(57)【要約】【課題】誤動作を抑制することができるセンサシステムを提供する。【解決手段】センサシステム１は、投影対象物２の実像を空中画像３として空中に結像する投影光学系１０と、検知空間Ｄ１内で検知対象物４が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、静電容量値に基づいて検知信号を出力する静電容量式センサ２０と、検知信号を受信した場合に、制御対象機器９０を制御するための制御信号を出力する制御部３０とを備え、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内において静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２以下となる空間に存在し、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから第２閾値ｔｈ２を超えない場合において所定の条件を満たしたときに検知信号を出力する。【選択図】図１
2020013171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影対象物の実像を空中画像として空中に結像する投影光学系と、
検知空間内で検知対象物が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、前記静電容量値に基づいて検知信号を出力する静電容量式センサと、
前記検知信号を受信した場合に、制御対象機器を制御するための制御信号を出力する制御部とを備え、
前記空中画像の少なくとも一部は、前記検知空間内において前記静電容量値が第１閾値以上第２閾値以下となる空間に存在し、
前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第１閾値を超えてから前記第２閾値を超えない場合において所定の条件を満たしたときに前記検知信号を出力する
センサシステム。
【請求項２】
前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第１閾値以上前記第２閾値以下となる状態が、所定の第１期間以上継続したときに、前記所定の条件を満たしたとして前記検知信号を出力する
請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第１閾値を超えてから、所定の第２期間より短い期間内に、前記第２閾値を超えずに前記第１閾値を下回ったときに、前記所定の条件を満たしたとして前記検知信号を出力する
請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項４】
前記空中画像の少なくとも一部は、前記検知空間の中心軸上に存在している
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記空中画像は、前記検知空間の中心軸上に存在しない
請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記空中画像の少なくとも一部は、前記検知空間内において前記静電容量値が、前記第１閾値以上前記第２閾値より小さい第３閾値に一致する位置に存在し、
前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第３閾値を超えた後に前記第３閾値を下回ったときに、前記所定の条件を満たしたとして前記検知信号を出力する
請求項５に記載のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空中映像に対する人の操作を検出する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式の赤外線センサを用いて空中映像に人の手が触れたことを検知することができる光学システムが開示されている。また、特許文献２には、カメラを用いてユーザを撮影することで、ユーザの位置を特定し、空中映像に対するユーザのアクセスを検知する空中映像インタラクション装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１３３２７９号
【特許文献２】国際公開第２００８／１２３５００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術では、赤外線センサ又はカメラなどの光センサを利用しているので、空中映像に対する操作を行っていない場合でも反射光を検出する場合があり、誤動作が生じるという問題がある。具体的には、受光素子と空中映像とを結ぶ線上に物体が存在する場合に、空中映像の操作時と同様に、反射光を検出する。例えば、手又は身体が映像の光センサ側を偶発的に通過したとき、反射光を検出し、誤動作が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、誤動作を抑制することができるセンサシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るセンサシステムは、投影対象物の実像を空中画像として空中に結像する投影光学系と、検知空間内で検知対象物が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、前記静電容量値に基づいて検知信号を出力する静電容量式センサと、前記検知信号を受信した場合に、制御対象機器を制御するための制御信号を出力する制御部とを備え、前記空中画像の少なくとも一部は、前記検知空間内において前記静電容量値が第１