JP2008204047A

JP2008204047A - 表示検出装置および光検出装置

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Publication number: JP2008204047A
Application number: JP2007037823A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yamada; 正裕山田; Sunao Aoki; 青木　　直
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】仮想表示と仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現でき、かつ位置精度の高い障害物検出を行うことができるようにする。
【解決手段】可視光１０Ａを発する発光光源１Ａと、発光光源１Ａの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部４Ａを表示する結像光学系２と、仮想発光部４Ａ近傍に障害物５が存在した場合に、発光光源１Ａより放射され障害物５により散乱・反射された光を検出する光検出器３とを備える。仮想表示のための光源と障害物検出のための光源とを共通化するようにしたので、別々の光源を用いる場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、結像光学系２によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置近傍に障害物５が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自由空間上で障害物検出を行うための表示検出装置および光検出装置に関する。

自由空間に３Ｄ（3 Dimensional）ディスプレイ装置などを利用して仮想像（幻）を表示したとすると、表示された像は実体ではないから、もちろんその像に触ったりすることはできない。しかしながら、もし誰かが指でその仮想像に触れようと試みたとき、その誰かの試みに対しあたかもその仮想像に触ったかのような作用や反作用があれば、きっと、その誰かにとっては、その像の実在感はもっとずっと大きなものになるに違いない。また、もし、そのようなことができれば、その仮想像を介して何かの装置を操作したかのように見せかけることも可能なはずである。つまり、実体のない仮想像を、あたかも実体のあるインタフェースとして働かせることも可能なはずである。

そのようなインタフェースとしては従来、例えば非特許文献１，２に記載の装置がある。図２０にその概念図を示す。この装置は、２次元表示ディスプレイ１０１と、３Ｄ用レンズ１０２と、空間センサ装置１０３と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１０５とを備えている。３Ｄ用レンズ１０２は、アレイ状に多数配列されたマイクロレンズで構成されている。この装置では、２次元表示ディスプレイ１０１によって表示された映像が３Ｄ用レンズ１０２によって集光され、レンズの手前の空間である仮想スクリーン１０４上に結像される。空間センサ装置１０３は、仮想スクリーン１０４の周囲に配置され、障害物（指）の位置を検出する。その位置データをＰＣ１０５に送り、リアルタイムで描画処理して２次元表示ディスプレイ１０１での表示に反映させることで、立体映像ユーザインタフェースシステムを構築している。空間センサ装置１０３は、仮想スクリーン１０４の周囲に検出用の光源と光センサとを配置することで実現していると考えられる。

また、これとは別に、バーチャルキーボードという装置がある（http://www.vkb-tech.com/default.php，）。これは、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や携帯電話などと組み合わせることで、モバイル環境での快適な文章入力を可能にすると言われている。図２１に、その全体的な概念図を示す。また、図２２（Ａ），（Ｂ）に、その内部構成を示す。この装置は、図２２（Ａ），（Ｂ）に示したように、被投影物３００にキーボードパターン３０１を投影する投影デバイス２０１と、キーボードパターン３０１を表示した部分に不可視の検出光３０２を出力する検出用の光出力デバイス２０３と、キーボードパターン３０１上の障害物（指）３０３を検出する検出デバイス２０２とを備えている。検出デバイス２０２はカメラモジュールで構成され、光出力デバイス２０３からの検出光３０２が障害物（指）３０３によって遮られたときに、その反射光を検出する。この装置では、上述の図２０に示した装置のように自由空間上に仮想スクリーン１０４を形成するのではなく、キーボードパターン３０１を投影するためにスクリーンなど実在する被投影物３００が必要なる。特許文献１ないし５には、この装置に関連した技術が開示されている。

石川大，「箱庭的臨場感の提案と、めがね無し小型立体表示装置の開発」，ＰＩＯＮＥＥＲＲ＆Ｄ，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．３、ｐ．４７−５８パイオニア株式会社報道資料、「〜裸眼立体システム「３Ｄフローティングビジョン」がさらに進化〜空中に絵を描いたり、空中のウィンドウを操作したりできる立体映像ユーザインターフェース「フローティングインターフェース」を開発」、［online］、２００５年９月３０日、インターネット＜URL：http://www.pioneer.co.jp/press/release512-j.html＞米国特許第６６５０３１８号明細書米国特許第７０８４８５７号明細書米国特許出願公開２００２／００７５２４０号明細書米国特許出願公開２００６／０１８７１９８号明細書米国特許出願公開２００２／０１８７１９９号明細書

上述のように、従来では、仮想的な画像を表示すると共に、その仮想的な画像が表示された場所において光センシングを行う装置が存在している。従来の装置での特徴的な点は、画像表示用の光源とセンシング用の光源とが別々に存在し、かつ、画像表示用の光が光源から目的場所（画像を表示する位置）に伝播する光路とセンシング用の光が光源から目的場所に至る光路とが全く独立で異なっている点である。この特徴のため、従来では実際に装置を構成する場合に様々な問題や制約をもたらすことが多い。例えば、部品点数の問題がある。仮想的な画像表示のための光学系部品とセンシングのための光学系部品とがまったく独立であるため、両方の光学系を準備しなくてはならない。このため部品点数が多くなってしまう。また、コンパクト性の問題がある。光学系を独立に配置する必要があるため、それぞれのスペースが必要となり、装置の規模が大きくなってしまう。また、アライメントの問題がある。仮想的な画像が表示された場所にセンシング用の光が精度良く導かれるように高精度のアライメントが必要となる。また、仮想的な画像を表示する位置が固定されていないような場合、または、センシング位置が固定されていないような場合は、上述したようなそれぞれの問題が極めて増大するため、その実現には困難さを伴う。このため従来では、特に、仮想的な画像を表示する位置とセンシング位置の両方があらかじめ設定されていないような装置、すなわち、特定の場所ではなく任意の空間（自由空間）上で仮想的な画像表示とセンシングとを実現する装置は実現されていないように思われる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、仮想表示とその仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現でき、かつ位置精度の高い障害物検出を行うことができるようにした表示検出装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、簡易な構成で位置精度の高い障害物検出を行うことができるようにした光検出装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る表示検出装置は、光を発する光源と、光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示する結像光学系と、仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、光源より放射され障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器とを備えたものである。

