(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ光軸と垂直な面に対して傾斜したカム溝を有し、前記レンズ光軸を回転軸として回動するカム機構と、
前記カム機構を支持する不動部と、
前記不動部に前記レンズ光軸を回転軸として回転可能に支持された支持部を備える回転抑制部と、
前記カム機構と前記回転抑制部とを一体化し、前記回動に応じて前記回転抑制部と係り合って前記回動に応じて前記回転抑制部と回転するための連結部と、を有し、
前記レンズ光軸が鉛直方向を含むように配置され、
前記回転抑制部は、前記カム機構より上方に配置され、前記支持部が前記回動に応じて回転するときの摩擦によって前記回転を抑制するレンズユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズユニットにおいて、
前記支持部の前記摩擦の大きさは、前記カム溝の前記傾斜の角度θに応じて、
前記カム溝と当該カム溝に嵌合する部材との間の摩擦力Ｎ１、前記回転抑制部と前記支持部との間の摩擦力Ｎ２としたとき、
Ｎ２≦Ｎ１
を満たすように定められることを特徴とするレンズユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレンズユニットにおいて、
前記支持部はヘリコイドネジであることを特徴とするレンズユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載のレンズユニットを用いた画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズユニット及び画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラやプロジェクタに代表されるカム機構を使用した画像投影装置や撮像装置などの光学装置において、カム機構が自重によって回転することを防止するために、摩擦や弾性力によって重力と反対方向に付勢する構成が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００３】
ところで、近年の光学装置、特に画像投影装置のレンズユニットにおいては、画角を大きくするために、大口径のレンズが用いられることが多い。
しかしながら、このような大口径レンズを用いる場合には、カム機構も併せて大型化して重量が増すために、自重による意図しない回転を防げないという懸念がある。
また、重量に対抗する摩擦力を大きくするには、カム溝の傾斜角を大きくすることが難しいという問題もあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、カム溝の傾斜角が大きいときにも自重による落下を抑制して、部品点数の削減と構造の簡易化を行うレンズユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明にかかるレンズユニットは、レンズ光軸に対して傾斜したカム溝を有し、前記レンズ光軸を回転軸として回動するカム機構と、前記カム機構を支持する不動部と、前記不動部に前記レンズ光軸を回転軸として回転可能に支持された支持部を備える回転抑制部と、前記カム機構と前記回転抑制部とを一体化し、前記回動に応じて前記回転抑制部と係り合って前記回動に応じて前記回転抑制部と回転するための連結部と、を有し、前記レンズ光軸が鉛直方向を含むように配置され、前記回転抑制部は、前記カム機構より上方に配置され、前記支持部が前記回動に応じて回転するときの摩擦によって前記回転を抑制する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、部品点数の削減と構造の簡易化を行いながら、カム溝の傾斜角が大きいときにも自重による落下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態における画像投影装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態におけるレンズユニットの構成の一例を示す断面図である。
【図３】図２に示したレンズユニットの構成の一例を示す断面図である。
【図４】図２に示したカム機構における力のつりあいの一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の第１の実施形態として、画像投影装置の構成の一例を図１に示す。
