JP7061260B2 - スクリーン及び投影システム - Google Patents

Description

本発明は、投影光を表示させるスクリーン及び投影システムに関する。

従来から、プロジェクタから投影された画像を反射により表示させるドーム型スクリーンが提案されている。ドーム型スクリーンは、平面スクリーンと比較して、観測者に高い臨場感を与えることができる。ドーム型スクリーンでは、内面側に映像を投影するため、ある箇所に投影された投影光が、拡散反射により再度ドーム内の別の箇所に入射して、投影画像のコントラストが低下するという課題がある。

特許文献１のドーム型スクリーンは、内側の面に、画像光を反射する反射部と、その反射部にドーム型スクリーンの水平方向に沿って間隔を空けて縞状に凸設される遮光部と、を備える。このドーム型スクリーンは、ドーム中央部で反射されて画面の他の部分に向かう反射光をある程度遮光することができ、画像のコントラストの改善を行うものとしている。

特開２０１１－１７５０２２号公報

しかし、特許文献１のドーム型スクリーンでは、投影光をドーム型スクリーンの外部から照射させた場合、スクリーンの縁部に近い位置において投影光の入射角度が大きくなり、入射光が反射部に入射する前に遮光部に照射されることが想定される。そのため、投影光の一部が遮光部に吸収等されることにより、投影画像全体が暗くなり、コントラストが低下する場合がある。

本発明は、以上の点に鑑み、コントラストの低下を抑制したドーム型のスクリーン及び投影システムを提供することを目的とする。

本発明に係るスクリーンは、湾曲して開口部が形成された投影面を備え、前記投影面には、前記開口部側の所定の領域に向け投影装置からの投影光を反射する複数の反射面が階段状に形成されており、前記複数の反射面は、それぞれ、湾曲した前記投影面の底部から前記開口部側へ向かうに従って、前記投影面の底部に接する面と前記反射面とのなす角が大きくなるように傾斜しており、前記開口部側における隣り合う前記反射面を接続する蹴上面と前記隣り合う反射面とのなす角は、それぞれ直角以上の角度であるとともに、前記投影面の前記底部から前記開口部側に向かうに従って小さくなる、ことを特徴とする。

本発明に係る投影システムは、上述のスクリーンと、前記スクリーンに投影光を出射する投影装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コントラストの低下を抑制したドーム型のスクリーン及び投影システムを提供することができる。

本発明の実施形態１に係る投影システムを示す図である。 本発明の実施形態１に係るスクリーンの拡大図であり、（ａ）は図１のＡ１部の断面拡大図であり、（ｂ）は中央付近を図１の矢印Ａ２側から見た正面拡大図である。 本発明の実施形態１に係るスクリーンの図１のＡ３部拡大図である。 本発明の実施形態２に係るスクリーンを示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は中央付近を図４（ａ）のＢ２部側から見た正面拡大図である。 本発明の実施形態２に係る図４（ａ）のスクリーンのＶ－Ｖ断面におけるＢ３部拡大図である。

（実施形態１）
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、投影システム１を示す図である。図１では、スクリーン３の部分を断面図により示している。

投影システム１は、投影装置２及びドーム型のスクリーン３を有する。投影装置２は、スクリーン３に対し、アーム部４を介して吊支されて所定の間隔で固定される。投影装置２は、投影光Ｌａが観測者５の体で遮られない位置に配置される。また、スクリーン３は、底部Ｐが観測者５の観測点である目線の高さと略同じとなるように、支持部６により支持される。

スクリーン３は、反射型のスクリーンである。スクリーン３は、観測者５から見て底部Ｐ付近が遠くに位置するように球冠状に形成される。本実施形態のスクリーン３は半球形状である。スクリーン３は、湾曲した内面側に投影面３１２を有する。投影装置２から出射された投影光Ｌａは、投影面３１２によって拡散反射される。スクリーン３に投影された画像は、湾曲方向側の位置にいる観測者５により視認される。ここで、湾曲方向とは、スクリーン３側から見て縁辺３３１により形成される開口部３２側の方向をいう。

