(57)【要約】【課題】  利用者の頭部に表示装置を装着する必要がなく、空間を選ばずに全方位投写を可能とする表示システムを提供する。【解決手段】  表示システム１００は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸によって定義される投写面に対して、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸に沿って映像光を投写する。表示システム１００は、スキャン光源１０と、トロイダル反射ミラー２０とを備える。トロイダル反射ミラー２０は、トロイダル形状を有するミラー面２１を有する。ミラー面２１は、Ｚ軸に沿った映像光の走査に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＹ軸に沿って移動させる形状を有しており、かつ、トロイダル反射ミラー２０の回転に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させる形状を有する。【選択図】  図２
2012208390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸ軸及びＹ軸によって定義される投写面に対して、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に直交するＺ軸に沿って映像光を投写する表示システムであって、
前記Ｙ軸に沿って前記映像光を出射するように構成されており、前記Ｚ軸に沿って前記映像光を走査することによって、前記投写面上において前記映像光をスキャンするように構成されたスキャン光源と、
前記スキャン光源から出射された前記映像光を前記投写面に反射するように構成されており、前記Ｙ軸に沿って延びる回転軸を中心として回転するように構成されたトロイダル反射ミラーとを備えており、
前記トロイダル反射ミラーは、前記Ｙ軸の一方から見て円環形状を有しており、かつ、トロイダル形状を有するミラー面を有しており、
前記ミラー面は、前記Ｚ軸に沿った前記映像光の走査に伴って、前記投写面上において前記映像光の照射位置を前記Ｙ軸に沿って移動させる形状を有しており、かつ、前記トロイダル反射ミラーの回転に伴って、前記投写面上において前記映像光の照射位置を前記Ｘ軸に沿って移動させる形状を有することを特徴とする表示システム。
【請求項２】
前記ミラー面は、複数のサブミラー面によって構成されており、
前記複数のサブミラー面のそれぞれは、前記Ｘ軸方向の中心位置において、ねじれがない球面或いは非球面形状を有しており、前記Ｘ軸方向の中心位置以外において、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の双方に沿って曲率が変化するねじれ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の表示システム。
【請求項３】
前記投写面を撮像する撮像装置と、
前記投写面の撮像画像に基づいて、前記スキャン光源を制御するように構成された制御部とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の表示システム。
【請求項４】
前記投写面として、４つの投写面が設けられており、
前記映像光は、前記４つの投写面のそれぞれに投写される４つのサブ映像光によって構成されており、
前記スキャン光源は、前記４つのサブ映像光のそれぞれを出射する４つのサブスキャン光源によって構成されており、
前記ミラー面は、前記４つのサブ映像光のそれぞれを前記４つの投写面のそれぞれに反射する４つのサブミラー面によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の表示システム。
【請求項５】
前記Ｙ軸は、鉛直方向に延びる軸であり、
前記スキャン光源は、下方向に前記映像光を出射し、
前記スキャン光源は、前記撮像装置の上側に配置されることを特徴とする請求項２に記載の表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸によって定義される投写面に対して、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸に沿って映像光を投写する表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遠隔地に存在しているような印象を利用者に与える技術が提案されている。このような技術としては、（１）没入型ディスプレイシステム（ＩＰＴ：Ｉｍｍｅｒｓｉｖｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、（２）頭部搭載型ディスプレイシステム（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などが知られている。
【０００３】
