JPWO2017065051A1 - 入力装置、電子機器、電子機器の入力方法及びその入力プログラム - Google Patents
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Abstract
非接触での操作を実現しながらも誤入力を抑制できるユーザーフレンドリーな入力装置、電子機器及び電子機器の入力方法並びにその入力プログラムを提供する。制御装置は、指示体が検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを検出装置が検出したときは、特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて検出装置が指示体の検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、一方、指示体が検出領域内において特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを検出装置が検出したときは、特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、指示体が検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを検出装置が検出した場合でも、検出装置の出力を入力内容の決定に用いない。
Description
本発明は入力装置、電子機器、電子機器の入力方法及びその入力プログラムに関する。
近年、急速に発達したスマートフォン等の携帯端末は、ビジネスや家庭での作業補助に用いられることも多い。一般的な携帯端末では、画像表示とユーザーインタフェースを兼ねるタッチパネル式の画面を備えているので、ユーザーはこれにタッチすることで必要な入力を行って、所望の画像を表示したり、情報を入力したりするなどの操作を行うことができる。しかるに、ユーザーの手が濡れていたり、汚れていたりする場合など、画面にタッチせずに携帯端末の操作を行いたい場合があるが、その際の入力をどのように行うかが課題となっている。
特許文献1には、赤外線LEDと赤外線近接センサーとを備えたコンピューティングデバイスが開示されている。特許文献1の技術によれば、赤外線LEDから出射された赤外光が、コンピューティングデバイスに近づけた手に当たって反射し、その反射光を赤外線近接センサーが検出することで手の動きを検出でき、その手の動き(ジェスチャー)により非接触でスワイプ等のユーザーの望む入力操作を行うことができる。従って、例えユーザーの手が汚れていても、移動コンピューティングデバイスを汚染する恐れがない。
しかるに、特許文献1に示されるコンピューティングデバイスにおいて、赤外線近接センサーを用いたジェスチャー検知を行う際に、ユーザーは一方向への複数回のスクロール或いは頁送りを所望する場合があるが、赤外線近接センサーの検出領域内でユーザーが手を往復動作させると、これを検出した赤外線近接センサーからの信号を受信したコンピューティングデバイス側では、往復スクロール或いは往復頁送りと認識してしまうこととなる。そこで、特許文献1に示されるコンピューティングデバイスにおいて、ユーザーの意図に従って一方向に複数回スクロール或いは頁送りをさせたい場合、赤外線近接センサーの検出領域内でユーザーが手を一方向に移動させた後、当該検出領域外を通って元の位置へ手を戻し、再度検出領域内で同方向に移動させる必要がある。しかしながら、このような動作を要求されることはユーザーにとって大きな負担になり、又かかる動作を無意識に行うことは困難であるが故、誤入力の原因となり得る。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、非接触での操作を実現しながらも誤入力を抑制できるユーザーフレンドリーな入力装置、電子機器及び電子機器の入力方法並びにその入力プログラムを提供することを目的とする。
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した入力装置は、
検出領域を持ち、ユーザーにより動かされる指示体が前記検出領域を移動する方向を検出して、それに応じた出力を生成する検出装置と、
前記検出装置の出力に応じて入力内容を決定する制御装置と、を備えた入力装置であって、
前記制御装置は、前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記制御装置は、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いないものである。
検出領域を持ち、ユーザーにより動かされる指示体が前記検出領域を移動する方向を検出して、それに応じた出力を生成する検出装置と、
前記検出装置の出力に応じて入力内容を決定する制御装置と、を備えた入力装置であって、
前記制御装置は、前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記制御装置は、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いないものである。
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した入力方法は、検出領域を持ち、ユーザーにより動かされる指示体が前記検出領域を移動する方向を検出して、それに応じた出力を生成する検出装置を備え、前記検出装置の出力に応じて入力内容を決定する電子機器の入力方法であって、
前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いないものである。
前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いないものである。
