JP6991797B2 - レンズ装置およびこれを用いた画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置およびこれを用いた画像投射装置に関し、特に像面湾曲の調整により球面状のスクリーンにも投射画像をフィッティングするものである。

画像投射装置において、平面状のスクリーンだけでなく球面状のスクリーンにも画像を投射することがある。この場合、像面湾曲の調整により球面状のスクリーンに投射画像をフィッティングすることが知られる（特許文献１）。

特開２０１１－１４５５８０号公報

しかしながら、従来知られているような、試行錯誤的に像面湾曲の調整により球面状のスクリーンに投射画像をフィッティングするものでなく、より簡便に像面湾曲の調整により球面状のスクリーンに投射画像をフィッティングするものが望まれている。

本発明の目的は、像面湾曲の調整により球面状のスクリーンに投射画像をフィッティングすることを簡便に行うことができるレンズ装置およびこれを用いた画像投射装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るレンズ装置は、光軸方向の移動により像面湾曲を変化させる第１の光学系と、前記第１の光学系の前記光軸方向における位置と、前記像面湾曲の量との関係を記憶する記憶部と、前記像面湾曲の量として入力された曲面状のスクリーン形状に関する値に基づいて特定される前記光軸方向における目標位置へ前記第１の光学系を移動させる制御部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る画像投射装置は、画像を生成する画像生成手段と、上記レンズ装置を保持する保持部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、像面湾曲の調整により球面状のスクリーンに投射画像をフィッティングすることを簡便に行うことができる。

（ａ）はスクリーン面において像面湾曲を発生させるレンズ装置と、スクリーンと、を示す説明図、（ｂ）は本発明の実施形態に係るレンズ装置の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係るレンズ装置のＷＩＤＥ状態、ＴＥＬＥ状態における断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係るレンズ装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係るレンズ装置を投射光学系として搭載した画像投射装置の光学系を示す図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明の実施形態に係るフランジバック調整を行うレンズ装置の説明図である。 本発明の実施形態に係るレンズ装置のレンズシフトユニットの説明図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係るフランジバック調整を行うレンズ装置における調整機構の説明図である。 像面湾曲調整群の光軸方向における位置と、像面湾曲の曲率半径の関係が記憶された状態で、像面湾曲の曲率半径の入力値より像面湾曲調整群の光軸方向における目標位置を特定することを示した図である。 絶対位置検出センサを用いた場合の像面湾曲調整のフローチャートである。 移動量検出センサを用いた場合の像面湾曲調整のフローチャートである。 レンズ装置の姿勢及び位置とピント面との関係を示す平面図である。 レンズ装置の姿勢及び位置とピント面との関係を示す斜視図である。 レンズ装置のシフト時と傾斜時のピント面の違いを示す図である。 レンズ装置の傾斜構造を示す図である。 運転シミュレータの構成を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像投射装置）
本発明の実施形態に係るレンズ装置を投射光学系として用いた画像投射装置につき、図４に基づき説明する。なお、図４は画像投射装置を光学的に説明するものであり、図４は光学系ユニットを表すとも言える。

図４において、レンズ装置２０は、後に詳述する像面湾曲調整が可能なレンズを備える。また、２２は光源ランプ、２３は光源ランプ２２から発生した光のうち、紫外領域の波長帯域の光をカットするためのＵＶカットフィルタ、２４ａ、２４ｂは明るさムラのない光を反射型液晶パネル３０の画像生成面に照射するためのフライアイレンズである。

２５は偏光方向を揃えるためのＰＳ変換素子、２６は反射型液晶パネル３０（３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ）の画像生成面に光を合わせこむコンデンサレンズである。また、２７は光源ランプ２２、ＵＶカットフィルタ２３、フライアイレンズ２４、ＰＳ変換素子２５、コンデンサレンズ２６を含む照明ユニットである。

２８は緑色の波長帯域の光を透過し、それ以外の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー２８を透過した光は、緑用プリズム２９により反射されて、緑用の反射型液晶パネル３０Ｇに入射する。そして、反射型液晶パネル３０Ｇで反射された後、色合成用プリズム３１に到達する。

