JP4089299B2 - 投影型ディスプレイ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタから放射した光線群をスクリーンに投影することによりスクリーンに映像情報を表示する投影型ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、現実世界に近い感覚を映像によって体感させることを目的とした各種のディスプレイが提案されている。この種のディスプレイでは、臨場感やスケール感を表現するために利用者の視野を広く覆うことが要求される。このような要求に対応した技術としては、利用者から離れて配置したスクリーンにプロジェクタによって映像情報を投影する技術、あるいはヘッドマウントディスプレイとして知られているように利用者の眼前にディスプレイを配置する技術が知られている。スクリーンを用いる技術では、映画のように大型の平面スクリーンを用いるほか、小型の平面スクリーンを組み合わせた多面体形状のスクリーンを用いることによって利用者の周囲を囲んだり、アーチ状や球面状などの曲面形状のスクリーンによって利用者の周囲を囲んだりすることが提案されている。また、利用者の眼前にディスプレイを配置する技術では、ディスプレイを装着することによる違和感があり、しかもスクリーンを用いる場合に比較すると現状技術では視野角は狭くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、現実世界に近い感覚を映像によって体感させるために、各種形状のスクリーンとプロジェクタとを組み合わせて広視野角の映像情報を表示する技術が提案されているものの、１台のプロジェクタからの光線群で広視野角の映像情報をスクリーン上に投影しようとすれば利用者による影が生じて映像情報の一部が欠けるという問題が生じる。また、広視野角になると１台のプロジェクタによってスクリーンの全体に亘って均一な明るさを実現することは困難になる。多人数の利用者を対象とするような大型のディスプレイ装置では、大型のスクリーンを用い複数台のプロジェクタを組み合わせて映像情報をスクリーンに投影する技術も知られており、この技術を用いると利用者による影で映像情報の一部が欠ける問題やスクリーンの明るさが不均一になる問題を回避することが可能である。
【０００４】
しかしながら、複数台のプロジェクタを組み合わせるにはプロジェクタ同士を同期させて動作させる必要があり、プロジェクタが複数台存在することによるコスト高に加えてプロジェクタを同期させるためのハードウェアに対するコストも発生するから、複数台のプロジェクタを用いる技術は非常に高価であって、この種の技術を少人数の利用者で用いるような小型のディスプレイ装置で採用するのは困難である。しかも、小型のディスプレイ装置では利用者の影の影響が一層大きくなるから、広視野角の映像情報を小型のディスプレイ装置で表示することは満足できる水準で実現されていないのが現状である。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、多数台のプロジェクタを組み合わせることなく現実世界に近い感覚を体感できる広視野角の映像情報を表示することができ、しかも利用者による影の影響を防止することができる低コストの投影型ディスプレイを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、映像情報を含んだ光線群を放射するプロジェクタと、光線群が投影され見る位置としての利用位置を正面側に規定した半球面型のスクリーンと、プロジェクタから放射された光線群を複数に分割し分割された各光線群を異なる光路に誘導する分割光学系と、分割光学系により分割された各光線群を互いに異なる方向から前記利用位置を通過しないようにスクリーン上に誘導し各光線群に含まれる映像情報がスクリーン上で連結されるように合成する合成光学系と、プロジェクタから放射する光線群に含まれる映像情報に対してプロジェクタとスクリーンとの間に設けた分割光学系および合成光学系による歪みを相殺するように補正を加える補正手段とを備え、分割光学系は、スクリーンに対して利用位置とは反対側の空間に配置され、分割光学系は、プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向と水平方向との少なくとも一方に２分割することを特徴とする。この構成によれば、プロジェクタからの光線群を分割光学系により一旦分割し、分割した光線群を合成光学系によってスクリーン上で合成することによってプロジェクタからの映像情報をスクリーン上に再現するのであって、プロジェクタから放射された光線群を利用位置を通過しないように誘導するから、利用位置に存在する利用者の影がスクリーンに投影されることがなく、利用者による影の影響を防止することができる。しかも、スクリーン上には合成光学系によって複数方向から光線群が投影されるから、広視野角の映像情報を表示することができる。また、プロジェクタからの光線群を複数の光路に分割した後にスクリーン上で合成するから、スクリーンに対して複数方向から光線群を投影することで広視野角の映像情報を表示可能とする投影型ディスプレイを多数台のプロジェクタを用いることなく実現することができる。その上、分割光学系がスクリーンに対して利用位置とは反対側の空間に配置されているから、スクリーンに対して利用位置側の空間に配置される部材が少なくなる。加えて、映像情報を垂直方向に２分割すれば視野角を上下に拡げることが可能になり、映像情報を水平方向に２分割すれば視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記合成光学系は、前記スクリーンと前記利用位置とを結ぶ方向において、前記利用位置に対して前記スクリーン側に配置され、前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向に２分割することを特徴とする。この構成によれば、映像情報を垂直方向に２分割しているから、視野角を上下に拡げることが可能になる。また、分割光学系および合成光学系が利用位置よりもスクリーン寄りに配置されているから、利用位置に対してスクリーンから離れた側を開放した形で利用することができる。その結果、展示会場のように人が往来するような場所での利用が容易になる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における水平方向に２分割することを特徴とする。この構成によれば、映像情報を水平方向に２分割しているから、視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向と水平方向とにそれぞれ２分割することを特徴とする。この構成によれば、映像情報を垂直方向と水平方向とにそれぞれ２分割しているから、視野角を上下および左右に拡げることが可能になる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記スクリーンが裏面に投影された光線群による映像情報を前記利用位置から視認可能とする透過型スクリーンであることを特徴とする。この構成によれば、スクリーンに対して利用位置の反対側の空間から光線群を投影するから、分割光学系および合成光学系を用いることで広視野角を得るようにしながらも利用位置における利用者の影の影響を確実に防止することができる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記分割光学系および前記合成光学系が、前記プロジェクタから放射された光線群のうちの中央付近の光線群を前記スクリーンの周辺部に投影するとともに前記プロジェクタから放射された光線群のうち周辺部の光線群を前記スクリーンの中央付近に投影することを特徴とする。この構成では、プロジェクタから放射された光線群のうち中央部よりも暗くなりがちな周辺部の光線群をスクリーン上では中央部に集め、逆にプロジェクタから放射された光線群のうち周辺部よりも明るい中央部の光線群をスクリーン上では周辺部に発散させることによって、プロジェクタから放射された光線群の明るさのむらをスクリーン上で緩和することが可能になる。つまり、スクリーン上においてほぼ均一な明るさを得ることができる。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記プロジェクタから放射される光線群が前記スクリーンの特定範囲に投影される映像情報に重ね合わせる補助映像情報を一部に含み、前記分割光学系および前記合成光学系は補助映像情報をスクリーンの特定範囲に映像情報と重ねて投影することを特徴とする。この構成によれば、プロジェクタから放射される一部の光線群を補助映像情報としてスクリーンの特定範囲に映像情報と重ねて投影するから、スクリーン上の映像情報の輝度を補助映像情報によって補ったり、映像情報の内容を補助映像情報によって補間することにより映像情報の解像度を高めたりすることが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本例は、図１に示すように、プロジェクタ１から放射された映像情報を含む光線群を後述する分割光学系２および合成光学系３を通して平面型のスクリーン４に投影するものである。本例では１台のプロジェクタ１を用いており、プロジェクタ１から放射する光線群に含まれる映像情報はコンピュータ装置からなる映像処理部５を通してプロジェクタ１に入力される。つまり、プロジェクタ１には映像情報を表示するための映像データが与えられる。映像処理部５は、入力された映像情報を蓄積する機能、映像情報を生成する機能、映像情報を変形させる機能などを有している。映像情報を変形させる機能は、後述するように分割光学系２および合成光学系３により生じる映像情報の歪みを補正する補正手段として用いられる。
