JP2011075647A - Imaging optical system having autofocus function, and photographing system of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放送用テレビカメラあるいはビデオカメラ等の撮像装置に好適なズームレンズ及びその撮影システムに関するものである。 The present invention relates to a zoom lens suitable for an imaging apparatus such as a broadcast television camera or a video camera, and an imaging system thereof.
近年、放送用テレビカメラの分野では、HDTV(ハイビジョン)化が進み、より高精細な映像を実現できる撮影システムが求められている。 In recent years, in the field of broadcast television cameras, HDTV (high-definition) has been advanced, and a photographing system capable of realizing higher-definition video has been demanded.
これらの要望を満足するために、撮像素子の高精細化や、撮影光学系として用いられるズームレンズの高性能化(高解像化)等が行われている。撮影光学系の高解像化を図ると、被写体の高周波成分の解像が可能となる。しかしながら撮影光学系の焦点深度が浅くなる為、ベストのピント位置(最良結像面)付近での微妙なフォーカス調整が必要となる。 In order to satisfy these demands, high-definition imaging elements and high-performance (high resolution) zoom lenses used as photographing optical systems have been performed. When the resolution of the photographing optical system is increased, the high-frequency component of the subject can be resolved. However, since the focal depth of the photographing optical system becomes shallow, fine focus adjustment near the best focus position (best imaging plane) is required.
マニュアルフォーカスの場合は、撮影者がビューファインダー等の比較的小さな画面を見ながらフォーカスを合わせている。この為、高精度のフォーカス合わせが困難になってきている。 In the case of manual focus, the photographer focuses while looking at a relatively small screen such as a viewfinder. For this reason, high-precision focusing has become difficult.
これに対して、オートフォーカス機能(自動焦点検出機能)をもつズームレンズの要望が高まっている。 On the other hand, there is an increasing demand for a zoom lens having an autofocus function (automatic focus detection function).
オートフォーカス方式として能動式と受動式のオートフォーカス方式がある。 There are active and passive autofocus methods as autofocus methods.
能動式のオートフォーカス方式では、撮像系とは別に測距系を設けて、測距系より例えば赤外光を物体側に放射し、物体側から反射されてくる赤外光を受光して、物体に関する測距を行っている。 In the active autofocus method, a distance measuring system is provided separately from the imaging system, for example, infrared light is emitted from the distance measuring system to the object side, and infrared light reflected from the object side is received, Ranging on objects.
この能動式のオートフォーカス方式は、テレビカメラ等の撮像装置では操作性・機動性を確保する必要から適当でない。 This active autofocus method is not suitable for an imaging apparatus such as a television camera because it is necessary to ensure operability and mobility.
これに対して受動式のオートフォーカス方式の1つに撮影光学系の一部のレンズ群や撮像素子を光軸方向に微小振幅駆動(ウォブリング)させて、ベストピント位置の方向判別信号を得るオートフォーカス方法(いわゆる山登りオートフォーカス方式)がある。 On the other hand, one of the passive autofocus systems is an auto that obtains the best focus position direction determination signal by driving a small amplitude group (wobbling) in the optical axis direction of a part of the lens group or image sensor of the photographing optical system. There is a focus method (so-called hill-climbing autofocus method).
この方式は撮像光学系の一部のレンズ群を微小に駆動させるため、ピントの位置を探る動きが映像として写ってしまい見苦しいという問題がある。 This method has a problem that since a part of the lens group of the image pickup optical system is driven minutely, the movement for searching for the focus position is captured as an image and is unsightly.
この他受動式のオートフォーカス方式の1つに映像用の撮像素子に被写体からの光束を入射させる撮像光学系の光路中から一部の光束を分岐させ、その分岐した光束を合焦検出用の光電変換素子に結像させて、合焦信号を得る方法がある。このような撮像光学系とは別の分岐光学系(合焦光学系)にて合焦の判定をする方法がいくつか知られている(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。 In addition to this, one of the passive autofocus methods is to split a part of the light beam from the optical path of the imaging optical system that causes the light beam from the subject to enter the image sensor for video, and use the branched light beam for focus detection. There is a method of obtaining an in-focus signal by forming an image on a photoelectric conversion element. Several methods are known in which focusing is determined by a branching optical system (focusing optical system) different from such an imaging optical system (Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
また、撮像光学系から光束の一部を分岐する方法では、カメラの撮像素子に取り込む光量が少なくなり撮影像に影響がでる。この影響を低減する為、赤外近くの波長域のみを分岐してその光束を利用して合焦位置を検出することが提案されている。(特許文献4)
また、画面内において、オートフォーカスを行う領域を決定する方法として、輝度信号と色差信号により所定の色領域を検出し、この領域をオートフォーカス等に用いる測光領域とすることが提案されている。(特許文献5)
ところで、照明等の撮影条件や、交換したズームレンズの分光透過率の影響を低減する為に、一般的に撮影前にはホワイトバランスがとられる。これは白色の被写体を撮影した時に、各チャンネルの相対強度比を変更し、各色チャンネルの出力比を同一にすることである。この分光感度を自動的に変化させて複数の画像を記録し、それを使用者に選択させることで、その後の撮影にその分光感度を反映させることが提案されている。(特許文献6)
Further, in the method of branching a part of the light beam from the image pickup optical system, the amount of light taken into the image pickup device of the camera is reduced and the photographed image is affected. In order to reduce this influence, it has been proposed to branch only the wavelength region near the infrared and detect the in-focus position using the luminous flux. (Patent Document 4)
In addition, as a method for determining an autofocus area in a screen, it has been proposed to detect a predetermined color area from a luminance signal and a color difference signal, and use this area as a photometric area used for autofocus or the like. (Patent Document 5)
By the way, in order to reduce the influence of photographing conditions such as illumination and the spectral transmittance of the replaced zoom lens, white balance is generally taken before photographing. This is to change the relative intensity ratio of each channel when shooting a white subject and to make the output ratio of each color channel the same. It has been proposed that a plurality of images are recorded by automatically changing the spectral sensitivity and the user selects the images to reflect the spectral sensitivity in the subsequent photographing. (Patent Document 6)
撮像光学系の光路中に光束の一部を分岐する為の分岐素子を配し、撮像光学系とは別の分岐光学系によりベストピント位置の方向判定を行う方式は、ピントの位置を探る動きが撮影像に写らないという特徴がある。 A method for determining the direction of the best focus position by using a branching optical system that is different from the imaging optical system by providing a branching element for branching a part of the light beam in the optical path of the imaging optical system. Is not reflected in the photographed image.
