JP6854908B2 - 光学系、投影装置及び撮像装置 - Google Patents
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Description
(7´)第1光学系及び共通光学系の光軸を第1光軸とし、第2光学系は、第1光軸と異なる第2光軸を有する、上記(2)から(7)のいずれか一の光学系。
(7´´)第1焦点調節部と第2焦点調節部は、それぞれ異なる第1光軸と第2光軸に沿って移動させることによって焦点調節を行う、上記(7´)の光学系。
(7´´´)第1光学系及び共通光学系により撮像又は投影される第1画角及び第2光学系及び共通光学系により撮像又は投影される第2画角は互いに部分的にオーバーラップする、上記(1)から(7´´)の光学系。
また、上記(7´)の態様よれば、第2光学系は、第1光学系及び共通光学系の光軸と異なる光軸を有する。これにより、不連続な第1平面及び第2平面の被写体像を1つのイメージセンサの異なる連続的な第1受光領域及び連続的な第2受光領域に結像させる、又は、1つの画像表示素子の異なる連続的な第1表示領域及び連続的な第2表示領域に表示される投影用画像を拡大して第1平面及び第2平面に投影することができる。
また、上記(7´´)の態様よれば、第1光学系の少なくとも一部の光学素子を移動させる第1焦点調節部と、第2光学系のパワーを有する反射光学素子を移動させる第2焦点調節部は、それぞれ異なる第1光学系及び共通光学系の第1光軸と第2光学系の第2光軸に沿って移動させることによって焦点調節を行う。これにより、第1光学系G1及び共通光学系GCによって構成される光学系の焦点、と、第2光学系G2及び共通光学系GCによって構成される光学系の焦点をそれぞれちょうせいすることによって、第1平面及び第2平面のそれぞれの被写体像を鮮鋭に撮像できる。また、第1平面及び第2平面のそれぞれに鮮鋭な画像を投影できる。
また、上記(7´´´)の態様よれば、第1光学系及び共通光学系により撮像又は投影される第1画角及び第2光学系及び共通光学系により撮像又は投影される第2画角は互いに部分的にオーバーラップする。これにより、1つのイメージセンサの異なる連続的な第1受光領域及び連続的な第2受光領域に不連続な第1平面及び第2平面の被写体像を結像させることができると共に、結像される不連続な第1平面の被写体像及び第2平面の被写体像は互いにオーバーラップする部分を有することができる、又は、1つの画像表示素子の異なる連続的な第1表示領域及び連続的な第2表示領域に表示される投影用画像を拡大して第1平面及び第2平面に投影することができると共に、投影される異なる連続的な第1表示領域に表示される投影用画像及び連続的な第2表示領域に表示される投影用画像は互いにオーバーラップする部分を有することができる。撮像レンズに適用した場合に、不連続な平面を死角なく撮像できる。また、投影レンズに適用した場合に、不連続な平面に隙間なく画像を投影できる。
[概要]
まず、本発明が適用された撮像レンズの概要について説明する。
次に、本発明が適用された撮像レンズの構成の一例について説明する。
次に、本実施の形態の撮像レンズ10に入射した光の辿る経路について説明する。
図2では、第1光学系G1に入射する光の光路として、最大画角の軸外光束LF1の光路を示している。
図2では、第2光学系G2に入射する光の光路として、最大画角の軸外光束LF2の光路を示している。
次に、各光学系で撮像される画角について説明する。
撮像レンズ10は、第1光学系G1及び共通光学系GCで構成される光学系の焦点を調節する第1焦点調節部と、第2光学系G2及び共通光学系GCによって構成される光学系の焦点を調節する第2焦点調節部と、を備える。
図3は、第1焦点調節部による焦点調節の概念図である。
図4は、第2焦点調節部による焦点調節の概念図である。
