JPWO2016121033A1 - フレアカット部材、レンズ装置、及び光学装置 - Google Patents

Abstract

フレアカットを内蔵した状態で、レンズ系を回転調整可能な光学装置を提供することを目的とする。そのために、本発明に係るフレアカット部材は、レンズ周辺部に入射する光束を遮光する遮光面と、遮光面に形成され、レンズ玉に入射する光束が通過する開口部と、を備え、前記開口部の形状が回転対称な形状であること、を特徴とする。

Description

本発明は、フレアカット部材を有するレンズ装置や光学装置に関する。

近年、デジタルカメラ用レンズなどの光学系や、投写型装置などの光学系においても、高い光学性能を有し、かつ光学系の小型軽量が求められている。このために、口径の大きなレンズや曲率半径の小さいレンズ面を有するレンズ玉が多く使用されるようになってきている。

このようなレンズ玉を光学系に用いるとレンズ玉の周辺部では光線が大きな角度で入射する。このため誘電多層膜を単層または多層積層した反射防止膜では入射角度が広範囲となるために反射を十分に抑制することができず、ゴーストやフレアなどの有害光が発生する原因となる。

レンズ玉の周辺部で発生する有害光を低減するために、従来よりフレアカットを配置した光学系が知られている。例えば、特許文献１の実施例２には、撮像範囲に相当する像高に結像する光束が通過し、それ以外の光束を遮光するフレアカットが開示されている。

米国特許第８３２５２６７号明細書抜粋

ところで、口径の大きなレンズ玉や曲率半径の小さいレンズ玉が多く使用された光学系では、各レンズ玉の偏心・倒れの量についても、より小さな値が要求される。各レンズ玉の偏心・倒れ量を目標値以下とすることが望ましいのだが、組レンズ全体の偏心・倒れ量の発生している方向によっては、良好な解像度性能が得られる場合がある。

例えば、撮像レンズと撮像素子との関係では、撮像レンズを構成する各レンズ玉の偏心・倒れの方向が、撮像素子の矩形な有効範囲の長辺に平行な方向の場合は、解像度性能の劣化が大きくなり、一方、撮像レンズを構成する各レンズ玉の偏心・倒れの方向が、撮像素子の矩形な有効範囲の短辺に平行な方向の場合は、解像度性能の劣化が小さくなる。この理由は、同じ偏心・倒れ量でも、短辺方向より長辺方向の像高が大きくなるので、偏心・倒れの影響は長辺方向で大きくなるからである。

ここで、特許文献１では、フレアカットの開口部形状を矩形状に形成し、かつ光学系の中に配置しているので、フレアカットを配置した状態の組レンズを回転させると、フレアカットの開口部を通過した光束が撮像素子に入射する位置が変化し、必ずしも撮像素子の有効範囲に入射するとは限らない。そのため、組レンズを回転させて偏心・倒れの調整をすることができないという課題がある。尚、厳密には１８０度の回転調整は可能であるが、撮像素子の有効範囲との関係が変わらないので、実質的に回転調整したことにならない。

本発明は、上記した課題に鑑みてなされたもので、フレアカットを配置した状態の組レンズでも回転調整可能な技術を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、光学装置の組レンズを構成するレンズ玉の光束入射側に、前記レンズの周辺部への光束の入射を遮光する遮光面及び前記遮光面に形成され、前記レンズ玉に入射する光束が通過する回転対称な形状の開口部を備えたフレアカット部材を配置することを特徴とする。

本発明によれば、フレアカットを配置した状態の組レンズでも回転調整可能な技術を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第一実施形態に係るフレアカットの構成図 図１のフレアカットを組み込んだ投写光学系１の構成図 ＹＺ平面における投射光学系１を通過する光束の光路を示す図 フレアカットを組み込む前の光束範囲を表す図 第一実施形態に係るフレアカットによる光束の遮光作用を表す図 第一実施形態に係るフレアカットを組み込んだ組レンズの回転調整の説明図（ＸＹ断面図） 第二実施形態に係るフレアカットの構成図 第二実施形態に係るフレアカットの変形例の構成図 第三実施形態に係るフレアカットの構成図 第三実施形態に係るフレアカットを組み込んだ組レンズの回転調整の説明図（ＸＹ断面図） 上記実施形態にかかる投写光学系を搭載したフロントプロジェクタの構成図

