(57)【要約】【課題】既知でない軌跡上を移動する物体上に光を照射することで、物体よりも大きな画像情報を観察者に呈示することが可能な装置を提供する。【解決手段】物体追尾部１は、移動する物体１０に向くように、視線１１１の方向を制御する。描画部２は、視線１１１の方向に沿う方向に、光線２１１を出射する。これにより、描画部２は、物体１０の表面に光線２１１を照射することができる。物体１０の表面に照射された光線２１１の残像によって、物体１０の面積よりも大きい範囲で描画された情報を、観察者に呈示することができる。【選択図】図１
2015014730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体追尾部と、描画部とを備えており、
前記物体追尾部は、移動する物体に向くように視線方向を制御する構成とされており、
前記描画部は、前記視線方向に沿う方向に光線を出射することにより、前記物体の表面に前記光線を照射する構成となっており、
前記物体の表面に照射された前記光線の残像によって、前記物体の面積よりも大きい範囲で描画された情報を呈示するようにされている
ことを特徴とする情報呈示装置。
【請求項２】
前記物体追尾部は、画像センサと、処理部と、視線方向制御部とを備えており、
前記画像センサは、前記物体の画像を取得する構成とされており、
前記処理部は、前記物体の画像に基づいて、前記物体の位置を取得する構成とされており、
前記視線方向制御部は、前記物体の位置に向くように、前記画像センサから前記物体への視線方向を制御する構成とされている
請求項１に記載の情報呈示装置。
【請求項３】
前記描画部は、光源と走査部とを備えており、
前記光源は、前記光線を発する構成とされており、
前記走査部は、前記光線の方向を変更することにより、前記物体に対する前記光線の照射位置を制御する構成となっている
請求項１又は２に記載の情報呈示装置。
【請求項４】
前記走査部は、前記物体の移動速度に対応して、観察者による注視点を中心とした視野角で０°〜３°までの範囲で、必要な情報の呈示が完了するように、前記走査を行う構成となっている
請求項３に記載の情報呈示装置。
【請求項５】
前記光源は、レーザ光源である
請求項３又は４に記載の情報呈示装置。
【請求項６】
前記光源は、ＲＧＢのうちの少なくとも二色を独立して発光できる構成となっている
請求項３〜５のいずれか１項に記載の情報呈示装置。
【請求項７】
さらにハーフミラーを備えており、
前記ハーフミラーは、前記物体追尾部から前記物体までの視線の途中に挿入されており、
前記光線は、前記ハーフミラーによって、前記視線と同軸の方向に送り出される構成となっている
請求項１〜６のいずれか１項に記載の情報呈示装置。
【請求項８】
以下のステップを備える情報呈示方法：
（ａ）移動する物体に向くように視線方向を制御するステップ；
（ｂ）前記視線方向に沿う方向に光線を出射することにより、前記物体の表面に前記光線を照射するステップ；
（ｃ）前記物体の表面に照射された前記光線の残像によって、前記物体の面積よりも大きい範囲で描画された情報を観察者に呈示するステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間中に図形的な情報を呈示するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１及び２には、スクリーンや天井にレーザ光を照射することにより、図形的な情報を観察者に呈示する技術が記載されている。これらの技術では、２軸のガルバノミラーを用いてレーザ光を走査することにより、任意の図形（例えば記号や文字）を描画できるようになっている。
【０００３】
ところで、これらの技術では、照射対象物体（例えばスクリーン）の大きさよりも大きな図形を描画することは難しいという問題がある。
【０００４】
一方、いわゆるバーサライタと呼ばれる技術が知られている（下記特許文献３参照）。これは、光源を高速で特定の方向に移動させることにより、残像効果を用いて観察者に図形を呈示するものである。
【０００５】
