(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
ステージ上の演技者の形状である少なくとも一つの影像の電気信号値表現を表す少なくとも一つのテンプレートと、
前記光源と光学的に直列に配置され、位置を変更すべく電気的に制御される電気的に制御可能な複数のミラーと、
前記テンプレートに応じて位置を変更すべくミラーを制御することにより、前記テンプレートが表す形状に応じて、前記光源からステージに投影される光の形を変化させる制御システムと
を含んでなるステージ照明用光投影装置のためのミラーゴーボー。
【請求項２】
ソフトウェアに基づくシステムを用いてゴーボーの形状を定めることにより同ゴーボーの形状の影像を示すコンピュータファイルを設け、
同ファイルを使用して光の影像をステージ上に投影し、
前記ゴーボーの形状を定めるにあたり、ステージ上の演技者の形状を監視し、ステージ上の演技者の形状に近似した影像を形成するとともに、
前記コンピュータファイルの使用にあたり、ステージ上に投影されるスポットの形を作るために前記影像を使用してステージ上の演技者の形状に近似したスポットが形成されるようにしたゴーボーの操作方法。
【請求項３】
ステージに投影される通過光の形状を変更するステージ照明用光投影装置であって、
入力影像を受け取り同入力影像に何らかの変更を加えて変更された影像を形成するタイプの影像処理ソフトウェアを動作させるプロセッサエレメントであって、同プロセッサエレメントは、前記影像処理ソフトウェアを用いて前記影像を変更し、変更された影像を示す出力信号を生成するプロセッサエレメントと、
前記プロセッサエレメントに接続されるとともに前記出力信号に応答するデジタル式光変更装置であって、同デジタル式光変更装置は、前記変更された影像の電気信号値に基づいて光を伝える領域を生成するデジタル式光変更装置と
を含んでなるステージ照明用光投影装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記デジタル式光変更装置が複数の個別のエレメントを含み、同エレメントの各々が最終的な光景の一部を制御するステージ照明用光投影装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置において、
前記光変更装置が、第１の位置と第２の位置との間で選択的に切り替え可能なミラーであるステージ照明用光投影装置。
【請求項６】
ステージ照明用スポットライト装置であって、
ステージ上の演技者の形状を判定して同形状を示すデジタル表現を生成する第１のエレメントと、
前記デジタル表現を記憶するメモリと、
光線の経路に位置し前記メモリ内の前記デジタル表現の内容と概ね適合するように前記光線の形状を変更する光形状変更装置と
を含んでなるステージ照明用スポットライト装置。
【請求項７】
前記第１のエレメントが影像獲得カメラを含む請求項６に記載のスポットライト装置。
【請求項８】
前記光形状変更装置が複数の可動ミラーを含んでおり、同可動ミラーがステージから離れる方向に光を通す第１の位置およびステージに光を通す第２の位置へと制御される請求項７に記載のスポットライト装置。
【請求項９】
前記第１のエレメントが、カメラと同カメラの出力をデジタル化するデジタル化エレメントとを含む請求項６に記載のスポットライト装置。
【請求項１０】
前記第１のエレメントが、ステージの影像に対する相関取りを行って前記影像における演技者の形状を判定するとともに、前記演技者の形状を同形状を示すデジタル表現に変換して、同デジタル表現を前記メモリの中に記憶する影像相関プロセッサを含む請求項６に記載のスポットライト装置。
【請求項１１】
前記メモリが、ビデオＲＡＭである請求項１０に記載のスポットライト装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置であって、前記演技者の位置を追跡する追跡エレメントをさらに含み、同追跡エレメントによって追跡された前記演技者の位置に追従するために移動する可動ライトをさらに含むスポットライト装置。
【請求項１３】
前記第１のエレメントがカメラをさらに含み、該カメラが前記可動ライトと共通の回転軸線を有する請求項１２に記載のスポットライト装置。
【請求項１４】
演技者を含むステージの一部の影像を得て、
前記影像を処理して該影像中の演技者の形状を判定し、
前記形状のデジタル表現を形成し、
演技者の形状を有する光線を形成すべく前記デジタル表現を使用することにより演技者の形状の光を投影する、
ステージ上の演技者をライティングする方法。
【請求項１５】
前記影像の処理にあたり、前記影像に対して演技者の形状を相関取りする請求項１４に記載の演技者をライティングする方法。
【請求項１６】
前記デジタル表現の使用にあたり、ステージから離れる方向に光を選択的に反射する請求項１４に記載の演技者をライティングする方法。
【請求項１７】
光線投影装置の視野内にあるステージ上の演技者の形状を示す情報を得て、
前記情報を調整して前記演技者の形状の輪郭を僅かに縮小することにより補正情報を形成し、
前記補正情報を使用して投影中の光の形状を変更することにより前記演技者の形状を有する光線を投影する、
