JP3718199B2 - レンズ鏡筒 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度補正機構を有するレンズ鏡筒に関し、特に空間変調素子の画像情報をスクリーン上に拡大投射するプロジェクター、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に用いられるレンズ鏡筒に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より光学機器においては、温度変化に対して、フォーカス位置が変動せず安定したものとするために、温度依存性の少ない材料でレンズ、及び鏡筒が構成されている。コストの削減及び非球面を形成するためにレンズの材料としてプラスチックを使用する場合は、フォーカス位置の安定を図るためには、プラスチックレンズのパワーを小さくしたり、温度変化の影響の少ない位置にプラスチックレンズを配置したり、複数のプラスチックレンズで温度変化の影響を相殺するようにする必要がある。
【０００３】
また、動作開始時にフォーカス調整し、これ以降フォーカス調整しないような製品は、特に温度変化に対してフォーカスが移動しない温度特性が必要である。例えば、プロジェクター用のレンズは、セットの電源を入れた直後にフォーカス調整され、これ以降はフォーカス調整されない。その一方で、セット内部の照明系からの熱でレンズの温度は上昇する。
【０００４】
温度変化に対して、焦点位置の変動を補正した温度補正型光学装置として、例えば下記特許文献１に提案されている温度補正型光学装置がある。この温度補正型光学装置では、鏡筒材料の線膨張係数による長さの変化と、レンズのフォーカス位置の変化とを相殺するように光学設計で工夫している。
【０００５】
また、温度補償機能を有した撮影装置として、下記特許文献２に提案されている温度補償機能を有した撮影装置がある。この撮影装置は、線膨張係数の異なった本体鏡筒で光学系を２分割し、２分割した光学系間の間隔を温度に依存して変化させることで、レンズ系で発生するフォーカス位置の変動を、レンズ間隔の変化により小さくしている。
【０００６】
また、温度補正された投影テレビ用集成レンズが、下記特許文献３に提案されている。この投影テレビ用集成レンズは、温度変化に対して補正するようにバー部材を用いて光学系の一部の間隔を温度変化に対応して変化させることにより、フォーカス位置が変動しないようにしている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−１３０２６７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平６−１８６４６６号公報
【０００９】
【特許文献３】
特表２００２−５４４５３７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載の温度補正型光学装置は、コリメータ等の簡素な光学系に有効で、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。
【００１１】
また、前記特許文献２に記載の撮影装置は、２分割された光学系の間隔が変動するため、収差が変動しないように光学設計を実施する必要があり、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。このため、特許文献２に記載の技術は、複数のレンズ群が光軸上を移動するようなズームレンズに対しては有効な手段が提供されていなかった
また、特許文献３に記載の投影テレビ用集成レンズは、バー部材が光学系の位置を決めるため、この光学系の傾きを許容易以下に抑えるのは困難である。光学系の間隔が変動するため、収差が変動しないように光学設計を実施する必要があり、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。
【００１２】
このため、前記各特許文献には、複数のレンズ群が光軸上を移動するようなズームレンズに対して有効な温度補正の手段は提供されていなかった。
【００１３】
ここで、正のパワーを持ったガラスレンズは、温度の上昇に対してそのガラスが持っている固有の線膨張係数（α）の影響でパワーが小さくなり焦点距離が大きくなる。また、温度の上昇に対してそのガラスが持っている固有の屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）、すなわち単位温度当たりの屈折率の変化による影響でパワーが変化し、焦点距離が変化する。一般的な光学ガラスでは屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）は正の符号を持ち、温度の上昇に対して、パワーが大きくなり焦点距離が小さくなる。この場合、線膨張係数（α）と屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）との影響が相殺し、温度によるパワーの変化は少なくなる。さらに組みレンズでは、正パワーを持ったレンズと負パワーを持ったレンズを組み合わせて使用するため、さらに温度変化に対するパワーの変化は少なくなる。このため、レンズ自身の温度によるフォーカス位置の変動よりも、鏡筒を構成する材料の線膨張係数による間隔変化が引き起こすフォーカス変動が問題となった。
【００１４】
その一方で、レンズの材料としてプラスチックを使用する光学系では、プラスチックの線膨張係数（α）がガラスに比べて大きいこと、屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）の符号が負で値がガラスに比べて大きいことにより、温度によるフォーカス位置変動はいつも大きな問題となっている。
【００１５】
