JP2002131834A

JP2002131834A - 立体角表示装置

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Publication number: JP2002131834A
Application number: JP2000323248A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tsurumaki; 均鶴巻; Jun Oishi; 潤大石; Norio Igawa; 憲男井川
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-05-09
Anticipated expiration: 2020-10-23
Also published as: JP4279446B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画像を投影するスクリーン等の被投影対象面
を容易に設定することができる立体角表示装置を得る。【解決手段】ハロゲンランプ等の点光源５２が、半球
状のカバー５４の中心（焦点）位置に固定される。カバ
ー５４の表面または裏面には、光源５２から予め定めた
一定の立体角による光線が射出されるように、すなわ
ち、等立体角光線を射出するための明暗パターンが設け
られている。従って、高原５２を点灯することで、緯度
線と経度線の交点位置である予め定めた一定の立体角に
よる光線が射出される。これにより、光源５２を、ユー
ザＯＰの視点位置に設置し、光源５２を点灯すること
で、ユーザＯＰの一定の立体角による視線方向を光線と
して表示できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体角表示装置に
かかり、特に、曲面に画像を表示するときの曲面を校正
するために用いて好適な立体角表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、投影型の表示装置は、投影装
置と被投影材料から構成されている。投影装置には、ス
ライドプロジェクタや映写装置が利用され、被投影材料
には、反射率が高いスクリーンやビル等の壁面が利用さ
れている。この被投影材料へ、投影装置により画像を投
影することによって、画像を表示している。このよう
に、画像を表示するには、投影して表示する画像を予め
用意しなければならないが、カメラ等の撮影装置の制約
上、通常、写真画像等の平面性が高い画像を用いてい
る。

【０００３】投影光学系は平面画像を基にするので、被
投影材料も平面的な形状が要求される場合が多い。従っ
て、略平面的なスクリーンや壁面へ写真画像等を投影し
ている。このように、略平面的なスクリーンや壁面へ画
像を投影する場合に、臨場感を増大させるには、被投影
領域を増大させ、大画像を投影することが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、大画像
を投影するためには、投影側から正確な緯度及び経度が
設定されていなければならない。従って、スクリーンを
組み立てたり、投影装置の位置を設定したりするときに
は、その組立や設定を実際の画像やテストパターン画像
を表示させながら、調整する必要があり、調整作業が煩
雑かつ長時間を要することになる。

【０００５】本発明は、上記事実を考慮して、画像を投
影するスクリーン等の被投影対象面を容易に設定するこ
とができる立体角表示装置を得ることが目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光を射出する点光源と、焦点を有する曲面
状に形成されかつ、前記焦点から略一定の立体角の直線
に沿う方向の光束を透過または非透過するための明暗パ
ターンが設けられた透過手段と、を備えたことを特徴と
する。

【０００７】本発明の立体角表示装置は、焦点を有する
曲面スクリーン等の曲面に等しい緯度経度を表示するた
めに用いて好適である。すなわち、曲面状に形成された
透過手段には、明暗パターンが設けられている。この明
暗パターンは、透過手段が曲面状に形成されるときの焦
点から略一定の立体角の直線に沿う方向の光束を透過ま
たは非透過するためのものである。従って、焦点から略
一定の立体角の直線に沿う方向の光束のみが透過するよ
うに明暗パターンを形成すれば、透過手段の焦点に点光
源を設置して点灯することによって略一定の立体角の間
隔で光束が射出される。また、焦点から略一定の立体角
の直線に沿う方向の光束のみが非透過となるように明暗
パターンを形成すれば、透過手段の焦点に点光源を設置
して点灯することによって略一定の立体角の間隔で光束
が遮断される。これによって、例えば焦点を有する曲面
スクリーン等の曲面には等しい緯度経度を明部または暗
部によって表示でき、曲面スクリーン等の曲面の位置調
整を容易に行うことができる。

【０００８】前記透過手段は、焦点を有する曲面状に形
成された部材を備え、前記部材上に前記焦点から略一定
の立体角の直線と前記部材との交差位置が明部または暗
部となる明暗パターンにより形成することができる。

【０００９】透過手段には、明暗パターンが形成される
が、不透明アクリル等の不透明材質に、光束を透過させ
るためのスリットを明部として設けて明暗パターンを設
けても良い。また、透明アクリル等の透明材質に、光束
を遮断させるためのマークを暗部として設けて明暗パタ
ーンを設けても良い。これによって、容易に、透過手段
を形成することができる。

【００１０】前記透過手段は、焦点を有する曲面状とし
て球体表面の少なくとも一部で構成することができる。

【００１１】焦点を有する曲面状としては球体を採用す
ることが好ましく、容易に形成することができる。ま
た、略等しい一定の立体角を得るためには、一定間隔の
緯度及び経度の少なくとも一方が得られれば良い。この
一定間隔の緯度及び経度は、球体表面（球体の表面を核
としたときの裏面）に容易に形成することができる。従
って、焦点を有する曲面状として球体表面の少なくとも
一部で構成することで、略一定の立体角の間隔で光束を
射出または遮断するための明暗パターンを容易に形成す
ることができる。

