JP2019117257A - 光照射装置、ヘッドマウントディスプレイ、仮想現実システム - Google Patents

Abstract

【課題】仮想現実システムにおいて、ユーザが装着したヘッドマウントディスプレイに適時に所望の情報を送信できるようにする。【解決手段】本発明の一実施形態は、ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザが存在する実空間に対して光を照射する光照射装置であって、基準信号となる第１光を照射する第１光照射部と、基準信号に基づくタイミングで上記実空間を走査する走査信号となる第２光を照射する第２光照射部と、第１光照射部を制御する制御部と、を備える。上記基準信号は、ヘッドマウントディスプレイに通知すべき通知情報を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、光照射装置、ヘッドマウントディスプレイ、および、仮想現実システムに関する。

ユーザの頭部にヘッドマウントディスプレイを装着させ、当該ヘッドマウントディスプレイに仮想空間の画像を表示させるようにした仮想現実システムが知られている。
仮想現実システムでは、実空間でのユーザの頭部の位置および向きを仮想空間の画像に反映させるために、ユーザが装着したヘッドマウントディスプレイの位置を追跡する場合がある。例えば、特許文献１に記載されたシステムでは、ユーザが存在する実空間にベースステーションが配置され、ヘッドマウントディスプレイに光受信機が設けられる。ベースステーションは、実空間を水平方向および垂直方向に掃引するビームを照射するとともに、当該ビームの掃引サイクルの開始時に、無指向性の光パルスにより同期信号を送信する。そして、同期信号の受信時刻からビームの受信時刻までの時間を計測することによって、ヘッドマウントディスプレイの位置が特定される。

米国特許出願公開第２０１６／０１３１７６１号明細書

しかしながら、上述した従来のシステムでは、ベースステーションからヘッドマウントディスプレイに向けて必要な情報を送信することができず、システムの運用を柔軟に変更することができなかった。例えば、従来のシステムでは、ビームの掃引速度を変更するコマンドやベースステーションの状態（エラー等）についての情報をヘッドマウントディスプレイに適時に送信することができなかった。

そこで、本発明は、仮想現実システムにおいて、ユーザが装着したヘッドマウントディスプレイに適時に所望の情報を送信できるようにすることを目的とする。

本願の例示的な第１発明は、ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザが存在する実空間に対して光を照射する光照射装置であって、基準信号となる第１光を照射する第１光照射部と、前記基準信号に基づくタイミングで前記実空間を走査する走査信号となる第２光を照射する第２光照射部と、前記第１光照射部を制御する制御部と、を備え、前記基準信号が前記ヘッドマウントディスプレイに通知すべき通知情報を含む、光照射装置である。

本願の例示的な第２発明は、実空間に存在するユーザに装着され、前記ユーザに仮想空間を提供するヘッドマウントディスプレイであって、第１光を検出し、前記ヘッドマウントディスプレイに通知すべき通知情報を含む基準信号を取得する第１光検出部と、第２光を検出し、前記基準信号に基づくタイミングで前記実空間を走査する走査信号を取得する第２光検出部と、前記基準信号から前記通知情報を抽出する抽出部と、を備えたヘッドマウントディスプレイである。

本発明によれば、仮想現実システムにおいて、ユーザが装着したヘッドマウントディスプレイに適時に所望の情報を送信できるようになる。

第１の実施形態の仮想現実システムを示す図である。 第１の実施形態の光照射装置の斜視図である。 第１の実施形態の光照射装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態のヘッドマウントディスプレイをユーザが装着した状態を示す斜視図である。 第１の実施形態のヘッドマウントディスプレイの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の光照射装置から送信される同期信号の構成例を説明する図である。 第１の実施形態の仮想現実システムにおける各種信号のタイミングチャートである。 第２の実施形態のヘッドマウントディスプレイの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態のヘッドマウントディスプレイの抽出部に含まれるバンドパスフィルタの一例を示す回路図である。

（１）第１の実施形態
（１−１）第１の実施形態の仮想現実システム１のシステムの概要
以下、本発明の一実施形態に係る仮想現実システム１について説明する。
本実施形態の仮想現実システム１では、一例として、ユーザが頭部にヘッドマウントディスプレイ３を装着し、ヘッドマウントディスプレイ３を通してユーザに仮想現実の世界が提供される。すなわち、仮想現実システム１は、コンピュータを用いて人工的なデジタル環境を作り出し、あたかもユーザが当該環境にいるかのように感じさせる仮想現実の世界をユーザに提供する。仮想現実の世界では、ユーザの頭部の位置に応じてユーザにヘッドマウントディスプレイ３を通して提供される仮想現実画像を変更するように制御される。そのため、ユーザの目の向きに基づいた仮想現実の世界がユーザに見えるように、ユーザが装着したヘッドマウントディスプレイ３の位置を逐次正確に追跡することが必要となる。
なお、実施形態の説明において、ヘッドマウントディスプレイ３の位置とは、３次元の実空間（例えば、ユーザが実際に存在する部屋の空間）におけるヘッドマウントディスプレイ３の配置（向き、姿勢も含む。）を意味する。

