(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な動作でジェスチャ操作を行うことが可能な情報処理装置を提供する。【解決手段】パーソナルコンピュータ１は、目標領域に所定の波長の光を投射する投射部１００と、目標領域からの反射光を受光して前記目標領域を撮像する撮像部２００と、キーボード４が配置された情報入力面Ｐｉと、情報入力面Ｐｉを上面とする本体部１１を備える。撮像部２００は、本体部１１のキーボード４よりも奥側に配置された窓部１１ｂを介して目標領域を撮像し、撮像部２００の受光光軸は、情報入力面Ｐｉに対して所定の傾斜角度で傾いている。これにより、ユーザは、簡易な動作でジェスチャ操作を行うことができる。【選択図】図４
2015152448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標領域に所定の波長の光を投射する投射部と、
前記目標領域からの反射光を受光して前記目標領域を撮像する撮像部と、
情報入力部が配置された情報入力面と、
前記情報入力面を上面とする本体部と、を備え、
前記撮像部は、前記本体部の前記情報入力部よりも奥側に配置された窓部を介して前記目標領域を撮像し、
前記撮像部の受光光軸は、前記情報入力面に対して所定の傾斜角度で傾いている、
ことを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の情報処理装置において、
前記傾斜角度は、以下に規定される条件が満たされるように設定されている、
ことを特徴とする情報処理装置。
【数１】
2015152448.tif 000033
ただし、上記式において、前記情報入力面に垂直な方向をＺ軸、前記情報入力面に平行で、且つ、前記窓部から前記本体部の前側に向かう方向をＹ軸、Ｚ軸およびＹ軸の両方に垂直な方向をＸ軸とすると、上式の各パラメータは以下のように定義される。ＡＦは、前記目標領域内に存在する操作対象の指のアスペクト比である。ΦＦＬは、前記操作対象の指のＹ―Ｚ平面方向の撮像画角である。ΦＦＷは、前記操作対象の指のＸ−Ｙ平面方向の撮像画角である。ＡＰは、前記目標領域内に存在する誤認識し易い指の領域のアスペクト比である。ΦＰＬは、前記誤認識し易い指の領域のＹ―Ｚ平面方向の撮像画角である。ΦＰＷは、前記誤認識し易い指の領域のＸ−Ｙ平面方向の撮像画角である。θは、前記撮像部の前記傾斜角度である。Ｈは、前記撮像部から前記操作対象の指までのＺ軸方向の高さである。Ｄは、前記撮像部から前記操作対象の指の先端までのＹ軸方向の距離である。ＦＬは、前記操作対象の指の長さである。ＦＷは、前記操作対象の指の幅である。ＥＬは、前記操作対象の指の先端から第２関節までの長さである。ＰＬは、前記誤認識し易い領域Ｅの第１関節から第２関節までの長さである。
【請求項３】
請求項２に記載の情報処理装置において、
前記傾斜角度は、以下に規定される条件がさらに満たされるように設定されている、
ことを特徴とする情報処理装置。
【数２】
2015152448.tif 000034
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記傾斜角度は、以下に規定される条件が満たされるように設定されている、
ことを特徴とする情報処理装置。
【数３】
2015152448.tif 000035
ただし、上記式において、前記情報入力面に垂直な方向をＺ軸、前記情報入力面に平行で、且つ、前記窓部から前記本体部の前側に向かう方向をＹ軸、Ｚ軸およびＹ軸の両方に垂直な方向をＸ軸とすると、上式の各パラメータは以下のように定義される。ＡＳは、回転ジェスチャのアスペクト比である。ΦＳＶは、回転ジェスチャのＹ−Ｚ平面方向の撮像画角である。Ｒは、回転ジェスチャのＺ軸方向の半径である。ΦＳＨは、回転ジェスチャのＸ−Ｙ平面方向の撮像画角である。ＡＬは、横振りジェスチャのアスペクト比である。ΦＬＶは、横振りジェスチャのＹ−Ｚ平面方向の撮像画角である。θは、前記撮像部の前記傾斜角度である。Ｈは、前記撮像部から前記目標領域内に存在する操作対象の指までのＺ軸方向の高さである。Ｄは、前記撮像部から前記操作対象の指の先端までのＹ軸方向の距離である。Ｐは、横振りジェスチャ時における指のＹ軸方向の移動量である。Γは、横振りジェスチャの半振り角である。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記情報取得装置が前記情報入力面に対して傾けられることにより、前記撮像部の受光光軸が傾けられている、
ことを特徴とする情報処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記反射光の進行方向を折り曲げる折り曲げ素子を備え、
前記折り曲げ素子により、前記撮像部の受光光軸が傾けられている、
ことを特徴とする情報処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の情報処理装置において、
前記折り曲げ素子は、プリズムである、
ことを特徴とする情報処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載の情報処理装置において、
前記プリズムは、下面が前記撮像部の受光面に対して平行になるように設置されている、
ことを特徴とする情報処理装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記撮像部によって取得された撮像情報に基づいて、前記目標領域に存在する物体を検出する物体検出部を備える、
ことを特徴とする情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標領域内の情報を取得する情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた物体検出部を備えた情報処理装置が種々の分野で開発されている（たとえば、特許文献１）。この種の情報処理装置では、イメージセンサを備える撮像部と光を目標領域に投射する投射部がディスプレイの上部に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように投射部と撮像部がディスプレイの上部に配置されると、ユーザは、ジェスチャ操作のため、ディスプレイの上部まで手をかざす必要があった。このように、ジェスチャ操作のために大ぶりな動作が必要となると、ユーザの他の動作が阻害され得る。
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明は、簡易な動作でジェスチャ操作を行うことが可能な情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の主たる態様は、情報処理装置に関する。本態様に係る情報処理装置は、目標領域に所定の波長の光を投射する投射部と、前記目標領域からの反射光を受光して前記目標領域を撮像する撮像部と、情報入力部が配置された情報入力面と、前記情報入力面を上面とする本体部と、を備える。前記撮像部は、前記本体部の前記情報入力部よりも奥側に配置された窓部を介して前記目標領域を撮像し、前記撮像部の受光光軸は、前記情報入力面に対して所定の傾斜角度で傾いている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な動作でジェスチャ操作を行うことが可能な情報処理装置を提供することができる。
【０００８】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態により何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る物体検出部を内蔵したパーソナルコンピュータの外観構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す図である。
【図４】実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す図である。
【図５】実施の形態に係るジェスチャ検出方法を説明する図である。
【図６】実施の形態に係るジェスチャ検出の処理を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態に係る撮像方向に応じた手の見え方を説明するための図である。
【図８】実施の形態に係る操作指を適正に検出する条件を説明するための図である。
【図９】実施の形態に係る操作指を適正に検出する条件を説明するグラフである。
【図１０】実施の形態に係る回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別する条件を説明するための図である。
【図１１】実施の形態に係る回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別する条件を説明するための図である。
【図１２】実施の形態に係る回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別する条件を示すグラフである。
【図１３】実施の形態に係る回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別する条件を示すグラフである。
【図１４】変更例に係るプリズムを用いた場合の情報処理装置の構成を示す図である。
【図１５】変更例に係るプリズムの光軸の傾斜角を説明する図である。
