CN115079491B - 成像介质变更装置、空间投影装置、空间投影系统以及空间投影方法 - Google Patents

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Abstract

提供能够实现视觉效果高的空间投影的成像介质变更装置、空间投影装置、空间投影系统以及空间投影方法。成像介质变更装置具备能够改变通过导光光学系统(30)而在空间成像部(40)中再成像的投影光(P1)所成像的成像介质(20)的特性的变更部(61)。此外，具备成像介质变更装置的空间投影装置(100)具备特性不同的多个成像介质(20)，变更部(61)构成为，能够进行驱动以将多个成像介质(20)中的所选择的一个配置在投影光(P1)的光源与导光光学系统(30)之间的成像有效区域(612)。

Description

成像介质变更装置、空间投影装置、空间投影系统以及空间投 影方法
本申请基于2021年3月11日提出申请的日本专利申请第2021-038822号主张优先权，这里引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及成像介质变更装置、空间投影装置、空间投影系统以及空间投影方法。
背景技术
以往，公开了在空间中使投影光成像而进行投影的空间投影技术。例如，日本特开2006-317708号公报中公开了通过在下部腔室中配置显示图像或实物等投影对象并且包含第1菲涅尔透镜、分束器、表面反射镜以及第2菲涅尔透镜的结构将影像向空间投射的空中浮置影像投影装置。
发明内容
如专利文献1那样，在作为投影对象而采用显示图像或实物并通过分束器、表面反射镜将光进行导光的结构下，在采用显示图像或实物的情况下，有无法应对将空间投影图像以任意的形状进行投影等灵活需求的情况。
本发明的目的在于，提供能够实现视觉效果高的空间投影的成像介质变更装置、空间投影装置、空间投影系统以及空间投影方法。
一种成像介质变更装置，具备变更部，该变更部能够改变通过导光光学系统而在空间成像部中再成像的投影光所成像的成像介质的特性。
一种空间投影装置，具备上述成像介质变更装置。
一种空间投影系统，具备变更部，该变更部能够变更通过导光光学系统而在空间成像部中再成像的投影光所成像的成像介质的特性。
一种空间投影方法，利用变更部来改变通过导光光学系统而在空间成像部中再成像的投影光所成像的成像介质的特性。
根据本发明，能够提供实现视觉效果高的空间投影的成像介质变更装置、空间投影装置、空间投影系统以及空间投影方法。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的空间投影装置的平面示意图。
图2是表示本发明的实施方式1的投影装置的结构的图。
图3A～图3D是本发明的实施方式1的成像介质的示意图，图3A是形成为圆弧面状的成像介质，图3B是形成为波形曲面状的成像介质，图3C是将投影面不连续地配置的成像介质，图3D是人形成像介质。
图4是本发明的实施方式1的旋转轮的示意图。
图5是本发明的实施方式1的表示设定表的结构的图。
图6是本发明的实施方式1的执行与投影介质对应的设定时的动作流程图。
图7是本发明的实施方式1的配置了圆弧面状的成像介质的空间投影装置的平面示意图。
图8A～图8B表示本发明的实施方式1的对图像修正值进行设定时的动作流程图，图8A表示在图像的投影处理前计算图像修正值的处理，图8B表示在图像的投影处理中计算图像修正值的处理。
图9A～图9C是表示本发明的实施方式1的修正用图像的图。
图10A～图10B是本发明的实施方式2的变更部及成像介质的示意图，图10A表示通过变更部形成为圆弧面状的成像介质，图10B表示通过变更部形成为波形曲面状的成像介质。
图11是能够在本发明的各实施方式中应用的具有导光光学系统的空间投影装置的平面示意图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下，描述用于实施本发明的形态。图1是空间投影系统1中的空间投影装置100的平面示意图。空间投影装置100具备投影装置10(投影仪)、从投影装置10出射的投影光P1所照射的成像介质20、将被投影到成像介质20上的光进行导光的导光光学系统30、以及将被导光光学系统30导光的光再成像的空间成像部40。空间投影装置100中，从投影装置10出射且在成像介质20上成像的投影图像2a从成像介质20扩散透射并向导光光学系统30入射，利用导光光学系统30而在空间成像部40再成像，从而能够使视听者50视觉识别在空中悬浮的空间投影图像4a。本实施方式的空间投影装置100，在作为变更部的旋转轮61上设有多个成像介质20(还参照图4)，其中被选择的一个成像介质20(图1中为成像介质20A)上被照射投影光P1。另外，具备旋转轮61的未图示的成像介质变更装置在实施方式1中作为空间投影装置100的一部分而设置，但也可以作为与空间投影装置100不同的外部装置而设置。
