CN109073870A - 具有包括特性不同的区域的透镜的光学*** - Google Patents

具有包括特性不同的区域的透镜的光学*** Download PDF

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Abstract

提供一种光学***(1)，具有至少一个透镜，至少一个透镜包括第一透镜(L21)，该第一透镜(L21)使用于成像的光束偏离光轴地通过相对于光轴(7)偏心的区域，第一透镜的至少一个面包括光学特性不同的多个区域，多个区域是通过使该第一透镜以光轴为旋转轴进行旋转的调焦单元(52)来进行切换的。多个区域的典型的例子为包括用于使像成像于近距离处的第一区域和用于使像成像于远距离处的第二区域。

Description

具有包括特性不同的区域的透镜的光学***
技术领域
本发明涉及一种具有包括特性不同的区域的透镜的光学***。
背景技术
在国际公开WO2013/005444号公报中记载了以下内容：提供一种投射光学***，从缩小侧的第一像面向放大侧的第二像面进行投射，该投射光学***具有：第一折射光学***，其包括8个透镜，利用从缩小侧入射的光在放大侧形成第一中间像；第二折射光学***，其包括6个透镜，使缩小侧的第一中间像在放大侧成像为第二中间像；以及第一反射光学***，其包括位于比第二中间像靠放大侧的位置的正折射力的第一反射面。
发明内容
在具有透镜的光学***中，需要多个透镜面以进行各像差的校正、焦点位置的调整，存在透镜个数增加的趋势。另一方面，为了实现低成本、轻量、紧凑的光学***，而期望一种结构简单且高性能的***。
本发明的一个方式是具有至少一个透镜的光学***。至少一个透镜包括第一透镜，用于成像的光束偏离第一透镜的光轴地通过第一透镜的相对于光轴偏心的区域，第一透镜的至少一个面包括光学特性不同的多个区域，多个区域是通过使第一透镜以光轴为旋转轴进行旋转来进行切换的。光学***可以具有沿着共同的光轴配置的多个透镜，多个透镜包括第一透镜。
在使光相对于光轴倾斜地入射或射出的设计的光学***等中，存在设计成使通过光学***内部的光束(光路)通过偏离了光轴的位置(偏向一侧的位置)的情况。关于配置于被光束通过偏离的位置的位置处的透镜，透镜的一部分被用于成像，其它部分(其它的区域)不被用于成像。在本发明的光学***中，第一透镜设置有光学特性不同的多个区域，通过使第一透镜旋转，能够对光束要通过的偏心的区域的光学特性进行切换。因而，能够提供一种简单的结构、例如较少个数的透镜且具备期望的性能的光学***。
也可以为，多个区域包括用于使像成像于近距离处的第一区域和用于使像成像于远距离处的第二区域。也可以为，第一透镜是为了调整焦点而沿着光轴移动的焦点调整用透镜(调焦透镜)中的至少一个透镜。也可以为，第一透镜不是为了调整焦点而沿着光轴移动的透镜，在该情况下，能够分为用于使透镜旋转的机构和用于使焦点调整用透镜沿着光轴移动的机构。因此，能够简化用于驱动透镜的机构。
也可以为，第一透镜的至少一个面包括旋转非对称的区域。光学特性不同的区域之间形成为旋转非对称。多个区域也可以包括旋转非对称且曲率半径相同(共同)的非球面。多个区域也可以包括旋转非对称且曲率半径和圆锥系数共同的非球面，还可以包括曲率半径、圆锥系数以及低阶的非球面系数相同(共同)的非球面。也可以为，至少一个面包括自由曲面。另外，也可以为，第一透镜的另一个面为平面。
也可以为，多个区域为不跨越光轴的区域。也可以为，至少一个面包括共用区域，该共用区域跨越光轴，且光束通过多个区域中的任一个区域的同时通过该共用区域。至少一个面可以包括近处用的区域、远处用的区域以及作为远近两用的区域的第三区域。
由于设定多个区域，因此期望至少一个面的面积SA0中的被光束偏离地通过的面积SA1的比率满足以下的条件(1)。
0.25≤SA1/SA0≤0.7…(1)
也可以为，多个透镜包括用于形成第一中间像的第一子***，也可以包括用于将第一中间像成像为第二中间像的第二子***。也可以为，光学***还具有用于将第二中间像成像为最终像的第二光学***。
