JP5165313B2 - ズームレンズ装置 - Google Patents

Description

本発明は固定筒に対してカム筒を回動させることで、固定筒内のズームレンズを光軸方向に移動させるズームレンズ装置に関するものである。

プロジェクタやカメラなどには、１本のレンズ装置で異なる焦点距離を得ることができるズームレンズ装置が用いられている。ズームレンズ装置は、大別して、ズームレンズと、ズームレンズを内部で支持する固定筒と、固定筒の外周に回動自在に保持されたカム筒とから構成されている。固定筒には、ズームレンズに設けたカムフォロアに係合してズームレンズを光軸方向にガイドする直進ガイド孔が形成されている。また、カム筒には、直進ガイド孔から突出したカムフォロワが係合するカム孔が形成されている。そして、カム筒を回転させることにより、直進ガイド孔とカム孔との交点にカムフォロアが導かれるため、ズームレンズが光軸方向に沿って移動される。

このようなズームレンズ装置では、カム筒の位置ズレによるズームレンズの位置ズレ等を防止するために、カム筒の光軸方向の移動を規制している。このため、カム筒には、上述のカム孔以外に、カム筒の回転を一定角度範囲内に規制しつつ、カム筒の光軸方向の移動を制限する規制孔が形成されている（特許文献１参照）。規制孔はカム筒の周方向に延びた長孔であり、この規制孔には例えば固定筒の外周に設けられた規制ローラが係合される。カム筒が回転されたときに、規制ローラが規制孔の端部に当接することによりカム筒の回転が規制されるとともに、規制ローラが規制孔の両側壁に当接することによりカム筒の光軸方向の移動が規制される。
特開２００２−２２８９１０号公報

ところで、上記特許文献１に記載されているように、カム筒にカム孔以外に規制孔を形成する場合には、規制孔を形成するスペースを確保する必要があるため、カム筒の小型化を妨げる要因となっている。また、カム筒の光軸方向の移動を確実に規制するためには、高い加工精度で形成された規制ローラを用いる必要があり、コストアップの要因となっている。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、カム筒の小型化とコストダウンとを図れるズームレンズ装置に関するものである。

上記問題を解決するため、本発明のズームレンズ装置は、ズーム時に移動するレンズに設けられたカムフォロアが係合する直進ガイド孔が形成され、前記レンズを光軸方向に移動自在に支持する固定筒と、前記固定筒の外周に回動自在に保持されるカム筒であって、前記直進ガイド孔より突出した前記カムフォロアと係合するとともに前記カムフォロアに両端部がそれぞれ当接するカム孔を有し、前記固定筒に対して回動することで前記ズームレンズを前記光軸方向に移動させ、前記カム孔は前記カム筒の回転角度範囲を規制するカム筒と、前記固定筒に固定され、前記カム筒の一端部が突き当てられる突き当て部材と、前記固定筒の外周に設けられ、前記突き当て部材に突き当てられた突き当て状態にある前記カム筒の他端部の前方近傍位置において、前記固定筒の周方向の全長にわたって形成され互いに対向し合う一対の壁面を有するとともに、前記一対の壁面のうち前記カム筒の他端部側に対応する一方の壁面が斜面となった環状溝と、前記環状溝に嵌め込まれ弾性復元力の作用により前記斜面に沿って移動して前記カム筒の他端部に当接し、前記突き当て部材との間にカム筒を回転自在に位置決めする円形断面のＯリングと、を備えることを特徴とする。

前記Ｏリングは、前記カム筒の他端部に対する摺動性を有する樹脂材料で形成されていることが好ましい。

本発明のズームレンズ装置は、カム筒の一端部を突き当て部材に突き当てるとともに、固定筒の外周であって突き当て状態にあるカム筒の他端部の前方近傍の位置に環状溝を形成し、略リング形状の規制部材をカム筒の他端部に接した状態で環状溝に嵌着させて、カム筒の光軸方向の移動を規制するようにしたので、カム筒のその光軸方向の移動を規制する規制孔等を設ける必要がなくなる。その結果、カム筒の光軸方向の長さを短くしてカム筒を小型化することができる。また、規制孔に係合させる規制ローラのような高い加工精度が要求されるものは必要なくなるので、コストダウンを図ることができる。

また、カム筒の回転が予め定めた一定角度範囲内に規制されるようにカム孔の長さを調整するようにしたので、カム孔をカム筒の回転を規制する回転規制孔として機能させることができる。

