JP6397655B2 - 球面投影表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、球面投影表示装置に係り、特に透過型の球状スクリーンに画像を投影する球面投影表示装置に関する。

点光源からの光を複数のレンズからなる光学系を介して液晶表示素子に入射し、さらに液晶表示素子からの投影光を球状スクリーンに映し出す表示装置が知られている（特許文献１）。

この表示装置は、球状スクリーンの正面から観察者が画像を見るように構成されている。また、球状スクリーンの正面側の半球或いはそれより少し多い領域に光を放射するように設計される。このように構成された表示装置は、表示画像が小さくなり、また、この表示装置をアミューズメント装置で使用する場合、観察者にとってよりインパクトのある表示を実現しにくい。

特開２０１２−７８７３０ 特開２０１２−７９２４３

本発明は、スクリーンより大きな画像を表示できるとともに、観察者にとってよりインパクトのある表示を実現することが可能な球面投影表示装置を提供する。

本発明の一態様に係る球面投影表示装置は、光源と、前記光源からの光を変調する液晶表示素子と、前記光源及び前記液晶表示素子を収容するケースと、前記ケースにはめ込まれ、前記液晶表示素子からの投影光を拡散する球状スクリーンと、前記ケースに接続され、前記球状スクリーンの背面から放射される光を前記球状スクリーンの正面側に反射する反射鏡とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、スクリーンより大きな画像を表示できるとともに、観察者にとってよりインパクトのある表示を実現することが可能な球面投影表示装置を提供することができる。

第１実施形態に係る球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 液晶表示素子の一例を示す断面図。 球面投影表示装置の斜視図。 図３の球面投影表示装置を観察者が見た場合の表示を説明する図。 球面投影表示装置の電気的構成の概略を示すブロック図。 球面投影表示装置の表示例を示す図。 球面投影表示装置の表示例を示す図。 球面投影表示装置の表示例を示す図。 球面投影表示装置の光学系を説明する図。 球面投影表示装置の光学系を説明する図。 球状スクリーンの他の構成例を示す斜視図。 第２実施形態に係る球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 反射鏡の他の構成例を示す断面図。 反射鏡のさらに他の構成例を示す断面図。 第３実施形態に係る球面投影表示装置の電気的構成の概略を示すブロック図。 正面から見た球面投影表示装置の平面図。 球面投影表示装置の断面構造を模式的に示す図。 複数の反射鏡が開いた状態を説明する図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［第１実施形態］
［１．球面投影表示装置の構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。球面投影表示装置１は、球状スクリーン２と、球状スクリーン２に固定されたプロジェクタ部３と、プロジェクタ部３に固定された反射鏡（反射部材）７とを備える。

球状スクリーン２は、中空球体であり、球体の一部を構成する内面２ａを投影面とする透過型のスクリーンである。球状スクリーン２には、例えば透光性を有する部材の内面と外面との一方または双方に、光を拡散させるための材料が塗布されたり、光を拡散させるための処理が施されたりすることによって、光拡散性が確保されている。なお、球状スクリーン２は、光を拡散させる任意の材料を用いて形成されたものであっても構わない。

図１に示すように、球状スクリーン２には、中空球体の一部（図で右側の一部）に開口部２ｂが設けられる。球状スクリーン２は、例えば、中空球体を構成する一組の半球状の部材の一方側に開口部２ｂを設けるとともに、双方の半球状の部材を透明な接着剤等を用いて繋ぎ目が極力見えないように接合することにより形成される。

プロジェクタ部３は、光源部４と、透過型の液晶表示素子５と、放射部６とを備える。光源部４は、基板１０に設けられた光源１１と、光源光学系を構成しかつ光源１１に対向する第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２と、光源１１、第１レンズＬ１、及び第２レンズＬ２を収容する円筒形のケース１２とを備える。光源１１は、例えば点光源から構成される。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２からなる光源光学系は、点光源１１が放射する光を平行光、若しくは平行光に近い状態で液晶表示素子５に入射させる。

