WO2012132780A1

WO2012132780A1 - レンズ装置

Info

Publication number: WO2012132780A1
Application number: PCT/JP2012/055629
Authority: WO
Inventors: 秀一細谷
Original assignee: 富士フイルム株式会社
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2012-10-04
Also published as: JPWO2012132780A1

Abstract

　レンズ装置は、カムフォロアとカム孔とのガタつきを防止する。　レンズ装置（１２）は、前レンズユニット（４１）、後レンズユニット（４２）、支持筒（４３）、カム筒（４４）を備える。カム筒（４４）には、前カム孔（６１）、後カム孔（６２）が３個ずつ形成されている。各カム孔（６１，６２）の壁面は、カム筒（４４）の外周面に向かうにつれて幅が広がるように傾斜面に形成されている。レンズ枠（４７）に取り付けられた円錐ローラ（５３）は、円錐筒形をしており、弾性変形可能にカム孔（６１，６２）に嵌合する。

Description

レンズ装置

　本発明は、レンズ装置に関するものである。

　光学装置例えばプロジェクタやデジタルカメラなどでは、画像を投映させたり、画像を結像させたりするためにレンズ装置が用いられている。このレンズ装置では、焦点調節や倍率変更のために、可動レンズを保持したレンズ枠が光軸方向に移動する。レンズ枠の移動機構としては、カム孔（溝も含む）が形成されたカム筒と、このカム筒を回転可能に収納する支持筒とから構成されたものが一般的である。レンズ枠の外周には、ローラやシャフト等のカムフォロアが取り付けられ、このカムフォロアがカム筒のカム孔に嵌まっている。レンズ枠は、支持筒の直進孔などによって回転止めされているため、カム筒を回転させると、カムフォロアがカム孔に沿って光軸方向に移動する。

　近年では、コストダウンを図るために、樹脂を金型に注入する射出成形で、カム筒を製造することが広く行われている。特許文献１記載のレンズ装置では、カム孔は、カム筒の外周面に向かうにつれて幅が広がるように傾斜面（テーパ面）に形成され、これに合せてカムフォロアの周面も傾斜面に形成されている。カムフォロアは、スプリングの付勢により、周面がカム面を押圧することで、カムフォロアとカム孔とのガタが防止される。

特開２００９－２９４２６７号公報

　特許文献１では、カムフォロアの周面をカム孔に押圧するためにスプリングを用いているため、部品点数が増加してコストアップを招くことになる。また、このスプリングは、カムフォロアの内部に設けられているため、カムフォロアの組込みの作業性が悪いという問題もある。

　本発明は、簡単な構成でカムフォロアとカム孔とのガタを防止することができるレンズ装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明のレンズ装置は、回転可能なカム筒と、少なくとも１個のカム孔と、レンズを保持するレンズ枠と、少なくとも１個のカムフォロアとを備えている。カム孔は、カム筒に形成されており、内周面から外周面に向かうにつれて幅が広がるように壁面が傾斜している。カムフォロアは、レンズ枠に取り付けられており、カム孔と協働してレンズ枠を光軸方向に移動させる。このカムフォロアは、弾性変形可能にカム孔に嵌合する筒形の錐形部を有している。この錐形部は、外周面の傾斜がカム孔の傾斜よりも大きい。

　カム筒は、樹脂材料を用い、射出成形によって作成するのが望ましい。錐形部は、円錐筒形をした円錐ローラであることが望ましい。この円錐ローラは、カム孔の外側縁に当接していることが望ましい。

　カムフォロアは、円錐ローラをレンズ枠に回転可能に取り付ける取付けネジを有することが望ましい。取付けネジは、円錐ローラの内周面を押圧する頭部を有し、取付けネジのネジ込み量に応じて、円錐ローラの弾性変形量が変わる。

　円錐ローラは、厚みが同じ筒形をしていることが望ましい。円錐ローラは、少なくとも２個のスリットを形成した筒形をしていることが望ましい。円錐ローラは、先端に向かうにつれて厚みが薄くなる筒形をしていてもよい。

