JP6822891B2 - レンズ保持部材及び画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ保持部材及び画像投影装置に関する。

カメラやプロジェクタに代表される、レンズユニットを使用した画像投影装置などの光学装置において、鏡筒にレンズを組み付ける際に、レンズ位置を微調整するための機構が知られている（例えば特許文献１等参照）。

このような微調整を行うための機構としては、バネやネジなどの押圧部材によって押圧する構成が挙げられるが、部品点数が増大するという問題があった。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、部品点数を抑えながらも、レンズの組み付け後の微調整を可能にするレンズ保持部材の提供を目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明にかかるレンズ保持部材は、レンズを保持し、前記レンズの中心軸を中心に回転する円筒状の第１回転部材と、前記第１回転部材と独立に回転する第２回転部材と、前記第２回転部材を鏡筒に対して前記レンズの中心軸を中心に回動可能に保持する保持部と、前記第２回転部材と前記保持部との間に配置されて、前記第１回転部材と嵌り合う係合部を備える偏心方向規制部材と、を有し、前記第２回転部材は、前記第１回転部材の内周面と対向する第１の面と、前記保持部側の面である第２の面と、を有し、前記第１の面と前記第２の面とは偏心して形成される。

本発明によれば、部品点数を抑えながらも、レンズの組み付け後の微調整を可能にする。

本発明の実施形態における画像投影装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態におけるレンズ鏡筒の構成の一例を示す図である。 図２に示したレンズ保持部材の構成の一例を示す図である。 図２に示したレンズ保持部の各部の構成の一例を示す分解図である。 図３に示した第２回転部材の回転動作の一例を示す模式図である。 図３に示したシフト方向規制部材の動作を表す模式図である。 図２に示したレンズ鏡筒の位置調整を行う状態を示す図である。 図２に示す冶具の構成例を示す図である。 図６に示した冶具による位置調整を模式的に示す図である。 図６に示した冶具による位置調整を模式的に示す図である。

本発明の実施形態として、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、光束を射出する光源１０１と、投射すべき画像を表示して、透過する光束に画像情報を付与する空間光変調素子１０２と、を有している。
画像投影装置１００はまた、画像を表示面１０４に投影するための投影光学系たるレンズユニット２００と、表示面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、光線を出射する発光源たるハロゲンランプを用いて、白色光を略並行に出射する。ここで光源としてはメタルハライドランプや高圧水銀ランプ、ＬＥＤを用いても良い。
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良い。

空間光変調素子１０２は、入射した光束を透過して空間的な変調を付与して出射することで画像情報を与える画像表示手段たる液晶パネルである。なお、空間光変調素子１０２は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のような反射型の空間光変調素子であっても良い。

レンズユニット２００の構成について説明する。
ここで、レンズユニット２００が画像投影装置１００に取り付けられた状態におけるレンズユニット２００への入射光の光軸すなわちレンズ光軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直な方向のうち、図２における紙面上下方向に平行な軸をＹ軸と定め、Ｚ軸およびＹ軸にそれぞれ垂直な軸をＸ軸と定める。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向について、図２に示す矢印の方向をそれぞれ正方向と定める。

レンズユニット２００は、図２に示すように、鏡筒たる筐体２０と、Ｚ軸上に配置されて投射光学系を構成する少なくとも１つのレンズ１５と、レンズ１５を保持する第１回転部材１１と、第１回転部材１１とは独立して回転する第２回転部材１２と、を有している。
レンズユニット２００は、レンズ１５とは異なるレンズ１６を保持するとともに、筐体２０に対してＺ軸を中心に回動可能に取り付けられたベース部材１３と、ベース部材１３と第２回転部材１２との間に配置されたシフト方向規制部材１４と、を有している。

第１回転部材１１と第２回転部材１２と、ベース部材１３と、シフト方向規制部材１４と、は図３に示すように押さえ部材１７によって締結され、レンズ１５とレンズ１６とを保持するレンズ保持部材１として機能する。

図４にレンズ保持部材１を構成する各部材の分解図を示す。
第１回転部材１１は、レンズ１５の外縁部を保持する円筒状の部材である。
第１回転部材１１は、後述するシフト方向規制部材１４の凸部１４１と嵌り合う溝部１１１と、円筒の外周側に形成された嵌合部たるフランジ部１１２と、内周側に形成されて後述する第２回転部材１２と少なくとも一部が当接する面である平面部１１３と、を有している。
なお、本実施形態においては、シフト方向規制部材１４側が突出し、第１回転部材１１側が受ける形状としているが、互いに嵌り合う形状であればかかる構成に限定されるものではなく、凸部と凹部とが逆の構成であっても良い。