また、ダイクロイックミラー２８により反射された赤光はカラーセレクト３２を透過し、青赤用プリズム３３を透過して赤用の反射型液晶パネル３０Ｒに入射した後、合成プリズム３１に到達する。また、ダイクロイックミラー２８により反射された青光はカラーセレクト３２を透過して偏光方向を変え、青赤用プリズム３３で反射して青用の反射型液晶パネル３０Ｂに入射した後、合成プリズム３１に到達する。そして、合成プリズム３１に到達した赤青緑３色の光は、レンズシフトユニット２１で保持される投射光学系であるレンズ装置２０を介して不図示のスクリーンに投射される。

（レンズシフトユニット２１）
図４に示したレンズシフトユニット２１については、図６で更なる概要を示す。レンズシフトユニット２１はＺ方向移動ダイヤル５７を操作することで、Ｚ方向移動板５６と共にレンズ装置２０をＺＹ面のＺ方向に移動させる。この際のＺ方向移動板５６の位置をＺ方向位置検出センサ５８にて検出する。レンズシフトユニット２１は、Ｙ方向移動ダイヤル６０を操作することで、Ｙ方向移動板５９と共にレンズ装置２０をＺＹのＹ方向に移動させる。この際のＹ方向移動板５９の位置をＹ方向位置検出センサ６１にて検出する。なお、図６で６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄはレンズ取付け部である。

（レンズ装置２０）
以下、図４に示したレンズ装置２０について、図１乃至図３を用いて説明する。１は像面湾曲調整群（第１の光学系）で、光軸１５の方向に移動することで投射画面１４の像面湾曲の度合いを１４ａや１４ｂ、１４ｃのように変化させる。具体的には、像面湾曲調整群１は、像面湾曲調整用モータ７０にて像面湾曲調整群１と一体となった像面湾曲調整群の位置検出用ギア１９（図３（ａ））を回転させることで、光軸１５方向に移動可能である。そして、像面湾曲調整群１と一体となった像面湾曲調整群の位置検出用ギア１９を介して、位置検出手段としての像面湾曲調整群の位置検出センサ７（図１（ｂ））に回転が与えられることで，像面湾曲調整群１の位置を検出できる。

そして、投射像面１４を１４ａから、１４ｃ、１４ｂとすることで球面状のスクリーンに対してフィッティングすることが可能となる。図１（ａ）で、２は光軸１５の方向に移動することでピント位置を変化させるフォーカス調整群、３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は光軸１５の方向に移動することで投射倍率を変化させるズーム調整群である。なお、固定群４は移動しない。

また、５はフォーカス調整群２を光軸１５の方向に移動させるためのフォーカス調整用カム環である。フォーカス調整群２は、フォーカス調整用モータ９（図１（ｂ））の駆動力をフォーカス駆動用ギア１６（図３（ａ））を介してフォーカス調整用カム環５に与えることで移動する。そして、フォーカス調整群２は、以下のようにして位置検出可能である。すなわち、フォーカス調整位置検出用端検出センサ１１（図１（ｂ））で初期位置を検出し、そこからの移動量をフォトインタラプタであるフォーカス調整群位置検出用回転検出センサ１８（図３（ｂ））により回転数を検出することで位置検出が可能である。

６はズーム調整用カム環で、ズーム調整群３を光軸１５の方向に移動させる。具体的には、ズーム調整群３は、ズーム調整用モータ８（図３（ｂ））の駆動力をズーム駆動用ギア１７（図３（ｂ））を介してズーム調整用カム環６に与えることで移動する。そして、ズーム調整群３は、ズーム調整位置検出用検出センサ１２（図１（ｂ））により位置検出が可能である。図２（ａ）はズームポジションがＷＩＤＥの場合、図２（ｂ）はズームポジションがＴＥＬＥの場合を示す。

１００は入力部としてのリモコンで、球面状のスクリーンにフィッティングするために像面湾曲の量（例えば像面湾曲面の曲率半径として球面状のスクリーンの曲率半径）をユーザが入力するために用いられる。そして、リモコン１００により入力された値は、制御部としてのレンズ制御基板１３（図１（ｂ））における受信部で受信される。

（像面湾曲調整群１の光軸方向における位置と、像面湾曲の量との関係の記憶）
像面湾曲調整群１を光軸方向に移動することで、図１（ａ）に示す１４ａ、１４ｂ、１４ｃのように意図的に像面湾曲を発生させ、球面状のスクリーンに対してフィッティングすることができる。この際、像面湾曲の度合いがスクリーンに対してフィッティングしているかを確認するためには、スクリーン上でピントが合っているかどうか複数のポイントで測定する必要があり、精密にフィッティングしようとした場合、作業の難易度が高く、また煩雑である。

