(57)【要約】【課題】光学性能の劣化を抑制しつつ、小型可能なレンズユニットおよび光学機器を提供すること。【解決手段】第１のカムフォロアが取り付けられている第１のレンズ鏡筒と、第１のレンズ鏡筒に対して光学機器本体側に配置され、第２のカムフォロアが取り付けられている第２のレンズ鏡筒と、第２のレンズ鏡筒に対して光学機器本体側に配置され、第３のカムフォロアが取り付けられている第３のレンズ鏡筒と、第１から第３のカムフォロアがそれぞれ嵌合する第１から第３のカム溝が光軸方向に対して角度を有するように形成されているカム環と、第１から第３のカムフォロアが嵌合する直進溝が光軸に沿って形成されている固定筒と、第１および第２のレンズ鏡筒を光軸方向に交差する方向へ付勢する第１の付勢手段と、第２および第３のレンズ鏡筒を光軸方向に交差する方向へ付勢する第２の付勢手段と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のカムフォロアが取り付けられている第１のレンズ鏡筒と、
光軸方向において前記第１のレンズ鏡筒に対して光学機器本体側に配置され、第２のカムフォロアが取り付けられている第２のレンズ鏡筒と、
前記光軸方向において前記第２のレンズ鏡筒に対して光学機器本体側に配置され、第３のカムフォロアが取り付けられている第３のレンズ鏡筒と、
前記第１のカムフォロア、前記第２のカムフォロアおよび第３のカムフォロアがそれぞれ嵌合する第１のカム溝、第２のカム溝および第３のカム溝が前記光軸方向に対して角度を有するように形成されているカム環と、
前記第１のカムフォロア、前記第２のカムフォロアおよび第３のカムフォロアが嵌合する直進溝が光軸に沿って形成されている固定筒と、
前記第１および第２のレンズ鏡筒を前記光軸方向に交差する方向へ付勢する第１の付勢手段と、
前記第２および第３のレンズ鏡筒を前記光軸方向に交差する方向へ付勢する第２の付勢手段と、を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項２】
前記第１および第２の付勢手段の付勢力は、互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のレンズユニット。
【請求項３】
前記第２の付勢手段の付勢力は、前記第１の付勢手段の付勢力に比べて強いことを特徴とする請求項１または２に記載のレンズユニット。
【請求項４】
前記第２のカム溝と前記第３のカム溝との間の広がりは、前記第１のカム溝と前記第２のカム溝との間の広がりに比べて大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項５】
前記第１の付勢手段は、前記直進溝と前記第２のカム溝との交角の広い側に前記第２のレンズ鏡筒を付勢し、
前記第２の付勢手段は、前記直進溝と前記第３のカム溝との交角の広い側に前記第３のレンズ鏡筒を付勢することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項６】
前記第１および第２の付勢手段の付勢力は、前記第１から第３のレンズ鏡筒の各敏感度、前記第１から第３のレンズ鏡筒の各重量、および前記直進溝と前記第１から第３のカム溝との各交角の少なくとも１つに基づいて設定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項７】
前記第１および第２の付勢手段の付勢力はそれぞれ、前記第１および第３のレンズ鏡筒の自重より強いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項８】
前記第１および第２の付勢手段の付勢力の和は、前記第２のレンズ鏡筒の自重よりも強いことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のレンズユニット。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のレンズユニットを有することを特徴とする光学機器。
【請求項１０】
前記光学機器は、投射表示する画像を生成する液晶パネルを含むプロジェクタであることを特徴とする請求項９に記載の光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズユニットおよび光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子を移動させることで、フォーカシングまたはズーミングを行うレンズユニットが知られている。レンズユニットは、一般的に、光学素子を保持するレンズ鏡筒、レンズ鏡筒に取り付けられているカムフォロワ、光軸に平行な直進溝が形成されている固定筒、および光軸方向に対して角度を有するカム溝が形成されているカム環を有する。フォーカシングまたはズーミングのために、カムフォロワは、光軸方向へ移動可能に直進溝に嵌合するとともに、カム環の回動に応じて直進溝に沿って光軸方向へ移動するようにカム溝に嵌合する。
