JP6682194B2 - レンズ装置及びこれを用いた投射型表示装置、撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ装置及びこれを用いた投射型表示装置、撮像装置に関する。

近年、カメラやプロジェクタなどのレンズを備えた装置は様々な状態で使用されている。例えば、カメラなどの撮像装置においては、ユーザが、通常の撮影状態からカメラを９０°回転させて縦長の画像を撮影することがある。

また、プロジェクタなどの投射型表示装置は、据え置きの状態と表裏を逆にして天井に吊るされる、いわゆる天吊り状態や、投射レンズを下あるいは上方向に向けた状態等で使用される。

これらのカメラやプロジェクタなどの装置では、レンズユニットをフォーカシングあるいはズーミングに際してスムーズに移動させるために、カム筒とそれに隣接する部品との間には隙間、いわゆるガタが設けられている。このため、前述したような様々な姿勢で装置を使用すると、装置内部の複数のレンズユニットの姿勢や位置がガタにより変化し、結果的に安定した光学性能が得られないという問題があった。

このような問題を解決するための技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、沈胴式ズームレンズにおいて、ボールフォロアを用いることで、各レンズユニットを保持するレンズホルダを、沈胴時にレンズホルダの内周側にある直進ガイド筒に対して光軸と直交する方向に付勢する構成を開示している。このボールフォロアは、レンズホルダとレンズホルダの外周側にあるカム筒との間に設けられている。

特開２０１１−１７７６９号公報

しかしながら、前述の特許文献１に記載の構成では、レンズホルダを光軸方向に付勢することができない。前述のように、カメラやプロジェクタは様々な状態で使用されているため、光軸と直交する方向に加えて光軸方向にもレンズホルダを付勢して安定させることが好ましい。

そこで、本発明の目的は、レンズ装置の姿勢の変化による影響をより抑制することが可能なレンズ装置およびこれを用いた投射型表示装置、撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のレンズ装置は、レンズを保持するとともに、カムフォロアを有する保持部材と、前記カムフォロアが係合し、前記保持部材を前記レンズの光軸方向に移動させるためのカム溝を有し、回転可能なカム筒と、前記カムフォロアが係合する直進ガイドを有する直進ガイド筒と、前記直進ガイド筒に固定され、レンズを保持するとともに、前記光軸方向への移動を制限され支持部材と、前記支持部材に設けられ、前記光軸方向及び前記光軸方向と直交する方向の成分を持つ付勢力で前記直進ガイド筒に対して前記カム筒を付勢する付勢手段と、を備え、前記カム筒は、前記直進ガイド筒の内側に設けられており、前記付勢手段は、前記カム筒の内側に接することで、前記光軸方向視において、前記カム筒を前記直進ガイド筒に対して一方向に付勢する、ことを特徴とする。

本発明によれば、レンズ装置の姿勢の変化による影響をより抑制することが可能なレンズ装置およびこれを用いた投射型表示装置、撮像装置を提供することができる。

レンズ装置の外観を示す図 レンズ装置の断面を示す図 レンズ装置のガタを説明するための図 付勢手段の構成を示す図 本発明の第１実施例におけるレンズ装置の構成を示す図 付勢手段の付勢力を示す概略図 付勢手段による付勢方向を示す図 本発明の第２実施例におけるレンズ装置の構成を示す図 本発明の第３実施例における投射型表示装置の構成を示す図 本発明の第４実施例における撮像装置の構成を示す図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の相対位置などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。

〔レンズ装置の構成の説明〕
図１及び図２を用いて本発明の実施例に係るレンズ装置１の構成について説明する。

図１はレンズ装置１の外観を示す図である。レンズ装置１は、プロジェクタ（投射型表示装置）あるいはカメラ（撮像装置）へＡ方向に着脱可能なように構成されている。もちろん、レンズ装置１はプロジェクタあるいはカメラに固定されていてもよい。

図２は、図１に示すレンズ装置１の光軸ＯＡと平行な断面Ｓでのレンズ装置１の断面図である。図２において、レンズホルダ３ａはその内部にレンズ２ａ、２ｂ、２ｃを格納しており、レンズホルダ３ｂはその内部にレンズ２ｄを格納している。レンズホルダ３ａ及び３ｂの外周には、１２０°間隔でコロ（カムフォロア）５ａが３個設けられており、コロ５ａは第１のカム筒４ａが備えるカム溝（不図示）と、直進ガイド筒１０が備える直進ガイド（不図示）に係合している。

