(57)【要約】【課題】視点方向どこからでもほぼ均等に明るく歪まない画像が見え、そして、画像は周辺の端部が縮まず、むしろ拡大され、さらに周辺画質がよく、また、薄型で省スペースであり、球面表示部を回転させられるようにすることにより各種用途に適用できる表示装置を提供すること。【解決手段】スクリーンは球面状スクリーン１であって、スクリーンの内側となる球心側に配置された放射状の光路を有する投影光学系２と、光路を折り曲げる光学系３と、プロジェクター４からなり、球面状スクリーンは、外側表面がつるつる面でほぼ同心の内面球面が拡散面の透明部材からなるほぼ球面の中空構造のスクリーンである。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンと、
スクリーンの内側に配置された投影光学系と、
光路を折り曲げる光学系と、
プロジェクターと、からなり、
スクリーンは外側表面がつるつる面で内面が拡散面からなる透明部材であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記スクリーンは、
平らな板状であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記スクリーンは、
任意の曲面部を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
内視鏡の操作部又は本体部に取り付け可能な請求項１〜３の何れかに記載した表示装置であって、
前記スクリーンを回転させると、その回転角を検出して回転角に応じて内視鏡の撮像手段が回動させられることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
スクリーンは球面状スクリーンであって、
スクリーンの内側となる球心側に配置された放射状の光路を有する投影光学系と、
プロジェクターと、からなることを特徴とする表示装置。
【請求項６】
前記球面状スクリーンは、
外側表面がつるつる面でほぼ同心の内面球面が拡散面の透明部材からなるほぼ球面の中空構造のスクリーンであることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
放射状の光路を有する光学系の射出瞳（ＥＰ）位置は、
球心点を０（ゼロ）とし、前記内面球面の位置をＲとすると、
＋Ｒ／２＞ＥＰ＞−２Ｒ
であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記投影光学系は、
画角（２ω）は８０度〜３００度であり、
前記プロジェクターの光路を拡大するアフォーカル光学系からなることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記投影光学系は、
画角（２ω）は８０度〜３００度であり、
前記プロジェクターから投射された画像が結像レンズで一度中間像を結像したのち、
投影レンズで拡大投影されるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の表示装置。
【請求項１０】
光路を折り曲げる光学系を備えることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の表示装置。
【請求項１１】
２個の前記球面状スクリーンが軸まわりに回転可能に相対して配置され、一方の前記球面状スクリーンを回転すると、他方の前記球面状スクリーンも同様に回転するとともに、
前記光路を折り曲げる光学系をプリズムで構成し、該プリズムの光路が確保されるように、それぞれの前記球面状スクリーンの回転角が設定されていることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
【請求項１２】
２個の球面状スクリーンが軸まわりに回転可能に平板状部材を挟んで相対して連結部材により連結されて配置され、一方の球面状スクリーンを軸まわりに回転すると、他方の球面状スクリーンも同様に回転し、
前記平板状部材内に１つ又は２つのプロジェクターが内蔵され、
前記プロジェクターからの光束が光路偏向プリズムで前記球面状スクリーンに投射され、
前記球面状スクリーンの回転角（φ）は、０度＜φ＜３５０度であり、
前記プロジェクターからの光路をケラないように前記連結部材には切り欠き部が形成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
台座内にプロジェクターと偏向プリズムが設けられるとともに台座上に球面状スクリーンが保持部を介して設けられ、
前記偏向プリズムで前記プロジェクターからの光路はほぼ直角に曲げられて前記球面状スクリーンの回転軸に一致させられ、
前記球面状スクリーンの前記保持部は回転可能になっていて、前記球面状スクリーンの回転角の範囲では光路が前記保持部でケラれないように前記保持部に切り欠き部が設けられ、
また、前記球面状スクリーンの回転角を検出し、回転角に応じて前記プロジェクターにより投影される画像が回転されるようになっていることを特徴とする表示装置。
【請求項１４】
前記プロジェクターには、
任意箇所に設置された撮像手段により取得された画像が入力されるようにしたことを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載した表示装置。
【請求項１５】
内視鏡の操作部又は本体部に取り付け可能な請求項１０に記載した表示装置であって、
前記球面状スクリーンを回転させると、その回転角を検出して回転角に応じて内視鏡の撮像手段が回動させられることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外側がつるつる面で内側が拡散面となっているスクリーンに、スクリーンの内側に配置された投影光学系を経てプロジェクターから投影された画像を表示し、その画像をスクリーンの外部から観察するようにした表示装置に関するものである。
【０００２】
