照明装置
【課題】 簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる照明装置を提供する。
【解決手段】 任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、被照射物体１０を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影するプロジェクタ２と、ユーザの作業によってプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測する手段、ユーザの作業によってプロジェクタ２から投影される投影光の光軸方向と、プロジェクタ２と被照射物体１０とを結ぶ直線とがなす角度θ１，θ２を計測する水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２とを備え、計測された距離及び水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された角度を用いてプロジェクタ２により投影される投影光を制御する。
【解決手段】 任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、被照射物体１０を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影するプロジェクタ２と、ユーザの作業によってプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測する手段、ユーザの作業によってプロジェクタ２から投影される投影光の光軸方向と、プロジェクタ２と被照射物体１０とを結ぶ直線とがなす角度θ１，θ２を計測する水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２とを備え、計測された距離及び水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された角度を用いてプロジェクタ２により投影される投影光を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意形状の被照射物体に対して照明光を投影する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、任意形状の照明光を照射する照明装置としては、投影機器にゴボやマスクなどと呼ばれるフィルタを設置し、当該投影機器から照明光が出射される投影部を遮光している。これにより、フィルタを通過した照明光は、特定の形に切り抜かれた状態となる。具体的には、従来の照明システムでは、丸、三角、四角などで構成されるベース形状で切り抜かれたフィルタ（ゴボなど）を投影機器に取り付けて、照明光の輪郭に形をつけている。
【０００３】
また、従来の照明システムにおいて、被照射物体だけに照射したい場合は、投影機器から出射された照明光の投影位置を被照射物体の位置に合わせた後、投影機器の絞り機能やズーム機能によって大まかな照明光の輪郭を被照射物体の形状に合わせる動作を行っている。
【０００４】
更に、従来においては、投影機器であるプロジェクタを照明器具（ライト）の代わりに使用して、空間演出を行う照明システムがある。この照明システムに使用される照明器具は、ムービングプロジェクタとも呼ばれる。このムービングプロジェクタは、照明光として映像光を出射する。このため、照射光の形、色を自由に設定して、動画として変化させることが可能である。
【０００５】
しかしながら、この照明システムであっても、照明光に形をつける場合は、従来の照明システムと同様に、ベース形状を用いて、大まかに被照射物体の形状に照明光の輪郭を合わせる手法が採用されている。
【０００６】
更にまた、従来においては、立体形状モデルに物体の表面テクスチャを効果的に表現することができる立体表示装置として、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。
【非特許文献１】http://www.egghouse.com/gobo/about.htm
【非特許文献２】http://www.ushiolighting.co.jp/product/productimage/pdf/dl2.pdf
【特許文献１】特開２００６−３３８１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の照明システムにおいては、予め用意しておいた形状フィルタや絞り、ズームを用いるので、被照射物体に対して大まかに照明光の形状をあわせることしかできない。また、従来の照明システムにおいては、被照射物体の位置変更や姿勢変更をしたい場合では、新たに形状フィルタなどを作成する必要があり、簡単には被照射物体の演出変更ができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、上述の課題を解決するために、被照射物体を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、ユーザの作業によって投影手段と被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、距離計測手段により計測された距離を用いて投影手段により投影される投影光を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
本発明は、任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、被照射物体を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、ユーザの作業によって投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、角度計測手段により計測された角度を用いて投影手段により投影される投影光を制御する制御手段とを備える。
【００１１】
本発明は、任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、被照射物体を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、ユーザの作業によって投影手段と被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、ユーザの作業によって投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、距離計測手段により計測された距離及び角度計測手段により計測された角度を用いて投影手段により投影される投影光を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、投影手段と被照射物体との距離を計測する距離計測手段を備えているので、距離を計測する簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる。
【００１３】
本発明によれば、投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段を備えているので、角度を計測する簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる。
【００１４】
本発明によれば、投影手段と被照射物体との距離を計測すると共に投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
本発明は、例えば、図１乃至図３に示すように構成された第１実施形態に係る照明システムに適用される。
【００１７】
この照明システムは、光制御ユニット１と、当該光制御ユニット１の制御によって動作するプロジェクタ２Ａ，２Ｂ（以下、総称する場合には単に「プロジェクタ２」と呼ぶ。）と、当該プロジェクタ２Ａ，２Ｂのそれぞれに設けられたカメラ装置３Ａ，３Ｂ（以下、総称する場合には単に「カメラ装置３」と呼ぶ。）（撮影手段）と、パーソナルコンピュータ４とを備える。この照明システムは、ユーザの簡単な操作のみによって、特定の被照射物体１０Ａ，１０Ｂ（以下、総称する場合には単に「被照射物体１０」と呼ぶ。）のみにプロジェクタ２から照明光を投影するものである。
【００１８】
この照明システムは、プロジェクタ２Ａとカメラ装置３Ａとが近接して設けられ、プロジェクタ２Ｂとカメラ装置３Ｂとが近接して設けられている。プロジェクタ２Ａとカメラ装置３Ａとの位置関係が調整されていることによってプロジェクタ２Ａの投影範囲ＡＰとカメラ装置３Ａの撮影範囲ＡＣとは一致したものとなっている。同様に、プロジェクタ２Ｂとカメラ装置３Ｂとの位置関係が調整されていることによってプロジェクタ２Ｂの投影範囲ＡＰとカメラ装置３Ｂの撮影範囲ＡＣとは一致したものとなっている。
【００１９】
この照明システムは、後述するプロジェクタ２Ａ，２Ｂによって計測された距離情報に従って、光制御ユニット１が、プロジェクタ２Ａ，２Ｂから出力する画像データを加工する。これにより、照明システムは、ユーザの操作に応じて、照明光によって被照射物体１０Ａ，１０Ｂを覆うような投影光をプロジェクタ２Ａ，２Ｂから投影する。
【００２０】
プロジェクタ２Ａ，２Ｂは、ショーウインドウ空間などの所定の空間に設置される。この所定の空間には、マネキンなどの被照射物体１０Ａ，１０Ｂが設置され、プロジェクタ２Ａ，２Ｂは、当該被照射物体１０Ａ，１０Ｂを照明光で覆うような投影光を投影する。このプロジェクタ２Ａ，２Ｂの投影範囲ＡＰは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂの設置位置及び姿勢、画角や打ち込み角度によって決定される。
【００２１】
プロジェクタ２Ａ，２Ｂには、光制御ユニット１から投影光データが供給される。この投影光データは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂの所定の投影範囲のうちの照明光が照射される照明範囲と非照明範囲とを決定するものである。プロジェクタ２Ａ，２Ｂは、被照射物体である被照射物体１０Ａ，１０Ｂを覆うように照射される第１照射光（照明光）と被照射物体以外に照射される第２照射光（背景光）とを含む投影光を投影する。この投影光データは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂのそれぞれが持つ距離計測機能によって計測された距離情報に従って補正される。
【００２２】
プロジェクタ２には、ユーザの作業によって、当該プロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測する距離計測部２０が備えられている。この距離計測部２０は、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、筐体２０１内に、帯状物２０２を巻き取り及び引き出し可能な機構（巻き取り機構）を内蔵して構成されている。そして、被照射物体１０及びプロジェクタ２の設置時に、作業者によって帯状物２０２を引き出して、当該帯状物２０２の先端に設けられている接地部２０３を被照射物体１０の光照射面に当接する。このとき、距離計測部２０は、帯状物２０２の巻き取り機構からの帯状物２０２の引き出し量を、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離として取得することができる。
【００２３】
この引き出し量の取得方法としては、帯状物２０２上に描かれた目盛を作業者が読み込み、ユーザの操作に従って距離情報をパーソナルコンピュータ４から光制御ユニット１の投影光データ生成部１２に出力するものとしても良い。また、筐体２０１に内蔵したエンコーダなどによって巻き取り機構の引き出し量を自動的に計測して、距離情報を光制御ユニット１の投影光データ生成部１２に出力しても良く、帯状物２０２上に描かれた目盛を自動的に読み取って距離情報を出力しても良い。
【００２４】
カメラ装置３Ａ，３Ｂは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂから出射された照明光によって空間演出される所定の投影範囲ＡＰを含む所定の所定の空間を撮影範囲ＡＣとするものである。カメラ装置３Ａ，３Ｂは、ＣＣＤ等の撮影素子や光学部品等からなる撮影部３１と、撮影部３１によって撮影された撮影画像データを光制御ユニット１に出力する撮影画像データ出力部３２とを備える。
【００２５】
パーソナルコンピュータ４は、表示モニタ（表示手段）４１、操作Ｉ／Ｆであるキーボード４２及びマウス４３、その他のＣＰＵやメモリ等で構成されている。表示モニタ４１は、カメラ装置３Ａ，３Ｂによって撮影された撮影画像データが光制御ユニット１の撮影画像データ入力部１１を介して供給される。これにより表示モニタ４１は、例えば、ユーザが空間演出しようとするショーウインドウ空間を提示することができる。
