(57)【要約】【課題】投写距離に応じて合焦作用を行う投写光学ユニットにおいて、移動させる複数のレンズの移動量を最小限に抑え、投写距離の規定された範囲の端部での合焦状態を容易に確認できるようにすること。【解決手段】複数の合焦レンズ３，４を投写距離に応じた合焦位置に移動させるために、各合焦レンズを案内する複数のカム溝１１，１２を円筒面に形成した回転可能なカム環１０を備える。カム環１０には、規定された投写距離の範囲（Ｐ２〜Ｐ３）で合焦作用を行うために必要なカム溝の本体部分１１ｂ，１２ｂとともに、本体部分の外側にカム溝を延長した延長部分１１ａ，１２ａ，１１ｃ，１２ｃを設ける。複数のカム溝の中で、カム溝の傾斜角が最大となるカム溝１１については、延長部分１１ａの傾斜角がほぼゼロとなるよう形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４個以上の光学要素を有し、その中の少なくとも２個以上の合焦レンズを連動して光軸上を移動させることで合焦作用を行う投写光学ユニットにおいて、
前記各合焦レンズを投写距離に応じた合焦位置に移動させるために、該各合焦レンズを案内する複数のカム溝を円筒面に形成した回転可能なカム環を備え、
該カム環には、規定された投写距離の範囲で合焦作用を行うために必要なカム溝の本体部分とともに、該本体部分の外側にカム溝を延長した延長部分を設け、
前記複数のカム溝の中で、カム環の回転方向に対するカム溝の傾斜角が最大となるカム溝については、前記延長部分の傾斜角がほぼゼロとなるよう形成されていることを特徴とする投写光学ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の投写光学ユニットにおいて、
前記各カム溝の中で、カム環の回転方向に対するカム溝の傾斜角が最大となるカム溝については、前記本体部分の両側に設けた前記延長部分の傾斜角がほぼゼロとなるよう形成されていることを特徴とする投写光学ユニット。
【請求項３】
少なくとも４個以上の光学要素を有し、その中の少なくとも２個以上の合焦レンズを連動して光軸上を移動させることで合焦作用を行う投写光学ユニットにおいて、
前記各合焦レンズを投写距離に応じた合焦位置に移動させるために、該各合焦レンズを案内する複数のカム溝を円筒面に形成した回転可能なカム環を備え、
該カム環には、規定された投写距離の範囲で合焦作用を行うために必要なカム溝の本体部分とともに、該本体部分の外側にカム溝を延長した延長部分を設け、
前記複数のカム溝の中で、カム環の回転方向に対するカム溝の傾斜角が最大となるカム溝については、前記延長部分の傾斜角が前記本体部分の傾斜角と逆傾斜となるよう形成されていることを特徴とする投写光学ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の投写光学ユニットにおいて、
前記各カム溝の中で、カム環の回転方向に対するカム溝の傾斜角が最大となるカム溝については、前記本体部分の両側に設けた前記延長部分の傾斜角が前記本体部分の傾斜角と逆傾斜となるよう形成されていることを特徴とする投写光学ユニット。
【請求項５】
少なくとも４個以上の光学要素を有し、その中の少なくとも２個以上の合焦レンズを連動して光軸上を移動させることで合焦作用を行う投写光学ユニットにおいて、
前記各合焦レンズを投写距離に応じた合焦位置に移動させるために、該各合焦レンズを案内する複数のカム溝を円筒面に形成した回転可能なカム環を備え、
該カム環には、規定された投写距離の範囲で合焦作用を行うために必要なカム溝の本体部分とともに、該本体部分の外側にカム溝を延長した延長部分を設け、
前記複数のカム溝に設けた前記延長部分の傾斜角はそれぞれ前記本体部分の傾斜角より小さく、互いに非平行となるよう形成されていることを特徴とする投写光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学ユニットにおいて変倍作用（ズーミング）や合焦作用（フォーカシング）を行うため、複数のレンズ（またはレンズ群）を光軸上で移動させる技術が知られている。例えば、特許文献１ではズームレンズ鏡筒において変倍作用を行うための機構が開示され、それぞれの可動レンズ群の移動位置を規定する複数のカム溝をカム環の円筒上に設け、カム環を回転させることでそれぞれのレンズ群を光軸上で移動させている。また、特許文献２では投写用光学ユニットにおいて合焦作用を行うための機構が開示され、それぞれの可動レンズ群の移動位置を規定する複数のカム溝を平板状の部材（搭載台）上に形成した構造となっている。これらの構造によれば、各レンズ群はカム溝に沿って連動して移動するので、レンズ群間の間隔は高精度に制御できると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−８９０１２号公報
