JP5116754B2

JP5116754B2 - 光学式検出装置および電子機器

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Publication number: JP5116754B2
Application number: JP2009280631A
Authority: JP
Inventors: 秀夫和田; 陽史山口; 勝久保
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Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2013-01-09
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Description

この発明は、光学式検出装置および電子機器に関し、詳しくは、測定対象物の空間位置情報を検出したり、その空間位置情報の時間変化を測定することにより測定対象物の移動情報を検出したりすることが可能な光学式検出装置に関する。また、この発明の光学式検出装置は、非接触で電子機器を操作する際のコントロールデバイスとして用いると好適であり、例えば光学式検出装置が人のいる位置を検出して、人に対して最適な動作状態に調整する映像機器,音響機器,空調機器などの電子機器や、光学式検出装置が手の動きを検出して、カーナビゲーション装置,モバイル機器,調理家電機器などを操作する非接触モーションコントローラを搭載した電子機器に関する。

家電製品などの電子機器を制御する手段として、スイッチやボタン、タッチパッド、マウス、リモートコントローラ(以下、リモコンという)など数多くの方式が採用されている。スイッチやボタンなどを用いた接触方式による操作は、操作者が電子機器のところまで移動する必要があるという欠点がある。また、リモコンなどを用いた非接触方式においても、リモコン送信機が必要であるなど、特にＡＶ(Audio Visual：オーディオ・ビジュアル)機器等においては操作前にリモコン送信機を探す必要があったり、調理機器においては手が汚れているときは手洗いをする必要があったり、カーナビゲーション機器においては運転者がリモコン操作をすることに非常に高い危険性を有したりするなどの様々な不便さや欠点がある。さらに、タッチパッドやマウスも電子機器を操作するための機器であり、上述のようないずれかの不便さを有している。このような課題に対して、非接触で人や手の動きを検出して電子機器を制御する技術が提案されている。

例えば、特許文献１(特開２００４−７８９７７号公報)、特許文献２(特開２００７−１６４８１４号公報)、特許文献３(特開２００８−２５０７７４号公報)では、手を撮像し、その形状や動きで機器を制御する方式が提案されている。また、特許文献４(特開２００６−９９７４９号公報)では、距離画像を利用して広角に撮像した距離情報付の画像から特徴となる画像(例えば手)を抽出し、距離と画像から操作者の動きを検出する方式が提案されている。さらに、特許文献５(特開２００６−２６０５７４号公報)では、基準画像を撮像して、次の撮像データと比較することにより移動量を求める光ナビゲーション方式が提案されている。

しかしながら、上記特許文献１〜３では、撮像された被写体が手であることを認識するための画像認識処理や、手の動きを解析する画像信号処理を行う必要があり、多様なパターンに対応するために高度な信号処理システムを必要とするので、電子機器を制御するためのコントロールデバイスとして高価なものになってしまう。

また、上記特許文献４では、画像に距離情報を付して認識を高めることは可能であるが、個々の画素に対する距離情報を測定するためにＴＯＦ(time of flight)方式を採用しているが、光の往復時間を測定するために非常に高速の信号処理回路を必要とするばかりでなく、個々の画素に対して十分なＳＮＲ(Signal to Noise ratio：Ｓ／Ｎ比)が得られるようにするために高出力の発光源が必要不可欠である。さらには、上記特許文献１〜３と同様に画像信号処理も必要であり、電子機器を制御するためのデバイスとして大型かつ高価なシステムとなってしまう。

また、上記特許文献５では、画像比較により移動量を抽出するため画像信号処理が必要であるという点において、上記特許文献１〜３と同様に高価なものになってしまう。

特開２００４−７８９７７号公報特開２００７−１６４８１４号公報特開２００８−２５０７７４号公報特開２００６−９９７４９号公報特開２００６−２６０５７４号公報

そこで、この発明の課題は、複雑な画像信号処理回路なしに簡単な構成で手などの人の動きを容易に検出できる小型で安価な光学式検出装置を提供することにある。

また、この発明のもう１つの課題は、上記光学式検出装置を搭載することにより、非接触で操作可能な電子機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の光学式検出装置は、
発光素子と、
上記発光素子から出射された光束を測定対象物に照射する照射光学系と、
上記測定対象物からの反射光を集光する反射光光学系と、
上記反射光光学系により集光された上記測定対象物からの反射光を検出する受光素子と、
上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理部と
を備え、
上記受光素子は、上記測定対象物からの反射光の強度分布を検出するエリアセンサであって、
上記信号処理部は、
上記発光素子から出射された光束の光軸をｚ軸とし、上記ｚ軸に直交しかつ上記発光素子と上記受光素子とを結ぶ直線方向に沿った直線をｘ軸とし、上記ｚ軸と上記ｘ軸との交点を通りかつ上記ｚ軸および上記ｘ軸に直交する直線をｙ軸とし、上記ｘ軸と上記ｙ軸を含む平面をｘｙ座標平面とするとき、上記受光素子からの上記受光信号に基づいて、上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度または上記受光素子上の光スポットの重心位置の少なくとも一方から上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出すると共に、
上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方の所定時間前後の差に基づいて、上記測定対象物の移動方向または移動速度の少なくとも一方を検出することを特徴とする。

上記構成によれば、発光素子から出射された光束を照射光学系により測定対象物に照射し、その測定対象物からの反射光を反射光光学系により集光して受光素子上に光スポットを形成し、その光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度または光スポットの重心位置の少なくとも一方からｘｙ座標平面上の測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出するので、複雑な画像信号処理回路を必要とせず簡便な処理で測定対象物の位置情報を検出できる。したがって、複雑な画像信号処理回路なしに簡単な構成で手などの人の動きを容易に検出できる小型で安価な光学式検出装置を実現できる。