しかしながら、バーサライタでは、光源自体が既定の軌跡上を通過するようになっている。このため、光源への給電を考えると、光源が通れる軌跡にはかなりの制約があり、その結果、バーサライタで行える表現にも制約がある。また、バーサライタでは、光源を持たない任意物体上に描画を行うことは原理的に難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−５１０１１号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８２２６号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３７６８１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】K. Okumura, H. Oku and M. Ishikawa: "High-Speed Gaze Controller for Millisecond-order Pan/tilt Camera", Proc. of IEEE Int'l Conf. on Robotics and Automation, pp. 6186. 6191 (2011).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記の状況に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、既知でない軌跡上を移動する物体上に光を照射することで、物体よりも大きな画像を表示することが可能な装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決する手段は、以下の項目のように記載できる。
【００１０】
（項目１）
物体追尾部と、描画部とを備えており、
前記物体追尾部は、移動する物体に向くように視線方向を制御する構成とされており、
前記描画部は、前記視線方向に沿う方向に光線を出射することにより、前記物体の表面に前記光線を照射する構成となっており、
前記物体の表面に照射された前記光線の残像によって、前記物体の面積よりも大きい範囲で描画された情報を呈示するようにされている
ことを特徴とする情報呈示装置。
【００１１】
（項目２）
前記物体追尾部は、画像センサと、処理部と、視線方向制御部とを備えており、
前記画像センサは、前記物体の画像を取得する構成とされており、
前記処理部は、前記物体の画像に基づいて、前記物体の位置を取得する構成とされており、
前記視線方向制御部は、前記物体の位置に向くように、前記画像センサから前記物体への視線方向を制御する構成とされている
項目１に記載の情報呈示装置。
【００１２】
（項目３）
前記描画部は、光源と走査部とを備えており、
前記光源は、前記光線を発する構成とされており、
前記走査部は、前記光線の方向を変更することにより、前記物体に対する前記光線の照射位置を制御する構成となっている
項目１又は２に記載の情報呈示装置。
【００１３】
（項目４）
前記走査部は、前記物体の移動速度に対応して、観察者による注視点を中心とした視野角で０°〜３°までの範囲で、必要な情報の呈示が完了するように、前記走査を行う構成となっている
項目３に記載の情報呈示装置。
【００１４】
（項目５）
前記光源は、レーザ光源である
項目３又は４に記載の情報呈示装置。
【００１５】
（項目６）
前記光源は、ＲＧＢのうちの少なくとも二色を独立して発光できる構成となっている
項目３〜５のいずれか１項に記載の情報呈示装置。
【００１６】
（項目７）
さらにハーフミラーを備えており、
前記ハーフミラーは、前記物体追尾部から前記物体までの視線の途中に挿入されており、
前記光線は、前記ハーフミラーによって、前記視線と同軸の方向に送り出される構成となっている
項目１〜６のいずれか１項に記載の情報呈示装置。
【００１７】
（項目８）
以下のステップを備える情報呈示方法：
（ａ）移動する物体に向くように視線方向を制御するステップ；
（ｂ）前記視線方向に沿う方向に光線を出射することにより、前記物体の表面に前記光線を照射するステップ；
（ｃ）前記物体の表面に照射された前記光線の残像によって、前記物体の面積よりも大きい範囲で描画された情報を観察者に呈示するステップ。
【００１８】
このコンピュータプログラムは、適宜な記録媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤディスクのような光学的な記録媒体、ハードディスクやフレキシブルディスクのような磁気的記録媒体、あるいはＭＯディスクのような光磁気記録媒体）に格納することができる。このコンピュータプログラムは、インターネットなどの通信回線を介して伝送されることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、物体追尾部によって移動物体を追尾しつつ、この物体上に光を照射することで、残像効果によって、物体よりも大きな画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態における情報呈示装置の概略的な構成を示す説明図である。
