WO2016129280A1 - インターフェース装置 - Google Patents

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WO2016129280A1
WO2016129280A1 PCT/JP2016/000692 JP2016000692W WO2016129280A1 WO 2016129280 A1 WO2016129280 A1 WO 2016129280A1 JP 2016000692 W JP2016000692 W JP 2016000692W WO 2016129280 A1 WO2016129280 A1 WO 2016129280A1
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WO
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head
main body
light
interface device
image
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/000692
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
藤男 奥村
Original Assignee
日本電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気株式会社 filed Critical 日本電気株式会社
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Publication of WO2016129280A1 publication Critical patent/WO2016129280A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present invention relates to an interface device.
  • the present invention relates to an interface device equipped with a projector using a phase modulation type spatial modulation element.
  • Non-Patent Document 1 discloses an interface device called Everywhere Display Projector (hereinafter referred to as ED projector) using a projector and a camera.
  • ED projector Everywhere Display Projector
  • Patent Document 1 discloses an interface device for directly instructing a screen on which an image is projected by a projector.
  • a camera lens and a projector lens are arranged close to each other so that their optical axes substantially coincide. Therefore, an image projected by the projector can be captured by the camera without independently controlling the camera and the projector.
  • 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. .
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the projection angle of the projector and the imaging direction of the camera be variable with respect to the apparatus body.
  • 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.
  • Patent Document 3 discloses a portable terminal device that photographs a subject in an arbitrary direction and reliably collects sound emitted from the subject.
  • 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.
  • Patent Document 1 if the camera lens and the projector lens are arranged close to each other, the optical axes of the camera and the projector can be substantially matched, and the unit including the camera and the projector can be downsized. And if patent document 2 and patent document 3 make it the structure which makes a miniaturized unit movable independently of an apparatus, when the projection direction of a projector and the imaging direction of a camera shift, the angle of a unit will be changed. By changing the projection direction, the projection direction can be adjusted. However, in configurations such as Patent Document 2 and Patent Document 3, if the light source of the projector is kept in the apparatus, the optical system from the light source to the projection lens is displaced, and an image cannot be projected. For this reason, a light source must be placed inside a unit that is configured separately from the apparatus, and there is a problem that there is a limit to the miniaturization of the unit.
  • 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.
  • An interface apparatus 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.
  • 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.
  • an interface device capable of directing the imaging direction and the projection direction in desired directions.
  • 1 is a perspective view of an interface device according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a front view of an interface device according to a first embodiment of the present invention.
  • It is a conceptual diagram which shows an example which an operator wears the interface apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • It is a block diagram which shows the function structure of the interface apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • It is a conceptual diagram for demonstrating the internal structure and rotation mechanism of the main body of the interface apparatus which concern on the 1st Embodiment of this invention.
  • It is a perspective view of an example of the rotation mechanism of the interface device concerning a 1st embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 It is sectional drawing of an example of the rotation mechanism of the interface apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 It is a perspective view of a head of an interface device concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a perspective view of the head of the interface device concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a front view of a head of an interface device concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a side view of the head of the interface apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the periphery of the rotation mechanism when the main body and the head are engaged in Modification Example 1 of the interface device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of the interface device 1
  • FIG. 2 is a front view of the interface device 1.
  • the interface device 1 includes a main body 10, a head 20, and a mounting unit 50.
  • the head 20 includes a projection lens 21 for projecting a projection image on the operation area of the operator, and a camera lens 25 that images the operation area.
  • the interface device 1 As shown in FIG. 3, the interface device 1 according to the present embodiment is worn, for example, on the chest of the operator.
  • the head 20 projects a projection image toward the B direction that is the front of the operator. And even if it is a case where an operator bends forward like the right side of FIG. 3, the head 20 projects a projection image toward the same B direction as the case where the operator is facing the front. This function will be described below.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the interface apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the interface device 1 includes a projection unit 2, an imaging unit 3, and a control unit 4.
  • the projection unit 2 projects an image including a user interface (hereinafter referred to as UI) on the operation area 5 that receives an operation of the operator (UI: User Interface) under the control of the control unit 4.
  • UI user interface
  • the imaging means 3 images an area including the operation area 5 where the interface operation is performed.
  • the imaging means 3 can be realized by, for example, a general camera function.
  • the imaging means 3 may have a function which can image light of wavelengths other than visible light, such as infrared light and ultraviolet light.
  • the imaging means 3 may include functions such as a depth sensor and a TOF (Time (of Flight) camera.
  • Control means 4 controls the entire interface device 1.
  • the control unit 4 acquires the image captured by the imaging unit 3, and recognizes the position and operation of the operator's finger or hand included in the acquired image as an operation.
  • the control unit 4 provides the projection unit 2 with an appropriate image signal based on the recognized result, and causes the projection unit 2 to project the image signal as an image.
  • the control unit 4 causes the imaging unit 3 to capture the position of each displayed image, reveals coordinates indicating the positional relationship between the projected image and the captured image, and controls the images to match each other.
  • control unit 4 provides the projection unit 2 with image information corresponding to an operation performed on an image such as a UI in the area captured by the imaging unit 3 and projects the image information as an image.
  • the projection means 2 is controlled.
  • 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 interface device 1 is preferably realized by a microcomputer including functions such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
  • the control means 4 may be realized by a device having a general computer function.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the interface apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the main body 10 of the interface device 1 includes a light source 11, a phase modulation type modulator 12, a Fourier transform lens 13, and an image processing unit 15.
  • the light source 11 has at least one laser light source that emits laser light having a specific wavelength.
