(57)【要約】【課題】曲面に対する表示範囲および高画質化を図りながら、安価で調整を容易にできる投影システムを提供。【解決手段】合成プロジェクタ10は、プロジェクタ12および14のそれぞれから分割した断片画像をリレーレンズ16および18に投射し、リレーレンズ16および18からの断片画像を合成調整器20で合成し、仮想的な焦点位置Aで平面の焦点画像を調整することにより焦点画像を高画質化し、この焦点画像を投影レンズ22から曲面に投影する。【選択図】図１
2006314004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影装置からの画像を曲面に投影する投影システムにおいて、該システムは、
前記画像の分割数に応じて前記投影装置の台数を設け、前記投影装置のそれぞれから分割した断片画像を投射し、
前記投影装置のそれぞれからの入射光に対して焦点距離および倍率を調整する複数のリレー手段と、
投射される断片画像を基に一つの平面画像を仮想的な焦点画像として調整し合成する画像合成手段と、
前記焦点画像を前記曲面に投影する投影光学手段とを含むことを特徴とする投影システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記画像合成手段は、前記断片画像の境界を調整し、少なくとも一方の該断片画像を反射する第１の反射手段であることを特徴とする投影システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記画像合成手段は、前記断片画像の境界を調整し、該断片画像それぞれを反射する第２の反射手段であることを特徴とする投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影システムに関するものである。本発明の投影システムは、曲面に映像を投影する光学システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の曲面投影型表示装置は、被投影の対象である曲面に画像を投影することで臨場感を向上させるように、この曲面には画像の表示領域を複数に分割したそれぞれに対応する部分的な画像を複数の投影機器に送り、一つの画像として投影される。この表示装置は、複数の投影機器、部分的な画像を視認方向に投影される画像に変換する変換器および投影機器それぞれを制御する制御器を含む。投影機器は、代表的な機器として液晶プロジェクタがある。
【０００３】
また、表示装置には、液晶プロジェクタからの画像を一つの投影光学系により曲面に投射させるものもある。
【特許文献１】特開2002−131835号公報
【特許文献２】特開2003−108305号公報
【特許文献３】特開2002−116749号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の投影機器を用いて、スクリーン上で部分的な画像を合わせ、一つの画面を合成する場合、投影機器の設置する位置および投影機器の画角を正確に調整することが要求される。とくに、ドーム等の曲面スクリーンでは投影される画像の境界も曲線になる。このため、画像の合成における調整は困難なものになる。
【０００５】
また、後者の表示装置は、合成することがなく、投影できる点で調整が不要になる点で優れている。しかしながら、高画質な画像を投影させる場合、投影機器の仕様に依存してしまう。プロジェクタにおいて、たとえば4K×2K、すなわち4000×2000の場合、その製造コストは、新たなドライバIC（Integrated Circuits）の開発にともない非常に多額の費用を要することが知られている。そして、プロジェクタは、一般的にアスペクト比が３：４または16：９の例が示すように横に長い特徴を有する。このような特徴を有するプロジェクタを用いてドームに投影すると、アスペクト比の短い、縦方向を直径とする円形にしか表示できない。すなわち、これらのプロジェクタは、円形表示する場合要求されるアスペクト比が１：１になく、無駄が多い。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、曲面に対する表示範囲および高画質化を図りながら、安価で調整を容易にできる投影システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するために、投影装置からの画像を曲面に投影する投影システムにおいて、このシステムは、画像の分割数に応じて投影装置の台数を設け、投影装置のそれぞれから分割した断片画像を投射し、投影装置のそれぞれからの入射光に対して焦点距離および倍率を調整する複数のリレー手段と、投射される断片画像を基に一つの平面画像を仮想的な焦点画像として調整し合成する画像合成手段と、焦点画像を曲面に投影する投影光学手段とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の投影システムは、投影装置のそれぞれから分割した断片画像を投射し、各リレー手段で投影装置のそれぞれからの入射光に対して焦点距離および倍率を調整した断片画像を画像合成手段で合成し、仮想的な焦点位置で平面の焦点画像を調整することにより焦点画像を高画質化し、この焦点画像を投影光学手段から曲面に投影することにより曲面上での画像を調整せずに済ませることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に添付図面を参照して本発明による投影システムの一実施例を詳細に説明する。
