WO2014016994A1

WO2014016994A1 - インターフェース装置、プログラム、及び制御方法

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Publication number: WO2014016994A1
Application number: PCT/JP2013/002358
Authority: WO
Inventors: 藤男奥村
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2014-01-30

Abstract

　インターフェース装置（２０００）は、レーザ光を照射するレーザ光照射部（２０２０）、レーザ光の焦点距離をレーザ光に垂直な第１の軸と、第１の軸と異なる第２の軸とにおいて、異なる値に変更する焦点距離変更部（２０４０）、レーザ光の照射方向を変更する走査部（２１２０）、及び物体（３０００）の計測点上で反射したレーザ光を撮像して計測用画像を生成する撮像部（２０６０）を有する。インターフェース装置（２０００）は、計測用画像を処理して計測点までの距離を算出する距離算出部（２１００）、及び計測点までの距離と走査部（２１２０）がレーザ光を照射した方向に基づき、入力情報を生成する入力情報生成部（２０８０）を有する。

Description

インターフェース装置、プログラム、及び制御方法

　本発明は、インターフェース装置、プログラム、及び制御方法に関する。

　近年、ジェスチャーを利用して入力を行う空間操作型インターフェース装置が開発されている。その例として、下記に示す非特許文献１から３のものがあげられる。これらはユーザのジェスチャーを入力として受け取って認識するジェスチャー認識機能と、応答を画像として出力する画像投射機能を併せ持ち、インタラクティブな入出力を行う。またこれらはいずれも、撮像装置と小型プロジェクタを有する。

　非特許文献１が開示するインターフェース装置は、小型プロジェクタとカメラとを組み合わせたインターフェース装置である。ユーザは指に色付きサックを装着してジェスチャーを行う。上記インターフェース装置は、上記カメラによって色付きサックの位置を撮像し、色付きサックの動作を認識する。上記インターフェース装置は、色付きサックの動作を認識することで、ユーザのジェスチャーを認識する。

　非特許文献２が開示するインターフェース装置は、小型プロジェクタと特許文献１記載のインターフェース装置を有し、人の肩の上に乗せて使用するインターフェース装置である。上記インターフェース装置は、上記小型プロジェクタによって、ユーザの掌などに画像を投影する。ユーザは、上記投影された画像に対し、触る等のジェスチャーを行う。そして上記インターフェース装置は、上記インターフェース装置を利用し、上記投影した画像に対してユーザが行ったジェスチャーを認識する。

　非特許文献３が開示するインターフェース装置は、ロボティックアームを有する電気スタンド型のインターフェース装置である。電気スタンドにおけるライト部分に小型プロジェクタとカメラが設けられており、アーム部分が可動式となっている。上記インターフェース装置は、上記小型プロジェクタで、机の上などに画像を投影する。ユーザは、その画像に対してジェスチャーをおこない、上記インターフェース装置は、上記カメラが撮像する画像によってユーザのジェスチャーを認識する。上記インターフェース装置は、ユーザの指示に基づいて上記可動式のアームを制御し、ユーザの指示した場所に画像を投影する。

　上述したジェスチャー認識機能は、入力を与える三次元物体上の各点（ユーザの体の各部分など）と自身の間の距離や上記各点の三次元座標を計測する三次元物体計測機能を有する。上記ジェスチャー機能は、三次元物体計測を繰り返し行い、上記三次元物体上の各点までの距離や各点の三次元座標の変化によってユーザのジェスチャーを認識する。三次元物体計測を行うインターフェース装置に関連する発明を開示する特許文献として、以下の特許文献１と２がある。

　特許文献１記載の装置は、計測対象までの距離を算出する測距計であり、以下の方法で計測対象までの距離を算出する。まず上記装置は、レーザ光を複数のレーザ光に分光する。次に上記装置は、分光した各レーザ光について、レーザ光の進行方向に対して垂直な平面において相違する一つの軸についてのみ収束し、かつそれぞれのレーザ光の焦点距離が異なるように、各レーザ光の焦点距離を変更する。そして上記装置は、分光した全てのレーザ光が物体に当たって反射した反射光を撮像し、反射光の断面形状に基づいて上記物体との距離を算出する。

　特許文献２記載の装置は、画像を投影するスクリーンまでの距離を計測し、その距離に従って画像を投影するレーザ光の焦点距離を変更する画像投影装置である。

特開２００８－３２７０７号公報特開２００９－１９３００８号公報

Pranav Mistry、「SixthSense」、MIT Media Lab、[平成２３年１２月１６日検索]、インターネット＜URL:http://www.pranavmistry.com/projects/sixthsense＞ Chris Harrison、Hrvoje Benko and Andrew D. Wilson、「Omnitouch: Wearable Multitouch Interaction Everywhere」、the 24th Symposium on User Interface Software and Technology（UIST'11）、Advanced Computing Machinery（ACM）、２０１１年１０月１６日 Natan Linder and Pattie Maes、「LuminAR: Portable Robotic Augmented Reality Interface Design and Prototype」、the 23th Symposium on User Interface Software and Technology（UIST'10）、Advanced Computing Machinery（ACM）、２０１０年１０月３日

　第１に、空間操作型インターフェース装置を携帯端末等の小型機器に搭載可能にするために、空間操作型インターフェース装置は小型である必要がある。第２に、空間操作型インターフェース装置を携帯端末等で利用する場合、空間操作型インターフェース装置は自身の近くに位置するユーザのジェスチャーを認識できる必要がある。例えばユーザが指で携帯端末を操作する場合、ユーザの指は携帯端末のごく近くに位置するためである。第３に、空間操作型インターフェース装置の低コスト化が求められている。

　しかしながら、従来の技術では、上記３つの課題を同時に解決することが難しい。

　本発明の目的は、小型であり、近距離に位置する物体の動作を認識可能であり、低コストであるインターフェース装置と、そのインターフェース装置を制御するプログラム及び制御方法を提供することである。

　本発明が提供するインターフェース装置は、レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する入力情報生成手段を有する。

　本発明が提供するインターフェース装置は、レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、前記レーザ光の照射方向を変更する光学素子を備える走査手段と、前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、同一の前記計測点上に照射した焦点距離の異なる複数の前記レーザ光の反射光をそれぞれ撮像した複数の前記計測画像を処理して前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて入力情報を生成する入力情報生成手段を有する。

　本発明が提供するプログラムは、コンピュータに、インターフェース装置を制御する機能を持たせる。前記インターフェース装置は、レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段を有する。そして、当該プログラムは、前記コンピュータに、該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する機能と、前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する機能を持たせる。

　本発明が提供する制御方法は、インターフェース装置を制御する制御方法である。前記インターフェース装置は、レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する入力情報生成手段を有する。そして、当該制御方法は、前記計測用レーザ光照射手段が、前記レーザ光を照射するステップと、前記焦点距離変更手段が、前記レーザ光の前記第１の軸における焦点距離と前記第２の軸における焦点距離を互いに異なる値に変更するステップと、前記走査手段が、前記レーザ光の照射方向を変更するステップと、前記撮像手段が、前記計測画像を生成するステップと、前記距離算出手段が、前記計測点までの距離を算出するステップと、前記入力情報生成手段が、前記入力情報を生成するステップを有する。

　本発明によれば、小型であり、近距離に位置する物体の動作を認識可能であり、低コストで実現できるインターフェース装置、及びそのインターフェース装置を制御するプログラムと制御方法を提供できる。

　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態１に係るインターフェース装置を認識対象の物体と共に示すブロック図である。インターフェース装置が入力を認識する空間を例示する図である。レーザ光とそのレーザ光によって計測点上にできるスポットの関係を表す図である。計測点までの距離とスポット径の関係を表す図である。計測点までの距離とスポットを見込む角度の関係を表す図である。カメラが異なる大きさのスポットを同じ大きさの物体として撮像する様子を示す図である。実施形態１に係るインターフェース装置におけるスポットの形状の変化を表す図である。実施形態１に係る焦点距離変更部の構成例を表す図である。走査部の構成例を表す図である。偏光ビームスプリッタを利用したインターフェース装置を表すブロック図である。実施形態１に係るインターフェース装置が入力情報を生成する処理の流れを表すフローチャートである。水平方向に重なり合う複数のスポットを撮像する様子とその撮像結果の画像データを表す図である。実施形態２に係る焦点距離変更部の第１の構成例を表す図である。実施形態２に係る焦点距離変更部の第２の構成例を表す図である。実施形態２に係る焦点距離変更部の第３の構成例を表す図である。実施形態１に係るインターフェース装置が入力情報を生成する処理の流れを表すフローチャートである。実施形態３に係るインターフェース装置を認識対象の物体と共に示すブロック図である。実施形態４に係るインターフェース装置を認識対象の物体と共に示すブロック図である。実施形態４に係るインターフェース装置画像投影部の具体的構成例を示す図である。実施形態５に係るインターフェース装置を計測対象の物体と共に示すブロック図である。実施形態５に係る画像投影部の具体的構成例を示す図である。垂直方向走査部の偏向角の時間変化と各レーザ光の照射タイミングを表す図である。実施形態５に係る垂直方向走査部の状態遷移を表す図である。実施形態６に係るインターフェース装置の第１の具体的構成を示す図である。実施形態６に係るインターフェース装置の第２の具体的構成を示す図である。焦点距離変更部を構成の一部として有する走査部の構成例を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