【０００３】
しかしながら、カムフォロアの直進溝およびカム溝との嵌合状態は、部品公差によって変化する。また、嵌合状態は、温度変化に伴う線膨張、高湿時の吸湿、または繰り返し使用によって生じる摩耗によっても変化する。嵌合が弱まり、ガタが生じると、ガタ分だけレンズ鏡筒に倒れや平行偏心が生じ、光学性能が劣化してしまう。逆に、嵌合が強くなると、カム環の回動時のトルクが増大し、スムーズにフォーカシングまたはズーミングができなくなる。
【０００４】
上記問題を解決するために、特許文献１では、第１の鏡筒に接続された第１のカムフォロア、および第２の鏡筒に接続された第２のカムフォロアをそれぞれ光軸方向と交差する方向に付勢する付勢手段を有する光学装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２５７３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、レンズユニットの高解像度対応によって、フォーカシングまたはズーミングの際に移動するレンズ鏡筒の数が増加しているため、倒れや平行偏芯に対する敏感度が高いレンズ鏡筒が増加している。また、レンズユニットは、さらなる小型化が求められている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１には、３つ以上のレンズ鏡筒が近接する場合にガタの発生を抑制するための構成について開示されていない。レンズ鏡筒が付勢し合う構成を採用したとしても、カム溝とカムフォロア、または直進溝とカムフォロアのガタを除去する付勢力を相殺し、光学性能の劣化を抑制できないおそれがある。また、付勢手段の取り付け位置によっては、付勢手段を大きくする必要があり、レンズユニットの大型化につながってしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、光学性能の劣化を抑制しつつ、小型可能なレンズユニットおよび光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としてのレンズユニットは、第１のカムフォロアが取り付けられている第１のレンズ鏡筒と、光軸方向において前記第１のレンズ鏡筒に対して光学機器本体側に配置され、第２のカムフォロアが取り付けられている第２のレンズ鏡筒と、前記光軸方向において前記第２のレンズ鏡筒に対して光学機器本体側に配置され、第３のカムフォロアが取り付けられている第３のレンズ鏡筒と、前記第１のカムフォロア、前記第２のカムフォロアおよび第３のカムフォロアがそれぞれ嵌合する第１のカム溝、第２のカム溝および第３のカム溝が光軸方向に対して角度を有するように形成されているカム環と、前記第１のカムフォロア、前記第２のカムフォロアおよび第３のカムフォロアが嵌合する直進溝が光軸に沿って形成されている固定筒と、前記第１および第２のレンズ鏡筒を前記光軸方向に交差する方向へ付勢する第１の付勢手段と、前記第２および第３のレンズ鏡筒を前記光軸方向に交差する方向へ付勢する第２の付勢手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光学性能の劣化を抑制しつつ、小型可能なレンズユニットおよび光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るレンズユニットの分解斜視図である。
【図２】鏡筒にコイルバネを取り付ける方法の説明図である。
【図３】ズームカム環の上面図および側面図である。
【図４】３つの鏡筒の規格を割ってしまう敏感度に対応する各鏡筒の移動量および倒れ量、各鏡筒の重量、カム溝と直進溝との交角を示す図である。
【図５】本実施形態のレンズユニットを備える液晶プロジェクタの概略図である。
【図６】本実施形態のレンズユニットを備える撮像装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るレンズユニット１００の分解斜視図である。レンズユニット１００は、プロジェクタやカメラ等の光学機器本体に取り付けられて使用される。第１鏡筒１０１、第２鏡筒１０２、第３鏡筒１０３、第４鏡筒１０４、第５鏡筒１０５および第６鏡筒１０６はそれぞれ、第１レンズ群、第２レンズ群、第３レンズ群、第４レンズ群、第５レンズ群および第６レンズ群を保持している。第１〜第６鏡筒１０１〜１０６のそれぞれの外周における周方向１２０度ごとの３箇所にはそれぞれ、カムフォロア１０８Ａ〜１０８Ｆがビスで取り付けられている。
【００１４】
