JPH11259206A

JPH11259206A - 赤外線検出式入力装置

Info

Publication number: JPH11259206A
Application number: JP5679398A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Iwamoto; 康秀岩本; Atsuo Iida; 安津夫飯田; Nobuyasu Yamaguchi; 伸康山口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-03-09
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】赤外線検出式入力装置に関し、人のジェスチ
ャーにより電子機器へ所望の指令を入力することを課題
とする。【解決手段】人体から放射される赤外線を検出可能な
少なくとも１つの赤外線検出素子と、人体から放射され
る赤外線を赤外線検出素子に集光する集光器と、赤外線
検出素子から出力される信号に対して所定周波数以上の
信号のみを通過させるフィルター部と、フィルター部か
らの信号に基づいて人体の動きの方向を判断する判断部
とを備え、赤外線検出素子から所定距離だけ離れた位置
に矩形又はその変形形状の赤外線検出領域を形成し、フ
ィルター部は人体が前記検出領域をその短辺方向に所定
速度以上の速度で横切ったときに赤外線検出素子の出力
信号を判断部へ通過させる周波数特性を備えたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人体から放射さ
れる赤外線を利用して、人体の通常の動作よりも早い特
定の動きを検出することにより、電子機器へ所望の指令
を入力する赤外線検出式入力装置に関し、例えば電子機
器の表示部によるプレゼンテーション時のスライドのペ
ージ送りやページ戻しの指令を、手の上げ下げ動作等で
行うための入力インタフェースとして利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置としては、人体から
放射される赤外線を複数の赤外線検出素子で検出し、人
体の通過の有無を検知するものが知られている（例え
ば、特開昭５２−１５５１００号公報参照）。また、人
体の動きを視野制限体を設けた複数のセンサで検知し、
それらの出力信号の時間的ずれによってテレビを制御す
るようにしたリモコン装置が知られている（例えば、特
開平７−３８９７１号公報参照）。さらに、アレイ状に
配列した赤外線検出素子群を光学系と共に回転機構によ
って回転させ、２次元熱画像を検出するようにしたもの
も知られている（例えば、特開平８−６２０４号参
照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の装置は、人体の特定の部位の特定方向の早い動
きと人体の通常のゆっくりした動きと区別して検出する
機能を有していない。この発明はこのような事情を考慮
してなされたもので、人体のゆっくりした動きは検出せ
ず、特定部位の特定方向の早い動きのみを認識すること
が可能な赤外線検出式入力装置を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、人体から放
射される赤外線を検出可能な少なくとも１つの赤外線検
出素子と、人体から放射される赤外線を赤外線検出素子
に集光する集光器と、赤外線検出素子から出力される信
号に対して所定周波数以上の信号のみを通過させるフィ
ルター部と、フィルター部からの信号に基づいて人体の
動きの方向を判断する判断部とを備え、赤外線検出素子
から所定距離だけ離れた位置に矩形又はその変形形状の
赤外線検出領域を形成し、フィルター部は人体が前記検
出領域をその短辺方向に所定速度以上の速度で横切った
ときに赤外線検出素子の出力信号を判断部へ通過させる
周波数特性を備えたことを特徴とする赤外線検出式入力
装置を提供するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】この発明における赤外線検出素子
は、人体（又はその一部）が赤外線検出領域を横切ると
き、人体が赤外線検出領域へ入るときと出るときの赤外
線の時間的強度変化を検出し、それに対応する交流信
号、つまり赤外線検出領域に入るときに半サイクル，出
るときにその逆極性の半サイクルの信号を出力する。従
って、赤外線検出素子の出力信号の周波数は、人体（又
はその一部）が赤外線検出領域を横切る時間に対応す
る。なお、赤外線検出素子の出力が赤外線の時間的強度
変化を示さない場合には、赤外線素子の後段に例えば微
分回路を挿入することが好ましい。

