特開2018-206149(P2018-206149A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-206149(P2018-206149A)
(43)【公開日】2018年12月27日
(54)【発明の名称】入力装置
(51)【国際特許分類】
   G06F 3/01 20060101AFI20181130BHJP
   G09F 9/00 20060101ALI20181130BHJP
   G06F 3/041 20060101ALI20181130BHJP
【FI】
   G06F3/01 510
   G06F3/01 560
   G09F9/00 366A
   G06F3/041 580
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】OL
【全頁数】41
(21)【出願番号】特願2017-111970(P2017-111970)
(22)【出願日】2017年6月6日
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100155712
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 尚
(72)【発明者】
【氏名】篠原 正幸
(72)【発明者】
【氏名】田上 靖宏
(72)【発明者】
【氏名】倉田 剛大
(72)【発明者】
【氏名】北村 智和
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼木 佳彦
(72)【発明者】
【氏名】奥田 満
(72)【発明者】
【氏名】森 裕都
【テーマコード(参考)】
5E555
5G435
【Fターム(参考)】
5E555AA08
5E555AA11
5E555BA02
5E555BB02
5E555BC01
5E555BC19
5E555CA41
5E555CB22
5E555CB53
5E555CC19
5E555DA11
5E555DA21
5E555DA24
5E555DB20
5E555DC32
5E555DC36
5E555DC43
5E555DD06
5E555FA00
5G435AA00
5G435BB12
5G435CC11
5G435DD11
5G435FF08
5G435FF11
5G435FF15
5G435HH02
5G435LL03
5G435LL18
(57)【要約】
【課題】空間に結像された画像に対して、ユーザが指などの物体を近づけていることを認識し、その旨をユーザに通知する。
【解決手段】入力装置(1)は、光源から入射した光を導光して出射面から出射させ、空間に画像を結像させる導光板と、画像が結像される結像位置を含む空間における指示体を検出する位置検出センサ(20)と、位置検出センサ(20)による指示体の検出に応じてユーザによる入力を検知し、結像位置と指示体との距離に応じて、ユーザに対する報知方法を変化させる制御を行う報知制御部(42)とを備える。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、
前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、
前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
前記センサによって検出された、前記結像位置と前記物体との距離に応じて、ユーザに対する報知方法を変化させる制御を行う報知制御部とを備えることを特徴とする入力装置。
【請求項2】
前記報知制御部が、前記結像位置に対して所定の距離の範囲である近傍空間に前記物体が存在している場合と、前記結像位置に前記物体が存在している場合とで、前記報知方法を異ならせることを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
【請求項3】
前記画像が複数の位置に結像されているとともに、前記近傍空間が前記画像のそれぞれの結像位置毎に設定されており、
前記報知制御部が、前記近傍空間に前記物体が検出された場合に、該近傍空間に対応する位置に結像されている前記画像を特定する報知を行うように制御することを特徴とする請求項2に記載の入力装置。
【請求項4】
前記報知制御部が、前記画像の表示状態を変化させることによって前記報知方法を変化させる制御を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項5】
前記第1導光板の前記光出射面側または前記光出射面の反対側に、場所に応じて光の出射状態または透過状態を変更する光制御装置をさらに備え、
前記画像が複数の位置に結像されているとともに、
前記報知制御部が、前記画像のそれぞれの結像位置に応じて、前記光制御装置における光の出射状態または透過状態を変更させることによって前記報知方法を変化させることを特徴とする請求項4に記載の入力装置。
【請求項6】
前記光制御装置が、
複数の場所に配置された発光部材の発光を制御する発光装置、
光源から入射した光を導光して光出射面から出射させるとともに、該光出射面から光を出射させる位置を制御する第2導光板装置、および、
位置に応じて光の出射または透過を制御する液晶表示装置
のいずれか1つであることを特徴とする請求項5に記載の入力装置。
【請求項7】
音を出力する音出力装置をさらに備え、
前記報知制御部が、前記音出力装置の出力を変化させることによって前記報知方法を変化させる制御を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項8】
前記結像位置を含む空間に位置する人体の触覚を遠隔で刺激する触覚刺激装置をさらに備え、
前記報知制御部が、前記触覚刺激装置の出力を変化させることによって前記報知方法を変化させる制御を行うことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項9】
前記第1導光板が、複数の部分導光板から構成されているとともに、
前記部分導光板のそれぞれにおいて、前記光源からの光が入射する入射面と、前記光出射面において光が出射される領域との間に導光領域が設けられており、
少なくとも1つの前記部分導光板における光出射面側において、前記導光領域の少なくとも一部に重畳するように、別の前記部分導光板が配置されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項10】
前記画像が複数の位置に結像されているとともに、少なくとも一部の前記画像のそれぞれが数字または文字に対応しており、
前記入力検知部による検知結果に応じて、入力された文字情報を出力することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項11】
前記第1導光板は、当該第1導光板内を導光された光を光路変更させて前記光出射面から出射させる複数の光路変更部を有し、
複数の前記光路変更部によって光路変更され前記光出射面から出射した光が空間の所定位置で収束することによって画像が結像されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項12】
光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、スクリーンのない空間に画像を結像させる第1導光板と、
前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、
前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
前記第1導光板の前記光出射面側または前記光出射面の反対側に、場所に応じて光の出射状態または透過状態を変更する光制御装置と、
前記センサの検出結果に応じて、前記光制御装置の制御を行う報知制御部とを備えることを特徴とする入力装置。
【請求項13】
前記光制御装置が、
複数の場所に配置された発光部材の発光を制御する発光装置、
光源から入射した光を導光して光出射面から出射させるとともに、該光出射面から光を出射させる位置を制御する第2導光板装置、および、
位置に応じて光の出射または透過を制御する液晶表示装置
のいずれか1つであることを特徴とする請求項12に記載の入力装置。
【請求項14】
光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、
前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、
前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
前記入力検知部が、前記画像の前記結像位置からなる結像領域内での前記物体の移動が行われることによるユーザによる入力を検出した場合に、前記第1導光板による前記画像の結像状態を変化させる結像制御部とを備えることを特徴とする入力装置。
【請求項15】
光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、
前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、
前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
前記画像の前記結像位置からなる結像領域を含む結像平面上であって、前記結像領域とは異なる位置に平面部を備える結像平面提示構造とを備えることを特徴とする入力装置。
【請求項16】
光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、
前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、
前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
前記第1導光板の前記光出射面側または前記光出射面の反対側に、場所に応じて光の出射状態または透過状態を変更することによって、前記第1導光板によって結像される前記画像の投影形状からなる投影画像を表示する光制御装置とを備えることを特徴とする入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、本発明は、空間に画像を結像させるとともに、該画像に対するユーザによる入力を検知する入力装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、導光板の光出射面から光を出射させて空間に像を形成するとともに、導光板の出射面側に位置する物体を検出する光デバイスが知られている(特許文献1)。また、特許文献2および特許文献3においても、空間に像を結像させるとともに、空間において物体を検知する装置が開示されている。このような装置によれば、ユーザは、空間に立体的に表示されているボタン画像を空中で仮想的に触れることによって入力動作を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平2016−130832号公報
【特許文献2】特開2012−209076号公報
【特許文献3】特開2014−67071号公報
【特許文献4】特許5861797号公報
【特許文献5】特開2009−217465号公報
【特許文献6】特開2012−173872号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述のような従来技術の場合、以下のような問題がある。空間にボタンなどの像が投影されている場合、ユーザはその投影画像を触ろうとして指を近づける。この際に、仮想的な投影画像であるため、ユーザは自分の入力動作を装置側で的確に検知しているのかが不安になることが考えられる。
【0005】
本発明の一態様は、空間に結像された画像に対して、ユーザが指などの物体を近づけていることを認識し、その旨をユーザに通知する入力装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る入力装置は、光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、前記センサによって検出された、前記結像位置と前記物体との距離に応じて、ユーザに対する報知方法を変化させる制御を行う報知制御部とを備えることを特徴とする。
【0007】
上記の特徴によれば、結像位置と物体との距離に応じてユーザに対する報知方法を変化させるので、物体による入力操作を入力装置が受け付けようとしていることをユーザに対して報知することができる。その結果、物体を介した入力操作を入力装置が認識していることをユーザが認識することができる。したがって、操作を入力装置が認識していないかもしれないというユーザの不安をなくすことができる。すなわち、空間に結像された画像に対して、ユーザが指などの物体を近づけていることを認識し、その旨をユーザに通知することができる。
【0008】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記報知制御部が、前記結像位置に対して所定の距離の範囲である近傍空間に前記物体が存在している場合と、前記結像位置に前記物体が存在している場合とで、前記報知方法を異ならせる構成であってもよい。
【0009】
上記の構成によれば、指示体Fによる入力装置に対する操作を入力装置が受け付けたことをユーザが確認することができる。その結果、入力を入力装置が受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができ、また、ユーザに対して入力装置に対する操作感を与えることができる。
