JP5292109B2 - 光学装置及び潤滑剤並びにガタツキ防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１鏡筒部と、この第１鏡筒部に嵌合する第２鏡筒部とを備えた光学装置、及びこの光学装置に用いられる潤滑剤、並びに第１鏡筒部に対する第２鏡筒部のガタツキを防止するガタツキ防止方法に関する。

光学装置の一つとして、スクリーンに画像を表示するプロジェクタが知られている。プロジェクタは、画像光を生成する画像生成部と、生成された画像光をスクリーンに投写する投写レンズとを有する。投写レンズは、複数のレンズ群を有しており、これらのレンズ群を光軸方向に移動させることによってフォーカシングとズーミングとを行っている。

投写レンズとして、スクリーンに最も近い側のレンズ群がフォーカスレンズ群になっている前玉フォーカス調整式のものがある。前玉フォーカス調整式の投写レンズは、フォーカスレンズ群が組み込まれたフォーカス筒と、残りのレンズ群が組み込まれた固定筒とからなる。フォーカス筒は、固定筒の先端に嵌合し、固定筒に沿って各レンズ群の光軸方向に移動する。これにより、フォーカス筒にともなってフォーカスレンズ群が光軸方向に移動し、フォーカシングが行われる。

ところで、上記のように構成された投写レンズには、フォーカス筒と固定筒との嵌合部分に、フォーカス筒を円滑に光軸方向に移動させるためのクリアランスを設ける必要があり、このクリアランスによってフォーカス筒がガタついてしまうという問題があった。フォーカス筒にガタツキがあると、自重によってフォーカス筒が固定筒に対して傾き、フォーカスレンズ群と固定筒に組み込まれた残りのレンズ群との光軸がずれて、投写レンズの光学特性を劣化させてしまう。

こうしたガタツキを防止する技術として、レンズ繰り出し用のヘリコイドねじの雌雄の少なくとも一方に自己潤滑性のある材料を用いることが特許文献１に記載されている。このように自己潤滑性のある材料を用いれば、クリアランスを設ける必要がなくなり、フォーカス筒を円滑に移動させつつ、ガタツキを防止することができる。
特開平１１−１６０６０２号公報

しかしながら、特許文献１のようにクリアランスを無くしてガタツキを防止しようとすると、機械加工に高い精度が要求され、製造に多大な時間とコストとが掛かってしまうという問題が生じる。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、プロジェクタなどの光学装置において、製造に時間とコストとを掛けさせることなく、光軸方向に移動するフォーカス筒などの鏡筒の円滑な移動とガタツキの防止とを実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光学装置は、外周面に第１ヘリコイドネジが形成された第１鏡筒部と、第１ヘリコイドネジと螺合する第２ヘリコイドネジが内周面に形成され、第１鏡筒部に対して相対的に移動する第２鏡筒部とを備えた光学装置であって、第１ヘリコイドネジと第２ヘリコイドネジとの螺合により光軸に対して平行な面で形成された第１の隙間と、光軸に対して傾斜した面で形成された第２の隙間に、第１鏡筒部及び第２鏡筒部よりも強度の低い材料又は弾性材料で、第１の隙間及び第２の隙間の間隔よりも粒径が大きい粒状体を添加した潤滑剤を充填したことを特徴とする。

また、本発明の潤滑剤は、外周面に第１ヘリコイドネジが形成された第１鏡筒部と、第１ヘリコイドネジと螺合する第２ヘリコイドネジが内周面に形成され、第１鏡筒部に対して相対的に移動する第２鏡筒部とを備えた光学装置に用いられ、第１ヘリコイドネジと第２ヘリコイドネジとの螺合により光軸に対して平行な面で形成された第１の隙間と、光軸に対して傾斜した面で形成された第２の隙間に充填され、第１鏡筒部に対する第２鏡筒部の光軸方向及び光軸と垂直な方向のガタツキを防止する潤滑剤であって、第１鏡筒部及び第２鏡筒部よりも強度の低い材料又は弾性材料で、第１の隙間及び第２の隙間の間隔よりも粒径が大きい粒状体が添加されたことを特徴とする。

また、本発明の光学装置のガタツキ防止方法は、外周面に第１ヘリコイドネジが形成された第１鏡筒部と、第１ヘリコイドネジと螺合する第２ヘリコイドネジが内周面に形成され、第１鏡筒部に対して相対的に移動する第２鏡筒部とを備えた光学装置の第１鏡筒部に対する第２鏡筒部の光軸方向及び光軸と垂直な方向のガタツキを防止するガタツキ防止方法であって、第１ヘリコイドネジと第２ヘリコイドネジとの螺合により光軸に対して平行な面で形成された第１の隙間と、光軸に対して傾斜した面で形成された第２の隙間に、第１鏡筒部及び第２鏡筒部よりも強度の低い材料又は弾性材料で、第１の隙間及び第２の隙間の間隔よりも粒径が大きい粒状体を添加した潤滑剤を充填させることを特徴とする。