也可以为，光学***具有用于驱动第一透镜使其旋转的驱动单元。另外，也可以为，光学***具有使第一透镜沿着光轴移动以调整焦点的移动单元。
本发明的不同方式之一是一种投影仪，具有：上述的光学***；以及图像单元，其输出由光学***投影的图像。本发明的其它不同方式之一是一种摄像装置，具有：上述的光学***；以及对由光学***成像的图像进行拍摄的单元。
附图说明
图1是表示光学***的一例的图。
图2是表示透镜L21的面S15的图，图2的(a)表示正在使用近距离用的区域的状态，图2的(b)表示正在使用中远距离用的区域的状态。
图3是示出透镜数据的图。
图4是表示非球面的图。
图5是表示透镜L21的非球面的图。
图6是表示调焦的移动距离的图。
图7是表示基于距离进行调焦的状态的图。
图8是面S15的自由曲面系数。
图9是面S16的自由曲面系数。
图10是表示光学***的不同的例子的图。
图11是示出透镜数据的图。
图12是表示透镜L15-2的面S12的图，图12的(a)表示正在使用近距离用的区域和远近共用的区域的状态，图2的(b)表示正在使用中远距离用的区域和远近共用的区域的状态。
图13是面S12的自由曲面系数。
图14是表示基于距离进行调焦的状态的图。
图15是表示光学***的不同例子的图。
图16是表示透镜L16的面S13的图，图2的(a)表示正在使用近距离用的区域和远近共用的区域的状态，图2的(b)表示正在使用中远距离用的区域和远近共用的区域的状态。
图17是面S13的自由曲面系数。
图18是表示基于距离进行调焦的状态的图。
图19是示出透镜面积与光路面积之比的图。
图20是表示包括光学***的摄像装置的一例的图。
具体实施方式
在图1中示出包括本发明所涉及的光学***的一例的投影仪的一例的概要结构。该投影仪100包括投影用的光学***1和图像单元5，该图像单元5配置于缩小侧，输出被投影的图像。光学***1包括投射光学***10，该投射光学***10将被输出到缩小侧的图像单元(光调制器、光阀)5的像面的图像向放大侧的屏幕9或壁面进行投射。图像单元5只要是LCD、数字微镜设备(DMD)或有机EL等能够形成图像的设备即可，既可以是单板式，也可以是分别形成各种颜色的图像的方式。图像单元5既可以是发光型，也可以是照明型。在是照明型的情况下，投影仪100还可以包括照明光学***(未图示)。屏幕9可以是壁面、白板等，投影仪100既可以是前投式投影仪，也可以是包括屏幕9的背投式投影仪。
投射光学***10包括：第一光学***(第一***)S1，其包括多个透镜；以及第二光学***(第二***)S2，其包括将从第一光学***S1输出的光进行反射而作为投影光8向屏幕9投射的正折射力的第一反射面M1。第一光学***S1是将利用从缩小侧入射的光在第一光学***S1的内部成像的第一中间像IM1在比第一光学***S1靠放大侧的位置成像为第二中间像IM2的折射光学***(透镜***)。第一光学***S1包括：第一子***(第一透镜组、第一折射光学***)SS1，其配置于缩小侧(输入侧)，将图像单元5的图像成像为第一中间像IM1；以及第二子***(第二透镜组、第二折射光学***)SS2，其隔着第一中间像IM1配置于放大侧(输出侧)。第二子***SS2将第一中间像IM1在第一反射面(反射镜)M1的缩小侧成像为第二中间像IM2。反射镜M1将第二中间像IM2放大投影到屏幕9上。
第一子***SS1包括从缩小侧起依次配置的双凸的透镜L11、由双凸的透镜L12和双凹的透镜L13构成的接合透镜BL1、双凸的透镜L14和L15、向放大侧凸的负弯月透镜L16。第二子***SS2包括向缩小侧凸的正弯月透镜L21、双凸的透镜L22、向缩小侧凸的正弯月透镜L23、由向缩小侧凸的负弯月透镜L24和双凸的透镜L25构成的接合透镜BL2。