そこで、本実施形態の仮想現実システム１では、ユーザが存在する実世界に対して無指向性のＬＥＤ(Light Emitting Diode)光を照射し、かつ当該ＬＥＤ光の照射に同期してユーザが存在する実世界の走査を開始するレーザ光（ビーム）を照射することを定期的に繰り返し行う光照射装置２が設けられる。例えば、ユーザが存在する部屋を走査する場合、一定の走査速度で部屋全体を平面的なレーザ光で照射していく。また、ヘッドマウントディスプレイ３には、後述する光検出部が設けられる。光検出部は複数設けられるのが好ましい。
本実施形態の仮想現実システム１では、ヘッドマウントディスプレイ３の光検出部がＬＥＤ光を受光した時刻とレーザ光を受光した時刻との差分により、レーザ光による走査開始位置とヘッドマウントディスプレイ３の光検出部の位置との角度が特定される。

好ましくは、レーザ光は、互いに直交する２方向の各々に沿って順に走査する。それによって、互いに直交する２方向の各々において、ヘッドマウントディスプレイ３の光検出部の走査開始位置からの角度が特定されるため、ヘッドマウントディスプレイ３の位置を３次元の実空間において特定することが可能となる。
なお、レーザ光の走査方向は直交する２方向に限定されない。例えば、走査する２方向のなす角が９０度未満である場合、若しくは９０度を超える場合であってもよい。

図１に、本実施形態の仮想現実システム１の構成例を示す。
図１に示すように、仮想現実システム１は、光照射装置２と、ユーザＵ１が装着するヘッドマウントディスプレイ３とを含む。光照射装置２とユーザＵ１は、所定の実空間ＲＳに置かれている。実空間ＲＳは、好ましくは、例えば部屋等の閉空間である。
光照射装置２は、ヘッドマウントディスプレイ３を装着したユーザＵ１が存在する実空間ＲＳに対して光Ｌを照射する。光照射装置２は、照射する光Ｌが実空間ＲＳの極力広い範囲をカバーできるような位置に配置される。ユーザＵ１は、実空間ＲＳ内を自由に移動し、ヘッドマウントディスプレイ３を通して所定のコンテンツの仮想現実の映像を見ることができる。

後述するが、光照射装置２から照射される光Ｌは、ＬＥＤ光Ｌｓと、レーザ光Ｌｈ，Ｌｖとを含む。上述したように、ＬＥＤ光Ｌｓは、レーザ光Ｌｈ，Ｌｖの照射タイミングの起点となるパルス信号である同期信号（基準信号の一例）となる光である。レーザ光Ｌｈ，Ｌｖは、ＬＥＤ光Ｌｓの照射時刻を起点として（すなわち、同期信号に基づくタイミングで）実空間ＲＳを走査する走査信号となる光である。レーザ光Ｌｈは実空間ＲＳを水平方向に走査し、レーザ光Ｌｖは実空間ＲＳを垂直方向に走査する。

（１−２）本実施形態の光照射装置２
次に、本実施形態の光照射装置２について、図２および図３を参照して説明する。図２は、本実施形態の光照射装置２の斜視図である。図３は、本実施形態の光照射装置２の構成を示すブロック図である。

図２を参照すると、光照射装置２は、概ね直方体状の筐体２Ｂに、開口した光出射面２ｐが設けられた形態をなしている。なお、説明のために、図２に示す座標系が定義される。
図２に示すように、光出射面２ｐを通して２個のロータ２４３ｈ，２４３ｖが設けられていることがわかる。ロータ２４３ｈは、光出射口２４３ｈａと、ｚ軸回りに回転して光出射口２４３ｈａを水平方向に移動させる回転機構と、を備える。ロータ２４３ｖは、光出射口２４３ｖａと、ｙ軸回りに回転して光出射口２４３ｖａを垂直方向に移動させる回転機構と、を備える。

図３に示すように、光照射装置２は、制御部２１と、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）２２と、光照射部２３，２４Ｈ，２４Ｖと、を備える。光照射部２３は第１光照射部の一例であり、光照射部２４Ｈ，２４Ｖはそれぞれ第２光照射部の一例である。
制御部２１は、マイクロコントローラを備え、光照射装置２の全体の動作を制御する。例えば、制御部２１は、ＬＥＤ光Ｌｓ、およびレーザ光Ｌｈ，Ｌｖの発光タイミングを決定し、設定されている回転速度でロータ２４３ｈ，２４３ｖが回転するように制御する。
通信インタフェース２２は、図示しない外部のコンピュータ装置（図示せず）との間で無線若しくは有線で通信可能に接続される。通信インタフェース２２は、コンピュータ装置から受信するコマンドを制御部２１へ送信する。コマンドは、例えば光照射装置２のロータ２４３ｈ，２４３ｖの回転速度を含む各種パラメータを変更するための指令である。

光照射部２３は、同期信号となるＬＥＤ光Ｌｓ（第１光の一例）を照射する。光照射部２４Ｈ，２４Ｖは、それぞれ、当該同期信号に基づくタイミングで実空間ＲＳを走査する走査信号となるレーザ光Ｌｈ，Ｌｖ（第２光の一例）を照射する。