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した電子機器の入力プログラムは、検出領域を持ち、ユーザーにより動かされる指示体が前記検出領域を移動する方向を検出して、それに応じた出力を生成する検出装置を備え、前記検出装置の出力に応じて入力内容を決定する電子機器の入力プログラムであって、
前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いないものである。
前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いないものである。
本発明によれば、非接触での操作を実現しながらも誤入力を抑制できるユーザーフレンドリーな入力装置、電子機器及び電子機器の入力方法並びにその入力プログラムを提供することができる。
以下に、本発明による実施形態を、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態にかかる、電子機器であるHMD100の斜視図である。図2は、本実施形態にかかるHMD100を正面から見た図である。図3は、本実施形態にかかるHMD100を上方から見た図である。以下、HMD100の右側及左側とは、HMD100を装着したユーザーにとっての右側及び左側をいうものとする。
図1〜3に示すように、本実施形態のHMD100は,支持部材であるフレーム101を有している。上方から見てコ字状であるフレーム101は、2つの眼鏡レンズ102を取り付ける前方部101aと、前方部101aの両端から後方へと延在する側部101b、101cとを有する。フレーム101に取り付けられた2つの眼鏡レンズ102は屈折力を有していてもよいし、有していなくてもよい。
右側(ユーザーの利き目などに応じて左側でもよい)の眼鏡レンズ102の上部において、支持部材である円筒状の主本体部103がフレーム101の前方部101aに固定されている。主本体部103にはディスプレイユニット104が設けられている。主本体部103内には、後述するプロセッサー121からの指示に基づいてディスプレイユニット104の表示制御を司る表示制御部104DR(後述する図6を参照)が配置されている。なお、必要であれば両眼の前にそれぞれディスプレイユニットを配置してもよい。
図4は、ディスプレイユニット104の構成を示す概略断面図である。ディスプレイユニット104は、画像形成部104Aと画像表示部104Bとからなる。画像形成部104Aは、主本体部103内に組み込まれており、光源104aと、一方向拡散板104bと、集光レンズ104cと、表示素子104dとを有している。一方、いわゆるシースルー型の表示部材である画像表示部104Bは、主本体部103から下方に向かい、片方の眼鏡レンズ102(図1参照)に平行に延在するように配置された全体的に板状であって、接眼プリズム104fと、偏向プリズム104gと、ホログラム光学素子104hとを有している。
光源104aは、表示素子104dを照明する機能を有し、例えば光強度のピーク波長及び光強度半値の波長幅で462±12nm(B光)、525±17nm(G光)、635±11nm(R光)となる3つの波長帯域の光を発するRGB一体型のLEDで構成されている。このように光源104aが所定の波長幅の光を出射することにより、表示素子104dを照明して得られる画像光に所定の波長幅を持たせることができ、ホログラム光学素子104hにて画像光を回折させたときに、瞳孔Bの位置にて観察画角全域にわたってユーザーに画像を観察させることができる。また、光源104aの各色についてのピーク波長は、ホログラム光学素子104hの回折効率のピーク波長の近傍に設定されており、光利用効率の向上がはかられている。
また、光源104aは、RGBの光を出射するLEDで構成されているので、光源104aのコストを抑えることができるとともに、表示素子104dを照明したときに、表示素子104dにてカラー画像を表示することが可能となり、そのカラー画像をユーザーが視認可能とすることができる。また、RGBの各LED素子は発光波長幅が狭いので、そのようなLED素子を複数用いることにより、色再現性が高く、明るい画像表示が可能となる。
表示素子104dは、光源104aからの出射光を画像データに応じて変調して画像を表示するものであり、光が透過する領域となる各画素をマトリクス状に有する透過型の液晶表示素子で構成されている。なお、表示素子104dは、反射型であってもよい。
接眼プリズム104fは、基端面PL1を介して入射する表示素子104dからの画像光を、相対する平行な内側面PL2と外側面PL3とで全反射させ、ホログラム光学素子104hを介してユーザーの瞳に導く一方、外光を透過させてユーザーの瞳に導くものであり、偏向プリズム104gとともに、例えばアクリル系樹脂で構成されている。この接眼プリズム104fと偏向プリズム104gとは、内側面PL2及び外側面PL3に対して傾斜した傾斜面PL4、PL5でホログラム光学素子104hを挟み、接着剤で接合されている。
偏向プリズム104gは、接眼プリズム104fに接合されて、接眼プリズム104fと一体となって略平行平板となるものである。この偏向プリズム104gを接眼プリズム104fに接合することにより,ユーザーがディスプレイユニット104を介して観察する外界像に歪みが生じるのを防止することができる。
すなわち、例えば、接眼プリズム104fに偏向プリズム104gを接合させない場合、外光は接眼プリズム104fの傾斜面PL4を透過するときに屈折するので、接眼プリズム104fを介して観察される外界像に歪みが生じる。しかし、接眼プリズム104fに相補的な傾斜面PL5を有する偏向プリズム104gを接合させて一体的な略平行平板を形成することで、外光が傾斜面PL4,PL5(ホログラム光学素子104h)を透過するときの屈折を偏向プリズム104gでキャンセルすることができる。その結果、シースルーで観察される外界像に歪みが生じるのを防止することができる。なお、ディスプレイユニット104とユーザーの瞳の間に眼鏡レンズ102(図1参照)を装着すると、通常眼鏡を使用しているユーザーでも問題なく画像を観察することが可能である。
