JP4583907B2 - 映像描画装置及び映像描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、３６０度に渡って配置される全周スクリーンに、立体的な映像を表示することができる映像描画装置及び映像描画方法に関する。

従来、３６０度に渡って物体を立体的に表示する方法として、光の干渉や回折を使い、物体にレーザ光などを当てて反射してきたものを干渉縞の形でフィルムヘ記録し、この記録したフィルムに光を当てることで立体画像の再現ができるホログラフィーが知られている。更に平面ではなく円筒形のディスプレイに表示する広告用電光掲示板が知られている。

この広告用電光掲示板は、縦に並べた発光LEDと、この発光LEDを回転させる回転機構と、この回転機構の回転速度に対して、前記発光LEDの光を制御して変化させる制御機能などを備えており、発光LEDの光の色を制御機能で変えながら回転機構により高速に回転させることによって、人間の目の残像を利用して円筒形のディスプレイに映像を描画するものである。
また、上記ホログラフィーにおける装置の複雑さと視点の制限を緩和し、同時に前記広告用電光掲示板の技術では不可能であった装置の小型化を実現化した、全周スクリーン映像描画装置（特許文献１参照）が提案されている。

この全周映像描画装置は、任意の回転体形状を備える全周スクリーンに物体の表示映像を投影させる技術であり、入力された前記全周スクリーンに表示される表示映像についての２次元展開図から、所定の変換率により、前記表示映像の元となる２次元中間画像に変換する映像変換部と、前記２次元中間画像を前記全周スクリーン側に投射光として投射する映像投射部と、この映像投射部の投射光を前記全周スクリーン内に導くように反射する反射光学系および、この反射光学系からの反射光を、前記全周スクリーン面に投射して前記表示映像として表示させる表示光学系とを備える構成となっている。
特開２００４−１２４７７号公報

しかしながら、特許文献１に示す全周スクリーン映像描画装置では、実際に表示される画像の光量が均一でなく、表示画像の２次元中間画像において半径の大きい点（外周）ほど明るく、反対に半径が小さい点（内周）ほど暗く表示されるという欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、全周スクリーンの内面から投影する光量を平均化することが可能な、映像描画装置及び映像描画方法を提供することを目的とする。

本発明に係る映像描画装置は、従来法での２次元中間画像の内周長と外周長の差により発生していた投射光の不均一性、つまり、内周長ほど短く外周長ほど長いために内周ほど暗く外周ほど明るく表示される現象に対して、２次元中間画像の輪の大きさと全周スクリーンヘの投影面積を比例させることによって表示映像の光量の平均化を実現するものである。

すなわち、任意の回転体形状を備える全周スクリーンに物体の表示映像を光量が均一になるようにして表示するための映像描画装置であって、表示映像の２次元展開図を入力する入力部と、前記入力部により入力された前記全周スクリーンに表示される表示映像についての２次元展開図から、あらかじめ設定された変換式により、前記表示映像の元となる２次元中間画像に、変換する映像変換部と、この映像変換部で得られた前記２次元中間画像を、前記全周スクリーン側に投射光として投射する映像投射部と、この映像投射部の投射光を前記全周スクリーン内に導くように反射する反射光学系および、この反射光学系からの反射光を、前記全周スクリーン面での光量を平均化するように解像度を変化させて前記全周スクリーン面に投射して前記表示映像として表示させる表示光学系とを有することを特徴としている。

このように構成することにより、本発明に係る映像描画装置は、入力部により全周スクリーンに表示するための表示映像についての２次元展開図を入力すると、映像変換部が、あらかじめ設定された変換式により、表示画像を表示するための２次元中間画像に変換する。そのため、全周映像描画装置は、映像投射部が、映像変換部から送られてくる画像データにより映像を表示するための投射光を投射すると、反射光学系および表示光学系を介して全周スクリーンに光量が均一になるようにして表示映像を表示することが可能となる。

