JP2017538302A - 走査型レーザ平面度検出 - Google Patents

走査型レーザ平面度検出 Download PDF

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Abstract

走査型レーザプロジェクタ（１００）は、近接センサと、平面度検出器とを含む。近接センサが、近接しきい値より近くにオブジェクトを検出すると、レーザ出力が下げられる。走査型レーザプロジェクタ（１００）は、プロジェクタの視界内の複数の投影点における距離を測定することができる。投影点が略平面内に存在すれば、レーザ出力が再び上げられてもよい。

Description

走査型レーザ・プロジェクション・システムでは、プロジェクタの視野内にオブジェクトが検出される際にレーザ出力が低減されることがある。近接センサは、このために使用される場合がある。出力は、オブジェクトまたは障害物もしくは妨害物の表面と、プロジェクタまたは光源との間の縮小する距離の関数として低減され得る。これは、レーザシステムの所定の分類またはクラス定格の範囲内に留まるために行われる可能性もある。
ユーザは、しきい値距離より近くの表面上へ投影することを希望する場合がある。例えば、ユーザは、周囲の照明状態を補正するために、故意にプロジェクタを投影面の極く近くまで移動させることがある。しかしながら、プロジェクタと投影面との距離がしきい値距離を超えて縮小されるにつれて、レーザ出力は低減され、よって、画像をより明るくしようとするユーザの試みが阻まれる。
図１は、本発明の様々な実施形態による走査型レーザプロジェクタを示す。 図２は、本発明の様々な実施形態による、ラスタパターン内の変調レーザビームを走査するプロジェクタを示す。 図３は、本発明の様々な実施形態による、投影面上の投影点を示す。 図４は、本発明の様々な実施形態による、投影面の前のオブジェクト上の投影点を示す。 図５は、本発明の様々な実施形態による、走査型レーザプロジェクタの動作中に発生するレーザ出力の変化を示す。 図６は、本発明の様々な実施形態による、走査型レーザプロジェクタの動作中に発生するレーザ出力の変化を示す。 図７は、本発明の様々な実施形態によるレーザ安全モジュールを示す。 図８は、本発明の様々な実施形態による方法のフローチャートを示す。 図９は、本発明の様々な実施形態による方法のフローチャートを示す。 図１０は、本発明の様々な実施形態による平面度検出器を示す。 図１１は、本発明の様々な実施形態による平面度検出器を示す。 図１２は、本発明の様々な実施形態による、走査型レーザプロジェクタによって行われる距離測定を示す。 図１３は、本発明の様々な実施形態による、走査型レーザプロジェクタによって行われる距離測定を示す。 図１４は、本発明の様々な実施形態による、走査型レーザプロジェクタによって行われる距離測定を示す。 図１５は、本発明の様々な実施形態による平面度検出器を示す。 図１６は、本発明の様々な実施形態による、プロジェクタの視界内の輪郭取りされたオブジェクトを伴う走査型レーザプロジェクタを示す平面図である。 図１７は、本発明の様々な実施形態による、複合的な投影面上に投影する走査型レーザプロジェクタを示す平面図である。 図１８は、本発明の様々な実施形態による、複合的な投影面上に投影する走査型レーザプロジェクタを示す平面図である。 図１９は、本発明の様々な実施形態によるレーザ安全モジュールを示す。 図２０は、本発明の様々な実施形態による、基準面記憶および障害物検出器を示す。 図２１は、本発明の様々な実施形態によるプロセッサ回路を示す。 図２２は、本発明の様々な実施形態による方法のフローチャートを示す。 図２３は、本発明の様々な実施形態による、熱センサを有する走査型レーザプロジェクタを示す。 図２４は、本発明の様々な実施形態による、熱センサに応答するレーザ安全モジュールを示す。 図２５は、本発明の様々な実施形態による方法のフローチャートを示す。 図２６は、本発明の様々な実施形態によるモバイルデバイスのブロック図を示す。 図２７は、本発明の様々な実施形態によるモバイルデバイスを示す。 図２８は、本発明の様々な実施形態によるゲーム機を示す。 図２９は、本発明の様々な実施形態によるゲーム機を示す。
以下の詳細な説明では、発明が実施され得る特定の実施形態を例示として示す添付の図面を参照する。これらの実施形態の説明は、当業者が本発明を実施することを可能にするに足る詳細なものである。本発明の様々な実施形態は、異なるものではあるが、必ずしも互いに排他的なものではない点は理解されるべきである。例えば、本明細書において１つの実施形態に関連して記述される特定の特徴、構造または特性は、本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態において実装され得る。さらに、開示される各実施形態における個々のエレメントの位置または配置が、本発明の範囲を逸脱することなく変更され得ることも理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味に捉えられるべきものではなく、本発明の範囲は、適正に解釈される添付の特許請求の範囲、ならびに特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲によってのみ規定される。図面において、類似の数字は、幾つかの図を通じて同じ、または類似の機能を指す。
図１は、本発明の様々な実施形態による走査型レーザプロジェクタを示す。走査型レーザプロジェクタ１００は、画像処理コンポーネント１０２と、赤色レーザモジュール１１０と、緑色レーザモジュール１２０と、青色レーザモジュール１３０と、赤外線レーザモジュール１６４とを含む。これらのレーザモジュールからの光は、ダイクロイック１０３、１０５、１０７および１４２によって結合される。また、走査型レーザプロジェクタ１００は、フォールドミラー１５０、および走査ミラー１１６を有する走査プラットフォーム１１４も含む。
作動中、画像処理コンポーネント１０２は、二次元補間アルゴリズムを用いて１０１におけるビデオコンテンツを処理し、出力ピクセルが表示されるべき走査位置毎に適切な空間画像コンテンツを決定する。このコンテンツは、次に、レーザからの出力強度が入力画像コンテンツと整合するように、赤色、緑色および青色レーザ源毎のコマンド電流にマップされる。幾つかの実施形態において、このプロセスは、１５０ＭＨＺを超える出力ピクセルレートで生じる。
レーザビームは、次に、超高速ジンバル搭載二次元二軸レーザ走査ミラー１１６上へ方向づけられる。実施形態によっては、この二軸走査ミラーは、ＭＥＭＳプロセスを用いてシリコンから製造される。垂直回転軸は、準静的に動作されて垂直鋸歯状ラスタ軌跡を生成する。水平軸は、走査ミラーの共振振動モードで動作される。実施形態によっては、ＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳダイ、永久磁石の小型サブアッセンブリおよび電気インタフェースを含む小型アッセンブリを用いて達成される電磁作動を用いるが、様々な実施形態は、これに限定されない。例えば、幾つかの実施形態は、静電または圧電作動を使用する。任意タイプのミラー作動も、本発明の範囲を逸脱することなく使用されてもよい。
ミラー制御回路１９２は、走査ミラー１１６の角運動を制御するための１つまたは複数の駆動信号を提供し、出力ビーム１１７に投影面１２８上へラスタ走査１２６（図２に示す）を生成させる。作動中、レーザ光源は、出力ピクセル毎に光パルスを生成し、かつ走査ミラー１１６は、ビーム１１７がラスタパターンを横断するにつれて光パルスを反射する。
制御回路１９２は、ハードウェア、プログラマブルプロセッサまたは任意の組合せにおいて実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、制御回路１９２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に実装されてもよい。さらに、実施形態によっては、より速いデータパス制御の一部がＡＳＩＣにおいて実行され、全体的な制御がソフトウェア・プログラマブル・マイクロプロセッサによって提供される。
また、走査型レーザプロジェクタ１００は、レーザ安全モジュール１９０も含む。作動中、レーザ安全モジュール１９０は、レーザ出力を、１つまたは複数の変数を基礎として変更する。例えば、実施形態によっては、レーザ安全モジュール１９０は、近接センサを含み、プロジェクタと投影面１２８（または、投影面１２８より前の何か）との距離が近接しきい値を下回ると、レーザ出力を低減する。同じく実施形態によっては、レーザ安全モジュール１９０は、投影面１２８が略平坦であるかどうかを検出できる平面度検出器を含む。レーザ安全モジュール１９０は、投影面が略平坦であるか否かを基礎として、レーザモジュール１１０、１２０、１３０または１６４の何れかによって提供されるレーザ出力を変更してもよい。さらなる実施形態において、レーザ安全モジュール１９０は、プロジェクタの視界内に生命のあるオブジェクトが存在するかどうかを決定するための熱センサを含んでもよい。
