JPWO2016129280A1 - Interface device - Google Patents
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Abstract
撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供するためにレーザ光を出射する光源と、レーザ光が入射され、入射されたレーザ光を変調する変調手段とを有する本体と、変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域に向けて画像を形成する光を反射するミラーと、操作領域を含む領域を撮像する撮像手段とを有するヘッドとを備え、本体とヘッドとは、画像を形成する光が通過する位置に設置され、画像を形成する光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続されるインターフェース装置とする。A main body having a light source that emits laser light to provide an interface device capable of directing an imaging direction and a projection direction in desired directions, and a modulation unit that receives the laser light and modulates the incident laser light; The mirror is installed on the image forming surface of the image formed by the light modulated by the modulation means and reflects the light that forms the image toward the operation area for interface operation, and the area including the operation area is imaged A head having an imaging means, and the main body and the head are connected to each other via a rotating mechanism that is installed at a position where light for forming an image passes and in which an open portion through which light for forming an image passes is formed. Interface device.
Description
本発明は、インターフェース装置に関する。特に、位相変調型の空間変調素子を用いたプロジェクタを搭載するインターフェース装置に関する。 The present invention relates to an interface device. In particular, the present invention relates to an interface device equipped with a projector using a phase modulation type spatial modulation element.
近年、プロジェクタとカメラとを組み合わせたインターフェース装置の開発が進んでいる。そのようなインターフェース装置では、プロジェクタから被投射面に画像を投射し、投射された画像に対する操作者の手や指の位置や動きをカメラで検出することによって、インタラクティブな動作を実現する。非特許文献1には、プロジェクタとカメラとを用いたEverywhere Displays Projector(以下、EDプロジェクタ)というインターフェース装置が開示されている。
In recent years, development of an interface device combining a projector and a camera has progressed. In such an interface device, an interactive operation is realized by projecting an image from a projector onto a projection surface and detecting the position and movement of an operator's hand or finger with respect to the projected image with a camera. Non-Patent
特許文献1には、プロジェクタによって映像が投影されたスクリーンに対して直接的に指示するためのインターフェース装置について開示されている。特許文献1のインターフェース装置のデバイス本体には、カメラのレンズと、プロジェクタのレンズとが、それらの光軸がほぼ一致するように近接して配置されている。そのため、カメラとプロジェクタとを独立して制御することなく、プロジェクタによって投射した画像をカメラによって撮像することができる。
プロジェクタとカメラとを組合せてインタラクティブな動作を行わせるウエアラブルなインターフェース装置においては、図39のように、装着する人の体型や装着の仕方によって、プロジェクタの投射方向が所望の方向からずれることがある。また、現状では、図40のように、装着する人が姿勢を変えるなどしてプロジェクタの投射方向がずれた場合、装置を装着し直す必要がある。 In a wearable interface device that performs an interactive operation by combining a projector and a camera, as shown in FIG. 39, the projection direction of the projector may deviate from a desired direction depending on the body shape of the person wearing it and how it is worn. . In addition, at present, as shown in FIG. 40, when the projection direction of the projector is shifted due to a change in posture of the person who wears the apparatus, it is necessary to remount the apparatus.
ウエアラブルなインターフェース装置では、装置を装着する操作者が動くことが想定されるため、プロジェクタの投射方向がずれるたびに装置を装着しなおす必要性が生じると、操作性が低下することにつながる。また、インターフェース装置は、種々の作業に適用されうるが、作業の種類が変わる度に装置の装着状態を変更することも操作性の低下につながる。 In the wearable interface device, it is assumed that an operator who wears the device moves. Therefore, if it becomes necessary to remount the device every time the projection direction of the projector is deviated, the operability is lowered. In addition, the interface device can be applied to various works, but changing the mounting state of the device every time the type of work changes leads to a decrease in operability.
そのため、装置本体に対して、プロジェクタの投射角度やカメラの撮像方向を可変とすることが求められる。 Therefore, it is required for the apparatus main body that the projection angle of the projector and the imaging direction of the camera be variable.
特許文献2には、カメラの撮影方向をキーボードからの指示によって変更できるカメラ付き携帯端末装置が開示されている。特許文献2のカメラ付き携帯端末装置は、カメラのレンズと受光部を載せて携帯端末装置の縦軸を回転軸として回転する回転台を有するカメラユニットを備える。 Patent Document 2 discloses a mobile terminal device with a camera that can change the shooting direction of the camera by an instruction from a keyboard. The mobile terminal device with a camera of Patent Document 2 includes a camera unit having a turntable that mounts a camera lens and a light receiving unit and rotates around the vertical axis of the mobile terminal device.
特許文献3には、任意の方向の被写体を撮影し、その被写体から発せられる音声を確実に集音する携帯端末装置が開示されている。特許文献3の携帯端末装置は、カメラの撮影窓とマイクの集音口とを同じ方向に向けて搭載した回転体が、携帯端末装置を構成する筐体の端部に対して回動可能に軸支されている。 Patent Document 3 discloses a portable terminal device that photographs a subject in an arbitrary direction and reliably collects sound emitted from the subject. In the portable terminal device of Patent Literature 3, a rotating body in which a camera shooting window and a microphone sound collection port are mounted in the same direction is rotatable with respect to an end of a casing constituting the portable terminal device. It is pivotally supported.
特許文献1のように、カメラのレンズとプロジェクタのレンズとを近接して配置すれば、カメラとプロジェクタの光軸をほぼ一致させ、カメラとプロジェクタを含むユニットを小型化することができる。そして、特許文献2や特許文献3のように、小型化したユニットを装置とは独立して可動にする構造にすれば、プロジェクタの投射方向やカメラの撮像方向がずれた場合、ユニットの角度を変えることによって投射方向を調整することができる。しかし、特許文献2や特許文献3のような構成では、プロジェクタの光源を装置内に留めてしまうと、光源から投射レンズまでの光学系にずれが生じて画像を投射できない。そのため、装置とは別に構成したユニット内部に光源を入れなくてはならず、ユニットの小型化に限界があるという問題点があった。
If the camera lens and the projector lens are arranged close to each other as in
本発明の目的は、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an interface device capable of directing an imaging direction and a projection direction in desired directions.
本発明のインターフェース装置は、レーザ光を出射する光源と、レーザ光が入射され、入射されたレーザ光を変調する変調手段とを有する本体と、変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域に向けて画像を形成する光を反射するミラーと、操作領域を含む領域を撮像する撮像手段とを有するヘッドとを備え、本体とヘッドとは、画像を形成する光が通過する位置に設置され、画像を形成する光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続される。 An interface apparatus according to the present invention includes a main body having a light source that emits laser light, a modulation unit that receives the laser light and modulates the incident laser light, and an image formed by the light modulated by the modulation unit. A head installed on an image forming surface and including a mirror that reflects light that forms an image toward an operation area for interface operation; and a head that has an imaging unit that captures an area including the operation area. Are connected to each other through a rotation mechanism that is provided at a position where light for forming an image passes and in which an opening through which light for forming an image passes is formed.
本発明によれば、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the interface apparatus which can orient | assign the imaging direction and a projection direction to desired direction.
