JP4352289B2 - ズームレンズおよび画像変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目的に応じて複数の交換用レンズを選択的に装着可能なズームレンズ、および、フィルムに記録された画像等を映像信号等に画像変換するための画像変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映画フィルムに記録された映像には、記録前の元映像に対して縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるような状態で記録されたものと、記録前の元映像に対して縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一となるような状態で記録されたものとがある。例えば、光学的に縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるアナモフィック（anamorphic）レンズを用いて映画撮影を行ったような場合には、一般的に、映画フィルムに映像が横方向に圧縮されて記録されることになる。
【０００３】
一方、映画フィルムに記録された映像を、別のフィルムヘの転写やテレビ用の映像に適したものに画像変換するような変換装置がある。例えば、アナモフィックレンズを用いて撮影されたフィルム映像を、撮影時とは逆方向の縦横比率を有するアナモフィックレンズにより、正規の縦横比率の映像に戻し、別のフィルムヘの転写やテレビ用の映像に適したものに変換する変換装置がある。このような変換装置は、例えば、映画フィルムに記録された映像をカメラで撮影して映像信号に変換するようなテレシネ装置等に利用されている。
【０００４】
従来、このような変換装置としては、光学系の途中で一旦空中像（中間像）を結んだ後、この空中像をリレーして最終的な像を得る中間像方式のものが多く使用されている。このような中間像方式では、瞳整合のために中間像の付近にフィールドレンズが設置される。また、中間像方式の他にも、中間像を用いずに被写体から直接的に像を結像する直接結像方式がある。この直接結像方式では、例えば、物体側から順に、被写体の縦横比率を変換するアナモフィック・コンバータレンズと、撮影倍率変更時に鏡胴内でレンズ群を光軸方向に移動できる構造を備えた単焦点レンズとが配置されて構成された光学装置が用いられている。このアナモフィック・コンバータレンズと、単焦点レンズとを組み合わせた構成の光学装置は、縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるような状態で記録された映画フィルムのフォーマットに対応できるほか、アナモフィック・コンバータレンズ部分を、全ての面が光軸に対して回転対称な形状を有したレンズに交換することで、縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一の状態で記録された映画フィルムのフォーマットにも対応可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空中像を用いる中間像方式の場合には、被写体と結像面との間の距離が大きくなり、装置全体が大きくなるという問題がある。また、中間像方式では、瞳整合のために中間像部に設置されるフィールドレンズが像面湾曲を発生しやすく、結像した像の周辺部の解像度が中心部に劣る傾向もある。
【０００６】
一方、中間像を用いない直接結像方式では、以下で説明するように、ピント調整が困難であるという問題がある。テレシネ装置等において、縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一の状態で映像を記録した映画フィルムを用いた画像変換を行う場合、被写体（映画フィルム）とカメラとの距離が、被写体を撮影する際の像倍率により決定されるため、結像倍率を変更するときには、カメラまたは被写体を光軸方向に移動させる必要がある。一方、縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なる状態で映像を記録した映画フィルムを用いた画像変換を行う場合において、結像倍率を変更するときには、カメラを光軸方向に移動して、被写体とカメラとの距離を調整すると共に、被写体とアナモフィック・コンバータレンズとの距離を一定の値に設定する必要がある。このとき、映像のピントを合わせるためには、カメラで被写体の映像を見ながら、単焦点レンズの光軸方向の位置調整、および、被写体とアナモフィックレンズとの距離調整の双方を行う必要がある。
【０００７】
従って、直接結像方式では、ピントが合わない場合、単焦点レンズの光軸方向の位置調整、または、被写体とアナモフィックレンズとの距離調整のどちらの調整に起因するのかを判断することが難しく、再調整を繰り返す必要がある。実際のテレシネ装置等の運用においては、被写体の撮影範囲を任意に変更する場合、つまり、結像倍率を変更する場合が多く、前述の煩雑な調整作業をさらに繰り返す必要がある。
【０００８】
また、直接結像方式では、カメラまたは被写体を移動させるための機構を設ける必要があるため、装置が複雑化しコストの上昇を招くほか、移動に伴ってカメラおよび被写体に振動が生ずる場合が多くなるという問題もある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、異なる利用目的に対応して良好な結像性能を得ることができると共に、テレシネ装置等に適用して良好に画像変換を行うことが可能なズームレンズおよび画像変換装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるズームレンズは、光軸を含んだ互いに異なる２つの面内における光学的な倍率がそれぞれ異なる第１の光学系を有する着脱可能な第１の交換用レンズと、第１の交換用レンズとは利用目的の異なる着脱可能な第２の交換用レンズとを、第１および第２の交換用レンズの利用目的に応じた所望の光学性能が得られるように物体側に選択的に装着可能であると共に、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系を備えたものである。
