(57)【要約】  撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供するためにレーザ光を出射する光源と、レーザ光が入射され、入射されたレーザ光を変調する変調手段とを有する本体と、変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域に向けて画像を形成する光を反射するミラーと、操作領域を含む領域を撮像する撮像手段とを有するヘッドとを備え、本体とヘッドとは、画像を形成する光が通過する位置に設置され、画像を形成する光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続されるインターフェース装置とする。
2016129280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光が入射され、入射された前記レーザ光を変調する変調手段とを有する本体と、
前記変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域に向けて前記画像を形成する光を反射するミラーと、
前記操作領域を含む領域を撮像する撮像手段とを有するヘッドとを備え、
前記本体と前記ヘッドとは、前記変調手段によって変調された光が通過する位置に設置され、前記変調手段によって変調された光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続されるインターフェース装置。
【請求項２】
前記変調手段は、
前記レーザ光が入射され、入射された前記レーザ光の位相を変調する位相変調型の変調器と、
前記変調器によって位相が変調された光が入射され、入射された光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズとを含み、
前記ミラーは、
前記フーリエ変換レンズを通過した光によって形成される前記画像の画像形成面に設置され、前記操作領域に向けて前記画像を形成する光を反射し、
前記本体と前記ヘッドとは、前記画像を形成する光が通過する位置に設置され、前記画像を形成する光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続される請求項1に記載のインターフェース装置。
【請求項３】
前記ミラーは、
プリズム状の形状を有し、前記画像を形成する光に含まれる０次光が通過する穴が開けられている請求項１または２に記載のインターフェース装置。
【請求項４】
前記ミラーは、
基板上に形成された薄膜ミラーであり、前記薄膜ミラーには前記画像を形成する光に含まれる０次光が通過する穴が開けられている請求項１または２に記載のインターフェース装置。
【請求項５】
前記本体は、
前記変調手段に表示する画像データを前記変調手段に出力する画像処理手段をさらに有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、
前記本体に対する前記ヘッドの回転に応じて、前記画像形成面に形成される前記画像を回転する画像処理を行う請求項５に記載のインターフェース装置。
【請求項７】
前記ヘッドは、
前記ミラーによって反射された光を前記操作領域に向けて投射する投射レンズをさらに有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項８】
前記ヘッドは、
前記変調手段によって変調された光が形成する画像領域よりも小さな開口が開けられ、前記画像領域の周辺部を遮るアパーチャを有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項９】
前記アパーチャは、
前記回転機構と前記ミラーとの間に設置される請求項８に記載のインターフェース装置。
【請求項１０】
前記アパーチャは、
前記ミラーと前記投射レンズとの間に設置される請求項８に記載のインターフェース装置。
【請求項１１】
前記アパーチャは、矩形状の開口を有し、
前記画像処理手段は、前記ヘッドの回転に追従させて、前記画像形成面に形成される前記画像を回転する画像処理を行う請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１２】
前記アパーチャは、円形の開口を有する請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１３】
前記本体および前記ヘッドのうち一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凸部を有し、
前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部と係合させる凹部を有し、
前記回転機構は、
前記凸部と前記凹部とを係合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１４】
前記本体および前記ヘッドの一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、端部に外縁構造が形成された凸部を有し、
前記本体および前記ヘッドの他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部の外縁構造と係合させる係合構造が形成された凹部を有し、
前記回転機構は、
前記凸部の外縁構造を前記凹部の係合構造に係合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１５】
前記本体および前記ヘッドのうち一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って軌道構造が形成された凸部を有し、
前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部の軌道構造に対面する軌道輪が形成された凹部を有し、
前記回転機構は、
前記凸部の軌道構造と、前記凹部の軌道輪とを複数の転動体を介して係合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１６】
前記本体および前記ヘッドのうち一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凸部を有し、
前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凹部を有し、
前記回転機構は、
外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１７】
前記本体および前記ヘッドは、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凹部を有し、
前記回転機構は、
両端部が回転可能に係合された回転部材の両端を前記本体および前記ヘッドの各々の凹部に嵌合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１８】
前記ヘッドの下部におもりを配置する請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項１９】
前記回転機構は、
前記本体に対して前記ヘッドを自動的に回転させる自動回転機構を有し、
前記本体は、
前記本体または前記ヘッドの傾きを検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された傾きに基づいて前記自動回転機構の動作を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御に応じて前記自動回転機構を駆動する駆動手段とを有する請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項２０】
前記回転機構は、
前記本体に対して前記ヘッドを自動的に回転させる自動回転機構を有し、
前記ヘッドは、
前記本体または前記ヘッドの傾きを検知する検知手段を有し、
前記本体は、
前記検知手段によって検知された傾きに基づいて前記自動回転機構の動作を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御に応じて前記自動回転機構を駆動する駆動手段とを有する請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【請求項２１】