そこで、本実施形態は、図８に示すように、予め像面湾曲調整群１の光軸方向における位置と、像面湾曲の量（例えば像面湾曲面の曲率半径として球面状のスクリーンの曲率半径）との関係を制御部としてのレンズ制御基板１３の記憶部に記憶させる。そして、ユーザ（使用者）は像面湾曲させたい量（たとえば球面状のスクリーンにおける曲率半径）をリモコン１００を用いて入力する。すると、リモコン１００に入力した入力値は、無線通信で制御部としてのレンズ制御基板１３で受信される。

これにより、レンズ制御基板１３では、入力値と、予め記憶した情報から像面湾曲調整群１の目標位置を特定し、図８に示すように目標位置へ向けて移動量を設定し像面湾曲調整用モータ７０にて像面湾曲調整群１を移動させる。

また、図９では、位置検出部としてのアブソリュートエンコーダを備え、目標位置に至ったか否か、即ち検出位置が目標位置に一致するかを検出する。

以下、図９及び図１０を用いて、前述のアブソリュートエンコーダ等の絶対位置検出センサを用いた場合と、移動量検出センサを用いた場合の像面湾曲調整に関する制御について説明する。

（絶対位置検出センサを用いた場合）
図９を用いて絶対位置検出センサを用いた場合の像面湾曲調整について説明する。図９に示すフローチャートにおいて、まずはユーザがリモコン１００を用いて像面湾曲調整値をプロジェクターへ入力する（Ｓ１）。次に、プロジェクターが予め記憶している像面湾曲調整量と像面湾曲調整群位置との関係に関する情報を閲覧し（Ｓ２）、ユーザが入力した入力した像面湾曲調整値となる像面湾曲調整群の位置（目標位置）を決定する（Ｓ３）。そして、絶対値検出センサによる検出結果が、Ｓ３で決めた像面湾曲調整群の位置と一致するまで像面湾曲調整群を移動させて像面湾曲調整を終了する（Ｓ４）。

（移動量検出センサを用いた場合）
次に、図１０を用いて移動量検出センサを用いた場合の像面湾曲調整について説明する。まずはユーザによるリモコン１００の操作など像面湾曲調整が必要であることが検知されたら、像面湾曲調整群をセンサＡに衝突するまで移動させて、センサＡが像面湾曲調整群の衝突を検出することで、プロジェクターに基準位置を認識させる（Ｓ５）。センサＡは、像面湾曲調整群の光軸方向における基準位置を検出する位置検出部として機能する、次に、Ｓ５で検出した基準位置から例えば像面がフラットになる位置まで像面湾曲調整群を移動させるためにモータを駆動させる（Ｓ６）。

次に、ユーザがリモコン１００を用いて像面湾曲調整値をプロジェクターへ入力する（Ｓ７）。そして、プロジェクターが予め記憶している像面湾曲調整量と像面湾曲調整群位置との関係に関する情報を閲覧し（Ｓ８）、ユーザが入力した入力した像面湾曲調整値となる像面湾曲調整群の位置（像面が目標の曲面となる目標位置）を決定する（Ｓ９）。

そして、センサＢによる検出結果が、Ｓ９で決めた像面湾曲調整群の位置と一致するまで像面湾曲調整群を移動させて像面湾曲調整を終了する（Ｓ１０）。ここでいうセンサＡは像面湾曲調整群がセンサＡに衝突したかどうかを検出できるセンサであり、センサＢはモータの回転量、つまり所定の位置からの像面湾曲調整群の移動量を検出できるセンサである。

以上説明したように、本実施形態では、球面状のスクリーン上で測定を実施することなく、投射画像を像面湾曲させて球面状のスクリーンに簡便にフィッティングすることが可能となる。

《第２の実施形態》
本実施形態は、光軸方向の移動によりピント状態を変化させる第２の光学系を有し、制御部としてのレンズ制御基板１３は、目標位置へ第１の光学系１を移動させるときのピント状態の変化を抑えるように第２の光学系を光軸方向に移動させる。他の点は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

