JP6102750B2 - インターフェース装置、インターフェース装置の駆動方法、インターフェースシステムおよびインターフェースシステムの駆動方法 - Google Patents

インターフェース装置、インターフェース装置の駆動方法、インターフェースシステムおよびインターフェースシステムの駆動方法 Download PDF

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Description

本発明は、インターフェース装置、インターフェース装置の駆動方法、インターフェースシステムおよびインターフェースシステムの駆動方法に関する。
従来、コンピュータ、デジタル機器を中心とする機械と人とのインターフェースは、ボタン、キーボード、マウス等であった。近年では、インターフェースは、前述のものから、画面に直接触れるタッチインターフェースへと発展しており、さらに、ジェスチャーによる空間操作型インターフェースも開発されている。空間操作型インターフェースは、例えば、非特許文献１から３のものがあげられる。
非特許文献１には、マサチューセッツ工科大学で開発されている「SixthSense」が開示されている。「SixthSense」では、小型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により、カメラが指にはめた色サックの位置を認識し、様々なインタラクティブな操作を行える。
非特許文献２には、マイクロソフト社で開発されている「Omnitouch」が開示されている。「Omnitouch」は、人の肩に装置を乗せたインターフェースであり、小型プロジェクタと、対象物との３次元計測を行う「Xtion」（特許文献１参照）と呼ばれる装置が組み合わされており、色サックを用いず、直接手のジェスチャーを認識できる。
非特許文献３には、マサチューセッツ工科大学で開発されている「LuminAR」が開示されている。「LuminAR」は、ライトスタンド型のインターフェースであり、ライトスタンドのライトの部分に小型プロジェクタとカメラとが設けられており、機械的に動くアームを備える。
米国特許出願公開第２０１０／０１１８１２３号明細書
Pranav Mistry, SixthSense, MIT Media Lab, ［平成２３年１２月１６日検索］、インターネット(URL:http://www.pranavmistry.com/projects/sixthsense) Hrvoje Benko and Scott Saponas, Omnitouch, Microsoft, ［平成２３年１２月１６日検索］、インターネット(URL:http://research.microsoft.com/en-us/news/features/touch-101711.aspx) Natan Linder and Pattie Maes, LuminAR, MIT Media Lab, ［平成２３年１２月１６日検索］、インターネット(URL:http://fluid.media.mit.edu/people/natan/current/luminar.html)
「SixthSense」および「Omnitouch」は、操作するために投射する画像の位置を人が制御する必要がある。また、「SixthSense」および「Omnitouch」は、肩、手等を動かして、画像がそこに投射されるようにしなければならず、インターフェースを行う装置を人が装着していなくてはならない。「LuminAR」は、人は何も装着する必要はないが、ライトスタンドのライトの下に手を持っていかなくてはならない。これらは、人が機械に合わせる旧来型のインターフェースであり、ユビキタス型と呼ばれている。これからの世界において、機械と人とのインターフェースは、アンビエント型と呼ばれる、機械が人に合わせるインターフェースに変わっていくとされている。例えば、デジタルサイネージのような大型のものから、携帯端末、携帯電話等の小型のものまで、機械が人とその動きを認識して、状況にあったインタラクションを自律的に行うようになるのである。
アンビエント型のインターフェースを実現するには、「SixthSense」および「Omnitouch」のように、インターフェースを行う装置を人が装着することはできない。また、LuminARのような大きなアームを必要とするものは、例えば、携帯端末、携帯電話等の小型のものに組み込むことは困難である。
本発明の目的は、アンビエント型のインターフェースを実現するために、インターフェースを行う装置を人が装着する必要がなく、携帯端末、携帯電話等の小型のものに組み込むことが可能なインターフェース装置、インターフェース装置の駆動方法、インターフェースシステムおよびインターフェースシステムの駆動方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明のインターフェース装置は、
光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含み、
前記撮像手段により、対象物の位置が認識され、
前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドを回転可能であり、
前記光源から、光が発せられ、
前記可撓性導光手段により、前記光が、前記光源から前記走査手段に導かれ、
前記走査手段により、前記対象物に前記光が走査されることで画像が形成され、
前記撮像手段により、前記画像が認識され、
前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とが制御され、かつ、前記撮像手段により認識された画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号が発せられる。
本発明のインターフェース装置の駆動方法は、
光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含むインターフェース装置を用い、