【００１１】
ここで、変倍光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群と、負の屈折力を有する第２のレンズ群と、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力を有する第４のレンズ群とが配置されて構成されると共に、第２のレンズ群および第３のレンズ群が光軸に沿って移動することにより、変倍作用をもたらすように構成されていることが望ましい。
【００１２】
また、本発明による画像変換装置は、光学的に提供された画像を、変換光学系を介して光学的に画像変換を行う画像変換装置であって、変換光学系が、光軸を含んだ互いに異なる２つの面内における光学的な倍率がそれぞれ異なる第１の光学系を有する着脱可能な第１の交換用レンズと、第１の交換用レンズとは利用目的の異なる着脱可能な第２の交換用レンズとを、第１および第２の交換用レンズの利用目的に応じた所望の光学性能が得られるように物体側に選択的に装着可能であると共に、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系を備えるようにしたものである。
本発明のズームレンズまたは画像変換装置において、第１の交換用レンズは、第１の光学系と、第１の光学系の物体側に配置されると共に、接写に適した光学性能を有する接写用の第２の光学系とで構成され、縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるような所定のフォーマットで画像が記録されたフィルムを撮影して画像変換する利用目的で用いられるものである。第２の交換用レンズは、所定のフォーマットとは異なるフォーマットで画像が記録されたフィルムを撮影して画像変換する利用目的で用いられるものである。
【００１３】
本発明によるズームレンズおよび画像変換装置では、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系に、光軸を含んだ互いに異なる２つの面内における光学的な倍率がそれぞれ異なる第１の光学系を有する着脱可能な第１の交換用レンズと、第１の交換用レンズとは利用目的の異なる着脱可能な第２の交換用レンズとが、利用目的に応じた所望の光学性能が得られるように物体側に選択的に装着される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
まず、図３および図４を参照して、本発明の一実施の形態に係る画像変換装置としてのテレシネ装置の全体構成について説明する。これらの図において、図３は、テレシネ装置の全体構成を示し、図４は、図３における映像再生部２０の詳細な構成を示している。これらの図に示したように、テレシネ装置１は、映像および音声が記録された映画フィルム２を供給する供給リール１１と、この供給リール１１から供給された映画フィルム２を巻き取る巻取リール１９と、供給リール１１と巻取リール１９との間に配置されると共に、映画フィルム２に記録された映像を再生する映像再生部２０とを備えている。映画フィルム２は、図示しないが、幅方向の両端部に、走行同期を取るためのパーフォレーションと呼ばれる送り穴が、所定間隔毎に順次設けられている。この映画フィルム２の幅方向の両端部に設けられた２つのパーフォレーションの列の間には映像を光学的に記録した映像記録領域が設けられている。また、映画フィルム２の幅方向の少なくとも１つの端部には、デジタル音声を光学的に記録したデジタル音声記録領域とアナログ音声を光学的に記録したアナログ音声記録領域とが設けられている。
【００１６】
供給リール１１と映像再生部２０との間には、映画フィルム２を走行させるためのローラ１２，１３、スプロケット１４およびスプロケットシュー１５が配置されている。供給リール１１と映像再生部２０との間には、更に、映画フィルム２に記録されたデジタル音声を再生するデジタル音声再生部５０が配置されている。映像再生部２０と巻取リール１９との間には、映画フィルム２を走行させるためのスプロケット１６およびローラ１７，１８が配置されている。映像再生部２０と巻取リール１９との間には、更に、映画フィルム２に記録されたアナログ音声を再生するアナログ音声再生部６０が配置されている。
【００１７】
デジタル音声再生部５０は、映画フィルム２のデジタル音声記録領域に光を照射する光源５１と、映画フィルム２を透過した光を受光するデジタル音声センサ５２とを有している。デジタル音声センサ５２は、受光した透過光によって得られた映画フィルム２のデジタル音声記録領域におけるデジタルパターン像に応じた信号電圧を送出するようになっている。アナログ音声再生部６０は、映画フィルム２にアナログ音声記録領域を避けるように接触するドラム６１と、映画フィルム２のアナログ音声記録領域に光を照射する光源６２と、光源６２から照射されると共に、映画フィルム２を透過した光を受光するアナログ音声センサ６３とを有している。アナログ音声センサ６３は、図示しない光電変換素子を有し、受光した透過光の光量に応じたレベルの信号を送出するようになっている。
【００１８】
映像再生部２０は、ローラ１２，１３、スプロケット１４およびスプロケットシュー１５を介して供給リール１１から供給される映画フィルム２を、ゲート部２１および間欠送り部２２を介して巻取リール１９側に順次送り出すようになっている。ゲート部２１は、ピクチャゲート２１Ａおよびプレッシャプレート２１Ｂ間において映画フィルム２を挟み込むような構成となっている。ピクチャゲート２１Ａの映画フィルム２との対向面にはスチールバンド３１（図４）が設けられている。プレッシャプレート２１Ｂの映画フィルム２との対向面には対向面が湾曲した形状のガイドシュー３２（図４）が設けられている。ピクチャゲート２１Ａおよびプレッシャプレート２１Ｂには、図示しないピクチャアパーチャが設けられている。