なお、点光源１１には任意の光源を使用することができるが、球面投影表示装置１の小型化、省電力化、耐久性の点を考えると高輝度のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用することが好ましく、例えば高輝度の白色ＬＥＤまたは高輝度のＲＧＢ−ＬＥＤを使用することが好ましい。

液晶表示素子５は、画像データ（ＲＧＢデータ等）に応じて駆動され、画像データにより表現される画像を表示する。また、液晶表示素子５は、第２レンズＬ２から入射した光を変調し、それにより上記画像データを投影光に変換する光変調素子として機能する。なお、後述するように、液晶表示素子５は、画像データに基づいて、プロジェクタ部３に一体的に、または分離して設けられた制御部によって駆動される。

放射部６は、球状スクリーン２に設けられた開口部２ｂにはめ込まれた円筒形のケース１３と、ケース１３に収容されかつ液晶表示素子５に対向する第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、及び第５レンズＬ５とを備える。第３レンズＬ３乃至第５レンズＬ５によって投影光学系が構成されており、この投影光学系は、液晶表示素子５を透過した光、つまり画像データに基づく投影光を、球状スクリーン２に向けて放射し、画像データにより表される画像を球状スクリーン２の内面２ａに投影する。また、第３レンズＬ３乃至第５レンズＬ５から構成される投影光学系は、焦点距離が短く設定されており、球状スクリーン２の内面２ａにおける半球を超える領域に上記画像を投影する。

第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５の構成例としては、例えば、第１レンズＬ１は平凸レンズであり、第２レンズＬ２はフレネルレンズであり、第３レンズＬ３は非対称両凸レンズであり、第４レンズＬ４は対称両凸レンズであり、第５レンズＬ５は第４レンズＬ４に接する凸面を有するメニスカスレンズである。

第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５の光軸Ｌは、球状スクリーン２の中心Ｏを通るように配置される。球状スクリーン２の内面２ａは、その内面２ａを含む球体を投影光学系の光軸Ｌに垂直かつ球状スクリーン２の中心Ｏを通る垂直面Ｍで分割したときの一方側の半球領域Ａ（図１で左側）と、他方側の半球領域（図１で右側）の一部でありかつ一方側の半球領域Ａに連続する環状領域Ｂとから構成される。そして、半球領域Ａとこれに連続する環状領域Ｂの一部とからなる領域Ｃ（図１に斜線で示した領域）が、球状スクリーン２の内面２ａにおいて画像が投影される投影領域となっている。

ここで、プロジェクタ部３が光を放射する放射面３ａ（図１の構成例では、第５レンズＬ５の球状スクリーン２側の表面に対応する）は、球状スクリーン２の中心Ｏからより離れる（球状スクリーン２の開口部２ｂにより近くなる）ように配置される。例えば、放射面３ａは、放射面３ａと中心Ｏとの距離は、内面２ａの半径の半分より長く設定される。また、放射面３ａは、最大で、開口部２ｂのうち内面２ａ側の端となる。このように放射面３ａを配置することで、領域Ｂ（垂直面Ｍより背面側の領域）にも光が放射される。換言すると、投影光学系に含まれる第５レンズＬ５は、光軸Ｌに沿って、球状スクリーン２の内面２ａの正面側の端を起点にして球状スクリーン２の内面２ａの直径の３／４以上を含む領域に投影光を放射するように配置される。

［１−１．液晶表示素子５の構成］
次に、液晶表示素子５の構成例について説明する。図２は、液晶表示素子５の一例を示す断面図である。

液晶表示素子５は、スイッチングトランジスタ及び画素電極等が形成されるＴＦＴ基板２０と、カラーフィルター及び共通電極等が形成されかつＴＦＴ基板２０に対向配置されるカラーフィルター基板（ＣＦ基板）２１と、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１間に挟持された液晶層２２とを備える。ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１はそれぞれ、透明基板（例えば、ガラス基板）から構成される。ＴＦＴ基板２０は、例えば、点光源１１側に配置され、点光源１１からの光は、ＴＦＴ基板２０側から液晶表示素子５に入射する。

