(57)【要約】【課題】２次元認識だけでなく３次元認識が可能であり、座標値を認識する認識率が高く、簡単な部品だけで製作が可能であるため、製作費用が低減可能な車両の遠隔タッチパッド装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】    本発明は、円周方向に沿って一定間隔で設置され光源を照射する複数の発光素子と、複数の発光素子の中央に設けられ、複数の発光素子から照射された光源を受光する少なくとも一つの受光素子が搭載された回路基板と、回路基板の上部に設けられ、複数の発光素子から照射された光源が接近または接触する物体により反射され受光素子に入射するためのパッドと、上記受光素子に入射した光源量に基づき物体の位置を３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標）で計算してユーザインターフェース（Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を制御する制御器と、回路基板、パッド及び制御器の外殻を形成するハウジングとを含むことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に沿って一定間隔で設置され光源を照射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の中央に設けられ、前記複数の発光素子から照射された光源を受光する少なくとも一つの受光素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板の上部に設けられ、前記複数の発光素子から照射された光源が接近または接触した物体により反射され、前記受光素子に入射するためのパッドと、
前記受光素子に入射した光源量に基づき前記物体の位置を３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標）で計算してユーザインターフェースを制御する制御器と、
前記回路基板、前記パッド及び前記制御器の外殻を形成するハウジングとを含むことを特徴とする車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項２】
前記回路基板上には、前記受光素子に入射した光と逆の位相を有する光源を放出する補償素子がさらに備えられることを特徴とする請求項１に記載の車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項３】
前記補償素子には、前記受光素子と対向する位置に前記補償素子の光を前記受光素子に直接入射させるためのプリズムが、一体に結合されることを特徴とする請求項２に記載の車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項４】
前記複数の発光素子及び前記補償素子は、赤外線ＬＥＤであることを特徴とする請求項２に記載の車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項５】
前記複数の発光素子は４個からなり、９０度毎に一つずつ設けられ、前記受光素子を中心に光分布が互いに重なる位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項６】
前記回路基板と前記パッドとの間には、前記受光素子を前記複数の発光素子から分離させるための隔壁が形成されたフレームが設けられることを特徴とする請求項５に記載の車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項７】
前記ハウジングは、前記パッドが露出するための露出部が形成された上部ハウジングと、前記上部ハウジングと一体に結合される下部ハウジングとで構成され、
前記露出部の周辺には前記制御器で計算された座標を基準に、前記物体と前記パッドとの間の高さ（Ｚ軸座標）に伴い明るさを変えて表示する照明部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項８】
前記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の車両の遠隔タッチパッド装置。
【請求項９】
光源を照射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子から照射された光源を受光する少なくとも一つの受光素子と、前記複数の発光素子から照射された光源が接近または接触する物体により反射され、前記受光素子に入射するためのパッドとで構成された車両のタッチパッド装置の制御方法であって、
前記複数の発光素子から照射された光源が前記パッドで接近または接触する物体により反射され、前記受光素子に入射する光源量が電流値に変化する過程と、
前記受光素子に入射する光と逆の位相を有する光源を放出し、電流を直流にする補償過程と、
補償された前記電流値に基づき前記物体の位置を３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標）で計算する過程と、
前記３次元座標に沿ってユーザインターフェースを作動させる過程とを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
