JPWO2016063911A1

JPWO2016063911A1 - 物体検出装置および情報処理装置

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Publication number: JPWO2016063911A1
Application number: JP2016555253A
Authority: JP
Inventors: 石川　弘樹; 弘樹石川
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-07-13
Also published as: WO2016063911A1

Abstract

物体検出装置（１）は、第１，第２の発光素子（４），（８）、第１，第２の受光素子（５），（９）を有する第１，第２の光センサ（３），（７）と、信号処理回路（１１）とを備えている。信号処理回路（１１）は、第１，第２の受光素子（５），（９）から出力される第１，第２の反射光信号（Ｓr1），（Ｓr2）を、アナログ信号または多値化デジタル信号を用いて処理する。信号処理回路（１１）は、第１，第２の反射光信号（Ｓr1），（Ｓr2）に対して信号強度の変化を検出するための閾値（ＴＨ1），（ＴＨ2）を有する。信号処理回路（１１）は、第１の反射光信号（Ｓr1）の信号強度が閾値（ＴＨ1）を超えて変化する時点と、第２の反射光信号（Ｓr2）の信号強度が閾値（ＴＨ2）を超えて変化する時点とを比較して、被検出物体（Ｏbj）の移動方向を検知する。

Description

本発明は、発光素子と受光素子とを用いて被検出物体の存在や移動方向を検知する物体検出装置および情報処理装置に関する。

一般に、発光素子と受光素子とを用いて指や手等の被検出物体の移動を検知する入力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された入力装置は、１個の発光素子と２個の受光素子とを備え、２個の受光素子毎に被検出物体からの反射光を受光して、２つの反射光信号の時間的変化に基づいて被検出物体の移動方向を検知する。

特開２００２−２８７８７０号公報

特許文献１に記載された入力装置では、センサが被検出物体である指を検知した場合を値「１」、検知しない場合を値「０」として２値（１ビット）のデジタル信号として表現している。しかしながら、指の形状、大きさ、動かし方等は操作者によって異なるため、２値のデジタル信号では、被検出物体を正確に検知できないという問題がある。

本発明は前述の問題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、被検出物体の検知精度を高めることができる物体検出装置および情報処理装置を提供することにある。

（１）．上記課題を解決するために、本発明は、第１の発光素子と、前記第１の発光素子から出射された光が被検出物体によって反射された第１の反射光を受光する第１の受光素子と、を有する第１の光センサと、第２の発光素子と、前記第２の発光素子から出射された光が前記被検出物体によって反射された第２の反射光を受光する第２の受光素子と、を有する第２の光センサと、前記第１，第２の受光素子から出力される反射光信号に基づいて前記被検出物体の存在および移動方向を検知する信号処理手段と、を備え、前記信号処理手段は、前記第１，第２の反射光信号をアナログ信号または多値化デジタル信号を用いて処理する構成としている。

本発明によれば、第１の発光素子から出射された光は、被検出物体に反射された第１の反射光として第１の受光素子で受光される。また、第２の発光素子から出射された光は、被検出物体に反射された第２の反射光として第２の受光素子で受光される。この場合、１つの発光素子から出射された光を２つの受光素子で受光するときに比べて、第１の発光素子からの光による第１の反射光と、第２の発光素子からの光による第２の反射光とを明確に区別することができる。また、第１の発光素子を被検出物体が覆うことによって第１の反射光が強くなり、第２の発光素子を被検出物体が覆うことによって第２の反射光が強くなる。この結果、第１の受光素子から出力される第１の反射光信号と、第２の受光素子から出力される第２の反射光信号とを比較することにより、例えば第１，第２の発光素子を被検出物体が覆うか否かを判別することができ、被検出物体の存在および移動方向を検知することができる。

また、信号処理手段は、第１，第２の受光素子から出力される第１，第２の反射光信号をアナログ信号または多値化デジタル信号を用いて処理する。このため、被検出物体の形状、大きさ、動かし方等に応じて、第１，第２の反射光信号の強度が変化するときでも、これらの違いを考慮した上で被検出物体の存在および移動方向を検知することができ、被検出物体の検知精度を高めることができる。

（２）．本発明では、前記信号処理手段は、前記第１，第２の反射光信号に対して信号強度の変化を検出するための閾値を有し、前記第１の反射光信号の信号強度が前記閾値を超えて変化する時点と、前記第２の反射光信号の信号強度が前記閾値を超えて変化する時点とを比較して、前記被検出物体の移動方向を検知する構成としている。

本発明によれば、信号処理手段は、第１，第２の反射光信号に対して信号強度の変化を検出するための閾値を設けている。これにより、信号処理手段は、第１の反射光信号の信号強度が閾値を超えて変化する時点と、第２の反射光信号の信号強度が閾値を超えて変化する時点とを比較して、被検出物体の移動方向を検知することができる。

（３）．本発明では、前記閾値は、前記第１，第２の反射光信号に応じて可変に設定することができる構成としている。

本発明によれば、閾値は、第１，第２の反射光信号に応じて可変に設定する。このため、例えば被検出物体の形状、大きさ、動かし方等に応じて、第１，第２の反射光信号の強度変化が小さくなるときでも、このような小さな強度変化が検出可能となるような値に閾値を設定することができる。この結果、閾値を第１の反射光信号と第２の反射光信号とを比較し易い値に変更することができる。従って、被検出物体の位置等により第１の反射光信号と第２の反射光信号とが比較し難い場合でも、閾値を適切な値に設定することにより、被検出物体の移動方向を検知することができる。

