WO2023032459A1

WO2023032459A1 - 投影システム及び投影方法

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Publication number: WO2023032459A1
Application number: PCT/JP2022/026577
Authority: WO
Inventors: 真彦宮田; 一樹石田; 和紀井上
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2023-03-09

Abstract

複数方向から良好に視認可能な立体映像を表示することのできる投影システム及び投影方法を提供する。　投影システム（１）は、被投影部材（１０）と、投射装置（２０）と、を含む。被投影部材（１０）は、積層された透過率可変部材（１１）からなる。また、被投影部材（１０）は、球面部（１０ａ）を有する。投射装置（２０）は、被投影部材（１０）に光を投射する。投射装置（２０）が被投影部材（１０）に光を投射することにより被投影部材（１０）に立体像（１ａ）を表示する。

Description

投影システム及び投影方法

　本発明は、投影システム及び投影方法に関する。

　特許文献１には、半球のドーム形状を有する透明ガラス部材によって構成される背面投影用スクリーンの内側面（半球形状の内側）に沿って液晶素子が配設され、液晶素子が、電圧の印加の有無に応じて液晶層内の液晶分子の配向を変え、投影光学系からの投影光を拡散する状態と、投影光学系からの投影光を透過する状態とを切替える表示装置が記載されている。

　特許文献２には、光の透過率を変更可能で、全周にわたる画像の表示を行う球状の調光スクリーンの内側から全周にわたる画像の表示を光変調素子により行う全周画像入出力装置が記載されている。特許文献３には、画像投射部から投射された画像の像光に基づく画像が表示され、平面形状の第１投射面と曲面形状の第２投射面とを備えるスクリーンを用いた画像表示システムにおいて３次元画像を表示することが記載されている。

日本国特開２０１３－１４８６２０号公報日本国特開２００８－１４５８０９号公報日本国特開２０１４－２３５２２２号公報

　本開示の技術に係る１つの実施形態は、複数方向から良好に視認可能な立体映像を表示することができる投影システム及び投影方法を提供する。

　本発明の一態様の投影システムは、積層された透過率可変部材からなり球面部を有する被投影部材と、上記被投影部材に光を投射する投射装置と、を含むものである。

　本発明の一態様の投影方法は、積層された透過率可変部材からなり球面部を有する被投影部材に対して、投射装置によって上記被投影部材に光を投射するものである。

　本発明によれば、複数方向から良好に視認可能な立体映像を表示することのできる投影システム及び投影方法を提供することができる。

実施形態の投影システムの一例である投影システム１の一例を示す図である。被投影部材１０、投射装置２０、及び立体像１ａの見え方の一例を示す斜視図である。投射装置２０が投射する光線の一例を示す図である。被投影部材１０を構成する透過率可変部材１１の一例を示す図である。投射装置２０の構成の一例を示す模式図である。制御装置３０のハードウェア構成の一例を示す図である。被投影部材１０の形状を維持する空気圧調整装置の一例を示す図である。投影先の透過率可変部材１１に応じた光量の制御の一例を示す図である。投影先の透過率可変部材１１に応じた光線幅の制御の一例を示す図である。透過率可変部材１１の積層間隔の一例を示す図である。投射装置２０のピント位置の制御の一例を示す図（その１）である。投射装置２０のピント位置の制御の一例を示す図（その２）である。被投影部材１０の温度情報に基づく透過率可変部材１１の透過率の制御の一例を示す図である。光の投射方向に対する被投影部材１０のズレによる投影像の歪みの補償の一例を示す図である。投射装置２０の投影部の形状に対応する球面部１０ａの形状の他の一例を示す図である。複数の投射装置を含む投影システム１の一例を示す図である。

　以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。

（実施形態）
＜実施形態の投影システムである投影システム１＞
　図１は、実施形態の投影システムの一例である投影システム１の一例を示す図である。投影システム１は、被投影部材１０と、投射装置２０と、制御装置３０と、を含み、被投影部材１０に立体像１ａを表示するシステムである。

　被投影部材１０は、積層された複数の透過率可変部材１１からなり球面部１０ａを有する。球面部１０ａは、直交する２方向から見て曲率を有する部分であり、楕円球面等であってもよい。なお、被投影部材１０は、球面部１０ａでない部分を含んでもよい。例えば、被投影部材１０は、球面部１０ａの他に、平面部や湾曲部を有していてもよい。

　図１の例では、被投影部材１０は、径が異なる中空半球形状の複数の透過率可変部材１１を積層することにより構成されている。したがって、被投影部材１０の全体が中空半球形状の球面部１０ａとなっている。図１においては、被投影部材１０の断面を示している。内部空間１０ｂは、中空半球形状の被投影部材１０の内部空間である。

　被投影部材１０に含まれる複数の透過率可変部材１１は、例えば制御装置３０からの制御信号によって透過率が可変な部材である。したがって、制御装置３０は、複数の透過率可変部材１１の透過率を制御することにより、複数の透過率可変部材１１のうち被投影部材１０からの光が投影される透過率可変部材１１を切り替えることができる。

　ある透過率可変部材１１に光が投影されるとは、複数の透過率可変部材１１のうちその透過率可変部材１１に光が最も明るく投影される状態である。例えば、複数の透過率可変部材１１のうち、１つの透過率可変部材１１のみの透過率を低くし、他の透過率可変部材１１の透過率を高くすると、被投影部材１０からの光は、透過率を低くした１つの透過率可変部材１１において多くの成分が反射し、透過率を低くした１つの透過率可変部材１１に投影された状態となる。

