(57)【要約】【課題】観察者の視点が変化した場合であっても観察者の映像に対する違和感を軽減する映像表示システムを提供する。【解決手段】伸縮性スクリーン１は、投影面が変形するように伸縮材料で形成され、伸縮性スクリーン１の投影面の反対側から伸縮性スクリーン１を押圧支持し、伸縮性スクリーン１の形状を変形させる複数のアクチュエータ３とを備え、伸縮性スクリーン１の投影面形状パターンを複数記憶しておく。メモリ部に記憶された投影面形状パターンが選択された場合や、ユーザの視点位置の変化を検知した場合には、当該投影面形状パターンまたはユーザの視点位置の変化に応じて伸縮性スクリーン１の形状を変化させるために、アクチュエータ制御装置５によりアクチュエータ３を駆動制御する。投影面形状を変化させた場合に、当該投影面形状の投影面で表示する映像に歪みがなくなるように映像投影手段から投影する映像を歪ませる。【選択図】図１
2008107537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像に歪み補正を施すパラメータを作成する歪み補正処理手段と、前記歪み補正処理手段で作成されたパラメータに基づいて歪み補正を施した映像信号を生成する映像生成手段と、前記歪み補正手段で歪み補正が施された映像を投影する映像投影手段と、当該映像投影手段から投影された映像を表示するスクリーンとを備えた映像表示システムであって、
前記スクリーンは、投影面が変形するように伸縮材料で形成され、
前記スクリーンの投影面の反対側から前記スクリーンを押圧支持し、前記スクリーンの形状を変形させる複数のアクチュエータと、
前記スクリーンの投影面形状パターンを複数記憶するメモリ部と、
前記メモリ部に記憶された前記投影面形状パターンを選択する選択部と、
前記選択部で選択された投影面形状パターンとなるように前記アクチュエータを駆動するように制御する制御部とを備え、
前記歪み補正手段及び前記映像生成手段は、前記選択部で選択された投影面形状パターンの投影面で表示する映像に歪みがなくなるように前記映像投影手段から投影する映像を歪ませること
を特徴とする映像表示システム。
【請求項２】
ユーザの視点を計測する視点位置計測部を更に備え、
前記制御部は、前記視点位置計測部で計測されたユーザの視点位置の変化に応じて前記アクチュエータを駆動させ、前記スクリーンの形状を変更させる請求項１に記載の映像表示システム。
【請求項３】
前記スクリーンは、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状が形成され、
前記視点位置計測部によって前記スクリーンに対する視点位置の平行移動を検知した場合に、前記制御部は、前記投影面形状の半径を維持した状態で、前記仮想球体の中心位置を前記所定の初期中心位置から前記視点位置の平行移動分だけ平行移動した位置に移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させることを特徴とする請求項２に記載の映像表示システム。
【請求項４】
前記スクリーンは、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状が形成され、
前記視点位置計測部によって前記スクリーンに対する視点位置の水平方向又は垂直方向における回転を検知した場合に、前記制御部は、前記投影面形状の半径を維持した状態で、前記仮想球体の中心位置を当該視点位置が回転した回転方向に当該視点位置が回転した回転角度だけ回転移動させて、当該回転後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように前記投影面形状を変更させることを特徴とする請求項２に記載の映像表示システム。
【請求項５】
前記スクリーンは、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状が形成され、
前記視点位置計測部によって伸縮性スクリーンに対して視点位置が近づく又は遠ざかる方向に移動したことを検知した場合に、前記制御部は、所定の初期中心位置から視点位置が近づく又は遠ざかる方向且つ近づく又は遠ざかる距離に中心位置を移動させた仮想球体を設定し、前記視点位置の移動前の視点位置からの距離が最も遠い投影面位置を視点位置が近づいた又は遠ざかった距離だけ移動させ、前記伸縮性スクリーンの投影面の端部位置と、移動後の仮想球体と、移動させた視点位置からの距離が最も遠い投影面位置とを近似した近似曲線上となるように伸縮性スクリーンの投影面形状を変更することを特徴とする請求項２に記載の映像表示システム。
【請求項６】
ユーザからのスクリーン形状を入力する形状入力手段を更に備え、
前記制御部は、前記形状入力手段により入力されたスクリーン形状を再現するように前記アクチュエータを制御する請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の映像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察者が映像を広視野角で見ることができる映像表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大型のスクリーンに映像を投影して、観察者に各種の疑似体験をさせる技術としては、下記の特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００３】
これらの仮想現実感生成システムは、人間の感覚のうち視覚から得られる情報が最も多く、人間の全感覚から得られる情報の８０％〜８５％を占めているために、人間の視野を覆うような映像を提示することによって、当該映像に対する没入感を与える試みがなされている。また、バーチャルリアリティにおいても、より実現的な仮想空間を生成するために、視覚へ情報提示を行うことは最も重要な要素となっている。このように、単に映像を提示するだけでなく、広視野、立体視、等身大スケールなど、より自然な見え方を実現するための映像表示技術が求められている。