また、移動規制部材を、カム筒の前端部に対する摺動性を有する樹脂材料で形成したので、移動規制部材がカム筒の前端部に接した状態となっていてもカム筒の回転が妨げられることが防止される。

図１に示すように、プロジェクタ１０の筐体１１の前面には、その前方に配置されたスクリーン等に画像を投映するズームレンズ装置１２のレンズが露呈されている。また、筐体１１の上面には、ズームダイヤル１３が設けられている。このズームダイヤル１３を、時計回り及び反時計回りに回動させることで、ズームレンズ装置１２による投映画像のズーム調整を行うことができる。

図２に示すように、筺体１１の内部には、ズームレンズ装置１２の他に、光源１６、照明光学系１７、全反射プリズム１８、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）１９、ズーム調整機構２０等が設けられている。光源１６としては、例えば、キセノンランプや水銀ランプなどの白色光源が使用される。光源１６から照射された照明光は、照明光学系１７へ入射する。

照明光学系１７は、カラーホイール１７ａ、ロッドインテグレータ１７ｂ、リレーレンズ１７ｃ，１７ｄ、ミラー１７ｅからなる。カラーホイール１７ａは、光源１６からの照明光をＢ、Ｇ、Ｒの３色に時分割で分離して、分離した各色の光を順次ロッドインテグレータ１７ｂに向けて出射する。

ロッドインテグレータ１７ｂは、例えばガラス製で、その内側に反射面が形成されている。カラーホイール１７ａで分離された光は、ロッドインテグレータ１７ｂを透過する間に反射を繰り返すことによって均斉化される。リレーレンズ１７ｃ，１７ｄは、ロッドインテグレータ１７ｂから出射された光束をミラー１７ｅに中継する。ミラー１７ｅは、この光束を全反射プリズム１８へ向けて反射させる。

全反射プリズム１８は、ミラー１７ｅからＤＭＤ１９へ入射する入射光と、ＤＭＤ１９で反射する反射光とを分離するためのものである。全反射プリズム１８は、例えば、同じ屈折率を持つ２つの三角プリズムから構成されており、それら２つの三角プリズムの境界に反射面１８ａが形成される。入射光は、入射角が臨界角よりも大きいため、反射面１８ａで全反射してＤＭＤ１９へ入射する。他方、ＤＭＤ１９で反射した反射光は、入射角が臨界角よりも小さいため、反射面１８ａを透過する。

ＤＭＤ１９は、周知のように、受光面に画素に対応する多数のミラー素子がマトリックス状に配列されたものである。各ミラー素子は、投映する画像に基づいて、角度を変化させることにより、受光した照明光の反射方向を変化させる。画素を明るく表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させて受光した光をオン光としてズームレンズ装置１２に向けて反射させる。他方、画素を暗く表示する場合には、ミラー素子をオフ位置に変位させて受光した光をオフ光としてズームレンズ装置１２から外れた方向に向けて反射させる。画像光は、ズームレンズ装置１２に向かうオン光の集合により構成される。

ズーム調整機構２０は、詳しく後述するズームレンズ装置１２のカム筒４１を回転させることによって、スクリーン２２に投映される投映画像のズーム調整を行うものである。このズーム調整機構２０は、上述のズームダイヤル１３の回動角度（操作量）に応じて投映画像がズーム調整されるように、カム筒を回転させる。

次に図３〜図５を用いて本発明のズームレンズ装置１２について説明を行う。ズームレンズ装置１２は、大別して、第１〜第６レンズ２５，２６，２７，２８，２９，３０と、各レンズ２５〜３０をそれぞれ保持する第１〜第６レンズ保持枠３３，３４，３５，３６，３７，３８と、固定筒４０と、カム筒４１とから構成されている。

第１〜第６レンズ２５〜３０は、スクリーン２２（図２参照）側を前方とし、その反対側を後方としたときに、前方から後方に向かって順に配置されている。変倍時（ズーム調整時）には、第２〜第５レンズ２６〜２９（ズームレンズ）が光軸方向に移動される。また、第１及び第６レンズ２５，３０は固定となっている。なお、第１レンズ保持枠３３と固定筒４０との間にフォーカス駆動リング等を設けて、フォーカス時に第１レンズ２５を光軸ＯＡ方向に移動させるようにしてもよい。

