撮像投影システム
【課題】簡単な構成で収差が少なく、カメラ自体の写り込みが目立たずに、臨場感ある映像を観察することが可能な撮像投影システムを提供する。
【解決手段】撮像投影システムは、撮像部と、第１の反射曲面と、を含む撮像装置と、投影部２１と、第２の反射曲面２２と、曲面スクリーン２３と、を含む投影装置２と、を有し、撮像部に対する第１の反射曲面の偏心位置と投影部２１に対する第２の反射曲面２２の偏心位置は、相似であり、投影部２１からスクリーン２３へ向かう光束の中心主光線を含む面をＹＺ断面、ＹＺ断面に対して直交すると共に中心主光線がスクリーン２３と交差する投影中心と投影中心でのスクリーン２３の垂線を含む面をＸＺ断面とし、スクリーン２３は、ＸＺ断面内で第２の反射曲面２２側に凹面を向け、第２の反射曲面２２は、ＸＺ断面と平行な面内でスクリーン２３側に凸面を向けている。
【解決手段】撮像投影システムは、撮像部と、第１の反射曲面と、を含む撮像装置と、投影部２１と、第２の反射曲面２２と、曲面スクリーン２３と、を含む投影装置２と、を有し、撮像部に対する第１の反射曲面の偏心位置と投影部２１に対する第２の反射曲面２２の偏心位置は、相似であり、投影部２１からスクリーン２３へ向かう光束の中心主光線を含む面をＹＺ断面、ＹＺ断面に対して直交すると共に中心主光線がスクリーン２３と交差する投影中心と投影中心でのスクリーン２３の垂線を含む面をＸＺ断面とし、スクリーン２３は、ＸＺ断面内で第２の反射曲面２２側に凹面を向け、第２の反射曲面２２は、ＸＺ断面と平行な面内でスクリーン２３側に凸面を向けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広画角な映像を撮影して、その映像を広画角に投影することが可能な撮像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、広画角撮影装置には魚眼レンズを使った方式のものが一般的であり、特殊なものとして特許文献１のようなものもある。
【０００３】
また、特許文献２のように横方向のみ画角を広げて圧縮して撮影するものがある
【０００４】
また、特許文献３には、カメラ自体が写り込む問題を光軸を偏芯させて視野の周辺にしたり、視野外にすることが開示されている
【０００５】
また、特許文献４には、魚眼レンズで撮影して、魚眼レンズで投影することにより、像歪を取り除く尚且つ平面映像でも無理なく観察できる方法を開示している。
【０００６】
また、特許文献５には、観察者の前にプロジェクタを配置した場合は観察の邪魔になるため、これを回避する方法として観察者の斜め上からプロジェクタで投影し、歪をソフトウェアで補正する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３４０１９号公報
【特許文献２】特許第３９３４３４５号公報
【特許文献３】特開２００２−３４３２０２号公報
【特許文献４】特開平６−１２５５２２号公報
【特許文献５】特開２００７−３１２４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたような魚眼レンズは、光線を大きく屈曲させるため、色収差等の発生が多く、これを補正するためにレンズ枚数が増え、光学系のコストがかかる問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載された技術には、撮像素子自体が写ってしまう問題があり、大型のハーフミラーで光路を分ける。カメラが写らないように死角を設ける必要があった。
【００１０】
また、特許文献３に記載された技術では、撮影された映像が横方向に縮小された映像のままだった。
【００１１】
また、特許文献４に記載された技術では、曲面投影時に魚眼レンズとプロジェクタを観察者の前に配置しなければ観察者の影がスクリーンに投影されてしまう。
【００１２】
また、特許文献５に記載された技術では、高性能なＰＣが必要になる問題がある。
【００１３】
すなわち、球面スクリーンに投影する装置は、像歪が発生しないようにスクリーンの中心から凸面鏡又は魚眼レンズで投影する方法があるが、観察位置が制限される問題や平面像で観察することに無理があった。一方、球面スクリーンに斜めに投影する方法はあらかじめ像歪を高度な処理で取り除く必要があった。
【００１４】
本発明は、簡単な構成で収差が少なく、カメラ自体の写り込みが目立たずに、臨場感ある映像を観察することが可能な撮像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】
【００１５】
撮像投影システムは、映像を撮影する撮像部と、前記撮像部の前方に配置された第１の反射曲面と、を含む撮像装置と、前記撮像装置が撮影した映像を投影する投影部と、前記投影部の前方に配置された第２の反射曲面と、前記第２の反射部で反射した映像を写す曲面スクリーンと、を含む投影装置と、を有し、前記撮像部に対する前記第１の反射曲面の偏心位置と前記投影部に対する前記第２の反射曲面の偏心位置は、相似であり、前記投影部から前記スクリーンへ向かう光束の中心主光線を含む面をＹＺ断面、前記ＹＺ断面に対して直交すると共に前記中心主光線が前記スクリーンと交差する投影中心と前記投影中心での前記スクリーンの垂線を含む面をＸＺ断面とし、前記スクリーンは、前記ＸＺ断面内で前記第２の反射曲面側に凹面を向け、前記第２の反射曲面は、前記ＸＺ断面と平行な面内で前記スクリーン側に凸面を向けていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記第１の反射曲面と前記第２の反射曲面は、相似形であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記撮像部は撮像範囲内に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内に配置されることを特徴とする。
【００１８】
また、前記撮像部は撮像範囲内の上方に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内の上方に配置されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記スクリーンは、前記投影部から投影される映像が通過するための穴を有することを特徴とする。
【００２０】
また、前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。
１０° ＜ α１ ＜ ４５° （１）
１０° ＜ α２ ＜ ４５° （２）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【００２１】
また、前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．８ ＜ α１／α２ ＜ １．２ （３）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【００２２】
また、前記第１の反射曲面、前記第２の反射曲面、及び前記スクリーンは、球面からなることを特徴とする。
【００２３】
また、前記撮像部の画角及び前記投影部の画角は、等しいことを特徴とする。
【００２４】
また、前記投影装置は、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする。
１ ＜ Ａ ＜ １０ （４）
ただし、Ａは、前記スクリーンの曲率半径（ｃｍ）×投影部の横方向の半画角（ｄｅｇ）／前記第２の反射曲面の曲率半径（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【００２５】