【特許文献２】特開２００８−９６７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
投写光学ユニットにおいては、投写面（スクリーンなど）までの投写距離が規定の範囲で可変とするため、複数のレンズ（レンズ群）を光軸上で移動させて投写距離に応じた合焦状態を実現するようにしている。
【０００５】
図８は、合焦作用に用いるレンズ移動機構の従来例として、カム環の円筒面に形成したカム溝形状の一例を示す図である。ここでは、カム環を回転させて、２個の合焦レンズをそれぞれカム溝１１，１２に沿って移動させる。投写距離の規定された範囲は、近距離側の合焦状態を得る回転位置Ｐ２と、遠距離側の合焦状態を得る回転位置Ｐ３の範囲でカバーされ、この範囲のカム溝を本体部分１１ｂ，１２ｂとする。規定された範囲で合焦させるには、カム溝は本体部分１１ｂ，１２ｂだけで十分であるが、規定範囲の端部位置Ｐ２またはＰ３における合焦状態を確認するために、端部位置の外側にカム溝を延長して形成している。すなわち、端部位置Ｐ２の外側に延長部分１１ａ，１２ａを、または端部位置Ｐ３の外側に延長部分１１ｃ，１２ｃを設けている。合焦レンズをこの延長部分１１ａ，１２ａまたは１１ｃ，１２ｃに移動させると、端部位置Ｐ２またはＰ３で一旦合焦した像がぼけてくることで、合焦位置Ｐ２またはＰ３を通過したことが確認できる。
【０００６】
しかしながら、投写距離の規定範囲の端部での合焦状態を確認するためにカム溝を延長することは、その分合焦レンズの移動量が増え、光学ユニット自体を大形化させることなる。そこで、合焦レンズの移動量を最小限とし、投写距離の規定範囲の端部での合焦状態を確認することが望まれるが、特許文献１，２に開示される技術はこれらの要求を同時に満足させるものではない。なお、特許文献１ではカム溝の延長部分を折り曲げた形状として鏡筒のコンパクト化を図っているが、この部分はレンズ系全体の繰り出し量ゼロでマクロ撮影を行うためのものであり、上記した合焦作用（合焦状態の確認）とは相違する内容である。
【０００７】
本発明の目的は、投写距離に応じて合焦作用を行うために移動させる複数のレンズの移動量を最小限に抑え、投写距離の規定された範囲の端部での合焦状態を容易に確認できる投写光学ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、少なくとも４個以上の光学要素を有し、その中の少なくとも２個以上の合焦レンズを連動して光軸上を移動させることで合焦作用を行う投写光学ユニットであって、前記各合焦レンズを投写距離に応じた合焦位置に移動させるために、該各合焦レンズを案内する複数のカム溝を円筒面に形成した回転可能なカム環を備え、該カム環には、規定された投写距離の範囲で合焦作用を行うために必要なカム溝の本体部分とともに、該本体部分の外側にカム溝を延長した延長部分を設け、前記複数のカム溝の中で、カム環の回転方向に対するカム溝の傾斜角が最大となるカム溝については、前記延長部分の傾斜角がほぼゼロとなるよう形成されている。
【０００９】
或いは、本発明は、少なくとも４個以上の光学要素を有し、その中の少なくとも２個以上の合焦レンズを連動して光軸上を移動させることで合焦作用を行う投写光学ユニットにおいて、前記各合焦レンズを投写距離に応じた合焦位置に移動させるために、該各合焦レンズを案内する複数のカム溝を円筒面に形成した回転可能なカム環を備え、該カム環には、規定された投写距離の範囲で合焦作用を行うために必要なカム溝の本体部分とともに、該本体部分の外側にカム溝を延長した延長部分を設け、前記複数のカム溝の中で、カム環の回転方向に対するカム溝の傾斜角が最大となるカム溝については、前記延長部分の傾斜角が前記本体部分の傾斜角と逆傾斜となるよう形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投写距離に応じて合焦作用を行う投写光学ユニットにおいて、大型化を抑えつつ、投写距離の規定された範囲の端部での合焦状態を容易に確認できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例の投写光学ユニットの一例を示す断面図。