　なお、以下に示す説明において、各装置の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。各装置の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インターフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

[実施形態１]
＜概要＞
　図１は、実施形態１に係るインターフェース装置２０００を、物体３０００と共に示すブロック図である。ここで、図１における実線の矢印は光の流れを表し、点線の矢印は情報の流れを表す。

　インターフェース装置２０００は、レーザ光照射部２０２０、焦点距離変更部２０４０、撮像部２０６０、及び走査部２１２０を有する。レーザ光照射部２０２０は、レーザ光を照射する。焦点距離変更部２０４０は、レーザ光照射部２０２０が照射したレーザ光の焦点距離を変更する。具体的には、上記レーザ光の照射方向に垂直な第１の軸における上記レーザ光の焦点距離と、上記レーザ光の照射方向に垂直であり、かつ上記第１の軸と異なる軸である第２の軸における上記レーザ光の焦点距離を変更する。走査部２１２０は、上記レーザ光の照射方向を変更し、物体３０００上の計測点に照射する。撮像部２０６０は、上記レーザ光が、上記計測点で反射した反射光を撮像し、計測用画像を生成する。ここで、計測用画像に記録される反射光は、物体３０００上の計測点におけるレーザ光の断面となる。以下、レーザ光の断面のことをスポットと呼ぶ。

　インターフェース装置２０００はさらに、距離算出部２１００及び入力情報生成部２０８０を有する。距離算出部２１００は、上記計測用画像を処理し、上記計測点までの距離を算出する。入力情報生成部２０８０は、走査部２１２０が上記レーザ光を照射した方向と、算出した計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する。

　インターフェース装置２０００は、例えば図２に示すように、レーザ光を垂直方向及び水平方向に走査しながら照射することで、空間６０００のような空間内における物体（例：ユーザの手）の動きを認識する。

　以上の構成によりインターフェース装置２０００は、小型であり、近距離に位置する物体３０００の動作を認識可能であり、低コストで実現できる。まず、インターフェース装置２０００は、三角計量を行う装置とは異なり、レーザ光照射部２０２０と撮像部２０６０の間に距離を空ける必要がない。そのため、インターフェース装置２０００は小型な装置にすることができる。また、スポットは近距離でも撮像可能であるため、インターフェース装置２０００から近い位置にある物体３０００の動作も認識することができる。さらに、スポットの断面形状は楕円形等の単純な形状でよいため、距離算出部２１００は、低解像度なカメラで生成した計測用画像であっても、物体３０００までの距離を算出できる。したがって、インターフェース装置２０００は低コストで作製することができる。

　以下、本実施形態の詳細を述べる。

＜計測点におけるスポットを利用した距離算出の原理＞
　インターフェース装置２０００は、物体３０００上の計測点にレーザ光を照射し、上記計測点におけるスポットを撮像し、その撮像結果である計測用画像を処理して上記計測点までの距離を算出する。以下では、その算出方法の原理を説明する。

　まず、レーザ光の光学的性質について図３を用いて説明する。図３（ａ）はレーザ光のスポット径の位置による変化を示している。レーザ光５０１０はコリメートされたレーザ光である。スポット５０２０は、レンズ５０４０を通過する前のレーザ光５０１０の断面であり、Ｄはそのスポット５０２０の直径である。レンズ５０４０はレーザ光５０１０の焦点距離を変更するレンズである。ｆはレンズ５０４０通過後のレーザ光５０１０の焦点距離、ｄはレーザ光５０１０の焦点位置におけるスポット径である。スポット５０３０は、焦点から距離Ｚの位置におけるスポットであり、ω（ｚ）はスポット５０３０の半径を示す。

　レンズ５０４０に入射する直径Ｄのレーザ光５０１０は、焦点位置で最小の径ｄとなる。この部分をビームウエストと呼ぶ。理想的なガウシアンビームを仮定した場合ｄは以下の数式１で与えられる。ここでλはレーザ光の波長である。

　ビームウエスト半径をω０（ω０＝ｄ／２）とすると、ω（ｚ）は以下の式で与えられる。図３と数式２から、ビームウエストより先のレーザ光５０１０は拡がっていくことが分かる。

　ここで、ビームウエストより先のレーザ光５０１０の拡がり度合いを示す値として、レンズ５０４０の中心位置からスポット５０３０を見込んだ角度θを定義する（図３（ｂ）参照）。

　図４は、スポット５０２０の径Ｄが１．５ｍｍであった場合におけるスポット５０３０のスポット径の距離依存性を示す。図３でも説明したように、スポット５０３０のスポット径は、ビームウエストまで減少し、ビームウエスト後に拡大している。

　図５は、スポット５０３０を見込んだ角度θの距離依存性を示す。θは、レンズ５０４０の近くで大きくなり、ビームウエストで最小になる。そしてビームウエスト後のθの値は、増加しつつも、その増加度合いは徐々に小さくなっていく。ここで、例えばスポットを撮像する場所から単調に拡大するスポットの場合、スポットを見込んだ角度θは、距離によらず一定となる。そのためこの場合は、角度θに基づいてスポットの位置を算出することができない。そこでインターフェース装置２０００は、スポット５０３０の大きさが、焦点まで縮小した後に拡がっていくように、レーザ光５０１０の焦点距離を変更する。こうすることで角度θは、図５に示す様に距離によって変化する。

　スポット５０３０を見込んだ角度θは、二次元の画像データを処理することで算出できる。例えば角度θは、撮像手段の画角と画像データ上のスポット径から算出することができる。

　一方、計測点上における実際のスポット径は、二次元の画像データから直接算出することはできない。例えば図６におけるカメラがスポット３１０を撮像した画像データとスポット３２０を撮像した画像データを比較すると、画像データ内における両スポットの大きさは同じになる。このように、画像データ内における大きさだけでは、実際のスポットの径を決定することができない。

　そこでインターフェース装置２０００は、インターフェース装置２０００から物体３０００上の計測点におけるスポット５０３０を見込んだ角度θを算出し、算出した角度θを用いることで、計測点までの距離を算出する。具体的には例えば、インターフェース装置２０００は、図５に示す様な角度θとスポット５０３０までの距離の関係を参照して、角度θから物体３０００上の計測点までの距離を算出する。

　ただし、角度θを１つ算出しただけでは、スポット５０３０までの距離を算出できない場合がある。これは、ビームウエスト前のスポット５０３０を見込んだ角度θと、ビームウエスト後のスポット５０３０を見込んだ角度θが等しくなる場合があるためである。例えば図５において、焦点距離ｆが５ｃｍの場合、３．１ｃｍと１２ｃｍのところでθ＝１０°となっている。このようにレーザ光５０１０の焦点距離を１通りに変更してスポットを撮像した画像データのみでは、撮像したスポットが、ビームウエスト前にあるものなのか、ビームウエスト後にあるものなのかを判別することができない。

　計測点までの距離は、「焦点距離，角度θ」のペアを２つ以上用いることで算出できる。例えば、焦点距離ｆ＝５ｃｍに変更したレーザ光５０１０と、焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザ光５０１０をそれぞれ照射した場合を考える。まず、焦点距離ｆ＝５ｃｍにしたレーザ光５０１０を計測点に照射して観測を行う。その結果、角度θ＝１０°であったとする。この場合、図５より、計測点までの距離は３．１ｃｍ又は１２ｃｍとなる。次に、焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザ光５０１０を計測点に照射して観測を行う。ここで図５より、物体３０００に焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザ光５０１０を照射した場合、計測点までの距離が３．１ｃｍであれば角度θ＝２０°であり、距離が１２ｃｍであれば、角度θ＝１．５°である。したがって、焦点距離ｆ＝１０ｃｍに変更したレーザ光５０１０を照射した場合の角度θを算出し、上記１．５°と２０°のどちらであるかを決定することで、物体３０００上の計測点までの距離を決定することができる。

　本実施形態のインターフェース装置２０００は、計測点に生じるスポットを撮像した１つの計測用画像から、「焦点距離，角度θ」のペアを２つ求め、それらに基づいて計測点までの距離を算出する。以下、その方法を説明する。

　本実施形態のインターフェース装置２０００は、第１の軸と第２の軸におけるレーザ光の焦点距離をそれぞれ異なる値に変更する。こうすることで、計測点上に現れるスポットの第１の軸におけるスポット径と第２の軸におけるスポット径は、異なる値になる。これは、上記２つの各軸について焦点距離が異なると、上記レーザ光は、上記２つの軸について異なる度合いで収束・拡散するためである。この様子を、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態におけるインターフェース装置２０００が照射したレーザ光の第１の軸及び第２の軸それぞれにおける収束・拡散の様子と、様々な位置におけるスポットを図示したものである。図７において、実線は、第１の軸について見たレーザ光の収束・拡散の様子を、点線は、第２の軸について見たレーザ光の収束・拡散の様子をそれぞれ表している。第１の軸における焦点距離の方が、第２の軸における焦点距離より短い。ここで図７では、第１の軸は垂直方向の軸、第２の軸は水平方向の軸としている。

