JP5035966B2 - レンズ鏡筒 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ用のプラスチックレンズ鏡筒に関し、特に、レンズ全長が１５０ｍｍを超えるような、しかも超広角なワイド系ズームレンズが組み込まれるプラスチックレンズ鏡筒に関する。

投写レンズによってスクリーンに拡大投写するプロジェクタが知られている。このプロジェクタは、室内で使用されることが多いため、前玉には超広角レンズが用いられ、後方には変倍光学系レンズ群からなるズームレンズが配置される。投写画像は、前玉の超広角レンズと後方のズームレンズとの間隔を変えることにより、スクリーン上の画像サイズが変わるようになっている。

レンズを組み込む鏡筒部品は、コストと重さの点から樹脂成形によるものが多い。そのため、全体の光軸精度を確保することが難しく、例えば３〜４ｍの投写距離で画面サイズが１００インチ以上あるようなプロジェクタに使用するワイド系ズームレンズが組み込まれる鏡筒では、鏡筒の全長が長くなるので高精度の成形が非常に困難になる。特に、プロジェクタで使用するワイドズームレンズの場合、後玉のズーム（変倍光学系）レンズ群は可能な限り小径にして小型化を図るが、前群のレンズは超広角であるため径が大きくなり、それらを内包する鏡筒は、その接続部分で径寸法が大きく変化して段差が形成されることになる。レンズ鏡筒における段差は、鏡筒成形時の安定性を悪くし、レンズ鏡筒各部の寸法精度を確保するために時間とコストが掛かってしまう。中には時間とコストを掛けても目標とする精度が得られない場合もある。

このような光軸精度のあまり良くない鏡筒を用いるとプロジェクタによってスクリーン上に投写された画像の画質が劣化してしまう。このため、前群の超広角レンズを組み込む時にレンズ位置や光軸倒れの調整を行う必要があった。

下記特許文献１には、レンズの倒れ角の調整を簡単に行う方法が提案されている。これによると、レンズ当接面の複数箇所に位置決め溝を施し、円周上、外径側に突出した２箇所のレンズ当接部と１箇所の位置決め部を有した調整ワッシャーを用いることで、任意の方向の倒れ補正や位置調節を行うことができる。
特開２００３−３２９９１２号公報

前述のように、超広角レンズでレンズ全長が１５０ｍｍを超えるようなレンズを組み込む鏡筒本体は、前玉と後玉の径が大きくことなるため鏡筒に段差を持ってしまい、成形精度を確保し難いという問題がある。仮に、前記特許文献１に示された方法を用いて、鏡筒の光学精度の補正を行うにしても、前玉の調整に複数の高価なスペーサを常備する必要があるとともに、スペーサの取り付けや枚数調節など組み込み作業に余計な時間が掛かるという問題が生じてしまう。

本発明は、コストアップすることなく、成形時の寸法精度の向上を図るとともに、傾き調整及び光軸方向での位置調整を簡単に行うことができるレンズ鏡筒を提供することを目的とする。

本発明は、カム筒によってそれぞれ移動する複数のレンズによる後群レンズを内包した後鏡筒と、前群レンズを内包し該前群レンズの結像距離を調節するヘリコイドギャを設けた前鏡筒を備える。該前鏡筒は、前記前群レンズを内包する部分の内径寸法が、前記後鏡筒の前記後群レンズを内包する部分の内径寸法の１．１５倍以上である。前記後鏡筒と前記前鏡筒とを連結手段によって結合して、１本のレンズ鏡筒とする。

前記前鏡筒と前記後鏡筒の結合面の一方に前群レンズと後群レンズの間隔を調整する基準面を一体成形し、他方に調整面を一体成形する。基準面と調整面は、光軸を中心とする円周上に１２０°間隔で配置された３つを１組とし、この３つは光軸方向の位置を同じくする。基準面は１組設け、調整面は複数組設ける。複数組の調整面は、組ごとに光軸方向の位置が異なる。

