JP2005094197A - 情報伝送システムおよび情報伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 空間的に離散した多数の対象に対して同時に異なる情報を伝達することが可能な情報伝送システムおよび方法を提供する。
【解決手段】 この情報伝送システムは、送信装置１と受信装置２とを備える。送信装置１は、ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなる画像を受信装置２に送信する送信部１１を備える。ここで、ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の画素における光は時間変調されている。
受信装置２は、受光した時間変調光を解析することにより、送信装置１からの情報を取得することができる。
受信装置２は、送信装置１からの投影光Ａを再帰性反射する反射部を備える。反射部は、この反射部による反射光Ｂの強度を変化させて変調するシャッタを備える。送信装置１は、再帰性反射された反射光Ｂをして解析することにより、受信装置２からの情報を取得することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を用いた情報伝送システムおよび情報伝送方法に関するものである。

ユビキタスコンピューティングという概念が提案されて久しい。ユビキタスコンピューティングにおいては、空間に遍在するデバイスとの通信が必要となる。そのための技術として、現在は、電波や赤外線を用いた無線通信や有線通信といった従来型のデータ通信技術をそのまま拡張する方向での研究が多くなされている。従来の無線通信は、全立体角に広がる電磁波の「方向」「指向性」「強度」という３つのパラメータしか制御できない。このため、多数の対象と通信を行う場合は、時分割多重か周波数分割多重を行う必要がある。したがって、対象の個数と通信可能なデータ量とは、多くの場合、トレードオフの関係にある。

本発明は、空間分割多重を行うことにより、従来の無線通信よりも高い「空間解像度」で、実空間内での位置に対応した情報を送信することが可能なシステムおよび方法を提供することを目的としている。

本発明に係る情報伝送システムは、送信装置と受信装置とを備える。前記送信装置は、ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなる画像を前記受信装置に投影する送信部を備えている。前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光は時間変調される。前記受信装置は、前記時間変調された光を受光する受光部と、受光された光を復調して情報を取り出す制御部とを備える。

前記送信部は、例えばプロジェクタである。

前記送信装置は、例えば、提示画像と、時間変調された通信信号とを重畳することにより、前記画像を生成することができる。

前記受光部は、例えばフォトダイオードである。

本発明の情報伝送方法は、以下のステップを備える：
（１）ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなり、かつ、前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光が時間変調されている画像を送信するステップ；
（２）前記時間変調された光を受光し、ついで復調して情報を取り出すステップ。

本発明に係る他の情報伝送システムは、送信装置と受信装置とを備える。前記送信装置は、ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなる画像を前記受信装置に投影する送信部を備えている。前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光は時間変調される。前記受信装置は、前記時間変調された光を受光する受光部と、受光された光を復調して情報を取り出す制御部と、前記送信部から送信された光を再帰性反射する反射部とを備える。前記反射部は、この反射部による反射光の強度を変化させるシャッタを備える。

前記送信装置は、さらに、前記反射部による前記反射光を受光するカメラと、前記カメラにより受光した前記反射光を復調して情報を取り出す処理部とを備えることができる。

前記受信装置の制御部は、前記シャッタの動作を制御するようになっていてもよい。

前記受信装置は、前記制御部に情報を入力するための検出部をさらに備えていてもよい。

前記送信装置は、使用者の視点位置を計測する計測部を備え、かつ、この視点位置に対応した画像を投影する構成となっていてもよい。

本発明に係る他の情報伝送方法は、次のステップを備える：
（１）ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなり、かつ、前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光が時間変調されている画像を投影するステップ；
（２）前記時間変調された光を受光し、ついで復調して情報を取り出すステップ；
（３）前記送信部から投影された光を再帰性反射するステップ；
（４）前記再帰性反射による反射光を変調するステップ；
（５）前記反射光を受光し、ついで復調して情報を取り出すステップ。

本発明の情報伝送システムにおいて、前記ｍ個の画素中ｐ個（ただし１≦ｐ≦ｍ）の画素における光を、位置情報信号により時間変調してもよい。

本発明の情報伝送システムにおける前記制御部は、前記光を復調して前記位置情報信号を取得し、この位置情報信号と、前記送信装置または前記受信装置についての既知の空間座標とに基づいて、前記送信装置と前記受信装置との位置関係を算出する構成であってもよい。

