JP6763368B2 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、位相変調型の空間変調素子を制御する制御装置、制御方法および制御プログラムを記録したプログラム記録媒体に関する。

非特許文献１には、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が開示されている。非特許文献１のインターフェース装置では、プロジェクタが投射した画像に対して行われた操作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。

インターフェース装置のプロジェクタには空間変調素子が用いられる。空間変調素子の変調方式には、強度変調型と位相変調型とがある。位相変調型の空間変調素子は、強度変調型と比較して電力効率がよく、プロジェクタとスクリーンとの距離が離れても暗くならないように設計でき、変調素子の欠陥画素がスクリーン上の欠陥にならないという長所をもつ。

位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる画像は、反復フーリエ変換法などの演算処理を用いて逐一形成する。そのため、位相変調型の空間変調素子では、投射環境が変動したり、動画表示したりする場合には、計算量が膨大となって処理に遅延が生じることがある。

特許文献１には、入力された対象物を同一の動きをするグループに分類し、分類したグループごとに、特定時間後のホログラム面上に投影される光の干渉縞を作成する動画ホログラム表示装置について開示されている。特許文献１の装置は、作成された分類ごとの干渉縞をフレームバッファ内の異なるバッファに記憶し、全てのグループの処理が終了した後で各バッファの内容を一つのバッファに統合する。特許文献１の装置によれば、ホログラムを再計算することなしに、特定時間後の対象物の干渉縞を生成することができる。そのため、特許文献１の装置によれば、ホログラムの計算を高速に行い、リアルタイムの動画ホログラム作成および再生表示が可能となる。

特開平１０−２２２０４６号公報

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＞

ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）や回折光学素子の近傍領域に相当するフレネル領域においては、ＬＣＯＳや回折光学素子の表示面上の表示画像を動かすことによって、投射画像上の表示画像を動かすことができる。そのため、フレネル領域においては、特許文献１の手法によって、同一の動きをするグループごとに干渉縞を平行移動や回転処理させ、その後に全てのグループの干渉縞を統合することによって、所望の投射画像を形成させることができる。

しかし、フレネル領域とは異なり、フラウンホーファ領域に関しては、特許文献１の手法を適用して表示面上で表示画像を移動させても投射画像を動かすことはできない。そのため、フラウンホーファ領域を用いる場合は、特許文献１の手法を適用できないという問題点があった。また、特許文献１の手法では、投射画像の焦点位置が固定となるため、フォーカスフリーの投射画像を形成できないという問題点があった。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、フラウンホーファ領域にフォーカスフリーで投射する目的画像の位相分布を生成する演算を高速化する制御装置を提供することにある。

本発明の制御装置は、基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶し、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、自身が記憶している基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成する位相分布生成手段と、位相分布生成手段によって生成された目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする位相制御手段とを有する。

本発明の制御方法においては、基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶し、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成し、生成した目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする。

本発明のプログラム記録媒体には、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成する処理と、生成した目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする処理とをコンピュータに実行させる制御プログラムが記録される。

本発明によれば、フラウンホーファ領域にフォーカスフリーで投射する目的画像の位相分布を生成する演算を高速化する制御装置を提供することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る投射装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の光学系の構成を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置が用いる基本画像の位相分布を反復フーリエ変換処理によって生成する例について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置が用いる基本画像の位相分布を生成する際に行われる反復フーリエ変換処理について説明するためのフローチャートである。 被投射面上の振幅分布が反復フーリエ変換処理の処理回数に伴って変化する例について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の位相分布生成手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の位相分布生成手段に含まれる基本画像記憶部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の制御手段の基本画像記憶部が記憶する基本画像テーブルの一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の位相変調手段に含まれる空間変調素子の表示領域に表示される位相分布について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の位相変調手段に含まれる空間変調素子の表示領域に表示される位相分布について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る投射装置の制御手段が行う処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る制御手段の位相分布生成手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置の制御手段が行う基本画像の変換処理の一例である並進処理について説明するための概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置の制御手段が行う基本画像の変換処理の一例である回転処理について説明するための概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置の制御手段が行う基本画像の変換処理の一例である拡大・縮小処理について説明するための概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置の制御手段が行う基本画像の変換処理の一例である反転処理について説明するための概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置の制御手段による処理の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る投射装置の制御手段に含まれる処理部の構成を示すブロック図である。 反復フーリエ変換処理によって目的画像の位相分布を生成する例について説明するための概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る投射装置の制御手段が用いる基本画像の位相分布を基本画像記憶部に記録する例について説明するための概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る投射装置が用いる基本画像の位相分布を合成する例について説明するための概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る投射装置の制御手段が生成した目的画像の位相分布に対して、さらに反復フーリエ変換を行う例について説明するための概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る投射装置の制御手段による処理の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る投射装置の制御手段が用いる基本画像の位相分布を生成する反復フーリエ変換処理において、異なる明るさの均一振幅分布を用いて生成された位相分布を比較するための概念図である。 本発明の第４の実施形態に係る投射装置の制御手段が記憶する基本画像テーブルの一例を示す概念図である。 本発明の第４の実施形態に係る投射装置の制御手段が記憶する基本画像テーブルの一例を示す概念図である。 本発明の第４の実施形態に係る投射装置の制御手段が記憶する基本画像テーブルの一例を示す概念図である。 本発明の第４の実施形態に係る投射装置の制御手段が記憶する基本画像テーブルの一例を示す概念図である。 本発明の第４の実施形態に係る投射装置の光学系の構成例を示す概念図である。 本発明の第４の実施形態に係る投射装置の制御手段の構成例を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る投射装置の制御手段の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る投射装置の制御手段の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第５の実施形態に係る投射装置の制御手段に含まれる検出手段によって基本画像を抽出する例を説明するための概念図である。 本発明の第６の実施形態に係るインターフェース装置の構成を示す概念図である。 本発明の第６の実施形態に係るインターフェース装置の応用例を示す概念図である。 本発明の第６の実施形態に係るインターフェース装置の応用例の利用シーンを示す概念図である。 本発明の適用例に係るインターフェース装置が操作領域に表示させる画像の一例を示す概念図である。 本発明の適用例に係るインターフェース装置が備える投射部に含まれる制御手段が用いる基本画像テーブルの一例を示す概念図である。 本発明の適用例に係るインターフェース装置が備える投射部に含まれる制御部に入力されるデータの一例である。 本発明の適用例に係るインターフェース装置によって生成されるデータの一例を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る制御手段のハードウェア構成の一例である。

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、特に理由がない限り、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。また、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向きを限定するものではない。

（第１の実施形態）
＜構成＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る投射装置１の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る投射装置１の構成を示すブロック図である。図１のように、本実施形態に係る投射装置１は、制御手段１０、位相変調手段１３および投射手段１５を備える。

制御手段１０は、投射画像（目的画像とも呼ぶ）に関する情報（以下、目的画像情報）をサーバなどの上位システムから入力する。制御手段１０は、入力された目的画像情報に基づいて、目的画像に相当する光強度分布を被投射面に形成させるための位相分布（以下、目的画像の位相分布）を生成する。なお、制御手段１０は、無線または有線で投射装置１に接続された入力端末に入力された目的画像情報を取得してもよい。

目的画像情報は、目的画像を構成する基本画像に関する情報を含む。基本画像とは、例えば「○」などの円形、「△」や「□」などの多角形、「☆」や「※」などのマーク、「Ａ」や「Ｂ」などの文字といった基本的なパターン（以下、基本パターン）を少なくとも一つ含む画像である。なお、基本パターンは、ここで挙げたパターンに限らない。

例えば、目的画像情報には、目的画像を構成する基本画像を一意に特定する情報や、目的画像を構成する基本画像に含まれる基本パターンを特定する情報が含まれる。なお、目的画像情報に含まれる情報は、ここで挙げた限りではない。

制御手段１０は、上位システムや入力端末から入力された目的画像情報に含まれる基本画像の位相分布を記憶する。例えば、制御手段１０が記憶する基本画像の位相分布は、インターネットやイントラネットなどのネットワーク経由で接続されたサーバやコンピュータにおいて事前に生成されたものである。

制御手段１０は、入力された目的画像情報に基づいて、目的画像を構成する基本画像の位相分布を取り出し、取り出した基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成する。目的画像に単一の基本画像しか含まれない場合は、その単一の基本画像自体が目的画像の位相分布である。

制御手段１０は、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に照射されるレーザ光の位相と、表示領域で反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が変化するように位相変調手段１３を制御する。位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に照射されるレーザ光の位相と、表示領域で反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は、例えば、屈折率や光路長などの光学的特性に関するパラメータである。例えば、制御手段１０は、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に印加する電圧を制御することによって、表示領域の屈折率を変化させる。その結果、表示領域に照射されたレーザ光は、表示領域の屈折率に基づいて適宜回折される。すなわち、位相変調手段１３に照射されたレーザ光の位相分布は、表示領域の光学的特性に応じて変調される。なお、制御手段１０による位相変調手段１３の制御はここで挙げた限りではない。

制御手段１０は、目的画像を構成する基本画像の振幅分布と所定の位相分布とを初期値とし、反復フーリエ変換法などの演算によって生成された基本画像の位相分布を記憶する。

制御手段１０は、目的画像情報が入力された際に、入力された目的画像情報に含まれる基本画像の情報に基づいて、自身が記憶している基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成する。また、制御手段１０は、生成された目的画像の位相分布に基づいて位相変調型の空間変調素子を含む位相変調手段１３を制御する。

図２は、本実施形態に係る投射装置１の光学的な構成について説明するための概念図である。図２のように、本実施形態においては、光源１１が出射したレーザ光をコリメータ１２によって平行なレーザ光１１０とし、位相変調手段１３の表示面に入射する。なお、位相変調手段１３の表示面に表示させる画像の明るさなどに応じて、光源１１が出力するレーザ光の強度を制御手段１０が制御するように構成してもよい。

位相変調手段１３は、波面がそろったレーザ光１１０の入射を受け、入射されたレーザ光１１０の位相を変調する位相変調型の空間変調素子を含む。位相変調手段１３は、変調されたレーザ光１３０を投射手段１５に向けて出射する。

位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域には、被投射面上で目的画像を結像するための位相分布が表示される。位相変調手段１３の表示領域で反射されたレーザ光１３０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目的画像が形成される。

