WO2023021992A1

WO2023021992A1 - 装置

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Publication number: WO2023021992A1
Application number: PCT/JP2022/029798
Authority: WO
Inventors: 洋一尾形
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP2023029129A

Abstract

装置（１００）であって、所定の位置に対して電磁波または粒子線を照射する照射部（１１）と、所定の位置から反射された電磁波または粒子線衝突の反応を測定する測定部（１２）と、実像または虚像を結像させて空中に表示する空中結像表示部（１４）とを備え、空間結像表示部（１４）は、実像または虚像を所定の位置に重ね合わせて結像させることを特徴とする。

Description

装置

　本開示は、装置に関し、特に電磁波または粒子線を照射する範囲を表示する装置に関する。

　従来から、対象物を探索するためにレーザ光や電磁波を照射し、反射した光や電磁波を測定することで、対象物を認識して特定する探索装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。また、人間の到達が困難な場所や空間での作業では、探索装置が搭載された移動体を遠隔操作して、移動体に取り付けられた照射装置からレーザ光や電磁波を照射することが提案されている。

　このような探索装置では、探索範囲の領域に照射するレーザ光や電磁波は可視光ではなく、人間の目ではどの範囲を探索しているかを直接視認することができなかった。そのため、どの領域に対してレーザ光や電磁波が照射されているかを認識するために、画像表示装置を用いて照射領域を示す画像を背景に重ね合わせることも提案されている。

国際公開第２０１９／１９８７８０９号

　しかし、画面を通しての視認では画面上の表示内容と現実空間との関連性が乏しく、直感的で臨場感のある方法で照射領域を視認することは困難だった。照射領域をより直感的に視認することができれば、対象物を検知した後の動作を迅速に行うことや、移動体の遠隔操作をより迅速かつ適切に行うことが可能となる。

　そこで本開示は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、レーザ光や電磁波または粒子線の照射領域を直感的に視認できる装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本開示の装置は、所定の位置に対して電磁波または粒子線を照射する照射部と、前記所定の位置から反射された前記電磁波または前記粒子線衝突の反応を測定する測定部と、実像または虚像を結像させて空中に表示する空中結像表示部とを備え、前記空間結像表示部は、前記実像または虚像を前記所定の位置に重ね合わせて結像させることを特徴とする。

　このような本開示の装置では、電磁波または粒子線を照射する位置に重ね合わせて、空中結像表示部で実像または虚像を空中に結像させることで、電磁波または粒子線の照射領域を直感的に視認できる。

　また、本開示の一態様では、前記所定の位置方向の画像を視線画像として撮像する撮像部と、前記照射部、前記測定部、前記撮像部および前記空中結像表示部を搭載する搭載部と、前記搭載部を移動させる駆動部とを備え、前記空中結像表示部は、前記撮像部に対して前記実像または虚像を結像させる。

　また、本開示の一態様では、前記視線画像を表示する画像表示部と、前記駆動部を遠隔操作する遠隔操作部とを備える。

　また、本開示の一態様では、所定の範囲を探査領域とし、前記所定の位置を前記探査領域内で変更する照射位置変更部を備え、前記空中結像表示部は、領域提示画像を前記探査領域に重ね合わせて結像させる。

　また、本開示の一態様では、前記空中結像表示部は、前記領域提示画像を含んだ画像照射光を照射する画像照射部と、前記画像照射光を空中に結像させる結像光学部とを備え、前記探査領域の変化と連動して、前記結像光学部に対する前記画像照射部の相対位置を変化させる投影変動部を備える。

　また、本開示の一態様では、前記照射部が照射する前記電磁波または前記粒子線は、紫外光、可視光、赤外光、テラヘルツ波、ミリ波、マイクロ波、アルファ線、ベータ線またはガンマ線の何れかである。

　本開示では、レーザ光や電磁波または粒子線の照射領域を直感的に視認できる装置を提供することができる。

第１実施形態に係る探査装置１００の概要を示すブロック図である。第１実施形態に係る探査装置１００について示す模式図である。電磁波ＥＭまたは粒子線の照射と画像の空中への結像を模式的に示す斜視図である。電磁波ＥＭまたは粒子線を照射する照射可能範囲Ｖ２と探索領域Ｖ１との関係を示す図である。第２実施形態に係る探査装置１１０の概要を示すブロック図である。第２実施形態に係る探査装置１１０について示す模式図である。

　（第１実施形態）
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る探査装置１００の概要を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の探査装置１００は、照射部１１と、測定部１２と、照射位置変更部１３と、空中結像表示部１４と、投影変動部１５を備えている。また、探査装置１００には各部と情報通信可能に接続されて、各部を制御する制御部を備えている（図示省略）。

