特許 6872178 投影システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6872178

(24)【登録日】2021年4月21日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】投影システム

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20210510BHJP

   G03B 21/56 20060101ALI20210510BHJP

   G03B 21/60 20140101ALI20210510BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20210510BHJP

   G03B 21/28 20060101ALI20210510BHJP

   G02B 27/18 20060101ALI20210510BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 Z

   G03B21/56

   G03B21/60

   G03B21/00 D

   G03B21/28

   G02B27/18 Z

   H04N5/74 A

   H04N5/74 C

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-562816(P2019-562816)

(86)(22)【出願日】2018年11月7日

(86)【国際出願番号】JP2018041321

(87)【国際公開番号】WO2019130837

(87)【国際公開日】20190704

【審査請求日】2020年4月2日

(31)【優先権主張番号】特願2017-254362(P2017-254362)

(32)【優先日】2017年12月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松島 竹夫

【審査官】 小野 博之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第０５６９６６２５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０２０７５８５３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５４１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２０８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１４８７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０６３４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１９１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６４２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１８００７５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ ２１／００−２１／１０

２１／１２−２１／３０

２１／５６−２１／６４

３３／００−３３／１６

Ｇ０２Ｂ ２７／００−２７／６４

Ｈ０４Ｎ ５／６６−５／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を投影する投影装置と、その画像が投影されるスクリーンとを備えた投影システムにおいて、
前記投影装置は、光源部と、当該光源部の周囲に延設された遮光部とを備え、
前記スクリーンは、前記光源部からの光線の進行方向を変化させる光学素子が縦横に複数配列されており、
前記各光学素子は、前記光源部からの光入射位置によって、それぞれ観衆領域内の異なる特定の位置に光線を指向させるとともに、
前記遮光部は、前記観衆領域内のいずれの位置からみても、前記各光学素子の全域が、当該遮光部の範囲内のみを映し込むように構成されていることを特徴とする投影システム。

【請求項2】

前記光学素子は、反射体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。

【請求項3】

前記光学素子は、透光性の光学レンズで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。

【請求項4】

前記光源部は、前記遮光部の範囲内に複数設けられており、
各光源部からの光線は、前記光学素子によって、それぞれ観衆領域内の異なる特定の部分領域に指向されることを特徴とする請求項１に記載の投影システム。

【請求項5】

ひとつの光源部によって特定される遮光範囲の略１／２の間隔で、隣接する光源部が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の投影システム。

【請求項6】

ひとつの光源部によって特定される遮光範囲の略１／２よりも小さい間隔で、隣接する光源部が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の投影システム。

【請求項7】

ひとつの光源部によって特定される遮光範囲の略１／２よりも大きい間隔で、隣接する光源部が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の投影システム。

【請求項8】

各光源部は、それぞれ異なる画像を投影することを特徴とする請求項４に記載の投影システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、投影装置からの光をスクリーンに画像投影する投影システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、投影装置（プロジェクタ）を利用して大型スクリーンに画像投影することが日常的に行われている。この際、投影装置からの投射光は大型スクリーンで拡散反射されて画像や映像を映し出す構成が一般的である。

【0003】

このような従来の投影方式では、スクリーンには投射光だけでなく外乱光（投影装置以外の外部からの光）も照射されるため、例えば明るい環境下では、投影画像のコントラストが低下し、スクリーン上の画像や映像が視認し難くなる、という問題がある。
このような問題に対して特開２０１０−９６８８３号公報（特許文献１）では、スクリーン上に光吸収膜を設け、当該光吸収膜が外乱光に対応する領域上に形成されることで、外乱光の影響を抑制することが記載されている。

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、想定される特定の外乱光にしか対応できず、外乱光の向きが経時的に変化する場合や、別の外乱光が照射された際には十分に機能しないという問題がある。そのため、外乱光を排除する根本的な解決は未だ実現できていないというのが実情である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−９６８８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、投影装置（プロジェクタ）を利用してスクリーンに画像投影する投影システムにおいて、種々の要因で変化する外乱光を排除することが可能な新規の投影システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、この発明に係わる投影システムでは、前記投影装置は、光源部と、当該光源部の周囲に延設された遮光部とを備え、前記スクリーンは、前記光源部からの光線の進行方向を変化させる光学素子が縦横に多数配列されており、前記各光学素子は、前記光源部からの光入射位置によって、それぞれ観衆領域内の異なる特定の位置に光線を指向させるとともに、前記遮光部は、前記観衆領域内のいずれの位置からみても、前記各光学素子の全域が、当該遮光部の範囲内のみを映し込むように構成されていることを特徴とする。
また、前記光学素子は、反射体で構成されていることが好ましい。
また、前記光学素子は、透光性の光学レンズで構成されていることが好ましい。