位相変調手段１３は、例えば、強誘電性液晶やホモジーニアス液晶、垂直配向液晶などを用いた空間変調素子によって実現される。位相変調手段１３は、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって実現される。

投射手段１５は、位相変調手段１３によって反射されたレーザ光１３０を投射光１５０として投射する光学系である。

本実施形態においては、図２のように、光源１１から出射されるレーザ光の出射軸を位相変調手段１３の空間変調素子の表示面に対して斜めにする。すなわち、本実施形態においては、位相変調手段１３の空間変調素子の表示面に対して、レーザ光の入射角を非垂直にする。位相変調手段１３の空間変調素子の表示面に対してレーザ光１１０の出射軸を斜めに設定すれば、ビームスプリッタを用いなくても位相変調手段１３にレーザ光１１０を入射できるため効率を向上させることができる。

位相変調手段１３で変調されたレーザ光１３０は、投射手段１５によって投射光１５０として投射される。図２のように、投射手段１５は、フーリエ変換レンズ１６、アパーチャ１７および投射レンズ１８を備える。

フーリエ変換レンズ１６は、位相変調手段１３の空間変調素子の表示面で反射されたレーザ光１３０を無限遠に投射した際に形成される像を、近傍の焦点位置に形成させるための光学レンズである。

アパーチャ１７は、フーリエ変換レンズ１６によって集束された光に含まれる高次光を消去し、画像領域を特定する機能を有する。アパーチャ１７の開口部は、アパーチャ１７における投射画像の画像領域よりも小さく開口され、投射画像の周辺領域を遮るように設置される。例えば、アパーチャ１７の開口部は、矩形状や円形状になるように形成される。なお、アパーチャ１７は、フーリエ変換レンズ１６の焦点位置に設置されることが好ましいが、高次光を消去する機能を発揮できれば、焦点位置からずれていても構わない。

投射レンズ１８は、フーリエ変換レンズ１６によって集束された光を拡大して投射する光学レンズである。投射レンズ１８は、位相変調手段１３に入力された位相分布に対応する目的画像が被投射面上に表示されるように投射光１５０を投射する。

〔反復フーリエ変換処理〕
ここで、反復フーリエ変換処理について説明する。一般に、反復フーリエ変換処理は、回折光学素子の設計を行うために用いられるが、位相変調型素子にも同様に用いることができる。

反復フーリエ変換法を含む反復回折型の最適化では、入射光が位相変調素子の表示面で反射された直後の波面と、被投射面まで回折伝搬された投射光の波面とに制約を課す。そして、位相変調素子の表示面と被投射面との間の伝搬・逆伝搬を繰り返し、被投射面上において目的画像を形成させる位相分布に集束させる。なお、基本画像の位相分布は、反復回折型に含まれる位相回復法を用いて生成することもできる。なお、制御手段１０が格納する基本画像の位相分布は、反復回折型の最適化のみならず、探索型や同時摂動法、誤差拡散法などの手法を用いて生成したものであってもよい。これ以降は、基本画像の位相分布を反復フーリエ変換法によって生成する例について述べる。

以下の反復フーリエ変換処理に関する説明では、目的画像の位相分布を生成する場合について説明するが、基本画像そのものを用いる場合においても同様に反復フーリエ変換処理を適用して位相分布を生成することができる。

図３は、反復フーリエ変換処理を説明するための概念図である。ただし、図３に示す各位相分布はダミーパターンであり、それらのダミーパターンの位相分布を用いて何らかの目的画像が得られるとは限らない。

空間変調素子直後の光電場分布をフーリエ変換すると、被投射面上における光電場分布Ｅが得られる。この被投射面上の光電場分布Ｅの２乗｜Ｅ｜²が目的画像の光強度分布に相当する。逆に、被投射面上における光電場分布Ｅを逆フーリエ変換すると、空間変調素子直後の光電場分布が得られる。反復フーリエ変換においては、逆フーリエ変換とフーリエ変換とを繰り返しながら、目的画像の位相分布の最適化を行う。

ここで、図４のフローチャートを用いて、反復フーリエ変換処理について説明する。図４の反復フーリエ変換処理は、制御手段１０が用いる目的画像の位相分布を生成する際に行われる。通常、本実施形態に係る投射装置１に関しては、目的画像情報を投射装置１に送信するサーバ等が基本画像の位相分布を生成する。

図４において、まず、目的画像の振幅分布２０１（Ｆ0）と、適切な位相分布２１１（ΔΦ0）とを初期値として設定する（ステップＳ１）。ここで設定する位相分布２１１（ΔΦ0）は、所定の位相分布であり、任意のパターンで構わない。例えば、位相分布２１１（ΔΦ0）は、ランダムパターンや、２次のレンズ状のパターン、リニアなパターンなどの任意なパターンでよい。

次に、振幅分布２０１（Ｆ0）および位相分布２１１（ΔΦ0）を用いて逆フーリエ変換演算（第１の逆フーリエ変換）を実行する（ステップＳ２）。第１の逆フーリエ変換によって、振幅分布２０２（ｆ1）および位相分布２１２（Δφ1）が生成される。すなわち、第１の逆フーリエ変換では、目的画像の振幅分布と、所定の位相分布とを組み合わせた光電場分布を逆フーリエ変換し、空間変調素子直後の光電場分布を生成する。なお、初期値として与える位相分布２１１（ΔΦ0）は、振幅分布２０１（Ｆ0）とは関係のないパターンであるため、ここで生成される振幅分布２０２（ｆ1）は乱雑なパターンになる。

次に、振幅分布２０２（ｆ1）を適切な画像に入れ替える。図３の例では、均一なレーザ光が位相変調手段１３の表示面に入射されると仮定し、振幅分布２０２（ｆ1）を均一振幅分布２０３（ｆ0）に置換する（ステップＳ３）。

次に、均一振幅分布２０３（ｆ0）および位相分布２１２（Δφ1）を用いてフーリエ変換演算（第１のフーリエ変換）を実行する（ステップＳ４）。第１のフーリエ変換によって、振幅分布２０４（Ｆ1）および位相分布２１３（ΔΦ1）が生成される。すなわち、第１のフーリエ変換では、第１の逆フーリエ変換によって生成した位相分布と、均一振幅分布とを組み合わせた光電場分布をフーリエ変換し、被投射面上における目的画像の光電場分布を生成させる。ここで生成される振幅分布２０４（Ｆ1）は、目的画像の振幅分布２０１（Ｆ0）のエッジが強調されたような画像になる。

処理を継続させる場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、振幅分布２０４（Ｆ1）を目的画像の振幅分布２０１（Ｆ0）に置換する（ステップＳ６）。ステップＳ６の後はステップＳ２に戻る。

一方、処理を終了させる場合（ステップＳ５でＮｏ）、図４のフローチャートに沿った処理を終了とする。この段階で得られた位相分布Δφが目的画像の位相分布である。例えば、被投射面上の光強度分布｜Ｅ｜²がどのような条件（所定の条件）に達するまで反復フーリエ変換を継続するのかを決めておき、その所定の条件が満たされた段階の位相分布Δφを用いて位相変調手段１３を制御するように設定すればよい。

ステップＳ６の後は、ステップＳ２に戻り、振幅分布２０１（Ｆ0）および位相分布２１３（ΔΦ1）を用いて逆フーリエ変換演算（第２の逆フーリエ変換）を実行する（ステップＳ２）。すなわち、第２の逆フーリエ変換では、第１のフーリエ変換によって生成した位相分布と、目的画像の振幅分布とを組み合わせた光電場分布を逆フーリエ変換し、空間変調素子直後の光電場分布を生成する。この段階で得られた位相分布（ΔΦ2）を用いれば、位相分布２１２（Δφ1）を用いたときよりも目的画像に近い光強度分布が得られる。

さらに、振幅分布（ｆ2）を均一振幅分布２０３（ｆ0）と置換する（ステップＳ３）。均一振幅分布２０３（ｆ0）および位相分布（Δφ2）を用いてフーリエ変換演算（第２のフーリエ変換）を実行すると、振幅分布（Ｆ3）および位相分布（ΔΦ3）が生成される（ステップＳ４）。すなわち、第２のフーリエ変換では、第２の逆フーリエ変換によって生成した位相分布と、均一な振幅分布とを組み合わせた光電場分布をフーリエ変換し、被投射面上における光電場分布を生成させる。なお、第１および第２のフーリエ変換は、実際には同様のフーリエ変換処理である。

ここで、反復フーリエ変換処理を継続させる場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、振幅分布（Ｆ4）を目的画像の振幅分布２０１（Ｆ0）に置換し（ステップＳ６）、ステップＳ２に戻る。

これ以降は、逆フーリエ変換演算（第２の逆フーリエ変換）とフーリエ変換演算（第２のフーリエ変換処理）とを繰り返し（ステップＳ２〜Ｓ６）、さらに目的画像に近い光強度分布を被投射面上に形成する位相分布Δφを計算する。

図５は、反復フーリエ変換処理の反復回数に伴った目的画像の振幅分布の変化を示す概念図である。図５において、振幅分布２０４−１は、反復フーリエ変換処理を１回行った際の振幅分布である。振幅分布２０４の後のハイフンに続く数字は、反復回数を示す。すなわち、振幅分布２０４−２、２０４−１０、２０４−２０および２０４−４０は、それぞれ反復フーリエ変換処理を２、１０、２０および４０回繰り返した後の振幅分布である。

図５のように、反復フーリエ変換処理を繰り返すことによって、目的画像に近づいていくことがわかる。反復フーリエ変換処理をある程度繰り返すと飽和し、完全に目的画像と一致する光強度分布は得られない。そのため、制御手段１０は、逆フーリエ変換と反復フーリエ変換とを繰り返しながら、目的とする位相分布が得られるまで最適化を行うことになる。例えば、フーリエ変換によって生成した振幅分布がどの状態になったら反復を終了するかという基準や、反復フーリエ変換の回数の基準を設定しておけばよい。また、例えば、各反復における集束の程度を評価するエラー関数としてフーリエエラーとオブジェクトエラーを設定しておき、そのエラー関数を用いた判定基準によって反復を終了させる判断をするようにしてもよい。

