JP2010114591A - 裸眼立体視システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のプロジェクタを用いる裸眼立体視システムにおけるプロジェクタの故障に対応する。
【解決手段】本発明は、映像信号を供給する映像信号生成装置、映像信号生成装置からの映像信号に応じて映像を投影する複数のプロジェクタを有する裸眼立体視システムである。この裸眼立体視システムに反射ミラーを備えた予備プロジェクタを設ける。予備プロジェクタは、故障したプロジェクタにより投影される映像を代替する映像を、反射ミラーを介して投影する所定の位置に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のプロジェクタを用いた裸眼立体視システム(以下マルチプロジェクション型裸眼立体視システムまたは裸眼立体視システム)に関するものである。

近年、ディスプレイの高精細化やレンズ製作技術の向上などにより、インテグラルフォトグラフィ方式（以下IP方式）による裸眼立体視システムが注目されている。ＩＰ方式では、１つのレンズを通過する光線数が多ければ多いほど、表示する立体再生像の観測範囲を広げたり、視点位置変化に対して立体再生像を滑らかに変化させたりするなど、裸眼立体視システムの性能を向上させることができる。しかし、映像表示デバイスとして液晶ディスプレイなどの高精細フラットパネルディスプレイを用いてＩＰ方式を実装する場合が多く、ディスプレイの画素の物理的な大きさにより１つのレンズを通過する光線数が決まるため、ディスプレイの製造限界による制約があり、光線密度を向上することが困難であった。そこで、特許文献１では、映像表示デバイスとしてフラットパネルディスプレイではなく複数のプロジェクタを使用し、複数のプロジェクタからレンズ上に重畳して投影することにより、各レンズを通過する光線数を増やすことを可能にした。

また、特許文献２は裸眼立体視システムではないマルチプロジェクションシステムに関して、プロジェクタが故障した際に予備のプロジェクタを用いることによりダウンタイムを短縮するものである。このシステムはスクリーン面に複数のプロジェクタの映像を並べて表示するシステムであり、故障プロジェクタと予備プロジェクタの位置が異なる場合でも、予備プロジェクタのレンズシフト機能を用いたり回転ステージを用いたりしてスクリーン上の投影領域を動かして、故障プロジェクタにより映像が欠けた領域を補うことができる。

特開２００８−１３９５２４号公報 特開２００６−２８４７１８号公報

特許文献１では多数のプロジェクタを使用しており、システム全体を小型化するために、プロジェクタを高密度で配置する必要がある。複数のプロジェクタを使用するシステムは、プロジェクタが１台のシステムに比べて、システム全体としての故障率が台数の分だけ増大する。マルチプロジェクション型裸眼立体視システムでは、プロジェクタの故障が発生すると光線数が減少し、観察者が知覚する立体再生像の画質が劣化する場合がある。また高密度で配置したプロジェクタ群のうち１台が故障したときに、故障したプロジェクタを交換するために周辺のプロジェクタを取り外したり移動したりする必要が生じる可能性があり、速やかな復旧作業が困難である。そのため、マルチプロジェクション型裸眼立体視システムではプロジェクタの故障に対する対処が必要である。

特許文献２は、予備プロジェクタを利用してダウンタイムを短縮するマルチプロジェクションシステムの故障対応方法であるが、特許文献２のシステムがスクリーン面上に２次元的に映像を投影するものであるのに対し、特許文献１の裸眼立体視システムでは３次元的に映像を投影するものである。したがって、特許文献２のようなレンズシフト機能や回転ステージを用いてスクリーン上の投影領域を動かす方法を裸眼立体視システムに適用すると、故障プロジェクタと予備プロジェクタの光源の位置および光軸方向が異なり、レンズを介した光線の方向が一致せず、立体再生像の見え方が変化する。また光線の方向が異なることから、故障プロジェクタへ出力すべき映像と予備プロジェクタへ出力すべき映像とが異なるため、予備プロジェクタへ出力する映像を新たにに生成する必要がある。したがって、特許文献１に開示される内容に、特許文献２に開示される内容を適用することは困難である。

