JP2016136360A - ジェスチャ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で２軸のジェスチャ操作を操作方向を含めて検出することが可能なジェスチャ検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】予め定めた２軸の各々のジェスチャ操作方向に対して、２軸によって形成される面内で２軸のそれぞれに交わる方向に沿って配列され、かつジェスチャ操作方向の各々の間隔Ａ、Ｂが異なるように配置された、各々光を出力する一対の赤外線ＬＥＤ１２と、赤外線ＬＥＤ１２から出力されてジェスチャ操作によって反射された反射光を検出する赤外線センサ１４と、赤外線センサ１４が反射光を検出した場合に、何れから出力された光かを区別可能なように赤外線ＬＥＤ１２を駆動し、赤外線センサ１４の検出結果に基づいて、ジェスチャ操作方向を検出するコントローラ１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ジェスチャ操作を検出するジェスチャ検出装置に関する。

ジェスチャ操作などの非接触で操作を行う技術としては、例えば、特許文献１に記載の技術などが提案されている。

特許文献１に記載の技術では、操作者の手を含めた所定の検出領域の画像を撮像し、手の形状及び動きを検出する遠赤外線センサを備え、遠赤外線センサの検出結果に基づいて、操作者が手の形状や動きで指示した特定の操作を判別し、その結果に基づいて車載器への操作を実行する機能を備えた非接触式情報入力装置であって、遠赤外線センサを、車両用イグニッションキーの鍵体に取り付けたことを特徴とする非接触式情報入力装置が提案されている。

特開２００５−４７４１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、遠赤外線センサは所定の検出領域の画像を撮像するものであるため、２次元撮影が可能な高価なセンサが必要となり、改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、安価な構成で２軸のジェスチャ操作の操作方向を含めて検出することが可能なジェスチャ検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、予め定めた２軸の各々のジェスチャ操作方向に対して、前記２軸によって形成される面内で前記２軸のそれぞれに交わる方向に沿って配列され、かつ前記ジェスチャ操作方向の各々の間隔が異なる位置に配置された、各々光を出力する一対の光源と、前記一対の光源から出力されてジェスチャ操作によって反射された反射光を検出する検出部と、前記検出部が前記反射光を検出した場合に、前記一対の光源の何れから出力された光かを区別可能なように前記一対の光源を駆動する駆動部と、前記検出部の検出結果に基づいて、ジェスチャ操作方向を検出する操作検出部と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、一対の光源は、予め定めた２軸の各々のジェスチャ操作方向に対して、２軸によって形成される面内で２軸にそれぞれ交わる方向に沿って配列されている。また、一対の光源は、２軸のジェスチャ操作方向の各々の間隔が異なるように配置され、光を各々出力する。

検出部では、一対の光源から出力されてジェスチャ操作によって反射された反射光が検出される。

また、一対の光源は駆動部によって駆動され、一対の光源の何れかから出力された光が区別可能に駆動される。すなわち、検出部が一対の光源の反射光を検出した場合に何れからの光かを区別することができる。

そして、操作検出部では、検出部の検出結果に基づいて、ジェスチャ操作方向が検出される。ここで、一対の光源を上述のように配置したので、２軸のジェスチャ操作方向へ各々操作した場合に、検出部が検出する一対の光源の反射光の検出順序及び検出時間差等が異なるので、２軸のジェスチャ操作方向を検出することができる。従って、安価な構成で２軸のジェスチャ操作の操作方向を含めて検出することが可能なジェスチャ検出装置を提供することができる。

なお、操作検出部は、検出部が検出した前記一対の光源から出力された光の検出順序及び検出時間差、または前記検出順序及び検出波形の重なりの面積に基づいて、ジェスチャ操作方向を検出してもよい。これにより、ジェスチャ操作方向を検出することができる。

また、操作検出部は、検出部が検出した一対の光源から出力された光の検出波形の傾きに基づいて、検出時間差または上記面積を補正し、補正結果に基づいて、ジェスチャ操作方向を検出してもよい。これにより、操作速度を補正することができ、誤検出等を防止できる。

また、検出部は、一対の光源の各々の指向性に対して等距離となる位置に設けることで、指向性が異なる光源を用いることも可能となる。

また、一対の光源は、可視光を出力する光源としてもよいが、非可視光としての赤外光を出力するものを適用してもよい。

以上説明したように本発明によれば、安価な構成で２軸のジェスチャ操作を操作方向を含めて検出することが可能なジェスチャ検出装置を提供することができる、という効果がある。

