JP6764333B2 - 投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像を投影する技術に関し、特に、対象物に係る情報を対象物付近に投影する投影装置に適用して有効な技術に関するものである。

例えば、建造物や構造物について、定期的に部品の劣化状況等の点検が行われるが、目視できない場所にあるものも含めて、作業者は通常、点検対象物の所在位置を紙の図面やＣＡＤ画面等と見比べながら確認している。

これに対し、例えば、特開２０１５−１０８７２８号公報（特許文献１）には、管理対象物についての関連情報を、管理対象物もしくはその近傍にプロジェクタによって投影する仕組みにおいて、可搬性を有し、焦点調整が容易であり、かつ投影方向を適切に設定することを可能とするプロジェクションマッピングシステムが記載されている。

特開２０１５−１０８７２８号公報

特許文献１に記載された技術は、例えばマンホール等の実際の構造物に対して直接的に映像を投影するプロジェクションマッピングである。この場合、投影する映像の大きさは、これを目視する距離に応じた一定程度の大きさとする必要がある。すなわち、目視距離が長い場合は相対的に大きな映像を表示し、目視距離が短い場合は相対的に小さな映像を表示しなければ投影映像の視認が困難となる。

投影する映像の大きさ（例えば、代表的に直径Ｒとする）に対して、投影面の凹凸の高さ（例えば、高さの平均をｒとする）が十分に小さい場合（Ｒ≫ｒ）は、投影面の凹凸による投影映像の歪みが無視できる程度となり、滑らかに映像を投影することができる。例えば、特許文献１に記載されているように、作業者が立った状態で所持するプロジェクタにより道路面に配管図等（直径Ｒが数メートル程度）を投影し、作業者がこれを目視する場合、道路面の凹凸の高さｒが高々数センチメートル程度であれば、Ｒ≫ｒが成立するため、道路面の凹凸に関わらず滑らかな映像を視認することができる。

一方で、例えば、金属板に取り付けられたボルト付近に、当該ボルトに関連する小さな映像（直径Ｒが数センチメートル程度）を投影して、作業者が腕の長さ程度の数十センチメートルの距離から目視するような場合、投影面の凹凸の高さｒはボルト頭部の高さの１〜２センチメートル程度となる。この場合、Ｒ≫ｒが成立せず、映像の大きさＲに対して凹凸の高さｒが無視できる程度に小さくならないことから、投影映像が凹凸により大きく歪み、特に文字情報については視認が困難となる。

建造物や構造物等のインフラ設備の点検は、文字情報の正しい視認が要求される場合が多いため、凹凸がある場合でも投影映像の歪みを低減することが求められる。また、点検に際しては、複数人の作業者が相互確認のために特定の投影映像を同時に視認していることも必要となる。さらに、対象の場所や天候等の条件によっては、点検対象の箇所が水溜まり等に水没している場合があり、このような箇所に投影しなければならない場合もある。

そこで本発明の目的は、対象物付近の表面に凹凸がある場合でも、比較的小さな映像を複数人が同時に視認できる状態で滑らかに投影することを可能とする投影装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、対象物付近が水没している場合でも同様に、比較的小さな映像を複数人が同時に視認できる状態で滑らかに投影することを可能とする投影装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本発明の代表的な実施の形態による投影装置は、対象物に設置されたＲＦＩＤタグのＩＤを読み取って、前記ＩＤに関連する映像を投影する可搬型の投影装置であって、第１の端部と第２の端部を有し、前記第２の端部を手で把持することができる支持部材と、前記支持部材の前記第１の端部付近に設置された、前記ＲＦＩＤタグと通信を行うための検出部と、前記支持部材の前記第１の端部付近に設置されたスクリーンと、前記スクリーンに対向する位置で前記支持部材に設置され、前記スクリーンに対して映像を投影するプロジェクタと、前記プロジェクタより前記第２の端部側で前記支持部材に設置され、前記検出部を介して前記ＲＦＩＤタグの前記ＩＤを読み取り、読み取った前記ＩＤに関連する映像の情報を取得して、前記プロジェクタにより投影する制御部と、を有するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、対象物付近の表面に凹凸がある場合でも、比較的小さな映像を複数人が同時に視認できる状態で滑らかに投影することが可能となる。また、対象物付近が水没している場合でも同様に、比較的小さな映像を複数人が同時に視認できる状態で滑らかに投影することが可能となる。