　また、透過率可変部材１１の透過率は、部分的に制御可能である。具体的には、透過率可変部材１１は、透過率が可変の複数の画素を有し、制御装置３０はその画素の透過率を個別に制御することができる。透過率可変部材１１の各画素は、透過率可変部材１１の面方向に２次元的に配列されている。

　したがって、制御装置３０は、投射装置２０の位置から見える被投影部材１０の各位置（各画素）について、投射装置２０から投射される光が複数の透過率可変部材１１のうちいずれの透過率可変部材１１に投影されるかを切り替えることができる。これにより、被投影部材１０の球面部１０ａに立体像１ａを投影することができる。

　一例として、制御装置３０は、複数の透過率可変部材１１の各画素の透過率を制御して、図１の一点鎖線の部分のみの透過率を高くし、他の部分の透過率を低くする。これにより、投射装置２０からの光が図１の一点鎖線の部分に投影され、立体像１ａが視認される状態となる。なお、図１の立体像１ａは、図２に示す立体像１ａの断面となっている。立体像１ａは、立体静止画像でもよいし、立体動画像であってもよい。

　投射装置２０は、被投影部材１０に光を投射する。図１の例では、投射装置２０は球面部１０ａの凹面側（内側）に配置されている。また、投射装置２０は、被投影部材１０の球面部１０ａを表面として含む仮想球の中心に配置されており、被投影部材１０の内側から放射状に光を投射する。なお、中心とはほぼ中心を意味する。

　例えば、投射装置２０は、投影部として広角レンズ２０ａを備え、広角レンズ２０ａを介して、被投影部材１０の内側から放射状に光を投射する。広角レンズ２０ａは、投射装置２０の投影部の前玉であり、前面（図１では上側の面）が球形状である。被投影部材１０の球面部１０ａの形状は、この広角レンズ２０ａに対応する形状である。例えば、球面部１０ａの形状は広角レンズ２０ａの前面とほぼ相似の関係を有する形状となっている。

　投射装置２０は、例えば、画像データに基づく画像光を投射可能なプロジェクタである。したがって、制御装置３０は、投射装置２０の位置から見える被投影部材１０の各位置に対して投射装置２０から投射する光線の光量や色を、投射装置２０へ入力する画像データの画素値によって制御することができる。これにより、被投影部材１０の球面部１０ａに投影される立体像１ａの各部の明るさや色を制御することができる。

＜被投影部材１０、投射装置２０、及び立体像１ａの見え方＞
　図２は、被投影部材１０、投射装置２０、及び立体像１ａの見え方の一例を示す斜視図である。被投影部材１０の球面部１０ａに立体像１ａを投影することにより、例えば視点ｐ１～ｐ３のいずれから見ても、立体像１ａを良好に視認することができる。視点とは、視認する者の位置（特に目の位置）を意味する。

　図１の例では、立体像１ａは、視点ｐ１～ｐ３から直方体として視認される。ただし、立体像１ａは、実際には、中空直方体の箱型形状であり、かつ、投射装置２０の側の面がない形状である。これは、投射装置２０から投射される１つの光線に着目すると、その光線が明瞭に投影されるのは複数の透過率可変部材１１のうち透過率が低い１つの透過率可変部材１１のみであることに起因する。なお、実際には被投影部材１０において積層された複数の透過率可変部材１１の間の境界面が視認され得るが、図２においてはこの境界面の図示を省略している。

　また、投射装置２０へ入力される画像データの各画素の輝度により、立体像１ａの各部の明るさを調整することができる。また、投射装置２０へ入力される画像データの各画素における各色（ＲＧＢ）の画素値によって、立体像１ａの各部の色を調整することができる。立体像１ａの形状は、図２に示した形状に限らず、各種の形状の立体像とすることができる。

＜投射装置２０が投射する光線＞
　図３は、投射装置２０が投射する光線の一例を示す図である。投射装置２０による光の投射方向は、被投影部材１０の球面部１０ａに対して直交する。直交するとは、ほぼ直交する（例えば８５～９５度の角度で交わる）ことを意味する。光の投射方向が球面部１０ａに対して直交するとは、球面部１０ａにおける１つの点に対する光の投射方向が、球面部１０ａにおけるその点の接線と直交することである。

　例えば、被投影部材１０における最も内側の透過率可変部材１１上の１つの点２に対する光３の投射方向（入射方向）が、その透過率可変部材１１における点２の接線４と直交している。被投影部材１０における最も内側の透過率可変部材１１上の１つの点２について説明したが、他の透過率可変部材１１における点においても同様である。

　ただし、投射装置２０による光の投射方向は、被投影部材１０の球面部１０ａの全てに対して直交していなくてもよい。すなわち、投射装置２０による光の投射方向は、被投影部材１０の球面部１０ａの少なくとも一部（例えばほぼ全ての部分）に対して直交していればよい。

＜被投影部材１０を構成する透過率可変部材１１＞
　図４は、被投影部材１０を構成する透過率可変部材１１の一例を示す図である。図４に示す透過率可変部材１１は、被投影部材１０に含まれる複数の透過率可変部材１１のうちの１個の透過率可変部材１１を平面上に展開したものである。

　透過率可変部材１１は、例えばパッシブ・マトリックス（単純マトリックス）方式により駆動される透明ディスプレイである。透過率可変部材１１は、図４に示すように、６枚の透過率可変部材１１ａ～１１ｆによって構成される。