　スポット２１０の位置は、第１の軸及び第２の軸の両方について焦点より近い位置である。スポット２２０の位置は、第１の軸における焦点である。スポット２３０の位置は、第１の軸の焦点より遠く、第２の軸の焦点より近い位置である。スポット２４０の位置は、第２の軸の焦点である。スポット２５０は、双方の軸の焦点より遠い位置である。

　図７に示すように、各スポットのスポット径は、２つの軸について異なる大きさになる。２つの軸について焦点距離が異なるため、スポット径が、２つの軸について異なる度合いで変化するためである。まず第１の軸についてはスポット２２０の位置が焦点位置となっているため、第１の軸におけるスポット径は、スポット２２０が最小であり、スポット２２０の位置から遠くなるにつれて大きくなっていく。一方第２の軸についてはスポット２４０の位置が焦点位置となっているため、第２の軸におけるスポット径は、スポット２４０の位置までは小さくなっていき、それ以降は大きくなっていく。

　以上のように、レーザ光の焦点距離を第１の軸と第２の軸で異なる大きさに変更すると、各位置におけるスポットのスポット径が、第１の軸と第２の軸について異なる。したがって、１つのスポットを撮像した結果から２つのスポット径を取得することができる。ここで、それぞれのスポット径は、異なる焦点距離と対応している。さらに前述したように、計測用画像におけるスポット径から、角度θを求めることができる。したがって、第１の軸と第２の軸における焦点距離を互いに異なる値に変更したレーザ光によって生じる１つのスポットを撮像した結果から、「焦点距離，角度θ」のペアを２つ取得することができる。

　本実施形態のインターフェース装置２０００は、以上の原理に従い、第１の軸と第２の軸における焦点距離を互いに異なる値に変更したレーザ光による計測点上のスポットを１つ撮像した計測用画像に基づいて、計測点までの距離を算出する。

　インターフェース装置２０００は、複数の計測点におけるスポットを１つの計測用画像に記録することが望ましい。こうすることで、生成される画像データの数が減るため、必要な計算資源量を減らすことができる。例えばインターフェース装置２０００は、図２に示す空間６０００内の物体を認識する場合、空間６０００に向けて照射した全てのレーザ光によるスポットをまとめて１つの計測用画像に撮像する。距離算出部２１００は、計測用画像に記憶されている各スポットに対し、独立して上述の計測原理に従った処理を行い、各計測点までの距離を算出する。ただし、複数の計測点が近接している場合、レーザ光照射部２０２０は、スポット同士が重ならないように断続的にレーザ光を照射する。またこの場合、撮像部２０６０は、複数のスポットを１つの画像として撮像する必要がある。この方法に関しては、後述する。

＜レーザ光照射部２０２０の詳細＞
　レーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光は、人の目に見えないレーザ光が好ましい。その例として、赤外線ビームがある。しかしレーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光は、特定の種類のレーザ光に限定されない。赤外線以外の不可視なレーザ光でも良いし、可視光線でも構わない。レーザ光照射部２０２０は、上記種々のレーザ光を少なくとも１種類以上照射できればよい。

　またレーザ光照射部２０２０は、レーザ光を照射し続けていてもよいし、断続的にレーザ光を照射してもよい。断続的にレーザ光を照射する場合例えば、予め定めたタイミングで繰り返しレーザ光を照射する、他の機能構成部からの通知を受けたタイミングでレーザ光を照射するという方法がある。ただし、上述した理由により、複数の計測点が近接している場合は、スポット同士が重ならないように断続的にレーザ光を照射する。

＜焦点距離変更部２０４０の詳細＞
　図８は、焦点距離変更部２０４０の構成例を示す。図８における焦点距離変更部２０４０は、第１の軸におけるレーザ光の焦点距離を変更する第１焦点距離変更部２１４０及び第２の軸におけるレーザ光の焦点距離を変更する第２焦点距離変更部２１６０を有する。第１焦点距離変更部２１４０及び第２焦点距離変更部２１６０は、例えば円筒面レンズで構成される。

＜走査部２１２０の詳細＞
　図９は、走査部２１２０の構成例を示す。図９における走査部２１２０は、レーザ光の照射方向を水平方向に変更する水平方向走査部２１２１と、垂直方向に変更する垂直方向走査部２１２２を有する。水平方向走査部２１２１及び垂直方向走査部２１２２は、例えばレーザ光を反射するミラーである。図９において、水平方向走査部２１２１の回転軸と垂直方向走査部２１２２の回転軸は互いに直交している。まず走査部２１２０は、レーザ光を水平方向走査部２１２１によって反射することで、レーザ光の照射方向を、水平方向について所望の方向に変更する。次に走査部２１２０は、垂直方向走査部２１２２によってレーザ光を反射することで、レーザ光の照射方向を、垂直方向について所望の方向に変更する。このようにすることで、走査部２１２０は、レーザ光を物体３０００上の所望の位置に照射する。なお、水平方向走査部２１２１と垂直方向走査部２１２２にレーザ光を反射させる順番は、逆であっても構わない。走査部２１２０の別の構成は、例えば、１点を軸として垂直方向及び水平方向に回転可能なミラーを１枚有する構成である（図示せず）。

　ここで厳密に考えると、走査部２１２０を高速に動作させた場合、レーザ光の照射位置は、計測点に対して多少ぶれることがある。距離算出部２１００における距離計算は、このぶれを考慮に入れて計測点までの距離を計算することが望ましい。

　走査部２１２０がレーザ光の照射方向を決定する方法は様々である。例えば、インターフェース装置２０００が図２に示す空間６０００に向けてレーザ光を照射する場合は、水平方向走査部２１２１及び垂直方向走査部２１２２のそれぞれについて、偏向角の最小値と最大値を与える。例えば、インターフェース装置２０００に走査部２１２０から読み出すことができる記憶領域を設け、そのデータ保存領域に上記水平方向走査部２１２１及び垂直方向走査部２１２２の偏向角の最小値及び最大値を保存しておく。それ以外にも例えば、上記データ保存領域に、「水平方向走査部２１２１の偏向角，垂直方向走査部２１２２の偏向角」のペアで定まる照射方向を複数保存しておく方法がある。

＜撮像部２０６０の詳細＞
　撮像部２０６０は、物体３０００の計測点上のスポットを撮像する。言い換えれば、レーザ光照射部２０２０が照射したレーザ光が、物体３０００上の計測点に当たって反射した反射光を撮影する。撮像部２０６０の具体例は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサや、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどを有するカメラなどである。

　撮像部２０６０は、レーザ光が物体３０００上で反射した反射光を直接撮像してもよい。またインターフェース装置２０００が上記反射光を撮像部２０６０の方向へ導く光学素子２０７０を有する場合、撮像部２０６０は、光学素子２０７０によって撮像部２０６０の方向へ導かれた反射光を撮像してもよい。図１０は、物体３０００上の計測点に当たった反射光が、光学素子２０７０によって撮像部２０６０へ導かれる様子を表している。ここで図１０では、実線の矢印はレーザ光照射部２０２０から照射されたレーザ光を、点線の矢印は上記レーザ光が物体３０００に当たって反射した反射光を表す。光学素子２０７０は、例えば偏光ビームスプリッタである。光学素子２０７０は例えば、レーザ光照射部２０２０から照射されたレーザ光は通過させ、物体３０００に当たった反射光は撮像部２０６０の方向へ反射することで、撮像部２０６０へ上記反射光を導く。

　撮像部２０６０が複数のスポットを１つの計測用画像に記録する場合、撮像部２０６０は、例えば撮像状態を持続する機能を有する。例えば撮像部２０６０が、ＣＣＤイメージセンサによって光を受光し、ＣＣＤイメージセンサが受光した光を画像として記録するカメラである場合を考える。この場合撮像部２０６０は、複数のスポットを撮像する間、ＣＣＤイメージセンサを受光状態に保ち続けることで、複数のスポットを１枚の画像に記録することができる。

＜距離算出部２１００の詳細＞
　距離算出部２１００は、計測用画像を処理することで、物体３０００上の計測点までの距離を算出する。具体的には、上記計測用画像を処理することで、スポットを第１の軸において見込む角度θ、スポットを第２の軸において見込む角度θをそれぞれ算出し、「焦点距離，角度θ」のペアを２つ算出する。そして、２つの「焦点距離，角度θ」の各ペアを比較することで、物体３０００上の計測点までの距離を算出する。複数の計測点までの距離を求める場合は、スポットごとに「焦点距離，角度θ」のペアを２つずつ算出して、各計測点までの距離を算出する。

　距離算出部２１００は、第１の軸におけるレーザ光の焦点距離及び第２の軸におけるレーザ光の焦点距離を取得する。その方法は様々である。例えば、距離算出部２１００は、焦点距離変更部２０４０との間でデータ通信を行い、焦点距離を取得する。また、第１の軸における焦点距離及び第２の軸における焦点距離が固定である場合、距離算出部２１００は予めその値を保持していてもよい。

