JPWO2007063932A1 - レンズ鏡筒 - Google Patents

Abstract

第１のレンズ枠（１１）の光軸方向の位置を決めるカム環（５）と、カム環（５）とは線膨張係数が異なる材料で形成され、カム環（５）の光軸方向の位置を決める第１の補正筒（１）と、移動枠（６）とは線膨張係数が異なる材料で形成され、第２のレンズ枠（２１）の光軸方向の位置を決める第２の補正筒（２）とを備え、温度変化による第１の補正筒（１）の光軸方向の寸法変動と一体になって、カム環（５）が光軸方向に移動するとともに、第１及び第２のレンズ（１０、２０）が光軸方向に移動し、温度変化による第２の補正筒（２）の光軸方向の寸法変動と一体になって、第２のレンズ（２０）が光軸方向に移動し、第１のレンズ（１０）と第２のレンズ（２０）との間隔が変化する。

Description

本発明は、温度補正機構を有するレンズ鏡筒に関し、例えば空間変調素子の画像情報をスクリーン上に拡大投射するプロジェクター、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に用いられるレンズ鏡筒に関する。

従来より光学機器においては、温度変化に対してフォーカス位置が変動せず、温度に対して安定したものとするために、温度依存性の少ない材料でレンズ及び鏡筒が構成されている。コストの削減及び非球面を形成するために、レンズの材料としてプラスチックを使用する場合がある。この場合は、プラスチックレンズのパワーを小さくしたり、温度変化の影響の少ない位置にプラスチックレンズを配置したり、複数のプラスチックレンズで温度変化の影響を相殺するようにする必要がある。

また、例えばプロジェクター用のレンズは、セットの電源を入れた直後にフォーカス調整され、これ以降はフォーカス調整されない。その一方で、セットの内部の照明系からの熱でレンズの温度は上昇する。このため、動作開始時にフォーカス調整し、これ以降はフォーカス調整しないような製品は、特に温度に対してフォーカスが移動しない温度特性が必要である。

特許文献１には、温度変化に対して焦点位置の変動を補正する温度補正型光学装置が提案されている。この温度補正型光学装置では、鏡筒材料の線膨張係数による長さの変化と、レンズのフォーカス位置の変化とを相殺するように光学設計で工夫している。

特許文献２には、温度補償機能を有した撮影装置が提案されている。この撮影装置は、本体鏡筒に保持された２つのレンズ保持鏡筒により、レンズ系を２分割し、かつ本体鏡筒の線膨張係数をレンズ保持鏡筒の線膨張係数より大きしている。この構成により、温度変化によるフォーカス位置の変動を、レンズ間隔を変化させて少なくしている。

特許文献３には、温度補正機構を有した投影テレビ用集成レンズが提案されている。この投影テレビ用集成レンズは、温度変化に対して補正するようにバー部材を用いて光学系の一部の間隔を温度変化に対応して変化させることにより、フォーカス位置が変動しないようにしている。

特許文献４には、温度補正機構を有したズームレンズ鏡筒が提案されている。この構成は、ズーム鏡筒を構成するカム環を線膨張係数の違う素材の補正筒で連結している。このことにより、温度変化とともにすべてのレンズエレメントが一体となって光軸上を移動し、温度補正をする。またカム環と補正筒を同時に回転させることで各レンズ群の間隔を変化させることができ、ズームとして機能することができる。

しかしながら、前記特許文献１に記載の温度補正型光学装置は、コリメータ等の簡素な光学系に有効で、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。

また、前記特許文献２に記載の撮影装置は、２分割された光学系の間隔が変動するため、収差が変動しないように光学設計を実施する必要がある。このため、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。

また、特許文献３に記載の投影テレビ用集成レンズは、バー部材が光学系の位置を決めるため、この光学系の傾きを許容易以下に抑えるのは困難になる。光学系の間隔が変動するため、収差が変動しないように光学設計を実施する必要があり、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。

このため、前記特許文献１−３には、複数のレンズ群が光軸上を移動するようなズームレンズに対して有効な温度補正の手段は提供されていなかった。

一方、前記特許文献４の構成は、ズームレンズに対する温度補正機構である。しかしながら、特許文献４の構成は、補正量はズーム位置に関係なく一定であるので、あるズーム位置での補正量を決定すれば別のズーム位置では補正量の過不足が生じる。

より具体的には、温度変化に対するレンズの焦点位置の変動は、レンズを構成するレンズエレメントの屈折率が変化することや、レンズエレメントの形状が変化することによって起きる。しかし、レンズエレメントの光軸上の間隔を変化させることによって焦点距離を変化させるようなズームレンズにおいては、温度が１度変化したときの焦点位置の変化量はズーム位置（例えばワイドやテレ）で変化することになる。