計算された前記３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標）のうちＺ軸座標に基づき、前記パッドに対する前記物体の接近距離を表示する過程をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記パッドと前記物体との間の接近距離が近くなるほど、照明の明るさが強くなることを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の遠隔タッチパッド装置及びその制御方法に係り、より詳しくは、３次元座標値を認識してユーザインターフェースを遠隔で操作することができる車両の遠隔タッチパッド装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両内部のインテリアスタイリングとデザインが重要な商品要素となっており、モニタが深く埋没され、操作部であるセンタフェーシャは前方に突出して運転手と車両の主要インターフェース部分であるセンタフェーシア  （ｃｅｎｔｅｒ  ｆａｓｃｉａ）とフロントモニタ間の間隔が大きくなる形態のデザインが多く見られるようになっている。    従って、代表的なインターフェースであるタッチスクリーン方式のナビゲーションが、上記デザイントレンドに従いタッチゾーンを確保し難いほど遠くなっているため、これに代る遠隔タッチパッド装置が必要となっている。
【０００３】
ノートパソコンなどに通常用いられる従来のタッチパッド装置は、抵抗膜方式、静電容量方式などが殆どを占めるが、このようなタッチパッド装置は運転中に使用し難いだけでなく、価格が高くて多様なインターフェースなどに応用するには限界がある。特に、３次元インタラクション（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）を提供するインターフェースをコントロールするための装置が開発し難いだけでなく、製作費用が高いという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０８３１１号公報
【特許文献２】特開２００６−０７２８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は２次元認識だけでなく３次元認識が可能であり、座標値を認識する認識率が高く、簡単な部品だけで製作が可能であるため、製作費用が低減可能な車両の遠隔タッチパッド装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、円周方向に沿って一定間隔で設置され光源を照射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の中央に設けられ、前記複数の発光素子から照射された光源を受光する少なくとも一つの受光素子が搭載された回路基板と、前記回路基板の上部に設けられ、前記複数の発光素子から照射された光源が接近または接触した物体により反射され、前記受光素子に入射するためのパッドと、前記受光素子に入射した光源量に基づき、前記物体の位置を３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標）で計算してユーザインターフェース（Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を制御する制御器と、前記回路基板、前記パッド及び前記制御器の外殻を形成するハウジングと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
前記回路基板上には、前記受光素子に入射した光と逆の位相を有する光源を放出する補償素子がさらに備えられることを特徴とする。
【０００８】
前記補償素子には、前記受光素子と対向する位置に前記補償素子の光を上記受光素子に直接入射させるためのプリズムが一体に結合されることを特徴とする。
【０００９】
前記複数の発光素子及び前記補償素子は赤外線ＬＥＤであることを特徴とする。
【００１０】
前記複数の発光素子は４個からなり、９０度毎に一つずつ設けられ、前記受光素子を中心に光分布が互いに重なる位置に配置されることを特徴とする。
【００１１】
前記回路基板と前記パッドとの間には、前記受光素子を前記複数の発光素子から分離させるための隔壁が形成されたフレームが設けられることを特徴とする。
【００１２】
前記ハウジングは、前記パッドが露出するための露出部が形成された上部ハウジングと、前記上部ハウジングと一体に結合される下部ハウジングとで構成され、
前記露出部の周辺には前記制御器で計算された座標を基準に、前記物体と前記パッドとの間の高さ（Ｚ軸座標）に伴い明るさを変えて表示する照明部が設けられることを特徴とする。
【００１３】
前記受光素子は、フォトダイオードであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、光源を照射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子から照射された光源を受光する少なくとも一つの受光素子と、前記複数の発光素子から照射された光源が接近または接触する物体により反射され、前記受光素子に入射するためのパッドとで構成された車両のタッチパッド装置の制御方法であって、前記複数の発光素子から照射された光源が前記パッドで接近または接触する物体により反射され、前記受光素子に入射する光源量が電流値に変化する過程と、前記受光素子に入射した光と逆の位相を有する光源を放出し、電流を直流にする補償過程と、補償された前記電流値に基づき、前記物体の位置を３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標）で計算する過程と、前記３次元座標に沿ってユーザインターフェースを作動させる過程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
計算された前記３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標）のうちＺ軸座標に基づき、前記パッドに対する前記物体の接近距離を表示する過程をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