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由が無い限り、同様箇所には同一符号を付し、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing. However, the preferred embodiments described below are technically preferable for carrying out the present invention, but the scope of the invention is not limited to the following. Note that, in all the drawings used for describing the following embodiments, the same portions are denoted by the same reference symbols unless there is a particular reason, and repeated description of similar configurations and operations may be omitted.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係るインターフェース装置1について、図面を参照しながら説明する。図1および図2は、本実施形態に係るインターフェース装置1の構成を示す概念図である。図1はインターフェース装置1の斜視図であり、図2はインターフェース装置1の正面図である。(First embodiment)
First, an
〔構成〕
図1および図2のように、本実施形態に係るインターフェース装置1は、本体10、ヘッド20、装着部50を備える。ヘッド20は、操作者の操作領域に投射画像を投射するための投射レンズ21と、操作領域を撮像するカメラレンズ25とを有する。〔Constitution〕
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3のように、本実施形態に係るインターフェース装置1は、例えば操作者の胸元に装着される。図3の左側のように、操作者が正面を向いている場合、ヘッド20は、操作者に対して正面となるB方向に向けて投射画像を投射する。そして、図3の右側のように、操作者が前屈みになった場合であっても、ヘッド20は、操作者が正面を向いている場合と同じB方向に向けて投射画像を投射する。以下において、この機能について説明する。
As shown in FIG. 3, the
図4は、本実施形態に係るインターフェース装置1の機能構成を示すブロック図である。インターフェース装置1は、投射手段2、撮像手段3、制御手段4を備える。
FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the
投射手段2は、制御手段4の制御に従って、操作者の操作を受け付ける操作領域5にユーザインターフェース(以下、UI)を含む画像を投射する(UI:User Interface)。
The projection unit 2 projects an image including a user interface (hereinafter referred to as UI) on the
撮像手段3は、インターフェース操作を行う操作領域5を含む領域を撮像する。撮像手段3は、例えば一般的なカメラの機能によって実現できる。また、撮像手段3は、例えば赤外光や紫外光などといった可視光以外の波長の光を撮像できる機能を有してもよい。また、撮像手段3は、例えば深度センサやTOF(Time of Flight)カメラなどの機能を含んでいてもよい。
The imaging unit 3 captures an area including the
制御手段4は、インターフェース装置1全体を制御する。制御手段4は、撮像手段3によって撮像された画像を取得し、取得した画像に含まれる操作者の指や手などの位置や動作を操作として認識する。制御手段4は、認識した結果に基づいた適切な画像信号を投射手段2に提供し、投射手段2によって画像信号を画像として投射させる。また、制御手段4は、表示される各画像の位置を撮像手段3に撮像させ、投射画像と撮像画像との位置関係を示す座標を明らかにし、各画像が相互に整合するように制御する。
The
すなわち、制御手段4は、撮像手段3が撮像した領域内のUIなどの画像に対して行われた操作に応じた画像情報を投射手段2に提供するとともに、その画像情報を画像として投射するように投射手段2を制御する。
That is, the
制御手段4は、例えば演算装置や制御装置などを含むコンピュータの機能によって実現できる。インターフェース装置1の制御手段4は、CPU(Central Processing Unit)やメモリなどの機能を含むマイクロコンピュータによって実現することが好ましい。また、制御手段4は、一般的なコンピュータの機能を有するデバイスによって実現してもよい。
The control means 4 can be realized by the function of a computer including, for example, an arithmetic device and a control device. The control means 4 of the
<本体>
図5は、本実施形態に係るインターフェース装置1の構成を説明するための概念図である。図5のように、インターフェース装置1の本体10は、光源11、位相変調型の変調器12、フーリエ変換レンズ13および画像処理手段15を有する。<Main body>
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the
光源11は、特定の波長のレーザ光を発する少なくとも一つのレーザ光源を有する。光源11は、複数の波長のレーザ光を出射するように、複数の光源を有していてもよい。また、光源11は、可視光領域の波長の光を出射してもよいし、紫外領域や赤外領域などの可視光以外の波長の光を出射してもよい。
The
変調器12は、光源11が出射したレーザ光を変調する変調素子を含む変調手段である。変調手段は、光源11によって出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を変調する。
変調器12は、位相変調型の変調素子を含む構成とすることが好ましい。The
The
位相変調型の変調素子は、格子状に並んだ複数の受光領域を有する。制御手段(図示しない)は、各受光領域に入射されたレーザ光の位相と、各受光領域が出射するレーザ光の位相との差分を決定づけるパラメータ、例えば屈折率や光路長などの光学的特性が変化するように制御する。例えば、制御手段は、各受光領域に印加する電圧を制御することによって各受光領域の屈折率を変化させ、受光領域間に屈折率の差を発生させる。各受光領域に入射されたレーザ光は、受光領域間の屈折率の差に基づいて適宜回折される。その結果、表示素子に入射した入射光の位相分布は、各受光領域の光学的特性に応じて変調される。 A phase modulation type modulation element has a plurality of light receiving regions arranged in a lattice pattern. The control means (not shown) has parameters that determine the difference between the phase of the laser light incident on each light receiving region and the phase of the laser light emitted from each light receiving region, for example, optical characteristics such as refractive index and optical path length. Control to change. For example, the control unit changes the refractive index of each light receiving region by controlling the voltage applied to each light receiving region, and generates a difference in refractive index between the light receiving regions. The laser light incident on each light receiving region is appropriately diffracted based on the difference in refractive index between the light receiving regions. As a result, the phase distribution of the incident light incident on the display element is modulated according to the optical characteristics of each light receiving region.
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。 The phase modulation type modulation element is realized by, for example, a ferroelectric liquid crystal, a homogeneous liquid crystal, a vertical alignment liquid crystal, or the like. For example, a phase modulation type modulation element is realized using LCOS (Liquid Crystal on Silicon) or MEMS (Micro Electro Mechanical System).
本実施形態においては、変調器12の表示面に対して、レーザ光の入射角を非垂直にする。すなわち、光源11から出射されるレーザ光の出射軸を変調器12の表示面に対して斜めにする。位相変調型の変調素子(LCOS)は、屈折率変化によって波面の位相を変調するだけであって、偏光を変調するわけではない。そのため、偏光ビームスプリッタを用いて位相変調型の変調素子に垂直入射させた光は、変調素子で変調された後に入射方向に逆行して戻ってしまう。そのため、偏光ビームスプリッタを用いて位相変調型の変調素子に光を垂直入射することはできない。また、偏光を伴わないビームスプリッタを用いれば、位相変調型の変調素子に垂直入射した光を変調して取り出すことはできるが、効率は1/4になってしまう。なぜならば、ビームスプリッタに入射した光はビームスプリッタを通過する際に二つの方向に分かれて半分の強度で変調素子に入射し、変調素子で変調された光は再度ビームスプリッタを通過する際に二つの方向に分かれてさらに半分の強度になるためである。そのため、本実施形態においては、変調器12に対してレーザ光の出射軸を斜めに設定することによって、ビームスプリッタを用いなくても変調器12に光を入射させて効率を向上させる。
In the present embodiment, the incident angle of the laser beam is made non-perpendicular with respect to the display surface of the
なお、変調手段は、強度変調型の変調素子を含む構成としてもよい。強度変調型の変調素子を含む構成によって変調手段を実現する場合、フーリエ変換レンズ13は省略することができる。
Note that the modulation means may include an intensity modulation type modulation element. When the modulation unit is realized by a configuration including an intensity modulation type modulation element, the