画像投影装置１００は、光束を射出する光源１０１と、投射すべき平面画像を画像情報として表示して、光束を変調する空間光変調素子１０２と、光源１０１からの光を折り返して空間光変調素子１０２に照射して光像を生成する照明部１０３と、を有している。
画像投影装置１００はまた、画像を投影面１０４に投影するための投影光学系たるレンズユニット２００と、投影面１０４に投影するべき画像を表示するために空間光変調素子１０２を制御する制御部１０９と、を有している。
【０００９】
光源１０１は、放射状の光線を出射する放射光源としての発光源たるハロゲンランプ１０１ａと、出射された放射光をほぼ平行な光線束として出射する凹面鏡１０１ｂとの組み合わせにより、白色光を略並行に出射する。ここで放射光源としてはメタルハライドランプや高圧水銀ランプ、ＬＥＤを用いても良い。
【００１０】
照明部１０３は、照射された光束をＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの色情報に分解して反射するダイクロイックミラー１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂを有している。
照明部１０３は、かかる構成により、照射された光速を波長に応じて反射あるいは透過して光路を選択するための光路選択手段としての機能を有する。
【００１１】
空間光変調素子１０２は、入射した光束を透過して空間的な変調を付与して出射することで画像情報を与える画像表示手段たる液晶パネルである。なお、空間光変調素子１０２は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のような反射型の空間光変調素子を用いても良い。
【００１２】
レンズユニット２００の構成について、図２、図３を用いて説明する。
ここで、入射光の光軸方向たる光軸の進行方向である鉛直上向き方向をＺ軸、光軸方向に垂直な方向のうち、紙面に垂直な方向をＹ軸と定め、Ｚ軸およびＹ軸にそれぞれ垂直な方向をＸ軸と定める。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向について、図２に示す矢印の方向をそれぞれ正方向と定める。
【００１３】
レンズユニット２００は、少なくとも１つのレンズＬを支持するレンズ保持部材１０と、鏡筒を構成する筐体たる不動部２０と、レンズ保持部材１０と係り合ってレンズ保持部材１０を回転自在かつＺ方向に可動に支持するカム機構２１とを有している。
レンズユニット２００は、カム機構２１のＺ方向下流側に配置されて不動部２０に回転可能に支持された回転抑制部２２と、回転抑制部２２と一体に形成されてカム機構２１の回転動作たる回動と回転抑制部２２の回転との位相を同期させるための連結部２４と、を有している。
【００１４】
カム機構２１は、レンズＬの光軸方向であるＺ方向に垂直なＸＹ平面に対する傾斜の角度たる傾斜角θだけ傾斜して形成されたカム溝２５を有している。なお、カム機構２１は、ここでは１つのカム溝２５についてのみ説明するが、複数のカム溝２５を有していても良いし、複数のカム溝２５について、それぞれの傾斜角が異なっていても良い。
カム機構２１は、かかるカム溝２５とレンズ保持部材１０に設けられたピン２６とが係り合って、すなわち係合して、具体的にはピン２６がカム溝２５に摺動自在に進入することでレンズ保持部材１０をカム機構２１の内側に回転自在に支持している。
なお、傾斜角θは、レンズＬの重量などの情報に基づいて適宜設定される。
【００１５】
不動部２０は、カム機構２１をＸＹ平面において回動自在に支持している。
【００１６】
回転抑制部２２は、不動部２０にレンズ光軸を回転軸として回転可能に支持された支持部２３を有する円筒状の部材である。
支持部２３は、回転抑制部２２の外周面に、螺旋形状に形成された雄ネジとしてのヘリコイドネジである。
支持部２３は、不動部２０の支持部２３と対向する面に設けられた、支持部２３に対応した形状の溝たる雌ネジとしての螺合溝３３にねじ込まれて嵌め合わされて、言い換えると螺合している。支持部２３が螺合溝３３と螺合することで、回転抑制部２２は、ＸＹ平面に回転可能かつＸＹ平面の回転によってＺ方向に可動に支持されている。
本実施形態では、支持部２３の回動の量に応じて、回転抑制部２２がＺ方向下流側へと上昇するように設置されている。
なお、かかる配置に限定されるものではなく、例えば支持部２３のヘリコイドネジの方向を変えることで、回動の量に応じて上昇するか下降するかの切替は容易である。
【００１７】