以上のように構成される撮像レンズ10は、撮像装置に適用した場合に、第1平面S1の被写体像を第1光学系G1及び共通光学系GCを介して、イメージセンサISの第1受光領域R1に結像させる。また、第2平面S2の被写体像を第2光学系G2及び共通光学系GCを介して、イメージセンサISの第2受光領域R2に結像させる。第2受光領域R2は、第1受光領域R1とは異なる領域である。第1平面S1及び第2平面S2は、異なる角度を有する不連続な面である。したがって、本実施の形態の撮像レンズ10によれば、撮像装置に適用した場合に、1つのイメージセンサISで不連続な2平面を撮像できる。
《第2光学系》
上記実施の形態では、第2光学系G2を2つのミラーによって構成しているが、第2光学系G2の構成は、これに限定されるものではい。2つの反射光学素子を含み、少なくとも一方の反射光学素子がパワーを有する構成であればよい。したがって、2つのミラーで構成する場合、一方を平面鏡で構成することもできる。また、第2光学系G2を構成する反射光学素子は、ミラーに限定されず、その他の反射光学素子を採用することもできる。たとえば、反射面を有するレンズで構成することもできる。なお、広角にするためには、反射光学素子の反射面を凸面とすることが好ましい。
上記実施の形態では、第1光学系G1の全体を移動させることにより、第1光学系G1及び共通光学系GCで構成される光学系の焦点を調節している。第1焦点調節の構成は、これに限定されるものではない。第1光学系G1を構成する一部のレンズのみを移動させて、焦点調節する構成としてもよい。
上記実施の形態では、第2ミラーM2を第1光学系G1及び共通光学系GCの光軸Z1に沿って移動させることにより、第2光学系G2及び共通光学系GCで構成される光学系の焦点を調節している。第2焦点調節部の構成は、これに限定されるものではない。たとえば、第1ミラーM1を第1光学系G1及び共通光学系GCの光軸Z1に沿って移動させることにより、焦点調節する構成としてもよい。また、2つの第1ミラーM1及び第2ミラーM2を相互に移動させて、焦点調節する構成としてもよい。更に、X軸と平行な軸周りの回転、Y軸と平行な方向への移動等と組み合わせて、焦点調節する構成としてもよい。
第2光学系及び共通光学系で構成される光学系の撮像方向については、たとえば、第2光学系G2の第2ミラーM2をX軸と平行な軸周りに回転させることで調整できる。第1平面S1と第2平面S2とが異なる角度を有する場合は、第1平面S1に対する第2平面S2の角度に応じて、第2ミラーM2の回転角度を調整して、第2平面S2の角度に合わせる。
上記のように、撮像レンズは、不連続な2つの平面の被写体像を1つのイメージセンサの異なる受光領域に結像させるレンズとして構成される。特に、2つの平面の成す角度がπよりも小さい場合に好適である。また、2つの平面の成す角度がπ/2である場合には、直角な2平面を同時に撮像できる撮像レンズとして構成できる。
第2光学系を複数備えることにより、3つ以上の不連続な平面を撮像できる。この場合、第1光学系及び共通光学系の光軸を回転対称中心とする回転対称位置に各第2光学系を配設する。
上述した好ましい構成や可能な構成は、任意の組合せが可能であり、撮像レンズに要望される事項に応じて、適宜選択的に採用されることが好ましい。上記構成を適宜採用することで、より良好な光学性能やより高い仕様に対応可能な光学系を実現できる。
上記実施の形態の撮像レンズ10の数値実施例を以下に説明する。
上記実施の形態の撮像レンズは、イメージセンサの位置に画像表示素子を配置することにより、投影レンズとして機能する。上記実施の形態の撮像レンズは、投影レンズとして使用しても何ら問題はなく、不連続な2つの平面のそれぞれに画像を投影できる。
次に、上記実施の形態の撮像レンズ10を使用した撮像装置について説明する。ここでは、直交する2つの平面(第1平面S1及び第2平面S2)を撮像する撮像装置に適用した場合を例に説明する。
図7は、本実施の形態の撮像装置の概略構成を示す図である。
撮像レンズ10は、直交する2つの平面(第1平面S1及び第2平面S2)を撮像するレンズとして構成される。
イメージセンサISは、共通光学系GCの光軸Z1上に配置され、かつ、共通光学系GCの光軸Z1に対して直交して配置される。イメージセンサISは、たとえば、CCD(Charged Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の公知のエリアイメージセンサで構成される。
