JPH09305302A - 空中像入出力装置及び方法 - Google Patents
空中像入出力装置及び方法Info
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- JPH09305302A JPH09305302A JP8125461A JP12546196A JPH09305302A JP H09305302 A JPH09305302 A JP H09305302A JP 8125461 A JP8125461 A JP 8125461A JP 12546196 A JP12546196 A JP 12546196A JP H09305302 A JPH09305302 A JP H09305302A
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- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】入力機能と出力機能とが一体化された空中像を
鮮明に出現させて全く新しい情報入出力を行う。 【解決手段】表示源としての可視光発生部２４から入力
キー２６に対応した可視光を発生し、一対のパラボラミ
ラー２０，２２等を用いた空中像生成部１０によって、
入力操作部２６のミラージュである空中像１４を出現さ
せる。空中像１４に指を触れるとその反射光が光検出部
２８で検出され、コントローラ１６は可視光発生部２４
の駆動タイミングから操作位置を判別して外部にスイッ
チ信号を出力する。
鮮明に出現させて全く新しい情報入出力を行う。 【解決手段】表示源としての可視光発生部２４から入力
キー２６に対応した可視光を発生し、一対のパラボラミ
ラー２０，２２等を用いた空中像生成部１０によって、
入力操作部２６のミラージュである空中像１４を出現さ
せる。空中像１４に指を触れるとその反射光が光検出部
２８で検出され、コントローラ１６は可視光発生部２４
の駆動タイミングから操作位置を判別して外部にスイッ
チ信号を出力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の
情報処理装置の入出力操作に使用するキーやタッチパネ
ル等の画像を何もない空中に空中像として出現させ、こ
の空中像を指先等により操作して入力指示を行う空中像
入出力装置及び方法に関し、特に、入力操作に使用する
空中像を、実在するキースイッチ、二次元表示器、ライ
ン表示器等を使用して空中に出現させて操作する空中像
入出力装置及び方法に関する。
情報処理装置の入出力操作に使用するキーやタッチパネ
ル等の画像を何もない空中に空中像として出現させ、こ
の空中像を指先等により操作して入力指示を行う空中像
入出力装置及び方法に関し、特に、入力操作に使用する
空中像を、実在するキースイッチ、二次元表示器、ライ
ン表示器等を使用して空中に出現させて操作する空中像
入出力装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、音声、画像など情報をネットワー
クを介して自由にやりとりできるマルチメディアが華や
かに喧伝されている。しかしながら、マルチメディア時
代とはいっても、マン・マシン・インタフェースとして
使用される入出力デバイスは、旧来のものが使われてい
るのが実情である。
クを介して自由にやりとりできるマルチメディアが華や
かに喧伝されている。しかしながら、マルチメディア時
代とはいっても、マン・マシン・インタフェースとして
使用される入出力デバイスは、旧来のものが使われてい
るのが実情である。
【０００３】従来のマン・マシン・インタフェースに使
用される入出力装置としては、出力表示にはＣＲＴディ
スプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイが
使用される。液晶ディスプレイは小型の携帯機器、プラ
ズマディスプレイは大型機器、ＣＲＴディスプレイは卓
上情報機器やテレビ等、それぞれの特徴を活かせる分野
で広く用いられている。
用される入出力装置としては、出力表示にはＣＲＴディ
スプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイが
使用される。液晶ディスプレイは小型の携帯機器、プラ
ズマディスプレイは大型機器、ＣＲＴディスプレイは卓
上情報機器やテレビ等、それぞれの特徴を活かせる分野
で広く用いられている。
【０００４】一方、入力装置には、キーボード、マウ
ス、タッチパネル等があり、これらもまた、それぞれの
特徴を活かせる分野で広く用いられている。更に入出力
機能を一体化した装置として、タッチパネルをＣＲＴデ
ィスプレイの表面に配置したタッチパネルスイッチ装置
も広く使用されている。一般的なタッチパネルの構造
は、酸化スズ等の透明電極をＸ方向（行方向）およびＹ
方向（列方向）にそれぞれ複数配置し、指を触れた場所
のＸ座標およびＹ座標を検出することにより、指を触れ
た位置を特定する。指を触れたことを検出する方法に
は、ＸＹ電極間の静電容量の変化を検出する方法、ＸＹ
電極間の短絡による電流変化を検出する方法、ＸＹ両電
極に誘起される人体雑音を検出する方法等がある。
ス、タッチパネル等があり、これらもまた、それぞれの
特徴を活かせる分野で広く用いられている。更に入出力
機能を一体化した装置として、タッチパネルをＣＲＴデ
ィスプレイの表面に配置したタッチパネルスイッチ装置
も広く使用されている。一般的なタッチパネルの構造
は、酸化スズ等の透明電極をＸ方向（行方向）およびＹ
方向（列方向）にそれぞれ複数配置し、指を触れた場所
のＸ座標およびＹ座標を検出することにより、指を触れ
た位置を特定する。指を触れたことを検出する方法に
は、ＸＹ電極間の静電容量の変化を検出する方法、ＸＹ
電極間の短絡による電流変化を検出する方法、ＸＹ両電
極に誘起される人体雑音を検出する方法等がある。
【０００５】タッチパネルはＣＲＴディスプレイ等の表
示装置の表面に配置され、特定の表示場所を指等で触れ
ることによって、人間の意思を前記情報処理装置へと伝
達する機能を持つ装置である。しかしながら、現状のタ
ッチパネルの分解能には限界があり、画面中を数十区分
かせいぜい数百区分できるに過ぎず、高い分解能を必要
とする画像情報を入力することは不可能である。
示装置の表面に配置され、特定の表示場所を指等で触れ
ることによって、人間の意思を前記情報処理装置へと伝
達する機能を持つ装置である。しかしながら、現状のタ
ッチパネルの分解能には限界があり、画面中を数十区分
かせいぜい数百区分できるに過ぎず、高い分解能を必要
とする画像情報を入力することは不可能である。
【０００６】また、タッチパネルスイッチ装置は、別々
に製造されたタッチパネルと表示装置とを組み合わせて
一体化する構造であるため、表示面とタッチ面とは表示
器の表面を保護するガラス等の厚さ分だけ、即ち数ミリ
メートル程度は離れてしまうことになる。このため、画
像を見る角度によっては画像の位置と指を触れるべき位
置とがずれてしまう現象が生じる。これもタッチパネル
の分解能を制限する要因となっている。更に、表示装置
と入力装置という、それぞれが別々の構造を持つ２つの
独立したハードウェアを組み合わせているため、どうし
てもコストの上昇は避けられない。
に製造されたタッチパネルと表示装置とを組み合わせて
一体化する構造であるため、表示面とタッチ面とは表示
器の表面を保護するガラス等の厚さ分だけ、即ち数ミリ
メートル程度は離れてしまうことになる。このため、画
像を見る角度によっては画像の位置と指を触れるべき位
置とがずれてしまう現象が生じる。これもタッチパネル
の分解能を制限する要因となっている。更に、表示装置
と入力装置という、それぞれが別々の構造を持つ２つの
独立したハードウェアを組み合わせているため、どうし
てもコストの上昇は避けられない。
【０００７】このような従来の入出力装置に対し、入力
操作に使用する画像を空中に空中像として出現させ、空
中に出現された空中像画像に指を触れると、指の触れた
位置を検出することによってデータを入力するユニーク
な入力方法が提案されている（特開平6-348404号）。こ
の入力方法は、半透明板の一方の端の下面にＣＲＴ等の
表示画面を配置し、半透明板の他方の端に接して半透明
板とほぼ４５度の角度で配置された２枚の再帰反射板と
によって、半透明板の上面の対称位置に表示画面の実像
を投影して空中像を出現させる。ここで再帰反射板と
は、入射光を入射角度にかかわらず入射方向へと反射す
る反射板である。
操作に使用する画像を空中に空中像として出現させ、空
中に出現された空中像画像に指を触れると、指の触れた
位置を検出することによってデータを入力するユニーク
な入力方法が提案されている（特開平6-348404号）。こ
の入力方法は、半透明板の一方の端の下面にＣＲＴ等の
表示画面を配置し、半透明板の他方の端に接して半透明
板とほぼ４５度の角度で配置された２枚の再帰反射板と
によって、半透明板の上面の対称位置に表示画面の実像
を投影して空中像を出現させる。ここで再帰反射板と
は、入射光を入射角度にかかわらず入射方向へと反射す
る反射板である。
【０００８】表示画面の投影により空中像が出現する空
間内に指等の物体を差し入れらると、その位置が物体位
置検出部で検出され、物体の検出位置と投影された表示
画面中の図形の位置情報に基づいて、入力指示のための
スイッチ信号を発生する。
間内に指等の物体を差し入れらると、その位置が物体位
置検出部で検出され、物体の検出位置と投影された表示
画面中の図形の位置情報に基づいて、入力指示のための
スイッチ信号を発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空中像
を表示して入力操作を行う従来の入力方法にあっては、
表示画面に表示された画像から出る光は、半透明板でそ
の１／２が反射され、下側の再帰反射板によって反射さ
れて再び半透明板に入り、これを透過した更に１／２の
光が半透明板の上側の表示画面と対称の位置に結像す
る。一方、表示画面の画像から出て最初に半透明板を透
過した光は、上側の再帰反射板で１／２の光が反射さ
れ、半透明板でさらに１／２の光が反射され、最初に半
透明板で反射された光と同じ位置に結像する。
を表示して入力操作を行う従来の入力方法にあっては、
表示画面に表示された画像から出る光は、半透明板でそ
の１／２が反射され、下側の再帰反射板によって反射さ
れて再び半透明板に入り、これを透過した更に１／２の
光が半透明板の上側の表示画面と対称の位置に結像す
る。一方、表示画面の画像から出て最初に半透明板を透
過した光は、上側の再帰反射板で１／２の光が反射さ
れ、半透明板でさらに１／２の光が反射され、最初に半
透明板で反射された光と同じ位置に結像する。
【００１０】即ち、この入力方法では、再帰反射板の反
射率を１００％としても、表示画面から出た光の半分し
か原理的に利用できないことになる。更に、特開平6-34
8404号は再帰反射板として３Ｍ社製のScotchlite 7610
、7615を記載する。この再帰反射板は、現状で入手で
きる最も効率の良い再帰反射板と考えられるが、車のヘ
ッドライトを反射する交通標識や看板用として開発され
たものである。このため光学的に精度の高い光学部材で
はなく、鮮明な光学像を空中に形成することが難しく、
また反射率も５０％に満たない。
射率を１００％としても、表示画面から出た光の半分し
か原理的に利用できないことになる。更に、特開平6-34
8404号は再帰反射板として３Ｍ社製のScotchlite 7610
、7615を記載する。この再帰反射板は、現状で入手で
きる最も効率の良い再帰反射板と考えられるが、車のヘ
ッドライトを反射する交通標識や看板用として開発され
たものである。このため光学的に精度の高い光学部材で
はなく、鮮明な光学像を空中に形成することが難しく、
また反射率も５０％に満たない。
【００１１】このため、従来の入力方法によって得られ
る空中像はかなりぼんやりしたものとなってしまい、ま
た明るさも表示画面の明るさの１／４以下となってしま
い、その空中像は暗く、不鮮明であることは避けられな
い。従って、情報処理装置等から出力される情報をＣＲ
Ｔディスプレイや液晶ディスプレイ等と同等の分解能と
明るさで表示することはできない。
る空中像はかなりぼんやりしたものとなってしまい、ま
た明るさも表示画面の明るさの１／４以下となってしま
い、その空中像は暗く、不鮮明であることは避けられな
い。従って、情報処理装置等から出力される情報をＣＲ
Ｔディスプレイや液晶ディスプレイ等と同等の分解能と
明るさで表示することはできない。
【００１２】また空中像に対する指等の位置を検出して
入力指示を行う装置は別に作成され、空中像の表示装置
と組み合わせて使用されるものであり、これは従来のタ
ッチパネルスイッチ装置と基本的に同じであり、同様な
問題を生ずる。本発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、人に優しい真のマルチメディアを
実現するため、入力機能と出力機能とが一体化された空
中像を鮮明に出現させて全く新しい情報の空中像入出力
装置及び方法を提供することを目的とする。
入力指示を行う装置は別に作成され、空中像の表示装置
と組み合わせて使用されるものであり、これは従来のタ
ッチパネルスイッチ装置と基本的に同じであり、同様な
問題を生ずる。本発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、人に優しい真のマルチメディアを
実現するため、入力機能と出力機能とが一体化された空
中像を鮮明に出現させて全く新しい情報の空中像入出力
装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。本発明の空中像入出力装置は、１又は複数の
入力操作部に対応した可視光を発生する可視光発生部、
可視光操作部から発生した可視光に基づいて空中に入力
操作部の光学的実像、所謂ミラージュである空中像を生
成する空中像生成部を備える。また、及び空中像に指を
触れる操作を反射光から検出する光検出部が設けられ
る。コントローラは、可視光発生部の駆動により入力操
作部に対応した可視光を選択的に出射して空中像を生成
させ、指等による空中像の操作を検出した際に、外部に
位置検出信号を出力させる。
図である。本発明の空中像入出力装置は、１又は複数の
入力操作部に対応した可視光を発生する可視光発生部、
可視光操作部から発生した可視光に基づいて空中に入力
操作部の光学的実像、所謂ミラージュである空中像を生
成する空中像生成部を備える。また、及び空中像に指を
触れる操作を反射光から検出する光検出部が設けられ
る。コントローラは、可視光発生部の駆動により入力操
作部に対応した可視光を選択的に出射して空中像を生成
させ、指等による空中像の操作を検出した際に、外部に
位置検出信号を出力させる。
【００１４】例えば図１（Ａ）、（Ｂ）のように、１又
は複数の入力操作部に対応した可視光を発生する可視光
発生部としての発光キー２６、発光キー２６から発生し
た可視光に基づいて空中に入力操作部のミラージュであ
る空中像１４を生成する空中像生成部としての例えばパ
ラボラミラーユニット１０を備える。また、及び空中像
１４に指を触れる操作を反射光から検出する光検出部と
しての受光素子２８が設けられる。
は複数の入力操作部に対応した可視光を発生する可視光
発生部としての発光キー２６、発光キー２６から発生し
た可視光に基づいて空中に入力操作部のミラージュであ
る空中像１４を生成する空中像生成部としての例えばパ
ラボラミラーユニット１０を備える。また、及び空中像
１４に指を触れる操作を反射光から検出する光検出部と
しての受光素子２８が設けられる。
【００１５】コントローラ１６は、発光キー２６の駆動
により入力操作部に対応した可視光を選択的に出射して
空中像１４を生成させ、指等による空中像１４の操作を
検出した際に、外部に位置検出信号をスイッチ信号とし
て出力させる。空中像生成部として機能するパラボラミ
ラーユニット１０は、一対のパラボラミラー２０，２２
を使用し、相対する２つのパラボラミラー２０，２２の
ミラー面によって入力操作部の空中像１４を開口１２の
空間に生成させる。
により入力操作部に対応した可視光を選択的に出射して
空中像１４を生成させ、指等による空中像１４の操作を
検出した際に、外部に位置検出信号をスイッチ信号とし
て出力させる。空中像生成部として機能するパラボラミ
ラーユニット１０は、一対のパラボラミラー２０，２２
を使用し、相対する２つのパラボラミラー２０，２２の
ミラー面によって入力操作部の空中像１４を開口１２の
空間に生成させる。
【００１６】また空中像生成部としては、一部を切り欠
いて開口した回転楕円面ミラーを使用することもでき、
回転楕円面ミラーの一方の焦点位置に可視光発生部を配
置して開口に入力操作部の空中像を生成させる。回転楕
円面ミラーは、楕円を長軸で回転して短軸方向の面で切
り欠いたミラー面でもよいし、楕円を長軸で回転して長
軸方向の面で切り欠いたミラー面でもよい。
いて開口した回転楕円面ミラーを使用することもでき、
回転楕円面ミラーの一方の焦点位置に可視光発生部を配
置して開口に入力操作部の空中像を生成させる。回転楕
円面ミラーは、楕円を長軸で回転して短軸方向の面で切
り欠いたミラー面でもよいし、楕円を長軸で回転して長
軸方向の面で切り欠いたミラー面でもよい。
【００１７】回転楕円面ミラーは、開口を透明カバーで
覆って内部にホコリ等が入らないようにする。また回転
楕円面ミラーの開口を透明カバーで覆い、開口から内部
の可視光発生部が直接見えないように透明カバーの一部
を不透明にすることで、可視範囲を拡大できる。別の空
中像生成部として、パラボラミラーの焦点位置又はその
近傍に可視光発生部を配置し、パラボラミラーに所定距
離を離して凸レンズを配置し、凸レンズの焦点位置の空
間に入力操作部の空中像を生成させる。この場合、パラ
ボラミラーと凸レンズの間に平面ミラーを配置すること
で、光軸方向を任意の方向に偏向することができる。
覆って内部にホコリ等が入らないようにする。また回転
楕円面ミラーの開口を透明カバーで覆い、開口から内部
の可視光発生部が直接見えないように透明カバーの一部
を不透明にすることで、可視範囲を拡大できる。別の空
中像生成部として、パラボラミラーの焦点位置又はその
近傍に可視光発生部を配置し、パラボラミラーに所定距
離を離して凸レンズを配置し、凸レンズの焦点位置の空
間に入力操作部の空中像を生成させる。この場合、パラ
ボラミラーと凸レンズの間に平面ミラーを配置すること
で、光軸方向を任意の方向に偏向することができる。
【００１８】また別の空中像生成部として、焦点位置又
はその近傍に可視光発生部を配置した第１凸レンズに対
し所定距離を離して第２凸レンズを配置し、第２凸レン
ズの焦点位置の空間に入力操作部の空中像を生成させ
る、第２凸レンズで平行光束に変換するため、第２凸レ
ンズとの距離を必要に応じて任意に決めることができ
る。
はその近傍に可視光発生部を配置した第１凸レンズに対
し所定距離を離して第２凸レンズを配置し、第２凸レン
ズの焦点位置の空間に入力操作部の空中像を生成させ
る、第２凸レンズで平行光束に変換するため、第２凸レ
ンズとの距離を必要に応じて任意に決めることができ
る。
【００１９】空中像の表示源となる可視光発生部は、例
えば図１（Ａ）、（Ｂ）のように、発光素子を備えた１
又は複数の発光キー２６とした場合、光検出部は発光キ
ー２６と共に受光素子２８を設けるだけの簡単な構成で
済む。空中像の操作位置は、空中像の操作による反射光
を受光素子２８で受光して検出できる。空中像の表示源
となる発光キー２６には、頭頂部に数字、記号等の表示
を備えた透明材料で作られたキートップを装着する。こ
れによって、文字、数字を持った発光キー２６の空中像
が出現し、物理的には存在しないが視覚的に鮮明に認識
できる空中像の入力キーとして操作できる。
えば図１（Ａ）、（Ｂ）のように、発光素子を備えた１
又は複数の発光キー２６とした場合、光検出部は発光キ
ー２６と共に受光素子２８を設けるだけの簡単な構成で
済む。空中像の操作位置は、空中像の操作による反射光
を受光素子２８で受光して検出できる。空中像の表示源
となる発光キー２６には、頭頂部に数字、記号等の表示
を備えた透明材料で作られたキートップを装着する。こ
れによって、文字、数字を持った発光キー２６の空中像
が出現し、物理的には存在しないが視覚的に鮮明に認識
できる空中像の入力キーとして操作できる。
【００２０】空中像１４を用いた入出力に使用するコン
トローラ１６は、可視光発生部の複数の発光素子を所定
のタイミングに従って順番に駆動走査する駆動走査回
路、駆動走査回路による複数の発光素子の各駆動タイミ
ングと光検出部の受光素子による光検出信号とに基づい
て空中像の操作に対応した発光素子の位置を判別して位
置検出信号を出力する判別回路を備える。
トローラ１６は、可視光発生部の複数の発光素子を所定
のタイミングに従って順番に駆動走査する駆動走査回
路、駆動走査回路による複数の発光素子の各駆動タイミ
ングと光検出部の受光素子による光検出信号とに基づい
て空中像の操作に対応した発光素子の位置を判別して位
置検出信号を出力する判別回路を備える。
【００２１】空中像の表示源となる可視光発生部として
は、複数の発光素子を縦横に配列した二次元画像発生器
を使用することもできる。二次元画像発生器の発光面の
近傍には、光検出部を構成する１又は複数の受光素子が
配置され、空中に二次元画像の操作による反射光を受光
する。コントローラは、文字、図形等の画像入力に応じ
た二次元画像発生器の発光素子の駆動走査により平面空
中像を空中像生成部に生成させる。更に詳細には、コン
トローラは、二次元画像発生器で発生する画像情報を記
憶した画像記憶回路、二次元画像発生器の複数の発光素
子を所定のタイミングに従って順番に駆動走査する駆動
走査回路、駆動走査回路による複数の発光素子の各駆動
タイミングと光検出部による光検出信号とに基づいて、
空中像の操作に対応した発光素子の位置を判別して位置
検出信号を出力する判別回路を備える。
は、複数の発光素子を縦横に配列した二次元画像発生器
を使用することもできる。二次元画像発生器の発光面の
近傍には、光検出部を構成する１又は複数の受光素子が
配置され、空中に二次元画像の操作による反射光を受光
する。コントローラは、文字、図形等の画像入力に応じ
た二次元画像発生器の発光素子の駆動走査により平面空
中像を空中像生成部に生成させる。更に詳細には、コン
トローラは、二次元画像発生器で発生する画像情報を記
憶した画像記憶回路、二次元画像発生器の複数の発光素
子を所定のタイミングに従って順番に駆動走査する駆動
走査回路、駆動走査回路による複数の発光素子の各駆動
タイミングと光検出部による光検出信号とに基づいて、
空中像の操作に対応した発光素子の位置を判別して位置
検出信号を出力する判別回路を備える。
【００２２】コントローラの画像記憶回路は、画像情報
を布線接続により固定記憶した固定二次元マトリクス回
路でもよいし、画像情報を読み書き自在な画像メモリで
もよい。空中像の表示源となる別の可視光発生部として
は、複数の発光素子を一列に配置した一次元画像発生器
を使用する。この場合、空中像生成部は、一次元画像発
生器からの可視光を多面回転ミラー（ポリゴンミラー）
等の偏向部によってラインに直交する方向に偏向走査し
て二次元画像に変換し、この二次元画像を空中像光学系
に入射して空中像を生成させる。
を布線接続により固定記憶した固定二次元マトリクス回
路でもよいし、画像情報を読み書き自在な画像メモリで
もよい。空中像の表示源となる別の可視光発生部として
は、複数の発光素子を一列に配置した一次元画像発生器
を使用する。この場合、空中像生成部は、一次元画像発
生器からの可視光を多面回転ミラー（ポリゴンミラー）
等の偏向部によってラインに直交する方向に偏向走査し
て二次元画像に変換し、この二次元画像を空中像光学系
に入射して空中像を生成させる。
【００２３】一次元画像発生器には、その発光素子と同
列に複数の受光素子を配列した一次元受光器が光検出部
として設けられる。コントローラは、偏向部の偏向走査
に同期し、文字、図形等の画像入力に応じて一次元画像
発生器の複数の発光素子を選択的に発光させて平面空中
像を空中像生成部に生成させる。更に詳しくは、コント
ローラは、一次元画像発生器で発生する画像情報を記憶
した画像記憶回路、前記偏向部の偏向走査に同期し、画
像情報に応じて一次元画像発生器の複数の発光素子を選
択的に発光させる駆動走査回路、及び駆動走査回路によ
る複数の発光素子の各駆動タイミングと光検出部による
光検出信号とに基づいて、空中像の操作に対応した画像
位置を判別して位置検出信号を出力する判別回路を備え
る。
列に複数の受光素子を配列した一次元受光器が光検出部
として設けられる。コントローラは、偏向部の偏向走査
に同期し、文字、図形等の画像入力に応じて一次元画像
発生器の複数の発光素子を選択的に発光させて平面空中
像を空中像生成部に生成させる。更に詳しくは、コント
ローラは、一次元画像発生器で発生する画像情報を記憶
した画像記憶回路、前記偏向部の偏向走査に同期し、画
像情報に応じて一次元画像発生器の複数の発光素子を選
択的に発光させる駆動走査回路、及び駆動走査回路によ
る複数の発光素子の各駆動タイミングと光検出部による
光検出信号とに基づいて、空中像の操作に対応した画像
位置を判別して位置検出信号を出力する判別回路を備え
る。
【００２４】本発明の空中像入出力装置は、同時にイメ
ージ読取り装置として機能する。イメージ読取装置とし
