JP4159064B2 - スチル撮影機能付テレビレンズ - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチル撮影機能付テレビレンズに関し、詳しくは色分解プリズムを搭載した放送用テレビカメラ等のカメラ本体に取付可能なスチル撮影機能付テレビレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放送用のテレビカメラ等では、高画質のカラー画像を得るため、３色分解プリズムと、分解された各色光による被写体情報を得るための各色光に対応したＣＣＤをテレビカメラ本体に搭載し、さらにこのテレビカメラ本体の前段に、例えばズームレンズやマクロレンズ等、用途に応じた各種レンズが取付可能となるように構成されている。
【０００３】
ところで、スポーツのテレビ中継あるいは結婚披露宴のビデオ撮影を行っている最中に、例えば得点ゴールの場面やウェディングケーキカットの場面等のハイライトシーンを、そのテレビカメラ（ビデオカメラも含む；以下同じ）によりスチル画像として電気的に記録しておきたいという要望がある。
【０００４】
このような要望に対し、テレビカメラによって電気的に撮像された動画の一駒をスチル画像として用いることも考えられるが、現行のＮＴＳＣ信号との互換性を優先した場合には、このようにして得られたスチル画像は画質が低下したものとなってしまう。
【０００５】
したがって、テレビレンズ部もしくはテレビカメラ本体にスチル画像専用の撮像系を取り付け、テレビ画像撮像系とは別の撮像系でスチル画像を得ることによってその画質を良好なものとするとともに、テレビレンズ部の一部をスチル画像撮像系にも共通に使用することによって装置全体のコンパクト化、低廉化を図ることが望ましい（本出願人による特願平10−21445号、22839号、21840号明細書において既に開示されている）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スチル画像を撮像する場合には時間的に連続する被写体シーンの中から一部をシャッタにより切り出すことが必要となる。
【０００７】
一方、ＣＣＤの電荷蓄積期間を、バイアス値や駆動クロックを変えることにより変化させる電子シャッタが知られているが、電子シャッタを採用するとシャッタ閉状態においてＣＣＤ受光面上に照射された光によってスミアが増加し、これにより画質が劣化するおそれがある。
【０００８】
最近では、縦型（垂直）オーバードレインとｎｐ基板の開発により、従来に比べてスミアの発生は改善されているものの、高画質が要求されるものにおいてはさらなる改善が望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、電子シャッタの閉期間においてスチル画像撮像素子の受光面に照射された光によってもスミアが増加するおそれのないスチル撮像機能付テレビレンズを提供することも目的とするものである。
【００１０】
また、例えば、スチル画像撮像素子の信号伝送方式がＮＴＳＣ等に準拠したインターレース方式である場合に電子シャッタを用いると、１フレームを構成する第１フィールドと第２フィールドの電荷蓄積期間が１／６０秒だけズレてしまうので、特に動きの速い被写体においては第１フィールド画面と第２フィールド画面にズレが生じ、フレーム画像を構成した場合に画像ブレを生じてしまう。
【００１１】
そこで本発明はこのような事情にも鑑みなされたもので、スチル画像撮像素子の信号伝送方式がインターレース方式を採用している場合において、２つのフィールド画像間で画像ブレのないスチル撮像機能付テレビカメラ用光学系を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のスチル撮影機能付テレビレンズは、被写体像情報を担持した光束を色分解する色分解プリズムを搭載してなるテレビカメラ本体の前段に取り付けられる複数のレンズ群を有してなるテレビレンズにおいて、
前記複数のレンズ群のうちのリレーレンズ前群とリレーレンズ後群との間の位置に配された、前記被写体像情報を担持した光束を前記テレビカメラ本体とは異なる方向に導く反射ミラーと、該反射ミラーにより前記テレビカメラ本体とは異なる方向に導かれた光束を照射され、前記被写体像のスチル画像を撮像するスチル画像用撮像素子とを備え、
前記反射ミラーと前記スチル画像用撮像素子との間の光路中に前記リレーレンズ後群と同一構成のスチル画像撮像用レンズ群を配置するとともに、
前記反射ミラーと前記スチル画像用撮像素子との間の光路中に機械式シャッタを挿入し、該撮像素子の電荷蓄積期間のみにおいて該シャッタを開状態とすることを特徴とするものである。
【００１３】
前記スチル画像用撮像素子は、信号伝送方式をインターレース方式とすることが可能である。
【００１４】
この場合には、前記スチル画像用撮像素子の第１フィールド電荷蓄積期間のみにおいて前記シャッタを開状態とすることが好ましい。
【００１５】
また、前記反射ミラーはハーフミラーであっても全反射ミラーであってもよいが、全反射ミラーとした場合は、前記被写体情報を担持した光束をテレビカメラ本体にそのまま入射せしめる第１のミラー位置と前記被写体情報を担持した光束を前記スチル画像用撮像素子に導く第２のミラー位置との２位置の間を移動可能とされていることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズを示す概略図である。すなわち、このスチル撮影機能付テレビレンズは、色分解プリズム１１を搭載したテレビカメラ本体１の被写体側に取り付けられる、ズームレンズ群２１を有するテレビレンズ系２と、ズームレンズ群２１の群間中に配されたハーフミラー３１によって分離された光束を取り込んでスチル画像を撮像するためのスチル画像撮像系３を備えている。
【００１８】