本発明の第１の観点に係る表示検出装置では、結像光学系によって、光源の発光部分の像が形成され、自由空間上に仮想発光部が表示される。仮想発光部近傍に障害物が存在した場合には、障害物によって散乱・反射された光が光検出器によって検出される。表示のための光源と障害物検出用の光源とが共通化され、表示用の光と検出用の光とが共通の光源から発せられる。

本発明の第２の観点に係る表示検出装置は、表示用の光を発する表示用光源と、障害物検出用の光を発する検出用光源と、表示用光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示し、かつ、検出用光源の発光部分の像を自由空間上の仮想発光部の近傍に形成する結像光学系と、仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、検出用光源より放射され障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器とを備えたものである。

本発明の第２の観点に係る表示検出装置では、結像光学系によって、表示用光源の発光部分の像が形成され自由空間上に仮想発光部が表示されると共に、検出用光源の発光部分の像が自由空間上の仮想発光部の近傍に形成される。仮想表示用の光と検出用の光とが別々の光源から発せられるが、それぞれの光源で共通の結像光学系が用いられる。仮想発光部近傍に障害物が存在した場合には、検出用光源より放射され障害物によって散乱・反射された光が光検出器によって検出される。

本発明による光検出装置は、光を発する光源と、光源の発光部分の像を自由空間上に形成する結像光学系と、発光部分の像の近傍に障害物が存在した場合に、光源より放射され障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器とを備えたものである。

本発明による光検出装置では、結像光学系によって、光源の発光部分の像が自由空間上に形成される。発光部分の像の近傍に障害物が存在した場合には、障害物によって散乱・反射された光が光検出器によって検出される。結像光学系による発光部分の像を形成して障害物検出が行われるので、自由空間上の特定の位置（像の形成位置）近傍に障害物が来た場合にのみ、それが精度良く検出される。

本発明の第１の観点に係る表示検出装置によれば、仮想表示のための光源と障害物検出のための光源とを共通化するようにしたので、別々の光源を用いる場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、表示用の光と検出用の光とが共通の光源から発せられるため、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示と仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置（像の形成位置）近傍に障害物が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。

本発明の第２の観点に係る表示検出装置によれば、表示用光源と検出用光源とで共通の結像光学系を用いるようにしたので、表示用光源と検出用光源とが別々の独立した光学系である場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、共通の結像光学系を用いているので、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示と仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置（像の形成位置）近傍に障害物が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。

本発明の光検出装置によれば、結像光学系によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置（像の形成位置）近傍に障害物が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、簡易な構成で位置精度の高い障害物検出を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。この表示検出装置は、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａと、発光光源１Ａの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部４Ａを表示する集光レンズ等の結像光学系（投影光学系）２と、仮想発光部４Ａ近傍に障害物５が存在した場合に、発光光源１Ａより放射され障害物５により散乱・反射された光を検出する光検出器３とを備えている。発光光源１Ａは例えば発光ダイオードで構成される。

この表示検出装置は、まず、第一に空間の所望の場所（自由空間上）に所望の点像を表示する空間表示装置としての機能を有する。すなわち、この表示検出装置では、発光光源１Ａからの可視光１０Ａを結像光学系２により空間の所望の場所に集光することにより、その集光領域を点状（点またはある程度の大きさをもった領域）の仮想発光部４Ａとする。それによって、観察者に対してあたかも仮想発光部４Ａから光が発しているかのように見せることができる。この表示検出装置はまた、空間検出装置としての機能を有する。この表示検出装置では、自由空間上に表示された仮想発光部４Ａの極めて近傍に例えば人の指等の障害物５が近づくと、障害物５において仮想発光部４Ａ近傍の局所的な領域に、光の散乱・反射による光輝度の極めて大きな領域が出現する。この局所的な輝度の増大を光検出器３で検出することで障害物５が仮想発光部４Ａに極めて接近したことが確認される。光検出器３としては単純な光センサを用いても良いが、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）などの２次元センサを利用しても良い。この場合、例えば、周囲の輝度とある仮想領域近傍からの輝度とを比較し、その比がある設定値以上になることを画像処理によって検出することで障害物５の検出を行うことができる。

図１（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。
この第２の構成例は、図１（Ａ）の第１の構成例に対してさらに、集光光学系６とアイリス（ピンホール）７とを備えたものである。アイリス７は、中心部に開口が設けられ、中心部以外に入射した光を遮光するものである。アイリス７は、集光光学系６の焦点位置近傍に設けられている。集光光学系６は、発光光源１Ａと結像光学系２との間に設けられ、発光光源１Ａからの光をアイリス７の開口部付近に集光する。本実施の形態において、アイリス７が、本発明における「光源用光路制限手段」の一具体例に対応する。

この第２の構成例では、アイリス７を配置することによって、仮想発光部４Ａの形状をよりシャープな状態で空間に配置できる。すなわち、光強度の高い領域をより狭い空間内に局在させることができる。このため、指等の障害物５による光の散乱強度の高い領域を細かく規定することが可能となる。これにより、光検出器３において精度の高い空間位置情報が得られる。

図２（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例を示している。
この第３の構成例は、図１（Ａ）の第１の構成例に対してさらに、光学フィルタ８を備えたものである。光学フィルタ８は、結像光学系２と仮想発光部４Ａとの間に配置されている。この第３の構成例は、観察者に対してより効果的に仮想発光部４Ａから光が発しているように見せる一つの方法である。図１（Ａ）の第１の構成例では、発光光源１や結像光学系２などが、発光光源１から発せられる光のうち迷光となった光によって照明され、その反射散乱光が観察者に観察されるおそれがある。この場合、その反射散乱光が仮想発光部４Ａの像と重なって観察され、観察者は仮想発光部４Ａの像をそれらの迷光と関連付けて見てしまう。これにより、仮想発光部４Ａとしての表示の効果が低減されてしまうことがある。この第３の構成例では、光学フィルタ８を配置することで、迷光による表示の効果低減を防ぐと共に観察者から発光光源１や結像光学系２などの光学パーツ等を隠す効果が得られる。

