JP2006004330A - 映像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構成でインタラクティブな映像を提供可能な映像表示システムを提供する。
【解決手段】リアプロジェクション方式の映像表示システムであって、前面に映像が表示されるスクリーン１１と、スクリーン１１の背面側に設置され、入力された画像データに応じた画像光をスクリーン１１の背面に投射するプロジェクタ２０と、スクリーンの背面側に設置され、スクリーン１１の背面に向けて赤外線を放射する赤外線ＬＥＤユニット１２と、スクリーン１１の背面側に設置され、赤外線ＬＥＤユニットから放射されてスクリーン１１を透過し、スクリーン１１の前面側にある被写体５０によって反射されて戻ってきた赤外線によって被写体５０を撮影する赤外線カメラ１３と、スクリーン１１の背面側に設置され、赤外線カメラ１３によって撮影された被写体５０の動きに応じて、プロジェクタ２０に画像データを出力するコントロール部１４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタを使用した映像表示システムに関するものである。

今日、液晶プロジェクタやＤＭＤ（登録商標）プロジェクタといった投写型表示装置によってスクリーン上に映し出された映像を使ったプレゼンテーションや宣伝広告などが広く行なわれている。投写型表示装置によってスクリーン上に映像を写し出す方式には、いわゆるフロントプロジェクション方式と、リアプロジェクション方式とがある。前者は、図８に示すように、非透過型のスクリーン１００の手前に設置された投写型表示装置１０１から出射された光（画像光）をスクリーン１００の前面において結像させることによって映像を表示する方式である（詳細については、例えば特許文献１参照）。後者は、図９に示すように、透過型のスクリーン１０２の背後に設置された投写型表示装置１０３から該スクリーン１０２の背面に向けて画像光を投射し、スクリーン１０２の前面に映像を映し出す方式である（詳細については、例えば特許文献２参照）。

上記いずれの方式においても、インタラクティブな映像を提供するため技術が多数開発されている。例えば、上記特許文献１には、スクリーンに表示されている映像と、その映像中の任意の箇所を差し示している説明者の差し棒とを撮影装置で撮影し、撮影された画像をコンピュータ処理することによって上記差し棒の先端位置を検出して、説明者が指し示めしている映像中のポイントを特定する技術が記載されている。また、特許文献３には、タッチパネル付きのリア投影式プロジェクタであって、スクリーンへのタッチ・デタッチの信号を赤外線で送信する専用のペンから送出された赤外線をスクリーンの裏側に配置された赤外線受信機で受信することによって、ペンの接触点の座標を求める技術が記載されている。
特開２０００−２００１４９号公報 特開２００２−１６２６８６号公報 特開２００３−９９１９７号公報

フロントプロジェクション方式の映像表示装置やシステムを用いてインタラクティブな画像を提供するためには、スクリーンの手前にプロジェクタ及び撮影装置を設置する必要があり、スクリーンとプロジェクタ及び撮影装置との間の空間がデッドスペースとなってしまう。また、一般的に装置構成やシステム構成が大掛かりであり、広い設置スペースを必要とする。一方、特許文献３に記載されているような技術によれば、上記フロントプロジェクション方式における問題の多くは解決される。しかし、特許文献３に記載されているような技術においては、何らかのポインティングデバイスが必須となる。

本発明の目的は、シンプルな構成でありながら何らのポインティングデバイスを用いることなく、インタラクティブな映像を表示可能な映像表示システムを提供することにある。

本発明の映像表示システムは、リアプロジェクション方式の映像表示システムであって、映像が表示されるスクリーンと、スクリーンの背面側に設置されたプロジェクタ、赤外線放射手段、撮影手段及びコントロール手段を有する。そして、上記プロジェクタは、入力された画像データに応じた画像光をスクリーンの背面に投射し、赤外線放射手段は、スクリーンの背面に向けて赤外線を放射し、撮影手段は、赤外線放射手段から放射されてスクリーンを透過し、該スクリーンの前面側にある被写体によって反射されて戻ってきた赤外線によって被写体を撮影し、コントロール手段は、撮影手段によって撮影された被写体の動きに応じて、プロジェクタに画像データを出力する。

以上の構成を有する本発明の映像表示システムによれば、スクリーンの前に立って説明をしているプレゼンテーションの説明者などの被写体の動きが撮影手段によって撮影され、その撮影画像に応じた画像データがプロジェクタに出力されるので、被写体の動きに呼応したインタラクティブな映像が提供される。尚、撮影された被写体の動きに呼応したインタラクティブな映像を表示するための画像処理方法や画像データ生成方法などは様々考えられる。如何なる画像処理方法や画像データ生成方法を採用するかは、映像の種類や映像の内容は勿論のこと、映像を提供する目的等も考慮して適宜好適な方法を採用することができ、それ自体は本発明の本質的特徴ではない。

