WO2019188121A1

WO2019188121A1 - 画像表示装置

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Publication number: WO2019188121A1
Application number: PCT/JP2019/009338
Authority: WO
Inventors: 将弘高田; 大瀬　憲寛
Original assignee: ソニー株式会社
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2019-10-03
Also published as: US11677915B2; US20200404226A1

Abstract

画像表示装置は、Ｍ台（但し、Ｍ≧２）の超短焦点プロジェクター１０、及び、各超短焦点プロジェクター１０からの投影光を反射する反射型の指向性スクリーン２０を有しており、超短焦点プロジェクター１０は、この超短焦点プロジェクター１０が画像を投影すべき指向性スクリーン２０の上方又は下方に配置されており、隣接する指向性スクリーン２０は隙間無く配置されており、隣接する指向性スクリーン２０の成す配置角度は１８０度未満である。

Description

画像表示装置

　本開示は、画像表示装置に関する。

　複数のスクリーン、及び、各スクリーンに画像を投影するプロジェクターから構成された画像表示システムが、例えば、特開平１１－６４９７５号公報から周知である。この特許公開公報に開示された画像表示システムは背面投影型であり、プロジェクターからスクリーンの一方の面に投影された画像をスクリーンの他方の面の側（背面）から観察する。

特開平１１－６４９７５号公報

　ところで、上記の特許公開公報に開示された画像表示システムにおいて、もしも、プロジェクターからスクリーンの一方の面に投影された画像を、スクリーンの一方の面の側から観察することを想定した場合、スクリーンの一方の面には、プロジェクターから投影された画像だけでなく、観察者の影が映り込んでしまうといった問題がある。即ち、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ及び図１５Ｂに概念図を示すように、プロジェクター１１１からスクリーン１２３に画像を投影し、プロジェクター１１２からスクリーン１２４に画像を投影し、プロジェクター１１３からスクリーン１２１に画像を投影し、プロジェクター１１４からスクリーン１２２に画像を投影した場合、図１３Ａに概念図を示すように、観察者５０の影５０’がスクリーンに映り込んでしまう。従って、例えば４面のスクリーン１２１，１２２，１２３，１２４によって囲まれた空間の中央部にしか画像観察位置がないといった、画像観察位置に制約が生じる。

　従って、本開示の目的は、複数のスクリーン及びプロジェクターから構成され、プロジェクターから投影された画像をスクリーン上で観察するとき、観察者の画像観察位置に制約が少ない構成、構造を有する画像表示装置を提供することにある。

　上記の目的を達成するための本開示の画像表示装置は、
　Ｍ台（但し、Ｍ≧２）の超短焦点プロジェクター、及び、各超短焦点プロジェクターからの投影光を反射する反射型の指向性スクリーンを有しており、
　超短焦点プロジェクターは、該超短焦点プロジェクターが画像を投影すべき指向性スクリーンの上方又は下方に配置されており、
　隣接する指向性スクリーンは、隙間無く配置されており、
　隣接する指向性スクリーンの成す配置角度は１８０度未満である。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の画像表示装置の画像投影時の概念図、及び、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで画像表示装置を切断したときの画像表示装置の概念図である。図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、図１Ａの矢印Ａ－Ａで画像表示装置を切断したときの画像表示装置の概念図、及び、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで画像表示装置を切断したときの画像表示装置の概念図である。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、実施例１の画像表示装置の画像投影時の概念図である。図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施例１の画像表示装置の画像投影時の概念図である。図５Ａ及び図５Ｂは、指向性スクリーンの概念図である。図６は、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで画像表示装置を切断したと同様の、実施例２の画像表示装置の概念図である。図７は、実施例３の画像表示装置において、半径「Ｒ」の仮想円筒スクリーンに画像を投影することを想定したときの指向性スクリーン等の概念図である。図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、実施例１の画像表示装置の変形例の画像投影時の概念図、及び、図８Ａの矢印Ｂ－Ｂで実施例１の画像表示装置の変形例を切断したときの画像表示装置の概念図である。図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃは、指向性スクリーンを屏風状に配置した状態を上から眺めた模式図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、スローレシオが１．１以上である一般的な従来のプロジェクターを天井に配置し、画像を床に投影するといった構成と、本開示の画像表示装置との組合せを示す、図１Ａと同様の概念図、及び、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで画像表示装置を切断したときと同様の画像表示装置の概念図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、スローレシオが１．１以上である一般的な従来のプロジェクターを天井、又は、天井及び床に配置し、画像を床、又は、床及び天井に投影するといった構成と、本開示の画像表示装置との組合せを示す、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで画像表示装置を切断したときと同様の画像表示装置の概念図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、壁等の裏側に超短焦点プロジェクターを配置して天井及び／又は床に画像を投影するといった構成と、本開示の画像表示装置との組合せを示す、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで画像表示装置を切断したときと同様の画像表示装置の概念図である。図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれ、図１Ａの矢印Ａ－Ａで画像表示装置を切断したと同様の、従来の画像表示装置の概念図である。図１４Ａ及び図１４Ｂは、それぞれ、従来の画像表示装置の画像投影時の概念図である。図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ、従来の画像表示装置の画像投影時の概念図である。

　以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の画像表示装置、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の画像表示装置）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１～実施例２の変形）
５．その他

〈本開示の画像表示装置、全般に関する説明〉
　本開示の画像表示装置において、超短焦点プロジェクターは、該超短焦点プロジェクターが画像を投影すべき指向性スクリーンの上方又は下方に配置されているが、以下の説明において、簡素化のため、「超短焦点プロジェクターは指向性スクリーンの上方又は下方に配置されている」と表現する場合がある。

　本開示の画像表示装置において、指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターが備えている投影レンズの焦点深度の範囲内の曲面（あるいは、滑らかな凹凸）を有する形態とすることができる。そして、これによって、指向性スクリーンに投影される画像に所謂ピント暈けが発生することを確実に防止することができる。