閾値以上第２閾値以下となる空間に存在し、前記静電容量式センサは、前記静電容量値が前記第１閾値を超えてから前記第２閾値を超えない場合において所定の条件を満たしたときに前記検知信号を出力する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るセンサシステムによれば、誤動作を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係るセンサシステムの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係るセンサシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に係るセンサシステムにおいて、静電容量式センサの検知空間と静電容量値との関係を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態１に係るセンサシステムにおいてユーザの空中画像への接触例を示す図である。
【図５】図４に示すユーザの動きに応じたセンサシステムの動作を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係るセンサシステムにおいてユーザの空中画像への別の接触例を示す図である。
【図７】図６に示すユーザの動きに応じたセンサシステムの動作を説明するための図である。
【図８】実施の形態２に係るセンサシステムの構成を模式的に示す断面図である。
【図９】実施の形態２に係るセンサシステムにおいてユーザの空中画像への接触例を示す図である。
【図１０】図９に示すユーザの動きに応じたセンサシステムの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では、本発明の実施の形態に係るセンサシステムについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。また、以下の実施の形態において、略一致又は略垂直などの「略」を用いた表現を用いている。例えば、略一致は、完全に一致することを意味するだけでなく、実質的に一致する、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。
【００１１】
（実施の形態１）
［構成］
まず、本実施の形態に係るセンサシステム１の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係るセンサシステム１の構成を模式的に示す断面図である。図２は、本実施の形態に係るセンサシステム１の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、センサシステム１は、投影対象物２の実像を空中に結像することで空中画像３を空中に表示し、かつ、表示された空中画像３に対するユーザの操作を検知するシステムである。空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内に存在している。センサシステム１は、ユーザの手又は指などの検知対象物４によって空中画像３が操作された場合に、当該操作に応じて制御対象機器９０を制御する。
【００１３】
なお、図１では、投影対象物２から放射された光の経路を破線で表している。当該破線に示される矢印は、光の進行方向を示している。これは、後述する図８も同様である。
【００１４】
本実施の形態では、投影対象物２は、ディスプレイ又はプロジェクタなどの表示装置が表示面（又はスクリーン）に表示する画像（映像）である。投影対象物２は、例えば、静止画及び動画像のいずれでもよい。投影対象物２は、例えば、表示装置が備える記憶装置に記憶されたコンテンツ映像、テレビ番組の放送中の映像若しくは録画画像、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）若しくはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの再生映像、又は、インターネットを介したストリーミング映像などである。
【００１５】
空中画像３は、投影対象物２の実像であるので、空中画像３の表示内容（コンテンツ）と投影対象物２とは一致する。
【００１６】
検知対象物４は、ユーザの手又は指などの生体の一部であるが、これに限定されない。例えば、検知対象物４は、無機物でもよい。
【００１７】
制御対象機器９０は、センサシステム１によって制御される機器である。具体的には、制御対象機器９０は、空中画像３に対するユーザの操作に応じて制御される。
【００１８】
本実施の形態では、制御対象機器９０は、投影対象物２を表示するディスプレイである。制御対象機器９０は、センサシステム１による制御に基づいて、投影対象物２、すなわち、表示面に表示する映像（又は画像）を変更する。これにより、空中画像３の表示内容が変更される。
【００１９】
このように、本実施の形態によれば、空中画像３をユーザが操作した場合に、空中画像３の表示内容を変更することができる。
【００２０】
図２に示すように、センサシステム１は、投影光学系１０と、静電容量式センサ２０と、制御部３０とを備える。以下では、センサシステム１の各構成要素について、図１及び図２を適宜参照しながら説明する。
【００２１】
［投影光学系］
投影光学系１０は、投影対象物２の実像を空中画像３として空中に結像する。図１に示すように、投影光学系１０は、ハーフミラー１１と、再帰反射部材１２とを備える。
【００２２】