【0010】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記画像が複数の位置に結像されているとともに、前記近傍空間が前記画像のそれぞれの結像位置毎に設定されており、前記報知制御部が、前記近傍空間に前記物体が検出された場合に、該近傍空間に対応する位置に結像されている前記画像を特定する報知を行うように制御する構成であってもよい。
【0011】
上記の構成によれば、複数の画像のうちどの画像に対する操作を入力装置が受け付けようとしているかをユーザに対して報知することができる。これにより、ユーザは、どの画像に対する操作を入力装置が受け付けようとしているかを確認することができるので、意図していない画像に対する入力をしているのではないかというユーザの不安をなくすことができる。
【0012】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記報知制御部が、前記画像の表示状態を変化させることによって前記報知方法を変化させる制御を行う構成であってもよい。上記の構成よれば、画像の表示状態の変化を確認することによって、入力装置がユーザの操作を受け付けたこと、または入力装置がユーザの操作を受け付けようとしていることを、ユーザが認識することができる。
【0013】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記第1導光板の前記光出射面側または前記光出射面の反対側に、場所に応じて光の出射状態または透過状態を変更する光制御装置をさらに備え、前記画像が複数の位置に結像されているとともに、前記報知制御部が、前記画像のそれぞれの結像位置に応じて、前記光制御装置における光の出射状態または透過状態を変更させることによって前記報知方法を変化させる構成であってもよい。
【0014】
上記の構成によれば、画像のそれぞれの結像位置に応じて光の出射状態または透過状態を変更させることにより、どの画像に対する操作を入力装置が受け付けようとしているか、または、どの画像に対する操作を入力装置が受け付けたかを確認することができる。
【0015】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記光制御装置が、複数の場所に配置された発光部材の発光を制御する発光装置、光源から入射した光を導光して光出射面から出射させるとともに、該光出射面から光を出射させる位置を制御する第2導光板装置、および、位置に応じて光の出射または透過を制御する液晶表示装置のいずれか1つであってもよい。
【0016】
本発明の一態様に係る入力装置において、音を出力する音出力装置をさらに備え、前記報知制御部が、前記音出力装置の出力を変化させることによって前記報知方法を変化させる制御を行う構成であってもよい。
【0017】
上記の構成によれば、音出力装置の出力を変化させることによって、入力装置がユーザの操作を受け付けたこと、または入力装置がユーザの操作を受け付けようとしていることを、ユーザが認識することができる。
【0018】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記結像位置を含む空間に位置する人体の触覚を遠隔で刺激する触覚刺激装置をさらに備え、前記報知制御部が、前記触覚刺激装置の出力を変化させることによって前記報知方法を変化させる制御を行う構成であってもよい。
【0019】
上記の構成によれば、触覚刺激装置の出力を変化させることによって、入力装置がユーザの操作を受け付けたこと、または入力装置がユーザの操作を受け付けようとしていることを、ユーザが認識することができる。
【0020】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記第1導光板が、複数の部分導光板から構成されているとともに、前記部分導光板のそれぞれにおいて、前記光源からの光が入射する入射面と、前記光出射面において光が出射される領域との間に導光領域が設けられており、少なくとも1つの前記部分導光板における光出射面側において、前記導光領域の少なくとも一部に重畳するように、別の前記部分導光板が配置される構成であってもよい。
【0021】
上記の構成によれば、光源から画像が結像されるまでの距離を長くすることができるため、光源の大きさ(幅)に起因する見かけ上の光源の光束の広がりを小さくすることができる。その結果、画像をより鮮明に結像(表示)することができる。また、光源と画像を表示する領域との距離を長くすることができるので、光束が広がった領域で画像を表示することができる(換言すれば、大きい画像を表示することができる)。
【0022】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記画像が複数の位置に結像されているとともに、少なくとも一部の前記画像のそれぞれが数字または文字に対応しており、前記入力検知部による検知結果に応じて、入力された文字情報を出力する構成であってもよい。上記の構成によれば、例えば暗証番号入力装置に適用することができる。
【0023】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記第1導光板は、当該第1導光板内を導光された光を光路変更させて前記光出射面から出射させる複数の光路変更部を有し、複数の前記光路変更部によって光路変更され前記光出射面から出射した光が空間の所定位置で収束することによって画像が結像される構成であってもよい。
【0024】
本発明の一態様に係る入力装置は、光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、スクリーンのない空間に画像を結像させる第1導光板と、前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、前記第1導光板の前記光出射面側または前記光出射面の反対側に、場所に応じて光の出射状態または透過状態を変更する光制御装置と、前記センサの検出結果に応じて、前記光制御装置の制御を行う報知制御部とを備えることを特徴とする。
【0025】
ここで、物体による入力装置に対する操作を入力装置が受け付けたことをユーザに報知するために、以下の構成とすることが考えられる。すなわち、各画像が結像される領域について、画像を結像(表示)するための導光板と、画像に対する入力されたこと報知するための導光板との2つの導光板を設けることが考えられる。しかしながら、このような構成にした場合、画像の個数が多くなる場合、導光板の数が多くなってしまい、入力装置の構成が複雑になってしまうという問題がある。
【0026】
これに対して上記の特徴によれば、場所に応じて光の出射状態または透過状態を変更する光制御装置を設けることにより、多数の導光板を必要としない構成とすることができる。その結果、入力装置の構成を簡素化することができる。
【0027】
本発明の一態様に係る入力装置において、前記光制御装置が、複数の場所に配置された発光部材の発光を制御する発光装置、光源から入射した光を導光して光出射面から出射させるとともに、該光出射面から光を出射させる位置を制御する第2導光板装置、および、位置に応じて光の出射または透過を制御する液晶表示装置のいずれか1つであってもよい。
【0028】
本発明の一態様に係る入力装置は、光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、前記入力検知部が、前記画像の前記結像位置からなる結像領域内での前記物体の移動が行われることによるユーザによる入力を検出した場合に、前記第1導光板による前記画像の結像状態を変化させる結像制御部とを備えることを特徴とする。
【0029】
上記の特徴によれば、物体の移動(モーション)に合わせて、画像の結像状態を変化させる。すなわち、入力装置は、ユーザからのより多様な入力指示を受け付け、当該入力指示に応じて画像の結像状態を変化させることができる。
【0030】
本発明の一態様に係る入力装置は、光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、前記画像の前記結像位置からなる結像領域を含む結像平面上であって、前記結像領域とは異なる位置に平面部を備える結像平面提示構造とを備える。
【0031】
ここで、従来の入力装置では、空間に結像された画像の位置に対する距離感をつかみにくいという問題があった。これに対して、上記の特徴によれば、ユーザが画像を視認する際に、結像平面提示構造の平面部に焦点を合わせながら画像を見ることができる。これにより、ユーザが画像に焦点を合わせやすくなるので、ユーザに対して画像の立体感を感じさせやすくなる。
【0032】
本発明の一態様に係る入力装置は、光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、空間に画像を結像させる第1導光板と、前記画像が結像される結像位置を含む空間における物体を検出するセンサと、前記センサによる前記物体の検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部と、前記第1導光板の前記光出射面側または前記光出射面の反対側に、場所に応じて光の出射状態または透過状態を変更することによって、前記第1導光板によって結像される前記画像の投影形状からなる投影画像を表示することを特徴とする。
【0033】
上述したように、従来の入力装置では、空間に結像された画像の位置に対する距離感をつかみにくいという問題があった。これに対して、上記の特徴によれば、ユーザが投影画像を画像の影であると認識することができる。その結果、ユーザが画像と第1導光板との間の距離感をつかみやすくなるため、ユーザに対して画像の立体感をより与えることができる。
【発明の効果】
【0034】
本発明の一態様によれば、空間に結像された画像に対して、ユーザが指などの物体を近づけていることを認識し、その旨をユーザに通知する入力装置を実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
図1】本発明の実施形態1に係る入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
図2】上記入力装置の平面図である。
図3】上記入力装置を模式的に示すものであり、図2に示すA−A線矢視断面図である。
図4】上記入力装置が備える立体画像表示部の斜視図である。
図5】上記入力装置に対するユーザの入力操作を示すものであり、(a)は指示体が立体画像の前面から所定の範囲に到達した様子を示す図であり、(b)は指示体が立体画像の前面に到達した様子を示す図である。
図6】実施形態1に係る入力装置の変形例としての入力装置の構成を説明するものであり、(a)は入力装置の平面図であり、(b)は(a)に示すA−A線矢視断面図である。
図7】(a)は、従来の立体画像表示部における立体画像の結像方法を示す図であり、(b)は、上記入力装置における立体画像の結像方法を示す図である。
図8】実施形態1に係る入力装置のさらなる変形例としての入力装置の斜視図である。
図9】上記入力装置が備える立体画像表示部の構成を示す断面図である。
図10】上記立体画像表示部の構成を示す平面図である。
図11】上記立体画像表示部が備える光路変更部の構成を示す斜視図である。
図12】上記光路変更部の配列を示す斜視図である。
図13】上記立体画像表示部による立体画像の結像方法を示す斜視図である。
図14】実施形態1に係る入力装置のさらなる変形例としての入力装置の構成を示す斜視図である。
図15】上記入力装置によって結像される立体画像を説明するものであり、(a)は実施形態1における立体画像を示す図であり、(b)は変形例における立体画像を示す図である。
図16】本発明の実施形態2に係る入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
図17】上記入力装置の模式図である。
図18】本発明の実施形態3に係る入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
図19】上記入力装置1Fの平面図である。
図20】上記入力装置を模式的に示すものであり、図19に示すA−A線矢視断面図である。
図21】上記入力装置が備える発光面に形成される光路変更部の斜視図である。
図22】上記入力装置において、指示体が立体画像の前面に到達した状態を示す図である。
図23図22に示す状態における上記入力装置の平面図である。
図24】本発明の実施形態4に係る入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
図25】上記入力装置の平面図である。
図26】上記入力装置を模式的に示すものであり、図25に示すA−A線矢視断面図である。
図27】上記入力装置において、指示体が立体画像の前面に到達した状態を示す図である。
図28図27に示す状態における上記入力装置の平面図である。
図29】本発明の実施形態5に係る入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
図30】上記入力装置の平面図である。
図31】上記入力装置を模式的に示すものであり、図30に示すA−A線矢視断面図である。
図32】上記入力装置において、指示体が立体画像の前面に到達した状態を示す図である。
図33図32に示す状態における上記入力装置の平面図である。
図34】本発明の実施形態6に係る入力装置が画像を表示している状態を示す斜視図である。
図35】上記入力装置が画像を表示している状態を示す断面図である。