【図１６】変更例に係るプリズムの下面傾斜角と撮像部の光軸の傾斜角を示すグラフである。
【図１７】変更例に係るプリズムの下面傾斜角と撮像部の光軸の傾斜角を示すグラフである。
【図１８】変更例に係るプリズムの設置方法を説明する図である。
【図１９】変更例に係るプリズムを用いた場合の高さと装置全体を傾けた場合の高さを比較する図である。
【図２０】変更例に係るプリズムの頂角と下面の傾斜角を示すグラフである。
【図２１】変更例に係るプリズムの頂角と高さを示すグラフである。
【図２２】変更例に係るＨＯＥを用いて光軸を傾斜させる構成を説明する図である。
【図２３】変更例に係る情報処理装置の構成を示す図である。
【図２４】変更例に係るイメージセンサの感度、および、輝度値と距離の関係を規定する距離変換関数の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
【００１１】
本実施の形態は、ノート型のパーソナルコンピュータに本発明を適用したものである。この他、本発明は、他の機器にも適宜適用可能なものである。
【００１２】
図１（ａ）は、本実施の形態に係るパーソナルコンピュータ１の概略構成を示す図である。図１（ｂ）は、情報取得ユニット２周辺の一部拡大図である。なお、図１（ｂ）では、本体部１１の内部が透視されるように示されている。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、パーソナルコンピュータ１は、本体部１１と、モニタ部１２を備えている。本体部１１は、平面視において長方形の角が丸められた形状を有し、情報取得ユニット２と、情報処理部３を備えている。この他、本体部１１は、上面Ｐｉにキーボード４と、操作パッド５を備えている。モニタ部１２は、モニタ６を備えている。キーボード４、操作パッド５といった情報入力部が配される上面Ｐｉを「情報入力面」と称する。
【００１４】
情報取得ユニット２は、目標領域全体に、可視光の波長帯よりも長い赤外の波長帯域の光（赤外光）を投射し、その反射光をＣＭＯＳイメージセンサにて受光することにより、目標領域に存在する物体の撮像情報を取得する。情報取得ユニット２は、図１（ｂ）に示すように、前後方向がＺ軸方向からＹＺ平面の面内方向に傾いた状態で本体部１１の内部に取り付けられている。情報取得ユニット２は、本体部１１のキーボード４よりも奥側（Ｙ軸負側）に配置されている。
【００１５】
情報処理部３は、情報取得ユニット２により取得された撮像情報に基づいて、目標領域に存在する所定の物体を検出し、さらに、当該物体の動きを検出する。そして、情報処理部３は、当該物体の動きに応じて、パーソナルコンピュータ１の機能を制御する。
【００１６】
たとえば、ユーザが手を用いて所定のジェスチャを行うと、情報取得ユニット２からジェスチャに応じた撮像情報が情報処理部３に送信される。この情報に基づき、情報処理部３は、ユーザの手を検出対象物体として検出し、手の動きに対応付けられた機能（画面の拡大・縮小や、画面の明るさ調整、ページ送り、等）を実行する。
【００１７】
図２は、情報取得ユニット２と情報処理部３の構成を示す図である。
【００１８】
情報取得ユニット２は、光学部の構成として、投射部１００と撮像部２００とを備えている。投射部１００と撮像部２００は、Ｘ軸方向に並ぶように、配置されている。
【００１９】
投射部１００は、赤外の波長帯域の光を出射する４つの光源１１０を備えている。このように４つの光源１１０が用いられることにより、一つ一つの光源１１０が低出力であっても、大きな発光量で光を出射することができる。これにより、光源１１０の温度上昇量を抑えることができ、光源１１０の信頼性を保つことができる。
【００２０】
撮像部２００は、アパーチャ２１０と、撮像レンズ２２０と、フィルタ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０とを備えている。この他、情報取得ユニット２は、回路部の構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、赤外光源駆動回路２２と、撮像信号処理回路２３と、入出力回路２４と、メモリ２５を備えている。
【００２１】
４つの光源１１０から目標領域に投射された光は、目標領域に存在する物体によって反射され、アパーチャ２１０を介して撮像レンズ２２０に入射する。
【００２２】
アパーチャ２１０は、撮像レンズ２２０のＦナンバーに合うように、外部からの光を制限する。撮像レンズ２２０は、アパーチャ２１０を介して入射された光をＣＭＯＳイメージセンサ２４０上に集光する。フィルタ２３０は、光源１１０の出射波長を含む波長帯域の光を透過し、可視光の波長帯域の光をカットするバンドパスフィルタである。
【００２３】
ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、可視光の波長帯域と、光源１１０から出射される赤外光の波長帯域に対して感度を有するカラーのイメージセンサである。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、撮像レンズ２２０にて集光された光を受光して、画素毎に、受光量に応じた信号を撮像信号処理回路２３に出力する。ここで、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、各画素における受光から高レスポンスでその画素の信号を撮像信号処理回路２３に出力できるよう、信号の出力速度が高速化されている。
【００２４】
ＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ２１には、光源制御部２１ａと、撮像情報取得部２１ｂの機能が付与される。
【００２５】
光源制御部２１ａは、赤外光源駆動回路２２を制御する。撮像情報取得部２１ｂは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から出力される信号に基づいて、輝度情報等の検出対象物体に関する撮像情報を取得する。
【００２６】
赤外光源駆動回路２２は、ＣＰＵ２１からの制御信号に応じて４つの光源１１０を駆動する。
【００２７】
撮像信号処理回路２３は、ＣＰＵ２１からの制御を受けてＣＭＯＳイメージセンサ２４０を駆動し、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から出力される信号から、各画素に輝度信号を取得し、取得した信号をＣＰＵ２１に出力する。撮像信号処理回路２３は、ＣＰＵ２１により設定された露光時間をＣＭＯＳイメージセンサ２４０の各画素に適用し、さらに、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から出力される信号に対してＣＰＵ２１により設定されたゲインを適用して、画素毎に、輝度信号を取得する。
【００２８】
入出力回路２４は、情報処理部３とのデータ通信を制御する。
【００２９】
メモリ２５は、ＣＰＵ２１により実行される制御プログラムの他、ＣＰＵ２１における処理の際のワーク領域としても用いられる。
【００３０】
情報処理部３は、ＣＰＵ３１と、入出力回路３２と、メモリ３３を備えている。なお、情報処理部３には、図２に示す構成の他、パーソナルコンピュータ１の各部を駆動および制御するための構成が配されるが、便宜上、これら周辺回路の構成は図示省略されている。
【００３１】
ＣＰＵ３１は、メモリ３３に格納された制御プログラムに従って各部を制御する。かかる制御プログラムによって、ＣＰＵ３１には、物体検出部３１ａの機能と、当該物体検出部３１ａからの信号に応じて、パーソナルコンピュータ１の機能を制御するための機能制御部３１ｂの機能が付与される。
【００３２】
物体検出部３１ａは、撮像情報取得部２１ｂによって取得される撮像情報から物体の形状を抽出し、さらに、抽出した物体形状の動きを検出する。機能制御部３１ｂは、物体検出部３１ａにより検出された物体の動きが所定の動きパターンに合致しているかを判定し、物体の動きが所定の動きパターンに合致している場合に、当該動きパターンに対応する制御を実行する。
【００３３】
図３は、情報取得ユニット２の構成を示す模式図である。
【００３４】
図３を参照して、情報取得ユニット２は、投射部１００と、撮像部２００と、遮光部３００と、回路基板４００と、回路部５００とを備える。
【００３５】
投射部１００は、上述のように、４つの光源１１０を備える。４つの光源１１０は、発光ダイオード（LＥＤ：Light Emitting Diode）からなっている。赤外光を発する発光素子（図示せず）は、ハウジング内に収容される。発光素子から発せられた赤外光は、上面の出射部から所定の放射角にて外部に出射される。図３に示すように、４つの光源１１０は、回路基板４００上に実装されている。
【００３６】
撮像部２００は、アパーチャ２１０と、撮像レンズ２２０を収容するレンズバレル２５０と、フィルタ２３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を収容する撮像レンズホルダ２６０を備える。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０は、回路基板４００上に実装されている。撮像レンズ２２０は、レンズバレル２５０に装着され、レンズバレル２５０は、撮像レンズ２２０を保持した状態で撮像レンズホルダ２６０に装着される。撮像レンズホルダ２６０は、下面に凹部を有し、この凹部に、フィルタ２３０が装着される。こうして、撮像レンズ２２０とフィルタ２３０とを保持した状態で、撮像レンズホルダ２６０が、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を覆うように、回路基板４００上に設置される。