液晶層２２は、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１間を貼り合わせるシール材２９によって封入された液晶材料により構成される。液晶材料は、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、例えばＴＮ（Twisted Nematic）モードが用いられるが、勿論、ＶＡ（Vertical Alignment）モードやホモジニアスモードなど他の液晶モードであってもよい。

液晶層２２側のＴＦＴ基板２０上には、複数のスイッチングトランジスタ２３が設けられる。スイッチングトランジスタ２３としては、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられる。スイッチングトランジスタ２３は、走査線（図示せず）に電気的に接続されるゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層（例えばアモルファスシリコン）と、半導体層上に離間して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。ソース電極は、信号線（図示せず）に電気的に接続される。

スイッチングトランジスタ２３上には、絶縁層２４が設けられる。絶縁層２４上には、複数の画素電極２５が設けられる。絶縁層２４内かつスイッチングトランジスタ２３のドレイン電極上には、画素電極２５に電気的に接続されたコンタクトプラグ２６が設けられる。

液晶層２２側のＣＦ基板２１上には、カラーフィルター２７が設けられる。カラーフィルター２７は、複数の着色フィルター（着色部材）を備え、具体的には、複数の赤フィルター２７−Ｒ、複数の緑フィルター２７−Ｇ、及び複数の青フィルター２７−Ｂを備える。一般的なカラーフィルターは光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）で構成される。隣接したＲ、Ｇ、Ｂの三色のセットが表示の単位（ピクセル、又は画素と呼ぶ）となっており、１つの画素中のＲ、Ｇ、Ｂのいずれか単色の部分はサブピクセル（サブ画素）と呼ばれる最小駆動単位である。スイッチングトランジスタ２３及び画素電極２５は、サブピクセルごとに設けられる。

赤フィルター２７−Ｒ、緑フィルター２７−Ｇ、及び青フィルター２７−Ｂの境界部分には、遮光用のブラックマトリクス（遮光膜）ＢＭが設けられる。すなわち、ブラックマトリクスＢＭは、網目状に形成される。ブラックマトリクスＢＭは、着色部材間の不要な光を遮蔽し、コントラストを向上させる機能を有する。

カラーフィルター２７及びブラックマトリクスＢＭ上には、共通電極２８が設けられる。共通電極２８は、液晶表示素子５の表示領域全体に平面状に形成される。

画素電極２５、コンタクトプラグ２６、及び共通電極２８は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。絶縁層２４としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。

図１に示すように、ＴＦＴ基板２０及びＣＦ基板２１を挟むように、入射側偏光板３０及び放射側偏光板３１が設けられる。すなわち、偏光板３０は、ＴＦＴ基板２０の入射側に接して設けられ、偏光板３１は、ＣＦ基板２１の放射側に接して設けられる。偏光板３０、３１は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有している。偏光板３０、３１は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、吸収軸に平行な振動面を有する直線偏光を吸収する。偏光板３０、３１は、互いの透過軸が直交するように、すなわち直交ニコル状態で配置される。

さらに、偏光板３０の入射側には、偏光板３０から離間するようにして、反射型偏光板３２が設けられる。反射型偏光板３２は、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する透過軸及び反射軸を有する。反射型偏光板３２は、ランダムな方向の振動面を有する光のうち、透過軸に平行な振動面を有する直線偏光を透過し、反射軸に平行な振動面を有する直線偏光を反射する。反射型偏光板３２の透過軸は、偏光板３０の透過軸と平行に設定される。反射型偏光板３２としては、例えば、３Ｍ社のＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）、又は旭化成のワイヤグリッド偏光板などがある。

反射偏光板が無い場合、入射側偏光板の吸収軸方向の光成分を入射側偏光板が吸収する。これにより、入射側偏光板が発熱し、その熱が液晶層に伝わり、液晶層の特性（コントラストなど）が劣化してしまう。