本発明によれば、シンプルな構成でありながら何らのポインティングデバイスを用いることなく、インタラクティブな映像を表示可能な映像表示システムが実現される。

（実施形態１）
以下、本発明の映像表示システムの実施形態の一例について説明する。本例の映像表示システムは、スクリーンの背後に設置されたプロジェクタから該スクリーンの背面に向けて画像光を投射し、スクリーンの前面に映像を映し出すリアプロジェクション方式の映像表示システムである。具体的には、図１に示すように、共通のフレーム１０に搭載されて一体化されたスクリーン１１、赤外線ＬＥＤユニット１２、赤外線カメラ１３及びコントロール部１４からなる表示ユニット１５と、表示ユニット１５の背後に設置されたプロジェクタ２０とから構成されている。

プロジェクタ２０は、光源から出射された光を入力された画像データに従って光変調して画像光を形成し、形成された画像光をスクリーン１１へ向けて投射可能な構成を有するものであればよく、特定のプロジェクタに限定されない。本例では、光源と、光源から出射された光を入力された画像データに従って光変調する液晶ライトバルブと、液晶ライトバルブによって形成された画像光の光路を複数の反射ミラーによって折り返しつつ、光束断面を拡大させる反射拡大投射光学系とを有し、最終的に筐体２１の上部に設けられている反射ミラー２２によって画像光をスクリーン１１へ向けて反射する（投射する）プロジェクタを用いてある。この種のプロジェクタは、他のプロジェクタと区別するために、「ミラープロジェクタ」と呼ばれることもある。

本例では、上記構成を有するプロジェクタ２０を壁掛ユニット２３を使って壁面２４に設置し、そのプロジェクタ２０の手前に表示ユニット１５を配置して、プロジェクタ２０から出射された画像光がスクリーン１１の背面に投射されるように、プロジェクタ２０と表示ユニット１５との相対的位置関係を調整してある。

表示ユニット１５を構成するフレーム１０は、矩形の台座３０と、台座３０の前方に設けられたスクリーン支持フレーム３１と、台座３０の後方に設けられたカメラ支持フレーム３２と、台座３０の下面四隅に設けられたキャスター３３とを有する。スクリーン支持フレーム３１は、台座３０の前方両端から垂直に立ち上げられた左右一対の長尺縦材と、それら長尺縦材の上端同士を繋ぐ長尺横材とによって枠状に形成されており、スクリーン１１は、スクリーン支持フレーム３１の内側に配置され、幅方向両側の短辺部が対応する長尺縦材にそれぞれ固定され、片側の長辺部が長尺横材に固定されている。

スクリーン支持フレーム３１によって支持されているスクリーン１１は、図２に示すような３層構造を有する。具体的には、透明な板材としてのガラス板４０、そのガラス板４０の裏面に設けられた拡散層４１、及び拡散層４１の上に貼られたプリズムシート４２からなる３層構造を有する。本例の映像表示システムでは、プリズムシート４２がカメラ支持フレーム３２側に向くようにしてスクリーン１１がスクリーン支持フレーム３１に支持されており（図１参照）、スクリーン１１の背後に設置されているプロジェクタ２０から所定の打ち上げ角で斜め上向きに投射された画像光がプリズムシート４２によって偏向されて拡散層４１に略垂直に入射し、拡散層４１に入射した画像光が該拡散層４１の拡散作用によってガラス板４０の全面にほぼ均一に配光されるように構成されている。尚、上記透明な板材は、容易に変形しない剛性と十分な透明性を有すれば、ガラス板でなくてもよく、合成樹脂の板材などであってもよい。

再び図１を参照すると、カメラ支持フレーム３２は、台座３０の後方から垂直に立ち上げられた左右一対の短尺縦材と、それら短尺縦材の上端同士を繋ぐ短尺横材とによって、スクリーン支持フレーム３１と略相似な枠状に形成されている。赤外線カメラ１３は、短尺横材の長手方向中央に設置され、赤外線ＬＥＤユニット１２は、赤外線カメラ１３の両外側に１つずつ設置されている。各赤外線ＬＥＤユニット１２は、スクリーン１１の背面と対向する本体の前面に、赤外線を放射する多数のＬＥＤを配置したものである。従って、赤外線ユニット１２の各ＬＥＤから放射された赤外線は、スクリーン１１を背面側から前面側に向けて透過し、スクリーン１１の手前に立っているプレゼンテーションの説明者やその他の被写体５０に当たって反射され、スクリーン１１を前面側から背面側に向けて透過して赤外線カメラ１３に入射する。これによって、被写体５０が赤外画像（デジタル画像）として撮影される。

