JP2012222695A

JP2012222695A - プロジェクタ機能付カメラ

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Publication number: JP2012222695A
Application number: JP2011088426A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Ogawa; 大輔小川; Hiroyuki Kodama; 浩幸児玉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: JP5769477B2

Abstract

【課題】画像投影機能付カメラに関して、画像投影時に用いる光源からの高輝度の照明光束が撮像素子を劣化させてしまう可能性があった。
【解決手段】画像投影モード時において、照明光は偏光ビームスプリッタの在る側とは反対側から液晶表示素子を照明し、且つ偏光ビームスプリッタが、液晶表示素子から出射する第１、２直線偏光を、撮像素子とは異なる方向に導くように撮像装置を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像を投影する機能と、被写体を撮像する機能とを併せ持つカメラ（撮像装置）に関する。

従来、スクリーン上に画像を投影するプロジェクタ機能と、被写体を撮像するカメラ機能とを併せ持つ装置が知られている（特許文献１、２、３等）。

特許文献３に記載されているプロジェクタ機能付きカメラは、撮影時に被写体からの撮影光束が通る光路と、画像投影時に液晶パネルからの画像光束が通る光路とは、全く重複していない。つまり、互いに別体のカメラとプロジェクタとを一つの装置として合体させただけである。

一方、特許文献１に記載された画像入出力装置と、特許文献２に記載された撮像機能付プロジェクタは、撮影時に用いる撮影レンズと、画像投影時に用いる投影レンズとを共通化している。つまり、撮影時に被写体からの撮影光束が通る光路と、画像投影時に液晶パネルからの画像光束が通る光路とを一部重ねることにより、装置全体の小型化を図っている。ここで、撮影レンズと投影レンズを共通化している特許文献１、２の装置は、偏光ビームスプリッタで両者の光路を分離している。

特開２００３−０４４８３９号公報特開２００７−０５２２１８号公報特開２００９−０９２９１９号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、光源から発する光のうち偏光変換素子で偏光方向を揃え切れなかった成分が撮像素子に入射し、特許文献２の装置は、光源から発する光の半分（全てのＰ偏光成分）が撮像素子に入射する。この画像投影時の光源は輝度が高いため、光源から発する光の一部が撮像素子に入射する状況が続くと、撮像素子の性能劣化を招く可能性があった。

そこで、本発明は、光源から発する高輝度の照明光のうち撮像素子に入射する光量を低減することが可能な装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の撮像装置は、撮像素子と、被写体からの撮影光束を前記撮像素子に導く光学系と、透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明する照明光を発する光源と、前記液晶表示素子から出射する第１直線偏光光を反射し該第１直線偏光光と偏光方向が直交する第２直線偏光光を透過することにより、前記第１、２直線偏光光のいずれか一方の直線偏光光を前記光学系に導く偏光ビームスプリッタとを備え、前記液晶表示素子によって表示された画像を前記光学系を介して投影する画像投影モードと、前記光学系を介して前記撮像素子に結像した前記被写体の像を撮像する撮影モードとで動作する撮像装置であって、前記画像投影モードにおいて、前記照明光は前記偏光ビームスプリッタの在る側とは反対側から前記液晶表示素子を照明しており（照明用光源からの照明光束は前記偏光ビームスプリッタを介さずに前記液晶表示素子を照明しており）、且つ前記偏光ビームスプリッタが、前記液晶表示素子から出射する前記第１、２直線偏光を、前記撮像素子とは異なる方向に導くことを特徴としている。

本発明によれば、撮像素子の性能劣化を防ぎつつ、高輝度の画像を投影することが可能なプロジェクタ機能付の撮像装置を提供することができる。

実施例１の撮像装置の概略図。実施例１の撮影モード時の撮像装置の概略図。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

（実施例１）
図１（ａ）、（ｂ）に、プロジェクタ（プロジェクション、画像投影）機能付き撮像装置（カメラ）の概略図を示す。本実施例のプロジェクタ機能付カメラ（撮像装置）は、被写体の撮影をする撮影モードと、画像を投影する画像投影モードの２つのモードで動作する撮像装置である。ここで、図１（ａ）は、この撮像装置を側面から見た際の各構成要素の配置の概略図であり、図１（ｂ）は、撮像装置を正面から見た際の各構成要素の配置の概略図である。この図１、及び後述する図２において、ｚ方向は撮像装置の前後方向（被写体が居る方向が前）、ｘ方向は左右方向、ｙ方向は上下方向を指している。これらの方向は、通常の３：４（横長）の撮影を行う場合の方向である。