例えば、ワイド側で補正量を決定すれば、ワイド側で使用すれば温度変化が起こっても焦点位置は変化せず、高い解像度を維持できるが、テレ側で使用するときは温度変化とともに焦点位置は変化し、解像度が低くなってしまう。
特開平６−１３０２６７号広報 特開平６−１８６４６６号公報 特表２００２−５４４５３７号公報 特開２００４−２６４５７７号公報

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮するレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のレンズ鏡筒は、第１のレンズを保持する第１のレンズ枠と、第２のレンズを保持する第２のレンズ枠と、前記第１のレンズ枠と係合し、前記第１のレンズ枠の光軸方向の位置を決めるカム環と、セット本体に固定する固定筒と、前記カム環とは線膨張係数が異なる材料で形成され、前記固定筒と係合し、かつ前記カム環に固定され、前記カム環の光軸方向の位置を決める第１の補正筒と、前記カム環と係合した移動枠と、前記移動枠とは線膨張係数が異なる材料で形成され、前記移動枠及び前記第２レンズ枠に固定され、前記第２のレンズ枠の光軸方向の位置を決める第２の補正筒とを備え、温度変化による前記第１の補正筒の光軸方向の寸法変動と一体になって、前記カム環が光軸方向に移動するとともに、前記第１及び第２のレンズが光軸方向に移動し、前記温度変化による前記第２の補正筒の光軸方向の寸法変動と一体になって、前記第２のレンズが光軸方向に移動し、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間隔が変化し、前記温度変化の際の前記第１及び第２のレンズの移動方向は、前記温度変化によるフォーカス位置の移動を打ち消す方向であることであることを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す断面図。 図１に示したレンズ鏡筒を光軸方向に分解したときの斜視図。

本発明のレンズ鏡筒によれば、ズーム位置によって温度変化による焦点位置の変化量が異なることに対して、温度変化の際に、各レンズ群の一体となった光軸方向の移動に加え、レンズ群同士の間隔を変化させる構成を実現している。このことにより、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮することができる。

前記本発明のレンズ鏡筒においては、前記カム環にはカム溝が形成され、前記固定筒には直線溝が形成され、前記第１のレンズ枠及び前記移動枠に形成された突起が、前記カム溝及び前記直線溝に係合しており、前記補正筒の光軸回りの回転により、前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、それぞれ別個に光軸方向に移動し、前記光軸回りの回転時には、前記カム環及び前記固定筒は光軸方向に固定されていることが好ましい。この構成によれば簡単な構成で、ズームレンズの温度補正機構を実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す断面図である。図２は、図１に示したレンズ鏡筒を光軸方向に分解したときの斜視図を示している。

図１は、遠方の物体を撮像面に結像する結像光学系をモデルとしているが、プロジェクタの光学系においても適用できる。

レンズ群１０とレンズ群２０とでズームレンズを構成している。ズームレンズの結像面は、撮像面３である。固定筒４により、レンズ本体をセットに固定している。

移動枠６、レンズ枠１１には、円周方向を３等分するように、３本の突起（図２の図示は２本）を設けている。固定筒４には、円周方向を３等分するように３本の直線溝（図２の図示は２本）が形成されている。固定筒４の各直線溝に、移動枠６及びレンズ枠１１の各突起が係合している。このことにより、移動枠６及びレンズ枠１１の各突起は、固定筒４の各直線溝内を移動できることになる。このため、移動枠６及びレンズ枠１１は、固定筒４に対して光軸方向に自由に移動できるようになっている。

カム環５には、円周方向を３等分するように３組のカム溝が形成されている。２個の貫通孔で１組のカム溝を構成している。１組のカム溝のうち、一方のカム溝に移動枠６の突起が係合し、他方のカム溝にレンズ枠１１の突起が係合している。したがって、カム環５のカム溝と各突起の係合により、移動枠６とレンズ枠１１との光軸上の間隔が決定されることになる。

カム環５は、固定筒４の外周に係合しており、光軸方向に移動可能であり、かつ光軸周りに回転可能である。カム環５の外周には、補正筒１が係合している。補正筒１及びカム環５の一端にはねじが形成されており、ねじの螺合により、カム環５は補正筒１に固定されている。補正筒１の他端は、固定筒４の溝部に係合しており、光軸方向に固定されているが、光軸周りに回転可能である。

したがって、カム環５の光軸上の位置は、補正筒１により決定している。また、補正筒１を光軸周りに回転させると、この回転は、補正筒１に固定されたカム環５に伝えられる。このことにより、補正筒１の回転と一体になってカム環５は回転することになる。