図２（ａ）は、図１のスクリーン３のＡ１部の断面拡大図である。スクリーン３は、湾曲する本体３１と、本体３１の内面側に形成された投影面３１２と、を有する。

投影面３１２には、階段状に複数の段部３１３が形成される。段部３１３には、つや消しのために黒色の塗装がされている。そのため、光の反射は極力抑えられ、投影された光が吸収される。段部３１３は、反射面３１３ａと蹴上面３１３ｂとにより構成される。蹴上面３１３ｂは、隣り合う反射面３１３ａ同士を接続する。寸法については、例えば、反射面３１３ａの幅を約２ｍｍ、蹴上面３１３ｂの高さを約１ｍｍとすることができる。また、本実施形態では、蹴上面３１３ｂと反射面３１３ａとの間の各入隅部３１３ｃは、直角以上の角度で接続される。各反射面３１３ａは、投影面３１２における所定位置（本実施形態では図１の底部Ｐと一致する位置）から開口部３２へ向かうに従い、投影面３１２の底部Ｐにおける接線Ｌｔと設置面Ｓ１に対する垂直線Ｌｖとを合致するように設置した場合における垂直線Ｌｖと反射面Ｓ２のなす角度φ２が大きくなるように傾倒する。換言すれば、反射面３１３ａは、図１で示す開口部３２側の原点Ｏからスクリーン３の底部Ｐに引いた中央線Ｌｃに対する角度φ１が大きい位置ほど、角度φ２が大きくなる構成とすることができる。

このようなスクリーン３は、例えば、厚さ１０ｍｍ程度のアクリル板をバキューム加工により成形することができる。本実施形態では上述したように入隅部３１３ｃを直角以上の角度に形成したため、加工の際のアンダーカットの発生を防止することができる。

反射面３１３ａには、透光性のある球体のビーズ３１４が敷設される。ビーズ３１４は、ガラスや樹脂等により形成された、直径数十μｍ程度のマイクロビーズを用いることができる。ビーズ３１４は、光の再帰効果により入射した光を反射させることができる。そのため、投影装置２から出射された投影光Ｌａは、ビーズ３１４が敷き詰められた反射面３１３ａごとに高い反射率で面反射される。

また、図２（ｂ）は、図１のスクリーン３の底部Ｐ付近を、矢印Ａ２側から見た正面拡大図である。本実施形態のスクリーン３は、ドーム型に湾曲しているため、各反射面３１３ａは、底部Ｐを中心とする略同心円状で複数形成される。底部Ｐにおける反射面３１３ａは、円盤状に形成される。

次に、スクリーン３に投影される投影光の光路について説明する。図３は、図１のスクリーン３のＡ３部拡大図である。なお、図３では、スクリーン３の断面部分のみ示しており、ビーズ３１４は図示から省略している。また、以下の光路の説明では、点ａ３に入射する入射光Ｌａ１について説明する。

まず、投影装置２から出射された入射光Ｌａ１は、点ａ３に入射する。このとき、本実施形態のような段部３１３が形成されていない場合では、入射光Ｌａ１は、点ａ３に入射せずに本体３１の内面３１１（２点鎖線で示す仮想面）上の点ａ３’に照射され、大きな入射角度と反射角度で反射する。そのため、反射光Ｌａ２’は、スクリーン３内の投影面３１２の他の位置に再度入射することになる。

しかし、本実施形態では、反射面３１３ａが開口部３２側に向けて傾倒している。そのため、投影装置２から出射された入射光Ｌａ１は、反射面３１３ａにおいて、法線Ｎに対する入射角度θａ１で入射し、主に、入射角度θａ１と略同角度の反射角度θａ２で反射光Ｌａ２として出射される。

その後、反射光Ｌａ２は、スクリーン３内に再度入射することなく、図１に示す開口部３２側へ出射される。なお、他の反射面３１３ａにおいても同様に、投影装置２から出射された入射光Ｌａ１は、開口部３２側へ反射される反射光Ｌａ２として出射されて、観測者５に視認される。

