JP6220653B2 - 光学式位置検出装置およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、光学式位置検出装置およびそれを用いた電子機器に関する。

近年、手などの物体の位置を認識することで、接触することなく電子機器を制御する技術が提案されている。この技術は、４分割フォトダイオード（ＰＤ）を用いる方式と、イメージセンサを用いる方式の２つに大別することができる。

４分割ＰＤを用いる方式としては、例えば特許文献1（特開２０１３−８８１２２号公報）および特許文献２（特開２０１３−６１２３３号公報）に記載されたものがある。

特許文献１，２の発明では、手によって反射された反射光を４つのＰＤで検出して、検出された反射光の出力強度から、手の２次元位置を検出している。

一方、イメージセンサを用いる方式としては、例えば特許文献３（特開２０１３−６９２７３号公報）、特許文献４（特開平０９−９１０７９号公報）および特許文献５（特開平１０−１７７４４９号公報）に記載されたものがある。

特許文献３の発明では、光源から光が照射されている人差し指を突出させた手の状態の画像を撮像し、閾値に基づいて二値化し、拳の形状を識別して、拳の重心座標と指先の位置とを検出している。また、拳の重心座標と指先の重心座標との間の距離および角度を計算し、所定の条件を満たすときに位置決定信号を出力している。

また、特許文献４の発明および特許文献５の発明では、特許文献３と同様の手法で手の反射画像から指先の画像を抽出し、指先の画像の重心から指先の位置を検出しているが、特許文献４の発明では、イメージセンサに対する遠近方向の位置を、手から反射した反射光量および指先の画像の大きさから検出しており、特許文献５の発明では、指先が一定時間静止したことを検出し、位置決定信号として出力している。

特開２０１３−８８１２２号公報 特開２０１３−６１２３３号公報 特開２０１３−６９２７３号公報 特開平０９−９１０７９号公報 特開平１０−１７７４４９号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２の発明では、出力素子であるフォトダイオードの数が４個と少ないため、手などの正確な空間位置を検出することが困難であるという問題があった。

また、特許文献３，特許文献４および特許文献５の発明では、撮像された画像から拳あるいは指先の画像を抽出して形状を認識（計算）して、この認識した形状が、拳あるいは指先であるか否かを判定する必要がある。その結果、画像処理の演算にかかる中央処理装置（ＣＰＵ）への負担が大きくなり、位置検出装置の周辺に高度な計算機能を有する演算回路が必要となるため、製造コストが高くなるという問題があった。さらに、イメージセンサに対して手を近づける動作および遠ざける動作により位置決定信号を出力する場合、イメージセンサに対して指を垂直に動かさなければ指の重心位置が変化してしまい、位置決定信号を誤って出力してしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題を鑑み、位置決定信号の誤出力を防止すると共に、安価かつ高精度な光学式位置検出装置及びこれを用いた電子機器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の光学式位置検出装置は、
光を出射する発光素子と、
上記発光素子から出射された光を物体に照射する発光レンズと、
上記物体からの反射光を集光する受光レンズと、
上記受光レンズにより集光された上記物体からの反射光を受光する受光面を有し、上記物体からの反射光により上記受光面に形成された受光スポットの受光強度分布を検出するエリアセンサと、
上記エリアセンサから出力される受光信号に基づいて、上記受光スポットの受光強度が第１閾値以上の第１領域の重心位置を算出すると共に、上記受光スポットの受光強度が上記第１閾値よりも小さい第２閾値以上の第２領域の大きさを算出する受光信号処理部と、
上記受光信号処理部により算出された上記受光スポットの上記第１領域の重心位置の変位および上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化の少なくともいずれか一方に基づいて、上記受光スポットの上記第１領域の重心位置が決定されたことを表す位置決定信号を出力する位置決定信号出力部と
を備えることを特徴とする。

一実施形態の光学式位置検出装置では、
上記位置決定信号出力部は、上記受光スポットの上記第１領域の重心位置が所定範囲内にあり、かつ、上記受光スポットの上記第２領域の大きさが変化したときに、上記位置決定信号を出力する。

