JP6747070B2 - スクリーン、画像投影システム及び画像投影方法 - Google Patents

Description

本発明は、凹状に形成された画像投影面に対して画像を投影するスクリーン、画像投影システム及び画像投影方法に関する。

従来より、投射光が照射される投影面が凹状の一体型の曲面スクリーン、あるいは投射光が照射される投影面が凹状となるように複数の平面スクリーンを配列させて生成した曲面スクリーンが用いられる画像投影システムがある。
この画像投影システムは、平面スクリーンと異なり、視聴者の視野を容易に投影面で覆うことができるため、視聴者に対して臨場感を与え、かつゲームなどにおける視聴者の没入感を向上させることができる（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１のような曲面スクリーンの場合、画像投影面の所定の領域からの反射が、他の領域に対して入射される相互反射により、曲面スクリーンに表示される画像の黒浮きが発生してしまう。この黒浮きにより、表示される画像のコントラストが低下するという問題がある。

この問題を解決するため、偏光選択反射層を画像投影面に設け、画像投影面と異なる外光スクリーンを設け、この外光スクリーンを外光入射口に取り付けて、入射される外光から直線偏光板および位相差板の順で配置する。そして、偏光選択反射層が拡散反射する偏光とは逆向きの偏光を外光から生成し、外光が画像投影面に照射されることによる表示画像の黒浮きを低減する画像投影システムがある（例えば、特許文献２及び特許文献３を参照）。

また、事前にスクリーンの画像投影面の形状を取得し、相互反射の影響を計算することにより、画像投影面に対して照射する輝度値などの制御を行い、相互反射の影響を低減する画像の投影を行っている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００２−１３１８３５号公報 特許第４７１７４１８号公報 特許第４７１７４１９号公報

向川康博、柿沼孝行、大田友一、"非平面パターン投影のための相互反射の補償"、情報処理学会論文誌 コンピュータビジョンとイメージメディア、Ｖｏｌ．４８、ｐ．９８−１０６、２００７

上記特許文献２及び特許文献３においては、画像投影面が凹状に構成されていても、外光における表示画像の黒浮きを抑制することはできる。しかしながら、凹状の画像投影面における異なる領域間における投射光の相互反射の影響に対応できない。このため、特許文献２及び特許文献３においては、投射光の相互反射による表示画像の黒浮きを抑制することはできない。

また、非特許文献１においては、例えば、画像投影面における相互反射を行う領域間において、第１の投影光が投影された一方の領域からの第１の反射光が、この第１の反射光より輝度値の低い第２の投射光が投影される画像投射面に照射される場合、補償後の第２の投射光の輝度値が負の値となり、正しく投射光の輝度値を補償できない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、凹状の撮像投影面を有するスクリーンに投射光を照射して表示画像を表示した際、撮像投射面における領域間での投射光の相互反射による影響を低減し、表示画像のコントラストを向上するスクリーン、画像投影システム及び画像投影方法の提供を目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明のスクリーンは、画像投影面が凹状であり、前記画像投影面に画像が投射光により投影されるスクリーンであって、前記画像投影面が３つ以上のサブ画像投影面に分割されており、前記サブ画像投影面の中の少なくとも３つの前記サブ画像投影面が、前記投射光が入射すると相互反射が生じる位置に配置されており、当該位置に配置される前記サブ画像投影面の各々の偏光特性が異なる、ことを特徴とする。