第１のカム筒４ａにはフォーカスリング６が固定されている。前述のようにコロ５ａが第１のカム筒４ａのカム溝及び直進ガイド筒１０の直進ガイドに係合している。このため、フォーカスリング６が回転すると第１のカム筒４ａが回転し、第１のカム筒４ａの回転に合わせてレンズホルダ３ａ及び３ｂが図２における紙面左右方向に移動する。なお、本発明の実施例において、フォーカスリング６は手動であるが、フォーカスリング６は電動であってもよい。

レンズホルダ３ｃはその内部に絞り９ａとレンズ２ｅを格納しており、レンズホルダ３ｄはその内部にレンズ２ｆを格納しており、レンズホルダ３ｅはその内部に絞り９ｂを格納して。そして、レンズホルダ３ｆはその内部にレンズ２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊを格納しており、レンズホルダ３ｇはその内部にレンズ２ｋ、２ｌを格納している。レンズホルダ３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇの外周には、１２０°間隔でコロ５ｂが３個設けられており、コロ５ｂは第２のカム筒４ｂが備えるカム溝１３と直進ガイド筒１０が備える直進ガイドに係合している。

第２のカム筒４ｂにはズームリング７が固定されている。前述のようにコロ５ｂが第２のカム筒４ｂのカム溝１３及び直進ガイド筒１０の直進ガイドに係合している。このために、ズームリング７が回転すると第２のカム筒４ｂが回転し、第２のカム筒４ｂの回転に合わせてレンズホルダ３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇが図２における紙面左右方向に移動する。

レンズホルダ３ｈはその内部にレンズ２ｍを格納するレンズホルダであり、レンズホルダ３ｈは直進ガイド筒１０に対してビスで締結されている。このため、フォーカスリング６あるいはズームリング７が回転してもレンズホルダ３ｈは図２における紙面左右方向に移動しない。

本実施例において、レンズホルダ３ｇは、レンズを支持するとともに、レンズの光軸方向ＯＡに移動可能な保持部材である。また、第２のカム筒４ｂは、レンズホルダ３ｇをレンズの光軸方向に移動させるためのカム溝１３を有し、回転可能であるとともに、レンズの光軸方向への移動を制限されているカム筒である。直進ガイド筒１０は、第２のカム筒４ｂを支持する直進ガイド筒である。

〔第１実施例〕
まず、図３を用いて本実施例で着目しているガタについて説明する。

図３に示すように、第２のカム筒４ｂは直進ガイド筒１０の内側に設けられている。また、第２のカム筒４ｂは凸部１１ａを備えており、凸部１１ａが、直進ガイド筒１０が備える凹部１１ａ´に係合することで、第２のカム筒４ｂの光軸方向の移動が制限されている。

すなわち、第２のカム筒４ｂは、レンズを支持するとともに、レンズの光軸方向に移動可能な保持部材を光軸方向に移動させるためのカム溝を有し、回転可能であるとともに、直進ガイド筒１０に対して光軸方向への移動を制限されているカム筒であるといえる。

しかしながら、前述のように第２のカム筒４ｂは回転するために、凸部１１ａと凹部１１ａ´との間に僅かな隙間が設けられている。すなわち、第２のカム筒４ｂと直進ガイド筒１０との間にはガタがある。また、第２のカム筒４ｂと直進ガイド筒１０とが領域１１ｂにおいて互いに接触しており、これにより、第２のカム筒４ｂを光軸と直交する方向に安定させることができる。しかしながら、前述のように、第２のカム筒４ｂは回転するため、領域１１ｂにおいてもガタがある。

このように、第２のカム筒４ｂと直進ガイド筒１０との間にはガタが存在するため、レンズ装置の姿勢が変化することで、第２のカム筒４ｂが所望の位置から光軸方向及び光軸方向と直交する方向にずれてしまう。その結果、第２のカム筒４ｂ内のレンズも所望の位置からずれてしまい、投射画像の画質が劣化してしまう。

このようなガタによる影響を抑制するための付勢バネ（付勢手段）８の構成について図４から図７を用いて説明する。

図４に示すように、接触面１４（接触手段）を有する付勢バネ８がビス１５によってレンズホルダ３ｈに固定されている。すなわち、レンズホルダ３ｈは、付勢バネ８を支持するとともに、レンズの光軸方向への移動を制限されている支持部材である。

図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、付勢バネ８は、接触面１４が第２のカム筒４ｂの内側に接触するように構成されている。また、付勢バネ８の接触面１４は、図６に示すように、光軸ＯＡに対して４５度の傾きを有している。ただし、図６はあくまで接触面１４と第２のカム筒４ｂとの位置関係を示す概略図であり、図６以外の図と異なる部分もある。

