JP2014074743A - 光学装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学装置を小型化すること。
【解決手段】光学装置100は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS1と、透過光学系OPS1への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面R11および第2反射面R12と、透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11および第2反射面R12を透過して射出される第1の光路10と、透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11で反射され且つ第2反射面R12で反射された後に射出される第2の光路20とで偏光状態を互いに異ならせ、第1の光路10を通った光束のみを透過する第1状態と第2の光路20を通った光束のみを透過する第2状態とが切り替え可能に構成された偏光手段と、を備え、第1の光路10が第1の結像光学系を構成し、第2の光路20が第2の結像光学系を構成する。
【選択図】図1
【解決手段】光学装置100は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS1と、透過光学系OPS1への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面R11および第2反射面R12と、透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11および第2反射面R12を透過して射出される第1の光路10と、透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11で反射され且つ第2反射面R12で反射された後に射出される第2の光路20とで偏光状態を互いに異ならせ、第1の光路10を通った光束のみを透過する第1状態と第2の光路20を通った光束のみを透過する第2状態とが切り替え可能に構成された偏光手段と、を備え、第1の光路10が第1の結像光学系を構成し、第2の光路20が第2の結像光学系を構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、光学装置に関する。
従来、投射機能付きカメラが提案されている(特許文献1参照)。このカメラは、カメラ機能のための撮像光学系と投射機能のための投影光学系とを別個に有している。
上記従来技術のように、機能の異なる2つの結像光学系を別個に設けると、装置が大型化するという問題があった。
本発明による光学装置は、複数のレンズ要素からなる透過光学系と、透過光学系への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面および第2反射面と、透過光学系への入射光束が第1反射面および第2反射面を透過して射出される第1の光路と、透過光学系への入射光束が第1反射面で反射され且つ第2反射面で反射された後に射出される第2の光路とで偏光状態を互いに異ならせ、第1の光路を通った光束のみを透過する第1状態と第2の光路を通った光束のみを透過する第2状態とが切り替え可能に構成された偏光手段と、を備え、第1の光路が第1の結像光学系を構成し、第2の光路が第2の結像光学系を構成することを特徴とする。
本発明によれば、光学装置を小型化することができる。
−第1の実施の形態−
図面を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る光学装置100の構成を概略的に示す図である。この光学装置100は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS1を有する。光学装置100は、透過光学系OPS1の各レンズの位置および間隔を変更せずに光路を切り替えるだけで、プロジェクタ機能用の結像光学系(以下、プロジェクタ光学系と呼ぶ)と、カメラ機能用の結像光学系(以下、カメラ光学系と呼ぶ)との両方を実現することができるように構成されている。光学装置100は、例えばプロジェクタ機能付きのデジタルカメラなど、プロジェクタ機能およびカメラ機能の両方を備える電子機器に用いることができる。
図面を参照して、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る光学装置100の構成を概略的に示す図である。この光学装置100は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS1を有する。光学装置100は、透過光学系OPS1の各レンズの位置および間隔を変更せずに光路を切り替えるだけで、プロジェクタ機能用の結像光学系(以下、プロジェクタ光学系と呼ぶ)と、カメラ機能用の結像光学系(以下、カメラ光学系と呼ぶ)との両方を実現することができるように構成されている。光学装置100は、例えばプロジェクタ機能付きのデジタルカメラなど、プロジェクタ機能およびカメラ機能の両方を備える電子機器に用いることができる。
透過光学系OPS1内には、光束の一部を透過させると共に一部を反射させる第1反射面R11および第2反射面R12が設けられている。光学装置100では、図1(a)に示す光路10がプロジェクタ光学系を構成し、図1(b)に示す光路20がカメラ光学系を構成する。光路10では、例えば液晶などの表示素子Dから射出された光束が、透過光学系OPS1に入射して第1反射面R11および第2反射面R12を順に透過して射出され、外部のスクリーン(投影面)上に投影像を形成する。光路20では、被写体からの光束が、透過光学系OPS1に入射して、第2反射面R12を透過した後第1反射面R11で反射され、その後第2反射面R12で反射された後第1反射面R11を透過して射出され、例えばCMOSなどの撮像素子Sの撮像面に結像される。なお、光学装置100において、透過光学系OPS1は、光路10(プロジェクタ光学系)でも、光路20(カメラ光学系)でも、入射光束に対する収差が良好であるように設計されていることが望ましい。
図2は、光路10と光路20を切り替えるための偏光部の構成例を説明する図である。図2の構成では、表示素子D(または撮像素子S)側から順に、第1の偏光板51と、第1の1/4波長板52と、第1反射面R11と、第2の1/4波長板53と、第2反射面R12と、第2の偏光板54とが配置されている。第1反射面R11および第2反射面R12としては、ハーフミラーをそれぞれ用いる。なお、図2の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路10で約(0.5)3となり、光路20で約(0.5)5となっている。
図2(a)は、プロジェクタ光学系(光路10)を利用可能な状態(以下、プロジェクタ状態と呼ぶ)を示し、図2(b)は、カメラ光学系(光路20)を利用可能な状態(以下、カメラ状態と呼ぶ)を示す。プロジェクタ状態とカメラ状態との切り替えの際、第1の偏光板51は、90度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。具体的には、第1の偏光板51が透過させる偏光方向は、第2の偏光板54が透過させる偏光方向に対し、プロジェクタ状態の場合には直交し、カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図2では、第1の偏光板51は、プロジェクタ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、第2の偏光板54は、プロジェクタ状態かカメラ状態かによらず、紙面平行方向の直線偏光を透過させる例について示している。
図2(a)に示すように、プロジェクタ状態の場合、表示素子Dからの射出光束が透過光学系OPS1に入射する。なお、表示素子Dが液晶である場合には、表示素子Dからの射出光束は直線偏光である。ここでは、表示素子Dからの射出光束が紙面直交方向の直線偏光である場合を一例として説明する。光路10において、第1の偏光板51は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Dからの射出光束である入射光束は、第1の偏光板51を透過する。その後、第1の1/4波長板52を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11を透過し、第2の1/4波長板53を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第2反射面R12を透過し、第2の偏光板54に入射する。第2の偏光板54は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路10を通る入射光束は、第2の偏光板54を透過する。
一方、光路20において、第1の偏光板51は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Dからの射出光束である入射光束は、第1の偏光板51を透過する。その後、第1の1/4波長板52を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11を透過し、第2の1/4波長板53を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第2反射面R12で反射され、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11で反射され第2の1/4波長板53を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、第2反射面R12を透過し、第2の偏光板54に入射する。第2の偏光板54は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路20を通る入射光束は、第2の偏光板54によりブロックされる。
