特許第6435543号(P6435543)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6435543レンズユニット、画像投影装置及び撮像装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6435543
(24)【登録日】2018年11月22日
(45)【発行日】2018年12月12日
(54)【発明の名称】レンズユニット、画像投影装置及び撮像装置
(51)【国際特許分類】
   G02B 7/04 20060101AFI20181203BHJP
   G03B 21/14 20060101ALI20181203BHJP
   H04N 5/225 20060101ALI20181203BHJP
   H04N 5/232 20060101ALI20181203BHJP
   G03B 21/00 20060101ALN20181203BHJP
【FI】
   G02B7/04 D
   G03B21/14 D
   H04N5/225 400
   H04N5/232
   !G03B21/00 D
【請求項の数】5
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2014-101537(P2014-101537)
(22)【出願日】2014年5月15日
(65)【公開番号】特開2015-219309(P2015-219309A)
(43)【公開日】2015年12月7日
【審査請求日】2017年4月5日
(73)【特許権者】
【識別番号】514274487
【氏名又は名称】リコーインダストリアルソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127111
【弁理士】
【氏名又は名称】工藤 修一
(74)【代理人】
【識別番号】100067873
【弁理士】
【氏名又は名称】樺山 亨
(74)【代理人】
【識別番号】100090103
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 章悟
(72)【発明者】
【氏名】奥山 繁
【審査官】 登丸 久寿
(56)【参考文献】
【文献】 特開2004−233690(JP,A)
【文献】 特開2008−250296(JP,A)
【文献】 実開昭63−088811(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 7/04
G03B 21/14
H04N 5/225
H04N 5/232
G03B 21/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体側から入射して透過する光束を縮小する第1光学系と、
前記光束を拡大して像面側に出射して投影する円形レンズから一方の側の一部が切り取られた非円形レンズを含む第2光学系と、
前記第2光学系を構成する少なくとも1つの前記非円形レンズを、前記光束の光軸方向に移動させるカム機構と、
前記非円形レンズと前記カム機構とを連結する連結部と、
を有し、
前記カム機構は、前記光束の前記光軸方向において前記非円形レンズよりも第1光学系側に設置され
前記連結部は、前記連結部と前記カム機構とを連結する第1連結部材と、
前記連結部と前記非円形レンズとを連結する第2連結部材と、を有し、
前記第1連結部材と、前記第2連結部材とが、前記光軸方向から見たとき前記非円形レンズの前記一方の側に対する他方の側に設置されることを特徴とするレンズユニット。
【請求項2】
請求項1記載のレンズユニットにおいて、
前記カム機構は、前記非円形レンズと非重複であ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、
前記第1光学系と前記第2光学系との間に配置された絞りを有し、
前記カム機構は、前記光軸方向において、前記絞りを含む領域に設置されているレンズユニット。
【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有する画像投影装置。
【請求項5】
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有し、前記像面側から入射した光束を前記物体側に結像して画像を取得する撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学系に用いられるレンズユニット及びこれを用いた画像投影装置並びに撮像装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【0002】
プロジェクタ等の画像投影装置や、デジタルカメラ等の撮像装置では、ズーム機構によってレンズの光軸方向の間隔を変化させることで、投影画角あるいは撮影画角を変化させる、いわゆるズーム動作を行うものがある(例えば特許文献1、2参照)。