また、スクリーンを回転させると、プロジェクターから投影される画像も回転し、回転角に応じてスクリーンに画像が表示されるようにした表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
拡散面にプロジェクターから投影された画像を表示し、その画像を球面状や曲面状の透明体の外部から観察するようにした表示装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に示すようなものがある。
【０００４】
特許文献１に示すものは、図１８に示すように、透明球ａの内部に拡散面ｂを設け、拡散面ｂにハーフミラーｃの下方に設けたプロジェクターｄの投写画像を投写し、透明球ａの凸レンズとしての働きにより拡大虚像として視点ｅから観察するようにしたものである。
【０００５】
特許文献２に示すものは、図１９に示すように、透明球ａの一部または近接させて拡散面ｂを設け、拡散面ｂにハーフミラーｃの下方に設けたプロジェクターｄの投写画像を投写し、透明球ａの凸レンズとしての働きにより拡大虚像として視点ｅから観察するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１８３３号公報
【特許文献２】特開２０００−９８２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１及び特許文献２に示すものでは小さい像を結像して透明球を拡大鏡として用いて観察する方法であるため、視点位置が限定される。さらに、遠くから投影しているので効率も悪い。また、透明球を拡大鏡として用いているので、周辺画像が劣化し、また画像も歪む。その上、大がかりで、プロジェクターを設置するスペースも大きくなり厚いものとなり、ハーフミラーを用いることにより光量ロスにつながる、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、視点方向どこからでもほぼ均等に明るく歪まない画像が見え、さらに周辺画質が良いので球面のギリギリまで画像が良く見える。また、薄型で省スペースであり、球面表示部を回転させられるようにすることにより各種用途に適用できる表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明による表示装置は、スクリーンと、スクリーンの内側に配置された投影光学系と、光路を折り曲げる光学系と、プロジェクターと、からなり、スクリーンは外側表面がつるつる面で内面が拡散面からなる透明部材であることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の表示装置においては、前記スクリーンは、平らな板状であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の表示装置においては、前記スクリーンは、任意の曲面部を有する形状であることが好ましい。
【００１２】
あるいは、本発明の表示装置は、内視鏡の操作部又は本体部に取り付け可能な請求項１〜３の何れかに記載した表示装置であって、前記スクリーンを回転させると、その回転角を検出して回転角に応じて内視鏡の撮像手段が回動させられることを特徴としている。
【００１３】
あるいは、本発明の表示装置は、スクリーンは球面状スクリーンであって、スクリーンの内側となる球心側に配置された放射状の光路を有する投影光学系と、プロジェクターと、からなることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の表示装置においては、前記球面状スクリーンは、外側表面がつるつる面でほぼ同心の内面球面が拡散面の透明部材からなるほぼ球面の中空構造のスクリーンであることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の表示装置においては、放射状の光路を有する光学系の射出瞳（ＥＰ）位置は、球心点を０（ゼロ）とし、前記内面球面の位置をＲとすると、
＋Ｒ／２＞ＥＰ＞−２Ｒ
であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の表示装置においては、前記投影光学系は、画角（２ω）は８０度〜３００度であり、前記プロジェクターの光路を拡大するアフォーカル光学系からなることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の表示装置においては、前記投影光学系は、画角（２ω）は８０度〜３００度であり、前記プロジェクターから投射された画像が結像レンズで一度中間像を結像したのち、投影レンズで拡大投影されるように構成されていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の表示装置においては、光路を折り曲げる光学系を備えることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の表示装置においては、２個の前記球面状スクリーンが軸まわりに回転可能に相対して配置され、一方の前記球面状スクリーンを回転すると、他方の前記球面状スクリーンも同様に回転するとともに、前記光路を折り曲げる光学系をプリズムで構成し、該プリズムの光路が確保されるように、それぞれの前記球面状スクリーンの回転角が設定されていることが好ましい。
【００２０】
あるいは、本発明の表示装置は、２個の球面状スクリーンが軸まわりに回転可能に平板状部材を挟んで相対して連結部材により連結されて配置され、一方の球面状スクリーンを軸まわりに回転すると、他方の球面状スクリーンも同様に回転し、前記平板状部材内に１つ又は２つのプロジェクターが内蔵され、前記プロジェクターからの光束が光路偏向プリズムで前記球面状スクリーンに投射され、前記球面状スクリーンの回転角（φ）は、０度＜φ＜３５０度であり、前記プロジェクターからの光路をケラないように前記連結部材には切り欠き部が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