あるいは、前記前鏡筒と前記後鏡筒の結合面のいずれか一方または両方に、光軸を中心とする円周上に等間隔で配置された３ヶ所以上のＮヶ所に配置されたＮ個１組の調整手段を複数組設ける。前記複数組の調整手段は、１組の中の少なくとも１つの光軸方向位置が他と異なる位置とする組み合わせの組を含む。１組の中の光軸方向位置の組み合わせは他の組の組み合わせと異なる組み合わせである。また、前記Ｎ個１組の調整手段は、光軸を中心とする円周上に等間隔に配置されたが、必ずしも等間隔でなくても良く、非等間隔に配置した組み合わせであっても良い。

本発明によれば、全体の光軸精度を確保することが難しいレンズ全長が１５０ｍｍを超えるワイド系ズームレンズが組み込まれ、且つレンズ外径の大きい前群レンズとレンズ外径の小さい後群レンズの間で大きな段差が形成されるプラスチックレンズ鏡筒であっても、プラスチック鏡筒を段差発生部分で２分割することによって、成形時の鏡筒各部の寸法精度を確保することが出来るとともに、前群レンズと後群レンズの間隔調整、あおり（光軸倒れ）調整あるいは光軸偏芯調整を行えるようにしたので、プラスチックレンズ鏡筒の成形時の歪の補正ができ、成形時間の短縮化が図れてコストダウンが可能となる。

図１に示すように、プロジェクタ１には投写レンズとして用いられるレンズ鏡筒２がプロジェクタ本体３に取り付けられている。レンズ鏡筒２は、レンズ鏡筒２に設けられたズームリング９を操作することで、後述するズームレンズが移動して投写する画像の大きさを変化させることができる。

図２に示すように、レンズ鏡筒２は、鏡筒内部に、広角のフォーカスレンズ（前群レンズ）４と、複数の変倍光学系レンズ群からなるズームレンズ（後玉レンズ）７とを組み込んでいる。このレンズ鏡筒２の装着部１２ｃをプロジェクタに装着した時、プロジェクタからの画像光は、ズームレンズ７及びフォーカスレンズ４を透過し拡大され、図示しないスクリーン上に投写される。

前記フォーカスレンズ４は、レンズ筒５に収納され押え環６によって固定されている。前記レンズ筒５には、ヘリコイドギャ５ａが設けられ、前鏡筒１１に設けられたヘリコイドギャ１１ａと螺合して、前記フォーカスレンズ４を前後移動自在にしており、これによってスクリーンに投写した画像のピント調節が可能となっている。

前記ズームレンズ７の各レンズはレンズ枠８に嵌めこまれ、該レンズ枠８のガイド軸８ａがカム筒１３のカム溝１３ａを貫通し、後鏡筒１２に設けられたガイド溝１２ａと嵌合している。カム筒１３に設けられた軸１３ｂは後鏡筒１２に設けられた穴１２ｂを貫通し、前記ズームリング９の操作に連動して駆動する。該ズームリング９を操作すると、前記カム筒１３が回転し、前記ガイド溝１２ａによって前後への直進のみ可能とされた前記ガイド軸８ａは、カム溝１３ａのカム面によって前後へ移動させられる。

図３に示すように、前記ズームレンズ７の各レンズは、可能な限り小径となるように設計され、前記後鏡筒１２は小型化が図られる。これに対し前記フォーカスレンズ４は、超広角のため径が大きく、それらを内包する前記前鏡筒１１は、前記後鏡筒１２に比べて外径寸法がかなり大きくなってしまう。そのため前記後鏡筒１２と前記前鏡筒１１の接続部分で径寸法が大きく変化させなければならず、前記前鏡筒１１の後端に垂直な段差の壁１１ｂが形成されている。

図４に示すように、前記前鏡筒１１の後端に設けられた前記段差の壁１１ｂの開口付近の結合面２０に前記後鏡筒１２と連結する結合穴２１が設けられている。これに対向する前記後鏡筒１２の結合面３０にはネジ穴３１が設けられ、結合穴２１を貫通した連結ネジ３９が前記ネジ穴３１に螺合して前記前鏡筒１１と前記後鏡筒１２を連結し１本の鏡筒を形成する。

