(57)【要約】【課題】投影位置を変更する機構として大型で能力の高い特殊なものを用いることなく、複雑に移動する投影対象に対して、映像をリアルタイムですばやくぴったりと重なるように投影する。【解決手段】投影装置１は、投影部２による映像の投影位置を、投影対象の移動に伴って変更可能な第１の投影位置変更部１１および第２の投影位置変更部１２を備えている。第１の投影位置変更部１１は、第２の投影位置変更部１２よりも、応答速度が速く、かつ、投影位置の移動精度が高く、第２の投影位置変更部１２は、第１の投影位置変更部１１よりも、変更可能な投影位置の範囲が広く、かつ、少なくとも１方向について投影位置の変更が可能である。第１の投影位置変更部１１は、少なくとも、第２の投影位置変更部１２による投影位置の変更方向と同じ方向について、投影位置の変更が可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影対象に映像を投影する投影部と、
前記投影部による映像の投影位置を、前記投影対象の移動に伴って変更可能な２種の投影位置変更部と、
前記投影対象の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部にて検出された前記投影対象の位置情報に基づいて、前記各投影位置変更部に対して投影位置を変更するための指令を与える投影位置制御部とを備え、
前記各投影位置変更部の一方を第１の投影位置変更部とし、他方を第２の投影位置変更部とすると、
前記第１の投影位置変更部は、前記第２の投影位置変更部よりも、前記投影位置制御部によって前記指令が与えられてから投影位置の変更が完了するまでの応答速度が速く、かつ、投影位置の移動精度が高く、
前記第２の投影位置変更部は、前記第１の投影位置変更部よりも、変更可能な投影位置の範囲が広く、かつ、少なくとも１方向について投影位置の変更が可能であり、
前記第１の投影位置変更部は、少なくとも、前記第２の投影位置変更部による投影位置の変更方向と同じ方向について、投影位置の変更が可能であることを特徴とする投影装置。
【請求項２】
前記第１の投影位置変更部は、鏡筒または前記鏡筒に含まれる少なくとも１枚のレンズを光軸に垂直な方向にシフトさせることにより、投影位置を光学的に変更する光学シフト機構で構成されており、
前記第２の投影位置変更部は、投影位置をパン方向およびチルト方向に変更するパン・チルト雲台で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
【請求項３】
前記第１の投影位置変更部は、全投影領域の一部に映像を表示させるとともに、前記全投影領域の中で、前記映像を表示させる一部の領域をシフトさせることにより、前記映像の投影位置を電子的に変更する電子シフト機構で構成されており、
前記第２の投影位置変更部は、投影位置をパン方向およびチルト方向に変更するパン・チルト雲台で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
【請求項４】
前記第１の投影位置変更部は、前記指令に基づいて、映像の投影倍率を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投影装置。
【請求項５】
前記投影部は、映像を拡大または縮小して投影するためのズームレンズを備えたものであり、
前記第１の投影位置変更部は、前記ズームレンズを光軸方向に移動させることにより、前記投影倍率を変更することを特徴とする請求項４に記載の投影装置。
【請求項６】
前記第１の投影位置変更部は、全投影領域の一部に映像を表示させるとともに、前記全投影領域の中で、前記映像を表示させる一部の領域を拡大または縮小させることにより、前記投影倍率を変更することを特徴とする請求項４に記載の投影装置。
【請求項７】
前記第１および第２の投影位置変更部を同時に駆動する第１の駆動モードと、前記第１および第２の投影位置変更部のどちらか一方のみを駆動する第２の駆動モードとを切り替える駆動モード制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の投影装置。
【請求項８】
前記駆動モード制御部は、前記位置検出部にて検出された前記投影対象の位置情報の変化に基づいて前記投影対象の移動の態様を判断し、その判断結果に基づいて前記第１の駆動モードと前記第２の駆動モードとを切り替えることを特徴とする請求項７に記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動する投影対象に映像を投影する投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタ等を用いて現実と仮想現実とを融合させる技術が、特にエンタテインメント分野で広がりつつある。そして、建造物などの立体構造物に映像を投影して、平面スクリーンでは得られない立体感や臨場感を得られるような、いわゆるプロジェクションマッピングと呼ばれる映像表現や、現実の空間にある物体にコンピュータで生成した仮想の映像を重ねることで、ユーザーに様々な付加情報や映像シミュレーション体験を提供するような拡張現実感（ＡＲ：Augmented Reality）および複合現実感（ＭＲ：Mixed Reality）といった技術が注目されている。
