JPWO2016098281A1 - 投射装置およびインターフェース装置 - Google Patents

Abstract

小型且つ低消費電力でありながら、色割れがなく解像度の高い多色表示をすることを可能とするために、複数の色のレーザ光を出射する光源（１１）と、光源から出射された複数の色のレーザ光の各色に対応する表示領域を含む位相変調型の変調素子を有し、入射されたレーザ光を変調する変調手段（１３）と、変調手段によって変調されたレーザ光から複数の色のレーザ光のそれぞれに対応する表示領域に混入した他の色が変調されて生じた不要成分を波長選択して除去する不要成分除去手段（１５）と、不要成分除去手段によって不要成分が除去された光を投射する投射手段（１７）とを備える投射装置およびインターフェース装置とする。

Description

本発明は、投射装置およびインターフェース装置に関する。特に、位相変調型の変調素子を適用した投射装置およびインターフェース装置に関する。

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、プロジェクタから机上や壁などの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。非特許文献１のＥＤプロジェクタによれば、被投射面の状態に応じて適切な画像を投射し、投射した画像に対する操作者の操作を検出できる。

プロジェクタの変調方式には強度変調方式と位相変調方式がある。一般的なインターフェースシステムは、強度変調型のプロジェクタを採用している。強度変調型は、照明光の強度を変調素子の画素毎に変える変調方式であり、スクリーン上の画素と変調素子の画素とが１対１に対応する。そのため、黒を表示する場合においても一定強度の光を出力することになり、無駄な電力が消費される。また、強度変調型では、プロジェクタとスクリーンとの距離が大きくなるのにつれて、投射光が一定の拡大率で拡大していく。このとき、スクリーン上に投射される画面は距離の増大につれて大きくなり、投射光は距離の２乗に反比例して暗くなっていく。そのため、コントラストが著しく低くなってしまうような明るい場所で鮮明な画像を得るためには、装置を大型化してプロジェクタの光源を高輝度化する必要がある。

一方、位相変調型では、スクリーン上の画素と変調素子上の画素とは１対１には対応せずに、スクリーン上の全ての画素に対して変調素子上の画素が関連する。位相変調型では、必要な部分に光が集まるので、スクリーン上で黒を表示する部分には光が投射されず、無駄な電力が消費されることがない。そのため、位相変調型は、強度変調型と比較して電力効率が良い。また、位相変調型は、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る。さらに、位相変調型は、スクリーン上の画素と変調素子上の画素とが１対１に対応しないため、変調素子の欠陥画素がスクリーン上の欠陥になることがない。

線画や文字のような実質的な投射面積が小さい画像を投射する用途であれば、位相変調型のプロジェクタを用いることによって、低消費電力かつ小型のウエアラブルなインターフェースシステムを実現することができる。特許文献１は、位相変調手段を配置する投射型表示装置について開示している。

また、線画や文字などを投射するインターフェースシステムにおいては、分類毎に異なる色で表示できた方が投射画像を識別しやすくなるため、投射する光を多色化することが求められる。プロジェクタによって多色表示する方式としては、３板式や時分割方式がある。特許文献２は、３板式を用いて多色表示する位相変調型のプロジェクタを開示している。特許文献３は、３板式と時分割方式とを組み合わせて多色表示する位相変調型のプロジェクタを開示している。

特開２０１２−１９００５３号公報 国際公開第２００８／１０８２１７号 特許第４６５３７２９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）

非特許文献１のＥＤプロジェクタによれば、被投射面の状態に応じた画像を投射することができる。しかしながら、ウエアラブルなシステムに組み込むためには、プロジェクタを含めた装置全体を小型化する必要がある。

特許文献１のような位相変調型の変調方式では、自然画などのように黒い部分が少ない映像を投射する場合、ほとんどの画素で表示を行うことになるため、電力効率の優位性が消えてしまうという問題点がある。また、特許文献１の装置では、各色の解像度を上げるためにレーザ光のビーム径を大きくすると、変調素子上で隣接する異なる色の表示面において混色が発生するという問題点がある。

特許文献２および３が適用する３板式では、変調素子を３枚用いる。そのため、それぞれの変調素子に対応する信号処理回路系および光学合成系が必要となり、装置の大型化や高コスト化といった問題点がある。

特許文献３が適用する時分割式には、高速駆動する変調素子が必要である。また、時分割式では、各色の光っている時間が短くなるため、高い出力能力を有する消費電力の大きな光源が必要である。そのため、時分割式には、装置サイズや消費電力、コストの面で問題点がある。特に、モバイルやウエアラブルな装置にとって、サイズや重量、消費電力、コストは大きな課題である。また、時分割式では、時間的に別々の色が出るという原理のため、いわゆる色割れという現象が視覚的な問題点となる。特に、ウエアラブルな装置に時分割方式のプロジェクタを適用した場合、人の動きに伴って投射画像が動くため、色割れが顕著に見えてしまう。さらに、位相変調型では、色毎にスクリーン上の位置が変わってしまうため、時分割する場合には、色毎にスクリーン上の位置の整合（コンバージェンスと呼ぶ）を取る必要があるという問題点がある。

本発明の目的は、小型かつ低消費電力でありながら、色割れがなく解像度の高い多色表示をすることを可能とする投射装置およびインターフェース装置を提供することにある。

本発明の投射装置は、複数の色のレーザ光を出射する光源と、光源から出射された複数の色のレーザ光の各色に対応する表示領域を含む位相変調型の変調素子を有し、入射されたレーザ光を変調する変調手段と、変調手段によって変調されたレーザ光から複数の色のレーザ光のそれぞれに対応する表示領域に混入した他の色が変調されて生じた不要成分を波長選択して除去する不要成分除去手段と、不要成分除去手段によって不要成分が除去された光を投射する投射手段とを備える。

本発明のインターフェース装置は、複数の色のレーザ光を出射する光源と、光源から出射された複数の色のレーザ光の各色に対応する表示領域を含む位相変調型の変調素子を有し、入射されたレーザ光を変調する変調手段と、変調手段によって変調されたレーザ光から複数の色のレーザ光のそれぞれに対応する表示領域に混入した他の色が変調されて生じた不要成分を波長選択して除去する不要成分除去手段と、不要成分除去手段によって不要成分が除去された光を投射する投射手段とを有する投射部と、投射部により投射された画像を含む領域を撮像する撮像部と、撮像部が撮像した領域において画像に対して行われた操作に応じた画像情報を投射部に提供するとともに、画像情報を投射するように投射部を制御する制御部とを備える。

本発明によれば、小型かつ低電力でありながら、色割れがなく解像度の高い多色表示をする投射装置およびインターフェース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が有する変調素子の表示面上の各表示領域に照射されるビームパターン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が有する変調素子の表示面上の各表示領域に照射されるビームパターン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構成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不要成分除去手段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不要成分除去手段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別の構成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不要成分除去手段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構成を示す概念図である。 一般的なレンズの色収差を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フーリエ変換レンズの一例を示す概念図である。 単色光を位相変調型の変調素子に照射する場合のビームパターンの一例を示す概念図である。 多色光を位相変調型の変調素子に照射する場合のビームパターンの一例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置の光学系を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が有する変調素子の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置のフーリエ変換レンズの一例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係る投射装置の変形例の構成を示す概念図である。 本発明の第１および第２の実施形態に係る投射装置の変形例を示す概念図である。 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構成を示すブロック図である。 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３の実施形態に係るインターフェース装置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３の実施形態に係るインターフェース装置の一例を示す概念図である。 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一例を示す概念図である。 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利用シーンの一例を示す概念図である。 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利用シーンの一例を示す概念図である。 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利用シーンの一例を示す概念図である。 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利用シーンの一例を示す概念図である。

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おいては、本発明を実施するために技術的に好ましい限定をしているが、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、同様箇所には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る投射装置について説明する。図１は、本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。本実施形態に係る投射装置は、光源１１、変調手段１３、不要成分除去手段１５および投射手段１７を備える。なお、図１においては、各構成要素が直線的に配置されているように図示しているが、実際には各構成要素は直線的に配置されているわけではなく、各構成要素間の距離も正確に表してはいない。

光源１１は、特定の波長のレーザ光を発する複数のレーザ光源１１−１〜ｎを有する（ｎは２以上の自然数）。光源１１は、少なくとも２つ以上の波長、すなわち複数の色のレーザ光２１を出射する。なお、複数の色には、可視光以外の波長の光を含ませてもよい。また、各レーザ光源１１−１〜ｎは、それぞれ異なる色のレーザ光を発することが好ましいが、複数のレーザ光源１１−１〜ｎのうちいくつかが同じ色のレーザ光を発するように構成してもよい。

例えば、赤、緑および青の３原色のいずれかを出射するレーザ光源１１−１〜３を組み合わせて、３原色を出射する光源１１を構成することができる。また、例えば、赤、緑および青の３原色のうちいずれか２色を出射するように光源１１を構成してもよい。また、例えば、赤、緑および青の３原色に加えて、赤外光や紫外光などを出射するレーザ光源を少なくとも一つ追加した構成としてもよい。また、例えば、３原色以外の色を出射するレーザ光源を用いて光源１１を構成してもよい。

変調手段１３は、光源１１が出射したレーザ光２１を変調してレーザ光２３を生成する位相変調型の変調素子を含む。変調手段１３は、入射された各色に対応する領域（以下、表示領域）を有し、各表示領域に照射された複数のレーザ光のそれぞれを位相変調する。すなわち、変調手段１３は、光源１１から出射された各色のレーザ光に対応する表示領域を含む位相変調型の変調素子を有する。

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。それらの複数の受光領域が各表示領域に割り当てられる。図示しない制御手段は、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。

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。

本実施形態においては、変調手段１３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手段１３の表示面に対して斜めにする。以下に、レーザ光の出射軸を変調手段１３の表示面に対して斜めにする理由について説明する。

一般的な強度変調型プロジェクタでは、偏光ビームスプリッタを用いて強度変調型の変調素子（ＬＣＯＳ）に対して垂直に光を入射させる。ねじれネマティック液晶（ＴＮ液晶とも呼ぶ）を用いた強度変調型の変調素子による変調では、入射光の偏光方向を曲げる（ＴＮ：Twisted Nematic）。強度変調型の変調素子では、その変調の度合いによって偏光ビームスプリッタを通過する光を形成することができ、光強度の変調を行うことができる。