【００１９】
ゲート部２１は、映画フィルム２の幅方向および長手方向の位置振れ量を検出することが可能となっている。この位置振れ量の検出は、例えば、映画フィルム２の幅方向の両端部に設けられたパーフォレーションの幅方向および長手方向の映画フィルム２の停止位置からの位置振れ量を、ピクチャアパーチャを基準として検出することにより可能となる。また、ゲート部２１は、図４に示したように、映画フィルム２が間欠送りされているときに、映画フィルム２の長手方向の位置振れ量を検出した後に、差分検出部３３を介して得られる長手方向の位置振れ量に対応した検出信号Ｓ１を主制御部３４および後述の光軸制御部４０の駆動制御部４２に送出するようになっている。また、これと同様に、ゲート部２１は、映画フィルム２の幅方向の位置振れ量を検出した後に、差分検出部３３を介して得られる幅方向の位置振れ量に対応した検出信号Ｓ２を主制御部３４および後述の光軸制御部４０の駆動制御部４２に送出するようになっている。
【００２０】
間欠送り部２２は、間欠送り用の間欠送りスプロケット２２Ａおよびスプロケットシュー２２Ｂ間において映画フィルム２を挟み込むような構成となっている。この間欠送り部２２において、間欠送りスプロケット２２Ａは、サーボモータ２３（図４）の駆動制御に基づいて、所定のタイミングで所定角度ずつ順次回転し、これにより、映画フィルム２の各画像記録領域がゲート部２１に瞬間的に（例えば、２４回／秒の割合で）順次停止するように映画フィルム２を間欠送りするようになっている。
【００２１】
映像再生部２０は、更に、ゲート部２１に停止した映画フィルム２に向けて投影用の光Ｌ１を投射するためのランプハウス部２４と、ランプハウス部２４からの投射光によって形成された映画フィルム２の投影像を撮影する撮影カメラ２５と、ランプハウス部２４から投射された投影用の光Ｌ１の光軸を補正する光軸制御部４０（図４）とを備えている。
【００２２】
ランプハウス部２４は、図４に示したように、投影用の光Ｌ１を発する光源２４Ａと、映画フィルム２の間欠送り動作に連動して開閉するシャッタ２４Ｂと、このシャッタ２４Ｂの駆動を行うモータ２４Ｃとを有している。撮影カメラ２５は、図４に示したように、内部に撮像素子２８およびカメラ部２９が設けられたカメラ本体２６と、このカメラ本体２６の先端部に取り付けられ、本実施の形態に係るズームレンズを内蔵したレンズ部２７とを有している。撮像素子２８は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）からなるものであり、レンズ部２７を介して撮像面に映画フィルム２に記録された映像の光学的な像が結像されると共に、結像された光学像に応じた撮像信号を出力するようになっている。カメラ部２９は、撮像素子２８からの撮像信号を映像信号ＴＥＬに変換して出力する。なお、カメラ部２９は、主制御部３４からの同期制御信号Ｓ７に基づいて、間欠送り部２２のサーボモータ２３およびランプハウス部２４のモータ２４Ｃの回転駆動に同期した所定のタイミングで、撮像素子２８に結像した映画フィルム２の記録映像を所定フィールドずつ走査するようになっている。
【００２３】
光軸制御部４０は、撮影カメラ２５とゲート部２１との間に配置されると共に、実質的に投影用の光Ｌ１の光軸を補正する光軸補正部４１と、ゲート部２１によって検出された映画フィルム２の位置振れ量に基づいて光軸補正部４１を制御する駆動制御部４２とを有している。
【００２４】
駆動制御部４２には、映画フィルム２がゲート部２１に停止していない走行状態にあるときに、主制御部３４から補正制御信号Ｓ３，Ｓ４が出力される。駆動制御部４２は、図示しない２つのドライブ部を有し、主制御部３４からの補正制御信号Ｓ３，Ｓ４に基づいて、差分検出部３３からの検出信号Ｓ１，Ｓ２を補正制御信号Ｓ３，Ｓ４に同期させ、各ドライブ部に供給することにより、各ドライブ部を介して光軸補正部４１を制御する。
【００２５】
光軸補正部４１は、図５に示したように、光学的に透明な第１の平板１３０および第２の平板１３１を有している。これらの平板１３０，１３１は、例えば、同一の屈折率を有するガラス部材によって形成されている。
【００２６】
第１の平板１３０には、両側端部にそれぞれモータ７０の出力軸を同軸とする軸棒１３２，１３３が一体化して取り付けられている。第１の平板１３０は、軸棒１３２，１３３を回動軸として図中矢印ｃで示す方向またはこれとは逆方向に回動可能になっている。また、軸棒１３２はモータ７０の出力軸と連結されている。
【００２７】
第２の平板１３１には、両側端部にそれぞれモータ７２の出力軸を同軸とする軸棒１３４，１３５が一体化して取り付けられている。第２の平板１３１は、軸棒１３４，１３５を回動軸として図中矢印ｂで示す方向またはこれとは逆方向に回動可能になっている。また、軸棒１３４はモータ７２の出力軸と連結されている。
【００２８】
モータ７０，７２の出力軸は、互いに垂直な位置関係となるように配置されている。モータ７０には角度センサ６３が設けられており、軸棒１３２の回転角に基づいて第１の平板１３０の回転量を検出し、光源２４Ａからの投影用の光Ｌ１の光軸のＹ方向での補正量を検出可能になっている。また、モータ７２には、角度センサ６５が設けられており、軸棒１３４の回転角に基づいて第２の平板１３１の回転量を検出し、光源２４Ａからの投影用の光Ｌ１の光軸のＸ方向での補正量を検出可能になっている。
【００２９】