　照射部１１は、制御部からの制御信号に基づいて、外部の探査位置（所定の位置）に対して電磁波または粒子線を照射する。照射する電磁波または粒子線は限定されないが、紫外光、可視光、赤外光、テラヘルツ波、ミリ波、マイクロ波、アルファ線、ベータ線またはガンマ線の何れかであることが好ましい。特に、探査対象である対象物が特定の波長帯域を吸収する性質を備えている場合には、当該波長帯域の電磁波を用いることが好ましい。また、照射部１１の具体的構成も限定されず、半導体レーザ装置やＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）装置、電磁波照射装置等の公知のものを用いることができる。

　照射部１１から照射される電磁波または粒子線と探査する対象物の例としては、テラヘルツ波による爆発物（Ｃ３，Ｃ４爆薬等）の探査、赤外線による生物探査、可視光と画像認識による物体の探査、ミリ波による加熱とそれによる発熱を調査することによる物質探査、マイクロ波による埋設物探査などが挙げられる。また、対象物の探査以外の用途としては、アルファ線やベータ線等の粒子線やガンマ線を照射して対象物である電子機器を破壊または機能停止させる用途が挙げられる。また、赤外光センサを用いた電子機器を対象物として、赤外光を照射して信号を伝達する用途例も挙げられる。

　測定部１２は、対象物または非対象物によって反射された電磁波、または、対象物による電磁波吸収や粒子線衝突によって生じる他の電磁波や反応を測定し、制御部に伝達する。測定部１２は、照射部１１から照射される電磁波または粒子線による反応を検出できれば具体的構成は限定されず、受光素子や電波測定器等の公知のものを用いることができる。測定部１２での測定結果に基づいて、探査装置１００の制御部では照射領域情報として照射領域における対象物の有無や、対象物の形状等を判定する。制御部での照射領域情報の判定には、公知の画像認識技術や電磁波反射率の算出による対象物検知を用いることができる。

　照射位置変更部１３は、制御部からの制御信号に基づいて、照射部１１から照射される電磁波または粒子線の照射される領域を変更する。照射位置変更部１３の具体的構成は限定されないが、照射部１１の向きを機械的に変更するモータ装置や、照射部１１から照射された電磁波を光学的に走査するＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）や、電磁波の指向性を制御する装置等の公知のものを用いることができる。

　空中結像表示部１４は、可視光の実像または虚像を空中に結像させて視点に対して表示する。空中結像表示部１４の具体的構成は限定されないが、導波路と回折格子を用いた眼鏡型のＨＵＤ（Ｈｅａｄ　Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ）装置や、再帰反射板を用いたＨＵＤ装置等を用いることができる。空中結像表示部１４としては、空中における複数の位置に異なる画像を結像することが可能なものを用いることが好ましい（例えば、日本国特開２０２１－０４７２３４号公報、日本国特開２０２１－０８９３９６号公報、日本国特開２０２１－０９６２８４号公報等を参照）。

　また、空中結像表示部１４は、可視光である画像照射光を照射する画像照射部と、画像照射光を空中に結像させる結像光学部とを備える構成とすることが好ましい。画像照射部はレーザ光源や液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等が挙げられる。結像光学部は、画像照射部から照射された画像照射光を導波するとともに、空中で結像するように視点方向に画像照射光を投影する光学要素を備える。

　投影変動部１５は、所定の範囲を探査領域と設定し、探査領域が変更された場合に、探査領域の変化と連動して、空中結像表示部１４での実像または虚像の結像位置と視点との位置を相対的に変化させる。空中結像表示部１４が画像照射部と結像光学部とを備えている場合には、画像照射部または／および結像光学部を機械的に駆動して、互いの装置位置を変化させるとしてもよい。または、画像照射光に含まれる画像の表示位置を相対的に変化させるとしてもよい。

　図２は、本実施形態に係る探査装置１００について示す模式図である。図２に示した例では、視聴者の肩に照射部１１、測定部１２および照射位置変更部１３が装着され、視聴者の頭部に眼鏡型の空中結像表示部１４および投影変動部１５が装着されている。各部の装着位置は図２に示した例に限定されず、また、各部が別体として装着されても、複数部分を一つの筐体に収容してまとめて装着されてもよい。

