JP7464023B2 - 空間投影装置、空間投影システム及び空間投影方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間投影装置、空間投影システム及び空間投影方法に関する。

従来から空間に投影光を結像させて画像投影する空間投影技術が開示されている。例えば、特許文献１には、下部室にディスプレイ画像又は実物等の投影対象を配置し、第１フレネルレンズ、ビームスプリッタ、表面反射鏡及び第２フレネルレンズを含む構成により映像を空間に投射する空中浮遊映像投影装置が開示されている。

特開２００６－３１７７０８号公報

特許文献１のように、投影対象としてディスプレイ画像や実物を用い、ビームスプリッタや表面反射鏡により光を導光する構成では光路中の損失等により空間投影画像を十分に明るくできない場合がある。またディスプレイ画像や実物を用いた場合、空間投影画像を任意の形状で投影する等の柔軟なニーズに対応できない場合がある。

本発明は、視覚効果の高い空間投影を可能とする空間投影装置、空間投影システム及び空間投影方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様である空間投影装置は、投影光を拡散する光学媒体と、前記光学媒体で拡散された前記投影光を導光して空間結像部に結像する導光光学系と、を備え、前記光学媒体は、前記光学媒体で結像された前記投影光を拡散し、前記導光光学系は、前記光学媒体で拡散された前記投影光を前記空間結像部に再結像させ、前記光学媒体は、反射型のスクリーン、煙、流体、ミストの何れかである、ことを特徴とする空間投影装置。

本発明によれば、視覚効果の高い空間投影を可能とする空間投影装置、空間投影システム及び空間投影方法を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る空間投影装置の平面模式図である。 本発明の実施形態１に係る投影装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る空間投影装置に他の光学媒体を適用させた平面模式図である。 本発明の実施形態２に係る空間投影装置の平面模式図である。 本発明の実施形態１に係る空間投影装置における透過型スクリーンに係る光学媒体に換えて、フロント型のプロジェクタスクリーンに係る光学媒体とした空間投影装置の斜視模式図である。 本発明の実施形態１に係る空間投影装置における透過型スクリーンに係る光学媒体に換えて、煙（スモーク）である光学媒体とし、投影装置に換えてスポットライトとした空間投影装置の斜視模式図である。

（実施形態１）
以下、本発明を実施するための形態について述べる。図１は空間投影システム１における空間投影装置１００の平面模式図である。空間投影装置１００は、投影装置１０（プロジェクタ）と、投影装置１０から出射された投影光Ｐ１が照射（投影）され結像されてそして拡散される光学媒体２０と、光学媒体２０に投影され拡散された光を導光する導光光学系３０と、導光光学系３０により導光された光が空間で再度結像される空間結像部４０とを備える。空間投影装置１００は、投影装置１０から出射されて光学媒体２０に投影され結像された投影画像２ａが、光学媒体２０から拡散して透過（出射）されて導光光学系３０に入射し、導光光学系３０により空間結像部４０で結像されることで、空中に浮かぶ空間投影画像４ａを視聴者５０に視認させることができる。

図２を参照して投影装置１０の構成について説明する。投影装置１０は、記憶部１１、処理部１２、投影部１３、操作部１４、通信部１５及び音声処理部１６を備え、各々内部バスにより接続されている。記憶部１１は、例えば、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）やＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）で構成される。記憶部１１には、図示しない画像データ、動画データ、制御プログラム等のデータを記憶する。処理部１２は、ＣＰＵやマイコン等により構成され、記憶部１１に記憶される制御プログラムを読み出し、投影装置１０を制御する。

投影部１３は、処理部１２から送られてきた画像データを、予め設定した画像フォーマットに従ったフレームレートで画像を形成し、その画像を投影光Ｐ１として外部に出射する。本実施形態の投影装置１０は、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式の投影装置である。投影部１３は、例えば、内部の光源装置によって出射された青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が表示素子であるＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）に照射されて、このＤＭＤがマイクロミラー毎（又は画素毎）に青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を時分割で反射することによりカラーの画像光を形成することができる。画像光は投影部１３内の投影レンズを介して投影装置１０の投影光Ｐ１として外部に出射される。投影部１３から出射された投影光Ｐ１（画像光）は、図１の光学媒体２０に投影される。