前記本体および前記ヘッドの一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って歯車状の凹凸が形成された凸部を有し、
前記本体および前記ヘッドの他方は、前記凸部が挿入される凹部と、挿入された前記凸部の凹凸に噛み合う歯車が回転軸に取り付けられたモータとを有し、
前記自動回転機構は、
外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させ、前記凸部の凹凸と前記モータに取り付けられた歯車とを噛み合わせた構成を有する請求項１９または２０に記載のインターフェース装置。
【請求項２２】
前記本体および前記ヘッドの一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凸部を有し、
前記本体および前記ヘッドの他方は、前記凸部が挿入される凹部と、回転軸に歯車が取り付けられたモータとを有し、
前記自動回転機構は、
外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させ、前記モータの回転軸に取り付けられた歯車と前記凸部の外周とをベルトで連結した構成を有する請求項１９または２０に記載のインターフェース装置。
【請求項２３】
前記ヘッドは、
前記ミラーの後段に、前記変調手段によって変調された光に含まれる０次光が入射され、入射された前記０次光の出力を計測する出力測定手段を有する請求項１乃至２２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターフェース装置に関する。特に、位相変調型の空間変調素子を用いたプロジェクタを搭載するインターフェース装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタとカメラとを組み合わせたインターフェース装置の開発が進んでいる。そのようなインターフェース装置では、プロジェクタから被投射面に画像を投射し、投射された画像に対する操作者の手や指の位置や動きをカメラで検出することによって、インタラクティブな動作を実現する。非特許文献１には、プロジェクタとカメラとを用いたEverywhere Displays Projector（以下、ＥＤプロジェクタ）というインターフェース装置が開示されている。【０００３】
特許文献１には、プロジェクタによって映像が投影されたスクリーンに対して直接的に指示するためのインターフェース装置について開示されている。特許文献１のインターフェース装置のデバイス本体には、カメラのレンズと、プロジェクタのレンズとが、それらの光軸がほぼ一致するように近接して配置されている。そのため、カメラとプロジェクタとを独立して制御することなく、プロジェクタによって投射した画像をカメラによって撮像することができる。【０００４】
プロジェクタとカメラとを組合せてインタラクティブな動作を行わせるウエアラブルなインターフェース装置においては、図３９のように、装着する人の体型や装着の仕方によって、プロジェクタの投射方向が所望の方向からずれることがある。また、現状では、図４０のように、装着する人が姿勢を変えるなどしてプロジェクタの投射方向がずれた場合、装置を装着し直す必要がある。【０００５】
ウエアラブルなインターフェース装置では、装置を装着する操作者が動くことが想定されるため、プロジェクタの投射方向がずれるたびに装置を装着しなおす必要性が生じると、操作性が低下することにつながる。また、インターフェース装置は、種々の作業に適用されうるが、作業の種類が変わる度に装置の装着状態を変更することも操作性の低下につながる。【０００６】
そのため、装置本体に対して、プロジェクタの投射角度やカメラの撮像方向を可変とすることが求められる。【０００７】
特許文献２には、カメラの撮影方向をキーボードからの指示によって変更できるカメラ付き携帯端末装置が開示されている。特許文献２のカメラ付き携帯端末装置は、カメラのレンズと受光部を載せて携帯端末装置の縦軸を回転軸として回転する回転台を有するカメラユニットを備える。【０００８】
特許文献３には、任意の方向の被写体を撮影し、その被写体から発せられる音声を確実に集音する携帯端末装置が開示されている。特許文献３の携帯端末装置は、カメラの撮影窓とマイクの集音口とを同じ方向に向けて搭載した回転体が、携帯端末装置を構成する筐体の端部に対して回動可能に軸支されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１６００７９号公報
【特許文献２】特開２００５−２７５１２６号公報
【特許文献３】特開２００４−２５８９１６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｃ．Ｐｉｎｈａｎｅｚ、「Ｅｖｅｒｙｗｈｅｒｅ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、ＩＢＭ、［２０１４年５月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｓｅａｒｃｈ．ｉｂｍ．ｃｏｍ／ｐｅｏｐｌｅ／ｐ／ｐｉｎｈａｎｅｚ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｕｂｉｃｏｍｐ０１．ｐｄｆ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１のように、カメラのレンズとプロジェクタのレンズとを近接して配置すれば、カメラとプロジェクタの光軸をほぼ一致させ、カメラとプロジェクタを含むユニットを小型化することができる。そして、特許文献２や特許文献３のように、小型化したユニットを装置とは独立して可動にする構造にすれば、プロジェクタの投射方向やカメラの撮像方向がずれた場合、ユニットの角度を変えることによって投射方向を調整することができる。しかし、特許文献２や特許文献３のような構成では、プロジェクタの光源を装置内に留めてしまうと、光源から投射レンズまでの光学系にずれが生じて画像を投射できない。そのため、装置とは別に構成したユニット内部に光源を入れなくてはならず、ユニットの小型化に限界があるという問題点があった。【００１２】
本発明の目的は、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のインターフェース装置は、レーザ光を出射する光源と、レーザ光が入射され、入射されたレーザ光を変調する変調手段とを有する本体と、変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域に向けて画像を形成する光を反射するミラーと、操作領域を含む領域を撮像する撮像手段とを有するヘッドとを備え、本体とヘッドとは、画像を形成する光が通過する位置に設置され、画像を形成する光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置を操作者が装着する一例を示す概念図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の回転機構の一例の斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の回転機構の一例の断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの透視図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの正面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの側面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のミラーの構成例を示す概念図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドにおける光の経路を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のミラーの他の構成例を示す概念図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のアパーチャの構成例を示す概念図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のアパーチャの構成例について説明するための概念図である。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のアパーチャの他の構成例を示す概念図である。