レーザシステムの所定のクラス定格において所定の投影距離に対して規定されているものを凌ぐより高い出力レベル（プロジェクタの増大された明るさ）を駆動するために、本発明の様々な実施形態は、近接違反が存在する場合でもレーザ出力を引き上げることが安全かどうかを決定することができる。
図２は、本発明の様々な実施形態による、ラスタパターン内の変調レーザビームを走査するプロジェクタを示す。プロジェクタの視界を横断するラスタパターン内の出力ビーム１１７を走査している走査型レーザプロジェクタ１００が示され、結果的に、投影面１２８上にラスタ走査１２６が生じる。
本明細書で使用している「視界」という用語は、出力ビーム１１７が走査時に到達できるエリアを指す。例えば、出力ビーム１１７により照射され得る空間内の点は何れも、プロジェクタ１００の視界内にあるとされる。
幾つかの実施形態において、ラスタ走査１２６は、水平軸上の正弦波成分と、垂直軸上の鋸歯状成分とを結合することによって形成される。これらの実施形態において、出力ビーム１１７は、前後左右に正弦波パターンで掃引し、かつフライバック（下から上）の間はディスプレイが空白にされる状態で垂直（上から下）に鋸歯状パターンで掃引する。図２は、ビームが上から下へ垂直に掃引する際の正弦波パターンを示しているが、下から上へのフライバックを示していない。他の実施形態において、垂直掃引は、フライバックが存在しないように三角波によって制御される。さらなる実施形態では、垂直掃引は、正弦波状である。本発明の様々な実施形態は、垂直および水平掃引または結果的に生じるラスタパターンを制御するために使用される波形によって限定されない。
図３は、本発明の様々な実施形態による、投影面上の投影点を示す。本明細書で使用している「投影点」という用語は、ラスタ走査レーザビームにより照射される空間内の点を指す。例えば、図３は、平坦な投影面１２８上の投影点３００のアレイを示している。
本発明の様々な実施形態は、プロジェクタ１００と、プロジェクタ視界内の投影点との距離を測定する。例えば、レーザ光パルスのラウンドトリップ通過時間を測定し、これにより様々な投影点までの距離を測定するために、飛行時間（ＴＯＦ）測定システムを含む近接センサが包含されてもよい。
図３は、アレイパターンに配列された（Ｍ×Ｎ）投影点を示しているが、これは、本発明を限定するものではない。距離は、任意数の投影点において測定されてもよく、かつこれらの点は、図示されているようなアレイ状に配列されなくてもよい。例えば、実施形態によっては、投影点は、一次元または二次元的にまばらにポピュレートされる。
飛行時間の近接検出は、走査ビーム投影に使用されると三次元データセットを生成する。例えば、図３に示されている三次元データは、位置（Ｍ，Ｎ）における距離（Ｚ）を包含する。指数ＭおよびＮは、自由空間におけるミラー角度または直交座標に一致し得る。同様に、Ｚ項は、極座標における半径値を表しても、直交座標系における第３の値を表してもよい。当業者には、座標系を自由に変換する方法が理解されるであろう。
図３から分かるように、ＴＯＦ測定は、ラスタ走査におけるどの場所においてもトリガされることが可能であり、かつ任意数の測定点を含むデータアレイは、三次元データセットを表すフレームに渡って構築されることが可能である。ＴＯＦの解像度は、（図示されているように）疎であることも、極めて高い測定解像度を達成する遙かに高い密度であることも可能である。複数のフレームを横断する僅かにオフセットされた測定点によるオーバーサンプリングは、さらに高い解像度を産出することができる。
三次元データセット（Ｚ１，１．．．ＺＭ，Ｎ）は、投影面の大きさまたは形状および／または投影面より前の視界における任意のオブジェクトを推測するために使用することができる。例えば、図３が表す実施形態では、投影点は、平面内に存在する。
プロジェクションシステムの幾つかの用途事例において、ユーザは、プロジェクタを壁等の平坦な表面上へ向ける。しかしながら、壁が近すぎれば、ＴＯＦ測定システムにより検出される近接違反に起因して、システムは、出力を低減またはオフにすることがある。こうしたことをなくすために、捕捉された３Ｄデータアレイの追加処理を用いて、プロジェクタの前のオーディオを区別することができる。この場合は、３Ｄデータを平坦な表面として識別するために、特別な数学的処理が実行される。これにより、システムは、人の頭部または身体と平坦な表面とを区別することができるようになる。この情報が知られれば、投影面がＴＯＦ近接システムの範囲内に存在しかつ近接違反がまだ存在している間も、プロジェクタは、その正常な出力に戻ってフルパワーで投影することができる。
図４は、本発明の様々な実施形態による、投影面より前のオブジェクト上の投影点を示す。オブジェクト４１０および４２０は、投影面１２８より前に示されている。オブジェクト４１０および４２０は、プロジェクタと投影面との間に現出できる如何なるタイプのオブジェクトであってもよい。例えば、これらは、プロジェクタと壁との間にあるテーブル上のオブジェクトであっても、人の手および頭部、またはプロジェクタの前の視界を通って歩く人であってもよい。
出力ビームがオブジェクトを横断して走査するにつれて、投影点までの距離が測定される。ある例では、この距離が近接しきい値に満たなければ、レーザプロジェクタは、レーザシステムの所定のクラス定格を満たすように即座に出力を低減してもよい。後に詳述するように、プロジェクタは、次に、全ての投影点が略平面内に存在するかどうかを決定してもよい。図４の例では、投影点の全てが略平面内に存在しているわけではなく、よって、レーザ出力は、単に平面性の決定を基礎としては復元されない。
さらなる実施形態では、レーザシステム分類の焦点が人の皮膚、組織および視神経終末に対する効果であるという理由で、プロジェクタは、オブジェクト４１０または４２０の何れかが生命のあるオブジェクトであるかどうかを決定しようとして視界内の熱を測定してもよい。これらが生命のあるものであると決定されれば、レーザ出力は、引き続き低減されるが、生命のないものであると決定されれば、レーザ出力は、より高いレベルへ復元されてもよい。
図５は、本発明の様々な実施形態による、走査型レーザプロジェクタの動作中に発生するレーザ出力の変化を示す。図５におけるグラフは、垂直軸上の出力ルーメンを水平軸上の距離の関数として示している。図５に示されているレーザ出力の変化は、プロジェクタが投影面の近くへ移動され、次いで投影面から遠ざけられる際に発生し得る。また、図５に示されているレーザ出力の変化は、視界内に障害物が置かれ、次いで視界から略取り除かれる際にも発生し得る。
（１）における開始時には、全ての投影点における測定距離が近接しきい値より大きく、プロジェクタは、レーザシステムの所定のクラス定格において許容される最大出力ルーメンで動作している。（２）では、近接センサが、少なくとも１つの投影点が近接しきい値より近いことを決定していて、レーザ出力は、（３）において、プロジェクタの視界内のレーザシステムの特定のクラス定格を満たすように低減される。（４）において、近接センサは、全ての投影点が再び近接しきい値からさらに遠くに存在することを決定し、よってレーザ出力は、（５）において再び最大出力へと増大されることが可能である。
図５に示す動作は、経時的なヒステリシスの一例である。レーザ出力は、近接しきい値が侵害されると下げられ、次いで一定の時間期間の後に、近接違反が排除されればレーザ出力が復元されることが可能である。
図６は、本発明の様々な実施形態による、走査型レーザプロジェクタの動作中に発生するレーザ出力の変化を示す。図６の動作は、図５のそれに類似するが、時間領域ヒステリシスに加えて表面または投影面のジオメトリ決定を実行し得る点が相違する。例えば、投影点が略平面内に存在すると決定されれば、近接違反が依然として存在する場合でも、レーザ出力は、より高いレベルへ復元されてもよい。
（１）における開始時には、全ての投影点における測定距離が近接しきい値より大きく、プロジェクタは、レーザシステムの所定のクラス定格において許容される最大出力ルーメンで動作している。（２）では、近接センサが、少なくとも１つの投影点が近接しきい値より近いことを決定していて、レーザ出力が（３）において低減される。（４）において、プロジェクタは、投影点が略平面内に存在することを決定する。平面性が決定された結果、レーザ出力は、（５）において再び最大出力まで増大されることが可能である。
動作は、プロジェクタが、投影点がもはや略平面内に存在しないと決定すれば、再び出力を下げることによって（５）から進んでもよく、または、プロセスは、プロジェクタが、全ての投影点における測定距離が再び近接しきい値より増大していると決定すれば、（１）において再開してもよい。
図６は、ユーザが、投影される画像のサイズを制御するため、または、高い周辺光の存在下で画像の知覚される明るさを高めるための何れかで投影平面へ近づこうとする場合に発生する動作を明示している。この場合は、一旦近接違反が検出されると、レーザ出力が下げられた。しかしながら、ユーザの意図を満たすために、平面性の決定後、レーザ出力は、依然として近接違反が存在する場合でもオンに戻された。
図７は、本発明の様々な実施形態によるレーザ安全モジュールを示す。レーザ安全モジュール７００は、レーザ安全モジュール１９０（図１）の一実装例である。レーザ安全モジュール７００は、近接センサ７０４と、平面度検出器７１０と、レーザ出力コントローラ７２０と、ＩＲコントローラ７０２とを含む。