また、信号処理部により、受光素子からの受光信号に基づいて受光素子上の光スポット形状の微分波形を演算し、その微分波形の正と負のピーク強度から測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部で測定対象物の位置情報を検出できる。
また、信号処理部により、受光素子上の光スポット位置を表す光スポットの重心位置から測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部で測定対象物の位置情報を検出できる。
さらに、信号処理部により、ｘｙ座標平面上の測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方の所定時間前後の差に基づいて、測定対象物の移動方向または移動速度の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部により測定対象物の移動情報を検出することが可能となる。
また、この発明の光学式検出装置は、
発光素子と、
上記発光素子から出射された光束を測定対象物に照射する照射光学系と、
上記測定対象物からの反射光を集光する反射光光学系と、
上記反射光光学系により集光された上記測定対象物からの反射光を検出する受光素子と、
上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理部と
を備え、
上記受光素子は、上記測定対象物からの反射光の強度分布を検出するラインセンサであって、
上記信号処理部は、
上記発光素子から出射された光束の光軸をｚ軸とし、上記ｚ軸に直交しかつ上記発光素子と上記受光素子とを結ぶ直線方向に沿った直線をｘ軸とし、上記ｚ軸と上記ｘ軸との交点を通りかつ上記ｚ軸および上記ｘ軸に直交する直線をｙ軸とし、上記ｘ軸と上記ｙ軸を含む平面をｘｙ座標平面とするとき、上記受光素子からの上記受光信号に基づいて、上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度または上記受光素子上の光スポットの重心位置の少なくとも一方から上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方を検出すると共に、
上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方の所定時間前後の差に基づいて、上記測定対象物の移動方向または移動速度の少なくとも一方を検出することを特徴とする。
上記構成によれば、発光素子から出射された光束を照射光学系により測定対象物に照射し、その測定対象物からの反射光を反射光光学系により集光して受光素子上に光スポットを形成し、その光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度または光スポットの重心位置の少なくとも一方からｘｙ座標平面上の測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方を検出するので、複雑な画像信号処理回路を必要とせず簡便な処理で測定対象物の位置情報を検出できる。したがって、複雑な画像信号処理回路なしに簡単な構成で手などの人の動きを容易に検出できる小型で安価な光学式検出装置を実現できる。
また、信号処理部により、受光素子からの受光信号に基づいて受光素子上の光スポット形状の微分波形を演算し、その微分波形の正と負のピーク強度から測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方を検出することによって、簡便な信号処理部で測定対象物の位置情報を検出できる。
また、信号処理部により、受光素子上の光スポット位置を表す光スポットの重心位置から測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標を検出することによって、簡便な信号処理部で測定対象物の位置情報を検出できる。
さらに、信号処理部により、ｘｙ座標平面上の測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の所定時間前後の差に基づいて、測定対象物の移動方向または移動速度の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部により測定対象物の移動情報を検出することが可能となる。

また、一実施形態の光学式検出装置では、
上記受光素子が上記エリアセンサであるときは、上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形のゼロクロス位置から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出し、
上記受光素子が上記ラインセンサであるときは、上記微分波形のゼロクロス位置から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方を検出する。

上記実施形態によれば、受光素子がエリアセンサであるときは、信号処理部により、受光素子上の光スポット位置を表す光スポット形状の微分波形のゼロクロス位置から測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部で測定対象物の位置情報を検出できる。また、受光素子がラインセンサであるときは、信号処理部により、受光素子上の光スポット位置を表す光スポット形状の微分波形のゼロクロス位置から測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方を検出することによって、簡便な信号処理部で測定対象物の位置情報を検出できる。

また、一実施形態の光学式検出装置では、
上記受光素子は、複数の画素が行方向と列方向に格子状に配列されたエリアセンサであり、
上記エリアセンサの配列された複数の画素の行方向は、上記ｘ軸に平行であり、上記エリアセンサの配列された複数の画素の列方向は、上記ｙ軸に平行であり、
上記信号処理部は、
上記ｘ軸に平行な行毎に、その行の画素上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形を演算し、その微分波形の正と負のピーク強度から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標を検出する微分波形演算か、または、その行の画素上の光スポットの重心位置から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標を検出する重心位置演算の少なくとも一方を行うと共に、
上記ｙ軸に平行な列毎に、その列の画素上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形を演算し、その微分波形の正と負のピーク強度から上記測定対象物の概略位置を表すｙ座標を検出する微分波形演算か、または、その列の画素上の光スポットの重心位置から上記測定対象物の概略位置を表すｙ座標を検出する重心位置演算の少なくとも一方を行う。

上記実施形態によれば、エリアセンサの行方向と列方向において、上記微分波形演算または上記重心位置演算を行うことにより、測定対象物の概略位置を表す２次元座標(ｘｙ座標)を検出することができ、簡便な信号処理部で２次元座標を検出可能な光学式検出装置を提供することができる。

また、一実施形態の光学式検出装置では、
上記信号処理部は、
上記発光素子から出射された発光光束全体が上記測定対象物に照射されるとき、上記受光素子上の光スポット位置から三角測量法を用いて上記測定対象物の上記ｚ軸方向のｚ座標を検出する。

上記実施形態によれば、発光素子から出射された発光光束全体が測定対象物に照射されるとき、受光素子上のスポット位置より三角測量法に基づいて、信号処理部により測定対象物のｚ軸方向のｚ座標すなわち測定対象物までの距離を検出するので、簡便な信号処理部で測定対象物の概略位置を表す３次元座標(ｘｙｚ座標)を検出することが可能になる。

また、一実施形態の光学式検出装置では、
上記信号処理部は、
上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度が略同一であるときに、上記受光素子上の光スポット位置から三角測量法を用いて上記測定対象物の上記ｚ軸方向のｚ座標を検出する。

上記実施形態によれば、信号処理部により、受光素子上の光スポットを表す光強度分布の空間微分波形の正と負のピーク強度が略同一の強度であるときに測定対象物のｚ軸方向のｚ座標すなわち測定対象物までの距離の検出を許可するようにしているので、三角測量法による測距の誤検出を防止することができる。

また、この発明の電子機器では、
上記光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、光学式検出装置により人の手などの測定対象物の位置を認識することができるので、その手の動きに対して電子機器本体の運転状態を制御することが可能になる。これにより、電子機器を非接触で操作可能となる。

また、この発明の電子機器では、
上記光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の移動情報により電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、光学式検出装置により、発光素子から出射された光束が測定対象物に照射されて形成される光スポット像から、測定対象物の位置情報を検出すると共に、その位置情報の所定時間前後の差より測定対象物の移動情報を算出する。そして、光学式検出装置により得られた測定対象物の移動情報によって、制御装置により電子機器本体の動作状態を制御する。これにより、手の動作等を光学式検出装置が検出し、非接触で電子機器に触れずに電子機器の動作状態を調整できるので、手が汚れている場合でも電子機器を制御することが可能となる。

また、この発明の電子機器では、
上記光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記測定対象物の予め決められた状態が一定時間連続したと判別すると、上記電子機器本体の動作状態を制御することが許可され、
上記電子機器本体の動作状態を制御することが許可されたとき、上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記電子機器本体の動作状態を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、光学式検出装置により検出された測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、制御装置は、測定対象物の予め決められた状態が一定時間連続したと判別すると、電子機器本体の動作状態を制御することが許可される。そして、上記電子機器本体の動作状態を制御することが許可されたとき、光学式検出装置により検出された測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、制御装置は、電子機器本体の動作状態を制御する。これにより、測定対象物の予め設定された状態が一定時間連続したと判別されたときに電子機器本体の動作状態を制御する機能を許可するので、意図せず光学式検出装置の検出領域に測定対象物が入ったときでも電子機器の動作状態を変更することはないので、誤動作を防ぐことができる。

また、この発明の電子機器では、
上記光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記電子機器本体の動作状態についての設定を行った後、上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記測定対象物の予め決められた状態が一定時間連続したと判別すると、上記設定された電子機器本体の動作状態について制御を実行することを特徴とする。

