JP7455070B2

JP7455070B2 - 投影システム

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Publication number: JP7455070B2
Application number: JP2020558315A
Authority: JP
Inventors: 全利廣瀬
Original assignee: Konica Minolta Planetarium Co Ltd
Current assignee: Konica Minolta Planetarium Co Ltd
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2024-03-25
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Description

本発明は、投影システムに関するものである。

複数のプロジェクタによる投射映像を並列させて、１つの大画面を構成するマルチ投射に関連した技術が、知られている。その一例が特開２０１７－１７５３０１号公報（特許文献１）に記載されている。特許文献１では、隣り合う投射映像同士は一部重なるように投射することが記載されている。このとき、投射映像が重畳する領域に黒浮模様が生じるという問題が着目されている。特許文献１では、黒浮模様の発生を抑制するために改良したプロジェクタについて記載されている。

また、特許第５９３９７１８号（特許文献２）では、投射映像の周縁部をグラデーションにする目的で、共役像の一次結像位置からずらした位置に絞り板を配置したシステムについて記載されている。

特開２０１７－１７５３０１号公報特許第５９３９７１８号

複数のプロジェクタで１つの大画面を構成するように投影する場合、映像の重なり部分が明るくなりすぎるので、これを避けるために、明るさをコントロールする必要がある。そこで、レンズの前や内部に遮光板を配置して重なる部分の明るさを均一にする方法が考えられる。しかし、たとえば星空を移すプラネタリウムに映像を重ねる場合には、プロジェクタの黒画面の明るさでも好ましくない状況があり、その際にはレンズの絞りを絞ることが好ましい。

ところが、遮光板を採用した方式のエッジブレンディングにおいて単純な絞りを用いる場合、映像の重なり部分に所望のグラデーションを発生させることができないという問題がある。

そこで、本発明は、遮光板を採用した方式のエッジブレンディングにおいて、遮光板が進入する方向にかかわらず、所望のグラデーションを発生させることができる投影システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく投影システムは、エッジブレンディングを行なうための複数のプロジェクタを含む、投影システムであって、上記複数のプロジェクタの各々は、映像表示素子と、上記映像表示素子から出射した光束のうちエッジの重なり部分の光量を減らすための遮光板と、上記映像表示素子から被投影物に向かう光量を変えるための開口絞りとを備える。上記開口絞りの完全開放時に得られる光通過領域の最外周がなす円を基準円とすると、上記開口絞りは、上記基準円の内部で光が通る領域の面積が上記基準円の半分になるように上記開口絞りを絞った状態において、上記基準円の外形線が３以上に分割された状態で表れるように、上記基準円の内部を部分的に覆い隠す。

本発明によれば、遮光板を採用した方式のエッジブレンディングにおいて、遮光板が進入する方向にかかわらず、所望のグラデーションを発生させることができる。

本発明に基づく実施の形態１における投影システムの概念図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムで生成された映像の正面図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムに含まれるプロジェクタの構造の概念図である。参考例１において遮光板が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例１において遮光板が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例１において遮光板が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例１において遮光板が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例１において遮光板が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例１での直線Ａ１－Ａ２上の各位置における明るさを示すグラフである。参考例２において遮光板が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例２において遮光板が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例２において遮光板が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例２において遮光板が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例２において遮光板が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例２での直線Ａ１－Ａ２上の各位置における明るさを示すグラフである。参考例３において遮光板が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例３において遮光板が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例３において遮光板が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例３において遮光板が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例３において遮光板が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。参考例３での直線Ｂ１－Ｂ２上の各位置における明るさを示すグラフである。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１での直線Ａ１－Ａ２上の各位置における明るさを示すグラフである。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態１での直線Ａ１－Ａ２上の各位置における明るさを示すグラフである。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態２における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムに備わる開口絞りの説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムを用いて半球形状のドーム天井の全体に対して映像を投影する様子の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムに含まれる１つのプロジェクタが投影する映像を平面的に展開した図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、左側から入り込む遮光板の影が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、左側から入り込む遮光板の影が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、左側から入り込む遮光板の影が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、左側から入り込む遮光板の影が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、左側から入り込む遮光板の影が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、下側から入り込む遮光板の影が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第１の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第２の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第３の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第４の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態３における投影システムにおいて、右側から入り込む遮光板の影が第５の位置にある場合の光の通過状況の説明図である。本発明に基づく実施の形態４における投影レンズユニットの概念図である。本発明に基づく実施の形態４における投影レンズユニットの変形例の概念図である。

このあといくつかの実施の形態について説明するが、その前に、本発明に基づく投影システムとして共通する構成について説明する。投影システム１０１の概要を図１に示す。投影システム１０１は、プロジェクタ５０１，５０２，５０３を含む。ここでは、説明の便宜のため３台のプロジェクタのみを図示しているが、実際には、１つの投影システム１０１に含まれるプロジェクタの数は２台であってもよく４台以上であってもよい。