【図２】図１の装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図１の装置による表示例を示すための説明図である。
【図４】図１の装置による表示例を示すための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る情報呈示装置について説明する。
【００２２】
（本実施形態の構成）
本実施形態の情報呈示装置は、物体追尾部１と、描画部２と、ハーフミラー３を備えている（図１参照）。
【００２３】
物体追尾部１は、移動する物体１０（図１参照）に向くように視線方向を制御する構成とされている。より具体的には、本実施形態の物体追尾部１は、画像センサ１１と、処理部１２と、視線方向制御部１３とを備えている。さらに、この物体追尾部１は、画像センサ用の瞳転送光学系１４を備えている。なお、図１においては、視線１１１を一点鎖線で記載している。
【００２４】
画像センサ１１は、視線方向制御部１３とハーフミラー３と瞳転送光学系１４とを介して物体１０から入射された光線束を用いて、物体１０の画像を取得する構成とされている。
【００２５】
処理部１２は、画像センサ１１で得た物体の画像を用いて、物体の位置を取得する構成とされている。処理部１２は、例えばパーソナルコンピュータとコンピュータプログラムとの組み合わせにより実装することができる。ただし、処理部１２としては、例えばクラウドコンピューティングによってネットワークを介してその機能を発揮するものであってもよい。処理部１２は、出力部１２１を備えている。本実施形態の出力部１２１は、処理部１２で得た物体１０の位置に視線方向が向くように、視線方向制御部１３への制御信号を出力するようになっている。
【００２６】
視線方向制御部１３は、物体１０の位置に向くように、画像センサ１１から物体１０への視線方向を制御する構成とされている。より具体的には、本実施形態の視線方向制御部１３は、２枚のガルバノミラー１３１・１３２を用いて視線方向を制御する構成となっている。各ガルバノミラー１３１・１３２は、たがいに垂直となる方向に延長された回転軸（図示せず）を中心として、追尾用の駆動部１３３によって正逆方向に回動可能とされている。なお、ここで垂直とは、実際に交差する必要はなく、軸に沿う方向ベクトルどうしの内積が０であればよい。また、ここで垂直とは、数学的に厳密な意味ではなく、所望の機能を発揮できるものであれば、多少の誤差は許容される。駆動部１３３には、出力部１２１からの制御信号が入力されるようになっている。
【００２７】
瞳転送光学系１４は、画像センサ１１の瞳位置をガルバノミラー１３１・１３２の近傍、例えば両者の間に転送する構成とされている。
【００２８】
前記した物体追尾部１における前記以外の構成は、本発明者らによる前記非特許文献１に記載の技術と基本的に同様に構成可能なので、物体追尾部１についてのこれ以上詳しい説明は省略する。
【００２９】
描画部２は、画像センサ１１から物体１０への視線方向に沿う方向に光線を出射することにより、物体１０の表面に光線を照射する構成となっている。より具体的には、本実施形態の描画部２は、光源２１と、走査部２２と、瞳転送光学系２３とを備えている。
【００３０】
光源２１は、光線２１１（図１において実線で示す）を発する構成とされている。本実施形態の光源２１としては、レーザ光源が用いられている。光源２１の発光タイミングは、本実施形態では、処理部１２により制御されるようになっている。
【００３１】
走査部２２は、光線２１１の方向を変更することにより、物体１０に対する光線２１１の照射位置を制御する構成となっている。これにより、本実施形態では、物体１０の表面に照射された光線の残像によって、物体１０の面積よりも大きい範囲で描画された情報を呈示するようにされている。
【００３２】
より具体的には、本実施形態の走査部２２は、２枚の走査用のガルバノミラー２２１・２２２と、描画用の駆動部２２３とを備えている。これらのガルバノミラー２２１・２２２は、前記した視線方向制御用のガルバノミラー１３１・１３２と同様に、たがいに垂直となる方向に延長された２軸を中心として、描画用の駆動部２２３により独立して回動可能とされている。駆動部２２３は、処理部１２で生成された制御信号を、出力部１２１を介して受け取るように構成されている。本実施形態の走査部２２は、処理部１２からの制御指令に基づいて、物体１０の移動速度に対応して、観察者による注視点を中心とした視野角で０°〜３°までの範囲で、必要な情報の呈示が完了するように、走査を行う構成となっている。
