(57)【要約】【課題】限られたスペースに多面スクリーン映像投影装置を設置しても、観察者席１０１から見て、違和感のない臨場感が得られる投影映像を提供する。【解決手段】投影装置１２１〜１２５からスクリーン１１１〜１１５までの距離が、観察者席１０１からスクリーン１１１〜１１５までの距離と同じになるように、投影装置からスクリーンまでの間にミラー１３１〜１３５を設置する。これにより、設置スペースの問題により、スクリーン１１２〜１１４を観察者席方向に移動し、スクリーン１１２ｂ〜１１４ｂとした場合にも、投影装置１２２〜１２４からスクリーン１１２ｂ〜１１４ｂまでの距離と、観察者席１０１からスクリーン１１２ｂ〜１１４ｂまでの距離が同時に変化し、一致する関係が崩れることなく、隣接スクリーン面に投影する画像との重なり合いや隙間を生じることなく、歪のない連続した仮想現実感空間を作ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示装置において、少なくとも１つの投影表示ユニット内の投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を備え、各投影装置から投影される映像の光が、実質的に同一地点から照射されるように、前記投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置したことを特徴とする多面スクリーン表示装置。
【請求項２】
投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示装置において、少なくとも１つの投影表示ユニット内の投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を備え、各投影装置から投影される映像の光が、観察者席またはその近傍から照射されるように、前記投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置したことを特徴とする多面スクリーン表示装置。
【請求項３】
投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示装置において、少なくとも１つの投影表示ユニット内の投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を備え、各投影表示ユニット内における投影装置とスクリーン間の距離と、観察者席とスクリーン間の距離とが実質的に同一となるように、前記投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置したことを特徴とする多面スクリーン表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記観察者席から前記スクリーンを観察する視野の外側で、前記反射鏡をほぼ垂直に立てて配置したことを特徴とする多面スクリーン表示装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記観察者席から前記スクリーンを観察する視野の外側で、前記反射鏡による前記投影装置の虚像の位置が、前記観察者席に近づくように、前記反射鏡を傾斜させて配置したことを特徴とする多面スクリーン表示装置。
【請求項６】
投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示装置において、少なくとも１つの投影表示ユニットの投影装置とスクリーンとの間に配置された反射鏡であって、かつこの反射鏡による前記投影装置の虚像の位置に観察者席を配置して、この観察者席から前記スクリーンを見通せるハーフミラーを備えたことを特徴とする多面スクリーン表示装置。
【請求項７】
請求項６において、前記ハーフミラーを、観察者席から見て上下方向に傾斜して配置し、前記投影装置を、前記観察者席から前記スクリーンを観察する視野の上方または下方に配置したことを特徴とする多面スクリーン表示装置。
【請求項８】
投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示方法において、少なくとも１つの投影表示ユニットの投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を配置し、各投影装置と対応するスクリーン間の距離と、観察者席と各スクリーン間の距離が実質的に同一となるように、前記投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置し、前記各投影装置から前記各スクリーンへ投影することを特徴とする多面スクリーン表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想現実感を体感するための情景描画手段として、複数台の投影装置を用いて広範囲な投影映像を得るための多面スクリーン表示装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の投影装置を用いて複数のスクリーンに映像を投影する装置では、各スクリーンと投影装置間の距離はすべて等しく、観察者席に対して回転対称に設置されていた。
【０００３】
投影装置の設置においては、複数台を同一位置に設置することは設置スペース上、不可能であるため、互いの光路が交差するような設置方法が取られてきた。
【０００４】