ステージ演技者を照明する方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記補正情報を使用して光の形状を変更するにあたり、
印加される信号に応答して移動することのできる可動ミラーのアレイを設け、
前記可動ミラーのアレイにマッピングされるべき信号アレイとなるように前記補正情報を形成すべく同情報を処理してなり、
前記マイクロミラーは、前記信号アレイに応答して該信号アレイの状態を制御することにより、印加される信号の状態に応じてステージに向かう方向およびステージから離れる方向に選択的に光を反射する、
ステージ演技者を照明する方法。
【請求項１９】
前記演技者の形状を示す情報を得るにあたり、
ある光景の影像を得て、前記光景を処理して該光景内の演技者の形状を規定し、
前記形状を同形状を示すデジタル情報に変換する請求項１７に記載のステージ演技者を照明する方法。
【請求項２０】
ステージ上の演技者を含むステージの影像を分析して、ステージ上の演技者の形状を規定し、
前記形状と適合するように、ステージ上に投影される光の形状を調整することを特徴とする影のないスポットライトを形成する方法。
【請求項２１】
前記ステージ上に投影される光を調整するにあたり、前記光の形状を実質的に正確に前記規定された演技者の形状に合わせる請求項２０に記載の影のないスポットライトを形成する方法。
【請求項２２】
光の形状を調整する前に、前記演技者の形状を僅かに縮小する請求項２０に記載の影のないスポットライトを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明はプログラマブル光線形状作成装置に関する。より具体的には、本発明は通過する光線の形状を変更することができ、且つこれらの形状の付与された光線に種々の効果を与える制御システム及びマイクロミラー装置を教示する。
発明の背景
光線に形を与えることはこの分野において知られている。これは、典型的にはゴーボー（遮光板，ｇｏｂｏ）として知られるエレメント（要素，素子）を用いて達成される。ゴーボーのエレメントは通常はシャッター又はエッチングされたマスクとして具体化される。ゴーボーは投影される光におけるステンシルのように光線に形を与える。
ゴーボーは単純なオン／オフ装置である。即ち、ゴーボーは光線の一部の通過を許容し、且つ他の部分が通過しないように同他の部分をブロックする。これゆえに機械的なゴーボーは非常に単純な装置である。最近のレーザーエッチングされたゴーボーは、グレースケール（無彩色スケール）効果を与えることにより更に一歩進んでいる。
典型的には複数の異なったゴーボーの形状作成は、異なったゴーボーの中から選択するために回転されるカセット又はカセットのようなものの中にゴーボーを配置することにより得られる。ゴーボーそれ自身も、例えば米国特許第５，１１３，３３２号及び米国特許第４，８９１，７３８号に開示された技術を用いて、そのカセットの中で回転され得る。
これらの全ての技術は、限られた数のゴーボー形状のみが与えられ得るという欠点を有している。これらのゴーボー形状は前もって定められていなければならない。そのシステムにおいては、どんな種類の無彩色スケール（グレースケール）も提供するということはできない。そのシステムの解像度もまた機械加工の解像度によって制限される。このシステムは、異なるゴーボー形状の間で徐々に切換えるということが全くできない。更に、あるゴーボーと他のゴーボーとの間で移動することも、ゴーボーを移動させるエレメントの最大限可能な機械的な動作スピードで制限される。
種々の特許及び文献が液晶をゴーボーとして使用することを提案している。例えば、米国特許第５，２８２，１２１号はそのような液晶装置を開示している。我々自身の係属中の特許出願もそのことを提案している。しかしながら、このタイプの実用的な液晶素子はまだ開発されていない。強い強度（ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を有する光線のいくらかを遮蔽（ｂｌｏｃｋｉｎｇ）することによって引き起される極めて高い温度が莫大な量の熱を発生する。ブロジェクションゲートは，特に１０，０００ルーメンを越える強度を有し且つ時に２０００ワット程度のビームを遮蔽しなければならない。上述の特許出願は、熱の扱いに関する種々の技術について議論する。しかしながら、その光のエネルギーが液晶アレイを通過するので、そのエネルギーのいくらかは液晶に不可避的に蓄積される。液晶は本質的にそのような熱を蓄積することはできず、実際には液晶の相がそのような熱によって不安定になるかもしれない。それゆえ、要求される冷却量はこれを非現実的な仕事（ｔａｓｋ）とする。どのようにしてこの仕事をより現実的に達成するかについての研究が続いている。
本発明の目的は、デジタルの光線輪郭変更装置、即ち先行する如何なる装置とも完全に異なるように作動するゴーボーを提供することによってこの問題を解決することにある。特に、この装置は、もし光線の形状変更装置が望ましくない光を遮蔽する代りに選択的に偏向するのであれば、そのようなシステムにおける熱の問題の多くが除去されるという本発明者の考えを具体化したものである。