【０００３】
プロジェクションマッピングとは、実物と映像とをシンクロ（同期）させる映像手法であり、その両者の融合が生み出す魅力的な世界観は、現在世界中で注目を集めている。映像やコンピュータグラフィックス等をスクリーンのような平面に単純投影するのではなく、建築や家具などの立体物、または凹凸のある面にプロジェクタ等で投影する。その際、映像等の素材には、スクリーンとなる対象と同じ立体情報や表面情報を持たせ、投影の際にこれらがぴったり重なり合うようにする。すると、その映像の動きや変化により、対象物が動いたり、変形したり、または自ら光を放つように鑑賞者を感じさせる、幻想的で錯覚的な映像表現ができるようになる。
【０００４】
プロジェクションマッピングが注目を集めているのは、プロジェクションマッピングが単純に珍しい表現であるという以上に、楽しく夢のある表現であるという点にある。創造的で常に新鮮な表現や感動を生みだすことは、プロジェクションマッピングの世界に求められていることである。
【０００５】
このような背景のもと、移動する対象にプロジェクションマッピングを行いたいという要望が出てきている。例えば特許文献１では、移動する投影対象（移動体）をカメラにより撮影し、その撮影画像から移動体の位置を認識し、認識した位置に対して映像を投影し、また、映像の投影位置を変えることが可能な機構も併せ持った投影装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６１１９３２号公報（請求項１、段落〔００１０〕、図１等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１の技術では、例えば、舞台の上でパフォーマンスをしている人間に対して、映像をリアルタイムですばやくぴったりと重なるように投影することは想定されておらず、このような投影を行うことが困難である。以下、この点についてより詳細に説明する。
【０００８】
特許文献１の投影装置は、映像の投影位置を変えることが可能な機構を搭載してはいるが、ある方向（例えばパン方向）に対して投影位置を変化させる機構が１つしかない。そのため、その方向（パン方向）に対する投影対象の広範囲にわたる大きな移動（以下では「粗動」とも言う）と、狭い範囲での高速な移動（以下では「微動」とも言う）との両方に対して、１つの機構で対応しなければならない。
【０００９】
特に、投影対象として人間を選んだ場合、人間の動きには、ある方向に歩いたり走るといった大きな移動（粗動）と、その大きな移動を行う際の体の揺れや振動などといった小さな変位（微動）とが混ざり合っている。ましてや、舞台の上で観客を相手にパフォーマンスをする人間の場合、運動の複雑さはなおさら大きくなる。このため、そのような複雑な運動を行う人間に対して、１つの投影位置変更機構によって映像をリアルタイムですばやくぴったりと重なるように投影することは困難である。
【００１０】
仮に、１つの投影位置変更機構で、広範囲のゆっくりとした移動（粗動）と、狭い範囲のすばやい移動（微動）との両方に対応しようとすると、可動部を駆動するアクチュエータ（モータ等）に高い能力（広範囲の移動に対する高い追従性と分解能（移動精度）で駆動可能な能力）が必要となり、投影位置変更機構が大型になってしまう。また、投影画像の明るさを上げるために大型の投影部（プロジェクタ）を用いた場合には、可動しなければならない部分の重量が増加するため、さらに大きなアクチュエータが必要となる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、投影位置を変更する機構として大型で能力の高い特殊なものを用いることなく、複雑に移動する投影対象に対して、映像をリアルタイムですばやくぴったりと重なるように投影することができる投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面に係る投影装置は、投影対象に映像を投影する投影部と、前記投影部による映像の投影位置を、前記投影対象の移動に伴って変更可能な２種の投影位置変更部と、前記投影対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部にて検出された前記投影対象の位置情報に基づいて、前記各投影位置変更部に対して投影位置を変更するための指令を与える投影位置制御部とを備え、前記各投影位置変更部の一方を第１の投影位置変更部とし、他方を第２の投影位置変更部とすると、前記第１の投影位置変更部は、前記第２の投影位置変更部よりも、前記投影位置制御部によって前記指令が与えられてから投影位置の変更が完了するまでの応答速度が速く、かつ、投影位置の移動精度が高く、前記第２の投影位置変更部は、前記第１の投影位置変更部よりも、変更可能な投影位置の範囲が広く、かつ、少なくとも１方向について投影位置の変更が可能であり、前記第１の投影位置変更部は、少なくとも、前記第２の投影位置変更部による投影位置の変更方向と同じ方向について、投影位置の変更が可能である。
【００１３】
