JP2018088254A - 入力装置および画像表示システム - Google Patents

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Abstract

【課題】直感的な入力を行うことのできる入力装置および画像表示システムを提供することにある。【解決手段】入力装置２００は、外力が入力される外周面２２０ａおよび外周面２２０ａの反対側の内周面２２０ｂが規定される弾性層２２０と、弾性層２２０に配置され、弾性層２２０の変形に伴って変位するマーカーＭと、を有する弾性入力部２８０と、弾性層２２０の内周面２２０ｂ側に位置づけられ、マーカーＭの変位に基づいて弾性層２２０の変形を検出する検出部２３０と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、入力装置および画像表示システムに関するものである。
従来から、三次元仮想空間に仮想立体構造物をアウトプットする装置として、３Ｄ立体テレビやヘッドマウントディスプレイ等が知られている。また、３Ｄ立体テレビやヘッドマウントディスプレイの三次元仮想空間に表示する仮想立体構造物は、例えばＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）によって作成することができる。また、作成した仮想立体構造物の加工を行う際のデータ入力装置としては、一般的に、特許文献１に示すような公知のマウス、キーボード、コントローラー等が使用される。
特表２００８−５４１２６８号公報
しかしながら、マウス、キーボード、コントローラー等の既存の入力装置では、直感的な入力を行うことができない。
本発明の目的は、直感的な入力を行うことのできる入力装置および画像表示システムを提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
（１） 外力が入力される第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を有する弾性入力部と、
前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層の変形を検出する検出部と、を備えることを特徴とする入力装置。
（２） 画像投影部を有し、
前記マーカーは、前記画像投影部によって前記弾性層に表示される上記（１）に記載の入力装置。
（３） 前記マーカーは、前記弾性層の厚さ方向にずれて配置された第１マーカーおよび第２マーカーを有する上記（１）または（２）に記載の入力装置。
（４）前記弾性層は、前記第１マーカーを有する第１弾性層と、前記第１弾性層上に配置され、前記第２マーカーを有する第２弾性層と、を有する上記（３）に記載の入力装置。
（５） 前記第１マーカーおよび前記第２マーカーは、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっている上記（３）または（４）に記載の入力装置。
（６） 前記マーカーは、前記第１面に露出する露出マーカーを有する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の入力装置。
（７） 前記弾性入力部は、前記弾性部の変形によって変位せず、前記検出部によって検出可能な基準マーカーを有する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の入力装置。
（８） 前記検出部は、前記弾性層を撮像する撮像部を有し、前記撮像部が撮像した前記弾性層の画像データに基づいて前記弾性層の変形を検出する上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の入力装置。
（９） 前記検出部は、ステレオ写真法によって前記弾性層の変形を検出する上記（８）に記載の入力装置。
（１０） 前記第１面は、前記第２面と反対側に向けて凸となる形状である上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の入力装置。
（１１） 前記弾性層を前記第２面側から支持する支持部を備える上記（１）ないし（１０）のいずれかに記載の入力装置。
（１２） 前記弾性入力部に接続された接続部を有する上記（１）ないし（１１）のいずれかに記載の入力装置。
（１３） 前記接続部に配置された入力部を有する上記（１２）に記載の入力装置。
（１４） 前記接続部は、使用者に把持される把持部である上記（１２）または（１３）に記載の入力装置。
（１５） 上記（１）ないし（１４）のいずれかに記載の入力装置と、
画像を表示する画像表示装置と、を有していることを特徴とする画像表示システム。
本発明によれば、例えば、使用者が弾性層を押すことにより弾性層が変形し、この変形を検出部が検出することで、弾性入力部への入力を検出することができる。特に、弾性層の反発によって何か物を触れているとの感覚を使用者に与えることができるため、使用者は、直感的な入力が可能となる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示システムの構成図である。 図２は、図１に示す画像表示装置に表示される仮想立体構造物の一例を示す図である。 図３は、図１に示す入力装置の部分断面斜視図である。 図４は、入力装置の入力方法の一例を示す図である。 図５は、入力装置が有する弾性層の断面斜視図である。 図６は、入力装置が有する支持部材の変形例を示す斜視図である。 図７は、入力装置が有する支持部材の変形例を示す斜視図である。 図８は、入力装置の入力方法の一例を示す図である。 図９は、入力装置の入力方法の一例を示す図である。 図１０は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図１１は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図１２は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図１３は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図１４は、入力装置が有する弾性入力部の変形例を示す断面図である。 図１５は、入力装置が有する弾性入力部の変形例を示す断面図である。 図１６は、入力装置が有する弾性入力部の変形例を示す断面図である。 図１７は、入力装置が有する弾性入力部の変形例を示す断面図である。 図１８は、入力装置が有する弾性入力部の変形例を示す断面図である。 図１９は、入力装置が有する弾性入力部の変形例を示す断面図である。 図２０は、本発明の第２実施形態が有する入力装置の断面斜視図である。 図２１は、本発明の第３実施形態に係る画像表示システムの構成図である。 図２２は、図２１に示す入力装置の斜視図である。 図２３は、図２２に示す入力装置の側面図である。 図２４は、図２２に示す入力装置を把持した状態を示す側面図である。 図２５は、図２２に示す入力装置が有する弾性入力部の部分断面斜視図である。 図２６は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図２７は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図２８は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図２９は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図３０は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。 図３１は、入力装置の変形例を示す斜視図である。 図３２は、入力装置の変形例を示す側面図である。 図３３は、本発明の第４実施形態の入力装置の斜視図である。 図３４は、図３３に示す入力装置の変形例を示す斜視図である。 図３５は、図３３に示す入力装置の変形例を示す斜視図である。 図３６は、本発明の第５実施形態の入力装置の斜視図である。 図３７は、本発明の第６実施形態の入力装置の斜視図である。 図３８は、本発明の第７実施形態の入力装置の斜視図である。 図３９は、本発明の第８実施形態の入力装置の斜視図である。 図４０は、本発明の第９実施形態の入力装置の側面図である。 図４１は、本発明の第１０実施形態の入力装置の斜視図である。 図４２は、本発明の第１１実施形態の入力装置の断面図である。 図４３は、本発明の第１２実施形態の入力装置の断面図である。 図４４は、本発明の第１３実施形態の入力装置の断面図である。 図４５は、本発明の第１４実施形態の入力装置の断面図である。 図４６は、本発明の第１５実施形態の入力装置の断面図である。 図４７は、本発明の第１６実施形態の入力装置の断面図である。 図４８は、本発明の第１７実施形態の入力装置の断面図である。 図４９は、本発明の第１８実施形態の入力装置の断面図である。 図５０は、本発明の第１９実施形態の入力装置の断面図である。 図５１は、本発明の第１９実施形態の入力装置の断面図である。 図５２は、本発明の第１９実施形態の入力装置の断面図である。
以下、本発明の入力装置および画像表示システムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示システムの構成図である。図２は、図１に示す画像表示装置に表示される仮想立体構造物の一例を示す図である。図３は、図１に示す入力装置の部分断面斜視図である。図４は、入力装置の入力方法の一例を示す図である。図５は、入力装置が有する弾性層の断面斜視図である。図６および図７は、それぞれ、入力装置が有する支持部材の変形例を示す斜視図である。図８および図９は、入力装置の入力方法の一例を示す図である。図１０ないし図１３は、それぞれ、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。図１４ないし図１９は、それぞれ、入力装置が有する弾性入力部の変形例を示す断面図である。
図１に画像表示システム１００の構成図を示す。画像表示システム１００は、入力装置２００と、画像表示装置３００と、端末４００と、を有している。このように、画像表示システム１００は、入力装置２００を有している。そのため、後述する入力装置２００の効果を享受することができ、信頼性が高く、かつ、高精度な画像表示システム１００を実現することができる。
画像表示装置３００は、使用者の頭部に固定して用いられるＡＲ（拡張現実）用またはＶＲ（仮想現実）用のヘッドマウントディスプレイであり、公知のものを用いることができる。このように、画像表示装置３００としてヘッドマウントディスプレイを用いることで、操作に没入することができる。ただし、画像表示装置３００としては、使用者に装着して用いられるものに限定されず、例えば、タブレット端末や、使用者の周囲に設置されているディスプレイ、具体的にはＴＶモニタ、ＰＣモニタ等の各種モニタであってもよいし、画像を投影するプロジェクタであってもよい。
端末４００は、特に限定されないが、例えば、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、ワークステーション、ゲームマシン、スマートフォン等で構成されている。端末４００は、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）等のシステムを用いて仮想立体構造物Ｘを生成し、入力装置２００からの入力信号に基づいて仮想立体構造物Ｘを加工する機能を有している。図２に示すように、端末４００で生成された仮想立体構造物Ｘは、画像表示装置３００の画面３１０に表示される。
そして、本実施形態では、入力装置２００を操作することで、画面３１０上において仮想立体構造物Ｘを加工することができる。また、画面３１０上において、仮想立体構造物Ｘが加工される様を確認することもできる。このような端末４００の機能の一部または全部は、入力装置２００や画像表示装置３００が有していてもよいし、クラウド上に有していてもよい。
なお、画像表示システム１００の用途は、これに限定されず、例えば、仮想立体構造物Ｘを加工できなくてもよい。また、端末４００によって画面３１０上に表示される表示物としては、前述した仮想立体構造物Ｘに限定されない。
図３に示すように、入力装置２００は、略球状の弾性入力部２８０と、弾性入力部２８０を支持する脚部２７０と、を有している。また、弾性入力部２８０は、筐体２１０（支持部）と、筐体２１０の外周面に配置された弾性層２２０と、弾性層２２０に配置されたマーカーＭと、筐体２１０の内側に配置され、弾性層２２０の変形を検出する検出部２３０と、弾性層２２０を照らす光源２４０と、検出部２３０の検出結果から入力信号を生成する信号生成部２５０と、信号生成部２５０で生成された入力信号を端末４００へ送信する送信部２６０と、を有している。
弾性入力部２８０の直径としては、特に限定されないが、例えば、２０ｃｍ以上、４０ｃｍ以下であることが好ましい。これにより、一般的な人間の手に適した大きさの弾性入力部２８０となり、入力装置２００の操作性が向上する。すなわち、弾性入力部２８０への入力がし易くなる。
筐体２１０は、弾性層２２０を内側から支持している。また、筐体２１０は、略球状である。また、筐体２１０は、中空であり内部空間Ｓを有している。筐体２１０の外周面には弾性層２２０が配置されており、内部空間Ｓには検出部２３０、光源２４０、信号生成部２５０および送信部２６０が収納されている。なお、筐体２１０の形状としては、特に限定されず、例えば、半球状、扁平球状、正四面体状、正六面体状、正八面体状等の多面体状、平板状等であってもよく、入力装置２００の用途によって適宜設定することができる。
また、筐体２１０は、硬質な部材、具体的には指による押圧程度では実質的に変形しない程度の硬さを有する部材で構成されている。また、筐体２１０は、光透過性を有している。本実施形態では、筐体２１０は、樹脂材料で構成されており、実質的に無色透明である。なお、筐体２１０は、例えば、弾性層２２０が筐体２１０に支持されなくても実質的に一定の形状を保つことができるような場合等には、省略してもよい。
弾性層２２０は、使用者により操作される入力部としての機能を有する。例えば、図４に示すように、弾性層２２０を押したり、摘まんだり、伸ばしたりすることで入力装置２００への入力を行うことができる。これらの各動作は、人間が日常、特に意識することなく行っている動作である。また、弾性層２２０は、反発によって弾性層２２０に触れた使用者に対して「何か物に触れている」との感覚を与えることもできる。そのため、使用者は、弾性層２２０への直感的な入力が可能となる。また、使用者は、弾性層２２０への入力の強さ、方向、速度等を繊細なタッチ（感覚）で自由に決定することができるため、より細かい入力が可能となる。
図５に示すように、弾性層２２０は、外力が入力される外周面２２０ａ（第１面）および外周面２２０ａの反対側の内周面２２０ｂ（第２面）が規定される層である。このような弾性層２２０は、弾性を有しており、弾性変形が可能である。具体的には、弾性層２２０は、使用者が押したり、引っ張ったり、摘まんだりすることで弾性変形する程度に柔らかい弾性を有している。
また、弾性層２２０は、筐体２１０の外周面側に位置し、筐体２１０を覆って配置されている。そのため、弾性層２２０は、その内周面２２０ｂ側から筐体２１０に支持されていると言える。また、弾性層２２０は、筐体２１０の外形に倣った形状、すなわち略球状となっている。このように、弾性層２２０を球状、すなわち凸状に湾曲した部分を有する形状とすることで、弾性層２２０に両手を添え易くなり（図９参照）、弾性層２２０への入力をより自然に行うことができる。また、弾性層２２０を引っ張り易くもなるし、摘まみ易くもなるため、その分、より繊細な入力を行うことができる。ただし、弾性層２２０の形状としては、特に限定されず、球状の他にも、例えば、半球状、扁平球状、正四面体状、正六面体状、正八面体状等の多面体状、平板状等であってもよい。