本発明の実施形態に係るジェスチャ検出装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係るジェスチャ検出装置に対して左から右方向にジェスチャ操作した例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のジェスチャ操作による赤外線センサの検出結果を示す図であり、（Ｃ）は本発明の実施形態に係るジェスチャ検出装置に対して右から左方向にジェスチャ操作した例を示す図であり、（Ｄ）は（Ｃ）のジェスチャ操作による赤外線センサの検出結果を示す図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係るジェスチャ検出装置に対して上から下方向にジェスチャ操作した例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のジェスチャ操作による赤外線センサの検出結果を示す図であり、（Ｃ）は本発明の実施形態に係るジェスチャ検出装置に対して下から上方向にジェスチャ操作した例を示す図であり、（Ｄ）は（Ｃ）のジェスチャ操作による赤外線センサの検出結果を示す図である。 （Ａ）は上下方向の操作よりも速く左から右方向へジェスチャ操作した場合に赤外線センサが検出する波形を示す図であり、（Ｂ）は左右方向よりもゆっくり下から上方向へジェスチャ操作した場合に、赤外線センサ１４が検出する波形を示す図である。 （Ａ）は、参考形態のジェスチャ検出装置の概略構成を示す図であり、（Ｂ）は参考形態のジェスチャ検出方法を説明するための図である。 （Ａ）は参考形態において左から右方向へのジェスチャ操作を示す図であり、（Ｂ）は参考形態において右から左方向へのジェスチャ操作を示す図であり、（Ｃ）は参考形態において上から下方向へのジェスチャ操作を示す図であり、（Ｄ）は参考形態において下から上方向へのジェスチャ操作を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明するが、実施の形態に係るジェスチャ検出装置を説明する前に、本実施の形態に係るジェスチャ検出装置のベースとなる構成を有するジェスチャ検出装置を参考形態として説明する。図５（Ａ）は、本実施の形態に係るジェスチャ検出装置の参考形態としてのジェスチャ検出装置の概略構成を示す図である。

参考形態のジェスチャ検出装置は、各々赤外光を発光する第１赤外線ＬＥＤ１２Ａ及び第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂの一対の赤外線ＬＥＤ１２を備えている。

また、一対の赤外線ＬＥＤ１２の間には、赤外光を検出する赤外線センサ１４が設けられている。参考形態では、図５（Ａ）に示すように、赤外線ＬＥＤ１２Ａ、１２Ｂと赤外線センサ１４とが交互に一列に配列されている。

一対の赤外線ＬＥＤ１２及び赤外線センサ１４は、コントローラ１６に接続されており、コントローラ１６によって一対の赤外線ＬＥＤ１２の駆動が制御され、赤外線センサ１４の検出結果がコントローラ１６に入力される。

コントローラ１６は、赤外線センサ１４が一対の赤外線ＬＥＤ１２のそれぞれから発光された赤外光を受光したときに、何れの赤外線ＬＥＤ１２から出力された光かを区別可能なように一対の赤外線ＬＥＤ１２を駆動するようになっている。コントローラ１６は、例えば、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａと第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂをそれぞれパルス駆動すると共に、駆動パルスの位相を反転して駆動するようにしてもよいし、各駆動周波数を異なる周波数で駆動するようにしてもよい。

参考形態のジェスチャ検出装置は、図５（Ｂ）に示すように、一対の赤外線ＬＥＤ１２から発光された赤外光がジェスチャ操作を行う手に反射して赤外線センサ１４に反射光が入射される。コントローラ１６は、赤外線センサ１４に入射された赤外光に基づいてジェスチャ操作を検出する。

しかしながら、参考形態のジェスチャ検出装置では、左右方向（図５（Ａ）の一対の赤外線ＬＥＤ１２と赤外線センサ１４の配列方向）のジェスチャ操作については左右何れの方向へのジェスチャ操作（手の移動）であるかを区別して検出することができるが、上下方向（一対の赤外線ＬＥＤ１２と赤外線センサ１４の配列方向と直交する方向）のジェスチャ操作については、一対の赤外線ＬＥＤ１２の各検出波形が一致してしまうので、上下何れの方向へのジェスチャ操作であるかを区別して検出することができない。

詳細には、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、図６の左右方向のジェスチャ操作（手の移動）は、各赤外線ＬＥＤ１２から発光された光が赤外線センサ１４で受光するタイミングが異なると共に、それぞれの赤外線ＬＥＤを区別可能なように駆動されるので、異なるタイミングの波形として検出することができるため、右から左の方向からのジェスチャ操作と、左から右へのジェスチャ操作を区別して検出することができる。

