(57)【要約】【課題】ローリングシャッタ方式を適用したＣＭＯＳセンサを用いた入力装置が正確に動作することを目的とする。【解決手段】Ｖｓｙｎｃ信号は、立ち上がりから立ち下がりまでの可変期間と、立ち下がりから立ち上がりまでの固定期間とによって構成され、Ｖｓｙｎｃ信号の立ち上がり時に照光部８の点灯と消灯とが順次切り替わる。ＣＭＯＳセンサ９は所定の露光時間Ｔｅｘを有すると共に、第一の画素ライン９ａはＶｓｙｎｃ信号の立ち下がりタイミングＴｄｏｗｎから終了時間差Ｔｆだけ遅れて露光終了する。  Ｖｓｙｎｃ信号の可変期間を「Ｔｅｘ−Ｔｆ」よりも大きい値に設定して、第１の画素ライン９ａの露光がＶｓｙｎｃの立ち上がりよりも後で開始されるように構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出画像が投影される投影部と、反復されるＶｓｙｎｃ信号によって点灯と消灯との切り替えが制御される照光部と、前記Ｖｓｙｎｃ信号によって撮像タイミングが制御された前記投影部を撮像するＣＭＯＳセンサと、を備え、前記ＣＭＯＳセンサが撮像した画像に基づいて外部からの命令が判定される入力装置であって、
前記Ｖｓｙｎｃ信号は、第一のレベルを有し、前記第一のレベルの保持時間が変更可能な可変期間と、第二のレベルを有し、前記第二のレベルの保持時間が固定の固定期間とによって構成され、前記Ｖｓｙｎｃ信号の開始時に前記照光部の点灯と消灯とが順次切り替わり、
前記ＣＭＯＳセンサは、任意の画素ラインの露光開始から次の画素ラインの露光開始までが一定の露光遅延時間Ｔｗで遅延すると共に、露光時間Ｔｅｘでそれぞれ露光する第１から第Ｎまでの複数の画素ラインを有したローリングシャッタ方式であり、
前記第Ｎの画素ラインの露光終了は次の周期の前記Ｖｓｙｎｃの開始時までになされるものであり、
前記第１の画素ラインの露光が前記Ｖｓｙｎｃの開始時よりも後で開始されるように、前記可変期間を調整したことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記Ｖｓｙｎｃの開始時から前記第１の画素ラインの露光を開始するまでの時間、および前記第Ｎの画素ラインの露光を終了してから次の周期の前記Ｖｓｙｎｃの開始時までの時間の何れか一方を、あるいは双方をゼロとした請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記照光部が消灯時において前記ＣＭＯＳセンサが撮像した消灯画像と、前記照光部が点灯時において前記ＣＭＯＳセンサが撮像した点灯画像との差分を演算して差分画像を生成する制御部を備え、前記差分画像によって前記制御部が外部からの命令を判定する請求項１または２に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に使用される入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の入力装置の制御方法について図面を用いて説明する。図４は従来の入力装置の外観図であり、従来の入力装置は、操作者２がその操作面３ａ側に手や指を触れる操作部３と、操作面の対向面である撮像面３ｂを照射する照明部４と、撮像面３ｂを撮像する撮像部５と、照明部４や撮像部５を制御し、かつ撮像部５から送られる信号を演算する制御部６を備えている。
【０００３】
撮像面３ｂには操作者２の手や指が触れる部分に対応して投影された画像が生じる。撮像部は撮像面３ｂに生じた画像を撮像し、かつ信号化してこの信号を制御部６へと送る。これによって、制御部６は画像の位置に基づいて操作者２から受けた命令が何であるかを判定する。
【０００４】
ここで、例えば、従来の入力装置が昼間の野外などの明るい環境に配置されている場合、撮像面３ｂに太陽光等などの外部からの光が外乱として入り込む場合がある。
【０００５】
