(57)【要約】【課題】ドーム全面に画像を投映するに際し、プラネタリウムの影を生じさせないで、且つ高画質の画像を低コストで投映できる投映装置を実現する。【解決手段】複数のビデオプロジェクターによる投映像をつなぎ合わせてドームスクリーン１４に投映像を投映するに際し、投映光軸をドームの中心線に一致させた超広角なプロジェクター１７ａ〜１７ｃを互いの投映方向を放射方向に向けてドーム中心付近に放射状に配する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のビデオプロジェクターによる投映像をつなぎ合わせてドームスクリーンに投映像を投映するに際し、投映光軸をドームの中心線に一致させたプロジェクターを互いの投映方向を放射方向に向けてドーム中心付近に放射状に配したことを特徴とするドームスクリーンにおけるビデオ画像投映装置。
【請求項２】
超広角な投映光学系を用いることにより、ドームの画像投映面の分割数を減少させた請求項１記載のドームスクリーンにおけるビデオ画像投映装置。
【請求項３】
投映光学系中に配した球面ミラーにより投映光束を拡大反射することにより、画角を拡げる手段とした請求項２記載のドームスクリーンにおけるビデオ画像投映装置。
【請求項４】
プラネタリウム施設において、プラネタリウム投映機の周囲に複数のビデオプロジェクターを放射状に配した請求項１から３の何れかに記載のドームスクリーンにおけるビデオ画像投映装置。
【請求項５】
プラネタリウム投映機の水平回転軸と同軸の回転ステージ上にビデオプロジェクターを配することにより、放射状に配した各ビデオプロジェクターがプラネタリウム投映機と同期して円周方向に移動する請求項４記載のドームスクリーンにおけるビデオ画像投映装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えばプラネタリウム施設や全天全周映画施設などのドーム状のスクリーン（以下、「ドーム」と称する）における、ビデオプロジェクターを使用したビデオ画像投映装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶等の画像表示部に生成された画像を光学系を介して投映するビデオプロジェクターをプラネタリウムに導入するというアイデアが公知である。そして、この種のビデオプロジェクターは動画による映像が容易に得られるため、これをプラネタリウムに使用することはプラネタリウムの演出を補助し、多彩な映像表現を行う上で極めて有用である。
【０００３】
図７及び図８は、プラネタリウムにおけるビデオプロジェクター（以下、「プロジェクター」と称する）を用いたビデオ投映装置の従来例を説明するための図である。従来技術においては、投映はドーム面に配されたプロジェクターから対面するドーム面に対して行われるのが通常であった。即ち、ここではドーム４の壁面全周に複数台のプロジェクター２ａ〜２ｆを配置し、各プロジェクターの画像を対面するドーム面の領域Ａ〜Ｆに投映し、それらの画像をつなぎ合わせてドーム全面を包括していた。又、画像の歪を最小限に抑えるために、光軸をドーム中心で交差させていた。
【０００４】
前記の場合においては、ドームに投映した場合の歪みのために各映像を合成して一つの映像を構成することが不可能となるので、歪みの少ない投映像を得るために各プロジェクター投映機から投映すべき画像に変形を加えて補正したり、色や照度を合わせたり、画像境界のボカシ処理等を電気的に行なう方法が取られていた。
【０００５】
一方、複数のビデオプロジェクターによる投映像をつなぎ合わせるのではなく、魚眼レンズを使用した一台の単眼式のプロジェクター６によって画像がドーム全面を包括することも行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術において、ドーム４の壁面全周からの複数台のプロジェクター２ａ〜２ｆをもって対面するドーム面に投映する場合には、プラネタリウムＰがドーム中心に設置しているため、投映光束がこれによりけられて、投映面にプラネタリウムの影Ｓが生じ、演出劫果を著しく阻害する問題があった。この場合、プラネタリウムの稼動範囲が小さく、ドームが欠球になっている場合には影ができないレイアウトにすることはできが、一般的な水平型のプラネタリウムを使用する場合のような、完全な半球を有するドームの場合、その影ができないようにするためには、投映光束をプラネタリウムにかからないように、光軸をドーム中心から水平方向に大幅にオフセットしたプロジェクター３ａ〜３ｅによって投映する方法を取らなければならなかった。しかしながら、その方法だと画像の歪がさらに大きくなり、投映距離が不均一になるため、包括するスクリーン上で画像の明るさや解像度が著しく不均一になるという問題があった。
