(57)【要約】【課題】  凹面鏡による集光を、集光により撮像できる画像の画質向上を図りながら行なう。【解決手段】  対象物１００からの入射光４２ａの光路上にはハーフミラー１２があるが、入射光４２ａのかなりの部分がハーフミラー１２を透過するため、像２００のうちのピントがボケている部分は、ハーフミラー１２の形状の影響を受けないため、像２００のうちのピントがボケた部分がきれいになり、像２００の画質向上が図れる。【選択図】  図１
2005195645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を反射する凹型の反射面を有する凹面鏡と、
前記入射光の少なくとも一部を透過し、前記凹面鏡により反射された反射光の少なくとも一部を反射する透過反射手段と、
を備えた集光器。
【請求項２】
請求項１に記載の集光器であって、
前記透過反射手段は、ハーフミラーである、
集光器。
【請求項３】
請求項２に記載の集光器であって、
前記凹面鏡と前記ハーフミラーとの間に配置され、前記入射光および前記反射光が透過する第一旋光手段を備え、
前記第一旋光手段は、前記ハーフミラーを透過し前記第一旋光手段を透過する前の前記入射光よりも、前記第一旋光手段を透過した後の前記反射光が、前記ハーフミラーにより反射されやすいように、前記第一旋光手段を透過する光の偏光面を回転させる、
集光器。
【請求項４】
請求項３に記載の集光器であって、
前記第一旋光手段は、前記入射光が前記ハーフミラーを透過し前記第一旋光手段を透過する前の偏光面をほぼ９０度回転したものを、前記反射光が前記第一旋光手段を透過した後の偏光面とする、
集光器。
【請求項５】
請求項２に記載の集光器であって、
前記ハーフミラーは、
光の反射率が高い中心部分と、
光の反射率が低い周辺部分と、
を有する、
集光器。
【請求項６】
請求項２に記載の集光器であって、
前記ハーフミラーから見て、前記凹面鏡とは反対側に配置された第二旋光手段を備え、
前記第二旋光手段は、前記ハーフミラーにより反射された前記入射光を、その偏光面を前記ハーフミラーにより透過させやすい偏光面に変換してから、前記ハーフミラーに再度入射させる、
集光器。
【請求項７】
請求項６に記載の集光器であって、
前記第二旋光手段は、前記ハーフミラーにより反射された前記入射光を、その偏光面をほぼ９０度回転させてから前記ハーフミラーに再度入射させる、
集光器。
【請求項８】
請求項６に記載の集光器であって、
前記第二旋光手段は、
前記ハーフミラー側に位置し、前記ハーフミラーにより反射された前記入射光が透過する第一面と、
前記第一面に向かい合い、前記第一面を透過した光を反射する第二面と、
を有し、
前記第二面により反射された光が、前記第一面を透過して、前記ハーフミラーに入射する、
集光器。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の集光器と、
前記反射光が前記透過反射手段により反射された光を受け、前記集光器の中心軸と平行な中心軸を有する合焦器と、
を備え、
前記集光器は、前記合焦器の中心軸回りに回転可能である、
光学システム。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の集光器を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は凹面鏡による集光に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、デジタルカメラの高級化により大口径レンズの需要が高まっている。しかし、大口径の屈折レンズを製造するためには蛍石などの特殊な材料を必要とするため、価格が非常に高い。また、屈折レンズは本質的に色ずれを起すため、原理的に補正用のレンズが欠かせない。これにより、レンズの枚数が増加するため、画質が低下してしまう。
