TWI452411B - Optical devices and camera devices - Google Patents

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Description

光學裝置及攝像裝置
本發明係關於光學裝置及攝像裝置。
傳統上，如下述專利文獻1之記載所示，為了進行攝影機之模糊補正，藉由移動補正透鏡來改變光軸角度而消除影像模糊並取得較清晰之影像的技術係眾所皆知。
專利文獻1：日本特開平9-171204號公報
模糊補正機構之例，大多係使攝影透鏡中之部分透鏡(補正光學系)於光軸之垂直方向位移來改變光軸角度，藉以消除影像模糊之情形。此時，補正光學系必須進行直線運動。手持攝影機時所發生之振動、或將攝影機裝設於支柱等時之振動，兩者皆呈現振動速度於振動振幅之中央附近較大而於最大振幅附近較小之傾向。所以，進行直線運動之補正光學系，對應於此，光學系之移動速度於光軸附近為最大，而隨著愈接近產生最大模糊補正量之最大振幅附近，其減速愈大，於最大模糊補正位置之移動速度為0，且必須反轉移動方向。
然而，如上面所述之動作，會成為致動器之負擔。尤其是，模糊振動數較大時，動作速度將變慢而難以追蹤，故有無法實現期望之模糊補正動作的問題。此外，模糊補正機構大多為內設於攝影透鏡之構造，單透鏡反射攝影機等透鏡交換式攝影機時，除了附有模糊補正機構之透鏡以外，有無法使用模糊補正機能之問題。
此外，為了簡單地取得泛景影像，一邊水平移動攝影機一邊進行攝影。此時，若停止攝影機再進行攝影，然後再朝平行方向移動時，有攝影時間較長的問題。此外，為了重複執行朝平移方向之移動及停止，需要大型驅動機構(馬達)，而有招致裝置複雜化、成本上昇的問題。
所以，有鑑於上述問題，本發明之目的係在提供：可以簡單構成執行模糊補正之經過改良的全新光學裝置及攝像裝置。
為了解決上述課題，依據本發明之觀點，係提供一種光學裝置，具備：具有以特定角度相交於旋轉軸之第1面及垂直相交於前述旋轉軸之第2面且以前述旋轉軸為中心進行旋轉之第1光學元件；及相鄰配置於前述第1光學元件之具有相對於與前述第1光學元件間之前述旋轉軸上之點而與前述第1面及第2面為點對稱位置關係之第3面及第4面且以前述旋轉軸為中心與前述第1光學元件進行相反方向旋轉之第2光學元件。
此外，前述第1面，係由以包含前述旋轉軸在內之境界面為界而相對於前述旋轉軸之傾斜方向相反之2個面所構成，相對於前述旋轉軸上之點具有與前述第1面為點對稱位置關係之前述第4面，亦可以為由相對於前述旋轉軸上之前述點而與前述第1面之前述2個面為點對稱位置關係之2個面所構成者。
此外，前述第1及第2光學元件，亦可以為於特定旋轉角範圍，以前述旋轉軸為中心進行往返運動者。
此外，亦可以為以前述旋轉軸與前述攝影透鏡之光軸為一致之狀態配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，使通過前述第1及第2光學元件之光線入射至前述攝影透鏡者。
此外，亦可以為，以前述攝影透鏡之光軸與前述旋轉軸為偏置之狀態配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，使通過前述第1及第2光學元件之光線入射至前述攝影透鏡者。
此外，亦可以為，配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，使一邊移動前述攝影透鏡一邊進行各圖框攝影之周期與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步者。
此外，亦可以為，配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，使一邊旋轉前述攝影透鏡之光軸方向一邊進行各圖框之攝影的周期與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步者。
此外，亦可以為，配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，使一邊旋轉前述攝影透鏡之光軸方向一邊進行各圖框之攝影的周期與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步，前述攝影透鏡之每1圖框之光軸方向變化量與前述第1及第2光學元件旋轉180度時之光線偏轉量為一致者。
此外，亦可以為，配置於以被攝體像之成像為目的之攝像透鏡之被攝體側前部、前述攝像透鏡之成像面側後部、或前述攝像透鏡內部者。
此外，為了解決上述課題，依據本發明之其他觀點，係提供一種攝像裝置，具備：具有具以特定角度相交於旋轉軸之第1面及垂直相交於前述旋轉軸之第2面並以前述旋轉軸為中心進行旋轉之第1光學元件、及相鄰配置於前述第1光學元件且具有相對於與前述第1光學元件間之前述旋轉軸上之點與前述第1面及第2面為點對稱位置關係之第3面及第4面，以前述旋轉軸為中心進行與前述第1光學元件為相反方向之旋轉之第2光學元件的光學元件；利用透射前述光學元件之光線來進行被攝體像之成像的攝影透鏡；以及具有利用前述攝影透鏡來進行被攝體像之成像之攝像面的攝像元件。