以下に、本実施例の撮像装置の２つの動作モードについて説明する。

（１）撮影モード（撮影動作モード）について
撮影モードは撮像装置として機能する場合である。撮像光学系（撮影レンズ）２が、被写体の像を撮像素子１に結像している。この撮像光学系（光学系）２は、被写体側（拡大側）から撮像素子側（縮小側）に向かって、レンズユニット７、プリズムユニット８、レンズユニット９、レンズユニット１０を有している。この撮像光学系内（光学系内）のレンズユニット７、９がズーミングの際に移動する群（変倍群、変倍レンズユニット）である。レンズユニット１０が合焦の際に移動する群（フォーカスレンズユニット、フォーカス群）であり、プリズムユニット８はズーミングや合焦の際には動かない。尚、それぞれのレンズユニット７、９、１０（の移動）が、ズーミングに寄与するか、合焦に寄与するかは変更しても構わない。また、撮像光学系内のレンズユニット７、９、１０の配置順も適宜変更しても構わないし、プリズムユニット８を無くしても構わない。

符号６は、撮影した画像を観察するための液晶パネルであり、撮像装置の背面側に配置されている。この液晶パネル６は、不図示のバックライト（液晶パネル用光源）で照明している。但し、昼間等のように明るい環境下では入射する外光を変調することにより画像を表示するようにしても良い。

ここで、ズーミングに際して、レンズユニット７、９は、それぞれに対応するレンズ駆動部１１、１２によって駆動されている。これは不図示のズーム操作部材（撮影者がズーミングを行うために操作する部材）の操作に応じてＣＰＵ（演算ユニット、制御手段）１４がレンズ駆動部１１、１２を制御する。

また、合焦の際に移動するレンズユニット１０はレンズ駆動部１３によって駆動されている。このレンズ駆動部１３に対しても、ＣＰＵ１４が駆動信号を送信している。このＣＰＵ１４から合焦用のレンズユニット１０を駆動するレンズ駆動部１３に送信される駆動信号は、撮像素子１の信号に基づいている。つまり、ＣＰＵ１４（或いはそれに代わる手段）が撮像素子上の被写体像のコントラスト（合焦状態）を検出（計測）し、この検出結果に基づいてＣＰＵ１４が駆動信号を生成している。

上述した撮影モード時において、撮像光学系からの光束（撮影光束）は、撮像光学系２を出射した後、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）３を介して撮像素子１に入射する。ここで、ＰＢＳ（偏光分離素子）３はＳ偏光（一方の偏光方向の光）を反射しＰ偏光（他方の偏光方向の光）を透過する特性を持つ。尚、ここで、撮影モード時において、ＰＢＳ３は、図２（撮像装置正面図）に示すように撮像光学系２から撮像素子１に至る撮影光束の光路から退避させても構わない。

（２）画像投影モード（画像投影動作モード）について
画像投影モードは、プロジェクタ（プロジェクション）装置として機能する場合である。ＬＥＤ等の照明用光源５によって照明された透過型の液晶表示素子４から出射した光束は偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）３に入射する。この照明用光源５は、直接或いはレンズやフィルタ等を介して液晶表示素子４を照明する。光源５は、透過型の液晶表示素子４を挟んでＰＢＳ３が在る側とは反対側に配置されている。この照明用の光源５は、前述の液晶パネル６を照明するバックライトと兼用しても構わない。つまり、図１に示した位置に配置された照明用の光源５の光を用いて前述の液晶パネル６を照明しても構わない。また逆に、図１に示した照明用の光源５を無くし、液晶パネル６の裏面側に配置されたバックライトを用いて液晶表示素子４を照明しても良い。但し、画像投影モードにおいて、背面側の液晶パネル６で投影する画像を確認する場合には、照明用光源５と液晶パネル６を照明するバックライトは、互いに別々の光源とする。

ＰＢＳ３は、液晶表示素子からの光束のうち画像光（ここではＳ偏光）を反射して撮像光学系２に入射させ、不要光（ここではＰ偏光）はＰＢＳ３を透過させる。このようにして撮像光学系に入射した画像光（Ｓ偏光、第１直線偏光）は、撮像光学系（光学系）２によってスクリーン等の被投影面に投影される。