固定筒１１１の光軸方向後端部（第６鏡筒側の端部）には、マウント１１２がビス止めされている。マウント１１２には、光学機器本体に取り付けられるフランジ部が形成されている。マウント１１２の後端部には、第６レンズ群としてのリレー系レンズを保持している第６鏡筒１０６がカムフォロア１０８Ｆを介して固定されている。フォーカスカム環１１３は、固定筒１１１の外周のうち前側（第１鏡筒側）に配置されている。また、フォーカスカム環１１３は、ギア部を有し、レンズユニット１００の光軸１１６を中心に回転する。ズームカム環１１４は、固定筒１１１の内周のうち後側（第６鏡筒側）に配置され、光軸１１６を中心に回転する。ズーム環１１５は、ギア部を有し、不図示の連結部材を介してズームカム環１１４と一体的に回転するように、固定筒１１１の外周に取り付けられている。
【００１５】
モーターユニット１２１は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ等のモータ本体と、モータ本体の回転を減速して出力する減速ギアボックスとを含み、アクチュエータとして機能する。モーターユニット１２１は、ビスにより保持部材１２２に固定されている。保持部材１２２を固定筒１１１にビスで固定すると、モーターユニット１２１はフォーカスカム環１１３のギア部およびズーム環１１５のギア部と噛み合う状態になる。
【００１６】
以下、フォーカス機構について説明する。第１鏡筒１０１は、焦点位置調整レンズを保持している。本実施形態では、第１鏡筒１０１を光軸１１６に沿って移動させることで、フォーカシングが行われる。
【００１７】
第１鏡筒１０１のカムフォロア１０８Ａは、固定筒１１１の周方向１２０度ごとの３箇所に、光軸１１６に沿って形成されている直進溝１１１Ａに嵌合する。また、カムフォロア１０８Ａは、フォーカスカム環１１３の周方向１２０度ごとの３箇所に、光軸方向に対して角度を有するように形成されているカム溝１１３Ａに嵌合する。フォーカスカム環１１３は、固定筒１１１に対してバヨネット結合構造等によって光軸方向への移動が阻止された状態で、光軸１１６回りに回転可能となっている。
【００１８】
フォーカスカム環１１３のギア部と噛み合ったモーターユニット１２１を駆動すると、フォーカスカム環１１３のギア部に駆動力が伝達し、フォーカスカム環１１３が回転する。フォーカスカム環１１３が回転すると、カムフォロア１０８Ａがカム溝１１３Ａと直進溝１１１Ａに沿って光軸方向へ移動する。この移動により、第１鏡筒１０１が光軸１１６に沿って移動し、フォーカシングが行われる。
【００１９】
以下、ズーム機構について説明する。第２〜第５鏡筒１０２〜１０５はそれぞれ、第２〜第５レンズ群としての変倍系レンズを保持している。本実施形態では、第２〜第５鏡筒１０２〜１０５を光軸１１６に沿って移動させることで、ズームが行われる。
【００２０】
第２〜第５鏡筒１０２〜１０５のそれぞれのカムフォロア１０８Ｂ〜１０８Ｅは、固定筒１１１の周方向１２０度ごとの３箇所に、光軸１１６に沿って形成されている直進溝１１１Ｂに嵌合する。また、カムフォロア１０８Ｂ〜１０８Ｅはそれぞれ、ズームカム環１１４の周方向１２０度ごとの３箇所に、光軸方向に対して角度を有するように形成されている第１〜第４カム溝１１４Ａ〜１１４Ｄに嵌合する。ズームカム環１１４およびズーム環１１５は、固定筒１１１に対してバヨネット結合構造等によって光軸方向への移動が阻止された状態で、光軸１１６回りに回転可能となっている。
【００２１】
ズーム環１１５のギア部と噛み合ったモーターユニット１２１を駆動すると、ズーム環１１５のギア部に駆動力が伝達し、ズーム環１１５が回転する。ズーム環１１５が回転すると、ズームカム環１１４も光軸１１６回りに回転する。ズームカム環１１４が回転すると、カムフォロア１０８Ｂ〜１０８Ｅがそれぞれ第１〜第４カム溝１１４Ａ〜１１４Ｄと直進溝１１１Ｂに沿って光軸方向へ移動する。この移動により、第２〜第５鏡筒１０２〜１０５が光軸１１６に沿って移動し、ズームが行われる。
【００２２】
以下、第３鏡筒（第１のレンズ鏡筒）１０３、第４レンズ鏡筒（第２のレンズ鏡筒）、および第５鏡筒（第３のレンズ鏡筒）１０５にコイルバネ（第１の付勢手段）１０７、およびコイルバネ（第２の付勢手段）１０９を取り付ける方法について説明する。図２は、第３から第５鏡筒１０３〜１０５にコイルバネ１０７、１０９を取り付ける方法の説明図である。第４鏡筒１０４は第３鏡筒１０３の光学機器本体側に配置され、第５鏡筒１０５は第４鏡筒１０４の光学機器本体側に配置されている。コイルバネ１０７、１０９は、カムフォロア１０８Ｂ〜１０８Ｅと第１〜第４カム溝１１４Ａ〜１１４Ｄ、およびカムフォロア１０８Ｂ〜１０８Ｅと直進溝１１１Ｂの両方のガタを除去するために使用される。
【００２３】