一実施形態の光学式位置検出装置では、
上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が、上記エリアセンサの受光面に沿った一方向の変化である。

一実施形態の光学式位置検出装置では、
上記位置決定信号出力部が、
上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が、所定の変化であるか否かを判定する第１の判定と、
上記第１の判定において、上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が所定の変化であると判定した後に、上記受光スポットの上記第２領域が９０°回転したか否かを判定する第２の判定とを行い、
上記第１の判定において、上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が所定の変化であると判定したときに、第１の上記位置決定信号を出力し、
上記第２の判定において、上記受光スポットの上記第２領域が９０°回転したと判定したときに、第２の上記位置決定信号を出力する。

本発明の電子機器は、上記光学式位置検出装置を搭載したことを特徴とする。

本発明の光学式位置検出装置によれば、受光信号処理部が、エリアセンサから出力される受光信号に基づいて、受光スポットの受光強度が第１閾値以上の第１領域の重心位置を算出すると共に、受光強度が第２閾値以上の第２領域の大きさを算出することによって、物体の位置の変位および大きさの変化を簡単な構成で正確に算出できるので、安価かつ高精度な光学式位置検出装置を提供することが可能となる。

また、位置決定信号出力部が、受光信号処理部により計算された受光スポットの第１領域の重心位置の変位および受光スポットの第２領域の大きさの変化に基づいて位置決定信号を出力するので、位置決定信号を正確に出力することができ、位置決定信号の誤出力を防ぐことができる。

本発明の光学式位置検出装置を示す概略断面図である。 図１の光学式位置検出装置の発光素子からの出射光が、物体により反射されて、受光素子に入射する状態を示す図である。 図２の受光素子のエリアセンサ上に形成された受光スポットを示す概略図である。 図１の光学式位置検出装置の受光素子の構成を示す模式図である。 図１の光学式位置検出装置の物体の垂直方向の位置の検出を説明するための図である。 図１の光学式位置検出装置のエリアセンサ上に形成された受光スポットのＸ軸方向の受光強度分布を示す図である。 図６の受光スポットの受光強度分布に対応する手の形状を示す図である。 図１の光学式位置検出装置のエリアセンサ上に形成された受光スポットのＸ軸方向の受光強度分布の他の例を示す図である。 図８の受光スポットの受光強度分布に対応する手の動作を説明するための図である。 図２の受光素子のエリアセンサ上に形成された図９（ｂ）の手の形状に対応する受光スポットを示す概略図である。 図８の光学式位置検出装置のダブルクリック操作を説明するための図である。 本発明の光学式位置検出装置を搭載した情報端末を示す概略図である。 本発明の光学式位置検出装置を搭載した加熱調理器を示す概略図である。

以下、本発明の光学式位置検出装置を、図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

本発明の光学式位置検出装置１０は、図１に示すように、発光素子２０と、受光素子３０と、基板１１と、レンズケース１２とを備えている。

基板１１は、例えばフレキシブル基板からなっている。この基板１１上に、発光素子２０，受光素子３０およびレンズケース１２が固定されている。発光素子２０および受光素子３０は、一定間隔を空けて配置されており、レンズケース１２で覆われている。なお、基板１１としてリジッド基板等を用いてもよい。

レンズケース１２は、例えば遮光性を有するポリカーボネート樹脂からなっており、発光レンズ１３と受光レンズ１４とを有している。発光レンズ１３は、発光素子２０の発光部２１と対向する位置に配置されており、受光レンズ１４は、受光素子３０の受光面３２と対向する位置に配置されている。

発光レンズ１３は、例えば透明ポリカーボネート樹脂からなっており、発光素子２０と対向する表面に非球面の凹面が形成されている。

受光レンズ１４は、例えば透明ポリカーボネート樹脂からなっており、受光素子３０に対向する表面と物体４０側の表面とに非球面の凸面が形成された両凸形状を有している。

発光素子２０は、例えば赤外発光ダイオードからなっており、図２に示すように、発光レンズ１３を介して、物体４０に向けて出射光Ｌを出射する。発光素子２０から出射される出射光Ｌは、発光レンズ１３により必要なビーム角で出射される。