そこで、大口径レンズのかわりに大口径の凹面鏡を使用して集光することが考えられる。大口径の凹面鏡を使用すれば、特殊な材料も必要としないし、色ずれも起さない。このようなことは、天体観測用の望遠鏡で行なわれている。ただし、凹面鏡の前に集光用の副鏡を置く必要がある（特許文献１の図４および段落番号0002、段落番号0003を参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２５８６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、凹面鏡の前に集光用の副鏡を置くような凹面鏡光学系によれば、凹面鏡に入射する光の一部を副鏡が遮ってしまうことになる。このため、デジタルカメラにこのような凹面鏡光学系を使用すれば、撮像した画像のうちボケた部分が汚くなることになる。すなわち、撮像した画像のうちボケた部分はピントがあっておらず、ピントがあっていない部分の画像は光路上にある物体の形状を反映するため、撮像した画像のうちボケた部分は副鏡の形状を反映して汚くなるのである。デジタルカメラが利用される用途は一般撮影であり、ボケた部分の美しさが要求される。よって、このような凹面鏡光学系をデジタルカメラに使用し難い。なお、このような問題はデジタルカメラに限らず、カメラ一般にいえることである。
【０００５】
なお、特許文献１の図１および要約によれば、凹面鏡に入射する光を遮らない位置に集光用の副鏡を配置することにより集光能力の低下を防いでいる。しかし、このような方法をとれば、原理的に収差が大きく、画質が悪化してしまうので、カメラには利用できない。
【０００６】
そこで、本発明は、凹面鏡による集光を、集光により撮像できる画像の画質向上を図りながら行なうことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、入射光を反射する凹型の反射面を有する凹面鏡と、入射光の少なくとも一部を透過し、凹面鏡により反射された反射光の少なくとも一部を反射する透過反射手段とを備えるように構成される。
【０００８】
凹面鏡は、入射光を反射する凹型の反射面を有する。透過反射手段は、入射光の少なくとも一部を透過し、凹面鏡により反射された反射光の少なくとも一部を反射する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、透過反射手段は、ハーフミラーであるように構成される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、凹面鏡とハーフミラーとの間に配置され、入射光および反射光が透過する第一旋光手段を備え、第一旋光手段は、ハーフミラーを透過し第一旋光手段を透過する前の入射光よりも、第一旋光手段を透過した後の反射光が、ハーフミラーにより反射されやすいように、第一旋光手段を透過する光の偏光面を回転させるように構成される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明であって、第一旋光手段は、入射光がハーフミラーを透過し第一旋光手段を透過する前の偏光面をほぼ９０度回転したものを、反射光が第一旋光手段を透過した後の偏光面とするように構成される。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、ハーフミラーは、光の反射率が高い中心部分と、光の反射率が低い周辺部分とを有するように構成される。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、ハーフミラーから見て、凹面鏡とは反対側に配置された第二旋光手段を備え、第二旋光手段は、ハーフミラーにより反射された入射光を、その偏光面をハーフミラーにより透過させやすい偏光面に変換してから、ハーフミラーに再度入射させるように構成される。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明であって、第二旋光手段は、ハーフミラーにより反射された入射光を、その偏光面をほぼ９０度回転させてからハーフミラーに再度入射させるように構成される。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明であって、第二旋光手段は、ハーフミラー側に位置し、ハーフミラーにより反射された入射光が透過する第一面と、第一面に向かい合い、第一面を透過した光を反射する第二面とを有し、第二面により反射された光が、第一面を透過して、ハーフミラーに入射するように構成される。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の集光器と、反射光が透過反射手段により反射された光を受け、集光器の中心軸と平行な中心軸を有する合焦器とを備え、集光器は、合焦器の中心軸回りに回転可能であるように構成される。