しかし、前記分岐光学系の合焦位置検出のための光電変換素子にて各チャンネルの相対強度比情報を変更できないズームレンズにおいて、カメラにてホワイトバランスがとられた場合、分岐光学系と撮像系とでカラーバランスに相違が生じる。前記分岐光学系と撮像系各々に色収差が残存するため、各々の光学系において合焦位置が異なる。このため、分岐光学系にて合焦位置を探索する撮影システムでは、オートフォーカスの精度が劣化してしまう。 However, in the zoom lens in which the relative intensity ratio information of each channel cannot be changed by the photoelectric conversion element for detecting the in-focus position of the branching optical system, when the white balance is taken by the camera, the branching optical system and the imaging system And there is a difference in color balance. Since chromatic aberration remains in each of the branching optical system and the imaging system, the focusing position is different in each optical system. For this reason, in the photographing system that searches for the in-focus position with the branching optical system, the accuracy of the autofocus deteriorates.
本発明では、結像光学系内で光束の一部を分岐し、分岐後の光束にて撮像系の合焦状態を検出する分岐光学系と、定められた波長域に対して感度を持つチャンネルを複数有するカメラにおいて、撮像系の各チャンネルの相対強度比情報に基づいて合焦処理を変更するズームレンズ及び撮影システムを提案する。 In the present invention, a branching optical system for branching a part of a light beam in the imaging optical system and detecting the in-focus state of the imaging system by the branched light beam, and a channel having sensitivity to a predetermined wavelength range In a camera having a plurality of zoom lenses, a zoom lens and an imaging system are proposed in which focusing processing is changed based on relative intensity ratio information of each channel of the imaging system.
この時、撮像素子を有するカメラから各チャンネルの相対強度比情報を得て、合焦位置情報を変更するのがよい。 At this time, it is preferable to obtain the relative intensity ratio information of each channel from the camera having the image sensor and change the focus position information.
更に、撮像素子を有するカメラから、前記カメラに挿入されているフィルタの情報を得て、合焦位置処理を変更するのがよい。 Furthermore, it is preferable to change the in-focus position processing by obtaining information on a filter inserted in the camera from a camera having an image sensor.
また、ズームレンズに予め記憶されている各チャンネルの相対強度比情報に基づいて、合焦位置情報を変更してもよい。 Further, the focus position information may be changed based on the relative intensity ratio information of each channel stored in advance in the zoom lens.
また、好ましくは、取得した各チャンネルの相対強度比情報を元に、以下の式に従って合焦位置情報を演算するのがよい。 Preferably, the in-focus position information is calculated according to the following formula based on the acquired relative intensity ratio information of each channel.
BP:補正後の合焦位置情報
n:出力信号のチャンネル数
Si:各チャンネルの出力の相対強度
di:各チャンネルの合焦位置情報
あるいは、ズームレンズに予め記憶されている撮像系の各チャンネルの相対強度比情報に基づいて前記分岐光学系内にフィルタを挿入するのがよい。
BP: In-focus position information after correction n: Number of output signal channels
S i : Relative intensity of each channel output
d i : Focus position information of each channel Alternatively, a filter may be inserted into the branch optical system based on the relative intensity ratio information of each channel of the imaging system stored in advance in the zoom lens.
また、上記カメラから取得した各チャンネルの相対強度比情報に基づいて前記分岐光学系内にフィルタを挿入してもよい。 A filter may be inserted into the branch optical system based on the relative intensity ratio information of each channel acquired from the camera.
また、前記分岐光学系内の合焦位置検出のための光電変換素子にて分光感度を変更するのがよい。 Further, it is preferable to change the spectral sensitivity by a photoelectric conversion element for detecting a focus position in the branch optical system.
また、前記各チャンネルの相対強度比情報の取得に失敗したとき、合焦処理を変更しないのがよい。 Further, when the acquisition of the relative intensity ratio information of each channel fails, the focusing process should not be changed.
あるいは、前記各チャンネルの相対強度比情報の取得に失敗したとき、前記ズームレンズの工場出荷時の合焦処理を設定にするのがよい。 Alternatively, when the acquisition of the relative intensity ratio information of each channel fails, it is preferable to set the focusing process at the time of factory shipment of the zoom lens.
更に、上記カメラに対してズームレンズが交換可能であるのがよい。 Further, it is preferable that the zoom lens can be replaced with the camera.
本発明により、照明の色温度が変化しても、正確に合焦位置を探索できるオートフォーカスを実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize an autofocus that can accurately search a focus position even if the color temperature of the illumination changes.
以下、本発明のオートフォーカス機能を有する結像光学系及び及びその撮影システムの実施例について説明する。 Embodiments of an imaging optical system having an autofocus function and a photographing system thereof according to the present invention will be described below.
図11及び図12はズームレンズを撮影光学系として用いた撮影システム(テレビカメラシステム)の要部概略図である。101はズームレンズである。121は撮影装置としてのカメラである。ズームレンズ101はカメラ121に対して着脱可能になっている。122はカメラ121にズームレンズ101を装着することにより構成される撮影システムである。
FIGS. 11 and 12 are schematic views of the main part of a photographing system (TV camera system) using a zoom lens as a photographing optical system.