上記の構成によれば、投影対象が移動すると、その移動に伴って、投影部による映像の投影位置が、第１および第２の投影位置変更部によって変更される。このとき、第１の投影位置変更部は、第２の投影位置変更部よりも、応答速度が速く（応答性が高く）、かつ、投影位置の移動精度が高い（分解能が高い）。一方で、第２の投影位置変更部は、第１の投影位置変更部よりも、変更可能な投影位置の範囲が広い。このため、投影対象の移動のうち、狭い範囲のすばやい移動（微動）に対しては、第１の投影位置変更部による投影位置の変更により、リアルタイムで精度の高い投影が可能となり、広範囲の大きくゆっくりとした移動（粗動）に対しては、第２の投影位置変更部による投影位置の変更により、リアルタイムで追従性の高い投影が可能となる。
【００１４】
しかも、第１の投影位置変更部は、少なくとも、第２の投影位置変更部による投影位置の変更方向と同じ方向について、投影位置の変更が可能であるため、上記方向に粗動と微動とが混ざった態様で投影対象が複雑に移動する場合でも、投影映像を投影対象にうまく追従させることができる。つまり、上記方向における粗動については、第２の投影位置変更部による投影位置の変更で対応し、上記方向における微動については、第１の投影位置変更部による投影位置の変更で対応することで、複雑に移動する投影対象に投影映像をうまく追従させることができる。
【００１５】
したがって、投影位置を変更する機構として、微動および粗動の両方に対応可能な単一の機構、つまり、大型で能力の高い特殊な機構を用いることなく、複雑に移動する投影対象に対して、映像をリアルタイムですばやくぴったりと重なるように投影することができる。
【００１６】
前記第１の投影位置変更部は、鏡筒または前記鏡筒に含まれる少なくとも１枚のレンズを光軸に垂直な方向にシフトさせることにより、投影位置を光学的に変更する光学シフト機構で構成されており、前記第２の投影位置変更部は、投影位置をパン方向およびチルト方向に変更するパン・チルト雲台で構成されていてもよい。
【００１７】
第１の投影位置変更部を構成する光学シフト機構は、光学系のみをシフトさせる機構であり、例えばパン・チルト雲台に比べて小型、軽量であるため、投影対象の狭い範囲のすばやい移動（微動）に投影位置を追従させる機構として非常に有利である。また、第２の投影位置変更部を構成するパン・チルト雲台は、パン方向およびチルト方向に投影位置を大きく変更することができることから、投影対象の広範囲の移動（粗動）に投影位置を追従させる機構として非常に有利である。
【００１８】
前記第１の投影位置変更部は、全投影領域の一部に映像を表示させるとともに、前記全投影領域の中で、前記映像を表示させる一部の領域をシフトさせることにより、前記映像の投影位置を電子的に変更する電子シフト機構で構成されており、前記第２の投影位置変更部は、投影位置をパン方向およびチルト方向に変更するパン・チルト雲台で構成されていてもよい。
【００１９】
第１の投影位置変更部を構成する電子シフト機構は、映像の投影位置を電子的に変更するものであり、パン・チルト雲台のように投影位置を機械的に変更するものではないため、投影対象の狭い範囲のすばやい移動（微動）に投影位置を追従させる機構として非常に有利である。また、第２の投影位置変更部を構成するパン・チルト雲台は、パン方向およびチルト方向に投影位置を大きく変更することができることから、投影対象の広範囲の移動（粗動）に投影位置を追従させる機構として非常に有利である。
【００２０】
前記第１の投影位置変更部は、前記指令に基づいて、映像の投影倍率を変更してもよい。この場合、投影対象が前後方向、つまり、投影装置に対して近づく方向または遠ざかる方向に移動する場合でも、投影対象の前後方向の位置に応じた大きさで、投影対象に映像を投影することができる。
【００２１】
前記投影部は、映像を拡大または縮小して投影するためのズームレンズを備えたものであり、前記第１の投影位置変更部は、前記ズームレンズを光軸方向に移動させることにより、前記投影倍率を変更してもよい。ズームレンズの光軸方向への移動により、投影倍率を光学的に変更することができる。
【００２２】
前記第１の投影位置変更部は、全投影領域の一部に映像を表示させるとともに、前記全投影領域の中で、前記映像を表示させる一部の領域を拡大または縮小させることにより、前記投影倍率を変更してもよい。このように電子的な方法で投影倍率を変更することにより、ズームレンズの移動によって投影倍率を変更する場合に比べて、可動部を減らすことができる。これにより、機械的な故障の発生を低減して装置の信頼性を高めることができ、また、システムコストを低減することもできる。
【００２３】
上記の投影装置は、前記第１および第２の投影位置変更部を同時に駆動する第１の駆動モードと、前記第１および第２の投影位置変更部のどちらか一方のみを駆動する第２の駆動モードとを切り替える駆動モード制御部をさらに備えていてもよい。
【００２４】
この場合、投影対象の移動が「微動＋粗動」の場合だけでなく、「微動のみ」または「粗動のみ」の場合でも、必要な投影位置変更部のみを駆動して投影位置を変更させることができる。
【００２５】
前記駆動モード制御部は、前記位置検出部にて検出された前記投影対象の位置情報の変化に基づいて前記投影対象の移動の態様を判断し、その判断結果に基づいて前記第１の駆動モードと前記第２の駆動モードとを切り替えてもよい。
【００２６】