このように、投影面３１２内の各位置で反射した反射光Ｌａ２は、スクリーン３内の投影面３１２へ再度入射することなく開口部３２側へ出射される。そのため、投影光の再入射により画像のコントラストが低下することを抑制することができる。特に図１の例では、投影装置２に近い投影面３１２の上方において大きな入射角で入射した光に対して、投影光の再入射を抑制する高い効果を得ることができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。図４（ａ）は、実施形態２のスクリーン３Ａを示す図である。本実施形態では、図１の投影システム１において、スクリーン３の代わりにスクリーン３Ａを使用する。スクリーン３Ａは、略矩形状の平面スクリーンの上縁辺３３２及び下縁辺３３３の両端辺を、投影装置２及び観測者５が位置する投影面３１２Ａ側へ湾曲させてかまぼこ型に形成される、ドーム型のスクリーンである。本実施形態のスクリーン３Ａは半円筒状に形成される。

図４（ｂ）は、図４（ａ）のスクリーン３Ａの底部Ｑ付近を、図４（ａ）の矢印Ｂ２側から見た正面拡大図である。本実施形態のスクリーン３Ａは、半円筒状に湾曲しているため、各反射面３１３ａは、上縁辺３３２及び下縁辺３３３の両縁辺と略平行な直線状に形成される。

図５は、図４（ａ）のスクリーン３ＡのＶ－Ｖ断面におけるＢ３部拡大図である。Ｂ３部は図１に示したＡ３部の位置に相当する。即ち、開口部３２側の原点Ｏからスクリーン３Ａの中央線Ｌｃに対する角度φ１の位置である。Ｂ３部における各反射面３１３ａの角度は、Ａ３部のように、投影面３１２Ａにおける所定位置（本実施形態では、図４（ａ）の底部Ｑと一致する位置）から開口部３２へ向かうに従い、投影面３１２Ａの底部Ｑにおける接線と設置面Ｓ１に対する垂直線Ｌｖとを合致するように設置した場合における垂直線Ｌｖと平坦面Ｓ３のなす角度φ２が大きくなるように形成することができる。反射面３１３ａにおける入射光Ｌｂ１及び反射光Ｌｂ２の光路についても、図３に示した入射光Ｌａ１及び反射光Ｌａ２と同様である。また、図示はしないが、反射面３１３ａには、スクリーン３と同様のビーズ３１４を敷設することができる。

以上、実施形態１及び実施形態２のスクリーン３，３Ａについて説明したが、反射面３１３ａの角度の構成として他の形態を適用してもよい。

例えば、スクリーン３又はスクリーン３Ａにおいて、反射面３１３ａは、互いに平行で、各々開口部３２側に向くように構成することができる。この場合、スクリーン３又はスクリーン３Ａの反射面３１３ａは、垂直線Ｌｖと各々略平行に形成することができる。

また、スクリーン３又はスクリーン３Ａの反射面３１３ａの傾倒角度は、一つの反射面３１３ａ内において異なるように構成してもよいし、投影面３１２内の中央線Ｌｃに対称な位置における反射面３１２ａ間で異なるように構成してもよい。

また、実施形態１及び実施形態２において、反射面３１３ａを傾倒させる基準となる所定の位置は、スクリーン３の底部Ｐ又はスクリーン３Ａの底部Ｑから偏心した位置に配置してもよい。

例えば、スクリーン３において、反射面３１３ａを傾倒させる基準となる位置は、図３に示すスクリーン３の底部Ｐよりも投影装置２から遠い下方の点ａ５に配置することができる（図１参照）。点ａ５における反射面３１３ａは、内面３１１に対して傾倒しない構成とすることができる。また、反射面３１３ａは、点ａ５から開口部３２に向かうに従い傾倒する角度を大きくすることができる。なお、点ａ５の位置は、投影装置２と観測者５の位置関係に応じて、観測者５に対し画像のコントラストが低下しないよう、底部Ｐよりも上方、下方、左方又は右方の適宜の位置とすることができる。

また、スクリーン３Ａにおいても、反射面３１３ａを傾倒させる基準となる所定の位置は、図４（ａ）の底部Ｑよりも上方又は下方の適宜の場所とすることができる。

また、本実施形態では、反射面３１３ａにビーズ３１４を配置した例について示したが、ビーズ３１４を配置しない構成としてもよい。この場合、反射面３１３ａは入射光Ｌａ１，Ｌｂ１を拡散反射させ、蹴上面３１３ｂは光の反射を極力抑えるように構成することができる。