光学***1还包括：第一调焦单元51，其用于使透镜L21和L22沿着光轴7移动以进行调焦；以及第二调焦单元(驱动单元)52，其用于使透镜L21旋转(驱动透镜L21使其旋转)。透镜L21和L22是焦点调整用透镜，通过用于使这些透镜L21和L22移动的调焦单元51和52的协调控制，光学***1能够在从反射镜M1到屏幕9的距离为450mm这样的较短的距离(近处、近距离)Dn处成像。并且，能够使成像范围扩展到从反射镜M1到屏幕9的距离为1000mm的远处(远距离)Df。因而，通过该光学***1，能够提供如下一种投影仪100，该投影仪100虽然是到屏幕的距离为数10cm这样的短焦点的投影仪，但是具备作为成像范围的远距离Df相对于近距离Dn的比为2倍以上(2.22倍)这样的成像性能。
如图2的(a)和图2的(b)所示，透镜L21的缩小侧(图像单元5侧、图像单元侧)的面S15为旋转非对称的面，包括用于使像在近距离Dn处成像的区域(第一区域、近用区域、近距离用的区域)55以及用于使像在远距离Df处和中距离处成像的区域(第二区域、远用区域、中远距离用的区域)56。第二调焦单元52作为用于使第一透镜即透镜L21以光轴7为旋转轴进行旋转的驱动单元发挥功能。调焦单元52通过使透镜L21旋转，来使光束6通过的区域在近距离的区域55与中远距离的区域56之间切换。透镜L21的放大侧(屏幕侧)的面S16也为旋转非对称的面，包括近距离的区域55和中远距离的区域56，第二调焦单元52通过使透镜L21以光轴7为旋转轴旋转180度，能够切换光束6通过的区域。
透镜L21是第二子***SS2的配置在最靠缩小侧的位置的透镜，是在由第一子***SS1成像的第一中间像IM1的放大侧与中间像IM1相邻地配置的透镜。第一中间像IM1是使形成于图像单元5的图像相对于光轴7翻转后的(倒立的)图像，第一中间像IM1不跨越光轴7，被形成于偏离了光轴7的位置处。因而，用于在放大侧成像的光束6偏离地通过透镜L21的两个面S15和S16的不跨越光轴7的相对于光轴7偏心的区域。因此，在屏幕9处于近距离处的情况下，第二调焦单元52使透镜L21旋转来设定成光束6通过两个面S15和S16的近距离用的区域55。在屏幕9处于中距离处或远距离处的情况下，第二调焦单元52使透镜L21旋转来设定成光束6通过两个面S15和S16的中远距离用的区域56。
在图3中示出了投射光学***10的各元件的数据。图4和图5示出了各元件中的非球面数据。图6用透镜间隔来表示透镜L21和L22为了调整焦点而进行的移动。此外，在图6中，S24是反射镜M1与屏幕9之间的距离。在图3中，ri(i为整数，表示顺序。以下相同)表示从缩小侧起依次排列的各元件(在透镜的情况下为各透镜面)的曲率半径(mm)，di表示从缩小侧起依次排列的各元件的面之间的距离(间隔，mm)，Hi表示各元件的有效直径(mm)，进一步地说，在各元件为玻璃的情况下，示出玻璃种类、折射率(d线)nd、阿贝数(d线)vd。
透镜L12的缩小侧的面S6、透镜L16的两个面S13和S14、透镜L21的两个面S15和S16以及反射镜M1的面s24为非球面。当将X设为光轴方向上的坐标、将Y设为与光轴垂直的方向上的坐标、将光的行进方向设为正、将R设为近轴曲率半径时，使用图4和图5所示的系数RDY、K、ARi(i为3～14)来通过下式(A)表示非球面。此外，“En”是指“10的n次方”。
X＝(1/R)Y2/[1+{1-(1+K)(1/R)2Y2}1/2]+∑ARiYi…(A)
如图5所示，透镜L21的两个面S15和S16具有形成近距离用的区域55的非球面A和形成远距离用的区域56的非球面B。在本例中，关于各个面的非球面A和B，曲率半径RDY、圆锥系数K以及低阶的非球面系数(在本例中为AR3～AR7)是共同的，AR8以上的高阶的非球面系数不同。