そこで、マルチプロジェクション型裸眼立体視システムにおいてプロジェクタの故障が発生した際の新たな対応が必要になる。

本発明の裸眼立体視システムは、映像信号を供給する映像信号生成装置、映像信号生成装置からの映像信号に応じて映像を投影する複数のプロジェクタ、及び反射ミラーを備え、複数のプロジェクタに含まれるプロジェクタの故障の検知に応答して、故障したプロジェクタにより投影される映像を代替する映像を投影する所定の位置に配置される予備プロジェクタを有する。

本発明により、裸眼立体視システムにおいて、プロジェクタが故障した場合に、予備のプロジェクタを用いて故障したプロジェクタの光線を代替できる。

図１は、裸眼立体視システムの概要図である。プロジェクタ群１が発した光線がレンズアレイ３で屈折することにより、レンズアレイ３の前面の空間内に光点５が存在する場合の光の状態を擬似的に構成する。立体再生像を知覚可能な領域６内の観察者７からレンズアレイ３方向を見ると、レンズアレイ３の前面の空間に光点５が実在するかのように見える。

図２に、図１のプロジェクタ群１へ映像信号を供給する映像信号生成装置の構成図を示す。映像信号生成装置１０は、ＣＰＵ１２、メモリ１３、ネットワークアダプタ１４、ハードディスク装置１５、ビデオ信号生成回路１６、カメラインターフェイス３１を有し、これらがバス１７で互いに接続されている。ここではビデオ信号生成回路１６が複数の映像信号出力を有し、プロジェクタ群１のそれぞれに映像信号を供給する。またビデオ信号生成回路１６の映像信号出力の数よりもプロジェクタ群１のプロジェクタ台数が多い場合には、複数の映像信号生成装置１０をネットワークアダプタ１４により相互に接続し、すべてのプロジェクタへの映像出力を同期制御する。

映像を表示する際には、ハードディスク装置１５に格納された映像再生プログラム２０をメモリ１３へロードし、ＣＰＵ１２で命令コードを順次実行する。映像再生プログラム２０は、ハードディスク装置１５に格納されている複数の映像情報ファイル２１〜２３を読み出し、ビデオ信号生成回路１６を駆動することにより、ビデオ信号生成回路１６に接続されている複数のプロジェクタに、それぞれに応じた映像信号を同期して並列に送出する。

プロジェクタの故障を検査する際には、ハードディスク装置１５に格納された故障検査プログラム１９をメモリ１３へロードし、ＣＰＵ１２で命令コードを順次実行する。映像情報ファイル２１〜２３の中には、画面内のすべての画素の輝度値が０ではない画像２５とのすべての画素の輝度値が０の画像２６の２つの検査用画像が含まれている。故障検査プログラム１９は、ある１台のプロジェクタ２に画像２５を出力し、プロジェクタ２以外のすべてのプロジェクタに画像２６を出力して、立体再生像を知覚可能な領域６内の観察者７または計測用カメラ３０により、プロジェクタ２から映像が出力されているかどうかを判定する。故障検査プログラム１９は、対象となるプロジェクタ２を順次切り替えて、すべてのプロジェクタに対して故障の判定を行う。

プロジェクタの故障が検出された場合には、ビデオ信号生成回路１６は、その代替機として予備プロジェクタ２８を使用し、故障したプロジェクタに出力していた映像信号を出力する。予備プロジェクタ２８は、プロジェクタが故障した際に使用するものであり、故障していないプロジェクタ群１の投影範囲の光線をさえぎらない位置に配置し、電源はオフに設定しておく。