（４）．本発明では、前記被検出物体が前記第１の光センサから前記第２の光センサに向けて移動したときと、前記被検出物体が前記第２の光センサから前記第１の光センサに向けて移動したときとで、前記被検出物体が前記第１，第２の光センサを通過した後の前記第１，第２の反射光信号の信号強度が異なるときに、前記被検出物体が通過した後の前記第１，第２の反射光信号の信号強度が大きくなる値に基づいて前記閾値を設定してなる構成としている。

本発明によれば、被検出物体の移動方向に応じて第１，第２の反射光信号が異なるときに、被検出物体が通過した後の第１，第２の反射光信号の信号強度が大きくなる値に基づいて閾値を設定している。このとき、被検出物体が通過した後の第１，第２の反射光信号の信号強度が大きくなると、第１，第２の反射光信号の信号強度の変化が小さくなり、被検出物体の通過が検出し難くなる。これに対し、被検出物体が通過した後の第１，第２の反射光信号の信号強度が大きくなる値に基づいて閾値を設定するから、このような小さな強度変化が検出可能となるような値に閾値を設定することができ、被検出物体の移動方向の検知精度を高めることができる。

（５）．本発明の物体検出装置を備えた情報処理装置には、操作者が手で把持したときに前記被検出物体としての操作者の指の存在および移動方向を検知する位置に前記第１，第２の光センサを設ける構成としている。

これにより、操作者が情報処理装置を把持した状態で指を動かすことにより、情報処理装置のＯＮ／ＯＦＦ動作やスクロール動作等を操作することができる。

（６）．本発明では、前記第１，第２の光センサは前記情報処理装置の側面に設けられ、前記操作者の親指の伸び方向および曲げ方向の動作を検知する構成としている。

本発明によれば、物体検出装置は情報処理装置の側面に設けられ、操作者の親指の動作を検知するので、操作者が親指の伸び動作および曲げ動作をすることにより、情報処理装置を操作することができる。

第１の実施の形態による物体検出装置を示す図である。図１の物体検出装置を示すブロック図である。被検出物体を第１の光センサの左側から第２の光センサに向けて移動させたときの説明図である。図３に示す動作をしたときの第１，第２の反射光信号の時間変化を示す特性線図である。被検出物体を第１の光センサ上から第２の光センサに向けて移動させたときの説明図である。図５に示す動作をしたときの第１，第２の反射光信号の時間変化を示す特性線図である。（ａ）は被検出物体としての指先部分を第１，第２の光センサを覆う位置に配置したときの説明図であり、（ｂ）は指を曲げることによって、指先部分を第１の光センサから第２の光センサに向けて移動させたときの説明図である。図７に示す動作をしたときの第１，第２の反射光信号の時間変化を示す特性線図である。（ａ）は被検出物体としての指先部分を第１，第２の光センサを覆う位置に配置したときの説明図であり、（ｂ）は指を伸ばすことによって、指先部分を第２の光センサから第１の光センサに向けて移動させたときの説明図である。図９に示す動作をしたときの第１，第２の反射光信号の時間変化を示す特性線図である。被検出物体としての指を物体検出装置上で上，下方向に移動させたときの説明図である。図１１に示す動作をしたときの第１，第２の反射光信号の時間変化を示す特性線図である。第２の実施の形態による情報処理装置を手で把持したときの状態を示す外観斜視図である。情報処理装置に設けた物体検出装置を示す要部拡大断面図である。図１３に示す物体検出装置を被検出物体としての親指の指先部分で操作する状態を示す拡大図である。親指を曲げたときの状態を示す図１５と同様な位置の拡大図である。親指を伸ばしたときの状態を示す図１５と同様な位置の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態による物体検出装置および情報処理装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図１２に、第１の実施の形態による物体検出装置１を示す。物体検出装置１は、基板２、第１の光センサ３、第２の光センサ７、信号処理回路１１等を備える。ここで、基板２は、絶縁材料を用いて形成された平板であり、例えばプリント配線基板が用いられている。基板２の表面（上面）には、第１の光センサ３と第２の光センサ７とが実装される。

第１の光センサ３は、第１の発光素子４、第１の受光素子５、第１の封止部材６等を備えている。この第１の光センサ３は、第１の発光素子４から出射した光（第１の出射光Ｏ1）が被検出物体Ｏbjによって反射された第１の反射光Ｒ1を、第１の受光素子５によって受光するものである。

第１の発光素子４は、基板２の表面に実装され、後述の発光素子駆動部１２で出力された発光信号Ｓt1に基づいて赤外線や可視光線の光を出射する。第１の発光素子４の光軸は通常、例えば基板２に対して垂直方向（図１の上方向）である。第１の発光素子４としては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等が用いられる。

第１の受光素子５は、第１の発光素子４の隣に位置し基板２の表面に実装されている。この第１の受光素子５は、第１の発光素子４から出射された光が被検出物体Ｏbjによって反射された第１の反射光Ｒ1を受光する。そして、第１の受光素子５は、第１の反射光Ｒ1の強度に応じた電流を第１の反射光信号Ｓr1として後述の信号処理回路１１に出力する。第１の受光素子５としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）、フォトトランジスタ等が用いられる。

第１の封止部材６は、基板２の表面に設けられ、その内部に第１の発光素子４および第１の受光素子５が埋設されている。この第１の封止部材６は、例えば第１の発光素子４から出力される光を透過可能な絶縁性の樹脂材料により形成され、基板２の表面を封止している。なお、第１の封止部材６には、集光用のレンズ等を形成してもよい。