此外，前述第1光學元件之前述第1面，係由以包含前述旋轉軸之境界面為界而相對於前述旋轉軸之傾斜方向相反之2個面所構成，相對於前述旋轉軸上之點具有與前述第1面為點對稱位置關係之前述第4面，亦可以為由相對於前述旋轉軸上之前述點而與前述第1面之前述2個面為點對稱位置關係之2個面所構成者。
此外，前述第1及第2光學元件，於特定旋轉角範圍，亦可以為以前述旋轉軸為中心進行往返運動者。
此外，亦可以為前述旋轉軸與前述攝影透鏡之光軸為一致之方式配置者。
此外，亦可以為前述旋轉軸與前述攝影透鏡之光軸為偏置之狀態配置者。
此外，亦可以為使一邊移動一邊進行各圖框之被攝體攝影的前述各圖框攝影周期，與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步者。
此外，亦可以為使前述攝影透鏡之光軸方向一邊旋轉一邊進行各圖框之被攝體攝影的前述各圖框之攝影周期，與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步者。
此外，亦可以為一邊旋轉前述攝影透鏡之光軸方向一邊進行各圖框之被攝體的攝影來進行每1圖框之光軸方向的變化量，與前述第1及第2光學元件為180度旋轉時之光線偏轉量為一致者。
依據本發明，可以提供以簡單構成進行模糊補正之經過改良的全新光學裝置及攝像裝置。
以下，參照附錄圖式，針對本發明之良好實施形態進行詳細說明。此外，本說本說明書及圖式中，針對具有實質相同機能構成之構成要素，賦予相同符號並省略重複說明。
此外，依下述順序進行說明。
1、第1實施形態(利用旋轉濾光鏡之模糊補正的構成例)
2、第2實施形態(光軸偏角為一方向之構成例)
3、第3實施形態(往返驅動旋轉濾光鏡之構成例)
4、旋轉濾光鏡之構成例
<1、第1實施形態>
第1圖係本發明之一實施形態相關之光學單元100的模式圖。如第1圖所示，光學單元100係由玻璃製濾光鏡102及濾光鏡110所構成。濾光鏡102及濾光鏡110之外周，皆為以光軸1000(Z軸)為中心軸之圓筒面。
第2圖係濾光鏡102之模式圖。依據第2圖，針對入射至濾光鏡102之光的折射進行說明時，從第2圖左側入射之光線103，以濾光鏡102進行折射，而從濾光鏡2右側射出沿著光軸1000之光線104。
濾光鏡102之光線103所入射之面105，係斜向切割圓筒所得到之平面。此外，光線104所射出之面106，係垂直於光軸1000之面。如第2圖所示來定義X、Y、Z方向，面105之法線係位於XZ平面上。以XZ平面切割濾光鏡102時，面105之切割線與面106之切割線並非平行，而為楔形。
另一方面，以YZ平面切割濾光鏡102時，面105之切割線與面106之切割線為平行。所以，入射至面105之入射光線103，朝X方向(沿著XZ面之方向)折射但不朝Y方向(沿著YZ面之方向)折射而向前直進。其次，使濾光鏡102以光軸1000為中心旋動，可以自由地於360度方向調整光線之折射方向。
第1圖中，濾光鏡102與濾光鏡110係相同形狀者，由相同材質所構成。如第1圖所示，針對濾光鏡102，係以相對於光軸1000上之點123為點對稱方式來配置濾光鏡110，而構成本實施形態相關之光學單元100。濾光鏡110，具有斜向切割圓筒所得之面115與垂直於光軸1000之面116。
本實施形態相關之光學單元100，使從濾光鏡102射出之光線入射至濾光鏡110，並於濾光鏡110再度折射。如上面所述，使濾光鏡102以光軸1000為中心進行旋動時，可以於光軸1000周圍之360度方向自由地調整光線之折射方向。此外，濾光鏡110亦相同，以光軸1000為中心進行旋動時，可以於光軸1000周圍之360度方向自由地調整光線之折射方向。本實施形態之光學單元100，利用此性質，以使濾光鏡102與濾光鏡110相互旋動，可以使入射光線只折射至特定方向。
第3圖係濾光鏡102及濾光鏡110旋動時的模式圖。此處，第3圖係基準初期狀態，面105之法線存在於XZ平面上，面115之法線亦存在於XZ平面上。此狀態時，濾光鏡102之面105與濾光鏡110之面115為平行。
其次，本實施形態之光學單元100時，若以第1圖所示之狀態做為初期狀態，濾光鏡102與濾光鏡110以光軸1000為中心，以相同速度進行相反方向之旋轉。如第1圖所示，濾光鏡102係朝箭頭111方向(從Z軸之負側(被攝體側)觀察時為順時針方向)旋轉，濾光鏡110係朝箭頭112方向(從Z軸之負側(被攝體側)觀察時為逆時針方向)旋轉。
