JP7640359B2

JP7640359B2 - 画像投影システムおよびスクリーン

Info

Publication number: JP7640359B2
Application number: JP2021080177A
Authority: JP
Inventors: 紗和興梠; 渉山田
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2025-03-05
Anticipated expiration: 2041-05-11
Also published as: JP2022174403A

Description

本開示は、画像を投影する画像投影システム、および、投影される光による画像を映すスクリーンに関する。なお、以下の本開示にて投影対象となる「画像」には、動画像と静止画像の両方が含まれる。

近年、画像を映すスクリーンとして、窓ガラス、壁、パーティション、ブラインドなどの空間を隔てる構成物を活用することが広がっている。例えば、非特許文献１には、動的に窓の一部の透明度を変える窓システムが提案され、非特許文献２には、ディスプレイの透明度を変え、向こう側とのコミュニケーションを可能にするシステムが提案され、非特許文献３には、ガラス製透明スクリーンの製品が紹介されている。

文献「Squama: a programmable window and wall for future physical architectures」、暦本純一著、インターネットアドレスhttps://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/2370216.2370358 文献「Tracs: transparency-control for see-through displays」、David Lindlbauerほか著、インターネットアドレスhttps://dl.acm.org/doi/10.1145/2642918.2647350 製品情報「ガラス製透明スクリーン Glascene（登録商標）」、AGC株式会社、インターネットアドレスhttps://www.agc.com/products/new_markets/detail/transparent_glass_screen.html

ところが、例えば窓ガラスなどの透明なものに画像を投影した場合、意図せずに投影面とは反対側から画像が見えてしまうといった懸念がある。

また、上記に関連して、スクリーンの片面のみでなく、両面に画像を映す技術も知られており、画像投影時にスクリーンの投影面を切り替える技術は、例えばスクリーンの両側にプロジェクタを設置する構成、スクリーンの両面にディスプレイを設置する構成等によって実現できるものの、より簡易で、より安価な構成が待望されている。

そこで、本開示は、上記の事情を考慮し、投影したい面の反対側に画像が透けることを回避しつつ、より簡易で、より安価な構成によって、スクリーンの投影面を切り替え可能とすることを目的とする。

本開示に係る画像投影システムは、投影される光による画像を映すスクリーンと、前記スクリーンに対し一方の側である前面側に配置され、縦偏光もしくは横偏光された光、又は、右円偏光もしくは左円偏光された光を射出する第１投影装置、および、前記前面側に配置され、前記第１投影装置により射出される光が縦偏光もしくは横偏光された光の場合はそれらと直交する方向に偏光された光を、前記第１投影装置により射出される光が右円偏光もしくは左円偏光された光の場合はそれらと逆方向に回転する円偏光された光を射出する第２投影装置、のうち少なくとも一方と、を備えた画像投影システムであって、前記スクリーンは、遅軸の方向が前記投影される光の進行方向と直交する第１の方向である1/4波長板により構成された第１部分と、遅軸の方向が前記投影される光の進行方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向である1/4波長板により構成された第２部分とが、前記投影される光の進行方向に垂直な所定方向に沿って交互に形成された第１の層、１種類の偏光状態を有する前記第１の層に入射される光について、前記第１部分から射出する第１の偏光光と前記第２部分から射出する第２の偏光光のいずれか一方のみを透過する偏光機能を有する第２の層、前記投影される光の進行方向に沿って、前記第１部分又は前記第２部分のうち一方に対応する位置に、光を反射し且つ透過しない反射部分が形成され、前記第１部分又は前記第２部分のうち他方に対応する位置には、前記反射部分が形成されていない第３の層、および、前記前面側から入射した光を前記前面側とは反対の背面側へ光を透過するが前記前面側へ反射して前記スクリーンから射出することは阻止する第４の層が、前記投影される光の進行方向に沿って上流側から順に配置されている。

上記の画像投影システムは、さまざまな偏光のパターンを含みうるが、ここでは、一例として、画像投影システムが、右円偏光された前面投影用の光を射出する第１投影装置と、左円偏光された背面投影用の光を射出する第２投影装置とを備え、第１の層の第１部分は、右円偏光された光が入射される場合には縦偏光光を射出し、左円偏光された光が入射される場合には横偏光光を射出し、第２部分は、右円偏光された光が入射される場合には横偏光光を射出し、左円偏光された光が入射される場合には縦偏光光を射出し、第２の層が、縦偏光光のみを透過する偏光機能を有する構成とされ、第３の層が、第１の層における第１部分に対応する位置に反射部分（光を反射し且つ透過しない部分）が形成され、第１の層における第２部分に対応する位置には反射部分が形成されていない構成を想定して、以下に動作を説明する。

第１投影装置からの右円偏光された前面投影用の光が、スクリーンに前面側から投影されるが、このうち、第１の層における第１部分（遅軸の方向が投影される光の進行方向と直交する第１の方向である1/4波長板により構成された部分）に投影された光は縦偏光された光となり、第１の層における第２部分（遅軸の方向が前記投影される光の進行方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向である1/4波長板により構成された部分）に投影された光は横偏光された光となる。同様に、第２投影装置からの左円偏光された背面投影用の光も、スクリーンに前面側から投影されるが、このうち、第１の層における第１部分に投影された光は横偏光された光となり、第１の層における第２部分に投影された光は縦偏光された光となる。

第２の層は、上記のように想定された縦偏光の機能によって、第１部分を通過した前面投影用の縦偏光された光、および、第２部分を通過した背面投影用の縦偏光された光のみを通過させ、他の光を吸収する。