ところで、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。ところで、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。

以上のような理由により、本実施形態に係る投射装置においては、変調手段１３に対してレーザ光の出射軸を斜めに設定し、ビームスプリッタを用いなくても変調手段１３に光を入射できる構成にすることによって効率を向上させる。

変調手段１３は、レーザ光２１が入射されると、入射されたレーザ光２１を変調してレーザ光２３を出射する。レーザ光２３は、後述するように、本来変調されるべき表示領域において変調された必要な成分に加えて、本来変調されるべき表示領域とは別の表示領域において変調された不要な成分（以下、不要成分と呼ぶ）を含む。

ここで、図２および図３を用いて、位相変調型の変調素子の制約について説明する。なお、ここで説明する位相変調型の制約は、強度変調型にはない制約である。また、図２及び図３の説明においては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３色を用いる例について説明するが、実際には、任意の色を組み合わせることができる（Ｒ：Red、Ｇ：Green、Ｂ：Blue）。

図２および図３は、赤、緑および青の３色を用いる場合の変調素子１３０の表示面１３１の一例である。表示面１３１は、赤、緑および青の各色に対応する表示領域１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂを有する。表示領域１３１Ｒ、１３１Ｇおよび１３１Ｂのそれぞれは、赤、緑および青を表示するための領域である。ビームパターン２１５Ｒ（一点鎖線）、２１５Ｇ（破線）および２１５Ｂ（実線）のそれぞれは、赤色、緑色および青色のレーザ光の照射範囲を示す。

強度変調型では、各被照射面に対してレーザ光を均一に照射するために、ビームホモジナイザなどを用いてビームパターンを被照射面の形（例えば長方形）に整形することができる。しかしながら、位相変調型では、ビームパターンを整形するためにビームホモジナイザを用いるとレーザ光の波面が崩れてしまい、本来の性能を出せなくなる。そのため、位相変調型では、レーザ光の波面を乱さないコリメータ程度の光学系しか入れることができず、ビームパターンは、円もしくは楕円などといった元々のレーザ光に由来した形状になってしまう。

図２は、各表示領域１３１Ｒ、１３１Ｇおよび１３１Ｂに、各ビームパターン２１５Ｒ、２１５Ｇおよび２１５Ｂが収まるようにレーザ光を照射する例を示す。図２の例では、各表示領域１３１Ｒ、１３１Ｇおよび１３１Ｂの４隅にレーザ光が当たらないため、全体にレーザ光が当たる場合よりも解像度が劣化する。このような解像度劣化を避けるために、図３のように各レーザ光の照射面積を拡大すると、各レーザ光が他の色の領域まで拡大し、混色が起きてしまう。そのため、何らかの手法によって、高い解像度を保ちながら混色を防ぐことが求められる。

本実施形態では、変調素子で変調されたレーザ光に含まれる複数の色のレーザ光のうちいずれかの色のレーザ光を選択的に透過させるダイクロイックミラーと、複数の色のレーザ光を反射するミラーとを組み合わせた光学系によって波長選択性を得る。そして、その光学系によって、変調素子で変調されたレーザ光に含まれる不要成分を投射方向とは異なる方向に導いて光吸収体に吸収させて除去しつつ、投射光として投射するための必要成分を投射方向に導く。なお、ダイクロイックミラーは、変調素子で変調されたレーザ光に含まれる複数色のレーザ光のうちいずれかの色のレーザ光を選択的に反射させるものであってもよい。

不要成分除去手段１５は、変調手段１３がレーザ光２１を変調して生成したレーザ光２３から不要成分を除去し、レーザ光２５を生成する光学系である。不要成分除去手段１５が除去する不要成分は、例えば、図３の表示面１３１において、表示領域１３１Ｒおよび１３１Ｂにはみ出したビームパターン２１５Ｇや、表示領域１３１Ｇにはみ出したビームパターン２１５Ｒおよび２１５Ｂが変調された成分である。

すなわち、不要成分除去手段１５は、変調手段１３によって変調されたレーザ光２３から、複数色のレーザ光のそれぞれに対応する表示領域に混入した他の色のレーザ光が変調されて生じた不要成分を波長選択して除去する。

投射手段１７は、不要成分除去手段１５が生成したレーザ光２５をフーリエ変換し、フーリエ変換した光を投射光２７として投射する光学系である。投射手段１７は、レーザ光２５をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、投射光２７を投射するための投射レンズとを含む。なお、以下において、フーリエ変換レンズや投射レンズなどの光学素子を一つの素子として図示するが、実際には複数の素子を組み合わせて構成する。そのため、例えば、レーザ光２５をフーリエ変換するフーリエ変換手段（フーリエ変換レンズ）と、投射光２７を投射するための投射手段（投射レンズ）とを別々の構成とみなしてもよい。

すなわち、投射手段１７は、不要成分除去手段１５によって不要成分が除去されたレーザ光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、フーリエ変換された光を投射する投射レンズとを有する。フーリエ変換レンズ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。

なお、本実施形態に係る投射装置では、変調手段１３に逆フーリエ変換された投射画像が表示されることを想定しているが、変調手段１３に表示された画像をフーリエ変換する必要がない場合は、投射手段１７にフーリエ変換レンズを含めなくてもよい。フーリエ変換レンズを投射手段１７に含めない場合は、フーリエ変換レンズの代わりに凸レンズなどの光学レンズを配置したり、変調手段１３からの光をそのまま投射レンズに入射するように構成したりすればよい。

投射装置で色表示を行う方法は大きく２つに分類される。一つは、液晶ライトバルブを用いた３板式である。３板式では、赤、緑および青の３原色毎に変調素子を設け、それらの変調素子によって変調された光を合成して投射する。もう一つは、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）やＬＣＯＳを用いた時分割方式である。時分割方式では、１つの変調素子を用いて赤、緑および青に対応する画像を高速に切り替え、切り替えられた画像に同期させて照明光の色を変えて画像を表示させる。いずれの方式のプロジェクタでも、強度変調型の変調素子が用いられるのが一般である。

本実施形態が適用する位相変調方式においては、１枚の変調素子上の異なる表示領域のそれぞれにレーザ光を当てて変調を行うため、３板式よりも装置を小型化することができる。また、本実施形態で用いる複数のレーザ光源は、定常的にレーザ光を発するように構成できるため、時分割駆動型のようには瞬間的に大きな出力を必要としない。さらに、本実施形態が適用する位相変調方式においては、投射範囲内の領域に光を均一に投射するのではなく、一部分に光を集中させて投射することによって、文字や記号、枠線などの画像を投射するため、全体的なレーザ出力を抑えることができる。そのため、本実施形態に係る投射装置は、小型かつ低電力のレーザ光源と、それらのレーザ光源を駆動する低出力の電源とで構成でき、装置を小型化かつ低コスト化することができる。

図４に、本実施形態に係る投射装置を２色のレーザ光源によって構成する例を示す。

図４の投射装置は、第１のレーザ光源１１１、第２のレーザ光源１１２、第１のコリメートレンズ１２１、第２のコリメートレンズ１２２、位相変調型の変調素子１３０、合成光学系１６０を備える。

第１および第２のレーザ光源１１１、１１２、第１および第２のコリメートレンズ１２１、１２２は、図１の光源１１に含まれる構成である。位相変調型の変調素子１３０は、図１の変調手段１３の機能を有する。合成光学系１６０は、図１の不要成分除去手段１５および投射手段１７の機能を含む構成である。

レーザ光２１１（実線）、２１２（破線）は、それぞれ第１および第２のコリメートレンズ１２１、１２２がコリメートしたレーザ光である。レーザ光２１１（実線）、２１２（破線）は、変調素子１３０の表示面に対して斜めに入射させる。レーザ光２３１（実線）および２３２（破線）は、変調素子１３０がレーザ光２１１（実線）および２１２（破線）のそれぞれを位相変調したレーザ光である。レーザ光２３１および２３２は、不要成分を含む。投射光２７０は、合成光学系１６０が投射した投射光である。図４の例では、合成光学系１６０の内部で不要成分が除去されるため、投射光には不要成分は含まれない。

図４の例によれば、変調素子１３０の表示面に対して斜めにレーザ光を照射することにより、複雑な光学系を介さずに変調素子を照明できる。位相変調型の場合、光の波面を乱さないことが重要であるため、図４のような光学系が望ましい。

（不要成分除去手段）
ここで、本実施形態に係る不要成分除去手段１５の具体的な構成について説明する。なお、不要成分除去手段１５は、レーザ光源の色数によって構成が異なる。そのため、以下においては、レーザ光源の色数ごとに例をあげて説明する。

〔２色レーザ光源〕
まずは、２色のレーザ光源を用いる例について説明する。

図５は、本実施形態に係る投射装置が備える不要成分除去手段１５の構成例（不要成分除去手段１５１）である。図５の例では、第１および第２のレーザ光源（図示しない）が出射する２色のそれぞれから不要成分を除去する。図５の不要成分除去手段１５１は、位相変調型の変調素子１３０とフーリエ変換レンズ１７１との間に配置する。

図５のように、不要成分除去手段１５１は、ダイクロイックミラー５１１、ミラー５１２および光吸収体５１５を含む。図５の変調素子１３０は、第１のレーザ光源から出射されたレーザ光を変調する第１の表示領域と、第２のレーザ光源から出射されたレーザ光を変調する第２の表示領域とを含む。

ダイクロイックミラー５１１は、第１のレーザ光源が出射するレーザ光を選択的に透過する。例えば、第１のレーザ光源が青色光、第２のレーザ光源が赤色光を出射する場合、ダイクロイックミラー５１１には、青色を透過し、赤色を反射するものを用いる。ミラー５１２は、全てのレーザ光を反射する。光吸収体５１５は、全てのレーザ光を吸収する。

図５においては、レーザ光６１１（太い実線）および６１３（太い破線）は、投射光に変換される必要な成分である。一方、レーザ光６１２（細い破線）および６１４（細い実線）が不要成分である。

