JP2009086475A - レンズ鏡筒 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタ等のレンズ鏡筒において、投射距離が変化してもフォーカスレンズ群とズームレンズ群との相対的な倒れに変化が生じないようにする。
【解決手段】フォーカスレンズ群である１群鏡筒２１はラジアル方向１２０°毎の３方向から１群用カムフォロア３３が取り付けられている。１群用カムフォロア３３は、固定筒２８のレンズ鏡筒用直線案内溝２８ａ及びフォーカス環２９に設けられたカム面によりそれぞれ案内されている。また、ズームレンズ群を保持する鏡筒の一部である２群鏡筒２２はラジアル方向１２０°毎の３方向から２、３、４、５群用カムフォロア３４が取り付けられている。２群鏡筒２２に取り付けられた２、３、４、５群用カムフォロア３４は、固定筒２８のレンズ鏡筒用直線案内溝２８ａ及びカム環２７の外周に設けられた２群鏡筒用カム溝２７ａによりそれぞれ案内される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばプロジェクタ（画像投射装置）等に用いられるレンズ鏡筒に関するものである。

プロジェクタ等の投射タイプのレンズ鏡筒では、シフト光学系を用いることでレンズ鏡筒の光軸からシフトした位置に画像の中心を投射する技術が広く使用されている。また、投射タイプのレンズ鏡筒は、最近の高倍化・広角化によりフォーカスレンズ群にレンズ面を非球面で構成したプラスチックレンズを使用する技術も適用されている。

例えば特許文献１では、レンズ面を非球面で構成したプラスチックレンズを用いることでレンズ鏡筒を小型化し、球面収差の補正及び結像性能を良くする技術が開示されている。

更に、プラスチックレンズのゲート周辺部を光線が通る際には複屈折が発生し易く、ゲート部の近傍を通った光線は画質劣化の原因となる。この問題を回避するために、特許文献２ではプロジェクタ等の投射タイプのレンズ鏡筒において、プラスチックレンズを用いても画質劣化が生じないゲート部の配置についての技術が開示されている。

特許第２７０９４６０号公報 特開２００４−３６１６２０号公報

投射タイプのレンズ鏡筒は、最近の高倍化・広角化によりフォーカシングとズーミングに関係するレンズ群との相対的な倒れに対する要求精度が高くなっている。しかし、一般的なフォーカスレンズ群にヘリコイドを用いる構成では、フォーカスレンズ群は回転しながらフォーカシングを行うことになる。このため、ヘリコイドの中心軸が光軸に対して倒れて成型されると、投射距離が変化した際には、フォーカシングとズーミングに関係するレンズ群との相対的な倒れも変化してしまう。

また、プラスチックレンズを大量にかつ安価に生産するためには、金型を用いた射出成型が有効であるが、この際にプラスチックレンズはゲートを有する形状になる。しかし、プラスチックレンズのゲート周辺部は成型時に樹脂が均一に流れず、分子の密度が不均一となる。このため、プラスチックレンズをレンズ鏡筒に用いた際には、ゲート周辺部を光線が通る際に複屈折等が生じてしまい、イメージサークル内の部分的な性能劣化の原因となっている。更に、フォーカスレンズ群にヘリコイドを用いる構成のレンズ鏡筒において、フォーカスレンズ群にプラスチックレンズを用いた際には、上述の問題と併せて投射距離が変化すると、イメージサークル内の部分的な性能劣化の様子及び生ずる場所も変化する。

本発明の目的は、フォーカシングとズーミングに関係するレンズ群との相対的な倒れの要求精度を満たすプロジェクタ等のレンズ鏡筒を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、フォーカスレンズ群にプラスチックレンズを用いてもイメージサークル内の部分的な性能劣化が生じないレンズ鏡筒を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る請求項１のレンズ鏡筒の技術的特徴は、フォーカシング時に光軸方向に移動するフォーカスレンズ群と、ズーミング時に光軸方向に移動するズームレンズ群とを有するズームレンズ鏡筒であって、前記フォーカシングに関係する少なくとも１つのフォーカスレンズ群と前記ズーミングに関係する少なくとも１つのズームレンズ群とはそれぞれカムフォロアを付設し、前記フォーカスレンズ群と前記ズームレンズ群は、前記カムフォロアを介して固定筒に設けた同一の直進溝に沿って案内されることにある。

