JP4460384B2 - Laser projector - Google Patents
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Description
本発明は、文字や画像からなる視覚情報を観察者の視野内の対象物上に提示するレーザプロジェクタに関する。 The present invention relates to a laser projector that presents visual information composed of characters and images on an object in the field of view of an observer.
文字や画像の視覚情報を対象物とオーバーラップさせて観察者にて視認可能な装置として、see through Head Mounted Display(以下HMDと称する)がある。このHMDは、一例として文字通り観察者の頭部に取り付けて視覚情報を前方の特定の奥行き位置に映し出し対象物と共にそれを観察者の目により視認可能としたものである。
そして、このHMDは、最近着目されているユビキタスコンピュ−ティングに基づく表示手段としての強化現実感技術を実現させる装置でもあり、ユビキタス情報である視覚情報をいつでもまたどこでも提示できる装置として着目され得る。
There is a see through head mounted display (hereinafter referred to as an HMD) as an apparatus that can be visually recognized by an observer by overlapping visual information of characters and images with an object. This HMD is literally attached to the observer's head as an example, and projects visual information at a specific depth position in front of the object so that it can be visually recognized by the observer's eyes.
The HMD is also a device that realizes augmented reality technology as a display means based on ubiquitous computing that has been attracting attention recently, and can be noted as a device that can present visual information as ubiquitous information anytime and anywhere.
ところが、このHMDを用いて視覚情報と対象物とを視認する場合、観察者が視認するに当たって少なくとも視覚情報あるいは対象物のいずれか一方の焦点をもって見ることになるので,視覚情報あるいは対象物を同時に明確に見ることはできない。すなわち、従来のHMDでは、厳密には各時点において単一の目標物しか視認できず、観察者にとっては頻繁に焦点を変更しなければならないことは、観察の際の大きな負担となっている。
このような問題を解決する方法として対象物上そのものに視覚情報を投影するという特許文献1及び2に示す技術がある。特許文献1では、オペレータの代わりにロボットにて観察者を診断あるいは介護する場合、診断あるいは介護される観察者がHMDを装着してロボットに対しオペレータの視覚情報を投影することで、観察者による違和感をなくすことが開示され、また、特許文献2では、実物体を遮蔽材によって隠すことにより、実物体と視覚情報である仮想物体との間を正しく遮蔽し、現実感の高い仮想空間を提示することが開示されている。しかしながら、この特許文献1及び2に示す技術は、対象物上の投影光の散乱等により実際上観察者が視認できる明るさが得られないため、対象物上に入射方向しか反射しない再帰性反射材を塗布しなければならず、この対象物に再帰性反射材を塗布することは,対象物に塗布できる場合は格別一般的には不可能なことが多いという問題が生じている。
However, when visual information and an object are visually recognized using the HMD, the visual information or the object is simultaneously viewed because at least one of the visual information and the object is viewed when the observer visually recognizes the visual information and the object. I can't see it clearly. That is, in the conventional HMD, strictly, only a single target can be visually recognized at each time point, and the fact that the observer must frequently change the focus is a heavy burden during observation.
As a method for solving such a problem, there are techniques shown in
したがって、観察者の焦点を頻繁に変更することなく視覚情報を対象物上に投影ししかも対象物上に再帰性反射材を塗布することがないHMDが要望される。
一方、HMDではないが、非特許文献1では視覚情報を対象物上に投影ししかも対象物上に再帰性反射材を塗布することがない装置として、レーザ光の走査により患者の手術部位を照射し、例えば手術部位の縁取り等をレーザ光にて行い観察者にその部位を明示するというレーザプロジェクション技術が開示される。ところがこの場合、観察者の視線の方向とレーザ光の照射方向とが一致しないので、内部に手術部位がある場合には観察者の視点位置と手術部位の3次元形状や位置とを計測することでレーザ光の投影をリアルタイムで変形させる必要が生じる。この3次元計測に基づく演算処理の負担やコストを考慮すると、このレーザプロジェクション技術は複雑な装置構成で高価な物とならざるを得ないという状況である。
On the other hand, although it is not an HMD, Non-Patent
上述するように非特許文献1に示すレーザプロジェクション技術では、その演算処理に係る装置構成が複雑になってしまうことや装置が高価になってしまうところに問題があり、この問題を可及的に解決するためには、観察者の視線の方向とレーザ光の照射方向とが一致することが必要である。一方、HMDのように観察者の視線の方向と投影光の照射方向と一致することができたとしても、観察者による焦点変更動作を頻繁に行うことや表示手段として視覚情報を視認するためには対象物への再帰性反射材の塗布が必要となる。
本発明は、上述の問題に鑑みて発明されたもので、観察者の視線の方向とレーザ光の照射方向とを一致させた上で、観察者による焦点変更動作を行うことや対象物への再帰性反射材の塗布をさせないで、対象物上に視認可能な視覚情報を形成するレーザプロジェクタの提供を目的とする。
As described above, the laser projection technique shown in Non-Patent
The present invention has been invented in view of the above-mentioned problems, and after making the direction of the observer's line of sight coincide with the irradiation direction of the laser light, performing the focus changing operation by the observer and the object. It is an object of the present invention to provide a laser projector that forms visible visual information on an object without applying a retroreflecting material.