て機能する場合には、平面空中像の生成位置に配置した
二次元イメージを光検出部がその反射光の検出により読
み取る。この場合、コントローラは、一次元画像発生器
の全ての発光素子を、所定の輝度で均一に発光駆動させ
ることにより、読取反射光を得るための読取走査光源を
生成する。
ージ読取り装置として機能する。イメージ読取装置とし
て機能する場合には、平面空中像の生成位置に配置した
二次元イメージを光検出部がその反射光の検出により読
み取る。この場合、コントローラは、一次元画像発生器
の全ての発光素子を、所定の輝度で均一に発光駆動させ
ることにより、読取反射光を得るための読取走査光源を
生成する。
【００２５】本発明の空中像入出力装置は、図１（Ｃ）
のように、立体の空中像を鮮明に出現させて入出力機能
を実現できる。立体空中像を出現させるため、空中像の
表示源となる可視光発生部として、複数の発光素子を一
列に配置した発光素子群１６２である一次元画像発生器
を使用する。空中像生成部は、一次元画像発生器からの
可視光を偏向部となる例えば多面回転ミラー１７０によ
ってラインに直交する方向に偏向走査し、空中像光学系
に入射して平面空中像を生成させる。更に、立体空中像
生成部により、空中像光学系で生成される平面空中像の
光軸方向の位置を、所定の範囲内で微小距離ずつステッ
プ移動させながら往復移動して立体空中像（ファントマ
像）２１８を生成させる。
のように、立体の空中像を鮮明に出現させて入出力機能
を実現できる。立体空中像を出現させるため、空中像の
表示源となる可視光発生部として、複数の発光素子を一
列に配置した発光素子群１６２である一次元画像発生器
を使用する。空中像生成部は、一次元画像発生器からの
可視光を偏向部となる例えば多面回転ミラー１７０によ
ってラインに直交する方向に偏向走査し、空中像光学系
に入射して平面空中像を生成させる。更に、立体空中像
生成部により、空中像光学系で生成される平面空中像の
光軸方向の位置を、所定の範囲内で微小距離ずつステッ
プ移動させながら往復移動して立体空中像（ファントマ
像）２１８を生成させる。
【００２６】この場合、コントローラは、一次元画像発
生器で発生する三次元画像情報を記憶した画像記憶回
路、多面回転ミラーの回転に同期し三次元画像情報から
変換した奥行き方向に分割された二次元画像情報に応じ
て一次元画像発生器の複数の発光素子をライン走査する
第１駆動走査回路、三次元画像から変換した奥行き方向
の二次元画像の平面空中像を奥行き方向に走査させる第
２駆動走査回路及び、第１及び第２駆動走査回路による
複数の発光素子の各駆動タイミング、奥行き方向の位
置、及び光検出部による光検出信号に基づいて立体空中
像の操作に対応した画像位置を判別して位置検出信号を
出力する判別回路を備える。
生器で発生する三次元画像情報を記憶した画像記憶回
路、多面回転ミラーの回転に同期し三次元画像情報から
変換した奥行き方向に分割された二次元画像情報に応じ
て一次元画像発生器の複数の発光素子をライン走査する
第１駆動走査回路、三次元画像から変換した奥行き方向
の二次元画像の平面空中像を奥行き方向に走査させる第
２駆動走査回路及び、第１及び第２駆動走査回路による
複数の発光素子の各駆動タイミング、奥行き方向の位
置、及び光検出部による光検出信号に基づいて立体空中
像の操作に対応した画像位置を判別して位置検出信号を
出力する判別回路を備える。
【００２７】立体空中像２１８を出現させるための空中
像生成部としては、多面回転ミラー１７０による二次元
走査画像を入射し平行光束に変換する第１凸レンズ１７
４に対し所定距離離れた位置に第２凸レンズ１７６を固
定配置し、第２凸レンズ１７６との合成による焦点距離
に平面空中像を結像させる第３凸レンズ１７７を、第２
凸レンズ１７６の手前に、光軸方向に移動自在に設け
る。そして、アクチュエータ２１２によって、第３凸レ
ンズ１７７を光軸方向の所定範囲内で微小距離ずつステ
ップ移動させながら往復移動させ、第２凸レンズ１７４
との合成による平面空中像を結像させる焦点距離を変化
させて立体空中像２１８を出現させる。
像生成部としては、多面回転ミラー１７０による二次元
走査画像を入射し平行光束に変換する第１凸レンズ１７
４に対し所定距離離れた位置に第２凸レンズ１７６を固
定配置し、第２凸レンズ１７６との合成による焦点距離
に平面空中像を結像させる第３凸レンズ１７７を、第２
凸レンズ１７６の手前に、光軸方向に移動自在に設け
る。そして、アクチュエータ２１２によって、第３凸レ
ンズ１７７を光軸方向の所定範囲内で微小距離ずつステ
ップ移動させながら往復移動させ、第２凸レンズ１７４
との合成による平面空中像を結像させる焦点距離を変化
させて立体空中像２１８を出現させる。
【００２８】別の立体空中像生成部としては、多面回転
ミラーの反射点の手前を焦点位置として第１凸レンズを
配置し、多面回転ミラーからの二次元走査画像を入射し
て光路長に応じてわずかに絞り込まれる非平行光束に変
換する。第１凸レンズに対し所定位置に第２凸レンズを
固定配置し、その間に、光路長を変える方向に移動自在
に反射ミラーを配置する。アクチュエータは、反射ミラ
ーを所定の光路長を変化させる範囲内で微小距離ずつス
テップ移動させながら往復移動させることで立体空中像
を生成する。
ミラーの反射点の手前を焦点位置として第１凸レンズを
配置し、多面回転ミラーからの二次元走査画像を入射し
て光路長に応じてわずかに絞り込まれる非平行光束に変
換する。第１凸レンズに対し所定位置に第２凸レンズを
固定配置し、その間に、光路長を変える方向に移動自在
に反射ミラーを配置する。アクチュエータは、反射ミラ
ーを所定の光路長を変化させる範囲内で微小距離ずつス
テップ移動させながら往復移動させることで立体空中像
を生成する。
【００２９】本発明の空中像入出力装置に使用する凸レ
ンズとしては、中心から外側に向かう半径方向で光の屈
折角が異なるフレネルレンズが望ましい。更に、本発明
による空中像の色は、可視光発生部としての表示源の色
そのものであり、可視光発生部に使用する表示素子を赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色構成とすることに
より、容易にカラー空中像を出現させることができる。
ンズとしては、中心から外側に向かう半径方向で光の屈
折角が異なるフレネルレンズが望ましい。更に、本発明
による空中像の色は、可視光発生部としての表示源の色
そのものであり、可視光発生部に使用する表示素子を赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色構成とすることに
より、容易にカラー空中像を出現させることができる。
【００３０】また本発明は、入出力機能を備えた鮮明な
空中像を用いた入出力方法を提供する。この入出力方法
は １又は複数の入力操作部に対応した可視光を発生する
可視光発生過程； 可視光発生過程で選択的に発生した可視光に基づいて
空中に入力操作部の空中像を生成する空中像生成過程
と； 空中像生成過程で空中に生成した空中像の操作を反射
光から検出して位置検出信号を出力させる光検出過程
と；を備える。
空中像を用いた入出力方法を提供する。この入出力方法
は １又は複数の入力操作部に対応した可視光を発生する
可視光発生過程； 可視光発生過程で選択的に発生した可視光に基づいて
空中に入力操作部の空中像を生成する空中像生成過程
と； 空中像生成過程で空中に生成した空中像の操作を反射
光から検出して位置検出信号を出力させる光検出過程
と；を備える。
【００３１】ここで、可視光発生過程は、二次元配列さ
れた複数の発光素子の順次走査により文字、図形等の二
次元画像の可視光を発光させ、空中像生成過程は、複数
の発光素子の順次走査による可視光を入射して二次元画
像の平面空中像を生成させる。また可視光発生過程は、
一次元に配列された複数の発光素子を二次元画像情報に
基づいて選択的に発光し、空中像生成過程は、前記選択
的に発光された可視光を入射してライン方向に直交する
方向に偏向走査して二次元画像に変換した後に平面空中
像を生成する。
れた複数の発光素子の順次走査により文字、図形等の二
次元画像の可視光を発光させ、空中像生成過程は、複数
の発光素子の順次走査による可視光を入射して二次元画
像の平面空中像を生成させる。また可視光発生過程は、
一次元に配列された複数の発光素子を二次元画像情報に
基づいて選択的に発光し、空中像生成過程は、前記選択
的に発光された可視光を入射してライン方向に直交する
方向に偏向走査して二次元画像に変換した後に平面空中
像を生成する。
【００３２】更に、可視光発生過程は、一次元に配列さ
れた複数の発光素子を三次元画像を奥行き方向に分割し
た各二次元画像に基づいて選択的に発光し、空中像生成
過程は、選択的に発光された可視光をライン方向に直交
する方向に偏向走査して二次元画像に変換した後に平面
空中像を生成させると同時に、光軸方向（奥行き方向）
の所定の範囲で平面空中像の位置を微小距離ずつステッ
プ移動させながら往復移動させて立体空中像を生成させ
る。
れた複数の発光素子を三次元画像を奥行き方向に分割し
た各二次元画像に基づいて選択的に発光し、空中像生成
過程は、選択的に発光された可視光をライン方向に直交
する方向に偏向走査して二次元画像に変換した後に平面
空中像を生成させると同時に、光軸方向（奥行き方向）
の所定の範囲で平面空中像の位置を微小距離ずつステッ
プ移動させながら往復移動させて立体空中像を生成させ
る。
【００３３】このように本発明の入出力装置及び方法に
よれば、発光キー、二次元表示器、一次元表示器等の表
示駆動によって可視光を選択的に発生させ、また可視光
の走査によって文字、画像等を形成し、これらの表示源
を光学的な実像として直接空中に空中像（ミラージュ）
として出現させているため、ＣＲＴディスプレイや液晶
ディスプレイといった従来の表示装置を必要とせず、装
置構成が極めて簡単である。
よれば、発光キー、二次元表示器、一次元表示器等の表
示駆動によって可視光を選択的に発生させ、また可視光
の走査によって文字、画像等を形成し、これらの表示源
を光学的な実像として直接空中に空中像（ミラージュ）
として出現させているため、ＣＲＴディスプレイや液晶
ディスプレイといった従来の表示装置を必要とせず、装
置構成が極めて簡単である。
【００３４】また空中像を出現させるための光学系に、
パラボラミラーやレンズといった光学的に精度の高い要
素を使用しているため、明るく鮮明な空中像を得ること
ができ、本物の入力キーや入力操作用の表示パネルが空
中に実在するように見せることができる。。
パラボラミラーやレンズといった光学的に精度の高い要
素を使用しているため、明るく鮮明な空中像を得ること
ができ、本物の入力キーや入力操作用の表示パネルが空
中に実在するように見せることができる。。
【００３５】空中像を使用した入力は、空中像に指等の
物体が触れる際の反射光が原理的に可視光発生部となる
表示源の近傍に焦点を結ぶことを利用し、表示源の近傍
に光検出部として受光素子を配置して反射光を検出する
だけで、複数の操作部位の発光タイミングに同期した反
射光の検出により、空中像の特定位置に触れたことを検
出できる。
物体が触れる際の反射光が原理的に可視光発生部となる
表示源の近傍に焦点を結ぶことを利用し、表示源の近傍
に光検出部として受光素子を配置して反射光を検出する
だけで、複数の操作部位の発光タイミングに同期した反
射光の検出により、空中像の特定位置に触れたことを検
出できる。
【００３６】このため空中像を使用した入出力機能を実
現するために必要なハードウェアは、表示源近傍に配置
された受光素子と、表示源の発光タイミングと受光素子
の受光信号から操作位置を判別する回路だけといっても
よく、極めて簡潔に構成できる。また空中に二次元画像
（平面画像）が表示されることから、二次元画像を更に
に奥行き方向に往復走査することで、比較的簡単に立体
空中像画像を表示することもできる。
現するために必要なハードウェアは、表示源近傍に配置
された受光素子と、表示源の発光タイミングと受光素子
の受光信号から操作位置を判別する回路だけといっても
よく、極めて簡潔に構成できる。また空中に二次元画像
（平面画像）が表示されることから、二次元画像を更に
に奥行き方向に往復走査することで、比較的簡単に立体
空中像画像を表示することもできる。
【００３７】
【発明の実施の形態】 ＜目 次＞ １．実物を用いた空中像の入出力 ２．二次元画像表示器を用いた平面空中像の入出力 ３．一次元画像表示器を用いた平面空中像の入出力 ４．立体空中像の入出力 １．実物を用いた空中像の入出力 図２は本発明の空中像を用いた入出力装置の第１実施形
態の説明図である。図２において第１実施形態の入出力
装置は、空中像生成部として機能するパラボラミラーユ
ニット１０と、コントローラ１６で構成される。パラボ
ラミラーユニット１０は図３に分解して示すように、上
部に位置する第１パラボラミラー２０と下部に位置する
第２パラボラミラー２２で構成される。
態の説明図である。図２において第１実施形態の入出力
装置は、空中像生成部として機能するパラボラミラーユ
ニット１０と、コントローラ１６で構成される。パラボ
ラミラーユニット１０は図３に分解して示すように、上
部に位置する第１パラボラミラー２０と下部に位置する
第２パラボラミラー２２で構成される。
【００３８】上部に位置するパラボラミラー２０は内側
にパラボラミラー面２１を形成しており、その頭頂部に
空中像を生成するための開口１２を設けている。下部に
位置する第２パラボラミラー２２は内側にパラボラミラ
ー面２３を形成し、パラボラミラー面２３の底部に可視
光発光部および光検出部として機能する発光受光ユニッ
ト２４を装着している。
にパラボラミラー面２１を形成しており、その頭頂部に
空中像を生成するための開口１２を設けている。下部に
位置する第２パラボラミラー２２は内側にパラボラミラ
ー面２３を形成し、パラボラミラー面２３の底部に可視
光発光部および光検出部として機能する発光受光ユニッ
ト２４を装着している。
【００３９】図４は図３のパラボラミラー２２に設けた
発光受光ユニット２４を取り出している。発光受光ユニ
ット２４は、矩形のプリント基板３０上に４つの発光キ
ー２６−１，２６−２，２６−３，２６−４を設置して
いる。発光キー２６−１〜２６−４のそれぞれは、図５
のように、ＬＥＤ４４に透明材料で作られたキャップ状
のキートップ３６を装着している。
発光受光ユニット２４を取り出している。発光受光ユニ
ット２４は、矩形のプリント基板３０上に４つの発光キ
ー２６−１，２６−２，２６−３，２６−４を設置して
いる。発光キー２６−１〜２６−４のそれぞれは、図５
のように、ＬＥＤ４４に透明材料で作られたキャップ状
のキートップ３６を装着している。
【００４０】キートップ３６は透明材料で作られ、下約
半分を塗装などにより不透明部４０とし、上側を透明部
３８としている。透明部３８の頭頂部にはマーク４２と
して、この実施形態にあっては例えば数字「１」が表示
されている。再び図４を参照するに、プリント基板３０
はコーナの１つから一体に支持アーム３２を延在してお
り、支持アーム３２の先端にコントローラ側との接続の
ためのコネクタ部３４を形成し、コネクタ部３４からプ
リント基板３０上の発光キー２６−１〜２６−４に内蔵
しているＬＥＤ４４に対する接続パターンが形成されて
いる。
半分を塗装などにより不透明部４０とし、上側を透明部
３８としている。透明部３８の頭頂部にはマーク４２と
して、この実施形態にあっては例えば数字「１」が表示
されている。再び図４を参照するに、プリント基板３０
はコーナの１つから一体に支持アーム３２を延在してお
り、支持アーム３２の先端にコントローラ側との接続の
ためのコネクタ部３４を形成し、コネクタ部３４からプ
リント基板３０上の発光キー２６−１〜２６−４に内蔵
しているＬＥＤ４４に対する接続パターンが形成されて
いる。
【００４１】４つの発光キー２６−１〜２６−４を備え
たプリント基板３０の中央には、空中像に指などを触れ
た際の反射光を受光する光検出部として機能する受光素
子２８が設けられている。この発光受光ユニット２４
は、図３のように、プリント基板３０上の発光キー２６
−１〜２６−４及び受光素子２８が図３の第２パラボラ
ミラー２２の内面底部に突出するように下側から装着さ
れている。またプリント基板３０に設けたコネクタ部３
４に対しては、コントローラ１６が信号線接続されてい
る。コントローラ１６の上部にはＬＥＤ表示器１８が設
けられ、空中像により操作されたキーの番号を表示でき
るようにしている。
たプリント基板３０の中央には、空中像に指などを触れ
た際の反射光を受光する光検出部として機能する受光素
子２８が設けられている。この発光受光ユニット２４
は、図３のように、プリント基板３０上の発光キー２６
−１〜２６−４及び受光素子２８が図３の第２パラボラ
ミラー２２の内面底部に突出するように下側から装着さ
れている。またプリント基板３０に設けたコネクタ部３
４に対しては、コントローラ１６が信号線接続されてい
る。コントローラ１６の上部にはＬＥＤ表示器１８が設
けられ、空中像により操作されたキーの番号を表示でき
るようにしている。
【００４２】図２の使用状態でコントローラ１６は、図
示しないパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に接
続され、且つ電源供給を受けて動作しており、図３の第
２パラボラミラー２２に内蔵した発光受光ユニット２４
の４つの発光キー２６−１〜２６−４を順次発光駆動し
ている。パラボラミラーユニット１０の開口１２の部分
には、第２パラボラミラー１２の底部に設置した発光受
光ユニット２４の発光キー２６−１〜２６−４を表示源
とした空中像１４が出現する。
示しないパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に接
続され、且つ電源供給を受けて動作しており、図３の第
２パラボラミラー２２に内蔵した発光受光ユニット２４
の４つの発光キー２６−１〜２６−４を順次発光駆動し
ている。パラボラミラーユニット１０の開口１２の部分
には、第２パラボラミラー１２の底部に設置した発光受
光ユニット２４の発光キー２６−１〜２６−４を表示源
とした空中像１４が出現する。
【００４３】この空中像１４は、パラボラミラーユニッ
ト１０の周囲の所定角度の範囲内で見ることができる。
空中像１４は、コントローラ１６により発光受光ユニッ
ト２４を発光駆動していない状態であっても、周囲が十
分に明るければ開口１２から入射した光による発光受光
ユニット２４の空中像１４が出現する。またコントロー
ラ１６による動作状態にあっては、開口１２に出現した
空中像１４は、図４のように発光キー２６−１〜２６−
４に内蔵したＬＥＤの発光駆動で、発光キー全体が明る
く輝いたキートップとして出現する。この発光受光ユニ
ット２４を表示源とした空中像１４は、パラボラミラー
ユニット１０の光学系によってミラージュとして結像さ
れる実像である。
ト１０の周囲の所定角度の範囲内で見ることができる。
空中像１４は、コントローラ１６により発光受光ユニッ
ト２４を発光駆動していない状態であっても、周囲が十
分に明るければ開口１２から入射した光による発光受光
ユニット２４の空中像１４が出現する。またコントロー
ラ１６による動作状態にあっては、開口１２に出現した
空中像１４は、図４のように発光キー２６−１〜２６−
４に内蔵したＬＥＤの発光駆動で、発光キー全体が明る
く輝いたキートップとして出現する。この発光受光ユニ
ット２４を表示源とした空中像１４は、パラボラミラー
ユニット１０の光学系によってミラージュとして結像さ
れる実像である。
【００４４】図６は図２のパラボラミラーユニット１０
の断面図である。パラボラミラーユニット１０の下部の
パラボラミラー２２の内部の底に発光キー２６−１〜２
６−４の先端が突出し、また受光素子２８の先端が突出
している。発光受光ユニット２４の発光キー２６−１，
２６−２からの光は、直線４８−１，４８−２で示すよ
うに、上部に位置する第１パラボラミラー２０のパラボ
ラミラー面２１に当たって平行光となって反射する。
の断面図である。パラボラミラーユニット１０の下部の
パラボラミラー２２の内部の底に発光キー２６−１〜２
６−４の先端が突出し、また受光素子２８の先端が突出
している。発光受光ユニット２４の発光キー２６−１，
２６−２からの光は、直線４８−１，４８−２で示すよ
うに、上部に位置する第１パラボラミラー２０のパラボ
ラミラー面２１に当たって平行光となって反射する。
【００４５】この平行光は下部に位置するパラボラミラ
ー２２のパラボラミラー面２３で反射し、上部の開口１
２の発光受光ユニット２４に相対した位置に結像し、発
光キー２６−１，２６−２に対応した空中像１４−１，
１４−２を出現させる。なお図示していない発光キー２
６−３，２６−４についても、対応する空中像１４−
３，１４−４が出現する。
ー２２のパラボラミラー面２３で反射し、上部の開口１
２の発光受光ユニット２４に相対した位置に結像し、発
光キー２６−１，２６−２に対応した空中像１４−１，
１４−２を出現させる。なお図示していない発光キー２
６−３，２６−４についても、対応する空中像１４−
３，１４−４が出現する。
【００４６】このように上部に位置する第１パラボラミ
ラー２０の開口１２に結像した空中像１４−１，１４−
２は、２点鎖線で示す可視範囲４６−１，４６−２に目
を置いたとき見ることができる。この可視範囲４６−１
〜４６−２は断面部分であり、実際にはこの領域を半回
転した立体状の可視範囲が形成されている。図７はパラ
ボラミラーユニット１０の開口１２に出現された空中像
１４−１，１４−２について、空中像１４−１に指４８
を触れてスイッチ操作を行った場合である。空中像１４
−１に指４８を触れると、空中像１４−１の位置には内
部の発光受光ユニット２４に設けている発光キー２６−
１の発光駆動による光が結像していることから、この光
が指４８の介在により反射し、破線で示す反射光５０−
１，５０−２として発光受光ユニット２４からの光の経
路を逆に辿って発光受光ユニット２４の位置に戻る。
ラー２０の開口１２に結像した空中像１４−１，１４−
２は、２点鎖線で示す可視範囲４６−１，４６−２に目
を置いたとき見ることができる。この可視範囲４６−１
〜４６−２は断面部分であり、実際にはこの領域を半回
転した立体状の可視範囲が形成されている。図７はパラ
ボラミラーユニット１０の開口１２に出現された空中像
１４−１，１４−２について、空中像１４−１に指４８
を触れてスイッチ操作を行った場合である。空中像１４
−１に指４８を触れると、空中像１４−１の位置には内
部の発光受光ユニット２４に設けている発光キー２６−
１の発光駆動による光が結像していることから、この光
が指４８の介在により反射し、破線で示す反射光５０−
１，５０−２として発光受光ユニット２４からの光の経
路を逆に辿って発光受光ユニット２４の位置に戻る。
【００４７】この場合、指４８からの反射光５０−１，
５０−２による発光受光ユニット２４における反射光の
受光範囲は、発光受光ユニット２４のほぼ全領域で生ず
る。発光受光ユニット２４の中央には受光素子２８が設
けられており、受光素子は指４８からの反射光５０−
１，５０−２を受光して受光出力を生ずる。このため、
受光素子２８の指４８からの反射光による受光出力から
発光キー２６−１に対応した空中像１４−１の操作位置
を検出することができる。この場合、指４８を空中像１
４−１，１４−２のどの位置に置いても受光素子２８は
反射光の受光出力を生じ、反射光そのものからは操作位
置を認識することはできない。そこで本発明にあって
は、４つの発光キー２６−１〜２６−４を一定周期で順
番に発光駆動しており、この発光駆動のタイミングと指
４８による反射光の受光タイミングから４つの空中像１
４−１〜１４−４の内のいずれが操作されたかを判別
し、対応するスイッチ信号を出力するようにしている。
５０−２による発光受光ユニット２４における反射光の
受光範囲は、発光受光ユニット２４のほぼ全領域で生ず
る。発光受光ユニット２４の中央には受光素子２８が設
けられており、受光素子は指４８からの反射光５０−
１，５０−２を受光して受光出力を生ずる。このため、
受光素子２８の指４８からの反射光による受光出力から
発光キー２６−１に対応した空中像１４−１の操作位置
を検出することができる。この場合、指４８を空中像１
４−１，１４−２のどの位置に置いても受光素子２８は
反射光の受光出力を生じ、反射光そのものからは操作位
置を認識することはできない。そこで本発明にあって
は、４つの発光キー２６−１〜２６−４を一定周期で順
番に発光駆動しており、この発光駆動のタイミングと指
４８による反射光の受光タイミングから４つの空中像１
４−１〜１４−４の内のいずれが操作されたかを判別
し、対応するスイッチ信号を出力するようにしている。
【００４８】また発光受光ユニット２４に設けた４つの
発光キー２６−１〜２６−４の発光駆動の周期は、その
点滅周期を目で認識させないようにするため、３０Ｈｚ
以上の周期で点滅させている。図８は図２のパラボラミ
ラーユニット１０に対し設けられたコントローラ１６の
回路ブロック図である。コントローラ１６は、クロック
発生回路５２、分周回路５４、タイミング発生回路５
６、ＬＥＤ駆動回路５８、光検出回路６０、タイミング
判別回路６２、ホールド回路６４、数字表示回路６６、
ＬＥＤ表示器１８、音発生回路６８及びスピーカ７０で
構成される。
発光キー２６−１〜２６−４の発光駆動の周期は、その
点滅周期を目で認識させないようにするため、３０Ｈｚ