第２の光センサ７は、第１の光センサ３と異なる位置として、例えば第１の光センサ３と水平方向で隣合う位置に配置されている。第２の光センサ７は、第１の光センサ３とほぼ同様に構成され、第２の発光素子８、第２の受光素子９、第２の封止部材１０等を備えている。このとき、第２の発光素子８、第２の受光素子９、第２の封止部材１０は、第１の発光素子４、第１の受光素子５、第１の封止部材６にそれぞれ対応している。第２の光センサ７は、第２の発光素子８から出射した光（第２の出射光Ｏ2）が被検出物体Ｏbjによって反射された第２の反射光Ｒ2を、第２の受光素子９によって受光するものである。

図２に示すように、信号処理回路１１は、発光素子駆動部１２、反射光信号増幅部１３、Ａ／Ｄコンバータ１４および演算処理部１５等を備えている。この信号処理回路１１は、信号処理手段を構成するものである。信号処理回路１１は、発光素子駆動部１２を用いて第１，第２の発光素子４，８を駆動し、反射光信号増幅部１３を用いて被検出物体Ｏbjからの反射光Ｒ1，Ｒ2に応じた第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を演算処理部１５に向けて出力する。

信号処理回路１１は、例えば基板２に実装されている。なお、信号処理回路１１は、基板２とは異なる部材に実装される構成としてもよい。また、発光素子駆動部１２、反射光信号増幅部１３が基板２に実装され、Ａ／Ｄコンバータ１４および演算処理部１５は基板２とは異なる部材に実装される構成としてもよい。

発光素子駆動部１２は、演算処理部１５と協働して発光制御手段を構成する。発光素子駆動部１２は、第１，第２の発光素子４，８に接続され、演算処理部１５からの制御信号に基づいて発光信号Ｓt1，Ｓt2を出力する。具体的には、発光素子駆動部１２は、第１，第２の発光素子４，８を発光させるための駆動電流を、第１，第２の発光素子４，８に供給する。

反射光信号増幅部１３は、第１，第２の受光素子５，９に接続され、第１，第２の受光素子５，９から第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2が入力される。反射光信号増幅部１３は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2に対して電流−電圧変換を行い、電流−電圧変換された第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を増幅する。

Ａ／Ｄコンバータ１４は、演算処理部１５の一部を構成し、第１，第２の受光素子５，９に接続されている。このＡ／Ｄコンバータ１４は、第１，第２の受光素子５，９から供給された第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2をアナログ信号からデジタル信号に変換する。ここで、デジタル信号は、２ビット以上の多値化デジタル信号であり、好ましくは８ビット以上の多値化デジタル信号である。

演算処理部１５は、例えばマイクロプロセッサであり、第１，第２の発光素子４，８の発光を制御する処理、第１，第２の受光素子５，９から出力される第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2に基づいて被検出物体Ｏbjの存在や移動方向を検知する処理、物体検出装置１の全体的な制御等を行う。

具体的には、演算処理部１５は、第１，第２の発光素子４，８の出射光Ｏ1，Ｏ2の強度（レベル）やタイミングを制御するための制御信号を発光素子駆動部１２に供給し、この制御信号に対応するように第１，第２の発光素子４，８を発光させる。ここで、発光素子駆動部１２は、例えば発光信号Ｓt1，Ｓt2としてパルス状の駆動電流を第１，第２の発光素子４，８にそれぞれ供給する。発光信号Ｓt1，Ｓt2のパルスは、予め決められた一定の発光周期を有すると共に、第１，第２の発光素子４，８毎に異なるタイミングで出力される。これにより、第１，第２の発光素子４，８は、各々がパルス発光で、かつ時分割発光する。

また、演算処理部１５は、被検出物体Ｏbjからの反射光Ｒ1，Ｒ2に応じた第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2がＡ／Ｄコンバータ１４を介して入力される。このとき、演算処理部１５は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を、第１，第２の発光素子４，８の発光タイミング毎にＡ／Ｄコンバータ１４を用いてデジタル信号に変換して取り出す。このため、演算処理部１５には、発光タイミング毎に抽出したパルス状の反射光信号Ｓr1，Ｓr2が包絡線検波したものに変換されて入力される。なお、例えば出射光Ｏ1，Ｏ2の波長を相違させる等のように、第１の出射光Ｏ1による第１の反射光信号Ｓr1と、第２の出射光Ｏ2による第２の反射光信号Ｓr2とが分離して検出可能であれば、出射光Ｏ1，Ｏ2は連続発光してもよい。

さらに、演算処理部１５は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2に対して信号強度の変化を検出するための所定の閾値ＴＨ1，ＴＨ2を有する。演算処理部１５は、被検出物体Ｏbjの検出感度や精度が向上するように、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度に応じて閾値ＴＨ1，ＴＨ2を可変に設定する。このとき、閾値ＴＨ1，ＴＨ2は、例えば第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の最大値Ｓmaxと最小値Ｓminの中間値付近の値に設定されている。また、被検出物体Ｏbjの形状や動作に応じて、被検出物体Ｏbjが第１，第２の光センサ３，７を通過した後の第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度が最小値Ｓminよりも増加するときには、閾値ＴＨ1，ＴＨ2は、増加した信号強度よりも大きな値に設定される。閾値ＴＨ1，ＴＨ2は、例えば同じ値に設定されている。なお、第１，第２の発光素子４，８、第１，第２の受光素子５，９の個体差等を考慮して、閾値ＴＨ1，ＴＨ2を互いに異なる値に設定してもよい。

そして、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1の信号強度が閾値ＴＨ1を超えて変化する時点と、第２の反射光信号Ｓr2の信号強度が閾値ＴＨ2を超えて変化する時点とを比較して、被検出物体Ｏbjの存在および移動方向を検知する。

