(57)【要約】【課題】光学装置を小型化すること。【解決手段】光学装置１００は、複数のレンズ要素からなる透過光学系ＯＰＳ１と、透過光学系ＯＰＳ１への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２と、透過光学系ＯＰＳ１への入射光束が第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２を透過して射出される第１の光路１０と、透過光学系ＯＰＳ１への入射光束が第１反射面Ｒ１１で反射され且つ第２反射面Ｒ１２で反射された後に射出される第２の光路２０とで偏光状態を互いに異ならせ、第１の光路１０を通った光束のみを透過する第１状態と第２の光路２０を通った光束のみを透過する第２状態とが切り替え可能に構成された偏光手段と、を備え、第１の光路１０が第１の結像光学系を構成し、第２の光路２０が第２の結像光学系を構成する。【選択図】図１
2014074743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズ要素からなる透過光学系と、
前記透過光学系への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第１反射面および第２反射面と、
前記透過光学系への入射光束が前記第１反射面および前記第２反射面を透過して射出される第１の光路と、前記透過光学系への入射光束が前記第１反射面で反射され且つ前記第２反射面で反射された後に射出される第２の光路とで偏光状態を互いに異ならせ、前記第１の光路を通った光束のみを透過する第１状態と前記第２の光路を通った光束のみを透過する第２状態とが切り替え可能に構成された偏光手段と、
を備え、
前記第１の光路が第１の結像光学系を構成し、前記第２の光路が第２の結像光学系を構成することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学装置において、
前記第２の光路では、前記透過光学系への入射光束が、前記第２反射面を透過した後前記第１反射面で反射され、その後前記第２反射面で反射された後前記第１反射面を透過して射出することを特徴とする光学装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光学装置において、
前記偏光手段は、前記第１反射面よりも内側に配置された第１の偏光板と、前記第２反射面よりも外側に配置された第２の偏光板と、前記第１の偏光板または前記第２の偏光板と前記第１反射面または前記第２反射面との間に配置された第１の１／４波長板と、前記第１反射面と前記第２反射面との間に配置された第２の１／４波長板と、を有し、前記第１の偏光板および前記第２の偏光板において透過させる偏光方向が、前記第１状態のときは互いに直交し、前記第２状態のときは互いに平行であることを特徴とする光学装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学装置において、
前記第１の偏光板または前記第２の偏光板を回転させることにより、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えることを特徴とする光学装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の光学装置において、
前記第１反射面または前記第２反射面と前記第１の偏光板または前記第２の偏光板とは、偏光ビームスプリッタにより一体的に構成されていることを特徴とする光学装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１の結像光学系は、表示素子からの光束が入射して投影面に像を形成する、プロジェクタ用の結像光学系であり、前記第２の結像光学系は、他方が、被写体からの光束が入射して撮像素子の撮像面に像を形成する、カメラ用の結像光学系であることを特徴とする光学装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学装置において、
前記表示素子および前記撮像素子は、前記透過光学系に対して、それぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする光学装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光学装置において、
前記撮像素子は、前記表示素子よりも前記透過光学系側に配置され、前記第１の結像光学系を利用する場合には、前記透過光学系の光路外に退避され、前記第２の結像光学系を利用する場合には、前記透過光学系の光路中に配置されることを特徴とする光学装置。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系は、それぞれ、被写体からの光束が入射して撮像素子の撮像面に像を形成する、カメラ用の結像光学系であり、互いに異なる焦点距離を有することを特徴とする光学装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学装置において、
前記第１の結像光学系および前記第２の結像光学系は、互いに結像位置が同一であることを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学装置において、
前記第１反射面および前記第２反射面の少なくとも一方は、略平面であることを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投射機能付きカメラが提案されている（特許文献１参照）。このカメラは、カメラ機能のための撮像光学系と投射機能のための投影光学系とを別個に有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００８／１３９９６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のように、機能の異なる２つの結像光学系を別個に設けると、装置が大型化するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による光学装置は、複数のレンズ要素からなる透過光学系と、透過光学系への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第１反射面および第２反射面と、透過光学系への入射光束が第１反射面および第２反射面を透過して射出される第１の光路と、透過光学系への入射光束が第１反射面で反射され且つ第２反射面で反射された後に射出される第２の光路とで偏光状態を互いに異ならせ、第１の光路を通った光束のみを透過する第１状態と第２の光路を通った光束のみを透過する第２状態とが切り替え可能に構成された偏光手段と、を備え、第１の光路が第１の結像光学系を構成し、第２の光路が第２の結像光学系を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光学装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る偏光部の構成例を説明する図である。
【図３】第１の実施の形態に係る偏光部の構成例を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態に係る第１実施例の構成を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態に係る第１実施例において、プロジェクタ光学系の光路を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係る第１実施例において、カメラ光学系の光路を示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る偏光部の構成例を説明する図である。
【図９】第２の実施の形態に係る偏光部の構成例を説明する図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る第２実施例の構成を説明する図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る第２実施例において、第１のカメラ光学系の光路を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る第２実施例において、第２のカメラ光学系の光路を示す図である。
【図１３】第２の実施の形態に係る第３実施例の構成を説明する図である。