【００３３】
走査部２２の基本的構成は、前記した非特許文献１に記載の視線方向制御装置と基本的に同様とすることができるので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００３４】
瞳転送光学系２３は、光源２１の瞳位置を、視線方向制御部１３の近傍、より詳しくは、「瞳転送光学系１４で転送された画像センサ１１の瞳位置の近傍」に転送するものである。ただし、光源２１としてレーザ光源を用いる場合には、細い光線束が維持されるので、瞳転送光学系２３の設置を省略しても、一般的には問題ないと考えられる。
【００３５】
ハーフミラー３は、物体追尾部１から物体１０までの視線１１１の途中に挿入されている。光線２１１は、ハーフミラー３によって、視線１１１と同軸の方向に送り出されて、物体１０に照射される構成となっている（図１参照）。
【００３６】
（本実施形態の動作）
次に、前記した本実施形態の情報呈示装置を用いた情報呈示方法を、図２に示すフローチャートをさらに参照しながら説明する。
【００３７】
（図２のステップＳＡ−１）
まず、物体追尾部１の画像センサ１１により、視線１１１の先にある物体１０の画像を取得する。ここで、物体の画像は、視線方向制御部１３、ハーフミラー３、瞳転送光学系１４を通って、画像センサ１１に入力される。
【００３８】
（図２のステップＳＡ−２）
ついで、ある時間ｔにおける画像と、ｔ＋Δｔ（あるいはｔ−Δｔ）における画像との差分に基づいて、処理部１２が、物体１０の位置を取得する。処理部１２では、ワールド座標系（固定座標系）における物体１０の位置と画素位置との対応を把握しておくことで、ワールド座標系における物体の二次元的位置を取得できる。なお、画像に基づいて物体をトラッキングする用途のためには、物体の二次元的位置が判明すれば通常は十分である。このような画像差分に基づく位置取得の手法については、本発明者らによる既存手法（例えば前記した非特許文献１）を用いることができるので、詳しい説明は省略する。前記したΔｔを小さくして、連続的に物体位置を算出すれば、高速で移動する物体をトラッキングすることが可能である。
【００３９】
（図２のステップＳＡ−３）
ついで、処理部１２は、視線方向制御部１３に向けて制御信号を発することにより、追尾用の駆動部１３３を用いて、ガルバノミラー１３１・１３２を駆動する。これにより、視線方向制御部１３を用いて、移動する物体１０に向くように、視線１１１の方向を制御することができる。したがって、取得された物体位置に対応して視線方向の制御を繰り返すことで、物体１０に視線を向け続けることができる。本実施形態では、視線方向制御部１３において２軸のガルバノミラー１３１・１３２を用いているので、高速での視線方向変化が可能となる。
【００４０】
（図２のステップＳＡ−４）
一方、描画部２では、光源２１から光線２１１を発する。出射された光線は、走査部２２及び瞳転送光学系２３を通過後、ハーフミラー３により、視線１１１と同軸の方向に送り出される。ここで、視線１１１の方向は、物体１０の方向に向けられているので、本実施形態によれば、物体１０の表面に対して光線２１１を確実に照射することができる。
【００４１】
通常、三次元空間内の未知軌道を移動する物体に光線を照射するためには、画像上の物体の２次元的位置だけでなく、奥行き方向の位置も知らなければならない。これに対して、本実施形態の描画部２では、物体追尾部１における視線と同軸方向に光線２１１を出射しているので、物体位置の奥行きについての情報を得なくとも、物体に対して確実に光線を照射できるという利点がある。
【００４２】
なお、光線の出射時期は、前記したステップＳＡ−１より前から継続して行うこともできる。要するに、必要な時期に物体１０に光線を照射できるように、光源２１を駆動すればよい。
【００４３】
（図２のステップＳＡ−５）
一方、描画部２の描画用駆動部２２３が、処理部１２からの制御信号に従って、走査部２２を駆動する。これにより、物体１０に照射される光線２１１の方向を変化させることができる。ここで、走査部２２による光線方向の変化は、光線が物体１０をはみ出さない範囲であることが好ましい。
【００４４】
（図２のステップＳＡ−６）