図36】本発明の実施形態7に係る入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
図37】上記立体画像表示部の構成を示す図である。
図38図37におけるA−A線矢視断面図である。
図39】上記入力装置の動作を説明するためのものであり、(a)はユーザからの入力を受け付ける前の上記入力装置の状態を示す図であり、(b)はユーザからの入力を受け付けている状態の上記入力装置を示す図であり、(c)はユーザからの入力を受け付けた後の上記入力装置の状態を示す図である。
図40】実施形態7に係る入力装置の変形例としての入力装置の斜視図である。
図41】上記入力装置が備える立体画像表示部の構成を示す断面図である。
図42】(a)〜(h)は、上記入力装置の使用例を示す図である。
図43】(a)〜(c)は、上記入力装置をエレベータの入力部に適用した様子を示す図である。
図44】上記入力装置を温水便座洗浄機の入力部に適用した様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0036】
〔実施形態1〕
以下、本発明の一実施形態における入力装置1について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0037】
(入力装置1の構成)
入力装置1の構成について、図1図4を参照しながら説明する。
【0038】
図1は、入力装置1の要部の構成を示すブロック図である。図2は、入力装置1の平面図である。図3は、入力装置1を模式的に示すものであり、図2に示すA−A線矢視断面図である。なお、以降では、説明の便宜上、図2における+X方向を前方向、−X方向を後方向、+Y方向を上方向、−Y方向を下方向、+z方向を右方向、−z方向を左方向として説明する場合がある。
【0039】
図1図3に示すように、入力装置1は、立体画像表示部10と、位置検出センサ20(センサ)と、発光部31(発光部材)と、拡散板32と、音出力部33(音出力装置)と、制御部40とを備えている。
【0040】
立体画像表示部10は、ユーザにより視認される立体画像I1〜I12をスクリーンのない空間に結像する。なお、以降の説明では、立体画像I1〜I12のそれぞれを区別しない場合には、立体画像Iと呼称する。
【0041】
図4は、立体画像表示部10の斜視図である。なお、図4では、立体画像表示部10が立体画像I、より具体的には、「ON」の文字が表示されたボタン形状(+X軸方向に突出した形状)の立体画像Iを表示している様子を示している。図4に示すように、立体画像表示部10は、導光板11(第1導光板)と、光源12とを備えている。
【0042】
導光板11は、直方体形状しており、透明性および比較的高い屈折率を有する樹脂材料で成形されている。導光板11を形成する材料は、例えばポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ガラスなどであってよい。導光板11は、光を出射する出射面11a(光出射面)と、出射面11aとは反対側の背面11bと、四方の端面である、端面11c、端面11d、端面11eおよび端面11fとを備えている。端面11cは、光源12から投射された光が導光板11に入射する入射面である。端面11dは、端面11cとは反対側の面である。端面11eは、端面11fとは反対側の面である。導光板11は、光源12からの光を出射面11aに平行な面内で面上に広げて導く。光源12は、例えばLED(Light Emitting diode)光源である。
【0043】
導光板11の背面11bには、光路変更部13a、光路変更部13b、および光路変更部13cを含む複数の光路変更部13が形成されている。光路変更部13は、Z軸方向に実質的に連続して形成されている。換言すれば、複数の光路変更部13は、出射面11aに平行な面内でそれぞれ予め定められた線に沿って形成されている。光路変更部13のZ軸方向の各位置には、光源12から投射され導光板11によって導光されている光が入射する。光路変更部13は、光路変更部13の各位置に入射した光を、各光路変更部13にそれぞれ対応する定点に実質的に収束させる。図4には、光路変更部13の一部として、光路変更部13a、光路変更部13b、および光路変更部13cが特に示され、光路変更部13a、光路変更部13b、および光路変更部13cのそれぞれにおいて、光路変更部13a、光路変更部13b、および光路変更部13cのそれぞれから出射された複数の光が収束する様子が示されている。
【0044】
具体的には、光路変更部13aは、立体画像Iの定点PAに対応する。光路変更部13aの各位置からの光は、定点PAに収束する。したがって、光路変更部13aからの光の波面は、定点PAから発するような光の波面となる。光路変更部13bは、立体画像I上の定点PBに対応する。光路変更部13bの各位置からの光は、定点PBに収束する。このように、任意の光路変更部13の各位置からの光は、各光路変更部13に対応する定点に実質的に収束する。これにより、任意の光路変更部13によって、対応する定点から光が発するような光の波面を提供できる。各光路変更部13が対応する定点は互いに異なり、光路変更部13にそれぞれ対応する複数の定点の集まりによって、空間上(より詳細には、導光板11から出射面11a側の空間上)にユーザにより認識される立体画像Iが結像される。なお、以降の説明では、図3および図4に示すように、立体画像Iのうち数字または文字が表示されている面を前面AFと呼称する。
【0045】
図4に示すように、光路変更部13a、光路変更部13b、および光路変更部13cは、線La、線Lbおよび線Lcに沿ってそれぞれ形成されている。ここで、線La、線Lbおよび線Lcは、Z軸方向に略平行な直線である。任意の光路変更部13は、Z軸方向に平行な直線に沿って実質的に連続的に形成される。
【0046】
なお、以降の説明では、立体画像表示部10が、図2に示すように、立体画像I1〜I12を表示するものとして説明する。すなわち、以降の説明における立体画像表示部10では、立体画像I1〜I12を表示するように、複数の光路変更部13が導光板11の背面11bに形成されている。なお、立体画像I1〜I9は、「1」〜「9」の数字がそれぞれ表示されたボタン形状の立体画像であり、立体画像I10は、「*」の文字が表示されたボタン形状の立体画像であり、立体画像I11は、「0」の数字が表示されたボタン形状の立体画像であり、立体画像I12は、「♯」の数字が表示されたボタン形状の立体画像である。
【0047】
位置検出センサ20は、ユーザが入力装置1に対して入力を行うために使用する指示体(物体)F(本実施形態では、ユーザの指とする)の位置を検出するためのセンサである。位置検出センサ20は、反射型の位置検出センサである。位置検出センサ20は、立体画像表示部10によって表示される立体画像I1〜I12に対してそれぞれ設けられており、立体画像表示部10に関して立体画像I1〜I12とは反対側(立体画像表示部10から−X方向側)に設けられている。なお、図4では、簡略化のため、立体画像I1に対応する位置検出センサ20のみを図示している。位置検出センサ20は、投光部21と、受光部22とを備えている。
【0048】
投光部21は、出射面11a側の空間に光を投射する。投光部21は、発光部21aと、投光側レンズ21bとを備えている。発光部21aは、指示体Fを検出するための検出光を前方向(+X軸方向)に投射する。発光部21aは、赤外光などの不可視光を発光する光源であってよく、例えば赤外LEDであってよい。発光部21aが検出光として不可視光を発光することにより、ユーザに検出光が認識されることを抑制することができる。投光側レンズ21bは、発光部21aから投射された光の広がりを小さくするためのレンズである。発光部21aから投射された検出光は、投光側レンズ21bを通過し、立体画像表示部10(すなわち、出射面11aおよび背面11b)を透過して出射面11a側の空間に投射される。
【0049】
受光部22は、投光部21から投射されて指示体Fで反射した反射光を受光する。受光部22は、フォトセンサ22aと、受光側レンズ22bとを備えている。フォトセンサ22aは、光を受光するセンサである。受光側レンズ22bは、フォトセンサ22aに光を集光するためのレンズである。
【0050】
立体画像I付近に指示体Fが存在する場合、当該立体画像Iに対応する投光部21から投射された検出光が物体Fに反射する。物体Fに反射した光は、導光板11を透過し、当該立体画像Iに対応する受光部22に向かう。当該反射光は、当該受光部22の受光側レンズ22bによってフォトセンサ22aに向けて集光されて、フォトセンサ22aに受光される。
【0051】
位置検出センサ20は、投光部21から出射され、指示体Fに反射され、受光部22が受光した光の強度に基づいて、位置検出センサ20と指示体Fとの間の前後方向(X軸方向)の距離を算出する。位置検出センサ20は、算出した位置検出センサ20と指示体Fとの間の前後方向の距離を後述する制御部40の距離算出部41に出力する。
【0052】
発光部31は、後述する報知制御部42の指示を受けて、立体画像Iに向けて光を投射する光源である。発光部31は、立体画像表示部10によって表示される立体画像I1〜I12に対してそれぞれ設けられており、位置検出センサから後方向側(−X方向側)に設けられている。発光部31は、例えばLED光源である。
【0053】
拡散板32は、発光部31から投射された光を拡散して投射する。拡散板32は、導光板11と発光部31との間(より詳細には、位置検出センサ20と発光部31との間)に設けられている。拡散板32を設けることにより、発光部31から照射された光が拡散されるので、ユーザに対して発光部31から照射された光を視認させやすくなる。
【0054】
音出力部33は、後述する報知制御部42からの指示を受けて音を出力する。音出力部33は、音の大きさ(音量)を変更できるようになっている。音出力部33は、音を出力し、当該音の音量を変更できるものであれば特に制限されるものではなく、公知の音出力装置を用いることができる。また、音出力部33は、音程を変更できる構成であってもよい。
【0055】
制御部40は、入力装置1の各部を統括的に制御する。制御部40は、距離算出部41と、報知制御部42とを備えている。
【0056】
距離算出部41は、位置検出センサ20(より詳細には、受光部22)から出力された位置検出センサ20と指示体Fとの間の前後方向の距離に基づいて、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離を算出する。距離算出部41は、算出した指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離を報知制御部42に出力する。
【0057】
報知制御部42は、距離算出部41によって算出された指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離に応じて、発光部31および音出力部33によるユーザに対する報知方法を変化させる制御を行う。報知制御部42は、位置検出センサ20による指示体Fの検出に応じてユーザによる入力を検知する入力検知部としての機能を有する。報知制御部42は、発光部31の発光を制御する発光装置としての機能も有している。
【0058】
図5は、入力装置1に対するユーザの入力操作を示すものであり、(a)は指示体Fが立体画像Iの前面AFから所定の範囲に到達した様子を示す図であり、(b)は指示体Fが立体画像Iの前面AFに到達した様子を示す図である。なお、図5の(a)および(b)では、簡略化のため、1つの立体画像Iのみを図示している。
【0059】
<指示体Fが前面AFから所定の距離の範囲に到達した場合における制御>
まず、図5の(a)に示すように、指示体Fが前面AFから所定の距離の範囲に到達した場合における報知制御部42の制御について説明する。距離算出部41が算出した指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離に基づいて指示体Fが前面AFから所定の距離の範囲(以降では、近傍空間と称する)に到達したと判定した場合、報知制御部42は、立体画像I1〜I12にそれぞれ対応する発光部31のうち、指示体Fが近傍空間に到達した立体画像Iに対応する発光部31に対して、光を投射するように指示を出力する。また、当該発光部31以外の発光部31については、光を投射しないように各発光部31に対して指示を出力する。より詳細には、報知制御部42は、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほど、より輝度の高い光を投射するように発光部31に対して指示を出力する。これにより、指示体Fが近傍空間に到達した立体画像Iが光っているようにユーザに視認させることができる。
【0060】
また、報知制御部42は、指示体Fがいずれかの立体画像Iの近傍空間に到達したと判定した場合、音出力部33に対して音を出力するように指示を出力する。より詳細には、報知制御部42は、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほどより大きな音量の音を出力するように音出力部33に対して指示を出力する。
【0061】
<指示体Fが前面AFに到達した場合における制御>
次に、図5の(b)に示すように、指示体Fが前面AFに到達した場合における報知制御部42の制御について説明する。距離算出部41が算出した指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離に基づいて指示体Fが前面AFに到達したと判定した場合、報知制御部42は、入力装置1がユーザの入力操作を受け付けたことをユーザに対して報知する。具体的には、報知制御部42は、指示体Fが前面AFに到達した立体画像Iに対応する発光部31に対して、光の投射を中止するように指示を出力する。