通常、こうしたズーム動作を行うためのカム機構は、動作させるべきレンズの同軸外周に設置される。
近年、画像投影装置では、大画面への投射や、高輝度化が求められており、光学系において像面側、つまり光軸方向下流側である拡大光学系側に大型のレンズを用いることが多くなっている。
また同様に、撮像装置においても、暗所撮影でのノイズによる画質の劣化を防止しつつ、より早いシャッタスピードを実現するために、集光効率の良い、所謂明るいレンズが求められ、物体側のレンズの大型化が求められている。
【0003】
しかしながら、前述の通り、従来のカム機構は、動作させるべきレンズの周囲に設置される都合上、レンズを大型化するとカム機構自体が大型化してしまう。
また、大口径のレンズと、小口径のレンズとの口径差により、レンズユニット全体として歪な形状になり、撮像装置や画像投影装置へ組み入れる際の設計の自由度が減少してしまう。
【0004】
カム機構自体の大型化を解決する方法として、例えば画像投影装置において、拡大光学系側のレンズに大型の非円形レンズを用いた上で、レンズの光軸に対して回転中心を偏心させたカムを用いたカム機構が考えられる(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、このような構成によっても、カム機構がレンズ光軸に対して偏心するという特殊な形状により、動作部分の構成が複雑となり、設計の自由度が小さいという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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、大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能な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】
【0006】
上述した課題を解決するため、本発明におけるレンズユニットは、物体側から入射して透過する光束を縮小する第1光学系と、前記光束を拡大して像面側に出射して投影する円形レンズから一方の側の一部が切り取られた非円形レンズを含む第2光学系と、前記第2光学系を構成する少なくとも1つの前記非円形レンズを、前記光束の光軸方向に移動させるカム機構と、前記非円形レンズと前記カム機構とを連結する連結部と、を有し、前記カム機構は、前記光束の前記光軸方向において前記非円形レンズよりも第1光学系側に設置され、前記連結部は、前記連結部と前記カム機構とを連結する第1連結部材と、前記連結部と前記非円形レンズとを連結する第2連結部材と、を有し、前記第1連結部材と、前記第2連結部材とが、前記光軸方向から見たとき前記非円形レンズの前記一方の側に対する他方の側に設置される
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能なレンズユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の第1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図1に示した画像投影装置に備えられるレンズユニットの構成の一例を示す図である。
図3図2に示すレンズユニットのカム機構の動作の一例を示す図である。
図4】本発明の第2の実施形態における撮像装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
ここで、画像投影装置100の備えるレンズユニット200に入射する光の光軸方向たる光軸の進行方向をZ軸、光軸方向に垂直な方向のうち、ここでは鉛直上方向を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1に示す矢印の方向をそれぞれ正方向と定める。
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、空間光変調素子102によって形成された画像を投影面104に投影する投射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。
画像投影装置100はまた、レンズユニット200を透過した光束を、Y軸正方向を含む方向に反射して投影面104へと投射する反射鏡105を有している。
【0010】
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を用いても良いし、LED光源や、レーザー光源などの放射光源を用いても良い。
【0011】
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、照射された光束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。
【0012】
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投影すべき物体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。