　距離算出部２１００が撮像部２０６０によって生成された計測用画像を取得する方法は様々である。例えば、インターフェース装置２０００に、距離算出部２１００と撮像部２０６０で共有する記憶領域を設ける方法がある。この場合、撮像部２０６０は上記記憶領域に生成した計測用画像を記録し、距離算出部２１００は上記記憶領域から計測用画像を取得する。

　距離算出部２１００が上記計測用画像を処理して物体３０００上の計測点までの距離の算出処理を始める契機は様々である。例えば、計測に必要な計測用画像を取得した制御部２０８０から通知を受けて算出処理を始めてもよいし、定期的に計測用画像の有無を監視することで自ら算出処理を開始してもよい。

＜入力情報生成部２０８０の詳細＞
　入力情報生成部２０８０は、走査部２１２０がレーザ光を照射した方向と、距離算出部２１００が求めた上記方向にある計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する。入力情報生成部２０８０が生成する入力情報は様々である。入力情報は例えば、上記方向及び上記距離から求まる、レーザ光を照射する空間内における計測点の三次元座標である。また、同一計測点までの距離の計測を繰り返し行うことで、計測点の三次元座標の変化を算出し、その変化を入力情報としてもよい。さらに、レーザ光を照射する空間の三次元座標を特定の値に紐づけておき、その紐づけられた値を入力情報としてもよい。三次元座標に特定の値を紐づける例としては、計測用レーザ光を照射する空間を垂直方向及び水平方向にそれぞれ３等分して上記空間を９つの空間に分割して番号を割り振り、各計測点に対して上記空間番号を紐づけるといったことが考えられる。

　入力情報生成部２０８０は、走査部２１２０から、走査部２１２０が各計測点にレーザ光を照射した際の照射方向を取得する。入力情報生成部２０８０が上記照射方向を取得する方法は様々である。例えば、入力情報生成部２０８０は、走査部２１２０から照射方向の通知を受け付ける。また例えば、上述したように走査部２１２０の照射方向が記憶領域に保存されている場合、入力情報生成部２０８０はその記憶領域からレーザ光の照射方向を読み出す。

　入力情報生成部２０８０が入力情報の生成を開始する契機は様々である。例えば、入力情報生成部２０８０は、計測点までの距離を算出した距離算出部２１００から通知を受けるようにし、その通知を契機にしてもよい。また入力情報生成部２０８０は、距離算出部２１００の状態を監視することで距離算出部２１００が計測点までの距離を算出したことを検知し、入力情報の生成を開始してもよい。

＜入力情報生成処理の流れ＞
　図１１は、インターフェース装置２０００が物体３０００の動作を認識して入力情報を生成する処理の流れを示すフローチャートである。この例においては、インターフェース装置２０００は、物体３０００上の複数の計測点までの距離を算出して入力情報を生成する。

　まず、ステップＳ１０２において、レーザ光照射部２０２０は、レーザ光を照射する。

　ステップＳ１０４において、焦点距離変更部２０４０は、上記レーザ光の第１の軸における焦点距離、及び第２の軸における焦点距離をそれぞれ異なる焦点距離に変更する。

　ステップＳ１０６において、撮像部２０６０は、撮像持続状態になる。

　ステップＳ１０８において、計測点番号ｊを１に初期化する。

　ステップＳ１１０～ステップＳ１１４は、各計測点へレーザ光を照射するループ処理である。まずステップＳ１１０において、計測点番号ｊが、計測点の総数以下であるかをチェックする。ｊが計測点の総数以下であれば、ステップＳ１１２に進む。ｊが計測点の総数より大きければ、ステップＳ１１６に進む。

　ステップＳ１１２において、走査部２１２０は、レーザ光の照射位置を計測点ｊに設定する。ここで、計測点番号ｊと計測点ｊの対応は予め与えておく。また計測点ｊは、走査部２１２０がレーザ光を照射する方向で定まる。走査部２１２０が水平方向走査部２１２１及び垂直方向走査部２１２２を有する場合、計測点ｊは例えば、「水平方向走査部２１２１の偏向角，垂直方向走査部２１２２の偏向角」で定まる。

　ステップＳ１１４は、ループ処理の終端である。計測点番号ｊを１増加させ、ステップＳ１１０に戻る。

　ステップＳ１１６において、撮像部２０６０は、撮像持続状態を終了して計測用画像を生成する。

　ステップＳ１１８において、距離算出部２１００は、生成された計測用画像に基づいて、物体３０００上の各計測点ｊまでの距離を算出する。

　ステップＳ１２０において、入力情報生成部２０８０は、各計測点ｊまでの距離及び走査部２１２０がレーザ光を各計測点ｊへ照射した際の照射方向に基づいて、入力情報を生成する。

＜作用・効果＞
　以上の構成により、本実施形態によれば、インターフェース装置２０００は、レーザ光照射部２０２０によってレーザ光を照射する。次にインターフェース装置２０００は、焦点距離変更部２０４０によって、上記レーザ光の照射方向に垂直な第１の軸における上記レーザ光の焦点距離、及び上記レーザ光の照射方向に垂直であり、第１の軸と異なる第２の軸における上記レーザ光の焦点距離をそれぞれ異なる大きさに変更する。さらにインターフェース装置２０００は、走査部２１２０によって上記焦点距離を変更したレーザ光を物体３０００上の計測点に照射し、撮像部２０６０によって計測点上のスポットを撮像した計測用画像を生成する。そして、インターフェース装置２０００は、距離算出部２１００によって、上記計測用画像を処理して上記計測点までの距離を算出し、入力情報生成部２０８０によって、上記計測点までの距離及び走査部２１２０がレーザ光を照射した方向に基づき、入力情報を生成する。この構成により、インターフェース装置２０００は、小型であり、近距離に位置する物体３０００の計測が可能であり、低コストで実現できる。

[実施形態２]
　実施形態２に係るインターフェース装置２０００の構成は、例えば図１に示す実施形態１の構成と同様である。以下で説明する機能ブロックを除き、各機能ブロックが有する機能は実施形態１と同様であるとする。

　本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、互いに異なる焦点距離に変更した複数のレーザ光のそれぞれを、物体３０００上の同一計測点上に照射し、その反射光をそれぞれ撮像する。そしてインターフェース装置２０００は、撮像結果である複数の計測用画像を処理することで、上記計測点までの距離を算出する。

　焦点距離変更部２０４０は、レーザ光照射部２０２０が照射したレーザ光の焦点距離を、異なるタイミングで異なる焦点距離に変更する。こうすることで、物体３０００に対し、焦点距離を異ならせた複数のレーザ光を照射する。

　走査部２１２０は、上記複数のレーザ光線を物体３０００上の同一計測点に照射する。

　撮像部２０６０は、上記焦点距離が異なる複数のレーザ光によって物体３０００上の同一計測点に生じるスポットをそれぞれ撮像し、複数の計測用画像を生成する。

　距離算出部２１００は、上記複数の計測用画像を処理して、上記計測点までの距離を算出する。

　以上の構成により、本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、次のような作用・効果を奏する。まず、本実施形態におけるレーザ光は、実施形態１におけるレーザ光と異なり、２つの異なる軸について異なる焦点距離に変更する必要はなく、例えば全ての軸について均等に焦点距離を変更する。これにより例えば、レーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光のスポット形状が正円であれば、焦点距離変更部２０４０が焦点距離を変更した後のレーザ光のスポット形状も正円になる。したがって、本実施形態で撮像するスポットの形状は、実施形態１において撮像するスポットの形状より単純な形となる。そのため、撮像部２０６０に要求される撮像解像度の値が小さくなり、安価かつ小型な装置で撮像部２０６０を実現できる。さらに本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、後述する理由により、複数の計測点におけるスポット同士が一部重なった場合でも、各計測点までの距離をそれぞれ算出することができる。

　以下、本実施形態の詳細を説明する。

＜距離算出の方法＞
　本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、焦点距離を異ならせた複数のレーザ光をそれぞれ物体３０００上の同一計測点に照射し、それぞれのレーザ光によって生じるスポットごとに計測用画像を生成する。そして距離算出部２１００は、それぞれの計測用画像から、スポットを見込んだ角度θを算出して、計測点までの距離を算出する。ここで、計測用画像はそれぞれ異なる焦点距離のレーザ光によるスポットを撮像しているため、１つの計測用画像から「焦点距離，角度θ」のペアが１つ求まる。また、実施形態１において説明したように、「焦点距離，角度θ」のペアを２つ求めれば、計測点までの距離を算出できる。したがって本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、同一計測点上に照射した焦点距離の異なる複数のレーザ光によるスポットを撮像した複数の計測用画像から、それぞれのスポットを見込んだ角度θを算出することで、計測点までの距離を算出する。