本発明の実施の形態１である投影装置の構成例について概要を示した図である。 本発明の実施の形態１である投影装置の使用例について概要を示した図である。 本発明の実施の形態２である投影装置の構成例および使用例について概要を示した図である。 本発明の実施の形態２である投影装置の他の構成例および使用例について概要を示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１である投影装置は、例えば、建造物や構造物等の点検等に用いるものであり、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentifier）タグのリーダ機能を備え、点検の対象物（以下では「管理対象物」と記載する場合がある）に設置されたＲＦＩＤタグのＩＤを読み取って、当該ＩＤに関連付けられた情報を映像として管理対象物の付近に投影するものである。

図１は、本発明の実施の形態１である投影装置の構成例について概要を示した図である。図中では、投影装置１と、構造物２（図１の例では、２枚の板状物が重ね合わせた状態で固着されている構造）および管理対象物３（図１の例では、２枚の板状物を固着しているボルト（およびナット））について、側面から見た図（一部は断面図）を模式的に示している。

本実施の形態の投影装置１は、ＲＦＩＤタグのリーダ機能により、管理対象物３に設置されたＲＦＩＤタグ３１（図１の例ではボルトの頭部に埋設されている）のＩＤを読み取り、当該ＩＤに関連付けられた情報を映像として管理対象物３の付近に投影する。このとき、従来技術のプロジェクションマッピングのように構造物２や管理対象物３の表面に直接投影するのではなく、投影装置１自身が小型のスクリーン１２１を備え、このスクリーン１２１に対して投影する。これにより、構造物２や管理対象物３の表面の凹凸に影響を受けずに滑らかな映像を投影することができる。

投影装置１は、図示するように、例えば、板状部材や棒状部材からなる支持部材Ａ（１１ａ）、Ｂ（１１ｂ）が、角度保持機能を有するヒンジ等からなる屈曲部１１１を介して連結された基礎構造（以下ではこの構造を「支持部材１１」と総称する場合がある）を有する。そして、この基礎構造に対して、プロジェクタ１２、制御部１３、スクリーン１２１、検出部１３３等の各種部品が取り付けられた構造を有する。蓄電池等の内部電源もしくは外部電源から電力の供給を受ける図示しない電源機構も有する。

そして、投影装置１の基礎構造における検出部１３３が取り付けられた端部とは反対側の端部付近は、作業者等が手で把持するための取手部分となる把持部１１２により覆われている。把持部１１２は、例えば、プラスチックやゴム等の樹脂により成形されたカバーやグリップとして構成することができるが、手で把持することができる構成となっていれば形状や素材等は特に限定されない。

制御部１３は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの情報処理により投影装置１の動作の制御を行うものであり、少なくとも、ＲＦＩＤタグのリーダ／ライタ装置としての機能を備える。すなわち、信号ケーブル１３２を介して接続された、支持部材Ａ（１１ａ）の先端部に設けられた検出部１３３をアンテナとして、ＲＦＩＤタグ３１との間で通信を行い、情報の読み書きを行うことができる。なお、図１の例では、信号ケーブル１３２は支持部材１１に沿って取り付けられているが、支持部材１１の内部に埋め込まれて取り付けられていてもよい。

そして、制御部１３は、ＲＦＩＤタグ３１から読み取ったＩＤの情報に基づいて管理対象物３を特定し、これに対応する映像情報を取得して、映像ケーブル１３４を介して接続されたプロジェクタ１２によりスクリーン１２１に投影させる。なお、ＩＤに対応する映像情報は、制御部１３が備える図示しないメモリ等に保持されたものから取得してもよい。また、制御部１３が無線もしくは有線の通信機能を備えて上位システム４との間で通信を行い、ＩＤに対応する映像情報を上位システム４からインターネット等のネットワークを介して取得してもよい。