このようにプロジェクタ状態の場合には、第1の偏光板51を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路20を通った光束は第2の偏光板54によりブロックされ、光路10を通った光束が第2の偏光板54を透過して外部に射出されるように構成することができる。
一方、図2(b)に示すように、カメラ状態の場合、被写体からの光束が透過光学系OPS1に入射する。被写体からの光束は、非偏光光である。光路10において、第2の偏光板54は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、第2の偏光板54を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第2反射面R12を透過し、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11を透過し、第1の1/4波長板52を透過して紙面直交方向の直線偏光となり、第1の偏光板51に入射する。第1の偏光板51は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路10を通る入射光束は、第1の偏光板51によりブロックされる。
一方、光路20において、第2の偏光板54は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、第2の偏光板54を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第2反射面R12を透過し、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11で反射され、第2の1/4波長板53を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換され、第2反射面R12で反射され、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換された後に、第1反射面R11を透過し、第1の1/4波長板52を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第1の偏光板51に入射する。第1の偏光板51は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路20を通る入射光束は第1の偏光板51を透過する。
このようにカメラ状態の場合には、第1の偏光板51を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路10を通った光束は第1の偏光板51によりブロックされ、光路20を通った光束が第1の偏光板51を透過して撮像素子Sに結像されるように構成することができる。
また本実施形態では、図3に示すように、図2の第2反射面R12および第2の偏光板54に代わって、これらの機能を併せ持つ、偏光ビームスプリッタ55を配置するようにしてもよい。すなわち、図3の構成では、表示素子D(または撮像素子S)側から順に、第1の偏光板51と、第1の1/4波長板52と、第1反射面R11と、第2の1/4波長板53と、偏光ビームスプリッタ55とが配置されている。偏光ビームスプリッタ55は、例えばワイヤーグリッド型の偏光分離素子であることが望ましい。なお、図3の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路10で約(0.5)2となり、光路20で約(0.5)3となっている。したがって、図3の構成では、図2の構成と比較して光路10および光路20における光量を大きくできる。
図3(a)は、プロジェクタ状態を示し、図3(b)は、カメラ状態を示す。図2と同様に、プロジェクタ状態とカメラ状態との切り替えの際、第1の偏光板51は、90度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。図3の構成では、第1の偏光板51が透過させる偏光方向は、偏光ビームスプリッタ55が透過させる偏光方向に対し、プロジェクタ状態の場合には直交し、カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図3では、第1の偏光板51は、プロジェクタ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、偏光ビームスプリッタ55は、プロジェクタ状態かカメラ状態かによらず、紙面平行方向の直線偏光を透過させる例について示している。
図3(a)に示すように、プロジェクタ状態の場合、表示素子Dからの射出光束が透過光学系OPS1に入射する。なお、表示素子Dが液晶である場合には、表示素子Dからの射出光束は直線偏光である。ここでは、表示素子Dからの射出光束が紙面直交方向の直線偏光である場合を一例として説明する。光路10において、第1の偏光板51は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Dからの射出光束である入射光束は、第1の偏光板51を透過する。その後、第1の1/4波長板52を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11を透過し、第2の1/4波長板53を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ55(第2反射面R12)に入射する。偏光ビームスプリッタ55は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路10を通る入射光束は、偏光ビームスプリッタ55を透過する。
一方、光路20において、第1の偏光板51は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Dからの射出光束である入射光束は、第1の偏光板51を透過する。その後、第1の1/4波長板52を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11を透過し、第2の1/4波長板53を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ55(第2反射面R12)で反射され、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11で反射され第2の1/4波長板53を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、偏光ビームスプリッタ55に入射する。偏光ビームスプリッタ55は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路20を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ55によりブロックされる。
このようにプロジェクタ状態の場合には、第1の偏光板51を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路20を通った光束は偏光ビームスプリッタ55によりブロックされ、光路10を通った光束が偏光ビームスプリッタ55を透過して外部に射出されるように構成することができる。
図3(b)は、カメラ状態の場合、すなわち、被写体からの光束が透過光学系OPS1に入射する場合を示す。被写体からの光束は、非偏光光である。光路10において、偏光ビームスプリッタ55は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、偏光ビームスプリッタ55を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11を透過し、第1の1/4波長板52を透過して紙面直交方向の直線偏光となり、第1の偏光板51に入射する。第1の偏光板51は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路10を通る入射光束は第1の偏光板51によりブロックされる。
一方、光路20において、偏光ビームスプリッタ55は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、偏光ビームスプリッタ55を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換され、第1反射面R11で反射され、第2の1/4波長板53を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ55(第2反射面R12)で反射され、第2の1/4波長板53を透過して円偏光に変換された後に、第1反射面R11を透過し、第1の1/4波長板52を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第1の偏光板51に入射する。第1の偏光板51は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路20を通る入射光束は第1の偏光板51を透過する。
このようにカメラ状態の場合には、第1の偏光板51を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路10を通った光束は第1の偏光板51によりブロックされ、光路20を通った光束が第1の偏光板51を透過して撮像素子Sに結像されるように構成することができる。
なお、本実施形態に係る光学装置100では、光路10をプロジェクタ光学系として構成し、光路10よりも光量の小さい光路20をカメラ光学系として構成している。これは、最近の撮像素子は高感度であるため、プロジェクタ光学系と比較してカメラ光学系の光量を小さくすることが可能だからである。