＜重なり合うスポットから各計測点までの距離を算出する方法＞
　本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、計測用画像において、複数の計測点におけるスポットの一部同士が重なり合っていても、各計測点までの距離を算出できる。以下、スポット同士が重なっている場合に、各スポットを見込んだ角度θをそれぞれ算出する方法を説明する。

　例えば図１２は、物体３０００上の複数の計測点が、水平方向に連続している場合における計測の様子と撮像結果を示している。インターフェース装置２０００は、円柱状の物体３０００から最短距離が１０ｃｍの場所に位置している。そして、物体３０００に向け、水平方向に連続してレーザ光を照射してスポットを撮像する。

　画像データ１１０は、焦点距離１０ｃｍの場合に取得する画像データ、画像データ１２０は、焦点距離２０ｃｍの場合に取得する画像結果である。斜線で示された領域は、レーザ光の反射光である。この場合、各計測点におけるスポットが水平方向に重なり合っているため、スポットは円形にならない。しかし、スポットを見込む角度θの算出は、スポット全体を必要としない。図３に示したように、スポットを見込む角度θは、スポットの直径部分と対応するためである。したがって、スポット同士が重なっていても、各スポットの直径部分が分かれば、各スポットを見込んだ角度θを算出できる。例えば図１２の場合、画像データ１１０及び画像データ１２０における各スポットは、垂直方向には重なりあっていないため、各スポットの垂直方向の直径部分を用いることで角度θを算出できる。本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、１つの計測用画像における各スポットについて、各スポットを見込んだ角度θを１つずつ算出すればよいため、上記のようにスポット同士が重なっている場合でも、各計測点までの距離を算出できる。

　またスポット同士が大きく重なり合っていてスポット径を直接得ることができない場合は、例えば撮像されているスポットの断片から元のスポット形状を復元する処理を行うことで、角度θを算出できる。

　以上のように、本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、複数のスポット同士が一部重なり合っていても、各計測点までの距離を測定できる。そのため、近接する複数の計測点におけるスポットを同時に撮像する場合でも、レーザ光照射部２０２０はレーザ光を連続的に照射してよい。

＜構成詳細＞
　焦点距離変更部２０４０の構成方法は様々である。例えば図１３、図１４、及び図１５に示す構成がある。図１３における焦点距離変更部２０４０は、位置が固定である位置固定光学素子２０４１と位置が可変である位置可変光学素子２０４２を有する構成の一例である。焦点距離変更部２０４０を通過するレーザ光の焦点距離は、位置可変光学素子２０４２の位置によって定まる。したがって、位置可変光学素子２０４２の位置は、通過するレーザ光に設定する焦点距離の値に基づいて変更される。

　位置固定光学素子２０４１は、例えばレンズである。位置可変光学素子２０４２は例えば、レンズと、圧電素子などを用いた可動機構とを組み合わせることで構成される。ここで図１３において、焦点距離変更部２０４０は、位置可変光学素子２０４２を２つ備えているものの、位置可変光学素子２０４２の数は２つに限定されない。焦点距離変更部２０４０が備える位置可変光学素子２０４２の数は１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

　図１４における焦点距離変更部２０４０は、焦点距離が異なる光学素子を複数有する構成の一例である。図１４では、焦点距離が異なる複数の光学素子２０４３が円盤状に配置されている。図１４の焦点距離変更部２０４０において、レーザ光の焦点距離の変更は、この円盤を回転させてレーザ光を通過させる光学素子２０４３を変更することで行うことができる。

　焦点距離が異なる光学素子を複数有する焦点距離変更部２０４０の別の構成例として、図１５に示す構成がある。図１５では、焦点距離が異なる光学素子２０４４がストライプ状に配置されている。図１５の焦点距離変更部２０４０において、レーザ光の焦点距離の変更は、ストライプ状に配置された光学素子２０４４を上下に移動させ、レーザ光を通過させる光学素子２０４４を変更することで行うことができる。

　さらに焦点距離変更部２０４０の別の構成方法として、焦点距離を変更可能な光学素子を利用して構成する方法がある。そのような光学素子の例として、ダイナモルフレンズなど、形状を変更することができるレンズがある。

　また、焦点距離変更部２０４０は、走査部２１２０の一部として構成されていてもよい（図２６参照）。

＜入力情報生成の流れ＞
　図１６は、インターフェース装置２０００が物体３０００の動作を認識して入力情報を生成する処理の流れを示すフローチャートである。ここで、ステップＳ１０２、Ｓ１０６～ステップＳ１１６、及びステップＳ１２０における処理は、実施形態１において説明した図内の同符号の処理と同様であるため、適宜説明を省略する。

　まず、ステップＳ１０２でレーザ光照射部２０２０がレーザ光を照射する。そして、ステップＳ２０２で焦点距離番号ｉを１に初期化する。

　ステップＳ２０４～ステップＳ２０８は、レーザ光の焦点距離を変更しながらループ処理Ｂを繰り返し行うループ処理Ａである。ループ処理Ｂは、ステップＳ１１０～ステップＳ１１４で実行されるループ処理であり、実施形態１で説明した通り、各計測点におけるスポットを撮像する処理である。ループ処理Ａを行うことで、異なる焦点距離に変更するレーザ光それぞれについて、各計測点におけるスポットを撮像する。

　まずステップＳ２０４において、焦点距離番号ｉが、設定する焦点距離の総数以下であるかをチェックする。焦点距離番号ｉが、設定する焦点距離の総数以下であれば、ステップＳ２０６に進む。焦点距離番号ｉが、設定する焦点距離の総数より大きければ、ステップＳ２１０に進む。

　ステップＳ２０６において、レーザ光照射部２０２０は、焦点距離変更部２０４０の焦点距離を、焦点距離ｉに設定する。焦点距離番号ｉと焦点距離の対応付けは予め設定しておく。

　ステップＳ１０６～ステップＳ１１６は、実施形態１で説明した通り、各計測点ｊにおけるスポットを１つの計測用画像として撮像する処理である。

　ステップＳ２０８は、ループ処理Ａの終端である。ｉを１増加し、ステップＳ２０４に戻る。

　ループ処理Ａを終了すると、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０において、距離算出部２１００は、焦点距離の異なるレーザ光それぞれについて取得した計測用画像を処理することで、各計測点ｊまでの距離を算出する。例えば、取得した画像データを計測点ｊごとのグループに分け、各グループについて、前述した計測原理を適用することで、各計測点ｊまでの距離を算出する。

　ステップＳ１２０において、実施形態１と同様の方法で、入力情報を生成する。

＜作用・効果＞
　以上の構成により、本実施形態に係るインターフェース装置２０００は、焦点距離変更部２０４０によって互いに異なる焦点距離に変更した複数のレーザ光のそれぞれを、物体３０００上の同一計測点上に照射する。撮像部２０６０は、上記焦点距離が異なる複数のレーザ光のそれぞれについて、計測点上のスポットを撮像する。距離算出部２１００は、異なる焦点距離ごとに生成された複数の計測用画像を処理することで、上記計測点までの距離を算出する。上記構成により、本実施形態に係るインターフェース装置２０００は、以下の作用・効果を奏する。まず、撮像するスポットの形状が単純な形状となるために撮像部２０６０に要求される撮像解像度の値が小さくなり、撮像部２０６０は安価かつ小型な装置で実現できる。そのため、インターフェース装置２０００はより小型になる。さらに、スポットの一部分を撮像した結果から計測点までの距離を算出できるため、インターフェース装置２０００は、複数の計測点におけるスポット同士が一部重なった場合でも、各計測点までの距離をそれぞれ算出することができる。

[実施形態３]
　図１７は、実施形態３に係るインターフェース装置２０００を、認識対象の物体３０００と共に示す図である。ここで図１７における機能ブロックの内、図１に同符号の機能ブロックがあるものは、特に説明しない限り図１における同符号の機能ブロックと同じ機能を有するとし、説明を省略する。また、矢印の意味は、図１と同様である。

　本実施形態のインターフェース装置２０００は、画像投影部２１８０を有する。画像投影部２１８０は、レーザ光照射部２０２０がレーザ光を照射する空間内に、画像を投影する。画像投影部２１８０は、例えば小型のプロジェクタである。

　画像投影部２１８０が投影する画像は、例えばユーザの入力を補助する画像である。例えば、画像投影部２１８０は、ユーザが入力に利用するキーボードの画像を投影する。この場合、ユーザは投影されたキーボードの所望のキーを触る動作を行う。インターフェース装置２０００は、ユーザの指や腕の動きを認識することで、ユーザが触ったキーを表す入力情報を生成する。その他の例として、画像投影部２１８０は、ユーザに提示する選択肢を表す複数の画像を並べて投影する。ユーザは、表示された複数の画像の内、選択したい画像を触る。そしてインターフェース装置２０００は、その際のユーザの指や腕の動きを認識することで、どの画像が選択されたかを表す入力情報を生成する。

　画像投影部２１８０が投影する画像のその他の例は、インターフェース装置２０００から入力情報を取得する携帯端末等が、入力情報を処理した結果を表す画像である。例えばユーザがキー操作を行った場合は、入力した文字が表示されている画像を出力することが考えられる。こうすることでインターフェース装置２０００は、インターフェース装置２０００と接続されている携帯端末等がユーザの入力を処理した結果を、ユーザに分かりやすく伝えることができる。