簡単な構成で収差が少なく、カメラ自体の写り込みが目立たずに、臨場感ある映像を観察することが可能な撮像投影システムを提供することが可能となる。
【００２６】
本発明によれば、平面像で観察したときにも自然に観察でき、カメラ自体の写り込みが目立たない、像歪の高度な補正無しに、臨場感ある映像を観察することが可能な半球状のスクリーンに投影する撮像投影システムを提供するもことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる実施形態の撮像装置を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる実施形態の投影装置を示す斜視図である。
【図３】実施例１の撮像装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図４】実施例１の撮像装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図５】実施例１の投影装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図６】実施例１の投影装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図７】実施例１の投影装置の寸法を示す図である。
【図８】実施例２の撮像装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図９】実施例２の撮像装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図１０】実施例２の投影装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図１１】実施例２の投影装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図１２】実施例２の投影装置の寸法を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る投影装置２について、ＹＺ断面における断面、及び観察者による観察の様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施例に基づいて本発明の撮像投影システムについて説明する。
【００２９】
図１は本発明にかかる実施形態の撮像装置を示す斜視図、図２は本発明にかかる実施形態の投影装置を示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態の撮像投影システムは、図１及び図２に示すように、撮像装置１と、投影装置２とからなる。
【００３１】
撮像装置１は、図１に示すように、撮像部としてのカメラ１１と、カメラ１１の前方に配置された第１の反射曲面としての第１の曲面鏡１２と、を有する。
【００３２】
第１の曲面鏡１２は、カメラ１１に対して凸面を向けている。そして、第１の曲面鏡１２に反射させた映像をカメラ１１で撮影することにより、広い画角の映像を、簡単に収差を少なくして撮影することが可能となる。なぜならば、原理的に透過レンズで光線を屈折させるよりも反射面で光線を反射させた方が収差の発生が少ないためである。
【００３３】
また、第１の曲面鏡１２は、カメラ１１の光軸に対して傾斜させて配置することが好ましい。このように配置することにより、カメラ自体の映像への映り込みを目立たなくすることが可能となる。
【００３４】
さらに、カメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度が、以下の条件式（１）を満足するように、設定すると好ましい。
１０° ＜ α１ ＜ ４５° （１）
ただし、α１はカメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度である。
【００３５】
条件式（１）の下限を下回ると、観察画像の中心付近にカメラが写り込んでしまう。条件式（２）の上限を上回ると、偏心による偏心収差の発生が大きくなり、特に台形の像歪みが大きくなりすぎてしまう。
【００３６】
また、第１の曲面鏡１２に対してカメラ１１を撮影視野の上方となるように偏心させて配置することが好ましい。なぜならば、人間の視野は、所定の視標を見た場合、下方よりも上方の視野角度が小さいので、カメラ１１が上方に移り込んだ方が気にならないからである。
【００３７】
さらに、第１の曲面鏡１２は、球面の凸面鏡であることが好ましい。球面の凸面鏡は、ブロー成型で製作が容易であり、安価に製作することが可能となる。
【００３８】
投影装置２は、図２に示すように、投影部としてのプロジェクタ２１と、プロジェクタ２１の前方に配置された第２の反射曲面としての第２の曲面鏡２２と、第２の曲面鏡２２で反射した映像を写す曲面スクリーンとしてのスクリーン２３と、を有する。
【００３９】
プロジェクタ２１からスクリーン２３へ向かう光束の中心主光線ＲＣを含む面をＹＺ断面、ＹＺ断面に対して直交すると共に中心主光線ＲＣがスクリーン２３と交差する投影中心Ｏｓと投影中心Ｏｓでのスクリーン２３の垂線を含む面をＸＺ断面とし、スクリーン２３は、ＸＺ断面内で第２の反射曲面２２側に凹面を向け、第２の反射曲面２２は、ＸＺ断面と平行な面内でスクリーン２３側に凸面を向けている。
【００４０】
第２の曲面鏡２２は、第１の曲面鏡１２と相似形である。また、カメラ１１に対する第１の曲面鏡１２の配置と、プロジェクタ２１に対する第２の曲面鏡２２の配置とは、相似に偏心して配置される。第１の曲面鏡１２と第２の曲面鏡２２の形状と配置が相似であると、像歪みが同じように発生するので、結果として像歪みを打ち消しあい、歪みの少ない観察像を観察することが可能となる。
【００４１】
また、カメラ１１とプロジェクタ２１の画角が等しいと、さらに像歪みの発生が同程度となり、さらに歪みの少ない観察像を観察することが可能となる。
【００４２】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向けている。そして、プロジェクタ２１が第２の曲面鏡２２に反射させた映像を投影することにより、広い画角の映像を簡単に収差が少なく投影することが可能となる。なぜならば、原理的に透過レンズで光線を屈折させるよりも反射面で光線を反射させた方が収差の発生が少ないためである。
【００４３】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１の光軸に対して傾斜させて配置することが好ましい。このように配置することにより、カメラ自体の映像への映り込みを目立たなくすることが可能となる。
【００４４】
さらに、プロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度が、以下の条件式（１）を満足するように、設定すると好ましい。
１０° ＜ α２ ＜ ４５° （２）
ただし、α２はプロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度である。
【００４５】
また、カメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度とプロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度が、以下の条件式（３）を満足するように、設定すると好ましい。
０．８ ＜ α１／α２ ＜ １．２ （３）
ただし、
α１はカメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度、
