JP2009025672A

JP2009025672A - Image viewing device

Info

Publication number: JP2009025672A
Application number: JP2007190226A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yazawa; 純一矢澤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image viewing device that can be installed in a relatively narrow limited space and enables viewers to experience a huge virtual screen. <P>SOLUTION: The image viewing device is configured so that an image is projected onto a screen 8 and the image projected on the screen 8 is viewed by a plurality of viewers. In the device, a luminous flux emitted from the surface of the screen 8 toward the viewers is at least refracted or diffracted by only one or a pair of optical elements 6. Thereby, an image larger than that on the screen can be viewed simultaneously. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、映像鑑賞装置に関する。 The present invention relates to a video appreciation device.

従来から映画やビデオ映像をプロジェクタによりスクリーンに投影する装置が知られている。
このような装置に関し、例えば投影用スクリーン（例えば特許文献１〜３、７〜１３）に関する発明や投影型の表示装置（特許文献４〜６）、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）を含む画像表示装置（特許文献１４〜１８）などの発明も知られている。
また特許文献１８には、表示装置の発明が開示されている。この公報には、液晶周辺が眼につかないようにし、良好な表示が行えるＨＭＤ装置の発明が開示されている。そして博覧会のパビリオンなどに超大型の映像スクリーンを設置し、迫力ある映像を投影されているとしている。しかしながら大型のスクリーンを設置するにはそれなりの容積を持つ大規模な劇場を設ける必要がある。
しかし、上記した従来技術では、表示等の高画質化や画面の見易さを目的としており、これらの内容に関してスクリーンの形状や材質などを改良したり、また、プロジェクタからスクリーンまでの光路中に特別な光学系や光学素子を設置する点に着目された発明が開示されているに過ぎない。 2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus for projecting a movie or video image on a screen by a projector is known.
Regarding such an apparatus, for example, an invention relating to a projection screen (for example, Patent Documents 1 to 3 and 7 to 13), a projection display apparatus (Patent Documents 4 to 6), and an image display apparatus including a head-mounted display (HMD) ( Inventions such as Patent Documents 14 to 18) are also known.
Patent Document 18 discloses an invention of a display device. This publication discloses an invention of an HMD device that can prevent the periphery of the liquid crystal from being in contact with the eyes and perform good display. And it is said that a super large video screen is installed in the pavilion of the exposition, and powerful images are projected. However, in order to install a large screen, it is necessary to provide a large theater with a reasonable volume.
However, the above-described prior art aims at improving the image quality of display and the visibility of the screen, improving the shape and material of the screen with respect to these contents, and in the optical path from the projector to the screen. Only the invention which paid attention to the point which installs a special optical system and an optical element is indicated.

また、従来、比較的に小さな劇場、または個人の室内で大型スクリーンを仮想的に体感するのに、ヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤという）などと呼ばれる装置が知られている（特許文献１４〜１８など）。このＨＭＤは、小型の映像投影装置や映像の拡大像を形成する反射光学系などを有する「ゴーグル」とも呼ばれる映像投影装置を鑑賞者の頭部に装着し、鑑賞者の眼前に仮想スクリーンを形成している。
しかし、この発明では、鑑賞者別個にＨＭＤ装置（ゴーグル）を装着する必要があるため、観客の人数分だけ装置を用意しなければならない。またこれらの「ゴーグル」は、ある程度の重量を有し、鑑賞者に不快感も与えているのが実情である。
このように、本発明のような、既存の投影装置で既存のスクリーンへ投影した映像を大きく見せるため、スクリーンと鑑賞者の間に特殊な光学素子を配置する発明は、本発明者が知る限り知られていない。
特開２００３−１２１６０９公報特表２００３−５１９４４５公報特許第３７７０００６号特開２０００−２８８０７公報特開平８−７６２５２号公報特許第２６５５７６４号ＷＯ２００４／０２９６７７特開２００４−１７０８６２公報特開２００５−６２３１２公報特開平９−８１７８５号公報特開平８−２７８５６１号公報特開平７−３３３５５７号公報特開２００５−２２７３３４公報特開２００５−７０８０４公報特開２００５−３５１９９０公報特開２００５−３０１１９０公報特開２００１−２６４６８４公報特開平６−１９４６００号公報 Conventionally, a device called a head-mounted display (hereinafter referred to as “HMD”) is known in order to virtually experience a large screen in a relatively small theater or a private room (Patent Documents 14 to 18). Such). This HMD is equipped with a video projection device called “goggles” that has a small video projection device and a reflective optical system that forms a magnified image of the image, and forms a virtual screen in front of the viewer's eyes. is doing.
However, according to the present invention, since it is necessary to wear an HMD device (goggles) for each viewer, it is necessary to prepare devices for the number of viewers. In addition, these “goggles” have a certain amount of weight and are uncomfortable for the viewer.
Thus, as far as the present inventors know, an invention in which a special optical element is arranged between the screen and the viewer in order to make the image projected on the existing screen large by the existing projection apparatus as in the present invention. unknown.
JP 2003-121609 A Special table 2003-519445 gazette Patent No. 3770006 JP 2000-28807 A JP-A-8-76252 Japanese Patent No. 2555764 WO2004 / 029677 JP 2004-170862 A JP 2005-62312 A JP-A-9-81785 JP-A-8-278561 JP 7-333557 A JP-A-2005-227334 JP-A-2005-70804 JP 2005-351990 A JP-A-2005-301190 JP 2001-264684 A JP-A-6-194600

本発明の目的は、比較的に狭い限られたスペースに設置が可能でありながら、巨大な仮想スクリーンを体感できる映像鑑賞装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image appreciation device that can be installed in a relatively narrow limited space and can experience a huge virtual screen.

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、映像をスクリーンに投影してスクリーン上に投射された映像を鑑賞させる映像鑑賞装置において、
前記スクリーン上から発散された鑑賞者方向への光束を、１または１組のみの光学素子により少なくとも屈折または回折させて、前記スクリーン上の映像より大きくかつ同時に鑑賞可能にしたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記光学素子は前記スクリーン上から発散された鑑賞者方向への光束の少なくとも一部を収束させる光学素子であり、前記スクリーンが設けられた位置より遠方に映像があるように前記複数の鑑賞者に同時に鑑賞可能に構成したことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記光学素子は集光力を有するマイクロレンズを複数配置し、当該光学素子を前記スクリーンの前記鑑賞者側の面に近接または接して設置することを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１の映像鑑賞装置において、前記光学素子は前記スクリーン上の映像より発散された光束を前記スクリーンの中心を通る法線方向の軸に集光させるように偏向させる屈折力または偏向力を有するように構成し、前記スクリーンの前記鑑賞者側の面に設けて視野角を大きくすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is an image appreciation device for projecting an image on a screen and allowing the image projected on the screen to be viewed.
The light beam emitted from the screen toward the viewer is at least refracted or diffracted by only one or one set of optical elements so as to be larger and simultaneously viewable than the image on the screen.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the optical element is an optical element that converges at least a part of a light beam diverging from the screen toward the viewer, and the screen is provided. The plurality of viewers can view the video at the same time so that there is a video farther from the selected position.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the optical element includes a plurality of microlenses having a condensing power, and the optical element is disposed close to the viewer side surface of the screen. It is characterized by being installed in contact.
According to a fourth aspect of the present invention, in the video viewing device according to the first aspect, the optical element condenses the light beam diverged from the image on the screen on a normal axis passing through the center of the screen. The screen is configured to have a refractive power or a deflecting force to be deflected, and is provided on the viewer side surface of the screen to increase the viewing angle.