第２回転部材１２は、円筒状の円筒部１２１と、円筒部１２１のＺ方向端部に形成されたフランジ部１２２と、を有している。
円筒部１２１の外周面１２１ａは、レンズ保持部材１が組み上げられた締結状態において、第１回転部材１１と対向する第１の面である。同様に、円筒部１２１の内周面１２１ｂは、シフト方向規制部材１４と対向する第２の面である。
円筒部１２１の外周面１２１ａと、内周面１２１ｂとは、図５に誇張して示すように、ＸＹ平面の断面が偏心された態様で構成されている。

かかる第２回転部材１２を例えば図５（ａ）〜（ｃ）に図で示したように、Ａ方向に第２回転部材１２を回転させる場合には、第２回転部材１２がシフト方向規制部材１４に内周側から支持されているため、内周面１２１ｂの中心ＯがＺ軸と一致するように回転する。
また、第２回転部材１２は、外周面１２１ａにおいて第１回転部材１１の内周の平面部１１３と当接している。

かかる構成により、第２回転部材１２の外周面１２１ａの中心と、内周面１２１ｂの中心とが異なるために、第１回転部材１１と第２回転部材１２とを独立して回転させると、ベース部材１３の中心に対して第１回転部材１１の中心がシフトすることになる。
フランジ部１２２には、外周側に一定間隔の波形状の凹部１２２ａが形成されており、当該凹部１２２ａは、後に説明するレンズ微調整の際に、冶具７０と係合する。

さて、レンズ１５とレンズ１６とは、互いの公差の積み上げによって、その中心位置が微小に異なる。そのため、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１回転部材１１に取り付けられたレンズ１５の光軸中心Ｏ’と、ベース部材１３に取り付けられたレンズ１６の光軸中心Ｏとのずれが、シフト方向であるＹ方向からずれてしまうことが生じうる。
このとき、図５（ａ）〜（ｃ）で示した機構のみでは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ａ方向に回転させてレンズ１５の光軸中心Ｏ’をシフト方向に移動させたとしても、シフト量ΔＸ_２の分だけ残ってしまい、中心同士を上手く一致させることが難しい。
そこで、本実施形態では、レンズ１５の光軸中心のシフト方向を規制するとともに、かかるシフト方向が容易に判別しやすくなるように、シフト方向規制部材１４を設けている。

シフト方向規制部材１４は、第２回転部材１２とベース部材１３との間に配置されて、第１回転部材１１と一体に回転する円筒状の部材である。
シフト方向規制部材１４は、締結状態において第１回転部材１１と対向する面である第１外周部１４２と、第２回転部材１２と当接する面である第２外周部１４３と、外周部１４２に突出する形で形成された凸部１４１と、を有している。
シフト方向規制部材１４は、締結状態において、凸部１４１が溝部１１１と嵌り合うことで第１回転部材１１と一体に回転する。
シフト方向規制部材１４は、ベース部材１３と、第２回転部材１２とに対しては独立して回転するため、偏心した第２回転部材１２と第１回転部材１１とのシフトする方向を規制する偏心方向規制部材としての機能を有している。

このようなシフト方向規制部材１４を用いることで、図６（ｄ）〜（ｆ）で示すように、凸部１４１が第１回転部材１１に嵌り合うため、第２回転部材１２の回転の際に、レンズ１５と第１回転部材１１とが回転を抑制される。
言い換えれば、中心Ｏ’の移動が、ＸＹ断面において凸部１４１を結ぶ線（図６ｄ〜ｆにおいては特にＹ’方向）と一致した方向へと規制される。このとき、Ｙ’方向において第１回転部材１１の互いに向かい合う平面部１１３の間の寸法が、第２回転部材１２の外周面１２１ａの径と等しくなることが望ましい。

ベース部材１３は、レンズ１６を保持するとともに、筐体２０に取り付けられて、シフト方向規制部材１４と、第２回転部材１２と、第１回転部材１１とを保持する基材である。
ベース部材１３は、第２回転部材１２を筐体２０に対してレンズの中心軸たるＺ軸を中心に回動可能に保持する保持部として機能する。
押さえ部材１７は、ベース部材１３に取り付けられて、ベース部材１３と、シフト方向規制部材１４と、第１回転部材１１と、第２回転部材１２とを押さえることで締結状態に維持するストッパーである。