【0008】

また光源部は、前記遮光部の範囲内に複数設けられ、各光源部からの光線は、前記光学素子によって、それぞれ観衆領域内の異なる特定の部分領域に指向されることを特徴としてもよい。
また、一つの光源部によって特定される遮光範囲の略１／２の間隔で、隣接する光源部が配置されていることが好ましい。
また、一つの光源部によって特定される遮光範囲の略１／２よりも小さい間隔で、隣接する光源部が配置されていることが好ましい。
また、一つの光源部によって特定される遮光範囲の略１／２よりも大きい間隔で、隣接する光源部が配置されていることが好ましい。

【発明の効果】

【0009】

この発明によれば、投影装置とスクリーンを備えた投影システムにおいて、前記投影装置が、光源部と、当該光源部の周囲に延設された遮光部とを備え、前記スクリーンが、前記光源部からの光線の進行方向を変化させる光学素子が縦横に複数配列されており、前記遮光部は、前記観衆領域内のいずれの位置からみても、前記各光学素子の全域が、当該遮光部の範囲内のみを映し込むように構成されていることにより、前記投影装置の遮光部以外の領域から前記光学素子に入射する光は、観衆領域を外れた位置に進行するので、外乱光として観客に視認されることがなく、観客は常に明瞭な画像を視認することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施例の概念図。

【図2】第１の実施例の異なる位置での作用を説明する概念図。

【図3】遮光部の説明図。

【図4】観衆領域の異なる位置での遮光部の説明図。

【図5】観衆領域の中央部からみた反射部と光入射位置の概念図。

【図6】観衆領域の一方端部からみた反射部と光入射位置の概念図。

【図7】観衆領域の他方端部からみた反射部と光入射位置の概念図。

【図8】本発明の効果の説明図。

【図9】本発明の実施例の具体的なパラメータの説明図。

【図10】第２の実施例の概念図。

【図11】第３の実施例の概念図。

【図12】第３の実施例における観衆領域の異なる位置での遮光部の説明図。

【図13】第４の実施例の概念図。

【図14】第４の実施例での遮光部と部分領域の説明図。

【図15】第４の実施例での観衆領域の異なる位置での光源部と遮光部の説明図。

【図16】図１５における各観衆位置での遮光部の説明図。

【図17】第４の実施例の複数の光源部の配置例（Ａ〜Ｃ）。

【図18】第４の実施例における各光源部から異なる視差画像を投射した例。

【図19】本発明の第４の実施例に基づく投影システムの具体的一例。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１に本発明の第１の実施例が示されていて、投影システム１は、画像や映像（以下、単に画像という）を投影する投影装置２と、その画像が投影されるスクリーン３とを備えている。
前記投影装置２は、光源部２１と、この光源部２１の周囲に延設された遮光部２２とからなる。
一方、前記スクリーン３は、複数の光学素子３１が縦横に配列されたスクリーンで構成されている。なお、本発明におけるスクリーン３は、必ずしも光学素子３１が一方向に整列されている必要はなく、面状に広がるよう配列されていればよい。
また、ここでいう光学素子３１は、反射や屈性等の光学的作用により光線の進行方向を変化させる部材であり、例えば、凹状又は凸状の反射体や、透光性材料で構成された光学レンズ等を用いることができる。

【0012】

図１の第１の実施例では、光学素子３１として反射体を用いた実施形態を示しており、反射体が縦横に並設されたスクリーンで構成されている。個々の反射体は、設置箇所によって形状や傾きといった光学素子３１の形態が異なっていて、前記光源部２１からの光線の進行方向を変化させる。
また、前記スクリーン３に対面するように、該スクリーン３上に投影された画像を視認する観客が収容される観衆領域４が設けられており、前記光学素子３１によって光路を変更された前記光源部２１からの光線は、この観衆領域４のいずれかの特定の位置に照射される。
そして、投影装置２の光源部２１からの光は、前記スクリーン３の全域に投射され、スクリーン３を構成する複数の光学素子３１によって反射される。そして、各光学素子３１における光源部２１からの光入射位置によって、前記光学素子３１からの反射光は、観衆領域４内の特定の位置（例えば、図１の位置Ａ）に照射される。これにより、位置Ａの観客Ｌは、スクリーン３全域に投影された画像を視認することができる。

