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映像生成装置及び映像生成方法

国内特許コード P200017138
整理番号 (FU731)
掲載日 2020年8月11日
出願番号 特願2019-511090
出願日 平成30年2月23日(2018.2.23)
国際出願番号 JP2018006693
国際公開番号 WO2018186046
国際出願日 平成30年2月23日(2018.2.23)
国際公開日 平成30年10月11日(2018.10.11)
優先権データ
  • 特願2017-074819 (2017.4.4) JP
発明者
  • 勝山 俊夫
  • 山田 祥治
出願人
  • 国立大学法人福井大学
発明の名称 映像生成装置及び映像生成方法
発明の概要 より簡便に瞳孔位置を検出して映像生成する際に、瞳孔位置に対応したビームスポット位置に映像用ビームを照射することを可能にする。光源と、前記光源からの光を走査する光走査ミラーと、前記光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも瞳孔の表面を走査して眼球からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構と、前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出する抽出機構と、前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する機構とを備えた瞳孔位置検出装置と、検出した位置の前記瞳孔に映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成機構とを設ける。
従来技術、競合技術の概要

従来、レーザビーム等の光ビームを走査投影する装置として、様々な形の光ビーム投影装置が知られている。その中で、半導体レーザと光導波路型合波器を組み合わせた3原色光ビーム投影装置は、装置を小型化、低電力化できる特長があり、レーザビーム走査型カラー画像投影装置へ応用されている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。

この時、レーザビームを走査する場合に、瞳孔の位置が問題になるため、瞳孔追従方法が提案されている(例えば、特許文献4参照)。この提案においては、画像投影装置を小型化するために、光源から出射された画像用光線を眼の第1表面領域に投射してユーザの網膜に投射し、光源から出射された検査用光線をユーザの眼の第1表面領域から離れた第2表面領域に投射し、検査用光線がユーザの眼で反射した反射光を検出し、検出した反射光に基づき、光源及び光学系の少なくとも一方を制御することが提案されている。

また、引用文献4の構成において、画像品質の劣化と装置の大型化とを抑制するために、主走査方向に振動する第1ミラーの振れ角に基づいて画像用光線の出射を開始し、その後の画像用光線と検出用光線を予め定められた一定のタイミングで光源から出射することが提案されている(例えば、特許文献5参照)。

即ち、第1ミラーの主走査方向の振れ角を基準にして、画像範囲で最初に走査される画像用光線の出射開始タイミングが決定される。 第1ミラーの振れ角を基準に決定されたタイミングで出射が開始された画像用光線の出射が終了した後、第1ミラーの往復振動の復路における画像用光線と往路における画像用光線とが繰り返し出射される。これら画像用光線の繰り返しの出射は、第1ミラーの振れ角を基準にして出射が開始された画像用光線の出射開始からの経過時間に基づいて行われる。

一方、精神活動は正常でも、筋萎縮性側索硬化症等のような,全身筋肉を自由に動かすことができない人にも,眼球運動は正常に行うことができる人が多いため、そのような人たちとのコミュニケーションを円滑に行うための身障者介助システムに利用するため視線を検出することにより注視しているところを検出する研究がおこなわれている。

また、運転中のドライバの意識や注意をモニタリングするために、ドライバの顔画像を撮像することが提案されている。

このような、従来の瞳孔位置検出においては、一般的には赤外線LEDでユーザの顔を照らして、赤外線を撮影することができるカメラでユーザの目を写し、赤外線の反射光の角膜上の位置(角膜反射)を基準点とし、角膜反射の位置に対する瞳孔の位置に基づいて、視線を検出することが行われている。

産業上の利用分野

本発明は、映像生成装置及び映像生成方法に関し、例えば、眼鏡型網膜走査ディスプレイにおける走査光ビームを位置変化する瞳孔へ導くための構成に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
光源と、
前記光源からの光を走査する光走査ミラーと、
前記光走査ミラーにより走査された光ビームにより少なくとも瞳孔の表面を走査して前記眼球からの反射光強度の時間変化を測定する測定機構と、
前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出する抽出機構と、
前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出する機構と
を備えた瞳孔位置検出機構と、
検出した位置の前記瞳孔に映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成機構と
を備えた映像生成装置。