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の集光器を備えたカメラである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態にかかる集光器１の構成を示す図である。集光器１は、凹面鏡１０、ハーフミラー（透過反射手段）１２、第一旋光板１４を備える。なお、合焦器２は、ミラー１６、光学系１８、円偏光板２０を備える。合焦器２は、集光器１のハーフミラー１２からハーフミラー反射光４６を得て、焦点をあわせるためのものである。集光器１および合焦器２の組み合わせにより、対象物１００の像２００を得ることができる。この像をさらに処理することにより、対象物１００の撮像を行なうことができる。よって、集光器１および合焦器２の組み合わせを、撮像を行なう機械、すなわちカメラ、デジタルカメラに組み込んで使用することができる。
【００２０】
凹面鏡１０は、凹型の反射面１０ａを有する。反射面１０ａは、対象物から凹面鏡１０に入射される入射光４２ａ、４２ｂ、４２ｃを反射するものである。凹面鏡１０により反射された反射光４４ａ、４４ｂはハーフミラー１２により反射される。なお、凹面鏡１０の焦点Ｆは、凹面鏡１０およびハーフミラー１２の中心軸５０上にあり、凹面鏡１０と対象物１００との間にある。なお、図示の便宜上、図１においては、入射光４２ｂ、４２ｃおよび反射光４４ａ、４４ｂは、太い線で図示している。
【００２１】
ハーフミラー（透過反射手段）１２は、入射光４２ａの少なくとも一部を透過し、反射光４４ｂの少なくとも一部を反射する。図２は、ハーフミラー１２の平面図である。ハーフミラー１２の中心部分１２ａは比較的、反射率の高い（透過率が低い）部分である。ハーフミラー１２の周辺部分１２ｂは比較的、反射率の低い（透過率が高い）部分である。よって、入射光４２ａのかなりの部分（例えば、半分以上の透過率）がハーフミラー１２を透過する。また、反射光４４ｂのかなりの部分（例えば、半分以上の透過率）がハーフミラー１２により反射される。なお、ハーフミラー１２の中心に向かっていくにつれて、次第に、反射率を高めるようにしてもよい。
【００２２】
なお、ハーフミラー１２は、凹面鏡１０から見て前方（対象物１００側）に配置されている。ただし、ハーフミラー１２の中心（ハーフミラー１２と中心軸５０との交点）は、凹面鏡１０の焦点Ｆよりは、凹面鏡１０に近い位置にある。
【００２３】
第一旋光板１４は、凹面鏡１０とハーフミラー１２との間に配置されている。第一旋光板１４は、入射光４２ｂおよび反射光４４ａが透過する。入射光４２ａがハーフミラー１２を透過したものが入射光４２ｂであるので、入射光４２ｂは偏光である。入射光４２ｂの偏光面は、入射光４２ｂがハーフミラー１２を透過しやすい（ハーフミラー１２により反射されにくい）向きになっている。ここで、第一旋光板１４は、入射光４２ｂが第一旋光板１４を透過するときに偏光面を回転させる。入射光４２ｂが第一旋光板１４を透過したものが、入射光４２ｃとなり凹面鏡１０により反射される。その反射光４４ａが第一旋光板１４に入射する。第一旋光板１４は、反射光４４ａが第一旋光板１４を透過するときに偏光面を回転させる。反射光４４ａが第一旋光板１４を透過したものが、反射光４４ｂとなる。反射光４４ｂの偏光面は、反射光４４ｂがハーフミラー１２によって反射されやすい（ハーフミラー１２を透過しにくい）向きになっている。例えば、入射光４２ｂの偏光面をほぼ９０度回転させたものが反射光４４ｂの偏光面となる。このように偏光面を回転させるためには、例えば第一旋光板１４の厚みを調整すればよい。
【００２４】
ミラー１６は、反射光４４ｂがハーフミラー１２によって反射された光４６を反射して向きを変えるためのものである。光４６は反射されて光４８となり、光４８の進行方向はおよそ中心軸５０と平行である。ミラー１６は、像２００を対象物１００にほぼ正対させるためのものである。なお、ミラー１６は、光の向きを変えることができるようなものであればよく、例えばプリズムにより代替できる。また、像２００を対象物１００にほぼ正対させなくてもよいならば、ミラー１６は省略可能である。
【００２５】
光学系１８は、光４８の焦点合わせあるいはズームを行なうための光学系である。光学系１８は、ハーフミラー１２とミラー１６との間に設けてもよい。