本発明の情報伝送システムにおける前記制御部は、前記光を復調して前記位置情報信号を取得し、前記送信装置と前記受信装置との間の相対移動による位置情報信号の時間的変動に基づいて、前記送信装置と前記受信装置との位置関係を算出する構成であってもよい。

本発明の情報伝送システムおよび方法によれば、空間中に分散した多数の対象に対して、同時に異なる情報を伝達することが可能となる。

（第１実施形態の構成）
以下、本発明に係る情報伝送システムの第１実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。なお、これらの図において、符号Ａは投影光、符号Ｂは反射光を示している。

このシステムは、送信装置１と、複数の受信装置２と、スクリーン３とを備えている（図１参照）。

送信装置１は、送信部１１と、通信信号生成部１２と、制御部１３と、処理部１４と、カメラ１５と、ハーフミラー１６とを備えている。

送信部１１としては、この実施形態では、プロジェクタが用いられている。プロジェクタとしては、ＤＬＰプロジェクタ、液晶プロジェクタなどの任意のものが使用できる。ただし、光の時間変調周波数を高くするためには、ＤＬＰプロジェクタが好適である。送信部１１としては、要するに、画素毎に分割された光を対象物に投影できるものであればよい。送信部１１は、ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなる画像を受信装置２に送信するように構成されている。

通信信号生成部１２は、投影すべき画像信号を生成して送信部１１に送るように構成されている。通信信号生成部１２は、ｍ個の画素からなる画像信号を送信部１１に送るようになっている。さらに、通信信号生成部１２は、ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の画素における光を時間変調する。変調方式としては、強度変調、周波数変調、位相変調のどれでもよく、さらに、アナログ変調、デジタル変調、パルス変調などの各種の変調方式を用いることができる。

制御部１３および処理部１４の詳しい動作は、後述の伝送方法の説明において説明する。なお、前記した通信信号生成部１２、制御部１３および処理部１４は、ハードウエアまたはコンピュータソフトウエアにより構成することができる。

カメラ１５は、各受信装置２で再帰性反射された光の一部を受光するものである。カメラ１５は、取得した画像を画像信号として処理部１４に送るようになっている。カメラ１５は、例えばＣＣＤカメラにより構成することができる。

ハーフミラー１６は、受信装置２で反射された光の一部をカメラ１５に送るように構成さている。これにより、カメラ１５は、送信部１１と光学的に共役となる位置に配置されたものとなっている。

複数の受信装置２は、スクリーン３の前面において、２次元方向に（つまり空間的に）離間して配置されている（図１参照）。受信装置２の位置は、送信装置１からの投影光を受けることのできる位置であればよい。各受信装置２は、受光部２１と、反射部２２と、制御部２３と、検出部２４とを備えている（図２参照）。受信装置２の動作電源は図示していないが、例えば電池、給電線、無線給電などの任意の電源を用いることができる。

受光部２１は、送信装置１の送信部１１からの投影光Ａの一部を受光する。受光部２１は、配置された位置によっては、時間変調された光を受光する。受光部２１としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。

反射部２２は、再帰性反射材２２１とシャッタ２２２とを備えている（図３参照）。再帰性反射材とは、入射光の光源に向かって光が反射する材料である。再帰性反射材としては、ビーズを用いたもの、プリズムを用いたもの、コーナーキューブミラー（一般に３枚のミラーで構成される）を用いたものなど各種のものが知られている。この構成により、反射部２２は、送信部１１から送信された光を再帰性反射するものとなっている。

シャッタ２２２は、再帰性反射材２２１の前方（光源側）に配置されている。シャッタ２２２は、その開閉によって、反射部２２から送信装置１への反射光の強度を変化させるようになっている。強度を変化させるとは、反射光を完全に遮断することと、反射光強度を弱めることとを含む。シャッタ２２２としては、例えば、液晶シャッタや機械的なシャッタを用いることができる。また、再帰性反射材としてコーナーキューブミラーを用いた場合には、そのうちのいずれか１枚のミラーを振動させることによって反射光強度を変調することもできる。この場合には、振動するミラーが本発明のシャッタに該当する。本発明のシャッタは、要するに、反射光の強度を変化させる手段であればよく、シャッタ自体として独立した機構でなくてもよい。

制御部２３は、受光部２１で受光された光の信号を復調して情報を取り出すように構成されている。被変調光の復調方式としては、既に知られている各種のものを用いることができる。例えばパルス位相変調であれば、ＰＬＬ等を用いた方式により容易に復調することができる。さらに、制御部２３は、シャッタ２２２の開閉動作を制御する構成となっている。