本実施形態においては、予め第２の光学系としてのフォーカス調整群２の位置と、第１の光学系である像面湾曲調整群１の光軸方向における位置と、それに対する像面湾曲の量（例えば変化した像面湾曲面の曲率半径）をレンズ制御基板１３に記憶させる。

そして、ユーザ（使用者）は像面湾曲させたい量（例えば球面状のスクリーンにおける曲率半径）をリモコン１００を用いて入力する。リモコン１００で入力した入力値は無線通信でレンズ制御基板１３で受信され、レンズ制御基板１３では、使用者の入力値と、予め記憶した情報から像面湾曲調整群１を目標位置へ移動させると共に、フォーカス調整群２を移動させてピント状態の変化を抑える。このように、本実施形態においても、球面状のスクリーン上で測定を実施することなく、投射画像を像面湾曲させて球面状のスクリーンに簡便にフィッティングすることが可能となる。

《第３の実施形態》
本実施形態は、光軸方向の移動により倍率を変化させる第３の光学系を有し、制御部としてのレンズ制御基板１３は、目標位置へ第１の光学系１を移動させるときの倍率変化を抑えるように第３の光学系を光軸方向に移動させることを特徴とする。他の点は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

本実施形態においては、予め第３の光学系としてのズーム調整群３の位置と、第１の光学系である像面湾曲調整群１の光軸方向における位置と、それに対する像面湾曲の量（例えば変化した像面湾曲面の曲率半径）をレンズ制御基板１３に記憶させる。

そして、ユーザ（使用者）は像面湾曲させたい量（例えば球面状のスクリーンにおける曲率半径）をリモコン１００を用いて入力する。リモコン１００により入力した入力値は無線通信でレンズ制御基板１３で受信され、レンズ制御基板１３では、使用者の入力値と、予め記憶した情報から像面湾曲調整群１を目標位置へ移動させると共に、ズーム調整群３を移動させて倍率変化を抑える。このように、本実施形態においても、球面状のスクリーン上で測定を実施することなく、投射画像を像面湾曲させて球面状のスクリーンに簡便にフィッティングすることが可能となる。

なお、第２の実施形態と本実施形態とを併せて実施する形態とすることもできる。

《第４の実施形態》
本実施形態は、像面湾曲の調整により球面状のスクリーンの手前と奥（周辺部と中央部）での光軸方向の距離が変わることで像面内の明るさが変わることを抑制することを特徴とする。他の点は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

図１（ａ）で、投射画像１４を１４ａから１４ｂにした場合、レンズ装置２０から見て手前と奥（スクリーンの周辺部と中央部）では光軸１５の方向における相対的な距離が異なり、レンズ装置２０に近づくほど明るくなる。すなわち、１４ｂのような形状のスクリーンでは手前側となるスクリーン外周円部が明るくなる。

そこで、本実施形態では、予め像面湾曲調整群１の光軸方向における位置と、投射面上の場所による明るさ変動量（スクリーンの周辺部と中央部における明るさの差）をレンズ制御基板１３に記憶させる。そして、像面湾曲調整群１を目標位置に移動した場合、予め記憶した明るさ変動量（スクリーンの周辺部と中央部における明るさの差）をキャンセルする（もしくは抑制する）ようにする。具体的には、制御部としてのレンズ制御基板１３で、反射型液晶パネル３０で作成する画像内の明るさの分布を調整する。これにより、本実施形態では、像面湾曲を調整した際の明るさムラを自動的に解消することができる。

ここで、像面湾曲を調整した際の明るさムラを抑制する照度変更部としては、画像を生成する画像生成部としての液晶パネル３０の他、レンズ装置内に備わる絞り、液晶パネル３０を照明する光源からの照明光の光路内に備わる絞りであっても良い。

なお、更にレンズシフトユニット２１の位置情報や、フォーカスポジション、ズームポジションなど、その他の位置情報を加味して、像面湾曲を調整した際の明るさムラを抑制するようにしても良い。

《第５の実施形態》
本実施形態は、像面湾曲の調整によりバックフォーカスがずれてしまい、ズーム動作をしたときピントが合わなくなることを抑制することを特徴とする。他の点は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