これに対して、本実施形態では、入射側偏光板３０の点光源１１側には、反射型偏光板３２が設けられており、さらに、反射型偏光板３２の反射軸は、入射側偏光板３０の吸収軸と平行に設定される。反射型偏光板３２は、入射側偏光板３０の吸収軸方向の光成分を反射するので、反射型偏光板３２を透過した光には、入射側偏光板３０の吸収軸方向の光成分がほとんど含まれない。これにより、入射側偏光板３０が吸収する光成分が低減されるため、入射側偏光板３０が発熱するのを抑制できる。

［１−２．反射鏡７の構成］
次に、反射鏡７の構成について説明する。反射鏡７は、固定部材８によってプロジェクタ部３に取り付けられる。具体的には、反射鏡７は、その中央に円形の開口部７ａを有し、この開口部７ａにプロジェクタ部３がはめ込まれ、固定部材８によって固定される。固定部材８の構成例としては、プロジェクタ部３の全周に円筒状の固定部材を設けてもよいし、プロジェクタ部３の全周に対して部分的に複数の固定部材を設けてもよい。

反射鏡７は、放物面鏡から構成され、放物面の焦点から入射する光を放物面の軸に平行な平行光に変換する。反射鏡７は、例えば、放物面構造を有する基材（例えばポリカーボネート樹脂）の内側（凹面側）に、光を反射する材料（銀やアルミニウムなど）がコーティングされて形成される。或いは、反射鏡７は、光を反射する金属（例えばアルミニウム）自体を放物面に成型して形成される。

図３は、球面投影表示装置１の斜視図である。図３（ａ）は、反射鏡７を除いた球面投影表示装置１の斜視図である。図３（ｂ）は、反射鏡７を含む球面投影表示装置１の斜視図である。

図３には、球状スクリーン２が表示する画像の一例を示している。本実施形態では、プロジェクタ部３の光軸Ｌの先から観察者３３が球状スクリーン２を視認することを想定している。よって、観察者３３を基準にして、球状スクリーン２のうち、図１の領域Ａに対応する半球を正面側、図１の領域Ｂに対応する半球を背面側と呼ぶ。

図３（ａ）に示すように、球状スクリーン２の正面及びこれに続く背面の一部には、観察者３３が直接視認する画像（表示）Ｄ１が表示される。また、球状スクリーン２の背面には、反射鏡７側に放射され、反射鏡７によって反射された後に、観察者３３に届く画像（表示）Ｄ２が表示される。

図４は、図３（ｂ）の球面投影表示装置１を観察者３３が見た場合の表示を説明する図である。観察者３３は、球状スクリーン２から直接届く表示Ｄ１と、表示Ｄ１の周囲に表示されかつ反射鏡７から届く表示Ｄ２とを視認する。図４は、惑星とその周囲に設けられた環を表している。このように、球状スクリーン２の正面側の画像と、球状スクリーン２の背面側の画像が反射鏡７によって反射された画像とが重なって観察者３３に視認されるため、よりインパクトがありかつ球状スクリーン２よりサイズの大きい表示を実現できる。

図５は、球面投影表示装置１の電気的構成の概略を示すブロック図である。球面投影表示装置１は、プロジェクタ部３、制御部３４、及び画像メモリ３５を備える。なお、プロジェクタ部３、制御部３４、及び画像メモリ３５には、図示せぬ電源回路から各種電源が供給される。

画像メモリ３５は、例えば不揮発性メモリから構成され、種々の画像を表す画像データを格納する。画像メモリ３５に格納される画像データは、球状スクリーン２の正面に表示される画像と、球状スクリーン２の背面に表示される画像とを同時に表示可能なデータから構成される。

制御部３４は、画像メモリ３５に格納される画像データを用いて、プロジェクタ部３（具体的には、液晶表示素子５）の動作を制御する。すなわち、制御部３４は、画像メモリ３５に格納される画像データ又はそれを修正した画像データを用いて、液晶表示素子５に制御信号及び動作電圧を供給する。また、制御部３４は、表示用の画像データの生成に際して、元の画像データに対し、２次元の画像を球状スクリーン２の内面（球面）に投影した際に生ずる見た目の歪みを補正するための所定の画像処理を施す。