また、反射型の空間変調素子を使用するプロジェクタは、照明光を導入するためとＲＧＢ３色の空間変調素子を使用するためにレンズには長いバックフォーカスが必要である。長いバックフォーカスを得るためにレンズは逆望遠型の構成となる。すなわちレンズの共役距離の長い側、すなわちスクリーン側は凹レンズが支配的に使われ、レンズの共役距離の短い側、すなわち空間変調素子側は大きなパワーを持った正レンズが支配的に使われる。バックフォーカスが短いレンズに比べて軸上光線の高いところで正レンズが使われるので正パワーの影響が強いことが特徴である。さらに凹パワーの影響で像面湾曲は過剰となるので正レンズには屈折率の低いレンズを用いることが多い。
【００１６】
プロジェクタのレンズとして使われる場合はテレセントリック性と色収差の小ささが必要で、逆望遠型の構成ではレンズの共役距離の短い側の正レンズ群に屈折率が低く、アッベ数が大きく、異常分散特性を持ったガラスで、構成することが好ましい。ただし、異常分散特性を持ったガラスは比較的線膨張係数（α）が大きく、屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）の符号が一般の光学ガラスと反対で負となり、パワーの温度依存性が大きい。
【００１７】
したがって、▲１▼軸上光線の高いところで、▲２▼大きな正パワーを持った、▲３▼パワーの温度依存性の高いガラスを使っているため、セットとして許容できない温度によるフォーカス位置の変動を起こすこととなる。
【００１８】
プラスチックレンズを使ったシステムでは鏡筒に線膨張係数（α）の大きな材料（プラスチック材料）を使って、プラスチックレンズのフォーカス位置の温度依存性を鏡筒の長さの温度依存性で相殺することが行われている。
ただし上記構成は固定焦点の簡単な構成に限定されている。複雑な構成を持ったズームレンズでは構成できなかった。
【００１９】
レンズの位置決めを線膨張係数（α）の大きい樹脂の部品で行うため、ズームレンズが必要とする光軸に対する傾き精度が維持できない。温度変化に対する樹脂によるフォーカス機構とズーム機構が両立しないことがあった。
【００２０】
フォーカスを使用直前に調整するシステムやオートフォーカス機構のついたシステムでは温度に対してフォーカス位置が変動しても問題は無かった。
プロジェクタでは電源投入直後にフォーカスが調整され、以降調整されないことと、強力なランプと照明系によりセット内部の温度は電源投入後急速に上昇するため、レンズの温度変化に対するフォーカス変動は大きな問題となる。
【００２１】
以上のように、バックフォーカスが長く、色収差の小さいレンズで形成された光学系おいては、温度変化に対しするフォーカス位置の変動を抑えるということが新たな大きな課題となっている。
【００２２】
本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、温度変化に対するフォーカス位置の変動を抑えながら、レンズ設計に制約をつけず、ズームレンズにも対応できるレンズ鏡筒を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のレンズ鏡筒は、レンズと、レンズを保持するレンズ枠と、前記レンズ枠と係合し、前記レンズ枠の光軸方向の位置を決めるカム環と、セット本体に固定する固定筒と、前記固定筒と光軸回りに回転可能に係合し、かつ前記カム環に固定され、前記カム環の光軸方向の位置を決める補正筒とを備え、
前記カム環と前記補正筒との線膨張係数が異なっており、前記補正筒の温度変化による光軸方向の寸法変動に対応して、前記カム環は光軸方向にかつ前記レンズの温度変化によるフォーカス位置の移動を打ち消す方向に移動可能であることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のレンズ鏡筒によれば、温度変化に対するレンズ自身のフォーカス位置変動をレンズ鏡筒の補正機構で相殺し、レンズの温度が変化しても光学性能の変化を抑えることができる。すなわち、レンズの温度変化に対して、レンズの光軸上の位置を変化させることができ、温度に対して、フォーカスの位置変化が小さいレンズができる。
【００２５】
前記本発明のレンズ鏡筒においては、複数の前記レンズ枠に、それぞれ保持されたレンズ群でズームレンズを構成しており、
前記カム環にはカム溝が形成され、前記固定筒には直線溝が形成され、前記複数の前記各レンズ枠は、前記カム溝及び前記直線溝に係合しており、
前記補正筒及び前記補正筒に固定された前記カム環の光軸回りの回転により、前記各レンズ枠に保持された前記各レンズ群はそれぞれ別個に光軸方向に移動し、
前記光軸回りの回転時には、前記カム環及び前記固定筒は光軸方向に固定されていることが好ましい。この構成によれば、ズームレンズの温度補正機構を実現できる。
【００２６】
また、前記複数のレンズ枠は、いずれもカム環で光軸上の位置が決定されており、前記補正筒の温度変化による光軸方向の寸法変動に対応して、前記複数のレンズ枠が一体となって光軸方向に変位することが好ましい。この構成によれば、温度変化に対して、レンズ全群が一体となって位置が変化し各レンズ群の間隔が変化しないので、良好なフォーカス特性を実現でき、固定焦点レンズ、ズームレンズの区別なく、温度補正機能を実現できる。
【００２７】
また、前記補正筒の外周に嵌合した矯正筒をさらに備えており、前記矯正筒の線膨張係数は、前記補正筒の線膨張係数より小さいことが好ましい。この構成によれば、矯正筒は補正筒の径方向の伸びを抑制し、補正筒を長さ方向に伸ばす作用をするので、補正筒の長さを小さくして長さ方向の伸びを確保でき、レンズ鏡筒の小型化が図れる
また、前記補正筒及び前記カム環に形成されたねじの螺合により、前記補正筒と前記カム環とが固定されていることが好ましい。この構成によれば、レンズの温度変化による補正筒の伸びを確実にレンズの移動に連動できる。
【００２８】
また、前記補正筒の光軸方向の前後に、さらに締付け筒を備えており、