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一の符合を付して示し、一度述べたものについては、その重複する説明を省略する。

[第一実施形態]
第一実施形態は、回転対称な多角形状の一例として六角形形状を採用したフレアカット部材に係る実施形態である。まず、図１乃至図３を参照して、第一実施形態に係るフレアカット及びそれを組み込んだ投写光学系の構成について説明する。図１は第一実施形態に係るフレアカット１００の構成図であり、図２は図１のフレアカット１００を組み込んだ投写光学系１の構成図である。図３は、ＹＺ平面における投写光学系１を通過する光束の光路を示す図である。

図１に示すように、フレアカット部材１００（以下「フレアカット」と略記する）は、円形の板状部材からなり、有害光を遮光する遮光面１０１と、その略中央部に備えられた開口部１０２と、を含んで形成される。第一実施形態に係るフレアカット１００は、その開口部１０２の形状を回転対称な形状の一例である正六角形形状としている。

図２に示す斜投写の投写光学系１は、ＹＺ平面で斜投写するレンズ構成を有し、縮小側（光束入射側）から順に、回転対称な第１同軸レンズ系Ｌ_１及び第２同軸レンズＬ_２と、非回転対称レンズＬ_３と、非回転対称ミラーＭ_４と、を配置して構成される拡大光学系のレンズ装置である。

投写光学系１は、ＹＺ平面内において第１同軸レンズ系Ｌ_１及び第２同軸レンズＬ_２を同一光軸上に配置し、非回転対称レンズＬ_３及び非回転対称ミラーＭ_４を第１同軸レンズ系Ｌ_１及び第２同軸レンズＬ_２の光軸Ａ_１よりもＹ軸方向において上方向に配置して構成される。従って、図３に示すように、ＹＺ平面では光束は第２同軸レンズ系Ｌ_２の全体ではなく、略上半分の箇所を通過する。

図３に示すように、第１同軸レンズ系Ｌ_１及び第２同軸レンズＬ_２は共通な光軸Ａ_１を有し、この光軸Ａ_１は、物中心及び仮想像面Ｓの中心を結んだ直線Ａ_２とは異なる。なお、図３では、実際の像面（不図示）までの光線図で表すと、レンズ玉が小さくなりすぎてしまうので、非回転対称ミラーＭ_４で反射した光を反射直後から仮想像面Ｓまでの一部について表している。この図３から、光軸Ａ_１、及び物中心と実際の像面（不図示）の中心とを結ぶ直線が異なることは明らかである。

回転対称な第１同軸レンズ系Ｌ_１では、光軸方向に移動調整するフランジバック調整を行っている。フランジバック調整は、製造のレンズ組立の段階でのバックフォーカス調整であり、スペーサを組み替える方法もあるが、作業の容易性からは、第１同軸レンズ系Ｌ_１を保持する鏡筒の内側鏡筒と、その内側鏡筒を収容する外側鏡筒の間にヘリコイドのネジを設けて、第１同軸レンズ系Ｌ_１を光軸方向に移動させることが一般的である。従って、このフランジバック調整では、第１同軸レンズ系Ｌ_１は、光軸Ａ_１回りに回転する。一方、第２同軸レンズ系Ｌ_２は、ヘリコイド調整では不動であり、光軸Ａ_１回りに回転することはない。また、非回転対称レンズ系Ｌ_３は、各レンズ玉を光軸方向に移動させることで合焦作用を行っている。非回転対称ミラーＭ_４は、非回転対称レンズ系Ｌ_３の合焦作用時において、不動であり。この非回転対称レンズＬ_３と非回転対称ミラーＭ_４では、主に斜投写で発生する台形歪の補正を行っている。