【0062】
また、報知制御部42は、指示体Fがいずれかの立体画像Iの前面AFに到達したと判定した場合、音出力部33に対して、指示体Fがいずれかの立体画像Iの近傍空間に到達したに到達したと判定した場合に音出力部33が出力した音とは異なる音(例えば、音程が異なる音)を出力するように指示を出力する。
【0063】
以上のように、本実施形態における入力装置1では、報知制御部42が、位置検出センサ20によって検出された、立体画像Iと指示体Fとの距離に応じて、ユーザに対する報知方法を変化させる制御を行う。より詳細には、報知制御部42は、指示体Fが立体画像Iの前面AFから所定の範囲に到達したと判定した場合、(1)指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほどより輝度の高い光を投射するように発光部31に対して指示を出力し(換言すれば、画像の表示状態を変化させるように指示を出力し)、(2)指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほどより大きな音量の音を出力するように音出力部33に対して指示を出力する。
【0064】
上記の構成によれば、発光部31から投射された光または音出力部33から出力された音を用いて、指示体Fが前面AFに近づいていること(すなわち、指示体Fを介した入力操作を入力装置1が受け付けようとしていること)をユーザに対して報知することができる。その結果、指示体Fを介した入力操作を入力装置1が認識していることをユーザが認識することができる。したがって、操作を入力装置1が認識していないかもしれないというユーザの不安をなくす(解消する)ことができる。
【0065】
また、本実施形態における入力装置1では、報知制御部42が、指示体Fが近傍空間に存在している場合と、指示体Fが前面AFに到達した場合とで、ユーザに対する報知方法を異ならせるように発光部31および音出力部33を制御する。
【0066】
上記の構成によれば、指示体Fによる入力装置1に対する操作を入力装置1が受け付けたことをユーザが確認することができる。その結果、入力を入力装置1が受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができ、また、ユーザに対して入力装置1に対する操作感を与えることができる。
【0067】
ここで、ユーザの指示体Fによる入力装置1に対する操作を入力装置1が受け付けたことをユーザに報知するために、以下の構成とすることが考えられる。すなわち、各立体画像Iが結像される領域について、立体画像Iを結像(表示)するための導光板と、立体画像Iに対する入力されたこと報知するための導光板との2つの導光板を設けることが考えられる。しかしながら、このような構成にした場合、立体画像Iの個数が多くなる(例えば、本実施形態のように12個の立体画像Iが結像される)場合、導光板の数が多くなってしまい、入力装置の構成が複雑になってしまうという問題がある。
【0068】
これに対して、本実施形態の入力装置1では、発光部31によってユーザの指示体Fによる入力装置1に対する操作を入力装置1が受け付けたことをユーザに報知するので、入力装置1の構成を簡素化することができる。
【0069】
また、本実施形態における入力装置1では、複数の立体画像Iが結像されており、近傍空間が複数の立体画像Iのそれぞれの結像位置毎に設定されている。そして、報知制御部42は、近傍空間に指示体Fが検出された場合に、当該近傍空間に対応する位置に結像されている立体画像Iを特定する報知を行う。具体的には、報知制御部42は、当該立体画像Iに対応する発光部31を発光させる。
【0070】
上記の構成によれば、立体画像I1〜I12のうちどの立体画像Iに対するユーザの操作を入力装置1が受け付けようとしているかをユーザに対して報知することができる。これにより、ユーザは、入力しようとしている立体画像Iに対する操作を入力装置1が受け付けようとしているかを確認することができるので、意図していない立体画像Iに対する入力をしているのではないかというユーザの不安をなくすことができる。
【0071】
なお、本発明の一態様における入力装置では、報知制御部42は、指示体Fが近傍空間に到達した場合において、当該近傍空間に対応する発光部31に対して、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほど光のON/OFFを切り替える間隔を短くするように発光部31を制御してもよい。上記の構成によっても、指示体Fが立体画像Iの前面AFに近づいていることをユーザに対して報知することができる。
【0072】
また、本実施形態の入力装置では、指示体Fが近傍空間に到達した場合において、報知制御部42は、音出力部33に対して音を出力するように指示を出力する構成であったが、本発明の入力装置はこれに限られない。指示体Fが近傍空間に到達した場合において、発光部31を発光させることにより、ユーザに対してユーザによる指示体Fを介した入力操作を入力装置1が受け付けようとしていることをユーザに対して報知することができるため、本発明の一態様の入力装置では、指示体Fが近傍空間に到達した場合において、報知制御部42が発光部31を発光させない構成であってもよい。
【0073】
また、本発明の一態様における入力装置では、指示体Fが立体画像Iの前面AFに到達した場合に、報知制御部42は、指示体Fが近傍空間に到達した場合において発光部31が発光した光の色とは異なる色の光を投射するように発光部31に対して指示を出力してもよい。この構成によっても、指示体Fによる入力装置1に対する操作を入力装置1が受け付けたことをユーザに報知することができる。
【0074】
また、入力装置1が設置される場所または入力装置1が使用される用途によっては、電源供給を行うことができない状況が想定される。このような場合には、入力装置1にバッテリ(内部電池)を内蔵させて、入力装置1を駆動させることが考えられる。しかしながら、バッテリは蓄電する容量が限られているため、立体画像Iを表示する時間をできるだけ少なくし、消費電力を低く抑えたいという課題がある。そこで、本発明の一態様における入力装置は、ユーザが入力装置1に対して入力を行おうとしていることを検知する検知部を備えていてもよい。上記検知部は、例えば、入力装置1へのユーザの物理的な操作を受け付けるボタンであってもよいし、ユーザが入力装置1に近づいたことを検知するセンサであってもよい。そして、上記検知部によりユーザが入力装置1に対して入力を行おうとしていることを検知した場合にのみ、報知制御部42が立体画像表示部10を駆動させる。これにより、ユーザが入力装置1に対して入力を行うとき以外においては、立体画像表示部10を駆動させないので、バッテリの消費量を削減することができる。
【0075】
また、本実施形態の入力装置1では、位置検出センサ20が反射型の位置検出センサであったが、本発明の入力装置はこれに限られない。本発明の一態様における入力装置では、投光部21から投射された光が、投光部21から出射されてから指示体Fによって反射され受光部22に受光されるまでの時間に基づいて、位置検出センサ20と指示体Fとの間の前後方向(X軸方向)の距離を算出するTOF(Time Of Flight)方式のセンサを位置検出センサとして備える構成であってもよい。
【0076】
また、本実施形態の入力装置1では、指示体Fがいずれかの立体画像Iの近傍空間に到達したと判定した場合、報知制御部42が、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほどより大きな音量の音を出力するように音出力部33に対して指示を出力する構成であったが本発明の入力装置はこれに限られない。本発明の一態様における入力装置では、指示体Fがいずれかの立体画像Iの近傍空間に到達したと判定した場合に、報知制御部42が、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほど、音の出力のON/OFFを切り替える間隔を短くするように音出力部33に対して指示を出力する構成であってもよい。さらに、本発明の一態様における入力装置では、指示体Fがいずれかの立体画像Iの近傍空間に到達したと判定した場合に、報知制御部42が、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほど、音程が高い(または低い)音を出力するように音出力部33に対して指示を出力する構成であってもよい。
【0077】
上記のように、入力装置1は、立体画像Iが複数の位置に結像されているとともに、立体画像Iのそれぞれが数字または文字に対応しており、位置検出センサ20による検知結果に応じて、入力された文字情報を出力する暗証番号入力装置として用いることができる。そのほかにも入力装置1は、例えば、ATM(Automated teller machine)の入力部、クレジットカードの読み取り器における入力部、金庫における施錠を解除するための入力部、暗証番号による開錠が行われるドアの入力部などに適用することができる。ここで、従来の暗証番号入力装置では、物理的に入力部に指を接触させることにより入力を行っている。このような場合には、入力部に指紋や温度履歴が残ってしまう。そのため、他人に暗証番号を知られてしまうという虞があった。これに対して、入力装置1を入力部として用いた場合、指紋や温度履歴が残ることが無いため、暗証番号を他人に知られてしまうことを防ぐことができる。その他の例として、入力装置1を駅などに設置される券売機などに適用することができる。
【0078】
<変形例1>
実施形態1における入力装置1の変形例としての入力装置1Aについて、図6を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0079】
図6は、入力装置1Aの構成を説明するものであり、(a)は入力装置1Aの平面図であり、(b)は(a)に示すA−A線矢視断面図である。
【0080】
入力装置1Aは、図6の(a)および(b)に示すように、実施形態1における立体画像表示部10に代えて立体画像表示部10Aを備えている。
【0081】
立体画像表示部10Aは、4つの導光板14A〜14D(部分導光板)を備えている。導光板14A〜14Dの構成は、実施形態1における導光板11の構成と略同様であるため、ここでは、導光板14Aについて、導光板11と異なっている点についてのみ説明する。
【0082】
導光板14Aは、光を出射する出射面14a(光出射面)と、出射面14aとは反対側の背面14bと、四方の端面である、端面14c、端面14d、端面14eおよび端面14fとを備えている。4つの導光板14A〜14Dの背面14bには、それぞれ3つの立体画像Iを結像させるように光路変更部13が形成されている。導光板14Aの端面14cには、3つの立体画像Iを結像させるためにそれぞれの立体画像Iに対応する光源12が配置されている。導光板14Aは立体画像I1〜I3を結像し、導光板14Bは立体画像I4〜I6を結像し、導光板14Cは立体画像I7〜I9を結像し、導光板14Dは立体画像I10〜I12を結像する。
【0083】
図6の(b)に示すように、導光板14A〜14Dは、XY平面と平行な断面において、上下方向(Y軸方向)に対して傾いた状態で配置されている。また、導光板14Bは、前側から平面視したときに、導光板14Aの出射面14a側において導光板14Aに重畳するように配置されている。同様に、導光板14Cは、導光板14Bの出射面14a側において導光板14Bに重畳するように配置されており、導光板14Dは、導光板14Cの出射面14a側において導光板14Cに重畳するように配置されている。入力装置1Aでは、4つの導光板14A〜14Dにより一枚の導光板が構成されているとも言える。
【0084】
以上のように、入力装置1Aでは、光源12からの光が入射する端面14cと、出射面14aにおいて光が出射される領域との間に導光領域が設けられており、導光板14B〜14Dにおける出射面14a側において、上記導光領域(すなわち、導光板14B〜14D)の少なくとも一部に重畳するように、導光板14A〜14Cがそれぞれ配置されている。
【0085】
上記の構成によれば、光源12から光路変更部13を通って立体画像Iが結像されるまでの距離を長くすることができるため、光源12の大きさ(幅)に起因する見かけ上の光源12の光束の広がりを小さくすることができる(換言すれば、光源12が点光源として機能できるようにできる)。その結果、立体画像Iをより鮮明に結像(表示)することができる。
【0086】
図7の(a)は、従来の立体画像表示部における立体画像の結像方法を示す図であり、(b)は、立体画像表示部10Aにおける立体画像の結像方法を示す図である。図7の(a)に示すように、従来のように複数の導光板を重畳しないように(同一平面上に)配置した場合、光源と立体画像を表示する領域との距離が短くなるので、立体画像を鮮明に結像させるためには、光束の広がりが小さい領域でのみ立体画像が表示されることになる。これに対して、立体画像表示部10Aでは、上記の構成を有していることにより、例えば、図7の(b)に示すように、導光板14Aにおいて、光源12と立体画像Iを表示する領域との距離を長くすることができるので、光束が広がった領域で立体画像Iを表示することができる(換言すれば、大きい立体画像Iを表示することができる)。
【0087】
<変形例2>
実施形態1における入力装置1のさらなる変形例としての入力装置1Bについて、図8図13を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0088】