(第1実施例)
次に、第1の実施の形態に係る第1実施例について、図4〜図6を用いて説明する。本実施例に係る光学装置110は、図4に示すように、表示素子D(または撮像素子S)側から順に12枚のレンズL1〜L12からなる透過光学系OPS11を有する。レンズL5の紙面右側の光学面(第11面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R11として機能する。レンズL10の紙面左側の光学面(第20面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R12として機能する。第1反射面R11(第11面)および第2反射面R12(第20面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
次に、第1の実施の形態に係る第1実施例について、図4〜図6を用いて説明する。本実施例に係る光学装置110は、図4に示すように、表示素子D(または撮像素子S)側から順に12枚のレンズL1〜L12からなる透過光学系OPS11を有する。レンズL5の紙面右側の光学面(第11面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R11として機能する。レンズL10の紙面左側の光学面(第20面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R12として機能する。第1反射面R11(第11面)および第2反射面R12(第20面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
また、光学装置110には、上述した図2の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、表示素子D(または撮像素子S)とレンズL1との間に、第1の偏光板51および第1の1/4波長板52が配置され、レンズL7とレンズL8との間に第2の1/4波長板53が配置され、レンズL12よりも投影面(または被写体)側に第2の偏光板54が配置されている。なお、第1の偏光板51、第1の1/4波長板52、第2の1/4波長板53、および第2の偏光板54の配置は、図4の配置に限らなくてよいし、光学装置110に、上述した図3の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
光学装置110において、プロジェクタ光学系(光路10)では、図5に示すように、表示素子Dからの入射光束がレンズL1〜L12を順に透過して外部に射出され、外部のスクリーン(投影面)に投影像を形成する。本実施例では、表示素子Dに出力される10mmサイズ(物体高5mm)の画像が、表示素子Dから約1.8m離れた投影面において20インチテレビ相当のサイズの投影像(508mm、すなわち50.8倍に拡大された像)として拡大投影されるようになっている。また、プロジェクタ光学系は、表示素子Dから射出する光の角度を考慮して、物体側テレセントリックで設計されている。
一方、カメラ光学系(光路20)では、図6に示すように、被写体からの入射光束が、レンズL12〜L6を順に透過してレンズL5の紙面右側面(第1反射面R11)で反射され、レンズL6〜L9を順に透過してレンズL10の紙面左側面(第2反射面R12)で反射された後、レンズL9〜L1を順に透過して、撮像素子Sの撮像面に結像される。本実施例では、入射光束が像高5.5mmで結像するように構成されているため、撮像素子Sとして、例えば2/3インチのCMOSセンサが用いられる。
また、本実施例において、表示素子DとレンズL1との間隔は23.1mmであり、撮像素子SとレンズL1との間隔は14.5mmである。すなわち、撮像素子Sは表示素子DよりもレンズL1側に配置されている。この構成において、プロジェクタ光学系を利用する際には、撮像素子Sを透過光学系OPS11の光路外に退避させておくことで、表示素子Dを利用可能にする。一方、カメラ光学系を利用する際には、撮像素子Sを透過光学系OPS11の光路中に配置することで、撮像素子Sを利用可能にする。
本実施例における光学装置100の諸元の値を、表1に示す。表1において、面番号は、表示素子D(または撮像素子S)側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表1では、偏光部(第1の偏光板51、第1の1/4波長板52、第2の1/4波長板53、および第2の偏光板54)は除く。
(表1)
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1 14.545 5.2 J-FKH1
2 -41.349 0.1
3 19.683 3.8 J-LASF05
4 62.594 2.3
5 -19.054 0.7 J-F1
6 11.912 4.0
7 -31.126 1.0 J-LASFH9
8 -22.459 0.3
9(絞り) ∞ 0.3
10 30.333 4.5 J-FKH1
11 -47.866 4.5
12 -13.777 1.0 J-SF15
13 -96.771 4.3
14 -35.000 6.9 J-LAK18
15 -19.211 1.8
16 141.926 10.4 J-LASF08
17 -47.908 4.5
18 -49.789 2.2 J-SF2
19 206.000 5.2
20 -148.538 6.0 J-LASF08
21 -150.000 1.0
22 -114.779 1.0 J-KF6
23 83.000 3.5
24 240.000 9.3 J-ASF08
25 -223.054
<プロジェクタ光学系>
表示素子〜第1面の面間隔[mm] 23.1
第25面〜投影面の面間隔[mm] 1741.8
焦点距離f[mm] 35.1
物体側NA 0.15
<カメラ光学系>
第1面〜撮像面の面間隔[mm] 14.5
焦点距離f[mm] 21.6
Fナンバー 4
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1 14.545 5.2 J-FKH1
2 -41.349 0.1
3 19.683 3.8 J-LASF05
4 62.594 2.3
5 -19.054 0.7 J-F1
6 11.912 4.0
7 -31.126 1.0 J-LASFH9
8 -22.459 0.3
9(絞り) ∞ 0.3
10 30.333 4.5 J-FKH1
11 -47.866 4.5
12 -13.777 1.0 J-SF15
13 -96.771 4.3
14 -35.000 6.9 J-LAK18
15 -19.211 1.8
16 141.926 10.4 J-LASF08
17 -47.908 4.5
18 -49.789 2.2 J-SF2
19 206.000 5.2
20 -148.538 6.0 J-LASF08
21 -150.000 1.0
22 -114.779 1.0 J-KF6
23 83.000 3.5
24 240.000 9.3 J-ASF08
25 -223.054
<プロジェクタ光学系>
表示素子〜第1面の面間隔[mm] 23.1
第25面〜投影面の面間隔[mm] 1741.8
焦点距離f[mm] 35.1
物体側NA 0.15
<カメラ光学系>
第1面〜撮像面の面間隔[mm] 14.5
焦点距離f[mm] 21.6
Fナンバー 4
焦点距離f、曲率半径、面間隔など、その他の長さの単位は、一般に「mm」が使われている。但し、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「mm」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。なお、これは、後述する他の実施例においても同様である。
以上説明した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)光学装置100は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS1と、透過光学系OPS1への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面R11および第2反射面R12と、透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11および第2反射面R12を透過して射出される光路10と透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11で反射され且つ第2反射面R12で反射された後に射出される光路20とで偏光状態を互いに異ならせ、光路10を通った光束のみを透過するプロジェクタ状態と光路20を通った光束のみを透過するカメラ状態とが切り替え可能に構成された偏光部と、を備え、光路10がプロジェクタ光学系を構成し、光路20がカメラ光学系を構成するようにした。この構成により、透過光学系OPS1の各レンズの位置および間隔を変更せずに、偏光部によって光路10と光路20とを切り替えるだけで、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを実現することができる。したがって、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを別々に設けなくてもよいので、光学装置100を小型化・軽量化することができる。また、各レンズの位置および間隔を変更しなくてもよいので、レンズの位置および間隔を変更するような機構を設けなくてもよく、光学装置100を簡易な構成とすることができる。