図２（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第４の構成例を示している。
この第４の構成例は、図１（Ａ）の第１の構成例に対してさらに、光検出器３の光入射側に配置された光学フィルタ９を備えたものである。光学フィルタ９は、発光光源１からの光の波長の光だけを通過させるフィルタとなっている。このような光学フィルタ９を光検出器３の光入射側に配置することによって、ノイズとなる不要な光が光検出器３に入ることを防ぎ、検出の感度を上げることができる。

なお、本実施の形態において、発光光源１Ａは単一の発光源に限らず、発光源が複数あっても構わない。また例えば、発光光源１Ａを液晶ディスプレイ等の表示装置で構成しても構わない。そうすることで、仮想発光部４Ａとして液晶ディスプレイ等の映像が自由空間上に仮想表示される。液晶ディスプレイ等を使用することで、仮想発光部４Ａとして様々な形状を選ぶことが可能となる。

本実施の形態に係る表示検出装置によれば、何もない空間中に発光点（仮想発光点）を配置し、例えば発光点の観察者がこれを指等で触る動作をすれば、これを検出できる。さらに、空間中に配置できるのは、発光点に限らず、所望の画像等を配置でき、その空間中に配置された画像（仮想像）を指等で触る動作をすれば、これを検出できる。また、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、上述の効果を利用して、例えば自由空間中に配置された実在物ではない仮想像を触る動作をすることで、家電機器等の起動・停止等のスイッチとして動作させることもできる。また、スイッチ動作の他にも、空間に配置した画像を選ぶことによってテレビのチャンネル機能を持たせることも可能であり、家電製品と人とのインタフェースとして機能させることなど可能である。この場合、空間に配置するスイッチやチャンネル等は実体のない仮想像であるため、実体のある装置と異なり、これが原因で怪我をするなどの心配もなく、また無くしてしまうといった心配もない仮想装置を実現することが可能となる。

また、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、仮想表示のための光源と障害物検出のための光源とを共通化するようにしたので、別々の光源を用いる場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、表示用の光と検出用の光とが共通の発光光源１から発せられるため、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示とその仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系２によって発光部分の像を形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置（像の形成位置）近傍に障害物５が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。
［第２の実施の形態］

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

上記第１の実施の形態（図１（Ａ），（Ｂ）および図２（Ａ），（Ｂ））は、発光光源１Ａとして可視光１０Ａを用い、観察者によって視認可能な仮想発光部４Ａを表示するようにした例であるが、本実施の形態は、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。

図３（Ａ）は、本実施の形態に係る光検出装置の第１の構成例を示している。
この構成例は、図１（Ａ）の構成例における発光光源１Ａに代えて、不可視光（赤外光等）１０Ｂを発する発光光源１Ｂを備えたものである。この構成例において、結像光学系２は、発光光源１Ｂの発光部分の像４Ｂを自由空間上に形成する。光検出器３は、発光部分の像４Ｂ近傍に障害物５が存在した場合に、発光光源１Ｂより放射され障害物５により散乱・反射された光を検出する。

図３（Ｂ）は、本実施の形態に係る光検出装置の第２の構成例を示している。
この構成例は、図１（Ｂ）の構成例における発光光源１Ａに代えて、図３（Ａ）と同様の不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂを備えたものである。

図３（Ｃ）は、本実施の形態に係る光検出装置の第３の構成例を示している。
この構成例は、図２（Ｂ）の構成例における発光光源１Ａに代えて、図３（Ａ）と同様の不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂを備えたものである。

上記第１の実施の形態では、仮想発光部４Ａを表示するようにしたが、仮想発光点が見えない状態で、仮想発光点の位置近傍に障害物５が来たことを知りたい場合も考えられる。例えば、撮影カメラの焦点位置に不可視の仮想発光点を配置し、その場所に動物などの被写体が来たときにだけそれを検知し撮影するような装置が考えられる。本実施の形態に係る光検出装置によれば、そのような使用形態に対応できる。不可視光１０Ｂを使用したとしても、本実施の形態における図３（Ａ），（Ｂ）および図３（Ｃ）の構成例はそれぞれ、上記第１の実施の形態における図１（Ａ），（Ｂ）および図２（Ｂ）の構成例と同様にして、不可視光１０Ｂによる発光部分の像４Ｂ近傍に障害物５が存在した場合には、それを検知することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る光検出装置によれば、結像光学系２によって発光部分の像４Ｂを形成して障害物検出を行うようにしたので、上記第１の実施の形態と同様に、自由空間上の特定の位置（像の形成位置）近傍に障害物５が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、簡易な構成で位置精度の高い障害物検出を行うことができる。
［第３の実施の形態］

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、上記第１および第２の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図４（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。
この構成例は、上記第１の実施の形態における図１（Ａ）の構成と上記第２の実施の形態における図３（Ａ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図４（Ａ）の構成例では、光源として、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａと不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂとを備えている。発光光源１Ａと発光光源１Ｂは、近接して配置されている。本実施の形態において、結像光学系２は、発光光源１Ａの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部４Ａを表示し、かつ、発光光源１Ｂの発光部分の像４Ｂを自由空間上の仮想発光部４Ａの近傍に形成する。光検出器３は、発光部分の像４Ｂ近傍（すなわち仮想発光部４Ａの近傍）に障害物５が存在した場合に、発光光源１Ｂより放射され障害物５により散乱・反射された光を検出する。
本実施の形態において、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂが「検出用光源」の一具体例に対応する。