【図１４】第２の実施の形態に係る第３実施例において、第１のカメラ光学系の光路を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る第３実施例において、第２のカメラ光学系の光路を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る第４実施例の構成を説明する図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る第４実施例において、第１のカメラ光学系の光路を示す図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る第４実施例において、第２のカメラ光学系の光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
−第１の実施の形態−
図面を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る光学装置１００の構成を概略的に示す図である。この光学装置１００は、複数のレンズ要素からなる透過光学系ＯＰＳ１を有する。光学装置１００は、透過光学系ＯＰＳ１の各レンズの位置および間隔を変更せずに光路を切り替えるだけで、プロジェクタ機能用の結像光学系（以下、プロジェクタ光学系と呼ぶ）と、カメラ機能用の結像光学系（以下、カメラ光学系と呼ぶ）との両方を実現することができるように構成されている。光学装置１００は、例えばプロジェクタ機能付きのデジタルカメラなど、プロジェクタ機能およびカメラ機能の両方を備える電子機器に用いることができる。
【０００９】
透過光学系ＯＰＳ１内には、光束の一部を透過させると共に一部を反射させる第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２が設けられている。光学装置１００では、図１（ａ）に示す光路１０がプロジェクタ光学系を構成し、図１（ｂ）に示す光路２０がカメラ光学系を構成する。光路１０では、例えば液晶などの表示素子Ｄから射出された光束が、透過光学系ＯＰＳ１に入射して第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２を順に透過して射出され、外部のスクリーン（投影面）上に投影像を形成する。光路２０では、被写体からの光束が、透過光学系ＯＰＳ１に入射して、第２反射面Ｒ１２を透過した後第１反射面Ｒ１１で反射され、その後第２反射面Ｒ１２で反射された後第１反射面Ｒ１１を透過して射出され、例えばＣＭＯＳなどの撮像素子Ｓの撮像面に結像される。なお、光学装置１００において、透過光学系ＯＰＳ１は、光路１０（プロジェクタ光学系）でも、光路２０（カメラ光学系）でも、入射光束に対する収差が良好であるように設計されていることが望ましい。
【００１０】
図２は、光路１０と光路２０を切り替えるための偏光部の構成例を説明する図である。図２の構成では、表示素子Ｄ（または撮像素子Ｓ）側から順に、第１の偏光板５１と、第１の１／４波長板５２と、第１反射面Ｒ１１と、第２の１／４波長板５３と、第２反射面Ｒ１２と、第２の偏光板５４とが配置されている。第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２としては、ハーフミラーをそれぞれ用いる。なお、図２の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路１０で約（０．５）３となり、光路２０で約（０．５）５となっている。
【００１１】
図２（ａ）は、プロジェクタ光学系（光路１０）を利用可能な状態（以下、プロジェクタ状態と呼ぶ）を示し、図２（ｂ）は、カメラ光学系（光路２０）を利用可能な状態（以下、カメラ状態と呼ぶ）を示す。プロジェクタ状態とカメラ状態との切り替えの際、第１の偏光板５１は、９０度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。具体的には、第１の偏光板５１が透過させる偏光方向は、第２の偏光板５４が透過させる偏光方向に対し、プロジェクタ状態の場合には直交し、カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図２では、第１の偏光板５１は、プロジェクタ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、第２の偏光板５４は、プロジェクタ状態かカメラ状態かによらず、紙面平行方向の直線偏光を透過させる例について示している。
【００１２】
図２（ａ）に示すように、プロジェクタ状態の場合、表示素子Ｄからの射出光束が透過光学系ＯＰＳ１に入射する。なお、表示素子Ｄが液晶である場合には、表示素子Ｄからの射出光束は直線偏光である。ここでは、表示素子Ｄからの射出光束が紙面直交方向の直線偏光である場合を一例として説明する。光路１０において、第１の偏光板５１は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Ｄからの射出光束である入射光束は、第１の偏光板５１を透過する。その後、第１の１／４波長板５２を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１を透過し、第２の１／４波長板５３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第２反射面Ｒ１２を透過し、第２の偏光板５４に入射する。第２の偏光板５４は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路１０を通る入射光束は、第２の偏光板５４を透過する。
【００１３】
一方、光路２０において、第１の偏光板５１は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Ｄからの射出光束である入射光束は、第１の偏光板５１を透過する。その後、第１の１／４波長板５２を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１を透過し、第２の１／４波長板５３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第２反射面Ｒ１２で反射され、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１で反射され第２の１／４波長板５３を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、第２反射面Ｒ１２を透過し、第２の偏光板５４に入射する。第２の偏光板５４は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路２０を通る入射光束は、第２の偏光板５４によりブロックされる。
【００１４】
このようにプロジェクタ状態の場合には、第１の偏光板５１を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路２０を通った光束は第２の偏光板５４によりブロックされ、光路１０を通った光束が第２の偏光板５４を透過して外部に射出されるように構成することができる。
【００１５】
一方、図２（ｂ）に示すように、カメラ状態の場合、被写体からの光束が透過光学系ＯＰＳ１に入射する。被写体からの光束は、非偏光光である。光路１０において、第２の偏光板５４は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、第２の偏光板５４を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第２反射面Ｒ１２を透過し、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１を透過し、第１の１／４波長板５２を透過して紙面直交方向の直線偏光となり、第１の偏光板５１に入射する。第１の偏光板５１は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路１０を通る入射光束は、第１の偏光板５１によりブロックされる。
【００１６】
