KR102380335B1 - 주사 레이저 평면성 검출 - Google Patents

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Abstract

주사 레이저 프로젝터(100)는 근접 센서 및 평면성 검출기를 포함한다. 근접 센서가 근접 임계값보다 가까운 물체를 검출하면 레이저 파워가 꺼진다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 프로젝터의 시야 내의 복수의 투영점에서 거리를 측정할 수 있다. 투영점들이 실질적으로 평면 내에 있으면 레이저 파워는 다시 켜질 수도 있다.

Description

주사 레이저 평면성 검출{SCANNING LASER PLANARITY DETECTION}
주사 레이저 투영 시스템에서, 프로젝터의 시야에서 물체가 검출되면 레이저 파워가 감소될 수도 있다. 근접 센서가 이 목적을 위해 사용될 수도 있다. 물체 또는 장애물 또는 간섭 표면과 프로젝터 또는 광원 간의 거리를 줄이는 함수로서 출력 파워가 감소될 수도 있다. 이는 특정 레이저 시스템 분류 또는 등급 내에 그대로 있기 위해 수행될 수 있다.
사용자는 임계 거리보다 가까운 표면에 투영하고 싶을 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 주위의 조명 상태를 보완하기 위해 프로젝터를 의도적으로 투영 표면에 매우 가깝게 움직일 수도 있다. 그러나 프로젝터와 투영 표면 간의 거리가 임계 거리 이하로 줄어들면 레이저 파워가 줄어들어 사용자가 이미지를 밝게 만들려고 하는 시도를 무산시켜버린다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 변조된 레이저 빔을 래스터(raster) 패턴으로 주사하는 프로젝터를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 투영 표면상의 투영점을 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 투영 표면 앞에 있는 물체상의 투영점을 도시한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터의 작동 중에 발생하는 레이저 파워의 변화를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 안전모듈을 도시한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 평면성 검출기를 도시한다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터에 의해 만들어진 다양한 거리 측정을 도시한다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 평면성 검출기를 도시한다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 프로젝터의 시야에서 윤곽이 있는 물체를 갖는 주사 레이저 프로젝터의 평면도를 도시한다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 복잡한 투영 표면상으로 투영하는 주사 레이저 프로젝터의 평면도를 도시한다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 안전모듈을 도시한다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기준표면 저장 및 장애물 검출기를 도시한다.
도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 프로세서 회로를 도시한다.
도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열 센서를 구비한 주사 레이저 프로젝터를 도시한다.
도 24는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열 센서에 응답하는 레이저 안전모듈을 도시한다.
도 25는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 26은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 블록도를 도시한다.
도 27은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치를 도시한다.
도 28 및 도 29는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 예시로서, 본 발명이 실시될 수도 있는 특정 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명한다. 본 발명의 다양한 실시예는 상이하지만, 반드시 상호 배타적인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일 실시예와 관련하여 본 명세서에 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예 내에서 구현될 수도 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 수정될 수도 있음을 이해해야 한다. 따라서, 다음의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 범위는 특허청구범위가 부여되는 등가물의 전체 범위와 함께 적절하게 해석되는 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 여러 도면에서 동일하거나 유사한 기능을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터를 도시한다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 이미지 처리부(102), 적색 레이저 모듈(110), 녹색 레이저 모듈(120), 청색 레이저 모듈(130) 및 적외선 레이저 모듈(164)을 포함한다. 레이저 모듈로부터의 광은 다이크로익(103, 105, 107 및 142)과 결합된다. 레이저 프로젝터(100)는 또한 절첩 거울(150) 및 주사 거울(116)을 갖는 주사 플랫폼(114)을 포함한다.
동작 시, 이미지 처리부(102)는 2차원 보간 알고리즘을 사용하여 101에서 비디오 콘텐츠를 처리하여 출력 픽셀이 디스플레이될 각각의 주사 위치에 대한 적절한 공간 이미지 콘텐츠를 결정한다. 이 콘텐츠는 레이저의 출력 강도가 입력 이미지 콘텐츠와 일치하도록 적색, 녹색 및 청색 레이저 소스 각각에 대해 명령된 전류에 매핑된다. 일부 실시예에서, 이 프로세스는 150MHz를 초과하는 출력 픽셀 속도에서 발생한다.
그 다음, 레이저 빔은 2차원 2축 레이저 주사 거울(116)에 장착된 초고속 짐벌(gimbal) 상으로 유도된다. 일부 실시예에서, 이 2축 주사 거울은 MEMS 프로세스를 사용하여 실리콘으로 제조된다. 수직 회전축은 준 정적으로 작동하며 수직 톱니형 래스터 궤적을 만든다. 수평축은 주사 거울의 공진 진동 모드에서 작동한다. 일부 실시예에서, MEMS 장치는 다양한 실시예가 이에 국한되지는 않지만, MEMS 다이를 포함하는 소형 어셈블리, 영구 자석의 작은 서브어셈블리, 및 전기 인터페이스를 사용하여 달성되는 전자기 작동을 사용한다. 예를 들어, 일부 실시예는 정전기 또는 압전 구동을 사용한다. 임의 유형의 거울 작동이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 채용될 수도 있다.
거울 제어회로(192)는 출력 빔(117)이 투영 표면(128) 상에서 래스터 주사(126)(도 2에 도시됨)를 생성하도록 하기 위해 주사 거울(116)의 각 운동을 제어하기 위한 하나 이상의 구동 신호(들)를 제공한다. 동작 시 레이저 광원은 각각의 출력 픽셀에 대해 광 펄스를 생성하고, 주사 거울(116)은 빔(117)이 래스터 패턴을 가로지를 때 광 펄스를 반사시킨다.
제어회로(192)는 하드웨어, 프로그래머블 프로세서, 또는 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어회로(192)는 주문형 집적 회로(ASIC)로 구현된다. 또한, 일부 실시예에서, 더 고속 데이터 경로 제어의 일부는 ASIC에서 수행되고, 전체 제어는 소프트웨어 프로그래머블 마이크로프로세서에 의해 제공된다.
주사 레이저 프로젝터(100)는 또한 레이저 안전모듈(190)을 포함한다. 작동 시, 레이저 안전모듈(190)은 하나 이상의 변수에 기초하여 레이저 파워 레벨을 수정한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 레이저 안전모듈(190)은 근접 센서를 포함하고, 프로젝터와 투영 표면(128) 간의 거리(또는 투영 표면(128)의 전방에 있는 것)가 근접 임계값 이하에 있을 때 출력 레이저 파워를 감소시킨다. 또한 일부 실시예에서, 레이저 안전모듈(190)은 투영 표면(128)이 실질적으로 평면인지를 검출할 수 있는 평면성 검출기를 포함한다. 레이저 안전모듈(190)은 투영 표면이 실질적으로 평탄한지에 기초하여 레이저 모듈(110, 120, 130 또는 164)들 중 임의의 것에 의해 제공된 출력 레이저 파워를 변경할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 레이저 안전모듈(190)은 생명체가 프로젝터의 시야 내에 존재하는지를 결정하는 열 센서를 포함할 수도 있다.
특정 레이저 시스템 클래스 등급에서 특정 투영 거리에 대해 규정된 것보다 더 높은 출력 파워 레벨(프로젝터의 휘도 증가)을 구동하기 위해, 본 발명의 다양한 실시예들은 근접 위반이 존재하더라도, 레이저 파워를 되돌려 놓는 것이 안전한지를 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 변조된 레이저 빔을 래스터 패턴으로 주사하는 프로젝터를 도시한다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 투영 표면(128) 상에 래스터 주사(126)를 행하는 프로젝터의 시야를 가로질러 래스터 패턴으로 출력 빔(117)을 주사하는 것으로 도시되어 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "시야(field of view)"라는 용어는 주사할 때 출력 빔(117)에 의해 도달할 수 있는 영역을 지칭한다. 예를 들어, 출력 빔(117)에 의해 조명될 수도 있는 공간상의 임의의 지점은 프로젝터(100)의 시야 내에 있는 것으로 언급된다.
일부 실시예에서, 래스터 주사(126)는 수평축 상의 정현파 성분 및 수직축 상의 톱니파 성분을 조합함으로써 형성된다. 이들 실시예에서, 출력 빔(117)은 정현파 패턴에서 좌우로 왕복하고, 플라이 백(bottom-to-top) 동안 디스플레이가 소거된 톱니 패턴으로 수직으로 상부에서 하부로 스윕(sweep)한다. 도 2는 빔이 수직으로 위에서 아래로 스윕하면서 정현파 패턴을 보여 주지만 아래에서 위로 플라이 백(flyback)을 나타내지는 않는다. 다른 실시예에서, 수직 스윕은 플라이 백이 존재하지 않도록 삼각파에 의해 제어된다. 또 다른 실시예에서, 수직 스윕은 정현파이다. 본 발명의 다양한 실시예는 수직 및 수평 스윕 또는 결과 래스터 패턴을 제어하기 위해 사용되는 파형에 의해 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 투영 표면상의 투영점을 도시한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "투영점"이라는 용어는 래스터 주사 레이저 빔에 의해 조명된 공간 내의 지점을 지칭한다. 예를 들어, 도 3은 평면 투영 표면(128) 상의 투영점(300)의 어레이(array)를 도시한다.