(1)光学装置100は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS1と、透過光学系OPS1への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面R11および第2反射面R12と、透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11および第2反射面R12を透過して射出される光路10と透過光学系OPS1への入射光束が第1反射面R11で反射され且つ第2反射面R12で反射された後に射出される光路20とで偏光状態を互いに異ならせ、光路10を通った光束のみを透過するプロジェクタ状態と光路20を通った光束のみを透過するカメラ状態とが切り替え可能に構成された偏光部と、を備え、光路10がプロジェクタ光学系を構成し、光路20がカメラ光学系を構成するようにした。この構成により、透過光学系OPS1の各レンズの位置および間隔を変更せずに、偏光部によって光路10と光路20とを切り替えるだけで、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを実現することができる。したがって、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを別々に設けなくてもよいので、光学装置100を小型化・軽量化することができる。また、各レンズの位置および間隔を変更しなくてもよいので、レンズの位置および間隔を変更するような機構を設けなくてもよく、光学装置100を簡易な構成とすることができる。
(2)上記(1)の光学装置100において、上記偏光部は、第1反射面R11よりも内側に配置された第1の偏光板51と、第1反射面R11と第2反射面R12との間に配置された第2の1/4波長板53と、第2反射面R12よりも外側に配置された第2の偏光板54と、第1の偏光板51と第1反射面R11との間に配置された第1の1/4波長板52とを有し、第1の偏光板51および第2の偏光板54において透過させる偏光方向が、プロジェクタ状態のときは互いに直交し、カメラ状態のときは互いに平行であるように構成した。そして、第1の偏光板51を回転させることにより、プロジェクタ状態とカメラ状態とを切り替えるように構成した。これにより、簡易な構成で光路10と光路20とを切り替えることができる。
(変形例1)
上述した実施例では、表示素子Dと撮像素子Sの配置位置が異なる例について説明したが、表示素子Dと撮像素子Sとを同じ位置に配置するようにしてもよい。この場合は、プロジェクタ光学系を利用する場合は、撮像素子Sを光路外に退避させると共に表示素子Dを光路中に配置し、カメラ光学系を利用する場合は、表示素子Dを光路外に退避させると共に撮像素子Sを光路中に配置するといったように、表示素子Dと撮像素子Sとを切り替えて使用する。
上述した実施例では、表示素子Dと撮像素子Sの配置位置が異なる例について説明したが、表示素子Dと撮像素子Sとを同じ位置に配置するようにしてもよい。この場合は、プロジェクタ光学系を利用する場合は、撮像素子Sを光路外に退避させると共に表示素子Dを光路中に配置し、カメラ光学系を利用する場合は、表示素子Dを光路外に退避させると共に撮像素子Sを光路中に配置するといったように、表示素子Dと撮像素子Sとを切り替えて使用する。
(変形例2)
上記図2および図3で示した偏光部において、表示素子Dが液晶である場合、第1の偏光板51を介さなくても直線偏光が得られるので、プロジェクタ光学系(光路10)を利用する際に、第1の偏光板51を光路10から退避させるようにしてもよい。
上記図2および図3で示した偏光部において、表示素子Dが液晶である場合、第1の偏光板51を介さなくても直線偏光が得られるので、プロジェクタ光学系(光路10)を利用する際に、第1の偏光板51を光路10から退避させるようにしてもよい。
(変形例3)
上述した実施の形態では、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを切り替える際、第1の偏光板51を回転させる例について説明したが、第2の偏光板54または偏光ビームスプリッタ55を回転させるようにしてもよい。
上述した実施の形態では、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを切り替える際、第1の偏光板51を回転させる例について説明したが、第2の偏光板54または偏光ビームスプリッタ55を回転させるようにしてもよい。
(変形例4)
上述した実施の形態では、第1の偏光板51と第1反射面R11との間に第1の1/4波長板52を配置する例について説明したが、上記図2の構成において、第2の偏光板54と第2反射面R12との間に第1の1/4波長板52を配置するようにしてもよい。またこの場合には、第1の偏光板51と第1反射面R11とを偏光ビームスプリッタにより一体的に構成してもよい。
上述した実施の形態では、第1の偏光板51と第1反射面R11との間に第1の1/4波長板52を配置する例について説明したが、上記図2の構成において、第2の偏光板54と第2反射面R12との間に第1の1/4波長板52を配置するようにしてもよい。またこの場合には、第1の偏光板51と第1反射面R11とを偏光ビームスプリッタにより一体的に構成してもよい。
(変形例5)
第1反射面R11および第2反射面R12の少なくとも一方を略平面としてもよい。これにより、第1反射面R11および/または第2反射面R12に対して、ハーフミラー等の加工が容易となる。
第1反射面R11および第2反射面R12の少なくとも一方を略平面としてもよい。これにより、第1反射面R11および/または第2反射面R12に対して、ハーフミラー等の加工が容易となる。
(変形例6)
上述した実施の形態では、光路10がプロジェクタ光学系を構成し、光路20がカメラ光学系を構成する例について説明したが、光路10がカメラ光学系を構成し、光路20がプロジェクタ光学系を構成するようにしてもよい。
上述した実施の形態では、光路10がプロジェクタ光学系を構成し、光路20がカメラ光学系を構成する例について説明したが、光路10がカメラ光学系を構成し、光路20がプロジェクタ光学系を構成するようにしてもよい。
(変形例7)
上述した実施例では、透過光学系OPS1が複数の球面レンズのみから構成される例について説明したが、非球面レンズを含んでいてもよいし、非球面レンズのみから構成されていてもよい。
上述した実施例では、透過光学系OPS1が複数の球面レンズのみから構成される例について説明したが、非球面レンズを含んでいてもよいし、非球面レンズのみから構成されていてもよい。
−第2の実施の形態−
次に、図面を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図7は、第2の実施の形態に係る光学装置200の構成を概略的に示す図である。この光学装置200は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS2を有する。光学装置200では、透過光学系OPS2の各レンズの位置および間隔を変更せずに光路を切り替えるだけで、異なる焦点距離のカメラ光学系(第1のカメラ光学系および第2のカメラ光学系)を実現することができる。光学装置200は、例えば、携帯電話に取り付けられるカメラやコンパクトデジタルカメラ、防犯用のカメラなど、特に小型化が要求されるカメラに用いることができる。
次に、図面を参照して、本発明の第2の実施の形態について説明する。図7は、第2の実施の形態に係る光学装置200の構成を概略的に示す図である。この光学装置200は、複数のレンズ要素からなる透過光学系OPS2を有する。光学装置200では、透過光学系OPS2の各レンズの位置および間隔を変更せずに光路を切り替えるだけで、異なる焦点距離のカメラ光学系(第1のカメラ光学系および第2のカメラ光学系)を実現することができる。光学装置200は、例えば、携帯電話に取り付けられるカメラやコンパクトデジタルカメラ、防犯用のカメラなど、特に小型化が要求されるカメラに用いることができる。
透過光学系OPS2内には、光束の一部を透過させると共に一部を反射させる第1反射面R21および第2反射面R22が設けられている。第1のカメラ光学系を構成する光路30では、被写体からの光束が、透過光学系OPS2に入射して第2反射面R22および第1反射面R21を順に透過して射出され、撮像素子Sの撮像面に結像される。第2のカメラ光学系を構成する光路40では、被写体からの光束が、透過光学系OPS2に入射して、第2反射面212を透過した後第1反射面R21で反射され、その後第2反射面R22で反射された後第1反射面R21を透過して射出され、撮像素子Sの撮像面に結像される。なお、光学装置200において、透過光学系OPS2は、光路30(第1のカメラ光学系)でも、光路20(第2のカメラ光学系)でも、入射光束に対する収差が良好であるように設計されていることが望ましい。また、本実施形態において、光路30と光路40とでは結像位置が同一であるため、光路30と光路40とを切り替える際に撮像素子Sの移動は不要である。
図8は、光路30と光路40を切り替えるための偏光部の構成例を説明する図である。図8の構成では、被写体側から順に、第2の偏光板61と、第1の1/4波長板62と、第2反射面R22と、第2の1/4波長板63と、第1反射面R21と、第1の偏光板64とが配置されている。第1反射面R21および第2反射面R22としては、ハーフミラーをそれぞれ用いる。なお、図8の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路30で約(0.5)3となり、光路40で約(0.5)5となっている。