操作部１４は、投影装置１０の筐体に備える操作キー等から操作信号を受け付けて、その操作信号を、バスを介して処理部１２に送信する。処理部１２は、操作部１４からの操作信号に応じて投影処理等の各種の機能を実行する。

通信部１５は、図示しないリモートコントローラからの赤外線変調信号等による操作信号を受信し、その操作信号を処理部１２に送信する。通信部１５は、外部入力端子を備えてもよく、外部機器から画像データを入力させることができる。

音声処理部１６は、ＰＣＭ音源などの音源回路を備え、スピーカ１７を駆動して音を拡散放音させる。音声処理部１６は、投影する画像データに音声信号が含まれていた場合、投影動作時にその音声信号をアナログ変換してスピーカ１７を介して音を出力する。

光学媒体２０は、投影光Ｐ１の投影範囲を含む程度の任意の形状及び大きさを有する。又は、光学媒体２０は、投影光Ｐ１の投影範囲が含まれる任意の位置に配置される。図１の光学媒体２０は平坦状に設けられた板状又はフィルム状の透過型スクリーンとして構成される。光学媒体２０は、投影装置１０側の第一面２１側に、投影装置１０から出射された投影光Ｐ１（光Ｌ１を含む）が照射され結像されると、第一面２１の反対面である第二面２２側から導光光学系３０に向かって空間投影光Ｐ２（光Ｌ２も含む）を拡散して出射させる透過部材である。

導光光学系３０は、光学媒体２０の第二面２２側に設けられ、ビームスプリッタ３１と、再帰性反射部材３２（再帰性反射ミラー）とを備える。再帰性反射部材３２は、光学媒体２０の配置面Ｓ（図１のＹ方向（前後方向）及びＺ方向（上下方向）を含む面）に対して垂直となるように配置される。また、ビームスプリッタ３１は、平板状に形成され、光学媒体２０の配置面Ｓ及び再帰性反射部材３２に対して、４５度傾いて配置される。本実施形態のビームスプリッタ３１は入射した光の一部を反射し、他の一部を透過するハーフミラーである。再帰性反射部材３２は、入射した光を入射方向とは逆向きの方向（反対方向）に反射するミラー面を有する。

空間結像部４０は、光学媒体２０に投影して結像されそして拡散された投影画像２ａが光学媒体２０から空間投影光Ｐ２（Ｐ３）として拡散して出射された後に、導光光学系３０により再結像されて空間投影画像４ａが表示される空間領域である。

次に、空間投影装置１００（空間投影システム１）における空間投影方法について説明する。投影装置１０内（投影部１３内）の点光源（ＤＭＤ（表示素子）におけるマイクロミラー上の任意の点）から投影レンズを介して出射された光Ｌ１は、光学媒体２０上の結像点Ｆ１に結像する。光学媒体２０には、投影光Ｐ１の照射範囲に亘って光Ｌ１に例示される光路で投影装置１０内の点光源から出射されて結像した光が照射される。これにより、光学媒体２０には投影画像２ａが投影される。なお、図１では結像点Ｆ１は１点のみ示しているが、実際には、結像点Ｆ１はＺ方向とＹ方向（すなわち、投影光Ｐ１の照射範囲）に多数存在する。

光学媒体２０の第一面２１に投影され結像された投影画像２ａを構成する任意の点の光は、第二面２２に透過し、第二面２２から所定の拡散角度で拡散されて出射される。例えば、結像点Ｆ１に結像された前述の光Ｌ１は、光Ｌ２として、所定の拡散角度で拡散されてビームスプリッタ３１に入射する。光Ｌ２の一部の光はビームスプリッタ３１により再帰性反射部材３２側に反射される。即ち、投影画像２ａの点光源から出射された光Ｌ２は、光学媒体２０から再帰性反射部材３２までの光路において拡散光として導光される。再帰性反射部材３２は、入射した光を入射方向とは逆向きの方向（反対方向）に反射するため、再帰性反射部材３２に入射した光Ｌ２は、拡散角度と同じ角度で集光する集光光としてビームスプリッタ３１に向けて反射される。再帰性反射部材３２で反射された光Ｌ３は、ビームスプリッタ３１で一部が透過されて空間結像部４０側に導光される。そして、空間結像部４０では、光Ｌ３が結像点Ｆ２で再度結像する。なお、光Ｌ２の光路長と、光Ｌ３の光路長は、略同じである。