ここで、本発明では、被写体によって反射された赤外線を撮影手段によって撮影することによって、被写体の動きを検出しているので、被写体によって反射された赤外線以外の光（室内の蛍光灯から放射される赤外線やその他の可視光線など）はノイズ光となる。そこで、本例では、一般的な蛍光灯から放射される光の分光分布のピークが７００〜８００nmであることに鑑み、赤外線ＬＥＤユニット１２に、９００nm近傍に分光分布のピークを有するＬＥＤを使用すると共に、赤外線カメラ１３のレンズ又は赤外線カメラ１３とスクリーン１１の背面との間に、９００nm近傍に透過率のピークを有する光学フィルタを設けた。かかるＬＥＤと光学フィルタとの組み合わせによって、蛍光灯から放射される紫外線は勿論のこと、可視光領域（３８０〜７８０nm）に属するノイズ光もカットされる。図３に、本例で使用したＬＥＤから放射される光の分光分布、光学フィルタの透過率特性及びスクリーン１１の透過率特性をそれぞれ示す。

また、赤外線カメラ１３のレンズの特性（特に収差）の影響により、どうしても中心よりも周辺の方が暗く撮影されてしまう。そこで、赤外線カメラ１３のレンズ特性に加えて、赤外線カメラ１３と赤外線ＬＥＤユニット１２との相対的位置関係を考慮した上で、赤外線ユニット１２におけるＬＥＤの配置を決定することが望ましい。例えば、本例のように、赤外線カメラ１３の両隣に赤外線ＬＥＤユニット１２が配置されているような場合は、各赤外線ＬＥＤユニット１２におけるＬＥＤの配置を図４（ａ）に示すようすることが望ましい。すなわち、不図示のスクリーンの背面と対向するユニット本体１２ａの前面に多数のＬＥＤ１２ｂを配置してＬＥＤ群を形成すると共に、赤外線カメラ１３に近い部分ほど（図４では、同図中央寄りほど）ＬＥＤ１２ｂが粗となり、遠い部分ほど（図４では、同図両外側寄りほど）ＬＥＤ１２ｂが密となるように、ＬＥＤ１２ｂを配列する。これによって、撮影画像の周辺部における赤外線エネルギーが相対的に増加し、全体として均一な明るさの画像が得られ、画像処理におけるコントラスト比が向上し、被写体の輪郭をより明確に認識可能となる。また、赤外線カメラと赤外線ＬＥＤユニットとの相対的位置関係によっては、図４（ｂ）に示すような配列が望ましい場合もある。図４（ｂ）に示す配列は、ＬＥＤ郡の中心ほどＬＥＤ１２ｂが粗となり、周辺ほどＬＥＤ１２ｂが密となる配列である。

再び図１を参照すると、赤外線カメラ１３によって撮影されたデジタル画像（撮影画像データ）は、フレーム１０の台座３０上に設置されているコントロール部１４に入力される。コントロール部１４は、入力された撮影画像データを処理するデータ処理部と、データ処理部での処理結果に応じてプロジェクタ２０に画像データ（「撮影画像データ」と区別するため、以下「表示画像データ」と称する）を出力するデータ出力部と、必要なプログラムやデータが記憶される記憶部と、記憶部に記憶されているプログラムに従って、上記データ処理部やデータ出力部などを統括的に制御する制御部とを少なくとも有する。本例の映像表示システムでは、かかるコントロール部１４が赤外線カメラ１３によって撮影された被写体５０のデジタル画像に基づいてプロジェクタ２０に表示画像データを出力することによって、被写体５０の動きに応じたインタラクティブな映像がスクリーン１１に表示される。具体的には、図５に示すように、赤外線ＬＥＤユニット１２のＬＥＤを点灯すると（Step1）、ＬＥＤから放射された赤外線がスクリーン１１を透過し、スクリーン１１の前に立っている被写体（例えば、プレゼンテーションの説明者）５０によって反射され、スクリーン１１を再度透過して赤外線カメラ１３に入射する。これによって、被写体５０が赤外カメラ１３によって撮影される（Step2）。次に、被写体５０を撮影した赤外線カメラ１３から出力された撮影画像データは、コントロール部１４のデータ処理部に入力され、該データ処理部によって２値化処理が施される（Step3）。ここまでの処理によって、スクリーン１１の前に立っている被写体５０の動きが２値化されたデータとして把握される。さらに、コントロール部１４のデータ出力部は、データ処理部から出力された２値データに応じてプロジェクタ２０に表示画像データを出力する（Step4）。すると、プロジェクタ２０から表示画像データに応じた画像光が投射され（Step5）、被写体５０の動きに応じたインタラクティブな映像がスクリーン１１に表示される。例えば、スクリーン１１に水溜りの映像が映し出されている状況で、スクリーン１１の前に立っている説明者がその水溜りに向けて何かを投げ入れるような動きをすると、その動きを示す２値データがコントロール部１４のデータ処理部からデータ出力部に出力される。すると、データ出力部からプロジェクタ２０に対して、水溜りに向けて石が飛んで行って、水溜りに落ちる映像を表す表示画像データが出力され、スクリーン１１には、その表示画像データに応じた映像が表示される。また、スクリーン１１に説明者を模したキャラクターが表示されている状況で、スクリーン１１の前に立っている現実の説明者が動くと、その動きを示す２値データがコントロール部１４のデータ処理部からデータ出力部に出力される。すると、データ出力部からプロジェクタ２０に対して、説明者の動きに合わせてキャラクターが動く映像を表す表示画像データが出力され、スクリーン１１上のキャラクターが実際の説明者の動きに合わせて動く映像が表示される。