或いは、全方位投写を実現する技術として、回転鏡及び環状鏡を用いる表示システムも提案されている（例えば、特許文献１）。詳細には、回転鏡は、表示システムの光軸を回転軸として回転するように構成される。環状鏡は、回転軸（光軸）を中心とする開口を有する。回転鏡は、高精細映像を構成する光をスクリーン上に反射して、回転鏡は、広視野映像を構成する光をスクリーン上に反射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１２０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、（１）ＩＰＴでは、複数の表示装置が必要であり、特殊な空間（例えば、略立方体の空間）が必要である。従って、（１）ＩＰＴは、高価であり、利便性に優れない。（２）ＨＭＤでは、利用者の頭部に表示装置を装着する必要があり、眼精疲労を生じやすく、装着感に優れない。
【０００６】
また、上述した表示システムは、広視野映像に高精細映像を重畳しているに過ぎない。言い換えると、広視野映像を構成する光を反射する環状鏡は、例えば、円筒の内面を構成するスクリーンにしか適用することができない。すなわち、特殊な空間が必要であるという点で、（１）ＩＰＴと変わらない。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、利用者の頭部に表示装置を装着する必要がなく、空間を選ばずに全方位投写を可能とする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】
第１の特徴に係る表示システム（表示システム１００）は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸によって定義される投写面に対して、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に直交するＺ軸に沿って映像光を投写する。表示システムは、前記Ｙ軸に沿って前記映像光を出射するように構成されており、前記Ｚ軸に沿って前記映像光を走査することによって、前記投写面上において前記映像光をスキャンするように構成されたスキャン光源（スキャン光源１０）と、前記スキャン光源から出射された前記映像光を前記投写面に反射するように構成されており、前記Ｙ軸に沿って延びる回転軸を中心として回転するように構成されたトロイダル反射ミラー（トロイダル反射ミラー２０）とを備える。前記トロイダル反射ミラーは、前記Ｙ軸の一方から見て円環形状を有しており、かつ、トロイダル形状を有するミラー面（ミラー面２１）を有する。前記ミラー面は、前記Ｚ軸に沿った前記映像光の走査に伴って、前記投写面上において前記映像光の照射位置を前記Ｙ軸に沿って移動させる形状を有しており、かつ、前記トロイダル反射ミラーの回転に伴って、前記投写面上において前記映像光の照射位置を前記Ｘ軸に沿って移動させる形状を有する。
【０００９】
第１の特徴において、前記ミラー面は、複数のサブミラー面によって構成される。前記複数のサブミラー面のそれぞれは、前記Ｘ軸方向の中心位置において、ねじれがない球面或いは非球面形状を有しており、前記Ｘ軸方向の中心位置以外において、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の双方に沿って曲率が変化するねじれ形状を有する。
【００１０】
第１の特徴において、表示システムは、前記投写面を撮像する撮像装置（撮像装置３０）と、前記投写面の撮像画像に基づいて、前記スキャン光源を制御するように構成された制御部（制御ユニット２００）とをさらに備える。
【００１１】
第１の特徴において、前記投写面として、４つの投写面が設けられる。前記映像光は、前記４つの投写面のそれぞれに投写される４つのサブ映像光によって構成される。前記スキャン光源は、前記４つのサブ映像光のそれぞれを出射する４つのサブスキャン光源によって構成される。前記ミラー面は、前記４つのサブ映像光のそれぞれを前記４つの投写面のそれぞれに反射する４つのサブミラー面によって構成される。
【００１２】
第１の特徴において、前記Ｙ軸は、鉛直方向に延びる軸である。前記スキャン光源は、下方向に前記映像光を出射する。前記スキャン光源は、前記撮像装置の上側に配置される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、利用者の頭部に表示装置を装着する必要がなく、空間を選ばずに全方位投写を可能とする表示システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係る表示システム１００の適用シーンを示す図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る表示システム１００を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係るスキャン光源１０を示す図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るスキャン光源１０を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係るスキャン光源１０を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係るトロイダル反射ミラー２０をＹ軸の一方から見た図である。
