JP2023504590A - 非接触型タッチ入力システム - Google Patents

Abstract

回路基板の上方にある少なくとも１つのレンズを懸架する構造と、共通投射面に沿って少なくとも１つのレンズを通して光ビームを投射するように動作可能な光エミッタと、レンズを通って検出器に到達する光の量を検出するように動作可能な光検出器であって、投射面内の物体は、エミッタからの光を検出器の内の１又は２以上の検出器に反射し、エミッタの内の１つのエミッタと検出器の内の１つの検出器とを含む各エミッタ－検出器ペアは、同期して作動すると、物体が当該エミッタ－検出器ペアに対応する投射面内の特定の２Ｄ位置に位置するときに、他の検出器もエミッタの内の何れかと同期して作動したとしても、当該作動した検出器において、他の検出器よりも大きな検出信号を生成すると予期される、光検出器と、各エミッタ－検出器ペアの検出器によって検出された光の量に基づいて、物体が行うジェスチャを識別するプロセッサと、を含む近接センサ。【選択図】図１

Description

本発明の分野は、非接触入力システムを可能にするために標識又は表示画面と接続して使用される近接センサである。本発明の用途は、特に、自動販売機、対話型キオスク、セルフレジ端末、自動預け払い機（ＡＴＭ）、エレベータボタンパネルを含む。また、本発明の近接センサは、車両内及びその周囲のセンサ、車両及び建物用の自動ドア、特に携帯電話、タブレット及び車室において、空中ハンドジェスチャ並びに接近する人及び物を検出するためのセンサを含めて、厳しい環境を対象とする。

特定の近接センサは、検出面内の物体の位置について高分解能検出を提供する。このような近接センサは、特に、タッチスクリーン用のセンサとして採用されている。駐車センサなど、別の近接センサは、初歩的な物体検出だけを提供する。これら両極端の間に入る用途、すなわち、検出ゾーン内での物体の正確な位置の検出を必要とするのではなく、むしろ、ゾーン内で発生する活動の検出、例えば、空中ジェスチャの検出を必要とする用途の範囲に関して、近接センサのコスト及び性能を最適化することが有利となろう。

タッチスクリーン用のセンサとして採用される特定の近接センサは、画面の縁全体に沿って拡張される必要があり、自動組立機器の制限が、センサの最大長を限定するか、さもなければ、大画面用の長尺センサを製造する際に高い製造コストをもたらす可能性がある。複数の小型センサを用いて、より大きな画面サイズのタッチ検出を提供できるようにすることが有利となろう。

２０１９－２０２０年のＣＯＶＩＤ－１９パンデミックは、特に、自動預け払い機（ＡＴＭ）、スーパマーケットのセルフレジ端末、空港のセルフチェックイン端末、エレベータのボタンパネル、自動販売機などの公共端末向けに、ユーザに画面、ボタン、又はノブに触れることを要求しない、タッチスクリーン用の非接触型ユーザインタフェースに関心を引き起こした。タッチスクリーン、ボタン及びノブ用の非接触型ユーザインタフェースは、医院及び病院などの無菌環境に、また、車両修理工場など、油が付いた手又は別な方法で汚れた手になりがちな環境にも有用である。

非接触型ユーザインタフェースのもう１つの用途は、車及びエレベータのドア、並びにリフトゲート用の自動開閉機構である。これらのドア及びリフトゲートは、移動するドア又はリフトゲートパネルが、縁石、木又は近隣の駐車車両など、すぐ近くの物体と衝突しないように防ぐための監視を必要とする。移動するドア又はリフトゲートパネルに接近している物体を検出するために、今日の初歩的な駐車センサよりも高い分解能を提供することが有利となろう。

電気機械システムは、特に湿気から、システムの動作を妨げることなく保護される必要がある。

米国特許第９１６４６２５号明細書 米国特許第９９２１６６１号明細書 米国特許第１０２８２０３４号明細書 米国特許第１０３２４５６５号明細書 米国特許第８４１６２１７号明細書

本発明の実施形態は、その意図した用途に関して高精度であり、更にセンサの製造において低コストの組立方法を使用できるようにする近接センサ用の低コスト光学系を提供する。このセンサは、第１の次元で光をコリメートするために押出加工のプラスチックレンズを採用し、第２の次元で光をコリメートするためにフレネルレンズアレイを採用することで実現された、コスト及び製造の観点での改善品である。この新規性の一部は、ジェスチャ検出を目的とするセンサが、物体の絶対座標を検出することを目的とするセンサよりも、系統誤差に対して強いと気付くことにある。

こうして、本発明の実施形態に従って、回路基板と、少なくとも１つのレンズと、その少なくとも１つのレンズを回路基板の上方に懸架する支持構造と、回路基板上に取り付けられた複数の光エミッタであって、各エミッタは、作動すると、共通投射面に沿って少なくとも１つのレンズを通して光ビームを投射するように動作可能である複数の光エミッタと、回路基板上に取り付けられた複数の光検出器であって、各検出器は、作動すると、少なくとも１つのレンズを通って検出器に到達する光の量を検出するように動作可能であり、少なくとも１つのレンズの上方にある投射面に位置する反射物が、その反射物に投射された光をエミッタから検出器の内の１又は２以上の検出器に反射し、エミッタの内の１つのエミッタと検出器の内の１つの検出器とを含む各エミッタ－検出器ペアは、同期して作動すると、反射物が当該エミッタ－検出器ペアに対応する投射面内の特定の２Ｄ位置に位置するときに、他の検出器もエミッタの内の何れかと同期して作動したとしても、当該作動した検出器において、他の検出器よりも大きな検出信号を生成すると予期される、複数の光検出器と、エミッタ及び検出器に接続されたプロセッサであって、各エミッタを順次に作動させて検出器の内の１又は２以上の検出器を同期して同時作動させるように、並びに同期して同時作動した各エミッタ－検出器ペアの検出器によって検出された光の量に基づいて、少なくとも１つのレンズの上方で反射物によって行われるジェスチャを識別するように構成されたプロセッサと、を含む近接センサが提供される。

更に、本発明の実施形態に従って、回路基板と、少なくとも１つのレンズと、その少なくとも１つのレンズを回路基板の上方に懸架する支持構造と、回路基板上に取り付けられ、第１の平面曲線に沿って配置された複数の光エミッタであって、各エミッタは、作動すると、共通投射面に沿って少なくとも１つのレンズを通して光ビームを投射するように動作可能である複数の光エミッタと、回路基板上に取り付けられ、第２の平面曲線に沿って配置された複数の光検出器であって、各検出器は、作動すると、少なくとも１つのレンズを通って検出器に到達する光の量を検出するように動作可能であり、少なくとも１つのレンズの上方にある検出体積に位置する反射物が、その反射物に投射された光をエミッタから検出器の内の１又は２以上の検出器に反射し、エミッタの内の１つのエミッタと検出器の内の１つの検出器とを含む各エミッタ－検出器ペアは、同期して作動すると、反射物が当該エミッタ－検出器ペアに対応する検出体積内の特定の３Ｄ位置に位置するときに、他の検出器もエミッタの内の何れかと同期して作動したとしても、当該作動した検出器において、他の検出器よりも大きな検出信号を生成すると予期される、複数の光検出器と、エミッタ及び検出器に接続されたプロセッサであって、各エミッタを順次に作動させて検出器の内の１又は２以上の検出器を同期して同時作動させるように、並びに同期して同時作動した各エミッタ－検出器ペアの検出器によって検出された光の量に基づいて、少なくとも１つのレンズの上方で反射物によって行われるジェスチャを識別するように構成されたプロセッサと、を含む近接センサが提供される。

物体の絶対座標を検出するために設計された、検出区域の縁に沿って取り付けられた細長いストリップとして形成された先行技術の近接センサは、精密な組立機器を必要とする。縁が３５０ｍｍより長い画面に適したこれらの近接センサを製造することは、現在のところ費用が掛かり、非効率的である。それゆえ、本発明の実施形態はまた、各センサが表示区域の一部分で物体を検出するように動作する複数のセンサを用いることによって、縁が３５０ｍｍより長い画面に対して先行技術の近接センサを使用可能にすることにも向けられる。本発明の実施形態は、上述した低コストのセンサにも適用可能である。

こうして更に、本発明の実施形態に従って、ディスプレイと、ディスプレイ上にユーザインタフェースをレンダリングし、ディスプレイ上の位置で行われたと報告されたタッチジェスチャに応答するように動作可能なコンピュータと、ディスプレイの対向縁に沿って取り付けられた１対のセンサであって、各センサが、ディスプレイの上面の上方を横切る平面内に光ビームを投射するように動作可能な複数の光エミッタであって、その平面内の位置がディスプレイ内の位置に対応する複数の光エミッタと、平面内に挿入された物体によって反射された投射光ビームの量を検出するように動作可能な複数の光検出器と、を複数のエミッタ及び検出器の内の個々のエミッタ及び検出器を同時に作動させるように、並びに、検出器からの出力に基づいて平面内の物体の位置を計算するように動作可能な制御ユニットと、を含む１対のセンサと、計算された物体位置をセンサから受け取り、センサ対の内の１つから受け取った、その他のセンサ対が放出した光の検出によって生成された物体位置を取り除く、取り除かれなかった物体位置の加重和に基づいて出力位置を計算する、前の出力位置に基づいて出力位置を時間的にフィルタ処理する、並びに、時間的にフィルタ処理された出力位置をディスプレイ上のタッチ位置としてコンピュータに報告する、ように構成されたプロセッサと、を含むユーザインタフェースデバイスが提供される。

本発明の実施形態はまた、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）が提示されるディスプレイの上方を浮遊し、ディスプレイに触れていない指による使用を意図した直感的な（ＧＵＩ）を可能にすることにも向けられている。この場合、視差効果のせいで、ユーザは、浮遊している指がどのようにＧＵＩ上にマッピングされるのかよく分からない。

こうして更にまた、本発明の実施形態に従って、ディスプレイ内の位置で複数のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）要素をレンダリングするディスプレイと、ディスプレイの上方を横切る検出面内における、検出面内に挿入された物体の座標を特定するように構成されたセンサであって、検出面内の座標がディスプレイ内の位置に対応するセンサと、ディスプレイに対して、センサによって特定された検出面内の座標が、ＧＵＩ要素の何れかが位置するディスプレイ内の位置に対応しない場合に、カーソルを表示させるように、並びに、センサによって特定された検出面内の座標が、ＧＵＩ要素の何れかが位置するディスプレイ内の位置に対応する場合に、レンダリングされたカーソルを消去するようにさせるプロセッサと、を含む非接触型ユーザインタフェースシステムが提供される。