具体的には、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1の信号強度が閾値ＴＨ1を超えて増加する立上り時点ｔa1と、第２の反射光信号Ｓr2の信号強度が閾値ＴＨ2を超えて増加する立上り時点ｔa2とを比較し、これらの時間差ΔＴ_ａを算出する。同様に、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1の信号強度が閾値ＴＨ1を超えて減少する立下り時点ｔb1と、第２の反射光信号Ｓr2の信号強度が閾値ＴＨ2を超えて減少する立下り時点ｔb2とを比較し、これらの時間差ΔＴ_ｂを算出する。演算処理部１５は、時間差ΔＴ_ａ，ΔＴ_ｂに基づいて、被検出物体Ｏbjの存在および移動方向を検知する。

なお、信号処理回路１１は、Ａ／Ｄコンバータ１４を用いて第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2をアナログ信号から多値化デジタル信号に変換する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、信号処理回路は、Ａ／Ｄコンバータを設けずに、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2をアナログ信号のまま処理する構成としてもよい。

次に、図３ないし図１２を用いて、物体検出装置１による被検出物体Ｏbjの検知動作について説明する。

物体検出装置１が駆動すると、第１，第２の発光素子４，８は基板２の上方に向けて発光信号Ｓt1，Ｓt2に基づく光（出射光Ｏ1，Ｏ2）を出射する。この状態で基板２の上方を手や指等の被検出物体Ｏbjが通過すると、第１，第２の発光素子４，８の光路を被検出物体Ｏbjが遮る。これにより、被検出物体Ｏbjは第１，第２の発光素子４，８からの出射光Ｏ1，Ｏ2を反射する。この反射光Ｒ1，Ｒ2はそれぞれ第１，第２の受光素子５，９によって受光され、第１，第２の受光素子５，９は、反射光Ｒ1，Ｒ2の強度に応じた第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を出力する。

Ａ／Ｄコンバータ１４は、第１，第２の受光素子５，９からの第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を、アナログ信号から例えば８ビットまたは１０ビット等の多値化デジタル信号に変換する。そして、演算処理部１５は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2に基づいて、被検出物体Ｏbjの移動方向、位置、移動速度等を特定する。

次に、図３ないし図１２を用いて、信号処理回路１１が被検出物体Ｏbjの移動方向等を特定する方法について説明する。

まず、図３に示すように、被検出物体Ｏbjを図３中の左側から右側に移動させた場合、即ち、第１，第２の光センサ３，７の上方を横切るように、被検出物体Ｏbjを第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて移動させた場合について説明する。この場合、信号処理回路１１は、図４に示すような第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を検知する。

最初の段階では、被検出物体Ｏbjは、第１，第２の光センサ３，７の上方に存在しないので、被検出物体Ｏbjによる反射光Ｒ1，Ｒ2は発生せず、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は、いずれも最小値Ｓminになる。そして、被検出物体Ｏbjが図３中の左側から第１の光センサ３の上方に移動したときは、被検出物体Ｏbjによる反射光Ｒ1が発生し、第１の反射光信号Ｓr1が増加する。このとき、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1が閾値ＴＨ1を超えて増加する立上り時点ｔa1を記録する。

続いて、被検出物体Ｏbjが第１の光センサ３上から第２の光センサ７上に移動したときは、被検出物体Ｏbjによる反射光Ｒ2が発生し、第２の反射光信号Ｓr2が増加する。このとき、演算処理部１５は、第２の反射光信号Ｓr2が閾値ＴＨ2を超えて増加する立上り時点ｔa2を記録する。そして、演算処理部１５は、立上り時点ｔa1と立上り時点ｔa2との時間差ΔＴ_ａを演算する。

続いて、被検出物体Ｏbjが第２の光センサ７上から図３中の右側に移動した場合は、被検出物体Ｏbjによる反射光Ｒ1，Ｒ2が徐々に減少する。このとき、第１の反射光信号Ｓr1が減少した後に、第２の反射光信号Ｓr2が減少する。最終的には、被検出物体Ｏbjは第１，第２の光センサ３，７の上方から外れるので、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は、いずれも最小値Ｓminに収束する。

ここで、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1が閾値ＴＨ1を超えて減少する立下り時点ｔb1と、第２の反射光信号Ｓr2が閾値ＴＨ2を超えて減少する立下り時点ｔb2とを記録する。そして、演算処理部１５は、立下り時点ｔb1と立下り時点ｔb2との時間差ΔＴ_ｂを演算する。

図４に示すように、第１，第２の光センサ３，７の上方を横切るように、被検出物体Ｏbjを第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて動かした場合には、第１の反射光信号Ｓr1の立上り時点ｔa1の方が第２の反射光信号Ｓr2の立上り時点ｔa2よりも早い。同様に、第１の反射光信号Ｓr1の立下り時点ｔb1の方が第２の反射光信号Ｓr2の立下り時点ｔb2よりも早い。このため、信号処理回路１１は、被検出物体Ｏbjが第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて移動していることを検知できる。また、信号処理回路１１は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号レベルや時間差ΔＴ_ａ，ΔＴ_ｂに基づいて、被検出物体Ｏbjの位置、移動速度等を検知できる。

次に、図５に示すように、被検出物体Ｏbjを第１の光センサ３上から第２の光センサ７に向けて図５中の右側に移動させた場合、即ち、被検出物体Ｏbjを第１の光センサ３の上方を覆って静止させた状態から第２の光センサ７に向けて移動させた場合について説明する。この場合、信号処理回路１１は、図６に示すような第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を検知する。

