JP2019008073A - ジェスチャ入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力動作を受け付ける領域をユーザが認識可能な入力装置を実現する。【解決手段】入力装置（１）は、ユーザの動作を検出する動作検出部（２０）と、動作検出部（２０）において動作が検出される領域を提示する領域画像を空間に結像させる表示部（１０）とを備え、表示部は、光源（１２）と、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導光板（１１）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザの動作による入力を可能とするジェスチャ入力装置に関する。

特許文献１には、ユーザの体の特定部位（例えばユーザの指）の動きを検知し、当該特定部位の動きに基づいて車両機器に対する操作を行うジェスチャ入力装置が開示されている。上記特定部位の動きは、例えば３次元画像を形成する近赤外線センサにより検出される。近赤外線センサは、所定の領域を検知エリアとし、検知エリアにユーザの指が入りこんだときに、その指の動きを検知する。

特開２０１５−１８４８４１号公報（２０１５年１０月２２日公開）

しかしながら、特許文献１に開示されているジェスチャ入力装置では、検知エリアをユーザが認識できないため、入力を適切に行えない虞がある。

本発明の一態様は、入力動作を受け付ける領域をユーザが認識可能なジェスチャ入力装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置は、ユーザの動作を検出する動作検出部と、前記動作検出部において前記動作が検出される領域を提示する領域画像を空間に結像させる画像投影部とを備え、前記画像投影部は、光源と、前記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導光板とを備える。

上記の構成によれば、動作検出部において動作が検出される領域を提示する領域画像を、画像投影部が空間に結像させる。画像投影部は、光源と導光板とを備え、導光板は、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。したがって、ユーザは、入力装置が入力動作を受け付ける領域を、空間に結像した入力位置画像により認識し、適切に入力動作を行うことができる。

また、本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置は、前記動作検出部が検出した動作が、所定の入力を示す入力動作であるか否かを判定する判定部と、前記判定部における判定結果を提示する判定結果提示部とをさらに備える。

上記の構成によれば、動作検出部が検出した動作を判定部が判定し、判定結果を判定結果提示部が提示する。したがって、ユーザは、判定結果を参照することで、入力動作が所望の入力として判定されているか確認することができる。

また、本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置において、前記判定結果提示部は、第２光源と、前記第２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２導光板とを備える。

上記の構成によれば、判定部による判定結果が、第２光源および第２導光板により空間に結像された画像により提示される。

また、本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置において、前記第２導光板は、前記導光板と重畳されている。

上記の構成によれば、ジェスチャ入力装置を小型化することができる。

また、本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置において、前記判定結果提示部は、複数の第２光源と、前記複数の第２光源から入射した光を導光して出射させ、空間に画像を結像させる第２導光板とを備え、前記動作検出部が検出した動作が、所定の入力を示す入力動作である場合、前記判定結果提示部は、前記複数の第２光源のうち該入力動作に対応する第２光源を点灯させることにより、入力動作に応じて異なる画像を空間に結像させる。

上記の構成によれば、第２導光板に光を入射させる第２光源を入力動作に応じて切り換えることで、空間に結像させる画像を異ならせることができる。

また、本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置において、前記複数の第２光源は、前記第２導光板に対して光を入射する方向が異なる。

上記の構成によれば、光を入射する方向を異ならせることで、空間に結像させる画像を異ならせることができる。

また、本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置において、前記複数の第２光源は、前記第２導光板に対して光を入射する方向が同じで、かつ、互いに離隔して配置されている。

