JPH1195108A - 光学素子及びそれを用いた撮影系 - Google Patents

光学素子及びそれを用いた撮影系

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JPH1195108A
JPH1195108A JP9275140A JP27514097A JPH1195108A JP H1195108 A JPH1195108 A JP H1195108A JP 9275140 A JP9275140 A JP 9275140A JP 27514097 A JP27514097 A JP 27514097A JP H1195108 A JPH1195108 A JP H1195108A
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JP
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optical element
light
reflection
reflecting
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JP9275140A
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Hiroshi Saruwatari
浩 猿渡
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G02B17/086Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors wherein the system is made of a single block of optical material, e.g. solid catadioptric systems
    • GPHYSICS
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    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0836Catadioptric systems using more than three curved mirrors
    • G02B17/0848Catadioptric systems using more than three curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の方向に位置している被写体を簡易な構
成により同時に又は選択的に所定面上に形成することが
できる光学素子及びそれを用いた撮影系を得ること。 【解決手段】 nを整数としたとき、2n角柱形状の透
明体の複数の側面のうち対向する2つの側面に各々複数
の反射鏡を設けて構成した反射系を対向する側面毎に複
数設け、該複数の反射系を利用して被写体像を所定面上
に形成していること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光学素子及びそれを
用いた撮影系に関し、特にビデオカメラやスチールビデ
オカメラ、及び複写機等に用いられる撮影手段として好
適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、撮影光学系の結像手段として
透明体の表面に光入射面、光射出面そして複数の屈折力
のある反射面を設けた光学素子を利用したものが種々と
提案されている。
【0003】図10は本出願人が特開平8-292371号公報
で提案している反射型の光学系の要部概略図である。
【0004】同図において、10はガラスやプラスチッ
ク等の透明体の表面に複数の曲面反射面を設けた光学素
子である。
【0005】光学素子10の表面には物体からの光線の
通過順に、負の屈折力を有する凹屈折面(入射面)R2
及び凹面鏡R3・反射面R4・反射面R5・凹面鏡R6
の4つの反射面及び正の屈折力を有する凸屈折面(射出
面)R7を形成している。R1は光学素子10の物体側
に配置した絞り(入射瞳)、3は水晶ローパスフィルタ
ーや赤外カットフィルター等の光学補正板、R10は最
終結像面であり、CCD等の撮像素子(撮像媒体)の撮
像面が位置する。5は撮影光学系の基準軸である。
【0006】なお、2つの屈折面はいずれも回転対称の
球面であり、すべての反射面はYZ平面のみに対して対
称な面形状である。
【0007】次に同図における結像作用を説明する。物
体からの光束1は、絞りR1により入射光量を規制され
た後、光学素子10の入射面R2に入射し、面R3、R
4で反射された後、面R4近傍で一旦結像し、次いで面
R5、R6で次々に反射していき、射出面R7から射出