参照图2说明投影装置10的结构。投影装置10具备存储部11、处理部12、投影部13、操作部14、通信部15以及声音处理部16，各自通过内部总线而连接。存储部11例如由SSD(Solid State Drive)、SRAM(Static Random Access Memory)构成。在存储部11中，存储设定表111以及未图示的图像数据、动态图像数据以及控制程序等数据。处理部12由CPU、微型计算机等构成，将存储部11中存储的控制程序读出，对投影装置10进行控制。
投影部13将从处理部12送来的图像数据以按照预先设定的图像格式的帧速率形成图像，将该图像作为投影光P1向外部出射。本实施方式的投影装置10是DLP(DigitalLight Processing)方式的投影装置。投影部13例如将由内部的光源装置出射的蓝色波段光、绿色波段光以及红色波段光向作为显示元件的DMD(数字微镜器件)照射，该DMD按每个微镜(或每个像素)将蓝色波段光、绿色波段光以及红色波段光分时地反射从而能够形成彩色的图像光。图像光经由投影部13内的投影透镜而作为投影装置10的投影光P1向外部出射。从投影部13出射的投影光P1(图像光)被向图1的成像介质20投影。
操作部14从设置在投影装置10的壳体上的操作键等受理操作信号，将该操作信号经由总线向处理部12发送。处理部12根据来自操作部14的操作信号，执行投影处理等各种功能。
通信部15接收来自未图示的遥控器的基于红外线调制信号等的操作信号，将该操作信号向处理部12发送。通信部15也可以具备外部输入端子，能够使图像数据从外部设备输入。
声音处理部16具备PCM音源等音源电路，驱动扬声器17而使声音扩散放出。声音处理部16在所投影的图像数据中包含声音信号的情况下，在投影动作时将该声音信号进行模拟变换并经由扬声器17输出声音。
成像介质20具有包含投影光P1的投影范围的程度的任意形状及大小。或者，成像介质20配置在包含投影光P1的投影范围的任意位置。图1的成像介质20A(20)作为设置为平坦状的板状或膜状的透射型膜而构成。成像介质20是在向投影装置10侧的第一面21侧照射从投影装置10出射的投影光P1(包含光L1)的情况下从第一面21的相反面即第二面22侧朝向导光光学系统30使空间投影光P2(也包含光L2)扩散出射的透射部件。
此外，成像介质20如图3A～图3D所示，能够采用构成为任意地包括平面部、凹部及凸部的立体面状的板状或膜状的成像介质20B～20E。图3A～图3D中，在上段示意性地表示正面立体图，在下段示意性地表示平面图。成像介质20B～成像介质20E具有与成像介质20A不同的形状，但将从第一面21侧照射的投影光P1(或光L1)向第二面22侧出射等其他功能与成像介质20同样地构成。
图3A的成像介质20B以向第一面21侧突出而第二面22侧凹陷的方式绕上下方向(后述的图7的Z方向)的轴弯曲而形成为圆弧面状。图3B的成像介质20C的第一面21及第二面22凹凸弯曲，在平面视图中形成为波形(正弦曲线状)。图3C的成像介质20D具有长矩形状的分离为多个的局部区域20D1。各局部区域20D1在平面视图中以前后左右地分离而不连续的方式被偏移(offset)配置。图3D的成像介质20E形成为人形，具有仿形于人的轮廓及凹凸的局部区域20E1、20E2。与躯干部对应的局部区域20E1具有模仿肩部及胸部的形状。此外，与脸部对应的局部区域20E2从正面侧来看形成为大致圆形，如平面图所示那样在与鼻部对应的位置设有凸部。
图4是作为变更部而设置的旋转轮61的示意图。旋转轮61具有能够绕轴611a旋转的基体部611和绕基体部611的轴611a排列的特性不同的多个成像介质20A～20E。该旋转轮61配置为，包括投影光P1的光源(投影装置10)与导光光学系统30之间的成像有效区域612的一部分或全部。成像有效区域612是在图1所示的投影光P1的光轴方向(图1的X方向)以及与投影方向正交的方向(Y方向及Z方向)上能够将投影图像2a成像的范围的区域。另外，图4及图1中的成像有效区域612与成像介质20的大小关系、位置关系示意性地表示，例如也可以将成像介质20配置在成像有效区域612的内侧，仅向成像介质20的存在位置照射投影光P1来将投影图像2a投影。旋转轮61构成为能够绕轴611a旋转驱动，以使得多个成像介质20A～20E中的被选择的一个位于成像有效区域612。在图4的例子中，投影光P1所形成的投影图像2a被向位于成像有效区域612的成像介质20B投影。另外，旋转轮61的驱动控制可以由投影装置10的处理部12进行，也可以由在空间投影装置100内设置的其他处理部(包括驱动器)进行。