この外乱を取り除くために、照明部４は点灯と消灯とを繰り返し、撮像部５によって、図５（ａ）に示すような点灯画像と、図５（ｂ）に示すような消灯画像とを撮像する。そして、点灯画像と消灯画像との差分を画像処理によって得ることにより、図５（ｃ）に示すような外乱が取り除かれた差分画像が得られる。これにより、制御部６は操作者２からの命令を正確に受けることができる。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２７２５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の入力装置は、撮像部５にローリングシャッタ方式を適用したＣＭＯＳセンサを用いた場合、照明部４の点灯時あるいは消灯時のいずれかの期間内に撮像部５のすべての撮像素子ライン５ａに対する露光が完結しないことがある。
【０００９】
これによって一部の撮像素子ライン５ａだけが露光されて、例えば図６（ａ）に示すような画像の上部が暗く下部が明るいような点灯画像や、図６（ｂ）に示すような画像の上部が明るく下部が暗い消灯画像が得られてしまうことがあった。つまり、点灯画像と消灯画像が互いに混入した画像となってしまう可能性があった。
【００１０】
そのため、外乱を取り除く適切な画像が得られず、入力装置が正確に動作しないおそれがあった。
【００１１】
そこで本発明は、外乱を取り除き、操作者の指示に対して入力装置が正確に動作する入力装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そして、この目的を達成するために本発明は、被検出画像が投影される投影部と、反復されるＶｓｙｎｃ信号によって点灯と消灯との切り替えが制御される照光部と、Ｖｓｙｎｃ信号によって撮像タイミングが制御された投影部を撮像するＣＭＯＳセンサと、を備え、ＣＭＯＳセンサが撮像した画像に基づいて外部からの命令が判定される入力装置であって、Ｖｓｙｎｃ信号は、立ち上がりから立ち下がりまでの可変期間と、立ち下がりから立ち上がりまでの固定期間とによって構成され、Ｖｓｙｎｃ信号の立ち上がり時に照光部の点灯と消灯とが順次切り替わり、ＣＭＯＳセンサは、任意の画素ラインの露光開始から次の画素ラインの露光開始までが一定の露光遅延時間Ｔｗで遅延すると共に、露光時間Ｔｅｘでそれぞれ露光する第１から第Ｎまでの複数の画素ラインを有したローリングシャッタ方式であり、第Ｎの画素ラインの露光終了は次の周期のＶｓｙｎｃの立ち上がりまでになされるものであり、第１の画素ラインの露光がＶｓｙｎｃの立ち上がりよりも後で開始されるように、Ｖｓｙｎｃ信号の可変期間を調整したことを特徴とする入力装置としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、照光部の点灯時あるいは消灯時それぞれ個々の期間において、ＣＭＯＳセンサの全ての画素ラインの露光が完結することによって、点灯時および消灯時にＣＭＯＳセンサが撮像した画像は互いに混入することはない。この結果、入力装置は正確な投影画像の認識ができることによって、正確に動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における入力装置の外観図
【図２】本発明の実施の形態における入力装置の動作を示すタイミングチャート
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）本発明の実施の形態における入力装置の撮像画像図と差分画像図
【図４】従来の入力装置の外観図
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）従来の入力装置の撮像画像図と差分画像図
