JP2016173480A - レンズユニット及び画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ光軸の傾斜を調整可能なレンズユニットの提供。
【解決手段】レンズ光軸と直交する回転軸Ｐ上に配置された固定部材１１と、固定部材１１によって回転軸Ｐを中心として筐体２０に対して回転可動に連結された鏡筒１０と、固定部材１１よりも鏡筒１０を通過する光の出射側に配置され、筐体２０の内周側に当接するとともに鏡筒１０の外周側に当接して鏡筒１０を支持する円環形状の偏心部材３０と、筐体２０の内周面の一部に偏心部材３０の外周面３０ａと対向する位置に形成され、当該外周面３０ａに当接して偏心部材３０を支持する支持部２１と、を有し、偏心部材３０は、表面が当該偏心部材３０の外周面３０ａの少なくとも一部をなし、当該偏心部材３０の中心Ｏまでの距離が変化する径変化部３４を有し、前記レンズ光軸に垂直な平面上で回動することによって外周面３０ａと支持部２１との当接位置が変化することで鏡筒１０を回転軸Ｐを中心に回転させるレンズユニット２００。
【選択図】図２

Description

本発明は、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ユニットを使用した画像投影装置などの光学装置において、レンズなどの光学部材の光軸の傾斜を抑制するための構成が知られている（例えば特許文献１または２等参照）。

近年の光学装置、特に画像投影装置のレンズユニットにおいては、レンズの大口径化が進み、画像投影装置本体に対するレンズユニットの取り付け位置の微小なずれによって、レンズユニットの光軸が傾斜し、画面の歪曲や解像の劣化などが生じる恐れがある。
また、レンズユニットの光学的性能を維持するためには、レンズの相互間の相対的な位置を変えずに光軸の傾斜だけを調整する構成が望ましい。
このようなレンズユニットの光軸を調整するために、固定具を用いて傾斜を抑制するような構成も考えられるが、レンズユニット全体が大型化して重量が増すために、十分な光軸の調整ができない場合があった。

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、レンズ光軸の傾斜を調整可能なレンズユニット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ユニットは、レンズ光軸と直交する回転軸上に配置された固定部材と、前記固定部材によって前記回転軸を中心として筐体に対して回転可動に連結された鏡筒と、前記固定部材よりも前記鏡筒を通過する光の出射側に配置され、前記筐体の内周側に当接するとともに前記鏡筒の外周側に当接して前記鏡筒を支持する円環形状の偏心部材と、前記筐体の内周面の一部に前記偏心部材の外周面と対向する位置に形成され、当該外周面に当接して前記偏心部材を支持する支持部と、を有し、前記偏心部材は、表面が当該偏心部材の前記外周面の少なくとも一部をなし、当該偏心部材の中心までの距離が変化する径変化部を有し、前記レンズ光軸に垂直な平面上で回動することによって前記外周面と前記支持部との当接位置が変化することで前記鏡筒を前記回転軸を中心に回転させる。

本発明によれば、レンズ光軸の傾斜を調整することができる。

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図である。 本発明の実施形態におけるレンズユニットの構成の一例を示す斜視図である。 図２に示したレンズユニットの筐体と鏡筒との構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態における偏心部材の構成の一例を示す斜視図である。 図４に示した偏心部材の回動状態の一例を示す模式図である。 図５に示した回動状態における鏡筒の回転動作の一例を示す断面図である。

本発明の実施形態として、画像投影装置の構成の一例を図１に示す。
画像投影装置１００は、光束を射出する光源１０１と、投射すべき平面画像を画像情報として表示して、光束を変調する空間光変調素子１０２と、を有している。
画像投影装置１００はまた、画像を投影面１０４に投影するための投影光学系たるレンズユニット２００と、投影面１０４に投影するべき画像を表示するために空間光変調素子１０２を制御する制御部１０９と、を有している。