ここで、不要光（Ｐ偏光、第１直線偏光と偏光方向が直交する第２直線偏光）は、ＰＢＳ３を透過して後述する第４面３−４に至る。この第４面３−４は、黒色に塗装するか、散乱面（粗面）にするか、或いは透過面として第４面と対向する位置に光吸収部材（黒色の耐熱部材）を配置するか、いずれかが望ましい。

ここで、ＰＢＳ３は図１（ｃ）のように構成されている。つまり、ＰＢＳ３の４つの光入出射面３−１〜４は正面から見ると正方形（角が若干面取りされていても正方形とする）を成している。また、４つの入出射面はその正方形の各辺に相当する。また、ＰＢＳ３の偏光分離面３−５は、ＰＢＳ３の４つの光入出射面３−１〜４に対して４５度の角度を成している。

以下により詳細に述べる。撮像光学系と対向する第１面３−１は液晶表示素子と対向する第２面３−２と隣接している（お互いの法線が９０度の角度を成している）。また、撮像素子と対向する第３面３−３は第２面３−２と隣接している。更に、第４面３−４は、第１面と第３面の両者に隣接している。ここで、第４面３−４は、撮像光学系と対向する第１面３−１と隣接している（第１面の法線と第４面の法線とが９０度を成している）ことが望ましい。

上述した画像投影モードにおいて、前述の課題を解決するためには、照明用の光源５を、液晶表示素子４を挟んで、ＰＢＳ３が在る側とは反対側に配置することが望ましい。つまり、照明用の光源５からの照明光束がＰＢＳ３を介さずに（ＰＢＳの反対側から）液晶表示素子４を照明するように、装置を構成している。このように構成することによって、光源からの高輝度の照明光をＰＢＳを介して撮像素子に入射させないようにすることができる（入射する光量を減らすことができる）。つまり、照明光（或いは液晶表示素子を介した後の画像光、不要光）が、撮像素子に入射することを防止する（入射する光量を低減させる）ことができる、という効果が得られる。尚、多少の大型化を許容すれば、光源そのものとＰＢＳ３とが、液晶表示素子４を挟んで同じ側に配置されていても構わない。また、本明細書において、照明用の光源５と記載しているものは、必ずしもランプやＬＥＤやレーザー光源でなくても構わない。すなわち、この照明用の光源５は、前述の光源から出射した照明用の光束を液晶表示素子４に導く照明光学系或いはファイバーのようなものであっても構わない。

また、本実施例では液晶表示素子から出射する光束のうち画像光（スクリーンに投影したい光）と不要光（スクリーンに投影したくない光）も撮像素子に入射させないように構成した。具体的には、ＰＢＳ３の第２面３−２から入射した画像光を第１面３−１から出射させ、同じく第２面３−２から入射した不要光を第４面３−４から出射させている（或いは第４面３−４で吸収、散乱させている）。このように構成することにより、光源から発する照明光束のうち撮像素子１に入射する光の割合はほとんど０にすることができるため、撮像素子の性能劣化（撮影時の画質の劣化）を抑制することができる。尚、ＰＢＳ３の第４面３−４を散乱面にした場合、照明光束のうち若干の光束が撮像素子に入射する可能性はあるが、その光量は僅かであるためほとんど問題無い。

また、ＰＢＳ３と撮像素子１との間に、遮光部材（不図示）を配置しても構わない。この遮光部材は、ＰＢＳ３（撮像光学系２）からの光束を撮像素子１に入射させる場合と、入射させない場合とで切り換えられるように構成することが望ましい。尚、この遮光部材は、黒塗りの部材のように入射した光を吸収する光吸収部材や、入射光を散乱させる光散乱部材であることが望ましい。この光吸収部材としては、ＰＢＳ３を透過したＰ偏光を吸収する偏光板（Ｐ偏光を吸収しＳ偏光は透過する）を用いても構わない。また、この遮光部材は、撮影モード時において、ＰＢＳ３と一緒に光路から退避させることが望ましい。

また、液晶表示素子４とＰＢＳ３との間に、画像光（第１直線偏光、実施例１ではＳ偏光）を透過し、不要光（第２直線偏光、実施例１ではＰ偏光）を吸収する偏光板を配置しても良い。

また、プリズムユニット８を除く構成としても構わない。この際には、レンズユニット７は、レンズユニット９、１０の光軸上の位置（例えばこれらの光軸上で装置のｙ軸方向の端面に近い位置）に配置すれば良い。