そして、空間結像部４０の結像点Ｆ２で結像した光Ｌ３は、光Ｌ３の集光角度及び光Ｌ２の拡散角度と同様の拡散角度を有する光Ｌ４として導光される。

以上のような投影装置１０内の表示素子における点光源からの光Ｌ１～Ｌ４が、光学媒体２０及び導光光学系３０の光路の有効領域内に亘って導光される。即ち、投影装置１０から出射された点光源からの光Ｌ１の集合である投影光Ｐ１は、光学媒体２０の第一面２１側から第一面２１に照射されて、光学媒体２０の第一面２１に結像される。光学媒体２０の第一面２１に照射された投影光Ｐ１は、光Ｌ２の集合である空間投影光Ｐ２として第二面２２からビームスプリッタ３１側へ拡散して出射される。ビームスプリッタ３１に照射された空間投影光Ｐ２の一部の光は、再帰性反射部材３２側に反射される。再帰性反射部材３２は、ビームスプリッタ３１側から導光された空間投影光Ｐ２を空間投影光Ｐ３（光Ｌ３の集合）として反射する。再帰性反射部材３２により反射された空間投影光Ｐ３の一部の光は、ビームスプリッタ３１を透過して空間結像部４０側に導光される。

このように、光学媒体２０上で結像された投影画像２ａを構成する光（点光源の集合）は、空間投影面である空間結像部４０上で再結像し、視聴者５０側に出射される。そのため、視聴者５０は、空間結像部４０上の空中に結像された空間投影画像４ａを視認することができる。また、視聴者５０は、観測点を移動させても、空間投影画像４ａを視認することができる。例えば、結像点Ｆ２から出射された光Ｌ４は、図１に示す光Ｌ４の拡散角度範囲内（出射角度範囲内）の位置において視認することができる。

また、視聴者５０側から空間結像部４０側の方向であるＡ方向から見た空間投影画像４ａの上下方向（Ｚ方向）及び左右方向（Ｘ方向）の向きは、Ｂ方向から見た投影画像２ａの上下方向（Ｚ方向）及び前後方向（Ｙ方向）と略同じである。一方で、光Ｌ２と光Ｌ３の光路長が略同じであるため、Ａ方向から見た空間投影画像４ａの奥行き位置は、Ｂ方向から見た投影画像２ａの奥行き位置とは逆の関係である（図３で後述）。図１の平坦状に設けられた光学媒体２０を用いる場合は、空間投影画像４ａも平坦な平面画像として表示される。

次に図３を参照して、光学媒体２０の代わりに、曲面を含む光学媒体２０Ａ用いた場合の構成について説明する。光学媒体２０Ａは、光学媒体２０と異なる形状を有するが、第一面２１側から照射された投影光Ｐ１（又は光Ｌ１）を第二面２２側に出射する等のその他の機能は光学媒体２０と同様に構成される。

光学媒体２０Ａは、第一面２１側に突出し、第二面２２側が窪むように上下方向（Ｚ方向）の軸周りに湾曲した立体面状の板状又はフィルム状に形成される。光学媒体２０Ａの凹凸の程度は、投影装置１０から出射された投影光Ｐ１（光Ｌ１）の被写界深度内に収まるように構成される。そのため、光学媒体２０Ａには焦点の合った投影画像２ａ（或いは、焦点が合っているものと見做せる程度に結像した投影画像２ａ）が表示される。光学媒体２０Ａで結像された光Ｌ１による結像点Ｆ１は、Ｂ方向から第二面２２を見て奥側に位置している。