投影光学系１０は、ハーフミラー１１を基準として、投影対象物２の面対称位置に空中画像３を表示させる。具体的には、投影対象物２の所定の部位と、当該部位に対応する空中画像３の部位とを結ぶ仮想的な直線は、ハーフミラー１１に対して直交している。また、投影対象物２と空中画像３とは、ハーフミラー１１からそれぞれ等しい距離に位置している。空中画像３は、投影対象物２と同じ大きさである。
【００２３】
ハーフミラー１１は、投影対象物２から放射される光を反射及び透過することで、反射光及び透過光を出射するビームスプリッタの一例である。具体的には、ハーフミラー１１は、入射する光の一部を鏡面反射し、残りをそのまま（進行方向を実質的に変えることなく）透過させる。ハーフミラー１１は、例えば、入射する光を略１：１で反射及び透過する。すなわち、ハーフミラー１１は、入射する光の光束の５０％の反射光と５０％の透過光とを出射する。
【００２４】
ハーフミラー１１は、例えば、金属薄膜又は誘電体多層膜などの反射性の薄膜が表面に形成された透光性の板材である。透光性の板材としては、例えば、透明なソーダガラスなどのガラス材料、又は、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などの透明樹脂材料を用いて形成されている。金属薄膜は、アルミニウムなどの金属材料を用いて、光透過性及び光反射性を有する程度に薄く形成された薄膜である。
【００２５】
ハーフミラー１１は、投影対象物２から放射される光を再帰反射部材１２に向けて反射する。ハーフミラー１１は、再帰反射部材１２から再帰反射された光を透過させる。この透過した再帰反射光は、ハーフミラー１１を基準として投影対象物２の反対側の空間で結像される。これにより、投影対象物２の実像である空中画像３が空中に表示される。
【００２６】
再帰反射部材１２は、ハーフミラー１１によって反射された反射光を再帰反射する。本実施の形態では、再帰反射部材１２は、ハーフミラー１１を基準として投影対象物２と同じ側に位置している。
【００２７】
再帰反射部材１２は、例えば、複数の球状のガラスビーズが板状の基材の面内に敷き詰められたシート状の部材である。あるいは、再帰反射部材１２は、マイクロプリズムが設けられた板材でもよい。
【００２８】
本実施の形態では、再帰反射部材１２は、ハーフミラー１１に対して所定角で傾斜するように配置されているが、これに限らない。再帰反射部材１２は、ハーフミラー１１による反射光の光路上に位置していればよく、ハーフミラー１１に対して略垂直になる姿勢で配置されていてもよい。
【００２９】
［静電容量式センサ］
静電容量式センサ２０は、検知空間Ｄ１内で検知対象物４が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、静電容量値に基づいて検知信号を出力する。検知信号は、検知対象物４が検知されたことを示す信号である。
【００３０】
図１に示すように、静電容量式センサ２０は、基板２１と、検知電極２２とを備える。静電容量式センサ２０は、検知電極２２と検知対象物４との間の静電容量値に基づいて、検知対象物４を検知する。
【００３１】
基板２１は、例えば、樹脂材料からなる樹脂基板又は金属を絶縁被覆したメタルベース基板などである。なお、基板２１は、例えば、平面視形状が円形であるが、これに限らず、矩形などでもよい。
【００３２】
検知電極２２は、例えば、銅又は銀などの金属材料を用いて、基板２１の一方の面に所定のパターンで形成されている。具体的には、検知電極２２は、平面視形状が円形のベタ電極である。検知電極２２は、検知対象物４との間に生じる静電容量値の時間変化を示す信号を出力する。本実施の形態では、静電容量式センサ２０の基板２１及び検知電極２２は、投影光学系１０のハーフミラー１１の主面と略平行になるように配置されている。
【００３３】
静電容量式センサ２０の検知空間Ｄ１は、検知電極２２から前方（基板２１とは反対側）に広がるように形成されている。例えば、検知空間Ｄ１の形状は、球状（球の一部）又はドーム状である。検知空間Ｄ１の平面視形状は、例えば、円形である。なお、平面視とは、検知電極２２を正面から見た場合を意味する。検知空間Ｄ１の中心軸Ｐは、検知空間Ｄ１の平面視形状である円の中心を通る直線であり、検知電極２２の略中央部分で検知電極２２に略直交する仮想的な直線である。
【００３４】
本実施の形態では、図１に示すように、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内に存在し、かつ、中心軸Ｐ上に存在している。投影対象物２の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１の中心軸Ｐ上に存在している。例えば、投影対象物２の中央部分と空中画像３の中央部分とを結ぶ仮想的な直線は、中心軸Ｐに略一致している。
【００３５】
ここで、図３を用いて、検知空間Ｄ１と静電容量値との関係について説明する。図３は、本実施の形態に係るセンサシステム１において、静電容量式センサ２０の検知空間Ｄ１と静電容量値との関係を模式的に示す図である。
【００３６】
静電容量式センサ２０は、検知対象物４が近づく程、検知対象物４との間の静電容量値が大きくなる。具体的には、検知電極２２からの距離と、検知対象物４との間の静電容量値との間には負の相関関係を有する。当該相関関係を利用することで、静電容量式センサ２０の検知空間Ｄ１は、検知対象物４との間の静電容量値に基づいて定義することができる。
【００３７】
