JP2016038462A - レンズ保持部材、レンズユニット及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、レンズ光軸と垂直な方向に対する振動や衝撃に対しても安定してレンズを保持するレンズ保持部材の提供。【解決手段】非円形レンズＬ３をレンズ光軸Ｚに対して直交する径方向に移動させて、外周端部Ｑを挿入可能な嵌め合い部１６を備え、前記外周端部Ｑの前記径方向の位置とレンズ光軸方向の位置とを規制する第１保持部８と、挿入状態で、非円形レンズのレンズ光軸方向への移動を規制する固定状態を形成するレンズ受け部９１と、非円形レンズＬ３の前記径方向への移動を規制する突起部９２と、を備える第２保持部９と、前記突起部９２と係合し、前記第２保持部９の移動方向を前記レンズ光軸方向に規定する溝部１７とを有し、前記溝部１７は、前記挿入状態で前記突起部９２と係合し、前記突起部９２を前記レンズ光軸方向に案内することで、前記第１保持部８と前記第２保持部９とが嵌め合って固定される固定状態を形成するレンズ保持部材。【選択図】図５

Description

本発明は、レンズを始めとする光学部材を支持するためのレンズ保持部材、当該レンズ保持部材を有するレンズユニット及び画像投影装置に関する。

カメラやプロジェクタに代表されるレンズを使用した光学装置において、レンズを支持する構成としては、例えばレンズコバ部を設けてレンズの不使用部分をネジや押さえ部材を用いて固定する構成が知られている（例えば特許文献１、２参照）。
また、熱カシメなどレンズ保持部材の外周部を融解させ、レンズを拘束させる構成（例えば引用文献３参照）も知られている。

ところで、近年の光学装置、特に画像投影装置においては、レンズの大口径化と、省スペース化という相反する２つの目的を達成するために、特に大口径のレンズにおいて、光学特性上不要な部分をカットした非円形レンズが用いられることが多い。
しかしながら、このような非円形レンズを用いる場合には、熱カシメなどのレンズ保持構造では、レンズを均一に押圧することが難しいため、固定の精度が悪化するという懸念がある。
また、大口径のレンズをネジなどの固定部材を用いてただ固定するのみでは、レンズの大きさに合わせて固定部材も大きくなることから、スペースの増大や部品点数の増加が懸念される。
このような課題を解決するために、レンズの光軸に対して直行する方向にレンズを挿入して、レンズに形成された係止部によって保持する構成が考えられる（例えば特許文献４参照）。

しかしながら、ただ単に係止部をレンズに設けるのみでは、レンズの大口径化による重量の増加により、レンズ光軸と垂直な方向に対する振動や衝撃時にレンズが脱落したり、位置のずれが生じてしまう懸念がある。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、レンズ光軸と垂直な方向に対する振動や衝撃に対しても安定してレンズを保持可能なレンズ保持部材の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明にかかるレンズ保持部材は、レンズ光軸に対して非対称な非円形レンズを前記レンズ光軸と直交する径方向に移動させて、前記非円形レンズの外周端部を挿入可能な嵌め合い部を備え、前記非円形レンズを前記嵌め合い部に挿入したときに、前記非円形レンズの挿入方向下流側の前記外周端部と前記嵌め合い部とが係合した挿入状態とすることで、前記外周端部の前記径方向の位置とレンズ光軸方向の位置とを規制する第１保持部と、前記挿入状態で、前記レンズ光軸方向に移動させると、前記非円形レンズの前記挿入方向上流側の端部に対向し、前記非円形レンズの前記レンズ光軸方向への移動を規制する固定状態を形成するためのレンズ受け部と、前記レンズ受け部が前記非円形レンズの前記レンズ光軸方向への移動を規制するとともに前記第１保持部と係合したときに前記非円形レンズの前記径方向への移動を規制する突起部と、を備える第２保持部と、前記突起部と係合し、前記第２保持部の移動方向を前記レンズ光軸方向に規定する前記第１保持部に形成された溝部と、を有し、前記溝部は、前記挿入状態で前記突起部と係合して、前記突起部を前記レンズ光軸方向に案内することで前記第１保持部と前記第２保持部とが嵌め合って固定される固定状態を形成する。