【００１２】本発明の立体角表示装置は、前記点光源及
び透過手段を、少なくとも一方向へ移動するための移動
手段をさらに備えることができる。

【００１３】立体角表示装置は、点光源から射出される
光束を基準とするため、その点光源の位置を基準に設置
することが好ましい。このため、点光源及び透過手段
を、少なくとも一方向へ移動するための移動手段をさら
に備えることで、立体角表示装置を容易に位置調整する
ことができる。移動手段の移動方向には、水平方向、垂
直方向、左右方向、及びこれらの方向を軸とした回転方
向がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は、広
視野角視覚シミュレータに本発明を適用したものであ
る。

【００１５】展示会やイベント会場などのプレゼンテー
ションを行う空間では、画像を提示させることが多く、
その画像には、写真画像やＣＧ等の二次元画像が用いら
れることが多い。この場合、スクリーン等への平面的な
表示は、単に二次元画像の拡大であり、視覚的な臨場感
を伴う画像表示を得るものではない。そこで、その視覚
的な臨場感という感覚を考慮することを意図して、大画
面の表示には、二次元画像を曲面へ投影して表示させる
ことが有効であるという知見を得た。本実施の形態で
は、ユーザの視線で画像を視覚することを想定して、二
次元画像を投影するための演算に反映させている。

【００１６】〔広視野角視覚シミュレータ〕図１に示す
ように、本実施の形態の広視野角視覚シミュレータ１０
は、曲面スクリーン１２、６つの液晶プロジェクタ１
４、１６、１８、２０、２２、２４、ブレンディング・
ユニット２６及び画像処理装置２８を備えている。曲面
スクリーン１２は移動可能であるが、本実施の形態で
は、地面に固定されている。また、６つの液晶プロジェ
クタ１４〜２４は、フレーム３０によって固定されてお
り、そのフレーム３０は地面に固定されている。６つの
液晶プロジェクタ１４〜２４は、ブレンディング・ユニ
ット２６に接続されており、ブレンディング・ユニット
２６は画像処理装置２８に接続されている。

【００１７】曲面スクリーン１２は、予め定めた曲面形
状をしており、本実施の形態では、球面の一部を抽出し
た曲面を採用する。球面は、その中心点が焦点であり、
その焦点位置がユーザＯＰの視点位置となるように、曲
面スクリーン１２の形状を定める。曲面スクリーン１２
は、球面に限定されるものではなく、焦点を有する曲面
であればよい。また、焦点は１つに限定されるものでは
なく、複数あってもよい。

【００１８】また、画像処理装置２８には、表示するた
めの画像の基となる基準画像の画像データが記憶されて
おり、記憶された画像データを画像処理して、ブレンデ
ィング・ユニット２６へ出力する。ブレンディング・ユ
ニット２６は、６つの液晶プロジェクタ１４〜２４で投
影される画像を、曲面スクリーン１２上で合成するため
の処理を実施するものであり、各液晶プロジェクタ用の
画像データに変換した後に、液晶プロジェクタ１４〜２
４の各々に出力する。これによって、曲面スクリーン１
２には６つの液晶プロジェクタ１４〜２４からの各々の
画像が投影される。

【００１９】上記構成による広視野角視覚シミュレータ
の各部の詳細、及び広視野角視覚シミュレータの組立時
に用いる装置の詳細を説明する。

【００２０】〔液晶プロジェクタ〕液晶プロジェクタ１
４〜２４は、縦横の６箇所に設置される（図１参照）。
上下で分類すると、上段には液晶プロジェクタ１４、１
６、１８、下段には液晶プロジェクタ２０、２２、２４
が設置され、左右で分類すると、左側には液晶プロジェ
クタ１４、２０、中側には液晶プロジェクタ１６、２
２、右側には液晶プロジェクタ１８、２４が設置されて
いる。

【００２１】図２に示すように、本実施の形態の広視野
角視覚シミュレータ１０では、ユーザＯＰがスクリーン
１２を視覚可能な視界（視点位置Ｏを焦点とする立体
角）が、ユーザＯＰの視覚範囲Ｓとして規定する。スク
リーン１２を上下方向で考えると、中側の液晶プロジェ
クタ１６は、スクリーン１２の下部の投影領域を担当
し、液晶プロジェクタ２２は、スクリーン１２の上部の
投影領域を担当する。すなわち、液晶プロジェクタ１
６、２２の投影軸は交差し、上部に設置される液晶プロ
ジェクタ１６がスクリーン１２の下部の投影領域Ｓｄｃ
を投影し、下部に設置される液晶プロジェクタ２２がス
クリーン１２の上部の投影領域Ｓｕｃを投影する。これ
ら液晶プロジェクタ１６、２２の投影領域はスクリーン
１２の中央部で重複するように設定されている。

【００２２】また、液晶プロジェクタ１６、２２の投影
軸は、ユーザＯＰの視線方向と異なる方向に設定されて
いる。これは、液晶プロジェクタによる投影がユーザＯ
Ｐの影になることを避けるためである。すなわち、ユー
ザが視認位置から画像を視認する場合、その視認する画
像は視認方向に沿う方向で投影されることが望ましい
が、反射型の被投影対象曲面へ投影するときにはユーザ
にかぶりが生じる。これを避けるため、視認位置以外の
位置から投影する。