なお、あらかじめ設定された変換式は、一例として映像投射部から投射した投射光の画像が、全周スクリーン上でどのような位置関係になるのかをあらかじめ測定して求め、もとの点の位置と全周スクリーン上の点の位置関係を比率により表した値を用いて式を設定している。

また、本発明に係る映像描画装置において、前記表示光学系は、前記映像投射部の投射光の光軸を中心とした回転体から形成される回転体反射ミラーおよびレンズから構成され、映像投射部から投射される２次元中間画像の半径が大きいほどスクリーン上で広い面積に投影するように、また、２次元中間画像の内周ほど径方向の解像度を低く、外周ほど径方向の解像度を高く表示できるようにした。

このように構成することにより、本発明に係る映像描画装置において、反射光学系から全周スクリーン内に向かって反射された反射光は、レンズを透過して光路を変えながら最終的に回転体反射ミラーにより全周スクリーン内面に照度を均一にして投射されることになる。
なお、表示光学系を構成する回転体反射ミラーおよびレンズの設置は、反射面あるいは照射面が反射光学系からの反射光に対して垂直方向となり、回転体反射ミラーによる投射光が最終的に全周スクリーン上で焦点が合うようにそれぞれの位置が決定される。

また、本発明に係る映像描画装置において、前記全周スクリーンは、前記映像投射部の投射光の光軸を中心としたときの形状として、球体を装置設置面である水平面で切断して形成される横断球面回転体、楕円の両焦点を結んだ直線方向を垂直方向として水平方向で切断して形成される横断楕円面回転体、凸曲面を内側あるいは外側とする双曲面回転体、放物面回転体、および、円錐面回転体とされたときのいずれか一つである構成とした。
このように構成することにより、本発明に係る映像描画装置は、その回転体反射ミラーが任意の回転体形状の全周スクリーンに対して、明るさを均一化して表示映像を投影させることが可能となる。

ここで、回転体反射ミラーの形状は、全周スクリーンに投射する光量を平均化するために、すなわち、２次元中間画像の内周ほど径方向の解像度を低く、外周ほど径方向の解像度を高く投射するために、次式の非球面式を用いて調整されるものである。

ただし、ｙは回転体の半径であり、非球面と光軸ｚが交差する点を原点としている。上式（２）の係数ｃ、ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ＲＧＢ各色が全周スクリーン上すべてで結像するように、表示光学系を構成するレンズの厚さ、曲率半径、硝種（ガラス材料）、レンズの間隔といった物理的な要素に加え収差補正（試行錯誤）などのパラメータにより決定される値である。
ｃ：非球面頂点の曲率（１／曲率半径）、
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
Ａ：４次非球面定数
Ｂ：６次非球面定数
Ｃ：８次非球面定数
Ｄ：１０次非球面定数

また、本発明に係る映像描画装置は、表示光学系において、回転体反射ミラーを使わず、前記映像投射部の投射光の光軸を中心とした回転体から形成される複数のレンズの組み合わせにより構成するようにしてもよい。すなわち、魚眼レンズなどを組み合わせることでも実現可能である。

また、本発明に係る映像描画方法は、任意の回転体形状を備える全周スクリーンに物体の表示映像を光量が均一になるようにして表示するための映像描画方法であって、画像情報を入力する入力部により前記全周スクリーンに表示される表示映像についての２次元展開図を入力する第１のステップと、入力された前記２次元展開図から、映像変換部によりあらかじめ設定された変換式により、前記表示映像の元となる２次元中間画像に変換する第２のステップと、得られた２次元中間画像を、映像投射部により前記全周スクリーン側に投射光として投射する第３のステップと、投射光を反射光学系により前記全周スクリーン内に導くように反射するとともに、前記反射光学系からの投射光を表示光学系により、前記全周スクリーン面での光量を平均化するように解像度を変化させて前記全周スクリーン面に前記表示映像として表示させる第４のステップとを含み、前記変換式は、前記映像投射部から投射した投射光による画像が前記全周スクリーン上でどのような位置関係になるか予め測定しておき、元の画像を構成する点の位置と前記全周スクリーン上の表示画像における点の位置の位置関係を比率により表した値を用いて設定される式であることを特徴としている。