前述の通り、導光光学系３０により導光される光Ｌ２と光Ｌ３の光路長は略同じであり、Ａ方向から見た空間投影画像４ａの奥行き位置は、Ｂ方向から見た投影画像２ａの奥行き位置とは逆の関係である。即ち、図３に示すように、Ｂ方向から見た湾曲した投影画像２ａの奥側に位置する結像点Ｆ１は、Ａ方向から見た空間投影画像４ａの手前側に位置する結像点Ｆ２に対応する。従って、光学媒体２０Ａを、凹凸を含む立体面状に形成することで、立体的な空間投影画像４ａを空間結像部４０に投影することができる。

光学媒体２０Ａは、例えば、多人数の視聴者５０が横（Ｘ方向）に並んで鑑賞する場合には、光学媒体２０Ａを投影装置１０に向かって突出したＹ方向に沿った凸状とすることで、横に並んだ視聴者５０における何れの位置の視聴者５０であっても略同じ見え方で空間投影画像４ａを視認することができる。同様に、多人数の視聴者５０が高さ方向（Ｚ方向）に並んで鑑賞する場合には、光学媒体２０ＡをＺ方向に沿った凸状とし、多人数の視聴者５０が横及び高さ方向に並んで（例えば劇場のように）鑑賞する場合には、光学媒体２０Ａを球面状とすることができる。

以上のように、本実施形態の空間投影装置１００は、空間投影画像４ａとして投影させる投影画像２ａを投影装置１０により形成した。従って、投影対象としてのディスプレイ画像や実物を用いた場合に比べて高輝度な投影画像２ａを表示させることができ、空間投影画像４ａも高輝度で鮮明に表示させることができる。また、投影装置１０により投影される投影画像２ａは、光学媒体２０，２０Ａの形状を大きくし、投影装置１０と光学媒体２０，２０Ａとの距離を適切に空けることで、空間投影画像４ａを容易に大きくすることもできる。従って、空間投影装置１００は、全体構成を大きく変えることなく、大きな空間投影画像４ａを投影することができる。このように、空間投影装置１００（空間投影システム１）を用いた空間投影方法により簡易な構成で視覚効果の高い空間投影を可能とすることができる。

（実施形態２）
次に実施形態２について説明する。図４に示す空間投影システム１Ａにおける空間投影装置１００Ａは、実施形態１の空間投影装置１００における導光光学系３０の代わりに、光反射部材３３を含む導光光学系３０Ａを備えている。光反射部材３３は、光学媒体２０で結像された各点光源（例えば、結像点Ｆ１からの光）を面対称位置である空間結像部４０に再度結像させる光学部材である。

光反射部材３３は、任意の構成を適用することができるが、例えばＣ部拡大図に示すように、複数の第一ミラー３３１ａを含む第一ミラー層３３１と、複数の第二ミラー３３２ａを含む第二ミラー層３３２とを隣接して構成される。第一ミラー３３１ａは、ミラー面がＸＹ面に対して平行となるように配置される。また、複数の第一ミラー３３１ａは、互いに平行となるようにＺ方向に等間隔で配列されている（ＩＶ－ＩＶ断面図も参照）。第二ミラー３３２ａは、ミラー面が第一ミラー３３１ａのミラー面と直交するように配置される。また、複数の第二ミラー３３２ａは、互いに平行となるように、第一ミラー３３１ａが配列される方向とは直交する方向に等間隔で配列されている。光反射部材３３は、第二ミラー３３２ａが光学媒体２０の配置面Ｓに対して（本実施形態では、ＹＺ面とＺＸ面に対して）４５度傾くように配置されている。

また、Ｃ部拡大図では、光反射部材３３に対し、結像点Ｆ１から出射されてＸＹ平面に対して平行な光Ｌ２１，Ｌ２２が入射する場合の光路を示している。光Ｌ２１及び光Ｌ２２は、ＸＹ平面に対して平行に配置された第一ミラー３３１ａのミラー面には照射されずに、第二ミラー３３２ａのミラー面に入射する。光Ｌ２１及び光Ｌ２２は、それぞれ第二ミラー３３２ａに入射する際の入射角と同じ反射角で反射される。光Ｌ２１は光Ｌ２２よりも大きい入射角で第二ミラー３３２ａ（光反射部材３３）に入射するため、光Ｌ２１は光Ｌ２２よりも大きい反射角で反射する。従って、結像点Ｆ１から出射された所定の拡散角度を有する光Ｌ２は、光反射部材３３から光Ｌ２の拡散角度と同じ集光角度を有する光Ｌ３として反射され、光反射部材３３に対する面対称位置である結像点Ｆ２に再度結像される。なお、結像点Ｆ１から出射された光Ｌ２は、Ｚ方向の拡散成分についても第一ミラー３３１ａにより反射されるため、結像点Ｆ２に再度結像される。