移動枠６に、補正筒２の一端がねじの螺合により固定されている。補正筒２の他端はねじの螺合により、レンズ枠２１に固定されている。すなわち、レンズ枠２１は、補正筒２を介して移動枠６に固定されていることになる。このため、レンズ群２０を保持したレンズ枠２１は、移動枠６の光軸方向の移動と一体になって移動することになる。

次に、ズーム位置を変更する操作をするときは、補正筒１を光軸周りに回転させる。このことにより、補正筒１の回転と一体になってカム環５は回転する。カム環５の回転により、カム環５のカム溝及び固定筒４の直線溝に係合している移動枠６及びレンズ枠１１の各突起は、カム溝及び直線溝に沿って移動する。このことにより、カム環５によって光軸方向の位置が決められている移動枠６とレンズ枠１１は、光軸方向に移動する。

レンズ枠２１は補正筒２を介して移動枠６に固定されているので、レンズ枠２１は移動枠６と同じ移動量で光軸方向に移動する。一方、レンズ群２０はレンズ枠２１に固定され、レンズ群１０はレンズ枠１１に固定されている。したがって、補正筒１の回転による移動枠６とレンズ枠１１の光軸方向の移動と一体になって、レンズ群１０及びレンズ群２０は光軸方向に移動することになる。この際、移動枠６の突起及びレンズ枠１１の突起は、カム環のカム溝に沿って両者の間隔を変化させながら移動する。これに伴いレンズ群１０とレンズ群２０との間隔も変化するので、ズーム機能を発揮させることができる。

温度が上昇した場合、補正筒１は温度上昇とともに、光軸方向の全長が伸びることになる。補正筒１の撮像面３側の端部は、固定筒４に光軸方向に固定されている。このため、温度上昇により、補正筒１の反撮像面３側の端部は反撮像面方向に移動する。

また、補正筒１の反撮像面３側の端部はカム環５に固定されているので、カム環５は補正筒１と一体に反撮像面３方向に移動する。このカム環５の移動に伴い、カム環５に突起を介して連結された移動枠６、レンズ枠１１は、両者の間隔を保持しながら反撮像面３方向に移動する。

一方、温度上昇により、補正筒２についても、光軸方向の全長が伸びる。補正筒２の反撮像面３側の端部は反撮像面３方向に移動する。補正筒２の反撮像面３側の端部はレンズ枠２１に固定されているので、レンズ枠２１も反撮像面３方向に移動する。

レンズ群２０は、補正筒２を介してレンズ枠２１に固定され、レンズ群１０はレンズ枠１１に固定されている。このため、補正筒１の伸びと一体になったカム環５の移動により、レンズ群１０及びレンズ群２０は同じ量移動する。さらに、レンズ群２０については、補正筒２の伸びによる移動量が加算されることになる。

すなわち、温度上昇により、レンズ群１０及びレンズ群２０は、同じ方向に移動しつつ、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔が変化することになる。詳細は後に説明するように、レンズ群１０とレンズ群２０の移動量の異なる移動により、精度の高い温度補正を実現している。

ここで、補正筒１、２の長さの変化に応じて、レンズ群１０及びレンズ群２０の移動量が決定されることになる。このため、温度補正作用を発揮するためには、補正筒１、２は温度上昇による所定の補正量（膨張量）が必要となる。補正量は、補正筒１、２の長さと、補正筒１、２を形成する材料の線膨張係数との積で決定される。補正筒１、２の長さを大きくすれば、補正量は確保できるが、補正筒１、２の長さは、レンズの全長及び鏡筒構成で制限されてしまう。

このため、補正量の確保には、補正筒１、２の線膨張係数を大きくし、補正筒１の線膨張係数はカム環より大きく、補正筒２の線膨張係数は、移動枠６より大きくすればよい。特に、補正筒１については、下記のように、線膨張係数の大きい樹脂材料で形成することも可能である。

レンズ枠１１は、固定筒４とカム環５とで、傾き精度が決定される。このため、固定筒４及びカム環５を金属材料で形成し精度を確保しておけば、補正筒１は金属材料に比べ加工精度の劣る樹脂材料で形成することができる。すなわち、補正筒１の材料選定の自由度が高まり、補正筒１は線膨張係数の大きい樹脂材料で形成することも可能になる。

次に、温度が１度変化したときの補正筒１の全長変化をΔｄ１とし、温度が１度変化したときの補正筒２の全長変化をΔｄ２とすると、レンズ群１０はΔｄ１だけ光軸上の位置が変化し、レンズ群２０はΔｄ１＋Δｄ２だけ光軸上の位置が変化する。この場合、レンズ群１０とレンズ群２０の間隔は、Δｄ２だけ変化することになる。

