JP7056423B2 - 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。例えば、特許文献１には、空間に像を結像させるとともに、空間において物体を検知する装置が開示されている。このような装置によれば、ユーザは、空間に立体的に表示されているボタン画像を空中で仮想的に触れることによって入力動作を行うことができる。

特開２０１４－６７０７１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ユーザの入力を検知するためのセンサが導光板の光出射面側に配置されているため、導光板よりもユーザ側にセンサを設置する必要がある。よって、導光板よりもユーザ側の空間が煩雑になるという問題があった。

本発明の一態様は、導光板よりもユーザ側の空間の構造をシンプルにすることが可能な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、ユーザの入力動作の対象となる画像を空間に結像させる導光板と、ユーザが前記入力動作のために使用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結果に基づいてユーザによる入力を検知する入力検知部と、前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、検知したことをユーザに報知する報知部と、を備え、前記センサは、前記導光板の前記光出射面とは反対側の空間に配置されている。

上記の構成によれば、センサが導光板の光出射面とは反対側に配置されているため、導光板よりもユーザ側の空間の構造をシンプルにすることが可能となる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記導光板は、透光性を有する構成であることが好ましい。

上記の構成によれば、センサから出射され物体を検出するための検出光が導光板を透過しやすい構成とすることができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記導光板における前記光出射面と対向する対向面に、当該導光板を導光された光を前記光出射面へ向けて反射する反射面を有する複数の光路変更部が形成されており、前記対向面に対する前記反射面の面密度が３０％以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、対向面側の空間にセンサを設けても、導光板による検出光の減衰を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記導光板を複数備えており、複数の前記導光板は、それぞれ異なる前記画像を空間に結像させ、前記報知部は、前記入力を検知したときに、前記画像を切り替える構成であってもよい。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記導光板は、前記画像を前記センサが前記物体を検出する位置またはその近傍に前記画像を結像させる構成であってもよい。

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、ユーザの入力動作の対象となる画像を空間に結像させる導光板と、ユーザが前記入力動作のために使用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結果に基づいてユーザによる入力を検知する入力検知部と、前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、検知したことをユーザに報知する報知部と、を備え、前記導光板は、前記センサが前記物体を検出する位置またはその近傍に前記画像を結像させる。

ここで、従来では、ユーザが入力装置に対する操作感を感じにくいという問題があった。これに対して、上記の構成よれば、ユーザが、画像が結像されている位置またはその近傍に入力動作を行うための物体を位置させたときに、入力装置が上記物体を検知したことを報知することができる。これにより、入力装置に対する操作感をユーザに与えることができる。

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、前記入力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。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記報知部は、前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、前記画像の表示状態を変化させる構成であってもよい。

上記構成によれば、画像の変化により、ユーザに対して入力を受け付けたことを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、前記報知部として、前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、音声を出力する音声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、音声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、前記報知部として、前記物体としての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、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、前記導光板に、前記センサが前記物体を検出するための光を通過させる開口部が形成されており、前記画像を前記光出射面に垂直な方向から見たときに、前記画像の輪郭と、前記開口部の外周部とが同一または略同一の形状となっている構成であってもよい。

上記の構成によれば、ユーザが画像を認識する際に、開口部を参照面とすることができる。これにより、画像の立体感を向上させることができる。また、入力装置の意匠性を向上させることができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記導光板の前記光出射面とは反対側に、前記画像に対応したデザインが形成されたシートを備える構成であってもよい。

上記の構成によれば、ユーザが入力装置に対して入力動作を行うときに、ユーザに対してシートの前面に形成されたデザインを見せることができる。これにより、入力装置のデザイン性を向上させることができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記光出射面とは反対側に、２次元画像を表示する２次元画像表示部を備え、前記導光板は、複数の前記画像を結像し、前記２次元画像表示部は、複数の前記画像に対応した前記２次元画像を表示する構成であってもよい。