なお、光反射部材３３の構成はＣ部拡大図で示した構成に限らず、光学媒体２０で結像された各点光源を面対称位置である空間結像部４０に再度結像させるその他の光反射部材を用いてもよい。例えば、光反射部材は、複数の微細なプリズムを設けて、所定の拡散角度で入射した光を、その拡散角度と略同じ集光角度で集光する光として反射し、点光源から入射された光を面対称位置に結像するように出射させる構成としてもよい。

以上、実施形態２の空間投影システム１Ａでは、実施形態１の導光光学系３０よりも部品点数を減らし構成を簡易にすることができるため、全体を小型化することができる。従って、簡易な構成で視覚効果の高い空間投影を可能とすることができる。

なお、各実施形態で説明した空間投影装置１００，１００Ａは、投影装置１０、光学媒体２０、導光光学系３０，３０Ａ及び空間結像部４０を、一つの装置に配置して構成してもよいし、複数の装置に分散配置して構成してもよい。例えば、投影装置１０に、光学媒体２０、導光光学系３０，３０Ａ及び空間結像部４０の一部の機能を含めて一つの空間投影装置として構成することができる。

また、投影装置１０は上記ＤＬＰ方式に限らずその他の方式であってもよい。投影装置１０としてはＬＣＰ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐａｎｅｌ，液晶パネル）方式の投影装置を用いてもよい。ＬＣＰ方式の投影装置は、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光が液晶フィルタ（液晶板）により画素毎に透過率が制御されて、液晶フィルタを透過した各画素の青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光を合成して投影光として出射する。

また、投影装置１０として、ＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式の投影装置を用いてもよい。ＬＣｏＳ方式の投影装置では、ＤＬＰ方式の投影装置１０におけるＤＭＤの代わりに、反射層の上に画素毎に対応して光の透過率を可変（遮光も含む）可能な液晶フィルタ（液晶層）を有する表示素子を配置する。従って、投影装置は、表示素子に照射された光源光を画素毎に光量制御しながら反射して画像光を形成し、この画像光を投影光として外部に出射して光学媒体２０，２０Ａに投影画像２ａを投影することができる。

また、投影装置１０として上述のＬＣＰ方式やＬＣｏＳ方式の投影装置を用いた例では、液晶フィルタを透過した各光（青色波長帯域光、緑色波長帯域光、赤色波長帯域光）は、所定の偏光方向を有する偏光光である。従って、例えば、実施形態１において、ビームスプリッタ３１としてＳ偏光及びＰ偏光の光の一方を反射し他方を透過する偏光ミラーを配置し、ビームスプリッタ３１と再帰性反射部材３２との間の光路上に１／４波長板を配置してもよい。これにより、ビームスプリッタ３１は、光学媒体２０，２０Ａから出射された光のうちのＳ偏光及びＰ偏光の一方である第一偏光方向の光を再帰性反射部材３２側に反射し、１／４波長板を透過して円偏光に変換された後、再帰性反射部材３２により反射される。再帰性反射部材３２により反射された円偏光の光は、再び１／４波長板を透過して第一偏光方向に対して直交する第二偏光方向の光に変換され、ビームスプリッタ３１を透過する。このように、ビームスプリッタ３１として偏光ミラーを用いた場合は、一度ビームスプリッタで反射された殆どの光を再帰性反射部材３２による反射の後にビームスプリッタ３１を透過させることができるため、ハーフミラーを用いた場合に比べて、光の利用効率を向上させることができる。