ズームレンズ101はフォーカスレンズ群102、変倍レンズ群103、光量調節絞り104、結像レンズ群105を有している。105は分岐素子を有している(不図示)。光学系109は前記分岐素子にて分岐された光束を利用して合焦位置を検出する為のレンズユニットである。
The
110は光学系109によって形成された像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の合焦状態を検出する為の光電変換素子である。
また、111、112は、各々フォーカスレンズ群102,変倍レンズ群103を光軸方向に駆動するヘリコイドやカム等の駆動機構である。尚、駆動機構111、112は、ドライブユニット120による電動駆動が可能であると共に、手動による駆動も可能である。
また、113〜115は駆動機構111、112及び光量調節絞り104を電動駆動するモータ(駆動手段)である。
また、116〜118は、フォーカスレンズ群102、変倍レンズ群103の光軸上の位置や、光量調節絞り104の絞り径を検出する為のエンコーダやポテンショメータ、あるいはフォトセンサ等の検出器である。
123は工場出荷時に予め記憶されているか、あるいは、使用者が任意に記憶させることが可能な、オートフォーカスの為の合焦位置情報や分光感度情報、または結像レンズ群105と光電変換素子110の間に挿入するフィルタ情報を記憶させておく為のメモリである。
123 is stored in advance at the time of shipment from the factory, or can be arbitrarily stored by the user, focusing position information and spectral sensitivity information for autofocusing, or the
119は、得られた分光感度情報から、上記合焦位置情報を演算したり、また、結像部105と受光素子110の間に挿入するフィルタを選択するCPUである。
A
124は、撮像系の分光感度情報に基づいて合焦処理を変更することや、合焦処理変更に必要な分光感度情報を、使用者が指示あるいは選択する部材である。
A
カメラ121において、125は照明の色温度が変化した場合にホワイトバランスをとることを、使用者が指示する部材である。
In the
ホワイトバランスとは、波長域に対して設定された各チャンネルの出力比を同じにすることである。 White balance is to make the output ratio of each channel set for the wavelength range the same.
106は色温度変換フィルタやNDフィルタ、色分解プリズムを含むカメラ光学系、107はズームレンズ101によって形成された被写体像を受光するCCDセンサやCMOSセンサ等の撮像素子(光電変換素子)である。108は撮像素子107から得られた信号強度を演算処理してホワイトバランス調整を行うCPUである。また、126は前記演算処理にて得られたホワイトバランス情報を記憶するメモリである。
また、127は、カメラ121とズームレンズ101を制御するCPU119との間でホワイトバランス情報等が伝達可能なケーブルや接点コネクタ等の情報伝達部材である。
この撮影システム122におけるオートフォーカスのプロセスを説明する。ズームレンズ101中において結像部105内の分岐光学系にて分岐された光束を、光学系109にて光電変換素子110に導く。116〜118で得られるズーム、フォーカス、絞りの位置情報や、光電変換素子110で得た信号から、メモリ123に記憶されている合焦位置情報を読み出し、CPU119にて演算された合焦位置までモータ113を用いてフォーカスレンズ群102を駆動させる。
An autofocus process in the photographing
次に、撮影システム122において、照明の色温度が変化したときに、合焦位置情報を変更する実施例について説明する。下記実施例1〜実施例5(図1〜図5)は、図11の概略図の構成に相当する。また、下記実施例6〜実施例10(図6〜図10)は、図12の概略図の構成に相当する。
Next, an embodiment in which in-focus position information is changed when the color temperature of illumination changes in the photographing
図1に実施例1のフローチャートを示す。カメラ121の指示部材125によりホワイトバランスをとることが指示されて、それが完了した場合(S11)、ズームレンズ101は、情報伝達部材127を通じて、カメラ光学系106に挿入されている色温度変換フィルタの情報や、カメラメモリ126から各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S12)。得られた前記フィルタ情報や各チャンネルの相対強度比情報からズームレンズ101のCPU119にて演算処理を行い(S13)、演算結果である合焦位置情報をメモリ123に記憶する(S14)。
FIG. 1 shows a flowchart of the first embodiment. When the
図2に実施例2のフローチャートを示す。部材124からカメラメモリ126に記憶されている各チャンネルの相対強度比情報を元に合焦位置情報を演算することを指示された場合(S21)、ズームレンズ101は、情報伝達部材127を通じて、カメラ光学系106に挿入されている色温度変換フィルタの情報や、カメラメモリ126から各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S22)。得られたホワイトバランス情報からズームレンズ101のCPU119にて演算処理を行い(S23)、演算結果である合焦位置情報をメモリ123に記憶する(S24)。
FIG. 2 shows a flowchart of the second embodiment. When the
図3に実施例3のフローチャートを示す。部材124から合焦位置情報を変更することを指示された場合(S31)、メモリ123に予め記憶されているいくつかの各チャンネルの相対強度比情報から、部材124にて使用者が任意に選択し(S32)、選択された情報からズームレンズ101のCPU119にて演算処理を行い(S33)、演算結果である合焦位置情報をメモリ123に記憶する(S34)。
FIG. 3 shows a flowchart of the third embodiment. When it is instructed by the
この時、前記メモリ123に予め記憶されているいくつかの各チャンネルの相対強度比情報は、工場出荷時に撮影時の様々な照明条件を想定したものである。また、前記実施例1、2でカメラ121から取得し、メモリ123に記憶されている各チャンネルの相対強度比情報を選択してもよい。
At this time, the relative intensity ratio information of each of the channels stored in advance in the
更に、メモリ123に予め記憶させておく情報は、実施例3のフローチャート(S32)で示している各チャンネルの相対強度比情報でなく、(S34)にて記憶される演算結果の合焦位置情報でもよい。また、実施例1及び実施例2のフローチャート(S14)、(S24)にて演算され、メモリ123に記憶されている合焦位置情報を使用してもよい。これにより、既に演算済みの合焦位置情報を用いる為、実施例3のフローチャート(S33)の演算処理をしなくてもよい。
Further, the information stored in advance in the