図１（ａ）で、像面湾曲調整群１を光軸方向に移動させて投射画像１４を変動させた場合、屈折率を有するレンズが移動する為、バックフォーカスが変動する。そこで、本実施形態では。像面湾曲調整群１の移動量に対するバックフォーカスの変動量は光学的に求められ、バックフォーカスの変動量をキャンセルする量をレンズ制御基板１３に記憶させる。なお、部品公差や製造誤差などの個体差を反映させるために、製造工程で像面湾曲調整群１に対するバックフォーカスの変動量をキャンセルする量をレンズ制御基板１３に記憶させても良い。

像面湾曲調整を実施した場合、像面湾曲調整群の位置検出センサ７によって調整量を検知する。そして、予めレンズ制御基板１３に記憶した像面湾曲群１の調整量に対するバックフォーカス変動量をキャンセルする量を求める。そして、求めた補正量だけ、距離変更部としてのレンズ伸縮ピン４６（図５、図７）をレンズ伸縮ピンモータ７４（図７）で回転させることで伸縮させる。このようにして、図４に示すようなレンズ２０と液晶パネル３０との間隔を変動させて、バックフォーカスを補正することができる。

その結果、本実施形態では、バックフォーカスのずれが解消されるため、像面湾曲調整後もズーム全域においてピントずれが生じない画像投射装置を提供することができる。

《第６の実施形態》
本実施形態は、像面湾曲調整群１を光軸方向に移動させたときのズーム操作に伴うピントずれを抑えるようにしたものである。他の点は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

第５の実施形態で説明したように、図１（ａ）で像面湾曲調整群１を光軸方向に移動させて投射画像１４を変動させた場合、屈折率を有するレンズが移動する為、バックフォーカスが変動する。バックフォーカスが変動した場合、ズームした際に投射画像がピントずれしてしまう。

本実施形態では、像面湾曲調整群１を所定量移動させた場合に、所定のズーム位置においてピントずれ（ピント位置変動）が生じないようにするフォーカス調整群２の光軸方向における位置は光学的に求められる。そして、ピント位置変動に対応したフォーカス調整群２の補正量をレンズ制御基板１３に記憶させる。なお、部品公差や製造誤差などの個体差を反映させるために、製造工程でフォーカス調整群２の補正量をレンズ制御基板１３に記憶させても良い。

像面湾曲調整を実施した場合、像面湾曲調整群の位置検出センサ７によって調整量を検知する。そして、ズーム調整位置検出用端検出センサ１２によりズーム調整群３の位置を検出する。予めレンズ制御基板１３に記憶した情報と検出結果から、フォーカス調整群２の補正量を求める。求めた補正量を、フォーカス調整用モータ９でフォーカス調整群２を移動する。このようにして、像面湾曲調整後もズーム全域においてピントずれが生じない画像投射装置を提供することができる。

《第７の実施形態》
本実施形態は、レンズ装置２０をレンズシフト及び傾き調整できるようにしたものである。他の点は、前述のいずれかの実施形態と同様であるため、説明を少なくとも一部省略する。

図１１（ａ）及び図１２（ａ）はレンズシフトを行っていない場合のレンズ装置２０とピント面１４との関係を示す図であり、前述のように像面湾曲調整を行うことでピント面が曲面形状のピント面１４ｂとなっている。なお、図１２（ａ）ではドーム状のピント面全体が図示されているが、図１２（ｂ）（ｃ）においてはピント面の一部のみ（ピント面のうち実際にスクリーンに投射される投射画像に相当する部分）が図示されている。

ここで、後述の図１５に示すような運転シミュレータ１１０では、プロジェクターを通常の設置姿勢から９０度回転させて設置する場合がある。図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）は図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示す状態からプロジェクターを９０度回転させて投射画像を９０度回転させた場合のレンズ装置２０とピント面１４ｂとの関係を示す図である。また、プロジェクター用の投射レンズの中にはレンズシフト可能なものがあり、図１１（ｃ）及び図１２（ｃ）はレンズ装置２０をレンズシフトさせた場合のレンズ装置２０とピント面１４ｃとの関係を示す図である。この場合、図１２（ａ）で示すピント面１４ｂにおいて、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）とは異なる部分を切り出すことになるので、ピント面１４ｂとは異なるピント面１４ｃとなる。図１１（ｃ）に示すようにレンズシフトを行った場合には、図１３（ａ）に示すようにピント面１４ｃとドーム状スクリーンＳＣとの形状を一致させることができるが、スクリーンＳＣの中心と投射画像の中心あるいはピント面の中心とがずれてしまう。そこで、図１１（ｄ）及び図１３（ｂ）に示すように、レンズ装置２０を傾けることでスクリーンＳＣの形状とピント面１４ｃとの形状を合わせつつ、スクリーンＳＣの中心と投射画像の中心とを合わせることもできる。