レーザ光６１１は、第１のレーザ光源の出射したレーザ光（第１のレーザ光）が、第１の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６１２は、第２のレーザ光源の出射したレーザ光（第２のレーザ光）が、第１の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６１３は、第２のレーザ光源の出射したレーザ光（第２のレーザ光）が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６１４は、第１のレーザ光源の出射したレーザ光（第１のレーザ光）が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。

ミラー５１２は、レーザ光６１３および６１４がダイクロイックミラー５１１の反射面に入射するように配置する。ダイクロイックミラー５１１は、レーザ光６１１および６１３が、出射光の光軸に沿ってフーリエ変換レンズ１７１に入射するように配置する。光吸収体５１５は、レーザ光６１２および６１４が入射するように配置する。

ミラー５１２は、レーザ光６１３および６１４をダイクロイックミラー５１１に向けて反射する。ダイクロイックミラー５１１は、ミラー５１２で反射された２成分のうち、レーザ光６１３をフーリエ変換レンズ１７１に向けて反射し、レーザ光６１４を透過させる。また、ダイクロイックミラー５１１は、レーザ光６１１を透過させ、レーザ光６１２を光吸収体５１５に向けて反射する。光吸収体５１５は、レーザ光６１２および６１４を吸収する。

図５の構成によると、レーザ光６１２は、ダイクロイックミラー５１１によって反射されて光吸収体５１５に導かれる。また、レーザ光６１４は、ミラー５１２によって反射された後に、ダイクロイックミラー５１１を透過して光吸収体５１５に導かれる。すなわち、不要成分であるレーザ光６１２および６１４は、いずれも投射光の投射方向には向かわずに光吸収体５１５によって吸収される。

一方、不要成分を除去したレーザ光６１１および６１３は、フーリエ変換レンズ１７１に導かれる。

したがって、図５の構成によれば、隣接した表示領域に食み出る不要成分を除去するために混色が起こらず、最大限の解像度を確保することができる。

また、図５の例に関しては、以下のように表現することもできる。変調素子１３０の表示面は、第１のレーザ光源から出射された第１のレーザ光を変調するための第１の表示領域と、第２のレーザ光源から出射された第２のレーザ光を変調するための第２の表示領域とを含むものとする。不要成分除去手段１５１は、不要成分を吸収する光吸収体５１５と、ダイクロイックミラー５１１と、ミラー５１２とを含む構成とする。ミラー５１２は、第２の表示領域で変調された第１のレーザ光（レーザ光６１４）および第２のレーザ光（レーザ光６１３）をダイクロイックミラー５１１に向けて反射する。ダイクロイックミラー５１１は、ミラー５１２が反射した第２のレーザ光（レーザ光６１３）をフーリエ変換レンズ１７１に向けて反射するとともに、ミラー５１２が反射した第１のレーザ光（レーザ光６１４）を光吸収体５１５に向けて透過させる。同時に、ダイクロイックミラー５１１は、第１の表示領域で変調された第１のレーザ光（レーザ光６１１）をフーリエ変換レンズ１７１に向けて透過させるとともに、第１の表示領域で変調された第２のレーザ光（レーザ光６１２）を光吸収体５１５に向けて反射する。ここで用いた表現は、３色以上のレーザ光にも適用できる。

〔３色レーザ光源〕
次に、３色のレーザ光源を用いる例について説明する。

図６は、本実施形態に係る投射装置が備える不要成分除去手段１５の構成例（不要成分除去手段１５２）である。図６の例では、第１、第２および第３のレーザ光源（図示しない）が出射する３色のそれぞれから不要成分を除去する。図６の不要成分除去手段１５２は、位相変調型の変調素子１３０とフーリエ変換レンズ１７１との間に配置する。

図６のように、不要成分除去手段１５２は、第１のダイクロイックミラー５２１、第２のダイクロイックミラー５２２、ミラー５２３、第１の光吸収体５２５および第２の光吸収体５２６を含む。図６の変調素子１３０は、第１および第２の表示領域に加えて、第３のレーザ光源から出射されたレーザ光を変調する第３の表示領域を含む。ただし、第１および第２の表示領域は隣接し、第２および第３の表示領域は隣接し、第１および第３の表示領域は隣接しないものとする。

第１のダイクロイックミラー５２１は、第１のレーザ光源が出射するレーザ光を選択的に透過する。第２のダイクロイックミラー５２２は、第３のレーザ光源が出射するレーザ光を選択的に透過する。例えば、第１のレーザ光源が青色、第２のレーザ光源が緑色、第３のレーザ光源が赤色のレーザ光を出射する場合、第１のダイクロイックミラー５２１には、青色を透過し、赤色と緑色を反射するものを用いる。この場合、第２のダイクロイックミラー５２２には、赤色を透過し、青色と緑色を反射するものを用いる。ミラー５２３は、全てのレーザ光を反射する。第１の光吸収体５２５および第２の光吸収体５２６は、全てのレーザ光を吸収する。

図６においては、レーザ光６２１（太い実線）、６２３（太い破線）および６２６（太い一点鎖線）は、投射光に変換される必要な成分である。一方、レーザ光６２２（細い破線）、６２４（細い実線）、６２５（細い一点鎖線）および６２７（細い長破線）が不要成分である。

レーザ光６２１は、第１のレーザ光源の出射したレーザ光が、第１の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６２２は、第２のレーザ光源が出射したレーザ光が、第１の表示領域で変調されたレーザ光である。

レーザ光６２３は、第２のレーザ光源の出射したレーザ光が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６２４は、第１のレーザ光源が出射したレーザ光が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６２５は、第３のレーザ光源が出射したレーザ光が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。

レーザ光６２６は、第３のレーザ光源の出射したレーザ光が、第３の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６２７は、第２のレーザ光源が出射したレーザ光が、第３の表示領域で変調されたレーザ光である。

ミラー５２３は、レーザ光６２６および６２７が第２のダイクロイックミラー５２２の反射面に入射するように配置する。第２のダイクロイックミラー５２２は、レーザ光６２３、６２４および６２６が、第１のダイクロイックミラー５２１の反射面に入射するように配置する。また、第１のダイクロイックミラー５２１は、レーザ光６２１、６２３および６２６が、出射光の光軸に沿ってフーリエ変換レンズ１７１に入射するように配置する。第１の光吸収体５２５は、レーザ光６２２および６２４が入射するように配置する。第２の光吸収体５２６は、レーザ光６２５および６２７が入射するように配置する。

ミラー５２３は、レーザ光６２６および６２７を第２のダイクロイックミラー５２２に向けて反射する。第２のダイクロイックミラー５２２は、レーザ光６２５を透過させ、レーザ光６２３および６２４を第１のダイクロイックミラー５２１に向けて反射する。また、第２のダイクロイックミラー５２２は、ミラー５２３で反射された２成分のうち、レーザ光６２７を第２の光吸収体５２６に向けて反射し、レーザ光６２６を透過させる。第１のダイクロイックミラー５２１は、レーザ光６２１を透過させ、レーザ光６２２を第１の光吸収体５２５に向けて反射する。また、第１のダイクロイックミラー５２１は、第２のダイクロイックミラー５２２を透過したレーザ光６２６をフーリエ変換レンズ１７１に向けて反射する。さらに、第１のダイクロイックミラー５２１は、第２のダイクロイックミラー５２２が反射した成分のうち、レーザ光６２３をフーリエ変換レンズ１７１に向けて反射し、レーザ光６２４を透過させる。第１の光吸収体５２５は、レーザ光６２２および６２４を吸収する。第２の光吸収体５２６は、レーザ光６２５および６２７を吸収する。

図６の構成によると、レーザ光６２２および６２４は、第１の光吸収体５２５に導かれる。また、レーザ光６２５および６２７は、第２の光吸収体５２６に導かれる。すなわち、不要成分であるレーザ光６２２、６２４、６２５および６２７は、いずれも投射光の投射方向には向かわずに第１の光吸収体５２５または第２の光吸収体５２６に吸収される。

一方、不要成分を除去したレーザ光６２１、６２３および６２６は、フーリエ変換レンズ１７１に導かれてフーリエ変換され、投射光となる。

したがって、図６の構成によれば、２色の場合と同様に、隣接した表示領域に食み出る不要成分を除去するために混色が起こらず、最大限の解像度を確保することができる。

ここで、図７に、本実施形態に係る投射装置を３色のレーザ光源によって構成する例を示す。

図７の構成は、図４の構成に、第３のレーザ光源１１３および第３のコリメートレンズ１２３を追加した例を示す。図７の構成例によれば、３色に対応することが可能となる。

レーザ光２１３（一点鎖線）は、第３のコリメートレンズ１２３がコリメートしたレーザ光である。レーザ光２１３も、変調素子１３０の表示面に対して斜めに入射させる。レーザ光２３３（一点鎖線）は、変調素子１３０がレーザ光２１３（一点鎖線）を位相変調したレーザ光である。レーザ光２３３は、不要成分を含む。

図７の構成によれば、図４に示す２色の場合と同様の効果を３色においても得ることができる。また、４色以上の場合においても、図４や図７と同様に、レーザ光源やコリメートレンズを追加していくことによって、２色や３色の場合と同様の効果を得ることが可能である。

〔４色レーザ光源〕
次に、４色のレーザ光源を用いる例について説明する。

図８は、本実施形態に係る投射装置が備える不要成分除去手段１５の構成例（不要成分除去手段１５３）である。図８の例では、第１、第２、第３および第４のレーザ光源（図示しない）が出射する４色のそれぞれから不要成分を除去する。図８の不要成分除去手段１５３は、位相変調型の変調素子１３０とフーリエ変換レンズ１７１との間に配置する。

可視領域の色は、赤、緑および青の三原色で表現できるが、対象物の動きを検知する目的で赤外光を利用することもある。図８は、三原色以外の色を加えた４つの色を投射する例である。なお、４つ目の色は、赤外光以外の不可視光であってもよいし、赤、緑および青以外の可視光であってもよい。

図８のように、不要成分除去手段１５３は、第１のダイクロイックミラー５３１、第２のダイクロイックミラー５３２、第３のダイクロイックミラー５３３、ミラー５３４、第１の光吸収体５３５および第２の光吸収体５３６を含む。図８の変調素子１３０は、第１、第２および第３の表示領域に加えて、第４のレーザ光源から出射されたレーザ光を変調する第４の表示領域を含む。ただし、第１および第２の表示領域は隣接し、第２および第３の表示領域は隣接し、第３および第４の表示領域は隣接する。また、第１の表示領域は第３および第４の表示領域と隣接せず、第２の表示領域は第４の表示領域と隣接せず、第３の表示領域は第１の表示領域と隣接せず、第４の表示領域は第１および第２の表示領域と隣接しない。