最初の段階では、被検出物体Ｏbjは第１の光センサ３上に配置されるものの、第２の光センサ７上には存在しないので、第１の反射光Ｒ1は発生し、第２の反射光Ｒ2は発生しない。このため、第１の反射光信号Ｓr1は例えば最大値Ｓmaxとなり、第２の反射光信号Ｓr2は例えば最小値Ｓminになる。そして、被検出物体Ｏbjが第１の光センサ３上から第２の光センサ７上に移動したときは、第２の反射光信号Ｓr2が閾値ＴＨ2を超えて増加する。このとき、演算処理部１５は、第２の反射光信号Ｓr2が閾値ＴＨ2を超えて増加する立上り時点ｔa2を記録する。但し、既に第１の反射光信号Ｓr1が閾値ＴＨ1よりも増加しているものの、立上り時点ｔa2よりも例えば予め決められた所定時間以内に第１の反射光信号Ｓr1の立上り時点ｔa1が検知されていない。このため、立上り時点ｔa1，ｔa2の時間差ΔＴ_ａは検知されない。なお、所定時間は、被検出物体Ｏbjの移動速度を考慮して設定されている。

続いて、被検出物体Ｏbjが第２の光センサ７上から図５中の右側に向けて移動した場合は、被検出物体Ｏbjによる反射光Ｒ1，Ｒ2が徐々に減少する。このとき、第１の反射光信号Ｓr1が減少した後に、第２の反射光信号Ｓr2が減少する。最終的には、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は、いずれも最小値Ｓminに収束する。このとき、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1が閾値ＴＨ1を超えて減少する立下り時点ｔb1と、第２の反射光信号Ｓr2が閾値ＴＨ2を超えて減少する立下り時点ｔb2とを記録する。そして、演算処理部１５は、立下り時点ｔb1と立下り時点ｔb2との時間差ΔＴ_ｂを演算する。

図６に示すように、第１の反射光信号Ｓr1の立下り時点ｔb1の方が第２の反射光信号Ｓr2の立下り時点ｔb2よりも早い。このため、信号処理回路１１は、被検出物体Ｏbjが第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて移動していることを検知できる。

次に、図７に示すように、被検出物体Ｏbjとしての指Ｆの指先部分Ｆtを第２の光センサ７に向けて移動させた場合について説明する。具体的には、図７（ａ）に示すように、指先部分Ｆtで第１，第２の光センサ３，７を覆う状態から、図７（ｂ）に示すように、指Ｆを折り曲げた場合について説明する。このとき、指Ｆの付け根部分Ｆbが第２の光センサ７側に配置されるものとする。また、図７（ｂ）に示すように、指先部分Ｆtは、第１の光センサ３を通過して第１，第２の光センサ３，７の上方から外れる方向に移動する。この場合、信号処理回路１１は、図８に示すような第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を検知する。

最初の段階では、指先部分Ｆtは第１，第２の光センサ３，７の両方を覆っているので、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は例えば最大値Ｓmaxとなる。この場合、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の立上り時点ｔa1，ｔa2は検知されないので、立上り時点ｔa1，ｔa2の時間差ΔＴ_ａは検知されない。

次に、指先部分Ｆtが第１，第２の光センサ３，７の両方の上方から図７中の右側に向けて移動した場合は、指先部分Ｆtによる反射光Ｒ1，Ｒ2が徐々に減少する。このとき、第１の反射光信号Ｓr1が減少した後に、第２の反射光信号Ｓr2が減少する。最終的には、指先部分Ｆtを含む指Ｆの全体が第１，第２の光センサ３，７の上方から外れることによって、第１，第２の光センサ３，７の上方が開放されるので、反射光Ｒ1，Ｒ2が発生しなくなる。この結果、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は、いずれも最小値Ｓminに収束する。このとき、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1が閾値ＴＨ1を超えて減少する立下り時点ｔb1と、第２の反射光信号Ｓr2が閾値ＴＨ2を超えて減少する立下り時点ｔb2とを記録する。そして、演算処理部１５は、立下り時点ｔb1と立下り時点ｔb2との時間差ΔＴ_ｂを演算する。

図８に示すように、第１の反射光信号Ｓr1の立下り時点ｔb1の方が第２の反射光信号Ｓr2の立下り時点ｔb2よりも早い。このため、信号処理回路１１は、被検出物体Ｏbjが第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて移動していることを検知できる。

次に、図９に示すように、被検出物体Ｏbjとしての指Ｆの指先部分Ｆtを第１の光センサ３に向けて移動させた場合について説明する。具体的には、図９（ａ）に示すように、指先部分Ｆtで第１，第２の光センサ３，７を覆うように指Ｆを折り曲げた状態から、図９（ｂ）に示すように、指Ｆを伸ばした場合について説明する。このとき、指Ｆの付け根部分Ｆbが第２の光センサ７側に配置されるものとする。また、図９（ｂ）に示すように、指先部分Ｆtは、第１の光センサ３を通過して第１，第２の光センサ３，７の上方から外れる方向に移動する。この場合、信号処理回路１１は、図１０に示すような第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を検知する。

最初の段階では、被検出物体Ｏbjは第１，第２の光センサ３，７の両方を覆っているので、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は例えば最大値Ｓmaxとなる。この場合、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の立上り時点ｔa1，ｔa2は検知されないので、立上り時点ｔa1，ｔa2の時間差ΔＴ_ａは検知されない。