第1のカメラ光学系(光路30)を利用可能な状態(以下、第1カメラ状態と呼ぶ)と第2のカメラ光学系(光路40)を利用可能な状態(以下、第2カメラ状態と呼ぶ)との切り替えの際、第1の偏光板64は、90度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。具体的には、第1の偏光板64が透過させる偏光方向は、第2の偏光板61が透過させる偏光方向に対し、第1カメラ状態の場合には直交し、第2カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図8では、第1の偏光板64は、第1カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、第2カメラ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、第2の偏光板61は、第1カメラ状態か第2カメラ状態かによらず、紙面直交方向の直線偏光を透過させる例について示している。
光路30において、第2の偏光板61は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第2の偏光板61を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第1の1/4波長板62を透過して円偏光に変換され、第2反射面R22を透過し、第2の1/4波長板63を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第1反射面R21を透過し、第1の偏光板64に入射する。第1カメラ状態の場合には、第1の偏光板64は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路30を通る入射光束は第1の偏光板64を透過する。一方、第2カメラ状態の場合には、第1の偏光板64は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路30を通る入射光束は第1の偏光板64によりブロックされる。
光路40において、第2の偏光板61は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第2の偏光板61を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第1の1/4波長板62を透過して円偏光に変換され、第2反射面R22を透過し、第2の1/4波長板63を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第1反射面R21で反射され、第2の1/4波長板63を透過して円偏光に変換され、第2反射面R22で反射され第2の1/4波長板63を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、第1反射面R21を透過し、第1の偏光板64に入射する。第1カメラ状態の場合には、第1の偏光板64は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路40を通る入射光束は第1の偏光板64によりブロックされる。一方、第2カメラ状態の場合には、第1の偏光板64は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路40を通る入射光束は第1の偏光板64を透過する。
このように第1カメラ状態の場合には、第1の偏光板64を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路40を通った光束は第1の偏光板64によりブロックされ、光路30を通った光束が第1の偏光板64を透過して射出されるように構成することができる。また、第2カメラ状態の場合には、第1の偏光板64を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路30を通った光束は第1の偏光板64によりブロックされ、光路40を通った光束が第1の偏光板64を透過して射出されるように構成することができる。
また本実施形態では、図9に示すように、図8の第1反射面R21および第1の偏光板64に代わって、これらの機能を併せ持つ、偏光ビームスプリッタ65を配置するようにしてもよい。すなわち、図9の構成では、被写体側から順に、第2の偏光板61と、第1の1/4波長板62と、第2反射面R22と、第2の1/4波長板63と、偏光ビームスプリッタ65とが配置されている。偏光ビームスプリッタ65は、例えばワイヤーグリッド型の偏光分離素子であることが望ましい。なお、図9の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路30で約(0.5)2となり、光路40で約(0.5)3となっている。したがって、図9の構成では、図8の構成と比較して光路30および光路40における光量を大きくできる。
第1カメラ状態と第2カメラ状態との切り替えの際、偏光ビームスプリッタ65は、90度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。図9の構成では、偏光ビームスプリッタ65が透過させる偏光方向は、第2の偏光板61が透過させる偏光方向に対し、第1カメラ状態の場合には直交し、第2カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図9では、偏光ビームスプリッタ65は、第1カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、第2カメラ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、第2の偏光板61は、第1カメラ状態か第2カメラ状態かによらず、紙面直交方向の直線偏光を透過させる例について示している。
光路30において、第2の偏光板61は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第2の偏光板61を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第1の1/4波長板62を透過して円偏光に変換され、第2反射面R22を透過し、第2の1/4波長板63を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ65に入射する。第1カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ65は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路30を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ65を透過する。一方、第2カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ65は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路30を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ65によりブロックされる。
光路40において、第2の偏光板61は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第2の偏光板61を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第1の1/4波長板62を透過して円偏光に変換され、第2反射面R22を透過し、第2の1/4波長板63を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ65で反射され、第2の1/4波長板63を透過して円偏光に変換され、第2反射面R22で反射され第2の1/4波長板53を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、偏光ビームスプリッタ65に入射する。第1カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ65は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路40を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ65によりブロックされる。一方、第2カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ65は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路40を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ65を透過する。
このように第1カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ65を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路40を通った光束は偏光ビームスプリッタ65によりブロックされ、光路30を通った光束が偏光ビームスプリッタ65を透過して射出されるように構成することができる。また、第2カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ65を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路30を通った光束は偏光ビームスプリッタ65によりブロックされ、光路40を通った光束が偏光ビームスプリッタ65を透過して射出されるように構成することができる。
(第2実施例)