本発明の望ましい態様はデジタル式に制御される半導体のマイクロミラー装置（デバイス）を使用する。しかしながら、選択的に制御可能な複数の反射エレメントであれば如何なるものもこの目的に使用され得る。移動可能に配置される小さい大きさのミラーの列（アレイ）を使用する特別の光学機器が、要求される影像（ｉｍａｇｅ）を作り出すために使用される。最終的な影像を規定する複数のマイクロミラーは列中（アレイ中）に適宜に配置される。その影像の解像度はマイクロミラーの大きさ（ここでは片面で１７μｍであるが）によって制限される。
ミラーは、光が投影レンズシステムのフィールド上に照射される第１の位置と、光が投影レンズシステムから離れるように偏向される第２の位置との間で移動可能となっている。そのレンズから離れるように偏向される光は照射された（イルミネイトされた）物体上に結果として得られる影像において暗点として現れる。本発明によれば、マイクロミラーが不要な光を吸収するかわりに反射するので、熱の問題が最小限に抑えられる。吸収される熱はそのミラーの欠陥量とミラー間の空隙によって発生する。
デジタル式マイクロミラーの集積回路は現時点ではデキサス州ダラスのテキサスインストロメンタル社により製造されており、また「テキサスインストロメンタルデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）及びその投影ディスプレイへの適用についての概要」の中に記述されている。この適用についての簡単な報告書は、テレビジョンシステムにおいてデジタル式マイクロミラー装置を用いることを記述している。赤、緑、及び青と無彩色スケール（グレースケール）強度が、このシステムにおいてマイクロミラー装置を非常に高速のレートで調節することによって得られる。発明者は、これは彼の目的を完全に達成するように作動するであろうことを認めた。
従って、本発明の目的は、小さい大きさで可動であり他方に対して相対的に変化され得る位置を有するデジタル的に制御可能なミラーを含むそのような装置を、このステージライティングシステムにおいて光線形状変更装置として使用するように適応させることにある。
本発明の他の目的は、そのようなシステムを以前には聞いたことのない適用例に使用することにある。これらの適用はゴーボーに関してハードな又はソフトな光端縁（ビームエッヂ）の能動的な模造（シミュレーション）を含む。また、本発明の他の適用は、ゴーボーにより時間制御を使用するクロスフェード、特殊効果及びモーフィングを可能とすることにある。
また、本発明の他の目的は、ステージライティングシステムにおいて可変速度及び強度を有するストロボ効果を形成することである。これは「花形のストロボ（ｆｌｏｗｅｒ  ｓｔｒｏｂｅ）」を模擬することを含んでいる。
本発明の他の目的は、色の分割や色の回転を含みうる多様なカラーゴーボーシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、ソフトウェアでゴーボーの回転を実行すること、及び時間断片化技術（タイムスライス技術，ｔｉｍｅ  ｓｌｉｃｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用してゴーボーの回転の絶対位置及び速度制御を許容することにある。
他の目的は、同心的に形作られた影像とサポートされていない影像を許容することである。
本発明の他の目的は、そのような作動を許容するマイクロミラー装置の制御システムを提供することにある。
また、他の特に望ましいシステムは、演技者とほぼ同じ形状を有する照明光線を形成し、より好ましくは演技者と精密に一致する形状を有する照明ビームを形成する影の出ない追従スポット（ｓｈａｄｏｗｌｅｓｓ  ｆｏｌｌｏｗ  ｓｐｏｔ）である。光線スポットの光線形状は演技者の現在の輪郭を追跡する。そのスポットライトは演技者に光を当てつつ演技者に追従する。この動作はオペレータにより手動にて実行され得るか、又は例えばワイブロン（Ｗｙｂｒｏｎ）の自動操縦のように自動追跡システムを介して達成され得る。光線は演技者の体の輪郭と重なることがないので、演技者の影を投げかけない。
図面の簡単な記述
これらの、及び他の目的は添付した図面を参照して容易に理解されるであろう。ここにおいて、
図１はミラー素子が第１の位置にある場合の望ましい態様の単一ピクセルミラー素子を示している。
図２はミラー素子が第２の位置にある場合のミラー素子を示している。
図３は本発明のミラー組立体とその協働する光学機器を示している。
図４は本発明のＤＭＤにより実行される反射についての詳細を示している。
図５は本発明の制御電子機器のブロックダイヤグラムを示している。
図６は本発明の典型的な作動フローチャートを示している。
図７はエッヂ効果操作の作動フローチャートを示している。
図８Ａはステージ上の演技者をフォローする第１の技術についてのフローチャートを示している。
図８Ｂは関連する構成のフローチャートを示している。
図８Ｃは他の関連する構成のフローチャートを示している。
図９は本発明のカラー投影システムのブロックダイヤグラムを示している。
図９Ａは本発明のカラーホイールを示している。
図１０は影の出ない追従スポットの実施例のブロックダイヤグラムを示している。