（実施例２）
実施例２の構成は、実施例１において、撮像素子１の位置と、液晶表示素子４及び照明用の光源５と、の配置を逆にした構成である。ここでは特に図示はしないこととする。

このように撮像素子１と液晶表示素子４との配置を逆にしたとしても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

この実施例２を採用した場合、照明用の光源（照明光を導く照明光学系）５によって、実施例１に比べてｙ方向（図１参照）の長さが長くなる可能性がある。しかしながら、細長い形状の方が携帯電話等には組み込み安い、というメリットもある。

上記のように構成することにより、画像投影モード時において照明用光源からの光が撮像素子にほとんど入射しない。これによって、画像投影モード時においても撮像素子を用いた通常のＡＦ（オートフォーカス）を行うことができる。なぜなら、画像投影モード時においても、撮像光学系２は被写体（この場合は投影している画像）からの光束を受光しており、それを撮像素子１上に結像する。この際、照明用の光源５からの高輝度の光が撮像素子１に入射してしまうと、撮像素子上の被写体像のコントラスト（合焦状態を表す信号、合焦検出信号）が失われてしまう。しかしながら、本実施例においては、照明光束が撮像素子に入射しないため、撮像素子上の被写体像のコントラストが維持される。このため、撮像素子からの信号を用いてコントラスト（合焦検出信号）を検出し、その信号を用いて高精度のＡＦを行うことができる。

以上説明したように、本実施例のように構成することにより、画像投影モード時のＡＦ性能を向上させることが可能なプロジェクタ機能付撮像装置を提供することができる。

Claims

撮像素子と、
被写体からの撮影光束を前記撮像素子に導く光学系と、
透過型の液晶表示素子と、
前記液晶表示素子を照明する照明光を発する光源と、
前記液晶表示素子から出射する第１直線偏光を反射し該第１直線偏光と偏光方向が直交する第２直線偏光を透過することにより、前記第１、２直線偏光のいずれか一方の直線偏光を前記光学系に導く偏光ビームスプリッタとを備え、
前記液晶表示素子によって表示された画像を前記光学系を介して投影する画像投影モードと、前記光学系を介して前記撮像素子に結像した前記被写体の像を撮像する撮影モードとで動作する撮像装置であって、
前記画像投影モードにおいて、前記照明光は前記偏光ビームスプリッタの在る側とは反対側から前記液晶表示素子を照明しており、且つ前記偏光ビームスプリッタが、前記液晶表示素子から出射する前記第１、２直線偏光を、前記撮像素子とは異なる方向に導くように構成されていることを特徴とする撮像装置。
前記光源と前記偏光ビームスプリッタとが、前記液晶表示素子を挟んで反対側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記偏光ビームスプリッタと前記撮像素子との間に、前記偏光ビームスプリッタから前記撮像素子に入射する光束を遮ることが可能な遮光部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記偏光ビームスプリッタは、
前記光学系と向かい合う第１面と、前記液晶表示素子と向かい合う第２面と、前記撮像素子と向かい合う第３面と、第４面とを備えており、
前記第１、２、３面は互いに隣接して配置されており、
前記第４面は前記第１面と隣接する面であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の撮像装置。
前記画像投影モードに、前記撮像素子が前記被写体からの前記撮影光束を受光することにより前記投影された画像の合焦状態を検出する合焦検出手段を備えており、
前記合焦検出手段の検出結果に基づいて、前記光学系内に含まれるフォーカスレンズユニットを駆動することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の撮像装置。
前記画像投影モードとは異なり、前記撮像素子で被写体からの光を受光する撮影モードにおいて、前記偏光ビームスプリッタが、前記光学系と前記撮像素子との間の光路から退避することを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の撮像装置。
前記光学系と前記撮像素子とが、前記偏光ビームスプリッタを挟んで反対側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の撮像装置。
前記画像投影モードにおいて、前記偏光ビームスプリッタと前記撮像素子との間に配置され、前記第１直線偏光を反射或いは吸収する偏光板を備えており、
前記画像投影モードとは異なり、前記撮像素子で被写体からの光を受光する撮影モード時において、前記偏光板が、前記偏光ビームスプリッタと前記撮像素子との間の光路から退避することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の撮像装置。
前記偏光ビームスプリッタが、撮影モード時に、前記被写体からの前記撮影光束を前記撮像素子に導くことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の撮像装置。