(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の位置または移動速度を入力操作信号として入力する入力装置であって、
互いに離間して配置され、前記生体から発せられた赤外線を検出する第１及び第２の赤外線検出部と、
前記赤外線検出部から出力された各赤外線検出信号の信号レベル差に基づいて前記入力操作情報信号を生成する信号生成部と、
を備え、
前記生体から発せられた赤外線を取り込む赤外線取込窓を有する筐体の内部に前記第１及び第２の赤外線検出部を収容し、前記赤外線取込窓から筐体内に取り込まれた赤外線が前記赤外線検出部の各々で直接的に検出されるように前記赤外線取込窓を前記生体の移動方向に沿った形状としたことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載された入力装置と、
該入力装置の信号生成部で生成された入力操作情報信号を基に音量を調整するボリューム部と、
を備えたことを特徴とする携帯電子機器。
【請求項３】
請求項１に記載された入力装置と、
該入力装置の信号生成部で生成された入力操作情報信号を基にアイコンを選択するアイコン選択部と、
を備えたことを特徴とする携帯電子機器。
【請求項４】
請求項１に記載された入力装置と、
該入力装置の信号生成部で生成された入力操作情報信号を基に表示画面をスクロールさせるスクロール制御部と、
を備えたことを特徴とする携帯電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電子機器などの電子機器に適用される入力装置および該入力装置を備えた携帯電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電製品などの各種電子機器類では、音量や明るさ等のアナログ量を調整する手段として、従来、可変抵抗器が使用されていた。しかし、部品点数の削減による製造コストの低減やデザイン上の理由から次第に使用されなくなってきており、近年では、可変抵抗器の代わりに二つのスイッチを使用してアナログ量を調整する方式が主流となっている。
上記の方式は携帯電話端末機やパーソナルコンピュータの他、多くの電子機器で採用されているが、スイッチを押した回数や時間でアナログ量を段階的に調整する方式であるため、アナログ量を無段階に調整できる可変抵抗器と比較して操作性の点で劣り、頻繁な操作や微妙な操作を要する電子機器には適さなかった。そこで、一部の電子機器ではスライド式の可変抵抗器を用いているものもあるが、防水性や防塵性を確保し難いばかりでなく、耐衝撃性が低く、故障しやすいことから、携帯電話端末機などの携帯電子機器への使用には適さなかった。
【０００３】
また、最近では、コンピュータの表示画面をスクロールさせる方式として、回転体を有する機械的スイッチを用い、この機械的スイッチの回転体が回転する方向と量を検知することによってそれに対応する量だけ表示画面をスクロールさせる方式がある。この方式は画面のスクロール操作を比較的安価に且つ確実に行えるが、機械的スイッチの回転体を指先で操作する必要がある。このため、回転体を操作するためのスペースを必要とし、小型化が困難であるという理由から、携帯電子機器への搭載には適さなかった。また、回転体をはじめとする機械的機構を持つため、防水性、防塵性を有する構造の実現が難しいという欠点もあった。
【０００４】
そこで、上記のような機械的スイッチの代わりに静電容量式のセンサを使用し、このセンサを指先で操作して上記と同様の機能を得るようにした方式が知られている（特許文献１参照）。また、これと同様に機械的機構を必要とせずに入力装置の薄型化を実現可能な技術として、発光素子と受光素子とからなる複数の光センサを用いて指の位置を二次元的に検知し、これを座標位置情報として入力する技術も知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特表平１１−５１１５８０号公報
【特許文献２】特開平５−１７３６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示されたものでは、筐体の表面上にセンサ本体を設ける必要があるため、デザイン上の制約があった。さらに、静電気の蓄積による誤動作が起きることが多く、扱い難いという問題もあった。