上記構成の全周映像描画方法では、はじめに、全周スクリーンで表示される表示映像に対する２次元展開図を入力手段により入力し、この２次元展開図から映像変換部により全周スクリーンの表示映像の元となる２次元中間画像を、あらかじめ設定された変換式により変換して求める。そして、求めた２次元中間画像を映像投射部に映像信号として送り、その映像信号に基づいて映像投射部が、反射光学系および表示光学系を介して、全周スクリーンに光量が均一になるようにして表示映像を投射して表示する。
このように構成することにより、全周スクリーンに光量が均一になるようにして表示映像を表示することが可能となる。

本発明に係る映像描画装置によれば、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明に係る映像描画装置は、２次元展開図からあらかじめ設定された変換式により、２次元中間画像に変換して、反射光学系および表示光学系を介して全周スクリーンに表示映像を光量が均一になるようにして表示することが可能となる。そのため、動画あるいは静止画ともに立体的に全周スクリーンに表示することができる。

特に、本発明に係る映像描画装置は、表示光学系において、２次元中間画像の内周ほど径方向の解像度を低く、また外周ほど径方向の解像度を高く投影するように、回転体反射ミラーとレンズを組み合わせた構成とすることで、投射光の光路の設定に対して柔軟に対応でき、明るさの均一化を実現することができる。
また、表示光学系は、回転体反射ミラーを用いずに複数のレンズを組み合わせても同様の効果が得られる。

本発明に係る映像描画装置は、全周スクリーンについて円筒体、横断球面回転体、横断楕円面回転体、双曲面回転体、放物面回転体、および、円錐面回転体のいずれかである場合に表示映像の焦点の調整が容易となり都合が良い。
さらに、本発明に係る映像描画方法では、２次元展開図からあらかじめ設定された変換式により、２次元中間画像に変換して、反射光学系および表示光学系を介して全周スクリーンに表示映像を表示するため、コンパクトな全周スクリーンにあらかじめ入力部から入力されている画像を動画あるいは静止画にかかわらず表示することができる。
また、本発明によれば、映像描画装置を、屋内ロボットの顔などの表情を示す部分や、また、仮想的な商品、美術品の展示装置として、さらに、３次元ムービーなど立体的な映像を表示する装置として使用することも可能となる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。 なお、本発明はこの実施の形態により限定されるものではない。
図１は本発明に係る映像描画装置の基本構成を模式的に示すブロック図、図２（ａ）は本発明に係る映像描画装置に使用される２次元展開図の一例を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２次元中間画像を示す平面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）からさらに映像投影装置の例えば液晶プロジェクタにおける液晶の１画素の縦横比を考慮した状態の２次元中間画像を示す平面図、図３は全周映像描画装置の各過程を示すフローチャート、図４（ａ）〜（ｄ）は全周スクリーンに投射される２次元中間画像と対応する表示映像を示す斜視図および平面図である。

図１に示すように、本発明に係る映像描画装置１は、２次元展開図を入力するための入力部２と、この入力部２によって入力された２次元展開図から２次元中間画像に変換する映像変換部３と、この映像変換部３から送られてくる画像データに基づいて投射光を投射する映像投射部４と、この映像投射部４からの投影光を全周スクリーン９内に反射するための反射光学系である反射ミラー５と、この反射ミラー５から反射される投射光を全周スクリーン９の内面に光量が均一になるようにして照射するための表示光学系であるレンズ６ａおよび回転体反射ミラー６と、この回転体反射ミラー６からの反射光により表示映像を表示するための全周スクリーン９と、を備えている。