【００３７】
遮光部３００は、弾性力があり、且つ、遮光性がある素材で形成されている。遮光部３００は、投射部１００からの迷光が撮像部２００に入射することを防ぐ。
【００３８】
回路基板４００には、投射部１００と撮像部２００の他、情報取得ユニット２を構成する回路部５００が実装される。図２に示すＣＰＵ２１、赤外光源駆動回路２２、撮像信号処理回路２３、入出力回路２４およびメモリ２５は、かかる回路部５００に含まれる。
【００３９】
図４（ａ）は、情報取得ユニット２が本体部１１に組付けられた状態を示す斜視図である。図４（ｂ）、（ｃ）は、情報取得ユニット２に対するジェスチャの例を示す模式図である。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、情報取得ユニット２は、前後方向がＺ軸方向からＹＺ平面の面内方向にやや傾くように本体部１１に取り付けられる。本体部１１には、投射部１００と撮像部２００の上面を覆うように開口１１ａが形成されている。開口１１ａには、窓部１１ｂが嵌め込まれている。窓部１１ｂは、可視光をカットし、光源１１０から出射される赤外光の波長帯域の光を透過させるよう構成されている。
【００４１】
４つの光源１１０により情報取得ユニット２の上部に光が投射されると、光は、窓部１１ｂを透過し、図４（ｂ）、（ｃ）に示すようにキーボード４の上部周辺に向けて投射される。窓部１１ｂは、キーボード４よりも奥側（Ｙ軸負側）の情報入力面Ｐｉに配置されており、情報取得ユニット２は、窓部１１ｂに対して斜めに取り付けられている。これにより、キーボード４の上部周辺の目標領域が撮像部２００により撮像される。したがって、ユーザは、パームレストＰａに手を置いた状態で、容易に指でジェスチャを行うことできる。
【００４２】
ジェスチャの種類として、たとえば、図４（ｂ）に示すように、指を立てた状態で左右方向に動かすジェスチャや、図４（ｃ）に示すように、指を立てた状態で円形状に沿って動かすジェスチャが想定される。図４（ｂ）に示すような左右方向に動かすジェスチャを「横振りジェスチャ」、図４（ｃ）に示すような円形状に沿って動かすジェスチャを「回転ジェスチャ」と称する。
【００４３】
図５（ａ）〜（ｄ）は、ジェスチャの検出方法を説明する図である。図５（ａ）は、撮像部２００によって撮像される領域（撮像領域）を示す模式図、図５（ｂ）は、撮像部２００によって撮像された画像（撮像画像）を示す模式図である、図５（ｃ）は、輝度値が略均一な領域（均一領域）を示す模式図、図５（ｄ）は、物体の動きを検出するための基準点（マーカ）を示す模式図である。なお、図５（ｂ）、（ｄ）の撮像画像では、輝度値が高いほど明るく、輝度値が低いほど暗くなるように示されている。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、ユーザが人差し指を立て、その他の指を折り曲げた状態で撮像領域に手をかざすと、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０によって、図５（ｂ）に示すような撮像画像が取得される。ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を介して取得される輝度値は、物体までの距離が長いほど小さくなり、物体までの距離が短いほど大きくなる。したがって、図５（ｂ）に示す撮像画像では、手の領域に相当する輝度値がその他の領域の輝度値よりも高くなっている。
【００４５】
このような撮像画像が情報取得ユニット２から情報処理部３に送信され、情報処理部３の物体検出部３１ａにより物体検出の処理が行われる。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、人差し指を立ててジェスチャを行う場合、各指の部分や掌の部分等、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０までの距離が略等しい領域は、略均一な輝度値となっている。また、ジェスチャ操作の対象となる人差し指は、その他の指や掌の部分よりも縦幅と横幅の比率（アスペクト比）が大きくなる。したがって、輝度値が略均一な領域を抽出し、この領域のアスペクト比を比較することにより操作対象の指を検出することができる。このように、ジェスチャの操作対象となる指を「操作指」と称する。また、抽出した輝度値が略均一な領域を「均一領域」と称する。
【００４７】
たとえば、図５（ｃ）に示すように、各指の形状に沿った均一領域Ｓ１〜Ｓ５と掌の部分の形状に沿った均一領域Ｓ６が抽出されると、均一領域Ｓ１〜Ｓ６の縦幅Ｌ１〜Ｌ６および横幅Ｗ１〜Ｗ６が算出され、それぞれのアスペクト比が算出される。たとえば、人差し指に対応する均一領域Ｓ２の縦幅Ｌ２は、横幅Ｗ２よりも大幅に大きく、薬指に対応する均一領域Ｓ４の縦幅Ｌ４は、横幅Ｗ４よりもやや大きい。また、掌の部分に対応する均一領域Ｓ６の縦幅Ｌ６は、横幅Ｗ６よりも小さい。その他の指に対応する均一領域Ｓ１、Ｓ３およびＳ５のアスペクト比は、均一領域Ｓ４と略同じである。このように、人差し指に対応する均一領域Ｓ２のアスペクト比は、その他の指に対応する均一領域Ｓ１、Ｓ３〜Ｓ６よりも大幅に大きくなる。したがって、各均一領域のアスペクト比の差が大きく、最もアスペクト比が大きい均一領域を選択することにより、人差し指に対応する均一領域Ｓ２が操作指に対応する均一領域であることを検出することができる。
【００４８】
こうして、操作指に対応する均一領域が抽出されると、操作指の先端にジェスチャ検出の基準となる点が設定される。ジェスチャ検出の基準となる点を「マーカー」と称する。たとえば、図５（ｄ）に示すように、操作指として抽出された均一領域Ｓ２の最も上方に位置する座標の画素にマーカーＭが設定される。
【００４９】
同様に、所定の時間おきに取得される撮像画像に対して、操作指の抽出およびマーカーＭの設定が行われる。マーカーＭの座標位置の経時的な変化を取得することにより、物体の動き（ジェスチャ）を検出することができる。
【００５０】
図６は、ジェスチャ検出の処理を示すフローチャートである。図６の処理は、図２に示すＣＰＵ３１の機能のうち、物体検出部３１ａの機能によって実行される。
【００５１】
情報取得ユニット２により目標領域が撮像され、撮像画像が情報処理部３に取得されると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、撮像画像における各画素の輝度値を参照し、輝度値の差が所定の範囲ΔＢ内である均一領域Ｓｉを抽出する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ３１は、抽出した均一領域Ｓｉの縦幅Ｌｉを横幅Ｗｉで除算し、アスペクト比Ａｉを算出する（Ｓ１０３）。そして、ＣＰＵ３１は、アスペクト比Ａｉの差が所定の閾値Ｓｈ以上となる均一領域Ｓｉの組み合わせが存在するか否かを判定する（Ｓ１０４）。
【００５２】
アスペクト比Ａｉの差が所定の閾値Ｓｈ以上となる均一領域Ｓｉの組み合わせがない場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理をＳ１０１に戻し、次の撮像画像が取得されるのを待つ。アスペクト比Ａｉの差が所定の閾値Ｓｈ以上となる均一領域Ｓｉの組み合わせがある場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、アスペクト比Ａｉが最も大きい均一領域Ｓｉの先端の座標位置をマーカーＭに設定し、マーカーＭの座標位置をメモリ３３に記憶する（Ｓ１０５）。そして、ＣＰＵ３１は、メモリ３３に記憶されたマーカーＭの座標位置の変位を算出する（Ｓ１０６）。
【００５３】
ＣＰＵ３１は、算出したマーカーＭの座標位置の変位が所定の動きパターン（ジェスチャ）に合致するか否かを判定する（Ｓ１０７）。所定の動きパターンに合致しない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理をＳ１１０に進める。所定の動きパターンに合致する場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、機能制御信号を出力する（Ｓ１０８）。ＣＰＵ３１の機能制御部３１ｂは、機能制御信号を受信すると、信号に応じたパーソナルコンピュータ１の機能（画面の拡大・縮小や、画面の明るさ調整、ページ送り、等）を実行する。
【００５４】
ジェスチャに応じた機能を実行すると、ＣＰＵ３１は、メモリ３３に記憶されたマーカーＭの座標位置をリセットする（Ｓ１０９）。そして、ＣＰＵ３１は、物体検出が終了したか否かを判定する（Ｓ１１０）。物体検出動作が終了していない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理をＳ１０１に戻し、次の撮像画像が取得されるのを待つ。そして、次の撮像画像が取得されると（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、Ｓ１０２以降の処理を実行し、当該撮像画像からマーカーＭの設定処理および動き検出処理を実行する（Ｓ１０２〜Ｓ１１０）。物体検出処理が終了すると（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、処理を完了する。