図５に示すように、前記ネジ穴３１は、前記結合面３０の前記後鏡筒１２の中心１２ｉを中心にした円１２ｊの円周上に、１２０°間隔で３ヶ所に設けられている。前記ネジ穴３１から６０°回転した位置に、調整面の受部である基準面２５ａを有する凸部３５が１２０°間隔で３ヶ所に設けられている。

図６に示すように、前記結合穴２１は、前記結合面２０の前記前鏡筒１１の中心１１ｉを中心にした円１１ｊの円周上に、１２０°間隔で３ヶ所に設けられている。更に前記円周上には、前記結合穴２１に隣接して結合穴２２が１２０°間隔で３ヶ所に設けられ、その隣に結合穴２３が１２０°間隔で３ヶ所に設けられている。前記結合穴２１，２２，２３からそれぞれ６０°回転した位置に、前記前鏡筒１１と前記後鏡筒１２の間隔の調整手段である調整面２５ａ，２６ａ，２７ａを先端に備えた凸部２５，２６，２７が１２０°間隔で３ヶ所に設けられている。

図７に示すように、前記結合面１１ｄに設けられた前記凸部２５，２６，２７のいずれかに前記凸部３５を対応させ、前記調整面２５ａ，１６ａ，２７ａのいずれかと前記基準面３５ａが当接する。ここで前記凸部２５，２６，２７の高さ寸法は、例えば、０，０．０５，０．１（ｍｍ）のように少しづつ異なって形成されている。この場合凸部２５の高さを０（ｍｍ）にして特に設けず、結合面２５の面を前記調整面２５ａとして使用する。また、最も高い調整面２７ａを設ける凸部２７の高さ寸法ｕは、前記基準面３５ａを設ける凸部３５の高さ寸法ｔを超えないように設定しなければならない。連結ネジ３９を通す結合穴を２１，２２，２３のどれを選択するかによって、前記基準面３５ａと当接する前記調整面が決まり、前記結合面２０と３０の間隔が変化する。

次に本発明によるレンズ鏡筒の作用について図３に戻って説明する。可能な限り小径となるように設計された前記ズームレンズ７およびカム筒１３を内包する部分（後鏡筒１２）と、超広角のため前記ズームレンズ７より径がかなり大きくなってしまう前記フォーカスレンズ４を内包する部分（前鏡筒１１）を分離し、２部品で鏡筒本体１０を構成する。径寸法が大きく変化する接続部分は垂直な段差の壁１１ｂが形成されるが、これを全長の短い前鏡筒１１に一体に設ける。

こうすることによって、前鏡筒１１および後鏡筒１２の全長は分割前より短くなるとともに、成形性に問題を起こす段差部分が設けられた前鏡筒１１は段差の壁１１ｂが一体に形成されても、その断面はＬ字形であり分割前のようなクランク状ではないので成形性は改善され、後鏡筒１２は前鏡筒１１より全長は長いが段差のない径の均一な円筒形となるので、成形性は改善される。

鏡筒を２分割することによって鏡筒の成形性はかなり改善されるが、なお残る僅かなレンズ位置のズレやレンズ光軸と鏡筒中心の倒れによって生じる同様な誤差について、鏡筒に調整面を設けることで調整可能とした。

図８に戻って説明する。前記前鏡筒１１と前記後鏡筒１２とを連結する際に、前記ネジ穴３１に前記結合穴２１を合わせて前記連結ネジ３９によって結合させると、前記凸部２５に前記凸部３５が当接する。この時、前記凸部２５の調整面２５ａは前記結合面２０と同じであるから、前記凸部３５の高さｔの隙間が、前記結合面２０と３０の間に形成される。

前記調整面２５ａと前記基準面３５ａを突き合わせて前記前鏡筒１１と前記後鏡筒１２とを連結させた時に、前記フォーカスレンズ４と前記ズームレンズ７の間隔が僅かに狭く組み上がってしまい、間隔を少し広げる必要が生じた場合は、前記結合穴２２に連結ネジ３９を通してネジ穴３１に螺合させる。これによって、図９に示すように、前記基準面３５ａと前記調整面２６ａが当接する。このとき前記調整面２６ａの高さは図示の０．５ｕであり、前記結合面２０と前記結合面３０の間の隙間は（＝ｔ−ｒ）となって、前記調整面２５ａを選択した場合より少し広げることができる。