返回图1，导光光学系统30设置在成像介质20的第二面22侧，具备分束器31和回射部件32(回射镜)。回射部件32相对于成像介质20的配置面S(包含图1的Y方向(前后方向)以及Z方向(上下方向)的面)垂直配置。此外，分束器31形成为平板状，相对于成像介质20的配置面S以及回射部件32倾斜45度配置。本实施方式的分束器31是将入射的光的一部分反射并将另一部分透射的半反射镜。回射部件32具有将入射的光向与入射方向反向的相反方向反射的镜面。
空间成像部40是被投影到成像介质20上的投影图像2a作为空间投影光P2(P3)出射后、利用导光光学系统30再成像而显示空间投影图像4a的空间区域。
图5是表示设定表111的结构的图。设定表111按每个场景111a而将成像介质111b(屏幕)、变焦111c、对焦111d、图像修正值111e、明亮度111f以及对比度111g的各种设定对应地存储。场景111a「1」、「2」、「3」及「4」分别与图3A、图3B、图3C及图3D的成像介质20B～20E的设定内容相对应。
变焦111c、对焦111d以及图像修正值111e主要对应于成像介质20的轮廓、凹凸而设定。图像修正值111e可以对应于成像介质20预先设定，也可以通过图8A及图8B所示的处理而在变更了成像介质20等情况下测定投影图像2a的变形(strain)而求出。另外，场景111a能够预先对应于能够选择的成像介质20的数量而存储任意的数量、或者对相同的成像介质20设定多个等而存储任意的数量。此外，与场景111a对应的各设定项目(成像介质111b、变焦111c等项目)的数量也能够预先存储任意的数量。
接着，对空间投影装置100(空间投影系统1)的空间投影方法进行说明。如图6的流程图所示，首先，在步骤S101中，处理部12从操作部14或通信部15等受理投影装置10的场景的转变指示(变更指示)。场景的转变指示可以通过用户操作手动进行，也可以根据所投影的内容信息(content)自动进行。
步骤S102中，处理部12参照设定表111，取得与转变指示对应的场景111a的各种设定(成像介质111b(屏幕)、变焦111c、对焦111d、图像修正值111e、明亮度111f以及对比度111g)的设定值。例如，在上述的步骤S101中场景111a「1」被选择的情况下，成像介质111b「圆弧面」、变焦111c「中」、对焦111d「中」、明亮度111f「普通」、对比度111g「普通」作为设定值而被取得。关于图像修正值111e，可以读入预先确定的修正参数，也可以计算并取得在图8A及图8B中后述的动态修正参数。
步骤S103中，处理部12(或其他处理部)使图4所示的旋转轮61旋转，选择与场景111a对应的多个成像介质20(20A～20E)中的一个，进行切换以将其配置在投影装置10与导光光学系统30之间。场景111a「1」的情况下，配置与成像介质111b「圆弧面」对应的成像介质20B。
步骤S104中，处理部12使投影部13内的投影透镜驱动，根据在步骤S102中取得的变焦111c的设定值(场景111a「1」的情况下变焦111c「中」)进行变焦设定。同样地，在步骤S105中，处理部12使投影透镜驱动，根据在步骤S102中取得的对焦111d的设定值(场景111a「1」的情况下对焦111d「中」)进行对焦设定。
步骤S106中，处理部12通过在步骤S102中取得的图像修正值111e，将投影的图像数据进行修正。
此外，在步骤S107中，处理部12根据在步骤S102中取得的明亮度111f及对比度111g的设定值(场景111a「1」的情况下明亮度111f「普通」、对比度111g「普通」)设定投影图像2a的色调。如以上那样，处理部12将与在步骤S101中选择的场景111a对应的设定值从设定表111中读出，进行成像介质20、投影透镜以及投影光P1的条件设定。
参照图1，说明将空间投影图像4a投影时的光路。从投影装置10内(投影部13内)的点光源(DMD(显示元件)中的微镜上的任意点)经由投影透镜出射的光L1成像于成像介质20上的成像点F1。成像介质20在投影光P1的照射范围中被照射以光L1所例示的光路从投影装置10内的点光源出射并成像的光。由此，投影图像2a被投影在成像介质20上。
构成形成于成像介质20的投影图像2a的任意的点的光从第二面22以规定的扩散角度扩散透射而出射。例如，成像于成像点F1的上述的光L1作为光L2而以规定的扩散角度扩散并向分束器31入射。光L2的一部分光被分束器31向回射部件32侧反射。即，从投影图像2a的点光源出射的光L2在从成像介质20到回射部件32的光路中作为扩散光被导光。回射部件32将入射的光向与入射方向反向的相反方向反射，所以入射到回射部件32中的光L2作为以与扩散角度相同的角度聚光的汇聚光而朝向分束器31反射。被回射部件32反射了的光L3在分束器31中一部分透射而被向空间成像部40侧导光。并且，在空间成像部40中，光L3在成像点F2再成像。另外，光L2的光路长和光L3的光路长大致相同。