본 발명의 다양한 실시예는 프로젝터(100)와 이 프로젝터의 시야 내의 투영점 간의 거리를 측정한다. 예를 들어, 비행시간(time-of-flight: TOF) 측정 시스템을 포함하는 근접 센서가 포함되어 레이저 광 펄스의 왕복 이동 시간을 측정함으로써 다양한 투영점까지의 거리를 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명을 제한하지 않지만, 어레이 패턴으로 배열된(m×n)개의 투영점을 도시한다. 거리는 임의 수의 투영점에서 측정될 수도 있으며, 점은 도면과 같이 어레이로 정렬되지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 투영점은 하나 또는 둘 모두의 치수로 드문드문 배치된다.
비행시간 근접성 감지는 주사된 빔 투영에 사용될 때 3차원 데이터 세트를 생성한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 3차원 데이터는 위치(m,n)에서 거리(Z)를 포함한다. 인덱스 m 및 n은 거울 각도 또는 자유 공간의 직교좌표에 대응할 수도 있다. 마찬가지로, Z항은 극좌표에서 반경값을 나타낼 수 있고 또는 직교좌표 계에서 제3값을 나타낼 수 있다. 당업자는 좌표계 간에 자유롭게 변환하는 방법을 이해할 것이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, TOF 측정은 래스터 주사의 어느 위치에서든 트리거될 수 있으며, 3차원 데이터 세트를 나타내는 프레임 과정에서 임의 여러 측정 지점들을 포함하는 데이터 어레이가 구성될 수 있다. 매우 높은 측정 해상도를 얻기 위해서는 TOF의 해상도를 드물게(도면과 같이) 또는 훨씬 더 높은 밀도로 만들 수 있다. 여러 프레임에 걸쳐 약간 오프셋 측정점들을 갖는 오버 샘플링은 더 높은 해상도를 얻을 수 있다.
3차원 데이터 세트(Z1, 1...Zm,n)는 투영 표면의 치수 또는 형상, 또는 투영 표면 앞의 시야 내의 임의의 물체를 추론하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 실시예에서, 투영점은 평면상에 놓여 있다.
투영 시스템의 일부 사용 사례들에서 사용자는 프로젝터를 벽과 같은 평면 표면으로 향하게 할 것이다. 그러나 벽이 너무 가까우면 TOF 측정 시스템에 의해 검출된 근접 위반 때문에 시스템의 전원이 감소되거나 꺼질 수 있다. 이를 방지하기 위해 캡쳐된 3D 데이터 어레이를 추가로 처리하여 프로젝터 앞의 물체를 구별하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우 3D 데이터를 평탄 표면으로서 식별하기 위해 특수 수학 처리가 수행된다. 이는 시스템이 인간의 머리 또는 신체와 평면 간을 구별하도록 허용한다. 이 정보가 알려지면 투영 표면이 TOF 근접 시스템의 범위 내에 있고 근접 위반이 존재하는 동안 프로젝터는 정상 출력 파워로 복귀하고 최대 파워로 투영할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 투영 표면 앞에 있는 물체상의 투영점을 도시한다. 물체(410 및 420)는 투영 표면(128)의 전면에 도시된다. 물체(410 및 420)는 프로젝터와 투영 표면 간에 나타날 수 있는 임의의 유형의 물체일 수도 있다. 예를 들어, 프로젝터와 벽 간에 있는 테이블 위의 물체일 수도 있고, 프로젝터 앞에 있는 사람의 손과 머리 또는 시야를 걷는 사람일 수도 있다.
출력 빔이 물체를 가로 질러 주사할 때, 투영점까지의 거리가 측정된다. 일 예시에서, 거리가 근접 임계값보다 작은 경우, 레이저 프로젝터는 특정 레이저 시스템 클래스 등급을 만족시키기 위해 즉시 출력 파워를 감소시킬 수도 있다. 후술되는 바와 같이, 프로젝터는 모든 투영점이 실질적으로 평면에 놓여 있는지를 결정할 수도 있다. 도 4의 예에서, 투영점들은 모두 평면 내에 실질적으로 놓여 있지 않으므로, 레이저 파워는 단지 평면 결정에 기초하여 복원되지 않을 것이다.
추가 실시예에서, 프로젝터는 레이저 시스템 분류의 초점이 인간의 피부, 조직 및 광학적 신경 말단에 영향을 미치므로, 물체(410 또는 420) 중 하나가 생명체인지를 결정하기 위해 시야 내의 열을 측정할 수도 있다. 그들이 생명체로 결정되면, 레이저 파워는 감소된 채로 남아 있게 되는 반면, 그들이 무생명체로 결정되면, 레이저 파워는 더 높은 레벨로 복구될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터의 작동 중에 발생하는 레이저 파워의 변화를 도시한다. 도 5의 플롯은 수직축의 출력 루멘(lumens)을 수평축의 거리 함수로서 보여준다. 도 5에 표시된 레이저 파워 변화는 프로젝터가 투영 표면에 가깝게 이동한 다음 투영 표면에서 뒤로 움직일 때 발생할 수도 있다. 도 5의 레이저 파워 변화는 장애물이 시야에 놓인 후 시야에서 제거될 때도 발생할 수도 있다.
(1)에서 시작하여 모든 투영점에서 측정된 거리가 근접 임계값보다 크며, 프로젝터는 특정 레이저 시스템 등급에서 허용되는 최대 출력 루멘에서 작동한다. (2)에서 근접 센서는 적어도 하나의 투영점이 근접 임계값보다 가깝다고 결정하고, (3)에서 프로젝터의 시야 내의 특정 레이저 시스템 등급을 만족하도록 레이저 파워를 감소시킨다. (4)에서 근접 센서는 모든 투영점이 근접 임계값보다 한번 더 멀리 떨어져 있다고 판단하므로, (5)에서 레이저 파워를 최대 파워로 다시 증가시킬 수 있다.
도 5에 도시된 동작은 시간 경과에 따른 히스테리시스의 예이다. 근접 임계값을 위반할 경우 레이저 파워가 꺼지고, 잠시 후 근접 위반이 제거되면 레이저 파워가 복원될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터의 작동 중에 발생하는 레이저 파워의 변화를 도시한다. 도 6의 동작은 시간 영역 히스테리시스에 추가하여 표면 또는 투영 평면의 형태가 결정될 수도 있다는 것을 제외하고는 도 5의 동작과 유사하다. 예를 들어, 투영점이 실질적으로 평면에 놓여있다고 결정되면, 근접 위반이 여전히 존재하더라도 레이저 파워는 더 높은 값으로 복구될 수도 있다.
(1)에서 시작하여 모든 투영점에서 측정된 거리가 근접 임계값보다 크면, 프로젝터는 특정 레이저 시스템 등급에서 허용되는 최대 출력 루멘에서 작동한다. (2)에서 근접 센서는 적어도 하나의 투영점이 근접 임계값보다 가깝다고 결정하고, (3)에서 레이저 파워는 감소된다. (4)에서 프로젝터는 투영점이 실질적으로 평면 내에 있다고 결정한다. 평면성 결정의 결과로서 (5)에서 레이저 파워는 다시 최대 파워로 증가될 수 있다.
동작은 투영점이 더이상 실질적으로 평면상에 놓여 있지 않다고 프로젝터가 결정하면 다시 파워를 감소시킴으로써 (5)로부터 진행되거나, 또는 모든 투영점들에서 측정된 거리가 다시 한번 근접 임계값보다 더 크다고 프로젝터가 결정하면 (1)에서 처리가 다시 시작할 수도 있다.
도 6은 투영된 이미지의 크기를 제어하거나 또는 주위 광이 많은 경우에 이미지의 인지된 휘도를 증가시키도록 사용자가 투영 평면에 다가서는 경우에 이어날 동작을 보여준다. 이 경우 근접 위반이 검출되면 레이저 파워가 꺼진다. 그러나 사용자의 의도를 충족시키기 위해 근접 위반이 존재하더라도 평면성 결정 후 레이저 파워가 다시 켜진다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 안전모듈을 도시한다. 레이저 안전모듈(700)은 레이저 안전모듈(190)(도 1)의 예시적인 구현이다. 레이저 안전모듈(700)은 근접 센서(704), 평면성 검출기(710), 레이저 파워 제어기(720) 및 IR 제어기(702)를 포함한다.
근접 센서(704)는 투영점으로부터의 반사를 수신하고 투영점과 주사 레이저 프로젝터 간의 거리를 측정한다. 일부 실시예에서, 근접 센서(704)는 119에서 수신된 광 펄스의 비행시간(TOF)을 측정함으로써 거리를 측정한다. 예를 들어, 근접 센서는 미국 특허 출원 공보 2013/0107000 Al에 기재된 바와 같은 TOF 거리 측정 시스템을 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 근접 센서(704)는 거리를 측정하기 위해 광 검출기(도시되지 않음) 및 비행시간(TOF) 거리 측정 회로를 포함한다. 광 검출기는 임의의 파장의 광을 검출할 수도 있다. 예를 들어, 광 검출기가 적외선 광을 검출할 때, 거리 측정은 적외선 광원(164)(도 1)에 의해 생성된 적외선을 사용하여 수행될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 광 검출기가 가시광을 검출할 때, 거리 측정은 가시광 원(110, 120, 130)(도 1) 중 임의의 것을 사용하여 수행될 수도 있다. 거리 측정에 사용되는 광의 파장은 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 가시광이든 비가시광이든 임의의 파장이 사용될 수도 있다.