図６は、図５に示した光軸補正部４１の構成要素のうち、第１の平板１３０の一断面を表すものである。尚、この断面は、投影用の光Ｌ１の光軸とモータ７２の出力軸とを含む平面で切った断面を示すものである。第１の平板１３０がモータ７０，７２の出力軸を含む平面と平行になるような位置関係にあるときには、入射側の光軸ＡＸ１と出射側の光軸ＡＸ２は共に一致する。次に、第１の平板１３０を軸棒１３２および１３３を中心として矢印ｃで示す方向またはこれとは逆方向に回転移動させて角度θだけ傾けた場合には、出射側の光軸ＡＸ２は入射側の光軸ＡＸ１に対して距離Ｓだけ平行移動することとなる。
【００３０】
なお、第２の平板１３１を投影用の光Ｌ１の光軸とモータ７０の出力軸とを含む平面で切った断面内においても上記と同様である。
【００３１】
以上のようにして、光軸補正部４１によりランプハウス２４内の光源２４Ａから投射された投影光の光軸補正がＸ，Ｙの２軸方向で行われ、その結果、光軸に対して任意の方向への平行移動補正がなされる。これにより、ゲート部２１において映画フィルム２の位置振れが生じたとしても撮影カメラ２５に到達する投影像は振れが補正される。
【００３２】
このような構成のテレシネ装置１では、供給リール１１から映画フィルム２がローラ１２，１３、スプロケット１４およびスプロケットシュー１５を介して映像再生部２０に供給されると共に、供給された映画フィルム２がスプロケット１６およびローラ１７，１８を介して巻取リール１９に巻き取られる。映像再生部２０に配置された間欠送り部２２の間欠送りスプロケット２２Ａは、所定のタイミングで所定角度ずつ順次回転し、これにより、映画フィルム２の各画像記録領域がゲート部２１に瞬間的に順次停止するように映画フィルム２が間欠送りされる。
【００３３】
映画フィルム２に記録されたデジタル音声は、供給リール１１と映像再生部２０の間に配置されたデジタル音声再生部５０において再生される。また、映画フィルム２に記録されたアナログ音声は、映像再生部２０と巻取リール１９との間に配置されたアナログ音声再生部６０において再生される。映画フィルム２に記録された映像は、映像再生部２０において再生される。映像再生部２０では、ゲート部２１の所定位置において映画フィルム２の映像記録領域が停止したときに、映画フィルム２の映像記録領域にランプハウス２４からの光が投射される。フィルム２の映像記録領域を透過した投影光は、レンズ部２７を介して撮影カメラ２５の撮像素子２８の撮像面上に結像する。このとき、ゲート部２１に停止した映画フィルム２に位置振れがあったとしても、レンズ部２７とゲート部２１との間に配置された光軸補正部４１によって、その位置振れの影響が除去されるようにレンズ部２７に入射する投影光の光軸が補正される。撮像素子２８は、撮像面に結像された光学像に応じた撮像信号を出力する。撮影カメラ２５のカメラ部２９は、撮像素子２８からの撮像信号を映像信号ＴＥＬに変換して出力する。
【００３４】
なお、映画フィルム２に記録された映像には、記録前の元映像に対して縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なる状態で記録されたものと、記録前の元映像に対して縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一の状態で記録されたものとがある。本実施の形態におけるレンズ部２７は、後述するように、利用目的の異なる２つの着脱可能な交換用レンズＧα，Ｇβを選択的に装着可能なレンズ構成となっており、これにより、上述の異なる２つのフォーマットの映画フィルム２に対応可能となっている。
【００３５】
次に、レンズ部２７に適用される本実施の形態に係る変換光学系としてのズームレンズの構成および作用について詳細に説明する。
【００３６】
図１および図２は、レンズ部２７のレンズ構成の一例を示すものである。なお、図１に示したレンズ構成は、記録された映像が元映像に対して縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるフォーマットの映画フィルム２に対して使用されるものであり、図２に示したレンズ構成は、記録された映像が縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一のフォーマットの映画フィルム２に対して使用されるものである。また、図１において、（Ａ），（Ｂ）は、互いに直交する面内におけるレンズの断面構造を示しており、（Ａ）が映画フィルム２の縦方向の断面に対応する。なお、以下の説明において、（Ａ）の断面方向を水平方向、（Ｂ）の断面方向を垂直方向ということにする。
【００３７】
図１および図２に示したように、レンズ部２７は、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系ＧＭを備え、この変倍光学系ＧＭの物体側に第１の交換用レンズＧα（図１）または第２の交換用レンズＧβ（図２）を選択的に装着可能となっている。なお、交換用レンズＧα，Ｇβと変倍光学系ＧＭとの取り付けは、図示しないマウント部材を介して行われる。このとき、特に、第１の交換用レンズＧαの取り付けは、後述するようにアナモフィックコンバータ光学系を有しているため、アナモフィックコンバータ光学系と映画フィルム２とにおける水平方向と垂直方向との位置関係が、適切な関係となるように位置合わせして取り付けが行われる。
【００３８】
まず、図１に示したレンズ構成について説明する。同図に示したように、交換用レンズＧαは、物体側に配置されると共に、接写に適した光学性能を有するいわゆるマクロ光学系を形成したマクロレンズ群Ｇα−１と、このマクロレンズ群Ｇα−１よりも像側に配置されると共に、光軸Ｏを含んで互いに直交する面内における光学的な倍率がそれぞれ異なるいわゆるアナモフィックコンバータ光学系を形成したアナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２とを有している。同図に示したレンズ構成では、変倍光学系ＧＭに、マクロ光学系を有する交換用レンズＧαが装着されることにより、全体として、いわゆるマクロズームレンズが形成されている。なお、マクロレンズ群Ｇα−１が、本発明における「第２の光学系」の一具体例に対応し、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２が、本発明における「第１の光学系」の一具体例に対応する。