また、投影装置１０として、レーザースキャン方式の投影装置を用いてもよい。レーザースキャン方式の投影装置では、青色波長帯域光、緑色波長帯域光及び赤色波長帯域光により所望の色に色合成されたレーザー光が表示素子に照射され、表示素子がレーザー光を時分割で反射角度を制御しながら反射して被投影体である光学媒体２０，２０Ａに照射する。その際、表示素子は、光学媒体２０，２０Ａに対して垂直方向及び水平方向に二次元的に走査するようにレーザー光を照射し、光学媒体２０，２０Ａに投影画像２ａを投影することができる。レーザースキャン方式の投影装置では、表示素子から出射された光を集光させる投影レンズを省略できるため、投影装置全体を小型化することができる。また、この投影装置は、レーザー光により画像を形成できるため、凹凸の大きい立体面状の光学媒体を用いた場合であっても、意図した鮮明な投影画像２ａを投影することができる。

また、本実施形態で示した光学媒体２０，２０Ａとして、平面部、凹部及び凸部を任意に含んだ立体面状に構成された光学媒体を用いてもよい。

また、光学媒体２０，２０Ａとして、板状又はフィルム状の構成を例示したが、煙（スモーク）やミスト、水等の流体を用いてもよい。

また、光学媒体２０，２０Ａには、着色を施してもよい。これにより、空間投影画像４ａの色彩を変化させたり、色味を任意に調整したりすることができる。光学媒体２０，２０Ａとして流体を用いる場合は、その流体を着色してもよい。光学媒体２０，２０Ａの着色は時系列で経時的に変化させてもよい。これにより、様々な演出効果を表現することができる。

また、導光光学系３０は、フレネルレンズを用いて光学媒体２０，２０Ａから出射された光を空間結像部４０に再度結像させる構成としてもよい。

また、本実施形態では、光学媒体２０，２０Ａに投影される投影光Ｐ１は、光学媒体２０，２０Ａの第一面２１側から入射して第一面２１とは反対側の第二面２２側から出射し、導光光学系３０へ空間投影光Ｐ２として導光される透過型スクリーンとしての光学媒体を例に説明したが、投影光Ｐ１を出射する面と空間投影光Ｐ２を出射する面が同じ面である反射型の光学媒体（プロジェクタスクリーンや壁面等の被投影媒体）を用いてもよい。例えば、図５に示す空間投影システム１Ｂ（空間投影装置１００Ｂ）は、投影装置１０からの投影光である光Ｌ１をプロジェクタスクリーンとされる光学媒体２０Ｂの投影面２１Ｂに投影する。すると、投影面２１Ｂに投影され結像した画像が投影面２１Ｂで反射して、投影面２１Ｂから光Ｌ２として拡散して出射される。光Ｌ２は、導光光学系３０（ビームスプリッタ３１及び再帰性反射部材３２）に入射し、光Ｌ３として空間結像部４０で再度結像される。

また、投影光Ｐ１により光学媒体２０，２０Ａに結像される投影画像２ａは、投影装置１０から出射された投影光による画像に限らず、その他の光源装置から投影光として出射された任意の光源光、照明光、ＬＥＤ光又はレーザー光による光像としてもよい。また、投影画像２ａは、任意の光源を用いることで、可視光により形成してもよいし、非可視光（例えば、電子透かし等の用途）により形成してもよい。

例えば、図６に示すように、投影装置１０に換えてスポットライト１０Ａとし、透過型スクリーンとしての光学媒体２０に換えて煙（スモーク）である光学媒体２０Ｃとした空間投影システム１（空間投影装置１００Ｃ）を構成することができる。この場合、スポットライト１０Ａから出射する光Ｌ１は、光学媒体２０Ｃで結像することなく拡散した光Ｌ２として導光光学系３０（ビームスプリッタ３１及び再帰性反射部材３２）に入射される。そして、導光光学系３０からの出射光である光Ｌ３は、空間結像部４０の結像点Ｆ２で結像される。なお、ここでは投影装置１０に変えてスポットライト１０Ａとしたが、投影装置１０をそのまま利用してもよいことは勿論である。

