JP6257476B2 - レンズフード及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明はレンズフード及び撮像装置に係り、特に望遠レンズ内に入射する不要な光を遮光するレンズフード及び撮像装置に関する。
撮像レンズにおいて、撮像に不要な光がレンズ内に入射すると、像の全体的なコントラストの低下や、不要な光点や光スジ、フレアなどの原因となる。そこで、不要な光のレンズ内への進入を遮る目的で、撮像レンズの先端部に筒状のレンズフードを取り付けることが一般的に行われている。
「一般形」
一般的なレンズフードの形状は、撮像レンズの画角によって異なる。不要光を遮り、かつ撮像に必要な光は遮ってはならないという機能目的から、望遠レンズの場合には、一般に単純な筒状であるが、広角レンズや魚眼レンズでは、上記条件を満たすために、筒の一部を切り欠いたような形状が採られることもある。とはいえ、従来のレンズフードは、筒状を基本形状とするものであった。
筒状のレンズフードによって斜め方向から入射してくる不要光を遮るためには、筒状のレンズフードには、ある程度の筒の長さが必要になる。
望遠レンズの場合には、図17(a)及び(b)に示すようにレンズに対してほぼ真正面の角度(撮像画角以内の角度)で入射してくる光のみが必要光(有効光線)であり、図17(c)に示すように撮像画角を越える大きな角度で入射してくる斜め光は、鏡筒内で反射するなど迷光の原因となり、不要である。よって、図17(d)に示すように有効光線よりもわずかに傾いた不要な斜め光を、筒状のレンズフード1で遮るためには、筒の長さを非常に長くする必要がある。
一般に望遠レンズは焦点距離が長いため鏡筒は長大となりがちであるが、その上、レンズフードまでが長いとなれば、カメラのレンズ部全体が著しく長大となってしまい、好ましくないのは明らかである。
従来、レンズフードを短くすることができ、かつ画像形成に関わらない不要光を遮光することができるレンズフードが提案されている(特許文献1、2)。
特許文献1に記載のレンズフードは、レンズの最も物体側のレンズ面に入射する光束のうち、レンズが開放の場合に画像の形成に関わる光束を遮らないように配置された第1のフード部と、この第1のフード部の内側であって、画像の形成に関わる光束の一部を遮るように配置された第2のフード部とから構成されている。また、第1のフード部と第2のフード部とは同心円状に設けられ、第2のフード部の内壁は、光軸と略平行になるように配置されている。
特許文献2には、レンズフードの内部に不透明な遮光壁が網状に形成され、平面的には、格子状、長方形状、多角形状、蜂の巣状、菱形状、円形状のレンズフードが記載されている。また、不透明な遮光壁の断面の集合は、平行になっていることが記載されている。
特開2012−252177号公報 特開昭61−149938号公報
特許文献1、2に記載のレンズフードは、最外周の筒状のフード内部の空間内に同心円状、格子状等の遮光壁を設け、これにより画像形成に関わらない不要光を遮光しつつ、レンズフードを短くすることができるようにしている。
しかしながら、フード内部の空間内に設けられている遮光壁は、いずれも光軸に平行になるように配置されているため、光軸と平行な有効光線については、その有効光線を極力遮らないようにすることができるが、光軸と平行でない有効光線については、光軸との角度が大きくなるにしたがって遮る有効光線も大きくなるという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、撮像に不要な光を遮光しつつ、レンズフードの長さを短く(小型化)することができ、かつ撮像に必要な有効光線が遮光されるのを最小限にすることができるレンズフード及び撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の一の態様は、望遠レンズ内に入射する不要な光を遮光するレンズフードにおいて、レンズフードは、筒状の最外周の第1の遮光壁と、第1の遮光壁の内部空間を複数の空間に仕切る第2の遮光壁とから構成され、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第1の有効光線の進行方向と平行に設けられ、第1の有効光線以外の第1の不要光を遮光する。
本発明の一の態様によれば、筒状の最外周の第1の遮光壁の内部空間を、第2の遮光壁により複数の空間に仕切るようにしたため、仕切られた各空間の縦断面のアスペクト比を小さくすることができ、これにより撮像画角を越える大きな角度で入射してくる斜め光(不要光)を遮光することができ、かつ第1の遮光壁及び第2の遮光壁(レンズフード)の長さを、第2の遮光壁が設けられていない通常のレンズフードに比べて短くすることができる。また、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第1の有効光線の進行方向と平行に設けられているため、不要光を確実に遮光しつつ、第1の有効光線が遮光されるのを最小限にすることができる。
本発明の他の態様に係るレンズフードにおいて、レンズフードは、光束を2回以上反射させる反射光学系を含む反射式望遠レンズに適用され、第2の遮光壁は、反射式望遠レンズの光軸中心から遠ざかるにしたがって反射式望遠レンズの光軸と平行に近づくことが好ましい。
望遠レンズの一つの形態である反射式望遠レンズは、光路を折り返すことで、焦点距離の長いレンズを小型化することができるが、本発明に係るレンズフードをこのような反射式望遠レンズに適用することにより、望遠レンズ及びレンズフードを含む全長を短くすることができる。また、反射式望遠レンズの場合、レンズ周辺側に入射する有効光線は、結像面の中心部に結像し、レンズ中心側に入射する有効光線は、結像面の周辺部に結像するため、第2の遮光壁は、反射式望遠レンズの光軸中心から遠ざかるにしたがって反射式望遠レンズの光軸と平行に近づくように設けられている。
本発明の更に他の態様に係るレンズフードにおいて、レンズフードは、中央部の広角レンズと広角レンズの周辺部の環状の望遠レンズとからなる多焦点レンズに適用され、第2の遮光壁は、多焦点レンズの望遠レンズに対応する環状の内部空間のみに設けられることが好ましい。