以上の周期で点滅させている。図８は図２のパラボラミ
ラーユニット１０に対し設けられたコントローラ１６の
回路ブロック図である。コントローラ１６は、クロック
発生回路５２、分周回路５４、タイミング発生回路５
６、ＬＥＤ駆動回路５８、光検出回路６０、タイミング
判別回路６２、ホールド回路６４、数字表示回路６６、
ＬＥＤ表示器１８、音発生回路６８及びスピーカ７０で
構成される。
【００４９】クロック発生回路５２は外部接続したパー
ソナルコンピュータ等の情報処理装置からの入力を許容
するイネーブル信号Ｅ0 を受けて動作し、図９（Ａ）の
クロックＥ１を出力する。クロックＥ１は、発光受光ユ
ニット２４に設けた４つのＬＥＤ４４−１〜４４−４の
発光周期を決めるもので、例えばＨレベルとなるマーク
幅約１ｍｓ、Ｌレベルとなるスペース幅約０．４ｍｓを
もつ７２０Ｈｚのクロック信号Ｅ１を発生する。
ソナルコンピュータ等の情報処理装置からの入力を許容
するイネーブル信号Ｅ0 を受けて動作し、図９（Ａ）の
クロックＥ１を出力する。クロックＥ１は、発光受光ユ
ニット２４に設けた４つのＬＥＤ４４−１〜４４−４の
発光周期を決めるもので、例えばＨレベルとなるマーク
幅約１ｍｓ、Ｌレベルとなるスペース幅約０．４ｍｓを
もつ７２０Ｈｚのクロック信号Ｅ１を発生する。
【００５０】分周回路５４は、クロック発生回路５２か
らのクロック信号Ｅ１を図９（Ｂ）の１／２分周信号Ｅ
２と図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に分周する。分周
回路５４からの分周信号Ｅ２，Ｅ４はタイミング発生回
路５６に供給され、ＬＥＤ駆動回路５８に対する４つの
ＬＥＤ４４−１〜４４−４を発光駆動するための図９
（Ｄ）〜（Ｇ）のタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７を生成する。
らのクロック信号Ｅ１を図９（Ｂ）の１／２分周信号Ｅ
２と図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に分周する。分周
回路５４からの分周信号Ｅ２，Ｅ４はタイミング発生回
路５６に供給され、ＬＥＤ駆動回路５８に対する４つの
ＬＥＤ４４−１〜４４−４を発光駆動するための図９
（Ｄ）〜（Ｇ）のタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７を生成する。
【００５１】このタイミング信号Ｅ４〜Ｅ７の各周期は
図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に対応した周期であ
り、クロック信号Ｅ４が７２０Ｈｚであることから、そ
の１／４の１８０Ｈｚの繰返し周波数をもつ。そして発
光周期Ｔｓの間にタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７をクロックＥ１に同期してＬＥＤ駆動回路５８に供給
することで、ＬＥＤ４４−１，４４−２，４４−３，４
４−４を順番に発光駆動し、これを繰り返す。
図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に対応した周期であ
り、クロック信号Ｅ４が７２０Ｈｚであることから、そ
の１／４の１８０Ｈｚの繰返し周波数をもつ。そして発
光周期Ｔｓの間にタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７をクロックＥ１に同期してＬＥＤ駆動回路５８に供給
することで、ＬＥＤ４４−１，４４−２，４４−３，４
４−４を順番に発光駆動し、これを繰り返す。
【００５２】具体的にはタイミング信号Ｅ４〜Ｅ７は、
クロックＥ１、１／２分周信号Ｅ２及び１／４分周信号
Ｅ３を次の論理を実現する論理回路を通すことで得られ
る。なお、ここで＊は反転信号を意味する。 Ｅ４＝Ｅ１・Ｅ２・Ｅ３ Ｅ５＝＊Ｅ１・Ｅ２・Ｅ３ Ｅ６＝Ｅ１・＊Ｅ２・Ｅ３ Ｅ７＝＊Ｅ１・＊Ｅ２・Ｅ３ 一方、タイミング発生回路５６からのタイミング信号Ｅ
４〜Ｅ７は、同時にタイミング判別回路６２に与えられ
ている。またタイミング判別回路６２には光検出回路６
０からの光検出信号Ｅ８が入力される。光検出回路６０
に対しては、例えばフォトトランジスタなどを用いた受
光素子２８の受光信号が入力されており、図７のように
空中像１４−１に指４８を触れたときの反射光５０−
１，５０−２を検出して光検出信号Ｅ８を出力する。タ
イミング判別回路６２は、タイミング発生信号Ｅ４〜Ｅ
７と光検出信号Ｅ８から判別信号Ｅ９〜Ｅ１２のいずれ
か１つを出力する。
クロックＥ１、１／２分周信号Ｅ２及び１／４分周信号
Ｅ３を次の論理を実現する論理回路を通すことで得られ
る。なお、ここで＊は反転信号を意味する。 Ｅ４＝Ｅ１・Ｅ２・Ｅ３ Ｅ５＝＊Ｅ１・Ｅ２・Ｅ３ Ｅ６＝Ｅ１・＊Ｅ２・Ｅ３ Ｅ７＝＊Ｅ１・＊Ｅ２・Ｅ３ 一方、タイミング発生回路５６からのタイミング信号Ｅ
４〜Ｅ７は、同時にタイミング判別回路６２に与えられ
ている。またタイミング判別回路６２には光検出回路６
０からの光検出信号Ｅ８が入力される。光検出回路６０
に対しては、例えばフォトトランジスタなどを用いた受
光素子２８の受光信号が入力されており、図７のように
空中像１４−１に指４８を触れたときの反射光５０−
１，５０−２を検出して光検出信号Ｅ８を出力する。タ
イミング判別回路６２は、タイミング発生信号Ｅ４〜Ｅ
７と光検出信号Ｅ８から判別信号Ｅ９〜Ｅ１２のいずれ
か１つを出力する。
【００５３】図９（Ｈ）〜（Ｌ）は、ＬＥＤ４４−１の
発光駆動のタイミングで空中像に指を触れたときのタイ
ムチャートである。まず図９（Ｈ）の光検出信号Ｅ８
は、図９（Ｄ）のＬＥＤ４４−１を発光駆動するタイミ
ング信号Ｅ４に同期して立ち上がる。このため、図９
（Ｈ）の判別信号Ｅ９がタイミング信号Ｅ４と光検出信
号Ｅ８の論理積により立ち上がる。
発光駆動のタイミングで空中像に指を触れたときのタイ
ムチャートである。まず図９（Ｈ）の光検出信号Ｅ８
は、図９（Ｄ）のＬＥＤ４４−１を発光駆動するタイミ
ング信号Ｅ４に同期して立ち上がる。このため、図９
（Ｈ）の判別信号Ｅ９がタイミング信号Ｅ４と光検出信
号Ｅ８の論理積により立ち上がる。
【００５４】ホールド回路６４は、タイミング判別回路
６２の判別信号Ｅ９〜Ｅ１２のうち最初に立ち上がった
判別信号をホールドする。このため、それ以降タイミン
グ信号Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７に同期して破線のように光検出
信号Ｅ８が立ち上がり、図９（Ｊ）（Ｋ）（Ｌ）のよう
に、破線のように判別信号Ｅ１０，Ｅ１１，Ｅ１２が得
られても、これは無視される。
６２の判別信号Ｅ９〜Ｅ１２のうち最初に立ち上がった
判別信号をホールドする。このため、それ以降タイミン
グ信号Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７に同期して破線のように光検出
信号Ｅ８が立ち上がり、図９（Ｊ）（Ｋ）（Ｌ）のよう
に、破線のように判別信号Ｅ１０，Ｅ１１，Ｅ１２が得
られても、これは無視される。
【００５５】このためホールド回路６４は、最初に立ち
上がった判別信号Ｅ９に対応したスイッチ信号Ｓ１を外
部に出力する。ホールド回路６４はリトリガタイマで構
成されており、判別信号Ｅ９が０．５秒以内に再度立ち
上がるとリトリガ動作するが、０．５秒以上入力しない
と、図９（Ｎ）のホールドクリア信号を生じ、ホールド
を解除する。
上がった判別信号Ｅ９に対応したスイッチ信号Ｓ１を外
部に出力する。ホールド回路６４はリトリガタイマで構
成されており、判別信号Ｅ９が０．５秒以内に再度立ち
上がるとリトリガ動作するが、０．５秒以上入力しない
と、図９（Ｎ）のホールドクリア信号を生じ、ホールド
を解除する。
【００５６】ホールド回路６４が図９（Ｍ）のように、
スイッチ信号Ｓ１のホールド出力を行うと同時に、この
スイッチＳ１のホールド信号は数字表示回路６６に与え
られ、操作した空中像に対応するＬＥＤ４４−１の発光
キー、即ち図４の発光キー２６−１のキートップに設け
ている数字「１」をＬＥＤ表示器１８に表示し、オペレ
ータに空中像の操作スイッチが確認できるようにしてい
る。
スイッチ信号Ｓ１のホールド出力を行うと同時に、この
スイッチＳ１のホールド信号は数字表示回路６６に与え
られ、操作した空中像に対応するＬＥＤ４４−１の発光
キー、即ち図４の発光キー２６−１のキートップに設け
ている数字「１」をＬＥＤ表示器１８に表示し、オペレ
ータに空中像の操作スイッチが確認できるようにしてい
る。
【００５７】また空中像を指で触れてスイッチ操作を行
った場合、空中像は物理的には存在しない実態のないも
のであることから、空中像に指を触れることによる操作
感を得ることはできない。そこで図８のコントローラに
あっては、音発生回路６８を設け、ホールド回路６４よ
りスイッチ信号Ｓ１〜Ｓ４のいずれか１つが出力された
ときにスピーカ７０により操作音を出力し、スイッチを
入れたという感覚的なフィードバックであるタクタイル
フィードバックを実現している。即ち、図８のコントロ
ーラにあっては、ＬＥＤ表示器１８による視覚的なタク
タイルフィードバックとスピーカ７０からの操作音によ
る聴覚的なタクタイルフィードバックを実現している。
った場合、空中像は物理的には存在しない実態のないも
のであることから、空中像に指を触れることによる操作
感を得ることはできない。そこで図８のコントローラに
あっては、音発生回路６８を設け、ホールド回路６４よ
りスイッチ信号Ｓ１〜Ｓ４のいずれか１つが出力された
ときにスピーカ７０により操作音を出力し、スイッチを
入れたという感覚的なフィードバックであるタクタイル
フィードバックを実現している。即ち、図８のコントロ
ーラにあっては、ＬＥＤ表示器１８による視覚的なタク
タイルフィードバックとスピーカ７０からの操作音によ
る聴覚的なタクタイルフィードバックを実現している。
【００５８】図１０は図２の第１実施形態の変形であ
り、この実施形態にあってはパラボラミラーユニット１
０に内蔵した発光受光ユニット２４に１つの発光キー２
６を設けたことを特徴とする。発光キー２６を１つ設け
た場合についても、同様にして発光キー２６のＬＥＤを
間欠的に発光駆動し、開口１２にその空中像１４を出現
させる。発光キー２６の隣りには受光素子２８が設置さ
れ、開口１２に出現した空中像１４を可視範囲４６−
１，４６−２から見て指でスイッチ操作することでその
反射光を受光し、スイッチ出力を外部に行う。
り、この実施形態にあってはパラボラミラーユニット１
０に内蔵した発光受光ユニット２４に１つの発光キー２
６を設けたことを特徴とする。発光キー２６を１つ設け
た場合についても、同様にして発光キー２６のＬＥＤを
間欠的に発光駆動し、開口１２にその空中像１４を出現
させる。発光キー２６の隣りには受光素子２８が設置さ
れ、開口１２に出現した空中像１４を可視範囲４６−
１，４６−２から見て指でスイッチ操作することでその
反射光を受光し、スイッチ出力を外部に行う。
【００５９】図１１は図１０のパラボラミラーユニット
１０を対象としたコントローラの回路ブロック図であ
り、基本的には図８の複数のＬＥＤを用いた場合と同じ
になる。相違点は発光キー２６が１つであることからＬ
ＥＤ駆動回路５８で駆動するＬＥＤ４４も１つであり、
タイミング発生回路５６は図９（Ｄ）のタイミング信号
Ｅ４のみを出力し、またタイミング判別回路６２も光検
出回路６０からの光検出信号Ｅ８とタイミング信号Ｅ４
の論理積のみによる判別信号Ｅ９を出力する。
１０を対象としたコントローラの回路ブロック図であ
り、基本的には図８の複数のＬＥＤを用いた場合と同じ
になる。相違点は発光キー２６が１つであることからＬ
ＥＤ駆動回路５８で駆動するＬＥＤ４４も１つであり、
タイミング発生回路５６は図９（Ｄ）のタイミング信号
Ｅ４のみを出力し、またタイミング判別回路６２も光検
出回路６０からの光検出信号Ｅ８とタイミング信号Ｅ４
の論理積のみによる判別信号Ｅ９を出力する。
【００６０】したがってホールド回路６４もＬＥＤ４４
を備えた発光キー２６の操作によるスイッチ信号Ｓ１の
みとなる。これ以外の点は図８のコントローラと同じで
ある。このようにパラボラミラーユニット１０を用いた
第１実施形態にあっては、発光受光ユニット２４に複数
の発光キーを設けてもよいし、単一の発光キーを設けて
もよく、パラボラミラーユニット１０の開口１２の部分
に空中像１４として表示可能な数の発光キーを使用する
ことができる。
を備えた発光キー２６の操作によるスイッチ信号Ｓ１の
みとなる。これ以外の点は図８のコントローラと同じで
ある。このようにパラボラミラーユニット１０を用いた
第１実施形態にあっては、発光受光ユニット２４に複数
の発光キーを設けてもよいし、単一の発光キーを設けて
もよく、パラボラミラーユニット１０の開口１２の部分
に空中像１４として表示可能な数の発光キーを使用する
ことができる。
【００６１】またパラボラミラーユニット１０にあって
は、開口１２を開いているが、開口１２は必ず開いてい
る必要はなく、開口１２にガラスやプラスチックなどの
透明材料で蓋をし、内部に対する塵埃や異物の侵入を防
ぐようにすることが望ましい。図１２は本発明の入出力
装置の第２実施形態であり、入力操作部の空中像を生成
する空中像生成部として回転楕円面ミラーを用いたこと
を特徴とする。よく知られているように、楕円には第１
焦点及び第２焦点の２つの焦点が存在し、一方の焦点か
ら発した光は他方の焦点に集光する。このような楕円を
その長軸を軸に回転させた回転楕円体においても、その
性質は同じである。
は、開口１２を開いているが、開口１２は必ず開いてい
る必要はなく、開口１２にガラスやプラスチックなどの
透明材料で蓋をし、内部に対する塵埃や異物の侵入を防
ぐようにすることが望ましい。図１２は本発明の入出力
装置の第２実施形態であり、入力操作部の空中像を生成
する空中像生成部として回転楕円面ミラーを用いたこと
を特徴とする。よく知られているように、楕円には第１
焦点及び第２焦点の２つの焦点が存在し、一方の焦点か
ら発した光は他方の焦点に集光する。このような楕円を
その長軸を軸に回転させた回転楕円体においても、その
性質は同じである。
【００６２】楕円の一般式とその焦点位置は、長軸方向
の半径をａ、短軸方向の半径をｂとすると、楕円のＸ，
Ｙ座標における一般式は （Ｘ2 ／ａ2 ）＋（Ｙ2 ／ｂ2 ）＝１ となる。このため楕円の焦点座標は Ｘ座標＝±（ａ2 −ｂ2 ）1/2 Ｙ座標＝０ と表わされる。例えばａ＝５０ｍｍ、ｂ＝４０ｍｍの楕
円をＹ軸で切断した後、Ｘ軸を中心に回転させた図１２
の第２実施形態で使用する回転楕円面ミラー７６におい
ては、その焦点はＸ軸上で−３０ｍｍ，＋３０ｍｍの各
位置となる。
の半径をａ、短軸方向の半径をｂとすると、楕円のＸ，
Ｙ座標における一般式は （Ｘ2 ／ａ2 ）＋（Ｙ2 ／ｂ2 ）＝１ となる。このため楕円の焦点座標は Ｘ座標＝±（ａ2 −ｂ2 ）1/2 Ｙ座標＝０ と表わされる。例えばａ＝５０ｍｍ、ｂ＝４０ｍｍの楕
円をＹ軸で切断した後、Ｘ軸を中心に回転させた図１２
の第２実施形態で使用する回転楕円面ミラー７６におい
ては、その焦点はＸ軸上で−３０ｍｍ，＋３０ｍｍの各
位置となる。
【００６３】図１２の回転楕円面ミラー７６は、発光キ
ー２６と受光素子２８を備えた発光受光ユニット２４を
第１焦点近傍に設置しており、これによって第２焦点近
傍に発光受光ユニット２４の空中像１４を出現させるこ
とができる。回転楕円ミラー７６はケース７２に収納さ
れており、ケース７２の内部にはコントローラ７４が組
み込まれている。この回転楕円ミラー７６に収納された
発光受光ユニット２４は、可視範囲４６における目の方
向に対し反対方向に発光キー２６及び受光素子２８を向
ける点が重要である。
ー２６と受光素子２８を備えた発光受光ユニット２４を
第１焦点近傍に設置しており、これによって第２焦点近
傍に発光受光ユニット２４の空中像１４を出現させるこ
とができる。回転楕円ミラー７６はケース７２に収納さ
れており、ケース７２の内部にはコントローラ７４が組
み込まれている。この回転楕円ミラー７６に収納された
発光受光ユニット２４は、可視範囲４６における目の方
向に対し反対方向に発光キー２６及び受光素子２８を向
ける点が重要である。
【００６４】この理由は、発光キー２６は実際には点光
源ではなく発光キー２６からの光束の広がり角度は約２
０度程度しかなく、回転楕円面ミラー７６の底面方向に
向けると、発光受光ユニット２６からの空中像１４を結
像するための光は有効に利用できない。そこで可視範囲
４６からの目の位置に対し反対向きに発光キー２６を向
けることで、発光キー２６からの光束の広がりが狭くと
も、効率よく第２焦点近傍にその空中像１４を出現させ
ることができる。
源ではなく発光キー２６からの光束の広がり角度は約２
０度程度しかなく、回転楕円面ミラー７６の底面方向に
向けると、発光受光ユニット２６からの空中像１４を結
像するための光は有効に利用できない。そこで可視範囲
４６からの目の位置に対し反対向きに発光キー２６を向
けることで、発光キー２６からの光束の広がりが狭くと
も、効率よく第２焦点近傍にその空中像１４を出現させ
ることができる。
【００６５】図１３は図１２の可視範囲４６から見た空
中像１４の様子である。このキートップとして結像され
た空中像１４に指を触れると、その反射光が回転楕円ミ
ラー７６の第１焦点近傍に設置した発光受光ユニット２
４の受光素子２８で検出され、コントローラ７４により
スイッチ信号が情報処理装置側に出力される。この図１
２，１３の第２実施形態にあっても、回転楕円ミラー７
６の内部に対する埃や異物の侵入を防ぐため、開口にガ
ラスやプラスチックなどの透明板でカバーを設けること
が望ましい。またコントローラ７４の回路は、図１のＬ
ＥＤ４４を１つ設けた場合と同じになる。
中像１４の様子である。このキートップとして結像され
た空中像１４に指を触れると、その反射光が回転楕円ミ
ラー７６の第１焦点近傍に設置した発光受光ユニット２
４の受光素子２８で検出され、コントローラ７４により
スイッチ信号が情報処理装置側に出力される。この図１
２，１３の第２実施形態にあっても、回転楕円ミラー７
６の内部に対する埃や異物の侵入を防ぐため、開口にガ
ラスやプラスチックなどの透明板でカバーを設けること
が望ましい。またコントローラ７４の回路は、図１のＬ
ＥＤ４４を１つ設けた場合と同じになる。
【００６６】図１４は本発明の入出力装置の第３実施形
態であり、この実施形態は図１２の第２実施形態におけ
る可視範囲４６を拡大するようにしたことを特徴とす
る。図１２の回転楕円面ミラー７６を用いた実施形態に
おける空中像１４の可視範囲を示す角度θは約４０度程
度であり、十分広いとは言えない。この可視範囲４６を
制限している要因は、可視範囲４６の上側の境界を越え
ると発光キー２６からの光を直接受けてしまうことによ
る。可視範囲４６の上側の境界を超えて回転楕円ミラー
７６を見ると、ミラー内部の発光キー２６が直接見え、
実在する発光キー２６の方に目の焦点が引きずられ、空
中像１４を実像として見ることができなくなる。
態であり、この実施形態は図１２の第２実施形態におけ
る可視範囲４６を拡大するようにしたことを特徴とす
る。図１２の回転楕円面ミラー７６を用いた実施形態に
おける空中像１４の可視範囲を示す角度θは約４０度程
度であり、十分広いとは言えない。この可視範囲４６を
制限している要因は、可視範囲４６の上側の境界を越え
ると発光キー２６からの光を直接受けてしまうことによ
る。可視範囲４６の上側の境界を超えて回転楕円ミラー
７６を見ると、ミラー内部の発光キー２６が直接見え、
実在する発光キー２６の方に目の焦点が引きずられ、空
中像１４を実像として見ることができなくなる。
【００６７】そこで図１４の第３実施形態にあっては、
回転楕円面ミラー７６の開口の目に近い側を不透明なカ
バー７８で覆い、発光キー２６の直視を防いでいる。カ
バー７８は図１５に示すように、回転楕円面ミラー７６
の開口の見る側のほぼ半分を覆っている。カバー７８を
回転楕円面ミラー７６の開口に設けることで、図１４の
ように可視範囲４６を示す角度θを、図１２の場合の４
０度程度に比べほぼ倍の８０度に拡大することができ
る。
回転楕円面ミラー７６の開口の目に近い側を不透明なカ
バー７８で覆い、発光キー２６の直視を防いでいる。カ
バー７８は図１５に示すように、回転楕円面ミラー７６
の開口の見る側のほぼ半分を覆っている。カバー７８を
回転楕円面ミラー７６の開口に設けることで、図１４の
ように可視範囲４６を示す角度θを、図１２の場合の４
０度程度に比べほぼ倍の８０度に拡大することができ
る。
【００６８】図１６は回転楕円面ミラーを用いた本発明
の第４実施形態であり、更に可視範囲を拡大することを
特徴とする。図１６において、ケース８０内に収納され
た縦回転楕円面ミラー８２には、図１２，図１４の実施
形態が回転楕円面体を短軸方向で輪切りしているのに対
し、長軸に沿って縦割りした形状を有し、これを縦回転
楕円面ミラーと呼ぶ。
の第４実施形態であり、更に可視範囲を拡大することを
特徴とする。図１６において、ケース８０内に収納され
た縦回転楕円面ミラー８２には、図１２，図１４の実施
形態が回転楕円面体を短軸方向で輪切りしているのに対
し、長軸に沿って縦割りした形状を有し、これを縦回転
楕円面ミラーと呼ぶ。
【００６９】縦回転楕円面ミラー８２に対し、発光受光
ユニット２４は下部の第１焦点近傍に配置される。発光
受光ユニット２４を収納した開口の手前側には、前カバ
ー８４が設けられる。発光受光ユニット２４に設けてい
る発光キーを発光駆動すると、縦回転楕円面ミラー８２
の上部開口に位置する第２焦点近傍にその空中像１４が
出現する。空中像１４の可視範囲４６は、前カバー８４
により発光受光ユニット２４を直視することがないた
め、角度θとして約１２０度にも亘る広い可視範囲４６
を得ることができる。
ユニット２４は下部の第１焦点近傍に配置される。発光
受光ユニット２４を収納した開口の手前側には、前カバ
ー８４が設けられる。発光受光ユニット２４に設けてい
る発光キーを発光駆動すると、縦回転楕円面ミラー８２
の上部開口に位置する第２焦点近傍にその空中像１４が
出現する。空中像１４の可視範囲４６は、前カバー８４
により発光受光ユニット２４を直視することがないた
め、角度θとして約１２０度にも亘る広い可視範囲４６
を得ることができる。
【００７０】図１７は図１６を可視範囲４６から見た説
明図であり、上部の縦回転楕円面ミラー８２の開口の第
２焦点近傍に鮮明な空中像１４が出現し、ユニット８０
の前面であれば、その位置をほとんど気にすることなく
空中像１４を見ることができ、空中像１４に指先などで
触れるスイッチ操作ができる。また図１６から明らかな
ように、縦回転楕円面ミラー８２の第１焦点近傍に設置
した発光受光ユニット２４は、発光キーの向きを水平方
向ではなく、やや上向きとすることで、発光キーからの
光を効率よく第２焦点近傍に集光して鮮明な空中像１４
を出現させることができる。
明図であり、上部の縦回転楕円面ミラー８２の開口の第
２焦点近傍に鮮明な空中像１４が出現し、ユニット８０
の前面であれば、その位置をほとんど気にすることなく
空中像１４を見ることができ、空中像１４に指先などで
触れるスイッチ操作ができる。また図１６から明らかな
ように、縦回転楕円面ミラー８２の第１焦点近傍に設置
した発光受光ユニット２４は、発光キーの向きを水平方
向ではなく、やや上向きとすることで、発光キーからの
光を効率よく第２焦点近傍に集光して鮮明な空中像１４
を出現させることができる。
【００７１】図１８は本発明の入出力装置の第５実施形
態であり、この実施形態にあっては空中像を出現させる
光学系の配置にある程度の自由度をもたせることができ
るようにしたことを特徴とする。即ち、パラボラミラー
を用いた第１実施形態、回転楕円面ミラーを用いた第２
乃至第４実施形態にあっては、表示源となる発光受光ユ
ニットの位置と光学系による空中像の出現位置とは、使
用している光学系によって一義的に決まってしまい、両
者の間隔などを変えることは原理的にできない。
態であり、この実施形態にあっては空中像を出現させる
光学系の配置にある程度の自由度をもたせることができ
るようにしたことを特徴とする。即ち、パラボラミラー
を用いた第１実施形態、回転楕円面ミラーを用いた第２
乃至第４実施形態にあっては、表示源となる発光受光ユ
ニットの位置と光学系による空中像の出現位置とは、使
用している光学系によって一義的に決まってしまい、両
者の間隔などを変えることは原理的にできない。
【００７２】これに対し図１８の実施形態にあっては、
発光受光ユニットとその空中像の位置を必要に応じて適
宜に変えることができる。図１８の第５実施形態にあっ
ては、空中像を出現させるための光学系としてケース８
６内にパラボラミラー８８と凸レンズ９０を収納してい
る。パラボラミラー８８の焦点位置には発光受光ユニッ
ト２４が配置される。発光キー２６からの光はパラボラ
ミラー８８で反射され、平行光に変換される。パラボラ
ミラー８８の開口側には距離Ｄを離して凸レンズ９０が
配置されている。
発光受光ユニットとその空中像の位置を必要に応じて適
宜に変えることができる。図１８の第５実施形態にあっ
ては、空中像を出現させるための光学系としてケース８
６内にパラボラミラー８８と凸レンズ９０を収納してい
る。パラボラミラー８８の焦点位置には発光受光ユニッ
ト２４が配置される。発光キー２６からの光はパラボラ
ミラー８８で反射され、平行光に変換される。パラボラ
ミラー８８の開口側には距離Ｄを離して凸レンズ９０が