在本实施例中，如图2所示，透镜L21被光束6偏离光轴7地通过不跨越光轴7的相对于光轴7偏心的区域。因而，利用包括中央的光轴(中心轴)7的直线将透镜L21的两个面S15和S16分为两个区域，通过使透镜L21以光轴7为旋转轴进行旋转，由此透镜L21能够作为具备两个不同的光学特性的透镜来使用。透镜L21被二分割为近距离用的区域55和中远距离用的区域56，近距离用的区域55由非球面A构成，中远距离用的区域56由非球面B构成，通过使透镜L21旋转180度，来切换地使用这些区域55和56。近距离用的区域55和中远距离用的区域56可以是半圆形，也可以是至少具备光束6通过的面积的多边形、椭圆形等形状。
在图7中示出了被成像到屏幕9上的像的点的会聚状态。图7的(a)示出了使用近距离用的区域55、将屏幕9与反射镜M1的距离设置为近距离(450mm)、中距离(750mm)以及远距离(1000mm)并通过第一调焦单元51使透镜L21和L22前后移动来调整焦点的状态。图7的(b)示出了使用中远距离的区域56、将屏幕9与反射镜M1的距离设置为近距离、中距离以及远距离并通过第一调焦单元51使透镜L21和L22来调整焦点的状态。
如图7的(a)所示，在使用了近距离用的区域55的情况下，在所有距离处，低角度(低视角)的点的聚光状态良好。另一方面，广角度(高视角)的点的聚光状态虽然在近距离处是良好的，但是在中距离处和远距离处不能说是良好的。
如图7的(b)所示，在使用了远距离用的区域56的情况下，在所有距离处，低角度(低视角)的点的聚光状态良好。另一方面，广角度(高视角)的点的聚光状态虽然在中距离处和远距离处是良好的，但是在近距离处不能说是良好的。因而，通过在近距离时，使透镜L21旋转来设置成光束6通过近距离用的区域55，在中远距离时，使透镜L21旋转来设置成光束6通过中远距离用的区域56，由此在从近距离到远距离的全部范围内能够获得良好的调焦性能。
具备近距离用的区域55和中远距离用的区域56的面也能够通过具备图5所示的非球面的区域55和56连续地不具有明确的边界地进行连接而成的旋转非对称的自由曲面来形成。制造具备不同的非球面的透镜的一个方法是将各个具备非球面的透镜切割后粘贴在一起的方法。另一方面，通过由自由曲面形成透镜L21的两个面S15和S16，具有能够利用一个模具来一体成形具备不同特性的区域的透镜并能够预先防止偏心等问题的优点。因此，能够高精度地制造具备不同的多个区域的透镜。
用于定义自由曲面的方法的一例为使用以下的XY多项式(2)。
在图8中示出了用于通过连续的自由曲面形成具备图5所示的非球面A和B的S15的系数(自由曲面系数)。在图9中示出了用于通过连续的自由曲面形成具备图5所示的非球面A和B的S16的系数(自由曲面系数)。
在图10中示出了光学***的不同的例子。该光学***1a的基本结构与上述的光学***1是共同的。在该光学***1a中，投射光学***10的折射光学***(第一***)S1的第一子***SS1的双凸的透镜L15由配置于缩小侧的向缩小侧凸且放大侧为平面的透镜L15-1(d11-1)以及以最小空气间隔(d11-2)配置于透镜L15-1的放大侧的向放大侧凸且缩小侧为平面的透镜L15-2(d11-3)构成。并且，光学***1a包括：第一调焦单元51，其用于使第二子***SS2的透镜L21和L22沿着光轴7移动以进行调焦；以及第二调焦单元52，其用于使第一子***SS1的透镜L15-2以透镜L15-2的光轴(中心轴)7为旋转轴进行旋转来在近距离用的区域与中远距离用的区域之间进行切换。光学***1a的第二子***SS2的透镜L21不被进行旋转驱动，两侧的面S15和S16分别被固定为光学***1的近距离用的非球面A。
在图11中示出光学***1a的透镜数据中的关于与光学***1不同的透镜L15-1和透镜L15-2及其前后的透镜的数据。如图12所示，透镜L15-2的放大侧(屏幕侧)的面S12为包括功能不同的三个区域的自由曲面，在图13中示出面S12的自由曲面系数。
如图12的(a)和(b)所示，在透镜L15-2处，光束6偏离地通过面S12中包含光轴7且图10的上侧的偏心的区域。面S12包括包含光轴7的中央的远近共用的区域(共用的区域、第三区域)57、配置于其外侧的近距离用的区域55以及配置于夹着远近共用的区域57而与近距离用的区域55相反的一侧的中远距离用的区域56。当使透镜L15-2旋转来将近距离用的区域55设置在上侧时，光束6通过近距离用的区域55和远近共用的区域57。当使透镜L15-2旋转180度来将中远距离用的区域56设置在上侧时，光束6通过中远距离用的区域56和远近共用的区域57。