本実施の形態によれば、温度変化によって、レンズ群１０と撮像面３との間隔が変化するだけでなく、レンズ群１０とレンズ群２０の間隔も変化することになる。この構成によれば、温度変化による焦点位置の補正を、レンズ群同士の間隔を保持したまま行うのではなく、レンズ群１０と撮像面３との間隔の変化と、レンズ群１０とレンズ群２０の間隔の変化とで分担して行うことになる。

すなわち、レンズの温度変化によるフォーカス位置の変化を、補正筒１、２の温度変化による全長変化により、レンズ群１０、２０が、レンズ群同士の間隔を変化させて移動することで打ち消すことにより、フォーカス位置は撮像面３に固定されることになる。

ここで、ワイドとテレとでは、温度変化に対するバックフォーカスの変動量が異なっている。この場合、単にレンズ群１０とレンズ群２０とを一体に移動させるだけでは、仮にワイドでは補正量が適切であっても、テレでは補正量に過不足が生じ解像像が低下してしまうことになる。

この点に関し、検討したところ、温度変化によってレンズ群の間隔をさせることで、ズーム位置が異なる場合（例えばワイドとテレ）において、温度変化に対するバックフォーカスの変動量を小さくできることを見出した。このことにより、前記のような、温度変化の際に、単にレンズ群同士を一体に移動させるのではなく、レンズ群同士の間隔も変化させる構成を導き出すに至った。

ここで、ワイドで温度Ｔ０のとき、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔をｄＷ２とし、レンズ群１０と撮像面３（焦点位置）との間隔をｄＷ１とする。さらに、テレで温度Ｔ０のとき、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔をｄＴ２とし、レンズ群２０と撮像面３の間隔をｄＴ１とする。

この場合、ワイド及びテレにおいて、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔は以下のようになる。

温度Ｔ０（ワイド） ｄＷ２
温度Ｔ０＋１度（ワイド） ｄＷ２＋Δｄ２
温度Ｔ０（テレ） ｄＴ２
温度Ｔ０＋１度（テレ） ｄＴ２＋Δｄ２
また、レンズ群１０と撮像面３との間隔は以下のようになる。

温度Ｔ０（ワイド） ｄＷ１
温度Ｔ０＋１度（ワイド） ｄＷ１＋Δｄ１
温度Ｔ０（テレ） ｄＴ１
温度Ｔ０＋１度（テレ） ｄＴ１＋Δｄ１
以上より、温度が１度変化すると、ワイド、テレのいずれのときにおいても、レンズ群２０と撮像面３との間隔がΔｄ１変化しつつ、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔はΔｄ２変化することになる。このことにより、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮するようにしている。

なお、Δｄ１やΔｄ２は、補正筒１、２の線膨張係数と全長によって決定されるので、レンズの設計に合わせて、Δｄ１やΔｄ２を調整すればよい。

本実施の形態は、温度変化により焦点の変動が自動的に補正されることになる。このため、設置時にフォーカス調整し、使用時はフォーカスの再調整をしないプロジェクターに特に適している。プロジェクターに用いた場合は、プロジェクターのランプ等の温度上昇によってセット内部の温度が上昇しても、フォーカス位置変化を抑えることができ、高精細な映像を投影することができる。

また、本実施の形態は、長いバックフォーカスを必要とする反射型空間変調素子を用いたプロジェクターにも適している。

なお、前記実施の形態では、レンズ群１０、レンズ群２０、レンズが１枚の例で説明したが、各レンズ群のレンズは複数枚としてもよい．
また、レンズ群が２群であるズーム光学系で説明しているが、３群、４群等の３群以上のズーム光学系であってもよい。例えば、レンズ群１０のように、レンズ枠が直接カム環５に係合したレンズ群を追加した構成が考えられる。また、レンズ群２０のように、補正筒２を介してカム環５に係合したレンズ群を追加した構成も考えられる。

以上のように、本発明によれば、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮するので、例えば、プロジェクタ、ビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器のズームレンズ鏡筒に適している。

本発明は、温度補正機構を有するレンズ鏡筒に関し、例えば空間変調素子の画像情報をスクリーン上に拡大投射するプロジェクター、画像情報をフィルム、ＣＣＤ等の撮像手段面上に形成するビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器に用いられるレンズ鏡筒に関する。

従来より光学機器においては、温度変化に対してフォーカス位置が変動せず、温度に対して安定したものとするために、温度依存性の少ない材料でレンズ及び鏡筒が構成されている。コストの削減及び非球面を形成するために、レンズの材料としてプラスチックを使用する場合がある。この場合は、プラスチックレンズのパワーを小さくしたり、温度変化の影響の少ない位置にプラスチックレンズを配置したり、複数のプラスチックレンズで温度変化の影響を相殺するようにする必要がある。