本発明によれば、スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、レンズ光軸と垂直な方向に対する振動や衝撃に対しても安定してレンズを保持することができる。

本発明の実施形態における画像投影装置の構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるレンズ保持部材の構成の一例を示す図である。 図２に示したレンズ保持部材と透過光束の位置関係の一例を示す断面図である。 本発明における第２保持部の構成の一例を示す斜視図である。 本発明におけるレンズ保持部材の動作の一例を示す斜視図である。 図２に示したＡ部分における第１保持部とレンズとの係合部分の構成の一例を示す断面図である。 図６に示した第１保持部とレンズとの係合部分の構成の他の一例を示す断面図である。 本発明における第２保持部とレンズとの係合部分の構成の他の一例を示す断面図である。

図１には、本発明の実施形態の一例として、レンズ保持部材たる固定レンズ部５と可動レンズ部６とを備えた画像投影装置２が示されている。以下、画像投影装置２に備えられている投影レンズＬ３のレンズ光軸をＺ軸として、図１のようにＸ、Ｙ、Ｚの各軸とその方向とを定める。
画像投影装置２は、光束を射出する図示しない光源と、光源から入射した光束にＲＧＢの３原色に対応した画像情報を与える画像表示手段たる３つの液晶パネルＰＮと、を有している。
画像投影装置２は、いわゆる３板式のカラープロジェクタであり、３つの液晶パネルＰＮに囲まれた部位に設けられた色合成手段たるプリズム２０１と、プリズム２０１によって色合成された画像情報を投影するためのレンズユニット４とを有している。

ここで画像投影装置２の光源には、ハロゲンランプを用いている。また、光源は、メタルハライドランプや高圧水銀ランプ、ＬＥＤ等であっても良い。

液晶パネルＰＮは、透過型の画像表示面であり、光源から入射した光束の強度分布を画像表示面に表示された画像に応じて２次元的に強度変調することで、例えばＲＧＢの３源色の各色に対応した色別の画像情報を透過した光束に与える。

プリズム２０１は、各液晶パネルＰＮを透過した色別の画像情報を合成して、透過した光束にカラーの画像情報を形成する。プリズム２０１は、−Ｚ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向それぞれからの入射光を偏向して−Ｚ方向に投射する偏向手段としての機能を有している。

レンズユニット４は、Ｚ軸方向に移動可能な可動レンズ部６と、固定レンズ部５とを有している。可動レンズ部６及び固定レンズ部５は、何れもレンズ保持部材としての機能を有している。
可動レンズ部６は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｚ軸方向下流側から順に複数のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有している。
レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、加工性を考慮して、プラスチックレンズであることが望ましいが、ガラスレンズでも良いし、その他の光学材料を用いたものであっても良い。ここで、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３のうち少なくとも最もＺ方向の上流側にある投射レンズＬ３は、レンズ光軸たるＺ軸に対して非対称であり、Ｚ軸方向から見たときにＸ軸正方向側に曲率を有する略半円形状のレンズである。

以上のような構成により、画像を投射する方法について説明する。
光源から射出された光束は、それぞれの液晶パネルＰＮを透過することで画像情報を付与された後、プリズム２０１によって合成されることで、色別の画像情報からカラーの画像情報に変換される。
このようなカラーの画像情報を付与された光束は、レンズユニット４をＺ軸下流側からＺ軸上流側へ向かうように通過し、レンズＬ１、Ｌ２を順に透過した後、最もＺ軸方向の上流側にある投射レンズＬ３を透過して、図示しない投影面に画像が投射される。
画像投影装置２は、かかる構成により、投影面に画像表示面に表示された画像を拡大した投射画像を投影する。

このとき、投影面状に投射される画像の倍率は、物体距離と像距離とを調整することで変化させる。すなわち、物体距離は固定レンズ部５と液晶パネルＰＮとの間隔を調整することで変化させ、像距離は可動レンズ部６と投影面とのＺ方向距離を調整することで変化させる。

上記のような方法により投射画像の倍率を変化させると、像面が投影面に対して倒れたり、投射画像の形状が台形になったりするので、可動レンズ部６をＺ軸方向に変位させることでかかる投射画像の形状のずれを補正する。