【００１８】
分割光学系２はプロジェクタ１からの光線群を複数に分割して異なる光路に誘導する機能を有し、本例ではプロジェクタ１から放射された光線群が照射される位置に配置したミラーを用いている。すなわち、本例の分割光学系２は、図１（ｂ）に示すように、水平断面において２枚の平面ミラー２ａの一端同士を所定の角度で突き合わせた形に形成されている。図示例ではプロジェクタ１からの光線群を水平方向において２等分するように、両平面ミラー２ａにより形成される角をプロジェクタ１から放射された光線群の中心線上に位置させ、かつプロジェクタ１から放射された光線群の中心線に対する各平面ミラー２ａの傾斜角度を等しく設定してある。このような分割光学系２を用いることによって、プロジェクタ１から放射された光線群は２分割され、分割光学系２の左右に誘導されることになる。
【００１９】
分割光学系２により分割された光線群をスクリーン４に投影するには、分割された光線群をスクリーン４に向かって変向する手段が必要であって、光線群の変向のために合成光学系３を設けている。つまり、合成光学系３は分割光学系２により分割された各光線群の光路上にそれぞれ配置された２枚のミラー３ａからなり、各ミラー３ａで反射された光線群がスクリーン４に投影されるように各ミラー３ａの向きが設定されている。ミラ−３ａで反射された光線群による映像情報６はスクリーン４の上で合成されてつなぎ合わされる。スクリーン４の正面には映像情報を見る利用者Ｍの位置として利用位置Ｐｍが設定される。
【００２０】
上述のように、プロジェクタ１からの映像情報６は分割光学系２により一旦分割された後に合成光学系３によりスクリーン４の上で合成されるから、光線群が通る光路を自由に設定することができ、利用者Ｍがスクリーン４を見る位置としての利用位置Ｐｍの後方（利用位置Ｐｍに対してスクリーン４とは反対側）にプロジェクタ１を配置しながらも、プロジェクタ１からの光線群が利用位置Ｐｍを迂回するように光路を設定することができる。その結果、利用者Ｍの影がスクリーン４に映り込むことが防止される。また、本例ではスクリーン４に対して２方向から光線群を投影しているから、広視野角の映像情報をスクリーン４に投影することができる。ここで、プロジェクタ１から放射された光線群の映像情報６は、分割光学系２と合成光学系３とを通ることによって非線形に変形される。たとえば、図２（ｂ）に示すように長方形状の映像情報６をプロジェクタ１に入力すると、スクリーン４には図２（ａ）のように両端部の上下幅が広がるように変形した映像情報６が表示されることになる。そこで、プロジェクタ１から放射される光線群に含まれる映像情報６に対して分割光学系２および合成光学系３とにより生じる歪みを相殺するように映像処理部５で補正することにより、スクリーン４の上に歪みのない所望の映像情報６を表示することが可能になる。
【００２１】
映像処理部５における補正手段としての処理手順を簡単に説明する。映像処理部５では、図３に示すように、映像情報を表示するための映像データが作成されると（Ｓ１）、映像データについてプロジェクタ１と分割光学系２と合成光学系３とスクリーン４と利用位置Ｐｍとの位置関係に対応した幾何学的な変形を行う（Ｓ２）。また、合成光学系３によりスクリーン４の上で光線群を合成したときに、光線群の継ぎ目が目立たなくなるように光線群の一部に重なり部分を設けるとともに重なり部分の輝度を調節する（Ｓ３）。要するに、ステップＳ２，Ｓ３の処理が補正手段に相当する。このようにして生成された映像データによる映像情報がプロジェクタ１に入力される（Ｓ４）。ここにおいて、映像処理部５における処理対象となる映像データは、映像処理部５において作成されるか、あるいは映像処理部５に外部から入力される。
【００２２】
ところで、上述のように合成光学系３からの光線群をスクリーン４に投影する際には、図４に斜線部として示すように、両光線群により得られる映像の一部を重ね合わせ部４ｃを設定しておくのが望ましい。図４において左右方向の中心線Ｌｃよりも右側の重ね合わせ部４ｃは左側の映像が右側の映像に重ね合わされた部位であり、左側の重ね合わせ部４ｃは右側の映像が左側の映像に重ね合わされた部位である。このような重ね合わせ部４ｃを設定している場合に、他の部位と同輝度の光線群が重ね合わせ部４ｃにも投影されているとすれば、スクリーン４の上では重ね合わせ部４ｃにおける輝度が他の部位よりも高くなる。そこで、本例では図４（ｂ）（ｃ）のように重ね合わせ部４ｃに相当する部位の輝度を他の部位よりも低減させることによって、重ね合わせ部４ｃにおける輝度むらの発生を抑制している。ここに、図４（ｂ）（ｃ）は図４（ａ）の切断線Ｌｓの位置における輝度分布を示し、左側の映像の輝度は重ね合わせ部４ｃにおいて右側ほど小さくなり、右側の映像の輝度は重ね合わせ部４ｃにおいて左側ほど小さくなるように設定してある。重ね合わせ部４ｃにおける輝度の変化は滑らかであればよく輝度の変化率は適宜に設定することができる。図４（ｂ）では距離に対して線形に輝度を変化させ、図４（ｃ）では距離に対して非線形（たとえば、正弦波的）に輝度を変化させた例を示している。いずれの例においても、重ね合わせ部４ｃではない部位の輝度を１００％とするときに、重ね合わせ部４ｃにおいては重ね合わせた輝度が１００％になるように設定してある。
【００２３】
さらに、図４においては左右の映像のエッジを直線状としているが、図５（ａ）に示すように左右の映像のエッジをジグザグ状としたり、図５（ｂ）に示すように左右の映像のエッジに適宜の図形パターンを用いるようにすれば、重ね合わせ部４ｃがより目立ちにくくなる。
【００２４】
上述のように、１台のプロジェクタ１を用いながらもスクリーン４に対して２方向から光線群を投影するから広視野角を得ることができ、しかも、プロジェクタ１からの光線群の光路が利用者Ｍ（利用位置Ｐｍ）を迂回するように分割光学系２および合成光学系３を設けているから、利用者Ｍの影の影響が生じない。さらには、プロジェクタ１が１台であるから複数台のプロジェクタを同期させる必要もなく簡単な構成で広視野角の映像情報を表示することができる。また、２台のプロジェクタを用いることによって両眼視差を利用したステレオ表示を行う構成も簡単に実現できる。
【００２５】
なお、本例では、分割光学系２および合成光学系３をミラーを用いた反射光学系により構成しているが、分割光学系にはプリズムのような屈折光学系を用いることが可能であり、またプロジェクタ１から放射された光線群を複数本の光ファイバの一端に導入し、利用位置を迂回するように光ファイバを引き回すとともに、光ファイバの他端からスクリーンに対して光線群を投影する構成を採用してもよい。この構成では光ファイバが分割光学系および合成光学系として機能することになる。
【００２６】
（参考例２）
参考例１では、プロジェクタ１を利用位置Ｐｍの後方に配置し、プロジェクタ１からの光線群が利用位置Ｐｍに向かって放射される例を示したが、プロジェクタ１からの光線群を分割光学系２および合成光学系３により誘導するから、プロジェクタ１の配置や向きは比較的自由に設定することができる。
【００２７】
本例では、図６に示すように、プロジェクタ１をスクリーン４の中心と利用者Ｍを結ぶ直線上ではなく天井付近とした例を示す。プロジェクタ１に対する分割光学系２および合成光学系３の相対的な配置は参考例１と同様であって、プロジェクタ１からの光線群を分割光学系２によって映像情報の水平方向に２分割し、合成光学系３によってスクリーン４の上で合成するようにしてある。ただし、本例の配置を採用すると合成光学系３からスクリーン４に入射する光線群の中心線がスクリーン４の法線方向に対して上下方向において傾斜するから、図７（ｂ）に示すような長方形状の映像情報６は、図７（ａ）に示すように両端部が上下方向に広がるだけではなく下部が左右に離れるように変形するから、映像処理部５においてはこのような変形を相殺するように補正することが必要である。
【００２８】
上述したように、プロジェクタ１を天井付近に設置することによって、利用者Ｍの背後の空間を有効利用することができ、たとえば動きを体感させるためのモーションベースのような大型の装置を利用者Ｍの背後に設置したり、スクリーン４に表示された映像情報を複数人で見たりすることが可能になる。他の構成および動作は参考例１と同様である。
【００２９】
（参考例３）