第4圖係將第3圖之初期狀態定義成0度而濾光鏡102及濾光鏡110係分別位於-90度、+90度、+180度之旋轉角位置狀態時之光線折射時的概略。第4圖所示之垂直方向，係從第1圖之Y軸方向正側觀察光學單元100之狀態，係光線於XZ平面上折射時。此外，第4圖所示之水平方向，係從第1圖之X軸方向負側觀察光學單元100之狀態，係光線於YZ平面上折射時。此外，-90度、+90度、+180度之旋轉角，係以濾光鏡102之旋轉方向(第3圖之箭頭111方向)為正方向。
濾光鏡102及濾光鏡110係配置於攝影透鏡124之前側(被攝體側)。攝影透鏡124係用以將被攝體像成像於CCD、CMOS感測器等攝像元件123之攝像面(成像面)上的透鏡，由1或複數光學透鏡所構成。如第4圖所示，攝影透鏡124係以光軸與光學單元100之透鏡光軸1000為一致之方式來配置。此外，光學單元100亦可以配置於攝影透鏡124內部，此時，光學單元100係配置於攝影透鏡124之複數光學透鏡之間。此外，光學單元100亦可配置於攝影透鏡124與攝像元件123之成像面之間。任一種時，皆可產生後述之光軸偏角，而可進行模糊補正。
如第4圖所示，透鏡旋轉角0度時，水平方向(YZ平面上)，因為面105與面115之法線位於XZ面上，於YZ平面上，光線不會折射。到達攝像元件123中央之光線係從光軸1000方向入射至光學單元100並透射攝影透鏡124之光線216。
透鏡旋轉角0度、垂直方向(XZ平面上)時，藉由濾光鏡102與濾光鏡110，光線於XZ平面上產生微小折射，然而，如後面所述，其折射量非常小。所以，垂直方向時，到達攝像元件123中央之光線亦為平行於光軸1000而入射光學單元100並透射攝影透鏡124的光線215。
透鏡旋轉角+90°時，於水平方向(YZ平面上)，因為面105與面115之法線位於YZ面上，藉由濾光鏡102與濾光鏡110，光線產生如圖所示之折射。所以，到達攝像元件123中央之光線，係相對於光軸1000以θ之角度入射至濾光鏡102並透射攝影透鏡124之光線218。透鏡旋轉角+90、垂直方向(XZ平面上)時，因為面105與面115之法線位於YZ面上，光線於XZ平面上未折射。所以，到達攝像元件123中央之光線，為從光軸1000方向入射至光學單元100並透射攝影透鏡124之光線217。
透鏡旋轉角+180°時，於水平方向(YZ平面上)，因為面105與面115之法線位於XZ面上，光線於YZ平面上未折射。所以，到達攝像元件123中央之光線，為從光軸1000方向入射至光學單元100並透射攝影透鏡124之光線220。透鏡旋轉角+180°時，於垂直方向(XZ平面上)，藉由濾光鏡102與濾光鏡110之構成而產生微小折射，然而，如後面所述，其折射量非常。所以，垂直方向時，到達攝像元件123中央之光線，亦為平行光軸1000而入射之光線219。
透鏡旋轉角-90°、水平方向(YZ平面上)時，因為面105與面115之法線位於YZ面上，藉由濾光鏡102與濾光鏡110，光線產生如圖所示之折射。所以，到達攝像元件123中央之光線，係相對光軸以θ之角度入射至濾光鏡102並透射攝影透鏡124之光線214。透鏡旋轉角-90、垂直方向(XZ平面上)時，因為面105與面115之法線位於YZ面上，光線於XZ平面上未折射。所以，到達攝像元件123中央之光線，為從光軸1000方向入射至光學單元100並透射攝影透鏡124之光線213。
第5圖係對應透鏡旋轉角(-90°、0°、+90°、+180°)之水平方向、垂直方向的光軸角位移量。光軸角位移量，係利用光學單元100進行位移之攝影透鏡124的光軸方向。如第4圖之說明所示，例如，+90°之水平方向時，相對於光軸1000以θ角度入射至濾光鏡102之光線218，到達攝像元件123中央。所以，未使用光學單元100而只使用攝影透鏡124時，可以得到與只使攝影透鏡124方向傾斜角度θ時相同的效果。其次，本實施形態的1個目的，係將該光軸角位移量當做模糊角度補正量來進行模糊補正。
依據第5圖，針對光軸角位移量進行說明，如第4圖之說明所示，於垂直方向(XZ平面上)，透鏡旋轉角-90°、0°、+90°、+180°中之任一，入射至光學單元100之光線，於XZ平面上皆未折射。所以，如第5圖所示，垂直方向之光軸角位移量不受旋轉角的影響而保持為0。
另一方面，水平方向(YZ平面上)時，隨著濾光鏡102、濾光鏡110之旋動，如第5圖所示，光軸角位移量為正弦曲線。所以，光軸角位移量，於0°、+180°為0，於-90°為最小值(-θ)，於+90°為最大值(θ)。
如上所示，依據本實施形態之光學單元100，光軸位移只發生於YZ平面上。所以，如第5圖之水平方向圖所示，對應於濾光鏡102‧110之相對旋動，光軸方向為可變，故可以只改變YZ平面上之光軸方向。利用此點，由攝影透鏡124及光學單元100所構成之光學系的方向於YZ平面上移動時，藉由以與移動方向為相反方向來改變光軸方向，可以消除光學系移動所導致之攝像元件123上之被攝體的移動，而適用於模糊補正等。