以上のように、反復フーリエ変換処理では、初期値を設定し、逆フーリエ変換とフーリエ変換とを繰り返し実行することによって、所望の目的画像が得られるまで位相分布を最適化する。なお、上述の反復フーリエ変換処理についての説明は一例であって、実際に用いるアルゴリズムを上述の手法に限定するわけではなく、必要に応じて各ステップを入れ替えたり、他のステップを追加したり、不要なステップを削除したりしてもよい。

〔制御手段〕
次に、本実施形態に係る制御手段１０（制御装置とも呼ぶ）について、図６〜図８を用いて詳細に説明する。

図６のように、制御手段１０は、位相分布生成手段２０および位相制御手段３０を備える。

位相分布生成手段２０は、基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶する。位相分布生成手段２０には、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力される。位相分布生成手段２０は、目的画像情報が入力された際に、目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、自身が記憶している基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成する。

位相制御手段３０は、位相分布生成手段２０によって生成された目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする。

図６の構成の制御手段１０（制御装置）によれば、フラウンホーファ領域にフォーカスフリーで投射する目的画像の位相分布を生成する演算を高速化することができる。

以下において、位相分布生成手段２０および位相制御手段３０の詳細について説明する。

〔位相分布生成手段〕
位相分布生成手段２０は、図７のように、基本画像記憶部２１、画像取得部２３および処理部２７を有する。

基本画像記憶部２１（基本画像記憶手段ともよぶ）は、各基本画像に対応させて、反復フーリエ変換処理が施された位相分布を記憶する。基本画像記憶部２１は、例えば各基本画像に付与された固有の識別記号（ＩＤ：Identifier）に対応させて各基本画像の位相分布を記憶しておく。

例えば、図８のように、基本画像記憶部２１は、複数の基本画像に対応させた第１〜第ｎの記憶領域２１−１〜ｎを含むように構成すればよい（ｎは任意の自然数）。また、例えば、基本画像記憶部２１は、複数の基本画像の位相分布をまとめて記憶する記憶領域を含む構成としてもよい。なお、基本画像記憶部２１は、基本パターンに付与された固有の識別記号に対応させて、その基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶しておいてもよい。また、基本画像記憶部２１は、目的画像上の表示位置に対応させた基本画像の位相分布を格納する基本画像テーブルを記憶してもよい。

図９の基本画像テーブル１１１は、目的画像を格子状の表示位置に３６分割した際に、それらの表示位置に表示される基本パターンの基本画像の位相分布を格納する例である。実際には、複数の基本パターンごとに、各表示位置に対応させた基本画像の位相分布を基本画像テーブル１１１に格納しておけばよい。

例えば、基本パターンＡを表示する「表示位置」に関する情報を含む目的画像情報が入力されると、制御手段は、基本画像テーブル１１１に格納された「表示位置」に対応する位相分布を選択する。また、制御手段は、別の基本パターンに関しても、目的画像情報に基づいて、表示位置に対応する基本画像の位相分布を選択する。そして、制御手段は、必要に応じて、選択した基本画像の位相分布に並進処理などの変換処理を施すことによって目的画像の位相分布を生成する。

画像取得部２３（画像取得手段ともよぶ）は、目的画像情報を入力とし、目的画像情報に含まれる基本画像に対応する位相分布を基本画像記憶部２１から取得する。画像取得部２３は、ネットワークを介してデータ授受する通信機能を有する。なお、目的画像情報は、目的画像に含まれる基本画像がどの基本画像に対応するのかを示す情報（識別情報）を含むとともに、基本画像に含まれる基本パターンが目的画像上においてどのような状態にあるのかを示す情報を含む。基本画像に含まれる基本パターンの状態には、目的画像上における基本パターンの位置状態や回転状態、拡大・縮小状態、反転状態などを含む。

画像取得部２３は、基本画像記憶部２１から取得した基本画像の位相分布を処理部２７に送信する。

処理部２７（処理手段ともよぶ）は、目的画像情報に基づいて、受信した基本画像の位相分布から目的画像の位相分布を生成し、生成した目的画像の位相分布を位相制御手段３０に送信する。なお、本実施形態においては、基本画像そのものが目的画像に対応するため、処理部２７が目的画像の位相分布を出力するまでの間に、基本画像の位相分布に対して変換処理や合成処理を行わない。

〔位相制御手段〕
位相制御手段３０は、位相分布生成手段２０によって生成された目的画像の位相分布を取得し、その位相分布に基づいて位相変調手段１３を制御する。位相制御手段３０は、例えば、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に印加する電圧を制御することによって表示領域の屈折率を変化させて表示領域内に屈折率の差を発生させ、表示領域に位相分布を表示させる。

〔表示形態〕
ここで、図１０および図１１を用いて、位相制御手段３０が位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に表示させる位相分布について説明する。

図１０および図１１の例においては、基本パターンＡ、ＢおよびＣを含む目的画像を例として説明する。なお、図１０および図１１には位相分布の代わりに、対応する目的画像自体を示しているが、実際には、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域には位相分布が表示される。

図１０は、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に、基本パターンＡ、ＢおよびＣによって構成される目的画像の位相分布を配置させる例である。図１０の例では、空間変調素子の表示領域に、同一の目的画像に対応する位相分布が並べて配置される。

図１１は、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に、目的画像を構成する基本パターンＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対応する基本画像の位相分布を並べて配置させる例である。位相制御手段３０は、各基本画像を個別に取り出し、第１の領域群には基本画像Ａ、第２の領域群には基本画像Ｂ、第３の領域群には基本画像Ｃの位相分布を表示させる。なお、図１１に示す基本画像の配置方法は一例であり、基本画像は任意の配置方法には限定を加えない。

図１０および図１１に示すいずれの配置方法を用いても、本実施形態に係る投射装置１は、同じ目的画像を被投射面上に表示させることができる。ただし、図１０と図１１の方法では、位相変調手段１３の空間変調素子の表示面に照射するレーザ光強度が同一の場合、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に表示させる位相分布が異なる明るさになる。具体的には、図１０の配置方法を用いた場合よりも、図１１の配置方法を用いた方が、被投射面に表示される画像は暗くなる。そのため、制御手段１０は、位相変調手段１３の空間変調素子の表示面に表示させる位相分布の配置方法に応じて、表示面に照射するレーザ光強度を制御できることが好ましい。

以上が、本実施形態に係る投射装置１の構成についての説明である。

＜動作＞
次に、本実施形態に係る制御手段１０の動作について、図１２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１２のフローチャートに関しては、制御手段１０を動作主体として説明する。

図１２において、まず、制御手段１０は、上位システムから目的画像情報を取得する（ステップＳ１１）。

次に、制御手段１０は、目的画像情報に含まれる基本画像に関する情報を抽出する（ステップＳ１２）。

次に、位相分布生成手段２０は、基本画像に関する情報に基づいて、その基本画像の位相分布を基本画像記憶部２１から取り出す（ステップＳ１３）。

そして、位相制御手段３０は、取得した基本画像の位相分布に基づいて位相変調手段１３を制御する（ステップＳ１４）。

以上が、本実施形態に係る制御手段１０が実行する処理についての説明である。なお、図１２のフローチャートに沿った処理は一例であって、必要に応じて各ステップを入れ替えたり、他のステップを追加したり、不要なステップを削除したりしてもよい。

以上のように、本実施形態に係る投射装置においては、目的画像に含まれる基本画像の位相分布を用意しておく。そのため、本実施形態に係る投射装置によれば、目的画像の投射時に行う必要がある反復フーリエ変換処理を削減でき、投射目的の画像に対応する位相分布を生成する処理を高速化できる。すなわち、本実施形態に係る投射装置によれば、フラウンホーファ領域にフォーカスフリーで投射する目的画像の位相分布を生成する演算を高速化することができる。

また、本実施形態に係る投射装置とカメラとを組み合わせることによって、インターフェース装置を構成することができる。本実施形態に係る投射装置を搭載したインターフェース装置は、投射画像に含まれるユーザインターフェースに対する操作をカメラによって撮像して認識し、インタラクティブな入出力を行うものである。このようなインターフェース装置においては、投射画像に含まれる基本パターンは用途に応じて決まっていることが多いため、その基本パターンを含む基本画像を事前に準備しておくことが可能である。

例えば、インターフェース装置をポインティング目的で使用する場合、矢印などの方向を示す基本パターンを複数のターゲットに当てるだけである。また、配管図や地図などを含む基本画像も用意しておける。しかし、投射する基本パターンの投射位置や角度、数などの状態は、操作者の操作に伴って刻々と変化するため、随時変更する必要が生じる。

現状のＰＣ（Personal Computer）の性能では、図３の例のような反復演算をリアルタイムで実行することは難しい。ましてや、ウエアラブルデバイスに搭載されるようなＣＰＵ（Central Processing Unit）では、図５のような反復演算をリアルタイムで実行することは不可能に近い。ＳＮ（Signal-to-Noise）を考えると、目的画像を得るために、図５のような反復演算をリアルタイムで１００〜１０００回程度繰り返すことが望ましいが、現状のＰＣの性能では現実的には難しい。

本実施形態に係る投射装置によれば、投射目的の画像から位相分布を生成する際に行う必要がある反復フーリエ変換に費やす計算量を削減することができるため、上述のような問題点を克服することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る制御手段の構成について図面を参照しながら説明する。

図１３のように、本実施形態に係る制御手段に含まれる位相分布生成手段２０−２は、基本画像記憶部２１、画像取得部２３および処理部２７に加えて、画像変換部２５を有する。なお、本実施形態に係る制御手段の位相分布生成手段２０−２以外の構成は、第１の実施形態を同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

画像取得部２３は、基本画像記憶部２１から取得した基本画像の位相分布を画像変換部２５に送信する。

画像変換部２５（画像変換手段ともよぶ）は、画像取得部２３から基本画像の位相分布を入力する。画像変換部２５は、入力された基本画像の位相分布を、その基本画像を含む目的画像の目的画像情報に基づいて変換する。画像変換部２５は、目的画像中に基本画像が複数ある場合は、各基本画像の位相分布を個別に変換する。画像変換部２５は、基本画像の位相分布を変換すると、変換処理を施した基本画像の位相分布を処理部２７に出力する。