また、スクリーン３，３Ａの形状は、縁辺を観測者５側に湾曲させる形状の他にも、投影面３１２，３１２Ａの内側の一部を観測者５側へ突出させてもよい。この場合も、突出させた各位置の反射面３１３ａは、開口部３２側へ傾倒させる構成とすることができる。また、投影面３１２，３１２Ａの突出位置は投影画像に応じて形成することができる。

以上、本実施形態のスクリーン３，３Ａは、湾曲して開口部３２が形成された投影面３１２，３１２Ａを備え、投影面３１２，３１２Ａは、開口部３２側の所定の領域に向け投影装置２からの投影光を反射する階段状の反射面３１３ａを有する構成とした。これにより、スクリーン３，３Ａ内での投影光の再反射が抑えられる。よって、コントラストの低下を抑制して鮮明な画像を見ることができる曲面型のスクリーン３，３Ａを構成することができる。

また、反射面３１３ａが、投影面３１２，３１２における所定位置から開口部３２へ向かうに従って、投影面３１２，３１２Ａの底部Ｐ，Ｑにおける接線Ｌｔと設置面Ｓ１に対する垂直線Ｌｖとを合致するように設置した場合における垂直線Ｌｖとのなす角を大きくしたスクリーン３，３Ａは、投影装置２及び観測者５の位置に応じてコントラストの低下を低減した画像を投影させることができる。

また、反射面３１３ａに透光性のある球体のビーズ３１４が敷設されるスクリーン３，３Ａは、ビーズ３１４による光の再帰効果で明るい画像を表示させることができる。

また、各反射面３１３ａを接続する蹴上面３１３ｂが光を吸収するスクリーン３，３Ａは、蹴上面３１３ｂに照射された光が再度反射されて、投影面３１２内の他の箇所に再入射されることで投影画像全体のコントラストが低下することを防ぐことができる。

また、蹴上面３１３ｂと反射面３１３ａとのなす角（入隅部３１３ｃの角度）が直角以上の角度で接続される。従って、スクリーン３，３Ａは、反射面３１３ａから開口部３２側へ反射された反射光Ｌａ２，Ｌｂ２が蹴上面３１３ｂに入射されることを低減することができる。また、バキューム加工等により段部３１３を容易に形成することができる。

また、全体が球冠状であるスクリーン３は、投影面が、開口部側の所定の領域に向け投影装置からの投影光を反射する階段状の反射面を有しているので、観測者５に対し、上下左右方向に臨場感のある画像を投影させることができる。

また、各反射面３１３ａが投影面３１２側から見て同心円状に形成されるスクリーン３は、上下左右方向に臨場感のある画像を投影しながらコントラストの低下を低減させることができる。

また、対向する両端辺を湾曲させたかまぼこ型の形状であるスクリーン３は、投影面が、開口部に向けた平坦面が形成される階段状の反射面を有するので、臨場感のある投影画像を表示させるスクリーンを容易に形成することができる。

また、各反射面３１３ａが投影面３１２Ａ側から見て両端辺に平行な直線状に形成されるスクリーン３Ａは、上下方向に臨場感のある画像を投影しながらコントラストの低下を低減することができる。

また、投影システム１は、スクリーン３，３Ａと、スクリーン３，３Ａに投影光を出射する投影装置２と、を備える。これにより、スクリーン３，３Ａ内での投影光の再反射が抑えられる。よって、鮮明な画像を見ることができ、コントラストの低下を抑制した投影システム１を提供することができる。