【００３９】
マクロレンズ群Ｇα−１は、全体として正の屈折力を有し、両凸レンズＬ１と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、両凸レンズＬ３とが物体側より順に配置されて構成されている。
【００４０】
アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２は、少なくとも１つの貼り合わせ面を有している。同図に示したレンズ構成では、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２は、マクロレンズ群Ｇα−１と変倍光学系ＧＭの第１レンズ群ＧＭ−１との間に位置している。このアナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２は、全体として、水平方向に屈折力を有し、垂直方向に屈折力を有さないシリンドリカル構成となっており、水平方向において全体的に負の屈折力を有する前側レンズ群（以下、前群という。）ＧＦと水平方向において全体的に正の屈折力を有する後側レンズ群（以下、後群という。）ＧＲとを備えている。前群ＧＦは、水平方向において物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と水平方向において両凹形状のレンズＬ５とからなる接合レンズによって構成されている。後群ＧＲは、水平方向において両凸形状のレンズＬ６と水平方向において物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ７とからなる接合レンズによって構成されている。
【００４１】
変倍光学系ＧＭは、全ての面が光軸Ｏに対して回転対称な形状となっており、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＭ−１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＭ−２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＭ−３と、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＭ−４とを備えている。変倍光学系ＧＭの第１レンズ群ＧＭ−１〜第４レンズ群ＧＭ−４は、広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群ＧＭ−２および第３レンズ群ＧＭ−３が光軸Ｏに沿って移動し、変倍作用をもたらすようになっている。なお、第１レンズ群ＧＭ−１および第４レンズ群ＧＭ−４は、変倍に際して、移動せず固定されている。
【００４２】
変倍光学系ＧＭの第１レンズ群ＧＭ−１は、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ８および凸レンズＬ９からなる接合レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１０とが物体側より順番に配置されて構成されている。第２レンズ群ＧＭ−２は、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズレンズＬ１１および両凹レンズＬ１２からなる接合レンズと、両凹レンズＬ１３および物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１４からなる接合レンズと、両凹レンズＬ１５とが物体側より順番に配置されて構成されている。第３レンズ群ＧＭ−３は、両凸レンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７および物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ１８からなる接合レンズとが物体側より順番に配置されて構成されている。第４レンズ群ＧＭ−４は、両凸レンズＬ１９と、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２２と、両凹レンズＬ２３および物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ２４からなる接合レンズと、両凸レンズＬ２５とが物体側より順番に配置されて構成されている。
【００４３】
図７および図８は、図１に示したレンズ構成におけるズームレンズの諸元値を示すものである。これらの図において、ｆは焦点距離を、Ｂｆはバックフォーカスを表している。面番号は、光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を示している。屈折率およびアッベ数は、それぞれｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。曲率半径、面間隔、焦点距離ｆおよびバックフォーカスＢｆの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。なお、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の各レンズ面の曲率半径は、水平方向における値のみを示している。アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の垂直方向における各レンズ面の曲率半径は無限大∞（平面）である。