　レンズ装置は、カム筒を回転可能に支持する支持筒を備えることが望ましい。この支持筒には、レンズ枠の回転を阻止して、光軸方向に移動させる直進孔が形成されている。カムフォロアは、直進孔に嵌合する円筒ローラを有することが望ましい。この円筒ローラは、円錐ローラと隣接した状態で取付けネジによって、レンズ枠に取り付けられている。

　カムフォロアは、ローラと、このローラをレンズ枠に回転可能に取り付ける取付けネジとで構成することが望ましい。このローラは、直進孔に嵌合する軸部と、錐形部とが一体に形成されている。

　本発明によれば、カム孔の壁面の傾斜角度よりも大きい角度で傾斜した外周面を有し、筒形をした錐形部を用い、弾性変形した状態でカム孔に嵌合させているから、スプリングを使用せずに、錐形部とカム孔とのガタを防止することができる。これにより、本発明は、レンズ枠の移動によるズーミングやフォーカシングでの作動ムラを防止することができる。

　また、錐形ローラは、カム孔の外側縁に当接しているが、射出成形により樹脂からカム筒を形成する場合に、カム孔の寸法精度は、内側縁よりも外側縁の方がよいので、カムフォロアがカム孔の内側縁に当接するものに比べて、ガタを確実に防止することができる。

図１は、本発明のレンズ装置を備えたプロジェクタを示す斜視図である。図２は、プロジェクタの概略的な構成を示す説明図である。図３は、外筒を外した状態のレンズ装置を示す斜視図である。図４は、支持筒を示す斜視図である。図５は、カム筒を示す斜視図である。図６は、前レンズユニットを示す斜視図である。図７は、カムフォロアを分解して示すレンズ装置の横断面図である。図８は、レンズ装置の横断面図である。図９は、カムフォロアの拡大断面図である。図１０は、円錐ローラの先端側を薄肉とした実施形態の要部を示す縦断面図である。図１１は、円錐ローラにスリットを形成した実施形態の要部を示す縦断面図である。図１２は、ネジ締め量に応じて円錐ローラの変形量を変わる実施形態の要部を示す縦断面図である。

　図１に示すように、プロジェクタ１０は、プロジェクタ本体１１と、その前面に取り付けたレンズ装置１２とを備えている。レンズ装置１２は、外筒１３の前にレンズカバー（図示せず）が取り付けられている。このレンズカバーを取り外すと、前投映レンズ１４が露呈する。プロジェクタ１０の前方には、スクリーン１７（図２参照）が配置され、前投映レンズ１４からの画像が投映される。プロジェクタ本体１１は、ケース１１ａの上面に、回動式のズームダイヤル１６が設けられ、このズームダイヤル１６をＡ方向またはＢ方向に回すことによって、スクリーン１７上の投映画像の倍率が変更される。

　図２に示すように、ケース１１ａの内部には、光源２１、照明光学系２２、全反射プリズム２３、ＤＭＤ２４、ズーム調整機構２６等が設けられている。光源２１としては、例えば、キセノンランプや水銀ランプなどの白色光源が使用される。光源２１から照射された照明光は、照明光学系２２へ入射する。

　照明光学系２２は、カラーホイール３１、ロッドインテグレータ３２、リレーレンズ３３，３４、ミラー３５からなる。カラーホイール３１は、ほほ円板状の基板に、Ｂ光のみを透過するＢフィルタ、Ｇ光のみを透過するＧフィルタ、Ｒ光のみを透過するＲフィルタが設けられている。これらの３色のフィルタは、等ピッチを配置されている。カラーホイール３１は、高速で回転して、各色のフィルタを照明光路に順次挿入する。これにより、白色の照明光がＢ、Ｇ、Ｒの３色に時分割で分離され、分離された各色光が順次ＤＭＤ２４に向けて照射される。

