JP2006098995A - 光学ユニット、カメラ及び光学機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ズームレンズユニット2の光学素子群は、光学特性を調整可能な可変焦点レンズ3a,3bを複数有する。このズームレンズユニット2を備えるカメラ1は、ズームレンズユニット2についての複数の可変設計パラメータの何れかを有するパラメータ群に関する複数の擬似化設計データ66fを記憶するプログラムメモリ66と、複数の擬似化設計データ66fの何れか1つを指示する指示情報が操作者から入力される操作部4と、前記指示情報で指示された擬似化データ66fに基づいて可変設計パラメータを制御する制御装置5とを備える。
【選択図】図2
Description
光学特性を調整可能な特性可変レンズを複数有する光学素子群と、
前記光学素子群についての複数の可変設計パラメータの何れかを有するパラメータ群に関する複数の制御情報を記憶する記憶部と、
前記複数の制御情報の何れか1つを指示する指示情報が操作者から入力される操作部と、
前記指示情報で指示された前記制御情報に基づいて前記可変設計パラメータを制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
また、光学素子群についての可変設計パラメータとは、例えば、特性可変レンズの光学特性や、光学素子群を構成する各光学素子の位置などである。
また、パラメータ群に関する制御情報とは、例えば複数の可変設計パラメータの値同士を対応付けたテーブルや、可変設計パラメータ同士の関係を示すプログラムなどである。
また、可変設計パラメータのパラメータ群に関する複数の制御情報が記憶部に記憶され、操作部を介して記憶部中の制御情報についての指示を入力することができるので、記憶部中の制御情報に基づいて、各可変設計パラメータの値を所定の状態にすることができる。従って、従来と異なり、操作者は高度な専門知識や豊富な経験の有無に関わらず、光学ユニットについて所望の光学特性を容易に得ることができる。
前記パラメータ群は、前記複数の可変設計パラメータのうち、少なくとも1つの可変設計パラメータを除いた残りの可変設計パラメータを有し、
前記光学素子群は、前記1つの可変設計パラメータの調整によって合焦位置を調整する固定焦点のレンズユニットとして機能することを特徴とする。
前記パラメータ群は、前記複数の可変設計パラメータのうち、少なくとも2つの可変設計パラメータを除いた残りの可変設計パラメータを有し、
前記光学素子群は、前記2つの可変設計パラメータの調整によって合焦位置及び焦点距離を調整するズームレンズユニットとして機能することを特徴とする。
前記記憶部中の前記制御情報は、既存の光学素子群の光学特性に対応しており、
この制御装置により前記可変設計パラメータの制御された場合における前記光学素子群の光学特性は、既存の光学素子群の光学特性と等しいことを特徴とする。
また、光学素子群の光学特性とは、例えば焦点距離や収差特性、スポットダイアグラム、MTF特性などである。この光学特性は、一義的な特性であっても良いし可変域を有する特性であっても良い。
前記記憶部中の前記制御情報の内容を表示する表示部を備え、
この表示部は、前記制御情報の内容として、前記既存の光学素子群の名称と、前記既存の光学素子群を備える光学機器の名称との何れか一方を表示することを特徴とする。
前記記憶部中の前記制御情報の内容を表示する表示部を備え、
この表示部は、前記制御情報の内容として、前記可変設計パラメータの値を表示することを特徴とする。
前記記憶部中の前記制御情報の内容を表示する表示部を備え、
この表示部は、前記制御情報の内容として、前記既存の光学素子群の外観図、設計図または光跡図を表示することを特徴とする。
前記操作部には、前記光学素子群についての所望の光学特性に関する光学特性情報が入力され、
前記制御装置は、前記光学特性情報に基づいて、前記光学素子群の光学特性を前記所望の光学特性に近づけるよう前記制御情報を補正することを特徴とする。
前記光学素子群の光学特性は、当該光学素子群の収差特性と、スポットダイアグラム特性と、MTF特性と、焦点距離と、フォーカス位置との何れかについての値または範囲であることを特徴とする。
前記記憶部と外部機器との間で少なくとも前記制御情報についての情報の送受信を行う情報通信部を備えることを特徴とする。
前記制御装置は、前記光学素子群における光路をシミュレーション演算によって求めることを特徴とする。
前記表示部は、前記光学素子群の設計図と前記光路とを合わせて表示することを特徴とする。
前記制御装置は、前記光学素子群における収差をシミュレーション演算によって求めることを特徴とする。
前記表示部は、収差曲線を表示することを特徴とする。
前記制御装置は、前記光学素子群によるスポットダイアグラムをシミュレーション演算によって求めることを特徴とする。
前記制御装置は、前記光学素子群のOTF特性またはMTF特性をシミュレーション演算によって求めることを特徴とする。
前記特性可変レンズは、
2枚の透明板と、
前記透明板の間に介在した、屈折率の異なる2種の流体とを備え、
前記2種の流体間の界面を光学面として機能させるものであり、
前記制御装置は、
前記光学面の形状を変化させることにより、前記特性可変レンズの光学特性を制御することを特徴とする。