図8は、画像信号処理部のブロック図である。
アナログ信号処理部110aは、イメージセンサISから出力される画素ごとのアナログの画像信号を取り込み、相関二重サンプリング処理、増幅処理等の所定の信号処理を施す。
アナログデジタル変換器(ADC)110bは、アナログ信号処理部110aから出力されるアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換する。
デジタル信号処理部110cは、アナログデジタル変換器110bから出力されるデジタルの画像信号を取り込み、階調変換処理、ホワイトバランス補正処理、ガンマ補正処理、同時化処理、YC変換処理等の所定の信号処理を施して、撮像された画像を表わす画像データを生成する。
画像抽出部110dは、撮像画像Imから第1画像Im1及び第2画像Im2を抽出する処理を行う。
図10及び図11に示すように、撮像により得られる第1画像Im1及び第2画像Im2は歪み等が生じる。画像補正部110eは、撮像により得られた第1画像Im1及び第2画像Im2に対して、必要な補正処理を行う。補正は、たとえば、歪曲補正等である。また、第1画像Im1及び第2画像Im2の大きさを合わせるため、必要に応じて、画像を拡大、縮小する処理が行われる。これらの補正処理は、公知の手法を用いて実施できる。
合成画像生成部110fは、補正後の第1画像Im1及び第2画像Im2を取得し、両者を合成した1枚の合成画像を生成する。
表示部120は、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示デバイスと、その駆動回路等を含み、画像信号処理部110で生成された合成画像を表示する。
次に、本実施の形態の撮像装置100の作用について説明する。
上記実施の形態では、生成した合成画像ImCを表示部120に表示する構成としているが、記録部に記録する構成としてもよい。
上記のように、撮像レンズ10は、イメージセンサの位置に画像表示素子を配置することにより、投影レンズとして機能する。以下、撮像レンズ10を投影レンズとして使用した投影装置について説明する。ここでは、直交する2つの平面(第1平面S1及び第2平面S2)に画像を投影する投影装置に適用した場合を例に説明する。
図15は、本実施の形態の投影装置の概略構成を示す図である。
投影レンズ210は、画像表示素子220から得られる像を直交する2つの平面(第1平面S1及び第2平面S2)に拡大して投影するレンズとして構成される。より具体的には、画像表示素子220の第1表示領域に表示される投影用画像を拡大して第1平面S1に投影し、かつ、画像表示素子220の第2表示領域に表示される投影用画像を拡大して第2平面S2に投影するレンズとして構成される。その基本構成は、上記実施の形態の撮像レンズ10と同じである。
画像表示素子220は、画像光を形成する透過型の表示素子であり、照明光学系230からの照明光を画像信号に応じて変調することにより、画像を形成する。画像表示素子220は、投影レンズ210の結像位置に相当する位置に配置される。
照明光学系230は、光源、均一化光学系等を備える。照明光学系230の光源には、たとえば、LED(Light Emitting Diode)、水銀ランプ、レーザー等を使用できる。
投影用画像取得部240は、第1平面S1及び第2平面S2に投影する画像を取得する。画像は、1枚の画像が取得される(図14参照)。
投影用画像生成部250は、投影用画像取得部240で取得した画像から投影用の画像を生成する。すなわち、第1平面S1及び第2平面S2に投影するための画像を生成する。この際、投影用画像生成部250は、投影レンズ210を介して第1平面S1及び第2平面S2に投影した際に、第1平面S1及び第2平面S2の境界で連続する画像を生成する。
投影用画像表示制御部260は、投影用画像生成部250で生成された投影用の画像(補正後の出力画像im0)を画像表示素子220に表示させる。
次に、本実施の形態の投影装置200の作用について説明する。
《投影レンズ》