し、光学補正板3を介して最終結像面R10上に再結像
する。物体光線は面R4近傍で中間結像し、瞳光線は面
R5と面R6との間で中間結像する。
【0008】同図では、光学素子10に入射する基準軸
の方向とこれから射出する基準軸の方向は平行でかつ同
一方向である。また入出射を含む基準軸はすべて紙面内
(YZ平面)に載っている。
【0009】同図に示す光学素子10は、入出射面によ
る屈折力と、その中での複数の曲面反射鏡による屈折力
によって、所望の光学性能を有する全体として正の屈折
力を有するレンズユニットとして機能している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】図10に示す光学素子
10は一方向(Z方向)に存在している被写体からの光
束を集光して被写体像を最終結像面に結像している。
【0011】被写体を所定面上に形成するとき撮影手段
として種々な方向、例えばZ方向やY方向等に存在して
いる被写体を簡易な手段で同時に、又は、選択的に撮影
したい場合がある。
【0012】図10に示す光学素子は一方向の被写体の
みしか撮像手段面上に形成することができなかった。
【0013】本発明は、本出願人が先に提案した光学素
子を改良することにより複数の方向に存在している被写
体を同時に、又は、選択的に容易に撮影することができ
る光学素子及びそれを用いた撮影系の提供を目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の光学素子は (1−1)nを整数としたとき、2n角柱形状の透明体
の複数の側面のうち対向する2つの側面に各々複数の反
射鏡を設けて構成した反射系を対向する側面毎に複数設
け、該複数の反射系を利用して被写体像を所定面上に形
成していることを特徴としている。
【0015】(1−2)nを整数としたとき、2n角柱
形状の透明体の複数の側面のうち対向する2つの側面に
光入射用の屈折面と該屈折面からの光束を反射させる複
数の反射面、そして光出射用の屈折面を設けて構成した
反射系を対向する側面毎に複数設け、該複数の反射系を
利用して被写体像を所定面上に形成していることを特徴
としている。
【0016】特に、(1−2−1)前記複数の反射系の
光入射面を回動可能な光学部材に設けた1つの光入射面
で兼用していることを特徴としている。
【0017】この他、構成(1−1)又は(1−2)に
おいて(1−2−2)前記複数の反射系は互いに光学特
性が異なっていることを特徴としている。
【0018】本発明の撮影系は(2−1)構成(1−
1)又は(1−2)の光学素子を用いて、異なった複数
の方向に位置している被写体を、該光学素子の各々対応
する光出射面近傍に設けた撮像素子面上に結像している
ことを特徴としている。
【0019】(2−2)複数の内面反射面を備えた透明
体からなる光学素子を有し、該光学素子は、物体からの
光が前記複数の内面反射面の少なくとも一部を介して前
記光学素子を通過する第1の光路と、該第1の光路とは
異なる光路で前記光学素子を通過する第2の光路の少な
くとも2つの光路を備え、前記第1の光路と第2の光路
とで光学特性が異なることを特徴としている。
【0020】特に(2−2−1)前記第1の光路と第2
の光路のいずれか一方を選択する手段を有することを特
徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】図1は本発明の光学素子を撮影系
の一部に設けた実施形態1の要部外観図である。
【0022】図中100は光学素子、108、118は
各々撮像素子であり、光学素子100の光出射面10
7、117の近傍に設けている。図2は図1の光学素子
100のXZ面内における第1反射系R01の光路の概
略図、図3は図1の光学素子100のXY面内における
第2反射系のR02の光路の概略図である。本実施形態
の光学素子100は直方形状の透明体GPを用いてい
る。
【0023】図2においては、透明体GPの対向する2
つの側面10a、10bの表面に、光束が入射する屈折
面101と、曲率を有する複数(同図では5つである
が、これに限らない)の反射面102〜106と、該複
数の反射面にて反射された光束を射出する屈折面107
を各々設けている。そして、光軸上の光線La1がXZ
面内に存在する第1反射系R01を構成している。
【0024】図2の第1反射系ではZ方向に位置する被
写体(不図示)からの光束を順に屈折面101、反射面
102〜106、屈折面107を介して撮像素子108
に導光し、その面上に被写体像を形成している。
【0025】図3においては透明体GPの対向する2つ
の側面11a、11bの表面に光束が入射する屈折面1
11と、曲率を有する複数(同図では5つであるが、こ