図３は予備プロジェクタ２８に反射ミラー４０を取り付けた例である。１台の予備プロジェクタ２８に対して、故障したプロジェクタと予備プロジェクタの位置関係に応じて、複数の反射ミラー４０を取り付けておく場合もある。

プロジェクタ群１に対する予備プロジェクタ２８の割り当て方法として、すべてのプロジェクタに対して１対１で予備プロジェクタを用意すると、コストや筐体の物理的な大きさの面から現実的ではないため、予備プロジェクタに移動用の機構を備えて、複数のプロジェクタのグループに対して１台の予備プロジェクタを割り当てる。プロジェクタ群１を構成するすべてのプロジェクタで一つのグループでもよい。また、特定の方向の観察者７に対して立体再生像の画質低下を防ぐために、その方向に映像を投影するプロジェクタのグループに対して予備プロジェクタを設置し、その他のグループには予備プロジェクタを設置しなくても良いような選択的な配置でも良い。また、１台の予備プロジェクタが割り当てられたプロジェクタのグループ内で２台以上が故障した場合には、代替すべきプロジェクタの優先度をあらかじめ設定しておき、優先度の高いプロジェクタの故障を代替するものとする。さらに、１つのプロジェクタのグループに対して２台以上の予備プロジェクタを設置しておくことも可能である。

図４に、プロジェクタの故障検査と予備プロジェクタによる代替手順のフローチャートを示す。映像信号生成装置１０で実行する、故障検査および予備プロジェクタを使用するまでの処理を、図４を用いて説明する。プロジェクタ群１に含まれるプロジェクタの故障の検知に応答して、故障検査プログラム１９を起動すると、裸眼立体視システムに接続されているプロジェクタから未検査の１台を選択して、選択したプロジェクタにすべての画素の輝度値が０ではない画像２５を表示し、他のプロジェクタにはすべての画素の輝度値が０の画像２６を表示する(Ｓ１０４)。その際に、レンズアレイ３を介して輝度値０以外の何らかの光線が投影されているかどうかを観察者７または計測用カメラ３０の撮影画像により判断する(Ｓ１０６)。観察者７が判断する場合は、図２に図示を省略した入力装置を用いて、観察者７が判断結果を映像信号生成装置１０に入力する。計測用カメラ３０を用いる場合は、計測した画像を、カメラインターフェイス３１を介して映像信号生成装置１０に入力し、映像信号生成装置１０内で判断する。故障が発生している場合には、故障プロジェクタに代替する予備プロジェクタがあるかどうかを判断する(Ｓ１０８)。代替する予備プロジェクタがある場合には、予備プロジェクタが故障プロジェクタを代替するように、予備プロジェクタの位置を決定して予備プロジェクタを移動する(Ｓ１１０)。さらに、故障プロジェクタの映像情報ファイルを選択して予備プロジェクタに表示するように、映像再生プログラム２０のパラメータを変更する(Ｓ１１２)。以上の処理を、プロジェクタ群１の各プロジェクタに関して実行する(Ｓ１０２)。

図５は、横１列に並ぶプロジェクタ群(グループ)の故障したプロジェクタを、１枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合のプロジェクタの配置例を示す。図６は、図５の配置例をその側面方向４８から見た図である。マルチプロジェクション型裸眼立体視システム５９の通常利用するプロジェクタのグループ５０、５４は、レンズアレイ３に向けて映像を投影する。予備プロジェクタ５２、５６はレールのような移動機構５３、５７に取り付け、故障したプロジェクタの位置に応じて移動する。

プロジェクタ６０が故障した場合、グループ５０に対する予備プロジェクタ５２を、プロジェクタ６０の脇へ移動する。予備プロジェクタ５２には反射ミラー６２が取り付けられており、反射ミラー６２は予備プロジェクタ５２の映像を反射してレンズアレイ３へ向けて（図５では手前方向、図６では上方向）映像を投影する。この投影範囲を故障したプロジェクタ６０の投影範囲と一致するように制御する。反射ミラー６２は予備プロジェクタ５２に固定してあるが、投影範囲を一致させるために、その反射方向が調整されるようになっている。予備プロジェクタ５２、５６の移動の制御や反射ミラー６２の調整は、映像信号生成装置１０によって、図４のＳ１１０において実行される。