【０００４】
このような仮想現実感生成システムとしては、下記の特許文献１のように半球面形状のスクリーンに歪みの無い広視野映像を投影する高臨場感映像提示システムを挙げることができる。
【特許文献１】特表２００６−５１６３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した映像表示システムは、映像補正技術によりスクリーンに歪みのない映像投影を可能とし、且つ球形の一部などで構成される凹面形状スクリーンによって効果的にユーザの視界を覆うことができ、広視野映像表示を実現しているが、その反面、スクリーンに対する推奨視点位置が存在する。この推奨視点位置は、観察者をスクリーンに正対させ、且つ観察者の視界を覆うようにスクリーンに近接した位置となる。
【０００６】
従来の映像表示システムは、推奨視点位置から外れた場所（中心から外れる方向への平行移動や、スクリーンから離れる方向への移動）に視点位置を設定すると、映像表示効果が著しく低下するという可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、観察者の視点が変化した場合であっても観察者の映像に対する違和感を軽減する映像表示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】
【０００８】
本発明は、映像に歪み補正を施すパラメータを作成する歪み補正処理手段と、歪み補正処理手段で作成されたパラメータに基づいて歪み補正を施した映像信号を生成する映像生成手段と、歪み補正手段で歪み補正が施された映像を投影する映像投影手段と、当該映像投影手段から投影された映像を表示するスクリーンとを備えた映像表示システムであって、上述の課題を解決するために、スクリーンは、投影面が変形するように伸縮材料で形成され、スクリーンの投影面の反対側からスクリーンを押圧支持し、スクリーンの形状を変形させる複数のアクチュエータと、スクリーンの投影面形状パターンを複数記憶するメモリ部と、メモリ部に記憶された投影面形状パターンを選択する選択部と、選択部で選択された投影面形状パターンとなるようにアクチュエータを駆動するように制御する制御部とを備える。この映像表示システムは、制御部によりアクチュエータを駆動するように制御して投影面形状を変化させた場合に、歪み補正手段及び映像生成手段は、選択部で選択された投影面形状パターンの投影面で表示する映像に歪みがなくなるように映像投影手段から投影する映像を歪ませる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、選択部で選択された投影面形状パターンとなるようにアクチュエータを駆動し、且つ投影面形状を変化させた場合に、当該投影面で表示する映像に歪みがなくなるように映像投影手段から投影する映像を歪ませるので、喩え観察者の視点が変化した場合であっても観察者の映像に対する違和感を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明を適用した映像表示システムは、図１に示すように、伸縮可能な材料で投影面を形成した映像表示手段である伸縮スクリーン１に歪みの無い映像光を表示させるために、歪み補正処理を施した結果としての映像信号によって、映像投影手段であるプロジェクタ２から映像光を出射させるものである。
【００１２】
伸縮性スクリーン１の投影面の背面側には、伸縮性スクリーン１を変形させる複数のアクチュエータ３が、アレイ状に配置されている。各アクチュエータ３は、伸縮性スクリーン１の背面を押圧支持する直動アクチュエータである。アクチュエータ３は、アクチュエータ制御装置５からの制御信号が供給されることによって、直動移動する。このアクチュエータ３の直動移動によって伸縮性スクリーン１を伸縮させて、投影面形状を変化させる。伸縮性スクリーン１は、任意形状に変形することができるが、主として観察者に対して凹形状とする場合について説明する。
【００１３】
アクチュエータ制御装置５は、各アクチュエータ３と接続され、制御装置４から伸縮性スクリーン１の形状情報が供給される。例えば図２に示すように、伸縮性スクリーン１の形状を、観察者に対して凹面を向けた形状とする場合、アクチュエータ制御装置５は、伸縮性スクリーン１の周辺部を観察者側に近づけるように、当該位置のアクチュエータ３を直動移動する制御、及び／又は、伸縮性スクリーン１の中央部を観察者から遠ざけるように、当該位置のアクチュエータ３を直動移動する制御を行う。この映像表示システムにおいては、図２（ａ）の上面図及び図２（ｂ）の側面図に示すように、伸縮性スクリーン１の変形可能範囲が設定されている。
【００１４】
制御装置４は、伸縮性スクリーン１の形状情報をアクチュエータ制御装置５に供給すると共に、伸縮性スクリーン１の形状等に応じて歪み補正処理を施した映像信号をプロジェクタ２に供給する。制御装置４は、図３に示すように、伸縮性スクリーン１の形状を選択する選択部１１と、伸縮性スクリーン１の形状情報を記憶するメモリ部１２と、伸縮性スクリーン１の形状等に応じて映像信号に歪み補正を処理を施す歪み映像補正処理部１３と、歪み補正処理が施された映像信号を生成する映像生成部１４とを備える。
【００１５】
メモリ部１２には、伸縮性スクリーン１の形状情報が記憶されている。この形状情報は、伸縮性スクリーン１の形状ごとに、各アクチュエータ３の移動距離を設定している。形状情報は、例えば、伸縮性スクリーン１の投影面を複数パターンの凹面形状に変形させる場合には、各パターンについて各アクチュエータ３の移動距離を設定している。この形状情報は、選択部１１によって伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンの選択結果がメモリ部１２に送られることにより、アクチュエータ制御装置５及び歪み映像補正処理部１３に出力される。
【００１６】