光照射部２３は、ＬＥＤ駆動部２３１とＬＥＤユニット２３２を含む。ＬＥＤユニット２３２は、１又は複数のＬＥＤを有する。ＬＥＤ駆動部２３１は、制御部２１から受信する制御信号に基づいてＬＥＤユニット２３２に含まれる各ＬＥＤを駆動する駆動信号を生成する駆動回路を有する。ＬＥＤユニット２３２の各ＬＥＤが点灯することにより、光照射部２３から無指向性のＬＥＤ光Ｌｓが出射する。
前述したように、ＬＥＤ光Ｌｓは同期信号となる光である。本実施形態では、同期信号は、パルパルス信号であり、ヘッドマウントディスプレイ３に通知すべき通知情報を含む。通知情報を含むパルス信号を生成するために、制御部２１により、ＬＥＤユニット２３２が所定のパターンで明滅するように制御される。通知情報については後述する。

光照射部２４Ｈは、レーザダイオード（ＬＤ）駆動部２４１ｈ、レーザダイオード（ＬＤ）ユニット２４２ｈ、ロータ２４３ｈ、モータ駆動部２４４ｈ、およびモータ２４５ｈを含む。
ＬＤ駆動部２４１ｈは、ＬＤユニット２４２ｈを駆動するための所定の定電流を生成する。また、ＬＤ駆動部２４１ｈは、ＬＤユニット２４２ｈに接続されるスイッチ素子を備え、制御部２１から受信する制御信号に基づいてスイッチ素子をＯＮ／ＯＦＦすることにより、ＬＤユニット２４２ｈに対する通電を制御する。
ＬＤユニット２４２ｈは、例えば、１又は複数のレーザダイオードを含む。ＬＤユニット２４２ｈが単体のレーザダイオードを有する場合には、ＬＤユニット２４２ｈは直接レーザ光Ｌｈを出力し、ＬＤユニット２４２ｈが複数のレーザダイオードを有する場合には、集光装置を用いて複数のレーザダイオードからのレーザ光を集光してレーザ光Ｌｈを出力する。
モータ駆動部２４４ｈは、制御部２１から受信する制御信号に基づいてモータ２４５ｈを駆動するための駆動電流を生成する。モータ２４５ｈは、如何なる形式のモータでもよいが、例えばＤＣブラシレスモータである。モータ駆動部２４４ｈによる駆動電流によって、モータ２４５ｈは、所定のタイミングでロータ２４３ｈの回転を開始させ、所定の回転速度でロータ２４３ｈを回転させる。
ロータ２４３ｈには光学系２４３０ｈが内蔵されている。光学系２４３０ｈは、ＬＤユニット２４２ｈから送出されたレーザ光を光出射口２４３ｈａまで導く１又は複数のレンズを有し、平面状のレーザ光を出射するために設けられる。
以上の構成により、光照射部２４Ｈは、制御部２１から指示されるタイミングで平面状のレーザ光Ｌｈの照射を開始するとともに、ロータ２４３ｈを水平方向に回転させることで水平方向に走査する走査信号となるレーザ光Ｌｈを照射する。

光照射部２４Ｖは、ＬＤ駆動部２４１ｖ、ＬＤユニット２４２ｖ、ロータ２４３ｖ、モータ駆動部２４４ｖ、およびモータ２４５ｖを含む。光照射部２４Ｖは光照射部２４Ｈと同様の構成であり、光照射部２４Ｈと同様に動作するが、ロータ２４３ｖを垂直方向に回転させることで垂直方向に走査する走査信号となるレーザ光Ｌｖを照射する点が光照射部２４Ｈと異なる。
すなわち、本実施形態の走査信号は、互いに直交する２方向の各々に沿って実空間ＲＳを順に走査するための、レーザ光Ｌｈによる第１走査信号、および、レーザ光Ｌｖによる第２走査信号を含む。

（１−３）本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３
次に、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３について、図４〜６を参照して説明する。図４は、ユーザが本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３を装着した状態を示す斜視図である。図５は、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３の構成を示すブロック図である。図６は、本実施形態の光照射装置２から送信される同期信号の構成例を説明する図である。

図４を参照すると、ヘッドマウントディスプレイ３は、ユーザＵ１の頭部に装着するゴーグル型の表示装置である。なお、図４に示すヘッドマウントディスプレイ３の形態は一例に過ぎず、ヘルメット型であってもよい。また、図４に示すヘッドマウントディスプレイ３は、目を完全に覆う非透過型（没入タイプ）であるが、その限りでなく、周囲が見える透過型であってもよい。
ヘッドマウントディスプレイ３は、本体部３Ｂと、本体部３Ｂを頭部に装着するためのヘッドバンド３ｈとを備える。本体部３Ｂには、複数の光検出部３２−１〜３２−４が設けられている。図４に示す例では４個の光検出部が設けられているが、光検出部の数は限定されない。なお、以下の説明において光検出部３２−１〜３２−４の各々に共通して言及するときには、総称して「光検出部３２」という。