【００２６】
操作Ｉ／Ｆ４２，４３は、ユーザの操作を検出する機構を備え、各種の投影条件（映像、絵柄、色、輝度など）を設定するための操作信号を光制御ユニット１に供給する。この操作Ｉ／Ｆ４２，４３は、例えば表示モニタ４１の表示画面に内蔵されたタッチパネル機構及びユーザによってタッチパネル機構に対してタッチ操作される操作スティックからなるものであっても良い。
【００２７】
光制御ユニット１は、図２に示すように、撮影画像データ入力部１１と、投影光データ生成部１２と、画像記憶部１３と、投影光描画部１４とを備える。なお、光制御ユニット１は、Ｉ／Ｆ回路、ＣＰＵ、プログラムメモリ、ＲＡＭ等からなるハードウェアで構成されているが、図２では説明の便宜上、機能ブロックとして示している。
【００２８】
撮影画像データ入力部１１は、カメラ装置３と接続され、当該カメラ装置３の撮影画像データ出力部３２から撮影画像データが供給される。プロジェクタ２の投影範囲ＡＰとカメラ装置３の撮影範囲ＡＣとが一致するようにプロジェクタ２及びカメラ装置３の位置決めがされているため、この撮影画像データは、プロジェクタ２の投影範囲ＡＰを表す映像となっている。この撮影画像データは、撮影画像データ入力部１１によってパーソナルコンピュータ４の表示モニタ４１に供給される。これにより、ユーザに、プロジェクタ２の投影範囲ＡＰから見た映像を提示する。
【００２９】
投影光データ生成部１２は、プロジェクタ２の距離計測部２０及びパーソナルコンピュータ４の操作Ｉ／Ｆ４２，４３と接続されている。投影光データ生成部１２は、操作Ｉ／Ｆ４２，４３から供給された操作信号に従ってプロジェクタ２が投影範囲ＡＰに対して投影するための投影光データを生成する。
【００３０】
投影光データ生成部１２は、画像記憶部１３に記憶された各種の投影光データ及び操作信号に基づいて投影光データを生成する投影光生成部１２１と、投影光のうちの照明光を被照射物体１０の形状に合わせて補正する照明光補正部１２２と、距離情報に基づいて投影光データを補正する投影光補正部１２３とを備える。ここで、画像記憶部１３には、各種の投影光データが記憶されている。この投影光データは、プロジェクタ２が駆動するための画像データでもある。投影光データとしては、単色光、模様、文字、映像などの絵柄が入った画像データが挙げられる。投影光データは、パーソナルコンピュータ４がユーザによって操作され、何れかの投影光データが選択されて、投影光データ生成部１２に供給される。
【００３１】
投影光データ生成部１２の投影光生成部１２１は、パーソナルコンピュータ４からの操作信号に応じて、投影光における照明光及び背景光の色、絵柄、文字、映像などを組み合わせて投影光データを作成する。投影光データは、例えば被照射物体１０全体を単色で照らす場合、照明光の投影範囲全体が単色の信号となっている。また、投影光生成部１２１は、複数色のパターン画像又は映像となっている照明光を被照射物体１０をコーティングするコーティング光とする場合にも、照明光の投影範囲全体がパターン画像又は映像となっている映像信号である。この投影光生成部１２１によって入力又は生成された投影光データは、照明光補正部１２２に供給される。
【００３２】
照明光補正部１２２は、被照射物体１０に照明光を照射させたときに、被照射物体１０を照明光でコーティングさせるように投影光データを補正する。照明光補正部１２２は、以下に説明するコーティング補正処理によって、照明光の輪郭を被照射物体１０の輪郭と合致するように投影光データを補正する。
【００３３】
コーティング補正処理は、被照射物体１０の輪郭形状に合わせて照明光に含まれる照明光の輪郭をカットするように投影光データを補正する。これにより、コーティング補正処理は、被照射物体１０のみに照明光を投影し、被照射物体１０以外には背景光を投影するように、照明光の照射範囲をカッティング処理する。
【００３４】
ここで、コーティング補正処理は、任意形状の被照射物体１０の形状データを用いる。コーティング補正処理は、この形状データに従って、照明光の照射範囲をカッティング処理する。この形状データは、カメラ装置３で撮影された画像を解析して被照射物体１０の形状を抽出したものであっても良く、コンピュータグラフィック技術によって３次元的に再現された多方向の形状データであっても良い。
【００３５】
コーティング補正処理は、照明光補正部１２２によって、形状データを用いてマッピング処理を行うことにより、被照射物体１０の形状に応じた照明光の形状及びサイズが調整された投影光データを作成する。このマッピング処理により、平面映像を表す投影光データは、任意形状の被照射物体１０上のみに照明光をマッピングし、被照射物体１０以外の部分には照明光をマッピングしていない投影光データとなる。このマッピング処理を施した映像信号は、照明光を被照射物体１０に投影し、背景光を、照明光に相当する映像部分以外に投影する映像信号となる。
【００３６】
また、照明光補正部１２２は、プロジェクタ２の投影画角、光軸シフト量等のプロジェクタ２の性能や観察者の位置も、パーソナルコンピュータ４から入力して投影光データの補正をしても良い。具体的には、照明システムは、予め設定しておいた観察者位置と、被照射物体１０の形状と、プロジェクタ２と被照射物体１０との相対的な位置及び姿勢とをパーソナルコンピュータ４から入力し、照明光を被照射物体１０に投影した時にコーティングできる補正パラメータとして、補正テーブルを作成しておく。この補正テーブルは、平面の投影面と任意形状である被照射物体１０の投影面のメッシュモデルとの対応マップである。この対応マップは、当該補正テーブルに従って座標変換を行い、投影光データの画素ごとに、平面表示用の投影光データを任意形状への表示用の投影光データに変換するためのものである。
【００３７】
このように照明光補正部１２２は、被照射物体１０の形状に合わせて投影光のうちの照明光の輪郭を変更することができる。
【００３８】
投影光データ生成部１２は、距離計測部２０からの距離情報を入力して投影光の特性を補正する投影光補正部１２３を備えている。この投影光補正部１２３は、距離計測部２０により計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離情報に基づいて、投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更する制御手段となる。プロジェクタ２と被照射物体１０との距離が大きいほど投影光が減衰するために、ユーザが希望するように被照射物体１０を照射するためには、投影光の光束及び色の濃さを大きくする必要がある。したがって、この照明システムは、プロジェクタ２及び被照射物体１０を設置した時に、距離計測部２０によってプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測するだけで、適切な光束、色の濃さで被照射物体１０に照明光を投影すると共に背景に背景光を投影できる。また、距離計測部２０により計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離が長いほどプロジェクタ２の投影範囲を絞り、距離が短いほどプロジェクタ２の投影範囲を拡げる。これにより、被照射物体１０に対する投影範囲をユーザが望む投影範囲とする。
【００３９】
すなわち、投影光における照明光及び背景光の光束、色、色温度、投影範囲等を含む投影光の特性は、パーソナルコンピュータ４に対するユーザの操作に従って調整可能である。しかし、この照明システムによれば、ユーザの作業によって距離計測部２０がプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を実際に計測し、この距離に応じて投影光の光束、色の濃さ、投影範囲を補正する。これにより、ユーザがプロジェクタ２と被照射物体１０との正確な距離を意識することなく、希望する投影光の特性を指定するのみで、専門的な技能を持っていなくても適切な光束、色の濃さ、投影範囲で被照射物体１０に照明光を投影すると共に背景に背景光を投影できる。
【００４０】
なお、投影光補正部１２３は、距離計測部２０により計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離に基づいて、投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更するものであっても良い。
【００４１】
具体的には、照明システムは、パーソナルコンピュータ４が操作されることによって、ユーザによって、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離に応じたプロジェクタ２の光束［ｌｍ］が指定される。例えば、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離が５ｍ〜１０ｍは７０％、１０ｍ〜１５ｍは９０％、１５ｍ以上は１００％といったように距離の閾値で光束［ｌｍ］を決定する。これに対し、照明システムは、距離計測部２０によって計測された距離に比例して、投影光補正部１２３によって光束［ｌｍ］を増加する。また、投影光補正部１２３は、距離の２乗に比例して光束［ｌｍ］を増加させても良い。これによって照明システムは、ユーザが希望する距離に応じた投影光の光束を基準として、実際に計測した距離に応じた投影光の光束を調整して、ユーザの希望に沿った光束の投影光を被照射物体１０に照射できる。
【００４２】
投影光描画部１４は、投影光データ生成部１２から供給された投影光データに対して描画処理を施して、プロジェクタ２から投影光を投影させる。ここで、投影光描画部１４は、投影光データ生成部１２によって、プロジェクタ２Ａ，２Ｂそれぞれについての投影光データが生成された場合には、それぞれの投影光データに対して描画処理を行って、プロジェクタ２Ａ，２Ｂから投影光を投影させる。なお、この投影光描画部１４による描画処理については、後に補足的に説明することとする。
【００４３】
以上説明したように、この照明システムによれば、プロジェクタ２に距離計測部２０を設け、簡単な作業でプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測でき、当該距離計測部２０によって計測した距離に応じて投影光の特性を補正することができる。
【００４４】
また、この照明システムによれば、ユーザの簡単な事前作業によって距離計測部２０によって計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離に応じて投影光の光束を任意に変化させることができ、ユーザの希望に沿って設定された光束を、実際に計測された距離に応じた適切な光束に補正できる。
【００４５】
［第２実施形態］
つぎに、本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムについて説明する。なお、上述した説明と重複する部分については、同一符号を付することによってその詳細な説明を省略する。
【００４６】
この照明システムは、図４に示すように、ユーザの作業によってプロジェクタ２から投影される投影光の光軸方向と、プロジェクタ２と被照射物体１０とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段としての水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２と、当該水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された角度を用いてプロジェクタ２により投影される投影光を制御する制御手段としての配光方向算出部１２４を備える点で第１実施形態に係る照明システムとは異なる。
【００４７】
また、この照明システムは、プロジェクタ２により投影される投影光を制御する制御手段として、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された角度に基づいて、プロジェクタ２から投影される投影光の光軸を被照射物体１０に向けるように水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４を制御する。
【００４８】
このような照明システムにおけるプロジェクタ２は、図５（ａ）に示すように、当該プロジェクタ２の下部に水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２が設けられている。水平回転検出部２１は、プロジェクタ２の水平方向に回転可能となっている。このプロジェクタ２の水平方向における回転量は、水平回転検出部２１に備えられた角度センサによって計測される。この計測された水平方向の回転量は、光制御ユニット１に供給される。垂直回転検出部２２は、プロジェクタ２の垂直方向に回転可能となっている。このプロジェクタ２の垂直方向における回転量は、垂直回転検出部２２に備えられた角度センサによって計測される。この計測された垂直方向の回転量は、光制御ユニット１に供給される。