前記パッドと前記物体との間の接近距離が近くなるほど、照明の明るさが強くなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、２次元認識だけでなく３次元認識が可能であり、３次元インタラクションを提供するユーザインターフェースに多様に応用することができるだけでなく、簡単な部品だけで製作が可能であるため、製作費用を低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の遠隔タッチパッド装置を示した斜視図である。
【図２】図１の分離斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線の断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線の断面図である。
【図５】図１の上部ハウジングが除去された状態の平面図である。
【図６】図２の発光素子の光分布を示すための概略図である。
【図７】（ａ）は指が４番発光素子上のパッドに接触された場合の光の経路を示した概略図である。（ｂ）は指が２番発光素子上のパッドに接触した場合の光の経路を示した概略図である。（ｃ）は指がパッドと所定距離離れている場合の光の経路を示した概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面により本発明を詳しく説明する。
図１ないし図５は本発明の車両の遠隔タッチパッド装置を示した図である。本発明の車両の遠隔タッチパッド装置１００は、２次元座標だけでなく３次元座標を認識し、３次元ユーザインターフェース（Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を遠隔で制御するためのものである。
このため、遠隔タッチパッド装置１００は大きく複数の発光素子１、２、３、４と少なくとも一つの受光素子２０が搭載された回路基板（ＰＣＢ）１０と、指またはポインタなどの物体（以下、指と通称する）をタッチするためのパッド３５と、３次元座標を計算してユーザインターフェースを制御する制御器（図示省略）と、回路基板（ＰＣＢ）１０、パッド３５などを収容して外殻を形成するハウジング５０とで構成される。
【００２０】
発光素子１、２、３、４は複数個設けられ、円周方向に沿って一定間隔に設置されるが、図６に示すように受光素子２０を中心に光分布が互いに重なるようにして４個を９０度毎に一つずつ配置するのが望ましい。
即ち、１番発光素子から出る光が２番発光素子、３番発光素子、４番発光素子から出る光と互いに重なるように配置することにより、座標認識性能をより向上させることができる。このとき、発光素子１、２、３、４としては赤外線を放出する赤外線ＬＥＤを用いる。
一般に光源の光量は、光源から距離が遠くなるに伴い減少する。即ち、図６の（ａ）線は４番発光素子の光量を示したグラフであり、（ｂ）線は２番発光素子の光量を示したグラフであって、４番発光素子から照射された光は２番発光素子に行くほど光量が低減することになり、２番発光素子から照射された光は４番発光素子に行くほど光量が低減する分布となる。
【００２１】
受光素子２０は複数の発光素子１、２、３、４から照射された後、指から反射された光が效率的に入射するよう複数の発光素子１、２、３、４の中央に配置される。受光素子２０に入射した光量は電流値に変換され、制御器に送られる。従って、制御器は受光素子２０で受けた電流量に従い、指の位置を３次元座標で計算してユーザインターフェースを作動させる。本実施例では受光素子２０としてフォトダイオードを用いる。
【００２２】
ここで、制御器が指の位置（３次元座標）を計算する原理は、次の通りである。
電源部から１番、２番、３番、４番の発光素子に約１０ｍｍ／ｓの速度で順次電流を印加すると、指が何処にあっても発光素子１、２、３、４から放出された赤外線は反射されて受光素子２０に入射するため、どの位置の発光素子１、２、３、４から放出された赤外線か把握できる。さらに、受光素子２０に入射した各発光素子１、２、３、４の赤外線の光量の分布でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸座標を計算して指の位置が把握できる。各発光素子１、２、３、４を順次照射すると、パッド３５と指の間の間隔によって、指から反射され受光素子２０に入射する赤外線量が異なるため、受光素子２０で生成される電流量及び光量も変わることになり、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸座標を知ることができる。
【００２３】
または、１番、２番、３番、４番の発光素子に順次電源が印加された後、４つの発光素子１、２、３、４に同時に電流を印加することにより、指のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸座標を計算することもできる。
ここで、回路基板１０上には受光素子２０に入射した光と逆の位相を有する光を放出する補償素子２５がさらに備えられるのが良く、補償素子２５としては発光素子１、２、３、４と同様に赤外線ＬＥＤを用いる。
補償素子２５は、発光素子１、２、３、４から出た光（赤外線）が指により反射され受光素子２０に入射するとき、交流で入る赤外線波長に対し位相が逆になる光（赤外線）を放出して受光素子２０で生成された電流を直流にする。
即ち、発光素子１、２、３、４から出た光（赤外線）が受光素子２０に入射したあと発生する電流は、それ自体がノイズの役割をするが、各発光素子１、２、３、４のデータが重なるのが交流であって、差を判別することは容易ではないので、補償素子２５でこれと逆の位相を有する光源を放出させ、直流化した電流のみを制御器に送るものである。
【００２４】