光源１０１は、光線を出射する発光源たるハロゲンランプを用いて、白色光を略並行に出射する。ここで光源としてはメタルハライドランプや高圧水銀ランプ、ＬＥＤを用いても良い。
光源１０１は白色光源であるが、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の基本色に対応するレーザー光源のような単色光源を複数用いたものであっても良い。

空間光変調素子１０２は、入射した光束を透過して空間的な変調を付与して出射することで画像情報を与える画像表示手段たる液晶パネルである。なお、空間光変調素子１０２は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のような反射型の空間光変調素子であっても良い。

レンズユニット２００の構成について、図２、図３を用いて説明する。
ここで、後述する初期状態においてレンズユニット２００への入射光の光軸すなわちレンズ光軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直な方向のうち一方、ここでは水平方向をＹ軸と定め、Ｚ軸およびＹ軸にそれぞれ垂直な方向である鉛直方向をＸ軸と定める。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向について、図２に示す矢印の方向をそれぞれ正方向と定める。

レンズユニット２００は、Ｚ軸上に配置されて投射光学系を構成する複数のレンズＬと、画像投影装置１００に取り付けられて当該レンズユニット２００の不動部材となる円筒状の筐体２０と、を有している。
レンズユニット２００は、筐体２０の内側に位置し、少なくとも１つのレンズＬを支持するレンズ保持部材たる鏡筒１０と、鏡筒１０と筐体２０との間に位置して鏡筒１０を支持する円環形状の偏心部材３０とを有している。
レンズユニット２００は、Ｙ軸上に配置されて筐体２０に固定された一対の固定部材たる連結ピン１１と、偏心部材３０と固定されてＸＹ平面上をＺ軸を中心にＡ方向に回動する駆動部たる調整レバー３１と、を有している。

筐体２０は、内周面側の一部に、Ｚ軸を挟んでＸ軸の両側において偏心部材３０の外周面３０ａと対向する位置に形成され、外周面３０ａに当接して偏心部材３０を支持する一対の図３に示す支持部２１を有している。

一対の連結ピン１１は、筐体２０に固定されるとともに、鏡筒１０の側面に挿通されている。一対の連結ピン１１を結び、Ｙ軸に平行な仮想的な軸を回転軸Ｐとする。
連結ピン１１は、鏡筒１０を筐体２０に対して回転軸Ｐを中心に回転可能に支持している。
なお、ここでは、回転軸ＰをＹ軸に平行な方向であるとしたが、かかる構成に限定されるものではなく、Ｚ軸と直交する軸であれば良い。

鏡筒１０は、投射光学系を形成する少なくとも１つのレンズＬを支持している。
鏡筒１０は、偏心部材３０と嵌合する回転ピン１２を有している。

偏心部材３０は、図４に示すように、偏心部材３０の周方向に沿って設けられた溝部たるガイド部３２を有している。
ガイド部３２は、回転ピン１２を挿入されて鏡筒１０のＺ方向への移動を規制する。
偏心部材３０は、回転ピン１２がガイド部３２に沿って摺動する態様で移動することで、鏡筒１０に対してＡ方向に回動可能である。
偏心部材３０が鏡筒１０に対してＡ方向に回動したときの回動可能角度は、ガイド部３２の両端とＺ軸を通る図５に示す中心Ｏとでなす角の大きさによって決定されており、ここでは６０°である。
偏心部材３０は、連結ピン１１よりもＺ軸の正方向側に、言い換えると光の出射側に配置されており、偏心部材３０の円環内部を鏡筒１０が挿通する態様で鏡筒１０を支持するとともに、支持部２１によって筐体２０に支持されている。
すなわち、偏心部材３０の内周面３０ｂと鏡筒１０の外周側とが当接するとともに、偏心部材３０の外周面３０ａと筐体２０の内周側とが当接する態様で嵌合している。

