JP2004530148A - 映像反射放射凸面部材を使用した球形映像投影システム - Google Patents

Abstract

本投影機システムは、投影された映像を、球形空間又は他の三次元空間を取り囲むスクリーンの内面上に放射するために、凸面反射鏡を使用する。そのスクリーンが球形で半透明の後方投影スクリーンである場合、この投影機システムは、閉じた空間の外から見えるほぼ球形の表示像を作成する。スクリーンが不透明であるが球形又は他の三次元形状である場合、本投影システムは観者を取り囲む三次元画像を作成する。

Description

【発明の背景】
【０００１】
発明の背景
発明の技術分野
本発明は一般に広角投影表示システムに関し、特に球形スクリーンその他の三次元スクリーンのほぼ全部に亘って映像を表示する装置に関する。
【０００２】
関連発明の説明
後方投影システムは透過スクリーンの背面に映像を投影して該スクリーンの前面上にその映像を表示する。種々の先行技術投影システムは、球形、半球形、その他の三次元的な後方投影スクリーン上に映像を表示する。１９５２年４月８日にマテレーナ（Ｍａｔｅｌｅｎａ）に付与された米国特許第２，５９２，４４４号は、球体の対向する両側に映像を投影すべく球体内部に取り付けた２個の対向レンズを有する投影機を備えた装置を記載している。この球体は、映像が球体の外側表面に現れるように半透明の物質で形成されている。ペンテス（Ｐｅｎｔｅｓ）に付与された１９６９年４月１日付け米国特許第３，５８６，４３２号は、半透明球体内部に取り付けられた三台一組の投影機を使用するシステムを記載している。これらのシステムは両方とも、球形スクリーン全体の極めて制限された範囲のみに投影できるに過ぎず、また、球体内部に取り付けられた投影機へのアクセスが困難であるという問題を引き起こしている。
【０００３】
映像を直接に半球形スクリーンに投影する魚眼レンズを有する投影機を使用することが知られているが、しかし、そのような単一の投影機では球形スクリーン上に映像を送ることができない。ニコラス（Ｎｉｃｏｌａｓ）に付与された１９８９年８月２２日付け米国特許第４，８５９，０５３号は半球部分に映像を生成するシステムを記載している。半球の外部に置かれた投影機が、半透明の半球の内側に、その半透明の半球とは反対側の一側部に設けた開口を通して、映像を投影する。このシステムは、投影機へのアクセスが容易であるが、しかし、それは映像を半球スクリーン上に作成するだけである。
【０００４】
米国特許第４，４２７，２７４号は球体外部に配置された二台の投影機を使用する前方投影システムを記載しているが、それは球体の両対向側面の開口を通して、対向する半球の内面上に映像を投影する。同様の原理を使用する後方投影システムは、球形をした後方投影スクリーン面のほとんど全部に亘って表示像を作成することができよう。しかし、表示像の外観を損ねる球体の反対端に外付けされた投影機を使用するそのようなシステムは、。美観上、球体の一端のみに外付けされた投影機を使用するシステムが好ましい。
【０００５】
上記のシステムは、すべて、スクリーン面から外向きに投影された映像の一部が内部表面から内側に反射されて、内部球面の別の部分に投影されると「ゴースト映像」を発生する可能性がある。
【０００６】
ベース上に載置させた球体のほぼ全部の外側表面に亘って表示像を作成できる後方投影システムであって、そのベース内にのみ取り付けられた投影設備を必要とし、かつ、ゴースト映像を抑制しうる後方投影システムが必要とされている。
【発明の要約】
【０００７】
発明の要約
本発明に基づく投影システムは、三次元空間を実質的に取り囲む内面を有する前方投影用あるいは後方投影用のスクリーン上に表示像を作成する。本投影システムは、三次元空間内に配置した凸面鏡を使用して投影機が作成した映像を反射する。この凸面鏡はスクリーンの内面に亘って映像を放射する。スクリーンが半透明材料で形成されている場合、映像はスクリーンの外側表面に現れ、それが取り囲まれた空間の外部から見ることができる。スクリーンの内面が不透明である場合、スクリーンの内面上にできた映像を前記三次元空間の内部から見ることができる。投影機によって作成される映像は予め適切な歪みを与えておき、それがスクリーンに投影されたときに正確な映像となって現れるようにスクリーン及び放射鏡の幾何学形状によって引き起こされるいかなる歪みをも補償する。
【０００８】