一方、光路２０において、第２の偏光板５４は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、第２の偏光板５４を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第２反射面Ｒ１２を透過し、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１で反射され、第２の１／４波長板５３を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換され、第２反射面Ｒ１２で反射され、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換された後に、第１反射面Ｒ１１を透過し、第１の１／４波長板５２を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第１の偏光板５１に入射する。第１の偏光板５１は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路２０を通る入射光束は第１の偏光板５１を透過する。
【００１７】
このようにカメラ状態の場合には、第１の偏光板５１を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路１０を通った光束は第１の偏光板５１によりブロックされ、光路２０を通った光束が第１の偏光板５１を透過して撮像素子Ｓに結像されるように構成することができる。
【００１８】
また本実施形態では、図３に示すように、図２の第２反射面Ｒ１２および第２の偏光板５４に代わって、これらの機能を併せ持つ、偏光ビームスプリッタ５５を配置するようにしてもよい。すなわち、図３の構成では、表示素子Ｄ（または撮像素子Ｓ）側から順に、第１の偏光板５１と、第１の１／４波長板５２と、第１反射面Ｒ１１と、第２の１／４波長板５３と、偏光ビームスプリッタ５５とが配置されている。偏光ビームスプリッタ５５は、例えばワイヤーグリッド型の偏光分離素子であることが望ましい。なお、図３の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路１０で約（０．５）２となり、光路２０で約（０．５）３となっている。したがって、図３の構成では、図２の構成と比較して光路１０および光路２０における光量を大きくできる。
【００１９】
図３（ａ）は、プロジェクタ状態を示し、図３（ｂ）は、カメラ状態を示す。図２と同様に、プロジェクタ状態とカメラ状態との切り替えの際、第１の偏光板５１は、９０度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。図３の構成では、第１の偏光板５１が透過させる偏光方向は、偏光ビームスプリッタ５５が透過させる偏光方向に対し、プロジェクタ状態の場合には直交し、カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図３では、第１の偏光板５１は、プロジェクタ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、偏光ビームスプリッタ５５は、プロジェクタ状態かカメラ状態かによらず、紙面平行方向の直線偏光を透過させる例について示している。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、プロジェクタ状態の場合、表示素子Ｄからの射出光束が透過光学系ＯＰＳ１に入射する。なお、表示素子Ｄが液晶である場合には、表示素子Ｄからの射出光束は直線偏光である。ここでは、表示素子Ｄからの射出光束が紙面直交方向の直線偏光である場合を一例として説明する。光路１０において、第１の偏光板５１は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Ｄからの射出光束である入射光束は、第１の偏光板５１を透過する。その後、第１の１／４波長板５２を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１を透過し、第２の１／４波長板５３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ５５（第２反射面Ｒ１２）に入射する。偏光ビームスプリッタ５５は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路１０を通る入射光束は、偏光ビームスプリッタ５５を透過する。
【００２１】
一方、光路２０において、第１の偏光板５１は、プロジェクタ状態の場合、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、表示素子Ｄからの射出光束である入射光束は、第１の偏光板５１を透過する。その後、第１の１／４波長板５２を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１を透過し、第２の１／４波長板５３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ５５（第２反射面Ｒ１２）で反射され、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１で反射され第２の１／４波長板５３を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、偏光ビームスプリッタ５５に入射する。偏光ビームスプリッタ５５は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路２０を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ５５によりブロックされる。
【００２２】
このようにプロジェクタ状態の場合には、第１の偏光板５１を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路２０を通った光束は偏光ビームスプリッタ５５によりブロックされ、光路１０を通った光束が偏光ビームスプリッタ５５を透過して外部に射出されるように構成することができる。
【００２３】
図３（ｂ）は、カメラ状態の場合、すなわち、被写体からの光束が透過光学系ＯＰＳ１に入射する場合を示す。被写体からの光束は、非偏光光である。光路１０において、偏光ビームスプリッタ５５は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、偏光ビームスプリッタ５５を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１を透過し、第１の１／４波長板５２を透過して紙面直交方向の直線偏光となり、第１の偏光板５１に入射する。第１の偏光板５１は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路１０を通る入射光束は第１の偏光板５１によりブロックされる。
【００２４】
一方、光路２０において、偏光ビームスプリッタ５５は紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である入射光束は、偏光ビームスプリッタ５５を透過して紙面平行方向の直線偏光となる。その後、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換され、第１反射面Ｒ１１で反射され、第２の１／４波長板５３を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ５５（第２反射面Ｒ１２）で反射され、第２の１／４波長板５３を透過して円偏光に変換された後に、第１反射面Ｒ１１を透過し、第１の１／４波長板５２を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第１の偏光板５１に入射する。第１の偏光板５１は、カメラ状態の場合、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路２０を通る入射光束は第１の偏光板５１を透過する。
【００２５】
このようにカメラ状態の場合には、第１の偏光板５１を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路１０を通った光束は第１の偏光板５１によりブロックされ、光路２０を通った光束が第１の偏光板５１を透過して撮像素子Ｓに結像されるように構成することができる。
【００２６】
なお、本実施形態に係る光学装置１００では、光路１０をプロジェクタ光学系として構成し、光路１０よりも光量の小さい光路２０をカメラ光学系として構成している。これは、最近の撮像素子は高感度であるため、プロジェクタ光学系と比較してカメラ光学系の光量を小さくすることが可能だからである。
【００２７】
（第１実施例）
