JP2006003409A - 画像投影システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ドームスクリーン上でオーバーラップ部と非オーバーラップ部の輝度を間便に均一化する、ブレンディング効果の高い遮光機構を備える画像投影システムを提供する。
【解決手段】 プロジェクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれからドームスクリーン１に、隣接する部分画像がオーバーラップ部を有するように各部分画像を重ね合わせて配列することにより全体画像を表示する画像投影システムの、各プロジェクタに設ける遮光機構は、内部に切り欠きが形成された遮光板４ａ−１および遮光板４ａ−２から成り、前記切り欠きは、第１のオーバーラップ部の中心線に対応する第１の曲線（稜線）６と、第２のオーバーラップ部の中心線に対応する第２の曲線（稜線）７とによって規定される空間であるので、これら遮光板によって、平面スクリーンの場合と同様に輝度を調整することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の画像投影手段のそれぞれからドームスクリーンに部分画像をオーバーラップさせて投影して全体画像を表示する際に、オーバーラップ部の画像表示状態を適切に調整するための遮光機構を各画像投影手段に設けることにより、継ぎ目のない高精細画像を表示するようにした画像投影システムに関するものである。

スクリーンに部分画像をオーバーラップさせて投影することにより全体画像を表示する画像投影システムにおいては、複数ｎ個の投影光束のオーバーラップ部の輝度は非オーバーラップ部の輝度のほぼｎ倍（ｎ＝２，３，・・）になるので、オーバーラップ部の画像表示状態を調整しない画像表示システムの場合には、ライトバルブの光束漏れや光学系の内部漏洩光により、いわゆる「黒浮き」が生じて画像表示品質が損なわれてしまう。その対策として、オーバーラップ部の輝度を低減させる遮光板を各画像投影手段に設けることによりオーバーラップ部および非オーバーラップ部の輝度を均一化する手法が一般的に用いられている。

複数の画像投影手段のそれぞれからドームスクリーンに部分画像をオーバーラップさせて投影することにより、１つのドームスクリーン上に大きな全体画像を表示するようにした画像投影システム（例えば特許文献１参照）が提案されている。この従来技術の画像投影システムは、ドームスクリーンに対して上下左右４個所に画像投影手段であるプロジェクタを配置して、各プロジェクタからそれぞれ部分画像を形成する光束を対角方向に投影するように構成されており、各部分画像のオーバーラップ部の画像表示状態を調整するために、各プロジェクタとドームスクリーンとの間にそれぞれ、遮光板を設けている。

特許第３４６２４７０号公報

投影面が平面状になっている平面スクリーンを用いる画像投影システムの場合には、プロジェクタから投影される光束は四角形状の投影領域に投影されるので、例えば４個のプロジェクタからスクリーンの上下左右に設けた投影領域に部分画像を投影する画像投影システムの場合には、隣接する投影領域のオーバーラップ部は矩形形状になる。そのため、オーバーラップ部を２等分する中心線に遮光板の稜線が対応するように遮光板を設置すれば、オーバーラップ部および非オーバーラップ部の輝度がほぼ均一化される（ブレンディングされる）ことになる。
一方、投影面が球面状になっているドームスクリーンを用いる画像投影システムの場合には、プロジェクタから投影される光束はドームスクリーンの球面に斜めから投影されるので、投影領域は四角形状にはならず、例えば後述する図９に示すような複雑な形状になり、オーバーラップ部も図９に符号１０で示すような複雑な形状になる。このとき、オーバーラップ部１０の中心線１１に遮光板の稜線が対応するように遮光板を設置すれば、平面スクリーンの場合と同様に輝度を調整することができるが、遮光板の稜線を直線状にした場合、その直線状の稜線が球面に投影される際に曲線状になるため、直線状の稜線とオーバーラップ部１０の中心線１１とは一致せず、輝度を調整するのが困難になる。この問題に対して、投影面が球面状のドームスクリーンを用いる上記特許文献１記載の画像投影システムには、「曲げた形状に形成される左側近傍の遮蔽板および上側近傍の遮蔽板」という記載があり、その記載により「遮光板を曲げる」ことは示唆されているが、「遮光板のどの部分を、どのように曲げるのか」が全く記載されておらず、「遮光板を曲げる」ことと「ブレンディング効果」との因果関係も解明されていない。したがって、上記特許文献１記載の画像投影システムの遮蔽板を用いたのでは、オーバーラップ部および非オーバーラップ部の輝度を均一化するブレンディング効果が期待できない。