【００５５】
図７（ａ）〜（ｄ）は、撮像方向に応じた手の見え方とジェスチャの見え方を説明する図である。図７（ａ）は、手を撮像部２００によって撮像する方向を示す模式図である。図７（ｂ）は、前方向Ｖ２から手を撮像した場合の撮像領域を示す模式図である。図７（ｃ）は、下方向Ｖ３から手を撮像した場合の撮像領域を示す模式図である。図７（ｄ）は、斜め方向Ｖ１から手を撮像した場合の撮像領域を示す模式図である。
【００５６】
図７（ｂ）に示すように、前方向Ｖ２から手が撮像された場合、操作指となる人差し指の縦幅Ｌｉが小さくなり、他の指のアスペクト比との差が小さくなるため、適正に操作指を検出することができない惧れがある。
【００５７】
また、図７（ｃ）に示すように、下方向Ｖ３から手が撮像された場合、回転ジェスチャにもかかわらず、撮像部２００からは主に左右方向のマーカーＭの変位しか取得できず、横振りジェスチャであると誤検出される惧れがある。
【００５８】
これに対し、図７（ｄ）に示すように、斜め方向Ｖ１から手が撮像された場合、人差し指のアスペクト比と他の指のアスペクト比との差が大きく、適正に操作指を検出することができ、且つ、撮像部２００から上下左右方向のマーカーＭの変位を取得することができ、適切に回転ジェスチャであることを検出することができる。
【００５９】
本実施の形態では、情報取得ユニット２がパーソナルコンピュータ１の本体部１１に対して傾けられて組付けられているため、ユーザは、キーボード４を操作しつつ、容易にジェスチャ動作を行うことができる。また、手を斜め方向から撮像することができるため、ユーザは、適正に操作指を検出することができ、且つ、容易に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別可能な角度に手を位置付けることができる。
【００６０】
このように、ジェスチャを適正に検出するためには、少なくとも、操作指が適正に検出される必要がある。さらに、多数のジェスチャに対応するためは、回転ジェスチャと横振りジェスチャが区別可能であることが望ましい。
【００６１】
＜操作指検出のための条件＞
適正に操作指が検出可能な撮像部２００の傾斜角度の条件について説明する。
【００６２】
図８（ａ）は、手の操作指と誤認識し易い領域Ｅを定義するための模式図である。図８（ｂ）は、操作指を検出するためのアスペクト比ＡＦを定義するための模式図である。図８（ｃ）は、誤認識し易い領域を検出するためのアスペクト比ＡＰを定義するための模式図である。なお、図４（ａ）に示すように、Ｚ軸は、本体部１１の情報入力面Ｐｉに垂直な方向に対応し、Ｙ軸は、情報入力面Ｐｉに平行で、且つ、窓部１１ｂから本体部１１の前側に向かう方向（本体部１１の短辺に平行な方向）に対応する。Ｘ軸は、Ｚ軸およびＹ軸の両方に垂直な方向（本体部１１の長辺に平行な方向）に対応する。
【００６３】
上述のように、操作指を検出するためには、輝度が略均一な領域のアスペクト比が用いられる。したがって、まず、操作指のアスペクト比ＡＦと、操作指と誤検出し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰを定義する。なお、操作指の縦方向は、Ｙ−Ｚ平面方向に対応し、横方向は、Ｘ−Ｙ平面方向に対応する。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、操作指の縦の撮像画角をΦＦＬ、横の撮像画角をΦＦＷとすると、操作指のアスペクト比ＡＦは、以下の式（１）によって表わされる。
【００６５】
【数１】
2015152448.tif 000003
【００６６】
アスペクト比ＡＦと誤認識し易い部位として、中指または薬指の第１関節と第２関節の間の部分が想定される。これは、この部位が横幅に比べて縦幅が大きくなり易いためである。
【００６７】
誤認識し易い領域Ｅの縦の撮像画角をΦＰＬ、横の撮像画角をΦＰＷとすると、誤認識し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰは、以下の式（２）によって表わされる。
【００６８】
【数２】
2015152448.tif 000004
【００６９】
すなわち、操作指を誤認識し易い領域Ｅと区別するためには、以下の式（３）が成り立つ必要がある。
【００７０】
【数３】
2015152448.tif 000005
【００７１】
少なくとも、操作指のアスペクト比ＡＦが、誤認識し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰよりも大きければ、操作指を他の部位と区別することができ、適正に操作指を検出することができるといえる。
【００７２】
ここで、操作指のアスペクト比ＡＦを撮像部２００と手の位置関係および手の構造に基づいて整理する。
【００７３】
図８（ｂ）に示すように、撮像部２００の受光光軸Ｏが操作指の先端を通る直線と、Ｘ−Ｙ平面がなす角度をθとすると、操作指の縦の撮像画角ΦＦＬは、以下の式（４）によって表わされる。
【００７４】
【数４】
2015152448.tif 000006
【００７５】
なお、ΦＦ０は、撮像部２００の撮像点と操作指の付け根部分を結ぶ線分と、Ｘ−Ｙ平面との間のなす角である。θは、撮像部２００の傾斜角度に相当する。
【００７６】
撮像部２００からＺ軸方向の操作指までのＺ軸方向の高さをＨ、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離をＤ、操作指のＹ軸方向の長さをＦＬとすると、撮像部２００の撮像点と操作指の付け根部分を結ぶ線分と、Ｘ−Ｙ平面との間のなす角ΦＦ０は、以下の式（５）によって表わされる。
【００７７】
【数５】
2015152448.tif 000007
【００７８】
したがって、式（４）、（５）について整理すると、操作指の縦の撮像画角ΦＦＬは、以下の式（６）によって表わされる。
【００７９】
【数６】
2015152448.tif 000008
【００８０】
さらに、操作指の先端までのＺ軸方向の高さＨは、以下の式（７）によって表わされる。
【００８１】
【数７】
2015152448.tif 000009
【００８２】
操作指の縦の撮像画角ΦＦＬと直交する操作指の横の撮像画角ΦＦＷは、指のＸ軸方向の幅をＦＷとすると、以下の式（８）に変換することができる。
【００８３】
【数８】
2015152448.tif 000010
【００８４】
このように、上記式（１）、（６）〜（８）により、操作指のアスペクト比ＡＦは、撮像部２００の傾斜角度θと、操作指のＹ軸方向の長さＦＬと、操作指のＸ軸方向の幅ＦＷと、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄまたは撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さＨの関係式によって表わすことができる。
【００８５】
次に、誤認識し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰを撮像部２００と手の位置関係および手の構造に基づいて整理する。
【００８６】
図８（ａ）に示すように、誤認識し易い領域Ｅの先端は、およそ、操作指の第２関節の位置よりも下側に位置付けられる。すなわち、誤認識し易い領域Ｅと操作指の先端までのＹ軸方向の距離ＥＬは、およそ、操作指の先端から操作指の先端から第２関節までの長さに相当する。
【００８７】
図８（ｃ）に示すように、撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さをＨ、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離をＤ、操作指の先端から操作指の第２関節までの長さＥＬ、誤認識し易い領域Ｅの第１関節から第２関節までの長さをＰＬとすると、誤認識し易い領域Ｅの撮像画角ΦＰＬは、以下の式（９）によって表わされる。
【００８８】
【数９】
2015152448.tif 000011
【００８９】
さらに、操作指までの高さＨは、上記同様、式（１０）によって表わされる。
【００９０】
【数１０】
2015152448.tif 000012
【００９１】
誤認識し易い領域Ｅの縦の撮像画角ΦＰＬと直交する誤認識し易い領域Ｅの横の撮像画角ΦＰＷは、誤認識し易い領域ＥのＸ軸方向の幅をＰＷとすると、以下の式（１１）に変換することができる。
【００９２】
【数１１】
2015152448.tif 000013
【００９３】
このように、上記式（２）、（９）〜（１１）により、誤認識し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰは、撮像部２００の傾斜角度θと、操作指の先端から操作指の第２関節までの長さＥＬと、誤認識し易い領域Ｅの第１関節から第２関節までの長さＰＬと、誤認識し易い領域Ｅの幅ＰＷと、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄまたは撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さＨの関係式によって表わすことができる。
【００９４】
すなわち、上記式（１）〜（１１）により、以下の６つのパラメータを適宜決定することにより、適切に操作指を検出するための撮像部２００の傾斜角度θを求めることができる。
【００９５】
（１）操作指の長さＦＬ
（２）操作指の幅ＦＷ