上述の目的を達成するために本発明は、レーザ光源からのレーザ光を光走査部にてスキャンニングしてこのレーザ光の出射方向を水平及び垂直に振らせることにより対象物に描画をするレーザプロジェクタにおいて、光走査部でのレーザ光のスキャンニングの中心位置と視点位置とを共役な位置に置いて光走査部からのレーザ光の出射方向を視線の方向に合致させる結合部を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a laser that draws on an object by scanning a laser beam from a laser light source with an optical scanning unit and swinging the emission direction of the laser beam horizontally and vertically. The projector includes a coupling unit that places the center position of the scanning of the laser beam in the optical scanning unit and the viewpoint position at a conjugate position so that the emission direction of the laser beam from the optical scanning unit matches the direction of the line of sight. Features.
この発明によれば、レーザ光源からのレーザ光をスキャンニングすることにより対象物上に視覚情報の高輝度描画を行うことが可能となると共に、このレーザ光をあたかも観察者の視点から出射したように構成することにより、観察者による焦点変更動作を行うことや対象物への再帰性反射材の塗布をさせないで、対象物上に視認可能な視覚情報のオーバレイ描画を形成することができる。 According to the present invention, it is possible to perform high-intensity rendering of visual information on an object by scanning laser light from a laser light source, and it is as if this laser light is emitted from the observer's viewpoint. With this configuration, it is possible to form an overlay drawing of visual information visible on the object without performing a focus changing operation by the observer and without applying a retroreflecting material to the object.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態であるレーザプロジェクタのブロック図を示す。図1において、レーザ光源1は、小型で可視光が発振されるレーザ光源である。このレーザ光源1からのレーザ光(レーザビーム)は、光走査部2の一部を構成するガルバノミラー等の光走査体3に入射される。光走査体3は、水平走査モータ(第1モータとする)4及び垂直走査モータ(第2モータとする)5にて水平方向駆動あるいは垂直方向駆動が行われ、入射するレーザ光を水平及び垂直方向にスキャンニングするように回動制御される。光走査体3にてスキャンニングされたレーザ光は、例えばハーフミラー等の結合部6にて反射され対象物(図示省略)に照射される。ここで結合部6は、観察者の視線とレーザ光とを合致させるもので、結合部6に対して光走査体3のスキャンニングの中心と観察者の視点7とが同じ距離になるようにすなわち共役となるように相互に配置されている。従って、光走査体3にてスキャンニングされたレーザ光は,あたかも観察者の視点7から出射したかのように振舞い、対象物上にレーザ光の走査に基づくオーバレイ画像を得ることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a laser projector according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
レーザ光源1の発振制御及び第1モータ4、第2モータ5の駆動制御は,例えば画像メモリ8の画像情報に基づく。すなわち、対象物に投影される視覚情報である画像情報が記憶された画像メモリ8(これはユビキタスコンピュ−ティングでのコンピュータメモリと同一視もできる)は、読み出し処理部9に接続される。この読み出し処理部9は、画像情報の読み出しに基づき画素に対応してレーザ光源1のビームスポットを制御するように画素信号を生成しまた、画像情報の読み出しに同期した走査部2への制御信号を生成するものである。なお、ここでは、ディジタル方式として画像メモリ8及び読み出し処理部9を備えたものを示しているが、アナログ方式の画素信号の生成及び走査部2への同期制御信号の生成も可能である。
The oscillation control of the
さて、図1にて読み出し処理部9は、レーザ制御部10に接続され、このレーザ制御部10では、読み出し処理部9からの画素信号に基づきレーザ駆動制御信号を得る。更に、このレーザ制御部10は、レーザ光源1に接続され、レーザ駆動制御信号によりレーザ光源1の発振を制御する。こうして、レーザ光源1では、画像メモリ8に記録された画像情報の読み出しに同期して画素に対応するレーザ光(レーザスポット)が射出される。
