CN109116976A - 手势输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供手势输入装置。实现能够使用户识别受理输入动作的区域的输入装置。输入装置(1)具有：动作检测部(20)，其检测用户的动作；以及显示部(10)，其使区域图像成像在空间中，该区域图像提示在动作检测部(20)中检测动作的区域，显示部具有：光源(12)；以及导光板(11)，其对从光源入射的光进行引导而从光射出面射出，使图像成像在空间中。

Description

手势输入装置
技术领域
本发明涉及能够进行基于用户的动作的输入的手势输入装置。
背景技术
在专利文献1中公开了如下的手势输入装置：检测用户身体的特定部位(例如用户的手指)的移动，根据该特定部位的移动来进行对车辆设备的操作。通过形成例如3维图像的近红外线传感器来检测上述特定部位的移动。近红外线传感器将规定的区域设为检测区域，在用户的手指进入到检测区域时，检测该手指的移动。
专利文献1：日本特开2015-184841号公报(2015年10月22日公开)
然而，在专利文献1所公开的手势输入装置中，由于用户无法识别检测区域，因此有可能不能适当地进行输入。
发明内容
本发明的一方式的目的在于，实现如下的手势输入装置：能够使用户识别受理输入动作的区域。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，本发明的一方式的手势输入装置具有：动作检测部，其检测用户的动作；以及图像投影部，其使区域图像成像在空间中，该区域图像提示在所述动作检测部中检测所述动作的区域，所述图像投影部具有：光源；以及导光板，其对从所述光源入射的光进行引导而从光射出面射出，使图像成像在空间中。
根据上述的结构，图像投影部使区域图像成像在空间中，该区域图像提示在动作检测部中检测动作的区域。图像投影部具有光源和导光板，导光板对从光源入射的光进行引导并从光射出面射出，使图像成像在空间中。因此，用户能够通过成像在空间中的输入位置图像来识别输入装置受理输入动作的区域，而适当地进行输入动作。
并且，本发明的一方式的手势输入装置还具有：判定部，其判定所述动作检测部所检测出的动作是否是表示规定的输入的输入动作；以及判定结果提示部，其提示所述判定部的判定结果。
根据上述的结构，判定部判定动作检测部所检测出的动作，判定结果提示部提示判定结果。因此，用户能够通过参照判定结果而确认输入动作是否被判定为期望的输入。
并且，在本发明的一方式的手势输入装置中，所述判定结果提示部具有：第二光源；以及第二导光板，其对从所述第二光源入射的光进行引导并从光射出面射出，使图像成像在空间中。
根据上述的结构，利用由第二光源和第二导光板成像在空间中的图像来提示判定部的判定结果。
并且，在本发明的一方式的手势输入装置中，所述第二导光板与所述导光板重叠。
根据上述的结构，能够使手势输入装置小型化。
并且，在本发明的一方式的手势输入装置中，所述判定结果提示部具有：多个第二光源；以及第二导光板，其对从所述多个第二光源入射的光进行引导并射出，使图像成像在空间中，在所述动作检测部所检测出的动作是表示规定的输入的输入动作的情况下，所述判定结果提示部通过使所述多个第二光源中的与该输入动作对应的第二光源点亮，使根据输入动作而不同的图像成像在空间中。
根据上述的结构，通过根据输入动作来切换使光入射到第二导光板的第二光源，能够使成像在空间中的图像不同。
并且，在本发明的一方式的手势输入装置中，所述多个第二光源向所述第二导光板入射光的方向不同。
根据上述的结构，通过使入射光的方向不同，能够使成像在空间中的图像不同。
并且，在本发明的一方式的手势输入装置中，所述多个第二光源向所述第二导光板入射光的方向相同，所述多个第二光源被配置为彼此分离。
根据上述的结构，通过使入射光的位置不同，能够使成像在空间中的图像不同。
发明效果
根据本发明的一方式的手势输入装置，能够实现如下的输入装置：能够使用户识别受理输入动作的区域。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的输入装置的主要部分的结构的框图。
图2是上述输入装置所具有的显示部的立体图。
图3是示出上述输入装置的使用状态的立体图。
图4的(a)～(c)分别是示出上述显示部所显示的输入位置图像的例子的图。
图5是示出本发明的实施方式2的输入装置的主要部分的结构的框图。
图6是示出上述输入装置的使用状态的立体图。
图7的(a)是利用3维图像来显示判定部的判定结果的情况下的3维图像的例子，(b)是示出能够利用1张导光板显示2种3维图像的第二显示部的一例的图。