【０００６】これに対して、フィルター部は赤外線検出
素子から出力される信号に対して所定周波数以上の信号
のみを通過させる。そこで、その所定周波数を手が赤外
線検出領域を短辺方向に横切る時間に対応して設定する
ことにより、フィルター部は、そのような周波数の高い
検出信号のみを通過させ、それより周波数の低い動作、
つまり手の長辺方向への移動動作や人体全体のゆっくり
した移動動作についての検出信号をカットする。

【０００７】判断部は、フィルター部の出力信号に基づ
いて、人体（又はその一部）の通常の動作よりも速く、
かつ特定方向（赤外線検出領域の短辺方向）を有する動
作のみを認識し、それに対応する指令信号を例えば電子
機器に入力する。

【０００８】なお、上記フィルター部には公知の有限イ
ンパルス応答（ＦＩＲ）システム又は無限インパルス応
答（ＩＩＲ）システムのディジタルフィルターを用いる
ことが可能で、これは判断部と共にマイクロコンピュー
タで構成することができる。

【０００９】この発明における赤外線検出素子には、熱
型又は量子型の赤外線検出素子を用いることができる。
とくに、熱型赤外線検出素子の一種である焦電センサ
は、常温で作動し感度の波長依存性が無い点で好まし
い。

【００１０】焦光器にはレンズや反射鏡を用いることが
できるが、赤外線の吸収損失が少ない点から反射鏡を用
いることが好ましい。反射鏡には球面鏡，放射面鏡，だ
円面鏡又は双曲面鏡などのいずれを用いてもよい。製作
が容易で安価な点では、球面鏡を用いることが好まし
い。

【００１１】この発明の赤外線検出領域の形状とサイズ
は、赤外線検出素子の受光面の形状寸法と、焦光器の焦
点距離と、赤外線検出素子から検出領域までの距離など
によって決定される。なお、矩形又はその変形形状と
は、長方形やだ円形のように縦横の長さが異なる形状を
意味する。

【００１２】赤外線検出素子が２つの赤外線検出素子か
らなり、２つの矩形又はその変形形状の赤外線検出領域
が形成されるとき、その２つの赤外線検出領域が互いに
平行であってもよい。これによって、人体（又はその一
部）の特定方向の往復動作が往と復に分けて識別され
る。

【００１３】また、赤外線検出素子が２つの赤外線検出
素子からなり、２つの矩形又はその変形形状の赤外線検
出領域が形成されるとき、その２つの赤外線検出領域が
互いに直交してもよい。これによって人体の動作につい
て２種類の動作が識別される。例えば、手を上下に振っ
た場合と左右に振った場合がそれぞれ識別される。

【００１４】さらに、赤外線検出素子が４つの赤外線検
出素子からなり、４つの矩形又はその変形形状の赤外線
検出領域が形成され、その内の２つの赤外線検出領域は
互いに平行であり、他の２つの赤外線検出領域は互いに
平行で前記２つの赤外線領域に直交してもよい。これに
より、例えば上下左右方向の４種類の動作が識別でき
る。

【００１５】人が手を振る動作を検出する場合、その振
り幅が通常３００ｍｍ程度であるので、赤外線検出領域
のサイズは、赤外線検出素子から所定距離だけ離れた位
置で長さが４００ｍｍ以上、幅が１００ｍｍ以下である
ことが好ましい。測距センサをさらに備え、判断部は測
距センサからの信号とフィルター部からの信号とに基づ
いて人体の動きを判断してもよい。

【００１６】以上の構成によると、人体から放射される
赤外線を用いて、特定の部位の特定方向の早い動きのみ
を検出することができ、電子機器の位置に対して人体が
拘束されない状態でジェスチャー入力が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下図面に示す実施例に基づいてこの発明を
さらに詳述する。なお、各図面において同じ構成要素に
は同じ参照符号を付している。まず、この発明の第１実
施例について説明する。図１は第１実施例の赤外線検出
式入力装置を示すブロック図である。人体１から放射さ
れる赤外線２を反射ミラー３で集光し、赤外線検出素子
４で検出する。赤外線検出素子４にはタンタル酸リチウ
ムの単結晶からなる焦電センサを用いている。