本発明の一つの実施の形態では、投影機を内蔵したベース上に載置された球形の半透明スクリーンを使用するが、この投影機はスクリーンに設けた開口を通して映像を投影する。閉じた三次元空間内に取り付けられた凸面鏡が、後方投影スクリーンのほぼ全内面に亘って投影映像を反射することにより投影映像を放射し、それによって、球の外側表面のほぼ全部に亘り後方投影像を作成する。投影軸に沿って位置する比較的小さな二つのスクリーン領域だけがぼやける。球内面からの反射を吸収しゴースト映像を防止するために非反射遮蔽体を、球内に取り付けてもよい。
【０００９】
本発明の別の実施の形態では、ベース内に装着した二台の投影機を使用し、その各々がスクリーンによって取り囲まれた空間に別個の映像を投影する。その空間の中心付近に取り付けられた第一の鏡の下側の凸面は、第一の投影機からの映像を、スクリーン内面の下半分の面上に向かって反射する。ベースに対向して空間頂点付近に取り付けられた第二の鏡は、第二の投影機によって作成された映像を、空間の中心付近に取り付けられた上向きの第二の凸面反射体に向かって反射し、その反射体がその映像をスクリーン内面の上半分の面上に向かって反射する。この複式投影機表示システムは、単式投影機表示システムよりさらに精細で明るい表示映像を作成する。
【００１０】
本発明の他の実施の形態は一又はそれ以上の凸面鏡を使用して、一個又はそれ以上の投影機からの映像を半球形スクリーンの内面に亘って放射する。
【００１１】
それ故、本発明の目的は、三次元スクリーン、特に球形の後方投影スクリーンのほぼ全面に亘って表示像を作成するシステムを提供することである。
【００１２】
本明細書の特許請求の範囲は、本発明の主題を特定し明確に権利を請求するものである。しかしながら、本技術分野の通常の技術者は、同様の部材には同じ参照符号を付した添付図面を考慮して明細書の残りの部分を読むことにより、本発明の更なる利点及びその目的と共に本発明の構成及び操作方法の両方を最も良く理解することができる。
【００１３】
発明の詳細な説明
図１は、本発明に基づくシステム１０の立断面図であり、このシステム１０は、単一の投影機を使用して、好適には、実質的に球形の空間１７を取り囲む中空球状の三次元スクリーン１４の外側表面１２に映像を作成するものである。スクリーン１４はベース１６の上に載置される。ベース１６内に設けた投影機１８が、スクリーン１４の開口１９を通して上向きに、スクリーン１４に取り付けられた取付板２６から下方へ延びる棒２４に懸架された鏡２２の下面２０に向かって映像を投影する。投影機１８及び開口１９並びに鏡２２は、スクリーン１４の共通軸沿いに存在する。鏡２２の下側の凸面２０が投影された像を反射し、その像をスクリーン１４のほぼ全内面２６に放射する。スクリーン１４は半透明であるので、スクリーンのうちで鏡２２あるいはベース１６によりぼかされる投影軸線沿いの領域２８及び３０を除くほぼ全部の外側表面１２に、その映像が現れる。システム１０の高さが十分にある場合には、スクリーンの隣に立つ人間は、上部領域２８における映像の途切れに気づかない。凸面鏡２２の鏡面は球形の幾何形状若しくは楕円形の幾何形状のいずれでもよい。凸状虚焦点面を有する投影機レンズに関連して使用される球面鏡、あるいは平面状虚焦点面を有する投影機に関連して使用される楕円面鏡は、適当な深度の焦点をもっており、像が現れるスクリーン１４上のどこでも明瞭な表示像を与える。必要であれば、スクリーンと放射鏡の幾何学形状とに起因して生じるいかなる歪みをも補償すべく、投影機１８によって作成された映像は予め適切に歪めておき、スクリーン１４上に投影されたときに正確な映像が現れるようにすることができる。
【００１４】
図１は投影機１８から出た投影光が鏡の下面２０に至る光路３４と、反射された光が鏡の下面２０からスクリーン内面２６に至る光路３６とを例示している。スクリーンの内面がわずかに反射する仕上げになっていると、スクリーンの内面２６に当たった光のごく一部は反射され、半透明材料のスクリーンを通過して外に出ることはない。反射光のほとんどは光路３８を通って黒い円筒状の光遮蔽体４０に向かうが、この光遮蔽体４０はベース１６から鏡２２向けて上に延出し、投影機１８から出る光線を取り囲む。光遮蔽体４０は、前記内面２６から反射される光を吸収し、その光がスクリーン内面の他の部分に達してゴースト映像を発生することを防ぐ。
【００１５】
投影機１８は、静止画や動画を作成するための、フィルム投影機又はディジタル投影機若しくは他のいかなる種類の投影機でもよい。図１に例示した発明の実施の形態では、やはりベース１６内に搭載されたコンピュータ４２によって提供されるビデオデータに基づいて映像を作成するためのディジタル投影機である。ベース１６に設けたドア(図示せず)は、投影機１８とコンピュータ４２へのアクセスを容易にする。