前記補正筒及び前記各締付け筒に形成されたねじの螺合により、前記補正筒と前記各締付け筒とが固定されており、
前記各締付け筒の線膨張係数は、前記カム環の線膨張係数と略同一であり、
前側の前記締付け筒と前記カム環とが固定されており、
後側の前記締付け筒と前記固定筒とが係合しており、前記後側の締付け筒は、光軸方向に固定された状態で、光軸回りに回転可能であることが好ましい。この構成によれば、補正筒と締付け筒との線膨張係数を同じにできるので、温度変化による固定筒と締付け筒との嵌合状態の変化を防止できる。このため、温度変化による補正筒の伸びをより確実にレンズに連動させることができる。
【００２９】
また、前側の前記締付け筒と前記カム環とを固定する締付け部材をさらに備えており、前記前側の締付け筒及び前記締付け部材は、それぞれテーパ面が形成されており、前記テーパ面同士を当接させた状態で、前記締付け部材を前記カム環にねじの締め付けで固定していることが好ましい。この構成によれば、カム環と締付け筒は引き合う力を常時受けることなり、温度変化に対しても結合状態を保つことができる。
【００３０】
また、外部より光軸回りに回転可能なズーム環が、前記補正筒の外周面に装着されており、前記ズーム環の回転方向の力が前記カム環に伝わるように、前記ズーム環と前記カム環との係合部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、外部からの力が直接カム環に加わるので、補正筒に加わる力を抑えることができ、線膨張係数の相違により、補正筒とカム環との結合が不確実になった場合でも、カム環を確実に回転させることができる。また、直接カム環に力が加わるので、ズーム動作は確実になる。
【００３１】
前記ズーム環を備えた構成においては、前記係合部は、前記ズーム環に形成された穴と、前記カム環に形成された突起とが係合したものであることが好ましい。この構成によれば、簡単な構造で係合部を形成できる。
【００３２】
また、前記レンズには、アッベ数７０以上のガラスで構成されたレンズを含んでいることが好ましい。この構成によれば、バックフォーカスが長く、色収差が小さいレンズができる。この場合、アッベ数７０以上のガラスは線膨張係数（α）が大きく屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）が負であり、温度に対してレンズ自体はフォーカス位置の変動大きくなるが、前記本発明のレンズ鏡筒の構成を備えているので、レンズ鏡筒全体としては温度変化に対するフォーカス位置の変動を抑えることができる。
【００３３】
また、前記レンズには、屈折率１．５以下のガラスで構成されたレンズを含んでいることが好ましい。この構成によれば、バックフォーカスが長く、像面湾曲の小さいレンズができる。この場合、屈折率１．５以下のガラスは線膨張係数（α）が大きく屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）が負であり、温度に対してレンズ自体のフォーカス位置の変動大きくなるが、前記本発明のレンズ鏡筒の構成を備えているので、レンズ鏡筒全体としては温度変化に対するフォーカス位置の変動を抑えることができる。
【００３４】
また、前記レンズには、屈折率の温度依存係数が負のガラスで構成されたレンズを含んでいることが好ましい。この構成によれば、バックフォーカスが長いレンズができる。この場合、屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）が負であり、レンズ自体は温度に対してフォーカス位置の変動が大きくなるが、前記本発明のレンズ鏡筒の構成を備えているので、レンズ鏡筒全体としては温度変化に対するフォーカス位置の変動を抑えることができる。
【００３５】
また、固定筒及びカム環の線膨張係数をα０、補正筒の線膨張係数をα１とすると、
１．５＜｜（α１―α０）／α０｜
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、補正筒の長さを抑えながら、温度変化によるフォーカス位置の変化が抑えられる。
【００３６】
また、レンズ全系の常温における焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記補正筒の長さをＬ（ｍｍ）、前記補正筒の線膨張係数をαとすると、
１×１０^-3＜Ｌ×α−６．８×１０^-5×ｆ＜５×１０^-3
の関係を満足することが好ましい。この構成によれば、バックフォーカスが長く、色収差が良く補正され、温度変化によるフォーカス位置の変化が抑えられる。
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す断面図である。図２は、図１に示したレンズ鏡筒を光軸方向に分解したときの斜視図を示している。以下、図１、２を参照しながら具体的に説明する。
【００３９】
図１は、遠方の物体を撮像面に結像する結像光学系をモデルとして図示しているが、以下の説明は、プロジェクタの光学系おいても適用できる。また、レンズ群が２群であるズーム光学系で説明しているが、例えば３群、４群の３群以上のズーム光学系であってもよい。
【００４０】
図１に示したように、固定筒４の外周面を囲むようにカム環５が配置され、カム環５の外周面を囲むように補正筒６が配置されている。固定筒４の内周面側には、レンズ群１とレンズ群２とで構成されたズームレンズ２０が配置されている。レンズ枠７はレンズ群１を固定し、レンズ枠８はレンズ群２を固定している。ズームレンズ２０の結像面は、撮像面３である。固定筒４は、セット本体９に固定されている。
【００４１】
図１、２に示したように、レンズ枠７、８には円周方向を３等分するように、それぞれ３個（図示は２個）の突起７ａ、８ａが設けられている。固定筒４には円周方向を３等分するように３本の貫通孔である直線溝４ａ（図示は２本）が形成されている。また、カム環５には、３個の貫通孔であるカム溝５ａ（図示は２個）と、３個の貫通孔であるカム溝５ｂ（図示は２個）とが形成されている。
