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WO2022004866A1 - 表示システム及びプラネタリウムシステム - Google Patents

表示システム及びプラネタリウムシステム Download PDF

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WO2022004866A1
WO2022004866A1 PCT/JP2021/025055 JP2021025055W WO2022004866A1 WO 2022004866 A1 WO2022004866 A1 WO 2022004866A1 JP 2021025055 W JP2021025055 W JP 2021025055W WO 2022004866 A1 WO2022004866 A1 WO 2022004866A1
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WO
WIPO (PCT)
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display
image
projector
brightness
led panel
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/025055
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English (en)
French (fr)
Inventor
貴之 大平
Original Assignee
有限会社大平技研
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 有限会社大平技研 filed Critical 有限会社大平技研
Priority to JP2022534119A priority Critical patent/JP7458095B2/ja
Publication of WO2022004866A1 publication Critical patent/WO2022004866A1/ja

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    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor

Definitions

  • the present invention relates to a display system and a planetarium system.
  • a planetarium that projects an astronomical image onto a dome-shaped screen with a projector is generally known.
  • a planetarium has been proposed in which a celestial body is displayed by an LED panel in which a light emitting diode (LED) element is arranged on the entire inner surface of the dome.
  • LED light emitting diode
  • Patent Document 1 discloses such a planetarium. According to the LED panel, a sharp celestial image is displayed.
  • the display device is required to have an extremely wide dynamic range.
  • the purpose is to realize a display with a wide dynamic range.
  • the display system displays a display surface having a display panel including a plurality of pixels emitting light, which is configured to display a first image, and a second image.
  • a projector configured to project onto a surface, the first brightness range that can be displayed by the display panel and the second brightness range that can be displayed by the projector are not included in the other.
  • the projector and the first image having at least a part thereof are displayed on the display panel, and the second image is projected onto the display surface by the projector to be displayed, and the first image as a whole is displayed. It is provided with a control device for displaying an image in which the above-mentioned image and the second image are superimposed.
  • a display having a wide dynamic range can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a configuration example of a planetarium system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the display of an image by the planetarium system.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining the display of the video according to the comparative example.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining the display of the video according to the comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an arrangement pattern of LED elements in an LED panel unit.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross section of the LED panel unit.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing another example of the LED panel unit.
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing an outline of a configuration example of the control device.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an outline of a configuration example of a planetarium system according to a modified example.
  • the present embodiment relates to a display system capable of realizing a wide dynamic range while using an LED panel.
  • the present embodiment relates to an example in which the display system is applied to a planetarium system that displays a starry sky, a landscape, or the like on the inner surface of a hemispherical dome.
  • the planetarium system of the present embodiment has a display system having a wide dynamic range that can appropriately express dark objects such as the Milky Way to bright objects such as the moon and night views.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a configuration example of the planetarium system 1 according to the present embodiment.
  • the planetarium system 1 includes a dome 2 on which an image such as a starry sky is displayed on the inner surface thereof.
  • the images displayed by the planetarium system 1 are not limited to images related to stars, but include various images such as landscapes, people, buildings, vehicles, and generies.
  • the planetarium system 1 displays an image using a display system 10 including an LED panel 3, a projector 5, and a control device 6. That is, an LED panel 3 in which a large number of three-color light emitting diode (LED) elements are arranged is provided on the entire inner surface of the dome 2.
  • the LED panel 3 is driven by the LED drive circuit 4.
  • An image is displayed by the LED panel 3 on the display surface 30 on the surface of the LED panel 3.
  • the LED panel 3 is responsible for displaying a bright image on the display surface 30.
  • a projector 5 that projects an image on the display surface 30 of the LED panel 3 provided on the inner surface of the dome 2 is provided.
  • the projector 5 is responsible for displaying a dark image.
  • the first luminance range in which the LED panel 3 can be displayed and the second luminance range in which the projector 5 can be displayed have at least a part thereof that is not included in the other. More specifically, the first luminance range in which the LED panel 3 can display includes a range having a higher luminance than the second luminance range in which the projector 5 can display.
  • the planetarium system 1 realizes multi-gradation display from a dark image to a bright image by using the LED panel 3 and the projector 5 together.
  • the planetarium system 1 includes a control device 6 and a video providing device 8.
  • the image providing device 8 outputs the original image data representing the image to be displayed on the inner surface of the dome 2.
  • the video providing device 8 may be a dedicated device for outputting the original video data related to the planetarium, may be an information terminal such as a personal computer (PC), or may be another video reproducing device. May be good. Further, the video providing device 8 may be a server or the like provided at a remote location, and the original video data may be provided to the control device 6 via the communication network.
  • the control device 6 controls the operation of the LED drive circuit 4 and the operation of the projector 5 based on the original video data input from the video providing device 8, and causes them to display the video on the inner surface of the dome 2.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the display of an image by the planetarium system 1.
  • FIG. 2A is a diagram schematically showing an image of the starry sky represented by the original image data output from the image providing device 8.
  • This image (referred to as the original image 91) includes bright stars and dark stars.
  • the Milky Way is an area where many dark stars are gathered.
  • the control device 6 schematically shows an image including bright stars (referred to as a high-brightness image 92) and FIG. 2 (c), as schematically shown in FIG. 2 (b). As shown, it is divided into an image containing dark stars (referred to as a low-brightness image 93).
  • the control device 6 displays a high-brightness image 92 (FIG. 2 (b)) including bright stars on the LED panel 3, and displays a low-brightness image 93 (FIG. 2 (c)) including dark stars on the display surface 30 by the projector 5. It is projected and displayed on.
  • the display surface 30 on the inner surface of the dome 2 is referred to as an image in which the high-luminance image 92 and the low-luminance image 93 are superimposed (referred to as a composite image 94). Will be displayed.
  • the composite video 94 accurately reproduces the original video 91.
  • the LED panel 3 includes a plurality of LED panel units 31.
  • a plurality of LED panel units 31 are joined to form an LED panel 3 that covers the entire inner surface of the dome 2.