かかる構成のレンズユニット２００を用いて、画像を投影する方法について説明する。
光源１０１から出射された光束は、レンズユニット２００の−Ｚ方向側に配置された空間光変調素子１０２を透過することで画像情報を付与され、レンズユニット２００を透過して表示面１０４へと出射される。
レンズユニット２００が、表示面１０４上に正しく画像を表示するためには、表示面１０４との位置関係や、空間光変調素子１０２との位置関係を調節する必要がある。
このような調節のために、例えばバネやネジ等を用いて、所望の方向にレンズ保持部材１を押圧する方法が従来知られている。
しかしながら、このように押圧部材を用いる方法では、部品点数が増大してしまうという問題があった。またさらに、作業効率を考えるとレンズの位置調整は、レンズユニット２００にレンズ保持部材１を取り付けた状態で行うのが望ましいが、かかる構成ではレンズの中心軸に直交する方向、例えばＸ方向やＹ方向からの作業が必要となり、広い作業スペースが必要となる問題もあった。

そこで、本実施形態では、第１回転部材１１と第２回転部材１２とを回転させることによって、レンズ１５とレンズ１６との位置関係を調整可能にしている。
かかる構成の筐体２０とレンズユニット２００とを用いて、レンズ１５とレンズ１６のＺ軸上の位置を調整する動作について説明する。

まず、レンズ１５とレンズ１６とを取り付けた状態で、レンズ保持部材１を締結状態とする。
このとき、図７、８に示すように、−Ｚ軸方向側から、レンズユニット２００に対して挿抜可能な２つの冶具７０、８０を挿入する。
冶具７０は、外径ｒ_７０ａがレンズユニット２００の−Ｚ方向の開口部の内径ｒ_２００ｂよりも小さく、内径ｒ_７０ｂが第１回転部材１１の外径ｒ_１１ａよりも大きい円筒部７１に、フランジ状の把持部７２が一体に形成された冶具である。冶具７０の、挿入方向側の先端には、第２回転部材１２のフランジ部１２２に形成された凹部１２２ａと係り合う突起部７３を有している。

冶具８０は、冶具７０と同様の形状であり、円筒部８１と把持部８２と、突起部８３と、を備える冶具であり、外径ｒ_８０ａが冶具７０の内径ｒ_７０ｂよりも小さく、第１回転部材１１の外径ｒ_１１ａよりも大きい。かかる構成により、冶具７０と冶具８０とを同時に挿通させることができて、位置調整作業の効率化を図ることができる。

冶具７０と冶具８０とは、何れも図７、８に示すようにレンズユニット２００の−Ｚ方向側から挿入されて、突起部７３が第２回転部材１２のフランジ部１２２と当接し、突起部８３が第１回転部材１１と当接する。
冶具７０と冶具８０とを回すことで、それぞれ、第２回転部材１２と第１回転部材１１とを独立して回動させることができる。

このように冶具７０、冶具８０を用いて第１回転部材１１と第２回転部材１２とをＺ軸を中心に回転させると、図５、６で述べたように、第２回転部材１２と第１回転部材１１との間の回転角θに応じて、第１回転部材１１の中心位置Ｏがシフト量ΔＸだけ変化する。
なお、シフト量ΔＸは、レンズユニット２００の光学設計に合わせて適宜設定すればよい。本実施形態にはおいては、レンズユニット２００の積み上げ公差を解消するためのものであり、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のシフト量が確保されていればよいが、かかる数値に限定されるものではない。
かかる構成により、ベース部材１３に保持されたレンズ１６と、第１回転部材１１に保持されたレンズ１５との間のＸＹ平面上の位置調整を行うことができる。
またさらに、冶具７０と冶具８０とを用いることで、かかる位置調整が−Ｚ方向側から行えるので、狭小な作業用スペースであっても作業効率の低下を防ぐことができる。
本実施形態のレンズ保持部材１は、このようにレンズユニット２００の最も像面側のレンズ１５の位置調整に用いられることが最も好ましい。

第２回転部材１２の回転によってレンズ１５がシフトする方向とシフト量ΔＸとは、第２回転部材１２の偏心方向によって決まっているため、単に第２回転部材１２を用いるだけでは、任意の位置にレンズ１５をシフトさせるのは難しい虞がある。
そこで、本実施形態では、第１回転部材１１と一体に回転するシフト方向規制部材１４を、第２回転部材１２とベース部材１３との間に配置する。
係る構成により、図６（ｄ）〜（ｆ）で説明したように、第２回転部材１２が偏心して回転する際の、基準となる方向自体がベース部材１３に対して回動するような構成としている。

具体的には、例えば凸部１４１の方向が、Ｙ軸と平行な場合には、図９に示すように、Ｙ軸を０°として第１回転部材１１と第２回転部材１２との回転角θを定義する。
すなわち冶具８０の位置を基準に冶具７０をＡ方向に回した角度が、回転角θである。
かかる回転角θの大きさに応じて、シフト量ΔＸが定まり、中心位置Ｏ’は、回転角θが変わると、Ｙ軸上を動く。
図１０に示すように、冶具８０を用いて回転角θ_０だけ第１回転部材１１を回動させると、今度はＹ軸を回転角θ_０だけ回転させたＹ’軸上を中心位置Ｏが動くこととなる。ここでいう回転角θ_０は、第２回転部材１２と凸部１４１との間の回転の位相角である。
かかる構成により、シフト方向を凸部１４１の位置を基準として回転させることができるから、シフト方向とシフト位置の調整をより簡易に行うことができる。
また、凹部１２２ａは、かかる位相角に合わせて周期的に形成された波形状を有しており、凹部１２２ａに合わせて冶具７０を回転させることで、所定の回転の位相角を得たいときにも容易に調整することができる。