一方、読み出し処理部9は,走査部2にあってスキャン制御部12に接続されている。このスキャン制御部12は、画像メモリ8での1フレームの画像情報の読み出しに同期して水平方向の第1モータ4及び垂直方向の第2モータ5を制御する駆動制御信号を生成する。すなわち、この駆動制御信号は、光走査体3を水平方向に振らせるように第1モータ4が画像情報の読み出しに同期して生成され、しかも、光走査体3を垂直方向に振らせるように第2モータ5が画像情報の読み出しに同期して生成される。この結果、観察者の視点と共役な位置から出射されたレーザ光はスクリーンである対象物表面上にビームスポットとして結像され、これを高速にスキャンニングすることにより視覚情報を対象物上のオーバレイ画像として提示する。従って、観察者の視線の方向とレーザ光の出射方向とを一致させた上で、対象物上に視覚情報であるオーバレイ画像を描くことになるので、観察者には単一の焦点にて対象物及びオ−バレイ画像を視認することができる。更に、オーバレイ画像は対象物上にレーザビームスポットとして照射・投影されることになるので、観察者は勿論傍らの対象物を見る者にもオーバレイ画像を視認することができる。
In FIG. 1, the
On the other hand, the
ここで、対象物にオーバレイ画像を提示するに当たって、オーバレイ画像の明るさについては、次のようにして高輝度を得ることができる。第1モータ4及び第2モータ5を制御する駆動制御信号は、光走査体3の全走査可能範囲より大幅に縮小した走査範囲に限定して光走査体3を振らせるような駆動制御信号であり、対象物上に限定された走査範囲での画像を投影する。一般に、点光源の場合この点光源から対象物までの距離が2倍になれば対象物上の像の明るさは1/4になることは周知であるが、レーザ光の場合は、それ自体の性質上拡散しにくい高輝度のビームスポットであるので、対象物上に高輝度にてオーバレイ画像を得ることができる。
Here, when the overlay image is presented on the object, the brightness of the overlay image can be high as follows. The drive control signal for controlling the
更に、光走査体3によるスキャンニングの方式によっても、対象物上に高輝度の画像を得ることができる。すなわち、図1(b)に示すようにスキャン制御部12内にラスタ走査部121及びベクトル走査部122を備え、このそれぞれの走査部をそれぞれ第1モータ4及び第2モータ5に接続し、ラスタスキャンあるいはベクトルスキャンに基づき第1モータ4及び第2モータ5をスキャン制御するものである。具体的には、1フレーム1/30秒にて飛び越し走査を行うテレビジョン受像機では、一般にいわゆるラスタスキャンにより、1フレーム全ての画素について走査を行い画面全体を満遍なくスキャンニングするため1画素のビーム照射時間が短く、よって画面全体としては暗い画面になり勝ちであるが、いわゆるベクトルスキャンでは、明るい領域のみビームを高速に移動させてこの領域のみの走査を繰り返してその領域のみビーム照射時間を長くして高輝度とすることができる。そしてこのスキャンニング方式の選択は、スキャン制御部12に内蔵されたスイッチング回路(図示省略)にて行うことができる。こうして、このスキャンニングの方式の違いを利用して、スキャンニングする面積に応じて,これら方式を切り替え、例えば光走査体3の全走査可能範囲にて限定した走査範囲の移動にはベクトルスキャン、限定した走査範囲内での画像走査はラスタスキャンを実施することで、オーバレイ画像の更なる高輝度化を達成することができる。なお、限定された走査範囲にて粗い画像を提示する場合には,ベクトルスキャンを行うことで,更なる高輝度が得られる。
Furthermore, a high-intensity image can be obtained on the object by the scanning method using the
こうして、観察者が対象物上に焦点を合わせることにより対象物表面上に投影されたオーバレイ画像を対象物の位置や奥行きにかかわらず対象物と同時に視認することができ、しかも視線の方向とレーザ光の出射方向とが合致するので例えば対象物表面に段差等があっても投影される画像は途切れることなく連続パターンとして視認することができ、レーザビームを扱うことで更には移動でのベクトルスキャンと画像走査でのラスタスキャンの選択により限定された走査範囲の高輝度の画像を得ることができる。
また,この限定された走査範囲の画像を扱うことは、ユビキタスコンピューティングでの強化現実感応用技術にも沿うものである。すなわち、ユビキタス情報の対象物上へのオーバレイ画像の提示においては,実視野内の対象物を見ていることに重点が置かれることになるため,実際上視野全体を覆う程のオーバレイ画像を投影することは必要なく,むしろ視野内での対象物上にて正確な位置に安定して少量の画像情報が提示されることが重要である。従って,大きな視野を覆うようなレーザプロジェクション投影ではなく,複数の小領域を順次個別にスキヤニングすることで必要な画像情報の提示としては十分であり、しかもレーザスポット光量のワット数も相対的に小さく押さえられることになる。これによって従来問題とされてきたレーザプロジェクションの光量不足を回避することが可能となる。
〔第2実施形態〕
図2は、本発明の第2実施形態を示すブロック図である。この図2にて図1と同一部分には同符合を付す。すなわち,レーザ光源1からのレーザ光は、第1モータ4及び第2モータ5にて水平方向及び垂直方向に駆動される光走査体3にてスキャンニングされ、観察者の視線との結合部6にて折り曲げられ対象物に照射される。本実施形態では、光走査体3のスキャンニングの中心に対してレーザ光源1と共役な位置に光検出器13を備えている。すなわち、レーザ光源1と光走査体3との間にハーフミラー14を置き、このハーフミラー14によってレーザ光源1からのレーザ光を光走査体3に導き、結合部6を介して対象物のビームスポットを結像させる反面、対象物上のビームスポットによる散乱光が逆行すると、結合部6、光走査体3を介してハーフミラー14を透過し、光検出器13にてこの対象物に投影されたビームスポットの散乱光を検出するようにしたものである。