并且，在空间成像部40的成像点F2成像了的光L3作为具有与光L3的聚光角度及光L2的扩散角度相同的扩散角度的光L4而被导光。
以上那样的来自投影装置10内的显示元件的点光源的光L1～L4在成像介质20及导光光学系统30的光路的有效区域内被导光。即，从投影装置10出射的来自点光源的光L1的集合即投影光P1被从成像介质20的第一面21侧照射，并在成像介质20中成像。被照射到成像介质20上的投影光P1作为光L2的集合即空间投影光P2而被从第二面22向分束器31侧出射。照射到分束器31的空间投影光P2的一部分光向回射部件32侧反射。回射部件32将被从分束器31侧导光的空间投影光P2作为空间投影光P3(光L3的集合)进行反射。被回射部件32反射了的空间投影光P3的一部分光透射过分束器31而被向空间成像部40侧导光。
这样，构成在成像介质20上成像的投影图像2a的光(点光源的集合)在作为空间投影面的空间成像部40上再成像，向视听者50侧出射。因此，视听者50能够视觉识别空间成像部40上的空中成像的空间投影图像4a。此外，视听者50即使使观测点移动也能够视觉识别空间投影图像4a。例如，从成像点F2出射的光L4能够在图1所示的光L4的扩散角度范围内(出射角度范围内)的位置视觉识别。
此外，从视听者50侧从空间成像部40侧的方向即A方向观察到的空间投影图像4a的上下方向(Z方向)以及左右方向(X方向)的朝向与从B方向观察到的投影图像2a的上下方向(Z方向)以及前后方向(Y方向)大致相同。另一方面，光L2和光L3的光路长大致相同，因此从A方向观察到的空间投影图像4a的深度位置(depth position)与从B方向观察到的投影图像2a的深度位置为相反的关系(在图7中后述)。在使用图1的设为平坦状的成像介质20的情况下，空间投影图像4a也显示为平坦的平面图像。
接着，参照图7，说明代替图1所示的成像介质20A而使用圆弧面状的成像介质20B的情况的结构。成像介质20B(成像介质20C～20E也同样)的凹凸程度构成为，被限制在从投影装置10出射的投影光P1(光L1)的景深内。因此，在成像介质20B上显示合焦了的投影图像2a(或者以可视为合焦的程度成像的投影图像2a)。
如上述那样，被导光光学系统30导光的光L2和光L3的光路长大致相同，从A方向观察到的空间投影图像4a的深度位置与从B方向观察到的投影图像2a的深度位置为相反的关系。即，如图7所示，从B方向观察到的弯曲的投影图像2a的靠后侧的成像点F1对应于从A方向观察到的空间投影图像4a的近前侧的成像点F2。因此，通过使成像介质20B形成为包含凹凸的立体面状，能够将立体的空间投影图像4a向空间成像部40投影。
另外，作为包含凹凸的立体面状的成像介质20，在使用成像介质20C的情况下，能够将空间投影图像4a作为具有波形凹凸面的图像来显示。此外，在使用成像介质20D的情况下，能够显示从视听者50来看前后分离的立体的空间投影图像4a。进而，在使用成像介质20E的情况下，能够将立体的人形图像作为空间投影图像4a来显示。
接着，说明在上述的图6的步骤S106中将图像修正值111e动态地设定的情况的处理。拍摄在所选择的成像介质20上投影的投影图像2a，基于取得的投影图像2a设定图像修正值111e。图8A表示在图像的投影处理前计算图像修正值的空间投影装置100所进行的处理。处理部12当开始图像修正值的测定(步骤S201)则在步骤S202中对成像介质20进行修正用图像的图案投影。
图9A、图9B及图9C分别是表示向成像介质20投影的投影图像2a的变形修正用的修正用图像70a～70c的图。修正用图像70a、修正用图像70b及修正用图像70c具有在大致整面的测定图像72中沿纵向及横向交替地配置有大致正方形的白四边形及黑四边形的棋盘格图样。修正用图像70a～70c能够根据棋盘格图样的大小而以不同的分辨率检测第一面21的变形。投影装置10将修正用图像70a～70c向第一面21投影，使未图示的拍摄装置进行拍摄。拍摄装置能够组合多个修正用图像70a～70c而检测成像介质20的第一面21整体的变形。拍摄装置可以与投影装置10分体，也可以设置在投影装置10中。
本实施方式中，投影装置10以大型的棋盘格图样的修正用图像70a、中型的棋盘格图样的修正用图像70b以及小型的棋盘格图样的修正用图像70c的顺序向成像介质20投影。此时，尺寸不同的棋盘格图样的各修正用图像70a、70b、70c的四边形的角部配置于在投影时不相互重叠的位置。
步骤S203中，所投影的修正用图像70(70a～70c)被设在投影装置10侧的任意的拍摄装置拍摄。拍摄装置配置在投影装置10内或投影装置10外。另外，拍摄装置可以拍摄成像介质20的第一面21或第二面22，也可以将空间成像部40从出射侧(视听者50侧)拍摄。