連結部２４は、Ｚ軸と平行な方向でカム機構２１側に突出するように、回転抑制部２２の円筒側面に形成された突起部であり、連結部２４がカム機構２１に嵌め合って嵌合状態を形成する。このように連結部２４がカム機構２１と嵌合した状態であるため、カム機構２１を回動させると、カム機構２１の回動に応じて、連結部２４が動かされる。かかる連結部２４により、カム機構２１と回転抑制部２２との回動とが連動するから、回動の回転角、言い換えると位相が同期した状態で、すなわち一体化して、回動する。
連結部２４は、カム機構２１の回動の回転角が最大となった状態、すなわち回転抑制部２２が上方に最大限移動した状態であっても、カム機構２１に嵌合あるいは係合した状態を維持するように、十分な長さを持って配置されている。
【００１８】
以上のような構成を有する画像投影装置１００において、画像を投影する方法について説明する。
【００１９】
ハロゲンランプ１０１ａから全方位に射出された白色光は、凹面鏡１０１ｂによって反射され、略並行な光束となって照明部１０３へと入射する。
【００２０】
照明部１０３において、光束はダイクロイックミラー１０３Ｂ、１０３Ｒ、１０３Ｇによってそれぞれの帯域の波長別に反射されることで、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの色情報に分解される。
【００２１】
Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの色情報に分解された光束は、制御部１０９の制御に基づいて空間的な変調を付与する空間光変調素子１０２により、カラーの画像情報となる。
空間光変調素子１０２によって空間的な変調を付与された光束は、レンズユニット２００に入射する。
レンズユニット２００に入射した光束は、投射光学系たるレンズユニット２００によって拡大され、投影面１０４に投影されることで、画像投影を行う。
【００２２】
このとき、投影面１０４に投射される画像の倍率及び焦点の位置は、レンズユニット２００の有するレンズＬの位置を調整することで変化させる。
具体的には、制御部１０９を用いて、駆動源によってカム機構２１を回転させることで、レンズＬの位置を調整する。
【００２３】
ところで、レンズＬの位置の調整の自由度を大きくするためには、カム溝２５とＸＹ平面との間の傾斜角θを大きくとることが望ましい。
しかしながら、一般にカムの傾斜角を大きくした場合には、特にレンズ光軸が鉛直方向を含むように配置するときに、カム機構にはたらく重力によって鉛直下向きに引っ張られて、自重による意図しないカム機構の回転ないし落下が生じる懸念がある。
【００２４】
そのため本実施形態においては、回転抑制部２２とカム機構２１との回動が連結部２４によって一体化され、互いに回転角が同期した状態で回動し、回転抑制部２２が回動するときの摩擦によって回動を抑制している。
従来のように、例えばカム機構２１に生じる力をカム溝２５とピン２６との間の摩擦力Ｎで打ち消す場合に生じる力の模式図を図４（ｂ）に示し、本実施形態におけるカム機構２１に生じる力の模式図を、図４（ａ）に示す。
ここで、カム機構２１にはたらく重力をＧ、重力Ｇと釣り合いをとる、すなわち、重力Ｇがカム機構２１に働くことによってピン２６に生じる抗力をＲとする。
抗力Ｒは、カム溝２５に垂直な方向へはたらく垂直抗力ｒ１と、カム溝２５に沿って働く水平抗力ｒ２とのベクトル和で表すことができる。垂直抗力ｒ１は、カム溝２５に垂直な方向にはたらき、仕事をしないから、水平抗力ｒ２のみについて考える。
水平抗力ｒ２は、傾斜角θを用いて、ｒ２＝Ｒｓｉｎθとも表すことができる。
かりに、図４（ｂ）に示す従来例のように、カム溝２５とピン２６との間の摩擦力Ｎ１のみによって、かかる水平抗力ｒ２を打ち消すためには、Ｎ１は次の数式１を満たす。
【００２５】
【数１】
0006425947.tif 000002
【００２６】
この場合には、カム溝２５の傾斜角θが大きくなるに従って、カム溝２５とピン２６との間の摩擦力Ｎ1を大きくする必要がある。
【００２７】
一方、本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、回転抑制部２２とカム機構２１との回動が連結部２４によって一体化され、互いに回転角が同期した状態で回動するから、水平抗力ｒ２のうち、回転方向であるＸＹ平面に垂直なＺ方向成分が仕事をしない。
つまり、水平抗力ｒ２のうち、ＸＹ平面への射影であるｒ３のみがカム機構２１を回転させる力としてはたらく。