【図１９】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１の回転機構の概念図である。
【図２０】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１の回転機構の斜視図である。
【図２１】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１の回転機構の断面図である。
【図２２】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１において、本体とヘッドとを係合させた際の回転機構の周辺部の断面図である。
【図２３】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例２の回転機構の概念図である。
【図２４】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例２の回転機構の斜視図である。
【図２５】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例２の回転機構の断面図である。
【図２６】本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置において、本体に対してヘッドを固定するための構造の概念図である。
【図２７】本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。
【図２８】本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。
【図２９】本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の回転部材の一例の断面図である。
【図３０】本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の変形例の正面図である。
【図３１】本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の回転部材の変形例の断面図である。
【図３２】本発明の第３の実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。
【図３３】本発明の第３の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。
【図３４】本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。
【図３５】本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の自動回転機構を説明するための概念図である。
【図３６】本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の変形例の自動回転機構を説明するための概念図である。
【図３７】本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の変形例の本体およびヘッドの内部構成および回転機構を説明するための概念図である。
【図３８】本発明の第５の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの内部構成を説明するための概念図である。
【図３９】ヘッドが本体に対して回転しないインターフェース装置の装着例を示す概念図である。
【図４０】ヘッドが本体に対して回転しないインターフェース装置を装着して姿勢を変えた際の投射画像の投射方向を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由が無い限り、同様箇所には同一符号を付し、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００１７】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置１について、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、本実施形態に係るインターフェース装置１の構成を示す概念図である。図１はインターフェース装置１の斜視図であり、図２はインターフェース装置１の正面図である。
【００１８】
〔構成〕
図１および図２のように、本実施形態に係るインターフェース装置１は、本体１０、ヘッド２０、装着部５０を備える。ヘッド２０は、操作者の操作領域に投射画像を投射するための投射レンズ２１と、操作領域を撮像するカメラレンズ２５とを有する。
【００１９】
図３のように、本実施形態に係るインターフェース装置１は、例えば操作者の胸元に装着される。図３の左側のように、操作者が正面を向いている場合、ヘッド２０は、操作者に対して正面となるＢ方向に向けて投射画像を投射する。そして、図３の右側のように、操作者が前屈みになった場合であっても、ヘッド２０は、操作者が正面を向いている場合と同じＢ方向に向けて投射画像を投射する。以下において、この機能について説明する。
【００２０】
図４は、本実施形態に係るインターフェース装置１の機能構成を示すブロック図である。インターフェース装置１は、投射手段２、撮像手段３、制御手段４を備える。
【００２１】
投射手段２は、制御手段４の制御に従って、操作者の操作を受け付ける操作領域５にユーザインターフェース（以下、ＵＩ）を含む画像を投射する（ＵＩ：User Interface）。
【００２２】
撮像手段３は、インターフェース操作を行う操作領域５を含む領域を撮像する。撮像手段３は、例えば一般的なカメラの機能によって実現できる。また、撮像手段３は、例えば赤外光や紫外光などといった可視光以外の波長の光を撮像できる機能を有してもよい。また、撮像手段３は、例えば深度センサやＴＯＦ（Time of Flight）カメラなどの機能を含んでいてもよい。
【００２３】
制御手段４は、インターフェース装置１全体を制御する。制御手段４は、撮像手段３によって撮像された画像を取得し、取得した画像に含まれる操作者の指や手などの位置や動作を操作として認識する。制御手段４は、認識した結果に基づいた適切な画像信号を投射手段２に提供し、投射手段２によって画像信号を画像として投射させる。また、制御手段４は、表示される各画像の位置を撮像手段３に撮像させ、投射画像と撮像画像との位置関係を示す座標を明らかにし、各画像が相互に整合するように制御する。
【００２４】
すなわち、制御手段４は、撮像手段３が撮像した領域内のＵＩなどの画像に対して行われた操作に応じた画像情報を投射手段２に提供するとともに、その画像情報を画像として投射するように投射手段２を制御する。
【００２５】
制御手段４は、例えば演算装置や制御装置などを含むコンピュータの機能によって実現できる。インターフェース装置１の制御手段４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどの機能を含むマイクロコンピュータによって実現することが好ましい。また、制御手段４は、一般的なコンピュータの機能を有するデバイスによって実現してもよい。
【００２６】
＜本体＞
図５は、本実施形態に係るインターフェース装置１の構成を説明するための概念図である。図５のように、インターフェース装置１の本体１０は、光源１１、位相変調型の変調器１２、フーリエ変換レンズ１３および画像処理手段１５を有する。
【００２７】
光源１１は、特定の波長のレーザ光を発する少なくとも一つのレーザ光源を有する。光源１１は、複数の波長のレーザ光を出射するように、複数の光源を有していてもよい。また、光源１１は、可視光領域の波長の光を出射してもよいし、紫外領域や赤外領域などの可視光以外の波長の光を出射してもよい。
【００２８】