図６乃至図８は、球面投影表示装置１の表示例を示す図である。図６乃至図８は、観察者によって視認される表示を示している。図６は、太陽とフレアを表しており、図７は、地球と月を表しており、図８は中央の管状花とその周囲の舌状花とからなるひまわりを表している。表示Ｄ１が球状スクリーン２から観察者に直接届く表示であり、表示Ｄ２が反射鏡７から観察者に届く表示である。このように、本実施形態では、球状スクリーン２の背面に表示された画像を反射鏡７によって観察者に視認させることができるため、よりインパクトのある表示が実現できる。

図９及び図１０は、球面投影表示装置１の光学系を説明する図である。図９のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の単位は任意である。前述したように、反射鏡７は、放物面を有する。放物面の焦点距離ｆ_１とする。放物面は、以下の式（１）で表される。

球状スクリーン２の中心Ｏは、放物面からなる反射鏡７の焦点に配置することが望ましい。このような条件を満たす反射鏡７は、球状スクリーン２から放射される光を反射するとともに、球状スクリーン２から放射される光を観測者側（ｚ軸方向）に向かう平行光に変換することができる。

［２．球状スクリーン２の他の構成例］
図１１は、球状スクリーン２の他の構成例を示す斜視図である。図１１では、反射鏡７の図示を省略している。

球状スクリーン２は、正面側の半球スクリーン２−１と背面側の半球スクリーン２−２とに分けて構成される。背面側の半球スクリーン２−２の透過率は、正面側の半球スクリーン２−１の透過率より高くなるように設定される。球状スクリーン２の材料としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂などが用いられる。半球スクリーン２−１の透過率と半球スクリーン２−２の透過率とに差を設ける手法としては、異なる材料を使用すること、光拡散性の高低に差を設ける（例えば、光拡散材料の量を変える）ことなどにより実現できる。

本実施形態では、球状スクリーン２の正面と背面とで個別の画像を表示する。プロジェクタ部３から球状スクリーン２の背面に放射される光強度は、プロジェクタ部３から球状スクリーン２の正面に放射される光強度より小さい。よって、背面側の半球スクリーン２−２の透過率を正面側の半球スクリーン２−１の透過率より高くすることで、反射鏡７を利用した表示をより明るくできる。また、球状スクリーン２の正面側の表示と背面側の表示との輝度差を低減できる。なお、球状スクリーン２が分割されたスクリーン２−１、２−２は、半球に限定されず、曲面スクリーン２−１の面積と曲面スクリーン２−２の面積とが異なっていてもよい。

［３．効果］
以上詳述したように第１実施形態では、球面投影表示装置１は、球状スクリーン２と、球状スクリーン２にはめ込まれたプロジェクタ部３と、プロジェクタ部３にはめ込まれた反射鏡７とを備える。プロジェクタ部３は、光源１１と、光源光学系（第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２）と、光源光学系からの光を変調する液晶表示素子５と、投影光学系（第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、及び第５レンズＬ５）と、これらを収容するケース１２、１３とを備える。反射鏡７は、放物面鏡から構成され、球状スクリーン２の背面から放射された光を正面側（観察者側）に反射する。

従って第１実施形態によれば、球状スクリーン２の正面の画像に背面の画像を重ねて表示することが可能である。これにより、消費電力を増加させずに、球状スクリーン２よりサイズの大きい画像を表示することが可能となる。また、球状スクリーン２のサイズ、及びプロジェクタ部３のサイズを大きくすることなく、より大きい画像を表示することが可能である。また、球状スクリーン２に表示される画像を有効に利用することができる。また、よりインパクトのある表示が求められるアミューズメント装置の用途に適した球面投影表示装置１を実現できる。

なお、上記実施形態では、反射鏡７として放物面鏡を例に挙げて説明しているが、これに限定されず、完全な放物面を有さない曲面鏡であってもよい。

［第２実施形態］
第１実施形態では、反射鏡７として放物面鏡を用いているが、反射鏡７の形状は、放物面以外であってもよい。第２実施形態は、反射鏡７の他の構成例について示している。