【図２】本実施例での合焦レンズの移動機構を説明する模式図。
【図３】カム溝形状の第１の実施例を示すカム線図。
【図４】カム溝形状の第２の実施例を示すカム線図。
【図５】カム溝形状の第３の実施例を示すカム線図。
【図６】カム溝形状の第４の実施例を示すカム線図。
【図７】カム溝形状の比較例を示すカム線図。
【図８】カム溝形状の従来例を示すカム線図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて実施例を説明する。まず、本実施例の投写光学ユニットについて説明する。
【００１３】
図１は、本実施例の投写光学ユニットの一例を示す断面図である。図１（Ａ）において、投写光学ユニット１００は、光源側から映像表示素子６、換算フィルタ１、同軸系レンズ２、第１の合焦レンズ３、第２の合焦レンズ４、及び反射ミラー５の光学要素（光学部品）を備えて構成される。図１（Ｂ）は、投写光学ユニット１００における各光学要素を通過する光束と、反射ミラー５からの反射光束を表示した光線図を示す。このうち、第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４は合焦作用を行うもので、投写面までの投写距離（または投写面での投写サイズ）に対応して光軸上を移動させ、合焦状態が得られるように位置決めする。レンズの移動方向を矢印で示す。すなわち、投写光学ユニット１００は、少なくとも４個以上の光学要素を備え、その中の少なくとも２個以上の合焦レンズ（または複数のレンズからなる合焦レンズ群）を、光軸上を連動して移動させることで合焦作用を行うものである。
【００１４】
第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４が光軸上を移動する際、その前後の光学部品と干渉しないように配置せねばならない。第１の合焦レンズ３の図面左側には移動しない固定のレンズ２が存在し、合焦レンズ３の移動量を制限している。一方、第２の合焦レンズ４の右側にはミラー５が存在し、ミラー５からの反射光束が近接して通過するので、合焦レンズ４の移動量を制限している。これらの合焦レンズ３，４が周囲の部品との干渉を起こさずに投写光学ユニット１００のサイズを小型化するためには、第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４の移動範囲を必要最小限に抑えることが必要であり、以下に述べるレンズ移動機構を採用した。
【００１５】
図２は、本実施例での合焦レンズの移動機構を説明する模式図である。ここでは、合焦作用に用いる第１、第２の合焦レンズ３，４と、その前後に配置される固定の光学部品（レンズ２，ミラー５）と、第１、第２の合焦レンズ３，４を光軸方向に移動させるカム環１０を模式的に示す。カム環１０の円筒面上には第１、第２のカム溝１１，１２を形成し、第１、第２の合焦レンズ３，４は図示しないガイドピンなどでそれぞれ第１、第２のカム溝１１，１２に係合されている。カム環１０を回転させると、第１の合焦レンズ３は第１のカム溝１１に案内されて、また第２の合焦レンズ４は第２のカム溝１２に案内されて、連動して光軸方向に移動する。ここでは、第１の合焦レンズ３の移動量（第１のカム溝１１の傾斜角θ１）は、第２の合焦レンズ４の移動量（第２のカム溝１２の傾斜角θ２）よりも大きくしている。
【００１６】
カム環１０の回転位置Ｐ２は規定された投写距離が最短となる場合（近距離側）の合焦位置であり、第１、第２の合焦レンズ３，４は光源側（レンズ２側）に接近する。回転位置Ｐ３は規定された投写距離が最長となる場合（遠距離側）の合焦位置であり、第１、第２の合焦レンズ３，４は投写側（ミラー５側）に接近する。この回転範囲（Ｐ２〜Ｐ３）が当該投写光学ユニットで合焦可能な投写距離の範囲である。本実施例では、この回転範囲（Ｐ２〜Ｐ３）の外側にカム溝を延長し、近距離側を回転位置Ｐ１まで、遠距離側を回転位置Ｐ４まで形成している。カム溝のうち回転範囲（Ｐ２〜Ｐ３）に形成した部分を「本体部分」（符号１１ｂ，１２ｂ）、その外側の部分を「延長部分」（符号１１ａ，１２ａ，１１ｃ，１２ｃ）と呼ぶことにする。
【００１７】
本実施例におけるカム溝形状は次の特徴を有する。（１）本体部分の傾斜角が大きい方のカム溝の延長部分の傾斜角を平坦とする。この図では、カム溝１１の延長部分１１ａを平坦化している。（２）本体部分の傾斜角が大きい方のカム溝の延長部分の傾斜角を、本体部分の傾斜角と逆傾斜とする。（３）両方のカム溝の延長部分の傾斜角を本体部分の傾斜角より小さく、互いに非平行とする。