本実施の形態では、発光光源１Ａの可視光１０Ａによる仮想発光部４Ａは観察者のための目印の役割を持つ。一方、発光光源１Ｂの不可視光１０Ｂによる発光部分の像４Ｂは、障害物検出の役割を持つ。なお、図４（Ａ）の構成例では、発光光源１Ａおよび発光光源１Ｂがそれぞれ単一の発光源となっているが、単一の発光源に限らず、発光光源１Ａおよび発光光源１Ｂがそれぞれ複数あっても構わない。例えば、表示用光源である発光光源１Ａを液晶ディスプレイ等の表示装置で構成しても構わない。そして、その中に検出用光源である発光光源１Ｂを埋め込んだ構成であっても構わない。そうすることで、仮想発光部４Ａとして液晶ディスプレイ等の映像が自由空間上に仮想表示される。液晶ディスプレイ等を使用することで、仮想発光部４Ａとして様々な形状を選ぶことが可能となる。

図４（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。
可視光１０Ａを発する発光光源１Ａは、自発光である必要はなく照明灯によって照射された光を散乱するような通常の物体（反射・散乱体）であっても構わない。図４（Ｂ）の第２の構成例では、図４（Ａ）における発光光源１Ａに代えて、可視光１０Ａを発する照明灯１１と、この照明灯１１によって照明されて可視光１０Ａを反射・散乱させる反射・散乱体１２とを備えている。検出用光源である発光光源１Ｂは、反射・散乱体１２に近接して配置されている。また、この第２の構成例では、上記第１の実施の形態における図２（Ｂ）の構成例と同様の光学フィルタ９を光検出器３の光入射側に備えている。この構成例では、結像光学系２は、発光光源１Ａに代えて、反射・散乱体１２を発光部分として、その像を形成して自由空間上に仮想発光部４Ａを表示する。反射・散乱体１２を発光部分とすることによって、通常の発光素子では構成が難しいような形状であっても仮想発光部４Ａとして自由空間上に配置することが可能となる。

図４（Ｃ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例を示している。
図４（Ｂ）の第２の構成例では、検出用光源である発光光源１Ｂと反射・散乱体１２とを近接して配置したが、図４（Ｃ）の第３の構成例では、発光光源１Ｂに対して離間して配置され、照明灯１１によって照明されて可視光１０Ａを反射・散乱させる反射・散乱体アイリス（ピンホール）７Ａを備えている。反射・散乱体アイリス７Ａは、中心部に開口が設けられ、中心部以外に入射した発光光源１Ｂからの不可視光１０Ｂを遮光するようになっている。反射・散乱体アイリス７Ａと発光光源１Ｂとの間には、集光光学系６が設けられ、発光光源１Ｂからの光を反射・散乱体アイリス７Ａの開口部近傍に集光する。本実施の形態において、アイリス７Ａは、本発明における「光源用光路制限手段」の一具体例に対応する。

この第３の構成例では、結像光学系２は、発光光源１Ａに代えて、反射・散乱体アイリス７Ａを発光部分として、その像を形成して自由空間上に、中心部に開口のある仮想発光部４Ｃを表示する。一方、検出用光源である発光光源１Ｂからの不可視光１０Ｂは、集光光学系６によって反射・散乱体アイリス７Ａの開口部近傍に一旦集光される。その後、結像光学系２によって、仮想発光部４Ｃの中心部の開口近傍に像が形成される。これにより、観察者から見える仮想発光部４Ｃの中心部に発光光源１Ｂの発光部分の像４Ｂが配置され、ここが障害物検出のための領域となる。なお、図４（Ｃ）の構成例では、アイリスを反射・散乱体で構成したが、図４（Ａ）の構成例の説明で述べた場合と同様、アイリスを例えば液晶ディスプレイやＬＥＤ等で構成しても構わない。

以上説明したように、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、仮想発光部４Ａの近傍に障害物検出用の発光部分の像４Ｂを形成しているので、上記第１の実施の形態と同様、例えば自由空間中に配置された実在物ではない仮想像を触る動作をすることで、家電機器等の起動・停止等のスイッチとして動作させることができる。また、スイッチ動作の他にも、空間に配置した画像を選ぶことによってテレビのチャンネル機能を持たせることも可能であり、家電製品と人とのインタフェースとして機能させることなど可能である。この場合、空間に配置するスイッチやチャンネル等は実体のない仮想像であるため、実体のある装置と異なり、これが原因で怪我をするなどの心配もなく、また無くしてしまうといった心配もない仮想装置を実現することが可能となる。

また、本実施の形態に係る表示検出装置によれば、表示用光源（発光光源１Ａ）と検出用光源（発光光源１Ｂ）とで共通の結像光学系２を用いるようにしたので、表示用光源と検出用光源とが別々の独立した光学系である場合に比べて少ない部品点数で構成でき、コンパクト化を図ることができる。また、共通の結像光学系２を用いているので、表示と検出のアライメントも容易である。これにより、仮想表示と仮想表示部分における障害物検出とを簡易な構成で実現できる。また、結像光学系２によって発光部分の像４Ｂを形成して障害物検出を行うようにしたので、自由空間上の特定の位置（像の形成位置）近傍に障害物５が来た場合にのみ、それを精度良く検出することができる。すなわち、位置精度の高い障害物検出を行うことができる。
［第４の実施の形態］

次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第１の実施の形態に係る表示検出装置に対して、発光光源１Ａの発光部分と光検出器３との位置を互いに概共焦点に配置し、いわゆる「共焦点光学系」となるように配置したものである。

図５（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。
この構成例は、図１（Ａ）の構成例に対して発光光源１Ａの近傍に光検出器３を配置している。この構成例では、仮想発光部４Ａ近傍に障害物５が存在した場合に、発光光源１Ａより放射され障害物５により散乱・反射された光が、結像光学系２を介して光検出器３で検出される。共焦点光学系では、発光点（発光光源１Ａの発光部分）が焦点を結ぶ位置に障害物５があるときにだけ障害物５によって散乱された光が発光点近傍で焦点を結び、従ってこのときだけ発光点近傍の光強度が大幅に増大するという性質がある。このため、図５（Ａ）に示すように、発光光源１Ａの近傍に光検出器３を配置し、発光点の近傍の光強度を観察することによって仮想発光部４Ａ近傍に障害物５があるかどうか知ることができる。