前記撮像手段により、対象物の位置を認識する位置認識工程と、
前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドの向きを調整する調整工程と、
前記光源から、光を発する光発生工程と、
前記可撓性導光手段により、前記光を、前記光源から前記走査手段に導く導光工程と、
前記走査手段により、前記対象物に前記光を走査することで画像を形成する画像形成工程と、
前記撮像手段により、前記画像を認識する画像認識工程と、
前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とを制御し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する動作工程とを含む。
本発明のインターフェースシステムは、
前記本発明のインターフェース装置と、プロジェクタとを含み、
前記制御手段により、前記プロジェクタに所望の位置に画像を投射するように指示する信号が発せられる。
本発明のインターフェースシステムの駆動方法は、
光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含むインターフェース装置、およびプロジェクタを含むインターフェースシステムを用い、
前記撮像手段により、対象物の位置を認識する位置認識工程と、
前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドの向きを調整する調整工程と、
前記光源から、光を発する光発生工程と、
前記可撓性導光手段により、前記光を、前記光源から前記走査手段に導く導光工程と、
前記走査手段により、前記対象物に前記光を走査することで画像を形成する画像形成工程と、
前記撮像手段により、前記画像を認識する画像認識工程と、
前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とを制御し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する動作工程とを含み、
前記動作工程において、前記制御手段により、前記プロジェクタに所望の位置に画像を投射するように指示する信号を発する。
本発明によれば、アンビエント型のインターフェースを実現するための、インターフェースを行う装置を人が装着する必要がなく、携帯端末、携帯電話等の小型のものに組み込むことが可能なインターフェース装置、インターフェース装置の駆動方法、インターフェースシステムおよびインターフェースシステムの駆動方法を提供できる。
図１は、本発明のインターフェース装置の一例の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明のインターフェース装置の駆動方法の一例を示す図である。 図３は、本発明のインターフェース装置およびその駆動方法のその他の例を示す図である。 図４は、本発明のインターフェース装置のさらにその他の例の構成を示す図である。 図５は、本発明のインターフェース装置の光源、可撓性導光手段および走査手段の一例の構成を示す概略図である。 図６は、本発明のインターフェース装置のさらにその他の例の構成を示す図である。 図７は、本発明のインターフェース装置のさらにその他の例の構成を示す図である。 図８は、本発明のインターフェース装置の適用例を示す図である。 図９は、本発明のインターフェースシステムの一例を示す図である。 図１０は、本発明のインターフェースシステムのその他の例を示す図である。 図１１（ａ）は、本発明のインターフェース装置の駆動方法における画像形成工程の一例を示す図であり、図１１（ｂ）は、Xtionの基本的な原理および課題を示す図である。 図１２は、関連技術のインターフェース装置の駆動方法の一例を示す図である。
以下、本発明のインターフェース装置、インターフェース装置の駆動方法、インターフェースシステムおよびインターフェースシステムの駆動方法について、例を挙げて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されない。なお、以下の図において、同一部分には、同一符号を付している。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なる場合がある。
［実施例１］
図１のブロック図に、本発明のインターフェース装置の一例の構成を示す。図１に示すとおり、このインターフェース装置は、光源１０５と、可撓性導光手段１０６と、走査手段１０１および撮像手段１０２を含むヘッド１０３と、回転手段１０４と、制御手段１０９とを主要な構成要素として含む。
光源１０５は、例えば、可視光光源、赤外光光源等があげられる。前記可視光光源は、赤、緑および青の可視光を出力するものであることが好ましい。この可視光光源は、赤、緑および青の可視光を合成した出力を有するものであることが好ましいが、赤色光源、緑色光源および青色光源の集合体であってもよい。光源１０５は、レーザであることが好ましい。
可撓性導光手段１０６は、光源１０５から発せられた光を、走査手段１０１に導く。可撓性導光手段１０６は、例えば、光ファイバ、可撓性導波路等があげられる。
走査手段１０１は、対象物に前記光を走査する。走査手段１０１は、前記光を走査し得るものであればいかなるものであってもよく、例えば、集光レンズ、ミラーおよび走査素子等を含む従来公知のものを用いることができる。光源１０５が、可視光を出力する可視光光源を含む場合には、走査手段１０１は、可視光画像を投射するプロジェクタとして機能し得る。本発明では、後述のように、走査手段１０１により、前記対象物に赤外光を走査して画像を形成し、３次元計測を行うことが好ましい。図１において、１１０は、走査手段１０１による投射画像を示している。
撮像手段１０２は、前記対象物の位置および走査手段１０１による前記光の走査により形成された画像を認識する。撮像手段１０２は、例えば、デジタルカメラ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラ等があげられる。