【００４４】
ここで、図１に示したレンズ構成のズームレンズにおいては、広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群ＧＭ−２および第３レンズ群ＧＭ−３が光軸Ｏに沿って移動するため、面番号１９と面番号２０との間の面間隔ｄ１９，面番号２７と面番号２８との間の面間隔ｄ２７，面番号３２と面番号３３との間の面間隔ｄ３２が、変倍動作に応じて変化する。図８では、これらの面間隔ｄ１９，ｄ２７，ｄ３２として、広角端（最短焦点距離状態）、望遠端（最長焦点距離状態）および中間焦点距離状態における値を、水平方向（（Ａ））および垂直方向（（Ｂ））のそれぞれについて示している。また、図８では、各焦点距離状態におけるＦナンバー（ＦＮｏ）も同時に示している。なお、図１に示した構成のズームレンズでは、水平方向においては、図８に示したように、最短焦点距離が６３．９ｍｍ、最長焦点拒離が１２５．７ｍｍである。また、図１に示した構成のズームレンズでは、垂直方向においては、最短焦点距離が４６．８ｍｍ、最長焦点拒離が８９．３ｍｍである。
【００４５】
なお、物体面とレンズの最も物体側の面との間、すなわち、物体面とマクロレンズ群Ｇα−１との間には、光軸補正部４１の平板１３０，１３１（図５）や各種フィルタ等の平行平面板が配置されている（図７においては面番号１，２に相当する。）。また、レンズの最も像側の面と像面との間、すなわち、第４レンズ群ＧＭ−４と像面との間にも、各種フィルタや色分解プリズム等の平行平面板が配置されている。図１に示した構成のズームレンズでは、これらの平行平面板を含めて収差補正されているため、図では、これらの平行平面板の諸元値も併せて示している。なお、図１では、第４レンズ群ＧＭ−４と像面との間に配置された平行平面板Ｌ２６，Ｌ２７のみを示し、マクロレンズ群Ｇα−１の前に配置される平行平面板については図示を省略している。
【００４６】
ここで、図１に示した構成のズームレンズにおいては、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の横倍率をβ、角倍率をγ、前側レンズ群ＧＦの最も物体に近い面（面番号９）と後側レンズ群ＧＲの最も物体から遠い面（面番号１４）との距離をＬとすると、以下の条件式（１），（２）が満たされるように構成されている。すなわち、本実施の形態においては、β＝２．０１６，Ｌ＝７７，γ＝０．５０１であり、０．９８γ＝０．４９１，１．０２γ＝０．５１１，１／β＝０．４９６であるから、条件式（１）を満足している。また、Ｌβ＝３８．１９２であるから、条件式（２）を満足している。これらの条件式（１），（２）を満たすことによる光学的な作用については、後に詳述する。
【００４７】
０．９８γ＜１／β＜１．０２γ …（１）
２０＜Ｌβ＜４０ …（２）
【００４８】
図９ないし図１２は、図１に示した構成のズームレンズの諸収差を示す図であり、これらの図において、（Ａ）は広角端における諸収差を、（Ｂ）は中間焦点距離状態における諸収差を、（Ｃ）は望遠端における諸収差をそれぞれ示している。図９および図１０は、水平方向における諸収差を示す図であり、図９は、球面収差を示し、図１０は、非点収差および歪曲収差を示している。また、図１１および図１２は、垂直方向における諸収差を示す図であり、図１１は、球面収差を示し、図１２は、非点収差および歪曲収差を示している。
【００４９】
また、これらの各収差図において、Ｙは像高を、ｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）を、ＦはＦ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図においてＳはサジタル像面を、Ｔはタンジェンシャル像面を示している。各収差図から明らかなように、図１に示したレンズ構成のズームレンズは、水平方向および垂直方向の両方向において、各焦点距離状態に対して諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００５０】
次に、図１に示した構成のズームレンズの光学的な性能について詳細に考察する。
【００５１】
例えば、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２を、マクロ光学系を構成するマクロレンズ群Ｇα−１の物体側に配置したとすると、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２においてもフォーカス機構が必要となり、装置が複雑化するとともに、フォーカス操作が困難になる。また、変倍光学系ＧＭの最も像側の第４レンズ群ＧＭ−４の像側にアナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２を配置したとすると、バックフォーカスの間隔が小さくなりすぎる。また、このときバックフォーカスを伸ばそうとすると装置の大型化につながる。従って、本実施の形態においては、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２を、マクロレンズ群Ｇα−１と変倍光学系ＧＭの最も物体側の第１レンズ群ＧＭ−１との間の光路中に配置することにより、フォーカス調整および映像を部分的に削除するようなトリミングの操作性の向上を図ると共に、レンズ性能の高性能化を図っている。
【００５２】
また、図１に示したレンズ構成では、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２を、物体側より順に、所定面内（光軸Ｏを含む水平方向面内）において負の屈折力を有する前群ＧＦと所定面内において正の屈折力を有する後群ＧＲとで構成し、且つ少なくとも１つの貼り合わせ面を有するように構成している。これにより、収差を良好に補正し、小型軽量化および構成の簡素化が図られている。貼り合わせ面を有することによる効果は、例えば、色収差の改善が挙げられる。
