JPWO2019064977A1 - 光学系、投影装置及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

不連続な平面に隙間なく投影でき、かつ、不連続な平面を死角なく撮像できる光学系、投影装置及び撮像装置を提供する。不連続な第１平面及び第２平面を撮像する撮像レンズ１０を有する光学系は、第１平面を撮像する第１光学系Ｇ１と、第２平面を撮像する第２光学系Ｇ２と、第１光学系Ｇ１を介して入射する被写体像をイメージセンサの第１受光領域Ｒ１に結像させ、かつ、第２光学系Ｇ２を介して入射する被写体像をイメージセンサの第２受光領域Ｒ２に結像させ共通光学系ＧＣと、を備え、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角と第２光学系Ｇ２及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角とがオーバーラップする。また、撮像レンズ１０を有する光学系は、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で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。

Description

本発明は、光学系、投影装置及び撮像装置に係り、特に、不連続な平面に投影する光学系及びその光学系を用いた投影装置、並びに、不連続な平面の被写体を撮像する光学系及びその光学系を用いた撮像装置に関する。

建築物などの立体物の表面に画像を投影する技法として、プロジェクションマッピングが知られている。プロジェクションマッピングでは、通常、画像を投影する面ごとに投影装置が用意される。たとえば、直交する２つの平面を使用してプロジェクションマッピングを行う場合、２台の投影装置が使用される。撮像の場合も同様であり、異なる方向を同時に撮像する場合は、撮像する方向ごとに撮像装置が用意される。

特許文献１には、個別に画像を投影可能な複数の投影部を備え、各投影部の向きを調整することにより、複数の平面に投影できる投影装置が記載されている。また、特許文献２、３には、１台の投影装置で直交する２平面に画像を投影する方法として、各面に投影する画像に台形補正等を施して、各面に歪みのない画像を投影する方法が記載されている。また、特許文献４には、前方及び側方を同時に撮像できる光学系が記載されている。

特表2012-529223号公報 特開2009-260531号公報 特開2015-139087号公報 特開2011-75915号公報

しかしながら、特許文献１の投影装置は、複数の投影部が必要になるため、装置が大型化する、という欠点がある。また、特許文献２、３の方法は、２つの面に投影される画像の間に隙間が発生するため、画像の連続性が損なわれる、という欠点がある。特許文献４の光学系も同様に前方の撮像領域と側方の撮像領域との間に死角となる領域が発生する、という欠点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、不連続な平面に隙間なく投影でき、かつ、不連続な平面を死角なく撮像できる光学系、投影装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。

（１）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第１受光領域及び第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第１表示領域及び第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平面に投影する光学系であって、第１平面に対して撮像又は投影する第１光学系と、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、少なくとも一方の反射光学素子がパワーを有する第２光学系と、第１光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの第１受光領域に結像させ、かつ、第２光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの第２受光領域に結像させ、又は、画像表示素子の第１表示領域に表示される投影用画像を第１光学系に入射させ、かつ、画像表示素子の第２表示領域に表示される投影用画像を第２光学系に入射させる共通光学系と、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焦点調節部と、を備え、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画角はオーバーラップする、光学系。

本態様の光学系は、第１光学系、第２光学系及び共通光学系を備える。第１光学系は、第１平面に対して撮像又は投影する光学系である。第２光学系は、第２平面に対して撮像又は投影する光学系である。共通光学系は、撮像レンズに適用した場合に、第１光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの第１受光領域に結像させ、かつ、第２光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの第２受光領域に結像させる光学系である。また、共通光学系は、投影レンズに適用した場合に、画像表示素子の第１表示領域に表示される投影用画像を第１光学系に入射させ、かつ、画像表示素子の第２表示領域に表示される投影用画像を第２光学系に入射させる光学系である。第１光学系、第２光学系及び共通光学系を備えることにより、撮像レンズに適用した場合には、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第１受光領域及び第２受光領域に結像させることができる。また、投影レンズに適用した場合には、１つの画像表示素子の異なる第１表示領域及び第２表示領域に表示される投影用画像を拡大して、不連続な第１平面及び第２平面に投影できる。

また、本態様の光学系は、第１光学系及び共通光学系により撮像又は投影される画角を第１画角、第２光学系及び共通光学系により撮像又は投影される画角を第２画角とした場合に、第１画角及び第２画角がオーバーラップするように構成される。これにより、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。

更に、本態様の光学系には、第１焦点調節部及び第２焦点調節部が備えられる。第１焦点調節部は、第１光学系の少なくとも一部の光学素子を移動させて、第１光学系及び共通光学系で構成される光学系の焦点を調節する。第２焦点調節部は、第２光学系を構成する２つの反射光学素子のうちパワーを有する反射光学素子を移動させて、第２光学系及び共通光学系で構成される光学系の焦点を調節する。これにより、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。

なお、ここでの不連続とは、第１平面と第２平面とが同一平面上にないことを意味する。したがって、第１平面と第２平面とが繋がっている場合であっても、互いに異なる角度を有する場合は不連続な２つの平面となる。また、第１平面と第２平面とが平行であっても、前後して配置されている場合は不連続な２つの平面となる。

（２）オーバーラップする側の第２平面の端と第１光学系及び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第１平面の端と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、上記（１）の光学系。

本態様によれば、オーバーラップする側の第２平面の端と第１光学系及び共通光学系の光軸との成す角度をω１２、オーバーラップする側の第１平面の端と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の条件を満たすように、光学系が構成される。これにより、第１画角及び第２画角がオーバーラップする光学系を構成できる。

（３）第２焦点調節部により移動する反射光学素子は、凸の反射面を有する、上記（１）又は（２）の光学系。

本態様によれば、第２焦点調節部により移動する反射光学素子が凸の反射面を有する反射光学素子で構成される。これにより、第２画角を広角にできる。

（４）２つの反射光学素子のうちの少なくとも一方の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、上記（１）から（３）のいずれか一の光学系。