偏心部材３０は、真円状の円環部３３と、表面が当該偏心部材３０の外周面３０ａの少なくとも一部をなし、偏心部材３０の中心Ｏまでの距離が変化する径変化部３４と、を有している。
径変化部３４は、その表面から偏心部材３０の中心Ｏまでの距離が互いに異なる４つの調整部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを有している。

径変化部３４の形状について、図５を用いてさらに詳しく説明する。図５においては、偏心部材３０の形状が模式的に示されている。
円環部３３は、偏心部材３０の外周面３０ａから中心Ｏまでの距離ｒ_１である偏心部材３０の一部である。言い換えると、円環部３３は、円環部３３の中心Ｏを中心とした距離ｒ_１の円周面と、偏心部材３０の内周面３０ｂとに挟まれた肉厚が均一の部分である。

調整部３５ａは、円環部３３の中心ＯをＸＹ平面上に平行移動量Ｘ_ａだけ平行移動させた偏心中心Ｏ_ａを中心とした距離ｒ_１の円周面の一部と、偏心部材３０の内周面３０ｂとに挟まれた肉厚が変化した部分である。
このとき、調整部３５ａの表面から偏心中心Ｏ_ａまでの距離ｒ_１であるから、調整部３５ａの表面から中心Ｏまでの距離は、−Ｘ側すなわち図５に示す下方側ではｒ_１よりも大きく、＋Ｘ側すなわち上方側ではｒ_１よりも小さい。
言い換えると、調整部３５ａの表面は、円環部３３の表面に対して、一方の側で凸状に、他方の側で凹状になるように形成されている。
またここで、調整部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄそれぞれは、中心Ｏに対して、６０°の回動可能角度を５つに等分配するように、中心Ｏとの角度をそれぞれ１２°になるように、設けられている。
その他の調整部３５ｂ、３５ｃ、３５ｄについては、それぞれの平行移動量Ｘ_ｂ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｄが異なる他は同様であるため説明を省略する。

以上説明したように、径変化部３４は、円環部３３の中心ＯをＸＹ平面上に平行移動させた複数の偏心円環であり、径変化部３４における外周面３０ｂから中心Ｏまでの距離ｒ_２とすると、ｒ_１≠ｒ_２となる。すなわち、径変化部３４において、偏心部材３０の中心Ｏまでの距離が変化している。

調整レバー３１は、筐体２０を貫いて先端が外部に露出しており、把持して操作することでＡ方向に移動させることができる把持部である。
偏心部材３０と調整レバー３１とは、ネジ等の固定部材によってＡ方向に一体に回動可能に固定され、調整レバー３１をＡ方向に移動させることで、偏心部材３０もＸＹ平面上をＡ方向に回動する。

以上のような構成を有する画像投影装置１００において、画像を投影する方法について説明する。

光源１０１から射出された白色光は、略並行な光束として空間光変調素子１０２へ入射し、制御部１０９の制御に基づいて空間的な変調を付与する空間光変調素子１０２により、カラーの画像情報を付与される。
空間光変調素子１０２によって空間的な変調を付与された光束は、レンズユニット２００にＺ軸に沿って入射する。
レンズユニット２００に入射した光束は、投射光学系たるレンズユニット２００によって拡大され、投影面１０４に投影されることで、画像投影を行う。

画像投影装置１００において例えば投影面１０４に投影される画像の位置の変更を行う場合や、レンズユニット２００と画像投影装置１００とを取り付けて固定した後にレンズユニット２００の位置がその自重によって鉛直下方にずれてしまう場合などが考えられる。
このような場合の対策としては、投射される画像の精度を維持するためにも、レンズＬの相対的な位置を変更することなく、レンズユニット２００のレンズ光軸を傾斜させる方法が望ましい。
しかしながら、例えばバネ等の付勢部材を用いて鏡筒１０を鉛直上方へと付勢する方法などでは、画像投影装置１００にレンズユニット２００を取り付けた後にはレンズ光軸の傾斜を調整することは難しい。
また、個々のレンズＬの傾斜を微調整するような方法では、レンズＬの相対的な位置が変化してしまうなど、投影されるべき画像の劣化などを招く恐れがある。