ヘッド１０３は、走査手段１０１および撮像手段１０２を搭載し得るものであれば、その材質、形状等は特に制限されない。ヘッド１０３の具体例については、後述する。
回転手段１０４は、ヘッド１０３を回転し得るものであれば、いかなるものであってもよい。回転手段１０４の具体例については、後述する。
制御手段１０９は、光源１０５と、走査手段１０１と、撮像手段１０２と、回転手段１０４とを制御し、かつ、撮像手段１０２により認識された画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する。制御手段１０９は、例えば、中央処理手段（ＣＰＵ）等があげられる。制御手段１０９は、光源１０５、走査手段１０１、撮像手段１０２および回転手段１０４を、無線で制御し得るものであることが好ましい。有線制御の場合には、電線等に可撓性のものを用いる。
図２に、本発明のインターフェース装置の駆動方法の一例を示す。本例では、光源１０５が、前記可視光光源および前記赤外光光源を含み、可撓性導光手段１０６が、光ファイバであり、ヘッド１０３が、走査手段１０１および撮像手段１０２を包む直方体状の筐体であり、回転手段１０４が、ヘッド１０３を左右に回転させるモータであり、前記対象物が、手２０６である。図２において、制御手段１０９は、省略している。
（位置認識工程および調整工程）
まず、図２（ａ）に示すように、撮像手段１０２が、対象物（手）２０６を認識する。近年、画像認識の技術が進んできており、顔認証等は一般のデジタルカメラでも当たり前のものになってきている。手の認識も、同様にして実施可能である。ついで、図２（ｂ）に示すように、手２０６の位置に応じて、必要であれば、回転手段１０４によりヘッド１０３を回転させ、ヘッド１０３の向きを調整する。ここで、一度、手２０６を認識すれば、撮像手段１０２の画角２０５から外れるように手２０６が動いても追跡することが可能である。使用の形態によっては、ヘッド１０３を周期的に回転させて、対象物である人や手の動きを認識することも可能である。
（光発生工程、導光工程、画像形成工程および画像認識工程）
つぎに、図２（ｂ）に示すように、光源１０５が発した赤外光が光ファイバ１０６により走査手段１０１に導かれ、走査手段１０１により、手２０６に前記赤外光を走査することで画像を形成する。本例では、ストライプ状のパターン画像２０８を形成している。ついで、撮像手段１０２により、パターン画像２０８を認識し、３次元計測を行う（３次元計測工程）。３次元計測の方法としては、例えば、撮像手段と走査手段の走査素子との位置のずれを利用した三角測量、手２０６で反射して戻ってくるパターン画像２０８の位相変化をとらえるタイムオブフライト法等があげられる。本発明によれば、走査手段１０１および撮像手段１０２を含むヘッド１０３の向きを、任意かつ高速に変えることができる。これは、光源１０５および制御手段１０９と、走査手段１０１とを分離することにより、ヘッド１０３の体積を大幅に縮小可能なことによる。これを可能にしているのが、光源１０５から走査手段１０１に光を導く光ファイバ１０６である。また、デジタルカメラ等の撮像手段１０２は、近年、携帯電話等に搭載されていることから分かるように大幅な小型化が進んでおり、走査手段１０１および撮像手段１０２を含むヘッド１０３を、極めて小さく、軽く製造することが可能である。例えば、ヘッド１０３は、１ｃｍ３以下にすることが充分に可能である。例えば、走査手段１０１および撮像手段１０２は、それぞれ、およそ数ｍｍの径の中に収めることができる。実際、現在、いわゆるピコプロジェクタと呼ばれる小型のレーザプロジェクタに搭載されている走査系は、５ｍｍ３程度である。このような小さなヘッド１０３には、小さいが故に早い応答性を持たせることが容易である。特に、装置に対して対象物である手等が近くにある場合、この高速応答性は大きな効果となる。また、ヘッド１０３が小さいため、これを回転させる回転手段１０４も小さくて済む。ヘッド１０３および回転手段１０４の合計体積も、１〜２ｃｍ３程度で実現可能である。また、通常、光ファイバ１０６は、径が０．１ｍｍ程度であり、曲げにもフレキシブルに追随するため、ヘッド１０３の動きを阻害することがない。図２（ｂ）において、２０７は、走査手段１０１の投射範囲を示している。
（動作工程）
つぎに、制御手段１０９により、撮像手段１０２により認識された画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する。図２（ｃ）に示した例では、走査手段１０１により、選択画面の可視光画像２０９を投射している。これによって、インタラクティブな操作が可能である。例えば、手２０６によるジェスチャーによって可視光画像の表示を促し、それに応じて、手２０６の極近傍に何らかのオペレーションを促す可視光画像を投射し、それに手２０６が触れることによって動作を行う等である。本例では、可視光画像を用いているが、ジェスチャーで他のものをコントロールするのみであってもよい。
（実施例２）
図１１（ａ）に、本発明のインターフェース装置の駆動方法における画像形成工程の一例を示す。本例では、前記画像形成工程において、前記位置認識工程で認識した手２０６の位置に応じて、パターン画像２０８のパターンの密度を変更している。この点を除き、本例は、実施例１のインターフェース装置の駆動方法と同様である。
アンビエント型のインターフェースを実現するためには、機械が人を認識するために、広い認識空間を持たなくてはならない。認識空間が狭いということは、人の動きを制限することになるからである。この点において、現状の技術は多くの課題を抱えている。例えば、現在最も有力なジェスチャー入力装置であるXtionは、つぎのような課題を抱えている。