図１２は、本発明の第２実施形態に係る球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。なお、反射鏡７以外の構成は、第１実施形態と同じである。

反射鏡７は、円錐形状を有する。反射鏡７は、球状スクリーン２の背面から放射された光を観察者側に反射する。反射鏡７は、その頂部に円形の開口部７ａを有し、この開口部７ａにプロジェクタ部３がはめ込まれる。反射鏡７は、固定部材８によってプロジェクタ部３に固定される。

円錐の反射鏡７は、開き角θを有する。円錐の開き角とは、円錐をその中心軸（円錐の頂点と底面の円の中心とを通る軸）を含む平面で切断して得られる二等辺三角形の頂角である。

図１３は、反射鏡７の他の構成例を示す断面図である。反射鏡７は、円錐形状を有する。また、図１３の反射鏡の開き角θは、図１２の反射鏡の開き角θより大きい。

図１４は、反射鏡７のさらに他の構成例を示す断面図である。反射鏡７は、平面状に形成される（平面形状を有する）。換言すると、図１３の円錐の開き角θを１８０度まで大きくすることで、図１４の平面形状を有する反射鏡が得られる。

このように、円錐の反射鏡７の開き角θは、プロジェクタ部３のサイズ（円周）、及び球状スクリーン２のサイズに応じて、最適な角度に設定可能である。具体的には、円錐の反射鏡７の開き角θは、１０度以上１８０度以下であることが望ましい。また、円錐の中心角で表現すると、円錐の反射鏡７の中心角αは、０．２πラジアン以上２πラジアン以下であることが望ましい。なお、円錐の中心角とは、円錐を展開した場合の扇形の中心角に対応する。

以上詳述したように第２実施形態によれば、円錐形状を有する反射鏡７を用いて球面投影表示装置１を実現することができる。第２実施形態においても、球状スクリーン２の背面から放射する光を観察者側に反射することができる。これにより、球状スクリーン２の正面の画像に背面の画像を重ねて表示することが可能である。また、前述したように、反射鏡７を平面形状で構成することも可能である。

［第３実施形態］
第３実施形態では、球面投影表示装置１が備える反射鏡７を駆動可能なように構成するようにしている。

図１５は、本発明の第３実施形態に係る球面投影表示装置１の電気的構成の概略を示すブロック図である。駆動部３６は、反射鏡７を駆動し、具体的には、反射鏡７を駆動するための開閉機構、及び反射鏡７を回転するための回転機構を備える。制御部３４は、反射鏡７の動作に必要な制御信号及び動作電圧を駆動部３６に供給する。

図１６は、正面から見た球面投影表示装置１の平面図である。反射鏡７は、例えば４個の反射鏡７−１〜７−４から構成される。反射鏡７−１〜７−４は、開閉可能なように構成され、また、回転可能なように構成される。図１６（ａ）は、反射鏡７−１〜７−４が閉じた状態を示しており、図１６（ｂ）は、反射鏡７−１〜７−４が開いた状態を示しており、図１６（ｃ）は、反射鏡７−１〜７−４が回転している状態を示している。

図１７は、球面投影表示装置１の断面構造を模式的に示す図である。図１７において、円柱のプロジェクタ部３は、簡略化して図示している。

プロジェクタ部３の周囲には、プロジェクタ部３から距離を空けて、円筒状の回転構造４０が設けられる。プロジェクタ部３には、円筒状の保護部材４１、４２が取り付けられる。回転構造４０と保護部材４１、４２との間には、ベアリング４３が設けられる。ベアリング４３は、回転構造４０の内側に設けられた窪みに収容される。

回転構造４０の外側の窪みには、ローラー４５−１、４５−２が配置される。ローラー４５−１、４５−２には、モーター４４−１、４４−２が接続される。モーター４４−１、４４−２によってローラー４５−１、４５−２が回転し、ローラー４５−１、４５−２の動力が回転構造４０に伝わることで、回転構造４０が回転する。回転構造４０、保護部材４１、４２、ベアリング４３、ローラー４５−１、４５−２、及びモーター４４−１、４４−２は、回転機構を構成し、この回転機構は、図１５の駆動部３６に含まれる。なお、本実施形態の回転機構は、一例であり、他の回転機構を適用してもよい。