上記の構成によれば、ユーザに対して、ユーザが入力しようとしている動作がどの動作であるのかを認識させることができる。

また、本発明の一態様に係る入力装置において、前記２次元画像表示部は、表示する２次元画像を変更できる構成であってもよい。

上記の構成によれば、これにより、ユーザによる入力動作の対象となるメニューを適宜変更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、前記センサは、前記物体を検知した場合に、前記物体を検知する領域を、前記所定の距離よりもさらに離れた領域に変更する構成であってもよい。

上記の構成によれば、入力検知部がユーザの入力を検知した後に、物体の位置が不安定になったとしても、出センサが物体を検知している状態を保持することができる。その結果、チャタリング現象が起こ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、リレーをさらに備え、前記入力検知部によるユーザによる入力を検知状態に応じて、前記リレーの開閉を制御する構成であってもよい。

本発明の一態様によれば、ユーザの入力を検知するためのセンサがユーザに認識されにくい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立体画像表示部の斜視図である。 ユーザの入力を受け付ける前の上記入力装置を示す図である。 上記入力装置におけるユーザの入力を受け付ける様子を示す図である。 上記入力装置が備え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。 スイッチとして用いる場合における上記入力装置の要部構成を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、上記入力装置がオルタネートタイプのスイッチとして機能する入力装置の構成の一例を示す図である。 （ａ）～（ｅ）は、上記入力装置の動作を説明するための図である。 上記入力装置の一例を示す図である。 上記入力装置が備える導光板の変形例としての導光板の構成を示す斜視図である。 上記入力装置の変形例としての入力装置の構成を示す側面図である。 上記入力装置のさらなる変形例としての入力装置の構造を示す図である。 上記入力装置のさらなる変形例としての入力装置の構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）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の一例を示す図である。 本発明の一態様に係るスイッチの構造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ブロック図である。 実施形態１における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。 （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に示すように、入力装置１Ａは、立体画像表示部１０と、位置検出センサ２とを備えている。

入力装置１Ａでは、図６に示すように、立体画像表示部１０が、ユーザの入力動作の対象となる立体画像Ｉを空間に結像させる。立体画像Ｉは、高さ方向が前後方向（導光板１１に垂直な方向）となる台形錐台形状をしており、スイッチを模した形状となっている。ユーザは、入力装置１Ａに対する入力動作として、導光板１１の出射面１１ａに対して垂直方向であり、出射面１１ａに向かう向きに指Ｆを移動させ、前面ＡＦまで指Ｆを移動させる。位置検出センサ２は、立体画像Ｉの前面ＡＦ側であって、導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向において立体画像Ｉよりも所定の距離だけ前側の範囲Ａ１に存在する物体を検知するようになっている。

図６に示すように、位置検出センサ２は、導光板１１の出射面１１ａとは反対側の空間に配置されている。これにより、位置検出センサ２が出射面１１ａとは反対側に配置されているため、導光板１１よりもユーザ側の空間の構造をシンプルにすることが可能となる。

§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、立体画像表示部１０と、位置検出センサ２（センサ）と、音声出力部３（音声出力装置）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。なお、本実施形態では、立体画像表示部１０および位置検出センサ２は、図示しない筐体の内部に格納されている。ただし、後述する導光板１１の出射面１１ａは、上記筐体から露出されている。

立体画像表示部１０は、ユーザにより視認される立体画像Ｉをスクリーンのない空間に結像する。

図３は、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、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、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（対向面）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。

なお、導光板１１は、全透過光に対する拡散光の割合を表すヘイズ値が、ユーザが、所定の数値以下（例えば、２８％以下）であることが好ましい。これにより、位置検出センサ２から照射される光が拡散しない、または、拡散してもわずかな量とすることができる。

上記光路変更部は、導光板１１を導光された光を出射面１１ａへ向けて反射する反射面を備えている。背面１１ｂに対する上記反射面の面密度（換言すれば、出射面１１ａに垂直な方向から見たときにおける、背面１１ｂの面積に対する上記反射面の面積の割合）は、３０％以下であることが好ましい。これにより、背面１１ｂ側の空間に位置検出センサ２を設けても、導光板１１を透過する検出光によって物体を検出することができる。