　例えば透過率可変部材１１ａは、柔軟性を有する舟形状の液晶部材に対して、一方の面に第１電極５（一点鎖線）を設け、他方の面に第１電極５と直交する方向の第２電極６（破線）を設けた構成である。なお、図４においては、第１電極５のうち透過率可変部材１１ａの第１電極５にのみ符号を付し、第２電極６のうち透過率可変部材１１ａの１本の第２電極６にのみ符号を付している。第１電極５及び第２電極６のそれぞれは、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）等により形成された透明電極である。

　透過率可変部材１１ａの第１電極５は、透過率可変部材１１ａの液晶部材の長手方向と平行に１本設けられている。透過率可変部材１１ａの第２電極６は、透過率可変部材１１ａの液晶部材の短手方向と平行に５本設けられている。この場合、透過率可変部材１１ａは５×１の画素を有する液晶セルとなる。ただし、透過率可変部材１１ａの画素数はこれに限らない。例えば、透過率可変部材１１ａの第１電極５を２本にすれば、透過率可変部材１１ａは５×２の画素を有する液晶セルとなる。

　透過率可変部材１１ｂ～１１ｆも透過率可変部材１１ａと同様の構成である。透過率可変部材１１ａ～１１ｆを図４のように並べ、透過率可変部材１１ｂ～１１ｆのそれぞれを湾曲させながら隣接する透過率可変部材同士を接続することで、中空半球形状の１個の透過率可変部材１１を構成することができる。

　透過率可変部材１１ｂ～１１ｆのうち隣接する透過率可変部材同士を接続する際に、隣接する透過率可変部材同士の第２電極６が接続される。透過率可変部材１１ｂ～１１ｆのそれぞれの第２電極６の両端部に設けられた電極パッド７（黒丸）は、隣接する透過率可変部材同士の第２電極６の接続を容易にするための電極パッドである。なお、図４においては、電極パッド７のうち透過率可変部材１１ｆの１個の電極パッド７にのみ符号を付している。電極パッド７を設けなくても隣接する透過率可変部材同士の第２電極６の接続が可能な場合は、電極パッド７を省いた構成としてもよい。

　そして、径が一定量ずつ異なる複数の透過率可変部材１１を構成し、それらの透過率可変部材１１を重ねることで、例えば図１，図２に示したような、複数層の透過率可変部材１１を有する中空半球形状の被投影部材１０を構成することができる。なお、隣接する透過率可変部材１１同士で第１電極５と第２電極６とが接続しないよう、透明な絶縁部材を挟んで複数の透過率可変部材１１を重ねるようにしてもよい。

　制御装置３０は、透過率可変部材１１ｂ～１１ｆにおける第１電極５及び第２電極６の電圧を制御信号によって制御することにより、第１電極５と第２電極６との各交点における印加電圧を切り替え、第１電極５と第２電極６との各交点における透過率を個別に制御する。

＜被投影部材１０を構成する透過率可変部材１１の他の一例＞
　透過率可変部材１１の構成は、図４に示した構成に限らない。例えば、中空半球形状の透明部材（例えば樹脂製部材）の両面に対して、それぞれ第１電極５及び第２電極６を形成する。これにより、１個の透過率可変部材１１を構成することができる。透明部材に対する第１電極５及び第２電極６の形成は、例えば、蒸着、スパッタ、又は塗布によって行うことができる。

　この場合も、経が一定量ずつ異なる複数の中空半球形状の透明部材を用いることで経が一定量ずつ異なる複数の透過率可変部材１１を構成し、それらの透過率可変部材１１を重ねることで、例えば図１，図２に示したような複数層の透過率可変部材１１を有する中空半球形状の被投影部材１０を構成することができる。また、この場合も、透明な絶縁部材を挟んで複数の透過率可変部材１１を重ねるようにしてもよい。

＜投射装置２０の構成＞
　図５は、投射装置２０の構成の一例を示す模式図である。図５に示すように、投射装置２０は、光源２１と、光変調部２２と、投影光学系２３と、制御回路２４と、を備える。

　光源２１は、レーザ又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を含む。

　光変調部２２は、光源２１から出射されて図示省略の色分離機構によって赤、青、緑の３色に分離された各色光を、画像情報に基づいて変調して各色画像を出射する３つの液晶パネルによって構成される光変調素子である。この３つの液晶パネルにそれぞれ赤、青、緑のフィルタを搭載し、光源２１から出射された白色光を、各液晶パネルにて変調して各色画像を出射させてもよい。

　投影光学系２３は、光源２１及び光変調部２２からの光が入射されるものであり、少なくとも１つのレンズを含む、例えばリレー光学系によって構成されている。投影光学系２３を通過した光は被投影部材１０に投影される。図１に示した投射装置２０の広角レンズ２０ａは、投影光学系２３に含まれる。

　制御回路２４は、制御装置３０から入力される表示用データに基づいて、光源２１、光変調部２２、及び投影光学系２３を制御することにより、被投影部材１０にこの表示用データに基づく画像を投影させる。この表示用データは、立体像１ａを投影するために投射装置２０が投射すべき光を示すものである。また、この表示用データは、被投影部材１０の形状や、投射装置２０と被投影部材１０との位置関係等に基づいて、被投影部材１０における透過率の制御との組み合わせによって立体像１ａが投影されるように生成される。

　また、制御回路２４は、制御装置３０から入力される命令に基づいて、投影光学系２３を変化させることにより、投射装置２０の投影範囲の拡大や縮小を行う。また、制御装置３０は、制御装置３０からの指示に基づいて投影光学系２３を変化させることにより、投射装置２０の投影範囲の移動（シフト）を行ってもよい。