【００１６】
図２及び図３は、それぞれ、図１に示す鏡２２を取り付けるための別のシステムの平面図と立断面図である。図１に示すようにスクリーン１４の内面２６に取り付けられたプレート２６から下方に延出する棒２４に鏡２２を懸架するよりも、図２及び図３に示す別の取り付けシステムは、光遮蔽体４０から上方へ延びる中央の棒５２を使用して鏡２２を下から支持する。この支持棒５２はそれ自体が、投影光の妨害を最小限にとどめるように整合された光遮蔽体４０内に、薄いフィン５３によって支持される。
【００１７】
図４は、ベース７６上に載置された半透明の球形スクリーン７０を有する投影システム６０を示すが、これは多くの点で図１のシステム１０に類似する。しかしながら、投影システム６０は、ベース７６内において一台の投影機ではなく二台の投影機６２及び６４を使用して、より明るい表示像を与える。ベース７６から上に延出する中央の棒７３に支持された鏡６６の下側の凸面は、投影機６２から来る光線を、主としてスクリーン７０の下半球６８の内面上に亘って放射する。スクリーン７０の頂点内面に取り付けた第二の鏡７２は、投影機６４から来る光線を、上向きにされた第３の鏡６７の凸面に向かって反射するように傾斜を有しており、この鏡６７がその映像を主としてスクリーン７０の上半球の内面上に亘って放射する。投影機６２及び鏡６６，６７，７２は、スクリーン７０によって取り囲まれた空間の垂直軸に沿って存在するが、一方、投影機６４はその軸線からずれており、その光線を、該垂直軸と鏡７２の位置で交差する光路に向かわせる。好適な実施の形態では、投影機６２，６４は、ベース７６内に設置したコンピュータ７８によって制御されるディジタル投影機である。しかし、投影機６２及び６４は、任意の種類の投影機でよい。
【００１８】
ゴースト映像が中央の鏡６６，６７に向けて反射し戻されるので、そのゴースト映像は図４に示す複式投影機方式の場合にはさほど問題にならない。したがって、このシステムの複式投影機方式は、光遮蔽体４０に機能上類似した光遮蔽体を有しない。しかし、スクリーン７０の内面から反射された光を遮るように適切な形状、配置、大きさにした光遮蔽体を設けてゴーストを低減することができることは明白であろう。
【００１９】
図５は、本発明の一つの実施の形態の略式立断面図であり、この実施の形態は、投影機９０がスクリーンに近接したベース内に取り付けられるよりもむしろ球面スクリーン９２から離隔して配置されていることを除いて、図１の単一投影システム１０の光学系と全体的に類似する光学系を有する。スクリーン９２によって取り囲まれた空間の内外いずれの側から映像を見るべきかに応じて、スクリーン９２は半透明又は不透明にされる。
【００２０】
図６は、本発明の一つの実施の形態の略式立断面図であり、この実施の形態は、投影機９４が球形スクリーン９６の外部に配置されるよりむしろその内部に配置されることを除いて、図１の単一投影システム１０の光学系と全体として類似する光学系を有する。スクリーン９６によって取り囲まれた空間の内外いずれの側から映像を見るべきかに応じて、スクリーン９６は半透明又は不透明にされる。
【００２１】
図７は、本発明の一つの実施の形態の略式立断面図であり、この実施の形態は壁１０２上に装着された半透明の半球形スクリーン１００の外側表面に表示像を作成するものである。スクリーン１００の背後で壁１０２に埋め込まれた投影機１０４が、スクリーン１００内部の鏡１０６に向かって映像を投影する。鏡１０６は、壁１０２に装着された凸面鏡１０８上に向かって映像を反射し、この鏡１０８が透過スクリーン１００の内面上に亘って映像を放射し、その結果当該映像がその外側表面に現れる。
【００２２】
図８は、本発明の別の実施の形態の略式立断面図であり、この実施の形態は壁１１２上に装着された半透明の半球形スクリーン１１０の外側表面上に表示像を作成するものである。スクリーン１１０の下端部の背後において壁１１２に埋め込まれた投影機１１４が、スクリーン１００の内部の鏡１１６に向かって映像を投影する。鏡１０６は、壁１１２上に装着された凸面鏡１１８に向かって映像を反射し、この凸面鏡１１８がスクリーン１１０の内面のうちの下半分に亘って映像を放射する。スクリーン１１０上端部の背後において壁１１２に埋め込まれた別の投影機１２０が、鏡１２２に第二の映像を投影し、この鏡１２２がその映像を鏡１１８に向かって反射する。鏡１２４は、スクリーン１１０内面のうちの上半分に亘ってその第二の映像を放射する。凸面鏡１１８と組み合わせた図８の二台の投影機は、図７の単一投影機半球システムによって提供されるものよりももっと明るく、より精細な映像を半球形スクリーン１１０上に提供する。複式投影機の利点を結合して明るさと精細さを得るために、二台以上の投影機を単一の凸面鏡又は一対の凸面鏡へ向けて投影させることができることは明白であろう。