第１のダイクロイックミラー５３１は、第１のレーザ光源が出射するレーザ光を選択的に透過する。第２のダイクロイックミラー５３２は、第３のレーザ光源が出射するレーザ光を選択的に透過する。第３のダイクロイックミラー５３３は、第４のレーザ光源が出射するレーザ光を選択的に透過する。例えば、第１のレーザ光源が青、第２のレーザ光源が緑、第３のレーザ光源が赤、第４のレーザ光源が赤外のレーザ光を出射する場合、第１のダイクロイックミラー５３１には、青を透過し、赤外と赤と緑を反射するものを用いる。この場合、第２のダイクロイックミラー５３２には、赤外と赤を透過して青色と緑色を反射するものを用い、第３のダイクロイックミラー５３３には、赤外を透過して赤と緑を反射するものを用いる。ミラー５３４は、全てのレーザ光を反射する。第１の光吸収体５３５および第２の光吸収体５３６は、全てのレーザ光を吸収する。

図８においては、レーザ光６３１（太い実線）、６３３（太い破線）、６３６（太い一点鎖線）および６３９（太い二点鎖線）は、投射光に変換される必要な成分である。一方、レーザ光６３２（細い破線）、６３４（細い実線）、６３５（細い一点鎖線）、６３７（細い長破線）、６３８（細い二点鎖線）および６４０（細い長一点鎖線）が不要成分である。

レーザ光６３１は、第１のレーザ光源の出射したレーザ光が、第１の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６３２は、第２のレーザ光源が出射したレーザ光が、第１の表示領域で変調されたレーザ光である。

レーザ光６３３は、第２のレーザ光源の出射したレーザ光が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６３４は、第１のレーザ光源が出射したレーザ光が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６３５は、第３のレーザ光源が出射したレーザ光が、第２の表示領域で変調されたレーザ光である。

レーザ光６３６は、第３のレーザ光源の出射したレーザ光が、第３の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６３７は、第２のレーザ光源が出射したレーザ光が、第３の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６３８は、第４のレーザ光源が出射したレーザ光が、第３の表示領域で変調されたレーザ光である。

レーザ光６３９は、第４のレーザ光源の出射したレーザ光が、第４の表示領域で変調されたレーザ光である。レーザ光６４０は、第３のレーザ光源が出射したレーザ光が、第４の表示領域で変調されたレーザ光である。

ミラー５３４は、レーザ光６３９および６４０が第３のダイクロイックミラー５３３の反射面に入射するように配置する。第３のダイクロイックミラー５３３は、レーザ光６３６、６３７および６３９が、第２のダイクロイックミラー５３２の反射面に入射するように配置する。また、第２のダイクロイックミラー５３２は、レーザ光６３３、６３６および６３９が、第１のダイクロイックミラー５３１の反射面に入射するように配置する。また、第１のダイクロイックミラー５３１は、レーザ光６３１、６３３、６３６および６３９が、出射光の光軸に沿ってフーリエ変換レンズ１７１に入射するように配置する。第１の光吸収体５３５は、レーザ光６３２および６３４が入射するように配置する。第２の光吸収体５３６は、レーザ光６３５、６３７、６３８および６４０が入射するように配置する。

ミラー５３４は、レーザ光６３９および６４０を第３のダイクロイックミラー５３３に向けて反射する。第３のダイクロイックミラー５３３は、ミラー５３４で反射された２成分のうち、レーザ光６４０を第２の光吸収体５３６に向けて反射し、レーザ光６３９を透過させる。また、第３のダイクロイックミラー５３３は、レーザ光６３８を透過させ、レーザ光６３６および６３７を第２のダイクロイックミラー５３２に向けて反射する。第２のダイクロイックミラー５３２は、第３のダイクロイックミラー５３３を透過したレーザ光６３９を透過させ、第３のダイクロイックミラー５３３が反射した成分のうち、レーザ光６３７を第２の光吸収体５３６に向けて反射し、レーザ光６３６を透過させる。また、第２のダイクロイックミラー５３２は、レーザ光６３５を透過させ、レーザ光６３３および６３４を第１のダイクロイックミラー５３１に向けて反射する。第１のダイクロイックミラー５３１は、第２のダイクロイックミラー５３２を透過したレーザ光６３６および６３９をフーリエ変換レンズ１７１に向けて反射する。また、第１のダイクロイックミラー５３１は、第２のダイクロイックミラー５３２が反射した成分のうち、レーザ光６３３をフーリエ変換レンズ１７１に向けて反射し、レーザ光６３４を透過させる。さらに、第１のダイクロイックミラー５３１は、レーザ光６３１を透過させ、レーザ光６３２を第１の光吸収体５３５に向けて反射する。第１の光吸収体５３５は、レーザ光６３２および６３４を吸収する。第２の光吸収体５３６は、レーザ光６３５、６３７、６３８および６４０を吸収する。

図８の構成によると、レーザ光６３２および６３４は、第１の光吸収体５３５に導かれる。また、レーザ光６３５、６３７、６３８および６４０は、第２の光吸収体５３６に導かれる。すなわち、不要成分であるレーザ光６３２、６３４、６３５、６３７、６３８および６４０は、いずれも投射光の投射方向には向かわずに第１の光吸収体５３５または５３６に吸収される。

一方、不要成分を除去したレーザ光６３１、６３３、６３６および６３９は、フーリエ変換レンズ１７１に導かれてフーリエ変換され、投射光となる。

したがって、図５の構成によれば、２色や３色の場合と同様に、隣接した表示領域に食み出る不要成分を除去するために混色が起こらず、最大限の解像度を確保することができる。

〔高次成分除去〕
位相変調型の投射装置では、フーリエ変換レンズによって２次以上の高次光が発生する。図９は、そのような高次光を除去することを可能とする構成である。

図９は、本実施形態に係る投射装置の構成を示す概念図である。図９の投射装置は、レーザ光源１１０、コリメータレンズ１２０、位相変調型の変調素子１３０、不要成分除去手段１５０、フーリエ変換レンズ１７１、遮光体１７５および投射レンズ１８０を備える。なお、図９においては、レーザ光源を一つだけ示しているが、実際には、複数のレーザ光源が紙面に対して垂直方向に並んだ構成となる。また、図９においては、各構成要素間の距離関係は正確に表していない。

レーザ光源１１０およびコリメータレンズ１２０は、図１の光源１１に含まれる構成である。コリメータレンズ１２０は、光源１１０から出射されたレーザ光を平行光（レーザ光２１０）に変換する。位相変調型の変調素子１３０は、図１の変調手段１３の機能を有する。不要光除去手段１５０は、図１の不要成分除去手段１５の機能を含む構成である。フーリエ変換レンズ１７１および投射レンズ１８０は、図１の投射手段１７に含まれる構成である。遮光体１７５は、フーリエ変換レンズ１７１を通過したレーザ光２６０に含まれる高次光を遮光する。

レーザ光２１０は、レーザ光源１１０から出射されたレーザ光がコリメータレンズ１２０によって平行光に変換されたレーザ光である。レーザ光２３０は、位相変調型の変調素子１３０によって変調されたレーザ光であり、不要成分を含む。レーザ光２５０は、不要成分除去手段１５０によってレーザ光２３０から不要光を除去したレーザ光である。レーザ光２６０は、レーザ光２５０がフーリエ変換レンズ１７１によってフーリエ変換されたレーザ光である。焦点位置１７７は、フーリエ変換レンズ１７１の焦点位置である。投射光２７１は、投射レンズ１８０によって投射された光であり、被投射体上で画像を形成する。

フーリエ変換レンズ１７１は、位相変調型の変調素子１３０からその焦点距離だけ離れた位置に設置する。そのため、焦点位置１７７には、位相変調型の変調素子１３０上に表示される画像のフーリエ変換画像が結像される。遮光体１７５は、焦点位置１７７における高次光を吸収し、高次光が投射方向へ進行しないようにする。すなわち、遮光体１７５は、フーリエ変換レンズ１７１によってフーリエ変換されたレーザ光の焦点位置に、高次光を遮光するように配置される。フーリエ変換された画像は、遮光体１７５によって高次光を除去した後に、投射レンズ１８０によって拡大投射される。

図９の例においては、フーリエ変換レンズ１７１の焦点距離をｆ１、投射レンズ１８０の焦点距離をｆ２とすると、ｆ１／ｆ２の倍率で投射されることになる。

また、一般に、フーリエ変換された画像の中心には、０次光と呼ばれる明るいスポットができる。この０次光は、ＤＣ成分の光である（ＤＣ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）。０次光は、理論的にはゼロにできるが、現実的には存在する。０次光を除去するために、不要成分除去手段１５０およびフーリエ変換レンズ１７１の光学系をずらし、０次光を遮光体１７５に吸収させる構成とすることもできる。

〔色収差〕
ここで、図１０を用いて一般的な凸レンズの色収差について説明する。

図１０は、凸レンズ１７９によって可視光を屈折させる例である。なお、図１０においては、青色光２６９Ｂ（実線）、緑色光２６９Ｇ（破線）および赤色光２６９Ｒ（一点鎖線）を屈折光として示す。焦点位置２６８Ｂ、２６８Ｇおよび２６８Ｒは、それぞれ青色光、緑色光および赤色光の焦点位置を示す。

図１０のように、色収差によって、波長が最も長い赤色光の焦点位置２６８Ｒが凸レンズ１７９から最も遠く、波長が最も短い青色光の焦点位置２６８Ｇが凸レンズ１７９に最も近くなる。本実施形態の投射装置のフーリエ変換レンズも、図１０のような凸レンズと同様の特性をもつ。

そのため、本実施形態においては、フーリエ変換レンズ１７１への光路長が最も短い第１のレーザ光源に一番波長の短い光を設定し、フーリエ変換レンズ１７１への光路長が長くなるにつれて波長の長い光を設定することが好ましい。