駆動モード制御部が、投影対象の位置情報の変化に基づいて投影対象の移動の態様、すなわち、上記移動が「粗動のみ」であるか、「微動のみ」であるか、「粗動＋微動」であるかを判断し、その判断結果に基づいて第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り替えることにより、投影対象の移動の態様に応じた適切な駆動モードで、必要な投影位置変更部のみを駆動して投影位置を変更させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
上記の構成によれば、投影位置を変更する機構として、微動および粗動の両方に対応可能な単一の機構、つまり、大型で能力の高い特殊な機構を用いることなく、複雑に移動する投影対象に対して、映像をリアルタイムですばやくぴったりと重なるように投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る投影装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】上記投影装置が備える投影位置変更部の外観を模式的に示す斜視図である。
【図３】上記投影位置変更部の他の構成を示す斜視図である。
【図４】上記投影位置変更部のさらに他の構成を示す斜視図である。
【図５】投影対象である人が舞台上を歩いて移動するシーンを模式的に示す説明図である。
【図６】図５のシーンを粗動と微動とに分別した状態を示す説明図である。
【図７】上記投影装置が備える制御部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図８】上記投影装置の他の構成を示すブロック図である。
【図９】図８の構成におけるパン・チルト雲台の斜視図である。
【図１０】上記投影装置のさらに他の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００３０】
〔投影装置の構成〕
図１は、本実施形態の投影装置１の概略の構成を示すブロック図である。投影装置１は、移動する投影対象に映像を投影するものであり、投影部２と、投影位置変更部３と、位置検出センサ４と、制御部５とを備えている。
【００３１】
移動する投影対象としては、例えば舞台の上でパフォーマンスをしている人間を想定することができるが、移動するものであれば人間以外の動物や物（例えばボール）であってもよい。また、投影対象の移動には、微動および粗動が含まれる。投影対象の微動とは、投影対象の移動範囲の狭い、比較的速い動きを指し、粗動とは、投影対象の移動範囲の広い、比較的遅い動きを指す。このような投影対象の移動には、投影対象全体（例えば人間の体全体）の移動も含まれるし、投影対象の一部の部位（例えば人間の手）の移動も含まれるものとする。以下、投影装置１の各構成について説明する。
【００３２】
投影部２は、投影対象に映像を投影するものであり、例えばプロジェクタで構成される。つまり、投影部２は、光源、光変調素子（例えば液晶パネル）、その他の光学部品を収容する本体２ａ（図２参照）と、投影レンズを保持した鏡筒２ｂ（図２参照）とを有して構成されている。
【００３３】
投影位置変更部３は、投影部２による映像の投影位置を変更するものであり、２種の投影位置変更部で構成されている。ここでは便宜的に、一方の投影位置変更部３を第１の投影位置変更部１１とし、他方の投影位置変更部３を第２の投影位置変更部１２とする。第１の投影位置変更部１１および第２の投影位置変更部１２は、投影対象の移動に伴って投影位置を変更することが可能となっている。また、第２の投影位置変更部１２は、少なくとも１方向（例えばパン方向）について投影位置の変更が可能となっており、第１の投影位置変更部１１は、少なくとも、第２の投影位置変更部１２による投影位置の変更方向と同じ方向（例えばパン方向）について、投影位置の変更が可能である。なお、投影位置変更部３の詳細については後述する。
【００３４】
位置検出センサ４は、投影対象の位置を検出する位置検出部であり、例えばパターン投影やＴＯＦ（time of flight）により３次元の位置情報を得るＩＲ（infrared）カメラで構成されるが、その他、レーザーレーダー、超音波センサ、デジタルカメラなどで構成されてもよい。
【００３５】
制御部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部で構成されており、位置検出センサ４にて検出された投影対象の位置情報に基づいて、第１の投影位置変更部１１および第２の投影位置変更部１２に対して投影位置を変更するための指令を与える投影位置制御部である。なお、制御部５の詳細な構成については後述する。
【００３６】
〔投影位置変更部の詳細について〕
図２は、投影位置変更部３の外観を模式的に示す斜視図である。第１の投影位置変更部１１は、投影位置を光学的に変更する光学シフト機構１１ａで構成されている。
【００３７】
光学シフト機構１１ａによるシフト方式としては、本実施形態では、鏡筒シフト方式を採用している。鏡筒シフト方式とは、図２に示すように、投影部２の鏡筒２ｂをレンズの光軸に垂直な方向にシフトさせることにより、投影位置を光学的に変更する方式である。この光学シフト機構１１ａは、鏡筒２ｂを移動させるための後述する微動用アクチュエータ３２ａ（図７参照）と、微動用アクチュエータ３２ａを駆動するための微動用ドライバ３２ｂ（図７参照）とを含む。