多焦点レンズにおいて、望遠レンズに最適化したレンズフードを適用すると、広角レンズの視野を遮ってしまうことになる。そこで、第2の遮光壁は、多焦点レンズの望遠レンズに対応する環状の内部空間のみに設けられている。
本発明の更に他の態様に係るレンズフードにおいて、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ多焦点レンズの広角レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第2の有効光線を遮光せず、第2の有効光線以外の第2の不要光を遮光することが好ましい。即ち、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、多焦点レンズの広角レンズの視野を遮らないように構成されている。
本発明の更に他の態様に係るレンズフードにおいて、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ多焦点レンズの光軸中心からの距離に応じて高さが異なり、多焦点レンズの広角レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第2の有効光線を遮光せず、第2の有効光線以外の第2の不要光を遮光することが好ましい。即ち、第1の遮光壁及び第2の遮光壁の高さを、それぞれ多焦点レンズの光軸中心からの距離に応じて異ならせることにより、多焦点レンズの広角レンズの画角に対応する高さにすることができ、多焦点レンズの広角レンズの視野を遮らないようにすることができる。
本発明の更に他の態様に係るレンズフードにおいて、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ多焦点レンズの光軸中心からの距離に応じて高さが異なり、かつ高さが低い程、第1の遮光壁及び第2の遮光壁の隣接する遮光壁の間隔が狭いことが好ましい。第1の遮光壁及び第2の遮光壁の高さが低くなると、不要光(斜め光)が入射しやすくなるため、遮光壁の高さが低くなる程、遮光壁間の間隔を狭くし、斜め光が入射しないようにしている。
本発明の更に他の態様に係るレンズフードにおいて、第2の遮光壁は、第1の遮光壁の内部空間を同心円状、格子状、ハニカム状、又は円筒状に仕切るように形成される。
本発明の更に他の態様に係るレンズフードにおいて、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ壁面に反射防止処理が施されていることが好ましい。これにより、第1の遮光壁及び第2の遮光壁の壁面で遮光される不要光の反射を防止し、迷光・散乱光の除去及び吸収を行うようにしている。
本発明の更に他の態様に係る撮像装置は、上記のように構成されたレンズフードと、多焦点レンズと、2次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する指向性センサであって、多焦点レンズの広角レンズ及び望遠レンズを介して入射する光束をそれぞれ瞳分割して選択的に受光する指向性センサと、を備えている。
本発明の更に他の態様によれば、それぞれ広角像及び望遠像が多焦点レンズの広角レンズ及び望遠レンズを介して指向性センサに結像(瞳分割されて個別に結像)され、指向性センサから広角像及び望遠像を同時に取得することができ、特にレンズフードにより望遠像に対する不要光が遮光されるため、良好な望遠像を取得することができる。
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、指向性センサは、瞳分割部として機能するマイクロレンズアレイ又は遮光マスクを有するものとすることができる。
本発明によれば、筒状の最外周の第1の遮光壁の内部空間を、第2の遮光壁により複数の空間に仕切るようにしたため、望遠レンズの撮像画角を越えて入射してくる斜め光(不要光)を遮光することができ、かつレンズフードの長さを第2の遮光壁が設けられていない通常のレンズフードに比べて短くすることができる。また、第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第1の有効光線の進行方向と平行に設けられているため、不要光を確実に遮光しつつ、第1の有効光線が遮光されるのを最小限にすることができる。
図1は本発明に係るレンズフードの第1の実施形態を示す斜視図である。 図2は図1に示したレンズフードの正面図である。 図3は図2の3−3線に沿う断面図である。 図4は望遠レンズに装着したレンズフードの作用を模式的に示す図である。 図5は本発明に係るレンズフードの第2の実施形態を示す斜視図である。 図6は本発明に係るレンズフードの第3の実施形態を示す斜視図である。 図7は本発明に係るレンズフードの第4の実施形態を示す斜視図である。 図8は本発明に係るレンズフードの第5の実施形態を示す斜視図である。 図9は第5の実施形態のレンズフードと、このレンズフードが適用される反射式望遠レンズを含む撮像部の断面図である。 図10は第5の実施形態のレンズフードの要部断面図である。 図11は本発明に係る撮像装置の外観斜視図である。 図12は指向性センサを構成するマイクロレンズアレイ及びイメージセンサの要部拡大図である。 図13は撮像装置の内部構成の実施形態を示すブロック図である。 図14は指向性センサの他の実施形態を示す側面図である。 図15は撮像装置の他の実施形態であるスマートフォンの外観図である。 図16はスマートフォンの要部構成を示すブロック図である。 図17は従来技術を模式的に示す図である。
以下、添付図面に従って本発明に係るレンズフード及び撮像装置の実施の形態について説明する。
<レンズフードの第1の実施形態>
図1は本発明に係るレンズフードの第1の実施形態を示す斜視図であり、図2は図1に示したレンズフードの正面図、図3は図2の3−3線に沿う断面図である。
図1から図3に示すように第1の実施形態のレンズフード10は、一般的な望遠レンズ2(図4参照)に装着されるレンズフードであり、主として筒状の最外周の第1の遮光壁12と、第1の遮光壁12の内部空間を複数の空間に仕切る筒状の第2の遮光壁14(本例では、3つの第2の遮光壁14a、14b、14c)とから構成されている。