　図２に示したように、照射部１１は制御部の制御に基づいて指向性を持った電磁波ＥＭを視聴者の前方に照射する。ここでは、電磁波ＥＭを用いた例を示しているが、粒子線を照射する場合も同様である。また、照射位置変更部１３は、制御部の制御に基づいて照射部１１から照射される電磁波ＥＭの照射方向を変更する。制御部は、視聴者の視点ｅからの画角を求め、照射部１１から照射される電磁波ＥＭが、視点ｅから視線方向を視認した場合の画角内においてどの方向に位置するかを算出する。その後、制御部は、虚像または実像であるインジケータ画像Ａ２を空中に結像して、探査位置に重ね合わせて表示する。

　また、制御部は、電磁波ＥＭを照射する範囲を探査領域Ｖ１として設定して、探査領域Ｖ１の範囲内に対してのみ、電磁波ＥＭを照射するようにしてもよい。この場合には、制御部は、視点ｅからの画角内において探査領域Ｖ１をどの範囲に対応するかを算出する。その後、制御部は、虚像または実像である領域提示画像Ａ１を空中に結像して、探査領域Ｖ１に重ね合わせて表示する。

　また、制御部は、探査領域Ｖ１の位置を変更してもよい。探査領域Ｖ１の位置を変更した場合には、制御部は視点ｅの画角内における探査領域Ｖ１の範囲を再度算出するとともに、領域提示画像Ａ１の表示位置を再度算出して、結像位置を変化させる。ここで、空中結像表示部１４の表示可能領域内において、探査領域Ｖ１および領域提示画像Ａ１を変化させる場合には、通常の空中結像における表示位置の変更を行う。空中結像表示部１４の表示可能領域を超えて、探査領域Ｖ１および領域提示画像Ａ１を変化させる場合には、投影変動部１５を用いて空中結像表示部１４の移動を行う。

　空中結像表示部１４として、領域提示画像Ａ１を含んだ画像照射光を照射する画像照射部と、画像照射光を空中に結像させる結像光学部との組み合わせを用いる場合には、探査領域Ｖ１の変化と連動して、投影変動部１５で結像光学部に対する画像照射部の相対位置を変化させる。

　図３は、電磁波ＥＭまたは粒子線の照射と画像の空中への結像を模式的に示す斜視図である。照射位置変更部１３を用いて電磁波ＥＭを照射可能な全範囲を、照射可能範囲Ｖ２とする。照射可能範囲Ｖ２内における所定の範囲が、探査領域Ｖ１として設定されている。照射部１１は電磁波ＥＭを照射し、照射位置変更部１３が電磁波ＥＭの照射位置を探査領域Ｖ１内で走査する。空中結像表示部１４は、視聴者の視点ｅから視線方向において、領域提示画像Ａ１を探査領域Ｖ１に重ね合わせて結像する。また空中結像表示部１４は、電磁波ＥＭが照射されている探査位置にインジケータ画像Ａ２を重ね合わせて結像する。

　空中結像表示部１４を用いて、領域提示画像Ａ１およびインジケータ画像Ａ２を空中に結像して表示することで、視聴者は電磁波ＥＭが照射される探査領域Ｖ１と、実際に電磁波ＥＭが照射されている探査位置を、背景と重ね合わせて視認することができる。また、領域提示画像Ａ１およびインジケータ画像Ａ２は、奥行き感を持った虚像または実像として空中に結像され、視点ｅからの距離も変更可能であるため、実空間を背景として重ね合わせることで電磁波ＥＭの照射領域をより直感的に視認できる。

　（第１実施形態の変形例）
　次に、第１実施形態の変形例について図４を用いて説明する。第１実施形態では探査領域Ｖ１に限定して電磁波ＥＭを照射したが、本変形例では照射可能範囲Ｖ２への照射も行う。図４は、電磁波または粒子線を照射する照射可能範囲Ｖ２と探査領域Ｖ１との関係を示す図である。

　図４の上段に示すように、本変形例でも照射可能範囲Ｖ２の所定の領域が、探査領域Ｖ１に設定される。探査領域Ｖ１に対応して、視点ｅから所定の距離離れた位置に領域提示画像Ａ１が結像され、領域提示画像Ａ１と視点ｅの間にインジケータ画像Ａ２が結像される。本変形例では全体スキャン工程として、照射位置変更部１３は、電磁波ＥＭを照射可能範囲Ｖ２全体で高速に走査する。ここで高速とは、探査領域Ｖ１内での探査位置の移動が速く、走査間隔が大きいことを意味する。全体スキャン工程において、空中結像表示部１４が照射可能範囲Ｖ２内全体でインジケータ画像Ａ２を重ね合わせるとしてもよい。しかし、広範囲での高速な走査では、インジケータ画像Ａ２の視認性が低下するため、全体スキャン工程では、空中結像表示部１４は領域提示画像Ａ１とインジケータ画像Ａ２の結像と重ね合わせを省略してもよい。