本発明によれば、第１鏡筒部と第２鏡筒部との嵌合部分に生じる隙間に、粒状体が添加された潤滑剤を充填し、粒状体によって第２鏡筒部が支えられるようにしたので、製造に時間とコストとを掛けさせることなく、光軸方向に移動する第２鏡筒部の円滑な移動とガタツキの防止とを実現することができる。

図１及び図２に示すように、プロジェクタ（光学装置）１０は、プロジェクタ本体１１と、投写レンズ１２とから構成されている。プロジェクタ本体１１には、白色光を発する光源、３原色（赤、緑、青）に対応した透過型液晶素子、及びクロスダイクロイックプリズムなどが内蔵されている。光源が発した白色光は、３原色光に分離された後、各色に対応した透過型液晶素子にそれぞれ入射し、各色の画像光となる。これらの各色の画像光は、クロスダイクロイックプリズムで合成され、投写レンズ１２に入射する。投写レンズ１２は、入射した合成画像光をスクリーンに拡大投映する。

プロジェクタ本体１１の底面１１ａには、脚部５と取付部６とが設けられている。プロジェクタ１０を設置面７に載置して使用するときには、脚部５と底面１１ａの後端部とを設置面７に接触させて、投写レンズ１２をやや上向きにする（図１参照）。一方、プロジェクタ１０を天井８に吊り下げて使用するときには、底面１１ａを上に向けた状態で、天井８に設置された吊り下げ装置９に取付部６を取り付けて、投写レンズ１２をやや下向きにする。

図３に示すように、投写レンズ１２は、前玉フォーカス調整式であり、フォーカスレンズ群１３が組み込まれたフォーカス筒（第２鏡筒部）１４と、第２レンズ群１５、第３レンズ群１６、及び第４レンズ群１７が組み込まれた固定筒（第１鏡筒部）１８と、カム筒１９と、フォーカス筒１４に固定されたフォーカスリング２０と、カム筒１９に固定されたズームリング２１などを備えている。フォーカスレンズ群１３は、フォーカス筒１４の前部に組み込まれている。

投写レンズ１２は、フォーカスリング２０を回転操作すると、フォーカスレンズ群１３が光軸方向に移動してフォーカシングが行われ、ズームリング２１を回転操作すると、第２レンズ群１５及び第３レンズ群１６がそれぞれ光軸方向に移動してズーミングが行われる。

固定筒１８は、円筒形状に形成されている。フォーカス筒１４は、固定筒１８の外径に応じた内径を有する円筒形状に形成されており、固定筒１８の先端の外側に嵌合している。これらフォーカス筒１４及び固定筒１８には、例えば、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。

フォーカス筒１４の後部内周には、ヘリコイド雌ネジ２３が形成されている。固定筒１８の前部外周には、ヘリコイド雌ネジ２３に螺合するヘリコイド雄ネジ２４が形成されている。フォーカス筒１４及び固定筒１８は、ヘリコイド雌ネジ２３とヘリコイド雄ネジ２４とを介してヘリコイド結合している。

操作突起２０ａを把持してフォーカスリング２０を回転操作すると、ヘリコイド雌ネジ２３、ヘリコイド雄ネジ２４の作用により、フォーカス筒１４が回転しながら固定筒１８に沿って光軸方向に移動する。これにより、フォーカスレンズ群１３が光軸方向に移動し、フォーカシングが行われる。

第２レンズ群１５は、レンズ枠２５に保持されている。第３レンズ群１６は、レンズ枠２６に保持されている。第４レンズ群１７は、レンズ枠２７に保持されている。各レンズ枠２５〜２７は、各レンズ群１５〜１７の外径に応じた内径、及び固定筒１８の内径に応じた外径を有する円筒形状に形成されている。レンズ枠２５、２６は、固定筒１８の内側に嵌合し、光軸方向に移動自在に組み込まれている。レンズ枠２７は、固定筒１８の内側に固定されている。また、各レンズ枠２５〜２７には、固定筒１８と同様に、アルミニウムなどの金属材料が用いられる。

固定筒１８には、光軸２２に沿って直進カム溝２８が形成されている。カム筒１９の内周には、周方向に回転カム溝２９、３０が形成されている。レンズ枠２５の外周には、直進カム溝２８を介して回転カム溝２９に挿入されるカムフォロワ３１が設けられている。レンズ枠２６の外周には、直進カム溝２８を介して回転カム溝３０に挿入されるカムフォロワ３２が設けられている。