【図７】図７は、図６に示すＸ部分の拡大模式図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係るミラー面２１の形状を説明するための図である。
【図９】図９は、第１実施形態に係るミラー面２１の形状を説明するための図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態に係るミラー面２１の形状を説明するための図である。
【図１１】図１１は、第１実施形態に係るミラー面２１の形状を説明するための図である。
【図１２】図１２は、第１実施形態に係るミラー面２１の形状を説明するための図である。
【図１３】図１３は、第１実施形態に係る撮像装置３０を説明するための図である。
【図１４】図１４は、第１実施形態に係る撮像装置３０を説明するための図である。
【図１５】図１５は、第１実施形態に係る制御ユニット２００を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下において、本発明の実施形態に係る表示システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。
【００１６】
ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１７】
［実施形態の概要］
実施形態に係る表示システムは、互いに直交するＸ軸及びＹ軸によって定義される投写面に対して、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸に沿って映像光を投写する。表示システムは、Ｙ軸に沿って映像光を出射するように構成されており、Ｚ軸に沿って映像光を走査することによって、投写面上において映像光をスキャンするように構成されたスキャン光源と、スキャン光源から出射された映像光を投写面に反射するように構成されており、Ｙ軸に沿って延びる回転軸を中心として回転するように構成されたトロイダル反射ミラーとを備える。トロイダル反射ミラーは、Ｙ軸の一方から見て円環形状を有しており、かつ、トロイダル形状を有するミラー面を有する。ミラー面は、Ｚ軸に沿った映像光の走査に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＹ軸に沿って移動させる形状を有しており、かつ、トロイダル反射ミラーの回転に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させる形状を有する。
【００１８】
実施形態では、トロイダル反射ミラーは、Ｙ軸に沿って延びる回転軸を中心として回転する。また、トロイダル反射ミラーのミラー面は、Ｚ軸に沿った映像光の走査に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＹ軸に沿って移動させる形状を有する。また、トロイダル反射ミラーのミラー面は、トロイダル反射ミラーの回転に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させる形状を有する。
【００１９】
従って、スキャン光源から出射された映像光の走査及びトロイダル反射ミラーの回転によって、全方位投写を行うことができる。また、スキャン光源制御によって、空間に合わせて全方位投写を行うことができる。
【００２０】
詳細には、ミラー面は、投写面上に表示される映像の各画素（座標）に映像光を反射するために、各画素（座標）に対応する複数の画素ミラーを有する。各画素ミラーの傾きは、Ｚ軸に沿った映像光の走査に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させるように設計される。また、各画素ミラーの傾きは、トロイダル反射ミラーの回転に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させるように設計される。
【００２１】
なお、表示システムは、遠隔地に存在しているような印象を利用者に与える技術に用いられる。
【００２２】
［第１実施形態］
（表示システム）
以下において、第１実施形態に係る表示システムについて、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る表示システム１００の適用シーンを示す図である。図２は、第１実施形態に係る表示システム１００を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、表示システム１００は、利用者の居室などで用いられる。例えば、居室は、矩形形状を有しており、４つの壁面（壁面Ａ〜壁面Ｄ）が投写面として用いられる。
【００２４】
また、表示システム１００は、例えば、居室の天井などに設けられる。従って、表示システム１００は、居室の天井から居室の壁面に対して映像光を投写する。
【００２５】
なお、映像光は、壁面Ａに投写されるサブ映像光＃Ａ、壁面Ｂに投写されるサブ映像光＃Ｂ、壁面Ｃに投写されるサブ映像光＃Ｃ、壁面Ｄに投写されるサブ映像光＃Ｄによって構成される。
【００２６】
図２に示すように、表示システム１００は、スキャン光源１０と、トロイダル反射ミラー２０と、撮像装置３０とを有する。
【００２７】