　上記の好ましい形態を含む本開示の画像表示装置において、指向性スクリーンの光反射面に接触した物体（人を含む）、又は、指向性スクリーンの光反射面に近接した物体（人を含む）の指向性スクリーンに対する位置を検出する位置検出装置を更に備えている形態とすることができる。位置検出装置は、周知の構成、構造を有する位置検出装置とすることができる。

　更には、上記の各種の好ましい形態を含む本開示の画像表示装置において、指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターからの投影光を、相互に平行とし、且つ、所定の方向に反射する構成とすることができる。所定の方向は、指向性スクリーンの光反射面の法線方向である構成とすることができる。尚、指向性スクリーンの微小領域における投影光の反射方向が、この微小領域の法線方向と厳密に一致していなくとも、「所定の方向は指向性スクリーンの光反射面の法線方向である」とする。そして、これらの構成の場合、指向性スクリーンの光反射面は、所定の幅を有する円弧状の凹凸部が同心円状に配列されて成るフレネル形状を有する構成とすることができる。このようなフレネル形状によって一種の凹面鏡（仮想の凹面鏡）が構成される。そして、凹面鏡の焦点位置が、次に述べるフレネル形状の光学的中心に相当する。

　更には、これらの構成の場合、指向性スクリーンの光反射面はフレネル形状の光学的中心を含まない構成とすることができ、更には、これらの場合、超短焦点プロジェクターの画像出射部（投影レンズ）は、フレネル形状の光学的中心に位置する構成とすることができる。超短焦点プロジェクターの画像出射部は有限の大きさを有するので、画像出射部にフレネル形状の光学的中心が含まれていればよいし、場合によっては、画像出射部の近傍にフレネル形状の光学的中心が位置していても、「画像出射部はフレネル形状の光学的中心に位置する」とする。また、指向性スクリーンの光反射面はフレネル形状の光学的中心を含まないとは、フレネル形状の光学的中心の指向性スクリーンへの正射影像（具体的には、後述する第１仮想平面への正射影像）が、指向性スクリーンの光反射面に含まれないことを意味する。

　更には、以上に説明した好ましい構成において、Ｍ’台（但し、Ｍ’≧３）の超短焦点プロジェクター、及び、各超短焦点プロジェクターからの画像を映す指向性スクリーンを有しており；Ｍ’台の指向性スクリーンの内、少なくとも２台の指向性スクリーンは、相互に平行に対向して配置されている形態とすることができる。そして、この場合、相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン内の一方の指向性スクリーンによって反射された投影光が他方の指向性スクリーンに衝突したとき、他方の指向性スクリーンによって反射された投影光は一方の指向性スクリーンに向かわない形態とすることができる。

　更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置において、隣接する指向性スクリーンに跨がって投影される画像は、隣接する指向性スクリーンにおいて連続した状態で投影される構成とすることができ、この場合、隣接する指向性スクリーンに跨がって投影される画像は、水平方向に伸長した状態で投影される構成とすることができる。あるいは又、指向性スクリーンに投影される画像は、指向性スクリーンの水平方向端部に近いほど、水平方向の伸長の度合いが大きい状態で投影される構成とすることができる。尚、隣接する指向性スクリーンは隙間無く配置されているが、指向性スクリーンの設置の関係等で隙間が生じる場合もあり、この場合には、隣接する指向性スクリーンに跨がって投影される画像は、隣接する指向性スクリーンにおいて不連続な状態で投影されることになるが、このような場合も、「隣接する指向性スクリーンにおいて連続した状態で投影される」とする。

　以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の画像表示装置において、超短焦点プロジェクターは、周知の構成、構造を有する超短焦点プロジェクターを用いればよい。超短焦点プロジェクターにおけるスローレシオ（Throw Ratio）は、０．３８以下、好ましくは０．１以上、０．３５以下、より好ましくは０．２以上、０．３以下であることが望ましい。ここで、スローレシオとは、投影画像の横幅（指向性スクリーンの水平方向の幅）を「Ｗ」、投影距離（投射距離）を「Ｄ」としたとき、「Ｄ／Ｗ」で表される。指向性スクリーンの光反射面を含む仮想平面を、便宜上、『第１仮想平面』と呼び、超短焦点プロジェクターの投影レンズを含む仮想平面であって、第１仮想平面と直交する仮想垂直平面を、便宜上、『第２仮想平面』と呼ぶとき、投影距離とは、第２仮想平面内における超短焦点プロジェクターの投影レンズから第１仮想平面までの最短距離を指す。超短焦点プロジェクターではない、一般的な従来のプロジェクターのスローレシオは１．１以上である。

　指向性スクリーンは、周知の構成、構造を有する指向性スクリーンを用いればよい。指向性スクリーンの公称サイズ（指向性スクリーンの対角線の長さ）として、例えば、８０インチ乃至１４０インチを例示することができる。指向性スクリーンの光反射面を構成する円弧状の凹凸部の所定の幅及び高さは、フレネル形状によって一種の凹面鏡（仮想の凹面鏡）の光反射面の曲率半径、凹面鏡における指向性スクリーンが占める位置、指向性スクリーンの大きさ等を考慮して決定すればよく、所定の幅として、具体的には、例えば、０．１ｍｍを挙げることができるが、これに限定するものではない。凹凸部は、球面収差補正のために、非球面形状の特性を有する不等間隔及び形状とすることもできる。ここで、非球面形状として、例えば、軸外しした放物面形状、即ち、放物面の対称軸を外した位置で放物面を切り取った形状を挙げることができる。放物面の焦点位置から入射し、放物面によって反射された光は平行光となり、より大型の指向性スクリーンとした場合、このような放物面の効果が大きい。隣接する指向性スクリーンの成す配置角度は１８０度未満であり、配置角度の下限値として、限定するものではないが、９０度を挙げることができる。