配置されている。
【００７３】凸レンズ９０はパラボラミラー８８で反射
された平行光を集光し、ケース８６の開口９２の付近に
発光受光ユニット２４に設けている発光キー２６の空中
像１４を結像により出現させる。この場合の空中像１４
の可視範囲は、光軸付近を除くその周囲の可視範囲４６
−１，４６−２を断面とする立体領域である。開口９２
の近傍の凸レンズ９０の焦点距離Ｆの焦点位置に出現し
た空中像１４に指を触れると、その反射光が逆の経路を
通って発光受光ユニット２４の受光素子２８で受光さ
れ、スイッチ操作を検出してスイッチ信号を出力するこ
とができる。
された平行光を集光し、ケース８６の開口９２の付近に
発光受光ユニット２４に設けている発光キー２６の空中
像１４を結像により出現させる。この場合の空中像１４
の可視範囲は、光軸付近を除くその周囲の可視範囲４６
−１，４６−２を断面とする立体領域である。開口９２
の近傍の凸レンズ９０の焦点距離Ｆの焦点位置に出現し
た空中像１４に指を触れると、その反射光が逆の経路を
通って発光受光ユニット２４の受光素子２８で受光さ
れ、スイッチ操作を検出してスイッチ信号を出力するこ
とができる。
【００７４】この第５実施形態にあっては、凸レンズ９
０としてはレンズ有効口径の半分以下の焦点距離Ｆをも
つものが、可視範囲４６−１，４６−２を広げるために
望ましい。また凸レンズ９０としては有効口径の大きい
ものが望ましく、このため光の屈折角が異なる円形の領
域を多数同心円上に配置した凸レンズと同じ集光機能を
もつフレネルレンズを使用する。
０としてはレンズ有効口径の半分以下の焦点距離Ｆをも
つものが、可視範囲４６−１，４６−２を広げるために
望ましい。また凸レンズ９０としては有効口径の大きい
ものが望ましく、このため光の屈折角が異なる円形の領
域を多数同心円上に配置した凸レンズと同じ集光機能を
もつフレネルレンズを使用する。
【００７５】フレネルレンズはレンズの厚さが薄く、重
量も軽くなり、しかもコスト的に安価である。もちろ
ん、凸レンズ９０としては、１枚のレンズに限らず、多
数のレンズを組み合わせることにより所望の焦点距離Ｆ
を得るようにしてもよいことは勿論である。この第５実
施形態にあっては、発光キー２８からの光はパラボラミ
ラー８８によって一旦平行光に変換されるため、パラボ
ラミラー８８と凸レンズ９０との距離Ｄは原理的にはど
れだけあってもよいことになる。実際にはパラボラミラ
ー８８によって完全な平行光を作るのは難しいため、距
離Ｄにある程度の制限はあるものの、距離Ｄを例えば１
０ｃｍから１００ｃｍ程度まで変えたとしても、空中像
１４を凸レンズ９０の焦点距離Ｆの焦点位置に正しく結
像することができる。このように図８の第５実施形態に
あっては、パラボラミラー８８と凸レンズ９０との間の
距離Ｄに対し自由度が得られる。
量も軽くなり、しかもコスト的に安価である。もちろ
ん、凸レンズ９０としては、１枚のレンズに限らず、多
数のレンズを組み合わせることにより所望の焦点距離Ｆ
を得るようにしてもよいことは勿論である。この第５実
施形態にあっては、発光キー２８からの光はパラボラミ
ラー８８によって一旦平行光に変換されるため、パラボ
ラミラー８８と凸レンズ９０との距離Ｄは原理的にはど
れだけあってもよいことになる。実際にはパラボラミラ
ー８８によって完全な平行光を作るのは難しいため、距
離Ｄにある程度の制限はあるものの、距離Ｄを例えば１
０ｃｍから１００ｃｍ程度まで変えたとしても、空中像
１４を凸レンズ９０の焦点距離Ｆの焦点位置に正しく結
像することができる。このように図８の第５実施形態に
あっては、パラボラミラー８８と凸レンズ９０との間の
距離Ｄに対し自由度が得られる。
【００７６】図１９は図１８の変形例であり、パラボラ
ミラー８８と凸レンズ９０との間に平面ミラー９４を例
えばパラボラミラー８８からの光軸に対し４５度傾けて
配置することで、両者の距離Ｄに加え配置方向を変える
ことができるようにしたことを特徴としている。平面ミ
ラー９４の配置角度は例えば０〜８０度の範囲で任意に
選ぶことができ、これによって光路を０〜１６０度の範
囲で変えることができる。
ミラー８８と凸レンズ９０との間に平面ミラー９４を例
えばパラボラミラー８８からの光軸に対し４５度傾けて
配置することで、両者の距離Ｄに加え配置方向を変える
ことができるようにしたことを特徴としている。平面ミ
ラー９４の配置角度は例えば０〜８０度の範囲で任意に
選ぶことができ、これによって光路を０〜１６０度の範
囲で変えることができる。
【００７７】ここで図１８，図１９の空中像１４の可視
範囲４６−１，４６−２の光軸中心付近での見えない領
域は、パラボラミラー８８の前方に発光受光ユニット２
４を配置してパラボラミラー８８からの平行光が妨げら
れることによる。したがって発光受光ユニット２４とし
ては、可視範囲を妨げないように可能な限り小さくする
ことが望ましい。また開口９２については、埃や異物の
侵入を防ぐためガラスやプラスチックなどの透明なカバ
ーを設けることが望ましい。
範囲４６−１，４６−２の光軸中心付近での見えない領
域は、パラボラミラー８８の前方に発光受光ユニット２
４を配置してパラボラミラー８８からの平行光が妨げら
れることによる。したがって発光受光ユニット２４とし
ては、可視範囲を妨げないように可能な限り小さくする
ことが望ましい。また開口９２については、埃や異物の
侵入を防ぐためガラスやプラスチックなどの透明なカバ
ーを設けることが望ましい。
【００７８】図２０は本発明の入出力装置の第６実施形
態であり、図１８の第５実施形態における光軸付近の不
可視領域をなくした光学系としたことを特徴とする。図
２０の第６実施形態にあっては、ケース９６内に第１凸
レンズ９８を配置し、第１凸レンズ９８から焦点距離Ｆ
１にある焦点位置に発光受光ユニット２４を設置してい
る。発光受光ユニット２４に設けている。
態であり、図１８の第５実施形態における光軸付近の不
可視領域をなくした光学系としたことを特徴とする。図
２０の第６実施形態にあっては、ケース９６内に第１凸
レンズ９８を配置し、第１凸レンズ９８から焦点距離Ｆ
１にある焦点位置に発光受光ユニット２４を設置してい
る。発光受光ユニット２４に設けている。
【００７９】発光キー９６からの光は、第１凸レンズ９
８により集光され、平行光に変換される。第１凸レンズ
９８に対しては、所定距離Ｄを離して第２凸レンズ１０
０が配置される。第２凸レンズ１００はケース９６の反
対側に位置しており、その焦点距離Ｆ２を開口１０２付
近とすることで第１凸レンズ９８からの平行光を集光
し、焦点位置に発光キー２６の空中像１４を結像してい
る。
８により集光され、平行光に変換される。第１凸レンズ
９８に対しては、所定距離Ｄを離して第２凸レンズ１０
０が配置される。第２凸レンズ１００はケース９６の反
対側に位置しており、その焦点距離Ｆ２を開口１０２付
近とすることで第１凸レンズ９８からの平行光を集光
し、焦点位置に発光キー２６の空中像１４を結像してい
る。
【００８０】この場合、発光キー９６からの光の光路に
光を妨げる部材が存在しないことから、空中像１４の可
視領域４６は光軸付近であっても有効であり、不可視領
域は存在しない。また、この第６実施形態にあっても、
第１凸レンズ９８と第２凸レンズ１００との間の距離Ｄ
に自由度があり、必要に応じて任意の設置距離にでき
る。また図１９に示したと同様、間に平面ミラー９６を
配置することで光路を所定方向に変えることができる。 ２．二次元画像表示ユニットを用いた平面空中像の入出
力 図２１は本発明の空中像を用いた入出力装置の第７実施
形態であり、この実施形態にあっては、空中像の表示源
となる可視光発生部として発光素子を縦横に二次元配列
した二次元表示ユニットを用いたことを特徴とする。
光を妨げる部材が存在しないことから、空中像１４の可
視領域４６は光軸付近であっても有効であり、不可視領
域は存在しない。また、この第６実施形態にあっても、
第１凸レンズ９８と第２凸レンズ１００との間の距離Ｄ
に自由度があり、必要に応じて任意の設置距離にでき
る。また図１９に示したと同様、間に平面ミラー９６を
配置することで光路を所定方向に変えることができる。 ２．二次元画像表示ユニットを用いた平面空中像の入出
力 図２１は本発明の空中像を用いた入出力装置の第７実施
形態であり、この実施形態にあっては、空中像の表示源
となる可視光発生部として発光素子を縦横に二次元配列
した二次元表示ユニットを用いたことを特徴とする。
【００８１】図２１において、ケース９６には、図２０
の第６実施形態と同じ第１凸レンズ９８と第２凸レンズ
１００を備えたレンズ距離Ｄが自由に設定可能な光学系
が組み込まれている。第１凸レンズ９８の焦点位置には
二次元画像発生器１０４が配置される。二次元画像発生
器１０４はコントローラ１０８に接続され、更に入出力
インタフェース１１０を介して外部のパーソナルコンピ
ュータ１１２の入出力デバイスとして接続されている。
の第６実施形態と同じ第１凸レンズ９８と第２凸レンズ
１００を備えたレンズ距離Ｄが自由に設定可能な光学系
が組み込まれている。第１凸レンズ９８の焦点位置には
二次元画像発生器１０４が配置される。二次元画像発生
器１０４はコントローラ１０８に接続され、更に入出力
インタフェース１１０を介して外部のパーソナルコンピ
ュータ１１２の入出力デバイスとして接続されている。
【００８２】図２２は図２１の二次元画像発生器１０４
を拡大して示している。二次元画像発生器１０４は基板
１０５上に、横方向となるＸ方向及び縦方向となるＹ方
向にそれぞれ１６個のＬＥＤを配置することで合計２５
６個のＬＥＤ１２０−１〜１２０−２５６を配列してい
る。更にＬＥＤ１２０−１〜１２０−２５６を配列した
表示部の上側の中央隅には、空中像に指を触れた際の反
射光を受光するため、受光素子１１４が配置されてい
る。尚、受光素子は、上下左右等に複数設けてもよい。
を拡大して示している。二次元画像発生器１０４は基板
１０５上に、横方向となるＸ方向及び縦方向となるＹ方
向にそれぞれ１６個のＬＥＤを配置することで合計２５
６個のＬＥＤ１２０−１〜１２０−２５６を配列してい
る。更にＬＥＤ１２０−１〜１２０−２５６を配列した
表示部の上側の中央隅には、空中像に指を触れた際の反
射光を受光するため、受光素子１１４が配置されてい
る。尚、受光素子は、上下左右等に複数設けてもよい。
【００８３】この二次元画像発生器１０４は、予め準備
された縦横それぞれ１６ドットの合計２５６ドットの画
像情報に基づいた表示駆動を行うことで、例えば図２２
のように「Ａ」を表示することができる。この場合、２
５６個のＬＥＤ１２０−１〜１２０−２５６は各ＬＥＤ
を順次発光させるダイナミック点灯としており、チラツ
キのない表示画像を得るためには毎秒６０画面以上の繰
返しが必要となる。このため、２５６素子の画面表示の
ためのクロック周波数としては ２５６素子×６０Ｈｚ＝１５．３６ｋＨｚ 以上の周波数が必要となる。
された縦横それぞれ１６ドットの合計２５６ドットの画
像情報に基づいた表示駆動を行うことで、例えば図２２
のように「Ａ」を表示することができる。この場合、２
５６個のＬＥＤ１２０−１〜１２０−２５６は各ＬＥＤ
を順次発光させるダイナミック点灯としており、チラツ
キのない表示画像を得るためには毎秒６０画面以上の繰
返しが必要となる。このため、２５６素子の画面表示の
ためのクロック周波数としては ２５６素子×６０Ｈｚ＝１５．３６ｋＨｚ 以上の周波数が必要となる。
【００８４】図２３は図２１のコントローラ１０８の回
路ブロック図である。図２２の二次元画像発生器１０４
を発光駆動して空中像を出現させるコントローラは、画
像記憶回路１２２、クロックパルス発生回路１２４、Ｘ
方向走査回路１２６、Ｙ方向走査回路１２８、Ｘ駆動回
路１３０、Ｙ駆動回路１３２、光検出回路１３４及びタ
イミング判別回路１３６で構成される。
路ブロック図である。図２２の二次元画像発生器１０４
を発光駆動して空中像を出現させるコントローラは、画
像記憶回路１２２、クロックパルス発生回路１２４、Ｘ
方向走査回路１２６、Ｙ方向走査回路１２８、Ｘ駆動回
路１３０、Ｙ駆動回路１３２、光検出回路１３４及びタ
イミング判別回路１３６で構成される。
【００８５】画像記憶回路１２２としては、例えば画像
情報を固定的に記憶保持した画像記憶マトリクス回路や
ＲＡＭなどの画像バッファメモリを使用することができ
る。画像入力マトリクス回路は電源にプルアップした縦
１６本のＸラインと、ドライバに入力接続する横１６本
のＹラインを格子状に布線し、各クロス点を図２４の二
次元画像発生器１０４のＬＥＤ１２０−１〜１２０−２
５６に対応させ、表示素子に対応するクロス位置をダイ
オードにより接続することで、画像情報を固定的に記憶
する。
情報を固定的に記憶保持した画像記憶マトリクス回路や
ＲＡＭなどの画像バッファメモリを使用することができ
る。画像入力マトリクス回路は電源にプルアップした縦
１６本のＸラインと、ドライバに入力接続する横１６本
のＹラインを格子状に布線し、各クロス点を図２４の二
次元画像発生器１０４のＬＥＤ１２０−１〜１２０−２
５６に対応させ、表示素子に対応するクロス位置をダイ
オードにより接続することで、画像情報を固定的に記憶
する。
【００８６】画像記憶回路１２２に画像バッファメモリ
を使用した場合には、図２１に示したように、入出力イ
ンタフェース１１０を介して接続されたパーソナルコン
ピュータ１１２で作成した画像情報を転送して記憶す
る。クロックパルス発生回路１２４は、例えばＸ方向及
びＹ方向各々１６個の２５６素子の場合、毎秒６０画面
以上の繰返し表示を可能とするため、例えば１５．３６
ｋＨｚ以上のクロックパルスを図２４（Ａ）のように発
生させる。クロックパルス発生回路１２４からのクロッ
クパルスは、Ｘ方向走査回路１２６に与えられる。
を使用した場合には、図２１に示したように、入出力イ
ンタフェース１１０を介して接続されたパーソナルコン
ピュータ１１２で作成した画像情報を転送して記憶す
る。クロックパルス発生回路１２４は、例えばＸ方向及
びＹ方向各々１６個の２５６素子の場合、毎秒６０画面
以上の繰返し表示を可能とするため、例えば１５．３６
ｋＨｚ以上のクロックパルスを図２４（Ａ）のように発
生させる。クロックパルス発生回路１２４からのクロッ
クパルスは、Ｘ方向走査回路１２６に与えられる。
【００８７】Ｘ方向走査回路１２６は、図２４（Ａ）の
クロックをＸ方向の１６素子分に亘って計数するカウン
タを有し、このカウンタは図２４（Ｂ）の１６カウント
ごとにクリアされる。カウンタの０〜１５の計数出力に
同期して、図２４（Ｃ）のＸ方向走査信号Ｘ0 〜Ｘ１５
が順次出力される。Ｘ方向走査信号Ｘ0 〜Ｘ１５のＸ方
向走査周期Ｔｘに当たる出力が終了すると、Ｘカウント
クリア信号によりＸカウンタがクリアされ、これを周期
Ｔｘごとに繰り返す。
クロックをＸ方向の１６素子分に亘って計数するカウン
タを有し、このカウンタは図２４（Ｂ）の１６カウント
ごとにクリアされる。カウンタの０〜１５の計数出力に
同期して、図２４（Ｃ）のＸ方向走査信号Ｘ0 〜Ｘ１５
が順次出力される。Ｘ方向走査信号Ｘ0 〜Ｘ１５のＸ方
向走査周期Ｔｘに当たる出力が終了すると、Ｘカウント
クリア信号によりＸカウンタがクリアされ、これを周期
Ｔｘごとに繰り返す。
【００８８】Ｙ方向走査回路１２８はＸ方向走査信号Ｘ
0 〜Ｘ１５の周期Ｔｘを示す図２４（Ｂ）のＸカウント
クリア信号を入力して、同じく０〜１５の１６カウント
を行うＹカウンタを備えており、周期Ｔｘごとに順次Ｙ
方向走査信号Ｙ0 ，Ｙ１，・・・Ｙ１５を発生する。こ
のＹカウンタはＹカウンタの計数値が１５に達したとき
にＸカウントクリア信号によりクリアされ、これを繰り
返す。即ち、Ｙ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ１５の周期をＴｙ
とすると、Ｔｙ＝１６×Ｔｘの関係にある。
0 〜Ｘ１５の周期Ｔｘを示す図２４（Ｂ）のＸカウント
クリア信号を入力して、同じく０〜１５の１６カウント
を行うＹカウンタを備えており、周期Ｔｘごとに順次Ｙ
方向走査信号Ｙ0 ，Ｙ１，・・・Ｙ１５を発生する。こ
のＹカウンタはＹカウンタの計数値が１５に達したとき
にＸカウントクリア信号によりクリアされ、これを繰り
返す。即ち、Ｙ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ１５の周期をＴｙ
とすると、Ｔｙ＝１６×Ｔｘの関係にある。
【００８９】Ｘ方向走査回路１２６からのＸ方向走査信
号Ｘ0 〜Ｘ１５はＸ駆動回路１３０に与えられ、同時に
Ｙ方向走査回路１２８からのＹ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ３
はＹ方向駆動回路１３２に与えられる。Ｘ駆動回路１３
０とＹ駆動回路１３２は、例えば最初のＸ0 ラインにつ
いてはＹ方向走査信号Ｙ0 を有効とした状態でＸ方向走
査信号Ｘ0 〜Ｘ１５を順次有効として、図２２に示した
二次元画像発生器１０４における一番上のＸラインの１
６個のＬＥＤ１２０−１〜１２０−１６を発光駆動す
る。
号Ｘ0 〜Ｘ１５はＸ駆動回路１３０に与えられ、同時に
Ｙ方向走査回路１２８からのＹ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ３
はＹ方向駆動回路１３２に与えられる。Ｘ駆動回路１３
０とＹ駆動回路１３２は、例えば最初のＸ0 ラインにつ
いてはＹ方向走査信号Ｙ0 を有効とした状態でＸ方向走
査信号Ｘ0 〜Ｘ１５を順次有効として、図２２に示した
二次元画像発生器１０４における一番上のＸラインの１
６個のＬＥＤ１２０−１〜１２０−１６を発光駆動す
る。
【００９０】このとき、同時に画像記憶回路１２２より
同じＸ方向ラインに対応する各ドットの画素信号がＸ駆
動回路１３０にクロックに同期して供給されており、Ｘ
方向走査電圧を画素信号に応じて可変させることでＬＥ
Ｄの表示起動を変える。これをＹ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ
１５について繰り返すことで、例えば図２２のような１
画面分の画像１１８として「Ａ」を表示することができ
る。
同じＸ方向ラインに対応する各ドットの画素信号がＸ駆
動回路１３０にクロックに同期して供給されており、Ｘ
方向走査電圧を画素信号に応じて可変させることでＬＥ
Ｄの表示起動を変える。これをＹ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ
１５について繰り返すことで、例えば図２２のような１
画面分の画像１１８として「Ａ」を表示することができ
る。
【００９１】次に、図２３のコントローラによる二次元
画像発生器１０４の画像表示によって、ケース９６内の
光学系によって開口１０２の近傍に出現した空中平面画
像１０８を使用したスイッチ操作を説明する。いま二次
元画像発生器１０４に例えば図２５のような斜め方向の
二次元画像を表示したとする。この表示画像は図２６の
ような空中平面画像１０８を出現させる。平面空中像１
０８は、図２６における縦２つ横２つの合成４つのＬＥ
Ｄを一組として斜め方向に１５のスイッチ部１４０−１
〜１４０−１５を形成している。
画像発生器１０４の画像表示によって、ケース９６内の
光学系によって開口１０２の近傍に出現した空中平面画
像１０８を使用したスイッチ操作を説明する。いま二次
元画像発生器１０４に例えば図２５のような斜め方向の
二次元画像を表示したとする。この表示画像は図２６の
ような空中平面画像１０８を出現させる。平面空中像１
０８は、図２６における縦２つ横２つの合成４つのＬＥ
Ｄを一組として斜め方向に１５のスイッチ部１４０−１
〜１４０−１５を形成している。
【００９２】この平面空中像１０８として出現したスイ
ッチ部１４０−１〜１４０−１５の内、例えば左上隅の
スイッチ部１４０−１を指４８で触れると、指４８によ
る反射光が図２５の二次元画像発生器１０４の上隅に設
けている受光素子１１４で受光される。図２３の光検出
回路１３４は、受光素子１１４による反射光の受光信号
を入力し、指４８の操作により検出信号Ｅ１５を出力す
る。光検出回路１３４からの検出信号Ｅ１５はタイミン
グ判別回路１３６に与えられ、スイッチ部１４０−１に
対応した矩形配列の４つのＬＥＤに対応したスイッチ信
号をオンとして出力する。
ッチ部１４０−１〜１４０−１５の内、例えば左上隅の
スイッチ部１４０−１を指４８で触れると、指４８によ
る反射光が図２５の二次元画像発生器１０４の上隅に設
けている受光素子１１４で受光される。図２３の光検出
回路１３４は、受光素子１１４による反射光の受光信号
を入力し、指４８の操作により検出信号Ｅ１５を出力す
る。光検出回路１３４からの検出信号Ｅ１５はタイミン
グ判別回路１３６に与えられ、スイッチ部１４０−１に
対応した矩形配列の４つのＬＥＤに対応したスイッチ信
号をオンとして出力する。
【００９３】図２７は図２６の空中平面画像１０８の１
５個のスイッチ部１４０−１〜１４０−１５に対応した
図２６のＬＥＤを示す番号であり、左上隅の位置（Ｘ0
，Ｙ0 ）を０００としてＸ方向に増加させ、右端にき
たら１つＹ方向に移動して、最終的に右下隅の位置（Ｘ
１５，Ｙ１５）で２５５としている。この図２７の各素
子の番号は、図２８（Ａ）の発光位置信号Ｄ０００〜Ｄ
２５５に対応している。
５個のスイッチ部１４０−１〜１４０−１５に対応した
図２６のＬＥＤを示す番号であり、左上隅の位置（Ｘ0
，Ｙ0 ）を０００としてＸ方向に増加させ、右端にき
たら１つＹ方向に移動して、最終的に右下隅の位置（Ｘ
１５，Ｙ１５）で２５５としている。この図２７の各素
子の番号は、図２８（Ａ）の発光位置信号Ｄ０００〜Ｄ
２５５に対応している。
【００９４】図２８は、図２６のように空中平面画像１
０８のスイッチ部１４０−１を構成する４つの発光部の
内の上２つに指４８を触れた場合の発光位置信号、光検
出信号Ｅ１５及びスイッチ信号のタイムチャートであ
る。まず図２８（Ａ）の発光位置信号Ｄ０〜Ｄ２５５
は、図２４（Ｃ）（Ｄ）のＸ方向走査信号Ｘ0 〜Ｘ１５
及びＹ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ１５による発光タイミング
であり、Ｙ方向走査周期Ｔｙにおいて発光位置信号Ｄ0
〜Ｄ２５５の発光駆動が繰り返される。このとき図２６
のように、指４８を図２７の左上隅の番号０００，００
１の２つに触れていたとすると、これに対応する発光位
置信号Ｄ０と次の発光位置信号Ｄ１により発光した光が
指４８で反射し、図２８（Ｂ）の光検出信号Ｅ１５が２
つ続けて得られる。
０８のスイッチ部１４０−１を構成する４つの発光部の
内の上２つに指４８を触れた場合の発光位置信号、光検
出信号Ｅ１５及びスイッチ信号のタイムチャートであ
る。まず図２８（Ａ）の発光位置信号Ｄ０〜Ｄ２５５
は、図２４（Ｃ）（Ｄ）のＸ方向走査信号Ｘ0 〜Ｘ１５
及びＹ方向走査信号Ｙ0 〜Ｙ１５による発光タイミング
であり、Ｙ方向走査周期Ｔｙにおいて発光位置信号Ｄ0
〜Ｄ２５５の発光駆動が繰り返される。このとき図２６
のように、指４８を図２７の左上隅の番号０００，００
１の２つに触れていたとすると、これに対応する発光位
置信号Ｄ０と次の発光位置信号Ｄ１により発光した光が
指４８で反射し、図２８（Ｂ）の光検出信号Ｅ１５が２
つ続けて得られる。
【００９５】タイミング判別回路１３６にあっては、図
２８（Ａ）の発光位置信号Ｄ０〜Ｄ２８に対応して設け
たＡＮＤゲートで図２８（Ｂ）の光検出信号Ｅ１５との
論理積をとって、スイッチ信号Ｓ１〜Ｓ２５５を出力し
ている。このとき発光位置信号Ｄ０，Ｄ１と光検出信号
Ｅ１５の論理積によって、対応するスイッチ信号Ｓ0，
Ｓ１が順次出力される。
２８（Ａ）の発光位置信号Ｄ０〜Ｄ２８に対応して設け
たＡＮＤゲートで図２８（Ｂ）の光検出信号Ｅ１５との
論理積をとって、スイッチ信号Ｓ１〜Ｓ２５５を出力し
ている。このとき発光位置信号Ｄ０，Ｄ１と光検出信号
Ｅ１５の論理積によって、対応するスイッチ信号Ｓ0，
Ｓ１が順次出力される。
【００９６】それ以外のタイミングにあっては、指４８
からの反射光による光検出信号Ｅ１５が得られないこと
から、スイッチ信号Ｓ２〜Ｓ２５５の出力は行われな
い。このようにして図２６の空中平面画像１０８の任意
の位置に指４８を触れると、その位置に対応したスイッ
チ信号が出力される。ここで、図２６のスイッチ部１４
０−１と１４０−２の境界部分に指を触れると、それぞ
れのスイッチ部に対応する同じ数のスイッチ信号が出力
され、どちらに触れたか分からない。このような場合に
はパーソナルコンピュータ側で誤ったスイッチ入力と判
定し、二次元画像発生器１０４によるエラー表示駆動で
空中平面画像を利用して再入力を指示すればよい。
からの反射光による光検出信号Ｅ１５が得られないこと
から、スイッチ信号Ｓ２〜Ｓ２５５の出力は行われな
い。このようにして図２６の空中平面画像１０８の任意
の位置に指４８を触れると、その位置に対応したスイッ
チ信号が出力される。ここで、図２６のスイッチ部１４
０−１と１４０−２の境界部分に指を触れると、それぞ
れのスイッチ部に対応する同じ数のスイッチ信号が出力
され、どちらに触れたか分からない。このような場合に
はパーソナルコンピュータ側で誤ったスイッチ入力と判
定し、二次元画像発生器１０４によるエラー表示駆動で
空中平面画像を利用して再入力を指示すればよい。
【００９７】また指先４８で触れた際にスイッチ部１４
０−１の表示色を正常なスイッチ信号が得られたときに
変更させれば、正しくスイッチ操作が行われたか否か分
かり、誤って操作した場合には再操作を促すことができ