また、例えばプロジェクター用のレンズは、セットの電源を入れた直後にフォーカス調整され、これ以降はフォーカス調整されない。その一方で、セットの内部の照明系からの熱でレンズの温度は上昇する。このため、動作開始時にフォーカス調整し、これ以降はフォーカス調整しないような製品は、特に温度に対してフォーカスが移動しない温度特性が必要である。

特許文献１には、温度変化に対して焦点位置の変動を補正する温度補正型光学装置が提案されている。この温度補正型光学装置では、鏡筒材料の線膨張係数による長さの変化と、レンズのフォーカス位置の変化とを相殺するように光学設計で工夫している。

特許文献２には、温度補償機能を有した撮影装置が提案されている。この撮影装置は、本体鏡筒に保持された２つのレンズ保持鏡筒により、レンズ系を２分割し、かつ本体鏡筒の線膨張係数をレンズ保持鏡筒の線膨張係数より大きしている。この構成により、温度変化によるフォーカス位置の変動を、レンズ間隔を変化させて少なくしている。

特許文献３には、温度補正機構を有した投影テレビ用集成レンズが提案されている。この投影テレビ用集成レンズは、温度変化に対して補正するようにバー部材を用いて光学系の一部の間隔を温度変化に対応して変化させることにより、フォーカス位置が変動しないようにしている。

特許文献４には、温度補正機構を有したズームレンズ鏡筒が提案されている。この構成は、ズーム鏡筒を構成するカム環を線膨張係数の違う素材の補正筒で連結している。このことにより、温度変化とともにすべてのレンズエレメントが一体となって光軸上を移動し、温度補正をする。またカム環と補正筒を同時に回転させることで各レンズ群の間隔を変化させることができ、ズームとして機能することができる。
特開平６−１３０２６７号広報 特開平６−１８６４６６号公報 特表２００２−５４４５３７号公報 特開２００４−２６４５７７号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の温度補正型光学装置は、コリメータ等の簡素な光学系に有効で、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。

また、前記特許文献２に記載の撮影装置は、２分割された光学系の間隔が変動するため、収差が変動しないように光学設計を実施する必要がある。このため、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。

また、特許文献３に記載の投影テレビ用集成レンズは、バー部材が光学系の位置を決めるため、この光学系の傾きを許容易以下に抑えるのは困難になる。光学系の間隔が変動するため、収差が変動しないように光学設計を実施する必要があり、長いバックフォーカスを必要とし、色収差を高いレベルで補正しようとするようなレンズに対しては、レンズ設計上の自由度が不足し、設計が困難となる。

このため、前記特許文献１−３には、複数のレンズ群が光軸上を移動するようなズームレンズに対して有効な温度補正の手段は提供されていなかった。

一方、前記特許文献４の構成は、ズームレンズに対する温度補正機構である。しかしながら、特許文献４の構成は、補正量はズーム位置に関係なく一定であるので、あるズーム位置での補正量を決定すれば別のズーム位置では補正量の過不足が生じる。

より具体的には、温度変化に対するレンズの焦点位置の変動は、レンズを構成するレンズエレメントの屈折率が変化することや、レンズエレメントの形状が変化することによって起きる。しかし、レンズエレメントの光軸上の間隔を変化させることによって焦点距離を変化させるようなズームレンズにおいては、温度が１度変化したときの焦点位置の変化量はズーム位置（例えばワイドやテレ）で変化することになる。

例えば、ワイド側で補正量を決定すれば、ワイド側で使用すれば温度変化が起こっても焦点位置は変化せず、高い解像度を維持できるが、テレ側で使用するときは温度変化とともに焦点位置は変化し、解像度が低くなってしまう。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮するレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のレンズ鏡筒は、第１のレンズを保持する第１のレンズ枠と、第２のレンズを保持する第２のレンズ枠と、前記第１のレンズ枠と係合し、前記第１のレンズ枠の光軸方向の位置を決めるカム環と、セット本体に固定する固定筒と、前記カム環とは線膨張係数が異なる材料で形成され、前記固定筒と係合し、かつ前記カム環に固定され、前記カム環の光軸方向の位置を決める第１の補正筒と、前記カム環と係合した移動枠と、前記移動枠とは線膨張係数が異なる材料で形成され、前記移動枠及び前記第２レンズ枠に固定され、前記第２のレンズ枠の光軸方向の位置を決める第２の補正筒とを備え、温度変化による前記第１の補正筒の光軸方向の寸法変動と一体になって、前記カム環が光軸方向に移動するとともに、前記第１及び第２のレンズが光軸方向に移動し、前記温度変化による前記第２の補正筒の光軸方向の寸法変動と一体になって、前記第２のレンズが光軸方向に移動し、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間隔が変化し、前記温度変化の際の前記第１及び第２のレンズの移動方向は、前記温度変化によるフォーカス位置の移動を打ち消す方向であることであることを特徴とする。