本実施形態においては、走査部２２による光線方向の変化によって、物体表面に図形的表示（文字、記号である場合を含む）を行うことができる。図３に示す表示例では、物体１０が図中右方向に移動している。その表面に光線２１１を照射することにより、この実施形態では、光線の走査によって「ＶＲ」という表示（図３における二点鎖線で囲った部分）を行うことができる。この表示は、レーザ光による一筆書きである（つまりある瞬間では一点のみ表示される）が、観察者は、残像効果により、この表示を視認することができる。つまり、本実施形態では、物体１０の表面に照射された光線２１１の残像によって、物体１０の面積（投影面積）よりも大きい範囲で描画された情報を観察者に呈示することができる。
【００４５】
なお、図３では、過去時間における物体１０の位置を破線で示している。また、図３における二点鎖線内の白丸は、光線２１１が照射されていない位置（つまり照射可能な位置）を仮想的に示すものに過ぎない。
【００４６】
図４には、蹴り上げられて未知軌跡を移動するサッカーボールの表面に、前記した本例の方法によって光線を照射することによって、任意の空間中に「35m to GOAL」という表示を行う例を示している。このように、本実施形態によれば、既存のディスプレイとは異なる非常に斬新な表示を、任意空間中に呈示することが可能になるという利点がある。
【００４７】
ここで、本実施形態では、走査部２２が、物体１０の移動速度に対応して、観察者による注視点を中心とした視野角で０°〜３°あるいはより好ましくは０°〜２．５°までの範囲で、必要な情報の呈示が完了するように、走査を行うことが好ましい。物体１０の移動速度は、前記した画像センサ１１で得た複数画像間の関係に基づいて、処理部１２において取得することができる。よって、観察者と物体とのおおよその位置関係が既知であれば（例えば遠方から物体を見るような場合では）、処理部１２では、前記視野角の範囲内で描画が完了するように、光源２１と走査部２２とを制御することができる。これにより、本実施形態では、観察者が表示を視認する確率を向上させることができる。
【００４８】
なお、本発明の内容は、前記各実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、具体的な構成に対して種々の変更を加えうるものである。
【００４９】
例えば、前記した各構成要素は、機能ブロックとして存在していればよく、独立したハードウエアとして存在しなくても良い。また、実装方法としては、ハードウエアを用いてもコンピュータソフトウエアを用いても良い。さらに、本発明における一つの機能要素が複数の機能要素の集合によって実現されても良く、本発明における複数の機能要素が一つの機能要素により実現されても良い。
【００５０】
また、機能要素は、物理的に離間した位置に配置されていてもよい。この場合、機能要素どうしがネットワークにより接続されていても良い。グリッドコンピューティング又はクラウドコンピューティングにより機能を実現し、あるいは機能要素を構成することも可能である。
【００５１】
また、光源２１として、ＲＧＢのうちの少なくとも二色を独立して発光できるものを用いれば、物体１０の表面にカラー表示を行うことが可能となる。ＲＧＢ三色を発光できる光源を用いればフルカラー表示も可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１  物体追尾部
１１  画像センサ
１１１  視線
１２  処理部
１２１  出力部
１３  視線方向制御部
１３１・１３２  ガルバノミラー（視線方向制御用）
１３３  追尾用駆動部
１４  瞳転送光学系
２  描画部
２１  光源
２１１  光線
２２  走査部
２２１・２２２  ガルバノミラー（光線走査用）
２２３  描画用駆動部
２３  瞳転送光学系
３  ハーフミラー
１０  物体
【図２】
2015014730.tif 000003
【図１】
2015014730.tif 000004
【図３】
2015014730.tif 000005
【図４】
2015014730.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月26日(2014.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この方法を実行するためのコンピュータプログラムは、適宜な記録媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤディスクのような光学的な記録媒体、ハードディスクやフレキシブルディスクのような磁気的記録媒体、あるいはＭＯディスクのような光磁気記録媒体）に格納することができる。このコンピュータプログラムは、インターネットなどの通信回線を介して伝送されることができる。