  • the mode of division of the LED panel 3 into a plurality of LED panel units 31 and the arrangement of the LED panel units 31 are arbitrary, and any of various modes may be adopted.
  • the surface of each LED panel unit 31 may be flat, but is preferably curved according to the curvature of the dome 2.
  • FIG. 4 shows an example of the arrangement pattern of the LED elements in the LED panel unit 31.
  • a plurality of LED pixel units 32 are arranged in the LED panel unit 31.
  • the plurality of LED pixel units 32 are represented by a red LED element 33 schematically shown by a circle with horizontal lines, a green LED element 34 schematically shown by a circle with vertical lines, and a circle with diagonal lines.
  • a blue LED element 35 which is illustrated above.
  • the arrangement of the red LED element 33, the green LED element 34, and the blue LED element 35 is not limited to that shown in FIG. 4, and may be any arrangement.
  • the presence or absence of light emission and the light emission brightness of each of the red LED element 33, the green LED element 34, and the blue LED element 35 are controlled by driving by a pulse width modulation (PWM) method by the LED drive circuit 4.
  • PWM pulse width modulation
  • the LED drive circuit 4 adjusts the brightness of each LED element, so that the full-color high-luminance image 92 is displayed on the LED panel 3.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross section of the LED panel unit 31. As shown in this figure, in the LED panel unit 31, a red LED element 33, a green LED element 34, and a blue LED element 35 are formed on a substrate 36, and a translucent plate 37 covers them. It is provided. It is preferable that the transflective film 38 is provided on the translucent plate 37.
  • the semi-transmissive film 38 functions as a screen by having a function of transmitting the light radiated from the red LED element 33, the green LED element 34, and the blue LED element 35 and reflecting the light projected from the projector 5. It is configured as follows.
  • the semi-transmissive film 38 allows the audience to properly see the display by the LED panel 3 and the display by the projector 5.
  • a function of reflecting the projected light by the projector 5 to a portion where the LED element is not provided is provided.
  • a reflective surface 39 that is configured to function as a screen by having it may be provided.
  • the projector 5 is configured to be able to project an image on the display surface 30 of the LED panel 3 provided on the entire inner surface of the dome 2. Therefore, the projector 5 may be composed of one projector unit 51, but may be composed of a plurality of projector units 51. In the planetarium system 1 of the present embodiment, a plurality of projector units 51 are used in order to easily project an image over a wide projection range. The number of projector units 51 may be any number. The plurality of projector units 51 may be arranged together in the central portion of the dome 2, but may be arranged in another manner such as being dispersedly arranged in the circumferential portion of the dome 2.
  • Each projector unit 51 projects the image represented by the image signal on different regions on the inner surface of the dome 2 according to the image signal sent from the control device 6. Adjacent areas may partially overlap. An image is projected on the entire inner surface of the dome 2 by the plurality of projector units 51.
  • the control device 6 transmits a video signal to each projector unit 51 and causes each projector unit 51 to perform projection, so that one low-luminance video 93 is displayed on the inner surface of the dome 2 as a whole.
  • the projector 5 may be capable of full-color display, or may be capable of displaying only a single color such as white when displaying only an extremely low-brightness image. This is because human vision can hardly distinguish colors in the perception of low-intensity light.
  • the LED panel 3 is adjusted so that it can display a luminance range higher than the luminance range displayed by the projector 5.
  • the projector 5 is adjusted so that it can display a luminance range lower than the luminance range displayed by the LED panel 3.
  • the planetarium system 1 can display an image in a wide luminance range by the display by the LED panel 3 and the display by the projector 5.
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing an outline of a configuration example of the control device 6.
  • the control device 6 includes a video data acquisition unit 61, a video division unit 62, a high-brightness video processing unit 63, a drive signal creation unit 64, a drive signal output unit 65, a low-brightness video processing unit 66, and a video signal. It is provided with an output unit 67.
  • the video data acquisition unit 61 acquires the original video data representing the original video 91 to be displayed on the inner surface of the dome 2 output from the video providing device 8.
  • the video data acquisition unit 61 transmits the acquired original video data to the video division unit 62.
  • the original video data may be in any format. For example, it may be data showing the luminance values of the red, green, and blue colors of the pixels corresponding to the respective positions of the dome 2. Further, it may be data showing the coordinates in the dome 2 of each star and the color and brightness of each star. Further, the data may include data showing the reference coordinates of each star, the color and brightness of each star, and the data showing the relationship between the coordinates to be displayed and the reference coordinates. Further, the data may be a combination of these.
  • the video dividing unit 62 displays high-luminance video (high-luminance video 92) data displayed using the LED panel 3 and low-luminance display using the projector 5 based on the original video data related to the acquired original video 91. Generates data of a high-definition video (low-luminance video 93).
  • the most simplified example is shown in the case where the luminance value for each pixel is given in 16-bit gradation in the original video data and the luminance ratio between the projector 5 and the LED panel 3 is 1: 256.
  • IN be the gradation value of the original video 91 given in 16 bits.
  • the gradation value of the high-luminance image 92 displayed by using the LED panel 3 given by 8 bits is set to OUT_H.
  • OUT_L be the gradation value of the low-luminance image 93 displayed by using the projector 5 given by 8 bits.
  • OUT_H (IN-OUT_L) / 256
  • the relationship between the gradation value of the input video data and the physical brightness displayed by using the LED panel 3 or the projector 5 which is the output is not a proportional relationship (linear relationship), but is, for example, 2. .
  • the high-luminance portion is expressed by using both the projector 5 and the LED panel 3, but it may be expressed by using one of the projector 5 and the LED panel 3 depending on the brightness. ..
  • the pixel having the brightness higher than the predetermined threshold value is extracted from the original video 91 and the brightness value of the original video 91 is set.
  • the data of the high-luminance image 92 is generated, the pixels having the brightness equal to or less than the predetermined threshold are extracted from the original image 91, and the brightness value of the original image 91 is converted into the gradation value.
  • the data of the low-luminance image 93 can be generated.