プロジェクタ５０１，５０２，５０３からは投影対象場所に映像５１１，５１２，５１３がそれぞれ投影される。投影対象場所は、予め用意された専用のスクリーンであってもよく、建物の壁、天井などであってもよい。投影対象場所は平面とは限らず曲面であってもよい。たとえば投影対象場所はドーム状の天井であってもよい。映像５１１と映像５１２との間には重なり部分４１が生じている。映像５１１と映像５１３との間には重なり部分４２が生じている。

スクリーン上に現れている映像に注目し、これを正面から見たところを図２に示す。重なり部分４１に点Ａ１，Ａ２を規定する。重なり部分４２に点Ｂ１，Ｂ２を規定する。重なり部分４１のＡ１－Ａ２の区間に注目したときには、映像５１１の明るさは、Ａ１からＡ２に向かって徐々に一律の勾配で減少し、Ａ１で１００％、Ａ２で０％となることが求められる。一方、映像５１２の明るさは、Ａ２からＡ１に向かって徐々に一律の勾配で減少し、Ａ２で１００％、Ａ１で０％となることが求められる。重なり部分４２のＢ１－Ｂ２の区間に注目したときにも、映像５１１の明るさと映像５１３の明るさとの間に同様のことがあてはまる。

映像５１１を映し出すプロジェクタ５０１の構造をより詳しく示すと、たとえば図３に示すようになる。光の進む向きに沿って、映像表示素子１、リレー系レンズ群２、投影系レンズ群３の順に配列されている。映像表示素子１はパネル状のものであってよい。映像表示素子１は光源を兼ねていてよい。映像表示素子１に映像が表示されることにより、映像表示素子１から出射した光が図中右側に向かって進行する。投影系レンズ群３を出射した光によってスクリーンに映像５１１が投影される。リレー系レンズ群２および投影系レンズ群３は、それぞれ複数のレンズを組み合わせたものであるが、ここでは説明の便宜のためにそれぞれ円柱形状で表示されている。リレー系レンズ群２と投影系レンズ群３との間にＬ字形の遮光板４が配置されている。映像５１１の２辺に遮光板４の影の領域６が生じる。ここで示す例では、領域６は重なり部分４１と重なり部分４２に対応する。領域６では映像５１１の中央部分に比べて暗くなっている。映像５１１の全体の明るさを所望の程度にまで暗くするために、投影系レンズ群３の内部に開口絞り５が配置されている。開口絞り５によって光量を減らすことによって、領域６の明るさを所望のレベルにすることができる。

本発明に基づく投影システムで採用する開口絞り５の説明に入る前に、発明者らが検討した参考例について説明する。

（参考例１）
ここで、まず、参考例１として、開口絞りが円形絞りである場合について説明する。

円形絞りを絞っていくことにより、光が通過する領域は、円形の外形を維持したまま直径が小さくなっていく。円形絞りをある程度絞った状態では、図４に示すように、絞り開放時に光が当たる領域の外形線である基準円１１に比べて同心状の小さな円１２で囲まれた領域の内部のみに光が当たっている状態となる。絞りの度合いを調整することにより、円１２の直径が変化する。ここでは、絞りの度合いを図４に示す状態に設定したものとして説明を続ける。

映像表示素子１の各点から出射した光は、それぞれリレー系レンズ群２を通過することによって光束として投影系レンズ群３へと進行する。どの位置の光束に注目するかによって、遮光板４との相対的な位置関係が変化する。遮光板４の相対的な位置関係によって、遮光板４の影１３の現れ方は、図４～図８に示すように変化する。光束は、投影系レンズ群３の内部で円形絞りによって絞られるが、円形絞りを完全に開放したときに通過可能な仮想的な光束がなす円は基準円１１である。この仮想的な光束を以下「基準光束」と呼ぶこととし、基準光束と遮光板４との位置関係に注目する。実際には、基準光束のサイズのままで光がプロジェクタ５０１から出射しているのではなく、円形絞りによって絞られたことによって、通過できる光束は基準光束より細くなり、円１２の内部のみが光通過領域となる。この光通過領域が遮光板との位置関係によってさらに変化していくが、以下の説明では、基準光束と遮光板４との位置関係に注目している。

遮光板４が基準光束を全く遮らない場合には、図４に示すような状態である。映像の重なる部分の明るさを抑えるための遮光板４は、直線状の外形を有するので、直線状の辺を有する影を生じる。図４では、遮光板４の影１３は基準円１１の下側の外にある。