この補正によってもまだ補正量が足らない場合は、前記結合穴２３に連結ネジ３９を通してネジ穴３１に螺合させる。これによって、図１０に示すように、前記基準面３５ａと前記調整面２７ａが当接する。このとき前記調整面２７ａの高さは図示の０．５ｕであり前記調整面２６ａより更に高いので、前記結合面２０と前記結合面３０の間の隙間を更に広げることができる。このように前記フォーカスレンズ４と前記ズームレンズ７の間隔を調整することができる。

このように前記前鏡筒１１と前記後鏡筒１２の結合間隔を調整して、フォーカスレンズ４と前記ズームレンズ７の間隔を適正化することで、前記２つの鏡筒の成形時の歪を修正して、高精度なレンズ鏡筒を完成させることができる。

前記実施形態では、前記調整面２５ａ，２６ａ，２７ａを凸部２５，２６，２７の先端に設けたが、図１１に示すように、凹部の底面に設けても良い。この場合、凹部２５ｄ，凹部２６ｄ，凹部２７ｄの調整面を２５ｂ，２６ｂ，２７ｂとし、その深さをｐ，ｒ，ｓとする。図１２に示すように、前記凹部２５ｄに前記凸部３５が嵌合する。この時、前記凹部２５ｄの底面である前記調整面２５ｂの深さｐと前記凸部３５の高さｔとは同じであるため前記調整面２５ｂと前記基準面３５ａは密着する。また、前記結合面２０と３０も密着することになる。

図１３に示すように、前記凸部３５を前記凹部２６ｄに嵌合させると、前記基準面３５ａと前記調整面２６ｂが当接する。このとき前記調整面２６ｂの深さｒは前記凸部３５の高さｔより小さいので、前記凸部３５は前記凹部２６ｄ完全に埋没せず、前記結合面２０と前記結合面３０の間に僅かな隙間（＝ｔ−ｒ）が発生して、前記フォーカスレンズ４と前記ズームレンズ７の間隔を補正する。

図１４に示すように、前記凸部３５を前記凹部２７ｄに嵌合させると、前記基準面３５ａと前記調整面２７ｂが当接する。このとき前記調整面２７ｂの深さｓは前記調整面２６ｂより更に浅いので、前記凸部３５と前記凹部２７ｄの嵌合量は少なく、前記結合面２０と前記結合面３０の間に更に隙間（＝ｔ−ｓ）が発生して、前記フォーカスレンズ４と前記ズームレンズ７の間隔を補正する。

前記実施形態では、調整面を設けた凸部あるいは凹部を３つ１組で３組設けたが、３組に限るものではなく、何組設けても良い。調整面を設けた凸部あるいは凹部を前鏡筒４に設けたが、後鏡筒７に設けても良い。また、調整面を設けた凸部あるいは凹部を３つ１組としたが、４つ１組でも良いし５つ１組でも良い。

次に別の実施形態の連結手段と調整手段について説明する。図１５に示す前鏡筒１１の結合面２０には、前鏡筒１１の中心１１ｉを中心にした円１１ｊの円周上に、後述する後鏡筒１２の調整面と当接してレンズの光軸調整を行う基準面４１ａを備えた凸部４１が、１２０°間隔で３ヶ所に設けられている。更に前記円周上には、３ヶ所に設けた前記凸部４１から反時計方向に２８°回転した位置に、前鏡筒１１と後鏡筒１２を連結するネジ３９が貫通する結合穴５１が３ヶ所に設けられ、それぞれの結合穴５１から反時計方向に８°間隔で結合穴５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９が設けられている。これらの３つ１組の結合穴５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９から、いずれか１組を選択して前鏡筒１１と後鏡筒１２を連結させることで、前記凸部４１が後述する後鏡筒１２の調整面から適正な１組を選択することになる。