（５）第１平面と第２平面との成す角度は、πよりも小さい、上記（１）から（４）のいずれか一の光学系。

本態様によれば、異なる角度を有する２平面に投影又は撮像する光学系として構成される。より具体的には、１８０°よりも小さい角度で交差する２平面に投影又は撮像する光学系として構成される。たとえば、鈍角で交差する２平面に投影又は撮像する光学系として構成される。

（６）第１平面と第２平面との成す角度は、π／２である、上記（５）の光学系。

本態様によれば、直角な２平面に投影又は撮像する光学系として構成される。なお、ここでのπ／２の範囲には、実質的にπ／２と認められる範囲が含まれる。すなわち、第１平面と第２平面との成す角度が、ほぼπ／２である場合が含まれる。

（７）第２光学系が、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複数の回転対称位置に配設される、上記（１）から（６）のいずれか一の光学系。

本態様よれば、第２光学系が複数備えられる。これにより、３つ以上の平面に投影又は撮像できる。各第２光学系は、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複数の回転対称位置に配設される。たとえば、第１光学系及び共通光学系の光軸を回転対称中心として左右の回転対称位置に配設される。これにより、第１平面と、その左右両側の面に投影又は撮像できる。また、たとえば、第１光学系及び共通光学系の光軸を回転対称中心として上下左右の回転対称位置に配設される。これにより、第１平面と、その上下左右の４つの面に投影又は撮像できる。

（８）上記（１）から（７）のいずれか一の光学系と、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、画像表示素子に表示させた際に、第１平面に投影する投影用画像が第１表示領域に表示され、かつ、第２平面に投影する投影用画像が第２表示領域に表示される画像を、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。

本態様によれば、投影装置の投影レンズに上記（１）から（７）のいずれか一の光学系が適用される。投影装置には、光学系及び画像表示素子の他、投影する画像を取得する投影用画像取得部と、取得した画像から投影用の画像を生成する投影用画像生成部と、が備えられる。投影用画像生成部は、画像表示素子に表示させた際に、第１平面に投影する投影用画像が第１表示領域に表示され、かつ、第２平面に投影する投影用画像が第２表示領域に表示される画像を生成する。

（９）投影用画像生成部は、光学系を介して第１平面及び第２平面に投影した際に、第１表示領域に表示された投影用画像と第２表示領域に表示された投影用画像とが、第１平面及び第２平面の境界で連続する画像を生成する、上記（８）の投影装置。

本態様によれば、光学系を介して第１平面及び第２平面に投影した際に、第１平面及び第２平面の境界で連続する画像が生成される。これにより、隙間なく画像を投影できる。

（１０）上記（１）から（７）のいずれか一の光学系と、イメージセンサと、イメージセンサの第１受光領域及び第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。

本態様によれば、撮像装置の撮像レンズに上記（１）から（７）の光学系が適用される。撮像装置には、光学系及びイメージセンサの他、イメージセンサの第１受光領域及び第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が備えられる。

（１１）第１受光領域に結像された画像と第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、上記（１０）の撮像装置。

本態様によれば、合成画像生成部が更に備えられる。合成画像生成部は、第１受光領域に結像された画像と第２受光領域に結像された画像とを繋ぎ合わせた合成画像を生成する。第１受光領域に結像される画像と第２受光領域に結像される画像は、互いにオーバーラップする部分を有する。したがって、オーバーラップする部分を利用して、画像を合成できる。

本発明によれば、不連続な平面に隙間なく投影でき、かつ、不連続な平面を死角なく撮像できる。

撮像レンズが有する機能の概要を示す図 撮像レンズの一実施形態を示す断面図 第１焦点調節部による焦点調節の概念図 第２焦点調節部による焦点調節の概念図 異なる角度を有する３つの平面を撮像する撮像レンズの一例を示す断面図 撮像レンズのレンズデータ 撮像装置の概略構成を示す図 画像信号処理部のブロック図 被写体の一例を示す図 図９に示す被写体を撮像した場合に得られる画像の一例を示す図 撮像画像から抽出した画像の一例を示す図 補正処理後の画像の一例を示す図 第１画像及び第２画像のオーバーラップ部分を示す図 合成画像の一例を示す図 投影装置の概略構成を示す図 投影用画像生成部が備える機能のブロック図 投影用画像の設定の一例を示す図 出力画像の一例を示す図 補正後の出力画像の一例を示す図 投影される画像の一例を示す図

以下、添付図面に従って本発明を実施するための好ましい形態について詳説する。

◆撮像レンズ◆
［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。

図１は、撮像レンズが有する機能の概要を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態の撮像レンズ１０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。

なお、ここでの不連続な２つの平面とは、２つの平面が同一平面上にないことを意味する。したがって、２つの平面が繋がっている場合であっても、互いに異なる角度を有する場合は不連続な２つの平面となる。また、２つの平面が平行であっても、前後して配置されている場合は不連続な２つの平面となる。一方の平面を第１平面Ｓ１、他方の平面を第２平面Ｓ２とする。また、第１平面Ｓ１の被写体像が結像される受光領域を第１受光領域、第２平面Ｓ２の被写体像が結像される受光領域を第２受光領域とする。

撮像レンズ１０は、第１平面Ｓ１を撮像する第１光学系Ｇ１と、第２平面Ｓ２を撮像する第２光学系Ｇ２と、第１光学系Ｇ１を介して入射する被写体像をイメージセンサＩＳの第１受光領域に結像させ、かつ、第２光学系Ｇ２を介して入射する被写体像をイメージセンサＩＳの第２受光領域に結像させる共通光学系ＧＣと、を備え、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角と第２光学系Ｇ２及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角とが、オーバーラップする。これにより、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２とを死角なく撮像できる。

また、撮像レンズ１０は、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光学系Ｇ２と、を備える。これにより、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２について、個別に焦点調節して、先鋭な像を撮像できる。