なお、図２では、壁面Ａにサブ映像光＃Ａを投写するケースについて主として説明する。投写面（壁面Ａ）は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸によって定義される。また、映像光は、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸に沿って投写される。なお、Ｙ軸は、鉛直方向に延びる軸である。なお、壁面の位置に応じて、Ｘ軸及びＺ軸の定義が変わることは勿論である。
【００２８】
スキャン光源１０は、Ｙ軸に沿って映像光を出射するように構成される。また、スキャン光源１０は、Ｚ軸に沿って映像光を走査することによって、投写面上において映像光をスキャンするように構成される。
【００２９】
第１実施形態では、スキャン光源１０は、サブスキャン光源１０Ａ〜サブスキャン光源１０Ｄによって構成される。サブスキャン光源１０Ａは、壁面Ａに投写されるサブ映像光＃ＡをＹ軸に沿って下方向に出射する。サブスキャン光源１０Ｂは、壁面Ｂに投写されるサブ映像光＃ＢをＹ軸に沿って下方向に出射する。サブスキャン光源１０Ｃは、壁面Ｃに投写されるサブ映像光＃ＣをＹ軸に沿って下方向に出射する。サブスキャン光源１０Ｄは、壁面Ｄに投写されるサブ映像光＃ＤをＹ軸に沿って下方向に出射する。
【００３０】
なお、スキャン光源１０の詳細については後述する（図３〜図５を参照）。
【００３１】
トロイダル反射ミラー２０は、スキャン光源１０から出射された映像光を投写面に反射するように構成される。また、トロイダル反射ミラー２０は、Ｙ軸に沿って延びる回転軸を中心として回転するように構成される。
【００３２】
トロイダル反射ミラー２０は、Ｙ軸の一方から見て円環形状を有するミラー面２１を有する。ミラー面２１は、トロイダル形状を有する。
【００３３】
具体的には、ミラー面２１は、Ｚ軸に沿った映像光の走査に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＹ軸に沿って移動させる形状（図２に示す“Ｙ１”、“Ｙ２”、“Ｙ３”…）を有する。また、ミラー面２１は、トロイダル反射ミラー２０の回転に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させる形状（図２に示す“Ｘ１”、“Ｘ２”、“Ｘ３”…）を有する。
【００３４】
なお、トロイダル反射ミラー２０の詳細については後述する（図６〜図１２を参照）。
【００３５】
撮像装置３０は、投写面を撮像する。第１実施形態では、撮像装置３０は、スキャン光源１０の下側に配置される。すなわち、スキャン光源１０は、撮像装置３０の上側に配置される。
【００３６】
例えば、撮像装置３０は、双曲面ミラーなどを用いて、壁面Ａ〜壁面Ｄを撮像する。なお、投写面の撮像画像は、壁面の形状や壁面の境目などを特定するために用いられる。或いは、投写面の撮像画像は、壁面の色を特定するために用いられる。
【００３７】
なお、撮像装置３０の詳細については後述する（図１３〜図１４を参照）。
【００３８】
（スキャン光源）
以下において、第１実施形態に係る表示システムについて、図面を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係るスキャン光源１０を示す図である。なお、サブスキャン光源１０Ａ〜サブスキャン光源１０Ｄのそれぞれは、図３に示す構成を有することに留意すべきである。
【００３９】
スキャン光源１０は、複数の光源１１（光源１１Ｒ、光源１１Ｇ、光源１１Ｂ）と、複数のコリメーションレンズ１２（コリメーションレンズ１２Ｒ、コリメーションレンズ１２Ｇ、コリメーションレンズ１２Ｂ）と、複数のファイバー１３（ファイバー１３Ｒ、ファイバー１３Ｇ、ファイバー１３Ｂ）と、ダイクロイックミラー１４と、ダイクロイックミラー１５と、スキャン光学素子１６とを有する。
【００４０】
光源１１Ｒは、赤成分光Ｒを出射するＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの光源である。光源１１Ｒから出射された赤成分光Ｒは、ファイバー１３Ｒによってダイクロイックミラー１５に導かれる。なお、赤成分光Ｒは、コリメーションレンズ１２Ｒ及びファイバー１３Ｒによって平行光化される。
【００４１】
光源１１Ｇは、緑成分光Ｇを出射するＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの光源である。光源１１Ｇから出射された緑成分光Ｇは、ファイバー１３Ｇによってダイクロイックミラー１４に導かれる。緑成分光Ｇは、コリメーションレンズ１２Ｇ及びファイバー１３Ｇによって平行光化される。
【００４２】
光源１１Ｂは、青成分光Ｂを出射するＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの光源である。光源１１Ｂから出射された青成分光Ｂは、ファイバー１３Ｂによってダイクロイックミラー１４に導かれる。青成分光Ｂは、コリメーションレンズ１２Ｂ及びファイバー１３Ｂによって平行光化される。
【００４３】
ダイクロイックミラー１４は、青成分光Ｂを反射して、緑成分光Ｇを透過する。すなわち、ダイクロイックミラー１４は、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを合成する。