第３の層では、第１の層における第１部分に対応する位置にのみ反射部分が形成されているため、上記第１部分と第２の層を通過した「前面投影用の光」は、第３の層における反射部分で反射され、これにより、当該光による前面投影用の画像がスクリーンの前面に映る。このとき、反射部分は光を透過しないため、前面投影用の画像が背面に映ることは回避される。一方、第１の層における第２部分と第２の層を通過した「背面投影用の縦偏光された光」は、第３の層では、反射部分が形成されていない部分を通過し、第４の層に至る。

第４の層は、背面側へ光を透過するため、「背面投影用の縦偏光された光」は、背面側へ透過し、これにより、当該光による背面投影用の画像がスクリーンの背面に映る。また、第４の層は、前面側から入射する光を前面側へは反射させないため、背面投影用の画像が前面に映ることは回避される。

上記の偏光のパターン以外についても同様に、前面投影用の画像が、スクリーンの前面に映りつつ、背面側へ透過しないよう構成され、背面投影用の画像が、スクリーンの背面に映りつつ、前面側へ透過しないよう構成されている。詳細は発明の実施形態にて説明する。

以上により、投影したい面の反対側に画像が透けることを回避しつつ、より簡易で、より安価な構成によって、スクリーンの投影面を切り替え可能とすることができる。より詳しく述べると、スクリーンの両側への投影装置の配置を必要とせず、スクリーンの片側に投影装置を配置して投影面を切り替え可能であり、さらに、投影したい面の反対側に画像が透けることを回避でき、スクリーンの両面にディスプレイを設置する場合よりも安価に実現することができる。

本開示によれば、投影したい面の反対側に画像が透けることを回避しつつ、より簡易で、より安価な構成によって、スクリーンの投影面を切り替え可能とすることができる。

第１実施形態における画像投影システムの構成および動作を説明するための図である。パターンリターダ層の構成を説明するための図である。（ａ）は反射層が異なる構成とされたスクリーンの第１変形例を示す図であり、（ｂ）は投影層が異なる構成とされたスクリーンの第２変形例を示す図であり、（ｃ）は反射層および投影層が異なる構成とされたスクリーンの第３変形例を示す図である。（ａ）はプロジェクタ、縦偏光板および1/4波長板を含む構成とされた投影装置の第１変形例を示す図であり、（ｂ）はプロジェクタ、液晶板および1/4波長板を含む構成とされた投影装置の第２変形例を示す図であり、（ｃ）はプロジェクタおよび1/4波長板を含む構成とされた投影装置の第３変形例を示す図である。第２実施形態における画像投影システムの構成および動作を説明するための図である。（ａ）は反射層が異なる構成とされたスクリーンの第１変形例を示す図であり、（ｂ）は投影層が異なる構成とされたスクリーンの第２変形例を示す図であり、（ｃ）は反射層および投影層が異なる構成とされたスクリーンの第３変形例を示す図である。第１、第２実施形態における制御部の動作を示すフロー図である。（ａ）は第３実施形態における画像投影システムの構成および前面投影に係る動作を説明するための図であり、（ｂ）は第３実施形態における画像投影システムの構成および背面投影に係る動作を説明するための図である。第３実施形態における制御部の動作を示すフロー図である。制御部のハードウェア構成例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本開示に係る画像投影システムおよびスクリーンのさまざまな実施形態を説明する。以下では、３つの実施形態を説明するが、まず、それらの概要を述べる。

第１実施形態は、スクリーンと、円偏光された前面投影用の光を投影する第１投影部および円偏光された背面投影用の光を投影する第２投影部を含む投影装置と、を備えた画像投影システムに関する実施形態である。第２実施形態は、スクリーンと、縦偏光又は横偏光された前面投影用の光を投影する第１投影部および上記光の偏光方向と直交する方向に偏光された背面投影用の光を投影する第２投影部を含む投影装置と、を備えた画像投影システムに関する実施形態である。第３実施形態は、スクリーンと、前面投影用の光と背面投影用の光を切り替えて投影する単一種類の投影装置と、を備えた画像投影システムに関する実施形態である。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態における画像投影システム１は、投影された画像を映すためのスクリーン１０と、スクリーン１０の片側に設けられた投影装置２０と、を備える。

投影装置２０は、スクリーン１０に対し一方の側（以下「前面側」という）に配置され、縦偏光もしくは横偏光された光、又は、右円偏光もしくは左円偏光された光を射出する第１投影装置２０Ａ、および、前面側に配置され、第１投影装置２０Ａにより射出される光の偏光方向と直交する方向に偏光された光を射出する第２投影装置２０Ｂ、のうち少なくとも一方を含む。第１実施形態では、投影装置２０が第１投影装置２０Ａと第２投影装置２０Ｂの両方を含み、第１投影装置２０Ａが右円偏光された光を射出し、第２投影装置２０Ｂが左円偏光された光を射出する構成例を説明する。具体的には、第１投影装置２０Ａは、偏光されていない光を射出する第１プロジェクタ２１Ａと、第１プロジェクタ２１Ａの射出側に設けられた右円偏光板２２Ａとを含み、第２投影装置２０Ｂは、偏光されていない光を射出する第２プロジェクタ２１Ｂと、第２プロジェクタ２１Ｂの射出側に設けられた左円偏光板２２Ｂとを含む。なお、第１投影装置２０Ａ、第２投影装置２０Ｂはそれぞれ１台ずつから構成されることに限定されるものではなく、それぞれ複数台で構成されてもよい。

また、投影装置２０は、投影する画像の画像データを記憶した画像ＤＢ２９を内蔵し、第１プロジェクタ２１Ａおよび第２プロジェクタ２１Ｂに画像データを供給する制御部２８をさらに含む。なお、制御部２８は、実行すべき画像投影処理に関する情報（前面投影、背面投影、同じ画像の両面投影、異なる画像の両面投影の何れかを示す情報）を予め保持しているものとし、かかる情報に基づき、実行すべき画像投影処理を判断する。また、前述した第１投影装置２０Ａ、第２投影装置２０Ｂのそれぞれにおいて、プロジェクタと円偏光板とは必ずしも接触した状態でなくてもよく、所定の距離を置いて離隔した状態であってもよい。