【００２３】同様に、左側の液晶プロジェクタ１４がス
クリーン１２の下部の投影領域Ｓｕｌを担当しかつ液晶
プロジェクタ２０がスクリーン１２の上部の投影領域Ｓ
ｕｌを担当する（図４参照）。また、右側の液晶プロジ
ェクタ１８がスクリーン１２の下部の投影領域Ｓｕｒを
担当しかつ液晶プロジェクタ２４がスクリーン１２の上
部の投影領域Ｓｕｒを担当する。そして、これら液晶プ
ロジェクタ１４、２０及び１８、２４の投影領域はスク
リーン１２の中央部で重複するように設定される。

【００２４】図３に示すように、スクリーン１２を左右
方向で考えると、中側の液晶プロジェクタ１６はスクリ
ーン１２の中央部の投影領域を担当し、左右側の液晶プ
ロジェクタ１４、１８は、スクリーン１２の右部、左部
の投影領域を担当する。すなわち、液晶プロジェクタ１
４、１６、１８の投影軸は交差し、中央部に設置される
液晶プロジェクタ１６がスクリーン１２の中央部の投影
領域Ｓｄｃを投影し、左部に設置される液晶プロジェク
タ１４がスクリーン１２の右部の投影領域Ｓｄｒを投影
し、右部に設置される液晶プロジェクタ１８がスクリー
ン１２の左部の投影領域Ｓｄｌを投影する。これら液晶
プロジェクタ１４、１６、１８の投影領域はスクリーン
１２上で隣り合う投影領域が重複されるように設定され
ている。

【００２５】同様に、液晶プロジェクタ２０、２２、２
４の投影軸は交差し、中央部に設置される液晶プロジェ
クタ２２がスクリーン１２の中央部の投影領域Ｓｕｃを
投影し、左部に設置される液晶プロジェクタ２０がスク
リーン１２の右部の投影領域Ｓｕｒを投影し、右部に設
置される液晶プロジェクタ２４がスクリーン１２の左部
の投影領域Ｓｕｌを投影する。これら液晶プロジェクタ
２０、２２、２４の投影領域はスクリーン１２上で隣り
合う投影領域が重複されるように設定される。

【００２６】図４に、上記説明したスクリーン１２上の
投影領域の分割状態を示した。液晶プロジェクタ１４
は、スクリーン１２の右下部の投影領域Ｓｄｒを投影す
る。この投影領域Ｓｄｒは、垂直方向の境界線４０と水
平方向の境界線３２とで分割した領域で規定され、上部
投影領域との重複領域Ｂｒ、左部投影領域との重複領域
Ｂｄｒ、上部と左斜上部と左部との投影領域との重複領
域Ｂｂｒを含んでいる。液晶プロジェクタ１６は、スク
リーン１２の中央下部の投影領域Ｓｄｃを投影する。こ
の投影領域Ｓｄｃは、垂直方向の境界線３６、４２と水
平方向の境界線３２とで分割した領域で規定され、上部
投影領域との重複領域Ｂｃ、左部投影領域との重複領域
Ｂｄｌ、右部投影領域との重複領域Ｂｄｒ、上部と左斜
上部と左部との投影領域との重複領域Ｂｂｌ、上部と右
斜上部と右部との投影領域との重複領域Ｂｂｒを含んで
いる。液晶プロジェクタ１８は、スクリーン１２の左下
部の投影領域Ｓｄｌを投影する。この投影領域Ｓｄｌ
は、垂直方向の境界線３８と水平方向の境界線３２とで
分割した領域で規定され、上部投影領域との重複領域Ｂ
ｌ、右部投影領域との重複領域Ｂｄｌ、上部と右斜上部
と右部との投影領域との重複領域Ｂｂｌを含んでいる。

【００２７】同様に、液晶プロジェクタ２０は、垂直方
向の境界線４０と水平方向の境界線３４とで分割したス
クリーン１２の右上部の投影領域Ｓｕｒを投影するもの
で、重複領域Ｂｒ，Ｂｕｒ，Ｂｂｒを含んでいる。液晶
プロジェクタ２２は、垂直方向の境界線３６、４２と水
平方向の境界線３４とで分割したスクリーン１２の中央
上部の投影領域Ｓｕｃを投影するもので、重複領域Ｂ
ｃ，Ｂｕｌ，Ｂｕｒ，Ｂｂｌ，Ｂｂｒを含んでいる。液
晶プロジェクタ１８は、垂直方向の境界線３８と水平方
向の境界線３４とで分割したスクリーン１２の左上部の
投影領域Ｓｕｌを投影するもので、重複領域Ｂｌ，Ｂｕ
ｌ，Ｂｂｌを含んでいる。

【００２８】〔曲面スクリーン〕図５に示すように、球
面形状に形成された大画面の曲面スクリーン１２を形成
するため、本実施の形態では、各々球面の一部を抽出し
た６個の曲面パーツ１２ｕｌ，１２ｕｃ，１２ｕｒ，１
２ｄｌ，１２ｄｃ，１２ｄｒを接続させて組立可能に構
成する。曲面スクリーン１２を曲面パーツ１２ｕｌ〜１
２ｄｒで分離構成するのは、運搬を容易としかつ組み立
てをも容易とするためである。なお、本実施の形態で
は、６個の曲面パーツを接続して曲面スクリーンを形成
する場合を説明するが、分割数は６個に限定するもので
はなく、分割することなく、１つの曲面スクリーンを形
成してもよく、２個以上の複数の曲面パーツを接続して
曲面スクリーンを形成してもよい。