なお、接触面１４と光軸ＯＡとが成す角度は必ずしも４５度である必要はない。付勢バネ８が、第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して、レンズの光軸方向及びレンズの光軸方向と直交する方向に付勢するための付勢力を発揮する構成であれば、４５度以外の傾きであってもよい。

また、付勢バネ８が、第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して、レンズの光軸方向及びレンズの光軸方向と直交する方向に付勢するための付勢力を発揮する構成であれば、接触面１４は第２のカム筒４ｂの端部の内側ではなく、外側と接触していてもよい。

図６に示すように、接触面１４が第２のカム筒４ｂの端部の内側に斜めに接触することで、付勢バネ８の弾性力が光軸方向の成分と、光軸方向と直交する成分とに分解される。ただし、接触面１４が所定の断面においてのみ傾いている構成では、光軸方向と光軸方向と直交する方向の２方向に同時に付勢することはできない。

そこで、本実施例においては、接触面１４が二つの断面において傾いている。言い換えれば、複数の接触面１４は、レンズの光軸方向と直交するとともに互いに直交する任意の２つの方向視において、レンズの光軸方向に対して傾いている。さらに言い換えれば、付勢バネ８は、レンズの光軸方向の成分と、レンズの光軸方向と直交する方向の成分とを備える弾性力を前記カム筒に対して与えるように構成されている。

この結果、図７に示すように、光軸方向と直交する方向に第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して付勢することが可能となる。さらに、前述の図３中の紙面左方向（光軸方向）に第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して付勢することが可能となる。

このように本実施例で示すレンズ装置は、光学装置に搭載可能なレンズ装置であって、レンズを支持するとともに、レンズの光軸方向に移動可能なレンズホルダ３ｇ（保持部材）を備える。

さらに、レンズ装置は、レンズホルダ３ｇをレンズの光軸方向に移動させるためのカム溝１３を有し、回転可能である第２のカム筒４ｂ（カム筒）と、第２のカム筒４ｂを支持する直進ガイド筒１０を備える。なお、第２のカム筒４ｂはレンズの光軸方向への移動を制限されている。

さらに、レンズ装置は、レンズの光軸と直交する断面において互いに異なる位置で前記カム筒と接触する複数の接触面１４を有する付勢バネ８（弾性手段）を備える。

さらに、レンズ装置は、付勢バネ８を支持するとともに、レンズの光軸方向への移動を制限されているレンズホルダ３ｈ（支持部材）を備える。

そして、付勢バネ８は、第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して、レンズの光軸方向及びレンズの光軸方向と直交する方向に付勢するための弾性力を発揮するように構成されている。

これにより、投射レンズの姿勢の変化による影響をより抑制することが可能なレンズ装置を実現することが可能となる。

以下では、前述の効果を高める、あるいは前述の効果とは別の効果を得ることが出来る構成について説明する。

本実施例においては、前述のように光軸方向への移動が制限されているレンズホルダ３ｈを支持部材とし、レンズホルダ３ｈに付勢バネ８を固定している。これにより、付勢バネ８を固定するための部材を新たに設ける必要がなく、装置の構成の複雑化を抑制しつつ、前述のガタによる影響を抑制することが可能となる。

すなわち、レンズホルダ３ｈは、前述のように、付勢バネ８を支持する支持部材であり、かつ、レンズを支持するとともに、レンズの光軸方向への移動を制限されている第２の保持部材であるともいえる。

さらに、本実施例においては、前述のように、付勢バネ８が第２のカム筒４ｂとレンズホルダ３ｈの間に設けられている。一般的に、カム筒の剛性の低下及びカム溝形状の精度の劣化を抑制するために、カム溝はカム筒の端部で開放状態とはしない。このため、第２のカム筒４ｂ内のレンズホルダのうち、もっともレンズ装置１の縮小側にあるレンズホルダ３ｇは、第２のカム筒４ｂの端部まで移動することはできない。このため、前述の図２に示すように、第２のカム筒４ｂの端部の内径部にはレンズホルダが移動して来ない空間１２ａが存在する。

さらに、前述の図３及び図５に示すように、第２のカム筒４ｂとレンズホルダ３ｇとが接触しないように、第２のカム筒４ｂとレンズホルダ３ｇとの間には空間１２ｂが設けられていることが多い。そこで、本実施例においては、前述の空間１２ａと空間１２ｂに付勢バネ８を設けることで、付勢バネ８を設けることによる装置の大型化を抑制しつつ、前述のガタによる影響を抑制することが可能となる。