図５及び図６に示したプロジェクタの配置例で、図５がレンズアレイ３から正対した図であり、その図の上が映像の上に対応するとした場合、映像信号生成装置１０は、故障したプロジェクタ６０へ出力していた映像を上下反転させて、予備プロジェクタ５２へ出力する。

なお、図５では移動機構５３に対応して１台の予備プロジェクタ５２を示しているが、移動機構５３に対応して複数台の予備プロジェクタ５２を備え、プロジェクタ群５０に含まれる複数台のプロジェクタの故障に対応しても良い。このような構成は、プロジェクタ群５０に含まれるプロジェクタの数が多いときに、数の多さに応じて複数台のプロジェクタの同時故障の確率が高くなるので有用である。

図７は、横２列のプロジェクタ群（横２列をグループとする）の中の故障したプロジェクタを、１枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合のプロジェクタの配置例を示した図である。図８は、図７の配置例をその側面方向４９から見た図である。

マルチプロジェクション型裸眼立体視システム５９の通常利用するプロジェクタの６４及び６６は、レンズアレイ３に向けて映像を投影する。予備プロジェクタ６８はレールのような移動機構６９に取り付け、故障したプロジェクタの位置に応じて移動する。ここではプロジェクタのグループ６４、６６に対して１台の予備プロジェクタ６８で故障に対応する。故障が発生したグループがどちら側であるかに応じて、移動の制御の一環として予備プロジェクタ６８と反射ミラー７２の向きを１８０度回転させる。

図９は、予備プロジェクタ６８の投影範囲を故障プロジェクタ７０の投影範囲と等しくするための条件の説明図である。図５〜８の例では、図９（a）のように一枚の反射ミラー７２（図５，６では６２）を用いている。故障プロジェクタ７０と予備プロジェクタ６８の投影領域が一致するためには、各プロジェクタの光軸８４と８６とが交わり、光源８０、８２から光軸の交点８８までの距離が等しく、各プロジェクタの投影範囲が反射ミラー７２によって切り取られる領域９０の形状が一致する必要がある。これらの条件を満たすためには、故障プロジェクタ７０を、光源８０から交点８８までの距離を光源８２から交点８８までの距離に維持し、交点８８を通る軸の周りで回転移動した位置に予備プロジェクタ６８を配置し、図９（b）に示すように２つの光軸８４，８６が成す角度θを２等分するように反射ミラー７２の角度を設定する。ここではＸ軸方向に沿って複数のプロジェクタが並んでいるものとし、他のプロジェクタの投影範囲をさえぎらないために、Ｙ軸の負の方向に予備プロジェクタ６８を設置する。

予備プロジェクタを持たない裸眼立体視システムに比べて、予備プロジェクタを設置する領域の分だけ筐体を大きくする必要があるが、筐体が大型化するのを防ぐために、プロジェクタの幅、奥行き、高さの３辺の差が大きい場合に、反射ミラーを２枚用いて筐体内の予備プロジェクタ設置幅を狭める配置例を、図１０を用いて説明する。３辺の差が大きい場合とは、図１０において、予備プロジェクタ１１０のＹ軸方向に沿った長さを幅（Ｗ）、Ｘ軸方向に沿った長さを奥行き（Ｄ）、Ｚ軸方向に沿った長さを高さ（Ｈ）としたとき、Ｗ＜＜Ｄ、Ｗ＜＜Ｈのような関係が成立する場合である。図１０は、故障したプロジェクタを、２枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合の配置例を示した図である。予備プロジェクタ１１０の投影範囲は、２枚の反射ミラー１１２、１１４により２回反射することにより、故障したプロジェクタ１１６の投影範囲と２枚目の反射ミラー１１２上で等しくなるように、予備プロジェクタ１１０に取り付けた２枚の反射ミラー１１２、１１４の位置を設定する。具体的には、予備プロジェクタ１１０からの反射ミラー１１４を経て反射ミラー１１２の反射面までの光軸の長さを、プロジェクタ１１６から反射ミラー１１２の反射面までの光軸の長さに一致させておく。図示するように、予備プロジェクタ１１０がＸ−Ｙ平面からＺ軸方向の所定の高さ（ｈ）に位置するように移動機構５３を設ける。

