JP2017219702A - 像面倒れ防止機構、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２軸で調整可能なレンズユニットの提供。
【解決手段】レンズ光軸Ｚと直交する第１の回転軸Ｏ１上に配置された第１の固定部材３１と、第１の固定部材３１によって第１の回転軸Ｏ１を中心として筐体２０に対して回転可能に連結された支持部３０と、支持部３０において第１の回転軸Ｏ１と、レンズ光軸Ｚと、に直交する第２の回転軸Ｏ２上に配置された第２の固定部材３２と、第２の固定部材３２によって、第２の回転軸Ｏ２を中心として筐体２０に対して回転可能に支持部３０に連結された鏡筒１０と、を有するレンズユニット２００。
【選択図】図２

Description

本発明は、像面倒れ防止機構、当該像面倒れ防止機構を備えた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。
さらに、近年の画像投影装置では、様々な配置に対応可能なことが要求され、単方向だけの調整では対応しきれないという問題があった。

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２軸で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第１の回転軸上に配置された第１の固定部材と、前記第１の固定部材によって前記第１の回転軸を中心として筐体に対して回転可能に連結された支持部と、前記支持部において前記第１の回転軸と、前記レンズ光軸と、に直交する第２の回転軸上に配置された第２の固定部材と、前記第２の固定部材によって、前記第２の回転軸を中心として前記筐体に対して回転可能に前記支持部に連結された鏡筒と、を有する。

本発明によれば、レンズ光軸の傾斜を２軸で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。 本実施形態における可動リング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回転動作の一例を示す断面図である。 縦置き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、投射すべき画像を表示して、透過する光束に画像情報を付与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の構成について説明する。
ここで、後述する正姿勢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、図２における紙面上下方向に平行な軸をＹ軸と定め、Ｚ軸およびＹ軸にそれぞれ垂直な軸を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、図２に示すように、Ｚ軸上に配置されて投射光学系を構成する少なくとも１つのレンズ１５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、レンズ１５を支持するレンズ保持部材たる鏡筒１０と、−Ｚ方向側すなわち入射側に配置され、鏡筒１０と筐体２０との間に位置して鏡筒１０を支持する支持部たる円環形状の可動リング３０とを有している。
レンズユニット２００は、Ｘ軸上に配置されて筐体２０に固定された一対の第１の固定部材たる第１連結ピン１１と、Ｙ軸上に配置されて可動リング３０に固定された一対の第２の固定部材たる第２連結ピン１２と、を有している。
レンズユニット２００は、画像投影装置１００本体に取り付けるためのフランジ固定部２０１と、鏡筒１０と一体に固定された反射ミラー２０２と、を有している。

レンズユニット２００は、＋Ｚ方向側すなわち出射側に配置され、Ｙ軸に平行に配置された第１位置調整部４１と、Ｘ軸に平行に配置された第２位置調整部４２と、を有している。
なお以降の説明では、Ｘ軸上に、レンズ光軸を挟むように配置された一対の第１連結ピン１１を結ぶ仮想的な回転軸を第１回転軸Ｏ_１とし、同様にＹ軸上に、レンズ光軸を挟むように配置された一対の第２連結ピン１２を結ぶ仮想的な回転軸を第２回転軸Ｏ_２とする。
すなわち、第１回転軸Ｏ_１は、Ｘ軸に平行な回転軸であり、第２回転軸Ｏ_２は、Ｙ軸に平行な回転軸である。

可動リング３０は、図３に示すように、±Ｘ方向の両側に設けられた孔３１を有している。
孔３１は、第１連結ピン１１が嵌め合うように形成されている。
可動リング３０の±Ｙ方向の両側には、可動リング３０の内周面側に突出する態様で、第２連結ピン１２が固定されている。