α２はプロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度、
である。
【００４６】
条件式（１）の下限を下回ると、観察画像の中心付近にカメラが写り込んでしまう。条件式（２）の上限を上回ると、偏心による偏心収差の発生が大きくなり、特に台形の像歪みが大きくなりすぎてしまう。
【００４７】
また、第２の曲面鏡２２に対してプロジェクタ２１を撮影視野の上方となるように偏心させて配置することが好ましい。なぜならば、人間の視野は、所定の視標を見た場合、下方よりも上方の視野角度が小さいので、プロジェクタ２１が上方に移り込んだ方が気にならないからである。
【００４８】
さらに、第２の曲面鏡２２は、球面の凸面鏡であることが好ましい。球面の凸面鏡は、ブロー成型で製作が容易であり、安価に製作することが可能となる。
【００４９】
また、スクリーン２３は、曲面スクリーンとすることにより、観察画角を大きくすることが可能となる。例えば、１２０°〜１８０°とすることが可能となる。
【００５０】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向け、スクリーン２３は、第２の曲面鏡２２に対して凹面を向けることが好ましい。このように配置することにより、斜めから投影することで発生する弓なりの像歪みの発生が打ち消しあって発生しなくなる。
【００５１】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向けたシリンドリカル面とし、スクリーン２３は、第２の曲面鏡２２に対して凹面を向けたシリンドリカル面とすることが好ましい。この場合、上下方向には拡大されないが、人間の視野は上下方向と比較して水平方向に広いので、臨場感のある映像を観察することが可能となる。
【００５２】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向けた球面とし、スクリーン２３は、第２の曲面鏡２２に対して凹面を向けた球面とすることが、さらに好ましい。第２の曲面鏡２２とスクリーン２３の両方を球面とすることにより、投影される映像が縦横共に等倍の映像となり、通常の平面ディスプレイで違和感なく観察することができる。
【００５３】
また、カメラ１１は撮像範囲内に配置されて、プロジェクタ２１は観察画像範囲内に配置されると好ましい。このように構成することで、カメラ１１と第１の曲面鏡１２の偏心角度及びプロジェクタ２１と第２の曲面鏡２２の偏心角度を小さくすることができ、偏心収差の発生を小さくすることが可能となる。一方、カメラ１１の映像への映り込みは、映像のカメラ１１の位置にプロジェクタ２１を配置する相似形の構成とすることで、目立たなくすることが可能となる。
【００５４】
さらに、スクリーン２３は、穴２３ａを有し、プロジェクタ２１は、映像をスクリーン２３の第２の曲面鏡２２と反対側から穴２３ａを通して投影することが好ましい。このように構成することで、簡単な構成で、さらにカメラ１１の映像への映り込みを目立たなくすることが可能となる。なお、プロジェクタ２１をスクリーン２３に対して第２の曲面鏡２２側に配置してもよい。また、プロジェクタ２１をスクリーン２３の穴２３ａに挿入された状態で配置してもよい。
【００５５】
また、投影装置２は、第２の曲面鏡２２及びスクリーン２３が球面の場合、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
１ ＜ Ａ ＜ １０ （４）
ただし、
Ａは、スクリーン２３の曲率半径（ｃｍ）×プロジェクタ２１の横方向の半画角（ｄｅｇ）／第２の曲面鏡２２の曲率半径（ｍｍ）
である。
【００５６】
条件式（４）の下限を下回ると、第２の曲面鏡２２で大きな画角に広げることが不可能となる。また、条件式（４）の上限を上回ると、第２の曲面鏡２２の大きさが大きくなりすぎ、観察者の頭と干渉する。
【００５７】
さらに、撮像装置１の撮像した映像データは、一時的に記録するメモリー及び磁気テープ等の図示しない記憶部材に記憶しておき、記憶部材に記憶した映像を投影装置２に入力することにより、任意の時に映像を再生することが可能となる。
【００５８】
また、撮像装置１の撮像した映像データを、無線又は有線の通信手段を用いて遠隔地に伝送し、伝送された映像を投影装置２に入力することにより、任意の時に任意の場所で映像を再生することが可能となる。
【００５９】
次に、実施例１について説明する。なお、撮像装置１及び投影装置２共に、中心主光線を含む面とＹＺ平面とし、右手系の直交座標系とする。
【００６０】
図３は、実施例１の撮像装置１についてＹＺ平面における断面を示した図、図４は、実施例１の撮像装置１についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００６１】
実施例１の撮像装置１は、撮像した映像を結像する撮像部１１と、撮像部１１に対して偏心し、映像を反射して撮像部１１に入射させる第１の曲面鏡１２と、を有する。
【００６２】
撮像部１１は、二次元からなる撮像素子１１ａと、撮像される映像を撮像素子１１ａに結像させる撮像光学系１１ｂを有する。実施例１では、撮像光学系１１ｂは理想レンズとする。
【００６３】
第１の曲面鏡１２は、ＸＺ平面に平行な面で撮像部１１に凸面を向けた凸面鏡であって、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、撮像部１１に対して偏心して配置されている。
【００６４】
撮像される映像は、第１の曲面鏡１２で反射され、撮像光学系１１ｂを通過し、撮像素子１１ａに結像する。
【００６５】
図５は、実施例１の投影装置２についてＹＺ平面における断面を示した図、図６は、実施例１の投影装置２についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００６６】
実施例１の投影装置２は、映像を投影する投影部２１と、投影部２１に対して偏心し、投影部２１の投影した映像が投影される第２の曲面鏡２２と、第２の曲面鏡２２で反射した映像が投影される曲面からなるスクリーン２３と、を有する。なお、ＲＣは中心主光線、Ｏｓは中心主光線ＲＣがスクリーン２３と交差する投影中心、Ｏ23はスクリーン２３の回転中心位置である。
【００６７】
投影部２１は、二次元からなる映像表示素子２１ａと、映像表示素子２１ａに表示された映像を投影する投影光学系２１ｂと、を有する。実施例１では、投影光学系２１ｂは理想レンズとする。
【００６８】
第２の曲面鏡２２は、ＸＺ平面に平行な面で投影部２１に凸面を向けた凸面鏡であって、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、投影部２１に対して偏心して配置されている。
【００６９】
スクリーン２３は、ＸＺ平面に平行な面で第２の曲面鏡２２に凹面を向けて、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、第２の曲面鏡２２に対して偏心して配置されている。
【００７０】
映像表示素子２１ａに表示された映像は、投影光学系２１ｂを通過して第２の曲面鏡２２に投影され、第２の曲面鏡２２で反射されて、スクリーン２３に結像する
【００７１】
図７は、実施例１の投影装置２の寸法を示す図である。なお、図７中の単位はｍｍである。実施例１における条件式（４）のパラメータに対応する数値は、スクリーン２３の曲率半径：１００ｃｍ、投影装置２の水平半画角：１５．９ｄｅｇ、及び第２の曲面鏡２２の曲率半径：４００ｍｍである。
【００７２】