好ましい実施例の記述
好ましい実施例について、先ず制御可能なミラー装置及び現在製造されている装置の作動方法についての簡単な記述から始める。
透過光の特性を調節する半導体をベースとしたデバイスについての研究は１９７０年代から続いている。既知のデジタル式マイクロミラー装置として２種類が存在している。第１のタイプは当初はフォーマルな膜のディスプレイと呼ばれていた。この第１のタイプは金属で被覆されたポリマーの膜で覆われたシリコン膜を用いていた。その金属で被覆されたポリマーの膜がミラーとして機能した。
キャパシタの他の要素は金属で被覆された素子の下部に配置された。そのキャパシターに電圧が加えられると、同キャパシターがポリマーの膜を引寄せ、最終的な反射の方向を変化させた。
しかしながら、より現代的な素子は、異なる方法で位置を変更する静電気的に偏向されるミラーを使用する。本発明で用いるミラーは、テキサスインストロメンタル社によって開発され提供されているが、ウエハ上に直接的にスパッタによって堆積されたアルミニウムのミラーを使用する。
個別のミラーが図１に示されている。各個別のミラーは、撓みやすいアルミニウムの梁（ビーム）上に中空のアルミニウムからなる柱１０２上に片持ち梁状に保持された反射機能を有するアルミニウムで形成された正方形のミラー板１００を含んでいる。これらのミラー１００の各々は２つの停止位置を有している。一つは図２に示されたようにミラーが第１位置に到達することを許容する着地電極であり、もう一つはミラーが非偏向位置にあるときにもたれかかる他の電極である。これらのミラーは、二つの「許容される」位置が光をレンズに向けて反射して物体を照らす第１の位置か、又は光がばらばらの位置に偏向される第２の位置のどちらかであるという意味においてデジタル（２値的な）装置である。このタイプの光の散乱（即ち、選択的な光の反射）は他の手段、即ち選択的に光を偏向させるポリマー、電子的に制御されるホログラム、光弁又は他の如何なる手段によってもなされ得る。
好ましいマイクロミラー装置に従って使用される暗視野投影光学系の作動が図３に示されている。この好ましい装置の二つの双安定位置は好ましくは水平方向からプラス−マイナス１０％である。
入ってくる照明光の束３０３はデジタル式マイクロミラー装置２２０上に２０°以下の円弧にて入射する。その照明光はミラー位置により２３０の方向又は２３２の方向の二つの方向のどちらか一つの方向にそのミラーで跳ね返る。第１の方向３０２においては、我々が「オン」と呼ぶ位置であるが、情報はその情報が要求される位置３０４に集中させるレンズ３０２に向かう０°方向３００に伝達される。ミラーの第２位置においては、我々が「オフ」と呼ぶ位置であるが、情報は望ましい位置から離れるように方向３０６に向けて偏向される。
人間の目は約１／３０秒より早い動作を知覚することができない。重要なことに、ミラーが左に傾いた状態から右に傾いた状態に移動する時間は１０μ秒のオーダーである。これは、ピクセルが人間の目の視覚の持続（残像時間）よりも多くの桁の大きさで（何倍ものオーダーで）早く変化することを許容する。
本発明に従って使用される光源３１０は、好ましくは強度の強い（ハイインテンシティ）の光源であって、例えばキセノン又は６００〜１０００ワットのメタルハライド電球等である。電球は好ましくは、電球３００からの出力を第１の光学的入射経路３０５に沿っうように方向付ける放物線状の又は楕円状タイプの反射体により囲まれている。
本発明の望ましい実施例は、例えば自分の特許第５，４２６，４７６号に記述されたような、カラークロスフェードシステム３１５を提供する。しかしながら、その代りに如何なる他の色彩変更システムも使用され得る。このクロスフェードシステムは光の色を調節する。光の強度もまた、電子的であるか機械的であるか又は電子機械的であるかにかかわらず如何なる種類の協働する調光器を使用して制御され得る。より好ましくは、ＤＭＤ３２０はここに記述されたように光線強度を制御するために使用される。
経路３０５に沿って投影される光線３１０はＤＭＤ３２０として具体化されたデジタル式光変更装置に点３２２にて入射される。ＤＭＤは異なる二つの状態間での作動を許容する。ＤＭＤのミラーが右方向に向けられるとき、光線は経路３２５に沿って投影／ズームレンズの組合わせ３３０，３３２に沿って反射される。そのズームレンズの組合わせ３３０，３３２は、ＤＭＤ３２０からの影像を好ましくはステージである照射する物体上に投影するように使用される。従って、その影像の大きさ及び鮮明さ（ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）の質はレンズを再配置することにより調整されうる。ミラーが右方向に傾けられると、光線は投影レンズ３３０／３３２からは離れ、光の経路３３５に沿って投射される。レンズから離れるように投射される光線を有するピクセルは最終的な影像において暗点として現れる。暗点はステージ上には表示されない。
