(57)【要約】【課題】良好な画像を表示することができる画像表示装置、画像表示システムを提供する。【解決手段】画像投射部１１は、画像の像光を投射する。スクリーン１２は、画像投射部１１から投射された像光に基づく画像が表示され、平面形状の第１投射面１６と曲面形状の第２投射面１７とを備える。光学系１３は、画像投射部１１とスクリーン１２との間に配置され、第１投射面１６に表示させる画像の像光が通過する第１の領域と前記第２投射面１７に表示させる画像の像光が透過する第２の領域とを備える。光学系位置調整部１４は、光学系の位置を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像の像光を投射する画像投射部と、
前記画像投射部から投射された前記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と、
前記画像投射部と前記スクリーンとの間に配置され、前記第１投射面に表示させる画像の像光が通過する第１の領域と前記第２投射面に表示させる画像の像光が透過する第２の領域とを備える光学系と、
前記光学系の位置を調整する光学系位置調整部と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記光学系の前記第２の領域は、レンズの中心から周辺に向かってレンズパワーが変化するレンズ領域であり、前記レンズパワーは、前記第２投射面の曲面形状に応じて設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の画像表示装置と、
前記第１投射面に表示させる画像と、前記第２投射面に表示させる画像とを生成し、前記画像投射部に供給する画像生成部と、
を備えることを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状が異なる投射面に画像を投射して表示する画像表示装置、画像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーンに画像を表示する画像表示装置としては、例えば以下に示す特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された画像表示装置は、陰極線管や液晶パネルなどによって形成された画像を、透過型のスクリーンに映し出す背面投射方式のディスプレイ装置である。
【０００３】
透過型のスクリーンは、フレネルレンズシートを備える。フレネルレンズシートには、中心部分から同心円として構成されている複数のレンズ部が形成されている。複数のレンズ部は、フレネルレンズシートの中心部分から所定の距離までは一定の焦点距離で構成され、所定の距離以降は焦点距離が徐々に短くなるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
画像表示装置からの投射距離が異なる複数の投射面に像光を投射して画像を表示すると、全ての投射面に焦点が合った良好な画像を表示することは困難である。
【０００６】
また、投射面が平面ではない場合、視聴者が投射面と相対する位置によっては画像が見えにくくなり、良好な画像を提供することが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上記に鑑みてなされたものであり、全ての投射面に焦点が合った良好な画像、もしくは視聴者が投射面と相対する位置にかかわらず見やすい良好な画像を表示することができる画像表示装置、画像表示システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、画像の像光を投射する画像投射部（１１）と、前記画像投射部から投射された前記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（１２）と、前記画像投射部と前記スクリーンとの間に配置され、前記第１投射面に表示させる画像の像光が通過する第１の領域と前記第２投射面に表示させる画像の像光が透過する第２の領域とを備える光学系（１３）と、前記光学系の位置を調整する光学系位置調整部（１４）と、を有することを特徴とする画像表示装置を提供する。
【０００９】
本発明は、画像の像光を投射する画像投射部（１１）と、前記画像投射部から投射された前記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（１２）と、前記画像投射部と前記スクリーンとの間に配置され、前記第１投射面に表示させる画像の像光が通過する第１の領域と前記第２投射面に表示させる画像の像光が透過する第２の領域とを備える光学系（１３）と、前記光学系の位置を調整する光学系位置調整部（１４）と、を備える画像表示装置と、前記第１投射面に表示させる画像と、前記第２投射面に表示させる画像とを生成し、前記画像投射部に供給する画像生成部（１５）と、を備えることを特徴とする画像表示システムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の画像表示装置、画像表示方法によれば、全ての投射面に焦点が合った良好な画像、もしくは視聴者が投射面と相対する位置にかかわらず見やすい良好な画像をスクリーンに表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像表示装置、画像表示システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光学系の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光学系のレンズパワーの分布を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る画像の一表示例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る画像表示方法によって３次元画像を表示する方法を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る画像表示方法よって表示される３次元画像の一表示例を示す図である。