【００２６】
円偏光板２０は、光学系１８を透過した光を円偏光にするためのものである。偏光面が偏っていると撮像に支障をきたすことが多いからである。円偏光板２０は、光学系１８の後でなくてもよく、ハーフミラー１２よりも後にあればよい。なお、偏光面が偏っていてもかまわないならば、円偏光板２０は省略可能である。
【００２７】
なお、像２００は、合焦器２（ミラー１６、光学系１８および円偏光板２０）の中心軸５２上に結ばれる。
【００２８】
また、集光器１を、中心軸５２を中心として回転させることができる。図４は、集光器１および合焦器２を円偏光板２０の方から見た図である。集光器１を矢印方向に回転させることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
【００３０】
まず、対象物１００から入射光４２ａが、集光器１の凹面鏡１０に向かって進行する。入射光４２ａはハーフミラー１２の周辺部分１２ｂ（透過率が高い部分である）に入射する。よって、入射光４２ａのかなりの部分は、ハーフミラー１２を透過し、入射光４２ｂとなる。入射光４２ｂは偏光である。すなわち、偏光面に偏りが見られる。入射光４２ｂの偏光面は、ハーフミラー１２を透過しやすい（ハーフミラー１２により反射されにくい）向きになっている。
【００３１】
ここで、第一旋光板１４は、入射光４２ｂが第一旋光板１４を透過するときに偏光面を回転させる。入射光４２ｂが第一旋光板１４を透過したものが、入射光４２ｃとなり凹面鏡１０により反射される。
【００３２】
その反射光４４ａが第一旋光板１４に入射する。第一旋光板１４は、反射光４４ａが第一旋光板１４を透過するときに偏光面を回転させる。反射光４４ａが第一旋光板１４を透過したものが、反射光４４ｂとなる。反射光４４ｂの偏光面は、反射光４４ｂがハーフミラー１２によって反射されやすい（ハーフミラー１２を透過しにくい）向きになっている。例えば、入射光４２ｂの偏光面を９０度回転させたものが反射光４４ｂの偏光面となる。
【００３３】
ここで、凹面鏡１０の焦点Ｆは、凹面鏡１０と対象物１００との間にある。しかも、ハーフミラー１２の中心（ハーフミラー１２と中心軸５０との交点）は、凹面鏡１０の焦点Ｆよりは、凹面鏡１０に近い位置にある。よって、反射光４４ｂがハーフミラー１２にぶつかる位置は、入射光４２ａがハーフミラー１２を透過する位置よりも、中心軸５０に近い。さらに、図２を参照して説明したように、ハーフミラー１２の中心部分１２ａは比較的、反射率の高い（透過率が低い）部分である。よって、反射光４４ｂのかなりの部分（例えば、半分以上の透過率）がハーフミラー１２により反射され、光４６となる。
【００３４】
光４６は、合焦器２に回収される。すなわち、光４６はミラー１６により反射されて、はおよそ中心軸５０と平行な光４８となる。光４８は、光学系１８により、焦点合わせあるいはズームが行なわれる、そして、円偏光板２０により円偏光とされ、像２００が得られる。
【００３５】
なお、集光器１を、中心軸５２を中心として回転させるとよい。ハーフミラー１２の光の反射（透過）のしやすさは、偏光面の向きによって大きく異なる。すなわち、ハーフミラー１２は、ある特定の向きの偏光面を有する偏光を反射（透過）しやすいということである。また、ハーフミラー１２の回転角度によって、「ある特定の向き」が変わる。よって、少なくともハーフミラー１２を中心軸５２を中心として回転させれば、反射（透過）しやすい偏光を調整することができる。
【００３６】
例えば、対象物１００から入射光４２ａに、遮断してしまいたい偏光が混ざっている場合に有効である。この場合、遮断したい偏光を反射してしまうように、ハーフミラー１２の中心軸５２に対する回転角度を決めてしまえば、遮断したい偏光をハーフミラー１２によって反射してしまい、凹面鏡１０に入射できなくするといったことが可能である。
【００３７】
本発明の実施形態によれば、対象物１００からの入射光４２ａの光路上にはハーフミラー１２があるが、入射光４２ａのかなりの部分がハーフミラー１２を透過するため、像２００のうちのピントがボケている部分は、ハーフミラー１２の形状の影響を受けないため、像２００のうちのピントがボケた部分がきれいになり、像２００の画質向上が図れる。
【００３８】