る。もちろん、図８に示した第１実施形態のコントロー
ラと同様、スピーカを使用して操作音を出すようにして
もよく、操作音を変えることでエラー操作をフィードバ
ックできる。
０−１の表示色を正常なスイッチ信号が得られたときに
変更させれば、正しくスイッチ操作が行われたか否か分
かり、誤って操作した場合には再操作を促すことができ
る。もちろん、図８に示した第１実施形態のコントロー
ラと同様、スピーカを使用して操作音を出すようにして
もよく、操作音を変えることでエラー操作をフィードバ
ックできる。
【００９８】さらに図２２の二次元画像発生器として
は、更に拡張して６４０×４８０のＬＥＤとし、ＣＲＴ
ディスプレイ並の分解能をもつ平面空中像を出現させて
もよい。 ３．一次元画像発生器を用いた平面空中像の入出力 図２９は本発明の第８実施形態であり、複数の発光素子
と受光素子を一次元に配列した発光受光ユニットを用い
て空中平面画像を出現させ、入出力を行うようにしたこ
とを特徴とする。
は、更に拡張して６４０×４８０のＬＥＤとし、ＣＲＴ
ディスプレイ並の分解能をもつ平面空中像を出現させて
もよい。 ３．一次元画像発生器を用いた平面空中像の入出力 図２９は本発明の第８実施形態であり、複数の発光素子
と受光素子を一次元に配列した発光受光ユニットを用い
て空中平面画像を出現させ、入出力を行うようにしたこ
とを特徴とする。
【００９９】図２９において、発光受光ユニット１６０
は基板１６５上に発光素子群１６２と受光素子群１６４
を各々一列に配列している。発光素子群１６２及び受光
素子１６４の素子数は例えば各々１６素子を使用する。
ユニット基板１６５に配列された発光素子群１６２の各
素子は、光ファイバ１６６により発光受光アレイユニッ
ト１６８に接続されている。同時に受光素子群１６４の
各受光素子も、光ファイバ１６６によって発光受光アレ
イユニット１６８に接続されている。
は基板１６５上に発光素子群１６２と受光素子群１６４
を各々一列に配列している。発光素子群１６２及び受光
素子１６４の素子数は例えば各々１６素子を使用する。
ユニット基板１６５に配列された発光素子群１６２の各
素子は、光ファイバ１６６により発光受光アレイユニッ
ト１６８に接続されている。同時に受光素子群１６４の
各受光素子も、光ファイバ１６６によって発光受光アレ
イユニット１６８に接続されている。
【０１００】図３０は発光受光アレイユニット１６８の
発光受光側の発光受光面である。発光受光アレイユニッ
ト１６８の発光受光面には光ファイバ１６６の端部を横
一列に並べた発光部１８１−１〜１８１−１６を備えた
発光アレイ１８０が配置されている。また発光アレイ１
８０と並んで、同じく光ファイバ１６６の受光部１８２
−１〜１８２−１６を横一列に並べた受光アレイ１８２
を配置している。
発光受光側の発光受光面である。発光受光アレイユニッ
ト１６８の発光受光面には光ファイバ１６６の端部を横
一列に並べた発光部１８１−１〜１８１−１６を備えた
発光アレイ１８０が配置されている。また発光アレイ１
８０と並んで、同じく光ファイバ１６６の受光部１８２
−１〜１８２−１６を横一列に並べた受光アレイ１８２
を配置している。
【０１０１】このような発光受光アレイユニット１６８
に対し、光ファイバ１６６を介して発光素子群１６２及
び受光素子群１６４を光学的に接続することで、空中平
面像生成部を構成する光学系に対する一次元画像の発光
と、空中平面像に指を触れた際の一次元受光信号の位置
検出を可能としている。再び図２９を参照するに、発光
受光アレイユニット１６８に続いては、多面回転ミラー
として知られたポリゴンミラー１７０が設けられる。ポ
リゴンミラー１７０は、偏向部として機能し、モータ１
７２により一定速度で回転される。ポリゴンミラー１７
０は、その回転により発光受光アレイユニット１６８よ
り発光されたライン状の一次元画像を偏向走査し、フレ
ネル凸レンズ１７４に二次元画像として入射している。
に対し、光ファイバ１６６を介して発光素子群１６２及
び受光素子群１６４を光学的に接続することで、空中平
面像生成部を構成する光学系に対する一次元画像の発光
と、空中平面像に指を触れた際の一次元受光信号の位置
検出を可能としている。再び図２９を参照するに、発光
受光アレイユニット１６８に続いては、多面回転ミラー
として知られたポリゴンミラー１７０が設けられる。ポ
リゴンミラー１７０は、偏向部として機能し、モータ１
７２により一定速度で回転される。ポリゴンミラー１７
０は、その回転により発光受光アレイユニット１６８よ
り発光されたライン状の一次元画像を偏向走査し、フレ
ネル凸レンズ１７４に二次元画像として入射している。
【０１０２】フレネル凸レンズ１７４はポリゴンミラー
１７０の回転で偏向された二次元画像、詳細には一次元
画像の順次走査画像を平行光に変換し、所定距離を離し
て配置したフレネル凸レンズ１７６により集光し、その
焦点位置近傍に平面空中像１７８を出現させる。ここで
平面空中像１７８をポリゴンミラー１７０の回転による
一次元画像の偏向でチラツキを感じさせずに表示させる
ためには、１／６０秒以下の時間で１画面分の走査表示
を行えばよい。このためポリゴンミラー１７０として例
えば図示のように、６面回転ミラーを使用する場合に必
要な回転数Ｎは Ｎ＝６０秒×［１／（１／６０）秒×６面鏡］＝６００
ｒｐｍ となる。このミラー回転数Ｎは発光受光アレイユニット
１６８におけるライン方向のドット数で決まる表示分解
能に関わらず一定である。またポリゴンミラー１７０の
回転数を低くしたい場合にはミラーの面数を増加させれ
ばよく、例えば８面回転ミラーを使えば４５０ｒｐｍで
よい。
１７０の回転で偏向された二次元画像、詳細には一次元
画像の順次走査画像を平行光に変換し、所定距離を離し
て配置したフレネル凸レンズ１７６により集光し、その
焦点位置近傍に平面空中像１７８を出現させる。ここで
平面空中像１７８をポリゴンミラー１７０の回転による
一次元画像の偏向でチラツキを感じさせずに表示させる
ためには、１／６０秒以下の時間で１画面分の走査表示
を行えばよい。このためポリゴンミラー１７０として例
えば図示のように、６面回転ミラーを使用する場合に必
要な回転数Ｎは Ｎ＝６０秒×［１／（１／６０）秒×６面鏡］＝６００
ｒｐｍ となる。このミラー回転数Ｎは発光受光アレイユニット
１６８におけるライン方向のドット数で決まる表示分解
能に関わらず一定である。またポリゴンミラー１７０の
回転数を低くしたい場合にはミラーの面数を増加させれ
ばよく、例えば８面回転ミラーを使えば４５０ｒｐｍで
よい。
【０１０３】図３１は図２９の第８実施形態で使用され
るコントローラの回路ブロック図である。コントローラ
は画像発生部１８４を備える。この画像発生部１８４に
あっては、４つの画像記憶回路１８６−１〜１８６−４
を設け、入力画像切替回路１８８により任意の記憶画像
を選択できるようにしている。画像記憶回路１８６−１
〜１８６−４としては、ＸＹ布線による画像マトリクス
回路を使用してもよいし、画像バッファメモリを使用し
てもよい。
るコントローラの回路ブロック図である。コントローラ
は画像発生部１８４を備える。この画像発生部１８４に
あっては、４つの画像記憶回路１８６−１〜１８６−４
を設け、入力画像切替回路１８８により任意の記憶画像
を選択できるようにしている。画像記憶回路１８６−１
〜１８６−４としては、ＸＹ布線による画像マトリクス
回路を使用してもよいし、画像バッファメモリを使用し
てもよい。
【０１０４】画像発生部１８４に続いては制御回路１９
２が設けられ、全体的な制御を行う。制御回路１９２に
対してはＬＥＤ駆動回路１９４が設けられ、発光受光ユ
ニット１６０に設けた発光素子群の発光駆動を行う。ま
た制御回路１９２に対しては同期回路１９６が設けられ
ている。同期回路１９６に対しては、図２９のポリゴン
ミラー１７０の近傍に配置したミラーセンサ１７５から
のミラー信号Ｅ１６が入力し、同期回路１９６はポリゴ
ンミラー１７０の回転に同期して各ミラー面を示すミラ
ー面同期信号Ｅ１７と、発光受光ユニット１６０に配置
している１６個の発光素子群を駆動するための同期クロ
ックＥ１８を、制御回路１９２に供給する。
２が設けられ、全体的な制御を行う。制御回路１９２に
対してはＬＥＤ駆動回路１９４が設けられ、発光受光ユ
ニット１６０に設けた発光素子群の発光駆動を行う。ま
た制御回路１９２に対しては同期回路１９６が設けられ
ている。同期回路１９６に対しては、図２９のポリゴン
ミラー１７０の近傍に配置したミラーセンサ１７５から
のミラー信号Ｅ１６が入力し、同期回路１９６はポリゴ
ンミラー１７０の回転に同期して各ミラー面を示すミラ
ー面同期信号Ｅ１７と、発光受光ユニット１６０に配置
している１６個の発光素子群を駆動するための同期クロ
ックＥ１８を、制御回路１９２に供給する。
【０１０５】また発光受光ユニット１６０に対しては、
その受光素子群からの受光信号を入力して平面空中像１
７８に指を触れた際の位置を判別する光検出回路１９８
が設けられる。また光検出回路１９８は平面空中像１７
８を操作した際のスイッチ操作感を出すため、ＬＥＤ表
示器２００を表示駆動できるようにしている。インタフ
ェース回路１９０は外部のパーソナルコンピュータ等の
情報処理装置に接続され、画像発生部１８４に対する画
像入力の切替え及び光検出回路１９８からの光検出信号
に基づいたスイッチ信号の転送を行う。
その受光素子群からの受光信号を入力して平面空中像１
７８に指を触れた際の位置を判別する光検出回路１９８
が設けられる。また光検出回路１９８は平面空中像１７
８を操作した際のスイッチ操作感を出すため、ＬＥＤ表
示器２００を表示駆動できるようにしている。インタフ
ェース回路１９０は外部のパーソナルコンピュータ等の
情報処理装置に接続され、画像発生部１８４に対する画
像入力の切替え及び光検出回路１９８からの光検出信号
に基づいたスイッチ信号の転送を行う。
【０１０６】次に図３１のコントローラによる図２９の
第８実施形態による平面空中像の表示動作を説明する。
インタフェース回路１９０を介して外部に設けているパ
ーソナルコンピュータからの入力を許可するイネーブル
信号が受信されると、画像発生部１８４の入力画像切換
回路１８８が動作し、指定された画像を記憶している画
像記憶回路１８６−１〜１８６−４のいずれかの二次元
画像を読み出して制御回路１９２に送る。
第８実施形態による平面空中像の表示動作を説明する。
インタフェース回路１９０を介して外部に設けているパ
ーソナルコンピュータからの入力を許可するイネーブル
信号が受信されると、画像発生部１８４の入力画像切換
回路１８８が動作し、指定された画像を記憶している画
像記憶回路１８６−１〜１８６−４のいずれかの二次元
画像を読み出して制御回路１９２に送る。
【０１０７】制御回路１９２に対する画像情報は、二次
元画像を例えばＹ方向（縦方向）で１６ドット単位に読
み出して制御回路１９２に送る。制御回路１９２には、
ポリゴンミラー１７０に設けたミラーセンサ１７５よ
り、図３２（Ａ）に示すような６面回転ミラーであるポ
リゴンミラー１７０の１／６回転を示すミラー面同期信
号Ｅ１６が入力している。
元画像を例えばＹ方向（縦方向）で１６ドット単位に読
み出して制御回路１９２に送る。制御回路１９２には、
ポリゴンミラー１７０に設けたミラーセンサ１７５よ
り、図３２（Ａ）に示すような６面回転ミラーであるポ
リゴンミラー１７０の１／６回転を示すミラー面同期信
号Ｅ１６が入力している。
【０１０８】したがって、同期回路１９６はミラー面同
期信号Ｅ１６に同期して１ライン分の発光駆動を行うた
めの図３２（Ｂ）の同期信号Ｅ１７を発生する。この同
期信号Ｅ１７はミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに同期し
て発生され、次のミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに対
し、予め定めた一定時間Ｔｓで終了する。同期信号Ｅ１
７が発生すると、これに伴って発光受光ユニット１６０
にライン配置している１６個のＬＥＤを駆動するための
図５２（Ｃ）の同期クロックＥ１６が発生する。
期信号Ｅ１６に同期して１ライン分の発光駆動を行うた
めの図３２（Ｂ）の同期信号Ｅ１７を発生する。この同
期信号Ｅ１７はミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに同期し
て発生され、次のミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに対
し、予め定めた一定時間Ｔｓで終了する。同期信号Ｅ１
７が発生すると、これに伴って発光受光ユニット１６０
にライン配置している１６個のＬＥＤを駆動するための
図５２（Ｃ）の同期クロックＥ１６が発生する。
【０１０９】最初の同期クロックＥ１８は、同期信号Ｅ
１７の立ち上がりに対し所定の遅延時間Ｔｄ遅延させて
いる。これはミラー信号Ｅ１６が多面体ミラーの面境界
部分で発生することから、これに対し遅延時間Ｔｄ送ら
せることで多面ミラーの角の部分に対する照射光の入射
を回避する。遅延時間Ｔｄが経過すると、番号０〜１６
に示すように、１画面分の画像につきＹ方向の１６ライ
ン分の画素をライン単位に読み出して発光駆動するため
の同期クロックＥ１８が発生する。
１７の立ち上がりに対し所定の遅延時間Ｔｄ遅延させて
いる。これはミラー信号Ｅ１６が多面体ミラーの面境界
部分で発生することから、これに対し遅延時間Ｔｄ送ら
せることで多面ミラーの角の部分に対する照射光の入射
を回避する。遅延時間Ｔｄが経過すると、番号０〜１６
に示すように、１画面分の画像につきＹ方向の１６ライ
ン分の画素をライン単位に読み出して発光駆動するため
の同期クロックＥ１８が発生する。
【０１１０】この同期クロックＥ１８を受けて制御回路
１９２は、入力画像切換回路１８８で選択した適宜の画
像記憶回路の１画面分の画像情報をＹ軸方向のライン単
位に読み出してＬＥＤ駆動回路１９４に並列的に供給
し、発光受光ユニット１６０に設けている１６個のＬＥ
Ｄをライン発光駆動させる。これを１画面分、Ｙ方向の
１６ライン繰り返すと、その間にポリゴンミラー１７０
は１／６回転し、回転に伴うミラー面の傾きによりフレ
ネル凸レンズ１７４に入射するライン画像が順次偏向走
査され、１／６回転時間の間に１画面分の二次元画像を
入射してフレネルレンズ１７６の焦点位置に平面空中像
１７８を出現させる。これをポリゴンミラー１７０が１
回転する間に６回繰り返す。
１９２は、入力画像切換回路１８８で選択した適宜の画
像記憶回路の１画面分の画像情報をＹ軸方向のライン単
位に読み出してＬＥＤ駆動回路１９４に並列的に供給
し、発光受光ユニット１６０に設けている１６個のＬＥ
Ｄをライン発光駆動させる。これを１画面分、Ｙ方向の
１６ライン繰り返すと、その間にポリゴンミラー１７０
は１／６回転し、回転に伴うミラー面の傾きによりフレ
ネル凸レンズ１７４に入射するライン画像が順次偏向走
査され、１／６回転時間の間に１画面分の二次元画像を
入射してフレネルレンズ１７６の焦点位置に平面空中像
１７８を出現させる。これをポリゴンミラー１７０が１
回転する間に６回繰り返す。
【０１１１】一方、図２９のようなポリゴンミラー１７
０の回転走査により出現した平面空中像１７８にスイッ
チ入力のために指を触れると、指を触れた位置の二次元
画像に対応するスイッチ信号が光検出回路１９８で検出
され、インタフェース回路１９０を介してパーソナルコ
ンピュータ側に送られる。光検出回路１９８は、制御回
路１９２より図３２（Ｃ）の同期クロックＥ１８を受け
て、二次元画像における現在の発光ラインの位置を認識
しており、同時に、指を触れることで得られた反射光に
よる発光受光ユニット１６０の受光素子群１６４の中の
１６個並んだいずれかの受光素子からの受光信号から、
そのライン位置での受光素子の位置を判別し、二次元画
像の中の特定の画素の操作を示すスイッチ信号をインタ
フェース回路１９０を介してパーソナルコンピュータ側
に出力する。
０の回転走査により出現した平面空中像１７８にスイッ
チ入力のために指を触れると、指を触れた位置の二次元
画像に対応するスイッチ信号が光検出回路１９８で検出
され、インタフェース回路１９０を介してパーソナルコ
ンピュータ側に送られる。光検出回路１９８は、制御回
路１９２より図３２（Ｃ）の同期クロックＥ１８を受け
て、二次元画像における現在の発光ラインの位置を認識
しており、同時に、指を触れることで得られた反射光に
よる発光受光ユニット１６０の受光素子群１６４の中の
１６個並んだいずれかの受光素子からの受光信号から、
そのライン位置での受光素子の位置を判別し、二次元画
像の中の特定の画素の操作を示すスイッチ信号をインタ
フェース回路１９０を介してパーソナルコンピュータ側
に出力する。
【０１１２】図３３は図２９の第８実施形態の変形であ
り、この実施形態にあっては、発光受光ユニット１６０
と同じ側にフレネル凸レンズ１７４，１７６を配置して
平面空中像１７８を出現させるようにしたことを特徴と
する。このようにポリゴンミラー１７０で走査光を折り
返して平面空中像１７８を出現させることで、装置全体
としてコンパクトに構成することができる。
り、この実施形態にあっては、発光受光ユニット１６０
と同じ側にフレネル凸レンズ１７４，１７６を配置して
平面空中像１７８を出現させるようにしたことを特徴と
する。このようにポリゴンミラー１７０で走査光を折り
返して平面空中像１７８を出現させることで、装置全体
としてコンパクトに構成することができる。
【０１１３】図３４は本発明の第９実施形態であり、図
２９の第８実施形態を利用してイメージの読取装置を実
現したことを特徴とする。図３４の第９実施形態の構成
は図２９の第８実施形態と同じであるが、フレネル凸レ
ンズ１７６の焦点位置となる平面空中像の結像位置を入
力走査面２０６としており、この入力走査面２０６の位
置に写真、図面、文章などの適宜の入力イメージ２０４
を配置できるようにしている。
２９の第８実施形態を利用してイメージの読取装置を実
現したことを特徴とする。図３４の第９実施形態の構成
は図２９の第８実施形態と同じであるが、フレネル凸レ
ンズ１７６の焦点位置となる平面空中像の結像位置を入
力走査面２０６としており、この入力走査面２０６の位
置に写真、図面、文章などの適宜の入力イメージ２０４
を配置できるようにしている。
【０１１４】図３５は図３４のイメージ読取りに使用す
るコントローラの回路ブロック図であり、基本的には図
３１の第８実施形態のコントローラと同じであるが、読
み取ったイメージデータを格納する画像バッファメモリ
２０８を新たに設けている。図３４の実施形態におい
て、入力走査面２０６に配置した入力イメージ２０４を
読み取るためには、図３５のコントローラに設けている
画像発生部１８４の画像記憶回路１８６−１〜１８６−
４のいずれか１つ、例えば画像記憶回路１８６−１に読
み取り光源を実現するため、予め定めた一定軌道の発光
を行う均一な画像データを予め格納しておく。
るコントローラの回路ブロック図であり、基本的には図
３１の第８実施形態のコントローラと同じであるが、読
み取ったイメージデータを格納する画像バッファメモリ
２０８を新たに設けている。図３４の実施形態におい
て、入力走査面２０６に配置した入力イメージ２０４を
読み取るためには、図３５のコントローラに設けている
画像発生部１８４の画像記憶回路１８６−１〜１８６−
４のいずれか１つ、例えば画像記憶回路１８６−１に読
み取り光源を実現するため、予め定めた一定軌道の発光
を行う均一な画像データを予め格納しておく。
【０１１５】このイメージ入力の照明に使用する画像記
憶回路１８６−１の均一発光画像データを使用して、制
御回路１９２は、発光受光ユニット１６０における発光
素子群をイメージセンサ１７５によるポリゴンミラー１
７０の回転に同期してライン単位に発光駆動し、図３４
の入力走査面２０６に読み取り用の発光ラインを走査す
る。
憶回路１８６−１の均一発光画像データを使用して、制
御回路１９２は、発光受光ユニット１６０における発光
素子群をイメージセンサ１７５によるポリゴンミラー１
７０の回転に同期してライン単位に発光駆動し、図３４
の入力走査面２０６に読み取り用の発光ラインを走査す
る。
【０１１６】入力走査面２０６に対する読み取り用の発
光ラインの走査に伴い、入力イメージ２０４の内容に応
じた反射信号が発光受光ユニット１６０の受光素子群１
６４にライン単位に入射し、これを光検出回路１９８で
受光し、波形成形した後に所定の階調レベルに正規化
し、バッファメモリ２０８に１ライン単位に読み取った
イメージデータを格納する。
光ラインの走査に伴い、入力イメージ２０４の内容に応
じた反射信号が発光受光ユニット１６０の受光素子群１
６４にライン単位に入射し、これを光検出回路１９８で
受光し、波形成形した後に所定の階調レベルに正規化
し、バッファメモリ２０８に１ライン単位に読み取った
イメージデータを格納する。
【０１１７】イメージ読取り時におけるポリゴンミラー
１７０の回転速度は、平面空中像を表示する場合のよう
な高速回転は必要なく、ポリゴンミラー１７０の１／６
回転で１画面の読み込みができることから、入力イメー
ジ２０４が静止画像である場合には、かなりゆっくりし
た速度でポリゴンミラー１７０を回転すればよい。また
入力イメージ２０４として高速に変化する動画イメージ
例えばテレビ画像などを入力したい場合には、テレビ画
像の画面切替速度に同期し、例えば平面空中像を表示駆
動により出現される場合と同等の回転速度でポリゴンミ
ラー１７０を回転させれば、リアルタイムでテレビ画像
などの動画を読み取ることもできる。図３６は図３４の
イメージ読取りを行う第９実施形態の変形であり、この
実施形態にあっては入力走査面２０６の位置に撮像レン
ズユニット２１０で撮影した景色などの画像を結像し、
これを二次元イメージとして読み込むようにしたことを
特徴とする。この場合には発光受光ユニット１６０から
の光の反射を利用するわけではないので、発光駆動は停
止している。
１７０の回転速度は、平面空中像を表示する場合のよう
な高速回転は必要なく、ポリゴンミラー１７０の１／６
回転で１画面の読み込みができることから、入力イメー
ジ２０４が静止画像である場合には、かなりゆっくりし
た速度でポリゴンミラー１７０を回転すればよい。また
入力イメージ２０４として高速に変化する動画イメージ
例えばテレビ画像などを入力したい場合には、テレビ画
像の画面切替速度に同期し、例えば平面空中像を表示駆
動により出現される場合と同等の回転速度でポリゴンミ
ラー１７０を回転させれば、リアルタイムでテレビ画像
などの動画を読み取ることもできる。図３６は図３４の
イメージ読取りを行う第９実施形態の変形であり、この
実施形態にあっては入力走査面２０６の位置に撮像レン
ズユニット２１０で撮影した景色などの画像を結像し、
これを二次元イメージとして読み込むようにしたことを
特徴とする。この場合には発光受光ユニット１６０から
の光の反射を利用するわけではないので、発光駆動は停
止している。
【０１１８】また撮像レンズユニット２１０による入力
走査面２０６からの１画面を読み取る時間を例えば１／
６０秒とすることで、テレビカメラと同等な動画イメー
ジの入力が実現できる。更に発光受光ユニット１６０の
受光素子群１６４を、ＲＧＢの３つ分を設け、光ファイ
バ１６０に入射する発光受光ユニット１６０のＲＧＢの
各入射端部にＲＧＢのカラーフィルタを配置することに
より、撮像レンズユニット２１０で結像した入力走査面
２０６のカラー画像を読み取ることもできる。 ４．立体空中像の入出力 図３７は本発明による入出力装置の第１０実施形態であ
り、この実施形態にあっては、情報処理装置から出力さ
れた画像情報を立体像として空中に出現させ、この立体
像に触れた指などの物体の位置を検出して位置情報を情
報処理装置に入力するようにしたことを特徴とする。
走査面２０６からの１画面を読み取る時間を例えば１／
６０秒とすることで、テレビカメラと同等な動画イメー
ジの入力が実現できる。更に発光受光ユニット１６０の
受光素子群１６４を、ＲＧＢの３つ分を設け、光ファイ
バ１６０に入射する発光受光ユニット１６０のＲＧＢの
各入射端部にＲＧＢのカラーフィルタを配置することに
より、撮像レンズユニット２１０で結像した入力走査面
２０６のカラー画像を読み取ることもできる。 ４．立体空中像の入出力 図３７は本発明による入出力装置の第１０実施形態であ
り、この実施形態にあっては、情報処理装置から出力さ
れた画像情報を立体像として空中に出現させ、この立体
像に触れた指などの物体の位置を検出して位置情報を情
報処理装置に入力するようにしたことを特徴とする。
【０１１９】図３７の立体空中像を表示するための装置
構成は、図２９に示した一次元配置の発光受光ユニット
１６０、ポリゴンミラー１７０及びフレネルレンズ１７
４，１７６と基本的に同じであり、この装置構成に加
え、立体空中像と表示するため第２凸レンズ１７６の手
前に光軸方向に移動自在に第３凸レンズ１７７を設けて
いる。
構成は、図２９に示した一次元配置の発光受光ユニット
１６０、ポリゴンミラー１７０及びフレネルレンズ１７
４，１７６と基本的に同じであり、この装置構成に加
え、立体空中像と表示するため第２凸レンズ１７６の手
前に光軸方向に移動自在に第３凸レンズ１７７を設けて
いる。
【０１２０】第２凸レンズから結像面迄の距離は、第２
凸レンズ１７６及び第３凸レンズ１７７の合成焦点距離
により決まることから、２つのレンズ間の距離を変える
ことによって結像面の位置を変えることができる。即
ち、結像面は第３凸レンズ１７７を固定配置した第２凸