本発明は、図面と併せて、以下の詳細な説明からより完全に理解され、真価が認識されよう。

本発明の一実施形態による、第１の近接センサの簡略図である。 本発明の一実施形態による、近接センサに関する幾何学的パラメータの説明図である。 本発明の一実施形態による、センサとセンサ検出区域におけるホットスポットの矩形グリッドとの説明図である。 本発明の実施形態による、近接センサにおけるエミッタ及び検出器の代替構成の説明図である。 本発明の実施形態による、近接センサにおけるエミッタ及び検出器の代替構成の説明図である。 本発明の一実施形態による、エミッタ及び検出器構成要素がそれぞれのレンズと整列する近接センサに関するエミッタ光ビーム及び最大光検出通路の説明図である。 本発明の一実施形態による、図６の近接センサによって生成されたホットスポットの分布の説明図である。 本発明の一実施形態による、エミッタ及び検出器構成要素とそれぞれのレンズとの整列にオフセットがある近接センサに対するエミッタ光ビーム及び最大光検出通路の説明図である。 本発明の一実施形態による、図８の近接センサによって生成されたホットスポットの分布の説明図である。 本発明の一実施形態による近接センサの簡略図である。 本発明の一実施形態による、図１０の近接センサによって生成されたホットスポットの分布の説明図である。 本発明の一実施形態による、近接センサの出力を用いて実行される画像相関の簡略図である。 本発明の一実施形態による、ジェスチャ検出のために最適化された近接センサの簡略図である。 本発明の一実施形態による、図１３の近接センサに対するＰＣＢの簡略図である。 本発明の一実施形態による、拡張センサを形成するために接続された２つの近接センサの簡略図である。 本発明の一実施形態による、近接センサ間の通信バス接続の簡略図である。 本発明の一実施形態に従って、図１３の近接センサにおいてレンズが光エミッタ及び光検出器に対してどのように構成されるかを示す簡略図である。 本発明の一実施形態に従って、図１３の近接センサにおいてレンズが光エミッタ及び光検出器に対してどのように構成されるかを示す簡略図である。 本発明の一実施形態による、無線トラックパッドの簡略図である。 本発明の一実施形態による、図１９の無線トラックパッドの断面図である。 本発明の一実施形態による、図１９の無線トラックパッドの断面図である。 本発明の実施形態による、３Ｄ空間で物体の存在を検出するように構成された近接センサに関するエミッタビーム及び最大検出通路の簡略図である。 本発明の実施形態による、３Ｄ空間で物体の存在を検出するように構成された近接センサに関するエミッタビーム及び最大検出通路の簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムの簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムの簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムの簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムにおいて対向する反射型センサからのタッチ出力を結合するプロセスのフローチャートである。 本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムにおいてタッチ入力を検証し追跡する状態機械の説明図である。 本発明の実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム内の要素の簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム内の要素の簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム内の要素の簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム内の要素の簡略図である。 本発明の実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム内の要素の簡略図である。 本発明の一実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム用の第１のユーザインタフェースを説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム用の第２のユーザインタフェースを説明するフローチャートである。

本開示及び図において、以下の番号付け構成を使用する。同様に番号付けされた要素は類似するが、必ずしも同一ではない。

本明細書及び特許請求の範囲において、用語「ジェスチャ」は、タッチスクリーンユーザインタフェースのアイコンをタップすることなどの、指差しジェスチャを含む。空中ジェスチャの文脈では、用語「ジェスチャ」は、位置を指すことと位置を突くことの両方を含み、これは空中でのタップジェスチャと同様であり、すなわち、ポインタが、空中検出面内にその中の或る位置で挿入され、同じ位置で検出面から取り除かれる。

図１を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、第１の近接センサの簡略図である。図１は近接センサ３５１を示し、これは、交互に並ぶ光エミッタ（１５０，１５１，１５２，１５５）と光検出器（１００，１０１，１０２，１０５，１０６，１０７）の一次元配列と、レンズ（４００，４０１）の配列４０９とを含み、各レンズをエミッタのそれぞれ１つと対向して位置決めし、エミッタからの光をビーム２００としてセンサ３５１の外側の検出面に導く。各レンズはまた、光が第１の特定角度でレンズに入射した場合に、それぞれの第１の検出器における光検出を最大にする役割も果たす。これは、各検出器に対する第１の視野角である。図１では、３つの検出器１０５－１０７に対して、３つの視野角２５０－２５２をそれぞれに示す。最大検出は、物体が投射光ビームの経路に位置３５０で挿入され、光を反射して検出器の１つに検出器の視野角で戻す場合に生じる。検出面内のこの位置は、ホットスポットと呼ばれる。プロセッサ３００は、エミッタ－検出器ペアの作動を制御し、検出器出力を処理して、検出面内の物体位置を特定する。

図１に示す近接センサは、タッチ検出用途に、すなわち、検出面内の物体の位置を高精度で特定するために設計されているので、全ての用途に理想的に適している訳ではない。このタッチ検出目的には、高精度な光学系と、検出された光信号をフィルタ処理して精緻化するためのプロセス集約的なソフトウェアとを必要とする。しかしながら、平面内の物体の位置ではなく、検出ゾーン内の動作ジェスチャを検出するように設計されたセンサは、ハードウェア及びソフトウェアの特性が大きく異なる。

動作ジェスチャを検出するためのセンサは、特に空中ハンドジェスチャを検出するのに適している。これは、タッチスクリーンとは異なる種類のユーザインタフェースであり、それは、ジェスチャが、タッチスクリーンで使用される絶対的位置決め、つまり物体が規定された区域内のどこに位置するかではなく、相対的位置決め、つまりジェスチャを行う間に物体がどのように動くかによって規定されるからである。別の好適な用途は、ユーザがリフトゲートに向かい合って手を振る、又は車両の下に足を入れることに応えて、車両後部のリフトゲートが開く車両リフトゲート機構である。動作ジェスチャセンサは、衝突回避システムにも有用である。例えば、自動ドアに沿うセンサは、ドアが開く際にドアに接近している物体を検出し、ドアが物体と衝突する前にドアの動きを停止させるコマンドを送信する。センサが、サイズ又は形状など、接近する物体の特徴を報告できる場合、物体の種類に応じてドアを選択的に停止させることができ、例えば、縁石又は壁を茂み又は垣根とは異なるように扱うことができ、人とは異なるように扱うことができる。

本発明の教示によれば、低コストで堅牢な、自動車に適合したハンドジェスチャセンサは、以下の特徴を組み込んでいる：
・フレネルレンズ、押出加工レンズ及び／又は射出成形レンズなどのモジュール式光学部品；
・熱可塑性かしめとして知られる熱かしめを用いた、センサハウジングへのレンズの接合；
・標準的なＦＲ－４ガラスエポキシＰＣＢ；
・ＡＲＭ（登録商標）プロセッサ（ＡＲＭはＡｒｍ Ｌｉｍｉｔｅｄの登録商標である）；
・標準的な表面実装デバイス（ＳＭＤ）ＶＣＳＥＬ及びＰＤ；並びに
・標準的な半田付けプロセス。

以下の表ＩＩは、本発明の教示によるジェスチャセンサの一実施形態について、対応する幾何学的パラメータを規定するいくつかの設計特性を列挙する。

表ＩＩのパラメータは、ハンドジェスチャを検出するように設計されたセンサに関する例示である。本発明の他の実施形態は、異なるピッチ及び他のパラメータを有することになる。例えば、より強力なレーザ及びフォトダイオードを使用する場合、断面が著しく小さくなる。同様に、検出範囲を小さくすると、センサの寸法が小さくなる。

図２を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、近接センサに関する幾何学的パラメータの説明図である。図２は、センサにおける光学系とＶＣＳＥＬの間の最大横方向許容差（ｄｘ）を決定するための幾何学的配置を示す。エミッタ１５０が、レンズ４０２に対向するその正しい位置からシフトして示されている。この変位により、エミッタビーム２１２は、破線の水平線に沿ったその予想経路から離れるように斜行する。以下の表ＩＩＩは、タッチセンサについて、並びにジェスチャセンサについて、図２に示すパラメータを要約したものである。

図２に示すように、ｄｘは、ｄｘ＝ｑｐｆ／Ｌによって算出される。

表ＩＩＩは、手振りジェスチャセンサの最大横方向許容差（０．３２ｍｍ）が、タッチセンサの許容差よりも１０倍大きく、標準的な半田付けプロセスを用いて手振りジェスチャセンサのＳＭＤ部品を半田付けすることが実行可能になることを示している。表ＩＩＩの許容差は、偶然誤差を指す。しかしながら、例えば斜行する検出区域をもたらす、系統誤差の許容差は、遥かに大きい。また、手振りジェスチャセンサは、ユーザがアイコン又はボタンを作動させるユーザインタフェース用のタッチセンサとしての使用に好適であり、特にアイコン又はボタンが大きい場合、及び／又はアイコン又はボタンがそれらの間に大きな空間を備えて配置され、従って検出されるタッチ座標の誤差についてユーザインタフェースが高い許容差を有する場合に、好適である。

図３を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、センサとセンサ検出領域におけるホットスポットの矩形グリッドとの説明図である。図３は、図１に示した設計に基づくジェスチャセンサを説明し、各検出器は、２つの隣接するレンズから最大光検出を受ける。図３の特定要素には番号を付けている。それらは、エミッタ１５０及び１５１、検出器１００－１０２、エミッタ光ビーム２００及び２０１、最大検出通路２５３－２５６、ホットスポット３５４－３５６、及びレンズの配列４０５である。上記で説明したように、ホットスポットは、エミッタビームと最大検出通路の交点にある。図３は、センサの外側の検出面における４列のホットスポット１－４と、レンズ４０５に隣接する付加的なホットスポット列（列０）とを示す。エミッタ間距離（ピッチ）が２１．６ｍｍで、検出区域のアスペクト比が２：３のジェスチャセンサを想定すると、焦点距離ｆ＝３２．４ｍｍとなり、センサが嵩張ることになる。センサのサイズを小さくするために、図４に示すように、各検出器は、ただ１つのレンズから最大検出を受ける。