コイルバネ１０７は、第３鏡筒１０３に設けられた回転規制軸１０３Ｂが第４鏡筒１０４に形成された回転規制穴１０４Ｂに挿入された後、ビスによって第３鏡筒１０３および第４鏡筒１０４に取り付けられる。コイルバネ１０７は、第３鏡筒１０３および第４鏡筒１０４を光軸方向に交差する方向へ付勢する。また、コイルバネ１０９は、第５鏡筒１０５に設けられた回転規制軸１０５Ｂが第４鏡筒１０４に形成された回転規制穴１０４Ｂに挿入された後、ビスによって第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５に取り付けられる。コイルバネ１０９は、第４鏡筒１０３および第５鏡筒１０４を光軸方向に交差する方向へ付勢する。
【００２４】
図３（ａ）および図３（ｂ）はそれぞれ、ズームカム環１１４の上面図および側面図である。本実施形態では、第２カム溝（第１のカム溝）１１４Ｂと第３カム溝（第２のカム溝）１１４Ｃとの間の広がりに比べて、第３カム溝１１４Ｃと第４カム溝（第３のカム溝）１１４Ｄとの間の広がりは大きい。言い換えると、第３カム溝１１４Ｃと第４カム溝１１４Ｄとの光軸方向における距離のうち最大値と最小値との差分は、第２カム溝１１４Ｂと第３カム溝１１４Ｃとの光軸方向における距離のうち最大値と最小値との差分に比べて大きい。本実施形態では、コイルバネ１０９はコイルバネ１０７に比べて伸縮量が大きくなるため、コイルバネ１０９の付勢力をコイルバネ１０７の付勢力に比べて強く設定している。このとき、コイルバネ１０９は、第４カム溝１１４Ｄと直進溝１１１Ｂとの交角の広い側に第５鏡筒１０５を付勢する。また、コイルバネ１０７は、第３カム溝１１４Ｃと直進溝１１１Ｂとの交角の広い側に第４鏡筒１０４を付勢する。なお、カム溝間の光軸方向における距離とは、各カム溝の光軸方向の溝幅の中心位置間の距離のことである。
【００２５】
また、本実施形態では、コイルバネ１０７、１０９の付勢力はそれぞれ、第３および第５鏡筒１０３、１０５の自重より強くなるように設定している。また、コイルバネ１０７、１０９の付勢力の和は、第４鏡筒１０４の自重よりも強くなるように設定している。
【００２６】
図４は、第３鏡筒１０３、第４鏡筒１０４および第５鏡筒１０５の規格を割ってしまう敏感度に対応する各鏡筒の移動量および倒れ量、各鏡筒の重量、カム溝と直進溝との交角を示している。図４に示されるように、各鏡筒に応じて規格を割ってしまう値が異なるため、コイルバネ１０７、１０９の付勢力を各鏡筒の敏感度、重量および交角の少なくとも１つに基づいて設定することが望ましい。
【００２７】
以上説明したように、本発明は、光学性能の劣化を抑制しつつ、小型化可能なレンズ鏡筒を提供することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、コイルバネ１０９を引っ張ることで付勢力を発生させているが、圧縮させることで付勢力を発生させてもよい。また、敏感度、重量、交角を等しく扱ったがそれぞれの値に対して重みを付けてコイルバネの設定を行ってもよい。
【００２９】
図５は、本実施形態のレンズユニットＬＵ１を備える液晶プロジェクタＩＰの概略図である。液晶プロジェクタＩＰは、投射表示する画像を生成する液晶パネルＬＰを有する。レンズユニットＬＵ１は、液晶パネルＬＰが生成した画像を外部に投射する。
【００３０】
図６は、本実施形態のレンズユニットＬＵ２を備える撮像装置ＩＡの概略図である。レンズユニットＬＵ２は、撮像光学系ＩＯＳを保持する。カメラ本体ＣＢは、撮像素子ＩＥを保持する。レンズユニットＬＵ２は、カメラ本体ＣＢと一体的に構成されていてもよいし、カメラ本体ＣＢに着脱可能に取り付けられるように構成されていてもよい。また、レンズユニットＬＵ２が撮像素子ＩＥを保持していてもよい。
【００３１】
本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置、カメラ本体に着脱可能に取り付けられるレンズ鏡筒、およびレンズ一体型カメラ等の光学機器だけでなく、ビデオカメラや監視カメラ等の撮影装置、および双眼鏡等の観察装置等の光学機器にも適用することができる。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１００    レンズユニット
１０３    第３鏡筒（第１のレンズ鏡筒）
１０４    第４鏡筒（第２のレンズ鏡筒）
１０５    第５鏡筒（第３のレンズ鏡筒）
１０７    コイルバネ（第１の付勢手段）
１０８Ｃ  カムフォロア（第１のカムフォロア）
１０８Ｄ  カムフォロア（第２のカムフォロア）
１０８Ｅ  カムフォロア（第３のカムフォロア）
１０９    コイルバネ（第２の付勢手段）
１１１    固定筒
１１１Ｂ  直進溝
１１４    ズームカム環（カム環）
１１４Ｃ  カム溝（第１のカム溝）
１１４Ｄ  カム溝（第２のカム溝）
１１４Ｅ  カム溝（第３のカム溝）
【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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