一方、特許文献２に示されたものでは、光センサを常時駆動しておかなければならないため、消費電力が大きく、電池駆動の携帯電子機器に適用するには不適であった。また、発光素子で発生した光を集光させるためのレンズ等を必要とし、占有面積や占有体積が大きくなるため、携帯電子機器への適用は難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明に係る入力装置は、生体の位置または移動速度を入力操作情報信号として入力する入力装置であって、互いに離間して配置され、前記生体から発せられた赤外線を検出する第１及び第２の赤外線検出部と、前記赤外線検出部から出力された各赤外線検出信号の信号レベル差に基づいて前記入力操作情報信号を生成する信号生成部と、を備え、前記生体から発せられた赤外線を取り込む赤外線取込窓を有する筐体の内部に前記第１及び第２の赤外線検出部を収容し、前記赤外線取込窓から筐体内に取り込まれた赤外線が前記赤外線検出部の各々で直接的に検出されるように前記赤外線取込窓を前記生体の移動方向に沿った形状としたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載の発明に係る携帯電子機器は、請求項１に記載された入力装置と、該入力装置の信号生成部で生成された入力操作情報信号を基に音量を調整するボリューム部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載の発明に係る携帯電子機器は、請求項１に記載された入力装置と、該入力装置の信号生成部で生成された入力操作情報信号を基にアイコンを選択するアイコン選択部と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明に係る携帯電子機器は、請求項１に記載された入力装置と、該入力装置の信号生成部で生成された入力操作情報信号を基に表示画面をスクロールさせるスクロール制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、機械的な機構を必要としないため、故障が発生し難いと共に静電気の蓄積による誤作動を招くおそれもない。さらにディスプレイ上やキーボード上といった従来の入力装置が配置しにくかった部分への設置も可能となり、応用範囲は非常に広い。また、光源等を必要としないため、占有面積や占有体積が小さくて済み、薄型化を実現できる。さらに、低消費電力であるため、電池駆動の携帯電子機器でも長時間の使用が可能である。
また、請求項１記載の発明によれば、筐体の表面上に何も配置することなく生体から発せられた赤外線を検出することができ、これにより、装置の薄型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１〜図５を参照して本発明の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る入力装置の構成を示す図である。同図を参照すると、第１の実施形態に係る入力装置は人体や動物などの生体（特に人体の指６）から発せられた赤外線を検出する第１及び第２の赤外線検出部１Ａ，１Ｂを備えている。
【００１３】
これらの赤外線検出部１Ａ，１Ｂは、互いに離間して配置されている。また、赤外線検出部１Ａ，１Ｂは回路基板２をそれぞれ有しており、これら赤外線検出部１Ａ，１Ｂの各回路基板２上には、ＤＣ〜１０Ｈｚの赤外線を検出可能な半導体型赤外線センサ３と、半導体型赤外線センサ３から出力された信号を増幅する増幅器４が設けられている。
また、赤外線検出部１Ａ，１Ｂは例えば携帯電子機器の筐体５内に収容されており、この筐体５の表面上には、第１及び第２の赤外線反射部８Ａ，８Ｂが赤外線検出部１Ａ，１Ｂに対応して配置されている。
【００１４】
赤外線反射部８Ａ，８Ｂは人体の指６から発せられた赤外線を反射する反射板９をそれぞれ有しており、第１の赤外線反射部８Ａの反射板９で反射された赤外線は筐体５の表面に形成された赤外線入射窓７Ａから筐体５内に入射し、筐体５内に収容された第１の赤外線検出部１Ａの半導体型赤外線センサ３に照射されるようになっている。一方、第２の赤外線反射部８Ｂの反射板９で反射された赤外線は筐体５の表面に形成された赤外線入射窓７Ｂをから筐体５内に入射し、筐体５内に収容された第２の赤外線検出部１Ｂの半導体型赤外線センサ３に照射されるようになっている。