ここで、被写体５０の動きに応じた（実際には、データ処理部から出力される２値データに応じた）映像を表示するための表示画像データは、予め用意しておいてもよく、必要に応じて生成してもよい。さらに、必要に応じて表示画像データを生成する場合には、全く新規に表示画像データを生成してもよく、予め用意されている表示画像データに必要に応じて加工を施して新たな表示画像データを生成してもよい。例えば、先の水溜りの例のような場合は、説明者の動きを予め定めておき、その動きが行われたときにデータ処理部から出力される２値データと表示画像データ（水溜りに向けて石が飛んで行って、水溜りに落ちる映像を表す表示画像データや水溜りの映像にその水溜りに向けて飛んで行く石の映像をインポーズさせる表示画像データ）とを対応させてコントロール部１４のメモリや外部のメモリに記憶させておく。この場合、データ出力部は、入力された２値データに基づいて対応する表示画像データを上記メモリから抽出し、プロジェクタ２０へ出力する。一方、先のキャラクターの例のような場合は、データ処理部から出力された２値データを元に、予め定められたアルゴリズムに従って表示画像データを生成してプロジェクタ２０へ出力する。

尚、本例では、ミラープロジェクタを使用した映像表示システムについて説明してきたが、本発明の映像表示システムを構成するプロジェクタは、ミラープロジェクタに限られるわけではない。もっとも、ミラープロジェクタは、他のプロジェクタに比べて焦点距離が短いので、システムの小型化（特に、薄型化）にとって非常に有利である。

（実施形態２）
以下、本発明の映像表示システムの実施形態の他例について図面を参照しながら説明する。本例の映像表示システムの基本構成は、実施形態１の映像表示システムと同一である。そこで、実施形態１に示す映像表示システムと同一の構成については、図中に同一の符号を付して説明を省略する。本例の映像表示システムが実施形態１の映像表示システムと相違する点は、プロジェクタから出射された画像光が直接スクリーンの背面に投射されるのではなく、反射ミラーによって一度偏向されてからスクリーンの背面に投射される点である。

図６に示すように、本例の映像表示システムでは、カメラ支持フレーム３２の内側に、反射ミラー５０がスクリーン１１と対向状態で配置されている。また、プロジェクタ２０は、フレーム１０に搭載されて一体化されている。さらに、プロジェクタ２０は、反射ミラー５０に向けて画像光を投射可能な向きでフレーム１０に搭載されている。従って、本例の映像表示システムでは、プロジェクタ２０から出射された光が反射ミラー５０によって一度反射されて（偏向されて）、スクリーン１１の背面に投射される。

以上の構成を有する本例の映像表示システムでは、プロジェクタ２０から出射された画像光の光路を反射ミラー５０で折り返すことによって、実施形態１の映像表示システムと同様の光路長を確保しつつ、システム全体の奥行き（ｄ）を低減して省スペース化を図ることができる。