次に、第2の実施の形態に係る第2実施例について、図10〜図12を用いて説明する。本実施例に係る光学装置210は、図10に示すように、被写体側から順に5枚のレンズL1〜L5からなる透過光学系OPS21を有する。レンズL2の紙面右側の光学面(第5面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R22として機能する。レンズL4の紙面右側の光学面(第9面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R21として機能する。第1反射面R21(第9面)および第2反射面R22(第5面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
次に、第2の実施の形態に係る第2実施例について、図10〜図12を用いて説明する。本実施例に係る光学装置210は、図10に示すように、被写体側から順に5枚のレンズL1〜L5からなる透過光学系OPS21を有する。レンズL2の紙面右側の光学面(第5面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R22として機能する。レンズL4の紙面右側の光学面(第9面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R21として機能する。第1反射面R21(第9面)および第2反射面R22(第5面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
また、光学装置210には、上述した図8の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、レンズL1よりも被写体側に、第2の偏光板61および第1の1/4波長板62が配置され、レンズL3とレンズL4との間に第2の1/4波長板63が配置され、レンズL5と撮像素子Sとの間に第1の偏光板64が配置されている。なお、第2の偏光板61、第1の1/4波長板62、第2の1/4波長板63、および第1の偏光板64の配置は、図10の配置に限らなくてよいし、光学装置210に、上述した図9の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
光学装置210において、第1のカメラ光学系(光路30)では、図11に示すように、被写体からの入射光束が、レンズL1〜L5を順に透過して、撮像素子Sの撮像面に結像される。第2のカメラ光学系(光路40)では、図12に示すように、被写体からの入射光束が、レンズL1〜L3、レンズL4の紙面左側面を順に透過してレンズL4の紙面右側面(第1反射面R21)で反射され、レンズL4の紙面左側面、レンズL3を順に透過してレンズL2の紙面右側面(第2反射面R22)で反射された後、レンズL3〜L5を順に透過して、撮像素子Sの撮像面に結像される。
本実施例では、第1のカメラ光学系の焦点距離f=12mmであり、第2のカメラ光学系の焦点距離f=30mmである。したがって本実施例に係る光学装置220は、2.5倍の変倍レンズである。
また、本実施例では、第1のカメラ光学系および第2のカメラ光学系ともに、入射光束が像高約3.6mmで結像するように構成されているため、撮像素子Sとして、例えば1/2.5インチのCCDセンサが用いられる。
また、本実施例では、撮像素子Sで得られる画像が光路30(第1のカメラ光学系)と光路40(第2のカメラ光学系)とで反転することになるが、その後の画像処理において画像を反転させるようにすればよい。
本実施例における光学装置210の諸元の値を、表2に示す。表2において、面番号は、被写体側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面(または撮像面)までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表2では、偏光部(第2の偏光板61、第1の1/4波長板62、第2の1/4波長板63、および第1の偏光板64)は除く。
(表2)
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1(絞り) ∞ 0.1
2 11.124 3.0 J-LASFH15
3 -10.207 0.2
4 -8.518 1.0 J-SF03
5 9.362 3.9
6 98.046 3.0 J-FKH1
7 -11.328 4.0
8 29.133 3.0 J-FKH1
9 ∞ 0.1
10 8.500 2.5 J-FKH1
11 -40.855 3.3
<第1のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 12
Fナンバー 5.6
<第2のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 30
Fナンバー 5.6
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1(絞り) ∞ 0.1
2 11.124 3.0 J-LASFH15
3 -10.207 0.2
4 -8.518 1.0 J-SF03
5 9.362 3.9
6 98.046 3.0 J-FKH1
7 -11.328 4.0
8 29.133 3.0 J-FKH1
9 ∞ 0.1
10 8.500 2.5 J-FKH1
11 -40.855 3.3
<第1のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 12
Fナンバー 5.6
<第2のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 30
Fナンバー 5.6
また、本実施例に係る光学装置210では、第1反射面R21(第9面)を、略平面(曲率半径∞)であるように構成した。この構成により、第1反射面R21に対して、ハーフミラー等の加工が容易となる。
また、本実施例に係る光学装置210では、絞りを前に出す(レンズL1よりも手前に設ける)構成としたため、本実施例に係る光学装置210を他の光学系と容易に組み合わせて使用することができる。
(第3実施例)
次に、第2の実施の形態に係る第3実施例について、図13〜図15を用いて説明する。本実施例に係る光学装置220は、図13に示すように、物体側から順に4枚のレンズL1〜L4からなる透過光学系OPS22を有する。レンズL2の紙面右側の光学面(第5面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R22として機能する。レンズL4の紙面右側の光学面(第9面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R21として機能する。第1反射面R21(第9面)および第2反射面R22(第5面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
次に、第2の実施の形態に係る第3実施例について、図13〜図15を用いて説明する。本実施例に係る光学装置220は、図13に示すように、物体側から順に4枚のレンズL1〜L4からなる透過光学系OPS22を有する。レンズL2の紙面右側の光学面(第5面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R22として機能する。レンズL4の紙面右側の光学面(第9面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R21として機能する。第1反射面R21(第9面)および第2反射面R22(第5面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
また、光学装置220には、上述した図8の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、レンズL1よりも被写体側に、第2の偏光板61および第1の1/4波長板62が配置され、レンズL2とレンズL3との間に第2の1/4波長板63が配置され、レンズL4と撮像素子Sとの間に第1の偏光板64が配置されている。なお、第2の偏光板61、第1の1/4波長板62、第2の1/4波長板63、および第1の偏光板64の配置は、図13の配置に限らなくてよいし、光学装置220に、上述した図9の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
光学装置220において、第1のカメラ光学系(光路30)では、図14に示すように、被写体からの入射光束が、レンズL1〜L4を順に透過して、撮像素子Sの撮像面に結像される。第2のカメラ光学系(光路40)では、図15に示すように、被写体からの入射光束が、レンズL1〜L3、レンズL4の紙面左側面を順に透過してレンズL4の紙面右側面(第1反射面R21)で反射され、レンズL4の紙面左側面、レンズL3を順に透過してレンズL2の紙面右側面(第2反射面R22)で反射された後、レンズL3〜L4を順に透過して、撮像素子Sの撮像面に結像される。
本実施例では、第1のカメラ光学系の焦点距離f=40mmであり、第2のカメラ光学系の焦点距離f=80mmである。したがって本実施例に係る光学装置220は、2倍の変倍レンズである。
また、本実施例では、第1のカメラ光学系および第2のカメラ光学系ともに、入射光束が像高約5.5mmで結像するように構成されているため、撮像素子Sとして、例えば2/3インチのCMOSセンサが用いられる。
また、本実施例では、撮像素子Sで得られる画像が光路30(第1のカメラ光学系)と光路40(第2のカメラ光学系)とで反転することになるが、その後の画像処理において画像を反転させるようにすればよい。
本実施例における光学装置220の諸元の値を、表3に示す。表3において、面番号は、被写体側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面(または撮像面)までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表3では、偏光部(第2の偏光板61、第1の1/4波長板62、第2の1/4波長板63、および第1の偏光板64)は除く。