图8的(a)是示出利用2维图像来显示判定部的判定结果的情况下的第二显示部的结构的例子的图，(b)是示出光路变更部16的结构的立体图。
图9是示出实施方式3的输入装置的使用状态的立体图。
图10的(a)是示出将实施方式1的输入装置搭载于电梯的例子的图，(b)是示出将实施方式1的输入装置搭载于冰箱的例子的图，(c)是示出将实施方式1的输入装置搭载于游戏机的例子的图。
图11的(a)是示出实施方式5的显示部的结构的一例的剖视图，(b)是示出(a)所示的显示部所具有的导光板的结构的俯视图。
图12是示出图11的(a)所示的显示部对于立体图像的成像方法的立体图。
图13的(a)是实施方式5的与图11的(a)所示的结构不同的显示部的立体图，(b)是示出(a)所示的显示部的结构的剖视图。
图14是实施方式5的与图11的(a)和图13的(b)所示的结构不同的显示部的结构的剖视图。
标号说明
1、2、3：输入装置(手势输入装置)；10、10A、10B：显示部(图像投影部)；11、15、84：导光板(第一导光板)；11a、15a、84c：射出面(光射出面)；12：光源(第一光源)；20：动作检测部；32：判定部；40：第二显示部(判定结果提示部)；41：导光板(第二导光板)；42、42a～42h：光源(第二光源)；81：图像显示装置(第一光源)。
具体实施方式
〔实施方式1〕
以下，关于本发明的一实施方式的输入装置1(手势输入装置)详细地进行说明。
(输入装置1的结构)
图1是示出本实施方式的输入装置1的主要部分的结构的框图。如图1所示，输入装置1具有显示部10、动作检测部20、控制部30。显示部10具有导光板11(第一导光板)和光源12(第一光源)。控制部30具有显示控制部31和判定部32。
显示部10(图像投影部)使输入位置图像(区域图像)成像在空间中，该输入位置图像(区域图像)提示在动作检测部20中检测动作的区域。关于显示部10的具体的结构，以下进行说明。
图2是显示部10的立体图。在图2中，显示部10示出立体图像I，更具体而言，示出对显示了“ON”文字的按钮形状的立体图像I进行显示的情形。
导光板11具有长方体形状，由具有透明性和比较高的折射率的树脂材料形成。形成导光板11的材料可以是例如聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、或者玻璃等。导光板11具有：射出光的射出面11a(光射出面)、与射出面11a相反侧的背面11b、以及作为四周的端面的端面11c、端面11d、端面11e和端面11f。端面11c是从光源12投射的光入射到导光板11的入射面。端面11d是与端面11c相反侧的面。端面11e是与端面11f相反侧的面。导光板11对从光源12入射的光进行引导而从射出面11a射出，使图像成像在空间中。光源12是例如LED(Light Emitting diode：发光二极管)光源。
在导光板11的背面11b上形成有包含光路变更部13a、光路变更部13b和光路变更部13c在内的多个光路变更部13。光路变更部13a、光路变更部13b和光路变更部13c沿着线La、线Lb和线Lc分别形成。这里，线La、线Lb和线Lc是与Z轴方向大致平行的直线。任意的光路变更部13在Z轴方向上实质上连续地形成。换言之，多个光路变更部13在与射出面11a平行的面内分别沿着预先设定的线形成。
从光源12投射且被导光板11引导的光入射到光路变更部13的Z轴方向上的各位置。光路变更部13使入射到光路变更部13的各位置的光实质上会聚到与各光路变更部13分别对应的定点。在图2中，作为光路变更部13的一部分，特别地示出光路变更部13a、光路变更部13b和光路变更部13c。此外，在图2中，示出了在光路变更部13a、光路变更部13b和光路变更部13c的各个光路变更部中，从光路变更部13a、光路变更部13b和光路变更部13c分别射出的多个光会聚的情形。
具体而言，光路变更部13a对应于立体图像I的定点PA。来自光路变更部13a的各位置的光会聚于定点PA。因此，来自光路变更部13a的光的波面为从定点PA发出的光的波面。光路变更部13b对应于立体图像I上的定点PB。来自光路变更部13b的各位置的光会聚于定点PB。这样，来自任意的光路变更部13的各位置的光实质上会聚于与各光路变更部13对应的定点。由此，能够通过任意的光路变更部13来提供从对应的定点发出光这样的光的波面。各光路变更部13所对应的定点彼此不同，通过与光路变更部13分别对应的多个定点的集合，而在空间上(更详细而言，从导光板11向射出面11a侧的空间上)成像出由用户识别的立体图像I。
显示控制部31控制显示部10对输入位置图像的显示。例如显示控制部31通过控制显示部10所具有的光源12的点亮和熄灭而控制输入位置图像的显示和非显示。并且，在光源12具有调节明亮度的功能的情况下，显示控制部31也可以调节该明亮度。