【００４９】
また、垂直回転検出部２２には、内蔵された巻き取り機構によって帯状物２２１が引き出し可能となっている。したがって、被照射物体１０に対して帯状物２２１の接地部２２２を当接させ、帯状物２２１が被照射物体１０に対して直線状となるように水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２を水平方向及び垂直方向に回転させる。この水平方向及び垂直回転への回転量は、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２によって検出されることとなる。
【００５０】
したがって、図５（ｂ）に上面図を示すように、水平回転検出部２１を水平方向に回転させた時の水平方向の回転量に基づいて、配光方向算出部１２４は、プロジェクタ２の光軸（水平方向）に対する角度θ１を求めることができる。同様に、図５（ｃ）に側面図を示すように、垂直回転検出部２２を垂直方向に回転させた時の垂直方向の回転量に基づいて、配光方向算出部１２４は、プロジェクタ２の光軸（垂直方向）に対する角度θ２を求めることができる。
【００５１】
このように第２実施形態に係る照明システムによれば、帯状物２２１の先端にある接地部２２２を被照射物体１０に当接させる作業のみで、プロジェクタ２が設置された状態における光軸方向に対する、プロジェクタ２と被照射物体１０とを結ぶ直線がなす水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を簡単に求めることができる。
【００５２】
そして、照明システムは、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された水平方向角度θ１，垂直方向角度θ２に基づいて、プロジェクタ２から投影される投影光の光軸を被照射物体１０に向けるように水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４を制御する。水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４は、図６に示すように、プロジェクタ２の上部に設けられている。水平回転駆動部２３は、水平方向に回転駆動する回転アクチュエータからなり、垂直回転駆動部２４は、垂直方向に回転駆動する回転アクチュエータからなる。
【００５３】
水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４は、配光方向算出部１２４によって算出された水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２に基づいて、光制御ユニット１から制御信号が供給される。水平回転駆動部２３は制御信号に従って水平方向角度θ１分だけ回転駆動し、垂直回転駆動部２４は制御信号に従って垂直方向角度θ２分だけ回転駆動する。これにより、プロジェクタ２の光軸を被照射物体１０に向けることができる。
【００５４】
このように、第２実施形態に係る照明システムによれば、ユーザの簡単な事前作業によって水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を計測して、当該計測された水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２にプロジェクタ２の光軸を向けることができる。
【００５５】
［第３実施形態］
つぎに、本発明を適用した第３実施形態に係る照明システムについて説明する。なお、上述した説明と重複する部分については、同一符号を付することによってその詳細な説明を省略する。
【００５６】
この照明システムは、図７に示すように、プロジェクタ２に、距離計測部２０、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２によってプロジェクタ２と被照射物体１０との距離、水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を計測して、光制御ユニット１に供給する。
【００５７】
また、照明システムは、投影光データ生成部１２に、ユーザの作業によって距離計測部２０により計測された距離、ユーザの作業によって水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を用いて、プロジェクタ２と被照射物体１０との位置関係を算出する位置座標算出手段としての位置座標算出部１２５をさらに備える。位置座標算出部１２５によって算出された位置座標は、制御手段としての投影光補正部１２３による投影光の補正に用いられる。
【００５８】
位置座標算出部１２５は、図８（ａ）に示すように、垂直回転検出部２２，距離計測部２０の設置位置を、距離計測及び角度計測の原点座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）とする。帯状物２０２の引き出し長さＳが距離計測部２０によって計測され、接地部２０３が被照射物体１０に当接された時の水平方向角度θ１、垂直方向角度θ２が水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２によって計測される。この接地部２０３が被照射物体１０に当接された時、接地部２０３の座標（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）は、
Ｘｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｃｏｓθ２
Ｙｅ＝Ｓ×ｓｉｎθ２
Ｚｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｓｉｎθ１
で表される。
【００５９】
そして、図８（ｂ）に示すように、原点座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）を原点（０，０，０）とし、プロジェクタ２の光源座標を（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）とする。距離計測及び角度計測の原点座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）と光源座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）とは、プロジェクタ２と距離計測部２０、水平回転検出部２１、垂直回転検出部２２との搭載位置との関係から一意に決まっている。したがって、光源座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）から見た接地部２０３の座標は、
Ｘｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｃｏｓθ２−Ｘｐ
Ｙｅ＝Ｓ×ｓｉｎθ２−Ｙｐ
Ｚｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｓｉｎθ１−Ｚｐ
となる。このように距離計測部２０によって計測された距離Ｓと、水平回転検出部２１によって計測されたθ１と、垂直回転検出部２２によって計測されたθ２とによって、位置座標算出部１２５は、上記式から、光源座標から見た被照射物体１０の位置関係を表す座標（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）を得ることができる。
【００６０】
投影光補正部１２３は、位置座標算出部１２５により算出された位置座標を用いてプロジェクタ２により投影される投影光の投影範囲ＡＰ、輝度、色温度を含む特性の少なくとも一つの特性を変更する補正を行う。ここで、投影光補正部１２３は、位置座標に基づいてプロジェクタ２の投影範囲ＡＰを、被照射物体１０に向けるように補正する。これにより、被照射物体１０に照明光を投影すると共に被照射物体１０付近に背景光を投影して、被照射物体１０以外の関係のない部分に投影光を投影することを回避する。また、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離に応じて光束、色温度が変化してしまう場合であっても、プロジェクタ２と被照射物体１０との位置関係に基づいて光束、色温度を調整して、ユーザの希望に沿った光束及び色温度の照明光及び背景光を照射できる。
【００６１】
また、この照明システムは、被照射物体１０に投影する照明光及び被照射物体１０以外に投影する背景光の双方又は一方を映像としても良い。この場合、投影光データ生成部１２の投影光生成部１２１は、映像データを生成する。そして、投影光生成部１２１は、位置座標算出部１２５により算出された位置座標を用いて、被照射物体１０に映像を投影した場合に当該映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行う。
【００６２】
具体的には、投影光生成部１２１は、被照射物体１０の形状、位置座標算出部１２５が算出したプロジェクタ２と被照射物体１０との位置関係、ユーザの視点位置などに基づいて、当該ユーザの視点位置から被照射物体１０に投影された映像を見た場合に歪み無く見えるような既知の座標変換処理によって実現される。この座標変換処理は、後述する投影光データの補正処理によって実現される。同様に、被照射物体１０以外に映像を投影した場合には、当該映像が被照射物体１０以外に投影された状態で、映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行うこととなる。
【００６３】
以上説明したように、第３実施形態に係る照明システムによれば、接地部２０３を被照射物体１０に当接させるユーザの簡単な作業のみで、距離計測部２０によって距離を検出すると同時に、プロジェクタ２の光軸に対する被照射物体１０の水平方向角度θ１、垂直方向角度θ２を検出できる。これにより、照明システムは、位置座標算出部１２５によって被照射物体１０の位置関係を算出し、投影光補正部１２３によって位置座標を用いてプロジェクタ２により投影される投影光の特性を変更する補正を行うことができる。
【００６４】
また、この照明システムによれば、照明光と背景光との少なくとも一方を映像とし、位置座標算出部１２５により算出された位置座標を用いて、被照射物体１０に映像を投影した場合に当該映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行う。これにより、照明システムによれば、実際のプロジェクタ２及び被照射物体１０が設置された位置関係に基づいて、映像を被照射物体１０に投影しても、歪みのない映像を視認させることができる。
【００６５】
「投影光データの補正処理」
つぎに、この照明システムにおける投影光データの補正処理について説明する。なお、以下の説明は、「被照射物体１０を覆うように照射される第１照射光と被照射物体１０以外に照射される第２照射光とを含む投影光」を生成するための処理である。
【００６６】
例えば図９に示すように、任意形状の被照射物体１０として、ユーザＵに対して距離Ｌだけ離間し、ユーザＵに対して斜めに傾斜して配置された平板状物体１０を考える。この平板状物体１０は、ユーザＵの視点位置Ｐ１から視野角θ１で視認される。ユーザＵの視野中心と交差する平板状物体１０上の点Ｐ２からユーザＵまでは、距離Ｌ１だけ離間している。
【００６７】
視点位置Ｐ１と平板状物体１０上の点Ｐ２との位置関係において、図１０（ａ）に示すように、図１０（ｂ）に示す格子状の平面映像１００（コーティング光）を、ユーザＵから見る映像面５０Ｕを介して平板状物体１０上で見る場合を考える。この場合、映像面５０Ｕに図１０（ｂ）に示す平面映像１００が表示されていると同じ映像を平板状物体１０に表示させる場合、映像面５０Ｕ上の各座標と平板状物体１０上の各座標との対応関係を取得する必要がある。模式的に図１０（ａ）に示しているが、映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５は、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に対応している。したがって、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に表示された映像は、ユーザＵからは映像面５０Ｕ上における点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５として視認される。