在图14中示出了被成像到屏幕9上的像的点的会聚状态。图14的(a)示出了使用近距离用的区域55和远近共用的区域57、将屏幕9与反射镜M1的距离设置为近距离(450mm)、中距离(750mm)以及远距离(1000mm)并通过第一调焦单元51使透镜L21和L22前后移动来调整焦点的状态。图14的(b)示出了使用中远距离的区域56和远近共用的区域57、将屏幕9与反射镜M1的距离设置为近距离、中距离以及远距离并通过第一调焦单元51使透镜L21和L22来调整焦点的状态。
将这些图进行比较可知，通过使用中远距离的区域56和远近共用的区域57，改善了中距离和远距离的调焦性能，通过使用近距离的区域55和远近共用的区域57，改善了近距离的调焦性能。
在如透镜L15-2那样被光束6跨越光轴7地通过的透镜中，也在光束6通过面S12的偏离了的区域的情况下，针对不被光束6通过的区域赋予不同的光学特性，通过使透镜旋转来使用，能够将同一透镜作为具备不同的光学性质的透镜来使用。在透镜L15-2中，根据距离的差异而调焦性能出现差异，仰角大的(高视角的)光束通过面S12的周边的远离光轴7的部分。因而，在面S12的周边部分配置近距离用的区域55和中远距离用的区域56，在调焦性能不容易出现差异的光轴7的周边配置远近共用的区域57，通过使透镜L15-2旋转180度，改善了远近的调焦性能。另外，通过将面S12设为自由曲面、将这些区域55、57以及56设为没有边界的连续的面，能够使得在被投影到屏幕上的图像中看不到通过了特性不同的区域的影响。
并且，在该光学***1a中，在与为了调焦而沿着光轴7移动的透镜L21和L22不同的透镜L15-2上设置近距离用的区域55和远距离用的区域56，通过使透镜L15-2旋转，能够进行远近切换。因而，能够将使透镜沿着光轴7移动的机构(第一调焦单元)51与使透镜以光轴7为旋转轴进行旋转的机构(第二调焦单元)52分离，能够使光学***1a的结构简单。另外，通过将透镜L15分离为缩小侧的透镜L15-1和具备非球面S12的放大侧的透镜L15-2，并仅使透镜L15-2旋转，能够使驱动透镜使其旋转的第二调焦单元52的负荷和结构简单。另外，透镜L15-2的与具备多个区域55、56以及57的面S12相反的一侧的面(另一个面)为平面，容易制造。
此外，也能够与光学***1同样地，在透镜L21上设置远近不同的区域55和56，通过使透镜L15-2和透镜L21同步地旋转，来进一步提高近距离的调焦性能和中远距离的调焦性能。
在图15中示出了光学***的其它不同的例子。该光学***1b的基本结构与上述的光学***1是共同的。该光学***1b包括：第一调焦单元51，其用于使第二子***SS2的透镜L21和L22沿着光轴7移动以进行调焦；以及第二调焦单元52，其用于使第一子***SS1的透镜L16以透镜L16的光轴(中心轴)7为旋转轴进行旋转，来在近距离用的区域与中远距离用的区域之间进行切换。光学***1b的第二子***SS2的透镜L21不被进行旋转驱动，两侧的面S15和S16分别被固定为光学***1的近距离用的非球面A。
光学***1b的透镜数据除了透镜L21的两侧的面S15和S16分别被固定为近距离用的非球面A以及透镜L16的缩小侧的面S13如图16所示那样为包括功能不同的三个区域的自由曲面以外，其它与光学***1是共同的。在图17中示出面S13的自由曲面系数。
如图15所示，透镜L16是配置于第一子***SS1的最靠放大侧的位置的透镜，是与第一中间像IM1的缩小侧相邻的透镜。第一中间像IM1被形成于光轴7的上侧。因此，如图16的(a)和(b)所示，在透镜L16处，光束6偏离地通过面S13中包含(跨越)光轴7且上侧的偏心的区域。面S13包括包含光轴7的中央的远近共用的区域57、配置于其外侧的近距离用的区域55以及配置于夹着远近共用的区域57而与近距离用的区域55相反的一侧的中远距离用的区域56。当使透镜L16旋转来将近距离用的区域55设置于上侧时，光束6通过近距离用的区域55和远近共用的区域57。当使透镜L16旋转180度来将中远距离用的区域56设置于上侧时，光束6通过中远距离用的区域56和远近共用的区域57。