次に、実施例２について説明する。なお、撮像装置１及び投影装置２共に、中心主光線を含む面とＹＺ平面とし、右手系の直交座標系とする。
【００７３】
図８は、実施例２の撮像装置１についてＹＺ平面における断面を示した図、図９は、実施例２の撮像装置１についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００７４】
実施例２の撮像装置１は、撮像した映像を結像する撮像部１１と、撮像部１１に対して偏心し、映像を反射して撮像部１１に入射させる第１の曲面鏡１２と、を有する。
【００７５】
撮像部１１は、二次元からなる撮像素子１１ａと、撮像される映像を撮像素子１１ａに結像させる撮像光学系１１ｂを有する。実施例１では、撮像光学系１１ｂは理想レンズとする。
【００７６】
第１の曲面鏡１２は、ＸＺ平面に平行な面で撮像部１１に凸面を向けた凸面鏡であって、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、撮像部１１に対して偏心して配置されている。
【００７７】
撮像される映像は、第１の曲面鏡１２で反射され、撮像光学系１１ｂを通過し、撮像素子１１ａに結像する。
【００７８】
図１０は、実施例２の投影装置２についてＹＺ平面における断面を示した図、図１１は、実施例２の投影装置２についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００７９】
実施例２の投影装置２は、映像を投影する投影部２１と、開口絞りＳと、投影部２１に対して偏心し、投影部２１の投影した映像が投影される第２の曲面鏡２２と、第２の曲面鏡２２で反射した映像が投影される曲面からなるスクリーン２３と、を有する。なお、ＲＣは中心主光線、Ｏｓは中心主光線ＲＣがスクリーン２３と交差する投影中心、Ｏ23はスクリーン２３の中心位置である。
【００８０】
投影部２１は、二次元からなる映像表示素子２１ａと、映像表示素子２１ａに表示された映像を投影する投影光学系２１ｂと、を有する。実施例１では、投影光学系２１ｂは理想レンズとする。
【００８１】
開口絞りＳは、投影部２１から投影された映像がスクリーン２３の穴２３ａを通過する直前に配置されている。
【００８２】
第２の曲面鏡２２は、ＸＺ平面に平行な面で投影部２１に凸面を向けた凸面鏡であって、中心Ｏ22を有する球面からなり、投影部２１に対して偏心して配置されている。
【００８３】
スクリーン２３は、ＸＺ平面に平行な面で第２の曲面鏡２２に凹面を向けて、中心Ｏ23を有する球面からなり、第２の曲面鏡２２に対して偏心して配置されている。また、スクリーン２３は、穴２３ａを有する。
【００８４】
映像表示素子２１ａに表示された映像は、投影光学系２１ｂ及び開口絞りＳを通過し、スクリーン２３に形成された穴２３ａを通過して、第２の曲面鏡２２に投影され、第２の曲面鏡２２で反射されて、スクリーン２３に結像する。
【００８５】
図１２は、実施例２の投影装置２の寸法を示す図である。なお、図１２中の単位はｍｍである。実施例２における条件式（４）のパラメータに対応する数値は、スクリーン２３の曲率半径：９０ｃｍ、投影装置２の水平半画角：９．８１ｄｅｇ、第２の曲面鏡２２の曲率半径：３００ｍｍ、及び条件式（４）に対応する値Ａ：２．９４３である。また、Ｏ22は第２の曲面鏡２２の中心位置である。
【００８６】
図１３は、本発明の実施形態に係る投影装置２について、ＹＺ断面における断面、及び観察者による観察の様子を示した図である。
【００８７】
構成、並びに、光線については図８で示した実施例２と同様である。本実施形態の装置において、観察者は例えば、図示するように着座した状況で観察が行われる。観察上、着座状態で観察者の視線方向が、Ｚ軸に沿うようにすることが好ましい。そのため、プロジェクタ２１を可動式にし、着座の状態に応じて位置を変更可能とすることで、着座状況に応じて観察しやすい投影像を提供することが可能となる。また、リクライニング式の可動シートなどにおいては、リクライニングの角度に応じて、装置全体を傾ける構成としてもよい。
【００８８】
このように、本実施形態の光学系を用いた装置によれば、観察者が着座した状態などにおいて没入感のある投影像を提供することが可能となる。さらに、スクリーン２３に、歪みが抑えられるとともに、高解像の投影像を投影することが可能となる。
【符号の説明】
【００８９】
１…撮像装置
１１…撮像部
１１ａ…撮像素子
１１ｂ…撮像光学系
１２…第１の曲面鏡
２…投影装置
２１…投影部
２１ａ…映像表示素子
２１ｂ…投影光学系
２２…第２の曲面鏡
２３…スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広画角な映像を撮影して、その映像を広画角に投影することが可能な撮像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、広画角撮影装置には魚眼レンズを使った方式のものが一般的であり、特殊なものとして特許文献１のようなものもある。
【０００３】
また、特許文献２のように横方向のみ画角を広げて圧縮して撮影するものがある
【０００４】
また、特許文献３には、カメラ自体が写り込む問題を光軸を偏芯させて視野の周辺にしたり、視野外にすることが開示されている
【０００５】
また、特許文献４には、魚眼レンズで撮影して、魚眼レンズで投影することにより、像歪を取り除く尚且つ平面映像でも無理なく観察できる方法を開示している。
【０００６】
また、特許文献５には、観察者の前にプロジェクタを配置した場合は観察の邪魔になるため、これを回避する方法として観察者の斜め上からプロジェクタで投影し、歪をソフトウェアで補正する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３４０１９号公報
【特許文献２】特許第３９３４３４５号公報
【特許文献３】特開２００２−３４３２０２号公報
【特許文献４】特開平６−１２５５２２号公報
【特許文献５】特開２００７−３１２４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたような魚眼レンズは、光線を大きく屈曲させるため、色収差等の発生が多く、これを補正するためにレンズ枚数が増え、光学系のコストがかかる問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に記載された技術には、撮像素子自体が写ってしまう問題があり、大型のハーフミラーで光路を分ける。カメラが写らないように死角を設ける必要があった。
【００１０】
また、特許文献３に記載された技術では、撮影された映像が横方向に縮小された映像のままだった。
【００１１】
また、特許文献４に記載された技術では、曲面投影時に魚眼レンズとプロジェクタを観察者の前に配置しなければ観察者の影がスクリーンに投影されてしまう。
【００１２】
また、特許文献５に記載された技術では、高性能なＰＣが必要になる問題がある。
【００１３】
すなわち、球面スクリーンに投影する装置は、像歪が発生しないようにスクリーンの中心から凸面鏡又は魚眼レンズで投影する方法があるが、観察位置が制限される問題や平面像で観察することに無理があった。一方、球面スクリーンに斜めに投影する方法はあらかじめ像歪を高度な処理で取り除く必要があった。
【００１４】
本発明は、簡単な構成で収差が少なく、カメラ自体の写り込みが目立たずに、臨場感ある映像を観察することが可能な撮像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】
【００１５】