【００３８】
上記シフト方式としては、鏡筒シフト方式以外にも、図３に示す単レンズシフト方式や、図４に示すレンズ群シフト方式を採用することもできる。単レンズシフト方式とは、鏡筒２ｂに含まれる複数のレンズのうちの１枚のレンズＬのみを光軸に垂直な方向にシフトさせることにより、投影位置を光学的に変更する方式である。また、レンズ群シフト方式とは、鏡筒２ｂに含まれる複数のレンズのうち、２枚以上のレンズからなるレンズ群Ｇを光軸に垂直な方向にシフトさせることにより、投影位置を光学的に変更する方式である。単レンズシフト方式およびレンズ群シフト方式は、鏡筒シフト方式よりもさらに被駆動部分の重量が軽くなっている。単レンズやレンズ群を駆動するアクチュエータとしては、例えばＶＣＭ（ボイスコイルモータ）、圧電超音波リニアアクチュエータ（ＳＩＤＭ：Smooth Impact Drive Mechanism）、ＳＴＭ（ステッピングモータ）などを適用することが可能である。なお、光学シフト機構１１ａは、鏡筒シフト方式と単レンズシフト方式またはレンズ群シフト方式とを組み合わせて投影位置を変更することも勿論可能である。
【００３９】
このように、第１の投影位置変更部１１を光学シフト機構１１ａで構成することにより、第２の投影位置変更部１２よりも、応答性が高く、分解能も高い第１の投影位置変更部１１を実現することができる。ここで、応答性とは、制御部５によって投影位置を変更する指令が与えられてから投影位置の変更が完了するまでの応答速度のことである。したがって、応答性が高いとは、上記応答速度が速いことを指す。また、分解能とは、投影位置を変更する際の移動精度のことであり、分解能が高いとは、移動精度が高い、すなわち、変更後の投影位置と目標位置とのズレが小さいことを指す。
【００４０】
一方、第２の投影位置変更部１２は、投影位置をパン方向（左右方向）およびチルト方向（上下方向）に変更するパン・チルト雲台１２ａで構成されている。本実施形態では、パン・チルト雲台１２ａに投影部２および第１の投影位置変更部１１が搭載されており、これらを一体としてパン方向およびチルト方向に回転可能となっている。パン・チルト雲台１２ａの可動範囲は、パン方向に約１８０度、チルト方向に約９０度である。これにより、第１の投影位置変更部１１よりも第２の投影位置変更部１２のほうが、変更可能な投影位置の範囲が広く確保されている。なお、パン・チルト雲台１２ａは、搭載物をパン方向およびチルト方向に移動（回転）させるための後述する粗動用アクチュエータ３１ａ（図７参照）と、粗動用アクチュエータ３１ａを駆動するための粗動用ドライバ３１ｂ（図７参照）とを含む。
【００４１】
〔投影動作について〕
図５は、投影対象である人が、舞台上をＸ方向（舞台左端Ａから舞台右端Ｂに向かう方向）に歩いて移動する様子（シーン）を模式的に示している。ここでは、例として、舞台上を歩きながら移動する人の右手の甲に、映像として“☆”マークを投影することを考える。
【００４２】
この場合の左から右に移動するといった運動を粗動とし、歩く際の（肩を支点とした）右手の振り子のような運動を、微動とする。図６は、図５のシーンを粗動と微動とに分別した状態を示している。本実施形態では、人の移動を検出して、これを粗動と微動とに分別し、粗動に対する投影位置の変更と、微動に対する投影位置の変更とを別々の投影位置変更部によって行うことで、移動する人の右手の甲に、映像としての“☆”マークをぴったりと投影するようにしている。
【００４３】
より詳しく説明すると、制御部５は、位置検出センサ４（例えばカメラ）により撮影した複数の映像（時間的にずれた各フレームの映像）から、対応する追従対象（ここでは舞台上の人）を抽出する作業を繰り返し、その追従対象の位置情報と各フレーム間の時間差）とから、人の運動（変位およびその方向、速度、加速度）を把握する。このとき、制御部５は、図５のシーンにおいて、舞台上のある基準位置に対する人の重心の運動を抽出することで、粗動を把握することができ、その重心を基準とした腕の運動を抽出することで微動を把握することができる。なお、人の運動の速度は、変位を微分することで得ることができ、運動の加速度は、速度を微分することで得ることができる。
【００４４】
次に、制御部５は、抽出された粗動と微動に対して、粗動用の第２の投影位置変更部１２と微動用の第１の投影位置変更部１１に、投影位置を変更するための指令（指令値）をそれぞれ与えてこれらを駆動し、投影位置を変更させる。これにより、移動する人に対して映像（“☆”マーク）をぴったりと投影することができる。その理由は以下の通りである。
【００４５】
例えば、投影位置を変更する機構としてパン・チルト雲台だけを用いて、上記シーンでの投影を行おうとした場合、そのパン・チルト雲台だけで粗動と微動に対応した投影位置に投影部の向きを変更しなければならない。そのため、パン・チルト雲台には、粗動と微動の両方に対応できる応答性・分解能・可動範囲が要求され、結果として投影位置変更機構が大型（もしくは高性能）になってしまう。また、明るい映像を投影するために大型のプロジェクタを用いた場合、投影位置変更機構が駆動しなければならない部分の重量が増大し、さらに大型（もしくは高性能）な投影位置変更機構が必要となる。