동작 시에, 근접 센서(704)는 투영점으로부터의 반사를 수신하고 전술한 바와 같이 거리를 측정한다. 근접 센서(704)는 또한 703에서 근접 임계값을 수신한다. 일부 실시예에서, 근접 임계값은 특정 레이저 시스템 클래스 등급을 만족시키기 위한 동작 거리에 해당한다. 예를 들어, 근접 센서와 모든 투영점 간의 거리가 근접 임계값보다 큰 경우, 해당 등급에서 허용되는 레이저 파워에서의 동작이 허용된다. 또한, 예를 들어, 근접 센서와 임의의 투영점 간의 거리가 근접 임계값보다 작은 경우, 감소된 범위로 레이저 시스템 클래스 등급이 위반될 수도 있기 때문에 더 높은 레이저 파워에서의 동작은 용인될 수도 없다.
근접 임계값은 주사 레이저 프로젝터 내의 메모리에 저장된 디지털값일 수도 있으며, 변경 가능하거나 변경되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 근접 임계값은 제조 시 주사 레이저 프로젝터에 프로그래밍될 수도 있으며, 제조자에 의해서만 변경될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 다른 실시예에서, 근접 임계값은 시스템 설계자에 의해 근접 센서 내에서 하드 코딩된 정적값일 수도 있다. 이들 실시예에서, 제조자 조차도 근접 임계값을 수정할 수 없다. 또 다른 실시예에서, 근접 임계값은 주사 레이저 프로젝터의 현재 휘도의 함수이며, 사용자가 휘도를 변화시킴에 따라 변화한다.
평면성 검출기(710)는 근접 센서(704)로부터 거리값을 수신하고 또한 노드(701) 상의 거울 각도 정보를 수신한다. 이 정보를 이용하여, 평면성 검출기(710)는 전술한 바와 같이 3차원 공간에서의 투영점의 위치를 나타내기 위해 데이터의 어레이를 생성한다. 평면성 검출기(710)는 데이터를 해석하고, 투영점이 실질적으로 평면에 놓여 있는지를 결정한다.
본원에서 사용된 바와 같은 어구 "실질적으로 평면에 놓여 있다"는 것은 지정된 공차값 내에서 평면인 3차원 공간에서의 투영점을 나타낸다. 공차값은 어떤 방식으로든 지정될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 공차값은 측정 오차가 비평면성 결정을 야기하지 않도록 측정 정확도에 의해 결정될 수도 있다. 다른 실시예에서, 공차값은 가능한 장애물의 최소 예상 치수에 의해 특정될 수도 있다. 예를 들어, 예상 장애물이 인간의 머리라면 몇 cm의 공차값을 사용할 수도 있다. 이들 실시예에서, 완전 평면인 수 센티미터 내에 있는 투영점은 "실질적으로 평면에 놓여 있다"고 간주된다.
본 발명의 다양한 실시예는 상이한 메카니즘을 사용하여 평면성을 검출한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 투영점은 3D 공간에서 평면 방정식에 적합하다. 다른 실시예에서, 임의의 하나의 투영점이 허용치를 벗어나는지를 결정하기 위해 어레이 내의 인접한 점들 간의 경사 벡터가 결정된다.
IR 제어기(702)는 노드(701) 상의 거울 각도 정보에 응답하여 IR 레이저 모듈(164)을 구동한다. 이러한 방식으로, 적외선 광이 시야 내의 투영점을 조명하기 위해 사용될 수도 있고, 119에서의 반사를 사용하여 전술한 바와 같은 근접도를 측정할 수 있다. IR 제어기(702)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, IR 제어기(702)의 일부 실시예는 증폭기 및 전류 구동기와 같은 아날로그 전자 장치를 포함한다. 일부 실시예는 또한 아날로그-디지털 변환기, 디지털-아날로그 변환기 및 마이크로 프로세서와 같은 디지털 전자 장치를 포함한다. IR 제어기(702)가 구현되는 방식은 본 발명을 제한하지 않는다.
레이저 파워 제어기(720)는 수신된 정보에 기초하여 주사 레이저 프로젝터의 레이저 파워 출력을 수정한다. 예를 들어, 레이저 파워 제어기(720)는 근접 위반이 검출되고, 711에서 레이저 파워 제어기(720)에 통신될 때 레이저 파워가 차단되도록 명령한다. 또한, 예를 들어, 레이저 파워 제어기(720)는 평면성 검출기(710)가 투영점이 실질적으로 평면에 놓여 있다고 결정하는지 여부에 기초하여 레이저 파워의 변화를 명령할 수 있다.
레이저 파워 제어기(720)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 레이저 파워 제어기(720)는 메모리 장치에 저장된 명령을 실행하는 마이크로프로세서를 사용하여 구현된다. 또한 일부 실시예에서, 레이저 파워 제어기(720)는 디지털 회로 및 아날로그 회로 모두를 포함하는 주문형 반도체(ASIC)의 일부로서 포함된다. 191에서의 레이저 파워 제어 신호는 레이저 파워를 높이거나 낮추거나 레이저 파워를 차단하도록 동작할 수도 있다. 예를 들어, 191에서의 레이저 파워 제어 신호는 레이저 모듈에 파워를 공급하는 전원 공급 장치를 정지시키거나 또는 레이저 다이오드를 구동하는 구동 전류의 일부 또는 전부를 전환시키는 차단 장치를 작동시킬 수도 있다.
도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 그리고 그 뒤의 도면을 참조하여 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 레이저 파워 제어기(720)는 근접 위반이 검출될 때, 레이저 파워를 차단할 수도 있다. 그 다음, 투영점이 실질적으로 평면에 놓이도록 결정되면, 레이저 파워가 백업될 수도 있다. 그러나 투영점이 실질적으로 평면에 놓여 있지 않은 것으로 결정되면 근접 위반이 물리적으로 제거될 때까지 레이저 파워가 낮은 수준으로 유지된다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(800) 또는 그 일부는 평면성 검출을 갖는 주사 레이저 프로젝터에 의해 수행되며, 그 실시예는 이전 도면에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 방법(800)은 일련의 회로 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(800)은 상기 방법을 수행하는 특정 유형의 장치에 의해 제한되지 않는다. 방법(800)에서의 다양한 동작은 제시된 순서로 수행될 수도 있고, 또는 다른 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 도 8에 열거된 일부 동작들은 방법(800)에서 생략된다.
방법(800)은 블록(810)으로 시작하여 도시된다. 도면 부호 810에 도시된 바와 같이, 주사 레이저 프로젝터의 시야 내의 적어도 하나의 투영점이 근접 임계값을 위반한다는 판정이 이루어진다. 일부 실시예에서, 이는 근접 센서(도 7의 근접 센서(704)와 같은)가 프로젝터와 투영점 간의 거리를 근접 임계값과 비교하여 투영점 중 적어도 하나는 프로젝터에 너무 가깝다고 결정하는 것에 해당한다. 이것은 도 5와 도 6의 (2)에도 도시되어 있다.
820에서, 주사 레이저 프로젝터 내의 레이저 파워는 근접 위반에 대응하여 감소된다. 일부 실시예에서, 이는 711에서 근접 위반의 표시를 수신한 결과로서 적색 레이저 모듈(110), 녹색 레이저 모듈(120), 청색 레이저 모듈(130) 및 선택적으로, 적외선 레이저 모듈(164)(도 1)일 수 있는 근접 측정을 위해 사용되는 컬러 채널 중 임의의 것 또는 모두로부터 레이저 파워를 감소하라고 레이저 파워 제어기(720)가 명령하는 것에 해당한다. 830에서, 주사 레이저 프로젝터와 시야 내의 복수의 투영점 간의 거리가 측정된다. 일부 실시예에서, 이는 810에서 근접 위반 검출과 병행하여 수행되고, 다른 실시예에서, 이는 근접 위반이 검출된 후에 수행된다. 일부 실시예에서, 830에서의 동작은 119에서 투영점으로부터의 반사를 수신할 때 근접 센서(704)의 동작에 해당한다.
840에서, 복수의 투영점이 실질적으로 평면에 놓여 있는지 대한 결정이 이루어진다. 일부 실시예에서, 이는 투영점을 3D 공간에서 최적(best fit) 평면 방정식에 맞추어서 수행된다. 다른 실시예에서, 이것은 평균 거리를 결정한 다음, 각 투영점까지의 거리를 평균과 비교함으로써 수행된다. 또 다른 실시예에서, 이것은 인접한 투영점들 간의 평균 경사 벡터를 결정하고 임의의 하나의 투영점이 기대된 공간 내에 있지 않은지를 결정함으로써 수행된다.
850에서, 복수의 투영점이 실질적으로 평면에 놓여 있다면 레이저 파워가 증가된다. 일부 실시예에서, 이는 레이저 파워 제어기(720)가 평면성 검출기(710)로부터 평면성 결정을 수신한 결과로서 레이저 파워가 복원되도록 명령하는 것에 해당한다. 이 동작은 근접 위반이 여전히 존재하더라도 레이저 파워가 복원되는 도 6의 (5)에도 도시된다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(900) 또는 그 일부는 평면성 검출을 갖는 주사 레이저 프로젝터에 의해 수행되며, 그 실시예는 이전의 도면에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 방법(900)은 일련의 회로 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(900)은 상기 방법을 수행하는 특정 유형의 장치에 의해 제한되지 않는다. 방법(900)에서의 다양한 동작은 제시된 순서로 수행될 수도 있고, 또는 다른 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 일부 실시예에서, 도 9에 열거된 일부 동작은 방법(900)에서 생략된다.
방법(900)은 블록(910)으로 시작하여 도시된다. 910에 도시된 바와 같이, 주사 레이저 프로젝터와 프로젝터의 시야 내의 복수의 투영점 간의 거리가 측정된다. 이것은 근접 센서(704)(도 7)가 119에서 수신된 반사의 왕복 이동 시간을 측정하는 동작에 해당한다.