  • the original video data has information on the coordinates and the brightness value of each star
  • a star having a brightness higher than a predetermined threshold is extracted and the brightness value of the original video 91 is converted into a gradation value.
  • the data of the low-luminance image 93 can be generated by generating the data of the high-luminance image 92, extracting the stars having the brightness equal to or less than the predetermined threshold, and converting the brightness value of the original image 91 into the gradation value. can.
  • the first luminance range displayed by using the LED panel 3 and the second luminance range displayed by using the projector 5 may not overlap or may overlap.
  • the video dividing unit 62 can display by both the LED panel 3 and the projector 5. May decide whether to include the display content in the high-luminance image 92, the low-luminance image 93, or both, depending on the display content.
  • the video dividing unit 62 transmits the data of the high-brightness image 92 to the high-brightness image processing unit 63, and transmits the data of the low-brightness image 93 to the low-brightness image processing unit 66.
  • the high-brightness image processing unit 63 performs various processes related to the high-brightness image 92. For example, in order to display the high-brightness image 92 using a plurality of LED panel units 31, the high-brightness image processing unit 63 divides the high-brightness image 92 into images to be displayed on each LED panel unit 31. In addition, the high-brightness image processing unit 63 performs necessary image processing on each image so that the display is appropriately performed. The high-brightness image processing unit 63 transmits the processed image data to the drive signal creation unit 64.
  • the drive signal creation unit 64 creates a drive signal for driving the LED element for displaying the image on each LED panel unit 31 based on the image data acquired from the high-brightness image processing unit 63.
  • the drive signal creation unit 64 outputs the created drive signal to the LED drive circuit 4 via the drive signal output unit 65.
  • the low-brightness image processing unit 66 performs various processes related to the low-brightness image 93. For example, in order to display the low-brightness image 93 using a plurality of projector units 51, the low-brightness image processing unit 66 divides the low-brightness image 93 into an image to be displayed on each projector unit 51. Further, when there is an overlap in the area where the plurality of projector units 51 project the image, the processing is performed on the divided image so that the image in the overlapping area is displayed naturally. In addition, the low-brightness image processing unit 66 performs necessary image processing on each image so that the display can be appropriately performed. The low-luminance video processing unit 66 outputs the processed video signal to each projector unit 51 via the video signal output unit 67.
  • the control device 6 may be composed of integrated circuits and other devices such as Central Processing Unit (CPU), RandomAccessMemory (RAM), ReadOnlyMemory (ROM), and storage, and may be configured by software operating on the CPU as described above. Part or all of the processing of may be performed. Further, the control device 6 may have integrated circuits such as ApplicationSpecific IntegratedCircuit (ASIC), FieldProgrammableGateArray (FPGA), GraphicsProcessingUnit (GPU), etc., and may be one of the above-mentioned processes depending on the hardware. Part or all may be done.
  • CPU Central Processing Unit
  • RAM RandomAccessMemory
  • ROM ReadOnlyMemory
  • storage storage
  • the control device 6 may have integrated circuits such as ApplicationSpecific IntegratedCircuit (ASIC), FieldProgrammableGateArray (FPGA), GraphicsProcessingUnit (GPU), etc., and may be one of the above-mentioned processes depending on the hardware. Part or all may be done.
  • the original video data output from the video providing device 8 is processed by the control device 6 as described above.
  • the LED drive circuit 4 that has received the drive signal output from the drive signal output unit 65 of the control device 6 drives the LED element of each LED panel unit 31, that is, the LED panel 3 based on this drive signal. ..
  • the LED panel 3 displays the high-intensity image 92 on the display surface 30.
  • each projector unit 51 that has received the video signal output from the video signal output unit 67 of the control device 6 projects the video on the display surface 30 on the inner surface of the dome 2 based on the received video signal. In this way, the projector 5 displays the low-luminance image 93 on the display surface 30.
  • the light radiated from the LED panel 3 reaches the eyes of the spectator, and the light projected from the projector 5 is reflected by the display surface 30 of the LED panel 3 and reaches the eyes of the spectator. That is, the high-brightness image 92 displayed on the display surface 30 by the LED panel 3 and the low-brightness image 93 projected by the projector 5 and displayed on the display surface 30 reach the eyes of the audience.
  • the audience perceives the composite image 94 in which the high-brightness image 92 and the low-brightness image 93 are combined. In this way, the audience can see the composite image 94 in which the original image 91 is reproduced well.
  • the brightness of the LED element is proportional to the pulse width of the PWM signal. Therefore, when the LED is dimmed by PWM control, the brightness seems to change stepwise, especially when the brightness is low. For example, in a PWM signal with 12-bit resolution, the pulse width at the minimum brightness is 1/4096. Then, when the pulse width is one step brighter than this, the pulse width becomes 2/4096, and the brightness is doubled. As a result, in the low light region, the brightness seems to change stepwise. The same applies to the case of the projector 5.
  • the LED panel 3 displays an image in a high-luminance region
  • the projector 5 displays an image in a low-luminance region.
  • the gradation range expressed by the LED panel 3 and the gradation range expressed by the projector 5 are different from each other, so that the gradations of each other are complemented, and the planetarium system 1 has a low-luminance region to a high-luminance region. Smooth gradation display is possible up to the area.
  • high gradation display is performed.
  • the dynamic range of the LED panel 3 is equivalent to 12 bits and the dynamic range of the projector 5 is equivalent to 8 bits, even if the dynamic range of the LED panel 3 is equivalent to 2 bits on the low luminance side and overlaps with the gradation of the projector 5.
  • the planetarium system 1 can display an image in a dynamic range equivalent to 18 bits.
  • the projector 5 may be a low-luminance projector. Further, since the spatial resolution of human vision is lowered at extremely low luminance, it is permissible even if the resolution of the projector 5 is low to some extent. Therefore, the cost of the projector 5 is relatively low.
  • the LED panel 3 may display the low-brightness image 93
  • the projector 5 may display the high-brightness image 92.
