JP7266445B2 - レンズ鏡筒及び画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、レンズ鏡筒及び画像投射装置に関する。

プロジェクタをはじめとする画像投射装置において、レンズユニットを筐体に取り付ける際に光学性能の調整を行うために、レンズ間の位置調整や光源との位置調整が行われている。
こうした位置調整は、筐体にレンズユニットを取り付けた状態で行われるため、作業スペースが小さく、またレンズユニットの外部側から行うことができる機構であることが求められている。
さらに、このような位置調整機能を複数取り付けることは、画像投射装置の大型化を招いてしまうため、コンパクトかつ１つの位置調整機能で複数個所の位置調整を行えるようなレンズ鏡筒が求められている。

本発明は以上のような課題に基づきなされたものであり、省スペースかつ高性能な位置調整機能を備えたレンズ鏡筒の提供を目的とする。

本願発明にかかるレンズ鏡筒は、複数のレンズを保持するレンズ保持部材と、前記レンズの中心軸を中心に回転する第１回転部材と、前記中心軸を中心に回転し、前記第１回転部材と接続された第２回転部材と、前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが連れ回ることなく前記第１回転部材が回転するとともに、前記回転に伴って前記中心軸方向に沿っては前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが一体に移動する第１状態と、前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが一体に移動し、かつ前記第２回転部材の回転に対して相対的に回転する第２状態と、を切替可能な連結部と、前記第２回転部材とカムで連結された保持部と、を有し、前記連結部は、前記第１回転部材の側面に開いた空隙部と、前記空隙部に挿入されて前記レンズ保持部材と締結されたネジ部材と、前記第１回転部材と前記レンズ保持部材との間で嵌め合う嵌合部と、を有し、前記第１状態と前記第２状態とは、前記ネジ部材が前記第１回転部材を締める強度によって切替可能であって、前記第１状態において前記第１回転部材を前記中心軸の周りで回動させることにより前記レンズ保持部材が前記中心軸方向に沿って移動することで、当該レンズ保持部材に保持されたレンズと前記保持部に取り付けられたレンズと、の間隔を調整し、前記第２状態において前記第２回転部材を前記中心軸の周りで回動させることにより前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが一体に移動し、かつ前記第２回転部材の回転に対して相対的に回転することで、前記レンズ保持部材に保持されたレンズと前記保持部に取り付けられたレンズとが前記中心軸方向に連動して移動することを特徴とする。

本発明のレンズ鏡筒によれば、省スペースかつ高性能な位置調整機能を提供することができる。

本発明の実施形態としての画像投射装置の一例を示す図である。 本発明を構成するレンズユニットの構成の一例を示す図である。 図２に示したレンズユニットの断面構成の一例を示す図である。 図２に示したレンズユニットの非締結状態における動作の一例を示す図である。 図２に示したレンズユニットの締結状態における動作の一例を示す図である。 本発明を構成するレンズユニットのカバー部の構成の一例を示す図である。 従来の画像投射装置の構成の一例を示す図である。

本発明の第１の実施形態として、図１にレンズユニット１０３を有する画像投射装置１００を示す。
なお、以降の説明では、レンズ鏡筒たるレンズユニット１０３の保持するレンズの光軸方向をＺ方向、Ｚ軸に垂直な方向のうち、図１に示す紙面上方向をＹ方向、Ｚ方向とＹ方向とに垂直な方向をＸ方向とする。また、必要に応じて、レンズユニット１０３における＋Ｚ方向側たる投射面１０４側を拡大側、－Ｚ方向側たる画像表示素子１０２側を縮小側と呼ぶ。

本発明の画像投射装置１００は、図１に示すように、光源１０１と、投射するべき画像を表示して光源１０１からの光束に画像情報を付与する画像表示素子１０２と、画像表示素子１０２を透過した光束を投射面１０４において結像するためのレンズＬが複数備えられたレンズユニット１０３と、を有している。