以上説明したように、各実施形態で説明した空間投影システム１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ及び空間投影装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、投影光が拡散される光学媒体２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、光学媒体２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃで拡散された光を導光して空間結像部４０に結像させる導光光学系３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと、を備える。これにより、投影画像２ａを高輝度に表示させることができ、空間投影画像４ａも高輝度で鮮明に表示させることができる。また、投影光Ｐ１により投影画像２ａを形成する構成では空間投影画像４ａの大きさや形状を容易に変化させることができる。このように、簡易な構成で視覚効果の高い空間投影を可能とすることができる。

また、光学媒体２０，２０Ａは、透過型のスクリーンであり、光学媒体２０Ｂは反射型のプロジェクタスクリーンを用いることで、光学媒体２０，２０Ａ，２０Ｂで投影光を結像して視認することができる。

また、光学媒体２０，２０Ａは、第一面２１側に投影光Ｐ１が結像され、第一面２１とは反対面である第二面２２側から導光光学系３０，３０Ａに向かって光を拡散して出射させる透過部材である。これにより、光学媒体２０，２０Ａ及び導光光学系３０，３０Ａを含む構成を小型化することができる。

また、光学媒体２０Ａが凹凸を含んだ立体面状に形成される構成とすることで、立体的な空間投影画像４ａを表示させることができる。その他、用途に応じて、光学媒体は、板状、フィルム状、煙、流体又はミストで構成することができる。

また、導光光学系３０がビームスプリッタ３１及び再帰性反射部材３２を有し、ビームスプリッタ３１が光学媒体２０から拡散して出射された光を再帰性反射部材３２側へ反射させ再帰性反射部材３２により反射された光を空間結像部４０側に透過させる構成について説明した。これにより、投影画像２ａ上の各点光源から出射された広角な光を簡易に構成することができる。

また、導光光学系３０Ａが光反射部材３３を有し、この光反射部材３３が光学媒体２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃで拡散された光Ｌ２を、光反射部材３３に対して面対称位置である空間結像部４０で結像させる構成について説明した。これにより、導光光学系３０Ａを少ない部材で構成することができる。

また、投影光Ｐ１を照射する投影装置１０を有する空間投影装置１００，１００Ａ，１００Ｂは、投影画像２ａ（４ａ）の光源を空間投影装置１００，１００Ａ，１００Ｂに含むことにより全体を小型に構成することができる。

また、投影光Ｐ１を光学媒体２０，２０Ａ，２０Ｂに結像させ、光学媒体２０，２０Ａ，２０Ｂで結像され拡散された光を導光光学系３０，３０Ａにより導光して空間結像部４０に再度結像させる投影方法について説明した。これにより、投影画像２ａを高輝度に表示させることができ、空間投影画像４ａも高輝度で鮮明に表示させることができる。また、投影光Ｐ１により投影画像２ａを形成する構成では空間投影画像４ａの大きさや形状を容易に変化させることができる。このように、簡易な構成で視覚効果の高い空間投影を可能とすることができる。