この第２同軸レンズ系Ｌ_２の中のレンズＬ_２４とレンズＬ_２５の間に、フレアカット１００が配置される（図２参照）。フレアカット１００を投写光学系１の中に配置する理由は、以下のとおりである。

物点のそれぞれ別の位置から出射した光束は、光学系の中で重なり合い、像面側に近づくほど分離し、像面側のそれぞれ対応する位置に集光する。もしここで、フレアカットを像面の直前に配置したとすると、像の周辺部の光束のみが遮光されるので、像高に対する周辺光量比が最大像高で急激に減少してしまう。像面の中央部の明るさに対する周辺部の明るさが目標値を満足していたとしても、周辺部での光量が急激に劣化していると、周辺部の暗さが目立つ、品位の悪い像になってしまう。

そこで、本実施形態では、第２同軸レンズＬ２を構成するレンズ玉Ｌ_２５の縮小側（光束入射側）にフレアカット１００を配置することで、周辺光量比の急激な劣化を防止している。以下、フレアカット１００の作用について、図４と図５を用いて説明する。

図４は、フレアカット１００を用いないときの像面での矩形領域の像点１７箇所に到達する光束のレンズＬ_２５の入射面での各光束範囲を表す図である。その光束の中で、図の像面の像点５１・５２・５３・５４に対応する光束に同じ番号をつけた。図４で円弧状の点線２５は、レンズＬ_２５の入射面での有効径に相当し、この面の有効径では、像面の上端の像点５２の光束の一部を遮光していることが分かる。

この面の有効径を小さくすると、最初に、像点５２の光束のみが遮光され、さらに、この面の有効径を小さくしていくと、像点５１・５２の光束が遮光される。即ち、像点５１の光束を遮光する前に、像点５２の光束が大きく遮光されてしまい、周辺光量比が小さくなり過ぎ、像点５２が暗くなり過ぎてしまう。

図５は、第２同軸レンズ系Ｌ_２の中のレンズＬ_２４とレンズＬ_２５の間にフレアカット１００を配置した平面での、各光束範囲を説明する図である。先に説明した図４の、レンズＬ_２５の入射面での光束範囲とでは、特に、像点５３・５４の光束に対しては光軸２の方向の位置が異なるので、その光束の重なり方が違って見えているが、像点５１・５２の光束では、光軸２の方向の位置がレンズＬ_２５の入射面に近いので、ほぼ、図４と同様な光束範囲が得られている。

この図４のフレアカット１００の開口部１０２（図１参照）の形状を六角形形状とすることで、像点５２での遮光量を抑えながら、像点５１の光束のフレアも同時にカットすることができるようになる。

ところで、この図５では、像点５３・５４の光束に関しては、一切、遮光していないので、この遮光関係からは、六角形形状は不要であるが、フレアカット１００の開口部１０２の形状を六角形形状とした理由は、フレアカット１００を内蔵した同軸レンズ系Ｌ_２全体での回転調整を可能とするためである。以下、回転調整について説明する。

第２同軸レンズ系Ｌ_２は、本来は、光軸２（図１、図２参照）回りに回転させても全く影響がないはずである。しかしながら、実際の組レンズでは、各レンズ玉の組み込みでの偏心や倒れが起きた方向と、先に説明した図５での光束の通過範囲との関係で、第２同軸レンズ系Ｌ_２を光軸２回りに回転させた方が、投写光学系１全体の光学性能に違いが生じる。そこで、フレアカット１００を内蔵する第２同軸レンズ系Ｌ_２を光軸２回りに回転調整しても、フレアの遮光作用が変わらないように、フレアカット１００の開口部１０２の形状を回転対称形状に形成した。

更に、回転対称形状のうちの一つとして六角形形状を採用することで、像外縁部付近に位置する各像点（例えば像点５１、５２）間の周辺光量の差を小さくし、像周辺部の光量をより均一にすることができる。そのため、同一の矩形状の像の周辺部において、例えば矩形状の辺の中央部の光量と隅の光量との差をより小さくすることができる。