検出部２４は、装置外部の温度や光などの変化を検出できるようになっている。検出部２４は、検出結果を制御部２３に送るようになっている。

スクリーン３の表面には、再帰性反射材（図示せず）が配置されている。

（第１実施形態の動作）
つぎに、第１実施形態のシステムを用いた情報伝送方法を、図４を参照しながら説明する。

（ステップ４−１）
まず、制御部１３からの指令により、通信信号生成部１２において、通信信号を生成する。この通信信号は、ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素を有している。さらに、ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の画素における光は、時間変調されている。このような画素により構成される画像信号を、送信部１１に送る。

（ステップ４−２）
送信部１１は、制御部１３から受け取った画像信号に基づく画像をスクリーン３に向けて投影する。この投影された画像は、画素毎の投影光Ａの束である。

（ステップ４−３）
受信装置２の受光部２１は、各画素に対応した位置において、投影光Ａを受け取る。時間変調された光が送られた画素に対応する受光部２１においては、時間変調された光を受光する。

受信装置２は、２次元方向に分散して配置されている。したがって、この実施形態によれば、空間的に分散された多数の受信装置２に対して、時間変調された光を同時に送信することができる。

（ステップ４−４）
制御部２３は、受光部２１で受け取った時間変調光を解析し、それに含まれる情報を取り出す。解析結果としての情報は、例えば、出力装置（図示せず）に出力される。ただし、解析結果を出力することは必須でなく、例えば、解析結果を、受信装置２の内部動作のみに用いても良い。

（ステップ４−５）
一方、受信装置２の検出部２４は、検出部２４による検出結果を制御部２３に送る。

（ステップ４−６）
制御部２３は、時間変調光から得た情報、または、検出部２４からの入力に対応して、反射部２２のシャッタを動作させる。

（ステップ４−７）
反射部２２では、シャッタ２２２が開いていれば、再帰性反射材２２１による反射光が、シャッタ２２２を通過して、送信部１１に向けて送られる。本実施形態では、再帰性反射材を用いているので、受信装置２の位置に拘わらず、受光した光を送信部１１に向けて反射することができる。

（ステップ４−８）
送信部１１へ送られた反射光の一部は、ハーフミラー１６により反射されてカメラ１５により受光される。

本実施形態のカメラ１５は、ハーフミラー１６を介して送信部１１と光学的に共役の位置に配置されているので、送信部１１における特定の画素ｉは、受信装置２で反射された後に、画素ｉと共役な位置にあるカメラの画素ｉ′に入射する。このため、画素ｉ′で受けた光は、画素ｉが照射された受信装置２からのものであると容易に判別することができる。

さらに、カメラ１５と送信部１１とが光学的に共役の位置にあるので、送信部１１から発光され、再帰性反射材２２１で反射された光は、カメラ１５に集光される。よって、カメラ１５で受光される光の輝度レベルを高く保つことができる。

（ステップ４−９）
シャッタ２２２が閉じているときは、再帰性反射材２２１による反射光は、送信部１１へ送られない。つまり、シャッタ２２２が閉じられている間は、反射部２２に対応する画素においては、カメラ１５への入力光強度が弱くなる。したがって、この実施形態では、シャッタ２２２の開閉により、再帰性反射による反射光を変調（この場合強度変調）することができる。

（ステップ４−１０）
処理部１４は、カメラ１５において取得された画像信号中において、時間変調された反射光を復調して情報を取り出す。情報を取り出す処理は、例えば次のように行う。送信部１１から送信された画像信号は確定しているので、通信信号生成部１２から処理部１４に画像信号を送り、これをカメラ１５で取得した画像信号から減算する。すると、変調された反射光成分（つまり反射光に乗せられた情報）を抽出できる。

したがって、この実施形態によれば、送信装置１と受信装置２との間での通信が可能となる。

（ステップ４−１１）
制御部１３は、処理部１４の処理結果を受け取り、反射光に含まれた情報に対応して、新たな通信信号の生成の指令を通信信号生成部１２に送る。以降の動作は、前記と同様である。

（第２実施形態の構成および動作）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る情報伝送システムを図５および図６に基づいて説明する。なお、この実施形態の説明においては、前記した第１実施形態と同様の構成については同じ符号を用いることで、説明を簡略化する。

この実施形態は、情報伝送と画像提示とを共に行うことができる構成となっている。この実施形態のシステムでは、第１実施形態のシステムに、計測部１７と、提示画像生成部１８と、ハーフミラー１９とが追加されている。