処理部２７は、画像変換部２５から入力した基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成し、生成した目的画像の位相分布を位相制御手段３０に送信する。

〔変換処理〕
ここで、画像変換部２５の行う変換処理について、図１４〜図１７の例を用いて説明する。なお、図１４〜図１７には、基本画像の位相分布の代わりに、基本画像そのものを示している。画像変換部２５は、実際には基本画像の位相分布を変換するが、理解しやすくするために、図１４〜図１７では変換する位相分布に対応する基本画像そのものを示す。

図１４は、画像変換部２５が、目的画像上の中央から右上隅に向けて基本パターン（円形）を並進処理する例である。画像変換部２５は、例えば、基本パターン（円形）を含む基本画像の位相分布に対して位相シフト演算による並進処理を実行することによって、目的画像中の基本パターン（円形）に関して並進処理することができる。位相シフト演算においては、例えば、基本画像の位相に対して位相行列をｘ方向およびｙ方向のそれぞれの方向に掛け算してシフトさせる。実際には、画像変換部２５は、基本画像そのものを並進処理させることによって、目的画像上の中央から右上隅の方へ基本パターン（円形）を並進処理した結果の基本画像の位相分布を得る。

図１５は、画像変換部２５が、基本パターン（矩形）を目的画像上で回転処理する例である。画像変換部２５は、例えば、基本パターン（矩形）を含む基本画像の位相分布を回転させる演算を実行することによって、目的画像上の基本パターン（矩形）に関して回転処理することができる。画像変換部２５は、基本パターン（矩形）を目的画像上で回転処理した基本画像の位相分布を得る際に、基本パターンを回転処理させてもよいし、基本画像そのものを回転処理させてもよい。

図１６は、画像変換部２５が、基本パターン（円形）を目的画像上で拡大・縮小処理する例である。画像変換部２５は、例えば、基本パターン（円形）を含む基本画像の位相分布を縮小させる演算を実行することによって、目的画像上の基本パターン（円形）を拡大処理することができる。また、画像変換部２５は、例えば、基本パターン（円形）を含む基本画像の位相分布を拡大させる演算を実行することによって、目的画像上の基本パターン（円形）を縮小処理することができる。

図１７は、画像変換部２５が、基本パターン（屈曲矢印）を目的画像上で反転処理する例である。なお、画像変換部２５は、図１７のような上下反転させる反転処理と同様に、左右反転させる反転処理も実行できる。

以上が画像変換部２５の行う変換処理についての説明である。なお、図１４〜図１７における画像変換部２５による各処理は、任意に組み合わせることができる。ただし、図１４〜図１７に示す画像変換部２５による処理は一例であって、画像変換部２５による処理を網羅しているわけではない。

＜動作＞
次に、本実施形態に係る制御手段の動作について、図１８のフローチャートを用いて説明する。なお、図１８のフローチャートにおいては、目的画像情報に含まれる基本画像の位相分布が基本画像記憶部２１に格納されているものとして説明する。

図１８において、まず、制御手段１０は、目的画像情報を取得する（ステップＳ２１）。

次に、制御手段１０は、目的画像情報に含まれる基本画像に関する情報を抽出する（ステップＳ２２）。

次に、位相分布生成手段２０は、基本画像に関する情報に基づいて、その基本画像の位相分布を取り出す（ステップＳ２３）。

次に、位相分布生成手段２０は、取得した基本画像の位相分布に対して、図１４〜図１７のような変換処理を行う（ステップＳ２４）。

そして、位相制御手段３０は、取得した位相分布に基づいて位相変調手段１３を制御する（ステップＳ２５）。

以上が、本実施形態に係る制御手段が実行する処理についての説明である。なお、図１８のフローチャートに沿った処理は一例であって、必要に応じて各ステップを入れ替えたり、他のステップを追加したり、不要なステップを削除したりしてもよい。

以上のように、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、目的画像に含まれる基本画像の位相分布を用意しておくため、目的画像を投射する際に、反復フーリエ変換処理を実時間で行う必要がない。その結果、本実施形態に係る投射装置によれば、目的画像を投射する際に、目的画像に対応する位相分布を生成する処理を簡略化できる。また、本実施形態に係る制御手段によれば、格納する基本画像の位相分布を変換処理するため、記憶すべき基本画像の位相分布の量を減らすことができる。その結果、本実施形態に係る制御手段によれば、基本画像の位相分布を記憶する記憶領域を小さくすることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る制御手段について図面を参照しながら説明する。

図１９のように、本実施形態に係る制御手段に含まれる処理部２７０は、基本画像合成部２７１を有する。なお、本実施形態に係る制御手段の処理部２７０以外の構成は、第１または第２の実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

基本画像合成部２７１（基本画像合成手段ともよぶ）は、入力された基本画像の位相分布を合成することによって、目的画像の位相分布を生成する。基本画像合成部２７１は、例えば、複数の基本画像の位相分布に関する和をとることによって、それらの基本画像を含む目的画像の位相分布を生成する。

〔合成処理〕
続いて、図２０〜図２３を用いて、「Ａ」および「Ｂ」という文字（基本パターン）を含む目的画像を例として、制御手段が行う処理について説明する。なお、図２０〜図２３においては、説明しやすくするために、位相変調手段１３の表示領域に表示させる位相分布の代わりに、被投射面上の振幅分布を示している。

まず、図２０は、目的画像３００そのものを用いて１０００回の反復フーリエ変換演算を実行し、所望の位相分布３２１を計算した結果の一例である。このように処理量の多い計算は、サーバなどの上位システムで実行する。目的画像情報を取得してから所望の位相分布３２１を位相変調手段１３の表示面に表示するまでの間に、投射装置自身が１０００回の反復フーリエ変換演算を実時間で実行することは難しい。そのため、目的画像の位相分布を予め準備しておくことが必要となるが、数多くの目的画像を表示するには、目的画像を記憶するための容量を大きくする必要がある。

図２１は、目的画像３００に含まれる基本画像３０１および３０２のそれぞれに対応する位相分布３１１および３１２を上位システム側で計算しておき、算出された各位相分布を基本画像記憶部２１に記憶しておく例である。なお、この例において、上位システムは、位相分布３１１および３１２の基本画像３０１および３０２に対して、それぞれ１０００回反復フーリエ変換処理を行って所望の位相分布を事前に生成しておく。

図２２は、目的画像３００を被投射面に表示させる際に、記憶しておいた位相分布３１１および３１２を基本画像記憶部２１から取得し、それらの位相分布を合成する例を示す。図２２は、基本画像３０１および３０２のそれぞれに対応する位相分布３１１および３１２を実時間で反復フーリエ変換処理せず、位相分布３１１および３１２に変換処理を加えてから合成し、所望の目的画像の位相分布３２２を生成することを示す。すなわち、本実施形態によれば、目的画像情報を取得してから、所望の位相分布３２２を位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に表示するまでの間に、実時間でフーリエ変換することはない。ここで得られる位相分布３２２を用いれば、目的画像３００を用いて反復フーリエ変換処理を施された位相分布３２１を用いた場合に遜色のない目的画像を表示することができる。

図２３には、図２２のように合成した位相分布３２２に関して、さらに反復フーリエ変換処理を１回加えた位相分布３２３を示す。ここで得られる位相分布３２３を用いれば、位相分布３２２を用いた場合よりも鮮明な目的画像を表示することができる。さらなる反復フーリエ変換処理は、合成した位相分布３２２を上位システムに送信し、上位システム側で実行するようにすればよい。

＜動作＞
次に、本実施形態に係る制御手段の動作について、図２４のフローチャートを用いて説明する。なお、図２４のフローチャートにおいては、目的画像情報に含まれる基本画像の位相分布が基本画像記憶部２１に格納されているものとして説明する。

図２４において、まず、制御手段１０は、目的画像情報を取得する（ステップＳ３１）。

次に、制御手段１０は、目的画像情報に含まれる基本画像に関する情報を抽出する（ステップＳ３２）。

次に、位相分布生成手段２０は、基本画像に関する情報に基づいて、その基本画像の位相分布を取り出す（ステップＳ３３）。

次に、位相分布生成手段２０は、取得した基本画像の位相分布に対して、図１４〜図１７のような変換処理を行う（ステップＳ３４）。

次に、位相分布生成手段２０は、取得した複数の基本画像の位相分布に対して、図２２のように合成処理を行う（ステップＳ３５）。

そして、位相制御手段３０は、取得した位相分布に基づいて位相変調手段１３を制御する（ステップＳ３６）。

以上が、本実施形態に係る制御手段が実行する処理についての説明である。なお、図２４のフローチャートに沿った処理は一例であって、必要に応じて各ステップを入れ替えたり、他のステップを追加したり、不要なステップを削除したりしてもよい。

以上のように、本実施形態に係る制御手段によれば、基本画像を合成することができるため、複数の基本画像を含む目的画像の位相分布を生成することができる。その結果、本実施形態によれば、反復フーリエ演算処理に費やす処理時間を削減することができ、目的画像を取得してから表示するまでの時間を短縮することができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る制御手段について説明する。

本実施形態に係る制御手段は、第１〜第３の実施形態のいずれかと同様の構成をもつ。本実施形態に係る制御手段は、レーザ光強度を考慮に入れて計算された基本画像を基本画像記憶部２１に記憶しておく点が、第１〜第３の実施形態とは異なる。

基本画像に関する反復フーリエ変換処理を実行する際には、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に表示される位相分布の明るさを考慮した補正をすることができる。例えば、位相変調手段１３の表示面に照射されるレーザ光強度を計算上で補正することによって、位相変調手段１３の表示面に表示される位相分布の明るさを制御することができる。具体的には、図３のような反復フーリエ変換処理において、フーリエ変換処理で用いる均一振幅分布の明るさを変更することによって、生成される位相分布の明るさを制御できる。なお、ここでは位相変調手段１３の表示面における位相分布の明るさについて述べるが、被投射面上の目的画像の明るさについても同様である。

図２５は、反復フーリエ変換処理で用いる均一振幅分布の明るさを変えた場合に得られる位相分布の明るさについて説明するための概念図である。なお、図２５の均一振幅分布４０３−１および４０３−２は、図３の均一振幅分布２０３として用いるものである。また、図２５の位相分布４０４−１および４０４−２は、図３の位相分布２１３に相当するものである。ただし、説明しやすくするために、図２５には位相分布の代わりに振幅分布を示している。