［構成］
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。

図２は、本発明が適用された撮像レンズの一実施形態を示す断面図である。図２において、左側が物体側、右側が像側である。また、像面Ｓｉｍに直交する軸をＺ軸、Ｚ軸に直交する軸をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸に直交する軸をＹ軸としている。Ｘ軸は、図２において、紙面と直交する軸である。Ｚ軸及びＹ軸は、図２において、紙面と平行な軸である。

図２に示す撮像レンズ１０は、異なる角度を有する第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２の被写体像を１つのイメージセンサの異なる第１受光領域Ｒ１及び第２受光領域Ｒ２に結像させるレンズである。撮像レンズ１０は、第１平面を撮像する第１光学系Ｇ１と、第２平面を撮像する第２光学系Ｇ２と、第１光学系Ｇ１を介して入射する被写体像をイメージセンサの第１受光領域に結像させ、かつ、第２光学系Ｇ２を介して入射する被写体像をイメージセンサの第２受光領域に結像させる共通光学系ＧＣと、開口絞りＳｔと、を備える。

なお、撮像レンズ１０を撮像装置に適用する際には、撮像装置の仕様等に応じた各種フィルタ、保護用のカバーガラス等を備えることが好ましい。このため、図２の撮像レンズ１０には、これらを想定した平行平面板状の光学素子ＰＰをレンズ系と像面Ｓｉｍ（イメージセンサの受光面）との間に配置した例を示している。なお、光学素子ＰＰを配置する位置は、これに限定されない。また、撮像レンズ１０は、光学素子ＰＰを省略した構成とすることもできる。

第１光学系Ｇ１は、共通光学系ＧＣに対して物体側に配置され、かつ、同軸上に配置される。第１光学系Ｇ１は、像面Ｓｉｍに対して垂直な光軸Ｚ１に沿って、物体側から順に負のレンズＬ１１と、負のレンズＬ１２と、正のレンズＬ１３と、負のレンズＬ１４とを備える。各レンズＬ１１〜Ｌ１４は、光学素子の一例である。

第２光学系Ｇ２は、共通光学系ＧＣに対して物体側に配置される。第２光学系Ｇ２は、ＺＹ平面と平行な光軸Ｚ２に沿って、物体側から順に凸面の第１ミラーＭ１と、凸面の第２ミラーＭ２とを備える。第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２は、パワーを有する反射光学素子の一例である。なお、便宜上、図１には、第１ミラーＭ１及び第２ミラーＭ２の反射面のみを図示している。

共通光学系ＧＣは、光軸Ｚ１に沿って、物体側から順に負のレンズＬＣ１と、負のレンズＬＣ２と、正のレンズＬＣ３と、正のレンズＬＣ４と、正のレンズＬＣ５と負のレンズＬＣ６とが接合された接合レンズと、正のレンズＬＣ７と、を備える。

開口絞りＳｔは、共通光学系ＧＣのレンズＬＣ４とレンズＬＣ５との間に配置される。

［光の経路］
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。

《第１光学系に入射する光の経路》
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。

第１平面の被写体からの光は、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣを通ってイメージセンサの受光面に入射し、イメージセンサの第１受光領域Ｒ１に被写体の像を形成する。

第１光学系Ｇ１に入射した光は、レンズＬ１１、レンズＬ１２、レンズＬ１３、レンズＬ１４の順で各レンズを通って、第１光学系Ｇ１から出射し、共通光学系ＧＣに入射する。共通光学系ＧＣに入射した光は、レンズＬＣ１、レンズＬＣ２、レンズＬＣ３、レンズＬＣ４、開口絞りＳｔ、レンズＬＣ５、レンズＬＣ６、レンズＬＣ７の順で各レンズを通って、共通光学系ＧＣから出射し、イメージセンサの受光面に入射する。

《第２光学系に入射する光の経路》
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。

第２平面の被写体からの光は、第２光学系Ｇ２及び共通光学系ＧＣを通ってイメージセンサの受光面に入射し、イメージセンサの第２受光領域Ｒ２に被写体の像を形成する。

ここで、第２光学系Ｇ２に入射した光は、まず、第１ミラーＭ１で反射される。第１ミラーＭ１で反射された光は、更に第２ミラーＭ２で反射され、第２光学系Ｇ２から出射される。第２ミラーＭ２で反射されて、第２光学系Ｇ２から出射された光は、共通光学系ＧＣに入射する。共通光学系ＧＣに入射した光は、レンズＬＣ１、レンズＬＣ２、レンズＬＣ３、レンズＬＣ４、開口絞りＳｔ、レンズＬＣ５、レンズＬＣ６、レンズＬＣ７の順で各レンズを通って、共通光学系ＧＣから出射し、イメージセンサの受光面に入射する。

［画角］
次に、各光学系で撮像される画角について説明する。

第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角を第１画角、第２光学系Ｇ２及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角を第２画角とする。撮像レンズ１０は、第１画角及び第２画角がオーバーラップする。

図１に示すように、オーバーラップする側の第２平面の端Ｅ２と第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣの光軸Ｚ１との成す角度（いわゆる半画角）をω１２、オーバーラップする側の第１平面Ｓ１の端Ｅ１と光軸Ｚ１と直交する軸Ａｘとの成す角度をω２１とする。撮像レンズ１０は、ω１２＋ω２１＞π／２の条件を満たすように構成される。

［焦点調節］
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。

《第１焦点調節部》
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３に示すように、第１焦点調節部は、第１光学系Ｇ１の全体を光軸Ｚ１に沿って前後移動させることにより、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を調節する。

図３において、矢印ＡＲ１で示す方向が、第１光学系Ｇ１の移動方向である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に対して、第１光学系Ｇ１を物体側に移動させた状態を示している。第１光学系Ｇ１を移動させる機構については、カム機構、ヘリコイド機構等の公知の移動機構を採用できる。