レンズユニット１０３は、図２に示すように、複数のレンズＬを保持するレンズ保持部材としての第１鏡筒２０と、第１鏡筒２０と一体に動作する第２鏡筒２１と、レンズＬの中心軸たるＺ軸を中心に回転する筒状の第１回転部材３０と、を有している。
レンズユニット１０３はまた、Ｚ軸を中心に回転し、第１回転部材３０とヘリコイドネジ４１を介して接続された第２回転部材４０と、第２回転部材４０とカムピン５１を介して連結された保持部５０と、を有している。
レンズユニット１０３は、最外部を構成し画像投射装置１００の筐体に取り付けられるカバー部６０と、カバー部６０とは別部材であって同様に筐体に取り付けられる第２カバー部５４と、を有している。

保持部５０には、レンズＬ’が取り付けられており、後述するように第１回転部材３０の動作に従って第１鏡筒２０に取り付けられたレンズＬとの間隔が調整される。なお、本実施形態ではレンズＬとレンズＬ’との間隔を調整するとしたが、レンズＬ、Ｌ’はそれぞれがレンズ群を形成していても良く、またかかるレンズ群の群構成も適宜設定されるものであって良い。
第２鏡筒２１は、外周側に形成された凹状の溝部２２と、溝部２２よりも拡大側に形成されたネジ穴２３と、を有している。

第１回転部材３０は、図３、図４（ａ）（ｂ）に示すように、外周面に沿って外周から内周を貫通するように形成された空隙部３１と、空隙部３１に挿通されてネジ穴２３へと嵌り合う固定部材としてのネジ３２と、内周側に向かって凸に形成された突起部３３と、を有している。
第１回転部材３０はまた、外周側に形成されて棒状の突起あるいは調整部材１０５と嵌合することで第１回転部材３０をＺ軸中心に回転させるための操作部として、複数の溝が等間隔に形成された凹条３４を有している。
第１回転部材３０は、ネジ３２が締め付けられたときには、ネジ穴２３とネジ３２との間で第１回転部材３０が挟み込まれるように締め付けられる第２状態たる締結状態となる。
第１回転部材３０は、ネジ３２が緩められたときには、ネジ３２が締め付けられない第１状態たる非締結状態となる。すなわち、非締結状態において第１回転部材３０が回転するときには、ネジ３２が空隙部３１に沿って滑りながら移動するから、第１回転部材３０の回転に対して第２鏡筒２１は連れ回ることがない。
第１回転部材３０は、溝部２２と嵌り合うように内周側に向かって凸に形成された突起部３３を有している。
溝部２２と突起部３３とが嵌合していることで、第１回転部材３０がＺ方向に移動するときには、第２鏡筒２１も第１回転部材３０とともにＺ方向に移動する。また、本実施形態では第２鏡筒２１は、－Ｘ方向側の外周面に、Ｚ方向に沿って突出した凸条部２４を有し、かかる凸条部２４が後述するカバー部６０の内周側にＺ方向に沿って形成されたキー溝６２と嵌り合うことで、ＸＹ平面において回転することなくＺ方向にのみスライド可能に支持される。すなわち、第１回転部材３０の回転に対して連れ回ることなく、Ｚ方向にのみ従動する。
このように、本実施形態においては、ネジ３２と突起部３３と溝部２２とによって第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが締結状態と非締結状態とを切り替え可能に連結されており、かかるネジ３２と突起部３３と溝部２２とが連結部としての機能を有している。
すなわち、レンズユニット１０３は、『第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが連れ回ることなく第１回転部材３０が回転する』とともに、『当該回転に伴ってＺ軸方向に沿っては第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが一体に移動する』第１状態と、『第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが一体に移動し、かつ第２回転部材４０の回転に対して相対的に回転する』第２状態と、をかかるネジ３２の締結状態と非締結状態とで切替可能になっている。

第２回転部材４０は、外周側に形成されたヘリコイドネジ４１と、操作部たる操作部４２と、カム溝４３とを有している。なお、本実施形態においては、かかる操作部４２を穴に対して不図示の突起を嵌合させることで回動させるような構成としたが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば把持部としてレバーを有するような構成であっても良い。また、ヘリコイドネジ４１は第２回転部材４０側に雄ネジが、第１回転部材３０側に雌ネジが形成される構成としたが、第１回転部材３０側に雄ネジを形成するとしても良く、また第１回転部材３０と第２回転部材４０との関係は、どちらが内周側に嵌り合うものであっても良い。
カム溝４３には、保持部５０からカムピン５１が挿入されており、カムピン５１に沿ってカム溝４３が回動することで、第２回転部材４０に対して保持部５０がＺ方向に前後移動する。