そこで、レンズユニット２００は、回転軸Ｐ上に配置された連結ピン１１と、連結ピン１１によって回転軸Ｐを中心として筐体２０に対して回転可動に連結された鏡筒１０と、連結ピン１１よりも出射側に配置された偏心部材３０と、を有している。
レンズユニット２００はまた、筐体２０の内周面の一部に偏心部材３０の外周面３０ａと対向する位置に形成され、外周面３０ａに当接して偏心部材３０を支持する支持部２１を有している。
偏心部材３０は、表面が偏心部材３０の外周面３０ａの少なくとも一部をなし、偏心部材３０の中心Ｏまでの距離が変化する径変化部３４を有している。
偏心部材３０は、Ｚ軸に垂直なＸＹ平面上でＡ方向に回動することによって外周面３０ａと支持部２１との当接位置が変化することで鏡筒１０を回転軸Ｐを中心に回転させる。

調整レバー３１の移動に従って偏心部材３０がＡ方向へ回動することによる鏡筒１０の動きを説明する。ここで、図３に示したように、レンズ光軸がＺ軸と一致した、水平状態を初期状態とする。
初期状態において、偏心部材３０は、円環部３３と支持部２１とが当接した状態で筐体２０に支持されている。
鏡筒１０は一方の端部側を連結ピン１１によって筐体２０に回転可能に支持され、他方の端部側を偏心部材３０によって支持されている。また、鏡筒１０のＺ方向への移動は、ガイド部３２に回転ピン１２が挿入されることで規制されている。

かかる初期状態から、調整レバー３１をＡ方向に移動させると、偏心部材３０が調整レバー３１と一体に回動して、支持部２１と偏心部材３０との当接位置が変化する。具体的には、支持部２１と円環部３３とが当接した状態から支持部２１と調整部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの何れかと当接した状態へと変化することで、偏心部材３０の中心ＯがＸ方向へ移動する。

ここで、偏心部材３０の中心Ｏに対して、初期状態から回転角θだけ回動した状態を回動状態として図５に示す。
回動状態は、支持部２１と径変化部３４とが当接した状態であり、回転角θの大きさに応じて、調整部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの何れかと当接した状態であるが、ここでは調整部３５ａと当接した状態を示している。
このとき、偏心中心Ｏ_ａがＺ軸上にくるように偏心部材３０は筐体２０に支持されている。すなわち、偏心部材３０の中心Ｏは、Ｘ方向へ移動する。
鏡筒１０は、一方の端部側たる入射側を連結ピン１１によって回転可能に支持され、他方の端部側たる出射側を偏心部材３０に挿通して支持されているから、かかる偏心部材３０の回動に伴って、ＺＸ平面内を、図６のように回転軸Ｐを中心にＢ方向へと回転する。

このとき、中心ＯのＸ方向への移動量は、偏心中心Ｏ_ａと中心Ｏとの間の距離、つまりは平行移動量Ｘ_ａに応じて決まる。すなわち、中心ＯのＸ方向への移動量は、支持部２１が調整部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄのどれと当接するかによって、言い換えると回転角θによって段階的に決定されている。
従って、調整レバー３１を動かす量によって鏡筒１０をＢ方向へ傾斜させる傾斜角を調整することができる。

鏡筒１０のかかる動作は、レンズＬの相対的な位置を変えることなく、鏡筒１０と筐体２０との間の取り付け角度を変えるものであるから、投影される画像の劣化などを生じることなくレンズ光軸の傾きを調整することができる。

本実施形態では、レンズユニット２００は、偏心部材３０をＸＹ平面上で回動させるための調整レバー３１を有している。
かかる構成により、レンズユニット２００が画像投影装置１００に取り付けられた後であっても、簡易にレンズ光軸の傾斜を調整することができる。

