JP7172207B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間に画像を結像させるとともに、当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。

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入力装置が知られている（特許文献１）。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。

特開２０１６－１３０８３２号公報

上記のような入力装置は、衛生面的に直接触ることが好ましくない装置（例えば、温水便座洗浄機の操作パネル、病院に設置される整理番号発券機など）やクリーン環境が要求される装置（例えば、食品製造装置、工場におけるクリーンルーム内の装置など）などに適用することができる。しかしながら、上述のような従来技術では、物体（例えば、ユーザの指など）が導光板の光出射面に垂直な方向に移動することにより入力される構成となっているため、物体が入力装置に接触する可能性が高くなってしまう。

本発明の一態様は、物体が入力装置に接触することを防止することができる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導光板と、前記画像が結像される結像位置を含む空間に位置す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入力を検出したときに、前記画像を第１結像状態から第２結像状態に変化させる画像制御部と、を備え、前記第１結像状態から前記第２結像状態への前記画像の変化方向が、前記光出射面に垂直な方向に対して角度を有する方向である。

上記の構成によれば、入力装置によって表示される立体画像が第１結像状態から第２結像状態へ変化する際の立体画像の変化方向は、出射面に垂直な方向に対して角度を有する。これにより、ユーザの入力装置に対する入力方向は、出射面に垂直な方向に対して傾いた方向（すなわち、出射面に垂直な方向に対して角度を有する方向）となる。その結果、入力操作後の物体（例えば、ユーザの指）の位置を、従来と比べて出射面から離れた位置にすることができる。それゆえ、上記物体が入力装置に接触することを防止することができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記画像の変化方向は、前記画像において前記ユーザが仮想的に入力を行う入力面の移動方向である。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記第１結像状態における前記画像は、前記光出射面に平行な方向に対して傾いて結像された画像であってもよい。

上記構成によれば、ユーザは、立体画像に対して、出射面に垂直な方向に対して斜め方向に操作を行えばよいことが直感的にわかるようになっている。これにより、ユーザが立体画像に対して出射面に垂直な方向に入力動作を行うことを防止することができる。そのため、物体が入力装置に接触することを防止することができるようになっている。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記第１結像状態から前記第２結像状態への変化において、前記画像が水平方向に変化する構成であってもよい。

上記の構成によれば、ユーザの入力装置に対する入力方向を、水平方向にすることができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記第１結像状態から前記第２結像状態への変化において、前記画像が鉛直面内で移動する構成であってもよい。

上記の構成によれば、ユーザの入力装置に対する入力方向を、上下方向にすることができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記入力検知部が前記入力を検知したときに、音を出力する音出力装置をさらに備える構成であってもよい。

上記の構成によれば、音により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対して報知することができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記入力検知部が前記入力を検知したときに、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る構成であってもよい。

上記の構成によれば、触覚に対する刺激により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対して報知することができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記画像制御部は、前記入力検知部が前記入力を検知したときに、前記画像の色を変化させてもよい。

上記の構成によれば、立体画像の色の変化により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対して報知することができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記画像が、トグルスイッチの形状となっていてもよい。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記画像が、レバーの形状となっていてもよい。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記画像が、ダイアルの形状となっていてもよい。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記センサは、前記変化方向に沿って位置する第１検出点および第２検出点において前記物体を検知し、前記入力検知部は、前記センサが所定の時間の間に前記第１検出点および前記第２検出点において前記物体を検出した場合に前記入力を検知する構成であってもよい。

上記の構成によれば、入力検知部は、所定の時間の間に第１検出点および第２検出点において物体を検知した場合にのみユーザの入力を検知する。このような動作を、ユーザが意図せずに行う可能性は小さいと考えられる。したがって、ユーザが意図した場合にのみ入力を検知することができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記入力検知部は、ユーザによる前記入力の動作が行われる方向において前記画像が結像されている位置よりも前記入力の動作が行われる向きとは反対向きに所定の距離離れた領域に、前記物体が位置したことを前記センサが検知した場合に、前記入力を検知する構成であってもよい。

上記の構成によれば、画像が結像されている位置に物体が到達する前に、ユーザの入力を検知する。このため、入力装置がユーザの入力を受け付けたことを、従来よりも早くユーザに報知することができる。これにより、入力装置に対する良好な操作感をユーザに与えることができる。

本発明の一態様によれば、物体が入力装置に接触することを防止することができる。

本発明の実施形態１に係る入力装置の側面図である。 上記入力装置のブロック図である。 上記入力装置が備える第１立体画像表示部の斜視図である。 上記第１立体画像表示部によって結像される立体画像を示すものであり、（ａ）は、上記立体画像の斜視図であり、（ｂ）は、上記立体画像を上記第１立体画像表示部が備える導光板の出射面に平行な方向から見た図である。 上記入力装置が備える第２立体画像表示部によって結像される立体画像を示すものであり、（ａ）は、上記立体画像の斜視図であり、（ｂ）は、上記立体画像を上記出射面に平行な方向から見た図である。 上記入力装置におけるユーザの入力を受け付ける動作を示すものであり、（ａ）は、ユーザが上記入力装置に対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。 立体画像が変化する際の立体画像の変化方向の好ましい方向を説明するための図である。 ユーザによる入力動作の方向を示す画像の例を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記入力装置が備える位置検出センサの他の配置例を示す図である。 上記入力装置の本変形例としての入力装置が備える第１立体画像表示部によって結像される立体画像を示すものであり、（ａ）は、上記立体画像の斜視図であり、（ｂ）は、上記立体画像を出射面に平行な方向から見た図である。 上記入力装置が備える第２立体画像表示部によって結像される立体画像を示すものであり、（ａ）は、上記立体画像の斜視図であり、（ｂ）は、上記立体画像を出射面に平行な方向から見た図である。 上記入力装置におけるユーザの入力を受け付ける動作を示すものであり、（ａ）は、ユーザが上記入力装置に対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記立体画像の変形例を示す図である。 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り、（ｂ）は、上記入力装置を上方向から見た図である。 上記入力装置のブロック図である。 （ａ）～（ｃ）は、上記入力装置が備える立体画像表示部によって結像される立体画像を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記入力装置におけるユーザの入力を受け付ける動作の一例を説明するためのものであり、（ａ）は、ユーザが上記入力装置に対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、上記立体画像の変形例を示す図である。 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ブロック図である。 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図である。 （ａ）は、ユーザによる入力を受け付ける前の上記入力装置を示す図であり、（ｂ）は、ユーザによる入力を受け付けた後の上記入力装置を示す図である。 実施形態１における第１立体画像表示部および第２立体画像表示部の変形例としての立体画像表示部の斜視図である。 上記立体画像表示部の構成を示す断面図である。 上記立体画像表示部の構成を示す平面図である。 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。 上記光路変更部の配列を示す斜視図である。 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。 実施形態１における第１立体画像表示部および第２立体画像表示部のさらなる変形例としての立体画像表示部の斜視図である。 上記立体画像表示部の構成を示す断面図である。 上記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図である。 上記入力装置のさらなる変形例としての入力装置を説明するものであり、（ａ）は、ユーザが上記入力装置に対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。 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における位置検出センサが物体を検知する範囲を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記入力装置が適用された遊技機の一例を示す斜視図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