次に図２を用いて、上述した各部を詳細に説明する。
【００１９】
まず、テレビカメラ本体１は、テレビレンズ系２を通過した、被写体像情報を担持した光束を３原色光に分解する色分解プリズム１１と、この色分解プリズム１１により分解されたＢ，Ｒ，Ｇの各原色光が結像される、各々の原色光に対応するＣＣＤからなる撮像素子１２、１３、１４（例えばインターライン構造（ＩＴ））を備えている。
【００２０】
上記色分解プリズム１１は、３つのプリズム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを組み合わせてなる。すなわち、テレビレンズ系２の光軸に沿ってテレビレンズ系２側から順に第１プリズム１１Ａ、第２プリズム１１Ｂおよび第３プリズム１１Ｃが配列され、第１プリズム１１Ａと第２プリズム１１Ｂはエアギャップを介して対向するように構成され、第１プリズム１１Ａの第２プリズム対向面には青色光のみを反射する第１のダイクロイック層が形成され、さらに第２プリズム１１Ｂと第３プリズム１１Ｃとは赤色光のみを反射する第２のダイクロイック層を介して接合されている。これにより、第１プリズム１１Ａに入射した光束はこの色分解プリズム１１でＢ，Ｒ、Ｇ３原色光に分解され、さらにプリズム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの射出面には、Ｂ，Ｒ，Ｇの分光特性を整えるトリミングフィルタ１１Ａ′、１１Ｂ′、１１Ｃ′が接合されており、各色光に対応する撮像素子１２、１３、１４上に照射され、これらの撮像素子１２、１３、１４上に各色光の被写体像が結像される。
【００２１】
また、第１プリズム１１Ａの光入射端面に近接させて、ローパスフィルタおよび／または赤外線カットフィルタ等のフィルタ部材１５が配設されている。
【００２２】
なお、このようにして各色光の被写体像が結像された撮像素子１２、１３、１４では、各色光が担持した被写体像情報を所定のサンプリング周期で光電的に変換し、この後各色用電気信号は合成されて、被写体のカラーテレビ画像が形成されることとなる。
【００２３】
一方、テレビレンズ系２は、５群からなるズームレンズ群２１を備えている。
【００２４】
このズームレンズ群２１は物体側より順に、４枚のレンズからなるフォーカス機能を有する正の第１群と、変倍機能を有する、３枚のレンズからなる負の第２群と、この変倍に伴なう焦点位置の変動を補正する２枚のレンズからなる負の第３群と、４枚のレンズを有する正のリレーレンズ前群からなる第４群と、６枚のレンズを有する正のリレーレンズ後群からなる第５群を配設してなり、変倍時において第２群と第３群のレンズ群間隔を変化させながら両レンズ群を光軸Ｘに沿って移動せしめることにより全系の焦点距離ｆを変化させるとともに、光束を結像位置に効率良く集束させるようにしたものである。
【００２５】
また、このズームレンズ群２１は第３群と第４群の間にシャッタ（絞り）２２を配置している。
【００２６】
なお、第４群と第５群は間隔を大きくあけるように配されており、本来ズームレンズ群２１の焦点距離を望遠側へシフトさせる焦点距離変換レンズ群（ＥＸＴ群）が挿入可能なスペースとされている。
【００２７】
本実施形態のものでは、この第４群と第５群の間のスペースにハーフミラー３１を配設し、テレビレンズ系２に入射した光束を２系に分割するようにしている。２系に分割された光束の一方はテレビカメラ本体１に入射し、該分割された光束の他方は上述したスチル画像撮像系３に導かれる。
【００２８】
このスチル画像撮像系３は、スチル画像撮像用レンズ群３２と、ハーフミラー３１で反射した被写体像を再び反射して像姿勢を元に戻す直角プリズム３３と、ローパスフィルタおよび／または赤外線カットフィルタ等のフィルタ部材３４と、スチル画像撮像用のＣＣＤからなる撮像素子３５を備えており、また、ハーフミラー３１とスチル画像撮像用レンズ群３２の間にスチル画像撮像用のメカ的なシャッタ３６が配設されている。
【００２９】
ところで、上述したスチル画像用撮像素子としてのＣＣＤ撮像素子３５は、信号伝送方式としてＮＴＳＣに準拠したインターレース方式（３０フレーム／秒、６０フィールド／秒）を採用しており、該素子３５からのビデオ信号出力は第１フィールドIOと第２フィールドIEに分割された図３に示す如き形状をなす。
【００３０】
なお、スチル画像の１フレームを構成する第１フィールドIOと第２フィールドIEは各々１/６０秒の期間とされている。
【００３１】
一般にＣＣＤ撮像素子３５は、上記各フィールドに対応する電荷蓄積期間を１フィールドの信号出力期間（１/６０秒）よりも短い所定期間に制限し得る、いわゆる電子シャッタと称される機能を有している。
【００３２】
電子シャッタのシャッタ開期間はＣＣＤ撮像素子３５の構造によって異なるが、前述したインターライン構造（ＩＴ）のものでは、１／６０〜１／２０００秒程度の範囲の可変速シャッタを実現し得る。
【００３３】
図３はこの電子シャッタ開期間を模式的に示すものであり、そのＨレベル期間の上方に付した符号は、その符号に対応するフィールド期間の画像を得るための電荷蓄積期間である。
【００３４】
しかしながら、このような電子シャッタを用いた場合には、第１フィールド（IO）と第２フィールド（IE）の電荷蓄積期間が互いに１／６０秒ズレることとなり、第１フィールド（IE）と第２フィールド（IO）のビデオ信号が時間的にズレたものとなり、このビデオ信号を再生して１枚のフレーム画像を構成すると画像ブレが生じてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態のものでは、図２に示す如くハーフミラー３１とスチル画像撮像用レンズ群３２との間にメカ的なシャッタ３６を配設し、図４に示すように、１フレームの画像読取に対応して１つの電荷蓄積期間のみシャッタ開状態となるようにし、この電荷蓄積期間において電荷蓄積され、読み取られた画像信号は第１フィールド（IO）にも第２フィールド（IE）にも用いられるようにしている。