　超短焦点プロジェクターは指向性スクリーンの上方（斜め直上）又は下方（斜め直下）に配置されているが、具体的には、超短焦点プロジェクターから投影される画像の指向性スクリーンへの入射角の最大値が、５０度乃至８５度、好ましくは、６５度乃至８０度となるように超短焦点プロジェクターを指向性スクリーンの上方又は下方に配置することが望ましい。ここで、入射角とは、第２仮想平面内において、超短焦点プロジェクターから投影される画像を構成する光束が指向性スクリーンへ入射する角度（指向性スクリーンの法線と画像を構成する光束との成す角度）を指す。超短焦点プロジェクターの取り付け方法として、例えば、天井から吊り下げる方法、天井に埋め込む方法、床に置く方法、あるいは、床に埋め込む方法を挙げることができる。また、隣接する指向性スクリーンは隙間無く配置されているが、指向性スクリーンの設置の関係等で隙間が生じる場合もあり、この場合にも、「隣接する指向性スクリーンは隙間無く配置されている」とする。尚、超短焦点プロジェクターから投影される画像の指向性スクリーンへの入射角の最小値として、１５度乃至４０度、好ましくは、２０度乃至３０度を挙げることができる。

　Ｍの値は２以上、Ｍ’の値は３以上であれば、特に限定されるものではない。Ｍ’の値として、３、４、６、８を例示することができる。Ｍ’＝４の場合、例えば、正方形や長方形の各辺（例えば、壁や、間仕切り、パーティッション）に沿って指向性スクリーンが配置されている形態を挙げることができるし、Ｍ’＝６の場合、例えば、正六角形の各辺（例えば、壁や、間仕切り、パーティッション）に沿って指向性スクリーンが配置されている形態を挙げることができるし、Ｍ’＝８の場合、例えば、正八角形の各辺（例えば、壁や、間仕切り、パーティッション）に沿って指向性スクリーンが配置されている形態を挙げることができる。

　実施例１は、本開示の画像表示装置に関する。実施例１の画像表示装置の画像投影時の概念図を図１Ａ、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂに示し、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで実施例１の画像表示装置を切断したときの概念図を図１Ｂ及び図２Ｂに示し、図１Ａの矢印Ａ－Ａで実施例１の画像表示装置を切断したときの概念図を図２Ａに示し、指向性スクリーンの概念図を図５Ａ及び図５Ｂに示す。

　実施例１の画像表示装置は、Ｍ台（但し、Ｍ≧２であり、実施例１にあっては、Ｍ＝４）の超短焦点プロジェクター１１，１２，１３，１４（以下の説明においては、これらを総称して、『超短焦点プロジェクター１０』と呼ぶ場合がある）、及び、各超短焦点プロジェクター１０からの投影光（投射光、映写光）を反射する反射型の指向性スクリーン２１，２２，２３，２４（以下の説明においては、これらを総称して、『指向性スクリーン２０』と呼ぶ場合がある）を有しており、
　超短焦点プロジェクター１０は、この超短焦点プロジェクター１０が画像（映像を含む）を投影（投射、映写）すべき指向性スクリーン２０の上方（斜め直上）又は下方（斜め直下）に配置されており（具体的には、実施例１にあっては、上方（斜め直上）に配置されており）、
　隣接する指向性スクリーン２０は、隙間無く配置されており、
　隣接する指向性スクリーン２０の成す配置角度は１８０度未満である。

　具体的には、超短焦点プロジェクター１１は指向性スクリーン２１の上方に配置されており、超短焦点プロジェクター１２は指向性スクリーン２２の上方に配置されており、超短焦点プロジェクター１３は指向性スクリーン２３の上方に配置されており、超短焦点プロジェクター１４は指向性スクリーン２４の上方に配置されている。超短焦点プロジェクター１１からの画像は指向性スクリーン２１に投影されるし、超短焦点プロジェクター１２からの画像は指向性スクリーン２２に投影されるし、超短焦点プロジェクター１３からの画像は指向性スクリーン２３に投影されるし、超短焦点プロジェクター１４からの画像は指向性スクリーン２４に投影される。

　また、指向性スクリーン２１と指向性スクリーン２２の成す配置角度は１８０度未満であり（具体的には９０度であり）、指向性スクリーン２２と指向性スクリーン２３の成す配置角度は１８０度未満であり（具体的には９０度であり）、指向性スクリーン２３と指向性スクリーン２４の成す配置角度は１８０度未満であり（具体的には９０度であり）、指向性スクリーン２４と指向性スクリーン２１の成す配置角度は１８０度未満である（具体的には９０度である）。

　更には、指向性スクリーン２１は壁３１に取り付けられており、指向性スクリーン２２は壁３２に取り付けられており、指向性スクリーン２３は壁３３に取り付けられており、指向性スクリーン２４は壁３４に取り付けられている。実施例１の画像表示装置は、矩形の天井３５及び床３６を有する部屋に設置されている。超短焦点プロジェクター１０は、天井３５から吊り下げられている。尚、指向性スクリーン２０を、壁の代わりに、間仕切り（パーティッション）に取り付けてもよい。

　実施例１の画像表示装置において、指向性スクリーン２０は、超短焦点プロジェクター１０が備えている投影レンズの焦点深度（例えば、±４ｍｍ）の範囲内の曲面（あるいは、滑らかな凹凸）を有する。これによって、指向性スクリーン２０に投影される画像に所謂ピント暈けが発生することを確実に防止することができる。