位置検出センサ２は、立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉ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、立体画像表示部１０の後側（－Ｘ軸方向側）であって、上下方向において立体画像Ｉが結像される位置に設置されている。位置検出センサ２は、導光板１１の出射面１１ａとは反対側の空間に配置されている。

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、測距センサ、静電容量型センサ、位置センサ、またはジェスチャーセンサを用いてよいし、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。

音声出力部３は、後述する報知制御部３３からの指示を受けて音声を出力する。

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（報知部）と、報知制御部３３（報知部）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、音声出力部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、音声出力部３に対して音声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４は、ユーザの入力を受け付ける前の入力装置１Ａを示す図である。図５は、入力装置１Ａにおけるユーザの入力を受け付ける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Ｉが結像された状態となっている。なお、本動作例では、立体画像表示部１０が、立体画像Ｉとして、高さ方向が前後方向（導光板１１に垂直な方向）となる台形錐台形状をしており、スイッチを模した形状となっている立体画像を結像する例について説明する。以降では、立体画像Ｉにおける導光板１１から最も遠い面（台形錐台形状の上面にあたる面）を前面ＡＦと呼称する。

図４に示すように、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Ｉとしての台形錐台の高さ方向が導光板１１の出射面１１ａに対して垂直になるように結像されている。この場合、図５に示すように、ユーザは、入力装置１Ａに対する入力動作として、導光板１１の出射面１１ａに対して垂直方向であり、出射面１１ａに向かう向きに指Ｆ（物体）を移動させ、前面ＡＦまで指Ｆを移動させる。

図６は、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。図６に示すように、本実施形態における位置検出センサ２は、立体画像Ｉの前面ＡＦ側であって、導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向において立体画像Ｉよりも所定の距離だけ前側の範囲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。

上記の構成によれば、位置検出センサ２は、ユーザの指Ｆが立体画像Ｉに到達する前に、ユーザの指Ｆを検知することができる。そして、位置検出センサ２は、ユーザの指Ｆ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、立体画像表示部１０の光源１２を消灯させる。これにより、立体画像Ｉが結像されない状態となる。換言すれば、画像制御部３２は、立体画像Ｉの表示状態を変化させる。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に対して報知することができる。

また、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、音声出力部３に対して音声を出力するよう指示を出す。音声出力部３は、例えば、「入力を受け付けました。」などの音声を出力する。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に対して報知することができる。

以上のように、入力装置１Ａでは、位置検出センサ２が、導光板１１の出射面１１ａとは反対側の空間に配置されている。これにより、位置検出センサ２が出射面１１ａとは反対側に配置されているため、導光板１１よりもユーザ側の空間の構造をシンプルにすることが可能となる。

また、上述したように、導光板１１が透光性を有している。そのため、位置検出センサ２から出射され物体を検出するための検出光が導光板１１を透過しやすくなっている。

また、従来では、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という問題があった。

これに対して、本実施形態における入力装置１Ａでは、位置検出センサ２が導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向において立体画像Ｉよりも所定の距離だけ前側の範囲Ａ１に存在する物体を検知するようになっている。このため、入力装置１Ａ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。

なお、位置検出センサ２の検出位置を、以下の（Ａ）～（Ｃ）としたときにおける入力装置１Ａに対する操作感について、３人の被験者にアンケートを行った。

（Ａ）導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向において立体画像Ｉが結像されている位置よりも所定の距離だけ前側の範囲
（Ｂ）立体画像が結像されている領域
（Ｃ）導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向において立体画像Ｉが結像されている位置よりも所定の距離だけ後側の範囲。

