JP7228294B2 - Projector control device, projector, projection system, projection method and program - Google Patents
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Description
本発明は、プロジェクタの制御装置、プロジェクタ、投影システム、投影方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a projector control device, a projector, a projection system, a projection method, and a program.
従来のプロジェクタの光学系は、大きな開口で設計されている。これは、光源から放射される光の損失を最小にするとともに、高い解像度を達成するためである。しかし、このような設計の場合、プロジェクタの被写界深度は浅くなるため、投影面は静止した平面のスクリーンであることが望ましい。 Conventional projector optics are designed with a large aperture. This is to achieve a high resolution while minimizing the loss of light emitted from the light source. However, in such a design, the depth of field of the projector is shallow, so the projection surface is preferably a stationary flat screen.
一方で、近年はプロジェクションマッピングと呼ばれるプロジェクタの投影光を用いた情報システムやアート作品等が注目を集めている。また、そのような事情を考慮したプロジェクタも提案されている(例えば特許文献1)。 On the other hand, in recent years, attention has been focused on information systems and artworks using projection light from a projector called projection mapping. In addition, a projector that takes such circumstances into consideration has also been proposed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、このような情報システムやアート作品にあっては、平面のスクリーン以外に投影しなければならないことも多く、奥行き方向に距離差があるような対象や動く対象に投影を行う際に、先に説明した被写界深度の浅さが問題となる。もちろん投影位置とその距離に合わせてフォーカスを調整することは考えられるが、奥行き方向に距離差がある2以上の領域に同時に投影しなければならない場合や高速に動く対象に投影する場合等においては、その少なくとも一部はフォーカスが合わない状況やフォーカスが合わないタイミングが発生することとなる。特許文献1に係るプロジェクタであっても、このような問題は提起も示唆もされていない。
However, in such information systems and art works, it is often necessary to project onto a surface other than a flat screen. The shallow depth of field described in 1. above is a problem. Of course, it is conceivable to adjust the focus according to the projection position and its distance, but if you need to project simultaneously on two or more areas with a difference in distance in the depth direction, or when projecting on a fast-moving object, etc. , at least a part of which is out of focus or out of focus occurs. Even the projector according to
本発明では上記事情を鑑み、被写界深度が浅い光学系であっても、時間的及び/又は空間的に可変な実物体に投影を行うことができるプロジェクタの制御装置、プロジェクタ、投影システム、投影方法及びプログラムを提供することとした。 In view of the above circumstances, the present invention provides a projector control device, a projector, a projection system, and a projector control device capable of projecting onto a temporally and/or spatially variable real object even with an optical system having a shallow depth of field. We decided to provide a projection method and a program.
本発明の一態様によれば、プロジェクタの制御装置が提供される。この制御装置は、発光制御部と、光学系制御部とを備える。発光制御部は、プロジェクタの発光部が第1の動作周波数で発光するように発光部を制御可能に構成される。発光部は、画像を含む投影光を投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、実物体と発光部との距離は時間的及び/又は空間的に可変である。光学系制御部は、可変焦点光学系が第2の動作周波数で投影光の焦点位置を変化させるように可変焦点光学系を制御可能に構成される。第1の動作周波数は、100Hz以上であり、第2の動作周波数は、30Hz以上である。 According to one aspect of the present invention, a control device for a projector is provided. This control device includes a light emission control section and an optical system control section. The light emission control section is configured to be able to control the light emission section of the projector so that the light emission section emits light at the first operating frequency. The light emitting unit is configured to emit projection light including an image so as to be able to project onto a real object as a projection target, and the distance between the real object and the light emitting unit is temporally and/or spatially variable. The optical system controller is configured to be able to control the variable focus optical system such that the variable focus optical system changes the focal position of the projection light at the second operating frequency. The first operating frequency is 100 Hz or higher and the second operating frequency is 30 Hz or higher.
本発明に係るプロジェクタは、発光部と可変焦点光学系とが、ともに人が視認しうる知覚周波数よりも高い動作周波数で制御されるため、ヒトから見ると、時間的及び/又は空間的に可変な実物体に投影光を投影することができる。 In the projector according to the present invention, both the light emitting unit and the varifocal optical system are controlled at an operating frequency higher than the perceptual frequency that humans can visually recognize. projection light can be projected onto a real object.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。特に、本明細書において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、0又は1で構成される2進数のビット集合体として信号値の高低によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Various features shown in the embodiments shown below can be combined with each other. In particular, in this specification, the term "unit" can include, for example, a combination of hardware resources implemented by circuits in a broad sense and software information processing that can be specifically realized by these hardware resources. . In addition, although various information is handled in this embodiment, this information is represented by the level of the signal value as a binary bit aggregate composed of 0 or 1, and communication and calculation are performed on a circuit in a broad sense. can be
また、広義の回路とは、回路(Circuit)、回路類(Circuitry)、プロセッサ(Processor)、及びメモリ(Memory)等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等を含むものである。 A circuit in a broad sense is a circuit implemented by appropriately combining at least circuits, circuits, processors, memories, and the like. Application Specific Integrated Circuits (ASICs), programmable logic devices (e.g., Simple Programmable Logic Devices (SPLDs), Complex Programmable Logic Devices (CPLDs), and field It includes a programmable gate array (Field Programmable Gate Array: FPGA).
1.全体構成
図1は、本実施形態に係る投影システム1の構成概要を示す図である。第1節では、投影システム1の全体構成について説明する。1. Overall Configuration FIG. 1 is a diagram showing an overview of the configuration of a
1-1.投影システム1
投影システム1は、プロジェクタ1aと、可変焦点光学系23と、制御装置3とを備える。本実施形態では、このような投影システム1を用いて対象51~53に投影光Lを投影することで、プロジェクションマッピングを実施することを考える。ここで、対象51~53は、実物体であるものとする。すなわち、HUDの場合は虚像なので、本人しか画像を視認できないが、本実施形態に係るプロジェクションマッピングは、実物体に投影光Lを投影するため、複数のヒトによって視認できる。以下、これらの構成要素についてさらに説明する。1-1.