受光素子３０は、例えばウェハレベルチップサイズパッケージで形成されており、図２，図３に示すように、受光面３２を有するエリアセンサ３１を備え、物体４０により反射された出射光Ｌの反射光を受光する。エリアセンサ３１は、例えばｍ行×ｍ列（ｍは０を除く自然数）のＣＭＯＳイメージセンサからなっており、５０行×５０列程度の低画素のものを用いるのが好ましい。

エリアセンサ３１の受光面３２上には、物体４０により反射された反射光が、受光レンズ１４を介して集光される。この集光された反射光により、受光スポット５０が形成される。このとき、受光レンズ１４の両凸面を非球面としているので、物体４０が受光レンズ１４の光軸から離れた位置にある場合でも、できるだけ歪みの少ない受光スポット５０を形成することができる。

また、図４は受光素子３０の構成を示しており、図４に示すように、エリアセンサ３１の周囲には、受光信号処理部の一例の信号処理回路部６１、駆動回路部６２、信号処理ソフトメモリ部６３、信号処理データメモリ部６４、および、位置決定信号出力部６５が設けられている。

信号処理回路部６１は、例えばデジタル信号回路であり、エリアセンサ３１から出力される信号に基づいて、受光スポット５０の受光面３２上の座標である重心位置（ｘ０，ｙ０）および大きさを算出し、算出された受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）を表す位置信号および受光スポット５０の大きさを表す信号を信号処理データメモリ部６４に出力する。

駆動回路部６２は、発光素子２０を所定のタイミングで駆動させる。駆動回路部６２の駆動のタイミングは、光学式位置検出装置１０の設計条件などに応じて適宜設定できる。

信号処理ソフトメモリ部６３は、信号処理回路部６１が信号を処理するためのプログラムが記憶されている。

信号処理データメモリ部６４は、受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）および大きさに関するデータが記憶されている。

位置決定信号出力部６５は、例えば信号出力部（図示せず）としてＩ^２Ｃ（Inter-Integrated Circuit（インター・インテグレイティド・サーキット：集積回路間通信））インターフェースを有し、信号処理データメモリ部６４にアクセスして、信号処理回路部６１により信号処理データメモリ部６４に出力された受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）を表す位置信号および大きさを表すデータから、受光スポット５０の大きさの変化が、予め定められた受光スポット５０の大きさの変化であるか否かを判定する。そして、受光スポット５０の大きさの変化が、予め定められた受光スポット５０の大きさの変化と判定したときに、受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）を表す位置決定信号を出力する。

ここで、受光スポット５０の大きさは、受光スポット５０の最大寸法であってもいいし、受光スポット５０の面積であってもよい。受光スポット５０の大きさの変化は、異なる２つの受光スポット５０の大きさの差（物理変化量）で判定することができる。

つまり、受光スポット５０の大きさの変化が予め定められた受光スポット５０の大きさの変化であるか否かの判定は、例えば、算出された異なる２つの受光スポット５０の最大寸法／面積の変化量の絶対値が、予め定められた受光スポット５０の最大寸法／面積の変化量の絶対値を超えたか否かで行うことができる。なお、変化量は絶対値である必要はなく、プラスの変化量またはマイナスの変化量を用いてもよい。

なお、位置決定信号出力部６５に記憶手段を設けて、信号処理データメモリ部６４を兼ねるようにしてもよい。

次に、エリアセンサ３１上に形成される受光スポット５０の位置を用いた物体４０の位置の検出について、図２，図３および図５を用いて説明する。図２，図３および図５では、物体４０の形状は一定であり、変化しない。

物体４０の位置は、次のように求められる。以下の説明では、図３に示すように、受光面３２上の座標を設定している。すなわち、エリアセンサ３１の辺に沿ってＸ軸，Ｙ軸を定め、エリアセンサ３１の頂点の１つが原点となるようにＸＹ座標軸を設定している。なお、ＸＹ座標は、互いに直交する軸である。またＺ軸は、図示していないが、Ｘ軸とＹ軸の交点を通り、かつ、Ｘ軸およびＹ軸で画定される平面に対して直交するように設定している。