あるいは、本発明の表示装置は、台座内にプロジェクターと偏向プリズムが設けられるとともに台座上に球面状スクリーンが保持部を介して設けられ、前記偏向プリズムで前記プロジェクターからの光路はほぼ直角に曲げられて前記球面状スクリーンの回転軸に一致させられ、前記球面状スクリーンの前記保持部は回転可能になっていて、前記球面状スクリーンの回転角の範囲では光路が前記保持部でケラれないように前記保持部に切り欠き部が設けられ、また、前記球面状スクリーンの回転角を検出し、回転角に応じて前記プロジェクターにより投影される画像が回転されるようになっていることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の表示装置においては、前記プロジェクターには、任意箇所に設置された撮像手段により取得された画像が入力されることが好ましい。
【００２３】
あるいは、本発明の表示装置は、内視鏡の操作部又は本体部に取り付け可能な請求項１０に記載した表示装置であって、前記球面状スクリーンを回転させると、その回転角を検出して回転角に応じて内視鏡の撮像手段が回動させられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の表示装置によれば、次のような効果を有する。
（１）視点方向、どこからでも見える。
（２）薄型で省スペース。
（３）視点方向によらず明るく見える。
（４）画像が歪まない。
（５）周辺画質が良いので球面のギリギリまで画像が良く見える。
（６）球面表示部を回転することで、画像を変化させることが出来る。能動性をもたせることができるので、アトラクティブなゲームなどに応用可能である。
（７）球面表示部に設けられた指標を用いて、その指標と表示画像との関係性を球面を回転することで操作できるので、例えば占い球などに適用可能である。
（８）全周球面に画像表示出来るので、臨場感を表現することが出来る、例えば内視鏡のガスタンク内観察などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】視点を変えて球面状スクリーンを観察したときの観察範囲を示す説明図である。
【図２】射出瞳（ＥＰ）との関係で拡散性が強くなくても明るく見える範囲示す説明図である。
【図３】画角（２ω）＝２２０度の場合の画像表示範囲を示す説明図である。
【図４】画角（２ω）＝１４０度の場合の画像表示範囲を示す説明図である。
【図５】実施例１の表示装置を示す説明図である。
【図６】実施例２の表示装置を示す説明図である。
【図７】実施例２の球体保持部の斜視図である。
【図８】実施例３の表示装置を示す説明図である。
【図９】実施例３の表示装置のプロジェクターと偏向プリズムの配置の他例を示す説明図であり、（Ａ）はプロジェクターを偏向プリズムの上下に配置した例、（Ｂ）はプロジェクターを１つで左右に画像表示した例、（Ｃ）はプロジェクター１つで左右に画像を表示した例、をそれぞれ示す。
【図１０】実施例４の表示装置を示す斜視図である。
【図１１】実施例４の表示装置を示す説明図である。
【図１２】実施例５の表示装置を示す図であり、（Ａ）は分解斜視図であり、（Ｂ）はＣＣＤとプロジェクターと偏向プリズムを組み立てた斜視図であり、（Ｃ）は平板スクリーンを示す斜視図である。
【図１３】実施例６の表示装置を示す図であり、（Ａ）は表示部を矩形の平板スクリーンとしたものの斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のプリズムユニットとプロジェクターユニット部分の拡大斜視図であり、（Ｃ）は表示部を球面状スクリーンとしたものの斜視図である。
【図１４】本発明の表示装置を占い球に適用した例を示す説明図である。
【図１５】本発明の表示装置を星座占い玉に適用した例を示す説明図である。
【図１６】本発明の表示装置をドアノブ表示装置に適用した例を示す説明図である。
【図１７】本発明の表示装置を壁面埋込型シグナルランプに適用した例を示す説明図である。
【図１８】従来例を示す説明図である。
【図１９】他の従来例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実施形態の説明に先立ち、本発明の概略及び作用効果について説明する。
【００２７】
本発明の表示装置は、スクリーンと、スクリーンの内側に配置された投影光学系と、光路を折り曲げる光学系と、プロジェクターからなり、スクリーンは外側表面がつるつる面で内面が拡散面からなる透明部材であることを特徴としている。
【００２８】
表面はつるつる（鏡面）で内面が拡散面からなるスクリーンに画像を内部から投射することでスクリーンに画像表示を行い、外部から観察できるようにし、さらに光路を折り曲げる光学系を加えることにより装置の小型化が可能となる。
【００２９】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、スクリーンは、平らな板状である。
【００３０】
スクリーン面は平らな板状であってもよく、大きさも適宜選択可能である。
【００３１】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、スクリーンは、任意の曲面部を有する形状である。
【００３２】
スクリーン面は曲面部を有する形状であってもよく、その曲面形状は適宜選択可能であり、また曲面と平面の組み合わせであってもよい。
【００３３】
さらに、本発明の表示装置は、内視鏡の操作部又は本体部に取り付け可能な請求項１〜３の何れかに記載した表示装置であって、スクリーンを回転させると、その回転角を検出して回転角に応じて内視鏡の撮像手段が回動させられることを特徴としている。
【００３４】
スクリーンを回転させると、それに応じて内視鏡の撮像手段が回動するので、内視鏡の撮像方向をスクリーンで観察して実感できる。
【００３５】
あるいは、本発明の表示装置は、スクリーンは球面状スクリーンであって、スクリーンの内側となる球心側に配置された放射状の光路を有する投影光学系と、前記球面状スクリーンプロジェクターからなることを特徴としている。