図２５の左側の位相分布４０４−１は、明るい方の均一振幅分布４０３−１を用いて反復フーリエ変換処理を実行した際に生成される。一方、図２５の右側の位相分布４０４−２は、暗い方の均一振幅分布４０３−２を用いて反復フーリエ変換処理を実行した際に生成される。

図２５のように、暗い方の均一振幅分布４０３−２を用いて反復フーリエ変換処理を実行した方が、より明るい位相分布４０４−２が得られる。すなわち、照射されるレーザ光強度が一定であれば、明るい方の均一振幅分布４０３−１を用いる場合よりも、暗い方の均一振幅分布４０３−２を用いた方が明るい目的画像が表示されることになる。

例えば、位相変調手段１３の表示面に照射するレーザ光強度が一定である場合、基本パターンの形状や面積が異なるのに、同一の均一振幅分布を用いて生成された基本画像の位相分布を用いると、基本画像ごとに位相分布の明るさが異なってしまう。このように、明るさの異なる位相分布を合成した目的画像の位相分布を用いると、投射された目的画像においては、基本パターンごとに明るさが異なり、画像の品質が低下する。そのような画像品質の低下を解決するためには、基本画像の位相分布を生成する際に用いる均一振幅分布を基本画像ごとに選択し、各基本画像の位相分布の明るさが同一になるようにすればよい。

また、複数の基本画像の位相分布を合成する場合、合成する位相分布の数が多くなるほど得られる位相分布（以下、合成位相分布）の明るさは暗くなる。

例えば、位相変調手段１３の表示面に照射するレーザ光強度が同じであり、合成する基本画像の位相分布の数が１個、２個および１０個の場合を想定する。そして、基本画像の数が１個の場合は均一振幅分布の明るさを１として反復フーリエ変換処理を行ったものとする。それぞれの場合で同じ明るさの位相分布を得るためには、位相画像の数が２個の場合は均一振幅分布の明るさを０．５、位相画像の数が１０個の場合は均一振幅分布の明るさを０．１などと設定すればよい。ただし、計算上のレーザ光強度の補正と、位相変調手段１３の表示面に表示される位相分布の明るさは線形関係をもたないことの方が多いので、実用上は経験的な補正を行うことが好ましい。

本実施形態においては、上位システム側で基本画像の位相分布を生成する。そのため、レーザ光強度を考慮した補正は、上位システム側の反復フーリエ変換処理においてなされる。本実施形態に係る制御手段は、上位システム側で生成された基本画像の位相分布を、位相分布を生成する際に用いられた均一振幅分布の明るさに対応させて格納しておけばよい。

〔基本画像テーブル〕
ここで、図２６〜図２９を用いて、計算上のレーザ光強度を補正した基本画像の位相分布を用いる具体的な方法について説明する。

図２６は、合成する基本画像の数に応じて、想定するレーザ光強度を変更して生成された位相分布を格納する基本画像テーブル４１１である。図２６の基本画像テーブル４１１は、単一の基本パターンＡに関する基本画像の位相分布を格納している例である。実際には、図２６の基本画像テーブル４１１には、複数種類の基本パターンに関する基本画像の位相分布を格納させた方が好ましい。また、複数種類の基本パターンごとに、基本画像テーブル４１１を設けてもよい。

図２６の基本画像テーブル４１１は、各基本画像の識別記号、基本パターンの名前（種別）、合成する基本画像の数、反復フーリエ変換処理を行うときに想定するレーザ光強度、実際に位相変調手段１３に照射するレーザ光強度、その基本画像の位相分布を含む。なお、図２６においては、基本画像テーブル４１１の位相分布の欄には、説明しやすくするために、位相分布の代わりに振幅分布を示している。また、図２６の例では、レーザ光強度を一定とする例を挙げるため、照射するレーザ光強度を基本画像テーブル４１１に含めなくてもよい。また、図２６の例では、合成する基本画像の数に対応する位相分布が取り出せればよいので、位相分布を計算する際に想定したレーザ光強度を基本画像テーブル４１１に含めなくてもよい。また、図２６には単一の基本パターンに関する基本画像を格納する例を示しているが、複数の基本パターンに関する基本画像を基本画像テーブル４１１に含めてもよい。また、複数の基本パターンに対応する基本画像に関して、それぞれ異なる基本画像テーブル４１１を格納するようにしてもよい。

基本画像テーブル４１１には、合成する基本画像の数に対応させて、異なる位相分布が格納されている。基本画像テーブル４１１に格納された各位相分布は、合成する基本画像の数に対応させて、計算時のレーザ強度が変更されている。

例えば、目的画像を構成する基本画像の数に関する情報を含む目的画像情報が入力されると、制御手段は、基本画像テーブル４１１に格納された「合成する基本画像の数」に対応する位相分布を選択する。基本画像テーブル４１１には、「合成する基本画像の数」に対応させて、「想定するレーザ光強度」を変更させて生成された位相分布が格納されている。そのため、制御手段は、「想定するレーザ光強度」を変更させて生成された位相分布を選択することになる。また、制御手段は、別の基本パターンに関しても、目的画像情報に基づいて、「合成する基本画像の数」に対応する基本画像の位相分布を選択する。

制御手段は、必要に応じて、選択した基本画像の位相分布に並進処理などの変換処理を施し、各基本画像の位相分布を合成することによって、目的画像の位相分布を生成する。そして、制御手段は、生成した位相分布を位相変調手段の表示領域に表示させる制御をする。

制御手段は、基本画像テーブル４１１を参照することによって、合成する基本画像の数によらず、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に表示される位相分布の明るさを一定に設定することができる。その結果、制御手段が生成した目的画像の位相分布を用いれば、被投射面に表示される目的画像上の基本パターンの明るさは一定になる。

例えば、目的画像が、基本パターンＡおよびＢの二つの基本パターンを含むものとする。このとき、合成する基本画像の数は２個である。基本パターンＡおよびＢがほぼ同じ大きさであり、表示された際の面積がほぼ同じであれば、基本パターンＡおよびＢのそれぞれに関して、想定するレーザ光強度を０．５として生成された位相分布を用いればよい。同様に、目的画像がほぼ同じ大きさ・面積の三つの基本パターンで構成されていれば、各基本パターンに関して、想定するレーザ光強度を０．３として生成された位相分布を用いればよい。

また、目的画像を構成する基本パターンの大きさや、表示された際の面積が異なる場合も想定される。その場合は、図２７の基本画像テーブル４１１−２のように、基本パターンごとの大きさや面積などの形状に起因する差異を規格化するための形状因子を導入すればよい。

図２７の基本画像テーブル４１１−２には、基本パターンＡおよびＢに関する位相分布が格納されている。

例えば、基本パターンＡよりも、基本パターンＢの方が２倍の大きさまたは面積であると仮定する。このとき、基本パターンＡとＢに関して、想定するレーザ光強度を０．５として生成された位相分布を用いてしまうと、基本パターンＢの方が過剰に明るくなってしまう可能性がある。そのため、図２７の基本画像テーブル４１１−２においては、目的画像中の基本パターンの表示状態を均一化するための形状因子を導入する。形状因子は、基本パターンの大きさや面積を規格化するための因子であり、目的画像を構成する基本パターンを含む基本画像の位相分布を合成した際に、全ての基本パターンが同じ明るさで表示されるように設定される。基本画像テーブル４１１−２の例では、基本パターンＡの形状因子は１であり、基本パターンＢの形状因子は２である。

また、図２７の基本画像テーブル４１１−２には、想定するレーザ光強度と形状因子とから導出される参照値が格納されている。

図２７の例では、参照値は、想定するレーザ光強度を形状因子で割った値である。基本パターンＡと基本パターンＢとを含む目的画像の位相分布を生成する際には、基本画像テーブル４１１−２の参照値が同じ位相分布を選択すればよい。すなわち、基本パターンＡに関しては識別記号Ａ２の位相分布、基本パターンＢに関しては識別記号Ｂ１の位相分布が選択される。このように選択された位相分布を合成すれば、目的画像中における基本パターンＡとＢの明るさは同程度になる。

なお、形状因子は、ここで挙げた限りではなく、種々の条件で設定できる。また、参照値は、ここで挙げた計算条件とは異なる条件で算出してもよい。

図２８は、基本パターンの種類に応じて、想定するレーザ光強度を変更して生成された位相分布を格納する基本画像テーブル４１２である。

図２８の基本画像テーブル４１２の各欄に格納する情報は、図２６の基本画像テーブル４１１と同様である。また、図２８には二種類の基本パターンを格納する例を示しているが、三つ以上の基本パターンを基本画像テーブル４１２に含めてもよいし、複数の基本パターンに関してそれぞれ基本画像テーブル４１２を格納してもよい。

基本画像テーブル４１２には、投射された目的画像に含まれる各基本パターンの明るさが同じになるように、各基本パターンに関してレーザ光強度の補正をして計算された基本画像の位相分布が格納されている。レーザ光強度を考慮せずに計算すると、基本パターンの形状や表示面積などによって、位相変調手段１３の表示面に表示されるパターンの明るさは変わってしまい、基本パターンの種類に応じて表示される目的画像の明るさが変わってしまう。それに対し、図２８の例では、各基本パターンを含む基本画像の位相分布を生成する際に、各基本パターンの明るさが同じになるように想定するレーザ光強度を補正しているため、目的画像上の基本パターンが同じ明るさになる。なお、基本パターンごとに敢えて明るさを変更したい場合は、想定するレーザ光強度を所望の明るさの基本画像が得られる条件に設定して位相分布を計算すればよい。

例えば、基本パターンの種別に関する情報を含む目的画像情報が入力されると、制御手段は、基本画像テーブル４１２に格納された基本パターンの種別に基づいて、対応する位相分布を選択する。基本画像テーブル４１２には、基本パターンの種別に対応させて、「想定するレーザ光強度」を変更させて生成された位相分布が格納されている。そのため、制御手段は、想定するレーザ光強度を変更させて生成された位相分布を選択することになる。また、制御手段は、別の基本パターンに関しても、目的画像情報に基づいて、基本パターンの種別に対応する基本画像の位相分布を選択する。