　全体スキャン工程で照射可能範囲Ｖ２内への電磁波ＥＭの照射と、測定部１２での測定を行った後、制御部は、対象物の存在する可能性が高いと判断した所定の範囲を探査領域Ｖ１として設定する。探査領域Ｖ１を設定した後に、詳細スキャン工程として、照射位置変更部１３は、電磁波ＥＭを探査領域Ｖ１内で走査する。詳細スキャン工程での電磁波ＥＭの走査は、全体スキャン工程よりも探査位置の移動が遅く、走査間隔も小さく設定される。詳細スキャン工程では、空中結像表示部１４は探査領域Ｖ１に領域提示画像Ａ１を重ね合わせて結像し、探査位置にインジケータ画像Ａ２を重ね合わせて結像する。

　本変形例では、全体スキャン工程で照射可能範囲Ｖ２内を高速に探査し、対象物の存在する可能性が高い所定の領域を探査領域Ｖ１として設定し、探査領域Ｖ１内を詳細スキャン工程で詳細に探査する。これにより、より広い範囲での対象物の探査を実行しつつ、対象物の探査精度を向上させることができる。また、全体スキャン工程では領域提示画像Ａ１とインジケータ画像Ａ２の結像を省略し、詳細スキャン工程でのみ領域提示画像Ａ１とインジケータ画像Ａ２を重ね合わせて結像することで、探査位置の視認性を向上させることができる。

　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について図５，図６を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態では視聴者の身体に探査装置を装着した例を示したが、本実施形態では移動体に探査装置を装着して遠隔操作する。図５は、本実施形態に係る探査装置１１０の概要を示すブロック図である。図６は、本実施形態に係る探査装置１１０について示す模式図である。図５に示すように、本実施形態の探査装置１１０は、照射部１１と、測定部１２と、照射位置変更部１３と、空中結像表示部１４と、投影変動部１５と、撮像部１６と、搭載部１７と、駆動部１８と、画像表示部１９と、遠隔操作部２０を備えている。また、探査装置１１０は動力源２１と制御部２２を備えている。

　撮像部１６は、所定の位置方向の画像を視線画像として撮像する。撮像部１６の具体的構成は限定されず、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ＭＯＳ）センサ等の撮像素子を用いた公知の撮像装置を用いることができる。撮像部１６が撮像した視線画像の情報は、制御部２２および画像表示部１９に伝達される。

　搭載部１７は、移動体の筐体を構成する部分であり、照射部１１、測定部１２、照射位置変更部１３、空中結像表示部１４、投影変動部１５、撮像部１６、動力源２１および制御部２２を搭載する。搭載部１７の形状は限定されず、例えば人型のロボットや、空中を飛行するドローン、車両形状の移動体など各種形態を用いることができる。

　駆動部１８は、外部から供給される制御信号に基づいて動力を発生させ、発生した動力を運動に変換して、搭載部１７を移動させる。駆動部１８の動力発生機構は限定されず、電力によってトルクを発生するモータ装置や、内燃機関、外燃機関等の公知の構成を用いることができる。また、駆動部１８の動力を運動に変換する機構も限定されず、車輪や無限軌道装置、多足歩行装置、プロペラ機構、ジェットエンジン等の公知のものを用いることができる。

　画像表示部１９は、制御部２２との間で有線または無線によって情報通信可能に接続されており、撮像部１６が撮像した視線画像を表示する。画像表示部１９の具体的構成は限定されず、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置等の公知のものを用いることができる。また、画像表示部１９にタッチパネル式センサ等を搭載して、遠隔操作部２０と一体に構成してもよい。

　遠隔操作部２０は、制御部２２との間で有線または無線によって情報通信可能に接続されており、作業者の操作に基づいて、駆動部１８に対して制御信号を送出する。遠隔操作部２０の具体的構成は限定されず、タッチパネル式センサ、キーボード、マウス、ボタン式コントローラ、モーション検知式コントローラ等の公知のものを用いることができる。

　動力源２１は、駆動部１８で動力を発生させるためのエネルギーを供給する。動力源２１の具体的構成は限定されず、商用電源、二次電池、ガソリン貯蔵室、水素貯蔵室、燃料電池等の公知のものを用いることができる。