請求項２のレンズ鏡筒の技術的特徴は、請求項１において、前記フォーカスレンズ群とズームレンズ群に付設する前記カムフォロアは、それぞれ異なる回転部材のカム面に案内され、前記カム面を有するそれぞれの回転部材が同一方向に回転した際には、前記フォーカスレンズ群と前記ズームレンズ群との進退方向が同一であることにある。

請求項３のレンズ鏡筒の技術的特徴は、請求項１又は２において、シフト光学系を用いると共に、前記フォーカスレンズ群はプラスチックレンズを有し、光軸を中心とした前記プラスチックレンズのゲート位置を光軸からシフトした光線が通る領域の反対側に配置したことにある。

本発明に係るレンズ鏡筒によれば、フォーカスレンズ群はフォーカシング時に回転することなく光軸方向に進退する構成であるため、投射距離が変化してもフォーカシングとズーミングに関係するレンズ群との相対的な倒れに変化が生ずることはない。

また、フォーカスレンズ群とズームレンズ群は進退方向が同一であるので、フォーカスレンズ群とズームレンズ群がそれぞれが案内されているカムフォロアと直進溝又はカム溝との間に嵌合がたがあっても、同一方向に倒れるようになる。この結果、フォーカシング又はズーミング時に嵌合がたにより、フォーカスレンズ群とズームレンズ群との相対的な倒れに変化が生じても必要精度を満たすことができる。

フォーカスレンズ群はフォーカシング時に回転することなく光軸方向に進退する構成のため、投射保証範囲全域においてフォーカスレンズ群の同一領域を光線が通ることが可能となり、イメージサークル内の部分的な性能劣化及び変化が生じない。

更にシフト光学系を用いて、レンズ鏡筒の光軸を中心とした時のフォーカスレンズ群のプラスチックレンズのゲート位置を、レンズ鏡筒の光軸からシフトして光線の通る領域の反対側に配置すると、光線がゲート周辺部を通らなくなる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１のプロジェクタ１の外観図である。プロジェクタ１の筐体内には、光源ランプ、照明光学系、色分解合成光学系及び液晶パネル等の光変調素子を内蔵した光学ボックスが収納されている。光学ボックスの光射出部には、投射レンズ２が取り付けられている。投射レンズ２は筐体の前面に形成された開口を通して、図示しないスクリーンや壁等の被投射面に画像を投射する。

図２はプロジェクタ１の光学構成図であり、光源ランプ１１の前方には照明光学系１２が配置されている。照明光学系１２は光源ランプ１１からの照明光を複数の光束に分割した後に、液晶パネル上で重ね合わせるための操作を行うレンズ素子や、照明光を所定の偏光方向を有する偏光光とするための偏光変換素子等、光路を折り曲げるミラーを含んでいる。照明光学系１２の出射方向にはダイクロイックミラー１３、偏光ビームスプリッタ１４ａ、反射型液晶パネル１５Ｂが配置されている。また、ダイクロイックミラー１３の反射方向には偏光ビームスプリッタ１４ｂ、反射型液晶パネル１５Ｇが配置されている。

一方、偏光ビームスプリッタ１４ａの反射型液晶パネル１５Ｂと異なる面には反射型液晶パネル１５Ｒが配置され、偏光ビームスプリッタ１４ａの投射方向には偏光ビームスプリッタ１４ｃ、投射レンズ２が配置されている。また、ダイクロイックミラー１３と偏光ビームスプリッタ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ同士間、反射型液晶パネル１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒと偏光ビームスプリッタ１４ａ、１４ｂの間には、偏光板、１／４波長板、色選択性偏光変換素子等の光学素子が配置されている。なお、光源ランプ１１、照明光学系１２及びダイクロイックミラー１３は、実際には図１の紙面に垂直な水平面内に配置されている。