如上面所述，於透鏡旋轉角0度之垂直方向(XZ平面上)、透鏡旋轉角180度之垂直方向(XZ平面上)，光線產生微小折射，然而，沒有大幅折射。針對此點，參照第6圖進行說明。第6圖中，從被攝體入射之物件空間的光線215，如上面所述，通過攝影透鏡124之光軸上而到達攝像元件123中央。朝箭頭方向前進之光線215，於濾光鏡102之面105上的點132，以入射角A1入射至濾光鏡102，依據斯奈爾定律，以射出角A1’於濾光鏡102內行進。所以，光線215於濾光鏡102之面106上的點131，以入射角A2、射出角A2’射出。其後，光線215於面116上之點133，以入射角A3，射出角A3’入射至濾光鏡110。所以，光線215於濾光鏡110之面115上的點134，以入射角A4，射出角A4’射出。
第6圖中，直線137係平面105之法線，直線138係平面105之法線，直線139係平面116之法線，直線140係平面115之法線。平面106、平面116為平行，且垂直於攝影透鏡124之光軸。此外，平面105、115為平行，濾光鏡102及110之折射率相同。所以，A2’=A3、A2=A3’、A1’=A4，而A1=A4’。此處，因為法線137與法線140為平行，光線215與攝影透鏡124之光軸為平行。於光線215與攝影透鏡124之光軸間，有時會發生少許光軸平行偏離(與光軸之垂直相交方向的偏離)，然而，光軸平行偏離所導致之圖像偏移小於光軸角度變化所導致之圖像偏移。尤其是，風景等比較遠景之攝影時，光軸平行偏離所導致之影響較小。
其次，參照第7圖，針對光線於透鏡旋轉角90度之水平方向(YZ平面上)等轉向時之原理進行說明。第7圖係攝影透鏡124前只設置濾光鏡102時。光線L1係相對於光軸1000以角度θ入射至濾光鏡102，於攝影透鏡124之光軸上前進而到達攝像元件123中央。濾光鏡102之頂角為α、折射率為n時，依據斯奈爾定律，下式成立。此外，n係濾光鏡102之折射率。
1＊sin(θ+α)=n＊sinα
θ+α為極小值時，因為θ+α=n＊α成立，故θ=α(n-1)。例如，n=1.5、α以±4度進行位移時，光線偏角θ為2度。所以，第4圖中，水平方向-90度、+90度時，若濾光鏡102、濾光鏡110之頂角和為α，則光軸偏角θ=α(n-1)。
濾光鏡102與濾光鏡110重疊時，光線偏角θ為第7圖時之2倍。第8圖係濾光鏡102與濾光鏡110重疊時之光線偏角θ與濾光鏡頂角α、濾光鏡折射率n之關係的說明模式圖。
與第7圖相同，光係從左朝右前進。直線1004係平行於光軸1000之直線。此處，依據斯奈爾定律，下述式成立。
1＊sinC1=n＊sinC1’　...(1)
n＊sinC2=1＊sinC2’　...(2)
1＊sinC2’=n＊sinC3’　...(3)
＊sinC4=1＊sinα　...(4)
因此，依據式(2)、式(3)，下式成立。
n＊sinC2=n＊sinC3’
故，因為C2、C3’為90度以下，而為C2=C3’。
此外，C1’-α=C2=C3’
α-C4=C2=C3’
因此，C1’-α=α-C4。
式(1)成為
sinC1=n＊sin(2＊α-C4)，
角度極小時，成為
C1=n＊(2＊α-C4)　...(5)。
此外，依據式(4)，成為
sinC4=1/n＊sinα，
角度極小時，成為
C4=α/n　...(6)。
由式(5)、式(6)，可以得到
C1=2＊n＊α-α，
因此，偏角θ=C1-α、θ=2α(n-1)。n=1.5時，θ=α。
第4圖中，水平方向0度、+180度、垂直方向-90度、+90度時，相對於濾光鏡102之面105、濾光鏡110之面115之光軸垂直面的等高線，因為係垂直於光軸，故光線偏角θ為0。
其次，參照第9圖，進一步針對光軸偏角進行說明。第9圖，係分別於垂直方向(XZ平面上)、水平方向(YZ平面上)，以箭頭之向量(光線偏角向量之XZ平面上、YZ平面上的成份)圖示面105、面115使光線折射之功率。此處，面105、面115所導致之光線折射量，係由面105、面115分別於XZ平面上、YZ平面上之傾斜來決定。
垂直(Y)方向之-45度時，濾光鏡102之面105與濾光鏡110之面115，係傾斜大小(相對於光軸垂直面描繪面105之等高線時，該等高線在XZ面上之間隔)相等且為反向傾斜。換言之，濾光鏡102之面105與濾光鏡110之面115，考慮使光線折射之功率時，因為向量相反、純量相等，抵消了Y方向使光軸偏轉之功率，故垂直(Y)方向之光線偏角θ為0。垂直Y方向之+45度等亦相同，此外，於垂直方向之所有角度，光線偏角θ為0。
另一方面，水平X方向之-45度等時，濾光鏡102與濾光鏡110所產生之用以偏轉光線的功率，因為向量反向且純量不同，於負方向殘留著用以偏轉光線之功率，而產生負光線偏角。此外，水平X方向之+45度、+90度等時，濾光鏡102與濾光鏡110所產生之用以偏轉光軸的功率，因為向量反向且純量不同，於正方向殘留著用以偏轉光軸之功率，而產生正光線偏角。