フーリエ変換レンズ13は、変調器12によって位相変調された光をフーリエ変換するレンズである。すなわち、フーリエ変換レンズ13は、変調器12によって位相が変調された光が入射され、入射された光をフーリエ変換する。
フーリエ変換レンズ13によってフーリエ変換された画像は、一種の回折格子が集合体を形成したような画像になり、これらの回折格子で回折された光が集まることによって画像が形成される。The
The image Fourier-transformed by the
画像処理手段15は、ヘッド20の回転に合わせて画像を回転させる処理をする。すなわち、画像処理手段15は、ヘッドの回転に伴って投射画像が回転しないように、画像を形成する信号処理によって投射画像が適切な方向を向くように調整する。画像処理手段15は、ヘッド20の回転に合わせて回転補正した投射画像が投射される画像を変調器12に表示させる。例えば、本体10に対してヘッドが+5度回転した場合、何も画像処理をしないと投射画像は時計周りまたは半時計周りに回転してしまう。このような場合、画像処理手段15は、フーリエ変換レンズ13による画像形成面に形成される画像が+5度回転するための画像を変調器12に出力すればよい。すなわち、画像処理手段15は、本体10に対するヘッド20の回転に応じて、画像形成面に形成される画像を回転する画像処理を行う。
The
以上が、本体10の構成についての説明である。なお、本体10は、図5に示していない構成要素を含んでいてもよい。
The above is the description of the configuration of the
<回転機構>
また、図5のように、ヘッド20は、回転機構30によって本体10に回転可能に接続されている。回転機構30は、本体10側の本体側回転部31と、ヘッド20側のヘッド側回転部32とによって構成される。回転機構30は、変調手段によって変調された光が通過する位置に設置される。回転機構30には、変調手段によって変調された光が通過する開放部が形成される。<Rotation mechanism>
Further, as shown in FIG. 5, the
図6および図7は、回転機構30を説明するために、本体側回転部31を本体10から取り外し、ヘッド側回転部32をヘッド20から取り外した図である。図6は、回転機構30の斜視図である。図7は、図6の光軸F−F’を通る直線で回転機構を切断した断面図である。なお、図6および図7の例では、本体側回転部31にヘッド側回転部32を係合させる簡単な構造を示しており、具体的な構造については後述する。
6 and 7 are views in which the main body
図6および図7の例において、本体側回転部31およびヘッド側回転部32は共に円筒状の形状を有する。フーリエ変換レンズ13によって集束された光は、本体側回転部31およびヘッド側回転部32によって構成される回転機構30の内部を通過する。すなわち、回転機構30には、フーリエ変換レンズ13によってフーリエ変換された光が通過する開放部が形成されている。
In the example of FIGS. 6 and 7, both the main body
図6および図7の例では、本体側回転部31の内側にヘッド側回転部32の外周が係合する構造になっており、ヘッド側回転部32は本体側回転部31の内側に回転可能に係合される。この場合、本体側回転部31が凹部に相当し、ヘッド側回転部32が凸部に相当する。なお、ヘッド側回転部32の内側に本体側回転部31が嵌め込まれる構造としてもよい。この場合、本体側回転部31が凸部に相当し、ヘッド側回転部32が凹部に相当する。
6 and 7, the outer periphery of the head-
すなわち、本体10およびヘッド20の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に凸部を有する。そして、本体10およびヘッド20の他方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に凸部と係合させる凹部を有する。回転機構30は、凸部と凹部とを係合させた構成を有する。
That is, one of the
本実施形態において、操作者は、ヘッド20の角度を手動で変更することによって、本体10に対するヘッド20の角度を所望の角度に調整することができる。操作者は、姿勢を変えるごとにヘッド20の角度を変えてもよいし、固定させたままでもよい。また、操作者は、投射画像を映す対象物との位置関係によって、ヘッド20の角度を調整してもよい。
In the present embodiment, the operator can adjust the angle of the
以上が、回転機構30についての説明である。なお、回転機構30は、図5〜図7に示していない構成要素を含んでいてもよい。
The above is the description of the
<ヘッド>
図8は、ヘッド20の斜視図である。図9は、図8の斜視図において、ヘッド20の内部構成を透視した透視図である。図10は、ヘッド20の正面図である。図11は、ヘッド20を回転機構30側から見た側面図である。<Head>
FIG. 8 is a perspective view of the
図9のように、ヘッド20は、投射レンズ21、ミラー22、カメラレンズ25、カメラ部26を有する。なお、図8および図9には図示していないが、ヘッド20は後述するアパーチャを有する。
As shown in FIG. 9, the
投射レンズ21は、操作領域5に投射画像を投射するためのレンズである。投射レンズ21には、ミラー22によって反射された光が入射される。投射レンズ21は、入射された光を投射画像として拡大投射する。
The
ミラー22は、光を反射する反射面を有する。ミラー22は、フーリエ変換レンズ13によって集束された光を反射面に受け、投射レンズ21に向けて反射する。すなわち、ミラー22は、変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域5に向けて画像を形成する光を反射する。ミラー22は、例えば、図12のようにプリズム状の形状を有する。ミラー22は、図10のように、ヘッド20の正面から見ると、投射レンズ21の後方に配置される。なお、ミラー22は、プリズム状の形状に限定されず、入射された光を反射することができる形状であればよい。
The
ミラー22の反射面24には、フーリエ変換レンズ13によって変換された光に含まれる0次光が当たる位置に穴23が開けられている。ミラー22は、図11のように、回転機構30の開放部のほぼ中心に穴23が開けられている。図13のように、穴23は、反射面24からミラー22を貫通するように形成される。なお、フーリエ変換レンズ13によって集束された光がミラー22の基材を透過することができる場合は、反射面24の0次光が当たる位置から光が透過すればよいため、ミラー22に穴23を形成させなくてもよい。また、フーリエ変換レンズ13によって集束された光に含まれる0次光の範囲が十分に小さい場合や、0次光を含めて反射する場合は、ミラー22に穴23を形成させなくてもよい。
A
図14のように、フーリエ変換レンズ13によって集束された光200は、回転機構30の開放部を通過し、ミラー22に到達する。ミラー22に到達した光200のうち、0次光はミラー22を突き抜ける。そして、ミラー22に到達した光200のうち、0次光以外の光は、反射面24で反射されて投射レンズ21に向かう。
As shown in FIG. 14, the light 200 focused by the
なお、ミラー22は、図15のように、ガラスなどの基板240上に形成された薄膜250を有するミラー220のように構成してもよい。薄膜250は、ミラー220の反射面に鏡面状に形成され、フーリエ変換レンズ13によって集束された光を反射する。薄膜250には、フーリエ変換レンズ13によって変換された光に含まれる0次光が当たる位置に穴230が開けられている。なお、穴230は、基板240を貫通するように開けられていてもよいし、薄膜250のみに開けられていてもよい。ただし、基板240が光を通しにくい場合、基板240を貫通するように穴230を形成することが好ましい。
The
カメラレンズ25は、操作領域5を撮像するためのレンズである。カメラレンズ25は、単一もしくは複数のレンズを組み合わせた構成を有する。カメラレンズ25には、例えば透明なガラスやプラスチックを材料として用いる。
The
カメラ部26は、一般的なカメラの機能を有する。また、カメラ部26は、例えば赤外光や紫外光などといった可視光以外の波長の光を撮像できる機能を有してもよい。また、カメラ部26は、例えば深度センサやTOF(Time of Flight)カメラなどの機能を有してもよい。
The
なお、図示していないが、カメラ部26は、撮像素子、画像処理プロセッサ、内部メモリおよびデータ出力部を含む。
Although not shown, the
撮像素子は、操作領域5を含む領域を撮像し、画像信号を取得するための素子である。撮像素子は、半導体部品が集積回路化された光電変換素子である。撮像素子は、例えば、CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)などの固体撮像素子によって実現できる。通常、撮像素子には、可視領域の光を撮像する素子を用いるが、赤外線や紫外線、X線、ガンマ線、電波、マイクロ波などの電磁波を撮像・検波できる素子を用いてもよい。
The imaging element is an element for imaging an area including the
画像処理プロセッサは、撮像素子によって撮像された画像データに対して、暗電流補正や補間演算、色空間変換、ガンマ補正、収差の補正、ノイズリダクション、画像圧縮などの画像処理を実行する画像処理専用の集積回路である。なお、画像データを加工せずに出力する場合は、画像処理プロセッサを省略できる。画像処理プロセッサは、必要な処理ができるように設計されたプロセッサを用いればよい。 The image processor is dedicated to image processing that performs image processing such as dark current correction, interpolation calculation, color space conversion, gamma correction, aberration correction, noise reduction, and image compression on image data captured by the image sensor. It is an integrated circuit. Note that the image processor can be omitted when outputting the image data without processing it. The image processor may be a processor designed to perform necessary processing.
内部メモリは、画像処理プロセッサによって画像処理を行う際に処理しきれない画像データや、処理済みの画像データを一時的に格納する記憶素子である。なお、撮像素子によって撮像された画像データを内部メモリに一時的に記憶するようにしてもよい。内部メモリは、一般的なメモリによって実現すればよい。 The internal memory is a storage element that temporarily stores image data that cannot be processed when image processing is performed by the image processor or processed image data. Note that image data captured by the image sensor may be temporarily stored in an internal memory. The internal memory may be realized by a general memory.
データ出力部は、画像処理プロセッサによって処理された処理済みの画像データを制御手段4に出力する。 The data output unit outputs the processed image data processed by the image processor to the control means 4.