図１１（ｂ）に、Xtionの基本的な原理および課題を示す。図１１（ｂ）に示すとおり、Xtionは、赤外光パターン発生装置１１０１およびカメラ１１０２を備える。Xtionの基本原理は、いわゆる三角測量による３次元的な対象物認証である。赤外光パターン発生装置１１０１から投射される赤外光パターン１１０８が対象物（本例では、手）１１０６に当たり、手１１０６の形状に応じて発生する画像歪みを、カメラ１１０２で読み取る。赤外光パターン発生装置１１０１の投射範囲とカメラ１１０２の画角との重複する領域が認識空間となる。
投射した赤外光パターンは、投射距離が長くなるほど広がるため、装置に近い領域では密に、離れた領域では疎になる。したがって、手１１０６が装置に近すぎると判別できなくなり、手１１０６が装置から離れすぎると解像度が落ちる。現行の製品では、有効距離は、８０ｃｍ〜３ｍ程度となっている。また、図１１（ｂ）に示すように、認識空間が限られており、この空間から外れたものは認識できない。装置に近づくほど、この空間から外れやすいということになる。このように、現状の技術は、認識空間の狭いものとなっている。
これを解決するために、LuminARが備える機械的に動くアームで装置を制御すればよさそうである。しかし、小型プロジェクタとカメラとを人等の対象物の動きに合わせて動かすには、大きなアームが必要となり、例えば、携帯端末、携帯電話等の小型のものに組み込むことは困難である。
図１１（ｂ）に示した例では、投射距離によって粗密が発生するため認識空間が狭かったが、本例では、実施例１のインターフェース装置の駆動方法に加えて、さらに、投射距離によって前記パターンの密度を変更することにより、これを防止している。これにより、実施例１のインターフェース装置の駆動方法のように携帯端末、携帯電話等の小型のものに組み込むことを可能にしつつ、手２０６に対するパターンの密度をほぼ一定にすることができ、投射距離にかかわらず認識精度を一定に保つことが可能である。本例において、前記パターンの密度に代えて、パターン画像２０８そのものを変更してもよい。
（実施例３）
図３に、本発明のインターフェース装置およびその駆動方法のその他の例を示す。図３に示すとおり、本例のインターフェース装置およびその駆動方法は、回転手段１０４が、走査手段１０１の投射方向の軸を中心にヘッド１０３を回転させるモータであり、前記動作工程において、前記画像認識工程で認識した画像に応じて、回転手段１０４によりヘッド１０３を回転することで、可視光画像２０９を回転すること以外、実施例１のインターフェース装置およびその駆動方法と同様である。
本例では、図３（ａ）に示すように、前記画像認識工程で認識した手２０６の向きと、可視光画像２０９の向きとに不整合があったとき、図３（ｂ）に示すように、回転手段１０４によりヘッド１０３を回転することで、可視光画像２０９を回転し、正常な向きとすることが可能である。可視光画像２０９は、電気的に反転できるので、例えば、最大１８０度までの回転手段１０４があれば済む。
「SixthSense」および「Omnitouch」は、人の体に装置を装着しているため、人に対する可視光画像の向きは一定である。しかし、アンビエント型のインターフェースでは、人と装置の位置は、一定ではない。「SixthSense」および「Omnitouch」では、人の向きに合わせようとすると、図１２に示すような不具合が出てくる。図１２において、１２０１は小型プロジェクタ、１２０２は投射画像範囲、１２０３はその一部を使った可視光画像である。図１２に示すように、「SixthSense」および「Omnitouch」では、可視光画像１２０３の制御は、投射画像範囲１２０２の一部を使って行わざるを得ない。例えば、手で持っている新聞紙上への投射においては、新聞紙の位置が時々刻々と変わるため、その形に合わせて可視光画像１２０３を変えなければならず、より広い投射画像範囲１２０２の一部を用いてこれを実現している。可視光画像１２０３の明るさは、投射画像範囲１２０２の面積に反比例する。したがって、このような使用形態では、可視光画像１２０３は不必要に暗くなってしまう。
図１２に示したように、「SixthSense」および「Omnitouch」では、輝度低下を起こさずに可視光画像の向きを変えることは難しい。これに対し、本例によれば、輝度低下を起こすことなく、可視光画像の向きを変えることが可能である。
（実施例４）
図４に、本発明のインターフェース装置のさらにその他の例の構成を示す。図４に示すとおり、このインターフェース装置は、ヘッド１０３が、走査手段１０１および撮像手段１０２が乗せられた断面ほぼＵ字状の板（ｇｉｍｂａｌ）であり、回転手段が、ヘッド１０３を左右に回転させるモータ１０４ａと、ヘッド１０３を上下に回転させるモータ１０４ｂと、走査手段１０１の投射方向の軸を中心にヘッド１０３を回転させるモータ１０４ｃの３つを含むこと以外、実施例１のインターフェース装置と同様であり、ヘッド１０３の回転方向を増やせること以外、実施例１のインターフェース装置の駆動方法と同様にして駆動できる。
（実施例５）
図５の概略図に、本発明のインターフェース装置の光源、可撓性導光手段および走査手段の一例の構成を示す。図５に示すとおり、本例では、前記光源が、赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザの３種のレーザの出力を組合せ、１つのビームを出力する可視光レーザ１０５ａと、赤外光レーザ１０５ｂとを含む。可視光レーザ１０５ａおよび赤外光レーザ１０５ｂの出力は、それぞれ、異なる可撓性導光手段１０６ａおよび１０６ｂにより、走査手段１０１に導かれている。可撓性導光手段１０６ａおよび１０６ｂは、固定部５０６で束ねられ、走査手段１０１内へと延びている。走査手段１０１は、固定部５０７と、レンズ５０８と、走査素子５１２とを主要な構成要素として含む。走査素子５１２は、ミラー５１１を含む。レンズ５０８は、可撓性導光手段１０６ａおよび１０６ｂから出力される可視光レーザビーム５０９および赤外光レーザビーム５１０を走査素子５１２のミラー５１１に集光する。本例は、図５に示した部分を除き、実施例１と同様である。