步骤S204中，处理部12判断是否全部的修正用图像70的图案已被投影。处理部12在全部的修正用图像70的图案已被投影及拍摄的情况下(S204的“是”)前进至步骤S205的处理，在不是全部的修正用图像70的图案已被投影及拍摄的情况下(S204的“否”)返回至步骤S202的处理。本实施方式中，投影装置10将修正用图像70依次投影，直至3个修正用图像70a～70c的投影及拍摄被执行。
步骤S205中，拍摄装置根据从各拍摄图像(修正用图像70a～70c)检测出的标记71位置，确定各修正用图像70a～70c的位置。具体而言，本实施方式中，图9所示的修正用图像70a～70c均在图像的四角的相同位置配置有标记71，所以拍摄装置通过检测各修正用图像70a～70c间的标记71的位置偏差而检测修正用图像70a～70c的平行成分及旋转成分的位置偏差。拍摄装置检测多个修正用图像70a～70c的位置偏差并进行偏移修正。由此，能够修正由手抖等引起的拍摄图像间的位置偏差。拍摄装置能够检测拍摄图像中的修正用图像70a～70c中的棋盘格图样的交点(角部)的坐标，求出成像介质20的变形程度。拍摄装置根据变形程度的信息，生成图像修正信息。
并且，在步骤S206中，拍摄装置经由通信部15使投影装置10取得图像修正信息。由此，投影装置10能够根据图像修正信息对内容信息的图像数据进行图像修正处理。投影装置10的处理部12可以将更新后的图像修正值(变形参数)作为设定表111的图像修正值111e保存。由此，投影装置10能够进行图像投影以使得所预期的图像被视听者50视觉识别。
图8B表示在图像的投影处理中计算图像修正值的处理。空间投影装置100能够代替图8A的处理或与图8A的处理组合而执行图8B的处理。图8B表示在内容信息等的图像的投影处理中计算图像修正值的处理。步骤S301中，处理部12在任意的内容信息的图像投影中将能够进行坐标检测的修正用图像重叠而向成像介质20投影(详细情况不图示)。作为内容信息的图像中的修正用图像，例如能够设为内容信息内容中包含的图像中的通过二值化处理能够容易地进行位置检测的部位。
步骤S302中，上述的拍摄装置拍摄修正用图像而取得拍摄图像。此外，拍摄装置使投影装置10经由通信部15取得拍摄图像。步骤S303中，投影装置10将包含修正用图像的投影图像与从拍摄装置取得的拍摄图像进行比较。
步骤S304中，投影装置10通过投影图像与拍摄图像的比较，判断图像修正值的变更是否需要。例如，投影装置10在投影图像和拍摄图像的形状以预先确定的阈值以上的程度变形了的情况下，能够判断为需要图像修正值的变更。投影装置10在判断为需要图像修正值的变更的情况下(S304的“是”)前进至步骤S305的处理，在没有判断为需要图像修正值的变更的情况下(S304的“否”)返回至步骤S302的处理。
步骤S305中，投影装置10能够检测拍摄图像中的修正用图像的坐标，求出成像介质20的变形程度。投影装置10根据变形程度的信息，生成图像修正信息。
并且，步骤S306中，投影装置10能够根据图像修正信息对内容信息的图像数据进行图像修正处理。投影装置10的处理部12可以将更新后的图像修正值(变形参数)作为设定表111的图像修正值111e保存。由此，投影装置10能够进行图像投影以使得所预期的图像被视听者50视觉识别。
另外，图8A及图8B中的拍摄之后的处理(S204～206以及S303～S306)可以由投影装置10及拍摄装置中的某一方进行，也可以由与投影装置10及拍摄装置不同的其他装置进行。
如以上那样，本实施方式的空间投影装置100通过投影装置10形成了作为空间投影图像4a投影的投影图像2a。因此，与利用作为投影对象的显示图像或实物的情况相比能够显示高亮度的投影图像2a，空间投影图像4a也能够以高亮度鲜明地显示。此外，投影装置10所投影的投影图像2a通过增大成像介质20、20A的形状、适当空出投影装置10与成像介质20、20A的距离，还能够容易地增大空间投影图像4a。因此，空间投影装置100能够不较大地改变整体结构地投影较大的空间投影图像4a。进而，通过利用旋转轮61的驱动改变成像介质20的特性，能够容易地改变空间投影图像4a的显示形态。这样，能够通过使用空间投影装置100(空间投影系统1)的空间投影方法，以简易的结构实现视觉效果高的空间投影。
(实施方式2)
接着，参照图10A及图10B说明实施方式2的结构。
实施方式2的空间投影装置100(空间投影系统1)中，代替在实施方式1中说明的旋转轮61(参照图1及图4)，作为能够变更成像介质20(20A～20E)的形状的变更部而具备形状变更部62。成像介质20是长矩形的平板状或膜状的具有挠性的透射型膜，由形状变更部62保持。形状变更部62将成像介质20的短边及长边的缘部通过多个保持部621、622从第一面21侧及第二面22侧进行保持。本实施方式的保持部621、622的结构是一例，保持部621、622的数量、构造、位置、范围等保持方法能够任意地构成。