まず、駆動回路部６２により駆動された発光素子２０から物体４０に向かって出射光Ｌが出射され、物体４０により反射される。反射された反射光は、エリアセンサ３１の受光面３２上に集光され受光スポット５０が形成される。エリアセンサ３１の受光面３２上に受光スポット５０が形成されると、エリアセンサ３１が、形成された受光スポット５０のＸ軸およびＹ軸方向の受光強度分布を検出し、検出した受光強度分布を表す受光信号を信号処理回路部６１に出力する。

信号処理回路部６１は、エリアセンサ３１から出力された受光信号に基づいて、エリアセンサ３１上に形成された受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）を算出する。

例えば、図２の位置Ａにおける物体４０の位置は、信号処理回路部６１によって、検出された受光スポット５０の重心Ａ１のＸＹ座標から求められる。また、位置Ｂにおける物体４０の位置は、受光スポット５０の重心Ｂ１のＸＹ座標から求められる。

一方、物体４０のＺ軸方向の位置は、受光スポット５０の大きさの変化に基づいて、信号処理回路部６１により算出される。

例えば、図５に示すように、物体４０が位置Ｃ０にあるときには、位置Ｃ０におけるエリアセンサ３１の受光面３２上に形成された受光スポット５０の最大寸法Ｄ０（破線で示す）に基づいて、物体４０のＺ軸方向の位置（Ｚ座標）が計算される。また、物体４０が位置Ｃ１にあるときには、位置Ｃ１におけるエリアセンサ３１の受光面３２上に形成された受光スポット５０の最大寸法Ｄ１（実線で示す）に基づいて、物体４０のＺ軸方向の位置が計算される。図５においては、Ｄ１＞Ｄ０であるため、位置Ｃ１が、位置Ｃ０よりもエリアセンサ３１に近い位置にあることが算出される。つまり、物体４０のＺ座標は、相対座標として算出される。

なお、必要に応じて、物体４０のＺ座標を算出しないようにしてもよい。物体４０のＺ座標を検出しないことで、物体４０が受光素子３０に対して近づく／遠ざかる動作を検出することは出来なくなるが、物体４０の位置の変位および大きさの変化を検出するための画像処理演算をより簡単にできる。

次に、物体４０の形状が変化する場合の受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）の検出について説明する。ここでは、実施例として、図７（ａ），図７（ｂ）に示す手４１ａ，４１ｂの重心位置（ｘ０，ｙ０）の検出（実施例１）と、図９（ａ），図９（ｂ）に示す手４２ａ，４２ｂの重心位置（ｘ０，ｙ０）の検出（実施例２）について説明する。

（実施例１）
図６は、図７（ａ）に示す手を握った拳の状態の手４１ａの受光スポット５１のＸ軸方向の受光強度分布と、図７（ｂ）に示す親指と小指を開いた状態の手４１ｂの受光スポット５２のＸ軸方向の受光強度分布とを重ねた状態を示す図である。図６では、手４１ａの受光スポット５１の受光強度分布を破線で示し、手４１ｂの受光スポット５２の受光強度分布を実線で示している。

図６に示すように、受光強度が一定値Ｖ１以上の場合では、手４１ａから手４１ｂに形状を変化させても、手４１ａの受光スポット５１の形状と手４１ｂの受光スポット５２の形状との間にほとんど変化がない。つまり、値Ｖ１を第１閾値としたときに、受光強度の値が第１閾値以上の領域（第１領域）の受光スポット５１，５２の重心を求めることで、手４１ａから手４１ｂに形状が変化したとしても、正確な受光スポット５１，５２の重心位置（ｘ０，ｙ０）を算出できる。その結果、手４１ａ，手４１ｂの位置を正確に求めることができる。

一方、受光強度が低い領域では、手４１ａ，手４１ｂの形状変化による影響を大きく受ける。例えば、受光強度が、値Ｖ１よりも小さい値である値Ｖ２の近傍では、受光スポット５１，５２の形状が大きく異なっており、両者を明確に認識できる。そのため、値Ｖ２を第２閾値としたときに、受光強度が第２閾値以上の領域（第２領域）の受光スポット５１，５２の大きさを算出することで、手４１ａに対する手４１ｂの変化を正確に検出できる。