保持部５０は、第２回転部材４０とカムピン５１を介して接続されており、さらにレンズＬ’を保持する第２のレンズ保持部たる第３鏡筒５３とピン５２によって連結されている。
かかる構成により、カムピン５１とカム溝４３との噛み合わせ状態が変化することで保持部５０がＺ軸に沿って移動し、レンズＬ’が繰り出される。
なお、本実施形態においては、第３鏡筒５３をピン５２によって保持部５０が保持する構成について述べるが、第２回転部材４０の回転によってレンズＬ’をＺ軸に沿って移動可能な構成であれば良く、例えば第３鏡筒５３が保持部５０と一体に構成されているとしても良い。

さて、このような構成のレンズユニット１０３を用いて、レンズＬ、Ｌ’の位置調整を行う場合のレンズユニット１０３を構成する各部材の動作について説明する。

まず、レンズユニット１０３の各部材、第１鏡筒２０、第２鏡筒２１、第１回転部材３０、第２回転部材４０、保持部５０が組み上げられた状態において、ネジ３２が緩められた第１状態たる非締結状態について述べる。
かかる第１状態において、第１回転部材３０が回転するときには、図４（ａ）、（ｂ）に示すようにネジ３２が空隙部３１に沿って滑りながら移動するから、第１回転部材３０の回転に対しては第２鏡筒２１は独立している。すなわち、第１回転部材３０の回転に対して連れ回ることなく、Ｚ方向にのみ従動する。
このとき、組み立てを行うものが、第１回転部材３０の外周に形成された凹条３４に嵌合するように調整部材１０５を用いて図４中に示したＡ方向に第１回転部材を回転させると、第１回転部材３０の回転に伴ってヘリコイドネジ４１によって第２回転部材４０に対してＺ軸方向へ相対的に移動する。
溝部２２が突起部３３と嵌り合っているから、第１回転部材３０のＺ方向への移動に伴って第２鏡筒２１及び第１鏡筒２０はＺ方向に移動することになる。
従って、第１回転部材３０を回転させることで、レンズＬがＺ軸方向を移動するので、レンズＬ’とレンズＬとの間隔Ｚ_０が調整される。

かかる調整は、本実施形態においては、縮小側の焦点である画像表示素子１０２とレンズ最後端であるレンズＬの後端部までの距離の調整として行われ、このような調整をバックフォーカス調整と呼ぶ。
バックフォーカス調整は実際には工場出荷時に行われ、最初にレンズユニット１０３の組み立てが成された後には一般的には変更されるものではない。従って、非締結状態においてバックフォーカス調整が行われたのち、組み立てを行うものはネジ３２を締め付けることで第２状態たる締結状態へと切り替えを行うが、かかる工程に限定されるものではない。

次に、ネジ３２が締め付けられた第２状態たる締結状態について説明する。締結状態においては、第２回転部材４０の操作部４２に不図示の棒状の操作手段等を用いて回動させて図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにＢ方向へ回転する場合を考える。第１回転部材３０と第２回転部材４０とがヘリコイドネジ４１を介して接続されており、第１回転部材３０と第２鏡筒２１とは、ネジ３２によって締結されるとともに第１回転部材３０の突起部３３と第２鏡筒２１の溝部２２との嵌合によって回転しないから、第２回転部材４０の回転により第１回転部材３０と第２回転部材４０とがＺ方向に相対的に移動する。すなわち締結状態においては『第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが一体に移動し、かつ第２回転部材４０の回転に対して相対的に回転する』構成となる。本実施形態においては第２回転部材４０を能動的に回転させることで、回転しない第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが第２回転部材４０に対して相対的に回転するとしたが、どちらを能動的に回転させるかは設計事項である。
なお、本実施形態では、第２回転部材４０の拡大側（前方側）にはカム溝４３がついており、第２回転部材４０を回すことでカム溝４３の働きにより、レンズＬ’がＺ方向側に移動する。同時に、かかる第２回転部材４０がヘリコイドネジ４１を介して第１回転部材３０に接続されているから、第２回転部材４０の回転に伴いレンズＬもＺ方向側に移動する。
すなわち＋Ｚ方向側においては、第２回転部材４０とカム溝４３、カムピン５１との嵌合によって保持部５０がＺ軸に沿って繰り出され相対的に移動する。かかる相対的な移動によってレンズＬとレンズＬ’とが連動して移動することとなる。
このときレンズＬとレンズＬ’との移動距離は、ヘリコイド４１とカム溝４３、カムピン５１の形状によって第２回転部材４０を回動させる位相角と対応させることができる。したがって、第２回転部材４０を回動させる角度に応じて、レンズＬとレンズＬ’との間の距離Ｚ_０を変更することができる。
このような調整により、フローティング調整が行われる。
かかるフローティング調整は、一般には投射面１０４上の４隅のボケ調整を行うためのものであり、本実施形態においては特に上側の外縁部におけるボケ調整を行うものである。
このように、本発明においてはフローティング調整によってもレンズＬと画像表示素子１０２との間隔が変化するが、本実施形態においてはこのようなフローティング調整時にバックフォーカス距離の変動があるときにも収差等の各種光学設計値の変化を低減することができる。

