JP5167519B2 - ポインティングデバイス及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポインティングデバイス及びその制御方法に関する。

従来から、センサを用いたポインティングデバイスには、以下に示すような種々のものが知られている。

特許文献１は、発光素子および受光素子を用いて移動速度を計算した技術を開示している。特許文献２は、ポインティングデバイスの一種であるトラックボールに赤外線センサを多数個搭載した技術を開示している。特許文献３は、赤外線センサセルと圧電素子セルを市松模様に並べて、ユーザが画面上を操作する技術を開示している。特許文献４は、赤外線源と熱型もしく焦電型の赤外線センサを用いてその出力の変化によりポインタを制御する技術を開示している。

特開平３−２９１７１６号公報 特開２０００−２１４９９３号公報（特許３２０４２３７号） 特開平１１−３３８６２９号公報 特開２００６−３５０９４６号公報

ところが、特許文献１においては、センサとしての受光素子のみならず発光素子を具備する必要があり、コストアップにつながる。さらに、移動速度を計算するためユーザは手のひらを必ず広げた状態で操作する必要がある。したがって、動きを制限しており、使い勝手に問題がある。

また、特許文献２においては、上記で示したように、赤外線センサを多数個搭載しなければならない。特許文献２内の図面によれば、約７０個の赤外線センサを必要としている。数十個レベルのセンサ信号を処理するためには、その処理系をそのまま数十個使うのではコストアップにつながるし、時分割で処理するときには必然的にその処理速度が遅くならざるを得ない。後者の場合、結果として、処理速度の遅さが使い勝手の悪さに直結する。

赤外線センサを多数必要とすることは、特許文献３でも同様である。さらに、特許文献３では、圧電素子も必要であり、コストアップと使い勝手の悪さが同様に指摘される。なおかつ、ユーザが画面へ接触することを必要としていることも使い勝手の悪さに直結する。

特許文献４においては、赤外線源の移動のみを検出できるものであり、ユーザの動作が時間的に変化しない場合、あるいは非常に遅い場合には対応できない。さらに、仮にセンサ出力の計時変化を計算できたとしても、その計算結果から具体的にポインタの制御がどのように行われるかの記述がまったく見当たらない。
そこで、本発明の目的は、人体（例えば、ユーザの手）が検出可能なパッシブ型の赤外線センサをごく少数だけ用いることでコストダウンを実現することにある。

また、本発明の他の目的は、ユーザの自然な手の動きをターゲットに赤外線センサの配置決定および信号処理を行うことにより、ユーザの使い勝手を向上させることにある。

本発明は、少なくとも２個の赤外線センサと、前記赤外線センサの出力値を測定する測定部と、前記測定部で得られた測定値を格納する格納部と、前記格納部に格納された測定値から、前記赤外線センサの出力の各々のピークを検出するピーク検出部と、前記検出されたピークのうち、第１の赤外線センサの出力のピーク発生前または発生後に、第２の赤外線センサの出力のピークが発生したか否かを判定する判定部と、前記判定部の判定結果に基づいて、前記ピークを検出したときにポインタを既定の位置から所定の移動方向に所定の移動量だけ移動させる制御を行う制御部とを備えたことを特徴とする。

前記判定部が、前記第１の赤外線センサ出力のピーク発生時刻から所定時間の範囲内に、第２の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定することを特徴とし、前記所定時間が、前記赤外線センサの出力のピーク幅であることを特徴とする。

前記判定部で、前記第２の赤外線センサのピークが発生したと判定された場合に、前記制御部で、前記ポインタを移動させることを特徴とする。

少なくとも２個の赤外線センサの出力値を測定する測定ステップと、前記測定された測定値を格納する格納ステップと、前記格納された測定値から、前記赤外線センサの出力の各々のピークを検出するピーク検出ステップと、前記検出されたピークのうち、第１の赤外線センサの出力のピーク発生前または発生後に、第２の赤外線センサの出力のピークが発生したか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップの判定結果に基づき、前記ピークを検出したときにポインタを既定の位置から所定の移動方向に所定の移動量だけ移動させる制御を行う制御ステップとを有することを特徴とする。