次に、第１，第２の光センサ３，７の両方を覆った状態で折り曲げていた指Ｆを伸ばすと、指先部分Ｆtが第１の光センサ３を通過して図９中の左側に向けて移動する。このとき、第２の反射光信号Ｓr2が減少した後に、第１の反射光信号Ｓr1が減少する。一方、指先部分Ｆtが第１の光センサ３から離れたときでも、付け根部分Ｆbは、第１，第２の光センサ３，７の上方に間隔をもった状態で留まる。このため、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は最小値Ｓminまでは低下せず、閾値ＴＨ1，ＴＨ2と最小値Ｓminとの間の範囲内で収束する（図１０参照）。

図８と図１０を比較すると分かるように、指先部分Ｆt（被検出物体Ｏbj）が第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて移動したときと、指先部分Ｆtが第２の光センサ７から第１の光センサ３に向けて移動したときとで、指先部分Ｆtが第１，第２の光センサ３，７を通過した後の第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度は異なっている。具体的には、図８に示すように、指先部分Ｆtが第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて移動したときは、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度は例えば最小値Ｓminに収束する。一方、図１０に示すように、指先部分Ｆtが第２の光センサ７から第１の光センサ３に向けて移動したときとは、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度は最小値Ｓminよりも大きい値に収束する。従って、図９に示す指先部分Ｆtの動作が検出可能となるように、信号処理回路１１は、指先部分Ｆtが第１，第２の光センサ３，７を通過した後の第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度が大きくなる方の値に基づいて閾値ＴＨ1，ＴＨ2が設定されている。具体的には、閾値ＴＨ1，ＴＨ2は、図１０に示すように、指先部分Ｆtが第１，第２の光センサ３，７を通過した後（立下り時点ｔb1，ｔb2後）の値よりも大きな値に設定されている。

このとき、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1が閾値ＴＨ1を超えて減少する立下り時点ｔb1と、第２の反射光信号Ｓr2が閾値ＴＨ2を超えて減少する立下り時点ｔb2とを記録する。そして、演算処理部１５は、立下り時点ｔb1と立下り時点ｔb2との時間差ΔＴ_ｂを演算する。

図１０に示すように、第２の反射光信号Ｓr2の立下り時点ｔb2の方が第１の反射光信号Ｓr1の立下り時点ｔb1よりも早い。このため、信号処理回路１１は、被検出物体Ｏbjとしての指先部分Ｆtが第２の光センサ７から第１の光センサ３に向けて移動していることを検知できる。

次に、図１１に示すように、被検出物体Ｏbjとしての指Ｆを、第１，第２の光センサ３，７の上方で、上，下方向に複数回移動させた場合について説明する。この場合、信号処理回路１１は、図１２に示すような第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2を検知する。

最初の段階では、指Ｆは第１，第２の光センサ３，７の両方の上方に配置されているので、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は、第１，第２の光センサ３，７と指Ｆとの離間距離に応じた値となる。

次に、指Ｆを図１１中の下方向に移動させた場合には、指Ｆは第１，第２の光センサ３，７に近付くから、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は増加する。このとき、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1の信号強度が閾値ＴＨ1を超えて増加する立上り時点ｔa1と、第２の反射光信号Ｓr2の信号強度が閾値ＴＨ2を超えて増加する立上り時点ｔa2とを記録する。そして、演算処理部１５は、立上り時点ｔa1と立上り時点ｔa2との時間差ΔＴ_ａを演算する。

一方、指Ｆを図１１中の上方向に移動させた場合には、指Ｆが第１，第２の光センサ３，７から遠ざかるから、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は減少する。このとき、演算処理部１５は、第１の反射光信号Ｓr1の信号強度が閾値ＴＨ1を超えて減少する立下り時点ｔb1と、第２の反射光信号Ｓr2の信号強度が閾値ＴＨ2を超えて減少する立下り時点ｔb2とを記録する。そして、演算処理部１５は、立下り時点ｔb1と立下り時点ｔb2との時間差ΔＴ_ｂを演算する。

この場合、指Ｆは第１の光センサ３および第２の光センサ７からほぼ同等の距離だけ離間しているので、時間差ΔＴ_ａは０（ゼロ）付近の値となる。同様に、時間差ΔＴ_ｂも０（ゼロ）付近の値となる。これにより、立上り時点ｔa1，ｔa2および立下り時点ｔb1，ｔb2のいずれでも、時間差ΔＴ_ａ，ΔＴ_ｂは予め決められた所定値よりも小さい値になるので、信号処理回路１１は、指Ｆ（被検出物体Ｏbj）が第１，第２の光センサ３，７が並んだ水平方向には移動せず、第１，第２の光センサ３，７に対して接近と離間とを繰り返すように上，下方向に動いていることを検知できる。なお、時間差ΔＴ_ａ，ΔＴ_ｂを判定するための所定値は、被検出物体Ｏbjが上，下方向に移動しているか否かを判定するための値である。

かくして、第１の実施の形態によれば、第１の発光素子４から出射された第１の出射光Ｏ1は、被検出物体Ｏbjに反射された第１の反射光Ｒ1として第１の受光素子５で受光される。また、第２の発光素子８から出射された第２の出射光Ｏ2は、被検出物体Ｏbjに反射された第２の反射光Ｒ2として第２の受光素子９で受光される。この場合、例えば特許文献１に記載されたように、１つの発光素子から出射された光を２つの受光素子で受光するものに比べて、第１の出射光Ｏ1に基づく第１の反射光Ｒ1と、第２の出射光Ｏ2に基づく第２の反射光Ｒ2とを明確に区別することができる。また、第１の発光素子４を被検出物体Ｏbjが覆うことによって第１の反射光が強くなり、第２の発光素子８を被検出物体Ｏbjが覆うことによって第２の反射光が強くなる。この結果、第１の受光素子５から出力される第１の反射光信号Ｓr1と、第２の受光素子９から出力される第２の反射光信号Ｓr2とを比較することにより、被検出物体Ｏbjの存在および移動方向を検知することができる。