【0013】

図２には、観衆領域４において、観客Ｍが一方の端部（図２で左端部）に位置している場合の光線軌跡が説明されている。この位置Ｂには、位置Ａと同様に、光源部２１から投射された光がスクリーン３の各光学素子３１で反射され、この各光学素子３１からのそれぞれの反射光が観衆領域４の位置Ｂに照射される。
このとき、観衆領域の位置Ａと位置Ｂとでは、対応する各光学素子３１の光入射位置がそれぞれ異なっている。このように、各光学素子３１からの反射光は、各光学素子３１への光入射位置（反射位置）によって、観衆領域４内の異なる観測位置（位置Ａ、位置Ｂ）に光線が指向されるため、観衆領域４内の観客位置が変わっても、スクリーン３に投影された画像や映像を視認することができる。

【0014】

なお、図２において、観客Ｎが観衆領域４における他端部（図２で右端部）（位置Ｃ）に位置している場合にも、煩雑を避ける意味で光線軌跡は図示されていないが、同様に光源部２１からの光は光学素子３１の更に異なる光入射位置に入射され、ここで反射されて観衆領域４の位置Ｃに指向されていき、位置Ｃにいる観客Ｎは、スクリーン３に投影された画像を視認することができる。

【0015】

図３（Ａ）は、スクリーン３内の任意の光学素子３１を取り出し、この光学素子３１を、観衆領域４の中央の位置Ａから観測した場合の関係を概念的に示したものである。
光源部２１から前記光学素子３１を介して位置Ａに指向される光線は、当該光学素子３１の位置Ｘに入射し、ここで反射した光線である。つまり観衆領域４の位置Ａでは、光学素子３１の位置Ｘからの反射光が観測できる。また光学素子３１の位置Ｙ及び位置Ｚは、それぞれ遮光部２２が映り込む対応関係となっている。よって位置Ｙ及び位置Ｚには位置Ａに向かう反射光線がないため、位置Ａでは位置Ｙ及び位置Ｚからの光は観測できない。そのため位置Ａの観客Ｌからは、光学素子の位置Ｘからの反射光線のみが輝点５として観測される。
図３（Ｂ）に中央の位置Ａの観客Ｌから視認できる光学素子３１内の光入射位置（輝点５）の関係を示していて、この場合は、遮光部２２の幅である投影範囲（Ｗｘ）において中央部に輝点５が視認される。

【0016】

図４（Ａ）は、図３に示す概念図において、観測する位置（観客位置）を変えた場合の関係が示されている。
つまり、観衆領域４の一端（左端）を位置Ｂ、他端（右端）を位置Ｃとした場合、それぞれの位置で光学素子３１を観測した場合が図示されている。
左端の位置Ｂから光学素子３１をみた場合、光源部２１からの光入射位置は光学素子３１の位置Ｙ（図４（Ａ）における光学素子３１の左側端部領域）に輝点として映り込み、それ以外の位置Ｘや位置Ｚには遮光部２２が映り込む関係となる。
また右端の位置Ｃから光学素子３１をみた場合、光源部２１からの光入射位置は、光学素子３１の位置Ｚ（図４（Ａ）における光学素子の右側端部領域）に輝点として映り込み、それ以外の位置Ｘ、位置Ｙには遮光部２２が映り込む関係となる。つまり位置Ｂと位置Ｃとでは、光学素子３１に映り込む投影範囲の領域が部分的に異なることになる。そのため、観衆領域４が大きい場合は、各観測位置（Ａ、Ｂ、Ｃ）から光学素子３１をみたとき、投影範囲内の光源部２１と遮光部２２のみが映り込むよう、投影範囲や光源部２１の位置を設定する必要がある。

【0017】

このように観衆領域４の観測位置（Ａ、Ｂ、Ｃ）によって光学素子３１の光入射位置（反射位置）が異なってみえるものの、観衆領域４内では遮光部２２の幅である投影範囲（Ｗｘ）のみが光学素子３１に映り込む対応関係となることで、観衆領域４内に外乱光が入り込むことがない。
図４（Ｂ）（Ｃ）に、ぞれぞれの観客Ｂ、Ｃから視認できる光学素子３１内の光入射位置（輝点５）の関係を示している。
尚、光学素子３１のサイズが非常に小さい場合は、観衆領域４内の観測位置が変わっても光学素子３１内の光入射位置（輝点５の位置）のズレは殆ど視認できないため、投影画像の閲覧に支障がでることはない。

【0018】

図５〜７には、図３、４で説明した光学素子３１を、縦横に複数配列してスクリーンを構成した場合の概念図が示されている。
なお、図５〜７においては、光学素子３１を縦方向、横方向ともに８個ずつ配列したスクリーン例が示されているが、スクリーンの大きさにもよるが、解像度の見地から、実際の配置数は数千個×数千個といったレベルでの配列となる。