入力部２は、図２に示すように、２次元展開図Ｍ１などの画像、動画および色彩を入力することができるカラースキャナ装置、あるいは全方位撮影カメラなどである。
ここでは、パーソナルコンピュータから入力されている画像および動画を生成あるいは取り扱うことができるソフトウエアにより２次元展開図を生成している。
なお、この入力部２では、特に色彩について認識することができない構成であっても構わない。

映像変換部３は、入力部２からの２次元展開図Ｍ１に対して、あらかじめ設定された変換式により、全周スクリーン９に表示映像として表示するための２次元中間画像Ｍ３を変換して生成するためのものである。
そして、あらかじめ設定された変換式として、ここでは、映像投射部４から投射した投射光の画像が、全周スクリーン９上でどのような位置関係になるのかをあらかじめ測定して求めて比例関係の式を用いている。

より具体的には、図２（ａ）に示すように、２次元展開図Ｍ１の状態のとき特定位置に点の集合を点線Ａとして各点Ａ１，Ａ２…Ａｎを表示し、この各点Ａ１，Ａ２…Ａｎが全周スクリーン９上に投射されたとき、点線ａの各点ａ１，ａ２…ａｎとしてどれだけ変化しているかの関係を比率により表した値を用いた変換式により変換して２次元中間画像Ｍ２を求めている。

ここで使用されるＡ１，Ａ２…Ａｎの各点の数は、少ないほど変換が高速に実現でき、また、各点の数が多いほど正確な描画が可能となる。なお、図２（ｂ）に示すように、変換した２次元中間画像Ｍ２は、中央の円Ｃ１の位置と、最外形を示す円Ｃ２の位置を非表示部分として示している。
ここでは、図２（ｃ）に示すように、映像投射部４である液晶プロジェクタの１画素の表示される縦横比として異なる場合は、その１画素における縦横比についても対応するように変換式に反映させて調整された状態で２次元展開図Ｍ１から２次元中間画像Ｍ３として変換するようにしている。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、２次元展開図Ｍ１からあらかじめ設定した変換式により２次元中間画像Ｍ３に変換するだけなので、静止画だけでなく、動画であっても１フレームごとにこの変換を施すことで表示することが可能となる。そして、映像変換部３では、２次元中間画像Ｍ３の向きを天地反転するような操作をすることができるものである。
なお、測定した各点の位置について使用する変換式により変換して２次元中間画像Ｍ３を生成する場合は、公知の線形補間の方法や、また、イメージワーピング、あるいはテクスチャマッピングの手法を用いて生成することが可能となる。

映像投射部４は、映像変換部３から送られた画像データにより２次元中間画像Ｍ３に対応する投射光を照射するものであり、ここでは、パーソナルコンピュータ上に表示されている画面をそのまま全周スクリーン９に投影することができる液晶プロジェクタなどが使用される。
なお、この映像投射部４は、光路を調節するために、レンズ４ａを取り付けており、このレンズ４ａにより全周スクリーン９の大きさに合わせて円筒面上に映像を結ぶように設定されている。また、この映像投射部４はＬＣＤ面（図示せず）の多くの画素を利用できるように設定されていることが好ましい。

反射光学系としての反射ミラー５は、映像投射部４から投射された投射光を全周スクリーン９の中心から表示光学系としての回転体反射ミラー６に反射するためのものであり、ここでは平板反射鏡を使用している。この反射ミラー５の形状は特に限定されるものではなく、また、熱に対する配慮から所定波長の赤外線を透過させることができるハーフミラーとしても構わない。

表示光学系は、反射ミラー５から反射されてきた反射光を、レンズ６ａと回転体反射ミラー６を用いて、全周スクリーン９の内面に表示映像を光量が一定になるようにして表示させるように投射（反射）するためのものである。例えば、図５に示すように、全周スクリーン９が円筒体である場合に、２次元中間画像の半径が長いほど、円筒上の高さに対しても広い幅にわたって投影されるように構成される。このとき、円筒上の同じ高さの点は、２次元中間画像の同一半径上の円周からの光により投射される。円筒ディスプレイ（全周スクリーン）の高さｈと２次元中間画像の半径ｒの関係は以下の式で表せる。