　また、投射装置２０は、投影光学系２３のイメージサークルを維持しつつ、投影範囲を機械的又は光学的に移動させるシフト機構を備えてもよい。投影光学系２３のイメージサークルは、投影光学系２３に入射した投影光が、光量落ち、色分離、周辺湾曲などの点から適正に投影光学系２３を通過する領域である。

　シフト機構は、電子シフトを行う電子シフト機構と、光学系シフトを行う光学系シフト機構と、の少なくともいずれかにより実現される。電子シフト機構は、光変調部２２において光を透過させる範囲を変化させることによる疑似的な投影範囲のシフトを行う機構である。光学系シフト機構は、例えば、光変調部２２を光軸に垂直な方向に移動させる機構、又は、投影光学系２３を移動させる代わりに光変調部２２を光軸に垂直な方向に移動させる機構である。また、光学系シフト機構は、投影光学系２３の移動と光変調部２２の移動とを組み合わせて行うものであってもよい。

＜制御装置３０のハードウェア構成＞
　図６は、制御装置３０のハードウェア構成の一例を示す図である。図１等に示した制御装置３０は、例えば、図６に示すように、プロセッサ３１と、メモリ３２と、被投影部材制御インタフェース３３と、投射装置制御インタフェース３４と、ユーザインタフェース３５と、を備える。プロセッサ３１、メモリ３２、被投影部材制御インタフェース３３、投射装置制御インタフェース３４、及びユーザインタフェース３５は、例えばバス３９によって接続される。

　プロセッサ３１は、信号処理を行う回路であり、例えば制御装置３０の全体の制御を司るＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。なお、プロセッサ３１は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの他のデジタル回路により実現されてもよい。また、プロセッサ３１は、複数のデジタル回路を組み合わせて実現されてもよい。

　メモリ３２には、例えばメインメモリ及び補助メモリが含まれる。メインメモリは、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）である。メインメモリは、プロセッサ３１のワークエリアとして使用される。

　補助メモリは、例えば磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリである。補助メモリには、制御装置３０を動作させる各種のプログラムが記憶されている。補助メモリに記憶されたプログラムは、メインメモリにロードされてプロセッサ３１によって実行される。

　また、補助メモリは、制御装置３０から取り外し可能な可搬型のメモリを含んでもよい。可搬型のメモリには、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）フラッシュドライブやＳＤ（Ｓｅｃｕｒｅ　Ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカードなどのメモリカードや、外付けハードディスクドライブなどがある。

　被投影部材制御インタフェース３３は、被投影部材１０に対して制御信号を出力することにより、被投影部材１０における透過率を制御するインタフェースである。例えば、被投影部材制御インタフェース３３は、図３に示した第１電極５及び第２電極６のそれぞれに対して制御電圧を印加することにより、被投影部材１０の透過率可変部材１１が有する各画素における透過率を制御する。被投影部材制御インタフェース３３は、プロセッサ３１によって制御される。

　投射装置制御インタフェース３４は、投射装置２０に対して制御信号（画像データ）を出力することにより、投射装置２０における光の投射を制御するインタフェースである。投射装置制御インタフェース３４は、プロセッサ３１によって制御される。

　ユーザインタフェース３５は、例えば、ユーザからの操作入力を受け付ける入力デバイスや、ユーザへ情報を出力する出力デバイスなどを含む。入力デバイスは、例えばポインティングデバイス（例えばマウス）、キー（例えばキーボード）やリモコンなどにより実現することができる。出力デバイスは、例えばディスプレイやスピーカなどにより実現することができる。また、タッチパネルなどによって入力デバイス及び出力デバイスを実現してもよい。ユーザインタフェース３５は、プロセッサ３１によって制御される。

＜被投影部材１０の形状を維持する空気圧調整装置＞
　図７は、被投影部材１０の形状を維持する空気圧調整装置の一例を示す図である。被投影部材１０が柔軟性を有する場合、被投影部材１０の形状を維持するために、投影システム１に空気圧調整装置４０を設けてもよい。

　例えば、被投影部材１０の内部空間１０ｂは、空気穴１０ｃの部分を除いて密閉されているとする。空気圧調整装置４０は、空気穴１０ｃを介して内部空間１０ｂに送気を行うことで、被投影部材１０の内部空間１０ｂの空気圧を一定に調整する。これにより、被投影部材１０が柔軟性を有していても、被投影部材１０の形状を維持することができる。

　なお、空気圧調整装置４０が被投影部材１０の内部空間１０ｂの空気圧の調整を行うことで被投影部材１０の形状を維持する構成について説明したが、空気圧調整装置４０が、被投影部材１０の外部の空気圧の調整を行うことで被投影部材１０の形状を維持する構成としてもよい。また、空気圧調整装置４０が被投影部材１０の内部空間１０ｂ及び被投影部材１０の外部の空気圧の両方の調整を行うことで被投影部材１０の形状を維持する構成としてもよい。

＜投影先の透過率可変部材１１に応じた光量の制御＞
　図８は、投影先の透過率可変部材１１に応じた光量の制御の一例を示す図である。制御装置３０は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち投射装置２０から遠い透過率可変部材１１に投影する光ほど光量を高くする制御を行ってもよい。

　例えば、図８において、投射装置２０からの光線８１は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち投射装置２０から最も遠い（最も外側の）透過率可変部材１１の１画素に投影される光線である。投射装置２０からの光線８２は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち投射装置２０から最も近い（最も内側の）透過率可変部材１１の１画素に投影される光線である。この場合に、制御装置３０は、光線８１の光量を、光線８２の光量（低光量）よりも高い光量（高光量）とする制御を行う。