　また、実施例１の画像表示装置にあっては、Ｍ’台（但し、Ｍ’≧３であり、実施例１にあっては、Ｍ’＝４）の超短焦点プロジェクター１０、及び、各超短焦点プロジェクター１０からの画像を映す指向性スクリーン２０を有する。ここで、Ｍ’台の指向性スクリーンの内、少なくとも２台の指向性スクリーンは、相互に平行に対向して配置されている。具体的には、実施例１の画像表示装置にあっては、２台の指向性スクリーン２１，２３は、相互に平行に対向して配置されているし(図１Ｂ参照）、２台の指向性スクリーン２２，２４は、相互に平行に対向して配置されている（図２Ａ参照）。そして、相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン内の一方の指向性スクリーンによって反射された投影光が他方の指向性スクリーンに衝突したとき、他方の指向性スクリーンによって反射された投影光は一方の指向性スクリーンに向かわない(図２Ｂ参照）。

　具体的には、相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン２１，２３内の一方の指向性スクリーン２１によって反射された投影光が、他方の指向性スクリーン２３に衝突したとき、他方の指向性スクリーン２３によって反射された投影光は一方の指向性スクリーン２１、あるいは又、指向性スクリーン２２，２４、天井３５、床３６に向かわないし（図２Ｂ参照）、相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン２１，２３内の一方の指向性スクリーン２３によって反射された投影光が、他方の指向性スクリーン２１に衝突したとき、他方の指向性スクリーン２１によって反射された投影光は一方の指向性スクリーン２３、あるいは又、指向性スクリーン２２，２４、天井３５、床３６に向かわない。同様に、相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン２２，２４内の一方の指向性スクリーン２２によって反射された投影光が、他方の指向性スクリーン２４に衝突したとき、他方の指向性スクリーン２４によって反射された投影光は一方の指向性スクリーン２２、あるいは又、指向性スクリーン２１，２３、天井３５、床３６に向かわないし、相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン２２，２４内の一方の指向性スクリーン２２によって反射された投影光が、他方の指向性スクリーン２４に衝突したとき、他方の指向性スクリーン２４によって反射された投影光は一方の指向性スクリーン２２、あるいは又、指向性スクリーン２１，２３、天井３５、床３６に向かわない。このように、一方の指向性スクリーンによって反射された投影光が、他方の指向性スクリーンに衝突したとき、他方の指向性スクリーンによって反射された投影光は、一方の指向性スクリーンに向かわないので、即ち、観察者５０の方向には向かわないので、画像のコントラストの低下、画像の解像度の劣化等の画質劣化を確実に防止することができる。

　実施例１の画像表示装置において、指向性スクリーン２０は、超短焦点プロジェクター１０からの投影光を、相互に平行とし、且つ、所定の方向（具体的には、指向性スクリーン２０の光反射面の法線方向）に反射する。指向性スクリーン２０の光反射面は、例えば、拡散特性を有する層、及び、所定の幅を有する円弧状の凹凸部が同心円状に配列されて成るフレネル形状４０の組み合わせから成る構造を有する。指向性スクリーン２０の光反射面を構成する円弧状の凹凸部４１の所定の幅として、具体的には、例えば、０．１ｍｍを挙げることができる。フレネル形状４０によって一種の凹面鏡（仮想の凹面鏡）が構成されており、凹面鏡の焦点位置が、フレネル形状４０の光学的中心４２に相当する。凹面鏡の中心から光学的中心４２へと延びる直線を図５Ａ及び図５Ｂでは一点鎖線で示す。また、仮想の凹面鏡とフレネル形状４０の光反射面を図５Ｂに示す。このように、フレネル形状４０の光学的中心４２に超短焦点プロジェクター１０の画像出射部（投影レンズ）を配置すれば、超短焦点プロジェクター１０から出射された光は、指向性スクリーン２０に衝突したとき、所定の方向（具体的には、指向性スクリーン２０の光反射面の法線方向）に反射される。図５Ａにおいて、指向性スクリーン２０を点線で示すが、指向性スクリーン２０の光反射面はフレネル形状４０の光学的中心４２を含まない。指向性スクリーン２０、それ自体の構成、構造は、周知の構成、構造（例えば、特開２００５－１３４４４８号参照）とすればよい。

　超短焦点プロジェクター１０の構成、構造は、周知の構成、構造とすればよい。ここで、使用した超短焦点プロジェクター１０のスローレシオ（Ｄ／Ｗ）は、０．３８以下、好ましくは０．１以上、０．３５以下、より好ましくは０．２以上、０．３以下である。例えば、指向性スクリーン２０の公称サイズ１００インチ（Ｗ＝２．２２ｍ），１２０インチ（（Ｗ＝２．６６ｍ），１４０インチ（（Ｗ＝３．１ｍ）のそれぞれにおいてＤ＝０．６３ｍ，０．７３ｍ，０．７１ｍでの投影が可能であり、これらの場合、スローレシオ＝０．２８，０．２７，０．２３である。また、超短焦点プロジェクター１０は指向性スクリーン２０の上方に配置されているが、具体的には、超短焦点プロジェクター１０から投影される画像の指向性スクリーン２０への入射角の最大値が例えば、７６度、最小値が例えば、２０度となるように超短焦点プロジェクター１０は指向性スクリーン２０の上方に配置されている。後述するように、超短焦点プロジェクター１０を指向性スクリーン２０の下方に配置する場合にも、最大値及び最小値として同様の値とすればよい。但し、このような配置状態に限定するものではない。