  • the display system 10 and the planetarium system 1 using the display system 10 are wide because the brightness range of the first image displayed by the LED panel 3 and the brightness range of the second image displayed by the projector 5 are different from each other. Images can be displayed in the dynamic range.
  • the above-described embodiment of the planetarium system 1 is an example in which a display system 10 in which an LED panel 3 and a projector 5 having different brightness ranges for display are combined is applied to a planetarium.
  • the display system 10 in which LED panels and projectors having different luminance ranges for display are combined is not limited to use for a planetarium, and may be applied to, for example, a system for performing other displays. That is, the display surface does not have to be provided on the inner surface of the dome 2, and the display surface may be a flat surface or the like. Further, the displayed image is not limited to the starry sky or the like, and may be any image.
  • the display system 10 may be used for a large signage display or the like in which a display surface is flat and an advertisement or the like is displayed on the display surface.
  • an LED panel using an LED element has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • a display panel using another self-luminous element such as an organic EL (organic electro-luminescence) element (OLED element) may be used.
  • OLED element organic electro-luminescence element
  • other types of display panels may be used as long as they are display panels including a plurality of pixels that emit light, such as a liquid crystal display panel.
  • an optical planetarium 7 may be used in combination with the LED panel 3 and the projector 5, as shown in FIG. 8 to outline an example of the configuration.
  • the optical planetarium 7 is arranged in the center of the dome 2, and the projector units 51 of the projector 5 are distributed and arranged on the peripheral edge of the dome 2.
  • the image is displayed as follows, for example, but not limited to this. That is, the bright star image is projected onto the display surface 30 of the LED panel 3 using the optical planetarium 7. Medium-brightness stars, landscapes, pictures showing constellations and other images are displayed using the LED panel 3. Images of dark stars, landscapes, pictures showing constellations, and other images are projected onto the display surface 30 of the LED panel 3 using the projector unit 51 of the projector 5. Even with such a configuration, the planetarium system 1 can obtain the same effect as that of the above-described embodiment.

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Abstract

表示システムは、第１の映像を表示するように構成された、光を放射する複数のＬＥＤ素子を含むＬＥＤパネルを有する表示面と、第２の映像を表示面に投影するように構成されたプロジェクタと、制御装置とを備える。ＬＥＤパネルが表示可能である第１の輝度範囲とプロジェクタが表示可能である第２の輝度範囲とは互いに他方に含まれない範囲を少なくともその一部に有している。制御装置は、第１の映像をＬＥＤパネルに表示させ、第２の映像をプロジェクタにより表示面に投影して表示させ、全体として前記第１の映像と前記第２の映像とが重畳した映像を表示させる。