（３）撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄまたは撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さＨ
（４）操作指の先端から操作指の第２関節までの長さＥＬ
（５）誤認識し易い領域Ｅの第１関節から第２関節までの長さＰＬ
（６）誤認識し易い領域Ｅの幅ＰＷ
このように、撮像部２００と手の位置関係と指の構造に基づき、式（１）〜（１１）を用いることにより、適切に操作指を検出するための撮像部２００の傾斜角度θを求めることができる。
【００９６】
ここで、一般的に、指の先端から指の第２関節までの長さは、指全体の長さの２／３程度である。したがって、操作指の先端から操作指の第２関節までの長さＥＬは、以下の式（１２）に近似することができる。
【００９７】
【数１２】
2015152448.tif 000014
【００９８】
また、一般的に、指の第１関節から第２関節までの長さは、指全体の長さの１／３程度である。したがって、誤認識し易い領域Ｅの第１関節から第２関節までの長さＰＬは、以下の式（１３）に近似することができる。
【００９９】
【数１３】
2015152448.tif 000015
【０１００】
さらに、一般的に、人差し指と中指および薬指の幅は略同じである。したがって、誤認識し易い領域Ｅの幅ＰＷは、以下の式（１４）に近似することができる。
【０１０１】
【数１４】
2015152448.tif 000016
【０１０２】
よって、式（１２）〜（１４）を考慮すると、適切に操作指を検出するための撮像部２００の傾斜角度θを求めるためには、以下の３つのパラメータを決定すれば良い。
【０１０３】
（１）操作指の長さＦＬ
（２）操作指の幅ＦＷ
（３）撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄまたは撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さＨ
このように、指の構造に基づき、式（１２）〜（１４）を用いて、操作指と誤認識し易い領域Ｅの関係を近似することにより、適切に操作指を検出するための撮像部２００の傾斜角度θを求めるためのパラメータを減らすことができる。これにより、容易に適正な撮像部２００の傾斜角度θを求めることができる。
【０１０４】
本願の発明者らは、操作指の長さＦＬ＝９ｃｍ、操作指の幅ＦＷ＝２ｃｍと仮定し、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄを３ｃｍ、５ｃｍ、１０ｃｍの場合の、アスペクト比ＡＦ、ＡＰと撮像部２００の傾斜角度θを計算した。
【０１０５】
図９は、所定条件における操作指のアスペクト比ＡＦと誤認識し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰと撮像部２００の傾斜角度θの計算結果例を示すグラフである。図９において、横軸は、撮像部２００の傾斜角度θであり、縦軸は、アスペクト比ＡＦまたはＡＰである。
【０１０６】
図９を参照して、誤認識し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰは、撮像部２００の傾斜角度θ、および撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄのパラメータが変化しても、略１．５である。このように、アスペクト比ＡＰは、撮像部２００の傾斜角度θ、および撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄに関らず、略一定であることが判る。
【０１０７】
操作指のアスペクト比ＡＦは、撮像部２００の傾斜角度θが大きくなるにしたがって、大きくなっている。これは、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄが大きくなっても、略同様の傾向を示している。また、操作指のアスペクト比ＡＦは、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄが大きくなるにしたがって、大きくなっている。
【０１０８】
したがって、最も厳しい条件であるＤ＝３ｃｍのときに、上記式（３）を満たす撮像部２００の傾斜角度θの条件は、以下の式（１５）となる。
【０１０９】
θ＞３０°  ・・・（１５）
【０１１０】
上記式（１５）のように、撮像部２００の傾斜角度θを３０°よりも大きくすることで、操作指のアスペクト比ＡＦが、誤認識し易い領域Ｅのアスペクト比ＡＰよりも大きくなり、誤検出なく適正に操作指を検出することができる。
【０１１１】
なお、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄが３ｃｍよりも短く設定される可能性は極めて低い。また、操作指の長さＦＬ、操作指の幅ＦＷは、通常、個人差による大きな数値の変動はないため、上記式（１５）のように、撮像部２００の傾斜角度θを３０°よりも大きくすることにより、大半の状況において、誤検出なく適正に操作指を検出することができる。
【０１１２】
図９に示すように、操作指の誤検出防止という観点では、撮像部２００の傾斜角度θは、大きければ大きいほど望ましい。しかしながら、図７に示したように、操作指が下方向Ｖ３から撮像されると、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができない。
【０１１３】
＜回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別するための条件＞
回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することが可能な撮像部２００の傾斜角度θの条件について説明する。
【０１１４】
図１０（ａ）は、回転ジェスチャと手の位置関係を定義するための模式図である。図１０（ｂ）は、横振りジェスチャと手の位置関係を定義するための模式図である。
【０１１５】
図１０（ａ）に示すように、手を斜め下から見ると、回転ジェスチャの軌跡は、楕円形状に見える。また、図１０（ｂ）に示すように、手を斜め下から見ると、横振りジェスチャの軌跡は、円弧形状に見える。すなわち、回転ジェスチャのほうが、横振りジェスチャよりも縦方向の変位が大きい。したがって、それぞれのアスペクト比に差をつけることにより、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができる。
【０１１６】
たとえば、図１０（ａ）に示すように、回転ジェスチャの縦の撮像画角をΦＳＶ、横の撮像画角をΦＳＨとすると、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳは、以下の式（１６）によって表わされる。
【０１１７】
【数１５】
2015152448.tif 000017
【０１１８】
また、図１０（ｂ）に示すように、横振りジェスチャの縦の撮像画角をΦＬＶ、横の撮像画角をΦＬＨとすると、横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬは、以下の式（１７）によって表わされる。
【０１１９】
【数１６】
2015152448.tif 000018
【０１２０】
すなわち、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別するためには、以下の式（１８）が成り立つ必要がある。
【０１２１】
【数１７】
2015152448.tif 000019
【０１２２】
少なくとも、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳが、横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬよりも小さければ、適正に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができるといえる。
【０１２３】
ここで、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳを撮像部２００と手の位置関係および手の構造に基づいて整理する。
【０１２４】
図１１（ａ）は、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳを定義するための模式図である。図１１（ｂ）は、横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬを定義するための模式図である。なお、図４（ａ）に示すように、Ｚ軸は、本体部１１の情報入力面Ｐｉに垂直な方向に対応し、Ｙ軸は、情報入力面Ｐｉに平行で、且つ、窓部１１ｂから本体部１１の前側に向かう方向（本体部１１の短辺に平行な方向）に対応する。Ｘ軸は、Ｚ軸およびＹ軸の両方に垂直な方向（本体部１１の長辺に平行な方向）に対応する。また、図１０（ａ）、（ｂ）に示す回転ジェスチャ、横振りジェスチャの縦方向は、Ｙ−Ｚ平面方向に対応し、回転ジェスチャ、横振りジェスチャの横方向は、Ｘ−Ｙ平面方向に対応する。
【０１２５】
図１１（ａ）に示すように、回転ジェスチャの縦の撮像画角ΦＳＶは、以下の式（１９）によって表わされる。
【０１２６】
【数１８】
2015152448.tif 000020
【０１２７】