【0019】

図５では、観衆領域４の中央の位置（Ａ）の観客Ｌからスクリーン３を見た場合の概念図であり、前記スクリーン３にはその全域に投影装置から投射光が投影されている。投影装置の光源部からの光は、スクリーン３の各光学素子３１には、前記図３（Ｂ）に示すように中央の位置Ｘに投影されて、当該位置Ｘに輝点５が形成され、これにより観客Ａは、前記スクリーン３に投影される画像を視認することができる。

【0020】

図６および図７は、観衆領域４内において、観客位置が移動した場合であって、図６は観衆領域４の左端部に観客Ｍがいる場合で、図７は右端部に観客Ｎがいる場合を示している。このように観客位置が変わった場合、前記スクリーン３の各光学素子３１に形成される光入射位置（反射位置）が変化し、これに伴い輝点５も移動する。
しかし、スクリーン３全域に投影された光は、各光学素子３１で反射され、当該光学素子３１内の反射位置（光源部からの光入射位置）によってそれぞれ観衆領域４内の異なる観測位置Ａ〜Ｃ（観客Ｌ〜Ｎ）に光線が導かれることにより、異なる観測位置からでも同等の画像を視認することが可能となる。
上述のとおり、各光学素子は、光源部からの光入射位置によって、それぞれ観衆領域内の異なる特定の位置に光線が指向される。またこの光学素子は、特定の位置に対して光線を導くと共に、それ以外は遮光部のみを映し込む対応関係となっており、外乱光が入り込むことが無くなる。

【0021】

なお、投射光の投影領域内において、スクリーンを構成する光学素子の設置個数を増やすことで解像度を高めることが可能であることは前述したとおりである。また光学素子の設置個数が増大するにつれて、図５〜図７に示す反射地点（輝点）の変動は殆ど認識されなくなり、投影装置からの映像が観客領域で適切に視認されることが理解できる。

【0022】

次いで、本発明の投影システムにより外乱光の影響が抑えられる理由について図８に基づいて説明すると以下のとおりである。
スクリーン３に設けられた各光学素子３１は、投影装置２の遮光部２２の幅である投影範囲（Ｗｘ）が観客領域４に映り込む構成となっている。そのため投影範囲（Ｗｘ）から外れた領域の光Ｐは、光学素子３１で反射されても、観衆領域４を外れたところに進行し、観衆領域４内に照射されることがない。また投影範囲（Ｗｘ）の内側の領域の光Ｑは、もともと遮光部２２によって光が遮られるため、スクリーン３に到達することがなく、観衆領域４内には照射されない。このように、観衆領域４内に外乱光が入り込まないため、スクリーン上の外乱光を視認することがない。
以上の構成により、本発明が示す投影システムは、外乱光の影響を受けずに、スクリーンに画像投影することが可能となり、例えば屋外などの外乱光が強い環境下においてもコントラストの高い画像投影が可能となる。

【0023】

本発明に係るスクリーンは、複数の光学素子を個々に決められた条件で配置させる必要がある。また解像度を高めるために、光学素子の幅を数ｍｍ〜数μｍに設計してもよく、その場合は、微細な三次元パターンが配列されたスクリーンとすることができる。このように、必要とされる解像度と、スクリーンと観衆領域との離間距離等によって、光学素子の幅が適宜設定される。

【0024】

図９は、本発明の実施例に関連するパラメータを示しており、以下、本発明の投影システム全体の一数値例を挙げると以下のとおりである。
・スクリーン幅（Ｗｓ）：１０００ｍｍ
・スクリーン〜投影装置間距離（Ｄｓｐ）：２０００ｍｍ
・観衆領域幅（Ｗｅ）：３０００ｍｍ
・スクリーン〜観衆領域間距離（Ｄｓｅ）：５０００ｍｍ
・光学素子の幅（Ｗｍ）：１ｍｍ
・光学素子の形状：凸形状
なお、スクリーンの縦方向も上記設計に従う。

【0025】

・スクリーン中心の光学素子の曲率半径（Ｒ）は、下記の計算式による算出することができる。
曲率半径（Ｒ）＝１／（ａｒｃｔａｎ(Ｗｅ／Ｗｓｅ)）
＝１／（ａｒｃｔａｎ（３０００／５０００））＝１．８５ｍｍ
・スクリーン中心の光学素子の基準軸に対して、光学素子の傾き角度［°］が最も大きくなるスクリーン端部の光学素子の傾き（θ）は、下記の計算式により算出できる。尚、その他の光学素子については、スクリーンの中心位置からの離間距離を算出式に代入することで算出可能である。
傾き（θ）＝ａｒｃｔａｎ（（Ｗｓ／２）／Ｗｓｅ）
＝ａｒｃｔａｎ（５００／５０００）＝５．７［°］
・必要とされる遮光部の幅（Ｗｘ）は、下記の計算式により算出できる。
Ｗｘ＝２×Ｄｓｐ×ｔａｎ（２θ）
＝２×２０００［ｍｍ］×ｔａｎ（１１．４［°］）＝８１０ｍｍ以上

