(57)【要約】【課題】本発明は、画像表示部から離れた位置から手を動かすと、手の動作を認識して画像表示部に表示されている画像の内容を変更することができる操作装置を提供することを目的とする。【解決手段】操作装置１０は、赤外線を照射する複数の発光部１２ａ、１２ｂと、赤外線を感知する受光部１４と、情報を出力する表示部１１とを備え、表示部１１の操作用対象物１３に赤外線を照射するとともに操作用対象物１３から反射した反射光１７を受光部１４で感知して表示部１１を操作する操作装置であって、発光部１２ａ、１２ｂから受光部１４へ直接入射される赤外線が互いに打ち消されるように発光部１２ａ、１２ｂを設けた構成である。【選択図】図１
2013015994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を照射する複数の発光部と、赤外線を感知する受光部と、情報を出力する表示部とを備え、前記表示部の操作用対象物に前記赤外線を照射するとともに前記操作用対象物から反射した反射光を前記受光部で感知して前記表示部を操作する操作装置であって、
複数の前記発光部の内、少なくとも２つの前記発光部から前記受光部へ直接入射される前記赤外線が互いに打ち消されるように、少なくとも２つの前記発光部を設けた
操作装置。
【請求項２】
複数の前記発光部の内、少なくとも２つの前記発光部から前記受光部へ直接入射される前記赤外線を互いに逆位相とした
請求項１に記載の操作装置。
【請求項３】
複数の前記発光部の内、少なくとも２つの前記発光部を前記受光部に対して点対称の位置に配置した
請求項１に記載の操作装置。
【請求項４】
複数の前記発光部の内、少なくとも２つの前記発光部から前記受光部へ直接入射される前記赤外線を同じ偏光とした
請求項１に記載の操作装置。
【請求項５】
前記表示部の前方または周辺に偏光部を設けた
請求項１に記載の操作装置。
【請求項６】
前記発光部を前記表示部の画素の一部もしくは周辺に設けた
請求項１に記載の操作装置。
【請求項７】
前記受光部を前記画素の一部もしくは周辺に設けた
請求項１に記載の操作装置。
【請求項８】
複数の前記発光部の内、少なくとも２つの前記発光部から前記受光部へ直接入射される前記赤外線の位相または光量を制御する制御部を設け、
前記赤外線の位相または光量を制御することによって、前記赤外線が互いに打ち消しあう
請求項１に記載の操作装置。
【請求項９】
複数の前記発光部の内、前記赤外線を照射する前記発光部を選択する制御部を設けた
請求項１に記載の操作装置。
【請求項１０】
前記受光部を複数設け、前記操作用対象物から反射した反射光を少なくとも２つの前記受光部で感知する
請求項１に記載の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離れた位置において操作可能な操作装置に関し、特に、映像等を表示したまま、映像表示等を操作する動作を認識する操作装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ基板上に複数の画素を有するセンサ部が設けられた密着型エリアセンサがあった（例えば、特許文献１参照）。この複数の画素は、フォトダイオードと、ＥＬ素子と、複数の薄膜トランジスタとを有している。
【０００３】
図９にセンサ部の回路図、図１０に画素の回路図、図１１にエリアセンサの上面図を示す通り、光電変換素子としてフォトダイオード、光源としてＥＬ素子を用い、ＥＬ素子から発せられた光は被写体上で反射し、フォトダイオードに照射されて、照射された光によって電流が生じ、被写体の画像情報を有する電気信号に変換し、画像信号としてエリアセンサ内に取り込まれる。ＥＬ素子は、画像を読み込む際の光源としての機能と、画像を表示するための光源としての機能を併せ持つ。
【０００４】
また、図に示す通り、センサ基板８０１、センサ部８０２、タッチパネル８０３、タッチペン８０４からなる携帯型ハンドスキャナーがあった。これは、タッチパネル８０３は透光性を有しており、センサ部８０２から発せられる光及び、センサ部８０２に入射する光を透過することができ、タッチパネル８０３を通して被写体上の画像を読み込むことができる。センサ部８０２に画像が表示されている場合にも、タッチパネル８０３を通して、センサ部８０２上の画像を見ることが可能である。タッチペン８０４がタッチパネル８０３に触れると、タッチペン８０４とタッチパネル８０３とが接している部分の位置の情報を、電気信号としてエリアセンサに取り込むことができ、取り込んだ画像にタッチペン８０４で書き込みを行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９２２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図９〜１１の密着型エリアセンサは、画素内や画素間でフォトダイオードとＥＬ素子の配置制約が無く、近接している。光量は目視できる画像表示やタッチパネルに触れたタッチペンを照らす程度となる。
