JP3935905B2 - 映像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば液晶プロジェクタやＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセッシング）プロジェクタなどによりスクリーン上に所望の映像を投影可能とする映像投影装置に関する。

従来、映像投影装置は、液晶プロジェクタにより１枚の平面状のスクリーン上に所望の映像を投影する。この液晶プロジェクタ用反射型スクリーンの一例として、例えば特許文献１に開示されている。
特開平９−３４０１６号公報

上記従来の構成では、単に、１枚の平面状のスクリーン上に液晶プロジェクタにより所望の映像を映し出すだけであって、複数重なったスクリーン上に映像を映し出してボリュウム感のある立体映像としようとすると、各スクリーン上にシャープな映像が得られない。まして、観察者自身がボリュウム感のある立体映像内に入たり、スクリーンを変形させたりし、インタラクティブに実体験としてコンテンツをクリエイトして遊んだり楽しんだりすることができなかった。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、スクリーン上の綺麗な映像に対して、観察者自身が積極的に実体験としてコンテンツをクリエイトして遊んだり楽しんだりできる映像投影装置を提供することを目的とする。

本発明の映像投影装置は、映像光を透過する透過部および、該映像光を乱反射させる乱反射部が２次元状に無数に設けられて一または複数の該乱反射部で該映像光を３次元的空間内にボリュウム感のある立体映像として写し出すことが可能な複数のスクリーン手段と、該スクリーン手段に対して該映像光を照射可能とする映像投影手段とを有し、該複数のスクリーン手段は、平面部材の面が前記映像光の通過方向と交差するように複数並べられた構成と、筒部材が該映像光の通過位置に複数別々に並べられた構成と、大きさの異なる複数の筒部材が該映像光の通過位置に年輪状に重ねられた構成とのうちの少なくとも何れかの構成を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。この場合の複数のスクリーン手段は、１０枚〜２０枚の平面状の面部材を有しており、前後の所定間隔毎に該平面部材のスクリーン面が前後に配置されている。また、本発明の映像投影装置は、映像光を透過する透過部および、該映像光を乱反射させる乱反射部が２次元状に無数に設けられて一または複数の該乱反射部で該映像光を３次元的空間内にボリュウム感のある立体映像として写し出すことが可能な複数のスクリーン手段と、該スクリーン手段に対して該映像光を照射可能とする映像投影手段とを有し、該複数のスクリーン手段は、１０枚〜２０枚の面部材を有しており、前後の所定間隔毎に該面部材のスクリーン面が前後に配置されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の映像投影装置におけるスクリーン手段は表面平均反射率が１〜１０パーセントである。また、好ましくは、本発明の映像投影装置におけるスクリーン手段は表面平均反射率が１〜１０パーセント、透過部反射率が０〜１パーセント、乱反射部反射率が１０〜６０パーセントである。

さらに、好ましくは、本発明の映像投影装置における複数のスクリーン手段は、布地、紙および樹脂の少なくともいずれかで構成され、平面部材の面が前記映像光の通過方向と交差するように複数並べられた構成と、筒部材が該映像光の通過位置に複数別々に並べられた構成と、大きさの異なる複数の筒部材が該映像光の通過位置に年輪状に重ねられた構成とのうちの少なくとも何れかの構成を有する。

さらに、好ましくは、本発明の映像投影装置における複数のスクリーン手段は、他と異なる反射率のスクリーン手段を含む。

さらに、好ましくは、本発明の映像投影装置における複数のスクリーン手段は、他と異なるスクリーン色、ミラー材料、発光材料および偏光材のうち少なくとも何れかを有する。

さらに、好ましくは、本発明の映像投影装置におけるスクリーン手段が格子構造または網目構造になっている。また、好ましくは、本発明の映像投影装置におけるスクリーン手段が格子または網目構造から構成されており、該格子または網目点数がプロジェクタの解像度の１／１０以上に対応している。さらに、好ましくは、本発明の映像投影装置におけるスクリーン手段が格子または網目構造から構成されており、前記映像投影手段から照射された該スクリーン手段の投射面上の格子数または網目数が前記映像投影手段の画素数の１／１０以上である。