形状情報がアクチュエータ制御装置５に供給されると、アクチュエータ制御装置５は、形状情報で設定された各アクチュエータ３の移動距離だけ各アクチュエータ３を直動駆動させる制御信号をアクチュエータ３に供給して、選択部１１で選択された凹面形状となるように伸縮性スクリーン１を変形させる。
【００１７】
選択部１１は、伸縮性スクリーン１の形状を選択して、選択結果をメモリ部１２に供給する。選択部１１は、例えば、伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンの選択結果、視点位置の選択結果などのメモリ部１２に記憶されている形状情報のうちどの形状情報をアクチュエータ制御装置５に供給するかを決定できる信号をメモリ部１２に供給する。この選択部１１としては、ユーザの操作によって伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンが選択可能なユーザインターフェース等で実現できる。
【００１８】
歪み映像補正処理部１３は、メモリ部１２から供給された形状情報に基づいてプロジェクタ２に出力する映像信号の歪みを補正するための補正マップ（パラメータ）を作成する。この補正マップは、伸縮性スクリーン１の形状、伸縮性スクリーン１とプロジェクタ２との相対位置、伸縮性スクリーン１とプロジェクタ２との相対姿勢に基づき、伸縮性スクリーン１に映像を表示させた時に投影面で表示する映像に歪みが無くなるように映像信号を補正するマップである。
【００１９】
この補正マップは、予め伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンごとに用意されて歪み映像補正処理部１３に格納されていても良く、メモリ部１２から伸縮性スクリーン１の形状情報に基づいて作成しても良い。補正マップは、伸縮性スクリーン１の凹面形状に対応して映像を歪ませる歪み補正と、プロジェクタ２の設置位置及び設置姿勢に応じてさらに映像を補正する歪み補正とを組み合わせて行うように作成されている。これにより、伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターン、伸縮性スクリーン１とプロジェクタ２との相対位置、相対姿勢が変化する場合でも、伸縮性スクリーン１に歪みのない映像を投影させることができる。
【００２０】
映像生成部１４は、歪み映像補正処理部１３から供給された補正マップに従って、予め記憶された映像信号を座標変換して、プロジェクタ２に出力する映像信号を作成して、プロジェクタ２に出力する。
【００２１】
このように、映像表示システムは、選択部１１によって伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンが選択されたことに応じて、メモリ部１２からアクチュエータ制御装置５に形状情報を供給してアクチュエータ３を駆動させて伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更すると同時に、歪み映像補正処理部１３によって伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンに応じた補正マップを選択して映像生成部１４で歪み補正を施した映像をプロジェクタ２から投影させることができる。
【００２２】
以上詳細に説明したように、本発明を適用した映像表示システムによれば、伸縮性スクリーン１の投影面形状を任意の形状に変形させ、当該変形させた形状に応じて映像信号に歪み補正を施して、歪みのない映像をユーザに視認させることができる。
【００２３】
例えば、図４（ａ）に示すように、伸縮性スクリーン１の中心軸ａに正対した視点位置Ａで映像を観察している状態から、図４（ｂ）に示すように視点位置Ａから左方向に移動した視点位置Ｂに変更して映像を観察する状態としたい場合、視点位置Ａから伸縮性スクリーン１の映像を観察していた状態に対して違和感を与えることになってしまう。すなわち、図４（ｃ）に示すように、伸縮性スクリーン１及びプロジェクタ２自体を左側に移動させた中心軸ａ’上に、伸縮性スクリーン１の中央部を視点位置Ｂに正対させる必要がある。これに対して、本発明を適用した映像表示システムは、選択部１１によって視点位置Ｂから伸縮性スクリーン１に表示した映像を見た場合の伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンを選択して、メモリ部１２から当該パターンに対応した形状情報に基づいて、アクチュエータ制御装置５によって、図４（ｄ）に示すように伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更させて、伸縮性スクリーン１の中心部を視点位置Ｂに正対した位置（中心軸ａ’上）とすることができる。なお、図４（ａ）〜（ｄ）に示す四角形状の点線は、伸縮性スクリーン１の変形可能範囲を示している。
【００２４】
また、図５（ａ）に示すように、視点位置Ａから視野角θ１で伸縮性スクリーン１に表示された映像を観察している状態から、図５（ｂ）に示すように伸縮性スクリーン１に対して後退して視点位置Ｂとなった場合には、選択部１１の選択結果によって、図５（ｃ）のように視野角θ１を保持する、又は、図５（ｂ）のように伸縮性スクリーン１の中心部を視点位置Ｂに近づけるように伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更することができる。なお、図５（ｃ）では、伸縮性スクリーン１が変形可能な範囲を示す点線よりも伸縮性スクリーン１が拡大しているが、当該変形可能範囲内のみで伸縮性スクリーン１を変形させても良い。
【００２５】
このように、視点位置の変化によってユーザ又は管理者が伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンを変更するように選択部１１を操作することによって、伸縮性スクリーン１と視点位置の位置関係が変更しても、歪みのない映像を観察させてユーザの違和感を軽減できる。
【００２６】
また、視点位置が変更しても、図４（ｃ）のように伸縮性スクリーン１及びプロジェクタ２の位置を変更する必要が無く、システム構成が複雑になることを回避できる。