【００３６】
これにより、両フィールドの電荷蓄積期間は時間的に同一タイミングのものとなり、両フィールドのビデオ信号は時間的に一致したものとなるから、このビデオ信号を再生して１枚のフレーム画像を構成しても画像ブレは生じない。
【００３７】
なお、メカ的なシャッタ３６の開状態期間終了後直ちにビデオ信号の読み出しを行なうことは必ずしも必要とされず、メカ的なシャッタ３６を開状態として電荷蓄積を行なった後、所望の期間経過後にビデオ信号の読み出しを行なうようにすることも可能である。この場合には、電荷蓄積後ビデオ信号の読み出し期間終了時まで上記メカ的なシャッタ３６を閉状態としておく必要がある。
【００３８】
また、ＣＣＤ撮像素子３５がインターレース方式を採用しているか否かに拘わらず、電子シャッタを用いた場合には、シャッタの閉期間においても受光面に照射された光によってスミアと称される現象が生じ、再生画像の画質劣化をもたらすが、上述したようにメカ的なシャッタ３６を用いシャッタ閉期間においてＣＣＤ撮像素子３５の受光面に光が照射されるのを阻止するような構成とすれば、スミアは増加せず、画質劣化の少ない再生画像を得ることができる。
【００３９】
なお、スミアとは、固体撮像素子の受光面に特に強い光が入射した場合に、その部分と対応した画面部分から上下に明るい帯状の偽信号が生ずる現象である。これは光入射により発生した信号電荷が拡散現象により他の画素や転送路にまぎれ込んだり、入射光が素子内で散乱するために生ずるものである。
【００４０】
また、テレビレンズ系２のズームレンズ群２１と、テレビカメラ本体１中の色分解プリズム１１等の光学系とは両光学系全体として収差が少なくなるように設計されており、撮像素子１２、１３、１４上に結像される像質が良好となるように構成されている。
【００４１】
したがって、ハーフミラー３１で光束を分割してスチル画像撮像系３に取り込んだ場合には、そのままでは収差が不良となり、撮像素子３５上に結像される像質を良好とすることが困難となる。
【００４２】
そこで、本実施形態のものでは、スチル画像撮像系３において、ハーフミラー３１の後段に、第５群と全く同一構成（同一のレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズ材質）のスチル画像撮像用レンズ群３２を配設し、さらにその後段に、光束が色分解プリズム１１を通過する場合に、この色分解プリズム１１内における光路長と略同一の光路長を光束に与える直角プリズム３３を配設して、スチル画像撮像系３によってスチル画像を撮像する場合にも、テレビ画像撮像系によってテレビ画像を撮像する場合と同様に収差を良好に補正し、高画質な再生画像を得ることができるようにしている。
【００４３】
また、上述したようにズームレンズ群２１の第５群とスチル画像撮像用レンズ群３２はレンズ枚数、レンズ形状およびレンズ材質が全く同一となるように構成されているから、そのレンズの製造工程を共通化することができ、製造工程の削減および製造コストの低減を図ることができる。
【００４４】
また、スチル画像撮像系３において反射プリズム３３で光束を反射させることにより、ハーフミラー３１において反射した像の上下を再度反転させることができ、テレビ画像撮像系の撮像素子１２、１３、１４上での像姿勢と、スチル画像撮像系３の撮像素子３５上での像姿勢を一致させることが可能となる。
【００４５】
なお、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズとしては上述した実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能であり、例えば、上述した実施形態においては、スチル画像用のＣＣＤ撮像素子３５としてＮＴＳＣに準拠したものを用いているが、ＣＣＤ撮像素子３５の信号伝送方式としては勿論これに限られるものではなく、ＰＡＬ方式やＳＥＣＡＭ方式の採用が可能であり、さらにはノンインターレース方式のものを用いることも可能である。
【００４６】
さらに、上記実施形態においては単板式のＣＣＤ撮像素子を用いているが、これに代えて単板式のＭＯＳ撮像素子を用いることが可能である。また、単板式ではなく３板式のものとすることも可能である。
【００４７】
また、上記メカ的なシャッタ３６の配設位置は、ハーフミラー３１とスチル画像撮像用レンズ群３２の間のみに限られるものではなく、ハーフミラー３１と撮像素子３５の間のいずれの位置とすることも可能であり、例えばスチル画像撮像用レンズ群３２と直角プリズム３３の間、直角プリズム３３とフィルタ部材３４の間、さらにはフィルタ部材３４と撮像素子３５の間とすることが可能である。
【００４８】
また、直角プリズム３３とフィルタ部材３４の配設位置を互いに入れ替えることが可能である。
【００４９】
また、テレビレンズ系２を構成するレンズ群はズームレンズ群に限られず、固定焦点タイプのものであってもよく、また、その機能やレンズ構成も限定されるものでなく、スチル画像撮像系３に光束を取り込むための反射ミラーを挿入するスペースがあればよい。
【００５０】
また、反射ミラーが挿入される、レンズ群の群間スペース位置も限定されるものではない。
【００５１】
さらに、この反射ミラーは上述した平板状のハーフミラーに限られるものではなく、ガラスブロック状のハーフプリズムとしてもよく、また、ハーフミラーに代えて全反射ミラーとしてもよい。反射ミラーを全反射ミラーとした場合には、図５に示すように、この全反射ミラー１３１が光路上位置１３１Ａと光路外位置１３１Ｂとの２位置の間を移動可能となるように構成することが必要である。これにより、全反射ミラー１３１が光路上位置１３１Ａに配されているときは全光束がスチル画像撮像系３に導かれ、全反射ミラー１３１が光路外位置１３１Ｂに配されているときは全光束がテレビ画像撮像系に導かれることとなる。