図４及び５を参照すると、これらは、本発明の実施形態による、近接センサにおけるエミッタ及び検出器の代替構成の説明図である。図４は、エミッタ間のピッチが２１．６ｍｍで、検出区域のアスペクト比が２：３のジェスチャセンサを示すが、各検出器は、ただ１つのレンズから最大検出を受ける。これは、図３の焦点距離ｆを図４の焦点距離ｗと比較することで分かるように、図３のセンサよりも薄いセンサ幅を可能にする。図４の特定要素には番号を付けている。それらは、エミッタ１５０及び１５１、検出器１００－１０２、エミッタ光ビーム２００及び２０１、最大検出通路２５３－２５６、ホットスポット３５４－３５６、及びレンズの配列４０５である。図４は、センサの外側の検出面における４列のホットスポット１－４と、レンズ４０５に隣接する付加的なホットスポット列（列０）とを示す。

図３及び４のジェスチャセンサは、センサ検出区域に４×９格子のホットスポットを有する。プロセッサ３００（図１に示す）は、エミッタ－検出器ペアの作動を制御し、エミッタ及び検出器に接続するために限られた数のＩ／Ｏポートを有する。図４に示すジェスチャセンサ構成は、図３に示すセンサのほぼ２倍の数の検出器を有する。このように、図３のセンサが２０個の構成要素－９個のエミッタと１１個の検出器を有するのに対し、図４のセンサは、２７個の構成要素－９個のエミッタと１８個の検出器を有する。エミッタ及び検出器の代替配置は、プロセッサ上で同様な数のＩ／Ｏポートを使用しながらも、センサ検出区域に亘って異なるホットスポットの分布を提供する。そのような配置の１つを図５に示す。

図５は、６８個のホットスポットから成る６×１２格子と、レンズ４０５に隣接するホットスポットの付加的なホットスポット列（列０）とを提供する、３０個の構成要素－１２個のエミッタと１８個の検出器という配置を示す。図５の配置は、センサの両端部付近の各レンズと１つの検出器を対にし、センサ中央のレンズの各々と２つの検出器を対にして、ホットスポット列１及び２の外縁にある領域３６０及び３６１にホットスポットが存在しないという結果になる。ホットスポットを欠く領域３６０及び３６１は、図７及び１１にも示されている。図５の特定の追加要素には番号を付けている。それらは、エミッタ１５０－１５３、検出器１００－１０４、エミッタ光ビーム２０２及び２０３、最大検出通路２５３及び２５５、ホットスポット３５７－３５９、及びレンズの配列４０５である。

ジェスチャ検出とタッチスクリーンのタッチ検出との１つの違いは、タッチスクリーンが、検出された位置を対応する画面位置と相関させる際に精度を必要とするのに対し、ジェスチャ、特に空中ジェスチャは、ホットスポットを特定の位置にマッピングする必要がなく、むしろジェスチャ検出は、検出面内のホットスポット間の関係を維持することを必要とする点である。ジェスチャセンサのこの特徴は、後述するように、タッチスクリーンセンサの許容差要件の多くを緩和する。

図６を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、エミッタ及び検出器の構成要素がそれぞれのレンズと整列する近接センサに関するエミッタ光ビーム及び最大光検出通路の説明図である。また、図７を参照すると、本発明の一実施形態に従って、図６の近接センサによって生成されたホットスポットの分布を説明している。図６に示すセンサにおいて、レンズ４０５は、ＰＣＢ３０１上のそれぞれのエミッタ及び検出器構成要素と整列している。図６、８及び１０において、エミッタビーム２１１は実線で表され、最大検出通路２５９は一点鎖線で表される。図７、９及び１１において、ホットスポットは、アスタリスクで表されている。図７は、図６の近接センサによって生成されたホットスポット３７７の矩形配列を示す。配列アレイ３７７は、各列が近接センサから異なる距離である７列のホットスポットと、レンズ４０５に隣接する付加的なホットスポット列と、を含む。図５を参照して上述したように、この近接センサは、センサによって生成されるホットスポットの総数を最大化するために、ゾーン３６０及び３６１がホットスポットを欠くように構成された。

図８を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、エミッタ及び検出器構成要素とそれぞれのレンズとの整列にオフセットがある近接センサに対するエミッタ光ビーム及び最大光検出通路の説明図である。図８に示すセンサでは、レンズ４０５とＰＣＢ３０１上のそれぞれのエミッタ及び検出器構成要素との間に位置ずれがあり、すなわち、レンズ４０５はＰＣＢ３０１上のそれぞれの構成要素の左側にシフトしている。この位置ずれの結果、エミッタビーム２１１が或る角度に向けられ、最大検出通路２５９が左側に斜行することになる。

図９を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、図８の近接センサによって生成されたホットスポットの分布の説明図である。具体的には、ホットスポットの配列３７７は、非矩形の平行四辺形として斜行している。この誤差は、土台となるスクリーンが矩形であるタッチスクリーンにとって重要であるが、ホットスポットの順序配置が変わらない限り、ジェスチャセンサにとっては重要でなく、それは、ジェスチャを実行する間に物体が検出される一連のホットスポットによって、検出区域内の物体の動きが依然として正確に記述されるからである。重要なことは、ホットスポット間の関係は、それらが斜行していても維持されるということである。

本発明の実施形態による近接センサにおいて構成要素とレンズとの間の他のオフセットは、特にレンズの収縮及びＰＣＢの収縮を生じ、台形であるホットスポットのレイアウトをもたらす可能性がある。これは、ホットスポットと画面位置の間に不整合を引き起こすので、タッチスクリーンセンサにとって重大な問題となろう。しかし、ジェスチャセンサの場合には、隣接するホットスポット間の順序関係が保たれている限り、この論点はあまり問題とならない。例えば、レンズが収縮する結果、ホットスポットはセンサから遠くに位置するほど隣り合うホットスポットに近づくことになるが、経時的な一連の検出は、依然として物体の移動方向を指し示す。また、ＰＣＢがレンズに対して収縮した場合、センサから遠くに位置するにつれて隣り合うホットスポット間の距離が増加することになり、センサから遠ざかるにつれてホットスポットの配置が扇状に広がる。しかし、この場合にも、経時的な一連の物体検出により、物体の動きが指し示される。このように、ジェスチャセンサは系統誤差に対して極めて強い。

図１０を参照すると、これは、本発明の一実施形態による近接センサの簡略図である。図１０は、検出面にホットスポットの扇状分布を与えるように設計されたレンズを示し、例えば、各エミッタビームは、複数のビーム２１１が放射状に広がって扇の支持棒に類似するように、レンズ４０５によって導かれ、最大検出通路２５９は、エミッタビームと交差するようにレンズ４０５によって構成される。このように、レンズ４０５は、複数の光エミッタからの光ビーム２１１を投射面に沿って非平行、非交差の方向へファンアウトする。

図１１を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、図１０の近接センサによって生成されたホットスポットの分布の説明図である。図１１は、ホットスポットの列がＰＣＢ３０１から遠くなるほど次第に幅広くなるホットスポット配列３７７を示す。本発明の一部の実施形態では、センサから最も遠いホットスポット列の長さは、センサの長さの３倍である。

図６及び７の近接センサと図１０及び１１の近接センサとの比較から、同数のエミッタ及び検出器が両方のセンサで使用される場合、図１０及び１１のセンサは図６及び７のセンサよりも広い区域を監視することが明らかである。具体的には、図１１における外側のホットスポット列は、図７の列よりも幅広く、また、図１１における外側のホットスポット列は、図７の列よりもセンサから遠く離れている。逆に、図１１では、ホットスポット列間の距離は、列がセンサから遠くなるほど大きくなる。従って、図１０及び１１のセンサは、物体がセンサに接近するほど高い検出分解能を必要とする用途に好適である。そのような用途の例は、自動ドア開閉機用の衝突回避システムである。

本発明の特定実施形態では、センサに近い物体によってなされる反射は、これらの検出を信頼できないものにする迷光反射を伴って検出される。従って、図７及び１１に示す最近接のホットスポット列は使用されず、また、図１１における残りの－有効な－ホットスポット列は、図７においてその対応する列よりも幅広く、図１１の有効検出区域を図７よりも幅広いものにする。

本発明による検出信号は画像としてマッピングされ、それによって、各エミッタ－検出器ペアに関する検出反射値は、センサの２Ｄ検出面内の対応するホットスポット位置にマッピングされる。従って、図３及び４に描写したセンサは、９×５格子のホットスポット用に構成され、それに応じて、これらのセンサからの出力は、９×５画像としてマッピングされる。同様に、図５に描写したセンサは、１３×７格子のホットスポット用に構成され、図１０に描写したセンサは、扇状配置のホットスポット用に構成される。従って、これらのセンサからの出力は、それぞれ、１３×７画像として、並びに扇状の画素配置としてマッピングされる。

ジェスチャ検出用のソフトウェアは、本発明の実施形態に従って、タッチ検出とは異なる手法をとる。具体的には、タッチ検出に使用されるセンサは、物体が位置する検出区域内の正確な位置を特定しなければならないのに対して、ジェスチャを特定するためには、物体の正確な位置が必要とされない。実際、タッチ検出のアルゴリズムが、高価であると共に多くのセンサデータを破棄する、多くのノイズフィルタ処理を必要とするのに対して、マトリクスベースのアルゴリズムは、それほど費用が掛からず、元データをより多く保持する。マトリクスベースのアルゴリズムは、物体の正確な位置の計算よりも、物体の認識及び動きの検出に対して有用である。定義された形状との相関を用いて、ジェスチャを行う物体の種類又は特徴を識別し、例えば、手がジェスチャを行っていると確定させ、時間的推移との相関により、動きが識別される。

図１２を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、近接センサの出力を用いて実行される画像相関の簡略図である。図１２は、センサの検出区域で手が動いている間の異なる時刻におけるジェスチャセンサからの検出信号に関する２つの画像３６５及び３６７を示す。検出された反射３６６及び３６８が示されている。画像３６９は、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）ソフトウェアを用いて画像３６５及び３６７に対して実行された相関の出力である。ＭＡＴＬＡＢは、Ｔｈｅ Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ Ｉｎｃ．Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの商標である。相関３６９は、物体が右に動いていることを示す。本発明の一部の実施形態では、この相関が有意な反射の位置だけを処理するように、画像がマスクされ、例えば、Ｌａｎｄｙ－Ｓｚａｌａｙ推定器により、マスクされた区域及び境界の処理が可能となる。