【図６】（ａ）、（ｂ）従来の入力装置にＣＭＯＳセンサを用いたときの撮像画像図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態の一例について図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における入力装置の外観図であり、図２は本発明の実施の形態における入力装置の動作を示すタイミングチャートである。入力装置は、被検出画像が投影される投影部７と、投影部７の投影面７ａを照射する照光部８と、第１から第Ｎまでの複数の画素ライン９ａを有し投影部７の投影面７ａを撮像するＣＭＯＳセンサ９とを備えている。
【００１７】
ここで、投影面７ａを照射する照光部８は点灯と消灯とを繰り返す。反復する点灯と消灯との切り替えはＶｓｙｎｃ信号によって制御され、Ｖｓｙｎｃ信号の個々の立ち上がり時に点灯と消灯とが順次切り替わる。
【００１８】
また、ＣＭＯＳセンサ９は第１から第Ｎまでの複数の画素ライン９ａを有し、かつ、複数の画素ライン９ａはローリングシャッタ方式によって露光が制御される。
【００１９】
Ｖｓｙｎｃ信号は可変期間と固定期間とによって構成されていて、可変期間は立ち上がりのタイミングＴｕｐ１から立ち下がりのタイミングＴｄｏｗｎまでの期間に相当し、固定期間は立ち下がりのタイミングＴｄｏｗｎから次の立ち上がりのタイミングＴｕｐ２までの期間に相当する。
【００２０】
この固定期間は、Ｖｓｙｎｃ信号が立ち下がりから第１の画素ラインの露光が終了するまでの時間である終了時間差Ｔｆと、画素ライン間隔数である「Ｎ−１」と露光待機時間Ｔｗとの積「（Ｎ−１）×Ｔｗ」と、第Ｎの画素ライン９ａの露光の終了から次の周期のＶｓｙｎｃの立ち上がりまでの時間である休止時間Ｔｓとを加えた時間として規定される。
【００２１】
つまり本実施の形態のものは、第１の画素ラインの露光はＶｓｙｎｃの立ち上がりのタイミングＴｕｐ１よりも後で開始し、かつ、第Ｎの画素ラインの露光はＶｓｙｎｃの次の立ち上がりタイミングＴｕｐ２よりも前に終了するように可変期間を調整する。そして、外部からの命令はＣＭＯＳセンサ９が撮像した画像に基づいて判定される。
【００２２】
以上の構成および動作によって、照光部８の点灯時あるいは消灯時それぞれ個々の期間において、ＣＭＯＳセンサ９が有する全ての画素ライン９ａの露光が完結する。これによって、点灯時および消灯時にＣＭＯＳセンサ９が撮像した画像は互いに混入することはない。
【００２３】
この結果、入力装置は正確な投影画像の認識、および操作者からの命令の判定ができ、正確に動作することができる。
【００２４】
これより以下において、上記の動作についてさらに詳しく説明する。
【００２５】
図２では、一例としてＶｓｙｎｃ信号の波形は２周期相当について示している。このうち一方の１周期は照光部８が点灯する期間に相当し、他方の１周期は照光部８が消灯する期間に相当する。このＶｓｙｎｃ信号はＣＭＯＳセンサ９によるクロックパルスをもとにして、生成されている。
【００２６】
制御部１０はＶｓｙｎｃ信号を用いることによって、照光部８の点灯と消灯との切り替えを制御する。ここでは照光部８の点灯と消灯との切り替えのタイミングはＶｓｙｎｃ信号が立ち上がるタイミングとしている。これに加えて、制御部１０はＶｓｙｎｃ信号に基づいてＣＭＯＳセンサ９の露光を制御し、また、ＣＭＯＳセンサ９が露光したことによって生成した画像信号を受け取るとともに画像情報を処理する。
【００２７】
ＣＭＯＳセンサ９は第１から第Ｎまでの複数の画素ライン９ａを有し、ローリングシャッタ方式によってこれらの画素ライン９ａがそれぞれ露光して所定の画像信号が生成される。
【００２８】
つまり、全ての画素ライン９ａは同時に露光するのではなく、Ｖｓｙｎｃ信号に対応して第１の画素ライン９ａの露光が行われ、第１の画素ライン９ａの露光開始から所定の露光待機時間Ｔｗが経過した後に第２の画素ライン９ａの露光が始まる。同様に、第３の画素ライン９ａから第Ｎの画素ライン９ａまで順次時間Ｔｗの間隔をおいて個々の画素ライン９ａは露光を始める。