一般に、レーザは、シングルモードである。シングルモードでは、可視光波長域は１本の可撓性導光手段で伝搬できるが、赤外光波長域までを１本の可撓性導光手段で伝搬するのは困難であり、赤外光が大きく減衰する。赤外光の波長によっては、完全に遮断される。そこで、本例では、可視光レーザ１０５ａの出力と赤外光レーザ１０５ｂの出力とを、それぞれ、異なる可撓性導光手段１０６ａおよび１０６ｂにより、走査手段１０１に導いている。最終的に、これらのビームを合成光学系で合成してもよいが、本例では、単に２本のビームを並べて投射させている。可視光の赤、緑および青のレーザは、可視光画像を形成するために、完全に１本のビームとして揃っていることが好ましいが、赤外光パターンは別の像になるので、可撓性導光手段１本分（例えば、約０．１ｍｍ）程度ずれていても問題はない。このようにすることで、赤外光の減衰、遮断の問題を解決できる。また、可撓性導光手段を２本束ねた程度では、ヘッドの動きを阻害することもない。
（実施例６）
図６に、本発明のインターフェース装置のさらにその他の例の構成を示す。本例は、ヘッド１０３が、走査手段１０１および撮像手段１０２を球形の筐体で包んだ形状であり、かつ、その周囲をリング状の支持体６０４で支持され、回転手段が、ヘッド１０３と支持体６０４との間に配置された超音波モータ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃである点を除き、実施例４と同様である。本例のインターフェース装置は、支持体６０４の内側に、ベアリングが設置されていてもよい。
本例によれば、回転手段を平面とし、ヘッドおよび回転手段の合計の体積をさらに小さくすることが可能である。具体的には、実施例４と同じ走査手段および撮像手段を用いて、ヘッドおよび回転手段の合計体積を、１／４以下にすることが可能である。
（実施例７）
図７に、本発明のインターフェース装置のさらにその他の例の構成を示す。本例は、回転手段が、前記筐体の外側に配置された３本のピン１０４ｄ、および３本のピン１０４ｄに振動を与える３つのアクチュエータ１０４ｅである点を除き、実施例６と同様である。図７（ｂ）において、７０７は、３本のピン１０４ｄの打点位置を示している。アクチュエータ１０４ｅは、例えば、圧電素子等があげられる。
本例は、実施例６の変形例であり、超音波モータの代わりに圧電素子の振動による打撃でヘッド１０３を回転する。本例によれば、支持体６０４と回転手段とを別々に形成することができ、調整が容易である。
（実施例８）
図８に、本発明のインターフェース装置の適用例を示す。図８において、１００が、本発明のインターフェース装置である。図８（ａ）に示すように、本例では、前記動作工程において、前記制御手段により、蛇口８０１からシンク８０３に水を出すという動作を行う信号を発している。
本例は、洗面台、キッチン、風呂場等での蛇口８０１のインタラクティブな制御を示している。手を下に持ってくると水が出る蛇口は、トイレの洗面台等で使われている。その場合は、水が出る、出ない、の２つの状態しかない。本例によれば、例えば、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、手８０６の平を上に上げる、または、手８０６の甲を下に下げるというジェスチャーによる温度の上げ下げの制御、および、図８（ｄ）に示すように、手８０６の人差し指を右に回すというジェスチャーによる流量の制御等も行うことができる。より具体的な適用例について説明すると、まず、人がシンク８０３に近づくと、本発明のインターフェース装置１００が、人が使いたいと考えていると認識し、シンク８０３内、もしくはその周辺にアクティブになったことを知らせる可視光画像や使い方を示した可視光画像を投射する。デパート、商店、レストラン等のトイレでは、ここで宣伝を流すことも可能である。その後は、人がやりたいことのジェスチャーを行うことで、それに従って蛇口８０１が動作する。このとき、前記走査手段により、状態を知らせる可視光画像８１０を、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように手８０６に投射してもよい。
（実施例９）
図９に、本発明のインターフェースシステムの一例を示す。本例においては、天井９０１に設置した本発明のインターフェース装置１００とそれに連動したプロジェクタ９０３が、遠隔操作手段（リモコン）なしでの空調機９０４の制御を可能にする。図９（ａ）に示すように、手９０６を、手の平を上に向けた状態で数秒保持すると、本発明のインターフェース装置１００が、人がリモコン操作をしたいと考えていると判断する。つぎに、図９（ｂ）に示すように、本発明のインターフェース装置１００の前記走査手段が、可視光画像（本例では、○印）９１０をその手の平に投射して、リモコン機能がアクティブになったことを人に知らせる。これにより、別のジェスチャーで状態を解除するまで、本発明のインターフェース装置１００は、手９０６がリモコンになっていると認識する。この状態で、図９（ｃ）に示すように、空調機９０４を指さすと、本発明のインターフェース装置１００は、人が空調機９０４を操作したいと考えたと判断し、図９（ｄ）に示すように、空調の情報、操作ボタン等の投射画像９０７を空調機９０４に投射するよう、プロジェクタ９０３に信号を発する。その投射画像９０７にもとづき、何らかのジェスチャーを行えば遠隔操作ができることになる。図９（ｅ）では、室温を下げる操作を行っている。
日常生活で手の平を上に向けて数秒保持することは少ない。本例では、このジェスチャーを起点とすることで、手９０６のなにげない動きで空調機９０４を操作してしまう可能性を下げている。また、本発明のインターフェース装置１００の前記走査手段から可視光画像（本例では、○印）９１０を投射することで、人は安心して次の操作を行うことができる。
本例のようなインターフェースシステムにおいては、操作可能な電子機器等を予め登録しておくことになる。本例では、空調機９０４を例に取ったが、テレビ、オーディオ機器、ラジオ、照明器具、扇風機、ストーブ、カーテン、シャッタ等、様々なものに応用可能である。プロジェクタ９０３からの画像の投射は、テレビ等自体、もしくは周辺の壁、床、天井等に対して行えばよい。
（実施例１０）