制御手段は、必要に応じて、選択した基本画像の位相分布に並進処理などの変換処理を施し、各基本画像の位相分布を合成することによって、目的画像の位相分布を生成する。そして、制御手段は、生成した位相分布を位相変調手段の表示領域に表示させる制御をする。

制御手段は、基本画像テーブル４１２を参照することによって、基本パターンの種別によらず、位相変調手段１３の空間変調素子の表示領域に表示される位相分布の明るさを一定に設定することができる。その結果、制御手段が生成した目的画像の位相分布を用いれば、被投射面に表示される目的画像上の基本パターンの明るさは一定になる。

図２９は、位相変調手段１３の表示面に照射するレーザ光強度を制御することができる場合に用いる基本画像テーブル４１３である。

図２９の基本画像テーブル４１３の各欄に格納する情報は、図２８の基本画像テーブル４１２と同様である。図２９の基本画像テーブル４１３には、照射するレーザ光強度を制御する場合に用いるため、実際に位相変調手段１３の表示面に照射するレーザ光強度を含めるが、計算時のレーザ光強度自体は含めなくてもよい。また、図２９の基本画像テーブル４１３には、合成する基本画像の数を含めなくてもよい。

基本画像テーブル４１３には、各基本画像または各基本パターンに関して、同じレーザ光強度を想定して計算された位相分布が格納されている。そのため、位相変調手段１３の表示面に照射するレーザ光強度が一定であると、位相変調手段１３の表示面に表示される位相分布の明るさは、基本パターンの種類によって異なってしまう。

例えば、基本パターンの種別に関する情報を含む目的画像情報が入力されると、制御手段は、基本画像テーブル４１３に格納された基本パターンの種別に基づいて、対応する位相分布を選択する。制御手段は、選択した基本画像の位相分布に並進処理などの変換処理を必要に応じて施すことによって、目的画像の位相分布を生成する。なお、基本パターンの種別ごとに、想定するレーザ光強度を変えて生成させた位相分布を基本画像テーブル４１３に格納しておけば、目的画像が複数の種類の基本パターンを含む基本画像によって構成されている場合にも対応できる。

基本画像テーブル４１３には、基本画像や基本パターンの種別に対応させて、「照射するレーザ光強度」に関する情報が格納されている。そのため、制御手段は、基本画像や基本パターンの種別に対応させて、照射するレーザ光強度を制御することができる。

図３０および図３１は、制御手段が光源１１の出射するレーザ光を制御する構成を示す。図３０は、図２の構成に、光源１１を駆動させるレーザ駆動手段１４を追加した構成である。また、図３１は、位相分布生成手段２０および位相制御手段３０に加えて、図３０のレーザ駆動手段１４を制御し、光源１１が出射するレーザ光強度を制御するレーザ光強度制御手段４０を備える制御手段１０４の構成である。

位相分布生成手段２０は、目的画像情報を入力した際に、入力された目的画像情報に含まれる基本画像に関する情報に基づいて基本画像の位相分布を選択する。このとき、位相分布生成手段２０は、目的画像情報に含まれる基本画像に関する情報に基づいて、その基本画像の位相分布を図２９の基本画像テーブル４１３から選択する。

位相分布生成手段２０は、選択した基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成し、生成した目的画像の位相分布を用いて位相変調手段１３の表示領域に目的画像の位相分布を表示させる制御をする。併せて、位相分布生成手段２０は、位相変調手段１３の表示領域に照射させるレーザ光の強度に関する情報をレーザ光強度制御手段４０に出力する。

レーザ光強度制御手段４０は、位相分布生成手段２０から受信した情報に基づいて、位相変調手段１３の表示領域に照射させるレーザ光の強度を制御する。すなわち、レーザ光強度制御手段４０は、基本画像テーブル４１３に格納された「照射するレーザ光強度」に基づいてレーザ駆動手段１４を制御することによって、光源１１から出射されるレーザ光の強度を設定する。その結果、被投射面に投射される目的画像の明るさは、画像によらず一定になる。

例えば、二つの基本パターンを合成する際には、想定するレーザ光強度を０．５として生成した位相分布を合成し、照射するレーザ光強度を１として制御する。このとき、三つの基本パターンを合成する際には、想定するレーザ光強度を０．３として生成した位相分布を合成し、照射するレーザ光強度を１として制御すれば、基本パターンの数によらず、ほぼ同一の明るさの目的画像を表示することができる。

また、三つの基本パターンを合成する際に、想定するレーザ光強度を０．２として生成した位相分布を合成し、照射するレーザ光強度を１．５として制御することによっても、基本パターンの数によらず、ほぼ同一の明るさの目的画像を表示することができる。

以上のように、本実施形態においては、他の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。また、本実施形態によれば、想定するレーザ光強度と、照射するレーザ光強度とを協調的に制御することによって、より均一な明るさの目的画像を表示させることができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る制御手段について図面を参照しながら説明する。

（制御手段）
図３２のように、本実施形態に係る制御手段１０５は、位相分布生成手段２０および位相制御手段３０に加えて、検出手段５０を備える。すなわち、本実施形態に係る投射装置は、第１〜第４のいずれかの実施形態の構成に検出手段５０を追加した構成を有する。なお、本実施形態に係る制御手段１０５の検出手段５０以外の構成は、第１〜第４の実施形態のいずれかと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

〔検出手段〕
検出手段５０は、目的画像を入力とし、入力された目的画像を構成する基本画像を検出する。検出手段５０は、検出された基本画像や基本パターンに関する情報を位相分布生成手段２０に送信する。

すなわち、検出手段５０は、目的画像を入力とし、入力された目的画像上において基本画像や基本パターンを検出し、検出された基本画像または基本パターンに関する情報を位相分布生成手段２０に出力する。

制御手段１０に入力される目的画像は、例えばビットマップなどの画像データや光点の座標と強度の配列のような離散的なデータであればよい。基本画像は、例えば円や多角形などのような基本的な図形や、文字などの基本パターンを含む画像である。すなわち、検出手段５０を備える制御手段１０５は、目的画像情報ではなく、目的画像そのものさえ取得できれば、取得した目的画像から基本画像や基本パターンを検出する。

例えば、検出手段５０は、基本画像や基本パターンをテンプレートとして目的画像上で走査させ、目的画像上の任意の位置における類似度を順次計算し、類似度が高い位置を検出するテンプレートマッチングなどによって基本画像や基本パターンを検出できる。類似度計算としては、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）やＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）などを用いればよい。また、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）やＺＮＣＣ（Zero-means Normalized Cross-Correlation）などを類似度計算に用いてもよい。また、例えば、検出手段５０は、入力された目的画像から多角形や円形、文字などの基本パターンを抽出し、抽出した基本パターンが、制御手段１０５の基本画像記憶部２１に記憶されている基本画像に含まれるか否かを判定すればよい。ただし、目的画像中の基本画像の検出方法はここで挙げた限りではなく、任意の方法を用いることができる。

＜動作＞
次に、本実施形態に係る制御手段１０５の動作について、図３３のフローチャートを用いて説明する。なお、図３３のフローチャートの説明においては、検出された基本パターンを含む基本画像が基本画像記憶部２１に記憶されているものとする。

図３３において、まず、検出手段５０は、目的画像を取得する（ステップＳ５１）。

検出手段５０は、取得した目的画像に含まれる基本画像（基本パターン）を検出し、検出した基本画像（基本パターン）に関する情報を位相分布生成手段２０に送信する（ステップＳ５２）。

次に、位相分布生成手段２０の画像取得部２３は、検出された基本画像の位相分布を基本画像記憶部２１から取得する（ステップＳ５３）。

次に、位相分布生成手段２０は、取得した基本画像の位相分布に対して、図１４〜図１７のような変換処理を行う（ステップＳ５４）。

次に、位相分布生成手段２０は、取得した複数の基本画像の位相分布に対して、図２２のように合成処理を行う（ステップＳ５５）。

そして、位相制御手段３０は、取得した位相分布に基づいて位相変調手段１３を制御する（ステップＳ５６）。

以上が、本実施形態に係る制御手段１０５が実行する処理についての説明である。なお、図３３のフローチャートに沿った処理は一例であって、必要に応じて各ステップを入れ替えたり、他のステップを追加したり、不要なステップを削除したりしてもよい。

〔検出処理〕
図３４は、目的画像５００から基本パターンを抽出する一例を示す概念図である。なお、ＡまたはＢという基本パターンを含む基本画像の位相分布（５０１および５０２）が基本画像記憶部２１に記憶されているものとする。図３４には、説明しやすいように、位相変調手段１３の表示領域に表示させる位相分布５０１および５０２の代わりに、被投射面上における画像を示している。

図３４の例では、目的画像５００を入力とし、検出手段５０が目的画像５００から「Ａ」および「Ｂ」という基本パターンを検出する。ここで、検出手段５０は、基本パターンに関する情報を位相分布生成手段２０に送信する。具体的には、検出手段５０は、基本パターンがＡおよびＢであるという情報を画像取得部２３に送信するとともに、検出された基本パターンＡおよびＢの画像上の位置等に関する情報を画像変換部２５に送信する。

ここでは、基本パターンＡおよびＢの位相分布（５０１および５０２）が基本画像記憶部２１に記憶されているため、制御手段１０５は、自身が記憶している位相分布５０１および５０２を抽出する。制御手段１０５は、位相分布５０１および５０２を用いて、目的画像５００の位相分布を生成することができる。

以上のように、本実施形態においては、他の実施形態と同様の効果を得ることができる。 また、本実施形態に係る投射装置においては、目的画像自体から基本画像を検出することができるため、目的画像を入力すれば、その目的画像の位相分布を生成することができる。すなわち、本実施形態によれば、目的画像が初期値として与えられると、第１の実施形態と同様に、反復フーリエ変換処理を改めて行うことなしに、初期値自体を反復フーリエ変換処理した場合に遜色のない目的画像を表示することができる。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係るインターフェース装置６０（インターフェースシステムともよぶ）について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るインターフェース装置６０としては、ウエアラブルなインターフェース装置を想定している。