また、付勢バネ８は以下のように構成されていることが好ましい。すなわち、接触手段としての付勢バネ８がレンズの光軸方向視において互いに異なる位置で第２のカム筒４ｂと接触する第１の接触部と第２の接触部を有している。なお、第１の接触部及び第２の接触部は、図４などに示す複数の接触面１４を示す。そして、第１の接触部は第２のカム筒４ｂに対して与える付勢力を第１の付勢力とし、第２の接触部が第２のカム筒４ｂに対して与える付勢力を第２の付勢力とする。

このとき、第１の接触部は、第１の付勢力が、光軸方向ＯＡへの成分である第１の成分と、光軸と直交する方向への成分である第２の成分とを有するように構成されている。また、第２の接触部は、第２の付勢力が、光軸方向への成分である第３の成分と、光軸と直交する方向への成分である第４の成分とを有するように構成されている。

そして、第１の成分と第３の成分は、互いに平行で互いに同じ方向を向いている。このような第１の成分及び第３の成分によって、第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して光軸方向ＯＡに付勢することが可能となる。

さらに、光軸方向視において、第２の成分と第４の成分は、互いに平行で互いに同じ方向を向いている成分を有している。光軸方向視において、第２の成分及び第４の成分が、互いに平行で互いに同じ方向を向いている成分を有していない場合とは、例えば、光軸方向視において、第２の成分と第４の成分とが互いに平行であるが、互いに逆の方向を向いている場合が考えられる。

このような場合、前述の第１の成分及び第３の成分によって第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して光軸方向に付勢することができる。しかしながら、光軸方向視において、第２の成分と第４の成分とが作用反作用の関係にあり、互いに同じ付勢力を発揮すると、第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して光軸と直交する方向に付勢することができなくなってしまう。

したがって、光軸方向視において、第２の成分と第４の成分は、互いに平行で互いに同じ方向を向き、第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して光軸と直交する方向へ付勢する成分を有することが好ましい。

〔第２実施例〕
以下、図８を参照して本発明の第２実施例について説明する。

前述の第１実施例と本実施例との違いは、前述の第１実施例においては第２のカム筒４ｂの端部が直角であったのに対して、本実施例では、図８に示すように、第２のカム筒４ｂの端部の内側に傾斜面１６を新たに設けた点である。

すなわち、本実施例においては、第２のカム筒４ｂの端部のうち付勢バネ８側（付勢手段側）の端部は傾斜面１６を備えており、付勢バネ８の複数の接触面１４はこの傾斜面１６に接触している。これにより、前述の第１実施例に記載の構成と比較して、接触面１４と第２のカム筒４ｂとの接触面積が増加し、投射レンズの姿勢の変化による影響をより抑制することが可能となる。

なお、本実施例においては、傾斜面１６と接触面１４とは平行ではなく、接触面１４の一部が傾斜面１６に接触している。しかし、傾斜面１６と接触面１４とを互いに平行にすることで、接触面１４と第２のカム筒４ｂとの接触面積をさらに増加させることが可能となる。

このように、本実施例においても、付勢バネ８は、第２のカム筒４ｂを直進ガイド筒１０に対して、レンズの光軸方向及びレンズの光軸方向と直交する方向に付勢するための弾性力を発揮するように構成されている。

これにより、投射レンズの姿勢の変化による影響をより抑制することが可能なレンズ装置を実現することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

〔第３実施例〕
以下、図９を参照して本発明の第３実施例として、前述の第１及び第２実施例のレンズ装置１を搭載可能なプロジェクタＰ（投射型表示装置）の構成について説明する。

図９において、１７は水銀ランプ（光源）であり、１８は水銀ランプ１７からの光を受光する照明光学系である。

照明光学系１８は、水銀ランプ１７からの光束を複数の部分光束に分割する第１のフライアイレンズＦＬＡと、第１のフライアイレンズＦＬＡからの光束を受光する第２のフライアイレンズＦＬＢとを有する。さらに、照明光学系は、第２のフライアイレンズＦＬＢからの光束を受光し、第２のフライアイレンズＦＬＢからの光束の偏光方向を特定の方向揃える偏光変換素子ＰＳＣを有する。

２０は反射型液晶パネル（光変調素子）である。１９は照明光学系１８からの光を反射型液晶パネル２０に導くとともに、反射型液晶パネル２０からの光を前述の第１実施例及び第２実施例で示したレンズ装置１に導く色分離合成系である。色分離合成系１９は、照明光学系１８からの光束を波長によって青色光、緑色光、赤色光に分割するダイクロイックミラーＤＭと、所定の偏光方向の光を反射し、所定の偏光方向とは異なる偏光方向の光を透過させる偏光ビームスプリッタＰＢＳとを有している。