本例は、図８に示すように、半球面型のスクリーン４を用いた点が参考例１と異なる。つまり、半球面の内側面をスクリーン４として用いている。他の構成は参考例１と同様である。このような構成を採用すると、半球面型のスクリーン４を用いたことによって平面型のスクリーン４よりもよりも広視野角を得やすくなる。しかも、一般に半球面型のスクリーン４では平面型のスクリーンよりも光路の設定が難しいが、分割光学系２および合成光学系３を用いて光路を適正に設定することが可能になり、しかも利用者Ｍの影を生じることなく映像を表示することが可能になる。
【００３０】
本例では、分割光学系２および合成光学系３を構成するミラー２ａ，３ａとして平面ミラーを用いているが、スクリーン４への投影範囲に過不足が生じるような場合には円筒状など曲面状のミラーを用いることも可能である。なお、偏光の異なる２種類の映像情報をスクリーン４に投影し偏光フィルタを装着しためがね（いわゆる、偏光めがね）を用いてステレオ映像を実現しようとする場合にはプロジェクタ１（図１参照）からの偏光を乱さないために分割光学系２および合成光学系３には表面鏡を用いる。他の構成および動作は参考例１と同様である。
【００３１】
（参考例４）
本例は、図９に示すように、プロジェクタ１（図１参照）からの光を分割光学系２により４分割した後、４枚のミラー３ａからなる合成光学系３によって半球面型のスクリーン４の上で映像情報を合成するものである。この構成では左右方向だけではなく上下方向にも広視野角を得ることが可能になる。また、光路を４分割することによって光路設計の自由度を高くなる。他の構成および動作は参考例３と同様である。
【００３２】
（第１の実施の形態）
上述した各構成例では、利用位置Ｐｍの後方に分割光学系２および合成光学系３を配置しているものであったが、本実施形態では、図１０に示すように、分割光学系２および合成光学系３を利用位置Ｐｍの前方に配置している。とくに、分割光学系２についてはスクリーン４に対して利用位置Ｐｍの反対側の空間に配置してあり、したがって図示していないがプロジェクタもスクリーン４に対して利用位置Ｐｍの反対側の空間に配置される。また、分割光学系２はプロジェクタからの光線群を映像情報の垂直方向に２分割するように配置され、分割された各光線群をスクリーン４に投影するために、合成光学系３では分割された各光線群ごとに２枚ずつのミラー３ｂ，３ｃを用いている。つまり、合成光学系３は分割光学系２により分割された光線群をスクリーン４の前方空間（利用位置Ｐｍ側の空間）に導くミラー３ｂと、ミラー３ｂにより導かれた光線群をスクリーン４に向かって反射させるミラー３ｃとを備える。また、本実施形態では、合成光学系３を構成する２枚のミラー３ｃの間に隙間が形成され、この隙間を通して利用者Ｍがスクリーン４をのぞき込むように構成されている。
【００３３】
上述の構成によって、利用者Ｍの後方空間には映像情報の表示にかかわる部材が配置されず開放されているから、利用者Ｍの後方空間が狭い場合でも設置することができ、また展示会場のように人が往来するような場所に設置するのが容易になる。他の構成および動作は参考例１と同様である。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、図１１および図１２に示すように、プロジェクタ１からの光線群を映像情報の水平方向において２分割する分割光学系２をスクリーン４に対して利用位置Ｐｍとは反対側の空間に設けたものである。第１の実施の形態と同様に、合成光学系３では分割光学系２により２分割された各光線群ごとに２枚ずつのミラー３ｂ、３ｃを用いている。つまり、ミラー３ｂは分割された光線群をスクリーン４の前方に導くものであり、ミラー３ｃはミラー３ｂからの光線群をスクリーン４に投影するように変向する機能を有する。ただし、第１の実施の形態では、利用位置Ｐｍとスクリーン４との間にミラー３ｃを配置していたが、本実施形態では利用位置Ｐｍがスクリーン４とミラー３ｃとの間に位置している。つまり、光線群を垂直方向に分割した場合には下方からスクリーン４に導かれる光線群によって利用者Ｍの影が形成されるから、第１の実施の形態のように利用者Ｍの前方にミラー３ｃを配置する必要があるのに対して、本実施形態ではミラー３ｃを利用者Ｍの左右に配置していることによって利用者Ｍによる影が生じないから、利用者Ｍの後方にミラー３ｃを配置することによって広視野角を得やすくしてある。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
（第３の実施の形態）
本実施形態は、図１３に示すように、プロジェクタ（図示せず）からの光線群を水平方向と垂直方向とにそれぞれ２分割することによって光線群を４分割する分割光学系２を用いるものであって、分割光学系２はスクリーン４に対して利用位置Ｐｍの反対側の空間に配置してある。分割光学系２が光線群を４分割するから、合成光学系３も４組必要になっている。すなわち、合成光学系３では分割光学系２により４分割された各光線群ごとに２枚ずつのミラー３ｂ、３ｃを用いている。他の構成については第２の実施の形態と同様である。つまり、本実施形態においてもミラー３ｃは利用者Ｍの後方に配置される。本実施形態の構成では映像情報を水平方向と垂直方向とにそれぞれ２分割しているから、左右方向と上下方向とに広がった広視野角の映像情報を表示することができる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
本実施形態は、スクリーン４に対して利用位置Ｐｍとは反対側の空間から投影された光線群による映像情報を利用位置Ｐｍから視認可能とする透過型のスクリーン４を用いたものである。つまり、図１４および図１５に示すように、利用位置Ｐｍから見てスクリーン４の背面側から光線群がスクリーン４に投影されるものである。本実施形態で用いる分割光学系２は分離された２枚のミラー２ｂにより構成され、両ミラー２ｂの間はプロジェクタ１からの光線群が通過するように離間している。つまり、分割光学系２はプロジェクタ１からの光線群を２個のミラー２ｂによって変向される２つの光路と、ミラー２ｂの間を通る光路との３つの光路に分割する機能を有する。ミラー２ｂの間を通った光線群はスクリーン４に直接投影される。また、ミラー２ｂによって変向された２つの光線群はそれぞれ合成光学系３を構成するミラー３ｄにより変向された後にスクリーン４に投影される。他の構成および動作は参考例１と同様であり、本実施形態においても１台のプロジェクタ１を用いるだけで左右方向において広視野角を得ることができる。しかも光路はスクリーン４に対して利用位置Ｐｍとは反対側の空間にしか形成されないから、利用者Ｍの影がスクリーン４に形成されることはない。
【００３７】
（第５の実施の形態）
本実施形態は、図１６および図１７に示すように、図１１および図１２に示した第３の実施の形態の変形例であって、合成光学系３では、分割光学系２により２分割された各光線群をそれぞれ３枚ずつのミラー３ｂ，３ｃ，３ｅを用いてスクリーン４に導くようにしてある。つまり、分割光学系２で分割された光線群をスクリーン４に対して利用位置Ｐｍ側の空間に導くミラー３ｂと、光線群をスクリーン４に投影するミラー３ｃとのほかに、ミラー３ｂからの光線群をミラー３ｃに導く中間のミラー３ｅを設けているものである。また、合成光学系３の構成の変更に伴ってミラー３ｂ，３ｃの位置関係を第３の実施の形態とは異ならせてある。
【００３８】
本実施形態における分割光学系２と合成光学系３との配置は、プロジェクタ１から放射された光線群のうち中央付近の光線群をスクリーン４の周辺部に投影し、プロジェクタ１の周辺部の光線群をスクリーン４の中央部に投影するための配置であって、分割光学系２では映像情報を水平方向において分割するから、長方形状の映像情報であれば、図１８に示すように、長方形を縦割りに分割するとともに左右の各辺を背中合わせに配置した形の映像情報６になる。逆に言えば、図１８に示す映像情報６をプロジェクタ１に与えることによって長方形状の映像情報をスクリーン４に投影することができる。他の構成および動作は第３の実施の形態と同様である。この構成では、プロジェクタ１から放射された光線群のうち中央付近の輝度の高い光線群をスクリーン４の周辺部に発散させ、プロジェクタ１から放射された光線群のうち周辺部の輝度の低い光線群をスクリーン４の中央部に集中させることによって、輝度むらを低減させることになる。
【００３９】
（参考例５）
本例は、図１９または図２０に示す形状のスクリーン４を用いるものであって、どちらのスクリーン４も中央部において利用位置Ｐｍに向かって凸出する凸曲面４ａと周辺部において利用位置Ｐｍから離れる向きに凹没する凹曲面４ｂとが滑らかに連続する形状に形成されている。図１９に示すスクリーン４は左右方向においてのみ凸曲面４ａの両側に凹曲面４ｂが形成されているものであり、図２０に示すスクリーン４は凸曲面４ａの周囲の全周に亘って凹曲面４ｂが形成されているものである。このような形状のスクリーン４を用いると、適宜方向から光線群を投影することによって浮遊感のある立体的な映像情報を表示することが可能になり、映像情報が立体的であることによって利用者Ｍは様々な向きから映像情報を見ることが可能になる。他の構成および動作は上述した他例と同様である。