次に、第１の実施の形態に係る第１実施例について、図４〜図６を用いて説明する。本実施例に係る光学装置１１０は、図４に示すように、表示素子Ｄ（または撮像素子Ｓ）側から順に１２枚のレンズＬ１〜Ｌ１２からなる透過光学系ＯＰＳ１１を有する。レンズＬ５の紙面右側の光学面（第１１面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第１反射面Ｒ１１として機能する。レンズＬ１０の紙面左側の光学面（第２０面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第２反射面Ｒ１２として機能する。第１反射面Ｒ１１（第１１面）および第２反射面Ｒ１２（第２０面）以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
【００２８】
また、光学装置１１０には、上述した図２の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、表示素子Ｄ（または撮像素子Ｓ）とレンズＬ１との間に、第１の偏光板５１および第１の１／４波長板５２が配置され、レンズＬ７とレンズＬ８との間に第２の１／４波長板５３が配置され、レンズＬ１２よりも投影面（または被写体）側に第２の偏光板５４が配置されている。なお、第１の偏光板５１、第１の１／４波長板５２、第２の１／４波長板５３、および第２の偏光板５４の配置は、図４の配置に限らなくてよいし、光学装置１１０に、上述した図３の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
【００２９】
光学装置１１０において、プロジェクタ光学系（光路１０）では、図５に示すように、表示素子Ｄからの入射光束がレンズＬ１〜Ｌ１２を順に透過して外部に射出され、外部のスクリーン（投影面）に投影像を形成する。本実施例では、表示素子Ｄに出力される１０ｍｍサイズ（物体高５ｍｍ）の画像が、表示素子Ｄから約１．８ｍ離れた投影面において２０インチテレビ相当のサイズの投影像（５０８ｍｍ、すなわち５０．８倍に拡大された像）として拡大投影されるようになっている。また、プロジェクタ光学系は、表示素子Ｄから射出する光の角度を考慮して、物体側テレセントリックで設計されている。
【００３０】
一方、カメラ光学系（光路２０）では、図６に示すように、被写体からの入射光束が、レンズＬ１２〜Ｌ６を順に透過してレンズＬ５の紙面右側面（第１反射面Ｒ１１）で反射され、レンズＬ６〜Ｌ９を順に透過してレンズＬ１０の紙面左側面（第２反射面Ｒ１２）で反射された後、レンズＬ９〜Ｌ１を順に透過して、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。本実施例では、入射光束が像高５．５ｍｍで結像するように構成されているため、撮像素子Ｓとして、例えば２／３インチのＣＭＯＳセンサが用いられる。
【００３１】
また、本実施例において、表示素子ＤとレンズＬ１との間隔は23.1mmであり、撮像素子ＳとレンズＬ１との間隔は14.5mmである。すなわち、撮像素子Ｓは表示素子ＤよりもレンズＬ１側に配置されている。この構成において、プロジェクタ光学系を利用する際には、撮像素子Ｓを透過光学系ＯＰＳ１１の光路外に退避させておくことで、表示素子Ｄを利用可能にする。一方、カメラ光学系を利用する際には、撮像素子Ｓを透過光学系ＯＰＳ１１の光路中に配置することで、撮像素子Ｓを利用可能にする。
【００３２】
本実施例における光学装置１００の諸元の値を、表１に示す。表１において、面番号は、表示素子Ｄ（または撮像素子Ｓ）側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表１では、偏光部（第１の偏光板５１、第１の１／４波長板５２、第２の１／４波長板５３、および第２の偏光板５４）は除く。
【００３３】
（表１）
＜レンズデータ＞
面番号      曲率半径[mm]        面間隔[mm]        材質
1             14.545              5.2            J-FKH1
2            -41.349              0.1
3             19.683              3.8            J-LASF05
4             62.594              2.3
5            -19.054              0.7            J-F1
6             11.912              4.0
7            -31.126              1.0            J-LASFH9
8            -22.459              0.3
9（絞り）     ∞                  0.3
10            30.333              4.5            J-FKH1
11           -47.866              4.5
12           -13.777              1.0            J-SF15
13           -96.771              4.3
14           -35.000              6.9            J-LAK18
15           -19.211              1.8
16           141.926              10.4           J-LASF08
17           -47.908              4.5
18           -49.789              2.2            J-SF2
19           206.000              5.2
20          -148.538              6.0            J-LASF08
21          -150.000              1.0
22          -114.779              1.0            J-KF6
23            83.000              3.5
24           240.000              9.3            J-ASF08
25          -223.054 
＜プロジェクタ光学系＞
表示素子〜第1面の面間隔[mm]    23.1
第25面〜投影面の面間隔[mm]   1741.8
焦点距離f[mm]                  35.1
物体側NA                        0.15 
＜カメラ光学系＞
第1面〜撮像面の面間隔[mm]      14.5
焦点距離f[mm]                  21.6
Fナンバー                      4
【００３４】
焦点距離ｆ、曲率半径、面間隔など、その他の長さの単位は、一般に「ｍｍ」が使われている。但し、光学系は、比例拡大又は比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、単位は「ｍｍ」に限定されることなく、他の適当な単位を用いることが可能である。なお、これは、後述する他の実施例においても同様である。
【００３５】
以上説明した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光学装置１００は、複数のレンズ要素からなる透過光学系ＯＰＳ１と、透過光学系ＯＰＳ１への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２と、透過光学系ＯＰＳ１への入射光束が第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２を透過して射出される光路１０と透過光学系ＯＰＳ１への入射光束が第１反射面Ｒ１１で反射され且つ第２反射面Ｒ１２で反射された後に射出される光路２０とで偏光状態を互いに異ならせ、光路１０を通った光束のみを透過するプロジェクタ状態と光路２０を通った光束のみを透過するカメラ状態とが切り替え可能に構成された偏光部と、を備え、光路１０がプロジェクタ光学系を構成し、光路２０がカメラ光学系を構成するようにした。この構成により、透過光学系ＯＰＳ１の各レンズの位置および間隔を変更せずに、偏光部によって光路１０と光路２０とを切り替えるだけで、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを実現することができる。したがって、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを別々に設けなくてもよいので、光学装置１００を小型化・軽量化することができる。また、各レンズの位置および間隔を変更しなくてもよいので、レンズの位置および間隔を変更するような機構を設けなくてもよく、光学装置１００を簡易な構成とすることができる。