本実施形態では、レンズ保持部材１は、レンズ１５を保持し、レンズ１５を中心に回転する円筒状の第１回転部材１１と、第１回転部材１１と独立に回転する第２回転部材１２と、第２回転部材１２を保持するとともに、筐体２０に対してＺ軸を中心に回動可能に取り付けられたベース部材１３と、を有している。
また、第２回転部材１２は、第１回転部材１１の内周面と対向する第１の面たる外周面１２１ａと、シフト方向規制部材１４と対向する第２の面たる内周面１２１ｂと、を有し、内周面１２１ｂと外周面１２１ａとは偏心して形成される。
かかる構成により、部品点数を抑えながらも、レンズの組み付け後の微調整を可能にする。

また、本実施形態では、第２回転部材１２は、Ｚ軸と平行な方向から挿抜可能な冶具７０と嵌り合うすなわち嵌合する嵌合部たる凹部１２２ａを有する。
かかる構成により、作業用のスペースの確保が難しい場合にも、レンズの組み付け後の微調整を容易にする。

また、本実施形態では、第２回転部材１２とベース部材１３との間に配置されて、第１回転部材１１と嵌り合う凸部１４１を備えるシフト方向規制部材１４を有する。
かかる構成により、シフト方向を自在に調整できるから、部品点数を抑えながらも、レンズの組み付け後の微調整をより精度よく可能にする。

本実施形態では、凹部１２２ａが周期的に形成され、かかる周期は第２回転部材１２と凸部１４１との間の回転の位相角θ_０に合わせて波形状に形成されている。
かかる構成により、より容易にシフト方向を調整できるから、レンズの組み付け後の微調整をより精度よく可能にする。

本実施形態では、画像投影装置１００は、レンズ保持部材１を有するレンズユニット２００と、レンズユニット２００へ向けて光を出射する発光源１０１と、を有し、レンズユニット２００を透過した光を表示面１０４に投影する。
かかる構成により、部品点数の増大を抑制しながらも、レンズ組み付け後の微調整が容易に行うことができる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、画像投影装置は、１つの液晶パネルでカラーの画像情報を与える１板式のカラープロジェクタとしたが、これに限らず、３板式のカラープロジェクタであっても良いし、モノクロの画像投影装置であってもよい。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ レンズ保持部材
１１ 第１回転部材
１２ 第２回転部材
１３ 支持部（ベース部材）
１４ 偏心方向規制部材（シフト方向規制部材）
１５、１６ レンズ
１７ 押さえ部材
２０ 筐体
１００ 画像投影装置
１４１ 凸部
１２２ 嵌合部（波形状部）
１２２ａ 嵌合部（凹部）
２００ レンズ鏡筒（レンズユニット）
θ 位相角

特許第５３５０１６３号公報 特許第３９６１７９７号公報 特開２００２−１９６２０６号公報

Claims (4)

1. レンズを保持し、前記レンズを中心に回転する円筒状の第１回転部材と、
   前記第１回転部材と独立に回転する第２回転部材と、
   前記第２回転部材を鏡筒に対して前記レンズの中心軸を中心に回動可能に保持する保持部と、
   前記第２回転部材と前記保持部との間に配置されて、前記第１回転部材と嵌り合う係合部を備える偏心方向規制部材と、を有し、
   前記第２回転部材は、前記第１回転部材の内周面と対向する第１の面と、前記保持部側の面である第２の面と、を有し、前記第１の面と前記第２の面とは偏心して形成されたことを特徴とするレンズ保持部材。
2. 請求項１に記載のレンズ保持部材において、
   前記第２回転部材は、前記中心軸と平行な方向から挿抜可能な冶具と嵌り合う凹部を有することを特徴とするレンズ保持部材。
3. 請求項１または２に記載のレンズ保持部材において、
   前記第２回転部材と前記係合部との間の回転の位相角に合わせて形成された嵌合部を有することを特徴とするレンズ保持部材。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のレンズ保持部材を備えるレンズユニットと、
   前記レンズユニットへ向けて光を出射する発光源と、
   を有し、前記レンズユニットを透過した光を表示面に投影することを特徴とする画像投影装置。

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