【００４６】
しかし、本実施形態のように、投影位置変更機構として、図２で示したように、第１の投影位置変更部１１および第２の投影位置変更部１２を有する投影位置変更部３を用い、第１の投影位置変更部１１に、追従範囲（投影位置の変更可能範囲）は狭いが、高い応答性および分解能を持たせ、第２の投影位置変更部１２に、応答性および分解能は低いが、広い追従範囲を持たせることにより、人がステージ上を歩いて移動する運動（粗動）については、第２の投影位置変更部１２によって広範囲で追従しながら、振り子運動をする人の手の甲の運動（微動）については、第１の投影方向変更部１１によって応答性よく、かつ高い移動精度で追従することができる。
【００４７】
しかも、第１の投影位置変更部１１は、少なくとも、第２の投影位置変更部１２による投影位置の変更方向と同じ方向について、投影位置の変更が可能であるので、投影位置変更部３は、同一方向における粗動と微動との両方に対応することができる。つまり、ある方向の粗動については第２の投影位置変更部１２による投影位置の変更で対応し、上記方向の微動については第１の投影位置変更部１１による投影位置の変更で対応することができる。これにより、上記方向に人が複雑に（粗動と微動とが混ざった態様で）移動する場合でも、投影対象である人に投影映像をうまく追従させることができる。
【００４８】
つまり、本実施形態のように、２種の投影位置変更部（第１の投影位置変更部１１、第２の投影位置変更部１２）を用い、微動および粗動に適した駆動源（モータ）をこれらに搭載して共働させることにより、投影位置を変更する機構として、投影対象の微動および粗動の両方に対応可能な大型で能力の高い特殊な機構を用いることなく、複雑に移動する投影対象に対して、映像をリアルタイムですばやくぴったりと重なるように投影することができる。
【００４９】
特に、右手の甲のような、移動範囲が狭く、比較的速い運動をする対象に追従するためには、被駆動部分の重量が軽いほうが有利である。その点において、第１の投影位置変更部１１を構成する光学シフト機構１１ａは、投影装置１の構成要素のうち、光学系のみを駆動する方式を採用するため（小型軽量で構成可能なため）有利である。また、光学シフト機構１１ａは小型で構成可能であることから、第２の投影位置変更部１２に加えて第１の投影位置変更部１１（光学シフト機構１１ａ）を設けても、粗動と微動の両方に対応できる単一で大型の投影位置変更機構を用いる場合に比べると、投影装置１の大型化を低減することができる。
【００５０】
また、パン・チルト雲台１２ａは、上述したようにパン方向に約１８０度、チルト方向に約９０度と、投影位置を大きく変更することができることから、投影対象の広範囲の移動（粗動）に投影位置を追従させる第２の投影位置変更部１２に非常に有効である。
【００５１】
〔制御部の詳細について〕
次に、上述した制御部５の詳細について説明する。図７は、制御部５の詳細な構成を示すブロック図である。制御部５は、粗動／微動分別部２１と、粗動目標値算出部２２と、微動目標値算出部２３と、粗動指令値演算部２４と、微動指令値演算部２５とを有している。これらは１つのＣＰＵで構成することもできるし、別々のＣＰＵで構成することもできる。
【００５２】
粗動／微動分別部２１は、位置検出センサ４（カメラ）で撮影された各フレームの画像から投影対象（例えば人）を抽出し、抽出した人の運動を粗動と微動とに分別するとともに、２つのフレームの時間差から、粗動および微動の変位、速度、加速度を求める。なお、粗動と微動との分別は、上述のように、舞台上のある基準位置に対する人の重心の運動の抽出で粗動を把握し、その重心を基準とした腕の運動の抽出で微動を把握することで行うことができる。
【００５３】
粗動目標値算出部２２は、粗動／微動分別部２１で分別された粗動のデータ（変位、速度、加速度）から、粗動の目標の投影位置、目標の速度、目標の加速度をそれぞれ算出する粗動目標位置算出部２２ａ、粗動目標速度算出部２２ｂ、粗動目標加速度算出部２２ｃと、これらで算出された情報の少なくともいずれかを粗動指令値演算部２４に出力するスイッチング素子２２ｄとを備えている。
【００５４】
微動目標値算出部２３は、粗動／微動分別部２１で分別された微動のデータ（変位、速度、加速度）から、微動の目標の投影位置、目標の速度、目標の加速度をそれぞれ算出する微動目標位置算出部２３ａ、微動目標速度算出部２３ｂ、微動目標加速度算出部２３ｃと、これらで算出された情報の少なくともいずれかを微動指令値演算部２５に出力するスイッチング素子２３ｄとを備えている。
【００５５】
粗動指令値演算部２４は、粗動目標値算出部２２にて算出された、粗動の目標の投影位置、目標の速度、目標の加速度の少なくともいずれかを用い、目標の位置に、あるいは目標の速度、目標の加速度で投影位置が移動するように、投影装置１の現在の位置を加味して、第２の投影位置変更部１２を駆動するための指令値を演算する。投影装置１の現在の位置を加味するのは、投影装置１の位置、つまり、投影対象と投影装置１との距離によっては、同じ指令値で第２の投影位置変更部１２を駆動しても、投影対象に対する投影位置がずれるためである。なお、位置検出センサ４での投影対象の位置検出と同時に、位置検出センサ４と投影対象との距離も検出できるので、これによって粗動指令値演算部２４が投影装置１の位置を把握することは可能である。