动作检测部20检测用户的动作。动作检测部20可以是使用了例如CCD(ChargeCoupled Device：电荷耦合器件)或者CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)的摄像装置。并且，动作检测部20也可以是近红外线传感器。
判定部32判定动作检测部20所检测出的用户的动作(手势)是否是表示规定的输入的输入动作。输入动作是指作为表示输入的动作而由输入装置1预先设定的动作。
图3是示出输入装置1的使用状态的立体图。在图3所示的例子中，利用导光板11和光源12而使作为矩形的2维图像的输入位置图像P1悬浮地显示在比导光板11靠前方的空间中。输入位置图像P1在动作检测部20能够检测用户的动作的空间内成像。用户通过在输入位置图像P1中(具体而言为在手H与输入位置图像P1接触这样的位置处)进行规定的输入动作，能够对输入装置1进行输入。另外，实际上输入装置1受理假定为手H与输入位置图像P1接触的空间内、即图3中虚线所示的空间内的输入动作。
图4的(a)～(c)分别是示出显示部10所显示的输入位置图像的例子的图。在图3中，作为显示部10所显示的输入位置图像，示出矩形的框图像。但是，输入位置图像的形状不限于矩形。
例如如图4的(a)所示，输入位置图像也可以是圆形的2维图像、或者球形的3维图像。并且，输入位置图像例如可以为如图4的(b)所示的坐标轴的2维图像，也可以为如图4的(c)所示的长方体的3维图像。此外，输入位置图像也可以是与图4的(a)～(c)都不同的2维图像或者3维图像。
在输入位置图像是2维图像的情况下，用户只要在与显示2维图像的面接触的位置处进行输入动作即可。在输入位置图像是3维图像的情况下，用户只要在显示该3维图像的空间内进行输入动作即可。
如上所述，在输入装置1中，显示部10使输入位置图像成像在空间中，该输入位置图像提示在动作检测部20中检测用户的动作的区域。显示部10具有光源12和导光板11，导光板11对从光源12入射的光进行引导而从射出面11a射出，使图像成像在空间中。因此，用户能够根据成像在空间中的输入位置图像来识别输入装置1受理输入动作的区域，适当地进行输入动作。
〔实施方式2〕
关于本发明的其他的实施方式的输入装置2(手势输入装置)，以下进行说明。另外，为了方便说明，关于具有与上述实施方式中说明的部件相同的功能的部件，标注相同的标号，并省略其说明。
图5是示出本实施方式的输入装置2的主要部分的结构的框图。如图5所示，输入装置2在以下的方面与输入装置1不同。
·还具有第二显示部40(判定结果提示部)。
·取代控制部30而具有控制部30A。
第二显示部40具有：光源42(第二光源)；导光板41(第二导光板)，其对从光源42入射的光进行引导并射出，使图像成像在空间中。控制部30A除了控制部30的各功能块之外还具有第二显示控制部33。
第二显示部40提示判定部32中的判定结果。具体而言，第二显示部40使表示判定部32中的判定结果的输入判定图像成像在空间中。更具体而言，在判定部32判定为动作检测部20检测出的用户的动作是输入动作的情况下，第二显示部40进行与判定结果对应的图像的成像。由于第二显示部40的结构与显示部10的结构相同，因此这里省略详细的说明。
第二显示控制部33根据判定部32的判定结果来控制第二显示部40对输入判定图像的显示。例如在第二显示部40能够根据判定部32的判定结果而使多种图像选择性地成像的情况下，第二显示控制部33控制进行该多种图像中的哪个图像的成像。即，在判定部32判定为动作检测部20检测出的用户的动作是输入动作的情况下，第二显示部40通过使多个光源中的与判定结果对应的光源点亮，而根据判定结果来进行不同的图像(与判定结果对应的图像)的成像(显示)。
并且，显示控制部31也可以根据判定部32的判定结果而控制显示部10对输入判定图像的显示。例如，在判定部32判定为动作检测部20检测出的用户的动作是输入动作的情况下，显示控制部31也可以控制为使光源12更明亮地发光。
图6是示出输入装置2的使用状态的立体图。在图6所示的例子中，利用导光板11和光源12而在空间中显示作为矩形的2维图像的输入位置图像P1。用户通过在输入位置图像P1中(具体而言为手H与输入位置图像P1接触这样的位置处)进行规定的输入动作，能够对输入装置1进行输入。并且，利用导光板41和光源42而在空间中显示表示用户的输入动作的判定结果的输入判定图像P2。