なお、ΦＳＶ１は、回転ジェスチャ時に操作指の先端部が最下点となる位置と撮像部２００の撮像点とを結ぶ線分と、Ｘ−Ｙ平面との間のなす角、ΦＳＶ２は、回転ジェスチャ時に操作指の先端部が最上点となる位置と撮像部２００の撮像点とを結ぶ線分と、Ｘ−Ｙ平面との間のなす角である。
【０１２８】
さらに、操作指のＺ軸方向の高さＨは、上記同様、式（２０）によって表わされる。
【０１２９】
【数１９】
2015152448.tif 000021
【０１３０】
撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さをＨ、回転ジェスチャの半径をＲ、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離をＤとすると、回転ジェスチャの下端までの撮像画角ΦＳＶ１は、以下の式（２１）によって表わされる。
【０１３１】
【数２０】
2015152448.tif 000022
【０１３２】
また、撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さをＨ、回転ジェスチャの半径をＲ、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離をＤとすると、回転ジェスチャ時に操作指の先端部が最上点となる位置と撮像部２００の撮像点とを結ぶ線分と、Ｘ−Ｙ平面との間のなす角ΦＳＶ２は、以下の式（２２）によって表わされる。
【０１３３】
【数２１】
2015152448.tif 000023
【０１３４】
さらに、撮像部２００から操作指の先端までの直線距離ＯＬは、三平方の定理から以下の式（２３）によって表わされる。
【０１３５】
【数２２】
2015152448.tif 000024
【０１３６】
回転ジェスチャの縦の撮像画角ΦＳＶと直交する回転ジェスチャの横の撮像画角ΦＳＨは、以下の式（２４）に変換することができる。
【０１３７】
【数２３】
2015152448.tif 000025
【０１３８】
このように、上記式（１６）、（１９）〜（２４）により、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳは、撮像部２００の傾斜角度θと、回転ジェスチャの半径Ｒと、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離ＤまたはＺ軸方向の高さＨの関係式によって表わすことができる。
【０１３９】
次に、横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬを撮像部２００と手の位置関係および手の構造に基づいて整理する。
【０１４０】
図１１（ｂ）に示すように、横振りジェスチャの縦の撮像画角ΦＬＶは、以下の式（２５）によって表わされる。
【０１４１】
【数２４】
2015152448.tif 000026
【０１４２】
なお、ΦＬＶ１は、横振りジェスチャ時に操作指の先端部が撮像部から最も遠ざかる位置と撮像部２００の撮像点とを結ぶ線分と、Ｘ−Ｙ平面との間のなす角である。
【０１４３】
さらに、操作指の先端までのＺ軸方向の高さＨは、上記同様、式（２６）によって表わされる。
【０１４４】
【数２５】
2015152448.tif 000027
【０１４５】
撮像部２００から操作指の先端までのＺ軸方向の高さをＨ、横振りジェスチャ時における指のＹ軸方向の移動量をＰ、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離をＤとすると、横振りジェスチャ時に操作指の先端部が撮像部から最も遠ざかる位置と撮像部２００の撮像点とを結ぶ線分と、Ｘ−Ｙ平面との間のなす角ΦＬＶ１は、以下の式（２７）によって表わされる。
【０１４６】
【数２６】
2015152448.tif 000028
【０１４７】
ここで、図１０（ｂ）に示すように、操作指の付け根を中心とした横振りジェスチャの振り角を２Γ、操作指の長さをＦＬとすると、横振りジェスチャ時における指のＹ軸方向の移動量Ｐは、以下の式（２８）によって表わされる。
【０１４８】
【数２７】
2015152448.tif 000029
【０１４９】
横振りジェスチャの縦の撮像画角ΦＬＶと直交する横振りジェスチャの横の撮像画角ΦＬＨは、以下の式（２９）に変換することができる。
【０１５０】
【数２８】
2015152448.tif 000030
【０１５１】
このように、上記式（１７）、（２５）〜（２９）により、横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬは、撮像部２００の傾斜角度θと、横振りジェスチャの半振り角Γと、横振りジェスチャ時における指のＹ軸方向の移動量Ｐと、操作指の長さＦＬと、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離ＤまたはＺ軸方向の高さＨの関係式によって表わすことができる。
【０１５２】
すなわち、上記式（１６）〜（２９）により、以下の５つのパラメータを適宜決定することにより、適切に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別するための撮像部２００の傾斜角度θを求めることができる。
【０１５３】
（１）操作指の長さＦＬ
（２）回転ジェスチャの半径Ｒ
（３）横振りジェスチャの半振り角Γ
（４）横振りジェスチャ時における指のＹ軸方向の移動量Ｐ
（５）撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離ＤまたはＺ軸方向の高さＨ
なお、横振りジェスチャ時における指のＹ軸方向の移動量Ｐは、式（２８）により、操作指の長さＦＬと、横振りジェスチャの半振り角Γによって表わすことができるため、省略することができる。
【０１５４】
このように、撮像部２００と手の位置関係と指の構造に基づき、式（１６）〜（２９）を用いることにより、適切に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別するための撮像部２００の傾斜角度θを求めることができる。
【０１５５】
本願の発明者らは、操作指の長さＦＬ＝９ｃｍ、回転ジェスチャの半径Ｒ＝１ｃｍ、横振りジェスチャの半振り角Γ＝４５°、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄを５ｃｍとした場合の、アスペクト比ＡＳ、ＡＬと撮像部２００の傾斜角度θを計算した。
【０１５６】
図１２は、所定条件における回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳと横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬと撮像部２００の傾斜角度θの計算結果例を示すグラフである。図１２において、横軸は、撮像部２００の傾斜角度θであり、縦軸は、アスペクト比ＡＳまたはＡＬである。
【０１５７】
図１２を参照して、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳは、撮像部２００の傾斜角度θが大きくなるにしたがって、大きくなっている。他方、横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬは、撮像部２００の傾斜角度θが大きくなるにしたがって、小さくなっている。したがって、式（１８）により、撮像部２００の傾斜角度を両曲線の交点Ｐ０よりも小さい角度に設定すれば、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができる。本計算例の場合、交点Ｐ０の傾斜角度θは７７°である。
【０１５８】
図１３は、距離Ｄと操作指の長さＦＬを変化させた場合の、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳと横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬが一致する撮像部２００の傾斜角度θの計算結果例を示すグラフである。
【０１５９】
図１３を参照すると、操作指の長さＦＬを５ｃｍ、７ｃｍ、９ｃｍ、１１ｃｍと、距離Ｄを３ｃｍ、５ｃｍ、１０ｃｍと変化させても、アスペクト比ＡＳとアスペクト比ＡＰが一致する傾斜角度θは、略一定である。したがって、上述の４つのパラメータのうち、操作指の長さＦＬと、撮像部２００から操作指の先端までのＹ軸方向の距離Ｄは、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することが可能な撮像部２００の傾斜角度θにさほど影響しないことが判る。
【０１６０】
したがって、上記式（１８）を満たす撮像部２００の傾斜角度θの条件は、以下の式（３０）となる。
【０１６１】
θ＜７７°  ・・・（３０）
【０１６２】
上記式（３０）のように、撮像部２００の傾斜角度θを７７°よりも小さくすることで、回転ジェスチャのアスペクト比ＡＳが、横振りジェスチャのアスペクト比ＡＬよりも小さくなり、回転ジェスチャと横振りジェスチャを適正に区別することができる。
【０１６３】
なお、図１３に示すように、操作指の長さＦＬ、撮像部２００までのＹ軸方向の距離Ｄによる撮像部２００の傾斜角度θへの影響は低い。また、回転ジェスチャの半径Ｒと、横振りジェスチャの半振り角Γは、通常、個人差による大きな数値の変動はないため、上記式（３０）のように、撮像部２００の傾斜角度θを７７°よりも小さくすることにより、大半の状況において、適正に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができる。