かかる構成の画像投影装置２においては、投射レンズＬ３を始めとするレンズは、レンズ保持部材たる可動レンズ部６あるいは固定レンズ部５に固定される。
レンズとして特に非円形レンズを用いる場合には、従来のレンズ保持方法では、一様に押圧することが難しく固定の精度が悪化したり、固定に必要なスペースの増大や部品点数の増加が懸念されている。
そこで、本発明では、以下に述べるような構成により、レンズをレンズ保持部材に固定している。

投射レンズＬ３を支持する方法について説明する。
ここでは特に投射レンズＬ３についてのみ述べるが、同様のレンズ支持方法あるいはレンズ支持部材を、レンズＬ１、Ｌ２に用いても良いことは言うまでもない。また、レンズユニット４を構成するその他のレンズについて、かかる構成を用いても良い。

レンズユニット４の中から特に可動レンズ部６を抜き出した断面図を図３に示す。
図３において、投射レンズＬ３は、入射した光束を投射するための光学領域Ｐと、光学的に使用しない部分であり、光学領域Ｐの外周に沿って曲率を有する側に設けられた外周端部Ｑと、を有している。

可動レンズ部６は、外周端部ＱをＸ方向に移動させたときに挿入可能なように、鉤状に形成された嵌め合い部１６を備えて外周端部Ｑの位置を規制する第１保持部８と、第１保持部８と組み合わせて投射レンズＬ３の移動を規制する第２保持部９とを有している。

第１保持部８は、外周端部Ｑが挿入されて外周端部Ｑと嵌め合い部１６とが互いに当接して係り合う、すなわち係合することによって、投射レンズＬ３のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動を規制する仮止め手段としての機能を有している。
第１保持部８はまた、第２保持部９がＺ方向に移動することで挿入されるときに、第２保持部９と係合して第２保持部９の移動方向をＺ方向に規定するための溝部１７を有している。
嵌め合い部１６は、可撓性を有し、外周端部Ｑが挿入されたときにＺ軸方向に広がるように弾性変形することによって、外周端部Ｑを圧接保持するように設定される。

第２保持部９は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、投射レンズＬ３のＺ軸方向への移動を規制するためのレンズ支持部たるレンズ受け部９１と、溝部１７と係合して投射レンズＬ３の径方向を含むＸＹ平面における移動を規制する突起部９２とを有している。
第２保持部９はまた、第１保持部８にＺ方向に終端まで挿入されたときに、第１保持部８と嵌め合ってＺ軸方向の移動を規制する固定部９３を有している。

レンズ受け部９１は、ＹＺ平面に略平行な平面部９１ａと、平面部９１ａの端部にＸ方向に向かって立ち上がって、断面がＬ字状になるよう形成されたＬ字端部９１ｂとを有している。
Ｌ字端部９１ｂは、後述する固定状態において、投射レンズＬ３の第１保持部８への挿入方向下流側とは反対側の、Ｘ方向上流側の面に沿うように形成され投射レンズＬ３の−Ｚ方向への移動を規制する。
平面部９１ａは、第２保持部９を第１保持部８に差し込むときに、投射レンズＬ３の第１保持部８への挿入方向下流側とは反対側に当接して支持することで投射レンズＬ３の−Ｘ方向への移動を規制する。
レンズ受け部９１は、かかる構成により、固定状態において、投射レンズＬ３のレンズ光軸と直交する挿入方向たるＸ方向の上流側の端部に対向して配置されることで、投射レンズＬ３の移動を規制する。
突起部９２は、第２保持部９のＹ方向両端に配置され、同じく第１保持部８のＹ方向両端に配置された溝部１７によってＺ方向以外の方向への移動を規制されるように、溝部１７と係合して案内される。

固定部９３は、第２保持部９のＺ方向下流側に、言い換えると第１保持部８に先に差し込まれる側に一対に形成された部材である。
固定部９３は、後述する固定状態において、第１保持部８に形成された図示しない鉤状突起部が挿通されて固定されることで、第２保持部９のＺ方向の位置を固定する光軸方向位置決め部としての機能を有している。ここで挿通とは鉤状突起部が固定部９３に挿入されて貫通することを言う。なお、かかる構成は所謂スナップフィットのように、鉤状突起部と固定部９３とが係合し、互いに弾性力によって固定される構成であっても良い。
かかる固定部９３によって、部品点数の増加を抑えながらも、第２保持部９のＺ方向の位置決めを行うことができて、投射レンズＬ３が精度良く固定される。