【００１０】
本実施例は、本発明の投影システムを合成プロジェクタ10に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１１】
合成プロジェクタ10は、図１に示すように、プロジェクタ12および14、リレーレンズ16および18、合成調整器20、ならびに投影レンズ22を含む。本実施例では図示していないが、プロジェクタ12および14には、パーソナルコンピュータ（PC）から表示用分割映像が供給される。PCは、アプリケーションとして有するソフトウェアによりたとえば、２分割した表示用映像を生成する。表示用映像は、後述する合成調整器20の調整に応じてあらかじめミラー反転させておく。
【００１２】
プロジェクタ12および14は、供給される表示用分割映像信号24および26を画像化し、光源からカラーフィルタを通った光をこの画像に応じてオン/オフ制御して、得られる投射光をレンズから投射する機能を有する。プロジェクタ12および14には、上述した機能を実現させる方式として液晶投影方式およびDLP（Digital Light Processing）（登録商標）投影方式がある。プロジェクタ12および14は、それぞれ、得られた正立像の投射光をリレーレンズ16および18に投射する。プロジェクタ12および14は、基本的に、正立像だけでなく、倒立像、ミラー反転像を生成する機能も有する。
【００１３】
リレーレンズ16および18は、焦点距離や倍率を調整する機能を有する。本実施例のリレーレンズ16および18は、プロジェクタ12および14それぞれから投影レンズ22までの焦点距離を調節し倒立像の投射光を投影レンズ22に送る。本実施例では、リレーレンズ16および18と投影レンズ22の間に合成調整器20を配設する。
【００１４】
合成調整器20は、分割した表示用映像の投射光を合成する機能を有する。図１に示す合成調整器20には、ナイフエッジ28が配設される。ナイフエッジ28には、リレーレンズ16から投射光が投射される面に蒸着したミラー面が形成される。また、ナイフエッジ28は、エッジ端30の位置を調節する機構を有する。ここでの調節とは、エッジ端30の位置調節によりリレーレンズ16および18の合成光軸32に一致させる調節である。エッジ端30が、調節機構により取り付け位置をリレーレンズ16および18の光軸34および36の２軸方向に変位させる。本実施例のように２分割の場合、少なくとも、リレーレンズ16の光軸34の方向に変位させ、画像境界を調節することが望ましい。
【００１５】
図示しないがこの調節機構は、まずナイフエッジ28を支持アームで支持し、この支持アームを光軸34の方向に移動させる。この支持アームには移動アームが取り付けられる。移動アームは、移動方向に延びる凹部に挿通させる。さらに、移動アームの両端側にはネジが切られ、固定基板の挿通口に移動アームを通して位置を調整し、調整後に固定基板の内外の両側からナットで固定基板に固定する。一例を挙げたが、調節機構は、これに限定されるものでなく、この他の調節機構を用いてもよい。
【００１６】
このように調整した結果である合成した投射光を、たとえば矢印Aが示す位置に仮想的な焦点画像が合成画像として形成される。この表示は平面として確認できるから、曲面の場合に比べて容易に確認できる。
【００１７】
なお、合成調整器20は、ナイフエッジ28に限定されるものでなく、上述した機能を実現する光学部品であればよいことは言うまでもない。この光学部品には、一方の投射光を透過させ、他方の投射光を反射させるミラーやプリズムがある。上述のミラーは、反射させるガラス表面に反射膜を蒸着形成して容易につくることができる。また、プリズムを用いた場合、プリズムはこのプリズムにおける等辺の頂点をエッジ端30に対応させて位置を調節させるとよい。エッジ端30が仮想的な焦点位置Aに対応する。このとき、合成プロジェクタ10は、プロジェクタ14およびリレーレンズ18をプロジェクタ12およびリレーレンズ16と対向する位置に配するとよい。この配置によりプリズムの底辺側の視界が開ける。この方向からプリズムを見ると、矢印Aの位置に形成される合成画像を見ることができる。離れた合成画像が小さいから、拡大レンズを用いて確認するとよい。このような確認により合成画像の調整がより一層容易に行なうことができる。
【００１８】
投影レンズ22は、入射した投影画像を曲面に歪みなく、投射する機能を有する。投影レンズ22は複数のレンズを組み合わせてこの機能を実現する。投影レンズ22は、入射した像を倒立像にして投射する。本実施例の投影レンズ22は、倒立像の入射像を入射することから、出射像は正立像になる。このように合成プロジェクタ10においては、投影レンズ22を１本用いるだけで済ますことができる。本実施例での仮想的な焦点画像は、平面の合成画像になる。