その結果、すべての被験者の回答が、（Ａ）の場合に最も操作感を得られ、（Ｃ）の場合に最も操作感が得られないという回答であった。

なお、立体画像Ｉの前面ＡＦと、位置検出センサ２が検知する領域である範囲Ａ１の前後方向の距離は、５～３５ｃｍであることが好ましい。これにより、ユーザに対してより確実に操作感を与えることができる。

なお、本実施形態における入力装置１Ａでは、位置検出センサ２が導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向において立体画像Ｉよりも所定の距離だけ前側の範囲Ａ１に存在する物体を検出する態様であったが、本発明の入力装置は、これに限られない。すなわち、本発明の一態様では、位置検出センサ２が、ユーザが入力動作のために使用する物体を検出する位置またはその近傍に立体画像Ｉを結像させる態様であってもよい。

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。

図７は、スイッチとして用いる場合における入力装置１Ａの要部構成を示すブロック図である。図７に示すように、入力装置１Ａをスイッチとして用いる場合には、入力装置１ＡにリレーＲを組み込めばよい。入力装置１Ａをスイッチとして用いる場合には、入力装置１Ａは、位置検出センサ２が範囲Ａ１に物体を検出している間はスイッチがオンの状態となるモーメンタリタイプのスイッチとして機能してもよい。この場合には、入力装置１Ａは、位置検出センサ２が範囲Ａ１に物体を検出している間のみスイッチがオンの状態となっていることを示す立体画像を表示する。また、入力装置１Ａは、位置検出センサ２が範囲Ａ１に物体を検出するとスイッチをオンの状態とし、その後、位置検出センサ２が範囲Ａ１に物体を検出しなくなり、再び位置検出センサが範囲Ａ１に物体を検出するまでスイッチをオンの状態とするオルタネートタイプのスイッチとして機能してもよい。この場合には、入力装置１Ａは、位置検出センサ２が範囲Ａ１に物体を検出してから、再び位置検出センサが範囲Ａ１に物体を検出するまで間、スイッチがオンの状態となっていることを示す立体画像を表示する。すなわち、入力装置１Ａは、リレーＲを備え、入力検知部３１によるユーザの入力の検知状態に応じて、リレーＲの開閉を制御することにより、スイッチとして用いることができる。

ここで、オルタネートタイプのスイッチとして機能する入力装置１Ａａの構成例について説明する。図８の（ａ）および（ｂ）は、入力装置１Ａａの構成の一例を示す図である。図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、入力装置１Ａａは、立体画像表示部１０を２つ備えている。ここでは、それぞれの立体画像表示部１０を区別するために、立体画像表示部１０Ａおよび立体画像表示部１０Ｂと称する。図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、立体画像表示部１０Ａは、導光板１１Ａと、光源１２Ａとを備えている。また、立体画像表示部１０Ｂは、導光板１１Ｂと、光源１２Ｂとを備えている。立体画像表示部１０Ａおよび立体画像表示部１０Ｂは、光源１２Ａおよび光源１２Ｂをそれぞれ点灯することにより、それぞれ異なる立体画像Ｉ１、Ｉ２を空間に結像する。

図９の（ａ）～（ｅ）は、入力装置１Ａａの動作を説明するための図である。入力装置１Ａａ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が立体画像表示部１０Ａの光源１２Ａを点灯させるように制御する。これにより、図９の（ａ）に示すように、立体画像表示部１０Ａにより立体画像Ｉ１が結像された状態となっている。このとき、上記スイッチは、オフの状態であるとする。

次に、ユーザは、指Ｆを立体画像Ｉ１が結像されている位置に位置させる。そして、入力検知部３１がユーザの入力を検知すると、入力装置１Ａａは、スイッチをオンの状態に切り替える。また、このとき、画像制御部３２は、光源１２Ａを消灯させるとともに、光源１２Ｂを点灯させる。これにより、立体画像Ｉ１に代わって立体画像Ｉ２が結像される。