另外，在图6所示的例子中，第二显示部40所具有的导光板41重叠地配设在比显示部10所具有的导光板11靠X轴方向的正侧。但是，在输入装置2中，也可以是，导光板11重叠地配设在比导光板41靠X轴方向的正侧。并且，导光板41未必一定与导光板11重叠地配设。但是，在导光板41与导光板11重叠地配设的情况下，由于能够使输入装置2小型化，因此是优选的。
图7的(a)是利用3维图像来显示判定部32的判定结果的情况下的3维图像的例子。在图7的(a)中示出2种3维图像。在显示3维图像的情况下，例如，第二显示部40只要具有所显示的图像的种类的数量的导光板41、以及使光入射到各个导光板41的光源42即可。但是，第二显示部40未必一定具有所显示的图像的种类的数量的导光板41。
图7的(b)是示出能够利用1张导光板41来显示2种3维图像的第二显示部40的一例的图。图7的(b)所示的第二显示部40具有1张导光板41、光源42a和42b。光源42a所发出的光仅被引导到作为导光板41的一部分的区域A1。并且，光源42b所发出的光仅被引导到作为导光板41的一部分的区域A2。在区域A1和A2中分别形成有用于显示彼此不同的3维图像的光路变更部(未图示)。即，光源42a和42b对应于彼此不同的3维图像。因此，在第二显示部40中通过切换光源42a和42b中的点亮的光源，能够显示彼此不同的2种3维图像。另外，第二显示部40也可以通过具有将入射光引导到彼此不同的区域的3个以上的光源，而显示彼此不同的3种以上的3维图像。
图8的(a)是示出利用2维图像来显示判定部32的判定结果的情况下的第二显示部40的结构的例子的图。在显示2维图像的情况下，能够使用1张导光板来显示多个图像。在该情况下，第二显示部40具有：多个光源42；以及导光板41，其对从多个光源42入射的光进行引导并射出，使图像成像在空间中。在动作检测部20检测出的动作是输入动作的情况下，第二显示部40通过使与该输入动作对应的光源42点亮，而根据输入动作使不同的图像成像在空间中。图8的(a)所示的第二显示部40具有：能够显示8种2维图像的导光板41；以及与各个2维图像对应的作为光源42的光源42a～42h(第二光源)。
光源42a～42h对导光板41入射光的方向或者入射光的位置不同。在图8的(a)所示的例子中，关于(i)光源42a和42b、(ii)光源42c和42d、(iii)光源42e和42f、以及(iv)光源42g和42h，在每个组(i)～(iv)中对导光板41入射光的方向不同。并且，光源42a～42b对导光板41入射光的方向相同，并且彼此分离地配置。在图8的(a)所示的例子中，在上述的各个光源的组中，光源对导光板41入射光的方向相同，并且彼此分离地配置。
图8的(b)是示出光路变更部16的结构的立体图。在导光板41中形成有光路变更部16，该光路变更部16显示根据光的入射方向和入射位置而不同的输入判定图像。光路变更部16具有：对入射的光进行反射(全反射)的反射面16a；以及使所入射的光透过的垂直面16b。入射到反射面16a的光L1被全反射，形成第二显示部40所显示的2维图像。另一方面，入射到垂直面16b的光L2保持原样地透过光路变更部16、或者被反射面16a向与显示2维图像的一侧相反的方向反射。第二显示控制部33通过使光源42a～42h中的、显示与判定部32的判定结果对应的输入判定图像的入射方向和入射位置的光源点亮，而显示该输入判定图像。
如上所述，在输入装置2中，通过第二显示部40来显示表示判定部32的判定结果的输入判定图像。因此，用户通过参照输入判定图像，能够确认输入动作是否被判定为期望的输入。
并且，第二显示部40具有例如光源42a～42h和导光板41。因此，利用由第二显示部40成像在空间中的输入判定图像来提示判定部32的判定结果。
另外，判定部32的判定结果未必一定利用成像在空间中的图像来提示，也可以利用例如液晶显示器等显示装置来提示。
(变形例)
第二显示部40也可以利用与显示部10所显示的大小不同的大小来显示与显示部10所显示的输入位置图像相同的图像。在该情况下，变更输入位置图像的显示尺寸的输入动作预先设定在输入装置2中。在动作检测部20检测出该输入动作的情况下，输入装置2停止显示部10对于输入位置图像的显示，开始进行第二显示部40对于输入位置图像的显示。
〔实施方式3〕
以下说明本发明的其他的实施方式。在本实施方式中，关于搭载于车辆的输入装置3(手势输入装置)进行说明。输入装置3具有与输入装置1相同的结构。另外，输入装置3也可以具有与输入装置2相同的结构。
图9是示出本实施方式的输入装置3的使用状态的立体图。如图9所示，在输入装置3中，显示部10和动作检测部20设置于车辆的中央操控台(center console)。输入位置图像P1也显示在中央操控台的附近。并且，在输入装置3具有与输入装置2相同的结构的情况下，即在输入装置3具有第二显示部40的情况下，第二显示部40也设置在车辆的中央操控台。输入装置3的判定部32作为车辆的控制装置所具有的功能的一部分而实现。通过这样的输入装置3，用户能够对车辆进行输入。