【００５６】
粗動指令値演算部２４にて演算された粗動に関する指令値は、第２の投影位置変更部１２の粗動用ドライバ３１ｂに入力される。粗動用ドライバ３１ｂが上記指令値に基づいて、粗動用アクチュエータ３１ａを駆動することにより、第２の投影位置変更部１２のパン・チルト雲台１２ａが駆動され、投影位置が目標の位置に、あるいは目標の速度または加速度で変更される。
【００５７】
微動指令値演算部２５は、微動目標値算出部２３にて算出された、微動の目標の投影位置、目標の速度、目標の加速度の少なくともいずれかを用い、目標の位置に、あるいは目標の速度、目標の加速度で投影位置が移動するように、投影装置１の現在の位置を加味して、第１の投影位置変更部１１を駆動するための指令値を演算する。投影装置１の現在の位置を加味するのは、上記と同様の理由による。
【００５８】
微動指令値演算部２５にて演算された微動に関する指令値は、第１の投影位置変更部１１の微動用ドライバ３２ｂに入力される。微動用ドライバ３２ｂが上記指令値に基づいて，微動用アクチュエータ３２ａを駆動することにより、光学シフト機構１１ａが駆動され、投影位置が目標の位置に、あるいは目標の速度または加速度で変更される。
【００５９】
〔投影装置の他の構成〕
図８は、投影装置１の他の構成を示すブロック図であり、図９は、図８の構成におけるパン・チルト雲台１２ａの斜視図である。図８の投影装置１は、第１の投影位置変更部１１として電子シフト機構１１ｂを用い、第２の投影位置変更部１２を構成するパン・チルト雲台１２ａが投影部２のみを搭載する構成とした以外は、図１の投影装置１と同様の構成である。
【００６０】
電子シフト機構１１ｂは、全投影領域の一部に映像を表示させるとともに、全投影領域の中で、映像を表示させる上記一部の領域をシフトさせることにより、映像の投影位置を電子的に変更するものである。このような電子シフト機構１１ｂは、具体的には、全投影領域の中で一部の映像表示領域がシフトするように投影映像のデータを加工する画像処理部で構成される。このように全投影領域の中の一部を映像表示領域として使用し、他の領域には映像を表示しない（投影光無し＝黒にする）ようにして、投影部２を動かさずに映像表示領域を全投影領域の中でシフトさせることにより、投影位置を実質的に変えることができる（電子シフト方式）。
【００６１】
電子シフト機構１１ｂは、上述のように映像の投影位置を電子的に変更するものであり、パン・チルト雲台のように投影位置を機械的に変更するものではないため、投影対象の狭い範囲のすばやい移動（微動）に投影位置を追従させる第１の投影位置変更部１１として非常に有効である。
【００６２】
また、電子シフト方式の場合、光軸の可動範囲に相当する全投影領域が必要となるため、鏡筒シフト方式などのように投影位置を物理的に変更する方法と比較して、投影映像の明るさや解像度が劣ることになる。しかし、可動部を減らすことが可能なため、信頼性を高めるとともに、システムコストを低減することが可能である。
【００６３】
また、図１０は、投影装置１のさらに他の構成を示すブロック図である。図１０の投影装置１は、投影部２として、映像を拡大または縮小して投影するためのズームレンズを搭載したものを用いた以外は、図１の投影装置１と同様の構成である。
【００６４】
例えば、舞台上での人のパフォーマンス等において、舞台奥行き方向への移動がないパフォーマンスというのは考えにくい。図１および図８の構成では、舞台の左右方向における投影対象の移動については投影位置を追従させることができるが、舞台奥行き方向（前後方向、投影装置に対して近づく方向または遠ざかる方向）の移動については投影位置を追従させることができない。しかし、図１０のように、ズームレンズ搭載型の投影部２を用いることで、舞台奥行き方向への移動に対応した投影位置の追従も可能となり、適用可能な投影シーンの幅（投影のバリエーション）を広げることができる。
【００６５】
例えば投影対象が投影装置１から離れる方向に移動した際には、投影倍率を小さくすることで、投影対象に対する投影映像の大きさを保ったまま、投影を続けることが可能であり、逆に、投影対象が投影装置１に近づいてきた場合は、その逆の対応を取ればよい。なお、このような対応は、演出内容次第で行う必要が無い場合もあり、さらに上記とは逆の対応を行う場合も考えられる。
【００６６】
このように映像の投影倍率（拡大率、縮小率）を変更する方法としては、投影部２のズームレンズを光軸方向に移動させて投影倍率を光学的に変更する方法がある。第１の投影位置変更部１１の光学シフト機構１１ａが、光軸に垂直な方向へのレンズまたは鏡筒のシフトに加えて、光軸方向へのズームレンズの移動も併せて行い、投影倍率を変更することで、舞台奥行き方向に投影対象が移動した場合でも、その移動に投影位置を追従させることができる。
【００６７】
ここで、位置検出センサ４は、上述のように、投影対象の位置と投影装置１との距離を検出することができるので、その距離情報を制御部５に供給し、制御部５にて目標となる投影倍率を算出し、これを光学シフト機構１１ａの駆動のための指令値に含ませればよい。光学シフト機構１１ａがその指令値に基づいて投影倍率を変更することにより、投影対象の奥行き方向の位置に応じた大きさで映像を投影することができる。