例えば、図３の「ｔｈ１」が示す実線上に検知対象物４（の先端）が存在する場合に、静電容量値が第１閾値ｔｈ１に等しくなる。本実施の形態では、検知空間Ｄ１は、当該実線で囲まれる空間である。具体的には、検知空間Ｄ１は、検知対象物４との間の静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上になる空間である。言い換えると、検知空間Ｄ１内に検知対象物４が存在している場合、静電容量式センサ２０の静電容量値は、第１閾値ｔｈ１以上の値になる。
【００３８】
また、図３の「ｔｈ２」が示す破線上に検知対象物４（の先端）が存在する場合に、静電容量値が第２閾値ｔｈ２に等しくなる。第２閾値ｔｈ２は、第１閾値ｔｈ１より大きい値である。図３の「ｔｈ２」が示す破線で囲まれた空間は、静電容量値が第２閾値ｔｈ２以上となる空間Ｄ２を示している。空間Ｄ２は、検知空間Ｄ１内で、かつ、検知電極２２により近い部分に形成されている。
【００３９】
静電容量値は、検知対象物４が検知空間Ｄ１に入ったときに第１閾値ｔｈ１を超え、検知空間Ｄ１から出たときに第１閾値ｔｈ１を下回る。同様に、静電容量値は、検知対象物４が空間Ｄ２に入ったときに第２閾値ｔｈ２を超え、空間Ｄ２から出たときに第２閾値ｔｈ２を下回る。
【００４０】
なお、検知空間Ｄ１の大きさは、例えば、中心軸Ｐ上において検知電極２２からの距離が数ｃｍ〜十数ｃｍ以内の範囲であるが、これに限定されない。センサシステム１の使用環境などに応じて適宜設定することができる。
【００４１】
静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから第２閾値ｔｈ２を超えない場合において所定の条件を満たしたときに検知信号を出力する。所定の条件は、静電容量式センサ２０が検知信号を出力するために静電容量値が満たすべき条件である。所定の条件、及び、静電容量式センサ２０の具体的な動作については後で説明する。
【００４２】
［制御部］
制御部３０は、検知信号を受信した場合に、制御対象機器９０を制御するための制御信号を出力する。制御部３０は、制御対象機器９０と有線又は無線により接続されている。有線通信又は無線通信により制御対象機器９０に制御信号を送信することで、制御対象機器９０の動作を制御する。
【００４３】
本実施の形態では、ユーザが指（検知対象物４）で空中画像３を操作した場合に、静電容量式センサ２０が検知対象物４を検知して検知信号を出力するので、制御部３０によって制御対象機器９０が制御される。例えば、制御対象機器９０が投影対象物２を表示するディスプレイである場合に、制御部３０は、投影対象物２の表示内容を変更するための制御信号を生成し、制御対象機器９０に送信する。これにより、ユーザが空中画像３を操作することで、空中画像３（投影対象物２）の表示内容を変更することができる。
【００４４】
制御部３０は、例えば、マイコン（マイクロコントローラ）で実現される。制御部３０は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどで実現される。
【００４５】
［動作］
続いて、本実施の形態に係るセンサシステム１の動作について説明する。
【００４６】
本実施の形態に係るセンサシステム１は、空中画像３に対するユーザの操作を検知する。このとき、空中画像３に対するユーザの操作態様として２つの態様が考えられる。具体的には、２つの態様は、タッチ操作とストローク操作とである。以下では、２つの態様の各々に応じたセンサシステム１の動作について説明する。
【００４７】
［タッチ操作］
まず、タッチ操作について、図４及び図５を用いて説明する。
【００４８】
図４は、本実施の形態に係るセンサシステム１においてユーザの空中画像３への接触例（タッチ操作）を示す図である。図５は、図４に示すユーザの動きに応じたセンサシステム１の動作を説明するための図である。
【００４９】
図４に示すように、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内において、静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２以下となる空間に存在している。すなわち、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内の空間Ｄ２を除いた空間に存在している。ユーザが空中画像３を操作する動作の１つとして、空中画像３に重ねて置くように手（検知対象物４）を空中画像３の表示位置まで移動させ、僅かな時間停止した後、手を引くような動作がある（図４の実線及び破線の矢印）。本明細書では、当該動作を「タッチ操作」と記載する。
【００５０】
タッチ操作を行った場合、検知対象物４である手は、静電容量式センサ２０の検知空間Ｄ１に入った後、空間Ｄ２内に入ることなく、検知空間Ｄ１から出ていく。このとき、静電容量式センサ２０の静電容量値は、図５の実線で示すカーブＣ１を描く。具体的には、静電容量値は、徐々に増加し、第１閾値ｔｈ１を超えた後、第１閾値ｔｈ１と第２閾値ｔｈ２との間で一定期間維持される。その後、手（検知対象物４）を引く動作に合わせて、静電容量値は、徐々に減少し、第１閾値ｔｈ１を下回る。
【００５１】
本実施の形態では、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２以下となる状態が、所定の第１期間Ｔｔｈ１以上継続したときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２以下となる状態の継続期間が第１期間Ｔｔｈ１より短い場合には、検知信号を出力しない。所定の第１期間Ｔｔｈ１は、例えば１秒以下であり、一例として０．４秒である。
【００５２】