本発明のレンズ鏡筒によれば、ズーム位置によって温度変化による焦点位置の変化量が異なることに対して、温度変化の際に、各レンズ群の一体となった光軸方向の移動に加え、レンズ群同士の間隔を変化させる構成を実現している。このことにより、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮することができる。

前記本発明のレンズ鏡筒においては、前記カム環にはカム溝が形成され、前記固定筒には直線溝が形成され、前記第１のレンズ枠及び前記移動枠に形成された突起が、前記カム溝及び前記直線溝に係合しており、前記補正筒の光軸回りの回転により、前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、それぞれ別個に光軸方向に移動し、前記光軸回りの回転時には、前記カム環及び前記固定筒は光軸方向に固定されていることが好ましい。この構成によれば簡単な構成で、ズームレンズの温度補正機構を実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す断面図である。図２は、図１に示したレンズ鏡筒を光軸方向に分解したときの斜視図を示している。

図１は、遠方の物体を撮像面に結像する結像光学系をモデルとしているが、プロジェクタの光学系においても適用できる。

レンズ群１０とレンズ群２０とでズームレンズを構成している。ズームレンズの結像面は、撮像面３である。固定筒４により、レンズ本体をセットに固定している。

移動枠６、レンズ枠１１には、円周方向を３等分するように、３本の突起（図２の図示は２本）を設けている。固定筒４には、円周方向を３等分するように３本の直線溝（図２の図示は２本）が形成されている。固定筒４の各直線溝に、移動枠６及びレンズ枠１１の各突起が係合している。このことにより、移動枠６及びレンズ枠１１の各突起は、固定筒４の各直線溝内を移動できることになる。このため、移動枠６及びレンズ枠１１は、固定筒４に対して光軸方向に自由に移動できるようになっている。

カム環５には、円周方向を３等分するように３組のカム溝が形成されている。２個の貫通孔で１組のカム溝を構成している。１組のカム溝のうち、一方のカム溝に移動枠６の突起が係合し、他方のカム溝にレンズ枠１１の突起が係合している。したがって、カム環５のカム溝と各突起の係合により、移動枠６とレンズ枠１１との光軸上の間隔が決定されることになる。

カム環５は、固定筒４の外周に係合しており、光軸方向に移動可能であり、かつ光軸周りに回転可能である。カム環５の外周には、補正筒１が係合している。補正筒１及びカム環５の一端にはねじが形成されており、ねじの螺合により、カム環５は補正筒１に固定されている。補正筒１の他端は、固定筒４の溝部に係合しており、光軸方向に固定されているが、光軸周りに回転可能である。

したがって、カム環５の光軸上の位置は、補正筒１により決定している。また、補正筒１を光軸周りに回転させると、この回転は、補正筒１に固定されたカム環５に伝えられる。このことにより、補正筒１の回転と一体になってカム環５は回転することになる。

移動枠６に、補正筒２の一端がねじの螺合により固定されている。補正筒２の他端はねじの螺合により、レンズ枠２１に固定されている。すなわち、レンズ枠２１は、補正筒２を介して移動枠６に固定されていることになる。このため、レンズ群２０を保持したレンズ枠２１は、移動枠６の光軸方向の移動と一体になって移動することになる。

次に、ズーム位置を変更する操作をするときは、補正筒１を光軸周りに回転させる。このことにより、補正筒１の回転と一体になってカム環５は回転する。カム環５の回転により、カム環５のカム溝及び固定筒４の直線溝に係合している移動枠６及びレンズ枠１１の各突起は、カム溝及び直線溝に沿って移動する。このことにより、カム環５によって光軸方向の位置が決められている移動枠６とレンズ枠１１は、光軸方向に移動する。

レンズ枠２１は補正筒２を介して移動枠６に固定されているので、レンズ枠２１は移動枠６と同じ移動量で光軸方向に移動する。一方、レンズ群２０はレンズ枠２１に固定され、レンズ群１０はレンズ枠１１に固定されている。したがって、補正筒１の回転による移動枠６とレンズ枠１１の光軸方向の移動と一体になって、レンズ群１０及びレンズ群２０は光軸方向に移動することになる。この際、移動枠６の突起及びレンズ枠１１の突起は、カム環のカム溝に沿って両者の間隔を変化させながら移動する。これに伴いレンズ群１０とレンズ群２０との間隔も変化するので、ズーム機能を発揮させることができる。