ＲＦＩＤタグ３１の読み取り、およびＩＤを読み取った場合のプロジェクタ１２によるスクリーン１２１への映像の投影等の動作は、常時行うようにしてもよいし、動作の実行・停止をシステムスイッチ１３１のＯＮ／ＯＦＦの操作をトリガーとすることで、作業者が外部から制御できるようにしてもよい。

プロジェクタ１２は、制御部１３から映像ケーブル１３４を介して取得した映像を、支持部材Ａ（１１ａ）を介して対向する位置に設置されたスクリーン１２１に投影する。投影方式等については特に限定されないが、スピーカ１２２を備えて、投影した映像に含まれる音声情報を出力できるようにするのが望ましい。

図示するように、本実施の形態では、投影装置１全体を作業者が手で把持し、先端の検出部１３３を管理対象物３のＲＦＩＤタグ３１付近にかざして、もしくはタッチして利用する形態をとる。そのため、プロジェクタ１２（および制御部１３）は小型・軽量であることが望ましい。例えば、１辺が数センチメートル程度のコンパクトタイプのプロジェクタが市販されており、これらを用いてもよいし、同程度の大きさの専用のプロジェクタ１２を実装してもよい。このとき、プロジェクタ１２の仕様に応じてスクリーン１２１上で焦点を合わせられるよう、支持部材Ａ（１１ａ）の長さを調整・設定する。例えば、プロジェクタ１２からスクリーン１２１までの距離は数センチ〜数十センチメートルとなる。支持部材Ａ（１１ａ）を伸縮可能な部材により構成し、動的に距離を調整できるようにしてもよい。

なお、管理対象物３および構造物２の場所や形状等と作業者との相対的な位置関係によっては、作業者が投影装置１を管理対象物３にかざしたときのスクリーン１２１の角度が映像を視認しにくい角度になってしまう場合が生じ得る。この場合は、屈曲部１１１を軸に支持部材１１を所定の角度の範囲内で適当に屈曲させて、所望の角度とすることができる。また、作業者の位置によっては支持部材Ａ（１１ａ）がスクリーン１２１を遮ってしまう場合が生じ得る。したがって、例えば、支持部材Ａ（１１ａ）を板状部材により構成する場合は透明の部材としたり、支持部材Ａ（１１ａ）を１本もしくは複数本の、目視の邪魔にならない程度の太さの棒状の部材により構成したり等、スクリーン１２１の視認性を確保する構造とするのが望ましい。

また、スクリーン１２１の視認性を確保するとともに、作業者が投影装置１を把持して操作する際の操作性を考慮して、制御部１３は、プロジェクタ１２よりも把持部１１２側に設置するようにする。なお、スクリーン１２１は、管理対象物３を覆う状態となっても管理対象物３を視認することができるような透明または半透明の素材、もしくはフレキシブルな防水素材等により構成されていることが望ましい。

図２は、本実施の形態の投影装置１の使用例について概要を示した図である。図２の例では、投影装置１について、支持部材Ａ（１１ａ）の長辺部分と支持部材Ｂ（１１ｂ）とが平行になるように、すなわち、投影装置１（支持部材１１）が最も長くなるように屈曲させた（支持部材１１を「伸ばした」）状態を示している。

図示するように、本実施の形態では、投影装置１の先端の検出部１３３（図示しない）付近にスクリーン１２１を備え、このスクリーン１２１に映像が投影されることから、作業者に、管理対象物３に対応する映像をその表面形状に影響を受けずに視認させることができる。

また、管理対象物３の近傍で管理対象物３に関連する映像を視認させるＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）の機能を実現することができる。すなわち、作業者が投影装置１の検出部１３３を管理対象物３のＲＦＩＤタグ３１にかざしたときに、検出部１３３の近傍に設置されたスクリーン１２１に投影される映像は、あたかも管理対象物３（ＲＦＩＤタグ３１）から吹き出したコメント表示の様相を呈する。そして、作業者が投影装置１を把持し、検出部１３３をＲＦＩＤタグ３１にかざす操作は、作業者の視線を検出部１３３および管理対象物３（ＲＦＩＤタグ３１）に集中させる凝視状態を作り出す。作業者はこの状態で近傍のスクリーン１２１に投影された映像を視認することになるため、視線移動がない、もしくは極小の状態とすることが可能となる。