次に、遮光板４が基準光束に対してある程度入り込んだ状態では図５に示すようになる。図５の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部には入り込んでいるが、円１２の内部までは入り込まない。図４から図５にかけては、実際に通過する光量、すなわち、円１２の内部の光量は変化しない。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図６に示すようになる。この図では、円１２の半分まで遮光板４の影１３が覆っている。したがって、円１２の内部の光量が半分になっている。すなわち、実際に通過する光量が半分になっている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んだ状態では、図７に示すようになる。この状態では、円１２の内部は完全に遮光板４の影１３によって覆われる。したがって、円１２の内部は完全に暗くなっている。すなわち、実際に通過する光量がゼロとなっている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んだ状態では、図８に示すようになる。この状態においても実際に通過する光量はゼロとなっている。図７から図８にかけては、円１２の内部の光量は変化しない。

遮光板４の影１３がどこまで入り込むかは、映像５１１の中の注目する点の位置に対応づけて考えることもできる。図２における点Ａ１，Ａ２を結ぶ直線を考え、この直線上の各位置における明るさをグラフにすると、図９に示すようになる。絞りを完全に開放した場合の明るさを基準に本来求められる明るさは破線で示される。すなわち、元の明るさが１００％であるとすると、Ａ１より手前では１００％であるが、Ａ１－Ａ２の区間ではＡ１から遠ざかるにつれて一定の勾配で明るさが減っていき、Ａ２で０％になり、さらに、Ａ２より先でも０％である。実際には全体的に明るさのレベルを下げたものが求められるので、Ａ１およびその手前における明るさの値は小さくしたものが求められるが、Ａ１－Ａ２の区間ではＡ１から遠ざかるにつれて一定の勾配で明るさが減っていき、Ａ２で０％となることが求められる。すなわち、範囲Ｇ１において一定の勾配で明るさが減っていくことが重要である。このような条件が満たされることによって、Ａ１－Ａ２間の明るさが適切なグラデーションとなる。しかし、円形絞りの場合には、図４～図８を参照して説明したような状況となるので、実際には、図９に実線で示すようになってしまう。これは求められるグラデーションとは一致しない。本来求められるグラデーションの範囲Ｇ１に比べて小さな範囲Ｇ２のグラデーションが得られるのみとなってしまう。範囲Ｇ２は、目標とするグラデーションの範囲Ｇ１に比べて大きく異なっている。

（参考例２）
次に、参考例２として、開口絞りが板状絞りである場合について説明する。ここでいう板状絞りとは、直線状の辺を有する板を１方向に前進および後退させて光量を調節する方式の絞りをいう。参考例２では、遮光板４の影１３が基準円１１に対して下から入り込んでくる例を示す。これは、図２における重なり部分４１に対応する。板状絞りを半分程度絞った状態では、図１０に示すようになる。絞り板１４によって基準円１１の半分が隠されている。ここでは、絞りの度合いを図１０に示す状態に設定したものとして説明を続ける。

遮光板４が基準光束を全く遮らない場合には、図１０に示すような状態である。図１０では、遮光板４の影１３は基準円１１の外にある。

遮光板４が基準光束に対してある程度入り込んだ状態では、図１１に示すようになる。図１１の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部にある程度入り込んでいる。これにより、実際に通過する光量がある程度減っている。

遮光板４が基準光束に対して半分入り込んだ状態では、図１２に示すようになる。図１２の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部に半分入り込んでいる。これにより、実際に通過する光量が半分にまで減っている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図１３に示すようになる。図１３の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部の大部分を覆っており、その結果、実際に通過する光量はごく一部に限られている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んだ状態では、図１４に示すようになる。この状態では、基準円１１の内部が完全に遮光板４の影１３によって覆われる。したがって、実際に通過する光量がゼロとなっている。

参考例２の場合には、図１０～図１４を参照して説明したような状況となるので、点Ａ１，Ａ２を結ぶ直線上の各位置における明るさをグラフにすると、図１５に示すようになる。この場合、Ａ１からＡ２にかけて一定の勾配で明るさが減っていくので、Ａ１－Ａ２間の明るさが適切なグラデーションとなる。Ａ１－Ａ２間でグラデーションが得られるのは範囲Ｇ３であって、これは目標とするグラデーションの範囲Ｇ１とほぼ一致している。

（参考例３）
参考例３では、遮光板４の影１３が基準円１１に対して右から入り込んでくる例を示す。これは、図２における重なり部分４２に対応する。参考例３における板状絞りの絞りの程度は、参考例２と同様であるものとする。遮光板４の影１３が基準円１１に全く入り込んでいない状態では、図１６に示すようになる。遮光板４の影１３は基準円１１の外にある。影１３は、基準円１１にとって、絞り板１４が入り込んでいる側とは反対側にある。

遮光板４が基準光束に対してある程度入り込んだ状態では、図１７に示すようになる。図１７の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部にある程度入り込んでいる。これにより、実際に通過する光量がある程度減っている。