本発明のスクリーンにおいて、前記投射光は、自然光であり、前記投射光の相互反射が発生する前記サブ画像投影面それぞれの反射光の偏光特性が異なることを特徴とする。

本発明のスクリーンは、前記偏光特性として、偏光方向の異なる直線偏光を用いることを特徴とする。

本発明のスクリーンは、前記偏光特性として、楕円率または長軸の向きあるいは回転方向の異なる円偏光及び楕円偏光を用いることを特徴とする。

本発明のスクリーンは、隣接する前記画像投影面の各々の反射光の偏光特性がそれぞれ異なることを特徴とする。

本発明の画像投影システムは、画像投影面が凹状のスクリーンであって前記画像投影面が３つ以上のサブ画像投影面に分割されており、前記サブ画像投影面の中の少なくとも３つの前記サブ画像投影面が、投射光が入射すると相互反射が生じる位置に配置されており、当該位置に配置される前記サブ画像投影面の各々の偏光特性が異なるスクリーンと、前記スクリーンの前記サブ画像投影面の各々に対して画像を前記投射光により投影して表示画像を表示させる複数の画像投影装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の画像投影方法は、画像投影面が凹状のスクリーンであって前記画像投影面が３つ以上のサブ画像投影面に分割されており、前記サブ画像投影面の中の少なくとも３つの前記サブ画像投影面が、投射光が入射すると相互反射が生じる位置に配置されており、当該位置に配置される前記サブ画像投影面の各々の偏光特性が異なるスクリーンの前記サブ画像投影面の各々に対して複数の画像投影装置が画像を前記投射光により投影して表示画像を表示させることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、凹状の撮像投影面を有するスクリーンに投射光を照射して表示画像を表示した際、撮像投射面における領域間での投射光の相互反射による影響を低減し、表示画像のコントラストを向上するスクリーン、画像投影システム及び画像投影方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態による画像表示システムの構成例を示す概念図である。 第１の実施形態におけるスクリーン１３の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施形態による画像表示システムの構成例を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態におけるスクリーン１５の構成例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による画像表示システムの構成例を示す概念図である。図１において、画像表示システムは、画像投影装置１０、画像投影装置１１、画像投影装置１２及びスクリーン１３の各々を備えている。
画像投影装置１０、画像投影装置１１及び画像投影装置１２の各々は、プロジェクタなどであり、画像をスクリーンに投影する投射光を放射する装置である。また、本実施形態における画像投影装置は、様々な偏光成分の光を含む自然光の特性を有する投射光を放射する。

スクリーン１３は、例えば、画像投影面１３Ｓがサブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々に分割されている。画像投影面１３Ｓは、サブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々に対応する面が、平面状の投影面を有するスクリーンを、それぞれの投影面が他と直角となるように辺同士を接続して配置されて構成されている。これにより、図１のスクリーン１３は、直方体の頂点Ｏを中心とし、この頂点Ｏに接する３面（サブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃ）からなる凹状の画像投影面１３Ｓを備えるため、視聴者の視野を覆う画像を表示することができる。

サブ画像投影面１３Ａには、画像投影装置１０からの投射光が入射され、投射光に対応する画像の表示画像が表示される。また、サブ画像投影面１３Ｂには、画像投影装置１２からの投射光が入射され、投射光に対応する画像の表示画像が表示される。サブ画像投影面１３Ｃには、画像投影装置１１からの投射光が入射され、投射光に対応する画像の表示画像が表示される。

図１における構成においては、サブ画像投影面１３Ａに投射光が入射されると、サブ画像投影面１３Ａにおける投射光の反射である反射光は、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々に入射する。また、サブ画像投影面１３Ｂに投射光が入射されると、サブ画像投影面１３Ｂにおける投射光の反射である反射光は、サブ画像投影面１３Ａ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々に入射する。サブ画像投影面１３Ｃに投射光が入射されると、サブ画像投影面１３Ｃにおける投射光の反射である反射光は、サブ画像投影面１３Ａ及びサブ画像投影面１３Ｂの各々に入射する。上述したように、サブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々の間で投射光の相互反射が発生する。

図２は、本実施形態におけるスクリーン１３の構成例を示す図である。サブ画像投影面１３Ａは、投射光が入力される表面が偏光特性２３Ａを有しており、投射光の偏光特性２３Ａの光成分のみを反射し、反射光３３Ａとして出射する。また、サブ画像投影面１３Ｂは、投射光が入力される表面が偏光特性２３Ｂを有しており、投射光の偏光特性２３Ｂの光成分のみを反射し、反射光３３Ｂとして出射する。サブ画像投影面１３Ｃは、投射光が入力される表面が偏光特性２３Ｃを有しており、投射光の偏光特性２３Ｃの光成分のみを反射し、反射光３３Ｃとして出射する。