In this way, the observer can view the overlay image projected on the surface of the object by focusing on the object at the same time as the object regardless of the position and depth of the object. For example, even if there is a step on the surface of the object, the projected image can be viewed as a continuous pattern without interruption, and by using a laser beam, vector scanning with movement is possible. A high-intensity image in a limited scanning range can be obtained by selecting raster scanning for image scanning.
In addition, handling an image of this limited scanning range is in line with augmented reality application technology in ubiquitous computing. In other words, in the presentation of overlay images on an object with ubiquitous information, the emphasis will be on viewing the object in the real field of view, so an overlay image that actually covers the entire field of view is projected. It is not necessary to do so, but rather it is important that a small amount of image information is presented stably at an accurate position on the object in the field of view. Therefore, instead of laser projection projection that covers a large field of view, it is sufficient to present the necessary image information by sequentially scanning a plurality of small areas individually, and the wattage of the laser spot light quantity is relatively small. It will be suppressed. This makes it possible to avoid a shortage of light intensity in laser projection, which has been a problem in the past.
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. That is, the laser light from the
この光検出器13による光検出においては、例えば対象物自体にて変調され得る光伝搬情報を有する場合、その対象物へのレーザ光の照射によって光路を戻る散乱光にこの光伝搬情報が乗せられた時その情報を光検出器13にて検出できることになり、対象物からの情報伝送いわゆる通信が可能となる。
従って、図2に示すように光検出器13に検出処理部15を接続し、この検出処理部15に表示器16を接続することにより、対象物からの光伝搬情報を表示することが可能となる。この場合、検出処理部は15は、対象物自体が変調された光を発し又は変調された反射率変化を伴う能動的な光伝搬情報を出力する信号源である場合には例えば復調器を含む信号処理部151である。一方、対象物からの情報伝送が、対象物自体の例えば状態情報等レーザ光によるいわゆる受動的な変化情報である場合もあり、この場合には検出処理部15は例えば単なる信号変換部でもある。
In the light detection by the
Therefore, by connecting the
また、この光検出器13の使い方として、対象物へのレーザ光投影領域あるいは対象物の光伝搬情報の所在位置の位置計測を行うこともできる。すなわち、対象物に投影されたレーザ光の散乱光が戻り光検出器13にて検出された状態での光走査体3のスキャンニング位置を検出することにより、レーザ光のこのスキャンニング位置の検出に基づき上述の位置計測が可能となる。従って、検出処理部15には計測部152を有し、この計測部152は光検出器13からの光検出に基づき第1モータ4及び第2モータ5の駆動制御信号を取り出しこの駆動制御信号により走査角を割り出し位置計測を行うことができる。
In addition, as a method of using the
なお、第1実施形態では言及していないが、走査部2の光走査体3による全走査可能範囲内にあって、対象物上の限定した走査範囲を特定するに当たっては、例えば全走査可能範囲にてラスタスキャンの走査を行い、対象物となるユビキタス情報のタグ等を光検出器13にて検出し、この特定した対象物上の限定された走査範囲の移動でベクトルスキャンを行い限定された走査範囲にてラスタスキャンを行うという走査範囲の特定及びスキャン方法の選択が可能である。もちろん、光検出器13を用いなくとも、観察者が対象物の所在位置を予め位置情報として例えばスキャン制御部12に入力したり、別の方法にて位置情報を予め記憶することもできる。