第1の遮光壁12と第2の遮光壁14とは、同心円状に設けられており、それぞれ十字状の支持部30a,30bにより各遮光壁の先端部及び後端部が連結されている。また、図3に示すように第1の遮光壁12の後端部には、望遠レンズの鏡筒にレンズフード10を装着するための装着部12aが形成されている。
筒状の最外周の第1の遮光壁12の内部空間を、第2の遮光壁14により複数の空間に仕切るようにしたため、図3に示すように仕切られた各空間の縦断面のアスペクト比を小さくすることができ、これにより撮像画角を越える大きな角度で入射してくる斜め光(不要光)を遮光することができ、かつ第1の遮光壁12及び第2の遮光壁14の長さを、第2の遮光壁14が設けられていない通常のレンズフードに比べて短くすることができる。
また、第1の遮光壁12及び第2の遮光壁14は、光軸と平行ではなく、それぞれ望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる有効光線(第1の有効光線)の進行方向と平行(ほぼ平行の場合も含む)になるように設けられており、個々の遮光壁は、先端部と後端部の直径が異なるラッパ状に形成されている。
図3に示すようにレンズフード10の中心部の第2の遮光壁14cは、全有効光線のうちの第2の遮光壁14cにより仕切られた空間に対応する有効光線を通過させ、この有効光線の画角を越える角度で入射してくる斜め光を遮光するが、通過させる有効光線の進行方向(通過させる有効光線の中心の光線の進行方向)とほぼ平行になるように形成されている。本例の場合、第2の遮光壁14cが通過させる有効光線の中心の光線は、レンズフード10が望遠レンズに装着された場合の望遠レンズの光軸Lと一致し、第2の遮光壁14cは、望遠レンズの光軸Lとほぼ平行になっている。
一方、第1の遮光壁12と第2の遮光壁14aとにより仕切られた空間(レンズフード10の周辺部の空間)を通過する有効光線は、全有効光線のうちの撮像画角の画角端の有効光線を含んでおり、第1の遮光壁12及び第2の遮光壁14aは、この有効光線の進行方向とほぼ平行になるように形成されている。尚、第1の遮光壁12及び第2の遮光壁14aは、図3に示すように光軸Lとは平行にならず、光軸Lの方向に対して傾斜している。
同様に、第2の遮光壁14bは、第2の遮光壁14aと第2の遮光壁14cとの中間の傾きを持つように形成されている。
図4は、望遠レンズ2に装着したレンズフード10の作用を模式的に示す図である。
図4(a)は、光軸Lとほぼ平行な有効光線がレンズフード10を介して望遠レンズ2に入射する様子を示しており、図4(b)は、撮像画角の画角端の有効光線がレンズフード10を介して望遠レンズ2に入射する様子を示している。
図4(c)は、撮像画角の画角端を越える不要光がレンズフード10により遮光される様子を示しており、同図に示すように撮像画角の画角端を越える不要光は、第1の遮光壁12及び第2の遮光壁14により遮光される。
このように第1の遮光壁12及び第2の遮光壁14を、望遠レンズ2の画角内の被写体像の結像に用いられる第1の有効光線の進行方向と平行に設けるようにしたため、不要光を確実に遮光しつつ、第1の有効光線が遮光されるのを最小限にすることができる。
また、第1の遮光壁12及び第2の遮光壁14は、それぞれ壁面に反射防止処理が施されており、これにより壁面で遮光される光の反射を防止し、迷光・散乱光の除去及び吸収を行う。反射防止処理としては、例えば、ツヤ消しの黒塗装、反射防止膜によるコーディング等が考えられる。
<レンズフードの第2、第3及び第4の実施形態>
図5、図6及び図7は、それぞれ本発明に係るレンズフードの第2、第3及び第4の実施形態を示す斜視図である。
図5に示す第2の実施形態のレンズフード10−2は、筒状の最外周の第1の遮光壁12−2と、第1の遮光壁12−2の内部空間を複数の空間に仕切る格子状の第2の遮光壁14−2(本例では、正方格子状の第2の遮光壁)とから構成されている。
第1の遮光壁12−2及び第2の遮光壁14−2は、光軸と平行ではなく、それぞれ望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる有効光線の進行方向と平行になるように設けられている。
図6に示す第3の実施形態のレンズフード10−3は、筒状の最外周の第1の遮光壁12−3と、第1の遮光壁12−3の内部空間を複数の空間に仕切るハニカム状の第2の遮光壁14−3から構成されている。
第1の遮光壁12−3及び第2の遮光壁14−3は、光軸と平行ではなく、それぞれ望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる有効光線の進行方向と平行になるように設けられている。
図7に示す第4の実施形態のレンズフード10−4は、筒状の最外周の第1の遮光壁12−4と、第1の遮光壁12−4の内部空間を複数の空間に仕切る円筒状の第2の遮光壁14−4とから構成されている。
第1の遮光壁12−4及び第2の遮光壁14−4は、光軸と平行ではなく、それぞれ望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる有効光線の進行方向と平行になるように設けられており、個々の遮光壁は、先端部と後端部の直径が異なるラッパ状に形成されている。
尚、第2、第3及び第4の実施形態のレンズフード10−2〜10−4は、第1の実施形態のレンズフード10とはレンズフードの形状(特に第2の遮光壁の形状)が異なるものの、第1の実施形態のレンズフード10と同様の機能を有する。
<レンズフードの第5の実施形態>
図8は本発明に係るレンズフードの第5の実施形態を示す斜視図であり、図9は第5の実施形態のレンズフードと、このレンズフードが適用される反射式望遠レンズを含む撮像部の断面図である。
図8に示すように第1の実施形態のレンズフード10−5は、反射式望遠レンズ(図9に示す実施形態では、反射式望遠レンズ13−2を含む多焦点レンズ13)に装着されるレンズフードであり、主として筒状の最外周の第1の遮光壁12−5と、第1の遮光壁12−5の内部空間であって、反射式望遠レンズ13−2に対応する環状の内部空間を複数の空間に仕切る筒状の第2の遮光壁14−5(本例では、4つの第2の遮光壁14−5a、14−5b、14−5c、14−5d)とから構成されている。