【００４０】
（第６の実施の形態）
上述した第１ないし第５の実施の形態においては半球面型のスクリーン４を用いているから、プロジェクタ１から放射される光線群の一般的な外形形状である矩形状（たとえば、縦横比が３：４になる）とはスクリーン４の外周形状が一致しないものである。つまり、図２１（ａ）のように、スクリーン４の全面にプロジェクタ１からの光線群を投影しようとすれば、プロジェクタ１からの映像情報６を含む光線群のうち周辺部の光線群の一部はスクリーン４に投影されないから光線群の一部が利用されないことになる。本実施形態はこのように利用されていない光線群も利用してスクリーン４に投影される映像情報の質を高めようとするものである。
【００４１】
すなわち、プロジェクタ１から放射される光線群がスクリーン４の特定範囲に投影されて映像情報の質を高めるための補助映像情報を含むように、プロジェクタ１に与える映像データを生成してあり、分割光学系２および合成光学系３については、補助映像情報に対応する光線群がスクリーン４の特定範囲において通常の映像情報に対応する光線群と重ねて投影されるように構成してある。たとえば、図２１（ｂ）のように補助映像情報６ａをスクリーン４の周辺部の映像６ｂに重ねるようにすれば（図中の矢印は重ねる位置を示す）、スクリーン４の周辺部の輝度を高めて明るさの均一化を図ることができる。あるいはまた、図２１（ｃ）のように補助映像情報６ａをスクリーン４の中央部の画像６ｂに重ねるようにすれば、補助映像情報６ａによってスクリーン４の中央部の画像６ｂの解像度を高めることが可能になる。近年では、投影型ディスプレイにおいてプロジェクタとして液晶プロジェクタを用いることが多いから、ドットを単位とする画像が得られており、補助映像情報６ａを用いるとドット間を補間することによって解像度を向上させることが可能になる。
【００４２】
なお、スクリーン４の形状は半球面型だけではなく他の形状のスクリーン４を用いる場合もプロジェクタ１からの光線群の外形形状がスクリーン４の外形形状と異なる場合には本実施形態の構成を適用することが可能である。他の構成および動作は上述した他例と同様である。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、プロジェクタからの光線群を分割光学系により一旦分割し、分割した光線群を合成光学系によってスクリーン上で合成することによってプロジェクタからの映像情報をスクリーン上に再現するのであって、プロジェクタから放射された光線群を利用位置を通過しないように誘導するから、利用位置に存在する利用者の影がスクリーンに投影されることがなく、利用者による影の影響を防止することができるという利点がある。しかも、スクリーン上には合成光学系によって複数方向から光線群が投影されるから、広視野角の映像情報を表示することができる。また、プロジェクタからの光線群を複数の光路に分割した後にスクリーン上で合成するから、スクリーンに対して複数方向から光線群を投影することで広視野角の映像情報を表示可能とする投影型ディスプレイを多数台のプロジェクタを用いることなく実現することができる。その上、分割光学系がスクリーンに対して利用位置とは反対側の空間に配置されているから、スクリーンに対して利用位置側の空間に配置される部材が少なくなる。加えて、映像情報を垂直方向に２分割すれば視野角を上下に拡げることが可能になり、映像情報を水平方向に２分割すれば視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００４７】
請求項２の発明の構成によれば、映像情報を垂直方向に２分割しているから、視野角を上下に拡げることが可能になる。また、分割光学系および合成光学系が利用位置よりもスクリーン寄りに配置されているから、利用位置に対してスクリーンから離れた側を開放した形で利用することができる。その結果、展示会場のように人が往来するような場所での利用が容易になる。
【００４８】
請求項３の発明の構成によれば、映像情報を水平方向に２分割しているから、視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００４９】
請求項４の発明の構成によれば、映像情報を垂直方向と水平方向とにそれぞれ２分割しているから、視野角を上下および左右に拡げることが可能になる。
【００５０】
請求項５の発明の構成によれば、スクリーンに対して利用位置の反対側の空間から光線群を投影するから、分割光学系および合成光学系を用いることで広視野角を得るようにしながらも利用位置における利用者の影の影響を確実に防止することができる。
【００５１】
請求項６の発明の構成によれば、プロジェクタから放射された光線群のうち中央部よりも暗くなりがちな周辺部の光線群をスクリーン上では中央部に集め、逆にプロジェクタから放射された光線群のうち周辺部よりも明るい中央部の光線群をスクリーン上では周辺部に発散させることによって、プロジェクタから放射された光線群の明るさのむらをスクリーン上で緩和することが可能になる。つまり、スクリーン上においてほぼ均一な明るさを得ることができる。
【００５３】
請求項７の発明の構成によれば、プロジェクタから放射される一部の光線群を補助映像情報としてスクリーンの特定範囲に映像情報と重ねて投影するから、スクリーン上の映像情報の輝度を補助映像情報によって補ったり、映像情報の内容を補助映像情報によって補間することにより映像情報の解像度を高めたりすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は参考例１を示す斜視図、（ｂ）は同上の平面図である。
【図２】 同上の動作説明図である。
【図３】 同上の動作説明図である。
【図４】 同上の動作説明図である。
【図５】 同上の動作説明図図である。
【図６】 本発明の参考例２を示す斜視図である。
【図７】 同上の動作説明図である。
【図８】 （ａ）は参考例３を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図９】 （ａ）は参考例４を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１０】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１１】 （ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１２】 同上の平面図である。
【図１３】 （ａ）は本発明の第３の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１４】 （ａ）は本発明の第４の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１５】 同上の平面図である。
【図１６】 （ａ）は本発明の第５の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は背面図である。
【図１７】 同上の平面図である。
【図１８】 同上の動作説明図である。
【図１９】 （ａ）は参考例５を示す要部水平断面図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図２０】 （ａ）は参考例５の他例を示す要部縦断面図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図２１】 本発明の第６の実施の形態を示す動作説明図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ
２ 分割光学系
３ 合成光学系
４ スクリーン
４ａ 凸面部
４ｂ 凹面部
４ｃ 重ね合わせ部
５ 映像処理部
６ 映像情報
６ａ 補助映像情報
Ｍ 利用者
Ｐｍ 利用位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタから放射した光線群をスクリーンに投影することによりスクリーンに映像情報を表示する投影型ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、現実世界に近い感覚を映像によって体感させることを目的とした各種のディスプレイが提案されている。この種のディスプレイでは、臨場感やスケール感を表現するために利用者の視野を広く覆うことが要求される。このような要求に対応した技術としては、利用者から離れて配置したスクリーンにプロジェクタによって映像情報を投影する技術、あるいはヘッドマウントディスプレイとして知られているように利用者の眼前にディスプレイを配置する技術が知られている。スクリーンを用いる技術では、映画のように大型の平面スクリーンを用いるほか、小型の平面スクリーンを組み合わせた多面体形状のスクリーンを用いることによって利用者の周囲を囲んだり、アーチ状や球面状などの曲面形状のスクリーンによって利用者の周囲を囲んだりすることが提案されている。また、利用者の眼前にディスプレイを配置する技術では、ディスプレイを装着することによる違和感があり、しかもスクリーンを用いる場合に比較すると現状技術では視野角は狭くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、現実世界に近い感覚を映像によって体感させるために、各種形状のスクリーンとプロジェクタとを組み合わせて広視野角の映像情報を表示する技術が提案されているものの、１台のプロジェクタからの光線群で広視野角の映像情報をスクリーン上に投影しようとすれば利用者による影が生じて映像情報の一部が欠けるという問題が生じる。また、広視野角になると１台のプロジェクタによってスクリーンの全体に亘って均一な明るさを実現することは困難になる。多人数の利用者を対象とするような大型のディスプレイ装置では、大型のスクリーンを用い複数台のプロジェクタを組み合わせて映像情報をスクリーンに投影する技術も知られており、この技術を用いると利用者による影で映像情報の一部が欠ける問題やスクリーンの明るさが不均一になる問題を回避することが可能である。