【０００７】
ここで、タッチペンを離して認識させる場合には、タッチペンまで往復可能な光量と、反射して減衰する光量をあわせた光量以上が必要となるが、光量を増加させると、ＥＬ素子からの直接光が近接したフォトダイオードに漏れ込んで受光する量が増加してしまい、タッチペンに反射して届く光量より大きくなると、反射光がマスキングされて失われてしまうという課題を有する。
【０００８】
また、表示された画像に書き込みを行う場合、画像を表示する光源と、タッチペンからの反射光を読み込むための光源が同じため、暗い画像や、まだらな輝度や色の画像が表示されている場合、タッチペンからの反射光が一部少なくなり、読み込みに障害を来たす可能性があるという課題を有する。
【０００９】
また、光量を増やした場合、表示した画像を目視したものの輝度が飽和する等により、異なって認識されてしまう可能性が生ずるという課題を有する。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、操作の認識品質や、表示した画像等の品質を失うことなく、離れた場所からの操作を認識できる操作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】
【００１１】
ここに開示された技術は上記目的を達成するために以下の構成を有する。
【００１２】
ここに開示された操作装置は、赤外線を照射する複数の発光部と、赤外線を感知する受光部と、情報を出力する表示部とを備え、操作用対象物に前記赤外線を照射するとともに前記操作用対象物から反射した反射光を前記受光部で感知して前記表示部を操作する操作装置であって、複数の前記発光部の内、少なくとも２つの前記発光部から前記受光部へ直接入射される前記赤外線が互いに打ち消されるように少なくとも２つの前記発光部を設けた構成である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の受信装置の構成によれば、受光部は複数の発光部からの赤外光のうちの少なくとも２つを互いに打ち消しあうように設けることにより、離れた場所の操作対象からの反射光量を多くするために、発光量を増やしたとしても、発光部から受光部への直接光が抑えられるため、直接光による反射光のマスキングが起こらず、正しく操作を認識できるという効果が得られる。
【００１４】
そして、赤外光を用いることにより、視認しにくいため、可視光での表示物の品質への影響が抑えられるという効果を得られる。
【００１５】
さらに、直接光を遮るための遮光部品や遮光構成を採る必要がなくなり、低コスト化できるという効果や、小サイズ化できるという効果、軽量化できるという効果や、表示のための光が遮られる範囲が減り、表示品質が向上するという効果や、受光部あたりの受光範囲が広がり、受光品質が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における操作装置を上方から見た図
【図２】本発明の実施の形態１における操作装置を側面から見た断面図
【図３】本発明の実施の形態２における操作装置を側面から見た断面図
【図４】本発明の実施の形態３における操作装置の表示部の画素を上方から見た図
【図５】本発明の実施の形態３における操作装置の表示部の画素を上方から見た図
【図６】本発明の実施の形態４における操作装置を上方から見た図
【図７】本発明の実施の形態５における操作装置を上方から見た図
【図８】本発明の実施の形態５における操作装置を上方から見た図
【図９】従来例の実施の形態におけるセンサ部を示す図
【図１０】従来例の実施の形態における画素を示す図
【図１１】従来例の実施の形態における密着型エリアセンサを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、ここに開示された技術の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
尚、同じ構成要素には同一の符号を付与し重複する説明については省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１および図２において、操作装置１０は、例えば液晶パネルのような画像・映像・文字などの画像情報を表示する表示部１１と、表示部１１の上に配置した発光部１２ａ、１２ｂおよび受光部１４と、発光部１２ａ、１２ｂおよび受光部１４の上に設けた保護部２１とを備えている。発光部１２ａ、１２ｂは受光部１４を中心にして点対象となる位置に配置されている。
【００２０】
表示部１１としては、液晶パネルの他にプラズマディスプレイパネル、有機ＥＬパネル、無機ＥＬパネル、電子ペーパパネル、レーザ照射型パネルなど一般に良く知られている画像を表示できるものであればいずれでも用い得る。
【００２１】