以上のカメラレンズ25およびカメラ部26が、インターフェース操作を行う操作領域5を含む領域を撮像する撮像手段3に相当する。
The
図16は、ヘッド20が有するアパーチャ27について説明するための概念図である。本実施形態に係るインターフェース装置1のように位相変調型の変調器12を用いる場合、フーリエ変換画像が形成される部分にアパーチャを設け、不要な光が投射されないようにすることが好ましい。
FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining the
アパーチャ27は、フーリエ変換レンズ13によって変換された光に含まれる高次光を除去し、画像領域を特定する機能を有する。図16には、矩形の枠状のアパーチャ27を示している。アパーチャ27の開口部は、変調器12からの画像領域28よりも小さく開口される。なお、図16においては、アパーチャ27の外枠を描いていないが、アパーチャ27は、変調器12からの画像領域28の周辺部を遮る構造を有する。
The
アパーチャ27は、本来焦点を結ぶ位置に設置する方が好ましい。本実施形態のミラー22においては、ミラー22の反射面24上にアパーチャ27を配置することが望ましい。しかしながら、本実施形態のようなミラー22を用いる場合、アパーチャ27は、反射面24上に配置することは難しいので、例えば図5のヘッド側回転部32近傍に配置する。なお、アパーチャ27は、ミラー22と投射レンズ21との間に配置してもよい。すなわち、アパーチャ27は、フーリエ変換レンズ13の焦点位置に設置されることが好ましいが、高次光を除去する機能を発揮できさえすれば、焦点位置からずれていても構わない。
It is preferable to install the
アパーチャ27は、回転機構30よりも小さい。アパーチャ27は、ミラー22上に形成される画像の周辺部の不要部分をカットする大きさとする。なお、どのようなアスペクト比の画像を作るかに応じて、アパーチャのサイズや方向を変える。
The
図17は、ヘッド20が本体10に対して回転した場合のミラー22、アパーチャ27、画像領域28および投射レンズ21の相対的な関係を示す概念図である。ヘッド20が回転すると、ヘッド20と変調器12の画像の位置関係が回転してしまうため、変調器12上で画像を修正する必要がある。変調器12上において画像を表示する領域を変えれば、アパーチャ27が矩形状であっても、図17のように、ヘッド20の回転に追従させて、アパーチャ27、画像領域28および投射レンズ21の相対的な関係が変わらないように制御できる。しかしながら、このような画像処理を行うためには複雑なプログラムを組む必要がある。
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a relative relationship among the
そのため、図18のように、円形状のアパーチャ271を用いることが好ましい。円形状のアパーチャ271を用いれば、変調器12上の画面上で中身の画像だけを回転させればよい。そのため、複雑なプログラムを用いなくても、ヘッド20の回転に追従させて、アパーチャ27、画像領域28および投射レンズ21の相対的な関係が変わらないように制御できる。また、円形状のアパーチャ271を用いれば、矩形状のアパーチャ27を用いた場合よりも回転機構30を小さくできるので、装置を小型化しやすくなる。
Therefore, it is preferable to use a
以上が、ヘッド20についての説明である。なお、ヘッド20は、図8〜図18に示していない構成要素を含んでいてもよい。
The above is the description of the
本体10とヘッド20とは、例えば、回転機構30の内部に設けた配線によって電気的に接続される。その場合、回転機構30の内部に設けた配線は、投射光に影響を与えない位置に配置される。また、本体10とヘッド20とは、例えば、回転機構30を経由させずに、外部に設けた配線によって電気的に接続してもよい。その場合、配線は、ヘッド20の回転を妨げず、かつインターフェース装置1を装着する操作者の作業の邪魔にならない程度の長さにするのが好ましい。
The
カメラ部26によって取得された情報は、上述の配線を介して、ヘッド20から本体10に送信される。なお、カメラ部26によって取得された情報は、赤外線や電磁波を用いて本体10に送信させてもよい。赤外線を用いる場合は、回転機構30内部の開口を介してデータ送信すればよい。また、電磁波を用いる場合は、一般的な近距離無線通信技術を適用すればよい。
Information acquired by the
インターフェース装置1は、例えば一次電池や二次電池などの電源(図示しない)を備える。インターフェース装置1の電源は、本体10およびヘッド20のいずれかに設ければよい。例えば、本体10またはヘッド20に電源を設ける場合、上述の配線としては、カメラ部26の取得した情報を送受信する配線に加えて、送電用の配線を設ける。また、インターフェース装置1の電源は、本体10およびヘッド20の両方に設けてもよい。
The
また、図5などには、回転機構30がヘッド20の長手方向の上側に配置するように図示しているが、ヘッド20の長手方向の中心付近や下側に配置させてもよい。その場合、回転機構30の位置に合わせてミラー22を配置し、光軸F−F’がミラー22の穴23からずれないようにする。回転機構30をヘッド20の長手方向の中心付近や下側に配置する場合、ミラー22の上部を空洞とさせたり、ミラー22の上部にカメラ部26を配置させたりしてもよい。
Further, in FIG. 5 and the like, the
以上のように、本実施形態においては、撮像部および投射部を搭載したヘッドを本体に対して回転可能に接続する。 As described above, in the present embodiment, the head on which the imaging unit and the projection unit are mounted is rotatably connected to the main body.
本実施形態に係るインターフェース装置は、一見すると簡単に実現できそうであるが、実際に実現することは難しい。通常の位相変調型のプロジェクタにおいては、レンズ系によって0次光が操作領域からずれるように設計している。しかし、このような通常の構成の場合、投射方向を変えるためには、プロジェクタ全体の方向を変える必要が生じるため、装置全体の方向を変える必要がある。 Although the interface device according to the present embodiment may be easily realized at first glance, it is difficult to actually realize the interface device. A normal phase modulation projector is designed so that the zero-order light is shifted from the operation region by the lens system. However, in the case of such a normal configuration, in order to change the projection direction, it is necessary to change the direction of the entire projector. Therefore, it is necessary to change the direction of the entire apparatus.
本実施形態に係るインターフェース装置は、図14などに示すように、ミラーに開けた穴を介して0次光を逃がす構造を有する。ミラーの穴は、0次光の進行方向(光軸方向)に向けて開けられている。そのため、光軸を軸としてヘッドを回転させる際に、ヘッド内に配置したミラー以降の構成を回転させれば投射方向を変えることができる。 As shown in FIG. 14 and the like, the interface device according to the present embodiment has a structure that allows zero-order light to escape through a hole formed in a mirror. The hole of the mirror is opened toward the traveling direction (optical axis direction) of the zero-order light. Therefore, when the head is rotated about the optical axis, the projection direction can be changed by rotating the configuration subsequent to the mirror disposed in the head.
また、本実施形態においては、撮像部と投射部の位置関係が重要となる。撮像部は、カメラの機能として十分に小型化できるので、ヘッドの内部に内蔵できる。投射部は、上述のように、光源や変調器、フーリエ変換レンズを本体に内蔵させ、ミラーやアパーチャ、回転機構をヘッドに内蔵させればよい。その結果、投射部の一部と、撮像部とをヘッドに内蔵させればよくなるため、本体に対して回転可能な小型のヘッドを実現することができる。 In the present embodiment, the positional relationship between the imaging unit and the projection unit is important. Since the imaging unit can be sufficiently miniaturized as a camera function, it can be built in the head. As described above, the projection unit may include a light source, a modulator, and a Fourier transform lens in the main body, and a mirror, an aperture, and a rotation mechanism in the head. As a result, it is only necessary to incorporate a part of the projection unit and the imaging unit in the head, so that a small head that can rotate with respect to the main body can be realized.
その結果、本実施形態によれば、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるインターフェース装置を提供することができる。すなわち、本実施形態のインターフェース装置によれば、撮像方向および投射方向を所望の向きに向けることができるため、装置を装着しているユーザの姿勢が変化しても所望の被投射面に画像を投射することができる。 As a result, according to the present embodiment, it is possible to provide an interface device capable of directing the imaging direction and the projection direction in desired directions. That is, according to the interface device of the present embodiment, the imaging direction and the projection direction can be directed to a desired direction, so that an image can be displayed on a desired projection surface even if the posture of the user wearing the device changes. Can project.