【００１８】赤外線検出素子４の出力信号をアンプ５で
増幅した後、フィルター部６および判断部７で順に信号
処理を行い、判断部７はその判断結果に基づいて表示部
９に所定の指令信号を入力する。フィルター部６にはＩ
ＩＲシステムによるディジタルフィルターを使用し、１
０Ｈｚ以上の信号を通過させるようにしている。

【００１９】そして、図２に示す様な長辺長さがａで、
短辺の長さがｂ（ａ＞ｂ）の長方形状の赤外線検出領域
８を形成するために、図３に示すように赤外線検出素子
４を反射ミラー３の焦点又はその近傍に配置する。

【００２０】この例では、反射ミラー３に焦点距離が１
０ｃｍの球面ミラーを使用し、赤外線検出素子４には４
ｍｍ×１ｍｍの長方形の受光面を有するものを使用す
る。これによって、反射ミラー３の前方で赤外線検出素
子４から１０ｍの位置に図２に示すようなａ＝４００ｍ
ｍ，ｂ＝１００ｍｍの赤外線検出領域８が形成される。
また、ミラー３の代わりにレンズを用いて同等の赤外線
検出領域を形成してもよい。

【００２１】図４に示すように人体１に対して赤外線検
出領域８が設定されるとき、赤外線検出領域８に対して
手を垂直つまり短辺方向に下げた場合のアンプ５とフィ
ルター部６の出力Ｖ１，Ｓ１の波形をそれぞれ図５に示
す。

【００２２】手が赤外線検出領域８を短辺方向に通過す
ると信号Ｖ１が出力され、その波長Ｗは赤外線検出領域
８の短辺の長さｂに比例し手の速度に反比例する。例え
ば、手の速度が２ｍ／ｓｅｃの時にはＷ＝０．１ｓｅｃ
（１０Ｈｚ）となる。一方、この手が長辺方向の通過し
た場合にはＷ＝０．４ｓｅｃ（２．５Ｈｚ）となる。

【００２３】従って、手が短辺方向に通過したときに
は、信号Ｖ１はフィルター部６を通過し、信号Ｓ１とし
て判断部７に入力される。判断部７は信号Ｓ１の振幅と
周期から手の動きが垂直であると判断し、表示部９に指
令信号を入力する。

【００２４】図６に手を斜めに動かした場合の出力Ｖ
１，Ｓ１の波形を示す。赤外線検出領域８に対して斜め
に手を動かすため、通過にさらに時間を要し、出力Ｖ１
の波長Ｗ１がＷよりも長くなると共に振幅Ａ１がＡより
も小さくなる。出力Ｖ１は周波数が１０Ｈｚよりも小さ
くなり、フィルター部６を通過できない。従って、判断
部７は信号Ｓ１の波長と振幅から手の動きが垂直方向で
ないと判断し、表示部９に指令信号を入力しない。

【００２５】図７に手を横に動かした場合の出力Ｖ１，
Ｓ１の波形の例を示す。赤外線検出領域８の長辺方向に
対して平行に手を動かすため、手が赤外線検出領域８を
完全に通過することができない。従って、振幅Ａ２が小
さく波長Ｗ２が長くなりその周波数が１０Ｈｚより十分
に小さくなるためフィルター部６で除去され、判断部７
は手の動きを検出することができない。また、手が長辺
方向に通過できたとしても、出力Ｖ１は前述のように周
波数が２．５Ｈｚ程度になりフィルター部６を通過でき
ない。

【００２６】人体１がゆっくり動いた場合の出力波形も
図７と同様の波形となる。従って、フィルター部６で除
去されるため判断部７によって検出されない。このよう
にして、手の垂直方向の２ｍ／ｓｅｃ以上の動きのみが
検出される。