偏光特性２３Ａ、偏光特性２３Ｂ及び偏光特性２３Ｃの各々としては、例えば、それぞれが偏光方向を６０°ずつ回転させた直線偏光を用いる。これにより、画像投影面１３Ｓにおいて、サブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々は、それぞれ異なる偏光方向を有するため、偏光特性２３Ａ、偏光特性２３Ｂ、偏光特性２３Ｃ以外の偏光成分の光を反射する量が低減される。この結果、画像投影面がサブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々は、他のサブ画像投影面からの反射光の５０％程度を吸収する。このため、画像投影面がサブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々においては、入射される異なる偏光特性の光を吸収することで、反射光として出射する割合を低減、すなわち反射光の反射率を低減することができる。これにより、サブ画像投影面１３Ａ、サブ画像投影面１３Ｂ及びサブ画像投影面１３Ｃの各々は、それぞれ他のサブ画像投影面からの反射光による黒浮きを抑制することができる。

上述したように、本実施形態によれば、スクリーンにおける凹状の画像投影面における相互反射が発生する領域の各々を、サブ画像投影面として異なる偏光特性を備えさせることにより、このサブ画像投影面が相互反射において入射される自身と異なる偏光特性を有する反射光を吸収するため、表示する画像の黒浮きを低減することが可能となり、スクリーンに表示される画像のコントラスト低下を抑制することができる。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本発明の第２の実施形態による画像表示システムの構成例を示す概念図である。図３において、画像表示システム１は、画像投影装置１０、画像投影装置１１、画像投影装置１２及びスクリーン１５の各々を備えている。
画像投影装置１０、画像投影装置１１及び画像投影装置１２の各々は、第１の実施形態と同様の構成である。

スクリーン１５は、画像投影面１５Ｓが画像投影領域面１５Ａ、画像投影領域面１５Ｂ及び画像投影領域面１５Ｃの各々に分割されている。スクリーン１５は、一体成形されたスクリーンであり、複数の画像投影装置からスクリーンの投影面に対して投射光を投射するため、連続した凹状の曲面の画像投影面を画像投影装置の各々からの投射光がそれぞれ投影される画像投影領域面に分割されている。これにより、図３のスクリーン１５は、撮像投影面が凹状の曲面であるため、視聴者の視野を覆う画像を表示することができる。

画像投影領域面１５Ａには、画像投影装置１０からの投射光が入射され、投射光に対応する画像の表示画像が表示される。また、画像投影領域面１５Ｂには、画像投影装置１１からの投射光が入射され、投射光に対応する画像の表示画像が表示される。画像投影領域面１５Ｃには、画像投影装置１２からの投射光が入射され、投射光に対応する画像の表示画像が表示される。

図３における構成においては、画像投影領域面１５Ａに投射光が入射されると、画像投影領域面１５Ａでの投射光の反射である反射光は、画像投影領域面１５Ｂ及び画像投影領域面１５Ｃの各々に入射する。また、画像投影領域面１５Ｂに投射光が入射されると、画像投影領域面１５Ｂでの投射光の反射である反射光は、画像投影領域面１５Ａ及び画像投影領域面１５Ｃの各々に入射する。画像投影領域面１５Ｃに投射光が入射されると、画像投影領域面１５Ｃでの投射光の反射である反射光は、画像投影領域面１５Ａ及び画像投影領域面１５Ｂの各々に入射する。

また、画像投影面が画像投影領域面１５Ａ、画像投影領域面１５Ｂ及び画像投影領域面１５Ｃの各々における相互反射のみでなく、それぞれの画像投影領域面内においても投射光の相互反射が発生する。すなわち、画像投影領域面１５Ａ、画像投影領域面１５Ｂ及び画像投影領域面１５Ｃの各々は、曲面の画像投影面を分割したものであるが、所定の曲率を有する凹状の曲面であり、平面ではない。このため、画像投影領域面内において近接した領域間、例えば、画像投影領域面１５Ａ内の領域１５Ａ＿Ｐ１及び領域１５Ａ＿Ｐ２間においては、相互反射が発生することになる。