(表3)
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1 30.716 5.5
2 -216.219 1.0 J-FKH2
3(絞り) ∞ 1.0
4 18.286 5.5 J-FKH2
5 23.953 20.0
6 -11.317 3.0 J-LAK
7 -23.188 1.0
8 10.597 5.5 J-FKH2
9 34.010 4.9
<第1のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 40
Fナンバー 8
<第2のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 80
Fナンバー 8
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1 30.716 5.5
2 -216.219 1.0 J-FKH2
3(絞り) ∞ 1.0
4 18.286 5.5 J-FKH2
5 23.953 20.0
6 -11.317 3.0 J-LAK
7 -23.188 1.0
8 10.597 5.5 J-FKH2
9 34.010 4.9
<第1のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 40
Fナンバー 8
<第2のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 80
Fナンバー 8
(第4実施例)
次に、第2の実施の形態に係る第4実施例について、図16〜図18を用いて説明する。本実施例に係る光学装置230は、図16に示すように、被写体側から順に3枚のレンズL1〜L3からなる透過光学系OPS23を有する。レンズL1の紙面右側の光学面(第2面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R22として機能する。レンズL3の紙面右側の光学面(第7面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R21として機能する。第1反射面R21(第7面)および第2反射面R22(第2面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
次に、第2の実施の形態に係る第4実施例について、図16〜図18を用いて説明する。本実施例に係る光学装置230は、図16に示すように、被写体側から順に3枚のレンズL1〜L3からなる透過光学系OPS23を有する。レンズL1の紙面右側の光学面(第2面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第2反射面R22として機能する。レンズL3の紙面右側の光学面(第7面)は、ハーフミラー加工されており、上述した第1反射面R21として機能する。第1反射面R21(第7面)および第2反射面R22(第2面)以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
また、光学装置230には、上述した図8の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、レンズL1よりも被写体側に、第2の偏光板61および第1の1/4波長板62が配置され、レンズL2とレンズL3との間に第2の1/4波長板63が配置され、レンズL3と撮像素子Sとの間に第1の偏光板64が配置されている。なお、第2の偏光板61、第1の1/4波長板62、第2の1/4波長板63、および第1の偏光板64の配置は、図16の配置に限らなくてよいし、光学装置210に、上述した図9の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
光学装置230において、第1のカメラ光学系(光路30)では、図17に示すように、被写体からの入射光束が、レンズL1〜L3を順に透過して、撮像素子Sの撮像面に結像される。第2のカメラ光学系(光路40)では、図18に示すように、被写体からの入射光束が、レンズL1〜L2、レンズL3の紙面左側面を順に透過してレンズL3の紙面右側面(第1反射面R21)で反射され、レンズL3の紙面左側面、レンズL2を順に透過してレンズL1の紙面右側面(第2反射面R22)で反射された後、レンズL2〜L3を順に透過して、撮像素子Sの撮像面に結像される。
本実施例では、第1のカメラ光学系の焦点距離f=16mmであり、第2のカメラ光学系の焦点距離f=48mmである。したがって本実施例に係る光学装置210は、3倍の変倍レンズである。
また、本実施例では、第1のカメラ光学系および第2のカメラ光学系ともに、入射光束が像高約2.5mmで結像するように構成されているため、撮像素子Sとして、例えば1/3.6インチのCCDセンサが用いられる。
また、本実施例では、撮像素子Sで得られる画像が光路30(第1のカメラ光学系)と光路40(第2のカメラ光学系)とで反転することになるが、その後の画像処理において画像を反転させるようにすればよい。
本実施例における光学装置210の諸元の値を、表4に示す。表4において、面番号は、被写体側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面(または撮像面)までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表4では、偏光部(第2の偏光板61、第1の1/4波長板62、第2の1/4波長板63、および第1の偏光板64)は除く。
(表4)
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1 15.964 3.5
2 21.623 4.5 J-FKH1
3 11.860 3.5
4 44.250 3.0 J-FKH1
5(絞り) ∞ 6.7
6 7.865 3.5 J-LAK18
7 13.937 4.0
<第1のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 16
Fナンバー 8
<第2のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 48
Fナンバー 8
<レンズデータ>
面番号 曲率半径[mm] 面間隔[mm] 材質
1 15.964 3.5
2 21.623 4.5 J-FKH1
3 11.860 3.5
4 44.250 3.0 J-FKH1
5(絞り) ∞ 6.7
6 7.865 3.5 J-LAK18
7 13.937 4.0
<第1のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 16
Fナンバー 8
<第2のカメラ光学系>
焦点距離f[mm] 48
Fナンバー 8
以上説明した第2の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)光学装置200は、透過光学系OPS2への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面R21および第2反射面R22と、透過光学系OPS2への入射光束が第1反射面R21および第2反射面R22を透過して射出される光路30と透過光学系OPS2への入射光束が第1反射面R21で反射され且つ第2反射面R22で反射された後に射出される光路40とで偏光状態を互いに異ならせ、光路30を通った光束のみを透過する第1カメラ状態と光路40を通った光束のみを透過する第2カメラ状態とが切り替え可能に構成された偏光部と、を備え、光路30が第1のカメラ光学系を構成し、光路40が第2のカメラ光学系を構成するようにした。この構成により、透過光学系OPS2の各レンズの位置および間隔を変更せずに、偏光部によって光路10と光路20とを切り替えるだけで、互いに異なる焦点距離を有する2つのカメラ光学系を実現することができる。したがって、従来のズームレンズのように変倍の際に各レンズの位置および間隔を変更しなくてもよいので、レンズの位置および間隔を変更するような機構を設けなくてもよく、光学装置100を小型化・軽量化でき、且つ簡易な構成とすることができる。
(1)光学装置200は、透過光学系OPS2への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面R21および第2反射面R22と、透過光学系OPS2への入射光束が第1反射面R21および第2反射面R22を透過して射出される光路30と透過光学系OPS2への入射光束が第1反射面R21で反射され且つ第2反射面R22で反射された後に射出される光路40とで偏光状態を互いに異ならせ、光路30を通った光束のみを透過する第1カメラ状態と光路40を通った光束のみを透過する第2カメラ状態とが切り替え可能に構成された偏光部と、を備え、光路30が第1のカメラ光学系を構成し、光路40が第2のカメラ光学系を構成するようにした。この構成により、透過光学系OPS2の各レンズの位置および間隔を変更せずに、偏光部によって光路10と光路20とを切り替えるだけで、互いに異なる焦点距離を有する2つのカメラ光学系を実現することができる。したがって、従来のズームレンズのように変倍の際に各レンズの位置および間隔を変更しなくてもよいので、レンズの位置および間隔を変更するような機構を設けなくてもよく、光学装置100を小型化・軽量化でき、且つ簡易な構成とすることができる。