第１及び第６レンズ保持枠３３，３８は、それぞれ固定筒４０の先端、後端に固定されている。第２〜第５レンズ保持枠３４〜３７は、固定筒４０の内部で光軸ＯＡ方向にスライド移動自在に支持されている。例えば、第２レンズ保持枠３４（図５参照）は、第２レンズ２６を保持する保持枠本体３４ａと、３個のズームローラ４３（カムフォロア）とから構成される。各ズームローラ４３は、例えば１２０°ピッチで保持枠本体３４ａに着脱自在に取り付けられている。第３〜第５レンズ保持枠３５〜３７は、保持枠本体の形状が異なっている以外は第１レンズ保持枠３４と基本的に同じ構造であり、それぞれ保持枠本体３５ａ〜３７ａと、３個のズームローラ４３とから構成される。

固定筒４０（図３及び図５参照）は、後述するカム筒４１よりも光軸ＯＡ方向に長く延びた筒体である。固定筒４０には、第２〜第５レンズ２６〜２９の各ズームローラ４３をガイドする直進ガイド孔４５が３本形成されている。各直進ガイド孔４５は、光軸ＯＡ方向に直線状に形成されており、固定筒４０の周方向に１２０°のピッチで形成されている。これにより、固定筒４０の内部において、第２〜第５レンズ２６〜２９のズームローラ４３が直進ガイド孔４５に係合することにより、第２〜第５レンズ２６〜２９が固定筒４０の内部で光軸方向に移動自在に支持される。

カム筒４１（図３及び図４参照）は、固定筒４０の外周に回動自在に保持されており、固定筒４０の各直進ガイド孔４５を覆う位置に位置決めされている。カム筒４１には、各直進ガイド孔４５から突出した第２〜第５レンズ２６〜２９のズームローラ４３がそれぞれ係合する４本のカム孔４６が周方向に１２０°のピッチで３組形成されている。カム孔４６は、カム筒４１の回転により第２〜第５レンズ２６〜２９を光軸方向ＯＡに移動させるものであり、その形状は特に限定されるものではない。

上述のズーム調整機構２０によりカム筒４１が回転されると、各カム孔４６と各直進ガイド孔４５との交点の移動に追従して各ズームローラ４３が移動されるため、第２〜第５レンズ２６〜２９が光軸ＯＡ方向に移動される。例えば、スクリーン２２（図２参照）側から見て、カム筒４１が時計回りに回転されると、第２〜第５レンズ２６〜２９が前方（図３中のＡ方向）に移動される。また、カム筒４１が反時計回りに回転されると、第２〜第５レンズ２６〜２９が後方（図３中のＢ方向）に移動される。なお、詳しくは後述するが、本実施形態では、カム孔４６がカム筒４１の回転を一定角度範囲内に規制する規制孔としても機能する。

このようにカム筒４１を回転させて第２〜第５レンズ２６〜２９を光軸ＯＡ方向に移動させる際に、本実施形態では、カム筒４１にその光軸ＯＡ方向への移動を規制する規制孔等を形成することなく、このカム筒４１の光軸ＯＡ方向の移動を規制する。以下、この移動を規制する方法について具体的に説明を行う。

固定筒４０の後端部には、カム筒４１の後端部４１ａ（一端部）を突き当てる略円環状の突き当て部材４８が固定されている。突き当て部材４８の外周部４８ａは、固定筒４０の外周に沿ってその後端部から前端部に向かって延びるように屈曲されている。この外周部４８ａの先端部にカム筒４１の後端部４１ａが突き当てられることで、カム筒４１の後方へのさらなる移動が規制される。そして、カム筒４１が突き当て部材４８に突き当てられた突き当て状態（位置）にあるときに、カム筒４１が予め設計で決定された位置に位置決めされるように、外周部４８ａの幅（光軸ＯＡ方向の長さ）が調整されている。

固定筒４０の外周には、突き当て状態にあるカム筒４１の前端部４１ｂ（他端部）の前方近傍の位置に、固定筒４０の周方向に沿って環状溝４９（図４〜図６参照）が形成されている。環状溝４９は、断面が略Ｖ字形状に形成されている。そして、この環状溝４９には、Ｏリング５０（移動規制部材）が嵌着される。

Ｏリング５０（図３、図５、図６参照）は、例えばゴムなどのカム筒４１の前端部４１ｂに対する摺動性を有する樹脂材料により形成されている。このＯリング５０は、その内径が固定筒４０の外径よりも小さく形成されているとともに、その線径が環状溝４９の深さよりも大きく形成されている。これにより、Ｏリング５０が環状溝４９に嵌着されると、Ｏリング５０自身の弾性復元力によりＯリング５０の内周部が環状溝４９内に嵌入する。また、環状溝４９は、突き当て状態にあるカム筒４１の前端部４１ｂの近傍に形成されているので、Ｏリング５０の環状溝４９よりも上方に突出している部分が前端部４１ｂに接する。