回転構造４０の先端には、円筒状の接続部材４６が取り付けられる。反射鏡７−１の端部は、回転軸４７−１及びバネ４８−１を介して接続部材４６に接続される。また、反射鏡７−１の端部には、鉄片（強磁性材料）４９−１が設けられる。

回転構造４０の外面かつ鉄片４９−１の近傍には、電磁石５０−１が設けられる。電磁石５０−１には、この電磁石５０−１に電流を供給するための端子５１−１、５２−１が接続される。定電流源５３の第１端は、端子５１−１に電気的に接続される。定電流源５３の第２端は、スイッチ素子５４を介して端子５２−１に電気的に接続される。接続部材４６、回転軸４７−１、バネ４８−１、鉄片４９−１、電磁石５０−１、定電流源５３、及びスイッチ素子５４は、開閉機構を構成し、この開閉機構は、図１５の駆動部３６に含まれる。

反射鏡７−２〜７−４には、反射鏡７−１と同様に、開閉機構が接続される。なお、本実施形態の開閉機構は、一例であり、他の開閉機構を適用してもよい。

反射鏡７−１〜７−４は、球状スクリーン２の曲率半径と概略同じ曲率半径を有する曲面部分から構成される。また、反射鏡７−１〜７−４は、それぞれ同じ形状を有し、かつ、球状スクリーン２を覆うことが可能なサイズを有するように構成される。すなわち、反射鏡７−１〜７−４は、球体を４つに分割して構成される。反射鏡７−１〜７−４は、球状スクリーン２の背面から放射された光を観察者側に反射する。反射鏡７−１〜７−４は、例えば、その凹面側に、光を反射する材料がコーティングされて形成される。

次に、反射鏡７−１〜７−４が開く動作について説明する。図１８は、反射鏡７−１〜７−４が開いた状態を説明する図である。

制御部３４は、スイッチ素子５４をオンする。これにより、定電流源５３から電磁石５０（具体的には電磁石のコイル）に電流が流れ、電磁石５０が磁化する。すると、鉄片４９が電磁石５０に引き寄せられると共に、最終的に、鉄片４９が電磁石５０に接触する。この時、鉄片４９に固定された反射鏡７−１〜７−４が開く。このようにして、反射鏡７−１〜７−４の開動作が実現される。

続いて、制御部３４は、モーター４４−１、４４−２に電圧を印加し、モーター４４−１、４４−２は、ローラー４５−１、４５−２を回転させる。これにより、回転構造４０が回転するとともに、回転構造４０に物理的に接続された反射鏡７−１〜７−４が回転する。このようにして、反射鏡７−１〜７−４の回転動作が実現される。

また、反射鏡７−１〜７−４を閉じる場合、制御部３４は、スイッチ素子５４をオフする。これにより、電磁石５０への電流の供給が停止し、鉄片４９が電磁石５０から離れる。その後、バネ４８によって反射鏡７−１〜７−４が閉じる。

以上詳述したように第３実施形態によれば、開閉動作及び回転動作が可能な反射鏡７−１〜７−４を備えた球面投影表示装置１を実現できる。これにより、よりインパクトのある表示が求められるアミューズメント装置の用途に適した球面投影表示装置１を実現できる。また、球状スクリーン２の背面から放射された光（画像）を反射鏡７−１〜７−４で反射させることで、球状スクリーン２の背面の画像を観察者に届けることができる。

なお、球面投影表示装置１は、開閉機構のみを備えるように構成してもよい。また、反射鏡７−１〜７−４の開き角は、任意に変更可能である。図１７の開閉機構の構成例では、例えば、電磁石５０と鉄片４９との距離を調整することで、反射鏡７−１〜７−４の開き角を変更可能である。また、反射鏡７の数は４個に限らず、球面の反射鏡を４個以外の数に分割して開閉可能な反射鏡７を構成してもよい。