また、請求項５に記載の発明は、請求項４の映像鑑賞装置において、前記光学素子は傾き角が等しく、傾き方向が中心軸に回転対称となるように前記スクリーンの中心を中心とする同心円上にプリズムを配置させ、前記スクリーンの前記鑑賞者側に設置して前記スクリーン上から発散された光束を前記スクリーンの中心を通る法線方向に集光するように偏向させ視野角を大きくすることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４の映像鑑賞装置において、前記光学素子は傾き角が略同一で傾き方向が中心軸に対して対称な前記スクリーンの中心を中心とする同心円上にプリズムを前記スクリーンの前記鑑賞者側の面に設置し、前記プリズムの前記同心円の中心部になるに従い低く屈折率を分布させ、スクリーン上から発散された光束を前記スクリーンの中心を通る法線方向に集光するように偏向させて視野角を大きくすることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the video viewing device according to the fourth aspect, wherein the optical elements have the same inclination angle and are concentric circles centered on the center of the screen so that the inclination directions are rotationally symmetric about the central axis. A prism is arranged on the screen, installed on the viewer side of the screen, and deflected so that the light beam diverged from the screen is condensed in the normal direction passing through the center of the screen to increase the viewing angle. It is characterized by.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the video viewing apparatus according to the fourth aspect, wherein the optical elements are concentrically centered about the center of the screen whose tilt angle is substantially the same and whose tilt direction is symmetric with respect to the central axis. The prism is installed on the viewer-side surface of the screen, the refractive index is distributed to become lower as it becomes the center of the concentric circle of the prism, and the luminous flux diverged from the screen passes through the normal of the screen The viewing angle is increased by deflecting light so as to collect light in the direction.

また、請求項７に記載の発明は、請求項１の映像鑑賞装置において、前記光学素子は前記スクリーン上から発散された光束を収束する第１の光学素子と、前記スクリーン上から発散された光束を前記スクリーンの中心を通る法線方向に集光するように中心方向に偏向させる第２の光学素子とからなり、前記スクリーン上の映像が当該スクリーン上より遠方にスクリーン映像が存在するようにさせると共に視野角を大きくしたことを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７の映像鑑賞装置において、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子を一体化したことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項２の映像鑑賞装置において、前記光学素子は正の屈折力を有するマイクロレンズを複数配置し、各前記マイクロレンズの曲率半径が周辺部と中心部とで異なるようにしたことを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９の映像鑑賞装置において、前記光学素子は前記各マイクロレンズの曲率半径が前記スクリーンの中心に近くなるほど低くして前記スクリーン中心部を半径とする同心円上に略同一の曲率としたことを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項７、請求項９または１０の映像鑑賞装置において、前記スクリーン映像の中央付近の像を遠くにし、前記スクリーン映像の外周の像を近くに形成させて全体の像を連続した像にして写像することを特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項４の映像鑑賞装置において、前記光学素子は前記スクリーンの中心を通る法線方向の軸と直交する二方向に偏向させる屈折力または偏向力を異なって設定し、前記二方向の視野角を変化させたことを特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２の映像鑑賞装置において、前記光学素子は、前記スクリーンの中心を通る法線方向の軸に対して対称に線形プリズムを複数配置し、各前記線形プリズムの傾き角は、前記中心からの距離に従って大きくして偏向力が前記スクリーンの中心を通る法線方向の軸と直交する二方向で異なるようにしたことを特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３の映像鑑賞装置において、前記線形プリズムは、傾き角が等しい線形プリズムを用い、当該線形プリズムの屈折率が前記中心からの距離に従って低くしたことを特徴とする。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項７の映像鑑賞装置において、前記第２の光学素子が、前記スクリーンの中心を通る法線方向の軸と直交する二方向で異なるように設定して、当該方向で視野角の拡大度を変えたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the video viewing device according to the first aspect, the optical element is a first optical element that converges a light beam diverged from the screen, and a light beam diverged from the screen. And a second optical element that deflects in the direction of the center so as to collect light in the normal direction passing through the center of the screen, so that the image on the screen exists farther from the screen. In addition, the viewing angle is increased.
The invention according to claim 8 is the video viewing apparatus according to claim 7, wherein the first optical element and the second optical element are integrated.
The invention according to claim 9 is the video viewing apparatus according to claim 2, wherein the optical element includes a plurality of microlenses having positive refractive power, and the curvature radius of each of the microlenses is a peripheral portion and a central portion. It is characterized in that it is different between.
According to a tenth aspect of the present invention, in the video viewing apparatus according to the ninth aspect, the optical element is lowered as the radius of curvature of each of the microlenses is closer to the center of the screen, and the center of the screen is set as the radius. It is characterized by substantially the same curvature on concentric circles.
Further, the invention according to claim 11 is the video viewing device according to claim 7, 9 or 10, wherein the image near the center of the screen image is made far and the image around the outer periphery of the screen image is formed close. Thus, the entire image is converted into a continuous image.
The invention according to claim 12 is the video viewing apparatus according to claim 4, wherein the optical element has different refractive power or deflecting force for deflecting in two directions orthogonal to a normal axis passing through the center of the screen. And the viewing angle in the two directions is changed.
Further, in the image viewing device according to claim 12, the optical element includes a plurality of linear prisms arranged symmetrically with respect to an axis in a normal direction passing through the center of the screen, The inclination angle of the linear prism is increased in accordance with the distance from the center so that the deflection force is different in two directions orthogonal to the normal axis passing through the center of the screen.
In the image viewing device according to claim 14, the linear prism is a linear prism having the same inclination angle, and the refractive index of the linear prism is lowered according to the distance from the center. It is characterized by.
Further, the invention according to claim 15 is the video viewing device according to claim 7, wherein the second optical element is set to be different in two directions orthogonal to a normal axis passing through the center of the screen. The viewing angle magnification is changed in this direction.

本発明では、光学的な作用に伴う人間の心理的な効果を利用して、実際のスクリーンよりも大きなスクリーンの虚像を生成する光学系を設置することによって、迫力ある巨大な映像を体感でき、ＨＭＤや偏向メガネなどの特殊な観察装置を装着することもなく、多数の鑑賞者が同時に鑑賞できる。 In the present invention, by utilizing the human psychological effect associated with the optical action, by installing an optical system that generates a virtual image of a screen larger than the actual screen, it is possible to experience a powerful huge image, A large number of viewers can watch at the same time without wearing special observation devices such as HMDs and deflection glasses.

以下、図面を参照しながら、本発明の映像鑑賞装置に関し、実施形態により、詳細に説明する。
実際の物体や、投影された映像を観察するとき、観察者が感じる物体や映像などの大きさは、現実的な物体の大きさというより、その場所における空間的な影響などの場所依存性や臨場感などの効果を含め、心理的な作用も大きく関わっている。本発明では、この心理的な効果を巧みに利用している。
以下の説明では、実際に存在する物体のほか、プロジェクタなどによりスクリーン上に投影された映像などから発せられた光束が観察者の目に入射し、観察者によって視覚的に認識されるものも総称して「物体」と呼ぶ。また、物体から発せられた光束が何らかの光学系によって別の位置に結像したものあるいは虚像も「像」と呼ぶ。
基本的には、観察者が感じる物体の大きさは、観察者の目に入射する光束の視野角と、観察者から物体までの距離によって決まる。 Hereinafter, an image appreciation device of the present invention will be described in detail according to an embodiment with reference to the drawings.
When observing an actual object or projected image, the size of the object or image that the viewer feels is not the actual object size, Psychological effects are also greatly involved, including effects such as presence. In the present invention, this psychological effect is skillfully utilized.
In the following explanation, in addition to objects that actually exist, light beams emitted from images projected on a screen by a projector or the like enter the eyes of the observer and are also generically recognized by the observer It is called “object”. Further, a light beam emitted from an object formed at another position by some optical system or a virtual image is also called an “image”.
Basically, the size of the object felt by the observer is determined by the viewing angle of the light beam incident on the eyes of the observer and the distance from the observer to the object.