形状变更部62的一部分或全部的保持部621、622能够一边保持成像介质20一边移动。例如，图10A的成像介质20B是圆弧面状，图10B的成像介质20C是波形状。通过由形状变更部62使成像介质20的形状可变，能够将不同形状的成像介质用一个部件形成。因此，能够使能够变更成像介质的特性的变更部的结构小型化，能够将空间投影装置100(100A)简易地构成。另外，具备形状变更部62的未图示的成像介质变更装置在实施方式2中作为空间投影装置100的一部分而设置，但也可以作为与空间投影装置100不同的外部装置而设置。
另外，以上的实施方式1及实施方式2中说明的导光光学系统30也可以采用与分束器31及回射部件32不同的结构。例如，图11所示的空间投影系统1A中的空间投影装置100A，代替实施方式1及实施方式2的空间投影装置100中的导光光学系统30而具备包含光反射部件33的导光光学系统30A。光反射部件33是使在成像介质20上成像的各点光源(例如，来自成像点F1的光)在作为面对称位置的空间成像部40中再成像的光学部件。
光反射部件33能够采用任意的结构，例如，如C部放大图所示，使包含多个第一镜331a的第一镜层331和包含多个第二镜332a的第二镜层332相邻而构成。第一镜331a配置为，镜面相对于XY面平行。此外，多个第一镜331a以相互平行的方式在Z方向上以等间隔排列(还参照XI－XI剖面图)。第二镜332a配置为，镜面与第一镜331a的镜面正交。此外，多个第二镜332a以相互平行的方式，在与第一镜331a的排列方向正交的方向上以等间隔排列。光反射部件33配置为，第二镜332a相对于成像介质20的配置面S(在图11的例子中，相对于YZ面和ZX面)45度倾斜。
此外，在C部放大图中，示出了从成像点F1出射且平行于XY平面的光L21、L22向光反射部件33入射的情况的光路。光L21及光L22不照射到平行于XY平面地配置的第一镜331a的镜面，向第二镜332a的镜面入射。光L21及光L22分别以与向第二镜332a入射时的入射角相同的反射角反射。光L21以比光L22大的入射角向第二镜332a(光反射部件33)入射，所以光L21以比光L22大的反射角反射。因此，从成像点F1出射的具有规定的扩散角度的光L2从光反射部件33作为具有与光L2的扩散角度相同的聚光角度的光L3而被反射，在相对于光反射部件33为面对称位置的成像点F2再成像。另外，从成像点F1出射的光L2的Z方向的扩散成分也被第一镜331a反射所以在成像点F2再成像。
另外，光反射部件33的结构不限于C部放大图所示的结构，也可以使用使在成像介质20上成像的各点光源在作为面对称位置的空间成像部40中再成像的其他光反射部件。例如，光反射部件也可以构成为，设置多个微细的棱镜，将以规定的扩散角度入射的光作为以与该扩散角度大致相同的聚光角度聚光的光进行反射，将从点光源入射的光以在面对称位置上成像的方式出射。
如上所述，在图11的空间投影装置100A及空间投影系统1A中，与实施方式1的导光光学系统30相比，能够减少零件个数而使结构简单，所以能够使整体小型化。因此，能够以简单的结构实现视觉效果高的空间投影。
另外，各实施方式中说明的空间投影装置100、100A可以将投影装置10、拍摄装置(未图示)、成像介质20、导光光学系统30、30A以及空间成像部40配置在一个装置中而构成，也可以分散配置在多个装置中而构成。例如，能够在投影装置10中包含成像介质20(20A～20E)、导光光学系统30、30A以及空间成像部40的一部分功能而构成为一个空间投影装置。
此外，各实施方式中表示的成像介质20的特性中，能够包括局部区域的数量、配置的位置、凹凸及轮廓等的形状、光透射率(还包括按每个波长选择的透射率)、向导光光学系统30的扩散角度等。
此外，投影装置10不限于上述DLP方式，也可以是其他方式。作为投影装置10，也可以使用LCP(liquid crystal panel，液晶面板)方式的投影装置。LCP方式的投影装置，通过液晶滤波器(液晶板)按每个像素来控制蓝色波段光、绿色波段光以及红色波段光的透射率，将透射过液晶滤波器的各像素的蓝色波段光、绿色波段光以及红色波段光合成而作为投影光来出射。
此外，作为投影装置10，也可以使用LCoS(Liquid Crystal on Silicon)方式的投影装置。LCoS方式的投影装置中，代替DLP方式的投影装置10中的DMD，在反射层之上配置具有能够按每个像素对应地使光的透射率可变(也包括遮光)的液晶滤波器(液晶层)的显示元件。因此，投影装置能够将照射到显示元件中的光源光一边按每个像素进行光量控制一边反射而形成图像光，将该图像光作为投影光向外部出射而将投影图像2a向成像介质20(20A～20E)投影。