§１ 適用例
まず、図６を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。図６は、入力装置１Ａにおけるユーザの入力を受け付ける動作を示すものであり、（ａ）は、ユーザが入力装置１Ａに対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。

本発明の一態様の入力装置１Ａは、機器の操作部やスイッチなどに適用され、当該機器に対するユーザの入力を受け付ける装置である。図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、入力装置１Ａは、第１立体画像表示部１０と、第２立体画像表示部２０と、位置検出センサ２とを備えている。

第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０は、ユーザにより視認される立体画像Ｉ１（画像）および立体画像Ｉ２（画像）をそれぞれスクリーンのない空間に結像する。立体画像Ｉ１ｂの一部である立体画像Ｉ１ｂ、および立体画像Ｉ２の一部である立体画像Ｉ２ｂは、高さ方向が出射面１１ａに垂直な方向に対して角度を有する台形錐台形状となっており、かつ、立体画像Ｉ１ｂの高さが立体画像Ｉ１ａよりも短くなっている。

位置検出センサ２は、第１立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉ１の結像位置を含む空間に位置する物体を検出するセンサである。

入力装置１Ａでは、ユーザによる入力を待機している状態においては、立体画像Ｉ１が結像された状態となっている。この状態において、位置検出センサ２が、立体画像Ｉ１ｂが結像される位置に物体（例えば、ユーザの指）が位置したことを検出すると、入力装置１Ａは、表示する画像を立体画像Ｉ１から立体画像Ｉ２に切り替える。入力装置１Ａでは、入力装置１Ａによって表示される立体画像が立体画像Ｉ１から立体画像Ｉ２へ変化する際の立体画像の変化方向は、第１立体画像表示部１０が備える導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向に対して角度を有するようになっている。これにより、ユーザの入力装置１Ａに対する入力方向は、出射面１１ａに垂直な方向に対して傾いた方向（すなわち、出射面１１ａに垂直な方向に対して角度を有する方向）となる。その結果、入力操作後のユーザの指の位置を、従来と比べて出射面１１ａから離れた位置にすることができる。それゆえ、入力装置１Ａでは、ユーザの指が入力装置１Ａに接触することを防止することができる。

§２ 構成例
以下、本発明の入力装置の構成例を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における入力装置１Ａの側面図である。図２は、入力装置１Ａのブロック図である。

図１および図２に示すように、入力装置１Ａは、第１立体画像表示部１０と、第２立体画像表示部２０と、位置検出センサ２（センサ）と、音出力部３（音出力装置）と、制御部３０とを備えている。なお、以降では、説明の便宜上、図１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。

第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０は、ユーザにより視認される立体画像をスクリーンのない空間に結像する。以降の説明では、第１立体画像表示部１０が結像する立体画像を立体画像Ｉ１、第２立体画像表示部２０が結像する立体画像を立体画像Ｉ２と称する。なお、立体画像Ｉ１と立体画像Ｉ２とを区別しない時は、単に立体画像Ｉと記載する。

第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０の構成は同様であるため、本明細書では、第１立体画像表示部１０の構成について詳細に説明し、第２立体画像表示部２０については、第１立体画像表示部１０と異なる点についてのみ説明する。

図３は、第１立体画像表示部１０の斜視図である。なお、図３では、説明の便宜上、第１立体画像表示部１０が立体画像Ｉの一例として、「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３に示すように、第１立体画像表示部１０は、導光板１１と、光源１２とを備えている。

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。本実施形態では、出射面１１ａが鉛直方向に平行になるように導光板１１が配置されている。なお、本発明の一態様では、出射面１１ａが鉛直方向に対して所定の角度を有するように導光板１１が設置されてもよい。

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が形成されている。光路変更部は、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。光路変更部は、光路変更部の各位置に入射した光を、各光路変更部にそれぞれ対応する定点に実質的に収束させる。図３には、光路変更部の一部として、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。

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。

図３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。

第２立体画像表示部２０は、導光板２１と、光源２２とを備えている。導光板２１および光源２２の構成は、導光板１１および光源２２と同様の構成である。導光板２１は、出射面２１ａを備えている。

入力装置１Ａでは、第１立体画像表示部１０の導光板１１と、第２立体画像表示部２０の導光板２１とが、Ｘ軸方向に沿って重ねて配置されている。導光板１１の出射面１１ａおよび導光板２１の出射面２１ａは、ＹＺ平面に平行に配置されている。入力装置１Ａでは、導光板１１の出射面１１ａおよび導光板２１の出射面２１ａが前側（すなわち、＋Ｘ軸側）になるように、導光板１１および導光板２１が配置されている。これにより、第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０によって、入力装置１Ａの前側（＋Ｘ軸側）に立体画像が結像される。