上記構成によれば、光学式検出装置により検出された測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、制御装置により、電子機器本体の動作状態についての設定を行った後、光学式検出装置により検出された測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、測定対象物の予め決められた状態が一定時間連続したと判別すると、上記設定された電子機器本体の動作状態について制御を実行する。これによって、意図せずに光学式検出装置の検出領域に測定対象物が入ったときでも、電子機器の動作状態を変更することはないので、誤動作を防ぐことができる。さらに、操作者が動作をやり直す場合や連続動作を行う場合に、動作毎に機器の制御モードをアクティブにする必要がないので、使い勝手をよくすることができる。

また、この発明の電子機器では、
上記光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備え、
上記光学式検出装置は、
出射光軸または受光軸をｚ軸とし、上記ｚ軸に直交しかつ上記出射光軸と上記受光軸とを含む平面に沿った直線をｘ軸とし、上記ｚ軸と上記ｘ軸との交点を通りかつ上記ｚ軸および上記ｘ軸に直交する直線をｙ軸とし、上記ｘ軸と上記ｙ軸を含む平面をｘｙ座標平面とするとき、上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標とｙ座標および上記ｚ軸方向のｚ座標を上記位置情報として検出すると共に、
上記制御装置は、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標とｙ座標に基づいて、上記ｘｙ座標平面に沿って上記測定対象物が移動したと判別すると、上記電子機器本体を制御するための複数の動作状態についてのメニューを順送りして選択すると共に、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物のｚ座標に基づいて、上記測定対象物までの距離が予め決定された条件で変化したと判別すると、上記メニューから選択された動作状態について制御を実行することを特徴とする。

上記構成によれば、測定対象物をｘｙ座標平面に沿って移動させることにより、光学式検出装置により検出された測定対象物の概略位置を表すｘ座標とｙ座標に基づいて、制御装置により、電子機器本体を制御するための複数の動作状態についてのメニューを順送りして所望の機能を選択し、光学式検出装置により検出された測定対象物のｚ座標に基づいて、測定対象物までの距離が予め決定された条件で変化したと判別すると、上記メニューから選択された動作状態について制御を実行する。これによって、非接触で所望の機能を効果的に選択して実行することが可能となる。

以上より明らかなように、この発明の光学式検出装置によれば、複雑な画像信号処理回路なしに簡単な構成で手などの人の動きを容易に検出できる小型で安価な光学式検出装置を実現することができる。

また、この発明の電子機器によれば、上記光学式検出装置を搭載することにより、非接触で操作可能な電子機器を実現することができる。

図１はこの発明の第１実施形態の光学式検出装置の構成を示す断面図である。図２は上記光学式検出装置の概略構成を示す模式図である。図３は上記光学式検出装置で検出される光スポットの状態を説明する図である。図４は上記光学式検出装置における各信号処理方法を説明する図である。図５Ａは上記光学式検出装置の任意の測定対象物を任意の速度で光位置検出装置の前方を横切らせたときの光スポットプロファイルの時間依存性を示す図である。図５Ｂは図５Ａに示す光スポットプロファイルの微分プロファイル(空間微分波形)を示す図である。図６は図５Ｂの正のピークと負のピークの差和比の時間依存性を示す図である。図７は上記光学式検出装置のスポット位置を利用した位置情報特性図である。図８Ａは上記光学式検出装置のエラー検出の原理を説明する図である。図８Ｂは光スポットプロファイルと微分プロファイルを示す図である。図８Ｃは上記光学式検出装置の前方の手の動きで機器を制御する場合を示す図である。図９は上記光学式検出装置に要求される条件を説明するための図である。図１０はこの発明の第２実施形態の光学式検出装置の２次元座標検出を説明する図である。図１１は上記光学式検出装置の２次元座標検出の一例を示す図である。図１２は上記光学式検出装置の２次元座標検出の光スポットの例を示す図である。図１３は上記光学式検出装置の行(列)積算による信号積算を説明する図である。

図１４はこの発明の第３実施形態の光学式検出装置の概略構成を示す模式図である。図１５は上記光学式検出装置のz座標検出時の条件を説明する図である。図１６Ａはこの発明の第４実施形態の光学式検出装置が搭載された電子機器の一例としてのテレビ受像機を示す図である。図１６Ｂはこの発明の第４実施形態の光学式検出装置が搭載された電子機器の一例としての空気調和機を示す図である。図１７はこの発明の第５実施形態の電子機器の一例としてのシステムキッチンを説明する図である。図１８は上記電子機器の別の使用状態を説明する図である。図１９Ａはこの発明の第６実施形態の電子機器の使用状態を説明する図である。図１９Ｂは上記電子機器の使用状態を説明する図である。図１９Ｃは上記電子機器の使用状態を説明する図である。

この発明は、非接触で機器の多様な制御をすることはできないが、比較的簡素な制御を行うコントロールデバイスを提供することを目的としており、画像認識等の複雑な画像信号処理回路を必要とせず、簡素な構成で電子機器を制御できる安価で小型の光学式検出装置を提供する。

以下、この発明の光学式検出装置およびそれを備えた電子機器を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の光学式検出装置の構成を示す断面図である。この第１実施形態の光学式検出装置１０は、図１に示すように、基板１上に所定の間隔をあけて搭載された発光素子２および受光素子３と、上記発光素子２を覆うように透光性樹脂でモールドされた透光性樹脂部４と、上記受光素子３を覆うように透光性樹脂でモールドされた透光性樹脂部５とを備えている。上記透光性樹脂部４に、発光素子２から発光光束が出射する照射光学系の一例としての発光レンズ部４aを形成している。また、上記透光性樹脂部５は、反射光が入射する反射光光学系の一例としての受光レンズ部５aを形成している。さらに、上記光学式検出装置１０は、発光レンズ部４aと受光レンズ部５aを除く透光性樹脂部４,５の外側を覆うように遮光性樹脂でモールドされた遮光性樹脂部６を備えている。

また、図２は上記光学式検出装置１０の概略構成を示す模式図である。この光学式検出装置１０では、発光素子２にＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)が用いられ、受光素子３にイメージセンサが用いられている。信号処理部７からドライバ８に発光信号が入力され、発光素子２であるＬＥＤが所定のパルス条件で発光する。発光素子２から出射した光は発光レンズ部４aにより絞られ、測定対象物２０に照射される。そして、測定対象物２０で反射した光は受光レンズ部５aにより集光されて、受光素子３であるイメージセンサ上に光スポットを形成する。受光素子３は、光スポットの強度分布を検出し、受光素子３から光スポットの強度分布を表す受光信号が信号処理部７に入力される。