計測部１７は、例えば位置センサや加速度センサにより、使用者４（図５参照）の視点位置を計測できるようになっている。計測部１７としては、視線の向きを光によって計測する構成であってもよい。要するに、計測部１７は、視点位置を計測できるものであればよい。

提示画像生成部１８は、通信信号とは別に、使用者に視認できる画像を生成するものである。提示画像生成部１８は、制御部１３からの指令により、使用者４の視点位置に対応した画像を生成して送信部１１に送るようになっている。

ハーフミラー１９は、受信装置２からの反射光の一部を使用者に送るようになっている。また、第２実施形態では、送信部１１は、使用者の視点と光学的に共役な位置に配置されている。

つぎに、第２実施形態のシステムを用いた情報伝送方法を、図６に基づいて説明する。
この伝送方法の説明においては、図４に示した第１実施形態の方法を前提とし、それと異なる部分のみ説明する。したがって、図４に示したステップと同じステップには同じ符号を付している。

（図６のステップ６−１）
第２実施形態の方法では、提示画像生成部１８により提示画像が生成される。提示画像は、時間変調された光信号である通信信号を重畳して送信部１１に送られる。本実施形態での通信信号は、通信信号が視認できないように、例えば次のような信号を時間変調したものであることが好ましい。
（ａ）視認できない程度の短パルス信号、
（ｂ）視認できない程度のコントラストにおける信号、
（ｃ）視認できない波長域の光、例えば赤外線による信号。

送信部１１から送られた画像は、ハーフミラー１９、ハーフミラー１６を通過して、スクリーン３および受信装置２に投影される。

スクリーン３により再帰性反射された光は、ハーフミラー１６および１９を介して使用者４の視点に提供される。これにより、使用者４は、送信部１１から送られた提示画像を見ることができる。反射部２２のシャッタ２２２が開状態であれば、再帰性反射材２２１で反射された投影光も、使用者４に送ることができる。また、シャッタ２２２の動作速度を十分早くしたり、変調をかける画素におけるコントラストの変調幅（強度差）を小さくすることにより、当該画素における明滅を使用者に関知させないようにすることも可能である。

（ステップ６−２）
また、第２実施形態の方法では、計測部１７により視点位置情報を取得する。この情報は、制御部１３に送られる。制御部１３は、視点位置が変化していれば、新たな視点位置情報を提示画像生成部１８に送り、提示画像の生成を指示する。

（ステップ６−３）
提示画像生成部は、受信した視点位置情報に基づいて、この視点位置に対応した提示画像を生成する。生成された画像は、ステップ６−１の場合と同様に、送信部１１に送られる。以降の動作は前記と同様である。

なお、本発明の情報伝送システムおよび方法は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。

例えば、前記した各構成要素は、機能ブロックとして存在していればよく、独立したハードウエアとして存在しなくても良い。また、実装方法としては、ハードウエアを用いてもコンピュータソフトウエアを用いても良い。さらに、本発明における一つの機能要素が複数の機能要素の集合によって実現されても良く、本発明における複数の機能要素が一つの機能要素により実現されても良い。

また、機能要素は、物理的に離間した位置に配置されていてもよい。この場合、機能要素どうしがネットワークにより接続されていても良い。

さらに、前記した情報伝送システムは、送信装置１と受信装置２との間での通信を前提としているが、送信のみで良い場合は、受信装置２に反射部２２を設ける必要はない。

さらにまた、本発明のシステムにより位置計測装置を行うことも可能である。この場合の使用例は以下の通りである。

まず、送信装置１から送信されるｍ個の画素中のｐ個（ただし１≦ｐ≦ｍ）の画素について、それぞれ独立のＩＤを、位置情報信号として付与する。このＩＤにより、ｐ個の画素における光を時間変調し、送信部１１から送信する。ここでＩＤとは、画素の位置を示す情報であればよい。

一方、受信装置２の制御部２３は、この時間変調光を復調することで、当該画素における位置情報信号としてのＩＤを受け取ることができる。

ここで、送信装置１または受信装置２についての空間座標が既知であれば、この空間座標と取得した位置情報信号とに基づいて、送信装置１と受信装置２との位置関係（例えば方向）を算出することができる。