図１４（ａ）及び（ｂ）はレンズ装置２０を照明光学系の光軸２００に対して傾けた場合を示す図である。図６などでも説明したように、レンズシフトユニット２１によって、レンズ装置２０はその光軸と直交する方向に移動可能である。つまり、レンズシフトユニット２１は、レンズ装置２０をその光軸と直交する方向（図１４におけるＹ方向及びＺ方向）に移動可能なようにレンズ装置２０を保持している。

前述の図５と同様に、図１４（ａ）及び（ｂ）において、４３は合成プリズム、３０は液晶パネル、４５は合成プリズム４３と液晶パネル３０を保持する色合成ユニットであり、色合成ユニット４５はレンズシフトユニット２１に固定されている。

前述の図５においては、レンズ装置２０とレンズユニットユニット２１との間に伸縮ピン４６が設けられていたが、本実施形態においては傾斜ピン４６０が設けられている。なお、伸縮ピン４６が傾斜ピン４６０としての機能を兼ね備えていてもよいし、傾斜ピン４６０が伸縮ピン４６としての機能を兼ね備えていてもよい。つまり、１種類のピンが伸縮ピン４６と傾斜ピン４６０としての機能を兼ね備えていてもよい。

図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、傾斜ピン４６０が伸縮することによって、レンズ装置２０を照明光学系の光軸２００に対して傾斜させることができ、前述の図１１（ｄ）に示す状態を実現することができる。傾斜ピン４６０を用いたレンズ傾倒機構は、前述の図７と同様の構成を採用してもよい。つまり、前述の図７において伸縮ピン４６を傾斜ピン４６０とし、レンズ伸縮ピンモータ７４の代わりにレンズ傾斜ピンモータを用いればよい。なお、前述の図７において、２０ａはレンズ装置２０の一部であり、７３はバネ、４２ａはレンズ取付け部である。

レンズ傾斜ピンモータを駆動させることでレンズ装置２０とレンズ取付け部の間隔を変更することができる。その結果、例えば、図１４（ａ）においては紙面上側にある傾斜ピン４６０を伸ばし、逆に紙面下側にある傾斜ピン４６０を縮める、あるいは伸ばさないことで図１４（ａ）に示すように、レンズ装置２０を紙面下方向に傾斜させることができる。なお、レンズ傾斜ピンモータには傾斜ピン４６０の伸縮量を検出するセンサが内蔵されていてもよい。

図１５（ａ）は、運転シミュレータ１１０の例を示す図である。運転シミュレータ１１０は、複数のプロジェクター８で曲面スクリーン７００に画像を投射し、操縦者８００の操縦を検知してプロジェクター８の画像を変更するシステムである。その際、操縦者８００の環境も操縦を検知して変動し、例えば運転シミュレータ１１０全体が傾いたり振動したりしてもよい。

この様なシミュレータでは例えば、操縦者８００の目線９０の延長線上に曲面スクリーン７００の中心が来るよう配置される。操縦者８００の目の位置にプロジェクター８を設置できればよいが、通常は設置できないので、図１５（ａ）に示すようにプロジェクター８を例えば天井に取り付け、図１５（ａ）の紙面下方向にレンズシフトさせて投射画像が操縦者１０で遮られないようにする。

図１５（ｂ）は合計７台のプロジェクター８を用い、曲面スクリーン７００を領域１４ｃ１～１４ｃ７に分割して曲面スクリーン７００に画像を表示している状態を示す図である。図１５（ｂ）では、各プロジェクター８は像面湾曲を意図的に発生させ、かつ図１５（ａ）に示すようなレンズシフトを行った状態のピント面を、図１１（ｄ）や図１４（ａ）（ｂ）に示したようにレンズ装置２０を傾けることで曲面スクリーン７００にフィッティングしている。像面湾曲を意図的に発生させるためには、図１（ａ）に示す像面湾曲調整群１を、図１（ｂ）に示す像面湾曲調整用グリップ１０を操作することで光軸方向に移動させればよい。