図4に実施例4のフローチャートを示す。実施例4では、分岐光学系の光電変換素子110にてホワイトバランスをとることが可能とする。これにより、分岐光学系のカラーバランスが、撮像系におけるカラーバランスと同等となり、高精度な合焦位置探索が可能となる。カメラ121の指示部材125によりホワイトバランスをとることが指示されて、それが完了した場合(S41)、ズームレンズ101は、分岐光学系の光電変換素子110にてホワイトバランスをとり、各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S42)。該各チャンネルの相対強度比情報をメモリ123に記憶し(S43)、以後該各チャンネルの相対強度比情報に基づいて光電変換素子110からの出力信号を処理する。
FIG. 4 shows a flowchart of the fourth embodiment. In Example 4, the white balance can be achieved by the
図5に実施例5のフローチャートを示す。実施例5では、分岐光学系の光電変換素子110にてホワイトバランスをとることが可能とする。これにより、分岐光学系のカラーバランスが、撮像系におけるカラーバランスと同等となり、高精度な合焦位置探索が可能となる。部材124から分岐光学系の各チャンネルの相対強度比情報を取得することを指示された場合(S51)、分岐光学系の光電変換素子110にてホワイトバランスをとり、各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S52)、該各チャンネルの相対強度比情報をメモリ123に記憶し(S53)、以後該各チャンネルの相対強度比情報に基づいて光電変換素子110からの出力信号を処理する。
FIG. 5 shows a flowchart of the fifth embodiment. In Example 5, it is possible to achieve white balance with the
次に、実施例6〜実施例10(図6〜図10)の構成図である図12について説明する。結像部105内の分岐光学系にて分岐された光束を、光学系109と、フィルタ128を経て受光素子110に導く。部材129は複数のフィルタ128を保持しており、CPU119にて選択された任意のフィルタを、電動駆動するモータ(駆動手段)130にて光学系109の光軸上に挿入することができる。
Next, FIG. 12, which is a configuration diagram of the sixth to tenth embodiments (FIGS. 6 to 10), will be described. The light beam branched by the branching optical system in the
図6に実施例6のフローチャートを示す。カメラ121の指示部材125によりホワイトバランスをとることが指示されて、それが完了した場合(S61)、ズームレンズ101は、情報伝達部材127を通じて、カメラ光学系106に挿入されている色温度変換フィルタの情報や、カメラメモリ126から各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S62)。CPU119にて、各チャンネルの相対強度比情報に対して予め設定されたフィルタ128を選択し(S63)、モータ130にて部材129を駆動し、(S63)にて選択されたフィルタを、光学系109の光軸上に挿入する(S64)。これにより、分岐光学系と撮像系とのカラーバランスが近づく為、合焦精度が向上する。
FIG. 6 shows a flowchart of the sixth embodiment. When the
図7に実施例7のフローチャートを示す。部材124から分岐光学系にフィルタを挿入することを指示された場合(S71)、ズームレンズ101は、情報伝達部材127を通じて、カメラ光学系106に挿入されている色温度変換フィルタの情報や、カメラメモリ126から各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S72)。CPU119にて、各チャンネルの相対強度比情報に対して予め設定されたフィルタ128を選択し(S73)、モータ130にて部材129を駆動し、(S73)にて選択されたフィルタを、光学系109の光軸上に挿入する(S74)。
FIG. 7 shows a flowchart of the seventh embodiment. When the
図8に実施例8のフローチャートを示す。部材124から分岐光学系にフィルタを挿入することを指示された場合(S81)、メモリ123に予め記憶されているいくつかの各チャンネルの相対強度比情報から、部材124にて使用者が任意に選択し(S82)、CPU119にて、各チャンネルの相対強度比情報に対して予め設定されたフィルタ128を選択し(S83)、モータ130にて部材129を駆動し、(S83)にて選択されたフィルタを、光学系109の光軸上に挿入する(S84)。
FIG. 8 shows a flowchart of the eighth embodiment. When it is instructed to insert a filter into the branching optical system from the member 124 (S81), the user arbitrarily selects the
図9に実施例9のフローチャートを示す。実施例9では、分岐光学系の光電変換素子110は各チャンネルの相対強度比情報を取得することができるが、該各チャンネルの相対強度比情報をメモリ123に記憶したり、取得後の該各チャンネルの相対強度比情報に基づいて光電変換素子110からの出力信号を処理することはできないものとする。カメラ121の指示部材125によりホワイトバランスをとることが指示されて、それが完了した場合(S91)、ズームレンズ101は、分岐光学系の光電変換素子110にてホワイトバランスをとり、各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S92)。CPU119にて、各チャンネルの相対強度比情報に対して予め設定されたフィルタ128を選択し(S93)、モータ130にて部材129を駆動し、(S93)にて選択されたフィルタを、光学系109の光軸上に挿入する(S94)。これにより、分岐光学系と撮像系とのカラーバランスが近づく為、合焦精度が向上する。
FIG. 9 shows a flowchart of the ninth embodiment. In Example 9, the
図10に実施例10のフローチャートを示す。実施例10では、分岐光学系の光電変換素子110は各チャンネルの相対強度比情報を取得することができるが、該各チャンネルの相対強度比情報をメモリ123に記憶したり、取得後の該各チャンネルの相対強度比情報に基づいて光電変換素子110からの出力信号を処理することはできないものとする。部材124から分岐光学系の各チャンネルの相対強度比情報を取得することを指示された場合(S101)、ズームレンズ101は、分岐光学系の光電変換素子110にてホワイトバランスをとり、各チャンネルの相対強度比情報を取得する(S102)。CPU119にて、各チャンネルの相対強度比情報に対して予め設定されたフィルタ128を選択し(S103)、モータ130にて部材129を駆動し、(S103)にて選択されたフィルタを、光学系109の光軸上に挿入する(S104)。これにより、分岐光学系と撮像系とのカラーバランスが近づく為、合焦精度が向上する。
FIG. 10 shows a flowchart of the tenth embodiment. In Example 10, the
尚、図12において、フィルタ128は、光学系109と光電変換素子110の間に挿入しているが、結像レンズ群105と光電変換素子110の間で、且つ光学系109の光軸上であれば、挿入場所は任意である。
In FIG. 12, the
次に本発明の数値実施例を示す。数値実施例1として、ズームレンズを示す。 Next, numerical examples of the present invention will be shown. As Numerical Example 1, a zoom lens is shown.