（実施形態３）
以下、本発明の映像表示システムの実施形態の他例について図面を参照しながら説明する。本例の映像表示システムの基本構成は、実施形態１の映像表示システムと同一である。そこで、実施形態１に示す映像表示システムと同一の構成については、図中に同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、本例の映像表示システムでは、矩形の底板６０の四隅から垂直に立ち上げられた４本の縦材６１の上端間に横材６２を渡してなる矩形の枠体の内側にスクリーン（図７では、他の構成を明確にすべくスクリーンの図示を省略してある）が配置されている。また、底板６０の上に赤外線ユニット１２、赤外線カメラ１３及びコントロール部１４が配置されている。

さらに、底板６０には、底板６０の一辺から外側に向けて突出させた板材の長手方向途中を上方に向けて直角に折り曲げてなるＬ型ブラケット６３が設けられている。プロジェクタ２０は、Ｌ型ブラケット６３の屈曲部に、画像光がスクリーンの背面（下面）に投射される向きで取り付けられている。

以上の構成を有する本例の映像表示システムでは、スクリーンの前面（上面）をテーブルとして利用することが可能である。例えば、喫茶店のテーブルとして利用すれば、客の動きに応じてインタラクティブに変化するゲームやメニューの映像をテーブルに表示することができる。

本発明の映像表示システムの実施形態の一例を示す模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 図１にスクリーンの断面構造を示す模式図である。 光学フィルタの透過率及びＬＥＤの分光分布を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、赤外線ＬＥＤユニットにおけるＬＥＤの異なる配置例を示す模式図である。 図１に示す映像表示システムの動作フローを示す図である。 本発明の映像表示システムの実施形態の他例を示す模式図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の映像表示システムの実施形態のさらに他例を示す模式図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 フロントプロジェクション方式の映像表示システムの従来例を示す模式図である。 リアプロジェクション方式の映像表示システムの従来例を示す模式図である。

符号の説明

１０ フレーム
１１ スクリーン
１２ 赤外線ＬＥＤユニット
１３ 赤外線カメラ
１４ コントロール部
１５ 表示ユニット
２０ プロジェクタ
３１スクリーン支持フレーム
３２ カメラ支持フレーム
４０ ガラス板
４１ 拡散層
４２ プリズムシート
５０ 反射ミラー
６０ 底板
６１ 縦材
６２ 横材
６３ Ｌ型ブラケット

Claims (8)

1. リアプロジェクション方式の映像表示システムであって、
   前面に映像が表示されるスクリーンと、
   前記スクリーンの背面側に設置され、入力された画像データに応じた画像光を前記スクリーンの背面に投射するプロジェクタと、
   前記スクリーンの背面側に設置され、前記スクリーンの背面に向けて赤外線を放射する赤外線放射手段と、
   前記スクリーンの背面側に設置され、前記赤外線放射手段から放射されて前記スクリーンを透過し、該スクリーンの前面側にある被写体によって反射されて戻ってきた赤外線によって前記被写体を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段によって撮影された前記被写体の動きに応じて、前記プロジェクタに画像データを出力するコントロール手段とを有する映像表示システム。
2. 前記コントロール手段は、前記撮影手段から出力された画像データを２値化処理するデータ処理手段と、前記データ処理手段から出力された２値データに基づいて、前記プロジェクタに画像データを出力するデータ出力手段とを有する請求項１記載の映像表示システム。
3. 前記コントロール部は、２以上の画像データを記憶する記憶手段を有し、前記データ出力手段は、前記データ処理手段から出力された２値データに基づいて、前記記憶手段から対応する画像データを抽出して前記プロジェクタに出力する請求項２記載の映像表示システム。
4. 前記データ出力手段は、前記データ処理手段から出力された２値データに基づいて画像データを生成し、生成された画像データを前記プロジェクタに出力する請求項２記載の映像表示システム。
5. 前記被写体によって反射された赤外線以外の光が前記撮影手段に入射することを防止するための光学的フィルタ手段を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の映像表示システム。
6. 前記赤外線放射手段は、赤外線を放射する複数の発光ダイオードからなる発光ダイオード群を有し、前記発光ダイオード群には、前記発光ダイオードの配置に粗密がある請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の映像表示システム。
7. 前記スクリーンは、所定の入射角で入射した光を所定の出射角で出射させるプリズムシートと、そのプリズムシートの出射面側に設けられた透明の板材と、前記プリズムシートと前記板材との間に設けられ、前記プリズムシートから出射された光を前記板材の全面にほぼ均一に配光する拡散層とを含む多層構造を有する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の映像表示システム。
8. 前記スクリーン、赤外線放射手段、撮影手段、コントロール手段及びプロジェクタの少なくとも２つ以上が共通のフレームに搭載されている請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の映像表示システム。

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