【００２９】図６に示すように、曲面スクリーン１２
は、ベース材１２Ｐと、そのベース材１２Ｐの表面（曲
面の凹側）に塗布された塗布層１２Ｑから構成されてい
る。塗布層１２Ｑには、紫外線蛍光インクが含まれてお
り、紫外線が照射されることで、紫外線蛍光インクが蛍
光する構成とされている。この紫外線照射には、所謂ブ
ラックライトによる照射が可能である。本実施の形態で
は、紫外線蛍光インクが縦横一定間隔となるように格子
状に塗布されている。紫外線蛍光インクは、曲面パーツ
を球状に組み立てたときに曲面スクリーン１２の焦点か
ら一定の立体角毎に線が出現するように、すなわち一定
の緯度経度の線分が出現するように、格子状に塗布され
ている。従って、曲面スクリーン１２には、一般的な電
球や蛍光灯の照明ではなにも出現しないが、紫外線ラン
プ４８による紫外線の照射によって、緯度線４４、経度
線４６が格子状に出現する。

【００３０】なお、本実施の形態では、格子状に出現す
る緯度線４４、経度線４６を用いて説明するが、連続し
た線分でなくともよい。すなわち、球面の緯度及び経度
が表現できればよく、十字線でもよいし、緯度線や経度
線を別々に交差することなく出現させるように紫外線蛍
光インクを塗布してもよい。また、球面の全ての面にわ
たって出現する必要もない。すなわち、詳細は後述する
が、曲面パーツを組み立てるとき（球面スクリーンを形
成するとき）に、各曲面パーツの向きや、曲面スクリー
ンの全体の位置が把握できればよく、点や所定形状のマ
ークを塗布してもよいし、主要部のみの紫外線蛍光イン
ク塗布でもよい。

【００３１】また、緯度線４４及び経度線４６の何れか
一方のみの塗布でも良く、何れか一方を点や所定形状の
マークを散在させ、他方を線分で提示してもよい。

【００３２】〔立体角表示装置〕次に、立体角表示装置
５０について説明する。立体角表示装置５０は、曲面ス
クリーン１２を組み立てるとき、または位置調整すると
きに用いるものであり、画像を表示するときには特に必
要とするものではない。

【００３３】図７に示すように、立体角表示装置５０
は、ハロゲンランプ等の一般的な白熱光源５２を備えて
おり、その光源５２は半球状のカバー５４の中心（焦
点）位置に固定されている。この白熱光源は点光源とし
て機能するものであり、アーク灯等の発光管を用いるこ
とができる。カバー５４は台座５６に固定されている。
台座５６の下部には、移動装置５５が取り付けられてい
る。移動装置５５は、鉛直方向（図７の矢印Ｚ方向）の
移動調整、水平方向（図７の矢印Ｘ方向）の移動調整、
前後方向（図７の矢印Ｙ方向）の移動調整、及びこれら
の各方向を軸とした回転方向（図７の矢印Ｒｘ，Ｒｙ，
Ｒｚ方向）の移動調整が可能とされる構成である。な
お、これらの移動方向は、少なくとも１方向を備えるも
のであってもよい。この構成により、光源５２及びカバ
ー５４の位置を自由に調整することができる。すなわ
ち、ユーザＯＰの視点位置Ｏを自由に設置することがで
きる。

【００３４】半球状のカバー５４の表面または裏面に
は、光源５２から予め定めた一定の立体角による光線が
射出されるように、すなわち、等立体角光線を射出する
ための明暗パターンが設けられている。

【００３５】例えば、図８（Ａ）に示すように、半球状
のカバー５４の表面または裏面には、一定の緯度経度の
線分を形成し、その交点位置から少なくとも光を射出す
るために、スリットが形成されている。半球状のカバー
５４は半径５０ｃｍの球体の一部から構成され、カバー
５４に形成されるスリットのパターンの一例は、図８
（Ｂ）に示すように、その内側が明部で外側が暗部とな
る十字形状のパターン５４Ａを採用することで、緯度線
と経度線の交点を表現できる。また、図８（Ｃ）に示す
ように、その内側が明部で外側が暗部となる円形状のパ
ターン５４Ｂを採用することもできる。以下の説明で
は、円形状のパターン５４Ｂが複数形成された明暗パタ
ーンが、半球状のカバー５４の表面または裏面に設けら
れた例を説明する。

【００３６】このように、明暗パターンを半球状のカバ
ー５４の表面または裏面に形成することで、緯度線と経
度線の交点位置である予め定めた一定の立体角による光
線が射出される。従って、光源５２を、ユーザＯＰの視
点位置に設置し、光源５２を点灯することで、ユーザＯ
Ｐの一定の立体角による視線方向を光線として表示でき
る。これによって、図９に示すように、曲面スクリーン
１２上には、光源５２から射出された光のうち、円形状
のパターン５４Ｂを通過した円形の輝点５８が出現す
る。曲面スクリーン１２上に出現した輝点５８は、ユー
ザＯＰの一定の立体角による視線方向の光線の延長線上
の位置に出現する。