図１に示すように、観察者１が物体を見込む角度である視野角２の大きさは、物体までの距離でも決まるが、主に物体の大きさで決まる。すなわち、図１からも明らかなように、物体までの距離が同じであれば、物体の大きさが大きいほど、視野角２も大きくなる。
図２に、観察者１から物体までの距離と、観察者１が感じる物体の大きさとの関係を示す。もし観察者１が物体までの距離を実際よりも遠くに感じた（あるいは認識した）場合、観察者１が物体を見込む視野角２が図１の場合と同じであっても、観察者１は物体を実際よりも大きく感じることになる。
この実際の物体の存在する位置よりも遠くにあると感じる作用は、たとえば朝日や夕日などの際の太陽が大きく見える。太陽の大きさ、すなわち地表から太陽を見込む視野角は常に同じ（約０．５度）だが、昼間の天上にある太陽はより遠く、朝夕の地平線上にある太陽はより近くにあると思いこむ誤認識がある。このため、図２に示したような作用により、朝日や夕日は昼間の太陽よりも大きく見えるように感じられたりする。 As shown in FIG. 1, the size of the viewing angle 2, which is the angle at which the observer 1 looks at the object, is determined by the distance to the object, but is mainly determined by the size of the object. That is, as is apparent from FIG. 1, if the distance to the object is the same, the viewing angle 2 increases as the size of the object increases.
FIG. 2 shows the relationship between the distance from the observer 1 to the object and the size of the object felt by the observer 1. If the observer 1 feels (or recognizes) the distance to the object farther than it actually is, the observer 1 will be able to view the object even if the viewing angle 2 for viewing the object is the same as in FIG. You will feel the object bigger than it actually is.
The effect that it feels far from the position where the actual object exists is that, for example, the sun at the time of sunrise or sunset looks larger. The size of the sun, that is, the viewing angle when looking at the sun from the surface is always the same (about 0.5 degrees), but the mistake of thinking that the sun above the heavens in the daytime is farther and the sun on the morning and evening horizon is closer There is recognition. For this reason, the action as shown in FIG. 2 makes it seem that the morning sun or sunset looks larger than the daytime sun.

図３に、レンズ３などの収束力または発散力を持つ光学素子と、物体４、光学素子によって結像される像５の位置関係とを示す。ここで、レンズ３の焦点距離がＦであり、レンズ３から距離Ａだけ離れた位置に物体４があるとき、レンズ３から距離Ｂだけ離れた位置に像５が結像されるとすると、
１／Ｆ＝（１／Ａ）＋（１／Ｂ）・・・（１）
の関係がある。
上記式（１）から、物体４からレンズ３までの距離Ａと、レンズの焦点距離Ｆの組み合わせによっては、Ｂの値が負となり、物体４と同じ側に虚像５ができるようなことも有り得る。このような状態を図４に示す。
図４に示すような虚像５ができる場合は、レンズ３より射出される光束は発散するが、光束がＢの位置から発せられたように視覚者には見えてしまうこととなる。その結果、物体４とレンズ３に対して反対側にいる観察者１からは、あたかもＢの位置に像５があるように見えることになる。
また図５に示す場合のように、レンズ３からの焦点距離と物体４との位置を図４に示す場合と比較して像（虚像）が実際位置よりも遠方に見えるような適切に配置する場合には、実際の物体位置より遠くに虚像５を作ることができる。 FIG. 3 shows the positional relationship between an optical element having a converging or diverging force such as the lens 3 and the object 4 and an image 5 formed by the optical element. Here, when the focal length of the lens 3 is F and the object 4 is at a position away from the lens 3 by a distance A, an image 5 is formed at a position away from the lens 3 by a distance B.
1 / F = (1 / A) + (1 / B) (1)
There is a relationship.
From the above formula (1), depending on the combination of the distance A from the object 4 to the lens 3 and the focal length F of the lens, the value of B may be negative, and a virtual image 5 may be formed on the same side as the object 4. . Such a state is shown in FIG.
When the virtual image 5 as shown in FIG. 4 is formed, the light beam emitted from the lens 3 diverges, but it appears to the viewer as if the light beam was emitted from the position B. As a result, the observer 1 on the opposite side of the object 4 and the lens 3 will appear as if the image 5 exists at the position B.
Further, as in the case shown in FIG. 5, the focal length from the lens 3 and the position of the object 4 are appropriately arranged so that the image (virtual image) appears farther than the actual position as compared with the case shown in FIG. 4. In this case, the virtual image 5 can be created far from the actual object position.

ここで物体を映像鑑賞装置のスクリーン８、またはスクリーン上に結像した映像とするとする。そして、スクリーン８と観察者１との間に、たとえば収束力を持つ光学素子７を設置する。そうすると、図６に示すように、スクリーン８の後方にスクリーンまたはスクリーン映像が実際には存在するように認識してしまう虚像９ができる。すなわちこのような時には、鑑賞者１からは、実際のスクリーン８より遠方にスクリーン上の映像９が見える。
これを具体的に数値化して説明すると、図６のような配置で、スクリーン８がレンズの左側に２メートル隔てた距離にあり、収束光学素子７の焦点距離が２５００ｍｍの場合を考える。この場合に、前記式（１）の１／Ｆ＝（１／Ａ）＋（１／Ｂ）の式に、Ｆ＝２．５、Ａ＝２を代入してＢを求めると、Ｂはマイナス１０メートルとなる。よって、スクリーンの虚像９が光学素子７の左側に１０メートル離れた位置にある位置に存在しているように見ることができる。すなわち、観察者１からは、収束光学素子７より１０メートルの遠方にあるスクリーン９に映像が投影されているように見える。
このときの映像を鑑賞する者が感じる映像の大きさを図７に示す。鑑賞者５が収束光学素子７を通してスクリーン映像８を見たとき、図２で説明したように、実際のスクリーン映像８よりも大きな映像９を実感しているような感覚を奏することになる。 Here, it is assumed that the object is a screen 8 of the image viewing apparatus or an image formed on the screen. Then, for example, an optical element 7 having a convergence force is installed between the screen 8 and the observer 1. As a result, as shown in FIG. 6, a virtual image 9 is formed that recognizes that a screen or a screen image actually exists behind the screen 8. That is, in such a case, the viewer 1 can see the image 9 on the screen far from the actual screen 8.
More specifically, this will be described numerically. Consider the case where the screen 8 is at a distance of 2 meters to the left of the lens and the focal length of the converging optical element 7 is 2500 mm in the arrangement as shown in FIG. In this case, when B is obtained by substituting F = 2.5 and A = 2 into the formula 1 / F = (1 / A) + (1 / B) of the formula (1), B is minus. 10 meters. Therefore, it can be seen that the virtual image 9 of the screen is present at a position 10 meters away on the left side of the optical element 7. That is, from the observer 1, it appears that an image is projected on the screen 9 that is 10 meters away from the converging optical element 7.
FIG. 7 shows the size of the image felt by the person viewing the image at this time. When the viewer 5 views the screen image 8 through the converging optical element 7, he / she feels as if he / she feels an image 9 larger than the actual screen image 8 as described with reference to FIG.