上記の構成によれば、光を入射する位置を異ならせることで、空間に結像させる画像を異ならせることができる。

本発明の一態様に係るジェスチャ入力装置によれば、入力動作を受け付ける領域をユーザが認識可能な入力装置を実現できる。

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。 上記入力装置が備える表示部の斜視図である。 上記入力装置の使用状態を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、上記表示部が表示する入力位置画像の例を示す図である。 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。 上記入力装置の使用状態を示す斜視図である。 （ａ）は、判定部による判定結果を３次元画像により表示する場合の３次元画像の例であり、（ｂ）は、１枚の導光板により２種類の３次元画像を表示することが可能な第２表示部の一例を示す図である。 （ａ）は、判定部による判定結果を２次元画像により表示する場合の第２表示部の構成の例を示す図であり、（ｂ）は、光路変更部１６の構成を示す斜視図である。 実施形態３の入力装置の使用状態を示す斜視図である。 （ａ）は、実施形態１の入力装置がエレベータに搭載される例を示す図であり、（ｂ）は、実施形態１の入力装置が冷蔵庫に搭載される例を示す図であり、（ｃ）は、実施形態１の入力装置が遊技機に搭載される例を示す図である。 （ａ）は、実施形態５の表示部の構成の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した表示部が備える導光板の構成を示す平面図である。 図１１の（ａ）に示した表示部による立体画像の結像方法を示す斜視図である。 （ａ）は、実施形態５の、図１１の（ａ）に示したものとは別の表示部の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した表示部の構成を示す断面図である。 実施形態５の、図１１の（ａ）および図１３の（ｂ）に示したものとは別の表示部の構成を示す断面図である。

〔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（ジェスチャ入力装置）について詳細に説明する。

（入力装置１の構成）
図１は、本実施形態に係る入力装置１の要部の構成を示すブロック図である。図１に示すように、入力装置１は、表示部１０と、動作検出部２０と、制御部３０とを備える。表示部１０は、導光板１１（第１導光板）と、光源１２（第１光源）とを備える。制御部３０は、表示制御部３１と、判定部３２とを備える。

表示部１０（画像投影部）は、動作検出部２０において動作が検出される領域を提示する入力位置画像（領域画像）を空間に結像させる。表示部１０の具体的な構成について、以下に説明する。

図２は、表示部１０の斜視図である。図２では、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の立体画像Ｉを表示している様子を示している。

導光板１１は、直方体形状を有しており、透明性および比較的高い屈折率を有する樹脂材料で形成されている。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、または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から入射した光を導光して出射面１１ａから出射させ、空間に画像を結像させる。光源１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting diode）光源である。

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２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が特に示されている。さらに図２には、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。

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。

表示制御部３１は、表示部１０による入力位置画像の表示を制御する。例えば表示制御部３１は、表示部１０が備える光源１２の点灯および消灯を制御することで、入力位置画像の表示および非表示を制御する。また、光源１２が明るさを調整する機能を有する場合には、表示制御部３１が当該明るさを調整してもよい。

動作検出部２０は、ユーザの動作を検出する。動作検出部２０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を用いた撮像装置であってよい。また、動作検出部２０は、近赤外線センサであってもよい。

判定部３２は、動作検出部２０が検出したユーザの動作（ジェスチャ）が、所定の入力を示す入力動作であるか否かを判定する。入力動作とは、入力を示す動作として入力装置１に予め設定されている動作である。

図３は、入力装置１の使用状態を示す斜視図である。図３に示す例では、導光板１１および光源１２により、矩形の２次元画像である入力位置画像Ｐ１が導光板１１より前方の空間に浮いて表示されている。入力位置画像Ｐ１は、動作検出部２０がユーザの動作を検出可能な空間内に結像される。ユーザは、入力位置画像Ｐ１において、具体的には入力位置画像Ｐ１に手Ｈで触れるような位置において所定の入力動作を行うことで、入力装置１に対して入力を行うことができる。なお、実際には、入力装置１は、手Ｈが入力位置画像Ｐ１に触れると想定される空間内、すなわち図３において破線で示されている空間内における入力動作を受け付ける。

図４の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、表示部１０が表示する入力位置画像の例を示す図である。図３には、表示部１０が表示する入力位置画像として、矩形の枠画像が示されている。しかし、入力位置画像の形状は矩形に限定されない。