第１位置調整部４１は、図１に示すように、鏡筒１０の＋Ｚ方向側の壁面を−Ｙ方向に押圧または付勢する上下用調整ネジ４１１と、鏡筒１０を＋Ｙ方向へと付勢するための付勢部材たるコイルバネ４１２と、を有している。
なお、ここではコイルバネ４１２は鏡筒１０の−Ｙ方向側に配置されて、＋Ｙ方向へ向けて鏡筒１０を付勢するバネとしたが、例えば板バネであっても良い。あるいは、±Ｙ方向の両側に上下用調整ネジ４１１を配置して、上下から挟み込むように鏡筒１０を保持して±Ｙ方向の位置を調整するものであっても良い。なお、本明細書において、付勢するとは、少なくとも１方向に力を加え勢いを付することを指し、押圧することも含む。
また、鏡筒１０の−Ｙ方向側の円周部分に当接するように、周方向に等間隔に分散して配置されて、全体で鏡筒１０を＋Ｙ方向へ向けて付勢する複数のバネを用いても良い。
第１位置調整部４１は、かかる構成により、コイルバネ４１２と上下用調整ネジ４１１とで鏡筒１０のＹ軸方向の位置を調整する位置調整部としての機能を有している。

このように、第１位置調整部４１に付勢部材を用いて、重力とは逆方向へと常に付勢しておくことで、後述のように上下用調整ネジ４１１の位置のみを調整することで鏡筒１０が第１回転軸Ｏ_１を中心にＡ方向に回動して、鏡筒１０のレンズ光軸が傾斜する。
かかる構成により、レンズユニット２００の鏡筒１０の上下方向の倒れ補正を簡単に調整する。

第２位置調整部４２は、図２に示すように、Ｘ軸に沿って鏡筒１０の±Ｘ方向の両側にそれぞれ配置された一対の縦置き調整ネジ４２１、４２２を有している。
第２位置調整部４２はまた、縦置き調整ネジ４２１、４２２にそれぞれ取り付けられて、縦置き調整ネジ４２１、４２２が鏡筒１０を押圧する方向と反対側に鏡筒１０を付勢する一対の付勢部材たる弦巻バネ４２３、４２４を有している。
なお、弦巻バネ４２３、４２４は必ずしも必要ではなく、どちらか一方にのみ配置されても良い。なお、どちらか一方にのみ弦巻バネを配置する場合には、後述するレンズユニット２００の縦置き時において、下方側に配置される側に取り付けることが望ましい。
また、弦巻バネ４２３、４２４及びコイルバネ４１２の自然長は、自然長において後述する図４（ａ）や図５（ａ）に示すように、基準となる設置面に対して水平になる程度に設定されることが望ましい。

鏡筒１０は、−Ｚ方向側の端部を可動リング３０によって支持されるとともに、＋Ｚ方向側の端部を第１位置調整部４１と、第２位置調整部４２とによって支持されている。
なお、本明細書でいう「鏡筒１０の＋Ｚ方向側の端部」とは、鏡筒１０のＺ方向における中間地点よりも＋Ｚ方向側の端部および端部近傍を指す。端部近傍とは、例えば可動リング３０によって鏡筒１０が支持された点を支点、−Ｚ方向側の端部を作用点として、力点として力を加えたときに鏡筒１０が簡易に回転可能な程度の近傍であることを含む。

フランジ固定部２０１は、画像投影装置１００の本体側に形成された固定受け部と嵌め合うことで、レンズユニット２００の筐体２０を、画像投影装置１００本体に取り付け固定する。

ところで、近年の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、レンズの自重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。
こうした問題を解決するために、従来重力に沿った方向について重力に反する方向に付勢する構成が考えられるが、単に１方向についてのみにかかる付勢を行う構成では、画像投影装置の配置方向に制限が生じてしまう。

そこで、本実施形態では、レンズ光軸の傾斜を、第１回転軸Ｏ_１と、第２回転軸Ｏ_２との２軸で調整可能なように、鏡筒１０を支持する可動リング３０を有している。以下に述べる動作により、可動リング３０は像面倒れ防止機構としての機能を有している。
かかる構成について具体的な動作について図４を用いて説明する。

