(57)【要約】【課題】簡易な構成により曲面に画像を投影することを可能にする。【解決手段】本実施形態のプロジェクタは、平面スクリーンに投影するための画像を投影レンズ２１を通じて投影するものであって、画像の中心が投影レンズ１２の光軸と一致しない方向に投影するプロジェクタユニット１２と、画像が投影される範囲を広角にするものであって、投影レンズ２１の光軸に対して、光軸が一致しないように配置された魚眼コンバージョンレンズ１６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面スクリーンに投影するための画像を、投影レンズを通じて投影するものであって、前記画像の中心が前記投影レンズの光軸と一致しない方向に投影するプロジェクタユニットと、
前記画像が投影される範囲を広角にするものであって、前記投影レンズの光軸に対して、光軸が一致しないように配置されたコンバージョンレンズと
を具備したことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記プロジェクタユニットは、上辺を短辺とする台形の投影範囲を有しており、
前記コンバージョンレンズにより前記画像が投影される範囲が前記台形に内接するように前記画像の形状を補正する補正処理手段を具備したことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記コンバージョンレンズは、前記画像の中心と光軸が合うように配置されることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記コンバージョンレンズは、前記コンバージョンレンズの光軸が前記投影範囲の中心より下側となるように配置することを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記コンバージョンレンズを、前記投影レンズに対して着脱可能にする機構を有する請求項１記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を投影するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドーム状のスクリーンに画像を投射する投影装置（プロジェクタ）が知られている。例えば、特許文献１には、被投影面からの投影光をドーム状のスクリーンに内側から投射する投射用レンズシステムについて開示されている。この投射用レンズシステムにおいて、第１のレンズ群は、スクリーンの側に凹面を向けたメニスカスタイプの第１レンズであって、周辺が負の屈折力の第１レンズを含み、第２のレンズ群は、被投影面の側に凸面を向けたメニスカスタイプの第２レンズを含み、第３のレンズ群は、スクリーンの側に凸面を向けた第３レンズを含む。第１レンズは、両面が非球面であり、光軸から周辺に向かって増大する負の屈折力を含み、開口絞りと第１レンズの凸面との間の距離は、開口絞りと第２レンズの凹面と間の距離よりも小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９７２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように従来技術では、ドーム状のスクリーンに画像を投射するシステムでは、専用のレンズを設ける必要があり、またそれに伴って専用のプロジェクタ（画像投影システム）が必要となっている。また、従来のシステムでは、画像を投影するために設けられた全てのレンズの光軸を一致するように配置し、光軸をスクリーン中心に合わせている。
【０００５】
本発明は前述した事情に考慮してなされたもので、その目的は、簡易な構成により曲面に画像を投影することが可能なプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明のプロジェクタは、平面スクリーンに投影するための画像を投影レンズを通じて投影するものであって、前記画像の中心が前記投影レンズの光軸と一致しない方向に投影するプロジェクタユニットと、前記画像が投影される範囲を広角にするものであって、前記投影レンズの光軸に対して、光軸が一致しないように配置されたコンバージョンレンズとを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、一般的な平面スクリーンに画像を投影する機能を有するプロジェクタユニットとコンバージョンレンズとを組み合わせることにより、簡易な構成により全周スクリーンなどの曲面に画像を投影することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態におけるプロジェクタ１０の構成を示すブロック図。
【図２】プロジェクタユニット１２の投影範囲を示す図。
【図３】図２に示すプロジェクタユニット１２に魚眼コンバージョンレンズ１６を装着した場合の投影範囲を示す図。
【図４】投影レンズ２１から平面スクリーンに対して投影された画像を示す図。
【図５】魚眼コンバージョンレンズ１６により変換される投影範囲を示す図。