図8は、入力装置1Bの斜視図である。図9は、入力装置1Bが備える立体画像表示部10Bの構成を示す断面図である。図10は、立体画像表示部10Bの構成を示す平面図である。図11は、立体画像表示部10Bが備える光路変更部16の構成を示す斜視図である。
【0089】
図8に示すように、入力装置1Bは、実施形態1における立体画像表示部10の代わりに立体画像表示部10Bを備えている。なお、実施形態1における入力装置1と、本変形例における入力装置1Bとは、立体画像表示部10Bによって立体画像Iを結像する以外の点については同じ構成であるため、ここでは、立体画像表示部10Bによる立体画像Iの結像方法についてのみ説明する。図8図13においても、立体画像表示部10B以外の構成については、図示を省略している。
【0090】
図8および図9に示すように、立体画像表示部10Bは、光源12と、導光板15(第1導光板)とを備えている。
【0091】
導光板15は、光源12から入射された光(入射光)を導光する部材である。導光板15は、透明で屈折率が比較的高い樹脂材料で成形される。導光板15を形成する材料としては、例えばポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂などを使用することができる。本変形例では、導光板15は、ポリメチルメタクリレート樹脂によって成形されている。導光板15は、図9に示すように、出射面15a(光出射面)と、背面15bと、入射面15cとを備えている。
【0092】
出射面15aは、導光板15の内部を導光され、後述する光路変更部16により光路変更された光を出射する面である。出射面15aは、導光板15の前面を構成している。背面15bは、出射面15aと互いに平行な面であり、後述する光路変更部16が配置される面である。入射面15cは、光源12から出射された光が導光板15の内部に入射される面である。
【0093】
光源12から出射され入射面15cから導光板15に入射した光は、出射面15aまたは背面15bで全反射され、導光板15内を導光される。
【0094】
図9に示すように、光路変更部16は、導光板15の内部において背面15bに形成されており、導光板15内を導光された光を光路変更して出射面15aから出射させるための部材である。光路変更部16は、導光板15の背面15bに複数設けられている。
【0095】
光路変更部16は、図10に示すように、入射面15cに平行な方向に沿って設けられている。図11に示すように、光路変更部16は、三角錐形状となっており、入射した光を反射(全反射)する反射面16aを備えている。光路変更部16は、例えば、導光板15の背面15bに形成された凹部であってもよい。なお、光路変更部16は、三角錐形状に限られるものではない。導光板15の背面15bには、図10に示すように、複数の光路変更部16からなる複数の光路変更部群17a、17b、17c…が形成されている。
【0096】
図12は、光路変更部16の配列を示す斜視図である。図12に示すように、各光路変更部群17a、17b、17c…では、複数の光路変更部16の反射面16aが光の入射方向に対する角度が互いに異なるように導光板15の背面15bに配置されている。これにより、各光路変更部群17a、17b、17c…は、入射光を光路変更して、出射面15aから様々な方向へ出射させる。
【0097】
次に、立体画像表示部10Bによる立体画像Iの結像方法について、図13を参照しながら説明する。ここでは、導光板15の出射面15aに垂直な面である立体画像結像面Pに、光路変更部16により光路変更された光によって面画像としての立体画像Iを結像する場合について説明する。
【0098】
図13は、立体画像表示部10Bによる立体画像Iの結像方法を示す斜視図である。なお、ここでは、立体画像結像面Pに立体画像Iとして斜め線入りリングマークを結像することについて説明する。
【0099】
立体画像表示部10Bでは、図13に示すように、例えば、光路変更部群17aの各光路変更部16によって光路変更された光は、立体画像結像面Pに線La1および線La2で交差する。これにより、立体画像結像面Pに立体画像Iの一部である線画像LIを結像させる。線画像LIは、YZ平面に平行な線画像である。このように、光路変更部群17aに属する多数の光路変更部16からの光によって、線La1および線La2の線画像LIが結像される。なお、線La1および線La2の像を結像する光は、光路変更部群17aにおける少なくとも2つの光路変更部16によって提供されていればよい。
【0100】
同様に、光路変更部群17bの各光路変更部16によって光路変更された光は、立体画像結像面Pに線Lb1、線Lb2および線Lb3で交差する。これにより、立体画像結像面Pに立体画像Iの一部である線画像LIを結像させる。
【0101】
また、光路変更部群17cの各光路変更部16によって光路変更された光は、立体画像結像面Pに線Lc1および線Lc2で交差する。これにより、立体画像結像面Pに立体画像Iの一部である線画像LIを結像させる。
【0102】
各光路変更部群17a、17b、17c…によって結像される線画像LIのX軸方向の位置は互いに異なっている。立体画像表示部10Bでは、光路変更部群17a、17b、17c…間の距離を小さくすることによって、各光路変更部群17a、17b、17c…によって結像される線画像LIのX軸方向の距離を小さくすることができる。その結果、立体画像表示部10Bでは、光路変更部群17a、17b、17c…の各光路変更部16によって光路変更された光によって結像された複数の線画像LIを集積することにより、実質的に、面画像である立体画像Iを立体画像結像面Pに結像する。
【0103】
なお、立体画像結像面Pは、X軸に垂直な平面であってもよく、Y軸に垂直な平面であってもよく、またZ軸に垂直な平面であってもよい。また、立体画像結像面Pは、X軸、Y軸、またはZ軸に垂直でない平面であってもよい。さらに、立体画像結像面Pは、平面ではなく曲面であってもよい。すなわち、立体画像表示部10Bは、光路変更部16によって空間上の任意の面(平面および曲面)上に立体画像Iを結像させることができる。また、面画像を複数組み合わせることにより、3次元の画像を結像することができる。
【0104】
<変形例3>
実施形態1における入力装置1のさらなる変形例としての入力装置1Cについて、図14を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0105】
図14は、本変形例のおける入力装置1Cの構成を示す斜視図である。図14に示すように、入力装置1Cは、実施形態1における入力装置1の構成に加えて、参照体35(結像平面提示構造)を備えている。
【0106】
参照体35は、板状の構造体である。参照体35は、平面である前面35a(平面部)を備えている。図14に示すように、参照体35は、立体画像Iの前面AFが結像されている平面Pと同一平面上に前面35aが配置されるように載置されている。換言すれば、前面35aは、立体画像Iの前面AF(結像領域)を含む平面(結像平面)上であって、前面AFとは異なる位置に配置されている。
【0107】
上記の構成によれば、ユーザが立体画像I(より詳細には、前面AF)を視認する際に、参照体35の前面35aに焦点を合わせながら立体画像Iを見ることができる。これにより、ユーザが立体画像Iに焦点を合わせやすくなるので、ユーザに対して立体画像Iの立体感を感じさせやすくなる。
【0108】
なお、本実施形態では、参照体35が板状である構成であったが、本発明の入力装置はこれに限られない。すなわち、参照体は、立体画像Iの前面AFを含む平面上であって、前面AFとは異なる位置に配置される平面を備えるものであればどのような形状であってもよく、例えば、三角柱形状、台形形状、直方体形状などであってもよい。
【0109】
<変形例4>
実施形態1における入力装置1のさらなる変形例としての入力装置1Dについて、図15を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0110】
図15は、本変形例のおける入力装置1Dによって結像される立体画像Iを説明するものであり、(a)は実施形態1における立体画像Iを示す図であり、(b)は本変形例における立体画像Iを示す図である。
【0111】
図15の(b)に示すように、本変形例における入力装置1Dは、実施形態1における立体画像表示部10に代えて立体画像表示部10Cを備えている。
【0112】
図15の(a)に示すように、実施形態1の立体画像表示部10では、光路変更部13の両端部によって光路変更され導光板11から出射された光の出射方向と、導光板11の出射面11aに垂直な方向とのなす角度(図15の(a)に示す角度θ)が大きかった。そのため、入力装置1に対して入力しているユーザ以外の人が立体画像Iを視認することができた。そのため、例えば入力装置1を暗証番号入力装置として用いた場合、ユーザ以外の人に暗証番号を知られてしまう虞がある。
【0113】
これに対して、本変形例における入力装置1Dでは、図3に示す光路変更部13(例えば、光路変更部13a、光路変更部13b、および光路変更部13c)のZ軸方向の長さを短くすることにより、角度θを小さくしている。これにより、入力装置1Dに対して入力しているユーザ以外の人が立体画像Iを視認することを防止することができる。具体的には、例えば、ユーザの目と導光板11との間の距離が300mmである状態においてユーザが入力装置1Dに対して操作をする場合、角度θが15°以下になるように、光路変更部13のZ軸方向の長さを調節することが好ましい。これにより、一般的な人では左目と右目との間隔が70mm程度であるので、ユーザのみが立体画像Iを視認できるようにすることができる。
【0114】
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図16および図17に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0115】
図16は、本実施形態における入力装置1Eの要部の構成を示すブロック図である。図17は、入力装置1Eの模式図である。
【0116】
図16および図17に示すように、本実施形態における入力装置1Eは、実施形態1における音出力部33および報知制御部42に代えて、超音波発生装置34(触覚刺激装置)および報知制御部42Aを備えている。
【0117】
超音波発生装置34は、報知制御部42Aからの指示を受けて超音波を発生させる。超音波発生装置34は、多数の超音波振動子を格子状に並べた超音波振動子アレー(不図示)を備えている。超音波発生装置34は、上記超音波振動子アレーから超音波を発生させ、空中の任意の位置に超音波の焦点を作り出す。上記超音波の焦点では、静的な圧力(音響放射圧と呼ばれる)が発生する。上記超音波の焦点位置に指示体Fが存在すると、上記静的な圧力によって指示体Fに対して押圧力が印加される。これにより、超音波発生装置34は、指示体Fとしてのユーザの指の触覚に対して遠隔で刺激を与えることができる。または、超音波発生装置34は、指示体Fが例えばペン等の場合には、ペンなどを介してユーザの指(手)の触覚に対して刺激を与えることができる。指示体F(ユーザの指)に印加される押圧力の大きさは、上記超音波振動子アレーによって発生される出力を変更することにより、制御することができる。
【0118】
本実施形態における報知制御部42Aは、指示体Fがいずれかの立体画像Iの近傍空間に到達したと判定した場合、実施形態1における音出力部33の制御に代えて、超音波発生装置34を制御する。具体的には、報知制御部42Aは、指示体Fがいずれかの立体画像Iの近傍空間に到達したと判定した場合、指示体Fの位置を焦点とする超音波を所定の間隔でON/OFFを切り替えて発生させるように超音波発生装置34に対して指示を出力する。これにより、ユーザによる指示体Fを介した入力操作を入力装置1Eが認識していることをユーザに対して報知することができる。その結果、ユーザによる指示体Fを介した入力操作を入力装置1Eが認識していることをユーザに認識させることができる。
【0119】
また、報知制御部42Aは、指示体Fと立体画像Iの前面AFとの間の距離が小さいほど、上記所定の間隔を短くするように超音波発生装置34に対して指示を出力してもよい。これにより、指示体Fが受付空間RDに近づいていること(すなわち、指示体Fを介した入力操作を入力装置1が受け付けようとしていること)をユーザに対して報知することができる。
【0120】
また、報知制御部42Aは、指示体Fがいずれかの立体画像Iの前面AFに到達したと判定した場合、超音波発生装置34に対して、超音波の発生を中止するように指示を出力する。これにより、指示体Fによる入力装置1Eに対する操作を入力装置1Eが受け付けたことをユーザが確認することができるので、操作を入力装置1Eが受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができる。
【0121】
〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、図18図23に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0122】
図18は、本実施形態における入力装置1Fの要部の構成を示すブロック図である。図19は、入力装置1Fの平面図である。図20は、入力装置1Fを模式的に示すものであり、図19に示すA−A線矢視断面図である。
【0123】