図５（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。
この構成例は、図５（Ａ）の構成例と同様に発光光源１Ａの近傍に光検出器３を配置すると共に、図１（Ｂ）の構成例と同様の集光光学系６とアイリス７とを配置したものである。アイリス７を配置することによる効果は、図１（Ｂ）の構成例と同様である。

図６（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例を示している。
この構成例は、発光光源１Ａの周囲を囲むような形状の光検出器３Ａを備えたものである。このような形状の光検出器３Ａを備えたことで、障害物５により散乱・反射され発光光源１Ａ近傍に戻ってきた光を効率良く検出できる。

図６（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第４の構成例を示している。
この構成例は、図５（Ｂ）の構成例と同様にアイリス７を備えたものであるが、図５（Ｂ）の構成例に対してアイリス７の開口部周囲を囲むような形状の光検出器３Ａを備えている。この構成例では、アイリス７によって仮想発光部４Ａとして局在した仮想発光点を形成できると共に、障害物５により散乱・反射され、アイリス７の開口部近傍に戻ってきた光を効率よく検出できる。

本実施の形態に係る表示検出装置のその他の作用・効果は上記第１の実施の形態と同様である。
［第５の実施の形態］

次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第２の実施の形態と同様、不可視光（赤外光等）１０Ｂを発する発光光源１Ｂを備え、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。図７（Ａ），（Ｂ）および図８（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係る光検出装置の第１ないし第４の構成例を示しており、それぞれ、上記第４の実施の形態における図５（Ａ），（Ｂ）および図６（Ａ），（Ｂ）で説明した構成例を不可視光１０Ｂを用いた光学系で構成した例である。不可視光１０Ｂを用いた光学系で構成する有用性は上記第２の実施の形態と同様である。
［第６の実施の形態］

次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第４の実施の形態と上記第５の実施の形態とを組み合わせることにより、上記第３の実施の形態と同様、可視光１０Ａと不可視光１０Ｂとを併用するようにしたものである。可視光１０Ａと不可視光１０Ｂとを併用する有用性は上記第３の実施の形態と同様である。

図９（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。
この構成例は、上記第３の実施の形態における図５（Ａ）の構成と上記第４の実施の形態における図７（Ａ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図９（Ａ）の構成例では、光源として、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａと不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂとを備えている。発光光源１Ａと発光光源１Ｂは、近接して配置されている。光検出器３は、図７（Ａ）の構成例と同様、発光光源１Ｂの近傍に配置されている。これにより、発光光源１Ｂの発光部分と光検出器３とが互いに略共焦点光学系を形成している。本実施の形態において、結像光学系２は、発光光源１Ａの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部４Ａを表示し、かつ、発光光源１Ｂの発光部分の像４Ｂを自由空間上の仮想発光部４Ａの近傍に形成する。発光部分の像４Ｂ近傍（すなわち仮想発光部４Ａの近傍）に障害物５が存在した場合には、発光光源１Ｂより放射され障害物５により散乱・反射された光が、結像光学系２を介して光検出器３で検出される。
本実施の形態において、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂが「検出用光源」の一具体例に対応する。

図９（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。この構成例は、上記第３の実施の形態における図５（Ｂ）の構成と上記第４の実施の形態における図７（Ｂ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。

図１０（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例を示している。この構成例は、上記第３の実施の形態における図６（Ａ）の構成と上記第４の実施の形態における図８（Ａ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。この構成例では、光検出器３Ａが発光光源１Ａと発光光源１Ｂとの周囲を囲むように設けられている。

図１０（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第４の構成例を示している。この構成例は、上記第３の実施の形態における図６（Ｂ）の構成と上記第４の実施の形態における図８（Ｂ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。
［第７の実施の形態］

次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第４の実施の形態と同様、発光光源１Ａの発光部分と光検出器３とを互いに略共焦点光学系となるように配置したものである。

図１１（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。
上記第４の実施の形態の図５（Ａ）の構成例では、光検出器３を発光光源１Ａの発光部分の近傍に配置することで略共焦点光学系を形成するようにしたが、図１１（Ａ）の構成例では、障害物５により散乱・反射され結像光学系２側に戻って来た光を発光光源１Ａとは異なる方向に反射するビームスプリッタ１３を備え、光検出器３を、ビームスプリッタ１３による光の反射方向に設けている。
本実施の形態において、ビームスプリッタ１３が、本発明における「反射光学部材」の一具体例に対応する。

図１１（Ａ）の構成例において、光検出器３は、ビームスプリッタ１３からの光路長が、発光光源１Ａからビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、発光光源１Ａと光検出器３とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置している。こうすることによって、光検出器３を仮想発光部４Ａの共焦点の位置に精度良く配置することができる。上記第４の実施の形態の図５（Ａ）の構成例における共焦点光学系では、障害物５によって散乱・反射され戻ってきた光は、発光光源１Ａの位置に集光される。従って光強度の一番強くなるのは発光光源１Ａの位置であり、理想的にはその位置に光検出器３を配置することが望ましい。しかしながら、発光光源１Ａと光検出器３とを完全に同一位置に重ねて配置することは困難である。図１１（Ａ）の構成例では、障害物５によって散乱・反射された光をビームスプリッタ１３で反射することによって、共焦点の位置をもう一点作っている。そのあらたに作られた共焦点の位置には発光光源１Ａもなにもないため、光強度がもっとも強くなる位置に精度良く光検出器３を配置することが可能となる。これにより、障害物５が仮想発光部４Ａ近傍の位置に来たことを精度良く検知することが可能になる。

図１１（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。
図１１（Ｂ）の構成例では、上記第４の実施の形態の図５（Ｂ）の構成例に対して、図１１（Ａ）の構成例と同様のビームスプリッタ１３を設けたものである。図１１（Ｂ）の構成例では、光検出器３は、ビームスプリッタ１３からの光路長が、アイリス７からビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、アイリス７の開口部には集光光学系６によって発光光源１Ａの発光部の中間像が形成されているので、そのアイリス７の開口部にできた発光部の中間像を発光光源１Ａとみなすことで、発光光源１Ａと光検出器３とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置したものとみなすことができる。