本発明は、ドームスクリーン上においてオーバーラップ部および非オーバーラップ部の輝度を間便に均一化し得る、ブレンディング効果の高い遮光機構を備える画像投影システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、複数の画像投影手段のそれぞれからドームスクリーンに部分画像を投影する際に、隣接する部分画像がオーバーラップ部を有するように各部分画像を重ね合わせて配列することにより全体画像を表示するとともに、前記オーバーラップ部の画像表示状態を調整するための遮光機構を前記各画像投影手段のそれぞれに設けるようにした画像投影システムであって、前記遮光機構は、内部に切り欠きが形成された少なくとも１枚の遮光板から成り、前記切り欠きは、第１のオーバーラップ部の中心線に対応する第１の曲線と、第２のオーバーラップ部の中心線に対応する第２の曲線とによって規定される空間であることを特徴とする。

請求項２に記載の第２発明は、前記遮光機構は、前記各画像投影手段の光路上に設定した遮光位置に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の第３発明は、前記ドームスクリーンは、半球の下部を半径よりも小さい所定寸法だけカットして設置面を形成した部分半球形状スクリーンであり、前記複数の画像投影手段は、前記設置面が水平になるように設置した前記ドームスクリーンを正面から見たときの左右脇部に設定した左設置位置および右設置位置にそれぞれ複数台ずつ、投影方向を上向きおよび下向きにして設置されていることを特徴とする。

第１発明によれば、複数の画像投影手段のそれぞれからドームスクリーンに部分画像を投影する際に、隣接する部分画像がオーバーラップ部を有するように各部分画像を重ね合わせて配列することにより全体画像を表示するとともに、前記オーバーラップ部の画像表示状態を調整するための遮光機構を前記各画像投影手段のそれぞれに設けるようにした画像投影システムにおける遮光機構は、内部に切り欠きが形成された少なくとも１枚の遮光板から成り、前記切り欠きは、第１のオーバーラップ部の中心線に対応する第１の曲線と、第２のオーバーラップ部の中心線に対応する第２の曲線とによって規定される空間であるので、例えば後述する図１および図９に示すようにドームスクリーンの右上領域、右下領域、左上領域、左下領域にそれぞれ部分画像を投影する画像投影システムでは、各投影領域の上下方向および左右方向にそれぞれ形成されるオーバーラップ部の中心線に前記遮光機構を構成する少なくとも１枚の遮光板の第１の曲線および第２の曲線が対応するので、平面スクリーンの場合と同様に輝度を調整し得るようになる。したがって、ドームスクリーン上においてオーバーラップ部および非オーバーラップ部の輝度を間便に均一化し得る、ブレンディング効果の高い遮光機構を備える画像投影システムを提供することができる。

第２発明によれば、前記遮光機構は、前記各画像投影手段の光路上に設定した遮光位置に対して着脱可能に構成されているから、投影された各部分画像の位置を調整する幾何補正を行う際には前記各画像投影手段の光路上から前記各遮光機構を待避させた状態で幾何補正のための撮影データを得ることが可能になり、適切に幾何補正を行い得るようになる。

第３発明によれば、前記ドームスクリーンは、半球の下部を半径よりも小さい所定寸法だけカットして設置面を形成した部分半球形状スクリーンであり、前記複数の画像投影手段は、前記設置面が水平になるように設置した前記ドームスクリーンを正面から見たときの左右脇部に設定した左設置位置および右設置位置にそれぞれ複数台（例えば２台）ずつ、投影方向を上向きおよび下向きにして設置されているから、各画像投影手段から対角方向に部分画像を投影することにより、反射ミラー等を用いることなくドームスクリーンの右上領域、右下領域、左上領域、左下領域にそれぞれ部分画像を直接投影する画像投影システムを実現することができ、観客サービス上好ましい。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１〜図３は本発明の第１実施形態の画像投影システムの構成を示す図である。本実施形態の画像投影システムは、図１〜図３に示すように、半球の下部を半径Ｒよりも小さい所定寸法だけカットして設置面を形成した部分半球形状スクリーンであるドームスクリーン１と、ドームスクリーン１の開口部左右脇に複数台（本実施形態の場合、２台）ずつ設置され、右上領域、右下領域、左上領域、左下領域にそれぞれ部分画像を直接投影する画像投影手段である４台のプロジェクタ２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）と、プロジェクタ２ａ、２ｂおよびプロジェクタ２ｃ、２ｄをそれぞれ支持する支持構造体３とを具備して成る。なお、本実施形態では、上記ドームスクリーン１として、直径６ｍの大型ドームスクリーンを用いており、このドームスクリーン１の右上領域、右下領域、左上領域、左下領域にそれぞれ、反射ミラー等を用いることなく部分画像を直接投影する画像投影システムとして構成されているので、観客は反射ミラー等によって視界を遮られることなくドームスクリーン上の画像を鑑賞できるようになり、観客サービス性が高い画像投影システムとなっている。