【００１９】
特許文献２のプレゼンテーションシステムは、プレゼンタの近傍に矩形状の仮想スクリーンにおける対角の基準点をカメラで撮影し、この撮影に基づく固定的な仮想スクリーンの座標を生成する。制御演算部は、仮想スクリーン上のポインタ操作による発光部の座標を算出する。液晶プロジェクタは、算出した発光部の座標にポイント画像を投影する。
【００２０】
これに対して、本発明の投影システムは、プロジェクタからの投影画像を仮想焦点で合成することから、特許文献２における画像合成の技術とは明らかに発明の概念が異なる。
【００２１】
また、特許文献３では、複数のプロジェクタから表示画面を投射し互いに隣接して表示される表示画面の境界に色の不連続性を生じさせることなく、全体として一体感のある画像表示を可能にするマルチディスプレイ装置が開示されている。特許文献３は、投影前の各分割画像に対する色の信号処理技術が開示されているに過ぎない。特許文献１、２および３の組合せによる構成でも本発明を実現できない。
【００２２】
次に本発明を適用した合成プロジェクタ10の動作について簡単に説明する。図１の構成においてプロジェクタ12は、投射画像38を投射する。また、プロジェクタ14は、投射画像40を投射する。
【００２３】
投射画像38は、リレーレンズ16で倒立像にされ、さらに、ナイフエッジ28で反射させられる。これにより、図2(b)に示すように仮想的な焦点画像42は、左半分のミラー反転倒立画像44が得られる。また、仮想的な焦点画像42は、リレーレンズ18で倒立像にされ、右半分の投射画像40を倒立させた画像46が得られる。このように図2(b)の合成した焦点画像42が投射レンズ22に入射される。合成プロジェクタ10は、このように合成画像42を矢印Aの位置、仮想焦点での画像として合成し、視覚化により確認することができる。
【００２４】
次に合成画像42は、投射レンズ22で倒立させられることにより図2(c)に示すように所望する画像48になる。投射レンズ22は、画像48を曲面、すなわちドームに投影する。
【００２５】
一般的に、プロジェクタに供給される画像信号から画像を生成するディジタル素子は、アスペクト比３：４、９：16と横方向に長い特徴がある。したがって、一つのプロジェクタからの投影画像をドーム曲面に投影する場合、プロジェクタは、このディジタル素子における縦方向の長さを直径とする円形の投影画像を投影する。
【００２６】
本発明を適用した合成プロジェクタ10は、２画面分割の場合、たとえばディジタル素子の縦方向を最大円形の半径とすることができる。図２に示すように、本実施例ではプロジェクタを使うことができ、円形画像をより高画質にすることができる。合成プロジェクタ10は、アスペクト比が横長になっても、有効に利用することができる。
【００２７】
具体例を説明する。一つのプロジェクタがQXGA（Quad eXtended Graphics Array）、2048×1534画素のディジタル素子を用いた場合、得られる円形画像は直径15.34メートルになる。
【００２８】
これに対して、合成プロジェクタ10において２つのプロジェクタを用いる。一つのプロジェクタがUXGA（Ultra eXtended Graphics Array）、1600×1200画素であるから、２つ用いると、3200×2400画素のディジタル素子を用いたと同等の解像度が得られる。また、その際の直径は16メートルになり、２台用いてもQXGAの投影システムに対して1/6程度の価格で済む。
【００２９】
さらに、一つのプロジェクタが4K×2K、すなわち4000×2000画素のディジタル素子で20メートルの円形画像を構築する。これに対して、合成プロジェクタ10は、UXGAのプロジェクタを４台用いると、6400×4800画素と直径24メートルの高画質な円形画像を構築することができ、上述したプロジェクタに比べて1/16程度の価格で実現することができる。
【００３０】
一つの画面を４画面や８画面に分割してプロジェクタに供給し、それぞれ供給される分割画像を合成して、一つの画面を形成し、投射画像を投射レンズから投射することにより、高画質な画像を安価に提供することができる。また、各プロジェクタと合成調整器20との光軸上に反射鏡を配設すると、プロジェクタの設置する位置に対する自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る投影システムを適用した実施例における合成プロジェクタの概略的な構成を示す図である。
【図２】図１の合成プロジェクトにおいて一つの画像分割した投影画像とその合成画像を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
10  合成プロジェクタ
12、14  プロジェクタ
16、18  リレーレンズ
20  合成調整器
22  投射レンズ
【図１】
2006314004.tif 000003
【図２】
2006314004.tif 000004