【００２７】この手の上げ下げを判断部７で判別し、表
示部９でプレゼンテーションソフトと連動せることによ
り、例えばプレゼンテーション時に、手を上又は下に動
かした時にスライドのページ送りを行うように構成する
ことができる。

【００２８】次に、この発明の第２実施例について説明
する。図８は第２実施例の赤外線検出式入力装置を示す
ブロック図である。人体１から放射される赤外線２を反
射ミラー３で集光し、平行に配列した赤外線検出素子
４，４ａで検出する。

【００２９】赤外線検出素子４，４ａの出力信号をアン
プ５，５ａでそれぞれ増幅した後、フィルター部６，６
ａおよび判断部７で順に信号処理を行い、判断部７はそ
の判断結果を表示部９に入力する。なお、赤外線検出素
子４ａ，アンプ５ａ，フィルター６ａは、それぞれ赤外
線検出素子６，アンプ５，フィルタ６と同等のものを用
いている。

【００３０】図９に示す様な互いに平行な２つの長方形
赤外線検出領域８，８ａを間隔ｃだけ離して形成するた
めに、図１０に示すように赤外線検出素子４，４ａを反
射ミラー３の焦点又はその近傍に検出面が互いに平行に
なるように配置する。ここでは、ａ＝４００ｍｍ，ｂ＝
１００ｍｍ，ｃ＝１００ｍｍとしている。

【００３１】そして、図１１に示すように人体１に対し
て赤外線検出領域８，８ａが設定されるとき、赤外線検
出領域８，８ａに対して手を垂直に下げた場合のフィル
ター部６，６ａの出力Ｓ１，Ｓ２の波形を図１２に示
す。

【００３２】手が赤外線検出領域８，８ａを順番に通過
するので、出力信号Ｓ１，Ｓ２もその順番で出力され
る。手を上げた場合には順番が逆になる。従って、判断
部７はＳ１，Ｓ２信号の出力の順番によって、手が上へ
動いたか、下へ動いたかを判別できる。

【００３３】また、手が斜めに動いた場合や人体１がゆ
っくり動いた場合に赤外線検出４，４ａから出力される
信号は、第１実施例と同様にフィルター部６，６ａや判
断部７により除去又は無視される。

【００３４】このようにして、手の特定方向すなわち、
上と下方向の動きそれぞれを区別して検出することがで
きる。この手の上げ動作と下げ動作とを判断部７で判別
し、表示部９でプレゼンテーションソフトと連動せるこ
とにより、例えばプレゼンテーション時に、手を上げた
時にスライドのページ送りを行い、手を上げた時にスラ
イドのページ戻しを行うように構成することができる。

【００３５】なお、第１および第２実施例における赤外
線検出領域のサイズを決定するために、人間が意識して
手を上下に動かす動作を分析した結果、以下の結果が得
られた。先ず、水平方向に手を動かす範囲は４００ｍｍ
程度であることが分かった。このため、赤外線検出領域
８，８ａの長さａ（図２，図９）を４００ｍｍ以上とす
ることにより、手は赤外線検出領域８，８ａに対して長
手方向に横切ることができない。

【００３６】また、人間が意識して手を上下に動かす場
合、上下方向の手の振り幅は３００ｍｍ程度である。こ
のため、赤外線検出領域の幅ｂを１００ｍｍ以下、赤外
線検出領域の間隔ｃを２００ｍｍ以下と設定することに
より、手は上又は下方向の一回の動作で２つの赤外線検
出領域８，８ａを連続的に通過することができ、手の動
きの方向判別が確実に行える。

【００３７】次に、この発明の第３実施例について説明
する。この実施例は第２実施例の変形であり、赤外線検
出素子４，４ａとミラー３とによって形成される赤外線
検出領域８，８ａが図１３に示すように互いに直交する
点以外は第２実施例と同等である。

【００３８】図１３に示すような互いに直交する２つの
長方形の赤外線検出領域８，８ａを形成するために、図
１４に示すように赤外線検出素子４，４ａを反射ミラー
３の焦点またはその近傍に検出面が互いに直交するよう
に配置する。