図４は、本実施形態におけるスクリーン１５の構成例を示す図である。画像投影領域面１５Ａ、画像投影領域面１５Ｂ及び画像投影領域面１５Ｃの各々は、それぞれサブ画像投影面に分割されている。すなわち、画像投影領域面１５Ａは、サブ画像投影面１５Ａ＿１及びサブ画像投影面１５Ａ＿２の各々に分割されている。また、画像投影領域面１５Ｂは、サブ画像投影面１５Ｂ＿１及びサブ画像投影面１５Ｂ＿２の各々に分割されている。画像投影領域面１５Ｃは、サブ画像投影面１５Ｃ＿１及びサブ画像投影面１５Ｃ＿２の各々に分割されている。

ここで、サブ画像投影面１５Ａ＿１は、投射光が入力される表面が偏光特性２５Ａ＿１を有しており、投射光の偏光特性２５Ａ＿１の光成分のみの反射光３５Ａ＿１を反射する。また、サブ画像投影面１５Ａ＿２は、投射光が入力される表面が偏光特性２５Ａ＿２を有しており、投射光の偏光特性２５Ａ＿２の光成分のみの反射光３５Ａ＿２を反射する。サブ画像投影面１５Ｂ＿１は、投射光が入力される表面が偏光特性２５Ｂ＿１を有しており、投射光の偏光特性２５Ｂ＿１の光成分のみの反射光３５Ｂ＿１を反射する。また、サブ画像投影面１５Ｂ＿２は、投射光が入力される表面が偏光特性２５Ｂ＿２を有しており、投射光の偏光特性２５Ｂ＿２の光成分のみの反射光３５Ｂ＿２を反射する。サブ画像投影面１５Ｃ＿１は、投射光が入力される表面が偏光特性２５Ｃ＿１を有しており、投射光の偏光特性２５Ｃ＿１の光成分のみの反射光３５Ｃ＿１を反射する。サブ画像投影面１５Ｃ＿２は、投射光が入力される表面が偏光特性２５Ｃ＿２を有しており、投射光の偏光特性２５Ｃ＿２の光成分のみの反射光３５Ｃ＿２を反射する。

隣接するサブ画像投影面１５Ａ＿１及びサブ画像投影面１５Ａ＿２の各々においては、回転方向（光の進む向きに対して電場ベクトルが回転する向き）の異なる楕円偏光の偏光特性２５Ａ＿１、偏光特性２５Ａ＿２それぞれが投影面の偏光特性として用いられている。また、隣接するサブ画像投影面１５Ｂ＿１及びサブ画像投影面１５Ｂ＿２の各々においては、回転方向の異なる円偏光の偏光特性２５Ｂ＿１、偏光特性２５Ｂ＿２それぞれが投影面の偏光特性として用いられている。同様に、隣接するサブ画像投影面１５Ｃ＿１及びサブ画像投影面１５Ｃ＿２の各々においては、回転方向の異なる楕円偏光の偏光特性２５Ｃ＿１、偏光特性２５Ｃ＿２それぞれが投影面の偏光特性として用いられている。

また、隣接する画像投影領域面１５Ａ及び画像投影領域面１５Ｂの各々において、直接に接しているサブ画像投影面１５Ａ＿２とサブ画像投影面１５Ｂ＿１とは、回転方向の異なる楕円偏光、円偏光それぞれの偏光特性を用いている。同様に、隣接する画像投影領域面１５Ｂ及び画像投影領域面１５Ｃの各々において、直接に接しているサブ画像投影面１５Ｂ＿２とサブ画像投影面１５Ｃ＿１とは、回転方向の異なる円偏光、楕円偏光それぞれの偏光特性を用いている。楕円偏光を用いる場合、回転方向が異なる偏光特性のみでなく、長軸方向が異なる楕円偏光、楕円率の異なる楕円偏光を用いてもよい。
例えば、図４において、偏光特性３５Ａ＿１及び偏光特性３５Ｃ＿２の各々は、回転方向も長軸方向も異なる偏光特性であり、偏光特性３５Ａ＿２及び偏光特性３５Ｃ＿１の各々も、回転方向も長軸方向も異なる偏光特性である。

