JP2005091449A

JP2005091449A - 画像投影装置

Info

Publication number: JP2005091449A
Application number: JP2003321295A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Muramoto; 昭一村本; Naoki Takamoto; 直紀高本
Original assignee: Tateyama Kagaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tateyama Kagaku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】簡単な構造で、光学的に３６０°の視界の環状画像の投影が可能なパノラマ画像レンズを用いて、広角の画像を投影することができる画像投影装置を提供する。
【解決手段】プロジェクタ１６の投影用のレンズとしてパノラマ画像レンズ２０を設け、プロジェクタ１６の周囲３６０°の円筒形スクリーン２４へ画像を投影する。投影画像は、複数の画像から成るパノラマ画像の原画を合成し、座標変換によりパノラマ円形画像３２を作り出して、パノラマ画像レンズ２０を介して円筒形スクリーン２４に広角画像を投影する。
【選択図】図１

Description

この発明は、画像をスクリーンに投影して映す画像投影装置であって、特に広角の画像を投影可能な画像投影装置に関する。

従来、前方のスクリーンに対して、広範囲に画像を投影する方法として、特許文献１に開示されているように、広角レンズ（魚眼レンズ）をプロジェクタに取り付け、前方の球状スクリーンへ投影する構造の画像投影装置がある。また、他の投影方法として、画像を投影するプロジェクタを複数台用いて、複数の映像を組み合わせて大型のスクリーン全域に広角の映像が映し出されるようにしているものもある。
特開平７−６４０４２号公報特開２００２−６２５０６号公報

上記従来の広角レンズ（魚眼レンズ）を用いて球面スクリーンへ広範囲に投影する方法は、広角レンズの原理上、真横への投射は不可能であるため、前方の半球面スクリーンへ画像が投影される。しかし、その場合、視点を左右に動かすと映像を見ることが出来なくなるため、視点を前方に固定しておく必要があり、立体的な臨場感に乏しく、より広範囲に投影可能な投影装置が求められていた。

また、平面ミラーを使い広範囲のスクリーンに投影する方法では、ミラーを回転させる機構が必要であり、同時に全方位への投影は不可能であった。複数台のプロジェクタを用いて広角の投影画像をスクリーン状に映す方法においても、通常プロジェクタの投影は、前方に対して行なわれるため、周囲を投影画像で囲むためには、複数台のプロジェクタを死角が出来ないように配置して投影しなければならない。従って、この方法では、各プロジェクタ間に生じる色、明るさの調整や、隣接する映像のつなぎにずれが生じないように正確に位置調整する必要があり、調整が面倒なものであった。

この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な構造で、光学的に３６０°の視界の環状画像の投影が可能なパノラマ画像レンズを用いて、広角の画像を投影することができる画像投影装置を提供することを目的とする。

この発明は、プロジェクタによる投影用のレンズとして、パノラマ画像レンズを用いることにより、１台のプロジェクタでの周囲３６０°の円筒型スクリーンへの投影を可能にした画像投影装置である。プロジェクタから投影される映像は、周囲のスクリーンに投影された時に、画像の歪み無く映るように、パノラマ画像レンズの画像展開特性に合わせ、予め円形画像へ変換されたものを用いる。

この発明は、光学ガラスや透明樹脂等の光透過性の素材により形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成され、３６０°全周へ光が出射可能に膨らんで略凸レンズ状に形成された環状の光出射面と、この光出射面とは対向する側のレンズ面であって上記光軸を含む面に形成された光入射面と、上記光出射面の環内に同軸に設けられ上記レンズ内に向かって凸面鏡状に形成され、上記光入射面から入射した光を上記レンズ内へ反射する第一反射面と、上記光入射面の周囲に環状に形成され外方に膨らんだ凹面鏡状に形成され、上記第一反射面からの反射光を上記光出射面に向けて反射する第二反射面とを備えたパノラマ画像レンズを用いて、上記光入射面から入射した画像を上記第一反射面でレンズ内へ反射し、上記第二反射面を経て上記光出斜面から上記レンズの側周側に向けて光を出射させ、上記レンズの光軸周りに位置した曲面スクリーンに広角画像を形成する画像投影装置である。