(2)上記(1)の光学装置200において、上記偏光部は、第1反射面R21よりも内側に配置された第1の偏光板64と、第1反射面R21と第2反射面R22との間に配置された第2の1/4波長板63と、第2反射面R22よりも外側に配置された第2の偏光板61と、第2の偏光板61と第2反射面R22との間に配置された第1の1/4波長板62とを有し、第1の偏光板64および第2の偏光板61において透過させる偏光方向が、第1カメラ状態のときは互いに直交し、第2カメラ状態のときは互いに平行であるように構成した。そして、第1の偏光板64を回転させることにより、第1カメラ状態と第2カメラ状態とを切り替えるように構成した。これにより、簡易な構成で光路30と光路40とを切り替えることができる。
(変形例1)
上述した実施例では、第1のカメラ光学系(光路30)および第2のカメラ光学系(光路40)とでFナンバーおよび像高が同じである例について説明したが、Fナンバーや像高はこれらの光路で異なっていてもよい。
上述した実施例では、第1のカメラ光学系(光路30)および第2のカメラ光学系(光路40)とでFナンバーおよび像高が同じである例について説明したが、Fナンバーや像高はこれらの光路で異なっていてもよい。
(変形例2)
上述した実施の形態では、第1のカメラ光学系と第2のカメラ光学系との切り替えの際、第1の偏光板64または偏光ビームスプリッタ65を回転させる例について説明したが、第2の偏光板61を回転させるようにしてもよい。
上述した実施の形態では、第1のカメラ光学系と第2のカメラ光学系との切り替えの際、第1の偏光板64または偏光ビームスプリッタ65を回転させる例について説明したが、第2の偏光板61を回転させるようにしてもよい。
(変形例3)
上述した実施の形態では、第2の偏光板61と第2反射面R22との間に第1の1/4波長板62を配置する例について説明したが、上記図8の構成において、第1の偏光板64と第1反射面R11との間に第1の1/4波長板62を配置するようにしてもよい。また、この場合には、第2の偏光板61と第2反射面R22とを偏光ビームスプリッタにより一体的に構成してもよい。
上述した実施の形態では、第2の偏光板61と第2反射面R22との間に第1の1/4波長板62を配置する例について説明したが、上記図8の構成において、第1の偏光板64と第1反射面R11との間に第1の1/4波長板62を配置するようにしてもよい。また、この場合には、第2の偏光板61と第2反射面R22とを偏光ビームスプリッタにより一体的に構成してもよい。
(変形例4)
上述した第2実施例では、第1反射面R21を略平面とした例について説明したが、これに限らなくてよく、第1反射面R21および第2反射面R22の両方を略平面としてもよいし、第2反射面R22のみを略平面としてもよい。
上述した第2実施例では、第1反射面R21を略平面とした例について説明したが、これに限らなくてよく、第1反射面R21および第2反射面R22の両方を略平面としてもよいし、第2反射面R22のみを略平面としてもよい。
(変形例5)
上述した実施例では、透過光学系OPS2が複数の球面レンズのみから構成される例について説明したが、非球面レンズを含んでいてもよいし、非球面レンズのみから構成されていてもよい。
上述した実施例では、透過光学系OPS2が複数の球面レンズのみから構成される例について説明したが、非球面レンズを含んでいてもよいし、非球面レンズのみから構成されていてもよい。
以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。また、上記実施形態に各変形例の構成を適宜組み合わせてもかまわない。
10…光路(プロジェクタ光学系)、20…光路(カメラ光学系)、30…光路(第1のカメラ光学系)、40…光路(第2のカメラ光学系)、100,110,200,210,220,230…光学装置、OPS1,OPS2,OPS11,OPS21,OPS22,OPS23…透過光学系、R11,R21…第1反射面、R12,R22…第2反射面、51,64…第1の偏光板、54,61…第2の偏光板、52,62…第1の1/4波長板、53,63…第2の1/4波長板、55,65…偏光ビームスプリッタ、D…表示素子、S…撮像素子
Claims (11)
- 複数のレンズ要素からなる透過光学系と、
前記透過光学系への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第1反射面および第2反射面と、
前記透過光学系への入射光束が前記第1反射面および前記第2反射面を透過して射出される第1の光路と、前記透過光学系への入射光束が前記第1反射面で反射され且つ前記第2反射面で反射された後に射出される第2の光路とで偏光状態を互いに異ならせ、前記第1の光路を通った光束のみを透過する第1状態と前記第2の光路を通った光束のみを透過する第2状態とが切り替え可能に構成された偏光手段と、
を備え、
前記第1の光路が第1の結像光学系を構成し、前記第2の光路が第2の結像光学系を構成することを特徴とする光学装置。 - 請求項1に記載の光学装置において、
前記第2の光路では、前記透過光学系への入射光束が、前記第2反射面を透過した後前記第1反射面で反射され、その後前記第2反射面で反射された後前記第1反射面を透過して射出することを特徴とする光学装置。 - 請求項2に記載の光学装置において、
前記偏光手段は、前記第1反射面よりも内側に配置された第1の偏光板と、前記第2反射面よりも外側に配置された第2の偏光板と、前記第1の偏光板または前記第2の偏光板と前記第1反射面または前記第2反射面との間に配置された第1の1/4波長板と、前記第1反射面と前記第2反射面との間に配置された第2の1/4波長板と、を有し、前記第1の偏光板および前記第2の偏光板において透過させる偏光方向が、前記第1状態のときは互いに直交し、前記第2状態のときは互いに平行であることを特徴とする光学装置。 - 請求項3に記載の光学装置において、
前記第1の偏光板または前記第2の偏光板を回転させることにより、前記第1状態と前記第2状態とを切り替えることを特徴とする光学装置。 - 請求項3または4に記載の光学装置において、
前記第1反射面または前記第2反射面と前記第1の偏光板または前記第2の偏光板とは、偏光ビームスプリッタにより一体的に構成されていることを特徴とする光学装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第1の結像光学系は、表示素子からの光束が入射して投影面に像を形成する、プロジェクタ用の結像光学系であり、前記第2の結像光学系は、他方が、被写体からの光束が入射して撮像素子の撮像面に像を形成する、カメラ用の結像光学系であることを特徴とする光学装置。 - 請求項6に記載の光学装置において、
前記表示素子および前記撮像素子は、前記透過光学系に対して、それぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする光学装置。 - 請求項7に記載の光学装置において、
前記撮像素子は、前記表示素子よりも前記透過光学系側に配置され、前記第1の結像光学系を利用する場合には、前記透過光学系の光路外に退避され、前記第2の結像光学系を利用する場合には、前記透過光学系の光路中に配置されることを特徴とする光学装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第1の結像光学系および前記第2の結像光学系は、それぞれ、被写体からの光束が入射して撮像素子の撮像面に像を形成する、カメラ用の結像光学系であり、互いに異なる焦点距離を有することを特徴とする光学装置。 - 請求項9に記載の光学装置において、
前記第1の結像光学系および前記第2の結像光学系は、互いに結像位置が同一であることを特徴とする光学装置。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第1反射面および前記第2反射面の少なくとも一方は、略平面であることを特徴とする光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012220638A JP2014074743A (ja) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | 光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2012220638A JP2014074743A (ja) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | 光学装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=50748943
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Country | Link |
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JP (1) | JP2014074743A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020122829A (ja) * | 2019-01-29 | 2020-08-13 | エーエーシーアコースティックテクノロジーズ(シンセン)カンパニーリミテッドAAC Acoustic Technologies(Shenzhen)Co.,Ltd | 撮像レンズ |
WO2023136167A1 (ja) * | 2022-01-17 | 2023-07-20 | コニカミノルタ株式会社 | 撮像光学系 |
-
2012
- 2012-10-02 JP JP2012220638A patent/JP2014074743A/ja active Pending
Cited By (2)
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WO2023136167A1 (ja) * | 2022-01-17 | 2023-07-20 | コニカミノルタ株式会社 | 撮像光学系 |
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