レンズ１７６から手前側に遠ざけた場合には第２凸レン
ズ１７６の表面に近付き、逆に第３凸レンズ１７７を第
２凸レンズ１７６に近付けた場合には結像面は第２凸レ
ンズ１７６の表面から遠ざかる。ここで立体空中像２１
８として立体動画像を表示するためには、１／６０秒の
時間内に１立体画面を表示走査する必要がある。
凸レンズ１７６及び第３凸レンズ１７７の合成焦点距離
により決まることから、２つのレンズ間の距離を変える
ことによって結像面の位置を変えることができる。即
ち、結像面は第３凸レンズ１７７を固定配置した第２凸
レンズ１７６から手前側に遠ざけた場合には第２凸レン
ズ１７６の表面に近付き、逆に第３凸レンズ１７７を第
２凸レンズ１７６に近付けた場合には結像面は第２凸レ
ンズ１７６の表面から遠ざかる。ここで立体空中像２１
８として立体動画像を表示するためには、１／６０秒の
時間内に１立体画面を表示走査する必要がある。
【０１２１】図３８は図３７の立体空中像２１８の立体
表示空間２４６における表示分解能の一例であり、立体
動画像を鮮明に表示するため、Ｘ方向（横方向）を５１
２ドット、Ｙ方向（縦方向）を同じく５１２ドット、更
にＺ方向（奥行き方向）を２５６ドットとしている。こ
れは現行のテレビ画面における水平３００ドット×垂直
３５０ドットを超える表示分解能であり、鮮明な立体空
中像２５０が表示できる。
表示空間２４６における表示分解能の一例であり、立体
動画像を鮮明に表示するため、Ｘ方向（横方向）を５１
２ドット、Ｙ方向（縦方向）を同じく５１２ドット、更
にＺ方向（奥行き方向）を２５６ドットとしている。こ
れは現行のテレビ画面における水平３００ドット×垂直
３５０ドットを超える表示分解能であり、鮮明な立体空
中像２５０が表示できる。
【０１２２】この図３８の表示分解能を実現するＺ方向
（奥行き方向）の画面数が２５６枚の場合に必要な図３
７のポリゴンミラー１７０の回転数Ｎは、ポリゴンミラ
ー１７０として例えば３２面回転ミラーを使用したとす
ると、 Ｎ＝６０×｛１／［１／（６０×２５４画面）］×３２面鏡｝ ＝２８８００ｒｐｍ となる。この場合、立体空中像の分解能は奥行き方向と
なるＺ方向の画面数には比例するが、１平面画像の画素
数には依存しない。１つの平面画像の表示分解能は、表
示面となる発光素子の点滅周期Ｔに関係する。例えば図
３８の５１２×５１２×２５６ドットの立体空中像２５
０を表示する場合、図３７の発光素子群１６２としてＸ
方向の５１２ドットに対応した５１２素子のライン表示
を可能とした場合、各素子の点滅周期Ｔは Ｔ＝１／（６０×２５６画面×５１２素子）＝１２７ｎ
秒 となる。実際にはテレビと同様、インタレースを行った
とすると、この点滅周期Ｔは倍の２５４ｎ秒に伸びる。
点滅周期Ｔ＝２５４ｎ秒は現行のＮＴＳＣ方式における
点滅周期である約２００ｎ秒より遅くてできる。
（奥行き方向）の画面数が２５６枚の場合に必要な図３
７のポリゴンミラー１７０の回転数Ｎは、ポリゴンミラ
ー１７０として例えば３２面回転ミラーを使用したとす
ると、 Ｎ＝６０×｛１／［１／（６０×２５４画面）］×３２面鏡｝ ＝２８８００ｒｐｍ となる。この場合、立体空中像の分解能は奥行き方向と
なるＺ方向の画面数には比例するが、１平面画像の画素
数には依存しない。１つの平面画像の表示分解能は、表
示面となる発光素子の点滅周期Ｔに関係する。例えば図
３８の５１２×５１２×２５６ドットの立体空中像２５
０を表示する場合、図３７の発光素子群１６２としてＸ
方向の５１２ドットに対応した５１２素子のライン表示
を可能とした場合、各素子の点滅周期Ｔは Ｔ＝１／（６０×２５６画面×５１２素子）＝１２７ｎ
秒 となる。実際にはテレビと同様、インタレースを行った
とすると、この点滅周期Ｔは倍の２５４ｎ秒に伸びる。
点滅周期Ｔ＝２５４ｎ秒は現行のＮＴＳＣ方式における
点滅周期である約２００ｎ秒より遅くてできる。
【０１２３】図３７で立体空中像２１８を表示するため
に第３凸レンズ１７７を奥行き方向に６０Ｈｚで繰り返
し往復移動させるために、電磁アクチュエータ２１２に
支持部材２１４を介して第３凸レンズ１７７を支持して
いる。立体空中像２１８を表示するためには１／６０秒
間に１立体空中像を表示する必要があるため、電磁アク
チュエータ２１２は数ｍｍのストローク長と６０Ｈｚの
追従速度を必要とする。
に第３凸レンズ１７７を奥行き方向に６０Ｈｚで繰り返
し往復移動させるために、電磁アクチュエータ２１２に
支持部材２１４を介して第３凸レンズ１７７を支持して
いる。立体空中像２１８を表示するためには１／６０秒
間に１立体空中像を表示する必要があるため、電磁アク
チュエータ２１２は数ｍｍのストローク長と６０Ｈｚの
追従速度を必要とする。
【０１２４】電磁アクチュエータ２１２を数ｍｍのスト
ロークで６０Ｈｚの追従速度とすることは、現状技術で
実現可能な値ではあるが、この移動速度を低減できれば
更に安定した動作が保証できる。図３７の第３凸レンズ
１７７を電磁アクチュエータ２１２によって６０Ｈｚで
奥行き方向に移動した場合、第３凸レンズ１７７は１秒
間に６０回往復する。即ち、第３凸レンズ１７７は前か
ら後ろに６０回、後ろから前に６０回移動していること
になる。
ロークで６０Ｈｚの追従速度とすることは、現状技術で
実現可能な値ではあるが、この移動速度を低減できれば
更に安定した動作が保証できる。図３７の第３凸レンズ
１７７を電磁アクチュエータ２１２によって６０Ｈｚで
奥行き方向に移動した場合、第３凸レンズ１７７は１秒
間に６０回往復する。即ち、第３凸レンズ１７７は前か
ら後ろに６０回、後ろから前に６０回移動していること
になる。
【０１２５】そこで前から後ろへの移動と後ろから前へ
の移動の両方のそれぞれについて１立体空中像を表示す
れば、１／６０秒に１立体空中像を表示する場合であっ
ても移動速度を半分の３０Ｈｚにすることができる。３
０Ｈｚ程度の値であれば現状の電磁アクチュエータ２１
２によっても容易に第３凸レンズ１７７の移動を実現で
きる。
の移動の両方のそれぞれについて１立体空中像を表示す
れば、１／６０秒に１立体空中像を表示する場合であっ
ても移動速度を半分の３０Ｈｚにすることができる。３
０Ｈｚ程度の値であれば現状の電磁アクチュエータ２１
２によっても容易に第３凸レンズ１７７の移動を実現で
きる。
【０１２６】この対物レンズの往路移動と復路移動のそ
れぞれについて１立体空中像の表示を行う場合、往路方
向と復路方向について立体空中像を形成するための平面
画像の走査順序を反転する必要がある。図３９は往路移
動と復路移動における平面画像走査順序の反転の様子を
示している。図３９（Ａ）は第３凸レンズ１７７を前か
ら後ろに移動する場合であり、この場合には平面空中像
２５０−０，２５０−１，・・・２５０−ｎの順番とな
るように平面画像の表示走査を行う。
れぞれについて１立体空中像の表示を行う場合、往路方
向と復路方向について立体空中像を形成するための平面
画像の走査順序を反転する必要がある。図３９は往路移
動と復路移動における平面画像走査順序の反転の様子を
示している。図３９（Ａ）は第３凸レンズ１７７を前か
ら後ろに移動する場合であり、この場合には平面空中像
２５０−０，２５０−１，・・・２５０−ｎの順番とな
るように平面画像の表示走査を行う。
【０１２７】図３９（Ｂ）は逆に第３凸レンズ１７７を
手前側に移動する復路移動の場合であり、この場合には
平面空中像２５０−ｎ，・・・２５０−０となるように
平面画像を逆の順番ｎ，・・・０の順序で表示走査す
る。図４０は本発明の第１０実施形態における立体空中
像を表示するための他の実施形態である。この実施形態
では、第１凸レンズ１７４とポリゴンミラー１７０との
間の距離Ｌを第１凸レンズ１７４の焦点距離Ｆより僅か
に大きくし、第１凸レンズ１７４を通過した光が平行光
ではなく若干絞られた非平行光となるようにしている。
手前側に移動する復路移動の場合であり、この場合には
平面空中像２５０−ｎ，・・・２５０−０となるように
平面画像を逆の順番ｎ，・・・０の順序で表示走査す
る。図４０は本発明の第１０実施形態における立体空中
像を表示するための他の実施形態である。この実施形態
では、第１凸レンズ１７４とポリゴンミラー１７０との
間の距離Ｌを第１凸レンズ１７４の焦点距離Ｆより僅か
に大きくし、第１凸レンズ１７４を通過した光が平行光
ではなく若干絞られた非平行光となるようにしている。
【０１２８】更に、第１凸レンズ１７４に対し所定距離
を離して配置された第２凸レンズ１７６との間に、固定
ミラー２５５を設けている。固定ミラー２５５は頂角α
＝約４５度で外側に２つのミラー面２５６，２６２をも
ち、光軸に対し約４５度の角度でミラー面２５６，２６
２を配置している。固定ミラー２５５に相対する光軸に
直行する位置には、頂角β＝９０度で内側に２つのミラ
ー面２５８，２６０をもった可動ミラー２５７が対向配
置される。可動ミラー２５７は、支持部材２６８を介し
てピストン２６５とクランク２６６によるピストンクラ
ンク機構を介してモータ２６４に連結される。
を離して配置された第２凸レンズ１７６との間に、固定
ミラー２５５を設けている。固定ミラー２５５は頂角α
＝約４５度で外側に２つのミラー面２５６，２６２をも
ち、光軸に対し約４５度の角度でミラー面２５６，２６
２を配置している。固定ミラー２５５に相対する光軸に
直行する位置には、頂角β＝９０度で内側に２つのミラ
ー面２５８，２６０をもった可動ミラー２５７が対向配
置される。可動ミラー２５７は、支持部材２６８を介し
てピストン２６５とクランク２６６によるピストンクラ
ンク機構を介してモータ２６４に連結される。
【０１２９】可動ミラー２５７が固定ミラー２５５から
遠ざかると、全体の光路が長くなるため、立体空中像２
１８を形成するための結像面は第２凸レンズ１７６の表
面に近付く。また可動ミラー２５７が固定ミラー２５５
に近付くと全体の光路が短くなるため、結像面は第２凸
レンズ１７６の表面から遠ざかる。即ち、可動ミラー２
５７の移動によって平面空中像の奥行き方向の走査がで
き、これによって立体空中像２１８を出現させることが
できる。
遠ざかると、全体の光路が長くなるため、立体空中像２
１８を形成するための結像面は第２凸レンズ１７６の表
面に近付く。また可動ミラー２５７が固定ミラー２５５
に近付くと全体の光路が短くなるため、結像面は第２凸
レンズ１７６の表面から遠ざかる。即ち、可動ミラー２
５７の移動によって平面空中像の奥行き方向の走査がで
き、これによって立体空中像２１８を出現させることが
できる。
【０１３０】この図４０の実施形態にあっては、可動ミ
ラー２５７を使用しており、図３７の第３凸レンズ１７
７の移動に比べると一般にミラーの方が重量を軽くで
き、奥行き方向に駆動走査するための慣性負荷を軽減
し、使用するモータ２６４を小型にできる。また立体空
中像２１８の表示は１／６０秒間に１立体空中像を表示
する必要があるため、モータ２６４の回転速度は３６０
０ｒｐｍが必要である。また図３９のように、平面空中
像の往路と復路のそれぞれで１立体空中像を表示させる
場合には、モータ２６４の回転数は半分の１８００ｒｐ
ｍとできる。
ラー２５７を使用しており、図３７の第３凸レンズ１７
７の移動に比べると一般にミラーの方が重量を軽くで
き、奥行き方向に駆動走査するための慣性負荷を軽減
し、使用するモータ２６４を小型にできる。また立体空
中像２１８の表示は１／６０秒間に１立体空中像を表示
する必要があるため、モータ２６４の回転速度は３６０
０ｒｐｍが必要である。また図３９のように、平面空中
像の往路と復路のそれぞれで１立体空中像を表示させる
場合には、モータ２６４の回転数は半分の１８００ｒｐ
ｍとできる。
【０１３１】図４１は図３７及び図４０の立体空中像２
１８の表示制御に使用されるコントローラの回路ブロッ
ク図である。図４１において、コントローラは画像メモ
リ２２０、アドレス走査回路２２２、書込切換回路２２
６、奇数立体フィールドメモリ２２８、アドレス走査回
路２３０、偶数立体フィールドメモリ２３２、アドレス
走査回路２３４、走査方向切換スイッチ２３５、制御回
路２３６、読出切換回路２３８、駆動回路２４０、光検
出回路２４２、受光画像バッファメモリ２４４、操作位
置判定回路２４５及びインタフェース回路２４４で構成
される。
１８の表示制御に使用されるコントローラの回路ブロッ
ク図である。図４１において、コントローラは画像メモ
リ２２０、アドレス走査回路２２２、書込切換回路２２
６、奇数立体フィールドメモリ２２８、アドレス走査回
路２３０、偶数立体フィールドメモリ２３２、アドレス
走査回路２３４、走査方向切換スイッチ２３５、制御回
路２３６、読出切換回路２３８、駆動回路２４０、光検
出回路２４２、受光画像バッファメモリ２４４、操作位
置判定回路２４５及びインタフェース回路２４４で構成
される。
【０１３２】画像メモリ２２０には立体空中像を表示す
るための立体画像情報が格納される。この立体画像情報
は、例えば図３８の立体空中像表示空間２４６に対応し
たＸ方向５１２ドット×Ｙ方向５１２ドット×Ｚ方向２
５６ドットの三次元画像情報である。画像メモリ２２０
に格納された立体画像情報は、書込切換回路２２６を介
して奇数立体フィールドメモリ２２８と偶数立体フィー
ルドメモリ２３２のそれぞれに格納され、１立体空中像
の表示を１単位として読出切換回路２３８により交互に
読み出され、駆動回路２４０に供給されて発光受光ユニ
ット１６０のライン発光を行う。
るための立体画像情報が格納される。この立体画像情報
は、例えば図３８の立体空中像表示空間２４６に対応し
たＸ方向５１２ドット×Ｙ方向５１２ドット×Ｚ方向２
５６ドットの三次元画像情報である。画像メモリ２２０
に格納された立体画像情報は、書込切換回路２２６を介
して奇数立体フィールドメモリ２２８と偶数立体フィー
ルドメモリ２３２のそれぞれに格納され、１立体空中像
の表示を１単位として読出切換回路２３８により交互に
読み出され、駆動回路２４０に供給されて発光受光ユニ
ット１６０のライン発光を行う。
【０１３３】奇数立体フィールドメモリ２２８及び偶数
立体フィールドメモリ２３２は、Ｘビット×Ｙワード×
Ｚスタックのメモリ構成をもち、図３８の空中立体像の
各方向のドット数対応の画素数をもっている。まず立体
空中像の表示動作を説明する。制御回路２３６に対して
は、図３７のポリゴンミラー１７０に対し設けているミ
ラーセンサ１７５からの面回転同期信号Ｅ１６と、電磁
アクチュエータ２１２により往復移動される第３凸レン
ズ１７７に対し設けている立体位置センサ２１６からの
立体同期信号Ｅ２０が入力されている。立体位置センサ
２１６は受光素子を直線配列したＰＳＤなどが使用さ
れ、支持部材２１４に装着したＬＥＤ２１８からの光を
受光して第３凸レンズ１７７の移動位置を検知できるよ
うにしている。
立体フィールドメモリ２３２は、Ｘビット×Ｙワード×
Ｚスタックのメモリ構成をもち、図３８の空中立体像の
各方向のドット数対応の画素数をもっている。まず立体
空中像の表示動作を説明する。制御回路２３６に対して
は、図３７のポリゴンミラー１７０に対し設けているミ
ラーセンサ１７５からの面回転同期信号Ｅ１６と、電磁
アクチュエータ２１２により往復移動される第３凸レン
ズ１７７に対し設けている立体位置センサ２１６からの
立体同期信号Ｅ２０が入力されている。立体位置センサ
２１６は受光素子を直線配列したＰＳＤなどが使用さ
れ、支持部材２１４に装着したＬＥＤ２１８からの光を
受光して第３凸レンズ１７７の移動位置を検知できるよ
うにしている。
【０１３４】制御回路２３６はポリゴンミラー１７０に
設けたミラーセンサ１７５からの面同期信号Ｅ１６に同
期して電磁アクチュエータ２１２の駆動を開始する。電
磁アクチュエータ２１２によって第３凸レンズ１７７が
例えば手前端部の走査開始位置に達すると、同期回路２
３７が立体位置センサ２１６の検出信号に基づき、一定
の遅延時間後に立体同期信号Ｅ２０を発生する。
設けたミラーセンサ１７５からの面同期信号Ｅ１６に同
期して電磁アクチュエータ２１２の駆動を開始する。電
磁アクチュエータ２１２によって第３凸レンズ１７７が
例えば手前端部の走査開始位置に達すると、同期回路２
３７が立体位置センサ２１６の検出信号に基づき、一定
の遅延時間後に立体同期信号Ｅ２０を発生する。
【０１３５】制御回路２３６は立体同期信号Ｅ２０を入
力すると奇数立体フィールドメモリ２２８のアドレス走
査回路２３０に対しスタックＺ＝０、ワードＹ＝０のア
クセスアドレスを指示する。以下、メモリアクセスアド
レスを（スタック−ワード）＝（０−０）と表わす。こ
のため奇数立体フィールドメモリ２２８からは、アクセ
スアドレス（０−０）で指定されたＸビット分即ちＸ＝
５１２ビット分のデータが並列的に読み出され、読出切
換回路２３８を介して駆動回路２４０に与えられ、発光
受光ユニット１６０に設けている５１２ドットの発光素
子群１６２を同時に、そのときの各ドットのデータに応
じて発光駆動する。続いて奇数立体フィールドメモリ２
２８に対するアクセスアドレスを（０−１）（０−２）
・・・（０−５１１）として順次読み出すことにより、
次に面回転同期信号Ｅ１６が得られるまでの間に１平面
画像分の画像データを読み出し、１つの平面空中像を形
成する。
力すると奇数立体フィールドメモリ２２８のアドレス走
査回路２３０に対しスタックＺ＝０、ワードＹ＝０のア
クセスアドレスを指示する。以下、メモリアクセスアド
レスを（スタック−ワード）＝（０−０）と表わす。こ
のため奇数立体フィールドメモリ２２８からは、アクセ
スアドレス（０−０）で指定されたＸビット分即ちＸ＝
５１２ビット分のデータが並列的に読み出され、読出切
換回路２３８を介して駆動回路２４０に与えられ、発光
受光ユニット１６０に設けている５１２ドットの発光素
子群１６２を同時に、そのときの各ドットのデータに応
じて発光駆動する。続いて奇数立体フィールドメモリ２
２８に対するアクセスアドレスを（０−１）（０−２）
・・・（０−５１１）として順次読み出すことにより、
次に面回転同期信号Ｅ１６が得られるまでの間に１平面
画像分の画像データを読み出し、１つの平面空中像を形
成する。
【０１３６】続いてポリゴンミラー１７０の回転により
次の面同期信号Ｅ１６が入力されると、制御回路２３６
は次のスタックアドレスＺ１におけるワードアドレスＹ
＝０〜５１１分のアクセスアドレス（１−０）（１−
１）・・・（１−５１１）によりＸ＝５１２ドット単位
に画像情報を読み出し、同様にして２枚目の平面空中像
を形成する。以下同様にして、アクセスアドレス（２５
５−０）（２５５−１）・・（２５５−５１１）までの
画像情報を読み出し、１つの立体空中像を完成させる。
次の面同期信号Ｅ１６が入力されると、制御回路２３６
は次のスタックアドレスＺ１におけるワードアドレスＹ
＝０〜５１１分のアクセスアドレス（１−０）（１−
１）・・・（１−５１１）によりＸ＝５１２ドット単位
に画像情報を読み出し、同様にして２枚目の平面空中像
を形成する。以下同様にして、アクセスアドレス（２５
５−０）（２５５−１）・・（２５５−５１１）までの
画像情報を読み出し、１つの立体空中像を完成させる。
【０１３７】第３凸レンズ１７７が奥行き方向の端部に
達すると、立体位置センサ２１６の検出信号に基づき、
同期回路２３７が一定の遅延時間後に立体同期信号Ｅ２
０を発生する。この立体同期信号Ｅ２０を受けた制御回
路２３６は、次に偶数立体フィールドメモリ２３２をア
クセスする。このとき偶数立体フィールドメモリ２３２
のアドレス走査回路２３４に対し設けられた走査方向切
換スイッチ２３５を予めオン操作しておくことで、スタ
ックアドレスのアクセス順序が逆転されている。
達すると、立体位置センサ２１６の検出信号に基づき、
同期回路２３７が一定の遅延時間後に立体同期信号Ｅ２
０を発生する。この立体同期信号Ｅ２０を受けた制御回
路２３６は、次に偶数立体フィールドメモリ２３２をア
クセスする。このとき偶数立体フィールドメモリ２３２
のアドレス走査回路２３４に対し設けられた走査方向切
換スイッチ２３５を予めオン操作しておくことで、スタ
ックアドレスのアクセス順序が逆転されている。
【０１３８】このため偶数立体フィールドメモリ２３２
にあっては、まずアクセスアドレス（２５５−０）の画
像データが読み出され、以下順にアクセスアドレス（２
５５−１）・・・（２５５−５１１）と読み出され、最
初の平面空中像が形成される。次に同期回路２３７より
面同期信号Ｅ１６が得られると、制御回路２３６は偶数
立体フィールドメモリ２３２のアクセスアドレス（２５
４−０）（２５４−２）・・・（２５４−５１１）のデ
ータを読み出して表示し、これをアクセスアドレス（０
−１）（０−２）・・・（０−５１１）まで繰り返し、
第３凸レンズ１７７の戻り移動によって次の１つの立体
空中像を完成させる。以下、このような奇数立体フィー
ルドメモリ２２８と偶数立体フィールドメモリ２３２の
アクセスによる往路と復路での各立体空中像の走査表示
を３０Ｈｚの駆動周波数で繰り返す。
にあっては、まずアクセスアドレス（２５５−０）の画
像データが読み出され、以下順にアクセスアドレス（２
５５−１）・・・（２５５−５１１）と読み出され、最
初の平面空中像が形成される。次に同期回路２３７より
面同期信号Ｅ１６が得られると、制御回路２３６は偶数
立体フィールドメモリ２３２のアクセスアドレス（２５
４−０）（２５４−２）・・・（２５４−５１１）のデ
ータを読み出して表示し、これをアクセスアドレス（０
−１）（０−２）・・・（０−５１１）まで繰り返し、
第３凸レンズ１７７の戻り移動によって次の１つの立体
空中像を完成させる。以下、このような奇数立体フィー
ルドメモリ２２８と偶数立体フィールドメモリ２３２の
アクセスによる往路と復路での各立体空中像の走査表示
を３０Ｈｚの駆動周波数で繰り返す。
【０１３９】一方、立体空中像２１８に対し入力操作な
どのために指を触れると、指を触れた立体画像の位置が
光検出回路２４２で検出される。光検出回路２４２に対
しては読出切換回路２３８より駆動回路２４０に対する
走査位置（Ｙ，Ｚ）が入力されており、発光受光ユニッ
ト１６０に設けている受光素子群１８２より立体空中像
２１８に指を触れたときの反射光の受光位置を示す受光
信号が得られる。したがって光検出回路２４２は、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の三次元空間における反射光受光位置を
示す情報を出力する。
どのために指を触れると、指を触れた立体画像の位置が
光検出回路２４２で検出される。光検出回路２４２に対
しては読出切換回路２３８より駆動回路２４０に対する
走査位置（Ｙ，Ｚ）が入力されており、発光受光ユニッ
ト１６０に設けている受光素子群１８２より立体空中像
２１８に指を触れたときの反射光の受光位置を示す受光
信号が得られる。したがって光検出回路２４２は、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の三次元空間における反射光受光位置を
示す情報を出力する。
【０１４０】この実施形態にあっては、受光検出回路２
４２からの検出信号を画像メモリ２２０と同じ三次元画
像情報を格納する受光用画像バッファメモリ２２４に格
納している。受光用画像バッファメモリ２２４に対して
は操作位置判定回路２４５が設けられ、１回の立体空中
像２１８の表示に同期して光検出回路２４２から読み込
まれた三次元画像情報の内の反射光の受光を示すドット
から操作位置を判定し、この位置判定情報をインタフェ
ース回路２２４を介して情報処理装置に転送する。
４２からの検出信号を画像メモリ２２０と同じ三次元画
像情報を格納する受光用画像バッファメモリ２２４に格
納している。受光用画像バッファメモリ２２４に対して
は操作位置判定回路２４５が設けられ、１回の立体空中
像２１８の表示に同期して光検出回路２４２から読み込
まれた三次元画像情報の内の反射光の受光を示すドット
から操作位置を判定し、この位置判定情報をインタフェ
ース回路２２４を介して情報処理装置に転送する。
【０１４１】このような本発明の第１０実施形態で表示
される立体空中像は、平面空中像の奥行き方向の走査で
形成していることから、通常は陰になって見えない部分
の輪郭が透けて見える画像いわゆるファントム像であ
る。このため医療用画像やＣＡＤ画像のようなファント
ム画像の表示が必要とされる分野での立体画像の表示に
適している。
される立体空中像は、平面空中像の奥行き方向の走査で
形成していることから、通常は陰になって見えない部分
の輪郭が透けて見える画像いわゆるファントム像であ
る。このため医療用画像やＣＡＤ画像のようなファント
ム画像の表示が必要とされる分野での立体画像の表示に
適している。
【０１４２】特に医療用画像にあっては、ＣＴスキャン
装置などによって心臓などの人体の臓器の三次元画像情
報は既に得られている状況にある。現在では立体画像を
表示する適切な装置がないため、やむを得ず多数の断面
写真として出力したりあるいはＣＲＴなどの二次元表示
装置に投影図を表示し、疑似的な立体画像を利用してい
る。
装置などによって心臓などの人体の臓器の三次元画像情
報は既に得られている状況にある。現在では立体画像を
表示する適切な装置がないため、やむを得ず多数の断面
写真として出力したりあるいはＣＲＴなどの二次元表示
装置に投影図を表示し、疑似的な立体画像を利用してい
る。
【０１４３】これに対し本発明の第１０実施形態にあっ
ては、人体臓器などの三次元画像情報に基づいて空中に
立体像を出現させることができ、しかも空中立体像に指
等の物体が触れた場合、その位置を高精度で検出し、位
置情報を情報処理装置に入力することができる。このた