図４は、第１立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉ１を示すものであり、（ａ）は、立体画像Ｉ１の斜視図であり、（ｂ）は、立体画像Ｉ１を出射面１１ａに平行な方向から見た図である。

図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、第１立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉ１は、立体画像Ｉ１ａおよび立体画像Ｉ１ｂからなっている。立体画像Ｉ１ａは、略三角柱形状をしており、スイッチの台座を模した形状となっている。立体画像Ｉ１ｂは、台形錐台形状をしており、スイッチの可動部を模した形状となっている。立体画像Ｉ１ｂでは、台形錐台の高さ方向が、出射面１１ａに垂直な方向に対して角度を有する（すなわち、出射面１１ａとは平行ではない）ように結像される。

図５は、第２立体画像表示部２０によって結像される立体画像Ｉ２を示すものであり、（ａ）は、立体画像Ｉ２の斜視図であり、（ｂ）は、立体画像Ｉ２を出射面２１ａに平行な方向から見た図である。

図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、第２立体画像表示部２０によって結像される立体画像Ｉ２は、立体画像Ｉ２ａおよび立体画像Ｉ２ｂからなっている。立体画像Ｉ２ａは、立体画像Ｉ１ａと同様である。立体画像Ｉ２ｂは、台形錐台形状をしている。立体画像Ｉ２ｂは、台形錐の高さ方向が立体画像Ｉ１ｂの高さ方向と同じ方向となっており、かつ、立体画像Ｉ１ｂよりも高さ方向の長さが短くなっている。

位置検出センサ２は、第１立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉ１の結像位置を含む空間に位置する物体を検出するセンサである。本実施形態における位置検出センサ２は、限定反射センサである。位置検出センサ２は、発光素子（不図示）と受光素子（不図示）とを備えている。位置検出センサ２は、上記発光素子から照射され、検出物体により正反射された光を上記受光素子によって受光することにより、特定の位置に位置する物体を検出する。位置検出センサ２は、検出結果を後述する入力検知部３１に出力する。

位置検出センサ２は、第２立体画像表示部２０の後側（－Ｘ軸方向側）であって、上下方向において立体画像Ｉ１ｂが結像される位置に設置されている。

なお、本発明の入力装置では、位置検出センサ２は、限定反射センサ以外のセンサを用いて物体を検出してもよい。本発明の一態様の入力装置では、位置検出センサ２として、ＴＯＦ（time of flight）方式のセンサを用いてよいし、測距センサを用いてもよいし、砲弾型ＬＥＤとフォトダイオードとを組み合わせたセンサを用いてもよい。

音出力部３は、後述する報知制御部３３からの指示を受けて音を出力する。

制御部３０は、入力装置１Ａの各部を統括的に制御する。制御部３０は、図２に示すように、入力検知部３１と、画像制御部３２と、報知制御部３３とを備えている。

入力検知部３１は、位置検出センサ２による物体の検知結果に基づいて、ユーザの入力を検知する。入力検知部３１は、ユーザの入力を検知した場合、その情報を画像制御部３２および報知制御部３３に出力する。

画像制御部３２は、入力装置１Ａによって表示される立体画像Ｉを制御する。具体的には、画像制御部３２は、入力検知部３１がユーザの入力を検知した情報を取得した場合に、入力装置１Ａによって表示される画像を切り替える。詳細については、後述する。

報知制御部３３は、音出力部３の動作を制御する。具体的には、報知制御部３３は、入力検知部３１がユーザの入力を検知した情報を取得した場合に、音出力部３に対して音を出力するよう指示を出す。

§３ 動作例
次に、入力装置１Ａの動作例について図面を参照しながら説明する。図６は、入力装置１Ａにおけるユーザの入力を受け付ける動作を示すものであり、（ａ）は、ユーザが入力装置１Ａに対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。

入力装置１Ａでは、ユーザによる入力を待機している状態においては、画像制御部３２が第１立体画像表示部１０の光源１２を点灯させるように制御する。これにより、図４に示すように、立体画像Ｉ１が結像された状態となっている。

図６の（ａ）に示すように、ユーザは、入力装置１Ａに対して入力する際には、立体画像Ｉ１（詳細には、立体画像Ｉ１ｂ）が結像される結像位置に物体（図６に示す例では指）を位置させる。より詳細には、ユーザは、立体画像Ｉ１ｂとしての台形錐台形状の上面にあたる面Ｉ１ｂ１に対して入力操作を行う。面Ｉ１ｂ１は、立体画像Ｉ１においてユーザが仮想的に入力を行う入力面である。

ここで、位置検出センサ２は、立体画像Ｉ１ａが結像される結像位置および当該結像位置の周辺領域に物体が位置したことを検出できる位置に設置されている。したがって、位置検出センサ２は、ユーザが入力装置１Ａに対して入力するために立体画像Ｉ１ａが結像される位置にユーザの指が位置したことを検出できる。位置検出センサ２は、ユーザの指を検知した旨の情報を、入力検知部３１に出力する。

入力検知部３１は、位置検出センサ２からユーザの指を検知した旨の情報を取得すると、入力装置１Ａに対してユーザが入力したことを検知する。入力検知部３１は、ユーザの入力を検知した場合、その情報を画像制御部３２および報知制御部３３へ出力する。

画像制御部３２は、ユーザの入力を検知した情報を取得した場合、第１立体画像表示部１０の光源１２を消灯させるとともに、第２立体画像表示部２０の光源２２を点灯させるように光源１２および光源１２に対して指示を出す。これにより、図６の（ｂ）に示すように、入力装置１Ａによって表示される立体画像が、立体画像Ｉ１から立体画像Ｉ２に変化する。

ここで、従来では、物体（例えば、ユーザの指など）が導光板の光出射面に垂直な方向に移動することにより入力される構成となっているため、物体が入力装置に接触する可能性が高くなってしまうという問題があった。