【００４４】
ダイクロイックミラー１５は、赤成分光Ｒを反射して、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを透過する。すなわち、ダイクロイックミラー１５は、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを合成する。
【００４５】
ここで、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂは、時分割で出射される。従って、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂが同時に重畳されることはないが、１フレーム期間で考えると、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂが時分割で合成される。
【００４６】
スキャン光学素子１６は、ダイクロイックミラー１５から出射された映像光を走査する。具体的には、スキャン光学素子１６は、図４及び図５に示すように、電圧の印加状態に応じて、所定の振り角θ内で映像光を走査する。言い換えると、電圧の印加状態に応じて、スキャン光学素子１６の屈折率が変化することで、映像光の屈折角が変化するため、映像光が走査する。
【００４７】
ここで、各色成分光（赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂ）の屈折率の変化は互いに異なるため、各色成分光を走査する際にスキャン光学素子１６に印加される電圧も異なる。詳細には、所定の振り角θが共通となるように、スキャン光学素子１６に印加される電圧が制御される。
【００４８】
（トロイダル反射ミラー）
以下において、第１実施形態に係るトロイダル反射ミラーについて、図面を参照しながら説明する。図６は、第１実施形態に係るトロイダル反射ミラー２０をＹ軸の一方から見た図である。
【００４９】
図６に示すように、トロイダル反射ミラー２０のミラー面２１は、上述したように、Ｙ軸の一方から見て円環形状を有する。ミラー面２１は、サブミラー面２１Ｐ、サブミラー面２１Ｑ、サブミラー面２１Ｒ及びサブミラー面２１Ｓによって構成される。
【００５０】
ここでは、サブミラー面２１Ｐがサブスキャン光源１０Ａから出射されるサブ映像光＃Ａを反射するケースについて例示されている。しかしながら、トロイダル反射ミラー２０が回転軸を中心として回動するため、サブミラー面２１Ｐは、サブスキャン光源１０Ｂから出射されるサブ映像光＃Ｂを反射することもあり、サブスキャン光源１０Ｃから出射されるサブ映像光＃Ｃを反射することもあり、サブスキャン光源１０Ｄから出射されるサブ映像光＃Ｄを反射することもある。なお、サブミラー面２１Ｑ、サブミラー面２１Ｒ及びサブミラー面２１Ｓについても同様である。
【００５１】
各スキャン光源１０が出射する映像光の軌跡（映像光を走査する向き）は固定的である。すなわち、サブスキャン光源１０Ａから出射されるサブ映像光＃Ａの軌跡は、軸ＺＡ（すなわち、壁面Ａに対して垂直な軸）に沿っている。同様に、サブスキャン光源１０Ｂから出射されるサブ映像光＃Ｂの軌跡は、軸ＺＢ（すなわち、壁面Ｂに対して垂直な軸）に沿っている。サブスキャン光源１０Ｃから出射されるサブ映像光＃Ｃの軌跡は、軸ＺＣ（すなわち、壁面Ｃに対して垂直な軸）に沿っている。サブスキャン光源１０Ｄから出射されるサブ映像光＃Ｄの軌跡は、軸ＺＤ（すなわち、壁面Ｄに対して垂直な軸）に沿っている。
【００５２】
ここで、サブミラー面２１Ｐがサブスキャン光源１０Ａから出射されるサブ映像光＃Ａを反射するケースについて、さらに詳細に説明する。図７は、図６に示すＸ部分の拡大模式図である。図７においては、サブミラー面２１Ｐを固定とした場合に、サブミラー面２１Ｐに照射されるサブ映像光＃Ａの軌跡が示されている。
【００５３】
図７に示すように、サブスキャン光源１０Ａから出射されるサブ映像光＃Ａの走査に伴って、サブミラー面２１Ｐにおいてサブ映像光＃Ａの照射位置は、ＺＡ軸に沿って移動する。これによって、投写面（壁面Ａ）においてサブ映像光＃Ａの照射位置は、Ｙ軸に沿って移動する。
【００５４】
一方で、トロイダル反射ミラー２０の回転に伴って、サブミラー面２１Ｐにおいてサブ映像光＃Ａの照射位置は、トロイダル反射ミラー２０の回転方向に沿って移動する。これによって、投写面（壁面Ａ）においてサブ映像光＃Ａの照射位置は、ＸＡ軸に沿って移動する。なお、ＸＡ軸は、Ｙ軸（鉛直方向に沿った軸）とともに、投写面（壁面Ａ）を定義する軸であり、Ｙ軸と直交する。すなわち、ＸＡ軸は、水平方向に沿った軸である。
【００５５】
（ミラー面の形状）
以下において、第１実施形態に係るミラー面の形状について、図面を参照しながら説明する。図８〜図１２は、第１実施形態に係るミラー面２１の形状を説明するための図である。
【００５６】
第１に、ミラー面２１が満たすべき曲率半径について、図８〜図１０を参照しながら説明する。
【００５７】
ここでは、図８に示すように、ミラー面２１において映像光の照射位置の座標がＭ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）で表され、投写面において映像光の照射位置の座標がＳ（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）で表されるケースについて例示する。