前記判定ステップが、前記第１の赤外線センサ出力のピーク発生時刻から所定時間だけ前または、所定時間だけ後に、第２の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定することを特徴とし、前記所定時間が、前記赤外線センサの出力のピーク幅であることを特徴とする。

前記測定ステップで、左右に配置された赤外線センサからの出力値を測定し、前記判定ステップで、左側の赤外線センサ出力のピーク発生前に、右側の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定し、右側の赤外線センサ出力のピークが発生したと判定された場合に、前記制御ステップで、ポインタを左へ移動させることを特徴とする。

前記測定ステップで、上下に配置された赤外線センサからの出力値を測定し、前記判定ステップで、上側の赤外線センサ出力のピーク発生前に、下側の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定し、下側の赤外線センサ出力のピークが発生したと判定された場合に、前記制御ステップで、ポインタを上へ移動させることを特徴とする。

本発明によれば、ユーザが２個のセンサに対して実際のポインタの移動と同様な手の動きをすることによって、左右もしくは上下といった１次元方向のポインタの移動を自由自在に行うことが可能となる。

また、本発明によれば、センサの個数がわずか２個でコストダウンに最適であるばかりでなく、ポインティングデバイスとして広く採用されているマウスと同様の動きが実現可能であるため、使い勝手の面でも大幅に向上する。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るポインティングデバイス１００の構成例を示すブロック図である。

ポインティングデバイス１００は、赤外線センサ部１と、センサ出力測定部２と、ポインタ制御データ生成部３と、画面上に表示されるポインタ４とから構成される。

赤外線センサ部１は、少なくとも２個の赤外線センサを備えている。

本例では、少なくとも２個の赤外線センサ１１，１２（図２参照）を１組として用いる。しかし、これに限定されるものではなく、３個以上の赤外線センサを１組として用いてもよい。

以下、具体例で示すように、用途に応じて最適に配置する。なお、本例に係る赤外線センサは、発光部を持たなくても検出可能なパッシブ型のものとするが、本発明の趣旨はその検出原理には依存せず、そのまま適用可能である。

センサ出力測定部２は、赤外線センサ部１からの出力値を測定する。

一般に、赤外線センサを用いただけでは、検出された信号が小さいため、オペアンプ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等の電子部品を用いて電気的に増幅される。また必要に応じて、その電気的に増幅された電気信号がＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路によって、出力信号としてデジタルデータに変換される。

ポインタ４は、ポインタ制御データ生成部３によって、その位置や動きが制御される。そのポインタ制御データ生成部３は、センサ出力測定部２の測定結果に基づいて、所定の計算を行う。

図２は、図１のポインタ制御データ生成部３の構成例を示す。

本例では、２個の赤外線センサを１組として使用する。

２個の赤外線センサ１１および赤外線センサ１２からの出力値が、それぞれセンサ出力測定部２１およびセンサ出力測定部２２において測定される。

なお、図２においては、センサ出力測定部２は、２系統持つものとして図示したが、特にこの構成に限るものでなく、１系統持って、時分割で処理してもよい。

ポインタ制御データ生成部３は、センサ出力格納部３１と、センサ出力ピーク検出部３２と、ピーク幅演算部３３と、ポインタ移動制御部３４とから構成される。

まず、センサ出力格納部３１に、センサ出力測定部２１および２２で得られた赤外線センサ１１および赤外線センサ１２のセンサデータ（出力信号）を格納する。このセンサ出力格納部３１は、ＦＩＦＯ（ＦｉｒｓｔＩｎ ＦｉｒｓｔＯｕｔ）バッファと呼ばれるものであり、最近のセンサ出力が格納されると同時に最遠のセンサ出力が廃棄される。