【図６】プロジェクタユニット１２による画像の投影範囲（方向）を示す図。
【図７】第１構成による投影レンズ２１に対する魚眼コンバージョンレンズ１６のチルト（傾斜）配置を示す図。
【図８】図７に示すＡの面に投影される投影レンズ２１からの投影画像５０と、図７に示す全周スクリーンをＡの面に逆投影した領域５１を示す図。
【図９】投影画像５０ａの台形の中に円形の領域５１ａを収めた状態を示す図。
【図１０】投影画像５３に対して設定する全周スクリーンに対応する領域５２を示す図。
【図１１】プロジェクタ１０による投影範囲と投影外の範囲を示す図。
【図１２】プロジェクタユニット１２による投影画像と元の投影画像との対応を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本実施形態におけるプロジェクタ１０の構成を示すブロック図である。図１に示すプロジェクタ１０は、例えば、投影対象とする画像（映像）の信号を他の機器（パーソナルコンピュータなど）から入力してスクリーンに投影するための画像投影専用の装置としても良いし、ゲーム装置用の投影装置とすることもできる。また、プロジェクタ１０にゲーム機能を実装して、ゲーム装置として実現することもできる。本実施形態におけるプロジェクタ１０は、例えば半球面形状の全周スクリーンに画像を投影することを想定する。
【００１０】
図１に示すように、プロジェクタ１０は、プロジェクタユニット１２と、レンズ脱着ユニット１４と、レンズ脱着ユニット１４によりプロジェクタユニット１２（投影レンズ２１）に装着される魚眼コンバージョンレンズ１６とから構成される。
【００１１】
プロジェクタユニット１２は、例えば、ほぼ垂直に設置される平面スクリーンに画像（映像）を投影する機能を有しており、魚眼コンバージョンレンズ１６が装着されていない状態では、平面スクリーンに正常な状態の画像を投影することができる。プロジェクタユニット１２としては、例えば一般に市販されているプロジェクタ装置を利用することができる。
【００１２】
魚眼コンバージョンレンズ１６は、プロジェクタユニットの投影レンズの前に設置し、投影像を１８０度あるいはそれ以上の写角を持つ球面スクリーンに投影する変換レンズである。写真撮影レンズとプロジェクタ投影レンズとは、光の進行方向が反対になるだけで本質的には同じものである。つまり、プロジェクタ投影レンズとして、写真撮影レンズを使用することが可能である。そのため、魚眼コンバージョンレンズ１６は、撮影レンズの前方に装着することで、例えば１８０度全周撮影のできる撮影用魚眼コンバージョンレンズで代用することが可能である。
【００１３】
本実施形態におけるプロジェクタ１０は、例えば一般的な市販のプロジェクタ装置をプロジェクタユニット１２として使用し、投影レンズ２１の前方に写真撮影用の魚眼コンバージョンレンズ１６を付加することで、例えば半球状の全周スクリーンに画像を投影することができるプロジェクタ１０を安価に実現することが可能となる。
【００１４】
魚眼コンバージョンレンズ１６は、レンズ脱着ユニット１４によって、例えばプロジェクタユニット１２の投影レンズ２１に装着される。レンズ脱着ユニット１４は、魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸が、プロジェクタユニット１２と一致しないように、魚眼コンバージョンレンズ１６を投影レンズ２１に装着する。なお、レンズ脱着ユニット１４は、プロジェクタユニット１２（投影レンズ２１）に対して着脱自在に構成され、また魚眼コンバージョンレンズ１６を着脱自在にするように構成されている。また、レンズ脱着ユニット１４は、装着された魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸の向きを変更できる構造を有していても良い。
【００１５】
図１に示すように、プロジェクタユニット１２は、光学ユニット２０（投影レンズ２１）、制御部２２、入力部２３、受信部２４、入出力インタフェース２６、画像記憶部２７、画像処理部２８（補正処理部２８ａ）、表示駆動部３０、表示エンコーダ３１、フレームバッファ３２、音声処理部３３、スピーカ３４が含まれる。
【００１６】
光学ユニット２０は、投影レンズ２１を通じて画像を投影するものであり、投影レンズ２１のフォーカス位置を調整するためのレンズモータ、レンズモータを制御するレンズ駆動部、投影する画像に相当する光像を投影するためのマイクロミラー素子等の空間的光変調素子、空間的光変調素子に対して例えば高輝度の白色光を照射する高圧水銀灯等の光源ランプなどが含まれる。光源ランプから高輝度の白色光を照射することで、その反射光で光像が形成され、投影レンズ２１を介して画像が投影される。
【００１７】
制御部２２は、プロジェクタ全体の制御を司る。制御部２２は、ＣＰＵと、自動合焦及び自動補正の処理、光学ユニット２０の制御などの制御プログラム等を記憶したＲＯＭ、及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等を含む。