【００３７】なお、上記では、予め定めた一定の立体角
で少なくとも光線が射出される明暗パターンを説明した
が、上記の明暗を逆転させ、光が射出されない部分で予
め定めた一定の立体角を表現するようにしてもよい。す
なわち、半球状のカバー５４を、透明材質（例えばアク
リル）で形成し、一定の立体角の位置に、図８（Ｂ）ま
たは図８（Ｃ）に示すパターンの不透明部を形成するこ
とで、明暗パターンを構成することができる。

【００３８】〔曲面スクリーンの調整〕次に、立体角表
示装置５０を用いた曲面スクリーン１２の調整を説明す
る。まず、ユーザＯＰの視点位置Ｏ（図１）を中心とし
て、６個の曲面パーツ１２ｕｌ〜１２ｄｒを組立て、曲
面スクリーン１２を形成する。このときには、紫外線ラ
ンプ４８及び立体角表示装置５０（白熱光源５２）を点
灯する。従って、曲面スクリーン１２上には、紫外線ラ
ンプ４８による紫外線の照射によって緯度線４４及び経
度線４６が格子状に出現すると共に、光源５２から射出
された光のうち円形状のパターン５４Ｂを通過した円形
の輝点５８が出現する。

【００３９】図１０に示すように、組立当初は、曲面ス
クリーン１２の位置とユーザＯＰの視線方向との相対関
係が成立しないので、ユーザＯＰの一定の立体角による
視線方向の光線の延長線上にある輝点５８と、緯度線４
４及び経度線４６の交点とは一致しない。そこで、ユー
ザＯＰの視線方向、すなわち立体角表示装置５０により
出現した輝点５８を基準として、図１１に示すように、
６個の曲面パーツ１２ｕｌ〜１２ｄｒの設置位置（左
右、上下、前後、回転）を調整し、輝点５８を緯度線４
４及び経度線４６の交点と一致させる。

【００４０】このようにして、曲面スクリーン１２の位
置をユーザＯＰの視線方向との相対関係が成立するよう
に調整する。すなわち、ユーザＯＰの視線方向に合致し
た緯度経度で、曲面スクリーン１２の曲面が位置するよ
うに設定される。従って、曲面スクリーン１２の焦点
は、ユーザＯＰの視点Ｏに設置される。

【００４１】〔ブレンディング・ユニット〕次に、ブレ
ンディング・ユニット２６を説明する。ブレンディング
・ユニット２６は、６つの液晶プロジェクタ１４〜２４
から投影される画像の各々を、曲面スクリーン１２上で
画像を隙間なく提示するためのユニットである。本実施
の形態では、ブレンディング・ユニット２６は、隣接す
る画像の一部を重複させつつ投影して、その重複領域の
輝度を調整することで、曲面スクリーン１２上で隙間な
く画像を表示させるためのものである。そこで、ブレン
ディング・ユニット２６において設定する、投影画像の
明るさ分布について説明する。

【００４２】図１２は、１つの液晶プロジェクタから投
影する画像の明るさ分布を模式的に示したものである。
この液晶プロジェクタから投影する画像の明るさ分布
は、その周囲（八方）に他の画像が投影されることを想
定している。詳細には、液晶プロジェクタの投影画像の
投影領域６０は、ブレンド境界線６２、６３、６４、６
５により分割された、部分領域Ｐｃ，Ｐｃｕ，Ｐｃｄ，
Ｐｌ，Ｐｌｕ，Ｐｌｄ，Ｐｒ，Ｐｒｕ，Ｐｒｄから形成
される。

【００４３】部分領域Ｐｃは、周囲の液晶プロジェクタ
からの投影画像が重複することがない単一の投影画像の
領域である。従って、部分領域Ｐｃの投影画像は、入力
画像の明るさを１００％そのまま維持して投影すること
になる。この部分領域Ｐｃに対して、上下方向について
明るさを考えると、部分領域Ｐｃｕは、上部の液晶プロ
ジェクタからの投影画像を重複させるための領域であ
り、部分領域Ｐｃｕの投影画像は、入力画像の明るさを
予め定めた勾配の分布となる特性で投影することにな
る。また、部分領域Ｐｃｄは、下部の液晶プロジェクタ
からの投影画像を重複させるための領域であり、部分領
域Ｐｃｄの投影画像は、入力画像の明るさを予め定めた
勾配の分布となる特性で投影することになる。従って、
上下方向の明るさ特性は、図１２の左側部位に示した特
性６６に設定している。

【００４４】部分領域Ｐｌ，Ｐｌｕ，Ｐｌｄ，Ｐｒ，Ｐ
ｒｕ，Ｐｒｄについては、上下方向の明るさについて見
れば、部分領域Ｐｃ，Ｐｃｕ，Ｐｃｄと同様である。な
お、部分領域Ｐｌｕは、上部の液晶プロジェクタからの
２つの投影画像を重複させるための領域であることを想
定すると、投影画像を重複させたときの明るさが、本来
の投影画像の明るさになる値にすればよい。例えば、部
分領域Ｐｃｕの明るさ分布の上限値を重複画像数で除算
した値にすればよい。部分領域Ｐｌｄ，Ｐｒｕ，Ｐｒｄ
についても同様のため、説明を省略する。