〔第3実施形態〕
図3、図4は、本発明の第3実施形態を示すブロックである。図1及び図2に示す例では、視覚情報が対象物をスクリーンとして結像されることになるので、観察者以外にもこの視覚情報が視認することができるのであるが、この実施形態では、観察者を除いて視覚情報を秘匿したい場合もあるので、その例を示したものである。なお、図3、図4において図1,図2と同一部分には同符号を付す。図3においては、二つのレーザ光源1a、1bを備え、このレーザ光源1a、1bからのそれぞれのレーザ光を合波するようにハーフミラー14が備えられる。そして、このハーフミラー14にて反射しまたは透過したレーザ光は、第1モータ4及び第2モータ5にてスキャンニングされる光走査体3に入射して偏向され,結合部6を介して観察者の視点7から出射されるようにして対象物に照射される。ここで、二つのレーザ光源1a、1bは画像信号源17に接続され、この画像信号源17では、画像情報から例えばポジ画像とネガ画像とを生成しこのそれぞれのポジ画像、ネガ画像にて異なるレーザ光源1a、1bを制御するようにしている。また、レーザ光源1a、1bとハーフミラー14との間には,偏光板18a、18bが備えられ、この偏光板18a、18bは、互いに直行する偏光板である。この結果、画像信号源17にて制御されたレーザ光源1a、1bからのレーザスポットは光走査体3にてスキャンニングされ対象物に結像されることになるが、レーザ光源1a、1bのレーザスポットはポジとネガとの関係にあるので、対象物上でのオーバレイ画像としてはポジとネガとを合わせた特徴のない明領域でしかない。この場合、結合部6と観察者の視点7との間に偏光板18aあるいは18bと同じ偏光板19を配置することにより,観察者は一方の偏光に伴うポジあるいはネガの画像のみを視認することができる。
Although not mentioned in the first embodiment, when specifying a limited scanning range on the object within the entire scannable range by the
[Third Embodiment]
3 and 4 are blocks showing a third embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, the visual information is imaged using the object as a screen. Therefore, this visual information can be visually recognized in addition to the observer. In this embodiment, An example is shown in some cases where visual information may be concealed except for the observer. 3 and 4, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 3, two
図3では、偏光板を用いて対象物に提示した画像情報を選択的に視認可能とし,秘匿可能としたものである。図4に示す例では、偏光の代わりにネガ画像及びポジ画像を時間的にずらし、いわゆる時分割変調をかけることにより、観察者にとって提示画像の秘匿を行うようにしたものである。すなわち、図4に示すように単一のレーザ光源1を備え、このレーザ光源1にネガ画像及びポジ画像が生成される画像信号源17が接続される。この画像信号源17とレーザ光源1との間にスイッチング素子20を介在させ、このスイッチング素子20にてポジ画像及びネガ画像を切り分けるようにしたものである。切り分けに当たっては、画像信号源17に接続された切換信号生成部22にてスイッチング素子20のスイッチング制御を行う。このスイッチング素子20によるポジ及びネガの両画像信号のスイッチング制御は,画素ごとにスイッチングを行いあるいは更に長いタイミング周期にてスイッチングを行うことにより、いわゆる時分割変調されることにより切り分けることができる。従って、レーザ光源1からのレーザスポットは周期的にネガ画像とポジ画像とから構成されるため,結果的に対象物上に提示される画像は特徴のない明領域となる。一方、結合部6と観察者の視点7との間には,例えば液晶シャッタ21が介在され,このシャッタ21が、前述の切替信号生成部22に接続されて制御され、スイッチング素子20と同期したオンオフ制御により、観察者は、ポジ画像あるいはネガ画像のみを視認することができる。
〔第4実施形態〕
これまでの説明においてレーザ光源1からのレーザ光を結合部6にて観察者の視点から出射させるように振る舞うためには、本発明のレーザプロジェクタは観察者の頭部に搭載する構造とするのが最も適切である。図5は、この頭部に搭載するプロジェクタとして発明者が試作したもので、図3に示すレーザ光源1a、1bと偏光板18a、18bを備えた例の外観を示す。すなわち、図5において、観察者の頭部へ装着するブラケット50の中央部にはユニット本体51が取り付けられており、この図3のものを対象に例示するユニット本体51には図3と同様にレーザ光源(レーザダイオードユニット)1a、1bが互いに直角に取り付けられ、更に光走査部2の第1モータ4及び第2モータ5が取り付けられる構成となっている。そして、レーザ光は、図5のユニット本体51の下方から前方に向かって照射される。