このように、ディスプレイ等に表示された現実空間の映像にイメージ情報を重畳させる一般的なＡＲと同様に、目視している現実像に対して、スクリーン１２１による物理的な吹き出しとして情報を付加する形式のＡＲを実現することができる。これにより、視線移動に伴う作業ミス等を低減して業務を効率化することができる。

また、複数の作業者に同時に１つの投影映像を視認させることができるため、複数人による目視点検の正確性（同一の参照情報を視認して確認したことが担保される）と作業効率を向上させることができる。これに対し、このようなＡＲを実現する装置として、例えば、スマートグラス等の個人が装着する装置を用いることが考えられる。しかしながら、この場合は、各個人にそれぞれスマートグラスを装着させる必要があるとともに、全員が同じ情報を視認して確認したことを担保することが容易ではないという課題を有する。

また、音声情報についても、スマートグラス等の装置を用いた場合は、個々の作業者がヘッドフォンやイヤフォンを介してそれぞれ個別に聴取するのに対し、本実施の形態の投影装置１では、投影装置１のプロジェクタ１２が備えるスピーカ１２２から音声情報が出力されるため、全員が同じ音声情報を聴取したことを容易に担保することができる。また、耳元ではなく管理対象物３の近傍から音声情報が出力される（あたかも管理対象物３が音を発しているかのように聞こえる）ため、例えば、管理対象物３から発する音情報と、参考の音情報とを比較するような点検（例えば、管理対象物３のボルトを叩いて打音をチェックする等）の場合に、より精度の高い比較が可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２である投影装置は、比較的浅い水溜り等に管理対象物３が水没した状態であっても、実施の形態１と同様に、投影装置１を管理対象物３にかざすことで、管理対象物３の近傍のスクリーン１２１に対応する映像を投影することを可能とするものである。

図３は、本発明の実施の形態２である投影装置１の構成例および使用例について概要を示した図である。図３の例では、管理対象物３であるボルトが比較的透明度が高く浅い水中（例えば、水深１０センチ〜３０センチメートル程度）に設置されている状態を示している。このとき、実施の形態１に示した投影装置１をそのまま水中に挿入して使用すると、プロジェクタ１２や制御部１３の実装時に施した防水構造の有無や程度によっては浸水して破損してしまう場合がある。また、この部分を防水構造としても、先端部のスクリーン１２１との間に水が存在する場合、すなわち、プロジェクタ１２からの投影光が水中を進んでスクリーン１２１まで到達することになる場合、投影光が水によって屈折し、正しくスクリーン１２１に投影されない場合が生じ得る。

そこで、本実施の形態では、実施の形態１に示した投影装置１に対して、その先端部から少なくともプロジェクタ１２や制御部１３等の機械部品で防水構造が施されていない部分までを覆うような防水容器１４により投影装置１を包む構成とする。これにより、プロジェクタ１２や制御部１３等が浸水するのを防止することができる。また、プロジェクタ１２からの投影光が水中ではなく防水容器１４内の空気中を進んでスクリーン１２１まで到達するため、投影光を屈折させずに、また水の濁り等の影響を軽減して、スクリーン１２１に映像を適切に投影することができる。

防水容器１４の素材は、防水性を有するものであれば特に限定されず、また、形状も、投影装置１を覆うことができる形状であれば特に限定されない。例えば、ガラスやプラスチック等の樹脂によるケース状のものでもよいし、防水膜やフィルム等の可塑性を有する素材による袋状のものでもよい。また、防水容器１４の終端部は、防水構造とすべき投影装置１の全部もしくは一部を封入する閉じた構造（例えば、ケースを閉じる、袋を縛る等）としてもよいし、図３に示すように、終端部が使用時に水面上に出る場合には投影装置１を封入せずに開放した状態であってもよい。なお、防水容器１４により投影装置１を覆いやすくなるよう、投影装置１の支持部材１１（支持部材Ａ（１１ａ）、Ｂ（１１ｂ））は、伸ばした状態として使用するのが望ましい。また、スクリーン１２１に投影された映像を視認できるようにするため、防水容器１４の全部もしくは視認のために必要な一部の箇所は透明な部材によって構成する。