図６に示すように、環状溝４９内に嵌入されたＯリング５０の内周部が、少なくとも環状溝４９の前方側（カム筒４１の前端部４１ｂ側とは反対側）の側壁４９ａと係合することにより、Ｏリング５０の前方への移動が規制される。この際に、Ｏリング５０は、カム筒４１の前端部４１ｂとも接している。このため、側壁４９ａの位置・傾斜角度やＯリング５０の線径を適切に調整することで、Ｏリング５０が側壁４９ａ及び前端部４１ｂに挟まれて光軸ＯＡ方向に弾性変形する。これにより、Ｏリング５０の光軸ＯＡ方向の弾性復元力によって、図中矢印で示すようにカム筒４１が突き当て部材４８に常時押し付けられるので、カム筒４１の前方への移動が規制される。その結果、Ｏリング５０（及び突き当て部材４８）により、カム筒４１の光軸ＯＡ方向の移動が規制される。また、カム筒４１が回転される際に、Ｏリング５０はカム筒４１の前端部４１ｂとの摺動性の良いゴム等で形成されているため、Ｏリング５０によりカム筒４１の回転が妨げられることが防止される。

次に、上記のように構成されたプロジェクタ１０の作用について説明を行う。ユーザが、回動式のズームダイヤル１３を回動（操作）すると、ズーム調整機構２０は、カム筒４
を回転させ、第２〜第５レンズを光軸ＯＡ方向に移動させることにより、スクリーン２２に投映される投映画像のズーム調整を行う。このズーム調整のために回転カム筒４０を回転させたときに、カム筒４１は、突き当て部材４８により後方への移動が規制され、Ｏリング５０及び環状溝４９により前方への移動が規制されるため、光軸ＯＡ方向への移動が規制される。

以上のように本発明では、カム筒４１の後端部４１ａを突き当て部材４８に突き当ててカム筒４１の後方への移動を規制するとともに、突き当て状態にあるカム筒４１の前端部４１ｂの前方近傍位置に形成された固定筒外周の環状溝４９と、この環状溝４９に嵌着されたＯリング５０とによりカム筒４１の前方への移動を規制して、カム筒４１の光軸方向への移動を規制することができる。これにより、カム筒４１にその光軸ＯＡ方向の移動を規制するための規制孔を設ける必要がなくなるので、カム筒４１を小型化することができる。

具体的には、図７に示すように、本発明（Ａ）のカム筒４１は、従来（Ｂ）のカム筒６０のように規制孔６２を形成するためのスペースを確保する必要がなくなる。このため、カム筒４１の光軸ＯＡ方向の長さを従来のカム筒６０の長さよりもＬだけ短くすることができ、カム筒４１を小型化することができる。

さらに、規制孔６２が不要となることで、この規制孔６２に係合させる規制ローラも不要となる。高い加工精度で形成される規制ローラと比較して、突き当て部材４８、環状溝４９、及びＯリング５０は安価に製造・形成することができるので、レンズ装置１２をコストダウンすることができる。

ここで、本実施形態では、カム筒４１にその回転を一定角度範囲内に規制する規制孔（回転規制孔）が形成されていないため、別途にカム筒４１の回転規制を行う必要がある。そこで、本実施形態では、例えばカム孔４６を用いてカム筒４１の回転を一定角度範囲内に規制する。具体的には、カム筒４１を回転させた際にそのカム孔４６の両端部にズームローラ４３が当接することによって、カム筒４１の回転は規制される。従って、カム筒４１の回転が予め定めた一定角度範囲内に規制されるように、カム孔４６の長さを調整する。これにより、カム筒４１の回転が一定角度範囲内に規制される。なお、カム筒４１に形成されている全てのカム孔４６の長さ調整を行う必要はなく、少なくとも１本以上の長さ調整が行われていればよい。また、カム孔４６の長さ調整を行う代わりに、カム筒４１の回転を規制する回転規制部材を固定筒４０やカム筒４１に設けるようにしてもよい。

なお、上記実施形態（図６参照）では、環状溝４９の断面が略Ｖ字形状に形成されている場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図８に示す環状溝６５のように、その前方側の側壁６５ａの傾斜角度のみを大きくするようにしてもよい。これにより、カム筒４１の前方への移動を規制する規制力を上記実施形態（図６参照）よりも高くすることができる。また、例えば図９に示す環状溝６７のように、その断面が略凹形状に形成されていてもよい。この場合も、環状溝６７の前方側の側壁が鉛直に形成されているため、カム筒４１の前方への移動を規制する規制力を高くすることができる。また、環状溝の断面形状は、これらに限定されるものではなく、Ｏリング５０の前方への移動を規制可能であれば、各種形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、Ｏリング５０の断面形状が円形に形成されている場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば四角形状や三角形状など各種形状に形成されていてもよい。