　これにより、より多くの透過率可変部材１１を透過した後に投影される光ほど、投射時の光量を高くすることができる。したがって、透過率可変部材１１の透過による光量の低下を補償し、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち立体像１ａの各部が投影される透過率可変部材１１が異なることによる立体像１ａの明るさムラを抑制することができる。なお、光量の低下の補償とは、光量の低下の完全な補償に限らず、光量の低下の一部の補償であってもよい。

＜投影先の透過率可変部材１１に応じた光線幅の制御＞
　図９は、投影先の透過率可変部材１１に応じた光線幅の制御の一例を示す図である。制御装置３０は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち、より球面部１０ａの凸面側（外側）の透過率可変部材１１に投影する光ほど光線幅を狭くする制御を行ってもよい。

　例えば、図９において、投射装置２０からの光線９１は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち最も凸面側（外側）の透過率可変部材１１の１画素に投影される光線である。投射装置２０からの光線９２は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち最も凹面側（内側）の透過率可変部材１１の１画素に投影される光線である。この場合に、制御装置３０は、光線９１の光線幅を、光線９２の光線幅（幅広）よりも狭い光線幅（幅狭）とする制御を行う。

　なお、投射装置２０が透過率可変部材１１の１画素に投射する光線の光線幅は、例えば、制御装置３０が投射装置２０へ入力する画像データの各ピクセルのうち、その１画素に対応するピクセル数を調整することによって制御することができる。すなわち、投射装置２０は、透過率可変部材１１の１画素に対して複数ピクセルの光線を照射し、このピクセルの数を調整することによって光線幅を制御することができる。

　このように、より凸面側（外側）の透過率可変部材１１に投影される光ほど光線幅を狭くすることで、投射装置２０から放射状に投射される光の広がりを補償し、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１のうち立体像１ａの各部が投影される透過率可変部材１１が異なることによる立体像１ａの歪みを抑制することができる。なお、光の広がりの補償とは、光の広がりの完全な補償に限らず、光の広がりの一部の補償であってもよい。

＜透過率可変部材１１の積層間隔＞
　図１０は、透過率可変部材１１の積層間隔の一例を示す図である。図１０に示す領域１０１は、被投影部材１０の一部を拡大して示したものである。積層間隔Ｄ１は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１の積層間隔である。透過率可変部材１１の積層間隔とは、被投影部材１０の厚み方向（光の透過方向）における、透過率可変部材１１の配置ピッチである。換言すると、透過率可変部材１１の積層間隔とは、隣接する２つの透過率可変部材１１について、両者の厚み方向における各中心の間隔である。

　透過率可変部材１１の積層間隔Ｄ１は、例えば透過率可変部材１１に含まれる画素のうち最大の画素の幅（画素のピッチ）と等しくてもよい。これにより、被投影部材１０の面方向における画素ピッチの最大値と、被投影部材１０の厚み方向における画素ピッチと、を等しくすることができる。なお、等しいとは、ほぼ等しいことを意味する。

　また、透過率可変部材１１の各画素のうち比較的が小さい画素については、制御装置３０が投射装置２０へ入力する画像データにおいて複数の画素を１画素として制御することにより、被投影部材１０の面方向における画素ピッチの差を小さくすることができる。これにより、立体像１ａの画素ピッチ（解像度）が方向によって異なることによる違和感を低減することができる。

＜投射装置２０のピント位置の制御＞
　図１１及び図１２は、投射装置２０のピント位置の制御の一例を示す図である。投射装置２０は、例えば投影光学系２３にフォーカスレンズを含み、制御装置３０からの制御により、照射する画像光のピント位置を調整可能であってもよい。この場合に、制御装置３０は、透過率可変部材１１の透過率の制御に合わせて、投射装置２０が照射する画像光のピント位置を制御してもよい。

　例えば、図１１の例では、制御装置３０は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１の透過率の制御により、被投影部材１０のうち投射装置２０から比較的遠い位置に立体像１ａを投影している。図１２の例では、制御装置３０は、被投影部材１０の複数の透過率可変部材１１の透過率の制御により、被投影部材１０のうち投射装置２０から比較的近い位置に立体像１ａを投影している。

　この場合に、制御装置３０は、図１１の例では、投射装置２０が照射する画像光のピント位置を比較的、投射装置２０から遠くする制御を行う。また、制御装置３０は、図１２の例では、投射装置２０が照射する画像光のピント位置を比較的、投射装置２０から近くする制御を行う。例えば、制御装置３０は、投射装置２０が照射する画像光のピント位置を、立体像１ａの中心位置に合わせることで上記の制御を行う。

　このように、透過率可変部材１１の透過率の制御に合わせて、すなわち立体像１ａの位置に合わせて、投射装置２０が照射する画像光のピント位置を制御することで、立体像１ａをより明瞭に投影することができる。

＜被投影部材１０の温度情報に基づく透過率可変部材１１の透過率の制御＞
　図１３は、被投影部材１０の温度情報に基づく透過率可変部材１１の透過率の制御の一例を示す図である。投影システム１は、温度測定部１３１を更に含んでもよい。温度測定部１３１は、被投影部材１０の温度を測定し、測定結果を示す温度情報を制御装置３０へ出力する。温度測定部１３１としては、接触式（サーミスタ、抵抗測温体、熱電対など）又は非接触式（放射温度計など）の各種のセンサを用いることができる。