The
1-2.プロジェクタ1a
プロジェクタ1aは発光部22を備え、発光部22が画像を含む投影光Lを投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、実物体と発光部22との距離は時間的及び/又は空間的に可変である。すなわち、投影対象である実物体が動くものでもよいし、プロジェクタ1aが動くものでもよい。プロジェクタ1aの外観や内部の構成は特段限定されるものではないが、プロジェクタ1aは、いわゆる高速プロジェクタと称されるリフレッシュレート(第1の動作周波数CR1)が高いものが採用されることに留意されたい。第1の動作周波数CR1は、100Hz以上であり、好ましくは、250Hz以上であり、さらに好ましくは500Hz又は1000Hzである。具体的には例えば、100,125,150,175,200,225,250,275,300,325,350,375,400,425,450,475,500,525,550,575,600,625,650,675,700,725,750,775,800,825,850,875,900,925,950,975,1000,1025,1050,1075,1100,1125,1150,1175,1200,1225,1250,1275,1300,1325,1350,1375,1400,1425,1450,1475,1500,1525,1550,1575,1600,1625,1650,1675,1700,1725,1750,1775,1800,1825,1850,1875,1900,1925,1950,1975,2000Hzであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。1-2.
The
1-3.センサ21
センサ21は、例えば、外界の情報を画像として取得可能に構成されるカメラ(可視光、赤外光等は適宜採用可能)である。特にセンサ21は、いわゆる高速ビジョンと称する動作周波数(フレームレート)が高いものが採用されることが好ましい。フレームレートは、例えば、100fps以上であり、好ましくは、250fps以上であり、さらに好ましくは500fps又は1000fpsである。具体的には例えば、100,125,150,175,200,225,250,275,300,325,350,375,400,425,450,475,500,525,550,575,600,625,650,675,700,725,750,775,800,825,850,875,900,925,950,975,1000,1025,1050,1075,1100,1125,1150,1175,1200,1225,1250,1275,1300,1325,1350,1375,1400,1425,1450,1475,1500,1525,1550,1575,1600,1625,1650,1675,1700,1725,1750,1775,1800,1825,1850,1875,1900,1925,1950,1975,2000fpsであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。1-3.
The
センサ21は、例えば第1のセンサとして機能する。第1のセンサは、第1の情報を取得するように構成される。ここで第1の情報とは、投影光Lが投影された対象51~53の奥行き位置、形状、及び投影された態様の少なくとも1つを含む情報である。これについては、後に詳述する。
The
また、センサ21は、例えば第2のセンサとして機能する。第2のセンサは、第2の情報を取得するように構成される。ここで第2の情報とは、投影光Lが投影された対象51~53の画角内での位置を含む情報である。これについては、後に詳述する。
Moreover, the
なお、プロジェクタ1aにおける画角位置と、センサ21における画角位置とについて、事前のキャリブレーションによって整合性がとれているものとする。また、不図示ではあるが、同軸光学系を採用することで、キャリブレーションフリーのシステムとして実施してもよい。
It is assumed that the angle of view position of the
また、センサ21は、カメラに限らず、三次元形状を取得可能な計測センサ等をセンサ21として採用してもよいし、機能の異なる複数のセンサ21を採用してもよい。さらに、本技術の可変焦点投影を用いたDepth from Defocusに基づく奥行き計測をしてもよい。ここで、Depth from Defocusとは、2次元画像から3次元奥行き情報を得る技術であって、画像ボケを用いて奥行きを推定する技術である。かかる場合、Depth from Defocusによってセンサ21から対象51~53(実物体)までの距離を計測し、この計測した距離に位置する対象51~53に投影光Lの焦点が合うように、可変焦点光学系23が制御されるとよい。
Moreover, the
1-4.可変焦点光学系23
可変焦点光学系23は、投影光Lの焦点位置FPを可変に構成される。なお、可変焦点光学系23は、互いに屈折率の異なる2種類の媒体(例えば液体)の境界部分の形状を変化させることで、投影光Lの焦点位置FPを制御するように構成されてもよいし、コンパクトデジタルカメラ等に搭載されているような、物理的にレンズ群の一部を平行移動させて行ってもよいし、媒体が1種類のものでもよいし、媒体(通常は液体)とその中に封入した弾性膜を備えるものでもよいし、媒体自体の屈折率分布を電気制御可能なものでもよいし、液晶の位相制御を利用したものでもよい。さらに、必要に応じて、固定の光学系等(ここでは不図示)を前後に配置してもよい。1-4. Variable focus
The varifocal
このような構成を有することで、高速プロジェクタであるプロジェクタ1aのリフレッシュレートに見合う程度の動作周波数(第2の動作周波数CR2)で焦点位置FPを高速に可変させることができる。例えば、第2の動作周波数CR2は、30Hz以上であり、好ましくは、100Hz以上であり、さらに好ましくは500Hz又は1000Hzである。具体的には例えば、30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,230,240,250,300,350,400,450,500,550,600,650,700,750,800,850,900,950,1000,1050,1100,1150,1200,1250,1300,1350,1400,1450,1500,1550,1600,1650,1700,1750,1800,1850,1900,1950,2000Hzであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。
With such a configuration, the focal position FP can be changed at high speed at an operating frequency (second operating frequency CR2) matching the refresh rate of the
1-5.制御装置3
図2は、制御装置3のハードウェア構成を示すブロック図である。図3は、制御装置3における制御部33の機能を示す機能ブロック図である。制御装置3は、通信部31と、記憶部32と、制御部33とを有し、これらの構成要素が制御装置3の内部において通信バス30を介して電気的に接続されている。特に制御部33に関して、制御装置3は、発光制御部332と、光学系制御部333とを備える。以下、各構成要素についてさらに説明する。1-5.