これに対して、入力装置１Ａでは、上述したように、立体画像Ｉ１ｂおよび立体画像Ｉ２ｂが、高さ方向が出射面１１ａに垂直な方向に対して角度を有する台形錐台形状となっており、かつ、立体画像Ｉ１ｂの高さが立体画像Ｉ１ａよりも短くなっている。そのため、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、入力装置１Ａによって表示される立体画像が立体画像Ｉ１（第１結像状態）から立体画像Ｉ２（第２結像状態）へ変化する際の立体画像の変化方向は、出射面１１ａに垂直な方向に対して角度を有する方向となる。より詳細には、立体画像Ｉ１における面Ｉ１ｂ１が、立体画像Ｉ２における面Ｉ２ｂ１が結像される位置に移動したように変化する。すなわち、ユーザが仮想的に入力を行う入力面としての立体画像が鉛直面内で移動する。

これにより、ユーザの入力装置１Ａに対する入力方向は、出射面１１ａに垂直な方向に対して平行な方向ではなく、出射面１１ａに垂直な方向に対して傾いた方向（すなわち、出射面１１ａに垂直な方向に対して角度を有する方向）となる。その結果、入力操作後のユーザの指の位置を、従来と比べて出射面１１ａから離れた位置にすることができる。それゆえ、入力装置１Ａでは、ユーザの指が入力装置１Ａに接触することを防止することができる。

次に、立体画像Ｉ１から立体画像Ｉ２へ変化する際の立体画像の変化方向の好ましい方向について詳細に説明する。図７は、立体画像Ｉ１から立体画像Ｉ２へ変化する際の立体画像の変化方向の好ましい方向を説明するための図である。

図７に示すように、立体画像Ｉ１から立体画像Ｉ２へ変化する際の立体画像の変化方向（図７に示す線Ｌ１）と、出射面１１ａに垂直な方向（図７に示す線Ｌ２）とがなす角度θは、２５°以上であることが好ましい。この理由は、以下のとおりである。まず、限定反射センサである位置検出センサ２の検出距離が１０ｍｍ程度である。この場合、入力後のユーザの指の位置である立体画像Ｉ１ａと立体画像Ｉ１ｂとの境界と、出射面１１ａとの間の距離を少なくとも１ｍｍとするためには、（１－ｃｏｓθ）×１０＞１を満たす必要があり、この式から角度θが２５°以上とすることが好ましいことが導かれる。

入力装置１Ａでは、立体画像Ｉ１および立体画像Ｉ２（より詳細には、仮想のボタンである立体画像Ｉ２ａおよび立体画像Ｉ２ｂにおいてボタンの被押圧面となる画像）は、出射面１１ａに対して傾くように結像される。これにより、ユーザは、立体画像Ｉ１に対して、出射面１１ａに垂直な方向に対して斜め方向に操作を行うことが直感的にわかるようになっている。これにより、ユーザが立体画像Ｉ１に対して出射面１１ａに垂直な方向に入力動作を行うことを防止することができる。そのため、ユーザの指が入力装置１Ａに接触することを防止することができるようになっている。

また、入力装置１Ａでは、光源１２が照射する光の波長と、光源２２が照射する光の波長とを異なる波長にしてもよい。これにより、立体画像Ｉ１の色と立体画像Ｉ２の色とを異なる色にすることができる。これにより、入力装置１Ａに対する操作を入力装置１Ａが受け付けたことをユーザがより明確に確認することができる。

報知制御部３３は、位置検出センサ２からユーザの指を検知した旨の情報を取得すると、音出力部３に対して音を出力するよう指示を出す。これにより、入力装置１Ａに対する操作を入力装置１Ａが受け付けたことをユーザに対して報知することができる。

図８は、ユーザによる入力動作の方向を示す画像の例を示す図である。入力装置１Ａにおいては、立体画像Ｉの他に、図８に示すような、ユーザによる入力動作の方向を示す画像を表示してもよい。当該画像を表示することで、入力装置１Ａはユーザに対し、当該ユーザがどのような動作を行えば入力できるのかを示すことができる。

入力装置１Ａは、例えば、温水洗浄便座の操作部、エレベータの操作部、洗面化粧台の照明スイッチ、蛇口の操作スイッチ、レンジフードの操作スイッチ、食器洗い機の操作スイッチ、冷蔵庫の操作スイッチ、電子レンジの操作スイッチ、ＩＨクッキングヒータの操作スイッチ、電解水生成装置の操作スイッチ、インターホンの操作スイッチ、廊下の照明スイッチ、またはコンパクトステレオシステムの操作スイッチなどに適用可能である。これらの操作部またはスイッチに入力装置１Ａを適用することで、（ｉ）操作部またはスイッチに凹凸がなくなるため掃除しやすい、（ｉｉ）必要時のみ立体画像を表示できるためデザイン性が向上する、（ｉｉｉ）スイッチに接触する必要がなくなるため衛生的である、（ｉｖ）可動部がなくなるため壊れにくくなる、といった利点が生じる。

§４ 変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

＜４．１＞
図９の（ａ）および（ｂ）は、位置検出センサ２の他の配置例を示す図である。

図９の（ａ）に示すように、位置検出センサ２は、ユーザによる入力動作の方向の延長線上に設置されてもよい。これにより、位置検出センサ２の検出方向と、ユーザによる入力動作の方向とを一致させることができる。その結果、位置検出センサ２は、ユーザの指をより正確に検知することができる。

また、図９の（ｂ）に示すように、ユーザによる入力動作の方向の延長線上にミラー４をさらに設置し、位置検出センサ２の発光素子から出射された光、および、検出物体により正反射された光をミラー４で反射させて、ユーザの指を検知する態様であってもよい。この場合においても、位置検出センサ２の検出方向と、ユーザによる入力動作の方向とを一致させることができるため、位置検出センサ２は、ユーザの指をより正確に検知することができる。

＜４．２＞
次に、入力装置１Ａの変形例としての入力装置１Ｂについて説明する。

図１０は、本変形例における入力装置１Ｂが備える第１立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉ３を示すものであり、（ａ）は、立体画像Ｉ３の斜視図であり、（ｂ）は、立体画像Ｉ３を出射面１１ａに平行な方向から見た図である。