ホログラム光学素子104hは、表示素子104dから出射される画像光(3原色に対応した波長の光)を回折反射して瞳孔Bに導き、表示素子104dに表示される画像を拡大してユーザーの瞳に虚像として導く体積位相型の反射型ホログラムである。このホログラム光学素子104hは、例えば、回折効率のピーク波長および回折効率半値の波長幅で465±5nm(B光)、521±5nm(G光)、634±5nm(R光)の3つの波長域の光を回折(反射)させるように作製されている。ここで、回折効率のピーク波長は、回折効率がピークとなるときの波長のことであり、回折効率半値の波長幅とは、回折効率が回折効率ピークの半値となるときの波長幅のことである。
反射型のホログラム光学素子104hは、高い波長選択性を有しており、上記波長域(露光波長近辺)の波長の光しか回折反射しないので、回折反射される波長以外の波長を含む外光はホログラム光学素子104hを透過することになり、高い外光透過率を実現することができる。
次に、ディスプレイユニット104の動作について説明する。光源104aから出射された光は、一方向拡散板104bにて拡散され、集光レンズ104cにて集光されて表示素子104dに入射する。表示素子104dに入射した光は、表示制御部104DRから入力された画像データに基づいて画素ごとに変調され、画像光として出射される。これにより、表示素子104dには、カラー画像が表示される。
表示素子104dからの画像光は、接眼プリズム104fの内部にその基端面PL1から入射し、内側面PL2と外側面PL3で複数回全反射されて、ホログラム光学素子104hに入射する。ホログラム光学素子104hに入射した光は、そこで反射され、内側面PL2を透過して瞳孔Bに達する。瞳孔Bの位置では、ユーザーは、表示素子104dに表示された画像の拡大虚像を観察することができ、画像表示部104Bに形成される画面として視認することができる。この場合、ホログラム光学素子104hが画面を構成しているとみることもできるし、内側面PL2に画面が形成されているとみることもできる。なお、本明細書において「画面」というときは、表示される画像を指すこともある。
一方、接眼プリズム104f、偏向プリズム104gおよびホログラム光学素子104hは、外光をほとんど全て透過させるので、ユーザーはこれらを介して外界像(実像)を観察することができる。したがって、表示素子104dに表示された画像の虚像は、外界像の一部に重なって観察されることになる。このようにして、HMD100のユーザーは、ホログラム光学素子104hを介して、表示素子104dから提供される画像と外界像とを同時に観察することができる。尚、ディスプレイユニット104が非表示状態のとき画像表示部104Bは素通しとなり、外界像のみを観察できる。なお、本例では、光源と液晶表示素子と光学系とを組み合わせて表示ユニットを構成しているが、光源と液晶表示素子の組合せに代えて、自発光型の表示素子(例えば、有機EL表示素子)を用いても良い。また、光源と液晶表示素子と光学系の組合せに代えて、非発光状態で透過性を有する透過型有機EL表示パネルを用いてもよい。いずれにしても、画像表示部104Bに対向するユーザーの眼の視野に入るように、好ましくは、有効視野に少なくとも一部が重なるように、画面を配置すると、ユーザーは画像を容易に視認することができる。
更に図1、2において、主本体部103の正面には、フレーム101の中央寄りに配置された近接センサー105と、側部寄りに配置されたカメラ106のレンズ106aが前方を向くようにして設けられている。
本明細書において、検出装置の一例である「近接センサー」とは、物体、例えば人体の一部(手や指など)がユーザーの眼前に近接していることを検知するために、近接センサーの検出面前方の近接範囲にある検出領域内に存在しているか否かを検出して信号を出力するものをいう。近接範囲は、操作者の特性や好みに応じて適宜設定すればよいが、例えば、近接センサーの検出面からの距離が200mm以内の範囲とすることができる。近接センサーからの距離が200mm以内であれば、ユーザーが腕を曲げた状態で、手のひらや指をユーザーの視野内に入れたり出したりできるため、手や指を使ったジェスチャーによって容易に操作を行うことができ、また、ユーザー以外の人体や家具等を誤って検出する恐れが少なくなる。ここで制御回路は、近接センサーの前方の近接範囲にある検出領域に物体が入った際に近接センサーから出力される信号に基づいて、物体が近接範囲に存在すると判定する。検出領域に物体が入った際に、近接センサーから有効な信号を制御回路に出力するようにしても良い。
近接センサーには、パッシブ型とアクティブ型とがある。パッシブ型の近接センサーは、物体が近接した際に物体から放射される不可視光や電磁波を検出する検出部を有する。パッシブ型の近接センサーとしては、接近した人体から放射される赤外線などの不可視光を検出する焦電センサーや、接近した人体との間の静電容量変化を検出する静電容量センサーなどがある。アクティブ型の近接センサーは、不可視光や音波の投射部と、物体に反射して戻った不可視光や音波を受ける検出部とを有する。アクティブ型の近接センサーとしては、赤外線を投射して物体で反射された赤外線を受光する赤外線センサーや、レーザ光を投射して物体で反射されたレーザ光を受光するレーザセンサーや、超音波を投射して物体で反射された超音波を受け取る超音波センサーなどがある。尚、パッシブ型の近接センサーは、物体に向けてエネルギーを投射する必要がないので、低消費電力性に優れている。アクティブ型の近接センサーは検知の確実性を向上させやすく、例えば、ユーザーが、赤外光などの人体から放射される検出光を透過しない手袋をしているような場合でも、ユーザーの手の動きを検出することができる。複数種類の近接センサーを組み合わせて用いても良い。