図１０に、本発明のインターフェースシステムのその他の例を示す。図１０において、１００ａおよび１００ｂが、天井１００１に設置した本発明のインターフェース装置であり、１００３が、プロジェクタである。
本例は、会議室でのプレゼンテーション支援システムを示している。図１０に示すように、人１００５は、プロジェクタ１００３から投射された投射画像１００９上のスライドを切り替える操作をジェスチャーで行っている。これは、本発明のインターフェース装置１００ａが人１００５のジェスチャーを認識してプロジェクタ１００３を操作することにより実行されている。人１００６は、本発明のインターフェース装置１００ｂを使ってテーブル１００７上に操作用の投射画像１００８を投射させている。このとき、本発明のインターフェース装置１００ｂは、前記走査手段により、人の向き、やりたいことを認識して適切な向きに投射画像１００８を投射している。このように、本発明のインターフェースシステムにより、何も持たない状態で全ての操作が行うことが可能となる。
上記の実施例の一部または全部は、以下の付記のようにも記載しうるが、以下には限定されない。
（付記１）
光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含み、
前記撮像手段により、対象物の位置が認識され、
前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドを回転可能であり、
前記光源から、光が発せられ、
前記可撓性導光手段により、前記光が、前記光源から前記走査手段に導かれ、
前記走査手段により、前記対象物に前記光が走査されることで画像が形成され、
前記撮像手段により、前記画像が認識され、
前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とが制御され、かつ、前記撮像手段により認識された画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号が発せられる、インターフェース装置。
（付記２）
前記光源は、可視光光源と、赤外光光源とを含み、
前記赤外光光源を用いて、３次元計測が行われる、付記１記載のインターフェース装置。
（付記３）
前記可視光光源は、赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザの３種のレーザの出力を組合せ、１つのビームを出力する可視光レーザであり、
前記赤外光光源は、赤外光レーザである、付記２記載のインターフェース装置。
（付記４）
前記可視光レーザの出力および前記赤外光レーザの出力は、それぞれ、異なる可撓性導光手段により、前記走査手段に導かれる、付記３記載のインターフェース装置。
（付記５）
前記回転手段は、前記走査手段の投射方向の軸を中心に前記ヘッドを回転させる回転手段を含む、付記１から４のいずれかに記載のインターフェース装置。
（付記６）
前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
前記回転手段は、前記ヘッドと前記支持体との間に配置された超音波モータを含む、付記１から５のいずれかに記載のインターフェース装置。
（付記７）
前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
前記回転手段は、前記筐体の外側に配置されたピン、および前記ピンに振動を与えるアクチュエータを含む、付記１から５のいずれかに記載のインターフェース装置。
（付記８）
前記可撓性導光手段は、光ファイバである、付記１から７のいずれかに記載のインターフェース装置。
（付記９）
前記対象物が、人体の特定部位であり、
前記制御手段により、前記特定部位が遠隔操作手段と認識され、
前記走査手段により、前記遠隔操作手段と認識されたことを知らせる可視光画像が前記特定部位に投射される、付記２から８のいずれかに記載のインターフェース装置。
（付記１０）
光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含むインターフェース装置を用い、
前記撮像手段により、対象物の位置を認識する位置認識工程と、
前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドの向きを調整する調整工程と、
前記光源から、光を発する光発生工程と、
前記可撓性導光手段により、前記光を、前記光源から前記走査手段に導く導光工程と、
前記走査手段により、前記対象物に前記光を走査することで画像を形成する画像形成工程と、
前記撮像手段により、前記画像を認識する画像認識工程と、
前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とを制御し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する動作工程とを含む、インターフェース装置の駆動方法。
（付記１１）
前記光源は、可視光光源と、赤外光光源とを含み、
前記光発生工程は、前記赤外光光源を用いて、３次元計測を行う３次元計測工程を含む、付記１０記載のインターフェース装置の駆動方法。
（付記１２）
前記可視光光源は、赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザの３種のレーザの出力を組合せ、１つのビームを出力する可視光レーザであり、
前記赤外光光源は、赤外光レーザである、付記１１記載のインターフェース装置の駆動方法。
（付記１３）
前記導光工程において、前記可視光レーザの出力および前記赤外光レーザの出力を、それぞれ、異なる可撓性導光手段により、前記走査手段に導く、付記１２記載のインターフェース装置の駆動方法。
（付記１４）
前記回転手段は、前記走査手段の投射方向の軸を中心に前記ヘッドを回転させる回転手段を含み、