【００４２】
レンズ枠７と一体の３個の突起７ａは、それぞれ固定筒４の直線溝４ａ、及びカム環５のカム溝５ａと係合している。また、レンズ枠８と一体の３個の突起８ａは、それぞれ固定筒４の直線溝４ａ、及びカム環５のカム溝５ｂと係合している。すなわち、各突起７ａ、７ｂは、それぞれ別個のカム溝５ａ、５ｂと係合していることになる。
【００４３】
レンズ枠７、８は固定筒４とカム環５とで固定されるので、レンズ枠７、８の傾き精度は許容限度内に抑えることができる。また固定筒４の外周面は、カム環５の内周面側に装入されているので、カム環５の傾き精度も許容限度内に抑えることができる。すなわち、固定筒４及びカム環５を金属材料で形成し、加工精度を確保しておけば、補正筒６の加工精度が低い場合や、補正筒６内の温度不均一による補正筒６の全長伸びが不均一の場合でもレンズの傾き精度が保持できる。
【００４４】
レンズ群１とレンズ群２との光軸上の間隔を決定するのはカム環５である。すなわち、前記のように、突起７ａとカム溝５ａとが係合し、突起８ａとカム溝５ｂとが係合して、レンズ群１とレンズ群２との光軸上の間隔が決定される。
【００４５】
カム環５の光軸上の位置を決定するのは補正筒６である。補正筒６、カム環５の一端にはねじ１０が形成されており、ねじ１０の螺合により、カム環５は補正筒６に固定されている。補正筒６の他端は、固定筒４の溝部４ａに係合しており、光軸方向に固定されている。
【００４６】
セット本体９側のフォーカス機構（図示せず）によって、固定筒４を光軸方向に前後させることにより、初期のフォーカス調整が行われ、撮像面３にフォーカス位置が一致する。
【００４７】
また、補正筒６を外部より回転させることにより、ズーム動作を行うことができる。補正筒６を回転させることにより、これに固定されたカム環５も回転する。このことにより、カム環５のカム溝の端部と固定筒４の直線溝とが一致する位置まで、レンズ枠７、８は移動し、レンズ１、２は光軸上を移動し、ズームレンズの焦点距離が変化することになる。
【００４８】
ここで、図３に比較例に係るレンズ鏡筒の構成図を示している。図１に示した本実施の形態に係るレンズ鏡筒は、カム環５が固定筒４に対して光軸方向に固定されていないのに対して、図３に示した比較例の構成では、カム環１０５が固定筒１０４に対して光軸方向に固定されている。
【００４９】
より具体的には、図３の比較例に係る構成では、カム環１０５は、固定筒１０４の外周面に対して環状に突出した突出部１０４ａと突出部１０４ｂとで挟まれるように配置されている。このため、カム環１０５は、光軸方向の前後共に、固定筒１０４に対して光軸方向の位置が規制されており、光軸方向に移動することはできない。カム環１０５は、光軸回りの回転方向には回転可能であり、カム環１０５を外部より回転させて、ズーム動作を行う。ズーム動作の際には、カム環１０５のカム溝の端部と固定筒１０４の直線溝とが一致する位置まで、レンズ枠１０７、１０８は移動し、これに伴いレンズ１０１、１０２は光軸上を移動し、ズームレンズの焦点距離を変化させることができる。
【００５０】
次に、図１の説明に戻る。温度が上昇した場合、ズームレンズ２０のフォーカス位置は初期の撮像面に対して、ズームレンズ２０から遠ざかる方向へ移動する。この移動はレンズ群１とレンズ群２とを構成するレンズの線膨張係数（α）と、屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）の影響でレンズのパワーが小さくなるためである。
【００５１】
温度上昇による熱膨張により、補正筒６は光軸方向の全長が伸びることになる。補正筒６の一端は、固定筒４の溝部４ａに係合しているため、この場合、補正筒６の光軸方向の両端部のうち、反撮像面側（撮像面３側の反対側）の端部は、反撮像面方向に移動する。補正筒６の反撮像面側の端部は、ねじ１０によりカム環５と固定されているので、カム環５も補正筒６と一体になって、反撮像面方向に移動する。カム環５に突起７ａ、７ｂを介して連結されたレンズ枠７、８は両者の間隔を保持しながら反撮像面方向に移動する。レンズ群１、２は、それぞれレンズ枠７、８に固定されているので、レンズ群１、２は両者の間隔を保持しながら反撮像面方向に移動する。この作用はフォーカスを調整したのと同じ作用となり、ズームレンズのフォーカス位置は、レンズ群１、２が移動した分だけ反撮像面方向に移動する。
【００５２】
すなわち、レンズの線膨張係数（α）と屈折率の温度依存性（Δｎ／ΔＴ）の影響でフォーカス位置が初期の撮像面よりズームレンズ２０から遠ざかる方向へ移動する作用と、レンズ群１、２が両者の間隔を保持しながら反撮像面方向に移動する作用とが打ち消し合ってフォーカス位置は撮像面３で固定されることになる。
【００５３】
本実施の形態では、前記のように、ズームレンズ２０の各レンズ群１、２の間隔はカム環５で決定されるので、レンズ群間隔の精度は維持できる。また、温度上昇によって、補正筒６と一体になってカム環５が光軸方向に移動するが、各レンズ群間隔は一定間隔に保たれているので、レンズの光学設計上で制約条件とはならない。
【００５４】
前記のように、フォーカス調整は、レンズ系全体を光軸上において前後させるので、フォーカスによる性能劣化が少ない。自動温度補正機構も、フォーカスと同じ作用、すなわちレンズ系全体は、カム環５と一体になって光軸方向に移動するので、性能劣化が少ない。使用者は使用初期にフォーカスを調整し、これ以降は自動温度補正機構により、初期のフォーカス精度を自動的に維持することになる。
【００５５】