【００６８】
また、図１１に示すように、ユーザＵの視線と平板状物体１０とが交差する点Ｐ２と、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３とは、Ｌ２の距離となっている。また、プロジェクタ２は、所定の投影画角θ２の範囲で投影光を投影する。
【００６９】
この場合、プロジェクタ２の映像面５０Ｐと平板状物体１０との位置関係は、図１２に示すように、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５が、映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５に対応している。すなわち、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３から映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５を延長した直線上の点が、平板状物体１０の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５となる。
【００７０】
このようなユーザＵの視点位置Ｐ１及び視野角θ１、平板状物体１０の位置、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３及び投影画角θ２の関係から、図１２（ａ）に示したプロジェクタ２における映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５に映像を投影させると、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に映像が投影される。その結果、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５が、図１０における映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５として視認されることとなる。したがって、ユーザＵに平面映像１００を視認させるためには、プロジェクタ２は、映像面５０Ｕ上の各座標に対応した平板状物体１０上の各座標と、映像面５０Ｐ上の各座標に対応した平板状物体１０上の各座標との対応関係に基づいて、図１２（ｂ）に示すように歪ませた平面映像１００’’を投影する必要がある。
【００７１】
このような照明光の投影動作を実現するために、光制御ユニット１は、図９に示すように、ユーザＵの視点位置Ｐ１を示す視点位置及び視線方向を示す視点位置姿勢パラメータ及びユーザＵの視野角θ１を示す視野角パラメータを取得する。これらのユーザＵのパラメータは、上述した映像面５０Ｕを定める。
【００７２】
また、プロジェクタ２から出射された照明光を投影する平板状物体１０の形状データを取得する。この形状データは、例えばＣＡＤデータである。ここで、視点位置姿勢パラメータは、３次元座標空間における、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上の位置および軸周りの回転角度を数値で定義したものである。この視点位置姿勢パラメータは、視点位置Ｐ１と平板状物体１０との距離Ｌ１と、視点位置Ｐ１に対する平板状物体１０の姿勢を一意に定める。また、平板状物体１０の形状データとは、ＣＡＤ等で作成された電子データを基に、３次元座標空間における形状領域を定義したものである。この形状データは、視点位置Ｐ１から見た平板状物体１０の形状を一意に定める。このような平板状物体１０の形状データとユーザＵのパラメータとは、映像面５０Ｕの座標と平板状物体１０上の座標との対応関係を定める。
【００７３】
また、図１１に示すようにプロジェクタ２が設置されたことに対し、光制御ユニット１は、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３及び当該プロジェクタ２の光軸方向を示す位置姿勢パラメータ及びプロジェクタ２の投影画角θ２を示す投影画角パラメータを取得する。このプロジェクタ２の位置姿勢パラメータ及び投影画角パラメータは、プロジェクタ２が平板状物体１０に対して投影する映像面５０Ｐを表す。この映像面５０Ｐが定まると、プロジェクタ２から投影される照明光が映像面５０Ｐを介して平板状物体１０のどの座標に投影されるかが定められる。すなわち、プロジェクタ２の位置姿勢パラメータ及び投影画角パラメータと、平板状物体１０の位置姿勢パラメータ及び形状データとは、プロジェクタ２から出射された照明光によって覆われる平板状物体１０の範囲が一意に決まる。プロジェクタ２がプロジェクタである場合、投影位置Ｐ３はバックフォーカス及び打ち込み角で定義され、投影画角θ２は投影位置Ｐ３から一定距離での水平及び垂直方向の投影範囲から算出される。
【００７４】
そして、光制御ユニット１は、平板状物体１０に表示される照明光の画素（ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５）とプロジェクタ２の投影位置Ｐ３とを結ぶ直線と、映像面５０Ｐとの交点（ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５）に画素を配置して平面映像１００’’を構成し、その平面映像１００’’を平板状物体１０に投影させる。そして、映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５、映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５という経路でユーザＵにとって歪みのない映像を視認させることができる。
【００７５】
同様に、被照射物体１０が平板状物体１０のような形状ではなく、ドーム型のような任意形状のものであっても歪みなく照明光でコーティングして、被照射物体１０をユーザＵに視認させることができる。図１３（ａ）に示すように被照射物体１０がドーム型物体１０であり、図１３（ｂ）に示すように、ユーザＵに格子状の照明光を視認させる場面を考える。この場合、ユーザＵからは、映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５の延長線上におけるドーム型物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５が視認される。これに対し、プロジェクタ２は、図１４（ａ）に示すように映像面５０Ｐに投影光を投影する。この映像面５０Ｐにおける点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５を通過した投影光は、ドーム型物体１０における点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に投影されて、図１３（ａ）に示す映像面５０Ｕの点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５として視認される。したがって、プロジェクタ２は、映像面５０Ｐに対して図１４（ｂ）に示すように歪ませた平面映像１００’’を投影する。これに対し、ユーザＵは、図１３（ｂ）に示すような歪みのない平面映像１００を視認することができる。
【００７６】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る照明システムの構成図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る照明システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る照明システムにおいてプロジェクタと被照射物体との距離を計測する様子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムにおいてプロジェクタと被照射物体との角度を計測する様子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムにおいて、プロジェクタの向きを被照射物体に回転駆動させる構成を示す斜視図である。
【図７】本発明を適用した第３実施形態に係る照明システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図８】本発明を適用した第３実施形態に係る照明システムにおいてプロジェクタに対する被照射物体の位置座標を求める説明図である。
【図９】本発明を適用した照明システムにおいて、平板状の被照射物体に対するユーザの視点位置、視野角及び距離を示す図である。
【図１０】本発明を適用した照明システムにおいて、ユーザから平板状の被照射物体を見たときにユーザが視認する映像について説明する図である。
【図１１】本発明を適用した照明システムにおいて、平板状の被照射物体に対する照射光投影部の投影位置、投影画角及び距離を示す図である。
【図１２】本発明を適用した照明システムにおいて、照射光投影部から平板状の被照射物体に光投影する様子を説明する図である。
【図１３】本発明を適用した照明システムにおいて、ユーザからドーム型の被照射物体を見たときにユーザが視認する映像について説明する図である。
【図１４】本発明を適用した照明システムにおいて、照射光投影部からドーム型の被照射物体に光投影する様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 光制御ユニット
２ プロジェクタ
３ カメラ装置
４ パーソナルコンピュータ
１０ ドーム型物体
１０ 被照射物体
１１ 撮影画像データ入力部
１２ 投影光データ生成部
１３ 画像記憶部
１４ 投影光描画部
２０ 距離計測部
２１ 水平回転検出部
２２ 垂直回転検出部
２３ 水平回転駆動部
２４ 垂直回転駆動部
３１ 撮影部
３２ 撮影画像データ出力部
４１ 表示モニタ
４２ キーボード
４３ マウス
１２１ 投影光生成部
１２２ 照明光補正部
１２３ 投影光補正部
１２４ 配光方向算出部
１２５ 位置座標算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意形状の被照射物体に対して照明光を投影する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、任意形状の照明光を照射する照明装置としては、投影機器にゴボやマスクなどと呼ばれるフィルタを設置し、当該投影機器から照明光が出射される投影部を遮光している。これにより、フィルタを通過した照明光は、特定の形に切り抜かれた状態となる。具体的には、従来の照明システムでは、丸、三角、四角などで構成されるベース形状で切り抜かれたフィルタ（ゴボなど）を投影機器に取り付けて、照明光の輪郭に形をつけている。
【０００３】
また、従来の照明システムにおいて、被照射物体だけに照射したい場合は、投影機器から出射された照明光の投影位置を被照射物体の位置に合わせた後、投影機器の絞り機能やズーム機能によって大まかな照明光の輪郭を被照射物体の形状に合わせる動作を行っている。
【０００４】
更に、従来においては、投影機器であるプロジェクタを照明器具（ライト）の代わりに使用して、空間演出を行う照明システムがある。この照明システムに使用される照明器具は、ムービングプロジェクタとも呼ばれる。このムービングプロジェクタは、照明光として映像光を出射する。このため、照射光の形、色を自由に設定して、動画として変化させることが可能である。
【０００５】
しかしながら、この照明システムであっても、照明光に形をつける場合は、従来の照明システムと同様に、ベース形状を用いて、大まかに被照射物体の形状に照明光の輪郭を合わせる手法が採用されている。
【０００６】
更にまた、従来においては、立体形状モデルに物体の表面テクスチャを効果的に表現することができる立体表示装置として、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。
【非特許文献１】http://www.egghouse.com/gobo/about.htm
【非特許文献２】http://www.ushiolighting.co.jp/product/productimage/pdf/dl2.pdf