このＤＭＤシステムは全てのピクセルからの情報を反射する。それゆえ、ＤＭＤそれ自身または他の光学機器には最小限のエネルギーが吸収される。装置はやはり熱くなるかもしれないが、液晶ゴーボーと同程度にまでは熱くなることはない。冷却装置３２５は依然として必要であるかもしれない。このＤＭＤは（ボーンホースト（Ｂｏｒｎｈｏｒｓｔ）ＬＣＤ）に開示されるいかなる技術によっても、又はヒートシンクや熱対流、又は冷却ユニットからの装置を横切る冷気を流すことによって冷却され得る。より好ましくは、熱い又は冷たいミラーが伝達される熱を最小限にするために光線からの赤外線を反射するように光線の経路において使用され得る。
図３は赤外線３３２をヒートシンク３３４に反射する熱いミラー３３０を示している。冷たいミラーは折り重なった光学経路とともに使用され得るであろう。
この基本システムは光を通過する特別の絞り形状を選択することを許容する。その形状はピクセルにより規定され、これらのピクセルはＤＭＤ３２０にマッピングされる（地図のように描かれる）。ＤＭＤは正しく形作られた絞りからの光を選択的にステージ上に反射する。光の残りの部分はどこか別のところに反射される。
マイクロミラーはその位置間をおよそ１０μ秒で切換えられ得る。フレームリフレッシュレートに対する通常の時間は、人間の視覚接続時間（残像時間）を考慮し、１／６０秒又は６０ヘルツである。その時間フレーム内で各ミラーピクセルの強度を調整することにより様々な効果が実行され得る。
テキサスインストロメンタル社によって作られているモノリシック集積回路は協働する行及び列のデコーダをその上に含んでいる。従って、本発明のシステムはその制御システムの一部としてそれらのものを含む必要はない。
ＤＭＤ３２０の詳細な作動が図４に示されている。光源の光線が経路３２５に沿ってステージに向って、又は経路３３５に沿ってステージから離れるように情報を伝達する位置３２２に入力される。
本発明に従って使用可能な種々の効果は自動強度調光（自動的に薄暗くすること）、「影のない追従スポット」の使用、ハード又はソフトな光のエッヂ、シャッターカット模擬、ゴーボークロスフェード、ゴーボーによる特殊効果、ストロボ効果、カラーゴーボー、絶対位置及び速度制御を含むゴーボーの回転、及び他のそのような効果とそれらの組合わせを含んでいる。
これらの効果の全てはプロセッサ装置上で実行されるソフトウエアにより制御され得る。重要なのは、投影された光線の特性（遮光板の形状、色等）はソフトウエアで制御され得るということである。このことは、如何なる影像フォーマットを有する如何なる影像に対してもなされ得る如何なるソフトウエア効果も、その光線に対してなされることを可能にする。使用されるソフトウエアは好ましくはアドビフォトショップやカイズパワーツールのような影像を操作するために使用される影像処理ソフトである。如何なる種類の影像操作もスクリーン上にマッピングされる。影像に対する各増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ）変化はそれが発生するに伴ってスクリーン上に描かれる（マッピングされる）。
このゴーボーの他の重要な特徴は、ステンシルによって形成され得ない非連結な形状を投影する能力である。その例は２つの同心円である。同心円の遮光板は円と円との間を物理的に連結するものが必要である。影像としてレンダリングすることのできる非連結な他の外形もまた表示され得る。
ソフトウエアにより実行される効果は３つの異なるカテゴリー、即ちエッヂ効果処理、影像形状処理、及びデユーティサイクル処理にグループ分けされる。
制御システムの全体が図５にブロックダイヤグラムの形で示されている。マイクロプロセッサ５００は、とりわけ図６のフローチャートを実行するプログラムを元にして作動する。光形状の変更はステンシルの外形に従って作動する。このステンシルの外形は如何なる影像又は影像の部分であり得る。影像源（ｉｍａｇｅ  ｓｏｕｒｃｅ）５５２からの影像は、その影像を原始的なフォームからコンピュータ上の記憶装置に適合したデジタル影像に変換するフォーマット変換器５５２に入力される。好ましいデジタル影像のフォーマットはビットマップ形式、ＧＩＦ，ＪＰＥＧ，ＰＣＸ形式（ピクセルあたり１ビット）ファイルのような圧縮されたビットマップ形式、ＢＭＰファイル（８ビット／ピクセル  Ｂ／Ｗ  又は２４ビット／ピクセル  カラー）又は幾何学的記述（ベクトル化された影像）を含んでいる。動く影像もまた例えばＭＰＥＧ等の如何なるアニメーション形式にても送られうる。如何なる影像表現形式も影像を表すのに使用されることができ、これらの如何なる表現も反射装置のアレイの反射位置を変更し得る情報を作り出すために使用され得るということが理解されるべきである。
本明細書では「デジタル表現」という言葉を、一般的には影像を表すのに使用されることができ、且つコンピュータで操作され得る如何なる形式をも意味するように用いる。
影像５５４は作業メモリ５５６に入力される。ＢＭＰ形式は影像の各「ピクセル」画素を多くのビットにより表現する。典型的なグレースケールのビットマップイメージは各ピクセルを８ビットで表す。この種のカラーイメージは赤、緑及び青の各々を８ビットで表す。このカラー表現は、２４ビットが各ピクセルに対し必要であることから２４ビット表現と呼ばれている。ここでの記述はグレースケールイメージを参照して与えられるが、このシステムは情報のより詳細なマップを形成することによるカラー影像と共にも使用され得ることが理解されるべきである。ビットマップは処理が最も簡単であるが記憶領域を極端に無駄にする。