スクリーン１０は、パターンリターダ層１１、偏光層１２、反射層１３、および、投影層１４の４つの層で構成され、上記４つの層は、投影される光の受光面側（図１における左側）から厚み方向（図１における左右方向）に沿って、パターンリターダ層１１、偏光層１２、反射層１３、投影層１４の順に配置されている。

パターンリターダ層１１は、投影される光の偏光方向に、－４５度の位相差を与える1/4波長板により構成された第１部分１１Ａと、投影される光の偏光方向に、＋４５度の位相差を与える1/4波長板により構成された第２部分１１Ｂとから成る。図２には、パターンリターダ層１１を図１における左から見た図を示すが、上記の第１部分１１Ａと第２部分１１Ｂは、投影される光の進行方向（図１における左右方向）に垂直な方向（図１、図２における上下方向）に沿って交互に形成されている。

偏光層１２は、投影される光の偏光方向から＋４５度又は－４５度の位相差が有る方向に対し、偏光機能を有する層である。第１実施形態における偏光層１２は、一例として、第２投影装置２０Ｂからの左円偏光された光の偏光方向と＋４５度の位相差が有る方向である縦方向に対し偏光機能を有する。

反射層１３は、投影される光の進行方向に沿って、パターンリターダ層１１における第１部分１１Ａ又は第２部分１１Ｂのうち一方のみに対応する位置に、光を反射し且つ透過しない反射部分が形成された層である。第１実施形態では、反射部分が、パターンリターダ層１１における第１部分１１Ａのみに対応する位置に形成されている。つまり、反射層１３における反射部分は、図２における紙面奥行き方向に沿って、第１部分１１Ａに対応する位置に形成されているが、第２部分１１Ｂに対応する位置には形成されていない。なお、反射層１３における反射部分は、例えば、図３（ａ）に示すように、光を反射する素材により構成された反射部材１３Ａと、光を透過しない素材により構成された不透明部材１３Ｂとを含んだ構成としてもよい。

投影層１４は、スクリーン１０における前面側とは反対の背面側へ光を透過するとともに、透過する光の一部が前面側へ反射することを阻止する層である。例えば、投影層１４は、光を透過するが光を殆ど反射しない素材により構成してよく、投影層１４をシンプルに構成することができる。また、別の構成例としては、図３（ｂ）に示すように、投影層１４は、1/4波長板１４Ａと、光を透過する素材により構成された投影部材１４Ｂとを含んだ構成としてもよい。このうち1/4波長板１４Ａは、偏光層１２、および反射層１３における反射部分の形成されていない部分を通過してきた縦偏光された光の偏光方向に、＋４５度の位相差を付けて、右偏光された光を透過させ、その後、投影部材１４Ｂで反射して偏光方向が反転した左偏光された光に対し、その偏光方向に、－４５度の位相差を付けて、横偏光された光を前面側へ透過させる。ここで透過した横偏光された光は、縦方向に対し偏光機能を有する偏光層１２によって吸収され、前面側への透過は阻止される。このような別の構成例により、偏光層１２の縦偏光機能を有効に活用して、前面側への反射光が前面側へ透過することを確実に阻止することができる。

また、図３（ｃ）に示すように、反射層１３は、光を反射する素材により構成された反射部材１３Ａと、光を透過しない素材により構成された不透明部材１３Ｂとを含んだ構成とし、さらに、投影層１４は、1/4波長板１４Ａと、光を透過する素材により構成された投影部材１４Ｂとを含んだ構成としてもよい。

次に、図７と図１を参照して、画像投影システム１における処理動作を説明する。まず、制御部２８は、実行すべき画像投影処理が「前面投影」、「背面投影」、「同じ画像の両面投影」、「異なる画像の両面投影」の何れであるかを判断し、判断結果に応じた画像データの供給を行う。例えば、制御部２８は、図７に示すステップＳ１で実行すべき画像投影処理が片面投影か否（両面投影）かを判断し、ＹＥＳであれば、ステップＳ２で同処理が片面投影のうち前面投影か否（背面投影）かを判断する。一方、ステップＳ１でＮＯ（両面投影）であれば、ステップＳ３で同処理が同じ画像を投影するものか否（異なる画像を投影するもの）かを判断する。

実行すべき画像投影処理が前面投影の場合、上記のステップＳ１、Ｓ２でＹＥＳとなり、ステップＳ４へ進み、制御部２８は、前面投影する画像データを第１プロジェクタ２１Ａへ供給する。これにより、図１に実線で示すように、前面投影する画像を表す偏光されていない光が第１プロジェクタ２１Ａから射出され、右円偏光板２２Ａにより右円偏光された光がスクリーン１０へ到達する。

このとき、パターンリターダ層１１における第２部分１１Ｂに到達した右円偏光された光は、＋４５度の位相差を与える1/4波長板により横偏光された光となり、この横偏光された光は、縦方向に対し偏光機能を有する偏光層１２によって吸収される。

一方、パターンリターダ層１１における第１部分１１Ａに到達した右円偏光された光は、－４５度の位相差を与える1/4波長板により縦偏光された光となり、この縦偏光された光は、縦方向に対し偏光機能を有する偏光層１２を透過して、反射層１３における反射部分に至り、この反射部分によって前面側に反射され、背面側へは透過しない。これにより、上記光による画像（前面投影する画像）がスクリーン１０の前面側に映り、一方、背面側へは透過しない。即ち、前面投影が実現するとともに、前面投影する画像が背面に透けることを回避できる。