近接センサーは、カメラに比べて、概して小型で安価であり、消費電力も小さい。また、近接センサーは、物体の形状の検出など複雑な検出を行うことは難しいが、検出領域への物体の進入や離間を判別することができるので、ユーザーが手や指を通過させたり手のひらをかざしたりすることで、HMDの操作を行うことができ、しかも、カメラの撮影画像の解析によるジェスチャー認識に必要とされる複雑な画像処理も不要である。
図5は、本実施形態で用いる近接センサー105を正面から見た拡大図である。本実施形態では、近接センサー105として、焦電センサーを用いた例について説明する。図5において、近接センサー105は、人体から放射される赤外光などの不可視光を検出光として受光する受光部105aを有する。受光部105aは、2行2列に並べられた受光領域RA〜RDを形成しており、不可視光を受光した際に、それに対応した信号が各受光領域RA〜RDから個々に出力されるようになっている。各受光領域RA〜RDの出力は、受光部105aから物体までの距離に応じて強度が変化し、距離が近いほど強度が大きくなる。人体から放射される赤外光を検出する焦電センサーであれば、露出した人体以外の物体を誤検出しくにいので、例えば、狭所で作業する場合などにおいて、効果的に誤検出を防ぐことができるというメリットがある。
図1、2において、フレーム101の右側の側部101bには、右副本体部107が取り付けられ、フレーム101の左側の側部101cには、左副本体部108が取り付けられている。右副本体部107及び左副本体部108は、細長い板形状を有しており、それぞれ内側に細長い突起107a,108aを有している。この細長い突起107aを、フレーム101の側部101bの長孔101dに係合させることで、右副本体部107が位置決めされた状態でフレーム101に取り付けられ、また細長い突起108aを、フレーム101の側部101cの長孔101eに係合させることで、左副本体部108が位置決めされた状態でフレーム101に取り付けられている。
右副本体部107内には、地磁気を検出する地磁気センサー109(後述する図6参照)と、姿勢に応じた出力を生成する、角速度センサー110B及び加速度センサー110A(後述する図6参照)とが搭載されており、左副本体部108内には、スピーカー111A,イヤホン111C及びマイク111B(後述する図6参照)とが設けられている。主本体部103と右副本体部107とは、配線HSで信号伝達可能に接続されており、主本体部103と左副本体部108とは、不図示の配線で信号伝達可能に接続されている。図3に簡略図示するように、右副本体部107は、その後端から延在するコードCDを介して制御ユニットCTUに接続されている。なお、角速度センサー及び加速度センサーを一体化した6軸センサーを用いてもよい。また、入力される音声に応じてマイク111Bから生成される出力信号に基づいて、音声によってHMDを操作することもできる。また、主本体部103と左副本体部108とが無線接続されるように構成してもよい。図示していないが、制御ユニットCTUのバッテリー制御部128から付与された電圧を各部に適正な電圧に変換するための電源回路113(後述する図6参照)が右副本体部107に設けられている。
図6は、HMD100の主要回路のブロック図である。制御ユニットCTUは、ディスプレイユニット104やその他の機能デバイスに対して制御信号を生成することにより、各機能デバイスを制御する制御装置としてのプロセッサー121と、操作部122と、GPS衛星からの電波を受信するGPS受信部123と、外部とデータのやりとりを行う通信部124と、プログラム等を格納するROM125と、画像データ等を保存するRAM126と、バッテリー127及びバッテリー制御部128と、バッテリー制御部128から付与された電圧を各部に適正な電圧に変換するための電源回路130と、SSDやフラッシュメモリ等のストレージデバイス129とを有している。プロセッサー121はスマートフォンなどで用いられているアプリケーションプロセッサーを使用することが出来るが、プロセッサー121の種類は問わない。例えば、アプリケーションプロセッサーの内部にGPUやCodecなど画像処理に必要なハードウェアが標準で組み込まれているものは、小型のHMDには適したプロセッサーであるといえる。
更に、プロセッサー121には、受光部105aが人体から放射される検出光としての不可視光を検出したときは、近接センサー105からその信号が入力される。又、プロセッサー121は、表示制御部104DRを介してディスプレイユニット104の画像表示を制御する。プロセッサー121と近接センサー105とで入力装置を構成する。
プロセッサー121は、電源回路130からの給電を受け、ROM124及びストレージデバイス129の少なくとも一方に格納されたプログラムに従って動作し、操作部122からの電源オンなどの操作入力に従い、カメラ106からの画像データを入力してRAM126に記憶し、必要に応じて通信部124を介して外部と通信を行うことができる。更に、後述するように、プロセッサー121が近接センサー105からの出力に応じた画像制御を実行することで、ユーザーは手や指を用いたジェスチャー操作によってHMD100の画面制御を行うことができる。
図7は、ユーザーUSが本実施形態のHMD100を装着したときの正面図である。図8は、ユーザーUSがHMD100を装着したときの側面図であり、図9はその上面図であり、ユーザーの手と共に示している。ここで、ジェスチャー操作とは、少なくともユーザーUSの手HDや指が近接センサー105の検出領域内を通過する動作であり、近接センサー105を介してHMD100のプロセッサー121が検出できるものである。