れに限らない)の反射面112〜116と、該複数の反
射面にて反射された光束を射出する屈折面117を設け
ている。そして光軸上の光線La2がXY面内に存在す
る第2反射系R02を構成している。
【0026】図3の第2反射系ではY方向に位置する被
写体(不図示)からの光束を順に屈折面111、反射面
112〜116、屈折面117を介して撮像素子118
に導光し、その面上に被写体像を形成している。
【0027】図2で示した第1反射系R01と図3で示
した第2反射系R02とは、光学作用が互いに全く独立
である。従って、焦点距離や撮影画角等のような光学パ
ラメータ(光学特性)が全く異なる光学系で、双方の反
射系を構成している。
【0028】これによれば、例えば2焦点レンズとして
使うことができる。また、本実施形態によれば従来の共
軸光学系に見られたアタッチメントやターレット切り換
えの類の光学系と比較して、遥かに小型化薄型化の光学
系を達成することができる。
【0029】また、2つの反射系の各反射面における反
射率が異なるように構成する事により、両反射系におけ
る全系透過率を異ならせる事ができる。これによれば、
被写体の輝度に応じてどちらかの反射系を選択する事
で、絞りの駆動やNDフィルターの挿入などのメカニカ
ルな切り換えを必要とせず、機械的シャッターあるいは
撮像素子の電気的シャッターと組み合わせる事で、広い
範囲の露出での撮影を可能としている。
【0030】さらに、設計時のFナンバーを2つの反射
系で変えても良く、この場合は、上記の段階的露出切り
換えの効果に加え、被写界深度を変えることが出来るた
め、より多様な撮影が可能になる。
【0031】また、撮像素子108と118に縦横比の
異なる撮像素子を用いても良く、これによれば、アスペ
クト比の異なる画像を容易に得ることが出来る。
【0032】尚、本実施形態において2つの撮像素子の
うち一方を省略し、残った1つの撮像素子を光学素子1
00の軸110を中心に回動させて用いるようにしても
良い。
【0033】図1の実施形態1では直方形状の透明体G
Pの対向した各面に各々第1、第2反射系を設けたが、
透明体の形状、及びそれに設ける反射系の数はいくつで
あっても良い。例えば、図4に示すように6角柱形状の
透明体GPの対向した2つの側面に各々第1、第2、第
3反射系の3つの反射系を設けても良い。
【0034】図5、図6は各々本発明の光学素子を撮影
系の一部に用いた実施形態2の要部概略図である。
【0035】本実施形態は図1の実施形態1において、
屈折面101と反射面102とを一体化した光学部材2
1より構成し、透明体GPの中心軸210に対して、矢
印の如く回動可能に設けている点が異なっており、その
他の構成は同じである。
【0036】図5ではZ方向の被写体からの光束、図6
ではY方向の被写体からの光束を光学部材21で選択し
て透明体GPに導光して各々対応する撮像素子203又
は、213に導光している様子を示している。
【0037】図7、図8、図9は本発明の光学素子を撮
影系に設けた実施形態3の要部外観図である。
【0038】図中41は光学素子であり、それの一部を
構成する透明体40には図2、図3に示すのと同様な複
数の反射鏡から成る第1、第2反射系405、406が
設けられている。
【0039】本実施形態は被写体からの光束の入射用の
屈折面411(図1の屈折面101又は111に相当)
と屈折面411から入射してきた光束を反射させる為の
反射面401(図1の反射面102、112に相当)と
を一体化した光学部材4aを透明体40の一方の面に対
向して軸410に対して回転可能に設けている。
【0040】又、透明体40から出射する光束を反射さ
せる為の反射面403(図1の反射面106、116に
相当)と反射面403からの光束を出射させる屈折面4
21(図1の屈折面107又は117に相当)とを一体
化した光学部材4bを透明体40の他方の面に対向して
軸410に対して回転可能に設けている。
【0041】そして屈折面421の出射方向に1つの撮
像素子404を光学部材4bと一体的に回動可能に設け
ている。
【0042】図7の状態では、図8に示すように、Z方
向の被写体からの光束を光学部材4aの屈折面411、
反射鏡401を介して透明体40に入射させ、透明体4
0の内部の図2に示すのと同様にXZ面内に設けた複数
の反射鏡405で反射させた後に、射出させ、光学部材
4bの反射鏡403、屈折面421を介して撮像素子4
04に導光し、その面上に被写体像を形成している。
【0043】図9は図7の状態において、光学部材4
a、4bそして撮像素子404を軸410に対して反時
計方向に90度回転させたときを示している。
【0044】図9においてはY方向の被写体からの光束
を光学部材4aの屈折面411、反射鏡401を介して
透明体40の内部の図3に示すのと同様にXY面内に設
