、メモリ26とを有している。これらアナロ
グ処理回路20、A/D変換回路21、駆動回路23、
動き検知回路25、及びメモリ26は、カメラ処理回路
としてIC群18に組み込まれる。動き検知回路25
は、カメラ部24に内蔵するのが好ましく、CMOSセ
ンサの場合は動き検知回路25のオンチップ化が可能な
ので、特に有効である。
【0037】駆動回路23により作動制御される撮像素
子17からの撮像出力信号は、アナログ処理回路20に
入力してアナログ処理され、アナログ処理回路20から
のアナログ出力信号は、A/D変換回路21に入力して
デジタル変換処理される。A/D変換回路21からのデ
ジタル出力信号は、動き検知回路25に入力して動き検
知処理が行われ、カメラ部24から、ホームポジション
キー13に載置された人差し指Fの動きを検知した動き
ベクトル情報bが、デジタル信号として出力される。動
き検知回路25は、動き検知処理による動き検知情報を
読み込んでメモり26に記憶し、メモり26に記憶され
た前画像と現画像とを比較しその差分で動きを検知す
る。
【0038】動きベクトル情報bは、指紋のズレによる
人指し指Fの動きの量と動きの方向を、例えばX方向の
大きさとY方向の大きさ、即ち、二次元の画像情報で表
している。
【0039】このカメラ部24により、キーボード10
を操作する操作者の指の動き検知が行われる。動き検知
における手順を以下に示す。
【0040】先ず、カメラ部24が設けられたホームポ
ジションキー13のキートップ13aに、人指し指Fを
軽く置く。次に、キートップ13aに置いた人指し指F
を、コンピュータのディスプレイ画面上のポインタを動
かしたい方向に動かす。人指し指Fが動くと、カメラ部
14の動き検知回路25では、例えば、現在の画像と現
在から1/30秒前の画像とを比較し、動きの方向と動
きの量を検知し、動きベクトル情報bを出力する。
【0041】所望の位置にポインタを動かした後にその
位置を確定するには、例えば、複数のキーの中の特定の
キーを操作する、或いはキーボード10上に設けた専用
キーを操作する等、キーボード10による通常のキー入
力操作に支障のないようにして行う。
【0042】図6は、指紋照合及び動きベクトル検知を
共に行うカメラ部の構成を示すブロック図である。図6
に示すように、カメラ部27は、撮像素子17と、アナ
ログ処理回路20と、A/D変換回路21と、画像処理
回路22と、駆動回路23と、動き検知回路25とを有
する。これらアナログ処理回路20、A/D変換回路2
1、画像処理回路22、駆動回路23、及び動き検知回
路25は、カメラ処理回路としてIC群18に組み込ま
れている。
【0043】画像処理回路22及び動き検知回路25を
共に有するカメラ部27により、A/D変換回路21か
らのデジタル出力信号は、画像処理回路22と動き検知
回路25にそれぞれ入力し、画像処理回路22で画像処
理され画像情報aが出力されると共に、動き検知回路2
5で動き検知処理され動きベクトル情報bが出力され
る。即ち、カメラ部27は、カメラ部14による画像情
報aに基づく指紋照合と、カメラ部24による動きベク
トル情報bに基づく動きベクトル検知の、両方の機能を
有する。
【0044】このカメラ部27の場合、例えば、[F]
と[J]の2つのホームポジションキー13を、先ず
[F]次に[J]の順番に押圧操作すると指紋照合を開
始し、逆に、先ず[J]次に[F]の順番に押圧操作す
ると動きベクトル検知を開始するように設定しておけ
ば、ホームポジションキー13から人差し指Fを離すこ
となく、セキュリティチェックもポインタ移動操作も行
うことができる。
【0045】従って、上述したように、各カメラ部1
4,24,27により、キーボード10のキーを操作す
る人指し指Fから、光学的に、指紋照合のための画像情
報a及び位置情報検知のための動きベクトル情報bの各
情報を検出することができる。この実施の形態における
指紋検出に際しては、初期登録時は例えば検出可能範囲
のほぼ全域を入力し、照合時には初期登録時と同じ部分
か或いは少し狭い部分を入力して、照合入力部分が登録
入力部分の対応部分と一致するか否かで判断する。ま
た、位置検出に際しては、指紋の流れの状態に基づいて
指紋の流れがどのように変化したかで変化度合いを判断
する。
【0046】なお、上記実施の形態において、各カメラ
部14,24,27が組み込まれたホームポジションキ
ー13は、上述した各情報を入力するための情報入力キ
ーとして機能するが、キーボード10に複数配置された
キーの中から任意に選択したキーを情報入力キーとして
もよいし、或いは、キーボード10上の任意の場所に新
たに情報入力キーを設けてもよい。
【0047】また、上記各カメラ部14,24,27に
おいて、アナログ処理回路20、A/D変換回路21、
画像処理回路22、駆動回路23、及び動き検知回路2
5の各回路は、全てカメラ処理回路としてIC群18に
組み込まれているが、これらの回路の一部をIC群18
に組み込み、残りの回路を、ホームポジションキー13
の外、即ち、キーボード10の内部或いはキーボード1
0が接続されているコンピュータの内部に設けてもよ
い。また、上記全回路を、キーボード10の内部或いは
キーボード10が接続されているコンピュータの内部の
何れかに、または双方に分散して設けてもよい。
【0048】よって、各カメラ部14,24,27の構
成を、画像信号処理を行った後の処理情報を出力する構
成としてもよく、或いは画像信号処理をせずに未処理情
報、例えば撮像素子17からの撮像信号やA/D変換後
のデジタル信号のままを出力する構成としてもよい。画
像信号処理をしない未処理情報を出力する場合、必要な
処理は、コンピュータ側で行う。つまり、カメラ部14
側は、二次元の画像情報を得ることができればよい。
【0049】また、ホームポジションキー13に置かれ