変調器１２は、光源１１が出射したレーザ光を変調する変調素子を含む変調手段である。変調手段は、光源１１によって出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を変調する。
変調器１２は、位相変調型の変調素子を含む構成とすることが好ましい。
【００２９】
位相変調型の変調素子は、格子状に並んだ複数の受光領域を有する。制御手段（図示しない）は、各受光領域に入射されたレーザ光の位相と、各受光領域が出射するレーザ光の位相との差分を決定づけるパラメータ、例えば屈折率や光路長などの光学的特性が変化するように制御する。例えば、制御手段は、各受光領域に印加する電圧を制御することによって各受光領域の屈折率を変化させ、受光領域間に屈折率の差を発生させる。各受光領域に入射されたレーザ光は、受光領域間の屈折率の差に基づいて適宜回折される。その結果、表示素子に入射した入射光の位相分布は、各受光領域の光学的特性に応じて変調される。
【００３０】
位相変調型の変調素子は、例えば、強誘電性液晶やホモジーニアス液晶、垂直配向液晶などによって実現される。例えば、位相変調型の変調素子は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）を用いて実現される。
【００３１】
本実施形態においては、変調器１２の表示面に対して、レーザ光の入射角を非垂直にする。すなわち、光源１１から出射されるレーザ光の出射軸を変調器１２の表示面に対して斜めにする。位相変調型の変調素子（ＬＣＯＳ）は、屈折率変化によって波面の位相を変調するだけであって、偏光を変調するわけではない。そのため、偏光ビームスプリッタを用いて位相変調型の変調素子に垂直入射させた光は、変調素子で変調された後に入射方向に逆行して戻ってしまう。そのため、偏光ビームスプリッタを用いて位相変調型の変調素子に光を垂直入射することはできない。また、偏光を伴わないビームスプリッタを用いれば、位相変調型の変調素子に垂直入射した光を変調して取り出すことはできるが、効率は１／４になってしまう。なぜならば、ビームスプリッタに入射した光はビームスプリッタを通過する際に二つの方向に分かれて半分の強度で変調素子に入射し、変調素子で変調された光は再度ビームスプリッタを通過する際に二つの方向に分かれてさらに半分の強度になるためである。そのため、本実施形態においては、変調器１２に対してレーザ光の出射軸を斜めに設定することによって、ビームスプリッタを用いなくても変調器１２に光を入射させて効率を向上させる。
【００３２】
なお、変調手段は、強度変調型の変調素子を含む構成としてもよい。強度変調型の変調素子を含む構成によって変調手段を実現する場合、フーリエ変換レンズ１３は省略することができる。
【００３３】
フーリエ変換レンズ１３は、変調器１２によって位相変調された光をフーリエ変換するレンズである。すなわち、フーリエ変換レンズ１３は、変調器１２によって位相が変調された光が入射され、入射された光をフーリエ変換する。
フーリエ変換レンズ１３によってフーリエ変換された画像は、一種の回折格子が集合体を形成したような画像になり、これらの回折格子で回折された光が集まることによって画像が形成される。
【００３４】
画像処理手段１５は、ヘッド２０の回転に合わせて画像を回転させる処理をする。すなわち、画像処理手段１５は、ヘッドの回転に伴って投射画像が回転しないように、画像を形成する信号処理によって投射画像が適切な方向を向くように調整する。画像処理手段１５は、ヘッド２０の回転に合わせて回転補正した投射画像が投射される画像を変調器１２に表示させる。例えば、本体１０に対してヘッドが＋５度回転した場合、何も画像処理をしないと投射画像は時計周りまたは半時計周りに回転してしまう。このような場合、画像処理手段１５は、フーリエ変換レンズ１３による画像形成面に形成される画像が＋５度回転するための画像を変調器１２に出力すればよい。すなわち、画像処理手段１５は、本体１０に対するヘッド２０の回転に応じて、画像形成面に形成される画像を回転する画像処理を行う。
【００３５】
以上が、本体１０の構成についての説明である。なお、本体１０は、図５に示していない構成要素を含んでいてもよい。
【００３６】
＜回転機構＞
また、図５のように、ヘッド２０は、回転機構３０によって本体１０に回転可能に接続されている。回転機構３０は、本体１０側の本体側回転部３１と、ヘッド２０側のヘッド側回転部３２とによって構成される。回転機構３０は、変調手段によって変調された光が通過する位置に設置される。回転機構３０には、変調手段によって変調された光が通過する開放部が形成される。
【００３７】
図６および図７は、回転機構３０を説明するために、本体側回転部３１を本体１０から取り外し、ヘッド側回転部３２をヘッド２０から取り外した図である。図６は、回転機構３０の斜視図である。図７は、図６の光軸Ｆ−Ｆ’を通る直線で回転機構を切断した断面図である。なお、図６および図７の例では、本体側回転部３１にヘッド側回転部３２を係合させる簡単な構造を示しており、具体的な構造については後述する。
【００３８】
図６および図７の例において、本体側回転部３１およびヘッド側回転部３２は共に円筒状の形状を有する。フーリエ変換レンズ１３によって集束された光は、本体側回転部３１およびヘッド側回転部３２によって構成される回転機構３０の内部を通過する。すなわち、回転機構３０には、フーリエ変換レンズ１３によってフーリエ変換された光が通過する開放部が形成されている。
【００３９】
図６および図７の例では、本体側回転部３１の内側にヘッド側回転部３２の外周が係合する構造になっており、ヘッド側回転部３２は本体側回転部３１の内側に回転可能に係合される。この場合、本体側回転部３１が凹部に相当し、ヘッド側回転部３２が凸部に相当する。なお、ヘッド側回転部３２の内側に本体側回転部３１が嵌め込まれる構造としてもよい。この場合、本体側回転部３１が凸部に相当し、ヘッド側回転部３２が凹部に相当する。
【００４０】
すなわち、本体１０およびヘッド２０の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に凸部を有する。そして、本体１０およびヘッド２０の他方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に凸部と係合させる凹部を有する。回転機構３０は、凸部と凹部とを係合させた構成を有する。
【００４１】
本実施形態において、操作者は、ヘッド２０の角度を手動で変更することによって、本体１０に対するヘッド２０の角度を所望の角度に調整することができる。操作者は、姿勢を変えるごとにヘッド２０の角度を変えてもよいし、固定させたままでもよい。また、操作者は、投射画像を映す対象物との位置関係によって、ヘッド２０の角度を調整してもよい。
【００４２】
以上が、回転機構３０についての説明である。なお、回転機構３０は、図５〜図７に示していない構成要素を含んでいてもよい。
【００４３】
＜ヘッド＞
図８は、ヘッド２０の斜視図である。図９は、図８の斜視図において、ヘッド２０の内部構成を透視した透視図である。図１０は、ヘッド２０の正面図である。図１１は、ヘッド２０を回転機構３０側から見た側面図である。
【００４４】
図９のように、ヘッド２０は、投射レンズ２１、ミラー２２、カメラレンズ２５、カメラ部２６を有する。なお、図８および図９には図示していないが、ヘッド２０は後述するアパーチャを有する。
【００４５】
投射レンズ２１は、操作領域５に投射画像を投射するためのレンズである。投射レンズ２１には、ミラー２２によって反射された光が入射される。投射レンズ２１は、入射された光を投射画像として拡大投射する。
【００４６】
ミラー２２は、光を反射する反射面を有する。ミラー２２は、フーリエ変換レンズ１３によって集束された光を反射面に受け、投射レンズ２１に向けて反射する。すなわち、ミラー２２は、変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域５に向けて画像を形成する光を反射する。ミラー２２は、例えば、図１２のようにプリズム状の形状を有する。ミラー２２は、図１０のように、ヘッド２０の正面から見ると、投射レンズ２１の後方に配置される。なお、ミラー２２は、プリズム状の形状に限定されず、入射された光を反射することができる形状であればよい。
【００４７】