図１０の（ａ）および（ｂ）に示すように、本変形例における第１立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉ３は、立体画像Ｉ３ａおよび立体画像Ｉ３ｂからなっている。立体画像Ｉ３ａは、直方体形状をしており、スイッチの台座を模した形状となっている。立体画像Ｉ３ｂは、台形錐台形状をしており、スイッチの可動部を模した形状となっている。立体画像Ｉ３ｂでは、台形錐台の高さ方向が、上下方向となるように結像される。換言すれば、立体画像Ｉ３ｂは、台形錐台の高さ方向が、出射面１１ａに垂直な方向に対して垂直な方向となるように結像される。

図１１は、本変形例における第２立体画像表示部２０によって結像される立体画像Ｉ４を示すものであり、（ａ）は、立体画像Ｉ４の斜視図であり、（ｂ）は、立体画像Ｉ４を出射面１１ａに平行な方向から見た図である。

図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、本変形例における第２立体画像表示部２０によって結像される立体画像Ｉ４は、立体画像Ｉ４ａおよび立体画像Ｉ４ｂからなっている。立体画像Ｉ４ａは、立体画像Ｉ３ａと同様である。立体画像Ｉ４ｂは、台形錐台形状をしている。立体画像Ｉ４ｂは、台形錐の高さ方向が立体画像Ｉ３ｂの高さ方向と同じ方向となっており、かつ、立体画像Ｉ３ｂよりも高さ方向の長さが短くなっている。立体画像Ｉ３ｂおよび立体画像Ｉ４ｂは、出射面１１ａから離れた位置に結像される。

図１２は、入力装置１Ｂにおけるユーザの入力を受け付ける動作を示すものであり、（ａ）は、ユーザが入力装置１Ｂに対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。

入力装置１Ｂでは、図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、ユーザによる入力を検知した場合、画像制御部３２が、入力装置１Ｂによって表示される立体画像を立体画像Ｉ３から立体画像Ｉ４に変化させる。ここで、入力装置１Ｂによって表示される立体画像が立体画像Ｉ３から立体画像Ｉ４へ変化する際の立体画像の変化方向は、出射面１１ａに垂直な方向に対して垂直な方向となる。これにより、ユーザの入力装置１Ｂに対する入力方向は、出射面１１ａに垂直な方向に対して垂直な方向となる。その結果、入力操作後のユーザの指の位置を、従来と比べて出射面１１ａから離れた位置にすることができる。それゆえ、入力装置１Ｂでは、ユーザの指が入力装置１Ｂに接触することを防止することができる。

図１３の（ａ）および（ｂ）は、本変形例における立体画像の変形例を示す図である。本変形例における入力装置１Ｂにおける立体画像は、立体画像Ｉ３から立体画像Ｉ４へ変化する際の立体画像の変化方向が上下方向となるものであれば特に限定されるものではない。例えば、図１３の（ａ）に示すように、立体画像Ｉは、上下に動くレバーの形状であってもよいし、図１３の（ｂ）に示すように、ドアノブの形状であってもよい。

＜４．３＞
次に、入力装置１Ａのさらなる変形例としての入力装置１Ｃについて説明する。

図１４の（ａ）は、本変形例における入力装置１Ｃの斜視図であり、（ｂ）は、入力装置１Ｃを上方向から見た図である。図１５は、入力装置１Ｃのブロック図である。

図１４および図１５に示すように、入力装置１Ｃは、入力装置１Ａにおける第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０に代えて、立体画像表示部４０を備えている。また、入力装置１Ｃは、入力装置１Ａにおける画像制御部３２に代えて、画像制御部３４を備えている。

入力装置１Ｃでは、複数の位置検出センサ２が左右方向（Ｚ軸方向）に沿って並んで配置されている。これにより、入力装置１Ｃでは、左右方向にわたって、ユーザの指の位置を検出することができるようになっている。

立体画像表示部４０は、導光板４１と、３つの光源（光源４２、光源４３および光源４４）とを備えている。

立体画像表示部４０では、光源４２、光源４３および光源４４を点灯させたときに、それぞれ異なる立体画像（立体画像Ｉ５、Ｉ６およびＩ７）を結像するように光路変更部が形成されている。

図１６の（ａ）～（ｃ）は、立体画像表示部４０によって結像される立体画像を示す図である。

立体画像表示部４０では、光源４２、光源４３および光源４４を点灯させたときに、それぞれ異なる立体画像（立体画像Ｉ５、Ｉ６およびＩ７）を結像するように光路変更部が形成されている。具体的には、光源４２を点灯させたときには、図１６の（ａ）に示すように、レバー状の立体画像Ｉ５が結像される。立体画像Ｉ５は、前記レバー状の部材の長手方向が導光板４１の出射面４１ａに垂直な方向となるように結像される。

また、光源４３を点灯させたときには、図１６の（ｂ）に示すように、レバー状の立体画像Ｉ６が結像される。立体画像Ｉ６は、前記レバー状の部材の出射面４１ａとは反対側の端部が、立体画像Ｉ５における前記レバー状の部材の出射面４１ａとは反対側の端部よりも右側（＋Ｚ軸方向）に位置するように結像される。

また、光源４４を点灯させたときには、図１６の（ｃ）に示すように、レバー状の立体画像Ｉ７が結像される。立体画像Ｉ７は、前記レバー状の部材の出射面４１ａとは反対側の端部が、立体画像Ｉ５における前記レバー状の部材の出射面４１ａとは反対側の端部よりも左側（－Ｚ軸方向）に位置するように結像される。

画像制御部３４は、入力装置１Ｃによって表示される立体画像Ｉを制御する。具体的には、画像制御部３４は、入力検知部３１が検知したユーザの入力に応じて、入力装置１Ａによって表示される画像を切り替える。詳細については、後述する。

次に、入力装置１Ｃの動作について説明する。図１７の（ａ）および（ｂ）は、入力装置１Ｃにおけるユーザの入力を受け付ける動作の一例を説明するためのものであり、（ａ）は、ユーザが入力装置１Ｃに対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。