參照第10圖，針對光軸偏角進一步進行詳細說明。第10圖時，以光線偏向向量圖示對應於透鏡旋轉角之濾光鏡102、110之用以折射光線的功率。第10圖中，以實線箭頭圖示濾光鏡102之光線偏角向量，以虛線箭頭圖示濾光鏡110之光線偏角向量，各向量代表光線折射之方向。此外，第10圖係從Z軸正方向觀察之狀態，隨著濾光鏡102之旋轉，濾光鏡102之光線偏角向量的實線箭頭朝逆時針方向旋轉，1旋轉為360度。所以，0度時之時鐘12點位置之實線的光線偏角向量於圖面上以逆時針方向旋轉360度為1旋轉。
另一方面，隨著濾光鏡110之旋轉，濾光鏡110之光線偏角向量之虛線箭頭，以順時針方向旋轉360度為1旋轉。所以，隨著濾光鏡110之旋轉，0度時，6點位置之虛線的光線偏角向量於圖面上順時針方向旋轉360度為1旋轉。
所以，由第10圖可以得知，2個向量和之光線合計偏角向量，從Y方向觀察時(XZ平面上)，保持互相抵消，另一方面，從X方向觀察時(YZ平面上)，則加算YZ平面上之成份。藉此，分別於垂直方向、水平方向得到第5圖所示之特性。濾光鏡旋轉角β(以時鐘12點方向為基準O，以濾光鏡102之旋轉方向為正方向)時，水平方向之合計偏角γ，若濾光鏡102及110之最大偏角分別為L，則可以下述式(2)來表示。
γ=2L＊cos(β+π/2)　...(2)
第11圖係利用本實施形態相關之光學單元100，進行泛景影像之攝影時的模式圖。如第11圖所示，一邊使由光學單元100、攝影透鏡124及攝像元件123一體構成之攝影機500於平移方向移動一邊以攝像元件123取得影像。
此時，為了取得清晰之泛景影像，不停止攝影機500而一邊平移一邊進行攝影。攝影機500之圖框率為1秒C張。所以，以1/C秒間之移動角度為θ1之方式平移攝影機。此處，濾光鏡旋轉角從-90度成為+90度間之光軸偏角位移為θ1且係與平移方向為相反方向之位移，攝影機500之位移角被光軸偏角所抵消。所以，藉由一邊平移攝影機500一邊於第11圖所示之各影像A、B、C之中央位置附近按下快門，可以依序取得清晰之泛景影像。所以，一邊於箭頭A1方向平移攝影機一邊依序進行影像A、影像B、影像C、...之攝影後，合成影像即可構成泛景相片。如上所示，依據本實施形態之構成，藉由使濾光鏡102、110之旋轉與攝影機500之旋轉同步，可以不停止攝影機500而依序進行影像A、B、C、...之攝影。所以，因為無需每1圖框都停止攝影機500，故可大幅縮短泛景影像攝影之必要時間。藉此，例如，亦可適用於以望遠攝影機連續拍攝廣範範圍，而以短時間取得遠方區域之泛景影像來進行監視等用途。此外，因為無需每1圖框都停止攝影機500，無需使用大型馬達，系統構成更為簡單，且可減少消耗電力。
因為從濾光鏡旋轉角+90度至-90度為止，於與攝影機500之平移方向相同之方向產生光軸位移，故無法進行模糊補正。所以，從濾光鏡旋轉角+90度至相當於-90度之攝影機圖框，無法使用於泛景影像，必須將從濾光鏡旋轉角-90度至+90度所得到之諸影像進行重疊，才能產生泛景影像。其後，如第11圖所示，使攝影機朝相反方向(箭頭A2方向)平移時，濾光鏡旋轉方向沒有改變，從濾光鏡旋轉角-90度至相當於+90度之攝影機圖框，無法使用於泛景影像，必須將從濾光鏡旋轉角+90度至-90度所得到之諸影像進行重疊，才能產生泛景影像。
如以上所示，與攝影機500之移動同步旋動光學單元100，可以補正攝影機500移動所產生的模糊。所以，使攝影機500往返運動來進行矩形泛景影像之攝影時等，可以取得清晰之影像。
依據如以上說明所示之本實施形態，利用濾光鏡102、110之同方向旋轉運動可以進行模糊補正，亦可對應高頻振動。此外，因為振動波形接近正弦波，可以簡單而確實地進行模糊補正。此外，因為可以濾光鏡102、110之旋轉來進行模糊補正，可動機構部更為簡單，故可提高耐久性並可降低成本。尤其是，模糊補正主流之偏移透鏡方式，為了進行模糊補正，必須使透鏡進行直線往返運動，尤其是，於高頻控制上有其困難，然而，依據本實施形態，亦可對應高頻振動來進行模糊補正。
此外，一邊持續平移攝影機500一邊進行泛景影像之攝影時，使濾光鏡102、110進行旋轉運動即可進行模糊補正，故，亦可進行360度之泛景攝影。
此外，將攝影機裝設於汽車及飛機等移動體，利用主要係拍攝垂直相交於行進方向之方向的景色後，再貼合影像所得到之廣範圍影像時，亦可藉由應用本實施形態之泛景攝影技術，來進行高速移動攝影，進而實現攝影時間之短縮。
此外，因為可以於既存之攝影透鏡前，增設光學單元100做為模糊補正用單元，故亦可對多種透鏡賦予模糊補正機能。
<2、第2實施形態>
其次，針對本發明之第2實施形態進行說明。第2實施形態，因為可簡單地取得泛景影像，故係特別適用於不停止攝影機500而於同方向持續進行平移來進行攝影而連續進行360度泛景之攝影時、及從車輛等移動體持續對外面風景拍攝時等之手法。