次に、ユーザが指Ｆをスイッチから遠ざける。このとき、上記スイッチはオンのままであり、かつ、図９の（ｃ）に示すように、立体画像Ｉ２が結像されたままの状態となる。

次に、図９の（ｄ）に示すように、ユーザが指Ｆを立体画像Ｉ２が結像されている位置に位置させる。

そして、入力検知部３１がユーザの入力を検知すると、入力装置１Ａａは、スイッチをオフの状態に切り替える。また、このとき、画像制御部３２は、光源１２Ｂを消灯させるとともに、光源１２Ａを点灯させる。これにより、図９の（ｅ）に示すように、立体画像Ｉ２に代わって立体画像Ｉ１が結像される。

なお、本実施形態における入力装置１Ａでは、立体画像Ｉが、高さ方向が前後方向（導光板１１に垂直な方向）となる台形錐台形状であり、ユーザが導光板１１の出射面１１ａに対して垂直方向であり、出射面１１ａに向かう向きに指Ｆを移動させる構成であった。しかしながら、本発明の入力装置はこれに限られない。本発明の一態様の入力装置では、立体画像Ｉが、高さ方向が上下方向（導光板１１に平行な方向）となる台形錐台形状であり、ユーザが導光板１１の出射面１１ａに対して上下方向に指Ｆを移動させる構成であってもよい。また、高さ方向が上下方向に対して角度を有する台形錐台形状であり、ユーザが導光板１１の出射面１１ａに対して斜め方向に指Ｆを移動させる構成であってもよい。

また、本発明の一態様の入力装置では、入力検知部３１がユーザの入力を検知した場合に、位置検出センサ２の検出位置を導光板１１の出射面１１ａから遠ざかる位置に変更する態様であってもよい。ここで、空間においてユーザの指Ｆを検知する場合、指Ｆの位置が不安定となってしまい、スイッチのオンとオフとがごく短時間で繰り返される現象であるチャタリング現象が発生してしまうことが考えられる。上記の構成によれば、入力検知部３１がユーザの入力を検知した場合に、位置検出センサ２の検出位置を導光板１１の出射面１１ａから遠ざかる位置に変更する。これにより、入力検知部３１がユーザの入力を検知した後に、指Ｆの位置が不安定になったとしても、位置検出センサ２が指Ｆを検知している状態を保持することができる。その結果、チャタリング現象が起こることを防止することができる。

当該構成は、特に、入力装置が上記のモーメンタリタイプのスイッチとして機能する場合に有効である。つまり、モーメンタリタイプのスイッチの場合、ユーザがスイッチをオンにしておきたい期間において指Ｆを空間に保持し続ける必要がある。このときに、指Ｆの位置が不安定になることが想定されるが、上記の構成によればチャタリング現象の発生を抑制することができる。

また、本発明の一態様の入力装置では、複数の立体画像表示部１０および複数の立体画像表示部１０に対応する複数の位置検出センサ２を備える態様であってもよい。上記の構成によれば、ユーザの複数種類の入力に対応した入力装置とすることができる。このような入力装置は、例えば、ＦＡ（factory automation）の操作盤、家電などに好適に適用することができる。

なお、本実施形態では、立体画像表示部１０および位置検出センサ２が筐体の内部に格納されている態様であったが、本発明の入力装置はこれに限られない。本発明の一態様の入力装置では、立体画像表示部１０と位置検出センサ２とが同一の筐体に格納されておらず、互いに分離した構造であってもよい。図１０は、実施形態１における入力装置１Ａの一例を示す図である。例えば、図１０の点線で示す断面で、立体画像表示部１０と位置検出センサ２と分離することができる。

ここで、例えば、入力装置１Ａを建物の照明のスイッチとして使用する場合、位置検出センサ２を壁などに埋め込む。しかし、壁に埋め込むことができるサイズの規格が国によって異なっている。立体画像表示部１０と位置検出センサ２と互いに分離した構造である場合、位置検出センサ２のサイズを前記規格に合わせたサイズにして壁に埋め込み、その後、立体画像表示部１０を設置することができる。これにより、センサの検出位置に合わせて立体画像表示部１０を設置することができる。また、立体画像表示部１０のデザインを変更しやすくなる。