図18図20に示すように、本実施形態における入力装置1Fは、実施形態1における発光部31および拡散板32に代えて、発光装置50(光制御装置、第2導光板装置)を備えている。また、入力装置1Fは、実施形態1における報知制御部42に代えて、報知制御部42Bを備えている。
【0124】
発光装置50は、図19および図20に示すように、導光板51と、12個の光源52a〜52lとを備えている。なお、以降の説明では、光源52a〜52lのそれぞれを区別しない場合には、光源52と呼称する。
【0125】
導光板51は、直方体形状しており、透明性および比較的高い屈折率を有する樹脂材料で成形されている。導光板51を形成する材料は、例えばポリカーボネイト樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ガラスなどであってよい。導光板51は、所定の領域が発光する発光面51aと、発光面51aとは反対側の前面51b(光出射面)と、四方の端面である、端面51c、端面51d、端面51eおよび端面51fとを備えている。端面11dは、端面11cとは反対側の面である。端面11eは、端面11fとは反対側の面である。導光板551は、発光面51aが導光板11の出射面11aと対向するように配置されている。
【0126】
図21は、発光面51aに形成される光路変更部53の斜視図である。発光面51aには、図21に示す複数の光路変更部53が形成されている。光路変更部53は、光を反射する反射面53aを備えている。
【0127】
光源52は、導光板51に対して光を投射する。光源52から投射され導光板51に入射した光は、光路変更部53の反射面53aに反射されて前面51bから出射される。
【0128】
発光面51aは、立体画像I1〜I12を前側から平面視したときに、立体画像I1〜I12と重なる領域が発光するように、それぞれの領域において複数の光路変更部53が形成されている。光源52a〜52lは、立体画像I1〜I12と重なる領域を発光させる複数の光路変更部53に対応している。例えば、光源52aは、立体画像I1を前側から平面視したときに立体画像I1と重なる領域を発光させる複数の光路変更部53に対して光を投射する。光源52a〜光源52lは、それぞれ立体画像I1〜I12と重なる領域を発光させる光路変更部53に対して光を照射する。図19に示すように、光源52a、光源52bおよび光源52fは、端面51cに設置されている。光源52g、光源52kおよび光源52lは、端面51dに設置されている。光源52d、光源52hおよび光源52jは、端面51eに設置されている。光源52c、光源52eおよび光源52iは、端面51fに設置されている。なお、各光源52から投射された光が対応する光路変更部53以外の光路変更部53に入射することを防止するために、各光源52にコリメートレンズが設けられていることが好ましい。
【0129】
次に、本実施形態における報知制御部42Bによる制御について説明する。ここでは、例として、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達した場合について説明する。
【0130】
図22は、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達した状態を示す図である。図23は、図22に示す状態における入力装置1Fの平面図である。
【0131】
本実施形態では、図22に示すように、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達すると、報知制御部42Bは、立体画像Iに対応する光源52aに対して光を投射するように指示を出力する。これにより、光源52aから投射された光が光路変更部53により反射されて、図22および図23に示すように、発光面51aにおける立体画像I1と重なる領域が発光する。これにより、ユーザは、発光面51aにおける立体画像I1と重なる領域においては、立体画像表示部10から出射された光と、発光装置50から出射された光とを視認することになる。その結果、ユーザが立体画像I1を認識することができなくなる。したがって、指示体Fによる入力装置1Fに対する操作を入力装置1Fが受け付けたことをユーザが確認することができる。その結果、入力を入力装置1Fが受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができ、また、ユーザに対して入力装置1Fに対する操作感を与えることができる。
【0132】
なお、立体画像表示部10の光源12が投射する光の色と、発光装置50の光源52が投射する光の色とを同じ色となるように構成してもよい。これにより、指示体Fが前面AFに到達した立体画像Iをユーザに視認させにくくすることができる。また、立体画像表示部10の光源12が投射する光の色と、発光装置50の光源52が投射する光の色とを異なる色となるように構成してもよい。この場合においては、ユーザは、立体画像Iと、発光装置50による発光とをともに視認することができるとともに、指示体Fによる入力装置1Fに対する操作を入力装置1Fが受け付けたことをユーザが確認することができる。
【0133】
また、指示体Fが前面AFに到達した立体画像Iをユーザに視認させにくくするためには、発光装置50の光源52が投射する光の輝度が高いことが好ましい。ただし、発光装置50の光源52が投射する光の輝度が低い場合においても、指示体Fが前面AFに到達した立体画像Iをユーザに視認されにくくすることができる。
【0134】
また、本実施形態における入力装置1Fにおける発光装置50では、1枚の導光板51によって、立体画像I1〜I12に対応する12個の領域を発光させる構成であったが、本発明の入力装置はこれに限られない。本発明の一態様の入力装置では、例えば、発光装置がそれぞれ3個の光源52を有する4枚の導光板を備え、各導光板が3個の上記領域を発光させる構成であってもよい。これにより、各光源52から投射された光が意図していない光路変更部53に入射されることを抑制することができる。これにより、指示体Fが近傍領域に到達した立体画像I以外の立体画像Iの表示が不鮮明になることを抑制することができる。
【0135】
また、本実施形態における入力装置1Fでは、発光装置50が立体画像表示部10の出射面11a側(前側、+X方向側)に配置される構成であったが、本発明の入力装置はこれに限られない。本発明の一態様の入力装置では、発光装置50が立体画像表示部10の背面11b側(前側、+X方向側)に配置される構成であってもよい。この構成においても、ユーザは、立体画像表示部10から出射された光と、発光装置50から出射された光とを視認することになる。その結果、ユーザが立体画像Iを認識することができなくなる。
【0136】
〔実施形態4〕
本発明の他の実施形態について、図24図28に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0137】
図24は、本実施形態における入力装置1Gの要部の構成を示すブロック図である。図25は、入力装置1Gの平面図である。図26は、入力装置1Gを模式的に示すものであり、図25に示すA−A線矢視断面図である。
【0138】
図24図26に示すように、本実施形態における入力装置1Gは、実施形態1における発光部31および拡散板32に代えて、液晶表示装置60(光制御装置、液晶表示装置)を備えている。また、入力装置1Gは、実施形態1における報知制御部42に代えて、報知制御部42Cを備えている。
【0139】
液晶表示装置60は、立体画像表示部10の出射面11a側に配置されており、立体画像表示部10から出射される光の出射または透過を制御する。液晶表示装置60は、いわゆる液晶シャッターである。液晶表示装置60の構成は、従来の液晶シャッターの構成と略同様であるため、従来の液晶シャッターと異なる構成についてのみ説明する。液晶表示装置60は、立体画像表示部10から出射された光の出射状態または透過状態を変更する光制御装置として機能する。
【0140】
液晶表示装置60は、外部から印加される電圧によって液晶の分子配列・配向を制御することにより、立体画像I1〜I12を前側から平面視したときに、立体画像I1〜I12と重なるそれぞれの領域における光の透過率を制御できるようになっている。
【0141】
次に、本実施形態における報知制御部42Cによる制御について説明する。ここでは、例として、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達した場合について説明する。
【0142】
図27は、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達した状態を示す図である。図28は、図27に示す状態における入力装置1Gの平面図である。
【0143】
本実施形態では、図27に示すように、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達すると、報知制御部42Cは、立体画像I1を前側から平面視したときに、立体画像I1と重なる領域(図28に示す領域B)において光が透過しなくなるように(すなわち、透過率が0%となるように)液晶表示装置60に対して指示を出力する。これにより、立体画像表示部10から立体画像I1を結像するために出射された光が領域Bを透過できなくなるので、図27に示すように立体画像I1が結像されなくなり、領域Bが黒くなる。したがって、指示体Fによる入力装置1Gに対する操作を入力装置1Gが受け付けたことをユーザが確認することができる。その結果、入力を入力装置1Gが受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができ、また、ユーザに対して入力装置1Gに対する操作感を与えることができる。
【0144】
なお、領域Bにおいて光を透過させないようにする場合、報知制御部42Cは、例えばデューティー比1/10で光を透過させるように(例えば、0.9秒間光を透過させず、0.1秒間光を透過させることを繰り返すように)液晶表示装置60に対して指示を出力する。これにより、位置検出センサ20による指示体Fの位置検出を維持することができる。
【0145】
〔実施形態5〕
本発明の他の実施形態について、図29図33に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0146】
図29は、本実施形態における入力装置1Hの要部の構成を示すブロック図である。図30は、入力装置1Hの平面図である。図31は、入力装置1Hを模式的に示すものであり、図30に示すA−A線矢視断面図である。
【0147】
図29図31に示すように、本実施形態における入力装置1Hは、実施形態1における発光部31および拡散板32に代えて、液晶パネル70(光制御装置、液晶表示装置)を備えている。また、入力装置1Hは、実施形態1における位置検出センサ20および報知制御部42に代えて、位置検出センサ20A(センサ)および報知制御部42Dを備えている。
【0148】
液晶パネル70は、立体画像表示部10の背面11b側に配置されており、液晶による画像を表示する。液晶パネル70は、従来の液晶パネルを用いることができる。
【0149】
位置検出センサ20Aは、指示体Fの位置を検出するためのセンサである。位置検出センサ20Aは、図30に示すように、7つの照射部25と、各照射部25にそれぞれ対応する7つの受光部26とを備えている。照射部25および受光部26は、図31に示すように、立体画像表示部10よりも前側、より詳細には、前後方向(X軸方向)において立体画像Iの前面AFを含む位置に配置されている。7つの照射部25のうち3つの照射部25は、Z軸方向に沿って並んで配置されており、当該3つの照射部25に対応する3つの受光部26が立体画像表示部10を挟んでZ軸方向に沿って並んで配置されている。7つの照射部25のうち残りの4つの照射部25は、Y軸方向に沿って並んで配置されており、当該4つの照射部25に対応する4つの受光部26が立体画像表示部10を挟んでY軸方向に沿って並んで配置されている。位置検出センサ20Aでは、照射部25から照射された光が対向する受光部26に受光される。
【0150】
次に、本実施形態における指示体Fの位置の検出方法について説明する。ここでは、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達した場合について説明する。この場合、照射部25のうち図30に示す立体画像I1から見て+Y軸方向にある照射部25から出射された光が対応する受光部26に受光されなくなる。これにより、位置検出センサ20Aは、指示体Fが立体画像I1、立体画像I4、立体画像I7および立体画像I10のいずれかの前面AFに存在していることを検知できる。さらに、照射部25のうち図30に示す立体画像I1から見て−Z軸方向にある照射部25から出射された光が対応する受光部26に受光されなくなる。これにより、位置検出センサ20Aは、指示体Fが立体画像I1、立体画像I2および立体画像I3のいずれかの前面AFに存在していることを検知できる。以上の2つの条件より、位置検出センサ20Aは、指示体Fが立体画像I1の前面AFに存在していることを検知することができる。
【0151】
次に、本実施形態における報知制御部42Dによる制御について説明する。ここでは、例として、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達した場合について説明する。
【0152】
図32は、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達した状態を示す図である。図33は、図32に示す状態における入力装置1Hの平面図である。
【0153】