《第２焦点調節部》
図４は、第２焦点調節部による焦点調節の概念図である。

第２焦点調節部は、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に沿って前後移動させることにより、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。

図４において、矢印ＡＲ２で示す方向が、第２ミラーＭ２の移動方向である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に対して、第２ミラーＭ２を物体側に移動させた状態を示している。第２ミラーＭ２を移動させる機構については、光学素子を直動させる公知の移動機構を採用できる。

［作用］
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。

また、本実施の形態の撮像レンズ１０は、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角（第１画角）と、第２光学系Ｇ２及び共通光学系ＧＣにより撮像される画角（第２画角）とが、オーバーラップする。これにより、撮像装置に適用した場合に、不連続な平面の被写体像を死角なく撮像できる。

更に、本実施の形態の撮像レンズ１０は、第１焦点調節部及び第２焦点調節部を備える。第１焦点調節部は、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を調節する。これにより、第１平面Ｓ１の被写体を鮮鋭に撮像できる。第２焦点調節部は、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。これにより、第２平面Ｓ２の被写体を鮮鋭に撮像できる。このように、第１焦点調節部及び第２焦点調節部を備えることにより、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２の双方の被写体を鮮鋭に撮像できる。

［変形例］
《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。

《第１焦点調節部》
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。

《第２焦点調節部》
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の調整》
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。

また、第２ミラーＭ２の回転角度を調整する角度調整部を設け、撮像方向を任意の方向に調整できるようにしてもよい。

《第１平面及び第２平面》
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。

《３つ以上の平面の撮像》
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。

図５は、異なる角度を有する３つの平面を撮像する撮像レンズの一例を示す断面図である。図５において、左側が物体側、右側が像側である。

図５に示す撮像レンズ１０Ａは、不連続な３つの平面である第１平面、第１の第２平面及び第２の第２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。第１平面は、第１の第２平面及び第２の第２平面の間に配置され、各平面は異なる角度を有する。

図５に示すように、本例の撮像レンズ１０Ａは、上記実施の形態の撮像レンズ１０に対して、２つの第２光学系Ｇ２１、Ｇ２２を備える。一方を第１の第２光学系Ｇ２１、他方を第２の第２光学系Ｇ２２とする。

第１の第２光学系Ｇ２１は、第１の第２平面を撮像する光学系である。第１の第２光学系Ｇ２１は、光軸Ｚ２１に沿って、物体側から順に凸面の第１ミラーＭ１１と、凸面の第２ミラーＭ１２とを備える。

第２の第２光学系Ｇ２２は、第２の第２平面を撮像する光学系である。第２の第２光学系Ｇ２２は、光軸Ｚ２２に沿って、物体側から順に凸面の第１ミラーＭ２１と、凸面の第２ミラーＭ２２とを備える。

第１の第２光学系Ｇ２１及び第２の第２光学系Ｇ２２は、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣの光軸Ｚ１を回転対称中心として、１８０°の回転対称位置に配置される。この場合、第１の第２光学系Ｇ２１及び第２の第２光学系Ｇ２２は、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣの光軸Ｚ１に対して、軸対称に配置される。

本例の撮像レンズ１０Ａによれば、第１平面の被写体像は、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣによって、イメージセンサの第１受光領域Ｒ１に結像する。第１の第２平面の被写体像は、第１の第２光学系Ｇ２１及び共通光学系ＧＣによって、撮像レンズ１０Ａによって、イメージセンサの第１の第２受光領域Ｒ２１に結像する。第２の第２平面の被写体像は、第２の第２光学系Ｇ２２及び共通光学系ＧＣによって、イメージセンサの第２の第２受光領域Ｒ２２に結像する。

このように、第２光学系を２つ備えることにより、３つの不連続な平面を撮像できる。この他、第２光学系を第１光学系及び共通光学系の光軸Ｚ１を回転対称中心とする複数の回転対称位置に配設することで、不連続な複数の平面を撮像できる。

《その他の変形例》
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。

［実施例］
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。

図６は、上記実施の形態の撮像レンズのレンズデータを示す表である。図６（Ａ）は、第１光学系Ｇ１のレンズデータを示す表である。図６（Ｂ）は、第２光学系Ｇ２のレンズデータを示す表である。図６（Ｃ）は、共通光学系ＧＣのレンズデータを示す表である。

図６に示す各表において、「面番号」の欄の各数値は、最も物体側の構成要素の物体側の面を１番目とし、像面側に向かうに従って順次増加するように構成要素の面に番号を付した場合のｉ番目（ｉ＝１、２、３、…）の面の番号である。「曲率半径」の欄の各数値は、ｉ番目の面の曲率半径である。「面間隔」の欄の各数値は、ｉ番目の面と（ｉ＋１）番目の面との間の光軸上の間隔である。「Ｎｄ」の欄の各数値は、最も物体側の構成要素を１番目とし、像面側に向かうに従って順次増加するように構成要素に番号を付した場合のｊ番目（ｊ＝１、２、３、…）の構成要素のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）に関する屈折率である。「νｄ」の欄の各数値は、ｊ番目の構成要素のｄ線基準のアッベ数である。「Ｙ軸方向シフト」の欄の各数値は、構成要素をＹ軸に沿ってシフトさせた場合のシフト量である。「Ｘ軸周り回転角度」は、構成要素をＸ軸周りに回転させた場合の回転角度である。

なお、共通光学系ＧＣのレンズデータには、開口絞りＳｔと光学素子ＰＰも含めて示しており、開口絞りＳｔに相当する面の面番号の欄には（Ｓｔ）という語句も合わせて記載している。