このような弾性層２２０には、弾性層２２０の変形によって変位するマーカーＭが配置されている。このマーカーＭは、検出部２３０で検出可能な検出対象である。図５に示すように、マーカーＭは、弾性層２２０の厚さ方向にずれて配置された第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３を有している。また、第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３は、それぞれ、ドット状すなわち点形状をなしている。また、これら第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３は、筐体２１０からの距離が互いに異なっている。また、これら第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３は、それぞれ、弾性層２２０の変形に伴って変位する。そのため、これら第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３の変位に基づいて弾性層２２０の変形を検出でき、さらには、弾性層２２０の変形から弾性層２２０への入力を検出することができる。
図５に示すように、弾性層２２０は、筐体２１０の外周に配置され、第１マーカー２２１を有する第１弾性層２２４（第１マーカー配置層）と、第１弾性層２２４上に配置され、第２マーカー２２２を有する第２弾性層２２５（第２マーカー配置層）と、第２弾性層２２５上に配置され、第３マーカー２２３を有する第３弾性層２２６（第３マーカー配置層）と、第３弾性層２２６上に配置された保護層２２７と、を有している。
第１弾性層２２４は、光透過性および弾性（復元力）を有している。そして、第１弾性層２２４の表面に複数の第１マーカー２２１が互いに離間して配置されている。また、第２弾性層２２５は、光透過性および弾性（復元力）を有している。そして第２弾性層２２５の表面に複数の第２マーカー２２２が互いに離間して配置されている。また、第３弾性層２２６は、光透過性および弾性（復元力）を有している。そして、第３弾性層２２６の表面に複数の第３マーカー２２３が互いに離間して配置されている。
本実施形態では、これら第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６は、それぞれ、実質的に無色透明である。ただし、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６は、光透過性を有していれば、その少なくとも１つが、例えば、有色透明であってもよい。
なお、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリウレタン系エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩ビ系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、シリコーン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等の各種熱可塑性エラストマー、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム等の各種ゴム材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば２層以上の積層体として）用いることができる。
第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６の厚さとしては、それぞれ、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。これにより、入力時に第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６がそれぞれ十分に変形するため、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３をそれぞれ十分に変位させることができる。また、入力時の弾性層２２０の変形量が適度なものとなる。そのため、操作感が向上すると共に、弾性層２２０の変形をより精度よく検出することができる。
また、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６の弾性率（ヤング率）は、それぞれ、特に限定されず、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６の弾性率を異ならせる場合には、例えば、第１弾性層２２４のヤング率をＥ１とし、第２弾性層２２５のヤング率をＥ２とし、第３弾性層２２６のヤング率をＥ３としたとき、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３の関係を満足するように設計してもよいし、反対に、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３の関係を満足するように設計してもよい。
例えば、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３の関係を満足するように設計した場合、弱い力Ｆ１の入力では、最も柔らかい第３弾性層２２６だけを実質的に変形させ、力Ｆ１よりも大きい力Ｆ２の入力では、第２、第３弾性層２２５、２２６だけを実質的に変形させ、力Ｆ２よりも大きい力Ｆ３の入力では、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６を変形させるといった設計を実現することができる。この場合には、どの弾性層のマーカーＭが変位したかを検出することで、入力強度を大まかに検出することができる。
複数の第１マーカー２２１の配置としては、特に限定されず、規則的に配置されていてもよいし、不規則に配置されていてもよい。本実施形態では、第１弾性層２２４の表面に、隣り合う３つが正三角形の頂点に位置するように均一に配置されている。第２マーカー２２２および第３マーカー２２３についても同様である。これにより、複数の第１マーカー２２１を規則的に配列することができ、弾性層２２０の全域にわたって過不足なく配置することができる。そのため、弾性層２２０の各部について、その変形を検出部２３０でより精度よく検出することができる。
ただし、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の配置としては、それぞれ、上述の配置に限定されない。以下、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の配置の変形例を、第１マーカー２２１を例に挙げて説明するが、第２、第３マーカー２２２、２２３についても同様である。
例えば、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸としたとき、第１弾性層２２４の表面に、ＹＺ平面内で延在し、互いにＸ軸方向に等間隔に離間して配置された複数のリング状の第１線分と、ＸＺ平面内で延在し、互いにＹ軸方向に等間隔に離間して配置された複数のリング状の第２線分と、を設定し、第１線分と第２線分との交点に第１マーカー２２１を配置してもよい。
また、例えば、上述した第１線分および第２線分に加えて、第１弾性層２２４の表面に、ＸＹ平面内で延在し、互いにＺ軸方向に等間隔に離間して配置された複数のリング状の第３線分を設定し、これら第１、第２、第３線分上に等間隔に第１マーカー２２１を配置してもよい。
また、例えば、筐体２１０の中心と交わるＹＺ平面を筐体２１０の中心を通るＹ軸まわりに等角度間隔で回転させて複数の面を設定し、各面と第１弾性層２２４の表面との交差部に形成されるリング状の第１線分を複数設定する。さらに、筐体２１０の中心と交わるＸＹ平面を筐体２１０の中心とを通るＸ軸まわりに等角度間隔で回転させて複数の面を設定し、各面と第１弾性層２２４の表面との交差部に形成されるリング状の第２線分を複数設定する。そして、第１線分と第２線分との交点に第１マーカー２２１を配置してもよい。
また、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の配設密度としては、それぞれ、求められる入力精度、検出部２３０の検出精度、具体的には後述するカメラ２３１の解像度、信号生成部２５０の処理速度等によっても異なるが、例えば、カメラ２３１の解像度で識別可能な限り高いことが好ましい。これにより、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の数をより多くすることができ、検出部２３０は、より精度よく、より詳細に、弾性層２２０の変形を検出することができる。そのため、信号生成部２５０は、より精度のよい入力信号を生成することができる。
また、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３は、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっており、検出部２３０によって識別可能となっている。本実施形態では、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３は、互いに色彩が異なっており、例えば、第１マーカー２２１が赤色、第２マーカー２２２が緑色、第３マーカー２２３が青色となっている。なお、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の色彩ではなく形状を互いに異ならせる場合には、例えば、第１マーカー２２１が円形、第２マーカー２２２が三角形、第３マーカー２２３が四角形とすることができる。もちろん、色彩および形状を共に異ならせてもよいし、色彩や形状を異ならせる以外の方法によって、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３を検出部２３０で識別可能としてもよい。
また、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３は、自然状態において、検出部２３０のカメラ２３１から見て互いに重ならないように配置されていることが好ましい。すなわち、カメラ２３１によって撮像される画像上で、第２マーカー２２２がその手前にある第１マーカー２２１に隠れることなく、第３マーカー２２３がその手前にある第１、第２マーカー２２１、２２２に隠れることがないように配置されていることが好ましい。これにより、カメラ２３１によって、弾性層２２０への入力時における第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変位をそれぞれより正確に捉えることができる。そのため、信号生成部２５０は、より精度のよい入力信号を生成することができる。なお、前記「自然状態」とは、例えば、静止した状態で、弾性層２２０に使用者が触れていない状態（言い換えると、実質的に重力以外の外力が加わっていない状態）を言う。
なお、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の構成は、それぞれ、検出部２３０で検出可能であれば、特に限定されない。例えば、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３は、ドット状すなわち点形状に限定されず、線形状、面形状、立体形状等であってもよい。また、例えば、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３は、それぞれ、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６の表面に貼着されたものであってもよいし、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６の表面にインク等を用いて印刷されたものであってもよい。また、例えば、弾性層２２０を覆うように被せる球状のシート体にマーカーＭを配置した構成であってもよい。また、例えば、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３は、それぞれ、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６内に埋設されていてもよい。
保護層２２７は、主に、第３弾性層２２６を保護する機能を有している。また、保護層２２７は、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６と同様に、光透過性および弾性を有している。本実施形態では、保護層２２７は、無色透明である。ただし、保護層２２７は、有色透明であってもよい。このような保護層２２７の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、前述した第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６の構成材料と同様の材料が挙げられる。
以上、弾性層２２０について説明した。このような弾性層２２０は、例えば、次のように形成（製造）することができる。まず、筐体２１０の外周面に材料を塗布して第１弾性層２２４を形成し、第１弾性層２２４の表面に複数の第１マーカー２２１を配置する。次に、第１弾性層２２４の表面に材料を塗布して第２弾性層２２５を形成し、第２弾性層２２５の表面に複数の第２マーカー２２２を配置する。次に、第２弾性層２２５の表面に材料を塗布して第３弾性層２２６を形成し、第３弾性層２２６の表面に複数の第３マーカー２２３を配置する。次に、第３弾性層２２６の表面に材料を塗布して保護層２２７を形成する。以上により、弾性層２２０を形成することができる。ただし、弾性層２２０の形成方法は、これに限定されない。
検出部２３０は、ステレオ写真法によって、弾性層２２０の変形を三次元的に検出する。このように、ステレオ写真法を用いることで、弾性層２２０の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。
図３に示すように、検出部２３０は、内部空間Ｓ内に配置された撮像部としての複数のカメラ２３１を有している。ここで、内部空間Ｓの中央部には筐体２１０に固定された支持部材２１１が配置されており、この支持部材２１１に各カメラ２３１が支持されている。各カメラ２３１は、弾性層２２０の方を向いて放射状に配置されており、弾性層２２０を撮像可能となっている。また、弾性層２２０の各部は、少なくとも２つのカメラ２３１で撮像できるようになっており、これにより、弾性層２２０の各部を三次元画像認識、すなわちステレオ画像認識することができるようになっている。
カメラ２３１としては、特に限定されず、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等を用いることができる。また、本実施形態では、２つのカメラ２３１を用いて弾性層２２０の各部を三次元画像認識しているが、例えば、複数の光軸を有するレンズを用いて１つのカメラ２３１で複数の画像を時分割で取得し、これらの画像を用いて弾性層２２０の各部を三次元画像認識してもよい。このような構成によれば、撮像部の小型化および低コスト化を図ることができる。
本実施形態では、図３に示すように、支持部材２１１が正六面体をなし、この正六面体の各頂点に位置するように８つのカメラ２３１が配置されている。ただし、複数のカメラ２３１の配置や光軸の向きとしては、弾性層２２０の各部を少なくとも２つのカメラ２３１で撮像することができれば、特に限定されない。各カメラ２３１の画角等によっても異なるが、例えば、図６に示すように、支持部材２１１を正八面体とし、この正八面体の各頂点に位置するように複数のカメラ２３１を配置してもよいし、図７に示すように、支持部材２１１を正十二面体とし、この正十二面体の各頂点に位置するように複数のカメラ２３１を配置してもよい。なお、前記「弾性層２２０の各部」とは、弾性層２２０の全域を意味する場合もあれば、弾性層２２０の選択された一部の領域を意味する場合もある。