また、本実施形態においては、図６に示すように、レンズユニット１０３の筐体たるカバー部６０には、操作部４２及び凹条３４に外部からアクセス可能なようにアクセス用の空隙６１が設けられている。
かかる構成により、レンズユニット１０３の組み立て後においても、ネジ３２を締める（あるいは緩める）ことができるから、第１状態と第２状態とを容易に切り替えることが可能である。

さて、従来の画像投射装置の例として示す画像投射装置３００においては、図７に示すように、カム３０１と、ヘリコイドネジ３０２とを用いて所謂バックフォーカス調整（レンズＬと画像表示素子１０２との間の距離の調整）と、フローティング調整（鏡筒３０１に保持される光学系３０２のうちレンズＬとレンズＬ’との距離Ｚ_０の調整）とに用いられる機構が、独立して別途に設けられる構成が考えられる。
しかしながら、このような構成においては、調整を行う機構が複数存在することになってしまい、複雑化するという問題が生じてしまう懸念があった。

そこで本実施形態では、レンズＬを保持する第２鏡筒２１と、レンズの中心軸を中心に回転する第１回転部材３０と、『第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが連れ回ることなく第１回転部材３０が回転する』とともに、『当該回転に伴ってＺ軸方向に沿っては第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが一体に移動する』第１状態と、『第１回転部材３０と第２鏡筒２１とが一体に移動し、かつ第２回転部材４０の回転に対して相対的に回転する』第２状態と、をネジ３２を締める（あるいは緩める）ことによって切替可能な連結部として機能するネジ３２を有している。
かかるネジ３２が第１状態と第２状態とを切り替える連結部として機能することにより、バックフォーカス調整と、フローティング調整とを簡易な構造で行うことが可能であるとともに、バックフォーカス調整を行ったレンズＬ、レンズＬ’の間隔Ｚ_０が調整された状態でフローティング調整を行うことができるので、レンズユニット１０３の光学性能の向上に寄与する。

また本実施形態では、第２回転部材４０と第１回転部材３０との間の接続部がヘリコイドネジ４１で接続されている。かかる構成により、第１回転部材３０と第２回転部材４０との間で互いに相対的に回転するときにも、バックラッシが少なく第１回転部材３０と第２回転部材４０との間の回転の位相角に対してＺ軸方向への移動量を大きくすることができる。

また、本実施形態では、連結部は、第１回転部材３０の側面に開いた空隙部３１と、空隙部３１に挿入されて第２鏡筒２１と締結されたネジ３２と、第１回転部材３０と第２鏡筒２１との間で嵌め合う溝部２２と、を有し、第１状態と第２状態とは、ネジ３２が第１回転部材３０を締める強度によって非締結状態と締結状態としてそれぞれ切替可能である。
かかる構成により、１つの機構によって第１状態と第２状態とを切り替えて動作させることで、２つの動作状態のそれぞれで異なる光学設計値の調整を行うことができるから、省スペースかつ高性能な位置調整機能を備えたレンズ鏡筒を提供することができる。