投射レンズ２の光軸Ｏ１は、偏光ビームスプリッタ１４ｃの出射光軸、つまり色分解合成光学系の射出光軸Ｏ２に対して上方にシフトしている。これは、プロジェクタ１はテーブル上に設置されて使用される場合が多いため、投射光の下部がテーブルによって蹴られないようにするためである。なお、図示は省略しているが、プロジェクタ１を上方から見たとき、つまり水平方向では投射レンズ２の光軸Ｏ１と射出光軸Ｏ２とは一致している。

照明光学系１２から射出された照明光は、ダイクロイックミラー１３によって色分解される。ダイクロイックミラー１３で反射した波長５０５〜５８０ｎｍの緑色光は、偏光ビームスプリッタ１４ｂを透過して、緑色光用の光変調素子である反射型液晶パネル１５Ｇを照明する。また、ダイクロイックミラー１３を透過した波長５９０〜６５０ｎｍの赤色光と波長４３０〜４９５ｎｍの青色光は、偏光ビームスプリッタ１４ａに入射する。偏光ビームスプリッタ１４ａで反射した赤色光は、赤色光用の反射型液晶パネル１５Ｒを照明し、偏光ビームスプリッタ１４ａを透過した青色光は、青色光用の反射型液晶パネル１５Ｂを照明する。

プロジェクタ１の液晶駆動回路には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置が接続されている。液晶駆動回路は画像供給装置から入力された画像（映像）情報に基づいて、反射型液晶パネル１５Ｇ、１５Ｒ、１５Ｂを駆動し、これらに各色用の原画を形成させる。これにより、各反射型液晶パネル１５Ｇ、１５Ｒ、１５Ｂに入射した光は、反射されると共に原画に応じて画像変調される。

反射型液晶パネル１５Ｇで反射及び画像変調された緑色画像は、偏光ビームスプリッタ１４ｂに再び入射し、偏光ビームスプリッタ１４ｂで反射されて偏光ビームスプリッタ１４ｃに入射する。そして、偏光ビームスプリッタ１４ｃで反射されて投射レンズ２に入射する。一方、反射型液晶パネル１５Ｒで反射及び画像変調された赤色画像は、偏光ビームスプリッタ１４ａに再び入射し、偏光ビームスプリッタ１４ａを透過して偏光ビームスプリッタ１４ｃに入射する。そして、偏光ビームスプリッタ１４ｃを透過して投射レンズ２に入射する。

更に、反射型液晶パネル１５Ｂで反射及び画像変調された青色画像は、偏光ビームスプリッタ１４ａに再び入射し、偏光ビームスプリッタ１４ａで反射されて偏光ビームスプリッタ１４ｃに入射する。そして、偏光ビームスプリッタ１４ｃを透過して投射レンズ２に入射する。偏光ビームスプリッタ１４ｃによって色合成された３色のカラー画像は、投射レンズ２によって図示しないスクリーン等の被投射面に拡大投射される。

図３は投射レンズ２の分解斜視図を示している。ズームレンズ鏡筒を有する投射レンズ２の光軸Ｏ１に沿って、１群鏡筒２１、２群鏡筒２２、３群鏡筒２３、４群鏡筒２４、５群鏡筒２５、６群鏡筒２６が配列されている。１群鏡筒２１〜５群鏡筒２５の外側には、カム環２７、固定筒２８が配置され、固定筒２８の外側には回転部材としてフォーカス環２９、ズーム環３０が回転自在に配置されている。また、固定筒２８にはリレーレンズ群を有する６群鏡筒２６がビスにより固定され、固定筒２８にはモータ保持部材３１を介してモータ３２が取り付けられている。

１群鏡筒２１には、第１レンズ群のフォーカスレンズ群が保持され、ラジアル方向１２０°毎の３方向から１群用カムフォロア３３が付設されている。１群用カムフォロア３３は固定筒２８に設けられた直線案内溝２８ａ及びフォーカス環２９に設けられたカムによりそれぞれ案内されている。

また、１群用カムフォロア３３は図示しないばね等により、フォーカス環２９のカムに付勢されている。フォーカス環２９はバヨネット等により回転方向にのみ摺動可能となるように固定筒２８に取り付けられている。モータ３２によりフォーカス環２９が回動されると、１群用カムフォロア３３を介してフォーカスレンズ群を保持した１群鏡筒２１が、フォーカス環２９に設けたカム面に沿って光軸方向に移動し、フォーカシングを行う。