【０１６４】
したがって、上記式（１５）、（３０）より、適正に操作指が検出可能であり、且つ、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別可能な条件は、以下の式（３１）となる。
【０１６５】
３０°＜θ＜７７°  ・・・（３１）
【０１６６】
撮像部２００の傾斜角度θが３０°よりも大きく、且つ、７７°よりも小さくなるように設定されることにより、誤検出なく適正に操作指を検出することができ、且つ、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができる。
【０１６７】
＜実施形態の効果＞
以上、本実施の形態によれば、情報取得ユニット２がパーソナルコンピュータ１の本体部１１の上面に対して傾けられて組付けられているため、ユーザは、キーボード４を操作しつつ、容易にジェスチャ動作を行うことができる。また、手を斜め方向から撮像することができるため、ユーザは、適正に操作指を検出することができ、且つ、容易に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別可能な角度に手を位置付けることができる。
【０１６８】
また、本実施の形態によれば、上記式（１）〜（１１）を用いることにより、誤検出なく、適正に操作指を検出することができる撮像部２００の傾斜角度θを容易に算出することができる。
【０１６９】
また、本実施の形態によれば、撮像部２００の傾斜角度θは、上記式（１）〜（１１）の条件に加え、上記式（１２）〜（１４）が成り立つように設定されるため、さらに容易に適正な撮像部２００の傾斜角度θを求めることができる。
【０１７０】
また、本実施の形態によれば、上記式（１５）に示すように、撮像部２００の傾斜角度θは、３０°よりも大きくなるように設定されるため、誤検出なく適正に操作指を検出することができる。
【０１７１】
また、本実施の形態によれば、上記式（１６）〜（２９）を用いることにより、適切に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができる撮像部２００の傾斜角度θを容易に算出することができる。
【０１７２】
また、本実施の形態によれば、上記式（３０）に示すように、撮像部２００の傾斜角度θを７７°よりも小さくなるように設定されるため、適正に回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができる。
【０１７３】
また、本実施の形態によれば、窓部１１ｂは、キーボード４が配置された本体部１１の上面に配置されているため、ユーザは、パームレストＰａに手を置いた状態で、容易に指でジェスチャを行うことできる。
【０１７４】
＜変更例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、本発明の構成例も他に種々の変更が可能である。
【０１７５】
たとえば、上記実施の形態では、情報取得ユニット２が傾けられて、パーソナルコンピュータ１に組付けられることにより、撮像部２００の受光光軸Ｏが傾けられたが、プリズムを用いて、撮像部２００の受光光軸Ｏが傾けられても良い。
【０１７６】
図１４は、変更例にかかる情報取得ユニット２の構成を示す模式図である。
【０１７７】
図１４を参照して、本変更例の場合、情報取得ユニット２は、本体部１１に対して傾けられず、撮像部２００とパーソナルコンピュータ１の本体部１１の間に、プリズム６００が設けられる。プリズム６００は、投射部１００と撮像部２００を跨ぐように配置される。
【０１７８】
図１５は、プリズム６００の頂角αｐを定義するための模式図である。なお、図１５の例では、時計周りの方向の角度に対して、正の符号が付される。また、図１５における入射光軸は、撮像部２００の受光光軸Ｏに対応する。
【０１７９】
図１５に示すように、プリズム６００の屈折率をｎ、下面の傾斜角をα１、上面の傾斜角をα２、プリズム６００の頂角をαｐ（＝α１−α２）、出射光軸の傾斜角をα（＝９０−β）とすると、スネルの方式により、以下の式（３２）、（３３）が成り立つ。
【０１８０】
【数２９】
2015152448.tif 000031
【０１８１】
図１６は、プリズム６００の屈折率ｎを１．５１とし、頂角αｐを所定の角度にしてプリズム６００全体の傾きを変えたときの出射光軸の光軸傾斜角αを示すグラフである。図１７は、プリズム６００の屈折率を１．８８とし、頂角αｐを所定の角度にしてプリズム６００の全体の傾きを変えたときの出射光軸の光軸傾斜角αを示すグラフである。図１６、１７において、横軸は、下面傾斜角α１、縦軸は、出射光軸の傾斜角αである。なお、図１６、１７には、上記式（３３）の範囲が矢印で示されている。
【０１８２】
図１６を参照すると、適宜、プリズム６００の頂角αｐと、下面傾斜角α１を設定することにより、上記式（３３）の範囲の光軸傾斜角αが得られることが判る。たとえば、光軸傾斜角αを６０°にする場合、プリズム６００の頂角αｐと下面傾斜角α１の組み合わせは、複数あり、プリズム６００の光学設計の自由度が高いことが判る。
【０１８３】
また、図１７を参照すると、図１６の場合に比べて、プリズム６００の頂角αｐに対する出射光軸の傾斜角αが小さくなっていることが判る。図１７に示すプリズム６００を用いると、上記式（３３）に示す３０°〜７７°の範囲で自由に撮像部２００の受光光軸Ｏ、および投射部１００の投射光軸を傾斜させることができることが判る。
【０１８４】
このように、プリズム６００を用いることにより、撮像部２００の受光光軸Ｏを傾斜させることができるため、上記実施の形態同様、適正に操作指を検出でき、且つ、回転ジェスチャと横振りジェスチャを区別することができる。
【０１８５】
図１８は、プリズム６００の設置方法について説明する図である。
【０１８６】
プリズム６００は、少なくとも、撮像部２００の画角の範囲内を覆うようにして、撮像部２００の上面に設置される必要がある。図１８には、プリズム６００を撮像部２００の右上角に接触させ、プリズム６００の頂角を撮像部２００の左側の画角の境界に合わせつつ、プリズム６００を姿勢Ａ〜Ｅに変化させたときの、右側の画角の境界が通るプリズム６００の上面位置ａ〜ｅが示されている。
【０１８７】
図示の如く、プリズム６００上面と画角の境界が通る交点のＺ軸方向の位置は、Ｄの姿勢、すなわち、プリズム６００が略水平になったときが最小となる。Ｅの姿勢のようにプリズム６００が左回り（マイナス方向）に傾くと、プリズム６００上面と画角の境界が通る交点は、Ｚ軸方向の位置が高くなる。したがって、プリズム６００の下面傾斜角α１は、撮像部２００の上面（受光面）に対して０°、または、０°よりもやや大きく設定するほうが望ましい。これにより、情報取得ユニット２のＺ軸方向の高さを抑えることができる。
【０１８８】
なお、図１８では、プリズム６００が撮像部２００の上面に接する場合の例が示されたが、プリズム６００は、下面が撮像部２００の上面（受光面）に対して平行となっていれば、撮像部２００の上面から離れていても良い。
【０１８９】
次に、プリズム６００を用いた場合に、情報取得ユニット２を傾斜させた場合よりも、薄型化を図ることができる具体的設計例について説明する。
【０１９０】
図１９（ａ）は、上記実施の形態のように情報取得ユニット２全体を傾けることにより、撮像部２００の受光光軸Ｏを傾斜させた場合の、情報取得ユニット２の寸法を説明する模式図である。図１９（ｂ）は、本変更例のようにプリズム６００を用いた場合の、情報取得ユニット２の寸法を説明する模式図である。
【０１９１】
図１９（ａ）を参照して、回路基板４００の幅を８．０ｍｍ、情報取得ユニット２全体の高さを７．０ｍｍとすると、撮像部２００の受光光軸Ｏの傾斜角度を６０°にしたときのＺ軸方向の高さは、略２．２ｍｍ増加する。
【０１９２】
図１９（ｂ）を参照して、プリズム６００の頂角αｐが撮像部２００の画角の左境界上に位置付けられるときの、画角の右側境界を通る光線のプリズム６００の出射点の位置Ｚｔを算出する。撮像部２００の幅は、４．６ｍｍφ、撮像レンズ２２０（図２参照）のレンズ開口は、１．６ｍｍφ、撮像部２００に必要な画角は、±３０°とする。この位置Ｚｔを、プリズム６００を用いた場合のプリズム６００の高さとし、高さＺｔの計算例を以下に示す。
【０１９３】
図２０は、光軸傾斜角αが６０°となるプリズム６００の頂角αｐと下面傾斜角α１の計算例を示すグラフである。図２０において、横軸は、プリズム６００の頂角αｐ、縦軸は、プリズム６００の下面傾斜角α１である。なお、図２０には、ＢＫ７（ｎ＝１．５１）、ポリエーテルスルホン樹脂（ｎ＝１．６４）およびＳＦＳ１（ｎ＝１．８８）の場合の計算例が示されている。
【０１９４】
図２０を参照して、ＢＫ７の場合、下面傾斜角α１が略０°となるプリズム６００の頂角αｐは、３８°となる。ポリエーテルスルホン樹脂の場合、下面傾斜角α１が略０°となるプリズム６００の頂角αｐは、３３°となる。ＳＦＳ１の場合、下面傾斜角α１が略０°となるプリズム６００の頂角αｐは、２６°となる。
【０１９５】
図２１は、光軸傾斜角αが６０°、且つ、下面傾斜角α１が略０°となるプリズム６００の頂角αｐと出射点の高さＺｔの計算例を示すグラフである。図２１において、横軸は、プリズム６００の頂角αｐ、縦軸は、プリズム６００の出射点の高さＺｔである。なお、図２１には、図２０と同様に、ＢＫ７（ｎ＝１．５１）、ポリエーテルスルホン樹脂（ｎ＝１．６４）およびＳＦＳ１（ｎ＝１．８８）の場合の計算例が示されている。