第12圖係第2實施形態相關之光學單元300的構成模式圖。第2實施形態之光學單元300，係由重疊之濾光鏡302與濾光鏡310所構成。第13圖係濾光鏡302的構成模式圖。濾光鏡302，係以通過其中心軸且通過相對垂直於中心軸之面之面105的最高點P之平面切割第1實施形態之濾光鏡102，來準備2個經過切割之一方，並以相對於中心軸為鏡像互相反轉之切割面進行接合者。所以，濾光鏡302之第1面(被攝體側面)，係由傾斜方向不同之2個面305所構成。濾光鏡302之第2面306，與第1實施形態之面106相同，係垂直於中心軸之面。濾光鏡310之形狀，與濾光鏡302相同，並與第1實施形態相同，係將濾光鏡310配置於相對於濾光鏡302與中心軸1100上之點123為點對稱之位置，來構成本實施形態相關之光學單元300。與第1實施形態相同，濾光鏡302，係朝箭頭111方向旋轉，濾光鏡350則以相同速度朝相反方向之箭頭112旋轉。
第14圖係將濾光鏡旋轉角之初期狀態定義成0度而濾光鏡302及濾光鏡310為旋轉-90度、+90度、+180度之狀態時之光線折射的概略。如第14圖所示，第2實施形態時，濾光鏡旋轉軸1100與攝影透鏡124之光軸1000係平行，然而，兩者並非一致而以特定距離互相偏置。
與第4圖相同，第14圖所示之垂直方向，係從第12圖之Y軸方向正側朝光學單元300觀察時之狀態(XZ平面之剖面)，係光線於XZ平面上折射時之狀態。此外，第14圖所示之水平方向，係從第12圖之X軸方向負側朝光學單元300觀察時之狀態(YZ平面之剖面)，係光線於YZ平面上折射時之狀態。
利用光學單元300之光線折射的基本原理，基本上，與第1實施形態之光學單元100相同。第2實施形態相關之光學單元300，藉由濾光鏡302之旋轉使濾光鏡302之接合面通過攝影透鏡124之光軸時，入射至攝影透鏡124之光線所通過之面係在2個面305之間切換。同時，藉由濾光鏡310之旋轉而使濾光鏡310之接合面通過攝影透鏡124之光軸時，入射至攝影透鏡124之光線所通過的面係在2個面315之間切換。
此切換係發生在-90度、+90度之位置的構成。所以，於-90度、+90度之位置，得到與使第1實施形態之光學濾光鏡100之濾光鏡102及濾光鏡110於瞬時旋轉180度份時相同之效果。
第2實施形態時，濾光鏡旋轉軸1100與攝影透鏡124之光軸1000係偏置，然而，隨著濾光鏡302、310之旋轉，面305與面315之位置關係(光線偏角向量)，與第1實施形態之面105及面115之關係相同。所以，第1實施形態時，濾光鏡旋轉軸及攝影透鏡124之光軸亦應為偏置。
如第14圖所示，垂直方向(XZ平面上)時，入射至攝影透鏡124之光線所通過之濾光鏡302之第1面305及濾光鏡310之第2面316，係反向且Y方向成份相等之傾斜、或平行。所以，因為向量相反而純量相等，故抵消於Y方向偏移光軸之功率，而使光線偏角θ保持為0。
另一方面，水平方向，藉由第1實施形態所說明之原理，光軸對應於濾光鏡302、濾光鏡310之旋轉角度而折射。不同於第1實施形態者，光線偏角θ，係以+90度為界而為從最大正位移量變成最小負位移量。-90度時亦相同，以-90度為界而為從最大正位移量變成最小負位移量。所以，如第14圖所示，水平方向之光線偏角θ具有，-90度為最小並朝+90度逐漸變大，超過+90度時，再度變小，然而，朝-90度(270度)逐漸變大之「鋸齒型」特性。
進行與第11圖相同之泛景相片攝影時，若攝影機500之圖框率為1秒C張，以1/C秒間之移動角度為θ1之方式平移攝影機500。濾光鏡旋轉角從-90度成為+90度間之光線偏角位移為θ1且與平移方向為相反方向進行位移，一邊平移一邊連續攝影之圖框全部可以得到清晰影像。換言之，第1實施形態之光學濾光鏡100時，從濾光鏡旋轉角+90度至-90度為止，因為產生與攝影機500之平移方向相同之方向的光軸位移，無法進行模糊補正，然而，光學濾光鏡300時，因為隨時發生相同方向之光軸位移，可以在圖框間無間隔下連續取得清晰影像。
此外，進行360度泛景攝影時，例如，枱燈之照明時，以一定速度持續旋轉攝影機，可以各特定角度連續進行清晰影像之攝影。此外，將攝影機裝設於汽車等移動體並對車外進行攝影時，只要使濾光鏡旋轉速度與移動體速度同步，即可連續取得清晰影像。
<3、第3實施形態>
第3實施形態係針對以抑制手持攝影機時或架在肩上進行攝影時之攝影機模糊的方法例、或以抑制將監視攝影機等固定設置於構造物時之風等所導致之構造物振動所造成之攝影機模糊的方法例進行說明。以抑制手持攝影機時之模糊為目的的光軸偏角，一般而言，小小的手振應為0.014度程度，稍大之手振應為0.028度程度，極大之手振則為0.056度程度。此外，水平視角1度以下之超望遠監視攝影機時，有將以抑制模糊為目的之光軸偏角設定成0.02度程度之實例。手持攝影機、或載置於肩上進行攝影時、或將監視攝影機等固定設置於構造物時，必要之光軸偏角應為大致0.1度以下。