また、上記実施の形態では、第2光学系を1つ備えた投影レンズを使用する場合を例に説明したが、第2光学系を複数備えた投影レンズを使用することもできる。この場合、画像表示素子に表示させる画像には、第1平面投影用画像の中心を回転対称中心とする複数の回転対称位置に複数の第2平面投影用画像が表示される。
画像表示素子は、透過型の表示素子に限らず、反射型の表示素子としてもよい。この場合、投影装置200は、それぞれに適合する光学系に変更する。
投影用画像取得部は、各平面に投影する画像を個別に取得してもよい。すなわち、第1平面に投影する画像及び第2平面に投影する画像を個別に取得してもよい。
上記実施の形態では、各平面に投影される画像がオーバーラップしないように出力画像を生成しているが、オーバーラップする画像を出力画像として生成してもよい。この場合、オーバーラップする部分の視認性を向上させるための処理を画像に施すことが好ましい。たとえば、オーバーラップする領域の明るさを他の領域も低く設定し、投影した際に他の領域とほぼ同じ明るさになるようにする。すなわち、投影した際に全体として均一な明るさになるように設定する。
画像表示素子に表示させる第1平面投影用画像im1及び第2平面投影用画像im2の表示位置を手動で調整できるようにしてもよい。これにより、各平面に投影する画像の位置を手動で微調整できる。この場合、操作部と、表示位置調整部とが、更に備えられる。表示位置調整部は、操作部の操作に基づいて、第1平面投影用画像im1及び第2平面投影用画像im2の表示位置を個別に調整する。
100 撮像装置
110 画像信号処理部
110a アナログ信号処理部
110b アナログデジタル変換器
110c デジタル信号処理部
110d 画像抽出部
110e 画像補正部
110f 合成画像生成部
120 表示部
200 投影装置
210 投影レンズ
220 画像表示素子
230 照明光学系
240 投影用画像取得部
250 投影用画像生成部
250a 投影用画像設定部
250b 出力画像生成部
250c 出力画像補正部
260 投影用画像表示制御部
AR1 第1光学系1の移動方向を示す矢印
AR2 第2ミラーM2の移動方向を示す矢印
C1、C2 テストチャート
E1 オーバーラップする側の第1平面の端
E2 オーバーラップする側の第2平面S2の端端
F1 第1画像が第2画像とオーバーラップする領域を示す枠
F2 第2画像が第1画像とオーバーラップする領域を示す枠
G1 第1光学系
G2 第2光学系
G21 第1の第2光学系
G22 第2の第2光学系
GC 共通光学系
IS イメージセンサ
Im 撮像画像
Im1 第1画像
Im2 第2画像
ImC 合成画像
L11〜L14、LC1〜LC7 第1光学系を構成するレンズ
LF1、LF2 軸外光束
M1 第2光学系を構成する第1ミラー
M2 第2光学系を構成する第2ミラー
M11 第1の第2光学系を構成する第1ミラー
M12 第1の第2光学系を構成する第2ミラー
M21 第2の第2光学系を構成する第1ミラー
M22 第2の第2光学系を構成する第2ミラー
OL1、OL2 オーバーラップする領域
PP 光学素子
Pi1 第1平面投影用画像の投影像
Pi2 第2平面投影用画像の投影像
R1 イメージセンサの第1受光領域
R2 イメージセンサの第2受光領域
R21 イメージセンサの第1の第2受光領域
R22 イメージセンサの第2の第2受光領域
S1 第1平面
S2 第2平面
Sim 像面
St 開口絞り
T1 画像表示素子の第1表示領域に表示される領域
T2 画像表示素子の第2表示領域に表示される領域
Z1、Z2、Z21、Z22 光軸
f オーバーラップする領域を示す枠
im 入力画像
im0 出力画像
im1 第1平面投影用画像
im2 第2平面投影用画像
r1 撮像画像の第1領域
r2 撮像画像の第2領域
Claims (14)
- 不連続な第1平面及び第2平面の被写体像を1つのイメージセンサの異なる連続的な第1受光領域及び連続的な第2受光領域に結像させ、又は、1つの画像表示素子の異なる連続的な第1表示領域及び連続的な第2表示領域に表示される投影用画像を拡大して前記第1平面及び前記第2平面に投影する光学系であって、