本実施形態では、図32に示すように、指示体Fが立体画像I1の前面AFに到達すると、報知制御部42Dは、立体画像I1を前側から平面視したときに、立体画像I1と重なる領域(図33に示す領域H)において画像(例えば、黒色の矩形状の画像)を表示するように液晶パネル70に対して指示を出力する。これにより、立体画像I1の背景が黒くなるので、指示体Fによる入力装置1Hに対する操作を入力装置1Hが受け付けたことをユーザが確認することができる。その結果、入力を入力装置1Hが受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができ、また、ユーザに対して入力装置1Hに対する操作感を与えることができる。
【0154】
〔実施形態6〕
本発明の他の実施形態について、図34および図35に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0155】
図34は、本実施形態における入力装置1Iが画像を表示している状態を示す斜視図である。図35は、入力装置1Iが画像を表示している状態を示す断面図である。
【0156】
本実施形態における入力装置1Iの構成は、実施形態5における入力装置1Hの構成と同様である。
【0157】
入力装置1Iでは、図34および図35に示すように、立体画像表示部10によって面画像の立体画像Iを表示する。立体画像Iは、導光板11の出射面11aに平行となるように結像される。また、入力装置1Iでは、液晶パネル70によって立体画像Iを投影した投影画像IPを表示する。より詳細には、液晶パネル70は、立体画像Iを前側から平面視したときに立体画像Iと重なる領域に投影画像IPを表示する。
【0158】
以上のように、本実施形態における入力装置1Iでは、立体画像Iを表示するとともに立体画像Iの投影形状からなる投影画像IPを表示する。これにより、ユーザは、投影画像IPを立体画像Iの影であると認識する。その結果、ユーザが立体画像Iと導光板11との間の距離感をつかみやすくなるため、ユーザに対して立体画像Iの立体感をより与えることができる。
【0159】
なお、本実施形態では、投影画像IPを液晶パネル70によって表示する構成であったが、本発明の入力装置はこれに限られない。例えば、実施形態3および4で説明した発光装置50を用いて投影画像IPを表示する構成であってもよい。
【0160】
また、本実施形態では、立体画像Iの投影形状からなる投影画像IPを表示する構成であったが、本発明の入力装置はこれに限られない。本発明の一態様の入力装置では、立体画像Iの輪郭のみを投影画像IPとして表示してもよいし、前記輪郭の内部を例えば黒色で塗りつぶした画像を投影画像IPとして表示してもよい。
【0161】
〔実施形態7〕
本発明の他の実施形態について、図36図39に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0162】
図36は、入力装置1Jの要部の構成を示すブロック図である。図36に示すように、入力装置1Jは、実施形態1における、立体画像表示部10、位置検出センサ20および制御部40の代わりに、モーションセンサ27(センサ)、立体画像表示部10Dおよび制御部40Aを備えている。
【0163】
モーションセンサ27は、指示体Fの位置を検出し、指示体Fのモーション(動き)を検出するためのセンサである。モーションセンサ27は、公知のモーションセンサを用いることができるため、ここでは説明を省略する。モーションセンサ27は、検出した指示体Fのモーションを後述する入力判定部43(入力検知部)に出力する。
【0164】
図37は、立体画像表示部10Dの構成を示す図である。図38は、図37におけるA−A線矢視断面図である。図37および図38に示すように、立体画像表示部10Dは、導光板11と、3つの光源12a〜12cとを備えている。立体画像表示部10Dでは、光源12aが発光すると立体画像I1が表示され、光源12bが発光すると立体画像I2が表示され、光源12cが発光すると立体画像I3が表示される。立体画像I1〜I3は、バー状(棒状)の立体画像である。
【0165】
制御部40Bは、入力判定部43と、報知制御部42E(結像制御部)とを備えている。
【0166】
入力判定部43は、モーションセンサ27から出力された指示体Fのモーションに基づいて、ユーザが入力装置1Jに対して入力を行ったかどうかを判定する。具体的な判定方法については後述する。
【0167】
次に、本実施形態における入力装置1Jの動作について、図39を参照しながら説明する。入力装置1Jでは、ユーザのスライド操作を受け付ける。
【0168】
図39は、入力装置1Jの動作を説明するためのものであり、(a)はユーザからの入力を受け付ける前の入力装置1Jの状態を示す図であり、(b)はユーザからの入力を受け付けている状態の入力装置1Jを示す図であり、(c)はユーザからの入力を受け付けた後の入力装置1Jの状態を示す図である。
【0169】
入力装置1Jでは、ユーザからの入力を受け付ける前の状態においては、光源12a〜光源12cのうち光源12bだけが発光しており、図39の(a)に示すように、立体画像I2のみが結像された状態となっている。
【0170】
次に、入力判定部43が、ユーザが入力装置1Jに対してスライド操作を行ったかどうかを判定する。具体的には、入力判定部43は、モーションセンサ27から出力された指示体Fのモーションに基づいて、指示体Fが立体画像I2の前面AFに到達し、その後指示体Fが左右方向(Z軸方向)に移動したどうかを判定する。ここでは例として、図39の(b)に示すように、指示体Fが立体画像I2の前面AFに到達し、その後指示体Fが左方向(−Z方向)に移動した場合について説明する。入力判定部43は、指示体Fが上記モーションを行った場合、入力装置1Jに対するユーザによる入力が行われたと判定し、判定した結果を報知制御部42Eに出力する。
【0171】
報知制御部42Eは、入力装置1Jに対するユーザによる入力が行われたこと示す情報を入力判定部43から受け取った場合、光源12aを発光させるとともに、光源12bを発光させないように立体画像表示部10Dに対して指示を出力する。これにより、図39の(c)に示すように、立体画像I1のみが結像される。
【0172】
以上のように、本実施形態における入力装置1Jでは、入力判定部43が立体画像Iの前面AFにおいて指示体Fの移動が行われることによるユーザの入力を検出した場合に、報知制御部42Eが、立体画像表示部10D(より詳細には、導光板11)による立体画像Iの結像位置を変化させる。
【0173】
上記の構成によれば、入力装置1Jは、指示体Fの移動(モーション)に合わせて、立体画像Iの結像状態を変化させる。すなわち、入力装置1Jは、ユーザからのより多様な入力指示を受け付け、当該入力指示に応じて立体画像Iの結像状態を変化させることができる。これにより、指示体Fによる入力装置1Jに対する操作を入力装置1Jが受け付けたことをユーザが確認することができる。その結果、入力を入力装置1Jが受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができ、また、ユーザに対して入力装置1Jに対する操作感を与えることができる。
【0174】
<変形例5>
次に、実施形態7における入力装置1Jの変形例としての入力装置1Kについて図40および図41を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【0175】
図40は、入力装置1Kの斜視図である。図41は、入力装置1Kが備える立体画像表示部10Eの構成を示す断面図である。
【0176】
図40に示すように、入力装置1Kは、実施形態7における立体画像表示部10Dの代わりに立体画像表示部10Eを備えている。なお、実施形態7における入力装置1Jと、本変形例における入力装置1Kとは、立体画像表示部10Eによって立体画像Iを結像する以外の点については同じ構成であるため、ここでは、立体画像表示部10Eよる立体画像Iの結像方法についてのみ説明する。図40および図41においても、立体画像表示部10E以外の構成については、図示を省略している。
【0177】
立体画像表示部10Eは、図40および図41に示すように、画像表示装置81と、結像レンズ82と、コリメートレンズ83と、導光板84(第1導光板)と、マスク85とを備えている。なお、Y軸方向に沿って、画像表示装置81、結像レンズ82、コリメートレンズ83、および導光板84が順番に配置されている。また、X軸方向に沿って、導光板84およびマスク85が、この順番で配置されている。
【0178】
画像表示装置81は、制御装置(不図示)から受信した映像信号に応じて、立体画像表示部10Eにより空中に投影される2次元画像を表示領域に表示する。画像表示装置81は、表示領域に画像を表示することによって、画像光を出力することができる、例えば一般的な液晶ディスプレイである。なお、図示の例において、画像表示装置81の表示領域、および当該表示領域に対向する、導光板84の入射面84aは、ともにYZ平面と平行となるように配置されている。また、導光板84の、後述するプリズム141が配置されている背面84b、および当該背面84bに対向する、マスク85に対して光を出射する出射面84c(光出射面)は、ともにXY平面と平行となるように配置されている。さらに、マスク85の、後述するスリット151が設けられている面も、XY平面と平行になるように配置されている。なお、画像表示装置81の表示領域と導光板84の入射面84aとは、対向して配置されてもよいし、画像表示装置81の表示領域が入射面84aに対して傾けて配置されてもよい。
【0179】
結像レンズ82は、画像表示装置81と入射面84aとの間に配置されている。結像レンズ82は、画像表示装置81の表示領域から出力された画像光を、入射面84aの長手方向と平行なXY平面において収束光化した後、コリメートレンズ83へ出射する。結像レンズ82は、画像光を収束光化できるのであれば、どのようなものであってもよい。例えば、結像レンズ82は、バルクレンズ、フレネルレンズ、または回折レンズなどであってもよい。また、結像レンズ82は、Z軸方向に沿って配置された複数のレンズの組み合わせであってもよい。
【0180】
コリメートレンズ83は、画像表示装置81と入射面84aとの間に配置されている。コリメートレンズ83は、結像レンズ82にて収束光化された画像光を、入射面84aの長手方向と直交するXY平面において平行光化する。コリメートレンズ83は、平行光化した画像光について、導光板84の入射面84aに対して出射する。コリメートレンズ83は、結像レンズ82と同様に、バルクレンズおよびフレネルレンズであってもよい。なお、結像レンズ82とコリメートレンズ83とは、その配置順が逆であってもよい。また、結像レンズ82とコリメートレンズ83の機能について、1つのレンズによって実現してもよいし、多数のレンズの組み合わせによって実現してもよい。すなわち、画像表示装置81が表示領域から出力した画像光を、XY平面においては収束光化し、YZ平面においては平行光化することができるのであれば、結像レンズ82およびコリメートレンズ83の組み合わせは、どのようなものであってもよい。
【0181】
導光板84は、透明な部材によって構成されており、コリメートレンズ83によって平行光化された画像光を入射面84aにて受光し、出射面84cから出射する。図示の例において、導光板84は平板状に形成された直方体の外形を備えており、コリメートレンズ83に対向する、XZ平面と平行な面を入射面84aとする。また、YZ平面と平行かつX軸の負方向側に存在する面を背面84bとし、YZ平面と平行かつ背面84bに対向する面を出射面84cとする。導光板84は、複数のプリズム(出射構造部、光路変更部)141を備えている。
【0182】
複数のプリズム141は、導光板84の入射面84aから入射した画像光を反射する。プリズム141は、導光板84の背面84bに、背面84bから出射面84cへ向けて突出して設けられている。複数のプリズム141は、例えば、画像光の伝搬方向がY軸方向であるときに、当該Y軸方向に所定の間隔(例えば、1mm)で配置された、Y軸方向に所定の幅(例えば、10μm)を有する略三角形状の溝である。プリズム141は、プリズム141が有する光学面のうち、画像光の導光方向(+Y軸方向)に対して入射面84aから近い側の面である反射面141aを備えている。図示の例において、複数のプリズム141は、背面84b上に、Z軸と平行に設けられている。これにより、Y軸方向に伝搬する入射面84aから入射した画像光が、Y軸に直交するZ軸と平行に設けられた複数のプリズム141の反射面141aによって反射させられる。複数のプリズム141のそれぞれは、画像表示装置81の表示領域で入射面84aの長手方向と直交するZ軸方向において互いに異なる位置から発した画像光を、所定の視点100へ向けて導光板84の一方の面である出射面84cから出射させる。反射面141aの詳細については後述する。
【0183】
マスク85は、可視光に対して不透明な材料にて構成され、複数のスリット151を備えている。マスク85は、導光板84の出射面84cから出射された光のうち、平面102上の結像点101へ向かう光のみを、複数のスリット151を用いて透過させることができる。
【0184】
複数のスリット151は、導光板84の出射面84cから出射された光のうち、平面102上の結像点101へ向かう光のみを透過させる。図示の例において、複数のスリット151は、Z軸と平行となるように設けられている。また、個々のスリット151は、複数のプリズム141のうち、いずれかのプリズム141と対応している。
【0185】