また、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣの光軸Ｚ１の方向をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する方向をＸ軸、Ｚ軸及びＸ軸と直交する方向をＹ軸としている。Ｘ軸は、紙面に直交する軸である。Ｙ軸は、紙面と平行な軸である。Ｚ軸は、物体から像に向かう方向を正としている。Ｘ軸は、紙面に対して奥から手前に向かう方向を正としている。Ｙ軸は、紙面の下から上に向かう方向を正としている。したがって、曲率半径については、構成要素の面形状が物体側に凸の場合、その符号は正となり、像側に凸の場合、その符号は負となる。また、面間隔については、（ｉ＋１）番目の面がｉ番目の面に対して像側に位置する場合、その符号は正となり、物体側に位置する場合、その符号は負となる。

各表の各数値は、所定の桁で丸めた数値を記載している。また、角度の単位は「度」を使用し、長さの単位は「ｍｍ」を使用している。ただし、光学系は、比例拡大又は比例縮小して使用することが可能なため、他の適当な単位を使用することも可能である。

なお、第１光学系Ｇ１のレンズデータの「面間隔」の最下欄の数値は、第１光学系Ｇ１の最終面と共通光学系ＧＣの第１面との間の面間隔を示している。第２光学系Ｇ２のレンズデータの「面間隔」の最下欄の数値は、第２光学系Ｇ２の最終面と共通光学系ＧＣの第１面との間の面間隔を示している。共通光学系ＧＣのレンズデータの「面間隔」の最下欄の数値は、共通光学系ＧＣの最終面と像面Ｓｉｍとの間の面間隔を示している。

本例の撮像レンズ１０は、第１光学系Ｇ１として、物体側から順に負のレンズＬ１１と、負のレンズＬ１２と、正のレンズＬ１３と、負のレンズＬ１４と、を備えている。また、第２光学系Ｇ２として、物体側から順に凸面の第１ミラーＭ１と、凸面の第２ミラーＭ２と、を備えている。更に、共通光学系ＧＣとして、物体側から順に負のレンズＬＣ１と、負のレンズＬＣ２と、正のレンズＬＣ３と、正のレンズＬＣ４と、正のレンズＬＣ５と負のレンズＬＣ６とが接合された接合レンズと、正のレンズＬＣ７と、を備え、レンズＬＣ４とレンズＬＣ５との間に開口絞りＳｔを備えている。

また、本例の撮像レンズ１０は、第１光学系Ｇ１の全体を光軸Ｚ１に沿って移動させて、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。また、第２光学系Ｇ２の第２ミラーＭ２を光軸Ｚ１に沿って移動させて、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する。

◆投影レンズ◆
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。

投影レンズとして使用した場合、１つの画像表示素子の異なる第１表示領域及び第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Ｓ１及び第２平面Ｓ２に投影する光学系として機能する。この場合、第１光学系Ｇ１は、第１平面Ｓ１に対して投影する光学系として機能し、第２光学系Ｇ２は、第２平面Ｓ２に対して投影する光学系として機能する。また、共通光学系ＧＣは、画像表示素子の第１表示領域に表示される投影用画像を第１光学系Ｇ１に入射させ、かつ、画像表示素子の第２表示領域に表示される投影用画像を第２光学系Ｇ２に入射させる光学系として機能する。

第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣにより第１平面に投影される画角を第１画角、第２光学系Ｇ２及び共通光学系ＧＣにより第２平面に投影される画角を第２画角とすると、第１画角及び第２画角はオーバーラップする。これにより、不連続な２つの平面に隙間なく画像を投影できる。

◆撮像装置◆
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。

［構成］
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。

撮像装置１００は、主として、撮像レンズ１０と、イメージセンサＩＳと、イメージセンサＩＳから出力される信号を処理する画像信号処理部１１０と、表示部１２０と、を備える。

〈撮像レンズ〉
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〉
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。

〈画像信号処理部〉
図８は、画像信号処理部のブロック図である。

画像信号処理部１１０は、アナログ信号処理部１１０ａ、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ：Analog-to-digital converter）１１０ｂ、デジタル信号処理部１１０ｃ、画像抽出部１１０ｄ、画像補正部１１０ｅ及び合成画像生成部１１０ｆ等を備える。

〈アナログ信号処理部〉
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〉
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〉
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。

図９は、被写体の一例を示す図である。また、図１０は、図９に示す被写体を撮像した場合に得られる画像の一例を示す図である。

被写体は、図９に示すように、直交する第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２に貼られたテストチャートＣ１、Ｃ２である。

図１０に示すように、撮像により１枚の画像が得られる。撮像により得られる画像を撮像画像Ｉｍとする。撮像画像Ｉｍには、２つの画像Ｉｍ１、Ｉｍ２が含まれ、それぞれ異なる領域ｒ１、ｒ２に表示される。一方の領域ｒ１を第１領域ｒ１、他方の領域ｒ２を第２領域ｒ２とする。第１領域ｒ１は、イメージセンサＩＳの第１受光領域Ｒ１に対応する領域である。第２領域ｒ２は、イメージセンサＩＳの第２受光領域Ｒ２に対応する領域である。

第１領域ｒ１に表示される画像Ｉｍ１を第１画像Ｉｍ１とする。第１画像Ｉｍ１は、第１光学系Ｇ１及び共通光学系ＧＣで構成される光学系によって撮像される画像である。第１画像Ｉｍ１には、第１平面Ｓ１の画像の他、第２平面Ｓ２の一部が含まれる。すなわち、第１画像Ｉｍ１は、第１平面Ｓ１を撮像した画像であるが、その一部に第２平面Ｓ２の画像を含んだ画像として構成される。

第２領域ｒ２に表示される画像Ｉｍ２を第２画像Ｉｍ２とする。第２画像Ｉｍ２は、第２光学系Ｇ２及び共通光学系ＧＣで構成される光学系によって撮像される画像である。第２画像Ｉｍ２には、第２平面Ｓ２の画像の他、第１平面Ｓ１の一部が含まれる。すなわち、第２画像Ｉｍ２は、第２平面Ｓ２を撮像した画像であるが、その一部に第１平面Ｓ１の画像を含んだ画像として構成される。