ここで、補正筒６が温度補正作用を発揮するためには、補正筒６は温度上昇による所定の補正量（膨張量）が必要となる。補正量は、補正筒６の長さと、補正筒６を形成する材料の線膨張係数との積で決定される。補正筒６の長さを大きくすれば、補正量は確保できるが、補正筒６の長さは、レンズの全長及び鏡筒構成で制限されてしまう。このため、補正量の確保には線膨張係数を大きくする必要がある。本実施の形態では、以下のように補正筒６の材料の線膨張係数を大きくすることが可能である。
【００５６】
前記のように、レンズ枠７、８は、固定筒４とカム環５とで、傾き精度が決定される。したがって、補正筒６の加工精度が低い場合や、補正筒６内の温度不均一による補正筒６の全長伸びが不均一である場合であっても、レンズの傾き精度は確保されることになる。
【００５７】
このため、固定筒４及びカム環５を金属材料で形成し精度を確保しておけば、補正筒６は金属材料に比べ加工精度の劣る樹脂材料で形成することができる。すなわち、補正筒６の材料選定の自由度が高まり、補正筒６は線膨張係数の大きい樹脂材料で形成することができ、所定量の膨張量が得られることになる。
【００５８】
一方、前記の図３の比較例に係るレンズ鏡筒の構成では、熱膨張係数の大きい補正筒６に相当する構成がなく、仮にカム環１０５に補正筒６を追加したとしても、カム環１０５は、光軸方向の前後共に、固定筒１０４に対して光軸方向の位置が規制されており、光軸方向に移動することはできない。
【００５９】
以上のように、本実施の形態は、カム環５を固定筒４に対して光軸方向に固定せず、カム環５を固定筒４に対して光軸方向に一端を固定した補正筒６に接合させることにより、ズーム機構と温度補正機構との両立を図っている。
【００６０】
また、本実施の形態では、前記のように、補正筒６とカム環５とは、ねじ１０の螺合により固定されている。このことにより、補正筒６とカム環５とが一体となって光軸上を移動し、温度変化による補正筒６の伸びを確実にレンズ１、２の移動に連動させることができる。すなわち、補正筒６とカム環５とでは線膨張係数が異なるため、温度によって嵌合状態が変化することになるが、補正筒６とカム環５とをねじで嵌合することで接触面積を増大でき、温度変化による補正筒６とカム環５との結合状態の変化を防止できる。
【００６１】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１で説明した構成において、固定筒４、カム環５、及び補正筒６の線膨張係数の関係に関するものと、レンズ全系の焦点距離、補正筒６の長さ、及び補正筒６の線膨張係数の関係に関するものである。
【００６２】
固定筒４とカム環５との線膨張係数をα０とし、補正筒６の線膨張係数をα１とすると、以下の式（１）を満足することが好ましい。
【００６３】
式（１） １．５＜｜（α１―α０）／α０｜
式（１）は、レンズ鏡筒本体を構成する固定筒４及びカム環５の材料の線膨張係数α０と、補正筒６を構成する材料の線膨張正数α１の関係を規定したものである。式（１）を満足することにより、補正筒６の全長を抑えることができ、レンズ鏡筒の小型化を図ることができる。下限を越えると、必要な補正量を得るためには補正筒６の全長を大きくする必要があり、レンズ鏡筒の小型化には不利となる。
【００６４】
下限値の基準が大きいと、レンズ鏡筒の小型化には有利であり、以下の式（２）の関係を満足することが好ましい。
【００６５】
式（２） ３．０＜｜（α１―α０）／α０｜
より小型のレンズ鏡筒を実現するには、前記式（１）、（２）において、補正筒６の線膨張係数であるα１を大きな値とすれば、より小型のレンズ鏡筒の実現に有利となる。α１を大きな値とするために、補正筒６を樹脂材料で構成してもよい。樹脂材料は、加工精度の点では金属材料に比べて不利になるが、前記のように、レンズ枠７、８は固定筒４とカム環５とに固定されて傾き精度が確保されているので、この点は特に不利にはならない。
【００６６】
また、補正筒６の長さをＬ（ｍｍ）、補正筒６を構成する材料の線膨張係数をα、常温すなわち温度上昇前の温度（例えば２０度）のレンズ全系の焦点距離をｆ（ｍｍ）とすると、以下の式（３）の関係を満足することが好ましい。
【００６７】
式（３） １×１０^-3＜Ｌ×α−６．８×１０^-5×ｆ＜５×１０^-3
式（２）は、補正筒６による補正量をレンズ全系の焦点距離で規定したものである。式（２）は、バックフォーカスが長く、色収差を高いレベルで満たすレンズに必要な条件である。
【００６８】
式（２）の下限を越えると、温度変化に対してフォーカスの補正が不足し、プロジェクタの場合はスクリーン面上のフォーカス位置が温度上昇とともにレンズから離れる方向に変化する。上限を越えると、温度変化に対してフォーカスの補正が過剰となり、プロジェクタの場合はスクリーン面上のフォーカス位置が温度上昇とともにレンズに近づく方向に変化する。
【００６９】
（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に係るレンズ鏡筒の構成図を示している。図１と同一構成のものは、同一番号を付して説明は省略する。図４の構成は、補正筒１２の外周に嵌合するように円筒状の矯正筒１２が配置されている。矯正筒１２の線膨張係数は、補正筒１１の線膨張係数より小さくなるように、矯正筒１２、補正筒１１の各材料を選定している。
【００７０】
ここで、温度変化に対する補正筒１１の補正量は、補正筒１１の線膨張係数と、補正筒の長さに影響を受ける。このため、補正効果を大きくする場合は、線膨張係数の大きな材料を選択することとなる。ただし、線膨張係数は材料固有の特性であり、広範囲に選択できない。補正筒１１の長さも、レンズ本体の物理的な大きさに制約があり制限される。本実施の形態は、補正筒１１の外周に矯正筒１２を嵌合させることにより、補正筒１１の長さを短くしても補正効果を確保できるようにして、レンズ鏡筒の小型化を図るというものである。
【００７１】