図１１（Ａ），（Ｂ）のようにビームスプリッタ１３によって共焦点光学系を分離することのもう一つの利点は、２つの共焦点光学系を比較的独立に設計できることである。例えば、図１２の第３の構成例に示したように、光検出器３の前にレンズ等の集光光学系１４を配置する。これにより、集光光学系１４の焦点距離を適宜変えることで光検出器３を配置する位置を選ぶ自由度を上げることができる。
［第８の実施の形態］

次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第２の実施の形態と同様、不可視光（赤外光等）１０Ｂを発する発光光源１Ｂを備え、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。図１３（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係る光検出装置の第１および第２の構成例を示しており、それぞれ、上記第７の実施の形態における図１１（Ａ），（Ｂ）で説明した構成例を不可視光１０Ｂを用いた光学系で構成した例である。不可視光１０Ｂを用いた光学系で構成する有用性は上記第２の実施の形態と同様である。
［第９の実施の形態］

次に、本発明の第９の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第７の実施の形態と上記第８の実施の形態とを組み合わせることにより、上記第３の実施の形態と同様、可視光１０Ａと不可視光１０Ｂとを併用するようにしたものである。可視光１０Ａと不可視光１０Ｂとを併用する有用性は上記第３の実施の形態と同様である。

図１４（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。
この構成例は、上記第７の実施の形態における図１１（Ａ）の構成と上記第８の実施の形態における図１３（Ａ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図１４（Ａ）の構成例では、光源として、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａと不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂとを備えている。発光光源１Ａと発光光源１Ｂは、近接して配置されている。光検出器３は、図１３（Ａ）の構成例と同様、ビームスプリッタ１３からの光路長が、発光光源１Ｂからビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、発光光源１Ｂの発光部分と光検出器３とが互いに略共焦点光学系を形成している。本実施の形態において、結像光学系２は、発光光源１Ａの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部４Ａを表示し、かつ、発光光源１Ｂの発光部分の像４Ｂを自由空間上の仮想発光部４Ａの近傍に形成する。発光部分の像４Ｂ近傍（すなわち仮想発光部４Ａの近傍）に障害物５が存在した場合には、発光光源１Ｂより放射され障害物５により散乱・反射された光が、結像光学系２およびビームスプリッタ１３を介して光検出器３で検出される。
本実施の形態において、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂが「検出用光源」の一具体例に対応する。

図１４（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。この構成例は、上記第７の実施の形態における図１１（Ｂ）の構成と上記第８の実施の形態における図１３（Ｂ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。図１４（Ｂ）の構成例では、アイリス７の開口部の近傍に可視光１０Ａを発する発光光源１Ａが配置されている。不可視光１０Ｂを導く光学要素の配置は図１１（Ｂ）と同様である。図１４（Ｂ）の構成例では、光検出器３は、ビームスプリッタ１３からの光路長が、アイリス７からビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、アイリス７の開口部には、集光光学系６によって発光光源１Ｂの発光部の中間像が形成されているので、そのアイリス７の開口部にできた発光部の中間像を発光光源１Ｂとみなすことで、不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂと光検出器３とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置したものとみなすことができる。
［第１０の実施の形態］

次に、本発明の第１０の実施の形態を説明する。なお、上記第１の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１５（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。
図１５（Ａ）の構成例は、上記第７の実施の形態の図１１（Ａ）の構成例に対してさらに、ビームスプリッタ１３と光検出器３との間にピンホール１５を備えたものである。ピンホール１５は、中心部に開口が設けられ、中心部以外に入射した可視光１０Ａを遮光するようになっている。
本実施の形態において、ピンホール１５は、本発明における「検出用光路制限手段」の一具体例に対応する。

図１１（Ａ）の構成例では、光検出器３の受光面積は戻り光が集光されたスポット面積と同等の面積であることが望ましい。しかし、その場合は微小領域のみの受光になるので、受光面の汚れや欠陥は高度に制御する必要がある。また、受光面積は簡単には変更できないといった問題もある。図１５（Ａ）の構成例は、これを解決するものである。図１５（Ａ）の構成例では、光検出器３ではなくピンホール１５の開口部を仮想発光部４Ａの共焦点の位置に配置する。すなわち、ピンホール１５を、ビームスプリッタ１３と光検出器３との間で、ビームスプリッタ１３からの光路長が、発光光源１Ａとビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなる位置に設ける。

図１５（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。
図１５（Ｂ）の構成例は、上記第７の実施の形態の図１１（Ｂ）の構成例に対してさらに、ビームスプリッタ１３と光検出器３との間にピンホール１５を備えたものである。ピンホール１５を設けることによる効果は図１５（Ａ）の構成例と同様である。図１５（Ｂ）の構成例では、ビームスプリッタ１３からピンホール１５の開口部までの光路長が、アイリス７の開口部からビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなるように配置している。

なお、光がピンホール１５を通過後は、後述の図１８の構成例に示すように集光レンズ１６を配置することによって光検出器３の受光面上での光ビームの径が所望のビーム径になるように調節しても良い。
［第１１の実施の形態］

次に、本発明の第１１の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第２の実施の形態と同様、不可視光（赤外光等）１０Ｂを発する発光光源１Ｂを備え、仮想表示を行わず、障害物検出のみを行う光検出装置に関する。図１６（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係る光検出装置の第１および第２の構成例を示しており、それぞれ、上記第１０の実施の形態における図１５（Ａ），（Ｂ）で説明した構成例を不可視光１０Ｂを用いた光学系で構成した例である。不可視光１０Ｂを用いた光学系で構成する有用性は上記第２の実施の形態と同様である。
［第１２の実施の形態］

次に、本発明の第１２の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態は、上記第１０の実施の形態と上記第１１の実施の形態とを組み合わせることにより、上記第３の実施の形態と同様、可視光１０Ａと不可視光１０Ｂとを併用するようにしたものである。可視光１０Ａと不可視光１０Ｂとを併用する有用性は上記第３の実施の形態と同様である。