【0013】
レンズユニット200の構成について、図2を用いて説明する。
レンズユニット200は、複数の光学部材12と、各光学部材12を支持するための筐体11と、光学部材12の光軸上に配置された絞り23と、を有している。
レンズユニット200はまた、絞り23よりも物体側言い換えると縮小側に配置された複数の光学部材12で構成された第1光学系21と、絞り23よりも像面側言い換えると拡大側に配置された複数の光学部材12で構成された第2光学系22と、を有している。
レンズユニット200はまた、少なくとも1つの光学部材12を回転運動によってZ軸方向へ移動させるカム機構24を有している。以下、このカム機構24の回転運動によってZ軸方向へ移動させられる少なくとも1つの光学部材12を特にレンズ群2Gとして記載する。
レンズユニット200はまた、レンズ群2Gとカム機構24とを連結する連結部30を有している。
【0014】
光学部材12は、筐体11内部に配置されたレンズである。
なお、光学部材12は、レンズ以外にもプリズムやダイクロイックフィルターなどを含んでも良い。
【0015】
第1光学系21は、絞り23よりも光束の進行方向上流側、すなわちZ軸負方向側に設けられ、入射した光束を縮小して凝集するための複数のレンズを含んだ縮小光学系たる光学系である。
第2光学系22は、絞り23よりもZ軸正方向側に設けられ、絞り23を通過した光束を拡大するための複数のレンズを含んだ拡大光学系たる光学系である。
第2光学系22を構成するレンズは、非円形レンズを用いることとしても良い。
なお、第1光学系21、第2光学系22はいずれも複数のレンズを含む光学系であるとしたが、同様の光学特性を示すように、それぞれ単一のレンズを用いた光学系であってもよい。
【0016】
レンズ群2Gは、ここでは第2光学系22を構成する光学部材12のうちの1つのレンズであり、カム機構24の回転運動に連動してZ軸方向へ移動する。ここでレンズ群2Gは、単一のレンズであっても、あるいは複数のレンズを組み合わせて所望のレンズ特性を得られるようにしたレンズ群であっても良い。また、第2光学系22が単一のレンズで構成される場合には、当然レンズ群2Gは単一のレンズとなる。
かかる構成により、カム機構24は、筐体11内の少なくとも1つの光学部材12を回転運動によりZ軸方向に移動させる。
【0017】
絞り23は、筐体11内を透過する光束の光量を制限するために、板状の部材に設けられた孔である。
【0018】
連結部30は、連結部30とカム機構24とを連結するための連結ピンである第1連結部材31と、第2光学系22に含まれるレンズ群2Gと連結部30とを連結するための第2連結部材32と、を有している。
第1連結部材31は、カム機構24と当接して、連結部30とカム機構24とを回転可能に支持している一対のピンである。
第2連結部材32は、連結部30とレンズ群2GとをZ軸方向に固定し、回転可能に支持することで、レンズ群2Gの回転を規制するための回転規制部材としての機能を有する。
第2連結部材32は、YZ平面で筐体11の断面を見たときに、反射鏡105によって反射される光束とは光軸を挟んで反対側に、つまりZ軸方向に対して同一の方向になるように、配置されている。すなわち、第2連結部材32は、レンズ光軸から見てY軸負方向に設置されている。
【0019】
カム機構24は、Z軸方向において、絞り23を含む領域に設置された、すなわち絞り23の外周に配置された、円筒状の部材である。
カム機構24は、カム溝28を有している。
カム溝28は、第1連結部材31と係合するように、Z軸方向に対して傾斜を持ってカム機構24に一対設けられた溝である。カム溝28はまた、カム機構24の回転による第1連結部材31の移動方向を規制する移動方向規制手段としての機能を有する。
【0020】
カム機構24のレンズ移動動作は、既に述べた回転運動により、図3に示すように、カム溝28に沿って第1連結部材31が移動することで行われる。
ここで、図2に示すように、レンズ群2Gが最もZ軸方向上流に位置している状態を基準状態として、図3に示す状態であるレンズ群2GがZ軸方向下流側へ移動した状態を終端状態とする。
この回転運動は、図示しないモーター等の駆動源を用いるものであっても良いし、手動で行っても良い。
カム溝28は、既に述べたようにZ軸方向に傾斜して設けられている。
第1連結部材31は、当該回転運動によってカム溝28と当接しながら移動して、連結部30をZ軸下流方向へと移動させる。
連結部30は、第2連結部材32によってレンズ群2Gの回転方向への動作を抑えながら、Z軸下流方向へ移動することで、レンズ群2GをZ軸下流方向へと移動させる。
このようにしてカム機構24が基準状態から終端状態へと至るように回転運動すると、カム溝28が第1連結部材31と係合しながら移動し、連結部30に固定されたレンズ群2GがZ軸正方向へと移動する。