実行すべき画像投影処理が背面投影の場合、上記のステップＳ１でＹＥＳ、ステップＳ２でＮＯとなり、ステップＳ５へ進み、制御部２８は、背面投影する画像データを第２プロジェクタ２１Ｂへ供給する。これにより、図１に破線で示すように、背面投影する画像を表す偏光されていない光が第２プロジェクタ２１Ｂから射出され、左円偏光板２２Ｂにより左円偏光された光がスクリーン１０へ到達する。

このとき、パターンリターダ層１１における第１部分１１Ａに到達した左円偏光された光は、－４５度の位相差を与える1/4波長板により横偏光された光となり、この横偏光された光は、縦方向に対し偏光機能を有する偏光層１２によって吸収される。

一方、パターンリターダ層１１における第２部分１１Ｂに到達した左円偏光された光は、＋４５度の位相差を与える1/4波長板により縦偏光された光となり、この縦偏光された光は、縦方向に対し偏光機能を有する偏光層１２を透過する。偏光層１２を透過した光は、反射層１３における反射部分が形成されていない部分を通過し、投影層１４に至る。投影層１４は、背面側へ光を透過するため、背面投影用の光は、背面側へ透過し、これにより、当該光による背面投影用の画像がスクリーン１０の背面に映る。また、投影層１４は、透過する上記光の一部が前面側へ反射することを阻止するため、背面投影用の画像が前面に映ることは回避される。以上により、背面投影が実現するとともに、前面に画像が透けることを回避できる。

実行すべき画像投影処理が異なる画像の両面投影の場合、上記のステップＳ１、Ｓ３でＮＯとなり、ステップＳ７へ進み、制御部２８は、前面投影する画像データを第１プロジェクタ２１Ａへ、背面投影する画像データを第２プロジェクタ２１Ｂへ、それぞれ供給する。これにより、図１に実線で示すように、前面投影する画像を表す偏光されていない光が第１プロジェクタ２１Ａから射出され、右円偏光板２２Ａにより右円偏光された光がスクリーン１０へ到達する。また、同時に、背面投影する画像を表す偏光されていない光が第２プロジェクタ２１Ｂから射出され、左円偏光板２２Ｂにより左円偏光された光がスクリーン１０へ到達する。以後は、前述したステップＳ４に係る動作と、ステップＳ５に係る動作の両方が同時に実行され、その結果、前面投影と背面投影の両方（即ち、両面投影）が実現するとともに、前面投影の画像が背面に透けることおよび背面投影の画像が前面に透けることを回避できる。

実行すべき画像投影処理が同じ画像の両面投影の場合、上記のステップＳ１でＮＯ、ステップＳ３でＹＥＳとなり、ステップＳ６へ進み、制御部２８は、前面投影する画像データを第１プロジェクタ２１Ａへ、前面投影する画像の鏡像の画像データを第２プロジェクタ２１Ｂへ、それぞれ供給する。これにより、前面投影する画像を表す偏光されていない光が第１プロジェクタ２１Ａから射出され、右円偏光板２２Ａにより右円偏光された光がスクリーン１０へ到達する。また、同時に、前面投影する画像の鏡像を表す偏光されていない光が第２プロジェクタ２１Ｂから射出され、左円偏光板２２Ｂにより左円偏光された光がスクリーン１０へ到達する。以後は、前述したステップＳ４に係る動作と、ステップＳ５に係る動作の両方が同時に実行され、その結果、前面投影と背面投影の両方（即ち、両面投影）が実現するとともに、前面投影の画像が背面に透けることおよび背面投影の画像が前面に透けることを回避できる。さらに、このとき、前面投影する画像の鏡像が背面投影されることとなり、背面から見た画像は、前面投影する画像と同じになるため、同じ画像の両面投影が実現する。

以上説明した第１実施形態によれば、スクリーンの両側への投影装置の配置を必要とせず、スクリーンの片側に２種類の投影装置を配置して、「前面投影」、「背面投影」、「同じ画像の両面投影」および「異なる画像の両面投影」の計４パターンを自在に切り替えることができる。また、投影したい面の反対側に画像が透けることを回避でき、スクリーンの両面にディスプレイを設置する場合よりも安価に実現することができる。

なお、第１実施形態における投影装置２０は、図１の構成に限定されるものではなく、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）のそれぞれに示す変形例を採用してもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、第１投影装置２０Ａは、偏光されていない光を射出する第１プロジェクタ２１Ａと、第１プロジェクタ２１Ａの射出側に設けられた縦偏光板２３と、＋４５度の位相差を与える1/4波長板２４Ａとを含んだ構成とし、第２投影装置２０Ｂは、偏光されていない光を射出する第２プロジェクタ２１Ｂと、第２プロジェクタ２１Ｂの射出側に設けられた縦偏光板２３と、－４５度の位相差を与える1/4波長板２４Ｂとを含んだ構成としてもよい。上記構成により、図１の構成と同様に、第１投影装置２０Ａからは右円偏光された光が射出され、第２投影装置２０Ｂからは左円偏光された光が射出される。