〔实施方式4〕
以下说明本发明的其他的实施方式。
输入装置1不限于上述的车辆，也可以应用于受理来自用户的输入的多种电子设备。并且，也可以取代输入装置1而将输入装置2应用于多种设备。
图10的(a)是示出将输入装置1搭载于电梯200的例子的图。在电梯200中，例如在门210的附近设置有输入装置1的显示部10和动作检测部20。用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够对例如门210的开闭等进行操作。
图10的(b)是示出将输入装置1搭载于冰箱300的例子的图。冰箱300具有冷冻室的门310和冷藏室的门320。在门310和320的各个把手附近设置有输入装置1的显示部10和动作检测部20。用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够对例如冷冻室和冷藏室的温度、或者动作模式等进行操作。
图10的(c)是示出将输入装置1搭载于游戏机400的例子的图。在游戏机400中，在与用户对置的面的中央附近设置有输入装置1的显示部10和动作检测部20。用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够进行与例如游戏机400的效果对应的操作(例如依据在游戏机400所具有的液晶显示器上所显示的消息的手势输入、或者投币口的效果时的转筒停止操作)、对射出弹球的速度和方向等进行操作。
并且，输入装置1也可以搭载于例如电视或者音频设备。在该情况下，用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够变更例如频道和音量等。
并且，输入装置1也可以搭载于例如相框。在该情况下，用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够切换例如所显示的图像。
并且，输入装置1也可以搭载于例如数码相机。在该情况下，用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够进行摄影区域的放大和缩小、以及摄影这样的操作。
并且，输入装置1也可以搭载于例如空气调节器(空调)。在该情况下，用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够进行(1)空气的温度设定、或者(2)制冷或制热这样的动作模式的变更的操作。
并且，输入装置1也可以搭载于例如个人计算机或者平板电脑。在该情况下，用户通过在显示部10所显示的输入位置图像P1中进行输入动作，能够进行与该输入动作预先关联的任意的操作。换言之，输入装置1能够作为通用的输入装置来使用。
另外，各个设备也可以进一步具有其他的显示装置、例如液晶显示器等。在该情况下，输入装置1的显示部10也可以与液晶显示器等重叠地设置，对液晶显示器的显示内容进行放大而成像在空间中。
〔实施方式5〕
以下说明本发明的其他的实施方式。
在上述的各实施方式中，输入装置1～3具有图2所示的显示部10。但是，输入装置1～3也可以取代显示部10和第二显示部40，而具有以下说明的显示部10A、10B或者10C。
(显示部10A)
图11的(a)是示出显示部10A(图像投影部)的结构的剖视图。如图11的(a)所示，显示部10A具有光源12和导光板15(第一导光板)。图11的(b)是示出显示部10A所具有的导光板15的结构的俯视图。
导光板15是对从光源12入射的光(入射光)进行引导的部件。导光板15由透明且折射率比较高的树脂材料成型。作为形成导光板15的材料，能够使用例如聚碳酸酯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂等。在本实施方式中，导光板15由聚甲基丙烯酸甲酯树脂形成。如图11的(a)所示，导光板15具有射出面15a(光射出面)、背面15b和入射面15c。
射出面15a是将在导光板15的内部被引导的、被与实施方式2中说明的结构相同的光路变更部16进行了光路变更的光射出的面。射出面15a构成导光板15的前表面。背面15b是与射出面15a彼此平行的面，是配置后述的光路变更部16的面。入射面15c是从光源12射出的光入射到导光板15的内部的面。
从光源12射出且从入射面15c入射到导光板15的光在射出面15a或者背面15b上被全反射，在导光板15内被引导。