FIG. 2 is a block diagram showing the hardware configuration of the
<通信部31>
通信部31は、USB、IEEE1394、Thunderbolt、有線LANネットワーク通信等といった有線型の通信手段が好ましいものの、無線LANネットワーク通信、LTE/3G等のモバイル通信、Bluetooth(登録商標)通信等を必要に応じて含めてもよい。すなわち、これら複数の通信手段の集合として実施することがより好ましい。<
The
例えば、通信部31は、プロジェクタ1a、センサ21、及び可変焦点光学系23とは、所定の高速通信規格において通信可能に構成されることが好ましい。具体的には、通信部31は、プロジェクタ1aの発光部22に発光させる投影光Lの画像を送信可能に構成される。通信部31は、センサ21が取得した第1の情報や第2の情報を受信可能に構成される。通信部31は、可変焦点光学系23の焦点位置FPを変化させるための制御信号を送信可能に構成される。
For example, the
<記憶部32>
記憶部32は、前述の記載により定義される様々な情報を記憶する。これは、例えばソリッドステートドライブ(Solid State Drive:SSD)等のストレージデバイスとして、あるいは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報(引数、配列等)を記憶するランダムアクセスメモリ(Random Access Memory:RAM)等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。<
The
特に、記憶部32は、センサ21によって取得され、且つ通信部31が受信した第1の情報や第2の情報を記憶する。また、記憶部32は、制御部33におけるセンサ制御部331がセンサ21から第1の情報や第2の情報を受信するように制御するためのセンサ制御プログラムを記憶する。記憶部32は、制御部33における発光制御部332(後述)が、発光部22が第1の動作周波数CR1で発光するように発光部22を制御するための発光制御プログラムを記憶する。記憶部32は、可変焦点光学系23が第2の動作周波数CR2で投影光Lの焦点位置FPを変化させるように可変焦点光学系23を制御するための光学系制御プログラムを記憶する。
In particular, the
また、記憶部32は、これ以外にも制御部33における演算部334によって実行される制御装置3に係る種々のプログラム等を記憶している。
In addition, the
<制御部33>
制御部33は、制御装置3に関連する全体動作の処理・制御を行う。制御部33は、例えば不図示の中央処理装置(Central Processing Unit:CPU)である。制御部33は、記憶部32に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、制御装置3に係る種々の機能を実現する。具体的にはセンサ制御機能、発光制御機能、光学系制御機能、演算機能等が該当する。すなわち、ソフトウェア(記憶部32に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部33)によって具体的に実現されることで、センサ制御部331、発光制御部332、光学系制御部333、及び演算部334として実行されうる。すなわち、プログラムは、コンピュータを、制御装置3の各部として機能させる。<
The
なお、図2においては、単一の制御部33として表記されているが、実際はこれに限るものではなく、機能ごとに複数の制御部33を有するように実施してもよい。またそれらの組合せであってもよい。以下、センサ制御部331、発光制御部332、光学系制御部333、及び演算部334についてさらに詳述する。
Although FIG. 2 shows a
[センサ制御部331]
センサ制御部331は、ソフトウェア(記憶部32に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部33)によって具体的に実現されているものである。センサ制御部331は、センサ21から第1の情報や第2の情報を受信するように制御する。また、センサ21の動作周波数を調整したり、センサ21が取得した第1及び第2の情報を用いて、3D投影画像モデルを生成するように実施してもよい。[Sensor control unit 331]
In the
[発光制御部332]
発光制御部332は、ソフトウェア(記憶部32に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部33)によって具体的に実現されているものである。発光制御部332は、プロジェクタ1aにおける発光部22が第1の動作周波数CR1で発光するように発光部22を制御可能に構成される。つまり、発光制御部332が発光部22を制御するための制御信号を生成し、これが通信部31を介してプロジェクタ1aにおける発光部22に送信される。そして、発光部22は、かかる制御信号に基づいて、対象51~53に対して投影光Lを投影するように発光する。また、発光部22は、投影光Lを投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、実物体と発光部22との距離は時間的及び/又は空間的に可変である。すなわち、投影対象である実物体が動くものでもよいし、プロジェクタ1a(発光部22)が動くものでもよい。発光制御部332は、周囲環境に応じて投影光の強度を動的に制御するように構成される。これについては、次の光学系制御部333とともにより詳細に説明する。[Light emission control unit 332]
In the light
[光学系制御部333]
光学系制御部333は、ソフトウェア(記憶部32に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部33)によって具体的に実現されているものである。光学系制御部333は、可変焦点光学系23が第2の動作周波数CR2で投影光Lの焦点位置FPを変化させるように可変焦点光学系23を制御可能に構成される。つまり、光学系制御部333が可変焦点光学系23の焦点位置FPを制御するための制御信号を生成し、これが通信部31を介して可変焦点光学系23に送信される。そして、可変焦点光学系23は、かかる制御信号に基づいて、対象51~53等に対して焦点が合うように、焦点位置FPを決定する。かかる制御信号に関して、可変焦点光学系23は、例えば、ステップ波形又は周期波形(正弦波等)を入力として焦点位置FPを決定するように構成される。[Optical system control unit 333]
In the optical
ここで、光学系制御部333は、焦点位置FPを動的に変化させて複数の焦点位置FPが規定されるように、可変焦点光学系23を制御する。その後、発光制御部332は、複数の焦点位置FPそれぞれに焦点が合ったタイミングで投影光Lが発光されるように、発光部22を制御する。より詳細には、発光制御部332は、互いに異なる焦点位置FPに対応する第1及び第2の投影面(例えば対象51と対象52等)に、焦点が合ったタイミングでそれぞれ異なる画像を含む投影光Lが発光されるように、発光部22を制御する。