【０００４】
しかしながら、複数台のプロジェクタを組み合わせるにはプロジェクタ同士を同期させて動作させる必要があり、プロジェクタが複数台存在することによるコスト高に加えてプロジェクタを同期させるためのハードウェアに対するコストも発生するから、複数台のプロジェクタを用いる技術は非常に高価であって、この種の技術を少人数の利用者で用いるような小型のディスプレイ装置で採用するのは困難である。しかも、小型のディスプレイ装置では利用者の影の影響が一層大きくなるから、広視野角の映像情報を小型のディスプレイ装置で表示することは満足できる水準で実現されていないのが現状である。
【０００５】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、多数台のプロジェクタを組み合わせることなく現実世界に近い感覚を体感できる広視野角の映像情報を表示することができ、しかも利用者による影の影響を防止することができる低コストの投影型ディスプレイを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、映像情報を含んだ光線群を放射するプロジェクタと、光線群が投影され見る位置としての利用位置を正面側に規定した半球面型のスクリーンと、プロジェクタから放射された光線群を複数に分割し分割された各光線群を異なる光路に誘導する分割光学系と、分割光学系により分割された各光線群を互いに異なる方向から前記利用位置を通過しないようにスクリーン上に誘導し各光線群に含まれる映像情報がスクリーン上で連結されるように合成する合成光学系と、プロジェクタから放射する光線群に含まれる映像情報に対してプロジェクタとスクリーンとの間に設けた分割光学系および合成光学系による歪みを相殺するように補正を加える補正手段とを備え、分割光学系は、スクリーンに対して利用位置とは反対側の空間に配置され、分割光学系は、プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向と水平方向との少なくとも一方に２分割することを特徴とする。この構成によれば、プロジェクタからの光線群を分割光学系により一旦分割し、分割した光線群を合成光学系によってスクリーン上で合成することによってプロジェクタからの映像情報をスクリーン上に再現するのであって、プロジェクタから放射された光線群を利用位置を通過しないように誘導するから、利用位置に存在する利用者の影がスクリーンに投影されることがなく、利用者による影の影響を防止することができる。しかも、スクリーン上には合成光学系によって複数方向から光線群が投影されるから、広視野角の映像情報を表示することができる。また、プロジェクタからの光線群を複数の光路に分割した後にスクリーン上で合成するから、スクリーンに対して複数方向から光線群を投影することで広視野角の映像情報を表示可能とする投影型ディスプレイを多数台のプロジェクタを用いることなく実現することができる。その上、分割光学系がスクリーンに対して利用位置とは反対側の空間に配置されているから、スクリーンに対して利用位置側の空間に配置される部材が少なくなる。加えて、映像情報を垂直方向に２分割すれば視野角を上下に拡げることが可能になり、映像情報を水平方向に２分割すれば視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記合成光学系は、前記スクリーンと前記利用位置とを結ぶ方向において、前記利用位置に対して前記スクリーン側に配置され、前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向に２分割することを特徴とする。この構成によれば、映像情報を垂直方向に２分割しているから、視野角を上下に拡げることが可能になる。また、分割光学系および合成光学系が利用位置よりもスクリーン寄りに配置されているから、利用位置に対してスクリーンから離れた側を開放した形で利用することができる。その結果、展示会場のように人が往来するような場所での利用が容易になる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における水平方向に２分割することを特徴とする。この構成によれば、映像情報を水平方向に２分割しているから、視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向と水平方向とにそれぞれ２分割することを特徴とする。この構成によれば、映像情報を垂直方向と水平方向とにそれぞれ２分割しているから、視野角を上下および左右に拡げることが可能になる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記スクリーンが裏面に投影された光線群による映像情報を前記利用位置から視認可能とする透過型スクリーンであることを特徴とする。この構成によれば、スクリーンに対して利用位置の反対側の空間から光線群を投影するから、分割光学系および合成光学系を用いることで広視野角を得るようにしながらも利用位置における利用者の影の影響を確実に防止することができる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記分割光学系および前記合成光学系が、前記プロジェクタから放射された光線群のうちの中央付近の光線群を前記スクリーンの周辺部に投影するとともに前記プロジェクタから放射された光線群のうち周辺部の光線群を前記スクリーンの中央付近に投影することを特徴とする。この構成では、プロジェクタから放射された光線群のうち中央部よりも暗くなりがちな周辺部の光線群をスクリーン上では中央部に集め、逆にプロジェクタから放射された光線群のうち周辺部よりも明るい中央部の光線群をスクリーン上では周辺部に発散させることによって、プロジェクタから放射された光線群の明るさのむらをスクリーン上で緩和することが可能になる。つまり、スクリーン上においてほぼ均一な明るさを得ることができる。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記プロジェクタから放射される光線群が前記スクリーンの特定範囲に投影される映像情報に重ね合わせる補助映像情報を一部に含み、前記分割光学系および前記合成光学系は補助映像情報をスクリーンの特定範囲に映像情報と重ねて投影することを特徴とする。この構成によれば、プロジェクタから放射される一部の光線群を補助映像情報としてスクリーンの特定範囲に映像情報と重ねて投影するから、スクリーン上の映像情報の輝度を補助映像情報によって補ったり、映像情報の内容を補助映像情報によって補間することにより映像情報の解像度を高めたりすることが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本例は、図１に示すように、プロジェクタ１から放射された映像情報を含む光線群を後述する分割光学系２および合成光学系３を通して平面型のスクリーン４に投影するものである。本例では１台のプロジェクタ１を用いており、プロジェクタ１から放射する光線群に含まれる映像情報はコンピュータ装置からなる映像処理部５を通してプロジェクタ１に入力される。つまり、プロジェクタ１には映像情報を表示するための映像データが与えられる。映像処理部５は、入力された映像情報を蓄積する機能、映像情報を生成する機能、映像情報を変形させる機能などを有している。映像情報を変形させる機能は、後述するように分割光学系２および合成光学系３により生じる映像情報の歪みを補正する補正手段として用いられる。
【００１８】
分割光学系２はプロジェクタ１からの光線群を複数に分割して異なる光路に誘導する機能を有し、本例ではプロジェクタ１から放射された光線群が照射される位置に配置したミラーを用いている。すなわち、本例の分割光学系２は、図１（ｂ）に示すように、水平断面において２枚の平面ミラー２ａの一端同士を所定の角度で突き合わせた形に形成されている。図示例ではプロジェクタ１からの光線群を水平方向において２等分するように、両平面ミラー２ａにより形成される角をプロジェクタ１から放射された光線群の中心線上に位置させ、かつプロジェクタ１から放射された光線群の中心線に対する各平面ミラー２ａの傾斜角度を等しく設定してある。このような分割光学系２を用いることによって、プロジェクタ１から放射された光線群は２分割され、分割光学系２の左右に誘導されることになる。