このように、第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２は、相互に他方の画像の一部を含む画像で構成される。すなわち、相互にオーバーラップした部分を含む画像で構成される。

〈画像抽出部〉
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１１は、撮像画像から抽出した画像の一例を示す図である。図１１（Ａ）は、撮像画像Ｉｍから抽出した第１画像Ｉｍ１の一例を示している。図１１（Ｂ）は、撮像画像Ｉｍから抽出した第２画像Ｉｍ２の一例を示している。

図１１に示すように、抽出処理により、撮像画像Ｉｍから第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２を個別に取得できる。画像抽出部１１０ｄは、撮像画像取得部の一例である。

〈画像補正部〉
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。

図１２は、補正処理後の画像の一例を示す図である。図１２（Ａ）は、補正後の第１画像Ｉｍ１の一例を示している。図１２（Ｂ）は、補正後の第２画像Ｉｍ２の一例を示している。

図１２に示すように、所要の補正処理を施すことにより、歪みのない画像を得られる。

〈合成画像生成部〉
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。

上記のように、第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２は、相互にオーバーラップした部分を有する。

図１３は、第１画像及び第２画像のオーバーラップ部分を示す図である。

図１３（Ａ）は、第１画像Ｉｍ１のオーバーラップ部分を示している。同図において、枠Ｆ１で囲まれた斜線の領域が、第２画像Ｉｍ２とのオーバーラップ部分である。

図１３（Ｂ）は、第２画像Ｉｍ２のオーバーラップ部分を示している。同図において、枠Ｆ２で囲まれた斜線の領域が、第１画像Ｉｍ１とのオーバーラップ部分である。

合成画像生成部１１０ｆは、オーバーラップ部分を利用して、第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２を合成し、１枚の合成画像を生成する。具体的には、まず、第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２のそれぞれからオーバーラップ部分を抽出する。次いで、抽出したオーバーラップ部分を利用して、第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２を位置合わせし、両者を合成した１枚の合成画像を生成する。

図１４は、合成画像の一例を示す図である。

同図に示すように、第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２を合成することにより、１枚の合成画像ＩｍＣが生成される。合成画像ＩｍＣは、第１画像Ｉｍ１と第２画像Ｉｍ２とを結合した画像であり、直交する第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２の画像を平面に展開した画像である。

《表示部》
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。

［作用］
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。

上記実施の形態の撮像レンズ１０を使用することにより、直交する第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２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ことができる。これにより、１つのイメージセンサで不連続な２つの平面を撮像できる。

撮像画像Ｉｍには、図１０に示すように、２つの画像Ｉｍ１、Ｉｍ２が２つの領域ｒ１、ｒ２に分かれて表示される。一方の第１領域ｒ１に表示される第１画像Ｉｍ１は、第１平面Ｓ１を撮像した画像であり、その一部に第２平面Ｓ２の画像が含まれている。他方の第２領域ｒ２に表示される第２画像Ｉｍ２は、第２平面Ｓ２を撮像した画像であり、その一部に第１平面Ｓ１の画像が含まれている。

撮像画像Ｉｍは、図１１に示すように、第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２に分離される。分離された各画像Ｉｍ１、Ｉｍ２は、図１２に示すように、所要の補正処理が施される。その後、図１３及び図１４に示すように、互いにオーバーラップする部分を利用して、１枚の画像ＩｍＣに合成され、合成された画像ＩｍＣが表示部１２０に表示される。

このように、本実施の形態の撮像装置１００によれば、１つの撮像装置１００で不連続な２つの平面を隙間なく撮像できる。

［変形例］
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。

また、記録部に記録する場合、合成画像ＩｍＣを記録するのではなく、撮像画像Ｉｍ、撮像画像Ｉｍから抽出した第１画像Ｉｍ１及び第２画像Ｉｍ２等を記録する構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、第２光学系を１つ備えた撮像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撮像レンズを使用することもできる。この場合、撮像画像には、第１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画像が表示される。

また、イメージセンサＩＳは、必要に応じて、その受光面の中心の位置を共通光学系ＧＣの光軸Ｚ１に対して垂直な方向にシフトさせてもよい。これにより、受光面を有効利用できる。

◆投影装置◆
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。

［構成］
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。

投影装置２００は、主として、投影レンズ２１０と、画像表示素子２２０と、照明光学系２３０と、投影用画像取得部２４０と、投影用画像生成部２５０と、投影用画像表示制御部２６０と、を備える。

〈投影レンズ〉
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〉
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〉
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〉
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〉
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。

図１６は、投影用画像生成部が備える機能のブロック図である。

投影用画像生成部２５０は、投影用画像設定部２５０ａ、出力画像生成部２５０ｂ及び出力画像補正部２５０ｃとしての機能を有する。

投影用画像設定部２５０ａは、投影用画像取得部２４０で取得した画像から第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２に投影する画像を設定する。

図１７は、投影用画像の設定の一例を示す図である。

投影用画像取得部２４０で取得した画像を入力画像ｉｍとする。また、第１平面Ｓ１に投影する画像を第１平面投影用画像ｉｍ１とし、第２平面Ｓ２に投影する画像を第２平面投影用画像ｉｍ２とする。投影用画像設定部２５０ａは、入力画像ｉｍから第１平面投影用画像ｉｍ１及び第２平面投影用画像ｉｍ２を設定する。

上記のように、投影用画像取得部２４０では、入力画像ｉｍとして１枚の画像が取得される。投影用画像設定部２５０ａは、あらかじめ定められた割合で入力画像ｉｍを分割し、第１平面投影用画像ｉｍ１及び第２平面投影用画像ｉｍ２を設定する。

出力画像生成部２５０ｂは、画像表示素子２２０に表示させる画像（出力画像）を生成する。出力画像は、画像表示素子２２０に表示させた際に、第１表示領域に第１平面投影用画像ｉｍ１が表示され、かつ、第２表示領域に第２平面投影用画像ｉｍ２が表示される画像である。