ここで、ｈEは２次元中間画像（２次元中間図）の半径がｒEのときの全周スクリーンにおける投影像の高さ方向の位置を、ｈ0は２次元中間画像の半径がｒ0のときの全周スクリーンにおける投影像の高さ方向の位置を、それぞれ示している。
つまり、表示光学系は、２次元中間画像の内周ほど径方向の解像度を低く、外周ほど径方向の解像度を高く全周スクリーン内面に投射されるよう、レンズ６ａと回転体反射ミラー６の設定を調整する。

表示光学系としての回転体反射ミラー６は、全周スクリーン９の上下方向で一方の開口側に配置される反射ミラー５とは反対側となる位置に設置され、全周スクリーン９の広い領域に渡って投射光を反射して表示映像を、その全周スクリーン９の全周に表示する。この回転体反射ミラー６は、映像投射部４の投射光の光軸を中心とした回転体に形成されており、その回転体反射ミラー６の凸面が全周スクリーンの内面に向くようにして配置される。

またレンズ６ａは回転体反射ミラー６と反射ミラー５の間に配置され、反射ミラー５からの反射光がレンズ６ａを透過し回転体反射ミラー６を経て最終的に全周スクリーン９で焦点が合うように設置される。
なお、回転体反射ミラー６およびレンズ６ａの形状あるいは大きさ並びに数と、全周スクリーン９の大きさ等については、投射光を全周スクリーン９で焦点が合うように光路など光学的設計事項を調整することとなる。

回転体反射ミラーの形状は、全周スクリーンに投射する光量を平均化するために、すなわち、２次元中間画像の内周ほど径方向の解像度を低く、外周ほど径方向の解像度を高く投射するために、次式の非球面式を用いて調整されるものである。

ただし、ｙは回転体の半径であり、非球面と光軸ｚが交差する点を原点としている。上式（２）の係数ｃ、ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、ＲＧＢ各色が全周スクリーン上すべてで結像するように、表示光学系を構成するレンズの厚さ、曲率半径、硝種（ガラス材料）、レンズの間隔といった物理的な要素に加え収差補正（試行錯誤）などのパラメータにより決定される値である。
ｃ：非球面頂点の曲率（１／曲率半径）、
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
Ａ：４次非球面定数
Ｂ：６次非球面定数
Ｃ：８次非球面定数
Ｄ：１０次非球面定数

全周スクリーン９は、任意の回転体形状に形成されており、回転体形状としてここでは円筒形に形成されている。この全周スクリーン９は、内面側に回転体反射ミラー６からの投射光により表示映像ＭＨ１、ＭＨ２(図４参照)を外側から認識できる内面透過リアスクリーンに構成されており、一例としてアクリル樹脂から形成された一方が開口した円筒形に形成されている。この全周スクリーン９は図１では、下方から反射ミラー５を介して直上に投射光を導入するように設置されているが、上側から反射ミラー５を介して直下に投入光を導入するように設置されても構わない。

また、図４に示すように、全周スクリーン９の下側に帯状面を配置する支持帯部９ａを設けると共に、全周スクリーン９の上側で側面に帯状面を配置する蓋体節９ｂを設ける構成としても良い。そして、支持帯部９ａの所定位置に映像投射部４からの投射光を全周スクリーン９内に入光することができる開口部（図示せず）を設け、また、支持帯部９ａに反射ミラー５を支持すると共に、蓋体部９ｂに回転体反射ミラー６を支持する構成としても構わない。

なお、全周スクリーン９は、任意の回転体形状であれば、特にその形状は限定されるものではなく、球体を水平方向で切断して形成される横断球面回転体とすることや、また、楕円の両焦点を結ぶ直線方向を垂直方向として水平方向で切断して形成される横断楕円面回転体とすることや、あるいは、側面に凸曲面を内側（あるいは外側）とする双曲面回転体とすることや、また、側面に凸曲面を外側（あるいは内側）として備える放物面回転体とすることや、さらに、円錐面回転体（円錐、円錐台）としても構わない。