撮像投影システムは、映像を撮影する撮像部と、前記撮像部の前方に配置された第１の反射曲面と、を含む撮像装置と、前記撮像装置が撮影した映像を投影する投影部と、前記投影部の前方に配置された第２の反射曲面と、前記第２の反射部で反射した映像を写す曲面スクリーンと、を含む投影装置と、を有し、前記撮像部に対する前記第１の反射曲面の偏心位置と前記投影部に対する前記第２の反射曲面の偏心位置は、相似であり、前記投影部から前記スクリーンへ向かう光束の中心主光線を含む面をＹＺ断面、前記ＹＺ断面に対して直交すると共に前記中心主光線が前記スクリーンと交差する投影中心と前記投影中心での前記スクリーンの垂線を含む面をＸＺ断面とし、前記スクリーンは、前記ＸＺ断面内で前記第２の反射曲面側に凹面を向け、前記第２の反射曲面は、前記ＸＺ断面と平行な面内で前記スクリーン側に凸面を向けていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記第１の反射曲面と前記第２の反射曲面は、相似形であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記撮像部は撮像範囲内に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内に配置されることを特徴とする。
【００１８】
また、前記撮像部は撮像範囲内の上方に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内の上方に配置されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記スクリーンは、前記投影部から投影される映像が通過するための穴を有することを特徴とする。
【００２０】
また、前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする。
１０° ＜ α１ ＜ ４５° （１）
１０° ＜ α２ ＜ ４５° （２）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【００２１】
また、前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（３）を満足することを特徴とする。
０．８ ＜ α１／α２ ＜ １．２ （３）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【００２２】
また、前記第１の反射曲面、前記第２の反射曲面、及び前記スクリーンは、球面からなることを特徴とする。
【００２３】
また、前記撮像部の画角及び前記投影部の画角は、等しいことを特徴とする。
【００２４】
また、前記投影装置は、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする。
１ ＜ Ａ ＜ １０ （４）
ただし、Ａは、前記スクリーンの曲率半径（ｃｍ）×投影部の横方向の半画角（ｄｅｇ）／前記第２の反射曲面の曲率半径（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【００２５】
簡単な構成で収差が少なく、カメラ自体の写り込みが目立たずに、臨場感ある映像を観察することが可能な撮像投影システムを提供することが可能となる。
【００２６】
本発明によれば、平面像で観察したときにも自然に観察でき、カメラ自体の写り込みが目立たない、像歪の高度な補正無しに、臨場感ある映像を観察することが可能な半球状のスクリーンに投影する撮像投影システムを提供するもことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる実施形態の撮像装置を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる実施形態の投影装置を示す斜視図である。
【図３】実施例１の撮像装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図４】実施例１の撮像装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図５】実施例１の投影装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図６】実施例１の投影装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図７】実施例１の投影装置の寸法を示す図である。
【図８】実施例２の撮像装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図９】実施例２の撮像装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図１０】実施例２の投影装置についてＹＺ平面における断面を示した図である。
【図１１】実施例２の投影装置についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【図１２】実施例２の投影装置の寸法を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る投影装置２について、ＹＺ断面における断面、及び観察者による観察の様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施例に基づいて本発明の撮像投影システムについて説明する。
【００２９】
図１は本発明にかかる実施形態の撮像装置を示す斜視図、図２は本発明にかかる実施形態の投影装置を示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態の撮像投影システムは、図１及び図２に示すように、撮像装置１と、投影装置２とからなる。
【００３１】
撮像装置１は、図１に示すように、撮像部としてのカメラ１１と、カメラ１１の前方に配置された第１の反射曲面としての第１の曲面鏡１２と、を有する。
【００３２】
第１の曲面鏡１２は、カメラ１１に対して凸面を向けている。そして、第１の曲面鏡１２に反射させた映像をカメラ１１で撮影することにより、広い画角の映像を、簡単に収差を少なくして撮影することが可能となる。なぜならば、原理的に透過レンズで光線を屈折させるよりも反射面で光線を反射させた方が収差の発生が少ないためである。
【００３３】
また、第１の曲面鏡１２は、カメラ１１の光軸に対して傾斜させて配置することが好ましい。このように配置することにより、カメラ自体の映像への映り込みを目立たなくすることが可能となる。
【００３４】
さらに、カメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度が、以下の条件式（１）を満足するように、設定すると好ましい。
１０° ＜ α１ ＜ ４５° （１）
ただし、α１はカメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度である。
【００３５】
条件式（１）の下限を下回ると、観察画像の中心付近にカメラが写り込んでしまう。条件式（２）の上限を上回ると、偏心による偏心収差の発生が大きくなり、特に台形の像歪みが大きくなりすぎてしまう。
【００３６】
また、第１の曲面鏡１２に対してカメラ１１を撮影視野の上方となるように偏心させて配置することが好ましい。なぜならば、人間の視野は、所定の視標を見た場合、下方よりも上方の視野角度が小さいので、カメラ１１が上方に移り込んだ方が気にならないからである。
【００３７】
さらに、第１の曲面鏡１２は、球面の凸面鏡であることが好ましい。球面の凸面鏡は、ブロー成型で製作が容易であり、安価に製作することが可能となる。