上記のように、投影レンズ２１０を介して第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２に投影される画像はオーバーラップする。出力画像生成部２５０ｂは、各平面に投影される画像が、相互に重畳しないように、出力画像を生成する。また、出力画像生成部２５０ｂは、各平面に投影される画像が、その境界で連続するように、出力画像を生成する。

図１８は、出力画像の一例を示す図である。

同図において、符号Ｔ１で示す領域は、出力画像ｉｍ０を画像表示素子２２０に表示した際に、画像表示素子２２０の第１表示領域に表示される領域である。また、符号Ｔ２で示す領域は、出力画像ｉｍ０を画像表示素子２２０に表示した際に、画像表示素子２２０の第２表示領域に表示される領域である。

また、符号ＯＬ１で示す領域は、画像表示素子２２０の第１表示領域に表示された画像を投影した際に第２平面Ｓ２に投影される領域であり、符号ＯＬ２で示す領域は、画像表示素子２２０の第２表示領域に表示された画像を投影した際に第１平面Ｓ１に投影される領域である。すなわち、第１表示領域に表示される画像と第２表示領域に表示される画像との間でオーバーラップする領域である。

出力画像生成部２５０ｂは、オーバーラップする領域を避けて、第１平面投影用画像ｉｍ１及び第２平面投影用画像ｉｍ２をレイアウトし、出力画像ｉｍ０を生成する。その一方で出力画像生成部２５０ｂは、第１平面Ｓ１に投影される第１平面投影用画像ｉｍ１と、第２平面Ｓ２に投影される第２平面投影用画像ｉｍ２とが、第１平面Ｓ１と第２平面Ｓ２との境界で連続するように、出力画像ｉｍ０を生成する。

オーバーラップする領域は、投影レンズ２１０の各光学系が各平面に投影する画角、各平面までの距離等に応じて変わる。出力画像生成部２５０ｂは、これらの情報をオーバーラップ情報として事前に取得し、出力画像ｉｍ０を生成する。

出力画像補正部２５０ｃは、出力画像ｉｍ０に対して、視認性を向上させるための所要の補正処理を行う。すなわち、出力画像ｉｍ０をそのまま投影すると、各平面に投影される画像に歪み等が生じる。したがって、歪み等を補正する処理を行う。

図１９は、補正後の出力画像の一例を示す図である。

同図に示すように、第１平面投影用画像ｉｍ１及び第２平面投影用画像ｉｍ２に対して、所要の補正が施される。補正は、上記歪み補正の他、各画像を拡大、縮小等する補正が行われる。

〈表示制御部〉
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。

［作用］
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。

投影する画像を投影用画像取得部２４０に入力すると、第１平面Ｓ１に投影する画像（第１平面投影用画像ｉｍ１）と、第２平面Ｓ２に投影する画像（第２平面投影用画像ｉｍ２）が設定され、出力画像ｉｍ０が生成される。

出力画像ｉｍ０を画像表示素子２２０に表示させると、第１平面投影用画像ｉｍ１が画像表示素子２２０の第１表示領域に表示される。また、第２平面投影用画像ｉｍ２が、画像表示素子２２０の第２表示領域に表示される。

画像表示素子２２０の第１表示領域に表示された画像は、投影レンズ２１０を介して第１平面Ｓ１に拡大して投影される。ただし、その一部は第２平面Ｓ２に投影される。また、画像表示素子２２０の第２表示領域に表示された画像は、投影レンズ２１０を介して第２平面Ｓ２に拡大して投影される。ただし、その一部は第１平面Ｓ１に投影される。

このように、第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２に投影される画像は互いにオーバーラップする。ただし、補正処理が施されているので、オーバーラップ部分が視認性を損なうことはない。

図２０は、投影される画像の一例を示す図である。

同図に示すように、第１平面投影用画像ｉｍ１の投影像Ｐｉ１が第１平面Ｓ１に投影され、かつ、第２平面投影用画像ｉｍ２の投影像Ｐｉ２が第２平面Ｓ２に投影される。

このように、本実施の形態の投影装置２００によれば、直交する２つの平面（第１平面Ｓ１及び第２平面Ｓ２）に画像を投影できる。

［変形例］
《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》
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。

また、画像表示素子は、必要に応じて、その表示面の中心の位置を共通光学系ＧＣの光軸Ｚ１に対して垂直な方向にシフトさせてもよい。これにより、画像表示素子の表示領域を有効に利用できる。

《投影用画像取得部》
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。

また、各平面に投影する画像を１枚の画像として取得する場合、各平面に投影する画像をユーザが任意に設定できるようにしてもよい。この場合、投影用画像設定部２５０ａは、ユーザからの指示に基づいて、入力画像を分割し、各平面に投影する画像を設定する。

《出力画像の生成》
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。

この他、オーバーラップさせない処理として、一方の画像からオーバーラップする領域を切り欠く処理などを採用できる。

《各平面に投影する画像の位置調整》
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。

１０、１０Ａ 撮像レンズ
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

【０００２】
［０００５］
しかしながら、特許文献１の投影装置は、複数の投影部が必要になるため、装置が大型化する、という欠点がある。また、特許文献２、３の方法は、２つの面に投影される画像の間に隙間が発生するため、画像の連続性が損なわれる、という欠点がある。特許文献４の光学系も同様に前方の撮像領域と側方の撮像領域との間に死角となる領域が発生する、という欠点がある。
［０００６］
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、不連続な平面に隙間なく投影でき、かつ、不連続な平面を死角なく撮像できる光学系、投影装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。
［０００８］
（１）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第１平面及び第２平面に投影する光学系であって、第１平面に対して撮像又は投影する第１光学系と、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、少なくとも一方の反射光学素子がパワーを有する第２光学系と、第１光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの連続的な第１受光領域に結像させ、かつ、第２光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの連続的な第２受光領域に結像させ、又は、画像表示素子の連続的な第１表示領域に表示される投影用画像を第１光学系に入射させ、かつ、画像表示素子の連続的な第２表示領域に表示される投影用画像を第２光学系に入射させる共通光学系と、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焦点調節部と、を備え、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画角はオーバーラップする、光学系。
［０００９］
本態様の光学系は、第１光学系、第２光学系及び共通光学系を備える。第１光学系は、第１平面に対して撮像又は投影する光学系である。第２光学系