【００２７】
なお、上述した例では、伸縮性スクリーン１に立体映像を表示させても良い。この場合、映像表示システムは、ユーザに右眼と左眼とで透過する映像光の偏光方向が異なる偏光メガネを装着させて、偏光方式又は時分割方式でプロジェクタ２から相互に視差が与えられ且つ偏光方向が異なる複数種の映像光を出射する。偏光方式で伸縮性スクリーン１に立体映像を表示する場合、伸縮性スクリーン１として映像光の偏光方向を保持する素材のものを使用し、プロジェクタ２の２個の光出射口から偏光方向が異なる右眼用映像光と左眼用映像光を出射させる。なお、上述した説明では単一のプロジェクタ２である例を示したが、右眼用映像を出射するプロジェクタと、左眼用映像を出射するプロジェクタの２台を用いても良い。時分割方式で伸縮性スクリーン１に立体映像を表示する場合、１個の光出射口から右眼用映像光と左眼用映像光とを時分割で交互に出射し、右眼用映像光と左眼用映像光との出射タイミングと液晶シャッタメガネの右眼及び左眼シャッタの切り替えタイミングとの同期を取る。
【００２８】
また、伸縮性スクリーン１の形状は、凹面形状だけでなく、平面形状、円筒型の一部を用いた２次曲面形状が選択可能であっても良く、半球ドーム形状、平面形状、２次曲面を種々組み合わせた形状が選択可能であっても良い。このような様々な形状に変形可能な伸縮性スクリーン１であっても、映像表示システムは、当該形状に応じた映像の歪み補正処理を行うことになる。
【００２９】
つぎに、上述した映像表示システムにおいて、ユーザの視点位置の水平方向における平行移動に追従して、当該ユーザの視点位置の変化によって自動的に伸縮性スクリーン１の形状を変化させると共に、当該視点位置の変化に応じて自動的に歪み補正の補正マップを変更する場合について説明する。なお、上述した映像表示システムと同じ部分については同一符号を付することによってその詳細な説明については省略する。
【００３０】
この映像表示システムにおいては、伸縮性スクリーン１を、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を形成しておく。そして、視点位置計測部２１によって伸縮性スクリーン１に対する視点位置の平行移動を検知した場合に、アクチュエータ制御装置５により、投影面形状の半径を維持した状態で、仮想球体の中心位置を所定の初期中心位置から視点位置の平行移動分だけ平行移動した位置に移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させる。
【００３１】
この映像表示システムは、図６に示すように、ユーザの視点位置を検出する視点位置計測部２１を備える点で、図３に示す映像表示システムとは異なる。視点位置計測部２１は、例えば、ユーザにメガネを装着してもらい、当該メガネに３次元位置計測器を実装して構成される。視点位置計測部２１は、予めユーザの視点移動領域ごとに凹面形状パターンを設定するために、例えば、現在の視点位置から０〜５ｃｍの移動範囲に視点が移動した場合は代表値として３ｃｍ、現在の視点位置から５〜１０ｃｍの領域に視点が移動した場合は代表値として８ｃｍの視点移動として認識することが設定されている。視点位置計測部２１は、ユーザの視点位置の移動を検知した際に、視点移動領域から選択部１１に伸縮スクリーンの凹面形状パターンを選択させて、メモリ部１２から歪み映像補正処理部１３及びアクチュエータ制御装置５に形状情報を出力させる。アクチュエータ制御装置５は、伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更し、且つ歪み映像補正処理部１３で最適な歪み補正の補正マップを作成して歪み補正をした映像をプロジェクタ２から投影させることができる。これにより、伸縮性スクリーン１とユーザの視点位置との相対位置が変更することによるユーザの映像に対する違和感を低減する。
【００３２】
また、映像表示システムは、図６中の点線で示すように、視点位置計測部２１で計測した視点位置の平行移動をアクチュエータ制御装置５に出力しても良い。この場合、アクチュエータ制御装置５は、視点位置の平行移動量を歪み映像補正処理部１３に出力すると共に、当該視点位置の平行移動に追従してアクチュエータ３を駆動させて、伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更する。また、視点位置の平行移動量が供給された歪み映像補正処理部１３は、視点位置の変化に応じて補正マップを変更して、映像生成部１４での歪み補正処理を変更させる。
【００３３】
例えば、図７（ａ）に示すように視点位置ａから、凹面深さＤ、仮想中心点Ａ、当該仮想中心点Ａを中心とした仮想球体３１の一部を構成する凹面形状（半球）の伸縮性スクリーン１に表示された映像を見ているとする。図７（ａ）の状態は、ある初期中心位置の仮想中心点Ａを中心とした球形で伸縮性スクリーン１が構成されている。当該仮想中心点Ａから投影面までの直線距離、すなわち凹面深さＤをＲとすると、初期中心位置の仮想中心点Ａを３次元座標の原点とする伸縮性スクリーン１の表面の座標は、
Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２＝Ｒ２
によって表現される。この式において、ユーザに対する水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸、投影面方向をＺ軸としている。
【００３４】
各アクチュエータ３の配置位置を（Ｘ、Ｙ）座標で指定することにより、伸縮性スクリーン１を構成するための各アクチュエータ３の先端位置は、上記式におけるＺ座標で表され、上記式によって算出される。また、図７（ａ）の状態において、視点位置計測部２１は、視点位置ａを計測して、当該視点位置ａを、初期中心位置である仮想中心点Ａを原点とする３次元座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）で表わしている。