【００３８】
投影装置２は、図２に示すように、投影部としてのプロジェクタ２１と、プロジェクタ２１の前方に配置された第２の反射曲面としての第２の曲面鏡２２と、第２の曲面鏡２２で反射した映像を写す曲面スクリーンとしてのスクリーン２３と、を有する。
【００３９】
プロジェクタ２１からスクリーン２３へ向かう光束の中心主光線ＲＣを含む面をＹＺ断面、ＹＺ断面に対して直交すると共に中心主光線ＲＣがスクリーン２３と交差する投影中心Ｏｓと投影中心Ｏｓでのスクリーン２３の垂線を含む面をＸＺ断面とし、スクリーン２３は、ＸＺ断面内で第２の反射曲面２２側に凹面を向け、第２の反射曲面２２は、ＸＺ断面と平行な面内でスクリーン２３側に凸面を向けている。
【００４０】
第２の曲面鏡２２は、第１の曲面鏡１２と相似形である。また、カメラ１１に対する第１の曲面鏡１２の配置と、プロジェクタ２１に対する第２の曲面鏡２２の配置とは、相似に偏心して配置される。第１の曲面鏡１２と第２の曲面鏡２２の形状と配置が相似であると、像歪みが同じように発生するので、結果として像歪みを打ち消しあい、歪みの少ない観察像を観察することが可能となる。
【００４１】
また、カメラ１１とプロジェクタ２１の画角が等しいと、さらに像歪みの発生が同程度となり、さらに歪みの少ない観察像を観察することが可能となる。
【００４２】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向けている。そして、プロジェクタ２１が第２の曲面鏡２２に反射させた映像を投影することにより、広い画角の映像を簡単に収差が少なく投影することが可能となる。なぜならば、原理的に透過レンズで光線を屈折させるよりも反射面で光線を反射させた方が収差の発生が少ないためである。
【００４３】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１の光軸に対して傾斜させて配置することが好ましい。このように配置することにより、カメラ自体の映像への映り込みを目立たなくすることが可能となる。
【００４４】
さらに、プロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度が、以下の条件式（１）を満足するように、設定すると好ましい。
１０° ＜ α２ ＜ ４５° （２）
ただし、α２はプロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度である。
【００４５】
また、カメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度とプロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度が、以下の条件式（３）を満足するように、設定すると好ましい。
０．８ ＜ α１／α２ ＜ １．２ （３）
ただし、
α１はカメラ１１の光軸に対する第１の曲面鏡１２の傾斜角度、
α２はプロジェクタ２１の光軸に対する第２の曲面鏡２２の傾斜角度、
である。
【００４６】
条件式（１）の下限を下回ると、観察画像の中心付近にカメラが写り込んでしまう。条件式（２）の上限を上回ると、偏心による偏心収差の発生が大きくなり、特に台形の像歪みが大きくなりすぎてしまう。
【００４７】
また、第２の曲面鏡２２に対してプロジェクタ２１を撮影視野の上方となるように偏心させて配置することが好ましい。なぜならば、人間の視野は、所定の視標を見た場合、下方よりも上方の視野角度が小さいので、プロジェクタ２１が上方に移り込んだ方が気にならないからである。
【００４８】
さらに、第２の曲面鏡２２は、球面の凸面鏡であることが好ましい。球面の凸面鏡は、ブロー成型で製作が容易であり、安価に製作することが可能となる。
【００４９】
また、スクリーン２３は、曲面スクリーンとすることにより、観察画角を大きくすることが可能となる。例えば、１２０°〜１８０°とすることが可能となる。
【００５０】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向け、スクリーン２３は、第２の曲面鏡２２に対して凹面を向けることが好ましい。このように配置することにより、斜めから投影することで発生する弓なりの像歪みの発生が打ち消しあって発生しなくなる。
【００５１】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向けたシリンドリカル面とし、スクリーン２３は、第２の曲面鏡２２に対して凹面を向けたシリンドリカル面とすることが好ましい。この場合、上下方向には拡大されないが、人間の視野は上下方向と比較して水平方向に広いので、臨場感のある映像を観察することが可能となる。
【００５２】
また、第２の曲面鏡２２は、プロジェクタ２１に対して凸面を向けた球面とし、スクリーン２３は、第２の曲面鏡２２に対して凹面を向けた球面とすることが、さらに好ましい。第２の曲面鏡２２とスクリーン２３の両方を球面とすることにより、投影される映像が縦横共に等倍の映像となり、通常の平面ディスプレイで違和感なく観察することができる。
【００５３】
また、カメラ１１は撮像範囲内に配置されて、プロジェクタ２１は観察画像範囲内に配置されると好ましい。このように構成することで、カメラ１１と第１の曲面鏡１２の偏心角度及びプロジェクタ２１と第２の曲面鏡２２の偏心角度を小さくすることができ、偏心収差の発生を小さくすることが可能となる。一方、カメラ１１の映像への映り込みは、映像のカメラ１１の位置にプロジェクタ２１を配置する相似形の構成とすることで、目立たなくすることが可能となる。
【００５４】
さらに、スクリーン２３は、穴２３ａを有し、プロジェクタ２１は、映像をスクリーン２３の第２の曲面鏡２２と反対側から穴２３ａを通して投影することが好ましい。このように構成することで、簡単な構成で、さらにカメラ１１の映像への映り込みを目立たなくすることが可能となる。なお、プロジェクタ２１をスクリーン２３に対して第２の曲面鏡２２側に配置してもよい。また、プロジェクタ２１をスクリーン２３の穴２３ａに挿入された状態で配置してもよい。
【００５５】
また、投影装置２は、第２の曲面鏡２２及びスクリーン２３が球面の場合、以下の条件式（４）を満足することが好ましい。
１ ＜ Ａ ＜ １０ （４）
ただし、
Ａは、スクリーン２３の曲率半径（ｃｍ）×プロジェクタ２１の横方向の半画角（ｄｅｇ）／第２の曲面鏡２２の曲率半径（ｍｍ）
である。
【００５６】
条件式（４）の下限を下回ると、第２の曲面鏡２２で大きな画角に広げることが不可能となる。また、条件式（４）の上限を上回ると、第２の曲面鏡２２の大きさが大きくなりすぎ、観察者の頭と干渉する。
【００５７】
さらに、撮像装置１の撮像した映像データは、一時的に記録するメモリー及び磁気テープ等の図示しない記憶部材に記憶しておき、記憶部材に記憶した映像を投影装置２に入力することにより、任意の時に映像を再生することが可能となる。
【００５８】
また、撮像装置１の撮像した映像データを、無線又は有線の通信手段を用いて遠隔地に伝送し、伝送された映像を投影装置２に入力することにより、任意の時に任意の場所で映像を再生することが可能となる。
【００５９】
次に、実施例１について説明する。なお、撮像装置１及び投影装置２共に、中心主光線を含む面とＹＺ平面とし、右手系の直交座標系とする。
【００６０】
図３は、実施例１の撮像装置１についてＹＺ平面における断面を示した図、図４は、実施例１の撮像装置１についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００６１】