次に視野角が変化したときの効果を説明する。物体の大きさと視野角の関係は図１に示した。図８に、視野角２が変化したときの物体の見え方を示す。図８に示すように、物体、すなわちスクリーン映像８と鑑賞者１との間にスクリーン映像８より発せられた光束を中心方向に偏向させる光学素子１０を設置する。そして視野角２を大きくすると、鑑賞者１からは実際よりも大きなスクリーン映像９が見えるようになる。
以上、説明した光学的な原理と結像作用で、鑑賞者が遠方にある物を大きく認識する効果（心理的効果を含む）を利用する。すなわち映像をスクリーンに投影して鑑賞する装置において、スクリーンが遠くにあるように感じさせる光学系を用いる。こうすると、比較的に小さなスクリーンに投影された映像であっても、あたかも離れた所にある大きなスクリーンに投影された映像であるかのように見えることができる。
また、たとえば視野角を拡大する光学系を映像鑑賞装置に組み込むと、鑑賞者は実際よりも大きな映像を鑑賞したのと同様な心理的な効果も得ることができる。 Next, the effect when the viewing angle changes will be described. The relationship between the size of the object and the viewing angle is shown in FIG. FIG. 8 shows how the object looks when the viewing angle 2 changes. As shown in FIG. 8, an optical element 10 that deflects a light beam emitted from the screen image 8 between the object, that is, the screen image 8 and the viewer 1 in the central direction is installed. When the viewing angle 2 is increased, the viewer 1 can see a larger screen image 9 than the actual one.
As described above, the effect (including the psychological effect) that the viewer greatly recognizes a distant object is used by the optical principle and the imaging function described above. That is, in an apparatus for projecting an image on a screen for viewing, an optical system that makes the screen feel far away is used. In this way, even an image projected on a relatively small screen can appear as if it was an image projected on a large screen at a distance.
For example, when an optical system that expands the viewing angle is incorporated in a video viewing apparatus, the viewer can obtain a psychological effect similar to that of viewing a larger video than the actual one.

［実施例］
本発明をより具体的に、実施例により説明する。
図９に、プロジェクタ１１により映像をスクリーン８に投影し、そのスクリーン８上に結像された映像を鑑賞する映像鑑賞装置の基本配置を示す。プロジェクタ１１によって投影された映像は、スクリーン８に映写された映像がこのスクリーン上から各鑑賞者１へとスクリーン映像が、スクリーン８上の各点から発散し、鑑賞者１の目に入射される。スクリーン８上の映像は、光束を拡散する点が無数に存在する構成としている。
図１０は、スクリーン８中央部の映像より拡散された光束が鑑賞者１の目に入射される様子を示す図である。以降の説明では、原理や動作の説明を簡素化するため、このようなスクリーン８の中央部からの拡散光のみ、またはスクリーン８の周辺部からの拡散光を主に説明するために用いる。また、スクリーン８から鑑賞者１までの光学的な原理と作用の説明を中心にするため、スクリーン８に映像を投影するプロジェクタ１１は以降の説明で省く。このように何れの例でも、スクリーン８の左側には常にプロジェクタ１１が置かれていることを想定して説明は行う。しかしながら本発明では、プロジェクタの設置位置を限定しない。そしていずれの例においても、スクリーンと鑑賞者との間に特殊な光学系を配置させ、鑑賞者にあたかもより遠くに映像が映し出されるように感じるようにしている。 [Example]
The present invention will be described more specifically with reference to examples.
FIG. 9 shows a basic arrangement of a video appreciation device for projecting an image on the screen 8 by the projector 11 and appreciating the image formed on the screen 8. The image projected by the projector 11 is the image projected on the screen 8 from each screen to each viewer 1 and the screen image diverges from each point on the screen 8 and enters the viewer's 1 eye. . The image on the screen 8 is configured to have an infinite number of points for diffusing the luminous flux.
FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the light beam diffused from the image at the center of the screen 8 enters the eyes of the viewer 1. In the following description, in order to simplify the explanation of the principle and operation, only the diffused light from the central part of the screen 8 or the diffused light from the peripheral part of the screen 8 is mainly used to explain. In order to focus on the optical principle and operation from the screen 8 to the viewer 1, the projector 11 that projects an image on the screen 8 will be omitted in the following description. As described above, in any example, the description will be made assuming that the projector 11 is always placed on the left side of the screen 8. However, in the present invention, the installation position of the projector is not limited. In either example, a special optical system is arranged between the screen and the viewer so that the viewer feels as if the image is projected further away.

［実施例１］
図１１に示す構成は本発明の基本的な構成を示す実施例１に関する図である。図１１に示すように、スクリーン８の後方（鑑賞者に対して後方）からプロジェクタ１１により映像を投影し、スクリーン８上に結像された映像をスクリーン前方から鑑賞者１が鑑賞する。ここで、スクリーン８と鑑賞者１との間に、スクリーン８から発された光束を屈折させる光学系６を設置する。これによってスクリーン８の後方に、鑑賞者１からは実際よりも大きく見える仮想スクリーンが生成されている。
［実施例２］
図１２は実施例２に関する図であり、図１２に示すように、スクリーン８と鑑賞者１との間に、スクリーン８上の映像から発散された光束を収束させる光学特性を持つ光学素子７を設置している。この収束性により、鑑賞者１からはスクリーン映像９が実際のスクリーン８より遠方にあるように見える構成としている。これは、図５と図６でも説明したスクリーンの虚像となるが、鑑賞者１には、あたかも実際のスクリーン映像であるかのように見えるので、図１２における符号９は「仮想スクリーン」と呼ぶこともできる。
この仮想スクリーンは、実際のスクリーンよりも遠い位置に形成されるため、図７で説明したように、鑑賞者からは実際のスクリーンよりも大きく感じることになる。 [Example 1]
The configuration shown in FIG. 11 is a diagram related to the first embodiment showing the basic configuration of the present invention. As shown in FIG. 11, an image is projected by the projector 11 from behind the screen 8 (behind the viewer), and the viewer 1 views the image formed on the screen 8 from the front of the screen. Here, an optical system 6 that refracts a light beam emitted from the screen 8 is installed between the screen 8 and the viewer 1. As a result, a virtual screen that appears larger than the actual size from the viewer 1 is generated behind the screen 8.
[Example 2]
FIG. 12 is a diagram related to Example 2, and as shown in FIG. 12, an optical element 7 having an optical characteristic for converging a light beam diverged from an image on the screen 8 is provided between the screen 8 and the viewer 1. It is installed. Due to this convergence, the viewer 1 sees the screen image 9 as if it is far from the actual screen 8. This is a virtual image of the screen described in FIG. 5 and FIG. 6, but it appears to the viewer 1 as if it were an actual screen image, so the reference numeral 9 in FIG. 12 is called a “virtual screen”. You can also.
Since this virtual screen is formed at a position farther than the actual screen, the viewer feels larger than the actual screen as described with reference to FIG.