図５を参照すると、ヘッドマウントディスプレイ３は、制御部３１、光検出部３２、ストレージ３４、表示部３５、および、音声出力部３６を備える。
制御部３１は、マイクロコントローラを備え、ヘッドマウントディスプレイ３の全体の動作を制御する。
光検出部３２は、受光素子としてフォトダイオードと、フォトダイオードによる光電変換によって得られた電気信号を必要に応じて増幅する電子回路とを含む。フォトダイオードは受光素子の一例に過ぎず、光を検出可能な機構であれば如何なる構成でもよい。例えば、受光素子としてフォトレジスタを適用してもよい。
光検出部３２は、第１光検出部および第２光検出部の一例である。すなわち、第１光検出部としての光検出部３２は、光照射装置２から照射されるＬＥＤ光Ｌｓを検出し、ヘッドマウントディスプレイ３に対する通知情報を含む同期信号を取得する。第２光検出部としての光検出部３２は、光照射装置２から照射されるレーザ光Ｌｈ，Ｌｖを検出し、同期信号に基づくタイミングで実空間ＲＳを走査する走査信号を取得する。

同期信号に含まれる通知情報には、第１情報および第２情報のうち少なくともいずれかの情報が含まれる。ここで、第１情報は、ヘッドマウントディスプレイ３を特定する情報である。第２情報は、光照射装置２の動作状態、光照射装置２の設定を示す情報、および、光照射装置２の設定の変更指令を示す情報のうち、少なくともいずれかの情報である。
光照射装置２の動作状態とは、例えば、光照射装置２の正常、エラー等の状態を示す情報である。光照射装置２の設定を示す情報とは、例えば、ロータ２４３ｈ，２４３ｖの回転速度等、光照射装置２の設定パラメータの情報である。光照射装置２の設定の変更指令を示す情報とは、例えば、ロータ２４３ｈ，２４３ｖの回転速度を変更させるコマンド等の情報である。
第１情報および第２情報は上述した例示に限られず、システム上有用な、如何なる情報を含んでもよい。

図６に示す第１の例（ＥＸ１）では、パルス信号である同期信号Ｓｙｎｃの中に、開始ビット(start bit)、８ビットのデータ列（DATA）、および、誤り検出符号であるＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)を含むビット列からなる通知情報が重畳されている例が示される。開始ビットは、通知情報の送信開始を受信側に認識させるための符号である。８ビットのデータ列の中に、上記第１情報および上記第２情報のうち少なくともいずれかの情報が組み込まれる。
第１の例の通知情報は、比較的短いビット列からなるため、同期信号Ｓｙｎｃに占める通知情報の情報量が少なくて済む。

図６に示す第２の例（ＥＸ２）では、同期信号Ｓｙｎｃの中に、開始ＩＤ（start ID）、システムＩＤ(system ID)、データ列（DATA）、終了ＩＤ（stop ID）、および、誤り検出符号であるＣＲＣを含むビット列からなる通知情報が重畳されている例が示される。開始ＩＤは、通知情報の送信開始を受信側に認識させるための符号である。システムＩＤは、他のユーザ向けの同期信号と区別するために、送信先のユーザが利用するシステム（あるいはコンテンツ）に特有のＩＤが割り当てられる。データ列(DATA)には、第１の例と同様に、上記第１情報および上記第２情報のうち少なくともいずれかの情報が組み込まれる。終了ＩＤは、通知情報の送信の終了を受信側に認識させるための符号である。
第２の例の通知情報は、比較的長いビット列からなるため、伝送レートを高く設定することが好ましい。
図６の各例に示すパルス信号は、制御部２１が光照射部２３を制御することにより、出射するＬＥＤ光Ｌｓを明滅させることで生成される。

再度図５を参照すると、ヘッドマウントディスプレイ３の制御部３１は、光検出部３２によって検出された検出信号である同期信号をＡ／Ｄ(Analog to Digital)変換し、ＣＲＣによる誤り検出を行い、ヘッドマウントディスプレイ３からの通知情報を取得する。制御部３１はさらに、同期信号の受信時刻を記録する。
本実施形態では、制御部３１は、同期信号からヘッドマウントディスプレイ３に通知すべき通知情報を抽出する抽出部の一例である。
以上説明したように、本実施形態の仮想現実システム１では、同期信号の送受信を通して、光照射装置２とヘッドマウントディスプレイ３の間でシリアル通信が行われる。

光検出部３２は、光照射装置２から照射されるレーザ光Ｌｈ，Ｌｖを検出し、走査信号のアナログ値を取得する。
制御部３１は、光検出部３２によって取得した走査信号をＡ／Ｄ変換して取り込むとともに、走査信号の受信時刻を記録する。次いで、制御部３１は、以下の(i)〜(iv)の処理を行う。
(i) 同期信号の受信時刻と、走査信号の受信時刻との差分値を算出する処理
(ii) ロータ２４３ｈ，２４３ｖの回転速度と差分値と基づいて、実空間ＲＳにおける走査開始位置からの光検出部３２の角度を水平方向および垂直方向の２方向で算出する処理
(iii) (ii)で算出した角度から光検出部３２の位置（光検出部３２−１〜３２−４の各々の位置）を特定する処理
(iv) (iii)の結果に基づいて、ヘッドマウントディスプレイ３の位置を特定する処理