特許文献１に見られるように、設置スペースを少なくするために、投影装置とスクリーンの間にミラーを設置してトータルの設置面積を小さくする工夫が取られているものがある。
【０００５】
また、特許文献２には、非平面スクリーンであっても、映像の歪を補償する複数のプロジェクタ、非平面スクリーン上の表示領域および観察者席の位置関係に関する提案がなされている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１４８７１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２８２７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の場合、１つの投影装置と１つのスクリーンからなる１つの投影表示ユニットによる広視野角映像表示装置であり、複数の投影表示ユニットを組合せて広視野角映像を実現する多面スクリーン表示装置での課題には触れられていない。すなわち、複数のスクリーンを繋いで多面の広視野角映像用スクリーンを形成し、複数のスクリーンにそれぞれ投影する複数の投影装置を如何に配置するかに大きな課題がある。
【０００８】
また、特許文献２では、スクリーンと観察者席間の距離と、投影機とスクリーン間の距離は異なり、スクリーンと投影機の幾何学的な接地位置は厳重に計算され、誤差無く設置しなくてはならない。
【０００９】
さらに、複数の投影表示ユニットを組合せた多面スクリーン表示装置においては、設置会場の広さ制限などで、一部のスクリーンを観察者席側に近い位置にしか設置できない状況が発生することが考えられる。このような場合、単に、スクリーン位置を観察者席側に近づけると近づけたスクリーンによって、隣接するスクリーンに投影していた映像が遮られ、２つの投影装置からの映像が重なってしまう。また、一部のスクリーンを近づけることによる一部の映像の縮小が生じ、他のスクリーンの映像との連続性がとぎれる状態になってしまう。これらに伴い、仮想現実を実現する映像を生成できなくなる問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、展示会場への設置や、特設会場での設置、既設設備内への配置など、設置面積に制約が生じるような場所においても、仮想現実感を持った映像を実現する多面スクリーン表示装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明はその一面において、投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示装置において、少なくとも１つの投影表示ユニット内の投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を備え、各投影装置から投影される映像の光が、実質的に同一地点から照射されるように、前記投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置したことを特徴とする。
【００１２】
具体的には、各投影装置から投影される映像の光が、観察者席またはその近傍から照射されるように、前記投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の望ましい実施態様においては、投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示装置において、少なくとも１つの投影表示ユニット内の投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を備え、各投影表示ユニット内における投影装置とスクリーン間の距離と、観察者席とスクリーン間の距離とが実質的に同一となるように、前記投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の一面によれば、投影装置とスクリーンからなる投影表示ユニットを複数組合せた多面スクリーン表示装置において、少なくとも１つの投影表示ユニットの投影装置とスクリーンとの間に配置された反射鏡であって、かつこの反射鏡による前記投影装置の虚像の位置に観察者席を配置して、この観察者席から前記スクリーンを見通せるハーフミラーを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の望ましい実施態様によれば、スクリーン形状を正多角形形状にできなくても歪のない連続した仮想現実感空間を作ることができる。
【００１６】
また、投影装置を、実質的に観察者席に配置したと等価な本発明の望ましい実施態様においては、スクリーンの凹凸や正確な配置を気にすることなく設置することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例による多面スクリーン表示装置について、添付図面を参照して説明する。
【００１８】
図３は、多面スクリーン表示装置の一例を示す平面図である。観察者席３０１を中心とし、これを取り囲むように、多面スクリーン３１１〜３１５が設置されている。スクリーンの幅方向の中心と観察者席３０１を結ぶ直線の延長線上に、投影装置３２１〜３２５が、対応するスクリーン３１１〜３１５からそれぞれ等距離になるように配置されている。この状態で各スクリーン３１１〜３１５に投影される映像は互いに重なり合いがなく、各スクリーンの左右端部で隣接するスクリーンに投影される映像とつなぎ目なく接続され、連続性のある映像を映し出している。このようにして、観察者席３０１を取り巻くスクリーン上に、観察者席３０１が、あたかもスクリーン３１１〜３１５に投影された世界に没入したような映像感覚を得ることができる。