なお、図６では、Ｘ軸と受光強度分布との関係について示しているが、Ｙ軸と受光強度分布との関係についても同様である。

（実施例２）
図８は、図９（ａ）に示す人差し指を突き出した状態の手４２ａの受光スポット５３のＸ軸方向の受光強度分布と、図９（ｂ）に示す人差し指と親指を突き出した状態の手４２ｂの受光スポット５４のＸ軸方向の受光強度分布とを重ねた状態を示す図である。図８では、手４２ａの受光スポット５３の受光強度分布を破線で示しており、手４２ｂの受光スポット５４の受光強度分布を実線で示している。また、図１０には、手４２ｂの受光スポット５４の形状を示している。

図９（ａ），図９（ｂ）に示す人差し指を突出させた状態の手４２ａ，手４２ｂでは、人差し指の先端がエリアセンサ３１に接近しており出射光Ｌの反射強度が強くなるため、図８に示すように、受光強度が一定値Ｖ３以上の場合では、手４２ａから手４２ｂに形状を変化させても、手４２ａの受光スポット５３の形状と手４２ｂの受光スポット５４の形状とは略同一である。このため、値Ｖ３を第１閾値としたときに、受光強度の値が第１閾値以上の領域（第１領域）の受光スポット５３，５４の重心位置（ｘ０，ｙ０）を求めることで、手４２ａから手４２ｂに形状が変化したとしても、受光スポット５３，５４の正確な重心位置（ｘ０，ｙ０）を算出でき、その結果、手４２ａ，手４２ｂの位置を正確に求めることができる。

一方、受光強度が低い領域では、図８に示すように、手４２ａに対する手４２ｂの形状変化による影響を大きく受ける。特に、受光強度が、値Ｖ３よりも小さい値である値Ｖ４の近傍では、受光スポット５３に対する受光スポット５４の形状が大きく異なっており、両者を明確に認識できる。そのため、値Ｖ４を第２閾値としたとき、第２閾値以上の領域（第２領域）の受光スポット５３に対する５４の大きさの変化量を算出することで、手４２ａから手４２ｂへの変化を正確に検出できる。

なお、図８では、図６と同様、受光面３２のＸ軸と受光強度分布との関係についてのみ示しているが、例２では、受光面３２のＹ軸方向の受光強度分布の検出を行っていない。これは、図９（ａ）から図９（ｂ）への手の形状変化が、受光面３２のＸ軸方向（一方向）のみの変化であるため、Ｙ軸と受光強度との関係に何の影響も与えることがないからである。この場合、Ｘ軸およびＹ軸方向の受光強度分布を検出する場合と比べて、物体４０の位置の変位および大きさの変化をより簡単な構成で正確に算出できる。

このように、受光スポット５１，５２，５３，５４の重心位置（ｘ０，ｙ０）および大きさを検出することによって、手４１ａに対する４１ｂの位置の変位および大きさの変化、並びに、手４２ａに対する４２ｂの位置の変位および大きさの変化を正確に算出できるため、手４１ａに対する４１ｂの位置の変位および大きさの変化、並びに、手４２ａに対する４２ｂの位置の変位および大きさの変化を検出するための複雑な画像処理演算を必要とせず、結果、光学式位置検出装置１０の製造コストを低減できる。

なお、第１閾値および第２閾値は、光学式位置検出装置１０の設計条件などに応じて適宜設定できる。例えば、受光強度の上位２０％を第１閾値の値、下位１５％の値を第２閾値の値として採用してもよい。また、信号処理データメモリ部６４に記憶されたデータから、適切な値を算出するようにしてもよい。

また、上記光学式位置検出装置１０では、位置決定信号出力部６５が、受光スポット５０の大きさの変位に基づいて位置決定信号を出力しているが、これに限られない。例えば、受光スポット３２の重心位置（ｘ０，ｙ０）の変位に基づいて位置決定信号を出力してもいいし、受光スポットの重心位置（ｘ０，ｙ０）および受光スポット５０の大きさの変位に基づいて位置決定信号を出力してもよい。