再度図５を参照すると、ストレージ３４には、ユーザＵ１がヘッドマウントディスプレイ３を装着することで視聴する仮想現実用コンテンツ（例えば、ゲームコンテンツ等）を再生するためのアプリケーションが格納されている。ヘッドマウントディスプレイ３が起動すると、制御部３１は、ストレージ３４からアプリケーションをロードして実行することで、ユーザに仮想現実用コンテンツを提供する。
表示部３５は、ヘッドマウントディスプレイ３の本体部３Ｂに取り付けられる表示パネルを含み、制御部３１によるアプリケーションの実行結果に基づいて仮想現実の画像を表示する。このとき、制御部３１において逐次算出されるヘッドマウントディスプレイ３の位置に基づいて、仮想空間の視点を調整した画像が表示部３５に表示される。
音声出力部３６は、図示しないスピーカを含み、制御部３１によるアプリケーションの実行結果に基づいて音声を出力する。

（１−４）本実施形態の仮想現実システム１の動作
次に、本実施形態の仮想現実システム１の動作について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の仮想現実システム１における各種信号のタイミングチャートである。
図７には、同期信号Ｓｙｎｃ、水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈ、垂直方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｖ、光検出部３２による検出信号Ｓｅｎｓの各信号のタイミングチャートが含まれる。
図７では、一例として、光照射装置２は、同期信号Ｓｙｎｃを送信した後、水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈと水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈを連続して送信する場合を例示しているが、その限りではない。同期信号Ｓｙｎｃを送信した後に水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈを送信し、再度同期信号Ｓｙｎｃを送信してから垂直方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｖを送信してもよい。なお、水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈと垂直方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｖの送信順序はこの順序でなくてもよく、垂直方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｖを先に送信してもよい。

図７に示す例では、時刻ｔ１〜ｔ２の間に光照射装置２が同期信号ＳｙｎｃとなるＬＥＤ光Ｌｓを照射し、同期信号Ｓｙｎｃの立下りエッジ（時刻ｔ２）に同期して水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈとなるレーザ光Ｌｈの照射が開始される。時刻ｔ２〜ｔ４の間に、水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈとなるレーザ光Ｌｈの照射が行われる。
時刻ｔ２〜ｔ４の間の時刻ｔｄ１〜ｔｄ４に、それぞれヘッドマウントディスプレイ３の光検出部３２−１〜３２−４で検出信号Ｓｅｎｓが観測される。そして、ヘッドマウントディスプレイ３の制御部３１は、時刻ｔ２と時刻ｔｄ１〜ｔｄ４の差分値（図７では、総称して「ΔＴ＿Ｈ」）を算出し、実空間における走査開始位置からの各光検出部３２の水平方向の角度を算出する。

水平方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｈとなるレーザ光Ｌｈの照射が終了する時刻ｔ４には、垂直方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｖとなるレーザ光Ｌｖの照射が開始される。時刻ｔ４〜ｔ６の間に、垂直方向の走査信号Ｓｃａｎ＿Ｖとなるレーザ光Ｌｖの照射が行われる。
時刻ｔ４〜ｔ６の間の時刻ｔｄ５〜ｔｄ８に、それぞれヘッドマウントディスプレイ３の光検出部３２−１〜３２−４で検出信号Ｓｅｎｓが観測される。そして、ヘッドマウントディスプレイ３の制御部３１は、時刻ｔ４と時刻ｔｄ５〜ｔｄ８の差分値（図７では、総称して「ΔＴ＿Ｖ」）を算出し、実空間における走査開始位置からの各光検出部３２の垂直方向の角度を算出する。

時刻ｔ１〜ｔ６により１サイクルの処理が完了することになる。時刻ｔ６の時点で、ヘッドマウントディスプレイ３の制御部３１は、ヘッドマウントディスプレイ３に取り付けられた各光検出部３２の水平方向および垂直方向の照射開始位置を基準とした実空間ＲＳ内の位置を特定する。それによって、ヘッドマウントディスプレイ３の位置を特定することができる。
時刻ｔ６に再度、同期信号ＳｙｎｃとなるＬＥＤ光Ｌｓの照射が開始され、以後、ヘッドマウントディスプレイ３の位置を特定する処理が繰り返し行われる。例えば、６０Ｈｚ（１サイクル：約１６．７ｍｓ）で動作する。

以上説明したように、本実施形態の仮想現実システム１では、光照射装置２が、同期信号となるＬＥＤ光を照射し、同期信号に同期して走査信号となるレーザ光の照射を行うというサイクルを繰り返し行うことにより、ヘッドマウントディスプレイ３の位置が逐次追跡される。そして、ヘッドマウントディスプレイ３の位置に応じて、ヘッドマウントディスプレイ３で再生される仮想現実の画像の表示が制御され、ユーザの頭部の向きに応じた仮想現実の世界が再現される。
本実施形態では、定期的に光照射装置２からヘッドマウントディスプレイ３に向けて送信される同期信号に、ヘッドマウントディスプレイ３に通知すべき通知情報が含まれる。そのため、ヘッドマウントディスプレイ３側に有用な情報を適時に送信することが可能となる。そのような情報は、例えば、光照射装置２のエラーの有無や、光照射装置２での設定変更等の情報である。このような情報をヘッドマウントディスプレイ３側で適時に取得することができるため、ヘッドマウントディスプレイ３側で緊急時のエラー処理や、光照射装置２のロータの回転速度の変更に応じた処理等、直ちに必要な処理の実行に対処することができる。