遮光板４が基準光束に対して半分入り込んだ状態では、図１８に示すようになる。図１８の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部で光が通過していた部分を完全に覆っている。その結果、実際に通過する光量はゼロとなっている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んだ状態では、図１９に示すようになる。この状態でも、基準円１１の内部で光が通過していた部分が遮光板４の影１３によって完全に覆われているという状況は変わらない。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んだ状態では、図２０に示すようになる。この状態でも、基準円１１の内部で光が通過していた部分が遮光板４の影１３によって完全に覆われているという状況は変わらない。図１８から図２０にかけては、基準光束に対する遮光板４の相対的な位置としてはそれぞれ異なるが、結果的に基準円１１の内部を通過できる光量としては、いずれもゼロであって変化がない。

参考例３の場合には、図１６～図２０を参照して説明したような状況となるので、点Ｂ１，Ｂ２を結ぶ直線上の各位置における明るさをグラフにすると、図２１に示すようになる。この場合、Ｂ１からＢ２にかけて一定の勾配で明るさが減っていくのではなく、Ｂ１から遠ざかるにつれて早々に明るさが減っていき、Ｂ２に到達するよりはるか手前で明るさがゼロになってしまっている。すなわち、Ｂ１－Ｂ２間の明るさは、適切なグラデーションになっていない。Ｂ１－Ｂ２間でグラデーションが得られるのは範囲Ｇ４のみであって、これは目標とするグラデーションの範囲Ｇ１とは大きく異なっている。

参考例２，３のいずれも同じく板状絞りを採用した場合の話であるが、遮光板４の影１３がどちら側から入り込んでくるかによって、グラデーションが適切であるか否かの違いが生じている。参考例２に示したように、Ａ１－Ａ２間では明るさが適切なグラデーションとなるが、参考例３に示したように、Ｂ１－Ｂ２間では明るさが適切なグラデーションになっていない。このようなばらつきがある状態では、重なり部分が延在する方向によって重なり部分の画質に差が生じてしまい、全体として良好な映像を生成できない。

そこで、参考例１～３での問題を解消するものとして、本発明がなされた。以下では、本発明に基づく投影システムについて説明する。

（実施の形態１）
図２２～図３３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における投影システムについて説明する。全体的な構成は図１を参照して説明したものと同様であるので、説明を繰り返さない。この投影システムは、図３における開口絞り５として開口絞り１５を備える。開口絞り１５は、絞り板１５ａ，１５ｂ，１５ｃを含む。絞り板１５ａ，１５ｂ，１５ｃの各々は略二等辺三角形の形状を有する。絞り板１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、等角度間隔、すなわち、１２０°間隔で配置されている。絞り板１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図２２において矢印で示すように３つの方向から基準円１１の半径方向にそれぞれ前進および後退が可能である。開口絞り１５をある程度絞った状態を図２２に示す。ここでは、絞りの度合いを図２２に示す状態に設定したものとして説明を続ける。

第一に、影１３が基準円１１に対して下から上に向かって入り込んでくる例について説明する。まず、遮光板４が基準光束を全く遮らない場合には、図２２に示すような状態である。映像の重なる部分の明るさを抑えるための遮光板４は、直線状の外形を有するので、直線状の辺を有する影を生じる。この図では、遮光板４の影１３は基準円１１の下側の外にある。

次に、遮光板４が基準光束に対してある程度入り込んだ状態では図２３に示すようになる。この図の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部に入り込んでいる。絞り板１５ａと絞り板１５ｂとの間にあった光通過領域は、影１３によって大部分が覆い隠されている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図２４に示すようになる。この図では、基準円１１の半分まで遮光板４の影１３が入り込んでいる。絞り板１５ａと絞り板１５ｂとの間にあった光通過領域は、影１３によって完全に覆い隠されている。絞り板１５ｂと絞り板１５ｃとの間にあった光通過領域は、影１３によって半分近く覆い隠されている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図２５に示すようになる。この図では、基準円１１の大部分を覆うように遮光板４の影１３が入り込んでいる。絞り板１５ａと絞り板１５ｂとの間にあった光通過領域は、影１３によって完全に覆い隠されている。絞り板１５ｂと絞り板１５ｃとの間にあった光通過領域も、影１３によって完全に覆い隠されている。絞り板１５ｃと絞り板１５ａとの間にあった光通過領域は、影１３によって部分的に覆い隠されている。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図２６に示すようになる。この図では、基準円１１の全体を覆うように遮光板４の影１３が入り込んでいる。絞り板１５ａ，１５ｂ，１５ｃの隙間にあった光通過領域は、いずれも、影１３によって完全に覆い隠されている。