図６は、フレアカットを組み込んだ組レンズの回転調整の説明図であって、フレアカット１００と回転対称な第２同軸レンズ系Ｌ_２を内蔵する内側鏡筒３０１と、その外側に配置される外側鏡筒３０２との関係を表す図である。なお、図６では、第２同軸レンズ系Ｌ_２の図示を省略するものの、内側鏡筒３０１内に第２同軸レンズ系Ｌ_２は保持される。

内側鏡筒３０１の外周部には、１２０度刻みに凹部３１１が設けられる。また、外側鏡筒３０２の内周部には、１２０度刻みに凸部３１２が設けられる。外側鏡筒３０２内に内側鏡筒３０１を回転可能に収容し、凸部３１２を凹部３１１にはめ合わせることで、内側鏡筒３０１と外側鏡筒３０２を１２０度刻みでずらして組み込むことが可能となっている。このとき、開口部１０２の形状が六角形形状のフレアカット１００では、光軸２回りに１２０度刻みで回転調整しても、フレアの遮光作用が保持できている。

尚、第一実施形態では、フレアカット１００の遮光部の形状は正六角形形状なので光軸２回りに６０度刻みで回転しても回転対称である。よって、内側鏡筒３０１を外側鏡筒３０２に対して６０度刻みに角度を変えられる構造とすれば、６０度刻みでの回転調整も可能にできる。

上記の説明では、遮光面１０１の開口部１０２の形状を正六角形の形状としたが、角の頂点部分を曲面でつないだ開口形状にしても、本発明の効果が得られることは、いうまでもない。同様に、遮光面の開口形状をなす正六角形の各辺の形状を直線ではなく、曲線でつなげても良いことも、同様である。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、フレアカットの開口部形状が光軸周りのある角度においてのみ回転対称な形状に形成する実施形態である。第二実施形態は、フレアカットのみが第一実施形態と異なるので、フレアカットの機能についてのみ説明し、他の説明は省略する。以下、図７を用いて第二実施形態に係るフレアカット１００ａについて説明する。ここで、図７は第二実施形態に係るフレアカットの構成図である。

図７に示すように、本実施形態に係るフレアカット１００ａの開口部１０２ａの形状は、正六角形形状ではない六角形形状である。そして、六角形形状の開口中心（光軸２）から各辺までの距離が相対的に大きい値ａの辺と、相対的に小さい値ｂの辺との２種類があり、距離ａの辺と、距離ｂの辺が、交互に隣接した構成になっている。従って、このフレアカット１００ａは、光軸２回りに１２０度刻みで回転しても対称な形状をしている。

従って、第一実施形態と同様に、フレアカット１００ａを内蔵する第２同軸レンズ系Ｌ_２での回転調整が可能となっている。

なお、フレアカット１００ａが６０度刻みで回転した場合には、回転の前後で回転対称にはならない。よって、フレアカット１００ａの開口部１０２ａの形状は、光軸周りにある角度、すなわち１２０度回転した場合に回転対称な形状である。

ところで、フレアカット１００ａは、距離ｂが距離ａより小さいので、図５の像点５２での遮光を同じままで、像点５１の光束を大きく遮光している。

尚、このフレアカット１００ａを６０度ずらして組み込むことで、逆に、像点５１の遮光を同じままで、像点５２の光束を大きく遮光することも可能となる。

次に、第二実施形態の変形例について、図８を用いて説明する。図８は、第二実施形態に係るフレアカットの変形例を示す構成図である。既述の第一実施形態の説明の中で、遮光面の開口部の形状をなす正六角形の各辺の形状を直線ではなく、曲線でつなげても良いと説明したが、図８のフレアカット１００ｂでは、開口部１０２ｂの形状を光軸２からの各辺までの距離が大きい値ａの辺と、小さい値ｂの辺とが、交互に隣接し、距離が大きい値ａである辺は、円弧の一部を成すように形成される。光軸２からの距離がａとｂで異なるので、このフレアカット１００ｂでも、像点５１のフレアを遮光することができる。