【００３６】
（２）上記（１）の光学装置１００において、上記偏光部は、第１反射面Ｒ１１よりも内側に配置された第１の偏光板５１と、第１反射面Ｒ１１と第２反射面Ｒ１２との間に配置された第２の１／４波長板５３と、第２反射面Ｒ１２よりも外側に配置された第２の偏光板５４と、第１の偏光板５１と第１反射面Ｒ１１との間に配置された第１の１／４波長板５２とを有し、第１の偏光板５１および第２の偏光板５４において透過させる偏光方向が、プロジェクタ状態のときは互いに直交し、カメラ状態のときは互いに平行であるように構成した。そして、第１の偏光板５１を回転させることにより、プロジェクタ状態とカメラ状態とを切り替えるように構成した。これにより、簡易な構成で光路１０と光路２０とを切り替えることができる。
【００３７】
（変形例１）
上述した実施例では、表示素子Ｄと撮像素子Ｓの配置位置が異なる例について説明したが、表示素子Ｄと撮像素子Ｓとを同じ位置に配置するようにしてもよい。この場合は、プロジェクタ光学系を利用する場合は、撮像素子Ｓを光路外に退避させると共に表示素子Ｄを光路中に配置し、カメラ光学系を利用する場合は、表示素子Ｄを光路外に退避させると共に撮像素子Ｓを光路中に配置するといったように、表示素子Ｄと撮像素子Ｓとを切り替えて使用する。
【００３８】
（変形例２）
上記図２および図３で示した偏光部において、表示素子Ｄが液晶である場合、第１の偏光板５１を介さなくても直線偏光が得られるので、プロジェクタ光学系（光路１０）を利用する際に、第１の偏光板５１を光路１０から退避させるようにしてもよい。
【００３９】
（変形例３）
上述した実施の形態では、プロジェクタ光学系とカメラ光学系とを切り替える際、第１の偏光板５１を回転させる例について説明したが、第２の偏光板５４または偏光ビームスプリッタ５５を回転させるようにしてもよい。
【００４０】
（変形例４）
上述した実施の形態では、第１の偏光板５１と第１反射面Ｒ１１との間に第１の１／４波長板５２を配置する例について説明したが、上記図２の構成において、第２の偏光板５４と第２反射面Ｒ１２との間に第１の１／４波長板５２を配置するようにしてもよい。またこの場合には、第１の偏光板５１と第１反射面Ｒ１１とを偏光ビームスプリッタにより一体的に構成してもよい。
【００４１】
（変形例５）
第１反射面Ｒ１１および第２反射面Ｒ１２の少なくとも一方を略平面としてもよい。これにより、第１反射面Ｒ１１および／または第２反射面Ｒ１２に対して、ハーフミラー等の加工が容易となる。
【００４２】
（変形例６）
上述した実施の形態では、光路１０がプロジェクタ光学系を構成し、光路２０がカメラ光学系を構成する例について説明したが、光路１０がカメラ光学系を構成し、光路２０がプロジェクタ光学系を構成するようにしてもよい。
【００４３】
（変形例７）
上述した実施例では、透過光学系ＯＰＳ１が複数の球面レンズのみから構成される例について説明したが、非球面レンズを含んでいてもよいし、非球面レンズのみから構成されていてもよい。
【００４４】
−第２の実施の形態−
次に、図面を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図７は、第２の実施の形態に係る光学装置２００の構成を概略的に示す図である。この光学装置２００は、複数のレンズ要素からなる透過光学系ＯＰＳ２を有する。光学装置２００では、透過光学系ＯＰＳ２の各レンズの位置および間隔を変更せずに光路を切り替えるだけで、異なる焦点距離のカメラ光学系（第１のカメラ光学系および第２のカメラ光学系）を実現することができる。光学装置２００は、例えば、携帯電話に取り付けられるカメラやコンパクトデジタルカメラ、防犯用のカメラなど、特に小型化が要求されるカメラに用いることができる。
【００４５】
透過光学系ＯＰＳ２内には、光束の一部を透過させると共に一部を反射させる第１反射面Ｒ２１および第２反射面Ｒ２２が設けられている。第１のカメラ光学系を構成する光路３０では、被写体からの光束が、透過光学系ＯＰＳ２に入射して第２反射面Ｒ２２および第１反射面Ｒ２１を順に透過して射出され、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。第２のカメラ光学系を構成する光路４０では、被写体からの光束が、透過光学系ＯＰＳ２に入射して、第２反射面２１２を透過した後第１反射面Ｒ２１で反射され、その後第２反射面Ｒ２２で反射された後第１反射面Ｒ２１を透過して射出され、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。なお、光学装置２００において、透過光学系ＯＰＳ２は、光路３０（第１のカメラ光学系）でも、光路２０（第２のカメラ光学系）でも、入射光束に対する収差が良好であるように設計されていることが望ましい。また、本実施形態において、光路３０と光路４０とでは結像位置が同一であるため、光路３０と光路４０とを切り替える際に撮像素子Ｓの移動は不要である。
【００４６】
図８は、光路３０と光路４０を切り替えるための偏光部の構成例を説明する図である。図８の構成では、被写体側から順に、第２の偏光板６１と、第１の１／４波長板６２と、第２反射面Ｒ２２と、第２の１／４波長板６３と、第１反射面Ｒ２１と、第１の偏光板６４とが配置されている。第１反射面Ｒ２１および第２反射面Ｒ２２としては、ハーフミラーをそれぞれ用いる。なお、図８の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路３０で約（０．５）３となり、光路４０で約（０．５）５となっている。
【００４７】
第１のカメラ光学系（光路３０）を利用可能な状態（以下、第１カメラ状態と呼ぶ）と第２のカメラ光学系（光路４０）を利用可能な状態（以下、第２カメラ状態と呼ぶ）との切り替えの際、第１の偏光板６４は、９０度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。具体的には、第１の偏光板６４が透過させる偏光方向は、第２の偏光板６１が透過させる偏光方向に対し、第１カメラ状態の場合には直交し、第２カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図８では、第１の偏光板６４は、第１カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、第２カメラ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、第２の偏光板６１は、第１カメラ状態か第２カメラ状態かによらず、紙面直交方向の直線偏光を透過させる例について示している。
【００４８】
光路３０において、第２の偏光板６１は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第２の偏光板６１を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第１の１／４波長板６２を透過して円偏光に変換され、第２反射面Ｒ２２を透過し、第２の１／４波長板６３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第１反射面Ｒ２１を透過し、第１の偏光板６４に入射する。第１カメラ状態の場合には、第１の偏光板６４は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路３０を通る入射光束は第１の偏光板６４を透過する。一方、第２カメラ状態の場合には、第１の偏光板６４は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路３０を通る入射光束は第１の偏光板６４によりブロックされる。
【００４９】
光路４０において、第２の偏光板６１は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第２の偏光板６１を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第１の１／４波長板６２を透過して円偏光に変換され、第２反射面Ｒ２２を透過し、第２の１／４波長板６３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、第１反射面Ｒ２１で反射され、第２の１／４波長板６３を透過して円偏光に変換され、第２反射面Ｒ２２で反射され第２の１／４波長板６３を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、第１反射面Ｒ２１を透過し、第１の偏光板６４に入射する。第１カメラ状態の場合には、第１の偏光板６４は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路４０を通る入射光束は第１の偏光板６４によりブロックされる。一方、第２カメラ状態の場合には、第１の偏光板６４は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路４０を通る入射光束は第１の偏光板６４を透過する。