　制御部２２は、探査装置１１０の各部と有線または無線で情報通信可能に接続され、予め定められたプログラムに従って所定の手順を実行し、各部の動作を制御する。制御部２２の具体的構成は限定されず、従来公知のコンピュータ装置を用いることができる。また、制御部２２にはメモリ装置や記録媒体、通信装置等を備えるとしてもよい。

　本実施形態では、空中結像表示部１４は、電磁波ＥＭの照射位置とインジケータ画像Ａ２を重ね合わせて、撮像部１６に対して実像または虚像を結像させる。また、探査領域Ｖ１を設定した場合には、空中結像表示部１４は、探査領域Ｖ１と領域提示画像Ａ１を重ね合わせて撮像部１６に対して実像または虚像を結像させる。

　撮像部１６は、空中結像表示部１４を介して前方の視線画像を撮像し、画像表示部１９に視線画像を表示する。このとき、視線画像には空中結像表示部１４を介した背景に、領域提示画像Ａ１およびインジケータ画像Ａ２が重ね合わされたものとなる。作業者は、画像表示部１９に表示された視線画像を視認しながら、遠隔操作部２０を用いて移動体を操作する。ここで、領域提示画像Ａ１およびインジケータ画像Ａ２の結像タイミングは、照射位置変更部１３による照射位置の変更と同期していてもよく、照射位置の変更と結像タイミングのどちらかを所定時間だけ異ならせるとしてもよい。一例としては、対象物が電磁波ＥＭまたは粒子線によって敏感に熱的な反応を示す場合には、電磁波ＥＭまたは粒子線の対象物への照射で反応が終了する数ミリ秒から数秒後に、領域提示画像Ａ１およびインジケータ画像Ａ２を結像してもよい。

　本実施形態では、移動体に探査装置１１０を装着して、作業者が、画像表示部１９に表示された視線画像を視認しながら、遠隔操作部２０で移動体を操作する。また、空中に結像された領域提示画像Ａ１およびインジケータ画像Ａ２を、撮像部１６で撮像するため、視線画像では、領域提示画像Ａ１とインジケータ画像Ａ２が奥行き感を持って背景と重ね合わせて表示される。したがって、視線画像は、現実に撮像部１６の位置で人間が前方を視認しているかのような臨場感の高いものとなる。これにより、人間が立ち入ることが困難な場所においても、作業者の安全を確保しつつ精度の高い対象物探査を行うことができる。

　本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

　本出願は、２０２１年８月２０日出願の日本特許出願（特願２０２１－１３５２４３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

　本開示によれば、レーザ光や電磁波または粒子線の照射領域を直感的に視認できる装置を提供することができる。

１００，１１０…探査装置
１１…照射部
１２…測定部
１３…照射位置変更部
１４…空中結像表示部
１５…投影変動部
１６…撮像部
１７…搭載部
１８…駆動部
１９…画像表示部
２０…遠隔操作部
２１…動力源
２２…制御部
Ｖ１…探査領域
Ｖ２…照射可能範囲
Ａ１…領域提示画像
Ａ２…インジケータ画像

Claims

　所定の位置に対して電磁波または粒子線を照射する照射部と、
　前記所定の位置から反射された前記電磁波または前記粒子線衝突の反応を測定する測定部と、
　実像または虚像を結像させて空中に表示する空中結像表示部とを備え、
　前記空間結像表示部は、前記実像または虚像を前記所定の位置に重ね合わせて結像させることを特徴とする装置。
　前記所定の位置方向の画像を視線画像として撮像する撮像部と、
　前記照射部、前記測定部、前記撮像部および前記空中結像表示部を搭載する搭載部と、
　前記搭載部を移動させる駆動部とを備え、
　前記空中結像表示部は、前記撮像部に対して前記実像または虚像を結像させることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
　前記視線画像を表示する画像表示部と、
　前記駆動部を遠隔操作する遠隔操作部とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
　所定の範囲を探査領域とし、
　前記所定の位置を前記探査領域内で変更する照射位置変更部を備え、
　前記空中結像表示部は、領域提示画像を前記探査領域に重ね合わせて結像させることを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の装置。
　前記空中結像表示部は、前記領域提示画像を含んだ画像照射光を照射する画像照射部と、
　前記画像照射光を空中に結像させる結像光学部とを備え、
　前記探査領域の変化と連動して、前記結像光学部に対する前記画像照射部の相対位置を変化させる投影変動部を備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
　前記照射部が照射する前記電磁波または前記粒子線は、紫外光、可視光、赤外光、テラヘルツ波、ミリ波、マイクロ波、アルファ線、ベータ線またはガンマ線の何れかであることを特徴とする、請求項１から３の何れか一つに記載の装置。