なお、図１や図２はこの発明の光学式検出装置の概略構成を示すものであり、例えば図１で透光性樹脂部に発光レンズ部や受光レンズ部は必ずしも形成されている必要はなく、例えばレンズホルダ等により発光レンズ部や受光レンズ部を基板に装着してもよく、図２に示す概略構成を実現できるものであればよい。同様に、図２では、受光素子３として２次元分布を検出できるイメージセンサ(エリアセンサ)を用いたが、画素が１次元方向にのみ配列されたラインセンサを用いてもよい。

次に、信号処理部７に入力された光スポットの強度分布を表す受光信号の処理について詳細に説明する。

(第１の位置演算方法)
図３は発光光束から任意の距離だけ離れた位置で測定対象物Ｈ(この実施の形態では人の手)が横切るときの各時刻における測定対象物Ｈと光スポットの状態を示している。図３の上段が受光素子３(イメージセンサ)上に光スポットが照射されるエリアを示しており、図３の下段が光学式検出装置１０の発光光束と測定対象物Ｈの位置関係を示している。

図３の左側より、初期状態は時刻ｔ(０)で右側へ行くに従って時刻がｔ(１),ｔ(２),…と進んでいく様子を表している。時刻ｔ(０)において、測定対象物Ｈは発光光束から十分離れているので、反射光は存在せず、受光素子３(イメージセンサ)上に光スポットは照射されない。

さらに、時刻ｔ(１)では、測定対象物Ｈの端部が発光光束に照射されるため、受光素子３(イメージセンサ)には、発光光束の一部(図中左端部)のみの光スポット像が検出される。

次に、時刻ｔ(２)では、測定対象物Ｈを照射する面積比が増え、受光素子３(イメージセンサ)上には図中左側に偏った光スポット像が検出され、時刻ｔ(３)において全発光光束が測定対象物Ｈに照射されると、受光素子３(イメージセンサ)上には全発光光束を含んだ真円状の光スポット像が検出される。その後は測定対象物Ｈが発光光束中に入ってくる場合とは逆に、時刻とともに図中右側に偏った光スポット像となり、やがて時刻ｔ(６)において発光光束から十分測定対象物Ｈが離れたときに受光素子３(イメージセンサ)上には光スポット像が検出されなくなる。

このように、測定対象物Ｈの位置によって受光素子３(イメージセンサ)上で検出される光スポット形状が異なるので、例えば、信号処理部７において閾値レベル以上のスポット形状により測定対象物Ｈの位置を検出することが可能である。すなわち、発光素子２の出射光の光軸に対して直角な平面上の発光素子２と受光素子３の配列方向の位置座標を検出でき、例えば、発光素子２の出射光の光軸をｚ軸とし、そのｚ軸に直交しかつ発光素子２と受光素子３とを結ぶ直線をｘ軸としたときのｘ座標を検出できる。

(第２の位置演算方法)
図４(A)〜図４(C)は、図３の時刻ｔ(１),ｔ(２),ｔ(３)における第２の位置演算方法を説明する図である。図４(A)に示す左列は、各時刻における光スポットイメージを示しており、図４(B)に示す中列のグラフは、任意のｙ値で切り出したｘ軸方向の強度分布を示している。ここで、発光素子２の出射光の光軸をｚ軸とし、そのｚ軸に直交しかつ発光素子２と受光素子３とを結ぶ直線をｘ軸(図４(A)に示す左列で水平方向)とし、z軸とｙ軸の交点を通りかつz軸とｙ軸に夫々直交する直線をｙ軸(図４(A)に示す左列で垂直方向)としている。また、図４(C)に示す右列のグラフは、中列の光スポットプロファイルをｘで微分した微分プロファイル(空間微分波形)を示している。

イメージセンサである受光素子３の出力は離散データであるので、微分波形を演算するという処理は、隣り合う画素の出力強度同士の差を演算すればよく、簡便な信号処理で微分波形を得ることが可能である。この微分波形は、時刻ｔ(３)のように全光束が反射されるときは真円状のスポットとなるので、同中列に示すように光スポットプロファイルは左右対称になり、その結果微分波形は正の波形と負の波形で同じ形状となる。

そして、時刻ｔ(２)やｔ(１)と光スポットが欠けるに従い、欠けた側の光スポット形状は中列に示すように急峻になり、その結果、右列に示すように、微分波形では正の波形と負の波形の形状に差が生じる。図４(C)に示す右列に示すように微分プロファイルの正のピークをa、負のピークをbとし、演算された微分プロファイルからaとbを検出して、例えば比(ａ／ｂ)や差和比((ａ−ｂ)／(ａ＋ｂ))を演算することにより、測定対象物Ｈの位置を検出することが可能である。

図５Ａは任意の測定対象物Ｈを任意の速度で光位置検出装置の前方を横切らせたときの光スポットプロファイルの時間依存性を示しており、図５Ｂはその微分プロファイル(空間微分波形)である。図５Ａ,図５Ｂにおいて、横軸は受光素子上の座標[任意目盛]を表し、縦軸は出力強度[任意目盛]を表している。

また、図６は図５Ｂの正のピークと負のピークの差和比の時間依存性を示している。図６において、横軸は時間[ｍｓｅｃ]を表し、縦軸は正負ピークの差和値比を表している。

図６に示すように、差和比値が正のときに測定対象物Ｈは発光素子２の発光光軸(ｚ軸)の一方側に位置し、差和比値が負のときに他方側にあると判別することができる。ｔ＝０ｍｓｅｃとｔ＝８００ｍｓｅｃ付近では受光強度が小さいため、誤検出防止のためにそれぞれ強制的に０.２および−０.２としている。また、受光信号強度が十分大きいときに閾値を設定し、図６の約１００ｍｓｅｃ以下と約６００ｍｓｅｃ以上の演算結果が不安定領域を強制的に一定値(例えば上述のように０.２や−０.２)に固定するようにすれば、差和比の値により発光光軸(ｚ軸)に対する位置を検出することが可能である。

以上のように、第２の位置演算方法によれば、信号処理部７において光スポットデータに対して簡便な演算のみを行うことにより測定対象物Ｈの位置を検出することが可能である。

(第３の位置演算方法)
第３の位置演算方法を図４を用いて説明する。図４の中列の光スポットプロファイルのように、測定対象物Ｈの位置によってプロファイルが分布するｘ座標上の中心位置が異なる(図４では時刻ｔ(１),ｔ(２),ｔ(３)において中心位置はｇ(1),ｇ(2),ｇ(3))。信号処理部７において、この中心位置を重心演算により検出することにより、測定対象物Ｈの位置を検出することができる。

図７は図５Ａの光スポットプロファイルの重心座標の変化の様子を示している。図７において、横軸は時間[ｍｓｅｃ]を表し、縦軸は重心座標[任意目盛]を表している。

図７に示すように、全発光光束が測定対象物Ｈに照射されている４００ｍｓｅｃ付近で重心座標７５０を境にしてそれぞれ大小に分かれている。第２の位置演算方法と同様、信号処理部７において、受光信号強度が十分小さいときの不安定状態を閾値設定等により除外すれば、重心座標により測定対象物Ｈの発光光軸(ｚ軸)に対する位置(ｘ座標)を簡便な演算のみを用いて検出することが可能である。