【００５０】
このように第１カメラ状態の場合には、第１の偏光板６４を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路４０を通った光束は第１の偏光板６４によりブロックされ、光路３０を通った光束が第１の偏光板６４を透過して射出されるように構成することができる。また、第２カメラ状態の場合には、第１の偏光板６４を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路３０を通った光束は第１の偏光板６４によりブロックされ、光路４０を通った光束が第１の偏光板６４を透過して射出されるように構成することができる。
【００５１】
また本実施形態では、図９に示すように、図８の第１反射面Ｒ２１および第１の偏光板６４に代わって、これらの機能を併せ持つ、偏光ビームスプリッタ６５を配置するようにしてもよい。すなわち、図９の構成では、被写体側から順に、第２の偏光板６１と、第１の１／４波長板６２と、第２反射面Ｒ２２と、第２の１／４波長板６３と、偏光ビームスプリッタ６５とが配置されている。偏光ビームスプリッタ６５は、例えばワイヤーグリッド型の偏光分離素子であることが望ましい。なお、図９の構成では、光路ごとの射出時の光量は、入射時と比べて、光路３０で約（０．５）２となり、光路４０で約（０．５）３となっている。したがって、図９の構成では、図８の構成と比較して光路３０および光路４０における光量を大きくできる。
【００５２】
第１カメラ状態と第２カメラ状態との切り替えの際、偏光ビームスプリッタ６５は、９０度回転され、透過させる偏光方向を切り替えられるようになっている。図９の構成では、偏光ビームスプリッタ６５が透過させる偏光方向は、第２の偏光板６１が透過させる偏光方向に対し、第１カメラ状態の場合には直交し、第２カメラ状態の場合には平行となるように切り替えられる。図９では、偏光ビームスプリッタ６５は、第１カメラ状態の場合には紙面平行方向の直線偏光を透過させ、第２カメラ状態の場合には紙面直交方向の直線偏光を透過させ、第２の偏光板６１は、第１カメラ状態か第２カメラ状態かによらず、紙面直交方向の直線偏光を透過させる例について示している。
【００５３】
光路３０において、第２の偏光板６１は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第２の偏光板６１を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第１の１／４波長板６２を透過して円偏光に変換され、第２反射面Ｒ２２を透過し、第２の１／４波長板６３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ６５に入射する。第１カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ６５は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるので、光路３０を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ６５を透過する。一方、第２カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ６５は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路３０を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ６５によりブロックされる。
【００５４】
光路４０において、第２の偏光板６１は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるので、非偏光光である被写体からの入射光束は、第２の偏光板６１を透過して紙面直交方向の直線偏光となる。その後、第１の１／４波長板６２を透過して円偏光に変換され、第２反射面Ｒ２２を透過し、第２の１／４波長板６３を透過して紙面平行方向の直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ６５で反射され、第２の１／４波長板６３を透過して円偏光に変換され、第２反射面Ｒ２２で反射され第２の１／４波長板５３を透過して紙面直交方向の直線偏光に変換された後に、偏光ビームスプリッタ６５に入射する。第１カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ６５は、紙面平行方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路４０を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ６５によりブロックされる。一方、第２カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ６５は、紙面直交方向の直線偏光を透過させるように配置されるので、光路４０を通る入射光束は偏光ビームスプリッタ６５を透過する。
【００５５】
このように第１カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ６５を紙面平行方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路４０を通った光束は偏光ビームスプリッタ６５によりブロックされ、光路３０を通った光束が偏光ビームスプリッタ６５を透過して射出されるように構成することができる。また、第２カメラ状態の場合には、偏光ビームスプリッタ６５を紙面直交方向の直線偏光を透過するように配置することで、光路３０を通った光束は偏光ビームスプリッタ６５によりブロックされ、光路４０を通った光束が偏光ビームスプリッタ６５を透過して射出されるように構成することができる。
【００５６】
（第２実施例）
次に、第２の実施の形態に係る第２実施例について、図１０〜図１２を用いて説明する。本実施例に係る光学装置２１０は、図１０に示すように、被写体側から順に５枚のレンズＬ１〜Ｌ５からなる透過光学系ＯＰＳ２１を有する。レンズＬ２の紙面右側の光学面（第５面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第２反射面Ｒ２２として機能する。レンズＬ４の紙面右側の光学面（第９面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第１反射面Ｒ２１として機能する。第１反射面Ｒ２１（第９面）および第２反射面Ｒ２２（第５面）以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
【００５７】
また、光学装置２１０には、上述した図８の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、レンズＬ１よりも被写体側に、第２の偏光板６１および第１の１／４波長板６２が配置され、レンズＬ３とレンズＬ４との間に第２の１／４波長板６３が配置され、レンズＬ５と撮像素子Ｓとの間に第１の偏光板６４が配置されている。なお、第２の偏光板６１、第１の１／４波長板６２、第２の１／４波長板６３、および第１の偏光板６４の配置は、図１０の配置に限らなくてよいし、光学装置２１０に、上述した図９の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
【００５８】
光学装置２１０において、第１のカメラ光学系（光路３０）では、図１１に示すように、被写体からの入射光束が、レンズＬ１〜Ｌ５を順に透過して、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。第２のカメラ光学系（光路４０）では、図１２に示すように、被写体からの入射光束が、レンズＬ１〜Ｌ３、レンズＬ４の紙面左側面を順に透過してレンズＬ４の紙面右側面（第１反射面Ｒ２１）で反射され、レンズＬ４の紙面左側面、レンズＬ３を順に透過してレンズＬ２の紙面右側面（第２反射面Ｒ２２）で反射された後、レンズＬ３〜Ｌ５を順に透過して、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。