また、図８に示すように、検出部２３０は、各カメラ２３１からの画像情報に基づいて弾性層２２０の三次元画像認識を行う処理部２３２を有している。処理部２３２は、例えば、各カメラ２３１等の各部を制御するＣＰＵ２３２ａ、メモリー２３２ｂ、フラッシュメモリー等の記憶部２３２ｃ等を含んでおり、所定のプログラム（コード）を実行できるように構成されている。なお、前記プログラムは、例えば、記憶媒体に記憶されていてもよいし、外部のサーバーからダウンロードしてもよい。
ここで、前述したように、入力装置２００への入力は、弾性層２２０を押したり、摘まんだり、伸ばしたり、引っ張ったりすることで行われる。そして、この入力に応じて弾性層２２０が変形し、当該変形に伴って第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３がそれぞれ変位する。具体的な例を挙げれば、例えば、図８に示すように、弾性層２２０のある部分が押されて変形した場合には、その直下および周囲に位置する第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３がそれぞれ受けた力に応じて変位する。処理部２３２は、このような第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変位を三次元画像認識によって検出し、その検出結果に基づいて、入力位置、入力方向、入力強度、入力速度、入力加速度等を含む入力情報（接触入力情報）を得る。
このように、弾性層２２０に第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３が配置されていることで、検出部２３０は、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変位に基づいて、弾性層２２０の変形をより精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３が弾性層２２０の厚さ方向にずれて配置されている。そのため、検出部２３０は、弾性層２２０の厚さ方向に異なる位置での変形を検出することができ、弾性層２２０の変形をより詳細に検出することができる。
ここで、処理部２３２による入力情報の取得方法の一例について簡単に説明する。処理部２３２の記憶部２３２ｃには予め各カメラ２３１の３次元座量が記憶されている。そして、処理部２３２は、所定マーカーＭの変位を検出するのに用いられる２台のカメラ２３１によって同時刻における画像を取得し、両画像中の所定マーカーＭの２次元座標を取得する。次に、処理部２３２は、両画像中の所定マーカーＭの２次元座標のずれと各カメラ２３１の３次元座標とに基づいて所定マーカーＭの３次元座標を取得し、記憶部２３２ｃに記憶する。処理部２３２は、この作業をフレーム毎に連続的に行う。そして、処理部２３２は、前回取得した前記所定マーカーＭの３次元座標と、今回新たに取得した前記所定マーカーＭの３次元座標とを比較することで、その間に生じた所定マーカーＭの変位を検出することができる。処理部２３２は、このような作業を全マーカーＭについて行うことで、入力情報を得ることができる。なお、各カメラ２３１のフレームレートとしては、特に限定されず、例えば、１５フレーム／秒、３０フレーム／秒、６０フレーム／秒等とすることができる。
以上、処理部２３２による入力情報の取得方法について説明したが、入力情報の取得方法は、これに限定されない。例えば、全マーカーＭについて上述の作業を行うと処理量が膨大となってしまい、処理部２３２の性能等によっては処理が追いつかない場合が考えられる。また、用途によっては、大まかな入力情報が得られれば、それで足りる場合も考えられる。そのため、このような場合には、例えば、処理部２３２は、予め選択した一部のマーカーＭについてのみ上述の作業を行うようにしてもよい。
また、処理部２３２は、例えば、自然状態における弾性層２２０の各部の画像を基準画像として記憶しておき、この基準画像と、上述のように得られた画像とをリアルタイムに比較して第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変位を特定することで、上記の入力情報を得てもよい。
図８に示すように、信号生成部２５０は、検出部２３０が取得した入力情報（接触入力情報）を受信し、受信した入力情報に基づいて入力信号（接触入力信号）を生成する。このような信号生成部２５０は、検出部２３０に含まれていてもよい。
なお、本実施形態では、処理部２３２および信号生成部２５０が支持部材２１１内に配置されているが、これらの配置としては、特に限定されず、例えば、脚部２７０内に配置されていてもよい。また、処理部２３２および信号生成部２５０は、入力装置２００ではなく、例えば、端末４００や画像表示装置３００が有していてもよいし、クラウド上に有していてもよい。
光源２４０は、筐体２１０の内側から弾性層２２０を照らすことができる。図３に示すように、光源２４０は、内部空間Ｓ内に配置された複数の発光部２４１を有している。各発光部２４１としては、特に限定されず、例えば、ＬＥＤを用いることができる。また、各発光部２４１は、可視光を出射してもよいし、ＮＩＲ光（近赤外光）を出射してもよいし、紫外光を出射してもよい。発光部２４１として可視光を出射するものを用いる場合には、各カメラ２３１を可視光に対応した構成とし、発光部２４１としてＮＩＲ光を出射するものを用いる場合には、各カメラ２３１をＮＩＲ光に対応した構成とし、発光部２４１として紫外光を出射するものを用いる場合には、各カメラ２３１を紫外光に対応した構成とすればよい。特に、ＮＩＲ光や紫外光は、人間の目には見えないため、弾性層２２０を介して外部に漏れたとしても使用者が眩しく思うことがない。また、特に、各カメラ２３１が紫外光を出射する場合には、マーカーＭは蛍光体であってもよい。これにより、マーカーＭをカメラ２３１によってより鮮明に撮像することができる。
また、複数の発光部２４１は、それぞれ、支持部材２１１に支持されており、これら複数の発光部２４１からの光で、弾性層２２０のほぼ全域が照明される。このような光源２４０を有することで、検出部２３０が、弾性層２２０の画像認識をより高い解像度で行うことができる。そのため、検出部２３０は、より高精度な入力情報を取得することができる。なお、本実施形態では、支持部材２１１が正六面体をなしているため、この正六面体の各面の中心部に位置するように複数の発光部２４１が配置されている。ただし、複数の発光部２４１の配置としては、特に限定されず、例えば、前述したように支持部材２１１が正八面体であれば、この正八面体の各面の中心部に位置するように配置してもよいし、支持部材２１１が正十二面体であれば、この正十二面体の各面の中心部に位置するように配置してもよい。
なお、光源２４０は、例えば、外界からの光によって弾性層２２０を画像認識可能な程に十分に明るく保てる場合等には省略してもよい。また、内部空間Ｓに輝度センサーを配置して、この輝度センサーにより検知された内部空間Ｓの明るさに基づいて、各発光部２４１の駆動が制御されるようになっていてもよい。これにより、例えば、内部空間Ｓ内をほぼ一定の明るさに保つことができ、検出部２３０による弾性層２２０（マーカーＭ）の画像認識をより安定して行うことができる。
図８に示すように、送信部２６０は、信号生成部２５０で生成された入力信号を受信し、受信した入力信号を端末４００に送信する。送信方法としては、特に限定されず、有線、無線（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ等の無線ＬＡＮ）を問わない。なお、本実施形態では、送信部２６０が支持部材２１１内に配置されているが、送信部２６０の配置としては、特に限定されず、例えば、脚部２７０内に配置されていてもよい。また、前述したように、端末４００が処理部２３２および信号生成部２５０を有している場合等には、送信部２６０は、各カメラ２３１からの画像情報を端末４００に送信すればよい。
なお、前述したように、本実施形態では、第１、第２、第３弾性層２２４、２２５、２２６および保護層２２７が無色透明である。そのため、各カメラ２３１は、弾性層２２０を介して弾性層２２０の外界を撮像することができる。したがって、各カメラ２３１を用いて、使用者の両手の動きを捉えることができ、弾性層２２０に触れることのない入力や、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３が変位しない程度に軽く弾性層２２０に触れた状態での入力が可能となる。
具体的には、例えば、図９に示すように、筐体２１０を包み込むように両手を弾性層２２０に非接触で配置し、筐体２１０を回転させるように両手を動かすと、この両手の動きを処理部２３２がカメラ２３１からの画像に基づいて検出し、その動きに基づく入力情報（非接触入力情報）を得る。このようにして得られた入力情報も、信号生成部２５０に送信され、信号生成部２５０は、受信した入力情報に基づいて入力信号（非接触入力信号）を生成する。このような構成によれば、前述した接触型の入力に加えて、非接触型の入力が可能となり、入力装置２００の操作性および利便性がさらに向上する。
なお、検出部２３０は、手（指）と重なる部分の第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３が変位していない場合には非接触入力情報だけを取得し、手（指）と重なる部分の第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３が変位している場合には接触入力情報だけを取得することが好ましい。また、信号生成部２５０は、手（指）と重なる部分の第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３が変位していない場合には非接触入力信号だけを生成し、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３が変位している場合には接触入力情報だけを生成することが好ましい。これにより、誤った入力信号の生成を低減することができる。
また、入力装置２００は、接触型の入力と非接触型の入力とを同時に行うことができるようになっていてもよい。すなわち、例えば、一方の手で接触型の入力をしつつ、他方の手で非接触型の入力を行うことができるようになっていてもよい。この場合は、接触型の入力と非接触型の入力とを弾性層２２０の異なる領域で行うことが好ましい。これにより、検出部２３０による接触入力情報および非接触入力情報の取得が比較的容易となる。
なお、非接触型の入力は必須ではなく、できなくてもよい。この場合、保護層２２７は、光透過性を有する必要がないため、光透過性を有していなくてもよい。保護層２２７が光透過性を有しなければ、光源２４０の光が弾性層２２０の外部に漏れることがないため例えば、光源２４０からの光量が大きい場合等に、使用者が眩しく感じることがなくなる。
図３に示すように、脚部２７０は、筐体２１０に連結されており、筐体２１０を安定した姿勢で床や机に配置可能にしている。なお、脚部２７０の構成としては、筐体２１０を安定した姿勢で支持することができれば、特に限定されない。例えば、脚部２７０は、高さを調節できるようになっていてもよいし、筐体２１０に対して着脱自在となっていてもよい。また、脚部２７０には、各種情報を表示可能なディスプレイを備える表示部が設けられていたり、ボタン等の入力部が設けられていたり、入力装置２００の電源バッテリー等の各種部品が内蔵されていたりしてもよい。特に、入力装置２００が電源バッテリーを有することで、ワイヤレスの入力装置２００を実現することができ、利便性が向上する。
以上、入力装置２００について説明した。このような入力装置２００は、上述した構成の他にも必要に応じて種々の構成を付加することができる。このような構成としては、例えば、近接センサー、方位センサー、磁場センサー、輝度センサー、気圧センサー、温度センサー等があげられる。例えば、近接センサーを有している場合には、近接センサーを入力装置２００の電源スイッチとして用いることができ、使用者が入力装置２００に手をかざすと入力装置２００が駆動するような構成が可能となる。また、方位センサー、磁場センサー、輝度センサー、気圧センサー、温度センサーを有している場合には、現実世界の方位、磁場、明るさ、気圧、温度を画面３１０内の仮想三次元空間に反映させることができる。そのため、画面３１０内に、より現実世界に近い仮想三次元空間を形成することができる。
次に画像表示システム１００の具体的な使用方法の一例を説明する。例えば、使用者が装着している画像表示装置３００の画面３１０には、図１０に示すような人間の頭部の仮想立体構造物Ｘが表示されている。そして、使用者は、図１１に示すように、弾性層２２０を人間の頭部に見立てて、弾性層２２０の頬に相当する部分を引っ張ることで、仮想立体構造物Ｘの頬を引っ張ることができる。同様に、図１２に示すように、弾性層２２０の頬に相当する部分を押すことで、仮想立体構造物Ｘの頬を押すことができる。また、図１３に示すように、非接触型の入力を行うことで、仮想立体構造物Ｘを回転させることもでき、仮想立体構造物Ｘを好きな向きにすることができる。このように、入力装置２００によれば、直感的な入力が可能である。また、入力装置２００によれば、弾性層２２０の反発によって何か物を触れているとの感覚を使用者に与えることができる。そのため、入力装置２００によれば、直感的かつ繊細な入力が可能となる。
なお、画像表示システム１００の使用方法としては、特に限定されず、例えば、各種ゲーム、家電、自動車、飛行機等の工業製品のデザインや、設計シミュレーション等に用いることができる。また、上述した使用方法では、仮想立体構造物Ｘを３次元的に加工する例について説明したが、さらに、時間軸を加えた４次元的な加工が可能となっていてもよい。
以上、本実施形態の入力装置２００について説明した。前述したように、入力装置２００は、外力が入力される外周面２２０ａ（第１面）および外周面２２０ａの反対側の内周面２２０ｂ（第２面）が規定される弾性層２２０と、弾性層２２０に配置され、弾性層２２０の変形に伴って変位するマーカーＭと、を有する弾性入力部２８０と、弾性層２２０の内周面２２０ｂ側に位置づけられ、マーカーＭの変位に基づいて弾性層２２０の変形を検出する検出部２３０と、を備えている。そのため、使用者が弾性層２２０を押したり、引っ張ったり、摘まんだりすることで弾性層２２０が変形し、この変形を検出部２３０が検出することで、弾性入力部２８０への入力を検出することができる。押す、引っ張る、摘まむ等の指を用いた動作は、人間の日常的な動作であるため、このような動作を入力として用いることのできる入力装置２００によれば、より繊細で直感的な入力を実現することができる。さらには、弾性層２２０の反発によって何か物に触れているとの感覚を使用者に与えることができるため、使用者は、より直感的な入力が可能となる。
また、前述したように、入力装置２００では、マーカーＭは、弾性層２２０の厚さ方向にずれて配置された第１マーカー２２１および第２マーカー２２２を有している。そのため、検出部２３０は、弾性層２２０の厚さ方向の各部（例えば、外面付近、中央付近、内面付近）における変形をそれぞれ取得することができる。そのため、検出部２３０によって、弾性層２２０の変形をより精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、第１、第２マーカー２２１、２２２に加えて第３マーカー２２３を有しているため、上述の効果がより顕著となる。