【図７】球面状のスクリーンに表示される３次元画像の視聴状態を説明するための図である。
【図８】球面状のスクリーンに表示される３次元画像の視聴状態を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る画像表示方法で３次元画像が表示される第２投射面の配置形状の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るスクリーンの他の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るスクリーンの他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成を説明する。図１において、画像表示装置は、画像投射部１１、スクリーン１２、光学系１３、光学系位置調整部１４を備えている。図１（ａ）では、スクリーン１２は側方断面を図示しており、図１（ｂ）では、スクリーン１２は視聴方向から見た正面を図示している。
【００１４】
画像投射部１１は、スクリーン１２に像光を投射して画像を表示し、例えばプロジェクタなどで構成される。
【００１５】
スクリーン１２は、画像投射部１１から出力された像光が投射される投射面を構成し、投射された像光に基づく画像を表示する。本実施形態では、スクリーン１２は、第１投射面１６と、第１投射面１６とは面の形状が異なる第２投射面１７とで構成される。
【００１６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第２投射面１７は曲面形状で、本実施形態では球面状の投射面を構成している。第２投射面１７の球の中心を通り、第２投射面１７の周縁部により構成される面に垂直な軸と、第２投射面１７とが交わる箇所を、第２投射面１７の中心部とする。第１投射面１６は、第２投射面１７の周縁部により構成される面と平行な平面で、第２投射面１７の周縁部から一体的に形成されている。視聴者は図１（ａ）に示すように、第２投射面１７の凸部側からスクリーン１２に表示された画像を視聴する。
【００１７】
第２投射面１７と、像光が出力される画像投射部１１の投射口との距離（以下、投射距離と呼ぶ）は、第２投射面１７における第１投射面１６との境界の周縁部と、第２投射面１７の中心部とでは異なっている。すなわち、投射距離は、第２投射面１７の中心部ほど長く、第２投射面１７の周縁部に向かうにしたがって短くなる。
【００１８】
画像投射部１１とスクリーン１２との間に板状の光学系１３が配置されている。光学系１３は、画像投射部１１から出力された像光がスクリーン１２で合焦して結像するように焦点のずれを補正する。光学系１３の正面図を図２（ａ）に、断面図を図２（ｂ）に示す。光学系１３は、第１投射面１６に対応した非レンズ領域２１と、第２投射面１７に対応したレンズ領域２２とで構成される。
【００１９】
非レンズ領域２１は、平面で構成される。非レンズ領域２１は、画像投射部１１から出力された像光が透過する。これにより、画像投射部１１から第１投射面１６で合焦するように出力された像光は、第１投射面１６で結像する。
【００２０】
レンズ領域２２は、凹状の非球面レンズで構成される。レンズ領域２２は、画像投射部１１から第２投射面１７に向けて出力した像光が第２投射面１７で合焦して結像するように焦点のずれを補正する。レンズ領域２２は、第２投射面１７の球面上の投射箇所における投射距離の相違に応じて、非球面の位置でレンズパワーが異なる。すなわち、レンズ領域２２は、図３に示すようにレンズの中心ほどレンズパワーの絶対値が大きく、非レンズ領域２１との境界である周縁部に近づくにしたがってレンズパワーの絶対値が小さくなるように設計される。
【００２１】
レンズパワーは、焦点距離ｆの逆数（１／ｆ）で表される。レンズパワーは、正の値では合焦する像面が画像投射部１１に近くなる一方、負の値では遠くなる。レンズパワーは、値が大きくなるほど像面の移動量が大きくなる。
【００２２】
レンズ領域２２は、図３に示すレンズパワーの分布を有することで、第２投射面１７の中心部から周縁部にしたがって投射距離の相違による焦点のずれを補正して、像光を第２投射面１７に結像させる。
【００２３】
光学系１３は、非レンズ領域２１ならびにレンズ領域２２を備えることで、画像投射部１１から出力された像光を、画像投射部１１から投射距離の異なる第１投射面１６と第２投射面１７との両投射面で結像させることができる。
【００２４】
図１に戻って、光学系位置調整部１４は、光学系１３をレンズの光軸方向ならびに光軸方向と垂直な方向に移動して、光学系１３と第２投射面１７との双方の中心を合致させるように光学系１３の配置位置を調整する。光学系位置調整部１４は、画像投射部１１から出力された像光がスクリーン１２で合焦するように光学系１３を光軸方向に移動させて、光学系１３の配置位置を調整する。