【００５９】
本実施例では、第１のカメラ光学系の焦点距離ｆ＝１２ｍｍであり、第２のカメラ光学系の焦点距離ｆ＝３０ｍｍである。したがって本実施例に係る光学装置２２０は、２．５倍の変倍レンズである。
【００６０】
また、本実施例では、第１のカメラ光学系および第２のカメラ光学系ともに、入射光束が像高約３．６ｍｍで結像するように構成されているため、撮像素子Ｓとして、例えば１／２．５インチのＣＣＤセンサが用いられる。
【００６１】
また、本実施例では、撮像素子Ｓで得られる画像が光路３０（第１のカメラ光学系）と光路４０（第２のカメラ光学系）とで反転することになるが、その後の画像処理において画像を反転させるようにすればよい。
【００６２】
本実施例における光学装置２１０の諸元の値を、表２に示す。表２において、面番号は、被写体側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面（または撮像面）までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表２では、偏光部（第２の偏光板６１、第１の１／４波長板６２、第２の１／４波長板６３、および第１の偏光板６４）は除く。
【００６３】
（表２）
＜レンズデータ＞
面番号      曲率半径[mm]        面間隔[mm]        材質
1（絞り）    ∞                  0.1
2            11.124              3.0            J-LASFH15
3           -10.207              0.2
4            -8.518              1.0            J-SF03
5             9.362              3.9
6            98.046              3.0            J-FKH1
7           -11.328              4.0
8            29.133              3.0            J-FKH1
9            ∞                  0.1
10            8.500              2.5            J-FKH1
11          -40.855              3.3 
＜第１のカメラ光学系＞
焦点距離f[mm]      12
Fナンバー           5.6 
＜第２のカメラ光学系＞
焦点距離f[mm]      30
Fナンバー           5.6
【００６４】
また、本実施例に係る光学装置２１０では、第１反射面Ｒ２１（第９面）を、略平面（曲率半径∞）であるように構成した。この構成により、第１反射面Ｒ２１に対して、ハーフミラー等の加工が容易となる。
【００６５】
また、本実施例に係る光学装置２１０では、絞りを前に出す（レンズＬ１よりも手前に設ける）構成としたため、本実施例に係る光学装置２１０を他の光学系と容易に組み合わせて使用することができる。
【００６６】
（第３実施例）
次に、第２の実施の形態に係る第３実施例について、図１３〜図１５を用いて説明する。本実施例に係る光学装置２２０は、図１３に示すように、物体側から順に４枚のレンズＬ１〜Ｌ４からなる透過光学系ＯＰＳ２２を有する。レンズＬ２の紙面右側の光学面（第５面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第２反射面Ｒ２２として機能する。レンズＬ４の紙面右側の光学面（第９面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第１反射面Ｒ２１として機能する。第１反射面Ｒ２１（第９面）および第２反射面Ｒ２２（第５面）以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
【００６７】
また、光学装置２２０には、上述した図８の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、レンズＬ１よりも被写体側に、第２の偏光板６１および第１の１／４波長板６２が配置され、レンズＬ２とレンズＬ３との間に第２の１／４波長板６３が配置され、レンズＬ４と撮像素子Ｓとの間に第１の偏光板６４が配置されている。なお、第２の偏光板６１、第１の１／４波長板６２、第２の１／４波長板６３、および第１の偏光板６４の配置は、図１３の配置に限らなくてよいし、光学装置２２０に、上述した図９の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
【００６８】
光学装置２２０において、第１のカメラ光学系（光路３０）では、図１４に示すように、被写体からの入射光束が、レンズＬ１〜Ｌ４を順に透過して、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。第２のカメラ光学系（光路４０）では、図１５に示すように、被写体からの入射光束が、レンズＬ１〜Ｌ３、レンズＬ４の紙面左側面を順に透過してレンズＬ４の紙面右側面（第１反射面Ｒ２１）で反射され、レンズＬ４の紙面左側面、レンズＬ３を順に透過してレンズＬ２の紙面右側面（第２反射面Ｒ２２）で反射された後、レンズＬ３〜Ｌ４を順に透過して、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。
【００６９】
本実施例では、第１のカメラ光学系の焦点距離ｆ＝４０ｍｍであり、第２のカメラ光学系の焦点距離ｆ＝８０ｍｍである。したがって本実施例に係る光学装置２２０は、２倍の変倍レンズである。
【００７０】
また、本実施例では、第１のカメラ光学系および第２のカメラ光学系ともに、入射光束が像高約５．５ｍｍで結像するように構成されているため、撮像素子Ｓとして、例えば２／３インチのＣＭＯＳセンサが用いられる。
【００７１】
また、本実施例では、撮像素子Ｓで得られる画像が光路３０（第１のカメラ光学系）と光路４０（第２のカメラ光学系）とで反転することになるが、その後の画像処理において画像を反転させるようにすればよい。
【００７２】
本実施例における光学装置２２０の諸元の値を、表３に示す。表３において、面番号は、被写体側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面（または撮像面）までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表３では、偏光部（第２の偏光板６１、第１の１／４波長板６２、第２の１／４波長板６３、および第１の偏光板６４）は除く。
【００７３】
（表３）
＜レンズデータ＞
面番号      曲率半径[mm]        面間隔[mm]        材質
1            30.716              5.5
2           -216.219             1.0            J-FKH2
3（絞り）     ∞                 1.0
4             18.286             5.5            J-FKH2
5             23.953            20.0
6            -11.317             3.0            J-LAK
7            -23.188             1.0
8             10.597             5.5            J-FKH2
9             34.010             4.9 
＜第１のカメラ光学系＞
焦点距離f[mm]      40
Fナンバー           8 
＜第２のカメラ光学系＞
焦点距離f[mm]      80
Fナンバー           8
【００７４】
（第４実施例）
次に、第２の実施の形態に係る第４実施例について、図１６〜図１８を用いて説明する。本実施例に係る光学装置２３０は、図１６に示すように、被写体側から順に３枚のレンズＬ１〜Ｌ３からなる透過光学系ＯＰＳ２３を有する。レンズＬ１の紙面右側の光学面（第２面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第２反射面Ｒ２２として機能する。レンズＬ３の紙面右側の光学面（第７面）は、ハーフミラー加工されており、上述した第１反射面Ｒ２１として機能する。第１反射面Ｒ２１（第７面）および第２反射面Ｒ２２（第２面）以外の光学面には、不必要な光束の反射が起こらないように、反射防止膜を設けることが望ましい。
