JP4627040B2 - ズーム機構 - Google Patents
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Description
該多焦点レンズの結像側であって該多焦点レンズ側に向いた1以上の第1ミラー反射面部をもつ第1ミラーグループと、該第1ミラーグループ及び該多焦点レンズの間であって該第1ミラーグループの該反射面側に向いた1以上の第2ミラー反射面部をもつ第2ミラーグループとを備え、焦点距離の異なる各該レンズ領域を通過したそれぞれの光線束を該第1ミラーグループ及び該第2ミラーグループの間であって該多焦点レンズの中央部に向けてそれぞれ順次反射し、焦点距離が異なる各該レンズ領域の結像面を該中央部近傍で一致させる焦点距離調整手段と、
該多焦点レンズの各該レンズ領域を通過したそれぞれの該光線束のうちの1以上を遮蔽乃至は透過させることで該結像面に結像する該光線束を選択する焦点距離選択手段と、
を有することを特徴とする。
以下、簡単のために、レンズ領域が2つの場合で説明する。焦点距離が異なるレンズ領域が3以上ある場合でも以下の説明は妥当する。すなわち、任意の2つのレンズ領域間については以下の説明で焦点距離の比(倍率)を保ったまま結像面を一致することができるので、3以上のレンズ領域であってもレンズ領域を2つずつ順次結像面を一致させることで、それぞれのレンズ領域間で結像面を一致させることができる。
第1ミラーグループ及び第2ミラーグループの間で反射させる回数を制御することで、結像面を任意に移動することができる。つまり、反射させて結像面に至るまでの距離を変化させることで結像面の位置を制御している。ここで、反射させる回数の比が焦点距離の比(倍率)になる。なお、焦点距離に合わせて反射回数など(つまり、レンズ領域から結像面の距離)を変更するのではなく、反射回数などに基づいてそのレンズ領域の焦点距離を決定することがより簡便である。
第1ミラー反射面部及び第2ミラー反射面部の間の距離が一定の場合と基本的に同様であるが、単純な反射回数のみでは焦点距離の比は算出できず、実際の光路長を考慮して算出する。例えば、第1ミラー反射面部及び/又は第2ミラー反射面部を階段状に配設することで、第1ミラー反射面部及び第2ミラー反射面部の間の距離が一定でなくすことが可能になり、対応するレンズ領域を透過した光線束が反射により通過する光路の距離を任意に変化させることができる。
遮蔽板51に代えて液晶シャッターを採用することができる。具体的には、図6に示すように、レンズ領域11の物体側(又は結像側)に配置された偏光板52と、レンズ領域11の結像側に配置された液晶シャッター53から構成される。偏光板52にて一方向に制御された光線束はレンズ領域11を通過して液晶シャッター53を通過する。液晶シャッター53は偏光の透過性を電気的に制御することができるので、レンズ領域11からの光線束の透過性を制御できる。
実施例1の形態において、第2ミラー3を移動させる代わりに、第1ミラー2を移動させることでも本実施例と同様の作用を発揮することができる。つまり、第1ミラー2がある場合には、レンズ領域11からの光線束とレンズ領域10からの光線束との合成像が撮像素子4上に結像し(図7(a))、第1ミラー2が移動してない場合にはレンズ領域11からの光線束はそのまま撮像素子4を外れレンズ領域10からの光線束だけが撮像素子4上に結像する(図7(b))。
エレクトロウェッティングを利用した可変機構をもつ可変プリズム機構は、上述の可変プリズム機構71〜75に代えて、筒形部材としての絶縁部材P1及び電極板P3と、流体としての液体P2とと、2つの透明板のうちの一方である透明板P4と、電圧印加手段としての電源P5とから構成される。本可変プリズム機構の構成を図12及び13に示す。