２群鏡筒２２、３群鏡筒２３、４群鏡筒２４、５群鏡筒２５はそれぞれズームレンズ群を保持する鏡筒であり、それらは光軸方向へそれぞれ所定の量だけ移動しズーミングを行う。これらの鏡筒２２〜２５には、それぞれラジアル方向１２０°毎の３方向から２、３、４、５群用カムフォロア３４が取り付けられている。２群鏡筒２２に取り付けられた２群用カムフォロア３４は、固定筒２８に設けたレンズ鏡筒用直線案内溝２８ａ及びカム環２７の外周に設けられた２群鏡筒用カム溝２７ａによりそれぞれ案内されている。３群鏡筒２３〜５群鏡筒２５に取り付けられたカムフォロア３４は、固定筒２８のレンズ鏡筒用案内溝２８ｂ及びカム環２７に設けられた３群鏡筒用カム溝２７ｂ、４群鏡筒用カム溝２７ｃ、５群鏡筒用カム溝２７ｄによりそれぞれ案内されるようになっている。

また、カム環２７は固定筒２８に対してバヨネット構造等により光軸方向への移動を規制されて取り付けられており、更にカム環２７にはズーム環用カムフォロア３５が取り付けられている。ズーム環用カムフォロア３５は固定筒２８に設けたズーム環用案内溝２８ｃ及び固定筒の外周に取り付けられたズーム環３０により案内されている。

モータ３２によりズーム環３０を介して、カム環２７が固定筒２８に対して光軸周りに定位置回転することによって、各群はそれぞれのカム軌跡に従い所定の距離を移動しズーミングを行う。なお、フォーカス環２９に設けたカム面とズーム環３０に設けたカム面は、フォーカス環２９とズーム環３０が同一方向に回転した際には、１群鏡筒２１と２群鏡筒２２の進退方向が同一となるように構成されている。従って、フォーカスレンズ群とズームレンズ群の相対的な倒れに変化が生ずることはない。

図４は投射レンズ２のフォーカスレンズ群の分解斜視図である。光軸Ｏ１に沿って、１群鏡筒２１内には、ガラスレンズ４１、プラスチックレンズ４２、ガラスレンズ４３、ガラスレンズ４４が配置され、プラスチックレンズ４２にはゲート４２ａが設けられている。なお、Ｏ２は色分解合成光学系の射出光軸、Ｏ３は投射される画像光の中心軸である。

上述したように、投射レンズ２の光軸Ｏ１は、色分解合成光学系の射出光軸Ｏ２に対して上方にシフトしている。このため、射出光軸Ｏ２を中心とするカラー画像は、投射レンズ２の６群鏡筒２６側の下方から入射し、１群鏡筒２１の上方より投射される画像光の中心軸Ｏ３に沿って出射する。プラスチックレンズ４２のゲート４２ａは光軸Ｏ１に関して、中心軸Ｏ３と反対の位置に配置されているので、このゲート４２ａの近傍を通る光線は少なく画質を劣化させることがある。

図５は実施例２の投射レンズ２を有するプロジェクタ１の構成図であり、投射レンズ２は、基本的に実施例１と同様の構成を有している。光源ランプ５１の前方には、照明光学系５２が配置されている。照明光学系５２は光源ランプ５１からの照明光を複数の光束に分割した後に、液晶パネル上で重ね合わせるための操作を行うレンズ素子や、照明光を所定の偏光方向を有する偏光光とするための偏光変換素子、光路を折り曲げるミラーを含んでいる。照明光学系５２の出射方向には、ダイクロイックミラー５３、ミラー５４が配列され、ダイクロイックミラー５３の反射方向にはダイクロイックミラー５５、ミラー５６が配列されている。