入力位置画像は、例えば図４の（ａ）に示すように、円形の２次元画像、または球形の３次元画像であってもよい。また、入力位置画像は、例えば図４の（ｂ）に示すように、座標軸の２次元画像であってもよく、図４の（ｃ）に示すように、直方体の３次元画像であってもよい。さらに、入力位置画像は、図４の（ａ）〜（ｃ）のいずれとも異なる２次元画像または３次元画像であってもよい。

入力位置画像が２次元画像である場合、ユーザは、２次元画像が表示されている面に触れる位置で入力動作を行えばよい。入力位置画像が３次元画像である場合、ユーザは、当該３次元画像が表示されている空間内で入力動作を行えばよい。

以上のとおり、入力装置１においては、動作検出部２０においてユーザの動作が検出される領域を提示する入力位置画像を、表示部１０が空間に結像させる。表示部１０は、光源１２と導光板１１とを備え、導光板１１は、光源１２から入射した光を導光して出射面１１ａから出射させ、空間に画像を結像させる。したがって、ユーザは、入力装置１が入力動作を受け付ける領域を、空間に結像した入力位置画像により認識し、適切に入力動作を行うことができる。

〔実施形態２〕
本発明の別の実施形態における入力装置２（ジェスチャ入力装置）について、以下に説明する。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。

図５は、本実施形態に係る入力装置２の要部の構成を示すブロック図である。図５に示すように、入力装置２は、以下の点で入力装置１と相違する。
・第２表示部４０（判定結果提示部）をさらに備える。
・制御部３０の代わりに制御部３０Ａを備える。
第２表示部４０は、光源４２（第２光源）と、光源４２から入射した光を導光して出射させ、空間に画像を結像させる導光板４１（第２導光板）とを備える。制御部３０Ａは、制御部３０の各機能ブロックに加えて第２表示制御部３３を備える。

第２表示部４０は、判定部３２における判定結果を提示する。具体的には、第２表示部４０は、判定部３２における判定結果を示す入力判定画像を空間に結像させる。より具体的には、第２表示部４０は、動作検出部２０が検出したユーザの動作が入力動作であると判定部３２が判定した場合に、判定結果に対応する画像を結像させる。第２表示部４０の構成は表示部１０の構成と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

第２表示制御部３３は、判定部３２による判定結果に基づいて、第２表示部４０による入力判定画像の表示を制御する。例えば第２表示部４０が判定部３２による判定結果に基づいて複数種類の画像を選択的に結像させることが可能である場合、第２表示制御部３３は、当該複数種類の画像のうちいずれを結像させるかを制御する。すなわち、動作検出部２０が検出したユーザの動作が入力動作であると判定部３２が判定した場合に、第２表示部４０は、複数の光源のうち判定結果に対応する光源を点灯させることで、判定結果に応じて異なる画像（判定結果に対応する画像）を結像させる（表示させる）。

また、表示制御部３１も、判定部３２による判定結果に基づいて、表示部１０による入力判定画像の表示を制御してもよい。例えば、動作検出部２０が検出したユーザの動作が入力動作であると判定部３２が判定した場合に、表示制御部３１は、光源１２がより明るく発光するように制御してもよい。

図６は、入力装置２の使用状態を示す斜視図である。図６に示す例では、導光板１１および光源１２により、矩形の２次元画像である入力位置画像Ｐ１が空間に表示されている。ユーザは、入力位置画像Ｐ１において、具体的には入力位置画像Ｐ１に手Ｈで触れるような位置において所定の入力動作を行うことで、入力装置１に対して入力を行うことができる。また、導光板４１および光源４２により、ユーザによる入力動作の判定結果を示す入力判定画像Ｐ２が空間に表示されている。

なお、図６に示した例では、第２表示部４０が備える導光板４１は、表示部１０が備える導光板１１よりも、Ｘ軸方向における正の側に重畳して配されている。しかし、入力装置２において、導光板１１が導光板４１よりもＸ軸方向における正の側に重畳して配されてもよい。また、導光板４１は、必ずしも導光板１１と重畳して配される必要はない。ただし、導光板４１と導光板１１とが重畳して配される場合には、入力装置１を小型化できるため好ましい。