次に、ジェスチャー操作の検出の基本原理について説明する。近接センサー105が作動しているときに、ユーザーUSの前方に何も存在しなければ、受光部105aは検出光としての不可視光を受光しないので、プロセッサー121はジェスチャー操作が行われていないと判断する。一方、図8に示すように、ユーザーUSの目の前にユーザーUS自身の手HDを接近させると、手HDから放射される不可視光を受光部105aが検出し、これに基づく近接センサー105からの出力信号に応じてプロセッサー121はジェスチャー操作が行われたと判断する。なお、以下においては、ユーザーの手HDによってジェスチャー操作を行うものとして説明するが、指やその他の部位であってもよいし、不可視光を放射できる材料からなる指示具をユーザーが用いてジェスチャー操作を行ってもよい。ユーザーの意思で移動させられるものを指示体という。尚、検出装置として、近接センサーの代りに撮像装置(カメラ)を使用することも可能である。かかる場合、移動する指示体を撮像装置で撮像し、その移動方向を、撮像装置から出力した画像データに基づき画像処理装置(制御装置の一部)で判別することになる。
上述したように、受光部105aは、2行2列に並べられた受光領域RA〜RDを有する(図5参照)。従って、ユーザーUSが、左右上下いずれの方向から手HDをHMD100の前方に近づけた場合、各受光領域RA〜RDで検出する信号の出力タイミングが異なる。
図10、11は、縦軸に受光領域RA〜RDの信号強度をとり、横軸に時間をとって示した、受光領域RA〜RDの信号波形の一例である。例えば、図8、図9を参照してユーザーUSがHMD100の前方で右方から左方に向かって手HDを移動させた場合、手HDから放射された不可視光が受光部105aに入射するが、このとき最初に不可視光を受光するのは受光領域RA,RCである。従って、図10に示すように、まず受光領域RA,RCの信号が立ち上がり、遅れて受光領域RB,RDの信号が立ち上がり、更に受光領域RA,RCの信号が立ち下がった後に、受光領域RB,RDの信号が立ち下がる。この信号のタイミングをプロセッサー121が検出し、ユーザーUSは手HDを右から左へと移動させてジェスチャー操作を行ったと判断する。
図11の例では、まず受光領域RA,RBの信号が立ち上がり、遅れて受光領域RC,RDの信号が立ち上がり、更に受光領域RA,RBの信号が立ち下がった後に、受光領域RC,RDの信号が立ち下がっている。この信号のタイミングをプロセッサー121が検出し、ユーザーUSは手HDを上から下へと移動させてジェスチャー操作を行ったと判断する。
尚、近接センサー105からの出力に基づいて、プロセッサー121は、手HDが前後方向に移動したことも検出できる。図12には、縦軸に受光領域RA〜RDの平均信号強度をとり、横軸に時間をとって示した信号波形の一例である。実線で示す波形は、出力直後に強度が高く、時間経過と共に低下している。よって、このような波形が近接センサー105から出力された場合、プロセッサー121は、手HDを顔の近くから遠ざけるよう移動させてジェスチャー操作を行ったと判断する。一方、点線で示す波形は、出力直後に強度が低く、時間経過と共に上昇している。よって、このような波形が近接センサー105から出力された場合、プロセッサー121は、手HDを遠くから顔に近づけるよう移動させてジェスチャー操作を行ったと判断する。
本実施形態によれば、近接センサーを用いて、その検出領域が画像表示部に対向するユーザーの眼の視野内に位置させることで、確実に手HDの存在と移動を検出することができる。従って、ユーザーUSは手の動作と操作を連動させて見ることができ、直感的な操作を実現できる。更に、近接センサーは、小型でカメラより低消費電力であるから、HMD100の連続動作時間を長くすることができる。
ところで、一般的に人間は、筋肉等の負担が小さくなる姿勢(例えば手を下ろした状態)を待機姿勢とする傾向があり、手などを待機姿勢以外の姿勢をとる位置(例えば手を上げた状態)に動かした場合、筋肉等の負担が比較的大きくなるため、長時間にわたってその姿勢を維持することが困難なことが多い。又、待機姿勢以外の姿勢から待機姿勢へと手を戻す場合、一般的には最短経路を通過させることが自然な動作であるとされる。このような人体的特性に鑑みれば、ユーザーが意図しない手の動きを誤ってジェスチャー検出と認識してしまう恐れがある。
より具体的には、本実施形態のようなユーザーUSの頭部に装着されるHMD100において、ジェスチャー操作のためユーザーの意図に従って一旦上げた手を待機位置へと下ろす際に、近接センサー105の検出領域内を通過してしまい、これがユーザーの意図しないジェスチャー操作として検出される恐れがある。これに対し、ユーザーUSがジェスチャー操作の為に上げた手を上げたままにしたり、或いは腕を伸ばしたり回したりなどして検出領域を避けながら手を下ろせば、ユーザーの意図しないジェスチャー操作の検出回避が可能になる。しかしながら、これらの動作は人体的特性に基づく自然な動作とは異なっているので、かかる動作を要求することで、ユーザーの負担を増大させたり、使い勝手が悪くなる場合がある。かかる課題に対し、本実施形態では以下のように対処している。
より具体的に、プロセッサー121のジェスチャー検出について説明する。図13,14に、ユーザーUSの手HDの動きの例を示すが、点線で示すSAを検出領域とする。以下、「特定方向」を上下方向とし、「正方向」を上から下への方向、「負方向」を下から上への方向とする。ここで、手HDを下ろした位置から正方向に移動させた場合、近接センサー105からは図11の波形が出力されることとなる。一方、手HDを上げた位置から負方向に移動させた場合、図11の波形とは逆に、近接センサー105の受光領域RC,RDからの信号が先行して立ち上がり、続けて受光領域RA,RBからの信号が立ち上がることとなる。
まず図13(a)において、ユーザーUSが手HDを検出領域SAの上にかざし、この状態から図13(b)に示すように、検出領域SAを通過させつつ下方へと(正方向に)移動させたものとする。このとき、プロセッサー121は近接センサー105の出力に基づいて、ジェスチャー操作により手HDが上から下へ移動したと決定し(入力内容を確定し)、例えば後述する図17を参照して、表示画像の上から下への移動などの入力に基づく制御を実行する。その後すぐに、ユーザーUSが手HDを、検出領域SA内を通過させた場合、プロセッサー121は、近接センサー105の出力に基づいて、それに応じた入力内容を決定する。