【００４５】次に、部分領域Ｐｃに対して、左右方向に
ついて明るさを考えると、部分領域Ｐｌは、左部の液晶
プロジェクタからの投影画像を重複させるための領域で
あり、部分領域Ｐｌの投影画像は、入力画像の明るさを
予め定めた勾配の分布となる特性で投影することにな
る。また、部分領域Ｐｒは、右部の液晶プロジェクタか
らの投影画像を重複させるための領域であり、部分領域
Ｐｒの投影画像は、入力画像の明るさを予め定めた勾配
の分布となる特性で投影することになる。従って、左右
方向の明るさ特性は、図１２の下側部位に示した特性６
８に設定している。

【００４６】部分領域Ｐｌｕ，Ｐｃｕ，Ｐｒｕと，Ｐｌ
ｄ，Ｐｃｄ，Ｐｒｄとについては、左右方向の明るさに
ついて見れば、部分領域Ｐｌ，Ｐｃ，Ｐｒと同様であ
る。なお、部分領域Ｐｌｕは、左部の液晶プロジェクタ
からの２つの投影画像を重複させるための領域であるこ
とを想定すると、投影画像を重複させたときの明るさ
が、本来の投影画像の明るさになる値にすればよい。例
えば、部分領域Ｐｌの明るさ分布の上限値を重複画像数
で除算した値にすればよい。部分領域Ｐｌｄ，Ｐｒｕ，
Ｐｒｄについても同様のため、説明を省略する。

【００４７】上述の上下方向の明るさ分布と、左右方向
の明るさ分布を合成することによって、各部分領域の明
るさ特性を決定できる。従って、液晶プロジェクタ１４
〜２４の各々について、隣接する液晶プロジェクタの位
置及び個数から、上記明るさ分布を定めることができ
る。このように、ブレンディング・ユニット２６によっ
て、投影画像の明るさ分布を設定して、その設定された
明るさ分布で液晶プロジェクタ１４〜２４の各々から画
像を投影すれば、曲面スクリーン１２上では画像が隙間
なく提示されると共に、重複領域における明るさも他の
投影領域と同様の分布として提示することができる。

【００４８】なお、ブレンディング・ユニット２６は、
液晶プロジェクタ毎に、明るさ分布（特性６６、６８）
を予め求めて記憶したものを用いても良く、その明るさ
分布（特性６６、６８）を、微調整する機能を追加して
もよい。

【００４９】また、ブレンディング・ユニット２６は、
液晶プロジェクタ１４〜２４の各々から投影する投影画
像の投影位置を調整する調整機能を有することができ
る。この調整機能は、曲面スクリーン１２上における投
影画像の位置を調整するものである。

【００５０】上記では、線形の明るさ特性について説明
したが、線形特性に限定されるものではなく、関数によ
り定まる曲線や折れ線、それらの組み合わせであっても
よい。また、ブレンド境界線は、直線に限定されるもの
ではなく、関数により定まる曲線や折れ線、それらの組
み合わせであってもよい。

【００５１】〔画像処理装置〕画像処理装置２８には、
表示するための画像の基となる基準画像（平面的な二次
元画像）の画像データが記憶されており、記憶された画
像データを画像処理して、ブレンディング・ユニット２
６へ出力する。画像処理装置２８では、曲面スクリーン
１２に表示される画像をユーザの視線で視覚することを
想定して、記憶している平面的な二次元画像の画像デー
タを、ユーザの視線と異なる方向から投影するための投
影画像に変換処理するものである。なお、画像処理装置
２８は、以下に説明する機能以外に、輝度調整、色調
整、及びトリミング調整等の所謂画像処理として知られ
る一般的な機能を含むことができる。

【００５２】図１３を参照して、まず、変換処理のため
の初期設定である、液晶プロジェクタとユーザの位置関
係を、液晶プロジェクタ１６、２２を代表例として説明
する。曲面スクリーン１２は、その焦点位置Ｏ（球の中
心点）にユーザＯＰの視点位置が位置することを想定し
て設置されている。液晶プロジェクタ１６は、曲面スク
リーン１２の下方の投影を担当するものであり、ユーザ
ＯＰの視界のうち下方（曲面スクリーン１２の下方）を
平面近似的に設定した平面スクリーン（以下、仮想スク
リーン）７０を目視することを仮定する。仮想スクリー
ン７０に画像を投影するには、液晶プロジェクタ１６
は、仮想スクリーン７０の上端７０Ａを中心とした円周
上でかつ上端７０Ａから仮想スクリーン７０に垂直な方
向の位置１６ｐに、設置する。このようにすることで、
液晶プロジェクタ１６から曲面スクリーン１２の投影領
域（仮想スクリーン７０）まで画像が投影される空間
と、視認位置との錯綜が回避できる。

【００５３】同様に、液晶プロジェクタ２２は、曲面ス
クリーン１２の上方の投影を担当するものであり、ユー
ザＯＰの視界のうち上方（曲面スクリーン１２の上方）
を平面近似的に設定した仮想スクリーン７２を目視する
ことを仮定し、仮想スクリーン７２の上端７２Ａを中心
とした円周上でかつ上端７２Ａから仮想スクリーン７２
に垂直な方向の位置２２ｐに、設置する。このようにす
ることで、液晶プロジェクタ２２から曲面スクリーン１
２の投影領域（仮想スクリーン７２）まで画像が投影さ
れる空間と、視認位置との錯綜が回避できる。なお、液
晶プロジェクタ１８、２０、２４、２６も同様のため、
説明を省略する。