【００３６】
スクリーンを球面形状のスクリーンとし、球心側に配置された放射状の光路を有する投影光学系からスクリーンに画像を投射することで球状の面に画像表示を行い、外部から観察できるようにする。
【００３７】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、球面状スクリーンは、外側表面がつるつる面でほぼ同心の内面球面が拡散面の透明部材からなるほぼ球面の中空構造のスクリーンである。
【００３８】
表面はつるつる（鏡面）の外球と、ほぼ同心の拡散面の内球からなる透明球のスクリーンに、画像を内部から投射することで球状の面に画像表示を行う。そして、プロジェクターと球面の間に偏向光路を配置することで薄型化する。
【００３９】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、放射状の光路を有する光学系の射出瞳（ＥＰ）位置は、球心点を０（ゼロ）とし、前記内面球面の位置をＲとすると、
＋Ｒ／２＞ＥＰ＞−２Ｒ
である。
【００４０】
球面表示部への投射画像の射出瞳位置は、画像をどこから見ても明るく見えるように、球心の近くに設けられている。射出瞳（ＥＰ）を上記の範囲とすると、拡散性がさほど強くなくても明るく拡散ができる。
【００４１】
ここで、本発明の表示装置における画面を明るく均一にするための理論を図１と図２に示す球面状スクリーンに基づいて説明する。
図１は視点を変えて球面状スクリーンを観察したときの観察範囲を示し、図２は射出瞳（ＥＰ）との関係で拡散性を強くしなくても明るく見える範囲を示す。
【００４２】
図１に示すように、視点Ａと視点Ｂでは画像表示エリアＣの観察範囲Ｄ、すなわち球面に接する範囲が変化するが、いずれも球面に接する範囲であるので画像を観察できることになる。そして、図２に示すように、視点Ａから観察した場合、球面の中心０を通る光軸をＥ、球面に接する光線をＦ、球面の屈折率をｎ、射出瞳位置をＥＰとすると、光線Ｆは外球面ではθｃ＝sin-1(1/n)であり、内球面ではほぼθｃで入射する。
入射瞳とこの点を結ぶ光路と、内球面のθｃで入射する光線との内球面上で成す角度差が比較的小さいので、拡散が強くなくても明るく観察できる。
【００４３】
したがって、射出瞳の位置は、＋Ｒ／２＞ＥＰ＞−２Ｒ
の範囲がよい。
また、０＞ＥＰ＞−３／２Ｒ
であると、より効率的である。
【００４４】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、投影光学系は、画角（２ω）は８０度〜３００度であり、プロジェクターの光路を拡大するアフォーカル光学系からなる。
【００４５】
画像は球体の内面に１６０度以上の範囲で投射すると、観察位置によらず画像が全方位から観察できる。
【００４６】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、投影光学系は、画角（２ω）は８０度〜３００度であり、プロジェクターから投射された画像が結像レンズで一度中間像を結像したのち、投影レンズで拡大投影されるように構成されている。
【００４７】
画像は球体の内面に１６０度以上の範囲で投射すると、観察位置によらず画像が全方位から観察できる。
【００４８】
ここで、画像は球体の内面に１６０度以上の範囲で投射すると、観察位置によらず画像が全方位から観察できる理論を図３と図４に示す球面状スクリーンに基づいて説明する。
図３は画角（２ω）＝２２０度、図４は画角（２ω）＝１４０度の例を示す。
【００４９】
図３に示すように、画角（２ω）＝２２０度の場合は画像表示範囲はＧとなり、ＥＰを球心Ｏに近づけることにより、ＥＰの後方となるスクリーンにまで画像を明るく均一に投影できる。また、図４に示すように、画角（２ω）＝１４０度の場合は画像表示範囲はＧとなり、ＥＰを−Ｒに近づけることにより、スクリーンの広範囲に亘り画像を明るく均一に投影できる。
【００５０】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、光路を折り曲げる光学系を備えている。
【００５１】
光路を折り曲げる光学系を備えることで小型化が可能となり、例えば、プロジェクターと球面の間に偏向プリズムを配置することで薄型化が可能となる。
【００５２】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、２個の球面状スクリーンが軸まわりに回転可能に相対して配置され、一方の球面状スクリーンを回転すると、他方の球面状スクリーンも同様に回転するとともに、光路を折り曲げる光学系をプリズムで構成し、プリズムの光路が確保されるように、それぞれの球面状スクリーンの回転角が設定されている。
【００５３】
例えば、球面状スクリーンをドアノブとすると、ドアノブの回転角は光路を折り曲げる光学系を構成するプリズムの光路が確保される範囲に設定されているので、ドアノブをドアノブとしての機能を発揮させながら表示装置として利用することが可能となる。
【００５４】
あるいは、本発明の表示装置は、２個の球面状スクリーンが軸まわりに回転可能に平板状部材を挟んで相対して連結部材により連結されて配置され、一方の球面状スクリーンを軸まわりに回転すると、他方の球面状スクリーンも同様に回転し、平板状部材内に１つ又は２つのプロジェクターが内蔵され、プロジェクターからの光束が光路偏向プリズムで前記球面状スクリーンに投射され、球面状スクリーンの回転角（φ）は、０度＜φ＜３５０度であり、プロジェクターからの光路をケラないように連結部材には切り欠き部が形成されていることを特徴としている。
【００５５】
例えば平板状部材を扉パネルとし、球面状スクリーンをドアノブとして回転角を上記の範囲に設定することにより、ドアノブをドアノブとしての機能を発揮させながら表示装置として利用することが可能となる。
【００５６】