　そして、隣接する指向性スクリーン２０に跨がって投影される画像は、隣接する指向性スクリーン２０において連続した状態で投影される。

　一般的な散乱特性、例えばランバーシアンのような散乱分布特性を有するプロジェクター用のスクリーン（以下、便宜上、『通常のスクリーン』と呼ぶ）を用いた場合、投影された全ての光線を、観察者の方向に向けてスクリーン表面で散乱することができず、観察者に到達する光量が少なく、暗い画像となり易く、また、画像の明るさにムラが生じ易い。更には、このような通常のスクリーン１２０では、たとえ超短焦点プロジェクターを用いても、少なからぬ正反射光成分が存在し、このような正反射光は迷光成分となってしまう(図１３Ｂ参照）。そして、通常のスクリーン１２０を１８０度未満の角度で隣接して配置した場合、この正反射光が隣接する通常のスクリーン１２０を照射するため、画像のコントラストが低下したり、画像の解像度の劣化といった画質劣化が生じる。その結果、プロジェクター本来の画質が得られないといった問題が生じる。具体的には、例えば、或る通常のスクリーンには晴天の明るい輝度の高い画像が投影されており、同時に、隣接する通常のスクリーンには日陰の暗い輝度の低い画像が投影されている場合等を挙げることができる。そして、このような場合、明るい画像が投影されている或る通常のスクリーンからの正反射光が隣接する通常のスクリーンに入射するため、隣接する通常のスクリーンにおける画像の解像度やコントラストが低下してしまい、本来ならば暗い画像が明るく、劣化してしまうため、臨場感や没入感が損なわれる。また、対向して配置された１組の通常のスクリーンでも同様なことが起こり得る。即ち、一方の通常のスクリーンの反射光が他方の通常のスクリーンに入射して、画像のコントラストの低下が発生する。

　一方、図１Ｂ及び図２Ａに模式的に示すように、実施例１の画像表示装置にあっては、超短焦点プロジェクター１０を用いることで、超短焦点プロジェクター１０から投影された指向性スクリーン２０上の画像に観察者５０の影が映り込むことがないので、観察者５０は特定の位置で画像を観察する必要がなく、画像観察位置の自由度が高いし、画像表示装置の設置スペースが少なくてよい。しかも、指向性スクリーン２０に画像が投影されるので、投影された画像を観察者５０は確実に観察できるだけでなく、指向性スクリーン２０スクリーンの光反射面における散乱光成分が減少する結果、観察者５０へ届く画像の光量が減少することを抑制することができる。また、指向性スクリーン２０における正反射光成分の生成（図１３Ｂ参照）や、迷光の生成を抑制することができ、他の指向性スクリーンにこれらの光が入射することを防止することができるし、隣接する指向性スクリーンからの映り込みを抑えることができるし、対向する指向性スクリーンの反射光が観察者の方向へ反射することが無い。それ故、画像の明るさが不均一になったり、ムラが発生することを抑制することができ、画像のコントラストの低下、画像の解像度の劣化等の画質劣化を確実に防止することができるし、臨場感や没入感が損なわれることもない。その結果、「４Ｋ」や「８Ｋ」と呼ばれる高解像度、ＨＤＲと呼ばれる高ダイナミックレンジ（輝度の階調表現）の画像を、高い臨場感や没入感で投影することができる。即ち、超短焦点プロジェクター１０と指向性スクリーン２０とを組み合わせて、観察者５０の周囲を囲むような配置とすることで、高解像・高ダイナミックレンジな画像によって、高い臨場感と没入感とが得られ、更には、少ないスペースでの配置が可能となるシステム構成を実現することができる。

　以上のとおり、実施例１の画像表示装置（画像表示システム）は複数の超短焦点プロジェクター及び指向性スクリーンを有しており、超短焦点プロジェクターは、この超短焦点プロジェクターが画像を投影すべき指向性スクリーンの上方（斜め直上）に配置されているので、また、場合によっては下方に配置されているので、超短焦点プロジェクターから投影された指向性スクリーン上の画像に観察者の影が映り込むことがなく、しかも、観察者の画像観察位置に制約が少ない。更には、指向性スクリーンに画像が投影されるので、投影された画像を観察者は確実に観察できるだけでなく、画像のコントラストの低下、画像の解像度の劣化等の画質劣化を確実に防止することができる。それ故、より大勢の観察者が画像観察位置に制約を受けること無く、画像を同時に観察することが可能となる。

　実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の画像表示装置にあっては、概念図を図６に示すように、指向性スクリーン２０の光反射面に接触した物体（人を含む）、又は、指向性スクリーン２０の光反射面に近接した物体（人を含む）の指向性スクリーン２０に対する位置を検出する位置検出装置を更に備えている。即ち、実施例２の画像表示装置は、ＵＩ機能を有している。位置検出装置は、周知の構成、構造を有する位置検出装置とすることができる。

　具体的には、指向性スクリーン２０の上方に第１仮想平面２０Ａ（図６において、点線で示す）に接近して赤外線出射装置６１を配置する。一方、第１仮想平面２０Ａに接近して赤外線受光装置６３を配置する。具体的には、赤外線出射装置６１は天井３５に配置すればよいし、赤外線受光装置６３は適切な場所（例えば、超短焦点プロジェクター１０の適切な位置に位置する表面）に配置すればよい。赤外線出射装置６１として半導体レーザ素子を挙げることができるし、赤外線受光装置６３として赤外線カメラを挙げることができる。

　指向性スクリーン２０の光反射面から例えば数ｍｍ乃至数十ｍｍ、離れた領域に、赤外バリア６２（図６において、二点鎖線で示す）を形成する。即ち、赤外線出射装置６１から出射された赤外線が、指向性スクリーン２０の光反射面から例えば数ｍｍ乃至数十ｍｍ、離れた領域を通過し、物体７０によって反射された赤外線が赤外線受光装置６３によって受光されるように、赤外線出射装置６１及び赤外線受光装置６３を配置する。赤外線出射装置６１から出射された赤外線によって、一種の赤外バリア６２が構成される。遮蔽物や、指、指示棒等の物体７０が存在しなければ、赤外バリア６２は物体７０で遮られることなく、直進するため、赤外線受光装置６３に到達しない（図６の右側の状態を参照）。一方、物体７０を、赤外光バリアが形成された指向性スクリーン２０の光反射面から例えば数ｍｍ乃至数十ｍｍまで近づけるか、物体７０を光反射面に接触させると、赤外線出射装置６１から出射された赤外線は拡散（散乱）され、赤外線受光装置６３に入射する（図６の左側の状態を参照）。そして、赤外線受光装置６３に入射した赤外線に基づき画像解析を行うことで、指向性スクリーン２０に対する物体７０の位置を特定することができる。即ち、観察者５０は、例えば、指向性スクリーン２０に表示された画像に基づき、直接の指示を行うことが可能となる。