入力装置１Ｃでは、ユーザによる入力を待機している状態においては、画像制御部３４が第１立体画像表示部１０の光源４２を点灯させるように制御する。これにより、図１６の（ａ）に示すように、立体画像Ｉ５が結像された状態となっている。

図１７の（ａ）に示すように、ユーザは、入力装置１Ｃに対して入力する際には、立体画像Ｉ５が結像される結像位置に手を位置させたのち、左または右に手を移動させる。ここでは、ユーザが左方向（－Ｚ軸方向）に手を移動させた例について説明する。

入力検知部３１は、左右方向に並んで配置された各位置検出センサ２からの検知情報に基づいて、ユーザにより入力および入力方向（すなわち、左方向）を検知する。そして、入力検知部３１は、検知した情報を画像制御部３４へ出力する。

画像制御部３４は、ユーザが左方向への入力を検知した情報を取得すると、光源４２を消灯させるとともに光源４４を点灯させる。これにより、図１７の（ｂ）に示すように、入力装置１Ａによって表示される立体画像が、立体画像Ｉ５から立体画像Ｉ７に変化する。

ここで、入力装置１Ｃによって表示される立体画像が立体画像Ｉ５から立体画像Ｉ７へ変化する際の立体画像の変化方向は、出射面１１ａに垂直な方向に対して垂直な方向（水平方向）となる。換言すれば、立体画像の変化において、上記レバー状の部材が水平方向に変化する。これにより、ユーザの入力装置１Ｃに対する入力方向は、出射面４１ａに垂直な方向に対して垂直な方向（水平方向）となる。その結果、入力操作後のユーザの手の位置を、従来と比べて出射面４１ａから離れた位置にすることができる。それゆえ、入力装置１Ｃでは、ユーザの指が入力装置１Ｃに接触することを防止することができる。

図１８の（ａ）～（ｃ）は、本変形例における立体画像の変形例を示す図である。本変形例における入力装置１Ｃにおける立体画像は、立体画像の変化方向が左右方向となるものであれば特に限定されるものではない。例えば、図１８の（ａ）に示すように、立体画像は、トグルスイッチの形状であってもよいし、図１８の（ｂ）に示すように、ダイアルの形状であってもよいし、図１８の（ｃ）に示すように、ドアノブのようなレバーの形状であってもよい。

＜４．４＞
次に、入力装置１Ａのさらなる変形例としての入力装置１Ｄについて説明する。図１９は、本変形例における入力装置１Ｄのブロック図である。

図１９に示すように、入力装置１Ｄは、実施形態１における音出力部３に代えて超音波発生装置６（触覚刺激装置）を備えている。

超音波発生装置６は、報知制御部３３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６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６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人体（例えば、ユーザの指）が存在すると、上記静的な圧力によって物体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６は、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。

入力装置１Ｄでは、報知制御部３３が位置検出センサ２からユーザの指を検知した旨の情報を取得すると、超音波発生装置６に対して超音波を発生するよう指示を出す。これにより、ユーザに対して入力装置１Ｄがユーザの入力を受け付けたことを報知することができる。

＜４．５＞
次に、入力装置１Ａのさらなる変形例としての入力装置１Ｅについて説明する。図２０は、本変形例における入力装置１Ｅの構成を示す図である。

入力装置１Ｅは、入力装置１Ａにおける第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０に代えて、立体画像表示部５０を備えている。

立体画像表示部５０は、導光板５１、光源５２、および光源５３を備えている。

立体画像表示部５０では、光源５２を点灯させたときに立体画像を結像するための光路変更部（不図示）と、光源５３を点灯させたときに２次元画像を結像するための光路変更部（不図示）とが形成されている。

図２１の（ａ）は、ユーザによる入力を受け付ける前の入力装置１Ｅを示す図であり、（ｂ）は、ユーザによる入力を受け付けた後の入力装置１Ｅを示す図である。

入力装置１Ｃでは、ユーザによる入力を受け付ける前（すなわち、ユーザによる入力を待機している状態）においては、画像制御部３４は、光源５２を点灯させるように制御する。これにより、図２１の（ａ）に示すように、立体画像Ｉ８が結像された状態となっている。なお、立体画像Ｉ８は、実施形態１における立体画像Ｉ１と同様の立体画像である。

画像制御部３２は、ユーザの入力を検知した情報を取得した場合、光源５２を消灯させるとともに、光源５３を点灯させるように光源５２および光源５３に対して指示を出す。これにより、図２１の（ｂ）に示すように、２次元画像Ｉ９が表示される。図２１の（ｂ）では、２次元画像Ｉ９として「LOCKED」の文字が表示される例を示している。

このように、入力装置１Ｅでは、ユーザの入力を検知した場合に、表示する画像を立体画像から２次元画像に切り替える。これにより、ユーザに対して入力装置１Ｄがユーザの入力を受け付けたことをより認識させることができる。

＜４．６＞
入力装置１Ａにおける第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０の少なくとも一方は、以下に説明する立体画像表示部６０と置き換えることができる。

図２２は、立体画像表示部６０の斜視図である。図２３は、立体画像表示部６０の構成を示す断面図である。図２４は、立体画像表示部６０の構成を示す平面図である。図２５は、立体画像表示部６０が備える光路変更部６３の構成を示す斜視図である。

図２２および図２３に示すように、立体画像表示部６０は、導光板６１と、光源６２を備えている。

導光板６１は、光源６２から入射された光（入射光）を導光する部材である。導光板６１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６１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６１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６１は、図２３に示すように、出射面６１ａ（光出射面）と、背面６１ｂと、入射面６１ｃとを備えている。

出射面６１ａは、導光板６１の内部を導光され、後述する光路変更部６３により光路変更された光を出射する面である。出射面６１ａは、導光板６１の前面を構成している。背面６１ｂは、出射面６１ａと互いに平行な面であり、後述する光路変更部６３が配置される面である。入射面６１ｃは、光源６２から出射された光が導光板６１の内部に入射される面である。