【００１５】
赤外線入射窓７Ａ，７Ｂは互いに離間して筐体５の表面に形成されており、これらの赤外線入射窓７Ａ，７Ｂは開口しただけの窓であってもよいし、赤外線を通すフィルタを開口窓に設けたものであってもよい。
赤外線反射部８Ａ，８Ｂの各反射板９は筐体５の表面に対してある角度で傾斜しており、反射板９の角度を変えることによって人体の指６から発せられた赤外線の検出エリアを任意に変えることができる。たとえば、筐体５の表面に対する反射板９の傾斜角度を大きくし、筐体５の表面に対して反射板９を立てると、赤外線の検出エリアを筐体５の表面から離れた高さまで広げることができ、これにより、筐体５から離れた空間に指６が位置している場合でも指６から発せられた赤外線を検出することが可能となる。
【００１６】
これとは逆に、筐体５の表面に対する反射板９の傾斜角度を小さくし、筐体５の表面に対して反射板９を寝かせると、赤外線の検出エリアが筐体５の表面近くの空間（筐体５の表面から反射板９の上端部までの間の空間）に狭められ、これにより、生体以外の赤外線発生源（例えば太陽）から発せられた赤外線がノイズとして赤外線検出部１Ａ，１Ｂで検出されることを低減することができる。
なお、反射板９の高さを高くすると、反射板９の傾斜角度を大きくした場合と同様に赤外線の検出エリアを広げることができる。また、反射板９の高さを低くすると、反射板９の傾斜角度を小さくした場合と同様にノイズの影響を小さくできると共に、薄型化を図れるため、筐体５のデザインに与える影響が少ない。
【００１７】
赤外線反射部８Ａ，８Ｂは、反射板９を支える支持部１０をそれぞれ有している。赤外線反射部８Ａ，８Ｂの各支持部１０は赤外線取込窓１０ａを有しており、人体の指６から発せられた赤外線は各支持部１０の赤外線取込窓１０ａから赤外線反射部８Ａ，８Ｂ内に入射して反射板９で反射されるようになっている。ここで、赤外線取込窓１０ａの大きさを大きくすると赤外線検出部１Ａ，１Ｂの赤外線検出領域が広がり、指６の検知エリアを広げることができる。また赤外線取込窓１０ａの大きさを小さくすると、赤外線検出部１Ａ，１Ｂの赤外線検出領域が狭まるため、生体以外の赤外線源から発せられた赤外線によるノイズの影響を抑えることができる。
【００１８】
赤外線検出部１Ａ，１Ｂの各半導体型赤外線センサ３から出力された赤外線検出信号ＶＲ，ＶＬは、増幅器４で増幅された後、指６の位置や移動速度を入力操作情報信号として生成する信号生成部１１に供給されるようになっている。この信号生成部１１は例えば赤外線検出部１Ａ，１Ｂから出力された赤外線検出信号ＶＲ，ＶＬの信号レベルの差レベルＶＶＲ，ＶＶＬの差（ＶＶＲ−ＶＶＬ）を増幅して出力する差動アンプ１１ａを有しており、差動アンプ１１ａから出力された信号Ｖｏは信号生成部１１の信号処理部１１ｂに供給されるようになっている。
信号処理部１１ｂは差動アンプ１１ａから出力された信号Ｖｏを処理して指６の位置や移動速度を検知するものであり、この信号処理部１１ｂから出力された信号は、指６の位置や移動速度を表す入力操作情報信号として、例えば携帯電子機器のボリューム部１３に供給されるようになっている。
【００１９】
（第１の実施形態の作用）
図２は図１に示した指６の位置と差動アンプ１１ａから出力された信号Ｖｏとの関係を示す図であり、同図に示すように、指６がＸ＝０（ｃｍ）の位置、つまり第１の赤外線反射部８Ａと第２の赤外線反射部８Ｂとの中間位置にあると、第１の赤外線検出部１Ａおよび第２の赤外線検出部１Ｂから出力される赤外検出信号ＶＲ，ＶＬの信号レベルＶＶＲ，ＶＶＬが共に等しいため、このとき差動アンプ１１ａから出力される信号Ｖｏの信号レベルＶＶＯはＶＶＯ＝ＶＶＲ−ＶＶＬ＝０となる。
【００２０】
また、指６がＸ＝５（ｃｍ）の位置、つまり第１の赤外線反射部８Ａに最も接近した位置にあるとき、ＶＶＲ=１．０，ＶＶＬ=０．５とすると、このとき差動アンプ１１ａから出力される信号Ｖｏの信号レベルＶＶＯはＶＶＯ＝ＶＶＲ−ＶＶＬ＝０．５となる。逆に、指６がＸ＝−５（ｃｍ）の位置、つまり第２の赤外線反射部８Ｂに最も接近した位置にあるとき、ＶＶＲ=０．５，ＶＶＬ=１．０とすると、このとき差動アンプ１１ａから出力される信号Ｖｏの信号レベルＶＶＯはＶＶＯ＝ＶＶＲ−ＶＶＬ＝−０．５となる。