【００３５】
図７（ｂ）のように水平方向に向けて視点位置ｂに移動したことを視点位置計測部２１によって検出すると、視点位置計測部２１は、移動後の視点位置ｂ（ｘ２、ｙ２、ｚ１）を選択部１１又はアクチュエータ制御装置５に出力する。この場合、視点位置の平行移動に追従して、仮想球体３１の中心を平行移動させるために、視点位置計測部２１で検出した視点位置の移動距離だけ、仮想球体及び仮想中心点を移動させる必要がある。視点位置ｂとなると、図７（ｃ）に示すように、初期中心位置の仮想中心点Ａを仮想中心点Ｂとし、当該仮想中心点Ｂを原点とした仮想球体３２を想定し、上記式と各アクチュエータ３の配置位置座標（Ｘ、Ｙ）で、各アクチュエータ３先端の移動位置（Ｚ座標）を算出する。そして、アクチュエータ制御装置５にてアクチュエータを移動させ、図７（ｄ）のように伸縮性スクリーン１の投影面を変形させる。
【００３６】
このように、視点位置の平行移動があっても、仮想球体の半径をそのままに、ユーザの視点の平行移動分だけ平行移動した位置を中心とした仮想球体の一部で伸縮性スクリーン１を構成可能となる。すなわち、ユーザの視点が平行移動した場合、その視点位置の正面（Ｚ軸方向）に仮想球体の一部で構成される伸縮性スクリーン１の最深部を配置する。
【００３７】
具体的には、映像表示システムは、図８に示すように、伸縮性スクリーン１の変形可能範囲を限定しているために、図８（ａ）に示すように仮想中心点Ａを中心とする仮想球体の一部を構成する凹面形状の伸縮性スクリーン１としている状態で、視点位置ａから左方向に移動した視点位置ｂとなると、当該視点位置の変化を視点位置計測部２１で検知する。そして、図８（ｂ）に示すように、仮想中心点Ａから視点位置の移動分だけ移動させた仮想中心点Ｂを中心とした仮想球体の一部となるように、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン１を変形させる。また、図８（ａ）のように視点位置ａから右方向に移動した視点位置ｃとなると、図８（ｃ）に示すように、仮想中心点Ａから視点位置の移動分だけ移動させた仮想中心点Ｃを中心とした仮想球体の一部となるように、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン１を変形させる。
【００３８】
このように、映像表示システムは、視点位置計測部２１によって伸縮性スクリーン１に対する視点位置の平行移動を検知した場合に、アクチュエータ制御装置５によって、投影面形状の半径を維持した状態で、図８（ａ）のような所定の初期中心位置から視点位置の平行移動分だけ平行移動した位置に投影面形状の中心位置を移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させることができる。
【００３９】
以上のように、本発明を適用した映像表示システムによれば、ユーザの視点位置の平行移動に追従して自動的に伸縮性スクリーン１の形状を変化させると共に、映像の歪み補正処理を行って、視点移動後において映像を見た時の違和感を軽減することができる。
【００４０】
つぎに、本発明を適用した映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン１に対してユーザの視点位置の水平方向又は垂直方向における回転に追従して、伸縮性スクリーン１の形状を変化させると共に映像の歪み補正処理を行うことについて説明する。
【００４１】
この映像表示システムは、上述の図６と同様に、視点位置計測部２１を備える。なお、上述した映像表示システムと同じ部分については同一符号を付することによってその詳細な説明については省略する。この映像表示システムは、伸縮性スクリーン１の投影面形状を、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように形成する。そして、視点位置計測部２１によって伸縮性スクリーン１に対する視点位置の水平方向又は垂直方向における回転を検知した場合に、アクチュエータ制御装置５により、投影面形状の半径を維持した状態で、投影面形状の中心位置を当該視点位置が回転した回転方向に当該視点位置が回転した回転角度だけ回転させて、当該回転後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させる。
【００４２】
視点位置計測部２１は、例えば、ユーザに装着されたメガネの水平方向又は垂直方向の回転移動を３次元位置計測器により検出する。視点位置計測部２１は、ユーザの視点位置の水平方向又は垂直方向の回転移動を検知した際に、選択部１１に伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンを選択させて、メモリ部１２から歪み映像補正処理部１３及びアクチュエータ制御装置５に形状情報を出力させる。アクチュエータ制御装置５は、伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更し、且つ歪み映像補正処理部１３で最適な歪み補正の補正マップを作成して歪み補正をした映像をプロジェクタ２から投影させることができる。これにより、伸縮性スクリーン１とユーザの視点位置との相対位置が変更することによるユーザの映像に対する違和感を低減する。
【００４３】
例えば、図９（ａ）に示すように視点位置ａから、凹面深さＤ、仮想中心点Ａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、当該仮想中心点Ａを中心とした仮想球体３１の一部を構成する凹面形状（半球）の伸縮性スクリーン１に表示された映像を見ている状態で、図９（ｂ）のように視点位置が水平方向に角度θだけ回転したことを視点位置計測部２１によって検出したとする。この場合、図９（ｃ）に示すように、視点位置計測部２１で検出した視点位置の回転角度だけ、ユーザの視点位置ａを中心とし且つ視点位置ａから仮想中心点Ａの距離を半径ｒとした仮想球体３３上で、仮想中心点を仮想中心点Ａから回転移動させた仮想中心点Ｂ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を設定する。そして、図９（ｄ）に示すように、回転移動後の仮想中心点Ｂを中心とした仮想球体３４を設定し、図９（ｅ）に示すように、当該仮想中心点Ｂを中心とし凹面深さＤを半径とした仮想球体３４の一部を構成する凹面形状に伸縮性スクリーン１を変形する。