マイクロポンプを利用した可変機構をもつ可変プリズム機構は、上述の可変プリズム機構71〜75に代えて、2つの透明板のうちの他方と筒形部材とを組み合わせた部材に相当するケースQ1と、流体としての液体Q2と、マイクロポンプQ3と、2つの透明板のうちの一方としての透明板Q4とから構成される。本可変プリズム機構の構成を図14及び15に示す。
可変プリズム機構としてローレンツ力にて駆動する手法を説明する。本可変プリズム機構は、透明板71の周縁部に環状に形成した導電路(図略)と、その導電路に流す電流の大きさ、向きを制御する電流制御手段(図略)と、導電路に磁場を印加する磁場印加手段(図略)とを更に有する。
可変プリズム機構として静電アクチュエータにて駆動する手法が採用できる。静電アクチュエータとしては特に限定しない。例えば、透明板71の周縁部に形成した櫛歯状の電極(第1電極に相当:図略)と、その電極近傍に固定して設けられた対応する櫛歯状の電極(第2電極に相当:図略)と、それらの電極間に印加する電圧の大きさを制御することで、それらの電極間に引力や斥力が発生して透明板71を揺動させることができる。これらの電極を最低2組(直交して設けた場合)、望ましくは3組(120°間隔で設けた場合)設けることで、揺動の大きさ・向きを制御できる。
2…第1ミラー(第1ミラーグループの第1ミラー反射面部)
3…第2ミラー(第2ミラーグループの第2ミラー反射面部)
4…結像素子
51…遮蔽板 52、A、B…偏光板 53…液晶シャッター
71〜75…可変プリズム機構 71…可動透明板(2枚の透明板のうちの一方に相当) 72…マッチングオイル(透明流体に相当) 73…透明窓 74…ジャバラ
Claims (18)
- 外周方向に向かうに従い多段階で焦点距離が長くなるように、焦点距離の異なるレンズ領域を同心状に組み合わせた多焦点レンズと、
該多焦点レンズの結像側であって該多焦点レンズ側に向いた1以上の第1ミラー反射面部をもつ第1ミラーグループと、該第1ミラーグループ及び該多焦点レンズの間であって該第1ミラーグループの該反射面側に向いた1以上の第2ミラー反射面部をもつ第2ミラーグループとを備え、焦点距離の異なる各該レンズ領域を通過したそれぞれの光線束を該第1ミラーグループ及び該第2ミラーグループの間であって該多焦点レンズの中央部に向けてそれぞれ順次反射し、焦点距離が異なる各該レンズ領域の結像面を該中央部近傍で一致させる焦点距離調整手段と、
該多焦点レンズの各該レンズ領域を通過したそれぞれの該光線束のうちの1以上を遮蔽乃至は透過させることで該結像面に結像する該光線束を選択する焦点距離選択手段と、
を有することを特徴とするズーム機構。 - 前記焦点距離選択手段は、前記第1ミラー反射面部及び前記第2ミラー反射面部のうちの1以上について、位置、反射特性及び/又は透過性を制御する制御部により、前記多焦点レンズの各前記レンズ領域を通過した光線束から前記結像面に結像する光線束を選択する手段である請求項1に記載のズーム機構。
- 前記第2ミラー反射面部はハーフミラーにより形成され、前記多焦点レンズの結像側近傍に配置されている請求項1又は2に記載のズーム機構。
- 前記焦点距離選択手段は、
焦点距離が異なる前記レンズ領域を透過する光線束に対してそれぞれ異なる偏光を付与する偏光付与手段と、
光線束が通過する光路上に配置され、選択すべき光線束が有する偏光に対応する透過性を制御する偏光透過性制御手段と、を備える請求項1〜3のいずれかに記載のズーム機構。 - 前記レンズ領域は2つの焦点距離を有し、
前記偏光付与手段は焦点距離が異なる該レンズ領域に直交する偏光を付与する手段であり、