以上の構成を有することにより、立体画像表示部10Dは、画像表示装置81に表示された画像を、当該立体画像表示部10Dの外部の仮想の平面102上に結像させ、投影する。具体的には、まず、画像表示装置81の表示領域から出射された画像光は、結像レンズ82およびコリメートレンズ83を通した後、導光板84の端面である、入射面84aへ入射する。次に、導光板84へ入射した画像光は、当該導光板84の内部を伝搬し、導光板84の背面84bに設けられたプリズム141に到達する。プリズム141に到達した画像光は、当該プリズム141の反射面141aによってX軸の正方向へ反射させられ、YZ平面と平行となるように配置された、導光板84の出射面84cから出射される。そして、出射面84cから出射した画像光のうち、マスク85のスリット151を通過した画像光は、平面102上の結像点101にて結像する。すなわち、画像表示装置81の表示領域の個々の点から発した画像光について、YZ平面においては収束光化し、XY平面においては平行光化した後、平面102上の結像点101に投影することができる。表示領域の全ての点に対して前記の処理を行うことにより、立体画像表示部10Dは、画像表示装置81の表示領域に出力された画像を、平面102上に投影することができる。これにより、ユーザは、視点100から仮想の平面102を見たときに、空中に投影された画像を視認することができる。なお、平面102は、投影された画像が結像する仮想的な平面であるが、視認性を向上させるためにスクリーンなどを配置してもよい。
【0186】
このように、立体画像表示部10Eでは、画像表示装置81に表示された画像を立体画像Iとして結像することができる。これにより、入力判定部43が立体画像Iの前面AFにおいて指示体Fの移動が行われることによるユーザの入力を検出した場合に、報知制御部42Eが、立体画像表示部10E(より詳細には、導光板84)による立体画像Iの結像状態(例えば、位置、大きさ、光量、入色など)を変化させることができる。これにより、指示体Fによる入力装置1Kに対する操作を入力装置1Kが受け付けたことをユーザが確認することができる。その結果、入力を入力装置1Kが受け付けていないかもしれないというユーザの不安をなくすことができ、また、ユーザに対して入力装置1Kに対する操作感を与えることができる。
【0187】
なお、本実施形態における立体画像表示部10Eでは、出射面84cから出射した画像光のうち、マスク85が備えるスリット151を透過した画像光によって画像を結像する構成であった。しかしながら、仮想の平面102上の結像点101にて画像光を結像させることができるのであれば、マスク85およびスリット151を備えない構成であってもよい。
【0188】
例えば、各プリズム141の反射面と背面84bとのなす角度が、入射面84aから遠くなるほど大きくなるように設定することによって、仮想の平面102上の結像点101にて画像光を結像させることができる。なお、上記角度は、入射面84aから最も遠いプリズム141でも、画像表示装置81からの光を全反射できる角度となるように設定されることが好ましい。
【0189】
上記のように上記角度を設定した場合、画像表示装置81の表示領域上のX軸方向の位置がより背面84b側(−X軸方向側)となる点から発して所定の視点へ向かう光ほど、入射面84aから遠いプリズム141にて反射される。ただし、これに限られず、画像表示装置81の表示領域上のX軸方向の位置と、プリズム141とが1対1に対応していればよい。また、入射面84aから遠いプリズム141で反射される光ほど、入射面84a側へ向かい、一方、入射面84aに近いプリズム141で反射される光ほど、入射面84aから遠ざかる方向へ向かう。そのため、マスク85が省略されても、画像表示装置81からの光を、特定の視点へ向けて出射させることができる。また、導光板84から出射した光は、Z軸方向に関して、画像が投影される面上で結像し、その面から離れるにしたがって拡散する。そのため、Z軸方向に関して視差を与えることができるので、観察者が両眼をZ軸方向に沿って並ぶようにすることで、投影された画像を立体的に観察できる。
【0190】
また、上記の構成によれば、各プリズム141で反射され、その視点へ向かう光は遮られないので、観察者は、Y軸方向に沿って観察者が視点を移動させても、画像表示装置81に表示され、かつ、空中に投影された像を観察できる。ただし、各プリズム141から視点へ向かう光線と各プリズム141の反射面とのなす角度が、Y軸方向における視点の位置に沿って変化するので、これに伴い、その光線に対応する画像表示装置81上の点の位置も変化する。またこの例では、画像表示装置81上の各点からの光は、各プリズム141により、Y軸方向に関してもある程度結像される。そのため、観察者は、両眼をY軸方向に沿って並ぶようにしても、立体的な像を観察できる。
【0191】
さらに、上記の構成によれば、マスク85が使用されないため、ロスとなる光の量が少なくなるので、立体画像表示部は、より明るい像を空中に投影できる。また、マスクが使用されないため、立体画像表示部は、導光板84の背後にある物体(図示せず)と投影された画像の両方を観察者に視認させることができる。
【0192】
次に、実施形態7における入力装置1Jまたは変形例5における入力装置1Kの使用例について、図42を参照しながら説明する。図42の(a)〜(h)は、入力装置1Jまたは入力装置1Kの使用例を示す図である。
【0193】
図42の(a)に示すように、入力装置1Jまたは入力装置1Kは、リング状の立体画像Iを結像してもよい。そして、報知制御部42Eは、指示体Fが立体画像Iのリングに沿って移動した旨の情報を入力判定部43から受け取った場合、立体画像Iの結像状態を変化させる。例えば、リングの色を変化させてもよいし、リングの大きさを変化させてもよい。
【0194】
図42の(b)に示すように、入力装置1Jまたは入力装置1Kは、3次元上に配置された複数の点を表示させてもよい。そして、報知制御部42Eは、モーションセンサ27によって検知した指示体Fの移動に合わせて、指示体Fが移動した軌跡を表示するように立体画像Iを表示させる。図42の(b)に示す例は、空間パターンロックに適用することができる。なお、図42の(c)に示すように、同一平面上に複数の点を表示させてもよい。
【0195】
図42の(d)〜(g)に示すように、入力装置1Jまたは入力装置1Kは、スイッチとして使用することもできる。図42の(d)は、複数のスイッチが並んで配置されるディップスイッチを立体画像Iとして表示している状態を示しており、図42の(e)は、トグルスイッチを立体画像Iとして表示している状態を示しており、図42の(f)は、ロータリースイッチを立体画像Iとして表示している状態を示しており、図42の(g)は、ロッカースイッチを立体画像Iとして表示している状態を示している。入力装置1Jまたは入力装置1Kは、モーションセンサ27がこれらのスイッチとしての立体画像Iに対する指示体Fの入力がなされたことを検知した場合に、当該操作に応じて立体画像Iの結像状態を変化させ、また、当該操作に対応する出力を外部機器に対して出力してもよい。
【0196】
図42の(h)に示すように、入力装置1Jまたは入力装置1Kは、立体画像Iに対する指示体Fの入力を受け付けた場合に、当該入力を受け付けた位置を示すように立体画像Iを結像してもよい。
【0197】
<適用例>
次に、上記各実施形態および各変形例において説明した入力装置の適用例について、図43図44を参照しながら説明する。
【0198】
図43の(a)〜(c)は、本発明の入力装置をエレベータの入力部に適用した様子を示す図である。図43の(a)に示すように、本発明の入力装置は、例えばエレベータの入力部200に適用することができる。具体的には、入力部200は、立体画像I1〜I12を表示する。立体画像I1〜I12は、エレベータの行先(階数)を指定するユーザの入力を受け付ける表示(立体画像I1〜I10)、または、エレベータの扉の開閉の指示を受け付ける表示(立体画像I11・I12)が結像された立体画像である。入力部200は、いずれかの立体画像Iに対するユーザの入力を受け付けた場合、当該立体画像Iの結像状態を変化させる(例えば、立体画像Iの色を変化させるなど)とともに、当該入力に対応する指示をエレベータの制御部に対して出力する。入力部200による立体画像Iの表示は、入力部200に人が近づいたときにのみ行うようにしてもよい。また、入力部200は、エレベータの壁の内部に配置されてもよい。
【0199】
エレベータの入力部200では、例えば、エレベータ内に人が多い場合では、ユーザの体の一部が立体画像Iの結像位置に位置してしまい、入力部200がユーザの意図していない入力を受け付けてしまう虞がある。そこで、入力部200は、例えば、図43の(b)に示すように、モーションセンサ27によって立体画像Iに対して回転操作を受け付けた場合にのみユーザの入力を受け付けるようにしてもよい。回転操作は、ユーザが意図しないかぎり通常は行われない操作であるので、入力部200がユーザの意図していない入力を受け付けてしまうことを防止することができる。また、図43の(c)に示すように、立体画像Iがエレベータの内壁に設けられた凹部に表示される構成としてもよい。これにより、指示体Fが上記凹部に挿入されたときにのみ立体画像Iに対する入力が行われるので、入力部200がユーザの意図していない入力を受け付けてしまうことを防止することができる。
【0200】
図44は、本発明の入力装置を温水便座洗浄機の入力部に適用した様子を示す図である。図44に示すように、本発明の入力装置は、例えば温水便座洗浄機の入力部300(操作パネル部)に適用することができる。具体的には、入力部300は、立体画像I1〜I4を表示する。立体画像I1〜I4は、温水便座洗浄機の洗浄機能の駆動・停止の指示を受け付ける表示が結像された立体画像である。入力部300は、いずれかの立体画像Iに対するユーザの入力を受け付けた場合、当該立体画像Iの結像状態を変化させる(例えば、立体画像Iの色を変化させるなど)とともに、当該入力に対応する指示を温水便座洗浄機の制御部に対して出力する。温水便座洗浄機の操作パネルは、衛生上、直接触ることを好まないユーザが多い。これに対して、入力部300では、ユーザは、入力部300に直接触る(物理的に触る)ことなく操作をすることができる。したがって、ユーザは、衛生面を気にすることなく操作をすることができる。なお、本発明の入力装置は、衛生面的に直接触ることが好ましくない他の装置にも適用することができる。例えば、本発明の入力装置は、病院に設置される整理番号発券機や、不特定の人が触る移動ドアの操作部などに適用するのに好適である。また、病院に設置される整理番号発券機において外科や内科などの複数の選択肢がある場合に、それぞれの選択肢に対応する立体画像Iを表示することができるため好適である。また、本発明の入力装置は、飲食店に設置されるレジまたは食券販売機に適用するのに好適である。
【0201】
なお、本発明の一態様における入力装置は、立体画像表示部として、透明な導光板から出射した光を用い、視差による融像によって立体画像Iを表示する立体画像表示部を用いることもできる。また、本発明の一態様における入力装置は、立体画像表示部として、互いに直交する鏡面要素が、光学結合素子面内に複数配置される2面リフレクタアレイ構造を用いる立体画像表示部を用いることができる。さらに、本発明の一態様における入力装置は、立体画像表示部として、ハーフミラーを利用したいわゆるペッパーズゴーストと呼ばれる立体画像表示部を用いることもできる。
【0202】
〔ソフトウェアによる実現例〕
入力装置1、1A〜1Kの制御ブロック(特に制御部40および制御部40A)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【0203】
後者の場合、入力装置1、1A〜1Kは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ(またはCPU)で読み取り可能に記録されたROM(Read Only Memory)または記憶装置(これらを「記録媒体」と称する)、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などを備えている。そして、コンピュータ(またはCPU)が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【0204】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0205】
1、1A〜1K 入力装置
11、15、84 導光板(第1導光板)
11a、14a、15a、84c 出射面(光出射面)
12、12a〜12c、52、52a〜52l 光源
13、13a、13b、13c、16 光路変更部
14A〜14D 導光板(部分導光板)
20、20A 位置検出センサ(センサ)
27 モーションセンサ(センサ)
42、42A〜42E 報知制御部(入力検知部、発光装置)
43 入力判定部(入力検知部)
31 発光部(発光部材)
33 音出力部(音出力装置)
34 超音波発生装置(触覚刺激装置)
35 参照体(結像平面提示構造)
35a 前面(平面部)
50 発光装置(光制御装置、第2導光板装置)
51b 前面(光出射面)
60 液晶表示装置(光制御装置、液晶表示装置)
70 液晶パネル(光制御装置、液晶表示装置)
I、I1〜I12 立体画像(画像)
IP 投影画像
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23
図24
図25
図26
図27
図28
図29
図30
図31
図32
図33
図34
図35
図36
図37
図38
図39
図40
図41
図42
図43
図44