Here, the optical
図4Aは、1という画像を含む投影光Lの焦点位置FPが対象51に合っている態様を示し、図4Bは、2という画像を含む投影光Lの焦点位置FPが対象52に合っている態様を示し、図4Cは、3という画像を含む投影光Lの焦点位置FPが対象53に合っている態様を示している。さらに、図5は、ヒトから見て対象51~53のすべてに焦点が合っている態様を示している。
4A shows a mode in which the focus position FP of the projection light L containing the
例えば、あるタイミングでは、対象51に画像が投影されるように、可変焦点光学系23が焦点位置FPを対象51に合わせ、画角位置を考慮して発光部22が発光する(図4A)。別のタイミングでは、対象52に画像が投影されるように、可変焦点光学系23が焦点位置FPを対象52に合わせ、画角位置を考慮して発光部22が発光する(図4B)。さらに別のタイミングでは、対象53に画像が投影されるように、可変焦点光学系23が焦点位置FPを対象53に合わせ、画角位置を考慮して発光部22が発光する(図4C)。
For example, at a certain timing, the varifocal
これについて、ヒトの視覚が認知できる周波数(一般的には20Hz以下)よりも高い周波数で対象51~53への投影を順次切り替えていくと、ヒトの目から見て、奥行き方向に距離差がある2以上の領域である対象51~53に同時に投影されるように見える(図5)、という有利な効果を奏する。また、制御部33(例えば発光制御部332と光学系制御部333等)は、対象51~53のそれぞれに対して、焦点ボケ大、焦点ボケ中、焦点ボケ無しの画像が投影されるように(焦点ボケ度合いの順番は任意)、積極的に制御してもよい。このような制御により、ヒトの感受性を訴求する、及びヒトの学習効果を高める、という有利な効果を奏する。
Regarding this, if the projection onto the
図6Aは、レンズの焦点距離を周期波形で共振させるための入力波形の態様(上部波形)と、レンズの共振と同期して、プロジェクタ1aに投影開始のタイミングをパルス信号で送信している態様(下部波形)とを示す図である。図6Bは、センサ21でプロジェクタ1aの投影を撮像した態様を示す図である。
FIG. 6A shows an aspect of an input waveform (upper waveform) for causing the focal length of the lens to resonate with a periodic waveform, and an aspect of transmitting the projection start timing to the
図6Bでは、撮像フレーム間の時間を1msに設定して、奥行きの異なる6枚の平面に投影している。ここでは、それぞれの平面において焦点が合った映像が撮影されていることが確認できる。前述のように、撮像フレーム間の時間は1msなので、ヒトにはそれぞれの平面で同時に撮影したように見える。 In FIG. 6B, the time between imaging frames is set to 1 ms, and projection is performed on six planes with different depths. Here, it can be confirmed that an image in focus is captured on each plane. As described above, since the time between imaging frames is 1 ms, it looks to humans as if they were photographed at the same time on each plane.
図7Aは、投影光Lの焦点位置FPが手前側に合っている態様を示し、図7Bは、投影光Lの焦点位置FPが奥側に合っている態様を示し、図7Cは、投影光Lの焦点位置FPが真ん中に合っている態様を示している。さらに、図8は、投影光Lの焦点位置FPが全てに合っている態様を示している。 7A shows a mode in which the focus position FP of the projection light L is on the near side, FIG. 7B shows a mode in which the focus position FP of the projection light L is on the back side, and FIG. 7C shows a mode in which the projection light L is focused on the back side. It shows a mode in which the focus position FP of L is aligned with the center. Furthermore, FIG. 8 shows a mode in which the focal position FP of the projection light L is perfectly aligned.
ここでは、奥行き0.3~1.5mの間に6枚の平面を設置している。そして、入力波形として12ms周期の正弦波を使用し、各平面の画像は166fpsで更新している。図7A~図7Cは、本実施形態に係る技術を使用していないため、いずれかの奥行きにしか焦点が合っていない。これに対し、図8は、本実施形態に係る技術を使用しているため、全ての平面に焦点が合っている。ここで分かるように、入力波形を正弦波にすることで、対象(平面)への焦点が合う深度の数を増やすことが可能となる。 Here, six planes are installed between 0.3 and 1.5 m in depth. A sine wave with a period of 12 ms is used as an input waveform, and the image of each plane is updated at 166 fps. 7A-7C do not use the technique of the present invention, so only one depth is in focus. In contrast, FIG. 8 uses the technique according to the present embodiment, so all planes are in focus. As can be seen here, by making the input waveform sinusoidal, it is possible to increase the number of depths at which the object (plane) is in focus.