なお、以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］投影光を拡散する光学媒体と、
前記光学媒体で拡散された前記投影光を導光して空間結像部に結像する導光光学系と、
を備えることを特徴とする空間投影装置。
［２］前記光学媒体は、前記光学媒体で結像された前記投影光を拡散し、
前記導光光学系は、前記光学媒体で拡散された前記投影光を前記空間結像部に再結像させることを特徴とする前記［１］に記載の空間投影装置。
［３］前記光学媒体は、第一面側に前記投影光が結像され、前記第一面とは反対面である第二面側から前記導光光学系に向かって光を拡散して出射させる透過部材であることを特徴とする前記［１］又は前記［２］に記載の空間投影装置。
［４］前記光学媒体は、板状、フィルム状、凹凸を含んだ立体面状、煙、流体、ミストの何れかであることを特徴とする前記［１］～前記［３］の何れかに記載の空間投影装置。
［５］前記導光光学系は、ビームスプリッタ及び再帰性反射部材を有し、
前記ビームスプリッタは、前記光学媒体から拡散して出射された光を前記再帰性反射部材側へ反射させ、前記再帰性反射部材により反射された光を前記空間結像部側に透過させる、
ことを特徴とする前記［１］～前記［４］の何れかに記載の空間投影装置。
［６］前記導光光学系は、光反射部材を有し、
前記光反射部材は前記光学媒体で拡散された光を、前記光反射部材に対して面対称位置である前記空間結像部で結像させることを特徴とする前記［１］～前記［４］の何れかに記載の空間投影装置。
［７］前記投影光を出射する投影装置を有する、
ことを特徴とする前記［１］～前記［６］の何れかに記載の空間投影装置。
［８］投影光が拡散される光学媒体と、
前記光学媒体で拡散された光を導光して空間結像部に結像させる導光光学系と、
を備えることを特徴とする空間投影システム。
［９］投影光を光学媒体で拡散させ、
前記光学媒体で拡散された光を導光光学系により導光して空間結像部で結像させる、
ことを特徴とする空間投影方法。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 空間投影システム
２ａ 投影画像
４ａ 空間投影画像 １０ 投影装置
１０Ａ スポットライト
１１ 記憶部 １２ 処理部
１３ 投影部 １４ 操作部
１５ 通信部 １６ 音声処理部
１７ スピーカ ２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 光学媒体
２１ 第一面 ２２ 第二面
３０，３０Ａ 導光光学系 ３１ ビームスプリッタ
３２ 再帰性反射部材 ３３ 光反射部材
４０ 空間結像部 ５０ 視聴者
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 空間投影装置
３３１ 第一ミラー層
３３１ａ 第一ミラー ３３２ 第二ミラー層
３３２ａ 第二ミラー
Ｆ１，Ｆ２ 結像点 Ｌ１～Ｌ４，Ｌ２１，Ｌ２２ 光
Ｐ１ 投影光 Ｐ２，Ｐ３ 空間投影光
Ｓ 配置面

Claims (7)

1. 投影光を拡散する光学媒体と、
   前記光学媒体で拡散された前記投影光を導光して空間結像部に結像する導光光学系と、
   を備え、
   前記光学媒体は、前記光学媒体で結像された前記投影光を拡散し、
   前記導光光学系は、前記光学媒体で拡散された前記投影光を前記空間結像部に再結像させ、
   前記光学媒体は、反射型のスクリーン、煙、流体、ミストの何れかである、
   ことを特徴とする空間投影装置。
2. 前記光学媒体は、第一面側に前記投影光が結像され、前記第一面とは反対面である第二面側から前記導光光学系に向かって光を拡散して出射させる透過部材であることを特徴とする請求項１に記載の空間投影装置。
3. 前記導光光学系は、ビームスプリッタ及び再帰性反射部材を有し、
   前記ビームスプリッタは、前記光学媒体から拡散して出射された光を前記再帰性反射部材側へ反射させ、前記再帰性反射部材により反射された光を前記空間結像部側に透過させる、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空間投影装置。
4. 前記導光光学系は、光反射部材を有し、
   前記光反射部材は前記光学媒体で拡散された光を、前記光反射部材に対して面対称位置である前記空間結像部で結像させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空間投影装置。
5. 前記投影光を出射する投影装置を有する、
   ことを特徴とする請求項１～請求項４の何れかに記載の空間投影装置。
6. 投影光が拡散される光学媒体と、
   前記光学媒体で拡散された光を導光して空間結像部に結像させる導光光学系と、を備え、
   前記光学媒体は、前記光学媒体で結像された前記投影光を拡散し、
   前記導光光学系は、前記光学媒体で拡散された前記投影光を前記空間結像部に再結像させ、
   前記光学媒体は、反射型のスクリーン、煙、流体、ミストの何れかである、
   ことを特徴とする空間投影システム。
7. 投影光を光学媒体で拡散させ、
   前記光学媒体で拡散された光を導光光学系により導光して空間結像部で結像させ、
   前記光学媒体で結像された前記投影光を前記光学媒体により拡散させ、
   前記光学媒体で拡散された前記投影光を前記導光光学系により前記空間結像部に再結像させ、
   前記光学媒体は、反射型のスクリーン、煙、流体、ミストの何れかである、
   ことを特徴とする空間投影方法。

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