また、全周スクリーン９は、透過型スクリーンとして使用できるものであれば、例えば、和紙などの素朴な印象を与える材質で形成することもできる。さらに、全周スクリーン９は、ガラスあるいは樹脂などの材質であってもよく、素材を溶融して全周スクリーン９を形成できる場合は、精度よく大量に生産することができ都合がよい。

つぎに、本発明の実施形態に係る映像描画装置１の動作について図３を参照して説明する。映像描画装置１は、全周スクリーン９を、開口を備える設置台（図示せず）などの上に設置して、その全周スクリーン９の下方に反射ミラー５を設置する。
なお、全周スクリーン９の天井部分には、回転体反射ミラー５があらかじめ取り付けられている。そして、全周スクリーン９の反射ミラー５に投射光が投射できる位置に映像投射部４を配置することで設置される。
なお、全周映像描画装置１は、映像投射部４を含むと全体で５０ｃｍ〜６０ｃｍの大きさで構成される。

映像描画装置１が設置されると、図２（ａ)および図３に示すように、入力部２から２次元展開図Ｍ１が入力される（ステップＳ１）。そして、２次元展開図Ｍ１が入力されると、映像変換部３に画像データが送られ、この２次元展開図Ｍ１からあらかじめ設定された変換式により図２（ｂ）に示す２次元中間画像Ｍ２に変換され、さらに、使用される映像投射部４で表示される１画素の縦横比に対応した２次元中間画像Ｍ３に変換される（ステップＳ２）。

そして、映像描画装置１では、映像変換部３により２次元中間画像Ｍ３が生成されると、その２次元中間画像Ｍ３に基づく画像データが映像投射部４に送られ投射光として投射され（ステップＳ３）、レンズ４ａ、反射ミラー５、レンズ６ａおよび回転体反射ミラー６を介して全周スクリーン９に表示映像ＭＨ１（図４ａ参照）が表示される（ステップＳ４）。
図４（ａ）に示すように、映像描画装置１では、この全周スクリーン９に表示される表示映像ＭＨ１は、前から見れば、表示映像ＭＨ１の正面の映像（子犬の正面からの映像）が認識でき、また、後ろからみれば、表示映像ＭＨ１の後ろからの映像（子犬の尻尾側からの映像）が認識できるものとなる。

また、映像描画装置１では、静止画だけでなく、動画を表示することもできる。例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、映像描画装置１では、映像変換部３から連続的に変換した２次元中間画像Ｍ３，Ｍ４を映像投射部４に送り、その映像投射部４から連続的に投射光を投射することで、全周スクリーン９に表示映像ＭＨ１、ＭＨ２が連続的に表示されることで動画として表示することができるものである。

なお、図１に示すように、映像描画装置１では、表示光学系としてレンズ６ａおよび回転体反射ミラー６を組み合わせた例として説明したが、回転体反射ミラーを使わずにレンズ（魚眼レンズ等）を複数組み合わせる構成としても構わない。
この場合、反射ミラー５からの反射光が、複数のレンズ６ａを介して全周スクリーン９の側内面に適切に投射され、全周スクリーン９に表示映像ＭＨ１、ＭＨ２が表示される。

もちろん、この構成によっても静止画だけでなく、動画を表示映像として表示することができる。
なお、この構成では、映像変換部３から送られてくる画像データは、図１で示す場合とは異なり、天地が反転した状態となる画像データが映像投射部４に送られ、投射光として投射される。

[実施例]
次に、本発明に係る映像描画装置における表示光学系の具体的な構成例を、全周スクリーンの形状として円筒体を用いた場合で示す。図６は、表示光学系として３個のレンズ６１ａ，６２ｂ，６２ｃと、双曲面回転体反射ミラー９０を用いた例であり、このように表示光学系を構成することで、光量を一定にして表示映像を円筒体全周スクリーン上に結像させることができる。既述した非球面式（６）に以下の係数を与えることにより調整されたものである。