【００１９】
しかし、このシステム設営には広いスペースが必要であり、投影装置３２１〜３２５とスクリーン３１１〜３１５間の距離をすべて等しくする必要があるため、長方形のスペースに設置するためには、長方形の短辺を一辺とする正方形領域に設置せざるを得ない。投影装置３２１〜３２５のレンズ系を最大広角にしたときの映像の大きさの制限と、正方形領域内に収まるスクリーン多角形形状により、スクリーン映像の大きさが制限される。
【００２０】
例えば、制約のある設置スペースを最大限に活用して、大きなスクリーン映像による高い没入感を得たい要望がある。このスペースの制約のため、図に示すように、スクリーン３１３を、３１３ｂの位置に設置せざるを得ない場合の映像を考える。投影装置３２３からの映像は、移動後のスクリーン３１３ｂの全面に投射される。この場合、スクリーン３１３ｂによって投影装置３２４の映像が遮断され、スクリーン３１４の部分３１４ａの映像がスクリーン３１３ｂの一端に映り込むことになる。同様に、投影装置３２２の映像も、スクリーン３１３ｂで遮られ、スクリーン３１２の部分３１２ａも映像が欠落して、スクリーン３１３ｂの他端部に写り込むようになる。スクリーン３１３ｂの両端部には、２つの投影装置からの映像が重なる部分が生じて、仮想現実感をもたらすための映像を再生することはできない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例による多面スクリーン表示装置の機器配置を示す平面図である。観察者席１０１を中心とし、これを取り囲むように、多面スクリーン１１１〜１１５が設置されている。これらのスクリーン１１１〜１１５は、図３と同様の配置であり、観察者席１０１を中心とした多角形上に配置されている。投影装置１２１〜１２５は、図３とは異なり、ミラー１３１〜１３５に一度反射させた後、それぞれスクリーン１１１〜１１５に映像を映し出す配置になっている。ミラー１３１〜１３５は、これらのミラーがなかったときに、投影装置１２１〜１２５を観察者席１０１の位置に置いたときに得られる映像と同じ映像をミラーを使って投射できるような配置になっている。つまり、各ミラー１３１〜１３５から観察者席１０１までの距離Ｌ１と、各ミラー１３１〜１３５から各投影装置１２１〜１２５までの距離Ｌ２が等しくなるような位置に、ミラー１３１〜１３５と投影装置１２１〜１２５が配置されている。投影装置からは、左右を反転した映像を投射する。
【００２２】
このように、少なくとも１つの投影表示ユニット内の投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を備え、各投影装置から投影される映像の光が、実質的に同一地点から照射されるように、投影装置、スクリーン、反射鏡、および観察者席を配置する。
【００２３】
このように配置し、投影機からスクリーンまでの光は、周囲を取り囲んだスクリーン１１１〜１１５に対して互いに連続する風景を描画する映像を写しこむように、投影機のズーム機能を使ってスクリーン形状に合わせる。
【００２４】
このようにすることで、観察者席１０１を取り囲む仮想現実感空間を作ることができる。
【００２５】
ここで、長方形の設置スペース１４０を最大限に活用して、大きなスクリーン映像による高い没入感を得たい場合について考える。図に示すように、正方形領域時のスクリーン１１３を、長方形設置スペース１４０の長辺中央部において、スクリーン１１３ｂとして縮小して設置する。同時に、隣接するスクリーン１１２および１１４も、それぞれ、スクリーン１１２ｂおよび１１４ｂとして、設置スペース１４０内に縮小して配置する。このとき、スクリーンと投影装置の距離が短くなるため、スクリーンに投射される映像が小さくなった分スクリーンの大きさを小さくして、隣接する他の投影装置による映像が写りこまないようにする。
【００２６】
この場合、各投影装置１２２〜１２４からの映像は、それぞれ縮小移動後のスクリーン１１２ｂ〜１１４ｂの全面に投射され、隣接する投影装置からの映像は図に示すように互いに重なりを持たず、映像の連続性が保たれる。したがって、スクリーン１１２〜１１４を１１２ｂ〜１１４ｂへ移動した後にも、観察者席１０１から見える仮想現実感空間は、破綻せず、連続した風景状態を維持することができる。
【００２７】
このように、各投影装置から、各スクリーンまでの映像の光は、前述した図３の場合、互いに交差する部分を持っていたのに対し、図１の実施例の場合には、光が交差する部分を持たないことが分る。周囲を取り囲んだスクリーン１１１，１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂ、及び１１５に対して、互いに連続する風景を描画する映像を写しこむことができる。
【００２８】
これは、ミラーを使って、観察者席の位置と同等な位置に各投影装置を配置したことから得られる効果である。このとき、各スクリーンは平面形状でなくとも仮想現実感空間を得ることができる。円形やカーテン状の凹凸を持っていても、実質的に観察者席の視点と同等な位置（またはその近傍）から投影された映像は影を持つことがない（少ない）。
【００２９】