また、信号処理回路１１は、第１，第２の受光素子５，９から出力される第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2をアナログ信号または多値化デジタル信号を用いて処理する。このため、被検出物体Ｏbjの形状、大きさ、動かし方等に応じて、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の強度が変化するときでも、これらの違いを考慮した上で、被検出物体Ｏbjの存在および移動方向を検知することができ、被検出物体Ｏbjの検知精度を高めることができる。

具体的には、信号処理回路１１は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2に対して信号強度の変化を検出するための閾値ＴＨ1，ＴＨ2を設けている。これにより、信号処理回路１１は、第１の反射光信号Ｓr1の信号強度が閾値ＴＨ1，ＴＨ2を超えて変化する時点と、第２の反射光信号Ｓr2の信号強度が閾値を超えて変化する時点とを比較して、被検出物体Ｏbjの移動方向を検知することができる。

この場合、閾値ＴＨ1，ＴＨ2は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2に応じて可変に設定することができる構成とした。このため、例えば被検出物体Ｏbjの形状、大きさ、動かし方等に応じて、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の強度変化が小さくなるときでも、このような小さな強度変化が検出可能となるような値に閾値ＴＨ1，ＴＨ2を設定することができる。この結果、閾値ＴＨ1，ＴＨ2を第１の反射光信号Ｓr1と第２の反射光信号Ｓr2とを比較し易い値に設定することができる。具体的には、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の立上り時点ｔa1，ｔa2や第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の立下り時点ｔb1，ｔb2を比較し易い値に設定することができる。この結果、被検出物体Ｏbjの位置等により第１の反射光信号Ｓr1と第２の反射光信号Ｓr2とが比較し難い場合でも、閾値ＴＨ1，ＴＨ2を適切な値に設定することにより、被検出物体Ｏbjの移動方向を検知することができる。

また、被検出物体Ｏbjの移動方向に応じて第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2が異なるときに、被検出物体Ｏbjが通過した後の第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度が大きくなる値に基づいて閾値ＴＨ1，ＴＨ2を設定している。このとき、被検出物体Ｏbjが通過した後の第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度が大きくなると、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度の変化が小さくなり、被検出物体Ｏbjの通過が検出し難くなる。これに対し、被検出物体Ｏbjが通過した後の第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度が大きくなる値に基づいて閾値ＴＨ1，ＴＨ2を設定するから、このような小さな強度変化が検出可能となるような値に閾値ＴＨ1，ＴＨ2を設定することができ、被検出物体Ｏbjの移動方向の検知精度を高めることができる。

次に、図１３ないし図１７を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、情報処理装置に物体検出装置を設ける構成とした。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、説明の便宜上、図１３中の矢示Ｘ方向を幅方向、矢示Ｙ方向を長さ方向、矢示Ｚ方向を厚さ方向とする。

第２の実施の形態による情報処理装置２１は、筐体２２、表示装置２３、物体検出装置２４等を備えている。筐体２２は、情報処理装置２１の外殻をなし、例えば樹脂材料、金属材料等を用いて略直方体の箱型に形成されている。筐体２２の正面中央部には、液晶パネル等からなる表示装置２３が嵌め込まれている。この表示装置２３は、操作者に各種の情報を表示するためのものである。

物体検出装置２４は、第１の実施の形態による物体検出装置１とほぼ同様に構成され、第１の光センサ３、第２の光センサ７、信号処理回路１１等を備えている。この物体検出装置２４は、情報処理装置２１の長さ方向（Ｙ方向）に沿って、情報処理装置２１の側面に位置して設けられている。即ち、第１，第２の光センサ３，７は、情報処理装置２１における、操作者が手で把持したときに被検出物体Ｏbjとしての操作者の指の存在および移動方向を検知する位置、具体的には片手（図１３では左手Ｈ）で情報処理装置２１を把持したときに操作者の親指Ｆ1により操作可能な位置に設けられている。

図１４に示すように、第１，第２の光センサ３，７の第１，第２の発光素子４，８は、発光信号Ｓt1，Ｓt2に基づいて赤外線や可視光線の光を情報処理装置２１の幅方向（Ｘ方向）に沿って外部に出射する。これにより、物体検出装置２４は、筐体２２の長さ方向に沿って親指Ｆ1を曲げ動作または伸ばし動作させたときに、親指Ｆ1の指先部分Ｆtの動作を検知する。

次に、第２の実施の形態による情報処理装置２１の物体検出処理について、図１５ないし図１７を参照して説明する。

まず、図１５に示すように、操作者が情報処理装置２１を左手Ｈで把持したときに、操作者の親指Ｆ1の指先部分Ｆtが第１，第２の光センサ３，７を覆う位置に配置される。この場合、第１，第２の光センサ３，７は親指Ｆ1の指先部分Ｆtに覆われているので、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は例えば最大値となる。これにより、信号処理回路１１は、被検出物体Ｏbjとしての親指Ｆ1の存在を検知する。

次に、図１６に示すように、操作者が親指Ｆ1を曲げた場合は、第１，第２の光センサ３，７の上部は開放され、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度は例えば最小値となる。この場合、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は、例えば図８に示す特性と同様に時間変化し、第１，第２の光センサ３，７から遠ざかるに従って減少する。このため、信号処理回路１１は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の立下り時点ｔb1，ｔb2を記録する。このとき、第１の反射光信号Ｓr1の立下り時点ｔb1の方が第２の反射光信号Ｓr2の立下り時点ｔb2よりも早いので、信号処理回路１１は、被検出物体Ｏbjとしての親指Ｆ1が第２の光センサ７から第１の光センサ３に向けて曲げ方向に動作していることを検知する。