一方、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、図６の上下方向のジェスチャ操作（手の移動）は、各赤外線ＬＥＤ１２から発光された光が赤外線センサ１４で受光するタイミングが重なり、且つ波形の形状も同じであるため、上から下へのジェスチャ操作なのか、下から上へのジェスチャ操作なのかを区別して検出することができない。

そこで、本実施の形態に係るジェスチャ検出装置では、予め定めた２軸についてそれぞれジェスチャ方向含めて検出可能な構成にしている。図１は、本発明の実施形態に係るジェスチャ検出装置の概略構成を示す図である。

本実施形態に係るジェスチャ検出装置１０は、参考形態と同様に、赤外光を発光する第１赤外線ＬＥＤ１２Ａ及び第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂからなる一対の赤外線ＬＥＤ１２を備えている。なお、ジェスチャ検出装置１０は、例えば、車両等に搭載され、車載器を操作する。車両に搭載状態では、一対の赤外線ＬＥＤ１２は、車両前後方向に光を出力するように配置してもよいし、車両上下方向に光を出力するようにしてもよい。また、以下の説明では、図１の上下方向及び左右方向の２軸をジェスチャ操作方向として説明する。

一対の赤外線ＬＥＤ１２の間には、赤外光を検出する赤外線センサ１４が設けられている。本実施形態では、２軸のジェスチャ操作の検出方向の各々に対して、赤外線ＬＥＤ１２の配列方向がずれるように配列されている。すなわち、一対の赤外線ＬＥＤ１２が、予め定めた２軸のジェスチャ操作方向に対して、２軸の面内でそれぞれに交わる方向に沿って配列されている。具体的には、図１の上下左右をジェスチャ操作の検出方向として、一対の赤外線ＬＥＤ１２の配列を斜め方向として検出方向からずらして配列している。

詳細には、本実施形態では、図１に示すように、一対の赤外線ＬＥＤ１２及び赤外線センサ１４の配列が階段状になるように配置されている。また、赤外線センサ１４は、一対の赤外線ＬＥＤ１２の間に配置されている。本実施形態では、赤外線センサ１４は各赤外線ＬＥＤ１２から等距離の位置に配置されている。

また、２軸のジェスチャ操作の検出方向における各々の赤外線ＬＥＤ１２間の間隔が極端に異なるように配置している。本実施の形態では、図１の紙面上下方向の一対の赤外線ＬＥＤ１２間の間隔Ｂより左右方向の一対の赤外線ＬＥＤ１２間の間隔Ａの方が極端に長くなるように配置されている。ここで、「極端に長く」とは、本実施形態では、一対の赤外線ＬＥＤ１２の一方の光を赤外線センサ１２が検出してから他方の光を検出するまでの時間差が、ジェスチャ操作の方向毎に異なる時間として検出可能な長さである。

また、一対の赤外線ＬＥＤ１２及び赤外線センサ１４は、コントローラ１６に接続されており、コントローラ１６によって一対の赤外線ＬＥＤ１２の駆動が制御され、赤外線センサ１４の検出結果がコントローラ１６に入力される。

コントローラ１６は、赤外線センサ１４が一対の赤外線ＬＥＤ１２のそれぞれから発光された赤外光を受光した時に、何れから発光されたものかを区別可能なように一対の赤外線ＬＥＤ１２を駆動するようになっている。例えば、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａと第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂをそれぞれパルス駆動すると共に、駆動パルスの位相を反転して駆動するようにしてもよいし、各駆動周波数を異なる周波数で駆動するようにしてもよい。

また、コントローラ１６は、赤外線センサ１４の検出結果に基づいて、ジェスチャ操作を検出する。具体的には、コントローラ１６は、赤外線センサ１４によって検出された一対の赤外線ＬＥＤ１２の各々から発光されたそれぞれの赤外光の受光タイミングと、各々の受光時間差とに基づいて、ジェスチャ操作の方向（手の移動方向）を検出するようになっている。なお、本実施形態では、受光時間差は、各々の赤外線ＬＥＤ１２からの光を赤外線センサ１４が検出したときの最大出力の時間差を用いる。