図５〜図８に示した例では、各レーザ光源とフーリエ変換レンズ１７１との光路差が正しく表示されていない。例えば、図６において、変調素子１３０からフーリエ変換レンズ１７１までの距離を５０ｍｍとし、ダイクロイックミラー５２１とミラー５２３との距離を３ｍｍとする設計例がある。レンズの設計例によっては、この範囲の収差を作ることは可能である。

〔フーリエ変換レンズ〕
本発明の投射装置を用いたインターフェース装置をウエアラブルなシステムとして実現するためには、投射装置の小型化が求められる。また、ウエアラブルなシステムでは、被投射体が操作者に近接していることが想定される。

図９の例で示したように、画像を拡大投射するためには投射レンズが必要である。フーリエ変換レンズの焦点距離をｆ１、投射レンズの焦点距離をｆ２とすると、投射レンズの拡大率はｆ１／ｆ２となる。操作者の手元などの近接した位置に画像を投射するためには、投射レンズによる拡大率を大きくすることによって、投射レンズの焦点距離ｆ２を非常に小さくする必要がある。例えば、投射レンズの焦点距離ｆ２を１〜２ｍｍ程度に設定することもありうる。このような条件において、図１０に示すような色収差は大きな問題を起こす。なぜならば、色毎に拡大率が異なってしまうためである。

本実施形態においては、図１１に示す光学系を用いて色収差の問題を解決する。

図１１は、本実施形態のフーリエ変換レンズの一例を示す概念図である。図１１のフーリエ変換レンズ１７１０は、分散が小さい凸レンズ１７１１と、分散が大きい凹レンズ１７１２とを組み合わせて構成する。例えば、凸レンズ１７１１にはクラウン系ガラス、凹レンズ１７１２にはフリント系ガラスを用いることができる。なお、凸レンズ１７１１および凹レンズ１７１２の分散の大小関係は相対的なものであるが、凹レンズ１７１２には一般的に分散の大きな材料を用いることが好ましい。

すなわち、フーリエ変換レンズ１７１０は、図示しない変調素子側に分散の小さい凸レンズ、投射レンズ１８０側に分散の大きい凹レンズを配置した構造を有する。フーリエ変換レンズ１７１０は、凸レンズ側ではレーザ光の色毎に焦点が異なり、凹レンズ側ではレーザ光の色毎の焦点が同一となるように配置される。

図１１には、青色光２５０Ｂ（実線）、緑色光２５０Ｇ（破線）および赤色光２５０Ｒ（一点鎖線）をフーリエ変換レンズ１７１０に入射する例を示す。フーリエ変換レンズ１７１０でフーリエ変換されたレーザ光である青色光２６１Ｂ（実線）、緑色光２６１Ｇ（破線）および赤色光２６１Ｒ（一点鎖線）は、投射レンズ１８０によって拡大投射される。

図１１の例では、凸レンズ１７１１と凹レンズ１７１２とを組み合わせることによって、凸レンズ１７１１側は色毎に焦点を変えて光学系の光路差を解消し、凹レンズ１７１２側では色毎の焦点をほぼ同一の位置にして拡大率の均一化を図っている。その結果、図１０のような凸レンズ１７９のみを用いた場合に発生しうる色収差の問題を解決できる。

〔偏光方向〕
次に、図１２および図１３を用いて、本実施形態に係る投射装置の変調素子に照射するレーザ光の偏光方向について説明する。一般に半導体レーザからは楕円形のビームが放出され、その偏光方向は楕円の短軸方向となる。

図１２は、単色光を用いる場合の例である。単色光の場合、変調素子１３０の表示領域に照射するレーザ光のビームスポット２１５が他の色と重なることはない。そのため、変調素子１３０上に照射される楕円形のビームスポット２１５は、偏光方向２１６が変調素子１３０の短辺方向に平行となるように設定することによって照射面積を大きくすることができる。

図１３は、本実施形態のように多色光を用いる場合の例である。多色光の場合、各色のレーザ光の偏光方向を変調素子１３０の短辺方向に平行とすると、ビームスポット径を大きくした際に、各色に対応する表示領域からはみ出る成分が増える。そのため、図１３のように、各色のビームスポット２１５Ｒ、２１５Ｇおよび２１５Ｂの偏光方向２１６Ｒ、２１６Ｇおよび２１６Ｂを変調素子１３０の長辺に平行となるように設定する。各色のビームスポット２１５Ｒ、２１５Ｇおよび２１５Ｂの偏光方向２１６Ｒ、２１６Ｇおよび２１６Ｂを変調素子１３０の長辺方向に平行とすると、偏光方向２１６Ｒ、２１６Ｇおよび２１６Ｂが各表示領域の短辺方向と平行となる。そのため、各ビームスポット２１５Ｒ、２１５Ｇおよび２１５Ｂの照射面積を大きくすることができる。

以上が、本発明の第１の実施形態に係る投射装置についての説明である。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る投射装置について説明する。

図１４は、本発明の第２の実施形態に係る投射装置の変調素子およびフーリエ変換レンズを含む光学系の概念図である。なお、その他の構成に関しては、第１の実施形態と同様であるので詳細な説明は省略する。

図１４のように、本実施形態に係る投射装置は、レーザ光源（図示しない）から出射された複数の色のレーザ光が入射する変調素子の表示面上に、各レーザ光の波長に対応する帯域通過型の色フィルタを配置した構成を有する。すなわち、本実施形態では、複数色のレーザ光のいずれかを変調するための表示領域のそれぞれに対応する色のレーザ光を選択的に透過させる帯域通過フィルタを不要成分除去手段として配置する。

第１の色フィルタ１５６は、第１のレーザ光源（図示しない）から出射されたレーザ光２１１（実線）の波長を中心波長として通過させる色フィルタである。第２の色フィルタ１５７は、第２のレーザ光源（図示しない）から出射されたレーザ光２１２（破線）の波長を中心波長として通過させる色フィルタである。これらの色フィルタが不要成分除去手段１５５である。本実施形態で用いる帯域透過型の色フィルタは、光学多層薄膜などで形成される散乱性のないものが好適である。

変調素子１３２で変調され、第１および第２の色フィルタ１５６および１５７を通過したレーザ光２５１（実線）および２５２（破線）は、フーリエ変換レンズ１７２に向けて出射される。

図１５は、図１４のＡ−Ａ’で切断した変調素子１５５を、Ａ−Ａ’方向から見た断面図である。

変調素子１３２は、シリコン基板１３３、ガラス基板１３４、液晶１３５、隔壁１３６を含む。シリコン基板１３３の主面には、変調用のアレイが形成されている。隔壁１３６は、シリコン基板１３３とガラス基板１３４とを支えており、変調素子１３２の周辺に沿って枠状に設置される。変調素子１３２の表示面側に配置するガラス基板１３４の上面に、色フィルタ１５６または１５７が配置される。

図１５には、２つの矢印を示している。一つ目の矢印は入射方向２１７であり、図１４のレーザ光２１１（実線）および２１２（破線）の入射方向を示す。二つ目の矢印は出射方向２５７であり、変調素子１３２で変調されて生成した図１４のレーザ光２５１（実線）および２５２（破線）の出射方向を示す。

色フィルタ１５６は、第１のレーザ光源から出射されたレーザ光２１１の波長を中心として透過させるため、第２のレーザ光源から出射されたレーザ光２１２を透過させない。そのため、レーザ光２１１に対応する表示領域には、レーザ光２１２が混ざらず、レーザ光２１１のみが変調されて出射される。同様に、レーザ光２１２に対応する表示領域には、レーザ光２１１が混ざらず、レーザ光２１２のみが変調されて出射される。

第２の実施形態においては、レーザ光から不要成分を除去し、投射される必要成分のみを導く光学系（不要成分除去手段）を帯域透過型の色フィルタによって実現する。それぞれの帯域透過型の色フィルタは、各色に対応した表示領域に不要な波長の光が出入りすることを防ぐ。

ところで、帯域透過型の色フィルタを用いる場合、設計上注意する点が２つある。

一つは、帯域透過型の色フィルタとして、液晶ディスプレイなどに使われているカラーフィルタは使えないということである。一般的なカラーフィルタは、主に染料や顔料を含む材料で構成される光散乱性のものである。そのため、本実施形態に係る投射装置に一般的なカラーフィルタを適用すると、レーザ光の波面を崩してしまって実用にならなくなる。

もう一つは、光の入射・出射方向への対応である。一般的な光学多層薄膜の場合、多層膜の屈折率と膜厚との組み合わせによって波長選択性を持たせている。その結果、光の入ってくる方向に依存して実効的な膜厚が増加するため、波長選択制を考慮した設計が必要である。本実施形態においては、図１５に示すように、入射方向２１７から斜めに入射し、帯域透過型の色フィルタ１５６または１５７を透過して波長の選択された光が、ガラス基板１３４および液晶１３５を通り、シリコン基板１３３の表面の電極で反射される。そして、シリコン基板１３３の表面の電極で反射された光は、液晶１３５およびガラス基板１３４を通り、再び帯域透過型の色フィルタ１５６または１５７でフィルタリングされて出射方向２５７に出射される。このため、光の入射方向２１７および出射方向２５７に相当する方向に光の波長を中心とした波長選択性を持たせなければならない。光の入射方向２１７および出射方向２５７に相当する方向に光の波長を中心とした波長選択性を持たせれば、帯域透過型の色フィルタにおける光の減衰を最小限に抑え、効率の高い装置を得ることができる。

〔フーリエ変換レンズ〕
図１６に、本発明の第２の実施形態に係る投射装置に含まれる光学系の一例を示す。図１６は、位相変調型の変調素子１３２の表示面１３２０から投射レンズ８１２までに配置する光学系の一例である。

図１６には、分散の小さいクラウン系ガラス製の凸レンズ１７２１の両面に、分散の大きいフリントガラス製の凹レンズ１７２２および１７２３を貼り合わせたフーリエ変換レンズ１７２０を用いる例を示す。フーリエ変換レンズ１７２０は、変調素子１３２側に凹レンズ１７２２（第１の凹レンズ）、投射レンズ８１２側に凹レンズ１７２３（第２の凹レンズ）、凹レンズ１７２２と１７２３との間に凸レンズ１７２１を配置した構造を有する。