本実施形態では、偏心部材３０は、径変化部３４と円環部３３とを有している。
また径変化部３４は、円環部３３の中心ＯをＺ軸と垂直な方向に平行移動させた偏心円環である。
かかる構成により、偏心部材３０の回動時の支持部２１と偏心部材３０との摩擦が低減されて、容易に回動可能になるので、簡易にレンズ光軸の傾斜を調整することができる。

本実施形態では、径変化部３４は、平行移動の量が異なる複数の調整部３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを有している。
かかる構成により、偏心部材３０の回動時の支持部２１と偏心部材３０との摩擦を低減しながらも、レンズ光軸の傾斜を段階的に調整することができる。

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

また、本実施形態では、径変化部が４つの調整部を有しており、円環部と併せて５段階の位置調整をできるとしたが、かかる構成に限定されるものではなく、複数の調整部を有していても良い。
また、本実施形態では、回動可能角度を６０度としたが、必要とする調整部の数等に合わせて所定の角度に定めても良い。

また、径変化部は、偏心円環であるとしたが、支持部と偏心部材との当接位置を変化させることで偏心部材の中心までの距離が変化する構成であれば良く、例えば円環部から外周面方向に突出した突部であってもよい。

駆動部は、本実施形態では調整レバーであるとしたが、自動で偏心部材を回転させるモーター等の駆動源を用いた駆動部であっても良い。

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。

１０ 鏡筒
１１ 固定部材（連結ピン）
１２ 回転ピン
２０ 筐体
２１ 支持部
３０ 偏心部材
３０ａ 外周面
３０ｂ 内周面
３１ 駆動部（調整レバー）
３２ ガイド部
３３ 円環部
３４ 径変化部
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ 調整部
１００ 画像投影装置
２００ レンズユニット
Ｌ レンズ
θ 回転角
Ｏ 円環部の中心（偏心部材の中心）
Ｐ 回転軸
ｒ_２ 偏心部材の中心までの距離
Ｘａ 平行移動の量（平行移動量）
Ｚ レンズ光軸方向

特開２０１４−０７７９４５号公報 特開２００６−１１３４１４号公報

Claims (5)

1. レンズ光軸と直交する回転軸上に配置された固定部材と、
   前記固定部材によって前記回転軸を中心として筐体に対して回転可動に連結された鏡筒と、
   前記固定部材よりも前記鏡筒を通過する光の出射側に配置され、前記筐体の内周側に当接するとともに前記鏡筒の外周側に当接して前記鏡筒を支持する円環形状の偏心部材と、
   前記筐体の内周面の一部に前記偏心部材の外周面と対向する位置に形成され、当該外周面に当接して前記偏心部材を支持する支持部と、を有し、
   前記偏心部材は、表面が当該偏心部材の前記外周面の少なくとも一部をなし、当該偏心部材の中心までの距離が変化する径変化部を有し、前記レンズ光軸に垂直な平面上で回動することによって前記外周面と前記支持部との当接位置が変化することで前記鏡筒を前記回転軸を中心に回転させるレンズユニット。
2. 請求項１に記載のレンズユニットにおいて、
   前記偏心部材を前記平面上で前記回動させるための駆動部を有することを特徴とするレンズユニット。
3. 請求項１または２に記載のレンズユニットにおいて、
   前記偏心部材は、前記径変化部と、当該径変化部とともに前記外周面を形成する真円状の円環部と、を有し、
   前記径変化部は、前記円環部の中心を前記レンズ光軸と垂直な方向に平行移動させた偏心円環であることを特徴とするレンズユニット。
4. 請求項３に記載のレンズユニットにおいて、
   前記径変化部の前記表面は、前記平行移動の量が異なる複数の調整部を有することを特徴とするレンズユニット。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載のレンズユニットを有する画像投影装置。

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