【００５４】次に、画像変換の基本原理について説明す
る。図１４に示すように、液晶プロジェクタ２２は、曲
面スクリーン１２からの距離Ｑｘ、高さＱｚ、水平方向
の移動量Ｑｙ、投影方向の角度Ｑｑ、投影軸の回転角Ｑ
ｒの各々をパラメータとして設定可能である。液晶プロ
ジェクタ２２から、曲面スクリーン１２として仮想的に
近似した仮想スクリーン７２へ画像を投影するものとし
て、各値を初期設定値に設定する。液晶プロジェクタ２
２から仮想スクリーン７２へ画像を投影することを仮定
すると、液晶プロジェクタ２２からの投影方向８０（図
１４の一点鎖線で示した投影線の方向）に投影される仮
想スクリーン７２上の画素７６は、実際には、曲面スク
リーン１２上に画素７４として投影される。

【００５５】従って、ユーザＯＰは、画素７４を目視す
ることになるので、視線方向８２（図１４の実線で示し
た視線方向）と仮想スクリーン７２との交点７８に画素
を形成すればよい。そこで、画素７４を目視するための
視線方向８２の緯度θ、経度φを求めることにより極座
標を算出する。この極座標から交点７８の座標を求め
る。これによって、仮想スクリーン７２上の画素７６か
ら交点７８への移動量を求めることができる。これらの
処理を液晶プロジェクタ２２からの投影方向の全て、す
なわち全ての画素の座標について求めることにより、平
面的な二次元画像の画像データを、ユーザの視線方向に
合致した画像として投影するための画像データに変換す
る変形フィルタ（ジオメトリフィルタ）を求めることが
できる。

【００５６】上記の変形フィルタによって、平面スクリ
ーンに格子状に画像を表示する画像データは、液晶プロ
ジェクタの投影領域に対応して、変形される。以下の説
明では、上記変形フィルタを用いて画像を変形させた画
像データを得る変換処理を、ジオメトリ変換という。例
えば、図１５に示すように、液晶プロジェクタの投影画
像の投影領域６０は、投影方向の極座標に応じて変形さ
れることになる。

【００５７】なお、上記では、隣接する画像の一部を重
複させるブレンディング・ユニット２６と、基準画像
（平面的な二次元画像）の画像データを投影画像に変換
する画像処理装置２８とを、各々別個に構成した場合を
説明したが、本発明は、この構成に限定されるものでは
ない。すなわち、ブレンディング・ユニット２６は、隣
接する画像の一部を重複させつつ投影するときにその重
複領域の輝度を調整して曲面スクリーン１２上で隙間の
ない画像を表示させるために各画像を調整し、画像処理
装置２８は、曲面スクリーン１２に表示すべき基準画像
（平面的な二次元画像）の画像データを、ユーザの視線
と異なる方向から投影する投影画像に変換する（ジオメ
トリ変換）。

【００５８】これらのブレンディング・ユニット２６及
び画像処理装置２８は、１つの装置で上記の機能を兼ね
備えるように構成してもよく、また機能を分散させても
よい。機能を分散させる場合には、ブレンディング・ユ
ニット２６に、上記ジオメトリ変換の機能を追加すれば
よい（ブレンディング・ジオメトリ・ユニット）。この
場合、画像データを記憶するメモリは、ブレンディング
・ユニット２６に備えても良く、画像処理装置２８に備
えても良い。

【００５９】また、ブレンディング・ユニット２６及び
画像処理装置２８は、専用の装置を設けて構成してもよ
く、上記機能をソフトウェアで構築し、コンピュータに
よって実行されるように構成してもよい。

【００６０】〔画像表示〕次に、本実施の形態の広視野
角視覚シミュレータ１０において、曲面スクリーン１２
へ、ブレンディング・ユニット２６及び画像処理装置２
８で処理された画像を、６つの液晶プロジェクタ１４〜
２４から投影する過程を説明する。なお、ここでは、画
像処理装置２８で実行される処理ルーチンの流れに従っ
て説明する。

【００６１】図１６に示すように、広視野角視覚シミュ
レータ１０の電源が投入されると、画像処理装置２８で
は、ステップ１００へ進み、各種パラメータの初期値を
読み取る。この初期値には、液晶プロジェクタの位置関
係、液晶プロジェクタの各々において曲面スクリーン１
２上に投影すべき投影領域の位置関係がある。なお、ブ
レンディング・ユニット２６では、液晶プロジェクタの
各々の明るさ分布の特性が読み取られるものとする。

【００６２】次のステップ１０２では、液晶プロジェク
タ１４〜２４の各々について、ステップ１００で読み取
った初期値が画像変換のために設定され、次のステップ
１０４において、曲面スクリーン１２に投影するための
画像データを読み取る。このステップ１０４で読み取る
画像データは平面的な二次元画像の画像データである。
次のステップ１０６では、上記ステップ１０４で読み取
った画像データを、ユーザＯＰの視線方向に合致した画
像として提示するための変換処理を実行する。