図３５のように、本実施形態に係るインターフェース装置６０は、制御部６１と、撮像部６２と、投射部６３とを備える。本実施形態に係るインターフェース装置６０の投射部６３は、第１〜第５のいずれかの実施形態に係る投射装置が有する機能を含む。また、第１〜第５の実施形態に係る制御手段の機能の少なくとも一部を制御部６１に含ませてもよい。

制御部６１（統合制御装置ともよぶ）は、インターフェース装置６０全体を統合制御する。制御部６１は、撮像部６２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指示体の位置や動作を操作として認識する。制御部６１は、認識した結果に基づいた適切な画像信号を投射部６３に提供し、投射部６３によって目的画像を投射させる。また、制御部６１は、撮像部６２によって操作領域６５を撮像させ、投射画像と撮像画像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。制御部６１は、例えば演算装置や制御装置などを含むマイクロコンピュータの機能によって実現できる。

すなわち、制御部６１は、撮像部６２が撮像した操作領域６５に含まれるユーザインターフェース画像に対して行われた操作に応じた画像情報を投射部６３に提供するとともに、その画像情報に基づいた画像を投射するように投射部６３を制御する。また、本実施形態に係る制御部６１は、操作領域６５になされた操作を認識すると、認識した結果をサーバなどの上位システムに所定のタイミングで送信する。

撮像部６２（撮像装置ともよぶ）は、インターフェース操作を行う操作領域６５を含む領域を撮像する。撮像部６２は、例えば一般的なカメラの機能によって実現できる。撮像部６２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、例えば深度センサやＴＯＦ（Time of Flight）カメラなどの機能を撮像部６２に含ませてもよい。

投射部６３は、第１〜第５の実施形態に係る制御手段を含む投射装置の機能を含む。投射部６３は、制御部６１の制御に従って、操作者の操作を受け付ける操作領域６５にユーザインターフェースを含む画像を投射する。

図３６に、本実施形態に係るインターフェース装置６０をウエアラブルインターフェースとして用いる応用例を示す。図３６には、ネームプレート型のインターフェース装置６０の例を示す。

図３６のインターフェース装置６０には、撮像部６２のカメラレンズ６７、投射部６３の投射レンズ６８を図示している。例えば、インターフェース装置６０は、胸部前面に装着する。なお、インターフェース装置６０は、ペンダント型やリストバンド型、腕時計型、腕章型、バッジ型などの形態を有するウエアラブルなインターフェース装置としてもよい。また、帽子や衣服、手袋、靴、靴下、眼鏡、マスク、ヘッドライトなどに、本実施形態に係るウエアラブルなインターフェース装置を組み合わせてもよい。

図３７は、スーパーやコンビニなどで扱う食料品などの賞味期限に応じて商品を陳列・撤去する作業に、本実施形態のインターフェース装置６０を利用する例を示す。

図３７において、×印（画像６０１）は、賞味期限が切れた商品上に投射された画像を示す。また、図３７において、文字（画像６０２）は、賞味期限切れまでの時間が対象商品上に投射された画像を示す。なお、画像６０１および画像６０２は、操作領域６５内に投射される。

図３７の例では、インターフェース装置６０の撮像部６２が商品の期限切れの時間を示すラベルを撮像し、撮像されたラベルに記録された賞味期限に関する情報を制御部６１で判断する。制御部６１は、判断結果に基づいた画像情報の信号を投射部６３に提供する。制御部６１は、賞味期限が切れた商品には×印（画像６０１）を投射し、賞味期限が近い商品には賞味期限切れまでの時間（画像６０２）を投射するように投射部６３を制御する。投射部６３は、制御部６１の制御に従って、賞味期限が切れた商品には×印（画像６０１）を、賞味期限が近い商品には賞味期限切れまでの時間（画像６０２）を投射する。なお、賞味期限に注意する必要のない商品には何も投射されなくてよい。インターフェース装置６０を装着した操作者は、各商品に投射された情報によって、各商品の賞味期限に関する情報を知ることができる。

図３７のように、インターフェース装置６０が胸元に装着されていると、操作者は両手を使うことができる。また、図３７の例では、操作者が商品を手にとってラベルを確かめなくてもよいため、ラベルを目視で確認するのに比べて短時間で作業を行うことができる。なお、図３７では、操作者の操作を受け付けるように構成していないが、例えば画像情報が投射された商品に操作者が触れると、その商品に所定の文字や画像が投射されたり、特定の操作を受け付けたりするインタラクティブな動作を実現する構成としてもよい。

（適用例）
ここで、本発明の第６の実施形態に係るインターフェース装置６０の適用例について図面を参照しながら説明する。なお、以下の例では、図３５のインターフェース装置６０の構成を用いて説明する。

図３８は、本適用例のインターフェース装置６０によって投射される目的画像の一例である。図３８は、商品の在庫チェックなどに用いるユーザインターフェースの一例を示す。図３８の目的画像は、現在の時刻（３／２０ １０：２０）、対象商品のＩＤ（００１）、商品名（りんご）、調査内容（在庫数）を含む。また、図３８の目的画像は、調査内容を入力する領域（矩形枠内）、商品の良否判定を入力する領域（ＮＧ？、ＯＫ？と表示される箇所）を含む。

図３８の目的画像は、操作領域８０１の投射領域８０２に投射される。投射領域８０２は、格子状に分割され、分割された各格子には列番号（Ａ〜Ｐ）と行番号（１〜８）が付与されている。なお、図３８の破線の格子は実際には投射されない。

図３９は、投射領域８０２に表示する基本画像を格納する基本画像テーブル８０３である。基本画像テーブル８０３は、基本パターンの識別記号、基本パターン、基本パターンの表示位置、基本パターンを表示させる領域の大きさを示す表示範囲、基本パターンを含む基本画像の位相分布などが格納される。なお、図３９に示す位相分布はダミーパターンである。

例えば、インターフェース装置６０の投射部６３の制御手段（以下、投射部６３を主体とする）は、数字や文字、記号、形状などの基本パターンを図３８のように、投射領域８０２に表示する指示を含む目的画像情報を上位システムやユーザから受信する。

図４０は、上位システムから送信された目的画像情報に含まれる基本画像に関する情報をまとめた表示位置情報テーブル８０４である。表示位置情報テーブル８０４には、基本パターンの識別記号、基本パターンの種別、基本パターンの表示位置、基本パターンを表示させる領域の大きさを示す表示範囲などが格納される。なお、表示位置情報テーブル８０４には、基本パターン自体を格納させているが、実際には基本パターン自体を格納させなくてもよい。

投射部６３は、上位システムやユーザから受信した目的画像情報に基づいて、表示位置情報テーブル８０４に含まれる基本画像の位相分布を基本画像テーブル８０３から取得する。そして、投射部６３は、取得した基本画像の位相分布に対して、表示位置情報テーブル８０４に含まれる表示位置、表示範囲に対応させて変換処理を加える。

例えば、表示位置情報テーブル８０４によると、基本パターン「０」を表示位置Ｅ２に表示させる。基本画像テーブル８０３には、基本パターン「０」が表示位置Ｂ２に配置された基本画像の位相分布が格納されている。そのため、投射部６３は、基本パターン「０」の位相分布に関して、基本パターン「０」を表示位置Ｂ２から表示位置Ｅ２に並進移動させる変換処理を行う。

また、例えば、表示位置情報テーブル８０４によると、識別記号Ｆ０１の基本パターン（矩形枠）を表示位置Ａ１〜Ｐ８に表示範囲２５６で表示させる。基本画像テーブル８０３には、表示範囲１２の基本パターン（矩形枠）が表示位置Ａ１〜Ｄ３に表示される基本画像の位相分布が格納されている。そのため、投射部６３は、基本パターン（矩形枠）の位相分布に関して、基本パターン（矩形枠）の大きさを表示範囲１２から表示範囲２５６に拡大する変換処理を行う。

投射部６３は、表示位置情報テーブル８０４に格納された各基本パターンに関して基本画像の位相分布の変換処理を終えると、変換処理を加えた位相分布を合成し、目的画像の位相分布を生成する。投射部６３は、生成した位相分布を位相変調手段に含まれる空間変調素子の表示領域に表示させ、操作領域８０１に目的画像を投射する。

例えば、本実施形態に係るインターフェース装置６０のユーザは、操作領域８０１の表示情報に基づいて、商品の在庫を調査する。ユーザは、商品の賞味期限や状態に応じて商品の良否判定を行い、「ＮＧ？」または「ＯＫ？」のいずれかの領域に触れることによって判定結果を入力する。また、ユーザは、調査内容を入力する領域（矩形枠内）に良品の在庫数を入力する。

インターフェース装置６０の撮像部６２は、操作領域８０１の画像を撮像する。インターフェース装置６０の制御部６１は、撮像部６２によって取得された画像においてユーザの操作を認識する。制御部６１によって認識された商品のＩＤや現在の時刻、在庫数、判定結果は、互いに関連付けられて、調査内容を管理するサーバなどの上位システムに所定のタイミングで送信される。

図４１は、サーバなどの上位システムによって管理されるチェックシート８０５の一例である。チェックシート８０５には、商品のＩＤや名称、チェック日時、判定、在庫数、その商品を確保しておくべき必要数、発注要否、発注数量などの情報を含む。チェックシート８０５中のＩＤや名称、必要数は、予め設定された数値が入力されている。チェックシート８０５中のチェック日時、判定結果、在庫は、ユーザの入力に基づいて更新される。チェックシート８０５中の発注要否は、在庫数が必要数を下回る場合にはＹｅｓ、在庫数が必要数を上回る場合にはＮｏとなる。チェックシート８０５中の発注要否がＹｅｓになると、その商品の必要数から在庫数を引いた値である発注数量が計算される。商品の販売店を管理する管理者は、チェックシート８０５の発注数に応じた数の商品を、所定のタイミングで販売店に送るように手配すればよい。

以上が、本発明の第６の実施形態に係るインターフェース装置６０の適用例についての説明である。なお、上述の適用例は、第６の実施形態に係るインターフェース装置６０の利用シーンの一例であって、本発明の権利範囲や使用範囲を限定するものではない。