【０００７】
以上のような問題があるために、現状のプラネタリウムにおいてはプラネタリウムＰの昇降装置５を利用してプロジェクター２ａ〜２ｆの投映像を投映する時間帯だけ、プラネタリウムを下降させて光束がプラネタリウムにかからないようにする方法を採用している。この方法は一見よさそうに見えるが、下降中はプラネタリウムがドーム中心から外れるためプラネタリウムの映像に誤差が生じ、正確な天文学上の計算に基づき疑似体験のために星空を再現するプラネタリウムの本質を全うできなくなる問題が生じる。
【０００８】
一方、魚眼レンズを使用した単眼式プロジェクター６の場合は元々ドーム中心に設置して投映するのが最もノーマルな使い方である。従って、プラネタリウムと併設する場合はプラネタリウム施設の正面となる方向にオフセットさせた位置に設置し、プラネタリウムの影６Ｓが観客の背面にくるような配慮がなされた。しかし、プラネタリウムの影は１箇所にしかできないものの、非常に大きくなってしまうために非常に見苦しいものであった。もし、影をなくそうとするなら前記の昇降装置５によってプラネタリウムＰを下降させる方法を取ることが考えられるが、その場合には分割投映方式よりさらに大きな下降量となるため、プラネタリウムの映像の誤差はより大きくなる。
【０００９】
この発明は以上の従来技術の問題点に鑑みて創作されたものであり、複数のビデオプロジェクターによる投映像をつなぎ合わせてドームスクリーンに投映像を投映するに際し、投映光軸をドームの中心線に一致させたプロジェクターを互いの投映方向を放射方向に向けてドーム中心付近に放射状に配したことを特徴とする。
【００１０】
従って、この発明をプラネタリウム施設に実施し、プラネタリウム投映機の周囲に複数のビデオプロジェクターを放射状に配する場合には、プラネタリウム投映機は各プロジェクターの背後に位置するので、従来技術のようにプロジェクターの投映光束がプラネタリウムによりけられることがない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的実施例を添付図面に基づいて説明する。図１乃至図３はこの発明の実施例を示す図である。ここでは、縦９０°×横１３０°以上の画角を有する３台あるいはそれ以上の台数のビデオプロジェクター１７ａ〜１７ｃを、プラネタリウムＰのプラネタリウム投映機１１の周囲に放射状に配置し、光束がプラネタリウム投映機１１の可動範囲１８にかからないように投映範囲を設定し、それぞれのプロジェクター１７ａ〜１７ｃと対面するスクリーン面の領域Ａ１〜Ｃ１に投映した画像をつなぎ合わせてドーム１４の全面を包括投映する。この方法だと、プロジェクターの光軸は水平方向でドーム中心と一致し、垂直方向でも最小限のオフセット量を与えるだけで、プラネタリウムとドーム用ビデオプロジェクションシステムを最適な位置に併設することができる。
【００１２】
以上のようにここでは超広角な投映光学系を用いることにより、ドームの画像投映面の分割数を減少させている。この場合、プロジェクターに魚眼レンズを使用して投映する方法もあるが、ここでは球面ミラーにより超広角投映を実現した。
【００１３】
図３は上記の実施例をプロジェクター１７ａを例にとり図示した図である。ここでは、投映光軸をドームの中心線に一致させた各プロジェクターが互いの投映方向を放射方向に向けてプラネタリウム投映機１１の周囲に放射状に配置されるように、３台のプロジェクター１７ａ〜１７ｃをプラネタリウムＰの基台２０周側に張り出したステージ２１上に配し、各プロジェクターにおいては、投映光学系中に配した球面ミラーにより投映光束を拡大反射することにより、画角を拡げている。そして、ここでは球面ミラー２４の反射面をドームの天頂でなく、水平線付近に指向させると共に、球面ミラーに投映光束が下方斜め方向から入射するようにしている。この場合、ここでは投映筒２２からの光束を投映筒の前方に配した平面ミラー２３を介して球面ミラー２４に入射するように転向することにより、投映筒からの光路を折り畳んでプロジェクターをコンパクト化している。
【００１４】
尚、この発明はＬＣＤ・ＤＬＰ・Ｄ−ＩＬＡ方式に類する画像デバイスを用いたビデオプロジェクターに適用するものであり、ＣＲＴ３管式ビデオプロジェクターには適用しない。
【００１５】