【００２１】
したがって、差動アンプ１１ａから出力された信号Ｖｏを信号処理部１１ｂで信号処理することで指６の位置を検知することができ、信号処理部１１ｂで検知された指６の位置を入力操作情報信号として、例えば携帯電子機器のボリューム部１３に供給することにより、携帯電子機器の出力音量を無段階に調整することができる。
また、差動アンプ１１ａから出力された信号Ｖｏを信号処理部１１ｂにおいて微分回路によって時間で微分することによって、指６の移動速度を検知することができ、信号処理部１１ｂで検知された指６の移動速度を入力操作情報信号として、例えば携帯電子機器のスクロール制御部に供給することにより、指６の移動速度に応じて画面をスクロールさせたり、画面上でアイコンを移動させたりすることができる。
【００２２】
また、本発明の第１の実施形態では、機械的な機構を必要としないため、故障し難い。しかも、筐体５の表面から突き出る部分が赤外線反射部８Ａ，８Ｂだけなので、筐体表面に対する占有面積が小さくて済む。さらに、赤外線の検出エリアに赤外線センサを配置する必要がなく、赤外線を検出できる範囲であれば赤外線反射部８Ａ，８Ｂを筐体５のどこにでも配置できるので、筐体５を自由にデザインすることができる。また、例えば通常の液晶画面の隅の上下にセンサを配置し、画面の端に沿って指６を上下に動かすことで、画面のスクロールや音量調整を行うことができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る入力装置の構成を示す図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる第１の点は、第１及び第２の赤外線検出部１Ａ，１Ｂを筐体５の表面上に配置した点である。具体的には、指６から発せられた赤外線を第１及び第２の赤外線取込部１４Ａ，１４Ｂを筐体５の表面上に配置し、これらの赤外線取込部１４Ａ，１４Ｂのうち第１の赤外線取込部１４Ａ内に第１の赤外線検出部１Ａを設けると共に第２の赤外線取込部１４Ｂ内に第２の赤外線検出部１Ｂを設けている。ここで、赤外線取込部１４Ａ，１４Ｂは赤外線取込窓１５をそれぞれ有しており、人体の指６から発せられた赤外線は赤外線取込部１４Ａ，１４Ｂの各赤外線取込窓１５から赤外線取込部１４Ａ，１４Ｂ内に入射し、赤外線検出部１Ａ，１Ｂの各半導体型赤外線センサ３に照射される。
また、第２の実施形態が第１の実施形態と異なる第２の点は、信号生成部１１で生成された入力操作情報信号を携帯電子機器のアイコン選択部１７に供給するようにした点である。
【００２４】
このような構成によると、図１に示した第１の実施形態のように、筐体５の表面に赤外線入射窓７Ａ，７Ｂを形成しなくても指６から発せられた赤外線を検出できるため、筐体５のデザインに大きな影響を与えることなく指６の位置や移動速度を入力操作情報として携帯電子機器等に入力することができる。また、例えば居間のテーブルの上に設置してテレビの音量やチャンネルを操作できるなど、既存の一次元動作検知装置を含まない装置の表面に設置して使用することができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る入力装置の構成を示す図である。第３の実施形態が第２の実施形態と異なる第１の点は、指６から発せられた赤外線を取り込む赤外線取込窓１６を有する筐体５の内部に赤外線検出部１Ａ，１Ｂを収容し、赤外線取込窓１６から筐体５内に取り込まれた赤外線が赤外線検出部１Ａ，１Ｂの各々で直接的に検出されるように赤外線取込窓１６を指６の移動方向に沿った形状（例えば長方形状、長円形状など）に形成した点である。
【００２６】
また、第３の実施形態が第２の実施形態と異なる第２の点は、信号生成部１１で生成された入力操作情報信号を携帯電子機器のスクロール制御部１８に供給するようにした点である。
このような構成によると、第１の実施形態や第２の実施形態のように、筐体５の表面上に赤外線反射部８Ａ，８Ｂや赤外線取込部１４Ａ，１４Ｂを設置する必要がなく、筐体５の表面上に何も配置せずに本発明の入力装置を筐体５内に設けることができるので、筐体５をより自由にデザインすることができる。また、赤外線取込窓１６に赤外線のみを通すフィルタを配置すれば、防塵性や防水性が上がり、装置の信頼性を向上させることができる。