【００１９】
分割光学系２により分割された光線群をスクリーン４に投影するには、分割された光線群をスクリーン４に向かって変向する手段が必要であって、光線群の変向のために合成光学系３を設けている。つまり、合成光学系３は分割光学系２により分割された各光線群の光路上にそれぞれ配置された２枚のミラー３ａからなり、各ミラー３ａで反射された光線群がスクリーン４に投影されるように各ミラー３ａの向きが設定されている。ミラ−３ａで反射された光線群による映像情報６はスクリーン４の上で合成されてつなぎ合わされる。スクリーン４の正面には映像情報を見る利用者Ｍの位置として利用位置Ｐｍが設定される。
【００２０】
上述のように、プロジェクタ１からの映像情報６は分割光学系２により一旦分割された後に合成光学系３によりスクリーン４の上で合成されるから、光線群が通る光路を自由に設定することができ、利用者Ｍがスクリーン４を見る位置としての利用位置Ｐｍの後方（利用位置Ｐｍに対してスクリーン４とは反対側）にプロジェクタ１を配置しながらも、プロジェクタ１からの光線群が利用位置Ｐｍを迂回するように光路を設定することができる。その結果、利用者Ｍの影がスクリーン４に映り込むことが防止される。また、本例ではスクリーン４に対して２方向から光線群を投影しているから、広視野角の映像情報をスクリーン４に投影することができる。ここで、プロジェクタ１から放射された光線群の映像情報６は、分割光学系２と合成光学系３とを通ることによって非線形に変形される。たとえば、図２（ｂ）に示すように長方形状の映像情報６をプロジェクタ１に入力すると、スクリーン４には図２（ａ）のように両端部の上下幅が広がるように変形した映像情報６が表示されることになる。そこで、プロジェクタ１から放射される光線群に含まれる映像情報６に対して分割光学系２および合成光学系３とにより生じる歪みを相殺するように映像処理部５で補正することにより、スクリーン４の上に歪みのない所望の映像情報６を表示することが可能になる。
【００２１】
映像処理部５における補正手段としての処理手順を簡単に説明する。映像処理部５では、図３に示すように、映像情報を表示するための映像データが作成されると（Ｓ１）、映像データについてプロジェクタ１と分割光学系２と合成光学系３とスクリーン４と利用位置Ｐｍとの位置関係に対応した幾何学的な変形を行う（Ｓ２）。また、合成光学系３によりスクリーン４の上で光線群を合成したときに、光線群の継ぎ目が目立たなくなるように光線群の一部に重なり部分を設けるとともに重なり部分の輝度を調節する（Ｓ３）。要するに、ステップＳ２，Ｓ３の処理が補正手段に相当する。このようにして生成された映像データによる映像情報がプロジェクタ１に入力される（Ｓ４）。ここにおいて、映像処理部５における処理対象となる映像データは、映像処理部５において作成されるか、あるいは映像処理部５に外部から入力される。
【００２２】
ところで、上述のように合成光学系３からの光線群をスクリーン４に投影する際には、図４に斜線部として示すように、両光線群により得られる映像の一部を重ね合わせ部４ｃを設定しておくのが望ましい。図４において左右方向の中心線Ｌｃよりも右側の重ね合わせ部４ｃは左側の映像が右側の映像に重ね合わされた部位であり、左側の重ね合わせ部４ｃは右側の映像が左側の映像に重ね合わされた部位である。このような重ね合わせ部４ｃを設定している場合に、他の部位と同輝度の光線群が重ね合わせ部４ｃにも投影されているとすれば、スクリーン４の上では重ね合わせ部４ｃにおける輝度が他の部位よりも高くなる。そこで、本例では図４（ｂ）（ｃ）のように重ね合わせ部４ｃに相当する部位の輝度を他の部位よりも低減させることによって、重ね合わせ部４ｃにおける輝度むらの発生を抑制している。ここに、図４（ｂ）（ｃ）は図４（ａ）の切断線Ｌｓの位置における輝度分布を示し、左側の映像の輝度は重ね合わせ部４ｃにおいて右側ほど小さくなり、右側の映像の輝度は重ね合わせ部４ｃにおいて左側ほど小さくなるように設定してある。重ね合わせ部４ｃにおける輝度の変化は滑らかであればよく輝度の変化率は適宜に設定することができる。図４（ｂ）では距離に対して線形に輝度を変化させ、図４（ｃ）では距離に対して非線形（たとえば、正弦波的）に輝度を変化させた例を示している。いずれの例においても、重ね合わせ部４ｃではない部位の輝度を１００％とするときに、重ね合わせ部４ｃにおいては重ね合わせた輝度が１００％になるように設定してある。
【００２３】
さらに、図４においては左右の映像のエッジを直線状としているが、図５（ａ）に示すように左右の映像のエッジをジグザグ状としたり、図５（ｂ）に示すように左右の映像のエッジに適宜の図形パターンを用いるようにすれば、重ね合わせ部４ｃがより目立ちにくくなる。
【００２４】
上述のように、１台のプロジェクタ１を用いながらもスクリーン４に対して２方向から光線群を投影するから広視野角を得ることができ、しかも、プロジェクタ１からの光線群の光路が利用者Ｍ（利用位置Ｐｍ）を迂回するように分割光学系２および合成光学系３を設けているから、利用者Ｍの影の影響が生じない。さらには、プロジェクタ１が１台であるから複数台のプロジェクタを同期させる必要もなく簡単な構成で広視野角の映像情報を表示することができる。また、２台のプロジェクタを用いることによって両眼視差を利用したステレオ表示を行う構成も簡単に実現できる。
【００２５】
なお、本例では、分割光学系２および合成光学系３をミラーを用いた反射光学系により構成しているが、分割光学系にはプリズムのような屈折光学系を用いることが可能であり、またプロジェクタ１から放射された光線群を複数本の光ファイバの一端に導入し、利用位置を迂回するように光ファイバを引き回すとともに、光ファイバの他端からスクリーンに対して光線群を投影する構成を採用してもよい。この構成では光ファイバが分割光学系および合成光学系として機能することになる。
【００２６】
（参考例２）
参考例１では、プロジェクタ１を利用位置Ｐｍの後方に配置し、プロジェクタ１からの光線群が利用位置Ｐｍに向かって放射される例を示したが、プロジェクタ１からの光線群を分割光学系２および合成光学系３により誘導するから、プロジェクタ１の配置や向きは比較的自由に設定することができる。
【００２７】
本例では、図６に示すように、プロジェクタ１をスクリーン４の中心と利用者Ｍを結ぶ直線上ではなく天井付近とした例を示す。プロジェクタ１に対する分割光学系２および合成光学系３の相対的な配置は参考例１と同様であって、プロジェクタ１からの光線群を分割光学系２によって映像情報の水平方向に２分割し、合成光学系３によってスクリーン４の上で合成するようにしてある。ただし、本例の配置を採用すると合成光学系３からスクリーン４に入射する光線群の中心線がスクリーン４の法線方向に対して上下方向において傾斜するから、図７（ｂ）に示すような長方形状の映像情報６は、図７（ａ）に示すように両端部が上下方向に広がるだけではなく下部が左右に離れるように変形するから、映像処理部５においてはこのような変形を相殺するように補正することが必要である。
【００２８】
上述したように、プロジェクタ１を天井付近に設置することによって、利用者Ｍの背後の空間を有効利用することができ、たとえば動きを体感させるためのモーションベースのような大型の装置を利用者Ｍの背後に設置したり、スクリーン４に表示された映像情報を複数人で見たりすることが可能になる。他の構成および動作は参考例１と同様である。
【００２９】
（参考例３）
本例は、図８に示すように、半球面型のスクリーン４を用いた点が参考例１と異なる。つまり、半球面の内側面をスクリーン４として用いている。他の構成は参考例１と同様である。このような構成を採用すると、半球面型のスクリーン４を用いたことによって平面型のスクリーン４よりもよりも広視野角を得やすくなる。しかも、一般に半球面型のスクリーン４では平面型のスクリーンよりも光路の設定が難しいが、分割光学系２および合成光学系３を用いて光路を適正に設定することが可能になり、しかも利用者Ｍの影を生じることなく映像を表示することが可能になる。
【００３０】
本例では、分割光学系２および合成光学系３を構成するミラー２ａ，３ａとして平面ミラーを用いているが、スクリーン４への投影範囲に過不足が生じるような場合には円筒状など曲面状のミラーを用いることも可能である。なお、偏光の異なる２種類の映像情報をスクリーン４に投影し偏光フィルタを装着しためがね（いわゆる、偏光めがね）を用いてステレオ映像を実現しようとする場合にはプロジェクタ１（図１参照）からの偏光を乱さないために分割光学系２および合成光学系３には表面鏡を用いる。他の構成および動作は参考例１と同様である。
【００３１】
（参考例４）
本例は、図９に示すように、プロジェクタ１（図１参照）からの光を分割光学系２により４分割した後、４枚のミラー３ａからなる合成光学系３によって半球面型のスクリーン４の上で映像情報を合成するものである。この構成では左右方向だけではなく上下方向にも広視野角を得ることが可能になる。また、光路を４分割することによって光路設計の自由度を高くなる。他の構成および動作は参考例３と同様である。