　ロッドインテグレータ３２は、例えばガラス製で、内側に反射面が形成されている。カラーホイール３１で分離された色光は、ロッドインテグレータ３２を透過する間に反射を繰り返すことによって照度が均一化される。リレーレンズ３３，３４は、ロッドインテグレータ３２からの色光を平行な光束に変換してミラー３５に向けて送る。ミラー３５は、この光束を全反射プリズム２３へ向けて反射する。

　全反射プリズム２３は、２つの三角プリズムから構成され、それら２つの三角プリズムの間にはエアギャップが設けられて反射面２３ａを形成している。ミラー３５から全反射プリズム２３へ入射する入射光は、入射角が臨界角よりも大きいため、反射面２３ａで全反射してＤＭＤ２４に入射する。他方、ＤＭＤ２４で反射した反射光は、入射角が臨界角よりも小さいため、反射面２３ａを透過する。

　ＤＭＤ２４は、周知のように、画素に対応するミラー素子がマトリックス状に配列されている。各ミラー素子は、画素信号に基づいて、角度を変化させることにより、入射した色光の反射方向を変化させる。画素を明るく表示させる場合には、ミラー素子をオン位置に変位させ、入射した色光をオン光としてレンズ装置１２に向けて反射させる。他方、画素を暗く表示する場合には、ミラー素子をオフ位置に変位させて、入射した色光をオフ光としてレンズ装置１２から外れた方向に向けて反射させる。画像光は、レンズ装置１２に向かうオン光の集合により構成される。

　図２～図９に示すように、レンズ装置１２は、前側から順に配された前レンズユニット４１及び後レンズユニット４２と、ケース１１ａに固定された支持筒４３と、この支持筒４３の外側に配され、支持筒４３により回転可能に支持されるカム筒４４とを備える。カム筒４４は、外筒１３（図１参照）により覆われている。

　ＤＭＤ２４によって生成された画像光は、レンズ装置１２の各レンズユニット４１，４２によってスクリーン１７に投映され、スクリーン１７上に画像が形成される。前レンズユニット４１は、前投映レンズ１４と、前投映レンズ１４を保持するレンズ枠４７とを備えている。後レンズユニット４２は、後投映レンズ１５と、後投映レンズ１５を保持するレンズ枠４７とを備えている。

　図６に示すように、レンズ枠４７の外周面には、カムフォロア４８が１２０°のピッチで３個設けられている。各カムフォロア４８は、レンズ枠４７と一体に形成したローラ取付部４７ａと、ローラ取付部４７ａに螺合する取付ネジ５１と、取付ネジ５１で保持されるローラ軸５２と、外周面が円錐形をした円錐ローラ５３と、外周面が円形をしたローラ（以下、円筒ローラという）５４とを備えている。

　円錐ローラ５３は、底を有する筒形をしている。この底には、取付ネジ５１が挿入される軸孔５３ａが形成されている。また、筒形は、円錐ローラ５３の弾性を高めるためのものである。なお、筒の内周面は、外周面と平行になるように傾斜させる他に、取付けネジ５１と平行となるように垂直にしてもよい。

　円錐ローラ５３は、弾性変形可能な素材（例えば、ポリアセタール）が用いられ、変形可能な薄肉の筒形に形成されている。この円錐筒の外周面は、先端（レンズ鏡胴２５の径方向における外側）に向かうにつれて幅が広がるように、角度α（図９参照）で傾いている。この角度αとしては、例えば１０°が用いられる。

　図７に示すように、ローラ軸５２は、円錐ローラ５３及び円筒ローラ５４の各軸孔５３ａ，５４ａが挿入される軸部５２ａと、円筒ローラ５４を保持するローラ受け部５２ｂとが形成されている。このローラ受け部５２ｂは、ローラ取付部４７ａに形成された凹部４７ｂに挿入されている。

　取付ネジ５１は、頭部５１ａと、軸部５１ｂと、この軸部５１ｂよりも細径のネジ部５１ｃとから構成されている。軸部５１ｂは、円錐ローラ５３、円筒ローラ５４及びローラ軸５２の各軸孔５３ａ，５４ａ，５２ｃに挿通されている。ネジ部５１ｃは、ローラ取付部４７ａに形成されたネジ孔４７ｃに螺合される。頭部５１ａは、円錐ローラ５３の筒内に位置している。