【００５８】
このようなケースにおいて、ミラー面２１は、座標Ｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）において、座標Ｓ（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）に対して映像光を反射しなければならない。具体的には、図９に示すように、Ｘ軸及びＺ軸によって定義されるＸ−Ｚ平面を考えると、ミラー面２１は、座標Ｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）において、θｘ°の角度で映像光を反射しなければならない。一方で、図１０に示すように、Ｙ軸及びＺ軸によって定義されるＹ−Ｚ平面を考えると、ミラー面２１は、座標Ｍ（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）において、θｙ°の角度で映像光を反射しなければならない。
【００５９】
このような映像光の反射を実現するために、ミラー面２１の曲率半径は、以下の式（１）及び式（２）で定めることが可能である。ここでは、Ｙ軸方向におけるミラー面２１の曲率半径がＭ（ｙ）で表されており、Ｘ軸方向におけるミラー面２１の曲率半径がＮ（ｙ）で表される。
【数１】
2012208390.tif 000003
【００６０】
第２に、ミラー面２１が満たすべきねじれ量について、図１１〜図１２を参照しながら説明する。なお、図１１は、ミラー面２１をＹ軸の一方から見た図である。なお、サブミラー面２１Ｐ〜サブミラー面２１Ｓによって構成されるミラー面２１は、例えば、１／６０×４秒で１回転する。すなわち、１つのサブミラー面は、１秒間において、映像光を６０回反射する。
【００６１】
図１１に示すように、Ｘ軸及びＺ軸によって定義されるＸ−Ｚ平面を考えた場合に、時刻ｔ１〜時刻ｔ３において、ミラー面２１が映像光を反射する向きが異なる。ここでは、投写面上におけるＸ軸の座標Ｘｓは、“０”〜“Ｎ”の範囲に含まれる値である。時刻ｔ１は、投写面上におけるＸ軸の座標Ｘｓ“０”に映像光を反射するために、スキャン光源１０から出射される映像光を走査するケースを示している。時刻ｔ２は、投写面上におけるＸ軸の座標Ｘｓ“Ｎ／２”に映像光を反射するために、スキャン光源１０から出射される映像光を走査するケースを示している。時刻ｔ３は、投写面上におけるＸ軸の座標Ｘｓ“Ｎ”に映像光を反射するために、スキャン光源１０から出射される映像光を走査するケースを示している。
【００６２】
詳細には、Ｚ軸に沿った映像光の走査によって、映像光の照射位置は、座標ｙ１、座標ｙ２…座標ｙｎの順に移動する。このようなケースにおいて、Ｘ−Ｚ平面において、各座標で映像光を反射する角度θは、θｙ１、θｙ２…θｙｎの順に変化する。
【００６３】
ここで、時刻ｔ１及び時刻ｔ３においては、各座標で映像光を反射する角度θが互いに異なる。すなわち、θｙ１、θｙ２…θｙｎは互いに異なる。
【００６４】
一方で、時刻ｔ２においては、各座標で映像光を反射する角度θが互いに同じである。すなわち、θｙ１、θｙ２…θｙｎは互いに同じである。
【００６５】
ここで、上述したように、ミラー面２１は、Ｙ軸方向においてＭ（ｙ）の曲率半径を有しており、Ｘ軸方向においてＮ（ｙ）の曲率半径を有している（図８〜図１０）。
【００６６】
これに加えて、図１１に示すように、Ｚ軸上において、トロイダル反射ミラー２０の回転軸からの距離に応じて、ミラー面２１の角度が順に異なっている必要がある。また、トロイダル反射ミラー２０の回転方向における位置に応じて、ミラー面２１の角度が順に異なっている必要がある。
【００６７】
従って、ミラー面２１は、投写面上に表示される映像の各画素（座標）に映像光を反射するために、各画素（座標）に対応する複数の画素ミラーを有している必要がある。各画素ミラーの傾きは、Ｚ軸に沿った映像光の走査に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させるように設計される。また、各画素ミラーの傾きは、トロイダル反射ミラーの回転に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させるように設計される。
【００６８】
ここで、各画素ミラーの座標Ｍ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）で光線を反射させて、各投写座標Ｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）に光線を投写するための面形状を説明するために、ねじれ量δ（ｙ）という変数を定義する。各画素ミラーについて、ねじれ量δ（ｙ）が反映された座繰り量Ｚは、以下の式（３）によって表される。
【数２】
2012208390.tif 000004
【００６９】
各画素に対応する画素ミラーの傾きは、図１２に示すように、各サブミラー面の中心座標に対して対称で異なるねじれ量を有する。なお、図１２は、ミラー面２１（ここでは、１つのサブミラー面）に設けられる各画素ミラーのねじれ量を模式的に示しているものであり、Ｙ軸方向から見た角度を示すものではない。