通常、ユーザが手（検知対象物４）を空中画像３まで動かして引っ込めるまで（すなわち、タッチ操作）には、０．４秒以上の期間を要する。したがって、図５の実線のカーブＣ１に示すように、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えた後、第１閾値ｔｈ１を下回るまでに要する期間Ｔ１は、第１期間Ｔｔｈ１より長くなる。このため、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから第１期間Ｔｔｈ１を経過した時点で、静電容量式センサ２０は検知信号を出力する。これにより、制御部３０が制御信号を制御対象機器９０に出力し、制御対象機器９０が制御される。
【００５３】
ここで、空中画像３のタッチ操作以外の動作をユーザが行った場合の静電容量値の振る舞いについて説明する。
【００５４】
例えば、静電容量式センサ２０の表面近傍をユーザが通過した場合が想定される。具体的には、静電容量式センサ２０が建築物の壁などに埋め込まれている場合、壁のすぐ傍を人が歩いたときなどに、静電容量式センサ２０の静電容量値が変化する。
【００５５】
このような動作を行った場合、検知対象物４であるユーザは、静電容量式センサ２０の検知空間Ｄ１に入った後、空間Ｄ２を通過して、検知空間Ｄ１を出る。このとき、静電容量式センサ２０の静電容量値は、図５の破線で示すカーブＣ２を描く。具体的には、ユーザの静電容量式センサ２０への接近に伴い、静電容量値は、徐々に増加し、第１閾値ｔｈ１を超えた後、第２閾値ｔｈ２を超える。その後、ユーザが静電容量式センサ２０から離れるに従い、静電容量値は、徐々に減少し、第２閾値ｔｈ２及び第１閾値ｔｈ１を順に下回る。
【００５６】
タッチ操作ではない動作の場合、意識して動作を止めないので、検知空間Ｄ１に入ってから空間Ｄ２内に入るまでの期間は、十分に短くなる。したがって、図５に示すように、第１閾値ｔｈ１を超えてから第２閾値ｔｈ２を超えるまでの期間Ｔ２は、第１期間Ｔｔｈ１より短くなる。このため、静電容量式センサ２０は検知信号を出力しないので、制御部３０によって制御信号が出力されず、制御対象機器９０は制御されない。
【００５７】
このように、本実施の形態に係るセンサシステム１によれば、タッチ操作によって、制御対象機器９０を制御することができる。また、センサシステム１によれば、タッチ操作ではない動作の場合に、意図せず制御対象機器９０が制御されること、すなわち、誤動作を抑制することができる。
【００５８】
［ストローク操作］
次に、ストローク操作について、図６及び図７を用いて説明する。
【００５９】
図６は、本実施の形態に係るセンサシステム１においてユーザの空中画像３への別の接触例（ストローク操作）を示す図である。図７は、図６に示すユーザの動きに応じたセンサシステム１の動作を説明するための図である。
【００６０】
図６に示すように、ユーザが空中画像３を操作する動作の１つとして、空中画像３を払うように手（検知対象物４）を、空中画像３の表示位置を通過させるように移動させる動作がある（図６の実線の矢印）。本明細書では、当該動作を「ストローク操作」と記載する。
【００６１】
ストローク操作を行った場合、検知対象物４である手は、静電容量式センサ２０の検知空間Ｄ１に入った後、空間Ｄ２に入ることなく、検知空間Ｄ１から出ていく。このとき、静電容量式センサ２０の静電容量値は、図７の実線で示すカーブＣ１１を描く。具体的には、静電容量値は、徐々に増加し、第１閾値ｔｈ１を超えた後すぐに、第１閾値ｔｈ１を下回る。
【００６２】
本実施の形態では、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから、所定の第２期間Ｔｔｈ２より短い期間内に、第２閾値ｔｈ２を超えずに第１閾値ｔｈ１を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。静電容量式センサ２０は、第１閾値ｔｈ１を超えてから第２閾値ｔｈ２を超えた場合、又は、第１閾値ｔｈ１を超えてから第２閾値ｔｈ２を超えずに第１閾値ｔｈ１を下回るまでの期間が第２期間Ｔｔｈ２より長い場合、検知信号を出力しない。所定の第２期間Ｔｔｈ２は、タッチ操作の判定に用いる第１期間Ｔｔｈ１より短い期間である。第２期間Ｔｔｈ２は、例えば０．２秒〜０．３秒である。
【００６３】
通常、ユーザが手（検知対象物４）で空中画像３を払うように操作した場合、空中画像３に触れている期間（具体的には、第１閾値ｔｈ１を超えてから下回るまでの期間）は、０．２秒以下などの十分に短い期間である。したがって、図７の実線のカーブＣ１１に示すように、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えた後、第２閾値ｔｈ２を超えずに第１閾値ｔｈ１を下回るまでの期間Ｔ１１は、第２期間Ｔｔｈ２より短くなる。このため、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を下回った時点で、静電容量式センサ２０は検知信号を出力する。これにより、制御部３０が制御信号を制御対象機器９０に出力し、制御対象機器９０が制御される。
【００６４】
ここで、空中画像３のストローク操作以外の動作をユーザが行った場合の静電容量値の振る舞いについて説明する。
【００６５】
例えば、静電容量式センサ２０の表面近傍にユーザが存在し続けている場合が想定される。具体的には、静電容量式センサ２０が建築物の壁などに埋め込まれている場合、ユーザが静電容量式センサ２０の存在に気付かずに長時間もたれかかったときなどに、静電容量式センサ２０の静電容量値が変化する。