【００２３】
一台又はそれ以上の投影機からの映像を反射して、半透明又は不透明のいずれでもよい球形若しくは半球形のスクリーンの内面のほぼ全体に亘りその映像を放射する凸面放射鏡を使用するシステムの好ましい実施例を図示し、説明してきた。この凸面反射体構成は、投影機（単数又は複数）がスクリーンの一端にのみ位置する場合でも、映像がスクリーン表面のほぼ全面をカバーすることを可能にする。
【００２４】
上記は本発明の好適な実施の形態を説明してきたが、当該業界において通常の技量を有する技術者は、本発明から逸脱することなくより広範な点で上記好適な実施の形態に多くの改変を施すことができる。例えば、同様のシステムを使用して、円筒形や多面体などの他の形をした三次元スクリーンに投影像を作成することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲及びその精神に属するすべての改変に及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に基づき単一の投影機を使用して三次元スクリーン面上に映像を生成するシステムの立断面図である。
【図２】図１の鏡を取り付けるための別のシステムの平面図である。
【図３】図２の別の鏡取り付けシステムの立断面図である。
【図４】本発明に基づき二台の投影機を使用して三次元スクリーンの外側表面上に表示像を作成する別の実施の形態の投影システムの立断面図である。
【図５】本発明に基づき球形スクリーン面上に表示像を作成する単一投影機システムの別の実施の形態の略式立断面図である。
【図６】本発明に基づき球形スクリーン面上に表示像を作成する単一投影機システムの別の実施の形態の略式立断面図である。
【図７】本発明に基づき半球形スクリーン面上に映像を表示する単一投影機システムの略式立断面図である。
【図８】本発明に基づき半球形スクリーン面上に映像を表示する複式投影機システムの簡略な立断面図である。

Claims (24)

1. 三次元空間を実質的に取り囲む内面を有するスクリーンと、
   第一の映像を投影する第一の投影手段と、
   前記三次元空間内に配置された第一の凸面を有する第一の鏡であって、前記第一の投影手段によって投影される前記第一の映像を反射して、前記スクリーンの内面に亘って放射するものとを含むことを特徴とする映像表示装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記三次元空間がほぼ球形であることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記第一の凸面が楕円面をもつ幾何形状又は球面をもつ幾何形状のいずれか一つであることを特徴とする装置。
4. 請求項１に記載の装置において、
   前記スクリーンは、外側表面を有し、かつ、半透明材料で構成され、前記スクリーンの内面上に放射された前記第一の映像が該スクリーンの外側表面に現れるようにすることを特徴とする装置。
5. 請求項２に記載の装置であって、
   更に、前記スクリーンに装着されると共に、前記第一の投影手段を実質的に囲繞するベースを具備することを特徴とする装置。
6. 請求項１に記載の装置において、
   前記三次元空間はほぼ球形であり、更に、
   前記第一の凸面が楕円面の幾何形状又は球面の幾何形状のいずれか一つを有することを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置において、前記スクリーンが実質上不透明であることを特徴とする装置。
8. 請求項１に記載の装置において、
   前記スクリーンが開口を有し、
   前記第一の投影手段が実質的に閉じた前記三次元空間の外側に存在し、
   前記第一の投影手段が前記スクリーンの開口を通して前記第一の鏡の第一の凸面へ前記第一の映像を投影することを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置において、
   前記第一の投影手段が実質的に前記三次元空間内に存在することを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置において、前記三次元空間がほぼ球形であることを特徴とする装置。