　前レンズユニット４１と同様に、後レンズユニット４２は、後投映レンズ１５を保持するレンズ枠４７を有する。このレンズ枠４７にも３個のカムフォロア４８が設けられている。

　図４に示すように、支持筒４３の外周面には、光軸方向に沿って延びた直進孔４３ａが３個形成されている。これらの直進孔４３ａには、各レンズユニット４１，４２の円筒ローラ５４が挿入され、各レンズユニット４１，４２の光軸方向への移動を可能にしている。支持筒４３の後端部には、フランジ部４３ｂが形成されており、このフランジ部４３ｂは、プロジェクタ１０のケース１１ａに固定されている。また、支持筒４３の外周面には、カム筒４４が回転可能に嵌合している。

　図５に示すように、カム筒４４は、樹脂（例えばポリカーボネイト）の射出成形で作製される。カム筒４４の外周面には、前カム孔６１及び後カム孔６２がそれぞれ３個ずつ形成され、これらにレンズユニット４１，４２の３個の円錐ローラ５３がそれぞれ嵌合している。このカム筒４４が回転すると、前カム孔６１及び後カム孔６２と、直進孔４３ａとにより、各レンズユニット４１，４２が光軸方向に移動する。本実施形態では、図３において、カム筒４４の時計方向への回転により、各レンズユニット４１，４２が前方に移動し、カム筒４４の反時計方向への回転により、各レンズユニット４１，４２が後方に移動する。

　図９に示すように、各カム孔６１，６２の壁面は、カム筒４４の外周面に向かうにつれて幅が広がるように傾斜している。この傾斜面（テーパー面）の角度βは、円筒ローラ５３の角度αよりも小さい。例えば、角度αが１０°の場合には、βは５°である。この傾斜面は、カム筒４４を射出成形するときの金型の抜きテーパとしても機能している。この角度差のために、円錐ローラ５３は、カム孔６１，６２の幅方向において僅かに内側方向に変形された状態で、所定の押圧力を持ってカム孔壁面の外周側の角に当接している。

　図５に示すように、カム筒４４の後カム孔６２の後方には、カム筒４４の回転範囲を定める回転制限孔６６が、回転方向に沿って形成されている。この回転制限孔６６には、図３に示すように、ピン６８が嵌合している。このピン６８は、図４に示すように、フランジ部６８ａを有する円柱形をしており、フランジ部６８ｂが支持筒４３の取付孔４３ｃに固着されている。なお、ピン６８の根元にネジを形成し、カム筒４４の外側からピン６８を挿入し、取付孔４３ｃに形成したネジ穴にネジ止めしてもよい。

　図２に示すように、ズーム調整機構２６は、モータ７１と、このモータ７１の回転をカム筒４４に伝達する複数のギアから構成される伝達機構７２とを備える。ズーム調整機構２６は、回動式のズームダイヤル１６の回動（操作）に応じてモータ７１を駆動し、伝達機構７２を介してカム筒４４を回転させる。このカム筒４４の回転により、スクリーン１７に投映される画像の倍率調整が行われる。

　次に、上記実施形態の作用について説明する。光源２１から照射された照明光は、カラーホイール３１に入射する。このカラーホイール３１の回転速度に応じて、照明光がＢ、Ｇ、Ｒの３色に時分割で色光に分離される。

　カラーホイール３１で分離された色光は、ロッドインテグレータ３２を透過する間に反射を繰り返すことによって照度が均一化される。ロッドインテグレータ３２から射出された光束は、リレーレンズ３３，３４を経てミラー３５に向かう。このミラー３５は、光束を全反射プリズム２３へ向けて反射する。全反射プリズム２３へ入射した色光は、入射角が臨界角よりも大きいため、反射面２３ａで全反射してＤＭＤ２４へ入射する。