また、前述したように、入力装置２００では、第１マーカー２２１および第２マーカー２２２は、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっている。これにより、検出部２３０が第１マーカー２２１および第２マーカー２２２を識別し易くなる。そのため、検出部２３０によって、第１マーカー２２１および第２マーカー２２２のそれぞれ変位をより精度よく検出することができる。
また、前述したように、入力装置２００では、検出部２３０は、弾性層２２０を撮像する撮像部としてのカメラ２３１を有し、カメラ２３１が撮像した弾性層２２０の画像データに基づいて弾性層２２０の変形を検出する。これにより、比較的簡単な構成で、弾性層２２０の変形を検出することができる。特に、本実施形態では、検出部２３０は、ステレオ写真法によって弾性層２２０の変形を検出する。そのため、比較的簡単に、かつ、高精度に弾性層２２０の変形を検出することができる。
また、前述したように、入力装置２００では、弾性層２２０の外周面２２０ａ（第１面）は、内周面２２０ｂ（第２面）と反対側に向けて凸となる形状である。そのため、弾性層２２０に両手を添え易くなり（図９参照）、弾性層２２０への入力をより自然に行うことができる。また、弾性層２２０を引っ張り易くもなり、摘まみ易くもなるため、その分、より繊細な入力を行うことができる。
また、前述したように、入力装置２００では、弾性層２２０を内周面２２０ｂ（第２面）側から支持する支持部としての筐体２１０を備えている。これにより、弾性層２２０の形状が安定し、弾性層２２０の意図しない変形、すなわち入力以外の外力による弾性層２２０の変形が抑制される。そのため、より高精度に弾性入力部２８０への入力を行うことができる。
なお、入力装置２００の構成としては、上述の構成に限定されない。例えば、本実施形態では、弾性層２２０は、第１弾性層２２４と、第２弾性層２２５と、第３弾性層２２６と、を有しているが、弾性層２２０としては、第１弾性層２２４を有していれば、特に限定されず、例えば、第２弾性層２２５および第３弾性層２２６の少なくとも１つを省略してもよい。
また、例えば、弾性層２２０は、その弾性力が可変となっていてもよい。これにより、画面３１０上に表示された仮想立体構造物Ｘの硬さに合わせて弾性層２２０の弾性力を変化させることができ、さらに直感的で違和感の少ない入力が可能となる。この場合の弾性層２２０の構成としては、特に限定されないが、例えば、筐体２１０を覆い、筐体２１０との間に第１気密空間を有する第１被覆部と、第１被覆部の表面に配置された第１マーカー２２１と、第１被覆部を覆い、第１被覆部との間に第２気密空間を有する第２被覆部と、第２被覆部の表面に配置された第２マーカー２２２と、第２被覆部を覆い、第２被覆部との間に第３気密空間を有する第３被覆部と、第３被覆部の表面に配置された第３マーカー２２３と、第３被覆部を覆い、第３被覆部との間に第４気密空間を有する保護被覆部と、を有し、ポンプ等によって、第１気密空間、第２気密空間、第３気密空間、第４気密空間のそれぞれに空気、希ガス等の気体を供給することで、これら各空間の圧力が調整可能となっている構成が挙げられる。また、この場合には、例えば、第１気密空間内に配置された実質的に伸縮しない紐のようなもので、筐体２１０と第１被覆部とを数か所接続し、筐体２１０に対する第１被覆部の不本意な変位を抑制しておくことが好ましい。第２、第３、保護被覆部についても同様である。
また、本実施形態では、マーカーＭが、筐体２１０からの距離が互いに異なる第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３を有しているが、例えば、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の少なくとも１つを省略してもよい。
また、本実施形態では、第１弾性層２２４に第１マーカー２２１を配置し、第２弾性層２２５に第２マーカー２２２を配置し、第３弾性層２２６に第３マーカー２２３を配置しているが、例えば、図１４に示すように、筐体２１０からの距離が異なるように、１層の弾性層２２０内に複数のマーカーＭが規則的または不規則に配置されていてもよい。
また、弾性入力部２８０は、弾性層２２０の変形によって変位せず、検出部２３０によって検出可能な基準マーカーを有していてもよい。具体的には、例えば、図１５に示すように、弾性入力部２８０は、弾性層２２０が押されたり、引っ張られたりしても実質的に変位しない基準マーカー２２８を有していてもよい。なお、図１５の構成では、基準マーカー２２８は、第１弾性層２２４と筐体２１０との間であって筐体２１０の外周面に配置されているが、基準マーカー２２８の配置としては、これに限定されず、例えば、筐体２１０の内周面に配置されていてもよい。
基準マーカー２２８は、各カメラ２３１との相対的位置関係が一定であり、検出部２３０が第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変位を検出する際の基準として機能する。このような構成によれば、例えば、検出部２３０は、基準マーカー２２８に対する第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変位を検出することで、より精度のよい入力情報を得ることができる。なお、基準マーカー２２８は、検出部２３０が第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３のそれぞれと区別（識別）できるように、例えば、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３と形状および色彩の少なくとも一方が異なっていることが好ましい。
また、本実施形態では、弾性層２２０が保護層２２７を有しているが、図１６に示すように、保護層２２７を省略してもよい。この場合には、弾性層２２０の表面に第３マーカー２２３が露出する。すなわち、マーカーＭは、弾性層２２０の外周面２２０ａ（第１面）に露出する露出マーカー２２９を有している。弾性層２２０の外周面２２０ａは、外力が入力される場所である。そのため、弾性層２２０の外周面２２０ａに露出する露出マーカー２２９を配置することで、入力に対するマーカーＭの追従性がより高まる。そのため、検出部２３０は、より精度のよい入力情報を得ることができる。
また、露出マーカー２２９は、弾性層２２０の外周面２２０ａから突出する部分を有することが好ましい。これにより、露出マーカー２２９に指が引っかかり易くなる。そのため、特に、弾性層２２０の外周面２２０ａで指を滑らせるような入力に対する弾性層２２０の応答性が向上する。また、この場合、露出マーカー２２９のヤング率は、弾性層２２０の外周面２２０ａを構成する層、本実施形態では第３弾性層２２６のヤング率よりも大きいことが好ましい。すなわち、露出マーカー２２９は、第３弾性層２２６よりも硬いことが好ましい。これにより、露出マーカー２２９にさらに指が引っかかり易くなり、上述した効果がより顕著なものとなる。
なお、図１６に示す構成では、露出マーカー２２９が第３マーカー２２３で構成されている場合について説明したが、露出マーカー２２９の構成としては、特に限定されず、第３マーカー２２３以外のマーカーで構成されていてもよい。
また、本実施形態では、第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３がそれぞれドット状をなしているが、これらの形状としては、特に限定されず、例えば、線状であってもよいし、線と当該線上に離間して配置された複数のドットとを組み合わせた形状であってもよい。また、第１マーカー２２１（第２マーカー２２２および第３マーカー２２３についても同様）が線状の場合には、例えば、複数の第１マーカー２２１を同心円状に配置してもよいし、例えば、指紋（紋様）のように、複数の第１マーカー２２１が年輪状に、互いに沿って規則性なく湾曲していてもよい。
また、本実施形態では、カメラ２３１が内部空間Ｓ内に配置されているが、カメラ２３１の配置としては、特に限定されず、例えば、図１７に示すように、脚部２７０内に配置されていてもよい。この場合は、例えば、内部空間Ｓ内にレンズＬＥを配置し、このレンズＬＥで集光した光を光ファイバー等の導光部Ｑを介してカメラ２３１まで導く構成とすることができる。このような構成によれば、カメラ２３１を内部空間Ｓ内に配置する必要がなくなり、筐体２１０の小型化を図ることができる。
また、本実施形態では、筐体２１０が硬質な部材で形成されているが、例えば、図１８に示すように、筐体２１０が入力時に撓む程度の軟質な部材で形成されていてもよい。すなわち、弾性層２２０への入力があった際に、筐体２１０が弾性層２２０と共に変形してもよい。これにより、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変位量をそれぞれより大きくすることができる。そのため、検出部２３０は、より高精度の入力情報を得ることができる。
また、入力装置２００は、弾性層２２０への入力を行う指に触覚を提供する触覚提供部を有していてもよい。これにより、入力の感覚がより現実に近くなり、より直感的な入力が可能となる。触覚提供部の構成としては、特に限定されないが、例えば、筐体２１０内に複数のスピーカーを配置し、これらスピーカーのうちの少なくとも１つから弾性層２２０の入力箇所に向けて超音波（音波）を出力することで、弾性層２２０への入力を行っている指に触覚を提供するように構成されていてもよい。特に、複数のスピーカーから超音波を出力し、弾性層２２０の入力箇所に音の焦点を形成することで、より効果的に、前記指に触覚を提供することができる。
また、入力装置２００は、弾性層２２０を加熱する加熱部を有していてもよい。これにより、画面３１０上に表示された仮想立体構造物Ｘの温度に合わせて弾性層２２０の温度を変化させることができ、さらに直感的で違和感の少ない入力が可能となる。また、この場合、加熱部は、弾性層２２０を全体的にほぼ均一に加熱できるようになっていてもよいし、弾性層２２０の一部だけを加熱できるようになっていてもよい。また、加熱部としては、特に限定されず、例えば、赤外線によって弾性層２２０を加熱する構成とすることができる。これとは、逆に、入力装置２００は、弾性層２２０を冷却する冷却部を有していてもよい。これにより、加熱部と同様の効果を発揮することができる。もちろん、入力装置２００は、加熱部と冷却部の両方を有していてもよい。
また、図１９に示すように、入力装置２００は、筐体２１０の内側から筐体２１０の内周面に向けて映像光を投影し、弾性層２２０の外側から視認可能な画像（映像）を表示する画像投影部７００を有していてもよい。前記画像としては、特に限定されないが、例えば、弾性層２２０への入力を補助、案内する画像が挙げられる。これにより、入力装置２００の操作性が向上し、弾性層２２０への入力が容易となる。なお、画像投影部７００としては、特に限定されないが、例えば、液晶型のプロジェクタ、光走査型のプロジェクタ等を有する構成とすることができる。
図１９に示す構成の別の使用方法として、入力装置２００をキーボードとして使用する方法がある。この場合、例えば、画像投影部７００によって、ＱＷＥＲＴＹ配列に代表されるキー配列で配置されたアルファベット、数字、アイコン等を画像として弾性層２２０に表示する。そして、使用者は、弾性層２２０の入力したい文字が表示されている部分を押圧することで、その文字を入力することができる。このような構成によれば、画像を変更するだけで、文字の配置変更や言語の変更を容易に行うことができるため、優れた利便性を発揮することのできるキーボードとなる。なお、例えば、入力装置２００を主にキーボードとして使用する場合等には、弾性層２２０にアルファベット、数字等が印刷、シールの貼着等によって物理的に付されていてもよい。また、アルファベット、数字等が印刷されたシートを弾性層２２０に被せることで、入力装置２００をキーボードとして使用できるようになっていてもよい。
なお、図１９の構成では、画像投影部７００を用いて弾性層２２０の外側から視認可能な画像を表示しているが、画像の表示方法としては、これに限定されない。例えば、画像表示装置３００の画面３１０に、弾性層２２０と重畳させて仮想的な画像を表示してもよい。すなわち、現実世界では弾性層２２０には何ら画像が表示されていないが、画面３１０を通して弾性層２２０を視認すると弾性層２２０に画像が表示されて見える構成としてもよい。これにより、図１９に示す構成と同様の効果を発揮することができる。また、画像投影部７００が不要なことから、図１９に示す構成と比べて、入力装置２００の簡易化、低コスト化、小型化等を図ることができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図２０は、本発明の第２実施形態が有する入力装置の断面斜視図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２０では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の入力装置２００は、前述した第１実施形態の構成から脚部２７０を省略した構成となっており、例えば、図２０に示すように、使用者が手に持って使用することができる。また、本実施形態の入力装置２００は、内部空間Ｓ内に配置され、入力装置２００の変位（姿勢の変化、移動等）を検出する変位検出部２９０を有している。なお、本実施形態では、支持部材２１１内に変位検出部２９０が配置されているが、変位検出部２９０の配置としては、特に限定されない。
変位検出部２９０は、例えば、加速度を検出する加速度センサー２９１と、角速度を検出する角速度センサー２９２と、を有し、これらの検出結果に基づいて、入力装置２００の姿勢変化、移動軌跡、移動時に加わった加速度や角速度等を含む変位情報を得る。そして、信号生成部２５０は、変位検出部２９０が検出した変位情報に基づいて、入力信号（変位入力信号）を生成する。すなわち、本実施形態では、信号生成部２５０は、前述した第１実施形態で述べた接触入力信号および非接触入力信号に加えて変位入力信号を生成する。変位入力信号によれば、例えば、入力装置２００を回転させれば、それに応じて、画面３１０中の仮想立体構造物Ｘを回転させることができ、入力装置２００を移動させれば、それに応じて、画面３１０中の仮想立体構造物Ｘを移動させることができる。このように、回転や移動といった入力を可能とすることで、さらに直感的な入力が可能な入力装置２００となる。
特に、本実施形態では、互いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としたとき、加速度センサー２９１として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の加速度を検出できる３軸加速度センサーを用い、角速度センサー２９２として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸まわりの角速度を検出することのできる３軸角速度センサーを用いている。そのため、より精度の高い入力信号を生成することができる。ただし、変位検出部２９０の構成としては、少なくとも１つの物理量を検出できれば、特に限定されず、例えば、加速度センサー２９１および角速度センサー２９２のいずれか一方を省略してもよい。また、検出する物理量としては、加速度や角速度に限定されず、例えば、圧力、重力等であってもよい。
また、変位検出部２９０は、入力装置２００のポジショントラッキング（空間認識）を行うための装置を有している。ポジショントラッキングを行う装置としては、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、赤外線を出射する赤外線出射装置２９３を有している。この場合には、例えば、空間内に配置した複数の赤外線カメラを用いて、赤外線出射装置２９３から出射される赤外線を認識することで、入力装置２００のポジショントラッキングが可能となる。