本実施形態では、上記４台のプロジェクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとして、例えばＸＧＡ（１０２４×７６８ドット）の解像度を有するプロジェクタを用いており、合計約２００万画素の高精細画像をドームスクリーン上に表示するように構成されている。上記プロジェクタとして使用可能なプロジェクタとしては、反射型液晶プロジェクタ、透過型液晶プロジェクタ、ＤＬＰ等が挙げられる。なお、上記４台のプロジェクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの解像度はＸＧＡに限定されるものではなく、ＳＸＧＡ、ＵＸＧＡ等のより高解像度のプロジェクタを用いてさらに高精細な画像表示を行うようにしてもよい。

図４はプロジェクタ２ａ、２ｂ（プロジェクタ２ｃ、２ｄの場合も同様である）およびそれらプロジェクタを支持する支持構造体３の詳細図である。プロジェクタ２ａ、２ｂは、プロジェクタの投影方向を自由に変えられるような自由雲台５を介して支持構造体３に取り付けられている。したがって、プロジェクタ設置時には、各プロジェクタの投影方向の調整が間便に行えるようになっている。
さらに、各プロジェクタの光束出射面の前方（この場合、図示しない投影レンズの前方である）には、出射光束の一部を遮光する遮光機構を構成する遮光板４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが取り付けられている。以下に、図５を用いてそれぞれの遮光板の形状について説明する。

図５に示すように、ドームスクリーン１の右上領域に部分画像を投影するプロジェクタ２ａの前方には遮光板４ａが取り付けられており、右下領域に部分画像を投影するプロジェクタ２ｂの前方には遮光板４ｂが取り付けられている。それぞれの遮光板４ａ、４ｂの遮光部の稜線は、直線ではなく、曲線で形成されている。なお、各遮光板は、例えば金属板製であるものとする。

上記曲線にした稜線の機能について図６〜図１２を用いて詳細に説明する。図６に示す遮光板４ａは、稜線６を有する遮光板４ａ−１と、稜線７を有する遮光板４ａ−２とから構成されている。

プロジェクタ２ａの画像投影領域は、遮光板４ａを設けない場合には図７に示すようになり、ドームスクリーン１の右上領域の全域をカバーするとともに、ドームスクリーン１の左上領域の一部を含むものとなる。プロジェクタ２ａは、図１に示すように、ドームスクリーン１の開口部左脇に設置されているため、投影される部分画像は、ドームスクリーン１に大きな入射角で投射されることになる。したがって、図７に示すように、画像投影領域８は長方形ではなく、図示のような長方形が大きく歪んだ形状となる。

図８はドームスクリーン１の左上領域に部分画像を投影するプロジェクタ２ｃの画像投影領域９を示す図であり、この画像投影領域９は、プロジェクタ２ａの画像投影領域８と左右対称な形状となっている。したがって、プロジェクタ２ａおよびプロジェクタ２ｂの投影領域には、図９に示すような複雑な形状になったオーバーラップ部１０が生じることになる。

本実施形態の画像投影システムでは、画像の歪みについては、外部に設けた図示しないキャリブレーション用カメラにより投影画像を撮影し、その撮影データに基づいて幾何補正を行うので、画像の歪みに関する適切な補正が行われることになり、歪みのない画像を提供することができる。このとき、画像の輝度についても上記キャリブレーション用カメラの撮影データに基づいて輝度補正を行うことは可能であるが、部分画像同士のオーバーラップ部を遮光する遮光板を設けないで部分画像を投影したときの撮影データを用いて輝度補正を行った場合には、コントラストが低下するという問題が発生する。なぜならば、通常プロジェクタによって「黒」を投影した場合には「完全な黒」にはならず、ある程度の光量の光束がスクリーンに投影されるので、複数ｎ個の投影光束のオーバーラップ部では非オーバーラップ部に比べて黒の明るさがほぼｎ倍（ｎ＝２，３，・・）の明るさとなる。そのような黒の明るさの相違を補正するためには、非オーバーラップ部の黒レベルを上げる必要があるが、そのようにした場合には結果的にコントラストの低下を招いてしまう。そこで、本実施形態では、上記コントラストの低下を防止するためにプロジェクタの前方に遮光機構を設け、オーバーラップ部の光量をカットするように構成している。