［実施例３］
実施例３の構成を図１３と図１４に示す。図１３は実施例３の基本配置を示す図であり、マイクロレンズ１３を多数配置した収束性を持つ光学素子１２を、スクリーン８に近接して設置している。図１４は図１３のＡ部の拡大図であり、この光学素子１２に配列されたマイクロレンズ１３による収束作用の様子を示している。
この光学素子１２の収束作用により、図６と図７で説明したように、観察者１からは、実際のスクリーン８より遠方に在るスクリーン上からの映像９が見えるようにさせ、実際のスクリーン映像８よりも大きな映像９を体感させることになる。
［実施例４］
実施例４の構成を図１５に示す。スクリーン８と鑑賞者１との間に、スクリーン８上の映像から発せられた光束を中心に向けて偏向（たとえば屈折または回折）させる光学素子１０を配置している。この光学素子１０の偏向作用により視野角２が拡大され、図８で説明したように、鑑賞者１からは実際よりも大きなスクリーン映像９としてその像が存在しているかのように見えるようになる。 [Example 3]
The configuration of the third embodiment is shown in FIGS. FIG. 13 is a diagram showing a basic arrangement of the third embodiment, in which a converging optical element 12 in which a large number of microlenses 13 are arranged is provided close to the screen 8. FIG. 14 is an enlarged view of a portion A in FIG. 13 and shows a state of convergence by the microlenses 13 arranged in the optical element 12.
As described with reference to FIGS. 6 and 7, the optical element 12 converges so that the viewer 1 can see the image 9 on the screen farther away from the actual screen 8. A video 9 larger than the video 8 is experienced.
[Example 4]
The configuration of Example 4 is shown in FIG. An optical element 10 is disposed between the screen 8 and the viewer 1 for deflecting (for example, refraction or diffraction) a light beam emitted from an image on the screen 8 toward the center. The viewing angle 2 is enlarged by the deflection action of the optical element 10 and, as described with reference to FIG. 8, it appears to the viewer 1 as if the image exists as a screen image 9 larger than the actual size. .

［実施例５］
実施例５の説明を図１６から図１８に示す。本実施例５では、実施例４における偏向させるための具体的な手段を示したものであり、図１６にはその断面図を示し、図１７にはその平面図を示す。これらの図に示すように、中心軸１５からの距離によって、例えば傾きが異なるように、帯状のプリズム１６ａ、１６ｂを円形（円環状）に配置することで偏向性を持たせた光学素子１４として配置している例を示す。
この光学素子１４は、周辺部のプリズム１６ａでは傾き角を大きく、中心部のプリズム１６ｂでは傾き角を小さく設定する。これによって、図１８に示すように、全ての光束を中心軸１５に向かって偏向させるようにしている。この偏向作用により、図１５で説明した効果をもたらすことができる。
［実施例６］
また、実施例６で用いられる光学素子１４は、実施例４のより具体化した他の例であり、前記した実施例５で説明した図１６と図１７に示した構造とほぼ同じとなるが、各帯状プリズム（円環状プリズム）１６ａ、１６ｂの傾き角度は全て等しい。ただし、この光学素子１４を形成する光学材料は屈折率分布型の光学系を用いたものであって、周辺部１６ａでは屈折率が高く、中心部１６ｂでは屈折率が低くなっている。これにより、図１７に示した例と同様に、全ての光束が中心軸方向に偏向される。 [Example 5]
The description of the fifth embodiment is shown in FIGS. In the fifth embodiment, specific means for deflecting in the fourth embodiment are shown. FIG. 16 shows a sectional view thereof, and FIG. 17 shows a plan view thereof. As shown in these figures, the optical element 14 is made deflectable by arranging the band-like prisms 16a and 16b in a circular shape (annular shape) so that the inclination varies depending on the distance from the central axis 15, for example. An example of arrangement is shown.
The optical element 14 has a large inclination angle in the peripheral prism 16a and a small inclination angle in the central prism 16b. As a result, as shown in FIG. 18, all the light beams are deflected toward the central axis 15. This deflection action can bring about the effect described in FIG.
[Example 6]
Further, the optical element 14 used in the sixth embodiment is another example that is more specific than the fourth embodiment, and is substantially the same as the structure shown in FIGS. 16 and 17 described in the fifth embodiment. The inclination angles of the strip prisms (annular prisms) 16a and 16b are all equal. However, the optical material forming the optical element 14 uses a refractive index distribution type optical system, and has a high refractive index in the peripheral portion 16a and a low refractive index in the central portion 16b. Thereby, like the example shown in FIG. 17, all the light beams are deflected in the direction of the central axis.

［実施例７］
実施例７の構成例を図１９から図２１に示す。なお、図１９から図２１では、スクリーン８周辺部の上下より発せられた２つの光束により物体（映像）が鑑賞者にどのように見えるかを説明している。
本実施例では、図１９の配置図に示すように、スクリーン８と鑑賞者１との間に、スクリーン８から発散された光束を収束させる光学素子７と、スクリーン８から発せられた光束を中心に向けて偏向させる光学素子１０とをともに設置して、スクリーン８より遠方にスクリーン映像の虚像を形成させ、且つ視野角を拡大している。
そして図２０に示すように、本実施例では、まず収束光学素子７により、実際のスクリーン８からの映像光束０１が収束され第１の収束光束０２となる。これにより図２０に示す点線に示されるように実際のスクリーン８の位置よりも遠方のスクリーン上、映像９の位置からの映像と感じることになる。次に、収束光学素子７により収束された映像光束０２は偏向光学素子１０により、図２１に示すように、視野角２が拡大されて鑑賞者１の目に到達する。これら２つの光学素子７、１０を両方使用することにより、より大きな映像と、より後方に像があるような臨場感が増大した映像を体感し実現することができる。 [Example 7]
Configuration examples of the seventh embodiment are shown in FIGS. FIGS. 19 to 21 illustrate how an object (image) looks to the viewer by two light beams emitted from the top and bottom of the periphery of the screen 8.
In the present embodiment, as shown in the layout diagram of FIG. 19, the optical element 7 for converging the light beam diverged from the screen 8 between the screen 8 and the viewer 1, and the light beam emitted from the screen 8 as the center. The optical element 10 that is deflected toward the screen is installed together to form a virtual image of the screen image farther from the screen 8, and the viewing angle is enlarged.
As shown in FIG. 20, in this embodiment, the image light beam 01 from the actual screen 8 is first converged by the converging optical element 7 to become a first convergent light beam 02. As a result, as indicated by the dotted line shown in FIG. Next, the image light beam 02 converged by the converging optical element 7 reaches the eyes of the viewer 1 with the viewing angle 2 enlarged by the deflecting optical element 10 as shown in FIG. By using both of these two optical elements 7 and 10, it is possible to experience and realize a larger image and an image with an increased presence such that there is an image behind.

［実施例８］
次に実施例８の構成を図２２に示す。本実施例では、用いられる光学素子１７の片側の面に、図１３と図１４に示すマイクロレンズ１３が多数配置され、他の側の面には、図１６と図１７に示した前記したプリズムが配置された一体の光学素子１７が配置されている。この構成により、一体の光学素子１７の使用によって、実施例７と同様の効果が得られる。本実施例では、また、実施例６で使用された屈折率分布型プリズム（帯状プリズム（円環状プリズム））を、偏向作用を持たせる側に用いることができる。
［実施例９］
実施例９の構成を図２３に示す。この例での基本的な構成は、図１２に示す例と基本的には同様であるが、スクリーン８上の映像から発散された光束を収束させる光学素子７の収束力が、中央部近傍でより強く、周辺部では弱くなるように収束力分布を持たせて配分されている。これにより、スクリーン８中央部近傍の虚像９ａはより遠くに存在しているように感じさせ、スクリーン８周辺部の虚像９ｂはより近くに形成され、スクリーンの虚像９の全体はほぼ球形（の内面の一部を構成していること）となる。このように本実施例では、鑑賞者１からは、あたかも球形のスクリーンに投影された映像を見ていることとなる。 [Example 8]
Next, the configuration of Example 8 is shown in FIG. In this embodiment, a large number of microlenses 13 shown in FIGS. 13 and 14 are arranged on one surface of the optical element 17 used, and the prisms shown in FIGS. 16 and 17 are arranged on the other surface. An integrated optical element 17 is disposed. With this configuration, the same effect as that of the seventh embodiment can be obtained by using the integrated optical element 17. In this embodiment, the gradient index prism (band prism (annular prism)) used in the sixth embodiment can be used on the side having a deflecting action.
[Example 9]
The configuration of the ninth embodiment is shown in FIG. The basic configuration in this example is basically the same as the example shown in FIG. 12, but the convergence force of the optical element 7 that converges the light beam diverged from the image on the screen 8 is near the center. It is distributed with a convergence distribution so that it is stronger and weaker at the periphery. As a result, the virtual image 9a in the vicinity of the center portion of the screen 8 feels as if it exists farther away, the virtual image 9b in the peripheral portion of the screen 8 is formed closer, and the entire virtual image 9 on the screen is substantially spherical (the inner surface thereof). A part of the above). In this way, in this embodiment, the viewer 1 sees an image projected on a spherical screen.