けた複数の反射鏡406で反射させた後に出射させ、光
学部材4bの反射鏡403、屈折面421を介して撮像
素子404に導光し、その面上に被写体像を形成してい
る。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、本出願人が先に提案し
た光学素子を改良することにより複数の方向に存在して
いる被写体を同時に、又は、選択的に容易に撮影するこ
とができる光学素子及びそれを用いた撮影系を達成する
ことが出来る。
【0046】特に本発明によれば1つの光学素子に複数
の反射系を有する事により、 (イ−1)複数の撮影形態が容易に得られる。 (イ−2)異なる光学特性(焦点距離、全系透過率、F
ナンバー、撮影アスペクト比)で複数種類の画像が得ら
れる。 (イ−3)焦点距離の異なる複数の反射系を有する事に
より、付加的なアタッチメントや、複雑なズーム機構無
しに、異なる画角の画像が得られる。 (イ−4)全系透過率やFナンバーの違う反射系を有す
る事により、簡易的に段階的な露出制御ができる。 (イ−5)撮影アスペクト比を異ならせる事により、よ
り多様な撮影フォーマットに対応することが出来る。 (イ−6)軸外し光学系の採用により、共軸系の場合と
比較して、光学系を薄型、小型に構成する事が可能とな
る。等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光学素子を撮影系に設けたときの実
施形態1の要部概略図
【図2】 図1の光学素子の説明図
【図3】 図1の光学素子の説明図
【図4】 本発明の光学素子の他の実施形態の説明図
【図5】 本発明の光学素子を撮影系に設けたときの実
施形態2の要部概略図
【図6】 本発明の光学素子を撮影系に設けたときの実
施形態2の要部概略図
【図7】 本発明の光学素子を撮影系に設けたときの実
施形態3の要部概略図
【図8】 図7の一断面内の説明図
【図9】 図7の一断面内の説明図
【図10】従来の光学素子の要部概略図
【符号の説明】
100 光学素子 101、111 光入射面(屈折面) 107、117 光出射面(屈折面) 102〜106、112〜116反射面 108、118、203、213、404撮像素子 GP、40 透明体 21、401、403光学部材

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 nを整数としたとき、2n角柱形状の透
    明体の複数の側面のうち対向する2つの側面に各々複数
    の反射鏡を設けて構成した反射系を対向する側面毎に複
    数設け、該複数の反射系を利用して被写体像を所定面上
    に形成していることを特徴とする光学素子。
  2. 【請求項2】 nを整数としたとき、2n角柱形状の透
    明体の複数の側面のうち対向する2つの側面に光入射用
    の屈折面と該屈折面からの光束を反射させる複数の反射
    面、そして光出射用の屈折面を設けて構成した反射系を
    対向する側面毎に複数設け、該複数の反射系を利用して
    被写体像を所定面上に形成していることを特徴とする光
    学素子。
  3. 【請求項3】 前記複数の反射系の光入射面を回動可能
    な光学部材に設けた1つの光入射面で兼用していること
    を特徴とする請求項2の光学素子。
  4. 【請求項4】 前記複数の反射系は互いに光学特性が異
    なっていることを特徴とする請求項1、2又は3の光学
    素子。
  5. 【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項記載の光
    学素子を用いて、異なった複数の方向に位置している被
    写体を、該光学素子の各々対応する光出射面近傍に設け
    た撮像素子面上に結像していることを特徴とする撮影
    系。
  6. 【請求項6】 複数の内面反射面を備えた透明体からな
    る光学素子を有し、該光学素子は、物体からの光が前記
    複数の内面反射面の少なくとも一部を介して前記光学素
    子を通過する第1の光路と、該第1の光路とは異なる光
    路で前記光学素子を通過する第2の光路の少なくとも2
    つの光路を備え、前記第1の光路と第2の光路とで光学
    特性が異なることを特徴とする撮影系。
  7. 【請求項7】 前記第1の光路と第2の光路のいずれか
    一方を選択する手段を有することを特徴とする請求項6
    の撮影系。
JP9275140A 1997-09-22 1997-09-22 光学素子及びそれを用いた撮影系 Pending JPH1195108A (ja)

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