【００１８】
以下、レンズ移動機構として好適なカム溝形状の各実施例について説明する。
【実施例１】
【００１９】
図３は、カム溝形状の第１の実施例を示すカム線図であり、図２で示したカム環１０の円筒面を部分展開したものである。前述の通り、第１のカム溝１１は第１の合焦レンズ３を案内し、第２のカム溝１２は第２の合焦レンズ４を案内する。回転位置Ｐ２は近距離側の合焦位置、回転位置Ｐ３は遠距離側の合焦位置である。第１、第２のカム溝１１，１２は、回転位置（Ｐ２〜Ｐ３）間の本体部分１１ｂ，１２ｂと、近距離側の外側（Ｐ１〜Ｐ２）の延長部分１１ａ’，１２ａと、遠距離側の外側（Ｐ３〜Ｐ４）の延長部分１１ｃ，１２ｃを有する。このうち、第１のカム溝１１における近距離側の延長部分１１ａ’は、カム環の回転方向に対する傾斜角θ１’がほぼゼロ（平坦）となるよう形成している。すなわち、延長部分１１ａ’ではカム環１０を回転させてもレンズ位置が光軸方向に移動しない形状としている。他の延長部分１２ａ，１１ｃ，１２ｃは、カム溝の本体部分１１ｂ，１２ｂと同一の傾斜角θ１，θ２で延長させている。
【００２０】
実施例１のカム溝構造によれば、第１の合焦レンズ３は近距離側合焦位置Ｐ２を過ぎると光軸方向に移動することはない。つまり、図２における左側の固定レンズ２側にそれ以上接近することはないので、固定レンズ２との間隔を最小限に短縮して配置することができる。一方、第２の合焦レンズ４は、近距離側合焦位置Ｐ２を過ぎるとカム溝１２ａに沿って移動するので、第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４との間隔が変化する（接近する）。これより合焦状態が変化する（像がぼける）ので、近距離側の合焦位置Ｐ２を通過したことを確認できる。
【００２１】
ここで、第１のカム溝の延長部分１１ａ’を平坦化したのは、第１の合焦レンズ３の移動量（第１のカム溝１１の傾斜角θ１）は第２の合焦レンズ４の移動量（第２のカム溝１２の傾斜角θ２）よりも大きいので、第１の合焦レンズ３の移動量を抑えることで、小形化の効果が大きく得られるからである。言い換えれば、傾斜角が大きい方のカム溝についてその延長部分を平坦化することが小型化に有利となる。
【実施例２】
【００２２】
図４は、カム溝形状の第２の実施例を示すカム線図である。基本的な構成は実施例１（図３）と同じであり、異なる点は、第１のカム溝１１の遠距離側延長部分１１ｃ’の形状である。第１のカム溝１１における遠距離側延長部分１１ｃ’は、その傾斜角θ１’がほぼゼロ（平坦）となるよう形成している。すなわち、延長部分１１ｃ’ではカム環１０を回転させてもレンズ位置が光軸方向に移動しない形状としている。
【００２３】
実施例２のカム溝構造によれば、実施例１の効果に加えて、第１の合焦レンズ３は遠距離側合焦位置Ｐ３を過ぎると、第２の合焦レンズ４にそれ以上接近せずに遠ざかる方向に進む。よって、第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４の間隔を最小限に短縮して配置することができる。また、第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４との間隔が変化する（遠ざかる）ことで合焦状態が変化し（像がぼける）、遠距離側の合焦位置Ｐ３を通過したことを確認できる。
【実施例３】
【００２４】
図５は、カム溝形状の第３の実施例を示すカム線図である。基本的な構成は実施例１（図３）と同じであり、異なる点は、第１のカム溝１１の近距離側延長部分１１ａ”の形状である。第１のカム溝１１における近距離側の延長部分１１ａ”は、その傾斜角θ１”が本体部分１１ｂの傾斜角θ１と逆傾斜となるように形成している。すなわち、カム環１０を外側方向（Ｐ１方向）に回転させるとレンズ位置が光軸上を逆方向（投写側）に移動する形状としている。
【００２５】
実施例３のカム溝構造によれば、実施例１（図３）と同様に、第１の合焦レンズ３は近距離側合焦位置Ｐ２を過ぎると、図２における左側の固定レンズ２側にそれ以上接近することはないので、固定レンズ２との間隔を最小限に短縮して配置することができる。さらに、第１の合焦レンズ３は近距離側合焦位置Ｐ２を過ぎると光軸方向を逆方向（投写側）に移動するので、第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４との間隔はより急激に変化する（接近する）。これより近距離側の合焦位置Ｐ２をより明確に確認することができる。