この発明においては、ＳＸＧＡプロジェクターを使用した場合、ドーム全周での解像度は３，  ０００ピクセル以上となる。一方、この発明の光学反射系で投映された画像は、画素の大きさがドーム水平線付近から天頂に行くに従って徐々に大きくなるという特性をもっている。言い換えれば水平線付近の解像度が良く天頂に向かって解像度が低下していくということである。この特性を利用することによる次の利点が挙げられる。
（１）  水平ドームでは水平線付近の画像に鮮明度が要求されるシーンが多い。例えばスカイライン投映などはその典型であり、仮に水平線付近以外はほとんどが空や雲という映像が多く用いられる。このような映像では空の大部分はそれほど鮮明度は要求されないので、作者の感性にフィットする映像クオリティを提供できる。これに引き換え、単眼式プロジェクターの画像はまったく逆の特性を示し、天頂の解像度が良く、水平線付近の解像度が極端に悪くなる。従ってスペック上の解像度表現からかなり差し引いて評価しなければならない。これは魚眼レンズ（  ｆｓｉｎθ系）  の宿命的な性質である。
（２）  解像度と同様に照度分布も好ましい特性を示す。水平線付近が明るく、天頂に向かって徐々に暗くなっていくのである。この特性の良さはプラネタリウムを知っている者であれば直感的に理解できると思われる。これに引き換え、単眼式プロジェクターの画像は照度分布においてもまったく逆の特性を示す。即ち、プロジェクターの周辺減光と魚眼レンズ（  ｆｓｉｎθ系）  の像高変化による減光によって、照度が欲しい水平線付近が最も暗くなるという皮肉な特性を示す。
（３）  観客の視点は常に水平線の下にあり、ドームスクリーンに近くなるため、水平線付近に近く、天頂が遠くなる。例えばその距離の比率が１：２の座席（ドーム半径のほぼ中間くらい）  に座った観客は天頂のピクセルが水平線付近の２倍になったとしても、見かけの視角は同じになるということである。また明るさについては距離の二乗に反比例するため、前記のような映像では（２）  の特性をさらに助長する結果をもたらす。
【００１６】
以上の特性を理解して上手に利用することによって、この発明の投映装置によるドーム映像表現を作者の意図に合ったものにすることができる。各ミラーはドームサイズや要求される機能に必要なプロジェクターの仕様によって、容易に変更することができるので、幅広い要求に応えることができる。又、将来的に高次非球面ミラーの製作が簡単にできる状況になれば２枚のミラーを組み合わせて光学的な歪補正を行なうことも可能になる。
【００１７】
尚、原理的にはプロジェクターをさらに広角にしてドーム全面を２分割する方法も想定できるが、プロジェクターのアスペクト比による画面の使用効率やドームの施工精度などが悪影響を及ぼす危険性もあるため、３分割が最適である。
【００１８】
一方、天頂付近の画像を省略し、全周のみを包括するスカイラインなどの投映においては、球面ミラーの曲率を小さくして画角を狭めるか、各ミラーを省略してプロジェクター既設の投映レンズの画角に依存する方法がある。この場合アスペクト比との関係を考慮しつつ、縦画角と分割台数を決定するが、同時に照度と解像度とコストパフォーマンスのバランスを取りつつ最適化する。
【００１９】
この発明においては、従来のようにドーム面に配されたプロジェクターから対面するドーム面に対して投映を行うのでないので、プロジェクター自体を容易に移動することができ、それにより投映像を移動させることが可能となる。典型的な例としては、プラネタリウム施設において、プラネタリウム投映機の周囲に複数のプロジェクターを配した場合に、これらをプラネタリウム投映機と同期して円周方向に移動する場合である。これを実現する手段としては、図４に示すようにプラネタリウム投映機１１の水平回転軸３２と同軸の回転ステージ３１上にプロジェクター１７Ａ〜１７Ｃを放射状に配することが挙げられる。この場合、回転ステージ上の各プロジェクターに画像データを送信しなければならないが、プラネタリウの一般的な伝送手段であるスリップリング３４を介する方法を用いた場合、伝送信号にノイズが乗る危険性があるので、画像コントローラ３３から画像データを無線で送信する方法が望ましい。
【００２０】
図５及び図６はこの発明をプラネタリウム施設でなく、ビデオプロジェクターを単独で設置する施設に実施した例を示す図である。ここでは、ドーム５４の中心部にプロジェクター６７ａ〜６７ｃを集約して放射状に配置し、球面ミラー７４同士を近接又は一体化して配し、平面ミラー７３の配置と投映筒７３の傾きを最適化することによって、投映装置６０の全体の小型化を図る。投映装置６０の下部には画像送出用のコンピュータシステムあるいはビデオ機器６１などを設置する。投映装置６０上部はプロジェクターと反射ミラー以外にスペースが空いているので、演出用の付属投映機器６６を設置する。例えばドーム照明や補助投映用ビデオプロジェクターなどである。