【００１８】
入力部２３は、プロジェクタユニット１２に設けられるキーやボタン（図示せず）に対する入力操作に応じたデータを入力して制御部２２に通知する。また、受信部２４は、図示しないリモートコントローラからのキー操作信号を受信して制御部２２に通知する。
【００１９】
入出力インタフェース２６は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部機器から画像（映像）信号を入力するための映像信号入力コネクタ、他の機器に画像（映像）信号を出力するための映像信号出力コネクタ、外部機器等を接続するための外部機器接続コネクタ（ＵＳＢ端子、ＬＡＮ端子など）を含む。
【００２０】
画像記憶部２７は、各種メニュー画像やロゴ画像などの画像データを記憶する。画像記憶部２７に記憶された画像データは、適宜、読み出されて表示エンコーダ３１に送出され、光学ユニット２０により投影される。
【００２１】
画像処理部２８は、入出力インタフェース２６より外部機器（パーソナルコンピュータ等）から入力された各種規格の画像データをフォーマットの画像データに統一した後に、表示エンコーダ３１へ送出する。また、画像処理部２８は、制御部２２の制御のもとで、入力部２３あるいは受信部２４からの通知に応じた画像処理（自動合焦、自動補正などの処理）を実行する。
【００２２】
さらに、画像処理部２８は、魚眼コンバージョンレンズ１６を用いて画像を投影する場合に、投影画像を効率的に全周スクリーンに投影するための補正処理部２８ａが設けられている。プロジェクタユニット１２は、平面スクリーンに画像を投影する機能を有しているため、通常では、平面スクリーンに横長矩形状の画像（例えば、縦横比１６：９、縦横比４：３など）を投影する。一方、魚眼コンバージョンレンズ１６を用いた場合には、例えば、投影先がほぼ円形状の全周スクリーンを対象とする。このため、補正処理部２８ａは、矩形状の画像を投影するための投影範囲に、投影対象とする円形状の画像が有効に収まるように画像を補正する。補正処理部２８ａによる画像の補正の具体例については後述する。
【００２３】
なお、画像処理部２８による画像処理は、制御部２２（ＣＰＵ）により、各画像処理に応じたプログラムに基づいて実行しても良い。
【００２４】
表示駆動部３０は、表示エンコーダ３１から入力される画像信号に応じて、光学ユニット２０における空間的光変調素子の表示駆動、空間的光変調素子に対する光源ランプからの光の照射などを制御する。
【００２５】
表示エンコーダ３１は、画像データをフレームバッファ３２に展開させ、フレームバッファ３２の記憶内容から画像信号を発生して表示駆動部３０に出力する。
【００２６】
音声処理部３３は、投影表示動作時に与えられる音声データをアナログ化し、スピーカ３４を駆動して音声を出力させる。  
スピーカ３４は、動画の再生時等の音声を出力する。
【００２７】
次に、本実施形態におけるプロジェクタ１０の魚眼コンバージョンレンズ１６を用いる作用効果について説明する。  
図２は、プロジェクタユニット１２（一般的なプロジェクタ）の投影範囲を示す図、図３は、図２に示すプロジェクタユニット１２に魚眼コンバージョンレンズ１６を装着した場合の投影範囲を示す図である。
【００２８】
ここで、一般のプロジェクタ投影レンズや写真撮影レンズは、透視投影（中心投影）レンズであり、平面（映像素子）を平面（スクリーン）に投影するものとして説明する。すなわち、図２に示すように、魚眼コンバージョンレンズ１６を装着していないプロジェクタユニット１２は、レンズ光軸方向と垂直に配置された平面スクリーンに画像を投影することによって、平面スクリーンに本来の形状の画像を映し出すことができる。
【００２９】
一般の魚眼レンズ（撮影）は、透視投影（中心射影）で（仮想）球面に投影したうえで、それをさらに平面に投影する。魚眼レンズの投影方法には、例えば、正射影、等距離射影、立体射影、等立体角射影などがある。
【００３０】
図３に示すように、魚眼レンズを画像投影用の魚眼コンバージョンレンズ１６として使用した場合には、撮影時とは逆の手順で変換（逆変換）して画像を投影する。
【００３１】
次に、一般的な投影レンズ２１による投影と、魚眼コンバージョンレンズ１６を付加することによる投影との比較を示す。図４は、投影レンズ２１のみによる透視投影（逆変換）を示す図、図５は、魚眼コンバージョンレンズ１６を付加することによる投影を示す図である。
【００３２】
図４に示すように、投影レンズ２１から平面スクリーンに対して投影された画像は、図５に示すように、魚眼コンバージョンレンズ１６によって、投影範囲が広角に変換されて、全周スクリーン４０に投影される（中心投影）。また、平面スクリーンは、例えば正射影により曲面（球面）４１に投影変換することができる。
【００３３】
本実施形態のプロジェクタユニット１２は、画像の投影範囲が横長矩形状（縦横比１６：９、縦横比４：３など）であるため、全周スクリーン４０の全体に画像を投影するためには、横長矩形状の投影範囲内に円形の画像を投影する必要がある。すなわち、横長矩形状の投影範囲に曲面（球面）４１に相当する画像を投影することになる。