(数値実施例1) (Numerical example 1)
前記数値実施例1のズームレンズはテレビ放送用の撮像装置に用いられる撮影レンズ系である。 The zoom lens according to Numerical Example 1 is a photographing lens system used in an imaging apparatus for television broadcasting.
iは物体側からの面の順序を示し、riは各面の曲率半径、diは第i面と第i+1面との間のレンズ肉厚及び間隔、ni,νiはそれぞれd線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。又、fは焦点距離、FnoはFナンバーを示す。また、r58、r59は色分解プリズムに相当するガラス材である。また、r40、r41は分岐素子の面を示している。また、r42からr46と、エクステンダー部が入れ替わることにより、焦点距離範囲を遷移させることができる。 i indicates the order of the surfaces from the object side, ri is the radius of curvature of each surface, di is the lens thickness and spacing between the i-th surface and the i + 1-th surface, and ni and νi are based on the d-line, respectively. Refractive index and Abbe number are shown. F indicates a focal length and Fno indicates an F number. R58 and r59 are glass materials corresponding to color separation prisms. Further, r40 and r41 indicate the surfaces of the branch elements. Further, the focal length range can be changed by switching the extender portion from r42 to r46.
図13は数値実施例1のズームレンズの広角端におけるレンズ断面図である。レンズ断面図において、左方が被写体側(前方)で、右方が像側(後方)である。物体側から像側へ順に、合焦用レンズ群L11を含む合焦部LF、ズーミングの為に光軸上移動する2つのレンズ群(バリエーターレンズ群L12とコンペンセータレンズ群L13)を含む変倍部LZ、通過光量を制限する開口絞りSP、結像用の複数のレンズ群を含む結像部LRとを有している。結像部LRは、レンズ群L21,L22,L23を有している。 FIG. 13 is a lens cross-sectional view at the wide-angle end of the zoom lens according to Numerical Example 1. In the lens cross-sectional view, the left side is the subject side (front), and the right side is the image side (rear). In order from the object side to the image side, a focusing unit LF including a focusing lens unit L11, and a zooming unit including two lens units (variator lens unit L12 and compensator lens unit L13) that move on the optical axis for zooming. LZ, an aperture stop SP that limits the amount of light passing therethrough, and an imaging unit LR that includes a plurality of lens groups for imaging. The imaging unit LR includes lens groups L21, L22, and L23.
レンズ群L21は入射光束を複数の光路に分岐する分岐素子LDを含むレンズ群である。 The lens group L21 is a lens group including a branch element LD that branches an incident light beam into a plurality of optical paths.
レンズ群L21は一部のレンズ群を光軸と垂直方向の成分を持つように移動して(平行偏心又は回動偏心して)像位置を変化させる防振レンズISを有している。 The lens unit L21 includes an anti-vibration lens IS that moves a part of the lens units so as to have a component perpendicular to the optical axis (parallel decentering or rotational decentering) to change the image position.
防振レンズ群ISは、撮像用の光束の一部の光束を分岐する為の分岐素子LDよりも物体側に配置している。これによって分岐後に配されているベストピント位置を探索する為の合焦検出手段で、防振された安定した信号を得て、より正確なベストピント位置を検出している。 The anti-vibration lens group IS is arranged on the object side with respect to the branch element LD for branching a part of the light flux for imaging. In this way, the focus detection means for searching for the best focus position arranged after the branching obtains a stable signal that is anti-vibrated and detects the more accurate best focus position.
LAは分岐光学系である。分岐光学系LAは分岐素子LDで分岐された撮影光束の一部を用いて公知の方法により撮影光学系(ズームレンズ)の焦点検出信号を得る為に用いている。例えば、位相差方式では、ズームレンズの射出瞳の複数領域から射出する光束によって、該複数領域毎に各々被写体像を形成する2次結像レンズと、複数の被写体像が形成される位置に各々設けた受光部を有している。該受光部によって被写体像の光量分布を電気信号に変換し、このときの信号を用いて複数の被写体像の相対位置関係よりズームレンズの焦点情報を演算手段で求めている。 LA is a branching optical system. The branching optical system LA is used to obtain a focus detection signal of the photographing optical system (zoom lens) by a known method using a part of the photographing light beam branched by the branching element LD. For example, in the phase difference method, a secondary imaging lens that forms a subject image for each of the plurality of regions by light beams emitted from a plurality of regions of the exit pupil of the zoom lens, and a position where a plurality of subject images are formed, respectively. It has the light-receiving part provided. The light amount distribution of the subject image is converted into an electrical signal by the light receiving unit, and the focal point information of the zoom lens is obtained by the calculation means from the relative positional relationship of the plurality of subject images using the signal at this time.
図14に本数値実施例における、分岐素子LDと分岐光学系LAの概略図を示す。図10において、xは撮像系(ズームレンズ)の光軸、yは分岐光学系LAの光軸、Sは光線を分岐する為の反射面を示している。 FIG. 14 shows a schematic diagram of the branch element LD and the branch optical system LA in this numerical example. In FIG. 10, x is the optical axis of the imaging system (zoom lens), y is the optical axis of the branching optical system LA, and S is the reflecting surface for branching the light beam.
反射面Sは、入射光線を所定の割合で透過光と反射光に分岐している。そして、光路を分岐したい方向(光軸y)を考慮し、光軸xに対して適切な角度をつけて配置している。また、反射面Sの反射と透過の割合は、撮像系と分岐光学系LAで各々必要な光量を考慮して適切に配分している。 The reflecting surface S branches incident light into transmitted light and reflected light at a predetermined ratio. In consideration of the direction in which the optical path is to be branched (optical axis y), the optical path is arranged at an appropriate angle with respect to the optical axis x. Further, the ratio of reflection and transmission of the reflecting surface S is appropriately distributed in consideration of the amount of light required for the imaging system and the branch optical system LA.
レンズ群L22は全系の焦点距離範囲を遷移させるためにエクステンダーレンズ群Exと変換可能に光路中より挿脱される。 The lens unit L22 is inserted into and removed from the optical path so as to be convertible with the extender lens unit Ex in order to shift the focal length range of the entire system.