図２における点Ａ１，Ａ２を結ぶ直線を考え、この直線上の各位置における明るさをグラフにすると、図２７に示すようになる。Ａ１からＡ２にかけて一定の勾配で明るさが減っていくので、Ａ１－Ａ２間の明るさが適切なグラデーションとなる。Ａ１－Ａ２間でグラデーションとなる範囲がＧ５であり、これは目標とするグラデーションの範囲Ｇ１とほぼ一致している。

第二に、影１３が基準円１１に対して右から左に向かって入り込んでくる場合について説明する。まず、遮光板４が基準光束を全く遮らない場合には、図２８に示すような状態である。この図では、遮光板４の影１３は基準円１１の右側の外にある。

遮光板４が基準光束に対してある程度入り込んだ状態では図２９に示すようになる。遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図３０に示すようになる。遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図３１に示すようになる。遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図３２に示すようになる。この図では、基準円１１の全体を覆うように遮光板４の影１３が入り込んでいる。図２における点Ｂ１，Ｂ２を結ぶ直線を考え、この直線上の各位置における明るさをグラフにすると、図３３に示すようになる。Ｂ１からＢ２にかけて一定の勾配で明るさが減っていくので、Ｂ１－Ｂ２間の明るさが適切なグラデーションとなる。Ｂ１－Ｂ２間でグラデーションとなる範囲がＧ６であり、これは目標とするグラデーションの範囲Ｇ１とほぼ一致している。

ただし、図２７および図３３のグラフはあくまで明るさの変化の概略を示したものである。実際には、図２７および図３３に示したように正確にリニアな変化があるとは限らない。たとえば図３３においては、Ｂ１からＢ２にかけて明るさが常に正確に一定の勾配で下がっていくわけではなく、途中の一部に明るさがほぼ変わらない区間がありうる。このように、一部の区間において明るさが変化しなったり、異なる勾配になったりしてもよい。これらのグラフは、説明の便宜のため、細かい不一致は省略しておおまかに示したものである。

本実施の形態における投影システムの構成は、以下のように表現することができる。この投影システムは、エッジブレンディングを行なうための複数のプロジェクタを含む、投影システムであって、前記複数のプロジェクタの各々は、映像表示素子１と、映像表示素子１から出射した光束のうちエッジの重なり部分の光量を減らすための遮光板４と、映像表示素子１から被投影物に向かう光量を変えるための開口絞り５とを備える。開口絞り５の完全開放時に得られる光通過領域の最外周がなす円を基準円１１とすると、開口絞り５は、基準円１１の内部で光通過領域の面積が基準円１１の半分になるように開口絞り５を絞った状態において、基準円１１の外形線が３以上に分割された状態で表れるように、基準円１１の内部を部分的に覆い隠す。

本実施の形態では、遮光板４の影１３がどちら側から入り込んでくるかにかかわらず、目標とするグラデーションの範囲とほぼ一致する範囲でグラデーションを生成することができる。言い換えれば、本実施の形態では、遮光板を採用した方式のエッジブレンディングにおいて、遮光板が進入する方向にかかわらず、所望のグラデーションを発生させることができる。

本実施の形態で示したように、開口絞り１５は、３以上の方向から基準円１１の半径方向に前進および後退が可能なように保持された３以上の絞り板１５ａ，１５ｂ，１５ｃを含むことが好ましい。この構成を採用することにより、単純な形状の絞り板であっても基準円の内部を均等に覆っていくことができる。

前記３以上の絞り板１５ａ，１５ｂ，１５ｃの各々は、先端に近づくほど幅が狭くなるテーパ形状を有することが好ましい。この構成を採用することにより、光透過領域の面積を徐々に減らしていくことが容易となる。

（実施の形態２）
図３４～図４３を参照して、本発明に基づく実施の形態２における投影システムについて説明する。全体的な構成は図１を参照して説明したものと同様であるので、説明を繰り返さない。この投影システムは、図３における開口絞り５として開口絞り１６を備える。開口絞り１６は、絞り板１６ａ，１６ｂを含む。絞り板１６ａは３つの略二等辺三角形を組み合わせた形状を有する。絞り板１６ｂは、２つの略二等辺三角形を組み合わせた形状を有する。絞り板１６ａ，１６ｂの形状は櫛形形状ということもできる。絞り板１６ａ，１６ｂは、互いに対向するように配置されており、図３４において矢印で示すように２つの方向から基準円１１の半径方向にそれぞれ前進および後退が可能である。開口絞り１６を完全に絞り切った状態では、絞り板１６ａ，１６ｂの凹凸形状が互いに完全に組み合わさって開口部がゼロとなる。

本実施の形態では、開口絞り１６は、互いに対向する２方向から基準円１１の半径方向に前進および後退が可能なように保持され、光を遮断する２つの絞り板１６ａ，１６ｂを含む。本実施の形態では、２つの絞り板１６ａ，１６ｂの各々は、櫛形形状を有する。