【特許文献１】特開２００６−３３８１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の照明システムにおいては、予め用意しておいた形状フィルタや絞り、ズームを用いるので、被照射物体に対して大まかに照明光の形状をあわせることしかできない。また、従来の照明システムにおいては、被照射物体の位置変更や姿勢変更をしたい場合では、新たに形状フィルタなどを作成する必要があり、簡単には被照射物体の演出変更ができなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、上述の課題を解決するために、被照射物体を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、ユーザの作業によって投影手段と被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、距離計測手段により計測された距離を用いて投影手段により投影される投影光を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
本発明は、任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、被照射物体を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、ユーザの作業によって投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、角度計測手段により計測された角度を用いて投影手段により投影される投影光を制御する制御手段とを備える。
【００１１】
本発明は、任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、被照射物体を覆うように照射される第１照射光と被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、ユーザの作業によって投影手段と被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、ユーザの作業によって投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、距離計測手段により計測された距離及び角度計測手段により計測された角度を用いて投影手段により投影される投影光を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、投影手段と被照射物体との距離を計測する距離計測手段を備えているので、距離を計測する簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる。
【００１３】
本発明によれば、投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段を備えているので、角度を計測する簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる。
【００１４】
本発明によれば、投影手段と被照射物体との距離を計測すると共に投影手段から投影される投影光の光軸方向と、投影手段と被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する簡単な事前作業によって被照射物体に対して照射光を投影できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
本発明は、例えば、図１乃至図３に示すように構成された第１実施形態に係る照明システムに適用される。
【００１７】
この照明システムは、光制御ユニット１と、当該光制御ユニット１の制御によって動作するプロジェクタ２Ａ，２Ｂ（以下、総称する場合には単に「プロジェクタ２」と呼ぶ。）と、当該プロジェクタ２Ａ，２Ｂのそれぞれに設けられたカメラ装置３Ａ，３Ｂ（以下、総称する場合には単に「カメラ装置３」と呼ぶ。）（撮影手段）と、パーソナルコンピュータ４とを備える。この照明システムは、ユーザの簡単な操作のみによって、特定の被照射物体１０Ａ，１０Ｂ（以下、総称する場合には単に「被照射物体１０」と呼ぶ。）のみにプロジェクタ２から照明光を投影するものである。
【００１８】
この照明システムは、プロジェクタ２Ａとカメラ装置３Ａとが近接して設けられ、プロジェクタ２Ｂとカメラ装置３Ｂとが近接して設けられている。プロジェクタ２Ａとカメラ装置３Ａとの位置関係が調整されていることによってプロジェクタ２Ａの投影範囲ＡＰとカメラ装置３Ａの撮影範囲ＡＣとは一致したものとなっている。同様に、プロジェクタ２Ｂとカメラ装置３Ｂとの位置関係が調整されていることによってプロジェクタ２Ｂの投影範囲ＡＰとカメラ装置３Ｂの撮影範囲ＡＣとは一致したものとなっている。
【００１９】
この照明システムは、後述するプロジェクタ２Ａ，２Ｂによって計測された距離情報に従って、光制御ユニット１が、プロジェクタ２Ａ，２Ｂから出力する画像データを加工する。これにより、照明システムは、ユーザの操作に応じて、照明光によって被照射物体１０Ａ，１０Ｂを覆うような投影光をプロジェクタ２Ａ，２Ｂから投影する。
【００２０】
プロジェクタ２Ａ，２Ｂは、ショーウインドウ空間などの所定の空間に設置される。この所定の空間には、マネキンなどの被照射物体１０Ａ，１０Ｂが設置され、プロジェクタ２Ａ，２Ｂは、当該被照射物体１０Ａ，１０Ｂを照明光で覆うような投影光を投影する。このプロジェクタ２Ａ，２Ｂの投影範囲ＡＰは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂの設置位置及び姿勢、画角や打ち込み角度によって決定される。
【００２１】
プロジェクタ２Ａ，２Ｂには、光制御ユニット１から投影光データが供給される。この投影光データは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂの所定の投影範囲のうちの照明光が照射される照明範囲と非照明範囲とを決定するものである。プロジェクタ２Ａ，２Ｂは、被照射物体である被照射物体１０Ａ，１０Ｂを覆うように照射される第１照射光（照明光）と被照射物体以外に照射される第２照射光（背景光）とを含む投影光を投影する。この投影光データは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂのそれぞれが持つ距離計測機能によって計測された距離情報に従って補正される。
【００２２】
プロジェクタ２には、ユーザの作業によって、当該プロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測する距離計測部２０が備えられている。この距離計測部２０は、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、筐体２０１内に、帯状物２０２を巻き取り及び引き出し可能な機構（巻き取り機構）を内蔵して構成されている。そして、被照射物体１０及びプロジェクタ２の設置時に、作業者によって帯状物２０２を引き出して、当該帯状物２０２の先端に設けられている接地部２０３を被照射物体１０の光照射面に当接する。このとき、距離計測部２０は、帯状物２０２の巻き取り機構からの帯状物２０２の引き出し量を、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離として取得することができる。
【００２３】
この引き出し量の取得方法としては、帯状物２０２上に描かれた目盛を作業者が読み込み、ユーザの操作に従って距離情報をパーソナルコンピュータ４から光制御ユニット１の投影光データ生成部１２に出力するものとしても良い。また、筐体２０１に内蔵したエンコーダなどによって巻き取り機構の引き出し量を自動的に計測して、距離情報を光制御ユニット１の投影光データ生成部１２に出力しても良く、帯状物２０２上に描かれた目盛を自動的に読み取って距離情報を出力しても良い。
【００２４】
カメラ装置３Ａ，３Ｂは、プロジェクタ２Ａ，２Ｂから出射された照明光によって空間演出される所定の投影範囲ＡＰを含む所定の所定の空間を撮影範囲ＡＣとするものである。カメラ装置３Ａ，３Ｂは、ＣＣＤ等の撮影素子や光学部品等からなる撮影部３１と、撮影部３１によって撮影された撮影画像データを光制御ユニット１に出力する撮影画像データ出力部３２とを備える。
【００２５】
パーソナルコンピュータ４は、表示モニタ（表示手段）４１、操作Ｉ／Ｆであるキーボード４２及びマウス４３、その他のＣＰＵやメモリ等で構成されている。表示モニタ４１は、カメラ装置３Ａ，３Ｂによって撮影された撮影画像データが光制御ユニット１の撮影画像データ入力部１１を介して供給される。これにより表示モニタ４１は、例えば、ユーザが空間演出しようとするショーウインドウ空間を提示することができる。
【００２６】
操作Ｉ／Ｆ４２，４３は、ユーザの操作を検出する機構を備え、各種の投影条件（映像、絵柄、色、輝度など）を設定するための操作信号を光制御ユニット１に供給する。この操作Ｉ／Ｆ４２，４３は、例えば表示モニタ４１の表示画面に内蔵されたタッチパネル機構及びユーザによってタッチパネル機構に対してタッチ操作される操作スティックからなるものであっても良い。
【００２７】
光制御ユニット１は、図２に示すように、撮影画像データ入力部１１と、投影光データ生成部１２と、画像記憶部１３と、投影光描画部１４とを備える。なお、光制御ユニット１は、Ｉ／Ｆ回路、ＣＰＵ、プログラムメモリ、ＲＡＭ等からなるハードウェアで構成されているが、図２では説明の便宜上、機能ブロックとして示している。
【００２８】
撮影画像データ入力部１１は、カメラ装置３と接続され、当該カメラ装置３の撮影画像データ出力部３２から撮影画像データが供給される。プロジェクタ２の投影範囲ＡＰとカメラ装置３の撮影範囲ＡＣとが一致するようにプロジェクタ２及びカメラ装置３の位置決めがされているため、この撮影画像データは、プロジェクタ２の投影範囲ＡＰを表す映像となっている。この撮影画像データは、撮影画像データ入力部１１によってパーソナルコンピュータ４の表示モニタ４１に供給される。これにより、ユーザに、プロジェクタ２の投影範囲ＡＰから見た映像を提示する。
【００２９】
投影光データ生成部１２は、プロジェクタ２の距離計測部２０及びパーソナルコンピュータ４の操作Ｉ／Ｆ４２，４３と接続されている。投影光データ生成部１２は、操作Ｉ／Ｆ４２，４３から供給された操作信号に従ってプロジェクタ２が投影範囲ＡＰに対して投影するための投影光データを生成する。
【００３０】
投影光データ生成部１２は、画像記憶部１３に記憶された各種の投影光データ及び操作信号に基づいて投影光データを生成する投影光生成部１２１と、投影光のうちの照明光を被照射物体１０の形状に合わせて補正する照明光補正部１２２と、距離情報に基づいて投影光データを補正する投影光補正部１２３とを備える。ここで、画像記憶部１３には、各種の投影光データが記憶されている。この投影光データは、プロジェクタ２が駆動するための画像データでもある。投影光データとしては、単色光、模様、文字、映像などの絵柄が入った画像データが挙げられる。投影光データは、パーソナルコンピュータ４がユーザによって操作され、何れかの投影光データが選択されて、投影光データ生成部１２に供給される。
【００３１】
投影光データ生成部１２の投影光生成部１２１は、パーソナルコンピュータ４からの操作信号に応じて、投影光における照明光及び背景光の色、絵柄、文字、映像などを組み合わせて投影光データを作成する。投影光データは、例えば被照射物体１０全体を単色で照らす場合、照明光の投影範囲全体が単色の信号となっている。また、投影光生成部１２１は、複数色のパターン画像又は映像となっている照明光を被照射物体１０をコーティングするコーティング光とする場合にも、照明光の投影範囲全体がパターン画像又は映像となっている映像信号である。この投影光生成部１２１によって入力又は生成された投影光データは、照明光補正部１２２に供給される。
【００３２】
照明光補正部１２２は、被照射物体１０に照明光を照射させたときに、被照射物体１０を照明光でコーティングさせるように投影光データを補正する。照明光補正部１２２は、以下に説明するコーティング補正処理によって、照明光の輪郭を被照射物体１０の輪郭と合致するように投影光データを補正する。
【００３３】
コーティング補正処理は、被照射物体１０の輪郭形状に合わせて照明光に含まれる照明光の輪郭をカットするように投影光データを補正する。これにより、コーティング補正処理は、被照射物体１０のみに照明光を投影し、被照射物体１０以外には背景光を投影するように、照明光の照射範囲をカッティング処理する。
【００３４】
ここで、コーティング補正処理は、任意形状の被照射物体１０の形状データを用いる。コーティング補正処理は、この形状データに従って、照明光の照射範囲をカッティング処理する。この形状データは、カメラ装置３で撮影された画像を解析して被照射物体１０の形状を抽出したものであっても良く、コンピュータグラフィック技術によって３次元的に再現された多方向の形状データであっても良い。
【００３５】