920에서, 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는 지를 결정한다. 일부 실시예에서, 이는 투영점들을 3D 공간에서 최적 평면 방정식에 맞추어서 수행된다. 다른 실시예에서, 이것은 평균 거리를 결정한 다음, 각 투영점까지의 거리를 이 평균 거리와 비교함으로써 수행된다. 또 다른 실시예에서, 이것은 인접한 투영점들 간의 평균 경사 벡터를 결정하고 임의의 하나의 투영점이 기대된 공간 내에 있지 않은지를 결정함으로써 수행된다.
930에서, 복수의 투영점이 실질적으로 평면에 놓여 있지 않은 경우 시야에 장애물이 있는 시스템 또는 제품 실체화(instantiation)의 요구 사항을 만족시키기 위해 적어도 하나의 동작이 수행된다. 일부 실시예에서, 이것은 레이저 파워를 감소시키는 것에 해당한다. 다른 실시예에서, 이는 레이저 파워를 증가시키지 않는 것에 해당한다. 또 다른 실시예에서, 이것은 인간 또는 동물과 같은 생명체일 수도 있는 장애물이 존재하는지를 결정하기 위해 시야 내의 열을 측정하는 것에 해당한다. 또 다른 실시예에서, 이것은 시스템 내의 고차원 또는 연관된 컴퓨팅 개체에서 플래그를 설정하여 결정 매트릭스를 통해 조치를 취하게 할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 평면성 검출기를 도시한다. 평면성 검출기(1000)는 전술한 바와 같이 레이저 안전모듈(700)의 평면성 검출기(710)로 사용될 수도 있다. 동작 시, 각각의 투영점은 극좌표들(Θx, Θy, R)에 의해 표현되는 3D 공간에서 점으로서 평면성 검출기(1000)에 의해 수신되며, 여기서 Θx, Θy는 거울 각을 나타내고, R은 반경을 나타낸다. 반경 R은 또한 도 12에 도시되어 있으며, 여기서 R은 단순히 주사 레이저 프로젝터(100)와 투영 표면(128) 상의 투영점 간의 측정된 거리이다.
도 10을 다시 참조하면, 투영점 어레이 버퍼(1010)는 투영점을 나타내는 데이터를 3D 공간에 저장한다. 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터는 투영점의 각 프레임에 대해 대체되고, 다른 실시예에서는 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터가 노이즈를 감소시키기 위해 다수의 프레임에 걸쳐 평균화된다. 투영점 어레이 버퍼(1010)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 메모리 장치를 사용하여 구현된다.
평균화 회로(1020)는 모든 투영점에 대한 거리 값(R)을 평균화한다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 측정된 모든 R 값이 합산되고 그 결과가 투영점의 수로 나누어진다. 도 12는 프로젝터와 투영 표면의 측면도를 보여 주며, 한 차원으로 R 데이터만 보여준다. 실제로 레이저 빔 래스터가 주사할 때 R 데이터는 2차원으로 존재할 것이고, R 값의 2차원 어레이(도 3 참조)가 수집될 것이다.
비교기(1030)는 공차 값을 각 R 값과 평균 R 값 간의 차이와 비교한다. 모든 R 값이 공차 미만으로 평균값과 상이한 경우, 투영점은 실질적으로 평면 내에 있다고 결정되고, 실질적으로 평면이라는 신호가 721에서 표명된다.
일부 실시예에서, 평면성 검출기(1000)는 전술한 바와 같이 투영점 어레이 버퍼(1010)에 완전한 극좌표를 저장하고, 다른 실시예에서는 평면성 검출기(1000)는 각 투영점에 대해서 R 값만 저장한다. 도 10에 나타낸 실시예들은 R 값들이 많이 변하지 않을 것으로 예상할 때 잘 동작한다. 예를 들어, 도 10에 도시된 R-평균화 기술은 프로젝터가 투영 표면에 수직일 것이고, 시야가 충분히 좁아서 R 값이 좁은 범위(공차 값 미만) 내에서 변할 것으로 예상되는 경우에 잘 작동할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 평면성 검출기를 도시한다. 평면성 검출기(1100)는 전술한 바와 같이 레이저 안전모듈(700)의 평면성 검출기(710)로 사용될 수도 있다. 평면성 검출기(1100)는 극-직교 변환회로(1102), 투영점 어레이 버퍼(1010), 평균화 회로(1120) 및 비교기(1130)를 포함한다. 동작 시에, 각 투영점은 극좌표 Θx, Θy, R에 의해 표현되는 3D 공간 내의 한 지점으로서 평면성 검출기(1100)에 의해 수신되며, 여기서 Θx, Θy는 거울 각을 나타내고, R은 반경을 나타낸다. 극-직교 변환회로(1102)는 극좌표 Θx, Θy, R 내의 투영점을 수신하여 직교좌표 Χ,Υ,Ζ로 변환한다. 극-직교 변환회로(1102)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 극-직교 변환회로(1102)는 디지털 하드웨어로 구현되고, 다른 실시예에서는 극-직교 변환회로가 메모리 장치에 저장된 명령을 실행하는 프로세서에 의해 구현된다.
Z 좌표는 도 13과 14에 도시되어 있다. 직교좌표계의 Z 좌표는 극좌표 시스템의 R 값과 다르므로, Z 좌표는 프로젝터와 독립적인 좌표 공간에서 점의 위치를 나타내는 반면, R 값은 프로젝터에서 절대 거리를 나타낸다. 개시된 임의의 실시예는 좌표 변환회로를 포함하거나 생략할 수도 있으며, 공간에서의 투영점을 나타내기 위해 임의의 좌표계를 사용할 수도 있다. 도 13은 프로젝터에 대해 실질적으로 수직인 투영 표면을 도시하고, 도 14는 프로젝터에 대해 기울어진 투영 표면을 도시한다. 도 13 및 도 14는 Z 좌표가 도 14의 예에서 상당히 변화하더라도, 실질적으로 평면인 투영점 데이터를 수집한다는 점에 유의해야 한다.
도 11을 다시 참조하면, 투영점 어레이 버퍼(1010)는 투영점을 나타내는 데이터를 3D 공간에 저장한다. 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터는 투영점의 각 프레임에 대해 대체되고, 다른 실시예에서는 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터가 노이즈를 감소시키기 위해 다수의 프레임에 걸쳐 평균화된다. 투영점 어레이 버퍼(1010)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 메모리 장치를 사용하여 구현된다.
평균화 회로(1120)는 모든 투영점에 대한 Z 좌표값을 평균화한다. 예를 들어, 도 13을 참조하면, 측정된 모든 Z 좌표값이 합산되고, 그 결과가 투영점의 수로 나눠진다. 도 13은 프로젝터와 투영 표면의 측면도를 보여주며, 한 차원으로 Z 좌표 데이터만 표시한다. 실제로 레이저 빔 래스터가 주사할 때, Z 좌표 데이터가 2차원으로 존재하며, Z 좌표값의 2차원 어레이(도 3 참조)가 수집된다.
비교기(1130)는 공차값을 각 Z 좌표값과 평균 Z 좌표값 간의 차이와 비교한다. 모든 Z 좌표값이 평균값과 공차 미만으로 다를 경우, 투영점은 실질적으로 평면 내에 놓여있다고 결정되고, 실질적으로 평면인 신호는 721에서 표명된다.
일부 실시예에서, 평면성 검출기(1100)는 전술한 바와 같이 투영점 어레이 버퍼(1010)에서 완전한 직교좌표를 저장하고, 다른 실시예에서는 평면성 검출기(1100)는 각 투영점에 대한 Z 좌표값만을 저장한다. 도 11에 나타낸 실시예는 Z 좌표값이 많이 변하지 않을 것으로 예상할 때 잘 작동한다. 예를 들어, 프로젝터가 투영 표면에 수직일 때, Z 값이 좁은 범위(공차 값 미만) 내에서 변할 것으로 예상되는 경우, 도 11에 표시된 Z 평균화 기술이 잘 작동할 수도 있다.
도 10 및 도 11을 참조하여 전술한 거리 평균화 및 Z 좌표 평균화 기술은 프로젝터가 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 투영 표면에 실질적으로 수직일 때 잘 작동하지만, 투영 표면이 투영 표면에 수직하지 않을 때 짧아진다. 비표준 투영 표면에 적합한 평면성 검출 실시예가 이하에서 설명된다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 평면성 검출기를 도시한다. 평면성 검출기(1500)는 전술한 바와 같이 레이저 안전모듈(700)의 평면성 검출기(710)로 사용될 수도 있다. 평면성 검출기(1500)는 극-직교 변환회로(1102), 투영점 어레이 버퍼(1010), 최적 평면 연산회로(1520) 및 비교기(1530)를 포함한다. 동작 시에, 각 투영점은 극좌표 Θx, Θy, R에 의해 표현되는 3D 공간 내의 한 지점으로서 평면성 검출기(1500)에 의해 수신되며, 여기서, Θx, Θy는 거울 각을 나타내고, R은 반경을 나타낸다. 극-직교 변환회로(polar-to-rectangular conversion circuit)(1102)는 극좌표 Θx, Θy, R에서 투영점들을 수신하여 그들을 직교좌표 Χ,Υ,Ζ로 변환한다. 극-직교 변환회로(1102)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 극-직교 변환회로(1102)는 디지털 하드웨어로 구현되고, 다른 실시예에서는 극-직교 변환회로가 메모리 장치에 저장된 명령을 실행하는 프로세서에 의해 구현된다.