カメラ部14に撮像される指は、人指し指Fに限るもの
ではなく、中指等の他の指でもよい。
【0050】また、各カメラ部14,24,27は、
[F]と[J]の2つのホームポジションキー13の内
の一方にのみ設けてもよいし、両方に設けてもよい。一
方にのみ設けた場合、左右何れか一方の指で縦と横の両
方の動きを入力しなければならないが、両方に設けた場
合、左右双方の指で縦と横の動きを分担することができ
る。
【0051】また、撮像素子17には、2次元素子を用
いるのがよいが、位置検知のみに用いる場合は、1次元
素子を2個用いてもよい。
【0052】更に、キーボード10から出力された画像
情報aや動きベクトル情報bは、接続コード12が接続
されたUSB(Universal Serial B
us)端子を介して、コンピュータに伝送してもよい。
【0053】このように、本発明によれば、キーボード
10のキーを操作する指から光学的に指紋情報を検出で
きることにより、ホームポジションキー13から指を動
かすことなく高い検知能力で高精度の指紋照合及び位置
入力が可能になる。その上、機械式のマウスやトラック
ボールのように埃や摩耗等により可動部の動きが悪くな
ることもなく、故障し難く高い信頼性を得ることができ
る。
【0054】この結果、キーボード操作者がコンピュー
タ使用を許容された登録者であることを、容易に且つス
ピーディに確認することができるので、高いセキュリテ
ィ効果を得ることができる。また、機械的な位置入力手
段であるマウス等のポインティングデバイスの場合、微
妙な操作がし難かったディスプレイ画面上のポインタ移
動操作を、指先の動きに対応した微妙な動きまで検出す
ることによって微妙な操作で確実に行うことができ、高
い精度のもと操作性をより向上させることができる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
キーボード上に複数設けられたキーの少なくとも1つに
は、指の動きベクトルを検出する手段が設けられ、この
手段により、キーを操作する操作者の指の動きベクトル
が検出されるので、特定の者にキーボード操作者を限定
するセキュリティ機能のためのセキュリティ情報を検出
することができる。また、ホームポジションキーを操作
する指から光学的に情報を検出することにより、キート
ップからの指の移動を必要とせずに、位置指定や対象指
示等を入力する際の操作性を向上させることができる。
【0056】また、押圧操作する指の指紋を撮像するカ
メラを有する光学情報入力装置により、セキュリティ情
報を検出することができ、キーボードから得られた情報
によって指紋照合および/または位置入力が可能となる
コンピュータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るキーボードの平面図
である。
【図2】図1に示すホームポジションキーの拡大断面図
である。
【図3】図1に示すホームポジションキーの他の例の説
明図である。
【図4】指紋照合を行うカメラ部の構成を示すブロック
図である。
【図5】動きベクトルを検知するカメラ部の構成を示す
ブロック図である。
【図6】指紋照合及び動きベクトル検知を共に行うカメ
ラ部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10 キーボード 11 キー 12 接続コード 13 ホームポジションキー 13a キートップ 14,24,27 カメラ部 15 発光ダイオード 16 プリント基板 17 撮像素子 18 IC群 19 カメラレンズ 20 アナログ処理回路 21 A/D変換回路 22 画像処理回路 23 駆動回路 25 動き検知回路 26 メモリ F 人差し指 a 画像情報 b 動きベクトル情報

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キーボード上に複数設けられたキーの少
    なくとも1つに、指の動きベクトルを検出することによ
    るポインタ手段を設けたことを特徴とするキーボード。
  2. 【請求項2】 指の動きは、キーボード内に設けられた
    カメラで一定時間間隔で指紋を取り込むことにより動き
    ベクトルとして検出されることを特徴とする請求項
    記載のキーボード。
  3. 【請求項3】 ホームポジションキーに動きベクトルを
    検出する手段が設けられていることを特徴とする請求項
    又は2に記載のキーボード。
  4. 【請求項4】 前記キーに設けられた動きベクトルを検
    知するカメラの撮像素子とキーボード間に、発ダイオ
    ードを有することを特徴とする請求項2または3に記載
    のキーボード。
  5. 【請求項5】 前記押圧操作されるキーにおいて、前記
    キーの上面側に位置する指の指紋を撮像するカメラのレ
    ンズがキートップと一体化するように組み込まれたこと
    を特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載のキ
    ーボード。
  6. 【請求項6】 前記キーのカメラレンズから離れた位置
    で撮像可能な状態に、焦点距離、画角を調整可能とする
    レンズアダプタを有することを特徴とする請求項2乃至
    のいずれか1項に記載のキーボード。
  7. 【請求項7】 キーボード上の複数のキーに動きベクト
    ルを検知するカメラを有することを特徴とする請求項
    乃至6のいずれか1項に記載のキーボード。
  8. 【請求項8】 前記複数のキーに縦と横との動きを別々
    に入力する機能を有することを特徴とする請求項記載
    のキーボード。
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