コーティング補正処理は、照明光補正部１２２によって、形状データを用いてマッピング処理を行うことにより、被照射物体１０の形状に応じた照明光の形状及びサイズが調整された投影光データを作成する。このマッピング処理により、平面映像を表す投影光データは、任意形状の被照射物体１０上のみに照明光をマッピングし、被照射物体１０以外の部分には照明光をマッピングしていない投影光データとなる。このマッピング処理を施した映像信号は、照明光を被照射物体１０に投影し、背景光を、照明光に相当する映像部分以外に投影する映像信号となる。
【００３６】
また、照明光補正部１２２は、プロジェクタ２の投影画角、光軸シフト量等のプロジェクタ２の性能や観察者の位置も、パーソナルコンピュータ４から入力して投影光データの補正をしても良い。具体的には、照明システムは、予め設定しておいた観察者位置と、被照射物体１０の形状と、プロジェクタ２と被照射物体１０との相対的な位置及び姿勢とをパーソナルコンピュータ４から入力し、照明光を被照射物体１０に投影した時にコーティングできる補正パラメータとして、補正テーブルを作成しておく。この補正テーブルは、平面の投影面と任意形状である被照射物体１０の投影面のメッシュモデルとの対応マップである。この対応マップは、当該補正テーブルに従って座標変換を行い、投影光データの画素ごとに、平面表示用の投影光データを任意形状への表示用の投影光データに変換するためのものである。
【００３７】
このように照明光補正部１２２は、被照射物体１０の形状に合わせて投影光のうちの照明光の輪郭を変更することができる。
【００３８】
投影光データ生成部１２は、距離計測部２０からの距離情報を入力して投影光の特性を補正する投影光補正部１２３を備えている。この投影光補正部１２３は、距離計測部２０により計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離情報に基づいて、投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更する制御手段となる。プロジェクタ２と被照射物体１０との距離が大きいほど投影光が減衰するために、ユーザが希望するように被照射物体１０を照射するためには、投影光の光束及び色の濃さを大きくする必要がある。したがって、この照明システムは、プロジェクタ２及び被照射物体１０を設置した時に、距離計測部２０によってプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測するだけで、適切な光束、色の濃さで被照射物体１０に照明光を投影すると共に背景に背景光を投影できる。また、距離計測部２０により計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離が長いほどプロジェクタ２の投影範囲を絞り、距離が短いほどプロジェクタ２の投影範囲を拡げる。これにより、被照射物体１０に対する投影範囲をユーザが望む投影範囲とする。
【００３９】
すなわち、投影光における照明光及び背景光の光束、色、色温度、投影範囲等を含む投影光の特性は、パーソナルコンピュータ４に対するユーザの操作に従って調整可能である。しかし、この照明システムによれば、ユーザの作業によって距離計測部２０がプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を実際に計測し、この距離に応じて投影光の光束、色の濃さ、投影範囲を補正する。これにより、ユーザがプロジェクタ２と被照射物体１０との正確な距離を意識することなく、希望する投影光の特性を指定するのみで、専門的な技能を持っていなくても適切な光束、色の濃さ、投影範囲で被照射物体１０に照明光を投影すると共に背景に背景光を投影できる。
【００４０】
なお、投影光補正部１２３は、距離計測部２０により計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離に基づいて、投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更するものであっても良い。
【００４１】
具体的には、照明システムは、パーソナルコンピュータ４が操作されることによって、ユーザによって、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離に応じたプロジェクタ２の光束［ｌｍ］が指定される。例えば、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離が５ｍ〜１０ｍは７０％、１０ｍ〜１５ｍは９０％、１５ｍ以上は１００％といったように距離の閾値で光束［ｌｍ］を決定する。これに対し、照明システムは、距離計測部２０によって計測された距離に比例して、投影光補正部１２３によって光束［ｌｍ］を増加する。また、投影光補正部１２３は、距離の２乗に比例して光束［ｌｍ］を増加させても良い。これによって照明システムは、ユーザが希望する距離に応じた投影光の光束を基準として、実際に計測した距離に応じた投影光の光束を調整して、ユーザの希望に沿った光束の投影光を被照射物体１０に照射できる。
【００４２】
投影光描画部１４は、投影光データ生成部１２から供給された投影光データに対して描画処理を施して、プロジェクタ２から投影光を投影させる。ここで、投影光描画部１４は、投影光データ生成部１２によって、プロジェクタ２Ａ，２Ｂそれぞれについての投影光データが生成された場合には、それぞれの投影光データに対して描画処理を行って、プロジェクタ２Ａ，２Ｂから投影光を投影させる。なお、この投影光描画部１４による描画処理については、後に補足的に説明することとする。
【００４３】
以上説明したように、この照明システムによれば、プロジェクタ２に距離計測部２０を設け、簡単な作業でプロジェクタ２と被照射物体１０との距離を計測でき、当該距離計測部２０によって計測した距離に応じて投影光の特性を補正することができる。
【００４４】
また、この照明システムによれば、ユーザの簡単な事前作業によって距離計測部２０によって計測されたプロジェクタ２と被照射物体１０との距離に応じて投影光の光束を任意に変化させることができ、ユーザの希望に沿って設定された光束を、実際に計測された距離に応じた適切な光束に補正できる。
【００４５】
［第２実施形態］
つぎに、本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムについて説明する。なお、上述した説明と重複する部分については、同一符号を付することによってその詳細な説明を省略する。
【００４６】
この照明システムは、図４に示すように、ユーザの作業によってプロジェクタ２から投影される投影光の光軸方向と、プロジェクタ２と被照射物体１０とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段としての水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２と、当該水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された角度を用いてプロジェクタ２により投影される投影光を制御する制御手段としての配光方向算出部１２４を備える点で第１実施形態に係る照明システムとは異なる。
【００４７】
また、この照明システムは、プロジェクタ２により投影される投影光を制御する制御手段として、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された角度に基づいて、プロジェクタ２から投影される投影光の光軸を被照射物体１０に向けるように水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４を制御する。
【００４８】
このような照明システムにおけるプロジェクタ２は、図５（ａ）に示すように、当該プロジェクタ２の下部に水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２が設けられている。水平回転検出部２１は、プロジェクタ２の水平方向に回転可能となっている。このプロジェクタ２の水平方向における回転量は、水平回転検出部２１に備えられた角度センサによって計測される。この計測された水平方向の回転量は、光制御ユニット１に供給される。垂直回転検出部２２は、プロジェクタ２の垂直方向に回転可能となっている。このプロジェクタ２の垂直方向における回転量は、垂直回転検出部２２に備えられた角度センサによって計測される。この計測された垂直方向の回転量は、光制御ユニット１に供給される。
【００４９】
また、垂直回転検出部２２には、内蔵された巻き取り機構によって帯状物２２１が引き出し可能となっている。したがって、被照射物体１０に対して帯状物２２１の接地部２２２を当接させ、帯状物２２１が被照射物体１０に対して直線状となるように水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２を水平方向及び垂直方向に回転させる。この水平方向及び垂直回転への回転量は、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２によって検出されることとなる。
【００５０】
したがって、図５（ｂ）に上面図を示すように、水平回転検出部２１を水平方向に回転させた時の水平方向の回転量に基づいて、配光方向算出部１２４は、プロジェクタ２の光軸（水平方向）に対する角度θ１を求めることができる。同様に、図５（ｃ）に側面図を示すように、垂直回転検出部２２を垂直方向に回転させた時の垂直方向の回転量に基づいて、配光方向算出部１２４は、プロジェクタ２の光軸（垂直方向）に対する角度θ２を求めることができる。
【００５１】
このように第２実施形態に係る照明システムによれば、帯状物２２１の先端にある接地部２２２を被照射物体１０に当接させる作業のみで、プロジェクタ２が設置された状態における光軸方向に対する、プロジェクタ２と被照射物体１０とを結ぶ直線がなす水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を簡単に求めることができる。
【００５２】
そして、照明システムは、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された水平方向角度θ１，垂直方向角度θ２に基づいて、プロジェクタ２から投影される投影光の光軸を被照射物体１０に向けるように水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４を制御する。水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４は、図６に示すように、プロジェクタ２の上部に設けられている。水平回転駆動部２３は、水平方向に回転駆動する回転アクチュエータからなり、垂直回転駆動部２４は、垂直方向に回転駆動する回転アクチュエータからなる。
【００５３】
水平回転駆動部２３及び垂直回転駆動部２４は、配光方向算出部１２４によって算出された水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２に基づいて、光制御ユニット１から制御信号が供給される。水平回転駆動部２３は制御信号に従って水平方向角度θ１分だけ回転駆動し、垂直回転駆動部２４は制御信号に従って垂直方向角度θ２分だけ回転駆動する。これにより、プロジェクタ２の光軸を被照射物体１０に向けることができる。
【００５４】
このように、第２実施形態に係る照明システムによれば、ユーザの簡単な事前作業によって水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を計測して、当該計測された水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２にプロジェクタ２の光軸を向けることができる。
【００５５】
［第３実施形態］
つぎに、本発明を適用した第３実施形態に係る照明システムについて説明する。なお、上述した説明と重複する部分については、同一符号を付することによってその詳細な説明を省略する。
【００５６】
この照明システムは、図７に示すように、プロジェクタ２に、距離計測部２０、水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２によってプロジェクタ２と被照射物体１０との距離、水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を計測して、光制御ユニット１に供給する。
【００５７】
また、照明システムは、投影光データ生成部１２に、ユーザの作業によって距離計測部２０により計測された距離、ユーザの作業によって水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２により計測された水平方向角度θ１及び垂直方向角度θ２を用いて、プロジェクタ２と被照射物体１０との位置関係を算出する位置座標算出手段としての位置座標算出部１２５をさらに備える。位置座標算出部１２５によって算出された位置座標は、制御手段としての投影光補正部１２３による投影光の補正に用いられる。