【０００３】
は、第２平面に対して撮像又は投影する光学系である。共通光学系は、撮像レンズに適用した場合に、第１光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの連続的な第１受光領域に結像させ、かつ、第２光学系を介して入射する被写体像をイメージセンサの連続的な第２受光領域に結像させる光学系である。また、共通光学系は、投影レンズに適用した場合に、画像表示素子の連続的な第１表示領域に表示される投影用画像を第１光学系に入射させ、かつ、画像表示素子の連続的な第２表示領域に表示される投影用画像を第２光学系に入射させる光学系である。第１光学系、第２光学系及び共通光学系を備えることにより、撮像レンズに適用した場合には、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ことができる。また、投影レンズに適用した場合には、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、不連続な第１平面及び第２平面に投影できる。
［００１０］
また、本態様の光学系は、第１光学系及び共通光学系により撮像又は投影される画角を第１画角、第２光学系及び共通光学系により撮像又は投影される画角を第２画角とした場合に、第１画角及び第２画角がオーバーラップするように構成される。これにより、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。
［００１１］
更に、本態様の光学系には、第１焦点調節部及び第２焦点調節部が備えられる。第１焦点調節部は、第１光学系の少なくとも一部の光学素子を移動させて、第１光学系及び共通光学系で構成される光学系の焦点を調節する。第２焦点調節部は、第２光学系を構成する２つの反射光学素子のうちパワーを有する反射光学素子を移動させて、第２光学系及び共通光学系で構成される光学系の焦点を調節する。これにより、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。
［００１２］
なお、ここでの不連続とは、第１平面と第２平面とが同一平面上にないこ

【０００５】
光学系。
［００２１］
本態様によれば、直角な２平面に投影又は撮像する光学系として構成される。なお、ここでのπ／２の範囲には、実質的にπ／２と認められる範囲が含まれる。すなわち、第１平面と第２平面との成す角度が、ほぼπ／２である場合が含まれる。
［００２２］
（７）第２光学系が、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複数の回転対称位置に配設される、上記（１）から（６）のいずれか一の光学系。
（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。
［００２３］
上記（７）の態様よれば、第２光学系が複数備えられる。これにより、３つ以上の平面に投影又は撮像できる。各第２光学系は、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複数の回転対称位置に配設される。たとえば、第１光学系及び共通光学系の光軸を回転対称中心として左右の回転対称位置に配設される。これにより、第１平面と、その左右両側の面に投影又は撮像できる。また、たとえば、第１光学系及び共通光学系の光軸を回転対称中心として上下左右の回転対称位置に配設される。これにより、第１平面と、その上下左右の４つの面に投影又は撮像できる。
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。
［００２４］
（８）上記（１）から（７´´´）のいずれか一の光学系と、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、画像表示素子に表示させた際に、第１平面に投影する投影用画像が第１表示領域に表示され、かつ、第２平面に投影する投影用画像が第２表示領域に表示される画像を、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。
［００２５］
本態様によれば、投影装置の投影レンズに上記（１）から（７´´´）のいずれか一の光学系が適用される。投影装置には、光学系及び画像表示素子の他、投影する画像を取得する投影用画像取得部と、取得した画像から投影用の画像を生成する投影用画像生成部と、が備えられる。投影用画像生成部は、画像表示素子に表示させた際に、第１平面に投影する投影用画像が第１表示領域に表示され、かつ、第２平面に投影する投影用画像が第２表示領域に表示

【０００６】
される画像を生成する。
［００２６］
（９）投影用画像生成部は、光学系を介して第１平面及び第２平面に投影した際に、第１表示領域に表示された投影用画像と第２表示領域に表示された投影用画像とが、第１平面及び第２平面の境界で連続する画像を生成する、上記（８）の投影装置。
［００２７］
本態様によれば、光学系を介して第１平面及び第２平面に投影した際に、第１平面及び第２平面の境界で連続する画像が生成される。これにより、隙間なく画像を投影できる。
［００２８］
（１０）上記（１）から（７´´´）のいずれか一の光学系と、イメージセンサと、イメージセンサの第１受光領域及び第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。
［００２９］
本態様によれば、撮像装置の撮像レンズに上記（１）から（７´´´）の光学系が適用される。撮像装置には、光学系及びイメージセンサの他、イメージセンサの第１受光領域及び第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が備えられる。
［００３０］
（１１）第１受光領域に結像された画像と第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、上記（１０）の撮像装置。
［００３１］
本態様によれば、合成画像生成部が更に備えられる。合成画像生成部は、第１受光領域に結像された画像と第２受光領域に結像された画像とを繋ぎ合わせた合成画像を生成する。第１受光領域に結像される画像と第２受光領域に結像される画像は、互いにオーバーラップする部分を有する。したがって、オーバーラップする部分を利用して、画像を合成できる。
発明の効果
［００３２］
本発明によれば、不連続な平面に隙間なく投影でき、かつ、不連続な平面を死角なく撮像できる。
図面の簡単な説明
［００３３］
［図１］撮像レンズが有する機能の概要を示す図

Claims (11)

1. 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第１受光領域及び第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第１表示領域及び第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第２受光領域に結像させ、又は、前記画像表示素子の第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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 請求項１から７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。
9. 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、前記第１表示領域に表示された前記投影用画像と前記第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８に記載の投影装置。
10. 請求項１から７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第１受光領域及び前記第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。
11. 前記第１受光領域に結像された画像と前記第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１０に記載の撮像装置。