前記特性可変レンズは、略水平に配設されていることを特徴とする。
請求項18記載の発明によれば、可変焦点光学素子が略水平に配設されているので、可変焦点光学素子中の流体を安定な状態に維持することができる。従って、振動や重力、加速度などの影響によって流体が流動したり、前記光学面が変形したりするのを防止することができる。また、可変焦点光学素子が縦に配設された場合と比較して、前記光学面の面積が広くなる、つまり、可変焦点光学素子のFナンバーが小さくなるため、像の明るさを向上させることができる。
前記光学素子群は、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを前記複数の可変焦点光学素子の上方に備えることを特徴とする。
請求項1〜19の何れか一項に記載の光学ユニットと、
前記光学ユニットの前記光学素子群による被写体像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする。
請求項1〜19の何れか一項に記載の光学ユニットを備えることを特徴とする。
請求項18記載の発明によれば、請求項17記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、振動や重力、加速度などの影響によって流体が流動したり、前記光学面が変形したりするのを防止することができる。
図1(a)は、本発明に係るカメラ1の外観を示す図である。
この図に示すように、カメラ1は、いわゆるコンパクトカメラであり、筐体10の前面にストロボ11、ファインダー12、撮影用受光窓13及び測光・測距センサ14(図2参照)を備えている。
1/fTb=(nTb‐1)(1/RTb1‐1/RTb2)+(nTb‐1)2・dLTb/(nTb・RTb1・RTb2)…(2)
これら液体31a,31bは、互いに混合せずにこの順で上下に分離した状態となっており、かつ、屈折率が異なっている。そのため、液体31a,31bの間には、これら液体間の界面により光学面Sが形成されている。
また、液体31a,31bの一方は非導電性、他方は導電性の液体である。
また、表1中、水溶液の溶質としては、無機物でも良いし、有機物でも良い。溶解される無機物としては、例えば、塩化カリウム(KCl)や塩化ナトリウム(NaCl)、塩化バリウム(BaCl2)、ヘキサシアノ鉄(III)カリウム(K3[Fe(Cl6)])、ヘキサシアノ鉄(II)カリウム(K4[Fe(Cl6)])、チオシアン酸カリウム(KCNS)等の無機塩類がある。また、有機物としては、例えばアルコールやアミノ酸、各種の界面活性剤などがある。ここで、図4(a)〜(d)に示すように、水溶液の界面張力(表面張力)は濃度に応じて変化する。そのため、水溶液の濃度は、光学面Sの曲率が所定の範囲内となるように設定されることが好ましい。
1/fEb=(nEb‐1)(1/REb1‐1/REb2)+(nEb‐1)2・dLEb/(nEb・REb1・REb2)…(4)
但し、式(3)中、「REa1」,「REa2」は液体31aの上下面の曲率半径、「nEa」は液体31aの屈折率、「dLEa」は光軸上における液体31aの厚さである。同様に、式(4)中、「REb1」,「REb2」は液体31bの上下面の曲率半径、「nEb」は液体31bの屈折率、「dLEb」は光軸上における液体31bの厚さである。
θ=2tan-1(h/r) …(5)
R=r/sinθ …(6)
この電極部32は、図3(c)に示すように、絶縁層33及び電極34a,34bを備えており、透明板30a,30bと一体となって液体31a,31bを内部に封入している。
また、撥水層35の代わりにポリビニルアルコール等の水溶性樹脂や、「SCフィルム」(商品名:関西ペイント株式会社製)等の親水性フィルム等を設けることによって、液体31a,31bの界面張力を調整することとしても良い。ここで、SCフィルムとは、ポリエチレンテレフタレートのフィルムに親水性クリヤーを塗装したものである。
γEaTb=γEbTb+γEaEb・cosθ …(7)
fa=fa1×fa2/(fa1+fa2) …(8)
fb=fb1×fb2/(fb1+fb2) …(9)
但し、下記の式(10),(11)に示すように、fa1,fb1は、透明板30a及び液体31aの部分の焦点距離であり、fa2,fb2は透明板30b及び液体31bの部分の焦点距離である。
fa1,fb1=fTa×fEa/(fTa+fEa) …(10)
fa2,fb2=fTb×fEb/(fTb+fEb) …(11)
また、可変焦点レンズ3a,3bは界面静電現象によって焦点距離を変化させることとして説明したが、他の原理や現象によって変化させることとしても良い。
cosθ(V)=cosθ(0)+(1/2)×(Cd/γLG)×V2 …(12)
(但し、Cd:電気二重層容量[μF/cm2]、γLG:気相−液相間の表面張力[N/m])
C=2γ/ΔF(=2γ/Δρgh) …(13)
h=2γcosθ/Δρrg …(14)
剛体レンズ21の下方には、シャッター23及び撮像素子24が配設されている。シャッター23は、後述のシャッターボタン41(図1参照)が押されると開状態となり、ズームレンズユニット2からの光を所定の時間だけ撮像素子24に当てるようになっている。撮像素子24は、例えばCCD等、受光量に応じてアナログ信号を生じるものである。