【００５２】
この場合の移動は、例えば、図５に示すように、全反射ミラー１３１の一端を回動中心として、該全反射ミラー１３１を矢印Ａ方向に所定角度だけ回動させるようにしてもよく、この全反射ミラー１３１を上述した実施形態におけるＥＸＴ群挿入スペースに挿入した場合には、この全反射ミラー１３１の光路外位置１３１Ｂへの移動操作と、ＥＸＴ群の該スペースへの挿入操作を連動させるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した直角プリズム３３は光束を反射させて、像姿勢の上下を反転させる機能を有しているが、テレビレンズ系２中の反射ミラー３１、１３１で反転された像姿勢で撮像素子３５上に結像させたい場合や、撮像素子３５により取り込まれた像情報を電気的に反転させるような場合には、直角プリズム３３に代えて、図６に示すような、該直角プリズム３３と通過光束の光路長が等しくなるガラスブロック１３３を配設し、光束が直進してこのガラスブロック１３３を通過するようにしてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態のようにＥＸＴ群が挿入可能なスペースに反射ミラーを挿入する場合には、このスペースに、ＥＸＴ群とスチル画像撮像系３が切替え可能に配されるように構成することが可能である。
【００５５】
さらに、スチル画像撮像系３の撮像部（撮影レンズおよび撮像素子）を電子カメラによって構成することが可能であり、この場合には、反射ミラーの後段に所定倍率のコンバータレンズを配置することにより、スチル画像もテレビ画像と同様に、撮像素子の画面サイズと被写体像の結像サイズを一致させることができる。
【００５６】
なお、上述したテレビレンズ系２とスチル画像撮像系３とを互いに入れ替えることも可能である。
【００５７】
さらに、上記実施形態のものでは反射ミラーをテレビレンズのレンズ間スペースに配設しているが、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズとしては、反射ミラーをテレビレンズの後段に配設した場合にも適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズによれば、テレビカメラ本体に取り付けるテレビレンズの後段またはそのレンズ間スペースに反射ミラーを挿入し、この反射ミラーによって偏向された光束をスチル画像用撮像素子に入射させるようにしているので、一つのテレビカメラ装置でテレビ画像もスチル画像も撮影することができ便利である。
【００５９】
また、上記反射ミラーとスチル画像用撮像素子との間の光路中に機械式シャッタを挿入し、該撮像素子の電荷蓄積期間のみにおいて該シャッタを開状態としており、電荷蓄積期間以外の期間における受光面上への光入射を阻止することができるので、スミアを大幅に低減させることができ、高画質画像を得ることができる。
【００６０】
さらに、スチル画像用撮像素子の信号伝送方式がインターレース方式とされている場合には、第１フィールドの電荷蓄積期間においてのみメカ的なシャッタを開状態とし、この期間に１フレーム分の電荷蓄積を行うように構成することで、第１フィールドと第２フィールドの電荷蓄積期間は時間的に同一タイミングのものとなり、両フィールドのビデオ信号は時間的に一致したものとなるから、このビデオ信号を再生して１枚のフレーム画像を構成しても画像ブレは生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスチル撮影機能付テレビレンズを示す概略図
【図２】図１に示すテレビレンズをより詳細に示す概略図
【図３】電子シャッタのみを用いてＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積を行った場合の、電荷蓄積期間とビデオ信号出力期間との対応関係を示すタイムチャート
【図４】メカ的なシャッタを用いてＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積を行った場合の、電荷蓄積期間とビデオ信号出力期間との対応関係を示すタイムチャート
【図５】図１に示すテレビレンズの一部を変更した態様を示す概略図
【図６】図１に示すテレビレンズの一部を変更した態様を示す概略図
【符号の説明】
１ テレビカメラ本体
２ テレビレンズ系
３ スチル画像撮像系
１１ 色分解プリズム
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ プリズム
１２、１３、１４ 撮像素子
２１ ズームレンズ群
２２ シャッタ（絞り）
３１ ハーフミラー
３２ スチル画像撮像用レンズ群
３３ 直角プリズム
３６ メカ的なシャッタ
１３１ 全反射ミラー
１３３ ガラスブロック
【発明の属する技術分野】
本発明は、スチル撮影機能付テレビレンズに関し、詳しくは色分解プリズムを搭載した放送用テレビカメラ等のカメラ本体に取付可能なスチル撮影機能付テレビレンズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、放送用のテレビカメラ等では、高画質のカラー画像を得るため、３色分解プリズムと、分解された各色光による被写体情報を得るための各色光に対応したＣＣＤをテレビカメラ本体に搭載し、さらにこのテレビカメラ本体の前段に、例えばズームレンズやマクロレンズ等、用途に応じた各種レンズが取付可能となるように構成されている。
【０００３】
ところで、スポーツのテレビ中継あるいは結婚披露宴のビデオ撮影を行っている最中に、例えば得点ゴールの場面やウェディングケーキカットの場面等のハイライトシーンを、そのテレビカメラ（ビデオカメラも含む；以下同じ）によりスチル画像として電気的に記録しておきたいという要望がある。