【００６６】
このような動作を行った場合、検知対象物４であるユーザは、静電容量式センサ２０の検知空間Ｄ１に入った後、空間Ｄ２内に所定期間存在し続ける。このとき、静電容量式センサ２０の静電容量値は、図７の破線で示すカーブＣ１２を描く。具体的には、ユーザの静電容量式センサ２０への接近に伴い、静電容量値は、徐々に増加し、第１閾値ｔｈ１及び第２閾値ｔｈ２を順に超える。ユーザがそのまま動かないので、静電容量値は、第２閾値ｔｈ２を超えた状態で維持される。
【００６７】
ストローク操作ではない動作の場合、静電容量値の意図しない変動及び値の維持が起こりやすくなるので、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから、第２期間Ｔｔｈ２より短い期間内で第１閾値ｔｈ１を下回ることはほとんどない。このため、静電容量式センサ２０は検知信号を出力しないので、制御部３０によって制御信号が出力されず、制御対象機器９０は制御されない。
【００６８】
このように、本実施の形態に係るセンサシステム１によれば、ストローク操作によって、制御対象機器９０を制御することができる。また、センサシステム１によれば、ストローク操作ではない動作の場合に、意図せず制御対象機器９０が制御されること、すなわち、誤動作を抑制することができる。
【００６９】
なお、本実施の形態では、タッチ操作とストローク操作との各々の場合で検知信号を出力する条件について説明したが、静電容量式センサ２０は、いずれか一方のみの条件を利用してもよい。あるいは、静電容量式センサ２０は、両方の条件を利用してもよい。具体的には、静電容量式センサ２０は、（ｉ）静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２以下となる状態が、第１期間Ｔｔｈ１以上継続したとき、及び、（ｉｉ）静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから第２期間Ｔｔｈ２より短い期間内に、第２閾値ｔｈ２を超えずに第１閾値を下回ったとき、の少なくとも一方が満たされた場合に、検知信号を出力してもよい。これにより、タッチ操作及びストローク操作のいずれが行われた場合でも、制御対象機器９０を制御することができる。ユーザによる空中画像３への接触方法が限定されないので、ユーザ利便性を高めることができる。
【００７０】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係るセンサシステム１は、投影対象物２の実像を空中画像３として空中に結像する投影光学系１０と、検知空間Ｄ１内で検知対象物４が近づく程、静電容量値が大きくなる静電容量式センサであって、静電容量値に基づいて検知信号を出力する静電容量式センサ２０と、検知信号を受信した場合に、制御対象機器９０を制御するための制御信号を出力する制御部３０とを備え、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内において静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２以下となる空間に存在し、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから第２閾値ｔｈ２を超えない場合において所定の条件を満たしたときに検知信号を出力する。
【００７１】
これにより、センサシステム１０１では、空中画像３の少なくとも一部が存在する空間と、検知信号を出力する範囲とが対応しているので、例えばユーザが空中画像３を操作した（触れた）場合に、検知信号を出力し、制御対象機器９０を制御することができる。
【００７２】
また、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから第２閾値ｔｈ２を超えるまでに所定の条件を満たしたときに検知信号を出力するので、検知対象物４が静電容量式センサ２０に接近しすぎた場合（すなわち、静電容量値が第２閾値ｔｈ２を超えた場合）には、検知信号を出力しない。したがって、静電容量式センサ２０の表面近傍を偶発的に検知対象物４が横切った場合など、空中画像３の操作を目的としない場合に検知信号が出力されるのを抑制することができる。これにより、制御対象機器９０の誤動作（ユーザが意図しない動作）を抑制することができる。
【００７３】
また、例えば、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２以下となる状態が、所定の第１期間Ｔｔｈ１以上継続したときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。
【００７４】
これにより、空中画像３に手（検知対象物４）を重ねて置くような動作（タッチ操作）をした場合に、検知信号を出力し、制御対象機器９０を制御することができる。タッチ操作以外の動作による誤動作を抑制しつつ、適切に制御対象機器９０を制御することができる。
【００７５】
また、例えば、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第１閾値ｔｈ１を超えてから、所定の第２期間Ｔｔｈ２より短い期間内に、第２閾値ｔｈ２を超えずに第１閾値ｔｈ１を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。
【００７６】
これにより、空中画像３を手（検知対象物４）で払うような動作（ストローク操作）をした場合に、検知信号を出力し、制御対象機器９０を制御することができる。ストローク操作以外の動作による誤動作を抑制しつつ、適切に制御対象機器９０を制御することができる。