In FIG. 3, image information presented on an object using a polarizing plate is selectively visible and can be concealed. In the example shown in FIG. 4, the negative image and the positive image are shifted in time instead of polarized light, and so-called time-division modulation is applied to conceal the presented image for the observer. That is, as shown in FIG. 4, a single
[Fourth Embodiment]
In the above description, in order to behave so that the laser beam from the
本実施形態では、この観察者の頭部に装着するプロジェクタにおいて、観察者による頭部の急な左右あるいは上下の回動に伴い、対象物への投影画像の邪魔な動きを抑える構造を例示する。図6は、実験として観察者の頭部にブラケット50を装着し、観察者の視点より2.8m離れた位置に対象物としてスクリーン23を設置し、このスクリーン23上に図6(b)に示すようなレーザ光源からの視覚情報としてランドルトリング24のオーバレイ画像を+印の固定点を基準として提示し、この状態で観察者の頭部を左右に回動させた場合のオーバレイ画像の移動(モーションブラー;動きによる像の揺らぎ)を模式的に例示する。本来、オーバレイ画像とそれが提示された対象物との視野内での位置合わせが重要であり、この位置合わせが頭部の回動によってずれるのを防止するため、頭部の回動を相殺(補償)するように投影位置を高速に変更することが求められる。ところが、この変更操作を行うに当たり、画像の表示単位であるフレーム単位にて別の画像に更新する時のみ変更操作を行う場合には、数十ms以上のタイムラグが生じており、このため、オーバレイ画像が不安定に揺らぎ、例えば図6のランドルトリング24がふらつくという現象が生じている。
In the present embodiment, the projector mounted on the observer's head is exemplified by a structure that suppresses the disturbing movement of the projected image on the object as the observer suddenly turns the head left and right or up and down. . FIG. 6 shows an experiment in which a
この第4実施形態では、図7に示すように観察者に左右及び上下の頭部回動を検出するジャイロ等の角速度センサ25,26を装着し、この角速度センサ25、26を−1/2演算器27に接続し、光走査体3の第1モータ4あるいは第2モータ5の走査速度を制御する。すなわち、角速度センサ25、26によって頭部の回動角速度を検出し、その角速度の−1/2の速度量を−1/2演算器27にて算出し、この速度量を光走査体3の第1モータ4あるいは第2モータ5の速度に足し込み、スキャンニング速度を減少もしくは増加させるようにしたものである。なお、−1/2の速度量について、−は頭部の回動方向と逆方向を意味し、1/2は光走査体3の回動角に対して光の方向変化が2倍角になることに基因する。光走査体3のスキャンニング目標速度にこの速度を足し込んで第1モータ4及び第2モータ5を制御することにより、スキャンニングの最中にもほぼ時間遅れ無しで連続的にこの揺らぎの相殺を行うことができた。こうして,知覚的にほぼ完全に安定して視野に対して静止したオーバレイ画像を提示することができる。なお,本実施形態においては,観察者の頭部の回動を検出する角速度センサ25、26は、ブラケット50と同様観察者に直接装着するのが適切であるが,図5に示すジャイロ53をユニット本体51に内蔵して備えるようにしても良い。
In this fourth embodiment, as shown in FIG. 7,
図8は,図6にて模式図に示した実験の結果を示すものである。ここで観察者に装着した装置は、従来のHMDと本実施形態のプロジェクタを使用し、HMDでは30Hzのフレームレートと60Hzのフレームレートの二つの描画速度を用い、頭部の回動角速度は5.6〜70(deg/s)とした。この実験結果を比較した結果、揺らぎ幅は、30HzのフレームレートのHMD,60HzのフレームレートのMHD,本実施形態のプロジェクタの順にて揺らぎ幅が低下した。
図9は、MHDと本実施形態のプロジェクタとを用いて、0〜2mの複数の焦点深度での仮想視力をグラフとしたもので、HMDに比べ本実施形態のプロジェクタでは視力が大幅に向上しており、レーザ光の走査による解像度の向上や揺らぎの抑止に基づく解像度の向上が著しい。なお、図9ではHMDの仮想視力を本例のプロジェクタと比較のため標準化換算しており、この標準化換算特性はHMD特性の最高点(距離0.9m)を本例のプロジェクタの特性と合わせて換算したものである。図示のように本例のプロジェクタの特性はHMDと比較しても極めて優れる。因みに、本例のプロジェクタの最低視力は0.67である。
FIG. 8 shows the results of the experiment shown in the schematic diagram of FIG. Here, the apparatus worn by the observer uses the conventional HMD and the projector of the present embodiment, and the HMD uses two drawing speeds of a frame rate of 30 Hz and a frame rate of 60 Hz, and the rotational angular velocity of the head is 5 .6 to 70 (deg / s). As a result of comparing the experimental results, the fluctuation width decreased in the order of HMD with a frame rate of 30 Hz, MHD with a frame rate of 60 Hz, and the projector of this embodiment.