以上、変位検出部２９０について説明したが、変位検出部２９０の構成としては、特に限定されない。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図２１は、本発明の第３実施形態に係る画像表示システムの構成図である。図２２は、図２１に示す入力装置の斜視図である。図２３は、図２２に示す入力装置の側面図である。図２４は、図２２に示す入力装置を把持した状態を示す側面図である。図２５は、図２２に示す入力装置が有する弾性入力部の部分断面斜視図である。図２６は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。図２７は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。図２８は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。図２９は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。図３０は、画像表示システムの使用方法の一例を示す図である。図３１は、入力装置の変形例を示す斜視図である。図３２は、入力装置の変形例を示す側面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２１ないし図３１では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図２１に示す画像表示システム１００は、２つの入力装置５００を有する入力装置セット５００’と、画像表示装置３００と、端末４００と、を有している。
画像表示装置３００は、実質的に前述した第１実施形態と同様の構成であるが、さらに、ポジショントラッキング機能を有していることが好ましい。これにより、空間内での使用者の位置を検出することができ、使用者の移動に応じて画像表示装置３００の画面３１０に表示する画像を変化（追従）させることができる。そのため、より現実感のある画像表示システム１００となる。
２つの入力装置５００は、使用者が把持して使用するものであり、一方が使用者の右手用の入力装置５００であり、他方が使用者の左手用の入力装置５００である。２つの入力装置５００は、右手用と左手用にするために対称に構成されている以外は、互いに同様の構成である。そのため、以下では、一方の入力装置５００について代表して説明し、他方の入力装置５００については、その説明を省略する。
図２２および図２３に示すように、入力装置５００は、弾性入力部５８０と、弾性入力部５８０に接続された接続部５７０と、接続部５７０に設けられた入力部５７１と、入力装置５００の変位を検知する変位検出部５９０と、を有している。特に、本実施形態では、接続部５７０は、使用者に把持される把持部として用いられる。これにより、入力装置５００を握り易くなり、入力装置５００の操作性が向上する。このように、入力装置５００が接続部５７０を有することで、接続部５７０を把持部として用いることができ、接続部５７０に入力部５７１等の各種機能部を配置することができるため、入力装置５００の操作性が向上すると共に、入力装置５００に様々な機能を追加し易くなる。
また、図示しないが、入力装置５００は、電源バッテリーを有している。電源バッテリーを有することで、ワイヤレスの入力装置５００を実現でき、入力装置５００の操作性が向上する。ただし、電源バッテリーを省略し、電源コードを有する構成としてもよい。
このような入力装置５００では、図２４に示すように、接続部５７０を把持した状態で、少なくとも使用者の親指で弾性入力部５８０を操作できるようになっており、これに合わせて接続部５７０に対する弾性入力部５８０の配置が設定されている。
図２５に示すように、弾性入力部５８０は、筐体５１０と、筐体５１０の外周面すなわち筐体５１０の外側に配置された弾性層５２０と、筐体５１０の内側に配置され、弾性層５２０の変形を検出する検出部５３０と、弾性層５２０を照らす光源５４０と、検出部５３０の検出結果から入力信号を生成する信号生成部５５０と、信号生成部５５０で生成された入力信号を端末４００へ送信する送信部５６０と、を有している。
弾性入力部５８０は、その大きさが異なること以外は、前述した第１実施形態の弾性入力部２８０と同様の構成となっている。より具体的には、本実施形態の筐体５１０、弾性層５２０、検出部５３０、光源５４０、信号生成部５５０および送信部５６０は、それぞれ、前述した第１実施形態の筐体２１０、弾性層２２０、検出部２３０、光源２４０、信号生成部２５０および送信部２６０と同様の構成となっている。そのため、弾性入力部２８０の詳しい説明は省略する。
なお、弾性入力部５８０の直径としては、特に限定されないが、片手で握れる程度の大きさであることが好ましい。具体的には、例えば、５０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であることが好ましく、６０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下であることがより好ましい。これにより、接続部５７０を把持した状態で操作するのに適した大きさの弾性入力部５８０となる。そのため、入力装置５００の操作性が向上する。
図２２および図２３に示すように、接続部５７０は、弾性入力部５８０に接続されており、使用者によって把持される部位である。このような接続部５７０を設けることで、入力装置５００を握って操作することができるため、その操作性が向上する。特に、図２４に示すように、本実施形態の接続部５７０は、使用者の手の中指、薬指および小指の３本で握るように構成されている。そのため、接続部５７０を安定した姿勢で把持することができ、入力装置５００の操作性が向上する。
ただし、接続部５７０の構成としては、使用者が把持することができれば、特に限定されず、例えば、使用者の手の人差し指、中指、薬指および小指のうちの１本または２本で把持できるようになっていてもよいし、使用者の手の人差し指、中指、薬指および小指の４本で把持できるようになっていてもよい。
また、図示しないが、接続部５７０は、例えば、輪っか状の紐からなるストラップ（落下防止部）を有していてもよい。このような構成によれば、腕をストラップに挿通することで、仮に接続部５７０が手から離脱しても、入力装置５００の床への落下を防止することができる。そのため、安全性の高い入力装置５００となる。
図２２、図２３および図２４に示すように、入力部５７１は、接続部５７０に配置されている。入力部５７１では、弾性入力部５８０とは異なる入力を行うことができる。このような入力部５７１を設けることで、弾性入力部５８０だけの場合と比較して、より多くの多彩な入力信号を生成することができる。
入力部５７１は、少なくとも１つの入力ボタンを有していることが好ましい。これにより、入力部５７１の構成が簡単となると共に、入力部５７１の操作が簡単となる。本実施形態の入力部５７１は、入力装置５００を把持した状態において、親指で操作可能な複数の押し込み型の第１入力ボタン５７２と、人差し指で操作可能なトリガー型の第２入力ボタン５７３と、を有している。このように、別の指で操作できる複数のボタンを配置することで、より操作性の高い入力部５７１となる。
なお、入力部５７１の構成としては、これに限定されず、ボタンの数や配置は、適宜設定することができる。また、例えば、さらに、マウスパッド、タッチパネル、左右前後に動かすことができるスティック状のボタン等を有していてもよいし、これらを第１、第２入力ボタン５７２、５７３の少なくとも一方と置換してもよい。
変位検出部５９０は、入力装置５００の変位、具体的には姿勢の変化、移動等を検出する機能を有している。変位検出部５９０は、前述した第２実施形態の変位検出部２９０と同様の構成となっている。そのため、変位検出部５９０の詳しい説明は、省略する。ただし、変位検出部５９０の構成としては、上述した機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
このような変位検出部５９０の配置としては、特に限定されず、筐体５１０内に配置されていてもよいし、接続部５７０内に配置されていてもよいが、筐体５１０の中央部に配置されていることが好ましい。これにより、特に、入力を行う主要な部分である弾性入力部５８０の変位を精度よく検出することができる。そのため、画面３１０に表示される仮想画像を弾性入力部５８０の変位に追従させ易くなり、画像表示システム１００の操作性がより向上する。
以上、入力装置５００の構成について説明した。次に、画像表示システム１００の具体的な使用方法の一例を説明する。例えば、使用者が装着している画像表示装置３００の画面３１０には、図２６に示すような人間の頭部の仮想立体構造物Ｘが表示されている。
そして、使用者は、右手に把持する入力装置５００の弾性入力部５８０を向かって右側の仮想立体構造物Ｘの半身に見立てると共に、左手に把持する入力装置５００の弾性入力部５８０を向かって左側の仮想立体構造物Ｘの半身に見立て、例えば、図２７に示すように、右手側の弾性入力部５８０の頬に相当する部分を引っ張ることで、仮想立体構造物Ｘの向かって右側の頬を引っ張ることができる。また、弾性入力部５８０への入力を解除すれば仮想立体構造物Ｘの頬が元に戻り、例えば、頬を引っ張った状態で第２入力ボタン５７３を押せば仮想立体構造物Ｘの頬が引っ張られた状態を維持する。同様に、図２８に示すように、右手側の弾性入力部５８０の頬に相当する部分を押すことで、仮想立体構造物Ｘの向かって右側の頬を押すことができる。
また、図２９に示すように、右手側の弾性入力部５８０と左手側の弾性入力部５８０とを押し付けることで、仮想立体構造物Ｘを横方向に潰すことができる。このように、２つの入力装置５００の弾性入力部５８０同士を接触させることで入力が行われるように構成することで、より直感的な入力が可能となる。
また、図３０に示すように、右手側の入力装置５００と左手側の入力装置５００とを円を描くように同じ方向に移動させることで、その方向に、仮想立体構造物Ｘを回転させることができる。これにより、仮想立体構造物Ｘを好きな向きにすることができる。
このように、入力装置５００によれば、直感的な入力が可能であり、さらに、その入力を繊細に行うことができる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
なお、入力装置５００の構成としては、上述の構成に限定されない。例えば、図３１に示すように、右手用の入力装置５００と左手用の入力装置５００とを着脱自在に連結できる構成となっていてもよい。すなわち、右手用の入力装置５００と左手用の入力装置５００とを独立して使用する状態と、右手用の入力装置５００と左手用の入力装置５００とを連結して一体的に使用する状態と、を選択できるようになっていてもよい。なお、右手用の入力装置５００と左手用の入力装置５００とを連結した状態では、２つの入力装置５００が互いに回動可能であることが好ましい。これにより、例えば、変位検出部５９０によって２つの入力装置５００の回動角、回動時の角速度等を検出し、この検出結果に応じた新たな入力信号（変位入力信号）を生成することもできる。
また、本実施形態では、入力装置セット５００’が２つの入力装置５００を有する構成について説明したが、入力装置セット５００’は、３つ以上の入力装置５００を有していてもよい。また、本実施形態では、画像表示システム１００が入力装置セット５００’すなわち２つの入力装置５００を有しているが、画像表示システム１００は、入力装置５００を少なくとも１つ有していればよい。入力装置５００が１つの場合には、図３２に示すように、例えば、一方の手で入力装置５００を把持し、両手の指で入力装置５００を操作してもよい。なお、図示の例では、右手で接続部５７０を把持し、右手の指で入力部５７１を操作し、左手の指で弾性入力部５８０を操作しているが、操作方法としては、特に限定されない。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図３３は、本発明の第４実施形態の入力装置の斜視図である。図３４および図３５は、それぞれ、図３３に示す入力装置の変形例を示す斜視図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の構成が異なること以外は、前述した第３実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第４実施形態の画像表示システムに関し、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３３ないし図３５では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。また、２つの入力装置５００は、右手用と左手用にするために対称に構成されている以外は、互いに同様の構成であるため、以下では、一方の入力装置５００について代表し、他方の入力装置５００については、その説明を省略する。
図３３に示すように、本実施形態の入力装置５００は、前述した第３実施形態の接続部５７０に替えて、弾性入力部５８０に接続され、弾性入力部５８０との間に手が挿入される挿入部５７５（接続部）を有している。また、挿入部５７５は、その両端が弾性入力部５８０に接続されており、弾性入力部５８０との間に、手を挿入するための空隙Ｓ２が形成されている。使用者は、空隙Ｓ２に手を挿入した状態で弾性入力部５８０を握るように把持する。このような構成によれば、挿入部５７５によって入力装置５００の手からの落下を防止することができ、入力装置５００の安全性が向上する。また、手で直接、弾性入力部５８０を握るため、弾性入力部５８０への入力をより簡単に行うことができる。
また、挿入部５７５には、入力部５７１が設けられている。入力部５７１は、入力装置５００を把持した状態において、親指で操作可能な複数の入力ボタン５７４を有している。なお、入力部５７１の構成としては、特に限定されず、例えば、入力ボタン５７４として、図３４に示すような十字キー型のボタンを用いてもよいし、図３５に示すようなクリックホイール型のボタンを用いてもよい。また、入力ボタン５７４は、物理キー以外にも、タッチセンサーを内蔵するタッチ型のボタンであってもよい。また、これらを適宜組み合わせてもよい。また、入力ボタン５７４は、親指で操作するのに限定されず、他の指で操作してもよい。
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図３６は、本発明の第５実施形態の入力装置の斜視図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、挿入部の配置が異なること以外は、前述した第３実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第５実施形態の画像表示システムに関し、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３６では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。また、２つの入力装置５００は、右手用と左手用にするために対称に構成されている以外は、互いに同様の構成であるため、以下では、一方の入力装置５００について代表して説明し、他方の入力装置５００については、その説明を省略する。
図３６に示すように、本実施形態の入力装置５００では、前述した第４実施形態と比較して、指の挿入深さが浅くなるように挿入部５７５が配置されている。このような配置によれば、弾性入力部５８０を握った状態で、挿入部５７５が親指と重なり易くなる。そのため、挿入部５７５に配置された入力ボタン５７４を親指でより操作し易くなる。また、例えば、親指と人差し指とで挿入部５７５を摘まむようにして把持することができるため、入力装置５００を把持し易くなる。なお、入力ボタン５７４の構成としては、前述した第４実施形態と同様に、特に限定されない。