さらに、補償素子２５には受光素子２０と対向する位置に補償素子２５の光を受光素子２０に直接入射させるためのプリズム３０が一体に結合されるのが良い。補償素子２５からの光が外部の影響を受けず、受光素子２０に直接入射される。このとき、プリズム３０は補償素子２５の光が容易に通過できるよう透明な材質のプラスチックまたは硝子で製作される。
パッド３５は発光素子１、２、３、４の上側に設けられ、発光素子１、２、３、４から照射された光（赤外線）が通過できるよう透明な材質のプラスチックまたは硝子で製作される。特に、パッド３５は他の外部光源（太陽または照明など）が受光素子２０に入射しないよう、赤外線領域だけ透過する材質で製作されるのがより好ましい。さらに、パッド３５は光により影響を多く受けるので、表面は滑らかな平面が良いが、指の感触を向上させるため多少の曲率は許容される。
【００２５】
このようなパッド３５は、パッド３５の下側に設けられたフレーム４０の上部面に装着される。
フレーム４０は回路基板１０とパッド３５との間に設けられるが、中央には発光素子１、２、３、４で発散された光が受光素子２０に直接入射しないよう、受光素子２０を複数の発光素子１、２、３、４から分離させるための隔壁４１が形成されている。  さらに、フレーム４０と隔壁４１との間には複数の発光素子１、２、３、４が互いに影響を及ぼさないよう分離板４２が形成されるのが良い。
ハウジング５０は外殻を形成するためのものであって、パッド３５が露出するための露出部５１ａが形成された上部ハウジング５１と、上部ハウジング５１と一体に結合される下部ハウジング５２とで構成される。
【００２６】
このとき、上部ハウジング５１及び下部ハウジング５２は一般的なプラスチックまたは金属材質でなるが、特に上部ハウジング５１はパッド３５を支持する役割をし、発光素子１、２、３、４の赤外線が他に放射されないよう不透明な材質で構成される。
ここで、露出部５１ａの周辺には制御器で計算された３次元座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸座標）を基準に、パッド３５に対する指の接近距離（Ｚ軸座標）を表示する照明部６０が設けられ、使用者にフィードバックを提供するのが良い。このとき、照明部６０はパッド３５と指との間隔が小さくなるほど、明るさが段階的に強くなるように設定されるのがより好ましいが、パッド３５と指との間隔に伴って他の色の光が出るように設定するなどこれに限定されず多様に具現され得ることは言うまでもない。
【００２７】
次に、図７により本発明の遠隔タッチパッド装置１００の制御方法を説明する。
先ず、図７の（ａ）は、指が４番発光素子の真上でパッド３５に接触した状態を示す。図７の（ａ）のように指の真下にある４番発光素子の光（赤外線）は、パッド３５を通過した後、指から反射され受光素子２０に入射し、指のない２番発光素子の光（赤外線）はパッド３５を通過して空中に放射される。
その後、指が４番発光素子から２番発光素子に向けて移動すると、図７の（ｂ）のように４番発光素子から照射された光はパッド３５を通過して空中に放射され、２番発光素子の光はパッド３５を通過した後、指から反射され受光素子２０に入射される。
【００２８】
即ち、指が４番発光素子から２番発光素子に向けて移動するに伴い、４番発光素子から照射された後、指から反射され受光素子２０に入射する光量は低減することになる。一方、指が中央を過ぎて２番発光素子に近くなると、４番発光素子から出た光は指から反射されず、空中に放射され、２番発光素子から出た光だけが指から反射され受光素子２０に入射する。従って、指の位置によって受光素子２０で生成される電流値が変化することで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸座標値を認識することになる。
それだけでなく、図７の（ｃ）のように指がパッド３５から一定距離離れている状態もまた、指から反射され受光素子２０に入射する光量に伴い電流値が変化し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸座標値を認識することになる。
上記原理により、指の位置によって受光素子２０に入射する光量が変わり、３次元座標を認識することになる。
【００２９】
制御器で３次元座標を計算する前、受光素子２０に光量が入射すると、補償素子２５では受光素子２０に入射した光と逆の位相を有する光源を放出する。その結果、指から反射された後、受光素子２０に入射する光は補償素子２５から放出された光により直流となって、制御器に送られ、指の位置を３次元座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）で計算する。
その後、制御器は３次元座標に沿ってユーザインターフェースを作動させる。
同時に、制御器は上記過程で計算された３次元座標のうちＺ軸座標を基準に、指とパッド３５との間隔（パッド３５に対する指の接近距離）を照明部６０で表示されるようにし、使用者にフィードバックする。例えば、指とパッド３５との間隔が２０ｃｍ〜１０ｃｍ未満の場合には、照明部６０で薄い赤色が現われるようにし、１０ｃｍ〜０ｃｍ未満の場合には中位の赤色、０ｃｍ（指がパッド３５に接触した状態）には濃い赤色に表示されるよう制御することにより、使用者が容易に認識できるようにする。
上記の通り、本発明によれば、２次元認識だけでなく３次元認識が可能であり、３次元インタラクションを提供するユーザインターフェースに多様に応用することができるだけでなく、座標値を認識する認識率が高く、簡単な部品だけで製作可能であるため、製作費用が節減できる効果を有する。
【符号の説明】
【００３０】
１、２、３、４：発光素子
１０：回路基板
２０：受光素子
２５：補償素子
３０：プリズム
４０：フレーム
４１：隔壁
５０：ハウジング
６０：照明部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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