(第４の位置演算方法)
第４の位置演算方法を図４を用いて説明する。第３の位置演算方法と同様、図４の中列の光スポットプロファイルのように測定対象物Ｈの位置によってプロファイルが分布する中心が異なるので、光スポットプロファイルのピーク位置を検出することにより測定対象物Ｈの位置を検出することができる。具体的には、図４の右列のように微分波形が正と負が反転するｘ座標(ゼロクロス点:d１,d２,d３)を検出することにより検出できる。図５を用いた説明は省略する。

(第５の位置演算方法)
上述の第１〜第４の位置演算方法で求められる位置を適宜複数用いて、その平均化処理や組み合わせを利用することにより、測定対象物Ｈの位置をより確実に検出することが可能である。

また、上記第１〜第４の位置演算方法において、測定対象物Ｈの反射率がｘ軸方向に対して異なる場合、例えば、図８Ａに示すように測定対象物Ｈの反射領域２１,２２間に反射率が低い中心部分２３がある場合、発光素子２の発光光束の照射領域１１が反射領域２１,２２と中心部分２３に跨るときに、受光素子３上には、図８Ｂの上側に示すように中心が凹んだ光スポットプロファイルとなる。図８Ｂにおいて、横軸はｘ座標[任意目盛]を表し、縦軸は上側が受光強度[任意目盛]、下側が微分強度[任意目盛]をそれぞれ表している。

このような光スポットプロファイルに対して上記第１〜第４の位置演算方法を用いると、図８Ｂに示すように、重心位置の検出方法では誤差を含むことや、この光スポットプロファイルを空間微分した微分プロファイルからその正負ピーク値検出方法やゼロクロス検出方法では誤差を含むことは明らかである。このような誤検出を避けるために、信号処理部７において、光スポットプロファイルの微分波形(図８Ｂの下側)を利用してピーク値やゼロクロス値が複数あるときはエラーとすることにより、この発明の光学式検出装置を搭載した電子機器の誤動作を回避することができる。図８Ｃのように光学式検出装置の前方の手の動きで機器を制御する場合を想定すると、操作者の指が若干開いた場合などがこれに相当する。

発光素子２の発光光束の広がり角が小さいと位置分解能は増大するが、検出エリアが小さくなる。さらに、測定対象物Ｈが高速に移動する場合は検出できない。

図９に示すように、発光素子２から出射される発光光束の広がり角を光軸を中心に２θとするとき、測定対象物Ｈが発光光束を横切る間に少なくとも１回は測定を行うためには、測定対象物Ｈのｚ軸方向の最小検知エリア距離がＬmin、測定対象物Ｈの最大移動速度をＶmax、測定対象物Ｈの位置を検出するときの測定周期をＴとするとき、Ｔとθの間には

の条件を満足する必要がある。

以上のとおり、この第１実施形態においては、受光素子３としてイメージセンサ(エリアセンサ)を用いた光学式検出装置について説明してきたが、光スポットの強度分布は１次元で測定できれば、第１実施形態により測定対象物Ｈのｘ軸方向やｙ軸方向の位置を検出することができるので、受光素子３にラインセンサを用いることも可能である。

上記第１実施形態の光学式検出装置によれば、複雑な画像信号処理回路なしに簡単な構成で手などの人の動きを容易に検出できる小型で安価な光学式検出装置を実現することができる。

また、上記信号処理部７は、受光素子３からの受光信号に基づいて受光素子３上の光スポット形状の微分波形を演算し、その微分波形の正と負のピーク強度から測定対象物２０のｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部７で測定対象物２０の位置情報を検出できる。

また、上記信号処理部７は、受光素子３上の光スポット位置を表す光スポット形状の微分波形のゼロクロス位置から測定対象物２０のｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部７で測定対象物２０の位置情報を検出できる。

また、上記信号処理部７は、受光素子３上の光スポット位置を表す光スポットの重心位置から測定対象物２０のｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部７で測定対象物２０の位置情報を検出できる。

〔第２実施形態〕
図１０はこの発明の第２実施形態の光学式検出装置を示す模式図である。この第２実施形態の光学式検出装置１０は、第１実施形態の光学式検出装置１０と同一の構成をしており、同一構成部には同一参照番号を付している。

図１０に示すように、光学式検出装置１０の発光レンズ部４aと受光レンズ部５aが並ぶ方向をx軸とし、発光光束１２が出射する方向をｚ軸とし、ｘ軸とｚ軸を含む平面に対して垂直かつｘ軸とｚ軸との交点を通る直線をｙ軸とする。図１０に示すように、任意のｚ座標の平面に沿って、測定対象物Ｈ(この実施の形態では人の手)は、ｘ方向,ｙ方向に２次元移動するものとする。

また、図１１は測定対象物Ｈが発光光束１２の約１/４だけ照射される場合を示している。このとき、図１２に示すように、受光素子３(イメージセンサ)上では発光光束全体が測定対象物Ｈに照射された場合の真円(破線)に対して一部のエリアに光スポット像Ｓが作られる。この第２実施形態においては、ｘ軸方向に対して測定対象物Ｈの位置を検出した第１実施形態に加えて、y軸方向にも同様の位置演算処理を行うことにより、測定対象物Ｈの２次元位置(ｘ座標,ｙ座標)を検出できる点で異なっている。

詳しくは、図１２のように、任意のｙ座標で光スポットプロファイルを切り出し、x軸方向に対して上記第１実施形態の第１〜第５の位置演算方法のいずれかを行い、測定対象物Ｈのｘ方向の位置(ｘ座標)を検出する。さらに、任意のｘ座標で光スポットプロファイルを切り出し、ｙ軸方向に対して上記第１実施形態の第１〜第５の位置演算方法のいずれかを行い、測定対象物Ｈのｙ方向の位置(ｙ座標)を検出し、測定対象物Ｈの位置(ｘ座標,ｙ座標)を検出する。

上記第２実施形態の光学式検出装置は、第１実施形態の光学式検出装置と同様の効果を有する。

また、図１３に示すように、信号処理部７において、各行(Row_1,Row_2,…,Row_n),各列(Line_1,Line_2,…,Line_m)で切り出したプロファイルを加算することにより、ｎ行の和ΣRow_nとｍ行の和ΣLine_mとが得られる。このｎ行の和ΣRow_nとｍ行の和ΣLine_mとに基づいて、測定対象物Ｈの２次元位置(ｘ座標,ｙ座標)を検出するにより、演算に利用できる信号強度が増大するので、測定対象物Ｈの位置を高精度に検出することが可能となる。