表示部16は、表示駆動部160(図2参照)によって駆動されて撮影画像や、操作者への操作案内などを表示するものである。この表示部16には、ズームレンズユニット2の設計パラメータの値や、ズームレンズユニット2の光学特性についてのシミュレーション演算の結果などが表示されるようになっている。
操作部4は、操作者から操作指示が入力される複数のキーを備えており、本実施の形態においては、図1(a),(b)に示すように、電源のオン/オフを切り換えるための電源スイッチ40、シャッター23の開閉を指示するシャッターボタン41、各モードにおいて決定を指示する決定キー42、上下左右方向に選択操作を行うためのカーソルキー43、数値を入力するためのテンキー44、ズーム操作を指示するズームキー(図示せず)等を備えている。
制御装置5は、演算処理部50と撮影制御部51とを備えている。
絞り駆動部61は、絞り22の絞り量を調整するものである。
シャッター駆動部62は、操作部4のシャッターボタン41から送信される信号に基づいてシャッター23の開閉を制御するものである。
ストロボ駆動部64は、ストロボ11を駆動して閃光を照射させるものである。
また、標準設計データ66aとは、製造メーカ等によって作成されたデフォルトの設計データであり、カスタム設計データ66bとは、操作者によって作成された設計データである。
電源制御部71は、電池71aから制御装置5に電力を供給するものである。
まず、図10に示すように、カメラ1の電源がオンになると、制御装置5は初期設定を行った後、プログラムメモリ66や前記外部機器から標準設計データ66a、カスタム設計データ66b、擬似化設計データ66f,標準制御プログラム66c,カスタム制御プログラム66d及び擬似化制御プログラム66gを読み出す。次に、制御装置5は、読み出した設計データ及び制御プログラムの内容またはファイル名を、例えば図11(a)〜(c)のような順序の操作案内によって表示部16に表示させる(ステップS1)。ここで、図11(c)に示すように、表示部16には擬似化設計データ66f及び擬似化制御プログラム66gの内容として既存のカメラや既存のズームレンズユニットの名称が表示されるので、これら擬似化設計データ66f及び擬似化制御プログラム66gの内容は容易かつ正確に把握可能となる。
具体的には、図14に示すように、演算処理部50は、カスタム設計データを新たに設計するか否かについての選択指示を表示部16に表示させ、新規設計が選択されたか否かを判別する(ステップT1)。
h'j=hj+1=hj−α'j・dj/n’j …(21)
s’k=BF=hk/u’k …(23)
f’=h1/u’k …(24)
但し、式(23)中、「BF」はズームレンズユニット2のバックフォーカスである。
sj+1=s'j−dj …(26)
h’j *=hj+1 *=hj *−α’j・dj/n’j …(28)
s'j *=hj */u'j *=hj *・n'j/α'j * …(29)
sj+1 *=s'j *−dj …(30)
IIj=Jj・Ij …(32)
IIIj=Jj・IIj …(33)
IVj=IIIj+Pj …(34)
Vj= Jj・IVj …(35)
Pj=-(1/rj)・Δ(1/nj) …(36)
b)に示すように、各面の収差係数をそれぞれ総和して各収差係数のザイデル和I〜V,Pを求める(ステップU26)。また、演算処理部50は、以下の式(37),(38)等から軸上色収差ΔS’及び倍率色収差ΔY’を求める。但し、式中、「νj」はAbb
e数(=(nd−1)/(nF−nc))であり、「nc」,「nd」,「nF」はC線、d線、F線の波長における屈折率である。
ΔY’=−(1/α’k)・Σhj 2・qj/(νj・fj) …(38)
+(3III+P)・(n1・tanω)2・h・cosΦ−V・(n1・tanω)3] …(39)
Δx=−(1/2α'k)[I・h3sinΦ−II・(n1・tanω)h2・sin2Φ)
+(III+P)・(n1・tanω)2・h・sinΦ] …(40)
次に、演算処理部50は、前記ステップU32,ステップU33で設定したys及びNの値からdy=ys/Nを算出するとともに、変数yを0に設定する(ステップU38)。
Wzj=(zj-1−dj-1)+pj-1Nj-1 …(42)
Mj 2=−[x2 j-1+y2 j-1+(zj-1−dj-1)2−pj-1 2] …(43)
qj-1=pj-1+(cMj-1 2−2Wxj)/Nj-1[1+{1−(cj/Nj-1 2)(cjMj-1 2−2Wxj)}1/2] …(44)
Tj-1+pj-1Qj-1=dj-1・k+Wj …(45)
Wj+(qj-1−pj-1)・Qj-1=Tj …(46)
Tj+r・Ej=r・k …(47)
nj・(Ej×Qj)=nj+1・(Ej×Qj+1) …(48)
yj=yj-1+q j-1M j-1 …(50)
zj=(zj-1−dj-1)+q j-1N j-1 …(51)
Mj=(n/n’)・M+g・ey …(53)
Nj=(n/n’)・N+g・ez …(54)
(n/n’)=(nλ/n’λ)=(n’(j-1)λ/n’jλ) …(56)
ξ'j=[1−(n/n’)2・(1−ξj 2)]1/2 …(57)
gj=ξ'j−(n/n’)・ξj …(58)
せる(ステップU46)。
|Rs(u)|=(1/N)Σicos(2πu・Δxi) …(60)