続いて、本発明の第１実施形態に係るジェスチャ検出装置１０の作用について説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、ジェスチャ検出装置１０に対して左右方向、かつ左から右方向（図２の左右方向かつ第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂへの方向）にジェスチャ操作した場合、各赤外線ＬＥＤ１２から発光されて手で反射した赤外光が赤外線センサ１４によって受光される。この場合の赤外線センサ１４の受光結果は、図２（Ｂ）に示すように、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光し、続いて、第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光する。ここで、下から上方向にジェスチャ操作した場合も、赤外線センサ１４は第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光してから、第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光する。しかしながら、上述したように、２軸のジェスチャ操作の検出方向の各々の赤外線ＬＥＤ１２間の間隔を極端に異なるように配置しているので、各々の光を赤外線センサ１２が検出する時間差から、ジェスチャ方向が左から右方向であることが分かる。従って、コントローラ１６は、赤外線センサ１４の検出結果から左から右方向へのジェスチャ操作を検出することができる。

また、図２（Ｃ）に示すように、ジェスチャ検出装置１０に対して左右方向、かつ右から左方向（図２の左右方向かつ第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから第１赤外線ＬＥＤ１２Ａへの方向）にジェスチャ操作した場合、各赤外線ＬＥＤ１２から発光されて手で反射した赤外光が赤外線センサ１４によって受光される。この場合の赤外線センサ１４の受光結果は、図２（Ｄ）に示すように、第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光し、続いて、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光する。ここで、上から下方向にジェスチャ操作した場合も、赤外線センサ１４は第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光してから、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光する。しかしながら、上述したように、２軸のジェスチャ操作の検出方向の各々の赤外線ＬＥＤ１２間の間隔を極端に異なるように配置しているので、各々の光を赤外線センサ１２が検出する時間差から、ジェスチャ方向が右から左方向であることが分かる。従って、コントローラ１６は、赤外線センサ１４の検出結果から右から左方向へのジェスチャ操作を検出することができる。

一方、図３（Ａ）に示すように、ジェスチャ検出装置１０に対して上下方向、かつ上から下方向（図３の上下方向かつ第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから第１赤外線ＬＥＤ１２Ａへの方向）にジェスチャ操作した場合、各赤外線ＬＥＤ１２から発光されて手で反射した赤外光が赤外線センサ１４によって受光される。この場合の赤外線センサ１４の受光結果は、図３（Ｂ）に示すように、第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光し、続いて、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光する。ここで、右から左方向にジェスチャ操作した場合も、第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光してから、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光する。しかしながら、上述したように、２軸のジェスチャ操作の検出方向の各々の赤外線ＬＥＤ１２間の間隔を極端に異なるように配置しているので、各々の光を赤外線センサ１２が検出する時間差から、ジェスチャ方向が上から下方向であることが分かる。従って、コントローラ１６は、赤外線センサ１４の検出結果から上から下方向へのジェスチャ操作を検出することができる。

また、図３（Ｃ）に示すように、ジェスチャ検出装置１０に対して上下方向、かつ下から上方向（図３の上下方向かつ第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂへの方向）にジェスチャ操作した場合、各赤外線ＬＥＤ１２から発光されて手で反射した赤外光が赤外線センサ１４によって受光される。この場合の赤外線センサ１４の受光結果は、図３（Ｄ）に示すように、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光し、続いて、第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光する。ここで、左から右方向にジェスチャ操作した場合も、第１赤外線ＬＥＤ１２Ａから発光された赤外光を受光してから、第２赤外線ＬＥＤ１２Ｂから発光された赤外光を受光する。しかしながら、上述したように、２軸のジェスチャ操作の検出方向の各々の赤外線ＬＥＤ１２間の間隔を極端に異なるように配置しているので、各々の光を赤外線センサ１２が検出する時間差から、ジェスチャ方向が下から上方向であることが分かる。従って、コントローラ１６は、赤外線センサ１４の検出結果から下から上方向へのジェスチャ操作を検出することができる。

このように、本実施形態では、一対の赤外線ＬＥＤ１２及び赤外線センサ１４を図１に示すように階段状に配置し、かつ間隔Ａ、Ｂの長さを極端に異なるようにすることで、最小限の素子数で、２軸のジェスチャ操作を操作方向を含めて検出することができる。

なお、一対の赤外線ＬＥＤ１２は、同じものを使用してもよいが、それぞれ異なる指向性のものを用いてもよい。例えば、各々の赤外線ＬＥＤ１２の指向性に対して等距離となる位置に赤外線センサ１４を配置すれば、異なる指向性の赤外線ＬＥＤ１２を使用することが可能となる。すなわち、指向性が異なる場合には、指向角が小さい方に寄せて、一対の赤外線ＬＥＤ１２の各々のジェスチャ操作による反射光を同時に検出する位置に赤外線センサ１４を配置すればよい。