このような構成のレンズ保持部材を用いて、レンズを固定するための動作について説明する。
可動レンズ部６に投影レンズＬ３を挿入する場合の固定方法を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
まず、図５（ａ）に示すように、外周端部Ｑが第１保持部８の嵌め合い部１６に挿入されるように、投射レンズＬ３をＸ方向に移動させる。

投射レンズＬ３が、Ｘ方向に、第１保持部８の終端まで挿入された図５（ｂ）の状態を挿入状態とする。挿入状態において、投射レンズＬ３は、第１支持部８に支持され、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動を規制された仮止め状態である。

第１支持部８には、挿入状態において投射レンズＬ３の挿入方向と反対側の面である底面よりもＹ方向上流側となるような位置に、溝部１７が設けられている。
このような挿入状態において、第２保持部９をＺ方向に平行な差込方向に移動させると、平面部９１ａが投射レンズＬ３の底面に当接しながらスライドすることで、投射レンズＬ３のＸ方向への移動を規制しながら移動する。
かかる差込動作が終了し、固定部９３が第１保持部８と嵌め合って固定されることで、図５（ｃ）に示すように第１保持部８と第２保持部９とが互いに固定された固定状態を形成する。
このとき、嵌め合い部１６は、図６に示すように、外周端部Ｑが挿入されることで弾性変形し、外周端部Ｑを弾性力で圧接保持する。図６は、図２に示したＢ部分の拡大図であり、嵌め合い部１６と投射レンズＬ３とが当接している部分を表している。
図６に示されているように、嵌め合い部１６は、外周端部Ｑと当接して係合することにより断面コの字状の収容凹部がＺ軸方向に広げられて投射レンズＬ３が支持される。

固定状態において、レンズ受け部９１は、平面部９１ａが投射レンズＬ３の底面に当接して投射レンズＬ３のＸ方向への移動を制限するとともに、Ｌ字端部９１ｂが、投射レンズＬ３の光学領域Ｐの外縁部に当接してＺ方向への移動を制限している。
かかる第２支持部９によって固定状態を形成することで、スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、レンズ光軸に直交するＸ方向に対する振動や衝撃に対しても安定してレンズが保持される。
かかる構成において、レンズ受け部９１は、投射レンズＬ３の挿入方向逆側の端部に当接して支持するレンズ支持部である。
かかるレンズ受け部９１により固定状態を形成することで、スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、レンズ光軸に直交するＸ方向に対する振動や衝撃に対してもさらに安定してレンズが保持される。

また、第２保持部９は、固定状態において第１保持部８と嵌め合ってＺ方向の移動を規制する固定部９３を有している。
かかる構成により、スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、固定状態において第１保持部８と第２保持部９とが互いに固定されるから、レンズ光軸と垂直な方向に対する振動や衝撃に対しても安定してレンズを保持する。

また、嵌め合い部１６は、弾性変形可能であり、投射レンズＬ３の外周端部Ｑが嵌め合い部１６に挿入されたときに、嵌め合い部１６が外周端部Ｑを弾性力で保持している。
かかる構成により、スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、レンズ光軸と垂直な方向に対する振動や衝撃に対してもさらに安定してレンズを保持する。
さらに、かかる構成により、挿入状態から固定状態に至るまでの差込動作中にも、安定して投射レンズＬ３が保持されることにより、第２保持部９の差込動作が容易に行われる。

また、嵌め合い部１６は、図７に示すように、Ｚ軸方向に突出した、可撓性を有する突起である嵌め合い突起部１６ａを有しても良い。
かかる構成により、スペースの増大や部品点数の増加を抑制しながらも、レンズ光軸と垂直な方向に対する振動や衝撃に対してもさらに安定してレンズが保持される。
さらに、かかる構成により、挿入状態から固定状態に至るまでの差込動作中にも、安定して投射レンズＬ３が保持されることにより、第２保持部９の差込動作が容易に行われる。