近接センサ７０４は、投影点からの反射を受信して、投影点と走査型レーザプロジェクタとの距離を測定する。実施形態によっては、近接センサ７０４は、１１９において受信される光パルスの飛行時間（ＴＯＦ）を測定することによって距離を測定する。例えば、近接センサは、米国特許出願公開第２０１３／０１０７０００号明細書に記述されているようなＴＯＦ距離測定システムを含んでもよい。
実施形態によっては、近接センサ７０４は、光検出器（不図示）と、距離を測定するための飛行時間（ＴＯＦ）距離測定回路とを含む。光検出器は、任意の光波長を検出してもよい。例えば、光検出器が赤外光を検出する場合、距離測定は、ＩＲ光源１６４（図１）により生成される赤外光を用いて実行されてもよい。また、例えば、光検出器が可視光を検出する場合、距離測定は、可視光源１１０、１２０、１３０（図１）のうちの何れかを用いて実行されてもよい。距離測定に使用される光の波長は、本発明の限定事項ではない。可視であれ、不可視であれ、何れの波長も、本発明の範囲を逸脱することなく使用され得る。
先に述べたように、作動中、近接センサ７０４は、投影点からの反射を受信して距離を測定する。距離（Ｒ）は、ノード７０５上で平面度検出器７１０へ提供される。近接センサ７０４は、７０３上で近接しきい値も受信する。実施形態によっては、近接しきい値は、レーザシステムの特定のクラス定格を満たすための動作距離に一致する。例えば、近接センサと全ての投影点との距離が近接しきい値より大きい場合は、このクラス定格において許容されるレーザ出力での動作が許可される。また、例えば、近接センサと投影点のうちの何れかとの距離が近接しきい値に満たない場合、縮小された範囲ではレーザシステムのクラス定格が侵害されることになるという理由で、より高いレーザ出力での動作は、容認されないことがある。
近接しきい値は、走査型レーザプロジェクタ内部のメモリに記憶されるデジタル値であってもよく、かつ変更可能である場合も、変更できない場合もある。例えば、実施形態によっては、近接しきい値は、製造時に走査型レーザプロジェクタ内へプログラムされてもよく、よって、製造者によってのみ変更され得る。また、例えば、他の実施形態では、近接しきい値は、システム設計者によって近接センサ内にハードコーディングされる静的値であってもよい。これらの実施形態では、製造者であっても、近接しきい値を変更することができない。さらなる実施形態では、近接しきい値は、走査型レーザプロジェクタの現在の明るさの関数であって、ユーザによる明るさの変更に伴って変わる。
平面度検出器７１０は、近接センサ７０４から距離値を受信し、かつノード７０１上でミラー角度情報も受信する。平面度検出器７１０は、図３を参照して先に述べたように、この情報を用いて、投影点の位置を三次元空間内に表現するデータアレイを生成する。平面度検出器７１０は、データを解釈して、投影点が略平面内に存在するかどうかを決定する。
本明細書で使用している「略平面内に存在する」という言い回しは、指定された公差値内で平面である三次元空間内の投影点を指す。公差値は、如何なる方法で指定されてもよい。例えば、実施形態によっては、公差値は、測定誤差に起因して非平面性が決定されないように、測定精度によって決定されてもよい。他の実施形態では、公差値は、障害物であると思われるものの予期される最小サイズによって指定されてもよい。例えば、予期される障害物が人の頭部であれば、数センチメートルの公差値が使用されてもよい。これらの実施形態では、完全に平面であるものの数センチメートル以内に存在する投影点が、「略平面内に存在する」とされる。
本発明の様々な実施形態は、異なる機構を用いて平面性を検出する。例えば、幾つかの実施形態において、投影点は、３Ｄ空間における平面方程式へ当てはめられる。他の実施形態では、公差値の外側に存在する投影点があるかどうかを決定するために、アレイ内の隣接する点間の勾配ベクトルが決定される。
ＩＲコントローラ７０２は、ノード７０１上のミラー角度情報に応答して、ＩＲレーザモジュール１６４を駆動する。この方法では、先に述べたように、視界内の投影点を照射するために赤外光を用いることができ、かつ平面性を測定するために１１９における反射を用いることができる。ＩＲコントローラ７０２は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、ＩＲコントローラ７０２の幾つかの実施形態は、増幅器および電流駆動装置等のアナログ電子機器を含む。また、幾つかの実施形態は、アナログ−デジタル変換器、デジタル−アナログ変換器およびマイクロプロセッサ等のデジタル電子機器も含む。ＩＲコントローラ７０２の実装方法は、本発明の限定事項ではない。
レーザ出力コントローラ７２０は、受信される情報を基礎として、走査型レーザプロジェクタのレーザ出力を変更する。例えば、レーザ出力コントローラ７２０は、近接違反が検出されかつ７１１においてレーザ出力コントローラ７２０へ通信されると、レーザ出力を下げるように指令する。また、例えば、レーザ出力コントローラ７２０は、平面度検出器７１０が、投影点が略平面内に存在すると決定するかどうかを基礎として、レーザ出力の変更を指令してもよい。
レーザ出力コントローラ７２０は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、レーザ出力コントローラ７２０は、メモリデバイスに記憶される命令を実行するマイクロプロセッサを用いて実装される。同じく実施形態によっては、レーザ出力コントローラ７２０は、デジタルおよびアナログ回路の双方を含む特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の一部として包含される。１９１におけるレーザ出力制御信号は、レーザ出力を上げる、または下げるように、またはレーザ出力を遮断するように動作してもよい。例えば、１９１におけるレーザ出力制御信号は、レーザモジュールへ電力を調達する電源を無効にしてもよく、または、そうでなければレーザダイオードを駆動する駆動電流の一部または全てを迂回させるシャントデバイスを動作してもよい。
図６を参照して先に述べたように、また以後の図を参照して後に詳述するように、レーザ出力コントローラ７２０は、近接違反が検出されるとレーザ出力を下げてもよい。次に、投影点が略平面内に存在すると決定されれば、レーザ出力は、再び上げられてもよい。しかしながら、投影点が略平面内に存在すると決定されなければ、レーザ出力は、近接違反が物理的に除去されるまで、より低いレベルに留まる。
図８は、本発明の様々な実施形態による方法を示すフロー図である。実施形態によっては、方法８００またはその一部分は、先行図にその実施形態が示されている平面度検出を備える走査型レーザプロジェクタによって実行される。他の実施形態では、方法８００は、一連の回路または電子システムによって実行される。方法８００は、本方法を実行する特定タイプの装置によって限定されない。方法８００における様々なアクションは、提示されている順序で実行されても、異なる順序で実行されてもよい。さらに、実施形態によっては、図８に列挙されている幾つかのアクションが方法８００から省かれる。
方法８００は、ブロック８１０で開始するように示されている。８１０に示されているように、走査型レーザプロジェクタの視界内の少なくとも１つの投影点が近接しきい値に違反している、という決定が下される。幾つかの実施形態において、これは、近接センサ（図７の近接センサ７０４等）が、プロジェクタと投影点との距離を近接しきい値と比較して、投影点のうちの少なくとも１つがプロジェクタに近づきすぎていると決定することに相当する。これは、図５および図６の双方における（２）にも示されている。
８２０では、近接違反に応答して、走査型レーザプロジェクタ内のレーザ出力が低減される。幾つかの実施形態において、これは、７１１における近接違反指示の受信の結果として、レーザ出力コントローラ７２０が、赤色レーザモジュール１１０、緑色レーザモジュール１２０、青色レーザモジュール１３０および場合により赤外線レーザモジュール１６４（図１）である可能性もある近接測定に使用されるカラーチャネルのうちの何れか、または全てからのレーザ出力の低減を指令することに相当する。８３０では、走査型レーザプロジェクタと、視界内の複数の投影点との距離が測定される。実施形態によっては、これは、８１０における近接違反の検出と並行して実行され、かつ他の実施形態では、近接違反の検出後に実行される。実施形態によっては、８３０におけるこのアクションは、１１９において投影点からの反射を受信する際の近接センサ７０４の動作に相当する。
８４０では、複数の投影点が略平面内に存在するかどうかが決定される。実施形態によっては、これは、投影点を３Ｄ空間内の最良適合平面方程式へ当てはめることによって実行される。他の実施形態では、これは、平均距離を決定し、次いで各投影点までの距離をこの平均と比較することによって実行される。さらなる実施形態では、これは、隣接する投影点間の平均勾配ベクトルを決定し、次いで予期される空間内に存在しない投影点があるかどうかを決定することによって実行される。