第1の遮光壁12−5と第2の遮光壁14−5とは、同心円状に設けられており、それぞれ十字状の支持部30−5a,30−5bにより各遮光壁の先端部及び後端部が連結されている。また、第1の遮光壁12−5の後端部には、反射式望遠レンズ(図9に示す多焦点レンズ13)の鏡筒にレンズフード10−5を装着するための装着部12−5aが形成されている。
[多焦点レンズ]
次に、反射式望遠レンズ13−2を含む多焦点レンズ13について説明する。
図9に示すように多焦点レンズ13は、それぞれ同一の光軸上に配置された、中央部の広角レンズ13−1と、その周辺部の環状の望遠レンズ(反射式望遠レンズ)13−2とから構成されている。
広角レンズ13−1は、第1レンズ13−1a〜第10レンズ13−1j及び共通レンズ15から構成された広角レンズであり、指向性センサ17上に広角画像を結像させる。
反射式望遠レンズ13−2は、第1レンズ13−2a、第2レンズ13−2b、第3レンズ13−2c、反射光学系としての第1反射ミラー13−2d、第2反射ミラー13−2d、及び共通レンズ15から構成された望遠レンズであり、指向性センサ17上に望遠画像を結像させる。
反射式望遠レンズ13−2の第1レンズ13−2a、第2レンズ13−2b、及び第3レンズ13−2cを介して入射した光束は、第1反射ミラー13−2d及び第2反射ミラー13−2eにより2回反射された後、共通レンズ15を通過する。第1反射ミラー13−2d及び第2反射ミラー13−2eにより光束が折り返されることにより、焦点距離の長い望遠レンズの光軸方向の長さを短くしている。
上記構成の反射式望遠レンズ13−2を含む多焦点レンズ13に適用される、第5実施形態のレンズフード10−5は、最外周の第1の遮光壁12−5の内部空間を第2の遮光壁14−5により複数の空間に仕切るようにしたため、第1の実施形態のレンズフード10と同様に撮像画角を越える大きな角度で入射してくる斜め光(不要光)を遮光することができ、かつ第1の遮光壁12−5及び第2の遮光壁14−5の長さを、第2の遮光壁14−5が設けられていない通常のレンズフードに比べて短くすることができる。
また、第1の遮光壁12−5及び第2の遮光壁14−5は、光軸と平行ではなく、それぞれ反射式望遠レンズ13−2の画角内の被写体像の結像に用いられる有効光線(第1の有効光線)の進行方向と平行になるように設けられており、個々の遮光壁は、先端部と後端部の直径が異なるラッパ状に形成されている。尚、第5実施形態のレンズフード10−5は、先端部の直径が後端部の直径よりも大きくなっている点で、第1の実施形態のレンズフード10と相違する。
図10は、第5の実施形態のレンズフード10−5の要部断面図である。
図9及び図10に示すようにレンズフード10−5の第1の遮光壁12−5と第2の遮光壁14−5aとにより仕切られた空間(レンズフード10−5の周辺部の空間)を通過する有効光線は、反射式望遠レンズ13−2の性質上、指向性センサ17の結像面の中心部に結像する。従って、反射式望遠レンズ13−2の全有効光線のうちのレンズフード10−5の周辺部の空間を通過する有効光線の進行方向は、光軸Lと平行であり、有効光線の進行方向と平行になるように形成された第1の遮光壁12−5及び第2の遮光壁14−5aは、光軸Lと平行になる。
一方、第2の遮光壁14−5cと第2の遮光壁14−5dとにより仕切られた空間(レンズフード10の中心側の空間)を通過する有効光線は、反射式望遠レンズ13−2の性質上、指向性センサ17の結像面の周辺部に結像する。従って、反射式望遠レンズ13−2の全有効光線のうちのレンズフード10−5の中心側の空間を通過する有効光線は、反射式望遠レンズ13−2の撮像画角の画角端の有効光線を含んでおり、第2の遮光壁14−5c及び第2の遮光壁14−5dは、この有効光線の進行方向とほぼ平行になるように形成されている。即ち、第2の遮光壁14−5c及び第2の遮光壁14−5dは、光軸Lと平行になっておらず、光軸Lの方向に対して傾斜し、特に遮光壁の先端部の直径よりも後端部の直径が大きくなるように傾斜している。
同様に、第2の遮光壁14−5bは、第2の遮光壁14−5aと第2の遮光壁14−5cとの中間の傾きを持つように形成されている。
このように第2の遮光壁14−5a、14−4dは、反射式望遠レンズ13−2の光軸中心から遠ざかるにしたがって反射式望遠レンズ13−2の光軸Lと平行に近づくように傾斜している。
また、図10に示すようにレンズフード10−5の第1の遮光壁12−5及び第2の遮光壁14−5の各遮光壁の先端部の間隔は、レンズフード10−5の中心側ほど広くなっており、各遮光壁の後端部の間隔は、ほぼ同一になっている。
更に、図10に示すようにレンズフード10−5の第1の遮光壁12−5及び第2の遮光壁14−5の各遮光壁の高さ(光軸方向の長さ)は、多焦点レンズ13の光軸中心からの距離に応じて高さが異なり、第2の遮光壁14−5b、14−5c、14−5dの高さは、第1の遮光壁12−5及び第2の遮光壁14−5aに比べて順次低くなっている。
上記構成によるレンズフード10−5によれば、反射式望遠レンズ13−2の画角内の被写体像の結像に用いられる第1の有効光線を可能な限り通過させるとともに、第1の有効光線以外の不要光(第1の不要光)を確実に遮光することができ、また、図9に示すように多焦点レンズ13の広角レンズ13−1の画角内の被写体像の結像に用いられる有効光線(第2の有効光線)を通過させる(レンズフード10−5によって遮光されないようにする)とともに、第2の有効光線以外の不要光(第2の不要光)を遮光することができる。
尚、第5の実施形態のレンズフード10−5は、図9に示した反射式望遠レンズ13−2を有する多焦点レンズ13に限らず、単独の反射式望遠レンズにも適用できることは言うまでもない。
[撮像装置]
図11は本発明に係る撮像装置の外観斜視図である。
図11に示す撮像装置は、図9に示した多焦点レンズ13及び指向性センサ17を備えており、多焦点レンズ13の鏡筒には、図8等に示した第5の実施形態のレンズフード10−5が着脱自在に、又は着脱不能に固定されている。
<指向性センサ>
図12は指向性センサ17の要部拡大図である。図12に示すように、図9に示した多焦点レンズ13に適用される指向性センサ17は、瞳分割部に相当するマイクロレンズアレイ16と、イメージセンサ18とから構成されている。