まず、図４（ａ）に示すようにＹ方向が鉛直方向に向いている正姿勢状態について説明する。なお、図４（ａ）に示す状態においては、レンズ光軸が設置面と平行になるように、上下用調整ネジ４１１の−Ｙ方向への付勢力とコイルバネ４１２の付勢力とがつりあった状態で支持されている。
かかる正姿勢状態において、上下用調整ネジ４１１を回すと、上下用調整ネジ４１１に当接した鏡筒１０が付勢されて、可動リング３０とともに第１回転軸Ｏ_１を中心にＡ方向に回転する。すなわち可動リング３０は、筐体２０に対してＡ方向に回転可能に支持されている。
例えば、上下用調整ネジ４１１を緩める方向に回すと、鏡筒１０は＋Ｙ方向に付勢されて、レンズ光軸がＺ軸から上方向へ向かって傾斜する。また、上下用調整ネジ４１１を締める方向に回すと、鏡筒１０は−Ｙ方向に付勢されてレンズ光軸が水平面に対して下方向に向かって傾斜する。
このように、上下用調整ネジ４１１を１方向のみから緩めるか締めるかの操作を選択することによって、鏡筒１０が＋Ｚ方向側へ回転するか、−Ｚ方向側へ回転するかを調整する。

また、正姿勢状態においても、図４（ｃ）に示すように、縦置き調整ネジ４２１、４２２を回転させることで、鏡筒１０は、Ｂ方向へと第２回転軸Ｏ_２を中心として回転する。
すなわち可動リング３０は、Ｂ方向に回転可能なように鏡筒１０を支持している。
具体的には、縦置き調整ネジ４２１、４２２との間で鏡筒１０が挟持された態様で、Ｂ方向に回転する。

次に、図５（ａ）、（ｂ）に本実施形態におけるレンズユニット２００が縦置き状態にある場合を示す。なお、図５（ａ）、（ｂ）に示す縦置き状態においては、±Ｘ方向がレンズユニット２００の上下方向であり、重力は−Ｘ方向にかかっている。
かかる縦置き状態においても、縦置き調整ネジ４２１、４２２を回転させることで、鏡筒１０は、図５（ｂ）に示すようにＢ方向へと第２回転軸Ｏ_２を中心として回転する。
かかるＢ方向に回転するときには、鏡筒１０に保持されるレンズ１５を含んだ光学系と反射ミラー２０２との相対的な位置関係が変化しないことが望ましく、鏡筒１０と反射ミラー２０２とは一体に回転することが望ましい。
このように、縦置き状態においても±Ｘ方向に位置を調整できるから、レンズユニット２００の画像投影装置１００への取付方向や、画像投影装置１００の設置方向の自由度が向上する。

また、弦巻バネ４２３、４２４のうち−Ｘ方向側に配置された弦巻バネ４２４が、鏡筒１０を＋Ｘ方向側に付勢するから、縦置き状態においても、＋Ｘ方向側に配置された縦置き調整ネジ４２１のみの操作によって鏡筒１０の位置決めが容易に行える。

本実施形態において、レンズユニット２００は、第１連結ピン１１によって第１回転軸Ｏ_１を中心として筐体２０に対してＡ方向に回転可能に連結された可動リング３０と、可動リング３０において第２回転軸Ｏ_２上に配置された第２連結ピン１２と、を有している。
レンズユニット２００は、第２連結ピン１２によって、第２回転軸Ｏ_２を中心として筐体２０に対して回転可能に可動リング３０に連結された鏡筒１０を有している。
かかる構成により、レンズ光軸の傾斜が２軸で調整される。