但し、式中、Δxi,Δyiはスポット座標であり、A(u),B(u)は、A(u)
=(1/N)Σicos(2πu・Δyi),B(u)=(1/N)Σisin(2πu・Δy
i)で示される値である。
Cm=∫I(x)exp(i・2π・mu0x)dx、 ・・・・(62)
一方、ステップT13において記憶させる選択がされた場合(ステップT13;Yes)には、制御装置5は、設計データにファイル名を付けてプログラムメモリ66に記憶させ(ステップT14)、レンズユニット設計モード処理を終了する。このとき、上述のステップT6,T8,T10,T12でシミュレーション演算を行っている場合には、制御装置5は、シミュレーション演算の結果も併せてプログラムメモリ66に記憶させる。
(ステップS28)。そして、この状態において、操作者からの指示に応じて撮影を行い、カスタム撮影モードを終了する。
次に、演算処理部50が温度センサ15による測定温度や、測光・測距センサ14による測定光量及び被写体距離、撮像素子からの電気信号から算出されるコントラストなどに基づいて、可変焦点レンズ3a,3bへの印加電圧の補正量を計算し、この補正量に基づいて撮影制御部51が可変焦点レンズ3a,3bに電圧を印加する。また、撮影制御部51は、操作部4からの指示信号などに基づいてストロボ11に対してホワイトバランス(WB)処理を行う(ステップS32)。
このステップS34においてシャッターボタン41が押された場合(ステップS34;Yes)には、制御装置5はシャッター駆動部62やストロボ11などを制御して被写体画像を撮影する(ステップS35)。撮影を行ったら、制御装置5は画像データを圧縮解凍部70に圧縮符号化させた後、可変焦点レンズ3a,3bの焦点距離や倍率などとともに内部メモリ68に記憶させる(ステップS36)。そして、操作部からの信号に基づいて処理を行った後、標準撮影モードを終了する。
そして、制御装置5は、カメラ1の各部の機能や設定条件などを設定して(ステップT23)、プログラム設定モード処理を終了する。
次に、本発明の実施の形態の変形例について説明する。なお、上記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
具体的には、まず演算処理部50Aは、図31(a)〜(c)に示すような操作案内を表示部16に表示させることによって操作者に設計データを選択させ、選択された標準設計データ66a、カスタム設計データ66bまたは擬似化設計データ66fをプログラムメモリ66から読み込む(ステップT50)。なお、図31(a)〜(c)では、カスタム設計データ66bのうち「カスタム2」のファイル名の設計データが読み込まれている。
次に、演算処理部50Aは、前記ステップT6,T8,T10と同様にして光線追跡,収差測定,スポットダイアグラム測定のシミュレーション演算を行い、図31(d)に示すように、シミュレーション演算の結果を表示部16に表示させる(ステップT52〜T54)。なお、このとき、演算処理部50Aは、MTF特性など、他の光学特性の測定のシミュレーション演算を行い、そのシミュレーション演算の結果を表示させることとしても良い。
2 ズームレンズユニット(光学ユニット)
3a〜3h 可変焦点レンズ(特性可変レンズ)
5 制御装置
4 操作部
16 表示部
20 プリズム
21 剛体レンズ
24 撮像素子
30a,30b 透明板
31a,31b 液体
65 画像信号処理部
66 プログラムメモリ(記憶部)
72 情報通信部
S 光学面
Claims (21)
- 光学特性を調整可能な特性可変レンズを複数有する光学素子群と、
前記光学素子群についての複数の可変設計パラメータの何れかを有するパラメータ群に関する複数の制御情報を記憶する記憶部と、
前記複数の制御情報の何れか1つを指示する指示情報が操作者から入力される操作部と、
前記指示情報で指示された前記制御情報に基づいて前記可変設計パラメータを制御する制御装置とを備えることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1記載の光学ユニットにおいて、
前記パラメータ群は、前記複数の可変設計パラメータのうち、少なくとも1つの可変設計パラメータを除いた残りの可変設計パラメータを有し、
前記光学素子群は、前記1つの可変設計パラメータの調整によって合焦位置を調整する固定焦点のレンズユニットとして機能することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1記載の光学ユニットにおいて、
前記パラメータ群は、前記複数の可変設計パラメータのうち、少なくとも2つの可変設計パラメータを除いた残りの可変設計パラメータを有し、
前記光学素子群は、前記2つの可変設計パラメータの調整によって合焦位置及び焦点距離を調整するズームレンズユニットとして機能することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記記憶部中の前記制御情報は、既存の光学素子群の光学特性に対応しており、
この制御装置により前記可変設計パラメータの制御された場合における前記光学素子群の光学特性は、既存の光学素子群の光学特性と等しいことを特徴とする光学ユニット。 - 請求項4記載の光学ユニットにおいて、
前記記憶部中の前記制御情報の内容を表示する表示部を備え、