マイクロレンズアレイ16は、複数のマイクロレンズ(瞳結像レンズ)16aが2次元状に配列されて構成されており、各マイクロレンズの水平方向及び垂直方向の間隔は、イメージセンサ18の光電変換素子である受光セル18aの3つ分の間隔に対応している。即ち、マイクロレンズアレイ16の各マイクロレンズは、水平方向及び垂直方向の各方向に対して、2つ置きの受光セルの位置に対応して形成されたものが使用される。
また、マイクロレンズアレイ16の各マイクロレンズ16aは、多焦点レンズ13の広角レンズ13−1及び反射式望遠レンズ13−2に対応する、円形の中央瞳像(第1の瞳像)17a及び環状瞳像(第2の瞳像)17bを、イメージセンサ18の対応する受光領域の受光セル18a上に結像させる。
図12に示すマイクロレンズアレイ16及びイメージセンサ18によれば、マイクロレンズアレイ16の1マイクロレンズ16a当たりに付き、格子状(正方格子状)の3×3個の受光セル18aが割り付けられている。
<撮像装置の内部構成>
図13は、図12に示した撮像装置の内部構成の実施形態を示すブロック図である。
図13に示すように撮像装置は、図9で説明した広角レンズ13−1及び反射式望遠レンズ13−2を有する多焦点レンズ13と、図12で説明したマイクロレンズアレイ16及びイメージセンサ18を有する指向性センサ17とからなる撮像部11を備えている。
この撮像部11は、反射式望遠レンズ13−2の焦点調整を行う焦点調整部19を備えることが好ましい。尚、広角レンズ13−1については、別途、焦点調整部を設けるようにしてよいし、パンフォーカスとしてもよい。
撮像部11は、多焦点レンズ13及び指向性センサ17を介して広角画像及び望遠画像を同時に撮像することができ、多焦点レンズ13を介して指向性センサ17(イメージセンサ18)の各受光セル(光電変換素子)の受光面に結像された被写体像は、その入射光量に応じた量の信号電圧(または電荷)に変換される。
イメージセンサ18に蓄積された信号電圧(または電荷)は、受光セルそのもの若しくは付設されたキャパシタに蓄えられる。蓄えられた信号電圧(または電荷)は、X−Yアドレス方式を用いたMOS(Metal Oxide Semiconductor)型撮像素子(いわゆるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ)の手法を用いて、受光セル位置の選択とともに読み出される。
これにより、イメージセンサ18から広角レンズ13−1に対応する中央の受光セルのグループの広角画像を示す画素信号と、反射式望遠レンズ13−2に対応する周囲8個の受光セルのグループの望遠画像を示す画素信号とを読み出すことができる。
イメージセンサ18から読み出された画素信号(電圧信号)は、相関二重サンプリング処理(センサ出力信号に含まれるノイズ(特に熱雑音)等を軽減することを目的として、受光セル毎の出力信号に含まれるフィードスルー成分レベルと信号成分レベルとの差をとることにより正確な画素データを得る処理)により受光セル毎の画素信号がサンプリングホールドされ、増幅されたのちA/D(Analog-to-Digital)変換器20に加えられる。A/D変換器20は、順次入力する画素信号をデジタル信号に変換して画像取得部22に出力する。尚、MOS型センサでは、A/D変換器が内蔵されているものがあり、この場合、イメージセンサ18から直接デジタル信号が出力される。
画像取得部22は、イメージセンサ18の受光セル位置を選択して画素信号を読み出すことにより、広角画像を示す画素信号と望遠画像を示す画素信号とを同時に、又は選択的に取得することができる。
即ち、イメージセンサ18の中央瞳像17aが入射する受光セルの画素信号を選択的に読み出すことにより、1マイクロレンズ当たり1個の受光セル(3×3の受光セルの中央の受光セル)の広角画像を示す画素信号を取得することができ、一方、イメージセンサ18の環状瞳像17bが入射する受光セルの画素信号を選択的に読み出すことにより、1マイクロレンズ当たり8個の受光セル(3×3の受光セルの周囲の受光セル)の望遠画像を示す画素信号を取得することができる。
尚、イメージセンサ18から全ての画素信号を読み出してバッファメモリに一時的に記憶させ、バッファメモリに記憶させた画素信号から、広角画像と望遠画像の2つ画像の画素信号のグループ分けを行ってもよい。
画像取得部22により取得された広角画像及び望遠画像を示す画素信号は、デジタル信号処理部40に出力される。
デジタル信号処理部40は、入力するデジタルの画素信号に対して、オフセット処理、ガンマ補正処理等の所定の信号処理を行う。
デジタル信号処理部40で処理された広角画像及び望遠画像を示す画像信号は、それぞれ記録部42及び表示部44に出力される。記録部42は、デジタル信号処理部40により処理された広角画像及び望遠画像を示す動画記録用又は静止画記録用の画像信号を記録媒体(ハードディスク、メモリカード等)に記録する。
表示部44は、デジタル信号処理部40により処理された広角画像及び望遠画像を示す動画表示用又は静止画表示用の画像信号により、広角画像及び望遠画像を表示する。尚、表示部44は、記録部42に記録された画像信号に基づいて広角画像及び望遠画像を再生することもできる。
<指向性センサの他の実施形態>
図14は、指向性センサの他の実施形態を示す側面図である。
この指向性センサ170は、瞳分割部に相当するマイクロレンズアレイ160及び遮光マスクとして機能する遮光部材150と、遮光部材150により受光セル180a、180bの一部が遮光されたイメージセンサ180とから構成されている。尚、遮光部材150により一部が遮光された受光セル180aと受光セル180bとは、イメージセンサ180の左右方向及び上下方向に交互(チェッカーフラグ状)に設けられている。
マイクロレンズアレイ160は、イメージセンサ180の受光セル180a、180bと一対一に対応するマイクロレンズ160aを有している。
遮光部材150は、イメージセンサ180の受光セル180a、180bの開口を規制するものであり、図9に示した多焦点レンズ13の広角レンズ13−1及び反射式望遠レンズ13−2に対応する開口形状を有している。