光源６２から出射され入射面６１ｃから導光板６１に入射した光は、出射面６１ａまたは背面６１ｂで全反射され、導光板６１内を導光される。

図２３に示すように、光路変更部６３は、導光板６１の内部において背面６１ｂに形成されており、導光板６１内を導光された光を光路変更して出射面６１ａから出射させるための部材である。光路変更部６３は、導光板６１の背面６１ｂに複数設けられている。

光路変更部６３は、図２４に示すように、入射面６１ｃに平行な方向に沿って設けられている。図２３に示すように、光路変更部６３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６３ａを備えている。光路変更部６３は、例えば、導光板６１の背面６１ｂに形成された凹部であってもよい。なお、光路変更部６３は、三角錐形状に限られるものではない。導光板６１の背面６１ｂには、図２４に示すように、複数の光路変更部６３からなる複数の光路変更部群６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…が形成されている。

図２６は、光路変更部６３の配列を示す斜視図である。図２６に示すように、各光路変更部群６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…では、複数の光路変更部６３の反射面６３ａ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６１の背面６１ｂに配置されている。これにより、各光路変更部群６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…は、入射光を光路変更して、出射面６１ａから様々な方向へ出射させる。

次に、立体画像表示部６０による立体画像Ｉの結像方法について、図２７を参照しながら説明する。ここでは、導光板６１の出射面６１ａに垂直な面である立体画像結像面Ｐに、光路変更部６３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２７は、立体画像表示部６０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。

立体画像表示部６０では、図２７に示すように、例えば、光路変更部群６４ａの各光路変更部６３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６４ａに属する多数の光路変更部６３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６４ａにおける少なくとも２つの光路変更部６３によって提供されていればよい。

同様に、光路変更部群６４ｂの各光路変更部６３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６４ｃの各光路変更部６３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６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…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６０では、光路変更部群６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…間の距離を小さくすることによって、各光路変更部群６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…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６０では、光路変更部群６４ａ、６４ｂ、６４ｃ…の各光路変更部６３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、立体画像表示部６０は、光路変更部６３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。

＜４．７＞
入力装置１Ａにおける第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０の少なくとも一方は、以下に説明する立体画像表示部８０と置き換えることができる。

図２８は、立体画像表示部８０の斜視図である。図２９は、立体画像表示部８０の構成を示す断面図である。

立体画像表示部８０は、図２８および図２９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、立体画像表示部８０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ＸＺ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ＹＺ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、ＹＺ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ＹＺ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、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Ｘ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、立体画像表示部８０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８０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８０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。

なお、本実施形態における立体画像表示部８０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。

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。

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。

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。

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。

＜４．８＞
入力装置１Ａにおいて、第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０は、複数の視点用の画像を別個に結像させてもよい。例えば立体画像表示部は、右目用画像を結像させる右目用表示パターンと、左目用画像を結像させる左眼用表示パターンとを含んでいてよい。この場合、第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０は、立体感のある画像を結像させることができる。なお、第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０は、３以上の視点用の画像を別個に結像させてよい。

また、第１立体画像表示部１０および第２立体画像表示部２０は、立体画像または参照画像の元画像となる物体から出射された光を用いて、光学素子から光を出射し、立体画像または参照画像を結像させてもよい。元画像となる物体から出射された光を用いて、光学素子から光を出射し、立体画像または参照画像を結像させる表示装置として、例えば、（１）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表示装置や、（２）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表示装置がある。

＜４．９＞
次に、入力装置１Ａのさらなる変形例としての入力装置１Ｆについて説明する。図３０は、本変形例における入力装置１Ｆの構成を示す図である。

図３０に示すように、入力装置１Ｆは、実施形態１における入力装置１Ａの位置検出センサ２に代えて位置検出センサ２Ａおよび位置検出センサ２Ｂを備えている。

位置検出センサ２Ａおよび位置検出センサ２Ｂの構成は、実施形態１にける位置検出センサ２と同様である。位置検出センサ２Ａは、立体画像Ｉ１ｂの面Ｉ１ｂ１が結像される面上に位置する検出点Ｘ１（第１検出点）に物体が位置したことを検出する。位置検出センサ２Ｂは、立体画像Ｉ１ｂと立体画像Ｉ１ａとの境界上の検出点Ｘ２（第２検出点）に物体が位置したことを検出する。検出点Ｘ１および検出点Ｘ２は、入力装置１Ｆに対するユーザの入力動作が行われる位置にあり、立体画像Ｉの変化方向に沿って位置している。

入力装置１Ｆでは、入力検知部３１は、位置検出センサ２Ａが検出点Ｘ１にユーザの指Ｆが位置したことを検出し、その後、所定の時間（例えば、０．１秒～０．４秒）の間に、位置検出センサ２Ｂが検出点Ｘ２にユーザの指Ｆが位置したことを検出した場合に、ユーザの入力を検知する。

上記の構成によれば、入力検知部３１は、２つの検出点（検出点Ｘ１および検出点Ｘ２）においてユーザに指Ｆを検知した場合にのみユーザの入力を検知する。このような動作を、ユーザが意図せずに行う可能性は小さいと考えられる。したがって、入力装置１Ｆによれば、ユーザが意図した場合にのみ入力を検知することができる。

＜４．１０＞
次に、入力装置１Ｃの変形例としての入力装置１Ｇについて説明する。図３１は、入力装置１Ｇを説明するものであり、（ａ）は、ユーザが入力装置１Ｇに対して入力する様子を示す図であり、（ｂ）は、ユーザが入力した後の様子を示す図である。

図３１の（ａ）に示すように、入力装置１Ｇでは、位置検出センサによって、ユーザが入力動作を行う方向（左右方向）に沿う複数の検出点において物体を検知できるようになっている。なお、図３１では、簡略化のため、２つの検出点（検出点Ｘ３（第１検出点）および検出点Ｘ４（第２検出点））のみを図示している。上記複数の検出点は、入力装置１Ｇに対するユーザの入力動作が行われる位置にあり、立体画像の変化方向に沿って位置している。