【００２６】
なお、実施例３の変形例として、第１のカム溝１１における遠距離側延長部分１１ｃについても、その傾斜角が本体部分１１ｂの傾斜角θ１と逆傾斜となるように形成することが可能である。この場合には、遠距離側の合焦位置Ｐ３についてもより明確に確認することができる。
【実施例４】
【００２７】
図６は、カム溝形状の第４の実施例を示すカム線図である。基本的な構成は実施例２（図４）と同じであり、異なる点は、第１のカム溝１１の遠距離側延長部分１１ｃ”と第２のカム溝１２の遠距離側延長部分１２ｃ’の形状である。第１のカム溝１１における遠距離側延長部分１１ｃ”は、その傾斜角θ１”が本体部分１１ｂの傾斜角θ１と逆傾斜となるように形成している。すなわち、カム環１０を外側方向（Ｐ４方向）に回転させるとレンズ位置が光軸上を逆方向（光源側）に移動する形状としている。また第２のカム溝１２における遠距離側延長部分１２ｃ’は、その傾斜角θ２’がほぼゼロ（平坦）となるよう形成している。すなわち、カム環１０を回転させてもレンズ位置が光軸方向に移動しない形状としている。
【００２８】
実施例４のカム溝構造によれば、実施例２と同様に、第１の合焦レンズ３と第２の合焦レンズ４は遠距離側合焦位置Ｐ３を過ぎると互いに遠ざかる方向に進むので、両者のレンズ間隔を最小限に短縮して配置し、また、遠距離側の合焦位置Ｐ３を通過したことを確認できる。さらに実施例４においては、第２の合焦レンズ４は遠距離側合焦位置Ｐ３を過ぎても図２における右側のミラー５側にそれ以上接近することはないので、ミラー５との間隔を最小限に短縮して配置することができる。
【比較例】
【００２９】
図７は、カム溝形状の比較例を示すカム線図である。この例では、第１、第２のカム溝１１，１２における全ての延長部分、すなわち近距離側延長部分１１ａ’，１２ａ’と遠距離側延長部分１１ｃ’，１２ｃ’を、その傾斜角θ１’，θ２’がほぼゼロ（平坦）となるよう形成している。カム溝の延長部分を平坦形状とすることで、レンズの移動量は増加せず、光学ユニットの小形化に有利となる。しかしながらこの構造によれば、延長部分１１ａ’と１２ａ’、及び延長部分１１ｃ’と１２ｃ’は互いに平行に形成されているので、この領域での合焦状態は何ら変化することなく、近距離側合焦位置Ｐ２、あるいは遠距離側合焦位置Ｐ３での状態がそのまま継続する。よって、近距離側の合焦位置Ｐ２あるいは遠距離側の合焦位置Ｐ３を通過したことを確認することができない。このことから、合焦位置を通過したことを確認するためには、第１、第２のカム溝の延長部分の傾斜角は互いに非平行とすることが必要である。
【００３０】
以上、本発明によるいくつかの実施例を説明したが、上記した各実施例は単独でも、あるいは組合わせても有効である。各実施例における合焦レンズとカム溝は簡単のために２個ずつ有する場合としたが、複数個有しても良い。また各合焦レンズは複数のレンズからなるレンズ群としても良いし、合焦レンズに隣接する投写光学ユニットを構成する光学部品は特に限定しない。さらに、カム溝の延長部分の傾斜角は典型的な場合を示したもので、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。すなわち、カム溝の延長部分の傾斜角を本体部分の傾斜角よりも小さくすれば、その分隣接する光学部品との間隔を短縮する効果がある。
【００３１】
なお、本発明は合焦作用を行う投写光学ユニットを対象とするもので、他の用途、例えば変倍作用（ズーミング）の光学ユニットには適用されない。なぜなら、実施例で述べたレンズ移動機構（カム溝構造）では、合焦位置を確認するために、合焦状態から外れた状態（像がぼけた状態）となる延長区間を追加している。これに対し変倍作用を行う光学ユニットでは、常に合焦状態で像倍率を変える必要がある。つまり、変倍作用においては像がぼける区間は許容されないことから、本発明の対象とは異なるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１…換算フィルタ、２…同軸系レンズ、３…第１の合焦レンズ、４…第２の合焦レンズ、５…反射ミラー、６…映像表示素子、１０…カム環、１１…第１のカム溝、１２…第２のカム溝、１００…投写光学ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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