発光部１２ａ、１２ｂとしては、赤外線を発光する赤外線発光ダイオード・赤外ＬＥＤなどの赤外線発光素子で構成されている。このように、発光部１２ａ、１２ｂを視認し難い赤外線発光素子で構成すると、表示部１１に表示される画像への影響を抑えることができるという点で好ましい。
【００２２】
受光部１４としては、赤外線を受光して電気信号に変換する、フォトダイオード・フォトトランジスタ・フォトＩＣなどの赤外線センサで構成されている。
【００２３】
発光部１２ａ、１２ｂは、例えば手・指・ペン・指示棒などの操作用対象物１３に向けて赤外線を照射する。そして、受光部１４は、発光部１２ａ、１２ｂから照射された赤外線が操作用対象物１３によって反射された反射光１７を入射して操作用対象物１３の動作画像すなわち位置情報を電気信号に変換する。尚、本実施形態では操作用対象物１３として手を用いた場合を例にして説明する。
【００２４】
保護部２１は、表示部１１・発光部１２ａ、１２ｂ・受光部１４を衝撃あるいは水滴などから保護するためのものであって、ガラス・プラスチックなど光透過性の透明部材で構成されている。
【００２５】
発光部１２ａ、１２ｂから照射する赤外線の光強度・照射時間などの照射光特性や、操作用対象物１３の位置・発光部１２ａ、１２ｂと操作用対象物１３との間の距離などによって操作用対象物１３で反射した反射光１７の光強度・反射時間などの反射光特性が変化するため、それらの光学的特性と操作用対象物１３の動作画像との関係を予め記憶装置（図示せず）に記憶しておく。操作用対象物１３の位置を正確に判定するためには、複数の発光部１２ａ、１２ｂから照射する赤外線を時間・空間・特性などによって分割して多重照射もしくは同時照射し、操作用対象物１３で反射した反射光１７を受光部１４に入射する構成にすると良い。受光部１４では、記憶装置に記憶されたデータに基づいて操作用対象物１３の位置を判定して、表示部１１に表示する映像の内容の変更もしくは決定を行う。
【００２６】
すなわち、操作用対象物１３の位置の変化、具体的には操作用対象物１３の移動方向（位置）の変化、操作用対象物１３の移動速度あるいは加速度の変化のいずれかを検出して操作用対象物１３による指示内容を判定して表示部１１に表示する情報、例えば、映像の内容の変更あるいは決定などの操作を行う。つぎに、発光部１２ａ、１２ｂと受光部１４との配置について詳しく説明する。
【００２７】
図２に示すように、発光部１２ａ、１２ｂが照射した赤外線は、照射光１６ａ、１６ｂとして操作用対象物１３に向かって照射され、操作用対象物１３で反射して受光部１４に反射光１７として入射する。このとき、発光部１２ａ、１２ｂが照射した赤外線の一部は、直接光１５ａ、１５ｂとして受光部１４へ入射するとともに、保護部２１の表面部で全反射する全反射光２２ａ、２２ｂとして受光部１４に入射する。
【００２８】
反射光１７は信号光であるが、直接光１５ａ、１５ｂおよび全反射光２２ａ、２２ｂはノイズ光になる。ノイズ光は発光部１２ａ、１２ｂの発光光量の増加に比例して増加する。したがって、発光部１２ａ、１２ｂから遠方にある操作用対象物１３の動作画像を検出するために、発光部１２ａ、１２ｂの発光光量を増加すると、ノイズ光の光量が増加して信号光（Ｓ）とノイズ光（Ｎ）のＳ／Ｎ比が低下したり、直接光１５ａ、１５ｂと全反射光２２ａ、２２ｂとで合成された光の反射光１７に対する位相変化が大きくなったりして不都合が生ずる。
【００２９】
以上のような不都合を防止るために本実施形態では、反射光１７の無い状態で受光部１４に入射する直接光１５ａ、１５ｂおよび全反射光２２ａ、２２ｂの光量を受光部１４で測定し、直接光１５ａ、１５ｂおよび全反射光２２ａ、２２ｂが互いに打ち消し合う位置に発光部１２ａ、１２ｂが配置されている。具体的には、発光部１２ａ、１２ｂが照射する赤外線を同じ偏光にし、直接光１５ａ、１５ｂおよび全反射光２２ａ、２２ｂが受光部１４の位置で逆位相となる位置に発光部１２ａ、１２ｂが配置されている。
【００３０】
すなわち、図２に示すように、発光部１２ａ、１２ｂは、受光部１４からの距離が等距離の位置に配置され、かつ直接光１５ａ、１５ｂの進行方向が互いに直線上になる点対称の位置に配置されている。他の方法としては、受光部１４において赤外線の発光位相を制御する方法や、受光部１４において偏光面を互いに同じにして赤外線を照射する方法がある。
【００３１】
（実施の形態２）
図３において、本実施形態の操作装置３０は、偏光部３１が表示部１１の直上であって保護部２１に密接して設けられている。
【００３２】
このような構成にすることによって、発光部１２ａ、１２ｂから任意の偏光で照射された赤外線が偏光部３１を通過した際に偏光面の所定成分のみが通過する。これらの赤外線は偏光部３１を通過する際に偏光面の所定成分のみが通過し、操作用対象物１３からの反射光１７は偏光部３１を通過する際に偏光面の所定成分のみが通過する。
【００３３】