Description

表示システム及びプラネタリウムシステム
　本発明は、表示システム及びプラネタリウムシステムに関する。
　投影機によって天体像をドーム状のスクリーンに投影するプラネタリウムが一般に知られている。これに対し、ドームの内面全面に発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）素子を配置したＬＥＤパネルによって天体を表示するプラネタリウムが提案されている。例えば特許文献１には、このようなプラネタリウムについて開示されている。ＬＥＤパネルによれば、シャープな天体像が表示される。
　一方、実際の夜空には、月及び恒星のような明るい天体から天の川のような暗い天体まで存在する。天の川のような暗い天体の輝度は、明るい天体の輝度のわずか数百万分の一程度しかない。このため、夜空を忠実に再現しようとする場合、表示装置には極めて広いダイナミックレンジが要求される。
日本国特開昭６３－２８５５７７号公報
　広いダイナミックレンジを有する表示を実現することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、表示システムは、第１の映像を表示するように構成された、光を放射する複数の画素を含む表示パネルを有する表示面と、第２の映像を前記表示面に投影するように構成されたプロジェクタであって、前記表示パネルが表示可能である第１の輝度範囲と当該プロジェクタが表示可能である第２の輝度範囲とは互いに他方に含まれない範囲を少なくともその一部に有している、プロジェクタと、前記第１の映像を前記表示パネルに表示させ、前記第２の映像を前記プロジェクタにより前記表示面に投影して表示させ、全体として前記第１の映像と前記第２の映像とが重畳した映像を表示させる制御装置とを備える。
　本発明によれば、広いダイナミックレンジを有する表示を実現できる。
図１は、一実施形態に係るプラネタリウムシステムの構成例の概略を示す模式図である。 図２は、プラネタリウムシステムによる映像の表示を説明するための模式図である。 図３Ａは、比較例に係る映像の表示について説明するための図である。 図３Ｂは、比較例に係る映像の表示について説明するための図である。 図４は、ＬＥＤパネルユニットにおけるＬＥＤ素子の配列パターンの一例を示す図である。 図５は、ＬＥＤパネルユニットの断面を模式的に示す図である。 図６は、ＬＥＤパネルユニットの他の例を模式的に示す図である。 図７は、制御装置の構成例の概略を示す機能ブロック図である。 図８は、変形例に係るプラネタリウムシステムの構成例の概略を示す模式図である。
　一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、ＬＥＤパネルを用いつつ広いダイナミックレンジを実現できる表示システムに関する。特に、本実施形態は、半球状のドームの内面に星空や景色などを表示するプラネタリウムシステムに、当該表示システムを適用した例に関する。本実施形態のプラネタリウムシステムは、天の川のような暗いものから月や夜景など明るいものまで適切に表現できる、広いダイナミックレンジを有する表示システムを有している。
　［プラネタリウムシステムの構成］
　図１は、本実施形態に係るプラネタリウムシステム１の構成例の概略を示す模式図である。プラネタリウムシステム１は、その内面に星空などの映像が表示されるドーム２を備える。プラネタリウムシステム１が表示する映像は、星に関する映像に限らず、景色、人物、建築物、乗物、空想物など、様々な映像を含む。プラネタリウムシステム１は、ＬＥＤパネル３とプロジェクタ５と制御装置６とを含む表示システム１０を用いて映像を表示する。すなわち、ドーム２の内面全面には、３色の発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）素子が多数並べられたＬＥＤパネル３が設けられている。ＬＥＤパネル３は、ＬＥＤ駆動回路４によって駆動される。ＬＥＤパネル３の表面の表示面３０には、ＬＥＤパネル３によって映像が表示される。ＬＥＤパネル３は、表示面３０における明るい映像の表示を担う。
　ドーム２内には、ドーム２の内面に設けられたＬＥＤパネル３の表示面３０に映像を投影するプロジェクタ５が設けられている。プロジェクタ５は、暗い映像の表示を担う。このように、ＬＥＤパネル３が表示可能である第１の輝度範囲とプロジェクタ５が表示可能である第２の輝度範囲とは互いに他方に含まれない範囲を少なくともその一部に有している。より具体的には、ＬＥＤパネル３が表示可能である第１の輝度範囲は、プロジェクタ５が表示可能である第２の輝度範囲よりも高輝度な範囲を含んでいる。プラネタリウムシステム１は、ＬＥＤパネル３とプロジェクタ５とを併用することによって、暗い映像から明るい映像まで、多階調の表示を実現する。
　プラネタリウムシステム１は、制御装置６と映像提供装置８とを備える。映像提供装置８は、ドーム２の内面に表示する映像を表す元映像データを出力する。映像提供装置８は、プラネタリウムに関する元映像データを出力する専用の装置であってもよいし、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような情報端末であってもよいし、その他の映像再生装置であってもよい。また、映像提供装置８は、遠隔地に設けられたサーバなどであってもよく、通信ネットワークを介して制御装置６に元映像データが提供されてもよい。制御装置６は、映像提供装置８から入力された元映像データに基づいて、ＬＥＤ駆動回路４の動作とプロジェクタ５の動作とを制御し、これらにドーム２の内面に映像を表示させる。
　図２は、プラネタリウムシステム１による映像の表示を説明するための模式図である。図２（ａ）は、映像提供装置８から出力される元映像データが表す星空の映像を模式的に示す図である。この図において、明るい星は大きな円で、暗い星は小さい円で示されている。この映像（元映像９１と称することにする）には、明るい星々と暗い星々とが含まれている。例えば、天の川は暗い星々が多く集まっている領域である。プラネタリウムシステム１では、制御装置６が、図２（ｂ）に模式的に示すように、明るい星々を含む映像（高輝度映像９２と称することにする）と、図２（ｃ）に模式的に示すように、暗い星々を含む映像（低輝度映像９３と称することにする）とに分割する。制御装置６は、明るい星々を含む高輝度映像９２（図２（ｂ））をＬＥＤパネル３に表示させ、暗い星々を含む低輝度映像９３（図２（ｃ））をプロジェクタ５により表示面３０に投影して表示させる。その結果、ドーム２の内面の表示面３０には、図２（ｄ）に模式的に示すように、高輝度映像９２と低輝度映像９３とが重畳された映像（合成映像９４と称することにする）が表示されることになる。合成映像９４は、元映像９１を精度よく再現する。