複数の投影点が略平面内に存在すれば、８５０において、レーザ出力が増大される。実施形態によっては、これは、平面度検出器７１０から平面性の決定を受信した結果として、レーザ出力コントローラ７２０が、レーザ出力を復元するように指令することに相当する。この動作は、依然として近接違反が存在するとしてもレーザ出力が復元される図６の（５）にも示されている。
図９は、本発明の様々な実施形態による方法を示すフロー図である。実施形態によっては、方法９００またはその一部分は、先行図にその実施形態が示されている平面度検出を備える走査型レーザプロジェクタによって実行される。他の実施形態では、方法９００は、一連の回路または電子システムによって実行される。方法９００は、本方法を実行する特定タイプの装置によって限定されない。方法９００における様々なアクションは、提示されている順序で実行されても、異なる順序で実行されてもよい。さらに、実施形態によっては、図９に列挙されている幾つかのアクションが方法９００から省かれる。
方法９００は、ブロック９１０で開始するように示されている。９１０に示されているように、走査型レーザプロジェクタと、プロジェクタ視界内の複数の投影点との距離が測定される。これは、１１９において受信される反射のラウンドトリップ通過時間を測定する近接センサ７０４（図７）の動作に相当する。
９２０では、複数の投影点が略平面内に存在するかどうかが決定される。実施形態によっては、これは、投影点を３Ｄ空間内の最良適合平面方程式へ当てはめることによって実行される。他の実施形態では、これは、平均距離を決定し、次いで各投影点までの距離をこの平均と比較することによって実行される。さらなる実施形態では、これは、隣接する投影点間の平均勾配ベクトルを決定し、次いで予期される空間内に存在しない投影点があるかどうかを決定することによって実行される。
９３０では、複数の投影点が略平面内に存在しなければ、視界内の障害物を用いるシステムまたはプロダクトのインスタンス化の要件を満たすために、少なくとも１つのアクションが実行される。実施形態によっては、これは、レーザ出力を低減することに相当する。他の実施形態では、これは、レーザ出力を増大しないことに相当する。さらなる実施形態では、これは、人または動物等の生命のあるオブジェクトである可能性もある障害物が存在するかどうかを決定するために、視界内の熱を測定することに相当する。さらに他の実施形態では、これにより、高次のフラグまたはシステム内の関連コンピューティングエンティティが設定されて、次にこれにより決定行列を介してアクションがとられる場合もある。
図１０は、本発明の様々な実施形態による平面度検出器を示す。平面度検出器１０００は、先に述べたように、レーザ安全モジュール７００における平面度検出器７１０として使用されてもよい。平面度検出器１０００は、投影点アレイバッファ１０１０と、平均化回路１０２０と、比較器１０３０とを含む。作動中、各投影点は、平面度検出器１０００により、極座標ΘＸ，ΘＹ，Ｒで表される３Ｄ空間内の点として受信され、ここで、ΘＸ，ΘＹは、ミラー角度を表し、かつＲは、半径を表す。半径Ｒは、図１２にも示されているが、Ｒは、単に、走査型レーザプロジェクタ１００と投影面１２８上の投影点との間の測定された距離である。
図１０に戻ると、投影点アレイバッファ１０１０は、３Ｄ空間内の投影点を表すデータを記憶する。実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、各投影点フレーム毎に置換され、かつ他の実施形態では、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、ノイズを減らすために幾つかのフレームに渡って平均される。投影点アレイバッファ１０１０は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）等のメモリデバイスを用いて実装される。
平均化回路１０２０は、全ての投影点の距離値（Ｒ）を平均する。例えば、図１２を参照すると、測定された全てのＲ値が合計され、結果が投影点の数で除される。図１２は、プロジェクタおよび投影面の側面図を示し、よってＲデータを単に一次元的に示している。実際には、Ｒデータは、レーザビームのラスタ走査として二次元的に存在し、Ｒ値の二次元アレイ（図３参照）が収集される。
比較器１０３０は、公差値を、各Ｒ値と平均Ｒ値との差と比較する。全てのＲ値と平均との差が公差未満であれば、投影点が略平面内に存在すると決定され、７２１において略平坦な信号がアサートされる。
実施形態によっては、平面度検出器１０００は、先に述べたように、完全な極座標を投影点アレイバッファ１０１０に記憶し、また他の実施形態において、平面度検出器１０００は、投影点毎のＲ値のみを記憶する。図１０が表す実施形態は、Ｒ値がさほど変わらないことが予期される場合にうまく機能する。例えば、図１０に示されているＲ平均化技術は、プロジェクタが投影面に対して直角になり、かつ視界が十分に狭くてＲ値が狭い範囲（公差値未満）内で変わることが予期される場合にうまく機能し得る。
図１１は、本発明の様々な実施形態による平面度検出器を示す。平面度検出器１１００は、先に述べたように、レーザ安全モジュール７００における平面度検出器７１０として使用されてもよい。平面度検出器１１００は、極座標−直交座標変換回路１１０２と、投影点アレイバッファ１０１０と、平均化回路１１２０と、比較器１１３０とを含む。作動中、各投影点は、平面度検出器１１００により、極座標ΘＸ，ΘＹ，Ｒで表される３Ｄ空間内の点として受信され、ここで、ΘＸ，ΘＹは、ミラー角度を表し、かつＲは、半径を表す。極座標−直交座標変換回路１１０２は、極座標ΘＸ，ΘＹ，Ｒにおける投影点を受信し、かつこれらを直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する。極座標−直交座標変換回路１１０２は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、極座標−直交座標変換回路１１０２は、デジタルハードウェアに実装され、かつ他の実施形態において、極座標−直交座標変換回路は、メモリデバイスに記憶される命令を実行するプロセッサによって実装される。
図１３および図１４には、Ｚ座標が示されている。直交座標系におけるＺ座標と、極座標系におけるＲ値との相違点は、Ｚ座標がプロジェクタとは独立している座標空間内の１点の位置を表すのに対して、Ｒ値は、プロジェクタからの絶対距離を表すことにある。開示されている実施形態は何れも、座標変換回路を含む場合も、省略する場合もあり、また、空間内の投影点を表す如何なる座標系を用いてもよい。図１３は、プロジェクタに対して略直角である投影面を示し、かつ図１４は、プロジェクタに対して角度をつけられた投影面を示す。図１４の例では、Ｚ座標が大幅に変わるものの、図１３および図１４は、共に、略平坦な投影点データを収集することに留意されたい。
図１１を再度参照すると、投影点アレイバッファ１０１０は、３Ｄ空間内の投影点を表すデータを記憶する。実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、各投影点フレーム毎に置換され、かつ他の実施形態では、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、ノイズを減らすために幾つかのフレームに渡って平均される。投影点アレイバッファ１０１０は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）等のメモリデバイスを用いて実装される。
平均化回路１１２０は、全ての投影点のＺ座標値を平均する。例えば、図１３を参照すると、測定された全てのＺ座標値が合計され、結果が投影点の数で除される。図１３は、プロジェクタおよび投影面の側面図を示し、よってＺ座標データを単に一次元的に示している。実際には、Ｚ座標データは、レーザビームのラスタ走査として二次元的に存在し、Ｚ座標値の二次元アレイ（図３参照）が収集される。
比較器１１３０は、公差値を、各Ｚ座標値と平均Ｚ座標値との差と比較する。全てのＺ座標値と平均との差が公差未満であれば、投影点が略平面内に存在すると決定され、７２１において略平坦な信号がアサートされる。
実施形態によっては、平面度検出器１１００は、先に述べたように、完全な直交座標を投影点アレイバッファ１０１０に記憶し、また他の実施形態において、平面度検出器１１００は、投影点毎のＺ座標値のみを記憶する。図１１が表す実施形態は、Ｚ座標値がさほど変わらないことが予期される場合にうまく機能する。例えば、図１１に示されているＺ平均化技術は、Ｚ値が狭い範囲（公差値未満）内で変わることが予期されるようにプロジェクタが投影面に対して直角になれば、うまく機能し得る。
図１０および図１１を参照して先に述べた距離平均化技術およびＺ座標平均化技術は、図１２および図１３に示されているようにプロジェクタが投影面に対して略直角である場合にはうまく機能するが、図１４に示されているように投影面が投影面に対して直角でない場合は、不十分になる。非直角の投影面に適する平面度検出実施形態については、後述する。