図４の構成において、周囲温度の上昇とともに補正筒１１及び矯正筒１２の温度が上昇する。この温度上昇に伴って補正筒１１及び矯正筒１２も膨張する。膨張は、径方向の膨張と光軸方向の膨張とがある。図４の構成では、矯正筒１２の線膨張係数は、補正筒１１の線膨張係数より小さいので、内側の補正筒１１には圧縮力が加わり、径方向の膨張が規制される。径方向の膨張が規制された分、補正筒１１は光軸方向に膨張する。すなわち、補正筒１１の温度上昇に対する光軸方向の伸びは、矯正筒１２を備えたことによって大きくなる。このため、補正筒１１をより短い距離のものにしても、矯正筒１２により光軸方向の伸びを補うことができ、レンズ鏡筒の小型化が図れる。
【００７２】
（実施の形態４）
図５は、実施の形態４に係るレンズ鏡筒の構成図を示している。図１と同一構成のものは、同一番号を付して説明は省略する。補正筒１３の光軸方向の前後に締付け筒１４、１５が配置されている。補正筒１３の両端と締付け筒１４、１５には、ねじ加工部分１６、１７が形成されている。このねじ加工部分１６、１７の螺合により、補正筒１３の両端に締付け筒１４、１５が結合されている。
【００７３】
締付け筒１４、１５の線膨張係数は、カム環１８及び固定筒４の線膨張係数と略同一である。例えば、カム環１８及び固定筒４をアルミニウムとすれば、締付け筒１４、１５もアルミニウムである。この場合、補正筒１３は線膨張係数の大きい例えば樹脂部材であるので、補正筒１３は締付け筒１４、１５に比べ、線膨張係数が大きいことになる。
【００７４】
前側の締付け筒１４はさらにカム環１８と結合している。補正筒１３の光軸回りの回転と一体になって、後側の締付け環１５は光軸方向に固定された状態で、固定筒４に対して光軸回りに回転する。それぞれ線膨張係数の異なる補正筒１３と締付け筒１４、１５はねじで螺合しているので、接触面積が大きく、膨張収縮に対して確実に結合された状態が維持される。また、補正筒１３と締付け筒１４、１５との結合は、回転による締め付けにより可能であるので、組み立ても容易である。
【００７５】
締付け筒１５と固定筒４との線膨張係数は、略同一であるので、温度上昇しても、締付け筒１５と固定筒４の溝部４ａの嵌合状態の変化を防止でき、補正筒１３は、光軸方向に固定した状態で固定筒４に対して回転させることができる。
【００７６】
また、締付け筒１４とカム環１８との線膨張係数は、略同一であるので、温度上昇しても、締付け筒１４とカム環１８の嵌合状態の変化を防止できる。このため、補正筒１３とカム環１８とが一体となって光軸上を移動でき、温度変化による補正筒１３の伸びを確実にレンズに連動させることができ、温度補正機構を有効に働かせることができる。
【００７７】
（実施の形態５）
実施の形態５は、前記実施の形態４において、締付け筒１４とカム環１８との結合に関する実施の形態である。図６は、締付け筒１４とカム環１８との結合部分の拡大図を示している。締付け筒１４には、テーパ部１４ａが形成されている。締付け部材１９は、円筒状部材から切り出して形成した部材である。締付け部材１９は、光軸方向から見れば、扇状に形成されている。締付け部材１９の内周側にはテーパ部１９ａが形成されている。
【００７８】
図６の状態では、締付け部材１９の一端側は、テーパ部１９ａが締付け筒１４のテーパ部１４ａと当接し、他端側はカム環１８の溝１８ａに係合している。ねじ２１をカム環１８に締め付けることにより、締付け筒１４をカム環１８の先端１８ｂ側に引き込むことができ、締付け筒１４をカム環１８の壁面１８ｃに押し当てることができ、締付け筒１４とカム環１８とを確実に結合させることができる。
【００７９】
また締付け部材１９の数を増やせば、締付け筒１４とカム環１８との結合はより確実になり、例えば、締付け筒１４の円周方向を３等分する場所に締付け部材１９を配置すれば、傾き無く確実に締付け筒１４とカム環１８とを結合させることができる。
【００８０】
通常、ねじで締付け部材とカム環を固定した場合は、締付け部材にはねじ穴が配置されるが、ねじのゆるみでねじ穴とねじ外径との差により、がたつきが生じ、がたつき量分だけ補正筒の伸びがカム環に連動できなくなる。本実施の形態では、締付け部材１９のテーパ部１９ａと締付け筒１４のテーパ部１４ａとが互いに圧接することで、カム環１８と締付け筒１４とは引き合う力を常時受けるようになり、温度変化に対しても結合状態を保つことができる。
【００８１】
（実施の形態６）
図７に実施の形態６に係るレンズ鏡筒の構成図を示している。本図の構成は、図５の構成において、補正筒１３の外周にズーム環２２を追加した構成である。図７（ａ）は本実施の形態に係るレンズ鏡筒の長手方向の断面図であり、図７（ｂ）はズーム環２２の主要部の平面図である。
【００８２】
カム環１８には径方向に突出した突起１８ａが形成されている。補正筒１３には長穴１３ａが、ズーム環２２には長穴２２ａが形成されている。突起１８ａは、長穴１３ａ及び長穴２２ａと対応する位置にある。長穴１３ａ及び長穴２２ａの径は、突起１８ａの径より大きくなっている。また、ズーム環２２は、補正筒１３に装着しているに止まり、ズーム環２２と補正筒１３とは、密着や接合はしていない。
【００８３】
ズーム環２２を光軸回りに外部から回転させると、カム環１８の突起１８ａがズーム環２２の長穴２２ａの内周面に当接し、ズーム環２２が突起１８ａを押しながら、カム環１８を光軸回りに回転させることになる（図２（ｂ）参照）。この場合、カム環１８の回転と一体になって、補正筒１３も光軸回りに回転する。
【００８４】
本実施の形態によれば、外部からの力が直接カム環１８に加わるので、補正筒１３に加わる力を抑えることができ、ねじ加工部分１６、１７のねじの緩みを抑えることができる。また、線膨張係数の相違により、補正筒１３とカム環１８との結合が不確実になった場合でも、カム環１８を確実に回転させることができる。また、直接カム環１８に力が加わるので、ズーム動作は確実になる。
【００８５】