すなわち、連結部30に固定されたレンズ群2Gは、カム機構24の回転運動の位相に対応した、カム溝28のZ軸方向の傾きの分だけ、Z軸方向に移動する。
カム機構24は、かかる構成により、筐体11内の少なくとも1枚の光学部材12を回転運動によりZ軸方向に移動させてレンズ移動動作を行う。
【0021】
制御部109は、空間光変調素子102を透過する光束に、投影するべき画像情報を付与するための空間光変調パターン生成手段としての機能を有している。
制御部109はまた、カム機構24のレンズ移動動作を制御する制御手段である。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
空間的な変調を付与された光束は、第1光学系21によって縮小され、絞り23によって光量を制限された後、第2光学系22によって拡大されて反射鏡105によってY軸正方向に反射されて投影面104に投影されることで、画像投影を行う。
つまり、縮小側たる第1光学系21を透過した光束は、絞り23の位置において最も収束し、絞り23を通過した後、拡大側たる第2光学系22を通過するにつれて拡散される。
【0026】
ところで、画像投影装置100においては、投影面104とレンズユニット200との位置関係は、レンズユニット200の光学的設計によって定められる。
しかしながら、投影すべき画像の倍率や、投影面104の設置位置にはある程度の自由度が求められている。
したがって、ここでは投影すべき画像のフォーカス時に生じる像面湾曲を補正するために、カム機構24が設けられている。
このような画像投影装置100において、カム機構24を、従来のように、動作させるべきレンズ群2Gの周囲に設置すると、レンズの大型化によってカム機構自体が大型化してしまう。
また、一般に第2光学系22を構成する拡大側のレンズは大口径のものが望ましく、第1光学系21を構成する縮小側のレンズは小口径のものが望ましいため、第1光学系21と第2光学系22との間には口径差が生じる。かかる口径差によって、レンズユニット200全体として歪な形状になり、画像投影装置100へ組み入れる際の設計の自由度が減少してしまう。
さらには、装置設置場所の確保および画像投影装置100の小型化という観点から、レンズユニット200と反射鏡105との間の距離は、短い方が望ましい。しかし、レンズユニット200と反射鏡105との距離が短くなると、反射鏡105によって反射された光束が、レンズユニット200の上方に当たって遮られる、通称「けられ」と呼ばれる現象が生じやすくなる。
【0027】
そこで、本実施形態では、レンズユニット200におけるカム機構24は、Z軸方向において、動作させるべきレンズ群2Gよりも第1光学系21側に設置されている。
すなわち、レンズユニット200は、カム機構24を、第2光学系22を構成するレンズ群2GよりもZ軸正方向側に設置することで、レンズ群2Gを大口径化しながらも、カム機構24の大型化を防止ないしは抑制して、設計の自由度を向上可能にしている。
かかる構成により、レンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能にしている。
【0028】
また、このようなレンズユニット200において、第2光学系22を構成するレンズ群2Gは、円形レンズからY軸正方向が切り取られた非円形レンズを含んでいる。
かかる構成により、レンズ群2Gを大口径化しながらも、第1光学系21を構成する光学部材12との口径差を抑えることで、レンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能にしている。
【0029】
このようなレンズユニット200において、カム機構24は、レンズ群2Gと非重複である位置に設置されている。かかる構成により、レンズ群2Gの外径のサイズによらずカム機構24の内径のサイズを設計することができるから、さらにレンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能にしている。
【0030】
また、このようなレンズユニット200において、カム機構24は、Z軸方向において、絞り23の外周に設置されている。
かかる構成により、光学系において最も光束の径が小さくなる絞り23を含むようにカム機構24を設置して、さらにレンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能にしている。
【0031】
レンズユニット200は、レンズ群2Gとカム機構24とを連結する連結部30を有し、連結部30は、連結部30とカム機構24とを連結する第1連結部材31と、連結部30とレンズ群2Gとを連結する第2連結部材32と、を有している。
また、第1連結部材31と、第2連結部材32とのうち少なくとも第2連結部材32が、Z軸方向から見て同一の方向に設置されている。言い換えるとYZ平面で筐体11の断面を見たとき、反射鏡105によって反射される光束とは光軸を挟んで反対側になるように設置されている。