§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＞
次に、導光板１１の変形例としての導光板１１Ａについて説明する。

図１１は、導光板１１Ａの構成を示す斜視図である。図１１に示すように、導光板１１Ａには、開口部１５が形成されている。

開口部１５は、位置検出センサ２によって物体を検出するための光を通過させる開口部である。本変形例における入力装置１Ａでは、入力装置１Ａを前側から（出射面１１ａに垂直な方向から）見たときに、立体画像Ｉの輪郭と、開口部１５の外周部とが同一または略同一になるように、開口部１５が形成されている。

上記の構成によれば、ユーザが立体画像Ｉを認識する際に、開口部１５を参照面とすることができる。これにより、立体画像Ｉの立体感を向上させることができる。また、入力装置１Ａの意匠性を向上させることができる。

＜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１２は、入力装置１Ｂの構成を示す側面図である。図１２に示すように入力装置１Ｂでは、位置検出センサ２が配置される位置が実施形態１における入力装置１Ａと異なっている。具体的には、入力装置１Ｂでは、位置検出センサ２が、立体画像表示部１０よりも前側（＋Ｘ軸側）であって、入力装置１Ａを前側から（出射面１１ａに垂直な方向から）見たときに導光板１１の外側に設置されている。また、位置検出センサ２は、導光板１１の出射面１１ａに垂直な方向において立体画像Ｉよりも所定の距離だけ前側の範囲Ａ１に存在する物体を検知するようになっている。

上記の構成によれば、実施形態１における入力装置１Ａと同様に、入力装置１Ａ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。

また、位置検出センサ２が、入力装置１Ａを前側から（出射面１１ａに垂直な方向から）見たときに導光板１１の外側に設置されている。これにより、導光板１１が透明性を有していても、ユーザが立体画像Ｉを見るときに、ユーザが位置検出センサ２を認識しないようにすることができる。

＜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１３は、入力装置１Ｃの構造を示す図である。図１３に示すように、入力装置１Ｃは、実施形態１における入力装置１Ａの構成に加えてシート８を備えている。

シート８は、導光板１１と位置検出センサ２との間に設置されている。シート８は、シート８の前面側には、例えば、木目調などのデザインが印刷（形成）されている。また、上述したように、導光板１１は透光性を有している。上記の構成によれば、ユーザが入力装置１Ａに対して入力動作を行うときに、ユーザに対してシートの前面に印刷されたデザインを見せることができる。これにより、入力装置１Ｃのデザイン性を向上させることができる。

また、シート８は、位置検出センサ２から出射される光を通過させるためのスリット８ａが形成されている。スリット８ａは、ユーザに認識されないように、シート８の端部に形成されていることが好ましい。

なお、シート８は、上記デザインが印刷された紙であってもよいし、上記デザインが印刷された板であってもよい。また、シート８が位置検出センサ２から出射される光を透過させることができるのであれば、スリット８ａを設ける必要はない。

＜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１４は、入力装置１Ｄの構成を示す図である。図１４に示すように、入力装置１Ｄは、実施形態１における入力装置１Ａの構成に２次元画像表示部２０を備えている。

２次元画像表示部２０は、導光板１１と位置検出センサ２との間に設置されている。２次元画像表示部２０は、例えば、ＬＣＤ（liquid crystal display）やＯＬＥＤ（organic light emitting diode）などの画像を表示する表示装置である。

なお、入力装置１Ｄでは、立体画像表示部１０が複数の立体画像Ｉを表示できるようになっている。当該構成は、例えば、入力装置１Ｄに複数の立体画像Ｉに対応する複数の光源１２を備えさせ、それぞれの光源１２に対応する光路変更部を導光板１１に形成することにより実現することができる。

図１５の（ａ）および（ｂ）は、本変形例における立体画像表示部１０によって結像される立体画像Ｉの一例を示す図である。本変形例における立体画像表示部１０は、図１５の（ａ）に示すように、格子状のデザインの立体画像を結像してもよいし、図１５の（ｂ）に示すように、複数のボタン形状の立体画像を結像してもよい。