本実施形態によれば、フレアカットの開口部形状を光軸中心（開口部中心）周りの一部の回転角度においては回転前後で回転対称な形状とし、残りの回転角度においては回転前後で非回転対称な形状とすることで、像の周辺光量をより均一にしたい場合は回転対称となる回転角度で、周辺光量に差を設けたい場合は非回転対称となる回転角度で回転調整をすることができる。特に組レンズにおいて偏心倒れに左右差が大きい場合に、後者の回転調整が有効である。

＜第三実施形態＞
フレアカットの開口部形状は、点対称な五角形以上の多角形形状であればよいが、第三実施形態では、第一、第二実施形態の六角形形状よりも辺の数が多い形状として八角形形状を採用する。以下、図９及び図１０を用いて、第三実施形態について説明する。ここで、図９は第三実施形態に係るフレアカットの構成図である。また図１０は、第三実施形態に係るフレアカットを組み込んだ組レンズの回転調整の説明図であって、フレアカットと回転対称な第２同軸レンズ系Ｌ_２を内蔵する内側鏡筒と外側鏡筒の関係を表す図である。なお、本実施形態では、フレアカットと内側鏡筒と外側鏡筒とのみが、第一実施形態と異なるので、フレアカットの機能と内側鏡筒と外側鏡筒とについてのみ説明し、他の説明は省略する。

図９のフレアカット１００ｃの開口部１０２ｃの形状は、正八角形形状である。フレアカット１００ｃは、光軸２回りに４５度刻みで回転しても対称な形状をしている。

従って、第一実施形態と同様に、フレアカット１００ｃを内蔵する第２同軸レンズ系Ｌ_２での回転調整が可能となっている。

そして、図１０に示すように、第２光軸レンズ系Ｌ_２を内蔵する内側鏡筒３０１aと外側鏡筒３０２aでは、９０度刻みで回転して組み込める構造をしている。

内側鏡筒３０１aの外周部には、９０度刻みで４つの凹部３１１が備えられる。一方、外側鏡筒３０２aの内周部には、９０度刻みで４つの凸部３１２が備えられる。これにより、凹部３１１に凸部３１２をはめ合わせ、内側鏡筒３０１aと外側鏡筒３０２aとを９０度刻みでずらして組み込むことが可能となっている。このとき、フレアカット１００ｃの開口部１０２ｃの形状が八角形形状であるので、光軸２回りに９０度刻みで回転調整しても、フレアの遮光作用が保持できている。

本実施形態によれば、第一、第二実施形態よりも更に細かい回転角度においてもフレアカットの回転対称性を担保できるので、レンズの偏心・倒れの微調整の精度をより向上させることができる。

＜第四実施形態＞
上記した投写光学系は、組レンズを搭載した光学装置、例えばフロントプロジェクタやリヤプロジェクションテレビといった拡大投影を行う光学装置に適用することができる。その一例として、第四実施形態では、上記フレアカットを用いたフロントプロジェクタについて図１１を参照して説明する。図１１は、上記実施形態にかかる投写光学系を搭載したフロントプロジェクタの構成図である。

図１１のフロントプロジェクタ４００は、映像入力信号４３０を例えばＩＰ変換、スケーラ等により内部映像信号４３１に変換する入力信号処理部４１１と、内部映像信号４３１に対し、例えばキートン補正や解像度補正を施して補正映像信号４３２を出力する画像処理部４１２と、補正映像信号４３２を水平・垂直同期信号に対応させて表示制御信号４３３を生成するタイミング制御部４１３と、映像を表示する光学系装置４２０と、を含んで構成される。

光学系装置４２０は、スクリーン４４０へ映像を投影するための光線を照射する光源４２１と、表示制御信号４３３を入力とし、光源４２１からの光線の階調を画素毎に調整し、投射映像を作成するパネル４２２と、投射映像をスクリーンに拡大投影するためのレンズを内蔵した投写光学系４２３とを含んで構成される。この投写光学系４２３に、上記第一実施形態から第三実施形態で説明した投写光学系を適用することができる。