め、例えば空中立体像として表示された心臓などを任意
の断面で模擬的に切断し、切断した２つの立体像を同時
に空中表示していくこともできる。
ては、人体臓器などの三次元画像情報に基づいて空中に
立体像を出現させることができ、しかも空中立体像に指
等の物体が触れた場合、その位置を高精度で検出し、位
置情報を情報処理装置に入力することができる。このた
め、例えば空中立体像として表示された心臓などを任意
の断面で模擬的に切断し、切断した２つの立体像を同時
に空中表示していくこともできる。
【０１４４】即ち、本発明の第１０実施形態の立体空中
像の表示と位置検出の機能を利用することで、実際の臓
器のＣＴ立体画像情報に基づいた外科手術などのシミュ
レーションを立体空中像を使用して行うことができ、医
療分野に対する貢献度は極めて高いものと言える。もち
ろん医療分野に限定されず、ＣＡＤ画像のように立体画
像情報を扱う任意の分野につき、立体空中像の表示と指
等の物体を触れたときの位置検出に基づく処理を効果的
に適用することができる。
像の表示と位置検出の機能を利用することで、実際の臓
器のＣＴ立体画像情報に基づいた外科手術などのシミュ
レーションを立体空中像を使用して行うことができ、医
療分野に対する貢献度は極めて高いものと言える。もち
ろん医療分野に限定されず、ＣＡＤ画像のように立体画
像情報を扱う任意の分野につき、立体空中像の表示と指
等の物体を触れたときの位置検出に基づく処理を効果的
に適用することができる。
【０１４５】尚、図２９，図３３、図３４、図３６、図
３７図４０の実施形態では、一次元発光器からの光を偏
向走査する偏向部としてポリゴンミラーを使用している
が、これ以外に、揺動駆動されるガルバノミラー、回転
駆動されるホログラムディスク、変形ミラーデバイス
（ＤＭＤ：Deformable Mirrer Device) 等を使用しても
偏向走査を行うことができる。
３７図４０の実施形態では、一次元発光器からの光を偏
向走査する偏向部としてポリゴンミラーを使用している
が、これ以外に、揺動駆動されるガルバノミラー、回転
駆動されるホログラムディスク、変形ミラーデバイス
（ＤＭＤ：Deformable Mirrer Device) 等を使用しても
偏向走査を行うことができる。
【０１４６】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、実在する入力キーや情報処理装置から出力された画
像情報を何もない空中に出現させ、出現した空中像に指
等の物体を触れることによる位置情報を高精度で検出し
て情報処理装置に入力することができ、鮮明な立体空中
像とその位置検出によって全く新しい情報の入出力機能
を提供することができる。
ば、実在する入力キーや情報処理装置から出力された画
像情報を何もない空中に出現させ、出現した空中像に指
等の物体を触れることによる位置情報を高精度で検出し
て情報処理装置に入力することができ、鮮明な立体空中
像とその位置検出によって全く新しい情報の入出力機能
を提供することができる。
【０１４７】また空中像は平面像のみならず、立体像を
空中に出現させることかでき、更に静止空中像は勿論の
こと動画空中像として出現させることもでき、空中像に
よって出力と入力が一体化された全く新しい情報の入力
及び出力機能を提供できる。更に本発明の空中像の位置
検出の機能を利用することで、イメージ入力などへの応
用も簡単に実現できる。
空中に出現させることかでき、更に静止空中像は勿論の
こと動画空中像として出現させることもでき、空中像に
よって出力と入力が一体化された全く新しい情報の入力
及び出力機能を提供できる。更に本発明の空中像の位置
検出の機能を利用することで、イメージ入力などへの応
用も簡単に実現できる。
【図１】本発明の原理説明図
【図２】パラボラミラーユニットを用いた本発明の第１
実施形態の説明図
実施形態の説明図
【図３】図２のパラボラミラーユニットの分解図
【図４】図２の発光受光ユニットの説明図
【図５】図４の発光キーの分解図
【図６】図２の実施形態により出現する空中像の説明図
【図７】図２の空中像に指を触れたときの入力操作の説
明図
明図
【図８】図２のコントローラの回路ブロック図
【図９】図８のコントローラの動作のタイムチャート
【図１０】発光キーを１つとした図２の変形実施形態の
説明図
説明図
【図１１】図１０に使用するコントローラの回路ブロッ
ク図
ク図
【図１２】回転楕円面ミラーを用いた本発明の第２実施
形態の断面図
形態の断面図
【図１３】図１２を可視範囲から見た説明図
【図１４】回転楕円面ミラーを用いた本発明の第３実施
形態の断面図
形態の断面図
【図１５】図１４を可視範囲から見た説明図
【図１６】縦回転楕円面ミラーを用いた本発明の第４実
施形態の断面図
施形態の断面図
【図１７】図１６を可視範囲から見た説明図
【図１８】パラボラミラーと凸レンズを用いた本発明の
第５実施形態の断面図
第５実施形態の断面図
【図１９】図１９の光路方向を偏向する実施形態の断面
図
図
【図２０】一対の凸レンズを用いた本発明の第６実施形
態の断面図
態の断面図
【図２１】二次元画像発生器を用いた本発明の第７実施
形態の説明図
形態の説明図
【図２２】図２１の二次元画像発生器の説明図
【図２３】図２２に用いるコントローラの回路ブロック
図
図
【図２４】図２３のコントローラ動作のタイムチャート
【図２５】図２１の二次元画像発生器による表示画像の
説明図
説明図
【図２６】図２１の表示画像で出現する平面空中像とそ
のスイッチ部の説明図
のスイッチ部の説明図
【図２７】図２６の平面空中像に対応した発光位置の説
明図
明図
【図２８】図２６の平面空中像に指を触れた時の位置検
出のタイムチャート
出のタイムチャート
【図２９】一次元画像発生器を用いた本発明の第８実施
形態の説明図
形態の説明図
【図３０】図２９の発光受光ユニットの説明図
【図３１】図２９に用いるコントローラの回路ブロック
図
図
【図３２】図２９のコントローラによる平面空中像の表
示動作のタイムチャート
示動作のタイムチャート
【図３３】図２９の変形実施形態の説明図
【図３４】イメージ入力を行う本発明の第９実施形態の
説明図
説明図
【図３５】図３４に用いるコントローラの回路ブロック
図
図
【図３６】図３４の変形実施形態の説明図
【図３７】立体空中像を出現させる本発明の第１０実施
形態の説明図
形態の説明図
【図３８】図３７による立体空中像の説明図
【図３９】図３７で奥行き方向の移動速度を半分にする
往路と復路の各々で空中立体像を表示させるための説明
図
往路と復路の各々で空中立体像を表示させるための説明
図
【図４０】立体空中像の表示に使用する他の実施形態の
説明図
説明図
【図４１】図３７の空中立体像を用いた入出力に使用す
るコントローラの回路ブロック図
るコントローラの回路ブロック図
１０：パラボラミラーユニット １２：開口 １４：空中像 １６，１０８：コントローラ １８：数字表示器 ２０：第１パラボラミラー ２１，２３：パラボラミラー面 ２２：第２パラボラミラー ２４：発光受光ユニット ２６−１〜２６−４：発光キー ２８：受光素子 ３０：プリント基板 ３２：支持アーム ３４：コネクタ部 ３６：キートップ ４２：マーク ４４：ＬＥＤ ４６，４６−１，４６−２：可視範囲 ４８：指 ５２：クロック発生回路 ５４：分周回路 ５６：タイミング発生回路 ５８：ＬＥＤ駆動回路 ６０：光検出回路 ６２：タイミング判別回路 ６４：ホールド回路 ６６：数字表示回路 ６８：音発生回路 ７０：スピーカ ７２，８０：ケース ７６：回転楕円面ミラー ７８：カバー ８２：縦回転楕円面ミラー ８４：前カバー ８８：パラボラミラー ９０：凸レンズ ９２，１０２：開口 ９４：平面ミラー ９８：第１凸レンズ １００：第２凸レンズ １０４：二次元画像発生器 １１０：入出力インタフェース １１４，１１６：受光素子 １２０−１〜１２０−２５６：ＬＥＤ １２２，１８６−１〜１８６−４：画像記憶回路 １２４：クロックパルス発生回路 １２６：Ｘ方向走査回路 １２８：Ｙ方向走査回路 １３０：Ｘ駆動回路 １３２：Ｙ駆動回路 １３４：光検出回路 １３６：タイミング回路 １４０−１〜１４０−１５：スイッチ部 １６０：発光受光ユニット １６２：発光素子群 １６４：受光素子群 １６６：光ファイバー １６８：発光受光アレイユニット １７０：ポリゴンミラー（多面回転ミラー） １７２：モータ １７４：第１フレネル凸レンズ １７５：ミラーセンサ １７６：第３フレネル凸レンズ １７７：第３フレネル凸レンズ １７８：平面空中像 １８０：発光アレイ １８２：受光アレイ １８４：画像発生部 １８８：画像切換回路 １９０：イタフェース回路 １９２，２３６：制御回路 １９４，２４０：ＬＥＤ駆動回路 １９６，２３７：同期回路 １９８，４２４：光検出回路 ２００：ＬＥＤ表示器 ２０４：入力イメージ ２０６：入力走査面 ２０８：画像バッファメモリ ２１０：撮像レンズユニット ２１２：電磁アクチュエータ ２１６：位置センサ ２１８，２５０：立体空中像 ２２０：画像メモリ ２２２，２３０，２３４：アドレス走査回路 ２２６：書込切換回路 ２２８：奇数立体フィールドメモリ ２３２：偶数立体フィールドメモリ ２３６：制御回路 ２４４：受光用画像バッファメモリ ２４５：操作位置判定回路 ２４６：立体表示空間 ２５０−１〜２５０−ｎ：平面空中像
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年２月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。本発明の空中像入出力装置は、１又は複数の
入力操作部に対応した可視光を発生する可視光発生部、
可視光発生部から発生した可視光に基づいて空中に入力
操作部の光学的実像、所謂ミラージュである空中像を生
成する空中像生成部を備える。また、及び空中像に指を
触れる操作を反射光から検出する光検出部が設けられ
る。コントローラは、可視光発生部の駆動により入力操
作部に対応した可視光を選択的に出射して空中像を生成
させ、指等による空中像の操作を検出した際に、外部に
位置検出信号を出力させる。
図である。本発明の空中像入出力装置は、１又は複数の
入力操作部に対応した可視光を発生する可視光発生部、
可視光発生部から発生した可視光に基づいて空中に入力
操作部の光学的実像、所謂ミラージュである空中像を生
成する空中像生成部を備える。また、及び空中像に指を
触れる操作を反射光から検出する光検出部が設けられ
る。コントローラは、可視光発生部の駆動により入力操
作部に対応した可視光を選択的に出射して空中像を生成
させ、指等による空中像の操作を検出した際に、外部に
位置検出信号を出力させる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】上部に位置する第１パラボラミラー２０は
内側にパラボラミラー面２１を形成しており、その頭頂
部に空中像を生成するための開口１２を設けている。下
部に位置する第２パラボラミラー２２は内側にパラボラ
ミラー面２３を形成し、パラボラミラー面２３の底部に
可視光発光部および光検出部として機能する発光受光ユ
ニット２４を装着している。
内側にパラボラミラー面２１を形成しており、その頭頂
部に空中像を生成するための開口１２を設けている。下
部に位置する第２パラボラミラー２２は内側にパラボラ
ミラー面２３を形成し、パラボラミラー面２３の底部に
可視光発光部および光検出部として機能する発光受光ユ
ニット２４を装着している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】分周回路５４は、クロック発生回路５２か
らのクロック信号Ｅ１を図９（Ｂ）の１／２分周信号Ｅ
２と図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に分周する。分周
回路５４からの分周信号Ｅ２，Ｅ３はタイミング発生回
路５６に供給され、ＬＥＤ駆動回路５８に対する４つの
ＬＥＤ４４−１〜４４−４を発光駆動するための図９
（Ｄ）〜（Ｇ）のタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７を生成する。
らのクロック信号Ｅ１を図９（Ｂ）の１／２分周信号Ｅ
２と図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に分周する。分周
回路５４からの分周信号Ｅ２，Ｅ３はタイミング発生回
路５６に供給され、ＬＥＤ駆動回路５８に対する４つの
ＬＥＤ４４−１〜４４−４を発光駆動するための図９
（Ｄ）〜（Ｇ）のタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７を生成する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５１】このタイミング信号Ｅ４〜Ｅ７の各周期は
図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に対応した周期であ
り、クロック信号Ｅ３が７２０Ｈｚであることから、そ
の１／４の１８０Ｈｚの繰返し周波数をもつ。そして発
光周期Ｔｓの間にタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７をクロックＥ１に同期してＬＥＤ駆動回路５８に供給
することで、ＬＥＤ４４−１，４４−２，４４−３，４
４−４を順番に発光駆動し、これを繰り返す。
図９（Ｃ）の１／４分周信号Ｅ３に対応した周期であ
り、クロック信号Ｅ３が７２０Ｈｚであることから、そ
の１／４の１８０Ｈｚの繰返し周波数をもつ。そして発
光周期Ｔｓの間にタイミング信号Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ
７をクロックＥ１に同期してＬＥＤ駆動回路５８に供給
することで、ＬＥＤ４４−１，４４−２，４４−３，４
４−４を順番に発光駆動し、これを繰り返す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５２】具体的にはタイミング信号Ｅ４〜Ｅ７は、
クロックＥ１、１／２分周信号Ｅ２及び１／４分周信号
Ｅ３を次の論理を実現する論理回路を通すことで得られ
る。なお、ここで＊は反転信号を意味する。 Ｅ４＝Ｅ２・Ｅ３・Ｅ１ Ｅ５＝＊Ｅ２・Ｅ３・Ｅ１ Ｅ６＝Ｅ２・＊Ｅ３・Ｅ１ Ｅ７＝＊Ｅ２・＊Ｅ３・Ｅ１ 一方、タイミング発生回路５６からのタイミング信号Ｅ
４〜Ｅ７は、同時にタイミング判別回路６２に与えられ
ている。またタイミング判別回路６２には光検出回路６
０からの光検出信号Ｅ８が入力される。光検出回路６０
に対しては、例えばフォトトランジスタなどを用いた受
光素子２８の受光信号が入力されており、図７のように
空中像１４−１に指４８を触れたときの反射光５０−
１，５０−２を検出して光検出信号Ｅ８を出力する。タ
イミング判別回路６２は、タイミング発生信号Ｅ４〜Ｅ
７と光検出信号Ｅ８から判別信号Ｅ９〜Ｅ１２のいずれ
か１つを出力する。
クロックＥ１、１／２分周信号Ｅ２及び１／４分周信号
Ｅ３を次の論理を実現する論理回路を通すことで得られ
る。なお、ここで＊は反転信号を意味する。 Ｅ４＝Ｅ２・Ｅ３・Ｅ１ Ｅ５＝＊Ｅ２・Ｅ３・Ｅ１ Ｅ６＝Ｅ２・＊Ｅ３・Ｅ１ Ｅ７＝＊Ｅ２・＊Ｅ３・Ｅ１ 一方、タイミング発生回路５６からのタイミング信号Ｅ
４〜Ｅ７は、同時にタイミング判別回路６２に与えられ
ている。またタイミング判別回路６２には光検出回路６
０からの光検出信号Ｅ８が入力される。光検出回路６０
に対しては、例えばフォトトランジスタなどを用いた受
光素子２８の受光信号が入力されており、図７のように
空中像１４−１に指４８を触れたときの反射光５０−
１，５０−２を検出して光検出信号Ｅ８を出力する。タ
イミング判別回路６２は、タイミング発生信号Ｅ４〜Ｅ
７と光検出信号Ｅ８から判別信号Ｅ９〜Ｅ１２のいずれ
か１つを出力する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】このためホールド回路６４は、最初に立ち
上がった判別信号Ｅ９に対応したスイッチ信号Ｓ１を外
部に出力する。ホールド回路６４はリトリガタイマで構
成されており、判別信号Ｅ９が０．５秒以内に再度立ち
上がるとトリガ動作するが、０．５秒以上入力しない
と、図９（Ｎ）のホールドクリア信号を生じ、ホールド
を解除する。
上がった判別信号Ｅ９に対応したスイッチ信号Ｓ１を外
部に出力する。ホールド回路６４はリトリガタイマで構
成されており、判別信号Ｅ９が０．５秒以内に再度立ち
上がるとトリガ動作するが、０．５秒以上入力しない
と、図９（Ｎ）のホールドクリア信号を生じ、ホールド
を解除する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】ホールド回路６４が図９（Ｍ）のように、
スイッチ信号Ｓ１のホールド出力を行うと同時に、この
スイッチ信号Ｓ１のホールド信号は数字表示回路６６に
与えられ、操作した空中像に対応するＬＥＤ４４−１の
発光キー、即ち図４の発光キー２６−１のキートップに
設けている数字「１」をＬＥＤ表示器１８に表示し、オ
ペレータに空中像の操作スイッチが確認できるようにし
ている。
スイッチ信号Ｓ１のホールド出力を行うと同時に、この
スイッチ信号Ｓ１のホールド信号は数字表示回路６６に
与えられ、操作した空中像に対応するＬＥＤ４４−１の
発光キー、即ち図４の発光キー２６−１のキートップに
設けている数字「１」をＬＥＤ表示器１８に表示し、オ
ペレータに空中像の操作スイッチが確認できるようにし
ている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】また空中像を指で触れてスイッチ操作を行
った場合、空中像は物理的には存在しない実体のないも
のであることから、空中像に指を触れることによる操作
感を得ることはできない。そこで図８のコントローラに
あっては、音発生回路６８を設け、ホールド回路６４よ
りスイッチ信号Ｓ１〜Ｓ４のいずれか１つが出力された
ときにスピーカ７０により操作音を出力し、スイッチを
入れたという感覚的なフィードバックであるタクタイル
フィードバックを実現している。即ち、図８のコントロ
ーラにあっては、ＬＥＤ表示器１８による視覚的なタク
タイルフィードバックとスピーカ７０からの操作音によ
る聴覚的なタクタイルフィードバックを実現している。
った場合、空中像は物理的には存在しない実体のないも
のであることから、空中像に指を触れることによる操作
感を得ることはできない。そこで図８のコントローラに
あっては、音発生回路６８を設け、ホールド回路６４よ
りスイッチ信号Ｓ１〜Ｓ４のいずれか１つが出力された
ときにスピーカ７０により操作音を出力し、スイッチを
入れたという感覚的なフィードバックであるタクタイル
フィードバックを実現している。即ち、図８のコントロ
ーラにあっては、ＬＥＤ表示器１８による視覚的なタク
タイルフィードバックとスピーカ７０からの操作音によ
る聴覚的なタクタイルフィードバックを実現している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６４】この理由は、発光キー２６は実際には点光
源ではなく発光キー２６からの光束の広がり角度は約２
０度程度しかなく、回転楕円面ミラー７６の底面方向に
向けると、発光受光ユニット２４からの空中像１４を結
像するための光は有効に利用できない。そこで可視範囲
４６からの目の位置に対し反対向きに発光キー２６を向
けることで、発光キー２６からの光束の広がりが狭くと
も、効率よく第２焦点近傍にその空中像１４を出現させ
ることができる。
源ではなく発光キー２６からの光束の広がり角度は約２
０度程度しかなく、回転楕円面ミラー７６の底面方向に
向けると、発光受光ユニット２４からの空中像１４を結
像するための光は有効に利用できない。そこで可視範囲
４６からの目の位置に対し反対向きに発光キー２６を向
けることで、発光キー２６からの光束の広がりが狭くと
も、効率よく第２焦点近傍にその空中像１４を出現させ
ることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７０】図１７は図１６を可視範囲４６から見た説
明図であり、上部の縦回転楕円面ミラー８２の開口の第
２焦点近傍に鮮明な空中像１４が出現し、ケース８０の
前面であれば、その位置をほとんど気にすることなく空
中像１４を見ることができ、空中像１４に指先などで触
れるスイッチ操作ができる。また図１６から明らかなよ
うに、縦回転楕円面ミラー８２の第１焦点近傍に設置し
た発光受光ユニット２４は、発光キーの向きを水平方向
ではなく、やや上向きとすることで、発光キーからの光
を効率よく第２焦点近傍に集光して鮮明な空中像１４を
出現させることができる。
明図であり、上部の縦回転楕円面ミラー８２の開口の第
２焦点近傍に鮮明な空中像１４が出現し、ケース８０の
前面であれば、その位置をほとんど気にすることなく空
中像１４を見ることができ、空中像１４に指先などで触
れるスイッチ操作ができる。また図１６から明らかなよ
うに、縦回転楕円面ミラー８２の第１焦点近傍に設置し
た発光受光ユニット２４は、発光キーの向きを水平方向
ではなく、やや上向きとすることで、発光キーからの光
を効率よく第２焦点近傍に集光して鮮明な空中像１４を
出現させることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７５】フレネルレンズはレンズの厚さが薄く、重
量も軽くなり、しかもコスト的に安価である。もちろ
ん、凸レンズ９０としては、１枚のレンズに限らず、多
数のレンズを組み合わせることにより所望の焦点距離Ｆ
を得るようにしてもよいことは勿論である。この第５実
施形態にあっては、発光キー２８からの光はパラボラミ
ラー８８によって一旦平行光に変換されるため、パラボ
ラミラー８８と凸レンズ９０との距離Ｄは原理的にはど
れだけあってもよいことになる。実際にはパラボラミラ
ー８８によって完全な平行光を作るのは難しいため、距
離Ｄにある程度の制限はあるものの、距離Ｄを例えば１
０ｃｍから１００ｃｍ程度まで変えたとしても、空中像
１４を凸レンズ９０の焦点距離Ｆの焦点位置に正しく結
像することができる。このように図１８の第５実施形態
にあっては、パラボラミラー８８と凸レンズ９０との間
の距離Ｄに対し自由度が得られる。
量も軽くなり、しかもコスト的に安価である。もちろ
ん、凸レンズ９０としては、１枚のレンズに限らず、多
数のレンズを組み合わせることにより所望の焦点距離Ｆ
を得るようにしてもよいことは勿論である。この第５実
施形態にあっては、発光キー２８からの光はパラボラミ
ラー８８によって一旦平行光に変換されるため、パラボ
ラミラー８８と凸レンズ９０との距離Ｄは原理的にはど
れだけあってもよいことになる。実際にはパラボラミラ
ー８８によって完全な平行光を作るのは難しいため、距
離Ｄにある程度の制限はあるものの、距離Ｄを例えば１
０ｃｍから１００ｃｍ程度まで変えたとしても、空中像
１４を凸レンズ９０の焦点距離Ｆの焦点位置に正しく結
像することができる。このように図１８の第５実施形態
にあっては、パラボラミラー８８と凸レンズ９０との間
の距離Ｄに対し自由度が得られる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８０】この場合、発光キー２６からの光の光路に
光を妨げる部材が存在しないことから、空中像１４の可
視領域４６は光軸付近であっても有効であり、不可視領
域は存在しない。また、この第６実施形態にあっても、
第１凸レンズ９８と第２凸レンズ１００との間の距離Ｄ
に自由度があり、必要に応じて任意の設置距離にでき
る。また図１９に示したと同様、間に平面ミラー９４を
配置することで光路を所定方向に変えることができる。 ２．二次元画像表示ユニットを用いた平面空中像の入出
力 図２１は本発明の空中像を用いた入出力装置の第７実施
形態であり、この実施形態にあっては、空中像の表示源
となる可視光発生部として発光素子を縦横に二次元配列
した二次元表示ユニットを用いたことを特徴とする。
光を妨げる部材が存在しないことから、空中像１４の可
視領域４６は光軸付近であっても有効であり、不可視領
域は存在しない。また、この第６実施形態にあっても、
第１凸レンズ９８と第２凸レンズ１００との間の距離Ｄ
に自由度があり、必要に応じて任意の設置距離にでき
る。また図１９に示したと同様、間に平面ミラー９４を
配置することで光路を所定方向に変えることができる。 ２．二次元画像表示ユニットを用いた平面空中像の入出
力 図２１は本発明の空中像を用いた入出力装置の第７実施
形態であり、この実施形態にあっては、空中像の表示源
となる可視光発生部として発光素子を縦横に二次元配列
した二次元表示ユニットを用いたことを特徴とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９９】図２９において、発光受光ユニット１６０
は基板１６５上に発光素子群１６２と受光素子群１６４
を各々一列に配列している。発光素子群１６２及び受光
素子群１６４の素子数は例えば各々１６素子を使用す
る。ユニット基板１６５に配列された発光素子群１６２
の各素子は、光ファイバ１６６により発光受光アレイユ
ニット１６８に接続されている。同時に受光素子群１６
４の各受光素子も、光ファイバ１６６によって発光受光
アレイユニット１６８に接続されている。
は基板１６５上に発光素子群１６２と受光素子群１６４
を各々一列に配列している。発光素子群１６２及び受光
素子群１６４の素子数は例えば各々１６素子を使用す