前記第1平面に対して撮像又は投影する第1光学系と、
前記第2平面に対して撮像又は投影する第2光学系であって、2つの反射光学素子を含み、少なくとも一方の前記反射光学素子がパワーを有する第2光学系と、
前記第1光学系を介して入射する被写体像を前記イメージセンサの前記連続的な第1受光領域に結像させ、かつ、前記第2光学系を介して入射する被写体像を前記イメージセンサの前記連続的な第2受光領域に結像させ、又は、前記画像表示素子の前記連続的な第1表示領域に表示される投影用画像を前記第1光学系に入射させ、かつ、前記画像表示素子の前記連続的な第2表示領域に表示される投影用画像を前記第2光学系に入射させる共通光学系と、
前記第1光学系の少なくとも一部の光学素子を移動させる第1焦点調節部と、
前記第2光学系のパワーを有する前記反射光学素子を移動させる第2焦点調節部と、
を備え、
前記第1光学系及び前記共通光学系により撮像又は投影される第1画角及び前記第2光学系及び前記共通光学系により撮像又は投影される第2画角はオーバーラップする、
光学系。 - オーバーラップする側の前記第2平面の端と前記第1光学系及び前記共通光学系の光軸との成す角度をω12とし、オーバーラップする側の前記第1平面の端と前記光軸と直交する軸との成す角度をω21とした場合に、ω12+ω21>π/2の条件を満たす、
請求項1に記載の光学系。 - 前記第2焦点調節部により移動する前記反射光学素子は、凸の反射面を有する、
請求項1又は2に記載の光学系。 - 2つの前記反射光学素子のうちの少なくとも一方の前記反射光学素子の角度を調整する角度調整部を更に備えた、
請求項1から3のいずれか1項に記載の光学系。 - 前記第1平面と前記第2平面との成す角度は、πよりも小さい、
請求項1から4のいずれか1項に記載の光学系。 - 前記第1平面と前記第2平面との成す角度は、π/2である、
請求項5に記載の光学系。 - 前記第2光学系が、前記第1光学系及び前記共通光学系の前記光軸を回転対称中心とする複数の回転対称位置に配設される、
請求項1から6のいずれか1項に記載の光学系。 - 前記第1光学系及び前記共通光学系の前記光軸を第1光軸とし、前記第2光学系は、前記第1光軸と異なる第2光軸を有する、
請求項2から7のいずれか1項に記載の光学系。 - 前記第1焦点調節部と前記第2焦点調節部は、それぞれ異なる前記第1光軸と前記第2光軸に沿って移動させることによって焦点調節を行う、
請求項12に記載の光学系。 - 前記第1光学系及び前記共通光学系により撮像又は投影される前記第1画角及び前記第2光学系及び前記共通光学系により撮像又は投影される前記第2画角は互いに部分的にオーバーラップする、
請求項1から12に記載の光学系。 - 請求項1から7及び12から14のいずれか1項に記載の光学系と、
前記画像表示素子と、
投影する画像を取得する投影用画像取得部と、
前記画像表示素子に表示させた際に、前記第1平面に投影する前記投影用画像が前記連続的な第1表示領域に表示され、かつ、前記第2平面に投影する前記投影用画像が前記連続的な第2表示領域に表示される画像を、前記投影用画像取得部で取得した画像から生成する投影用画像生成部と、
を備えた投影装置。 - 前記投影用画像生成部は、前記光学系を介して前記第1平面及び前記第2平面に投影した際に、前記連続的な第1表示領域に表示された前記投影用画像と前記連続的な第2表示領域に表示された前記投影用画像とが、前記第1平面及び前記第2平面の境界で連続する画像を生成する、
請求項15に記載の投影装置。 - 請求項1から7及び12から14のいずれか1項に記載の光学系と、
前記イメージセンサと、
前記イメージセンサの前記連続的な第1受光領域及び前記連続的な第2受光領域に結像された画像を取得する撮像画像取得部と、
を備えた撮像装置。 - 前記連続的な第1受光領域に結像された画像と前記連続的な第2受光領域に結像された画像とを合成した合成画像を生成する合成画像生成部を更に備えた、
請求項17に記載の撮像装置。
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