【００５８】
位置座標算出部１２５は、図８（ａ）に示すように、垂直回転検出部２２，距離計測部２０の設置位置を、距離計測及び角度計測の原点座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）とする。帯状物２０２の引き出し長さＳが距離計測部２０によって計測され、接地部２０３が被照射物体１０に当接された時の水平方向角度θ１、垂直方向角度θ２が水平回転検出部２１及び垂直回転検出部２２によって計測される。この接地部２０３が被照射物体１０に当接された時、接地部２０３の座標（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）は、
Ｘｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｃｏｓθ２
Ｙｅ＝Ｓ×ｓｉｎθ２
Ｚｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｓｉｎθ１
で表される。
【００５９】
そして、図８（ｂ）に示すように、原点座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）を原点（０，０，０）とし、プロジェクタ２の光源座標を（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）とする。距離計測及び角度計測の原点座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）と光源座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）とは、プロジェクタ２と距離計測部２０、水平回転検出部２１、垂直回転検出部２２との搭載位置との関係から一意に決まっている。したがって、光源座標（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）から見た接地部２０３の座標は、
Ｘｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｃｏｓθ２−Ｘｐ
Ｙｅ＝Ｓ×ｓｉｎθ２−Ｙｐ
Ｚｅ＝Ｓ×ｃｏｓθ１×ｓｉｎθ１−Ｚｐ
となる。このように距離計測部２０によって計測された距離Ｓと、水平回転検出部２１によって計測されたθ１と、垂直回転検出部２２によって計測されたθ２とによって、位置座標算出部１２５は、上記式から、光源座標から見た被照射物体１０の位置関係を表す座標（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）を得ることができる。
【００６０】
投影光補正部１２３は、位置座標算出部１２５により算出された位置座標を用いてプロジェクタ２により投影される投影光の投影範囲ＡＰ、輝度、色温度を含む特性の少なくとも一つの特性を変更する補正を行う。ここで、投影光補正部１２３は、位置座標に基づいてプロジェクタ２の投影範囲ＡＰを、被照射物体１０に向けるように補正する。これにより、被照射物体１０に照明光を投影すると共に被照射物体１０付近に背景光を投影して、被照射物体１０以外の関係のない部分に投影光を投影することを回避する。また、プロジェクタ２と被照射物体１０との距離に応じて光束、色温度が変化してしまう場合であっても、プロジェクタ２と被照射物体１０との位置関係に基づいて光束、色温度を調整して、ユーザの希望に沿った光束及び色温度の照明光及び背景光を照射できる。
【００６１】
また、この照明システムは、被照射物体１０に投影する照明光及び被照射物体１０以外に投影する背景光の双方又は一方を映像としても良い。この場合、投影光データ生成部１２の投影光生成部１２１は、映像データを生成する。そして、投影光生成部１２１は、位置座標算出部１２５により算出された位置座標を用いて、被照射物体１０に映像を投影した場合に当該映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行う。
【００６２】
具体的には、投影光生成部１２１は、被照射物体１０の形状、位置座標算出部１２５が算出したプロジェクタ２と被照射物体１０との位置関係、ユーザの視点位置などに基づいて、当該ユーザの視点位置から被照射物体１０に投影された映像を見た場合に歪み無く見えるような既知の座標変換処理によって実現される。この座標変換処理は、後述する投影光データの補正処理によって実現される。同様に、被照射物体１０以外に映像を投影した場合には、当該映像が被照射物体１０以外に投影された状態で、映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行うこととなる。
【００６３】
以上説明したように、第３実施形態に係る照明システムによれば、接地部２０３を被照射物体１０に当接させるユーザの簡単な作業のみで、距離計測部２０によって距離を検出すると同時に、プロジェクタ２の光軸に対する被照射物体１０の水平方向角度θ１、垂直方向角度θ２を検出できる。これにより、照明システムは、位置座標算出部１２５によって被照射物体１０の位置関係を算出し、投影光補正部１２３によって位置座標を用いてプロジェクタ２により投影される投影光の特性を変更する補正を行うことができる。
【００６４】
また、この照明システムによれば、照明光と背景光との少なくとも一方を映像とし、位置座標算出部１２５により算出された位置座標を用いて、被照射物体１０に映像を投影した場合に当該映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行う。これにより、照明システムによれば、実際のプロジェクタ２及び被照射物体１０が設置された位置関係に基づいて、映像を被照射物体１０に投影しても、歪みのない映像を視認させることができる。
【００６５】
「投影光データの補正処理」
つぎに、この照明システムにおける投影光データの補正処理について説明する。なお、以下の説明は、「被照射物体１０を覆うように照射される第１照射光と被照射物体１０以外に照射される第２照射光とを含む投影光」を生成するための処理である。
【００６６】
例えば図９に示すように、任意形状の被照射物体１０として、ユーザＵに対して距離Ｌだけ離間し、ユーザＵに対して斜めに傾斜して配置された平板状物体１０を考える。この平板状物体１０は、ユーザＵの視点位置Ｐ１から視野角θ１で視認される。ユーザＵの視野中心と交差する平板状物体１０上の点Ｐ２からユーザＵまでは、距離Ｌ１だけ離間している。
【００６７】
視点位置Ｐ１と平板状物体１０上の点Ｐ２との位置関係において、図１０（ａ）に示すように、図１０（ｂ）に示す格子状の平面映像１００（コーティング光）を、ユーザＵから見る映像面５０Ｕを介して平板状物体１０上で見る場合を考える。この場合、映像面５０Ｕに図１０（ｂ）に示す平面映像１００が表示されていると同じ映像を平板状物体１０に表示させる場合、映像面５０Ｕ上の各座標と平板状物体１０上の各座標との対応関係を取得する必要がある。模式的に図１０（ａ）に示しているが、映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５は、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に対応している。したがって、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に表示された映像は、ユーザＵからは映像面５０Ｕ上における点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５として視認される。
【００６８】
また、図１１に示すように、ユーザＵの視線と平板状物体１０とが交差する点Ｐ２と、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３とは、Ｌ２の距離となっている。また、プロジェクタ２は、所定の投影画角θ２の範囲で投影光を投影する。
【００６９】
この場合、プロジェクタ２の映像面５０Ｐと平板状物体１０との位置関係は、図１２に示すように、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５が、映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５に対応している。すなわち、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３から映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５を延長した直線上の点が、平板状物体１０の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５となる。
【００７０】
このようなユーザＵの視点位置Ｐ１及び視野角θ１、平板状物体１０の位置、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３及び投影画角θ２の関係から、図１２（ａ）に示したプロジェクタ２における映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５に映像を投影させると、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に映像が投影される。その結果、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５が、図１０における映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５として視認されることとなる。したがって、ユーザＵに平面映像１００を視認させるためには、プロジェクタ２は、映像面５０Ｕ上の各座標に対応した平板状物体１０上の各座標と、映像面５０Ｐ上の各座標に対応した平板状物体１０上の各座標との対応関係に基づいて、図１２（ｂ）に示すように歪ませた平面映像１００’’を投影する必要がある。
【００７１】
このような照明光の投影動作を実現するために、光制御ユニット１は、図９に示すように、ユーザＵの視点位置Ｐ１を示す視点位置及び視線方向を示す視点位置姿勢パラメータ及びユーザＵの視野角θ１を示す視野角パラメータを取得する。これらのユーザＵのパラメータは、上述した映像面５０Ｕを定める。
【００７２】
また、プロジェクタ２から出射された照明光を投影する平板状物体１０の形状データを取得する。この形状データは、例えばＣＡＤデータである。ここで、視点位置姿勢パラメータは、３次元座標空間における、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸上の位置および軸周りの回転角度を数値で定義したものである。この視点位置姿勢パラメータは、視点位置Ｐ１と平板状物体１０との距離Ｌ１と、視点位置Ｐ１に対する平板状物体１０の姿勢を一意に定める。また、平板状物体１０の形状データとは、ＣＡＤ等で作成された電子データを基に、３次元座標空間における形状領域を定義したものである。この形状データは、視点位置Ｐ１から見た平板状物体１０の形状を一意に定める。このような平板状物体１０の形状データとユーザＵのパラメータとは、映像面５０Ｕの座標と平板状物体１０上の座標との対応関係を定める。
【００７３】
また、図１１に示すようにプロジェクタ２が設置されたことに対し、光制御ユニット１は、プロジェクタ２の投影位置Ｐ３及び当該プロジェクタ２の光軸方向を示す位置姿勢パラメータ及びプロジェクタ２の投影画角θ２を示す投影画角パラメータを取得する。このプロジェクタ２の位置姿勢パラメータ及び投影画角パラメータは、プロジェクタ２が平板状物体１０に対して投影する映像面５０Ｐを表す。この映像面５０Ｐが定まると、プロジェクタ２から投影される照明光が映像面５０Ｐを介して平板状物体１０のどの座標に投影されるかが定められる。すなわち、プロジェクタ２の位置姿勢パラメータ及び投影画角パラメータと、平板状物体１０の位置姿勢パラメータ及び形状データとは、プロジェクタ２から出射された照明光によって覆われる平板状物体１０の範囲が一意に決まる。プロジェクタ２がプロジェクタである場合、投影位置Ｐ３はバックフォーカス及び打ち込み角で定義され、投影画角θ２は投影位置Ｐ３から一定距離での水平及び垂直方向の投影範囲から算出される。
【００７４】