【００６３】ステップ１０６の変換処理は、液晶プロジ
ェクタ１４〜２４の各々について定まる投影領域に投影
する投影画像を、画像データから抽出し、その抽出した
画像データすなわち各投影画像の画像データについて実
行される。この変換処理は、上述の変形フィルタ（ジオ
メトリフィルタ）によって、画素毎に座標変換する処理
である。この処理により、曲面スクリーン１２に表示さ
れる画像として、平面的な二次元画像の画像データをユ
ーザの視線と異なる方向から投影するときに、ユーザの
視線方向に合致した投影画像に変換されることになる。

【００６４】次のステップ１０８では、ブレンディング
・ユニット２６から、隣接する液晶プロジェクタの位置
及び個数から定まる、液晶プロジェクタ１４〜２４の各
々の明るさ分布を読み取ることで、投影画像の各々の画
像データの明るさ（輝度）を設定する。次のステップ１
１０では、液晶プロジェクタ１４〜２４の各々に画像デ
ータを出力して、曲面スクリーン１２へ画像を表示す
る。なお、ステップ１０８の処理は、ブレンディング・
ユニット２６によって行っても良い。

【００６５】このように、本実施の形態では、曲面スク
リーン１２に表示される画像として、平面的な二次元画
像の画像データをユーザの視線と異なる方向から投影す
るときに、ユーザの視線方向に合致した投影画像に変換
される。そして、各々の投影画像の明るさ分布を設定し
て、その設定された明るさ分布で液晶プロジェクタ１４
〜２４の各々から画像を投影するので、ユーザの視線方
向に合致した画像が曲面スクリーン１２上に表示される
と共に、曲面スクリーン１２上では画像が隙間なく提示
され、重複領域における明るさも他の投影領域と同様の
分布として提示することができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
投影対象曲面に２次元画像が視認方向に沿う方向で投影
したときの画像が投影手段の各々から投影することがで
き、画像の切れ間が生じることなく、視認方向に合致し
た２次元画像が視認させることができる、という効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる広視野角視覚シミ
ュレータの概念構成を示すブロック図である。

【図２】広視野角視覚シミュレータの液晶プロジェクタ
による鉛直方向の投影領域を説明するための概念図であ
る。

【図３】広視野角視覚シミュレータの液晶プロジェクタ
による水平方向の投影領域を説明するための概念図であ
る。

【図４】スクリーン１２に投影する液晶プロジェクタの
投影領域の分割状態を示したイメージ図である。

【図５】曲面スクリーンを形成するため、接続による組
立可能な構成の曲面パーツの説明図である。

【図６】紫外線照射で緯度線及び経度線が出現する曲面
スクリーンの構成図である。

【図７】立体角表示装置の概念構成を示すブロック図で
ある。

【図８】立体角表示装置で等立体角光線を射出するため
に半球状のカバーに形成された明暗パターンを説明する
ためのイメージ図である。

【図９】曲面スクリーン上に立体角表示装置で等立体角
光線による輝点が表示される状態を説明するためのイメ
ージ図である。

【図１０】曲面スクリーンの位置調整前の状態を説明す
るためのイメージ図である。

【図１１】曲面スクリーンの位置調整後の状態を説明す
るためのイメージ図である。

【図１２】ブレンディング・ユニットで設定する投影画
像の明るさ分布の説明図である。

【図１３】液晶プロジェクタとユーザの位置関係を示す
イメージ図である。

【図１４】ユーザの視線方向に合致した画像を投影する
ための変形フィルタを説明するための説明図である。

【図１５】変形フィルタにより格子状画像が変形される
状態を示したイメージ図である。

【図１６】画像処理装置の処理の流れを示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１０広視野角視覚シミュレータ１２曲面スクリーン（曲面スクリーン）１２Ｐベース材１２Ｑ塗布層１２ｕｌ〜１２ｄｒ曲面パーツ１４、１６、１８、２０、２２、２４液晶プロジェク
タ２６ブレンディング・ユニット２８画像処理装置４４緯度線４６経度線５０立体角表示装置（立体角表示装置）５２光源（点光源）５４カバー（透過手段、部材）５４Ａ，５４Ｂパターン（明暗パターン）５５移動装置（移動手段）５８輝点Ｏ視点位置（焦点位置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井川憲男千葉県印西市大塚１丁目５番地１株式会社竹中工務店技術研究所内Ｆターム(参考） 5G435 AA00 AA01 BB17 CC11 DD06 GG01 GG46 LL15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を射出する点光源と、焦点を有する曲面状に形成されかつ、前記焦点から略一
定の立体角の直線に沿う方向の光束を透過または非透過
するための明暗パターンが設けられた透過手段と、を備えたことを特徴とする立体角表示装置。
【請求項２】前記透過手段は、焦点を有する曲面状に
形成された部材を備え、前記部材上に前記焦点から略一
定の立体角の直線と前記部材との交差位置が明部または
暗部となる明暗パターンが形成されたことを特徴とする
請求項１に記載の立体角表示装置。
【請求項３】前記透過手段は、焦点を有する曲面状と
して球体表面の少なくとも一部で構成されたことを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の立体角表示装
置。
【請求項４】前記点光源及び透過手段を、少なくとも
一方向へ移動するための移動手段をさらに備えたことを
特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の
立体角表示装置。