レンズ群L23は結像のための固定群である。また、レンズ群L23はフランジバック調整やマクロ撮影時に光軸方向に可動である。 The lens group L23 is a fixed group for image formation. The lens unit L23 is movable in the optical axis direction during flange back adjustment and macro photography.
Gは色分解プリズム、光学フィルター、フェースプレート、水晶ローパスフィルター、赤外カットフィルター等に相当する光学ブロックである。 G denotes an optical block corresponding to a color separation prism, an optical filter, a face plate, a quartz low-pass filter, an infrared cut filter, or the like.
IPは像面であり、テレビカメラやビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮影光学系として使用する際にはCCDセンサやCMOSセンサ等の固体撮像素子(光電変換素子)の撮像面に相当する。 IP is an image plane, and corresponds to an imaging plane of a solid-state imaging device (photoelectric conversion device) such as a CCD sensor or a CMOS sensor when used as an imaging optical system of a television camera, a video camera, or a digital still camera.
図15(A),(B)は、レンズ群L22が挿入された数値実施例1のズームレンズにおいて、物体距離が無限遠での(A)広角端及び(B)望遠端での球面収差図である。また、図16(A),(B)は、エクステンダーレンズ群Exが挿入された数値実施例1のズームレンズにおいて、物体距離が無限遠での(A)広角端及び(B)望遠端での球面収差図である。図中、実線はe線を、一点斜線はC線を、二点斜線はf線を表している。図15、図16より、各波長における合焦位置は異なることがわかる。また、各波長の合焦位置は、広角端に比べて望遠端で大きくことなることが分かる。これは、各波長における縦倍率の違いが望遠側で顕著になる為である。また、望遠端では、Fナンバーを確保する為に入射瞳径が大きくなり、球面収差量は大きくなる為である。撮像素子を有するカメラにてホワイトバランスがとられた場合、分岐光学系と撮像系とでカラーバランスに相違が生じ、各々の光学系において合焦位置が異なる。このため、分岐光学系にて合焦位置を探索する撮影システムでは、分岐光学系で探索した合焦位置とカメラで撮影像の合焦位置に違いが生じ、オートフォーカスの合焦精度が劣化してしまう。 FIGS. 15A and 15B are spherical aberration diagrams at the wide-angle end and (B) telephoto end when the object distance is infinity in the zoom lens of Numerical Example 1 in which the lens unit L22 is inserted. It is. FIGS. 16A and 16B show the zoom lens of Numerical Example 1 in which the extender lens group Ex is inserted, at (A) the wide angle end and (B) the telephoto end when the object distance is infinity. It is a spherical aberration diagram. In the figure, the solid line represents the e line, the one-point oblique line represents the C line, and the two-point oblique line represents the f line. 15 and 16, it can be seen that the focus positions at the respective wavelengths are different. It can also be seen that the focus position of each wavelength is larger at the telephoto end than at the wide-angle end. This is because the difference in vertical magnification at each wavelength becomes significant on the telephoto side. Further, at the telephoto end, the entrance pupil diameter increases to secure the F number, and the amount of spherical aberration increases. When white balance is achieved with a camera having an image sensor, a difference in color balance occurs between the branching optical system and the imaging system, and the focus position is different in each optical system. For this reason, in an imaging system that searches for the in-focus position using the branching optical system, a difference occurs between the in-focus position searched for by the branching optical system and the in-focus position of the captured image by the camera, and the focusing accuracy of autofocus deteriorates. End up.
合焦精度の劣化を防止する為に、まず、上記数値実施例1のズームレンズをカメラに取り付けた、上記図11と同様の撮影システムにおいて、ホワイトバランス情報を元に、上記(1)式に従って合焦位置情報を演算する実施例について説明する。 In order to prevent the deterioration of focusing accuracy, first, in the same photographing system as in FIG. 11 in which the zoom lens of the numerical value example 1 is attached to the camera, based on the white balance information, the above equation (1) is used. An embodiment for calculating in-focus position information will be described.
本実施例の撮影システムは、RGBの3チャンネルとした。図17にその概略図を示す。 The photographing system of the present embodiment has three RGB channels. FIG. 17 shows a schematic diagram thereof.
横軸は波長で、縦軸は信号強度を示す。図中のR、G、Bは各々Rチャンネル、Gチャンネル、Bチャンネルを示す。図17(A)はある照明下で撮影した時のカメラから各チャンネルの出力信号を示す。この状態でカメラにてホワイトバランスをとると、図17(B)で示す出力信号となる。この時、各チャンネルの波長に対する信号強度の積分値の比、つまり出力比は同じとなる。 The horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents signal intensity. R, G, and B in the figure indicate an R channel, a G channel, and a B channel, respectively. FIG. 17A shows an output signal of each channel from the camera when photographing under certain illumination. If white balance is achieved with the camera in this state, an output signal shown in FIG. At this time, the ratio of the integrated value of the signal intensity to the wavelength of each channel, that is, the output ratio is the same.
表5に本実施例における各チャンネルの構成波長及び感度比を示す。表5中の感度は、ズームレンズの分光透過率や、カメラ中の撮像素子や色分解光学系の分光感度を想定したものであり、撮影照明の色温度は考慮いない。言い換えれば、撮影照明の色温度に対する、各チャンネルの各波長における感度はすべて1の状態の値とする。 Table 5 shows the constituent wavelengths and sensitivity ratios of the respective channels in this embodiment. The sensitivity in Table 5 assumes the spectral transmittance of the zoom lens and the spectral sensitivity of the image sensor and color separation optical system in the camera, and does not consider the color temperature of the photographic illumination. In other words, the sensitivity at each wavelength of each channel with respect to the color temperature of the photographic illumination is assumed to be a value of 1 state.