如图11的(a)所示，光路变更部16在导光板15的内部形成于背面15b，是用于对在导光板15内引导的光进行光路变更而从射出面15a射出的部件。光路变更部16在导光板15的背面15b上设置有多个。
光路变更部16沿着与入射面15c平行的方向设置。光路变更部16呈三角锥形状，具有对所入射的光进行反射(全反射)的反射面16a。光路变更部16例如也可以是形成于导光板15的背面15b的凹部。另外，光路变更部16不限于三角锥形状。如图11的(b)所示，在导光板15的背面15b上形成有由多个光路变更部16组成的多个光路变更部组17a、17b、17c…。
在各光路变更部组17a、17b、17c…中，多个光路变更部16以反射面16a相对于光的入射方向的角度彼此不同的方式配置在导光板15的背面15b上。由此，各光路变更部组17a、17b、17c…对入射光进行光路变更而从射出面15a向各种方向射出。
接着，关于显示部10A对于立体图像I的成像方法，一边参照图12一边进行说明。这里，关于在作为与导光板15的射出面15a垂直的面的立体图像成像面P上利用由光路变更部16进行了光路变更后的光而成像出作为面图像的立体图像I的情况进行说明。
图12是示出显示部10A对于立体图像I的成像方法的立体图。另外，这里，关于在立体图像成像面P上作为立体图像I成像出在圆内加入了斜线的图像进行说明。
在显示部10A中，如图12所示，例如由光路变更部组17a的各光路变更部16进行了光路变更后的光在立体图像成像面P上在线La1和线La2处交叉。由此，使作为立体图像I的一部分的线图像LI成像在立体图像成像面P上。线图像LI是与YZ平面平行的线图像。这样，利用来自属于光路变更部组17a的多个光路变更部16的光而成像出线La1和线La2的线图像LI。另外，进行线La1和线La2的像的成像的光只要由光路变更部组17a中的光路变更部16来提供即可。
同样，由光路变更部组17b的各光路变更部16进行了光路变更后的光在立体图像成像面P上在线Lb1、线Lb2和线Lb3处交叉。由此，使作为立体图像I的一部分的线图像LI成像在立体图像成像面P上。
并且，由光路变更部组17c的各光路变更部16进行了光路变更后的光在立体图像成像面P上在线Lc1和线Lc2处交叉。由此，使作为立体图像I的一部分的线图像LI成像在立体图像成像面P上。
利用各光路变更部组17a、17b、17c…来成像的线图像LI的X轴方向上的位置彼此不同。在显示部10A中，通过减小光路变更部组17a、17b、17c…间的距离，能够减小利用各光路变更部组17a、17b、17c…来成像的线图像LI的X轴方向上的距离。其结果为，在显示部10A中，通过聚集利用由光路变更部组17a、17b、17c…的各光路变更部16进行了光路变更后的光来成像的多个线图像LI，而实质上使作为面图像的立体图像I成像在立体图像成像面P上。
另外，立体图像成像面P可以是与X轴垂直的平面，可以是与Y轴垂直的平面，并且也可以是与Z轴垂直的平面。并且，立体图像成像面P也可以是与X轴、Y轴或者Z轴都不垂直的平面。此外，立体图像成像面P也可以不是平面而是曲面。即，显示部10A能够利用光路变更部16而使立体图像I成像在空间上的任意的面(平面和曲面)上。并且，能够通过组合多个面图像而成像出3维的图像。
(显示部10B)
图13的(a)是显示部10B(图像投影部)的立体图。图13的(b)是示出显示部10B的结构的剖视图。
如图13的(a)和(b)所示，显示部10B具有图像显示装置81(第一光源)、成像透镜82、准直透镜83、导光板84(第一导光板)以及掩模85。另外，沿着Y轴方向依次配置有图像显示装置81、成像透镜82、准直透镜83和导光板84。并且，沿着X轴方向依次配置有导光板84和掩模85。
图像显示装置81根据从控制装置(未图示)接收到的影像信号而在显示区域中显示由显示部10B投影到空中的2维图像。图像显示装置81是通过在显示区域中显示图像而能够输出图像光的例如普通的液晶显示器。另外，在图示的例子中，图像显示装置81的显示区域、以及与该显示区域对置的导光板84的入射面84a被配置为都与XZ平面平行。并且，导光板84的配置有后述的棱镜141的背面84b、以及与该背面84b对置的向掩模85射出光的射出面84c(光射出面)被配置为都与YZ平面平行。此外，掩模85的设置有后述的狭缝151的面也被配置为与YZ平面平行。另外，图像显示装置81的显示区域与导光板84的入射面84a可以对置地配置，图像显示装置81的显示区域也可以相对于入射面84a倾斜地配置。
成像透镜82配置在图像显示装置81与入射面84a之间。成像透镜82使从图像显示装置81的显示区域输出的图像光在与入射面84a的长度方向平行的XZ平面中成为会聚光，然后向准直透镜83射出。成像透镜82只要能够使图像光成为会聚光，也可以是任意的结构。例如，成像透镜82也可以是块状透镜(Bulk lens)、菲涅尔透镜、或者衍射透镜等。并且，成像透镜82也可以是沿着Y轴方向配置的多个透镜的组合。
