JP7074559B2 - レンズユニット及び画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズユニット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は、レンズの大口径化及び高照度化が進み、特に画像投影装置の光源からの熱によるレンズの精度の低下が問題となっている。
このような問題を解決する手段として、例えば冷却用のヒートシンク等を鏡筒に設ける方法が知られている（例えば特許文献１、２等参照）。
ヒートシンクを設ける場合には、熱伝導の効率からは、鏡筒に直接ヒートシンク等を取り付けることが望ましいが、設置するための十分なスペースの確保が難しい。
他方、鏡筒とは別体にヒートシンク等を設けるときには、スペースの確保は比較的容易になるが、フォーカスの調整や収差の補正等を目的として、鏡筒自体が動作することも多いため、かかる動作に追従しつつも、熱伝導の効率を落とさないような機構が求められている。

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、鏡筒が動作する場合にも温度調整可能なレンズユニット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ユニットは、レンズを支持するとともに前記レンズを光軸方向に移動させ得る鏡筒と、前記鏡筒の温度を調整するための熱伝導性の高い温度制御部と、一方の端部が前記鏡筒に接続され、他方の端部が前記温度制御部へと接続され、前記鏡筒が前記移動を行うときには、当該熱伝導路の少なくとも一部が前記温度制御部と前記鏡筒との接続を維持した状態で摺動する熱伝導路と、前記熱伝導路または前記温度制御部の何れか一方を、前記熱伝導路または前記温度制御部の何れか他方へと向けて付勢する付勢部材と、を有し、前記熱伝導路は、前記鏡筒の周囲を囲むように配置されるとともに、前記付勢部材により付勢される底面部を有し、前記底面部において前記温度制御部と当接している。

本発明によれば、レンズの鏡筒部分の温度を調整することができる。

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ユニットの構成の一例を示す図である。 本発明における温度調整部の第１の実施形態を示す図である。 図３に示した構成の各部材の組立図である。 本発明における温度調整部の第２の実施形態を示す図である。 図４に示した構成の動作の一例を示す図である。

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、画像を投影面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、投影面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、後述する正姿勢状態においてレンズユニット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、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、画像投影装置１００に取り付けられて当該レンズユニット２００の不動部材となる筐体２０と、を有している。
レンズユニット２００は、筐体２０に取り付けられて、レンズ１５を支持する鏡筒１０と、鏡筒１０の温度を調整するための温度調整部としてのヒートシンク３０と、ヒートシンク３０と鏡筒１０とを結ぶ熱伝導路としての伝達部材４０と、を有している。ヒートシンク３０は伝熱が目的であるため、画像投影装置１００を構成する部材（例えば筐体２０等）の一部であっても良い。

鏡筒１０は、図２にＡ方向で示したように、光軸方向たるＺ方向に移動可能なズーム機能を有するレンズ鏡筒である。
すなわち鏡筒１０の少なくとも一部は、焦点調整のため、光軸方向に動くことがある。

ヒートシンク３０は、鏡筒１０の温度を調整するために熱伝導性の高い、例えば真鍮やアルミなどの金属材料で形成される。
ヒートシンク３０は、本実施形態では、筐体２０の一部となる金属部材であり、鏡筒１０の外側に設置された空冷式のヒートシンクとしての機能を有する温度調整部である。

伝達部材４０は、本実施形態では図３に示すように、分割された２つの半円形部材Ｂ１、Ｂ２からなる台形筒状の部材である。
伝達部材４０は、＋Ｚ方向側にあるフランジ状の底面部４１と、底面部４１から傾斜して延びた斜面部４２とを有している。
伝達部材４０は、図２、図３において示したように、鏡筒１０の入射側において最も細くなった部分の周囲を囲繞するように配置されるため、半円形部材Ｂ１、Ｂ２を組み合わせた筒状部材としているが、かかる構成に限定されるものではない。
本実施形態では、伝達部材４０の底面部４１の＋Ｚ方向側の面４１ａと内周面４４とが鏡筒１０に当接し、反対側の－Ｚ方向側の面４１ｂが筐体２０の一部であるヒートシンク３０に当接している。かかる構成により、『伝達部材４０の一方の端部が鏡筒１０に接続され、他方の端部がヒートシンク３０へと接続されている』。

また、本実施形態では、伝達部材４０と鏡筒１０との間には波型ワッシャ４３が配置され、伝達部材４０を－Ｚ方向に向けて付勢している。
かかる構成により、鏡筒１０がＺ方向に移動したときにも、波型ワッシャ４３が付勢部材としてはたらくから、ヒートシンク３０と伝達部材４０とが離間することなく、安定して熱を伝達することができる。

かかる鏡筒１０が、Ｚ方向に変位した時にも、伝達部材４０は鏡筒１０の周囲を囲繞するように取り付けられているため、伝達部材４０の内周面４４と鏡筒１０の外周面において摺動する。
その一方で、伝達部材４０と、ヒートシンク３０との間の接触面は、波型ワッシャ４３によりヒートシンク３０へと付勢されていることから、底面部４１の－Ｚ方向側の面４１ｂが離れることなく、安定して伝達部材４０がヒートシンク３０と接触し続けることとなる。