本実施形態では、レンズユニット１０３は、第２回転部材４０に取り付けられた操作部４２を有する。
かかる構成により、操作部４２を回動させることで第２回転部材４０をカバー部６０の外側から間接的に回転させることができて、省スペースかつ高性能な位置調整を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、レンズユニット１０３は非締結状態において第１回転部材３０をＺ軸の周りで回動させることで、第２鏡筒２１と保持部５０との間隔を制御する。
かかる構成により、レンズＬとレンズＬ’との間の間隔が調整されて、非締結状態においてレンズユニット１０３はフローティング調整を行うことができる。

また本実施形態では、画像投射装置１００は、画像表示素子１０２と、レンズユニット１０３と、を有し、締結状態において操作部４２をＺ軸の周りで回動させることで、第２鏡筒２１と保持部５０との間隔を調整するとともに画像表示素子１０２と第２鏡筒２１との間の間隔を調整する。かかる構成により、第２状態たる締結状態において、レンズＬとレンズＬ’との距離を調整するとともに、レンズＬと画像表示素子１０２との間の距離を調整するバックフォーカス調整を行うことができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

２０ 第１鏡筒（レンズ保持部材）
２１ 第２鏡筒（レンズ保持部材）
３０ 第１回転部材
３１ （連結部）空隙部
３２ （連結部）ネジ
４０ 第２回転部材
４１ ヘリコイドネジ
４２ 操作部
４３ カム溝
５０ 保持部
５１ カムピン
５２ ピン
５３ 第３鏡筒
１００ 画像投射装置
Ｚ 光軸方向（軸方向）

特許第４７９０２６４号公報 特許第５５７０３３０号公報

Claims (6)

1. レンズを保持するレンズ保持部材と、
   前記レンズの中心軸を中心に回転する第１回転部材と、
   前記中心軸を中心に回転し、前記第１回転部材と接続された第２回転部材と、
   前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが連れ回ることなく前記第１回転部材が回転するとともに、前記回転に伴って前記中心軸方向に沿っては前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが一体に移動する第１状態と、前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが一体に移動し、かつ前記第２回転部材の回転に対して相対的に回転する第２状態と、を切替可能な連結部と、
   前記第２回転部材とカムで連結された保持部と、を有し、
   前記連結部は、前記第１回転部材の側面に開いた空隙部と、前記空隙部に挿入されて前記レンズ保持部材と締結されたネジ部材と、前記第１回転部材と前記レンズ保持部材との間で嵌め合う嵌合部と、を有し、
   前記第１状態と前記第２状態とは、前記ネジ部材が前記第１回転部材を締める強度によって切替可能であって、
   前記第１状態において前記第１回転部材を前記中心軸の周りで回動させることにより前記レンズ保持部材が前記中心軸方向に沿って移動することで、当該レンズ保持部材に保持されたレンズと前記保持部に取り付けられたレンズと、の間隔を調整し、
   前記第２状態において前記第２回転部材を前記中心軸の周りで回動させることにより前記第１回転部材と前記レンズ保持部材とが一体に移動し、かつ前記第２回転部材の回転に対して相対的に回転することで、前記レンズ保持部材に保持されたレンズと前記保持部に取り付けられたレンズとが前記中心軸方向に連動して移動することを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 請求項１に記載のレンズ鏡筒であって、
   前記第２回転部材と前記第１回転部材との間の接続部がヘリコイドネジで接続されていることを特徴とするレンズ鏡筒。
3. 請求項１または２に記載のレンズ鏡筒であって、
   前記第２回転部材を回転させるための操作部を有することを特徴とするレンズ鏡筒。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のレンズ鏡筒であって、
   前記第１状態において前記第１回転部材を前記中心軸の周りで回動させることで、前記レンズ保持部材と前記保持部との間隔を制御することを特徴とするレンズ鏡筒。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載のレンズ鏡筒であって、
   前記第２回転部材の前方側には前記カムを介して前記保持部が連結されており、
   前記第２状態において前記第２回転部材を前記中心軸の周りで回動させることで、前記レンズ保持部材と前記保持部との間隔を制御することを特徴とするレンズ鏡筒。
6. 請求項３に記載のレンズ鏡筒と、
   光源と、を有する画像投射装置であって、
   前記第２状態において前記操作部を前記中心軸の周りで回動させることで、前記レンズ保持部材と前記保持部との間隔とともに前記光源と前記レンズ鏡筒との間の間隔を調整することを特徴とする画像投射装置。

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