あるいは、本発明の表示装置は、台座内にプロジェクターと偏向プリズムが設けられるとともに台座上に球面状スクリーンが保持部を介して設けられ、偏向プリズムでプロジェクターからの光路はほぼ直角に曲げられて球面状スクリーンの回転軸に一致させられ、球面状スクリーンの保持部は回転可能になっていて、球面状スクリーンの回転角の範囲では光路が保持部でケラれないように保持部に切り欠き部が設けられ、また、球面状スクリーンの回転角を検出し、回転角に応じて前記プロジェクターにより投影される画像が回転されるようになっていることを特徴としている。
【００５７】
プロジェクターと球面状スクリーンの間に偏向光路を配置することで薄型化する。また、球面状スクリーンは保持部で回転可能であって、回転角に応じてプロジェクターにより投影される画像が回転し、一定の回転角の範囲では保持部で光路がケラれないように保持部に切り欠き部が設けられているので、回転に応じて画像を変更したいような各種用途に適用可能である。
【００５８】
また、本発明の表示装置においては好ましくは、プロジェクターには、任意箇所に設置された撮像手段により取得された画像が入力される。
【００５９】
プロジェクターから投影される画像についての制限はなく、例えばメモリーに記憶した画像やコンピュータ画像を表示しても良いが、別途撮像手段を設けておきこの画像を表示するようにしてもよい。例えば、スクリーンをドアノブとし、扉パネルに撮像手段を設ければ、ドア付近の様子をスクリーンで観察することが出来る。
【００６０】
さらに、本発明の表示装置は、内視鏡の操作部又は本体部に取り付け可能な請求項１０に記載した表示装置であって、球面状スクリーンを回転させると、その回転角を検出して回転角に応じて内視鏡の撮像手段が回動させられることを特徴としている。
【００６１】
球面状スクリーンを回転させると、それに応じて内視鏡の撮像手段が回動するので、内視鏡の撮像方向をスクリーンで観察して実感できる。特に、タンクのような半球状のものの観察に適する。
【実施例】
【００６２】
＜実施例１＞
次に、本発明の表示装置の基本的構成を図５に基づいて説明する。
本発明の表示装置は、中空状の球面状スクリーン１と、球面状スクリーン１の内側となる球心側に配置された放射状の光路を有する投影光学系２と、偏向プリズム３と、プロジェクター４とから構成されている。
【００６３】
球面状スクリーン１はガラスやアクリル樹脂などの合成樹脂で形成された透明体であり、内球面１１側は表面が拡散面でありスクリーンとして機能し、外球面１２側はつるつるの研磨面となっている。なお、球面状スクリーン１の大きさは適宜選択でき、また球面状スクリーン１の肉厚も適宜選択可能である。さらに、球面状スクリーン１は拡散面となる内球面１１の内側にさらに透明部があってもよい。
【００６４】
投影光学系２はアフォーカル光学系であり、前方から凹レンズ群２１と凸レンズ群２２とから構成されている。また、画角（２ω）は８０度〜３００度とする。そして、球面状スクリーン１の球心点を０（ゼロ）とし、内球面１１の位置をＲとすると、射出瞳（ＥＰ）位置２３が、＋Ｒ／２＞ＥＰ＞−２Ｒの範囲となるように設定されている。また、投影光学系２は球面状スクリーン１を保持する球面保持部５内に収納され、球体保持部５は平板状部材６の上に設けられている。
【００６５】
プロジェクター４と偏向プリズム３は台座となる平板状部材６の中に収納されており、プロジェクター４から投射された画像は偏向プリズム３で光路が折り曲げられ、平板状部材６の上に設けられている球体保持部５に収納されている投影光学系２に投射されるようになっている。
【００６６】
上記のように構成されているので、プロジェクター４から画角ｗで画像が投影されると、偏向プリズム３でほぼ直角に曲げられる。そして、投影光学系２はアフォーカル光学系であるので画角ｗは、β×ｗに拡大される。そして、射出瞳位置２３から放射状に画角β×ｗ（２ω）で、半径Ｒの内球面１１に投影される。すると、内球面１の散乱面で光が拡散されることとなり、球面状スクリーン１の透明体を透過して外球面１２の全方位から画像が観察されることとなる。
【００６７】
本実施例においては、プロジェクター４が平板状部材６に配置されているので装置全体として薄型である。そして、射出瞳位置５から全方位に画像が投影されるので球面状スクリーン１全体がスクリーンとして機能し、球全体に画像が表示される。さらに、射出瞳の位置と内面球の球心が近いので、どの方位から観察しても明るい画像が見え、また、画像は歪みが少なく観察出来る。
【００６８】
なお、本実施例の変形例として、偏向プリズム３を設けず、光路が途中で折り曲げられないようにしてもよい。このような構成にすると、プロジェクター４から投射された画像は途中で光路が折り曲げられることなく平板状部材６の上に設けられている球体保持部５に収納されている投影光学系２に投射されることとなる。用途によっては、平板状部材６を図５に対し縦型にでき、都合がよい場合もある。
【００６９】
本実施例は例えば、図１４に示す占い球や、図１７に示す壁面埋込型シグナルランプに適用可能である。図１７に示す壁面埋込型シグナルランプＬはリモコンＲの操作により任意の色や画像表示を伴って発光するシグナルランプである。単なる光の変化ではなく、具体的な情報を表示可能である。
【００７０】
＜実施例２＞
次に、本発明の表示装置の他例を図６に基づいて説明する。
本発明の表示装置は、中空状の球面状スクリーン１と、球面状スクリーン１の内側となる球心側に配置された放射状の光路を有する投影光学系２と、偏向プリズム３と、プロジェクター４とから構成されている。
【００７１】
球面状スクリーン１はガラスやアクリル樹脂などの合成樹脂で形成された透明体であり、内球面１１側は表面が拡散面でありスクリーンとして機能し、外球面１２側はつるつるの研磨面となっている。なお、球面状スクリーン１の大きさは適宜選択でき、また球面状スクリーン１の肉厚も適宜選択可能である。さらに、球面状スクリーン１は拡散面となる内球面１１の内側にさらに透明部があってもよい。これらは、上記実施例１と同様である。
【００７２】