図９に示すプロジェクタＰは机に置かれて使用されるだけではなく、天井から吊るされる、あるいは傾けて使用されることがある。このようなプロジェクタＰに前述の第１実施例及び第２実施例で示すレンズ装置１を適用とすることで、ガタによる影響を抑制することができる。

〔第４実施例〕
以下、図１０を参照して本発明の第４実施例として、前述の第１及び第２実施例のレンズ装置１を搭載可能な撮像装置Ｃの構成について説明する。

図１０において、１は前述の第１実施例及び第２実施例で示したレンズ装置であり、２２は撮像素子２３を有するカメラ装置であり、撮像素子２３はレンズ装置１からの光を受光する。このような撮像装置Ｃが前述の第１実施例及び第２実施例で示したレンズ装置１を備えることで、ユーザが撮像装置Ｃを上下に傾けたとしても、ガタによる影響を抑制することができる。

〔他の実施形態〕
前述した実施例では、付勢手段としての２つの板バネを備える構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。付勢手段であれば、部材としては一体に構成されているものであってもよい。さらに、付勢手段としては板バネ以外にも、接触部としての機能を発揮する部材を設けたバネ、ダンパーや、接触面を有するように加工されたゴム部材などを用いてもよい。

また、前述した実施例では、付勢手段としての２つの板バネがレンズホルダ３ｈに固定されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、付勢部材を固定するためのレンズホルダ３ｈ以外の部材を別途設けても良い。

１ レンズ装置
３ｇ レンズホルダ（保持部材）
４ｂ 第２のカム筒（カム筒）
５ａ、５ｂ コロ（カムフォロア）
８ 付勢バネ（付勢手段）
１０ 直進ガイド筒

Claims (9)

1. レンズを保持するとともに、カムフォロアを有する保持部材と、
   前記カムフォロアが係合し、前記保持部材を前記レンズの光軸方向に移動させるためのカム溝を有し、回転可能なカム筒と、
   前記カムフォロアが係合する直進ガイドを有する直進ガイド筒と、
   前記直進ガイド筒に固定され、前記光軸方向への移動を制限されている支持部材と、
   前記支持部材に設けられ、前記光軸方向及び前記光軸方向と直交する方向の成分を持つ付勢力で前記直進ガイド筒に対して前記カム筒を付勢する付勢手段と、を備え、
   前記カム筒は、前記直進ガイド筒の内側に設けられており、
   前記付勢手段は、前記カム筒の内側に接することで、前記光軸方向視において、前記カム筒を前記直進ガイド筒に対して一方向に付勢する、ことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記付勢手段は前記カム筒と接触する接触手段を有し、
   前記接触手段は、前記レンズの光軸と直交する方向視において前記光軸に対して傾斜しているとともに、前記光軸方向への付勢力と、前記光軸方向と直交する方向への付勢力とを発揮するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記接触手段は、前記レンズの光軸方向視において互いに異なる位置で前記カム筒と接触する第１の接触部と第２の接触部を有しており、
   前記第１の接触部が前記カム筒に対して与える付勢力を第１の付勢力とし、前記第２の接触部が前記カム筒に対して与える付勢力を第２の付勢力とするとき、
   前記第１の接触部は、前記第１の付勢力が、前記光軸方向への成分である第１の成分と、前記光軸と直交する方向への成分である第２の成分とを有するように構成されており、
   前記第２の接触部は、前記第２の付勢力が、前記光軸方向への成分である第３の成分と、前記光軸と直交する方向への成分である第４の成分とを有するように構成されており、前記第１の成分と前記第３の成分は、互いに平行で互いに同じ方向を向いており、
   前記光軸方向視において、前記第２の成分と前記第４の成分は、互いに平行で互いに同じ方向を向いている成分を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記カム筒の端部のうち前記付勢手段側の端部は傾斜面を備えており、
   前記接触手段は前記傾斜面に接触している、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のレンズ装置。
5. 前記接触手段は、前記傾斜面と平行な接触面を有している、
   ことを特徴とする請求項４に記載のレンズ装置。
6. 前記付勢手段は、複数の板バネである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレンズ装置。
7. 前記支持部材は、レンズを保持しており、かつ、
   前記直進ガイド筒の端部に固定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレンズ装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレンズ装置と、
   光源と、
   前記光源からの光を受光する照明光学系と、
   光変調素子と、
   前記照明光学系からの光を前記光変調素子に導くとともに、前記光変調素子からの光を前記レンズ装置に導く色分離合成系と、を備える、
   ことを特徴とする投射型表示装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレンズ装置と、
   前記レンズ装置からの光を受光する撮像素子と、を備える、
   ことを特徴とする撮像装置。

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