【００３９】そして、図１５に示すように人体１に対し
て赤外線検出領域８，８ａが設定されるとき、手を垂直
方向に移動させると手は赤外線検出領域８を横切るので
第１実施例と同様にフィルター部６は図５に示す波形の
信号Ｓ１を出力する。また、このとき手を水平方向に移
動させると手は赤外線検出領域８ａを横切るのでフィル
ター部６ａの出力信号Ｓ２も図５に示す信号Ｓ１と同等
の波形が得られる。

【００４０】従って、判断部７は信号Ｓ１，Ｓ２によっ
て手が垂直方向に動いたか、水平方向に動いたかの両方
を判別できる。なお、手がそれ以外の方向に動いた場合
又は人体１が動いた場合には、信号１、２は第１および
第２実施例と同様に判断部７に無視される。

【００４１】次に、この発明の第４実施例について説明
する。図１６は第１実施例の赤外線検出式入力装置を示
すブロック図である。人体から放射される赤外線２を反
射ミラー３で集光し赤外線検出素子４，４ａで検出す
る。同時に赤外線２を反射ミラー３ａで集光し赤外線検
出素子４ｂ，４ｃで検出する。赤外線検出素子４，４
ａ，４ｂ，４ｃの出力信号をそれぞれアンプ５，５ａ，
５ｂ，４ｃで増幅した後、フィルター部６，６ａ，６
ｂ，６ｃで処理し、さらに判断部７で処理し、判断部７
の判断結果を表示部９に入力する。

【００４２】なお、反射ミラー３，３ａは互いに同等の
ものであり、アンプ５，５ａ，５ｂ，５ｃも互いに同等
のものであり、フィルター部６，６ａ，６ｂ，６ｃも互
いに同等のものである。

【００４３】そして、図１７に示すような２つの平行な
水平方向の赤外線検出領域８，８ａと２つの平行な垂直
方向の赤外線検出領域８ｂ，８ｃを形成する。なお、赤
外線検出領域のサイズおよび間隔は第２実施例と同等で
ある。

【００４４】このために図１８に示すように、赤外線検
出素子４，４ａを反射ミラー３の焦点又はその近傍に検
出面が平行で水平になるように設置し、赤外線検出素子
４ｂ，４ｃを反射ミラー３ａの焦点又はその近傍に検出
面が平行で垂直になるように設置する。

【００４５】そして、図１９に示すように人体１に対し
て赤外線検出領域８，８ａ，８ｂ，８ｃが設定されると
き、手を垂直に動かした場合、手が赤外線検出領域８，
８ａを横切るので、その横切る順序により第２実施例と
同様にして手が上へ動いたか、下へ動いたかを判別でき
る。また、手を水平に動かした場合、手が赤外線検出領
域８ｂ，８ｃを横切るので、その横切る順序により、同
様にして手が右へ動いたか左へ動いたかを判別できる。

【００４６】次に、この発明の第５実施例について説明
する。この実施例は第２実施例の変形であり、図８の判
断部７を判断部７ａと置換したものであり、その他の構
成は第２実施例と同等である。ここで、判断部７ａは、
人体１の位置を認識するための測距センサ（例えば超音
波を利用したもの）１０と表示灯１１を備える。

【００４７】図２１に示すように赤外線検出領域８，８
ａと測距センサ１０の赤外線検出領域１２が設定され
る。人体１が赤外線検出領域１２に存在するとき、判断
部７ａはそれを測距センサ１０によって認識して表示灯
１１を点灯させ、その旨を人体１に報知する。

【００４８】人体１はその報知を目視で確認したのち第
２実施例と同様に手を動かすことにより、その動きがさ
らに精度よく赤外線検出素子４，４ａによって検出され
る。なお、図２１のように人体１を赤外線検出領域８，
８ａから外すことにより手と背景温度の差が大きくな
り、赤外線検出素子４，４ａのＳ／Ｎ比も向上する。ま
た、この判断部７ａは、第１，第３および第４実施例の
判断部７と置換して用いることもできる。