　レーザ光を用いた入力情報の生成は、実施形態１において説明した方法で行ってもよいし、実施形態２において説明した方法で行ってもよい。

　計測用レーザ光が照射される空間は、画像投影部２１８０が画像を投影する空間よりも広い方が好ましい。こうすることで、画像を照射する空間の外にユーザいる場合でも、そのユーザの動作を認識できる。例えばこれにより、画像を照射する空間に入る前のユーザの動作を認識し、その動作に基づいて照射する画像を変更するといったことが可能となる。

　ただし、計測用レーザ光の照射空間と画像を投影する空間の大小関係は、上記に限定されない。２つの空間の大きさは同じであってもよいし、上記とは逆に、画像を投影する空間の方が大きくてもよい。

　撮像部２０６０は、出力画像を投影した光を撮像しない方が望ましい。そのため例えば、レーザ光照射部２０２０は赤外線ビームを照射し、撮像部２０６０は赤外線フィルタ等を通じて赤外線を撮像するという構成が望ましい。

＜作用・効果＞
　以上の構成により、本実施形態に係るインターフェース装置２０００は、画像投影部２１８０によって出力画像を投影する。これによってインターフェース装置２０００は、ユーザに対し、よりインタラクティブなインターフェースを提供することができる。具体的には例えば、出力画像を利用することでユーザの入力を補助することができる。その他にも例えば、ユーザの入力に基づいた出力画像を表示することで、インターフェース装置と接続されている携帯端末等がユーザの入力を処理した結果をユーザに伝えることができる。

[実施形態４]
　図１８は、実施形態４に係るインターフェース装置２０００を、認識対象の物体３０００と共に示す図である。ここで図１８における機能ブロックの内、図１７に同符号の機能ブロックがあるものは、特に説明しない限り図１７における同符号の機能ブロックと同じ機能を有するとし、説明を省略する。また、矢印の意味は、図１と同様である。

　本実施形態における画像投影部２１８０は、レーザ光によって出力画像を照射する。

　本実施形態における走査部２１２０は、レーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光の照射方向を変更する第１光学素子２２００、及び画像投影部２１８０が照射するレーザ光の照射方向を変更する第２光学素子２２２０を有する。このように本実施形態における走査部２１２０は、レーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光と画像投影部２１８０が照射するレーザ光を異なる光学素子で走査する。以下、上記２つのレーザ光を区別するため、レーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光を計測用レーザ光と呼び、画像投影部２１８０が照射するレーザ光を画像用レーザ光と呼ぶ。

　第１光学素子２２００及び第２光学素子２２２０は例えば、それぞれ図９に示す水平方向走査部２１２１及び垂直方向走査部２１２２の組み合わせを有する。

　走査部２１２０は例えば、実施形態１において図２を用いて説明した計測用レーザ光の走査方法と同様の方法で画像用レーザ光を走査する。こうすることでインターフェース装置２０００は、計測用レーザ光を照射する空間と同じ空間に向けて出力画像を投影する。

　本実施形態における画像投影部２１８０の具体構成は、例えば図１９に示す構成である。図１９における画像投影部２１８０は、レーザ光源２１８１、コリメートレンズ２１８２、及びダイクロックミラー２１８３を３つずつ有し、さらに画像制御部２１８４を有する。３つのレーザ光源２１８１は、それぞれ赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源である。コリメートレンズ２１８２は、レーザ光源２１８１が照射したレーザ光をコリメートする。ダイクロックミラー２１８３は、コリメートされたレーザ光の照射方向を、他のレーザ光源２１８１が照射するレーザ光と重なる方向へ変更する。画像制御部２１８４は、各レーザ光源２１８１の出力を制御し、各レーザ光源が照射したレーザ光が重なり合ったレーザ光の色を所望の色にする。このようにすることで画像投影部２１８０は、出力が制御された赤色のレーザ光、緑色のレーザ光、及び青色のレーザ光を重ね合わせて所望の色にした一本のレーザ光を出力する。そして第２光学素子２２２０は、この所望の色となったレーザ光を走査する。

＜作用・効果＞
　以上の構成により、本実施形態によれば、インターフェース装置２０００は、レーザ光によって出力画像を投影する。これにより、本実施形態のインターフェース装置２０００は、実施形態３のインターフェース装置２０００よりも小型化することができる。

[実施形態５]
　図２０は、実施形態５に係るインターフェース装置２０００を、認識対象の物体３０００と共に示す図である。ここで図２０における機能ブロックの内、図１８に同符号の機能ブロックがあるものは、特に説明しない限り図１８における同符号の機能ブロックと同じ機能を有するとし、説明を省略する。また、矢印の意味は、図１８と同様であるため、説明を省略する。

　本実施形態における走査部２１２０は、計測用レーザ光と画像用レーザ光の双方を第１光学素子２２００で走査する。

　また、本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、計測用レーザ光と画像用レーザ光を同時に照射する場合、これら２つのレーザ光を重ね合わせた一本のレーザ光を照射する。この場合、第１光学素子２２００は、画像用レーザ光と計測用レーザ光を重ね合わせたレーザ光を走査する。

　インターフェース装置２０００は例えば、図２１に示す構成によって、計測用レーザ光と画像用レーザ光を同時に照射する。図２１に示す構成は、図１９に示す画像投影部２１８０に、レーザ光照射部２０２０と焦点距離変更部２０４０を追加し、さらにコリメートレンズ２１８２及びダイクロックミラー２１８３を１つずつ追加した構成である。レーザ光照射部２０２０が照射したレーザ光は、コリメートレンズ２１８２でコリメートされた後、焦点距離変更部２０４０で焦点距離を変更される。そして、画像投影部２１８０の各レーザ光源２１８１が照射するレーザ光と同様に、ダイクロックミラー２１８３で照射方向を変更され、レーザ光源２１８１が照射したレーザ光と同じ方向に照射される。

　以上の構成により、本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、実施形態４のインターフェース装置２０００と比べ、走査部２１２０が有する光学素子が少なくなる。そのため、インターフェース装置２０００はより小型になる。

　以下、本実施形態の詳細を説明する。

＜画像用レーザ光と計測用レーザ光を照射するタイミング＞
　インターフェース装置２０００は、画像用レーザ光と計測用レーザ光を非同期に照射してもよいし、２つのレーザ光を同期させて同時に照射してもよい。また、２つのレーザ光を同期させて異なるタイミングで照射してもよい。画像用レーザ光と計測用レーザ光で同期を取らない場合は、画像用レーザ光の照射と計測用レーザ光の照射は独立して行われる。以下に、画像用レーザ光と計測用レーザ光で同期を取る場合の上記２つのケースについて説明する。

　例として、走査部２１２０が水平方向走査部２１２１及び垂直方向走査部２１２２を有し、図２に示すように画像用レーザ光及び計測用レーザ光を走査する場合を考える。図２に示す走査方法の場合の画像用レーザ光は、１つの画像を投影する間に、水平方向に関しては複数回動き、垂直方向に関しては一方向のみに動く。したがって、走査部２１２０において、水平方向走査部２１２１は高速に複数回回転動作を行う一方で、垂直方向走査部２１２２は低速に一方向にのみ回転する。そして垂直方向走査部２１２２は、画像の投影が終わった後、逆方向に回転して初期位置に復帰する。

　図２２は、垂直方向走査部２１２２の偏向角αと、各レーザ光の強さの時間変化を表す図である。また図２３は、図２２の時間ｔ０からｔ５のそれぞれにおける垂直方向走査部２１２２の状態変化を表す図である。まず時間ｔ０において、画像の投影が開始される。そして、時間ｔ２において、画像の投影が終了する。時間ｔ３において、垂直方向走査部２１２２の初期位置への復帰が開始する。そして、時間ｔ５において、垂直方向走査部２１２２の初期位置への復帰が終了する。以降、垂直方向走査部２１２２は、時間ｔ０からｔ５までと同様の動作を繰り返しながら、画像を投影する。ここで、上述した走査方法で画像を投影する場合、垂直方向走査部２１２２が初期位置に復帰する際の回転速度は、画像投影中の回転速度より速いことが一般的である。そのため図２２において、時間ｔ０からｔ２までの時間間隔より、時間ｔ３からｔ５までの時間間隔の方が短い。

　垂直方向走査部２１２２の偏向角αの時間変化は、例えば図２２（ａ）のようになる。上述したように、時間ｔ０からｔ２までは画像投影を行っており、時間ｔ３からｔ５までは垂直方向走査部２１２２を初期位置へ復帰している。

　図２２（ｂ）は、画像投影部２１８０が照射する画像用レーザ光の強さの時間変化を表している。時間ｔ０からｔ２までは画像を投影しているため、画像投影部２１８０が照射する画像用レーザ光は強くなる。一方、時間ｔ３からｔ５までは、垂直方向走査部２１２２を初期位置に復帰させる動作をしているため、画像投影部２１８０が照射するレーザ光は弱くなる。