　仮に、本実施形態のプラネタリウムシステム１と異なり、ダイナミックレンジが狭い表示システムを用いて、図２（ａ）のような元映像９１を表示しようとすると、図３Ａに模式的に示すように、暗い星々が表示されなかったり、図３Ｂに模式的に示すように、暗い星々までが明るく表示されたりして、図２（ｄ）に模式的に示す合成映像９４のように、精度よく元映像９１が再現されない。
　［ＬＥＤパネルの構成］
　ＬＥＤパネル３は、複数のＬＥＤパネルユニット３１を含む。複数のＬＥＤパネルユニット３１が継ぎ合わされてドーム２の内面の全面を覆うＬＥＤパネル３が形成されている。ＬＥＤパネル３における複数のＬＥＤパネルユニット３１への分割の態様やＬＥＤパネルユニット３１の配置は、任意であり、種々の態様の何れが採られてもよい。各々のＬＥＤパネルユニット３１の表面は、平面でもよいが、ドーム２の曲率に合わせて湾曲していることが好ましい。
　図４は、ＬＥＤパネルユニット３１におけるＬＥＤ素子の配列パターンの一例を示す。図４に示すように、ＬＥＤパネルユニット３１には、複数のＬＥＤ画素ユニット３２が配列されている。複数のＬＥＤ画素ユニット３２は、横線を付した円で模式的に図示する赤色ＬＥＤ素子３３と、縦線を付した円で模式的に図示する緑色ＬＥＤ素子３４と、斜線を付した円で模式的に図示する青色ＬＥＤ素子３５とを含む。赤色ＬＥＤ素子３３、緑色ＬＥＤ素子３４及び青色ＬＥＤ素子３５の配置は、図４に示すものに限らず、どのような配置であってもよい。
　各々の赤色ＬＥＤ素子３３、緑色ＬＥＤ素子３４及び青色ＬＥＤ素子３５の発光の有無及び発光輝度は、ＬＥＤ駆動回路４によるパルス幅変調（pulse width modulation；ＰＷＭ）方式の駆動によって制御される。制御装置６の制御下で、ＬＥＤ駆動回路４が各ＬＥＤ素子の輝度を調整することで、ＬＥＤパネル３にはフルカラーの高輝度映像９２が表示される。
　ＬＥＤパネル３の表示面３０には、プロジェクタ５により低輝度映像９３が投影される。低輝度映像９３の表示を最適化するために、ＬＥＤパネル３の表面の反射状態は制御されていることが好ましい。図５は、ＬＥＤパネルユニット３１の断面を模式的に示す図である。この図に示すように、ＬＥＤパネルユニット３１では、基板３６上に、赤色ＬＥＤ素子３３、緑色ＬＥＤ素子３４、及び青色ＬＥＤ素子３５が形成されており、これらを覆うように、透光板３７が設けられている。透光板３７の上には、半透過膜３８が設けられていることが好ましい。半透過膜３８は、赤色ＬＥＤ素子３３、緑色ＬＥＤ素子３４、及び青色ＬＥＤ素子３５から放射された光を透過させるとともに、プロジェクタ５から投影された光を反射する機能を有することでスクリーンとして機能するように構成されている。半透過膜３８によって、観客からは、ＬＥＤパネル３による表示とプロジェクタ５による表示とが適切に見える。
　あるいは、透光板３７の上に半透過膜３８を設けることに代えて、図６に模式的に示すように、ＬＥＤ素子が設けられていない部分に、プロジェクタ５による投影光を反射する機能を有することでスクリーンとして機能するように構成されている反射面３９が設けられてもよい。反射面３９がプロジェクタ５による投影光を反射することで、観客からは、ＬＥＤパネル３による表示とプロジェクタ５による表示とが適切に見える。
　［プロジェクタの構成］
　プロジェクタ５は、ドーム２の内面全面に設けられたＬＥＤパネル３の表示面３０に映像を投影できるように構成されている。このため、プロジェクタ５は、１台のプロジェクタユニット５１で構成されていてもよいが、複数台のプロジェクタユニット５１で構成されていてもよい。本実施形態のプラネタリウムシステム１では、広い投影範囲に容易に映像を投影するために、複数台のプロジェクタユニット５１が用いられている。プロジェクタユニット５１の数は、いくつであってもよい。複数台のプロジェクタユニット５１は、ドーム２の中央部に集めて配置されてもよいが、ドーム２の円周部に分散して配置されるなど、他の態様で配置されてもよい。
　各々のプロジェクタユニット５１は、制御装置６から送られてくる映像信号に従って、ドーム２の内面の互いに異なる領域に当該映像信号が表す映像を投影する。隣り合う領域は、一部で重なり合っていてもよい。複数のプロジェクタユニット５１によって、ドーム２の内面全体に映像が投影される。制御装置６は、各々のプロジェクタユニット５１に映像信号を伝達し、各々のプロジェクタユニット５１に投影を行わせることで、ドーム２の内面に全体として一つの低輝度映像９３を表示させる。
　プロジェクタ５は、フルカラー表示を行えるものであってもよいし、極めて低輝度の映像の表示のみを行う場合には、例えば白色などの単色の表示のみを行えるものであってもよい。これは、ヒトの視覚は、低輝度の光の感知において、色をほとんど識別できないことによる。
　ＬＥＤパネル３は、プロジェクタ５による表示の輝度範囲よりも高い輝度範囲の表示を行えるように調整されている。プロジェクタ５は、ＬＥＤパネル３による表示の輝度範囲よりも低い輝度範囲の表示を行えるように調整されている。プラネタリウムシステム１は、ＬＥＤパネル３による表示とプロジェクタ５による表示とによって、広い輝度範囲の映像を表示することができる。
　［制御装置の構成］
　図７は、制御装置６の構成例の概略を示す機能ブロック図である。制御装置６は、映像データ取得部６１と、映像分割部６２と、高輝度映像処理部６３と、駆動信号作成部６４と、駆動信号出力部６５と、低輝度映像処理部６６と、映像信号出力部６７とを備える。
　映像データ取得部６１は、映像提供装置８から出力された、ドーム２の内面に表示する元映像９１を表す元映像データを取得する。映像データ取得部６１は、取得した元映像データを映像分割部６２へと伝達する。元映像データは、どのような形式のものであってもよい。例えば、ドーム２の各位置に対応する画素の赤緑青の各色の輝度値を示すデータであってもよい。また、各星のドーム２における座標と各星の色及び輝度を示すデータであってもよい。また、各星の基準となる座標と各星の色及び輝度を示すデータと、表示すべき座標と基準座標との関係を示すデータとを含むデータであってもよい。また、これらの組み合わせのデータであってもよい。
　映像分割部６２は、取得した元映像９１に関する元映像データに基づいて、ＬＥＤパネル３を用いて表示する高輝度な映像（高輝度映像９２）のデータと、プロジェクタ５を用いて表示する低輝度な映像（低輝度映像９３）のデータとを生成する。
　一例として、元映像データにおいて画素ごとの輝度値が１６ビット階調で与えられており、プロジェクタ５とＬＥＤパネル３との輝度比が１：２５６である場合について、最も簡素化した例を示す。