  • the light source 11 may have a plurality of light sources so as to emit laser beams having a plurality of wavelengths.
  • the light source 11 may emit light having a wavelength in the visible light region, or may emit light having a wavelength other than visible light, such as an ultraviolet region or an infrared region.
  • the modulator 12 is a modulation means including a modulation element that modulates the laser light emitted from the light source 11.
  • the modulation means receives the laser beam emitted from the light source 11 and modulates the incident laser beam.
  • the modulator 12 preferably includes a phase modulation type modulation element.
  • the 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.
  • 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.
  • the phase distribution of the incident light incident on the display element is modulated according to the optical characteristics of each light receiving region.
  • 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.
  • a phase modulation type modulation element is realized by using LCOS (Liquid Crystal Crystal on Silicon) or MEMS (Micro Electro Mechanical System).
  • the incident angle of the laser beam is made non-perpendicular with respect to the display surface of the modulator 12. That is, the emission axis of the laser beam emitted from the light source 11 is inclined with respect to the display surface of the modulator 12.
  • the phase modulation type modulation element (LCOS) only modulates the phase of the wavefront by changing the refractive index, not the polarization. Therefore, the light perpendicularly incident on the phase modulation type modulation element using the polarization beam splitter is returned to the incident direction after being modulated by the modulation element. For this reason, light cannot be vertically incident on a phase modulation type modulation element using a polarization beam splitter.
  • phase modulation type modulation element If a beam splitter without polarization is used, light perpendicularly incident on the phase modulation type modulation element can be modulated and extracted, but the efficiency becomes 1 ⁇ 4. This is because the light incident on the beam splitter splits in two directions when passing through the beam splitter and enters the modulation element with half the intensity, and the light modulated by the modulation element again becomes two when passing through the beam splitter. This is because it is divided into two directions and becomes half the strength. Therefore, in this embodiment, by setting the emission axis of the laser beam obliquely with respect to the modulator 12, light is incident on the modulator 12 without using a beam splitter, thereby improving the efficiency.
  • the modulation means may include an intensity modulation type modulation element.
  • the modulation unit is realized by a configuration including an intensity modulation type modulation element, the Fourier transform lens 13 can be omitted.
  • the Fourier transform lens 13 is a lens that Fourier transforms light phase-modulated by the modulator 12. That is, the Fourier transform lens 13 receives light whose phase is modulated by the modulator 12, and performs Fourier transform on the incident light.
  • the image Fourier-transformed by the Fourier transform lens 13 becomes an image in which a kind of diffraction grating forms an aggregate, and an image is formed by collecting light diffracted by these diffraction gratings.
  • the image processing means 15 performs a process of rotating the image in accordance with the rotation of the head 20.
  • the image processing means 15 adjusts the projection image so as to face an appropriate direction by signal processing for forming the image so that the projection image does not rotate with the rotation of the head.
  • the image processing unit 15 causes the modulator 12 to display an image on which a projection image whose rotation is corrected in accordance with the rotation of the head 20 is projected. For example, when the head is rotated +5 degrees with respect to the main body 10, the projected image is rotated clockwise or counterclockwise unless any image processing is performed. In such a case, the image processing means 15 may output to the modulator 12 an image for rotating the image formed on the image forming surface by the Fourier transform lens 13 by +5 degrees. That is, the image processing unit 15 performs image processing for rotating an image formed on the image forming surface in accordance with the rotation of the head 20 with respect to the main body 10.
  • the main body 10 may include components not shown in FIG.
  • the head 20 is rotatably connected to the main body 10 by a rotation mechanism 30.
  • the rotation mechanism 30 includes a main body side rotation unit 31 on the main body 10 side and a head side rotation unit 32 on the head 20 side.
  • the rotation mechanism 30 is installed at a position where light modulated by the modulation means passes.
  • the rotation mechanism 30 is formed with an open portion through which light modulated by the modulation means passes.
  • FIG. 6 and 7 are views in which the main body side rotation unit 31 is removed from the main body 10 and the head side rotation unit 32 is removed from the head 20 in order to explain the rotation mechanism 30.
  • FIG. 6 is a perspective view of the rotation mechanism 30.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the rotating mechanism taken along a straight line passing through the optical axis F-F ′ in FIG. 6. 6 and 7 show a simple structure in which the head-side rotating portion 32 is engaged with the main-body-side rotating portion 31, and a specific structure will be described later.
  • both the main body side rotation unit 31 and the head side rotation unit 32 have a cylindrical shape.
  • the light focused by the Fourier transform lens 13 passes through the inside of the rotation mechanism 30 configured by the main body side rotation unit 31 and the head side rotation unit 32. That is, the rotation mechanism 30 is formed with an open portion through which light that has undergone Fourier transform by the Fourier transform lens 13 passes.
  • the outer periphery of the head-side rotating unit 32 is engaged inside the main-body-side rotating unit 31, and the head-side rotating unit 32 can rotate inside the main-body-side rotating unit 31. Is engaged.
  • the main body side rotating part 31 corresponds to a concave part
  • the head side rotating part 32 corresponds to a convex part.
  • the main body side rotation unit 31 may be fitted inside the head side rotation unit 32.
  • the main body side rotating part 31 corresponds to a convex part
  • the head side rotating part 32 corresponds to a concave part.
  • one of the main body 10 and the head 20 has a convex portion on the wall portion through which the Fourier-transformed light passes.
  • the other of the main body 10 and the head 20 has a concave portion that engages with the convex portion on the wall portion through which the Fourier-transformed light passes.
  • the rotation mechanism 30 has a configuration in which a convex portion and a concave portion are engaged.