受光セル180aは、遮光部材150の遮光部150aによりその開口の周辺部が遮光され、一方、受光セル180bは、遮光部材150の遮光部150bによりその開口の中心部が遮光されている。これにより、多焦点レンズ13の広角レンズ13−1を通過した光束は、マイクロレンズアレイ160及び遮光部材150の遮光部150aにより瞳分割されて受光セル180aに入射し、一方、多焦点レンズ13の反射式望遠レンズ13−2を通過した光束は、マイクロレンズアレイ160及び遮光部材150の遮光部150bにより瞳分割されて受光セル180bに入射する。
これにより、イメージセンサ180の各受光セル180aから広角画像の画素信号を読み出すことができ、イメージセンサ180の各受光セル180bから望遠画像の画素信号を読み出すことができる。
撮像装置の他の実施形態としては、例えば、カメラ機能を有する携帯電話機やスマートフォン、PDA(Personal Digital Assistants)、携帯型ゲーム機が挙げられる。以下、スマートフォンを例に挙げ、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
<スマートフォンの構成>
図15は、撮像装置の他の実施形態であるスマートフォン500の外観を示すものである。図15に示すスマートフォン500は、平板状の筐体502を有し、筐体502の一方の面に表示部としての表示パネル521と、入力部としての操作パネル522とが一体となった表示入力部520を備えている。また、筐体502は、スピーカ531と、マイクロホン532、操作部540と、カメラ部541とを備えている。尚、筐体502の構成はこれに限定されず、例えば、表示部と入力部とが独立した構成を採用することや、折り畳み構造やスライド機構を有する構成を採用することもできる。
図16は、図15に示したスマートフォン500の構成を示すブロック図である。図16に示すように、スマートフォン500の主たる構成要素として、無線通信部510と、表示入力部520と、通話部530と、操作部540と、カメラ部541と、記憶部550と、外部入出力部560と、GPS(Global Positioning System)受信部570と、モーションセンサ部580と、電源部590と、主制御部501とを備える。また、スマートフォン500の主たる機能として、基地局装置BSと移動通信網NWとを介した移動無線通信を行う無線通信機能を備える。
無線通信部510は、主制御部501の指示に従って、移動通信網NWに収容された基地局装置BSに対し無線通信を行うものである。この無線通信を使用して、音声データ、画像データ等の各種ファイルデータ、電子メールデータなどの送受信や、Webデータやストリーミングデータなどの受信を行う。
表示入力部520は、主制御部501の制御により、画像(静止画及び動画)や文字情報などを表示して視覚的にユーザに情報を伝達すると共に、表示した情報に対するユーザ操作を検出する、いわゆるタッチパネルであって、表示パネル521と、操作パネル522とを備える。生成された3D画像を鑑賞する場合には、表示パネル521は、3D表示パネルであることが好ましい。
表示パネル521は、LCD(Liquid Crystal Display)、OELD(Organic Electro-Luminescence Display)などを表示デバイスとして用いたものである。
操作パネル522は、表示パネル521の表示面上に表示される画像を視認可能に載置され、ユーザの指や尖筆によって操作される一又は複数の座標を検出するデバイスである。このデバイスをユーザの指や尖筆によって操作すると、操作に起因して発生する検出信号を主制御部501に出力する。次いで、主制御部501は、受信した検出信号に基づいて、表示パネル521上の操作位置(座標)を検出する。
図15に示すように、スマートフォン500の表示パネル521と操作パネル522とは一体となって表示入力部520を構成しているが、操作パネル522が表示パネル521を完全に覆うような配置となっている。この配置を採用した場合、操作パネル522は、表示パネル521外の領域についても、ユーザ操作を検出する機能を備えてもよい。換言すると、操作パネル522は、表示パネル521に重なる重畳部分についての検出領域(以下、表示領域と称する)と、それ以外の表示パネル521に重ならない外縁部分についての検出領域(以下、非表示領域と称する)とを備えていてもよい。
尚、表示領域の大きさと表示パネル521の大きさとを完全に一致させても良いが、両者を必ずしも一致させる必要はない。また、操作パネル522が、外縁部分と、それ以外の内側部分の2つの感応領域を備えていてもよい。更に、外縁部分の幅は、筐体502の大きさなどに応じて適宜設計されるものである。更にまた、操作パネル522で採用される位置検出方式としては、マトリクススイッチ方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、静電容量方式などが挙げられ、いずれの方式を採用することもできる。
通話部530は、スピーカ531やマイクロホン532を備え、マイクロホン532を通じて入力されたユーザの音声を主制御部501にて処理可能な音声データに変換して主制御部501に出力したり、無線通信部510あるいは外部入出力部560により受信された音声データを復号してスピーカ531から出力するものである。また、図15に示すように、例えば、スピーカ531及びマイクロホン532を表示入力部520が設けられた面と同じ面に搭載することができる。
操作部540は、キースイッチなどを用いたハードウェアキーであって、ユーザからの指示を受け付けるものである。例えば、操作部540は、スマートフォン500の筐体502の表示部の下部、下側面に搭載され、指などで押下されるとオンとなり、指を離すとバネなどの復元力によってオフ状態となる押しボタン式のスイッチである。