【０１９６】
図２１を参照して、プリズム６００の材料がＢＫ７の場合、プリズム６００の頂角αｐが３８°のときの出射点の高さＺｔは、１．７４ｍｍである。また、プリズム６００の材料がポリエーテルスルホン樹脂の場合、プリズム６００の頂角αｐが３３°のときの出射点の高さＺｔは、１．３３ｍｍである。また、プリズム６００の材料がＳＦＳ１の場合、プリズム６００の頂角αｐが２６°のときの出射点の高さＺｔは、０．９４ｍｍである。
【０１９７】
以上の計算結果をまとめると、以下の表１の通りとなる。
【０１９８】
【表１】
2015152448.tif 000032
【０１９９】
上記表１に示すようにプリズム６００を設計すると、光軸傾斜角αを６０°曲げることができ、且つ、出射点の高さＺｔを、情報取得ユニット２を傾けた場合の高さの増加量２．２ｍｍよりも小さくすることができることが判る。
【０２００】
このように、プリズム６００を用いることにより、情報取得ユニット２全体を傾斜させる場合よりも、情報取得ユニット２の薄型化を図ることできる。
【０２０１】
なお、上記変更例では、プリズム６００により、撮像部２００の受光光軸Ｏが傾斜されたが、他の光学素子によって受光光軸Ｏが傾斜されても良い。たとえば、図２２（ａ）に示すように、ＨＯＥ（Holographic Optical Element）６０１が用いられても良い。
【０２０２】
この場合、たとえば、図２２（ｂ）に示すような格子パターンを適宜設計することにより、プリズム６００を用いる場合よりもさらに薄型化を図りつつ、撮像部２００の受光光軸Ｏを傾斜させることができる。なお、ＨＯＥ６０１を用いる場合、回折効率を向上させるため、図２２（ｃ）に示すように、断面をブレーズ形状にした方が望ましい。
【０２０３】
また、上記実施の形態では、情報取得ユニット２を傾斜させることにより、撮像部２００の受光光軸Ｏが傾斜され、上記変更例では、プリズム６００またはＨＯＥ６０１等の折り曲げ素子を用いて、撮像部２００の受光光軸Ｏが傾斜されたが、情報取得ユニット２を傾斜させ、且つ、折り曲げ素子が用いられて受光光軸Ｏが傾斜されても良い。
【０２０４】
また、上記実施の形態および変更例では、撮像部２００の受光光軸Ｏとともに、投射部１００の出射光軸も傾斜されたが、投射部１００から投射される赤外光の画角が十分に広いような場合は、撮像部２００の受光光軸Ｏのみが傾斜されても良い。なお、上記実施の形態および変更例のように、撮像部２００の受光光軸Ｏとともに投射部１００の出射光軸も傾斜された方が、より撮像領域に赤外光を投射することができるため、望ましい。
【０２０５】
また、上記実施の形態では、情報取得ユニット２により撮像情報が取得されて、情報処理部３により検出対象物体の形状、動きが検出されたが、情報取得ユニット２によりさらに検出対象物体までの距離情報が取得されても良い。
【０２０６】
図２３は、変更例に係る情報取得ユニット２と情報処理部３の構成を示す図である。
【０２０７】
本変更例では、ＣＰＵ２１に撮像情報取得部２１ｂの機能とともに、距離取得部２１ｃの機能が付与される。
【０２０８】
距離取得部２１ｃは、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０から出力される信号に基づいて、距離情報を取得する。また、メモリ２５は、距離情報の取得に用いられる距離変換関数を保持している。
【０２０９】
図２４（ａ）は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０上の各画素の感度を模式的に示す図である。
【０２１０】
本実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０として、カラーセンサが用いられる。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０には、赤、緑、青をそれぞれ検知する３種の画素が含まれる。
【０２１１】
図２４（ａ）において、Ｒ、Ｇ、Ｂは、それぞれ、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０に含まれる赤、緑、青の画素の感度を示している。図２４（ａ）に示すとおり、赤、緑、青の画素の感度は、赤外の波長帯域である８００ｎｍ以上の帯域において、略同じ感度となっている（図２４（ａ）の斜線部分を参照）。したがって、図２４（ｂ）に示すフィルタ２３０によって、可視光の波長帯域が除去されると、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０の赤、緑、青の画素の感度は、互いに略等しくなる。このため、赤、緑、青の画素に、それぞれ、同じ光量の赤外光が入射すると、各色の画素から出力される信号の値は略等しくなる。よって、各画素からの信号を画素間で調整する必要はなく、各画素からの信号をそのまま距離情報の取得に用いることができる。
【０２１２】
図２４（ｂ）は、メモリ２５に保持された距離変換関数の波形を模式的に示す図である。
【０２１３】
図２４（ｂ）に示すように、距離変換関数は、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を介して取得される輝度値と、当該輝度値に対応する距離の関係を規定する。一般に、直進する光の光量は、距離の２乗に反比例して減衰する。したがって、投射部１００から出射された赤外光は、投射部１００から目標領域までの距離と目標領域から撮像部２００までの距離を加算した距離の２乗分の１に光量が減衰した状態で、撮像部２００によって受光される。このため、図２４（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を介して取得される輝度値は、物体までの距離が長いほど小さくなり、物体までの距離が短いほど大きくなる。したがって、距離と輝度との関係を規定する距離変換関数は、図２４（ｂ）に示すような曲線波形になる。
【０２１４】
距離取得部２１ｃは、距離変換関数を用いて、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を介して画素毎に取得される輝度値を距離情報に変換する。このようにして、情報取得ユニット２から検出対象物体の各部までの距離情報が取得される。
【０２１５】
本変更例の場合、さらに、輝度値に応じて距離情報が取得されるため、物体の上下左右方向の動きとともに、奥行き方向の動きをも精度良く検出することができる。このように、本変更例では、３次元方向の物体の動きを検出できるため、多種多様なジェスチャに応じて、パーソナルコンピュータ１の機能を制御することができる。
【０２１６】
また、上記実施の形態では、ＣＰＵ２１が撮像情報を取得する機能を有したが、撮像情報の取得が回路によるハードウエア処理により実現されても良い。
【０２１７】
さらに、上記実施の形態では、受光素子として、ＣＭＯＳイメージセンサ２４０を用いたが、これに替えて、ＣＣＤイメージセンサを用いることもできる。また、赤外以外の波長帯域の光を距離取得に用いることもできる。
【０２１８】
また、上記実施の形態および変更例では、窓部１１ｂは、本体部１１の情報入力面Ｐｉに別部材を設置して構成されたが、情報入力面Ｐｉが透光性のある素材で形成され、窓部の領域を除く領域が着色されることによって、目標領域を撮像するための窓が形成されても良い。
【０２１９】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０２２０】
１  …  パーソナルコンピュータ（情報処理装置）
４  …  キーボード（情報入力部）
５  …  操作パッド（情報入力部）
１１  …  本体部
１１ｂ  …  窓部
Ｐｉ  …  情報入力面
２  …  情報取得ユニット（情報処理装置）
１００  …  投射部
２００  …  撮像部
【図１】
2015152448.tif 000036
【図２】
2015152448.tif 000037
【図３】
2015152448.tif 000038
【図４】
2015152448.tif 000039
【図５】
2015152448.tif 000040
【図６】
2015152448.tif 000041
【図７】
2015152448.tif 000042
【図８】
2015152448.tif 000043
【図９】
2015152448.tif 000044
【図１０】
2015152448.tif 000045
【図１１】
2015152448.tif 000046
【図１２】
2015152448.tif 000047
【図１３】
2015152448.tif 000048
【図１４】
2015152448.tif 000049
【図１５】
2015152448.tif 000050
【図１６】
2015152448.tif 000051
【図１７】
2015152448.tif 000052
【図１８】
2015152448.tif 000053
【図１９】
2015152448.tif 000054
【図２０】
2015152448.tif 000055
【図２１】
2015152448.tif 000056
【図２２】
2015152448.tif 000057
【図２３】
2015152448.tif 000058
【図２４】
2015152448.tif 000059