【００３２】
（第１の実施の形態）
上述した各構成例では、利用位置Ｐｍの後方に分割光学系２および合成光学系３を配置しているものであったが、本実施形態では、図１０に示すように、分割光学系２および合成光学系３を利用位置Ｐｍの前方に配置している。とくに、分割光学系２についてはスクリーン４に対して利用位置Ｐｍの反対側の空間に配置してあり、したがって図示していないがプロジェクタもスクリーン４に対して利用位置Ｐｍの反対側の空間に配置される。また、分割光学系２はプロジェクタからの光線群を映像情報の垂直方向に２分割するように配置され、分割された各光線群をスクリーン４に投影するために、合成光学系３では分割された各光線群ごとに２枚ずつのミラー３ｂ，３ｃを用いている。つまり、合成光学系３は分割光学系２により分割された光線群をスクリーン４の前方空間（利用位置Ｐｍ側の空間）に導くミラー３ｂと、ミラー３ｂにより導かれた光線群をスクリーン４に向かって反射させるミラー３ｃとを備える。また、本実施形態では、合成光学系３を構成する２枚のミラー３ｃの間に隙間が形成され、この隙間を通して利用者Ｍがスクリーン４をのぞき込むように構成されている。
【００３３】
上述の構成によって、利用者Ｍの後方空間には映像情報の表示にかかわる部材が配置されず開放されているから、利用者Ｍの後方空間が狭い場合でも設置することができ、また展示会場のように人が往来するような場所に設置するのが容易になる。他の構成および動作は参考例１と同様である。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、図１１および図１２に示すように、プロジェクタ１からの光線群を映像情報の水平方向において２分割する分割光学系２をスクリーン４に対して利用位置Ｐｍとは反対側の空間に設けたものである。第１の実施の形態と同様に、合成光学系３では分割光学系２により２分割された各光線群ごとに２枚ずつのミラー３ｂ、３ｃを用いている。つまり、ミラー３ｂは分割された光線群をスクリーン４の前方に導くものであり、ミラー３ｃはミラー３ｂからの光線群をスクリーン４に投影するように変向する機能を有する。ただし、第１の実施の形態では、利用位置Ｐｍとスクリーン４との間にミラー３ｃを配置していたが、本実施形態では利用位置Ｐｍがスクリーン４とミラー３ｃとの間に位置している。つまり、光線群を垂直方向に分割した場合には下方からスクリーン４に導かれる光線群によって利用者Ｍの影が形成されるから、第１の実施の形態のように利用者Ｍの前方にミラー３ｃを配置する必要があるのに対して、本実施形態ではミラー３ｃを利用者Ｍの左右に配置していることによって利用者Ｍによる影が生じないから、利用者Ｍの後方にミラー３ｃを配置することによって広視野角を得やすくしてある。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
（第３の実施の形態）
本実施形態は、図１３に示すように、プロジェクタ（図示せず）からの光線群を水平方向と垂直方向とにそれぞれ２分割することによって光線群を４分割する分割光学系２を用いるものであって、分割光学系２はスクリーン４に対して利用位置Ｐｍの反対側の空間に配置してある。分割光学系２が光線群を４分割するから、合成光学系３も４組必要になっている。すなわち、合成光学系３では分割光学系２により４分割された各光線群ごとに２枚ずつのミラー３ｂ、３ｃを用いている。他の構成については第２の実施の形態と同様である。つまり、本実施形態においてもミラー３ｃは利用者Ｍの後方に配置される。本実施形態の構成では映像情報を水平方向と垂直方向とにそれぞれ２分割しているから、左右方向と上下方向とに広がった広視野角の映像情報を表示することができる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
本実施形態は、スクリーン４に対して利用位置Ｐｍとは反対側の空間から投影された光線群による映像情報を利用位置Ｐｍから視認可能とする透過型のスクリーン４を用いたものである。つまり、図１４および図１５に示すように、利用位置Ｐｍから見てスクリーン４の背面側から光線群がスクリーン４に投影されるものである。本実施形態で用いる分割光学系２は分離された２枚のミラー２ｂにより構成され、両ミラー２ｂの間はプロジェクタ１からの光線群が通過するように離間している。つまり、分割光学系２はプロジェクタ１からの光線群を２個のミラー２ｂによって変向される２つの光路と、ミラー２ｂの間を通る光路との３つの光路に分割する機能を有する。ミラー２ｂの間を通った光線群はスクリーン４に直接投影される。また、ミラー２ｂによって変向された２つの光線群はそれぞれ合成光学系３を構成するミラー３ｄにより変向された後にスクリーン４に投影される。他の構成および動作は参考例１と同様であり、本実施形態においても１台のプロジェクタ１を用いるだけで左右方向において広視野角を得ることができる。しかも光路はスクリーン４に対して利用位置Ｐｍとは反対側の空間にしか形成されないから、利用者Ｍの影がスクリーン４に形成されることはない。
【００３７】
（第５の実施の形態）
本実施形態は、図１６および図１７に示すように、図１１および図１２に示した第３の実施の形態の変形例であって、合成光学系３では、分割光学系２により２分割された各光線群をそれぞれ３枚ずつのミラー３ｂ，３ｃ，３ｅを用いてスクリーン４に導くようにしてある。つまり、分割光学系２で分割された光線群をスクリーン４に対して利用位置Ｐｍ側の空間に導くミラー３ｂと、光線群をスクリーン４に投影するミラー３ｃとのほかに、ミラー３ｂからの光線群をミラー３ｃに導く中間のミラー３ｅを設けているものである。また、合成光学系３の構成の変更に伴ってミラー３ｂ，３ｃの位置関係を第３の実施の形態とは異ならせてある。
【００３８】
本実施形態における分割光学系２と合成光学系３との配置は、プロジェクタ１から放射された光線群のうち中央付近の光線群をスクリーン４の周辺部に投影し、プロジェクタ１の周辺部の光線群をスクリーン４の中央部に投影するための配置であって、分割光学系２では映像情報を水平方向において分割するから、長方形状の映像情報であれば、図１８に示すように、長方形を縦割りに分割するとともに左右の各辺を背中合わせに配置した形の映像情報６になる。逆に言えば、図１８に示す映像情報６をプロジェクタ１に与えることによって長方形状の映像情報をスクリーン４に投影することができる。他の構成および動作は第３の実施の形態と同様である。この構成では、プロジェクタ１から放射された光線群のうち中央付近の輝度の高い光線群をスクリーン４の周辺部に発散させ、プロジェクタ１から放射された光線群のうち周辺部の輝度の低い光線群をスクリーン４の中央部に集中させることによって、輝度むらを低減させることになる。
【００３９】
（参考例５）
本例は、図１９または図２０に示す形状のスクリーン４を用いるものであって、どちらのスクリーン４も中央部において利用位置Ｐｍに向かって凸出する凸曲面４ａと周辺部において利用位置Ｐｍから離れる向きに凹没する凹曲面４ｂとが滑らかに連続する形状に形成されている。図１９に示すスクリーン４は左右方向においてのみ凸曲面４ａの両側に凹曲面４ｂが形成されているものであり、図２０に示すスクリーン４は凸曲面４ａの周囲の全周に亘って凹曲面４ｂが形成されているものである。このような形状のスクリーン４を用いると、適宜方向から光線群を投影することによって浮遊感のある立体的な映像情報を表示することが可能になり、映像情報が立体的であることによって利用者Ｍは様々な向きから映像情報を見ることが可能になる。他の構成および動作は上述した他例と同様である。
【００４０】
（第６の実施の形態）
上述した第１ないし第５の実施の形態においては半球面型のスクリーン４を用いているから、プロジェクタ１から放射される光線群の一般的な外形形状である矩形状（たとえば、縦横比が３：４になる）とはスクリーン４の外周形状が一致しないものである。つまり、図２１（ａ）のように、スクリーン４の全面にプロジェクタ１からの光線群を投影しようとすれば、プロジェクタ１からの映像情報６を含む光線群のうち周辺部の光線群の一部はスクリーン４に投影されないから光線群の一部が利用されないことになる。本実施形態はこのように利用されていない光線群も利用してスクリーン４に投影される映像情報の質を高めようとするものである。
【００４１】
すなわち、プロジェクタ１から放射される光線群がスクリーン４の特定範囲に投影されて映像情報の質を高めるための補助映像情報を含むように、プロジェクタ１に与える映像データを生成してあり、分割光学系２および合成光学系３については、補助映像情報に対応する光線群がスクリーン４の特定範囲において通常の映像情報に対応する光線群と重ねて投影されるように構成してある。たとえば、図２１（ｂ）のように補助映像情報６ａをスクリーン４の周辺部の映像６ｂに重ねるようにすれば（図中の矢印は重ねる位置を示す）、スクリーン４の周辺部の輝度を高めて明るさの均一化を図ることができる。あるいはまた、図２１（ｃ）のように補助映像情報６ａをスクリーン４の中央部の画像６ｂに重ねるようにすれば、補助映像情報６ａによってスクリーン４の中央部の画像６ｂの解像度を高めることが可能になる。近年では、投影型ディスプレイにおいてプロジェクタとして液晶プロジェクタを用いることが多いから、ドットを単位とする画像が得られており、補助映像情報６ａを用いるとドット間を補間することによって解像度を向上させることが可能になる。