なお、このセンサ出力格納部３１に格納されるデータの数は、用途やコストに応じて最適に決めることができる。

続いて、センサ出力ピーク検出部３２で、センサ出力格納部３１に格納されているセンサデータに基づいて、２個の赤外線センサ出力のピークを検出する。さらに、センサピーク幅制御部３３で、２個の赤外線センサ出力のピークにおけるピーク幅Ｗを演算する。このピーク幅Ｗは、たとえば、周知の半値幅の演算法などを用いることができる。

最後に、ポインタ移動制御部３４で、２個のうち一方の赤外線センサ出力のピークが検出された時間に対し、ピーク幅の時間だけ前の時間内において、２個のうち他方の赤外線センサ出力のピークの量を計算する。この計算結果により、ポインタ4を移動する方向と、ポインタを移動する移動量とが決定される。その直後に、ポインタ４がある位置から、所定の移動方向と、所定の移動量とだけ移動する。

ここで、赤外線センサを左右（横）方向に配置したとき、実際にポインタがどのように移動するかを図３から図４を用いて説明する。

図３は、赤外線センサ部１の具体的な配置例を示した模式図である。赤外線センサ１１を紙表面に対して左側に、赤外線センサ１２を紙表面に対して右側に置いている。この配置に対し、ポインタ４がどのように移動するかを、図４を用いて説明する。

図４は、一般的な電子機器（テレビ、パソコン等）のディスプレイ１０１に対し、本例の説明に必要な部分のみを示した模式図である。

このディスプレイ１０１には２次元座標系（Ｘ、Ｙ）が設定されており、左上隅が原点、すなわち（０，０）、右に行くにつれてＸ座標が増え、右上隅が（１０２４、０）、下に行くにつれてＹ座標が増え、左下隅が（０、７６８）、右下隅は（１０２４、７６８）となっているものとする。また、現在のポインタ４の位置は中心、すなわち（５１２、３８４）であるものとする。

仮に、ポインタ移動制御部３４で得られた結果が、ポインタを左側に１９２だけ移動させる、という結果だとした場合、ポインタは現在の（５１２、３８４）の位置から左側、すなわちＸ軸の負の方向に１９２移動する。したがって、新たなポインタの位置は（３２０、３８４）となる。

これから、センサ出力ピーク検出部３２、ピーク幅演算部３３、ポインタ移動制御部３４の具体的な演算方法について説明する。

まず、手の動きとポインタの移動の関係を以下のように設定する。この設定はマウスと同じ設定であり、したがってユーザにとって使い勝手の向上というメリットを享受することができる設定である。
・第１の手の動き：
赤外線センサ１１および赤外線センサ１２のごく近傍で、手を右から左に動かす。すなわち、赤外線センサ１２から赤外線センサ１１に向かうように動かす。−−＞ このとき、ポインタは左側に動く。
・第２の手の動き：
赤外線センサ１１および赤外線センサ１２のごく近傍で、手を左から右に動かす。すなわち、赤外線センサ１１から赤外線センサ１２に向かうように動かす。−−＞ このとき、ポインタは右側に動く。
・第３の手の動き：
赤外線センサ１１および赤外線センサ１２のごく近傍で、手を両方の赤外線センサに向かって同時に近づけたり遠ざけたりする。−−＞ このとき、ポインタは動かない。
・第４の手の動き：
赤外線センサ１１および赤外線センサ１２のごく近傍で、手を左右に振動させる。すなわち、赤外線センサ１１と赤外線センサ１２に交互に近づける。−−＞ このとき、ポインタは動かない。あるいは、左右に振動する。

もし、第１もしくは第２のそれぞれの手の動きを連続的に行った場合、この動きを模式図で示すと、図５（ａ）（ｂ）のようになる。すなわち、鉛直平面内において、第１の手の動きの場合には、図５（ａ）ように右回り（時計回り）、第２の手の動きの場合には、図５（ｂ）のように左回り（反時計回り）となる。