さらに、好ましくは、本発明の映像投影装置における映像投影手段はその光学系の調整により前記複数のスクリーン手段の少なくとも何れかに映像光の焦点を合わせることを可能とする。

上記構成により、スクリーン手段は、映像光の透過部および乱反射部が２次元状に無数に設けられているので、多数のスクリーン手段に対して映像光を透過させても、透過部を透過した映像光により一または複数の乱反射部上でシャープに写し出される。観察者自身がボリュウム感のある立体映像内に入れば積極的に実体験としてコンテンツをクリエイト可能である。

以上により、本発明によれば、綺麗な映像光が投影されたスクリーン手段が複数並べられたボリュウム的な３次元的空間内に観察者が入ったりして自らがクリエータになってスクリーン手段を触って変形させたり映像を見る角度を変えて見たりして映像を変化させるなど相互作用を楽しむことができる。以下このような効果のあるスクリーン手段をインタラクティブボリュウムスクリーンと呼ぶ。即ち、スクリーン手段をそのインタラクティブ性と空間表示能力により「インタラクティブボリュウムスクリーン」と呼ぶ。

以下に、本発明の映像投影装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１（ａ）は、本発明の映像投影装置の実施形態を模式的に示す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の映像投影装置の斜め上面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のインタラクティブボリュウムスクリーンの正面図である。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、映像投影装置１は、スクリーン上に所望の映像光を投影するべく映像光を照射可能とする映像投影手段としての液晶プロジェクタ２と、そのスクリーンとして、映像光を適度に透過しかつ適度に乱反射させて映像光を写し出すことが可能な複数枚からなるスクリーン手段としてのインタラクティブボリュウムスクリーン３とを有している。

液晶プロジェクタ２は、インタラクティブボリュウムスクリーン３上に所望のカラー映像を投影可能とし、所望の映像光（静止画像光または動画像光）を出射させることができると共に、所定のスクリーン面位置に焦点を合わせるように光学系を調整して画像光を出射することもできる。液晶プロジェクタ２の他に、映像投影手段として、ＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセッシング）プロジェクタを用いることもできる。

インタラクティブボリュウムスクリーン３は、前後に２本づつ立設された伸縮性かつ可撓性のある主柱部材としての前後のポール３１間に橋架された梁部材としてのテグス３２に取り付けられて垂下されており、前後の所定間隔毎にスクリーン面が前後に平行配置（面に垂直方向に配置）された複数枚、例えば１０枚〜２０枚の平面状の面部材としてのスクリーン布部材３３を有している。スクリーン布部材３３には「のれん」のように、人が中に入りやすいように所定間隔毎に下端部から切れ目３３１（または更に細かく短冊状に切れ目）が入れられていてもよい。なお、スクリーン布部材３３の間隔は、例えば一辺が１ｍであればその１０パーセント前後（８ｃｍ〜１２ｃｍ）であるがその５〜２０パーセント程度の範囲内でもよい。

スクリーン布部材３３は、映像光を透過する透過部（網目の格子部間の空間部分）および、映像光を乱反射させる乱反射部が２次元状に無数設けられて一または複数の乱反射部（網目の格子部）で映像光を写し出すことができる。スクリーン布部材３３の材質としては、適度に光を透過しかつ適度に反射する素材（例えば格子構造）であって、布地の他にプラスチックや紙などでもよく、またはこれらの組合せでもよい。スクリーン布部材３３の平均反射率が１〜１０パーセント、更に好ましくは２〜５パーセント（平均透過率はその逆数）で、メッシュ状または編み目状（光が抜けるところは全部抜けて反射するところは全部近く乱反射する構成）の格子構造を用いる。具体的なスクリーン布部材３３の生地としては、シースルーの布地よりも目が粗いメッシュ状または編み目状の布地（いわゆるチェール）を用いる。通常のスクリーンでは硬く固定的な歪みのない平面状であるのに対して、本実施形態のスクリーン布部材３３では、スクリーン自体が柔らかく歪んでもよく、その歪み自体がアニメーションの一つ、エフェクトの一つとして積極的にも自然的にも制御または作用させることができる糸製の格子構造を用いる。