図７の（ａ）は、判定部３２による判定結果を３次元画像により表示する場合の３次元画像の例である。図７の（ａ）には、２種類の３次元画像が示されている。３次元画像を表示する場合には、例えば、第２表示部４０は、表示する画像の種類の数だけ、導光板４１、およびそれぞれの導光板４１に光を入射させる光源４２を備えればよい。ただし、第２表示部４０は、必ずしも表示する画像の種類の数だけ導光板４１を備える必要はない。

図７の（ｂ）は、１枚の導光板４１により２種類の３次元画像を表示することが可能な第２表示部４０の一例を示す図である。図７の（ｂ）に示す第２表示部４０は、１枚の導光板４１と、光源４２ａおよび４２ｂを備える。光源４２ａが発する光は、導光板４１の一部である領域Ａ１にのみ導光される。また、光源４２ｂが発する光は、導光板４１の一部である領域Ａ２にのみ導光される。領域Ａ１およびＡ２のそれぞれに、互いに異なる３次元画像を表示するための光路変更部（不図示）が形成されている。すなわち、光源４２ａおよび４２ｂは、互いに異なる３次元画像に対応している。したがって、第２表示部４０において、光源４２ａおよび４２ｂのうち、点灯させる光源を切り換えることで、互いに異なる２種類の３次元画像を表示することができる。なお、第２表示部４０は、入射光が互いに異なる領域に導光される３以上の光源を備えることで、互いに異なる３種類以上の３次元画像を表示することもできる。

図８の（ａ）は、判定部３２による判定結果を２次元画像により表示する場合の第２表示部４０の構成の例を示す図である。２次元画像を表示する場合には、１枚の導光板を用いて複数の画像を表示させることができる。この場合、第２表示部４０は、複数の光源４２と、複数の光源４２から入射した光を導光して出射させ、空間に画像を結像させる導光板４１とを備える。動作検出部２０が検出した動作が入力動作である場合、第２表示部４０は、当該入力動作に対応する光源４２を点灯させることにより、入力動作に応じて異なる画像を空間に結像させる。図８の（ａ）に示す第２表示部４０は、８種類の２次元画像を表示することが可能な導光板４１と、それぞれの２次元画像に対応する、光源４２としての光源４２ａ〜４２ｈ（第２光源）とを備える。

光源４２ａ〜４２ｈは、導光板４１に対して光を入射する方向または入射する位置が異なる。図８の（ａ）に示す例では、（ｉ）光源４２ａおよび４２ｂ、（ｉｉ）光源４２ｃおよび４２ｄ、（ｉｉｉ）光源４２ｅおよび４２ｆ、ならびに（ｉｖ）光源４２ｇおよび４２ｈは、それぞれの組（ｉ）〜（ｉｖ）ごとに導光板４１に対して光を入射する方向が異なる。また、光源４２ａ〜４２ｂは、導光板４１に対して光を入射する方向が同じで、かつ、互いに離隔して配置されている。図８の（ａ）に示す例では、上述したそれぞれの光源の組において、光源は、導光板４１に対して光を入射する方向が同じで、かつ、互いに離隔して配置されている。

図８の（ｂ）は、光路変更部１６の構成を示す斜視図である。導光板４１には、光の入射方向および入射位置によって異なる入力判定画像を表示させる光路変更部１６が形成されている。光路変更部１６は、入射した光を反射（全反射）する反射面１６ａと、入射した光を透過させる垂直面１６ｂとを有する。反射面１６ａに入射した光Ｌ１は全反射され、第２表示部４０が表示する２次元画像を形成する。一方、垂直面１６ｂに入射した光Ｌ２は、光路変更部１６をそのまま透過するか、または反射面１６ａで２次元画像が表示される側とは逆方向に反射される。第２表示制御部３３は、光源４２ａ〜４２ｈのうち、判定部３２による判定結果に対応する入力判定画像を表示させる入射方向および入射位置の光源を点灯させることで、当該入力判定画像を表示する。