투영점 어레이 버퍼(1010)는 투영점을 나타내는 데이터를 3D 공간에 저장한다. 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터는 투영점의 각 프레임에 대해 대체되고, 다른 실시예에서는 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터가 노이즈를 감소시키기 위해 다수의 프레임에 걸쳐 평균화된다. 투영점 어레이 버퍼(1010)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 메모리 장치를 사용하여 구현된다.
최적 평면 연산회로(1520)는 최상의 적합 기준을 사용하여 투영점 어레이 버퍼(1010)의 투영점에 평면 방정식을 적용한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 투영점에 평면 방정식을 맞추기 위해 최소 자승 오차(LSE) 알고리즘이 사용되고, 다른 실시예에서는 직교 거리 회귀 평면이 투영점에 맞추어지며, 여기서 X 및 Y 좌표는 고정된 것으로 간주되고 평면에 대한 Z 거리가 최소화된다. 본 발명의 다양한 실시예는 평면 방정식을 투영점에 맞추기 위해 사용되는 최적 평면 방법의 유형에 의해 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 최적 평면 연산회로(1520)는 투영점의 각 프레임에 대한 최적 평면 방정식을 결정한다. 다른 실시예에서, 최적 평면 방정식 연산회로(1520)는 투영점 데이터의 다수의 프레임이 평균화되어 노이즈를 감소시킨 후에 만 최적 평면 방정식을 결정한다.
최적 평면 연산회로(1520)는 임의의 적합한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 최적 평면 연산회로(1520)는 하나 이상의 상태 머신에 의해 제어되는 전용 디지털 하드웨어로 구현된다. 이들 실시예에서, 디지털 하드웨어 및 상태 머신은 주문형 집적 회로(ASIC)에 포함될 수도 있다. 다른 실시예에서, 최적 평면 연산회로는 메모리에 저장된 명령을 실행하는 프로세서로 구현될 수도 있다.
비교기(1530)는 공차값을 각 Z 좌표값과 회로(1520)에 의해 결정된 최적 평면 방정식 간의 차와 비교한다. 모든 Z 좌표값이 공차 미만으로 평균값과 다를 경우, 투영점은 실질적으로 평면 내에 놓여있다고 결정되고, 실질적으로 평면이라는 신호가 721에서 표명된다.
도 15를 참조하여 전술한 최적 평면 방정식 기술은 프로젝터와 투영 표면 간의 상대 각도에 관계없이 투영 표면이 평면인 모든 시나리오에 대해 잘 작동한다. 예를 들어, 최적 평면 방정식 기술은 도 12, 13 및 14의 경우에 잘 작동한다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 프로젝터의 시야에 둥근 물체가 있는 주사 레이저 프로젝터의 평면도를 나타낸다. 둥근 물체(1610)는 투영 표면(1620) 앞의 볼 또는 기둥일 수도 있다. 일부 실시예에서, 물체(1610)는 실린더 또는 구를 나타내는 방정식과 같이 수학적으로 정의될 수도 있다.
본 발명의 일부 실시예는 수학적으로 정의될 수 있는 비 평탄 표면에 보다 더 일반적인 형상 맞춤 개념을 적용한다. 예를 들어, 빌딩에서 큰 지지 기둥과 같은 원통형이 투영 표면으로 사용될 수도 있다. 기둥의 곡률을 정의할 수 있는 경우 동일한 투영점 데이터 어레이를 사용하여 유효한 투영 표면을 의미하는 균일한 곡률을 식별할 수도 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 복합 투영 표면상으로 투영하는 주사 레이저 프로젝터의 평면도를 나타낸다. 도 17은 투영점이 떨어지는 4개의 표면(S1, S2, S3, S4)을 나타내는 3개의 물체를 보여준다. 도 18은 투영점이 떨어지는 3개의 분리된 표면(W1, W2, W3)이 있는 벽을 보여준다.
본 발명의 다양한 실시예는 도 17 및 도 18에 도시된 것과 같은 불규칙한 표면을 획득하여 "기준 형상"으로서 사용한다. 예를 들어, 불완전한 불규칙한(x, y, z) 3D 형상의 표면은 근접 센서를 사용하여 측정될 수도 있으며, 해당 투영점 데이터는 장치 메모리에 저장될 수도 있다. 후속하는 투영점 측정 샘플은 저장된 새로운 참조 형상점과 비교되어, 새롭게 측정된 투영점 중 어느 것이 기준으로부터 벗어나는지를 결정한다. 이들 실시예에서, 방정식은 계산되지 않지만, 설정된 "기준 형상"으로부터의 공차는 여전히 특정된다. 투영점이 "기준 형상"에서 허용치보다 큰 값을 벗어나면 투영 영역으로의 침입이 표시된다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 안전모듈을 도시한다. 레이저 안전모듈(1900)은 레이저 안전모듈(190)(도 1)의 예시적인 구현이다. 레이저 안전모듈(1900)은 기준표면 저장 및 장애물 검출 회로(1910)를 제외하고 레이저 안전모듈(700)(도 7)과 유사하다.
동작 시, 기준표면 저장 및 장애물 검출 회로(1910)는 기준표면을 기술하는 정보를 저장하고, 투영점들의 위치를 저장된 기준표면과 비교함으로써 장애물이 존재하는지를 결정한다. 일부 실시예에서, 저장된 기준표면은 수학적으로 표현되고, 다른 실시예에서는 저장된 기준표면이 저장된 저장 세트의 투영점이다.
기준표면 저장 및 장애물 검출 회로가 장애물이 존재하거나 장애물이 제거된 것을 검출하면, 이 정보는 레이저 파워 제어기(720)에 제공된다. 그 다음, 레이저 파워 제어기(720)는 전술한 바와 같이 레이저 파워 출력을 조정할 수도 있다.
도 20은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기준표면 저장 및 장애물 검출기를 도시한다. 기준표면 저장 및 장애물 검출 회로(1910)는 극-직교 변환회로(1102), 투영점 어레이 버퍼(1010), 기준표면 캡쳐 회로(2020) 및 비교기(2030)를 포함한다. 동작 시, 각 투영점은 극좌표, Θx, Θy, R에 의해 표현된 3D 공간 내의 점으로 회로(1910)에 의해 수신되며, 여기서, Θx, Θy는 거울 각을 나타내고, R은 반경을 나타낸다. 극-직교 변환회로(1102)는 극좌표 Θx, Θy, R 내의 투영점들을 수신하여 이들을 직교좌표 Χ,Υ,Ζ로 변환한다. 극-직교 변환회로(1102)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 극-직교 변환회로(1102)는 디지털 하드웨어로 구현되고, 다른 실시예에서는 극-직교 변환회로가 메모리 장치에 저장된 명령을 실행하는 프로세서에 의해 구현된다.
투영점 어레이 버퍼(1010)는 투영점을 나타내는 데이터를 3D 공간에 저장한다. 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터는 투영점의 각 프레임에 대해 대체되고, 다른 실시예에서는 투영점 어레이 버퍼(1010) 내의 데이터가 노이즈를 감소시키기 위해 다수의 프레임에 걸쳐 평균화된다. 투영점 어레이 버퍼(1010)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 투영점 어레이 버퍼(1010)는 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM)와 같은 메모리 장치를 사용하여 구현된다.
기준표면 캡쳐 회로(2020)는 버퍼(1010)의 투영점 데이터에 의해 식별되는 바와 같이 투영 표면의 표현을 캡처한다. 일부 실시예에서, 이것은 시스템 시작 시 한번 수행되고, 다른 실시예에서는 동작 기간 동안 주기적으로 수행된다. 일부 실시예에서, 기준표면은 수학적으로 표현되고, 다른 실시예에서는 기준표면이 기준 투영점 어레이로 표현된다.
기준표면 캡쳐 회로(2020)는 임의의 적절한 방식으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기준표면 캡처 회로(2020)는 하나 이상의 상태 머신에 의해 제어되는 전용 디지털 하드웨어로 구현된다. 이들 실시예에서, 디지털 하드웨어 및 상태 머신은 주문형 집적 회로(ASIC)에 포함될 수도 있다. 다른 실시예에서, 기준표면 캡쳐 회로(2020)는 메모리에 저장된 명령을 실행하는 프로세서로 구현될 수도 있다.
비교기(2030)는 공차값을 각 Z 좌표값과 회로(2020)에 의해 캡쳐된 기준표면 간의 차와 비교한다. 모든 Z 좌표값이 기준표면과 공차 미만으로 다를 경우, 투영점은 실질적으로 기준표면에 놓여있다고 결정되고, 1921에서 장애물 제거 신호가 표명된다.
도 21은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 프로세서 회로를 도시한다. 일부 실시예에서, 프로세서 회로(2100)는 전술한 바와 같이 레이저 안전모듈(700)의 평면성 검출기(710)로 사용될 수도 있다. 다른 실시예에서, 프로세서 회로(2100)는 전술한 바와 같이 레이저 안전모듈(1900)의 기준표면 저장 및 장애물 검출 회로(1910)로 사용될 수도 있다. 프로세서 회로(2100)는 투영점 어레이 버퍼(1010), 프로세서(2110), 및 메모리(2120)를 포함한다. 메모리(2120)는 명령들을 저장하는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체를 나타낸다. 명령들이 프로세서(2110)에 의해 실행될 때, 평면성 결정 또는 기준표면 동작이 수행된다. 상술한 평면성 검출 또는 기준표면 기술 중 임의의 것이 프로세서 회로(2100)에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서 회로(2100)는 극좌표 또는 직교좌표의 거리를 평균하고, 최적 평면 방정식 등을 결정할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 프로세서 회로(2100)는 투영점들을 수학적으로 표현하거나 또는 저장함으로써 기준표면을 캡쳐할 수도 있다. 또한, 프로세서 회로(2100)는 투영점이 실질적으로 평면 내에 있는지 또는 기준표면상에 실질적으로 위치하는지를 결정하기 위해 투영점과의 비교를 수행할 수도 있다.