なお、以上説明した各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 湾曲して開口部が形成された投影面を備え、
前記投影面は、前記開口部側の所定の領域に向け投影装置からの投影光を反射する階段状の反射面を有する、
ことを特徴とするスクリーン。
［２］ 前記反射面は、前記投影面における所定位置から前記開口部へ向かうに従って、前記投影面の底部における接線と設置面に対する垂直線とを合致するように設置した場合における前記垂直線とのなす角が大きくなることを特徴とする上記［１］に記載のスクリーン。
［３］ 前記反射面には、透光性のある球体のビーズが敷設されることを特徴とする上記［１］又は上記［２］に記載のスクリーン。
［４］ 各前記反射面を接続する蹴上面は、光を吸収することを特徴とする上記［１］乃至上記［３］の何れかに記載のスクリーン。
［５］ 前記蹴上面と前記反射面とのなす角は、直角以上の角度で接続されることを特徴とする上記［４］に記載のスクリーン。
［６］ 前記スクリーンの形状は、球冠状であることを特徴とする上記［１］乃至上記［５］の何れかに記載のスクリーン。
［７］ 前記反射面は、前記投影面側から見て同心円状に形成されることを特徴とする上記［６］に記載のスクリーン。
［８］ 前記スクリーンの形状は、対向する両端辺を湾曲させたかまぼこ型であり、
前記投影面は、前記開口部に向けた平坦面が形成される階段状の反射面を有することを特徴とする上記［１］乃至上記［５］の何れかに記載のスクリーン。
［９］ 各前記反射面は、前記投影面側から見て前記両端辺に平行な直線状に形成されることを特徴とする上記［８］に記載のスクリーン。
［１０］ 上記［１］乃至上記［９］の何れかに記載のスクリーンと、
前記スクリーンに投影光を出射する投影装置と、
を備えることを特徴とする投影システム。

１ 投影システム ２ 投影装置
３ スクリーン ３Ａ スクリーン
４ アーム部 ５ 観測者
６ 支持部 ３１ 本体
３２ 開口部 ３１１ 内面
３１２ 投影面 ３１２Ａ 投影面
３１３ 段部 ３１３ａ 反射面
３１３ｂ 蹴上面 ３１３ｃ 入隅部
３１４ ビーズ ３３１ 縁辺
３３２ 上縁辺 ３３３ 下縁辺
Ａ２ 矢印 Ｂ２ 矢印
Ｌａ 投影光 Ｌａ１ 入射光
Ｌａ２ 反射光 Ｌａ２' 反射光
Ｌｂ１ 入射光 Ｌｂ２ 反射光
Ｌｃ 中央線 Ｌｔ 接線
Ｌｖ 垂直線 Ｎ 法線
Ｏ 原点 Ｐ 底部
Ｑ 底部 θａ１ 入射角度
θａ２ 反射角度 φ１，φ２ 角度
Ｓ１ 設置面 Ｓ２ 反射面
Ｓ３ 平坦面

Claims (9)

1. 湾曲して開口部が形成された投影面を備え、
   前記投影面には、前記開口部側の所定の領域に向け投影装置からの投影光を反射する複数の反射面が階段状に形成されており、
   前記複数の反射面は、それぞれ、湾曲した前記投影面の底部から前記開口部側へ向かうに従って、前記投影面の底部に接する面と前記反射面とのなす角が大きくなるように傾斜しており、
   前記開口部側における隣り合う前記反射面を接続する蹴上面と前記隣り合う反射面とのなす角は、それぞれ直角以上の角度であるとともに、前記投影面の前記底部から前記開口部側に向かうに従って小さくなる、
   ことを特徴とするスクリーン。
2. 前記複数の反射面は、それぞれ、前記投影面における所定位置から前記開口部へ向かうに従って、前記投影面の前記底部における接線と設置面に対する垂直線とを合致するように設置した場合における前記垂直線とのなす角が大きくなることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記複数の反射面には、それぞれ、透光性のある球体のビーズが敷設されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクリーン。
4. 各前記蹴上面は、光を吸収することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のスクリーン。
5. 前記スクリーンの形状は、球冠状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のスクリーン。
6. 前記反射面は、前記投影面側から見て同心円状に形成されることを特徴とする請求項５に記載のスクリーン。
7. 前記スクリーンの形状は、当該スクリーンの上縁辺と下縁辺とを繋ぐ左右辺縁を湾曲させたかまぼこ型であり、
   前記投影面は、前記開口部に向けた平坦面が形成される階段状の前記反射面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のスクリーン。
8. 各前記反射面は、前記投影面側から見て前記上縁辺と前記下縁辺とに平行な直線状に形成されることを特徴とする請求項７に記載のスクリーン。
9. 請求項１乃至請求項８の何れかに記載のスクリーンと、
   前記スクリーンに投影光を出射する投影装置と、
   を備えることを特徴とする投影システム。

Images