ミラー２２の反射面２４には、フーリエ変換レンズ１３によって変換された光に含まれる０次光が当たる位置に穴２３が開けられている。ミラー２２は、図１１のように、回転機構３０の開放部のほぼ中心に穴２３が開けられている。図１３のように、穴２３は、反射面２４からミラー２２を貫通するように形成される。なお、フーリエ変換レンズ１３によって集束された光がミラー２２の基材を透過することができる場合は、反射面２４の０次光が当たる位置から光が透過すればよいため、ミラー２２に穴２３を形成させなくてもよい。また、フーリエ変換レンズ１３によって集束された光に含まれる０次光の範囲が十分に小さい場合や、０次光を含めて反射する場合は、ミラー２２に穴２３を形成させなくてもよい。
【００４８】
図１４のように、フーリエ変換レンズ１３によって集束された光２００は、回転機構３０の開放部を通過し、ミラー２２に到達する。ミラー２２に到達した光２００のうち、０次光はミラー２２を突き抜ける。そして、ミラー２２に到達した光２００のうち、０次光以外の光は、反射面２４で反射されて投射レンズ２１に向かう。
【００４９】
なお、ミラー２２は、図１５のように、ガラスなどの基板２４０上に形成された薄膜２５０を有するミラー２２０のように構成してもよい。薄膜２５０は、ミラー２２０の反射面に鏡面状に形成され、フーリエ変換レンズ１３によって集束された光を反射する。薄膜２５０には、フーリエ変換レンズ１３によって変換された光に含まれる０次光が当たる位置に穴２３０が開けられている。なお、穴２３０は、基板２４０を貫通するように開けられていてもよいし、薄膜２５０のみに開けられていてもよい。ただし、基板２４０が光を通しにくい場合、基板２４０を貫通するように穴２３０を形成することが好ましい。
【００５０】
カメラレンズ２５は、操作領域５を撮像するためのレンズである。カメラレンズ２５は、単一もしくは複数のレンズを組み合わせた構成を有する。カメラレンズ２５には、例えば透明なガラスやプラスチックを材料として用いる。
【００５１】
カメラ部２６は、一般的なカメラの機能を有する。また、カメラ部２６は、例えば赤外光や紫外光などといった可視光以外の波長の光を撮像できる機能を有してもよい。また、カメラ部２６は、例えば深度センサやＴＯＦ（Time of Flight）カメラなどの機能を有してもよい。
【００５２】
なお、図示していないが、カメラ部２６は、撮像素子、画像処理プロセッサ、内部メモリおよびデータ出力部を含む。
【００５３】
撮像素子は、操作領域５を含む領域を撮像し、画像信号を取得するための素子である。撮像素子は、半導体部品が集積回路化された光電変換素子である。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）などの固体撮像素子によって実現できる。通常、撮像素子には、可視領域の光を撮像する素子を用いるが、赤外線や紫外線、Ｘ線、ガンマ線、電波、マイクロ波などの電磁波を撮像・検波できる素子を用いてもよい。
【００５４】
画像処理プロセッサは、撮像素子によって撮像された画像データに対して、暗電流補正や補間演算、色空間変換、ガンマ補正、収差の補正、ノイズリダクション、画像圧縮などの画像処理を実行する画像処理専用の集積回路である。なお、画像データを加工せずに出力する場合は、画像処理プロセッサを省略できる。画像処理プロセッサは、必要な処理ができるように設計されたプロセッサを用いればよい。
【００５５】
内部メモリは、画像処理プロセッサによって画像処理を行う際に処理しきれない画像データや、処理済みの画像データを一時的に格納する記憶素子である。なお、撮像素子によって撮像された画像データを内部メモリに一時的に記憶するようにしてもよい。内部メモリは、一般的なメモリによって実現すればよい。
【００５６】
データ出力部は、画像処理プロセッサによって処理された処理済みの画像データを制御手段４に出力する。
【００５７】
以上のカメラレンズ２５およびカメラ部２６が、インターフェース操作を行う操作領域５を含む領域を撮像する撮像手段３に相当する。
【００５８】
図１６は、ヘッド２０が有するアパーチャ２７について説明するための概念図である。本実施形態に係るインターフェース装置１のように位相変調型の変調器１２を用いる場合、フーリエ変換画像が形成される部分にアパーチャを設け、不要な光が投射されないようにすることが好ましい。
【００５９】
アパーチャ２７は、フーリエ変換レンズ１３によって変換された光に含まれる高次光を除去し、画像領域を特定する機能を有する。図１６には、矩形の枠状のアパーチャ２７を示している。アパーチャ２７の開口部は、変調器１２からの画像領域２８よりも小さく開口される。なお、図１６においては、アパーチャ２７の外枠を描いていないが、アパーチャ２７は、変調器１２からの画像領域２８の周辺部を遮る構造を有する。
【００６０】
アパーチャ２７は、本来焦点を結ぶ位置に設置する方が好ましい。本実施形態のミラー２２においては、ミラー２２の反射面２４上にアパーチャ２７を配置することが望ましい。しかしながら、本実施形態のようなミラー２２を用いる場合、アパーチャ２７は、反射面２４上に配置することは難しいので、例えば図５のヘッド側回転部３２近傍に配置する。なお、アパーチャ２７は、ミラー２２と投射レンズ２１との間に配置してもよい。すなわち、アパーチャ２７は、フーリエ変換レンズ１３の焦点位置に設置されることが好ましいが、高次光を除去する機能を発揮できさえすれば、焦点位置からずれていても構わない。
【００６１】
アパーチャ２７は、回転機構３０よりも小さい。アパーチャ２７は、ミラー２２上に形成される画像の周辺部の不要部分をカットする大きさとする。なお、どのようなアスペクト比の画像を作るかに応じて、アパーチャのサイズや方向を変える。
【００６２】
図１７は、ヘッド２０が本体１０に対して回転した場合のミラー２２、アパーチャ２７、画像領域２８および投射レンズ２１の相対的な関係を示す概念図である。ヘッド２０が回転すると、ヘッド２０と変調器１２の画像の位置関係が回転してしまうため、変調器１２上で画像を修正する必要がある。変調器１２上において画像を表示する領域を変えれば、アパーチャ２７が矩形状であっても、図１７のように、ヘッド２０の回転に追従させて、アパーチャ２７、画像領域２８および投射レンズ２１の相対的な関係が変わらないように制御できる。しかしながら、このような画像処理を行うためには複雑なプログラムを組む必要がある。
【００６３】
そのため、図１８のように、円形状のアパーチャ２７１を用いることが好ましい。円形状のアパーチャ２７１を用いれば、変調器１２上の画面上で中身の画像だけを回転させればよい。そのため、複雑なプログラムを用いなくても、ヘッド２０の回転に追従させて、アパーチャ２７、画像領域２８および投射レンズ２１の相対的な関係が変わらないように制御できる。また、円形状のアパーチャ２７１を用いれば、矩形状のアパーチャ２７を用いた場合よりも回転機構３０を小さくできるので、装置を小型化しやすくなる。
【００６４】
以上が、ヘッド２０についての説明である。なお、ヘッド２０は、図８〜図１８に示していない構成要素を含んでいてもよい。
【００６５】
本体１０とヘッド２０とは、例えば、回転機構３０の内部に設けた配線によって電気的に接続される。その場合、回転機構３０の内部に設けた配線は、投射光に影響を与えない位置に配置される。また、本体１０とヘッド２０とは、例えば、回転機構３０を経由させずに、外部に設けた配線によって電気的に接続してもよい。その場合、配線は、ヘッド２０の回転を妨げず、かつインターフェース装置１を装着する操作者の作業の邪魔にならない程度の長さにするのが好ましい。
【００６６】
カメラ部２６によって取得された情報は、上述の配線を介して、ヘッド２０から本体１０に送信される。なお、カメラ部２６によって取得された情報は、赤外線や電磁波を用いて本体１０に送信させてもよい。赤外線を用いる場合は、回転機構３０内部の開口を介してデータ送信すればよい。また、電磁波を用いる場合は、一般的な近距離無線通信技術を適用すればよい。
【００６７】
インターフェース装置１は、例えば一次電池や二次電池などの電源（図示しない）を備える。インターフェース装置１の電源は、本体１０およびヘッド２０のいずれかに設ければよい。例えば、本体１０またはヘッド２０に電源を設ける場合、上述の配線としては、カメラ部２６の取得した情報を送受信する配線に加えて、送電用の配線を設ける。また、インターフェース装置１の電源は、本体１０およびヘッド２０の両方に設けてもよい。