ところで、上記の実施形態では、ジェスチャ操作の速度を２軸共に同じ速度で行うことが前提である。しかしながら、２軸の各々の操作方向を異なる速度でジェスチャ操作した場合には、操作方向を検出できない、或いは誤検出する場合がある。例えば、上下方向の操作よりも速く左から右方向へジェスチャ操作した場合には、赤外線センサ１４が検出する波形は、図４（Ａ）に示す波形となる。一方、左右方向よりもゆっくり下から上方向へジェスチャ操作した場合には、赤外線センサ１４が検出する波形は、図４（Ｂ）に示す波形となる。このように、左右方向の操作速度を上下方向より速く操作すると、左から右方向へ操作した場合と、下から上方向へ操作した場合との一対の赤外線ＬＥＤ１２の各々光の検出時間差が同じまたは近い時間となってしまう。検出時間差が操作方向毎に異なる時間差にならないと、操作方向を判別できない。

そこで、コントローラ１６が、赤外線センサ１４の検出波形の傾きを計算して、計算した傾きに応じて検出時間差を補正してもよい。例えば、波形の傾きが大きいほど大きい係数を検出時間差に乗算することにより、操作速度を補正することができ、操作方向を判別することが可能となる。さらに具体的には、予め定めた基準の操作速度で操作した場合の波形の傾きに対して、操作速度毎に予め定めた係数を乗算することにより、操作速度に対する補正を行うことができる。

なお、上記の実施形態では、一対の赤外線ＬＥＤ１２の各々の光の検出時間差を用いてジェスチャ操作を操作方向を含めて検出するようにしたが、検出時間差に代えて、波形の重なりの面積を用いてもよい。すなわち、コントローラ１６が、図２、３に示す各々の波形の重なり部分（図中の波形の重なったハッチング部分）の面積を算出して、ジェスチャ操作の操作方向を含めて検出してもよい。

また、上記の実施形態では、一対の赤外線ＬＥＤ１２及び赤外線センサ１４の配列が、横長な構成として説明したが、これに限るものではない。例えば、９０°回転させて縦長の構成としてもよい。

また、上記の各実施形態では、一対の赤外線ＬＥＤ１２間に赤外線センサ１４を配置した例を示すが、一対の赤外線ＬＥＤ１２間以外の位置に設けるようにしてもよい。

また、上記の各実施形態では、赤外線ＬＥＤ１２を光源として用いる例を説明したが、赤外光以外に可視光を出力するＬＥＤを光源として用いるようにしてもよい。

さらに、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ ジェスチャ検出装置
１２ 赤外線ＬＥＤ
１２Ａ 第１赤外線ＬＥＤ
１２Ｂ 第２赤外線ＬＥＤ
１４ 赤外線センサ
１６ コントローラ

Claims (5)

1. 予め定めた２軸の各々のジェスチャ操作方向に対して、前記２軸によって形成される面内で前記２軸のそれぞれに交わる方向に沿って配列され、かつ前記ジェスチャ操作方向の各々の間隔が異なる位置に配置された、各々光を出力する一対の光源と、
   前記一対の光源から出力されてジェスチャ操作によって反射された反射光を検出する検出部と、
   前記検出部が前記反射光を検出した場合に、前記一対の光源の何れから出力された光かを区別可能なように前記一対の光源を駆動する駆動部と、
   前記検出部の検出結果に基づいて、ジェスチャ操作方向を検出する操作検出部と、
   を備えたジェスチャ検出装置。
2. 前記操作検出部は、前記検出部が検出した前記一対の光源から出力された光の検出順序及び検出時間差、または前記検出順序及び検出波形の重なりの面積に基づいて、ジェスチャ操作方向を検出する請求項１に記載のジェスチャ検出装置。
3. 前記操作検出部は、前記検出部が検出した前記一対の光源から出力された光の検出波形の傾きに基づいて、前記検出時間差または前記面積を補正し、補正結果に基づいて、ジェスチャ操作方向を検出する請求項２に記載のジェスチャ検出装置。
4. 前記検出部は、前記一対の光源の各々の指向性に対して等距離となる位置に設けた請求項１〜３の何れか１項に記載のジェスチャ検出装置。
5. 前記一対の光源は、赤外光を出力する請求項１〜４の何れか１項に記載のジェスチャ検出装置。