第3實施形態時，係依據上述各值，藉由使濾光鏡往返旋轉運動來進行模糊補正者。第15圖係用以說明第3實施形態相關之模糊補正方法的特性圖。與第1實施形態之第4圖相同，驅動濾光鏡102、濾光鏡110時，以第15圖中之區域B內做為攝影機模糊之補正範圍，以使濾光鏡102、濾光鏡110於區域B進行往返運動之方式來控制濾光鏡。所以，藉由該往返驅動，進行例如0.1度以下之微小角度的模糊補正。不但水平方向，垂直方向亦需要模糊補正時，亦可以為將相同構成之光學濾光鏡100設置於另1組透鏡前，使光線通過2組之光學濾光鏡100後入射至攝影透鏡124即可。此時，為了使1組光學濾光鏡100進行水平方向之模糊補正，而使另1組光學濾光鏡100進行垂直方向之模糊補正，應以90度差異配置光線折射之作用方向。
<4、旋轉濾光鏡之構成例>
其次，針對上述具備光學濾光鏡300、攝影透鏡124及攝像元件123之攝影機之用以旋轉光學濾光鏡300之濾光鏡302、濾光鏡310的具體構成進行說明。第16圖及第17圖係以第2實施形態相關之光學濾光鏡300之驅動機構及攝影透鏡124為例的模式圖。如第16圖及第17圖所示，光學濾光鏡300之濾光鏡302係裝設於保持框400。此外，濾光鏡310係裝設於保持框410。此外，濾光鏡302及濾光鏡310，於旋轉軸1100之位置貫設著軸420，可對軸420進行旋動。此外，於保持框400之外周裝設著齒輪402，於保持框410之外周裝設著齒輪412。齒輪430嚙合於齒輪402，齒輪440嚙合於齒輪412。此外，攝影單元450具備攝影透鏡124及攝像元件123，攝影透鏡124之光軸1000係相對於軸420以特定量進行偏置。
如以上之構成時，來自馬達(未圖示)之驅動力傳達至齒輪430、齒輪440，而使齒輪430、齒輪440以互相相反方向進行旋轉。此時，於齒輪430、齒輪440間插入1個惰輪，以1個馬達即可使齒輪430、齒輪440以同速度進行反向旋轉。藉此，驅動力從齒輪430傳達給齒輪402，此外，從齒輪440傳達給齒輪412，保持於保持框400之濾光鏡302及保持於保持框410之濾光鏡310係朝互相相反方向旋動。
第18圖及第19圖係濾光鏡302及濾光鏡310之剖面，第18圖係於0度位置從X方向正側觀察濾光鏡302及濾光鏡310之狀態。此外，第19圖係於90度位置從X方向正側觀察濾光鏡302及濾光鏡310之狀態。
構成第1實施形態相關之光學濾光鏡100時，以保持框400保持濾光鏡102，以保持框410保持濾光鏡110。所以，軸420未配設於旋轉中心，而以可於保持框400及保持框410之外周旋動之方式來構成光學濾光鏡100。此時，藉由來自齒輪430、440之驅動力的傳達，亦可使濾光鏡102及濾光鏡110進行相反方向之旋動。
以上，係參照附錄圖式針對本發明之良好實施形態進行詳細說明，然而，本發明並未受限於該等實例。具有本發明所屬技術分野之通常知識者，於申請專利範圍所記載之技術思想範疇內，當可想到各種變更例或修正例，該等變更例或修正例當然也屬於本發明之技術範圍。
100、300．．．光學單元
102、110、302、310．．．濾光鏡
105、106、115、116、305、306、315、316．．．面
123．．．攝像元件
124．．．攝影透鏡
500．．．攝影機
第1圖係本發明之一實施形態相關之光學單元的模式圖。
第2圖係光學單元之濾光鏡的模式圖。
第3圖係濾光鏡旋動時的模式圖。
第4圖係將第3圖之初期狀態定義成0度而濾光鏡102及濾光鏡110分別位於-90度、+90度、+180度之各旋轉角位置狀態時之光線折射時的概略模式圖。
第5圖係對應於透鏡旋轉角(-90°、0°、+90°、+180°)之水平方向、垂直方向之光軸角位移量的模式圖。
第6圖係透鏡旋轉角0度之垂直方向(XZ平面上)、透鏡旋轉角180度之垂直方向(XZ平面上)時，光線未大幅折射之理由的說明模式圖。
第7圖係於攝影透鏡前設置濾光鏡之例的模式圖。
第8圖係重疊濾光鏡時之光線偏角θ與濾光鏡頂角α、濾光鏡折射率n之關係的說明模式圖。
第9圖係以箭頭之向量分別圖示於垂直方向(XZ平面上)、水平方向(YZ平面上)，濾光鏡面使光線折射之功率的模式圖。
第10圖係光軸偏角的詳細說明模式圖。
第11圖係利用本實施形態相關之光學單元，進行泛景影像之攝影時的模式圖。
第12圖係第2實施形態相關之光學單元的構成模式圖。
第13圖係第2實施形態相關之濾光鏡的構成模式圖。
第14圖係將濾光鏡旋轉角之初期狀態定義成0度而濾光鏡為旋轉-90度、+90度、+180度之狀態之光線折射的概略模式圖。
第15圖係用以說明第3實施形態相關之模糊補正方法的特性圖。
第16圖係第2實施形態相關之光學濾光鏡之驅動機構的模式圖。
第17圖係第2實施形態相關之光學濾光鏡之驅動機構的模式圖。
第18圖係光學濾光鏡之驅動機構之濾光鏡的剖面模式圖。
第19圖係光學濾光鏡之驅動機構之濾光鏡的剖面模式圖。
102、110．．．濾光鏡
105、106、115、116．．．面
111．．．箭頭
112．．．箭頭
123．．．攝像元件
1000．．．透鏡光軸

Claims (15)