【００６８】
また、図５などには、回転機構３０がヘッド２０の長手方向の上側に配置するように図示しているが、ヘッド２０の長手方向の中心付近や下側に配置させてもよい。その場合、回転機構３０の位置に合わせてミラー２２を配置し、光軸Ｆ−Ｆ’がミラー２２の穴２３からずれないようにする。回転機構３０をヘッド２０の長手方向の中心付近や下側に配置する場合、ミラー２２の上部を空洞とさせたり、ミラー２２の上部にカメラ部２６を配置させたりしてもよい。
【００６９】
以上のように、本実施形態においては、撮像部および投射部を搭載したヘッドを本体に対して回転可能に接続する。
【００７０】
本実施形態に係るインターフェース装置は、一見すると簡単に実現できそうであるが、実際に実現することは難しい。通常の位相変調型のプロジェクタにおいては、レンズ系によって０次光が操作領域からずれるように設計している。しかし、このような通常の構成の場合、投射方向を変えるためには、プロジェクタ全体の方向を変える必要が生じるため、装置全体の方向を変える必要がある。
【００７１】
本実施形態に係るインターフェース装置は、図１４などに示すように、ミラーに開けた穴を介して０次光を逃がす構造を有する。ミラーの穴は、０次光の進行方向（光軸方向）に向けて開けられている。そのため、光軸を軸としてヘッドを回転させる際に、ヘッド内に配置したミラー以降の構成を回転させれば投射方向を変えることができる。
【００７２】
また、本実施形態においては、撮像部と投射部の位置関係が重要となる。撮像部は、カメラの機能として十分に小型化できるので、ヘッドの内部に内蔵できる。投射部は、上述のように、光源や変調器、フーリエ変換レンズを本体に内蔵させ、ミラーやアパーチャ、回転機構をヘッドに内蔵させればよい。その結果、投射部の一部と、撮像部とをヘッドに内蔵させればよくなるため、本体に対して回転可能な小型のヘッドを実現することができる。
【００７３】
その結果、本実施形態によれば、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供することができる。すなわち、本実施形態のインターフェース装置によれば、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるため、装置を装着しているユーザの姿勢が変化しても所望の被投射面に画像を投射することができる。
【００７４】
（変形例）
ここで、第１の実施形態に係るインターフェース装置１の変形例について説明する。
【００７５】
図１９〜図２２は、変形例１の回転機構３００に関する図である。
【００７６】
図１９は、変形例１の回転機構３００を、本体１０およびヘッド２０とともに、光軸Ｆ−Ｆ’を通る切断線で切断した断面図である。回転機構３００は、本体側回転部３０１と、ヘッド２０側のヘッド側回転部３０２とによって構成される。
【００７７】
図２０および図２１は、回転機構３００の構成のみを取り出した図である。ヘッド側回転部３０２は、第１のヘッド側回転部３０２−１、第２のヘッド側回転部３０２−２によって構成される。本体側回転部３０１は、円筒状の形状を有し、先端部の外縁を囲うように突出した外縁部をもつ。第１のヘッド側回転部３０２−１および第２のヘッド側回転部３０２−２は、本体側回転部３０１の外縁部を包み込むように係合される係合構造を有する。なお、本体側回転部３０１と同様の部位をヘッド２０に設け、ヘッド側回転部３０２と同様の部位を本体１０に設けてもよい。
【００７８】
本体側回転部３０１、第１のヘッド側回転部３０２−１および第２のヘッド側回転部３０２−２は、フーリエ変換レンズ１３によって集束された光が光軸Ｆ−Ｆ’に沿って通過するための開口を有する。
【００７９】
図２２は、本体側回転部３０１、第１のヘッド側回転部３０２−１および第２のヘッド側回転部３０２−２を係合させた図である。なお、図２２においては、本体１０とヘッド２０との間に隙間を描いていないが、ヘッド２０は、回転機構３００によって、本体１０に対して回転可能に接続される。
【００８０】
すなわち、本体１０およびヘッド２０の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に、端部に外縁構造が形成された凸部を有する。そして、本体１０およびヘッド２０の他方は、フーリエ変換された光が通過する内壁に凸部の外縁構造と係合させる係合構造が形成された凹部を有する。回転機構は、凸部の外縁構造を凹部の係合構造に係合させることによって構成される。
【００８１】
変形例１によれば、本体に対するヘッドの接続性を高めることができるため、より扱いやすくなる。
【００８２】
図２３〜図２５は、変形例２の回転機構３１０に関する図である。
【００８３】
図２３は、変形例２の回転機構３１０を、本体１０およびヘッド２０とともに、光軸Ｆ−Ｆ’を通る切断線で切断した断面図である。回転機構３１０は、本体側回転部３１１と、ヘッド２０側のヘッド側回転部３１２とによって構成される。
【００８４】
図２４および図２５は、回転機構３１０の構成のみを取り出した図である。図２５のように、ヘッド側回転部３１２は、軌道輪３１２−１、複数のボール３１２−２（転動体とも呼ぶ）によって構成される。本体側回転部３１１の端部の外周には、複数のボール３１２−２を受ける軌道構造が設けられている。本体側回転部３１１にヘッド側回転部３１２を係合させることによって、回転機構３１０は玉軸受の機能を発揮する。なお、変形例２の回転機構３１０の回転機能は、後述する第２の実施形態の回転部材３２０と類似の構造によって実現していてもよい。また、本体側回転部３１１と同様の部位をヘッド２０側に設け、ヘッド側回転部３１２と同様の部位を本体１０側に設けてもよい。
【００８５】
本体側回転部３１１およびヘッド側回転部３１２は、フーリエ変換レンズ１３によって集束された光が光軸Ｆ−Ｆ’に沿って通過するための開口を有する。
【００８６】
本体側回転部３１１とヘッド側回転部３１２とを係合させることによって、ヘッド２０は、回転機構３１０によって、本体１０に対して回転可能に接続される。
【００８７】
すなわち、変形例２では、本体１０およびヘッド２０の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って軌道構造が形成された凸部を有する。そして、本体１０およびヘッド２０の他方は、フーリエ変換された光が通過する内壁に、凸部の軌道構造に対面する軌道輪が形成された凹部を有する。回転機構３１０は、凸部の軌道構造と、凹部の軌道輪とを複数の転動体を介して係合させた構成を有する。
【００８８】
変形例１の回転機構３００や変形例２の回転機構３１０のような構造であれば、本体１０の傾きに応じてヘッド２０が自動的に回転し、ヘッド２０からの投射画像は常に正面になるように調整される。ところで、操作者にとって、投射画像が本体１０に対して所定の角度に固定されている方が好ましい場合もある。そのため、本体１０に対してヘッド２０の角度を所定の角度に固定するための留めがね（ラッチ）を設けてもよい。
【００８９】
図２６は、本体１０に対してヘッド２０を固定するためのラッチ４１である。ラッチ４１は、治具４３によって本体１０の側方上部に、上下方向に摺動可能に接続される。例えば、ヘッド２０の上部に、ラッチ４１の下端が嵌りこむ溝４５を設けておく。ラッチ４１を下方に押し込むと、ラッチ４１の下端が溝４５に嵌まり込み、本体１０に対してヘッド２０を固定することができる。また、本体１０とヘッド２０との間の隙間に、ラッチ４１の下端を嵌め込むようにしてもよい。なお、ヘッド２０は、本体１０に対して回転した状態でも固定される。図２６は、本体１０に対してヘッド２０を固定するための一例であって、本体１０に対してヘッド２０を固定する構造を図２６の例に限定するものではない。
【００９０】
変形例２によれば、図２６のような留め金構造を用いることによって、本体に対してヘッドを固定することが可能となる。その結果、ヘッドの固定・解放を操作者の望む通りに操作することができる。
【００９１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。
【００９２】