上記受光素子３に、複数の画素が行方向と列方向に格子状に配列されたエリアセンサを用いて、そのエリアセンサの行方向と列方向において、上記第１実施形態の第１〜第５の位置演算方法のいずれかを行うことにより、測定対象物２０の２次元座標(ｘｙ座標)を検出することができ、簡便な信号処理部７で２次元座標を検出可能な光学式検出装置を提供することができる。

〔第３実施形態〕
図１４はこの発明の第３実施形態の光学式検出装置の概略構成を示す模式図である。この第３実施形態の光学式検出装置は、信号処理部７(図２に示す)の演算機能を除いて第１実施形態や第２実施形態の光学式検出装置と同一の構成をしており、同一構成部には同一参照番号を付している。この第３実施形態の光学式検出装置の信号処理部７は、受光素子３上の光スポット位置から測定対象物２０までの距離を演算する機能が備わっており、この点で第１実施形態や第２実施形態の光学式検出装置と異なる。

図１４に示すように、点Ｏは発光レンズ部４aの中心、点Ａは測定対象物２０の発光軸が交差する点、点Ｂは受光レンズ部５aの中心、点Ｃは受光面と光軸と平行な線が交差する点、点Ｄは受光素子３上の反射スポット光位置である。基線長ＯＢは光学系により決まり、線分ＢＣは受光レンズ部５aの焦点距離である。受光素子３上の光スポット位置を検出し、線分ＣＤを求めることによりΔＯＡＢとΔＣＢＤは相似形であるので、測定対象物２０までの距離ＯＡを次式より求めることができる。

信号処理部７は、上式を用いて測定対象物２０までの距離(ｚ座標)を検出するので、第２実施形態とこの第３実施形態により測定対象物２０のｘ座標,ｙ座標,ｚ座標を求めることができるので、測定対象物２０の空間位置を検出することができる。

上記第３実施形態の光学式検出装置は、第１実施形態の光学式検出装置と同様の効果を有する。

また、上記受光素子３上のスポット位置より三角測量法に基づいて、信号処理部７により測定対象物２０までの距離(ｚ座標)を検出するので、簡便な信号処理部７で測定対象物２０の３次元座標を検出することができる。

三角測量方法を用いてｚ座標を検出するとき、図１５のように、測定対象物２０が発光光束の一部を照射する場合、受光素子３上の光スポット位置Ｄは、測定対象物２０面上での中心Ａ’と受光レンズＢを結ぶ線と受光面上の交点となり、発光光束全体が測定対象物２０を照射するときの受光軸(図中点線で記載)と異なる。これにより、三角測量法では、実際にはｚ座標はＯＡの距離にある測定対象物２０が図１５に示すようにＯＥの距離にあるかのように検出されてしまう。この誤検知を防ぐために、三角測量法でｚ座標を検出するときは上述のようにスポットプロファイルの空間微分波形を演算し、その正と負のピーク強度が略同一である場合は測距(ｚ座標検出)を可能とし、正負ピーク強度比が一定値以上である場合は測距(ｚ座標検出)を不可としている。

このように、上記受光素子３上の光スポットの空間微分波形の正と負のピーク強度が略同一であるときに測定対象物２０までの距離(ｚ座標)の検出を許可するようにしているので、三角測量法による測距の誤検出を防止することができる。

また、上記第１〜第３実施形態において検出されたｘ座標,ｙ座標,ｚ座標をメモリに記憶し、それに続いて所定時間後に測定される各座標と比較することにより、すなわち、所定時間前後のｘ座標,ｙ座標,ｚ座標の夫々の差により、測定対象物が移動した移動速度や移動量、移動方向の各移動情報を検出することができる。

このように、ｘｙ座標平面上の測定対象物のｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方の位置情報の所定時間前後の差に基づいて、信号処理部により測定対象物の移動方向または移動速度の少なくとも一方を検出することによって、簡便な信号処理部で測定対象物の移動情報を検出することが可能となる。

また、上記第１〜第３実施形態では、照射光学系として透光性樹脂部４に形成された発光レンズ部４aを用い、反射光光学系として透光性樹脂部５に形成された受光レンズ部５aを用いたが、照射光学系および反射光光学系はこれに限らず、例えば、発光レンズ,受光レンズが取り付けられたホルダにより発光素子,受光素子が搭載された基板を覆ったものであってもよい。この場合、発光素子から出射された光束をより絞って平行光を出射することができると共に、受光素子上に形成される光スポットをより小さくすることができる。これにより、より遠距離の測定対象物の検出が可能になり、検出精度を向上できる。

〔第４実施形態〕
図１６Ａと図１６Ｂはそれぞれ光学式検出装置が搭載された電子機器の一例であるテレビ受像機および空気調和機を示している。

図１６Ａ,図１６Ｂに示すテレビ受像機１００および空気調和機２００は、光学式検出装置１０により検出された測定対象物の位置情報に基づいて、動作状態を制御する制御装置１０１,２０１を夫々備えている。このテレビ受像機１００および空気調和機２００では、光学式検出装置１０から出射された発光光束が人に照射され、その人からの反射光の光スポット像から人のいる位置を検出する。検出された人の位置の方向に対してテレビ画面を人のいる方向に向けたり、空気調和機の風向きや風量、温度等を調整したりするように動作する。

上記第４実施形態の電子機器の一例であるテレビ受像機１００および空気調和機２００によれば、光学式検出装置１０により人の手などの測定対象物の位置を認識することができるので、その手の動きに対して運転状態を制御することが可能になる。これにより、テレビ受像機１００および空気調和機２００を非接触で操作することが可能となる。

なお、この発明の光学式検出装置を搭載する電子機器は、テレビ受像機１００および空気調和機２００に限らず、扇風機,音響機器,デジタルカメラやビデオカメラなどの他の電子機器にこの発明の光学式検出装置を適用してもよい。

例えば、扇風機において、人のいる方向に重点的に送風したり、ステレオ等の音響機器が人のいる位置を検出してその人に最適な音場を再生したり、デジカメやビデオカメラの自分撮りにおいて撮影者が撮影範囲を調整することなく、三脚にセットしたまま自動で人のいる方向に撮影方向を向けて撮影することができる。

このように、人がいる方向を検出してその方向に対して動作状態を最適となるように調整することにより、使い勝手のよく使用者が快適な電子機器を実現することができる。

〔第５実施形態〕
図１７はこの発明の第５実施形態の光学式検出装置が搭載された電子機器の一例としてのシステムキッチン３００を示している。

このシステムキッチン３００は、図１７に示すように、コンロ３０１,３０２が配置された本体上面の一部に光学式検出装置３１０が搭載されており、上方に向かって発光光束が出射される。また、システムキッチン３００は、光学式検出装置３１０により検出された測定対象物Ｈの位置情報に基づいて、動作状態を制御する制御装置３０３を備えている。この光学式検出装置３１０の発光光束を横切るように測定対象物Ｈ(手)を動かすとき、制御装置３０３は、例えば右から左へ移動させることにより火力を上げ、左から右へ移動するとき火力を下げるという制御を行う。