　１６ビットで与えられている元映像９１の階調値をＩＮとする。８ビットで与えられるＬＥＤパネル３を用いて表示する高輝度映像９２の階調値をＯＵＴ_Ｈとする。８ビットで与えられるプロジェクタ５を用いて表示する低輝度映像９３の階調値をＯＵＴ_Ｌとする。
　ＯＵＴ_Ｌは、以下のように決定される。ＩＮが２５５以下である場合、ＯＵＴ_ＬをＩＮの下位８ビットとする。ＩＮが２５５以上である場合、ＯＵＴ_Ｌ＝２５５とする。すなわち、ＯＵＴ_Ｌは、２５５でリミットされる。
　一方、ＯＵＴ_Ｈは、以下のように決定される。
　　　ＯＵＴ_Ｈ＝（ＩＮ－ＯＵＴ_Ｌ）／２５６
　実際には、入力する映像データの階調値と、出力であるＬＥＤパネル３又はプロジェクタ５を用いて表示される物理的な輝度との関係は、比例関係（リニアの関係）ではなく、例えば２．２乗関数といった所定の関係（ガンマカーブ）を有する。このため、実際には、この関係を補正することが行われる。
　また、例えば、惑星のような明るい天体から天の川のような暗い天体までをリアルに表示しようとすると、１６ビットでは足りず、さらに大きいビット数が必要であることにも留意する必要がある。
　上述の例は、高輝度な部分をプロジェクタ５とＬＥＤパネル３との両方を使って表現する例であるが、輝度に応じてプロジェクタ５とＬＥＤパネル３との一方を使って表現してもよい。この場合、例えば、元映像データが画素ごとの輝度値の情報を有しているとき、元映像９１のうち所定の閾値よりも高い輝度を有する画素を抽出して元映像９１の輝度値を階調値に変換することで高輝度映像９２のデータを生成し、元映像９１のうち所定の閾値以下の輝度を有する画素を抽出して元映像９１の輝度値を階調値に変換することで低輝度映像９３のデータを生成することができる。また、元映像データが各星の座標と輝度値の情報を有しているとき、所定の閾値よりも高い輝度を有する星を抽出して元映像９１の輝度値を階調値に変換することで高輝度映像９２のデータを生成し、所定の閾値以下の輝度を有する星を抽出して元映像９１の輝度値を階調値に変換することで低輝度映像９３のデータを生成することができる。
　ＬＥＤパネル３を用いて表示する第１の輝度範囲とプロジェクタ５を用いて表示する第２の輝度範囲とは、重なり合っていなくてもよいし、重なり合っていてもよい。ＬＥＤパネル３を用いて表示する第１の輝度範囲とプロジェクタ５を用いて表示する第２の輝度範囲とが重なり合っている場合、映像分割部６２は、ＬＥＤパネル３でもプロジェクタ５でも表示できる場合には、表示内容に応じて当該表示内容を高輝度映像９２に含めるか低輝度映像９３に含めるか両方に含めるかを決定してもよい。
　映像分割部６２は、高輝度映像９２のデータを高輝度映像処理部６３に伝達し、低輝度映像９３のデータを低輝度映像処理部６６に伝達する。
　高輝度映像処理部６３は、高輝度映像９２に関する各種処理を行う。例えば、高輝度映像９２を複数のＬＥＤパネルユニット３１を用いて表示するために、高輝度映像処理部６３は、高輝度映像９２を各々のＬＥＤパネルユニット３１に表示させる映像に分割する。また、高輝度映像処理部６３は、表示が適切に行われるように、各々の映像に対して、必要な画像処理を行う。高輝度映像処理部６３は、処理後の映像のデータを駆動信号作成部６４に伝達する。
　駆動信号作成部６４は、高輝度映像処理部６３から取得した映像のデータに基づいて、各々のＬＥＤパネルユニット３１に当該映像を表示させるためのＬＥＤ素子を駆動するための駆動信号を作成する。駆動信号作成部６４は、作成した駆動信号を、駆動信号出力部６５を介して、ＬＥＤ駆動回路４へと出力する。
　低輝度映像処理部６６は、低輝度映像９３に関する各種処理を行う。例えば、低輝度映像９３を複数のプロジェクタユニット５１を用いて表示するために、低輝度映像処理部６６は、低輝度映像９３を各々のプロジェクタユニット５１に表示させる映像に分割する。また、複数のプロジェクタユニット５１が映像を投影する領域に重なりがある場合、当該重なる領域の映像が自然に表示されるように分割した映像に対する処理を施す。その他、低輝度映像処理部６６は、表示が適切に行われるように、各々の映像に対して、必要な画像処理を行う。低輝度映像処理部６６は、処理後の映像信号を、映像信号出力部６７を介して、各々のプロジェクタユニット５１へと出力する。
　制御装置６は、Central Processing Unit（ＣＰＵ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）、Read Only Memory（ＲＯＭ）、ストレージなど、集積回路やその他の装置によって構成されていてよく、ＣＰＵで動作するソフトウェアによって、上述の処理の一部又は全部が行われてもよい。また、制御装置６は、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、Graphics Processing Unit（ＧＰＵ）等の集積回路を有していてもよく、ハードウェアによって、上述の処理の一部又は全部が行われてもよい。
　［プラネタリウムシステムの動作］
　映像提供装置８から出力された元映像データは、上述のとおり制御装置６で処理される。制御装置６の駆動信号出力部６５から出力された駆動信号を受信したＬＥＤ駆動回路４は、この駆動信号に基づいて、各々のＬＥＤパネルユニット３１のＬＥＤ素子を、すなわち、ＬＥＤパネル３を駆動する。その結果、ＬＥＤパネル３は、その表示面３０に、高輝度映像９２を表示する。また、制御装置６の映像信号出力部６７から出力された映像信号を受信した各々のプロジェクタユニット５１は、受信した映像信号に基づいて、ドーム２の内面の表示面３０に映像を投影する。このようにして、プロジェクタ５は、低輝度映像９３を表示面３０に表示する。
　ＬＥＤパネル３から放射された光は、観客の目に届き、プロジェクタ５から投影された光は、ＬＥＤパネル３の表示面３０で反射して観客の目に届く。すなわち、ＬＥＤパネル３によって表示面３０に表示された高輝度映像９２と、プロジェクタ５によって投影されて表示面３０に表示された低輝度映像９３とが、観客の目に届く。観客は、高輝度映像９２と低輝度映像９３とが合成された合成映像９４を知覚する。このようにして、観客は、元映像９１が再現よく表示された合成映像９４を見ることができる。
　ＬＥＤ素子による明るさは、ＰＷＭ信号のパルス幅に比例する。このため、ＬＥＤをＰＷＭ制御により調光すると、特に低輝度のときに明るさが段階的に変化するように見えてしまう。例えば、１２ビット分解能のＰＷＭ信号では、最小の明るさのときのパルス幅は、１／４０９６となる。そして、これより一段明るくしたときのパルス幅は２／４０９６となり、明るさが２倍になる。その結果、低光量の領域では、明るさが段階的に変化するように見えてしまう。プロジェクタ５の場合も同様である。本実施形態の表示システム１０を用いたプラネタリウムシステム１では、ＬＥＤパネル３は高輝度領域の映像を表示し、プロジェクタ５は低輝度領域の映像を表示する。このようにして、ＬＥＤパネル３が表現する階調の範囲とプロジェクタ５が表現する階調の範囲とが異なることで、互いの階調が補われ、プラネタリウムシステム１は、低輝度領域から高輝度領域まで滑らかな階調表示が可能となっている。