FIG. 9 is a graph of virtual visual acuity at a plurality of depths of focus of 0 to 2 m using MHD and the projector according to the present embodiment. The visual acuity is greatly improved in the projector according to the present embodiment as compared with the HMD. Therefore, the improvement of the resolution based on the scanning of the laser beam and the improvement of the resolution based on the suppression of the fluctuation are remarkable. In FIG. 9, the virtual visual acuity of the HMD is standardized for comparison with the projector of this example, and this standardized conversion characteristic matches the highest point (distance 0.9 m) of the HMD characteristic with the characteristic of the projector of this example. It is converted. As shown in the figure, the characteristics of the projector of this example are extremely excellent even when compared with the HMD. Incidentally, the minimum visual acuity of the projector of this example is 0.67.
図10は、本発明のプロジェクタを観察者が頭部に装着し、手に持ったノートを対象物としてこの対象物に視覚情報を描画させたものであり、この対象物上のオーバレイ画像を観察者が肉眼にて視認する様子を示している。
また、図11は、本発明のプロジェクタの使用法の一具体例を示すもので、牛の腹を対象物として視覚情報を描画している状態を示す。ここでは、観察者が複数の対象物として視覚情報を、牛の腹のスクリーンとして視認する様子と共に、手に持ったノートのスクリーンとして視認する様子を示しており,この対象物の変更は前述の光走査体のスキャンニング角度の変更により可能である。またこのとき、牛の腹のオーバレイ画像は周囲(傍ら)の観察者にも視認することができる様子を示している。更には,牛の腹へのレーザビームの照射によって牛の体温が計れる場合には、照射による散乱光をこのプロジェクタが取り込むことにより、図2に基づく信号処理により体温を検出することもできる。
FIG. 10 is a diagram in which an observer wears the projector of the present invention on the head, draws visual information on the object using a notebook held in the hand as an object, and observes an overlay image on the object. It shows a person visually recognizing with the naked eye.
FIG. 11 shows a specific example of how to use the projector of the present invention, and shows a state in which visual information is drawn with a cow belly as an object. Here, the observer shows visual information as a plurality of objects as a cow belly screen as well as a notebook screen held in his hand. This is possible by changing the scanning angle of the optical scanning body. At this time, the overlay image of the cow's belly can be seen by the surrounding (side) observers. Further, when the body temperature of the cow can be measured by irradiating the cow's belly with the laser beam, the projector can capture the scattered light from the irradiation, and the body temperature can be detected by signal processing based on FIG.