なお、上記実施形態では、環状溝４９に樹脂製のＯリング５０を嵌着してカム筒４１の光軸方向（前方）への移動を規制する場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば図１０に示すように、環状溝４９に金属リング７０を嵌着してカム筒４１の光軸方向（前方）への移動を規制するようにしてもよい。また、カム筒４１の光軸方向（前方）への移動を規制可能であれば、Ｏリング５０や金属リング７０の代わりに各種リング形状の規制部材を環状溝４９に嵌着するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、カム筒４１を回転させた際に、第２〜第５レンズ２６〜２９の計３個のズームレンズが光軸方向に移動される場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ズームレンズの数は特に限定はされない。

なお、上記実施形態では、カム筒４１の後端部４１ａを突き当て部材４８に突き当てるとともに、カム筒４１の前端部４１ｂの前方近傍に形成された環状溝４９にＯリング５０を嵌着させることでカム筒４１の光軸ＯＡ方向の移動を規制する場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態とは逆に、カム筒４１の前端部４１ｂを突き当て部材に突き当てるとともに、カム筒４１の後端部４１ａの前方近傍に形成された環状溝にＯリング５０を嵌着させることでカム筒４１の光軸ＯＡ方向の移動を規制するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、突き当て部材４８が固定筒４０に固定されている場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第６レンズ保持枠３８やプロジェクタ１０内の各部などに固定してもよい。

なお、上記実施形態では、本発明のズームレンズ装置をプロジェクタに適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、写真カメラ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラ付き携帯電話機などの各種撮像装置に用いられるズームレンズ装置にも本発明を適用することができる。

プロジェクタの斜視図である。 プロジェクタの概略的な構成を示す説明図である。 ズームレンズ装置の断面図である。 ズームレンズ装置の斜視図である。 ズームレンズ装置の固定筒の斜視図である。 図３中の環状溝及びＯリングを拡大した拡大図である。 本発明（Ａ）と従来（Ｂ）のカム筒の光軸方向の長さを比較して、本発明の効果を説明するための説明図である。 環状溝の前方側の側壁の傾斜角度を大きくした他の実施形態の環状溝の拡大図である。 断面が凹形状に形成された他の実施形態の環状溝の拡大図である。 Ｏリングの代わり金属リングを用いた他の実施形態のズームレンズ装置の斜視図である。

符号の説明

１０ プロジェクタ
１２ ズームレンズ装置
２５〜３０ 第１〜第６レンズ
４０ 固定筒
４１ カム筒
４３ ズームローラ
４５ 直進ガイド孔
４６ カム孔
４８ 突き当て部材
４９，６５，６７ 環状溝
４９ａ，６５ａ，６７ａ 側壁
５０ Ｏリング
７０ 金属リング

Claims (2)

1. ズーム時に移動するレンズに設けられたカムフォロアが係合する直進ガイド孔が形成され、前記レンズを光軸方向に移動自在に支持する固定筒と、前記固定筒の外周に回動自在に保持されるカム筒であって、前記直進ガイド孔より突出した前記カムフォロアと係合するとともに前記カムフォロアに両端部がそれぞれ当接するカム孔を有し、前記固定筒に対して回動することで前記ズームレンズを前記光軸方向に移動させ、前記カム孔は前記カム筒の回転角度範囲を規制するカム筒と、
   前記固定筒に固定され、前記カム筒の一端部が突き当てられる突き当て部材と、
   前記固定筒の外周に設けられ、前記突き当て部材に突き当てられた突き当て状態にある前記カム筒の他端部の前方近傍位置において、前記固定筒の周方向の全長にわたって形成され互いに対向し合う一対の壁面を有するとともに、前記一対の壁面のうち前記カム筒の他端部側に対応する一方の壁面が斜面となった環状溝と、
   前記環状溝に嵌め込まれ弾性復元力の作用により前記斜面に沿って移動して前記カム筒の他端部に当接し、前記突き当て部材との間にカム筒を回転自在に位置決めする円形断面のＯリングと、
   を備えることを特徴とするズームレンズ装置。
2. 前記Ｏリングは、前記カム筒の他端部に対する摺動性を有する樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ装置。

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