【００３４】
図６には、プロジェクタユニット１２（一般のプロジェクタ装置）による画像の投影範囲（方向）を示す図である。図２〜図５では、プロジェクタユニット１２は、投影レンズ２１から透視投影（中心投影）するものとして説明しているが、図６に示すプロジェクタユニット１２は、投影レンズ２１の光軸方向に画像を投影するのではなく、投影レンズ２１の光軸よりも上方に投影画像の中心が位置するようにオフセットされた光学系を用いている。これにより、プロジェクタユニット１２の背面側よりスクリーンに投影された画像を見る場合に、プロジェクタユニット１２が画像の視認の妨げにならないようにしている。
【００３５】
従って、図５に示すように、魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸が投影レンズ２１の光軸と一致するように、投影レンズ２１に対して魚眼コンバージョンレンズ１６を配置すると、上方に投影画像の中心がオフセットされた分、投影画像の上方部分が全周スクリーンから外れてしまい、投影画像の下方部分の一部が全周スクリーンに投影されることになる。
【００３６】
このため、本実施形態におけるプロジェクタ１０は、投影レンズ２１の光軸に対して、魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸が一致しないように、投影レンズ２１に対して魚眼コンバージョンレンズ１６を配置する。すなわち、プロジェクタユニット１２が投影レンズ２１の光軸よりも上方に投影画像の中心が位置するようにオフセットされている場合には、魚眼コンバージョンレンズ１６は、光軸が上方に向くように配置される。
【００３７】
魚眼コンバージョンレンズ１６の配置構成としては、第１構成と第２構成がある。第１構成では、魚眼コンバージョンレンズ１６は、プロジェクタユニット１２により投影される画像の中心と光軸が合うように配置され、第２構成では、魚眼コンバージョンレンズ１６は、光軸が投影範囲（画像）の中心より下側となるように配置される。
【００３８】
第１構成では、投影される画像の中心に魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸を合わせることにより、全周スクリーンの全体に画像を投影することができる（全周投影用配置）。第２構成では、プロジェクタユニット１２による投影範囲のうち全周スクリーンへの投影に使用される割合（面積）を多くすることができる（投影効率優先配置）。第１構成と第２構成のそれぞれの画像投影の詳細については後述する。
【００３９】
図７は、第１構成による投影レンズ２１に対する魚眼コンバージョンレンズ１６のチルト（傾斜）配置を示す図である。
【００４０】
図７において、Ａの面は、魚眼コンバージョンレンズ１６による変換前の仮想投影画像の投影面を示す。すなわち、Ａの面に投影される画像は、投影レンズ２１のみによる平面スクリーンへの投影画像をチルト分回転して、魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸と垂直の面に透視投影したものとなる。
【００４１】
投影と逆方向に全周スクリーンをＡの面に投影すると、円形の変換エリア（画像領域）が形成される。この全周スクリーンに対応する円形の画像領域と、投影レンズ２１からの投影画像が重なると、その重なった部分の画像が全周スクリーンに投影される。
【００４２】
図８（Ａ）は、図７に示すＡの面に投影される投影レンズ２１からの投影画像５０を示し、図８（Ｂ）は、図７に示す全周スクリーンをＡの面に逆投影した領域５１を示している（魚眼コンバージョンレンズ１６による変換なし）。
【００４３】
図８（Ａ）に示すように、投影方向と垂直な面（Ａの面）に対する投影画像５０は、上辺を短辺とする台形となっている。これにより、垂直に配置された平面スクリーンに画像が投影された時に、投影レンズ２１からの距離が下辺より遠い上辺側が引き延ばされることにより、正常な矩形状の投影範囲とすることができる（台形補正）。
【００４４】
プロジェクタユニット１２は、図８（Ａ）に示す投影画像５０中の図８（Ｂ）に示す領域５１が重なった部分に、画像処理部２８の補正処理部２８ａにより全周スクリーンに投影すべき画像を生成する。これにより、プロジェクタユニット１２から投影レンズ２１を通じて投影された画像は、魚眼コンバージョンレンズ１６により変換されて、全周スクリーンに映し出される。
【００４５】
全周スクリーン全体に画像を投影する場合は、投影画像５０の台形の中に全周スクリーンに相当する円形の領域５１を収めるようにする。図９は、投影画像５０ａの台形の中に円形の領域５１ａを収めた状態を示す図である。なお、領域５１ａは、中心が投影領域５０ａの中心と一致する位置に設定される。
【００４６】
補正処理部２８ａは、通常、投影する投影画像５０ａの中で最大サイズの円形の領域５１ａに投影すべき画像を生成することにより、投影画像５０ａの中で全周スクリーンに投影される範囲の割合（カバー率）を最大とすることができる。