　図２２（ｃ）は、計測用レーザ光を画像用レーザ光と同時に照射する場合における、レーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光の強さの時間変化を示している。レーザ光照射部２０２０は、画像用レーザ光が照射されている間に照射されるため、図２２（ｂ）と同様の変化を示す。

　一方図２３（ｄ）は、計測用レーザ光を画像用レーザ光と異なるタイミングで照射する場合における、レーザ光照射部２０２０が照射するレーザ光の強さの時間変化を示している。計測用レーザ光は、垂直方向走査部２１２２が初期位置に復帰するために回転している間（例：時間ｔ３からｔ５の間）に強くなり、それ以外の時間は弱くなる。こうすることで、計測用レーザ光は、画像用レーザ光と異なるタイミングで照射される。

　ここで図２２（ａ）に示すように、垂直方向走査部２１２２を初期位置に復帰するためにかかる時間は、画像投影にかかる時間より短い。そのため計測用レーザ光を画像用レーザ光と異なるタイミングで照射する場合に計測用レーザ光を断続的に照射すると、計測用レーザ光を照射する密度が小さくなることが考えられる。しかし前述したように、距離計測の方法として実施形態１において説明した方法を用いる場合は、計測点におけるスポットが重ならないようにするために、レーザ光はある程度の間隔を空けて照射される必要がある。そのため、計測用レーザ光を照射する密度は、画像用レーザ光を照射する密度と比べて小さくなっても構わない。また実施形態２で説明した方法で距離計測を行う場合、連続的にレーザ光を照射すれば、計測用レーザ光の照射密度が小さくなるという問題は起こらない。

　計測用レーザ光と画像用レーザ光を異なるタイミングで照射する方法には、以下の利点がある。第一に、計測用レーザ光と画像用レーザ光とが干渉することで発生する雑音を低減することができる。計測用レーザ光の種類にもよるが、例えば計測用レーザ光に赤外線を利用した場合、計測用レーザ光の赤外線と画像用レーザ光の赤色成分とが互いに干渉する可能性がある。計測用レーザ光と画像用レーザ光を異なるタイミングで照射すれば、このような計測用レーザ光と画像用レーザ光の相互干渉が発生することを防ぐことができる。

　第二に、インターフェース装置２０００に供給する電力のピーク値を小さくすることができる。計測用レーザ光と画像用レーザ光を同時に照射する場合、例えば上記の例だと、一度に４つのレーザ光源に電力を供給する必要がある。一方、計測用レーザ光と画像用レーザ光を異なるタイミングで照射すれば、上記の例でいうと、一度に最大３つのレーザ光源に電力を供給すればよい。そのため、インターフェース装置２０００のピーク電力を小さくすることができる。これにより、例えば電源に要求される電力供給能力が小さくなることで、電源を小型化できるという効果がある。

　なお、画像用レーザ光を断続的に照射する場合、毎回同じタイミングで照射するよりも、フレームごとに照射位置をずらして照射する、いわゆるインターレース方式の照射方法を採用することが望ましい。こうすることで、画像解像度を高くすることができる。

＜計測用レーザ光と画像用レーザ光を同期する方法＞
　計測用レーザ光と画像用レーザ光を同期する方法は様々である。例えば、レーザ光照射部２０２０と画像投影部２１８０は、垂直方向走査部２１２２の動作に基づいて同期する。図２２の例において、画像投影部２１８０は、垂直方向走査部２１２２の偏向角αが増加している間は画像投影中であり、偏向角αが変化していない又は減少している間は画像を投影していない。そこで例えば、レーザ光照射部２０２０が、垂直方向走査部２１２２の動作を監視して計測用レーザ光を照射するか否かを判断する機能を有することで、計測用レーザ光は画像用レーザ光と同期する。その他にも例えば、計測用レーザ光と画像用レーザ光の間で、各自がレーザ光を照射しているか否かを表す信号をやりとりすることで、計測用レーザ光と画像用レーザ光は同期する。また、レーザ光照射部２０２０又は画像投影部２１８０、又は双方の動作を制御する制御部をインターフェース装置２０００に設けることで、計測用レーザ光と画像用レーザ光を同期させてもよい。

　レーザ光照射部２０２０や画像投影部２１８０のレーザ光源は、常にレーザ光を照射し続けてもよい。この場合例えば、レーザ光照射部２０２０や画像投影部２１８０は、レーザ光源から照射されるレーザ光を遮断するフィルタを有し、フィルタの開閉によってレーザ光の出力を制御する。

＜作用・効果＞
　以上の構成により、本実施形態によれば、インターフェース装置２０００は、計測用レーザ光と画像用レーザ光の双方を第１光学素子２２００によって走査し、同じ方向に照射する。したがって計測用レーザ光と画像用レーザ光は、同時に照射される場合は、重なり合って一本のレーザ光となる。この構成により本実施形態のインターフェース装置２０００は、実施形態４のインターフェース装置２０００と比べ、走査部２１２０が有する光学素子が少なくなる。そのため、インターフェース装置２０００はより小型になる。また、計測用レーザ光と画像用レーザ光を異なるタイミングで照射する場合はさらに、１）計測用レーザ光と画像用レーザ光の干渉を防ぐことができる、２）インターフェース装置２０００のピーク電力が小さくなる結果、インターフェース装置２０００の電源を小型化できるため、インターフェース装置２０００をより小型化できるという効果がある。

[実施形態６]
　本実施形態に係るインターフェース装置２０００の構成は、例えば図１７に示す構成と同様である。そのため、特に説明しない限り、各機能ブロックの説明は省略する。

　図２４は、本実施形態におけるインターフェース装置２０００の具体的構成例を示している。ここで、図２４に示す構成要素の内、図２１に同符号の構成要素があるものは、同じ機能を有するとし、適宜説明を省略する。また図２４において、実線の矢印は出力画像を投影する光の流れを示し、一点鎖線は計測用レーザ光の流れを示し、点線は情報の流れを示す。

　本実施形態における画像投影部２１８０は、画像用光源２１８５、空間光変調器２１８７、画像制御部２１８４、偏向ビームスプリッタ２１８６、投射レンズ２１８８を有する。これは、単板ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）型プロジェクタの一般的な構成である。画像投影部２１８０は、画像用光源２１８５から照射した光（以下、画像用照射光と呼ぶ）を、空間光変調器２１８７で変調することで、画像を投影する。画像制御部２１８４は、出力画像に基づいて空間光変調器２１８７を制御し、空間光変調器２１８７によって画像用照射光が目的の画像を表す光に変調されるようにする。具体例として、空間光変調器２１８７が碁盤の目状に区切られた領域を持ち、その各領域が出力画像の各ドットに対応する場合を考える。この場合、画像制御部２１８４は、空間光変調器２１８７の各領域に照射された画像用照射光が、各領域に対応する出力画像の各ドットの色の光に変調されるように、空間光変調器２１８７の各領域を制御する。

　出力画像は、例えば以下の流れで投影される。まず画像制御部２１８４は、投影する画像に基づいて、空間光変調器２１８７を制御する。次に画像用光源２１８５は、画像用照射光を照射する。そして偏向ビームスプリッタ２１８６は、画像用照射光を反射して、空間光変調器２１８７に照射する。そして空間光変調器２１８７は、画像用照射光を、目的の画像を表す光に変調して反射する。偏向ビームスプリッタ２１８６は、空間光変調器２１８７によって反射された画像用照射光を通過させる。そして、投射レンズ２１８８は、画像用照射光を空間上に照射する。

　本実施形態において、画像投影部２１８０が有する偏向ビームスプリッタ２１８６及び投射レンズ２１８８はさらに、計測用レーザ光を空間上に照射する。走査部２１２０によって照射方向を変更された計測用レーザ光は、偏向ビームスプリッタ２１８６によって照射方向をさらに変更され、投射レンズ２１８８によって空間上に照射される。

　空間光変調器２１８７は例えば、単板型ＬＣＯＳ空間変調器である。

　画像投影部２１８０の具体的構成は、図２５に示す構成でもよい。この構成の場合、偏向ビームスプリッタ２１８６及び投射レンズ２１８８は、撮像部２０６０が撮像する計測用レーザ光の反射光を集光し、撮像部２０６０に導く。具体的には、計測点上で反射した反射光は、投射レンズ２１８８を通じて集光され、偏向ビームスプリッタ２１８６に照射される。偏向ビームスプリッタ２１８６は、上記反射光の照射方向を変更し、撮像部２０６０へ導く。