【００２５】
画像生成部１５は、スクリーン１２に表示する画像を生成し、画像表示装置に供給する。本実施形態では、画像表示装置と画像生成部１５とが画像表示システムを構成しているが、画像表示装置が画像生成部１５を備えていてもよい。
【００２６】
図４に、画像生成部１５が生成する画像の一例を示す。図４に示す画像は、第１投射面１６に表示される画像４１と、第２投射面１７に表示される画像４２と、縁画像４３で構成されている。
【００２７】
黒色の縁画像４３は、第１投射面１６に表示される画像４１と、第２投射面１７に表示される画像４２との境界となる領域に配置される。したがって、縁画像４３は、画像４２を囲むように配置され、縁画像４３の外側に画像４１が配置される。縁画像４３の幅は、光学系１３の配置位置における１画素分の拡大幅によって決定される。
【００２８】
スクリーン１２上で縁画像４３が表示される箇所は、第１投射面１６と第２投射面１７との境界部分となる。境界部分では、第１投射面１６と第２投射面１７とが角部を形成しているため、像光が散乱しやすくなり、画質が低下するおそれがある。境界部分に黒色の縁画像４３を表示することで像光の散乱は回避され、画質の低下を防止することができる。または、画像４１と画像４２との境界領域に、画像を表示させないように対応してもよい。
【００２９】
上記構成において、画像生成部１５で生成された画像の像光は、画像投射部１１から出力され、光学系１３を介してスクリーン１２に投射される。光学系１３の非レンズ領域２１を通過した像光は、第１投射面１６に投射され、第１投射面１６で結像する。これにより、第１投射面１６では焦点が合った良好な画像が表示される。
【００３０】
一方、光学系１３のレンズ領域２２を通過した像光は、レンズ領域２２で投射距離の相違による焦点のずれが補正されて第２投射面１７に投射される。第２投射面１７に投射された像光は、光学系１３によって焦点のずれが補正されているので第２投射面１７の全面において結像する。これにより、第２投射面１７では焦点が合った良好な画像が表示される。この結果、第１投射面１６と第２投射面１７とを有するスクリーン１２に焦点が合った良好な画像を表示することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係る画像表示方法を説明するための図である。
【００３２】
図５において、第２実施形態に係る画像表示方法では、画像投射装置５１からスクリーン５２に３次元画像を投射して表示する。
【００３３】
画像投射装置５１は、スクリーン５２に像光を投射して３次元画像を表示する装置であり、例えば３次元画像を投射できるプロジェクタなどで構成される。画像投射装置５１は、スクリーン５２の背面となる図５の右方向からスクリーン５２に向かって像光を投射する。
【００３４】
スクリーン５２は、図１に示したスクリーン１２と同様の形状を有し、曲面形状の第２投射面５４と、第２投射面５４の周縁部に設けられた平面状の第１投射面５３とを備えている。第１投射面５３は、第２投射面５４の周縁部により構成される面と平行な平面で、第２投射面５４の周縁部から一体的に形成されている。
【００３５】
視聴者は、画像投射装置５１から第２投射面５４の凹部側へ像光が投射され、スクリーン５２に表示された３次元画像を、スクリーン５２の正面側となる第２投射面５４の凸部側の視聴方向５５から視聴する。第１投射面５３は、視聴方向５５に対して垂直な面となるように配置される。
【００３６】
第１投射面５３に表示される３次元画像と第２投射面５４に表示される３次元画像とは、必ずしも一連の連続する３次元画像ではなく、それぞれ異なった３次元画像であってもかまわない。
【００３７】
第２投射面５４は、曲面形状で、特に球面形状のため、画像投射装置５１と第２投射面５４との投射距離は、先の第１実施形態と同様に投射面の位置に応じて異なる。すなわち、投射距離は、第２投射面５４の中心部ほど長く、第１投射面５３と第２投射面５４との境界である周縁部に向かうにしたがって短くなる。
【００３８】
例えば、第１実施形態で採用した光学系と同様な機能を備えた光学系を用いることで、第２投射面５４の中心部と周縁部との投射距離の相違による焦点のずれを補正して、像光を第２投射面５４に結像させることができる。
【００３９】
図６（ａ）は例えばスクリーン５２に地球を模式的に表示させる３次元画像の一例を示す図であり、図６（ｂ）は第１投射面５３と第２投射面５４とに表示される３次元画像を説明するための図である。
【００４０】
図６（ａ）に示すスクリーン５２に、複数種類、ここでは五種類、の視差を有する複数の画像で構成された３次元画像を表示させる。各視差を有する画像を、第１層から第５層の３次元画像と呼ぶこととする。図６（ｂ）に示すように、地上からの高度にしたがって、第１層から第５層に向かって順に高度が高くなる５層の３次元画像を表示させた。第１層から第５層の画像の視差をそれぞれ変えることによって、視聴者に奥行きを感じさせるような３次元画像を作成する。スクリーン５２に地球の３次元画像を表示する場合に、第１投射面５３には、雲の奥行きが変わるような３次元画像を表示し、第２投射面５４には、雲、陸地、海などの高度が異なる３次元画像を表示する。第１投射面５３に表示させる３次元画像と、第２投射面５４に表示させる３次元画像とは、画像の奥行き方向が異なることが好ましい。