【００４７】
図９に示すように、投影画像５０ａの中に円形の領域５１ａの全体を設定した場合、全周スクリーンの全体に画像が投影されるが、投影画像５０ａ中に全周スクリーンの投影に使用されない多くの面積が存在する。
【００４８】
これに対して、投影画像５０ａにおける領域５１ａを設ける位置を調整することにより、カバー率を上げることができる。  
例えば、図１０に示すように、台形状の投影画像５３に対して、全周スクリーンに対応する領域５２が図中破線で示すように台形に外接するようにする。すなわち、魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸が投影レンズ２１による投影範囲の中心と一致しない位置で魚眼コンバージョンレンズ１６を配置することにより、投影画像５３に対して領域５２の位置をずらす。
【００４９】
この場合、元の投影画像５３は、全て全周スクリーンに投影される。ただし、全周スクリーンの周辺部に画像の欠けが生じて、スクリーンに画像が投影されている割合（スクリーンカバー率）が低下し、歪な四角形のスクリーンに投影しているようになる。
【００５０】
カバー率を落とさずスクリーンカバー効率を上げるには、図１０に示すように、全周スクリーンに対応する領域５４を、図中実線で示すように投影画像５４の台形に内接するように設ける。すなわち、補正処理部２８ａは、投影画像５４の台形の上辺と、上辺と接続された２辺と内接するように、魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸の向きを調整する。この場合、魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸が投影レンズ２１による投影範囲の中心より下側となるように配置する。これにより、カバー率を、図９に示す場合よりも向上させることができる。ただし、全周スクリーンの下部５５の一部にのみに画像の欠けが生じる。
【００５１】
全周スクリーンの下部５５に生じる画像の欠けは、例えば全周スクリーンの設置位置を調整することにより、問題とならないようにすることが可能である。
【００５２】
例えば、プロジェクタ１０（プロジェクタユニット１２）を水平状態で設置した場合、魚眼コンバージョンレンズ１６を介した画像の投影方向は、プロジェクタユニット１２による投影方向のオフセット分だけ上方向となる。図１１に示すように、投影方向の中心に全周スクリーンの中心が位置するように配置して、観客（プレーヤ）の視認方向を上方に向くようにすることで、画像が欠ける下部（投影外）が意識されないようにすることができる。
【００５３】
図１２（Ａ））に示すように、図７に示すＡの面で台形状の投影画像５６に対して、全周スクリーンに対応する領域５７を配置した場合、すなわち魚眼コンバージョンレンズ１６の光軸５８が投影レンズ２１による投影範囲の中心５９より下側となるように配置した場合、補正処理部２８ａにより生成される投影画像５７ａは、図１２（Ｂ）に示すようになる。プロジェクタユニット１２からの投影画像５６ａ（元画像の配置）に対して、全周スクリーンに対応する投影画像５７ａの下側が下方に引き伸ばされて投影される。投影画像５６ａの中心５９ａより、投影画像５７ａの中心５８ａが下側に位置している。図１２（Ｂ）に示すように、投影画像５７ａの上方部分は密度（カバー率）が高く投影されている。
【００５４】
このようにして、本実施形態におけるプロジェクタ１０は、プロジェクタユニット１２の投影レンズ２１の光軸と一致させないで（光軸をチルトさせて）、投影レンズ２１の前方に写真撮影用の魚眼コンバージョンレンズ１６を装着することにより、一般のプロジェクタユニット１２を使用して、半球状の全周スクリーンに画像を投影することができる。
【００５５】
一般的な機能を有するプロジェクタユニット１２を利用することで、特殊な専用レンズを用いることなく、安価にプロジェクタ１０を実現することができる。
【００５６】
なお、前述した説明では、プロジェクタユニット１２からの投影画像は上方にオフセットされるとしているが、他の方向に投影されるものであっても良い。この場合、魚眼コンバージョンレンズ１６は、プロジェクタユニット１２のオフセットの方向に合わせて、前述した上方の場合と同様に装着すれば良い。
【００５７】
また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…プロジェクタ、１２…プロジェクタユニット、１４…レンズ脱着ユニット、１６…魚眼コンバージョンレンズ、２０…光学ユニット、２２…制御部、２８…画像処理部、２８ａ…補正処理部。
【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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【図１２】
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