此外，在作为投影装置10而使用上述的LCP方式、LCoS方式的投影装置的例子中，透射过液晶滤波器的各光(蓝色波段光、绿色波段光、红色波段光)是具有规定的偏振方向的偏振光。因此，例如在实施方式1中，可以是，作为分束器31而配置将S偏振光及P偏振光的光的一方反射而将另一方透射的偏振镜，在分束器31与回射部件32之间的光路上配置1/4波片。由此，分束器31将从成像介质20出射的光中的S偏振光及P偏振光的一方即第一偏振方向的光向回射部件32侧反射，在透射1/4波片而变换为圆偏振光后，由回射部件32反射。被回射部件32反射了的圆偏振光再次透射1/4波片而被变换为与第一偏振方向正交的第二偏振方向的光，并透射分束器31。这样，在作为分束器31而使用偏振镜的情况下，能够将一次被分束器反射的大部分光通过回射部件32反射后透射分束器31，所以与使用半反射镜的情况相比，能够提高光的利用效率。
此外，作为投影装置10，也可以使用激光扫描方式的投影装置。在激光扫描方式的投影装置中，将由蓝色波段光、绿色波段光以及红色波段光颜色合成为所希望的颜色的激光向显示元件照射，显示元件分时地将激光控制反射角度并进行反射而向作为被投影体的成像介质20照射。此时，显示元件能够对于成像介质20以在垂直方向及水平方向上二维地扫描的方式照射激光，将投影图像2a向成像介质20投影。激光扫描方式的投影装置中，能够省略使从显示元件出射的光聚光的投影透镜，所以能够使投影装置整体小型化。此外，该投影装置能够通过激光形成图像，所以在使用凹凸大的立体面状的成像介质的情况下也能够投影所预期的鲜明的投影图像2a。
此外，作为成像介质20，例示了板状或膜状的结构，但也可以使用烟(smoke)、水等流体。在对成像介质20使用流体的情况下，可以将封入了该流体的透光性容器配置于旋转轮61，也可以将封入了流体的具有透光性及挠性的板状容器通过形状变更部62保持。
此外，可以对成像介质20进行着色。由此，能够使空间投影图像4a的色彩变化，或任意地调整色调。在使用流体作为成像介质20的情况下，也可以将该流体着色。成像介质20的着色可以按时间序列经时性地变化。由此，能够呈现各种各样的表现效果。
此外，导光光学系统30也可以采用利用菲涅尔透镜使从成像介质20出射的光在空间成像部40中再成像的结构。
此外，本实施方式中，以向成像介质20投影的投影光P1从成像介质20的第一面21侧入射、从与第一面21相反侧的第二面22侧出射、作为空间投影光P2向导光光学系统30导光的透射型的成像介质为例进行了说明，但也可以使用出射投影光P1的面与出射空间投影光P2的面为相同面的反射型的成像介质(投影仪屏幕、壁面等被投影介质)。
此外，通过投影光P1成像于成像介质20的投影图像2a不限于由从投影装置10出射的投影光形成的图像，也可以设为从其他光源装置作为投影光而出射的任意的光源光、照明光、LED光或激光所形成的光像。此外，投影图像2a通过使用任意的光源，可以由可视光形成，也可以由非可视光(例如，数字水印等用途)形成。
如以上说明的那样，在各实施方式中说明的空间投影系统1、1A以及空间投影装置100、100A的成像介质变更装置，具备能够改变供通过导光光学系统30、30A在空间成像部40中再成像的投影光成像的成像介质20(20A～20E)的特性的变更部(61，62)。由此，能够根据成像介质的特性任意地设定空间投影图像4a的显示形态。因此，能够实现视觉效果高的空间投影。
此外，具有成像介质20(20A～20E)的空间投影装置100、100A能够连同变更部(61，62)一起使整体结构小型化。
此外，具有导光光学系统30、30A的空间投影装置100、100A能够连同变更部(61，62)一起使整体结构小型化。
此外，具备特性不同的多个成像介质20A～20E、变更部(61，62)以能够将多个成像介质20A～20E中的所选择的一个配置在投影光的光源与导光光学系统30、30A之间的成像有效区域中的方式可驱动地构成的空间投影装置100、100A，能够通过更换事先准备的成像介质20A～20E而容易地变更成像介质20A～20E。
此外，变更部是具有可绕轴611a旋转的基体部611和绕基体部611的轴611a排列的多个成像介质20A～20E的旋转轮61，空间投影装置100、100A能够容易地进行成像介质20A～20E的切换。
此外，变更部是能够改变成像介质20A～20E的形状的形状变更部62，空间投影装置100、100A能够将不同形状的成像介质20通过一个部件形成。因而，能够将能够改变成像介质的特性的变更部的结构小型化，能够简易地构成空间投影装置100(100A)。