レンズユニット２００は、レンズユニット２００の−Ｚ方向側に配置された可動リング３０と、＋Ｚ方向側に配置された第１位置調整部４１と、第２位置調整部４２と、を有している。
第１位置調整部４１と、第２位置調整部４２と、は、鏡筒１０の＋Ｚ方向側の端部を付勢する。
かかる構成により、第１位置調整部４１と、第２位置調整部４２と、によって第１回転軸Ｏ_１と第２回転軸Ｏ_２を中心として鏡筒１０が回転するから、レンズ光軸の傾斜が２軸で簡易に調整される。

また、本実施形態では、レンズユニット２００は、第１位置調整部４１と第２位置調整部４２とは、コイルバネ４１２と、弦巻バネ４２３、４２４と、をそれぞれ有している。
コイルバネ４１２により、上下用調整ネジ４１１を回転させたときに反発する方向へと力がかかり、上下用調整ネジ４１１のバックラッシの影響が低減されるとともに、１方向からの上下用調整ネジ４１１の操作のみで、上下方向に鏡筒１０を回転させる。
同様に、弦巻バネ４２３、４２４により、縦置き調整ネジ４２１、４２２のバックラッシの影響が低減されるとともに、１方向からの縦置き調整ネジ４２１、４２２の操作のみで、±Ｂ方向の２方向に鏡筒１０を回転させる。
かかる構成により、レンズ光軸の傾斜が２軸で簡易に調整される。

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、第１の固定部材と第２の固定部材とは、互いに直交するように、１対ずつ設けられているが、互いに自由に回転可能であれば、かかる配置以外の配置でも良い。

本実施形態では、付勢部材として弦巻バネ、コイルバネなどを用いたが、その他の弾性体を用いても良い。

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 第１の固定部材（第１連結ピン）
１２ 第２の固定部材（第２連結ピン）
２０ 筐体
３０ 支持部（可動リング）
４１ 第１位置調整部（上下用調整ネジ）
４２ 第２位置調整部（縦置き調整ネジ）
１００ 画像投影装置
２００ レンズユニット
４１２ 付勢部材（コイルバネ）
４２３、４２４ 付勢部材（弦巻バネ）
Ｏ_１ 第１の回転軸（第１回転軸）
Ｏ_２ 第２の回転軸（第２回転軸）
Ｚ レンズ光軸方向

特開２００９−８０４３８号公報

Claims (6)

1. レンズ光軸と直交する第１の回転軸上に配置された第１の固定部材と、
   前記第１の固定部材によって前記第１の回転軸を中心として筐体に対して回転可能に連結された支持部と、
   前記支持部において前記第１の回転軸と、前記レンズ光軸と、に直交する第２の回転軸上に配置された第２の固定部材と、
   前記第２の固定部材によって、前記第２の回転軸を中心として前記筐体に対して回転可能に前記支持部に連結された鏡筒と、
   を有するレンズユニット。
2. 請求項１に記載のレンズユニットにおいて、
   前記支持部は、前記レンズ光軸の入射側に配置され、
   前記レンズ光軸の出射側に配置された位置調整部を有し、
   前記位置調整部は、前記鏡筒の前記レンズ光軸の出射側の端部を付勢することを特徴とするレンズユニット。
3. 請求項２に記載のレンズユニットにおいて、
   前記位置調整部は、前記第２の回転軸に平行に配置された第１位置調整部と、
   前記第１の回転軸に平行に配置された第２位置調整部と、を有することを特徴とするレンズユニット。
4. 請求項２または３に記載のレンズユニットにおいて、
   前記位置調整部は、付勢部材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。
6. 光軸と直交する第１の回転軸上に配置された第１の固定部材と、
   前記第１の固定部材によって前記第１の回転軸を中心として筐体に対して回転可能に連結された支持部と、
   前記支持部において前記第１の回転軸と、前記光軸と、に直交する第２の回転軸上に配置された第２の固定部材と、
   前記第２の固定部材によって、前記第２の回転軸を中心として前記筐体に対して回転可能に前記支持部に連結された鏡筒と、を有する像面倒れ防止機構。

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