　制御装置３０は、温度測定部１３１から出力された温度情報に基づいて、被投影部材１０の透過率を制御する。例えば、制御装置３０は、被投影部材１０の温度ごとに、所望の透過率を得るための被投影部材１０への印加電圧を示す温度管理情報をメモリ３２に記憶しており、温度測定部１３１から出力された温度情報と温度管理情報とに基づいて、被投影部材１０への印加電圧を制御する。これにより、被投影部材１０の透過率が温度特性を有していても、被投影部材１０の温度に応じて印加電圧を調整し、所望の透過率を得ることができる。

　また、温度測定部１３１は、被投影部材１０における複数の部分の温度を測定可能であってもよい。この場合に、制御装置３０は、被投影部材１０の複数の部分について、その部分の温度情報と温度管理情報とに基づいて、被投影部材１０への印加電圧を制御する。これにより、被投影部材１０の透過率が温度特性を有し、かつ被投影部材１０に温度のムラがあっても、被投影部材１０の各部の温度に応じて印加電圧を調整し、所望の透過率を得ることができる。

＜光の投射方向に対する被投影部材１０のズレによる投影像の歪みの補償＞
　図１４は、光の投射方向に対する被投影部材１０のズレによる投影像の歪みの補償の一例を示す図である。上記のように、被投影部材１０の球面部１０ａは投射装置２０からの光の投射方向と直交するように構成されるが、投射装置２０からの光の投射方向に対する被投影部材１０のズレ（９０度からのズレ）により、投射装置２０からの光が被投影部材１０において屈折し、投影像（立体像１ａ）の歪みが生じる場合がある。

　例えば、図１４において、投射装置２０からの光線１４２は、透過率可変部材１１における点１４１に投影されるべき光の光線であるが、点１４１よりも投射装置２０に近い透過率可変部材１１の透過時の屈折により点１４１に投影されていない。このような場合に、制御装置３０は、点１４１に投影されるべき光の光線を光線１４３のように補正することにより、屈折が生じた状態で光が点１４１に投影されるように制御する。

　光線の補正は、制御装置３０が投射装置２０へ入力する画像データの補正によって行うことができる。例えば、制御装置３０は、キャリブレーション用の立体像１ａを投影させた状態の被投影部材１０を撮像装置により撮像して得られた撮像データに基づいて、投影された立体像１ａの歪みを判定し、判定した歪みが小さくなるように画像データの補正パラメータを算出するキャリブレーションを行う。そして、制御装置３０は、キャリブレーションにより算出した補正パラメータを用いて、投射装置２０へ入力する画像データの補正を行う。

　このように、画像データを補正することで、投射装置２０からの光の投射方向に対する被投影部材１０のズレによる立体像１ａの歪みを補償することができる。なお、歪みの補償とは、歪みの完全な補償に限らず、歪みの一部の補償であってもよい。

＜投射装置２０の投影部の形状に対応する球面部１０ａの形状の他の例＞
　図１５は、投射装置２０の投影部の形状に対応する球面部１０ａの形状の他の一例を示す図である。投射装置２０の投影部（広角レンズ２０ａ）の形状は、図１５に示すように楕円球形状であってもよい。

　上記のように、被投影部材１０の球面部１０ａは、投射装置２０からの光の投射方向と直交するように、投射装置２０の投影部の形状に対応する形状である。したがって、図１５の例では、被投影部材１０の球面部１０ａの形状も楕円球形状とする。これにより、投射装置２０の投影部が楕円球形状であっても、被投影部材１０の球面部１０ａを投射装置２０からの光の投射方向と直交させることができる。

＜複数の投射装置を含む投影システム１＞
　図１６は、複数の投射装置を含む投影システム１の一例を示す図である。図１６に示すように、投影システム１は、投射装置２０に代えて、被投影部材１０における投射先が異なる複数の投射装置２０Ａ～２０Ｃを含んでもよい。投射装置２０Ａ～２０Ｃのそれぞれは、投射装置２０と同様の構成である。図１６に示す例では、３つの投射装置２０Ａ～２０Ｃが１列に並ぶように配置されているが、投射装置２０の数や配置はこれに限らない。

　また、図１６の例では、被投影部材１０は、少なくとも、球面部１０Ａと、平面部１０Ｂと、球面部１０Ｃと、を含んでいる。そして、投射装置２０Ａは球面部１０Ａに投射し、投射装置２０Ｂは平面部１０Ｂに投射し、投射装置２０Ｃは球面部１０Ｃに投射する。

　この場合、投影システム１はコリメートレンズ１６１を含んでもよい。コリメートレンズ１６１は、投射装置２０Ｂと平面部１０Ｂとの間に設けられており、投射装置２０Ｂから拡散しながら平面部１０Ｂへ投射される光を平行光に変換する。これにより、被投影部材１０の平面部１０Ｂを投射装置２０からの光の投射方向と直交させることができる。

＜変形例１＞
　投射装置２０が球面部１０ａの凹面側（内側）に設けられる構成について説明したが、投射装置２０が球面部１０ａの凸面側（外側）に設けられる構成としてもよい。例えば、球面部１０ａの凸面側に、球面部１０ａを取り囲むように多数の投射装置２０を設け、多数の投射装置２０から、球面部１０ａを表面として含む仮想球の中心へ向かって光を投射する構成としてもよい。また、球面部１０ａの凹面側（内側）と球面部１０ａの凸面側（外側）の両方に投射装置２０が設けられる構成としてもよい。

＜変形例２＞
　立体像１ａを視認する視点が、球面部１０ａの凸面側（外側）の視点（例えばｐ１～ｐ３）である場合について説明したが、立体像１ａを視認する視点は、球面部１０ａの凹面側（内側）の視点であってもよい。すなわち、立体像１ａを視認する者は、球面部１０ａの凸面側（外側）から立体像１ａを視認する者であってもよいし、球面部１０ａの凹面側（内側）立体像１ａを視認する者であってもよい。