なお、受光スポット５０の重心位置の変位は、異なる２つの受光スポット５０の重心位置の差（座標変位量）で判定してもいいし、算出された受光スポット５０の重心の座標が、基準となる座標（例えば最初に算出した受光スポット５０の重心の座標）から所定の座標範囲にあるか否かで判定してもよい。

つまり、受光スポット５０の重心位置の変位が予め定められた受光スポット５０の重心位置の変位であるか否かの判定は、例えば、算出された異なる２つの受光スポット５０の重心位置の座標変位量の絶対値が、予め定められた受光スポット５０の重心位置の変位量の絶対値を超えたか否かで行うことができる。変化量は絶対値である必要はなく、プラスの変化量またはマイナスの変化量を用いてもよい。

上記構成の光学式位置検出装置１０は、例えば入力デバイスとして用いることができる。例えば、図９（ａ）に示す手４２ａから図９（ｂ）に示す手４２ｂに変形させる動作を決定入力操作（クリック操作）として設定すると、信号処理回路部６１によって算出された受光スポット５３（図８に示す）の第２領域の大きさと受光スポット５４（図８に示す）の第２領域の大きさとの差が所定の値を超えたときに、位置決定信号出力部６５が、受光スポット５４の第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）が決定されたことを表す位置決定信号を出力し、位置決定信号に基づくクリック操作を行うことができる。このように、光学式位置検出装置１０を用いた入力デバイスでは、物体４０の大きさの変化による影響の大きい第２領域（受光強度の低い第２閾値以上の領域）において受光スポット５３に対する５４の大きさの変化を算出し、この受光スポット５３に対する５４の大きさの変化に基づいて位置決定信号を出力するので、位置決定信号に基づくクリック操作の実行を正確に検出でき、誤入力を低減できる。

なお、上記光学式位置検出装置１０の位置決定信号出力部６５に、受光スポット５４の重心位置（ｘ０，ｙ０）を表す信号を光学式位置検出装置１０の外部に出力する出力部を設けることで、光学式位置検出装置１０をポインティングデバイスとして用いることもできる。

また、例えば、受光スポット５０の第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）が所定範囲内にあり、かつ、受光スポット５０の第２領域の大きさが変化したときに、位置決定信号出力部６５が位置決定信号を出力するように設定することで、入力ポイントを表す受光スポット５０の重心位置を簡単に決定できる。これにより、操作感の優れた光学式位置検出装置１０を提供できる。

光学式位置検出装置１０を用いた入力デバイスでは、クリック操作の連続入力も可能である。例えば、図１１に示すように、手４２ａから手４２ｂに形状を変化させて最初のクリック操作を行って第１の位置決定信号を出力した後（受光スポット５４は図１１（ａ）の状態）、形状を手４２ｂのまま保持した状態で、９０℃回転させる動作をした場合に（受光スポット５４は図１１（ｂ）の状態）、第２の位置決定信号を続けて出力することができる。このとき、連続出力された第１，第２の位置決定信号が所定の間隔であったときに、ダブルクリック操作として検出するよう構成できる。

上記ダブルクリック操作は、ユーザが任意に設定可能である。例えば、図９に示す手４２ａから手４２ｂへの形状変化を２回繰り返す動作が行われたときにダブルクリック操作の実行を検出するように設定してもいいし、図７に示す手４１ａから手４１ｂに形状変化させた後に、手４１ｂの状態を保持したまま９０°回転させる動作が行われたときにダブルクリック操作の実行を検出するように設定してもよい。

なお、上記光学式位置検出装置１０は、入力デバイスだけでなく、タブレット，スマートフォンあるいはパーソナルコンピュータ等の電子機器の一例の情報端末７０に搭載可能であり、図１２に示すように、非接触のポインティングデバイスとして用いることができる。