ここで、像面湾曲の度合い（例えば曲率半径）は、像面湾曲調整群１の位置によって計算して求めることができる。また、レンズシフトによって図１２（ａ）のピント面１４のどの領域を投射画像のピント面として切り出すかもレンズシフトユニット２１のＹＺ平面座標位置によって計算して求めることができる。

なお、図１（ｂ）において説明の通り、像面湾曲調整群１の位置は、像面湾曲群用の位置検出センサ７により求めることができる。また、レンズシフトユニット２１のＹＺ平面座標の位置は、図６において説明の通りＺ方向位置検出センサ５８、および、Ｙ方向位置検出センサ６１により求めることができる。

レンズ制御基板２７は、像面湾曲群用の位置検出センサ７、Ｙ方向位置検出センサ６１、Ｚ方向位置検出センサ５８の情報から投射画像のピント面として切り出す面（例えば図１１（ｃ））を算出可能な情報を記憶する。レンズ制御基板２７は算出したピント面（例えば図１１（ｃ））を、レンズシフトを実施しない状態へ近づける為に、レンズ装置２０を傾ける量（例えば図１１（ｄ））を算出可能な情報を記憶する。

投射画像のピント面として切り出した面を、レンズシフトを実施しない状態へ近づけるためには、図１１（ｃ）における画面四隅の光軸方向の位置の差を少なくするようにするとよい。算出したレンズ装置２０の傾き量を実現するために、合計４か所あるレンズ傾斜ピンモータを任意量駆動してレンズ装置２０を傾ける。

上記の制御を行うことにより、像面湾曲調整、かつ、レンズシフト移動した際も正確に曲面スクリーンにピント面をフィッティングすることを可能にした投射表示装置を提供することができる。

なお、より厳密にレンズ装置２０の傾き量を算出するためには構成部品の公差や、工場での組み立て誤差も加味することが望ましい。

このため、像面湾曲群用の位置検出センサ７の検出位置に対する像面湾曲度合いを製造工程で測定し、レンズ制御基板に記憶させてもよい。また、Ｚ方向位置検出センサ５８、および、Ｙ方向位置検出センサ６１の検出位置に対して、投射画像のピント面として切り出す領域を製造工程で測定し、レンズ制御基板に記憶させてもよい。これらの情報から、前述のように算出したレンズ装置２０の傾き量を実現するために、前述のように合計４か所あるレンズ傾斜ピンモータを任意量駆動してレンズ装置２０を傾ける。

なお、レンズ傾斜ピンの調整量を記憶する傾き量記憶部に格納されるのは調整量を記憶するのでも良く、また、調整量を算出するための情報を記憶し、検出値と記憶した情報から調整量を算出しても良い。

また、本実施形態においては、レンズ傾倒部としてレンズ傾斜ピンとレンズ傾斜ピンモータを備える構成を例示したが、レンズ傾倒部の構成はこのような構成に限定されるものではない。また、本実施形態においては、レンズ制御基板が傾き量記憶部としての機能も兼ね備えている構成を例示したが、レンズ制御基板とは別に傾き量記憶部を有する構成であってもよい。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では、像面湾曲の量をスクリーンの曲率半径によって決定したが、スクリーンの奥と手前（中央部と周辺部）の光軸方向の距離（間隔）を入力しても良く、像面湾曲の度合いを規定できれば、入力条件は特に限定されない。

（変形例２）
上述した実施形態では、球面状のスクリーンは画像投射装置側に凹面のものとしたが、これに限られず、画像投射装置側に凸面のものであっても良い。

（変形例３）
上述した実施形態では、記憶部（レンズ制御基板１３に備わる）、入力部（リモコン１００）がレンズ装置に備わるとしたが、双方もしくは一方が画像投射装置として構成される部品としてレンズ装置に備わらなくても良い。

（変形例４）
上述した実施形態では、レンズ保持部材（保持部材）に保持される投射光学系としてのレンズ装置２０は画像投射装置本体に固定されるものとして説明したが、交換レンズとしてレンズ保持部材（保持部材）に対し着脱可能に設けられるものであっても良い。

１ 像面湾曲調整群
１３ レンズ制御基板

Claims (15)