(変形例)
ここで、第1の実施形態に係るインターフェース装置1の変形例について説明する。(Modification)
Here, a modification of the
図19〜図22は、変形例1の回転機構300に関する図である。
19 to 22 are diagrams relating to the
図19は、変形例1の回転機構300を、本体10およびヘッド20とともに、光軸F−F’を通る切断線で切断した断面図である。回転機構300は、本体側回転部301と、ヘッド20側のヘッド側回転部302とによって構成される。
FIG. 19 is a cross-sectional view of the
図20および図21は、回転機構300の構成のみを取り出した図である。ヘッド側回転部302は、第1のヘッド側回転部302−1、第2のヘッド側回転部302−2によって構成される。本体側回転部301は、円筒状の形状を有し、先端部の外縁を囲うように突出した外縁部をもつ。第1のヘッド側回転部302−1および第2のヘッド側回転部302−2は、本体側回転部301の外縁部を包み込むように係合される係合構造を有する。なお、本体側回転部301と同様の部位をヘッド20に設け、ヘッド側回転部302と同様の部位を本体10に設けてもよい。
20 and 21 are views showing only the configuration of the
本体側回転部301、第1のヘッド側回転部302−1および第2のヘッド側回転部302−2は、フーリエ変換レンズ13によって集束された光が光軸F−F’に沿って通過するための開口を有する。
In the main body
図22は、本体側回転部301、第1のヘッド側回転部302−1および第2のヘッド側回転部302−2を係合させた図である。なお、図22においては、本体10とヘッド20との間に隙間を描いていないが、ヘッド20は、回転機構300によって、本体10に対して回転可能に接続される。
FIG. 22 is a diagram in which the main body
すなわち、本体10およびヘッド20の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に、端部に外縁構造が形成された凸部を有する。そして、本体10およびヘッド20の他方は、フーリエ変換された光が通過する内壁に凸部の外縁構造と係合させる係合構造が形成された凹部を有する。回転機構は、凸部の外縁構造を凹部の係合構造に係合させることによって構成される。
That is, one of the
変形例1によれば、本体に対するヘッドの接続性を高めることができるため、より扱いやすくなる。 According to the first modification, the connectivity of the head with respect to the main body can be improved, so that it becomes easier to handle.
図23〜図25は、変形例2の回転機構310に関する図である。
23 to 25 are diagrams relating to the
図23は、変形例2の回転機構310を、本体10およびヘッド20とともに、光軸F−F’を通る切断線で切断した断面図である。回転機構310は、本体側回転部311と、ヘッド20側のヘッド側回転部312とによって構成される。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the
図24および図25は、回転機構310の構成のみを取り出した図である。図25のように、ヘッド側回転部312は、軌道輪312−1、複数のボール312−2(転動体とも呼ぶ)によって構成される。本体側回転部311の端部の外周には、複数のボール312−2を受ける軌道構造が設けられている。本体側回転部311にヘッド側回転部312を係合させることによって、回転機構310は玉軸受の機能を発揮する。なお、変形例2の回転機構310の回転機能は、後述する第2の実施形態の回転部材320と類似の構造によって実現していてもよい。また、本体側回転部311と同様の部位をヘッド20側に設け、ヘッド側回転部312と同様の部位を本体10側に設けてもよい。
24 and 25 are views showing only the configuration of the
本体側回転部311およびヘッド側回転部312は、フーリエ変換レンズ13によって集束された光が光軸F−F’に沿って通過するための開口を有する。
The main body
本体側回転部311とヘッド側回転部312とを係合させることによって、ヘッド20は、回転機構310によって、本体10に対して回転可能に接続される。
By engaging the main body
すなわち、変形例2では、本体10およびヘッド20の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って軌道構造が形成された凸部を有する。そして、本体10およびヘッド20の他方は、フーリエ変換された光が通過する内壁に、凸部の軌道構造に対面する軌道輪が形成された凹部を有する。回転機構310は、凸部の軌道構造と、凹部の軌道輪とを複数の転動体を介して係合させた構成を有する。
That is, in the second modification, one of the
変形例1の回転機構300や変形例2の回転機構310のような構造であれば、本体10の傾きに応じてヘッド20が自動的に回転し、ヘッド20からの投射画像は常に正面になるように調整される。ところで、操作者にとって、投射画像が本体10に対して所定の角度に固定されている方が好ましい場合もある。そのため、本体10に対してヘッド20の角度を所定の角度に固定するための留めがね(ラッチ)を設けてもよい。
In the case of a structure such as the
図26は、本体10に対してヘッド20を固定するためのラッチ41である。ラッチ41は、治具43によって本体10の側方上部に、上下方向に摺動可能に接続される。例えば、ヘッド20の上部に、ラッチ41の下端が嵌りこむ溝45を設けておく。ラッチ41を下方に押し込むと、ラッチ41の下端が溝45に嵌まり込み、本体10に対してヘッド20を固定することができる。また、本体10とヘッド20との間の隙間に、ラッチ41の下端を嵌め込むようにしてもよい。なお、ヘッド20は、本体10に対して回転した状態でも固定される。図26は、本体10に対してヘッド20を固定するための一例であって、本体10に対してヘッド20を固定する構造を図26の例に限定するものではない。
FIG. 26 shows a
変形例2によれば、図26のような留め金構造を用いることによって、本体に対してヘッドを固定することが可能となる。その結果、ヘッドの固定・解放を操作者の望む通りに操作することができる。 According to the second modification, the head can be fixed to the main body by using the clasp structure as shown in FIG. As a result, the head can be fixed and released as desired by the operator.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。(Second Embodiment)
Next, an interface device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図27は、本実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。図28は、本実施形態に係るインターフェース装置の構成を説明するための概念図である。本実施形態に係るインターフェース装置は、取り外し可能な回転機構(回転部材320)を有する点が第1の実施形態とは異なる。その他の構成は、第1の実施形態と同様であるために説明は省略する。 FIG. 27 is a front view of the interface device according to the present embodiment. FIG. 28 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the interface apparatus according to the present embodiment. The interface device according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the interface device has a detachable rotating mechanism (rotating member 320). Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
回転部材320は、例えば図29のように、外輪320−1と、内輪320−2と、外輪320−1と内輪320−2との間を転動する複数の転動体320−3と、複数の転動体320−3を保持する保持器320−4とを含む転がり軸受の構造を有する。なお、回転部材320は、滑り軸受けの構造を有してもよい。
For example, as shown in FIG. 29, the rotating
回転部材320は、例えば、複数のボールを転動体320−3とする玉軸受、複数のころを転動体320−3とするころ軸受などによって実現する。また、回転部材320は、例えば、針軸受けや円錐ころ軸受、球面ころ軸受などによって実現してもよい。
The rotating
回転部材320は、例えば、内輪320−2の内周に本体10の凸部321が嵌合し、外輪320−1の外周がヘッド20の凹部322に嵌合する大きさとする。この場合、本体10の凸部321の開放部が光の経路となる。なお、回転部材320は、本体10およびヘッド20と着脱可能に係合させてもよいが、特に着脱する必要がなければ接合させてもよい。
The rotating
すなわち、本体10およびヘッド20の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に凸部を有する。そして、本体10およびヘッド20の他方は、フーリエ変換された光が通過する内壁に凹部を有する。回転機構は、外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材320の外周を凹部に嵌合させ、回転部材320の内周を凸部に嵌合させた構成を有する。
That is, one of the
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置によれば、回転部材を本体およびヘッドから取り外しできるため、本体およびヘッドと回転機構との係合構造を簡略化できる。また、本実施形態によれば、ボールベアリングなどの一般的な部品を回転部材として用いることができる。 As described above, according to the interface device according to the present embodiment, since the rotating member can be detached from the main body and the head, the engagement structure between the main body and the head and the rotating mechanism can be simplified. Moreover, according to this embodiment, general components, such as a ball bearing, can be used as a rotating member.