変調素子１３２によって変調された青色光２５０Ｂ（実線）、緑色光２５０Ｇ（破線）および赤色光２５０Ｒ（一点鎖線）は、フーリエ変換レンズ１７２０の凹レンズ１７２２側に入射する。青色光２５０Ｂ、緑色光２５０Ｇおよび赤色光２５０Ｒのそれぞれは、凸レンズ１７２１を経て凹レンズ１７２３側から青色光２６１Ｂ（実線）、緑色光２６１Ｇ（破線）および赤色光２６１Ｒ（一点鎖線）として出射される。

第２の実施形態においては、位相変調型の変調素子１３２からフーリエ変換レンズ１７２０までの距離はどの色に対しても同等になる。したがって、焦点距離は、焦点深度が許す範囲で同一でなければならない。また、投射レンズに対する焦点の問題は、第１の実施形態と同様である。そのため、位相変調型の変調素子１３２から投射レンズ８１２に至る光学系は、図１６のような構成にすることが好ましい。

すなわち、フーリエ変換レンズ１７２０は、変調素子１３２側および投射レンズ８１２側の両面の焦点距離が同一となるように配置される。

図１６のような構成にすることにより、フーリエ変換レンズ１７２０の入射面および出射面に対して両方向に焦点距離をそろえることができる。

〔変形例１〕
図１７に、本発明の第２の実施形態に係る投射装置の変形例１を示す。なお、図１７においては、各レーザ光源から出たレーザ光をコリメートするコリメートレンズを省略している。図１７の変形例では、変調手段によって変調された各色のレーザ光ごとにフーリエ変換レンズおよび投射レンズを配置する。

第２の実施形態においては、第１の実施形態のようにフーリエ変換レンズに入射するビームのセンターを合成して同一とすることはないので、厳密にいえば、画像のセンター位置がずれてしまう。図１７の例においては、フーリエ変換レンズおよび投射レンズを色毎に設け、フーリエ変換レンズに入射するビームのセンターを調整している。

第１のレーザ光源２０１からのレーザ光２１１（実線）は、第１の色フィルタ１５６を選択的に透過し、変調素子１３２で変調され、レーザ光２５１（実線）として出射される。そして、レーザ光２５１は、第１のフーリエ変換レンズ１７３１によってフーリエ変換され、投射レンズ１８１によって投射領域２８０の範囲内に投射される。

同様に、第２のレーザ光源２０２からのレーザ光２１２（破線）は、第２の色フィルタ１５７を選択的に透過し、変調素子１３２で変調され、レーザ光２５２（破線）として出射される。そして、レーザ光２５２は、第２のフーリエ変換レンズ１７３２によってフーリエ変換され、投射レンズ１８２によって投射領域２８０の範囲内に投射される。

図１７の構成においては、第１および第２のフーリエ変換レンズ１７３１および１７３２、第１および第２の投射レンズ１８１および１８２の設計や配置を適切に設定する。その結果、想定される投射領域２８０の範囲内の位置において、それぞれの投射レンズによって投射された各色に対応する像の位置を高い精度で一致させることができる。

また、図１７の構成によれば、フーリエ変換レンズおよび投射レンズが色毎に独立しているため、色毎に焦点距離の調整ができる。そのため、各フーリエ変換レンズを、図１１や図１６に示すように複数のレンズによって構成にする必要がない。

〔変形例２〕
図１８に、本発明の第１および第２の実施形態に係る投射装置の変形例２を示す。

図３に示すように、位相変調型の変調素子の範囲外に広がった光は雑音成分となる。そして、そのような雑音成分は、０次光と呼ばれるＤＣ成分になってしまうことが一般的である。このような雑音成分は、画像形成上は好ましくない。本変形例は、そのような雑音成分の発生を防止するものである。

図１８のように、本変形例の投射装置では、変調素子１３０の周辺部に遮光構造１４０を設ける。遮光構造１４０は、位相変調型の変調素子１３０の周辺部分を覆う遮光体１４１（遮光部とも呼ぶ）、その遮光体１４１によって反射される光を吸収する光吸収体１４２（光吸収部とも呼ぶ）を含む。

すなわち、遮光構造１４０は、変調素子１３０の周辺に枠状に配置され、変調素子１３０の表示面１３１に対して外側に傾斜した傾斜面を有し、その傾斜面に入射したレーザ光を反射する遮光体１４１を含む。さらに、遮光構造１４０は、遮光体１４１によって反射されたレーザ光を吸収する光吸収体１４２を含む。

また、図１８においては、レーザ光源から出射されるレーザ光のうち、変調素子１３０の有効部分に当たる成分を有効成分１３００、変調素子１３０の有効部分に当たらない成分を不要成分１４００として示す。

図１８のように、遮光体１４１は、不要成分１４００の入射方向に対して傾斜する傾斜面を有する。遮光体１４１の傾斜面に入射する不要成分１４００は、光吸収体１４２に導かれる。光吸収体１４２に導かれた不要成分１４００は、光吸収体１４２によって吸収されるため、迷光となることがない。なお、遮光体１４１自体が光吸収性を持っていてもよいが、遮光体１４１が光を吸収すると変調素子１３０の温度上昇につながるため、条件によっては好ましくない。そのため、不要成分１４００の大部分は光吸収体１４２によって吸収させる構成とする方が好ましい。

以上のように、本変形例によれば、位相変調型の変調素子の範囲外に広がった光を除去することができるため、０次光の発生を抑制することができる。

（第３の実施形態）
位相変調型の投射装置を用いて、線画や文字などのような投射面積が小さい画像を表示するインターフェースシステムを構築すれば、低電力、小型および低コストのシステムを実現できる。特に、業務用の作業支援システムなどにおいて、作業者に指示を出したり、目的物を識別するためのマーカを出したりするような場合、線画や文字を投射すれば十分であり、インターフェースシステムとしての有用性が大きい。また、位相変調型の投射装置は、体に装着して用いるように小型化できるため、いわゆるウエアラブルなインターフェースシステムを実現することも可能となる。

このようなウエアラブルなインターフェースシステムにおいても、ある分類は赤、別のある分類は緑などといったように、投射する画像を色分けすることで識別性が向上するため、多色化の要求がある。なお、ここでいう多色には、色の合成を行わず、色毎に別々に表示するシステムを含む。

本発明の第３の実施形態は、上述のようなウエアラブルなインターフェース装置に関する。

図１９のように、本実施形態に係るインターフェース装置１００は、制御部１０１と、撮像部１０２と、投射部１０３とを備える。本実施形態に係るインターフェース装置１００の投射部１０３は、第１または第２の実施形態に係る投射装置の機能を含む。

制御部１０１は、インターフェース装置１００全体を制御する。制御部１０１は、撮像部１０２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。制御部１０１は、認識した結果に基づいた適切な画像信号を投射部１０３に提供し、投射部１０３によって適切な画像を投射させる。また、制御部１０１は、各色で表示される画像の位置を撮像部１０２で撮像し、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、各色の画像が相互に整合するように制御する。制御部１０１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１０１は、撮像部１０２が撮像した領域のユーザインターフェース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部１０３に提供するとともに、その画像情報を投射するように投射部１０３を制御する。

撮像部１０２は、インターフェース操作を行う操作領域２９０を含む領域を撮像する。撮像部１０２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、撮像部１０２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１０２に含ませてもよい。

投射部１０３は、制御部１０１の制御に従って、操作者の操作を受け付ける操作領域２９０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）。投射部１０３は、第１または第２の実施形態に係る投射装置の機能を含む。

次に、本実施形態に係るインターフェース装置１００の動作について、図２０のフローチャートを用いて説明する。

図２０において、まず、インターフェース装置１００の電源が投入され、動作し始めると、制御部１０１は、操作者の操作を受け付けるＵＩを含む画像を投射部１０３に投射させるように制御する（ステップＳ１１）。

投射部１０３は、制御部１０１の制御に従って、操作者の操作を受け付けるＵＩを含む画像を操作領域２９０に投射する（ステップＳ１２）。

撮像部１０２は、投射部１０３によって投射された画像に含まれるＵＩへの操作に相当する操作者の指や手などの動作（位置や動き）を撮像する（ステップＳ１３）。

制御部１０１は、撮像部１０２によって撮像された操作者の操作を認識する（ステップＳ１４）。

ここで、操作者の操作結果を反映させた画像を投射する場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）、制御部１０１は、その操作結果を反映させた画像を投射部１０３に投射させるように制御する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６の後は、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１２からステップＳ１６までの処理は、操作者の操作結果を反映させた画像を投射する処理を終了するまで（ステップＳ１５でＮｏ）繰り返す。

以上が、図２０のフローチャートを用いた動作の説明である。

また、本実施形態に係るインターフェース装置１００は、図２１のフローチャートに示すように、図２０とは別の動作をしてもよい。図２１のフローチャートに示す動作では、操作者に物体の情報を伝える動作を行う。

インターフェース装置１００は、電源が投入されると、以下のように動作する。

図２１において、まず、撮像部１０２は、撮像可能な範囲を撮像する（ステップＳ２１）。なお、制御部１０１による制御に応じて撮像部１０２による撮像を開始するようにしてもよい。

制御部１０１は、撮像部１０２によって撮像された情報について判断する（ステップＳ２２）。例えば、制御部１０１は、撮像された範囲内に対象物が含まれるか否かを判断する。

制御部１０１は、撮像された範囲内に対象物が含まれている場合（ステップＳ２３でＹｅｓ）、撮像した対象物を認識し、その対象物に対して適切な画像を投射部１０３に投射させる（ステップＳ２４）。なお、撮像された範囲内に対象物が含まれていない場合は（ステップＳ２３でＮｏ）、ステップＳ２１に戻る。

投射部１０３は、制御部１０１の制御に従って、対象物に関する情報を含む画像を対象物に投射する（ステップＳ２５）。なお、対象物そのものではなく、対象物の近くや対象物との関連性が分かる位置に適切な画像を投射するようにしてもよい。このとき、本実施形態に係るインターフェース装置１００は、多色の画像を投射できるため、単色よりも識別しやすく、理解し易い画像を投射できる。