【００５３】
上述の条件式（１）は、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の横倍率βと角倍率γの関係を規定している。横倍率βと角倍率γが条件式（１）の条件を満たすことで、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２が、光軸Ｏを含む所定面内および光軸Ｏを含んで所定面に直交する直交面内の双方において、ほぼアフォーカル系となる。これにより、マクロレンズ群Ｇα−１、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２および変倍光学系ＧＭの各々において、それぞれ、マクロ光学系、アナモフィック光学系および変倍光学系としての役割を明確に持たせることができ、良好な結像性能を得ることが可能となる。
【００５４】
また、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２により所定画面方向において画面が圧縮されるが、横倍率βの値により圧縮の度合いが規定される。上述の条件式（２）は、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の横倍率βと光学系全体の適切なレンズ長との関係を規定している。条件式（２）の下限値を下回ると、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の屈折力をさらに大きくし、レンズ長を短くしなければならない。その結果、諸収差が増大し、良好な収差補正が困難となってしまう。一方、条件式（２）の上限値を上回ると、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２により所定画面内方向において画面が所定の寸法に圧縮されなくなったり、レンズ長が大きくなってしまう。図１に示したレンズ構成では、条件式（２）の条件を満足しているため、これらの問題が改善されている。
【００５５】
次に、図２に示したレンズ構成について説明する。なお、同図に示したレンズ構成は、図１に示したレンズ構成に対して、変倍光学系ＧＭの物体側に装着された第１の交換用レンズＧαに代えて、第２の交換用レンズＧβを装着したものであるため、図１における構成要素と同一の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５６】
交換用レンズＧβは、記録された映像が縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一のフォーマットの映画フィルム２に対して使用されるものであり、全ての面が光軸Ｏに対して回転対称な形状を有し、全体として正の屈折力を有したマクロ光学系を形成している。図２に示したレンズ構成では、変倍光学系ＧＭに、マクロ光学系を形成する交換用レンズＧβが装着されることにより、全体として、いわゆるマクロズームレンズが形成されている。
【００５７】
交換用レンズＧβは、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬβ１と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬβ２と、両凸レンズＬβ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬβ４とが物体側より順に配置されて構成されている。
【００５８】
図１３および図１４は、図２に示したレンズ構成におけるズームレンズの諸元値を示すものである。これらの図において、ｆは焦点距離を、Ｂｆはバックフォーカスを表している。面番号は、光線の進行する方向に沿った物体側からのレンズ面の順序を示している。屈折率およびアッベ数は、それぞれｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する値を示している。曲率半径、面間隔、焦点距離ｆおよびバックフォーカスＢｆの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。
【００５９】
ここで、図２に示したレンズ構成のズームレンズにおいては、広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ群ＧＭ−２および第３レンズ群ＧＭ−３が光軸Ｏに沿って移動するため、面番号１５と面番号１６との間の面間隔ｄ１５，面番号２３と面番号２４との間の面間隔ｄ２３，面番号２８と面番号２９との間の面間隔ｄ２８が、変倍動作に応じて変化する。なお、面間隔ｄ１５，ｄ２３，ｄ２８は、それぞれ図１に示したレンズ構成における面間隔ｄ１９，ｄ２７，ｄ３２に対応する。図１４では、これらの面間隔ｄ１５，ｄ２３，ｄ２８として、広角端（最短焦点距離状態）、望遠端（最長焦点拒離状態）および中間焦点距離状態における値をそれぞれ示している。また、図１４では、各焦点距離状態におけるＦナンバー（ＦＮｏ）も同時に示している。なお、図２に示した構成のズームレンズでは、図１４に示したように、最短焦点距離が７６．０ｍｍ、最長焦点拒離が１６２．４ｍｍである。
【００６０】
なお、物体面とレンズの最も物体側の面との間、すなわち、物体面と交換用レンズＧβとの間には、光軸補正部４１の平板１３０，１３１（図５）や各種フィルタ等の平行平面板が配置されている（図１３においては面番号１，２に相当する。）。また、レンズの最も像側の面と像面との間、すなわち、変倍光学系ＧＭの第４レンズ群ＧＭ−４と像面との間にも、各種フィルタや色分解プリズム等の平行平面板が配置されている。図２に示した構成のズームレンズでは、これらの平行平面板を含めて収差補正されているため、図では、これらの平行平面板の諸元値も併せて示している。なお、図２では、第４レンズ群ＧＭ−４と像面との間に配置された平行平面板Ｌ２６，Ｌ２７のみを示し、交換用レンズＧβの前に配置される平行平面板については図示を省略している。