在图18中示出了被成像到屏幕9上的像的点的会聚状态。图18的(a)示出了使用近距离用的区域55和远近共用的区域57、将屏幕9与反射镜M1的距离设置为近距离(450mm)、中距离(750mm)以及远距离(1000mm)并通过第一调焦单元51使透镜L21和L22前后移动来调整焦点的状态。图18的(b)示出了使用中远距离的区域56和远近共用的区域57、将屏幕9与反射镜M1的距离设置为近距离、中距离以及远距离并通过第一调焦单元51使透镜L21和L22来调整焦点的状态。
将这些图进行比较可知，通过使用中远距离的区域56和远近共用的区域57，大幅地改善了中距离和远距离的调焦性能，通过使用近距离的区域55和远近共用的区域57，大幅地改善了近距离的调焦性能。
与透镜L15同样地，光束6在透镜L16中也通过包含(跨越)光轴7的偏心的区域(范围)，但是相对于透镜L15，光束6通过透镜L16的更加偏离的区域(范围)。因此，相对于包含光轴7的远近共用的区域57的面积，能够将近距离用的区域55和中远距离用的区域56的面积确保得较广，能够进行更适当的像差校正以向各个距离调焦。另外，透镜L16是在调焦时不沿着光轴7前后移动的透镜，能够使为了切换远近而使透镜L16旋转的机构(第二调焦单元)52的结构简单。
由于在一个透镜上设置光学功能不同的多个区域，因此期望透镜的一个面的面积SA0中的被光束偏离地通过的面积SA1的比率满足以下的条件(1)。此外，光束偏离地通过的面积是指以偏离光轴的状态向透镜的一个面通过的光束入射到透镜的一个面时的、面上的光束的面积。
0.25≤SA1/SA0≤0.7…(1)
如果该比小于0.25，则导致透镜的使用效率显著地降低。另外，如果该比超过0.7，则设置不同的光学特性的面积过少，难以针对校正光束6的能力设置差异。更期望该条件的下限为0.3，更期望上限为0.6，优选为0.5。
在图19中示出了透镜L15、L16以及L21的各面的透镜面积(SA0)、光路面积(SA1)以及比(SA1/SA0)。透镜L21是图1所示的光学***1中以光轴7为旋转轴进行了旋转的透镜，透镜L16是图10所示的光学***1a中以光轴7为旋转轴进行了旋转的透镜，透镜L15是与图15所示的光学***1b中以光轴7为旋转轴进行了旋转的透镜对应的透镜。无论在哪个透镜中，光路面积(SA1)与透镜面积(SA0)之比都满足上述的条件(1)。
在图20中示出包括本发明所涉及的光学***的一例的摄像装置的一例的概要结构。摄像装置的一例是摄像机，可以是通用的摄像机，也可以是监视用的摄像机、电影拍摄用等专用于特殊目的的摄像机。另外，摄像装置也可以是嵌入于监视***、警报***、信息处理装置、移动终端等的摄像装置、或者是嵌入有那些功能的摄像装置。该摄像装置101包括摄像用的光学***110和单元(摄像单元)120，该单元(摄像单元)120配置于缩小侧，用于拍摄由光学***110中所包括的成像光学系111成像的图像。摄像单元120的一例是包括CCD、CMOS等摄像元件的单元。摄像单元120不限于可见光，也可以是能够拍摄由近红外光、红外光等形成的图像的单元。
成像光学系111包括：第一子***SS11，其包括一个或多个透镜，将从放大侧(物镜侧)入射的光在缩小侧(摄像侧)成像为第一中间像IM1；以及第二子***SS12，其包括一个或多个透镜，将第一中间像IM1在缩小侧的摄像单元120上成像为最终像。这些第一子***SS11和第二子***SS12也可以包括没有焦度、或具备焦度的反射面。在日本专利公开公报2015-179270中公开了形成中间像的类型的摄像透镜***的一例。