ゆっくりと動く物体の場合には、連続する画像の対だけを用いた画像相関に基づいてジェスチャが行われているかどうかを確認することが難しい可能性がある。本発明の一部の実施形態では、複数の画像が記憶され、現在の画像を古い画像と相関させて動作ジェスチャを識別する。一部の実施形態では、複数画像の記憶に関するメモリ要件を最適化するために、１つの画像が記憶され、一連の新しい画像との画像相関に使用される。例えば、画像ｎについて、画像ｎ－１、ｎ－２、ｎ－４、ｎ－８が記憶され、画像相関に使用される。新しいフレームごとに、画像ｎ－１として記憶されていた画像が更新され、２フレームごとに、画像ｎ－２として記憶されていた画像が、それまでは画像ｎ－１として記憶されていたものに更新され、４フレームごとに、画像ｎ－４として記憶されていた画像が、それまでは画像ｎ－２として記憶されていたものに更新され、８フレームごとに、画像ｎ－８として記憶されていた画像が、それまでは画像ｎ－４として記憶されていたものに更新される。このシステムは、画像相関によって示される動きが現在の画像と古い画像との間の時間間隔によって正規化されるように、古い画像を新しい現在の画像と相関させるときに使用される、各画像に関するタイムスタンプを記憶する。

本発明の一部の実施形態では、検出信号の２Ｄ配列を１Ｄ配列、つまり、水平プロファイル及び垂直プロファイルに変換して、処理を簡略化する。例えば、各エミッタビームに沿った全てのホットスポットについて検出信号を合計して、各エミッタビームに対する単一値を与える。すなわち、図３及び４のセンサでは、このプロセスにより９個の値の水平プロファイルが作成され、図５のセンサでは、このプロセスにより１２個の値の水平プロファイルが作成される。更に、各ホットスポット列の全てのホットスポットについて検出信号を合計して、各ホットスポット列に対する単一値を与える。すなわち、図３及び４のセンサでは、このプロセスによって５個の値の垂直プロファイルが作成され、図５のセンサでは、このプロセスによって７個の値の垂直プロファイルが作成される。各プロファイルは、独立して処理される。以下の表ＩＶは、各プロファイルベクトルに対するプロセスを要約したものである。

図１３を参照すると、これは、本発明の実施形態による、ジェスチャ検出のために最適化された近接センサの簡略図である。図１３の近接センサの外側ハウジングは取り外されており、センサの内部構成要素を見せている。この近接センサは、図１４を参照して以下で論じるようにエミッタ及び検出器が配置されたＰＣＢ３０１の上方にある支持構造３６４と、２層のレンズ４１０及び４１１とを特徴とする。図１に関して上述したように、レンズは各エミッタからの光をコリメートし、光が特定の角度でレンズに入射した場合に最大光を検出器の上に導く。図１３に示す近接センサでは、レンズ４１０は、センサの幅に沿って光をコリメートする押出加工の円柱レンズとして形成される。レンズアレイ４１１は、センサの長さに沿って光をコリメートする。押出加工レンズ４１０は、支持構造３６４の一部として形成される。レンズアレイ４１１は、センサの長さに沿って光をコリメートするフレネルレンズユニット４１２－４１４を特徴として持つ。各フレネルレンズユニットは、入射光を１又は２以上の検出器の上に向け、隣接するエミッタからの出射光をコリメートする。

図４及び５に関して上記で論じたように、各検出器が２つではなくただ１つのレンズからから最大光強度を受け、エミッタ及び検出器がそれぞれのレンズの近くに配置される場合に、センサの高さを低減することができる。

レンズ４１０及び４１１は大量生産が容易であり、本発明による近接センサを、組立コストと材料費の両方の観点で、図１のセンサ３５１よりも安価に製造できるものにする。レンズ４１０及び４１１は、既製の光学部品としても入手可能であり、センサ製造業者のコスト、製造及び間接費が削減される。例えば、フレネルレンズは、透明なプラスチック基板に取り付けるためのフィルムとして入手可能である。

更に図１３を参照すると、レンズアレイ４１１は、センサ上部にある開口部の周囲に沿う出っ張りで支持され、支持構造３６４は、レンズ４１０がこの支持体の一部として形成されたＨ形断面を有する。支持構造３６４の側壁は平行である必要はない。センサハウジング（図示せず）は、特に板金ケーシングとして、いくつかの方法で製造することができる。

図１４を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、図１３の近接センサに対するＰＣＢの簡略図である。図１４は、エミッタ及び検出器が取り付けられたＰＣＢ３０１を示す。図１４のエミッタ及び検出器は正方形として示され、検出器はエミッタより大きい。図５に関して上記で論じたように、エミッタ及び検出器の不均一な分布は、多くの場合、均一な分布よりも検出面により多くのホットスポットを提供する。従って、ＰＣＢ３０１の外縁にある３つのエミッタの各々は、単一の隣接する検出器を有するのに対して、ＰＣＢ３０１の中央部にある６つのエミッタの各々は、２つの検出器間に挟まれる（要素１３０）。図１４は、ＰＣＢ３０１の左端にあるエミッタ及び左隣りの検出器の３対１２０と、ＰＣＢ３０１の右端にあるエミッタと右隣りの検出器の３対１２１を示している。ＰＣＢ３０１は、エミッタ－検出器ペアの同期式同時作動を制御し、ホストシステムと通信するプロセッサ３００を特徴として持つ。図１４はまた、ＰＣＢ３０１の両端にある通信ポート３０４及び３０５を示している。

本発明によるセンサはモジュール式である。図１５を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、拡張センサを形成するために接続された２つの近接センサの簡略図である。図１５は、長尺センサを形成するために接続されたジェスチャ検出器モジュール３５２及び３５３を示す。各センサモジュールは、そのそれぞれの検出ゾーン３７５、３７６内の物体を検出し、それによって、これらの隣接する検出ゾーンは長い検出区域を形成する。センサモジュール３５３はマスタに指定され、センサモジュール３５２はスレーブとして構成される。マスタモジュールは、スレーブから出力を受け取り、ホストシステムとインタフェースで接続する。各センサモジュールは、センサの両端、例えば図１４の通信ポート３０４及び３０５にＩ２Ｃインタフェースを含み、モジュール間、並びにマスタモジュールとホストシステムの間で通信を可能にする。

図１６を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、近接センサ間の通信バス接続の簡略図である。図１６は、２つのモジュール上のプロセッサ３００が通信して各モジュールのエミッタ及び検出器の作動を調整し、スレーブセンサモジュールからマスタセンサモジュールに結果を出力することを可能にするＩ２Ｃ通信バス３０８を作り出すために、第１センサモジュールのＰＣＢ３０１上の要素３０５を第２センサモジュールのＰＣＢ３０３上の要素３０４に接続したところを示している。図１５及び１６は、僅かに２つの接続されたモジュールを示すが、付加的なモジュールを接続して、拡張された一連のセンサモジュール、並びに対応する拡張された検出ゾーンを形成することができる。センサモジュールの内の１つがマスタとして指定され、他の全てはスレーブである。

図１７及び１８を参照すると、これらは、本発明の一実施形態に従って、図１３の近接センサにおいてレンズが光エミッタ及び光検出器に対してどのように構成されるかを示す簡略図である。図１７及び１８において、エミッタビーム２０４は点線で表されている。図１７では、検出器に対する最大検出経路が一点鎖線で表される。図１８では、最大検出経路２５７及び２５８が破線で表され、経路２５７のダッシュは経路２５８のダッシュよりも大きい。図１７は、図１３の近接センサの断面図を示す。この図において、円柱レンズ４１０は、エミッタビーム２０４をコリメートし、最大検出経路２５７及び２５８に沿って到達する入射ビームを検出器１０２などの検出器の上に導く。フレネルレンズ４１２は、この方向には光をコリメートしない。

図１８は、大型センサのセグメントを示す。図１８では、光ビーム経路が見えるように、図１７の２つの支持壁３６４の内の一方が取り除かれている。図１８は、どのようにしてフレネルレンズ４１２が、２つの最大検出通路２５７及び２５８に沿って入射光をそれぞれ検出器１０２及び１０３の上に導き、またエミッタ光ビーム２０４をコリメートするかを示す。

本発明の一部の実施形態では、近接センサハウジングは、環境からセンサを保護するため、特にセンサが車のドア又はリフトゲートの外装パネルなどの露出面に取り付けられる場合に、赤外光に対して透明な、気密封止されたプラスチックに更に収容される。プラスチック封止の一例は、通常はポリオレフィン製の熱収縮チューブであり、これは、加熱すると半径方向に収縮し（長手方向には収縮しない）、直径が２分の１～６分の１になる。

図１９を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、無線トラックパッドの簡略図である。図１９は、バッテリなどの電源と、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信モジュールとを含み、頑丈なハウジング３１３に全てが収容された無線トラックパッドを示している。本発明による近接センサは、ハウジング内にタッチ面の上縁に沿って取り付けられ、センサの受発光縁部は、タッチ面３１０の上部に沿う隆起縁として位置決めされる。近接センサからのエミッタ光ビーム２１０がタッチ面３１０に沿って進んでいるのを示している。ハウジング、タッチ面、及びセンサの露出縁は、センサ光ビームがタッチ面３１０の上方を横切って進み、タッチ面上でのタッチジェスチャを検出することができるように、赤外光に対して透明なプラスチックに収容される。この気密封止システムは、病院及び手術室などの衛生的な環境と共に、厳しい環境にも有用である。例えば、ロボット支援手術では、手術室にいる技術者が、この無菌トラックパッドを用いてロボットを制御することができる。更に、手袋をはめた医師及び看護師は、この無菌トラックパッドを用いて、手術室内でコンピュータ及びコンピュータモニタと対話することができる。ハウジングの外装は、安全に洗浄する、又は殺菌剤で拭いてきれいにすることができる。本発明による一部の収容型トラックパッドは、バッテリの無線充電を特徴とし、他の実施形態では、収容型トラックパッドは、１回限りの使用、すなわち、バッテリ残量が枯渇するまでの使用を目的とする。