各メモリ領域は各ピクセルを表しているが、従って８ビットを有している。メモリ５５６は５７６×７６８領域であり、好ましい使用方法においてミラー素子の数に対応している。
この影像は影像番号Ｘとして定義され、且つ後にそこから読出すために不揮発性メモリ５２０（例えば、フラッシュＲＡＭ又はハードディスク）内に記憶され得る。本発明の重要な特徴は影像が電子的に記憶され、それ故にこれらの影像が影像処理ソフトウエアを使用してリアルタイムに電子的に処理され得ることである。本発明の好ましい態様はビットマップ形式にて影像情報を操作するので、この影像処理は非常に早い連続で実行され得る。
投影されるべき影像はプロセッサ５００によってチャンネル５６０を経由してＶＲＡＭ５７０に送られる。ラインドライバ５６２とラインレシーバ５６４は両端にてその信号を記憶する。チャンネルはランプ装置内のローカルバスでよく、又はシリアルバスのような伝達線であってもよい。影像情報は上述したどのような形式であっても送られ得る。
標準的且つ共通的に利用可能な影像処理ソフトウエアは、ここにおいて記述した多くの機能を実行するのに利用しうる。これらは例えばモーフィング、回転、スケーリング、エッヂぼかし、又はここにおいて記述される他の操作等を含んでいる。商業的な影像処理には「カイズパワツール（Ｋａｉ’ｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌｓ）」、「コーレルドロー（ＣｏｒｅｌＤｒａｗ）」、又は「モーフスタジオ（Ｍｏｒｐｈ  Ｓｔｕｄｉｏ）」が例えば使用され得る。これらの機能は図６のフローチャートを参照しつつ示される。
ステップ６００は、エッヂ処理、影像処理、及びデューティサイクル処理から要求されている操作を判別するシステムを示す。影像処理操作が最初に定義される。簡単に述べると、影像処理操作は影像の回転、影像１から影像２へのモーフィング、影像形状のダイナミックコントロール及び特殊効果を含んでいる。これらの処理要素の各々は、効果的にその影像を時分割（タイムスライス）するために処理速度を選択することができる。本発明のモーフィングは好ましくはモーフのキーフレームを望ましい時分割断片（タイムスライス）と同期させる。
ステップ６０２は操作を規定する。上述したように、この操作は回転、位置移動等を含んでいる。ステップ６０４は操作の時間又は速度を規定する。この時間は動きの全部又は一部の終了時間、又は動きの速度であり得る。ステップ６０２にて実行される全ての効果は画像の一部がある位置から別の位置に移動することを要求することを忘れてはならない。
ステップ６０６はスライシングの間隔を速度に依存して決定する。使用者がつっかえがちな動作を見ることがないように適切な量をスライスすることが望ましい。実際、理想的には影像の動きを一度に１ピクセルずつにスライスすることができるが、これは殆どのアプリケーション（適用）に対し恐らく必要ないであろう。全てのアプリケーションに対しては恐らく１００ピクセルスライスで十分である。ピクセルスライスはステップ６０６にて選択される。
ステップ６０８は、ステップ６０４にて入力された時間又は速度を用いて１００ピクセルスライスを回転するための位置移動の総量に基づく操作に必要な時間を決定するために計算を行う。これは次のようになされる。位置移動、回転、及びスプライトアニメーション（ｓｐｒｉｔｅ  ａｎｉｍａｔｉｏｎ）は全て単純な動きである。ゴーボーの形状を画定する影像のポイントは時間中ずっと移動する。従って、どのくらいの移動量があり、その移動がどのくらいの時間を必要とするかを決定することが重要である。ポイントの変化率又は速度がその後計算される。勿論、ステップ６０４にて速度が既に入力されていたならば速度の計算は必要ない。
移動速度及び一秒あたりのピクセルを得て、一秒あたりのピクセルにおける速度により割られたスライスあたり１００個のピクセルを用いて、スライス間の時間が計算される。移動方向がこの操作により画定される。
従って、ステップ６１０にて各時間間隔（タイムインターバル）に対して影像が再計算される。この新しい影像は新しい位置でのゴーボーの新しいステンシルとなる。即ち、影像の輪郭は好ましくはゴーボーとして使用される−その影像内の光は通過しその影像の外側の光は遮蔽される。ここに記述されるカラーの実施例においては、より洗練された操作が影像に対して実行され得る。例えば、これはステンシルの影像には限定されず、同心円やフォントの選択を伴う文字テキストを含みうる。
任意の特定の時間に、ＶＲＡＭ５７０内の影像がゴーボーのステンシルとして使用される。これは以下のように実行される。影像中の各要素は８ビットのグレースケールである。一秒の各１／６０番目は２５６の異なる時間に分割（タイムスライス）される。極めて便利なことに、８ビットのピクセル影像は２8＝２５６に対応する。
ピクセル値「１」はそのピクセルの位置の光がステージ上に示されるであろうことを示す。ピクセル値「０」はそのピクセルの位置の光がステージ上に示されないであろうことを示す。いかなるグレースケール値も強度ピクセルの一部分のみが（毎秒時分割の１／６０番目の時間のほんの一部分の間だけ）示されるであろうことを意味する。それ故、メモリ内の各エレメントはＤＭＤの一つのピクセル、例えば一つ又は多くのマイクロミラーに適用され、その一つのピクセルをステージ上に表示する。