以上のとおり、入力装置２においては、判定部３２による判定結果を示す入力判定画像が第２表示部４０により表示される。したがって、ユーザは、入力判定画像を参照することで、入力動作が所望の入力として判定されているか確認することができる。

また、第２表示部４０は、例えば光源４２ａ〜４２ｈと、導光板４１とを備える。したがって、判定部３２による判定結果は、第２表示部４０により空間に結像された入力判定画像により提示される。

なお、判定部３２による判定結果は、必ずしも空間に結像された画像により提示される必要はなく、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置により提示されてもよい。

（変形例）
第２表示部４０は、表示部１０が表示する入力位置画像と同じ画像を、表示部１０が表示する大きさとは異なる大きさで表示するものであってもよい。この場合、入力位置画像の表示サイズを変更する入力動作が、予め入力装置２に設定されている。当該入力動作を動作検出部２０が検出した場合、入力装置２は、表示部１０による入力位置画像の表示を停止し、第２表示部４０による入力位置画像の表示を開始する。

〔実施形態３〕
本発明の別の実施形態について、以下に説明する。本実施形態では、車両に搭載されている入力装置３（ジェスチャ入力装置）について説明する。入力装置３は、入力装置１と同様の構成を有する。なお、入力装置３は入力装置２と同様の構成を有していてもよい。

図９は、本実施形態の入力装置３の使用状態を示す斜視図である。図９に示すように、入力装置３においては、表示部１０および動作検出部２０は、車両のセンターコンソールに設けられている。入力位置画像Ｐ１も、センターコンソールの近傍に表示される。また、入力装置３が入力装置２と同様の構成を有する場合、すなわち入力装置３が第２表示部４０を備える場合には、第２表示部４０も車両のセンターコンソールに設けられる。入力装置３の判定部３２は、車両の制御装置が有する機能の一部として実現される。このような入力装置３により、ユーザは車両に対して入力を行うことができる。

〔実施形態４〕
本発明の別の実施形態について、以下に説明する。

入力装置１は、上述した車両に限らず、ユーザからの入力を受け付ける多様な電子機器に適用されてよい。また、入力装置１の代わりに入力装置２が多様な機器に適用されてもよい。

図１０の（ａ）は、入力装置１がエレベータ２００に搭載される例を示す図である。エレベータ２００においては、例えばドア２１０の近傍に入力装置１の表示部１０および動作検出部２０が設けられる。ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、例えばドア２１０の開閉などを操作することができる。

図１０の（ｂ）は、入力装置１が冷蔵庫３００に搭載される例を示す図である。冷蔵庫３００は冷凍室の扉３１０および冷蔵室の扉３２０を有する。扉３１０および３２０のそれぞれの取っ手の近傍に、入力装置１の表示部１０および動作検出部２０が設けられる。ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、例えば冷凍室および冷蔵室の温度、または動作モードなどを操作することができる。

図１０の（ｃ）は、入力装置１が遊技機４００に搭載される例を示す図である。遊技機４００においては、ユーザと対向する面の中央近傍に、入力装置１の表示部１０および動作検出部２０が設けられる。ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、例えば遊技機４００の演出に対応する操作（例えば遊技機４００が備える液晶ディスプレイに表示されるメッセージに従ったジェスチャ入力、またはスロットの演出時におけるリール停止操作）、玉が射出される速度および方向などを操作することができる。

また、入力装置１は、例えばテレビまたはオーディオ機器に搭載されてもよい。この場合、ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、例えばチャンネルおよび音量などを変更できる。

また、入力装置１は、例えばフォトフレームに搭載されてもよい。この場合、ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、例えば表示される画像を切り換えることができる。

また、入力装置１は、例えばデジタルカメラに搭載されてもよい。この場合、ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、撮影領域の拡大および縮小、並びに撮影といった操作を行うことができる。