【００４１】
第２投射面５４には、第１層の高度の３次元画像としては何も表示しない。第２投射面５４には、第２層の高度の３次元画像として、例えば海の３次元画像６１を表示する。第２投射面５４には、第３層の高度の３次元画像として、例えば陸地の３次元画像６２を表示する。第２投射面５４には、第４層の高度の３次元画像として、例えば高地や山の３次元画像６３を表示する。第２投射面５４には、第５層の高度の３次元画像として、例えば高い雲の３次元画像６４を表示する。
【００４２】
第１投射面５３には、第１層の高度の３次元画像として、例えば背景の３次元画像６６を表示する。第１投射面５３には、第２層の高度の３次元画像として、例えば遠い雲の３次元画像６７を表示する。第１投射面５３には、第３層の高度の３次元画像として、例えば山の３次元画像６８を表示する。第１投射面５３には、第４層の高度の３次元画像として、例えば近い雲の３次元画像６９を表示する。第１投射面５３には、第５層の高度の３次元画像としては何も表示しない。
【００４３】
スクリーン５２の第２投射面５４にのみ３次元画像を表示する場合、スクリーン５２の中心部に対向して視聴している視聴者からは例えば図７に示すように、３次元画像が第２投射面５４の周縁部に向かうにつれて３次元画像として見えにくくなる。
【００４４】
これに対して、第２実施形態では、スクリーン５２の中心部に対向している視聴者の視線方向に対して垂直な面を有する第１投射面５３を設け、上述したように第１投射面５３及び第２投射面５４に３次元画像を表示する。視聴者は第１投射面５３に表示された３次元画像に合わせて、第２投射面５４に表示された３次元画像を視聴することができる。第１投射面５３に表示する３次元画像は、第２投射面５４の周縁部に表示され視聴者からは見えにくくなる３次元画像を補うような画像とすると、より効果的に３次元画像を表示することができる。
【００４５】
第２実施形態では、視聴者はスクリーン５２に表示される３次元画像を第２投射面５４の凸部側から視聴するが、視聴者が第２投射面５４の凹部側から視聴できるようにスクリーン５２に３次元画像を表示することも可能である。
【００４６】
図８（ａ）に示すように、例えば第２投射面５４に近い位置で、第２投射面５４の凹部側から視聴者が第２投射面５４に表示された３次元画像を視聴する場合には、第１投射面５３を設けなくとも、第２投射面５４の何れの箇所でも３次元画像を良好に視聴することができる。一方で図８（ｂ）に示すように、視聴者が第２投射面５４から離れて視聴する場合には、第２投射面５４の周縁部に向かうにつれて表示された３次元画像が見えにくくなる。しかしながら、上述したように第２投射面５４の周縁部に第１投射面５３を設け、第１投射面５３にも３次元画像を表示することで、第２投射面５４の周縁部に向かうにつれて見えにくくなる３次元画像を補うことも可能となる。この結果、３次元画像の表示を損なうことなく３次元画像を良好にスクリーン５２に表示することが可能となる。
【００４７】
第１投射面５３は、３次元画像を表示することが可能で、視聴者が表示された３次元画像を十分に視聴できるならば、図５に示す形状に制約されることはない。第１投射面５３は、例えば図９（ａ）に示すように、第２投射面５４の周縁部により構成される面に対して傾斜させてもよい。また、第１投射面５３は、例えば図９（ｂ）に示すように、湾曲面でもよい。さらに、第１投射面５３は、例えば図９（ｃ）に示すように、第２投射面５４の凹部内側に設けてもよい。この場合は、視聴者は第２投射面５４の凹部側から視聴をすることが好ましい。
【００４８】
図１０にスクリーン５２の他の実施形態を示す。図１０に示すように、曲面形状の第１投射面１０１を備える場合には、例えば第１投射面１０１の長手方向の一方の周端部に長方形状の第２投射面１０２を設けてもよい。このような実施態様では、視聴者からは見えにくい第１投射面１０１の上部の３次元画像を補うような３次元画像を、第２投射面１０２に表示する。これにより、第１投射面１０１に表示される３次元画像の表示を損なうことなく３次元画像を良好に表示することが可能となる。
【００４９】
図１１にスクリーン５２の他の実施形態を示す。図１１に示すように、建造物などの凹凸がある外壁を第１投射面１１１としてプロジェクションマッピングを行う場合に、第１投射面１１１とは異なる投射面となる第２投射面１１２を外壁に設け、第２投射面１１２に３次元画像を表示するようにしてもよい。第２投射面１１２は、例えば視聴者から第１投射面に投射された３次元画像が途切れて見える壁面に設けることができる。このような実施態様では、第２投射面１１２に３次元画像を表示することで、視聴者からは見えにくい壁面の３次元画像を第２投射面１１２に表示された３次元画像によって補うことが可能となる。これにより、外壁に表示される３次元画像の表示を損なうことなく３次元画像を良好に表示することが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１１，５１…画像投射部
１２，５２…スクリーン
１３…光学系
１４…光学系位置調整部
１６，５３…第１投射面
１７，５４…第２投射面
２１…非レンズ領域
２２…レンズ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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