【００２９】
ここで、個々の画素ライン９ａは、横方向へ一列に線状に配置された画素（図示せず）によって構成され、一列の画素ライン９ａは露光を始めてから露光を終えるまでに所定の時間である露光時間Ｔｅｘを要する。
【００３０】
先に述べたＶｓｙｎｃ信号は、信号の立ち上がりから立ち下がりを経て再度立ち上がるまでの期間を１周期としている。ここで、立ち上がりのタイミングＴｕｐ１から立ち下がりのタイミングＴｄｏｗｎまでの期間を可変期間、立ち下がりのタイミングＴｄｏｗｎから次の周期の立ち上がりのタイミングＴｕｐ２までの期間を固定期間としている。
【００３１】
この固定期間は、Ｖｓｙｎｃ信号が立ち下がりから第１の画素ラインの露光が終了するまでの時間である終了時間差Ｔｆと、画素ライン間隔数である「Ｎ−１」と露光待機時間Ｔｗとの積「（Ｎ−１）×Ｔｗ」と、第Ｎの画素ライン９ａの露光の終了から次の周期のＶｓｙｎｃの立ち上がりまでの時間である休止時間Ｔｓとを加えた時間である。
【００３２】
ここに、終了時間差Ｔｆと休止時間Ｔｓは撮像フレーム数を多くするために、できるだけ短い時間であることが望ましい。そして、一般的にＣＭＯＳセンサ９は、画素ライン数Ｎ、適正な露光時間Ｔｅｘ、露光待機時間Ｔｗは予め与えられた値となっているため、固定期間は所望のＣＭＯＳセンサ９を選択した時点でほぼ決定されることとなる。言い換えると、固定期間は、使用するＣＭＯＳセンサの特性に依存する。
【００３３】
これに対して、可変期間は自由に期間調整することが可能であり、可変時間を所定の時間に設定することにより、Ｖｓｙｎｃの立ち上がりから、つまり照光部８が点灯または消灯を開始した後に、第１の画素ライン９ａの露光が開始されるものにできる。
【００３４】
以下に可変期間の設定について詳しく述べる。
【００３５】
図２に示すように、第一の画素ライン９ａの露光終了は、Ｖｓｙｎｃの立ち下がりのタイミングＴｄｏｗｎから終了時間差Ｔｆだけ進んだ時間になされる。つまり、第一の画素ライン９ａの露光開始は、Ｖｓｙｎｃの立ち下がりのタイミングＴｄｏｗｎから、露光時間Ｔｅｘから終了時間差Ｔｆを差し引いた値「Ｔｅｘ−Ｔｆ」だけ遡った時間になされる。
【００３６】
上述したように照光部８は、Ｖｓｙｎｃの立ち上がりタイミングＴｕｐから点灯を開始するので、当該点灯がなされた後に第一の画素ライン９ａを露光開始するためには、少なくとも、可変期間を露光時間Ｔｅｘから終了時間差Ｔｆを差し引いた値「Ｔｅｘ−Ｔｆ」よりも大きい値にすればよい。
【００３７】
なお、図２に示すものは、照光部８の点灯開始から第一の画素ライン９ａが露光開始するまでの間に開始時間差Ｔｄを設けている。開始時間差Ｔｄを設けることにより、より確実に当該点灯がなされた後に第一の画素ライン９ａが露光開始するものに構成できる。
【００３８】
以上のように、ＣＭＯＳセンサ９の特性により決定された、終了時間差Ｔｆ、露光時間Ｔｅｘに対して、可変期間を「Ｔｅｘ−Ｔｆ」よりも大きい値、望ましくは開始時間差Ｔｄを加えた値「Ｔｅｘ−Ｔｆ＋Ｔｄ」に設定することによって、先頭の画素ライン９ａである第１の画素ライン９ａの露光開始から、最終の画素ライン９ａである第Ｎの画素ライン９ａの露光終了までを、Ｔｕｐ１からＴｕｐ２までの間（照光部８が点灯している間）で完結させることができる。
【００３９】
なお、上述したように全ての画素ライン９ａの露光はＶｓｙｎｃ信号の１周期で完了することになるため、照光部８が消灯している間おいても、全ての画素ライン９ａの露光は完了することができる。
【００４０】
従って、ＣＭＯＳセンサ９が点灯期間に撮像した画像へ消灯期間に撮像した画像が混入することや、あるいは、消灯期間に撮像した画像へ点灯期間に撮像した画像が混入することはない。
【００４１】