【0026】

以上説明した実施例においては、スクリーン３を構成する光学素子３１は凸面形状の反射体として説明していたが、この形状に限定されるものではない。この光学素子３１は、設定された投影範囲（光源部２１と遮光部２２の設置範囲）内のみを観衆領域４の各観測（観客）位置に映し込む対応関係を有する構成であればよく、例えば、凹面形状であってもよく、平板形状であってもよい。

【0027】

また、図１０に示す第２の実施例のように、図１以下の実施例で示した凸形状光学素子（図１０（Ａ））を中央部で２分割して反対側に繋ぎ合わせた形状（図１０（Ｂ））とすることもできる。
この実施例での、投影装置２の光源部２１から光学素子３１を経て観衆領域４内の観客Ｍに至る光路が図１０（Ｃ）に示されている。
また、スクリーン３の形状も平面状である必要はなく、曲面形状であっても構わないし、スクリーンが円周状に配置された立体型のスクリーンであっても構わない。

【0028】

また、投影装置内に光源部は一つのみ形成されたものが説明されていたが、光源部は複数台であっても何ら問題はない。光源部と遮光部とで構成される投影範囲（Ｗｘ）は、配置形態に制約はなく様々な配置が採用できる。また反射体の形状やサイズは上述の計算式を参考として任意に設定してよく、投影装置の構成とスクリーンの構成、観衆領域の構成を加味し、幾何学的な関係に基づいて設計すればよい。
また本発明に記載の実施形態では、観衆領域は複数の観客を想定したものとなっているが、これに限定されるものではなく一人用（観衆領域が狭い設計）の投影システムであっても構わない。

【0029】

更には、以上の実施例では、光学素子３１を反射体としたものであるが、透過型の光学レンズであってもよい。
図１１には、光学素子３１が光学レンズである第３の実施例が示されている。この実施例では、投影装置２は、スクリーン３の裏側（図１１中では上部側）に設けられている。該投影装置２からスクリーン３の裏側に投影された光は、それぞれ光学レンズ（光学素子）３１の位置Ｄや位置Ｅに入射し、該光学レンズ３１を透過し屈曲されて、観客領域４内の観測位置Ｃや観測位置Ｂに集光される。これにより、観客Ｍや観客Ｎはそれぞれスクリーン３に投影された画像を認識することが出来る。

【0030】

ここで観測位置Ｃには光学レンズ（光学素子）３１の光入射位置Ｅからの光線が指向され、観測位置Ｂには光学レンズ３１の光入射位置Ｄからの光線が指向される。ここで光入射位置とは、単体の光学レンズ３１における入射面上の任意の位置を指すものである。上記構成により、スクリーン３上に配列された各光学レンズ３１は、それぞれ異なる光入射位置の光が各観客位置に指向されることにより、観衆領域４内の各位置で画像を観測することができる。

【0031】

図１２は、図１１に示す概念図において、観衆領域４の一端にある位置Ｂと、他端にある位置Ｃのそれぞれの位置で光学レンズ（光学素子）３１を観測した場合が図示されている。
左端の位置Ｂから光学レンズ３１をみた場合、光源部２１からの光入射位置は光学素子３１の位置Ｄとなり、図１２における光学レンズ３１の右側端部領域に輝点として映り込む。またそれ以外の位置は遮光部２２を映し込む関係となる。
一方、右端の位置Ｃから光学レンズ３１をみた場合、光源部２１からの光入射位置は光学レンズ３１の位置Ｅとなり、図１２における光学レンズ３１の左側端部領域に輝点として映り込む。またそれ以外の位置は遮光部２２を映し込む関係となる。つまり位置Ｂと位置Ｃとでは、光学レンズ３１に映り込む投影範囲の領域が部分的に異なることになる。これにより観衆領域４内のどの位置から光学レンズ３１をみても、投影領域内の光源部２１と遮光部２２のみを映し込む対応関係となることで、観衆領域４内に外乱光が入り込むことがない。
また観衆領域４が大きい場合は、各観測位置から光学レンズ３１をみたとき、投影範囲内の光源部２１と遮光部２２のみを映し込むよう、投影範囲や光源部２１の位置を設定する必要がある。