上記各実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内の変更態様は本発明に含まれるものである。例えば変更態様の例として、フレアカット部材の開口部形状を回転対称な形状、例えば円形状や回転対称な角度が複数存在する形状のように、上記で示した多角形状とは異なる形状に形成してもよい。また、レンズ装置の外側鏡筒及び内側鏡筒の回転角度とフレアカットの開口部が回転対称形状を保持できる角度とが一致するのであれば、レンズ装置を上記六角形状や八角形状とは異なる角度でも内側鏡筒を回転させて調整可能に形成してもよい。

１…投写光学系、２…光軸、Ｌ_１…回転対称な第１同軸レンズ系、Ｌ_２…回転対称な第２同軸レンズ系、Ｌ_３…非回転対称レンズ、Ｍ_４…非回転対称ミラー、５１、５２、５３、５４…像面上の４か所に対応する光束範囲、１００…フレアカット、１０１…遮光面、１０２…開口部、３０１…フレアカットを含む組レンズを内蔵する内側鏡筒、３０２…フレアカットを含む組レンズを内蔵する外側鏡筒

Claims (8)

1. レンズ周辺部に入射する光束を遮光する遮光面と、
   前記遮光面に形成され、前記レンズ玉に入射する光束が通過する開口部と、を備え、
   前記開口部の形状が回転対称な形状であること、
   を特徴とするフレアカット部材。
2. 前記開口部の形状は、回転対称な角度が複数存在する形状であること、
   を特徴とする請求項１に記載のフレアカット部材。
3. 前記開口部の形状が点対称な五角形以上の多角形形状であること、
   を特徴する請求項２に記載のフレアカット部材。
4. 前記開口部の形状が六角形形状であること、
   を特徴とする請求項３に記載のフレアカット部材。
5. 前記開口部の形状が正八角形形状であること、
   を特徴とする請求項３に記載のフレアカット部材。
6. 前記開口部の多角形形状は、前記開口部の開口中心から前記多角形形状を形成する各辺までの距離が相対的に大きな値を有する辺及び前記距離が相対的に小さい値を示す辺を含んで形成され、かつ、前記距離が相対的に長い辺と前記距離が相対的に短い辺とが交互に隣接して配置された形状である、
   ことを特徴する請求項３に記載のフレアカット部材。
7. 拡大光学系のレンズ装置であって、
   外側鏡筒と
   前記外側鏡筒内に、前記外側鏡筒に対して回転可能に収容される内側鏡筒と、
   前記内側鏡筒内において、同軸光軸上に配置された回転対称な複数のレンズ玉と、
   前記複数のレンズ玉のうちの一のレンズ玉における光束入射側に配置されるフレアカット部材と、を備え、
   前記フレアカット部材は、前記一のレンズ玉の周辺部に入射する光束を遮光する遮光面及び前記遮光面に形成され前記レンズ玉に入射する光束が通過する回転対称な形状の開口部を備える、
   ことを特徴とするレンズ装置。
8. 拡大光学系の複数のレンズ装置を共通する光軸上に配置すると共に、前記複数の同軸レンズ装置に共通な光軸と、物中心及び像中心を結んだ直線と、が異なる光学装置において、
   前記複数の同軸レンズ装置のうちの一つは、
   外側鏡筒と、
   前記外側鏡筒内に、前記外側鏡筒に対して回転可能に収容される内側鏡筒と、
   前記内側鏡筒内において、同軸光軸上に配置された回転対称な複数のレンズ玉と、
   前記複数のレンズ玉のうちの一のレンズ玉における光束入射側に配置されるフレアカット部材と、を含み、
   前記フレアカット部材は、前記一のレンズ玉の周辺部に入射する光束を遮光する遮光面及び前記遮光面に形成され前記レンズ玉に入射する光束が通過する回転対称な形状の開口部を備える、
   ことを特徴とする光学装置。

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