JP2021182116A - レンズユニット、画像投影装置及び光学装置 - Google Patents
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Abstract
Description
レンズ支持枠の凸形状は、枠自体に成形又は加工することによりカムフォロア形状を設ける物のほか、ローラやコロなどの別部品を組み付ける物なども知られている。
しかしながら、上記各枠の材質に関しては樹脂のみの記載があるものの、高温度となるレンズへの対応は難しい。また、複数のレンズ群において、他のレンズセルと共用しイニシャルコスト低減可能とする提案もなされているが、様々なカム方式に対応可能な具体的方式が提案されていない。
本発明の一実施形態として、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はまた、画像を画像投影面104に投影するための投影光学系の一部を構成するレンズユニット70と、画像投影面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よい。
図1において括弧を付して示す符号700は、従来例としてのレンズユニットを、括弧を付して示す符号1000は、従来例としての画像投影装置を、それぞれ表している。
従来の画像投影装置1000は、本発明の一実施形態に係る画像投影装置100と比較して、後述するようにレンズユニット70に代えて、レンズユニット700を用いる点が主に相違し、その他の構成は同じである。
図2(a)、図2(b)及び図3においては、図の簡明化を図るためフォーカス群及び固定群の一部を除き、ズーム群の設置されているレンズの図示を省略している。これは、後述する図5(a)、図5(b)及び図6等に示す本発明に係る一実施形態のレンズユニット70についても同様である。
また、レンズユニット700の全体構成を示す図2(a)の断面図においては、図の簡明化を図るため断面ハッチングの図示を省略している。これは、後述する図5(a)に示す本発明に係る一実施形態のレンズユニット70についても同様である。
第1ズーム移動群11〜第5ズーム移動群15は、それぞれに設置されているレンズ(図示せず)を支持するレンズ支持部材としての第1レンズセル21、第2レンズセル22、第3レンズセル63、第4レンズセル24、第5レンズセル25を有している。
第3ズーム移動群13のズーム移動機構は、図3に拡大して示すように、曲線状ないし螺旋状のカム溝30aが形成され回動可能なカム筒30と、光軸方向であるZ軸方向に沿って直線状の直進溝31aが形成され、カム筒30の内周側に固定された固定筒としてのライナー31と、カム溝30a及び直進溝31aに係合するカムフォロアとしてのローラ64とからなる。ローラ64は、概略円柱状をなし、第3レンズセル63と別体で第3レンズセル63の外周部に設けられている。
図3に示すように、第3ズーム移動群13の前記レンズの外周縁部を支持ないし保持している第3レンズセル63のレンズ支持部32近傍には、前記レンズ性能を発揮すべく、該レンズを通過する光量を調整するための絞り(図示せず)が設けられている。この絞りは、第3ズーム移動群13の入射側(最も縮小側)の面に固定的に配置されている。
従来、図2、図4において高温が予測される群33の高温予測箇所35の温度が約90〜100[℃]を超えると、樹脂材の溶融の恐れがあるため樹脂材の使用を避けてきた。そこで、温度予測シュレーションにて高温が予測される箇所である第3レンズセル63は、金属(特にはアルミ)材料を使用している。
第1に、図2において、ローラ64の挿入用穴63bの位置精度が加工バラつきにより、第3ズーム移動群13の姿勢が安定しない。
第2に、ローラ64自体の形状バラつきにより、カム溝30a及び直進溝31aへの嵌合状態がローラ64部品毎に異なる。
第3に、ローラ64の挿入用穴63への組付け時に姿勢バラつきが発生してしまう。
レンズユニット70は、図5に示すように、従来のレンズユニット700と比較して、第3ズーム移動群13に備えられたローラ64を有する第3レンズセル63に代えて、高温となるレンズ支持部の内側は金属製の第3レンズセル23とし、外側に第3樹脂製レンズセル27を追加した2体構造部材を用いる点が主に相違する。上記相違点以外のレンズユニット70の構成は、従来のレンズユニット700と同様である。
第3レンズセル23の外周フランジ部23aの3箇所には、第3レンズセル23と第3樹脂製レンズセル27とを締結・結合する際のネジ28を挿通するためのネジ挿通用穴23bが形成されている。第3レンズセル23には、第3レンズセル63のような樹脂製のローラ挿入用穴63bがない。第3レンズセル23は、アルミニウム程の軽量化を望まなくてもよいのであれば、例えば熱伝導率の高い真鍮などで形成してもよい。
第3樹脂製レンズセル27には、図6に示すように、第3ズーム移動群13のズーム移動機構を構成するカム筒30のカム溝30a及びライナー31の直進溝31aに係合するカムフォロアとしての凸状部27aが一体形成されている。凸状部27aは、第3樹脂製レンズセル27の外周フランジ部の等分された3箇所に形成されている。また、第3樹脂製レンズセル27の前記外周フランジ部と直交するフランジ部の3箇所には、ネジ28で締結されるネジ穴27bが形成されている。