本例的第二子***SS12包括：透镜L201，其配置于第一中间像IM1的旁边，在调焦时由调焦单元152驱动透镜L201使其以光轴7为中心进行旋转；以及摄像侧的透镜组SS202，其配置在透镜L201的缩小侧(摄像侧)。摄像侧的光学***(透镜组)SS202包括一个或多个透镜，可以为了进行缩放(变焦)而包括沿着光轴7配置的多个透镜。透镜L201是焦点调整用透镜。
透镜L201是第二子***SS12的配置于最靠放大侧的的位置的透镜，是在由第一子***SS1成像的第一中间像IM1的缩小侧与中间像IM1相邻地配置的透镜。第一中间像IM1能够相对于光轴7成像在一侧。例如，在对在放大侧(物镜侧)以光轴7为中心的上下侧中的一侧(一个高视角侧)的区域(图像、画面、对象物)进行拍摄那样的摄像装置中，能够将第一中间像IM1成像于光轴7的一侧、例如仅成像于下侧。在该情况下，第一中间像IM1不跨越光轴7，被形成于偏离了光轴7的位置。因而，用于在缩小侧成像的光束108不跨越透镜L201的两个面的光轴7、或者即使光束108跨越光轴7，也偏离地通过相对于光轴7偏心的区域。因此，与上述的光学***1的透镜L21同样地，通过作为驱动单元的调焦单元152使透镜L201旋转，能够设定成光束通过两个面的不同的区域。
例如在摄像侧的透镜组SS202包括变焦功能的情况下，能够将透镜L201的一方的区域作为能够得到适合于远摄侧的摄像的焦点的区域使用，能够将透镜L201的另一方的区域作为能够得到适合于广角侧的摄像的焦点的区域使用。另外，在光学***110用于监视摄像机的情况下，能够将透镜L201的一方的区域作为能够得到适合于拍摄可见光的图像的焦点的区域使用，能够将透镜L201的另一方的区域作为能够得到适合于拍摄近红外光、或包含可见光和近红外光的图像的焦点的区域使用。
上述所公开的光学***是包括使光相对于光轴倾斜地入射或射出的设计的透镜的光学***的一例，光学***也可以是不包括反射镜的光学***，还可以是不包括中间像的光学***。本发明能够应用于被设计成使通过光学***内部的光束(光路)通过偏离了光轴的位置(偏向一侧的位置)的光学***，构成光学***的透镜个数也可以是一个。在包括多个透镜的光学***、特别是广角的透镜***中，大多采用被称为反远距的非对称的配置(构造)。另外，在超短焦点的光学***中大多使用反射镜，非对称性容易变大。并且，使成为光阀的显示器(图像单元)相对于光轴7偏移来向透镜进行斜入射的光学***也较多。进行梯形校正的投影仪用的光学***由于通过光学***内的光束呈梯形或接近梯形的形状的部分多，从而也易于应用本发明。
关于那样的光学***的配置于被光束通过偏离的位置的位置处的透镜，透镜的一部分被用于成像，其它部分(其它的区域)不被用于成像。在该透镜的不被用于成像的部分设置光学特性不同的多个区域，通过使透镜旋转，能够切换光束要通过的偏心的区域的光学特性。在上述中，关注于调焦，而在一个透镜上设置了分辨率性能(SPOT DIAGRAM(点列图)·MTF(调制传递函数))不同的重视在近距离处聚光的性能的区域以及重视在中远距离处聚光的性能的区域这两个区域，但是也可以分为近中距离用的区域和远距离用的区域，还能够设置近距离用、远距离用以及中距离用的三个区域并进行切换。另外，在上述的例子中，通过切换透镜的特性，扩大了能够调焦的范围，但是也能够通过切换透镜的特性来缩短沿着光轴移动的透镜的移动距离、或者抑制移动的透镜的个数、或者针对聚焦凸轮的设计赋予自由度。
另外，通过在透镜上设置光学性能不同的多个区域并进行切换，还能够改变一个透镜的波长特性。例如，在监视用途的光学***中，也可以将***内的一个或多个透镜分为重视可见光的像差校正的区域和重视近红外光的像差校正的区域并切换着使用。另外，也可以设置具备抑制画面畸变形状的距离变动那样的光学特性的多个区域。