投影光学系２は、プロジェクター４から投射された画像は一度結像レンズ２４で中間像２５を結像し、偏向プリズム３で光路が折り曲げられた後、投影レンズ２６で拡大投影されるようになっている。また、画角（２ω）は８０度〜３００度とする。そして、球面状スクリーン１の球心点を０（ゼロ）とし、内球面１１の位置をＲとすると、射出瞳（ＥＰ）位置２３が、＋Ｒ／２＞ＥＰ＞−２Ｒの範囲となるように設定されている。また、投影光学系２のうち投影レンズ２６は球面状スクリーン１を保持する球面保持部５内に収納されている。
【００７３】
プロジェクター４と偏向プリズム３と投影光学系２の結像レンズ２４は台座となる平板状部材６の中に収納されており、プロジェクター４から投射された画像は結像レンズ２４により中間像２５を一度結像した後、偏向プリズム３で光路が折り曲げられ、平板状部材６の上に設けられている球体保持部５に収納されている投影光学系２の投影レンズ２６に投射されるようになっている。
【００７４】
そして、図示した本実施例では球体保持部５は平板状部材６に対し、投影レンズ２５の光軸を中心として回動可能に設けられている。また、球面状スクリーン１も球体保持部５と一体的に回転し、球体保持部５のプロジェクター４に面する側には図７に示すような切り欠き部５１が形成されている。切り欠き部５１は球体保持部５が回動した場合に、光路が球体保持部５でケラれないようにするためである。また、球体保持部５の切り欠き部５１と反対側は歯車７と螺合するように形成してあり、球体保持部５が回転すると歯車７が回転し、回転角が角度検出センサー８で検出されるようになっている。なお、球体保持部５が回動しない場合はこのような仕組みは不要である。
【００７５】
上記のように構成されているので、プロジェクター４から画角ｗで画像が投射されると結像レンズ２４により中間像２５が結像される。そして、偏向プリズム３でほぼ直角に光路を曲げられる。中間像２５は投影レンズ２６で拡大されて画角θで半径Ｒの内面球１１に投影される。すると、内球面１１の散乱面で光が拡散されることとなり、球面状スクリーン１の透明体を透過して外球面１２の全方位から画像が観察されることとなる。
【００７６】
また、球面保持部５と投影レンズ２６と球面状スクリーン１は一体となって投影レンズ２６の光軸まわりに回転し、球体保持部５が回転するとこれと螺合している歯車７が回され、角度検出センサー８で回転角が検出される。なお、球体保持部の５の回動範囲は、プロジェクター４と結像レンズ２４の光路がケラれないように設定された球体保持部５切り込み部５１の範囲内、例えば±１７５度以内で回転するようにする。
【００７７】
そして、角度検出センサー８で検出される回転角をフィードバックしてプロジェクター４から投射される画像を変化させるようにするようにしてもよい。また、球面状スクリーン１に視認可能な指標や図柄を表示しておき、球面状スクリーン１の回転角に応じて変化して表示される画像とこの指標の一致を認識し、これをフィードバックして更に投射される画像に反映させるようにしてもよい。
【００７８】
本実施例は、例えば図１５に示すような星座占い玉に適用可能である。球面状スクリーン１の外球面１２表面に生まれ月が書いてある占い球を回転させ、プロジェクター４から占いに関する画像を投影するようにする。
また、球面状スクリーン１の外球面１２表面に緯度経度が書いてある天球儀や地球儀や、概要が書いてあるゲーム用の表示球などに応用可能である。
【００７９】
＜実施例３＞
次に、本発明の表示装置の他例を図８に基づいて説明する。本実施例は基本的には上記した実施例２の表示装置を対向させて２個設けたものであり、例えばドアノブ等に適用可能なものである。本実施例では球面状スクリーン１をドアノブ１３の把持部１４とし、平板状部材６を扉パネル６１とする。
【００８０】
扉パネル６１を挟んでドアノブ１３が、扉パネル６１を貫通していて両側が球体保持部５となっている球体連結部材５２に対向させて設けられている。球体連結部材５２は扉パネル６１に対して回動可能となっており、また一方のドアノブ１３を回転させると他方のドアノブ１３も同時に回転するようになっている。また、球体連結部材５２には切り欠き部５１が形成されており、球体連結部材５２が回動した場合に、光路が球体連結部材５２でケラれないようになっている。
【００８１】
扉パネル６１内にはプロジェクター４が２個併設され、それぞれのプロジェクター４から投射された画像はクサビプリズム２７を透過し、一度それぞれの結像レンズ２４により中間像２５を結像し、それぞれの偏向プリズム３で光路が折り曲げられた後、それぞれの投影レンズ２６によりそれぞれのドアノブ１３の把持部１４に拡大投影されるようになっている。
【００８２】
なお、扉パネル６１内にプロジェクター４と偏向プリズム３と投影光学系２を設けるに際しては、図９に示すように設けてもよい。図９（Ａ）はプロジェクター４を扉パネル６１内に上下に配置し、偏向プリズム３を２個組み合わせるように配置したものである。図９（Ｂ）はプロジェクター４を１個としたものであり、１個のプロジェクター４から投射された画像を２個の偏向プリズム３で左右の把持部１４へ同時に投影するようにしたものである。この場合は左右同じ画像が投影される。図９（Ｃ）はプロジェクター４を１個としたものであり、１個のプロジェクター４から投射された画像を１個の偏向プリズム３で左右の把持部１４へ同時に投影するようにしたものである。この場合、投影画像は、投影像を分割して左右異なる画像を投影できる。いずれの場合もプロジェクター１個分の厚さでよいので、扉パネル内にプロジェクターを２個併設する場合と比べ、薄い扉パネル６１でも設置可能である。
【００８３】
本実施例においては、ドアノブ１３の把持部１４に画像が表示される。そして、従来のドアノブを本発明のドアノブ表示装置と交換することにより、プロジェクターがドア内に収納出来るので大規模な工事を行わなくてもドアノブ１３の把持部１４に画像を表示することが可能となる。なお、基本的にはドアノブ１３を回しても把持部１４に表示される画像は回転させない。また球面連結部材５２には切り欠き部５１が形成してあるのでドアノブ１３を回しても把持部１４に表示される画像がケラれない。そして、左右のドアノブ１３は球面連結部材５２により連結されているので通常のドアノブのように使用出来る。なお、メモリーに記録した画像、コンピュータ画像、カメラで取り込んだ画像などを表示可能である。