  • the operator can adjust the angle of the head 20 with respect to the main body 10 to a desired angle by manually changing the angle of the head 20.
  • the operator may change the angle of the head 20 each time the posture is changed, or may remain fixed. Further, the operator may adjust the angle of the head 20 according to the positional relationship with the object that projects the projected image.
  • the rotating mechanism 30 may include components not shown in FIGS.
  • FIG. 8 is a perspective view of the head 20.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating the internal configuration of the head 20 in the perspective view of FIG.
  • FIG. 10 is a front view of the head 20.
  • FIG. 11 is a side view of the head 20 as viewed from the rotating mechanism 30 side.
  • the head 20 includes a projection lens 21, a mirror 22, a camera lens 25, and a camera unit 26. Although not shown in FIGS. 8 and 9, the head 20 has an aperture described later.
  • the projection lens 21 is a lens for projecting a projection image on the operation area 5.
  • the light reflected by the mirror 22 is incident on the projection lens 21.
  • the projection lens 21 enlarges and projects incident light as a projection image.
  • the mirror 22 has a reflecting surface that reflects light.
  • the mirror 22 receives the light focused by the Fourier transform lens 13 on the reflection surface and reflects it toward the projection lens 21. That is, the mirror 22 is installed on the image forming surface of the image formed by the light modulated by the modulation means, and reflects the light forming the image toward the operation area 5 for interface operation.
  • the mirror 22 has, for example, a prism shape as shown in FIG. As shown in FIG. 10, the mirror 22 is arranged behind the projection lens 21 when viewed from the front of the head 20.
  • the mirror 22 is not limited to a prism shape, but may be any shape that can reflect incident light.
  • a hole 23 is formed in the reflection surface 24 of the mirror 22 at a position where the 0th-order light included in the light converted by the Fourier transform lens 13 hits.
  • the mirror 22 is provided with a hole 23 at substantially the center of the opening portion of the rotation mechanism 30.
  • the hole 23 is formed so as to penetrate the mirror 22 from the reflecting surface 24.
  • the light focused by the Fourier transform lens 13 can pass through the base material of the mirror 22, the light only needs to pass from the position where the 0th-order light hits the reflecting surface 24. May not be formed.
  • the range of the 0th-order light included in the light focused by the Fourier transform lens 13 is sufficiently small, or when the range including the 0th-order light is reflected, it is not necessary to form the hole 23 in the mirror 22.
  • the light 200 focused by the Fourier transform lens 13 passes through the opening of the rotation mechanism 30 and reaches the mirror 22.
  • the zero-order light penetrates the mirror 22.
  • light other than the zero-order light is reflected by the reflecting surface 24 and travels toward the projection lens 21.
  • the mirror 22 may be configured like a mirror 220 having a thin film 250 formed on a substrate 240 such as glass as shown in FIG.
  • the thin film 250 is formed in a mirror shape on the reflection surface of the mirror 220 and reflects the light focused by the Fourier transform lens 13.
  • a hole 230 is formed in the thin film 250 at a position where the zero-order light included in the light converted by the Fourier transform lens 13 hits.
  • the hole 230 may be formed so as to penetrate the substrate 240 or may be formed only in the thin film 250. However, when the substrate 240 is difficult to transmit light, it is preferable to form the hole 230 so as to penetrate the substrate 240.
  • the camera lens 25 is a lens for imaging the operation area 5.
  • the camera lens 25 has a configuration in which a single lens or a plurality of lenses are combined.
  • transparent glass or plastic is used as a material.
  • the camera unit 26 has a general camera function. Moreover, the camera part 26 may have a function which can image the light of wavelengths other than visible light, such as infrared light and ultraviolet light, for example. Moreover, the camera part 26 may have functions, such as a depth sensor and a TOF (Time of Flight) camera, for example.
  • a depth sensor and a TOF (Time of Flight) camera
  • the camera unit 26 includes an image sensor, an image processor, an internal memory, and a data output unit.
  • the imaging element is an element for imaging an area including the operation area 5 and acquiring an image signal.
  • the imaging element is a photoelectric conversion element in which semiconductor components are integrated into an integrated circuit.
  • the image sensor can be realized by a solid-state image sensor such as a CCD (Charge-Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).
  • CCD Charge-Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal-Oxide-Semiconductor
  • an element that images light in the visible region is used as the imaging element, but an element that can image and detect electromagnetic waves such as infrared rays, ultraviolet rays, X-rays, gamma rays, radio waves, and microwaves may be used.
  • 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.
  • 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.
  • the data output unit outputs the processed image data processed by the image processor to the control means 4.
  • the camera lens 25 and the camera unit 26 described above correspond to the imaging unit 3 that captures an area including the operation area 5 where the interface operation is performed.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining the aperture 27 of the head 20.
  • the phase modulation type modulator 12 is used as in the interface device 1 according to the present embodiment, it is preferable to provide an aperture in a portion where a Fourier transform image is formed so that unnecessary light is not projected.
  • the aperture 27 has a function of removing the higher order light contained in the light converted by the Fourier transform lens 13 and specifying the image area.
  • FIG. 16 shows a rectangular frame-shaped aperture 27. The opening of the aperture 27 is opened smaller than the image area 28 from the modulator 12. In FIG. 16, the outer frame of the aperture 27 is not drawn, but the aperture 27 has a structure that blocks the periphery of the image area 28 from the modulator 12.
  • the aperture 27 is preferably installed at a position where the focal point is originally focused.
  • the aperture 27 is disposed in the vicinity of the head-side rotation unit 32 in FIG.