以上を考慮して、本実施形態では、上述したプロジェクタ２ａおよびプロジェクタ２ｃの画像投影領域のオーバーラップ部１０を遮光板４ａおよび遮光板４ｃで遮光するように構成している。各プロジェクタ前方に遮光板を設ける場合には、通常オーバーラップ部の中心線付近で振り分けられるようにするのが装置設計上望ましいため、図９に示すオーバーラップ状態の場合、各プロジェクタに取り付けられた遮光板は中心線１１から外側の領域を遮光するように設計する必要がある。

次に、中心線１１の外側の領域を遮光できるような遮光板の形状について説明する。図１０はドームスクリーン１の右上領域に部分画像を投影するプロジェクタ２ａに、直線状の稜線６を有する遮光板４ａが取り付けられた場合の構成を例示する図である。図１１は稜線６が直線状に形成された遮光板４ａによってプロジェクタ２ａの出射光束を遮光した場合の画像投影領域８の端部１２を示す図であり、画像投影領域端８の端部１２は、直線状稜線６に対応して大きく湾曲したような形状となっている。これは、上述したように、プロジェクタの投影光束が大きな入射角をもって投影されることにより、直線状の稜線で遮光した場合であってもその直線形状が反映されず、歪みが生じて湾曲することに起因している。

したがって、上述した歪みを考慮すれば、遮光板の稜線を図６に示すような曲線とすればよいわけである。図６に示すような曲線状の稜線６を有する遮光板４ａ−１でプロジェクタ２ａの出射光束を遮光した場合の画像投影領域は図１２に示すようになり、画像投影領域８の端部１３は、曲線状稜線６に対応してほぼ直線となるので、図９に示すオーバーラップ部の中心線１１の外側が遮光されることになる。
このように、オーバーラップ部の中心線が、遮光板による遮光領域端にほぼ一致するように遮光板の稜線を曲線状にすれば、適切にオーバーラップ部を遮光することができるようになる。

なお、上記においては、プロジェクタ２ａの左右方向のオーバーラップ部の遮光について説明したが、その他のオーバーラップ部についても同様の手法で適切な遮光が実現できる。例えば、プロジェクタ２ａの上下方向のオーバーラップ部の遮光については、遮光板４ａ−２の曲線状の稜線７によって遮光が実現でき、プロジェクタ２ｂの左右方向のオーバーラップ部の遮光については、図５に示す遮光板４ｂの図示右側上下方向の曲線状の稜線によって遮光が実現でき、プロジェクタ２ｂの上下方向のオーバーラップ部の遮光については、図５に示す遮光板４ｂの図示上側左右方向の曲線状の稜線によって遮光が実現できる。なお、プロジェクタ２ｃ、プロジェクタ２ｄに設ける遮光機構（遮光板）の形状は、遮光板４ａ、遮光板４ｂの左右対称形状とすればよい。

なお、本実施形態では、遮光板を単純な板形状で形成しているが、このように単純な板形状で遮光板を形成した場合においても、通常プロジェクタの光学系の射出瞳は遮光板とは離れた場所に来るので、遮光板による遮光領域端部１３では、急激に光量が落ちるわけではなく、徐々に光量が低下していくので、上記特許文献１に記載された「透過率が徐々に変化するような遮光板」を用いる必要はない。

また、上記各遮光板は、例えば図示しないヒンジ機構によって、各プロジェクタの光路上に設定した遮光位置に対して着脱可能（退避可能）な構造になっている。このように、各遮光板を遮光位置から退避可能に構成することにより、外部に設けたキャリブレーション用カメラによってドームスクリーン上に表示したテストパターンを撮影して幾何補正に用いる撮影データを得るときには各遮光板を退避させて、遮光無しの状態で撮影を行うことができる。それにより、通常は遮光板で遮光されてしまう領域にもテストパターンを表示して幾何補正データを取得することが可能になるので、オーバーラップ部付近における各種データを正確に計算することが可能になり、適切に幾何補正を行い得るようになる（なお、幾何補正の詳細については、例えば特開２００１−２６８４７６号公報を参照のこと）。