【００２７】
（携帯電子機器への適用例）
図５は、本発明に係る入力装置を携帯電子機器に適用した一例を示す図である。同図（ａ）に示すように、本発明に係る入力装置を携帯電子機器に適用すると、例えば音量を操作する場合、指先６０を上げると音量が上がり、指先６０を下げると音量が下がるように構成することができる。
また、例えばメニューを操作する場合、図５（ｂ）に示すように、指先を上げると画面１９上のカーソルが矢印Ｙ１のように上のアイコンに移動し、指先を下げると画面１９上のカーソルが矢印Ｙ２のように下のアイコンに移動するように構成することもできる。
また、例えば画面をスクロールする場合、図５（ｃ）に示すように、指先を上げると画面１９が矢印Ｙ３のように上にスクロールし、指先を下げると画面１９が矢印Ｙ４のように下にスクロールするように構成することもできる。
【００２８】
このように指先の上げ下げによって音量調整、カーソル移動、画面スクロールなどの各種の操作を行うことができる。また、実際に指先が当たる部分にはセンサが存在せず、機械的な機構を必要としないので、携帯電子機器の信頼性を高めることもできる。さらに、指の位置を検出する手段として発光素子と受光素子とからなる光センサを用いる必要がなく、しかも複雑な信号処理も特に必要としないため、消費電力を大幅に抑えることができる。
【００２９】
（変形例）
図１、図３及び図４に示した本発明の各実施形態では、人体や動物などの生体から発せられた赤外線を検出する赤外線検出部１Ａ，１Ｂとして、赤外線センサ３と増幅器４とを有してなるものを示したが、赤外線センサ３および増幅器４の他に、温度変化やＤＣ〜１０Ｈｚの帯域以外の信号によるノイズを低減できるフィルタをさらに有した構成であってもよい。また、赤外線センサ３から出力された信号を増幅器４で増幅するようにしたが、赤外線センサ３からの信号出力が十分大きい場合には、赤外線センサ３から出力された信号を増幅器４で増幅しなくてもよい。さらに、増幅器４と差動アンプ１１ａとを一体化してもよい。
【００３０】
また、図１、図３及び図４に示した本発明の各実施形態では、生体から発せられる赤外線を二つの赤外線検出部で検出するようにしたが、赤外線検出部の数は三つ以上であってもよい。
さらに、図１、図３及び図４に示した本発明の各実施形態では、人体の指から発せられる赤外線を赤外線検出部１Ａ，１Ｂで検出するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、棒状の物体を手に持ち、この物体から発せられる赤外線を赤外線検出部１Ａ，１Ｂで検出して入力操作情報信号を得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る入力装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る入力装置の作用を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る入力装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る入力装置の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る入力装置を用いた携帯電子機器の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１Ａ，１Ｂ  赤外線検出部
２  回路基板
３  半導体型赤外線センサ
４  増幅器
５  筐体
６  指
７Ａ，７Ｂ  赤外線入射窓
８Ａ，８Ｂ  赤外線反射部
９  反射板
１０  支持部
１０ａ  赤外線取込窓
１１  信号生成部
１１ａ  差動アンプ
１１ｂ  信号処理部
１３  ボリューム部
１４Ａ，１４Ｂ  赤外線取込部
１５  赤外線取込窓
１６  赤外線取込窓
１７  アイコン選択部
１８  スクロール制御部
【図１】
0005091737.tif 000002
【図２】
0005091737.tif 000003
【図３】
0005091737.tif 000004
【図４】
0005091737.tif 000005
【図５】
0005091737.tif 000006