また、対象物１００からの入射光４２ａのかなりの部分がハーフミラー１２の周辺部分１２ｂ（透過率が高い部分である）を透過する。しかも、凹面鏡１０による反射光４４ｂのかなりの部分がハーフミラー１２の中央部分１２ａ（反射率が高い部分である）により反射される。しかも、反射光４４ｂの偏光面は、入射光４２ｂの偏光面（ハーフミラー１２を透過しやすいような向きである）をほぼ９０度回転させたものであるので、反射光４４ｂはハーフミラー１２により反射されやすい。
【００３９】
よって、入射光４２ａのうちのかなりの部分が、凹面鏡１０に入射し、反射され、ハーフミラー１２により反射されるため、集光器１による集光能力が向上する。
【００４０】
なお、本発明の実施形態には以下のような変形例が考えられる。図３は、変形例の要部である第二旋光板１５の付近の構造を示す図である。図３に示した部分以外は、本発明の実施形態と同じである。
【００４１】
図３を参照して、ハーフミラー１２の対象物１００側（凹面鏡１０とは反対側）に第二旋光板１５が重なっている。第二旋光板１５がハーフミラー１２と接する面を第一面１５ａという。第一面１５ａと向かい合い、第一面１５ａよりも対象物１００側にある面を第二面１５ｂという。
【００４２】
入射光４２ａは、第二旋光板１５を透過する（透過光４２０ａ）。透過光４２０ａは第一面１５ａを透過して、ハーフミラー１２に入射する。透過光４２０ａの一部は、ハーフミラー１２により反射され、旋光対象光４２０ｂとなる。なお、透過光４２０ａのかなりの部分は、ハーフミラー１２を透過するが、図３においては図示省略する。旋光対象光４２０ｂは、第一面１５ａを透過して、第二面１５ｂに向かって進む。このとき、偏光面が回転する。旋光対象光４２０ｂは、第二面１５ｂにより反射され、旋光対象光４２０ｃとなる。旋光対象光４２０ｃは、第一面１５ａに向かって進む。このとき、偏光面が回転する。そして、旋光対象光４２０ｃは第一面１５ａを透過して、ハーフミラー１２に入射する。
【００４３】
ここで、ハーフミラー１２により反射された時点の旋光対象光４２０ｂの偏光面は、旋光対象光４２０ｂがハーフミラー１２を透過しにくい向きとなっている。しかも、ハーフミラー１２に入射する時点の旋光対象光４２０ｃの偏光面は、旋光対象光４２０ｃがハーフミラー１２を透過しやすい向きとなっている。このようなことは、第二旋光板１５による偏光面の回転により達成できる。偏光面の回転の程度は、第二旋光板１５の厚みを調整することにより、旋光対象光４２０ｂおよび旋光対象光４２０ｃの光路長の合計を調整して、決定できる。
【００４４】
ここで、旋光対象光４２０ｂおよび旋光対象光４２０ｃの光路長の合計は、ハーフミラー１２により反射された時点の旋光対象光４２０ｂの偏光面をほぼ９０度回転させたものが、ハーフミラー１２に入射する時点の旋光対象光４２０ｃの偏光面となるようにされていることが好ましい。
【００４５】
旋光対象光４２０ｃは、ハーフミラー１２を透過しやすいようにされているので、そのうちのかなりの部分がハーフミラー１２を透過し、入射光４２ｂとなる。よって、集光器１による集光能力がさらに向上する。以後の動作は、本発明の実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態にかかる集光器１の構成を示す図である。
【００４７】
【図２】ハーフミラー１２の平面図である。
【００４８】
【図３】変形例の要部である第二旋光板１５の付近の構造を示す図である。
【００４９】
【図４】集光器１および合焦器２を円偏光板２０の方から見た図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  集光器
１０  凹面鏡
１０ａ  反射面
１２  ハーフミラー（透過反射手段）
１４  第一旋光板
１５  第二旋光板
２  合焦器
１６  ミラー
１８  光学系
２０  円偏光板
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  入射光
４４ａ、４４ｂ  反射光
４２０ａ  透過光
４２０ｂ  旋光対象光
４２０ｃ  旋光対象光
５０  中心軸
１００  対象物
２００  像
Ｆ  焦点
【図１】
2005195645.tif 000003
【図２】
2005195645.tif 000004
【図３】
2005195645.tif 000005
【図４】
2005195645.tif 000006