表6にレンズ群L22挿入時での、広角端と望遠端の各チャンネル合焦位置情報diを示す。本数値実施例における合焦位置情報di(iはチャンネル名)は、ズームレンズの光軸上での合焦位置とした。ここでは、ズームポジションが広角端と望遠端で、物体距離が無限遠の状態における値を示した。また、合焦位置を、結像面上で25lp/mmのチャートに対する撮影画界の中心でのMTFのピーク値と定義した。この時、広角端、望遠端共にGチャンネルの合焦位置をゼロとした。 Table 6 at the time of lens groups L22 insert, showing the position information d i focus each channel case of the wide-angle end and the telephoto end. The focus position information d i (i is the channel name) in this numerical example is the focus position on the optical axis of the zoom lens. Here, the values are shown when the zoom position is at the wide-angle end and the telephoto end and the object distance is infinite. The in-focus position was defined as the peak value of MTF at the center of the photographic field for the 25 lp / mm chart on the imaging plane. At this time, the focusing position of the G channel was set to zero at both the wide angle end and the telephoto end.
今、例えば、色温度が3200Kの光源下で撮影するとする。表7に、3200K光源の、各波長における強度比と、各チャンネルにおける強度比を示す。 For example, suppose that shooting is performed under a light source with a color temperature of 3200K. Table 7 shows the intensity ratio at each wavelength and the intensity ratio at each channel of the 3200K light source.
表7の各チャンネルにおける強度比は、チャンネルを構成する各波長における強度比の積分値(和)から算出した。 The intensity ratio in each channel in Table 7 was calculated from the integrated value (sum) of the intensity ratios at each wavelength constituting the channel.
NTSC方式のテレビカメラシステムでは、画像を形成する輝度信号は、各チャンネルの強度比G:R:B=6:3:1からなる。本実施例において、撮像システムの撮像素子に入射する各チャンネルにおける出力の相対強度Si(iはチャンネル名)は、上記表7で示した各チャンネルの強度比の値に、上記輝度信号の強度比を掛け合わせたものとなる。本実施例において前述してきた分光感度情報は、この相対強度比Siを指す。表8に各チャンネルの相対強度比Siを示す。各チャンネルの相対強度比SiはGチャンネルの強度を1とした。 In the NTSC television camera system, the luminance signal forming the image is composed of the intensity ratio G: R: B = 6: 3: 1 of each channel. In this embodiment, the relative intensity S i (i is the channel name) of the output in each channel incident on the image sensor of the imaging system is the intensity ratio value of each channel shown in Table 7 above, and the intensity of the luminance signal. Multiply the ratio. The spectral sensitivity information described above in the present embodiment indicates this relative intensity ratio S i . It indicates the relative intensity ratio S i of each channel in Table 8. The relative intensity ratio S i of each channel was set so that the intensity of the G channel was 1.
色温度が3200Kの光源下での撮影時に、カメラにてホワイトバランスをとると、RGBの各チャンネルの強度比は1:1:1に補正される。この時の、オートフォーカス時の目標値となる合焦位置情報BPは、上記(1)式により求まる。表4に上記(1)式の算出結果を示す。また、(1)式の計算に必要となる各チャンネルでの合焦位置情報dは表6に示してある。 When shooting under a light source with a color temperature of 3200K, if the white balance is taken with the camera, the intensity ratio of each RGB channel is corrected to 1: 1: 1. At this time, the in-focus position information BP serving as a target value at the time of autofocus is obtained by the above equation (1). Table 4 shows the calculation result of the above equation (1). Table 6 shows the in-focus position information d for each channel necessary for the calculation of the equation (1).
また、本数値実施例では示していないが、表8の各チャンネルにおける出力の相対強度Siを算出するにあたり、カメラ121から情報伝達部材127を通じて得られる、カメラ光学系106に挿入されている色温度変換フィルタの情報を考慮するのがよい。このとき、色温度変換フィルタの各チャンネルの相対透過率をSiに掛け合わせればよい。
Although not shown in this numerical example, the color inserted into the camera
また、上記表6では、簡単の為、ズームポジションが広角端と望遠端で、物体距離が無限遠の状態における値のみを示したが、複数のズームポジション及び物体距離における合焦位置情報dをメモリ123に予め記憶させておき、撮影条件に近い合焦位置情報dの値を用いて、合焦位置情報BPを算出するのがよい。これにより、高精度なオートフォーカスを実現できる。
In Table 6, for the sake of simplicity, only the values at the zoom position at the wide angle end and the telephoto end and the object distance at infinity are shown, but the focus position information d at a plurality of zoom positions and object distances is shown. The in-focus position information BP is preferably calculated using the value of the in-focus position information d that is close to the shooting conditions and is stored in advance in the
ところで、本数値実施例では、分岐素子LDをレンズ群L22あるいはエクステンダーExより物体側に配置している。これにより、レンズ群L22とエクステンダーExの挿抜により撮影画角が変化しても、分岐光学系LAに取り込まれる光束は変化しない。つまり、上記レンズ群の挿抜によりオートフォーカスの処理を変える必要がなく、比較的簡易な構成でオートフォーカスの撮影システムを実現できる。 By the way, in this numerical example, the branch element LD is arranged on the object side from the lens group L22 or the extender Ex. Thereby, even if the field angle of view changes due to the insertion / extraction of the lens unit L22 and the extender Ex, the light flux taken into the branch optical system LA does not change. That is, it is not necessary to change the autofocus process by inserting and removing the lens group, and an autofocus imaging system can be realized with a relatively simple configuration.