上記構成により、複数枚前後に並んだスクリーン布部材３３は、体験型で触れる展示物であって展示したい画像（静止画や動画）を映し出す。スクリーン布部材３３が複数枚並べられてボリュウム的な３次元的空間内に人が入って自らがクリエータになってスクリーン布部材３３を触ったり変形させたり映像を見る角度を変えて見たりして映像を変化させるなど相互作用を楽しむことができる。インタラクティブ（相互作用）はコンテンツの半分は製作者が作るが、あと半分は鑑賞者自身が作ることができる。本実施形態では、光の直進性（光に対する影も広がる）をアートティスチックに見せるだけではなく、その相互作用によって映像の仮素材を完成品にするのは鑑賞者自身であってスクリーン布部材３３上の映像で充分に遊べるしコンテンツのクリエイトもできる。例えばスクリーン布部材３３を引っ張ると投影光自体は歪まないが、スクリーン布部材３３側が変形したり投影映像を見る角度が変わったりして投影映像が変形するし、風などで布地が揺れるとスクリーン布部材３３上に投影される映像光も動いて動画のようになる。例えばエアーコンディショナからの風でスクリーン布部材３３が揺れると、そこに映し出されるカラー映像がこれに伴って踊ったように布部材の枚数分だけ立体的な奥行きを持って映し出される。それに合わせて音楽を流すこともできる。

なお、図２（ａ）は図１（ａ）の液晶プロジェクタの表示画面の一例を示す正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の表示画面から出射されて複数のインタラクティブボリュウムスクリーン上に映し出された映像を正面から見た図、図２（ｃ）は図２（ａ）の表示画面から出射されて複数のインタラクティブボリュウムスクリーン上に映し出された映像を側面から見た図である。

ここで、スクリーン布部材３３の反射特性について説明する。

スクリーン布部材３３の材質として、白紙、白チュール（ウェディングドレスなどの布地）および厚手の白ビニールのそれぞれについて、枚数を重ねていって反射率がどのように変わるかの反射特性について実験した結果を次の（表１）に示している。

白紙は、反射；７０パーセント、吸収；２０パーセント、透過；１０パーセントである。表１では、光の波長が例えば４００ｎｍで反射率が５２パーセントで２枚目以降から飽和しており、白紙を３枚４枚重ねても反射率（または透過率）は５７パーセントでほぼ同じである。

白ビニールは、構造はなく均一であり、どの部分でも１枚当たり反射率２〜４パーセント、吸収率が４〜８パーセントである。表１では、光の波長が例えば４００ｎｍで８枚目以降から飽和しており、白ビニールを１６枚３２枚重ねても反射率（または透過率）は３３〜３５パーセントでほぼ同じである。

白チュールと白ビニールは、反射率の傾向はほぼ同じであるが、スクリーンとして考えた場合、同じ特性ではない。白チュールは、格子構造をとりその布自体が不均一であり、部分反射率および吸収率は、格子上では、反射；４０パーセント、吸収；２０パーセント、透過４０パーセントであるが、格子間は全くの空隙のため反射率と吸収率０パーセントで透過率１００パーセントである。表１では、光の波長が例えば４００ｎｍで６４枚以降、何枚重ねても反射率（または透過率）は１２パーセントでほぼ同じである。

スクリーンとして考えた場合、反射率が高いことが像をシャープに映し出す条件であるが、白ビニールでは像がぼける。白ビニールでは光が入射角に依存した反射をするため、輝度のムラが発生し、横方向から見たときに像を綺麗に映し出すことができない。