【００８４】
本実施例は例えば、図１６に示すドアノブ表示装置に適用可能である。ドアノブ１３の把持部１４を球面状スクリーン１とし、表示面とする。
なお、図示した本実施例ではドアノブ１３の回転角度を検出する角度検出センサー８は設けていないが、角度検出センサーを設けることも可能である。また、扉パネル６１のドアノブ１３の近傍などにＣＣＤカメラなどの撮像手段を設け、その画像をドアノブ１３の把持部１４に投影することも可能である。
【００８５】
＜実施例４＞
次に、本発明の表示装置の他例を図１０，図１１に基づいて説明する。本実施例は、タンク内の観察に使用するための内視鏡に使用可能なものである。基本的には実施例２の表示装置を内視鏡本体６２とし、これに撮像手段９を設けた挿入部１００を取り付けたものであり、球面状スクリーン１を回転させるとこの回転角度を角度センサー８が検出し、撮像手段９が回転するようになっている。
【００８６】
内視鏡本体６２となる表示装置部分は例えば実施例２に示したような機構により球面状スクリーン１を回動可能にするとともに、この回転角度が角度センサー８により検出されるようにする。また、球面状スクリーン１の回転により光路がケラれないようにするため、球面状スクリーン１の回動範囲を球体保持部５の切り欠き部５１の大きさに合わせる。
【００８７】
フレキシブルな挿入部１００の先端には先端部１０１が着脱可能に配されており、先端部１０１には撮像手段９を構成する対物レンズ９１とＣＣＤ９２が設けられている。そして、先端部１０１は球面状スクリーン１の回転角度に対応させて撮影アングルが変化するように回動するようになっており、ＣＣＤ９２が回転することにより球面状スクリーン１には球面状スクリーン１の回転角度に対応させた画像が投影されることとなる。
【００８８】
このような構成とすることにより、球面状スクリーン１を回転すると角度センサー８が回転角度を検出し、それに応じて先端部１０１のアングルが同期するように変更され、先端部１０１の撮影方向と観察状態を球面状スクリーン１で実感出来る。また、対物レンズ９１の負ディストーションと投影レンズ２６の正ディストーションが相殺されることによりディストーションが補正され、球面状スクリーン１の画像は、実際に近い表示となり、先端光学系の歪みが補正されるので見やすい。特に、タンクのような球体を観察する場合、被検査物１０２の球体の状況が、表示（観察側）の球体で見やすく再現される。
【００８９】
本実施例は例えば、タンク内の検査を行うための内視鏡として適用可能である。また、球面状スクリーン１の形状は被検査物の形状に合わし、例えば半球状であってもよく、あるいはほぼ球体に近い形状であってもよい。
【００９０】
＜実施例５＞
次に、本発明の表示装置を内視鏡に使用した他例を図１２に基づいて説明する。本実施例は、挿入部１００がステンレスチューブ製の硬性鏡となっており、挿入部１００は先端側にはＬＥＤ１１０が設けられ、ＣＣＤ９２接続側には接眼レンズ１２０が設けられている。挿入部１００とＣＣＤ９２とプロジェクター４と偏向プリズム３はそれぞれ着脱可能になっている。そして、図１２（Ｂ）に示すように、ＣＣＤ９２、プロジェクター４、偏向プリズム３が連結され、ＣＣＤ９２とプロジェクター４は固定され、プロジェクター４と偏向プリズム３とは回動可能に連結される図示しない回転部を有しており、プリズム３に対しプロジェクター４が回動可能となっているとともに、プロジェクター４が回動するとＣＣＤ９２も一体的に回動するようになっている。
【００９１】
偏向プリズム３には球面状スクリーン１が回動可能に配されており、プロジェクター４から投射された画像が投影光学系（図示せず）により球面状スクリーン１に投射されるようになっている。また、球面状スクリーン１を回転させると角度センサー（図示せず）がその回転角度を検出し、プロジェクター４を球面状スクリーン１の回転角度に対応させて撮影アングルが変化するように回動する。プロジェクター４が回転することによりＣＣＤ９２も同時に回転し、球面状スクリーン１にはその回転角度に対応させた画像が投影されることとなる。
【００９２】
また、球面状スクリーン１に代え、被検査物によってはスクリーンを図１２（Ｃ）に示すような円形の平板スクリーン１３０としてもよい。平板スクリーン１３０とする場合も、表示部は透明体で内側は拡散面で外側は鏡面となるように形成する。そして、平板スクリーン１３０と球面状スクリーン１を交換可能としてもよい。
【００９３】
このような構成とすることにより、球面状スクリーン１や平板スクリーン１３０を回動させるとプロジェクター４が回転することにより、球面状スクリーン１や平板スクリーン１３０にはその回転角度に対応させた画像が投影されることとなる。なお、プロジェクター４は固定とし、ＣＣＤ９２のみが回転するようにしてもよい。
【００９４】
＜実施例６＞
次に、本発明の表示装置を内視鏡に使用した他例を図１３に基づいて説明する。
本実施例は、実施例５の挿入部１００をフレキシブルな蛇管とし、表示部を矩形の平板スクリーン１３０’や球面状スクリーン１としたものである。
挿入部１００はプロジェクターユニット４０と一体化されており、プロジェクターユニット４０は図１３（Ｂ）に示すように、接眼レンズ１２０とＣＣＤ９２とプロジェクター４と結像レンズ２４から構成されている。また、プリズムユニット３０は偏向プリズム３と投影レンズ２６から構成されていて、プリズムユニット３０に対しプロジェクターユニット４０は矢印Ａ方向に回転可能となっている。
【００９５】
挿入部１００内にはイメージファイバ１５０が設けられ、接眼レンズ１２０を経てＣＣＤ９２で撮像されるようになっている。
そして、プロジェクター４から投射された画像は実施例２と同様に一度結像レンズ２４で中間像２５を結像し、偏向プリズム３で光路が折り曲げられた後、投影レンズ２６で平板スクリーン１３０’や球面状スクリーン１に拡大投影されるようになっている。