【００４４】
映像表示システムは、図１０に示すように、伸縮性スクリーン１の変形可能範囲を限定されているために、図１０（ａ）に示すように仮想中心点Ａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を中心とする仮想球体の一部を構成する凹面形状の伸縮性スクリーン１としている状態で、視点位置が左方向に角度θＬだけ回転移動すると、当該視点位置の変化を視点位置計測部２１で検知する。そして、図１０（ｂ）に示すように、仮想中心点Ａから角度θＬだけ回転移動させた仮想中心点Ｂ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を中心とした仮想球体の一部であって、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン１を変形させる。このとき、当該仮想中心点Ｂ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を原点とした仮想球体を設定し、上記式にＲ、各アクチュエータ３の配置位置（Ｘ，Ｙ）を代入して、各アクチュエータ３のＺ軸位置を算出する。また、図１０（ａ）の状態から視点位置が右方向に角度θＲだけ回転移動すると、図１０（ｃ）に示すように、仮想中心点Ａから角度θＲだけ回転移動させた仮想中心点Ｃ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を中心とした仮想球体の一部であって、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン１を変形させる。このとき、当該仮想中心点Ｂ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を原点とした仮想球体を設定し、上記式にＲ、各アクチュエータ３の配置位置（Ｘ，Ｙ）を代入して、各アクチュエータ３のＺ軸位置を算出する。
【００４５】
このように、映像表示システムは、視点位置計測部２１によって視点位置の回転移動を検知した場合に、アクチュエータ制御装置５によって、投影面形状の半径を維持した状態で、図１０（ａ）のような所定の初期中心位置から視点位置の回転移動分だけ回転移動した位置に投影面形状の中心位置を移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させることができる。
【００４６】
以上のように、本発明を適用した映像表示システムによれば、ユーザの視点位置の回転移動に追従して自動的に伸縮性スクリーン１の形状を変化させると共に、映像の歪み補正処理を行って、視点移動後において映像を見た時の違和感を軽減することができる。
【００４７】
つぎに、本発明を適用した映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン１に対してユーザの視点位置の前後移動に追従して、伸縮性スクリーン１の形状を変化させると共に映像の歪み補正処理を行うことについて説明する。
【００４８】
この映像表示システムは、上述の図６と同様に、視点位置計測部２１を備える。なお、上述した映像表示システムと同じ部分については同一符号を付することによってその詳細な説明については省略する。
【００４９】
映像表示システムは、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように伸縮性スクリーン１の投影面形状が形成され、視点位置計測部２１伸縮性スクリーン１に対して視点位置が近づく又は遠ざかる方向に移動したことを検知する。この場合に、アクチュエータ制御装置５は、所定の初期中心位置から視点位置が近づく又は遠ざかる方向且つ近づく又は遠ざかる距離に中心位置を移動させた仮想球体を設定する。また、視点位置の移動前の視点位置からの距離が最も遠い投影面位置を視点位置が近づいた又は遠ざかった距離だけ移動させる。そして、伸縮性スクリーン１の投影面の端部位置と、仮想球体と、移動させた視点位置からの距離が最も遠い投影面位置とを近似した近似曲線上となるように伸縮性スクリーン１の投影面形状を変更する。
【００５０】
視点位置計測部２１は、例えば、ユーザに装着されたメガネの前後移動を３次元位置計測器により検出する。視点位置計測部２１は、ユーザの視点位置の伸縮性スクリーン１に対する前後移動を検知した際に、選択部１１に伸縮性スクリーン１の凹面形状のパターンを選択させて、メモリ部１２から歪み映像補正処理部１３及びアクチュエータ制御装置５に形状情報を出力させる。アクチュエータ制御装置５は、伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更し、且つ歪み映像補正処理部１３で最適な歪み補正の補正マップを作成して歪み補正をした映像をプロジェクタ２から投影させることができる。これにより、伸縮性スクリーン１とユーザの視点位置との相対位置が変更することによるユーザの映像に対する違和感を低減する。
【００５１】