Claims (9)
上記光走査部での上記レーザ光のスキャンニングの中心位置と視点位置とを共役な位置に置いて上記光走査部からのレーザ光の出射方向を視線の方向に合致させる結合部と、
上記光走査部でのレーザ光のスキャンニングの中心位置に対して上記レーザ光源位置と共役な位置に配置した光検出器と、
を有することを特徴とするレーザプロジェクタ。 In a laser projector that scans a laser beam from a laser light source in an optical scanning unit and draws on an object by swinging the emission direction of the laser beam horizontally and vertically,
A coupling portion to match the emission direction of the laser beam in the direction of the line of sight from the optical scanning unit and the center position and the viewpoint position of the scanning of the laser beam by the optical scanning unit at a conjugate position,
A photodetector disposed in the laser light source position conjugate with respect to the center position of scanning of the laser beam by the optical scanning unit,
Features and, Relais over The projector in that it has a.
上記光走査部での上記レーザ光のスキャンニングの中心位置と視点位置とを共役な位置に置いて上記光走査部からのレーザ光の出射方向を視線の方向に合致させる結合部と、
上記光走査部でのレーザ光のスキャンニングの中心位置に対して上記レーザ光源位置と共役な位置に配置した光検出器とを有し、
上記レーザ光をスキャンニングする上記光走査部には、スキャンニングする面積に応じてラスタスキャンもしくはベクトルスキャンの少なくとも一方により行うスキャン制御部を有することを特徴とするレーザプロジェクタ。 In a laser projector that scans a laser beam from a laser light source in an optical scanning unit and draws on an object by swinging the emission direction of the laser beam horizontally and vertically,
A coupling portion to match the emission direction of the laser beam in the direction of the line of sight from the optical scanning unit and the center position and the viewpoint position of the scanning of the laser beam by the optical scanning unit at a conjugate position,
And a light detector arranged on the laser light source position conjugate with respect to the center position of scanning of the laser beam by the optical scanning unit,
The aforementioned optical scanning unit for scanning the laser beam, characterized and, Relais chromatography The projector further comprising a scan control unit for performing at least one of the raster scan or vector scan according to the area of scanning.
上記光走査部での上記レーザ光のスキャンニングの中心位置と視点位置とを共役な位置に置いて上記光走査部からのレーザ光の出射方向を視線の方向に合致させる第1の結合部と、
合波すると特徴が出ない二つの特徴情報を描画される視覚情報から生成する画像信号源と、
この画像信号源にて制御される2つのレーザ光源と、
上記2つのレーザ光源と上記光走査部との間に配置されて2つのレーザ光を合波する第2の結合部と、
上記第1の結合部と視点との間に配置された一方の特徴情報を取り出す手段と、
を有することを特徴とするレーザプロジェクタ。 In a laser projector that scans a laser beam from a laser light source in an optical scanning unit and draws on an object by swinging the emission direction of the laser beam horizontally and vertically,
A first coupling portion to match the direction of the emission direction line of sight of the laser beam from the center position and the viewpoint position of the scanning of the laser beam at a conjugate position the optical scanning unit in the optical scanning unit ,
An image signal source that generates two pieces of feature information that do not appear when combined from visual information to be drawn,
Two laser light sources controlled by the image signal source;
A second coupling unit arranged between the two laser light sources and the optical scanning unit to multiplex the two laser beams;
Means for taking out one feature information arranged between the first coupling portion and the viewpoint;
Features and, Relais over The projector in that it has a.
上記光走査部での上記レーザ光のスキャンニングの中心位置と視点位置とを共役な位置に置いて上記光走査部からのレーザ光の出射方向を視線の方向に合致させる結合部と、
合波すると特徴が出ない二つの特徴情報を描画される視覚情報から生成する画像信号源と、
この画像信号源にて制御される1つのレーザ光源と、
上記二つの特徴情報を切り分けて上記レーザ光源に供給するスイッチング素子と、
上記一方の特徴情報を有するレーザ光を上記スイッチング素子に同期して取り出す光スイッチング手段とを
有することを特徴とするレーザプロジェクタ。 In a laser projector that scans a laser beam from a laser light source in an optical scanning unit and draws on an object by swinging the emission direction of the laser beam horizontally and vertically,
A coupling portion to match the emission direction of the laser beam in the direction of the line of sight from the optical scanning unit and the center position and the viewpoint position of the scanning of the laser beam by the optical scanning unit at a conjugate position,
An image signal source that generates two pieces of feature information that do not appear when combined from visual information to be drawn,
One laser light source controlled by the image signal source;
A switching element that separates the two pieces of feature information and supplies the laser light source;
Les chromatography The projector characterized by having <br/> and optical switching means for taking out a laser beam having a one feature information of the in synchronism with the switching element.
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