准直透镜83配置在图像显示装置81与入射面84a之间。准直透镜83使通过成像透镜82成为会聚光的图像光在与入射面84a的长度方向垂直的XY平面上成为平行光。准直透镜83使成为平行光的图像光向导光板84的入射面84a射出。准直透镜83也可以与成像透镜82同样是块状透镜和菲涅尔透镜。另外，成像透镜82与准直透镜83的配置顺序也可以相反。并且，关于成像透镜82和准直透镜83的功能，可以通过1个透镜来实现，也可以通过多个透镜的组合来实现。即，只要由图像显示装置81使从显示区域输出的图像光在XZ平面上成为会聚光，在XY平面上成为平行光，则成像透镜82和准直透镜83的组合也可以是任意的。
导光板84由透明的部件构成，由入射面84a来接收通过准直透镜83成为平行光的图像光，从射出面84c射出。在图示的例子中，导光板84具有形成为平板状的长方体的外形，将与准直透镜83对置的、与XZ平面平行的面作为入射面84a。并且，将与YZ平面平行且在X轴的负方向侧存在的面作为背面84b，将与YZ平面平行且与背面84b对置的面作为射出面84c。导光板84具有多个棱镜(射出构造部、光路变更部)141。
多个棱镜141对从导光板84的入射面84a入射的图像光进行反射。棱镜141在导光板84的背面84b上从背面84b朝向射出面84c突出地设置。多个棱镜141例如是在图像光的传播方向是Y轴方向时在该Y轴方向上以规定的间隔(例如，1mm)配置的、在Y轴方向上具有规定的宽度(例如，10μm)的大致三角形状的槽。棱镜141具有棱镜141所具有的光学面中的反射面141a，该反射面141a是相对于图像光的导光方向(+Y轴方向)接近入射面84a的一侧的面。在图示的例子中，多个棱镜141在背面84b上与Z轴平行地设置。由此，在Y轴方向上传播的从入射面84a入射的图像光被多个棱镜141的反射面141a反射，该多个棱镜141与垂直于Y轴的Z轴平行地设置。多个棱镜141分别使从图像显示装置81的显示区域中沿与入射面84a的长度方向垂直的Y轴方向彼此不同的位置发出的图像光朝向规定的视点100从作为导光板84的一个面的射出面84c射出。关于反射面141a的详细情况进行后述说明。
掩模85由相对于可见光为不透明的材料构成，具有多个狭缝151。掩模85能够使用多个狭缝151而仅使从导光板84的射出面84c射出的光中的朝向平面102上的成像点101的光透过。
多个狭缝151仅使从导光板84的射出面84c射出的光中的朝向平面102上的成像点101的光透过。在图示的例子中，多个狭缝151被设置为与Z轴平行。并且，各个狭缝151与多个棱镜141中的任意的棱镜141对应。
通过具有以上的结构，显示部10B使显示在图像显示装置81上的图像成像并投影在该显示部10B的外部的虚拟的平面102上。具体而言，首先，从图像显示装置81的显示区域射出的图像光在经过了成像透镜82和准直透镜83后，入射到作为导光板84的端面的入射面84a。接着，入射到导光板84的图像光在该导光板84的内部传播，到达设置于导光板84的背面84b的棱镜141。到达棱镜141的图像光被该棱镜141的反射面141a向X轴的正方向反射，从被配置为与YZ平面平行的导光板84的射出面84c射出。并且，从射出面84c射出的图像光中的经过了掩模85的狭缝151的图像光成像在平面102上的成像点101上。即，关于从图像显示装置81的显示区域的各个点发出的图像光，能够在XZ平面上成为会聚光，在XY平面上成为平行光，然后投影到平面102上的成像点101。通过对显示区域的所有的点进行上述的处理，显示部10B能够使输出到图像显示装置81的显示区域的图像投影在平面102上。由此，用户在从视点100观察虚拟的平面102时，能够视觉识别投影到空中的图像。另外，平面102是所投影的图像被成像的虚拟的平面，但也可以为了提高视觉识别性而配置屏幕等。
(显示部10C)
图14是示出显示部10C的结构的剖视图。显示部10C与显示部10B相比，省略掩模85，取而代之，设置于导光板84的棱镜的结构不同。因此，以下说明上述的不同点。
在显示部10C中，各棱镜141的反射面与背面84b所呈的角α被设定为越远离入射面84a则越大。另外，该角α优选被设定为即使是与入射面84a最远的棱镜141也能够对来自图像显示装置81的光进行全反射的角度。