【００７０】
各画素ミラーのねじれ量は、ミラー面２１の入射位置Ｍ（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）から投写位置Ｓ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）までの距離と図１１に示すθｙから算出できる。
【００７１】
図１２に示すように、投写面上においてＸ軸の中心座標”Ｎ／２”から離れるほど、画素ミラーの傾きのねじれ量が大きい。また、トロイダル反射ミラー２０の回転軸の中心から離れるほど、画素ミラーの傾きのねじれ量が大きい。なお、各サブミラー面のＸ軸の中心はねじれを有しない。
【００７２】
すなわち、トロイダル反射ミラー２０のミラー面２１は、複数のサブミラー面によって構成されており、複数のサブミラー面のそれぞれは、Ｘ軸方向の中心位置において、ねじれがない球面或いは非球面形状を有しており、Ｘ軸方向の中心位置以外において、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の双方に沿って曲率が変化するねじれ形状を有する。言い換えると、ミラー面２１において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における曲率が異なっており、かつ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における曲率が一様ではなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における曲率のそれぞれが一定量ずつ歪んでいる。上述したねじれ量は、このような歪みの量であり、サブミラー面の中心座標（中心位置）に対して対称で異なっている。
【００７３】
このように、ミラー面２１は、それぞれ異なる面傾斜の画素ミラーが連続的に繋がった面形状をサブミラー面ごとに有する。ねじれ量を反映した形状に面形状を最適化することによって、ミラー面２１で反射された光線は、それぞれ対応した位置に対して、歪まずに投写される。
【００７４】
（撮像装置）
以下において、第１実施形態に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図１３及び図１４は、第１実施形態に係る撮像装置３０を説明するための図である。
【００７５】
図１３に示すように、撮像装置３０は、撮像素子３１と、双曲面ミラー３２とを有する。撮像素子３１は、双曲面ミラー３２で反射された光を取り込むように構成される。撮像素子３１の撮像方向は、Ｙ軸（ここでは、鉛直方向に沿った軸）に沿って上方向である。双曲面ミラー３２は、双曲面によって構成されるミラー面を有する。双曲面ミラー３２は、双曲面によって構成されるミラー面が撮像素子３１と対向するように配置される。
【００７６】
ここで、投写面の座標系における座標Ｓ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）は、撮像素子３１の座標系における座標Ｐ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）として取得される。このような場合において、Ｙ座標を“０”とした場合に、座標Ｘｐ及びＺｐは、以下の式（４）及び式（５）によって表される。
【数３】
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【００７７】
図１４に示すように、全方位画像が平面透視投影画像に変換される。なお、全方位画像は、双曲面ミラー３２で反射される光によって構成される画像である。平面透視投影画像は、撮像素子３１の座標系に投影された２次元平面画像である。
【００７８】
（制御ユニットの構成）
以下において、第１実施形態に係る制御ユニットについて、図面を参照しながら説明する。図１５は、第１実施形態に係る制御ユニット２００を示すブロック図である。制御ユニット２００は、表示システム１００に設けられる。
【００７９】
なお、図１５では明示していないが、制御ユニット２００は、映像入力信号を映像出力信号に変換する。映像入力信号は、赤入力信号Ｒｉｎ、緑入力信号Ｇｉｎ及び青入力信号Ｂｉｎによって構成される。映像出力信号は、赤出力信号Ｒｏｕｔ、緑出力信号Ｇｏｕｔ及び青出力信号Ｂｏｕｔによって構成される。映像入力信号及び映像出力信号は、１フレームを構成する複数の画素毎に入力される信号である。映像入力信号は、遠隔地で全方位を撮像する全方位カメラ、ＴＶチューナ、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなどの外部装置（不図示）から取得される。
【００８０】
図１５に示すように、制御ユニット２００は、取得部２１０と、制御部２２０とを有する。
【００８１】
取得部２１０は、撮像装置３０に接続されており、投写面の撮像画像を撮像装置３０から取得する。投写面の撮像画像は、壁面の形状や壁面の境目などを特定するために用いられる。或いは、投写面の撮像画像は、壁面の色を特定するために用いられる。