図４は、本実施の形態における投影装置１の他の構成例および使用例について概要を示した図である。図４の例では、図３と同様の管理対象物３に対して、実施の形態１に示した投影装置１をそのまま防水容器１４により覆うのではなく、防水ケース１５により覆うとともに、防水ケース１５に支持部材１１の役割も担わせている。

すなわち、ガラスやプラスチック等の樹脂により略円筒状に成形された防水ケース１５が把持部１１２に固定された構成を有する。そして、防水ケース１５の内側の一端の面にはプロジェクタ１２（および制御部１３）が固定されているとともに、他端の面にはスクリーン１２１および検出部１３３が固定されている。また、検出部１３３と制御部１３を接続する信号ケーブル１３２が、防水ケース１５の内側の側面に取り付けられている。

この構成によっても、プロジェクタ１２や制御部１３等が浸水するのを防止することができるとともに、プロジェクタ１２からの投影光が水中ではなく防水ケース１５内の空気中を進んでスクリーン１２１まで到達するため、投影光を屈折させずに、また水の濁り等の影響を軽減して、スクリーン１２１に映像を適切に投影することができる。そして、図３の例に示した構成よりも、水中での使用に特化してより簡略化した構成で投影装置１を実装することが可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本発明は、対象物に係る情報を対象物付近に投影する投影装置に利用可能である。

１…投影装置、２…構造物、３…管理対象物、４…上位システム、
１１…支持部材、１１ａ、ｂ…支持部材Ａ、Ｂ、１２…プロジェクタ、１３…制御部、１４…防水容器、１５…防水ケース、３１…ＲＦＩＤタグ、
１１１…屈曲部、１１２…把持部、１２１…スクリーン、１２２…スピーカ、１３１…システムスイッチ、１３２…信号ケーブル、１３３…検出部、１３４…映像ケーブル

Claims (6)

1. 対象物に設置されたＲＦＩＤタグのＩＤを読み取って、前記ＩＤに関連する映像を投影する可搬型の投影装置であって、
   第１の端部と第２の端部を有し、前記第２の端部を手で把持することができる支持部材と、
   前記支持部材の前記第１の端部付近に設置された、前記ＲＦＩＤタグと通信を行うための検出部と、
   前記支持部材の前記第１の端部付近に設置されたスクリーンと、
   前記スクリーンに対向する位置で前記支持部材に設置され、前記スクリーンに対して映像を投影するプロジェクタと、
   前記プロジェクタより前記第２の端部側で前記支持部材に設置され、前記検出部を介して前記ＲＦＩＤタグの前記ＩＤを読み取り、読み取った前記ＩＤに関連する映像の情報を取得して、前記プロジェクタにより投影する制御部と、を有する、投影装置。
2. 請求項１に記載の投影装置において、
   前記支持部材は、前記プロジェクタが設置された位置より前記第２の端部側において屈曲可能である、投影装置。
3. 請求項１に記載の投影装置において、
   前記制御部は、前記ＲＦＩＤタグから読み取った前記ＩＤに関連する映像の情報を、通信により外部から取得する、投影装置。
4. 請求項１に記載の投影装置において、
   前記制御部は、前記検出部を介した前記ＲＦＩＤタグの前記ＩＤの読み取り、および読み取った前記ＩＤに関連する映像の前記プロジェクタによる投影の動作の実行と停止を切り替えるスイッチを備える、投影装置。
5. 請求項１に記載の投影装置において、
   さらに、前記支持部材における前記第１の端部から、少なくとも前記プロジェクタが設置された部分までを覆う、全部または一部が透明の素材により形成された防水容器を有する、投影装置。
6. 請求項１に記載の投影装置において、
   前記支持部材における前記第１の端部から一部が透明の防水ケースにより構成され、
   前記防水ケースの内側の前記第１の端部側に、前記検出部と前記スクリーンが設置され、前記防水ケースの内側の他端側の前記スクリーンに対向する位置に前記プロジェクタが設置された、投影装置。