温度が上昇した場合、補正筒１は温度上昇とともに、光軸方向の全長が伸びることになる。補正筒１の撮像面３側の端部は、固定筒４に光軸方向に固定されている。このため、温度上昇により、補正筒１の反撮像面３側の端部は反撮像面方向に移動する。

また、補正筒１の反撮像面３側の端部はカム環５に固定されているので、カム環５は補正筒１と一体に反撮像面３方向に移動する。このカム環５の移動に伴い、カム環５に突起を介して連結された移動枠６、レンズ枠１１は、両者の間隔を保持しながら反撮像面３方向に移動する。

一方、温度上昇により、補正筒２についても、光軸方向の全長が伸びる。補正筒２の反撮像面３側の端部は反撮像面３方向に移動する。補正筒２の反撮像面３側の端部はレンズ枠２１に固定されているので、レンズ枠２１も反撮像面３方向に移動する。

レンズ群２０は、補正筒２を介してレンズ枠２１に固定され、レンズ群１０はレンズ枠１１に固定されている。このため、補正筒１の伸びと一体になったカム環５の移動により、レンズ群１０及びレンズ群２０は同じ量移動する。さらに、レンズ群２０については、補正筒２の伸びによる移動量が加算されることになる。

すなわち、温度上昇により、レンズ群１０及びレンズ群２０は、同じ方向に移動しつつ、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔が変化することになる。詳細は後に説明するように、レンズ群１０とレンズ群２０の移動量の異なる移動により、精度の高い温度補正を実現している。

ここで、補正筒１、２の長さの変化に応じて、レンズ群１０及びレンズ群２０の移動量が決定されることになる。このため、温度補正作用を発揮するためには、補正筒１、２は温度上昇による所定の補正量（膨張量）が必要となる。補正量は、補正筒１、２の長さと、補正筒１、２を形成する材料の線膨張係数との積で決定される。補正筒１、２の長さを大きくすれば、補正量は確保できるが、補正筒１、２の長さは、レンズの全長及び鏡筒構成で制限されてしまう。

このため、補正量の確保には、補正筒１、２の線膨張係数を大きくし、補正筒１の線膨張係数はカム環より大きく、補正筒２の線膨張係数は、移動枠６より大きくすればよい。特に、補正筒１については、下記のように、線膨張係数の大きい樹脂材料で形成することも可能である。

レンズ枠１１は、固定筒４とカム環５とで、傾き精度が決定される。このため、固定筒４及びカム環５を金属材料で形成し精度を確保しておけば、補正筒１は金属材料に比べ加工精度の劣る樹脂材料で形成することができる。すなわち、補正筒１の材料選定の自由度が高まり、補正筒１は線膨張係数の大きい樹脂材料で形成することも可能になる。

次に、温度が１度変化したときの補正筒１の全長変化をΔｄ１とし、温度が１度変化したときの補正筒２の全長変化をΔｄ２とすると、レンズ群１０はΔｄ１だけ光軸上の位置が変化し、レンズ群２０はΔｄ１＋Δｄ２だけ光軸上の位置が変化する。この場合、レンズ群１０とレンズ群２０の間隔は、Δｄ２だけ変化することになる。

本実施の形態によれば、温度変化によって、レンズ群１０と撮像面３との間隔が変化するだけでなく、レンズ群１０とレンズ群２０の間隔も変化することになる。この構成によれば、温度変化による焦点位置の補正を、レンズ群同士の間隔を保持したまま行うのではなく、レンズ群１０と撮像面３との間隔の変化と、レンズ群１０とレンズ群２０の間隔の変化とで分担して行うことになる。

すなわち、レンズの温度変化によるフォーカス位置の変化を、補正筒１、２の温度変化による全長変化により、レンズ群１０、２０が、レンズ群同士の間隔を変化させて移動することで打ち消すことにより、フォーカス位置は撮像面３に固定されることになる。

ここで、ワイドとテレとでは、温度変化に対するバックフォーカスの変動量が異なっている。この場合、単にレンズ群１０とレンズ群２０とを一体に移動させるだけでは、仮にワイドでは補正量が適切であっても、テレでは補正量に過不足が生じ解像像が低下してしまうことになる。

この点に関し、検討したところ、温度変化によってレンズ群の間隔をさせることで、ズーム位置が異なる場合（例えばワイドとテレ）において、温度変化に対するバックフォーカスの変動量を小さくできることを見出した。このことにより、前記のような、温度変化の際に、単にレンズ群同士を一体に移動させるのではなく、レンズ群同士の間隔も変化させる構成を導き出すに至った。