(変形例)
本実施形態に係るインターフェース装置では、図30および図31のような回転部材325を用いてもよい。回転部材325は、本体側回転輪326と、ヘッド側回転輪327と、本体側回転輪326およびヘッド側回転輪327を回転支持する支持部328とによって構成される。本体側回転輪326およびヘッド側回転輪327は、軌道輪と、軌道輪の内側を転動する複数のボールとによって構成される。支持部328は、輪状の形状を有し、内部が開放されている。支持部328の両面には、本体側回転輪326およびヘッド側回転輪327の複数のボールを転動可能に支持するための溝が設けられている。回転部材325は、本体側回転輪326およびヘッド側回転輪327のボール側を、支持部328の溝に向ける構成とすることによって玉軸受の機能を得る。なお、回転部材325は、玉軸受以外の軸受の構造としてもよい。(Modification)
In the interface apparatus according to the present embodiment, a rotating
回転部材325は、例えば、本体側回転輪326の外周が本体10の凹部323に嵌り、ヘッド側回転輪327の外周がヘッド20の凹部322に嵌る大きさとする。この場合、支持部328の内部の開放部が光の経路となる。なお、回転部材325は、本体10およびヘッド20と着脱可能に係合させてもよいが、特に着脱する必要がなければ接合させてもよい。すなわち、変形例の回転部材325では、本体10側の凸部321の内径よりも大きい支持部328の内部の開放部が光の経路となる。
For example, the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。(Third embodiment)
Next, an interface device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図32は、本実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。本実施形態に係るインターフェース装置は、ヘッド20におもり29が搭載されている点が第1の実施形態とは異なる。その他の構成は、第1の実施形態と同様であるために説明は省略する。
FIG. 32 is a front view of the interface device according to the present embodiment. The interface apparatus according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a
おもり29は、本体10を傾けた際に、おもり29の自重によって、ヘッド20による投射方向が正面を向く程度の重さに設定する。例えば、一次電池や二次電池などの電源をおもり29としてヘッド20の下部に配置してもよい。また、ヘッド20内部に設ける構成要素をヘッド20の下部に配置させ、その構成要素の重さをおもり29として機能させてもよい。
The
本実施形態に係るインターフェース装置のヘッド20は、回転機構によって、本体10に回転可能に接続されている。ヘッド20の下部には、おもり29が設置されている。そのため、本体10が上下方向の任意の方向に向いても、おもり29の重さによってヘッド20の投射方向は変わらない。
The
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置によれば、ヘッドの下部におもりを搭載するため、インターフェース装置を装着する操作者の体型や姿勢の変化によって投射方向が変わることがない。 As described above, according to the interface apparatus according to the present embodiment, since the weight is mounted on the lower part of the head, the projection direction does not change due to changes in the body shape and posture of the operator who wears the interface apparatus.
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。(Fourth embodiment)
Next, an interface apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図33は、本実施形態に係るインターフェース装置の構成を説明するための概念図である。図34は、本体10からヘッド20を取り外した概念図である。本実施形態に係るインターフェース装置は、ヘッド20を自動的に制御する自動回転機構が搭載されている点が第1の実施形態とは異なる。また、本実施形態においては、本体10やヘッド20の内部構成についても説明する。第1〜第3の実施形態と同様の構成・機能については、説明を省略する。
FIG. 33 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the interface apparatus according to the present embodiment. FIG. 34 is a conceptual diagram in which the
図33のように、本実施形態においては、本体10とヘッド20とが自動回転機構340によって接続されている。図34のように、自動回転機構340は、回転部材341、モータ342、本体10の凹部343、ヘッド20の凸部345によって構成される。
As shown in FIG. 33, in this embodiment, the
回転部材341は、第2の実施形態の回転部材320と同様の構成を有する。回転部材341は、本体10の凹部343に挿入される。回転部材341の内側には、ヘッド20の凸部345が挿入される。なお、凹部343と同様の部位をヘッド20側に設け、凸部345と同様の部位を本体10側に設けてもよい。
The rotating
本体10は、第1の実施形態と同様に、光源11、位相変調型の変調器12、フーリエ変換レンズ13を有する。さらに、本体10は、検知手段14、画像処理手段15、制御手段16、駆動手段17を有する。本体10には、第2の実施形態の変形例と同様の凹部343が設けられている。図34のように、ヘッド20には、先端部に外周に沿って歯車状の連続した凹凸が形成されている凸部345が設けられている。
As in the first embodiment, the
図35は、自動回転機構340を本体10の内側から見た概念図である。モータ342の回転軸の先端には、歯車が取り付けられている。モータ342の回転軸の先端に取り付けられた歯車は、ヘッド20の凸部345先端の凹凸に噛み合う。モータ342が駆動されることによって回転機構が動作し、本体10に対してヘッド20を回転させる。
FIG. 35 is a conceptual diagram of the
すなわち、本体10およびヘッド20の一方は、フーリエ変換された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って歯車状の凹凸が形成された凸部345を有する。そして、本体10およびヘッド20の他方は、凸部345が挿入される凹部343と、挿入された凸部345の凹凸と噛み合う歯車が回転軸に取り付けられたモータ342とを有する。自動回転機構は、回転部材341の外周を凹部343に嵌合させ、回転部材341の内周を凸部345に嵌合させ、凸部345の先端の凹凸と、モータ342に取り付けられた歯車とを噛み合わせた構成を有する。
That is, one of the
また、モータ342の歯車の回転運動は、図36のように、ベルト347を介して、凸部345先端の外周に形成された凹凸に伝わるように構成してもよい。図36の構造では、本体10およびヘッド20の一方はフーリエ変換された光が通過する壁部に凸部345を有し、他方は凸部345が挿入される凹部343と、回転軸に歯車などの回転体が取り付けられたモータ342とを有する。自動回転機構は、回転部材341の外周を凹部343に嵌合させ、回転部材341の内周を凸部345に嵌合させ、モータ342の回転軸に取り付けられた回転体と凸部345の外周とをベルト347で連結した構成を有する。
Moreover, you may comprise so that the rotational motion of the gear of the
検知手段14は、鉛直方向に対する傾きを検知する手段である。検知手段14は、本体10の鉛直方向に対する傾きを検知する。検知手段14は、例えば、加速度センサやジャイロセンサによって実現する。検知手段14は、検知した傾きに関する情報を画像処理手段15および制御手段16に送信する。
The detection means 14 is a means for detecting the inclination with respect to the vertical direction. The detection means 14 detects the inclination of the
なお、検知手段14は、図37のように、ヘッド20側に搭載してもよい。その場合、検知手段14は、ヘッド20の鉛直方向に対する傾きを検知する。検知手段14からの信号は、自動回転機構340の内部に設けられた配線を通じて、本体10の画像処理手段15および制御手段16に送信するように構成すればよい。また、検知手段14からの信号は、自動回転機構340の内部を介さずに、外部に設けられた配線を通じて本体10の画像処理手段15および制御手段16に送信するように構成してもよい。
The detection means 14 may be mounted on the
画像処理手段15は、検知手段14から受信した情報に基づき、ヘッド20の回転に合わせて所望の方向に画像を回転させる処理をする。画像処理手段15は、ヘッド20の回転に伴って投射画像が回転しないように、画像を形成する信号処理によって投射画像が適切な方向に向くように調整する。
The
制御手段16は、検知手段14から受信した情報に基づき、重力に対して予め決められた方向や作業によって決められた方向にヘッド20から画像が投射されるように、モータ342を駆動する駆動手段17を制御する。制御手段16は、予め設定されたプログラムに基づいて、ヘッド20からの画像が適切な方向に投射されるように制御する。
Based on the information received from the
駆動手段17は、制御手段16の制御に応じて、モータ342を駆動する。
The driving
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置は、鉛直方向に対する角度を予めプログラムされた方向に、ヘッドを機械的に回転させる機構を有する。そのため、操作者の体型や姿勢によって画像が不適切な方向に投射される問題を解消する。また、本実施形態に係るインターフェース装置は、予めプログラムされた投射方向にヘッド20が向くよう角度調整する機能を有していてもよい。ヘッド20の角度調整は、鉛直方向に対して常に同じ方向に制御するようにプログラムされていてもよいし、自動的に角度が切り替わるようにプログラムされていてもよい。
As described above, the interface device according to the present embodiment has a mechanism for mechanically rotating the head in a direction programmed in advance with respect to the vertical direction. Therefore, the problem that the image is projected in an inappropriate direction depending on the body shape and posture of the operator is solved. Further, the interface device according to the present embodiment may have a function of adjusting the angle so that the
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係るインターフェース装置について図面を参照しながら説明する。(Fifth embodiment)
Next, an interface apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図38は、本実施形態に係るインターフェース装置のヘッド20の構成を説明するための概念図である。なお、本実施形態のインターフェース装置の構成は、ヘッド20以外は第1〜第4のいずれかの実施形態に係るインターフェース装置と同様の構成であるために詳細な説明は省略する。
FIG. 38 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the
本実施形態に係るインターフェース装置のヘッド20は、ミラー22の穴23を通過した光を検知する出力測定手段18を有する。
The
出力測定手段18は、ミラー22内部の穴23を通過した0次光の進行軸上に配置される。ミラー22を通過した0次光は、出力測定手段18に入射する。なお、出力測定手段18をミラー22の上部または下部に配置し、ミラー22とは別のミラーによって0次光を反射させて出力測定手段18に入射させてもよい。