［実施例１０］
本実施例１０では、前記した実施例９の収束光学素子７として、図１３と図１４の例に示したような、収束性を持つマイクロレンズ１３を多数配置した光学素子１２で、各マイクロレンズ１３の収束力を、中心部と周辺部とで異なるように、各マイクロレンズの形状、とくに曲率半径に変化を持たせている。
［実施例１１］
本実施例１１では、前記した実施例９の収束光学素子７として、図１３と図１４の例に示したような、収束性を持つマイクロレンズ１３を多数配置した光学素子１２に、中心部と周辺部とで屈折力の異なる屈折率分布型の光学材料（光学素子）を用いることで、中心部と周辺部とで屈折力が異なる（中心部から周辺部までに（例えば線形性の）屈折率分布を有する）ようにしている。 [Example 10]
In the tenth embodiment, the converging optical element 7 of the ninth embodiment is an optical element 12 in which a number of converging microlenses 13 are arranged as shown in the examples of FIGS. The shape of each microlens, particularly the radius of curvature, is varied so that the convergence force of 13 differs between the central portion and the peripheral portion.
[Example 11]
In Example 11, as the focusing optical element 7 of Example 9 described above, the optical element 12 having a large number of converging microlenses 13 as shown in the examples of FIGS. By using a refractive index distribution type optical material (optical element) with different refractive power in the peripheral part, the refractive power in the central part and the peripheral part is different (refractive from the central part to the peripheral part (for example, linear)). Have a rate distribution).

［実施例１２］
本実施例１２の構成を図２４に示す。基本的な構成は図１９から図２１に示した実施例７と同様であるが、スクリーン８の中央部と周辺部に対するそれぞれの収束力は図２３に示した実施例９と同様であり、スクリーンの虚像９の形状は略球形（の内面の一部）をなしている。
［実施例１３］
本実施例１３を図２５と図２６に示す。本実施例１３に使用されている偏向光学素子１０では、方向によって視野角２を拡大する度合いを変えている例を示す。この例では、鑑賞者１から見て横方向の視野角２を拡大している。図２５には上方向から眺めた横方向の断面を示し、図２６には横方向から眺めた縦方向の断面を示している。
図２５と図２６の例における鑑賞者１から見たスクリーン８とスクリーン虚像９との関係を、図２７に示す。図２７に示すように、スクリーン虚像９の横方向９ｄは、スクリーン虚像９の縦方向９ｅよりも拡大され、スクリーン虚像９は、実際のスクリーン８の縦対横の比よりも横長になっている。 [Example 12]
The configuration of Example 12 is shown in FIG. The basic configuration is the same as that of the seventh embodiment shown in FIGS. 19 to 21, but the convergence force with respect to the central portion and the peripheral portion of the screen 8 is the same as that of the ninth embodiment shown in FIG. The shape of the virtual image 9 is substantially spherical (a part of the inner surface).
[Example 13]
The thirteenth embodiment is shown in FIGS. In the deflecting optical element 10 used in the thirteenth embodiment, an example is shown in which the degree of expansion of the viewing angle 2 is changed depending on the direction. In this example, the viewing angle 2 in the lateral direction as viewed from the viewer 1 is enlarged. FIG. 25 shows a cross section in the horizontal direction viewed from above, and FIG. 26 shows a cross section in the vertical direction viewed from the horizontal direction.
FIG. 27 shows the relationship between the screen 8 and the screen virtual image 9 viewed from the viewer 1 in the examples of FIGS. As shown in FIG. 27, the horizontal direction 9 d of the screen virtual image 9 is enlarged more than the vertical direction 9 e of the screen virtual image 9, and the screen virtual image 9 is horizontally longer than the actual ratio of the vertical to horizontal ratio of the screen 8. .

［実施例１４］
本実施例１４で用いる方向性のある偏向素子の例を図２８と図２９に示す。断面形状が図２８に示すような傾きの異なるプリズム１６ａ、１６ｂを、図１７に示す円形ではなく、図２９に示すような直線状に配置している。プリズム１６ａ、１６ｂは、中心軸１５と直交する２直線１８ａ、１８ｂのうち、この図２９の例では、縦方向の直線１８ａについて左右対称となる配置で、縦方向の直線１８ａからの距離によって傾きが異なるように設定されている。
［実施例１５］
本実施例１５で用いる方向性のある偏向素子は、基本的な構造は図２８と図２９に示した例と同じだが、プリズムの中央部１６ａと周辺部１６ｂで同じ傾きとしている。しかし、この光学素子１４を形成する光学材料として、屈折率分布型であって、周辺部１６ａで屈折率が高く、中心部１６ｂで屈折率が低くなっている光学素子を使用する。これにより、本実施例では、横方向に大きな偏向性を持つことになる。 [Example 14]
Examples of directional deflecting elements used in the fourteenth embodiment are shown in FIGS. The prisms 16a and 16b having different inclinations as shown in FIG. 28 are arranged in a straight line as shown in FIG. 29 instead of the circle shown in FIG. In the example of FIG. 29, the prisms 16a and 16b are symmetrically arranged with respect to the vertical line 18a in the example of FIG. 29, and are inclined according to the distance from the vertical line 18a. Are set differently.
[Example 15]
The directional deflecting element used in the fifteenth embodiment has the same basic structure as that shown in FIGS. 28 and 29, but has the same inclination in the central portion 16a and the peripheral portion 16b of the prism. However, as the optical material forming the optical element 14, an optical element that is a refractive index distribution type and has a high refractive index at the peripheral portion 16a and a low refractive index at the central portion 16b is used. Thus, in this embodiment, the lateral direction has a large deflection.