　本実施形態に係る表示システム１０を用いたプラネタリウムシステム１によれば、高階調な表示が行われる。例えば、ＬＥＤパネル３によるダイナミックレンジが１２ビット相当であり、プロジェクタ５によるダイナミックレンジが８ビット相当である場合、ＬＥＤパネル３の低輝度側２ビット相当でプロジェクタ５の階調と重複するとしても、プラネタリウムシステム１は、１８ビット相当のダイナミックレンジで映像の表示を行うことができる。
　本実施形態に係る表示システム１０を用いたプラネタリウムシステム１では、プロジェクタ５は、低輝度のプロジェクタでもよい。また、ヒトの視覚の空間分解能は、極低輝度においては低下するので、プロジェクタ５の解像度はある程度低くても許容される。したがって、プロジェクタ５に関しては、コストが比較的抑制される。
　以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。
　例えば、ＬＥＤパネル３が低輝度映像９３を表示し、プロジェクタ５が高輝度映像９２を表示してもよい。ＬＥＤパネル３が表示する第１の映像の輝度範囲と、プロジェクタ５が表示する第２の映像の輝度範囲とが、互いに異なっていることで、表示システム１０及びそれを用いたプラネタリウムシステム１は広いダイナミックレンジで映像の表示を行うことができる。
　上述のプラネタリウムシステム１に係る実施形態は、表示を担う輝度範囲が互いに異なるＬＥＤパネル３とプロジェクタ５とを組み合わせた表示システム１０をプラネタリウムに適用した例である。表示を担う輝度範囲が互いに異なるＬＥＤパネルとプロジェクタとを組み合わせた表示システム１０は、プラネタリウムへの使用に限定されず、例えば、他の表示を行うためのシステムにも適用され得る。すなわち、表示面がドーム２の内面に設けられている必要はなく、表示面は平面などであってもよい。また、表示される映像は、星空などに限定されず、どのような映像であってもよい。例えば、表示面が平面状のものとされ、そこに広告等が表示される、大型のサイネージディスプレイなどに表示システム１０が用いられてもよい。
　また、上述の実施形態では、ＬＥＤ素子を用いたＬＥＤパネルを例に挙げて説明したが、これに限らない。ＬＥＤ素子ではなく、例えば有機ＥＬ（organic electro-luminescence）素子（ＯＬＥＤ素子）といった他の自発光素子を用いた表示パネルが用いられてもよい。さらに、液晶表示パネルなど、光を放射する複数の画素を含む表示パネルであれば、他の種類の表示パネルが用いられてもよい。
　また、プラネタリウムシステム１では、図８にその構成例の概略を示すように、ＬＥＤパネル３及びプロジェクタ５に加えて、光学式プラネタリウム７が併用されてもよい。図８に示す例では、ドーム２の中央に光学式プラネタリウム７が配置され、ドーム２の周縁部にプロジェクタ５のプロジェクタユニット５１が分散して配置されている。
　このプラネタリウムシステム１では、これに限らないが、例えば、次のようにして映像が表示される。すなわち、明るい星の像は、光学式プラネタリウム７を用いてＬＥＤパネル３の表示面３０に投影される。中程度の明るさの星、景色、星座を示す絵その他の映像などは、ＬＥＤパネル３を用いて表示される。暗い星の像や、景色、星座を示す絵その他の映像は、プロジェクタ５のプロジェクタユニット５１を用いて、ＬＥＤパネル３の表示面３０に投影される。このような構成によっても、プラネタリウムシステム１は上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　１　　プラネタリウムシステム
　２　　ドーム
　３　　ＬＥＤパネル
　１０　表示システム
　３０　表示面
　３１　ＬＥＤパネルユニット
　３２　ＬＥＤ画素ユニット
　３３　赤色ＬＥＤ素子
　３４　緑色ＬＥＤ素子
　３５　青色ＬＥＤ素子
　３６　基板
　３７　透光板
　３８　半透過膜
　３９　反射面
　４　　ＬＥＤ駆動回路
　５　　プロジェクタ
　５１　プロジェクタユニット
　６　　制御装置
　６１　映像データ取得部
　６２　映像分割部
　６３　高輝度映像処理部
　６４　駆動信号作成部
　６５　駆動信号出力部
　６６　低輝度映像処理部
　６７　映像信号出力部
　７　　光学式プラネタリウム
　８　　映像提供装置
　９１　元映像
　９２　高輝度映像
　９３　低輝度映像
　９４　合成映像

 

Claims (8)

  1. 　第１の映像を表示するように構成された、光を放射する複数の画素を含む表示パネルを有する表示面と、
    　第２の映像を前記表示面に投影するように構成されたプロジェクタであって、前記表示パネルが表示可能である第１の輝度範囲と当該プロジェクタが表示可能である第２の輝度範囲とは互いに他方に含まれない範囲を少なくともその一部に有している、プロジェクタと、
    　前記第１の映像を前記表示パネルに表示させ、前記第２の映像を前記プロジェクタにより前記表示面に投影して表示させ、全体として前記第１の映像と前記第２の映像とが重畳した映像を表示させる制御装置と
    　を備える表示システム。
  2. 　前記表示パネルには、前記放射された光を透過し、前記プロジェクタから投影された光を反射する機能を有することでスクリーンとして機能するように構成された、半透過膜が設けられている、請求項１に記載の表示システム。
  3. 　前記表示パネルは、前記画素を構成する複数の自発光素子を有する、請求項１又は２に記載の表示システム。
  4. 　前記自発光素子は、ＬＥＤ素子又は有機ＥＬ素子を含む、請求項３に記載の表示システム。
  5. 　前記制御装置は、元映像データを取得し、当該元映像データに基づいて、前記第１の輝度範囲内で構成される前記第１の映像と、前記第２の輝度範囲内で構成される前記第２の映像とを作成する機能を有する、請求項１～４の何れかに記載の表示システム。
  6. 　前記制御装置は、前記第１の輝度範囲は、前記第２の輝度範囲よりも高輝度な範囲を含む、請求項１～５の何れかに記載の表示システム。
  7. 　請求項１～６の何れかに記載の表示システムを備え、
    　前記表示面は、ドームの内面に設けられている、
    　プラネタリウムシステム。
  8. 　星の像を前記表示面に投影するように構成された光学式プラネタリウムをさらに備える、請求項７に記載のプラネタリウムシステム。

     
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