【００２１】
【発明の効果】
以上の構成よりなるこの発明の投映装置は次の特有の効果を奏する。
（１）  完全半球形状のドームに設置されたプラネタリウムと併設した場合でもドームスクリーンヘのプラネタリウムの影を完全に除去することができ、従来の装置に比較して高い演出効果が得られる。
（２）  単眼式のドーム用ビデオプロジェクションシステムでは解像度と明るさに限界があったが、この発明の装置においては、安価なプロジェクターと反射ミラーを組み合わせることにより、適度な解像度と明るさが得られ、コストパフォーマンスの高いシステムが実現できる。
（３）  プラネタリウムの無いプロジェクター単独の映像施設においても、ドーム中心部に機器をコンパクトに納められるので、解像度と明るさの点で単眼式では不満足だった場合でもこの発明により満足度を向上させることができる。この場合、投映装置に画像送出機器や補助投映機器が一体化できるため、この発明の装置だけで多彩な演出が可能になる。
（４）  ドーム壁面全周に複数台のプロジェクターを配置した、従来の分割式ドーム用ビデオプロジェクションシステムに比較して機器台数が少ないため、据付調整や保守点検作業を容易に行なうことができる。また、施設の構造が簡易なもので済むという特長がある。従って、ユーザーはイニシャルコストとランニングコストを最小限に抑えることができる。
（５）  この発明の望ましい構成では、プロジェクターはプラネタリウムの周囲３箇所に設置されるが、投映筒からの光束を投映筒の前方に配した平面ミラーを介して球面ミラーに入射するように転向することにより、投映筒からの光路を折り畳んでプロジェクターをコンパクト化しているので、中心から突出する寸法は従来のスライド式のスカイライン投映機とほぼ同程度に止まる。従って、プラネタリウムの周囲のスペースを有効に活用することができ、この発明の装置と他の演出用の機器を併設することが可能となる。
（６）  同様に、プロジェクターの投映筒を水平に保持することができるため、良好な使用状態が維持できる。
（７）  この発明においては、単眼式プロジェクターと同等のプロジェクターを使用した場合、約３倍の明るさが得られる。ということは、２，  ０００ＡｎｓｉＬｍクラスのビデオプロジェクターを３台合わせても６，  ０００ＡｎｓｉＬｍクラスのプロジェクターの約３分の１のコストでシステムを構成できる。又、経済性もさることながら、大ドームにおいては単眼式で不足する明るさの問題をカバーできる可能性がある。
（８）  一方、魚眼レンズを使用しないので投映光学系のコストがシステム全体に占める割合は微々たるものであり、一方、前記したように各ミラーの調整により各施設で計画するアプリケーションの変化に簡単に対応できるため、変更のコストは最小限にとどめることができるという利点がある。更に、分割数の減少に伴い、画像送出のコンピュータシステムは従来の分割投映システムの半分の規模となるので、製品コストとランニングコストの両方がコストダウンできる。
（９）  この発明においては、従来技術のようにドーム壁面にプロジェクターを配さないので、導入にあたりドームに手を加える必要がなく、プラネタリウム施設のリニューアルに導入することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施したドームスクリーンの一部切り欠き平面図。
【図２】同上、一部切り欠き側面図。
【図３】この発明の投映装置の要部の一部省略正面図。
【図４】この発明の投映装置の異なる実施例の要部の一部省略正面図。
【図５】この発明の異なる実施例を実施したドームスクリーンの一部切り欠き平面図。
【図６】同上、一部切り欠き側面図。
【図７】従来技術の投映装置を実施したドームスクリーンの一部切り欠き側面図。
【図８】同上、一部切り欠き正面図。
【符号の説明】
Ｐ                プラネタリウム
１１              プラネタリウム投影機
１４              ドーム
１７ａ〜１７ｃ    プロジェクター
２３              平面ミラー
２４              球面ミラー
【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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