（２）第２の実施形態
次に、本発明の仮想現実システムの第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、主として第１の実施形態と異なる点について言及する。

本実施形態は、ユーザが存在する実空間に光学ノイズ（例えば、蛍光灯やリモコンの赤外線による光）がある場合であっても、光照射装置２と本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３Ａの間の通信に不都合が生じないようにすることを意図している。
従来、ユーザが存在する実空間に光学ノイズがある場合には、以下の問題が生じていた。例えば、光学ノイズによる光が光照射装置から照射されるＬＥＤ光と干渉し、ヘッドマウントディスプレイの光検出部が光照射装置からの光を適切に検出できないか、若しくは誤検出する可能性があった。
また、同一の部屋で２以上の光照射装置を使用し、２以上のユーザがそれぞれ異なる仮想現実用コンテンツを視聴する状況では、あるユーザのヘッドマウントディスプレイの光検出部が別ユーザ向け（あるいは別コンテンツ向け）のＬＥＤ光を受信することで、同期信号の受信タイミングにずれが生ずる場合がある。その場合、各ユーザがコンテンツを適切に視聴できない場合が生じていた。

そこで、本実施形態では、光照射装置２が送信するパルス信号の同期信号に、当該パルス信号よりも周波数が高い高周波信号として、ヘッドマウントディスプレイ３Ａに通知すべき通知情報を重畳させる。同期信号に重畳させる高周波信号は、送信先のヘッドマウントディスプレイ３Ａに予め割り当てられた周波数の信号とする。そして、光検出部３２で検出した同期信号からフィルタにより高周波信号を抽出することで、ヘッドマウントディスプレイ３Ａが目的とする（すなわち、自身宛の）通知情報を確実に得られるようにする。すなわち、光照射装置２以外の光学ノイズ、および別ユーザ向け（あるいは別コンテンツ向け）のＬＥＤ光による信号をフィルタにより除去できるため、同期信号を通して通知情報をより確実にヘッドマウントディスプレイ３に送信することができるようになる。

（２−１）本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３Ａ
次に、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３Ａについて、図８および図９を参照して説明する。図８は、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３Ａの構成を示すブロック図である。図９は、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３Ａの抽出部に含まれるバンドパスフィルタの一例を示す回路図である。

図８に示すように、本実施形態のヘッドマウントディスプレイ３Ａは、第１の実施形態のヘッドマウントディスプレイ３（図５）と比較して、抽出部３３が設けられる点で異なる。
図８に示す例では、抽出部３３は、バンドパスフィルタ３３１，３３２と、スイッチ３３３とを備える。バンドパスフィルタ３３１，３３２は、それぞれ、パルス信号である同期信号から高周波信号（すなわち、通知情報）を抽出するフィルタである。スイッチ３３３は、制御部３１によって切替可能となるアナログスイッチである。

バンドパスフィルタ３３１，３３２はそれぞれアナログのバンドパスフィルタであり、その回路構成例を図９に示す。
なお、図９は、アナログのバンドパスフィルタの一例に過ぎず、アナログのバンドパスフィルタとして様々な回路構成が知られている。本実施形態で用いられるバンドパスフィルタは、所望の通過中心周波数ｆ_０が得られる限り、如何なる回路構成であってもよい。
図９に示す回路の伝達関数Ｇ（ｓ）は以下の式（１）のとおりであり、通過中心周波数ｆ_Ｃは式（２）のとおりである。

図８の抽出部３３では、バンドパスフィルタ３３１とバンドパスフィルタ３３２は、それぞれ異なる通過中心周波数ｆ_Ｃとなるように設定されている。すなわち、バンドパスフィルタ３３１の通過中心周波数ｆ_ＣはＦ１であり、バンドパスフィルタ３３２の通過中心周波数ｆ_ＣはＦ２（但し、Ｆ２≠Ｆ１）である。
本実施形態では、スイッチ３３３の一方の端子にバンドパスフィルタ３３１の出力端子が接続され、スイッチ３３３の他方の端子にバンドパスフィルタ３３２の出力端子が接続されている。スイッチ３３３の接続状態は、制御部３１によって制御される。