撮像部１０２による撮像を継続する場合は（ステップＳ２６でＹｅｓ）、ステップＳ２１に戻る。ステップＳ２１からステップＳ２５までの処理は、撮像部１０２による撮像を終了するまで（ステップＳ２６でＮｏ）繰り返す。

以上が、図２１のフローチャートを用いた動作の説明である。

上述の図２０および図２１のフローチャートの処理に関しては、各処理の順番を入れ替えたり、別の処理を追加したりしてもよい。また、図２０および図２１のフローチャートの各処理に関しては、必要に応じて別の手順を追加したり、不要な手順を削除したりしてもよい。

本実施形態に係るインターフェース装置は、投射色を合成して別の色を作ることによって自然画を形成するような用途ではなく、線画や文字などを単色で形成する用途に使用することを想定している。そのため、画素の位置合わせを行うほどの精度は不要であるが、色毎に形成される像の相対位置を不自然でない程度に合わせる必要はある。このため、本実施形態においては、各色で表示される画像の位置を撮像部で撮像し、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、各色に対して相互に整合するように制御することが好ましい。この制御により、操作者が動くことによって操作領域が変化しても、各色の投射画像の相対位置がずれないように投射することができる。

（応用例）
図２２および図２３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１００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２２はネームプレート型のインターフェース装置１０１０、図２３はペン型のインターフェース装置１０２０を示す。

図２２のように、インターフェース装置１０１０は、撮像部１０２のカメラのレンズ部１０１２、投射部１０３の投射レンズ部１０１３を有する。同様に、図２３のように、インターフェース装置１０２０は、撮像部１０２のカメラのレンズ部１０２２、投射部１０３の投射レンズ部１０２３を示す。インターフェース装置１０１０および１０２０は、胸にしっかりと固定することによって、撮像や投射のぶれを抑制することができる。

なお、図２２および図２３に示す各インターフェース装置は、本実施形態に係るインターフェース装置の応用例の一例である。本実施形態に係るインターフェース装置は、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でウエアラブル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インターフェース装置を組み合わせてもよい。

（利用シーン）
図２４〜図２７に、本実施形態に係るインターフェース装置１００の利用シーンを示す。なお、図２４、図２５および図２６の例において、作業者は、インターフェース装置１００の機能を有するインターフェース装置１０００を胸元に装着しているものとする。また、図２７においては、インターフェース装置１００の機能を有するインターフェース装置１０３０を天井から吊り下げるものとする。インターフェース装置１０００および１０３０は、インターフェース装置１００と同様に、制御部１０１、撮像部１０２および投射部１０３を備える。インターフェース装置１０００および１０３０の制御部１０１、撮像部１０２および投射部１０３は、インターフェース１００が備えるものと同じ機能・関係を有する。

〔利用シーン１〕
図２４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を参照し、商品を陳列・撤去する利用シーン１を示す。

図２４において、画像３０１は、賞味期限切れ商品上に投射された画像（例えば赤色の×印）を示す。また、画像３０２は、賞味期限切れまでの時間を示す投射画像（例えば緑色の文字）を示す。図２４の例では、インターフェース装置１０００の撮像部１０２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１０１で判断する。制御部１０１は、判断結果に基づいた画像情報の信号を投射部１０３に提供する。制御部１０１は、賞味期限が切れた商品には赤色の×印を投射するように、賞味期限が近い商品には賞味期限切れまでの時間を緑色で投射するように投射部１０３を制御する。投射部１０３は、制御部１０１の制御に応じて、賞味期限が切れた商品には赤色の×印を、賞味期限が近い商品には賞味期限切れまでの時間を緑色で投射する。なお、図２４のように、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い。インターフェース装置１０００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２４のように、インターフェース装置１０００は胸に装着されているため、操作者は両手を使うことができる。また、図２４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。

〔利用シーン２〕
図２５は、配管の保守・点検を行う作業への利用シーン２を示す。

図２５に示すように、作業者が胸に装着するインターフェース装置１０００（図示しない）は、作業者が作業する付近の配管図３０３を、例えば緑色で配管に投射する。インターフェース装置１０００は、配管図３０３の中に、保守・点検をする部分を、マーク３０４を、例えば赤色の×印で投射する。図２５の例においては、インターフェース装置１０００に何らかの位置検出手段、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）のようなものを搭載しておくとよい。なお、インターフェース装置１０００に位置検出手段を搭載する場合、その位置検出手段を撮像部１０２や投射部１０３とは別のハードウェアに組み込んでもよい。以下においては、インターフェース装置１０００に位置検出手段が搭載されている例について説明する。

制御部１０１は、位置検出手段によってインターフェース装置１０００の位置を検出するとともに、撮像部１０２が撮像した配管の構成を認識する。そして、制御部１０１は、その認識した部分に適合した画像信号を投射部１０３へ送り、送った画像信号に基づいた投射光を投射するように投射部１０３を制御する。

図２５では、点検や修理をする対象部分を×印（赤色）で示しているが、対象部分の配管を赤色で表示するようにしてもよい。また、配管図周辺には配管図３０３の位置を動かしたり、拡大・縮小させたりする部分を含むＵＩを投射し、そのＵＩ上のボタンやスクロールバーなどを操作して所望の画像や情報が得られるように構成してもよい。

一般的なスマートフォンやタブレットのタッチパネルでは、手袋をしているとＵＩの操作ができない。それに対し、図２５の例のように、インターフェース装置１０００では、手袋をしたままでＵＩの操作ができる。さらに、投射部１０３から投射したＵＩは、手袋をしたままでも操作できるだけではなく、例えば手が濡れていたり汚れていたりしても問題なく操作できる。また、投射部１０３から投射したＵＩは、何かしらの物体を使って操作することも可能である。図２５の利用シーン２では、図２４の利用シーン１と同様に両手が使える状態になっているために作業効率が向上することも利点である。

〔利用シーン３〕
図２６は、荷物搬送への利用シーン３を示す。図２６の例では、操作者が両手で持つ荷物の上に、インターフェース装置１０００から、現在操作者がいる付近の地図３０５を緑色で投射する。例えば、インターフェース装置１０００は、緑色の地図３０５上に赤色の印３０６を投射し、荷物を持った操作者に現在位置を知らせる。

例えば、制御部１０１にＧＰＳなどの位置検出手段を搭載し、配送先の地図３０５を投射する。そして、その地図３０５に位置検出手段で検出した操作者の現在位置を赤色の印で投射すれば、操作者の移動に伴ってその赤色の印が地図３０５上で移動する。

スマートフォンやタブレットなどに表示された地図や紙の地図の場合、操作者は、地図を扱うときに荷物を置かなくてはならない。それに対し、図２６の例のインターフェース装置１０００であれば、荷物を置くような無駄な動作をすることなく作業を続けることが可能である。

〔利用シーン４〕
図２７は、地図を用いた会議システムへの利用シーン４を示す。図２７では、天井などから吊るして使用することができるインターフェース装置１０３０を用いる。

図２７の地図では、２つの陣営が対峙している状態を想定している。図２７の例では、机３１１の上方にインターフェース装置１０３０を吊るしておく。そして、インターフェース装置１０３０から、机３１１の上に置いた地図３１２に情報を投射し、投射した情報を用いてインタラクティブな操作を行う。

図２７の地図３１２上には、地図を識別するための識別コード３１３や、一方の陣営の情報を示す画像３１４（点線）、他方の陣営の情報を示す画像３１５（実線）、地図上に表示する情報をインタラクティブに操作するための操作画像３１６を表示する。図２７の例のインターフェース装置１０３０によれば、例えば、画像３１４（点線）を赤色で表示し、画像３１５（実線）を緑色で表示し、操作画像３１６を青色で表示すれば、各画像が識別しやすくなる。

図２７において、机３１１の上に地図３１２が置かれると、インターフェース装置１０３０の撮像部１０２がこの地図３１２を撮像し、識別コード３１３を読み取ることによって地図を識別する。同時に、インターフェース装置１０３０の制御部１０１は、地図３１２の４辺の位置を読み取って正しく情報が表示されるように座標を設定する。また、制御部１０１は、上述したように色毎に位置設定を行い、各色に対応する画像信号を投射部１０３に提供し、各画像を投射するように投射部１０３を制御する。投射部１０３は、提供された画像情報に基づいて、赤色および青色で各陣営の情報を示す画像３１４および３１５とともに、緑色の操作画像３１６を地図３１２上に投射する。操作者は、地図上に投射された画像３１４および３１５を参照して両陣営の状況を見定め、操作画像３１６を用いて状況に応じたインタラクティブな操作を行う。例えば、インターフェース装置１０３０は、遠隔地からネットワーク経由で送られてくる情報を投射するようにしてもよい。また、例えば、インターフェース装置１０３０は、操作者が地図上の任意の位置に操作画像３１６を操作して書き込んだ情報を投射するようにしてもよい。

以上のように、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よれば、第１または第２の実施形態で示す投射機能を有する投射部によって正しく色毎の表示を行うことができるために上述のような機能を発揮し、効果を得ることができる。その結果、本実施形態に係るインターフェース装置によれば、小型かつ低電力でありながら、色割れがなく解像度の高い多色表示をすることが可能になる。

（関連技術）
ここで、本発明の実施形態に係る投射装置およびインターフェース装置を理解しやすくするための関連技術について説明する。以下の関連技術は、本発明の実施形態を構成するものではないが、本発明の実施形態においても適用する一般的な原理なども含む。