（ハードウェア構成）
次に、本実施形態に係る制御手段を可能とするためのハードウェア構成について、図４２のコンピュータ９０を一例として挙げて説明する。なお、図４２のコンピュータ９０は、本実施形態に係る制御手段を可能とするための一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、本実施形態に係る制御手段は、図３６のようなインターフェース装置６０の形態とする場合、図４２のコンピュータ９０の機能を有するマイクロコンピュータによって実現すればよい。

図４２のように、コンピュータ９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、通信インターフェース９６を備える。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、バス９９を介して互いにデータ授受可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークと接続する。コンピュータ９０は、ネットワークを介して上位システムのサーバやコンピュータに接続され、基本画像の位相分布や目的画像情報（目的画像）を含む情報を上位システムから受信する。

プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを主記憶装置９２に展開し、展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、コンピュータ９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、本実施形態に係る制御手段の演算処理や制御処理を実行する。

主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２としてもよい。

補助記憶装置９３は、基本画像の位相分布などのようなデータを記憶する手段である。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、基本画像の位相分布を主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。

入出力インターフェース９５は、コンピュータ９０と周辺機器との接続規格に基づいて、コンピュータ９０と周辺機器とを接続する装置である。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続するためのインターフェースである。なお、図４２においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記している。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。

コンピュータ９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどといった入力機器を接続できるように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示部が入力機器の入力部を兼ねる構成とすればよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ授受は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。

また、コンピュータ９０には、情報を表示するための表示機器などの出力装置を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、コンピュータ９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介してコンピュータ９０に接続すればよい。

通信インターフェース９６は、ネットワークを通じて、別のコンピュータやサーバなどの上位システムに接続される。上位システムは、通信インターフェース９６を介して、本発明の各実施形態で用いる基本画像の位相分布をコンピュータ９０に送信する。また、上位システムは、通信インターフェース９６を介して、本発明の各実施形態で用いる目的画像情報をコンピュータ９０に送信する。上位システムは、本発明の各実施形態で用いる基本画像の位相分布を自装置で生成してもよいし、別の装置から取得してもよい。

また、コンピュータ９０には、必要に応じて、リーダライタを備え付けてもよい。リーダライタは、バス９９に接続され、プロセッサ９１と図示しない記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータ・プログラムの読み出し、コンピュータ９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。記録媒体は、例えばＳＤ（Secure Digital）カードやＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどの半導体記録媒体などで実現できる。また、記録媒体５１６は、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体やその他の記録媒体によって実現してもよい。

以上が、本発明の各実施形態に係る制御手段を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図４２のハードウェア構成は、本実施形態に係る制御手段を可能とするためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、本実施形態に係る制御手段による処理をコンピュータに実行させる処理プログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、本発明の実施形態に係る処理プログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。

本実施形態の投射装置は、基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶し、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、自身が記憶している基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成する位相分布生成手段と、位相分布生成手段によって生成された目的画像の位相分布を用いて、位相変調型の空間変調素子の表示領域に目的画像の位相分布を表示させる制御をする位相制御手段とを有する制御手段と、制御手段によって制御される位相変調型の空間変調素子を含む位相変調手段と、位相変調手段に含まれる空間変調素子の表示領域に表示された位相分布を投射画像として投射する投射手段とを備える。

本実施形態のインターフェースシステムは、インターフェース操作を行う操作領域を含む領域を撮像する撮像装置と、基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶し、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、自身が記憶している基本画像の位相分布を用いて目的画像の位相分布を生成する位相分布生成手段と、位相分布生成手段によって生成された目的画像の位相分布を用いて、位相変調型の空間変調素子の表示領域に目的画像の位相分布を表示させる制御をする位相制御手段とを有する制御手段と、制御手段によって制御される位相変調型の空間変調素子を含む位相変調手段と、位相変調手段に含まれる空間変調素子の表示領域に表示された位相分布を投射画像として投射する投射手段とを有する投射装置と、撮像装置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操作を認識し、認識した結果に基づいた画像信号を投射装置に提供し、投射装置によって画像信号を投射画像として投射させる制御をする統合制御装置とを備える。

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。

この出願は、２０１５年３月２５日に出願された日本出願特願２０１５−０６１９１４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。

１ 投射装置
１０ 制御手段
１１ 光源
１２ コリメータ
１３ 位相変調手段
１４ レーザ駆動手段
１５ 投射手段
１６ フーリエ変換レンズ
１７ アパーチャ
１８ 投射レンズ
２０ 位相分布生成手段
２１ 基本画像記憶部
２３ 画像取得部
２５ 画像変換部
２７ 処理部
３０ 位相制御手段
４０ レーザ光強度制御手段
５０ 検出手段
６０ インターフェース装置
６１ 制御部
６２ 撮像部
６３ 投射部

Claims (9)

1. 基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶し、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された前記目的画像情報に含まれる前記目的画像を構成する前記基本画像の情報に基づいて、自身が記憶している前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成する位相分布生成手段と、
   前記位相分布生成手段によって生成された前記目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする位相制御手段とを有し、
   前記位相分布生成手段は、
   前記目的画像を構成する前記基本画像が複数ある場合、前記目的画像を構成する複数の前記基本画像の位相分布を合成することによって前記目的画像の位相分布を生成し、生成された前記目的画像の位相分布に反復フーリエ変換処理を加えた位相分布を生成する制御装置。
2. 前記位相分布生成手段は、
   前記基本画像の位相分布を記憶する基本画像記憶手段と、
   前記目的画像情報に基づいて、前記基本画像の位相分布を前記基本画像記憶手段から取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段によって取得された前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成し、生成した前記目的画像の位相分布を前記位相制御手段に出力する処理手段とを含み、
   前記処理手段は、
   前記目的画像を構成する前記基本画像が複数ある場合、前記目的画像を構成する複数の前記基本画像の位相分布を合成することによって前記目的画像の位相分布を生成し、生成した前記目的画像の位相分布に前記反復フーリエ変換処理を加えた位相分布を生成する請求項１に記載の制御装置。
3. 基本パターンを含む基本画像の位相分布を記憶し、フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された前記目的画像情報に含まれる前記目的画像を構成する前記基本画像の情報に基づいて、自身が記憶している前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成する位相分布生成手段と、
   前記位相分布生成手段によって生成された前記目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする位相制御手段とを有し、
   前記位相分布生成手段は、
   合成する前記基本画像の数に応じた明るさに設定されたレーザ光の強度の想定値に合わせて補正された複数の前記基本画像の位相分布を記憶し、
   前記目的画像情報を入力した際に、入力された前記目的画像情報に基づいて、前記レーザ光の強度の想定値に合わせて補正された複数の前記基本画像の位相分布のうちいずれかを選択し、選択した前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成する制御装置。
4. 前記位相分布生成手段は、
   合成する前記基本画像の数に対応するように前記レーザ光の強度の想定値を補正して生成された複数の前記基本画像の位相分布を、合成する前記基本画像の数に関連付けて格納する基本画像テーブルを記憶し、
   前記目的画像情報を入力した際に、入力された前記目的画像情報に含まれる合成する前記基本画像の数に関する情報に基づいて、前記レーザ光の強度の想定値を補正して生成された前記基本画像の位相分布を選択し、選択した前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成する請求項３に記載の制御装置。
5. 前記基本画像テーブルは、
   前記基本パターンごとの大きさに起因する差異を規格化するための形状因子と、前記レーザ光の強度の想定値と前記形状因子から導出される参照値とを含み、
   前記位相分布生成手段は、
   前記目的画像を構成する複数の前記基本パターンに関して、前記参照値に基づいて位相分布を選択し、選択した前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成する請求項４に記載の制御装置。
6. 前記位相分布生成手段は、
   前記レーザ光の強度の想定値を補正して生成された複数の前記基本画像の位相分布を前記基本パターンの種別に関連付けて格納する基本画像テーブルを記憶し、
   前記目的画像情報を入力した際に、入力された前記目的画像情報に含まれる前記基本パターンの種別に関する情報に基づいて、前記レーザ光の強度の想定値を補正して生成された前記基本画像の位相分布を選択し、選択した前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成する請求項３に記載の制御装置。
7. 前記空間変調素子の表示領域に照射させるレーザ光の強度を制御するレーザ光強度制御手段をさらに備え、
   前記位相分布生成手段は、
   前記空間変調素子の表示領域に照射させるレーザ光の強度と、前記基本画像の位相分布とを関連付けて格納する基本画像テーブルを記憶し、
   前記目的画像情報を入力した際に、入力された前記目的画像情報に含まれる前記基本画像に関する情報に基づいて前記基本画像の位相分布を選択し、選択した前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成し、生成した前記目的画像の位相分布を用いて前記空間変調素子の表示領域に前記目的画像の位相分布を表示させる制御をするとともに、前記空間変調素子の表示領域に照射させるレーザ光の強度に関する情報を前記レーザ光強度制御手段に出力し、
   前記レーザ光強度制御手段は、
   前記位相分布生成手段から受信した情報に基づいて、前記空間変調素子の表示領域に照射させるレーザ光の強度を制御する請求項３に記載の制御装置。
8. フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された前記目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成し、
   生成した前記目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする制御方法であって、
   前記目的画像を構成する前記基本画像が複数ある場合、前記目的画像を構成する複数の前記基本画像の位相分布を合成することによって前記目的画像の位相分布を生成し、
   生成された前記目的画像の位相分布に反復フーリエ変換処理を加えた位相分布を生成し、
   前記反復フーリエ変換処理を加えた位相分布を前記空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする制御方法。
9. フラウンホーファ領域の被投射面に表示させる目的画像に関する目的画像情報が入力された際に、入力された前記目的画像情報に含まれる目的画像を構成する基本画像の情報に基づいて、前記基本画像の位相分布を用いて前記目的画像の位相分布を生成する処理と、
   生成した前記目的画像の位相分布を位相変調型の空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする処理とをコンピュータに実行させる制御プログラムであって、
   前記目的画像を構成する前記基本画像が複数ある場合、前記目的画像を構成する複数の前記基本画像の位相分布を合成することによって前記目的画像の位相分布を生成する処理と、
   生成された前記目的画像の位相分布に反復フーリエ変換処理を加えた位相分布を生成する処理と、
   前記反復フーリエ変換処理を加えた位相分布を前記空間変調素子の表示領域に表示させる制御をする処理とをコンピュータに実行させる制御プログラム。

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