例えば、図１１（ａ）に示すように視点位置ａから、凹面深さＤ、仮想中心点Ａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、当該仮想中心点Ａを中心とした仮想球体３１の一部を構成する凹面形状（半球）の伸縮性スクリーン１に表示された映像を見ている状態で、図１１（ｂ）のように視点位置が距離δだけ前進して視点位置ｂに移動したことを視点位置計測部２１によって検出したとする。この場合、図１１（ｃ）に示すように、視点位置計測部２１で検出した視点位置の前進距離δだけ、仮想中心点Ａを移動させて、仮想中心点Ｂを中心とする仮想球体３５を設定する。また、図１１（ｄ）に示すように、図１１（ａ）の状態においてユーザの視点位置ａから最も遠い伸縮性スクリーン１の位置を距離δだけ移動させて、新たなスクリーン位置３６を設定する。そして、伸縮性スクリーン１の端部１ａの位置を保持した状態で、ユーザの視点位置ｂから最も遠い点をスクリーン位置３６とし仮想球体３５の一部を構成するように伸縮性スクリーン１の投影面形状を近似する。このような映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン１の端部１ａを固定するために、伸縮性スクリーン１の周縁部に位置するアクチュエータ３を固定する制御することになる。
【００５２】
映像表示システムは、図１２に示すように、伸縮性スクリーン１の変形可能範囲が限定されているために、図１２（ａ）に示すように仮想中心点Ａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を中心とする仮想球体の一部を構成する凹面形状の伸縮性スクリーン１としている状態で、視点位置が前進方向に距離δだけ移動すると、図１２（ｂ）に示すように、仮想中心点Ａから前進した距離δだけ移動させた仮想中心点Ｂ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を中心とした仮想球体の一部であって、ユーザの視点位置から最も遠いスクリーン位置を距離δだけ移動させ、伸縮性スクリーン１の端部を保持するように伸縮性スクリーン１を変形させる。このとき、当該仮想中心点Ｂ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を原点とした仮想球体を設定し、上記式にＲ、各アクチュエータ３の配置位置（Ｘ，Ｙ）を代入して、各アクチュエータ３のＺ軸位置を算出する。また、図１２（ａ）の状態から視点位置が後退方向に距離δだけ移動すると、図１２（ｃ）に示すように、仮想中心点Ａから後退した距離δだけ移動させた仮想中心点Ｃ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を中心とした仮想球体の一部であって、ユーザの視点位置から最も遠いスクリーン位置を距離δだけ移動させ、伸縮性スクリーン１の端部を保持するように伸縮性スクリーン１を変形させる。このとき、当該仮想中心点Ｂ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を原点とした仮想球体を設定し、上記式にＲ、各アクチュエータ３の配置位置（Ｘ，Ｙ）を代入して、各アクチュエータ３のＺ軸位置を算出する。
【００５３】
このような映像表示システムによれば、伸縮性スクリーン１に対してユーザの視点位置が前後方向に移動しても、伸縮性スクリーン１の最深部とユーザの視点位置との距離を図１２に示す距離Ｌ１〜Ｌ３に亘って一定に保つことができ、ユーザの視点位置が伸縮性スクリーン１に近づきすぎる又は遠すぎるという現象を軽減できる。
【００５４】
以上のように、本発明を適用した映像表示システムによれば、ユーザの視点位置の前後移動に追従して自動的に伸縮性スクリーン１の形状を変化させると共に、映像の歪み補正処理を行って、視点移動後において映像を見た時の違和感を軽減することができる。
【００５５】
つぎに、上述したように伸縮性スクリーン１の凹面形状を変化させることができる映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン１の形状をユーザによって微調整することができる構成について説明する。
【００５６】
この映像表示システムは、図１３に示すように、アクチュエータ制御装置５に、ユーザに操作される形状入力装置４１を接続した点で上述した映像表示システムとは異なる。形状入力装置４１は、図１３及び図１４に示すように、スライド式の直動センサをアレイ状に配置して構成された形状入力部５１と、当該形状入力部５１で入力された信号に基づいて形状情報を生成する形状生成部５２とを備える。直動センサに対してユーザが押圧する操作がされると、形状入力部５１は、どの直動センサが操作されたかの識別信号と各直動センサの直動操作量を示す信号とを形状生成部５２に出力する。なお、形状入力装置４１は、曲率性の高い入力機構や、球形をそのままに中心位置を移動させるような形状変化が可能な構成であっても良い。
【００５７】
形状生成部５２は、形状入力部５１からの信号に基づいて、形状情報を生成し、歪み映像補正処理部１３及びアクチュエータ制御装置５に出力する。形状生成部５２は、ユーザに操作された形状入力部５１（直動センサ）と直動駆動させる各アクチュエータ３との対応関係及び形状入力部５１の直動操作量とアクチュエータ３の直動駆動量との対応関係を記憶している。そして、形状生成部５２は、形状入力装置４１からの信号に応じて、アクチュエータ３を駆動させるパラメータをアクチュエータ制御装置５に出力する。
【００５８】
そして、アクチュエータ制御装置５は、形状生成部５２からのパラメータに応じて、ユーザに操作された形状入力部５１に対応したアクチュエータ３を、形状入力部５１に対する操作量に応じた量だけ直動駆動させる。また、歪み映像補正処理部１３は、形状生成部５２からのアクチュエータ３を直動駆動させるパラメータから、ユーザの視点位置に対する伸縮性スクリーン１の投影面形状の変化を求め、当該投影面形状の変化から補正マップを変更又は修正して、映像生成部１４における歪み補正処理を更新する。
【００５９】
この映像表示システムは、例えば形状入力装置４１が形状入力部５１のみからなり、現在の伸縮性スクリーン１の投影面形状を再現した機構で構成される場合に、当該投影面形状を直接入力できるようにしても良い。例えば、ユーザが球体を形状入力部に押し付けるように構成し、当該球体の押しつけ度合いに応じた形状を伸縮性スクリーン１で再現する構成が挙げられる。この場合、図１４中の点線に示すように、アクチュエータ制御装置５に対して直接形状入力部５１の投影面形状の変化を入力する。そして、アクチュエータ制御装置５は、形状入力部５１の形状変化量を歪み映像補正処理部１３に出力すると共に、形状の変化に追従してアクチュエータ３を駆動させて、伸縮性スクリーン１の凹面形状を変更する。また、形状変化量が供給された歪み映像補正処理部１３は、補正マップを変更して、映像生成部１４での歪み補正処理を変更させる。