なお、ズーム環は、手動に限らず電動モータによる駆動により回転させてもよい。また、図５に示した構成に、ズーム環２２を装着した例で説明したが、これに限るものではなく、図１に示した構成にズーム環を装着してもよい。
【００８６】
以下、実施例を参照しながら、本発明をより具体的に説明する。
【００８７】
（実施例１）
図８は、実施例１に係るレンズ鏡筒の構成図を示している。本図に示したレンズ鏡筒は、３群構成のズームレンズを備えており、本図の状態は広角端を示している。本図のレンズ鏡筒は、３群構成のズームレンズを備えているが、基本的な構成、作用は、図１、２に示した２群構成のズームレンズを備えたレンズ鏡筒と同様である、
レンズ枠３５に保持されたレンズ３１ａ、３１ｂで第１レンズ群を形成し、レンズ枠３６に保持されたレンズ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅで第２レンズ群を形成し、レンズ枠３７に保持されたレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ、３３ｉで第３レンズ群を形成している。３８は、プリズム等のガラスブロックである。
【００８８】
レンズ枠３５、３６、３７は固定筒３０の内周に装入されており、光軸上を移動できる。固定筒３０には直線溝が形成され、レンズ枠３５、３６、３７に取り付けられた突起３５ａ、３６ａ、３７ａが直線溝と勘合し、固定筒３０に対してレンズ枠３５、３６、３７が光軸回りに回転するのを規制している。
【００８９】
カム環３４にはカム溝が形成され、レンズ枠３５、３６、３７に取り付けられた突起３５ａ、３６ａ、３７ａがカム溝と係合している。このことにより、レンズ枠３５、３６、３７の各ズーム位置でのそれぞれの間隔が保持されることになる。
【００９０】
補正筒３８は固定筒３０の溝３０ａと係合しているので、補正筒３８は光軸方向に固定されている。一方、カム環３４は先端部で補正筒３８に結合されているので、カム環３４も光軸方向に固定されている。
【００９１】
ズーム動作は補正筒３８を光軸回りに回転させることでカム環３４を回転させ、レンズ枠３５、３６、３７を光軸方向に移動させる。このことにより、レンズ枠３５、３６、３７に保持されている第１レンズ群、第２レンズ群、及び第３レンズ群がそれぞれ移動して焦点距離が変化し、ズーム機構が動作する。
【００９２】
実施例１に係るズームレンズは、広角端のＦ_NO＝２．５、焦点距離ｆ＝３７．０８（ｍｍ）、半画角＝２４．２°のズームレンズであり、具体的な数値を表１に示し、ズームデータを表２に示す。表１中、ｒｉ（ｍｍ）はレンズ各面の曲率半径、ｄｉ（ｍｍ）はレンズ厚又はレンズ間間隔である。図８には、可変間隔ｄ４、ｄ１４、ｄ３３を代表して図示している。
【００９３】
また、ｎｉは各レンズのｄ線での屈折率、νiは各レンズのｄ線でのアッベ数である。図８の例では、ｒ１〜ｒ４が第１レンズ群、ｒ５〜ｒ１４が第２レンズ群、ｒ１５〜ｒ３３が第３レンズ群であり、ｒ１９は絞りである。
【００９４】
【表１】

【００９５】
【表２】

【００９６】
前記式（１）、（２）の各変数の値、及び式（１）、（２）の値は、下記の通りである。
【００９７】
α０＝２．３×１０^-5
α１＝１．０×１０^-4
Ｌ＝５０ｍｍ
ｆ＝３７．０８ｍｍ
｜（α１―α０）／α０｜＝３．３５
Ｌ×α−６．８×１０^-5×ｆ＝１．８１×１０^-3
レンズ３２ｂ、３２ｃ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｇ、３３ｉは、異常分散ガラスであり、屈折率の温度依存係数（Δｎ／ΔＴ）が負で、温度に対するパワーの変化が大きい。図８において、ズームレンズを構成する各レンズの温度上昇によって、フォーカス位置が図面に向かって右方向に移動する。本実施例の広角端の状態では、温度変化１度に対してフォーカス位置は、０．００６８ｍｍ移動する。
【００９８】
ここで、レンズ枠３５、３６、３７、固定筒３０、及びカム環３４は、アルミニウムで形成されている。補正筒３８は樹脂で形成されており、例えばナイロン６６、ポリアセタールである。ナイロン６６の線膨張係数は１．０×１０^-4であり、ポリアセタールの線膨張係数は８．５×１０^-5である。これらの値は、アルミニウムの線膨張係数の２．３×１０^-5に対して４倍程度であり、温度上昇による単位長さ当たりの伸びも４倍程度となる。
【００９９】
本実施例では、補正筒３８はナイロン６６で形成しており、線膨張係数α１は１．０×１０^-4であり、長さＬは５０ｍｍである。このため、温度上昇１度に対して、補正筒５１はα１×Ｌ＝０．００５ｍｍ伸びることになる。したがって、前記のフォーカス位置の変動量０．００６８ｍｍは、０．００５ｍｍ分だけ補正され、残存するフォーカス位置の温度１度当たりの変動量は、０．００１８ｍｍ／度となる。
【０１００】
本実施例のセットでは、電源投入後においてレンズの温度は常温から１５度上昇する。例えば、周囲温度２０度で電源を投入すると、レンズ温度は２０度から３５度まで１５度上昇する。このため、使用時においては、温度上昇によるフォーカス位置の変動量は、０．００１８ｍｍ／度×１５度＝０．０２７ｍｍとなり、この値はセットの許容範囲内となる。すなわち、本実施例では、温度変化によるフォーカス位置の変動を小さく抑えることができ、良好な画質を維持できる。
【０１０１】
（実施の形態７）
図９は、本発明の実施の形態７に係るプロジェクタの構成図である。図９において、４０は前記実施の形態で示したレンズ鏡筒、４１は光学像を形成する空間光変調素子、４２は凹面鏡付き光源である。４３は投写された映像のフォーカス面である。本実施の形態によれば光源４２により照明される空間光変調素子４１に形成された光学像は、レンズ鏡筒４０の投写レンズによってフォーカス面４３に拡大投写される。
【０１０２】
レンズ鏡筒４０の投写レンズに前記実施の形態で示したレンズを用いることによって、温度変化によってフォーカス面４３の光軸方向の移動が少なく、温度が変化しても良好な画面が得られるプロジェクタが得られる。