図２７は、本実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。図２８は、本実施形態に係るインターフェース装置の構成を説明するための概念図である。本実施形態に係るインターフェース装置は、取り外し可能な回転機構（回転部材３２０）を有する点が第１の実施形態とは異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるために説明は省略する。
【００９３】
回転部材３２０は、例えば図２９のように、外輪３２０−１と、内輪３２０−２と、外輪３２０−１と内輪３２０−２との間を転動する複数の転動体３２０−３と、複数の転動体３２０−３を保持する保持器３２０−４とを含む転がり軸受の構造を有する。なお、回転部材３２０は、滑り軸受けの構造を有してもよい。
【００９４】
回転部材３２０は、例えば、複数のボールを転動体３２０−３とする玉軸受、複数のころを転動体３２０−３とするころ軸受などによって実現する。また、回転部材３２０は、例えば、針軸受けや円錐ころ軸受、球面ころ軸受などによって実現してもよい。
【００９５】
回転部材３２０は、例えば、内輪３２０−２の内周に本体１０の凸部３２１が嵌合し、外輪３２０−１の外周がヘッド２０の凹部３２２に嵌合する大きさとする。この場合、本体１０の凸部３２１の開放部が光の経路となる。なお、回転部材３２０は、本体１０およびヘッド２０と着脱可能に係合させてもよいが、特に着脱する必要がなければ接合させてもよい。
【００９６】
すなわち、本体１０およびヘッド２０の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に凸部を有する。そして、本体１０およびヘッド２０の他方は、フーリエ変換された光が通過する内壁に凹部を有する。回転機構は、外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材３２０の外周を凹部に嵌合させ、回転部材３２０の内周を凸部に嵌合させた構成を有する。
【００９７】
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置によれば、回転部材を本体およびヘッドから取り外しできるため、本体およびヘッドと回転機構との係合構造を簡略化できる。また、本実施形態によれば、ボールベアリングなどの一般的な部品を回転部材として用いることができる。
【００９８】
（変形例）
本実施形態に係るインターフェース装置では、図３０および図３１のような回転部材３２５を用いてもよい。回転部材３２５は、本体側回転輪３２６と、ヘッド側回転輪３２７と、本体側回転輪３２６およびヘッド側回転輪３２７を回転支持する支持部３２８とによって構成される。本体側回転輪３２６およびヘッド側回転輪３２７は、軌道輪と、軌道輪の内側を転動する複数のボールとによって構成される。支持部３２８は、輪状の形状を有し、内部が開放されている。支持部３２８の両面には、本体側回転輪３２６およびヘッド側回転輪３２７の複数のボールを転動可能に支持するための溝が設けられている。回転部材３２５は、本体側回転輪３２６およびヘッド側回転輪３２７のボール側を、支持部３２８の溝に向ける構成とすることによって玉軸受の機能を得る。なお、回転部材３２５は、玉軸受以外の軸受の構造としてもよい。
【００９９】
回転部材３２５は、例えば、本体側回転輪３２６の外周が本体１０の凹部３２３に嵌り、ヘッド側回転輪３２７の外周がヘッド２０の凹部３２２に嵌る大きさとする。この場合、支持部３２８の内部の開放部が光の経路となる。なお、回転部材３２５は、本体１０およびヘッド２０と着脱可能に係合させてもよいが、特に着脱する必要がなければ接合させてもよい。すなわち、変形例の回転部材３２５では、本体１０側の凸部３２１の内径よりも大きい支持部３２８の内部の開放部が光の経路となる。
【０１００】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。
【０１０１】
図３２は、本実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。本実施形態に係るインターフェース装置は、ヘッド２０におもり２９が搭載されている点が第１の実施形態とは異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるために説明は省略する。
【０１０２】
おもり２９は、本体１０を傾けた際に、おもり２９の自重によって、ヘッド２０による投射方向が正面を向く程度の重さに設定する。例えば、一次電池や二次電池などの電源をおもり２９としてヘッド２０の下部に配置してもよい。また、ヘッド２０内部に設ける構成要素をヘッド２０の下部に配置させ、その構成要素の重さをおもり２９として機能させてもよい。
【０１０３】
本実施形態に係るインターフェース装置のヘッド２０は、回転機構によって、本体１０に回転可能に接続されている。ヘッド２０の下部には、おもり２９が設置されている。そのため、本体１０が上下方向の任意の方向に向いても、おもり２９の重さによってヘッド２０の投射方向は変わらない。
【０１０４】
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置によれば、ヘッドの下部におもりを搭載するため、インターフェース装置を装着する操作者の体型や姿勢の変化によって投射方向が変わることがない。
【０１０５】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。
【０１０６】
図３３は、本実施形態に係るインターフェース装置の構成を説明するための概念図である。図３４は、本体１０からヘッド２０を取り外した概念図である。本実施形態に係るインターフェース装置は、ヘッド２０を自動的に制御する自動回転機構が搭載されている点が第１の実施形態とは異なる。また、本実施形態においては、本体１０やヘッド２０の内部構成についても説明する。第１〜第３の実施形態と同様の構成・機能については、説明を省略する。
【０１０７】
図３３のように、本実施形態においては、本体１０とヘッド２０とが自動回転機構３４０によって接続されている。図３４のように、自動回転機構３４０は、回転部材３４１、モータ３４２、本体１０の凹部３４３、ヘッド２０の凸部３４５によって構成される。
【０１０８】
回転部材３４１は、第２の実施形態の回転部材３２０と同様の構成を有する。回転部材３４１は、本体１０の凹部３４３に挿入される。回転部材３４１の内側には、ヘッド２０の凸部３４５が挿入される。なお、凹部３４３と同様の部位をヘッド２０側に設け、凸部３４５と同様の部位を本体１０側に設けてもよい。
【０１０９】
本体１０は、第１の実施形態と同様に、光源１１、位相変調型の変調器１２、フーリエ変換レンズ１３を有する。さらに、本体１０は、検知手段１４、画像処理手段１５、制御手段１６、駆動手段１７を有する。本体１０には、第２の実施形態の変形例と同様の凹部３４３が設けられている。図３４のように、ヘッド２０には、先端部に外周に沿って歯車状の連続した凹凸が形成されている凸部３４５が設けられている。
【０１１０】
図３５は、自動回転機構３４０を本体１０の内側から見た概念図である。モータ３４２の回転軸の先端には、歯車が取り付けられている。モータ３４２の回転軸の先端に取り付けられた歯車は、ヘッド２０の凸部３４５先端の凹凸に噛み合う。モータ３４２が駆動されることによって回転機構が動作し、本体１０に対してヘッド２０を回転させる。
【０１１１】
すなわち、本体１０およびヘッド２０の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って歯車状の凹凸が形成された凸部３４５を有する。そして、本体１０およびヘッド２０の他方は、凸部３４５が挿入される凹部３４３と、挿入された凸部３４５の凹凸と噛み合う歯車が回転軸に取り付けられたモータ３４２とを有する。自動回転機構は、回転部材３４１の外周を凹部３４３に嵌合させ、回転部材３４１の内周を凸部３４５に嵌合させ、凸部３４５の先端の凹凸と、モータ３４２に取り付けられた歯車とを噛み合わせた構成を有する。
【０１１２】
また、モータ３４２の歯車の回転運動は、図３６のように、ベルト３４７を介して、凸部３４５先端の外周に形成された凹凸に伝わるように構成してもよい。図３６の構造では、本体１０およびヘッド２０の一方はフーリエ変換された光が通過する壁部に凸部３４５を有し、他方は凸部３４５が挿入される凹部３４３と、回転軸に歯車などの回転体が取り付けられたモータ３４２とを有する。自動回転機構は、回転部材３４１の外周を凹部３４３に嵌合させ、回転部材３４１の内周を凸部３４５に嵌合させ、モータ３４２の回転軸に取り付けられた回転体と凸部３４５の外周とをベルト３４７で連結した構成を有する。