別の変形例としては、図４（ｂ）に示すように、第１投影装置２０Ａは、偏光されていない光を射出する第１プロジェクタ２１Ａと、第１プロジェクタ２１Ａの射出側に設けられた電子的に縦と横で偏光方向を切り替える偏光部材である液晶板２５と、＋４５度の位相差を与える1/4波長板２４Ａとを含んだ構成とし、第２投影装置２０Ｂは、偏光されていない光を射出する第２プロジェクタ２１Ｂと、第２プロジェクタ２１Ｂの射出側に設けられた電子的に縦と横で偏光方向を切り替える偏光部材である液晶板２５と、－４５度の位相差を与える1/4波長板２４Ｂとを含んだ構成としてもよい。上記液晶板２５は、制御部２８によって縦と横で偏光方向を切り替え可能とされ、例えば、液晶板２５の偏光方向が縦方向に切り替えられた場合は、図４（ａ）の縦偏光板２３を含んだ構成例と同様の構成であると捉えることができ、第１投影装置２０Ａからは右円偏光された光が射出され、第２投影装置２０Ｂからは左円偏光された光が射出される。また、上記のように電子的に縦と横で偏光方向を切り替える偏光部材である液晶板に代わり、機械的に縦と横で偏光方向を切り替える偏光部材を採用してもよい。このように実装上の自由度を高めることができる。

さらに、別の変形例としては、図４（ｃ）に示すように、第１投影装置２０Ａは、縦偏光された光を射出する第１プロジェクタ２１Ａと、第１プロジェクタ２１Ａの射出側に設けられた、＋４５度の位相差を与える1/4波長板２４Ａとを含んだ構成とし、第２投影装置２０Ｂは、縦偏光された光を射出する第２プロジェクタ２１Ｂと、第２プロジェクタ２１Ｂの射出側に設けられた、－４５度の位相差を与える1/4波長板２４Ｂとを含んだ構成としてもよい。この場合も、図４（ａ）の構成例と同様の構成と捉えることができ、第１投影装置２０Ａからは右円偏光された光が射出され、第２投影装置２０Ｂからは左円偏光された光が射出される。以上のように、投影装置２０の構成としては、図１、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すさまざまな構成を採用することができ、実装上の自由度を高めることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、スクリーンと、縦偏光又は横偏光された前面投影用の光を投影する第１プロジェクタおよび上記光の偏光方向と直交する方向に偏光された背面投影用の光を投影する第２プロジェクタを含む投影装置と、を備えた画像投影システムに関する実施形態である。

図５に示すように、第１実施形態における画像投影システム１は、投影された画像を映すためのスクリーン１０と、スクリーン１０の片側に設けられた投影装置２０と、を備える。ここでは一例として、投影装置２０は、横偏光された光を射出する第１プロジェクタ２１Ａと、縦偏光された光を射出する第２プロジェクタ２１Ｂと、第１実施形態と同様の画像ＤＢ２９を含む制御部２８と、を含んだ構成とされている。なお、第１プロジェクタ２１Ａ、第２プロジェクタ２１Ｂはそれぞれ１台ずつから構成されることに限定されるものではなく、それぞれ複数台で構成されてもよい。

スクリーン１０は、パターンリターダ層１１、円偏光層１２Ａ、反射層１３、および、投影層１４の４つの層で構成され、上記４つの層は、投影される光の受光面側（図５における左側）から厚み方向（図５における左右方向）に沿って、パターンリターダ層１１、円偏光層１２Ａ、反射層１３、投影層１４の順に配置されている。このうちパターンリターダ層１１、反射層１３、および投影層１４の構成は第１実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。

円偏光層１２Ａは、投影される光の偏光方向から＋４５度又は－４５度の位相差が有る方向に対し、偏光機能を有する層である。第２実施形態における円偏光層１２Ａは、一例として、第２プロジェクタ２１Ｂからの縦偏光された光の偏光方向と＋４５度の位相差が有る方向である右円偏光の偏光機能を有する。

なお、第１実施形態と同様に、反射層１３では、反射部分が、パターンリターダ層１１における第１部分１１Ａのみに対応する位置に形成されている。反射層１３における反射部分は、例えば、図６（ａ）に示すように、光を反射する素材により構成された反射部材１３Ａと、光を透過しない素材により構成された不透明部材１３Ｂとを含んだ構成としてもよい。

また、第１実施形態と同様に、投影層１４は、光を透過するが光を殆ど反射しない素材により構成してよい。別の例としては、図６（ｂ）に示すように、投影層１４は、1/4波長板１４Ａと、光を透過する素材により構成された投影部材１４Ｂとを含んだ構成としてもよい。このうち1/4波長板１４Ａは、円偏光層１２Ａ、および反射層１３における反射部分の形成されていない部分を通過してきた右円偏光された光の偏光方向に、＋４５度の位相差を付けて、横偏光された光を透過させ、その後、投影部材１４Ｂで反射して偏光方向が反転した縦偏光された光に対し、その偏光方向に、－４５度の位相差を付けて、左円偏光された光を前面側へ透過させる。ここで透過した左円偏光された光は、右円偏光の偏光機能を有する円偏光層１２Ａによって吸収され、前面側への透過は阻止される。

また、図６（ｃ）に示すように、反射層１３は、光を反射する素材により構成された反射部材１３Ａと、光を透過しない素材により構成された不透明部材１３Ｂとを含んだ構成とし、さらに、投影層１４は、1/4波長板１４Ａと、光を透過する素材により構成された投影部材１４Ｂとを含んだ構成としてもよい。

次に、図７と図５を参照して、第２実施形態の画像投影システム１における処理動作を説明する。まず、制御部２８は、実行すべき画像投影処理が「前面投影」、「背面投影」、「同じ画像の両面投影」、「異なる画像の両面投影」の何れであるかを判断し、判断結果に応じた画像データの供給を行う。例えば、制御部２８は、図７に示すステップＳ１で実行すべき画像投影処理が片面投影（前面投影又は背面投影）か否かを判断し、ＹＥＳであれば、ステップＳ２で同処理が片面投影のうち前面投影か否（背面投影）かを判断する。一方、ステップＳ１でＮＯ（両面投影）であれば、ステップＳ３で同処理が同じ画像を投影するものか否（異なる画像を投影するもの）かを判断する。