［実施例１６］
本実施例１６の構成を図３０から図３３に示す。本実施例１６の構成では、図１９から図２１の例で示したように、収束光学素子７と偏向光学素子１０の両方を有するが、このうちの偏向光学素子１０は、図２５と図２６の例と同様に、方向によって視野角２を拡大する度合いを変えている。
ここに示す例でも、図２５と図２６の例と同様に、鑑賞者１から見て横方向の視野角２を拡大している。図３０には、上方向から眺めた横方向の断面を、図３１には、横方向から眺めた縦方向の断面を示している。
図２５と図２６の例での、鑑賞者から見たスクリーン８とスクリーン虚像９の様子を図３２に、簡易的な斜視図を図３３に示す。スクリーン虚像９の横方向９ｄはスクリーン虚像９の縦方向９ｅよりも拡大され、スクリーン虚像９すなわち仮想スクリーンは、実際のスクリーン８よりの縦横比よりも横長の比率になっている。なお、図３３では、収束光学素子７と偏向光学素子１０を簡素化のためを一つの光学素子７、１０として図示している。本実施例あるいは本発明では、中心軸として、スクリーン８の中心を取っている。またこれと直交する２軸は、基本的には中心軸を通る水平軸と垂直軸であることを意味している。 [Example 16]
The configuration of the sixteenth embodiment is shown in FIGS. In the configuration of the sixteenth embodiment, as shown in the examples of FIGS. 19 to 21, both the converging optical element 7 and the deflecting optical element 10 are provided. Of these, the deflecting optical element 10 is shown in FIGS. 25 and 26. Similar to the example, the degree of enlargement of the viewing angle 2 is changed depending on the direction.
Also in the example shown here, the viewing angle 2 in the lateral direction as viewed from the viewer 1 is enlarged, as in the examples of FIGS. 30 shows a cross section in the horizontal direction viewed from above, and FIG. 31 shows a cross section in the vertical direction viewed from the horizontal direction.
FIG. 32 shows a state of the screen 8 and the virtual screen image 9 viewed from the viewer in the example of FIGS. 25 and 26, and FIG. 33 shows a simple perspective view. The horizontal direction 9 d of the screen virtual image 9 is enlarged more than the vertical direction 9 e of the screen virtual image 9, and the screen virtual image 9, that is, the virtual screen has a horizontal ratio higher than the aspect ratio of the actual screen 8. In FIG. 33, the converging optical element 7 and the deflecting optical element 10 are illustrated as one optical element 7 and 10 for simplification. In this embodiment or the present invention, the center of the screen 8 is taken as the central axis. Also, the two axes orthogonal to this basically means that they are a horizontal axis and a vertical axis passing through the central axis.

以上に説明した通り、本発明では、鑑賞者が個々にＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などの特殊な装置を装着することもなく、また、プロジェクタやスクリーンなども既存の装置がそのまま使え、大型スクリーンの設置に制約がある比較的に狭い場所で、あたかも巨大なスクリーンに投影されたような迫力ある大型映像を仮想的に体感できる。
前記した実施例１３〜１６では、シネマスコープ（２．３５：１）、ビスタサイズ（１．８５：１）、ハイビジョン（１６：９）などのワイドスクリーン形式で収録された映画やビデオの作品を、狭い場所、特に左右のスペースに限りがある場所で鑑賞するのに適している。ただし、この方式で投影される映像については、特定方向に引き伸ばされることを考慮しておく必要がある。例えば、スクリーン映像が横方向に延伸される場合は、横方向に圧縮された画像を投影することになる。
また本発明では上記した実施例において、鑑賞者１に対してプロジェクタ１１の位置をスクリーン８の後方にある場合を例にして説明した。しかしながら本発明では、プロジェクタの設定位置を、スクリーン８を基準にして鑑賞者１よりも後方にあるような位置関係に限定されない。このような場合にはスクリーンとしては透過型スクリーンを使用することができる。透過型スクリーンは、光源から投射される映像光を鑑賞者１側に鑑賞させるために略平行光となるように偏向させるフレネルレンズシートを光源側に配置し、鑑賞者１側にレンチキュラーレンズシートとを有して構成される。さらに鑑賞者側に拡散シート、ブラックストライプなどを配して構成することもできる。 As described above, according to the present invention, the viewer does not individually attach a special device such as an HMD (head-mounted display), and the existing device can be used as it is for a projector or a screen. In a relatively narrow place where installation is limited, you can virtually experience powerful large images as if projected onto a huge screen.
In the above-described Examples 13 to 16, movies and video works recorded in a wide screen format such as a cinemascope (2.35: 1), a Vista size (1.85: 1), and a high-definition (16: 9) are displayed. Suitable for viewing in narrow places, especially where left and right spaces are limited. However, it is necessary to consider that an image projected by this method is stretched in a specific direction. For example, when the screen image is stretched in the horizontal direction, an image compressed in the horizontal direction is projected.
In the present invention, the case where the position of the projector 11 is behind the screen 8 with respect to the viewer 1 has been described as an example in the above-described embodiment. However, in the present invention, the setting position of the projector is not limited to a positional relationship that is behind the viewer 1 with respect to the screen 8. In such a case, a transmissive screen can be used as the screen. In the transmission screen, a Fresnel lens sheet that deflects the image light projected from the light source so as to be substantially parallel light to be viewed on the viewer 1 side is disposed on the light source side, and a lenticular lens sheet is disposed on the viewer 1 side. It is comprised. Furthermore, it can be configured by arranging diffusion sheets, black stripes, etc. on the viewer side.

また反射型のスクリーンを使用する場合には、光源であるプロジェクタ１１とスクリーン８の光線軸（入射側光線軸）が、スクリーン８から反射されて鑑賞者１に到達する反射側光線軸と交差しないように設定することが好ましい。
このように本発明では、スクリーン８と光学素子６、７、１２、１４などとの距離を十分に設けてプロジェクタ光１１をスクリーン８に対して鑑賞者１と同じ方向に（スクリーン８に対して鑑賞者１が各図で右側に配置されているのと同様の右側に）配置する構成とすることもできる。このような場合、スクリーン８から照射される映像光の中心軸をスクリーン中心に照射するようにすることが好ましい。 When a reflective screen is used, the light axis (incident side light axis) of the projector 11 and the screen 8 that are light sources does not intersect with the reflection side light axis that is reflected from the screen 8 and reaches the viewer 1. It is preferable to set so.
Thus, in the present invention, a sufficient distance between the screen 8 and the optical elements 6, 7, 12, 14, etc. is provided, and the projector light 11 is directed in the same direction as the viewer 1 with respect to the screen 8 (with respect to the screen 8 It is also possible to adopt a configuration in which the viewer 1 is arranged on the right side, which is the same as that arranged on the right side in each figure. In such a case, it is preferable to irradiate the central axis of the image light emitted from the screen 8 to the center of the screen.