【００７７】
また、例えば、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１の中心軸Ｐ上に存在している。
【００７８】
これにより、空中画像３の少なくとも一部が検知空間Ｄ１の中心軸上に存在しているので、空中画像３の全体又は大部分が検知空間Ｄ１内に存在する。したがって、ユーザが空中画像３の一部のみを触れた場合でも静電容量式センサ２０の静電容量値が変化するので、検知信号が出力されやすくなる。このように、センサシステム１のセンシング精度を高めることができる。
【００７９】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【００８０】
［構成］
図８は、本実施の形態に係るセンサシステム１０１の構成を模式的に示す断面図である。
【００８１】
本実施の形態に係るセンサシステム１０１は、実施の形態１に係る静電容量式センサ２０の代わりに、静電容量式センサ１２０を備える点が相違する。静電容量式センサ１２０は、実施の形態１に係る静電容量式センサ２０と構成は同じであり、配置されている位置が異なっている。
【００８２】
具体的には、静電容量式センサ１２０は、空中画像３が検知空間Ｄ１の中心軸Ｐ上に存在しないように配置されている。つまり、投影対象物２の任意の部位と、当該部位に対応する空中画像３の部位とを結ぶ仮想的な直線は、中心軸Ｐに一致しない。
【００８３】
本実施の形態では、図８に示すように、空中画像３は、検知空間Ｄ１内において中心軸Ｐより下方に存在している。ここで、下方向は、ハーフミラー１１の主面に沿って再帰反射部材１２に近づく方向である。上方向は、その反対方向であり、具体的には、ハーフミラー１１の主面に沿って再帰反射部材１２から離れる方向である。すなわち、図８は、静電容量式センサ１２０が上方に位置するように、ハーフミラー１１が垂直に立てて設置されている場合を図示したものである。このため、ユーザは、空中画像３を斜め上方から見下ろすように見ることができる。なお、ハーフミラー１１の設置の態様はこれに限らず、ハーフミラー１１が水平に設置されていてもよい。
【００８４】
本実施の形態では、静電容量式センサ１２０は、実施の形態１に係る静電容量式センサ２０の場合よりも、再帰反射部材１２から遠くなる位置（ユーザの視点方向側、すなわち、上方側）に配置されている。これにより、ハーフミラー１１の有効領域の面積を大きくすることができる。ハーフミラー１１の有効領域とは、図８の両矢印で模式的に示す範囲であり、投影対象物２から放射された光を空中画像３として結像させることができる部分である。
【００８５】
実施の形態１では、投影対象物２が中心軸Ｐ上に存在していたため、投影対象物２から放射された光の一部が静電容量式センサ２０によって遮られる（図１を参照）。これに対して、本実施の形態では、投影対象物２が中心軸Ｐより再帰反射部材１２側に位置しているため、投影対象物２から放射された光が遮られる量が少なくなり、有効領域を大きくすることができる。これにより、空中画像３を見ることができる範囲である視野角を大きくすることができる。
【００８６】
なお、静電容量式センサ１２０が再帰反射部材１２から離れる程、視野角が広くなるものの、投影対象物２からの直接光がユーザの眼に入射しやすくなる。直接光が眼に入射した場合、空中画像３の視認性が低くなる。
【００８７】
このため、図８に示すように、静電容量式センサ１２０の基板１２１の下端は、投影対象物２の上端と空中画像３の上端とを結ぶ線Ｑより再帰反射部材１２に近い位置に位置している。これにより、投影対象物２からの直接光を基板１２１によって遮ることができ、空中画像３の視認性を高めることができる。
【００８８】
［動作］
続いて、本実施の形態に係るセンサシステム１０１の動作について説明する。
【００８９】
本実施の形態では、図８に示したように、空中画像３が中心軸Ｐより下方に位置しており、ユーザの視点は、空中画像３の斜め上方に位置している。このため、ユーザが空中画像３を操作しようとした場合、タッチ操作よりもストローク操作の方が行いやすい。したがって、以下では、ストローク操作を行った場合について説明する。
【００９０】
図９は、本実施の形態に係るセンサシステム１０１においてユーザの空中画像３への接触例（ストローク操作）を示す図である。図１０は、図９に示すユーザの動きに応じたセンサシステム１０１の動作を説明するための図である。
【００９１】
図９に示すように、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内において静電容量値が第３閾値ｔｈ３に一致する位置に存在する。第３閾値ｔｈ３は、第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２より小さい値である。第３閾値ｔｈ３は、例えば、第１閾値ｔｈ１より大きい値であり、かつ、第２閾値ｔｈ２よりは第１閾値ｔｈ１に近い値である。例えば、空中画像３は、検知空間Ｄ１と検知空間Ｄ１外との境界近傍に存在していてもよい。
【００９２】
なお、第３閾値ｔｈ３は、第１閾値ｔｈ１に等しくてもよい。あるいは、第３閾値ｔｈ３は、第１閾値ｔｈ１より第２閾値ｔｈ２に近い値、又は、第１閾値ｔｈ１と第２閾値ｔｈ２との平均値でもよい。
【００９３】
ストローク操作を行った場合、検知対象物４である手は、静電容量式センサ１２０の検知空間Ｄ１に入った後、空間Ｄ２に入ることなく、検知空間Ｄ１から出ていく。このとき、静電容量式センサ１２０の静電容量値は、図９の実線で示すカーブＣ２１を描く。具体的には、静電容量値は、徐々に増加し、第１閾値ｔｈ１、第３閾値ｔｈ３を順に超えた後、第３閾値ｔｈ３、第１閾値ｔｈ１を順に下回る。