図１６に示すように、後鏡筒１２の結合面３０には、後鏡筒１２の中心１２ｉを中心にした円１２ｊの円周上に、ネジ穴３１が、１２０°間隔で３ヶ所に設けられている。また、前記円周上には、３ヶ所に設けた前記ネジ穴３１から反時計方向に２８°回転した位置に、前記基準面４１ａと当接してレンズの光軸調整を行う調整面７１ａ，７１ｂ，７１ｃを備えた凸部６１ａ，６１ｂ，６１ｃが１２０°間隔で設けられ１つの組を形成している。更に、前記凸部６１ａから反時計方向に８°間隔で凸部６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａ，６８ａ，６９ａが設けられ、前記凸部６１ｂから反時計方向に８°間隔で凸部６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂ，６８ｂ，６９ｂが、前記凸部６１ｃから反時計方向に８°間隔で凸部６２ｃ，６３ｃ，６４ｃ，６５ｃ，６６ｃ，６７ｃ，６８ｃ，６９ｃが設けられている。これらの凸部の先端には、すべてに調整面が設けられている。また、記号の数字が同じものはａ，ｂ，ｃの付されているもの３つで１組を形成し、全部で９組設けられている。

前記９組の凸部は、１組を構成する３つの凸部の高さ寸法の組み合わせは、１組を除いて３つとも同じであるものはない。たとえば、凸部６５ａ，６５ｂ，６５ｃの高さ寸法は３つとも同じ０．１ｍｍとするが、凸部６１ａ，６１ｂ，６１ｃの高さ寸法は３つとも異なり、６１ａは０，６１ｂは０．０５ｍｍ，６１ｃは０．１ｍｍである。あるいは、凸部６７ａと６７ｂは０．１ｍｍ，６７ｃは０．１５ｍｍである。

たとえば、図１７に示すように、結合穴５５を選択して連結ネジ３９によって前鏡筒１１と後鏡筒１２を連結させると、前鏡筒１１に設けられた基準面４１ａは後鏡筒１２に設けられた調整面７５ａ，７５ｂ，７５ｃと当接する。調整面７５ａ，７５ｂ，７５ｃが設けられた凸部６５ａ，６５ｂ，６５ｃの高さ寸法は３つとも同じ０．１ｍｍであるから、前鏡筒の中心８１と後鏡筒の中心８３とは一致する。この時、フォーカスレンズ４の光軸８２は前鏡筒の中心８１と一致していたが、ズームレンズ７から射出される光の光軸８４は後鏡筒の中心８３とは一致せず、角度θだけ傾いていた。また、ズームレンズ７に対するフォーカスレンズ４の位置も少し後になっていることが判明した。

この補正のため、結合穴５７を選択して前記基準面４１ａと調整面７７ａ，７７ｂ，７７ｃとが当接するように組み合わせる。図１８に示すように、調整面７７ａ，７７ｂが設けられた凸部６７ａ，６７ｂの高さ寸法は１ｍｍであり調整面７７ｃが設けられた凸部６７ｃの高さ寸法は１．５ｍｍである。この３つの調整面７７ａ，７７ｂ，７７ｃとで作る平面は、前述の光軸８４と後鏡筒の中心８３のズレ量を補正する位置と傾きに相当する。

図１９に示すように、３つの調整面７７ａ，７７ｂ，７７ｃとで作る光軸の倒れ方向を確認しながら結合穴５７を選択して連結ネジ３９によって前鏡筒１１と後鏡筒１２を連結させると、前鏡筒１１に設けられた基準面４１ａは後鏡筒１２に設けられた調整面７７ａ，７７ｂ，７７ｃと当接し、フォーカスレンズ４の光軸８２をズームレンズ７から射出される光の光軸８４に一致させることができる。

次に別の実施形態の連結手段と調整手段について説明する。図２０に示すように、後鏡筒１２の結合面３０に設けられる凸部３５の位置を図５で示した位置から２つについて変更する。凸部３５ｒの位置は図５で示した位置と同じにし、凸部３５ｓの位置は図５で示した位置より時計方向に１５°回転させ、凸部３５ｔの位置は反時計方向に５°回転させた位置にする。

図２１に示すように、これに対して、前鏡筒１１の結合面２０に設けられる凸部２５の位置も図６で示した位置から変更する。例えば凸部２６ｒは前記凸部３５ｒに対応させ、凸部２６ｓを反時計方向に１５°回転させ、凸部２６ｔを時計方向に５°回転させる。凸部２６ｒと凸部２６ｓの間隔は１３５°、凸部２６ｓと凸部２６ｔの間隔は１００°、凸部２６ｒと凸部２６ｔの間隔は１２５°となる。このように１組の凸部は、結合面２０あるいは３０の円周を必ず等分しなければならない事ではない。