さらに、発光制御部332は、第2の情報に基づいて、投影光Lの全画角に対して占める画像の位置又は大きさを制御するように構成されてもよい。前述の通り、第2の情報には、投影光Lが投影された対象51~53の画角内での位置が含まれる。この情報を下に、適切な画角位置に所望の画像を投影させることができる。
Furthermore, the light
すなわち、センサ21を用いたセンサフィードバックが実施されることとなる。前述の通り、センサ21、発光部22、及び可変焦点光学系23の動作周波数はいずれも高いため、対象51~53の位置が動的に変化する場合(換言すると、対象51~53が動く場合)にも有効であることに留意されたい。より広くいえば、対象51~53に限らず、何らかの動的な対象に対して、これらを追従してプロジェクションマッピングを実施することができる、という有利な効果を奏する。
That is, sensor feedback using the
また、光学系制御部333は、第1の情報に基づいて焦点位置FPが補正されるように可変焦点光学系23を制御してもよい。これについて補足する。前述の通り、第1の情報には、投影光Lが投影された対象51~53の奥行き位置、形状、及び投影された態様の少なくとも1つが含まれる。すなわち、センサ21によって逐次取得されるこれらの情報に基づくセンサフィードバックを実現することにより、そのタイミングにおける適切な焦点位置FPが決定される。特に、対象51~53が動的である場合には、有効な構成である。
Further, the optical
さらに、光学系制御部333は、焦点位置FPに基づいて投影光Lの画角を動的に変化させるように、可変焦点光学系23を制御してもよい。これについて補足する。投影の物理的性質上、対象51~53の奥行きによって、同じ画像を含むように投影光Lを発光しても、それぞれの対象に投影されるサイズと、その輝度が異なってしまう。これらを発光制御部332によって調節することも可能だが、特に遠方になるにつれて、解像度が低くなってしまうという問題がある。そこで、光学系制御部333が、可変焦点光学系23又は画角制御専用の光学系(ここでは不図示)を用いて、対象51~53の奥行き(換言すると、焦点位置FP)に基づいて、画角を動的に変化させることで、解像度の問題を解消することができる。
Further, the optical
好ましくは、発光制御部332は、投影光Lの反射輝度が焦点位置FPによらず略均一になるように制御することに留意されたい。
It should be noted that preferably, the light
具体的には、発光制御部332は、焦点位置FPに基づいて投影光Lの強度を動的に制御するように構成されてもよい。具体的には例えば、投影システム1から比較的遠い対象51には相対的に強い光強度で投影を行い、逆に投影システム1に比較的近い対象53には相対的に弱い光強度で投影を行うとよい。あるいは、発光制御部332は、焦点位置FPに基づいて投影光Lの発光時間を動的に制御するように構成されてもよい。発光時間によってヒトの目には異なった輝度で観測されるので、例えば、投影システム1から遠い対象51には相対的に長い発光時間で投影を行い、逆に投影システム1から近い対象53には相対的に短い発光時間で投影を行うとよい。
Specifically, the
[演算部334]
演算部334は、ソフトウェア(記憶部32に記憶されている)による情報処理がハードウェア(制御部33)によって具体的に実現されているものである。演算部334は、例えば、投影画像に対する画像処理、変換といった種々の演算を実施可能に構成される。これらは特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜実施されうる。[Calculation unit 334]
The
2.投影システム1を用いた投影方法
第2節では、投影システム1を用いた投影方法の一例について説明する。図9は、投影方法の流れを示すアクティビティ図である。ここでは、図1等に示される対象51~53の位置が時系列で可変するものとし、ヒトの目から見て、それぞれの対象51~53に適切な画像が同時に投影されることを目指すものとする。以下、図9における各アクティビティに沿って説明をする。2. Projection Method Using
[ここから]
(アクティビティA11)
センサ21が対象51~53の情報を取得する。これは例えば第1の情報又は第2の情報である。また、センサ制御部331が通信部31を介してこれらの情報を受信させる。また、センサ制御部331は第1及び第2の情報の少なくとも一方に基づいて、奥行きを有する対象51~53に投影される投影画像の3Dモデルが生成する。[from here]
(Activity A11)
The
(アクティビティA21)
続いて、発光制御部332が、センサ制御部331によって生成された投影画像の3Dモデルから、奥行きを考慮した上で実際に投影すべき2次元の投影画像を生成する。ここでは、対象51に投影する画像が対象51に対応する画角位置に生成される。対象52又は対象53に投影する画像は、このタイミングでは表示しない。(Activity A21)
Subsequently, the light
(アクティビティA22)
続いて、発光制御部332が、アクティビティA21において生成された投影画像を含む投影光Lを発光部22に発光させる。(Activity A22)
Subsequently, the light
(アクティビティA31)
一方、アクティビティA21と並行して、光学系制御部333が第1の情報に基づいて、対象51に対する適切な焦点位置FPを演算する。(Activity A31)
On the other hand, in parallel with activity A21, the optical
(アクティビティA32)
続いて、光学系制御部333が可変焦点光学系23の焦点位置FPを制御する。(Activity A32)
Subsequently, the
(アクティビティA23)
対象51に焦点の合った1と描かれた画像が投影され、これがヒトの目によって確認されうる。(Activity A23)
An image labeled 1 is projected onto the
その後、数フレームおきに、対象52、対象53に対して同様の処理(アクティビティA11,A21,A22,A23,A31,A32)が実行される。これによって、ヒトの目から見ると、奥行き方向の異なる対象51~53に同時に焦点の合った画像が投影されることとなる。また、センサ21によるセンサフィードバックによって、対象51~53の位置が動的に変化する場合にも対応しうる。
[ここまで]Thereafter, similar processing (activities A11, A21, A22, A23, A31, A32) is executed for the
[to this point]
以上はあくまでも一例である。例えば、対象51~53が動的でなくてもよいし、対象が単一で動的であってもよいし、対象が単一で凹凸を有するものであってもよいし、対象が曲面形状を呈するものであってもよい。より広くいえば、かかる投影方法によれば、投影システム1(プロジェクタ1a)を用いて、動的な対象、奥行き方向に凹凸を有する対象、及び奥行き方向が異なる2以上の対象の少なくとも1つに、画像を含む投影光Lを投影してプロジェクションマッピングを実施することができる。すなわち、HUDの場合は虚像なので、本人しか画像を視認できないが、本実施形態に係るプロジェクションマッピングは、実物体に投影光Lを投影するため、複数のヒトによって視認できる。また、投影システム1を自動車、ヒトを含む動物、飛行船やドローン等の飛行体、船舶、等の移動体に搭載し、走行中、飛行中又は渡航中の当該移動体から周辺環境に投影して、本実施形態に係るプロジェクションマッピングを実施することができる。
The above is just an example. For example, the
3.変形例
第3節では、本実施形態に係る投影システム1の変形例について説明する。すなわち、以下のような態様を採用してもよい。3.