図２０Ａ及び２０Ｂを参照すると、これらは、本発明の一実施形態による、図１９の無線トラックパッドの断面図である。図２０Ａは、図１９の無線トラックパッドの線Ａ－Ａに沿った断面を示している。図２０Ｂは、タッチ面３１０の上縁に沿った近接センサ３５３、無線通信チップ３１２と共に、センサと無線通信の両方に電力を供給するためのバッテリ３１１とを示す。

上記に説明したジェスチャセンサの用途には、車の自動ドア及びリフトゲートが含まれる。車の自動ドア及びリフトゲートにおいて、移動ドア又はリフトゲートパネルに取り付けられた本発明によるセンサは、縁石、木、又は近隣の駐車車両など、ドア又はリフトゲートに接近している物体を検出する。物体とドア又はリフトゲートパネルとの距離は、ドア又はリフトゲート制御システムに報告される。定義された形状との相関を用いて、接近している物体の種類又は特徴を識別する、例えば、その物体が縁石なのか、低木なのか、又は人なのかを特定する。ドア又はリフトゲート制御システムは、物体と衝突する前に、ドア又はリフトゲートパネルの動きを停止させる。

上記に説明したジェスチャセンサの用途には、携帯電話、タブレットコンピュータ、コネクテッドホーム製品、及び車室が含まれる。これらの製品の特定実施形態は、レーダセンサと本発明の実施形態による光学式近接センサとを含む。レーダセンサと光学センサは、ジェスチャの冗長な検出を提供することによって、互いに補完し合う。特定のジェスチャについては、光学センサは、レーダセンサよりも高速且つ正確な検出を提供する。例えば、光学式ジェスチャセンサは、レーダセンサよりも高い精度で物体の位置を検出する。光学センサとレーダセンサは、例えば飛行時間型カメラなどのように、画像中の個人的特徴を捉えることができない。従って、プライバシに関する懸念が軽減される。特定の用途では、ユーザがデバイスに接近していることを検出する前に、一方のセンサをスタンバイモードで作動させて接近するユーザを検出し、他方のセンサはスリープモードにある。スリープモードのセンサは、スタンバイモードのセンサが接近するユーザを検出したときに起動される。

本発明の特定の実施形態では、円柱レンズ及びフレネルレンズを備えたジェスチャセンサにおけるエミッタ及び検出器は、平面曲線に沿って配置され、それによって、センサ上方の、２次元平面というよりむしろ、体積を通過する物体の検出を提供する。このセンサを携帯電話、タブレット端末、コネクテッドホームデバイス及び車室に組み込んで、空中ジェスチャを検出する。例えば、このセンサは、携帯電話、タブレットコンピュータ、コネクテッドホームデバイス又は車両インフォテインメントシステムにおけるディスプレイカバーガラスの後ろに取り付けられ、カバーガラスを通して光ビームを投射して、カバーガラスに向き合って行われる空中ジェスチャを検出する。

図２１及び２２を参照すると、これらは、本発明の一実施形態による、３Ｄ空間で物体の存在を検出するように構成された近接センサに関するエミッタビーム及び最大検出通路の簡略図である。図２１は、閉じた平面曲線に沿って交互に配置されたエミッタ及び検出器を示す。エミッタの内の２つだけが番号付けされ（１５６，１５７）、検出器の内の２つだけが番号付けされている（１０８，１０９）。エミッタ光ビームはこの曲線に対して上向きに投射され、検出器は、複数のエミッタ光ビームと交差する最大検出通路を有するように構成される。１つのエミッタビームが番号付けされ（２０５）、１つの最大検出通路が番号付けされている（２６０）。この構成は、エミッタ及び検出器の上方空間にホットスポット３７８－３８２の環を作り出し、これにより、体積を通過する物体の検出を提供する。

図２２は、エミッタ１５８－１６７からのビームと、検出器１１０－１１９に対する最大検出通路とを示し、エミッタ１５８－１６７と検出器１１０－１１９は、開いた平面曲線に沿って配置されている。ビームは図示するように向けられ、ここでは２つのエミッタビームが番号付けされている（２０６，２０７）。図示するように、検出器は、それぞれの最大検出通路が複数のエミッタビームと交差するように構成される。２つの最大検出通路が、図中に番号付けされている（２６１，２６２）。これにより、両切妻屋根形として知られる双曲放物面形状のホットスポット配列３８３が作り出される。

携帯電話、タブレットコンピュータ、コネクテッドホームデバイス及び車室では、光学センサ部品は、ディスプレイの１又は２以上の縁に沿って取り付けられる。エミッタビームは、ディスプレイガラスを通して上方に向けられる。ディスプレイカバーガラスと平行にビームを投射する光学式タッチスクリーンとは対照的に、ディスプレイガラスに向き合ったジェスチャを検出するように構成されたこのジェスチャセンサは、光ビームがディスプレイ表面と平行にというよりむしろ、ディスプレイの外に向けられるため、ディスプレイ周囲の隆起したベゼルを必要としない。

図２３－２５を参照すると、これらは、本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムの簡略図である。図２３は、ユーザ５０２とタッチスクリーン５０１の接触を減らす又は排除するように設計された非接触型タッチスクリーンシステムの側面図を示す。非接触型タッチスクリーンシステムは、ディスプレイ５０１と、ディスプレイ５０１から距離を置いて取り付けられた近接センサ３８４とを含み、ディスプレイ５０１の上面に平行で、その上方にあるタッチ検出面５０３を作り出す。図２３は、ディスプレイ５０１の上面から距離ｄだけ離れたタッチ検出面５０３を示す。ユーザ５０２は、検出面５０３内の全ての座標がディスプレイ５０１上の対応する座標にマッピングされるため、ディスプレイに触れることなく、ディスプレイ５０１上に提示されたユーザインタフェースと相互作用することができる。検出面５０３に指又は物体を挿入することによってユーザが行うあらゆるジェスチャは、センサ３８４によって検出され、ＵＳＢヒューマンインタフェースデバイスクラス（ＵＳＢ ＨＩＤクラス）などの標準プロトコルを用いてユーザインタフェースに報告される。従って、基礎を成すコンピュータシステムは、いかなる変更も必要としない。コンピュータシステムは、あたかも入力がタッチスクリーン入力であるかのように、センサ３８４からの入力を受け取る。

このような入力は、画面上のアイコンを選択することに限定されない。センサ３８４によって検出され、システムに報告される付加的な空中ジェスチャには、例えば、ディスプレイをパン又はスクロールするためのスワイプジェスチャ、並びにズームイン及びズームアウトするための２本指ピンチジェスチャが含まれる。このシステムがセルフチェックアウト・キオスクで使用される場合、ユーザは、検出面５０３で空中ジェスチャを行うことによって、クレジットカード決済を検証する署名を入力することができ、センサ３８４が署名ジェスチャ座標をシステムに報告する。

図２３に示したシステムは、物理的なボタン及びノブのインタフェースにも適用される。例えば、エレベータキーパッドがディスプレイ５０１に取って代わり、それによって、ユーザ５０２は、土台となるボタンにマッピングされた位置で検出面５０３にプレスジェスチャを行うことによってボタンを選択する。センサ３８４は、キーパッド上の位置、又は対応するボタンを、ユーザが押したものとして、エレベータボタンパネル制御システムに報告する。

別の実施例では、物理的なスライダ制御部と回転自在ノブとを有するパネルが、ディスプレイ５０１に取って代わる。スライダ制御部に向き合う検出面５０３で検出されたスワイプジェスチャは、入力値を増加又は減少させるためのスライダに沿う動きとして報告される。回転自在ノブに向き合う検出面５０３で検出された２本指スプレッドジェスチャは、ノブを右に回転させるものとして解釈され、回転自在ノブに向き合う検出面５０３で検出された２本指ピンチジェスチャは、ノブを左に回転させるものとして解釈される。

ディスプレイ又はボタンパネルの寸法が大きい場合、１つの大きなセンサの代わりに複数のセンサを使用するシステムを可能にすることが有利である。本発明の実施形態では、２つのセンサが、ディスプレイ又はボタンパネルの対向する縁に沿って互いに向かい合って取り付けられ、各センサの検出ゾーンはディスプレイの一部分だけを占めるが、２つのセンサは一緒になってディスプレイ全体を網羅する。

図２４は、そのようなシステムを示す。図２４は、ディスプレイ５０４と、ディスプレイ５０４の対向する短縁に沿って取り付けられたセンサ３８５及び３８６とを示している。各センサの検出区域は、ディスプレイ５０４の上面の一部分を占める。図２４において、センサ３８５は、ディスプレイ５０４を横切って左から右に距離ｌ１だけ延びる検出区域５０５を有し、センサ３８６は、ディスプレイ５０４を横切って右から左に距離ｌ２だけ延びる検出区域５０６を有する。ディスプレイ５０４の中央の区域５０７は、検出区域５０５と５０６の両方で覆われる。本発明の実施形態において、センサ３８５及び３８６は、図２３に関して上記で論じたように、非接触相互作用を可能にするために、ディスプレイ５０４の上面の上方に検出面を提供するように取り付けられる。

センサ３８５及び３８６からの出力を結合してタッチスクリーン入力にするために、センサ３８５及び３８６の両方がプロセッサ５２０にそれぞれの出力を送信し、このプロセッサは、それらの出力を結合してから、結合された出力をタッチ入力として、ディスプレイ及びユーザインタフェースを動かしているコンピュータ５２１に送信する。一部の実施形態では、プロセッサ５２０は、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）オペレーティングシステムを実行するＲａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉ（商標）シングルボードコンピュータ内のＡＲＭ（登録商標）プロセッサである。ＡＲＭは、Ａｒｍ Ｌｉｍｉｔｅｄの登録商標である。ＲＡＳＰＢＥＲＲＹ Ｐｉは、ＲＡＳＰＢＥＲＲＹ Ｐｉ財団の商標である。Ｌｉｎｕｘは、米国及びその他の国におけるＬｉｎｕｓ Ｔｏｒｖａｌｄｓの登録商標である。

図２５は、複数対のセンサ（３８５－３８６及び３８７－３８８）がディスプレイ５０４の２つの対向する縁に沿って取り付けられる、本発明の別の実施形態を示す。各センサは、それぞれ、検出領域５０５、５０６、５０８、５０９の内の１つにおいて物体を検出する。図２５は、２つの検出区域が重なる区域５０７及び５１０も示している。センサ３８５－３８８は全て、結合させてタッチスクリーン入力としてコンピュータ５２１に送信するために、その出力をプロセッサ５２０に送信する。