  • the aperture 27 may be disposed between the mirror 22 and the projection lens 21. That is, the aperture 27 is preferably installed at the focal position of the Fourier transform lens 13, but may be deviated from the focal position as long as the function of removing high-order light can be exhibited.
  • the aperture 27 is smaller than the rotation mechanism 30.
  • the aperture 27 is sized to cut an unnecessary portion at the periphery of the image formed on the mirror 22. Note that the size and direction of the aperture are changed according to the aspect ratio image to be created.
  • FIG. 17 is a conceptual diagram showing a relative relationship among the mirror 22, the aperture 27, the image region 28, and the projection lens 21 when the head 20 is rotated with respect to the main body 10.
  • the positional relationship between the image of the head 20 and the modulator 12 rotates, so that the image needs to be corrected on the modulator 12. If the area on which the image is displayed on the modulator 12 is changed, even if the aperture 27 is rectangular, the aperture 27, the image area 28, and the projection lens 21 are caused to follow the rotation of the head 20 as shown in FIG. It can be controlled so that the relative relationship does not change.
  • it is necessary to build a complicated program.
  • a circular aperture 271 as shown in FIG. If the circular aperture 271 is used, only the content image needs to be rotated on the screen on the modulator 12. Therefore, it is possible to control the relative relationship among the aperture 27, the image region 28, and the projection lens 21 without changing by following the rotation of the head 20 without using a complicated program.
  • the rotation mechanism 30 can be made smaller than when the rectangular aperture 27 is used, so that the apparatus can be easily downsized.
  • the head 20 may include components that are not shown in FIGS.
  • the main body 10 and the head 20 are electrically connected by, for example, wiring provided inside the rotation mechanism 30.
  • the wiring provided inside the rotation mechanism 30 is arranged at a position that does not affect the projection light.
  • the main body 10 and the head 20 may be electrically connected by a wiring provided outside without passing through the rotation mechanism 30, for example. In that case, it is preferable that the wiring has a length that does not hinder the rotation of the head 20 and does not interfere with the operation of the operator wearing the interface device 1.
  • Information acquired by the camera unit 26 is transmitted from the head 20 to the main body 10 via the above-described wiring.
  • the information acquired by the camera unit 26 may be transmitted to the main body 10 using infrared rays or electromagnetic waves.
  • infrared rays When infrared rays are used, data may be transmitted through the opening inside the rotation mechanism 30.
  • electromagnetic waves a general short-range wireless communication technique may be applied.
  • the interface device 1 includes a power source (not shown) such as a primary battery or a secondary battery.
  • the power source of the interface device 1 may be provided in either the main body 10 or the head 20.
  • a power transmission wiring is provided in addition to a wiring for transmitting and receiving information acquired by the camera unit 26.
  • the power source of the interface device 1 may be provided in both the main body 10 and the head 20.
  • the rotation mechanism 30 is illustrated to be disposed on the upper side in the longitudinal direction of the head 20, but it may be disposed near or below the center of the head 20 in the longitudinal direction.
  • the mirror 22 is arranged in accordance with the position of the rotation mechanism 30 so that the optical axis F-F ′ does not shift from the hole 23 of the mirror 22.
  • the upper part of the mirror 22 may be a cavity, or the camera unit 26 may be disposed on the upper part of the mirror 22.
  • the head on which the imaging unit and the projection unit are mounted is connected to the main body so as to be rotatable.
  • the interface device can be easily realized at first glance, but it is difficult to actually realize it.
  • a normal phase modulation projector is designed so that the zero-order light is shifted from the operation region by the lens system.
  • it is necessary to change the direction of the entire projector. Therefore, it is necessary to change the direction of the entire apparatus.
  • the interface device has a structure that allows zero-order light to escape through a hole formed in a mirror, as shown in FIG.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 19 to 22 are diagrams related to the rotation mechanism 300 of the first modification.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the rotating mechanism 300 according to the first modification, taken along the cutting line passing through the optical axis F-F ′ together with the main body 10 and the head 20.
  • the rotation mechanism 300 includes a main body side rotation unit 301 and a head side rotation unit 302 on the head 20 side.
  • the head-side rotating unit 302 includes a first head-side rotating unit 302-1 and a second head-side rotating unit 302-2.
  • the main body side rotating part 301 has a cylindrical shape, and has an outer edge part protruding so as to surround the outer edge of the tip part.
  • the first head-side rotating unit 302-1 and the second head-side rotating unit 302-2 have an engagement structure that is engaged so as to wrap around the outer edge portion of the main body-side rotating unit 301.
  • a part similar to the main body side rotation unit 301 may be provided in the head 20, and a part similar to the head side rotation unit 302 may be provided in the main body 10.
  • the light focused by the Fourier transform lens 13 passes along the optical axis FF ′. For opening.
  • FIG. 22 is a diagram in which the main body side rotation unit 301, the first head side rotation unit 302-1 and the second head side rotation unit 302-2 are engaged. In FIG. 22, no gap is drawn between the main body 10 and the head 20, but the head 20 is rotatably connected to the main body 10 by the rotation mechanism 300.
  • one of the main body 10 and the head 20 has a convex part with an outer edge structure formed at the end part on the wall part through which the Fourier-transformed light passes.
  • the other of the main body 10 and the head 20 has a concave portion in which an engagement structure for engaging with the outer edge structure of the convex portion is formed on the inner wall through which the Fourier-transformed light passes.
  • the rotating mechanism is configured by engaging the outer edge structure of the convex portion with the engaging structure of the concave portion.
  • the connectivity of the head with respect to the main body can be improved, so that it becomes easier to handle.