記憶部550は、主制御部501の制御プログラムや制御データ、通信相手の名称や電話番号などを対応づけたアドレスデータ、送受信した電子メールのデータ、WebブラウジングによりダウンロードしたWebデータや、ダウンロードしたコンテンツデータを記憶し、またストリーミングデータなどを一時的に記憶するものである。また、記憶部550は、スマートフォン内蔵の内部記憶部551と着脱自在な外部メモリスロットを有する外部記憶部552により構成される。尚、記憶部550を構成するそれぞれの内部記憶部551と外部記憶部552は、フラッシュメモリタイプ(flash memory type)、ハードディスクタイプ(hard disk type)、マルチメディアカードマイクロタイプ(multimedia card micro type)、カードタイプのメモリ(例えば、Micro SD(登録商標)メモリ等)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの格納媒体を用いて実現される。
外部入出力部560は、スマートフォン500に連結される全ての外部機器とのインターフェースの役割を果たすものであり、他の外部機器に通信等(例えば、ユニバーサルシリアルバス(USB)、IEEE1394など)又はネットワーク(例えば、インターネット、無線LAN、ブルートゥース(Bluetooth)(登録商標)、RFID(Radio Frequency Identification)、赤外線通信(Infrared Data Association:IrDA)(登録商標)、UWB(Ultra Wideband)(登録商標)、ジグビー(ZigBee)(登録商標)など)により直接的又は間接的に接続するためのものである。
スマートフォン500に連結される外部機器としては、例えば、有/無線ヘッドセット、有/無線外部充電器、有/無線データポート、カードソケットを介して接続されるメモリカード(Memory card)やSIM(Subscriber Identity Module Card)/UIM(User Identity Module Card)カード、オーディオ・ビデオI/O(Input/Output)端子を介して接続される外部オーディオ・ビデオ機器、無線接続される外部オーディオ・ビデオ機器、有/無線接続されるスマートフォン、有/無線接続されるパーソナルコンピュータ、有/無線接続されるPDA、有/無線接続されるパーソナルコンピュータ、イヤホンなどがある。外部入出力部は、このような外部機器から伝送を受けたデータをスマートフォン500の内部の各構成要素に伝達することや、スマートフォン500の内部のデータが外部機器に伝送されるようにすることができる。
GPS受信部570は、主制御部501の指示に従って、GPS衛星ST1〜STnから送信されるGPS信号を受信し、受信した複数のGPS信号に基づく測位演算処理を実行し、当該スマートフォン500の緯度、経度、高度からなる位置を検出する。GPS受信部570は、無線通信部510や外部入出力部560(例えば、無線LAN)から位置情報を取得できるときには、その位置情報を用いて位置を検出することもできる。
モーションセンサ部580は、例えば、3軸の加速度センサなどを備え、主制御部501の指示に従って、スマートフォン500の物理的な動きを検出する。スマートフォン500の物理的な動きを検出することにより、スマートフォン500の動く方向や加速度が検出される。この検出結果は、主制御部501に出力されるものである。
電源部590は、主制御部501の指示に従って、スマートフォン500の各部に、バッテリ(図示しない)に蓄えられる電力を供給するものである。
主制御部501は、マイクロプロセッサを備え、記憶部550が記憶する制御プログラムや制御データに従って動作し、スマートフォン500の各部を統括して制御するものである。また、主制御部501は、無線通信部510を通じて、音声通信やデータ通信を行うために、通信系の各部を制御する移動通信制御機能と、アプリケーション処理機能を備える。
アプリケーション処理機能は、記憶部550が記憶するアプリケーションソフトウェアに従って主制御部501が動作することにより実現するものである。アプリケーション処理機能としては、例えば、外部入出力部560を制御して対向機器とデータ通信を行う赤外線通信機能や、電子メールの送受信を行う電子メール機能、Webページを閲覧するWebブラウジング機能などがある。
また、主制御部501は、受信データやダウンロードしたストリーミングデータなどの画像データ(静止画像や動画像のデータ)に基づいて、映像を表示入力部520に表示する等の画像処理機能を備える。画像処理機能とは、主制御部501が、上記画像データを復号し、この復号結果に画像処理を施して、画像を表示入力部520に表示する機能のことをいう。
更に、主制御部501は、表示パネル521に対する表示制御と、操作部540、操作パネル522を通じたユーザ操作を検出する操作検出制御を実行する。
表示制御の実行により、主制御部501は、アプリケーションソフトウェアを起動するためのアイコンや、スクロールバーなどのソフトウェアキーを表示し、あるいは電子メールを作成するためのウィンドウを表示する。尚、スクロールバーとは、表示パネル521の表示領域に収まりきれない大きな画像などについて、画像の表示部分を移動する指示を受け付けるためのソフトウェアキーのことをいう。
また、操作検出制御の実行により、主制御部501は、操作部540を通じたユーザ操作を検出したり、操作パネル522を通じて、上記アイコンに対する操作や、上記ウィンドウの入力欄に対する文字列の入力を受け付けたり、あるいは、スクロールバーを通じた表示画像のスクロール要求を受け付ける。
更に、操作検出制御の実行により主制御部501は、操作パネル522に対する操作位置が、表示パネル521に重なる重畳部分(表示領域)か、それ以外の表示パネル521に重ならない外縁部分(非表示領域)かを判定し、操作パネル522の感応領域や、ソフトウェアキーの表示位置を制御するタッチパネル制御機能を備える。
また、主制御部501は、操作パネル522に対するジェスチャ操作を検出し、検出したジェスチャ操作に応じて、予め設定された機能を実行することもできる。ジェスチャ操作とは、従来の単純なタッチ操作ではなく、指などによって軌跡を描いたり、複数の位置を同時に指定したり、あるいはこれらを組み合わせて、複数の位置から少なくとも1つについて軌跡を描く操作を意味する。