＜作用・効果＞
　以上の構成により、本実施形態によれば、画像投影部２１８０は、画像用光源２１８５が照射した画像用照射光を偏向ビームスプリッタ２１８６によって反射し、空間光変調器２１８７に照射する。そして空間光変調器２１８７は、画像用照射光を、目的の画像を表す光に変調し、反射する。投射レンズ２１８８は、画像用照射光を空間上に照射する。さらに偏向ビームスプリッタ２１８６及び投射レンズ２１８８は、計測用レーザ光を空間上に照射する。または偏向ビームスプリッタ２１８６及び投射レンズ２１８８は、撮像部２０６０が撮像する計測用レーザ光の反射光を集光し、撮像部２０６０に導く。本実施形態のインターフェース装置２０００は、以下のような作用・効果を奏する。まず、本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、実施形態４及び５におけるインターフェース装置２０００よりも高い輝度で出力画像を投影できる。実施形態４及び５に係るインターフェース装置２０００は、レーザ光の法規制により、出力画像を高い輝度で投影することが難しい。本実施形態にかかるインターフェース装置２０００は、出力画像の投影にレーザ光を用いないため、高い輝度で出力画像を投影できる。さらに、本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、画像投影部２１８０の構成の一部を計測用レーザ光の照射又は計測用レーザ光が計測点で反射した反射光の集光にも利用する。そのため、本実施形態におけるインターフェース装置２０００は、実施形態３のインターフェース装置２０００と比較し、小型化することが出来る。

　以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

　以下、参考形態の例を付記する。
１．　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、
　前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、
　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、
　該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、
　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する入力情報生成手段を有するインターフェース装置。
２．　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
　前記レーザ光の照射方向を変更する光学素子を備える走査手段と、
　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、
　同一の前記計測点上に照射した焦点距離の異なる複数の前記レーザ光の反射光をそれぞれ撮像した複数の前記計測画像を処理して前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、
　前記走査手段が前記レーザ光を照射した方向と、算出した前記計測点までの距離に基づいて入力情報を生成する入力情報生成手段を有するインターフェース装置。
３．　前記レーザ光が照射される空間と同方向にある空間に出力画像を投影する画像投影手段を有する１．又は２．に記載のインターフェース装置。
４．　前記画像投影手段は、前記出力画像をレーザ光によって照射し、
　前記走査手段は、
　　前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査する第１光学素子と、
　　前記画像投影手段が照射するレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査する第２光学素子を有する３．に記載のインターフェース装置。
５．　前記画像投影手段は、前記出力画像をレーザ光によって照射し、
　前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光及び前記画像投影手段が照射するレーザ光を、水平方向及び垂直方向に走査する光学素子を有する３．に記載のインターフェース装置。
６．　前記画像投影手段が照射するレーザ光と前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光を重ね合わせるレーザ光重ね合わせ手段を有し、
　前記走査手段は、前記レーザ光重ね合わせ手段が出力するレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査する光学素子を有する３．に記載のインターフェース装置。
７．　前記画像投影手段が照射するレーザ光と前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光を異なるタイミングで照射する３．乃至６．いずれか一つに記載のインターフェース装置。
８．　前記画像投影手段は、空間光変調素子を利用して前記出力画像を投影し、
　前記画像投影手段が出力画像を投影する光は、前記計測用レーザ光及び前記撮像手段が撮像する前記反射光のどちらか又は双方と同じ照射口を通過する３．に記載のインターフェース装置。
９．　コンピュータに、インターフェース装置を制御する機能を持たせるプログラムであって、
　前記インターフェース装置は、
　　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　　前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、
　　前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、
　　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段を有し、
　当該プログラムは、前記コンピュータに、
　　該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する機能と、
　　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する機能を持たせるプログラム。
１０．　コンピュータに、インターフェース装置を制御する機能を持たせるプログラムであって、
　前記インターフェース装置は、
　　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　　前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
　　前記レーザ光の照射方向を変更する光学素子を備える走査手段と、
　　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段を有し、
　当該プログラムは、前記コンピュータに、
　　同一計測点上に照射された焦点距離の異なる複数のレーザ光のそれぞれについて取得された複数の前記計測画像に基づいて、前記計測点までの距離を算出する機能と、
　　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する機能を持たせるプログラム。
１１．　インターフェース装置を制御する制御方法であって、
　前記インターフェース装置は、
　　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　　前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、
　　前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、
　　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、
　　該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、
　　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する入力情報生成手段を有し、
　当該制御方法は、
　　前記計測用レーザ光照射手段が、前記レーザ光を照射するステップと、
　　前記焦点距離変更手段が、前記レーザ光の前記第１の軸における焦点距離と前記第２の軸における焦点距離を互いに異なる値に変更するステップと、
　　前記走査手段が、前記レーザ光の照射方向を変更するステップと、
　　前記撮像手段が、前記計測画像を生成するステップと、
　　前記距離算出手段が、前記計測点までの距離を算出するステップと、
　　前記入力情報生成手段が、前記入力情報を生成するステップを有する制御方法。
１２．　インターフェース装置を制御する制御方法であって、
　前記インターフェース装置は、
　　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　　前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
　　前記レーザ光の照射方向を変更する光学素子を備える走査手段と、
　　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段を有し、
　当該制御方法は、
　　前記計測用レーザ光照射手段が、前記レーザ光を照射するステップと、
　　前記焦点距離変更手段が、前記レーザ光の焦点距離を変更するステップと、
　　前記走査手段が、焦点距離の異なる複数の前記レーザ光の照射方向を変更し、同一計測点に照射するステップと、
　　前記撮像手段が、前記計測画像を生成するステップと、
　　前記距離算出手段が、同一計測点に照射された焦点距離の異なる複数の前記レーザ光それぞれについて生成された複数の前記計測用画像に基づいて、前記計測点までの距離を算出するステップと、
　　前記入力情報生成手段が、前記入力情報を生成するステップを有する制御方法。

　この出願は、２０１２年７月２６日に出願された日本出願特願２０１２－１６５９４２号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。

Claims

　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、
　前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、
　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、
　該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、
　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する入力情報生成手段を有するインターフェース装置。
　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点距離変更手段と、
　前記レーザ光の照射方向を変更する光学素子を備える走査手段と、
　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、
　同一の前記計測点上に照射した焦点距離の異なる複数の前記レーザ光の反射光をそれぞれ撮像した複数の前記計測画像を処理して前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、
　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記距離算出手段が算出した前記計測点までの距離に基づいて入力情報を生成する入力情報生成手段を有するインターフェース装置。
　前記レーザ光が照射される空間と同方向にある空間に出力画像を投影する画像投影手段を有する請求項１又は２に記載のインターフェース装置。
　前記画像投影手段は、前記出力画像をレーザ光によって照射し、
　前記走査手段は、
　　前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査する第１光学素子と、
　　前記画像投影手段が照射するレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査する第２光学素子を有する請求項３に記載のインターフェース装置。
　前記画像投影手段は、前記出力画像をレーザ光によって照射し、
　前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光及び前記画像投影手段が照射するレーザ光を、水平方向及び垂直方向に走査する光学素子を有する請求項３に記載のインターフェース装置。
　前記画像投影手段が照射するレーザ光と前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光を重ね合わせるレーザ光重ね合わせ手段を有し、
　前記走査手段は、前記レーザ光重ね合わせ手段が出力するレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査する光学素子を有する請求項３に記載のインターフェース装置。
　前記画像投影手段が照射するレーザ光と前記計測用レーザ光照射手段が照射するレーザ光を異なるタイミングで照射する請求項３乃至６いずれか一項に記載のインターフェース装置。
　前記画像投影手段は、空間光変調素子を利用して前記出力画像を投影し、
　前記画像投影手段が出力画像を投影する光は、前記計測用レーザ光及び前記撮像手段が撮像する前記反射光のどちらか又は双方と同じ照射口を通過する請求項３に記載のインターフェース装置。
　コンピュータに、インターフェース装置を制御する機能を持たせるプログラムであって、
　前記インターフェース装置は、
　　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　　前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、
　　前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、
　　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段を有し、
　当該プログラムは、前記コンピュータに、
　　該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する機能と、
　　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する機能を持たせるプログラム。
　インターフェース装置を制御する制御方法であって、
　前記インターフェース装置は、
　　レーザ光を照射する計測用レーザ光照射手段と、
　　前記レーザ光の照射方向に対して垂直な第１の軸における前記レーザ光の焦点距離と、前記レーザ光の照射方向に対して垂直であり、かつ第１の軸とは異なる第２の軸における前記レーザ光の焦点距離とを互いに独立して変更する焦点距離変更手段と、
　　前記レーザ光の照射方向を変更する走査手段と、
　　前記レーザ光が物体上の計測点で反射した反射光を撮像して計測画像を生成する撮像手段と、
　　該計測画像に基づいて前記計測点までの距離を算出する距離算出手段と、
　　前記走査手段が前記レーザ光を走査した方向と、前記計測点までの距離に基づいて、入力情報を生成する入力情報生成手段を有し、
　前記制御方法は、
　　前記計測用レーザ光照射手段が、前記レーザ光を照射するステップと、
　　前記焦点距離変更手段が、前記レーザ光の前記第１の軸における焦点距離と前記第２の軸における焦点距離とを互いに異なる値に変更するステップと、
　　前記走査手段が、前記レーザ光の照射方向を変更するステップと、
　　前記撮像手段が、前記計測画像を生成するステップと、
　　前記距離算出手段が、前記計測点までの距離を算出するステップと、
　　前記入力情報生成手段が、前記入力情報を生成するステップを有する制御方法。