第１乃至第３実施形態で説明した球面投影表示装置１を表示デバイスとして組み込む機器については、特に限定されないが、球面投影表示装置１は、例えばパチンコ遊技機等のアミューズメント装置に組み込めば、アミューズメント装置における娯楽性を高めることができる。また、球面投影表示装置１は、球状スクリーン２に球状の図形（例えば地球儀）を表示するのに適している。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１…球面投影表示装置、２…球状スクリーン、３…プロジェクタ部、４…光源部、５…液晶表示素子、６…放射部、７…反射鏡、８…固定部材、１０…基板、１１…光源、１２，１３…ケース、２０…ＴＦＴ基板、２１…ＣＦ基板、２２…液晶層、２３…スイッチングトランジスタ、２４…絶縁層、２５…画素電極、２６…コンタクトプラグ、２７…カラーフィルター、２８…共通電極、２９…シール材、３０…入射側偏光板、３１…放射側偏光板、３２…反射型偏光板、３３…観察者、３４…制御部、３５…画像メモリ、３６…駆動部、４０…回転構造、４１，４２…保護部材、４３…ベアリング、４４…モーター、４５…ローラー、４６…接続部材、４７…回転軸、４８…バネ、４９…鉄片、５０…電磁石、５１，５２…端子、５３…定電流源、５４…スイッチ素子。

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源からの光を変調する液晶表示素子と、
   前記光源及び前記液晶表示素子を収容するケースと、
   前記ケースにはめ込まれ、前記液晶表示素子からの投影光を拡散する球状スクリーンと、
   前記ケースに接続され、前記球状スクリーンの背面から放射される光を前記球状スクリーンの正面側に反射する反射鏡と、
   前記液晶表示素子に画像を表示させる制御部と、
   を具備し、
   前記制御部は、前記反射鏡を介さずに観察者に視認される第１画像と、前記反射鏡に反射されて観察者に視認される第２画像とを生成することを特徴とする球面投影表示装置。
2. 光源と、
   前記光源からの光を変調する液晶表示素子と、
   前記光源及び前記液晶表示素子を収容するケースと、
   前記ケースにはめ込まれ、前記液晶表示素子からの投影光を拡散する球状スクリーンと、
   前記ケースに接続され、前記球状スクリーンの背面から放射される光を前記球状スクリーンの正面側に反射する反射鏡と、
   を具備し、
   前記球状スクリーンは、前記正面の第１スクリーンと、前記背面の第２スクリーンとに分けて構成され、
   前記第２スクリーンの透過率は、前記第１スクリーンの透過率より高いことを特徴とする球面投影表示装置。
3. 前記反射鏡は、放物面鏡から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の球面投影表示装置。
4. 前記反射鏡は、円錐形状又は平面形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の球面投影表示装置。
5. 光源と、
   前記光源からの光を変調する液晶表示素子と、
   前記光源及び前記液晶表示素子を収容するケースと、
   前記ケースにはめ込まれ、前記液晶表示素子からの投影光を拡散する球状スクリーンと、
   前記ケースに接続され、前記球状スクリーンの背面から放射される光を前記球状スクリーンの正面側に反射する反射鏡と、
   前記反射鏡を開閉する第１機構と、
   を具備し、
   前記反射鏡は、閉状態において、前記球状スクリーンを覆う複数の反射部材から構成され、
   前記第１機構は、開状態において、前記複数の反射部材を開くようにして前記球状スクリーンを露出させることを特徴とする球面投影表示装置。
6. 前記複数の反射部材を前記球状スクリーンの周囲で回転させる第２機構をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の球面投影表示装置。
7. 前記ケースに収容され、前記液晶表示素子からの投影光を前記球状スクリーンに放射する投影光学系をさらに具備し、
   前記投影光学系は、光軸に沿った前記球状スクリーンの直径の３／４以上を含む領域に前記投影光を放射することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の球面投影表示装置。