実行すべき画像投影処理が前面投影の場合、上記のステップＳ１、Ｓ２でＹＥＳとなり、ステップＳ４へ進み、制御部２８は、前面投影する画像データを第１プロジェクタ２１Ａへ供給する。これにより、図５に実線で示すように、前面投影する画像を表す横偏光された光が第１プロジェクタ２１Ａから射出され、スクリーン１０へ到達する。

このとき、パターンリターダ層１１における第２部分１１Ｂに到達した横偏光された光は、＋４５度の位相差を与える1/4波長板により左円偏光された光となり、この左円偏光された光は、右円偏光の偏光機能を有する円偏光層１２Ａによって吸収される。

一方、パターンリターダ層１１における第１部分１１Ａに到達した横偏光された光は、－４５度の位相差を与える1/4波長板により右円偏光された光となり、この右円偏光された光は、右円偏光の偏光機能を有する円偏光層１２Ａを透過して、反射層１３における反射部分に至り、この反射部分によって前面側に反射され、背面側へは透過しない。これにより、上記光による画像（前面投影する画像）がスクリーン１０の前面側に映り、一方、背面側へは透過しないこととなる。即ち、前面投影が実現するとともに、前面投影する画像が背面に透けることを回避できる。

実行すべき画像投影処理が背面投影の場合、上記のステップＳ１でＹＥＳ、ステップＳ２でＮＯとなり、ステップＳ５へ進み、制御部２８は、背面投影する画像データを第２プロジェクタ２１Ｂへ供給する。これにより、図１に破線で示すように、背面投影する画像を表す縦偏光された光が第２プロジェクタ２１Ｂから射出され、スクリーン１０へ到達する。

このとき、パターンリターダ層１１における第１部分１１Ａに到達した縦偏光された光は、－４５度の位相差を与える1/4波長板により左円偏光された光となり、この左円偏光された光は、右円偏光の偏光機能を有する円偏光層１２Ａによって吸収される。

一方、パターンリターダ層１１における第２部分１１Ｂに到達した縦偏光された光は、＋４５度の位相差を与える1/4波長板により右円偏光された光となり、この右円偏光された光は、右円偏光の偏光機能を有する円偏光層１２Ａを透過する。円偏光層１２Ａを透過した光は、反射層１３における反射部分が形成されていない部分を通過し、投影層１４に至る。投影層１４は、背面側へ光を透過するため、背面投影用の光は、背面側へ透過し、これにより、当該光による背面投影用の画像がスクリーン１０の背面に映る。また、投影層１４は、透過する上記光の一部が前面側へ反射することを阻止するため、背面投影用の画像が前面に映ることは回避される。以上により、背面投影が実現するとともに、前面に画像が透けることを回避できる。

実行すべき画像投影処理が異なる画像の両面投影の場合、上記のステップＳ１、Ｓ３でＮＯとなり、ステップＳ７へ進み、制御部２８は、前面投影する画像データを第１プロジェクタ２１Ａへ、背面投影する画像データを第２プロジェクタ２１Ｂへ、それぞれ供給する。これにより、図５に実線で示すように、前面投影する画像を表す横偏光された光が第１プロジェクタ２１Ａから射出され、スクリーン１０へ到達する。また、同時に、背面投影する画像を表す縦偏光された光が第２プロジェクタ２１Ｂから射出され、スクリーン１０へ到達する。以後は、前述したステップＳ４に係る動作と、ステップＳ５に係る動作の両方が同時に実行され、その結果、前面投影と背面投影の両方（即ち、両面投影）が実現するとともに、前面投影の画像が背面に透けることおよび背面投影の画像が前面に透けることを回避できる。

実行すべき画像投影処理が同じ画像の両面投影の場合、上記のステップＳ１でＮＯ、ステップＳ３でＹＥＳとなり、ステップＳ６へ進み、制御部２８は、前面投影する画像データを第１プロジェクタ２１Ａへ、前面投影する画像の鏡像の画像データを第２プロジェクタ２１Ｂへ、それぞれ供給する。これにより、前面投影する画像を表す横偏光された光が第１プロジェクタ２１Ａから射出され、スクリーン１０へ到達する。また、同時に、前面投影する画像の鏡像を表す縦偏光された光が第２プロジェクタ２１Ｂから射出され、スクリーン１０へ到達する。以後は、前述したステップＳ４に係る動作と、ステップＳ５に係る動作の両方が同時に実行され、その結果、前面投影と背面投影の両方（即ち、両面投影）が実現するとともに、前面投影の画像が背面に透けることおよび背面投影の画像が前面に透けることを回避できる。さらに、このとき、前面投影する画像の鏡像が背面投影されることとなり、背面から見た画像は、前面投影する画像と同じになるため、同じ画像の両面投影が実現する。

以上説明した第２実施形態によれば、スクリーンの両側への投影装置の配置を必要とせず、スクリーンの片側に２種類の投影装置を配置して、「前面投影」、「背面投影」、「同じ画像の両面投影」および「異なる画像の両面投影」の計４パターンを自在に切り替えることができる。また、投影したい面の反対側に画像が透けることを回避でき、スクリーンの両面にディスプレイを設置する場合よりも安価に実現することができる。

［第３実施形態］
次に、前面投影用の光と背面投影用の光を切り替えて投影する単一種類の投影装置とスクリーンとを備えた画像投影システムに関する第３実施形態を説明する。

図８（ａ）に示すように、第３実施形態における画像投影システム１は、投影された画像を映すためのスクリーン１０と、スクリーン１０の片側（前面側）に設けられた投影装置２０と、を備える。ここでは一例として、投影装置２０は、前面投影用の横偏光された光と、背面投影用の縦偏光された光とを切り替えて射出するプロジェクタ２１と、第１、第２実施形態と同様の画像ＤＢ２９を含む制御部２８と、を含んだ構成とされている。なお、投影装置２０においてプロジェクタ２１は１台から構成されることに限定されるものではなく、同様の動作を行う複数台で構成されてもよい。