【0032】

ここで、投影装置２における遮光部２２以外の領域からスクリーン３の光学レンズ（光学素子）３１に入射され透過する光は、観衆領域４に入射することなく、観衆領域３以外に出射されることは、図８の説明に照らして容易に理解される。
このような光学レンズ３１を縦横に配列させたスクリーン３を用い、本発明に係る装置構成とすることで、投影装置２の光源部２１からスクリーン３の各光学レンズ３１に入射しこれを透過する光は、すべて観衆領域４のいずれかの位置に照射され、一方、遮光部２２以外の領域から光学レンズ３１に入射し透過する光（外乱光）は観衆領域４に照射されることがなく、外乱光を排除した投影システム１が実現できる。

【0033】

以上説明したように、この発明によれば、投影装置とスクリーンを備えた投影システムにおいて、前記投影装置が、光源部と、当該光源部の周囲に延設された遮光部とを備え、前記スクリーンが、前記光源部からの光線の進行方向を変化させる光学素子が縦横に複数配列されており、前記各光学素子は、前記光源部からの光入射位置によって、それぞれ観衆領域内の異なる特定の位置に光線を指向させるとともに、前記遮光部は、前記観衆領域内のいずれの位置からみても、前記各光学素子の全域が、当該遮光部の範囲内のみを映し込むように構成されていることにより、前記光源部から前記スクリーンの光学素子に入射される光は、全て前記観衆領域のいずれかの位置に入射されて、観衆領域内の全ての観客に視認される。
そして、前記投影装置の遮光部以外の領域から前記光学素子に入射する光は、観衆領域を外れた位置に進行するので、外乱光として観客に視認されることがなく、観客は常に明瞭な画像を視認できるものである。

【0034】

以上の実施例では光源部が単一のものを説明したが、複数の光源部を備えることもでき、その第４の実施例について以下に説明する。
図１３はその概念図を示すものであり、投影装置２に設けられる光源部２１（２１１、２１２）が、前記遮光部２２の範囲（遮光範囲）内に複数（この例では２つ）設けられた形態が示されている。この各光源部２１１、２１２からの光線は、スクリーン３を構成する各光学素子３１によってそれぞれ観衆領域４内の異なる特定の部分領域Ｈ１、Ｈ２に指向されている。ここで部分領域Ｈ１、Ｈ２は、観衆領域４内で区画された一部の領域を指す。また、後述するように、各部分領域Ｈ１、Ｈ２は重なり合うよう構成されていてもよく、離間するよう構成されていても構わない。

【0035】

図１４は、図１３に示す実施例において、スクリーン３内の任意の光学素子３１を取り出した場合の関係を概念的に示したものである。図１３、図１４に図示されるとおり、遮光部２２の範囲（遮光範囲）内には複数の光源部２１１、２１２が設けられており、観衆領域４では、各光源部２１１、２１２に対応する部分領域Ｈ１、Ｈ２が形成されている。これにより観衆領域４は、複数の光源部２１１、２１２から投射された光が指向されることとなる。これにより例えば、スクリーンを構成する光学素子の設計を変えることなく、観衆領域の拡張を簡易的に行うことができる。また観衆領域内の部分領域を狭く設計することで、高輝度の光投射を実現することも可能である。

【0036】

また各光学部２１１、２１２は、同じ画像を投影する構成であってもよいが、それぞれ異なる画像を投影する構成としても構わない。例えば、異なる画像を投影する場合について説明すると、各光源部２１１、２１２に対応する部分領域Ｈ１、Ｈ２には、それぞれ異なる光源部からの光が照射されることとなる。つまり、第１の光源部２１１から投影される画像と、第２の光源部２１２から投影される画像とを異ならせることにより、観衆領域４内の各部分領域Ｈ１、Ｈ２で異なる像が視認できるため、観測場所によって投影画像を変化させることができる。