一方、図14(a)に示すように、ユーザーUSが検出領域SAの下方に位置させた手HDを、図14(b)に示すように、検出領域SAを通過させつつ上方へと(負方向に)移動させた場合、プロセッサー121は近接センサー105の出力に基づいて、ジェスチャー操作により手HDが下から上へ移動したものと決定し(入力内容を確定し)、例えば後述する図17を参照して、表示画像の下から上への移動などの入力に基づく制御を実行する。ここで、プロセッサー121は、例えば内蔵するタイマーをスタートさせ、所定時間(例えば2〜3秒:ユーザーが変更可能であると望ましい)内に、図14(c)、(d)に示すように手HDが検出領域SA内を上から下に通過したことを、近接センサー105が検出した場合には、その出力を無視することで、表示画像の下から上への移動などの入力内容に基づく制御を実行しない。
つまり、ユーザーUSが手HDを、図14に示すごとく、所定時間内に検出領域SAを通過するように上下に往復移動させた場合でも、プロセッサー121は、上から下へのジェスチャー操作と、下から上へのジェスチャー操作が繰り返し行われたとは判断しないのである。これにより、同ジェスチャー操作により、例えば後述する図17の画像G1,G2が反復して中央に表示されるごとき不具合が阻止されるので、例えばユーザーUSが複数の画面送りなどを意図して、無意識に手HDを往復動作させた場合にも、誤入力の恐れが減少するというメリットがある。なお、手HDの上下の往復動作のうち、上から下へ下ろす動作は検出領域を通過させ、下から上に上げる動作は検出領域外を通過させることで、往復指示ではなく、連続した正方向指示を入力することができる。
特にジェスチャー操作にて、ユーザーUSが手HDを上から下に下ろした場合、この位置が待機姿勢となるので、この位置に手HDを留めたとしても、ユーザーUSの負担が少なく自然な動作といえる。よって、正方向は上から下への方向とするのが望ましい。一方、ユーザーUSが手HDを下から上に上げた場合、手を上げた状態は待機姿勢ではないので、例えばジェスチャー操作の検出がタイムアウトするまで、この姿勢を維持するのはユーザーUSの負担が大きくなる。そこで、ジェスチャー操作においてユーザーUSが手HDを下から上に上げた後、再度上から下へ下ろす場合、上から下へ手HDを下ろす動作は人間の自然な動作としてジェスチャー操作とは認識しないこととし、入力内容の決定に用いないこととしたのである。以上より、負方向は下から上への方向とするのが望ましい。
但し、ユーザーの好みにより、正負方向を逆にしても良い。
但し、ユーザーの好みにより、正負方向を逆にしても良い。
同様なことは、特定方向を左右方向として、ユーザーUSが手HDを、検出領域SAを通過するように左右に移動させた場合にもいえる。かかる場合、ジェスチャー操作は利き手(右利きの人は右手)を用いるのが自然であるから、ジェスチャー操作で用いた手が自分の体の利き手側にある状態を待機姿勢とするのが好ましい、従って右利きのユーザーUSが右手を用いることを前提に、手HDが検出領域SAを通過しつつ左から右へと移動したと近接センサー105が検出したときは、プロセッサー121はジェスチャー操作により手HDが左から右へ移動したと決定し、その後すぐに、ユーザーUSが手HDを、検出領域SA内を通過させた場合、プロセッサー121は、近接センサー105の出力に基づいて、それに応じた入力内容を決定することができる。
一方、手HDが検出領域SAを通過しつつ右から左へと移動したと近接センサー105が検出したときは、プロセッサー121はジェスチャー操作により手HDが右から左へ移動したと決定し、その後の所定時間内は、更に手HDが検出領域SAを通過しつつ左から右へと移動したことを、近接センサー105が検出した場合でも、その出力を無視するのである。それ以外は、上述の制御と同様である。以上の例では、正方向は左から右への方向とし、負方向は右から左の方向としたが、左利きの人、或いはユーザーの好みにより、正負方向を逆にしても良い。
又、特定方向を前後方向とした場合にも同様なことがいえる。上述したように手HDを検出領域SA内で前号方向に移動させると、近接センサー105からは図12の波形が出力される。このとき、ユーザーUSが手HDを近づけている方が待機姿勢に近いので、正方向はユーザーUSに近づく方向(図12の点線の波形)とし、負方向はユーザーUSから遠ざかる方向(図12の実線の波形)とするのが望ましい。更に、特定方向は斜め方向であっても良い。それ以外は、上述の制御と同様である。
尚、特定方向に対して負方向に手を移動させたことを近接センサー105が検出した後、所定時間以内に、特定方向における正方向以外の方向(別途方向:特定方向における負方向を含む)のジェスチャー操作を近接センサー105が検出したときには、プロセッサー121は、直ちに別途方向に対応する入力内容を決定できる。別途方向のジェスチャー操作が行われた場合、ユーザーUSの意思で手HDを移動させたと判断できるからである。
図15は、以上の内容にかかるジェスチャー操作による入力方法を実行するためのフローチャートであり、かかる入力方法は、ROM204に格納された入力プログラムにより実行できる。ここで、プロセッサー121は、各ジェスチャー操作の特定方向,及びその正方向、負方向を、予め決めているものとする。以下の実施形態の場合は、特定方向を上下方向とし、正方向を上から下への方向、負方向を下から上への方向とする。上下方向以外は、特定方向としない。但し、上下方向及び左右方向の2方向を特定方向としてもよく、3つ以上の方向を特定方向としても良い。