由于像上述那样设定关于各棱镜141的反射面的角度α，因此在显示部10C中，图像显示装置81的显示区域上的X轴方向的位置越是从作为背面侧的点发出而朝向规定的视点(例如，视点100a或者视点100b)的光越是被远离入射面84a的棱镜141反射。但是，不限于此，只要是图像显示装置81的显示区域上的X轴方向上的位置与棱镜141为一一对应即可。并且，在显示部10C中，越是被远离入射面84a的棱镜141反射的光则越朝向入射面84a侧。另一方面，越是被接近入射面84a的棱镜141反射的光，则越朝向远离入射面84a的方向。因此，即使省略掩模85，显示部10C也能够使来自图像显示装置81的光朝向特定的视点射出。并且，在显示部10C中，从导光板84射出的光也关于X轴方向成像在投射图像的面上，随着远离该面而扩散。因此，显示部10C能够关于X轴方向带来视差，因此观察者通过使双眼沿着X轴方向对齐，能够立体地观察所投影的图像。
在显示部10C中，由于被各棱镜141反射且朝向该视点的光没有被遮挡，因此即使观察者沿着Y轴方向使视点移动，也能够观察显示在图像显示装置81上且投影到空中的像。但是，由于从各棱镜141朝向视点的光线与各棱镜141的反射面所呈的角按照Y轴方向上的视点的位置而变化，因此与此相伴，与该光线对应的图像显示装置81上的点的位置也变化。
例如，在从视点100a观察的情况下，来自图像显示装置81上的各点81a～81c(其中，从观察者侧依次为点81a、81b、81c)的光分别被棱镜141-1～141-4(其中，按照远离入射面84a的顺序依次为棱镜141-1、141-2、141-3、141-4)中的棱镜141-1～141-3反射而成像在投影面102a上。
另一方面，观察者使眼睛向比视点100a更远离入射面84a的视点100b移动。在该情况下，与视点100a相比，从视点100b可观察从导光板84朝向远离入射面84a的方向射出的光。
在显示部10C中，各棱镜141的反射面与背面84b所呈的角α被设定为越远离入射面84a则越大。因此，例如来自图像显示装置81上的各点81a～81c的光被更接近入射面84a侧的棱镜141-2～141-4反射而成像在投影面102b上之后，朝向视点100b。因此，即使观察者使视点沿着Y轴方向变化，投影像的位置也几乎不会偏移。并且，在该例中，来自图像显示装置81上的各点的光被各棱镜141而关于Y轴方向也以某程度来成像。因此，观察者即使使双眼沿着Y轴方向对齐，也能够观察立体的像。
此外，根据显示部10C，由于没有使用掩模，因此损耗的光量较少，因此能够将更明亮的像投影到空中。并且，根据显示部10C，由于不使用掩模，因此能够使观察者视觉识别位于导光板84的背后的物体(未图示)和所投影的图像双方。
具有以上的结构的显示部10C也与显示部10B同样，使显示在图像显示装置81上的图像成像并投影在该显示部10C的外部的虚拟的平面102上。
本发明不限于上述的各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，关于通过适当组合不同的实施方式中分别公开的技术手段而得到的实施方式，也包含在本发明的技术范围中。

Claims (7)

1.一种手势输入装置，其特征在于，该手势输入装置具有：
动作检测部，其检测用户的动作；以及
图像投影部，其使区域图像成像在空间中，该区域图像提示在所述动作检测部中检测所述动作的区域，
所述图像投影部具有：
第一光源；以及
第一导光板，其对从所述第一光源入射的光进行引导而从光射出面射出，使图像成像在空间中。
2.根据权利要求1所述的手势输入装置，其特征在于，该手势输入装置还具有：
判定部，其判定所述动作检测部所检测出的动作是否是表示规定的输入的输入动作；以及
判定结果提示部，其提示所述判定部的判定结果。
3.根据权利要求2所述的手势输入装置，其特征在于，
所述判定结果提示部具有：
第二光源；以及
第二导光板，其对从所述第二光源入射的光进行引导并射出，使图像成像在空间中。
4.根据权利要求3所述的手势输入装置，其特征在于，
所述第二导光板与所述第一导光板重叠。
5.根据权利要求2所述的手势输入装置，其特征在于，
所述判定结果提示部具有：
多个第二光源；以及
第二导光板，其对从所述多个第二光源入射的光进行引导并射出，使图像成像在空间中，
在所述动作检测部所检测出的动作是表示规定的输入的输入动作的情况下，所述判定结果提示部通过使所述多个第二光源中的与该输入动作对应的第二光源点亮，使根据输入动作而不同的图像成像在空间中。
6.根据权利要求5所述的手势输入装置，其特征在于，
所述多个第二光源向所述第二导光板入射光的方向不同。
7.根据权利要求5所述的手势输入装置，其特征在于，
所述多个第二光源向所述第二导光板入射光的方向相同，所述多个第二光源被配置为彼此分离。
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