また、入力装置１は、例えば空気調和器（エアコン）に搭載されてもよい。この場合、ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、（１）空気の温度設定、または（２）冷房または暖房といった動作モードの変更の操作を行うことができる。

また、入力装置１は、例えばパソコンまたはタブレットに搭載されてもよい。この場合、ユーザは、表示部１０により表示される入力位置画像Ｐ１において入力動作を行うことで、当該入力動作に予め対応付けられた任意の操作を行うことができる。換言すれば、入力装置１を、汎用の入力装置として用いることができる。

なお、それぞれの機器は、さらに別の表示装置、例えば液晶ディスプレイなどを備えていてもよい。この場合、入力装置１の表示部１０は、液晶ディスプレイなどに重畳して設けられ、液晶ディスプレイの表示内容を拡大して空間に結像させてもよい。

〔実施形態５〕
本発明の別の実施形態について、以下に説明する。

上述した各実施形態において、入力装置１〜３は、図２に示した表示部１０を備えていた。しかし、入力装置１〜３は、表示部１０および第２表示部４０の代わりに、以下に説明する表示部１０Ａ、１０Ｂまたは１０Ｃを備えていてもよい。

（表示部１０Ａ）
図１１の（ａ）は、表示部１０Ａ（画像投影部）の構成を示す断面図である。図１１の（ａ）に示すように、表示部１０Ａは、光源１２と、導光板１５（第１導光板）とを備えている。図１１の（ｂ）は、表示部１０Ａが備える導光板１５の構成を示す平面図である。

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。本実施形態では、導光板１５は、ポリメチルメタクリレート樹脂によって形成されている。導光板１５は、図１１の（ａ）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。

出射面１５ａは、導光板１５の内部を導光され、実施形態２で説明したものと同様の光路変更部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。

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。

図１１の（ａ）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。

光路変更部１６は、入射面１５ｃに平行な方向に沿って設けられている。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１１の（ｂ）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。

各光路変更部群１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…では、複数の光路変更部１６は、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。

次に、表示部１０Ａによる立体画像Ｉの結像方法について、図１２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。

図１２は、表示部１０Ａ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として円内に斜線が入った画像を結像することについて説明する。

表示部１０Ａでは、図１２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。

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。

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。

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軸方向における位置は互いに異なっている。表示部１０Ａ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、表示部１０Ａ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。

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、表示部１０Ａ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。

（表示部１０Ｂ）
図１３の（ａ）は、表示部１０Ｂ（画像投影部）の斜視図である。図１３の（ｂ）は、表示部１０Ｂの構成を示す断面図である。

表示部１０Ｂは、図１３の（ａ）および（ｂ）に示すように、画像表示装置８１（第１光源）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。

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、表示部１０Ｂ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以上の構成を有することにより、表示部１０Ｂは、画像表示装置８１に表示された画像を、当該表示部１０Ｂ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を通過した後、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、表示部１０Ｂ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。

（表示部１０Ｃ）
図１４は、表示部１０Ｃの構成を示す断面図である。表示部１０Ｃは、表示部１０Ｂと比較して、マスク８５が省略される代わりに、導光板８４に設けられるプリズムの構成が相違する。そこで以下では、上記の相違点について説明する。

表示部１０Ｃでは、各プリズム１４１の反射面と背面８４ｂとのなす角αは、入射面８４ａから遠くなるほど大きくなるように設定される。なお、その角α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。

上記のように各プリズム１４１についての反射面の角度αが設定されるため、表示部１０Ｃでは、画像表示装置８１の表示領域上のＺ軸方向の位置が背面側となる点から発して所定の視点（例えば、視点１００ａまたは視点１００ｂ）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Ｚ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。また表示部１０Ｃでは、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側へ向かう。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、表示部１０Ｃは、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。また表示部１０Ｃでも、導光板８４から出射された光は、Ｘ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、表示部１０Ｃは、Ｘ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Ｘ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。