そして、光制御ユニット１は、平板状物体１０に表示される照明光の画素（ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５）とプロジェクタ２の投影位置Ｐ３とを結ぶ直線と、映像面５０Ｐとの交点（ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５）に画素を配置して平面映像１００’’を構成し、その平面映像１００’’を平板状物体１０に投影させる。そして、映像面５０Ｐ上の点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５、平板状物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５、映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５という経路でユーザＵにとって歪みのない映像を視認させることができる。
【００７５】
同様に、被照射物体１０が平板状物体１０のような形状ではなく、ドーム型のような任意形状のものであっても歪みなく照明光でコーティングして、被照射物体１０をユーザＵに視認させることができる。図１３（ａ）に示すように被照射物体１０がドーム型物体１０であり、図１３（ｂ）に示すように、ユーザＵに格子状の照明光を視認させる場面を考える。この場合、ユーザＵからは、映像面５０Ｕ上の点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５の延長線上におけるドーム型物体１０上の点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５が視認される。これに対し、プロジェクタ２は、図１４（ａ）に示すように映像面５０Ｐに投影光を投影する。この映像面５０Ｐにおける点ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５を通過した投影光は、ドーム型物体１０における点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５に投影されて、図１３（ａ）に示す映像面５０Ｕの点ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５として視認される。したがって、プロジェクタ２は、映像面５０Ｐに対して図１４（ｂ）に示すように歪ませた平面映像１００’’を投影する。これに対し、ユーザＵは、図１３（ｂ）に示すような歪みのない平面映像１００を視認することができる。
【００７６】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る照明システムの構成図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る照明システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した第１実施形態に係る照明システムにおいてプロジェクタと被照射物体との距離を計測する様子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムにおいてプロジェクタと被照射物体との角度を計測する様子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】本発明を適用した第２実施形態に係る照明システムにおいて、プロジェクタの向きを被照射物体に回転駆動させる構成を示す斜視図である。
【図７】本発明を適用した第３実施形態に係る照明システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【図８】本発明を適用した第３実施形態に係る照明システムにおいてプロジェクタに対する被照射物体の位置座標を求める説明図である。
【図９】本発明を適用した照明システムにおいて、平板状の被照射物体に対するユーザの視点位置、視野角及び距離を示す図である。
【図１０】本発明を適用した照明システムにおいて、ユーザから平板状の被照射物体を見たときにユーザが視認する映像について説明する図である。
【図１１】本発明を適用した照明システムにおいて、平板状の被照射物体に対する照射光投影部の投影位置、投影画角及び距離を示す図である。
【図１２】本発明を適用した照明システムにおいて、照射光投影部から平板状の被照射物体に光投影する様子を説明する図である。
【図１３】本発明を適用した照明システムにおいて、ユーザからドーム型の被照射物体を見たときにユーザが視認する映像について説明する図である。
【図１４】本発明を適用した照明システムにおいて、照射光投影部からドーム型の被照射物体に光投影する様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 光制御ユニット
２ プロジェクタ
３ カメラ装置
４ パーソナルコンピュータ
１０ ドーム型物体
１０ 被照射物体
１１ 撮影画像データ入力部
１２ 投影光データ生成部
１３ 画像記憶部
１４ 投影光描画部
２０ 距離計測部
２１ 水平回転検出部
２２ 垂直回転検出部
２３ 水平回転駆動部
２４ 垂直回転駆動部
３１ 撮影部
３２ 撮影画像データ出力部
４１ 表示モニタ
４２ キーボード
４３ マウス
１２１ 投影光生成部
１２２ 照明光補正部
１２３ 投影光補正部
１２４ 配光方向算出部
１２５ 位置座標算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、
被照射物体を覆うように照射される第１照射光と前記被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段と前記被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、
前記距離計測手段により計測された距離を用いて前記投影手段により投影される投影光を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記距離計測手段により計測された前記投影手段と前記被照射物体との距離に基づいて、前記投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、
被照射物体を覆うように照射される第１照射光と前記被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段から投影される投影光の光軸方向と、前記投影手段と前記被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、
前記角度計測手段により計測された角度を用いて前記投影手段により投影される投影光を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記角度計測手段により計測された角度を参照して、前記投影手段から投影される投影光の光軸を前記被照射物体に向ける回転駆動手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、
被照射物体を覆うように照射される第１照射光と前記被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段と前記被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段から投影される投影光の光軸方向と、前記投影手段と前記被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、
前記距離計測手段により計測された距離及び前記角度計測手段により計測された角度を用いて前記投影手段により投影される投影光を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
前記距離計測手段により計測された距離及び前記角度計測手段により計測された角度を用いて、前記投影手段と前記被照射物体との位置関係を算出する位置座標算出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記位置座標算出手段により算出された位置座標を用いて前記投影光を補正することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記位置座標算出手段により算出された位置座標を用いて前記投影手段により投影される投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更する補正を行うことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１照射光と前記第２照射光との少なくとも一方が映像であり、
前記制御手段は、前記位置座標算出手段により算出された位置座標を用いて、前記被照射物体に映像を投影した場合に当該映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項１】
任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、
被照射物体を覆うように照射される第１照射光と前記被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段と前記被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、
前記距離計測手段により計測された距離を用いて前記投影手段により投影される投影光を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記距離計測手段により計測された前記投影手段と前記被照射物体との距離に基づいて、前記投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、
被照射物体を覆うように照射される第１照射光と前記被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段から投影される投影光の光軸方向と、前記投影手段と前記被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、
前記角度計測手段により計測された角度を用いて前記投影手段により投影される投影光を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記角度計測手段により計測された角度を参照して、前記投影手段から投影される投影光の光軸を前記被照射物体に向ける回転駆動手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
任意形状の被照射物体に向けて投影光を投影する照明装置であって、
被照射物体を覆うように照射される第１照射光と前記被照射物体以外に照射される第２照射光とを含む投影光を投影する投影手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段と前記被照射物体との距離を計測する距離計測手段と、
ユーザの作業によって前記投影手段から投影される投影光の光軸方向と、前記投影手段と前記被照射物体とを結ぶ直線とがなす角度を計測する角度計測手段と、
前記距離計測手段により計測された距離及び前記角度計測手段により計測された角度を用いて前記投影手段により投影される投影光を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
前記距離計測手段により計測された距離及び前記角度計測手段により計測された角度を用いて、前記投影手段と前記被照射物体との位置関係を算出する位置座標算出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記位置座標算出手段により算出された位置座標を用いて前記投影光を補正することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記位置座標算出手段により算出された位置座標を用いて前記投影手段により投影される投影光の光束、色の濃さ、投影範囲の少なくとも一つを変更する補正を行うことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１照射光と前記第２照射光との少なくとも一方が映像であり、
前記制御手段は、前記位置座標算出手段により算出された位置座標を用いて、前記被照射物体に映像を投影した場合に当該映像が歪み無く見えるような歪み補正処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−８６９２８（Ｐ２０１０−８６９２８Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８０２９（Ｐ２００８−２５８０２９）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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