　カラーホイール３１の回転に同期して、メモリ（図示せず）から投映すべき色画像の画像データが読み出されてＤＭＤ２４に送られる。ＤＭＤ２４では、画素信号に応じて、ミラー素子の角度がオン状態とオフ状態とに変化し、入射する色光をオン光とオフ光とに変換する。このオン光は、スクリーン１７に投映される有効な色光である。オフ光は、不要な色光として除去される色光である。また、各画素の階調は、オン光の光量で表現される。具体的には、ミラー素子をパルス駆動することで、オン状態を所定のサイクルで繰り返し、オン状態の積算時間から画素の階調を再現する。

　ＤＭＤ２４によって生成された画像光は、入射角が臨界角よりも小さいため、反射面２３ａを透過してレンズ装置１２に入射する。レンズ装置１２に入射した画像光は、後投映レンズ１５、前投映レンズ１４を透過して、スクリーン１７に結像される。スクリーン１７では、Ｂ画像、Ｇ画像、Ｒ画像が周期的に投映されるから、人間の目にはカラー画像として認識される。

　ズームダイヤル１６が回動（操作）されると、ズーム調整機構２６は、回動式のズームダイヤル１６の回動角度（操作量）に応じてモータ７１を駆動して、伝達機構７２を介してカム筒４４を回転する。

　カム筒４４が回転すると、レンズユニット４１，４２の各円錐ローラ５３は、各カム孔６１，６２によって押される。円筒ローラ５４は直進孔４３ａに嵌合しているから、各レンズユニット４１，４２は、各カム孔６１，６２によって押されたときに回転することなく、光軸方向に移動する。各レンズユニット４１，４２の移動により、投映画像の倍率が調整される。

　カム筒４４の回転範囲は、ピン６８が回転制限孔６６の両端部に当接することにより規制される。なお、ピン６８が回転制限孔６６の両端部に当接したとき、各レンズユニット４１，４２の各ズームローラ５３は、各カム孔６１，６２の両端部には達していない。

　カム筒４４が回転する際に、円錐ローラ５３は、カム孔６１，６２の幅方向において僅かに内側方向に変形された状態でカム孔６１，６２に挿入されており、カム孔６１，６２の壁面に所定の押圧力を持って当接している。したがって、円筒ローラを用いた場合のような、ローラとカム孔との間の隙間によるガタは発生しない。これにより、ズーム調整時の作動ムラが防止される。さらに、各円錐ローラ５３は、カム孔壁面の外周縁（角）に当接している。一般的に、樹脂の射出成形品であるカム筒４４のカム孔壁面は、内周縁に比べて外側縁の方が寸法精度がよいから、円錐ローラとカム孔との接触圧が安定し、かつ光軸方向での位置調整が正確となる。

　図１０は円錐ローラの別の実施形態を示す。円錐ローラ８１は、カム孔から押圧されたときの弾性変形を容易にするために、先端に向かうにつれて薄肉となっている。

　図１１に示す円錐ローラ９１は、弾性変形を容易にするために、スリット９１ａが形成されている。このスリット９１ａがカム孔壁面に接触することがないように、円錐ローラ９１が停止した状態で取り付けられる。

　また、図１２に示す実施形態では、一体成形したローラ１０１が用いられている。このローラ１０１には、カム孔６１，６２に嵌合する円錐部１０１ａと、直進溝４３ａに嵌合する軸部１０１ｂとが形成されている。この円錐部１０１ａは筒形をしている。取付ネジ５１は、その頭部５１ａが円錐部１０１ａの傾斜した内周面を押圧している。この場合、取付ネジ５１のネジ締め量（図１２における上下方向の位置）によって、円錐部１０１ａの変形量が変わり、それによりカム孔壁面に対する円錐部１０１ａの押圧力が変わる。なお、頭部５１ａで円錐部１０１ａの傾斜した内周面を押圧する形態は、図９～図１１の実施形態にも適用可能である。