  • 23 to 25 are diagrams relating to the rotation mechanism 310 of the second modification.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the rotating mechanism 310 according to the second modified example taken along a cutting line passing through the optical axis F-F ′ together with the main body 10 and the head 20.
  • the rotation mechanism 310 includes a main body side rotation unit 311 and a head side rotation unit 312 on the head 20 side.
  • the head-side rotating unit 312 includes a raceway ring 312-1 and a plurality of balls 312-2 (also referred to as rolling elements).
  • a track structure for receiving a plurality of balls 312-2 is provided on the outer periphery of the end of the main body side rotating portion 311.
  • the rotation mechanism 310 By engaging the head-side rotation unit 312 with the main-body-side rotation unit 311, the rotation mechanism 310 exhibits the function of a ball bearing.
  • the rotation function of the rotation mechanism 310 of the second modification may be realized by a structure similar to the rotation member 320 of the second embodiment described later. Further, the same part as the main body side rotating part 311 may be provided on the head 20 side, and the same part as the head side rotating part 312 may be provided on the main body 10 side.
  • the main body side rotation unit 311 and the head side rotation unit 312 have openings through which the light focused by the Fourier transform lens 13 passes along the optical axis F-F ′.
  • the head 20 By engaging the main body side rotation unit 311 and the head side rotation unit 312, the head 20 is rotatably connected to the main body 10 by the rotation mechanism 310.
  • one of the main body 10 and the head 20 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 Fourier-transformed light passes.
  • the other of the main body 10 and the head 20 has a concave portion in which an orbital ring that faces the orbital structure of the convex portion is formed on the inner wall through which the Fourier-transformed light passes.
  • the rotation mechanism 310 has a configuration in which a track structure of a convex portion and a race ring of a concave portion are engaged via a plurality of rolling elements.
  • the head 20 automatically rotates according to the inclination of the main body 10, and the projection image from the head 20 is always in front. To be adjusted. Incidentally, it may be preferable for the operator that the projection image is fixed at a predetermined angle with respect to the main body 10. Therefore, a clasp (latch) for fixing the angle of the head 20 to the main body 10 at a predetermined angle may be provided.
  • FIG. 26 shows a latch 41 for fixing the head 20 to the main body 10.
  • the latch 41 is connected to the upper side portion of the main body 10 by a jig 43 so as to be slidable in the vertical direction.
  • a groove 45 into which the lower end of the latch 41 is fitted is provided in the upper part of the head 20.
  • the lower end of the latch 41 is fitted into the groove 45, and the head 20 can be fixed to the main body 10.
  • the lower end of the latch 41 may be fitted into the gap between the main body 10 and the head 20.
  • the head 20 is fixed even when it is rotated with respect to the main body 10.
  • 26 is an example for fixing the head 20 to the main body 10, and the structure for fixing the head 20 to the main body 10 is not limited to the example of FIG.
  • 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.
  • 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.
  • the rotating member 320 includes an outer ring 320-1, an inner ring 320-2, a plurality of rolling elements 320-3 that roll between the outer ring 320-1 and the inner ring 320-2, and a plurality of rolling elements 320-3.
  • a rolling bearing including a retainer 320-4 for holding the rolling element 320-3.
  • the rotating member 320 may have a sliding bearing structure.
  • the rotating member 320 is realized by, for example, a ball bearing having a plurality of balls as rolling elements 320-3, a roller bearing having a plurality of rollers as rolling elements 320-3, or the like.
  • the rotating member 320 may be realized by, for example, a needle bearing, a tapered roller bearing, a spherical roller bearing, or the like.
  • the rotating member 320 has such a size that the convex portion 321 of the main body 10 is fitted to the inner circumference of the inner ring 320-2 and the outer circumference of the outer ring 320-1 is fitted to the concave portion 322 of the head 20, for example. In this case, the opening part of the convex part 321 of the main body 10 becomes a light path.
  • the rotating member 320 may be detachably engaged with the main body 10 and the head 20, but may be joined unless it is particularly necessary to detach.
  • the rotation mechanism has a configuration in which an outer periphery of a rotation member 320 having an inner ring that is rotatably engaged with an outer ring is fitted in a recess, and an inner periphery of the rotation member 320 is fitted in a projection.
  • 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.
  • general components such as a ball bearing, can be used as a rotating member.
  • a rotating member 325 as shown in FIGS. 30 and 31 may be used.
  • the rotating member 325 includes a main body side rotating wheel 326, a head side rotating wheel 327, and a support portion 328 that rotatably supports the main body side rotating wheel 326 and the head side rotating wheel 327.
  • the main body side rotating wheel 326 and the head side rotating wheel 327 are configured by a raceway ring and a plurality of balls that roll inside the raceway ring.
  • the support portion 328 has a ring shape and is open inside.
  • Grooves for supporting a plurality of balls of the main body side rotating wheel 326 and the head side rotating wheel 327 are provided on both surfaces of the support portion 328 so as to be able to roll.
  • the rotating member 325 obtains the function of a ball bearing by configuring the ball side of the main body side rotating wheel 326 and the head side rotating wheel 327 to face the groove of the support portion 328.
  • the rotating member 325 may have a bearing structure other than the ball bearing.
  • Rotating member 325 has a size such that the outer periphery of main body side rotating wheel 326 fits into recess 323 of main body 10, and the outer periphery of head side rotating wheel 327 fits into recess 322 of head 20. In this case, the open part inside the support part 328 becomes a light path.
  • the rotating member 325 may be detachably engaged with the main body 10 and the head 20, but may be joined unless it is particularly necessary to detach. That is, in the rotating member 325 of the modified example, an open portion inside the support portion 328 that is larger than the inner diameter of the convex portion 321 on the main body 10 side becomes a light path.