前記偏光透過性制御手段は前記結像面近傍の双方の該レンズ領域からの光線束が通過する光路上に配設されている請求項4に記載のズーム機構。 - 前記多焦点レンズの前記結像側に対して反対側近傍、又は、前記結像面の前記多焦点レンズ側近傍の少なくとも一方に配設された光線束を屈曲できる光線束屈曲機構を有する請求項1〜5のいずれかに記載のズーム機構。
- 前記光線束屈曲機構は前記多焦点レンズの前記結像側に対して反対側近傍に配設されている請求項6に記載のズーム機構。
- 前記光線束屈曲機構は、偏角の大きさ及び/又は偏角の向きを変化できる可変プリズム機構であり、
概ね平行に配設され且つ少なくとも一方が揺動可能な2枚の透明板と、
該2枚の透明板の間に充填され且つ該2枚の透明板の外部雰囲気と屈折率が異なる透明流体と、
該2枚の透明板のなす角度を変化させる可変機構と、を備える請求項6又は7に記載のズーム機構。 - 前記可変プリズム機構は、前記2枚の透明板のうちの一方が揺動可能に配設される内部空間をもち、底面の一方が該2枚の透明板のうちの他方である筒形部材を有する請求項8に記載のズーム機構。
- 前記透明流体は液体であり、
前記筒形部材の前記底面の他方は透明板であり、
該底面の他方の透明板と前記2枚の透明板のうちの一方との間には該透明流体とは屈折率が異なる液体が充填されている請求項9に記載のズーム機構。 - 前記透明流体は液体であり、
前記可変機構は、
前記2枚の透明板のうちの他方、及び/又は、筒形部材の側面の少なくとも一部に設けられた、表裏面が絶縁された絶縁領域と、
該絶縁領域のうちの一部領域であって該透明流体に接触する側の反対側と、該透明流体との間に電圧を印加することで、該透明流体と該一部領域との間の濡れ性を変化させる電圧印加手段と、を備える請求項8〜10のいずれかに記載のズーム機構。 - 前記可変機構は、前記透明流体中に配設され、該透明流体中にて流れを発生させることで前記2枚の透明板のうちの一方に対する該透明流体の圧力差を生成するマイクロポンプを有する請求項8〜11のいずれかに記載のズーム機構。
- 前記可変機構は、前記2枚の透明板のうちの一方に設けられた導電路と、該導電路に電流を流す量を制御する電流制御手段と、該導電路に磁場を印加する磁場印加手段とを有する請求項8〜12のいずれかに記載のズーム機構。
- 前記可変機構は、前記2枚の透明板のうちの一方に設けられた磁性体部材と、該磁性体部材に印加する磁場を制御する磁場印加手段とを有する請求項8〜13のいずれかに記載のズーム機構。
- 前記可変機構は、前記2枚の透明板のうちの一方に設けられた第1電極と、該第1電極に近接して設けられる第2電極と、該第1電極及び該第2電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御手段とを有する請求項8〜14のいずれかに記載のズーム機構。
- 前記第1電極及び前記第2電極は互いに噛み合う櫛形構造を備える請求項15に記載のズーム機構。
- 前記可変プリズム機構は、互いに平行でない2枚以上の透明板と、隣接する2枚の前記透明板の間に充填される透明流体の屈折率を変化させる屈折率可変機構と、を備える請求項8〜16のいずれかに記載のズーム機構。
- 光線束屈曲機構は、
内外面が絶縁された絶縁領域を内面にもち、少なくとも底面が透明である凹形部材と、
該凹形部材の底面側に位置する第1透明流体と、
該凹形部材の残余の空間に位置し、該第1透明流体に混和しない第2透明流体と、
該絶縁領域のうちの一部領域であって該第1及び第2透明流体に接触する側の反対側と、該第1及び/又は第2透明流体との間に電圧を印加することで、該第1及び/又は第2透明流体と該一部領域との間の濡れ性を制御して第2透明流体の位置を移動させる電圧印加手段と、を備える請求項6〜17のいずれかに記載のズーム機構。
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