図15のステップS100で、ユーザーUSが指示体(ここでは手HD)をかざし、検出領域SA内を移動させることで、ステップS101で、近接センサー105が反応して信号を出力する。次に、ステップS102で、プロセッサー121が近接センサー105の出力から指示体の移動方向を判定し、特定方向でないと判定すれば、ステップS109で、そのジェスチャー操作に基づいて直ちに入力内容を確定する。その後、フローはステップS100へと戻り、新たなジェスチャー操作を待つ。一方、指示体の移動方向が特定方向であると判定されれば、続くステップS103で、プロセッサー121が近接センサー105の出力から、指示体の移動方向が特定方向の正方向(上→下)と認定すれば、ステップS109で、特定方向の正方向のジェスチャー操作が行われたものとして入力内容を確定する。その後、フローはステップS100へと戻り、新たなジェスチャー操作を待つ。
一方、ステップS103で、プロセッサー121が、指示体の移動方向は特定方向ではあるが正方向(上→下)でない(つまり負方向)と認定すれば、ステップS104で、特定方向の負方向のジェスチャー操作が行われたものとして入力内容を確定する。その後、プロセッサー121は内蔵タイマーをスタートさせ、ステップS105で所定時間経過したか否かを判断する。また所定時間の間(ステップS105で判定No)、プロセッサー121は新たなジェスチャー操作を待ち受ける(ステップS106)。ここで、プロセッサー121が新たなジェスチャー操作を検出することなく所定時間が経過すれば(ステップS105で判定Yes)、フローはステップS100へと戻り、新たなジェスチャー操作を待つ。
一方、ステップS106で、新たなジェスチャー操作が検出されたときは、ステップS107へと進み、プロセッサー121は、そのジェスチャー操作に関して近接センサー105の出力から、指示体の移動方向が正方向(上→下)であったと判定した場合、ステップS108へと進み、プロセッサー121は、特定方向の負方向に応じたジェスチャー操作の入力を無効とする。その後、フローをステップS105へと戻す。一方、ステップS107で、正方向(上→下)でないと判断された場合、「特定方向の正方向」とは異なる別途方向のジェスチャー操作であることから、プロセッサー121は、その別途方向に対応したジェスチャー内容を確定する(ステップS110)。その後、フローはステップS100へと戻り、次のジェスチャー操作を待つ。
図16は、(a)手の動き、(b)近接センサー出力、(c)正方向入力判断禁止期間、(d)画面表示制御の例をタイムチャートで表した図である。ここで、特定方向を上下方向とし、上から下への方向を正方向とし、下から上への方向を負方向とする。近接センサーの出力は、検出領域内でオン、検出領域外でオフとなっているものとする。図17は、画像形成部104Aに表示される画像の例を示す図である。
図16において、時間T0〜T1の間は、ホーム画面(図17(a)に示す画像G1が中央に位置する画面)が表示されているが、時間T0〜T1の間に、手が下から上と移動した場合、その手が検出領域外へと移動する時刻T1でプロセッサー121は入力内容を確定することで、直ちにホーム画面から1番目の画面(図17(b)に示す画像G2が中央に位置する画面)へと表示を変更する。但し、続く時間T1〜T2は正方向入力判断禁止期間となるので、この間に手が上から下へと移動した場合でも、プロセッサー121は入力を無視するので、時間T2〜T3の間も、ホーム画面(図17(b)に示す画像G2が中央に位置する画面)が表示され続ける。
更に、時間T2〜T3の間に手が下から上と移動した場合、その手が検出領域外へと移動する時刻T3でプロセッサー121は入力内容を確定することで、直ちにホーム画面から2番目の画面(図17(c)に示す画像G3が中央に位置する画面)へと表示を変更する。但し、続く時間T3〜T4は正方向入力判断禁止期間となるので、この間に手が上から下へと移動した場合でも、プロセッサー121は入力を無視するので、時間T4〜T5の間も、ホーム画面(図17(c)に示す画像G3が中央に位置する画面)が表示され続ける。
その後、時間T4〜T5の間に手が上から下と移動した場合、正方向入力判断禁止期間が時刻T4で終了しているので、その手が検出領域外へと移動する時刻T5でプロセッサー121は入力内容を確定し、直ちにホーム画面から1番目の画面(図17(b)に示す画像G2が中央に位置する画面)へと表示が変更される。
尚、図17(a)に示すように、各種調整(Settings)の画像G1が中央に表示された状態で、手を左から右へと移動させれば、プロセッサー121によるジェスチャー検出によりOKボタンB1の入力が実行され、各種調整を行うことができるようになる。又、図17(b)に示すように、輝度(Brightness)の画像G2が中央に表示された状態で、手を左から右へと移動させれば、プロセッサー121によるジェスチャー検出によりOKボタンB1の入力が実行され、画像形成部104Aの輝度調整を行うことができる。更に、図17(c)に示すように、スピーカー(Sound)の画像G3が中央に表示された状態で、手を左から右へと移動させれば、プロセッサー121によるジェスチャー検出によりOKボタンB1の入力が実行され、スピーカー111Aの音量調整を行うことができる。
尚、近接センサー105の向いている方向によって、ジェスチャー操作の入力方向が変化する。例えばユーザーUSが上方を仰ぎ見るような状態で、その眼前で顎から額に向かう方向にユーザーUSが略水平に手を動かした場合、これをプロセッサー121が特定方向の負方向として検出して,所定時間内の正方向へのジェスチャー操作を無効とすることになるが、必ずしも無効が必要でない場合もある。そこで、例えば特定方向を上下方向とする場合には、HMD100を装着したユーザーUSの顔面が鉛直面にほぼ正対していることを、加速度センサー110A等により検出した場合に限り、プロセッサー121が上述の制御を実行するようにしても良い。
本発明は、明細書に記載の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施形態や技術思想から本分野の当業者にとって明らかである。明細書の記載及び実施形態は、あくまでも例証を目的としており、本発明の範囲は後述するクレームによって示されている。
100 HMD
101 フレーム
101a 前方部