また、上記光学式位置検出装置１０は、図１３に示す電子機器の一例の加熱調理器８０等の家庭用電気機器に搭載することもできる。光学式位置検出装置１０をメニュー操作入力デバイスとして用いた加熱調理器８０では、メニュー操作を非接触で行うことができ、調理中であっても手を洗ったり拭いたりすることなく加熱調理器８０の操作ができる。

さらに、上記光学式位置検出装置１０は、図示していないが、自動発券機、自動販売機あるいは回転寿司等の飲食店で用いられるメニュー等に用いて、操作を非接触で行えるようにできる。このように、本発明の光学式位置検出装置１０を用いれば、機器の操作を非接触で行うことができるようになるので、従来のように、不特定多数の人が触った機器を操作することがなくなる。その結果、例えば潔癖症の人であっても上記機器を気兼ねなく操作でき、また、公衆衛生を害することもなくなる。

本発明の光学式位置検出装置１０を纏めると次のようになる。

本発明の光学式位置検出装置１０は、
光を出射する発光素子２０と、
上記発光素子２０から出射された光を物体４０に照射する発光レンズ１３と、
上記物体４０からの反射光を集光する受光レンズ１４と、
上記受光レンズ１４により集光された上記物体４０からの反射光を受光する受光面３２を有し、上記物体４０からの反射光により上記受光面３２に形成された受光スポット５０の受光強度分布を検出するエリアセンサ３１と、
上記エリアセンサ３１から出力される受光信号に基づいて、上記受光スポット５０の受光強度が第１閾値Ｖ１以上の第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）を算出すると共に、上記受光スポット５０の受光強度が、上記第１閾値よりも小さい第２閾値Ｖ２以上の第２領域の大きさを算出する受光信号処理部６１と、
上記受光信号処理部６１により算出された上記受光スポット５０の上記第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）の変位および上記受光スポット５０の上記第２領域の大きさの変化の少なくともいずれか一方に基づいて、上記受光スポット５０の上記第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）が決定されたことを表す位置決定信号を出力する位置決定信号出力部６５と
を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、受光信号処理部６１が、エリアセンサ３１から出力される受光信号に基づいて、受光スポット５０の受光強度が第１閾値Ｖ１以上の第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）を算出すると共に、受光強度が第２閾値Ｖ２以上の第２領域の大きさを算出することによって、物体４０の位置の変位および大きさの変化を簡単な構成で正確に算出できるので、安価かつ高精度な光学式位置検出装置１０を提供することが可能となる。

また、位置決定信号出力部６５が、受光信号処理部６１により計算された受光スポット５０の第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）の変位および受光スポット５０の第２領域の大きさの変化の少なくともいずれか一方に基づいて、受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）が決定されたことを表す位置決定信号を出力するので、位置決定信号を正確に出力することができ、位置決定信号の誤出力を防ぐことができる。

なお、「受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）の変位」は、例えば受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）の座標変位量であり、「受光スポット５０の第２領域の大きさの変化」は、例えば受光スポット５０の最大寸法の物理変化量である。

一実施形態の光学式位置検出装置１０では、
上記位置決定信号出力部６５は、上記受光スポット５０の上記第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）が所定範囲内にあり、かつ、上記受光スポット５０の上記第２領域の大きさが変化したときに、上記位置決定信号を出力する。

上記実施形態によれば、受光スポット５０の第１領域の重心位置（ｘ０，ｙ０）が所定範囲内にあり、かつ、受光スポット５０の第２領域の大きさが変化したときに、位置決定信号出力部６５が位置決定信号を出力するので、入力ポイントを表す受光スポット５０の重心位置（ｘ０，ｙ０）を簡単に決定できる。これにより、操作感の優れた光学式位置検出装置１０を提供できる。

なお、例えば、「受光スポット５０の第２領域の大きさが変化したとき」とは、受光スポット５０の第２領域の最大寸法の変化量の絶対値が、予め設定した変化量の絶対値を超えたときをいう。変化量は絶対値である必要はなく、プラスの変化量またはマイナスの変化量を用いてもよい。