スクリーン１０は、第２実施形態と同様に、パターンリターダ層１１、円偏光層１２Ａ、反射層１３、および、投影層１４の４つの層で構成され、上記４つの層は、投影される光の受光面側（図８（ａ）における左側）から厚み方向（図８（ａ）における左右方向）に沿って、パターンリターダ層１１、円偏光層１２Ａ、反射層１３、投影層１４の順に配置されている。これら４つの層それぞれの構成は、第２実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。

図８（ａ）は、前面投影用の横偏光された光がプロジェクタ２１から射出され、スクリーン１０において前面側へ反射され、前面投影される状態を示しており、図８（ｂ）は、背面投影用の縦偏光された光がプロジェクタ２１から射出され、スクリーン１０において背面側へ透過され、背面投影される状態を示している。

以下では、図８（ａ）、図８（ｂ）および図９を参照して、第３実施形態の画像投影システム１における処理動作を説明する。制御部２８は、実行すべき画像投影処理が「前面投影」の場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、前面投影する画像データをプロジェクタ２１へ供給する（ステップＳ１２）。これにより、前面投影する場合の構成（図８（ａ））において、図８（ａ）に実線で示す前面投影する画像を表す横偏光された光が第１プロジェクタ２１Ａから射出され、スクリーン１０へ到達する。

図９へ戻り、制御部２８は、実行すべき画像投影処理が「背面投影」の場合（ステップＳ１１でＮＯ）、背面投影する画像データをプロジェクタ２１へ供給する（ステップＳ１３）。これにより、背面投影する場合の構成（図８（ｂ））において、図８（ｂ）に破線で示す背面投影する画像を表す縦偏光された光がプロジェクタ２１から射出され、スクリーン１０へ到達する。

以上説明した第３実施形態によれば、画像投影システムが単一種類の投影装置とスクリーンとを備えた構成であっても、投影装置から前面投影用の光と背面投影用の光を切り替えて投影することで、前面投影と背面投影の両方を実現できるとともに、画像が投影された側とは反対側に画像が透けることを回避することができる。

なお、第３実施形態では、スクリーン１０を第２実施形態と同様に構成した例を示したが、これに代わり、スクリーン１０は第１実施形態と同様に構成してもよく、その場合、投影装置２０は、図１、図４（ａ）～図４（ｃ）の何れかに示す、第１投影装置２０Ａと第２投影装置２０Ｂのうち何れか一方と、制御部２８とを含んだ構成とされる。この場合も、第３実施形態と同様に、投影装置から前面投影用の光と背面投影用の光を切り替えて投影することで、前面投影と背面投影の両方を実現できるとともに、画像が投影された側とは反対側に画像が透けることを回避することができる。

［用語、変形態様などについて］
なお、上記実施形態の説明に用いたブロック図は、機能単位のブロックを示している。これらの機能ブロック（構成部）は、ハードウェア及びソフトウェアの少なくとも一方の任意の組み合わせによって実現される。また、各機能ブロックの実現方法は特に限定されない。すなわち、各機能ブロックは、物理的又は論理的に結合した１つの装置を用いて実現されてもよいし、物理的又は論理的に分離した２つ以上の装置を直接的又は間接的に（例えば、有線、無線などを用いて）接続し、これら複数の装置を用いて実現されてもよい。機能ブロックは、上記１つの装置又は上記複数の装置にソフトウェアを組み合わせて実現されてもよい。

例えば、制御部２８は、上記実施形態における処理を行うコンピュータとして機能してもよい。図１０は、制御部２８のハードウェア構成例を示す図である。上述の制御部２８は、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。

なお、以下の説明では、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。制御部２８のハードウェア構成は、図に示した各装置を１つ又は複数含むように構成されてもよいし、一部の装置を含まずに構成されてもよい。

制御部２８における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることによって、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信を制御したり、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び書き込みの少なくとも一方を制御したりすることによって実現される。

以上、本開示について詳細に説明したが、当業者にとっては、本開示が本開示中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本開示は、請求の範囲の記載により定まる本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本開示の記載は、例示説明を目的とするものであり、本開示に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

本開示において説明した各態様／実施形態の処理手順、シーケンス、フローチャートなどは、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。例えば、本開示において説明した方法については、例示的な順序を用いて様々なステップの要素を提示しており、提示した特定の順序に限定されない。

入出力された情報等は特定の場所（例えば、メモリ）に保存されてもよいし、管理テーブルを用いて管理してもよい。入出力される情報等は、上書き、更新、又は追記され得る。出力された情報等は削除されてもよい。入力された情報等は他の装置へ送信されてもよい。

本開示において使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を意味する。

本開示において、「含む（include）」、「含んでいる（including）」及びそれらの変形が使用されている場合、これらの用語は、用語「備える（comprising）」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本開示において使用されている用語「又は（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。

本開示において、例えば、英語でのa, an及びtheのように、翻訳により冠詞が追加された場合、本開示は、これらの冠詞の後に続く名詞が複数形であることを含んでもよい。

本開示において、「ＡとＢが異なる」という用語は、「ＡとＢが互いに異なる」ことを意味してもよい。なお、当該用語は、「ＡとＢがそれぞれＣと異なる」ことを意味してもよい。「離れる」、「結合される」などの用語も、「異なる」と同様に解釈されてもよい。