本実施形態においては、回転抑制部２２が回動するときの支持部２３の摩擦力Ｎ２によって回動を抑制するから、かかるｒ３に対抗するには、Ｎ２は次の数式２を満たす。
【００２８】
【数２】
0006425947.tif 000003
【００２９】
数式１、数式２より、Ｎ２≦Ｎ1であり、傾斜角θが大きければ大きいほど、Ｎ２が小さくなることがわかる。
したがって、回転抑制部２２とカム機構２１との回動が連結部２４によって互いに回転角が同期した状態で回動するから、回転抑制部２２が回動するときの摩擦力Ｎ２によって、カム溝２５の傾斜角θが大きいときにも、カム機構２１の意図しない回転が抑制される。
言い換えると、螺合溝３３と支持部２３との螺合によって生じた摩擦力Ｎ２が、連結部２４を介してカム機構２１に伝えられることで、カム溝２５の傾斜角θが大きいときにも、カム機構２１の意図しない回転が抑制される。回転抑制部２２は、このようにカム機構２１にかかる力の方向を変化させる回転力偏向手段としての機能を有している。
また、カム機構２１の回転を止めるためのバネなどの付勢部材を必要としないから、部品点数の削減と構造の簡易化が容易である。
さらに、カム機構２１を駆動源を用いて任意に回転させるときにも、必要以上の摩擦力が生じることがないから、容易に回転させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、支持部２３の摩擦の大きさたる摩擦力Ｎ２は、カム溝２５の傾斜角θに応じて数式２によって定められる。
すなわち、傾斜角θに応じて、支持部２３がカム機構２１の回動に応じて回転するときの摩擦力Ｎ２を所定の値に設計することで、傾斜角θが大きい場合にもカム機構２１の自重による意図しない回転が抑制されるとともに、部品点数の削減と構造の簡易化を行う。
【００３１】
また、本実施形態では、レンズＬのレンズ光軸は、Ｚ方向に平行に配置され、回転抑制部２２は、カム機構２１よりも上方に配置されている。
かかる構成により、下方に自重落下防止のためのストッパーなどを設ける必要がなく、上述の効果に加えて、カム機構２１や回転抑制部２２の位置を自由に配置できるから、設計の自由度が向上するとともに部品点数の削減と構造の簡易化が容易である。
【００３２】
また、本実施形態では、支持部２３はヘリコイドネジである。
かかる構成により、支持部２３と螺合溝３３とが螺合したときのガタないしバックラッシが抑えられるから、カム溝２５の傾斜角θが大きいときにも、カム機構２１の意図しない回転がより抑制されるとともに、部品点数の削減と構造の簡易化を行う。
【００３３】
また、本実施形態では、連結部２４は回転抑制部２２の円筒側面にＺ方向に平行に突出するように形成された突起部である。
かかる構成により、カム機構２１と回転抑制部２２とがＸＹ方向への回動のみ同期されて、Ｚ方向には互いに独立に動くことができるから、上述の効果に加えて、カム機構２１や回転抑制部２２の位置を自由に配置できる。
【００３４】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３５】
例えば、画像投影装置１００は、１つの液晶パネルでカラーの画像情報を与える１板式のカラープロジェクタとしたが、これに限らず、３板式のカラープロジェクタであっても良いし、モノクロの画像投影装置であってもよい。
【００３６】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３７】
２      画像投影装置
２０    不動部
２１    カム機構
２２    回転抑制部
２３    支持部（ヘリコイドネジ）
２４    連結部
２５    カム溝
３３    螺合溝
２００  レンズユニット
Ｌ      レンズ
θ      傾斜角
Ｎ２    回転するときの摩擦（摩擦力）
Ｚ      レンズ光軸方向
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００３−２０７７０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５０１３７号公報
【特許文献３】特許第５３３７９７６号公報
【特許文献４】特許第５３６９９２８号公報
【図１】
0006425947.tif 000004
【図２】
0006425947.tif 000005
【図３】
0006425947.tif 000006
【図４】
0006425947.tif 000007