The output measuring means 18 is disposed on the traveling axis of the zero-order light that has passed through the
出力測定手段18は、レーザ光の出力を計測する。出力測定手段18は、例えば、光を受けて電気信号を出力するセンサと、出力読み出しのための電子回路系とを含む構成とする。出力測定手段18に用いるセンサには、光電検出器を用いて入射光子数に比例した電気信号を測定する光電変換方式や、レーザ光を光吸収体に吸収させて熱に変換して温度変化を測定する熱変換方式のものがある。光電変換方式を用いるセンサとしては、光電検出器を用いて入射光子数に比例した電気信号を測定するフォトダイオードが一例として挙げられる。また、熱変換方式を用いるセンサとしては、サーモパイルや焦電型センサが一例として挙げられる。特に、携帯型のインターフェース装置では、波長域は狭くてもよいが、高速応答性が求められるため、フォトダイオードを用いた光電変換方式が好適である。
The
出力測定手段18が計測した0次光の強度は、例えば図示しない制御手段に送信される。制御手段は、出力測定手段18から受信した0次光の強度に基づいて、光源11から出射されるレーザ光の強度を一定に保つように光源11を駆動する駆動手段(図示しない)を制御する。なお、出力測定手段18によって測定された0次光の強度に関する情報は、本体10とヘッド20との間に設けられた配線を通じて、本体10側に送信される。上述の図示しない制御部や光源の駆動部は、本体10側に設置すればよい。
The intensity of the 0th-order light measured by the
光源11から出力されるレーザ光の出力が一定となるように設定されていれば、出力測定手段18に計測される0次光の強度は一定となるはずである。しかしながら、光源11を起動する際には、レーザ光の出力が一定に達するまでに時間が掛かる。実際のレーザ光の出力をモニターすることができれば、より早く目的の出力に安定させることができる。また、光源11の出力が経時変化していくことを考慮すると、0次光を出力測定手段18で計測することによって、光源11から出射されるレーザ光の出力を制御することは有用である。
If the output of the laser light output from the
以上のように、本実施形態に係るインターフェース装置によれば、投射光として使用しない0次光の出力を測定するため、出力を測定するための余分なレーザ光を出射する必要がない。そのため、本実施形態によれば、一般的な装置と比較して低消費電力でレーザ光を実測するシステムを構築することができる。 As described above, according to the interface apparatus according to the present embodiment, since the output of zero-order light that is not used as projection light is measured, it is not necessary to emit extra laser light for measuring the output. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to construct a system that measures laser light with lower power consumption than a general apparatus.
なお、本実施形態においては、レーザ光の出力を計測する例を挙げたが、レーザ光の出力の替わりにエネルギーを計測するようにしてもよい。また、レーザ光の計測方法については、波長や波面、ビームプロファイル、偏光、パルス波形などを計測する様々な方法を用いることができる。 In the present embodiment, an example of measuring the output of the laser beam has been described. However, energy may be measured instead of the output of the laser beam. As a laser beam measurement method, various methods for measuring a wavelength, a wavefront, a beam profile, polarization, a pulse waveform, and the like can be used.
以上の第1〜第5の実施形態に係るインターフェース装置は、それぞれ独立して構成してもよいし、互いに組み合わせて構成してもよい。 The interface devices according to the first to fifth embodiments described above may be configured independently of each other, or may be configured in combination with each other.
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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
この出願は、2015年2月13日に出願された日本出願特願2015−026461を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2015-026461 for which it applied on February 13, 2015, and takes in those the indications of all here.
1 インターフェース装置
2 投射手段
3 撮像手段
4 制御手段
10 本体
11 光源
12 変調器
13 フーリエ変換レンズ
14 検知手段
15 画像処理手段
16 制御手段
17 駆動手段
18 出力測定手段
20 ヘッド
21 投射レンズ
22 ミラー
23 穴
24 反射面
25 カメラレンズ
26 カメラ部
27 アパーチャ
29 おもり
30、300 回転機構
31、301 本体側回転部
32、302 ヘッド側回転部
230 穴
240 基板
250 薄膜
271 アパーチャ
320、325 回転部材
340 自動回転機構
341 回転部材
342 モータDESCRIPTION OF
Claims (23)
前記レーザ光が入射され、入射された前記レーザ光を変調する変調手段とを有する本体と、
前記変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域に向けて前記画像を形成する光を反射するミラーと、
前記操作領域を含む領域を撮像する撮像手段とを有するヘッドとを備え、
前記本体と前記ヘッドとは、前記変調手段によって変調された光が通過する位置に設置され、前記変調手段によって変調された光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続されるインターフェース装置。A light source that emits laser light;
A main body having the laser beam incident thereon and modulation means for modulating the incident laser beam;
A mirror that is installed on an image forming surface of an image formed by light modulated by the modulation means and reflects the light that forms the image toward an operation region for interface operation;
A head having imaging means for imaging an area including the operation area,
The main body and the head are installed at a position through which light modulated by the modulation means passes, and are connected via a rotating mechanism in which an opening through which the light modulated by the modulation means passes is formed. apparatus.
前記レーザ光が入射され、入射された前記レーザ光の位相を変調する位相変調型の変調器と、
前記変調器によって位相が変調された光が入射され、入射された光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズとを含み、
前記ミラーは、
前記フーリエ変換レンズを通過した光によって形成される前記画像の画像形成面に設置され、前記操作領域に向けて前記画像を形成する光を反射し、
前記本体と前記ヘッドとは、前記画像を形成する光が通過する位置に設置され、前記画像を形成する光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続される請求項1に記載のインターフェース装置。The modulating means includes
A phase modulation type modulator that receives the laser beam and modulates the phase of the incident laser beam;
A light whose phase is modulated by the modulator is incident, and includes a Fourier transform lens that Fourier transforms the incident light,
The mirror is
Installed on the image forming surface of the image formed by the light that has passed through the Fourier transform lens, and reflects the light that forms the image toward the operation region;
2. The main body and the head are installed at a position through which light forming the image passes, and are connected via a rotation mechanism in which an opening through which the light forming the image passes is formed. Interface device.
プリズム状の形状を有し、前記画像を形成する光に含まれる0次光が通過する穴が開けられている請求項1または2に記載のインターフェース装置。The mirror is
The interface device according to claim 1, wherein the interface device has a prism shape and has a hole through which zero-order light included in light forming the image passes.
基板上に形成された薄膜ミラーであり、前記薄膜ミラーには前記画像を形成する光に含まれる0次光が通過する穴が開けられている請求項1または2に記載のインターフェース装置。The mirror is
The interface device according to claim 1, wherein the interface device is a thin film mirror formed on a substrate, and the thin film mirror has a hole through which zero-order light included in the light forming the image passes.
前記変調手段に表示する画像データを前記変調手段に出力する画像処理手段をさらに有する請求項1乃至4のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The body is
The interface apparatus according to claim 1, further comprising an image processing unit that outputs image data to be displayed on the modulation unit to the modulation unit.
前記本体に対する前記ヘッドの回転に応じて、前記画像形成面に形成される前記画像を回転する画像処理を行う請求項5に記載のインターフェース装置。The image processing means includes
The interface apparatus according to claim 5, wherein image processing for rotating the image formed on the image forming surface is performed in accordance with rotation of the head with respect to the main body.