図３４は、開口絞り１６をある程度絞った状態を示す。ここでは、絞りの度合いを図３４に示す状態に設定したものとして説明を続ける。

第一に、影１３が基準円１１に対して下から上に向かって入り込んでくる場合について説明する。まず、遮光板４が基準光束を全く遮らない場合には、図３４に示すような状態である。この図では、遮光板４の影１３は基準円１１の下側の外にある。

次に、遮光板４が基準光束に対してある程度入り込んだ状態では図３５に示すようになる。この図の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部に入り込んでいる。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図３６に示すようになる。この図では、基準円１１の半分まで遮光板４の影１３が入り込んでいる。基準円１１の内部で光が通過できる領域は、２つの略三角形の領域として存在する。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図３７に示すようになる。この図では、基準円１１の大部分を覆うように遮光板４の影１３が入り込んでいる。基準円１１の内部で光が通過できる領域は図中で上の方に小さく２ヶ所あるのみである。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図３８に示すようになる。この図では、基準円１１の全体を覆うように遮光板４の影１３が入り込んでいる。絞り板１６ａ，１６ｂの隙間にあった光通過領域は、いずれも、影１３によって完全に覆い隠されている。

第二に、影１３が基準円１１に対して右から左に向かって入り込んでくる場合について説明する。まず、遮光板４が基準光束を全く遮らない場合には、図３９に示すような状態である。この図では、遮光板４の影１３は基準円１１の下側の外にある。

次に、遮光板４が基準光束に対してある程度入り込んだ状態では図４０に示すようになる。この図の状態では、遮光板４の影１３は、基準円１１の内部に入り込んでいる。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図４１に示すようになる。この図では、基準円１１の半分まで遮光板４の影１３が入り込んでいる。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図４２に示すようになる。この図では、基準円１１の大部分を覆うように遮光板４の影１３が入り込んでいる。基準円１１の内部で光が通過できる領域は図中で左の方に小さく１ヶ所あるのみである。

遮光板４が基準光束に対してさらに深く入り込んでいる状態では、図４３に示すようになる。この図では、基準円１１の全体を覆うように遮光板４の影１３が入り込んでいる。絞り板１６ａ，１６ｂの隙間にあった光通過領域は、いずれも、影１３によって完全に覆い隠されている。

第一の場合（図３４～図３８）も、第二の場合（図３９～図４３）も、基準円１１内の光通過領域の面積は、１００％から始まって徐々に減っていき、遮光板４の影１３が基準円１１の内部領域を完全に覆うことによってようやく０％となる。影１３の入り込みの度合いと、光通過領域の面積とは、完全に正確に比例するわけではないが、比例する場合に近い変化ぶりとすることができる。

本実施の形態においても、遮光板４の影１３がどちら側から入り込んでくるかにかかわらず、目標とするグラデーションの範囲とほぼ一致する範囲でグラデーションを生成することができる。言い換えれば、本実施の形態では、遮光板を採用した方式のエッジブレンディングにおいて、遮光板が進入する方向にかかわらず、所望のグラデーションを発生させることができる。

本実施の形態で示したように、前記櫛形形状は複数の突起部を含み、前記複数の突起部の各々は、先端に近づくほど幅が狭くなるテーパ形状を有することが好ましい。この構成を採用することにより、光透過領域の面積をなるべく均等に徐々に減らしていくことが容易となる。

（実施の形態３）
図４４～図６１を参照して、本発明に基づく実施の形態３における投影システムについて説明する。全体的な構成は図１を参照して説明したものと同様であるので、説明を繰り返さない。この投影システムは、図３における開口絞り５として開口絞り１７を備える。開口絞り１７は、絞り板１７ａ，１７ｂを含む。絞り板１７ａ，１７ｂの各々は、複数の略二等辺三角形を組み合わせた櫛形形状を有する。絞り板１７ａ，１７ｂは、互いに対向するように配置されており、図４４において矢印で示すように２つの方向から基準円１１の半径方向にそれぞれ前進および後退が可能である。開口絞り１７を完全に絞り切った状態では、絞り板１７ａ，１７ｂの凹凸形状が互いに完全に組み合わさって開口部がゼロとなる。図４４は、開口絞り１７をある程度絞った状態を示す。

図４５に、本実施の形態における投影システムを用いて半球形状のドーム天井１０の全体に対してひとまとまりの映像を投影する様子を示す。本実施の形態における投影システムはプロジェクタ５０４，５０５を含む。ここでは、説明の便宜のため２台のプロジェクタのみを図示しているが、実際には、３台以上のプロジェクタを組み合わせてもよい。ドーム天井１０は、プラネタリウムの天井であってもよい。本実施の形態における投影システムは、夜空の様子を映し出すものであってもよい。