すなわち、観察者席の視線の高さにミラーを配置し、ミラーに映る投影装置の虚像の位置（理想観察者席位置）に観察者席を配置できれば、スクリーンに全く影を作ることは無い。しかし、現実には、観察者席とスクリーンの間に投影装置とミラーが入り込み、観察者席からスクリーンを見ることができなくなってしまう。そこで、実際の配置上は、投影装置を天井に配置し、ミラーも観察者席の視点よりも高い位置に配置せざるを得ない。そこで、観察者席からスクリーンを見る視界の外で、投影表示ユニット内の投影装置とスクリーンとの間に反射鏡を備え、各投影表示ユニット内における投影装置とスクリーン間の距離と、観察者席とスクリーン間の距離が同一となるように配置する。この場合、投影装置と反射鏡を、観察者席よりも上方（または下方）に配置した分だけ、台形補正して、スクリーンの映像を歪の無いものとする。
【００３０】
図１では、観察者席からスクリーンを見る視野の外の、上方または下方に、ミラー１３１〜１３５をほぼ垂直に立てて配置した実施例として図示している。このとき、投影装置に備えられている光軸シフト機能を用いることで、このような配置が可能となる。しかし、実際には、投影装置からの光が上方から投影されるため、スクリーンの縦方向に凹凸があった場合には、観察者席から影が見えてしまう。このため、この場合には、原理的に、カーテンのドレープのような横方向の凹凸への対応しかできないことになる。
【００３１】
ただし、観察者席１０１から各スクリーンを見る視野のすぐ外の、上方または下方に、傾斜させてミラーを配置すれば、ミラーに映る投影装置の虚像の位置（すなわち理想観察者席位置）に、より近づけて観察者席を配置することができる。これにより、上下（縦）方向にも凹凸を持つスクリーンに投影しても、ほぼ歪をなくした仮想現実感空間を得ることができる。
【００３２】
次に、どんな凹凸を持つスクリーンに投影しても、原理的には完全に、仮想現実感空間が得られる本発明の他の実施例による機器構成について説明する。
【００３３】
図２は、本発明の他の実施例による多面スクリーン表示装置の機器配置を示す要部側面図である。この図は、図１に示した１２１〜１２５までの５つの投影装置とスクリーン１１１〜１１５からなる５つの投影ユニットのうちの１つのみを示している。
【００３４】
投影される映像は、図１と同様に、互いの投影装置の光が重なりも隙間も持たないような形状を持つように配置、ズーム調整されているものとする。
【００３５】
まず、観察者席２０１から水平方向の視野内に、スクリーン２１１が設置されている。この観察者席２０１とスクリーン２１１との間には、ハーフミラー２２１が、観察者席２０１から見て上下方向に４５度の角度に傾斜させて配置されている。投影装置２３１は、ハーフミラー２２１の上方から鉛直下向きに投影光を照射するように設置されている。この光は投影装置２３１の光軸に対して４５度に傾斜されたハーフミラー２２１で反射し、９０度屈折して、鉛直に設置されたスクリーン２１１に映像を投影する。このとき、投影装置２３１とハーフミラー２２１間の距離Ｌ３は、ハーフミラー２２１と観察者席２０１間の距離Ｌ４と等しく設定、配置されている。観察者席２０１は、ハーフミラー２２１を透過してスクリーン２１１の映像を観察することができる。
【００３６】
このような配置で、複数の投影装置、ハーフミラー、スクリーンからなる複数の投影ユニットを、観察者席２０１を取り囲むように配置することで、仮想現実感空間を実現することができる。
【００３７】
この実施例の場合には、投影装置２３１からの映像が、あたかも観察者席２０１の視点から投射されたかのような状態、つまり、理想の観察者席の位置に実際の観察者席を配置することができる。したがって、図１において、スクリーンに縦方向に凹凸がある場合に観察者席から見えてしまった陰を作ることなく、完全に歪のない映像を観察者席から観察することが可能である。
【００３８】
この実施例の場合、スクリーンはどんな形状をしていても観察される映像は、他のスクリーンの映像との重なり、離れ、および歪を持たない映像となる。したがって、設置場所のスペース形状に応じた幾何学的な制約は少なく、自由度高くスクリーンを設置して映像を観察することができる。このため、投影装置、ハーフミラー、観察者席位置の関係を保った投影ユニットさえ用意できれば、スクリーンの配置に制約がなく、短時間で設置することが可能である。
【００３９】
以上説明したように、本発明の望ましい実施例によれば、スクリーン形状を正多角形形状にできなくても歪のない連続なか仮想現実感空間を作ることができ、スクリーンに関しては凹凸や正確な配置を気にすることなく設置することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例による多面スクリーン表示装置のスクリーンと投影装置とミラーの配置を示す平面図である。
【図２】本発明の他の実施例による多面スクリーン表示装置の構成を示す側面図である。
【図３】本発明による多面スクリーン表示装置の効果を説明するための考えられる比較例の平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１，２０１，３０１…観察者席、１１１〜１１５，２１１，３１１〜３１５…スクリーン、１１２ｂ〜１１４ｂ，３１３ｂ…観察者席方向へ移動したスクリーン、１２１〜１２５，２３１，３２１〜３２５…投影装置、１３１〜１３５…ミラー、２２１…ハーフミラー、３１２ａ，３１４ａ…スクリーンの遮断される領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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