前記動作工程において、前記走査手段から可視光画像を投射し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像に応じて、前記回転手段により前記ヘッドを回転することで、前記可視光画像を回転する、付記１１から１３のいずれかに記載のインターフェース装置の駆動方法。
（付記１５）
前記対象物が、人体の特定部位であり、
前記動作工程において、前記制御手段により、前記特定部位を遠隔操作手段と認識し、かつ、前記走査手段により、前記遠隔操作手段と認識したことを知らせる可視光画像を前記特定部位に投射する、付記１１から１４のいずれかに記載のインターフェース装置の駆動方法。
（付記１６）
前記画像形成工程において、パターン画像を形成し、かつ、前記位置認識工程において認識した前記対象物の位置に応じて、前記パターンの密度および前記パターンの少なくとも一方を変更する、付記１０から１５のいずれかに記載のインターフェース装置の駆動方法。
（付記１７）
付記１から９のいずれかに記載のインターフェース装置と、プロジェクタとを含み、
前記制御手段により、前記プロジェクタに所望の位置に画像を投射するように指示する信号が発せられる、インターフェースシステム。
（付記１８）
光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含むインターフェース装置、およびプロジェクタを含むインターフェースシステムを用い、
前記撮像手段により、対象物の位置を認識する位置認識工程と、
前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドの向きを調整する調整工程と、
前記光源から、光を発する光発生工程と、
前記可撓性導光手段により、前記光を、前記光源から前記走査手段に導く導光工程と、
前記走査手段により、前記対象物に前記光を走査することで画像を形成する画像形成工程と、
前記撮像手段により、前記画像を認識する画像認識工程と、
前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とを制御し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する動作工程とを含み、
前記動作工程において、前記制御手段により、前記プロジェクタに所望の位置に画像を投射するように指示する信号を発する、インターフェースシステムの駆動方法。
以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１２年１月２４日に出願された日本出願特願２０１２−１２１５８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。
１００、１００ａ、１００ｂ インターフェース装置
１０１ 走査手段
１０２ 撮像手段
１０３ ヘッド
１０４ 回転手段
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ モータ（超音波モータ）
１０４ｄ ピン
１０４ｅ アクチュエータ
１０５ 光源
１０５ａ 可視光レーザ
１０５ｂ 赤外光レーザ
１０６、１０６ａ、１０６ｂ 可撓性導光手段
１０９ 制御手段
１１０、９０７、１００８、１００９ 投射画像
２０５ 画角
２０６、８０６、９０６、１１０６ 手（対象物）
２０７ 投射範囲
２０８ パターン画像
２０９、８１０、９１０、１２０３ 可視光画像
５０６、５０７ 固定部
５０８ レンズ
５０９ 可視光レーザビーム
５１０ 赤外光レーザビーム
５１１ ミラー
５１２ 走査素子
６０４ 支持体
７０７ ピンの打点位置
８０１ 蛇口
８０３ シンク
９０１、１００１ 天井
９０３、１００３ プロジェクタ
９０４ 空調機
１００５、１００６ 人
１００７ テーブル
１１０１ 赤外光パターン発生装置
１１０２ カメラ
１１０８ 赤外光パターン
１２０１ 小型プロジェクタ
１２０２ 投射画像範囲

Claims (12)

  1. 光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含み、
    前記撮像手段により、対象物の位置が認識され、
    前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドを回転可能であり、
    前記光源から、光が発せられ、
    前記可撓性導光手段により、前記光が、前記光源から前記走査手段に導かれ、
    前記走査手段により、前記対象物に前記光が走査されることで画像が形成され、
    前記撮像手段により、前記画像が認識され、
    前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とが制御され、かつ、前記撮像手段により認識された画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号が発せられ、
    下記条件（１）または下記条件（２）を満たす、インターフェース装置。

    条件（１）：前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
    前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
    前記回転手段は、前記ヘッドと前記支持体との間に配置された超音波モータを含む。

    条件（２）：前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
    前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
    前記回転手段は、前記筐体の外側に配置されたピン、および前記ピンに振動を与えるアクチュエータを含む。
  2. 前記光源は、可視光光源と、赤外光光源とを含み、
    前記赤外光光源を用いて、３次元計測が行われる、請求項１記載のインターフェース装置。
  3. 前記可視光光源は、赤色レーザ、緑色レーザおよび青色レーザの３種のレーザの出力を組合せ、１つのビームを出力する可視光レーザであり、