【０１１３】
検知手段１４は、鉛直方向に対する傾きを検知する手段である。検知手段１４は、本体１０の鉛直方向に対する傾きを検知する。検知手段１４は、例えば、加速度センサやジャイロセンサによって実現する。検知手段１４は、検知した傾きに関する情報を画像処理手段１５および制御手段１６に送信する。
【０１１４】
なお、検知手段１４は、図３７のように、ヘッド２０側に搭載してもよい。その場合、検知手段１４は、ヘッド２０の鉛直方向に対する傾きを検知する。検知手段１４からの信号は、自動回転機構３４０の内部に設けられた配線を通じて、本体１０の画像処理手段１５および制御手段１６に送信するように構成すればよい。また、検知手段１４からの信号は、自動回転機構３４０の内部を介さずに、外部に設けられた配線を通じて本体１０の画像処理手段１５および制御手段１６に送信するように構成してもよい。
【０１１５】
画像処理手段１５は、検知手段１４から受信した情報に基づき、ヘッド２０の回転に合わせて所望の方向に画像を回転させる処理をする。画像処理手段１５は、ヘッド２０の回転に伴って投射画像が回転しないように、画像を形成する信号処理によって投射画像が適切な方向に向くように調整する。
【０１１６】
制御手段１６は、検知手段１４から受信した情報に基づき、重力に対して予め決められた方向や作業によって決められた方向にヘッド２０から画像が投射されるように、モータ３４２を駆動する駆動手段１７を制御する。制御手段１６は、予め設定されたプログラムに基づいて、ヘッド２０からの画像が適切な方向に投射されるように制御する。
【０１１７】
駆動手段１７は、制御手段１６の制御に応じて、モータ３４２を駆動する。
【０１１８】
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置は、鉛直方向に対する角度を予めプログラムされた方向に、ヘッドを機械的に回転させる機構を有する。そのため、操作者の体型や姿勢によって画像が不適切な方向に投射される問題を解消する。また、本実施形態に係るインターフェース装置は、予めプログラムされた投射方向にヘッド２０が向くよう角度調整する機能を有していてもよい。ヘッド２０の角度調整は、鉛直方向に対して常に同じ方向に制御するようにプログラムされていてもよいし、自動的に角度が切り替わるようにプログラムされていてもよい。
【０１１９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。
【０１２０】
図３８は、本実施形態に係るインターフェース装置のヘッド２０の構成を説明するための概念図である。なお、本実施形態のインターフェース装置の構成は、ヘッド２０以外は第１〜第４のいずれかの実施形態に係るインターフェース装置と同様の構成であるために詳細な説明は省略する。
【０１２１】
本実施形態に係るインターフェース装置のヘッド２０は、ミラー２２の穴２３を通過した光を検知する出力測定手段１８を有する。
【０１２２】
出力測定手段１８は、ミラー２２内部の穴２３を通過した０次光の進行軸上に配置される。ミラー２２を通過した０次光は、出力測定手段１８に入射する。なお、出力測定手段１８をミラー２２の上部または下部に配置し、ミラー２２とは別のミラーによって０次光を反射させて出力測定手段１８に入射させてもよい。
【０１２３】
出力測定手段１８は、レーザ光の出力を計測する。出力測定手段１８は、例えば、光を受けて電気信号を出力するセンサと、出力読み出しのための電子回路系とを含む構成とする。出力測定手段１８に用いるセンサには、光電検出器を用いて入射光子数に比例した電気信号を測定する光電変換方式や、レーザ光を光吸収体に吸収させて熱に変換して温度変化を測定する熱変換方式のものがある。光電変換方式を用いるセンサとしては、光電検出器を用いて入射光子数に比例した電気信号を測定するフォトダイオードが一例として挙げられる。また、熱変換方式を用いるセンサとしては、サーモパイルや焦電型センサが一例として挙げられる。特に、携帯型のインターフェース装置では、波長域は狭くてもよいが、高速応答性が求められるため、フォトダイオードを用いた光電変換方式が好適である。
【０１２４】
出力測定手段１８が計測した０次光の強度は、例えば図示しない制御手段に送信される。制御手段は、出力測定手段１８から受信した０次光の強度に基づいて、光源１１から出射されるレーザ光の強度を一定に保つように光源１１を駆動する駆動手段（図示しない）を制御する。なお、出力測定手段１８によって測定された０次光の強度に関する情報は、本体１０とヘッド２０との間に設けられた配線を通じて、本体１０側に送信される。上述の図示しない制御部や光源の駆動部は、本体１０側に設置すればよい。
【０１２５】
光源１１から出力されるレーザ光の出力が一定となるように設定されていれば、出力測定手段１８に計測される０次光の強度は一定となるはずである。しかしながら、光源１１を起動する際には、レーザ光の出力が一定に達するまでに時間が掛かる。実際のレーザ光の出力をモニターすることができれば、より早く目的の出力に安定させることができる。また、光源１１の出力が経時変化していくことを考慮すると、０次光を出力測定手段１８で計測することによって、光源１１から出射されるレーザ光の出力を制御することは有用である。
【０１２６】
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置によれば、投射光として使用しない０次光の出力を測定するため、出力を測定するための余分なレーザ光を出射する必要がない。そのため、本実施形態によれば、一般的な装置と比較して低消費電力でレーザ光を実測するシステムを構築することができる。
【０１２７】
なお、本実施形態においては、レーザ光の出力を計測する例を挙げたが、レーザ光の出力の替わりにエネルギーを計測するようにしてもよい。また、レーザ光の計測方法については、波長や波面、ビームプロファイル、偏光、パルス波形などを計測する様々な方法を用いることができる。
【０１２８】
以上の第１〜第５の実施形態に係るインターフェース装置は、それぞれ独立して構成してもよいし、互いに組み合わせて構成してもよい。
【０１２９】
以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【０１３０】
この出願は、２０１５年２月１３日に出願された日本出願特願２０１５−０２６４６１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１３１】
１    インターフェース装置
２    投射手段
３    撮像手段
４    制御手段
１０    本体
１１    光源
１２    変調器
１３    フーリエ変換レンズ
１４    検知手段
１５    画像処理手段
１６    制御手段
１７    駆動手段
１８    出力測定手段
２０    ヘッド
２１    投射レンズ
２２    ミラー
２３    穴
２４    反射面
２５    カメラレンズ
２６    カメラ部
２７    アパーチャ
２９    おもり
３０、３００    回転機構
３１、３０１    本体側回転部
３２、３０２    ヘッド側回転部
２３０    穴
２４０    基板
２５０    薄膜
２７１    アパーチャ
３２０、３２５    回転部材
３４０    自動回転機構
３４１    回転部材
３４２    モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2016129280.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2016129280.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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2016129280.tif 000044
2016129280.tif 000045
2016129280.tif 000046