図２６を参照すると、これは、本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムにおいて対向する反射型センサからのタッチ出力を結合するプロセスのフローチャートである。図２６は、プロセッサ５２０によって実行されるソフトウェア機能のフローチャートを示している。プロセッサ５２０は、接続された各センサに対して別々のスレッド（１００１，１００２）を実行する。対向するセンサの対ごとに、そのスレッド出力をセンサグループスレッド（１００３）に送り、このスレッドは、以下の関数を実行するＭｅｒｇｅ Ｔｏｕｃｈｅｓ関数（１００４）を呼び出す：Ｍａｐ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ（１００５）、Ｄｅｂｏｕｎｃｅ（１００６）、Ｓｔａｔｅ Ａｒｂｉｔｒａｔｏｒ（１００７）、Ｄｅｇｈｏｓｔ（１００８）、Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ（１００９）、及びＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｓｍｏｏｔｈｅｒ（１０１０）。このシステム内に２対以上の対向センサがあり、複数のグループスレッドが使用される場合には、各グループスレッドに由来するＭｅｒｇｅ Ｔｏｕｃｈｅｓ関数からの出力は、最終タッチ情報をコンピュータ５２１に送信するメインスレッド１０１１に送信される。１対だけの対向センサを備えた特定のシステムでは、メインスレッドが２つのセンサスレッドからのデータを結合し、Ｍｅｒｇｅ Ｔｏｕｃｈｅｓ関数を呼び出す（１００４）。この場合、グループスレッド（１００３）は必要とされない。以下に、関数１００５－１０１０の説明を与える。

関数１００５ Ｍａｐ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ－センサは異なる方向を向いているので、それらの出力は同じ座標空間を扱っていない。この関数は、各センサの出力を共有座標空間にマッピングする。

関数１００６ Ｄｅｂｏｕｎｃｅ－関数１００５からの出力を用いて、この関数は、「ダウン（ｄｏｗｎ）」状態と「アップ（ｕｐ）」状態の間の速いフリッカを検出し、そのようなフリッカを抑制しようとする。これは主に、重複区域５０７及び５１０に物体がある場合に発生し、その区域では信号が弱くて有効／無効区域の境界が揺れ動いている。

関数１００７ Ｓｔａｔｅ Ａｒｂｉｔｒａｔｏｒ－関数１００６からの出力を用いて、この関数は現在のタッチ状態を規定する。状態については、図２７を参照して以下で論じる。

関数１００８ Ｄｅｇｈｏｓｔ－この関数は、センサが対向するセンサからのエミッタビームを検出することで発生した可能性が高い、各センサからのタッチ出力を識別する。これは、例えば、それまでのタッチ位置から離れた距離に突然現れるタッチ座標に基づく。

関数１００９ Ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ－２つのセンサが共に有効なタッチ位置を報告した場合、この関数は、その２つの位置を、タッチ位置に近いセンサからの出力に大きな重みを割り当てる加重和に基づいて結合する。

関数１０１０ Ｓｍｏｏｔｈｅｒ－この関数は、関数１００９の出力に状態ベースのローリング平均フィルタを適用する。その結果が、Ｍｅｒｇｅ Ｔｏｕｃｈｅｓ関数の出力である。全てのグループスレッドがマージされてメインスレッドに単一出力を与え、このメインスレッド出力は、単一のＨＩＤ（絶対座標マウス、デジタイザ、又は他のＨＩＤプロファイルデバイス）からのタッチデータとしてシステムに送信される。

図２７を参照すると、これは、本発明の実施形態による、非接触型タッチ入力システムにおいてタッチ入力を検証し追跡する状態機械の説明図である。図２７は、関数１００７ Ｓｔａｔｅ Ａｒｂｉｔｒａｔｏｒによってタッチデータに割り当てられた状態１０２１－１０２６を示す。状態は、状態１ Ｉｄｌｅ（１０２１）から始まる。タッチが初めて検出されると、状態は状態２ Ｄｏｗｎ Ｐｅｎｄｉｎｇに進められる。この状態で、システムはタッチが消えてなくなるかどうか様子を見るが、この場合、タッチはノイズに起因する、例えば他のセンサからのものである可能性が高く、破棄すべきである。従って、タッチが消えた場合には、状態はＩｄｌｅに戻り、一定時間持続した場合には、タッチが確定される。このように確定されたタッチの状態は、状態３ Ｄｏｗｎ（１０２３）か状態４ Ｍｏｖｅ（１０２４）の何れかに進む。状態３ Ｄｏｗｎ（１０２３）は、状態２からの確定されたタッチが同じ位置に留まった場合に適用される。これは、他のＧＵＩシステムにおけるタッチダウンイベントに相当する。状態４ Ｍｏｖｅ（１０２４）は、状態２又は状態３からの確定されたタッチが新しい位置に移動した場合に適用される。状態５ Ｕｐ Ｐｅｎｄｉｎｇ（１０２５）は、状態３又は４からのタッチが解除された場合に適用される。この状態では、タッチがないままであるかどうか様子を見る。タッチが一定時間ないままであれば、状態は、タッチが終了したことを確定する状態６ Ｕｐ（１０２６）に更新される。状態は、状態１ Ｉｄｌｅに戻される。

本発明は、電子表示画面を特徴とするシステムと共に、例えば印刷物などの静止画像を特徴とするシステムも対象にする。特に、本発明は、本発明のセンサが印刷物中の記号に対応する位置でジェスチャを検出した場合にユーザが相互作用する印刷物を含んでいる。本発明はまた、本発明のセンサがホログラム中のシンボルに対応する位置でジェスチャを検出した場合にユーザが相互作用する、印刷又はエッチングされた画像のホログラムを含む。また、本発明は、入力ＧＵＩが空中に、又はヘッドアップディスプレイなどの反射面の上に投影される入力デバイスを含む。

本発明による非接触型インタフェースは、１又は２以上の相互作用要素と、ユーザ入力ジェスチャを検出するための１又は２以上の空中検出面とを特徴とするＧＵＩを提供する。システムは、検出されたジェスチャをＧＵＩ要素のそれぞれにマッピングすることによって、ユーザ入力を受け取る。検出面とのユーザ相互作用は、いかなる表面にも触れることなく空中で行われるので、本発明のシステムは、複数の個人が触れるタッチ入力表面を介して生じるであろう病原体の伝染を防止する。

本発明が取り組む問題点の１つは、ＧＵＩ要素のユーザ選択とその要素の作動とをシステムがどのように区別するかということである。本発明が取り組む別の問題点は、いつ、どのようにして、ユーザのジェスチャがシステムによって入力として受け取られ解釈されるかをユーザに直感的に伝える方法である。

図２８－３２を参照すると、これらは、本発明の実施形態による、非接触型光学式タッチスクリーンシステム内の要素の簡略図である。図２８は、互いに平行に配置された２つの光学式近接センサ３１５及び３１６を示す。光ビームの検出場２７０がセンサ３１５の上方の空間に上向きに投射されるのを示している。センサ３１５及び３１６は、米国特許第９１６４６２５号、第９９２１６６１号、第１０２８２０３４号及び第１０３２４５６５号に記載されており、その内容は、参照によりその全体が本書に組み込まれるものとする。

図２９は、センサ３１５が、検出場２７０に挿入された指５１２などの物体の２次元位置を検出する様子を示している。米国特許第９１６４６２５号、第９９２１６６１号、第１０２８２０３４号及び第１０３２４５６５号に説明されるように、投射光場２７０の指５１２による反射２７１を用いて、光場２７０内の物体位置を三角測量する。

図３０は、本発明による入力システムの片側からの斜視図である。ディスプレイ５１４は、近接センサ３１５及び３１６の背後に、それらから離れて取り付けられる。近接センサ３１５及び３１６は、ディスプレイ５１４の平面の上方に、２つの平行な検出面２７０及び２７２を提供する。センサ３１５によって検出された、検出面２７０内の指５１２の位置は、ディスプレイ５１４上の対応する位置にマッピングされる。これにより、ユーザは、指５１２を動かして、ディスプレイ５１４上に表示される異なるＧＵＩ要素を選択し選択解除することができる。図３１は、ディスプレイ５１４上のＧＵＩ要素５１５（「検索する」）、５１６（「進む」）、５１７（「印刷する」）及び５１８（「戻る」）を示している。これらのＧＵＩ要素の何れかが、センサ３１５と相互作用する指５１２によって選択されると、この選択は、例えば、選択されたＧＵＩ要素をディスプレイ５１４上に拡大することによって、ユーザに示される。選択されたＧＵＩ要素を作動させるために、ユーザは、指５１２を近接センサ３１６の検出面２７２に平行移動させる。

図３２は、指５１２が近接センサ３１６の検出面２７２に平行移動し、それによって、選択されたＧＵＩ要素５１７（「チケットを印刷する」）を作動させるところを示す。この作動は、例えば、作動させたＧＵＩ要素の色を変えることによって、ユーザに指し示される。この作動は、センサ３１５及び３１６に、並びにディスプレイ５１４に接続されたプロセッサ５２０によって制御される。

ユーザへの指示は、ディスプレイ上のグラフィカルな変化に限定されない。本発明の一部の実施形態では、センサ３１５及び３１６は、ユーザへのフィードバックを提供するために選択的に作動する可視光エミッタを含む。例えば、物体が検出面２７０に入ると、第１の可視光エミッタが作動して、物体を第１の色で照らす。物体が近接センサ３１６の検出面２７２に平行移動すると、近接センサ３１５上の又は近接センサ３１６上の第２の可視光エミッタが作動して、物体を第２の色で照らす。指５１２が検出面２７０内で移動する際に、可視光エミッタの作動は、ディスプレイ５１４上の対応するカーソルがＧＵＩ要素を選択したかどうかを示す；例えば、指の低強度の照明は、カーソルがＧＵＩ要素間に位置していることを示し、高強度の照明は、カーソルがＧＵＩ要素の１つに位置し、従ってその要素が選択されたことを示す。