此外，说明了空间投影装置100、100A具备对于成像介质111b(20)存储使变焦111c、对焦111d、图像修正值111e、明亮度111f以及对比度111g的至少一部分设定值对应的设定表111的存储部11、以及将与所选择的成像介质20对应的设定值从设定表111读出并进行条件设定的处理部12的结构。由此，空间投影装置100、100A能够通过对应于视听者50(用户)的喜好的任意设定将空间投影图像4a投影。
此外，拍摄在所选择的成像介质20上投影的投影图像2a，基于与所取得的投影图像2a对应的拍摄图像而设定图像修正值111e。由此，不预先决定图像修正值也能够动态地设定能够对应于所使用的成像介质20而投影适当的空间投影图像4a的图像修正值。
此外，包含形成为包含凹凸的立体面状的成像介质20的空间投影装置100、100A能够显示立体的空间投影图像4a。
此外，成像介质20A～20E是向第一面21侧照射投影光P1、从第一面21的相反面即第二面22侧朝向导光光学系统30、30A使光扩散出射的透射部件。由此，能够使包括成像介质20A～20E及导光光学系统30、30A的结构小型化。
此外，说明了导光光学系统30具有分束器31以及回射部件32、分束器31使从成像介质20A～20E出射的光向回射部件32侧反射、使被回射部件32反射了的光向空间成像部40侧透射的结构。由此，能够简易地构成从投影图像2a上的各点光源出射的广角光。
此外，具有将投影光投影的投影装置10的空间投影装置100、100A通过使投影图像2a(4a)的光源包含在空间投影装置100、100A中而能够使整体构成为小型。
此外，说明了利用变更部(61，62)改变通过导光光学系统30、30A而在空间成像部40中再成像的投影光所成像的成像介质20(20A～20E)的特性的空间投影方法。由此，能够根据成像介质20(20A～20E)的特性任意地设定空间投影图像4a的显示形态。因此，能够实现视觉效果高的空间投影。
另外，以上说明的实施方式是作为例子提示的，并不意欲限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求所记载的发明及其等同范围内。

Claims (13)

1.一种成像介质变更装置，其特征在于，
具备变更部，该变更部能够将供通过导光光学系统而在空间成像部中作为立体的空间投影图像而再成像的投影光所成像的成像介质的形状变更为与上述变更部对应的形状，上述成像介质形成为含有凹凸的立体面状。
2.一种空间投影装置，其特征在于，
具备权利要求1中记载的成像介质变更装置。
3.如权利要求2所述的空间投影装置，其特征在于，
具有上述成像介质。
4.如权利要求2或3所述的空间投影装置，其特征在于，
具有上述导光光学系统。
5.如权利要求2～4中任一项所述的空间投影装置，其特征在于，
具备上述形状不同的多个上述成像介质，
上述变更部构成为，能够进行驱动以将多个上述成像介质中的所选择的一个配置在上述投影光的光源与上述导光光学系统之间的成像有效区域。
6.如权利要求5所述的空间投影装置，其特征在于，
上述变更部是具有能够绕轴旋转的基体部、和绕上述基体部的上述轴而排列的多个上述成像介质的旋转轮。
7.如权利要求2～6中任一项所述的空间投影装置，其特征在于，
具备：
存储部，存储设定表，该设定表使变焦、对焦、图像修正值、明亮度以及对比度的至少一部分的设定值与上述成像介质相对应；以及
处理部，从上述设定表读出与所选择的上述成像介质对应的上述设定值并进行条件设定。
8.如权利要求7所述的空间投影装置，其特征在于，
上述图像修正值是拍摄在所选择的上述成像介质上投影的投影图像、基于与所取得的上述投影图像对应的拍摄图像而设定的。
9.如权利要求2～8中任一项所述的空间投影装置，其特征在于，
上述成像介质是在第一面侧被照射上述投影光并从上述第一面的相反面即第二面侧朝向上述导光光学系统使光扩散出射的透射部件。
10.如权利要求2～9中任一项所述的空间投影装置，其特征在于，
上述导光光学系统具有分束器及回射部件，
上述分束器使从上述成像介质出射的光向上述回射部件侧反射，使被上述回射部件反射了的光向上述空间成像部侧透射。
11.如权利要求2～10中任一项所述的空间投影装置，其特征在于，
具有投影上述投影光的投影装置。
12.一种空间投影系统，其特征在于，
具备变更部，该变更部能够将供通过导光光学系统而在空间成像部中作为立体的空间投影图像而再成像的投影光所成像的成像介质的形状变更为与上述变更部对应的形状，上述成像介质形成为含有凹凸的立体面状。
13.一种空间投影方法，其特征在于，
利用变更部来将供通过导光光学系统而在空间成像部中作为立体的空间投影图像而再成像的投影光所成像的成像介质的形状变更为与上述变更部对应的形状，上述成像介质形成为含有凹凸的立体面状。
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