インタラクティブな動作を実現するインターフェースの一例として、背景技術にはEverywhere Displays Projector（以下、ＥＤプロジェクタ）を示した（非特許文献１）。ＥＤプロジェクタは、ＩＢＭ（登録商標）が開発したインターフェースである（ＩＢＭ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）。非特許文献１のＥＤプロジェクタは、カメラで操作者の動きを検出する。
（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）
インタラクティブな動作を実現するインターフェースを実現するための検出装置やプロジェクタには、下記の非特許文献２〜４のようなものもある。
（非特許文献２）Ｋｉｎｅｃｔ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、［２０１４年１１月１１日検索］、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．ｃｏｍ／ｅｎ−ｕｓ／ｋｉｎｅｃｔｆｏｒｗｉｎｄｏｗｓ／ｄｅｖｅｌｏｐ／ｌｅａｒｎ．ａｓｐｘ）
（非特許文献３）ＯＡＳＩＳ、Ｉｎｔｅｌ、［２０１４年１１月１１日検索］、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｉｌｓ．ｉｎｔｅｌ−ｒｅｓｅａｒｃｈ．ｎｅｔ／ｕｐｌｏａｄｓ／ｐａｐｅｒｓ／ＯＡＳＩＳ−ｄｅａｎｏｎ．ｐｄｆ）
（非特許文献４）ＬｕｍｉｎＡＲ、ＭＩＴ、［２０１４年１１月１１日検索］、インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｆｌｕｉｄ．ｍｅｄｉａ．ｍｉｔ．ｅｄｕ／ｓｉｔｅｓ／ｄｅｆａｕｌｔ／ｆｉｌｅｓ／２０１０−１０−０３−ｌｕｍｉｎａｒ＿ｕｉｓｔ１０＿ｄｅｍｏ．ｐｄｆ）
非特許文献２のＫｉｎｅｃｔ（登録商標）は、マイクロソフト（登録商標）が開発した機器である。非特許文献３のＯＡＳＩＳ（Ｏｂｊｅｃｔ−Ａｗａｒｅ Ｓｉｔｕａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ）は、インテル（登録商標）が開発した技術である。ＫｉｎｅｃｔやＯＡＳＩＳでは、カメラや深度計測装置によって対象の動きを検出する。非特許文献４のＬｕｍｉｎＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）は、ＭＩＴ（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）で開発された機器である。ＬｕｍｉｎＡＲは、プロジェクタによってＵＩを投射し、カメラによってＵＩに対する動作を撮像する。ＬｕｍｉｎＡＲは、自在に動くロボットアームの先端に小型のプロジェクタとカメラとを搭載している点でＥＤプロジェクタと異なる。

上述の関連技術のインターフェースシステムに用いられるプロジェクタは、強度変調型の変調素子を採用している。例えば、デスクトップＰＣやノートＰＣの液晶モニタなども強度変調方式で動作する（ＰＣ：Personal Computer）。

位相変調型は、背景技術で述べたような長所をもつにもかかわらず、強度変調型と比較して普及していないのには以下のような理由がある。

第１の理由は、レーザのようなコヒーレントな光を発する光源が必要となることである。光源にレーザを用いると、スペックルと呼ばれる一種の雑音が発生して視覚的な問題が生じたり、フーリエ変換などの付加的な信号処理が必要となったりする。

第２の理由は、自然画などを投射する場合には、ほとんど全ての画素で表示を行うことになるため、電力効率の優位性が消えてしまうということである。

第３の理由は、強度変調型のようにスクリーン上の画素と変調素子上の画素との整合がとれるわけではなく、色毎にスクリーン上の位置が変わってしまうということである。そのため、位相変調型で時分割する場合には、色毎にスクリーン上の位置の整合（コンバージェンスと呼ぶ）を取る必要がある。

上述のような理由によって、位相変調型は、通信用のスイッチやレーザ加工などの限られた用途に応用されている。

また、これまでにも、自然画用の位相変調型プロジェクタを製品化した例はある（Ｅ．Ｂｕｃｋｌｅｙ、“Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｌａｓｅｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”、ＳＩＤ’０８、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ、２００８、ｐｐ．１０７４−１０７９）。しかしながら、位相変調型プロジェクタは、上述のような理由によって、強度変調型方式のプロジェクタに対する優位性を出せなかったために普及するに至っていない。

本発明の実施形態によれば、上述の関連技術では達成することができなかったような、小型かつ低消費電力でありながら、色割れがなく解像度の高い多色表示をすることを可能とする投射装置およびインターフェース装置を実現することができる。

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、２０１４年１２月１８日に出願された日本出願特願２０１４−２５５６６６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。

１１ 光源
１３ 変調手段
１５ 不要成分除去手段
１７ 投射手段
１００ インターフェース装置
１０１ 制御部
１０２ 撮像部
１０３ 投射部
１１０ レーザ光源
１１１ 第１のレーザ光源
１１２ 第２のレーザ光源
１２０ コリメータレンズ
１２１ 第１のコリメートレンズ
１２２ 第２のコリメートレンズ
１３０ 変調素子
１３１ 表示面
１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂ 表示領域
１４０ 遮光構造
１４１ 遮光体
１４２ 光吸収体
１５０、１５１、１５２、１５３ 不要成分除去手段
１６０ 合成光学系
１７１、１７２ フーリエ変換レンズ
１７５ 遮光体
１７９ 凸レンズ
１８０、１８１、１８２ 投射レンズ
５１１ ダイクロイックミラー
５１２ ミラー
５１５ 光吸収体
５２１ 第１のダイクロイックミラー
５２２ 第２のダイクロイックミラー
５２３ ミラー
５２５ 第１の光吸収体
５２６ 第２の光吸収体
５３１ 第１のダイクロイックミラー
５３２ 第２のダイクロイックミラー
５３３ 第３のダイクロイックミラー
５３４ ミラー
５３５ 第１の光吸収体
５３６ 第２の光吸収体
１０１０、１０２０、１０３０ インターフェース装置
１０１２、１０２２ レンズ部
１０１３、１０２３ 投射レンズ部
１７１０、１７２０、１７３１、１７３２ フーリエ変換レンズ
１７１１、１７２１ 凸レンズ
１７１２、１７２２、１７２３ 凹レンズ
１７３１ 第１のフーリエ変換レンズ
１７３２ 第２のフーリエ変換レンズ

Claims (10)

1. 複数の色のレーザ光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記複数の色のレーザ光の各色に対応する表示領域を含む位相変調型の変調素子を有し、入射されたレーザ光を変調する変調手段と、
   前記変調手段によって変調されたレーザ光から、前記複数の色のレーザ光のそれぞれに対応する表示領域に混入した他の色のレーザ光が変調されて生じた不要成分を波長選択して除去する不要成分除去手段と、
   前記不要成分除去手段によって前記不要成分が除去された光を投射する投射手段とを備える投射装置。
2. 前記不要成分除去手段は、
   前記複数の色のレーザ光を反射するミラーと、
   前記ミラーおよび前記変調手段によって反射された前記複数の色のレーザ光のうちいずれかの色のレーザ光を選択的に透過させる少なくとも一つのダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーを経由して除去された前記不要成分を吸収する光吸収体とを含む請求項１に記載の投射装置。
3. 前記投射手段は、
   前記不要成分除去手段によって前記不要成分が除去された光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズによってフーリエ変換された光を投射する投射レンズとを有し、
   前記フーリエ変換レンズによってフーリエ変換されたレーザ光の焦点位置に、前記フーリエ変換されたレーザ光に含まれる高次光を遮光する遮光体を配置する請求項１または２に記載の投射装置。
4. 前記フーリエ変換レンズは、
   前記変調素子側に分散の小さい凸レンズ、前記投射レンズ側に分散の大きい凹レンズを配置した構造を有し、前記凸レンズ側ではレーザ光の色毎に焦点が異なり、前記凹レンズ側では各色のレーザ光の焦点が同一となるように配置される請求項３に記載の投射装置。
5. 前記不要成分除去手段は、前記複数の色のレーザ光のいずれかを変調するための前記表示領域のそれぞれに対応する色のレーザ光を選択的に透過させる帯域通過フィルタを前記変調素子の表示面側に配置した構成を有する請求項１に記載の投射装置。
6. 前記投射手段は、
   前記不要成分除去手段によって前記不要成分が除去された光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズによってフーリエ変換された光を投射する投射レンズとを有し、
   前記フーリエ変換レンズは、
   前記変調素子側および前記投射レンズ側のそれぞれに分散の大きい第１および第２の凸レンズ、前記第１および第２の凹レンズの間に分散の小さい凸レンズを配置した構造を有し、前記変調素子側および前記投射レンズ側の両面の焦点距離が同一となるように配置される請求項５に記載の投射装置。
7. 前記変調手段によって変調された各色のレーザ光ごとに前記フーリエ変換レンズおよび前記投射レンズを配置する請求項６に記載の投射装置。
8. 前記変調素子の周辺に枠状に配置され、前記変調素子の表示面に対して外側に傾斜した傾斜面を有し、前記傾斜面に入射した前記レーザ光を反射する遮光部と、
   前記遮光部によって反射された前記レーザ光を吸収する光吸収部とを含む遮光構造を備える請求項１乃至７のいずれか一項に記載の投射装置。
9. 前記光源は、
   第１のレーザ光を出射する第１のレーザ光源と、第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源とを有し、
   前記投射手段は、
   前記不要成分除去手段によって前記不要成分が除去された光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズを有し、
   前記変調手段の表示面は、
   前記第１のレーザ光源から出射された前記第１のレーザ光を変調するための第１の表示領域と、前記第２のレーザ光源から出射された前記第２のレーザ光を変調するための第２の表示領域とを含み、
   前記不要成分除去手段は、
   前記不要成分を吸収する光吸収体と、
   前記第２の表示領域で変調された前記第１および第２のレーザ光を反射するミラーと、
   前記ミラーが反射した前記第２のレーザ光を前記フーリエ変換レンズに向けて反射するとともに、前記ミラーが反射した前記第１のレーザ光を前記光吸収体に向けて透過させ、前記第１の表示領域で変調された前記第１のレーザ光を前記フーリエ変換レンズに向けて透過させるとともに、前記第１の表示領域で変調された前記第２のレーザ光を前記光吸収体に向けて反射するダイクロイックミラーとを含む請求項１に記載の投射装置。
10. 複数の色のレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射された前記複数の色のレーザ光の各色に対応する表示領域を含む位相変調型の変調素子を有し、入射されたレーザ光を変調する変調手段と、前記変調手段によって変調されたレーザ光から前記複数の色のレーザ光のそれぞれに対応する表示領域に混入した他の色が変調されて生じた不要成分を波長選択して除去する不要成分除去手段と、前記不要成分除去手段によって前記不要成分が除去された光を投射する投射手段とを有する投射部と、
    前記投射部により投射された画像を含む領域を撮像する撮像部と、
    前記撮像部が撮像した領域の前記画像に対して行われた操作に応じた画像情報を前記投射部に提供し、前記画像情報を投射するように前記投射部を制御する制御部とを備えるインターフェース装置。

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