図３３を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、非接触光学式タッチスクリーンシステム用の第１のユーザインタフェースを説明するフローチャートである。システムが起動した（動作１０３０）後、センサ３１５は、検出面２７０をポーリングして、物体が検出面に入ったかどうかを確認する（動作１０３１）。ｙｅｓの場合、プロセスは続いて、物体がディスプレイ５１４上のアイコンの何れかに対応する検出面２７０内の位置にあるかどうかを決定する（動作１０３２）。ｙｅｓの場合、そのアイコンが、例えばアイコンを強調表示することによって、選択される（動作１０３３）のに対して、そうでない場合、ディスプレイは、検出面２７０内の物体の位置に対応する位置で、ディスプレイ上にカーソル、例えば円を表示する（動作１０３４）。このカーソル（動作１０３４）か選択されたアイコンの視覚的表示（動作１０３３）の何れかの出現は、検出面２７０との現在の相互作用、ひいては表示されたＧＵＩとの相互作用を示す。従って、その後に指が検出面２７０から取り除かれると、カーソル又は選択されたアイコンのグラフィカル表示が消える（動作１０３５が動作１０３１に戻るとアイコン選択が取り消され、動作１０３６が動作１０３１に戻るとカーソルが消去される）。指が検出面２７０内で移動する際に、ディスプレイは、ディスプレイ上のアイコン間の対応する位置にカーソルをレンダリングするか（動作１０３４）、選択されたアイコンを強調表示する（動作１０３３）の何れかで反応する。アイコンが選択されたときに、カーソルを表す円が消え、代わりに選択されたアイコンが強調表示されるということは、ユーザにとって直感的である。これは、カーソルがアイコンに近づくにつれて、カーソルがアイコンに引き付けられるように見える、例えば、円がアイコンに引き寄せられて、強調表示されたアイコンに溶け込むというアニメーションがあると、更に強化される。このアニメーションもまた、そのアイコンを選択するためにはカーソルがアイコンに近づけばよいので、ユーザのアイコン選択を容易にする。アイコンの選択を解除するために、ユーザは、指５１２を検出面２７０の現在位置から平行移動させる。これにより、強調表示は消えるように、カーソルは選択解除されたアイコンの外側の新しい位置に再び現れるように促される。アイコンを選択する場合、指５１２が検出面２７２に入ったことをセンサ３１６が検出すると（動作１０３７）、選択されたアイコンが作動する（動作１０３８）。

図３４を参照すると、これは、本発明の一実施形態による、非接触光学式タッチスクリーンシステム用の第２のユーザインタフェースを説明するフローチャートである。図３４の方法は、ただ１つのセンサとただ１つの検出面、すなわち、センサ３１５と検出面２７０とを使用する点で、図３３の方法と異なる。システムが起動した（動作１０４０）後、センサ３１５は、検出面２７０をポーリングして、物体が検出面に入ったかどうかを確認する（動作１０４１）。ｙｅｓの場合、プロセスは続いて、物体がディスプレイ５１４上のアイコンの何れかに対応する検出面２７０内の位置にあるかどうかを決定する（動作１０４２）。ｙｅｓの場合、そのアイコンが選択され（動作１０４３）、そうでない場合、ディスプレイは、検出面２７０内の物体の位置に対応する位置で、ディスプレイ上にカーソルを表示する（動作１０４４）。このカーソル（動作１０４３）か選択されたアイコンの視覚的表示（動作１０４４）の何れかの出現は、ユーザが検出面２７０と現在相互作用している、ひいては表示されたＧＵＩと相互作用していることをユーザに示す。従って、カーソルがディスプレイに表示される場合に、その後で指が検出面２７０から取り除かれたならば、カーソルが消える（動作１０４６から動作１０４１に戻る）。指が検出面２７０内で移動する際に、ディスプレイは、ディスプレイ上のアイコン間の対応する位置にカーソルをレンダリングするか、選択されたアイコンを強調表示するかの何れかで反応する。アイコンが選択されたときにカーソルが消え、代わりに選択されたアイコンが強調表示されるということは、ユーザにとって直感的である。これは、カーソルがアイコンに近づくにつれて、カーソルがアイコンに引き付けられるように見える、例えば、円がアイコンに引き寄せられて、強調表示されたアイコンに溶け込むというアニメーションがあると、更に強化される。このアニメーションもまた、そのアイコンを選択するためにはカーソルがアイコンに近づけばよいので、ユーザのアイコン選択を容易にする。アイコンの選択を解除するために、ユーザは、指５１２を検出面２７０の現在位置から平行移動させる。これにより、強調表示は消えるように、カーソルは選択解除されたアイコンの外側の新しい位置に再び現れるように促される（動作１０４５から動作１０４２へ、動作１０４４へと進む）。選択されたアイコンを作動させるために、ユーザは、指５１２を検出面２７０内のアイコン位置から平行移動させる（動作１０４７）。

本発明の特定の実施形態では、ディスプレイ５１４は、ディスプレイの映り込み、例えばヘッドアップディスプレイに置き換えられ、反射面は検出面２７０から離して置かれる。

本発明の特定の実施形態では、検出面２７０は、平面２７０の対向する縁にエミッタ及び検出器を有する光学センサによって作り出される。本発明の他の実施形態では、２つの検出面２７０及び２７２は、平面２７０及び２７２の対向する縁にエミッタ及び検出器を有する２つの積層型センサによって作り出される。１又は２以上の検出面の対向縁にエミッタ及び検出器を有する光学センサは、米国特許第８４１６２１７号に記載されており、これにより、その内容は参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明の特定の実施形態では、ユーザが入力しているデータを他者が見るのを阻止するフード又はボックスでディスプレイが覆われる、個人的なＰＩＮ又は他の極秘データを入力するためのインタフェースが提供される。この場合、フード又はボックスの開口部は、検出面の対向縁にエミッタ及び検出器を有する光学センサを収容するための、検出面２７０を囲むフレームを提供する。このフードの遠端にある傾斜した又は勾配のある反射面が、このフード付き入力システムのユーザが見るディスプレイである場合、ユーザは、遠位の傾斜したディスプレイ表面に触れる必要がないことを直感的に理解する。これにより、フード開口部付近の検出面との相互作用が、ユーザにとって直感的なものとなる。

他の実施形態では、ＧＵＩ要素、例えば、階を選択するためのエレベータ内の番号付きボタン又は自動販売機の商品名を表すものを備えたホログラフが、空中で生成される。センサは、ホログラフと同一平面上にある検出面を作り出すように構成され、ユーザは、表面が触れられないことを除いて、標準的なボタンインタフェースとしてホログラフと相互作用することができる。検出面と同一平面上のホログラフを有するシステムは、米国特許第１０２８２０３４号に記載され、その中で少なくとも図４０に示されている。

他の実施形態では、エレベータキーパッドなどの物理的ボタンキーパッド、或いは自動販売機の商品ボタン又は印刷された選択オプションが、非接触のボタン選択を可能にするために、上記で論じた検出面２７０の背後に距離を置いて提供される。一部の実施形態では、検出面は、キーパッドの上方３０ｍｍの距離に位置する。選択されたボタンは、押された場合に、従来のボタンと同様に強調表示される。この事例では、ボタンの特定の１つに対応する検出面２７０の位置に指５１２を挿入するだけで、そのボタンが作動する。

前述の明細書において、本発明をその特定の例示的な実施形態に関連して説明した。しかしながら、本発明のより幅広い趣旨及び範囲から逸脱することなく、特定の例示的な実施形態に対して様々な修正及び変更が可能であることは明らかであろう。例えば、レーダ、カメラ、飛行時間型カメラ及び容量センサなどの技術を、上記に論じた光学センサの代わりに使用することができる。従って、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で見るべきである。

１０１－１０７ 光検出器
１５０－１５５ 光エミッタ
２００ 光ビーム
２５０－２５２ 視野角
３００ プロセッサ
３５０ ホットスポット
３５１ 近接センサ
４００－４０１ レンズ
４０９ レンズアレイ

Claims (29)