프로세서 회로(2100)의 일부 실시예는 평균 거리 또는 최적 평면 방정식을 결정하지 않고 평면성 결정을 수행한다. 예를 들어, 일부 실시예는 인접한 투영점의 서브 세트들 간의 경사 벡터를 결정하고 이어서 나머지 투영점이 경사 벡터를 만족시키는지를 결정한다. 그러한 일 실시예를 이하에 설명한다.
투영점 어레이 버퍼(1010)는 전술한 방법 중 임의의 것을 사용하여 투영점으로 채워진다. 최소 깊이(Zmin)(가장 가까운 지점)를 판독하여 결정한다.
Zmin이 발생하는 가장자리 또는 모서리에 따라 가장 가까운 전방 또는 후방 이웃을 찾는다. 경사 벡터를 델타 차 Zdelta = Znext-Zcurrent로서 계산한다. Zdelta가 0보다 크거나 거의 같으면 이미지 평면에 증가하는 경사가 있다. 각 새로운 위치에서 Zmin으로부터 가장 먼 단부까지 반복한다. 이는 슬라이딩 창 깊이 검사 알고리즘이다. 슬라이딩 창은 가장 가까운 이웃들과 함께 현재지점을 검사하고, 슬라이딩 방향은 Zmin으로부터 바깥 쪽(뒤쪽의 전방)이다.
불연속성이 존재한다면, 즉, Zdelta가 0보다 작으면, 이는 깊이의 저하 또는 예정된 키스톤 처리된 이미지 평면의 평면 밖의 장애물의 존재를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(2200) 또는 그 일부는 기준표면 저장 및 장애물 검출을 하는 주사 레이저 프로젝터에 의해 수행되며, 그의 실시예는 이전 도면들에 도시된다. 다른 실시예에서, 방법(2200)은 일련의 회로 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(2200)은 방법을 수행하는 특정 유형의 장치에 의해 제한되지 않는다. 방법(2200)에서의 다양한 동작은 제시된 순서로 수행될 수도 있고 또는 다른 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 일부 실시예에서, 도 22에 열거된 일부 동작은 방법 2200에서 생략된다.
방법(2200)은 블록(2210)으로 시작하는 것으로 도시된다. 2210에 나타낸 바와 같이, 기준표면이 캡쳐된다. 일부 실시예에서, 이는 투영 표면의 수학적 표현을 저장하는 것에 해당한다. 다른 실시예에서, 이는 투영점 세트를 저장하는 것에 해당한다.
2220에서, 주사 레이저 프로젝터와 이 프로젝터의 시야 내의 복수의 투영점 간의 거리가 측정된다. 이는 119에서 수신된 반사의 왕복 전이 시간을 측정하는 근접 센서(704)(도 19)의 동작에 해당한다.
2230에서, 복수의 투영점이 기준표면상에 실질적으로 놓여 있는지에 대한 결정이 이루어진다. 일부 실시예에서, 이는 투영점이 수학적으로 정의된 표면상에 존재하는지를 결정함으로써 수행된다. 다른 실시예에서, 이는 기준표면을 나타내는 저장된 투영점과 투영점을 비교함으로써 수행된다.
2240에서, 복수의 투영점이 기준표면상에 실질적으로 놓이지 않은 경우 시야에서 장애물을 갖는 시스템 또는 제품 실체화의 요구 사항을 만족시키기 위해 적어도 하나의 동작이 수행된다. 일부 실시예에서, 이것은 레이저 파워를 감소시키는 것에 해당한다. 다른 실시예에서, 이는 레이저 파워를 증가시키지 않는 것에 해당한다. 또 다른 실시예에서, 이것은 인간 또는 동물과 같은 생명체일 수도 있는 장애물이 존재하는지를 결정하기 위해 시야 내에서 열을 측정하는 것에 해당한다. 또 다른 실시예에서, 이것은 시스템 내의 고차원 또는 연관된 컴퓨팅 요소에서 플래그를 설정하여 결정 매트릭스를 통해 조치를 취하게 할 수도 있다.
도 23은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열 센서를 구비한 주사 레이저 프로젝터를 도시한다. 주사 레이저 프로젝터(2300)는 열 센서(2310)의 추가로 레이저 프로젝터(100)를 주사하는 것과 유사한 구성 요소를 포함한다. 레이저 및 광학 장치(2320)는 도 1에 도시된 레이저 광 모듈 및 광학 소자를 포함한다. 레이저 안전모듈(2390)은 또한 열 센서(2310)에 응답하는 추가의 부품들을 포함할 수도 있다. 레이저 안전모듈(2390)은 도 24를 참조하여 더 상세히 설명된다.
열 센서(2310)는 프로젝터(2300)의 시야 내의 열을 감지할 수 있는 임의의 센서이다. 예를 들어, 열 센서(2310)는 발열체로부터의 복사열을 검출하기 위해 프로젝터의 시야와 일치하거나 또는 중첩하도록 설계 및 위치되는, 다방향의 광학 소자(예, 마이크로 프레스넬 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이)를 갖는 열전대열(thermopile)일 수도 있다.
저주파 온도 판독값은 생명체가 시야에 있는지를 검증하는 역할을 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 근접 위반은 무생물(예, 책, 꽃병 또는 다른 탁상용 물체)이 근접 임계값보다 가까운 시야 내에 있도록 사용자가 의도적으로 프로젝터를 배치할 때 발생한다. 근거리 위반의 결과로 레이저 파워가 차단될 수도 있으며, 평면성 또는 기준표면 검출이 되지 않기 때문에 다시 켜지지 않을 것이다. 이어서 열 센서(2310)는 시야 내에 열 흔적이 존재하는지를 검출하기 위해 이용될 수도 있다. 열 흔적이 생명체의 열 흔적과 일치하지 않으면, 레이저 파워를 다시 켤 수 있다. 반면에 열 흔적이 생명체가 근접 위반을 일으킨다는 것을 암시하면, 레이저 파워는 장애물이 더 이상 존재하지 않을 때까지 줄어들거나 꺼진 상태로 남아 있을 수도 있다.
도 24는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열 센서에 응답하는 레이저 안전모듈을 도시한다. 레이저 안전모듈(2390)은 근접 센서(704) 및 IR 제어기(702)를 포함하며, 이들 모두는 도 7을 참조하여 상술된다. 레이저 안전모듈(2390)은 평면성 또는 장애물 검출기(2410) 및 레이저 파워 제어기(2420)를 포함한다.
평면성 또는 장애물 검출기(2410)는 여기에 설명된 임의의 평면성 검출 실시예를 포함할 수도 있다. 평면성 즉 장애물 검출기(2410)는 여기에 설명된 기준 저장 및 장애물 검출기들 중 임의의 것을 포함할 수도 있다.
레이저 파워 제어기(2420)는 711에서의 근접 위반, 2421에서의 평면성 또는 장애물 결정 및 2311에서 열 센서로부터 수신된 열 흔적 정보에 응답한다.
작동 시 레이저 안전모듈은 근접 위반이 검출되면 레이저 파워를 끈다. 투영점이 실질적으로 평면 내에 있고 또는 기준표면상에 실질적으로 놓여 있는 것으로 결정되면, 레이저 파워가 다시 턴온될 수도 있다. 투영점이 실질적으로 평면 내에 있지 않거나 기준표면에 실질적으로 놓여 있지 않은 경우, 열 센서가 시야에 생명체가 없다고 표시하면 레이저 파워를 다시 켤 수 있다. 그렇지 않으면 열 센서가 시야에 생명체가 없거나 투영점이 실질적으로 평면 또는 기준표면에 놓이거나 근접 위반이 제거되도록 결정될 때까지, 레이저 파워가 감소된 상태로 유지된다.
도 25는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(2500) 또는 그 일부는 열 센서를 갖는 주사 레이저 프로젝터에 의해 수행되며, 그 실시예는 이전의 도면에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 방법(2500)은 일련의 회로 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(2500)은 상기 방법을 수행하는 특정 유형의 장치에 의해 제한되지 않는다. 방법(2500)에서의 다양한 동작은 제시된 순서로 수행될 수도 있고, 또는 다른 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 일부 실시예에서, 도 25에 열거된 일부 동작은 방법(2500)에서 생략된다.
방법(2500)은 블록(2510)으로 시작하는 것으로 도시된다. 2510에 도시된 바와 같이, 주사 레이저 프로젝터와 이 프로젝터의 시야 내의 복수의 투영점 간의 거리가 측정된다. 이것은 119에서 수신된 반사의 왕복 이동 시간을 측정하는 근접 센서(704)(도 24)의 동작에 해당한다.
2520에서, 복수의 투영점이 실질적으로 평면 또는 기준표면상에 놓여 있는 지에 대한 결정이 이루어진다. 일부 실시예에서, 이는 투영점을 3D 공간에서 최적 평면 방정식에 맞추어서 수행된다. 다른 실시예에서, 이것은 평균 거리를 결정한 다음, 각 투영점까지의 거리를 평균거리와 비교함으로써 수행된다. 또 다른 실시예에서, 이것은 인접한 투영점들 간의 평균 경사 벡터를 결정하고 임의의 하나의 투영점이 기대된 공간 내에 있지 않은지를 결정함으로써 수행된다. 그리고 또 다른 실시예에서, 이것은 투영점을 저장된 기준표면과 비교함으로써 수행된다.