図１７（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例を示している。
この構成例は、上記第１０の実施の形態における図１５（Ａ）の構成と上記第１１の実施の形態における図１６（Ａ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。すなわち、図１７（Ａ）の構成例では、光源として、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａと不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂとを備えている。発光光源１Ａと発光光源１Ｂは、近接して配置されている。ピンホール１５は、図１６（Ａ）の構成例と同様、ビームスプリッタ１３と光検出器３との間で、ビームスプリッタ１３からの光路長が、発光光源１Ｂとビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなる位置に設けられている。これにより、発光光源１Ｂの発光部分とピンホール１５の開口部分とが互いに略共焦点光学系を形成している。本実施の形態において、結像光学系２は、発光光源１Ａの発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部４Ａを表示し、かつ、発光光源１Ｂの発光部分の像４Ｂを自由空間上の仮想発光部４Ａの近傍に形成する。発光部分の像４Ｂ近傍（すなわち仮想発光部４Ａの近傍）に障害物５が存在した場合には、発光光源１Ｂより放射され障害物５により散乱・反射された光が、結像光学系２、ビームスプリッタ１３、およびピンホール１５を介して光検出器３で検出される。
本実施の形態において、可視光１０Ａを発する発光光源１Ａが、本発明における「表示用光源」の一具体例に対応し、不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂが「検出用光源」の一具体例に対応する。

図１７（Ｂ）は、本実施の形態に係る表示検出装置の第２の構成例を示している。この構成例は、上記第１０の実施の形態における図１５（Ｂ）の構成と上記第１１の実施の形態における図１６（Ｂ）の構成とを組み合わせた構成形態となっている。図１７（Ｂ）の構成例では、アイリス７の開口部の近傍に可視光１０Ａを発する発光光源１Ａが配置されている。不可視光１０Ｂを導く光学要素の配置は図１６（Ｂ）と同様である。図１７（Ｂ）の構成例では、ビームスプリッタ１３からピンホール１５の開口部までの光路長が、アイリス７の開口部からビームスプリッタ１３までの光路長と略同じとなるように配置している。これにより、アイリス７の開口部には、集光光学系６によって発光光源１Ｂの発光部の中間像が形成されているので、そのアイリス７の開口部にできた発光部の中間像を発光光源１Ｂとみなすことで、不可視光１０Ｂを発する発光光源１Ｂとピンホール１５の開口部とをそれぞれ別系統の共焦点光学系に分割して独立に配置したものとみなすことができる。
［第１３の実施の形態］

次に、本発明の第１３の実施の形態を説明する。なお、既出の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１８は、本実施の形態に係る表示検出装置の構成を示している。この表示検出装置は、上記第１０の実施の形態の図１５（Ａ）の構成例に対してさらに、集光レンズ１６と光学フィルタ８とを配置したものである。光学フィルタ８は、結像光学系２と仮想発光部４Ａとの間に配置されている。光学フィルタ８を設けることによる作用・効果は、上記第１の実施の形態の図２（Ａ）の構成例と同様である。集光レンズ１６は、光検出器３とピンホール１５の間に設けられている。集光レンズ１６を設けることで、光検出器３の受光面上における光ビームの径を、所望のビーム径となるように調節しやすくなる。

図１９（Ａ）は、本実施の形態に係る表示検出装置を用いて実際にどのような検出信号が得られるか実験した結果を示している。図１８の構成において、図１９（Ｂ）に示すように、仮想発光部４Ａに対し障害物５としての指の位置をＡ点→Ｂ点→Ｃ点→Ｂ点→Ａ点のように連続して動かした。この場合の光検出器３で観察された光量変化を図１９（Ａ）に示す。図１９（Ａ）において縦軸は光量、横軸は時間を示す。図１９（Ａ）からわかるように、指の位置が仮想発光部４Ａの位置（Ｂ点）にあるときにだけ光検出器３に戻る光量が増している。すなわち、仮想発光部４Ａ近傍における障害物５の有無を正確に知ることができる。なお、上記第１ないし第１２の実施の形態の各検出装置についても同様の検出結果が得られる。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。
例えば、障害物検出のための発光部の像４Ｂ（例えば図１６（Ａ））は１つだけ配置する場合に限らず、必要に応じて複数個配置することも可能である。複数個配置する方法は、例えば図１６（Ａ）の装置を所望台数配置しても良いし、図１６（Ａ）の装置の中に所望の数の障害物検出用光源（発光光源１Ｂ）とそれに対応した数の光検出器３を配置しても構わない。

本発明の第１の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第１の実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例（Ａ）、および第４の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第２の実施の形態に係る光検出装置の第１の構成例（Ａ）、第２の構成例（Ｂ）および第３の構成例（Ｃ）を示す構成図である。本発明の第３の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、第２の構成例（Ｂ）および第３の構成例（Ｃ）を示す構成図である。本発明の第４の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第４の実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例（Ａ）、および第４の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第５の実施の形態に係る光検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第５の実施の形態に係る光検出装置の第３の構成例（Ａ）、および第４の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第６の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第６の実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例（Ａ）、および第４の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第７の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第７の実施の形態に係る表示検出装置の第３の構成例を示す構成図である。本発明の第８の実施の形態に係る光検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第９の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第１０の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第１１の実施の形態に係る光検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第１２の実施の形態に係る表示検出装置の第１の構成例（Ａ）、および第２の構成例（Ｂ）を示す構成図である。本発明の第１３の実施の形態に係る表示検出装置を示す構成図である。本発明の第１３の実施の形態に係る表示検出装置によって検出される検出信号の一例（Ａ）と検出時の指の動作（Ｂ）を示す図である。従来の表示検出装置の一例を示す構成図である。従来の表示検出装置の他の例を示す全体構成図である。従来の表示検出装置の他の例を示す内部構成図である。