本実施形態では、単一の制御装置3における単一の制御部33で様々な処理を実行しているが、プロジェクタ1a、センサ21、可変焦点光学系23等に対してそれぞれに制御装置3を用いてもよい。特にかかる場合は、各構成要素の時系列の同期取りが重要であることに留意されたい。もちろん、単一の制御装置3に対して、専用処理を実行する複数の制御部33を用いてもよい。
In this embodiment, a
本実施形態では、対象51~53の画角位置が異なるにあたって、発光部22が発光する投影光Lが含む画像の位置を変化させることで対応するものとしているが、例えばミラーデバイス等を用いて光学的にプロジェクタ1aの光軸方向を制御するように実施してもよい。
In the present embodiment, the position of the image included in the projection light L emitted by the
本実施形態では、プロジェクタ1a(発光部22)と、センサ21と、可変焦点光学系23と、制御装置3とを含む投影システム1に係るものであるが、これに代えて、センサ21と発光部22と、可変焦点光学系23と、制御部33とを一体的に備える高速で高機能なプロジェクタ1a(図10参照)を実施してもよい。
This embodiment relates to the
つまり、プロジェクタ1aは、発光部22と、可変焦点光学系23と、発光制御部332と、光学系制御部333とを備える。可変焦点光学系23は、投影光Lの焦点位置FPを可変に構成される。発光制御部332は、発光部22が第1の動作周波数CR1で発光するように発光部22を制御可能に構成される。光学系制御部333は、可変焦点光学系23が第2の動作周波数CR2で投影光Lの焦点位置FPを変化させるように可変焦点光学系23を制御可能に構成される。第1の動作周波数CR1は、100Hz以上であり、第2の動作周波数CR2は、30Hz以上である。
That is, the
4.結言
以上のように、本実施形態によれば、被写界深度が浅い光学系であっても、奥行き方向に距離差がある2以上の領域に同時に投影を行うことができるプロジェクタを実施することができる。4. Conclusion As described above, according to the present embodiment, even with an optical system having a shallow depth of field, it is possible to implement a projector capable of simultaneously projecting onto two or more areas having a distance difference in the depth direction. can be done.
次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記制御装置において、前記光学系制御部は、前記焦点位置を動的に変化させて複数の焦点位置が規定されるように、前記可変焦点光学系を制御し、前記発光制御部は、前記複数の焦点位置それぞれに焦点が合ったタイミングで前記投影光が発光されるように、前記発光部を制御するもの。
前記制御装置において、前記発光制御部は、互いに異なる前記焦点位置に対応する第1及び第2の投影面に、前記タイミングでそれぞれ異なる画像を含む前記投影光が発光されるように、前記発光部を制御するもの。
前記制御装置において、前記可変焦点光学系は、ステップ波形又は周期波形を入力として前記焦点位置を決定するように構成されるもの。
前記制御装置において、前記光学系制御部は、前記焦点位置に基づいて前記投影光の画角を動的に変化させるように、前記可変焦点光学系を制御するもの。
前記制御装置において、前記発光制御部は、前記焦点位置に基づいて前記投影光の強度を動的に制御するように構成されるもの。
前記制御装置において、前記発光制御部は、前記焦点位置に基づいて前記投影光の発光時間を動的に制御するように構成されるもの。
前記制御装置において、前記発光制御部は、前記投影光の反射輝度が前記焦点位置によらず略均一になるように制御するもの。
前記制御装置において、前記可変焦点光学系は、互いに屈折率の異なる2種類の媒体の境界部分の形状を変化させることで、前記投影光の焦点位置を制御するように構成されるもの。
前記制御装置において、前記発光制御部は、周囲環境に応じて前記投影光の強度を動的に制御するように構成されるもの。
プロジェクタであって、発光部と、可変焦点光学系と、前記制御装置とを備え、前記発光部は、画像を含む投影光を投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、前記実物体と前記発光部との距離は時間的及び/又は空間的に可変で、前記可変焦点光学系は、前記投影光の焦点位置を可変に構成されるもの。
前記プロジェクタにおいて、第1のセンサをさらに備え、前記第1のセンサは、第1の情報を取得するように構成され、ここで前記第1の情報とは、前記投影光が投影された対象の奥行き位置、形状、及び投影された態様の少なくとも1つを含む情報で、前記光学系制御部は、前記第1の情報に基づいて前記焦点位置が補正されるように前記可変焦点光学系を制御するもの。
前記プロジェクタにおいて、第2のセンサをさらに備え、前記第2のセンサは、第2の情報を取得するように構成され、ここで前記第2の情報とは、前記投影光が投影された対象の画角内での位置を含む情報で、前記発光制御部は、前記第2の情報に基づいて、前記投影光の全画角に対して占める前記画像の位置又は大きさを制御するように構成されるもの。
投影システムであって、プロジェクタと、可変焦点光学系と、前記制御装置とを備え、前記プロジェクタは発光部を備え、前記発光部が画像を含む投影光を投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、前記実物体と前記発光部との距離は時間的及び/又は空間的に可変で、前記可変焦点光学系は、前記投影光の焦点位置を可変に構成されるもの。
投影方法であって、前記プロジェクタ、又は前記投影システムを用いて、動的な対象、奥行き方向に凹凸を有する対象、及び前記奥行き方向が異なる2以上の対象の少なくとも1つに、画像を含む投影光を投影してプロジェクションマッピングを実施する方法。
プログラムであって、コンピュータを、前記制御装置の各部として機能させるためのもの。
もちろん、この限りではない。It may be provided in each aspect described below.
In the control device, the optical system control section controls the variable focus optical system so as to dynamically change the focal position to define a plurality of focal positions; The light emitting unit is controlled so that the projection light is emitted at the timing when the focal position of the projection light is focused on each focal position.