前記ミラーによって反射された光を前記操作領域に向けて投射する投射レンズをさらに有する請求項1乃至6のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The head is
The interface device according to claim 1, further comprising a projection lens that projects light reflected by the mirror toward the operation area.
前記変調手段によって変調された光が形成する画像領域よりも小さな開口が開けられ、前記画像領域の周辺部を遮るアパーチャを有する請求項1乃至7のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The head is
The interface apparatus according to claim 1, further comprising an aperture that has an aperture smaller than an image area formed by light modulated by the modulation unit and blocks a peripheral portion of the image area.
前記回転機構と前記ミラーとの間に設置される請求項8に記載のインターフェース装置。The aperture is
The interface device according to claim 8, wherein the interface device is installed between the rotation mechanism and the mirror.
前記ミラーと前記投射レンズとの間に設置される請求項8に記載のインターフェース装置。The aperture is
The interface device according to claim 8, installed between the mirror and the projection lens.
前記画像処理手段は、前記ヘッドの回転に追従させて、前記画像形成面に形成される前記画像を回転する画像処理を行う請求項8乃至10のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The aperture has a rectangular opening;
The interface device according to claim 8, wherein the image processing unit performs image processing for rotating the image formed on the image forming surface in accordance with rotation of the head.
前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部と係合させる凹部を有し、
前記回転機構は、
前記凸部と前記凹部とを係合させた構成を有する請求項1乃至12のいずれか一項に記載のインターフェース装置。One of the main body and the head has a convex portion on the wall portion through which the light modulated by the modulating means passes,
The other of the main body and the head has a concave portion that engages with the convex portion on the wall portion through which the light modulated by the modulation means passes.
The rotation mechanism is
The interface device according to any one of claims 1 to 12, having a configuration in which the convex portion and the concave portion are engaged with each other.
前記本体および前記ヘッドの他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部の外縁構造と係合させる係合構造が形成された凹部を有し、
前記回転機構は、
前記凸部の外縁構造を前記凹部の係合構造に係合させた構成を有する請求項1乃至12のいずれか一項に記載のインターフェース装置。One of the main body and the head has a convex part with an outer edge structure formed at the end part on the wall part through which the light modulated by the modulating means passes.
The other of the main body and the head has a concave portion in which an engagement structure that engages with an outer edge structure of the convex portion is formed on a wall portion through which light modulated by the modulation means passes.
The rotation mechanism is
The interface device according to claim 1, wherein an outer edge structure of the convex portion is engaged with an engaging structure of the concave portion.
前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部の軌道構造に対面する軌道輪が形成された凹部を有し、
前記回転機構は、
前記凸部の軌道構造と、前記凹部の軌道輪とを複数の転動体を介して係合させた構成を有する請求項1乃至12のいずれか一項に記載のインターフェース装置。One of the main body and the head has a convex part in which a track structure is formed along the outer periphery of the end part on the wall part through which the light modulated by the modulating unit passes.
The other of the main body and the head has a concave portion in which a raceway facing the raceway structure of the convex portion is formed on a wall portion through which the light modulated by the modulation means passes,
The rotation mechanism is
The interface device according to any one of claims 1 to 12, having a configuration in which the track structure of the convex portion and the race ring of the concave portion are engaged via a plurality of rolling elements.
前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凹部を有し、
前記回転機構は、
外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させた構成を有する請求項1乃至12のいずれか一項に記載のインターフェース装置。One of the main body and the head has a convex portion on the wall portion through which the light modulated by the modulating means passes,
The other of the main body and the head has a recess in the wall portion through which the light modulated by the modulation means passes,
The rotation mechanism is
The structure according to claim 1 to 12, wherein an outer periphery of a rotating member having an inner ring rotatably engaged with an outer ring is fitted into the concave portion, and an inner circumference of the rotating member is fitted into the convex portion. The interface device according to any one of the above.
前記回転機構は、
両端部が回転可能に係合された回転部材の両端を前記本体および前記ヘッドの各々の凹部に嵌合させた構成を有する請求項1乃至12のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The main body and the head have a recess in a wall portion through which light modulated by the modulation means passes,
The rotation mechanism is
13. The interface device according to claim 1, wherein both ends of a rotating member that is rotatably engaged at both ends are fitted in the recesses of the main body and the head, respectively.
前記本体に対して前記ヘッドを自動的に回転させる自動回転機構を有し、
前記本体は、
前記本体または前記ヘッドの傾きを検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された傾きに基づいて前記自動回転機構の動作を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御に応じて前記自動回転機構を駆動する駆動手段とを有する請求項1乃至18のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The rotation mechanism is
An automatic rotation mechanism for automatically rotating the head relative to the body;
The body is
Detecting means for detecting the inclination of the main body or the head;
Control means for controlling the operation of the automatic rotation mechanism based on the inclination detected by the detection means;
The interface device according to claim 1, further comprising a driving unit that drives the automatic rotation mechanism in accordance with control of the control unit.
前記本体に対して前記ヘッドを自動的に回転させる自動回転機構を有し、
前記ヘッドは、
前記本体または前記ヘッドの傾きを検知する検知手段を有し、
前記本体は、
前記検知手段によって検知された傾きに基づいて前記自動回転機構の動作を制御する制御手段と、
前記制御手段の制御に応じて前記自動回転機構を駆動する駆動手段とを有する請求項1乃至18のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The rotation mechanism is
An automatic rotation mechanism for automatically rotating the head relative to the body;
The head is
Having a detecting means for detecting the inclination of the main body or the head;
The body is
Control means for controlling the operation of the automatic rotation mechanism based on the inclination detected by the detection means;
The interface device according to claim 1, further comprising a driving unit that drives the automatic rotation mechanism in accordance with control of the control unit.
前記本体および前記ヘッドの他方は、前記凸部が挿入される凹部と、挿入された前記凸部の凹凸に噛み合う歯車が回転軸に取り付けられたモータとを有し、
前記自動回転機構は、
外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させ、前記凸部の凹凸と前記モータに取り付けられた歯車とを噛み合わせた構成を有する請求項19または20に記載のインターフェース装置。One of the main body and the head has a convex part in which gear-shaped irregularities are formed along the outer periphery of the end part on the wall part through which the light modulated by the modulating unit passes.
The other of the main body and the head has a concave portion in which the convex portion is inserted, and a motor in which a gear that meshes with the concave and convex portions of the inserted convex portion is attached to a rotation shaft,
The automatic rotation mechanism is
An outer periphery of a rotating member having an inner ring rotatably engaged with an outer ring is fitted into the concave portion, an inner circumference of the rotating member is fitted into the convex portion, the concave and convex portions of the convex portion and the motor The interface device according to claim 19 or 20, wherein the interface device has a configuration in which an attached gear is meshed.
前記本体および前記ヘッドの他方は、前記凸部が挿入される凹部と、回転軸に歯車が取り付けられたモータとを有し、
前記自動回転機構は、
外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させ、前記モータの回転軸に取り付けられた歯車と前記凸部の外周とをベルトで連結した構成を有する請求項19または20に記載のインターフェース装置。One of the main body and the head has a convex portion on the wall portion through which the light modulated by the modulating means passes,
The other of the main body and the head has a concave portion into which the convex portion is inserted, and a motor in which a gear is attached to a rotation shaft,
The automatic rotation mechanism is
The outer periphery of a rotating member having an inner ring that is rotatably engaged with an outer ring is fitted into the concave portion, the inner circumference of the rotating member is fitted into the convex portion, and attached to the rotating shaft of the motor. The interface device according to claim 19 or 20, wherein a gear and an outer periphery of the convex portion are connected by a belt.
前記ミラーの後段に、前記変調手段によって変調された光に含まれる0次光が入射され、入射された前記0次光の出力を計測する出力測定手段を有する請求項1乃至22のいずれか一項に記載のインターフェース装置。The head is
The output measuring means for measuring the output of the incident 0th-order light, in which the 0th-order light included in the light modulated by the modulation means is incident after the mirror. The interface device according to item.
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