符号の説明

１Ａ…発光光源（表示用光源）、１Ｂ…発光光源（検出用光源）、２…結像光学系、３，３Ａ…光検出器、４Ａ…仮想発光部、４Ｂ…発光部の像、６…集光光学系、７…アイリス（光源用光路制限手段）、７Ａ…反射・散乱体アイリス、８，９…光学フィルタ、１０Ａ…可視光、１０Ｂ…不可視光、１１…照明灯、１２…反射・散乱体、１３…ビームスプリッタ（反射光学部材）、１４…集光光学系、１５…ピンホール（検出用光路制限手段）。

Claims

光を発する光源と、
前記光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示する結像光学系と、
前記仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、前記光源より放射され前記障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器と
を備えたことを特徴とする表示検出装置。
前記結像光学系と前記仮想発光部との間に配置された光学フィルタ
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示検出装置。
前記光検出器の光入射側に配置された光学フィルタ
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示検出装置。
前記光検出器は、前記光源の近傍に配置されており、前記障害物により散乱・反射された光を前記結像光学系を介して検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記光源とは異なる方向に反射する反射光学部材をさらに備え、
前記光検出器が、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の表示検出装置。
前記光検出器は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の表示検出装置。
前記反射光学部材と前記光検出器との間で、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられた検出用光路制限手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の表示検出装置。
前記光源と前記結像光学系との間に設けられ、前記光源からの光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられた光源用光路制限手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の表示検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記光源とは異なる方向に反射する反射光学部材をさらに備え、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられると共に、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の表示検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記光源とは異なる方向に反射する反射光学部材と、
前記反射光学部材と前記光検出器との間に設けられた検出用光路制限手段とをさらに備え、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられ、
前記検出用光路制限手段は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の表示検出装置。
前記光検出器が、光源用光路制限手段の近傍に設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の表示検出装置。
表示用の光を発する表示用光源と、
障害物検出用の光を発する検出用光源と、
前記表示用光源の発光部分の像を形成して自由空間上に仮想発光部を表示し、かつ、前記検出用光源の発光部分の像を自由空間上の前記仮想発光部の近傍に形成する結像光学系と、
前記仮想発光部近傍に障害物が存在した場合に、前記検出用光源より放射され前記障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器と
を備えたことを特徴とする表示検出装置。
前記光検出器の光入射側に配置された光学フィルタ
をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の表示検出装置。
前記表示用光源で発する光は可視光であり、
前記検出用光源で発する光は不可視光である
ことを特徴とする請求項１２に記載の表示検出装置。
前記検出用光源が発する光は赤外光である
ことを特徴とする請求項１２に記載の表示検出装置。
前記光検出器は、前記検出用光源の近傍に配置されており、前記障害物により散乱・反射された光を前記結像光学系を介して検出する
ことを特徴とする請求項１２に記載の表示検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記検出用光源とは異なる方向に反射する反射光学部材をさらに備え、
前記光検出器が、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられている
ことを特徴とする請求項１２に記載の表示検出装置。
前記光検出器は、前記反射光学部材からの光路長が、前記検出用光源から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
をさらに備えたことを特徴とする請求項１７に記載の表示検出装置。
前記反射光学部材と前記光検出器との間で、前記反射光学部材からの光路長が、前記検出用光源から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられた検出用光路制限手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１７に記載の表示検出装置。
前記表示用光源と前記結像光学系との間、または前記検出用光源と前記結像光学系との間の少なくとも一方に設けられ、前記表示用光源または前記検出用光源からの光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられた光源用光路制限手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の表示検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記検出用光源とは異なる方向に反射する反射光学部材をさらに備え、
前記集光光学系と前記光源用光路制限手段とが、前記検出用光源と前記結像光学系との間に設けられ、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられると共に、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項２０に記載の表示検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記検出用光源とは異なる方向に反射する反射光学部材と、
前記反射光学部材と前記光検出器との間に設けられた検出用光路制限手段とをさらに備え、
前記集光光学系と前記光源用光路制限手段とが、前記検出用光源と前記結像光学系との間に設けられ、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられ、
前記検出用光路制限手段は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項２０に記載の表示検出装置。
光を発する光源と、
前記光源の発光部分の像を自由空間上に形成する結像光学系と、
前記発光部分の像の近傍に障害物が存在した場合に、前記光源より放射され前記障害物により散乱・反射された光を検出する光検出器と
を特徴とする光検出装置。
前記光検出器の光入射側に配置された光学フィルタ
をさらに備えたことを特徴とする請求項２３に記載の光検出装置。
前記光源が発する光は赤外光である
ことを特徴とする請求項２３に記載の光検出装置。
前記光検出器は、前記光源の近傍に配置されており、前記障害物により散乱・反射された光を前記結像光学系を介して検出する
ことを特徴とする請求項２３に記載の光検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記光源とは異なる方向に反射する反射光学部材をさらに備え、
前記光検出器が、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられている
ことを特徴とする請求項２３に記載の光検出装置。
前記光検出器は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項２７に記載の光検出装置。
前記反射光学部材と前記光検出器との間で、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられた検出用光路制限手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項２７に記載の光検出装置。
前記光源と前記結像光学系との間に設けられ、前記光源からの光を集光する集光光学系と、
前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられた光源用光路制限手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項２３に記載の光検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記光源とは異なる方向に反射する反射光学部材をさらに備え、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられると共に、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項３０に記載の光検出装置。
前記障害物により散乱・反射され前記結像光学系側に戻って来た光を前記光源とは異なる方向に反射する反射光学部材と、
前記反射光学部材と前記光検出器との間に設けられた検出用光路制限手段とをさらに備え、
前記光検出器は、前記反射光学部材による光の反射方向に設けられ、
前記検出用光路制限手段は、前記反射光学部材からの光路長が、前記光源用光路制限手段から前記反射光学部材までの光路長と略同じとなる位置に設けられている
ことを特徴とする請求項３０に記載の光検出装置。
前記光検出器が、光源用光路制限手段の近傍に設けられている
ことを特徴とする請求項３０に記載の光検出装置。