【請求項2】
前記瞳孔位置検出機構が、前記光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する反射部材を有する請求項1に記載の映像生成装置。

【請求項3】
前記光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する請求項1または請求項2に記載の映像生成装置。

【請求項4】
前記映像生成機構の映像生成用光ビームの光源、光走査ミラー及び反射部材が、前記瞳孔位置検出機構の光源、光走査ミラー及び反射部材を兼ねる請求項2に記載の映像生成装置。

【請求項5】
前記反射部材が、ホログラフィック反射板である請求項3または請求項4に記載の映像生成装置。

【請求項6】
前記ホログラフィック反射板が、メガネのリムまたはメガネのレンズの少なくとも一方に設けられている請求項5に記載の映像生成装置。

【請求項7】
前記眼球の表面を走査する光ビームは、前記ホログラフィック反射板に直接照射される請求項5または請求項6に記載の映像生成装置。

【請求項8】
前記眼球の表面を走査する光ビームは、前記メガネのリム或いはメガネのレンズの内部を伝搬して、前記メガネのリム或いはメガネのレンズの前記眼球の反対側の表面に設けられた前記ホログラフィック反射板により反射される請求項5に記載の映像生成装置。

【請求項9】
前記映像生成機構の光走査ミラーが、前記映像生成機構の光源からの光ビームの光軸方向に移動可能な移動機構を備えている請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の映像生成装置。

【請求項10】
前記光源が、青色半導体レーザチップ、緑色半導体レーザチップ、赤色半導体レーザチップ、黄色半導体レーザチップ、赤外線半導体レーザチップ及び紫外線半導体レーザチップの内の1種類以上の半導体レーザチップを含む請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の映像生成装置。

【請求項11】
少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査し、
前記瞳孔からの反射光強度の時間変化を測定し、
前記測定した前記反射光強度の時間変化から前記瞳孔からの反射光強度を抽出し、
前記抽出した瞳孔からの反射光強度と前記眼球の表面を走査する走査時間と同期することによって前記瞳孔のサイズと位置を検出したのち、
検出した前記瞳孔の位置の前記瞳孔に対して映像生成用光ビームを走査しながら投射して映像を前記眼球の網膜上に形成する映像生成方法。

【請求項12】
前記少なくとも瞳孔の表面を光ビームで走査する際に、反射部材を用いて光走査ミラーにより走査された光ビームを少なくとも前記瞳孔に対して反射する請求項11に記載の映像生成方法。

【請求項13】
前記光走査ミラーにより走査された光ビームが、前記瞳孔及び虹彩を含む眼球の表面を走査する請求項11に記載の映像生成方法。

【請求項14】
前記瞳孔のサイズと位置を検出する工程において、
前記眼球に対して、映像生成用光ビームを照射する予め複数のビームスポットを設定して走査用の前記光ビームを照射し、前記瞳孔の中心位置近傍であると検出した前記複数のビームスポットのうちの一つに前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項13に記載の映像生成方法。

【請求項15】
前記複数のビームスポットの各ビームスポット対して、前記映像生成用光ビームを走査する光走査ミラーから光ビームの走査角度を変えて前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14に記載の映像生成方法。

【請求項16】
前記複数のビームスポットの各ビームスポット対して、前記映像生成用光ビームを走査する光走査ミラーを前記光源からの光ビームの光軸方向に移動させながら前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14に記載の映像生成方法。

【請求項17】
前記瞳孔の中心位置であると検出したビームスポットを中心位置として前記映像生成用光ビームを照射する位置を連続的に変化させて走査しながら投射する請求項11に記載の映像生成方法。

【請求項18】
前記照射した光ビームが、前記光ビームが前記瞳孔を通過し、前記眼球の内部でビームスポット位置を形成する請求項17に記載の映像生成方法。

【請求項19】
前記各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲内で走査動作を行い、前記予め定めたビーム走査角範囲内で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の映像生成方法。

【請求項20】
前記各ビームスポットに対して、予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で走査動作を行いながら、前記予め定めたビーム走査角範囲内で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の映像生成方法。

【請求項21】
前記各ビームスポットに対して、前記予め定めたビーム走査角範囲を超えた範囲で前記映像生成用光ビームを走査しながら投射する請求項14乃至請求項18のいずれか1項に記載の映像生成方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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