エッヂ処理がステップ６００にて選択されるとき制御は図７のフローチャートに進む。除変エッヂグレイング（ｅｄｇｅ  ｇｒａｙｉｎｇ）又はより急峻なエッヂグレイングかのどちらかとしてエッヂグレイングが選択されうる。これは、全光領域、部分光領域、無光領域を含む。グレースケール化された輪郭の強度は影像の全影像伝送から無影像伝送の間で継続的に等級分けされる。強度変化はオンとオフ時間を有するデューティサイクルを調節することによって達成される。
ステップ７００は影像を取得しその外形を規定する。これは本発明によれば光伝達部分（１）と光遮蔽部分（０）との間の境界点を決定することにより実行される。その外形はステップ７０２にて全ての方向に拡張され、より大きいが同心的な影像−−即ち引き延された影像を形成する。
元々の影像と引き延された影像との間の領域は所望のグレースケール情報で満たされる。ステップ７０４はこのことを元々の影像の外形と引き延された影像との間にある全ての点について実行する。
この新たな影像はステップ７０６にてメモリ５７０に送られる。上述したように、メモリ内の影像は常に影像の外形が作られた情報を投影するために使用される。これは標準的な表示技術を用いていて、これにより表示システムはメモリ内に記憶されたデータを使用して継続的に最新のものにされる。
図６のフローチャート中のデューティサイクル処理はストロボ効果を形成するために、及び／又は強度の調節のために使用される。どちらの場合も、影像は定期的な間隔にてメモリ内に記憶され、メモリから周期的間隔（インターバル）をもって除去される。この操作は如何なる光もこれらの間隔（インターバル）にてステージの方向に向けて投影されることがないようにし、それ故にマスキングと呼ばれる。影像がマスクされるとき、メモリ内の全ての値はゼロとなり、それ故にこれは光源に向い全て黒を投影する。これは（人間の）視覚の持続（残像時間）よりも短い時間内にてなされるので、その情報は人間の目により知覚され得ない。視覚の持続（残像時間）は、その光景に突きあたる光のトータルを平均化する。従って、目にはデューティサイクル処理が異なった強度として映る。
ストロボ効果は強度をおよそ１Ｈｚから２４Ｈｚのレンジ内でオン又はオフする。これはストロボ効果を生む。
これら及び他の影像処理操作は、（１）予め記憶された又はダウンロードされた命令を基礎として各投影ランプにおいて、（２）主処理コンソールにおいて、（３）その両方において、実行される。
他の本発明の重要な側面は、ステージ照明の分野に存在してきた問題についての発明者の認識に基づいている。特に、演技者がステージ上にいるとき、スポットライトは演技者の領域を照明する。しかしながら、本発明の発明者はこれを行うことにおける問題を認識した。具体的には、我々は演技者を見たいので演技者のいる領域を照明しなければならない。しかしながら、演技者の領域外を照らすと演技者の背後のステージ上に影を落す。多くの場合、この影は望ましくない。この実施例の目的は演技者の領域以外の位置を照らすことなく、演技者がいる場所に限られるステージの領域を照明することにある。本発明によれば、これは「影のない追従スポット」を形成する有利な処理構造により達成される。これは図１０の基本的なブロックダイヤグラムを用いてなされる。
好ましいハードウエアが図１０に示されている。プロセッサ１０２０は演技者に追従する異なった方法を画定する以下のフローチャートを参酌しつつ説明される操作を実行する。これらの実施例の全てにおいて、ステージ上の演技者の形状が定められる。これは（１）何らかの方法、例えば手動、により演技者の外形が画定されその外形をフォローすること、（２）人間の体形を探す影像と関連付けること、（３）演技者の位置を赤外線で検知し、その位置を演技者の形状に拡張すること、（４）影像減算を行うこと、（５）演技者の特殊な指標、例えば超音波信号（ビーコン）を検知すること、又は、例えばオペレータがマウスを使用してスクリーン上の演技者の位置をフォローするといった手動による影像フォローを含む他の如何なる技術によってもなされ得る。
図８Ａは上記（１）のフローチャートを示している。ステップ８００１では演技者の位置が影像領域内に探し出される。その影像を撮るカメラは視差を避けるために好ましくはその光景を照らすランプのある所に位置される。その影像は手動にて各ランプ位置にて調査され、又はこの目的のためにある中央処理装置にダウンロードされ得る。
一旦特定されると、演技者の境界線はステップ８００５にて発見される。これらの境界線は、例えば特定された点の近傍での急峻な色の変化により特定される。ステップ８０１０では、演技者よりもほんの僅かだけ小さいステンシルの輪郭を規定するためにこれらの色の変化が使用される。ステンシルの輪郭はステップ８０１５の光に対するゴーボーとして使用される。
演技者は動き続け、ステップ８０２０にてプロセッサは境界の形状が変化することをフォローする。その変化する境界の形状は新たな輪郭を生み、それは新たなゴーボーのステンシルが規定される時点であるステップ８０１０にて取込まれる。
