JP4916994B2 - 中空型スイッチ装置及びこれを備えた電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、内面に所定の幾何学模様が形成された状態で、外面からの操作入力に応じて初期状態から弾性変形する一方、操作入力の除去に伴い、その弾性で初期状態に復元可能な中空形状の操作部材と、この操作部材の内側に配置された広角レンズを通じて幾何学模様を撮像する撮像素子とを備えた中空型スイッチ装置である。
すなわち、本発明の中空型スイッチ装置は、撮像素子により撮像された画像に基づいて、操作部材の弾性変形に伴う幾何学模様の形態の変化を検出する画像認識手段と、画像認識手段の検出結果から操作部材に対する操作入力の内容を判断する入力判断手段とを備えたものである。
図1は、第1実施形態の中空型スイッチ装置10を示す斜視図である。先ず、中空型スイッチ装置10の基本構成について説明する。
図3は、操作部材12に対する多様な操作入力の例を示す図である。上記のように、基台14に設けられた光学部16は、広角レンズを用いて操作部材12の内面全域に幾何学模様を形成しつつ、その内面に生じた幾何学模様の変化を撮像可能とする。第1実施形態の中空型スイッチ装置10は、このような広角レンズを用いて光学的に幾何学模様を読み取ることで、より多様な操作入力に対する応答性を実現している。以下、第1実施形態の中空型スイッチ装置10で使用可能な操作入力の例について説明する。
また第1実施形態では、幾何学模様の変化の他に、基台14に加わる圧力の変化を判断要素に追加することで、より多彩な操作入力を認識することもできる。
図4は、中空型スイッチ装置10によるセンシング動作を実現するための機能構成を示すブロック図である。中空型スイッチ装置10は、そのセンシング動作をコントロールするデバイスコントローラ20を備えている。デバイスコントローラ20は、例えば制御用IC22や出力回路24,26、入力回路28,30等を有する電子回路モジュールとして構成されている。
図5は、デバイスコントローラ20の制御用IC22(CPU22a)が実行するメイン制御処理の手順例を示すフローチャートである。デバイスコントローラ20が起動すると、CPU22aが先頭のプログラムアドレスから処理を開始する。以下、各手順に沿って処理の流れを説明する。
図6は、実際に投射される幾何学模様の例とその変化の様子を示す図である。
図6中(A):この例では、操作部材12の内面に同心円状の幾何学模様が投射されている。操作部材12に対して操作入力がされていない初期状態では、幾何学模様の中心(各円の中心)は、平面視でみた操作部材12の中心に合致している。上記の原型データは、このときの幾何学模様を広角レンズで撮像したものと一致する。
ステップS18:ここでCPU22aは、画像解析処理の結果を受けて、幾何学模様(パターン)の補正が必要であるか否かを判断する。例えば、バッファリングした画像データが不鮮明(受光強度不足)であれば、CPU22aは補正が必要であると判断する。この場合の補正は、光照射素子32による出力強度の向上を意味する。これとは別に、演算により得られた変化量や変化位置が不明確(変化量が小さい、変化位置が不特定)である場合、CPU22aは解析精度を向上するための補正を行う必要があると判断する。この場合の補正は、幾何学模様の位置を変位させ、より高い分解能が得られる所を変化位置に集中させることを意味する。幾何学模様の位置補正が必要と判断した場合、CPU22aは合わせてその補正量(Δx,Δy)を決定する。
図7は、第1実施形態の中空型スイッチ装置10を電子機器に応用した場合の構成例を示すブロック図である。ここでは電子機器の一例として、車両用のナビゲーションシステム50を挙げて説明する。
先ず図8は、ナビゲーションシステム50の動作例1を示す説明図である。
図8中(A):例えば、ナビゲーションシステム50のユーザ(運転者又は同乗者)が操作部材12の1箇所を指で軽く触れた場合を想定する。この場合、デバイスコントローラ20がセンシング動作(メイン制御処理)を実行することにより、例えば「1箇所(r,θ,φ)を軽く押圧」という認識結果がナビゲーションシステム50に対して提供される。なお、認識結果の極座標(r,θ,φ)はユーザの指の位置に合致する。
次に図9は、ナビゲーションシステム50の動作例2を示す説明図である。
図9中(A):今度は、動作例1のときよりもユーザが操作部材12の1箇所を指で強く押し込んだ場合を想定する。この場合、例えばデバイスコントローラ20から「1箇所(r,θ,φ)を強く押圧」という認識結果がナビゲーションシステム50に対して提供される。
図10は、ナビゲーションシステム50の動作例3を示す説明図である。
図10中(A):ユーザが操作部材12を軽くつまんでから、その指を離した場合を想定する。この場合、最初にデバイスコントローラ20から「2箇所(r1,θ1,φ1),(r2,θ2,φ2)をそれぞれ軽く押圧」という認識結果がナビゲーションシステム50に対して提供された後、続いて「操作入力なしの状態に復帰」という認識結果がナビゲーションシステム50に対して提供される。
次に図11は、ナビゲーションシステム50の動作例4を示す説明図である。
図11中(A):ここでは、ユーザが操作部材12の一部(ユーザからみて手前側)をつまんだ場合を想定する。この場合、デバイスコントローラ20から「2箇所(r1,θ1,φ1),(r2,θ2,φ2)を押圧」という認識結果がナビゲーションシステム50に対して提供される。