また、もし、第１から第４のそれぞれの手の動きを連続的に行った場合、赤外線センサ１１および赤外線センサ１２の概略波形は、第１の手の動きの場合が図６、第２の手の動きの場合が図７、第３の手の動きの場合が図８、第４の手の動きの場合が図９、のようになる。この波形に基づいて、どのように演算を実行するかを以下で説明する。

まず、図６の例において、手は右回り（時計回り）に動かしているので、センサ出力ピーク検出部３２によって赤外線センサ１２のピークが検出された直後に、同じくセンサ出力ピーク検出部３２によって赤外線センサ１１のピークが検出されることになる。

したがって、○（丸印）の時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３(以下同様)で、ピーク幅演算部３３によって赤外線センサ１１のピーク幅を演算することにより、さらにそのピーク幅だけ前の時間帯において赤外線センサ１２のピークが検出されていたことを求めることができる。そこで、これらの時刻以外ではポインタを移動させず、これらの時刻でのみポインタを左に移動させるように、ポインタ移動制御部３４に指令を出す。なお、これらの時刻でのポインタの移動量は、ある一定の値、ピークの半値幅、ピークでのセンサ出力の積分値（和）、など任意に設定することが可能である。

続いて、図７の例において、手は左回り（反時計回り）に動かしているので、センサ出力ピーク検出部３２によって赤外線センサ１１のピークが検出された直後に、同じくセンサ出力ピーク検出部３２によって赤外線センサ１２のピークが検出されることになる。

したがって、□（四角印）の時刻、すなわち、ｔ４、ｔ５、ｔ６(以下同様)の時刻で、ピーク幅演算部３３によって赤外線センサ１２のピーク幅を演算することにより、さらにそのピーク幅だけ前の時間帯において赤外線センサ１１のピークが検出されていたことを求めることができる。そこで、これらの時刻以外ではポインタを移動させず、これらの時刻でのみポインタを右に移動させるように、ポインタ移動制御部３４に指令を出す。なお、上記と同様に、これらの時刻でのポインタの移動量は、ある一定の値、ピークの半値幅、ピークでのセンサ出力の積分値（和）、など任意に設定することが可能である。

さて、図８の例において、手を両者の赤外線センサに同時に近づけたり遠ざけたりしているので、赤外線センサの１１のピークと赤外線センサ１２のピークは一致している。したがって、一方のピークの直後に他方のピークがあることはない。これにより、ポインタを移動させないように指令を出し続けていればよい。

最後に、図９の例において、手を両者の赤外線センサの間で振動させているので、図６および図７に対する説明と同じ方法を用いる。これにより、赤外線センサ１１のピークの直後に赤外線センサ１２のピークがあり、その赤外線センサ１２のピークの直後にさらに赤外線センサ１１のピークがあることになる。

そこで、△（三角印）の時刻、すなわち、t７、ｔ９、ｔ１１、ｔ１３、ｔ１５の時刻でポインタを右に移動させ、×（バツ印）の時刻、すなわち、ｔ８、ｔ１０、ｔ１２、ｔ１４、ｔ１６の時刻でポインタを左に移動させ、他の時刻はポインタを移動させないように、ポインタ移動制御部３４に指令を出す。仮に、この△（三角印）および×（バツ印）で同じ移動量を設定していれば、結果的にポインタは同じ場所を振動し続けることになる。

なお、以上の処理については、ポインティングデバイス１００の動作は連続的に、しかも任意の時間間隔で実行可能である。したがって、ポインティングデバイス１００に対してこの連続的な動作をさせることによって、ユーザが左右の手を赤外線センサ１１および赤外線センサ１２の間で左右いずれかに回転させることにより、ポインタを左右に自由自在に移動させることができるようになる。

また、この構成例において赤外線センサを上下（縦）に配置したときのポインタの移動についても、上記の左右（横）を上下（縦）に置き換えればすべて同じ議論が適用できるので、説明を省略する。また、左右上下ではなく斜めの任意方向に対してもまったく同様の議論が適用できる。