これと代る上述の（２）は、相関取り技術である。この操作のフローチャートは図８Ｂに示されている。ステップ８１０１では、カメラは演技者の影像を取得し、演技者はその影像内にて特定される。その影像は後の更なる相関取りの核（ｋｅｒｎｅｌ）として発行される。全体の光景がステップ８１０５にて取得される。全体の光景は８１１０で核に対して相関取りされる。これは既知の影像処理技術を用いる。
上記したものは（３）によって改良され得る。そこにおいて赤外線検知が演技者のおよその領域を与える。
先の実施例にて説明したように、ＤＭＤはその位置を、例えば毎秒１０6回というように極めて頻繁に最新のものに変更することができる。これは、現実の影像が動き得るよりも相当に早い。毎秒３０回は演技者の動きを影像するのに間違いなく十分である。従って、本発明は一秒あたりのフレームの更新数を設定することを可能とする。毎秒３０回のフレームの更新は殆どの適用に十分である。これは、プロセッサの負荷を最小限にし、且つより安価な影像処理装置の使用を可能とする。
図８Ｃは影像減算技術を示している。第１にゼロ影像（ゼロイング影像）を得なければならない。従って、ステップ８００の第１ステップは、演技者がいないステージの影像を取得する。このゼロ影像は演技者がそこにいないときにステージがどのように見えるかを表す。
処理の相互間でプロセッサは他のハウスキーピングタスク（準備処理）を行うことができ、または単純に待機状態を保つことができる。
ステップ８０２はフレーム更新の開始を示している。影像はステップ８０４にてビデオカメラ５５０から取得される。その影像は好ましくはピクセル単位に配列されていて、各ピクセルがそのピクセルについての強度、赤、緑及び青の値を含んでいる。
ステップ８０６にてゼロ影像から現在の影像を減算する。残っている演技者の影像は、演技者の影像とステージ上の新たな要素だけである。コンピュータはこの時点で影の出ない追従スポットを得るために使用したい影像の部分がどれかを決定する。これはステップ８０８にて参照値に対して残っている影像の相関関係を求めることによりなされ、影のない追従スポット内にカバーされるべき影像の正確な部分を決定する。演技者の影像は影像中において他の物から分離される。好ましくは、例えば演技者が何を着るか、演技者がなす独特の特徴のある影像が判っているとよい。その独特の特徴はステップ８０８の出力にて演技者のみを判別するために演技者の影像に対して相関取りされる。この影像はステップ８１０にてデジタル化される。即ち演技者でない影像の全ての部分はゼロにセットされ、結果それらの位置における光は反射される。このようにして、ゴーボーのような影像がステップ８１０にて得られる。そのゴーボーのような影像は演技者の切出し影像の変化である。随意的なステップ８１２は更にこの影像を処理し、人工物を除去し、好ましくは影像が演技者の外形エッヂにあまりに近くなりすぎないようにその影像を僅かに縮ませる。この影像はそれからステップ８１４にてＶＲＡＭに転送され、ランプに対するゴーボーのようなマスクを形成すべくその時点でＤＭＤ１０１２内に再入力される。これは光が演技者１００４の外形と合致するように概略的に形作られることを許容する。
本発明の他の実施例は、上述の技術及び本発明の基本システムをを使用し、ランプのゴーボーに色を付与する。これは、カラーテレビの初期に前提とされた技術であり、現在は再度新たなる使い道が見つかった技術を使用して達成される。このシステムはカラーゴーボーを可能とし、より一般的には如何なるビデオ影像の表示も可能とする。
図９は回転する多色ディスク９０２と直列のランプ３１０を示している。図９ａはそのディスクの３つのセクターを示している。赤のセクター９５０、青のセクター９５２、及び緑のセクター９５４である。光学経路９０２に沿う光は３つの４分円の一つを通過することによりカラー化された後ＤＭＤ３２０を通過する。ＤＭＤ３２０は回転源９１０により駆動され、カラーディスク９０２の回転操作と同期が取られる。映像は赤のフレーム、それから緑のフレーム、その後青のフレームを例えば次から次へと作るように駆動される。赤でフィルタされた映像は赤のセクター９５０が光の経路中にあるときに同時に転送される。従って異なる色が人間の目の視覚の持続よりも早く切換えられる限り、目はそれらをまとめて平均化し、フルカラーの光景を見る。
僅かに２〜３の実施例のみが詳細に上記に記述されたが、この分野において通常の知識を有する者であればここでの教示から離れることなく、多くの変形が好ましい実施例において可能であることを間違いなく理解するであろう。
そのような全ての変更は以下のクレーム内に含まれる。
例えば、如何なる方向偏向装置もＤＭＤに代えて使用可能である。汎用のマイクロミラー装置は透明であり、光線が通過するように光線に対して９０°で「しまい込んで（ｓｔｏｗｅｄ）」、且つ反射位置に移動してオフとなって、光線の選択したピクセルを散乱する薄いミラーを有している。カラー変更装置は二色性のデバイスであってもよい。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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