上述の「伝熱解析ソフト」を用いて、図7に示すように、第3ズーム移動群13に第3レンズセル23及び第3樹脂製レンズセル27を採用して温度予測シュレーションを実施した結果、第3レンズセル23において破線で囲んで示すレンズ支持部32近傍の温度が高温予測箇所35となり、最大で約45[℃]となり、温度が抑制されていることが分かった。これにより、第3レンズセル23と第3樹脂製レンズセル27との結合・嵌合面についても約45[℃]以下となるため、第3樹脂製レンズセル27の溶融の恐れもない。
しかしながら、本実施形態では、金属・アルミ製の第3レンズセル23の外側に第3樹脂製レンズセル27を追加したことにより、カム溝30a及び直進溝31aに摺動する凸状部27aの形状精度が安定する。
画像投影装置100は、いわゆる超短焦点のプロジェクタであり、プレゼンテーションのときなどに発表者の影が映り込まないという長所がある。一方、投射距離が光学系の全長よりも短くなった場合、画像投影面(被投射面)から離れたところに設置して使用することができず、画像投影面に埋め込まなければならないという短所がある。そこで、折返しミラーを配して光路を折返すことにより、前記欠点を解消しているものである。
投射光学系は、屈折光学系を少なくとも一つ含んだ光学系であり全体として正のパワーを有する第1光学系と、反射領域と透過領域とを有する第2光学系と、パワーを有する反射面を少なくとも一つ含んだ光学系であり全体として正のパワーを有する第3光学系と、を有する。前記投射光学系は、前記画像側からの光線が前記第1光学系を通過して前記第2光学系の前記反射領域で光路を折り曲げられて前記第3光学系に入射し、更に前記第3光学系で光路を折り曲げられて前記第2光学系の前記透過領域を透過して前記画像投影面に入射する。前記第3光学系では、非球面反射ミラー18を用いている。
即ち、第1の態様は、複数枚のレンズのうちの相対的に高温度となる少なくとも1枚の、第3ズーム移動群13に設置される図示を省略したレンズと、前記レンズを支持し、耐熱性、熱伝導性の高い第3レンズセル23などの第1のレンズ支持部材と、前記第1のレンズ支持部材を介して前記レンズを支持する樹脂製の第3樹脂製レンズセル27などの第2のレンズ支持部材と、前記レンズ及び前記第1のレンズ支持部材と共に前記第2のレンズ支持部材をZ軸方向などの光軸方向に移動させるズーム移動機構と、を備えるレンズユニット70などのレンズユニットである。
かかる構成により、第1の態様によれば、耐熱性、熱伝導性の高い第1のレンズ支持部材を用いても歩留まりへの影響が少なく、部品コストダウンに寄与することができるレンズユニットを提供できる。
第8の態様は、第1〜第6の何れか1つの態様のレンズユニットを具備する光学装置である。
11〜15 第1ズーム移動群〜第5ズーム移動群
16 固定群
23 第3レンズセル(第1のレンズ支持部材の一例)
27 第3樹脂製レンズセル(第2のレンズ支持部材の一例)
28 ネジ(締結・結合部材の一例)
30 カム筒
30a カム溝(曲線状のカム溝の一例)
31 ライナー(固定筒の一例)
31a 直進溝(直線状の溝の一例)
33 高温予想ズーム群
70 レンズユニット
100 画像投影装置
L レンズ光軸
Z 光軸方向
Claims (8)
- 相対的に高温度となる少なくとも1枚のレンズと、
前記レンズを支持し、耐熱性、熱伝導性の高い第1のレンズ支持部材と、
前記第1のレンズ支持部材を介して前記レンズを支持する樹脂製の第2のレンズ支持部材と、
前記レンズ及び前記第1のレンズ支持部材と共に前記第2のレンズ支持部材を光軸方向に移動させるズーム移動機構と、
を備えるレンズユニット。 - 請求項1に記載のレンズユニットにおいて、
前記第1のレンズ支持部材は、金属又は同等の熱特性を持つ樹脂等で形成されていることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1又は2に記載のレンズユニットにおいて、
前記ズーム移動機構は、曲線状のカム溝が形成され回動可能なカム筒と、前記光軸方向に沿って直線状の溝が形成され前記カム筒の外周側に固定された固定筒と、前記第2のレンズ支持部材に一体形成され、前記カム溝及び前記溝に係合するカムフォロアと、からなることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1〜3の何れか1つに記載のレンズユニットにおいて、
前記第2のレンズ支持部材は、前記第1のレンズ支持部材に対してネジを介して結合されていることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1〜3の何れか1つに記載のレンズユニットにおいて、
前記第2のレンズ支持部材は、前記第1のレンズ支持部材に対して熱カシメによって結合されていることを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1〜5の何れか1つに記載のレンズユニットにおいて、
前記第2のレンズ支持部材は、該レンズユニット系又は他のレンズユニット系において共通使用可能な汎用形状を有することを特徴とするレンズユニット。 - 請求項1〜6の何れか1つに記載のレンズユニットを具備することを特徴とする画像投影装置。
- 請求項1〜6の何れか1つに記載のレンズユニットを具備することを特徴とする光学装置。
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