本変形例における入力装置１Ｄでは、２次元画像表示部２０が、各立体画像に対応する位置にそれぞれ画像を表示する。例えば、２次元画像表示部２０は、各立体画像に対応する位置に、その立体画像に対する入力動作の対象となる文字（例えば、入力装置がエレベータの操作部として使用される場合には、行き先の階を示す数字など）を表示する。これにより、ユーザに対して、ユーザが入力しようとしている動作がどの動作であるのかを認識させることができる。

さらに、２次元画像表示部２０は、表示する画像を変更できるようになっている。これにより、ユーザによる入力動作の対象となるメニューを適宜変更することができるようになっている。

＜４．５＞
次に、本発明の入力装置と一般的な押圧型のスイッチ（押ボタン型スイッチ）とを組み合わせたスイッチについて説明する。

図１６は、本変形例におけるスイッチ４０の構造を示す断面図である。図１６に示すように、スイッチ４０は、入力装置１Ｅと、押圧型スイッチ４１、カバー４２とを備えている。なお、押圧型スイッチ４１として一般的なスイッチを適用することができるため、図１６においては、押圧型スイッチ４１を簡素化して図示している。

押圧型スイッチ４１は、被押圧部材４１ａを備えている。押圧型スイッチ４１は、被押圧部材４１ａが図１６における下方向に押圧されることによりスイッチのオン／オフが切り替わるようになっている。

入力装置１Ｅは、実施形態１における入力装置１Ａの導光板１１に代えて導光板１６を備えている。導光板１６は、図１６における上下方向に垂直な断面がＵ字状となっている。入力装置１Ｅでは、光源１２が導光板１６の端部に設置されており、光源１２から出射された光が導光板１６の内部を反射されながら導光される。そして、導光された光が、導光板１６の出射面１６ａに対向する対向面１６ｂに形成された光路変更部（不図示）によって光路変更され、出射面１６ａから出射し、立体画像Ｉを結像する。

カバー４２は、ユーザの指が導光板１６に接触することを防ぐためのカバーであり、透光性を有している。

スイッチ４０では、ユーザの操作を以下の２つの方法により検知することができる。１つは、実施形態１にて説明したように、導光板１６の出射面１６ａから所定の距離離れた位置にユーザの指Ｆが位置したときに検知する方法である。

もう１つの方法は、ユーザが押圧型スイッチ４１の被押圧部材４１ａを物理的に押しこんだことを検知する方法である。この場合、ユーザは、カバー４２を下方向に押圧することにより、カバー４２が下方向に移動する。次に、カバー４２が導光板１６を下方向に押圧することにより、導光板１６が下方向に移動する。そして、導光板１６により押圧型スイッチ４１の被押圧部材４１ａが下方向に移動することにより、ユーザの操作を検知する。

以上のように、スイッチ４０は、押ボタン型のスイッチとしての機能と、非接触式のスイッチとしての機能とを有する。

＜４．６＞
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１７は、本変形例における入力装置１Ｆのブロック図である。

図１７に示すように、入力装置１Ｆは、実施形態１における音声出力部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１Ｆ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１Ｆ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。

＜４．７＞
入力装置１Ａにおける立体画像表示部１０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１８は、立体画像表示部６０の斜視図である。図１９は、立体画像表示部６０の構成を示す断面図である。図２０は、立体画像表示部６０の構成を示す平面図である。図２１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１８および図１９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１９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１９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２０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２１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２０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２２は、光路変更部６３の配列を示す斜視図である。図２２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２３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２３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２３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。

＜４．８＞
入力装置１Ａにおける立体画像表示部１０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２４は、立体画像表示部８０の斜視図である。図２５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２４および図２５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。