【００９６】
また、図１３（Ａ）、（Ｂ）の変形として、球面状スクリーンの場合を示す。
球面状スクリーン１の根元には、図１３（Ｃ）に示すようにスクリーン固定部１４０が設けられ、球面状スクリーン１がプリズムユニット３０に対して回転可能に取り付けられている。また、球面状スクリーンを取り付けるためのスクリーン固定部１４０が設けられ、球面状スクリーン１が机等に固定され、プリズムユニット３０は球面状スクリーン１に対して矢印Ｂ方向に回転可能に取り付けられている。
そして、スクリーン固定部１４０には、アーム１４１及び表示装置固定部１４２が設けられており、表示装置固定部１４２により適当な場所に固定することが可能となっている。
なお、図１３（Ａ）に示す平板スクリーン１３０’の場合も、平板スクリーン１３０’を取り付けるためのスクリーン固定部１４０が設けられ、平板スクリーン１３０’に対してプリズムユニットを回動可能としても良い。
【００９７】
この状態で、挿入部１００を被検体に挿入して検査を行う場合、必要に応じて挿入部１００をねじることもある。
プリズムユニット３０に対しプロジェクターユニット４０は矢印Ａ方向に回転可能となっているので、挿入部１００をねじることにより、挿入部１００とプロジェクターユニット４０がレンズユニット３０に対して矢印Ａ方向に回転されることになる。
また、球面状スクリーン１や平板スクリーン１３０’がプリズムユニット３０に対して矢印Ｂ方向に回転可能に取り付けられているので、挿入部１００を上下させることにより、挿入部１００とプロジェクターユニット４０とプリズムユニット３０の部分が一体となって矢印Ｂ方向に回転されることになる。
Ａ方向とＢ方向に回転可能とすることにより、挿入部１００を上下動又は回転させても、挿入部１００の根元に無理な力がかからないというメリットがある。
【００９８】
さらに、実施例５と同様に球面状スクリーン１や平板スクリーン１３０’を回動させるとプロジェクター４が回転し、球面状スクリーン１や平板スクリーン１３０’にはその回転角度に対応した画像が投影されるように構成されており、球面状スクリーン１や平板スクリーン１３０’を回動させるとプロジェクター４が回転することにより、球面状スクリーン１や平板スクリーン１３０’にはその回転角度に対応させた画像が投影されることとなる
【００９９】
なお、内視鏡は、先端にＣＣＤを設けたビデオスコープの場合でもよい。この場合、接眼レンズ、ＣＣＤは、手元側には設けず、先端のＣＣＤの信号をプロジェクターに入れる構造である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の適用範囲は上記実施例に限定されるものではなく、スクリーンの形状や大きさや、球面状スクリーンの大きさにも制限はないので、娯楽用から実用的な用途まで各種のものに使用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１                球面状スクリーン
１１              内球面
１２              外球面
１３              ドアノブ
１４              把持部
２                投影光学系
２１              凹レンズ群
２２              凸レンズ群
２３              射出瞳位置
２４              結像レンズ
２５              中間像
２６              投影レンズ
２７              クサビプリズム
３                偏向プリズム
３０              プリズムユニット
４                プロジェクター
４０              プロジェクターユニット
５                球体保持部
５１              切り欠き部
５２              球面連結部材
６                平板状部材
６１              扉パネル
６２              内視鏡本体
７                歯車
８                角度検出センサー
９                撮像手段
９１              対物レンズ
９２              ＣＣＤ
１００            挿入部
１０１            先端部
１０２            被検査物
１１０            ＬＥＤ
１２０            接眼レンズ
１３０，１３０’  平板スクリーン
１４０            スクリーン固定部
１４１            アーム
１４２            表示装置固定部
１５０            イメージファイバ
【図１】
2011237682.tif 000003
【図２】
2011237682.tif 000004
【図３】
2011237682.tif 000005
【図４】
2011237682.tif 000006
【図５】
2011237682.tif 000007
【図６】
2011237682.tif 000008
【図７】
2011237682.tif 000009
【図８】
2011237682.tif 000010
【図９】
2011237682.tif 000011
【図１０】
2011237682.tif 000012
【図１１】
2011237682.tif 000013
【図１２】
2011237682.tif 000014
【図１３】
2011237682.tif 000015
【図１４】
2011237682.tif 000016
【図１５】
2011237682.tif 000017
【図１６】
2011237682.tif 000018
【図１７】
2011237682.tif 000019
【図１８】
2011237682.tif 000020
【図１９】
2011237682.tif 000021