入力装置１Ｇでは、図３１の（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば、ユーザが右から左へ向かう方向に入力する場合、入力検知部３１は、位置検出センサが検出点Ｘ３に物体（例えば、ユーザの手）が位置したことを検出し、その後、所定の時間の間に、他の位置検出センサが検出点Ｘ４に上記物体が位置したことを検出した場合に、ユーザの入力を検知する。これにより、上記の入力装置１Ｆと同様に、入力装置１Ｇは、ユーザが意図した場合にのみ入力を検知することができる。

＜４．１１＞
次に、入力装置１Ａのさらなる変形例としての入力装置１Ｈについて説明する。入力装置１Ｈは、位置検出センサ２が、ユーザが入力のために使用する物体を検出する位置が実施形態１における入力装置１Ａとは異なっている。図３２は、入力装置１Ｈにおける位置検出センサ２が物体を検知する範囲Ａ１を示す図である。

実施形態１における入力装置１Ａでは、位置検出センサが、立体画像が結像している位置にユーザの指が位置したことを検知することによりユーザの入力を検知する構成であった。そのため、ユーザは自分の入力動作を入力装置が検知したことを認識するまでの時間が長くなり、入力装置がユーザの入力を的確に検知しているのかが不安になってしまう虞がある。

これに対して、本変形例における位置検出センサ２は、図３２に示すように、立体画像Ｉ１の面Ｉ１ｂ１側であって、ユーザの入力動作が行われる方向において立体画像Ｉよりも所定の距離（例えば、５～３５ｃｍ）だけ離れた範囲Ａ１に存在する物体を検知するようになっている。換言すれば、位置検出センサ２は、ユーザの入力動作が行われる方向において立体画像Ｉが結像されている位置よりも入力動作が行われる向きとは反対向きに所定の距離離れた領域に、指Ｆが位置したことを検知するようになっている。このため、入力装置１Ｆがユーザの入力を受け付けたことを、従来よりも早くユーザに報知することができる。これにより、入力装置１Ａに対する良好な操作感をユーザに与えることができる。

＜４．１２＞
次に、入力装置１Ａを遊技機Ｍに適用した適用例について説明する。

図３３の（ａ）および（ｂ）は、入力装置１Ａが適用された遊技機の一例を示す斜視図である。なお、図２６の（ａ）および（ｂ）では、入力装置１Ａの図示は省略している。

図３３の（ａ）に示すように、遊技機Ｍ１に対してユーザが操作する操作盤において、ユーザが操作する複数のスイッチのうちの少なくとも１つのスイッチとして、立体画像Ｉを入力装置１Ａによって結像させてもよい。

また、図３３の（ｂ）に示すように、遊技機Ｍ２においてユーザに対する演出画像が表示される画面に重ねるように結像され、かつ、ユーザの操作対象となるスイッチとしての立体画像Ｉを入力装置１Ａによって結像させてもよい。この場合、入力装置１Ａは、立体画像Ｉを演出上必要な場合にのみ立体画像Ｉを表示させてもよい。

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。

１Ａ～１Ｈ 入力装置
２、２Ａ、２Ｂ 位置検出センサ（センサ）
３ 音出力部（音出力装置）
６ 超音波発生装置（触覚刺激装置）
１１、２１、４１、５１、６１、８４ 導光板
１１ａ、２１ａ、４１ａ、６１ａ、８４ｃ 出射面（光出射面）
１２、２２、４２、４３、４４、５２、５３、６２ 光源
３１ 入力検知部
３２、３４ 画像制御部
Ｉ１、Ｉ１ａ、Ｉ１ｂ、Ｉ２、Ｉ２ａ、Ｉ２ｂ、Ｉ３、Ｉ３ａ、Ｉ３ｂ、Ｉ４、Ｉ４ａ、Ｉ４ｂ、Ｉ５、Ｉ６、Ｉ７、Ｉ８ 立体画像（画像）
Ｘ１、Ｘ３ 検出点（第１検出点）
Ｘ２、Ｘ４ 検出点（第２検出点）

Claims (12)

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、ユーザによって仮想的に入力が行われる入力面を含む画像を結像させる導光板と、
   前記画像が結像される結像位置を含む空間に位置す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前記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入力を検出したときに、前記画像を第１結像状態から第２結像状態に変化させる画像制御部と、を備え、
   前記第１結像状態から前記第２結像状態への前記画像の変化方向が、前記光出射面に垂直な方向に対して角度を有する方向であり、かつ、前記入力面に垂直な方向であることを特徴とする入力装置。
2. 前記第１結像状態における前記画像は、前記光出射面に平行な方向に対して傾いて結像された画像であることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記第１結像状態から前記第２結像状態への変化において、前記画像が水平方向に変化することを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
4. 前記第１結像状態から前記第２結像状態への変化において、前記画像が鉛直面内で移動することを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
5. 前記入力検知部が前記入力を検知したときに、音を出力する音出力装置をさらに備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の入力装置。
6. 前記入力検知部が前記入力を検知したときに、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ることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の入力装置。
7. 前記画像制御部は、前記入力検知部が前記入力を検知したときに、前記画像の色を変化させることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の入力装置。
8. 前記画像が、トグルスイッチの形状となっていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の入力装置。
9. 前記画像が、レバーの形状となっていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の入力装置。
10. 前記画像が、ダイアルの形状となっていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の入力装置。
11. 前記センサは、前記変化方向に沿って位置する第１検出点および第２検出点において前記物体を検知し、
    前記入力検知部は、前記センサが所定の時間の間に前記第１検出点および前記第２検出点において前記物体を検出した場合に前記入力を検知することを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の入力装置。
12. 前記入力検知部は、前記ユーザによる前記入力の動作が行われる方向において前記画像が結像されている位置よりも前記入力の動作が行われる向きとは反対向きに所定の距離離れた領域に、前記物体が位置したことを前記センサが検知した場合に、前記入力を検知することを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の入力装置。

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