    前記赤外光光源は、赤外光レーザである、請求項２記載のインターフェース装置。
  4. 前記可視光レーザの出力および前記赤外光レーザの出力は、それぞれ、異なる可撓性導光手段により、前記走査手段に導かれる、請求項３記載のインターフェース装置。
  5. 前記回転手段は、前記走査手段の投射方向の軸を中心に前記ヘッドを回転させる回転手段を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  6. 前記対象物が、人体の特定部位であり、
    前記制御手段により、前記特定部位が遠隔操作手段と認識され、
    前記走査手段により、前記遠隔操作手段と認識されたことを知らせる可視光画像が前記特定部位に投射される、請求項２から５のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  7. 前記ヘッドの体積は、１ｃｍ３以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  8. 前記ヘッドおよび前記回転手段の合計体積が、１〜２ｃｍ３である、請求項１から７のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  9. 光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含むインターフェース装置を用い、
    前記撮像手段により、対象物の位置を認識する位置認識工程と、
    前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドの向きを調整する調整工程と、
    前記光源から、光を発する光発生工程と、
    前記可撓性導光手段により、前記光を、前記光源から前記走査手段に導く導光工程と、
    前記走査手段により、前記対象物に前記光を走査することで画像を形成する画像形成工程と、
    前記撮像手段により、前記画像を認識する画像認識工程と、
    前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とを制御し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する動作工程とを含み、
    下記条件（１）または下記条件（２）を満たす、インターフェース装置の駆動方法。

    条件（１）：前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
    前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
    前記回転手段は、前記ヘッドと前記支持体との間に配置された超音波モータを含む。

    条件（２）：前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
    前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
    前記回転手段は、前記筐体の外側に配置されたピン、および前記ピンに振動を与えるアクチュエータを含む。
  10. 前記光源は、可視光光源を含み、
    前記回転手段は、前記走査手段の投射方向の軸を中心に前記ヘッドを回転させる回転手段を含み、
    前記動作工程において、前記走査手段から可視光画像を投射し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像に応じて、前記回転手段により前記ヘッドを回転することで、前記可視光画像を回転する、請求項９記載のインターフェース装置の駆動方法。
  11. 請求項１から８のいずれか一項に記載のインターフェース装置と、プロジェクタとを含み、
    前記制御手段により、前記プロジェクタに所望の位置に画像を投射するように指示する信号が発せられる、インターフェースシステム。
  12. 光源と、可撓性導光手段と、走査手段および撮像手段を含むヘッドと、回転手段と、制御手段とを含むインターフェース装置、およびプロジェクタを含むインターフェースシステムを用い、
    前記撮像手段により、対象物の位置を認識する位置認識工程と、
    前記回転手段により、前記対象物の位置に応じて、前記ヘッドの向きを調整する調整工程と、
    前記光源から、光を発する光発生工程と、
    前記可撓性導光手段により、前記光を、前記光源から前記走査手段に導く導光工程と、
    前記走査手段により、前記対象物に前記光を走査することで画像を形成する画像形成工程と、
    前記撮像手段により、前記画像を認識する画像認識工程と、
    前記制御手段により、前記光源と、前記走査手段と、前記撮像手段と、前記回転手段とを制御し、かつ、前記画像認識工程において認識した画像の状態に応じて、予め前記状態に対し定められた所定の動作を行う信号を発する動作工程とを含み、
    前記動作工程において、前記制御手段により、前記プロジェクタに所望の位置に画像を投射するように指示する信号を発し、
    下記条件（１）または下記条件（２）を満たす、インターフェースシステムの駆動方法。

    条件（１）：前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
    前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
    前記回転手段は、前記ヘッドと前記支持体との間に配置された超音波モータを含む。

    条件（２）：前記ヘッドは、前記走査手段および前記撮像手段を球形の筐体で包んだ形状であり、
    前記ヘッドは、その周囲をリング状の支持体で支持され、
    前記回転手段は、前記筐体の外側に配置されたピン、および前記ピンに振動を与えるアクチュエータを含む。
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