【０００４】
このような要望に対し、テレビカメラによって電気的に撮像された動画の一駒をスチル画像として用いることも考えられるが、現行のＮＴＳＣ信号との互換性を優先した場合には、このようにして得られたスチル画像は画質が低下したものとなってしまう。
【０００５】
したがって、テレビレンズ部もしくはテレビカメラ本体にスチル画像専用の撮像系を取り付け、テレビ画像撮像系とは別の撮像系でスチル画像を得ることによってその画質を良好なものとするとともに、テレビレンズ部の一部をスチル画像撮像系にも共通に使用することによって装置全体のコンパクト化、低廉化を図ることが望ましい（本出願人による特願平10−21445号、22839号、21840号明細書において既に開示されている）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スチル画像を撮像する場合には時間的に連続する被写体シーンの中から一部をシャッタにより切り出すことが必要となる。
【０００７】
一方、ＣＣＤの電荷蓄積期間を、バイアス値や駆動クロックを変えることにより変化させる電子シャッタが知られているが、電子シャッタを採用するとシャッタ閉状態においてＣＣＤ受光面上に照射された光によってスミアが増加し、これにより画質が劣化するおそれがある。
【０００８】
最近では、縦型（垂直）オーバードレインとｎｐ基板の開発により、従来に比べてスミアの発生は改善されているものの、高画質が要求されるものにおいてはさらなる改善が望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、電子シャッタの閉期間においてスチル画像撮像素子の受光面に照射された光によってもスミアが増加するおそれのないスチル撮像機能付テレビレンズを提供することも目的とするものである。
【００１０】
また、例えば、スチル画像撮像素子の信号伝送方式がＮＴＳＣ等に準拠したインターレース方式である場合に電子シャッタを用いると、１フレームを構成する第１フィールドと第２フィールドの電荷蓄積期間が１／６０秒だけズレてしまうので、特に動きの速い被写体においては第１フィールド画面と第２フィールド画面にズレが生じ、フレーム画像を構成した場合に画像ブレを生じてしまう。
【００１１】
そこで本発明はこのような事情にも鑑みなされたもので、スチル画像撮像素子の信号伝送方式がインターレース方式を採用している場合において、２つのフィールド画像間で画像ブレのないスチル撮像機能付テレビカメラ用光学系を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のスチル撮影機能付テレビレンズは、被写体像情報を担持した光束を色分解する色分解プリズムを搭載してなるテレビカメラ本体の前段に取り付けられる複数のレンズ群を有してなるテレビレンズにおいて、
前記複数のレンズ群のうちのリレーレンズ前群とリレーレンズ後群との間の位置に配された、前記被写体像情報を担持した光束を前記テレビカメラ本体とは異なる方向に導く反射ミラーと、該反射ミラーにより前記テレビカメラ本体とは異なる方向に導かれた光束を照射され、前記被写体像のスチル画像を撮像するスチル画像用撮像素子とを備え、
前記反射ミラーと前記スチル画像用撮像素子との間の光路中に前記リレーレンズ後群と同一構成のスチル画像撮像用レンズ群を配置するとともに、
前記反射ミラーと前記スチル画像用撮像素子との間の光路中に機械式シャッタを挿入し、該撮像素子の電荷蓄積期間のみにおいて該シャッタを開状態とすることを特徴とするものである。
【００１３】
前記スチル画像用撮像素子は、信号伝送方式をインターレース方式とすることが可能である。
【００１４】
この場合には、前記スチル画像用撮像素子の第１フィールド電荷蓄積期間のみにおいて前記シャッタを開状態とすることが好ましい。
【００１５】
また、前記反射ミラーはハーフミラーであっても全反射ミラーであってもよいが、全反射ミラーとした場合は、前記被写体情報を担持した光束をテレビカメラ本体にそのまま入射せしめる第１のミラー位置と前記被写体情報を担持した光束を前記スチル画像用撮像素子に導く第２のミラー位置との２位置の間を移動可能とされていることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズを示す概略図である。すなわち、このスチル撮影機能付テレビレンズは、色分解プリズム１１を搭載したテレビカメラ本体１の被写体側に取り付けられる、ズームレンズ群２１を有するテレビレンズ系２と、ズームレンズ群２１の群間中に配されたハーフミラー３１によって分離された光束を取り込んでスチル画像を撮像するためのスチル画像撮像系３を備えている。
【００１８】
次に図２を用いて、上述した各部を詳細に説明する。
【００１９】
まず、テレビカメラ本体１は、テレビレンズ系２を通過した、被写体像情報を担持した光束を３原色光に分解する色分解プリズム１１と、この色分解プリズム１１により分解されたＢ，Ｒ，Ｇの各原色光が結像される、各々の原色光に対応するＣＣＤからなる撮像素子１２、１３、１４（例えばインターライン構造（ＩＴ））を備えている。
【００２０】
上記色分解プリズム１１は、３つのプリズム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを組み合わせてなる。すなわち、テレビレンズ系２の光軸に沿ってテレビレンズ系２側から順に第１プリズム１１Ａ、第２プリズム１１Ｂおよび第３プリズム１１Ｃが配列され、第１プリズム１１Ａと第２プリズム１１Ｂはエアギャップを介して対向するように構成され、第１プリズム１１Ａの第２プリズム対向面には青色光のみを反射する第１のダイクロイック層が形成され、さらに第２プリズム１１Ｂと第３プリズム１１Ｃとは赤色光のみを反射する第２のダイクロイック層を介して接合されている。これにより、第１プリズム１１Ａに入射した光束はこの色分解プリズム１１でＢ，Ｒ、Ｇ３原色光に分解され、さらにプリズム１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの射出面には、Ｂ，Ｒ，Ｇの分光特性を整えるトリミングフィルタ１１Ａ′、１１Ｂ′、１１Ｃ′が接合されており、各色光に対応する撮像素子１２、１３、１４上に照射され、これらの撮像素子１２、１３、１４上に各色光の被写体像が結像される。