カメラ部541は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD(Charge-Coupled Device)などの撮像素子を用いて電子撮像するデジタルカメラである。このカメラ部541に前述した撮像装置を適用することができる。メカ的な切り替え機構等を必要とせずに、広角画像と望遠画像とを撮像することができ、スマートフォン500のように薄型の携帯端末に組み込むカメラ部として好適である。
また、カメラ部541は、主制御部501の制御により、撮像によって得た画像データを、例えばJPEG(Joint Photographic coding Experts Group)などの圧縮した画像データに変換し、記憶部550に記録したり、外部入出力部560や無線通信部510を通じて出力することができる。図15に示すにスマートフォン500において、カメラ部541は表示入力部520と同じ面に搭載されているが、カメラ部541の搭載位置はこれに限らず、表示入力部520の背面に搭載されてもよいし、あるいは、複数のカメラ部541が搭載されてもよい。尚、複数のカメラ部541が搭載されている場合には、撮像に供するカメラ部541を切り替えて単独にて撮像したり、あるいは、複数のカメラ部541を同時に使用して撮像することもできる。
また、カメラ部541はスマートフォン500の各種機能に利用することができる。例えば、表示パネル521にカメラ部541で取得した画像を表示することや、操作パネル522の操作入力のひとつとして、カメラ部541の画像を利用することができる。また、GPS受信部570が位置を検出する際に、カメラ部541からの画像を参照して位置を検出することもできる。更には、カメラ部541からの画像を参照して、3軸の加速度センサを用いずに、あるいは、3軸の加速度センサと併用して、スマートフォン500のカメラ部541の光軸方向を判断することや、現在の使用環境を判断することもできる。勿論、カメラ部541からの画像をアプリケーションソフトウェア内で利用することもできる。
[その他]
第5の実施形態のレンズフード10−5の第1の遮光壁12−5及び第2の遮光壁14−5の各遮光壁は、光軸中心からの距離に応じて高さが異なり、一方、各遮光壁の間隔はほぼ同一であるが、これに限らず、遮光壁の高さが低い程、第1の遮光壁及び第2の遮光壁の隣接する遮光壁の間隔を狭くすることが好ましい。第1の遮光壁及び第2の遮光壁の高さが低くなると、不要光(斜め光)が入射しやすくなる。そこで、遮光壁の高さを低くした分だけ遮光壁間の間隔を狭くすることにより、遮光壁の高さにかかわらず不要光の入射を防止する。
また、本実施形態のレンズフードの筒状の最外周の第1の遮光壁は、円筒状に形成されているが、これに限らず、角筒状に形成されたものでもよい。更に、最外周の第1の遮光壁の内部空間を複数の空間に仕切る第2の遮光壁の数及び形状は、本実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
10、10−2、10−3−10−4、10−5…レンズフード、12、12−2、12−3、12−4、12−5…第1の遮光壁、13…多焦点レンズ、13−1…広角レンズ、13−2…反射式望遠レンズ、14、14−2、14−3、14−4、14−5…第2の遮光壁、17…指向性センサ

Claims (10)

  1. 望遠レンズ内に入射する不要な光を遮光するレンズフードにおいて、
    前記レンズフードは、筒状の最外周の第1の遮光壁と、前記第1の遮光壁の内部空間を複数の空間に仕切る第2の遮光壁とから構成され、
    前記第1の遮光壁及び前記第2の遮光壁は、それぞれ前記望遠レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第1の有効光線の進行方向と平行に設けられ、前記第1の有効光線以外の第1の不要光を遮光するレンズフード。
  2. 前記レンズフードは、光束を2回以上反射させる反射光学系を含む反射式望遠レンズに適用され、
    前記第2の遮光壁は、前記反射式望遠レンズの光軸中心から遠ざかるにしたがって前記反射式望遠レンズの光軸と平行に近づく請求項1に記載のレンズフード。
  3. 前記レンズフードは、中央部の広角レンズと前記広角レンズの周辺部の環状の望遠レンズとからなる多焦点レンズに適用され、
    前記第2の遮光壁は、前記多焦点レンズの前記望遠レンズに対応する環状の内部空間のみに設けられる請求項1又は2に記載のレンズフード。
  4. 前記第1の遮光壁及び前記第2の遮光壁は、それぞれ前記多焦点レンズの前記広角レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第2の有効光線を遮光せず、前記第2の有効光線以外の第2の不要光を遮光する請求項3に記載のレンズフード。
  5. 前記第1の遮光壁及び第2の遮光壁は、それぞれ前記多焦点レンズの光軸中心からの距離に応じて高さが異なり、前記多焦点レンズの前記広角レンズの画角内の被写体像の結像に用いられる第2の有効光線を遮光せず、前記第2の有効光線以外の第2の不要光を遮光する請求項3に記載のレンズフード。
  6. 前記第1の遮光壁及び前記第2の遮光壁は、それぞれ前記多焦点レンズの光軸中心からの距離に応じて高さが異なり、かつ前記高さが低い程、前記第1の遮光壁及び前記第2の遮光壁の隣接する遮光壁の間隔が狭い請求項5に記載のレンズフード。
  7. 前記第2の遮光壁は、前記第1の遮光壁の内部空間を同心円状、格子状、ハニカム状、又は円筒状に仕切る請求項1から6のいずれか1項に記載のレンズフード。
  8. 前記第1の遮光壁及び前記第2の遮光壁は、それぞれ壁面に反射防止処理が施されている請求項1から7のいずれか1項に記載のレンズフード。
  9. 請求項3から6のいずれか1項に記載のレンズフードと、
    前記多焦点レンズと、
    2次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する指向性センサであって、前記多焦点レンズの前記広角レンズ及び前記望遠レンズを介して入射する光束をそれぞれ瞳分割して選択的に受光する指向性センサと、
    を備えた撮像装置。
  10. 前記指向性センサは、瞳分割部として機能するマイクロレンズアレイ又は遮光マスクを有する請求項9に記載の撮像装置。
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