これに対して、白チュールは、格子上では、白紙の半分以上という高い反射率を持つために、格子（乱反射部）は離散的ではあるが、格子上では、像がシャープに映し出される。さらに格子間の空隙部分の光は、反射・吸収を全く受けずに透過するため次のスクリーンである白チュール上では高い輝度を保ったままであり、像がシャープに映し出される。また、チュール生地の格子上では、光が乱反射するため、像をどの方向から見ても輝度のムラ（斑）が少ない像を映し出すことができる。

したがって、スクリーン布部材３３として必要な条件は、次の（１）〜（５）ようにまとめることができる。

（１）細密な空隙と格子構造または網目構造から構成され、格子点または網目点数が液晶プロジェクタ２の解像度程度である必要がある。具体的には、通常の液晶プロジェクタの解像度から考えて、例えば１ｍ角のスクリーンであれば、１ｍｍ程度の格子間隔であればよい。上記白チュールの格子間隔を測定すると１，１ｍｍ程度（プロジェクタ解像度の１／２）であった。格子の細かさの構造が液晶プロジェクタのドットピッチと略一致するので、映像として文字なども上記白チュール上に充分綺麗に写し出すことができる。ここで、解像度程度とは解像度の１／１０以上であっても問題はなく、好ましくは、その１／２以上である。要するに、スクリーン投射面上の格子数または網目数がプロジェクタ総輝点数（画素数）の１／１０以上であっても問題はなく、好ましくは、その１／２以上である。

（２）格子部分での反射は乱反射であり、入射角に依存する反射が少ないことが必要である。これは上記白ビニールに映像が映らない理由で、正面からの光は正面側に返るので横側から見ると映像が見えない。よって、プロジェクタの方向しか像は見えないことになる。これでは、スクリーンを横方向から見た場合に像は見えない。したがって、反射部分（格子上）では乱反射構造である必要がある。

（３）格子部分での反射特性は、反射；２０〜６０パーセント、吸収；０〜２０パーセント程度、透過；４０パーセント以下が望ましい。

（４）格子部分と間隙部分とで平均化された反射率は、ボリュウム感を持たせるためにスクリーンを多数重ねてもシャープな像が映し出されるためには１〜１０パーセント程度（１パーセントで透過スクリーン枚数が１００枚）であることが必要である。

（５）スクリーンは柔構造（例えば糸を格子状に編んだスクリーン面構造）の生地であり、人がインタラクティブに接し、スクリーン構造が柔らかく曲がって表面が変形することが必要である。

次に、適用事例について説明する。

第１の適用事例としては、アミューズメント系や、科学館、喫茶店などの入り口などに本実施形態の映像投影装置１を設置してスクリーン布部材３３に切れ目３３１を入れて「のれん」のようにして人が中に入って通って行けるようにする。人がその中を通って行くと目の前をカラフルなカラー光（円形、楕円形、三角形、四角形、星形状などの幾何学形状の他、動物、車やアニメーションなどでもよい）が行過ぎるという感動的な光景（図２（ｂ）参照）を楽しむことができる。周りを暗幕などで暗くするとスクリーン自体が見えないのでボリュウム空間上に投影映像が浮いているような状態（図２（ｃ）参照）を作り出すことができる。光は直線状に通過しているので並べれた各複数枚毎のスクリーン布部材３３の１枚１枚に並んで映像が映し出されて光の直進性が明確になる。例えばスモークを炊いたレーザショウなどではそれを行う場所も限定されるし、人がその中に入ると良く分からないのであるが、各複数枚毎のスクリーン布部材３３を立体ボスクリーンにした場合には中に人が入っても映像が良く分かる。