これにより、ＣＭＯＳセンサ９は、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すような、適切な点灯時と消灯時の画像を得ることができる。
【００４２】
そして、当該ＣＭＯＳセンサ９で得られた画像の認識方法としては、図３に示すように、照光部８が点灯している時に撮像した図３（ａ）に示す画像と、照光部８が消灯している時に撮像した図３（ｂ）に示す画像とを、制御部１０で演算処理して図３（ｃ）に示す差分画像を生成する。これによって、入力装置は外乱を取り除いた演算画像（差分画像）が得られるため、操作者からの命令を正確に判定することができる。
【００４３】
以上により、本願発明のものは、照光部８の点灯時あるいは消灯時それぞれ個々の期間において、ＣＭＯＳセンサ９が有する全ての画素ラインの露光が完結することができ、この結果として、外乱を取り除き、操作者からの命令を正確に判定することができる。
【００４４】
なお、照光部８から照射される光は赤外線にすることが望ましく、赤外線であれはＣＭＯＳセンサ９で撮像可能であると共に、赤外線が照射された投影面７ａの点灯、消灯による点滅を使用者が認知しないものに構成できるため好ましい。
【００４５】
以上に示す本実施例では、可変期間における開始時間差Ｔｄと固定期間における休止時間Ｔｓとの双方を設定したうえで、可変期間と固定期間をそれぞれ規定したが、本発明の思想のものは、可変期間と固定期間とを合計したＶｓｙｎｃの１周期の期間内において、すべての画素ライン９ａの露光開始から露光終了までが完了すればよいので、必ずしも開始時間差Ｔｄと休止時間Ｔｓを設定する必要は無い。つまり、開始時間差Ｔｄ、休止時間Ｔｓのいずれか、または双方を０としてもよい。これにより、入力装置は、可変期間における開始時間差Ｔｄと固定期間における休止時間Ｔｓに相当する時間を短縮して撮像を完了するので、所定時間内に撮像できる画像の枚数、所謂フレーム数を多く設定することができ好ましい。
【００４６】
以上の実施の形態で示した入力装置では、Ｖｓｙｎｃ信号が立ち上がる時に照光部８が点灯または消灯へと切り替わる動作をするものとしたが、Ｖｓｙｎｃ信号の立ち上がりと立ち下がりが逆に構成されたものであってもよい。
【００４７】
この場合、入力装置はＶｓｙｎｃ信号が立ち下がる時に照光部８が点灯または消灯へと切り替わる動作を行い、さらに、ＣＭＯＳセンサ９の先頭の画素ライン９ａである第１の画素ライン９ａの露光はＶｓｙｎｃ信号の立ち下がりよりも後で開始され、かつ、最終の画素ラインである第Ｎの画素ライン９ａは次の周期のＶｓｙｎｃ信号の立ち下がりよりも前に終了するように構成されればよい。
【００４８】
以上のような構成であっても、ＣＭＯＳセンサ９が点灯期間に撮像した画像へ消灯期間に撮像した画像が混入させない、あるいは、消灯期間に撮像した画像へ点灯期間に撮像した画像が混入させないものに構成できる。
【００４９】
ここでも、先頭の画素ライン９ａである第１の画素ライン９ａの露光開始とＶｓｙｎｃ信号の立ち下がりとは同時であってもよく、また、最終の画素ラインである第Ｎの画素ライン９ａの露光終了と次の周期のＶｓｙｎｃ信号の立ち下がりとは同時であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の入力装置は、正確な投影画像の認識ができることによって、操作者からの命令の判定およびこれに対する動作を正確にするという効果を有し、各種電子機器において有用である。
【符号の説明】
【００５１】
７  投影部
７ａ  投影面
８  照光部
９  ＣＭＯＳセンサ
９ａ  画素ライン
１０  制御部
【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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