また、このときの測定対象物Ｈ(手)の移動速度も検出するようにして、閾値以上の速度で横切ったときは意図せずに検知エリアを通過したものとし、閾値以下のゆっくりとした速度で横切るときはコンロ３０１(または３０２)を制御する意図で通過したと判断するように設定すると、誤動作を防ぐことができる。

さらに、誤動作を防止する安全策として、光学式検出装置３１０の上方に手を一定時間同じ状態(規定状態)でかざすことにより、火力の調整を制御する機能をアクティブにすることにより意図しない操作を防ぐことができる。

また、１回の測定対象物Ｈ(手)の通過で火力の調整が不十分な場合もあり、連続して通過動作を行う場合、コンロ３０１(または３０２)をいつまでも火力調整モードで持続させると、意図しない操作を検出してしまう危険がある。一定時間後にタイマー機能で自動的に火力調整モードをオフにすることもできるが、火力調整モードをアクティブにしたときと同様、測定対象物Ｈ(手)を一定時間同じ状態でかざすことにより火力調整モードをオフにすると、使い勝手を非常によくすることができる。特に、鍋を火にかけたまま他の調理等を行っていて手が汚れているようなときに、鍋が吹きこぼれそうになったときは上記のように非接触でコンロを制御することにより手を洗わずに早急に鍋への対応が可能となる。

上記第５実施形態の電子機器の一例であるシステムキッチン３００によれば、光学式検出装置３１０により人の手などの測定対象物の位置を認識することができるので、その手の動きに対して運転状態が調整することが可能になる。これにより、システムキッチン３００を非接触で操作することが可能となる。

上記第５実施形態では、システムキッチン等のコンロの制御を一例に説明したが、図１８に示すように、モバイルフォン４００のページめくり機能を非接触で行う場合に有効である。図１８において、４１０は光学式検出装置、４０１は制御装置である。

また、光学式検出装置が搭載された電子機器としては、デジタルフォトフレーム等のページめくり機能や、音響機器の音量調節、テレビのチャンネル切り替えなど、送り機能を非接触で行う場合に有効である。

〔第６実施形態〕
図１９Ａ〜図１９Ｃはこの発明の第６実施形態の光学式検出装置が搭載された電子機器の一例である電子レンジ５００を示している。

この第６実施形態の電子レンジ５００は、図１９Ａ〜図１９Ｃに示すように、前面に光学式検出装置５１０が搭載されており、光学式検出装置５１０から前方に向かって発光光束が出射される。また、電子レンジ５００は、光学式検出装置５１０により検出された測定対象物Ｈの位置情報に基づいて、動作状態を制御する制御装置５０１を備えている。

近年、電子レンジの高機能化により、温めるだけではなく、焼く、煮るなど様々な調理機能が搭載されるようになり、カーソル等によりメニューを選択して電子レンジを動作させるだけで自動的に加熱を制御するものが市場に提供されている。

しかしながら、このような電子レンジのメニューを選択するのに用いられるカーソルは、現状、ダイヤル式やスイッチやボタンなどを人が手で触って操作するものとなっている。しかし、調理中には手が汚れているケースが多々あり、電子レンジを連続動作させる場合などは一旦手を洗ってから電子レンジを操作する必要がある。

上記第６実施形態では、光学式検出装置５１０により測定対象物Ｈ(手)の動きを検出して電子レンジ５００を操作するので、例えば図１９Ａのように電子レンジ５００を横方向に横切らせることにより大項目のメニュー(「温める」「焼く」「煮る」などのメニュー)を選択し、図１９Ｂのように大項目を選択した状態で測定対象物Ｈ(手)を上下方向に移動させて選んだ大項目の中から小項目を選択する。

例えば横方向の測定対象物Ｈ(手)の移動で大項目「焼く」にカーソルを合わせた場合、縦方向に測定対象物Ｈ(手)を動かせて「焼き魚」を選択するようにする。そして、図１９Ｃのように、測定対象物Ｈ(手)を電子レンジ５００に近づける動作を検出して、調理スタートの決定をすることにより、非接触で電子レンジ５００の操作が可能となる。

上記第６実施形態の電子機器としての電子レンジ５００によれば、光学式検出装置５１０により人の手などの測定対象物の位置を認識することができるので、その手の動きに対して運転状態を制御することが可能になる。これにより、電子レンジ５００を非接触で操作することが可能となる。

また、意図せずに光学式検出装置５１０の検出領域に測定対象物が入ったときでも、電子レンジ５００の動作状態を変更することはないので、誤動作を防ぐことができる。さらに、操作者が動作をやり直す場合や連続動作を行う場合に、動作毎に機器の制御モードをアクティブにする必要がないので、使い勝手をよくすることができる。

なお、上記電子レンジ５００において、測定対象物の予め設定された状態が一定時間連続したと判別されたときに、制御装置５０１が動作状態を制御することが許可されるようにしてもよい。この場合、意図せず光学式検出装置５１０の検出領域に測定対象物が入ったときでも電子レンジ５００の動作状態を変更することはないので、誤動作を防ぐことができる。

また、測定対象物Ｈ(手)をｘｙ座標平面に沿って移動させることにより、光学式検出装置５１０により検出された測定対象物のｘ座標とｙ座標に基づいて、制御装置５０１は、電子レンジ５００を制御するための複数の動作状態についてのメニューを順送りして所望の機能を選択し、光学式検出装置５１０により検出された測定対象物のｚ座標に基づいて、測定対象物までの距離が予め決定された条件で変化したと判別すると、上記メニューから選択された動作状態について制御を実行することによって、非接触で所望の機能を効果的に選択して実行することが可能となる。

上記第６実施形態では、光学式検出装置が搭載された電子機器の一例として電子レンジを説明したが、カーナビゲーション機器の操作にもこの発明の光学式検出装置は有効である。現在のカーナビゲーション機器は、タッチパネルやリモコンで地図を拡大したり、地図をスライドさせて現在地の周辺情報を検索するが、運転者の目がリモコンに注がれたり、タッチパネル式では画面を触る必要があるので運転姿勢を変えたり画面の位置を確認するなど、危険を伴っている。

これに対して、カーナビゲーション機器の前面に光学式検出装置が備えることにより、おおまかに同機器の前方で手を横切らせたり、近づけたりすることにより地図の拡大、決定などのカーナビゲーション機器の操作が可能となるので、安全性の高いカーナビゲーション機器を提供することができる。