以上説明したように、本実施形態の画像投影システムによれば、プロジェクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれからドームスクリーン１に部分画像を投影する際に、隣接する部分画像がオーバーラップ部を有するように各部分画像を重ね合わせて配列することにより全体画像を表示する際に、オーバーラップ部の画像表示状態を調整するためにプロジェクタ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれに設けた遮光機構である遮光板４ａ（４ｂ、４ｃ、４ｄも同様である）は、内部に切り欠きが形成された遮光板４ａ−１および遮光板４ａ−２から成り、前記切り欠きは、第１のオーバーラップ部の中心線１１（図９参照）に対応する第１の曲線（稜線）６と、第２のオーバーラップ部の中心線に対応する第２の曲線（稜線）７とによって規定される空間であるので、図１および図９に示すようにドームスクリーン１の右上領域、右下領域、左上領域、左下領域にそれぞれ部分画像を投影する画像投影システムでは、各投影領域の上下方向および左右方向にそれぞれ形成されるオーバーラップ部の中心線に前記遮光機構を構成する遮光板の第１の曲線および第２の曲線が対応するので、平面スクリーンの場合と同様に輝度を調整することができ、効果的に黒浮きを防止し得るようになる。したがって、ドームスクリーン１上においてオーバーラップ部および非オーバーラップ部の輝度を間便に均一化し得る、ブレンディング効果の高い遮光機構を備える画像投影システムを提供することができる。

なお、上記第１実施形態の画像投影システムでは、画像投影手段としてのプロジェクタを４台用いているが、これに限定されるものではなく、例えば８台のプロジェクタを用いてさらに高精細な画像表示を行うようにすることもできる。また、多数台のプロジェクタを用いることにより、各プロジェクタの画像投影領域がサッカーボールの表面のように多数の多角形に区画されるように構成してもよい。

本発明の第１実施形態の画像投影システムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の画像投影システムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の画像投影システムの構成を示す図である。 第１実施形態の２台のプロジェクタおよびそれらプロジェクタを支持する支持構造体の詳細図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の形状を例示する図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の、曲線状にした稜線の機能を説明するための図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の、曲線状にした稜線の機能を説明するための図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の、曲線状にした稜線の機能を説明するための図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の、曲線状にした稜線の機能を説明するための図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の、曲線状にした稜線の機能を説明するための図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の、曲線状にした稜線の機能を説明するための図である。 第１実施形態の画像投影システムにおける遮光板の、曲線状にした稜線の機能を説明するための図である。

符号の説明

１ ドームスクリーン
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ プロジェクタ（画像投影手段）
３ 支持構造体
４ａ、４ａ−１、４ａ−２、４ｂ、４ｃ、４ｄ 遮光板
５ 自由雲台
６ 稜線（第１の曲線）
７ 稜線（第２の曲線）
８、９ 画像投影領域
１０ オーバーラップ部
１１ 中心線
１２、１３ 画像投影領域８の端部

Claims (3)

1. 複数の画像投影手段のそれぞれからドームスクリーンに部分画像を投影する際に、隣接する部分画像がオーバーラップ部を有するように各部分画像を重ね合わせて配列することにより全体画像を表示するとともに、前記オーバーラップ部の画像表示状態を調整するための遮光機構を前記各画像投影手段のそれぞれに設けるようにした画像投影システムであって、
   前記遮光機構は、内部に切り欠きが形成された少なくとも１枚の遮光板から成り、前記切り欠きは、第１のオーバーラップ部の中心線に対応する第１の曲線と、第２のオーバーラップ部の中心線に対応する第２の曲線とによって規定される空間であることを特徴とする画像投影システム。
2. 前記遮光機構は、前記各画像投影手段の光路上に設定した遮光位置に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像投影システム。
3. 前記ドームスクリーンは、半球の下部を半径よりも小さい所定寸法だけカットして設置面を形成した部分半球形状スクリーンであり、前記複数の画像投影手段は、前記設置面が水平になるように設置した前記ドームスクリーンを正面から見たときの左右脇部に設定した左設置位置および右設置位置にそれぞれ複数台ずつ、投影方向を上向きおよび下向きにして設置されていることを特徴とする請求項１または２記載の画像投影システム。

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