したがって、操作用対象物１３に照射される赤外線である照射光１６ａ、１６ｂと、受光部１４に入射する反射光１７は同じ偏光となるため、偏光されずに受光部１４に入射する直接光１５ａ、１５ｂと区別することができ、操作用対象物１３の動作画像を正確に認識することが可能となる。尚、偏光部３１を保護部２１に形成して保護部２１と偏光部３１とを一体化してもよい。
【００３４】
（実施の形態３）
図４において、本実施形態の操作装置４０は、表示部１１の画素４１の一部または周辺部に発光部１２が設けられている。また、図５に示すように、受光部１４は表示部１１の画素４１の一部または周辺部に設けられている。
【００３５】
表示部１１を構成する画素４１は、例えば赤を表示するためのＲ画素４１ａと、緑を表示するためのＧ画素４１ｂと、青を表示するためのＢ画素４１ｃとから構成されている。発光部１２および受光部１４が画素４１に重ならないように画素４１の一部または周辺部に配置されている。尚、表示部１１は、白を表示するためのＷ画素あるいは黒を表示するためのＢＫ画素を有していてもよい。
【００３６】
発光部１２および受光部１４の大きさは、操作用対象物１３までの距離、発光部１２から照射される赤外線の発光光量および受光部１４に入射される反射光１７の光量を考慮して最適な大きさに設定する。
【００３７】
以上のような構成にすることによって、発光部１２および受光部１４を表示部１１と一体化することができるため操作装置の小型化が図れる点で好ましい。
【００３８】
（実施の形態４）
図６において、本実施形態の操作装置６０は、受光部１４の上下および左右に設けた４個の発光部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで構成されている。実施の形態１における操作装置１０の発光部１２ａ、１２ｂに加えて受光部１４の左右に発光部１２ｃ、１２ｄが設けられている。
【００３９】
発光部１２ａ、１２ｂが照射した赤外線は照射光１６ａ、１６ｂとして操作用対象物１３に向かって照射され、発光部１２ｃ、１２ｄから照射した第３、第４の赤外線は照射光１６ｃ、１６ｄとして操作用対象物１３に向かって照射される。照射光１６ａ、１６ｂと照射光１６ｃ、１６ｄを異なる偏光にすると、操作用対象物１３からの各々の反射光１７を受光部１４で異なる信号として受光するため、操作用対象物１３の動作画像を正確に認識することができる。
【００４０】
このとき、発光部１２ａ、１２ｂが照射する赤外線と、発光部１２ｃ、１２ｄが照射する赤外線とを時間分割して照射しても同様の作用効果が得られる。また、操作用対象物１３から反射した斜め方向からの反射光１７も、受光部１４で受光した信号を上下および左右のベクトルに分解して検出できるため、操作用対象物１３の動作画像をより正確に認識することが可能となる。また、発光部１２ａ、１２ｂが照射する赤外線と、発光部１２ｃ、１２ｄが照射する赤外線とを同じ偏光にすると、発光部１２が照射する赤外線の総光量が実施の形態１より増加するため、実施の形態１より遠方の操作用対象物１３の動作画像を認識することができる。また、発光部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの各々の発光光量を制御することによって、操作用対象物１３に照射する照射光１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの光量を最適化することが可能となる。
【００４１】
尚、発光部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが照射する赤外線の照射光量および偏光の制御、受光部１４で受光する受光光量の制御などは、一般によく知られている制御装置（図示せず）を操作装置に設けることによって容易に成し得る。また、発光部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄから照射する赤外線の位相を調整する制御部を設けることによって、発光素子のバラツキなどによって生ずる位相のバラツキを調整することができる。
【００４２】
（実施の形態５）
図７において、本実施形態の操作装置７０は、表示部１１の四隅周辺部に配置した４個の発光部１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと、表示部１１を縦および横に２分割する直線上に配置した５個の受光部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅを有している。そして、例えば発光部１２ｅと１２ｆとは、受光部１４ａに対して点対象の位置に配置されている。同様に、他の発光部１２ｇ、１２ｈも対応する受光部１４に対して点対象の位置に配置されている。
【００４３】