図12は、操作部材12に対する各種の操作入力の例を示す図である。以下、それぞれについて説明する。
図13は、第2実施形態の中空型スイッチ装置100を示す斜視図である。なお、上記の中空型スイッチ装置10と共通する事項については同じ符号を付し、その重複した説明を省略するものとする。
図14は、第3実施形態の中空型スイッチ装置200を示す斜視図である。ここでも同様に、上記の中空型スイッチ装置10と共通する事項については同じ符号を付し、その重複した説明を省略するものとする。
図15は、第4実施形態の中空型スイッチ装置300を示す正面図である。第4実施形態の場合、特に基台142の構成が異なっている。基台142には、例えば下方に突出する突出部142aが形成されており、基台142は、その突出部142aとともに支持部材144に支持されている。支持部材144は、例えばある程度の高さを有した円錐台形状をなしており、その内部には圧力センサ18が縦向きの姿勢と横向きの姿勢で設置されている。
以上のように、各実施形態によれば、単なる平面上での操作入力でなく、立体物に対する3次元的な操作入力が可能となる。このため例えば、各実施形態の中空型スイッチ装置をコンピュータのユーザインタフェースに利用すれば、3次元CADやコンピュータグラフィックス、コンピュータゲーム等で扱われる3次元データに対する直感的な操作を可能とする。
12 操作部材
14 基台
16 光学部
18 圧力センサ
20 デバイスコントローラ(画像認識手段、入力判断手段)
32 光照射素子
34 回折格子
36 ハーフミラー
38 アクチュエータ
40 撮像素子
102 発光素子
Claims (8)
- 内面に所定の幾何学模様が形成された状態で、外面からの操作入力に応じて初期状態から弾性変形する一方、前記操作入力の除去に伴い、その弾性で前記初期状態に復元可能な中空形状の操作部材と、
前記操作部材の内側に配置された広角レンズを通じて前記幾何学模様を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された画像に基づいて前記操作部材の弾性変形に伴う前記幾何学模様の形態の変化を検出する画像認識手段と、
前記画像認識手段の検出結果から前記操作部材に対する操作入力の内容を判断する入力判断手段と、
前記広角レンズを通じて前記操作部材の内面に向けて光を照射する光照射素子と、
前記光照射素子から照射された光を回折させ、この回折光を前記操作部材の内面に前記幾何学模様として投射させる回折格子と、
前記光照射素子の照射光軸に対して前記回折格子を相対的に変位させ、前記操作部材の内面にて前記回折格子による前記幾何学模様の投射位置を変位させる駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段とを備え、
前記入力判断手段は、
前記画像認識手段の検出結果に基づいて前記操作部材に対する操作入力の内容を判断し、
前記制御手段は、
前記入力判断手段の判断結果に基づいて前記駆動手段を制御することにより、前記操作部材に対して操作入力がなされた位置に対応させて前記幾何学模様の投射位置を変位させることを特徴とする中空型スイッチ装置。 - 請求項1に記載の中空型スイッチ装置において、
前記操作部材及び前記撮像素子をそれぞれ支持する基台と、
前記基台に設けられ、前記操作入力に伴い前記操作部材を通じて前記基台に伝達される圧力を検出する圧力センサとをさらに備え、
前記入力判断手段は、
前記画像認識手段の検出結果と、前記圧力センサによる検出結果とから前記操作部材に対する操作入力の内容を判断することを特徴とする中空型スイッチ装置。 - 請求項2に記載の中空型スイッチ装置において、
前記圧力センサは、前記基台に対して複数箇所に設置されていることを特徴とする中空型スイッチ装置。 - 請求項3に記載の中空型スイッチ装置において、
前記圧力センサは、前記操作部材の外周縁に沿って前記基台の複数箇所に設置されていることを特徴とする中空型スイッチ装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の中空型スイッチ装置において、
前記操作部材が光透過性を有することを特徴とする中空型スイッチ装置。 - 請求項1から5のいずれかに記載の中空型スイッチ装置において、
前記操作部材の内側に設けられ、その内面に向けて光を発する発光素子をさらに備えたことを特徴とする中空型スイッチ装置。 - 請求項1から6のいずれかに記載の中空型スイッチ装置を備えた電子機器。
- 内面に所定の幾何学模様が形成された状態で、外面からの操作入力に応じて初期状態から弾性変形する一方、前記操作入力の除去に伴い、その弾性で前記初期状態に復元可能な中空形状の操作部材と、
前記操作部材の内面に向けて光を照射する光照射素子と、
前記操作部材の内側に配置された光学部を通じて、前記操作部材の内面からの反射光となる前記幾何学模様を撮像する撮像素子と、
前記光照射素子から照射された光を前記操作部材の弾性変形に追従して変化する前記内面の幾何学模様に応じて、変化する画像を読み取る画像認識手段と、
前記画像認識手段の検出結果に基づいて前記操作部材に対する操作入力の内容を判断する入力判断手段と、
前記操作部材に対して操作入力がなされた位置に対応させて前記幾何学模様の投射位置を変位させる駆動手段と
を備えたことを特徴とする中空型スイッチ装置。
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