図１５は、本発明の様々な実施形態による平面度検出器を示す。平面度検出器１５００は、先に述べたように、レーザ安全モジュール７００における平面度検出器７１０として使用されてもよい。平面度検出器１５００は、極座標−直交座標変換回路１１０２と、投影点アレイバッファ１０１０と、最良適合平面計算回路１５２０と、比較器１５３０とを含む。作動中、各投影点は、平面度検出器１５００により、極座標ΘＸ，ΘＹ，Ｒで表される３Ｄ空間内の点として受信され、ここで、ΘＸ，ΘＹは、ミラー角度を表し、かつＲは、半径を表す。極座標−直交座標変換回路１１０２は、極座標ΘＸ，ΘＹ，Ｒにおける投影点を受信し、かつこれらを直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する。極座標−直交座標変換回路１１０２は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、極座標−直交座標変換回路１１０２は、デジタルハードウェアに実装され、かつ他の実施形態において、極座標−直交座標変換回路は、メモリデバイスに記憶される命令を実行するプロセッサによって実装される。
投影点アレイバッファ１０１０は、３Ｄ空間内の投影点を表すデータを記憶する。実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、各投影点フレーム毎に置換され、かつ他の実施形態では、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、ノイズを減らすために幾つかのフレームに渡って平均される。投影点アレイバッファ１０１０は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）等のメモリデバイスを用いて実装される。
最良適合平面計算回路１５２０は、最良適合基準を用いて、平面方程式を投影点アレイバッファ１０１０内の投影点に当てはめる。例えば、実施形態によっては、最小二乗誤差（ＬＳＥ）アルゴリズムを用いて平面方程式が投影点へ当てはめられ、かつ他の実施形態では、直交距離回帰平面が投影点へ当てはめられる。但し、ＸおよびＹ座標は、定値であるとされ、かつ平面までのＺ距離は、最小化される。本発明の様々な実施形態は、平面方程式を投影点に当てはめるために使用されるタイプの最良適合方法によって限定されない。
実施形態によっては、最良適合平面計算回路１５２０は、投影点フレーム毎の最良適合平面方程式を決定する。他の実施形態では、最良適合平面方程式計算回路１５２０は、ノイズを減らすために、複数の投影点データフレームが平均された後にのみ最良適合平面方程式を決定する。
最良適合平面計算回路１５２０は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、最良適合平面計算回路１５２０は、１つまたは複数の状態マシンによって制御される専用デジタルハードウェアに実装される。これらの実施形態において、デジタルハードウェアおよび状態マシンは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に包含されてもよい。他の実施形態では、最良適合平面計算回路は、メモリに記憶される命令を実行するプロセッサによって実装されてもよい。
比較器１５３０は、公差値を、各Ｚ座標値と回路１５２０により決定される最良適合平面方程式との差と比較する。全てのＺ座標値と平均との差が公差未満であれば、投影点が略平面内に存在すると決定され、７２１において略平坦な信号がアサートされる。
図１５を参照して先に述べた最良適合平面方程式技術は、プロジェクタと投影面との相対角度に関わらず、投影面が平坦である全てのシナリオでうまく機能する。例えば、最良適合平面方程式技術は、図１２、図１３および図１４に示されている事例でうまく機能する。
図１６は、本発明の様々な実施形態による、プロジェクタの視界内の輪郭取りされたオブジェクトを伴う走査型レーザプロジェクタを示す平面図である。輪郭取りされたオブジェクト１６１０は、投影面１６２０より前のボールであっても、柱であってもよい。実施形態によっては、オブジェクト１６１０は、円筒または球を表す方程式等を用いて数学的に画定されてもよい。
本発明の幾つかの実施形態は、数学的に画定され得る非平坦な表面に、より一般的な形状合わせ概念を適用する。例えば、建物内の大型支柱等の円筒は、投影面として機能することがある。柱の曲率を定義することができれば、有効な投影面を含意する一様な曲率を見分けるために、同じ投影点データアレイが使用されてもよい。
図１７および図１８は、本発明の様々な実施形態による、複合的な投影面上に投影する走査型レーザプロジェクタを示す平面図である。図１７は、上に投影点が落ちる４つの表面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）を提示する３つのオブジェクトを示している。図１８は、上に投影点が落ちる３つの別個の表面（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）を有する壁を示している。
本発明の様々な実施形態は、図１７および図１８に示されているもの等の不規則な表面を、「基準形状」として用いるために捕捉する。例えば、生命のない不規則な（Ｘ，Ｙ，Ｚ）３Ｄ形状表面は、近接センサを用いて測定されてもよく、対応する投影点データがデバイスメモリに保存されてもよい。次に、これに続く投影点測定サンプルが、保存された基準形状点と比較され、新たに測定された投影点の何れかが基準から偏向しているかどうかが決定される。これらの実施形態では、方程式は計算されないが、確立された「基準形状」からの公差は、依然として指定される。投影点が「基準形状」から偏向する程度が公差より多ければ、投影野への侵入が指示される。
図１９は、本発明の様々な実施形態によるレーザ安全モジュールを示す。レーザ安全モジュール１９００は、レーザ安全モジュール１９０（図１）の一実装例である。レーザ安全モジュール１９００は、基準面記憶および障害物検出回路１９１０を除いて、レーザ安全モジュール７００（図７）に類似する。
作動中、基準面記憶および障害物検出回路１９１０は、基準面を記述する情報を記憶し、かつ障害物が存在するかどうかを、投影点の位置と記憶された基準面とを比較することによって決定する。実施形態によっては、記憶される基準面は、数学的に表現され、かつ他の実施形態では、記憶される基準面は、記憶された投影点セットである。
基準面記憶および障害物検出回路が、障害物が存在すること、または、障害物が排除されていることを検出すれば、この情報がレーザ出力コントローラ７２０へ提供される。すると、レーザ出力コントローラ７２０は、先に述べたように、レーザ出力を調整してもよい。
図２０は、本発明の様々な実施形態による、基準面記憶および障害物検出器を示す。回路１９１０は、極座標−直交座標変換回路１１０２と、投影点アレイバッファ１０１０と、基準面捕捉回路２０２０と、比較器２０３０とを含む。作動中、各投影点は、回路１９１０により、極座標ΘＸ，ΘＹ，Ｒで表される３Ｄ空間内の点として受信され、ここで、ΘＸ，ΘＹは、ミラー角度を表し、かつＲは、半径を表す。極座標−直交座標変換回路１１０２は、極座標ΘＸ，ΘＹ，Ｒにおける投影点を受信し、かつこれらを直交座標Ｘ，Ｙ，Ｚに変換する。極座標−直交座標変換回路１１０２は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、極座標−直交座標変換回路１１０２は、デジタルハードウェアに実装され、かつ他の実施形態において、極座標−直交座標変換回路は、メモリデバイスに記憶される命令を実行するプロセッサによって実装される。
投影点アレイバッファ１０１０は、３Ｄ空間内の投影点を表すデータを記憶する。実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、各投影点フレーム毎に置換され、かつ他の実施形態では、投影点アレイバッファ１０１０内のデータは、ノイズを減らすために幾つかのフレームに渡って平均される。投影点アレイバッファ１０１０は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、投影点アレイバッファ１０１０は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）等のメモリデバイスを用いて実装される。
基準面捕捉回路２０２０は、バッファ１０１０内の投影点データによって識別される投影面の表現を捕捉する。実施形態によっては、これは、システムの起動時に一回実行され、かつ他の実施形態では、動作期間を通して周期的に実行される。実施形態によっては、基準面は、数学的に表現され、かつ他の実施形態では、基準面は、基準投影点アレイによって表現される。
基準面捕捉回路２０２０は、任意の適切な方法で実装されてもよい。例えば、実施形態によっては、基準面捕捉回路２０２０は、１つまたは複数の状態マシンによって制御される専用デジタルハードウェアに実装される。これらの実施形態において、デジタルハードウェアおよび状態マシンは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に包含されてもよい。他の実施形態では、基準面捕捉回路２０２０は、メモリに記憶される命令を実行するプロセッサによって実装されてもよい。
比較器２０３０は、公差値を、各Ｚ座標値と回路２０２０により捕捉される基準面との差と比較する。全てのＺ座標値と基準面との差が公差未満であれば、投影点が略基準面上に存在すると決定され、１９２１において障害物除去信号がアサートされる。