【００８２】
制御部２２０は、スキャン光源１０及びトロイダル反射ミラー２０に接続されており、スキャン光源１０及びトロイダル反射ミラー２０を制御する。
【００８３】
第１に、制御部２２０は、映像出力信号に基づいて、スキャン光源１０から出射される映像光（赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ、青成分光Ｂ）を制御する。具体的には、制御部２２０は、映像光のパルス点灯によって階調を表現する。なお、制御部２２０は、壁面の色が特定される場合には、壁色補正を行う機能を有していてもよい。
【００８４】
第２に、制御部２２０は、投写面の撮像画像に基づいて、壁面の形状や壁面の境目などを特定する。続いて、制御部２２０は、スキャン光源１０を制御する。
【００８５】
例えば、天井側から見て、居室が正方形であり、かつ、表示システム１００が居室の中心に設けられる場合には、壁面Ａ〜壁面Ｄ（投写面）に対するサブ映像光の投写角度が同じである。このようなケースでは、制御部２２０は、いずれかの壁面に合わせて、スキャン光源１０のスキャン速度及びスキャン範囲を調整すればよい。
【００８６】
或いは、天井側から見て、居室が長方形であり、かつ、表示システム１００が居室の中心に設けられる場合には、壁面Ａ〜壁面Ｄ（投写面）に対するサブ映像光の投写角度が異なる。このようなケースでは、制御部２２０は、壁面Ａ〜壁面Ｄのうち、長手方向を構成する壁面に合わせて、長手方向を構成する壁面にサブ映像光を出射するサブスキャン光源のスキャン速度及びスキャン範囲を調整する。同様に、制御部２２０は、壁面Ａ〜壁面Ｄのうち、短手方向を構成する壁面に合わせて、短手方向を構成する壁面にサブ映像光を出射するサブスキャン光源のスキャン速度及びスキャン範囲を調整する。
【００８７】
なお、トロイダル反射ミラー２０の回転方向において、サブスキャン光源のスキャン範囲を調整することによって、サブ映像光の投写角度を調整可能であることに留意すべきである。言い換えると、ミラー面２１（サブミラー面）の一部にサブ映像光が照射されるようにサブスキャン光源のスキャン範囲を制御することによって、サブ映像光の投写角度を調整可能である。
【００８８】
（作用及び効果）
第１実施形態では、トロイダル反射ミラー２０は、Ｙ軸に沿って延びる回転軸を中心として回転する。また、トロイダル反射ミラー２０のミラー面２１は、Ｚ軸に沿った映像光の走査に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＹ軸に沿って移動させる形状を有する。また、トロイダル反射ミラー２０のミラー面２１は、トロイダル反射ミラー２０の回転に伴って、投写面上において映像光の照射位置をＸ軸に沿って移動させる形状を有する。
【００８９】
従って、スキャン光源１０から出射された映像光の走査及びトロイダル反射ミラー２０の回転によって、全方位投写を行うことができる。また、スキャン光源１０の制御によって、空間に合わせて全方位投写を行うことができる。
【００９０】
［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９１】
実施形態では、居室が４つの壁面を有するケースについて主として説明した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、居室は、円筒の壁面を有していてもよく、５つ以上の壁面を有していてもよい。すなわち、投写面の数は、４つに限定されるものではない。
【００９２】
実施形態では、Ｙ軸は、鉛直方向に延びる軸であるケースについて主として説明した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、Ｙ軸は、水平方向に延びる軸であってもよい。
【００９３】
実施形態では、スキャン光学素子１６を用いる光学的な走査について例示した。しかしながら、ポリゴン・ガルバノミラー等の部材を用いる機械的な走査が用いられてもよい。また、ダイクロイックキューブ等を用いて波長特性によって色成分光を合成してもよく、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）等を用いて偏光特性によって色成分を合成してもよい。また、スキャン光源１０の数は、４つに限定されるものではなく、５つ以上であってもよく、３つ以下であってもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１０…スキャン光源、１１…光源、１２…コリメーションレンズ、１３…ファイバー、１４…ダイクロイックミラー、１５…ダイクロイックミラー、１６…スキャン光学素子、２０…トロイダル反射ミラー、２１…ミラー面、３０…撮像装置、３１…撮像素子、３２…双曲面ミラー、１００…表示システム、２００…制御ユニット、２１０…取得部、２２０…制御部
【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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【図１５】
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