11. 請求項１に記載の装置において、
    前記スクリーンが中心軸を有する中空の球状に形成され、
    前記第一の投影手段及び第一の鏡及びが前記中心軸に沿って存在することを特徴とする装置。
12. 請求項１に記載の装置であって、
    更に、前記スクリーン内面で反射された光を吸収するために、前記三次元空間内に配置された光遮蔽体であって、前記第一の映像が前記第一の投影手段と第一の鏡の間においてとる光路の一部を取り囲むものを具備することを特徴とする装置。
13. 請求項１に記載の装置であって、更に、
    第二の映像を投影する第二の投影手段と、
    前記三次元空間内に配置される第二の凸面を有する第二の鏡と、
    前記ほぼ閉じた三次元空間内に取り付けられ、前記第二の投影手段により投影された前記第二の映像を、前記第二の鏡の第二の凸面上に反射する第三の鏡を含み、
    前記スクリーン内面上に前記第二の映像を反射して放射するために、前記第二の鏡が配設されていることを特徴とする装置。
14. 請求項１３に記載の装置において、
    前記第一の映像が反射されて、前記スクリーン内面の一方の半分に亘って放射され、そして、前記第二の映像が反射されて、前記半透明スクリーンの他方の半分に亘って放射されることを特徴とする装置。
15. 請求項１４に記載の装置において、前記スクリーンがほぼ球形であることを特徴とする装置。
16. 請求項１５に記載の装置において、
    前記スクリーンが外側表面を有し、かつ、半透明材料で構成され、前記スクリーン内面上に放射された前記第一の映像及び第二の映像が該スクリーンの外側表面に現れることを特徴とする装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、
    更に、前記第一の投影手段及び第二の投影手段を実質的に囲繞するベースを具備し、前記スクリーンが前記ベースに支持されており、且つ、前記第一及び第二の投影機が前記第一及び第二の映像を投影するための少なくとも一つの開口を有することを特徴とする装置。
18. 請求項１７に記載の装置において、
    前記三次元空間が、中心軸を有するほぼ球形であり、
    前記第一の鏡が前記第一の投影手段と第二の鏡の間に存在した状態で、前記第一の投影手段及び前記第一の鏡並びに前記第二の鏡が、前記中心軸に沿って存在し、
    該第二の投影手段が、前記中心軸に交差する光路に沿って前記第二の映像を指向することを特徴とする装置。
19. 映像表示装置であって、
    ほぼ半球形の空間を確定する内面を有する実質的に半球形のスクリーンと、
    前記半球形空間内に置かれた第一の鏡と、
    第一の映像を前記第一の鏡上に投影する第一の投影手段であって、前記第一の鏡が前記第一の映像を反射するものと、
    前記第一の鏡により反射された前記第一の映像を反射して、前記スクリーンの内面上に亘って放射するために、前記半球内に置かれる第二鏡であって、第一の凸面を有するものを有することを特徴とする装置。
20. 請求項１９に記載の装置において、前記第一凸面が楕円面をもつ幾何形状又は球面をもつ幾何形状のいずれか一つであることを特徴とする装置。
21. 請求項１９に記載の装置において、
    前記半球形スクリーンが外側表面を有しており、且つ、半透明材料で構成され、前記スクリーン内面上に反射されて放射された前記第一の映像が前記スクリーンの外側表面上に現れることを特徴とする装置。
22. 請求項１９に記載の装置であって、更に、
    第二の映像を投影するための第二の投影手段と、
    前記半球形空間内に置かれ、前記投影手段により投影された前記第二の映像を反射する第三の鏡と、
    第二の凸面を有し前記半球内に置かれる第四の鏡であって、前記第三の鏡によって反射された前記第二の映像を反射して、前記スクリーンの内面上に亘って放射する第四の鏡を有することを特徴とする装置。
23. 請求項２２に記載の装置において、
    前記第一の映像が反射されて、前記スクリーン内面の一方の半分に亘って放射され、更に、前記第二の映像が反射されて、前記内面の他方の半分に亘って放射されることを特徴とする装置。
24. 請求項２２に記載の装置において、
    前記スクリーンが外側表面を有しており、且つ、半透明物質で形成され、前記スクリーン内面上に放射された前記第一及び第二の映像が前記スクリーンの外側表面に現れることを特徴とする装置。