　上記実施形態では、円錐ローラをカム筒の外周面から突出させているが、外周面から突出しないようにしてもよい。この場合にカム孔の代わりに、外周面を貫通しない凹み（溝）でもよい。

　錐形部として、円錐ローラ５３、円錐部１０１ａ等が用いられているが、この他に外周面が四角形や五角形等をした筒形の角錐ローラ又は角錐部でもよい。

　前記支持筒には、直進溝が形成されているが、この代わりに１本又は２本のガイド軸を設け、このガイド軸でレンズ枠を移動自在に保持してもよい。また、モータでカム筒を回転させているが、カム筒を手動で回転させてもよい。カム筒は、支持筒の外側に配置されているが、支持筒の内側に配置してもよい。

　また、上記レンズ装置は、ズーム機能を備えているが、フォーカス機能でもよく、さらには両機能を備えていてもよい。更に、画像形成装置としては、ＤＭＤの他に、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネルを用いることができる。本発明のレンズ装置は、プロジェクタに限らず、デジタルカメラ、監視カメラ、フィルムカメラ等のカメラにも適用することができる。

　１０　プロジェクタ
　１２　レンズ装置
　１４　前投映レンズ
　１５　後投映レンズ
　４３　支持筒
　４４　カム筒
　５１　取付ネジ
　５２　ローラ軸
　５３　円錐ローラ
　５４　円筒ローラ
　６１　前カム孔
　６２　後カム孔

Claims

　回転可能なカム筒と、
　前記カム筒に形成された少なくとも１個のカム孔であり、内周面から外周面に向かうにつれて幅が広がるように壁面が傾斜しているカム孔と、
　レンズを保持するレンズ枠と、
　前記カム孔と協働して前記レンズ枠を光軸方向に移動させるために、前記レンズ枠に取り付けられた少なくとも１個のカムフォロアであり、このカムフォロアは、外周面の傾斜が前記カム孔の傾斜よりも大きく、弾性変形可能に前記カム孔に嵌合する筒形の錐形部を有しているカムフォロアと、
　を備えることを特徴とするレンズ装置。
　前記カム筒は、樹脂の射出成形により形成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ装置。
　前記錐形部は、円錐ローラであることを特徴とする請求の範囲第２項記載のレンズ装置。
　前記円錐ローラは、前記カム孔の外側縁に当接していることを特徴とする請求の範囲第３項記載のレンズ装置。
　前記カムフォロアは、前記円錐ローラを前記レンズ枠に回転可能に取り付ける取付けネジを有することを特徴とする請求の範囲第４項記載のレンズ装置。
　前記取付けネジは、前記円錐ローラの内周面を押圧する頭部を有し、前記取付けネジのネジ込み量に応じて、前記円錐ローラの弾性変形量が変わることを特徴とする請求の範囲第５項記載のレンズ装置。
　前記円錐ローラは、厚みが同じ筒形をしていることを特徴とする請求の範囲第４項記載のレンズ装置。
　前記円錐ローラは、少なくとも２個のスリットを形成した筒形をしていることを特徴とする請求の範囲第７項記載のレンズ装置。
　前記円錐ローラは、先端に向かうにつれて厚みが薄くなる筒形をしていることを特徴とする請求の範囲第４項記載のレンズ装置。　
　前記カム筒を回転可能に支持する支持筒と、
　前記支持筒に形成され、前記レンズ枠の回転を阻止して、前記光軸方向に移動させる直進孔と、
　を備えることを特徴とする請求の範囲第５項記載のレンズ装置。
　前記カムフォロアは、前記直進孔に嵌合する円筒ローラを有し、この円筒ローラは、前記円錐ローラと隣接した状態で前記取付けネジによって、前記レンズ枠に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１０項記載のレンズ装置。
　前記カムフォロアは、
　前記直進孔に嵌合する軸部と、前記錐形部とが一体に形成されたローラと、
　前記ローラを前記レンズ枠に回転可能に取り付ける取付けネジと、
　を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のレンズ装置。