  • 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 weight 29 is mounted on the head 20. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the weight 29 is set to such a weight that the projection direction by the head 20 faces the front by the weight of the weight 29 when the main body 10 is tilted.
  • a power source such as a primary battery or a secondary battery may be disposed under the head 20 as the weight 29.
  • a component provided inside the head 20 may be disposed below the head 20, and the weight of the component may function as the weight 29.
  • the head 20 of the interface device according to the present embodiment is rotatably connected to the main body 10 by a rotation mechanism.
  • a weight 29 is installed below the head 20. Therefore, the projection direction of the head 20 does not change depending on the weight of the weight 29 even when the main body 10 is directed in any direction in the vertical direction.
  • the projection direction does not change due to a change in the body shape and posture of the operator wearing the interface device.
  • FIG. 33 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the interface device according to the present embodiment.
  • FIG. 34 is a conceptual diagram in which the head 20 is removed from the main body 10.
  • the interface device according to the present embodiment is different from the first embodiment in that an automatic rotation mechanism that automatically controls the head 20 is mounted.
  • the internal configuration of the main body 10 and the head 20 will also be described. Descriptions of configurations and functions similar to those in the first to third embodiments are omitted.
  • the main body 10 and the head 20 are connected by an automatic rotation mechanism 340.
  • the automatic rotation mechanism 340 includes a rotation member 341, a motor 342, a concave portion 343 of the main body 10, and a convex portion 345 of the head 20.
  • the rotating member 341 has the same configuration as the rotating member 320 of the second embodiment.
  • the rotating member 341 is inserted into the recess 343 of the main body 10.
  • a convex portion 345 of the head 20 is inserted inside the rotating member 341.
  • a part similar to the concave part 343 may be provided on the head 20 side, and a part similar to the convex part 345 may be provided on the main body 10 side.
  • the main body 10 includes a light source 11, a phase modulation type modulator 12, and a Fourier transform lens 13 as in the first embodiment. Further, the main body 10 includes a detection unit 14, an image processing unit 15, a control unit 16, and a driving unit 17. The main body 10 is provided with a recess 343 similar to that of the modification of the second embodiment. As shown in FIG. 34, the head 20 is provided with a convex portion 345 in which a gear-like continuous irregularity is formed along the outer periphery at the tip portion.
  • FIG. 35 is a conceptual diagram of the automatic rotation mechanism 340 as viewed from the inside of the main body 10.
  • a gear is attached to the tip of the rotating shaft of the motor 342.
  • the gear attached to the tip of the rotating shaft of the motor 342 meshes with the unevenness at the tip of the convex portion 345 of the head 20.
  • the rotation mechanism operates to rotate the head 20 with respect to the main body 10.
  • one of the main body 10 and the head 20 has a convex portion 345 in which gear-like irregularities are formed along the outer periphery of the end portion on the wall portion through which the Fourier-transformed light passes.
  • the other of the main body 10 and the head 20 includes a concave portion 343 into which the convex portion 345 is inserted, and a motor 342 in which a gear meshing with the concave and convex portions of the inserted convex portion 345 is attached to the rotation shaft.
  • the automatic rotation mechanism fits the outer periphery of the rotating member 341 into the concave portion 343, fits the inner periphery of the rotating member 341 into the convex portion 345, the concavities and convexities at the tip of the convex portion 345, and a gear attached to the motor 342.
  • the rotational movement of the gear of the motor 342 may be configured to be transmitted to the irregularities formed on the outer periphery of the convex portion 345 via the belt 347 as shown in FIG.
  • one of the main body 10 and the head 20 has a convex portion 345 on the wall portion through which the Fourier-transformed light passes, and the other has a concave portion 343 into which the convex portion 345 is inserted, and a rotating shaft with a gear or the like.
  • a motor 342 to which the rotating body is attached.
  • the automatic rotation mechanism fits the outer periphery of the rotating member 341 into the recess 343, fits the inner periphery of the rotating member 341 into the convex portion 345, and the outer periphery of the rotating body attached to the rotating shaft of the motor 342 and the convex portion 345. Are connected by a belt 347.
  • 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 main body 10 with respect to the vertical direction.
  • the detection unit 14 is realized by, for example, an acceleration sensor or a gyro sensor.
  • the detection unit 14 transmits information regarding the detected inclination to the image processing unit 15 and the control unit 16.
  • the detection means 14 may be mounted on the head 20 side as shown in FIG. In that case, the detection means 14 detects the inclination of the head 20 with respect to the vertical direction. What is necessary is just to comprise so that the signal from the detection means 14 may be transmitted to the image processing means 15 and the control means 16 of the main body 10 through the wiring provided in the inside of the automatic rotation mechanism 340. Further, the signal from the detection unit 14 may be configured to be transmitted to the image processing unit 15 and the control unit 16 of the main body 10 through the wiring provided outside without passing through the inside of the automatic rotation mechanism 340.
  • the image processing means 15 performs a process of rotating the image in a desired direction in accordance with the rotation of the head 20 based on the information received from the detection means 14.
  • the image processing unit 15 adjusts the projection image so as to face an appropriate direction by signal processing for forming an image so that the projection image does not rotate with the rotation of the head 20.
  • control unit 16 Based on the information received from the detection unit 14, the control unit 16 drives the motor 342 so that an image is projected from the head 20 in a predetermined direction with respect to gravity or a direction determined by work. 17 is controlled.
  • the control unit 16 controls the image from the head 20 to be projected in an appropriate direction based on a preset program.
  • the driving means 17 drives the motor 342 according to the control of the control means 16.