プロジェクタ５０４は映像５１４を生成し、プロジェクタ５０５は映像５１５を生成する。映像５１４，５１５はそれぞれドーム天井１０のほぼ半分を占める。映像５１４，５１５は重なり部分４５を有する。プロジェクタ５０５によって生成される映像５１５に注目して、映像５１５を平面的に展開したところを図４６に示す。この図に示すように、ドーム天頂２０を点Ｅとし、左右の端を点Ｄ，Ｆとする。映像５１５は、遮光板の影１３ｉによって光の一部が遮られた結果として投射されているものである。影１３ｉは長方形から半円形ＤＥＦを切り欠いた形状である。この場合にも、円弧ＤＥＦの各点において、遮光板の影１３ｉによってどのようにグラデーションが生成されるかが重要となる。点Ｄ，Ｅ，Ｆのいずれの近傍においても、遮光板がどの程度入り込むかは、注目する光束の位置による。

点Ｄ近傍の光束に注目すると、左からある程度遮光板が入り込むこととなる。点Ｄ近傍では、図中左から右に向かうにつれて明るくなるようなグラデーションが求められる。

点Ｅ近傍の光束に注目すると、下からある程度遮光板が入り込むこととなる。点Ｅ近傍では、図中下から上に向かうにつれて明るくなるようなグラデーションが求められる。

点Ｆ近傍の光束に注目すると、右からある程度遮光板が入り込むこととなる。点Ｆ近傍では、図中右から左に向かうにつれて明るくなるようなグラデーションが求められる。

第一に、遮光板の影１３ｉが図中左から右に向かって徐々に深く入っていく場合について説明する。これは、点Ｄ近傍の状況に対応する。図４７から始まって、基準円１１に対する影１３ｉの入り込み度合いが変化するにつれて、図４８、図４９、図５０、図５１に順にそれぞれ示すように光通過領域の面積が変化する。図５１では、絞り板１７ａ，１７ｂの隙間にあった光通過領域は、影１３ｉによって完全に覆い隠されている。

第二に、遮光板の影１３ｉが図中下から上に向かって徐々に深く入っていく場合について説明する。これは、点Ｅ近傍の状況に対応する。図５２から始まって、基準円１１に対する影１３ｉの入り込み度合いが変化するにつれて、図５３、図５４、図５５、図５６に順にそれぞれ示すように光通過領域の面積が変化する。図５６では、絞り板１７ａ，１７ｂの隙間にあった光通過領域は、影１３ｉによって完全に覆い隠されている。

第三に、遮光板の影１３ｉが図中右から左に向かって徐々に深く入っていく場合について説明する。これは、点Ｆ近傍の状況に対応する。図５７から始まって、基準円１１に対する影１３ｉの入り込み度合いが変化するにつれて、図５８、図５９、図６０、図６１に順にそれぞれ示すように光通過領域の面積が変化する。図６１では、絞り板１７ａ，１７ｂの隙間にあった光通過領域は、影１３ｉによって完全に覆い隠されている。

第一の場合（図４７～図５１）も、第二の場合（図５２～図５６）も、第三の場合（図５７～図６１）も、基準円１１内の光通過領域の面積は、１００％から始まって徐々に減っていき、遮光板４の影１３ｉが基準円１１の内部領域を完全に覆うことによってようやく０％となる。影１３ｉの入り込みの度合いと、光通過領域の面積とは、完全に比例するわけではないが、比例する場合に近い変化ぶりとすることができる。

本実施の形態では、遮光板４の影１３ｉがどちら側から入り込んでくるかにかかわらず、目標とするグラデーションの範囲とほぼ一致する範囲でグラデーションを生成することができる。言い換えれば、本実施の形態では、遮光板を採用した方式のエッジブレンディングにおいて、遮光板が進入する方向にかかわらず、所望のグラデーションを発生させることができる。これにより、図４６における点Ｄ近傍、点Ｅ近傍、点Ｆ近傍のいずれにおいても同様にグラデーションを発生させることができる。このグラデーションを図４５における重なり部分４５に一致させることで、ドーム天井１０の全体にわたって映像同士の継ぎ目が目立たない良好な映像を生成することができる。

（実施の形態４）
図６２～図６３を参照して、本発明に基づく投影レンズユニットについて説明する。実施の形態１の図３では、プロジェクタ５０１を示したが、プロジェクタ５０１から映像表示素子１および遮光板４を除いたものとして、投影レンズユニットを実現することができる。投影レンズユニット４０１の概念図を図６２に示す。投影レンズユニット４０１は、プロジェクタ５０１の一部である。投影レンズユニット４０１は、開口絞り５を備え、開口絞り５の特徴は、実施の形態１で説明したものと同様である。したがって、投影レンズユニット４０１の構成については、以下のように表現することができる。