予備プロジェクタ１１０からの光線は、反射ミラー１１４においてＸ−Ｙ平面に平行に反射し、反射ミラー１１２においてＹ−Ｚ平面に平行に反射するので、映像信号生成装置１０は、故障したプロジェクタ１１６に出力していた映像を左右、上下共に反転して予備プロジェクタ１１０に出力する。このように反射ミラーの数及び個々の反射ミラーの反射方向に応じて、映像信号生成装置１０は映像信号を予備プロジェクタ１１０に出力する。

図１０のように予備プロジェクタ１１０を配置する（予備プロジェクタ１１０のプロジェクタ１１６との相対的位置を設定する）ことにより、反射ミラー１１４を加え、予備プロジェクタ１１０をＺ軸の周りに９０度回転させたことにより、図９に示した配置と比較してＹ軸方向の設置幅を短くすることができる。

図５〜８に示す各予備プロジェクタの配置に対して、反射ミラーを２枚用いることにより、予備プロジェクタの設置幅を狭めた例を図１１〜１４に示す。

図１１は、図５の１枚の反射ミラーを用いた予備プロジェクタ５２、５６の配置から、２枚の反射ミラーを各々が備えた予備プロジェクタ９２、９４の配置に変えた配置例である。図１２は、図１１の配置例をその側面方向４８から見た図であり、図６に対応する図である。プロジェクタ６０が故障した場合、グループ５０に対する予備プロジェクタ９２を、プロジェクタ６０の近くへ移動する。予備プロジェクタ９２には反射ミラー９８、９６が取り付けられており、反射ミラー９８は予備プロジェクタ９２の映像を反射ミラー９６に向けて（図１１では下方向、図１２では左方向）反射し、反射ミラー９６は反射ミラー９８からの映像の光線をレンズアレイ３へ向けて（図１１では手前方向、図１２では上方向）反射して映像を投影する。この投影範囲（具体的には反射ミラー９６の反射面上の投影範囲又はレンズアレイ３に入射される投影範囲）を故障したプロジェクタ６０の投影範囲と一致するように予備プロジェクタ９２の位置及び反射ミラー９８、９６の反射方向を制御する。図１１及び図１２における、予備プロジェクタ９２の位置の制御や予備プロジェクタ９２からの映像の反転の制御は既に説明したとおりである。

図１３は、図７の１枚の反射ミラーを用いた予備プロジェクタ６８の配置から、２枚の反射ミラー１０４、１０２を用いた予備プロジェクタ１００の配置に変えた配置例である。図１４は、図１３の配置例をその側面方向４９から見た図であり、図８に対応する図である。プロジェクタ７０が故障した場合の動作や制御は、前述の内容と重複するので、説明を省略する。

上記の配置例から明らかなように、予備プロジェクタの設置位置の制限からさらに回転移動が必要な場合には、１つの軸の回転に対して反射ミラーを１枚追加することで対応が可能である。

本実施形態によれば、マルチプロジェクション型裸眼立体視システムにおいて、プロジェクタが故障した場合に、予備のプロジェクタを用いて故障したプロジェクタの光線を代替できる。さらに、プロジェクタの故障発生に応答して、映像信号生成装置から予備のプロジェクタの位置や反射ミラーの角度を制御できるので、システムのダウンタイムを短くすることができる。