図８に例示する構成において、異なる通過中心周波数ｆ_Ｃのバンドパスフィルタが切り替え可能に設けられている理由は、２つの異なるコンテンツ若しくはシステムにおいて、同期信号に含まれる通知情報を選択的に送信できるようにするためである。
例えば、同じ部屋で２ユーザがそれぞれ異なる仮想現実コンテンツＣＴ１，ＣＴ２を視聴する場合、当該部屋に２台の光照射装置を設ける。そして、仮想現実コンテンツＣＴ１に対応する光照射装置は周波数Ｆ１の通知信号を重畳させた同期信号を送信し、仮想現実コンテンツＣＴ２に対応する光照射装置は周波数Ｆ２の通知信号を重畳させた同期信号を送信する。
仮想現実コンテンツＣＴ１に対応するヘッドマウントディスプレイ３Ａの制御部３１は、通過中心周波数がＦ１となるバンドパスフィルタ３３１が選択されるようにスイッチ３３３を制御する。仮想現実コンテンツＣＴ２に対応するヘッドマウントディスプレイ３Ａの制御部３１は、通過中心周波数がＦ２となるバンドパスフィルタ３３２が選択されるようにスイッチ３３３を制御する。このように、ヘッドマウントディスプレイ３Ａにおいて、異なる通過中心周波数ｆ_Ｃのバンドパスフィルタを切り替え可能に設けることで、共通する実空間ＲＳ内において、異なるコンテンツを再生するヘッドマウントディスプレイ３Ａ間で誤検出しないようにすることができる。

以上説明したように、本実施形態の仮想現実システムによれば、光照射装置が送信するパルス信号の同期信号に、当該パルス信号よりも周波数が高い高周波信号として通知情報を重畳する。そして、ヘッドマウントディスプレイ３Ａの抽出部３３では、光照射装置以外の他の光源、および別ユーザ向け（あるいは別コンテンツ向け）のＬＥＤ光による信号をフィルタにより除去する。そのため、同期信号を通して通知情報をより確実にヘッドマウントディスプレイ３Ａに送信することができる。
また、通知情報が高周波信号として同期信号に重畳されるため、通知情報の伝送効率が高いという利点がある。

図８に例示する構成では、切り替え可能なバンドパスフィルタは２つであるが、切り替え可能なバンドパスフィルタの数はその限りではない。３以上のそれぞれ異なる通過中心周波数ｆ_Ｃのバンドパスフィルタを切り替え可能に設けられることは、当業者であれば容易に理解できる。

部屋の蛍光灯等、他の光源からの光を除去する観点では、抽出部３３は、単一のフィルタであってもよい。例えば、蛍光灯による光をノイズとして除去する場合、国内では一般的に蛍光灯は１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚで点滅している。そのため、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚの光パルスの信号が十分に減衰するような単一のフィルタ（バンドパスフィルタに限らず、ローパスフィルタあるいはハイパスフィルタでもよい。）を設ければよい。

図８および図９に示す例では、アナログのバンドパスフィルタを設ける場合について説明したが、デジタルフィルタによって構成してもよい。その場合、制御部３１内に、バンドパスフィルタ３３１，３３２にそれぞれ相当する２つのデジタルフィルタ（抽出部の一例）を設ける。制御部３１は、光検出部３２の検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル値に変換し、当該デジタル値に対して上記２つのデジタルフィルタによりフィルタリングを施す。そして、制御部３１は、２つのデジタルフィルタの出力からいずれかの出力を選択して、目的とする（つまり、自身宛の）通知情報を取得する。
なお、デジタルフィルタは、ＦＩＲ(Finite Impulse Response)型であってもよいし、ＩＩＲ(Infinite Impulse Response)型であってもよい。
デジタルフィルタによって構成することで、通過中心周波数ｆ_Ｃの設定を容易に変更できるという利点がある。

また、図８および図９に示す例に代えて、制御部３１内のマイクロコントローラに備わっているタイマを利用して、目的とする通知情報を取得する方法を採ってもよい。この方法では、ヘッドマウントディスプレイ３Ａは、目的とする通知情報を含む信号の周波数が予め割り当てられているとする。
具体的には、制御部３１は、光検出部３２の検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル値に変換し、検出信号の隣接する立上りエッジ間（又は、隣接する立下りエッジ間）の時間Ｔｓをタイマにより測定する。制御部３１は、時間Ｔｓが、割り当てられた周波数の逆数によって規定される所定の範囲内の値である場合には、受信した検出信号が目的とする信号であると判断する。
なお、検出信号にはノイズ成分や目的とする信号以外の信号が含まれている場合があるため、アナログフィルタあるいはデジタルフィルタと併用してノイズ成分や目的とする信号以外の信号を除去する構成とすることが好ましい。

以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。また、上記の各実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。
例えば、第２の実施形態では、光照射装置から送信されるパルス信号である同期信号に、当該パルス信号よりも周波数が高い高周波信号として、ヘッドマウントディスプレイに通知すべき通知情報を重畳させる場合について説明した。しかし、通知情報を同期信号に含ませる態様は、高周波信号による重畳に限られず、他の方法を採ってもよい。例えば、同期信号を振幅変調させることで、通知情報を同期信号に含ませるようにしてもよい。