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図３７は、本発明の第６実施形態の入力装置の斜視図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置５００の全体的な形状が異なること以外は、前述した第３実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第６実施形態の画像表示システムに関し、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３７では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。また、２つの入力装置５００は、右手用と左手用にするために対称に構成されている以外は、互いに同様の構成であるため、以下では、一方の入力装置５００について代表して説明し、他方の入力装置５００については、その説明を省略する。
図３７に示すように、本実施形態の入力装置５００では、弾性入力部５８０が外側に凸となるように湾曲したドーム状になっており、平面視で長円形状となっている。また、弾性入力部５８０は、接続部５７０の一方の面側に位置している。このような形状とすることで、盲目的に操作し易い入力装置５００となる。そのため、例えば、衣服のポケットに入力装置５００を入れたままで、入力装置５００の操作を容易に行うことができる。このような特徴を有する本実施形態の入力装置５００は、特に、ＡＲ（拡張現実）型の画像表示装置３００と組み合わせることで、その操作性がより向上する。
このような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図３８は、本発明の第７実施形態の入力装置の斜視図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の全体的な形状が異なること以外は、前述した第３実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第７実施形態の画像表示システムに関し、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３８では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の入力装置５００は、例えば、ゲーム機のコントローラーに適用されている。図３８に示すように、このような入力装置５００は、両手で把持される接続部５７０と、接続部５７０の中央部に位置する弾性入力部５８０と、を有している。なお、弾性入力部５８０の数や配置としては、特に限定されず、例えば、２つの弾性入力部５８０が接続部５７０の左右に分かれて配置されていてもよい。すなわち、右手で操作するための弾性入力部５８０と、左手で操作するための弾性入力部５８０と、が設けられていてもよい。
また、接続部５７０の左側部分（接続部５７０を把持した状態で左手の指で操作できる範囲内）および右側部分（接続部５７０を把持した状態で右手の指で操作できる範囲内）には、必要に応じた構成の入力部５７１が配置されている。なお、本実施形態では、右側に十字キーが配置され、左側に４つのボタンが配置されているが、入力部５７１の構成としては、これに限定されず、例えば、前述した実施形態でも述べたように、クリックホイール、タッチ入力型のボタン等を用いることができ、また、これらを適宜組み合わせることができる。
このような第７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図３９は、本発明の第８実施形態の入力装置の斜視図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、２つの入力装置で入力部の構成が異なること以外は、前述した第３実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第８実施形態の画像表示システムに関し、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図３９では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図３９に示すように、本実施形態では、左手用の入力装置５００と右手用の入力装置５００とで、入力部５７１の構成が異なっている。具体的には、左手用の入力装置５００では、入力部５７１が十字キーで構成された第１入力ボタン５７２と、トリガー型の第２入力ボタン５７３（図示せず）と、を有しており、右手用の入力装置５００では、入力部５７１が押し込み型の複数の第１入力ボタン５７２と、トリガー型の第２入力ボタン５７３（図示せず）と、を有している。このように、左右の入力装置５００で入力部５７１の構成を異ならせることで、より多くの入力を行うことができる。
このような第８実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４０は、本発明の第９実施形態の入力装置の側面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の構成が異なること以外は、前述した第３実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第９実施形態の画像表示システムに関し、前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４０では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。また、２つの入力装置５００は、右手用と左手用にするために対称に構成されている以外は、互いに同様の構成であるため、以下では、一方の入力装置５００について代表して説明し、他方の入力装置５００については、その説明を省略する。
図４０に示すように、本実施形態の入力装置５００は、接続部５７０の下端部（弾性入力部５８０と反対側の端部）に設けられた環状のリング部５７９を有している。入力装置５００を把持した状態では、リング部５７９は、手の甲のあたりを囲むように配置される。このようなリング部５７９には、例えば、変位検出部５９０が備え、入力装置５００のポジショントラッキング（空間認識）を行うための装置が配置されている。このような装置としては、特に限定されないが、本実施形態では赤外線を出射する赤外線出射装置５９３を有している。なお、赤外線出射装置５９３は、前述した第２実施形態の赤外線出射装置２９３と同様の機能を有している。そのため、例えば、空間内に配置した複数の赤外線カメラを用いて、赤外線出射装置５９３から出射される赤外線を認識することで、入力装置５００のポジショントラッキングが可能となる。
なお、リング部５７９には、その他の構成、例えば、変位検出部５９０が有する角速度センサーや加速度センサーが設けられていてもよい。
このような第９実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、リング部５７９が円環状となっているが、リング部５７９の形状は、特に限定されない。また、例えば、両手に入力装置５００を把持した状態で、一方の手の指で、他方の手で把持している入力装置５００の入力部５７１を操作してもよい。
＜第１０実施形態＞
次に、本発明の第１０実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４１は、本発明の第１０実施形態の入力装置の斜視図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の構成が異なること以外は、前述した第９実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１０実施形態の画像表示システムに関し、前述した第９実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４１では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。また、２つの入力装置５００は、右手用と左手用にするために対称に構成されている以外は、互いに同様の構成であるため、以下では、一方の入力装置５００について代表して説明し、他方の入力装置５００については、その説明を省略する。
図４１に示すように、本実施形態の入力装置５００は、弾性入力部５８０と、弾性入力部５８０に接続された接続部５７０と、接続部５７０の基端部（弾性入力部５８０と反対側の端部）に接続されたリング部５７９と、を有している。本実施形態の構成では、使用者は、リング部５７９に手を通し、弾性入力部５８０を直接握ることで、入力装置５００を把持する。また、接続部５７０には、入力部５７１が設けられている。また、リング部５７９には、前述した第９実施形態と同様に、入力装置５００のポジショントラッキングを行うための装置である赤外線出射装置５９３が設けられている。
また、入力装置５００は、円環状のリング部５７９を底面とし、弾性入力部５８０の中心を頂点とする略円錐形をなしている。言い換えると、入力装置５００は、リング部５７９の中心軸が弾性入力部５８０の中心と交わるような形状をなしている。これにより、弾性入力部５８０やリング部５７９に、変位検出部５９０が有する各種センサーやポジショントラッキングを行うための装置（赤外線出射装置５９３）等を好適に配置することができる。ただし、入力装置５００の形状としては、特に限定されず、例えば、リング部５７９の中心軸が弾性入力部５８０の中心からずれていてもよい。この場合、前記中心軸は、弾性入力部５８０と交わることが好ましい。また、リング部５７９の形状は、円環状に限定されず、例えば、楕円環状、長円環状、三角形、四角形等の多角環状となっていてもよい。
このような第１０実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第１１実施形態＞
次に、本発明の第１１実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４２は、本発明の第１１実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の弾性入力部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１１実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４２では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図４２に示すように、本実施形態の入力装置２００では、弾性層２２０は、筐体２１０の外周面に配置された光透過層２２０Ａと、光透過層２２０Ａの表面に積層された光反射層２２０Ｂと、を有している。光透過層２２０Ａは、光透過性を有しており、特に、本実施形態では実質的に無色透明である。一方、光反射層２２０Ｂは、後述する光Ｌを反射する光反射性を有している。また、光透過層２２０Ａは、弾性入力部２８０への入力時に光反射層２２０Ｂと共に変形し、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’の形状変化を許容する機能を有している。
検出部６１０は、光プローブ法によって弾性層２２０の変形を三次元的に検出する。光プローブ法を用いることで、弾性層２２０の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６１０について説明する。
図４２に示すように、検出部６１０は、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６１１と、スポット状の光の一次元の位置を受光面上で検出することのできるフォトダイオードから構成される半導体位置検出素子６１２（ＰＳＤ）と、を有する光学システム６１３を備えている。なお、光源６１１としては、特に限定されず、例えば、ＬＤ（レーザーダイオード）を用いることができる。
光源６１１から出射された光Ｌは、レンズ系６１４によって細い光束に絞られ、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’上に光スポットＬＳを形成する。この光スポットＬＳは、レンズ系６１５によって半導体位置検出素子６１２の表面に結像される。このような構成では、光学システム６１３と光スポットＬＳとの間の相対的変位量Ｚは、半導体位置検出素子６１２の表面上の像の移動量Ａとして観察される。すなわち、移動量Ａから相対的変位量Ｚを求めることができ、内面２２０Ｂ’の光スポットＬＳが形成されている部分の座標値を求めることができる。
このような構成の検出部６１０によれば、例えば、自然状態における内面２２０Ｂ’の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、内面２２０Ｂ’の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、内面２２０Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６１０は、内面２２０Ｂ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
なお、前述したように、検出部６１０では内面２２０Ｂ’の変形に基づいて弾性層２２０の変形を検出しているため、光反射層２２０Ｂは、薄い方が好ましい。例えば、光反射層２２０Ｂは、光透過層２２０Ａの厚さよりも薄いことが好ましい。これにより、内面２２０Ｂ’を弾性層２２０の表面（入力が行われる面）の近くに配置することができるため、内面２２０Ｂ’を入力に対してより正確にかつより大きく変形させることができる。そのため、検出部６１０の検出精度が向上する。このようなことから、本実施形態では、光反射層２２０ＢがマーカーＭとして機能しているとも言える。
以上のように、本実施形態では、弾性層２２０は、光反射性を有する光反射層２２０Ｂと、光反射層２２０Ｂの内側に位置し、光透過性を有する光透過層２２０Ａと、を有している。このような構成によれば、光透過層２２０Ａが、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’の変形を許容し、かつ、光Ｌを透過することから、筐体２１０内からでも、光プローブ法によって、弾性層２２０の変形を検出することができる。
このような第１１実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６１０は、１つの光学システム６１３を用いて内面２２０Ｂ’の各部の座標値を求めてもよいし、複数の光学システム６１３を用いて内面２２０Ｂ’の各部の座標値を求めてもよい。
＜第１２実施形態＞
次に、本発明の第１２実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４３は、本発明の第１２実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の検出部の構成が異なること以外は、前述した第１１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１２実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４３では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の検出部６２０は、光プローブ法によって、弾性層２２０の変形を三次元的に検出する。以下、検出部６２０について説明する。
図４３に示すように、検出部６２０は、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６２１（例えばＬＤ）と、光Ｌを集光するレンズ系６２２と、光源６２１とレンズ系６２２との間に配置されたビームスプリッタ６２３と、ディテクタ６２４（フォトダイオード）と、レンズ系６２２を移動させるモータ６２５と、を有する光学システム６２６を備えている。