In the control device, the light emission control unit controls the light emission unit so that the projection light including the different images is emitted at the timing onto the first and second projection planes corresponding to the different focal positions. that controls the
In the control device, the varifocal optical system is configured to determine the focal position by inputting a step waveform or a periodic waveform.
In the control device, the optical system control section controls the variable focus optical system so as to dynamically change the angle of view of the projection light based on the focal position.
In the control device, the light emission control section is configured to dynamically control the intensity of the projection light based on the focal position.
In the control device, the light emission control section is configured to dynamically control the light emission time of the projection light based on the focal position.
In the control device, the light emission control section controls the reflected luminance of the projection light so that it is substantially uniform regardless of the focal position.
In the control device, the varifocal optical system is configured to control the focal position of the projection light by changing the shape of a boundary portion between two types of media having different refractive indices.
In the control device, the light emission control section is configured to dynamically control the intensity of the projection light according to the surrounding environment.
A projector, comprising: a light emitting unit; a variable focus optical system; A distance between the real object and the light emitting unit is temporally and/or spatially variable, and the variable focus optical system is configured to vary the focal position of the projection light.
The projector further comprises a first sensor, wherein the first sensor is configured to obtain first information, wherein the first information is an image of an object onto which the projection light is projected. Information including at least one of a depth position, a shape, and a projected aspect, and the optical system control unit controls the variable focus optical system so that the focal position is corrected based on the first information. what to do.
The projector further comprising a second sensor, wherein the second sensor is configured to obtain second information, wherein the second information is an image of an object onto which the projection light is projected. The information including the position within the angle of view, and the light emission control unit is configured to control the position or size of the image occupying the entire angle of view of the projection light based on the second information. What will be done.
A projection system comprising a projector, a varifocal optical system, and the control device, wherein the projector comprises a light emitting unit, and the light emitting unit can project projection light including an image onto a real object as a projection target. The optical system is configured to emit light, the distance between the real object and the light emitting unit is temporally and/or spatially variable, and the variable focus optical system is configured to vary the focal position of the projection light.
A projection method, wherein the projector or the projection system is used to project an image onto at least one of a dynamic object, an object having unevenness in the depth direction, and two or more objects having different depth directions. A method of performing projection mapping by projecting light.
A program for causing a computer to function as each part of the control device.
Of course, this is not the only case.
最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Finally, while various embodiments of the invention have been described, these have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. The embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
1 :投影システム
1a :プロジェクタ
21 :センサ
22 :発光部
23 :可変焦点光学系
3 :制御装置
30 :通信バス
31 :通信部
32 :記憶部
33 :制御部
331 :センサ制御部
332 :発光制御部
333 :光学系制御部
334 :演算部
51 :対象
52 :対象
53 :対象
CR1 :第1の動作周波数
CR2 :第2の動作周波数
FP :焦点位置
L :投影光1:
Claims (15)
発光制御部と、光学系制御部とを備え、
前記発光制御部は、前記プロジェクタの発光部が第1の動作周波数で発光するように前記発光部を制御可能に構成され、ここで前記発光部は、画像を含む投影光を投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、前記実物体と前記発光部との距離は時間的及び/又は空間的に可変で、
前記光学系制御部は、可変焦点光学系が第2の動作周波数で前記投影光の焦点位置を変化させるように前記可変焦点光学系を制御可能に構成され、
前記第1の動作周波数は、100Hz以上であり、前記第2の動作周波数は、30Hz以上であり、
前記光学系制御部は、前記焦点位置に基づいて前記投影光の画角を動的に変化させるように、前記可変焦点光学系を制御するもの。 A control device for a projector,
A light emission control unit and an optical system control unit,
The light emission control section is configured to be able to control the light emission section of the projector so that the light emission section emits light at a first operating frequency, wherein the light emission section emits projection light including an image onto a real object to be projected. configured to emit light so as to be projectable on the body, the distance between the real object and the light emitting unit being temporally and/or spatially variable,
The optical system control unit is configured to be able to control the variable focus optical system so that the variable focus optical system changes the focal position of the projection light at a second operating frequency,
the first operating frequency is 100 Hz or higher and the second operating frequency is 30 Hz or higher;
The optical system controller controls the varifocal optical system so as to dynamically change the angle of view of the projection light based on the focal position.
発光制御部と、光学系制御部とを備え、
前記発光制御部は、前記プロジェクタの発光部が第1の動作周波数で発光するように前記発光部を制御可能に構成され、ここで前記発光部は、画像を含む投影光を投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、前記実物体と前記発光部との距離は時間的及び/又は空間的に可変で、
前記光学系制御部は、可変焦点光学系が第2の動作周波数で前記投影光の焦点位置を変化させるように前記可変焦点光学系を制御可能に構成され、
前記第1の動作周波数は、100Hz以上であり、前記第2の動作周波数は、30Hz以上であり、
前記発光制御部は、前記焦点位置に基づいて前記投影光の発光時間を動的に制御するように構成されるもの。 A control device for a projector,
A light emission control unit and an optical system control unit,
The light emission control section is configured to be able to control the light emission section of the projector so that the light emission section emits light at a first operating frequency, wherein the light emission section emits projection light including an image onto a real object to be projected. configured to emit light so as to be projectable on the body, the distance between the real object and the light emitting unit being temporally and/or spatially variable,
The optical system control unit is configured to be able to control the variable focus optical system so that the variable focus optical system changes the focal position of the projection light at a second operating frequency,
the first operating frequency is 100 Hz or higher and the second operating frequency is 30 Hz or higher;
The light emission control unit is configured to dynamically control the light emission time of the projection light based on the focal position .