一方、分岐素子LDをレンズ群L22あるいはエクステンダーExより結像面側に配置してもよい。但し、この時は、上記レンズ群の挿抜により、撮影光束も分岐光学系LAに取り込まれる光束も同様に変化する為、表6のレンズ群L22挿入時の各チャンネルでの合焦位置情報dとは別に、エクステンダーEx挿入時の上記dをメモリ123に予め記憶させておく必要がある。
On the other hand, the branch element LD may be disposed closer to the image plane than the lens unit L22 or the extender Ex. However, at this time, since the photographing light beam and the light beam taken into the branching optical system LA change in the same manner due to the insertion and removal of the lens group, the focusing position information d in each channel when the lens group L22 is inserted in Table 6 In addition, it is necessary to previously store d in the
表9に、エクステンダーEx群挿入時での、広角端と望遠端の各チャンネル合焦位置情報diを示す。ここでは、ズームポジションが広角端と望遠端で、物体距離が無限遠の状態における値を示した。また、合焦位置を、結像面上で25lp/mmのチャートに対する撮影画界の中心でのMTFのピーク値と定義した。この時、広角端、望遠端共にGチャンネルの合焦位置をゼロとした。尚、各チャンネルの構成波長及び感度比は、表5の値を使用した。 Table 9 shows at the time of the extender Ex group insertion, the position information d i focus each channel case of the wide-angle end and the telephoto end. Here, the values are shown when the zoom position is at the wide-angle end and the telephoto end and the object distance is infinite. The in-focus position was defined as the peak value of MTF at the center of the photographic field for the 25 lp / mm chart on the imaging plane. At this time, the focusing position of the G channel was set to zero at both the wide angle end and the telephoto end. The values shown in Table 5 were used for the constituent wavelengths and sensitivity ratios of each channel.
また、表10に、上記表8と同様、各チャンネルの相対強度比Siと、上記(1)式にて算出した合焦位置情報BPを示す。 Also, shown in Table 10, similarly to the above Table 8, the relative intensity ratio S i of each channel, the focus position information BP calculated in equation (1).
以上のように、分岐素子LDをレンズ群L22あるいはエクステンダーレンズ群Exより結像面側に配置した場合、ズームレンズにレンズ群L22とエクステンダーレンズ群Exどちらが挿入されているか判断し(不図示)、レンズ群L22挿入時には表6の値を、エクステンダーレンズ群Ex挿入時には表9の値を用いて演算する必要がある。 As described above, when the branch element LD is disposed closer to the image plane than the lens group L22 or the extender lens group Ex, it is determined whether the lens group L22 or the extender lens group Ex is inserted in the zoom lens (not shown). It is necessary to calculate using the values in Table 6 when the lens unit L22 is inserted and using the values in Table 9 when the extender lens unit Ex is inserted.
次に、上記数値実施例1のズームレンズをカメラに取り付けた、上記図12と同様の撮影システムにおいて、カメラあるいは分岐光学系の光電変換素子から得られる各チャンネルの相対強度比情報に基づいて、分岐後の光束に対してフィルタを挿入する実施例について説明する。 Next, in the same photographing system as in FIG. 12 in which the zoom lens of the numerical example 1 is attached to the camera, based on the relative intensity ratio information of each channel obtained from the photoelectric conversion element of the camera or the branch optical system, An embodiment in which a filter is inserted for the branched light beam will be described.
今、例えば、色温度が3200Kの光源下で撮影するとする。カメラ121かあるいは分岐光学系の光電変換素子から得られる各チャンネルの相対強度比情報は表8で示されている各チャンネルの相対強度比Siである。このとき、撮像系と分岐光学系でのカラーバランスを同じくする為には、各チャンネルの相対強度比Siの逆数の透過率をもつフィルタを分岐光学系に挿入すればよい。表11に、挿入するフィルタの、透過光量の各チャンネルの相対強度を示す。Gチャンネルの強度を1とした。
For example, suppose that shooting is performed under a light source with a color temperature of 3200K. The relative intensity ratio information of each channel obtained from the
ここでは、色温度3200Kの光源下で挿入するフィルタについて説明したが、様々な色温度条件に対応するフィルタを予め部材128にて複数有しておき、CPU119にて、得られた分光感度情報から、撮像系のカラーバランスに最も近くなるフィルタを選択し、モータ130にて光学系109の光軸上に挿入するのがよい。
Here, the filter inserted under the light source having a color temperature of 3200K has been described. However, a plurality of filters corresponding to various color temperature conditions are provided in advance in the
以上のように、得られた各チャンネルの相対強度比情報に対して、適切なフィルタを分岐光学系に挿入することにより、より高精度なオートフォーカスを実現できる。 As described above, more accurate autofocus can be realized by inserting an appropriate filter into the branching optical system for the obtained relative intensity ratio information of each channel.
実施例1〜10または数値実施例1において、CPU119が、カメラ121あるいはメモリ123から各チャンネルの相対強度比情報を取得することに失敗した場合、上記合焦位置情報の演算を行わない、あるいは分岐光学系にフィルタを挿入しない。または、ズームレンズ101の工場出荷時の色温度設定(合焦位置情報BPあるいは分岐光学系のフィルタ)に戻してもよい。上記数値実施例1における工場出荷時の色温度設定は、前述したが、各チャンネルの各波長における感度はすべて1の色温度を想定している。
In Embodiments 1 to 10 or Numerical Embodiment 1, when the
以上のように各実施例によれば、照明の色温度が変化しても、正確に合焦位置を探索できるオートフォーカスを実現できる。 As described above, according to each embodiment, it is possible to realize autofocus that can accurately search for the in-focus position even when the color temperature of illumination changes.
LF 合焦部
LZ 変倍部
LR 結像部
LA 分岐光学系
LD 分岐素子
L11 合焦用レンズ群
L12 バリエーターレンズ群
L13 コンペンセーターレンズ群
L21 レンズ群L21
L22 レンズ群L22
L23 レンズ群L23
Ex エクステンダーレンズ群
SP 開口絞り
G ガラスブロック
IS 防振レンズ群
LF focusing section LZ zooming section LR imaging section LA branching optical system LD branching element L11 focusing lens group L12 variator lens group L13 compensator lens group L21 lens group L21
L22 Lens unit L22
L23 Lens unit L23
Ex Extender lens group SP Aperture stop G Glass block IS Anti-vibration lens group
Claims (12)
BP:補正後の合焦位置情報
n:出力信号のチャンネル数
Si:各チャンネルの出力の相対強度
di:各チャンネルの合焦位置情報 5. The photographing system having a zoom lens according to claim 1, wherein the focus position information is calculated according to the following expression based on the acquired relative intensity ratio information of each channel.
BP: In-focus position information after correction n: Number of output signal channels
S i : Relative intensity of each channel output
d i : Focus position information for each channel
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