2530에서, 시야 내의 열이 측정되어 시야에 살아있는 장애물이 있는지를 결정한다. 일부 실시예에서, 이는 복수의 투영점이 실질적으로 평면 또는 기준표면에 있지 않는 경우에만 수행되고, 다른 실시예에서는 평면성 또는 기준표면 결정에 관계없이 수행된다. 전술한 바와 같이, 레이저 파워 제어는 2530에서 수행된 열 감지의 결과에 기초하여 영향을 받을 수 있다. 생명체가 시야에 있음을 나타내는 열 신호가 검출되면, 레이저 파워는 감소된 채로 유지될 수도 있다. 시야에 생명체가 없음을 나타내는 열 신호가 검출되면 레이저 파워가 더 높은 수준으로 복원될 수도 있다.
도 26은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 블록도를 도시한다. 도 26에 도시된 바와 같이, 모바일 장치(2600)는 무선 인터페이스(2610), 프로세서(2620), 메모리(2630) 및 주사 레이저 프로젝터(100)를 포함한다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 전술한 바와 같은 레이저 안전회로 및 파워 제어기를 포함한다. 예를 들어, 주사 레이저 프로젝터(100)는 근접 센서 및 평면성 검출기 또는 기준표면 저장 및 장애물 검출 수단을 포함할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 주사 레이저 프로젝터(100)는 시야 내의 장애물이 본 명세서에 기술된 바와 같이 생물이거나 무생물인지를 결정하는 열 센서를 포함할 수도 있다.
주사 레이저 프로젝터(100)는 임의의 이미지 소스로부터 이미지 데이터를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)는 정지 화상을 보유하는 메모리를 포함한다. 다른 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)는 비디오 이미지를 포함하는 메모리를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)는 커넥터, 무선 인터페이스(2610), 유선 인터페이스 등과 같은 외부 소스로부터 수신된 이미지를 디스플레이한다.
무선 인터페이스(2610)는 임의의 무선 송신 및/또는 수신 기능을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(2610)는 무선 네트워크를 통해 통신할 수도 있는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)를 포함한다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(2610)는 셀룰러 전화 기능을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 무선 인터페이스(2610)는 GPS(Global Positioning System) 수신기를 포함할 수도 있다. 당업자는 무선 인터페이스(2610)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 임의 유형의 무선 통신 기능을 포함할 수도 있음을 이해할 것이다.
프로세서(2620)는 모바일 장치(2600)의 다양한 구성 요소와 통신할 수 있는 임의 유형의 프로세서일 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(2620)는 주문형 집적 회로(ASIC) 공급자로부터 입수 가능한 매립형 프로세서일 수도 있고, 또는 상업적으로 입수 가능한 마이크로프로세서일 수도 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(2620)는 이미지 또는 비디오 데이터를 주사 레이저 프로젝터(100)에 제공한다. 이미지 또는 비디오 데이터는 무선 인터페이스(2610)로부터 검색되거나 무선 인터페이스(2610)로부터 검색된 데이터로부터 유도될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(2620)를 통하여, 주사 레이저 프로젝터(100)는 무선 인터페이스(2610)로부터 직접 수신된 이미지 또는 비디오를 디스플레이할 수도 있다. 또한 예를 들어, 프로세서(2620)는 무선 인터페이스(2610)로부터 수신된 이미지 및/또는 비디오에 부가하기 위해 중첩을 제공하거나 무선 인터페이스(2610)로부터 수신된 데이터에 기초하여 저장된 이미지를 변경할 수도 있다(예, 무선 인터페이스(2610)가 위치 좌표를 제공하는 GPS 실시예에서 맵 디스플레이를 수정함).
도 27은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치를 도시한다. 모바일 장치(2700)는 통신 능력을 갖거나 갖지 않는 휴대용 주사 레이저 프로젝터일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(2700)는 기타 능력이 거의 또는 전혀 없는 주사 레이저 프로젝터일 수도 있다. 또한 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(2700)는 예를 들어, 셀룰러 폰, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨팅 장치, GPS(global positioning system) 수신기 등을 포함하는 통신에 사용 가능한 장치일 수도 있다. 또한, 모바일 장치(2700)는 무선(예, 셀룰러)을 통해 더 큰 네트워크에 접속될 수도 있고, 또는 이 장치는 조정되지 않은 스펙트럼(예, WiFi) 연결을 통해 데이터 메시지 또는 비디오 콘텐츠를 수신 및/또는 송신할 수도 있다.
모바일 장치(2700)는 주사 레이저 프로젝터(100), 디스플레이(2710), 키패드(2720), 오디오 포트(2702), 제어 버튼(2704), 카드 슬롯(2706) 및 오디오/비디오(A/V) 포트(2708)를 포함한다. 이들 소자는 어느 것도 필수적이지 않다. 예를 들어, 모바일 장치(2700)는 디스플레이(2710), 키패드(2720), 오디오 포트(2702), 제어 버튼(2704), 카드 슬롯(2706) 또는 A/V 포트(2708) 중 어느 것도 사용하지 않는 주사 레이저 프로젝터(100)만을 포함할 수도 있다. 일부 실시예는 이 소자들의 서브 세트를 포함한다. 예를 들어, 액세서리 제품은 주사 레이저 프로젝터(100), 제어 버튼(2704) 및 A/V 포트(2708)를 포함할 수도 있다. 스마트폰 실시예는 키패드(2720) 및 디스플레이(2710)를 터치 감지형 디스플레이 장치에 조합할 수도 있다.
디스플레이(2710)는 임의 유형의 디스플레이일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 디스플레이(2710)는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. 일부 실시예에서, 디스플레이(2710)는 터치 감응성이다. 디스플레이(2710)는 레이저 프로젝터(100)를 주사함으로써 투영된 이미지를 항상 디스플레이할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 액세서리 제품은 디스플레이(2710) 상에 투영된 이미지를 항상 디스플레이할 수도 있는 반면, 모바일 폰의 실시예는 디스플레이(2710) 상에 상이한 콘텐츠를 디스플레이하는 동안 비디오를 투영할 수도 있다. 키패드(2720)는 전화 키패드 또는 임의의 다른 유형의 키패드일 수도 있다.
A/V 포트(2708)는 비디오 및/또는 오디오 신호를 수신 및/또는 송신한다. 예를 들어, A/V 포트(2708)는 디지털 오디오 및 비디오 데이터를 반송하기 위해 적합한 케이블을 수용하는 고선명 멀티미디어 인터페이스(HDMI) 인터페이스와 같은 디지털 포트일 수도 있다. 또한, A/V 포트(2708)는 합성 입력을 수용하거나 전송하기 위해 RCA 잭을 포함할 수도 있다. 또한, A/V 포트(2708)는 아날로그 비디오 신호를 수신하거나 전송하기 위한 VGA 커넥터를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 모바일 장치(2700)는 A/V 포트(2708)를 통해 외부 신호 소스에 얽매일 수도 있고, 모바일 장치(2700)는 A/V 포트(2708)를 통해 수용된 콘텐츠를 투영할 수도 있다. 다른 실시예에서, 모바일 장치(2700)는 콘텐츠의 발신자일 수 있으며, A/V 포트(2708)는 콘텐츠를 다른 장치에 전송하기 위해 사용된다.
오디오 포트(2702)는 오디오 신호를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(2700)는 오디오 및 비디오를 기록 및 재생할 수도 있는 미디어 레코더이다. 이들 실시예에서, 비디오는 레이저 프로젝터(100)를 주사함으로써 투영될 수도 있고, 오디오는 오디오 포트(2702)에서 출력될 수도 있다.
모바일 장치(2700)는 또한 카드 슬롯(2706)을 포함한다. 일부 실시예에서, 카드 슬롯(2706)에 삽입된 메모리 카드는 오디오 포트(2702)에서 출력될 오디오 소스 및/또는 주사 레이저 프로젝터(100)를 주사함으로써 투영될 비디오 데이터를 제공할 수도 있다. 카드 슬롯(2706)은 예를 들어, 보안 디지털(SD) 메모리 카드를 포함하는 임의 유형의 고체 메모리 장치를 수신할 수도 있다.
도 28은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다. 게임 장치(2800)는 사용자(들)이 게임 환경을 관찰하고 상호작용하게 한다. 일부 실시예에서, 게임은 주사 레이저 프로젝터(100)를 포함하는 게임 장치(2800)의 동작, 위치 또는 방향에 기초하여 네비게이팅된다.
수동 조작식 버튼, 풋 페달 또는 구두 명령과 같은 다른 제어 인터페이스는 게임 환경 주변 또는 게임 환경과의 상호작용을 네비게이팅하는 데에도 기여할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 트리거(2842)는 사용자(들)가 일반적으로 "1인칭 슈팅 게임"으로 알려진 1인칭 원근 비디오게임 환경에 있다는 환상에 기여한다. 투영된 디스플레이의 크기 및 휘도는 사용자의 움직임과 조합하여 게임 애플리케이션에 의해 제어될 수도 있기 때문에, 게임 장치(2800)는 이들 사용자에 대해 고신뢰할 수 있는 또는 "몰입형" 환경을 생성한다.