【００６０】
このような映像表示システムは、形状入力装置４１をユーザに操作させることにより、上述したようにユーザの視点位置の変更に追従して伸縮性スクリーン１の凹面形状及び歪み補正処理を変更した後に、ユーザがより違和感を感じない映像に修正させることができる。
【００６１】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を適用した映像表示システムの概略構成を示す図である。
【図２】アクチュエータ及び伸縮性スクリーンの構成を示す上面図及び側面図である。
【図３】本発明を適用した映像表示システムの構成を示すブロック図である。
【図４】伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が水平方向に平行移動した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる原理について説明する図である。
【図５】伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が前後方向に移動した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる原理について説明する図である。
【図６】本発明を適用した映像表示システムにおいて、視点位置計測部を備えた構成を示すブロック図である。
【図７】伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が水平方向に平行移動した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる原理について説明する他の図である。
【図８】本発明を適用した映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が水平方向に平行移動した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる具体例について説明する図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は初期状態からユーザの視点位置が左方向に平行移動した時の伸縮性スクリーンの凹面形状の変化、（ｃ）は初期状態からユーザの視点位置が右方向に平行移動した時の伸縮性スクリーンの凹面形状の変化である。
【図９】伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が水平方向又は垂直方向に回転した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる原理について説明する図である。
【図１０】本発明を適用した映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が水平方向又は垂直方向に回転した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる具体例について説明する図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は初期状態からユーザの視点位置が左方向に回転変化した時の伸縮性スクリーンの凹面形状の変化、（ｃ）は初期状態からユーザの視点位置が右方向に回転変化した時の伸縮性スクリーンの凹面形状の変化である。
【図１１】伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が前後方向に移動した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる原理について説明する図である。
【図１２】本発明を適用した映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーンに対してユーザの視点位置が前後方向に移動した場合に、伸縮性スクリーンの凹面形状を変化させる具体例について説明する図であり、（ａ）は初期状態、（ｂ）は初期状態からユーザの視点位置が近づく方向に変化した時の伸縮性スクリーンの凹面形状の変化、（ｃ）は初期状態からユーザの視点位置が遠ざかる方向に変化した時の伸縮性スクリーンの凹面形状の変化である。
【図１３】本発明を適用した映像表示システムにおいて、ユーザの操作によって投影面形状を変化させる概略構成を示す図である。
【図１４】本発明を適用した映像表示システムにおいて、ユーザの操作によって投影面形状を変化させる構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  伸縮性スクリーン
１ａ  端部
２  プロジェクタ
３  アクチュエータ
４  制御装置
５  アクチュエータ制御装置
１１  選択部
１２  メモリ部
１３  映像補正処理部
１４  映像生成部
２１  視点位置計測部
３１  仮想球体
３２  仮想球体
３３  仮想球体
３４  仮想球体
３５  仮想球体
３６  スクリーン位置
４１  形状入力装置
５１  形状入力部
５２  形状生成部
【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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【図１３】
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【図１４】
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