さらに、投影画像をリレーレンズを介して上記パノラマ画像レンズを通過させ、投影画像を上記レンズの光軸と平行な曲面の円筒形スクリーン全周に映し出す画像投影装置である。

また、複数の画像から成るパノラマ画像の原画を合成し、座標変換によりパノラマ円形画像を作り出して、上記パノラマ画像レンズを介して上記スクリーンに広角画像を形成する画像投影装置である。上記曲面スクリーンに映し出す際の円筒形の上記曲面スクリーンの高さ方向の直線性歪を、予め補正する伸縮機能を備えたものである。

また、上記パノラマ画像レンズと同様の構成から成るパノラマ撮像レンズを用いて撮影した画像を、上記パノラマ画像レンズを介して上記曲面スクリーンに投影する画像投影装置である。

この発明の画像投影装置は、プロジェクタ１台により容易に約１８０°以上の画像投影が可能であり、水平方向３６０°全方位のスクリーンへの投影も可能となる。そのため、複数のプロジェクタを用いて広角の画像を投影する場合に生じる、各投影範囲毎の色や明るさの調整、各映像の繋ぎの位置調整を行なう必要がない。さらに、水平方向全方位への展開を行なうことで、パノラマ画像を見る観覧者は、左右、背後にも映像が映し出されるため、視点を左右に動かしても常に映像を見ることができ、より臨場感のある映像を体感することができる。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の画像投影装置１０は、通常の長方形の画像として形成された原画を、全方位のパノラマ画像に合成加工するための投影画像加工装置１２と、全方位合成パノラマ画像３０を、パノラマ円形画像３２に変換する画像変換装置１４と、その円形画像を投影するプロジェクタ１６と、パノラマ円形画像を３６０°に展開するパノラマ画像レンズ２０、及びパノラマ画像レンズ２０とプロジェクタ１６とを光学的に結合するためのリレーレンズ２２とから成る。そして、展開された全方位合成パノラマ画像３０を投影するための３６０°円筒形スクリーン２４を備える。

平面スクリーンへ投影する通常の長方形画像をそのまま３６０°円筒型スクリーン２４へ投影すると、単に横に伸びた画像となるため、この実施形態の画像投影装置１０の投影画像加工装置１２では、３６０°全周を構成する複数の画像を横に繋ぐ。繋ぎ方は、画像処理ソフトを用いたり、コンピュータグラフィックによる画像を用いるなどして、３６０°円筒形スクリーンへ投影するための、例えば映像１から４等を繋いだ横長の全方位の合成パノラマ画像３０を作成する。

次に、作成された全方位の合成パノラマ画像３０は、画像変換器１４により環状のパノラマ円形画像３２に変換する。画像の変換は、図２に示すように、全方位合成パノラマ画像３０（矩形）から座標変換によりパノラマ円形画像３２へ変形される。さらに、画像変換器１４により、このときの展開時にパノラマ画像レンズ２０の特性から生じる全方位パノラマ画像３４における縦方向の伸張補正を行なう。これは、図３に示すように、パノラマ円形画像３２をパノラマ画像レンズ２０で３６０°に展開した場合、パノラマ円形画像３２上の等間隔の点は、パノラマ画像レンズ２０で展開し円筒形スクリーン２４へ投影すると、全方位パノラマ画像３４の上部（パノラマ円形画像３２では、中心部）ほど間隔が長くなる。そのため、パノラマ円形画像３２に変換する際、予め、図４のように円の中心部ほど間隔を短くするように変換し、円筒形スクリーン２４へ展開された全方位パノラマ画像３４に歪が生じないように補正すれば、円筒形スクリーン２４への投影時に歪のない画像を得ることができる。

画像変換器１４により変換されたパノラマ円形画像３２は、図１に示すように、プロジェクタ１６によりパノラマ画像レンズ２０の光入射面４０に向かって投影される。この時、プロジェクタ１６からの投影画像がパノラマ画像レンズ２０の光入射面に納まるよう、また、スクリーン上に焦点が合うようにリレーレンズ２２を用いて調整を行なう。