【００４２】
なお、スクリーン４の形状は半球面型だけではなく他の形状のスクリーン４を用いる場合もプロジェクタ１からの光線群の外形形状がスクリーン４の外形形状と異なる場合には本実施形態の構成を適用することが可能である。他の構成および動作は上述した他例と同様である。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１の発明の構成によれば、プロジェクタからの光線群を分割光学系により一旦分割し、分割した光線群を合成光学系によってスクリーン上で合成することによってプロジェクタからの映像情報をスクリーン上に再現するのであって、プロジェクタから放射された光線群を利用位置を通過しないように誘導するから、利用位置に存在する利用者の影がスクリーンに投影されることがなく、利用者による影の影響を防止することができるという利点がある。しかも、スクリーン上には合成光学系によって複数方向から光線群が投影されるから、広視野角の映像情報を表示することができる。また、プロジェクタからの光線群を複数の光路に分割した後にスクリーン上で合成するから、スクリーンに対して複数方向から光線群を投影することで広視野角の映像情報を表示可能とする投影型ディスプレイを多数台のプロジェクタを用いることなく実現することができる。その上、分割光学系がスクリーンに対して利用位置とは反対側の空間に配置されているから、スクリーンに対して利用位置側の空間に配置される部材が少なくなる。加えて、映像情報を垂直方向に２分割すれば視野角を上下に拡げることが可能になり、映像情報を水平方向に２分割すれば視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００４７】
請求項２の発明の構成によれば、映像情報を垂直方向に２分割しているから、視野角を上下に拡げることが可能になる。また、分割光学系および合成光学系が利用位置よりもスクリーン寄りに配置されているから、利用位置に対してスクリーンから離れた側を開放した形で利用することができる。その結果、展示会場のように人が往来するような場所での利用が容易になる。
【００４８】
請求項３の発明の構成によれば、映像情報を水平方向に２分割しているから、視野角を左右に拡げることが可能になる。
【００４９】
請求項４の発明の構成によれば、映像情報を垂直方向と水平方向とにそれぞれ２分割しているから、視野角を上下および左右に拡げることが可能になる。
【００５０】
請求項５の発明の構成によれば、スクリーンに対して利用位置の反対側の空間から光線群を投影するから、分割光学系および合成光学系を用いることで広視野角を得るようにしながらも利用位置における利用者の影の影響を確実に防止することができる。
【００５１】
請求項６の発明の構成によれば、プロジェクタから放射された光線群のうち中央部よりも暗くなりがちな周辺部の光線群をスクリーン上では中央部に集め、逆にプロジェクタから放射された光線群のうち周辺部よりも明るい中央部の光線群をスクリーン上では周辺部に発散させることによって、プロジェクタから放射された光線群の明るさのむらをスクリーン上で緩和することが可能になる。つまり、スクリーン上においてほぼ均一な明るさを得ることができる。
【００５３】
請求項７の発明の構成によれば、プロジェクタから放射される一部の光線群を補助映像情報としてスクリーンの特定範囲に映像情報と重ねて投影するから、スクリーン上の映像情報の輝度を補助映像情報によって補ったり、映像情報の内容を補助映像情報によって補間することにより映像情報の解像度を高めたりすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は参考例１を示す斜視図、（ｂ）は同上の平面図である。
【図２】 同上の動作説明図である。
【図３】 同上の動作説明図である。
【図４】 同上の動作説明図である。
【図５】 同上の動作説明図図である。
【図６】 本発明の参考例２を示す斜視図である。
【図７】 同上の動作説明図である。
【図８】 （ａ）は参考例３を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図９】 （ａ）は参考例４を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１０】 （ａ）は本発明の第１の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１１】 （ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１２】 同上の平面図である。
【図１３】 （ａ）は本発明の第３の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１４】 （ａ）は本発明の第４の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図１５】 同上の平面図である。
【図１６】 （ａ）は本発明の第５の実施の形態を示す斜視図、（ｂ）は背面図である。
【図１７】 同上の平面図である。
【図１８】 同上の動作説明図である。
【図１９】 （ａ）は参考例５を示す要部水平断面図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図２０】 （ａ）は参考例５の他例を示す要部縦断面図、（ｂ）は同上の背面図である。
【図２１】 本発明の第６の実施の形態を示す動作説明図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ
２ 分割光学系
３ 合成光学系
４ スクリーン
４ａ 凸面部
４ｂ 凹面部
４ｃ 重ね合わせ部
５ 映像処理部
６ 映像情報
６ａ 補助映像情報
Ｍ 利用者
Ｐｍ 利用位置
Claims (7)
- 映像情報を含んだ光線群を放射するプロジェクタと、光線群が投影され見る位置としての利用位置を正面側に規定した半球面型のスクリーンと、プロジェクタから放射された光線群を複数に分割し分割された各光線群を異なる光路に誘導する分割光学系と、分割光学系により分割された各光線群を互いに異なる方向から前記利用位置を通過しないようにスクリーン上に誘導し各光線群に含まれる映像情報がスクリーン上で連結されるように合成する合成光学系と、プロジェクタから放射する光線群に含まれる映像情報に対してプロジェクタとスクリーンとの間に設けた分割光学系および合成光学系による歪みを相殺するように補正を加える補正手段とを備え、分割光学系は、スクリーンに対して利用位置とは反対側の空間に配置され、分割光学系は、プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向と水平方向との少なくとも一方に２分割することを特徴とする投影型ディスプレイ。
- 前記合成光学系は、前記スクリーンと前記利用位置とを結ぶ方向において、前記利用位置に対して前記スクリーン側に配置され、前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向に２分割することを特徴とする請求項１記載の投影型ディスプレイ。
- 前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における水平方向に２分割することを特徴とする請求項１記載の投影型ディスプレイ。
- 前記分割光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群を映像情報における垂直方向と水平方向とにそれぞれ２分割することを特徴とする請求項１記載の投影型ディスプレイ。
- 前記スクリーンは裏面に投影された光線群による映像情報を前記利用位置から視認可能とする透過型スクリーンであることを特徴とする請求項１記載の投影型ディスプレイ。
- 前記分割光学系および前記合成光学系は、前記プロジェクタから放射された光線群のうちの中央付近の光線群を前記スクリーンの周辺部に投影するとともに前記プロジェクタから放射された光線群のうち周辺部の光線群を前記スクリーンの中央付近に投影することを特徴とする請求項１記載の投影型ディスプレイ。
- 前記プロジェクタから放射される光線群は前記スクリーンの特定範囲に投影される映像情報に重ね合わせる補助映像情報を一部に含み、前記分割光学系および前記合成光学系は補助映像情報をスクリーンの特定範囲に映像情報と重ねて投影することを特徴とする請求項１記載の投影型ディスプレイ。
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