＜４．９＞
入力装置１Ａにおいて、立体画像表示部１０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、立体画像表示部１０は、立体感のある画像を結像させることができる。なお、立体画像表示部１は、３以上の視点用の画像を別個に結像させてよい。

また、立体画像表示部１０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。

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。

＜４．１０＞
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２６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２６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２６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。

１Ａ～１Ｆ、１Ａａ 入力装置
２ 位置検出センサ（センサ）
３ 音声出力部（音声出力装置）
６ 超音波発生装置（触覚刺激装置）
８ シート
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１６、６１、８４ 導光板
１１ａ、１６ａ、６１ａ、８４ｃ 出射面（光出射面）
１１ｂ 背面（対向面）
１５ 開口部
２０ ２次元画像表示部
３１ 入力検知部
３２ 画像制御部（報知部）
３３ 報知制御部（報知部）
Ｆ 指（物体）
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２ 立体画像（画像）
Ｒ リレー

Claims (15)

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、ユーザの入力動作の対象となる画像を空間に結像させる導光板と、
   ユーザが前記入力動作のために使用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結果に基づいてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
   前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、検知したことをユーザに報知する報知部と、を備え、
   前記センサは、前記導光板の前記光出射面とは反対側の空間に配置されており、
   前記入力検知部は、前記入力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入力装置。
2. 前記導光板は、透光性を有することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
3. 前記導光板における前記光出射面と対向する対向面に、当該導光板を導光された光を前記光出射面へ向けて反射する反射面を有する複数の光路変更部が形成されており、
   前記対向面に対する前記反射面の面密度が３０％以下であ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. 前記導光板を複数備えており、
   複数の前記導光板は、それぞれ異なる前記画像を空間に結像させ、
   前記報知部は、前記入力を検知したときに、前記画像を切り替えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の入力装置。
5. 前記導光板は、前記画像を前記センサが前記物体を検出する位置またはその近傍に前記画像を結像させ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. 光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、ユーザの入力動作の対象となる画像を空間に結像させる導光板と、
   ユーザが前記入力動作のために使用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結果に基づいてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
   前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、検知したことをユーザに報知する報知部と、を備え、
   前記導光板は、前記センサが前記物体を検出する位置またはその近傍に前記画像を結像させ、
   前記入力検知部は、前記入力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入力装置。
7. 前記報知部は、前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、前記画像の表示状態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. 前記報知部として、前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、音声を出力する音声出力装置をさらに備え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. 前記報知部として、前記物体としての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１～８のいずれか１項に記載の入力装置。
10. 光源から入射した光を導光して光出射面から出射させ、ユーザの入力動作の対象となる画像を空間に結像させる導光板と、
    ユーザが前記入力動作のために使用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結果に基づいてユーザによる入力を検知する入力検知部と、
    前記入力検知部がユーザによる入力を検知したときに、検知したことをユーザに報知する報知部と、を備え、
    前記センサは、前記導光板の前記光出射面とは反対側の空間に配置されており、
    前記導光板に、前記センサが前記物体を検出するための光を通過させる開口部が形成されており、
    前記画像を前記光出射面に垂直な方向から見たときに、前記画像の輪郭と、前記開口部の外周部とが同一または略同一の形状となっていることを特徴とする入力装置。
11. 前記導光板の前記光出射面とは反対側に、前記画像に対応したデザインが形成されたシートを備え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. 前記光出射面とは反対側に、２次元画像を表示する２次元画像表示部を備え、
    前記導光板は、複数の前記画像を結像し、
    前記２次元画像表示部は、複数の前記画像に対応した前記２次元画像を表示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。
13. 前記２次元画像表示部は、表示する２次元画像を変更できることを特徴とする請求項１２に記載の入力装置。
14. 前記センサは、前記物体を検知した場合に、前記物体を検知する領域を、前記所定の距離よりもさらに離れた領域に変更することを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の入力装置。
15. リレーをさらに備え、
    前記入力検知部によるユーザによる入力を検知状態に応じて、前記リレーの開閉を制御することを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の入力装置。

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