このような構成にすることによって、表示部１１の周辺部における操作用対象物１３の位置、移動方向、移動速度および加速度の検出が可能となり、表示部１１の四隅周辺部の空間における操作用対象物１３の動作を正確に認識することができる。したがって、表示部１１前方の空間における操作用対象物１３の動作を網羅的に認識することが可能となる。また、複数の受光部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅから出力した複数の信号に基づいて、操作用対象物１３の動作を正確に認識することが可能となる。
【００４４】
尚、例えば、発光部１２ｅ、１２ｆから受光部１４ａへ直接入射する直接光１５ｅ、１５ｆの光量が無視できる程度に小さい場合であれば、発光部１２ｅ、１２ｆは受光部１４ａを中心にして必ずしも点対称の位置に設けなくてもよい。他の発光部１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと他の受光部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅの関係についても同様である。
【００４５】
（実施の形態６）
図８において、本実施形態の操作装置８０は、図７に示す発光部１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈに対応する４個の発光部１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、１２ｍが複数の発光素子８１ｉ、８１ｊ、８１ｋ、８１ｍから構成されたものである。
【００４６】
表示部１１の四隅周辺部に配置した４個の発光部１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、１２ｍの各々が複数の発光素子８１ｉ、８１ｊ、８１ｋ、８１ｍで構成されている。そして、例えば発光部１２ｉの発光素子８１ｉと、発光部１２ｊの発光素子８１ｊとは、それぞれ受光部１４ａに対して点対象の位置に配置され、発光素子８１ｉおよび発光素子８１ｊから受光部１４ａへ直接入射した直接光１５ｉ、１５ｊが打ち消されるように構成されている。同様に、他の発光部１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、１２ｍの発光素子８１ｉ、８１ｊ、８１ｋ、８１ｍも対応する受光部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに対して点対象の位置に配置されている。
【００４７】
このような構成にすることによって、例えば、発光部１２ｉ、１２ｊから照射する発光光量が増加しかつ照射光１６ｉ、１６ｊによる照射範囲が拡大するため、より遠方に離れた操作用対象物１３の動作を正確に認識することが可能となる。
【００４８】
尚、例えば、発光素子８１ｉ、８１ｊから受光部１４ａへ直接入射した直接光１５ｉ、１５ｊが打ち消されるようにするには、発光素子８１ｉ、８１ｊから照射する赤外線を同じ偏光にして、直接光１５ｉ、１５ｊが受光部１４ａの位置で逆位相となる位置に発光部１２ｉ、１２ｊを配置する方法など、実施の形態１で説明した方法によって成し得る。
【００４９】
また、例えば、発光部１２ｉ、１２ｊ、１２ｋ、１２ｍおよび受光部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅの設置数および設置場所は、表示部１１の大きさ、操作用対象物１３の認識精度など目的に応じて適宜決定すればよい。また、操作用対象物１３の動作を認識するための信号波としては、赤外線以外の波長の光あるいはテラヘルツ波・ミリ波などの電波を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
ここに開示された技術は、離れた位置から手などの操作用対象物を用いて表示部に表示されている映像などの情報の内容を変更する操作装置に有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１０、３０、６０、７０、８０    操作装置
１１    表示部
１２、１２ａ〜１２ｋ、１２ｍ    発光部
１３    操作用対象物
１４ａ〜１４ｅ    受光部
１５ａ〜１５ｆ、１５ｉ、１５ｊ    直接光
１６ａ〜１６ｆ、１６ｉ、１６ｊ    照射光
１７    反射光
２１    保護部
３１    偏光部
４１、４１ａ〜４１ｃ    画素
８１ｉ〜８１ｋ、８１ｍ    発光素子
【図１】
2013015994.tif 000003
【図２】
2013015994.tif 000004
【図３】
2013015994.tif 000005
【図４】
2013015994.tif 000006
【図５】
2013015994.tif 000007
【図６】
2013015994.tif 000008
【図７】
2013015994.tif 000009
【図８】
2013015994.tif 000010
【図９】
2013015994.tif 000011
【図１０】
2013015994.tif 000012
【図１１】
2013015994.tif 000013