操作突起２１ａを把持してズームリング２１を回転操作すると、カム筒１９が回転する。カム筒１９が回転すると、直進カム溝２８によって回転が規制されたカムフォロワ３１、３２が対応する回転カム溝２９、３０によって押され、レンズ枠２５、２６が直進カム溝２８、及び固定筒１８に沿って光軸方向に移動する。これにより、第２レンズ群１５、第３レンズ群１６が光軸方向に移動し、ズーミングが行われる。

図４に示すように、フォーカス筒１４と固定筒１８との嵌合部分であるヘリコイド雌ネジ２３とヘリコイド雄ネジ２４との間には、隙間４０が空いている。この隙間４０は、フォーカス筒１４の回転及び光軸方向への移動を円滑にさせるためのクリアランスであるとともに、フォーカス筒１４、固定筒１８の機械加工上の寸法公差にともなうものである。なお、隙間４０の間隔ｔは、例えば、１０μｍ〜５０μｍである。

隙間４０には、フォーカス筒１４の動きを円滑にさせるとともに、固定筒１８に対するフォーカス筒１４のガタツキを防止するためのグリス（潤滑剤）４２が充填されている。グリス４２には、例えば、シリコーングリスやセラミックグリスなどが用いられる。また、このグリス４２には、略球形に形成された粒状体４４が多数添加されている。

粒状体４４には、シリコーン樹脂やフッ素樹脂などといった弾性とグリス４２に対する耐性（耐油性）とを有する材料が用いられている。図４において二点鎖線で示すように、粒状体４４の直径ｄ（大きさ）は、隙間４０の間隔ｔよりも僅かに大きく形成されている。これにより、粒状体４４は、グリス４２に添加されて隙間４０に充填された際に、ヘリコイド雌ネジ２３とヘリコイド雄ネジ２４とで挟まれて弾性変形する。

なお、直径ｄが間隔ｔに対して大き過ぎると、粒状体４４の弾性力が負荷となり、フォーカス筒１４の回転及び光軸方向への移動の妨げとなってしまうことが懸念される。そこで、粒状体４４の直径ｄは、間隔ｔに対して１０〜２０％大きい程度であることが好ましい。例えば、間隔ｔが１０μｍである場合には、１１μｍ〜１２μｍであることが好ましく、間隔ｔが５０μｍである場合には、５５μｍ〜６０μｍであることが好ましい。

隙間４０にグリス４２が充填されていないと、設置面７に載置したり天井８に吊り下げたりしてプロジェクタ１０を使用する際に、隙間４０によってフォーカス筒１４がガタツキ、フォーカスレンズ群１３と第２レンズ群１５などとの光軸がずれて、投写レンズ１２の光学特性を劣化させてしまうという問題が生じる。これに対し、粒状体４４が添加されたグリス４２を隙間４０に充填すると、弾性変形した多数の粒状体４４によってフォーカス筒１４が支えられるので、フォーカス筒１４のガタツキ、及びこれにともなう投写レンズ１２の光学特性の劣化を確実に防止することができる。

また、フォーカス筒１４と固定筒１８との嵌合部分に隙間４０が設けられ、この隙間に潤滑剤であるグリス４２を充填させているので、フォーカス筒１４を円滑に動かすこともできる。さらに、隙間４０によって寸法公差が許容され、機械加工に高い精度を要求する必要がないので、製造に時間とコストとを掛けさせる心配もない。また、上記のように、粒状体４４に弾性のある材料を用い、隙間４０の間隔ｔよりも僅かに大きくしておけば、機械加工によって隙間４０の間隔ｔにバラツキが生じた際にも、そのバラツキを弾性変形によって吸収することができる。

上記実施形態では、粒状体４４に弾性を有する材料を用いるようにしたが、これに限ることなく、硬質な材料を用いてもよい。この際、硬質な材料としては、例えば、ガラスや硬質樹脂など、アルミニウムなどの金属材料が用いられるフォーカス筒１４及び固定筒１８よりも強度が低いものを用いることが好ましい。こうすれば、粒状体４４の直径ｄを隙間４０の間隔ｔよりも僅かに大きくした際に、フォーカス筒１４の移動にともなって粒状体４４に磨耗や削れが生じ、直径ｄが間隔ｔと略同一になる。従って、フォーカス筒１４の回転及び光軸方向への移動が最初は硬いものの、動かしているうちに次第になじみ、フォーカス筒１４を円滑に移動させつつ、ガタツキを防止することができるようになる。