前記光学系制御部は、前記焦点位置を動的に変化させて複数の焦点位置が規定されるように、前記可変焦点光学系を制御し、
前記発光制御部は、前記複数の焦点位置それぞれに焦点が合ったタイミングで前記投影光が発光されるように、前記発光部を制御するもの。 In the control device according to claim 1 or claim 2 ,
The optical system control unit controls the variable focus optical system so as to dynamically change the focus position to define a plurality of focus positions,
The light emission control section controls the light emission section so that the projection light is emitted at timing when each of the plurality of focal positions is focused.
前記発光制御部は、互いに異なる前記焦点位置に対応する第1及び第2の投影面に、前記タイミングでそれぞれ異なる画像を含む前記投影光が発光されるように、前記発光部を制御するもの。 In the control device according to claim 3 ,
The light emission control unit controls the light emission unit so that the projection light including different images is emitted at the timing onto the first and second projection planes corresponding to the focal positions different from each other.
前記可変焦点光学系は、ステップ波形又は周期波形を入力として前記焦点位置を決定するように構成されるもの。 In the control device according to any one of claims 1 to 4 ,
The variable focus optical system is configured to determine the focal position with a step waveform or periodic waveform as an input.
前記発光制御部は、前記焦点位置に基づいて前記投影光の強度を動的に制御するように構成されるもの。 In the control device according to any one of claims 1 to 5,
The light emission control unit is configured to dynamically control the intensity of the projection light based on the focal position.
前記発光制御部は、前記投影光の反射輝度が前記焦点位置によらず略均一になるように制御するもの。 In the control device according to any one of claims 1 to 6 ,
The light emission control unit controls the reflection brightness of the projection light so that it becomes substantially uniform regardless of the focal position.
前記可変焦点光学系は、互いに屈折率の異なる2種類の媒体の境界部分の形状を変化させることで、前記投影光の焦点位置を制御するように構成されるもの。 In the control device according to any one of claims 1 to 7 ,
The varifocal optical system is configured to control the focal position of the projection light by changing the shape of the boundary between two types of media having different refractive indices.
前記発光制御部は、周囲環境に応じて前記投影光の強度を動的に制御するように構成されるもの。 In the control device according to any one of claims 1 to 8 ,
The light emission control unit is configured to dynamically control the intensity of the projection light according to the surrounding environment.
発光部と、可変焦点光学系と、請求項1~請求項9の何れか1つに記載の制御装置とを備え、
前記発光部は、画像を含む投影光を投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、前記実物体と前記発光部との距離は時間的及び/又は空間的に可変で、
前記可変焦点光学系は、前記投影光の焦点位置を可変に構成されるもの。 being a projector,
A light emitting unit, a variable focus optical system, and the control device according to any one of claims 1 to 9 ,
The light emitting unit is configured to emit projection light including an image so as to be projectable onto a real object that is a projection target, and the distance between the real object and the light emitting unit is temporally and/or spatially variable,
The variable focus optical system is configured to change the focal position of the projection light.
第1のセンサをさらに備え、
前記第1のセンサは、第1の情報を取得するように構成され、
ここで前記第1の情報とは、前記投影光が投影された対象の奥行き位置、形状、及び投影された態様の少なくとも1つを含む情報で、
前記光学系制御部は、前記第1の情報に基づいて前記焦点位置が補正されるように前記可変焦点光学系を制御するもの。 The projector according to claim 10 , wherein
further comprising a first sensor;
the first sensor configured to obtain first information;
Here, the first information is information including at least one of a depth position, a shape, and a projected mode of an object on which the projection light is projected,
The optical system control section controls the variable focus optical system so that the focal position is corrected based on the first information.
第2のセンサをさらに備え、
前記第2のセンサは、第2の情報を取得するように構成され、
ここで前記第2の情報とは、前記投影光が投影された対象の画角内での位置を含む情報で、
前記発光制御部は、前記第2の情報に基づいて、前記投影光の全画角に対して占める前記画像の位置又は大きさを制御するように構成されるもの。 The projector according to claim 10 or claim 11 ,
further comprising a second sensor;
the second sensor is configured to obtain second information;
Here, the second information is information including the position within the angle of view of the object on which the projection light is projected,
The light emission control unit is configured to control the position or size of the image with respect to the entire angle of view of the projection light based on the second information.
プロジェクタと、可変焦点光学系と、請求項1~請求項9の何れか1つに記載の制御装置とを備え、
前記プロジェクタは発光部を備え、前記発光部が画像を含む投影光を投影対象である実物体に投影可能に発光するように構成され、前記実物体と前記発光部との距離は時間的及び/又は空間的に可変で、
前記可変焦点光学系は、前記投影光の焦点位置を可変に構成されるもの。 A projection system,
A projector, a variable focus optical system, and the control device according to any one of claims 1 to 9 ,
The projector includes a light emitting unit, and the light emitting unit is configured to emit projection light including an image onto a real object that is a projection target, and the distance between the real object and the light emitting unit varies temporally and/or. or spatially variable,
The variable focus optical system is configured to change the focal position of the projection light.
請求項10~請求項12の何れか1つに記載のプロジェクタ、又は請求項13に記載の投影システムを用いて、動的な対象、奥行き方向に凹凸を有する対象、及び前記奥行き方向が異なる2以上の対象の少なくとも1つに、画像を含む投影光を投影してプロジェクションマッピングを実施する方法。 A projection method,
Using the projector according to any one of claims 10 to 12 or the projection system according to claim 13 , a dynamic object, an object having unevenness in the depth direction, and two different depth directions A method of performing projection mapping by projecting projection light containing an image onto at least one of the above objects.
コンピュータを、請求項1~請求項9の何れか1つに記載の制御装置の各部として機能させるためのもの。 a program,
A device for causing a computer to function as each part of the control device according to any one of claims 1 to 9 .
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