次に、図１７に示すように、操作者が親指Ｆ1を伸ばした場合は、第１，第２の光センサ３，７の上部は親指Ｆ1の指先部分Ｆtよりも根元に近い付け根部分Ｆbに隙間を介して覆われる。この隙間の分だけ、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の信号強度は、第１，第２の光センサ３，７の上部が親指Ｆ1の指先部分Ｆtに覆われた場合よりも弱くなる。

この場合、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2は、指先部分Ｆtが第１，第２の光センサ３，７に近付くに従って増加し、第１，第２の光センサ３，７から遠ざかるに従って減少する。このため、信号処理回路１１は、第１，第２の反射光信号Ｓr1，Ｓr2の立上り時点ｔa1，ｔa2と立下り時点ｔb1，ｔb2を記録する。このとき、第１の反射光信号Ｓr1の立上り時点ｔa1の方が第２の反射光信号Ｓr2の立上り時点ｔa2よりも早い。同様に、第１の反射光信号Ｓr1の立下り時点ｔb1の方が第２の反射光信号Ｓr2の立下り時点ｔb2よりも早い。このため、信号処理回路１１は、被検出物体Ｏbjとしての親指Ｆ1が第１の光センサ３から第２の光センサ７に向けて伸び方向に動作していることを検知する。

かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。情報処理装置２１には、操作者が左手Ｈで把持したときに被検出物体Ｏbjとしての操作者の親指Ｆ1の存在および移動方向を検知する位置に物体検出装置２４を設けている。これにより、操作者が情報処理装置２１を把持した状態で親指Ｆ1を動かすことにより、情報処理装置２１のＯＮ／ＯＦＦ動作やスクロール動作等を操作することができる。

また、物体検出装置２４は情報処理装置２１の側面に設けられ、操作者の親指Ｆ1の動作を検知するので、操作者が親指Ｆ1の伸び動作および曲げ動作をすることにより、情報処理装置２１を操作することができる。

なお、前記第２の実施の形態では、操作者の左手Ｈの親指Ｆ1による伸び動作と曲げ動作が検出可能となるように、情報処理装置２１の左側の側面に物体検出装置２４を設けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、操作者の右手の親指による伸び動作と曲げ動作が検出可能となるように、情報処理装置の右側の側面に物体検出装置を設けてもよい。

また、第２の実施の形態では、物体検出装置２４を、操作者が情報処理装置２１を片手で把持したときに操作者の親指Ｆ1により操作可能な位置である情報処理装置２１の側面に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、物体検出装置を操作者の親指により操作可能な位置である情報処理装置の正面側（表示装置側）に設ける構成としてもよい。また、物体検出装置を操作者の親指以外の指により操作可能な位置に設ける構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、第１の反射光信号Ｓr1の立上りと立下りは同じ値の閾値ＴＨ1を用いて検出するものとしたが、立上りと立下りで異なる値の閾値を用いて検出してもよい。この点は、第２の反射光信号Ｓr2に対する閾値ＴＨ2でも同様である。

また、前記各実施の形態では、物体検出装置１，２４は、２個の第１，第２の光センサ３，７を備える場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、物体検出装置は３個以上の光センサを備える構成としてもよい。

１，２４物体検出装置
３第１の光センサ
４第１の発光素子
５第１の受光素子
７第２の光センサ
８第２の発光素子
９第２の受光素子
１１信号処理回路（信号処理手段）
２１情報処理装置

Claims

第１の発光素子と、前記第１の発光素子から出射された光が被検出物体によって反射された第１の反射光を受光する第１の受光素子と、を有する第１の光センサと、
第２の発光素子と、前記第２の発光素子から出射された光が前記被検出物体によって反射された第２の反射光を受光する第２の受光素子と、を有する第２の光センサと、
前記第１，第２の受光素子から出力される反射光信号に基づいて前記被検出物体の存在および移動方向を検知する信号処理手段と、を備え、
前記信号処理手段は、前記第１，第２の反射光信号をアナログ信号または多値化デジタル信号を用いて処理する物体検出装置。
前記信号処理手段は、前記第１，第２の反射光信号に対して信号強度の変化を検出するための閾値を有し、
前記第１の反射光信号の信号強度が前記閾値を超えて変化する時点と、前記第２の反射光信号の信号強度が前記閾値を超えて変化する時点とを比較して、前記被検出物体の移動方向を検知する請求項１に記載の物体検出装置。
前記閾値は、前記第１，第２の反射光信号に応じて可変に設定することができる請求項２に記載の物体検出装置。
前記被検出物体が前記第１の光センサから前記第２の光センサに向けて移動したときと、前記被検出物体が前記第２の光センサから前記第１の光センサに向けて移動したときとで、前記被検出物体が前記第１，第２の光センサを通過した後の前記第１，第２の反射光信号の信号強度が異なるときに、前記被検出物体が通過した後の前記第１，第２の反射光信号の信号強度が大きくなる値に基づいて前記閾値を設定してなる請求項３に記載の物体検出装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の物体検出装置を備えた情報処理装置であって、
前記情報処理装置には、操作者が手で把持したときに前記被検出物体としての操作者の指の存在および移動方向を検知する位置に前記第１，第２の光センサを設ける情報処理装置。
前記第１，第２の光センサは前記情報処理装置の側面に設けられ、
前記操作者の親指の伸び方向および曲げ方向の動作を検知する請求項５に記載の情報処理装置。