図２１は、本発明の様々な実施形態によるプロセッサ回路を示す。実施形態によっては、プロセッサ回路２１００は、先に述べたように、レーザ安全モジュール７００における平面度検出器７１０として使用されてもよい。他の実施形態では、プロセッサ回路２１００は、先に述べたようなレーザ安全モジュール１９００における基準面記憶および障害物検出回路１９１０として使用されてもよい。プロセッサ回路２１００は、投影点アレイバッファ１０１０と、プロセッサ２１１０と、メモリ２１２０とを含む。メモリ２１２０は、命令を記憶する非一時的コンピュータ読取り可能媒体を表す。プロセッサ２１１０によって命令が実行されると、平面度決定または基準面オペレーションが実行される。これまでに述べた平面度検出または基準面技術は何れも、プロセッサ回路２１００によって実行されてもよい。例えば、プロセッサ回路２１００は、極座標または直交座標の何れかによる距離の平均化、最良適合平面方程式の決定、等を行ってもよい。また、例えば、プロセッサ回路２１００は、基準面を数学的に、または投影点を記憶することの何れかで捕捉してもよい。また、プロセッサ回路２１００は、投影点が略平面内に存在するか、略基準面上に存在するかを決定するために、投影点との比較も実行してもよい。
プロセッサ回路２１００の幾つかの実施形態は、平均距離または最良適合平面方程式を決定することなく、平面度の決定を実行する。例えば、幾つかの実施形態は、隣接する投影点の部分集合間の勾配ベクトルを決定し、次に、残りの投影点がこの勾配ベクトルを満足するかどうかを決定する。以下、このような一実施形態について説明する。
投影点アレイバッファ１０１０は、これまでに述べた任意の方法を用いて投影点で満たされる。最小深さの読取り値ＺＭＩＮ（最近点）を決定する。
ＺＭＩＮが発生する縁または角に依存して、最も近い前方または後方の隣接点を探す。勾配ベクトルを、デルタ差分ＺＤＥＬＴＡ＝ＺＮＥＸＴ−ＺＣＵＲＲＥＮＴとして計算する。ＺＤＥＬＴＡがゼロより大きいか、ほぼゼロに等しければ、画像平面に増大する勾配が存在する。新しい各位置から、ＺＭＩＮから最遠の端まで反復する。これは、スライディングウィンドウの深度検査アルゴリズムである。スライディングウィンドウは、最も近い近傍を有する現在点をチェックし、かつスライド方向は、ＺＭＩＮから外向き（後方の前方）である。
何らかの不連続性が存在すれば、即ち、ＺＤＥＬＴＡがゼロ未満であれば、これは、深度降下、または予期されるキーストーン画像平面の面外障害物の存在を指す。
図２２は、本発明の様々な実施形態による方法のフローチャートを示す。実施形態によっては、方法２２００またはその一部分は、先行図にその実施形態が示されている基準面記憶および障害物検出を備える走査型レーザプロジェクタによって実行される。他の実施形態では、方法２２００は、一連の回路または電子システムによって実行される。方法２２００は、本方法を実行する特定タイプの装置によって限定されない。方法２２００における様々なアクションは、提示されている順序で実行されても、異なる順序で実行されてもよい。さらに、実施形態によっては、図２２に列挙されている幾つかのアクションが方法２２００から省かれる。
方法２２００は、ブロック２２１０で開始するように示されている。２２１０で示されているように、基準面が捕捉される。実施形態によっては、これは、投影面の数学的表現を記憶することに相当する。他の実施形態では、これは、投影点セットを記憶することに相当する。
２２２０において、走査型レーザプロジェクタと、プロジェクタ視界内の複数の投影点との距離が測定される。これは、１１９において受信される反射のラウンドトリップ通過時間を測定する近接センサ７０４（図１９）の動作に相当する。
２２３０では、複数の投影点が略基準面上に存在するかどうかが決定される。実施形態によっては、これは、投影点が数学的に定義される表面上に存在するか否かを決定することによって実行される。他の実施形態では、これは、投影点を、基準面を表す記憶された投影点と比較することによって実行される。
２２４０では、複数の投影点が略基準面上に存在しなければ、視界内の障害物を用いるシステムまたはプロダクトのインスタンス化の要件を満たすために、少なくとも１つのアクションが実行される。実施形態によっては、これは、レーザ出力を低減することに相当する。他の実施形態では、これは、レーザ出力を増大しないことに相当する。さらなる実施形態では、これは、人または動物等の生命のあるオブジェクトである可能性もある障害物が存在するかどうかを決定するために、視界内の熱を測定することに相当する。さらに他の実施形態では、これにより、高次のフラグまたはシステム内の関連コンピューティングエンティティが設定されて、次にこれにより決定行列を介してアクションがとられる場合もある。
図２３は、本発明の様々な実施形態による、熱センサを有する走査型レーザプロジェクタを示す。走査型レーザプロジェクタ２３００は、走査型レーザプロジェクタ１００に類似するコンポーネントに加えて、熱センサ２３１０を含む。レーザおよび光学素子２３２０は、図１に示されているレーザ光モジュールおよび光学素子を含む。レーザ安全モジュール２３９０は、熱センサ２３１０に応答する追加コンポーネントを含んでもよい。レーザ安全モジュール２３９０については、図２４を参照して後にさらに詳述する。
熱センサ２３１０は、プロジェクタ２３００の視界内の熱を検出できる任意のセンサである。例えば、熱センサ２３１０は、温かい身体からの放射線を検出すべくプロジェクタの視界にほぼ一致する、または重なり合うように設計されかつ位置合わせされる多面光学素子（例えば、マイクロフレネルレンズまたはマイクロレンズアレイ）を有するサーモパイルであってもよい。
低周波温度読出しは、視界内に生命のあるオブジェクトが存在するかどうかを検証する働きをすることができる。例えば、実施形態によっては、近接しきい値より近い視界内に生命のないオブジェクト（例えば、本、花瓶または他の卓上オブジェクト）が存在するように、ユーザが意図的にプロジェクタを位置合わせすると、近接違反が生じる。レーザ出力は、近接違反の結果として下げられてもよく、平面度または基準面の検出が失敗することから再度上げられることはない。次には、視界内に熱の兆候が存在するかどうかを検出するために、熱センサ２３１０が利用されてもよい。熱の兆候が生命のあるオブジェクトのそれに一致しなければ、レーザ出力を再び上げることができる。一方で、熱の兆候が、生命のあるオブジェクトによって近接違反が生じつつあることを示唆していれば、レーザ出力は、障害物が存在しなくなるまで減らされたまま、またはオフのままでよい。
図２４は、本発明の様々な実施形態による、熱センサに応答するレーザ安全モジュールを示す。レーザ安全モジュール２３９０は、何れも図７を参照して先に述べた近接センサ７０４およびＩＲコントローラ７０２を含む。また、レーザ安全モジュール２３９０は、平面度または障害物検出器２４１０およびレーザ出力コントローラ２４２０も含む。
平面度または障害物検出器２４１０は、本明細書に記述している平面度検出実施形態の何れを含んでもよい。また、平面度または障害物検出器２４１０は、本明細書に記述している基準面記憶および障害物検出器の何れをも含んでもよい。
レーザ出力コントローラ２４２０は、７１１における近接違反、２４２１における平面度または障害物決定、および２３１１において熱センサから受信される熱兆候情報にも応答する。
作動中、レーザ安全モジュールは、近接違反が検出されるとレーザ出力を下げる。投影点が略平面内に存在する、または略基準面上に存在すると決定されれば、レーザ出力を再び上げることができる。投影点が略平面内に存在しない、または略基準面上に存在しなければ、熱センサが視界内の生命のあるオブジェクトの不在を指示する場合に、レーザ出力を再び上げることができる。そうでなければ、熱センサが視界内の生命のあるオブジェクトの不在を指示し、投影点が略平面内または略基準面上に存在することが決定されるまで、または、近接違反が除去されるまで、レーザ出力は、低減されたままである。
図２５は、本発明の様々な実施形態による方法を示すフロー図である。実施形態によっては、方法２５００またはその一部分は、先行図にその実施形態が示されている熱センサを備える走査型レーザプロジェクタによって実行される。他の実施形態では、方法２５００は、一連の回路または電子システムによって実行される。方法２５００は、本方法を実行する特定タイプの装置によって限定されない。方法２５００における様々なアクションは、提示されている順序で実行されても、異なる順序で実行されてもよい。さらに、実施形態によっては、図２５に列挙されている幾つかのアクションが方法２５００から省かれる。
方法２５００は、ブロック２５１０で開始するように示されている。２５１０に示されているように、走査型レーザプロジェクタと、プロジェクタ視界内の複数の投影点との距離が測定される。これは、１１９において受信される反射のラウンドトリップ通過時間を測定する近接センサ７０４（図２４）の動作に相当する。