投影レンズユニット４０１は、通過する光量を変えるための開口絞り５を備え、開口絞り５の完全開放時に得られる光通過領域の最外周がなす円を基準円１１とすると、開口絞り５は、基準円１１の内部で光通過領域の面積が基準円１１の半分になるように開口絞り５を絞った状態において、基準円１１の外形線が３以上に分割された状態で表れるように、基準円１１の内部を部分的に覆い隠す。

本実施の形態における投影レンズユニット４０１によれば、遮光板を採用した方式のエッジブレンディングにおいて、遮光板が進入する方向にかかわらず、所望のグラデーションを発生させることができる。

図６２では、投影レンズユニット４０１がリレー系レンズ群２と投影系レンズ群３とを含み、投影系レンズ群３が開口絞り５を含んでいる例を示した。このような構成に限らず、たとえば図６３に示すような投影レンズユニット４０２のようなものであってもよい。投影レンズユニット４０２は、リレー系レンズ群２と投影系レンズ群３とを含み、リレー系レンズ群２が開口絞り５を含んでいる。投影レンズユニット４０２においても、投影レンズユニット４０１と同様の効果を得ることができる。

なお、これまで説明した全ての実施の形態にあてはまることだが、遮光板４は、完全に光を遮断するものに限らない。たとえばレンズ光軸に近づくにつれて光の透過率が大きくなるような特性を有する遮光板を用いてもよい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１映像表示素子、２リレー系レンズ群、３投影系レンズ群、４遮光板、５開口絞り、６（遮光板によって生じた影の）領域、１０ドーム天井、１１（絞り開放時の）円、１２（円形絞りで絞った）円、１３，１３ｉ（遮光板の）影、１４（板状絞りの）絞り板、１５，１６，１７開口絞り、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ（三角形の）絞り板、１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ（櫛形形状の）絞り板、２０ドーム天頂、４１，４２，４５重なり部分、４０１，４０２投影レンズユニット、５０１，５０２，５０３，５０４，５０５プロジェクタ、５１１，５１２，５１３，５１４，５１５映像。

Claims

エッジブレンディングを行なうための複数のプロジェクタを含む、投影システムであって、
前記複数のプロジェクタの各々は、映像表示素子と、前記映像表示素子から出射した光束のうちエッジの重なり部分の光量を減らすための遮光板と、前記映像表示素子に表示される映像を被投影物に投影する投影レンズユニットとを備え、
前記投影レンズユニットは、前記映像表示素子から前記被投影物に向かう光量を変えるための開口絞りを備え、
前記開口絞りの完全開放時に得られる光通過領域の最外周がなす円を基準円とすると、前記開口絞りは、前記基準円の内部で光通過領域の面積が前記基準円の半分になるように前記開口絞りを絞った状態において、前記基準円の外形線が３以上に分割された状態で表れるように、前記基準円の内部を部分的に覆い隠す、投影システム。
前記開口絞りは、互いに対向する２方向から前記基準円の半径方向に前進および後退が可能なように保持され、光を遮断する２つの絞り板を含む、請求項１に記載の投影システム。
前記２つの絞り板の各々は、櫛形形状を有する、請求項２に記載の投影システム。
前記櫛形形状は複数の突起部を含み、前記複数の突起部の各々は、先端に近づくほど幅が狭くなるテーパ形状を有する、請求項３に記載の投影システム。
前記開口絞りは、３以上の方向から前記基準円の半径方向に前進および後退が可能なように保持された３以上の絞り板を含む、請求項１に記載の投影システム。
前記３以上の絞り板の各々は、先端に近づくほど幅が狭くなるテーパ形状を有する、請求項５に記載の投影システム。
前記投影レンズユニットは、前記映像表示素子側から順に、リレー系レンズ群と投影系レンズ群とを含み、
前記開口絞りは、前記リレー系レンズ群または前記投影系レンズ群の内部に設けられる、請求項１から６のいずれか１項に記載の投影システム。
エッジブレンディングを行なうための複数のプロジェクタを含む、投影システムであって、
前記複数のプロジェクタの各々は、映像表示素子と、前記映像表示素子から出射した光束のうちエッジの重なり部分の光量を減らすための遮光板と、前記映像表示素子から被投影物に向かう光量を変えるための開口絞りとを備え、
前記開口絞りの完全開放時に得られる光通過領域の最外周がなす円を基準円とすると、
前記開口絞りは、３以上の方向から前記基準円の半径方向に前進および後退が可能なように保持された３以上の絞り板を含み、
前記開口絞りは、前記基準円の内部で光通過領域の面積が前記基準円の半分になるように前記開口絞りを絞った状態において、前記基準円の外形線が３以上に分割された状態で表れるように、前記基準円の内部を部分的に覆い隠す、投影システム。