【０１０３】
なお、本発明に係るレンズ鏡筒は、温度変化に対するフォーカス位置の変動を抑えることができ、ズームレンズにも対応できるので、プロジェクタに限らず、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器にも有用である。
【０１０４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のレンズ鏡筒によれば、温度変化に対するレンズ自身のフォーカス位置変動をレンズ鏡筒の補正機構で相殺し、レンズの温度が変化しても光学性能の変化を抑えることができる。すなわち、レンズの温度変化に対して、レンズの光軸上の位置を変化させることができ、温度に対して、フォーカスの位置変化が小さいレンズができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレンズ鏡筒の断面図
【図２】図１に示したレンズ鏡筒を光軸方向に分解したときの斜視図
【図３】比較例に係るるレンズ鏡筒の断面図
【図４】本発明の実施の形態３に係るレンズ鏡筒の断面図
【図５】本発明の実施の形態４に係るレンズ鏡筒の構成図
【図６】本発明の実施の形態５に係るレンズ鏡筒の構成図
【図７】本発明の実施の形態６に係るレンズ鏡筒の構成図
【図８】本発明の実施例１に係るレンズ鏡筒の構成図
【図９】本発明の実施の形態７に係るプロジェクタの構成図
【符号の説明】
１，２ レンズ、
４ 固定筒
４ａ 直線溝
５，１８ カム環
５ａ，５ｂ カム溝
６，１１，１３ 補正筒
７，８ レンズ枠
９ セット本体
１０ ねじ加工部
７ａ，８ａ 突起
１２ 矯正筒
１４，１５ 締付け筒
１９ 締付け部材
２１ ねじ
２２ ズーム環

Claims (14)

1. レンズと、レンズを保持するレンズ枠と、前記レンズ枠と係合し、前記レンズ枠の光軸方向の位置を決めるカム環と、セット本体に固定する固定筒と、前記固定筒と光軸回りに回転可能に係合し、かつ前記カム環に固定され、前記カム環の光軸方向の位置を決める補正筒とを備え、
   前記カム環と前記補正筒との線膨張係数が異なっており、前記補正筒の温度変化による光軸方向の寸法変動に対応して、前記カム環は光軸方向にかつ前記レンズの温度変化によるフォーカス位置の移動を打ち消す方向に移動可能であることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 複数の前記レンズ枠に、それぞれ保持されたレンズ群でズームレンズを構成しており、
   前記カム環にはカム溝が形成され、前記固定筒には直線溝が形成され、前記複数の前記各レンズ枠は、前記カム溝及び前記直線溝に係合しており、
   前記補正筒及び前記補正筒に固定された前記カム環の光軸回りの回転により、前記各レンズ枠に保持された前記各レンズ群はそれぞれ別個に光軸方向に移動し、
   前記光軸回りの回転時には、前記カム環及び前記固定筒は光軸方向に固定されている請求項１に記載のレンズ鏡筒。
3. 前記複数のレンズ枠は、いずれもカム環で光軸上の位置が決定されており、前記補正筒の温度変化による光軸方向の寸法変動に対応して、前記複数のレンズ枠が一体となって光軸方向に変位する請求項１に記載のレンズ鏡筒。
4. 前記補正筒の外周に嵌合した矯正筒をさらに備えており、前記矯正筒の線膨張係数は、前記補正筒の線膨張係数より小さい請求項１に記載のレンズ鏡筒。
5. 前記補正筒及び前記カム環に形成されたねじの螺合により、前記補正筒と前記カム環とが固定されている請求項１に記載のレンズ鏡筒。
6. 前記補正筒の光軸方向の前後に、さらに締付け筒を備えており、
   前記補正筒及び前記各締付け筒に形成されたねじの螺合により、前記補正筒と前記各締付け筒とが固定されており、
   前記各締付け筒の線膨張係数は、前記カム環の線膨張係数と略同一であり、
   前側の前記締付け筒と前記カム環とが固定されており、
   後側の前記締付け筒と前記固定筒とが係合しており、前記後側の締付け筒は、
   光軸方向に固定された状態で、光軸回りに回転可能である請求項１に記載のレンズ鏡筒。
7. 前側の前記締付け筒と前記カム環とを固定する締付け部材をさらに備えており、前記前側の締付け筒及び前記締付け部材は、それぞれテーパ面が形成されており、前記テーパ面同士を当接させた状態で、前記締付け部材を前記カム環にねじの締め付けで固定している請求項６に記載のレンズ鏡筒。
8. 外部より光軸回りに回転可能なズーム環が、前記補正筒の外周面に装着されており、前記ズーム環の回転方向の力が前記カム環に伝わるように、前記ズーム環と前記カム環との係合部が形成されている請求項１に記載のレンズ鏡筒。
9. 前記係合部は、前記ズーム環に形成された穴と、前記カム環に形成された突起とが係合したものである請求項８に記載のレンズ鏡筒。
10. 前記レンズには、アッベ数７０以上のガラスで構成されたレンズを含んでいる請求項１に記載のレンズ鏡筒。
11. 前記レンズには、屈折率１．５以下のガラスで構成されたレンズを含んでいる請求項１に記載のレンズ鏡筒。
12. 前記レンズには、屈折率の温度依存係数が負のガラスで構成されたレンズを含んでいる請求項１に記載のレンズ鏡筒。
13. 固定筒及びカム環の線膨張係数をα０し、補正筒の線膨張係数をα１とすると、
    １．５＜｜（α１―α０）／α０｜
    の関係を満足する請求項１に記載のレンズ鏡筒。
14. レンズ全系の常温における焦点距離をｆ（ｍｍ）、前記補正筒の長さをＬ（ｍｍ）、前記補正筒の線膨張係数をαとすると、
    １×１０^-3＜Ｌ×α−６．８×１０^-5×ｆ＜５×１０^-3
    の関係を満足する請求項１に記載のレンズ鏡筒。

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