101b 側部
101c 側部
101d 長孔
101e 長孔
102 眼鏡レンズ
103 主本体部
104 ディスプレイ
104A 画像形成部
104B 画像表示部
104DR 表示制御部
104a 光源
104b 一方向拡散板
104c 集光レンズ
104d 表示素子
104f 接眼プリズム
104g 偏向プリズム
104h ホログラム光学素子
104i 画面
105 近接センサー
105a 受光部
106 カメラ
106a レンズ
107 右副本体部
107a 突起
108 左副本体部
108a 突起
109 加速度センサー
110 ジャイロ
111A スピーカー
111B マイク
111C イヤホン
113 電源回路
121 プロセッサー
122 操作部
123 GPS受信部
124 通信部
125 ROM
126 RAM
127 バッテリー
128 バッテリー制御部
129 ストレージデバイス
130 電源回路
CD コード
CTU 制御ユニット
HD 手
HS 配線
PL1 基端面
PL2 内側面
PL3 外側面
PL4 傾斜面
PL5 傾斜面
RA-RD 受光領域
SA 検出領域
US ユーザー
101 フレーム
101a 前方部
101b 側部
101c 側部
101d 長孔
101e 長孔
102 眼鏡レンズ
103 主本体部
104 ディスプレイ
104A 画像形成部
104B 画像表示部
104DR 表示制御部
104a 光源
104b 一方向拡散板
104c 集光レンズ
104d 表示素子
104f 接眼プリズム
104g 偏向プリズム
104h ホログラム光学素子
104i 画面
105 近接センサー
105a 受光部
106 カメラ
106a レンズ
107 右副本体部
107a 突起
108 左副本体部
108a 突起
109 加速度センサー
110 ジャイロ
111A スピーカー
111B マイク
111C イヤホン
113 電源回路
121 プロセッサー
122 操作部
123 GPS受信部
124 通信部
125 ROM
126 RAM
127 バッテリー
128 バッテリー制御部
129 ストレージデバイス
130 電源回路
CD コード
CTU 制御ユニット
HD 手
HS 配線
PL1 基端面
PL2 内側面
PL3 外側面
PL4 傾斜面
PL5 傾斜面
RA-RD 受光領域
SA 検出領域
US ユーザー
Claims (10)
- 検出領域を持ち、ユーザーにより動かされる指示体が前記検出領域を移動する方向を検出して、それに応じた出力を生成する検出装置と、
前記検出装置の出力に応じて入力内容を決定する制御装置と、を備えた入力装置であって、
前記制御装置は、前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記制御装置は、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いない入力装置。 - 前記制御装置は、前記所定時間の間に、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向以外の別途方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記別途方向に対応する入力内容を決定する請求項1に記載の入力装置。
- 前記特定方向とは前記検出領域における上下方向であり、前記正方向とは前記検出領域において上から下への方向であり、前記負方向とは前記検出領域において下から上への方向である請求項1又は2に記載の入力装置。
- 前記特定方向とは前記検出領域における左右方向である請求項1〜3のいずれかに記載の入力装置。
- 前記検出装置は、近接範囲にある物体を検出して出力を生成する近接センサーである請求項1〜4のいずれかに記載の入力装置。
- 請求項1〜5の入力装置を備え、操作者の体に取り付けられる電子機器。
- 前記電子機器は、画像を表示できる画面を備えた表示部材と、前記操作者の頭部に取り付けられる支持部材とを有し、前記支持部材は、前記表示部材を前記操作者の眼前に位置するように支持すると共に、前記入力装置の検出領域が前記操作者の眼前となるように前記入力部材を支持する請求項6に記載の電子機器。
- 請求項1〜5のいずれかの入力装置と、画像表示部と、を備え、前記入力装置からの出力によって前記画像表示部の表示画面の操作を行う電子機器。
- 検出領域を持ち、ユーザーにより動かされる指示体が前記検出領域を移動する方向を検出して、それに応じた出力を生成する検出装置を備え、前記検出装置の出力に応じて入力内容を決定する電子機器の入力方法であって、
前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いない電子機器の入力方法。 - 検出領域を持ち、ユーザーにより動かされる指示体が前記検出領域を移動する方向を検出して、それに応じた出力を生成する検出装置を備え、前記検出装置の出力に応じて入力内容を決定する電子機器の入力プログラムであって、
前記指示体が前記検出領域内において特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の正方向に移動したことに対応する入力内容を決定し、更に続けて前記検出装置が前記指示体の前記検出領域内の移動を検出したときは、その移動方向に対応する入力内容を決定し、
前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向とは反対の負方向に移動したことを前記検出装置が検出したときは、前記特定方向の負方向に移動したことに対応する入力内容を決定すると共に、所定時間にわたって、前記指示体が前記検出領域内において前記特定方向の正方向に移動したことを前記検出装置が検出した場合には、前記検出装置の出力を入力内容の決定に用いない電子機器の入力プログラム。
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