【００２１】
また、第１プリズム１１Ａの光入射端面に近接させて、ローパスフィルタおよび／または赤外線カットフィルタ等のフィルタ部材１５が配設されている。
【００２２】
なお、このようにして各色光の被写体像が結像された撮像素子１２、１３、１４では、各色光が担持した被写体像情報を所定のサンプリング周期で光電的に変換し、この後各色用電気信号は合成されて、被写体のカラーテレビ画像が形成されることとなる。
【００２３】
一方、テレビレンズ系２は、５群からなるズームレンズ群２１を備えている。
【００２４】
このズームレンズ群２１は物体側より順に、４枚のレンズからなるフォーカス機能を有する正の第１群と、変倍機能を有する、３枚のレンズからなる負の第２群と、この変倍に伴なう焦点位置の変動を補正する２枚のレンズからなる負の第３群と、４枚のレンズを有する正のリレーレンズ前群からなる第４群と、６枚のレンズを有する正のリレーレンズ後群からなる第５群を配設してなり、変倍時において第２群と第３群のレンズ群間隔を変化させながら両レンズ群を光軸Ｘに沿って移動せしめることにより全系の焦点距離ｆを変化させるとともに、光束を結像位置に効率良く集束させるようにしたものである。
【００２５】
また、このズームレンズ群２１は第３群と第４群の間にシャッタ（絞り）２２を配置している。
【００２６】
なお、第４群と第５群は間隔を大きくあけるように配されており、本来ズームレンズ群２１の焦点距離を望遠側へシフトさせる焦点距離変換レンズ群（ＥＸＴ群）が挿入可能なスペースとされている。
【００２７】
本実施形態のものでは、この第４群と第５群の間のスペースにハーフミラー３１を配設し、テレビレンズ系２に入射した光束を２系に分割するようにしている。２系に分割された光束の一方はテレビカメラ本体１に入射し、該分割された光束の他方は上述したスチル画像撮像系３に導かれる。
【００２８】
このスチル画像撮像系３は、スチル画像撮像用レンズ群３２と、ハーフミラー３１で反射した被写体像を再び反射して像姿勢を元に戻す直角プリズム３３と、ローパスフィルタおよび／または赤外線カットフィルタ等のフィルタ部材３４と、スチル画像撮像用のＣＣＤからなる撮像素子３５を備えており、また、ハーフミラー３１とスチル画像撮像用レンズ群３２の間にスチル画像撮像用のメカ的なシャッタ３６が配設されている。
【００２９】
ところで、上述したスチル画像用撮像素子としてのＣＣＤ撮像素子３５は、信号伝送方式としてＮＴＳＣに準拠したインターレース方式（３０フレーム／秒、６０フィールド／秒）を採用しており、該素子３５からのビデオ信号出力は第１フィールドIOと第２フィールドIEに分割された図３に示す如き形状をなす。
【００３０】
なお、スチル画像の１フレームを構成する第１フィールドIOと第２フィールドIEは各々１/６０秒の期間とされている。
【００３１】
一般にＣＣＤ撮像素子３５は、上記各フィールドに対応する電荷蓄積期間を１フィールドの信号出力期間（１/６０秒）よりも短い所定期間に制限し得る、いわゆる電子シャッタと称される機能を有している。
【００３２】
電子シャッタのシャッタ開期間はＣＣＤ撮像素子３５の構造によって異なるが、前述したインターライン構造（ＩＴ）のものでは、１／６０〜１／２０００秒程度の範囲の可変速シャッタを実現し得る。
【００３３】
図３はこの電子シャッタ開期間を模式的に示すものであり、そのＨレベル期間の上方に付した符号は、その符号に対応するフィールド期間の画像を得るための電荷蓄積期間である。
【００３４】
しかしながら、このような電子シャッタを用いた場合には、第１フィールド（IO）と第２フィールド（IE）の電荷蓄積期間が互いに１／６０秒ズレることとなり、第１フィールド（IE）と第２フィールド（IO）のビデオ信号が時間的にズレたものとなり、このビデオ信号を再生して１枚のフレーム画像を構成すると画像ブレが生じてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態のものでは、図２に示す如くハーフミラー３１とスチル画像撮像用レンズ群３２との間にメカ的なシャッタ３６を配設し、図４に示すように、１フレームの画像読取に対応して１つの電荷蓄積期間のみシャッタ開状態となるようにし、この電荷蓄積期間において電荷蓄積され、読み取られた画像信号は第１フィールド（IO）にも第２フィールド（IE）にも用いられるようにしている。
【００３６】
これにより、両フィールドの電荷蓄積期間は時間的に同一タイミングのものとなり、両フィールドのビデオ信号は時間的に一致したものとなるから、このビデオ信号を再生して１枚のフレーム画像を構成しても画像ブレは生じない。
【００３７】
なお、メカ的なシャッタ３６の開状態期間終了後直ちにビデオ信号の読み出しを行なうことは必ずしも必要とされず、メカ的なシャッタ３６を開状態として電荷蓄積を行なった後、所望の期間経過後にビデオ信号の読み出しを行なうようにすることも可能である。この場合には、電荷蓄積後ビデオ信号の読み出し期間終了時まで上記メカ的なシャッタ３６を閉状態としておく必要がある。
【００３８】