  1. 一種光學裝置，其特徵為具備：第1光學元件，具有以特定角度相交於旋轉軸之第1面、及垂直相交於前述旋轉軸之第2面，以前述旋轉軸為中心進行旋轉；及第2光學元件，相鄰配置於前述第1光學元件，具有相對於與前述第1光學元件間之前述旋轉軸上之點而與前述第1面及第2面為點對稱位置關係之第3面及第4面，以前述旋轉軸為中心，進行與前述第1光學元件為相反方向之旋轉，配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，前述攝影透鏡一邊移動一邊進行各圖框之攝影的周期與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之光學裝置，其中前述第1面，係由以包含前述旋轉軸在內之境界面為界而相對於前述旋轉軸之傾斜方向相反之2個面所構成，相對於前述旋轉軸上之點而與前述第1面為點對稱位置關係之前述第4面，係由相對於前述旋轉軸上之前述點而與前述第1面之前述2個面為點對稱位置關係之2個面所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之光學裝置，其中前述第1及第2光學元件，於特定旋轉角範圍，以前述旋轉軸為中心進行往返運動。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之光學裝置，其中 以前述旋轉軸與攝影透鏡之光軸為一致之狀態配置於以被攝體像之成像為目的之前述攝影透鏡的被攝體側，使通過前述第1及第2光學元件之光線入射至前述攝影透鏡。
  5. 如申請專利範圍第2項所記載之光學裝置，其中以前述旋轉軸與攝影透鏡之光軸為偏置之狀態配置於以被攝體像之成像為目的之前述攝影透鏡的被攝體側，使通過前述第1及第2光學元件之光線入射至前述攝影透鏡。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載之光學裝置，其中配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，前述攝影透鏡一邊旋轉光軸方向一邊進行各圖框之攝影的周期與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步。
  7. 如申請專利範圍第2項所記載之光學裝置，其中配置於以被攝體像之成像為目的之攝影透鏡的被攝體側，前述攝影透鏡一邊旋轉光軸方向一邊進行各圖框之攝影的周期與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步，前述攝影透鏡之每1圖框之光軸方向變化量與前述第1及第2光學元件旋轉180度時之光線偏轉量為一致。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載之光學裝置，其中配置於以被攝體像之成像為目的之攝像透鏡的被攝體側前部、前述攝像透鏡之成像面側的後部、或前述攝像透鏡的內部。
  9. 一種攝像裝置，其特徵為具備： 光學元件，具有：設有以特定角度相交於旋轉軸之第1面及垂直相交於前述旋轉軸之第2面且以前述旋轉軸為中心進行旋轉之第1光學元件；及相鄰配置於前述第1光學元件且具有相對於與前述第1光學元件間之前述旋轉軸上之點而與前述第1面及第2面為點對稱位置關係之第3面及第4面且以前述旋轉軸為中心，進行與前述第1光學元件為相反方向之旋轉的第2光學元件；攝影透鏡，用以進行由透射前述光學元件之光線所形成之被攝體像的成像；以及攝像元件，具有用以供由前述攝影透鏡所形成之被攝體像成像之攝像面，以一邊移動一邊進行各圖框之被攝體的攝影來進行各前述圖框之攝影的周期，與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步。
  10. 如申請專利範圍第9項所記載之攝像裝置，其中前述第1光學元件之前述第1面，係由以包含前述旋轉軸在內之境界面為界而相對於前述旋轉軸之傾斜方向相反的2個面所構成，相對於前述旋轉軸上之點而具有與前述第1面為點對稱位置關係之前述第4面，係由相對於前述旋轉軸上之前述點而與前述第1面之前述2個面為點對稱位置關係的2個面所構成。
  11. 如申請專利範圍第9項所記載之攝像裝置，其中前述第1及第2光學元件係於特定旋轉角範圍以前述 旋轉軸為中心進行往返運動。
  12. 如申請專利範圍第9項所記載之攝像裝置，其中以前述攝影透鏡之光軸與前述旋轉軸為一致之方式配置。
  13. 如申請專利範圍第10項所記載之攝像裝置，其中以前述攝影透鏡之光軸與前述旋轉軸為偏置之狀態配置。
  14. 如申請專利範圍第9項所記載之攝像裝置，其中一邊旋轉前述攝影透鏡之光軸方向一邊進行各圖框之被攝體的攝影來進行各前述圖框之攝影的周期，與前述第1及第2光學元件之旋轉周期為同步。
  15. 如申請專利範圍第10項所記載之攝像裝置，其中一邊旋轉前述攝影透鏡之光軸方向一邊進行各圖框之被攝體的攝影來進行每1圖框之光軸方向的變化量，與前述第1及第2光學元件旋轉180度時之光線偏轉量為一致。
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