図６に示した双曲面回転体反射ミラー９０の非球面係数は以下通りである。
c: 0.2341475443e30
k:-3.000000
A: 0.263286E-05
B: 0.255819E-09
C:-0.509848E-13
D: 0.182622E-17
こうして得られた双曲面回転体反射ミラー９０を、円筒体全周スクリーン（スクリーン寸法：内径φ242mm、高さ300mm）内に配置して、表示画像を円筒型全周スクリーンに表示させたときの赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の各投射光のスポットダイアグラムをそれぞれ、図７、図８、及び図９に、またスクリーン上の光量比または照度比を図１０および図１１に示す。

図７、図８、図９において、縦軸は全周スクリーン上の投射位置、横軸はデフォーカシング量を表している。波長帯域によって拡がりが違うため、例えば、図９において投射位置が一番高いスポットに現れる青色の投射光が、デフォーカシング量の調節により拡がったり絞られたりしていることが判る。これは図７の赤色光と対照的で、青色光が絞られれば赤色光は拡散する。以上の結果から、色収差を一番よく補正できる焦点位置を決定した。

図１１は、２次元中間図画像半径ｒと円筒型スクリーン縦方向座標Ｈの関係と、従来型で円筒型スクリーン中央部(r=5mm, H=148.24mm)の照度を100とした場合の照度比を表したものであり、従来手法による照度が、２次元中間図画像半径ｒと円筒型スクリーンヘの照射位置により著しく変化するのに対して、本発明に係る実施例では照度比が一定となった。

なお、上記実施例による円筒体全周スクリーンは、透明アクリル円筒内面３６０度に背面投射スクリーンを設置したものである。また、映し出される映像の解像度は、ＸＧＡ相当の液晶パネルを有するプロジェクタを使用し、最大Ｖ方向のサイズを直径とする円内に映像を表示しプロジェクタより映像を出力した。
使用したプロジェクタはソニー製ＶＰＬ−ＰＸ３１、液晶パネルは１．３インチタイプを使用した。本プロジェクタは水平置きにして使用した。

本発明の実施形態に係る映像描画装置の全体構成を模式的に示すブロック図。 （ａ）は本発明にかかる全周映像描両装置に使用される一例を表す２次元展開図、（ｂ）は（ａ）の２次元中間画像を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）からさらに映像投影装置の例えば液晶プロジェクタにおける液晶の１両素の縦横比を考慮した状態の２次元中間画像を示す平面図である. 本発明に係る映像描画装置の動作の各過程を示すフローチャート。 本発明に係る映像描画装置における全周スクリーンに投射される２次元中間画像と対応する表示映像を示す斜視図および平面図。 本発明の実施形態に係る映像描画装置の表示光学系における２次元中間画像と、全周スクリーンに投影される映像との光密度の関係を示す概念図。 本発明の実施形態に係る映像描画装置における光学系の具体的構成例を示す図。 本発明の実施形態に係る映像描画装置による全周スクリーン上への赤色光（Ｒ）の投射を表すスポットダイアグラムである。 本発明の実施形態に係る映像描画装置による全周スクリーン上への緑色光（Ｇ）の投射を表すスポットダイアグラムである。 本発明の実施形態に係る映像描画装置による全周スクリーン上への青色光（Ｂ）の投射を表すスポットダイアグラムである。 本発明の実施形態に係る映像描画装置による投射倍率と光量比を表す図。 従来装置と本発明の実施例に係る映像描画装置による照度比を示す図。

符号の説明

１…映像描画装置、２…入力部、３…映像変換部、４…映像投射部、４ａ、…レンズ、５…反射ミラー（反射光学系）、６…回転体反射ミラー（表示光学系）、６ａ…レンズ（表示光学系）、９…全周スクリーン、９ａ…支持帯部、９ｂ…蓋体部