この構成により、相互反射において最も反射強度が高い隣接するサブ画像投影面の各々が回転方向の異なる偏光特性を有することになる。この結果、隣接するサブ画像投影面の各々は、自身の偏光特性と異なる偏光特性の反射光が入射された場合、その異なる偏光特性の反射光の大部分を吸収するため、画像投影面に表示される画像の黒浮きを抑制してコントラストを向上させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、凹状の曲面を有する画像投影面における相互反射が発生する領域の各々を、サブ画像投影面として異なる偏光特性を備えさせることにより、このサブ画像投影面が相互反射において入射される自身と異なる偏光特性を有する反射光を吸収するため、表示する画像の黒浮きを低減することが可能となり、スクリーンに表示される画像のコントラスト低下を抑制することができる。

また、反射強度が所定のコントラスト低下を抑制する程度の平面と近似できる程度に、が画像投影領域面をサブ画像投影面に細かく分割することにより、相互反射の影響をより低減することが可能となる。

また、スクリーンの設計時において、このスクリーンの画像投影面の曲面における相互反射の反射光の強度分布をシミュレーションまたは実験等により求め、画像投影領域における相互反射の反射光の強度が高い相互反射を行うサブ画像投影面の組合わせを抽出し、この組合わせのサブ画像投影面それぞれの偏光特性を、異なる偏光特性の反射光の大部分を吸収する偏光特性に設定するようにしても良い。

ここまで、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで一例であり、本発明は上述した実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
また、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１０，１１，１２…画像投影装置
１３，１５…スクリーン
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１５Ａ＿１，１５Ａ＿２，１５Ｂ＿１，１５Ｂ＿２，１５Ｃ＿１，１５Ｃ＿２…サブ画像投影面
１３Ｓ，１５Ｓ…画像投影面
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…画像投影領域面

Claims (7)

1. 画像投影面が凹状であり、前記画像投影面に画像が投射光により投影されるスクリーンであって、
   前記画像投影面が３つ以上のサブ画像投影面に分割されており、前記サブ画像投影面の中の少なくとも３つの前記サブ画像投影面が、前記投射光が入射すると相互反射が生じる位置に配置されており、当該位置に配置される前記サブ画像投影面の各々の偏光特性が異なる、
   ことを特徴とするスクリーン。
2. 前記投射光は、自然光であり、
   前記投射光の相互反射が発生する前記サブ画像投影面それぞれの反射光の偏光特性が異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記偏光特性として、偏光方向の異なる直線偏光を用いる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリーン。
4. 前記偏光特性として、楕円率または長軸の向きあるいは回転方向の異なる円偏光及び楕円偏光を用いる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリーン。
5. 隣接する前記画像投影面の各々の反射光の偏光特性がそれぞれ異なる
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスクリーン。
6. 画像投影面が凹状のスクリーンであって前記画像投影面が３つ以上のサブ画像投影面に分割されており、前記サブ画像投影面の中の少なくとも３つの前記サブ画像投影面が、投射光が入射すると相互反射が生じる位置に配置されており、当該位置に配置される前記サブ画像投影面の各々の偏光特性が異なるスクリーンと、
   前記スクリーンの前記サブ画像投影面の各々に対して画像を前記投射光により投影して表示画像を表示させる複数の画像投影装置と、
   を備えることを特徴とする画像投影システム。
7. 画像投影面が凹状のスクリーンであって前記画像投影面が３つ以上のサブ画像投影面に分割されており、前記サブ画像投影面の中の少なくとも３つの前記サブ画像投影面が、投射光が入射すると相互反射が生じる位置に配置されており、当該位置に配置される前記サブ画像投影面の各々の偏光特性が異なるスクリーンの前記サブ画像投影面の各々に対して複数の画像投影装置が画像を前記投射光により投影して表示画像を表示させる
   ことを特徴とする画像投影方法。

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