一実施形態の光学式位置検出装置１０では、
上記受光スポット５０の上記第２領域の大きさの変化が、上記エリアセンサ３１の受光面３２に沿った一方向の変化である。

上記実施形態によれば、受光スポット５０の第２領域の大きさの変化が受光面３２に沿った一方向の変化のみであるので、第２領域の大きさの変化が受光面３２に沿った二方向以上の変化である場合と比べて、物体４０の位置の変位および大きさの変化を簡単な構成で正確に算出できる。

一実施形態の光学式位置検出装置１０では、
上記位置決定信号出力部６５が、
上記受光スポット５０の上記第２領域の大きさの変化が、所定の変化であるか否かを判定する第１の判定と、
上記第１の判定において、上記受光スポット５０の上記第２領域の大きさの変化が所定の変化であると判定した後に、上記受光スポット５０の上記第２領域が９０°回転したか否かを判定する第２の判定とを行い、
上記第１の判定において、上記受光スポット５０の上記第２領域の大きさの変化が所定の変化であると判定したときに、第１の位置決定信号を出力し、
上記第２の判定において、上記受光スポット５０の上記第２領域が９０°回転したと判定したときに、第２の位置決定信号を出力する。

上記実施形態によれば、連続した第１，第２の位置決定信号の出力を行うことができる。

本発明の電子機器７０，８０は、上記光学式位置検出装置１０を搭載したことを特徴とする。

上記構成によれば、安価かつ高精度な光学式位置検出装置１０を搭載した電子機器７０，８０を提供できる。

１０ 光学式位置検出装置
１１ 基板
１２ レンズケース
１３ 発光レンズ
１４ 受光レンズ
２０ 発光素子
２１ 発光部
３０ 受光素子
３１ エリアセンサ
３２ 受光面
４０ 物体
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ 手
５０，５１，５２，５３，５４ 受光スポット
６１ 信号処理回路部
６２ 駆動回路部
６３ 信号処理ソフトメモリ部
６４ 信号処理データメモリ部
６５ 位置決定信号出力部
７０ 情報端末
８０ 加熱調理器

Claims (5)

1. 光を出射する発光素子と、
   上記発光素子から出射された光を物体に照射する発光レンズと、
   上記物体からの反射光を集光する受光レンズと、
   上記受光レンズにより集光された上記物体からの反射光を受光する受光面を有し、上記物体からの反射光により上記受光面に形成された受光スポットの受光強度分布を検出するエリアセンサと、
   上記エリアセンサから出力される受光信号に基づいて、上記受光スポットの受光強度が第１閾値以上の第１領域の重心位置を算出すると共に、上記受光スポットの受光強度が上記第１閾値よりも小さい第２閾値以上の第２領域の大きさを算出する受光信号処理部と、
   上記受光信号処理部により算出された上記受光スポットの上記第１領域の重心位置の変位および上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化の少なくともいずれか一方に基づいて、上記受光スポットの上記第１領域の重心位置が決定されたことを表す位置決定信号を出力する位置決定信号出力部と
   を備えることを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 請求項１に記載の光学式位置検出装置において、
   上記位置決定信号出力部は、上記受光スポットの上記第１領域の重心位置が所定範囲内にあり、かつ、上記受光スポットの上記第２領域の大きさが変化したときに、上記位置決定信号を出力することを特徴とする光学式位置検出装置。
3. 請求項１または２に記載の光学式位置検出装置において、
   上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が、上記エリアセンサの受光面に沿った一方向の変化であることを特徴とする光学式位置検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の光学式位置検出装置において、
   上記位置決定信号出力部が、
   上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が、所定の変化であるか否かを判定する第１の判定と、
   上記第１の判定において、上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が所定の変化であると判定した後に、上記受光スポットの上記第２領域が９０°回転したか否かを判定する第２の判定とを行い、
   上記第１の判定において、上記受光スポットの上記第２領域の大きさの変化が所定の変化であると判定したときに、第１の上記位置決定信号を出力し、
   上記第２の判定において、上記受光スポットの上記第２領域が９０°回転したと判定したときに、第２の上記位置決定信号を出力することを特徴とする光学式位置検出装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の光学式位置検出装置を搭載したことを特徴とする電子機器。

Images