る。ユニット基板１６５に配列された発光素子群１６２
の各素子は、光ファイバ１６６により発光受光アレイユ
ニット１６８に接続されている。同時に受光素子群１６
４の各受光素子も、光ファイバ１６６によって発光受光
アレイユニット１６８に接続されている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１００】図３０は発光受光アレイユニット１６８の
発光受光側の発光受光面である。発光受光アレイユニッ
ト１６８の発光受光面には光ファイバ１６６の端部を横
一列に並べた発光部１８０−１〜１８０−１６を備えた
発光アレイ１８０が配置されている。また発光アレイ１
８０と並んで、同じく光ファイバ１６６の受光部１８２
−１〜１８２−１６を横一列に並べた受光アレイ１８２
を配置している。
発光受光側の発光受光面である。発光受光アレイユニッ
ト１６８の発光受光面には光ファイバ１６６の端部を横
一列に並べた発光部１８０−１〜１８０−１６を備えた
発光アレイ１８０が配置されている。また発光アレイ１
８０と並んで、同じく光ファイバ１６６の受光部１８２
−１〜１８２−１６を横一列に並べた受光アレイ１８２
を配置している。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０８】したがって、同期回路１９６はミラー面同
期信号Ｅ１６に同期して１ライン分の発光駆動を行うた
めの図３２（Ｂ）の同期信号Ｅ１７を発生する。この同
期信号Ｅ１７はミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに同期し
て発生され、次のミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに対
し、予め定めた一定時間Ｔｓで終了する。同期信号Ｅ１
７が発生すると、これに伴って発光受光ユニット１６０
にライン配置している１６個のＬＥＤを駆動するための
図３２（Ｃ）の同期クロックＥ１６が発生する。
期信号Ｅ１６に同期して１ライン分の発光駆動を行うた
めの図３２（Ｂ）の同期信号Ｅ１７を発生する。この同
期信号Ｅ１７はミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに同期し
て発生され、次のミラー信号Ｅ１６の立ち上がりに対
し、予め定めた一定時間Ｔｓで終了する。同期信号Ｅ１
７が発生すると、これに伴って発光受光ユニット１６０
にライン配置している１６個のＬＥＤを駆動するための
図３２（Ｃ）の同期クロックＥ１６が発生する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１６】入力走査面２０６に対する読み取り用の発
光ラインの走査に伴い、入力イメージ２０４の内容に応
じた反射信号が発光受光ユニット１６０の受光素子群１
６４にライン単位に入射し、これを光検出回路１９８で
受光し、波形整形した後に所定の階調レベルに正規化
し、バッファメモリ２０８に１ライン単位に読み取った
イメージデータを格納する。
光ラインの走査に伴い、入力イメージ２０４の内容に応
じた反射信号が発光受光ユニット１６０の受光素子群１
６４にライン単位に入射し、これを光検出回路１９８で
受光し、波形整形した後に所定の階調レベルに正規化
し、バッファメモリ２０８に１ライン単位に読み取った
イメージデータを格納する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１２２】この図３８の表示分解能を実現するＺ方向
（奥行き方向）の画面数が２５６枚の場合に必要な図３
７のポリゴンミラー１７０の回転数Ｎは、ポリゴンミラ
ー１７０として例えば３２面回転ミラーを使用したとす
ると、 Ｎ＝６０×〔１／｛１／（６０×２５４画面）｝×３２面鏡）〕 ＝２８８００ｒｐｍ となる。この場合、立体空中像の分解能は奥行き方向と
なるＺ方向の画面数には比例するが、１平面画像の画素
数には依存しない。１つの平面画像の表示分解能は、表
示面となる発光素子の点滅周期Ｔに関係する。例えば図
３８の５１２×５１２×２５６ドットの立体空中像２５
０を表示する場合、図３７の発光素子群１６２としてＸ
方向の５１２ドットに対応した５１２素子のライン表示
を可能とした場合、各素子の点滅周期Ｔは Ｔ＝１／（６０×２５６画面×５１２素子）＝１２７ｎ
秒 となる。実際にはテレビと同様、インタレースを行った
とすると、この点滅周期Ｔは倍の２５４ｎ秒に伸びる。
点滅周期Ｔ＝２５４ｎ秒は現行のＮＴＳＣ方式における
点滅周期である約２００ｎ秒より遅くてできる。
（奥行き方向）の画面数が２５６枚の場合に必要な図３
７のポリゴンミラー１７０の回転数Ｎは、ポリゴンミラ
ー１７０として例えば３２面回転ミラーを使用したとす
ると、 Ｎ＝６０×〔１／｛１／（６０×２５４画面）｝×３２面鏡）〕 ＝２８８００ｒｐｍ となる。この場合、立体空中像の分解能は奥行き方向と
なるＺ方向の画面数には比例するが、１平面画像の画素
数には依存しない。１つの平面画像の表示分解能は、表
示面となる発光素子の点滅周期Ｔに関係する。例えば図
３８の５１２×５１２×２５６ドットの立体空中像２５
０を表示する場合、図３７の発光素子群１６２としてＸ
方向の５１２ドットに対応した５１２素子のライン表示
を可能とした場合、各素子の点滅周期Ｔは Ｔ＝１／（６０×２５６画面×５１２素子）＝１２７ｎ
秒 となる。実際にはテレビと同様、インタレースを行った
とすると、この点滅周期Ｔは倍の２５４ｎ秒に伸びる。
点滅周期Ｔ＝２５４ｎ秒は現行のＮＴＳＣ方式における
点滅周期である約２００ｎ秒より遅くてできる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１２８】更に、第１凸レンズ１７４に対し所定距離
を離して配置された第２凸レンズ１７６との間に、固定
ミラー２５５を設けている。固定ミラー２５５は頂角α
＝約４５度で外側に２つのミラー面２５６，２６２をも
ち、光軸に対し約４５度の角度でミラー面２５６，２６
２を配置している。固定ミラー２５５に相対する光軸に
直交する位置には、頂角β＝９０度で内側に２つのミラ
ー面２５８，２６０をもった可動ミラー２５７が対向配
置される。可動ミラー２５７は、支持部材２６８を介し
てピストン２６５とクランク２６６によるピストンクラ
ンク機構を介してモータ２６４に連結される。
を離して配置された第２凸レンズ１７６との間に、固定
ミラー２５５を設けている。固定ミラー２５５は頂角α
＝約４５度で外側に２つのミラー面２５６，２６２をも
ち、光軸に対し約４５度の角度でミラー面２５６，２６
２を配置している。固定ミラー２５５に相対する光軸に
直交する位置には、頂角β＝９０度で内側に２つのミラ
ー面２５８，２６０をもった可動ミラー２５７が対向配
置される。可動ミラー２５７は、支持部材２６８を介し
てピストン２６５とクランク２６６によるピストンクラ
ンク機構を介してモータ２６４に連結される。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１３１】図４１は図３７及び図４０の立体空中像２
１８の表示制御に使用されるコントローラの回路ブロッ
ク図である。図４１において、コントローラは画像メモ
リ２２０、アドレス走査回路２２２、書込切換回路２２
６、奇数立体フィールドメモリ２２８、アドレス走査回
路２３０、偶数立体フィールドメモリ２３２、アドレス
走査回路２３４、走査方向切換スイッチ２３５、制御回
路２３６、読出切換回路２３８、駆動回路２４０、光検
出回路２４２、受光画像バッファメモリ２４４、操作位
置判定回路２４５及びインタフェース回路２２４で構成
される。
１８の表示制御に使用されるコントローラの回路ブロッ
ク図である。図４１において、コントローラは画像メモ
リ２２０、アドレス走査回路２２２、書込切換回路２２
６、奇数立体フィールドメモリ２２８、アドレス走査回
路２３０、偶数立体フィールドメモリ２３２、アドレス
走査回路２３４、走査方向切換スイッチ２３５、制御回
路２３６、読出切換回路２３８、駆動回路２４０、光検
出回路２４２、受光画像バッファメモリ２４４、操作位
置判定回路２４５及びインタフェース回路２２４で構成
される。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１３３】奇数立体フィールドメモリ２２８及び偶数
立体フィールドメモリ２３２は、Ｘビット×Ｙワード×
Ｚスタックのメモリ構成をもち、図３８の空中立体像の
各方向のドット数対応の画素数をもっている。まず立体
空中像の表示動作を説明する。制御回路２３６に対して
は、図３７のポリゴンミラー１７０に対し設けているミ
ラーセンサ１７５からの面回転同期信号Ｅ１６と、電磁
アクチュエータ２１２により往復移動される第３凸レン
ズ１７７に対し設けている立体位置センサ２１６からの
立体同期信号Ｅ２０が入力されている。立体位置センサ
２１６は受光素子を直線配列したＰＳＤなどが使用さ
れ、支持部材２１４に装着したＬＥＤ２１５からの光を
受光して第３凸レンズ１７７の移動位置を検知できるよ
うにしている。
立体フィールドメモリ２３２は、Ｘビット×Ｙワード×
Ｚスタックのメモリ構成をもち、図３８の空中立体像の
各方向のドット数対応の画素数をもっている。まず立体
空中像の表示動作を説明する。制御回路２３６に対して
は、図３７のポリゴンミラー１７０に対し設けているミ
ラーセンサ１７５からの面回転同期信号Ｅ１６と、電磁
アクチュエータ２１２により往復移動される第３凸レン
ズ１７７に対し設けている立体位置センサ２１６からの
立体同期信号Ｅ２０が入力されている。立体位置センサ
２１６は受光素子を直線配列したＰＳＤなどが使用さ
れ、支持部材２１４に装着したＬＥＤ２１５からの光を
受光して第３凸レンズ１７７の移動位置を検知できるよ
うにしている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１４０】この実施形態にあっては、受光検出回路２
４２からの検出信号を画像メモリ２２０と同じ三次元画
像情報を格納する受光用画像バッファメモリ２４４に格
納している。受光用画像バッファメモリ２４４に対して
は操作位置判定回路２４５が設けられ、１回の立体空中
像２１８の表示に同期して光検出回路２４２から読み込
まれた三次元画像情報の内の反射光の受光を示すドット
から操作位置を判定し、この位置判定情報をインタフェ
ース回路２２４を介して情報処理装置に転送する。
４２からの検出信号を画像メモリ２２０と同じ三次元画
像情報を格納する受光用画像バッファメモリ２４４に格
納している。受光用画像バッファメモリ２４４に対して
は操作位置判定回路２４５が設けられ、１回の立体空中
像２１８の表示に同期して光検出回路２４２から読み込
まれた三次元画像情報の内の反射光の受光を示すドット
から操作位置を判定し、この位置判定情報をインタフェ
ース回路２２４を介して情報処理装置に転送する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１９】図１８の光路方向を偏向する実施形態の断面
図
図
Claims (30)
- 【請求項１】１又は複数の入力操作部に対応した可視光
を発生する可視光発生部と、 前記可視光発生部から発生した可視光に基づいて空中に
前記入力操作部の空中像を生成する空中像生成部と、 前記空中像生成部で空中に生成した空中像の操作を反射
光から検出する光検出部と、 前記可視光発生部の駆動により前記入力操作部に対応し
た可視光を選択的に出射させ、前記空中像生成部に前記
空中像を生成させ、前記光検出部による前記空中像の操
作を検出した際に外部に位置検出信号を出力させるコン
トローラと、を備えたことを特徴とする空中像入出力装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、前記空中像生成部は、 空中像生成空間となる開口を頭頂部に有する内側をパラ
ボラミラー面とした第１パラボラミラーと、 内側にパラボラミラー面を形成すると共に該パラボラミ
ラー面の底部に前記可視光発生部を配置し、前記第１パ
ラボラミラーに相対して配置される第２パラボラミラー
と、を備え、相対する前記２つのパラボラミラー面によ
って前記入力操作部の空中像を前記開口の空間に生成す
ることを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項３】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、前記空中像生成部は、一部を切り欠いて開口した回
転楕円面ミラーを備え、該回転楕円面ミラーの一方の焦
点位置に前記可視光発生部を配置して開口側の他の焦点
位置に前記入力操作部の空中像を生成させることを特徴
とする空中像入出力装置。 - 【請求項４】請求項３記載の空中像入出力装置に於い
て、前記回転楕円面ミラーは、楕円を長軸で回転して短
軸方向の面で切り欠いたミラー面を有することを特徴と
する空中像入出力装置。 - 【請求項５】請求項３記載の空中像入出力装置に於い
て、前記回転楕円面ミラーは、楕円を長軸で回転して長
軸方向の面で切り欠いたミラー面を有することを特徴と
する空中像入出力装置。 - 【請求項６】請求項４又は５記載の空中像入出力装置に
於いて、前記回転楕円面ミラーは、前記開口を透明カバ
ーで覆ったことを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項７】請求項４又は５記載の空中像入出力装置に
於いて、前記回転楕円面ミラーは、前記開口を透明カバ
ーで覆い、前記開口から内部の可視光発生部が直接見え
ないように前記透明カバーの一部を不透明にしたことを
特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項８】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、前記空中像生成部は、 内面をパラボラミラー面とし焦点位置に前記可視光発生
部を配置したパラボラミラーと、 前記パラボラミラーの開口側に所定距離を離して配置さ
れた凸レンズと、を備え、前記凸レンズの焦点位置の空
間に前記入力操作部の空中像を生成させることを特徴と
する空中像入出力装置。 - 【請求項９】請求項８記載の空中像入出力装置に於い
て、前記空中像生成部は、前記パラボラミラーと凸レン
ズの間に、光軸方向を任意の方向に偏向させる平面ミラ
ーを配置したことを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項１０】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、前記空中像生成部は、 焦点位置又はその近傍に前記可視光発生部を配置した第
１凸レンズと、 前記第１凸レンズに続いて所定距離を離して配置された
第２凸レンズと、を備え、前記第２凸レンズの焦点位置
の空間に前記入力操作部の空中像を生成させることを特
徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項１１】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、 前記可視光発生部は、発光素子を備えた１又は複数の発
光キーであり、前記空中像生成部により前記発光キーの
空中像を生成させ、 前記光検出部は、前記発光ユニットに設けられ、前記空
中像の操作による反射光を受光する受光素子であること
を特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項１２】請求項１１記載の空中像入出力装置に於
いて、前記発光キーは、頭頂部に数字、記号等の表示を
備えた透明材料で作られたキートップを装着したことを
特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項１３】請求項１１記載の空中像入出力装置に於
いて、前記コントローラは、 前記可視光発生部の複数の発光キーを所定のタイミング
に従って順番に駆動走査する駆動走査回路と、 前記駆動走査回路による複数の発光素子の各駆動タイミ
ングと前記光検出部の受光素子による光検出信号とに基
づいて、前記空中像の操作に対応した発光素子の位置を
判別してスイッチ信号を出力する判別回路と、を備えた
ことを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項１４】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、 前記可視光発生部は、複数の発光素子を縦横に配列した
二次元画像発生器を備え、 前記光検出部は、前記二次元画像発生器の発光面の近傍
に配置され、前記空中像の操作による反射光を受光する
１又は複数の受光素子を備え、 前記コントローラは、文字、図形等の画像入力に応じた
前記二次元画像発生器の発光素子の駆動走査により平面
空中像を前記空中像生成部に生成させることを特徴とす
る空中像入出力装置。 - 【請求項１５】請求項１４記載の空中像入出力装置に於
いて、前記コントローラは、 前記二次元画像発生器で発生する画像情報を記憶した画
像記憶回路と、 前記二次元画像発生器の複数の発光素子を所定のタイミ
ングに従って順番に駆動走査する駆動走査回路と、 前記駆動走査回路による複数の発光素子の各駆動タイミ
ングと前記光検出部による光検出信号とに基づいて、前
記空中像の操作に対応した発光素子の位置を判別して位
置検出信号を出力する判別回路と、を備えたことを特徴
とする空中像入出力装置。 - 【請求項１６】請求項１５記載の空中像入出力装置に於
いて、前記画像記憶回路は、画像情報をマトリクス配線
のクロス接続の有無により固定記憶した固定二次元マト
リクス回路または画像情報を読み書き自在な画像メモリ
であることを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項１７】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、 前記可視光発生部は、複数の発光素子を一列に配置した
一次元画像発生器を備え、 前記空中像生成部は、 前記一次元画像発生器からの可視光に直交する方向に偏
向走査する偏向部と、 前記偏向部の偏向走査による二次元画像を入射して平面
空中像を生成する空中像光学系と、を備え、 前記光検出器は、前記一次元画像発生器の発光素子と同
列に複数の受光素子を配列した一次元受光器を備え、 前記コントローラは、前記偏向部の偏向走査に同期し、
文字、図形等の画像入力に応じて前記一次元画像発生器
を選択的に発光させて平面空中像を前記空中像生成部に
生成させることを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項１８】請求項１７記載の空中像入出力装置に於
いて、前記コントローラは、 前記一次元画像発生器で発生する画像情報を記憶した画
像記憶回路と、 前記偏向部の偏向走査に同期し、前記画像情報に応じて
前記一次元画像発生器の複数の発光素子を選択的に発光
させる駆動走査回路と、 前記駆動走査回路による複数の発光素子の各駆動タイミ
ングと前記光検出部による光検出信号とに基づいて、前
記空中像の操作に対応した画像位置を判別して位置検出
信号を出力する判別回路と、を備えたことを特徴とする
空中像入出力装置。 - 【請求項１９】請求項１７記載の空中像入出力装置に於
いて、 前記光検出部は、前記平面空中像の生成位置に配置した
二次元イメージを反射光の検出により読み取ることを特
徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項２０】請求項１９記載の空中像入出力装置に於
いて、 前記コントローラは、前記光検出部により二次元イメー
ジからの反射光を検出して読み取る際に、前記一次元画
像発生器の全ての発光素子を、所定の輝度で均一に発光
駆動させることを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項２１】請求項１記載の空中像入出力装置に於い
て、 前記可視光発生部は、複数の発光素子を一列に配置した
一次元画像発生器を備え、 前記空中像生成部は、 前記一次元画像発生器からの可視光をラインに直交する
方向に偏向走査する偏向部と、 前記偏向部の偏向走査による二次元画像を入射して平面
空中像を生成すると共に、該平面空中像の位置を光軸方
向の所定の範囲で微小距離ずつステップ移動させながら
往復移動させて立体空中像を生成させる立体空中像生成
部と、を備え、 前記光検出器は、前記一次元画像発生器の発光素子と同
列に複数の受光素子を配列した一次元受光器を備え、 前記コントローラは、前記偏向部の偏向走査に同期し、
文字、図形等の三次元画像入力に応じて前記一次元発生
器を選択的に発光させて立体空中像を前記空中像生成部
に生成させることを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項２２】請求項２１記載の空中像入出力装置に於
いて、前記コントローラは、 前記一次元画像発生器で発生する三次元画像情報を記憶
した画像記憶回路と、 前記偏向部の偏向走査に同期し、前記三次元画像情報か
ら変換した奥行き方向に分割された二次元画像情報に応
じて前記一次元画像発生器の複数の発光素子を選択的に
発光させる第１駆動走査回路と、 前記三次元画像から変換した奥行き方向の二次元画像の
各位置に応じて前記立体空中像生成部の走査により前記
平面空中像を奥行き方向に走査する第２駆動走査回路
と、 前記第１及び第２駆動走査回路による複数の発光素子の
各駆動タイミング、奥行き方向の位置、及び前記光検出
部による光検出信号に基づいて、前記立体空中像の操作
に対応した画像位置を判別して位置検出信号を出力する
判別回路と、を備えたことを特徴とする空中像入出力装
置。 - 【請求項２３】請求項２１記載の空中像入出力装置に於
いて、前記立体空中像生成部は、 前記偏向部による二次元走査画像を入射し平行光束に変
換する第１凸レンズと、 前記第１凸レンズに対し所定距離離れた位置に固定配置
された第２凸レンズと、 前記第２の凸レンズの手前に光軸方向に移動自在に設け
られ、前記第２凸レンズとの合成による焦点距離に平面
空中像を結像させる第３凸レンズと、 前記第３凸レンズを光軸方向の所定範囲内で微小距離ず
つステップ移動させながら往復移動させ、前記第２凸レ
ンズとの合成による前記平面空中像を結像させる焦点距
離を変化させるアクチュエータと、を備えたことを特徴
とする空中像入出力装置。 - 【請求項２４】請求項２２記載の空中像入出力装置に於
いて、前記立体空中像生成部は、 前記偏向部の偏向点の手前を焦点位置として前記偏向部
からの二次元走査画像を入射して光路長に応じてわずか
に絞り込まれる非平行光束に変換する第１凸レンズと、 前記第１凸レンズに対し所定位置に固定配置された第２
凸レンズと、 前記第１凸レンズと第２凸レンズの間に、光路長を変え
る方向に移動自在に配置された反射ミラーと、 前記反射ミラーを所定の光路長を変化させる範囲内で微
小距離ずつステップ移動させながら往復移動させるアク
チュエータと、を備えたことを特徴とする空中像入出力
装置。 - 【請求項２５】請求項８、９、１０、２３又は２４のい
ずれかに記載の空中像入出力装置に於いて、前記凸レン
ズは、中心から外側に向かう半径方向で光の屈折角が異
なるフレネルレンズであることを特徴とする空中像入出
力装置。 - 【請求項２６】請求項１乃至２５のいずれかに記載の空
中像入出力装置に於いて、前記可視光発生部に使用する
発光素子を赤、青、緑の３原色構成とし、カラー空中像
を生成させることを特徴とする空中像入出力装置。 - 【請求項２７】１又は複数の入力操作部に対応した可視
光を発生する可視光発生過程と、 前記可視光発生部から選択的に発生した可視光に基づい
て空中に前記入力操作部の空中像を生成する空中像生成
過程と、 前記空中像生成過程で空中に生成した空中像の操作を反
射光から検出して位置検出信号を出力させる光検出過程
と、を備えたことを特徴とする空中像入出力方法。 - 【請求項２８】請求項２７記載の空中像入出力方法に於
いて、 前記可視光発生過程は、二次元配列された複数の発光素
子の順次走査により文字、図形等の二次元画像の可視光
を発光させ、 前記空中像生成過程は、前記複数の発光素子の順次走査
による可視光を入射して前記二次元画像の平面空中像を
生成させることを特徴とする空中像入出力方法。 - 【請求項２９】請求項２７記載の空中像入出力方法に於
いて、 前記可視光発生過程は、一次元に配列された複数の発光
素子を二次元画像情報に基づいて選択的に発光し、 前記空中像生成過程は、前記選択的に発光された可視光
を入射してライン方向に直交する方向に偏向走査して二
次元画像に変換した後に平面空中像を生成することを特
徴とする空中像入出力方法。 - 【請求項３０】請求項２７記載の空中像入出力方法に於
いて、 前記可視光発生過程は、一次元に配列された複数の発光
素子を三次元画像を奥行き方向に分割した各二次元画像
に基づいて選択的に発光し、 前記空中像生成過程は、前記選択的に発光された可視光
をライン方向に直交する方向に偏向走査して二次元画像
に変換した後に平面空中像を生成させると同時に、光軸
方向の所定の範囲で前記平面空中像の位置を微小距離ず
つステップ移動させながら往復移動させて立体空中像を
生成させることを特徴とする空中像入出力方法。
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