このように、本実施形態では、レンズ１５を支持するとともにレンズ１５を光軸方向に移動させ得る鏡筒１０と、鏡筒１０の温度を調整するための熱伝導性の高いヒートシンク３０と、一方の端部４１ａが鏡筒１０に接続され、他方の端部４１ｂがヒートシンク３０へと接続され、鏡筒１０がＺ方向に移動を行うときには、少なくとも一部がヒートシンク３０と鏡筒１０との接続を維持した状態で摺動する伝達部材４０と、を有している。
かかる構成により、鏡筒１０がＺ軸方向に動作するような鏡筒１０においても、鏡筒１０の排熱を十分に行うことができて、レンズの鏡筒部分の温度を調整することができる。
また、本実施形態では、画像投影装置１００の大口径化、高照度化によって生じる発熱量の増加に着目したため、ヒートシンク３０を用いて排熱する方法について特に説明を行ったが、かかる構成以外にも、例えばヒートシンク３０をヒーター等で加熱することとすれば、所謂暖機運転や温度上昇のためにも用いることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同一の付番をして説明を適宜省略する。
図５に示すように、本実施形態では、ヒートシンク３０が筐体２０に取り付けられており、基部３１と、基部３１から直交してＹ軸方向に延びたフィン３２と、を有している。
本実施形態では、フィン３２は基部３１の鏡筒１０とは反対方向に、言い換えれば－Ｙ方向に、複数形成されており、かかるフィン３２の間を空気等の冷媒が通過することで、ヒートシンク３０が冷却される空冷式の温度調整部として機能する。

ヒートシンク３０と鏡筒１０との間には、金属製のヒートパイプ５０が形成されている。かかるヒートパイプ５０が本実施形態における伝達部材としての機能を有している。
ヒートパイプ５０は、一方の端部５０ａが鏡筒１０に接続され、他方の端部５０ｂがヒートシンク３０へと接続されている。

ヒートパイプ５０は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、鏡筒１０にヒートパイプ５０を接続するための固定ピン５１と、固定ピン５１によって支持され、鏡筒１０のＺ方向の移動に追従して動作可能な摺動部５２と、筐体２０に固定された不動部５３と、を有している。
不動部５３の－Ｙ方向側の面には、ヒートシンク３０が接続されている。

鏡筒１０がＺ方向前後に動作した場合のヒートパイプ５０の動作について説明する。
ヒートパイプ５０は、鏡筒１０がＺ軸方向に移動すると、固定ピン５１と摺動部５２とが鏡筒１０に従属する形で移動する。その結果、不動部５３は筐体２０に対して不動すなわち鏡筒１０の移動に対しても不動であるから摺動部５２と不動部５３との間の接触面５２ａが、摺動部５２と不動部５３との接続を維持した状態で図６（ｂ）に示すように摺動する。
かかる構成により、熱伝導効率を落とすことなく、レンズの鏡筒部分の温度を調整することができる。

なお、本実施形態では、摺動部５２が鏡筒１０に従動する形で摺動する構成としたが、かかる構成に限定されるものではなく、その他、ヒートパイプ５０の一部が摺動可能になっている構成であれば良い。

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。

本実施形態では、付勢部材として波形ワッシャを用いたが、その他の弾性体を用いても良い。

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。

１０ 鏡筒
２０ 筐体
３０ 温度調整部（ヒートシンク）
４０ 伝達部材
４１ａ 一方の端部
４１ｂ 他方の端部
４３ 付勢部材（波形ワッシャ）
５０ 伝達部材（ヒートパイプ）
５２ 摺動部
１００ 画像投影装置
２００ レンズユニット
Ｚ 光軸方向

特開２００８－０５８６６１号公報 ＷＯ２０１６／０８４６０３

Claims (5)

1. レンズを支持するとともに前記レンズを光軸方向に移動させ得る鏡筒と、
   前記鏡筒の温度を調整するための熱伝導性の高い温度制御部と、
   一方の端部が前記鏡筒に接続され、他方の端部が前記温度制御部へと接続され、前記鏡筒が前記移動を行うときには、当該熱伝導路の少なくとも一部が前記温度制御部と前記鏡筒との接続を維持した状態で摺動する熱伝導路と、前記熱伝導路または前記温度制御部の何れか一方を、前記熱伝導路または前記温度制御部の何れか他方へと向けて付勢する付勢部材と、を有し、
   前記熱伝導路は、前記鏡筒の周囲を囲むように配置されるとともに、前記付勢部材により付勢される底面部を有し、前記底面部において前記温度制御部と当接していることを特徴とするレンズユニット。
2. 請求項１に記載のレンズユニットにおいて、
   前記熱伝導路は、金属製であることを特徴とするレンズユニット。
3. 請求項１または２に記載のレンズユニットにおいて、
   前記熱伝導路は、前記鏡筒の入射側において最も細くなった部分の周囲を囲繞するように配置されるとともに、前記底面部は前記鏡筒の前記移動の方向及び前記付勢部材によって付勢される方向に対して垂直に伸びたフランジ状であり、
   前記付勢部材が前記底面部を付勢することで前記温度制御部と前記鏡筒との当接を維持した状態で摺動することを特徴とするレンズユニット。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のレンズユニットにおいて、
   前記熱伝導路は、少なくとも一部が前記鏡筒に従動する摺動部を有し、
   前記摺動部と当該熱伝導路の他の一部とが摺動することで、前記温度制御部と前記鏡筒
   との接続を維持した状態で摺動することを特徴とするレンズユニット。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載のレンズユニットを有する画像投影装置。

Images