【００９４】
本実施の形態では、静電容量式センサ１２０は、静電容量値が第３閾値ｔｈ３を超えた後に第３閾値ｔｈ３を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。空中画像３の少なくとも一部は、図９に示すように、静電容量値が第３閾値ｔｈ３に一致する位置に存在しているので、ユーザが空中画像３を触ったときに検知信号が出力される。
【００９５】
このとき、静電容量式センサ１２０は、静電容量値が第３閾値ｔｈ３を超えるときには、検知信号を出力しない。これにより、図９で示すように、手（検知対象物４）が空中画像３に向かって振り下ろされた場合に、手が空中画像３に至る手前で検知信号が出力されなくなる。したがって、ユーザが空中画像３を触る前に検知信号が出力され、制御対象機器９０が制御されるのを抑制することができる。
【００９６】
［効果など］
以上のように、本実施の形態に係るセンサシステム１０１では、例えば、空中画像３は、検知空間Ｄ１の中心軸Ｐ上に存在しない。
【００９７】
これにより、静電容量式センサ２０が投影対象物２から放射された光を遮りにくくすることができるので、空中画像３の視野角を大きくすることができる。
【００９８】
また、例えば、空中画像３の少なくとも一部は、検知空間Ｄ１内において静電容量値が、第１閾値ｔｈ１以上第２閾値ｔｈ２より小さい第３閾値ｔｈ３に一致する位置に存在し、静電容量式センサ２０は、静電容量値が第３閾値ｔｈ３を超えた後に第３閾値ｔｈ３を下回ったときに、所定の条件を満たしたとして検知信号を出力する。
【００９９】
これにより、静電容量式センサ１２０は、静電容量値と第３閾値ｔｈ３との比較を行うことで、検知信号を出力するか否かを判定している。すなわち、実施の形態１のように閾値を下回るまでの期間などを計測しなくてもよいので、簡単な回路構成（又はプログラム）で、検知信号の出力の判定を行うことができる。
【０１００】
また、空中画像３の表示位置と第３閾値ｔｈ３とが対応しているので、ユーザが空中画像３を操作したタイミングで検知信号が出力され、制御対象機器９０が制御される。このように、空中画像３の操作と制御対象機器９０の制御とが略同時に行われるので、ユーザにとって空中画像３の操作が自然に感じられ、違和感を軽減することができる。例えば、物理ボタンを操作するのと同様に、ユーザは、空中画像３を操作して制御対象機器９０を制御することができる。
【０１０１】
（その他）
以上、本発明に係るセンサシステムについて、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
【０１０２】
例えば、上記の実施の形態では、再帰反射部材１２がハーフミラー１１を基準として投影対象物２と同じ側に配置されている例について示したが、これに限らない。再帰反射部材１２は、ハーフミラー１１を基準として投影対象物２と反対側、すなわち、空中画像３側に配置されていてもよい。
【０１０３】
この場合、再帰反射部材１２は、投影対象物２から放射された光のうち、ハーフミラー１１を透過した光を再帰反射する。再帰反射部材１２によって再帰反射された光は、ハーフミラー１１によって反射される。この反射された再帰反射光は、ハーフミラー１１を基準として再帰反射部材１２と同じ側（投影対象物２とは反対側）の空間で結像される。これにより、投影対象物２の実像である空中画像３が空中に表示される。
【０１０４】
また、例えば、投影光学系１０は、透過率と反射率とがそれぞれ５０％で等しいハーフミラー１１の代わりに、透過率と反射率とが異なるビームスプリッタを備えてもよい。
【０１０５】
また、例えば、上記の実施の形態では、投影光学系１０がハーフミラー１１と再帰反射部材１２とを備える例について示したが、これに限らない。投影光学系１０は、投影対象物２を空中に結像すればよく、例えば、ハーフミラー１１の代わりに２面コーナーリフレクタアレイを備えてもよい。この場合、投影光学系１０は、再帰反射部材１２を備えていなくてもよい。
【０１０６】
また、例えば、上記の実施の形態では、制御対象機器９０が投影対象物２を表示するディスプレイなどである例について示したが、これに限らない。制御対象機器９０は、例えば、照明設備、音響設備、空調設備などの他の機器でもよい。具体的には、制御部３０は、照明設備、音響設備又は空調設備の電源のオンオフを制御してもよい。すなわち、センサシステム１は、各種設備の電源スイッチとして機能することができる。
【０１０７】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１０１  センサシステム
２  投影対象物
３  空中画像
４  検知対象物
１０  投影光学系
２０、１２０  静電容量式センサ
３０  制御部
９０  制御対象機器
Ｄ１  検知空間
Ｐ  中心軸
【図１】
2020013171.tif 000003
【図２】
2020013171.tif 000004
【図３】
2020013171.tif 000005
【図４】
2020013171.tif 000006
【図５】
2020013171.tif 000007
【図６】
2020013171.tif 000008
【図７】
2020013171.tif 000009
【図８】
2020013171.tif 000010
【図９】
2020013171.tif 000011
【図１０】
2020013171.tif 000012