パノラマ画像レンズ２０の光入射面４０へ入射された映像は、パノラマ画像レンズ２０の特性によりレンズの光軸に対して直角の水平方向３６０°全方位に展開され、レンズ周囲に置かれた３６０°円筒形スクリーン２４に結像される。

この実施形態のパノラマ画像レンズ２０は、光学ガラスやレンズ用の透明樹脂等で形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成されている。パノラマ画像レンズ２０は、３６０°の全方位への投影が可能なレンズであり、図５に示すように、３６０°全周へ光が出射可能に外方に膨らんで略凸レンズ状に形成された環状の光出射面４２と、この光出射面４２とは対向する側のレンズ面であってレンズの光軸を含む面に形成された光入射面４０と、光出射面４２の環内に同軸に設けられレンズ内に向かって凸面鏡状に形成され、光入射面４０から入射した光をレンズ内へ反射する第一反射面４４と、光入射面４０の周囲に環状に形成され外方に膨らんだ凹面鏡状に形成され、第一反射面４４からの反射光を光出射面４２に向けて反射する第二反射面４６から成るレンズである。パノラマ画像レンズを用いて、上記光入射面から入射した画像を上記第一反射面でレンズ内へ反射し、上記第二反射面を経て上記光出斜面から上記レンズの側周方向に向けて出射させ、広角画像を形成する画像投影装置である。

パノラマ画像レンズ２０は、図５、図６に示すように、光入射面４０から入射した光が、第一版斜面４４でレンズ内へ反射し、さらに第二反射面４６で光出射面４２に向けて反射され、光出射面４２から屈折して射出される。これにより、画像が入射する光入射面４０に対して垂直方向で且つ、周囲３６０°へ画像が射出可能とするものである。これにより、パノラマ円形画像３２を光入射面４０から入射させ投影すると、パノラマ円形画像３２の中心を展開時の上辺、パノラマ円形画像３２の外周を展開時の下辺とした３６０°全方位パノラマ映像３４として周囲の３６０°円筒形スクリーン２４に映し出すことが可能となる。

なお、投影に用いられる３６０°円筒形スクリーン２４は、反射型、透過型どちらでも使用が可能であり、見る方向により画像が左右反転するが、これは、画像変換器１４でパノラマ円形画像３２に変換する際に座標を左右入れ替えて変換すれば容易に対応することができる。以上の手順をフローとして表す図７の様になる。

この実施形態の画像投影装置は、一台のプロジェクタ１６により容易に３６０°の画像投影が可能であり、パノラマ画像を見る観覧者は、左右、背後にも映像が映し出されるため、視点を左右に動かしても常に映像を見ることができ、臨場感の大きい体験をすることができる。また、透過型の円筒形スクリーン２４を用いて、投影画像を回転させるようにすると、その周囲にいる観覧者は、どこに居ても映し出される画像や情報を見ることができる。

次に、この発明の第二実施形態の画像投影装置について図８を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態は、上述のパノラマ画像レンズ２０と同様の構成を備えた撮像用レンズである、パノラマ撮像レンズ５０を用いて撮像装置５２により撮影した画像を、プロジェクタ１６により投影するものである。この場合、撮影された画像自体がパノラマ円形画像３２として撮影され、この撮影データをそのままプロジェクタ１６に送ることにより、画像変換器等を介することなく３６０°のパノラマ画像を投影することができる。

また、図９に示すように、パノラマ円形画像３２通信ユニット５６，５７を介して遠隔地に送信することも容易であり、離れた場所のパノラマ画像情報を任意の場所でパノラマ画像として再生することができる。またこの通信ユニット５６を記録装置に置き換えることにより、記録した画像を別の場所や後でパノラマ画像として容易に再生することができるものである。

次に、この発明の第三実施形態の画像投影装置について図１０、図１１を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態は、各々異なる場所で撮影された画像をパノラマ円形画像３２に合成して円筒形スクリーン２４に投影することにより、テレビ会議等に応用して、あたかも複数の出席者が同席しているような環境を作り出した例である。