上記実施形態では、レンズ鏡筒はプロジェクタの投写レンズとして用いたが、例えばカメラの撮影レンズなどに用いても良い。

本発明によるレンズ鏡筒を組み込んだプロジェクタの斜視図である。 本発明によるレンズ鏡筒の断面斜視図である。 本発明によるレンズ鏡筒の断面図である。 前鏡筒と後鏡筒を連結する前の断面図である。 前鏡筒の結合面の説明図である。 後鏡筒の結合面の説明図ある。 結合部の断面図ある。 基準面と調整面が当接した状態を示す断面図ある。 別の調節面が当接した状態の別の部分を示す断面図ある。 別の調節面が当接した状態の別の部分を示す断面図ある。 調整面を凹部に設けた結合部を示す断面図ある。 基準面と調整面が当接した状態を示す断面図ある。 別の調節面が当接した状態の別の部分を示す断面図ある。 別の調節面が当接した状態の別の部分を示す断面図ある。 別の実施形態による前鏡筒の結合面の説明図である。 別の実施形態による後鏡筒の結合面の説明図である。 別の実施形態の結合部が結合した状態の説明図ある。 別の実施形態の調節面の別の部分を示す断面図ある。 調節面の別の部分が当接した状態の説明図ある。 別の実施形態による前鏡筒の結合面の説明図である。 別の実施形態による後鏡筒の結合面の説明図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ レンズ鏡筒
３ プロジェクタ本体
４ フォーカスレンズ
５ レンズ筒
６ 押え環
７ ズームレンズ
８ レンズ枠
１０ 鏡筒本体
１１ 前鏡筒
１１ｉ，１２ｉ 中心
１１ｊ，１２ｊ 円
１２ 後鏡筒
１３ カム筒
２０，３０ 結合面
２１，２２，２３，５１〜５９ 結合穴
２５ｐ，２５ｒ〜２５ｔ，２６，２６ｐ，２６ｒ〜２６ｔ，２７，２７ｐ，２７ｒ〜２７ｔ，３５，３５ｒ〜３５ｔ，４１，６１〜６９ 凸部
２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，７１ａ〜７９ａ，７１ｂ〜７９ｂ，７１ｃ〜７９ｃ 調整面
２５ｄ，２６ｄ，２７ｄ 凹部
３１ ネジ穴
３５ａ，４１ａ， 基準面
３９ 連結ネジ
８１，８３ 中心
８２，８４ 光軸

Claims (2)

1. 樹脂成形され、カム筒によってそれぞれ移動する複数枚の後群レンズが内包された後鏡筒と、樹脂成形され、スクリーンに画像を投写する前群レンズが焦点調節可能に組み込まれ、前記前群レンズを内包する部分の内径寸法が、前記後鏡筒の前記後群レンズを内包する部分の内径寸法の１．１５倍以上である前鏡筒と、を備え、前記前鏡筒と前記後鏡筒の光軸と直交する面内にそれぞれ設けられた結合面が互いに突き合わされて、連結手段によって結合されたプロジェクタ用のレンズ鏡筒であって、
   前記前鏡筒及び前記後鏡筒は、前記結合面のいずれか一方に光軸方向位置が同じである３以上のＮ個の基準面が設けられるとともに、前記結合面の他方に前記基準面に当接されるＮ個１組の調整面が複数組設けられ、
   前記複数組の中の１組の調整面の位置は光軸方向位置が全て同じであって、
   他の組は、それぞれＮ個の調整面のうちの少なくとも１つが他とは異なる光軸方向位置で形成され、
   前記複数組の調整面は、１組内のＮ個の調整面の光軸方向位置の差の組合わせが他の組と異なることを特徴とするレンズ鏡筒。
2. 前記Ｎ個の基準面は、光軸を中心とする円周上に等間隔で配置されたことを特徴とする請求項１記載のレンズ鏡筒。

Images