【００４９】

【発明の効果】この発明によれば、人体の特定の部位の
特定方向の動きを人体そのものの動きから区別して検出
することができるため、人体を拘束することなく手の振
りで入力可能な入力装置が実現でき、マンマシンインタ
フェースの向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示すブロック図であ
る。

【図２】第１実施例の赤外線検出領域を示す説明図であ
る。

【図３】第１実施例の反射ミラーの正面図である。

【図４】第１実施例の人体と赤外線検出領域の配置説明
図である。

【図５】第１実施例の要部の波形図である。

【図６】第１実施例の要部の波形図である。

【図７】第１実施例の要部の波形図である。

【図８】第２実施例を示すブロック図である。

【図９】第２実施例の赤外線検出領域を示す説明図であ
る。

【図１０】第２実施例の反射ミラーを示す正面図であ
る。

【図１１】第２実施例の人体と赤外線検出領域の配置説
明図である。

【図１２】第２実施例の要部の波形図である。

【図１３】第３実施例の赤外線検出領域を示す説明図で
ある。

【図１４】第３実施例の反射ミラーを示す正面図であ
る。

【図１５】第３実施例の人体と赤外線検出領域の配置説
明図である。

【図１６】第４実施例を示すブロック図である。

【図１７】第４実施例の赤外線検出領域を示す説明図で
ある。

【図１８】第４実施例の反射ミラーを示す正面図であ
る。

【図１９】第４実施例の人体と赤外線検出領域の配置説
明図である。

【図２０】第５実施例を示すブロック図である。

【図２１】第５実施例の人体と赤外線検出領域の配置説
明図である。

【符号の説明】

１人体２赤外線３反射ミラー４赤外線検出素子５アンプ６フィルター部７判断部９表示部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人体から放射される赤外線を検出可能な
少なくとも１つの赤外線検出素子と、人体から放射され
る赤外線を赤外線検出素子に集光する集光器と、赤外線
検出素子から出力される信号に対して所定周波数以上の
信号のみを通過させるフィルター部と、フィルター部か
らの信号に基づいて人体の動きの方向を判断する判断部
とを備え、赤外線検出素子から所定距離だけ離れた位置
に矩形又はその変形形状の赤外線検出領域を形成し、フ
ィルター部は人体が前記検出領域をその短辺方向に所定
速度以上の速度で横切ったときに赤外線検出素子の出力
信号を判断部へ通過させる周波数特性を備えたことを特
徴とする赤外線検出式入力装置。
【請求項２】赤外線検出素子は、受光面が矩形又はそ
の変形形状の焦電センサからなる請求項１記載の赤外線
検出式入力装置。
【請求項３】集光器が凹面鏡からなり赤外線検出素子
が凹面鏡の焦点又はその近傍に設けられてなる請求項１
記載の赤外線検出式入力装置。
【請求項４】赤外線検出素子が２つの赤外線検出素子
からなり、それら２つの赤外線検出領域が互いに平行又
は直交する請求項１記載の赤外線検出式入力装置。
【請求項５】赤外線検出素子が４つの赤外線検出素子
からなり、その内の２つの赤外線検出素子に対する赤外
線検出領域は互いに平行であり、他の２つの赤外線検出
素子に対する赤外線検出領域は互いに平行で前記２つの
赤外線検出領域に直交する請求項１記載の赤外線検出式
入力装置。
【請求項６】赤外線検出領域が矩形状であり、その長
辺が４００ｍｍ以上、その短辺が１００ｍｍ以下である
請求項１、４、又は５のいずれかに記載の赤外線検出式
入力装置。
【請求項７】測距センサをさらに備え、判断部は測距
センサからの信号とフィルター部からの信号とに基づい
て人体の動きを判断する請求項１記載の赤外線検出式入
力装置。