実施例１の撮像装置１は、撮像した映像を結像する撮像部１１と、撮像部１１に対して偏心し、映像を反射して撮像部１１に入射させる第１の曲面鏡１２と、を有する。
【００６２】
撮像部１１は、二次元からなる撮像素子１１ａと、撮像される映像を撮像素子１１ａに結像させる撮像光学系１１ｂを有する。実施例１では、撮像光学系１１ｂは理想レンズとする。
【００６３】
第１の曲面鏡１２は、ＸＺ平面に平行な面で撮像部１１に凸面を向けた凸面鏡であって、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、撮像部１１に対して偏心して配置されている。
【００６４】
撮像される映像は、第１の曲面鏡１２で反射され、撮像光学系１１ｂを通過し、撮像素子１１ａに結像する。
【００６５】
図５は、実施例１の投影装置２についてＹＺ平面における断面を示した図、図６は、実施例１の投影装置２についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００６６】
実施例１の投影装置２は、映像を投影する投影部２１と、投影部２１に対して偏心し、投影部２１の投影した映像が投影される第２の曲面鏡２２と、第２の曲面鏡２２で反射した映像が投影される曲面からなるスクリーン２３と、を有する。なお、ＲＣは中心主光線、Ｏｓは中心主光線ＲＣがスクリーン２３と交差する投影中心、Ｏ23はスクリーン２３の回転中心位置である。
【００６７】
投影部２１は、二次元からなる映像表示素子２１ａと、映像表示素子２１ａに表示された映像を投影する投影光学系２１ｂと、を有する。実施例１では、投影光学系２１ｂは理想レンズとする。
【００６８】
第２の曲面鏡２２は、ＸＺ平面に平行な面で投影部２１に凸面を向けた凸面鏡であって、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、投影部２１に対して偏心して配置されている。
【００６９】
スクリーン２３は、ＸＺ平面に平行な面で第２の曲面鏡２２に凹面を向けて、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、第２の曲面鏡２２に対して偏心して配置されている。
【００７０】
映像表示素子２１ａに表示された映像は、投影光学系２１ｂを通過して第２の曲面鏡２２に投影され、第２の曲面鏡２２で反射されて、スクリーン２３に結像する
【００７１】
図７は、実施例１の投影装置２の寸法を示す図である。なお、図７中の単位はｍｍである。実施例１における条件式（４）のパラメータに対応する数値は、スクリーン２３の曲率半径：１００ｃｍ、投影装置２の水平半画角：１５．９ｄｅｇ、及び第２の曲面鏡２２の曲率半径：４００ｍｍである。
【００７２】
次に、実施例２について説明する。なお、撮像装置１及び投影装置２共に、中心主光線を含む面とＹＺ平面とし、右手系の直交座標系とする。
【００７３】
図８は、実施例２の撮像装置１についてＹＺ平面における断面を示した図、図９は、実施例２の撮像装置１についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００７４】
実施例２の撮像装置１は、撮像した映像を結像する撮像部１１と、撮像部１１に対して偏心し、映像を反射して撮像部１１に入射させる第１の曲面鏡１２と、を有する。
【００７５】
撮像部１１は、二次元からなる撮像素子１１ａと、撮像される映像を撮像素子１１ａに結像させる撮像光学系１１ｂを有する。実施例１では、撮像光学系１１ｂは理想レンズとする。
【００７６】
第１の曲面鏡１２は、ＸＺ平面に平行な面で撮像部１１に凸面を向けた凸面鏡であって、Ｙ軸に平行な回転軸を有するシリンドリカル面からなり、撮像部１１に対して偏心して配置されている。
【００７７】
撮像される映像は、第１の曲面鏡１２で反射され、撮像光学系１１ｂを通過し、撮像素子１１ａに結像する。
【００７８】
図１０は、実施例２の投影装置２についてＹＺ平面における断面を示した図、図１１は、実施例２の投影装置２についてＹＺ平面に直交し、中心主光線を含む面を上から見た図である。
【００７９】
実施例２の投影装置２は、映像を投影する投影部２１と、開口絞りＳと、投影部２１に対して偏心し、投影部２１の投影した映像が投影される第２の曲面鏡２２と、第２の曲面鏡２２で反射した映像が投影される曲面からなるスクリーン２３と、を有する。なお、ＲＣは中心主光線、Ｏｓは中心主光線ＲＣがスクリーン２３と交差する投影中心、Ｏ23はスクリーン２３の中心位置である。
【００８０】
投影部２１は、二次元からなる映像表示素子２１ａと、映像表示素子２１ａに表示された映像を投影する投影光学系２１ｂと、を有する。実施例１では、投影光学系２１ｂは理想レンズとする。
【００８１】
開口絞りＳは、投影部２１から投影された映像がスクリーン２３の穴２３ａを通過する直前に配置されている。
【００８２】
第２の曲面鏡２２は、ＸＺ平面に平行な面で投影部２１に凸面を向けた凸面鏡であって、中心Ｏ22を有する球面からなり、投影部２１に対して偏心して配置されている。
【００８３】
スクリーン２３は、ＸＺ平面に平行な面で第２の曲面鏡２２に凹面を向けて、中心Ｏ23を有する球面からなり、第２の曲面鏡２２に対して偏心して配置されている。また、スクリーン２３は、穴２３ａを有する。
【００８４】
映像表示素子２１ａに表示された映像は、投影光学系２１ｂ及び開口絞りＳを通過し、スクリーン２３に形成された穴２３ａを通過して、第２の曲面鏡２２に投影され、第２の曲面鏡２２で反射されて、スクリーン２３に結像する。
【００８５】
図１２は、実施例２の投影装置２の寸法を示す図である。なお、図１２中の単位はｍｍである。実施例２における条件式（４）のパラメータに対応する数値は、スクリーン２３の曲率半径：９０ｃｍ、投影装置２の水平半画角：９．８１ｄｅｇ、第２の曲面鏡２２の曲率半径：３００ｍｍ、及び条件式（４）に対応する値Ａ：２．９４３である。また、Ｏ22は第２の曲面鏡２２の中心位置である。
【００８６】
図１３は、本発明の実施形態に係る投影装置２について、ＹＺ断面における断面、及び観察者による観察の様子を示した図である。
【００８７】
構成、並びに、光線については図８で示した実施例２と同様である。本実施形態の装置において、観察者は例えば、図示するように着座した状況で観察が行われる。観察上、着座状態で観察者の視線方向が、Ｚ軸に沿うようにすることが好ましい。そのため、プロジェクタ２１を可動式にし、着座の状態に応じて位置を変更可能とすることで、着座状況に応じて観察しやすい投影像を提供することが可能となる。また、リクライニング式の可動シートなどにおいては、リクライニングの角度に応じて、装置全体を傾ける構成としてもよい。
【００８８】
このように、本実施形態の光学系を用いた装置によれば、観察者が着座した状態などにおいて没入感のある投影像を提供することが可能となる。さらに、スクリーン２３に、歪みが抑えられるとともに、高解像の投影像を投影することが可能となる。
【符号の説明】
【００８９】
１…撮像装置
１１…撮像部
１１ａ…撮像素子
１１ｂ…撮像光学系
１２…第１の曲面鏡
２…投影装置
２１…投影部
２１ａ…映像表示素子
２１ｂ…投影光学系
２２…第２の曲面鏡
２３…スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を撮影する撮像部と、
前記撮像部の前方に配置された第１の反射曲面と、
を含む撮像装置と、
前記撮像装置が撮影した映像を投影する投影部と、
前記投影部の前方に配置された第２の反射曲面と、
前記第２の反射部で反射した映像を写す曲面スクリーンと、
を含む投影装置と、
を有し、