２５２０では、複数の投影点が略平面内または略基準面上に存在するかどうかが決定される。実施形態によっては、これは、投影点を３Ｄ空間内の最良適合平面方程式へ当てはめることによって実行される。他の実施形態では、これは、平均距離を決定し、次いで各投影点までの距離をこの平均と比較することによって実行される。さらなる実施形態では、これは、隣接する投影点間の平均勾配ベクトルを決定し、次いで予期される空間内に存在しない投影点があるかどうかを決定することによって実行される。また、さらなる実施形態では、これは、投影点を、記憶された基準面と比較することによって実行される。
２５３０では、視界内に生命のある障害物が存在するかどうかを決定するために、視界内の熱が測定される。実施形態によっては、これは、複数の投影点が略平面内または略基準面上に存在しない場合にのみ実行され、かつ他の実施形態では、これは、平面度または基準面決定に関わりなく実行される。先に述べたように、レーザ出力制御は、２５３０において実行される熱検出の結果を基礎として影響される場合がある。生命のあるオブジェクトが視界内に存在することを示唆する熱兆候が検出されれば、レーザ出力は、低減されたままであってもよい。生命のあるオブジェクトが視界内に存在しないことを示唆する熱兆候が検出されれば、レーザ出力は、より高いレベルに復元されてもよい。
図２６は、本発明の様々な実施形態によるモバイルデバイスを示すブロック図である。図２６に示すように、モバイルデバイス２６００は、無線インタフェース２６１０と、プロセッサ２６２０と、メモリ２６３０と、走査型レーザプロジェクタ１００とを含む。走査型レーザプロジェクタ１００は、先に述べたように、レーザ安全回路および出力制御を含む。例えば、走査型レーザプロジェクタ１００は、近接センサおよび平面度検出器または基準面記憶および障害物検出を含んでもよい。また、例えば、走査型レーザプロジェクタ１００は、本明細書で記述しているように、視界内の障害物に生命があるかないかを決定するための熱センサを含んでもよい。
走査型レーザプロジェクタ１００は、任意の画像ソースから画像データを受信してもよい。例えば、幾つかの実施形態において、走査型レーザプロジェクタ１００は、静止画像を保持するメモリを含む。他の実施形態では、走査型レーザプロジェクタ１００は、ビデオ画像を包含するメモリを含む。さらなる実施形態では、走査型レーザプロジェクタ１００は、コネクタ、無線インタフェース２６１０、有線インタフェースまたはこれらに類似するもの等の外部ソースから受信される像を表示する。
無線インタフェース２６１０は、任意の無線送信および／または受信機能を含んでもよい。例えば、幾つかの実施形態において、無線インタフェース２６１０は、無線ネットワーク上で通信できるネットワーク・インタフェース・カード（ＮＩＣ）を含む。また、例えば、実施形態によっては、無線インタフェース２６１０は、セルラ電話機能を含んでもよい。さらなる実施形態では、無線インタフェース２６１０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含んでもよい。当業者には、無線インタフェース２６１０は、本発明の範囲を逸脱することなくあらゆるタイプの無線通信機能を包含し得ることが理解されるであろう。
プロセッサ２６２０は、モバイルデバイス２６００内の様々なコンポーネントと通信できるあらゆるタイプのプロセッサであってもよい。例えば、プロセッサ２６２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のベンダから入手可能な埋込み式プロセッサであっても、市販のマイクロプロセッサであってもよい。実施形態によっては、プロセッサ２６２０は、走査型レーザプロジェクタ１００へ画像またはビデオデータを提供する。画像またはビデオデータは、無線インタフェース２６１０から検索されても、無線インタフェース２６１０から検索されるデータから導出されてもよい。例えば、走査型レーザプロジェクタ１００は、無線インタフェース２６１０から直に受信される画像またはビデオを、プロセッサ２６２０を介して表示してもよい。また、例えば、プロセッサ２６２０は、無線インタフェース２６１０から受信される画像および／またはビデオに加えるオーバーレイを提供しても、無線インタフェース２６１０から受信されるデータを基礎として、記憶される像を変更してもよい（例えば、無線インタフェース２６１０が位置座標を提供するＧＰＳ実施形態において地図表示を修正する）。
図２７は、本発明の様々な実施形態によるモバイルデバイスを示す。モバイルデバイス２７００は、通信能力を有する、または通信能力のないハンドヘルド走査型レーザプロジェクタであってもよい。例えば、幾つかの実施形態において、モバイルデバイス２７００は、他の機能がほとんどない、または全くない走査型レーザプロジェクタであってもよい。また、例えば、幾つかの実施形態において、モバイルデバイス２７００は、例えば携帯電話、スマートフォン、タブレット・コンピューティング・デバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機またはこれらに類似するものを含む、通信に使用可能なデバイスであってもよい。さらに、モバイルデバイス２７００は、無線（例えば、セルラ）を介してより大きいネットワークへ接続されてもよく、かつこのデバイスは、非規制スペクトル（例えば、ＷＩＦＩ）接続を介してデータメッセージまたはビデオコンテンツを受信しかつ／または送信することができる。
モバイルデバイス２７００は、走査型レーザプロジェクタ１００と、ディスプレイ２７１０と、キーパッド２７２０と、オーディオポート２７０２と、制御ボタン２７０４と、カードスロット２７０６と、オーディオ／ビデオ（Ａ／Ｖ）ポート２７０８とを含む。これらのエレメントは、何れも必須ではない。例えば、モバイルデバイス２７００は、ディスプレイ２７１０、キーパッド２７２０、オーディオポート２７０２、制御ボタン２７０４、カードスロット２７０６またはＡ／Ｖポート２７０８の何れも持たず、走査型レーザプロジェクタ１００のみを含んでもよい。幾つかの実施形態は、これらのエレメントのサブセットを含む。例えば、アクセサリプロジェクタは、走査型レーザプロジェクタ１００と、制御ボタン２７０４と、Ａ／Ｖポート２７０８とを含んでもよい。スマートフォン実施形態は、タッチ感知ディスプレイデバイスへキーパッド２７２０およびディスプレイ２７１０を組み入れてもよい。
ディスプレイ２７１０は、あらゆるタイプのディスプレイであってもよい。例えば、幾つかの実施形態において、ディスプレイ２７１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面を含む。実施形態によっては、ディスプレイ２７１０は、タッチ感知式である。ディスプレイ２７１０は、走査型レーザプロジェクタ１００によって投影される画像を表示しても、必ずしも表示しなくてもよい。例えば、アクセサリプロダクトは、投影画像をディスプレイ２７１０に常に表示してもよいのに対して、携帯電話実施形態は、ディスプレイ２７１０に異なるコンテンツを表示しながらビデオを投影してもよい。キーパッド２７２０は、電話キーパッドであっても、他のあらゆるタイプのキーパッドであってもよい。
Ａ／Ｖポート２７０８は、ビデオおよび／またはオーディオ信号を受信しかつ／または送信する。例えば、Ａ／Ｖポート２７０８は、デジタルオーディオおよびビデオデータの伝送に適するケーブルを受け入れる高精細度マルチメディアインタフェース（ＨＤＭＩ（登録商標））等のデジタルポートであってもよい。さらに、Ａ／Ｖポート２７０８は、複合入力を受信または送信するためのＲＣＡジャックを含んでもよい。またさらに、Ａ／Ｖポート２７０８は、アナログビデオ信号を受信または送信するためのＶＧＡコネクタを含んでもよい。実施形態によっては、モバイルデバイス２７００は、Ａ／Ｖポート２７０８を介して外部信号ソースへ繋がれてもよく、かつモバイルデバイス２７００は、Ａ／Ｖポート２７０８を介して受信されるコンテンツを投影してもよい。他の実施形態では、モバイルデバイス２７００は、コンテンツの発信元であってもよく、よってＡ／Ｖポート２７０８は、コンテンツを異なるデバイスへ送信するために使用される。
オーディオポート２７０２は、オーディオ信号を提供する。例えば、幾つかの実施形態において、モバイルデバイス２７００は、オーディオおよびビデオを記録しかつ再生できるメディアレコーダである。これらの実施形態において、ビデオは、走査型レーザプロジェクタ１００によって投影されてもよく、かつオーディオは、オーディオポート２７０２において出力されてもよい。
モバイルデバイス２７００は、カードスロット２７０６も含む。幾つかの実施形態において、カードスロット２７０６に挿入されるメモリカードは、オーディオポート２７０２において出力されるべきオーディオのソースおよび／または走査型レーザプロジェクタ１００によって投影されるべきビデオデータを提供してもよい。カードスロット２７０６は、例えばセキュアデジタル（ＳＤ）メモリカードを含む、あらゆるタイプのソリッドステート・メモリ・デバイスを受け入れてもよい。
図２８は、本発明の様々な実施形態によるゲーム機を示す。ゲーム機２８００は、一人または複数のユーザがゲーミング環境を観察しかつこれと相互作用できるようにする。実施形態によっては、ゲームは、走査型レーザプロジェクタ１００を含む装置であるゲーム機２８００の動作、位置または方向性を基礎として誘導される。