裸眼立体視システムの概要図である。 映像信号生成装置の構成図である。 予備プロジェクタに反射ミラーを取り付けた例である。 プロジェクタの故障検査と予備プロジェクタによる代替手順のフローチャートである。 故障したプロジェクタを、１枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合の配置例を示した図である。 図５の配置例を側面方向から見て、反射の様子を示した図である。 横２列のプロジェクタ群の中の故障したプロジェクタを、１枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合の配置例を示した図である。 図７の配置例を側面方向から見て、反射の様子を示した図である。 予備プロジェクタの投影範囲が故障プロジェクタの投影範囲と等しくなるための条件の説明図である。 故障したプロジェクタを、２枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合の配置例を示した図である。 故障したプロジェクタを、２枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合の配置例を示した図である。 図１１の配置例をその側面方向から見た図である。 横２列のプロジェクタ群の中の故障したプロジェクタを、２枚の反射ミラーを備えた予備プロジェクタで代替する場合の配置例を示した図である。 図１３の配置例をその側面方向４９から見た図である。

符号の説明

１：プロジェクタ群、２：プロジェクタ、３：レンズアレイ、５：光点、１０：映像信号生成装置、２８、５２、５６：予備プロジェクタ、３０：計測用カメラ、４０、６２：反射ミラー、５３、５７：移動機構、５９：マルチプロジェクション型裸眼立体視システム。

Claims (11)

1. 映像信号を供給する映像信号生成装置、
   前記映像信号生成装置からの前記映像信号に応じて映像を投影する複数のプロジェクタ、及び
   反射ミラーを備え、前記複数のプロジェクタに含まれるプロジェクタの故障の検知に応答して、前記故障したプロジェクタにより投影される映像を代替する映像を前記反射ミラーを介して投影する所定の位置に配置される予備プロジェクタを有することを特徴とする裸眼立体視システム。
2. 前記映像信号生成装置は、前記故障したプロジェクタの位置に応じて、前記予備プロジェクタの位置を制御して配置することを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視システム。
3. 前記複数のプロジェクタを複数のグループに分け、前記プロジェクタのグループに対して前記予備プロジェクタを備えることを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視システム。
4. 前記予備プロジェクタを、前記プロジェクタのグループの各々に対して選択的に備えることを特徴とする請求項３記載の裸眼立体視システム。
5. 前記映像信号生成装置は、前記反射ミラーの反射面上で、前記故障したプロジェクタにより投影される映像の投影領域と前記予備プロジェクタから投影される映像の投影領域とが等しくなるように、前記予備プロジェクタの位置を制御することを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視システム。
6. さらに前記予備プロジェクタを前記所定の位置に移動する移動機構を有することを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視システム。
7. 前記予備プロジェクタは、複数の反射ミラーを備えたことを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視システム。
8. 前記予備プロジェクタは、２つの反射ミラーを備えたことを特徴とする請求項７記載の裸眼立体視システム。
9. 前記予備プロジェクタから前記２つの反射ミラーのうち一方の反射ミラーを経て他方の反射ミラーの反射面に至るまでの光軸の長さと、前記故障したプロジェクタから前記他方の反射ミラーの反射面に至るまでの光軸の長さが等しいことを特徴とする請求項８記載の裸眼立体視システム。
10. 前記予備プロジェクタから前記一方の反射ミラーに至る光軸の向きと、前記一方の反射ミラーから前記他方の反射ミラーに至る光軸の向きが異なることを特徴とする請求項９記載の裸眼立体視システム。
11. プロジェクタが複数故障した場合において、故障したプロジェクタの数が前記予備プロジェクタの数よりも多いときは、前記予備プロジェクタは、前記故障したプロジェクタのうち、あらかじめ設定された優先度の高いプロジェクタを代替することを特徴とする請求項１記載の裸眼立体視システム。

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