光源６２１から出射された光Ｌは、レンズ系６２２によって集光され、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’上に光スポットＬＳを形成する。そして、内面２２０Ｂ’で反射した光Ｌは、レンズ系６２２を通ってビームスプリッタ６２３で反射した後結像する。そして、当該結像点にはディテクタ６２４が配置されている。また、ディテクタ６２４に結像点が常に位置するように、モータ６２５によってレンズ系６２２を光軸方向に移動させる。この時のレンズ系６２２の移動量に基づいて、内面２２０Ｂ’の光スポットＬＳが形成されている部分の座標値を求めることができる。
このような構成の検出部６２０によれば、例えば、自然状態における内面２２０Ｂ’の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、内面２２０Ｂ’の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、内面２２０Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６２０は、内面２２０Ｂ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
このような第１２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６２０は、１つの光学システム６２６を用いて内面２２０Ｂ’の各部の座標値を求めてもよいし、複数の光学システム６２６を用いて内面２２０Ｂ’の各部の座標値を求めてもよい。
＜第１３実施形態＞
次に、本発明の第１３実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４４は、本発明の第１３実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の検出部の構成が異なること以外は、前述した第１１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１３実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４４では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の検出部６３０は、光プローブ法によって、弾性層２２０の変形を三次元的に検出する。以下、検出部６３０について説明する。
図４４に示すように、検出部６３０は、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６３１（例えばＬＤ）と、光Ｌを拡大平行光とするレンズ系６３２と、レンズ系６３２を通過した光Ｌを集光するレンズ系６３３と、レンズ系６３２、６３３の間に位置する偏光ビームスプリッタ６３４と、偏光ビームスプリッタ６３４とレンズ系６３３との間に位置するλ／４板６３５と、内面２２０Ｂ’で反射した光Ｌを分割する波面分割ミラー６３６と、波面分割ミラー６３６で分割された一方の光Ｌを受光する第１ディテクタ６３７（フォトダイオード）および他方の光Ｌを受光する第２ディテクタ６３８（フォトダイオード）と、を有する光学システム６３９を備えている。
このような構成では、内面２２０Ｂ’がレンズ系６３３の焦点位置から変位すると、反射光束が変化し、第１、第２ディテクタ６３７、６３８の光量に差が生じる。そのため、この差に基づいて、内面２２０Ｂ’の光Ｌが照射されている部分の座標値を求めることができる。
このような構成の検出部６３０によれば、例えば、自然状態における内面２２０Ｂ’の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、内面２２０Ｂ’の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、内面２２０Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６３０は、内面２２０Ｂ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
このような第１３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６３０は、１つの光学システム６３９を用いて内面２２０Ｂ’の各部の座標値を求めてもよいし、複数の光学システム６３９を用いて内面２２０Ｂ’の各部の座標値を求めてもよい。
＜第１４実施形態＞
次に、本発明の第１４実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４５は、本発明の第１４実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の検出部の構成が異なること以外は、前述した第１１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１４実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４５では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の検出部６４０は、断面計測法、特に光切断法によって、弾性層２２０の変形を三次元的に検出する。具体的には、スリット状の光Ｌを内面２２０Ｂ’に照射し、内面２２０Ｂ’に写った光Ｌの形状に基づいて、弾性層２２０の変形を検出する。このような断面計測法（光切断法）を用いることで、弾性層２２０の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。
図４５に示すように、検出部６４０は、光反射層２２０Ｂの内面２２０Ｂ’に向けて光Ｌを出射する光源６４１と、光Ｌをスリット状にするスリット光形成部６４２と、光Ｌの光軸からずれた位置に設けられ、内面２２０Ｂ’に写ったスリット状の光Ｌを撮像する撮像素子６４４と、内面２２０Ｂ’と撮像素子６４４との間に位置するレンズ系６４５と、を有する光学システム６４６を備えている。
このような構成では、撮像素子６４４によって取得された画像、すなわち内面２２０Ｂ’に写る光Ｌの形状に基づいて、内面２２０Ｂ’の光Ｌが写っている部分の断面形状を取得することができる。そのため、例えば、スリット状の光Ｌを内面２２０Ｂ’の全域に走査し、内面２２０Ｂ’の各部の断面形状を取得することで、内面２２０Ｂ’の形状を検出することができる。
このような構成の検出部６４０によれば、例えば、自然状態における内面２２０Ｂ’の形状を基準形状として記憶しておき、この基準形状と内面２２０Ｂ’の形状とをリアルタイムに比較することで、内面２２０Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６４０は、内面２２０Ｂ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
このような第１４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６４０は、１つの光学システム６４６を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６４６を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。
＜第１５実施形態＞
次に、本発明の第１５実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４６は、本発明の第１５実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の検出部の構成が異なること以外は、前述した第１１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１５実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４６では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の検出部６５０は、等高線計測法、特に、モアレ縞を用いたモアレトポグラフィー法によって、弾性層２２０の変形を三次元的に検出する。具体的には、内面２２０Ｂ’のモアレ縞画像を取得し、このモアレ縞画像に基づいて、弾性層２２０の変形を検出する。このような等高線計測法を用いることで、弾性層２２０の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６５０について簡単に説明する。なお、本実施形態では、光源２４０が省略されている。
図４６に示すように、検出部６５０は、光Ｌを出射する光源６５１と、撮像素子６５２と、光源６５１および撮像素子６５２と内面２２０Ｂ’との間に設けられた格子６５３と、を有する光学システム６５４を備えている。
このような構成では、格子６５３を通った光源６５１からの光Ｌと、格子６５３を通して撮像素子６５２で見える部分と、が交差する部分が撮像素子６５２により撮像される部分であり、この交点を連ねた面に実質的な等高面が作られ、撮像素子６５２で取得した画像には、前記等高面に応じたモアレ縞が映し出される。この画像をモアレ縞画像とすれば、当該モアレ縞画像に基づいて、内面２２０Ｂ’の形状を取得することができる。
このような構成の検出部６５０によれば、例えば、自然状態における内面２２０Ｂ’の形状を基準形状として記憶しておき、この基準形状と、リアルタイムに求められた内面２２０Ｂ’の形状と、を比較することで、内面２２０Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６５０は、内面２２０Ｂ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
このような第１５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６５０は、１つの光学システム６５４を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６５４を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。
＜第１６実施形態＞
次に、本発明の第１６実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４７は、本発明の第１６実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の検出部の構成が異なること以外は、前述した第１１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１６実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４７では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の検出部６７０は、パターン投影法によって、弾性層２２０の変形を検出する。このようなパターン投影法を用いることで、弾性層２２０の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６６０について簡単に説明する。
図４７に示すように、検出部６６０は、光Ｌからなる基準パターンを内面２２０Ｂ’に投影する画像投影部６６１と、画像投影部６６１の光軸からずれた位置から内面２２０Ｂ’に投影された基準パターンを撮像する撮像素子６６２と、を有する光学システム６６３を備えている。このような構成では、撮像素子６６２で取得した画像に写る基準パターンの形状に基づいて、基準パターンが投影されている部分の内面２２０Ｂ’の形状を検出することができる。そのため、例えば、内面２２０Ｂ’の全域に基準パターンを投影することで、内面２２０Ｂ’の形状を検出することができる。なお、内面２２０Ｂ’に投影する基準パターンとしては、特に限定されず、例えば、平行な直線が離間して並ぶ格子状のパターンを用いることができる。
このような構成の検出部６６０によれば、例えば、自然状態における内面２２０Ｂ’の形状を基準形状として記憶しておき、この基準形状と、リアルタイムに求められた内面２２０Ｂ’の形状と、を比較することで、内面２２０Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６６０は、内面２２０Ｂ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
このような第１６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６６０は、１つの光学システム６６３を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６６３を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。
＜第１７実施形態＞
次に、本発明の第１７実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４８は、本発明の第１７実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の検出部の構成が異なること以外は、前述した第１１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１７実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４８では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
本実施形態の検出部６７０は、位相シフト法によって、弾性層２２０の変形を検出する。このような位相シフト法を用いることで、弾性層２２０の変形を比較的簡単に、かつ、精度よく検出することができる。以下、検出部６７０について簡単に説明する。
図４８に示すように、検出部６７０は、基準パターンを内面２２０Ｂ’に投影する画像投影部６７１と、画像投影部６７１の光軸からずれた位置から内面２２０Ｂ’に投影された基準パターンを撮像する撮像素子６７２と、を有する光学システム６７３を備えている。
このような構成では、例えば、基準パターンとして、輝度値の明暗で正弦波を表した縞パターンを内面２２０Ｂ’に投影し、内面２２０Ｂ’に投影された基準パターンを撮像素子６７２で撮像する。基準パターンは、π／２ずつずらして４回投影され、その都度、撮像素子６７２で撮像する。こうして得られた４つの画像から、基準パターンが投影されている部分の内面２２０Ｂ’の形状を検出することができる。なお、基準パターンや基準パターンのずらし方等は、特に限定されない。
このような構成の検出部６７０によれば、例えば、自然状態における内面２２０Ｂ’の形状を基準形状として記憶しておき、この基準形状と、リアルタイムに求められた内面２２０Ｂ’の形状と、を比較することで、内面２２０Ｂ’の変形を検出することができる。さらに、検出部６７０は、内面２２０Ｂ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
このような第１７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、検出部６７０は、１つの光学システム６７３を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよいし、複数の光学システム６７３を用いて内面２２０Ｂ’の全域の形状を検出してもよい。