3D 지진 탐사, 우주유영 계획, 정글 캐노피 탐사, 자동차 안전교육, 의학 교육 등의 활동을 위한 게임 장치(2800)에 의해 많은 다른 첫 사람 인식 시뮬레이션이 또한 생성될 수도 있다. 촉감 인터페이스(2844)는 등 반동, 진동, 떨림, 울림 등 다양한 출력 신호를 제공할 수도 있다. 촉각 인터페이스(2844)는 스타일러스를 필요로 하는 터치 감지 디스플레이 스크린 또는 디스플레이 스크린과 같은 터치 감지 입력 구성을 포함할 수도 있다. 추가의 촉감 인터페이스, 예를 들어, 움직임 감지 프로브에 대한 입력 및/또는 출력 구성도 본 발명의 다양한 실시예에 포함된다.
게임 장치(2800)는 또한 통합 오디오 스피커, 원격 스피커 또는 헤드폰과 같은 오디오 출력장치를 포함할 수도 있다. 이러한 종류의 오디오 출력장치는 유선 또는 무선 기술을 통해 게임 장치(2800)에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 무선 헤드폰(2846)은 임의의 유사한 무선 기술로 자유롭게 대체될 수도 있지만, 블루투스 연결을 통해 사운드 효과를 사용자에게 제공한다. 일부 실시예에서, 무선 헤드폰(2846)은 다수의 사용자, 강사 또는 관찰자가 통신할 수도 있도록 마이크로폰(2845) 또는 바이노럴 마이크로폰(2847)을 포함할 수도 있다. 바이노럴 마이크로폰(2847)은 전형적으로 사용자의 머리 차양에 의해 수정된 사운드를 캡쳐하기 위한 양쪽 귀 용품(ear piece) 상에 마이크로폰을 포함한다. 이 기능은 다른 시뮬레이션 참가자에 의한 양쪽 귀 청각 신호 및 사운드 현지화에 사용될 수도 있다.
게임 장치(2800)는 주위 휘도, 움직임, 위치, 방향 등을 측정하는 임의의 수의 센서(2810)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 게임 장치(2800)는 디지털 나침반으로 절대 방향을 검출하고 x-y-z 자이로스코프 또는 가속도계로 상대 운동을 검출할 수도 있다. 일부 실시예에서, 게임 장치(2800)는 또한 장치의 상대적인 방향 또는 그의 급가속 또는 감속을 검출하기 위한 제2 가속도계 또는 자이로스코프를 포함한다. 다른 실시예에서, 게임 장치(2800)는 사용자가 지상 공간에서 이동함에 따라 절대 위치를 검출하기 위해 GPS센서를 포함할 수도 있다.
게임 장치(2800)는 배터리(2841) 및/또는 진단등(2843)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배터리(2841)는 재충전 가능한 배터리일 수도 있고, 진단등(2843)은 배터리의 현재 충전을 나타낼 수 있다. 다른 예에서, 배터리(2841)는 제거 가능한 배터리 클립일 수도 있고, 게임 장치(2800)는 방전된 배터리가 충전된 배터리로 교체되는 동안 장치의 지속적인 작동을 허용하기 위해 추가 배터리, 전기 커패시터 또는 수퍼 커패시터를 가질 수도 있다. 다른 실시예에서, 진단등(2843)은 사용자 또는 서비스 기술자에게 이 장치에 포함되거나 이 장치에 연결된 전자 구성 요소의 상태를 알릴 수 있다. 예를 들어, 진단등(2843)은 수신된 무선 신호의 강도 또는 메모리 카드의 존재 또는 부재를 나타낼 수 있다. 진단등(2843)은 또한 유기 발광 다이오드 또는 액정 표시 화면과 같은 작은 화면으로 대체될 수도 있다. 이러한 조명 또는 스크린은 이 장치용 외피가 반투명하거나 투명한 경우 게임 장치(2800)의 외부 표면상에 또는 표면 아래에 있을 수 있다.
게임 장치(2800)의 다른 구성 요소들은 이 장치로부터 제거 가능, 착탈 가능 또는 분리 가능할 수도 있다. 예를 들어, 주사 레이저 프로젝터(100)는 게임 하우징(2849)으로부터 착탈 가능하거나 분리 가능할 수도 있다. 일부 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)의 서브 구성 요소는 게임 하우징(2849)으로부터 착탈 가능하거나 분리 가능하고 여전히 기능할 수도 있다.
도 29는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다. 게임 장치(2900)는 버튼(2902), 디스플레이(2910) 및 프로젝터(100)를 포함한다. 일부 실시예에서, 게임 장치(2900)는 사용자가 게임을 하기 위해 더 큰 콘솔을 필요로 하지 않는 독립형 장치이다. 예를 들어, 사용자는 디스플레이(2910) 및/또는 180에서 투영된 콘텐츠를 보면서 게임을 즐길 수도 있다. 다른 실시예에서, 게임 장치(2900)는 더 큰 게임 콘솔을 위한 제어기로 동작한다. 이러한 실시예에서, 사용자는 디스플레이(2910) 및/또는 180에서의 투영된 콘텐츠를 보는 것과 조합하여 콘솔에 연결된 더 큰 스크린을 볼 수도 있다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자가 쉽게 이해할 수도 있는 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 첨부된 청구 범위 내에 있는 것으로 간주한다.

Claims (15)

  1. 메모리 장치에 저장되는 명령을 실행하는 마이크로프로세서에 의해 레이저 파워 제어기를 제어하는 방법으로서,
    주사 레이저 프로젝터와, 상기 주사 레이저 프로젝터의 시야 내 복수의 투영점들 간의 거리를 근접 센서로 측정하는 단계;
    상기 근접 센서로 측정된 상기 거리가 근접 임계값 보다 작으면, 상기 레이저 파워 제어기에 레이저 파워를 감소시키는 단계;
    상기 레이저 파워의 감소 후에 평면성 검출기에 의해서 상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 단계; 및
    상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있다고 결정된 경우, 상기 레이저 파워 제어기에 레이저 파워를 복원시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 단계는 상기 복수의 투영점들에 평면 방정식을 적용하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 단계는 상기 측정된 거리를 평균화하는 단계와, 측정된 개별 거리와 상기 평균화한 거리 간의 오차를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 단계는 투영점들 간의 경사 벡터를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있지 않으면, 상기 시야 내의 장애물에 응답하여 적어도 하나의 동작을 수행하고, 상기 적어도 하나의 동작을 수행하는 단계는 상기 시야 내에서 레이저 파워를 증가시키지 않는 것을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 동작을 수행하는 단계는 상기 시야 내의 장애물이 무생명체인지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 시야 내의 장애물이 무생명체인지를 결정하는 단계는 열을 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 레이저 광원; 시야 내에서 상기 레이저 광원으로부터의 광을 래스터 패턴으로 반사시키는 주사 거울; 상기 주사 거울과 시야 내의 물체 간의 거리를 측정하는 근접 센서; 상기 근접 센서에 의해 측정된 상기 거리에 해당하는 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 평면성 검출기; 상기 근접 센서 및 상기 평면성 검출기의 양자로부터의 신호에 응답하여 상기 레이저 광원의 레이저 파워를 제어하는 레이저 파워 제어기; 및 메모리 장치에 저장되는 명령을 실행하는 마이크로프로세서;를 포함하고,
    상기 마이크로프로세서는, 상기 근접 센서에 의해 측정된 상기 거리가 근접 임계값 보다 작으면, 상기 레이저 파워 제어기에 상기 레이저 광원의 레이저 파워를 감소시키고, 상기 레이저 광원의 레이저 파워 감소 후, 상기 평면성 검출기에 의해 상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 존재하는지 여부를 결정하고, 상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 존재하는 것으로 결정되면, 상기 레이저 파워 제어기에 상기 레이저 광원의 레이저 파워를 복원시키는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레이저 파워 제어기는 상기 근접 센서로부터 근접 위반의 표시를 수신하자마자 레이저 파워를 감소시키는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 파워 제어기는 상기 평면성 검출기로부터 평면성 표시를 수신하면 레이저 파워 감소를 반전시키는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 시야 내의 열을 감지하여 그 신호를 상기 레이저 파워 제어기에 제공하기 위한 열 감지 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 평면성 검출기는 평면 방정식을 상기 복수의 투영점들에 적용함으로써 상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 평면성 검출기는 상기 측정된 거리를 평균화한 다음 측정된 개별 거리와 상기 평균화한 거리 간의 오차를 결정함으로써 상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 평면성 검출기는 상기 복수의 투영점들 간의 경사 벡터를 결정함으로써 상기 복수의 투영점들이 실질적으로 평면 내에 놓여 있는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  15. 메모리 장치에 저장되는 명령을 실행하는 마이크로프로세서에 의해 레이저 파워 제어기를 제어하는 방법으로서,
    주사 레이저 프로젝터와, 상기 주사 레이저 프로젝터의 시야 내 복수의 투영점들과의 거리를 근접 센서로 측정하는 단계와,
    상기 근접 센서에 의해 측정된 상기 거리가 근접 임계값 보다 작아지면, 상기 레이저 파워 제어기에 레이저 파워를 감소시키는 단계와,
    상기 레이저 파워의 감소 후 기준면 저장 및 장애물 검출기에 의해 상기 복수의 투영점들이 실질적으로 기준면에 존재하는지 여부를 결정하는 단계와,
    상기 복수의 투영점들이 실질적으로 기준면에 존재하는 것으로 결정되면, 상기 레이저 파워 제어기에 레이저 파워를 복원시키는 단계를 포함하는 방법.
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