ミラー５４の反射方向には、フィールドレンズ５７Ｂ、透過型液晶パネル５８Ｂ、色合成プリズム５９が配列されている。また、ダイクロイックミラー５５の反射方向には、フィールドレンズ５７Ｇ、透過型液晶パネル５８Ｇ、色合成プリズム５９が配列されている。ミラー５６の反射方向には、フィールドレンズ６０を介してミラー６１が設けられ、ミラー６１の反射方向にはフィールドレンズ５７Ｒ、透過型液晶パネル５８Ｒ、色合成プリズム５９が配置されている。そして、３方向からのカラー画像が入射した色合成プリズム５９の出射方向に、投射レンズ２が配置されている。

本実施例２においても、液晶駆動回路は画像供給装置から入力された画像情報に応じて透過型液晶パネル５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂを駆動する。照明光学系５２から射出した光は、ダイクロイックミラー５３によって色分解される。ダイクロイックミラー５３を透過した青色光は、ミラー５４で反射され、フィールドレンズ５７Ｂを透過して透過型液晶パネル５８Ｂを照明する。透過型液晶パネル５８Ｂで画像変調された青色画像は、色合成プリズム５９で反射し投射レンズ２に入射する。

ダイクロイックミラー５３で反射した赤色光及び緑色光は、ダイクロイックミラー５５で更に色分解される。ダイクロイックミラー５５で反射された緑色光は、フィールドレンズ５７Ｇを透過して透過型液晶パネル５８Ｇを照明する。透過型液晶パネル５８Ｇで画像変調された緑色画像は、色合成プリズム５９を透過し投射レンズ２に入射する。

ダイクロイックミラー５５を透過した赤色光は、ミラー５６で反射され、フィールドレンズ５７Ｒを透過して第１の透過型液晶パネル５８Ｒを照明する。透過型液晶パネル５８Ｒで画像変調された赤色画像は、色合成プリズム５９で反射して投射レンズ２に入射する。色合成プリズム５９で合成された３つの液晶パネル５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂからのカラー画像は、投射レンズ２によって被投射面に拡大投射される。

上記各実施例では、光変調素子として、反射型液晶パネルや透過型液晶パネルを用いたが、これらに代えて、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは云うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

実施例１のプロジェクタの外観図である。 プロジェクタの光学構成図である。 投射レンズの分解斜視図である。 投射レンズのフォーカスレンズ群の分解斜視図である。 実施例２のプロジェクタの光学構成図である。

符号の説明

２ 投射レンズ
１１、５１ 光源ランプ
１２、５２ 照明光学系
１３、５３、５５ ダイクロイックミラー
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 偏光ビームスプリッタ
１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ 反射型液晶パネル
２１〜２６ 第１〜第６鏡筒
２７ カム環
２８ 固定筒
２９ フォーカス環
３０ ズーム環
４１、４３、４４ ガラスレンズ
４２ プラスチックレンズ
４２ａ ゲート
５７Ｒ、５７Ｇ、５７Ｂ フィールドレンズ
５８Ｒ、５８Ｇ、５８Ｂ 透過型液晶パネル
５９ 色合成プリズム

Claims (4)

1. フォーカシング時に光軸方向に移動するフォーカスレンズ群と、ズーミング時に光軸方向に移動するズームレンズ群とを有するズームレンズ鏡筒であって、前記フォーカシングに関係する少なくとも１つのフォーカスレンズ群と前記ズーミングに関係する少なくとも１つのズームレンズ群とはそれぞれカムフォロアを付設し、前記フォーカスレンズ群と前記ズームレンズ群は、前記カムフォロアを介して固定筒に設けた同一の直進溝に沿って案内されることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記フォーカスレンズ群とズームレンズ群に付設する前記カムフォロアは、それぞれ異なる回転部材のカム面に案内され、前記カム面を有するそれぞれの回転部材が同一方向に回転した際には、前記フォーカスレンズ群と前記ズームレンズ群との進退方向が同一であることを特徴とする請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. シフト光学系を用いると共に、前記フォーカスレンズ群はプラスチックレンズを有し、光軸を中心とした前記プラスチックレンズのゲート位置を光軸からシフトした光線が通る領域の反対側に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ鏡筒。
4. 請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載のレンズ鏡筒と、光源からの光を光変調素子を介して前記レンズ鏡筒に導く光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。

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