第２の適用事例としては、複数枚のスクリーン布部材３３の一つ（例えば中央または焦点位置を前後に移動させてもよい）に焦点を持たせて他の複数枚のスクリーン布部材３３に対しては焦点がぼけた状態で用いることもできる。このインタラクティブボリュウム投影装置１を、人が集まる所にオブジェ的に設置すれば、子供や大人でも自分を覆うような空間内に入ってスクリーン布部材３３を触ったりして癒し効果と共に飽きることなく遊ぶことができるし、例えば車の宣伝などで車内を映し出してその周囲にパンフレットなどを置いておけば、宣伝効果も絶大である。

第３の適用事例としては、同じ透過性・反射性の布地を並べた前後範囲の後側には、透過性があまりなくても反射性の高い布地を並べるようにして、複数枚のスクリーン布部材３３の前側と後側とで映像が同じように見えるようにすることもできる。

第４の適用事例としては、映像のめりはりを付けるという意味で、スクリーン布部材３３にスクリーン色として白色を持ってきたり黒色を持ってきたり、さらにはカラーを持ってきたりするとその色（スクリーン色に応じてスクリーン色が赤であれば映像色も赤）の映像がその位置で見られる。

第５の適用事例としては、複数枚のスクリーン布部材３３に一部ミラー（星型のミラーなど）材料や発光する材料を設けるようにしてもよい。また、途中にミラーを使って複数方向からの映像光の照射も可能になる。この場合、より幻想的な空間を作り出して子供や大人が飽きることなく遊ぶことができる。

第６の適用事例としては、複数のスクリーン布部材３３を図３（ａ）のように筒状（ここでは円筒部材であるが角筒部材でも楕円筒部材でもよい）に構成し、その中心軸をそれぞれ共有するように年輪状に並べて、３６０度何処からでも（ここでは４方向から）、複数の重なったスクリーン布部材３３に液晶プロジェクタによりカラー映像光を投影する。この場合にも、切れ目を入れておくと観察者が通過し易い。また、複数のスクリーン布部材３３を図３（ｂ）のように複数の筒部材（ここでは円筒部材であるが角筒部材でも楕円筒部材でもよい）で構成され、これらの複数の筒部材を均等に配置し、３６０度何処からでも（ここでは３方向から）、複数のスクリーン布部材３３に液晶プロジェクタによりカラー映像をマルチ投影する。このように、複数方向からカラー映像光を投影する場合、色が重なった部分は例えば赤と青が重なれば、重なった色として投影される。したがって、液晶プロジェクタで作った映像形状や色が変形したり動いたり広がったり変色したりしてアーティスチックな立体投影表現をすることができる。

第７の適用事例としては、液晶プロジェクタはＲ（赤色）、Ｇ（緑色）およびＢ（青色）の３原色から映像光が構成されており、Ｇ（緑色）だけが偏光方向が異なり、３原色を混色すると白色光が出るが、これがスクリーン布部材３３上の偏光材としての偏光シートに投影されると、Ｒ（赤色）およびＢ（青色）がマゼンダとして透過し、Ｇ（緑色）が反射する。よって、偏光シートが設けられた所定位置のスクリーン布部材３３で白色光からＧ（緑色）が急に反射されて出てきたりして多彩な色空間を作り出すことができる。

なお、暗室内に本実施形態の映像投影装置を設置するとそれなりの幻想的な立体ボリュウム映像を映し出すことができるが、明るい部屋内に本実施形態の映像投影装置１を設置してもそれなりに綺麗な立体的な映像を映し出すことができる。

また、上記実施形態では、複数のスクリーン手段は、平面状に構成し、この平面部材の面が前記映像光の通過方向と直交（または交差）するように複数並べられた第１構成として説明し、または、筒部材が映像光の通過位置に複数別々に並べられた第２構成、または、大きさの異なる複数の筒部材が映像光の通過位置に年輪状に重ねられた第３構成について説明したが、これらの第１構成〜第３構成のうちの少なくとも２つの構成の組合せであってもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、例えば液晶プロジェクタやＤＬＰプロジェクタなどの映像投影手段により複数のインタラクティブボリュウムスクリーン上に所望の映像を投影可能とする映像投影装置の分野において、スクリーン上の映像に対して、観察者自身が積極的に実体験としてコンテンツをクリエイトして遊んだり楽しんだりすることができる。