【００７５】
また、光学装置２３０には、上述した図８の構成でなる偏光部が配置されている。具体的には、レンズＬ１よりも被写体側に、第２の偏光板６１および第１の１／４波長板６２が配置され、レンズＬ２とレンズＬ３との間に第２の１／４波長板６３が配置され、レンズＬ３と撮像素子Ｓとの間に第１の偏光板６４が配置されている。なお、第２の偏光板６１、第１の１／４波長板６２、第２の１／４波長板６３、および第１の偏光板６４の配置は、図１６の配置に限らなくてよいし、光学装置２１０に、上述した図９の構成でなる偏光部を配置するようにしてもよい。
【００７６】
光学装置２３０において、第１のカメラ光学系（光路３０）では、図１７に示すように、被写体からの入射光束が、レンズＬ１〜Ｌ３を順に透過して、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。第２のカメラ光学系（光路４０）では、図１８に示すように、被写体からの入射光束が、レンズＬ１〜Ｌ２、レンズＬ３の紙面左側面を順に透過してレンズＬ３の紙面右側面（第１反射面Ｒ２１）で反射され、レンズＬ３の紙面左側面、レンズＬ２を順に透過してレンズＬ１の紙面右側面（第２反射面Ｒ２２）で反射された後、レンズＬ２〜Ｌ３を順に透過して、撮像素子Ｓの撮像面に結像される。
【００７７】
本実施例では、第１のカメラ光学系の焦点距離ｆ＝１６ｍｍであり、第２のカメラ光学系の焦点距離ｆ＝４８ｍｍである。したがって本実施例に係る光学装置２１０は、３倍の変倍レンズである。
【００７８】
また、本実施例では、第１のカメラ光学系および第２のカメラ光学系ともに、入射光束が像高約２．５ｍｍで結像するように構成されているため、撮像素子Ｓとして、例えば１／３．６インチのＣＣＤセンサが用いられる。
【００７９】
また、本実施例では、撮像素子Ｓで得られる画像が光路３０（第１のカメラ光学系）と光路４０（第２のカメラ光学系）とで反転することになるが、その後の画像処理において画像を反転させるようにすればよい。
【００８０】
本実施例における光学装置２１０の諸元の値を、表４に示す。表４において、面番号は、被写体側からの各光学面の番号を示し、面間隔は、光学面から次の光学面（または撮像面）までの光軸上の距離を示す。曲率半径の「∞」は平面または開口を示す。硝材は、光ガラス株式会社製である。なお、表４では、偏光部（第２の偏光板６１、第１の１／４波長板６２、第２の１／４波長板６３、および第１の偏光板６４）は除く。
【００８１】
（表４）
＜レンズデータ＞
面番号      曲率半径[mm]        面間隔[mm]        材質
1            15.964              3.5
2            21.623              4.5            J-FKH1
3            11.860              3.5
4            44.250              3.0            J-FKH1
5（絞り）    ∞                  6.7
6             7.865              3.5            J-LAK18
7            13.937              4.0 
＜第１のカメラ光学系＞
焦点距離f[mm]      16
Fナンバー           8 
＜第２のカメラ光学系＞
焦点距離f[mm]      48
Fナンバー           8
【００８２】
以上説明した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光学装置２００は、透過光学系ＯＰＳ２への入射光束の一部を透過させるとともに一部を反射させる第１反射面Ｒ２１および第２反射面Ｒ２２と、透過光学系ＯＰＳ２への入射光束が第１反射面Ｒ２１および第２反射面Ｒ２２を透過して射出される光路３０と透過光学系ＯＰＳ２への入射光束が第１反射面Ｒ２１で反射され且つ第２反射面Ｒ２２で反射された後に射出される光路４０とで偏光状態を互いに異ならせ、光路３０を通った光束のみを透過する第１カメラ状態と光路４０を通った光束のみを透過する第２カメラ状態とが切り替え可能に構成された偏光部と、を備え、光路３０が第１のカメラ光学系を構成し、光路４０が第２のカメラ光学系を構成するようにした。この構成により、透過光学系ＯＰＳ２の各レンズの位置および間隔を変更せずに、偏光部によって光路１０と光路２０とを切り替えるだけで、互いに異なる焦点距離を有する２つのカメラ光学系を実現することができる。したがって、従来のズームレンズのように変倍の際に各レンズの位置および間隔を変更しなくてもよいので、レンズの位置および間隔を変更するような機構を設けなくてもよく、光学装置１００を小型化・軽量化でき、且つ簡易な構成とすることができる。
【００８３】
（２）上記（１）の光学装置２００において、上記偏光部は、第１反射面Ｒ２１よりも内側に配置された第１の偏光板６４と、第１反射面Ｒ２１と第２反射面Ｒ２２との間に配置された第２の１／４波長板６３と、第２反射面Ｒ２２よりも外側に配置された第２の偏光板６１と、第２の偏光板６１と第２反射面Ｒ２２との間に配置された第１の１／４波長板６２とを有し、第１の偏光板６４および第２の偏光板６１において透過させる偏光方向が、第１カメラ状態のときは互いに直交し、第２カメラ状態のときは互いに平行であるように構成した。そして、第１の偏光板６４を回転させることにより、第１カメラ状態と第２カメラ状態とを切り替えるように構成した。これにより、簡易な構成で光路３０と光路４０とを切り替えることができる。
【００８４】
（変形例１）
上述した実施例では、第１のカメラ光学系（光路３０）および第２のカメラ光学系（光路４０）とでＦナンバーおよび像高が同じである例について説明したが、Ｆナンバーや像高はこれらの光路で異なっていてもよい。
【００８５】
（変形例２）
上述した実施の形態では、第１のカメラ光学系と第２のカメラ光学系との切り替えの際、第１の偏光板６４または偏光ビームスプリッタ６５を回転させる例について説明したが、第２の偏光板６１を回転させるようにしてもよい。
【００８６】
（変形例３）
上述した実施の形態では、第２の偏光板６１と第２反射面Ｒ２２との間に第１の１／４波長板６２を配置する例について説明したが、上記図８の構成において、第１の偏光板６４と第１反射面Ｒ１１との間に第１の１／４波長板６２を配置するようにしてもよい。また、この場合には、第２の偏光板６１と第２反射面Ｒ２２とを偏光ビームスプリッタにより一体的に構成してもよい。
【００８７】
（変形例４）
上述した第２実施例では、第１反射面Ｒ２１を略平面とした例について説明したが、これに限らなくてよく、第１反射面Ｒ２１および第２反射面Ｒ２２の両方を略平面としてもよいし、第２反射面Ｒ２２のみを略平面としてもよい。
【００８８】
（変形例５）
上述した実施例では、透過光学系ＯＰＳ２が複数の球面レンズのみから構成される例について説明したが、非球面レンズを含んでいてもよいし、非球面レンズのみから構成されていてもよい。
【００８９】
以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。また、上記実施形態に各変形例の構成を適宜組み合わせてもかまわない。
【符号の説明】
【００９０】
１０…光路（プロジェクタ光学系）、２０…光路（カメラ光学系）、３０…光路（第１のカメラ光学系）、４０…光路（第２のカメラ光学系）、１００，１１０，２００，２１０，２２０，２３０…光学装置、ＯＰＳ１，ＯＰＳ２，ＯＰＳ１１，ＯＰＳ２１，ＯＰＳ２２，ＯＰＳ２３…透過光学系、Ｒ１１，Ｒ２１…第１反射面、Ｒ１２，Ｒ２２…第２反射面、５１，６４…第１の偏光板、５４，６１…第２の偏光板、５２，６２…第１の１／４波長板、５３，６３…第２の１／４波長板、５５，６５…偏光ビームスプリッタ、Ｄ…表示素子、Ｓ…撮像素子
【図１】
2014074743.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014074743.tif 000008
【図７】
2014074743.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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