并且，一个光学***中所包括的具备多个不同的光学特性的透镜的个数不限于一个，也可以是多个，光学***内的位置可以是最靠广角侧，也可以是最靠缩小侧，还可以是中间的任意位置。例如，在广角的投射光学***的透镜***的最靠广角侧(最靠屏幕侧)的透镜上设置特性不同的多个区域，能够改变焦距、或改变投射的图像的大小。另外，通过根据用途等来使各自具备光学特性不同的多个区域的多个透镜旋转，能够提供一种光学***，该光学***是一个光学***且具备各种光学特性。这样的光学***可以是通用性高的光学***，也可以是在特定的条件下被要求特定的光学性能的光学***，还可以是对于应用程序的要求而能够在用户侧对光学性能或特性进行控制那样的光学***。

Claims (18)

1.一种光学***，具有至少一个透镜，
所述至少一个透镜包括第一透镜，用于成像的光束偏离所述第一透镜的光轴地通过所述第一透镜的相对于所述光轴偏心的区域，
所述第一透镜的至少一个面包括光学特性不同的多个区域，所述多个区域是通过使该第一透镜以所述光轴为旋转轴进行旋转来进行切换的。
2.根据权利要求1所述的光学***，其特征在于，
具有沿着共同的所述光轴配置的多个透镜，所述多个透镜包括所述第一透镜。
3.根据权利要求1或2所述的光学***，其特征在于，
所述多个区域包括用于使像成像于近距离处的第一区域和用于使像成像于远距离处的第二区域。
4.根据权利要求3所述的光学***，其特征在于，
所述第一透镜是为了调整焦点而沿着所述光轴移动的焦点调整用透镜中的至少一个透镜。
5.根据权利要求3所述的光学***，其特征在于，
所述第一透镜不是为了调整焦点而沿着所述光轴移动的透镜。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述至少一个面包括旋转非对称的区域。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述多个区域包括曲率半径相同的非球面。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述至少一个面包括自由曲面。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述多个区域为不跨越所述光轴的区域。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述至少一个面包括共用区域，所述共用区域跨越所述光轴，且所述光束通过所述多个区域中的任一个区域的同时通过所述共用区域。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述至少一个面在所述光轴周围包括为了使像成像于近距离处和远距离处而共同使用的第三区域。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述至少一个面的面积SA0中的被所述光束偏离地通过的面积SA1的比率满足以下的条件，
0.25≤SA1/SAO≤0.7。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的光学***，其特征在于，
所述第一透镜的另一个面为平面。
14.根据权利要求2所述的光学***，其特征在于，
所述多个透镜包括用于形成第一中间像的第一子***。
15.根据权利要求14所述的光学***，其特征在于，
所述多个透镜还包括用于将所述第一中间像成像为第二中间像的第二子***，并且
所述光学***具有用于将所述第二中间像成像为最终像的第二光学***。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的光学***，其特征在于，
具有用于驱动所述第一透镜使其旋转的驱动单元。
17.一种投影仪，具有：
根据权利要求1至16中的任一项所述的光学***；以及
图像单元，其输出由所述光学***投影的图像。
18.一种摄像装置，具有：
根据权利要求1至16中的任一项所述的光学***；以及
对由所述光学***成像的图像进行拍摄的单元。
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