ここで、ワイドで温度Ｔ０のとき、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔をｄＷ２とし、レンズ群１０と撮像面３（焦点位置）との間隔をｄＷ１とする。さらに、テレで温度Ｔ０のとき、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔をｄＴ２とし、レンズ群２０と撮像面３の間隔をｄＴ１とする。

この場合、ワイド及びテレにおいて、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔は以下のようになる。

温度Ｔ０（ワイド） ｄＷ２
温度Ｔ０＋１度（ワイド） ｄＷ２＋Δｄ２
温度Ｔ０（テレ） ｄＴ２
温度Ｔ０＋１度（テレ） ｄＴ２＋Δｄ２
また、レンズ群１０と撮像面３との間隔は以下のようになる。

温度Ｔ０（ワイド） ｄＷ１
温度Ｔ０＋１度（ワイド） ｄＷ１＋Δｄ１
温度Ｔ０（テレ） ｄＴ１
温度Ｔ０＋１度（テレ） ｄＴ１＋Δｄ１
以上より、温度が１度変化すると、ワイド、テレのいずれのときにおいても、レンズ群２０と撮像面３との間隔がΔｄ１変化しつつ、レンズ群１０とレンズ群２０との間隔はΔｄ２変化することになる。このことにより、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮するようにしている。

なお、Δｄ１やΔｄ２は、補正筒１、２の線膨張係数と全長によって決定されるので、レンズの設計に合わせて、Δｄ１やΔｄ２を調整すればよい。

本実施の形態は、温度変化により焦点の変動が自動的に補正されることになる。このため、設置時にフォーカス調整し、使用時はフォーカスの再調整をしないプロジェクターに特に適している。プロジェクターに用いた場合は、プロジェクターのランプ等の温度上昇によってセット内部の温度が上昇しても、フォーカス位置変化を抑えることができ、高精細な映像を投影することができる。

また、本実施の形態は、長いバックフォーカスを必要とする反射型空間変調素子を用いたプロジェクターにも適している。

なお、前記実施の形態では、レンズ群１０、レンズ群２０、レンズが１枚の例で説明したが、各レンズ群のレンズは複数枚としてもよい．
また、レンズ群が２群であるズーム光学系で説明しているが、３群、４群等の３群以上のズーム光学系であってもよい。例えば、レンズ群１０のように、レンズ枠が直接カム環５に係合したレンズ群を追加した構成が考えられる。また、レンズ群２０のように、補正筒２を介してカム環５に係合したレンズ群を追加した構成も考えられる。

以上のように、本発明によれば、ズーム位置が変化しても、精度の高い温度補正作用を発揮するので、例えば、プロジェクタ、ビデオカメラ、フィルムカメラ、デジタルカメラ等の光学機器のズームレンズ鏡筒に適している。

本発明の一実施の形態に係るレンズ鏡筒の構成を示す断面図。 図１に示したレンズ鏡筒を光軸方向に分解したときの斜視図。

Claims (2)

1. 第１のレンズを保持する第１のレンズ枠と、
   第２のレンズを保持する第２のレンズ枠と、
   前記第１のレンズ枠と係合し、前記第１のレンズ枠の光軸方向の位置を決めるカム環と、
   セット本体に固定する固定筒と、
   前記カム環とは線膨張係数が異なる材料で形成され、前記固定筒と係合し、かつ前記カム環に固定され、前記カム環の光軸方向の位置を決める第１の補正筒と、
   前記カム環と係合した移動枠と、
   前記移動枠とは線膨張係数が異なる材料で形成され、前記移動枠及び前記第２レンズ枠に固定され、前記第２のレンズ枠の光軸方向の位置を決める第２の補正筒とを備え、
   温度変化による前記第１の補正筒の光軸方向の寸法変動と一体になって、前記カム環が光軸方向に移動するとともに、前記第１及び第２のレンズが光軸方向に移動し、
   前記温度変化による前記第２の補正筒の光軸方向の寸法変動と一体になって、前記第２のレンズが光軸方向に移動し、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間隔が変化し、
   前記温度変化の際の前記第１及び第２のレンズの移動方向は、前記温度変化によるフォーカス位置の移動を打ち消す方向であることであることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記カム環にはカム溝が形成され、前記固定筒には直線溝が形成され、前記第１のレンズ枠及び前記移動枠に形成された突起が、前記カム溝及び前記直線溝に係合しており、
   前記補正筒の光軸回りの回転により、前記第１のレンズと前記第２のレンズとは、それぞれ別個に光軸方向に移動し、
   前記光軸回りの回転時には、前記カム環及び前記固定筒は光軸方向に固定されている請求項１に記載のレンズ鏡筒。

Images