かかる構成により、レンズユニット200のY軸正方向への高さを抑制して、レンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能にしている。
なお、第1連結部材31と、第2連結部材32とはZ軸方向に対して同一の方向に設置されても良い。言い換えると、YZ平面で筐体11の断面を見たとき、第1連結部材31と第2連結部材32とがいずれも反射鏡105によって反射される光束とは光軸を挟んで反対側になるように、Y軸負方向側に設置されても良い。
かかる構成により、レンズユニット200のY軸正方向への高さを抑制して、反射鏡105によって反射される光束のけられを防ぎながら、レンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制して設計の自由度を向上可能にする。
【0032】
また、第1連結部材31と第2連結部材32とは、Z軸方向から見たときに重複するように、Z軸に対して同一の位相になるよう配置されても良い。
かかる構成により、さらにY軸方向上方のスペースを確保して、反射鏡105によって反射される光束のけられを防ぎながら、レンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制して設計の自由度を向上可能にする。
【0033】
図4に、本発明の他の実施形態として、撮像装置400の構成の一例を示す。
撮像装置400は、図1図3を用いて説明したレンズユニット200と、画像を取得する撮像モジュール402と、レンズユニット200を通過した光束の光路を選択するためのミラー404とを有している。
撮像装置400はまた、視野を確認するためのファインダー406と、ミラー404からファインダー406へと光を偏向させるプリズムたる偏向素子405と、露光時間を調整するシャッター408と、これらの部材を制御するための制御部109とを有している。
レンズユニット200以外の上述の構成は一般的な一眼レフカメラと同等であるが、ファインダー406とミラー404とを外し、変わりに液晶モニタを備えた所謂ミラーレス一眼レフの構成であっても良い。
このような撮像装置400において、レンズユニット200を通過した光束が、シャッター408を通過して、撮像モジュール402において結像することで、画像を撮影することができる。
かかる撮像装置400においては、レンズユニット200に入射する光束は、図2におけるZ軸負方向に向かって進行する。すなわち、入射光は、物体側であるレンズユニット200の拡大側たる第2光学系22のZ軸方向下流側から入射し、絞り23を通過して像面側たる縮小側たる第1光学系21のZ軸方向上流側へと出射する。
以下、光束の進行方向のみを逆向きとして、混乱をさけるため像面側、物体側の呼称は第1の実施形態に合わせて使用する。
【0034】
本実施形態では、レンズユニット200におけるカム機構24は、Z軸方向において、動作させるべきレンズ群2Gよりも第1光学系21側に設置されている。
すなわち、レンズユニット200は、カム機構24を、第2光学系22を構成するレンズ群2GよりもZ軸負方向側に設置することで、レンズ群2Gを大口径化しながらも、カム機構24の大型化を防止ないしは抑制して、設計の自由度を確保している。
かかる構成により、レンズユニット200の大型化を防止ないしは抑制しながらも、設計の自由度を向上可能にしている。
【0035】
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。
【0036】
例えば、第1の実施形態において、画像投影装置100は、白色光源を用いたカラーの画像投影装置であるが、単一の光源を用いたモノクロの画像投影装置であっても良い。
また、カム機構24は、レンズ群2Gを光軸方向へ可動させるものであれば、像面湾曲の補正に用いられるもの以外であっても良い。例えば、投影すべき画像の倍率を変更するために、言い換えるとレンズユニット200による入射側すなわち縮小側から、出射側すなわち拡大側へと光束が通過する際の画像投影面のサイズを拡大するために設けられたズーム機構であっても良い。
【0037】
また、第2の実施形態において、撮像装置400は、コンパクトデジタルカメラや、携帯機器搭載の小型カメラのような種々の形態の撮像装置であっても良い。
【0038】
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】
【0039】
2G レンズ群
11 筐体
12 光学部材
21 第1光学系
22 第2光学系
23 絞り
24 カム機構
28 カム溝
30 連結部
31 第1連結部材
32 第2連結部材
100 画像投影装置
102 物体(空間光変調素子)
103 照明部
104 像面(投影面)
105 反射鏡
109 制御部
200 レンズユニット
400 撮像装置
Y 鉛直上向き方向
Z 光軸方向
【先行技術文献】
【特許文献】
【0040】
【特許文献1】特開2011−085922号公報
【特許文献2】特開2010−091635号公報
図1
図2
図3
図4