本発明の第１の実施の形態である、ポインティングデバイスの概略構成を示すブロック図である。 ポインティングデバイスにおける内部構成例を示すブロック図である。 赤外線センサの配置を示す説明図である。 ポインタの移動を示す説明図である。 手の動きを示す説明図である。 第１の手の動きによって各赤外線センサから得られた出力信号の時系列的変化を示す説明図である。 第２の手の動きによって各赤外線センサから得られた出力信号の時系列的変化を示す説明図である。 第３の手の動きによって各赤外線センサから得られた出力信号の時系列的変化を示す説明図である。 第４の手の動きによって各赤外線センサから得られた出力信号の時系列的変化を示す説明図である。

符号の説明

１ 赤外線センサ部
２ センサ出力測定部
３ ポインタ制御データ生成部
４ ポインタ
１１ 赤外線センサＡ
１２ 赤外線センサＢ
２１ センサ出力測定部Ａ
２２ センサ出力測定部Ｂ
３１ センサ出力格納部
３２ センサ出力ピーク検出部
３３ ピーク幅演算部
３４ ポインタ移動制御部
１００ ポインティングデバイス
１０１ ディスプレイ

Claims (7)

1. 少なくとも２個の赤外線センサと、
   前記赤外線センサの出力値を測定する測定部と、
   前記測定部で得られた測定値を格納する格納部と、
   前記格納部に格納された測定値から、前記赤外線センサの出力の各々のピークを検出するピーク検出部と、
   前記検出されたピークのうち、
   第１の赤外線センサの出力のピーク発生前または発生後に、第２の赤外線センサの出力のピークが発生したか否かを判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果に基づいて、前記ピークを検出したときにポインタを既定の位置から所定の移動方向に所定の移動量だけ移動させる制御を行う制御部と
   を備えたことを特徴とするポインティングデバイス。
2. 前記判定部が、
   前記第１の赤外線センサ出力のピーク発生時刻から所定時間の範囲内に、第２の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定することを特徴とし、
   前記所定時間が、前記赤外線センサの出力のピーク幅であることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
3. 前記判定部で、前記第２の赤外線センサのピークが発生したと判定された場合に、
   前記制御部で、前記ポインタを移動させることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載のポインティングデバイス。
4. 少なくとも２個の赤外線センサの出力値を測定する測定ステップと、
   前記測定された測定値を格納する格納ステップと、
   前記格納された測定値から、前記赤外線センサの出力の各々のピークを検出するピーク検出ステップと、
   前記検出されたピークのうち、第１の赤外線センサの出力のピーク発生前または発生後に、第２の赤外線センサの出力のピークが発生したか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップの判定結果に基づき、前記ピークを検出したときにポインタを既定の位置から所定の移動方向に所定の移動量だけ移動させる制御を行う制御ステップと
   を有することを特徴とするポインティングデバイスの制御方法。
5. 前記判定ステップが、
   前記第１の赤外線センサ出力のピーク発生時刻から所定時間だけ前または、所定時間だけ後に、第２の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定することを特徴とし、
   前記所定時間が、前記赤外線センサの出力のピーク幅であることを特徴とする請求項４に記載のポインティングデバイスの制御方法。
6. 前記測定ステップで、
   左右に配置された赤外線センサからの出力値を測定し、
   前記判定ステップで、
   左側の赤外線センサ出力のピーク発生前に、右側の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定し、右側の赤外線センサ出力のピークが発生したと判定された場合に、
   前記制御ステップで、ポインタを左へ移動させることを特徴とする請求項４又は５に記載のポインティングデバイスの制御方法。
7. 前記測定ステップで、
   上下に配置された赤外線センサからの出力値を測定し、
   前記判定ステップで、
   上側の赤外線センサ出力のピーク発生前に、下側の赤外線センサ出力のピークが発生したか否かを判定し、下側の赤外線センサ出力のピークが発生したと判定された場合に、
   前記制御ステップで、ポインタを上へ移動させることを特徴とする請求項４又は５に記載のポインティングデバイスの制御方法。

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