【００６８】
また、投影部２がズームレンズを備えていない場合でも、電子的な方法で投影倍率を変更することが可能である。例えば、投影部２がズームレンズを備えていない図８の構成において、電子シフト機構１１ｂが、投影映像のデータを加工して、全投影領域の中の一部を映像領域として使用し、他の領域には映像を表示しない（投影光無し＝黒にする）ようにして、投影部２を動かさずに映像表示領域を全投影領域の中で拡大または縮小させることによっても、映像の投影倍率を実質的に変えることができる（電子ズーム方式）。
【００６９】
電子ズーム方式では、投影映像の最大拡大率に相当する全投影領域が必要となるため、ズーム光学系を動かすような物理的な手段と比較して投影映像の明るさや解像度が劣ることになるが、可動部を減らして信頼性を高めるとともに、システムコストを低減することが可能である。
【００７０】
〔駆動モードの切り替えについて〕
上記した制御部５は、第１の投影位置変更部１１および第２の投影位置変更部１２の駆動モードを制御する駆動モード制御部として機能してもよい。より具体的には、第１の投影位置変更部１１および第２の投影位置変更部１２を同時に駆動するモードを第１の駆動モードとし、第１の投影位置変更部１１および第２の投影位置変更部１２のどちらか一方のみを駆動するモードを第２の駆動モードとしたとき、制御部５は、第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り替える制御を行ってもよい。
【００７１】
投影対象の移動（運動）の態様として、上述したように粗動と微動とが同時に発生する態様もあるが、粗動のみ、または微動のみが発生する態様もある。例えば、その場で足踏みだけをしている人の運動としては、微動のみが発生しており、転がっているボールの運動としては、粗動のみが発生している。したがって、その場で足踏みだけをしている人の足に映像を投影する場合は、微動に対する投影位置の変更で対応でき、転がっているボールに映像を投影する場合は、粗動に対する投影位置の変更で対応できる。
【００７２】
よって、制御部５が第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り替えることにより、投影対象の移動が「微動＋粗動」の場合だけでなく、「微動のみ」または「粗動のみ」の場合でも、必要な投影位置変更部のみを駆動して投影位置を変更させることができる。
【００７３】
特に、制御部５は、上述したように、位置検出センサ４にて検出された投影対象（人）の各フレーム間での位置情報の変化に基づいて、人の重心の運動から粗動を把握でき、その重心を基準とした腕の運動から微動を把握できる。したがって、制御部５が、上記位置情報の変化に基づいて投影対象の移動の態様（「粗動＋微動」、「粗動のみ」、「微動のみ」）を判断し、その判断結果に基づいて第１の駆動モードと第２の駆動モードとを切り替えることにより、投影対象の移動の態様に応じた適切な駆動モードで、必要な投影位置変更部のみを駆動して投影位置を変更させることができる。
【００７４】
〔その他〕
以上では、人が歩く場合の大きな移動を粗動とし、腕の振りによる変位を微動として説明したが、粗動と微動の定義はこれに限定されるわけではない。追従させたい物体の運動に関して、移動範囲が広く比較的ゆっくりとした動きを粗動とし、移動範囲が狭く比較的速い動きを微動とすることができる。よって、粗動と微動との境界は、投影対象によって異なる。
【００７５】
なお、例えば図５で示したシーンにおいて、人の手と足にそれぞれ追従する映像を投影したい場合には、投影部２を２台設置して投影を行うことが可能であり、同様に、複数人に映像を投影したい場合には、複数台の投影部２を用いて映像を投影することが可能である。この場合でも、上述した本実施形態の構成および制御を適用することは勿論可能である。
【００７６】
以上、本実施形態では、主に動体プロジェクションマッピングが可能な投影装置について説明したが、この投影装置は本実施形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で様々な変形が可能なことは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、移動する投影対象に映像を投影するプロジェクタ等の投影装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１      投影装置
２      投影部
３      投影位置変更部
４      位置検出センサ（位置検出部）
５      制御部（投影位置制御部、駆動モード制御部）
１１      第１の投影位置変更部
１１ａ    光学シフト機構
１１ｂ    電子シフト機構
１２      第２の投影位置変更部
１２ａ    パン・チルト雲台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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