なお、図８に示すように、第１保持部８のＹ方向両端であって、溝部１７よりもＸ方向下流側に、挿入状態において投射レンズＬ３の挿入方向逆側の端部に当接するように設けられた、台形状の凸部である係止部１８を形成してもよい。ここで図８は、図２（ａ）に破線で示したＡ部分を拡大した拡大図である。
かかる構成によれば、投射レンズＬ３は、挿入状態においてそのＸ方向下流側の端部である底面が係止部１８に当接し挟みつけられて、係り合って止められることで、すなわち係止することでＸ方向への移動を規制される。
かかる構成により、挿入状態から固定状態に至るまでの差込動作中にも、安定して投射レンズＬ３を保持することにより、第２保持部９の差込動作を容易に行う。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、画像投影装置２は、３板式のカラープロジェクタであるとしたが、これに限らず、１つの液晶パネルでカラーの画像情報を与える１板式のものであっても良いし、モノクロの画像投影装置であってもよい。

また、かかるレンズ保持部材を、画像投影装置の他、撮像装置などの光学装置に用いられるレンズを固定するためのレンズユニットに用いることとしても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

２ 画像投影装置
４ レンズユニット
５ レンズ保持部材（固定レンズ部）
６ レンズ保持部材（可動レンズ部）
８ 第１保持部
９ 第２保持部
１６ 嵌め合い部
１６ａ 嵌め合い突起部
１７ 溝部
９１ レンズ受け部
９２ 突起部
９３ 固定部
Ｌ２ 非円形レンズ（レンズ）
Ｌ３ 非円形レンズ（投射レンズ）
Ｐ 非円形レンズの光学領域
Ｑ 非円形レンズの外周端部
Ｘ 挿入方向（径方向）
Ｚ レンズ光軸方向（差込方向）

実開平０４−０６１３０７号公報 特開２００２−２２８９１０号公報 特開平０４−１６６９０５号公報 特許第５４６９４３７号公報

Claims (6)

1. レンズ光軸に対して非対称な非円形レンズを前記レンズ光軸と直交する径方向に移動させて、前記非円形レンズの外周端部を挿入可能な嵌め合い部を備え、前記非円形レンズを前記嵌め合い部に挿入したときに、前記非円形レンズの挿入方向下流側の前記外周端部と前記嵌め合い部とが係合した挿入状態とすることで、前記外周端部の前記径方向の位置とレンズ光軸方向の位置とを規制する第１保持部と、
   前記挿入状態で、前記レンズ光軸方向に移動させると、前記非円形レンズの前記挿入方向上流側の端部に対向し、前記非円形レンズの前記レンズ光軸方向への移動を規制する固定状態を形成するためのレンズ受け部と、前記レンズ受け部が前記非円形レンズの前記レンズ光軸方向への移動を規制するとともに前記第１保持部と係合したときに前記非円形レンズの前記径方向への移動を規制する突起部と、を備える第２保持部と、
   前記突起部と係合し、前記第２保持部の移動方向を前記レンズ光軸方向に規定する前記第１保持部に形成された溝部と、を有し、
   前記溝部は、前記挿入状態で前記突起部と係合して、前記突起部を前記レンズ光軸方向に案内することで前記第１保持部と前記第２保持部とが嵌め合って固定される固定状態を形成するレンズ保持部材。
2. 請求項１に記載のレンズ保持部材において、
   前記第２保持部は、前記固定状態において前記第１保持部と嵌め合って前記レンズ光軸方向の移動を規制する固定部を有することを特徴とするレンズ保持部材。
3. 請求項１又は２に記載のレンズ保持部材において、
   前記第２保持部は、前記固定状態で、前記端部に当接して支持するレンズ支持部を有することを特徴とするレンズ保持部材。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のレンズ保持部材において、
   前記嵌め合い部が弾性変形可能であり前記非円形レンズの前記外周端部が前記嵌め合い部に挿入されたときに前記嵌め合い部が該外周端部を弾性力で保持することを特徴とするレンズ保持部材。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載のレンズ保持部材を有していることを特徴とするレンズユニット。
6. 請求項１乃至４の何れか１つに記載のレンズ保持部材を有していることを特徴とする画像投影装置。

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