　実施例３は、実施例１～実施例２の変形である。隣接する指向性スクリーン２０に跨がって投影される画像は、隣接する指向性スクリーン２０において連続した状態で投影されるが、隣接する指向性スクリーン２０に跨がって投影される画像は、水平方向に伸長した状態で投影される。あるいは又、指向性スクリーン２０に投影される画像は、指向性スクリーン２０の水平方向端部に近いほど、水平方向の伸長の度合いが大きい状態で投影される。

　図７に概念図を示すように、半径「Ｒ」の仮想円筒スクリーン２５（図７において、一点鎖線で示し、その中心をＺ軸とする）に投影されるように、超短焦点プロジェクター１０から投影される画像が設定されているとする。このような場合、指向性スクリーン２０の水平方向端部に近いほど、水平方向の伸長の度合いを大きい状態で投影しないと、指向性スクリーン２０に投影される画像が不自然になってしまう。

　ここで、図７に示すＸ軸と成す角度θの微小領域の画像が仮想円筒スクリーン２５に投影されたときの画像の水平方向の長さをΔＬとする。すると、長さΔＬの画像の中心と仮想円筒スクリーン２５の中心を通る微小領域の中心（図７では破線で示す）との交点を通り、指向性スクリーン２０と平行な第３仮想平面２０Ｃに、長さΔＬの画像を投影したときの画像の長さΔＬ’は、以下のとおりとなる。
ΔＬ’＝ΔＬ／ｃｏｓ（θ）　　　（Ａ）

　長さΔＬ’を有する画像を指向性スクリーン２０に投影したときの画像の長さをΔＬ”としたとき、
ΔＬ”＝ΔＬ’／ｃｏｓ（θ）　　（Ｂ）
の関係にある。従って、
ΔＬ”＝ΔＬ／ｃｏｓ²（θ）　　（Ｃ）
となる。

　以上のとおり、超短焦点プロジェクター１０からの画像を仮想円筒スクリーン２５に投影することを想定したとき、実際の指向性スクリーン２０へ投影される画像は、水平方向に式（Ｃ）に基づき、水平方向の伸長の度合いを大きい状態で投影すればよい。即ち、第２仮想平面２０Ｂと直交する水平面を想定し、第２仮想平面２０Ｂと水平面の交線をＸ軸とし、Ｘ軸と指向性スクリーンの水平方向の端部との成す角度をθとしたとき、式（Ｃ）に基づき、超短焦点プロジェクター１０からの画像に対する画像処理を行えばよい。そして、これによって、歪みの少なく投影画像を得ることができる。尚、第２仮想平面２０Ｂは、図７のＸＺ平面で表されるし、第１仮想平面２０Ａ及び第３仮想平面２０Ｃは、図７のＸＹ平面と平行な平面で表される。

　即ち、円筒形スクリーン用に編集された全周囲画像、又は、広角カメラによる画像等（映像を含む）を、実施例３の画像表示装置における指向性スクリーンに投影する場合、指向性スクリーンに投影される画像の水平座標に対して、適切な歪（補正）を与える信号変換あるいは画像処理を施すことで、複数の指向性スクリーンの繋ぎ目付近に投影される画像が、違和感なく、繋がったように表示される。実施例３の画像表示装置にあっては、円筒形スクリーンを設置することなく、簡素な構造を有する平面状の複数の指向性スクリーンを用いればよいので、全周囲画像又は広角カメラによる画像等を、簡素な構成、構造を有する実施例３の画像表示装置によって観察することができる。

　以上、本開示の画像表示装置を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示の画像表示装置は、これらの実施例に限定されるものではない。実施例においては、超短焦点プロジェクターは、この超短焦点プロジェクターが画像を投影すべき指向性スクリーンの上方に配置されているとしたが、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、超短焦点プロジェクターは、この超短焦点プロジェクターが画像を投影すべき指向性スクリーンの下方（斜め直下）に配置されている構成とすることもできる。

　Ｍ’の値は、「４」に限定されず、Ｍ’＝６の場合、例えば、正六角形の各辺（例えば、壁や間仕切り）に沿って指向性スクリーン２０が配置されているし、Ｍ’＝８の場合、例えば、正八角形の各辺（例えば、壁や間仕切り）に沿って指向性スクリーン２０が配置されている。概念図を図９Ａ、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、指向性スクリーン２０を屏風状に配置してもよく、これらの場合にも、隣接する指向性スクリーンの成す配置角度は１８０度未満である。場合によっては、３台の指向性スクリーンが観察者を囲むようにから画像表示装置を構成してもよい。即ち、Ｍ’＝３であり、平面形状が三角形の部屋へ画像表示装置を設置してもよい。

　例えば、指向性スクリーン２１に画像を投影しているとき、他の指向性スクリーンへの画像の投影を停止し、あるいは又、他の指向性スクリーンへ暗い画像を投影し、次いで、指向性スクリーン２２への画像の投影に切り替え、他の指向性スクリーンへの画像の投影を停止し、あるいは又、他の指向性スクリーンへ暗い画像を投影するといった操作を、順次、行ってもよく、これによって、観察者は、指向性スクリーン２１、指向性スクリーン２２、指向性スクリーン２３、指向性スクリーン２４に順次投影される画像を時系列的に観察することができる。あるいは又、周知の視線検出技術に基づき観察者の視線を検出し、検出結果に基づき、観察者の視線の向かう指向性スクリーンに画像を投影し、他の指向性スクリーンへの画像の投影を停止し、あるいは又、他の指向性スクリーンへ暗い画像を投影してもよい。