表示部１０Ｃでは、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。

例えば、視点１００ａから見た場合、画像表示装置８１上の各点８１ａ〜８１ｃ（ただし、観察者側から順に、点８１ａ、８１ｂ、８１ｃとなる）からの光は、それぞれ、プリズム１４１−１〜１４１−４（ただし、入射面８４ａから遠い順に、プリズム１４１−１、１４１−２、１４１−３、１４１−４となる）のうち、プリズム１４１−１〜１４１−３で反射されて投影面１０２ａ上で結像する。

一方、観察者が、視点１００ａよりも入射面８４ａから離れた視点１００ｂに眼を移動させたとする。この場合、視点１００ｂからは、視点１００ａよりも、入射面８４ａから離れる方向へ向けて導光板８４から出射する光が観察されることになる。

表示部１０Ｃでは、各プリズム１４１の反射面と背面８４ｂとのなす角αは、入射面８４ａから遠くなるほど大きくなるように設定されている。このため、例えば、画像表示装置８１上の各点８１ａ〜８１ｃからの光は、より入射面８４ａ側に近いプリズム１４１−２〜１４１−４で反射されて投影面１０２ｂ上で結像した後、視点１００ｂへ向かうことになる。したがって、観察者がＹ軸方向に沿って視点を変化させても、投影像の位置はあまりずれることはない。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。

さらに、表示部１０Ｃによれば、マスク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、より明るい像を空中に投影できる。また表示部１０Ｃによれば、マスクが使用されないため、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。

以上の構成を有する表示部１０Ｃも、表示部１０Ｂと同様に、画像表示装置８１に表示された画像を、当該表示部１０Ｂの外部の仮想の平面１０２上に結像させ、投影する。

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。

１、２、３ 入力装置（ジェスチャ入力装置）
１０、１０Ａ、１０Ｂ 表示部（画像投影部）
１１、１５、８４ 導光板（第１導光板）
１１ａ、１５ａ、８４ｃ 出射面（光出射面）
１２ 光源（第１光源）
２０ 動作検出部
３２ 判定部
４０ 第２表示部（判定結果提示部）
４１ 導光板（第２導光板）
４２、４２ａ〜４２ｈ 光源（第２光源）
８１ 画像表示装置（第１光源）

Claims (7)

1. ユーザの動作を検出する動作検出部と、
   前記動作検出部において前記動作が検出される領域を提示する領域画像を空間に結像させる画像投影部とを備え、
   前記画像投影部は、
   第１光源と、
   前記第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導光板とを備えることを特徴とするジェスチャ入力装置。
2. 前記動作検出部が検出した動作が、所定の入力を示す入力動作であるか否かを判定する判定部と、
   前記判定部における判定結果を提示する判定結果提示部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のジェスチャ入力装置。
3. 前記判定結果提示部は、
   第２光源と、
   前記第２光源から入射した光を導光して出射させ、空間に画像を結像させる第２導光板とを備えることを特徴とする請求項２に記載のジェスチャ入力装置。
4. 前記第２導光板は、前記第１導光板と重畳されていることを特徴とする請求項３に記載のジェスチャ入力装置。
5. 前記判定結果提示部は、
   複数の第２光源と、
   前記複数の第２光源から入射した光を導光して出射させ、空間に画像を結像させる第２導光板とを備え、
   前記動作検出部が検出した動作が、所定の入力を示す入力動作である場合、前記判定結果提示部は、前記複数の第２光源のうち該入力動作に対応する第２光源を点灯させることにより、入力動作に応じて異なる画像を空間に結像させることを特徴とする請求項２に記載のジェスチャ入力装置。
6. 前記複数の第２光源は、前記第２導光板に対して光を入射する方向が異なることを特徴とする請求項５に記載のジェスチャ入力装置。
7. 前記複数の第２光源は、前記第２導光板に対して光を入射する方向が同じで、かつ、互いに離隔して配置されていることを特徴とする請求項５に記載のジェスチャ入力装置。

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