上記実施形態では、粒状体４４の直径ｄを隙間４０の間隔ｔよりも僅かに大きくするようにしたが、これに限ることなく、フォーカス筒１４のガタツキ、及びこれにともなう投写レンズ１２の光学特性の劣化が許容できる範囲であれば、間隔ｔと同一でもよいし、間隔ｔよりも僅かに小さくてもよい。また、上記実施形態では、略球形に形成された粒状体４４を示したが、これに限ることなく、多面体状に形成してもよい。

上記実施形態では、フォーカス筒１４を第２鏡筒部として示したが、これに限ることなく、例えば、レンズ枠２５やレンズ枠２６を第２鏡筒部とし、これらと固定筒１８との嵌合部分に生じる隙間に粒状体４４が添加されたグリス４２を充填するようにしてもよい。従って、上記実施形態では、ヘリコイド結合した部分を嵌合部分として示したが、嵌合部分は、これに限ることなく、レンズ枠２５やレンズ枠２６のように面同士を対面させて直進移動する部分でもよい。また、上記実施形態では、第１鏡筒部である固定筒１８の外側に嵌合したフォーカス筒１４を第２鏡筒部として示したが、第２鏡筒部は、レンズ枠２５やレンズ枠２６のように第１鏡筒部の内側に嵌合するものでもよい。

上記実施形態では、光学装置としてプロジェクタ１０を示したが、光学装置は、これに限ることなく、例えば、カメラや望遠鏡など、光軸方向に移動する鏡筒部を有するものであればよい。さらには、一眼レフタイプのカメラに用いられるレンズユニット（交換レンズ）としてもよい。

設置面に載置して使用する際のプロジェクタを示す側面図である。 天井に吊り下げて使用する際のプロジェクタを示す側面図である。 投写レンズの断面図である。 ヘリコイド結合部分を拡大した部分拡大図である。

１０ プロジェクタ（光学装置）
１２ 投写レンズ
１３ フォーカスレンズ群
１４ フォーカス筒（第２鏡筒部）
１８ 固定筒（第１鏡筒部）
４０ 隙間
４２ グリス（潤滑剤）
４４ 粒状体

Claims (3)

1. 外周面に第１ヘリコイドネジが形成された第１鏡筒部と、前記第１ヘリコイドネジと螺合する第２ヘリコイドネジが内周面に形成され、前記第１鏡筒部に対して相対的に移動する第２鏡筒部とを備えた光学装置において、
   前記第１ヘリコイドネジと前記第２ヘリコイドネジとの螺合により前記光軸に対して平行な面で形成された第１の隙間と、前記光軸に対して傾斜した面で形成された第２の隙間に、前記第１鏡筒部及び前記第２鏡筒部よりも強度の低い材料又は弾性材料で、前記第１の隙間及び前記第２の隙間の間隔よりも粒径が大きい粒状体を添加した潤滑剤を充填したことを特徴とする光学装置。
2. 外周面に第１ヘリコイドネジが形成された第１鏡筒部と、前記第１ヘリコイドネジと螺合する第２ヘリコイドネジが内周面に形成され、前記第１鏡筒部に対して相対的に移動する第２鏡筒部とを備えた光学装置に用いられ、前記第１ヘリコイドネジと前記第２ヘリコイドネジとの螺合により前記光軸に対して平行な面で形成された第１の隙間と、前記光軸に対して傾斜した面で形成された第２の隙間に充填され、前記第１鏡筒部に対する前記第２鏡筒部の前記光軸方向及び前記光軸と垂直な方向のガタツキを防止する潤滑剤において、
   前記第１鏡筒部及び前記第２鏡筒部よりも強度の低い材料又は弾性材料で、前記第１の隙間及び前記第２の隙間の間隔よりも粒径が大きい粒状体が添加されたことを特徴とする潤滑剤。
3. 外周面に第１ヘリコイドネジが形成された第１鏡筒部と、前記第１ヘリコイドネジと螺合する第２ヘリコイドネジが内周面に形成され、前記第１鏡筒部に対して相対的に移動する第２鏡筒部とを備えた光学装置の前記第１鏡筒部に対する前記第２鏡筒部の前記光軸方向及び前記光軸と垂直な方向のガタツキを防止するガタツキ防止方法において、
   前記第１ヘリコイドネジと前記第２ヘリコイドネジとの螺合により前記光軸に対して平行な面で形成された第１の隙間と、前記光軸に対して傾斜した面で形成された第２の隙間に、前記第１鏡筒部及び前記第２鏡筒部よりも強度の低い材料又は弾性材料で、前記第１の隙間及び前記第２の隙間の間隔よりも粒径が大きい粒状体を添加した潤滑剤を充填させることを特徴とする光学装置のガタツキ防止方法。

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