  • the interface apparatus has a mechanism for mechanically rotating the head in a pre-programmed direction 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.
  • the interface device according to the present embodiment may have a function of adjusting the angle so that the head 20 is directed in a projection direction programmed in advance.
  • the angle adjustment of the head 20 may be programmed to always control in the same direction with respect to the vertical direction, or may be programmed to automatically switch the angle.
  • FIG. 38 is a conceptual diagram for explaining the configuration of the head 20 of the interface device according to the present embodiment.
  • the configuration of the interface device according to the present embodiment is the same as that of the interface device according to any one of the first to fourth embodiments except for the head 20, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the head 20 of the interface device according to the present embodiment includes output measuring means 18 that detects light that has passed through the hole 23 of the mirror 22.
  • the output measuring means 18 is arranged on the traveling axis of the 0th order light that has passed through the hole 23 inside the mirror 22.
  • the zero-order light that has passed through the mirror 22 enters the output measuring means 18.
  • the output measuring unit 18 may be disposed above or below the mirror 22, and the 0th-order light may be reflected by a mirror other than the mirror 22 and incident on the output measuring unit 18.
  • the output measuring means 18 measures the output of the laser beam.
  • the output measuring means 18 includes, for example, a sensor that receives light and outputs an electrical signal, and an electronic circuit system for output reading.
  • the sensor used for the output measuring means 18 is a photoelectric conversion method that measures an electrical signal proportional to the number of incident photons using a photoelectric detector, or a laser that absorbs laser light into a light absorber and converts it into heat to change the temperature. There is a heat conversion method to measure.
  • An example of a sensor using a photoelectric conversion method is a photodiode that measures an electrical signal proportional to the number of incident photons using a photoelectric detector.
  • thermopile a thermopile or a pyroelectric sensor
  • the wavelength range may be narrow, but since high-speed response is required, a photoelectric conversion method using a photodiode is preferable.
  • the intensity of the 0th order light measured by the output measuring means 18 is transmitted to a control means (not shown), for example.
  • the control means controls drive means (not shown) for driving the light source 11 so as to keep the intensity of the laser light emitted from the light source 11 constant based on the intensity of the 0th-order light received from the output measuring means 18.
  • Information about the intensity of the 0th-order light measured by the output measuring unit 18 is transmitted to the main body 10 side through a wiring provided between the main body 10 and the head 20.
  • the control unit and the light source driving unit may be installed on the main body 10 side.
  • the intensity of the 0th-order light measured by the output measuring means 18 should be constant. However, when the light source 11 is activated, it takes time until the output of the laser light reaches a certain level. If the actual output of the laser beam can be monitored, the target output can be stabilized more quickly. Considering that the output of the light source 11 changes with time, it is useful to control the output of the laser light emitted from the light source 11 by measuring the zero-order light with the output measuring means 18.
  • the output of the zero-order light that is not used as the projection light is measured, so that 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.
  • 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.

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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。

Description

インターフェース装置
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
特開２０１２－１６００７９号公報 特開２００５－２７５１２６号公報 特開２００４－２５８９１６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＞
　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。
　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。
　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。
　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。
本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置を操作者が装着する一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の回転機構の一例の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の回転機構の一例の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの透視図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの正面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のミラーの構成例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドにおける光の経路を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のミラーの他の構成例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のアパーチャの構成例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のアパーチャの構成例について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置のアパーチャの他の構成例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１の回転機構の概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１の回転機構の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１の回転機構の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例１において、本体とヘッドとを係合させた際の回転機構の周辺部の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例２の回転機構の概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例２の回転機構の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置の変形例２の回転機構の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインターフェース装置において、本体に対してヘッドを固定するための構造の概念図である。 