１…画像投影システム、１０…スクリーン、１１…パターンリターダ層、１１Ａ…第１部分、１１Ｂ…第２部分、１２…偏光層、１２Ａ…円偏光層、１３…反射層、１３Ａ…反射部材、１３Ｂ…不透明部材、１４…投影層、１４Ａ…1/4波長板、１４Ｂ…投影部材、２０…投影装置、２０Ａ…第１投影装置、２０Ｂ…第２投影装置、２１…プロジェクタ、２１Ａ…第１プロジェクタ、２１Ｂ…第２プロジェクタ、２２Ａ…右円偏光板、２２Ｂ…左円偏光板、２３…縦偏光板、２４Ａ…1/4波長板、２４Ｂ…1/4波長板、２５…液晶板、２８…制御部、２９…画像ＤＢ、１００１…プロセッサ、１００２…メモリ、１００３…ストレージ、１００４…通信装置、１００５…入力装置、１００６…出力装置、１００７…バス。

Claims

投影される光による画像を映すスクリーンと、
前記スクリーンに対し一方の側である前面側に配置され、縦偏光もしくは横偏光された光、又は、右円偏光もしくは左円偏光された光を射出する第１投影装置、および、
前記前面側に配置され、前記第１投影装置により射出される光が縦偏光もしくは横偏光された光の場合はそれらと直交する方向に偏光された光を、前記第１投影装置により射出される光が右円偏光もしくは左円偏光された光の場合はそれらと逆方向に回転する円偏光された光を射出する第２投影装置、
のうち少なくとも一方と、
を備えた画像投影システムであって、
前記スクリーンは、
遅軸の方向が前記投影される光の進行方向と直交する第１の方向である1/4波長板により構成された第１部分と、遅軸の方向が前記投影される光の進行方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向である1/4波長板により構成された第２部分とが、前記投影される光の進行方向に垂直な所定方向に沿って交互に形成された第１の層、
１種類の偏光状態を有する前記第１の層に入射される光について、前記第１部分から射出する第１の偏光光と前記第２部分から射出する第２の偏光光のいずれか一方のみを透過する偏光機能を有する第２の層、
前記投影される光の進行方向に沿って、前記第１部分又は前記第２部分のうち一方に対応する位置に、光を反射し且つ透過しない反射部分が形成され、前記第１部分又は前記第２部分のうち他方に対応する位置には、前記反射部分が形成されていない第３の層、および、
前記前面側から入射した光を前記前面側とは反対の背面側へ光を透過するが前記前面側へ反射して前記スクリーンから射出することは阻止する第４の層が、
前記投影される光の進行方向に沿って上流側から順に配置された、
画像投影システム。
前記第１投影装置と前記第２投影装置の両方、
を備えた請求項１に記載の画像投影システム。
前記第４の層は、
前記前面側へ向けて反射した反射光が前記第２の層によって吸収されるように当該反射光を偏光する層と、
前記背面側へ光を透過する層と、
を含む構成とされている請求項１又は２に記載の画像投影システム。
前記第４の層は、
光を反射しにくい素材により形成された、前記背面側へ光を透過する層、
を含む構成とされている請求項１又は２に記載の画像投影システム。
前記第１投影装置は、
無偏光の光を射出する第１プロジェクタと、前記第１プロジェクタから射出された無偏光の光を右円偏光された光にする右円偏光部と、を含む構成、
又は、
縦偏光又は横偏光された光を射出する第２プロジェクタと、前記第２プロジェクタから射出された光を右円偏光された光にする1/4波長板と、を含む構成、
とされ、
前記第２投影装置は、
無偏光の光を射出する第１プロジェクタと、前記第１プロジェクタから射出された無偏光の光を左円偏光された光にする左円偏光部、を含む構成、
又は、
縦偏光又は横偏光された光を射出する第２プロジェクタと、前記第２プロジェクタから射出された光を左円偏光された光にする1/4波長板と、を含む構成、
とされる、
請求項１～４の何れか一項に記載の画像投影システム。
前記右円偏光部と前記左円偏光部のうち少なくとも一方が、
機械的又は電子的に縦と横で偏光方向を切り替える偏光部材、および、1/4波長板、を含む請求項５に記載の画像投影システム。
前記第１投影装置は、
無偏光の光を射出する第１プロジェクタと、前記第１プロジェクタから射出された無偏光の光を縦偏光された光にする縦偏光板と、を含む構成、
又は、
縦偏光された光を射出する第３プロジェクタを含む構成、
とされ、
前記第２投影装置は、
無偏光の光を射出する第１プロジェクタと、前記第１プロジェクタから射出された無偏光の光を横偏光された光にする横偏光板と、を含む構成、
又は、
横偏光された光を射出する第４プロジェクタを含む構成、
とされる、
請求項１～４の何れか一項に記載の画像投影システム。
投影される光による画像を映すスクリーンであって、
遅軸の方向が前記投影される光の進行方向と直交する第１の方向である1/4波長板により構成された第１部分と、遅軸の方向が前記投影される光の進行方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向である1/4波長板により構成された第２部分とが、前記投影される光の進行方向に垂直な所定方向に沿って交互に形成された第１の層、
１種類の偏光状態を有する前記第１の層に入射される光について、前記第１部分から射出する第１の偏光光と前記第２部分から射出する第２の偏光光のいずれか一方のみを透過する偏光機能を有する第２の層、
前記投影される光の進行方向に沿って、前記第１部分又は前記第２部分のうち一方に対応する位置に、光を反射し且つ透過しない反射部分が形成され、前記第１部分又は前記第２部分のうち他方に対応する位置には、前記反射部分が形成されていない第３の層、および、
前記投影される光が入射する前面側から入射した光を、前記前面側とは反対の背面側へ光を透過するが前記前面側へ反射して前記スクリーンから射出することは阻止する第４の層が、
前記投影される光の進行方向に沿って上流側から順に配置された、
スクリーン。