この表示部は、前記制御情報の内容として、前記既存の光学素子群の名称と、前記既存の光学素子群を備える光学機器の名称との何れか一方を表示することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項4または5記載の光学ユニットにおいて、
前記記憶部中の前記制御情報の内容を表示する表示部を備え、
この表示部は、前記制御情報の内容として、前記可変設計パラメータの値を表示することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項4〜6の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記記憶部中の前記制御情報の内容を表示する表示部を備え、
この表示部は、前記制御情報の内容として、前記既存の光学素子群の外観図、設計図または光跡図を表示することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜7の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記操作部には、前記光学素子群についての所望の光学特性に関する光学特性情報が入力され、
前記制御装置は、前記光学特性情報に基づいて、前記光学素子群の光学特性を前記所望の光学特性に近づけるよう前記制御情報を補正することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項4〜8の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記光学素子群の光学特性は、当該光学素子群の収差特性と、スポットダイアグラム特性と、MTF特性と、焦点距離と、フォーカス位置との何れかについての値または範囲であることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜9の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記記憶部と外部機器との間で少なくとも前記制御情報についての情報の送受信を行う情報通信部を備えることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜10の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群における光路をシミュレーション演算によって求めることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項11記載の光学ユニットにおいて、
前記表示部は、前記光学素子群の設計図と前記光路とを合わせて表示することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜12の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群における収差をシミュレーション演算によって求めることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項13記載の光学ユニットにおいて、
前記表示部は、収差曲線を表示することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜14の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群によるスポットダイアグラムをシミュレーション演算によって求めることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜15の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記制御装置は、前記光学素子群のOTF特性またはMTF特性をシミュレーション演算によって求めることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜16の何れか一項に記載の光学ユニットにおいて、
前記特性可変レンズは、
2枚の透明板と、
前記透明板の間に介在した、屈折率の異なる2種の流体とを備え、
前記2種の流体間の界面を光学面として機能させるものであり、
前記制御装置は、
前記光学面の形状を変化させることにより、前記特性可変レンズの光学特性を制御することを特徴とする光学ユニット。 - 請求項17記載の光学ユニットにおいて、
前記特性可変レンズは、略水平に配設されていることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項18記載の光学ユニットにおいて、
前記光学素子群は、入射光を下方に案内するプリズムまたはミラーを前記複数の可変焦点光学素子の上方に備えることを特徴とする光学ユニット。 - 請求項1〜19の何れか一項に記載の光学ユニットと、
前記光学ユニットの前記光学素子群による被写体像を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とするカメラ。 - 請求項1〜19の何れか一項に記載の光学ユニットを備えることを特徴とする光学機器。
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