上述した各実施形態では、光照射装置２から送信される同期信号に通知情報を含ませる場合について説明したが、光照射装置２から送信される走査信号にも通知情報を含ませてもよい。すなわち、図３において、光照射装置２の制御部２１は、光照射部２４Ｈ，２４Ｖを制御し、レーザ光Ｌｈ，Ｌｖを通して走査信号に通知情報を含ませるようにしてもよい。それによって、複数の光照射装置２が同一の部屋に配置される場合、通知情報としてヘッドマウントディスプレイ３を特定するＩＤを走査信号に含ませることで、ヘッドマウントディスプレイ３は、目的とする（つまり、自身宛の）走査信号を確実に受信することができるようになる。

上述した各実施形態では、第２光照射部の例である光照射部２４Ｈ，２４Ｖがレーザダイオード（半導体レーザ）を用いる場合について説明したが、その限りではない。他のタイプのレーザ（例えば、ガスレーザ、液体レーザ等）を適用してもよい。

上述した各実施形態では、ヘッドマウントディスプレイの光検出部が４個設けられている場合について説明したが、光検出部の数は限定されない。光検出部の数は、演算能力および／またはシステム要求に応じて適宜決定することができる。

１…仮想現実システム、２…光照射装置、２Ｂ…筐体、２ｐ…光出射面、２１…制御部、２２…通信インタフェース、２３，２４Ｈ，２４Ｖ…光照射部、２３１…ＬＥＤ駆動部、２３２…ＬＥＤ発光部、２４１ｈ，２４１ｖ…レーザ駆動部、２４２ｈ，２４１ｖ…レーザ発振器、２４３ｈ，２４３ｖ…ロータ、２４３０ｈ，２４３０ｖ…光学系、２４４ｈ，２４４ｖ…モータ駆動部、２４５ｈ，２４５ｖ…モータ、３，３Ａ…ヘッドマウントディスプレイ、３Ｂ…本体部、３ｈ…ヘッドバンド、３１…制御部、３２（３２−１〜３２−４）…光検出部、３３…抽出部、３３１，３３２…バンドパスフィルタ、３３３…スイッチ、３４…ストレージ、３５…表示部、３６…音声出力部、Ｒ１〜Ｒ３…抵抗、Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ、ＯＰ１…オペアンプ、Ｕ１…ユーザ、ＲＳ…実空間、Ｌｓ…ＬＥＤ光、Ｌｈ，Ｌｖ…レーザ光

Claims (12)

1. ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザが存在する実空間に対して光を照射する光照射装置であって、
   基準信号となる第１光を照射する第１光照射部と、
   前記基準信号に基づくタイミングで前記実空間を走査する走査信号となる第２光を照射する第２光照射部と、
   前記第１光照射部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記基準信号が前記ヘッドマウントディスプレイに通知すべき通知情報を含む、光照射装置。
2. 前記基準信号はパルス信号であり、
   前記通知情報は、前記パルス信号よりも周波数が高い高周波信号として、前記パルス信号に重畳されている、
   請求項１に記載された光照射装置。
3. 前記通知情報は、前記ヘッドマウントディスプレイを特定する第１情報を含む、
   請求項１又は２に記載された光照射装置。
4. 前記通知情報は、前記光照射装置の動作状態、光照射装置の設定を示す情報、および、前記光照射装置の設定の変更指令を示す情報のうち、少なくともいずれかの情報である第２情報を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載された光照射装置。
5. 前記制御部は、前記第２光照射部を制御し、
   前記走査信号が前記通知情報を含む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載された光照射装置。
6. 前記走査信号は、互いに直交する２方向の各々に沿って前記実空間を順に走査するための第１走査信号および第２走査信号を含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載された光照射装置。
7. 前記第１光はＬＥＤ（Light Emitting Diode）による光であって、前記第２光はレーザ光である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載された光照射装置。
8. 実空間に存在するユーザに装着され、前記ユーザに仮想空間を提供するヘッドマウントディスプレイであって、
   第１光を検出し、前記ヘッドマウントディスプレイに通知すべき通知情報を含む基準信号を取得する第１光検出部と、
   第２光を検出し、前記基準信号に基づくタイミングで前記実空間を走査する走査信号を取得する第２光検出部と、
   前記基準信号から前記通知情報を抽出する抽出部と、
   を備えたヘッドマウントディスプレイ。
9. 前記基準信号はパルス信号であり、
   前記通知情報は、前記パルス信号よりも周波数が高い高周波信号として、前記パルス信号に重畳されている、
   請求項８に記載されたヘッドマウントディスプレイ。
10. 前記抽出部は、前記パルス信号から前記高周波信号を抽出するフィルタを含む、
    請求項９に記載されたヘッドマウントディスプレイ。
11. 前記通知情報は、前記ヘッドマウントディスプレイを特定する第１情報を含む、
    請求項８から１０のいずれか１項に記載されたヘッドマウントディスプレイ。
12. 請求項１から７のいずれか１項に記載された光照射装置と、前記ヘッドマウントディスプレイと、を含む仮想現実システムであって、
    前記ヘッドマウントディスプレイは、
    前記第１光を検出し、前記基準信号を取得する第１光検出部と、
    前記第２光を検出し、前記走査信号を取得する第２光検出部と、
    前記基準信号から前記通知情報を抽出する抽出部と、を備えた、
    仮想現実システム。

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