【0037】

図１５は、観衆領域４の異なる位置での光源部２１と遮光部２２の説明であって、各光源部２１１、２１２に対応する部分領域Ｈ１、Ｈ２が連なるように配置させた場合の説明であり、図１６は、図１５の配置の場合の、各観衆位置Ａ〜Ｆでの遮光部２２の説明であって、観衆領域４内の各観測位置（Ａ〜Ｆ）から光学素子３１（３１１、３１２）を観測した場合の関係を概念的に示したものである。
観衆領域４内の観測位置Ａから光学素子３１を観測した場合、光学素子３１に映り込む範囲は、遮光部２２の位置ａ〜ｃ（範囲Ｐ）である。
図１６に示すように、ここで位置ｃには第１の光源部２１１が配置されているため、位置ｃは輝点として観測できる。このように、位置ｃは光学素子３１の位置Ｚに映り込む関係となり、観測位置Ａでは光学素子３１の位置Ｚが輝点として映り込むこととなる。
同様に観測位置Ｂから光学素子３１を観測した場合、光学素子３１に映り込む範囲は、遮光部２２の位置ｂ〜ｄ（範囲Ｑ）である。ここで位置ｃには第１の光源部２１１が配置されているため、位置ｃは輝点として観測できる。この場合、位置ｃは光学素子３１の位置Ｘに映り込む関係となり、観測位置Ｂでは光学素子３１の位置Ｘが輝点として映り込むこととなる。このように観測位置を変えることによって、光学素子に映り込む遮光部の範囲が変化することとなる。

【0038】

次に、観衆領域内の観測位置Ｃから光学素子３１を観測した場合、光学素子３１に映り込む範囲は、遮光部２２の位置ｃ〜ｅ（範囲Ｒ）となる。ここで位置ｃには第１の光源部２１１が配置されているため、位置ｃは輝点として観測できる。この場合、位置ｃは光学素子３１の位置Ｙに映り込む関係となり、観測位置Ｃでは光学素子３１の位置Ｚが輝点として映り込むこととなる。

【0039】

次いで観測位置Ｄから光学素子３１を観測した場合、光学素子３１に映り込む範囲は、遮光部２２の位置ｄ〜ｆ（範囲Ｓ）となる。ここで位置ｃには第１の光源部２１１が配置されているが、光学素子３１には映り込まないため観測位置Ｄからは位置ｃに配置される第１の光源部２１１の光を確認することはできない。一方、位置ｆには他の第２の光源部２１２が配置されているため、位置ｆは輝点として観測できる。この場合、位置ｆは光学素子３１の位置Ｚに映り込む関係となり、観測位置Ｄでは光学素子３１の位置Ｚが輝点として映り込むこととなる。このように、それぞれの部分領域Ｈ１、Ｈ２において対応する各光源部２１１、２１２の光が観測できる関係となる。

【0040】

図１７は、遮光部２２の範囲内に配置される複数の光源部の配置間隔について図示したものであって、各光源部（２１１、２１２、２１３、２１４）は、それぞれに対応する遮光範囲が存在する。これは、一つの光源部からの光線が、光学素子によって観衆領域内の特定の部分領域に指向される場合において、当該部分領域から観測可能な遮光部の観測範囲を示すものであり、各光源部に応じて特定される遮光範囲は異なっている。

【0041】

ここで図１７（Ａ）は、複数（３つ）の光源部２１１〜２１３が示されており、各光源部２１１〜２１３が遮光部２２の範囲内に所定間隔で配置されており、一つの光源部によって特定される遮光範囲Ｍの２分の１の間隔（１／２間隔）Ｌ１で各光源部が配置されている（Ｌ１＝Ｍ／２）。これにより、観衆領域内の各部分領域が連接するよう配置されることにより、投影画像が途切れることなく観衆領域内に画像を映すことができる。

【0042】

また図１７（Ｂ）は、複数（４つ）の光源部２１１〜２１４が遮光部２２の範囲内に所定間隔で配置されており、一つの光源部によって特定される遮光範囲Ｍの２分の１のよりも小さい間隔（１／２よりも小さい間隔）Ｌ２で各光源部が配置されている（Ｌ２＜Ｍ／２）。これにより観衆領域内の各部分領域が重なり合うよう配置されることとなり、より投影画像が途切れることなく観衆領域内に画像を映すことができる。例えば、観客自身が視点を動かしながら異なる画像を観測する場合には、各画像の映り変わり（切り替わり）がよりなめらかになるという効果がある。
各光源部２１１〜２１４が異なる画像を投影する場合において、観衆領域内の各部分領域で異なる画像が映し出されることになるため、各部分領域間で視点を動かした場合には、当該部分領域の境界前後において画像が切り替わるよう視認されるため観測者に対して違和感を与えてしまう可能性がある。このような場合において、観衆領域内の各部分領域が重なり合うよう配置させることにより、当該部分領域間の画像の切り替わりが視認され難くなり画像の移り変わりがよりなめらかに認識されることとなる。

【0043】

また図１７（Ｃ）は、複数（３つ）の光源部１１〜２１３が遮光部２２の範囲内に所定間隔で配置されており、一つの光源部によって特定される遮光範囲の２分の１のよりも大きい間隔（１／２よりも大きい間隔）Ｌ３で各光源部が配置されている（Ｌ３＞Ｍ／２）。これにより観衆領域内の各部分領域が離間するよう配置されることとなり、観衆領域内の特定領域に画像が映り込まない領域を形成することもできる。
例えば、投影を行う施設内の都合によって、観衆対象者以外の人が行き交う場所が一部存在する場合、その一部の範囲を非視認環境とすることができる。また異なる画像を映し出す場合において、画像の切り替わりをあえて明確に認識させる場合等に有効となる。