＜変形例３＞
　投射装置２０がプロジェクタである構成について説明したが、投射装置２０は、例えば均一な光を放射状に投射可能なＬＥＤ等の光源装置であってもよい。この場合も、被投影部材１０における透過率の制御によって、球面部１０ａにおける非透過部分に凹凸を設け、立体像を表示することができる。

＜変形例４＞
　被投影部材１０が、積層された複数の透過率可変部材１１を有する構成について説明したが、例えば、被投影部材１０は、単一の透過率可変部材１１を折り曲げて積層したものであってもよい。

＜変形例５＞
　制御装置３０からの透過率可変部材１１への制御信号によって透過率可変部材１１の透過率を変化させる構成について説明したが、制御装置３０からの透過率可変部材１１への制御信号に加えて、透過率可変部材１１に対する励起光の照射によって透過率可変部材１１の透過率を補助的に変化させる構成としてもよい。

　例えば、透過率可変部材１１を、励起光の照射によって透過率が変化する部材により構成し、被投影部材１０の凹面側（内側）又は被投影部材１０の凸面側（外側）に、透過率可変部材１１に励起光を照射可能な励起光源を設ける。制御装置３０は、この励起光源を制御することにより、透過率可変部材１１の透過率を変化させる。

＜変形例６＞
　透過率可変部材１１をパッシブ・マトリックス方式で構成する場合について説明したが、透過率可変部材１１をアクティブ・マトリックス方式で構成してもよい。また、透過率可変部材１１の構成は、透過率が可変に、かつ球面部を有する形状に形成可能な各種の構成とすることができる。

　本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。

（１）
　積層された透過率可変部材からなり球面部を有する被投影部材と、
　上記被投影部材に光を投射する投射装置と、
　を含む投影システム。

（２）
　（１）に記載の投影システムであって、
　上記投射装置が上記被投影部材に上記光を投射することにより上記被投影部材に立体像を表示する、
　投影システム。

（３）
　（１）又は（２）に記載の投影システムであって、
　上記光の投射方向は、上記球面部の少なくとも一部に対して直交する、
　投影システム。

（４）
　（１）から（３）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記投射装置は、上記球面部の凹面側に設けられる、
　投影システム。

（５）
　（４）に記載の投影システムであって、
　上記投射装置は、上記球面部を表面として含む仮想球の中心に設けられる、
　投影システム。

（６）
　（１）から（５）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　プロセッサを含み、
　上記プロセッサは、上記透過率可変部材の透過率を制御する、
　投影システム。

（７）
　（６）に記載の投影システムであって、
　上記プロセッサは、上記投射装置が投射する上記光の光量及び色の少なくとも１つを制御する、
　投影システム。

（８）
　（６）又は（７）に記載の投影システムであって、
　上記被投影部材は、積層された複数の透過率可変部材からなり、
　上記プロセッサは、上記透過率可変部材の上記透過率を制御することにより、上記複数の透過率可変部材のうち上記光が投影される透過率可変部材を切り替える、
　投影システム。

（９）
　（８）に記載の投影システムであって、
　上記プロセッサは、上記複数の透過率可変部材のうち第１透過率可変部材に投影する上記光の光量を、上記第１透過率可変部材よりも上記投射装置に近い第２透過率可変部材に投影する上記光の光量よりも高くする制御を行う、
　投影システム。

（１０）
　（８）又は（９）に記載の投影システムであって、
　上記投射装置は、画像データに基づく画像光を投射可能であり、
　上記プロセッサは、上記複数の透過率可変部材のうち第１透過率可変部材に投影する上記光の光線幅を、上記第１透過率可変部材よりも上記球面部の凹面側に位置する第２透過率可変部材に投影する上記光の光線幅よりも狭くする制御を行う、
　投影システム。

（１１）
　（６）から（１０）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記プロセッサは、上記透過率可変部材の上記透過率を部分的に制御する、
　投影システム。

（１２）
　（１１）に記載の投影システムであって、
　上記被投影部材は、積層された複数の透過率可変部材からなり、
　上記複数の透過率可変部材は、透過率が可変の複数の画素を有し、
　上記複数の透過率可変部材の積層間隔は、上記複数の画素のうち最大の画素の幅と等しい、
　投影システム。

（１３）
　（６）から（１１）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記投射装置は、画像データに基づく画像光を投射可能であり、かつ上記画像光のピント位置を調整可能であり、
　上記プロセッサは、上記透過率可変部材の上記透過率の制御に合わせて上記ピント位置を制御する、
　投影システム。

（１４）
　（６）から（１２）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記被投影部材の温度情報に基づいて上記透過率可変部材の上記透過率を制御する、
　投影システム。

（１５）
　（６）から（１３）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記投射装置は、画像データに基づく画像光を投射可能であり、
　上記プロセッサは、上記光の投射方向に対する上記被投影部材のズレによる投影像の歪みを、上記画像データの補正により補償する、
　投影システム。

（１６）
　（１）から（１５）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記球面部の形状は、上記投射装置の投影部の形状に対応する形状である、
　投影システム。

（１７）
　（１）から（１６）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記被投影部材の形状を維持するように空気圧の調整を行う空気圧調整装置を含む、
　投影システム。

（１８）
　（１）から（３）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記投射装置は、上記球面部の凸面側に設けられる、
　投影システム。

（１９）
　（１）から（１８）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記投射装置は、上記被投影部材における投射先が異なる複数の投射装置を含む、
　投影システム。