また、ＣＣＤ撮像素子３５がインターレース方式を採用しているか否かに拘わらず、電子シャッタを用いた場合には、シャッタの閉期間においても受光面に照射された光によってスミアと称される現象が生じ、再生画像の画質劣化をもたらすが、上述したようにメカ的なシャッタ３６を用いシャッタ閉期間においてＣＣＤ撮像素子３５の受光面に光が照射されるのを阻止するような構成とすれば、スミアは増加せず、画質劣化の少ない再生画像を得ることができる。
【００３９】
なお、スミアとは、固体撮像素子の受光面に特に強い光が入射した場合に、その部分と対応した画面部分から上下に明るい帯状の偽信号が生ずる現象である。これは光入射により発生した信号電荷が拡散現象により他の画素や転送路にまぎれ込んだり、入射光が素子内で散乱するために生ずるものである。
【００４０】
また、テレビレンズ系２のズームレンズ群２１と、テレビカメラ本体１中の色分解プリズム１１等の光学系とは両光学系全体として収差が少なくなるように設計されており、撮像素子１２、１３、１４上に結像される像質が良好となるように構成されている。
【００４１】
したがって、ハーフミラー３１で光束を分割してスチル画像撮像系３に取り込んだ場合には、そのままでは収差が不良となり、撮像素子３５上に結像される像質を良好とすることが困難となる。
【００４２】
そこで、本実施形態のものでは、スチル画像撮像系３において、ハーフミラー３１の後段に、第５群と全く同一構成（同一のレンズ枚数、レンズ形状、およびレンズ材質）のスチル画像撮像用レンズ群３２を配設し、さらにその後段に、光束が色分解プリズム１１を通過する場合に、この色分解プリズム１１内における光路長と略同一の光路長を光束に与える直角プリズム３３を配設して、スチル画像撮像系３によってスチル画像を撮像する場合にも、テレビ画像撮像系によってテレビ画像を撮像する場合と同様に収差を良好に補正し、高画質な再生画像を得ることができるようにしている。
【００４３】
また、上述したようにズームレンズ群２１の第５群とスチル画像撮像用レンズ群３２はレンズ枚数、レンズ形状およびレンズ材質が全く同一となるように構成されているから、そのレンズの製造工程を共通化することができ、製造工程の削減および製造コストの低減を図ることができる。
【００４４】
また、スチル画像撮像系３において反射プリズム３３で光束を反射させることにより、ハーフミラー３１において反射した像の上下を再度反転させることができ、テレビ画像撮像系の撮像素子１２、１３、１４上での像姿勢と、スチル画像撮像系３の撮像素子３５上での像姿勢を一致させることが可能となる。
【００４５】
なお、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズとしては上述した実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能であり、例えば、上述した実施形態においては、スチル画像用のＣＣＤ撮像素子３５としてＮＴＳＣに準拠したものを用いているが、ＣＣＤ撮像素子３５の信号伝送方式としては勿論これに限られるものではなく、ＰＡＬ方式やＳＥＣＡＭ方式の採用が可能であり、さらにはノンインターレース方式のものを用いることも可能である。
【００４６】
さらに、上記実施形態においては単板式のＣＣＤ撮像素子を用いているが、これに代えて単板式のＭＯＳ撮像素子を用いることが可能である。また、単板式ではなく３板式のものとすることも可能である。
【００４７】
また、上記メカ的なシャッタ３６の配設位置は、ハーフミラー３１とスチル画像撮像用レンズ群３２の間のみに限られるものではなく、ハーフミラー３１と撮像素子３５の間のいずれの位置とすることも可能であり、例えばスチル画像撮像用レンズ群３２と直角プリズム３３の間、直角プリズム３３とフィルタ部材３４の間、さらにはフィルタ部材３４と撮像素子３５の間とすることが可能である。
【００４８】
また、直角プリズム３３とフィルタ部材３４の配設位置を互いに入れ替えることが可能である。
【００４９】
また、テレビレンズ系２を構成するレンズ群はズームレンズ群に限られず、固定焦点タイプのものであってもよく、また、その機能やレンズ構成も限定されるものでなく、スチル画像撮像系３に光束を取り込むための反射ミラーを挿入するスペースがあればよい。
【００５０】
また、反射ミラーが挿入される、レンズ群の群間スペース位置も限定されるものではない。
【００５１】
さらに、この反射ミラーは上述した平板状のハーフミラーに限られるものではなく、ガラスブロック状のハーフプリズムとしてもよく、また、ハーフミラーに代えて全反射ミラーとしてもよい。反射ミラーを全反射ミラーとした場合には、図５に示すように、この全反射ミラー１３１が光路上位置１３１Ａと光路外位置１３１Ｂとの２位置の間を移動可能となるように構成することが必要である。これにより、全反射ミラー１３１が光路上位置１３１Ａに配されているときは全光束がスチル画像撮像系３に導かれ、全反射ミラー１３１が光路外位置１３１Ｂに配されているときは全光束がテレビ画像撮像系に導かれることとなる。
【００５２】
この場合の移動は、例えば、図５に示すように、全反射ミラー１３１の一端を回動中心として、該全反射ミラー１３１を矢印Ａ方向に所定角度だけ回動させるようにしてもよく、この全反射ミラー１３１を上述した実施形態におけるＥＸＴ群挿入スペースに挿入した場合には、この全反射ミラー１３１の光路外位置１３１Ｂへの移動操作と、ＥＸＴ群の該スペースへの挿入操作を連動させるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した直角プリズム３３は光束を反射させて、像姿勢の上下を反転させる機能を有しているが、テレビレンズ系２中の反射ミラー３１、１３１で反転された像姿勢で撮像素子３５上に結像させたい場合や、撮像素子３５により取り込まれた像情報を電気的に反転させるような場合には、直角プリズム３３に代えて、図６に示すような、該直角プリズム３３と通過光束の光路長が等しくなるガラスブロック１３３を配設し、光束が直進してこのガラスブロック１３３を通過するようにしてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態のようにＥＸＴ群が挿入可能なスペースに反射ミラーを挿入する場合には、このスペースに、ＥＸＴ群とスチル画像撮像系３が切替え可能に配されるように構成することが可能である。