この実施形態の場合、画像投影装置１０は各出席者ａを通常のビデオカメラ６０を用いて撮影し、通信装置を兼ねた画像サーバー６２を介してインターネット６４等の通信回線に画像を載せる。また、画像サーバー６２は、同様の構成の他の場所の出席者の画像がインターネット６４等を介して送信され、受信した画像を合成パノラマ画像に合成し、さらに円形画像に形成して、画像投影装置１０に送る。そして、図１０に示す基本ユニット６６を各地の参加者の場所に備え、各地の画像投影装置１０は、円筒形スクリーン２４に合成した各地の出席者の画像を投影し、あたかも複数の出席者が円卓を囲んで会議をしているような環境を形成することができる。

なお、この発明の画像投影装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、円筒形スクリーンは半円筒形の曲面スクリーンでも良く、所望の広角の曲面スクリーンであればよい。また、用途は、映画やゲーム等の各種アミューズメントや、テレビ会議システム、各種シミュレーション装置等、任意の用途に使用し得る。

この発明の第一実施形態の画像投影装置の概略ブロック図である。この実施形態の合成パノラマ画像とパノラマ円形画像の座標変換の関係を示す図である。この実施形態のパノラマ円形画像を円筒形スクリーンに投影した際のスクリーン縦方向歪みを示す概念図である。この実施形態のパノラマ円形画像を円筒形スクリーンに投影する際の画像の歪みを補正する機能を示す概念図である。この実施形態のパノラマ画像レンズの作用を示す概念図である。この実施形態のパノラマ画像レンズによる画像の投影を示す概念図である。この実施形態の画像投影装置の処理の流れを示すフローチャートである。この発明の第二実施形態の画像投影装置の概略ブロック図である。この発明の第二実施形態の画像投影装置の変形例の概略ブロック図である。この発明の第三実施形態の画像投影装置の概略ブロック図である。この発明の第三実施形態の画像投影装置のシステム全体を示す概略ブロック図である。

符号の説明

１０画像投影装置
１２投影画像加工装置
１４画像変換装置
１６プロジェクタ
２０パノラマ画像レンズ
２４円筒形スクリーン
３０合成パノラマ画像
３２パノラマ円形画像
３４全方位パノラマ画像
４０光入射面
４２光出射面
４４第一反射面
４６第二反射面

Claims

レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成され、３６０°全周へ光が出射可能に膨らんで略凸レンズ状に形成された環状の光出射面と、この光出射面とは対向する側のレンズ面であって上記光軸を含む面に形成された光入射面と、上記光出射面の環内に同軸に設けられ上記レンズ内に向かって凸面鏡状に形成され、上記光入射面から入射した光を上記レンズ内へ反射する第一反射面と、上記光入射面の周囲に環状に形成され外方に膨らんだ凹面鏡状に形成され、上記第一反射面からの反射光を上記光出射面に向けて反射する第二反射面とを備えたパノラマ画像レンズを備え、上記光入射面から入射した画像を上記第一反射面でレンズ内へ反射し、上記第二反射面を経て上記光出斜面から上記レンズの側周側に向けて光を出射させ、上記レンズの光軸周りに位置した曲面スクリーンに広角画像を形成することを特徴とする画像投影装置。
投影画像をリレーレンズを介して上記パノラマ画像レンズを通過させ、投影画像を上記レンズの光軸と平行な円筒形の曲面スクリーン全周に映し出すことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
複数の画像から成るパノラマ画像の原画を合成し、座標変換によりパノラマ円形画像を作り出して、上記パノラマ画像レンズを介して上記曲面スクリーンに広角画像を形成することを特徴とする請求項１または２記載の画像投影装置。
上記曲面スクリーンに映し出す際に生じる、円筒形の上記曲面スクリーンの高さ方向の直線性歪を、予め補正する伸縮機能を備えた請求項１，２または３記載の画像投影装置。
上記パノラマ画像レンズと同様の構成から成るパノラマ撮像レンズを用いて撮影した画像を、上記パノラマ画像レンズを介して上記曲面スクリーンに投影することを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。