また、送信装置１と受信装置２との間の相対移動（たとえば受信装置２の移動）により位置情報信号が時間的に変動する場合は、この変動履歴に基づいて、送信装置と受信装置との位置関係を算出することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る情報伝送システムの概略的な構成を示すブロック図である。 図１の情報伝送システムにおいて用いられる受信装置の概略的な構成を示すブロック図である。 図２の受信装置において用いられる反射部の概略的な構成を示すブロック図である。 図１の情報伝送システムを用いた情報伝送方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る情報伝送システムの概略的な構成を示すブロック図である。 図５の情報伝送システムを用いた情報伝送方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 送信装置
１１ 送信部
１２ 通信信号生成部
１３ 制御部
１４ 処理部
１５ カメラ
１６ ハーフミラー
１７ 計測部
１８ 提示画像生成部
１９ ハーフミラー
２ 受信装置
２１ 受光部
２２ 反射部
２２１ 再帰性反射材
２２２ シャッタ
２３ 制御部
２４ 検出部
３ スクリーン
４ 使用者
Ａ 投影光
Ｂ 反射光

Claims (14)

1. 送信装置と受信装置とを備え、
   前記送信装置は、ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなる画像を前記受信装置に投影する送信部を備えており、前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光は時間変調されており、
   前記受信装置は、前記時間変調された光を受光する受光部と、受光された光を復調して情報を取り出す制御部とを備えている
   ことを特徴とする情報伝送システム。
2. 前記送信部はプロジェクタであることを特徴とする請求項１に記載の情報伝送システム。
3. 前記送信装置は、提示画像と、時間変調された通信信号とを重畳することにより前記画像を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の情報伝送システム。
4. 前記受光部はフォトダイオードであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の情報伝送システム。
5. 以下のステップを備える情報伝送方法：
   （１）ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなり、かつ、前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光が時間変調されている画像を送信するステップ；
   （２）前記時間変調された光を受光し、ついで復調して情報を取り出すステップ。
6. 送信装置と受信装置とを備え、
   前記送信装置は、ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなる画像を前記受信装置に投影する送信部を備えており、前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光は時間変調されており、
   前記受信装置は、前記時間変調された光を受光する受光部と、受光された光を復調して情報を取り出す制御部と、前記送信部から送信された光を再帰性反射する反射部とを備えており、
   前記反射部は、この反射部による反射光の強度を変化させるシャッタを備えている
   ことを特徴とする情報伝送システム。
7. 前記送信装置は、さらに、前記反射部による前記反射光を受光するカメラと、前記カメラにより受光した前記反射光を復調して情報を取り出す処理部とを備えていることを特徴とする請求項６に記載の情報伝送システム。
8. 前記受信装置の制御部は、前記シャッタの動作を制御するようになっていることを特徴とする請求項６または７に請求項に記載の情報伝送システム。
9. 前記受信装置は、前記制御部に情報を入力するための検出部をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の情報伝送システム。
10. 前記送信装置は、使用者の視点位置を計測する計測部を備えており、かつ、この視点位置に対応した画像を投影する構成となっていることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の情報伝送システム。
11. 次のステップを備える情報伝送方法：
    （１）ｍ個（ｍ：任意の自然数）の画素からなり、かつ、前記ｍ個の画素のうち、ｎ番目（ｎ：１〜ｍ番目のいずれかまたはすべて）の前記画素における光が時間変調されている画像を投影するステップ；
    （２）前記時間変調された光を受光し、ついで復調して情報を取り出すステップ；
    （３）前記送信部から投影された光を再帰性反射するステップ；
    （４）前記再帰性反射による反射光を変調するステップ；
    （５）前記反射光を受光し、ついで復調して情報を取り出すステップ。
12. 前記ｍ個の画素中ｐ個（ただし１≦ｐ≦ｍ）の画素における光は、位置情報信号により時間変調されていることを特徴とする請求項１〜４，６〜１０のいずれか１項に記載の情報伝送システム。
13. 前記制御部は、前記光を復調して前記位置情報信号を取得し、この位置情報信号と、前記送信装置または前記受信装置についての既知の空間座標とに基づいて、前記送信装置と前記受信装置との位置関係を算出する構成であることを特徴とする請求項１２記載の情報伝送システム。
14. 前記制御部は、前記光を復調して前記位置情報信号を取得し、前記送信装置と前記受信装置との間の相対移動による位置情報信号の時間的変動に基づいて、前記送信装置と前記受信装置との位置関係を算出する構成であることを特徴とする請求項１２記載の情報伝送システム。
    

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