1. 近接センサであって、
   回路基板と、
   少なくとも１つのレンズと、
   前記少なくとも１つのレンズを前記回路基板の上方に懸架する支持構造と、
   前記回路基板上に取り付けられた複数の光エミッタであって、前記各エミッタは、作動すると、共通投射面に沿って前記少なくとも１つのレンズを通して光ビームを投射するように動作可能である複数の光エミッタと、
   前記回路基板上に取り付けられた複数の光検出器であって、前記各検出器は、作動すると、前記少なくとも１つのレンズを通って前記検出器に到達する光の量を検出するように動作可能であり、前記少なくとも１つのレンズの上方にある前記投射面に位置する反射物が、前記反射物に投射された光をエミッタから前記検出器の内の１又は２以上の検出器に反射し、前記エミッタの内の１つのエミッタと前記検出器の内の１つの検出器とを備える各エミッタ－検出器ペアは、同期して作動すると、前記反射物が前記エミッタ－検出器ペアに対応する前記投射面内の特定の２Ｄ位置に位置するときに、他の検出器も前記エミッタの内の何れかと同期して作動したとしても、前記作動した検出器において前記他の検出器よりも大きな検出信号を生成すると予期される、複数の光検出器と、
   前記エミッタ及び前記検出器に接続されたプロセッサであって、前記各エミッタを順次に作動させて前記検出器の内の１又は２以上の検出器を同期して同時作動させ、並びに同期して同時作動した前記各エミッタ－検出器ペアの前記検出器によって検出された光の量に基づいて、前記少なくとも１つのレンズの上方で前記反射物によって行われるジェスチャを識別するように構成されたプロセッサと、
   を備える近接センサ。
2. 前記少なくとも１つのレンズは、光を２次元でコリメートするように構成される、請求項１に記載の近接センサ。
3. 前記少なくとも１つのレンズは、２枚重ねレンズを備える、請求項１に記載の近接センサ。
4. 前記２枚重ねレンズは、押出加工の円柱レンズとフレネルレンズアレイとを備える、請求項３に記載の近接センサ。
5. 前記押出加工の円柱レンズは、前記フレネルレンズアレイと前記回路基板との間に位置決めされる、請求項４に記載の近接センサ。
6. 前記押出加工の円柱レンズは、センサに対する支持構造として機能する、請求項４に記載の近接センサ。
7. 前記プロセッサは更に、同期して作動した複数のエミッタ－検出器ペアの各検出器によって検出された光の量を前記エミッタ－検出器ペアに対応する特定の２Ｄ位置に割り当てることに基づいて、画素値を有する画素像を生成し、前記生成された画素像を参照物体形状と相関させることによって、前記反射物の形状を識別するように構成される、請求項１に記載の近接センサ。
8. 赤外光に対して透明な気密封止されたプラスチックに収容される、請求項１～７の内の何れか１項に記載の近接センサ。
9. 前記プラスチックに収容された電源と無線通信モジュールとを更に備える、請求項８に記載の近接センサ。
10. 前記電源を充電するために、前記プラスチックに収容された無線充電モジュールを更に備える、請求項９に記載の近接センサ。
11. 前記プロセッサは、画素像の時系列を相関させることによって、前記反射物によって行われるジェスチャを識別するように構成され、前記各画素像は、同期して作動した前記各エミッタ－検出器ペアの前記検出器によって検出された光の量を前記エミッタ－検出器ペアに対応する特定の２Ｄ位置に割り当てることに基づいた画素値を備える、請求項１に記載の近接センサ。
12. 前記プロセッサは、
    成分が前記エミッタに対応する第１ベクトルであって、前記成分は、各エミッタについて、当該エミッタを有する同期して作動した前記各エミッタ－検出器ペアの前記検出器によって検出された光の量に対応する値の合計を備える第１ベクトルと、
    成分が前記センサからの距離に対応する第２ベクトルであって、前記成分は、対応する特定の２Ｄ位置が前記センサから同じ距離である同期して作動した前記各エミッタ－検出器ペアの前記検出器によって検出された光の量に対応する値の合計を備える第２ベクトルと、
    を生成するように構成され、
    前記プロセッサは更に、
    前記第１ベクトルに基づいて、前記投射面の第１次元に沿う前記反射物の動き、速度、サイズ及び位置と、
    前記第２ベクトルに基づいて、前記投射面の第２次元に沿う前記反射物の動き、速度、サイズ及び位置と、
    を計算するように構成される、請求項１に記載の近接センサ。
13. 前記少なくとも１つのレンズは、前記複数の光エミッタからの光ビームを前記共通投射面に沿って非平行、非交差の方向へファンアウトする、請求項１に記載の近接センサ。
14. ディスプレイと、
    請求項１に記載の近接センサと、
    を備える電子デバイスであって、
    前記近接センサの前記少なくとも１つのレンズは、前記近接センサの前記光エミッタからの各光ビームを前記ディスプレイから上向きに離れる方向へ投射するように構成され、
    前記近接センサは、前記ディスプレイと対向する反射物によって行われる空中ジェスチャを検出するように構成され、
    前記デバイスが、携帯電話、タブレットコンピュータ、コネクテッドホームデバイス、並びに車両における環境制御機能、オーディオ機能、照明機能又は快適制御機能を設定するための車両搭載制御センタからなる群に属する、
    電子デバイス。
15. 部屋又は車室内の温度を調節するサーモスタットと通信し、前記検出された空中ジェスチャに応じて前記サーモスタットの設定を変更するように構成される、請求項１４に記載の電子デバイス。
16. 近接センサであって、
    回路基板と、
    少なくとも１つのレンズと、
    前記少なくとも１つのレンズを前記回路基板の上方に懸架する支持構造と、
    前記回路基板上に取り付けられ、第１の平面曲線に沿って配置された複数の光エミッタであって、前記各エミッタは、作動すると、前記少なくとも１つのレンズを通って検出体積を通るように光ビームを投射するように動作可能である複数の光エミッタと、
    前記回路基板上に取り付けられ、第２の平面曲線に沿って配置された複数の光検出器であって、前記各検出器は、作動すると、前記少なくとも１つのレンズを通って前記検出器に到達する光の量を検出するように動作可能であり、前記少なくとも１つのレンズの上方にある前記検出体積に位置する反射物が、前記反射物に投射された光をエミッタから前記検出器の内の１又は２以上の検出器に反射し、前記エミッタの内の１つのエミッタと前記検出器の内の１つの検出器とを含む各エミッタ－検出器ペアは、同期して作動すると、前記反射物が前記エミッタ－検出器ペアに対応する前記検出体積内の特定の３Ｄ位置に位置するときに、他の検出器も前記エミッタの内の何れかと同期して作動したとしても、前記作動した検出器において、他の検出器よりも大きな検出信号を生成すると予期される、複数の光検出器と、
    前記エミッタ及び前記検出器に接続されたプロセッサであって、前記各エミッタを順次に作動させて前記検出器の内の１又は２以上の検出器を同期して同時作動させ、並びに同期して同時作動した各エミッタ－検出器ペアの前記検出器によって検出された光の量に基づいて、前記少なくとも１つのレンズの上方で前記反射物によって行われるジェスチャを識別するように構成されたプロセッサと、
    を備える近接センサ。
17. 前記第１及び第２の平面曲線は閉じている、請求項１６に記載の近接センサ。
18. 前記第１及び第２の平面曲線は開いている、請求項１６に記載の近接センサ。
19. 前記エミッタ及び前記検出器は、単一の平面曲線に沿って交互配置される、請求項１６に記載の近接センサ。
20. 前記少なくとも１つのレンズは、第２の次元で光をコリメートするように構成された押出加工の円柱レンズの上方に、第１の次元で光をコリメートするように構成されたフレネルレンズアレイを備える、請求項１６に記載の近接センサ。
21. ユーザインタフェースデバイスであって、
    ディスプレイと、
    前記ディスプレイ上にユーザインタフェースをレンダリングし、前記ディスプレイ上の位置で行われたと報告されたタッチジェスチャに応答するように動作可能なコンピュータと、
    前記ディスプレイの対向縁に沿って取り付けられた１対のセンサであって、
    前記各センサが、
    前記ディスプレイの上面の上方を横切る平面内に光ビームを投射するように動作可能な複数の光エミッタであって、前記平面内の位置が前記ディスプレイ内の位置に対応する複数の光エミッタと、
    前記平面内に挿入された物体によって反射された前記投射光ビームの量を検出するように動作可能な複数の光検出器と、
    前記複数のエミッタ及び前記検出器の内の個々のエミッタ及び検出器を同時に作動させるように、並びに、前記検出器からの出力に基づいて前記平面内の前記物体の位置を計算するように動作可能な制御ユニットと、を備える１対のセンサと、
    前記計算された物体位置を前記センサから受け取るプロセッサであって、
    前記センサ対の内の１つから受け取った、前記センサ対の他方によって放出された光の検出によって生成された物体位置を取り除き、
    取り除かれなかった前記物体位置の加重和に基づいて、出力位置を計算し、
    前の出力位置に基づいて、前記出力位置を時間的にフィルタ処理し、
    前記時間的にフィルタ処理された出力位置を前記ディスプレイ上のタッチ位置として前記コンピュータに報告する、ように構成されたプロセッサと、
    を備えるユーザインタフェースデバイス。
22. 前記プロセッサは、前記物体に対するデータ構造を生成し、前記データ構造は、前記物体位置座標と、ＤＯＷＮ ＰＥＮＤＩＮＧ、ＤＯＷＮ、ＭＯＶＥ、ＵＰ ＰＥＮＤＩＮＧ、及びＵＰという群に属するタッチ状態とを備え、
    前記プロセッサは、
    前記物体が最初に前記センサ対によって検出された場合に、前記ＤＯＷＮ ＰＥＮＤＩＮＧ状態を前記データ構造に割り当て、
    前記物体が前記最初の検出の後で前記センサ対によって更に検出され、前記位置座標が前の検出座標と同じである場合に、前記ＤＯＷＮ状態を前記データ構造に割り当て、
    前記物体が前記最初の検出の後で前記センサ対によって更に検出され、前記位置座標が前の検出座標と異なる場合に、前記ＭＯＶＥ状態を前記データ構造に割り当て、
    前記物体が初めて前記センサ対によって検出されなくなった場合に、前記ＵＰ ＰＥＮＤＩＮＧ状態を前記データ構造に割り当て、並びに
    前記物体が前記センサ対によって検出されず、前記データ構造状態がＵＰ ＰＥＮＤＩＮＧである場合に、前記ＵＰ状態を前記データ構造に割り当てる、
    請求項２１に記載のユーザインタフェースデバイス。
23. 前記ディスプレイは矩形であり、前記センサ対は、前記ディスプレイの短縁に沿って取り付けられる、
    請求項２１に記載のユーザインタフェースデバイス。
24. 前記センサ対は、前記各センサについて、前記平面が前記ディスプレイの前記上面の少なくとも３０ｍｍ上方にあって、前記ディスプレイの前記上面の少なくとも３０ｍｍ上方で行われる空中ジェスチャに基づいて前記コンピュータに入力を与える態様で取り付けられる、請求項２１に記載のユーザインタフェースデバイス。
25. 前記センサ対を２つ備え、各センサ対が、前記ディスプレイの前記上面の異なる部分を横切って光ビームを投射する、請求項２１に記載のユーザインタフェースデバイス。
26. 非接触型ユーザインタフェースシステムであって、
    複数のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）要素を内部位置でレンダリングするディスプレイと、
    前記ディスプレイの上方を横切る検出面内における前記検出面内に挿入された物体の座標を特定するように構成されたセンサであって、前記検出面内の座標が前記ディスプレイ内の位置に対応する、センサと、
    前記センサによって特定された前記検出面内の前記座標が、前記ＧＵＩ要素の何れかが位置する前記ディスプレイ内の位置に対応しない場合に、前記ディスプレイにカーソルをレンダリングさせ、並びに前記センサによって特定された前記検出面内の前記座標が、前記ＧＵＩ要素の何れかが位置する前記ディスプレイ内の位置に対応する場合に、前記レンダリングされたカーソルを消去するようにするプロセッサと、
    を備える非接触型ユーザインタフェースシステム。
27. 前記プロセッサは更に、前記物体が前記検出面から取り除かれたことを前記センサが検出した場合に、前記ディスプレイに対して、前記レンダリングされたカーソルを消去するようにさせる、請求項２６に記載の非接触型ユーザインタフェースシステム。
28. 前記センサによって特定された前記検出面内の前記座標が、前記ＧＵＩ要素の内の１つが位置する前記ディスプレイ内の位置に対応するときに、前記プロセッサは、前記物体が前記検出面から取り除かれたことを引き続き前記センサが検出したときに、前記１つのＧＵＩ要素によって表される入力を登録する、請求項２７に記載の非接触型ユーザインタフェースシステム。
29. 作動すると前記物体を照明するように構成された、前記ディスプレイから分離された可視光エミッタを更に備え、前記可視光エミッタは、前記検出面に挿入された前記物体を前記センサが検出することに応答して、前記プロセッサによって作動される、請求項２６に記載の非接触型ユーザインタフェースシステム。

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