（２０）
　（１）から（１９）のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　上記被投影部材は平面部を有し、
　上記光のうち上記平面部へ投射される光を平行光にするレンズを含む、
　投影システム。

（２１）
　積層された透過率可変部材からなり球面部を有する被投影部材に対して、
　投射装置によって上記被投影部材に光を投射する、
　投影方法。

　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

　なお、本出願は、２０２１年８月３０日出願の日本特許出願（特願２０２１－１４００１７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

　１　投影システム
　１ａ　立体像
　２，１４１　点
　３　光
　４　接線
　５　第１電極
　６　第２電極
　７　電極パッド
　１０　被投影部材
　１０Ａ，１０Ｃ，１０ａ　球面部
　１０Ｂ　平面部
　１０ｂ　内部空間
　１０ｃ　空気穴
　１１，１１ａ～１１ｆ　透過率可変部材
　２０，２０Ａ～２０Ｃ　投射装置
　２０ａ　広角レンズ
　２１　光源
　２２　光変調部
　２３　投影光学系
　２４　制御回路
　３０　制御装置
　３１　プロセッサ
　３２　メモリ
　３３　被投影部材制御インタフェース
　３４　投射装置制御インタフェース
　３５　ユーザインタフェース
　３９　バス
　４０　空気圧調整装置
　８１，８２，９１，９２，１４２，１４３　光線
　１３１　温度測定部
　１６１　コリメートレンズ
　ｐ１～ｐ３　視点
　Ｄ１　積層間隔

Claims

　積層された透過率可変部材からなり球面部を有する被投影部材と、
　前記被投影部材に光を投射する投射装置と、
　を含む投影システム。
　請求項１に記載の投影システムであって、
　前記投射装置が前記被投影部材に前記光を投射することにより前記被投影部材に立体像を表示する、
　投影システム。
　請求項１又は２に記載の投影システムであって、
　前記光の投射方向は、前記球面部の少なくとも一部に対して直交する、
　投影システム。
　請求項１から３のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記投射装置は、前記球面部の凹面側に設けられる、
　投影システム。
　請求項４に記載の投影システムであって、
　前記投射装置は、前記球面部を表面として含む仮想球の中心に設けられる、
　投影システム。
　請求項１から５のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　プロセッサを含み、
　前記プロセッサは、前記透過率可変部材の透過率を制御する、
　投影システム。
　請求項６に記載の投影システムであって、
　前記プロセッサは、前記投射装置が投射する前記光の光量及び色の少なくとも１つを制御する、
　投影システム。
　請求項６又は７に記載の投影システムであって、
　前記被投影部材は、積層された複数の透過率可変部材からなり、
　前記プロセッサは、前記透過率可変部材の前記透過率を制御することにより、前記複数の透過率可変部材のうち前記光が投影される透過率可変部材を切り替える、
　投影システム。
　請求項８に記載の投影システムであって、
　前記プロセッサは、前記複数の透過率可変部材のうち第１透過率可変部材に投影する前記光の光量を、前記第１透過率可変部材よりも前記投射装置に近い第２透過率可変部材に投影する前記光の光量よりも高くする制御を行う、
　投影システム。
　請求項８又は９に記載の投影システムであって、
　前記投射装置は、画像データに基づく画像光を投射可能であり、
　前記プロセッサは、前記複数の透過率可変部材のうち第１透過率可変部材に投影する前記光の光線幅を、前記第１透過率可変部材よりも前記球面部の凹面側に位置する第２透過率可変部材に投影する前記光の光線幅よりも狭くする制御を行う、
　投影システム。
　請求項６から１０のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記プロセッサは、前記透過率可変部材の前記透過率を部分的に制御する、
　投影システム。
　請求項１１に記載の投影システムであって、
　前記被投影部材は、積層された複数の透過率可変部材からなり、
　前記複数の透過率可変部材は、透過率が可変の複数の画素を有し、
　前記複数の透過率可変部材の積層間隔は、前記複数の画素のうち最大の画素の幅と等しい、
　投影システム。
　請求項６から１１のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記投射装置は、画像データに基づく画像光を投射可能であり、かつ前記画像光のピント位置を調整可能であり、
　前記プロセッサは、前記透過率可変部材の前記透過率の制御に合わせて前記ピント位置を制御する、
　投影システム。
　請求項６から１２のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記被投影部材の温度情報に基づいて前記透過率可変部材の前記透過率を制御する、
　投影システム。
　請求項６から１３のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記投射装置は、画像データに基づく画像光を投射可能であり、
　前記プロセッサは、前記光の投射方向に対する前記被投影部材のズレによる投影像の歪みを、前記画像データの補正により補償する、
　投影システム。
　請求項１から１５のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記球面部の形状は、前記投射装置の投影部の形状に対応する形状である、
　投影システム。
　請求項１から１６のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記被投影部材の形状を維持するように空気圧の調整を行う空気圧調整装置を含む、
　投影システム。
　請求項１から３のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記投射装置は、前記球面部の凸面側に設けられる、
　投影システム。
　請求項１から１８のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記投射装置は、前記被投影部材における投射先が異なる複数の投射装置を含む、
　投影システム。
　請求項１から１９のいずれか１項に記載の投影システムであって、
　前記被投影部材は平面部を有し、
　前記光のうち前記平面部へ投射される光を平行光にするレンズを含む、
　投影システム。
　積層された透過率可変部材からなり球面部を有する被投影部材に対して、
　投射装置によって前記被投影部材に光を投射する、
　投影方法。