なお、前述した第１１実施形態から本実施形態まで、光学的な方法によって内面２２０Ｂ’の形状変化を検出し、これにより、弾性入力部２８０への入力を検出する方法について説明したが、内面２２０Ｂ’の形状変化を検出する方法としては、第１１実施形態から本実施形態に限定されない。すなわち、内面２２０Ｂ’の形状を検出することができれば、如何なる方法を用いてもよい。例えば、いわゆる「点計測式」の方法であれば、前述した第１１、第１２、第１３実施形態で説明した光プローブ方式の他にも、超音波プローブを用いた超音波方式、磁気を利用した磁気方式等を用いることができる。また、いわゆる「面計測式」の方法であれば、シルエット法、光包絡線法、前述した第１４実施形態で説明した光切断法等を含む断面計測方式、干渉縞法、ホログラフィ法、前述した第１５実施形態のモアレトポグラフィー法等を含む等高線計測方式を用いることができる。
＜第１８実施形態＞
次に、本発明の第１８実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図４９は、本発明の第１８実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の弾性入力部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１８実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図４９では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図４９に示すように、本実施形態の入力装置２００では、弾性層２２０は、筐体２１０の外周面に配置された光透過層２２０Ａと、光透過層２２０Ａの表面に積層された画像表示層２２０Ｃと、を有している。光透過層２２０Ａは、光透過性を有しており、特に、本実施形態では実質的に無色透明である。一方、画像表示層２２０Ｃは、光反射性を有しており、後述する画像投影部７１０からの光によって画像が表示される層である。光透過層２２０Ａは、弾性入力部２８０への入力時に画像表示層２２０Ｃと共に変形し、画像表示層２２０Ｃの内面２２０Ｃ’の形状変化を許容する機能を有している。
また、本実施形態の入力装置２００は、筐体２１０内に配置された画像投影部７１０を有している。なお、画像投影部７１０としては、特に限定されないが、例えば、液晶型のプロジェクタ、光走査型のプロジェクタ等を有する構成とすることができる。
そして、画像投影部７１０からの光によって画像表示層２２０Ｃの内面２２０Ｃ’に所定の画像が表示されるようになっている。特に、本実施形態では、画像投影部７１０によって画像表示層２２０Ｃの内面２２０Ｃ’に、マーカーＭが表示される。すなわち、本実施形態の入力装置２００では、内面２２０Ｃ’にマーカーＭを表示することで、弾性層２２０にマーカーＭを配置している。これにより、マーカーＭのパターンを目的に応じて変更することができるため、入力装置２００は、優れた利便性を発揮することができる。
このようなマーカーＭは、内面２２０Ｃ’の変形に伴って変位するため、検出部２３０は、マーカーＭの変位を検出することで、内面２２０Ｃ’の変形を検出することができる。さらに、検出部２３０は、内面２２０Ｃ’の変形に基づいて、弾性層２２０の変形、すなわち弾性層２２０への入力を検出することができる。
このような第１８実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第１９実施形態＞
次に、本発明の第１９実施形態に係る画像表示システムについて説明する。
図５０ないし図５２は、それぞれ、本発明の第１９実施形態の入力装置の断面図である。
本実施形態に係る画像表示システムは、入力装置の弾性入力部の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の画像表示システムと同様である。
なお、以下の説明では、第１９実施形態の画像表示システムに関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図５０では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
図５０に示すように、本実施形態の入力装置２００では、第１マーカー２２１は、第１弾性層２２４と第２弾性層２２５との間に配置され、膜状（シート状）をなしている。また、第２マーカー２２２は、第２弾性層２２５と第３弾性層２２６との間に配置され、膜状（シート状）をなしている。また、第３マーカー２２３は、第３弾性層２２６と保護層２２７との間に配置され、膜状（シート状）をなしている。これら第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３は、それぞれ、弾性層２２０の変形に伴って変形する。
また、第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３は、それぞれ、特定の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。また、第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３は、それぞれ、反射する光の波長が異なっている。このような第１マーカー２２１、第２マーカー２２２および第３マーカー２２３としては、例えば、ダイクロイックフィルタ等の光学フィルタを用いることができる。
また、本実施形態の入力装置２００は、前述した第１１実施形態で用いられている検出部６１０を有している。また、図５０〜図５２に示すように、検出部６１０は、第１マーカー２２１の変形を検出する第１検出部６１０Ａと、第２マーカー２２２の変形を検出する第２検出部６１０Ｂと、第１マーカー２２１の変形を検出する第３検出部６１０Ｃと、を有している。
図５０に示すように、第１検出部６１０Ａでは、光源６１１から第１マーカー２２１で反射される波長の光Ｌ１が出射される。一方、半導体位置検出素子６１２は、光Ｌ１を透過し、後述する光Ｌ２、Ｌ３の透過を阻止する図示しないバンドパスフィルターが配置されている。そのため、第１検出部６１０Ａは、光Ｌ１を用いて、第１マーカー２２１の変形を検出することができる。このような第１検出部６１０Ａは、例えば、自然状態における第１マーカー２２１の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、第１マーカー２２１の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、第１マーカー２２１の変形を検出することができる。
また、図５１に示すように、第２検出部６１０Ｂでは、光源６１１から第２マーカー２２２で反射される波長の光Ｌ２が出射される。なお、この光Ｌ２は、第１マーカー２２１を透過する。一方、半導体位置検出素子６１２は、光Ｌ２を透過し、光Ｌ１、Ｌ３の透過を阻止する図示しないバンドパスフィルターが配置されている。そのため、第２検出部６１０Ｂは、光Ｌ２を用いて、第２マーカー２２２の変形を検出することができる。このような第２検出部６１０Ｂは、例えば、自然状態における第２マーカー２２２の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、第２マーカー２２２の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、第２マーカー２２２の変形を検出することができる。
また、図５２に示すように、第３検出部６１０Ｃでは、光源６１１から第３マーカー２２３で反射される波長の光Ｌ３が出射される。なお、この光Ｌ３は、第１マーカー２２１および第２マーカー２２２を透過する。一方、半導体位置検出素子６１２は、光Ｌ３を透過し、光Ｌ１、Ｌ２の透過を阻止する図示しないバンドパスフィルターが配置されている。そのため、第３検出部６１０Ｃは、光Ｌ３を用いて、第３マーカー２２３の変形を検出することができる。このような第３検出部６１０Ｃは、例えば、自然状態における第３マーカー２２３の各部の座標値を基準座標値として記憶しておき、この基準座標値と、第３マーカー２２３の各部の座標値と、をリアルタイムに比較することで、第３マーカー２２３の変形を検出することができる。
このような構成の検出部６１０によれば、第１検出部６１０Ａで検出された第１マーカー２２１の変形、第２検出部６１０Ｂで検出された第２マーカー２２２の変形および第３検出部６１０Ｃで検出された第３マーカー２２３の変形に基づいて弾性層２２０の変形を検出することができる。
このような第１９実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、３つの検出部６１０Ａ、６１０Ｂ、６１０Ｃを有しているが、これに限定されず、１つの検出部６１０を有する構成であってもよい。この場合には、例えば、光源６１１が光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を周期的に切り替えて出射するように構成し、第１、第２、第３マーカー２２１、２２２、２２３の変形を時分割で検出するようにすればよい。
また、検出部６１０に替えて、例えば、前述した第１２実施形態から第１７実施形態で説明したような検出部６２０、６３０、６４０、６５０、６６０、６７０を用いてもよい。
以上、本発明の入力装置および画像表示システムについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
なお、本国際特許出願は、米国指定に関し、２０１６年３月２９日に出願された日本国特許出願第２０１６−６５６３７号および２０１６年１１月２２日に出願された日本国特許出願第２０１６−２２７０３２号について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。
本発明の入力装置は、外力が入力される第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を有する弾性入力部と、前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層の変形を検出する検出部と、を備えている。そのため、例えば、使用者が弾性層を押すことにより弾性層が変形し、この変形を検出部が検出することで、弾性入力部への入力を検出することができる。特に、弾性層の反発によって何か物を触れているとの感覚を使用者に与えることができるため、使用者は、直感的な入力が可能となる。したがって、本発明の入力装置は、産業上の利用可能性を有している。
１００ 画像表示システム
２００ 入力装置
２１０ 筐体
２１１ 支持部材
２２０ 弾性層
２２０Ａ 光透過層
２２０Ｂ 光反射層
２２０Ｂ’ 内面
２２０Ｃ 画像表示層
２２０Ｃ’ 内面
２２０ａ 外周面
２２０ｂ 内周面
２２１ 第１マーカー
２２２ 第２マーカー
２２３ 第３マーカー
２２４ 第１弾性層
２２５ 第２弾性層
２２６ 第３弾性層
２２７ 保護層
２２８ 基準マーカー
２２９ 露出マーカー
２３０ 検出部
２３１ カメラ
２３２ 処理部
２３２ａ ＣＰＵ
２３２ｂ メモリー
２３２ｃ 記憶部
２４０ 光源
２４１ 発光部
２５０ 信号生成部
２６０ 送信部
２７０ 脚部
２８０ 弾性入力部
２９０ 変位検出部
２９１ 加速度センサー
２９２ 角速度センサー
２９３ 赤外線出射装置
３００ 画像表示装置
３１０ 画面
４００ 端末
５００ 入力装置
５００’ 入力装置セット
５１０ 筐体
５２０ 弾性層
５３０ 検出部
５４０ 光源
５５０ 信号生成部
５６０ 送信部
５７０ 接続部
５７１ 入力部
５７２ 第１入力ボタン
５７３ 第２入力ボタン
５７４ 入力ボタン
５７５ 挿入部
５７９ リング部
５８０ 弾性入力部
５９０ 変位検出部
５９３ 赤外線出射装置
６１０ 検出部
６１０Ａ 第１検出部
６１０Ｂ 第２検出部
６１０Ｃ 第３検出部
６１１ 光源
６１２ 半導体位置検出素子
６１３ 光学システム
６１４ レンズ系
６１５ レンズ系
６２０ 検出部
６２１ 光源
６２２ レンズ系
６２３ ビームスプリッタ
６２４ ディテクタ
６２５ モータ
６２６ 光学システム
６３０ 検出部
６３１ 光源
６３２ レンズ系
６３３ レンズ系
６３４ 偏光ビームスプリッタ
６３５ λ／４板
６３６ 波面分割ミラー
６３７ 第１ディテクタ
６３８ 第２ディテクタ
６３９ 光学システム
６４０ 検出部
６４１ 光源
６４２ スリット光形成部
６４４ 撮像素子
６４５ レンズ系
６４６ 光学システム
６５０ 検出部
６５１ 光源
６５２ 撮像素子
６５３ 格子
６５４ 光学システム
６６０ 検出部
６６１ 画像投影部
６６２ 撮像素子
６６３ 光学システム
６７０ 検出部
６７１ 画像投影部
６７２ 撮像素子
６７３ 光学システム
７００ 画像投影部
７１０ 画像投影部
Ａ 移動量
Ｌ 光
Ｌ１ 光
Ｌ２ 光
Ｌ３ 光
ＬＥ レンズ
ＬＳ 光スポット
Ｍ マーカー
Ｑ 導光部
Ｓ 内部空間
Ｓ２ 空隙
Ｘ 仮想立体構造物
Ｚ 相対的変位量

Claims (15)

  1. 外力が入力される第１面および前記第１面の反対側の第２面が規定される弾性層と、前記弾性層に配置され、前記弾性層の変形に伴って変位するマーカーと、を有する弾性入力部と、
    前記弾性層の前記第２面側に位置づけられ、前記マーカーの変位に基づいて前記弾性層の変形を検出する検出部と、を備えることを特徴とする入力装置。
  2. 画像投影部を有し、
    前記マーカーは、前記画像投影部によって前記弾性層に表示される請求項１に記載の入力装置。
  3. 前記マーカーは、前記弾性層の厚さ方向にずれて配置された第１マーカーおよび第２マーカーを有する請求項１または２に記載の入力装置。
  4. 前記弾性層は、前記第１マーカーを有する第１弾性層と、前記第１弾性層上に配置され、前記第２マーカーを有する第２弾性層と、を有する請求項３に記載の入力装置。
  5. 前記第１マーカーおよび前記第２マーカーは、形状および色彩の少なくとも一方が互いに異なっている請求項３または４に記載の入力装置。
  6. 前記マーカーは、前記第１面に露出する露出マーカーを有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の入力装置。
  7. 前記弾性入力部は、前記弾性部の変形によって変位せず、前記検出部によって検出可能な基準マーカーを有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の入力装置。
  8. 前記検出部は、前記弾性層を撮像する撮像部を有し、前記撮像部が撮像した前記弾性層の画像データに基づいて前記弾性層の変形を検出する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の入力装置。
  9. 前記検出部は、ステレオ写真法によって前記弾性層の変形を検出する請求項８に記載の入力装置。
  10. 前記第１面は、前記第２面と反対側に向けて凸となる形状である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の入力装置。
  11. 前記弾性層を前記第２面側から支持する支持部を備える請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の入力装置。
  12. 前記弾性入力部に接続された接続部を有する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の入力装置。
  13. 前記接続部に配置された入力部を有する請求項１２に記載の入力装置。
  14. 前記接続部は、使用者に把持される把持部である請求項１２または１３に記載の入力装置。
  15. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の入力装置と、
    画像を表示する画像表示装置と、を有していることを特徴とする画像表示システム。
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