物体と視野角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an object and a viewing angle. 物体距離と見え方の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an object distance and an appearance. 物体と像の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an object and an image. 物体と虚像の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an object and a virtual image. 物体と虚像の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an object and a virtual image. スクリーンとスクリーン虚像の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a screen and a screen virtual image. 鑑賞する者が感じる映像の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude | size of the image which the viewer appreciates. 視野角と物体の見え方を示す図である。It is a figure which shows a viewing angle and how an object is seen. 映像鑑賞装置の基本配置を示す図である。It is a figure which shows the basic arrangement | positioning of an image viewing apparatus. 映像鑑賞装置の基本配置を示す図である。It is a figure which shows the basic arrangement | positioning of an image viewing apparatus. 実施例１の構成例を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration example of Example 1. FIG. 実施例２の構成例を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration example of Example 2. FIG. 実施例３の構成例を示す図である。10 is a diagram illustrating a configuration example of Example 3. FIG. 図１３のＡ部拡大図である。It is the A section enlarged view of FIG. 実施例４の構成例を示す図である。10 is a diagram illustrating a configuration example of Example 4. FIG. 実施例４をより具体的に構成した実施例５・６に使用した帯状のプリズム１６ａ、１６ｂを円形（円環状）の断面図である。FIG. 7 is a circular (annular) cross-sectional view of strip-like prisms 16a and 16b used in Examples 5 and 6 in which Example 4 is configured more specifically. 実施例４をより具体的に構成した実施例５・６に使用した帯状のプリズム１６ａ、１６ｂを円形（円環状）の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a circular (annular) shape of belt-like prisms 16a and 16b used in Examples 5 and 6 in which Example 4 is configured more specifically. 実施例４をより具体的に構成した実施例５・６に使用した帯状のプリズム１６ａ、１６ｂを円形（円環状）に配置した構成による偏向の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the deflection | deviation by the structure which has arrange | positioned the strip | belt-shaped prisms 16a and 16b used for Example 5 * 6 which comprised Example 4 more concretely in circular (annular). 実施例７の各光学系などの配置を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an arrangement of each optical system in Example 7. 実施例７の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of Example 7. 実施例７の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of Example 7. 実施例８で使用される収束偏向光学素子の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a converging-deflecting optical element used in Example 8. 実施例９の光学素子配置とその像とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the optical element arrangement | positioning of Example 9, and its image. 実施例１２の各光学素子と、それによる形成像とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating each optical element of Example 12, and the formed image by it. 実施例１３の像形成を説明するための横方向の断面図である。FIG. 14 is a lateral cross-sectional view for explaining image formation in Example 13. 実施例１３の像形成を説明するための縦方向の断面図である。FIG. 14 is a longitudinal sectional view for explaining image formation in Example 13. 実施例１３におけるスクリーン上での像８と現実的に存在すると見えるスクリーン虚像９との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the image 8 on the screen in Example 13, and the screen virtual image 9 which seems to exist realistically. 実施例１４〜１５で使用される光学系（プリズム）を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical system (prism) used in Examples 14-15. 実施例１４〜１５で使用される格子状に配置構成された光学系（プリズム）を示す平面図である。It is a top view which shows the optical system (prism) arrange | positioned at the grid | lattice form used in Examples 14-15. 実施例１６に係る各光学系の配置を示す横方向の断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view in the horizontal direction showing the arrangement of optical systems according to Example 16. 実施例１６に係る各光学系の配置を示す縦方向の断面図である。FIG. 22 is a longitudinal sectional view showing the arrangement of optical systems according to Example 16. 実施例１６でのスクリーン映像８と鑑賞者に現実的に存在すると見えるスクリーン虚像９との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the screen image 8 in Example 16, and the screen virtual image 9 which seems to exist realistically by a viewer. 実施例１６に係る各光学系の配置とそれによる映像例を示す簡易的な斜視図である。It is a simple perspective view which shows arrangement | positioning of each optical system which concerns on Example 16, and the example of an image by it.

Explanation of symbols

１：観察者、または映像を鑑賞する者、２：視野角、３：収束性または発散性を持つ光学素子、４：物体、５：像（実像または虚像）、６：光学素子、７：収束性を持つ光学素子、８：スクリーン、またはスクリーン上の映像、９：スクリーンの虚像、または仮想スクリーンの映像、９ａ：スクリーン虚像の中央部、９ｂ：スクリーン虚像の周辺部、９ｄ：スクリーン虚像の横方向（長辺）、９ｅ：スクリーン虚像の縦方向（短辺）、１０：偏向性を持つ光学素子、１１：プロジェクタ、１２：収束光学素子、１３：マイクロレンズ部、１４：偏向光学素子、１５：偏向光学素子の中心軸、１６ａ：光学素子のプリズム（周辺部）、１６ｂ：光学素子のプリズム（中央部）、１７：の収束偏向光学素子、１８ａ：中心軸と直交する直線（縦方向）、１８ｂ：中心軸と直交する直線（横方向） 1: observer or viewer of image, 2: viewing angle, 3: optical element with convergence or divergence, 4: object, 5: image (real or virtual image), 6: optical element, 7: convergence 8: Screen or image on screen, 9: Virtual image of screen, or image of virtual screen, 9a: Center portion of screen virtual image, 9b: Peripheral portion of screen virtual image, 9d: Side of screen virtual image Direction (long side), 9e: longitudinal direction (short side) of the screen virtual image, 10: optical element having deflectivity, 11: projector, 12: converging optical element, 13: microlens unit, 14: deflection optical element, 15 : Central axis of deflection optical element, 16a: prism of optical element (peripheral part), 16b: prism of optical element (central part), 17: converging deflection optical element of 18a: straight line orthogonal to the central axis (vertical) ), 18b: straight line perpendicular to the center axis (lateral direction)

Claims

In an image appreciation device that projects an image on a screen and allows the image projected on the screen to be viewed,
An image which is larger than the image on the screen and can be viewed at the same time by refracting or diffracting the light beam diverging from the screen toward the viewer at least by one or one set of optical elements. Appreciation device.

The optical element is an optical element for converging at least a part of a light beam diverging from the screen toward the viewer, and is configured so that an image can be viewed at the same time so that there is an image far from the position where the screen is provided. The video appreciation device according to claim 1.

3. The image according to claim 1, wherein the optical element is provided with a plurality of microlenses having a light collecting power, and the optical element is disposed in proximity to or in contact with a surface of the screen on the viewer side. Appreciation device.

The optical element is configured to have a refractive power or a deflecting force for deflecting a light beam diverged from an image on the screen so as to be condensed on a normal axis passing through a center of the screen, and The image viewing apparatus according to claim 1, wherein the viewing angle is increased by providing on a surface on the viewer side.

The optical elements have the same tilt angle, and prisms are arranged on concentric circles centered on the center of the screen so that the tilt direction is rotationally symmetric with respect to the center axis, and the optical elements are installed on the viewer side of the screen. 5. The video viewing apparatus according to claim 4, wherein a viewing angle is increased by deflecting a light beam diverged from above so as to be condensed in a normal direction passing through a center of the screen.

The optical element has a prism arranged on a viewer side surface of the screen on a concentric circle centering on the center of the screen whose tilt angle is substantially the same and whose tilt direction is symmetric with respect to a central axis, A refractive index is distributed low as it reaches the center of a concentric circle, and a light beam diverged from the screen is deflected so as to be condensed in a normal direction passing through the center of the screen, thereby increasing a viewing angle. The video viewing apparatus according to claim 4.

The optical element deflects the light beam diverged from the screen in a central direction so as to converge the light beam diverged from the screen in a normal direction passing through the center of the screen. The image viewing apparatus according to claim 1, further comprising: a second optical element configured to cause the image on the screen to be distant from the screen and the viewing angle to be increased. .

8. The video appreciation device according to claim 7, wherein the first optical element and the second optical element are integrated.

The video viewing apparatus according to claim 2, wherein the optical element includes a plurality of microlenses having a positive refractive power, and the radius of curvature of each microlens is different between a peripheral portion and a central portion. .

10. The optical element according to claim 9, wherein the curvature radius of each of the microlenses is made lower as the distance from the center of the screen becomes closer to substantially the same curvature on a concentric circle whose radius is the center of the screen. Video appreciation device.

11. The image according to claim 7, 9 or 10, wherein an image near the center of the screen image is made far and an image on the outer periphery of the screen image is formed close to make the whole image a continuous image. The video viewing device according to any one of the above.

2. The optical element according to claim 1, wherein a refractive power or a deflecting force for deflecting in two directions orthogonal to an axis in a normal direction passing through a center of the screen is set differently, and a viewing angle in the two directions is changed. Item 5. The video viewing device according to Item 4.

The optical element has a plurality of linear prisms arranged symmetrically with respect to an axis in a normal direction passing through the center of the screen, and the inclination angle of each linear prism is increased according to the distance from the center so that the deflection force is 13. The video appreciation device according to claim 12, wherein the video appreciation device is different in two directions orthogonal to an axis in a normal direction passing through the center of the screen.

The video viewing apparatus according to claim 13, wherein the linear prism is a linear prism having an equal inclination angle, and a refractive index of the linear prism is decreased according to a distance from the center.

The second optical element is set so as to be different in two directions orthogonal to an axis in a normal direction passing through a center of the screen, and a viewing angle enlargement degree is changed in the direction. 7. The video viewing device according to 7.