Claims (6)

1. 任意の回転体形状を備える全周スクリーンに、物体の表示映像を光量が均一になるようにして表示するための映像描画装置であって、
   表示映像の２次元展開図を入力する入力部と、
   前記入力部により入力された前記全周スクリーンに表示される表示映像の２次元展開図から、予め設定された変換式により、前記表示映像の元となる２次元中間画像に変換する映像変換部と、
   前記映像変換部で得られた前記２次元中間画像を、前記全周スクリーン側に投射光として投射する映像投射部と、
   前記映像投射部の投射光を前記全周スクリーン内に導くように反射する反射光学系と、
   前記反射光学系からの投射光を、前記全周スクリーン面での光量を平均化するように解像度を変化させて前記全周スクリーン面に投射して前記表示映像として表示させる表示光学系とを有し、
   前記変換式は、前記映像投射部から投射した投射光による画像が前記全周スクリーン上でどのような位置関係になるか予め測定しておき、元の画像を構成する点の位置と前記全周スクリーン上の表示画像における点の位置の位置関係を比率により表した値を用いて設定される式であることを特徴とする映像描画装置。
2. 前記表示光学系は、前記反射光学系からの投射光の光路を調節するレンズと、
   前記映像投射部の投射光の光軸を中心とした回転体から形成され、前記レンズからの投射光を前記全周スクリーン面に反射させる回転体反射ミラーと、
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の映像描画装置。
3. 前記回転体反射ミラーの形状は、次式で表される形状であることを特徴とする請求項２に記載の映像描画装置。
   

   

   ただし、ｙは回転体の半径であり、非球面と光軸ｚが交差する点を原点としている。ｃ、
   ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、レンズの厚さ、曲率半径、硝種（ガラス材料）、レンズの間隔と
   同様に収差補正により決定される値である。
   ｃ：非球面頂点の曲率（１／曲率半径）、
   ｋ：コーニック定数（円錐定数）
   Ａ：４次非球面定数
   Ｂ：６次非球面定数
   Ｃ：８次非球面定数
   Ｄ：１０次非球面定数
4. 前記表示光学系は、前記映像投射部の投射光の光軸を中心とした回転体から形成される複数のレンズの組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の映像描画装置。
5. 前記全周スクリーンは、前記映像投射部の投射光の光軸を中心としたときの前記回転体形状として、円筒体、球体を装置設置面である水平面で切断して形成される横断球面回転体、楕円の両焦点を結んだ直線方向を垂直方向として水平方向で切断して形成される横断楕円面回転体、凸曲面を内側あるいは外側とする双曲面回転体、放物面回転体、および、円錐面回転体とされたときのいずれか一つであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の映像描画装置。
6. 任意の回転体形状を備える全周スクリーンに物体の表示映像を光量が均一になるようにして表示するための映像描画方法であって、
   画像情報を入力する入力部により前記全周スクリーンに表示される表示映像についての２次元展開図を入力する第１のステップと、
   入力された前記２次元展開図から、映像変換部によりあらかじめ設定された変換式により、前記表示映像の元となる２次元中間画像に変換する第２のステップと、
   得られた２次元中間画像を、映像投射部により前記全周スクリーン側に投射光として投射する第３のステップと、
   投射光を反射光学系により前記全周スクリーン内に導くように反射するとともに、前記反射光学系からの投射光を表示光学系により、前記全周スクリーン面での光量を平均化するように解像度を変化させて前記全周スクリーン面に前記表示映像として表示させる第４のステップとを含み、
   前記変換式は、前記映像投射部から投射した投射光による画像が前記全周スクリーン上でどのような位置関係になるか予め測定しておき、元の画像を構成する点の位置と前記全周スクリーン上の表示画像における点の位置の位置関係を比率により表した値を用いて設定される式であることを特徴とする映像描画方法。

Images