前記撮像部に対する前記第１の反射曲面の偏心位置と前記投影部に対する前記第２の反射曲面の偏心位置は、相似であり、
前記投影部から前記スクリーンへ向かう光束の中心主光線を含む面をＹＺ断面、前記ＹＺ断面に対して直交すると共に前記中心主光線が前記スクリーンと交差する投影中心と前記投影中心での前記スクリーンの垂線を含む面をＸＺ断面とし、
前記スクリーンは、前記ＸＺ断面内で前記第２の反射曲面側に凹面を向け、
前記第２の反射曲面は、前記ＸＺ断面と平行な面内で前記スクリーン側に凸面を向けている
ことを特徴とする撮像投影システム。
【請求項２】
前記第１の反射曲面と前記第２の反射曲面は、相似形である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像投影システム。
【請求項３】
前記撮像部は撮像範囲内に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内に配置される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像投影システム。
【請求項４】
前記撮像部は撮像範囲内の上方に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内の上方に配置される
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像投影システム。
【請求項５】
前記スクリーンは、前記投影部から投影される映像が通過するための穴を有する
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の撮像投影システム。
【請求項６】
前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像投影システム。
１０° ＜ α１ ＜ ４５° （１）
１０° ＜ α２ ＜ ４５° （２）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【請求項７】
前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（３）を満足する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像投影システム。
０．８ ＜ α１／α２ ＜ １．２ （３）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【請求項８】
前記第１の反射曲面、前記第２の反射曲面、及び前記スクリーンは、球面からなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像投影システム。
【請求項９】
前記撮像部の画角及び前記投影部の画角は、等しい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の撮像投影システム。
【請求項１０】
前記投影装置は、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の撮像投影システム。
１ ＜ Ａ ＜ １０ （４）
ただし、
Ａは、前記スクリーンの曲率半径（ｃｍ）×投影部の横方向の半画角（ｄｅｇ）／前記第２の反射曲面の曲率半径（ｍｍ）
である。
【請求項１】
映像を撮影する撮像部と、
前記撮像部の前方に配置された第１の反射曲面と、
を含む撮像装置と、
前記撮像装置が撮影した映像を投影する投影部と、
前記投影部の前方に配置された第２の反射曲面と、
前記第２の反射部で反射した映像を写す曲面スクリーンと、
を含む投影装置と、
を有し、
前記撮像部に対する前記第１の反射曲面の偏心位置と前記投影部に対する前記第２の反射曲面の偏心位置は、相似であり、
前記投影部から前記スクリーンへ向かう光束の中心主光線を含む面をＹＺ断面、前記ＹＺ断面に対して直交すると共に前記中心主光線が前記スクリーンと交差する投影中心と前記投影中心での前記スクリーンの垂線を含む面をＸＺ断面とし、
前記スクリーンは、前記ＸＺ断面内で前記第２の反射曲面側に凹面を向け、
前記第２の反射曲面は、前記ＸＺ断面と平行な面内で前記スクリーン側に凸面を向けている
ことを特徴とする撮像投影システム。
【請求項２】
前記第１の反射曲面と前記第２の反射曲面は、相似形である
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像投影システム。
【請求項３】
前記撮像部は撮像範囲内に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内に配置される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像投影システム。
【請求項４】
前記撮像部は撮像範囲内の上方に配置されて、前記投影部は投影映像範囲内の上方に配置される
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像投影システム。
【請求項５】
前記スクリーンは、前記投影部から投影される映像が通過するための穴を有する
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の撮像投影システム。
【請求項６】
前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（１）及び条件式（２）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の撮像投影システム。
１０° ＜ α１ ＜ ４５° （１）
１０° ＜ α２ ＜ ４５° （２）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【請求項７】
前記第１の反射曲面の前記撮像部の光軸に対する傾斜角度及び前記第２の反射曲面の前記投影部の光軸に対する傾斜角度は、以下の条件式（３）を満足する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像投影システム。
０．８ ＜ α１／α２ ＜ １．２ （３）
ただし、
α１は前記撮像部の光軸に対する前記第１の反射曲面の傾斜角度、
α２は前記投影部の光軸に対する前記第２の反射曲面の傾斜角度、
である。
【請求項８】
前記第１の反射曲面、前記第２の反射曲面、及び前記スクリーンは、球面からなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の撮像投影システム。
【請求項９】
前記撮像部の画角及び前記投影部の画角は、等しい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の撮像投影システム。
【請求項１０】
前記投影装置は、以下の条件式（４）を満足することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の撮像投影システム。
１ ＜ Ａ ＜ １０ （４）
ただし、
Ａは、前記スクリーンの曲率半径（ｃｍ）×投影部の横方向の半画角（ｄｅｇ）／前記第２の反射曲面の曲率半径（ｍｍ）
である。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１７３６０５（Ｐ２０１２−１７３６０５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６８８５（Ｐ２０１１−３６８８５）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]