（ａ）は、本発明の映像投影装置の実施形態を模式的に示す斜視図、（ｂ）は、（ａ）の映像投影装置の斜め上面図、（ｃ）は、（ａ）のインタラクティブボリュウムスクリーンの正面図である。 （ａ）は、図１（ａ）の液晶プロジェクタの表示画面を示す正面図、（ｂ）は、（ａ）の表示画面から出射されて複数のインタラクティブボリュウムスクリーン上に映し出された映像を正面から見た図、（ｃ）は、（ａ）の表示画面から出射されて複数のインタラクティブボリュウムスクリーン上に映し出された映像を側面から見た図である。 （ａ）は、本発明の映像投影装置の他の実施形態を模式的に示す上面図、（ｂ）は、本発明の映像投影装置の更に他の実施形態を模式的に示す上面図である。

符号の説明

１ 映像投影装置
２ 液晶プロジェクタ（映像投影手段）
２１ 表示画面
２２ 映像
３ インタラクティブボリュウムスクリーン（スクリーン手段）
３１ ポール
３２ テグス
３３ スクリーン布部材
３３１ 切れ目

Claims (8)

1. 映像光を透過する透過部および、該映像光を乱反射させる乱反射部が２次元状に無数に設けられて一または複数の該乱反射部で該映像光を３次元的空間内にボリュウム感のある立体映像として写し出すことが可能な複数のスクリーン手段と、該スクリーン手段に対して該映像光を照射可能とする映像投影手段とを有し、
   該複数のスクリーン手段は、平面部材の面が前記映像光の通過方向と交差するように複数並べられた構成と、筒部材が該映像光の通過位置に複数別々に並べられた構成と、大きさの異なる複数の筒部材が該映像光の通過位置に年輪状に重ねられた構成とのうちの少なくとも何れかの構成を有する映像投影装置。
2. 前記複数のスクリーン手段は、１０枚〜２０枚の前記平面部材を有しており、前後の所定間隔毎に該平面部材のスクリーン面が前後に配置されている請求項１に記載の映像投影装置。
3. 映像光を透過する透過部および、該映像光を乱反射させる乱反射部が２次元状に無数に設けられて一または複数の該乱反射部で該映像光を３次元的空間内にボリュウム感のある立体映像として写し出すことが可能な複数のスクリーン手段と、該スクリーン手段に対して該映像光を照射可能とする映像投影手段とを有し、
   該複数のスクリーン手段は、１０枚〜２０枚の面部材を有しており、前後の所定間隔毎に該面部材のスクリーン面が前後に配置されている映像投影装置。
4. 前記スクリーン手段は表面平均反射率が１〜１０パーセント、透過部反射率が０〜１パーセント、乱反射部反射率が１０〜６０パーセントである請求項１〜３のいずれかに記載の映像投影装置。
5. 前記複数のスクリーン手段は、他と異なる反射率のスクリーン手段を含む請求項１〜４の何れかに記載の映像投影装置。
6. 前記複数のスクリーン手段は、他と異なるスクリーン色、ミラー材料、発光材料および偏光材のうち少なくとも何れかを有する請求項１〜５の何れかに記載の映像投影装置。
7. 前記スクリーン手段が格子または網目構造から構成されており、前記映像投影手段から照射された該スクリーン手段の投射面上の格子数または網目数が前記映像投影手段の画素数の１／１０以上である請求項１〜６の何れかに記載の映像投影装置。
8. 前記映像投影手段はその光学系の調整により前記複数のスクリーン手段の少なくとも何れかに映像光の焦点を合わせることを可能とする請求項１または３に記載の映像投影装置。
   

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