その他の電子機器についても、前方で手が横切る方向で各機能を選択し、近づける方向で決定コマンドとすることにより、様々な機器の制御を使いやすくすることが可能であるが、個別の説明は省略する。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第６実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１…基板
２…発光素子
３…受光素子
４…透光性樹脂部
４a…発光レンズ部
５…透光性樹脂部
５a…受光レンズ部
６…遮光性樹脂部
７…信号処理部
８…ドライバ
１０…光学式検出装置
１１…照射領域
１２…発光光束
２０…測定対象物
１００…テレビ受像機
１０１,２０１,３０３,４０１,５０１…制御装置
２００…空気調和機
３００…システムキッチン
４００…モバイルフォン
５００…電子レンジ
Ｈ…手

Claims

発光素子と、
上記発光素子から出射された光束を測定対象物に照射する照射光学系と、
上記測定対象物からの反射光を集光する反射光光学系と、
上記反射光光学系により集光された上記測定対象物からの反射光を検出する受光素子と、
上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理部と
を備え、
上記受光素子は、上記測定対象物からの反射光の強度分布を検出するエリアセンサであって、
上記信号処理部は、
上記発光素子から出射された光束の光軸をｚ軸とし、上記ｚ軸に直交しかつ上記発光素子と上記受光素子とを結ぶ直線方向に沿った直線をｘ軸とし、上記ｚ軸と上記ｘ軸との交点を通りかつ上記ｚ軸および上記ｘ軸に直交する直線をｙ軸とし、上記ｘ軸と上記ｙ軸を含む平面をｘｙ座標平面とするとき、上記受光素子からの上記受光信号に基づいて、上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度または上記受光素子上の光スポットの重心位置の少なくとも一方から上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出すると共に、
上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方の所定時間前後の差に基づいて、上記測定対象物の移動方向または移動速度の少なくとも一方を検出することを特徴とする光学式検出装置。
発光素子と、
上記発光素子から出射された光束を測定対象物に照射する照射光学系と、
上記測定対象物からの反射光を集光する反射光光学系と、
上記反射光光学系により集光された上記測定対象物からの反射光を検出する受光素子と、
上記受光素子からの受光信号を処理する信号処理部と
を備え、
上記受光素子は、上記測定対象物からの反射光の強度分布を検出するラインセンサであって、
上記信号処理部は、
上記発光素子から出射された光束の光軸をｚ軸とし、上記ｚ軸に直交しかつ上記発光素子と上記受光素子とを結ぶ直線方向に沿った直線をｘ軸とし、上記ｚ軸と上記ｘ軸との交点を通りかつ上記ｚ軸および上記ｘ軸に直交する直線をｙ軸とし、上記ｘ軸と上記ｙ軸を含む平面をｘｙ座標平面とするとき、上記受光素子からの上記受光信号に基づいて、上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度または上記受光素子上の光スポットの重心位置の少なくとも一方から上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方を検出すると共に、
上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方の所定時間前後の差に基づいて、上記測定対象物の移動方向または移動速度の少なくとも一方を検出することを特徴とする光学式検出装置。
請求項１または２に記載の光学式検出装置において、
上記受光素子が上記エリアセンサであるときは、上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形のゼロクロス位置から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の少なくとも一方を検出し、
上記受光素子が上記ラインセンサであるときは、上記微分波形のゼロクロス位置から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標またはｙ座標の一方を検出することを特徴とする光学式検出装置。
請求項１に記載の光学式検出装置において、
上記受光素子は、複数の画素が行方向と列方向に格子状に配列されたエリアセンサであり、
上記エリアセンサの配列された複数の画素の行方向は、上記ｘ軸に平行であり、上記エリアセンサの配列された複数の画素の列方向は、上記ｙ軸に平行であり、
上記信号処理部は、
上記ｘ軸に平行な行毎に、その行の画素上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形を演算し、その微分波形の正と負のピーク強度から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標を検出する微分波形演算か、または、その行の画素上の光スポットの重心位置から上記測定対象物の概略位置を表すｘ座標を検出する重心位置演算の少なくとも一方を行うと共に、
上記ｙ軸に平行な列毎に、その列の画素上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形を演算し、その微分波形の正と負のピーク強度から上記測定対象物の概略位置を表すｙ座標を検出する微分波形演算か、または、その列の画素上の光スポットの重心位置から上記測定対象物の概略位置を表すｙ座標を検出する重心位置演算の少なくとも一方を行うことを特徴とする光学式検出装置。
請求項１から４までのいずれか１つに記載の光学式検出装置において、
上記信号処理部は、
上記発光素子から出射された発光光束全体が上記測定対象物に照射されるとき、上記受光素子上の光スポット位置から三角測量法を用いて上記測定対象物の上記ｚ軸方向のｚ座標を検出することを特徴とする光学式検出装置。
請求項１から４までのいずれか１つに記載の光学式検出装置において、
上記信号処理部は、
上記受光素子上の光スポット形状を表す光強度分布の微分波形の正と負のピーク強度が略同一であるときに、上記受光素子上の光スポット位置から三角測量法を用いて上記測定対象物の上記ｚ軸方向のｚ座標を検出することを特徴とする光学式検出装置。
請求項１から６までのいずれか１つに記載の光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする電子機器。
請求項１から６までのいずれか１つに記載の光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の移動情報により電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする電子機器。
請求項１から６までのいずれか１つに記載の光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記測定対象物の予め決められた状態が一定時間連続したと判別すると、上記電子機器本体の動作状態を制御することが許可され、
上記電子機器本体の動作状態を制御することが許可されたとき、上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記電子機器本体の動作状態を制御することを特徴とする電子機器。
請求項１から６までのいずれか１つに記載の光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記電子機器本体の動作状態についての設定を行った後、上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報または移動情報の少なくとも一方に基づいて、上記測定対象物の予め決められた状態が一定時間連続したと判別すると、上記設定された電子機器本体の動作状態について制御を実行することを特徴とする電子機器。
請求項５または６に記載の光学式検出装置と、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物の位置情報に基づいて、電子機器本体の動作状態を制御する制御装置と
を備え、
上記光学式検出装置は、
出射光軸または受光軸をｚ軸とし、上記ｚ軸に直交しかつ上記出射光軸と上記受光軸とを含む平面に沿った直線をｘ軸とし、上記ｚ軸と上記ｘ軸との交点を通りかつ上記ｚ軸および上記ｘ軸に直交する直線をｙ軸とし、上記ｘ軸と上記ｙ軸を含む平面をｘｙ座標平面とするとき、上記ｘｙ座標平面上の上記測定対象物のｘ座標とｙ座標および上記ｚ軸方向のｚ座標を上記位置情報として検出すると共に、
上記制御装置は、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物のｘ座標とｙ座標に基づいて、上記ｘｙ座標平面に沿って上記測定対象物が移動したと判別すると、上記電子機器本体を制御するための複数の動作状態についてのメニューを順送りして選択すると共に、
上記光学式検出装置により検出された上記測定対象物のｚ座標に基づいて、上記測定対象物までの距離が予め決定された条件で変化したと判別すると、上記メニューから選択された動作状態について制御を実行することを特徴とする電子機器。