1. 光軸方向の移動により像面湾曲を変化させる第１の光学系と、
   前記第１の光学系の前記光軸方向における位置と、前記像面湾曲の量との関係を記憶する記憶部と、
   前記像面湾曲の量として入力された曲面状のスクリーン形状に関する値に基づいて特定される前記光軸方向における目標位置へ前記第１の光学系を移動させる制御部と、
   を有することを特徴とするレンズ装置。
2. 前記光軸方向における基準位置に移動した前記第１の光学系を検出する位置検出部と、
   前記基準位置から前記光軸方向に移動した前記第１の光学系の位置を検出する移動量検出部を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 光軸方向の移動によりピント状態を変化させる第２の光学系を有し、
   前記制御部は、前記目標位置へ前記第１の光学系を移動させるときのピント状態の変化を抑えるように前記第２の光学系を前記光軸方向に移動させることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズ装置。
4. 光軸方向の移動により倍率を変化させる第３の光学系を有し、
   前記制御部は、前記目標位置へ前記第１の光学系を移動させるときの倍率変化を抑えるように前記第３の光学系を前記光軸方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレンズ装置。
5. 前記制御部は、前記第１の光学系の前記光軸方向における位置と、像面内の照度むらとの関係が予め記憶された状態で、前記目標位置に基づいて特定される前記像面内の照度むらを抑えるように、像面内における照度を変更する照度変更部を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 画像を生成する画像生成手段と、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置を保持する保持部材と、
   を有することを特徴とする画像投射装置。
7. 前記第１の光学系の前記光軸方向における位置と、前記像面湾曲の量との関係を記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項６に記載の画像投射装置。
8. 前記第１の光学系の前記光軸方向における位置と、像面内の照度むらとの関係が予め記憶された状態で、前記目標位置に基づいて特定される前記像面内の照度むらを抑えるように、像面内における照度を変更する照度変更部を有し、
   該照度変更部は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレンズ装置に備わる絞り、画像を生成する画像生成手段、該画像生成手段を照明する光源からの照明光の光路内に備わる絞り、のいずれかであることを特徴とする請求項６または７に記載の画像投射装置。
9. 前記画像生成手段に対する前記レンズ装置との前記光軸方向における距離を変更する距離変更部を有し、
   前記第１の光学系の位置とバックフォーカスの変動との関係が記憶された状態で、
   前記制御部は、前記目標位置に基づいて特定される前記バックフォーカスの変動を減じるように前記距離変更部を制御することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の画像投射装置。
10. 光軸方向の移動によりピント状態を変化させる第２の光学系を有し、
    前記制御部は、
    前記第１の光学系の位置とピント位置変動との関係が記憶された状態で、前記目標位置に基づいて特定される前記ピント位置変動を減じるように前記第２の光学系の移動を制御することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の画像投射装置。
11. 前記レンズ装置を前記光軸方向と垂直な方向に移動させることが可能なレンズシフト部と、
    前記レンズシフト部の位置を検出するシフト位置検出部と、
    前記画像生成手段に対して前記レンズ装置を傾かせることが可能なレンズ傾倒部と、
    前記レンズシフト部の所定の位置と前記第１の光学系の位置における前記レンズ傾倒部の調整量を記憶する傾き量記憶部と、をさらに有し、
    前記制御部は、前記シフト位置検出部による検出結果と、前記傾き量記憶部が記憶している前記調整量から前記レンズ傾倒部を駆動することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の画像投射装置。
12. 前記調整量は、前記傾き量記憶部は前記レンズシフト部の所定の位置と前記第１の光学系の位置における投射画面四隅での光軸方向の焦点位置の差異が減じるような調整量であることを特徴とする請求項１１に記載の画像投射装置。
13. 前記傾き量記憶部は前記レンズ装置に設けられていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の画像投射装置。
14. 前記傾き量記憶部は、前記第１の光学系の位置と前記レンズシフト部の位置に関する情報から、前記レンズ傾倒部の傾き量を算出することが可能な情報を記憶していることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
15. 光軸方向の移動により像面湾曲を変化させる第１の光学系と、
    前記第１の光学系の前記光軸方向における位置と、前記像面湾曲の量との関係を記憶する記憶部と、前記像面湾曲の量として入力された曲面状のスクリーン形状に関する値に基づいて特定される前記光軸方向における目標位置へ前記第１の光学系を移動させる制御部と、
    前記第１の光学系の前記光軸方向における位置を検出するアブソリュートエンコーダと、を有することを特徴とするレンズ装置。

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