　また、実施例において、指向性スクリーンの光反射面は、所定の幅を有する円弧状の凹凸部が同心円状に配列されて成るフレネル形状を有する形態としたが、所定の幅を有する楕円弧状の凹凸部が同心状に配列されて成るフレネル形状を有する形態とすることもできる。そして、この場合、超短焦点プロジェクターを楕円弧状の凹凸部の一方の焦点に配置し、観察者が楕円弧状の凹凸部の他方の焦点に位置すればよい。超短焦点プロジェクターから投影され、指向性スクリーンによって反射された投影光は、観察者に向かって収束する。そして、このような指向性スクリーンによって反射された投影光が、他方の指向性スクリーンへ入射したとき、他の他方の指向性スクリーンによって観察者以外の方向へ反射される。画像の観察位置は、例えば、指向性スクリーンの大凡正面位置とすればよい。即ち、指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターからの投影光を、収束光として所定の方向に反射する形態とすることができ、この場合、所定の方向は、観察者が指向性スクリーンを観察する位置に向かう方向である形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、指向性スクリーンの光反射面は、所定の幅を有する楕円弧状の凹凸部が同心状に配列されて成るフレネル形状を有する構成とすることができ、この場合、指向性スクリーンの光反射面は、フレネル形状の光学的中心を含まない構成とすることができ、更には、これらの構成にあっては、超短焦点プロジェクターの画像出射部は、フレネル形状の光学的中心に位置する構成とすることができる。ここで、楕円弧状の凹凸部の一方の焦点が、フレネル形状の光学的中心に該当する。

　また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、スローレシオが１．１以上である一般的な従来のプロジェクター１００Ｔを天井３５に配置し、画像を床３６に投影するといった構成と、本開示の画像表示装置とを組み合わせることができる。ここで、図１０Ｂ及び後述する図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ｂは、図１Ａの矢印Ｂ－Ｂで画像表示装置を切断したときと同様の画像表示装置の概念図である。あるいは又、図１１Ａに示すように、スローレシオが１．１以上である一般的な従来のプロジェクター１００Ｂを床３６に配置し、画像を天井３５に投影するといった構成と、本開示の画像表示装置とを組み合わせることができるし、図１１Ｂに示すように、スローレシオが１．１以上である一般的な従来のプロジェクター１００Ｔ，１００Ｂを天井３５及び床３６に配置し、画像を床３６及び天井３５に投影するといった構成と、本開示の画像表示装置とを組み合わせることができる。そして、これらの構成によって、周囲及び足元や天井３５にも画像が投影されることで、地面や空などの表現が可能となり、より没入感が得られるようになる。尚、一般的な従来のプロジェクター１００Ｔ，１００Ｂによって投影される光線を一点鎖線で示す。

　また、図１２Ａ及び図１２Ｂに概念図を示すように、床３６又は天井３５に画像を投影するために、側面の壁３１，３２，３３，３４（あるいはスクリーン）の裏側に、超短焦点プロジェクター１０Ｕ，１０Ｄを配置して、最小限の投影用開口部を介して、天井３５及び／又は床３６に画像を投影するといった構成を、本開示の画像表示装置とを組み合わせることもできる。尚、図１２Ａ及び図１２Ｂは、床３６又は側面の壁等の裏側に超短焦点プロジェクターを配置して天井３５及び／又は床３６に画像を投影するといった構成と、本開示の画像表示装置との組合せを示す画像表示装置の概念図である。そして、これにより、周囲及び、足元や天井３５にも画像が投影されることで、地面や空などの表現が可能となり、更には、視聴者の影の影響を最小限に抑えることが可能となり、更なる没入感が得られるようになる。尚、プロジェクター１０Ｕ，１０Ｄによって投影される光線を一点鎖線で示す。場合によっては、プロジェクター１０Ｕ，１０Ｄの一方を配設するだけでもよい。

　尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《画像表示装置》
　Ｍ台（但し、Ｍ≧２）の超短焦点プロジェクター、及び、各超短焦点プロジェクターからの投影光を反射する反射型の指向性スクリーンを有しており、
　超短焦点プロジェクターは、該超短焦点プロジェクターが画像を投影すべき指向性スクリーンの上方又は下方に配置されており、
　隣接する指向性スクリーンは、隙間無く配置されており、
　隣接する指向性スクリーンの成す配置角度は１８０度未満である画像表示装置。
［Ａ０２］指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターが備えている投影レンズの焦点深度の範囲内の曲面を有する［Ａ０１］に記載の画像表示装置。
［Ａ０３］指向性スクリーンの光反射面に接触した物体、又は、指向性スクリーンの光反射面に近接した物体の指向性スクリーンに対する位置を検出する位置検出装置を更に備えている［Ａ０１］又は［Ａ０２］に記載の画像表示装置。
［Ａ０４］指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターからの投影光を、相互に平行とし、且つ、所定の方向に反射する［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ０５］所定の方向は、指向性スクリーンの光反射面の法線方向である［Ａ０４］に記載の画像表示装置。
［Ａ０６］指向性スクリーンの光反射面は、所定の幅を有する円弧状の凹凸部が同心円状に配列されて成るフレネル形状を有する［Ａ０４］又は［Ａ０５］に記載の画像表示装置。
［Ａ０７］指向性スクリーンの光反射面は、フレネル形状の光学的中心を含まない［Ａ０６］に記載の画像表示装置。
［Ａ０８］超短焦点プロジェクターの画像出射部は、フレネル形状の光学的中心に位置する［Ａ０６］又は［Ａ０７］に記載の画像表示装置。
［Ａ０９］指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターからの投影光を、収束光として所定の方向に反射する［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１０］所定の方向は、観察者が指向性スクリーンを観察する位置に向かう方向である［Ａ０９］に記載の画像表示装置。
［Ａ１１］指向性スクリーンの光反射面は、所定の幅を有する楕円弧状の凹凸部が同心状に配列されて成るフレネル形状を有する［Ａ０９］又は［Ａ１０］に記載の画像表示装置。
［Ａ１２］指向性スクリーンの光反射面は、フレネル形状の光学的中心を含まない［Ａ１１］に記載の画像表示装置。
［Ａ１３］超短焦点プロジェクターの画像出射部は、フレネル形状の光学的中心に位置する［Ｂ３］又は［Ａ１２］に記載の画像表示装置。
［Ａ１４］Ｍ’台（但し、Ｍ’≧３）の超短焦点プロジェクター、及び、各超短焦点プロジェクターからの画像を映す指向性スクリーンを有しており、
　Ｍ’台の指向性スクリーンの内、少なくとも２台の指向性スクリーンは、相互に平行に対向して配置されている［Ａ０４］乃至［Ａ１３］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１５］相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン内の一方の指向性スクリーンによって反射された投影光が、他方の指向性スクリーンに衝突したとき、他方の指向性スクリーンによって反射された投影光は一方の指向性スクリーンに向かわない［Ａ１４］に記載の画像表示装置。
［Ａ１６］隣接する指向性スクリーンに跨がって投影される画像は、隣接する指向性スクリーンにおいて連続した状態で投影される［Ａ０１］乃至［Ａ１５］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１７］隣接する指向性スクリーンに跨がって投影される画像は、水平方向に伸長した状態で投影される［Ａ１６］に記載の画像表示装置。
［Ａ１８］指向性スクリーンに投影される画像は、指向性スクリーンの水平方向端部に近いほど、水平方向の伸長の度合いが大きい状態で投影される［Ａ０１］乃至［Ａ１６］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ１９］壁の上部に取り付けられ、映像を天井に投影する超短焦点プロジェクターを更に備えられている［Ａ０１］乃至［Ａ１８］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ２０］壁の下部に取り付けられ、映像を床に投影する超短焦点プロジェクターを更に備えている［Ａ０１］乃至［Ａ１９］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ２１］天井に配置され、映像を床に投影するスローレシオが１．１以上であるプロジェクターを更に備えている［Ａ０１］乃至［Ａ２０］のいずれか１項に記載の画像表示装置。
［Ａ２２］床に配置され、映像を天井に投影するスローレシオが１．１以上であるプロジェクターを更に備えている［Ａ０１］乃至［Ａ２１］のいずれか１項に記載の画像表示装置。

１０，１１，１２，１３，１４，１０Ｕ，１０Ｄ・・・超短焦点プロジェクター、２０，２１，２２，２３，２４・・・指向性スクリーン、２０Ａ・・・第１仮想平面、２０Ｂ・・・第２仮想平面、２０Ｃ・・・第３仮想平面、２５・・・仮想円筒スクリーン、３１，３２，３３，３４・・・壁、３５・・・天井、３６・・・床、４０・・・フレネル形状、４１・・・凹凸部、４２・・・光学的中心、５０・・・観察者、５０’・・・観察者の影、６１・・・赤外線出射装置、６２・・・赤外バリア、６３・・・赤外線受光装置、７０・・・物体、１００Ｔ，１００Ｂ・・・スローレシオが１．１以上である一般的な従来のプロジェクター

Claims

　Ｍ台（但し、Ｍ≧２）の超短焦点プロジェクター、及び、各超短焦点プロジェクターからの投影光を反射する反射型の指向性スクリーンを有しており、
　超短焦点プロジェクターは、該超短焦点プロジェクターが画像を投影すべき指向性スクリーンの上方又は下方に配置されており、
　隣接する指向性スクリーンは、隙間無く配置されており、
　隣接する指向性スクリーンの成す配置角度は１８０度未満である画像表示装置。
　指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターが備えている投影レンズの焦点深度の範囲内の曲面を有する請求項１に記載の画像表示装置。
　指向性スクリーンの光反射面に接触した物体、又は、指向性スクリーンの光反射面に近接した物体の指向性スクリーンに対する位置を検出する位置検出装置を更に備えている請求項１に記載の画像表示装置。
　指向性スクリーンは、超短焦点プロジェクターからの投影光を、相互に平行とし、且つ、所定の方向に反射する請求項１に記載の画像表示装置。
　所定の方向は、指向性スクリーンの光反射面の法線方向である請求項４に記載の画像表示装置。
　指向性スクリーンの光反射面は、所定の幅を有する円弧状の凹凸部が同心円状に配列されて成るフレネル形状を有する請求項４に記載の画像表示装置。
　指向性スクリーンの光反射面は、フレネル形状の光学的中心を含まない請求項６に記載の画像表示装置。
　超短焦点プロジェクターの画像出射部は、フレネル形状の光学的中心に位置する請求項６に記載の画像表示装置。
　Ｍ’台（但し、Ｍ’≧３）の超短焦点プロジェクター、及び、各超短焦点プロジェクターからの画像を映す指向性スクリーンを有しており、
　Ｍ’台の指向性スクリーンの内、少なくとも２台の指向性スクリーンは、相互に平行に対向して配置されている請求項４に記載の画像表示装置。
　相互に平行に対向して配置された指向性スクリーン内の一方の指向性スクリーンによって反射された投影光が、他方の指向性スクリーンに衝突したとき、他方の指向性スクリーンによって反射された投影光は一方の指向性スクリーンに向かわない請求項９に記載の画像表示装置。
　隣接する指向性スクリーンに跨がって投影される画像は、隣接する指向性スクリーンにおいて連続した状態で投影される請求項１に記載の画像表示装置。
　隣接する指向性スクリーンに跨がって投影される画像は、水平方向に伸長した状態で投影される請求項１１に記載の画像表示装置。
　指向性スクリーンに投影される画像は、指向性スクリーンの水平方向端部に近いほど、水平方向の伸長の度合いが大きい状態で投影される請求項１に記載の画像表示装置。