また、手動操作式ボタン、フットペダルまたは言葉による指示等の他の制御インタフェースも、ゲーミング環境を取り巻く誘導またはゲーミング環境との相互作用に寄与し得る。例えば、実施形態によっては、トリガ２８４２は、一人または複数のユーザが、「主観視点のシューティングゲーム」として周知の主観視点のビデオゲーム環境にいるという幻影に寄与する。投影されるディスプレイのサイズおよび明るさは、ユーザの動作と組み合わされたゲーミングアプリケーションによって制御され得ることから、ゲーム機２８００は、これらのユーザにとってかなり信用できる、または「没入型」環境を創出する。
また、３Ｄ地震時地盤探査、宇宙遊泳プラニング、ジャングル林冠の探査、自動車安全講習、医学教育、他のようなアクティビティに関しても、ゲーム機２８００によって他の多くの主観視点のシミュレーションを創出することができる。触覚インタフェース２８４４は、反跳、振動、震え、轟音、他等の様々な出力信号を提供してもよい。また、触覚インタフェース２８４４は、タッチ感知ディスプレイ画面またはスタイラスを必要とするディスプレイ画面等のタッチ感知入力機能も含んでもよい。本発明の様々な実施形態には、追加的な触覚インタフェース、例えば動作感知プローブ用入力および／または出力機能、も含まれる。
また、ゲーム機２８００は、一体型オーディオスピーカ、リモートスピーカまたはヘッドフォン等のオーディオ出力デバイスも含んでもよい。これらの種類のオーディオ出力デバイスは、ゲーム機２８００へ配線により、または無線技術を介して接続されてもよい。例えば、無線ヘッドフォン２８４６は、ブルートゥース（登録商標）接続を介してユーザに音響効果を提供するが、ブルートゥース（登録商標）接続は、あらゆる種類の類似する無線技術に自由に置換可能である。実施形態によっては、複数のユーザ、指導者または観察者が通信できるように、無線ヘッドフォン２８４６は、マイクロフォン２８４５またはバイノーラルマイクロフォン２８４７を含んでもよい。バイノーラルマイクロフォン２８４７は、典型的には、ユーザの頭影により変更される音を捕捉するために、各イヤピースにマイクロフォンを含む。この特徴は、他のシミュレーション参加者による両耳聴および音源定位のために使用されてもよい。
ゲーム機２８００は、周囲の明るさ、動き、位置、方向性およびこれらに類似するものを測定する任意数のセンサ２８１０を含んでもよい。例えば、ゲーム機２８００は、絶対方位をデジタルコンパスで検出し、かつ相対動作をＸ−Ｙ−Ｚジャイロスコープまたは加速度計で検出してもよい。実施形態によっては、ゲーム機２８００は、デバイスの相対配向またはその急激な加速または減速を検出するために、第２の加速度計またはジャイロスコープも含む。他の実施形態では、ゲーム機２８００は、地上空間におけるユーザの移動に伴って絶対位置を検出するために、全地球測位衛星（ＧＰＳ）センサを含んでもよい。
ゲーム機２８００は、バッテリ２８４１および／または診断光２８４３を含んでもよい。例えば、バッテリ２８４１は、充電式バッテリであってもよく、かつ診断光２８４３は、バッテリの電流充電を表示する可能性もある。別の実施例では、バッテリ２８４１は、取り外し可能なバッテリクリップであってもよく、かつゲーム機２８００は、放電したバッテリを充電したバッテリに交換する間のゲーム機の動作継続を見込んで追加のバッテリ、電気キャパシタまたはスーパーキャパシタを有してもよい。他の実施形態では、診断光２８４３は、ユーザまたはサービス技術者に、このデバイス内に包含される、またはこのデバイスへ接続される電子コンポーネントの状態を知らせることができる。例えば、診断光２８４３は、受信される無線信号の強度、またはメモリカードの有無を表示してもよい。また、診断光２８４３は、有機発光ダイオードまたは液晶ディスプレイ画面等の任意の小画面に交換される可能性もある。このような光または画面は、このゲーム機の外殻が半透明または透明であれば、ゲーム機２８００の外面上または表面下に存在する可能性もある。
ゲーム機２８００の他のコンポーネントは、このデバイスから取り外し可能、着脱可能または分離可能であってもよい。例えば、走査型レーザプロジェクタ１００は、ゲーミング筐体２８４９から着脱可能であっても、分離可能であってもよい。実施形態によっては、走査型レーザプロジェクタ１００のサブコンポーネントは、ゲーミング筐体２８４９から着脱可能であっても、分離可能であってもよく、それでもなお機能する。
図２９は、本発明の様々な実施形態によるゲーム機を示す。ゲーム機２９００は、ボタン２９０２と、ディスプレイ２９１０と、プロジェクタ１００とを含む。実施形態によっては、ゲーム機２９００は、ユーザがゲームをするための大型コンソールを必要としないスタンドアロン装置である。例えば、ユーザは、ディスプレイ２９１０および／または１８０に投影されるコンテンツを見ながらゲームをしてもよい。他の実施形態では、ゲーム機２９００は、より大きいゲームコンソールのコントローラとして動作する。これらの実施形態では、ユーザは、ディスプレイ２９１０および／または１８０に投影されるコンテンツを見ることと組み合わせて、コンソールに繋がれた大型画面を見てもよい。
本発明を、所定の実施形態に関連して記述してきたが、当業者には容易に理解されるように、本発明の範囲を逸脱することなく変更および変形を施し得ることは理解されるべきである。このような変更および変形は、本発明および添付の特許請求の範囲に含まれるものとされる。

Claims (15)

  1. 方法であって、
    走査型レーザプロジェクタと、前記走査型レーザプロジェクタの視界内の複数の投影点との距離を測定することと、
    前記複数の投影点が略平面内に存在するかどうかを決定することと、
    前記複数の投影点が略平面内に存在しなければ、前記視界内の障害物に応答して少なくとも１つのアクションを実行することと、を含む方法。
  2. 前記複数の投影点が略平面内に存在するかどうかを決定することは、平面方程式を前記複数の投影点へ当てはめることを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記複数の投影点が略平面内に存在するかどうかを決定することは、前記測定される距離を平均することと、測定される個々の距離と平均との誤差を決定することと、を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記複数の投影点が略平面内に存在するかどうかを決定することは、投影点間の勾配ベクトルを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 少なくとも１つのアクションを実行することは、前記走査型レーザプロジェクタの視界内のレーザ出力を増大しないことを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 少なくとも１つのアクションを実行することは、前記障害物が生命のないオブジェクトであるかどうかを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記障害物が生命のないオブジェクトであるかどうかを決定することは、熱を測定することを含む、請求項６に記載の方法。
  8. 装置であって、
    レーザ光源と、
    視界内のラスタパターンにおいて前記レーザ光源からの光を反射するための走査ミラーと、
    前記走査ミラーと前記視界内のオブジェクトとの距離を測定する近接センサと、
    前記近接センサによって測定される距離に対応する投影点が、略平面内に存在するかどうかを決定するための平面度検出器と、
    前記近接センサおよび前記平面度検出器の双方からの信号に応答して、前記レーザ光源の出力を制御するレーザ出力コントローラと、を備える装置。
  9. 前記レーザ出力コントローラは、前記近接センサから近接違反の指示を受信するとすぐにレーザ出力を低減する、請求項８に記載の装置。
  10. 前記レーザ出力コントローラは、前記平面度検出器から平面度の指示を受信するとすぐにレーザ出力の低減を逆転させる、請求項９に記載の装置。
  11. 前記視界内の熱を検出して前記レーザ出力コントローラへ信号を提供するための熱検出デバイスをさらに備える、請求項８に記載の装置。
  12. 前記平面度検出器は、前記投影点が略平面内に存在するかどうかを、平面方程式を前記複数の投影点へ当てはめることによって決定する、請求項８に記載の装置。
  13. 前記平面度検出器は、前記投影点が略平面内に存在するかどうかを、前記測定される距離を平均し、かつ測定される個々の距離と前記平均との誤差を決定することによって決定する、請求項８に記載の装置。
  14. 前記平面度検出器は、前記投影点が略平面内に存在するかどうかを、投影点間の勾配ベクトルを決定することによって決定する、請求項８に記載の装置。
  15. 方法であって、
    走査型レーザプロジェクタと、前記走査型レーザプロジェクタの視界内の複数の投影点との距離を測定することと、
    前記複数の投影点が略基準面上に存在するかどうかを決定することと、
    前記複数の投影点が略基準面上に存在しなければ、前記視界内の障害物に応答して少なくとも１つのアクションを実行することと、を含む方法。
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