本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。 本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。 本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の回転部材の一例の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の変形例の正面図である。 本発明の第２の実施形態に係るインターフェース装置の回転部材の変形例の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るインターフェース装置の正面図である。 本発明の第３の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。 本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の本体の内部構成および回転機構を説明するための概念図である。 本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の自動回転機構を説明するための概念図である。 本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の変形例の自動回転機構を説明するための概念図である。 本発明の第４の実施形態に係るインターフェース装置の変形例の本体およびヘッドの内部構成および回転機構を説明するための概念図である。 本発明の第５の実施形態に係るインターフェース装置のヘッドの内部構成を説明するための概念図である。 ヘッドが本体に対して回転しないインターフェース装置の装着例を示す概念図である。 ヘッドが本体に対して回転しないインターフェース装置を装着して姿勢を変えた際の投射画像の投射方向を説明するための概念図である。
　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。
　（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。
　〔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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　図１９～図２２は、変形例１の回転機構３００に関する図である。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　図２３～図２５は、変形例２の回転機構３１０に関する図である。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (23)

  1. 　レーザ光を出射する光源と、
    　前記レーザ光が入射され、入射された前記レーザ光を変調する変調手段とを有する本体と、
    　前記変調手段によって変調された光によって形成される画像の画像形成面に設置され、インターフェース操作のための操作領域に向けて前記画像を形成する光を反射するミラーと、
    　前記操作領域を含む領域を撮像する撮像手段とを有するヘッドとを備え、
    　前記本体と前記ヘッドとは、前記変調手段によって変調された光が通過する位置に設置され、前記変調手段によって変調された光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続されるインターフェース装置。
  2. 　前記変調手段は、
    　前記レーザ光が入射され、入射された前記レーザ光の位相を変調する位相変調型の変調器と、
    　前記変調器によって位相が変調された光が入射され、入射された光をフーリエ変換するフーリエ変換レンズとを含み、
    　前記ミラーは、
    　前記フーリエ変換レンズを通過した光によって形成される前記画像の画像形成面に設置され、前記操作領域に向けて前記画像を形成する光を反射し、
    　前記本体と前記ヘッドとは、前記画像を形成する光が通過する位置に設置され、前記画像を形成する光が通過する開放部が形成された回転機構を介して接続される請求項1に記載のインターフェース装置。
  3. 　前記ミラーは、
    　プリズム状の形状を有し、前記画像を形成する光に含まれる０次光が通過する穴が開けられている請求項１または２に記載のインターフェース装置。
  4. 　前記ミラーは、
    　基板上に形成された薄膜ミラーであり、前記薄膜ミラーには前記画像を形成する光に含まれる０次光が通過する穴が開けられている請求項１または２に記載のインターフェース装置。
  5. 　前記本体は、
    　前記変調手段に表示する画像データを前記変調手段に出力する画像処理手段をさらに有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  6. 　前記画像処理手段は、
    　前記本体に対する前記ヘッドの回転に応じて、前記画像形成面に形成される前記画像を回転する画像処理を行う請求項５に記載のインターフェース装置。
  7. 　前記ヘッドは、
    　前記ミラーによって反射された光を前記操作領域に向けて投射する投射レンズをさらに有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  8. 　前記ヘッドは、
    　前記変調手段によって変調された光が形成する画像領域よりも小さな開口が開けられ、前記画像領域の周辺部を遮るアパーチャを有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  9. 　前記アパーチャは、
    　前記回転機構と前記ミラーとの間に設置される請求項８に記載のインターフェース装置。
  10. 　前記アパーチャは、
    　前記ミラーと前記投射レンズとの間に設置される請求項８に記載のインターフェース装置。
  11. 　前記アパーチャは、矩形状の開口を有し、
    　前記画像処理手段は、前記ヘッドの回転に追従させて、前記画像形成面に形成される前記画像を回転する画像処理を行う請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  12. 　前記アパーチャは、円形の開口を有する請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  13. 　前記本体および前記ヘッドのうち一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凸部を有し、
    　前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部と係合させる凹部を有し、
    　前記回転機構は、
    　前記凸部と前記凹部とを係合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  14. 　前記本体および前記ヘッドの一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、端部に外縁構造が形成された凸部を有し、
    　前記本体および前記ヘッドの他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部の外縁構造と係合させる係合構造が形成された凹部を有し、
    　前記回転機構は、
    　前記凸部の外縁構造を前記凹部の係合構造に係合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  15. 　前記本体および前記ヘッドのうち一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って軌道構造が形成された凸部を有し、
    　前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、前記凸部の軌道構造に対面する軌道輪が形成された凹部を有し、
    　前記回転機構は、
    　前記凸部の軌道構造と、前記凹部の軌道輪とを複数の転動体を介して係合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  16. 　前記本体および前記ヘッドのうち一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凸部を有し、
    　前記本体および前記ヘッドのうち他方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凹部を有し、
    　前記回転機構は、
    　外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  17. 　前記本体および前記ヘッドは、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凹部を有し、
    　前記回転機構は、
    　両端部が回転可能に係合された回転部材の両端を前記本体および前記ヘッドの各々の凹部に嵌合させた構成を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  18. 　前記ヘッドの下部におもりを配置する請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  19. 　前記回転機構は、
    　前記本体に対して前記ヘッドを自動的に回転させる自動回転機構を有し、
    　前記本体は、
    　前記本体または前記ヘッドの傾きを検知する検知手段と、
    　前記検知手段によって検知された傾きに基づいて前記自動回転機構の動作を制御する制御手段と、
    　前記制御手段の制御に応じて前記自動回転機構を駆動する駆動手段とを有する請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  20. 　前記回転機構は、
    　前記本体に対して前記ヘッドを自動的に回転させる自動回転機構を有し、
    　前記ヘッドは、
    　前記本体または前記ヘッドの傾きを検知する検知手段を有し、
    　前記本体は、
    　前記検知手段によって検知された傾きに基づいて前記自動回転機構の動作を制御する制御手段と、
    　前記制御手段の制御に応じて前記自動回転機構を駆動する駆動手段とを有する請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
  21. 　前記本体および前記ヘッドの一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に、端部の外周に沿って歯車状の凹凸が形成された凸部を有し、
    　前記本体および前記ヘッドの他方は、前記凸部が挿入される凹部と、挿入された前記凸部の凹凸に噛み合う歯車が回転軸に取り付けられたモータとを有し、
    　前記自動回転機構は、
    　外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させ、前記凸部の凹凸と前記モータに取り付けられた歯車とを噛み合わせた構成を有する請求項１９または２０に記載のインターフェース装置。
  22. 　前記本体および前記ヘッドの一方は、前記変調手段によって変調された光が通過する壁部に凸部を有し、
    　前記本体および前記ヘッドの他方は、前記凸部が挿入される凹部と、回転軸に歯車が取り付けられたモータとを有し、
    　前記自動回転機構は、
    　外輪に対して回転可能に係合された内輪を有する回転部材の外周を前記凹部に嵌合させ、前記回転部材の内周を前記凸部に嵌合させ、前記モータの回転軸に取り付けられた歯車と前記凸部の外周とをベルトで連結した構成を有する請求項１９または２０に記載のインターフェース装置。
  23. 　前記ヘッドは、
    　前記ミラーの後段に、前記変調手段によって変調された光に含まれる０次光が入射され、入射された前記０次光の出力を計測する出力測定手段を有する請求項１乃至２２のいずれか一項に記載のインターフェース装置。
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