【００５５】
さらに、スチル画像撮像系３の撮像部（撮影レンズおよび撮像素子）を電子カメラによって構成することが可能であり、この場合には、反射ミラーの後段に所定倍率のコンバータレンズを配置することにより、スチル画像もテレビ画像と同様に、撮像素子の画面サイズと被写体像の結像サイズを一致させることができる。
【００５６】
なお、上述したテレビレンズ系２とスチル画像撮像系３とを互いに入れ替えることも可能である。
【００５７】
さらに、上記実施形態のものでは反射ミラーをテレビレンズのレンズ間スペースに配設しているが、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズとしては、反射ミラーをテレビレンズの後段に配設した場合にも適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のスチル撮影機能付テレビレンズによれば、テレビカメラ本体に取り付けるテレビレンズの後段またはそのレンズ間スペースに反射ミラーを挿入し、この反射ミラーによって偏向された光束をスチル画像用撮像素子に入射させるようにしているので、一つのテレビカメラ装置でテレビ画像もスチル画像も撮影することができ便利である。
【００５９】
また、上記反射ミラーとスチル画像用撮像素子との間の光路中に機械式シャッタを挿入し、該撮像素子の電荷蓄積期間のみにおいて該シャッタを開状態としており、電荷蓄積期間以外の期間における受光面上への光入射を阻止することができるので、スミアを大幅に低減させることができ、高画質画像を得ることができる。
【００６０】
さらに、スチル画像用撮像素子の信号伝送方式がインターレース方式とされている場合には、第１フィールドの電荷蓄積期間においてのみメカ的なシャッタを開状態とし、この期間に１フレーム分の電荷蓄積を行うように構成することで、第１フィールドと第２フィールドの電荷蓄積期間は時間的に同一タイミングのものとなり、両フィールドのビデオ信号は時間的に一致したものとなるから、このビデオ信号を再生して１枚のフレーム画像を構成しても画像ブレは生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスチル撮影機能付テレビレンズを示す概略図
【図２】図１に示すテレビレンズをより詳細に示す概略図
【図３】電子シャッタのみを用いてＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積を行った場合の、電荷蓄積期間とビデオ信号出力期間との対応関係を示すタイムチャート
【図４】メカ的なシャッタを用いてＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積を行った場合の、電荷蓄積期間とビデオ信号出力期間との対応関係を示すタイムチャート
【図５】図１に示すテレビレンズの一部を変更した態様を示す概略図
【図６】図１に示すテレビレンズの一部を変更した態様を示す概略図
【符号の説明】
１ テレビカメラ本体
２ テレビレンズ系
３ スチル画像撮像系
１１ 色分解プリズム
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ プリズム
１２、１３、１４ 撮像素子
２１ ズームレンズ群
２２ シャッタ（絞り）
３１ ハーフミラー
３２ スチル画像撮像用レンズ群
３３ 直角プリズム
３６ メカ的なシャッタ
１３１ 全反射ミラー
１３３ ガラスブロック
Claims (5)
- 被写体像情報を担持した光束を色分解する色分解プリズムを搭載してなるテレビカメラ本体の前段に取り付けられる複数のレンズ群を有してなるテレビレンズにおいて、
前記複数のレンズ群のうちのリレーレンズ前群とリレーレンズ後群との間の位置に配された、前記被写体像情報を担持した光束を前記テレビカメラ本体とは異なる方向に導く反射ミラーと、該反射ミラーにより前記テレビカメラ本体とは異なる方向に導かれた光束を照射され、前記被写体像のスチル画像を撮像するスチル画像用撮像素子とを備え、
前記反射ミラーと前記スチル画像用撮像素子との間の光路中に前記リレーレンズ後群と同一構成のスチル画像撮像用レンズ群を配置するとともに、
前記反射ミラーと前記スチル画像用撮像素子との間の光路中に機械式シャッタを挿入し、該撮像素子の電荷蓄積期間のみにおいて該シャッタを開状態とすることを特徴とするスチル撮影機能付テレビレンズ。 - 前記スチル画像用撮像素子は、信号伝送方式がインターレース方式とされていることを特徴とする請求項１記載のスチル撮影機能付テレビレンズ。
- 前記スチル画像用撮像素子の第１フィールド電荷蓄積期間のみにおいて前記シャッタを開状態とすることを特徴とする請求項２記載のスチル撮影機能付テレビレンズ。
- 前記反射ミラーがハーフミラーであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載のスチル撮影機能付テレビレンズ。
- 前記反射ミラーが全反射ミラーであって、前記被写体情報を担持した光束をテレビカメラ本体にそのまま入射せしめる第１のミラー位置と前記被写体情報を担持した光束を前記スチル画像用撮像素子に導く第２のミラー位置との２位置の間を移動可能とされていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載のスチル撮影機能付テレビレンズ。
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