【0044】

ところで、複数の視差画像を用いた立体表示方法は知られている（例えば特開２０１０−５４９１７）が、その実現手段として本投影システムを用いることができる。
本発明の投影システムは、物体を異なる視点からみたときの視差画像を投影することによって立体的な表示を行うことができる。
図１８は、遮光部２２の範囲内に複数の光源部（２１１〜２１５）を配置させ、各光源部には異なる視差画像（Ｐ２１１〜Ｐ２１５）を投射した場合の実施形態を概念的に示したものである。各光源部（２１１〜２１５）に対応して、観衆領域４内には複数の部分領域（Ｈ１〜Ｈ５）が形成されており、この各部分領域（Ｈ１〜Ｈ５）にはそれぞれ異なる視差画像が映し出される。このような構成により立体的な表示を可能とする。

【0045】

図１９は、本発明に係る立体表示を可能とする投影システムの実施例を例示したものである。この実施例は、視差画像を投影する２つの光源部２１１、２１２を備え、スクリーン３の中央に配置される一人の観衆者に対して立体表示を視認させる個人投影用の構成を示すものであり、以下に具体的な数値例を示す。
・スクリーン幅（Ｗｓ）：３００ｍｍ
・スクリーン〜投影装置間距離（Ｄｓｐ）：１００ｍｍ
・観衆領域幅（Ｗｅ）：６０ｍｍ（観衆者の両目の幅を想定）
・スクリーン〜観衆領域間距離（Ｄｓｅ）：５００ｍｍ
・投影装置内の光源部の数と間隔：２つ、間隔１００ｍｍ
・光学素子の幅（Ｗｍ）：０．１ｍｍ
・光学素子の形状：凸形状
・光学素子の曲率半径：０．３ｍｍ
・スクリーン中央のミラー：広がり角が２６度、スクリーンの中心線に対するミラー中心軸の傾きは０度。
・スクリーン中央のミラー：広がり角が９度、スクリーンの中心線に対するミラー中心軸の傾きは５９度。

【0046】

このように、本発明においては、光源部の周囲に遮光部が形成されており、観衆領域内において外乱光や迷光の混在を防止することができ、例えば野外等の明るい環境下であっても鮮明な立体像を映し出すことができる。また光源部をより増やすことにより多くの視差画像を映し出すことができ、臨場感のある立体視を可能とする。

【0047】

更には、光源部の設置数を増やし、かつ、部分領域の間隔を狭くしてゆくにつれて、視点を動かしたときの像の変化がより滑らかとなり、より臨場感のある立体像の表示が可能となる。また部分領域の間隔が右眼と左眼の間隔程度に狭くすることで、右眼と左眼とで異なる視差画像を視認することができ両眼視差による立体視を可能とし、また視点を動かしたときの運動視差による像の変化も知覚することができ、より臨場感のある立体表示が可能となる。

【0048】

さらに特開２００２−２５８２１５に記載のように、片眼に複数の視差画像が同時に入る程度に部分領域の間隔を狭く設計することで、実際に存在する立体物に対して焦点調節した場合と同様の状態を作り出すことができ、より自然に立体像を知覚することが可能となる。また別の手段として、各部分領域が重なり合うよう各光源部を配置させることにより、特定位置において複数の視差画像を投影することができ、片眼に複数の視差画像を映し込むことで、より自然な立体表示を可能とすることもできる。

【0049】

本発明にかかるスクリーンの形状は平面に限定されるものではなく、例えば、湾曲形状、柱形状（円筒形状）等の様々な形状が採用でき、また視界の一部乃至全部を覆うようなドーム形状であっても構わない。

【0050】

また光学素子は、光源部から投射される光線を任意の部分領域に指向させるものであれどのような形状のものでも構わない。例えば、任意に設定される部分領域によって円形状、楕円形状、多角形状等を採用することができ、これら光学素子を縦横に配置させることでスクリーンが構成される。

【符号の説明】

【0051】

１ ：投影システム
２ ：投影装置
２１ ：光源部
２１１〜２１５：各光源部
２２ ：遮光部
３ ：スクリーン
３１ ：光学素子
４ ：観衆領域
５ ：輝点（光入射位置）
Ｍ ：遮光範囲
Ｈ ：部分領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】