【００６１】
図１５および図１６は、図２に示した構成のズームレンズの諸収差を示す図であり、これらの図において、（Ａ）は広角端における諸収差を、（Ｂ）は中間焦点距離状態における諸収差を、（Ｃ）は望遠端における諸収差をそれぞれ示している。また、図１５は、球面収差を示し、図１６は、非点収差および歪曲収差を示している。
【００６２】
また、これらの各収差図において、Ｙは像高を、ｄはｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）を、ＦはＦ線（波長λ＝４８６．１ｎｍ）をそれぞれ示している。また、非点収差を示す収差図においてＳはサジタル像面を、Ｔはタンジェンシャル像面を示している。各収差図から明らかなように、図２に示したレンズ構成のズームレンズは、図１に示した構成のズームレンズと同様に、各焦点距離状態に対して諸収差が良好に補正されていることがわかる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態に係るズームレンズによれば、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系ＧＭに、異なるフィルムフォーマットに利用される異なる２つの着脱可能な交換用レンズＧα，Ｇβを、それぞれの利用目的に応じた所望の光学性能が得られるように物体側に選択的に装着できるようにしたので、異なる交換用レンズＧα，Ｇβを装着した状態でも双方において光学性能を劣化させることなく、異なるフィルムフォーマットの映画フィルム２に柔軟に対応して良好な結像性能を得ることが可能であり、テレシネ装置２の光学系に好適に利用することがきる。
【００６４】
また、本実施の形態に係るズームレンズによれば、交換用レンズＧα，Ｇβの像側に変倍光学系ＧＭを配置しているので、従来、結像倍率を変更するときに行っていたピント調整に係る煩雑な調整作業、例えば、倍率変更のために撮影用のカメラを光軸方向に移動させるような調整作業を繰り返し行う必要がなく、変倍光学系ＧＭの第２レンズ群ＧＭ−２および第３レンズ群ＧＭ−３を光軸Ｏに沿って所定量移動させるのみで、光学系の変倍を行うことができ、良好に映像に対する任意のトリミング等を行うことができる。更に、本実施の形態に係るズームレンズによれば、記録された映像が元映像に対して縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるフォーマットの映画フィルムに対応した交換用レンズＧαを装着した場合のレンズ構成が、マクロ光学系、アナモフィック光学系および変倍光学系としての役割分担が各光学系で明確になされた構成となっており、各光学系毎の諸収差を補正し易いため、レンズ系全体で良好な結像性能を得ることができる。
【００６５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態においては、変倍光学系ＧＭに２つの交換用レンズＧα，Ｇβを装着した例について説明したが、変倍光学系ＧＭに交換用レンズＧα，Ｇβ以外の他の構成の交換用レンズを装着するようにしてもよい。例えば、上記実施の形態においては、交換用レンズの一例として、水平方向において屈折力を有し、且つ垂直方向において屈折力を有しないシリンドリカル構成のアナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２を有した交換用レンズＧαについての例を挙げたが、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の部分を、垂直方向においても水平方向と異なる屈折力を有するトーリック構成の光学系にした交換用レンズを用いることも可能である。また、アナモフィックコンバータレンズ群Ｇα−２の部分を、互いに直交する方向以外の光軸を含んだ互いに異なる２つの面内において、光学的な倍率がそれぞれ異なるような光学系にすることも可能である。
【００６６】
また、本発明のズームレンズは、テレシネ装置に限らず、光学的に提供された画像が、その画像内の互いに異なる２つの方向において異なる倍率で画像変換されるよう、変換光学系を介して光学的に画像変換を行う画像変換装置に広く適用することが可能である。例えば、電子的な映像をフィルムに転写するような装置の光学系や、フィルムに記録された映像を更に別のフィルムに転写するような装置の光学系等にも適用することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のズームレンズまたは画像変換装置によれば、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系に、光軸を含んだ互いに異なる２つの面内における光学的な倍率がそれぞれ異なる第１の光学系を有する着脱可能な第１の交換用レンズと、第１の交換用レンズとは利用目的の異なる着脱可能な第２の交換用レンズとを、第１および第２の交換用レンズの利用目的に応じた所望の光学性能が得られるように物体側に選択的に装着可能にしたので、異なる利用目的に対応して良好な結像性能を得ることができると共に、例えば、記録された映像が元映像に対して縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるフォーマットの映画フィルム等を画像変換するテレシネ装置等に適用して良好に画像変換を行うことが可能であるという効果を奏する。
【００６８】
特に、請求項２記載のズームレンズによれば、変倍光学系が、交換用レンズとして、全体として正の屈折力を有すると共に、全ての面が光軸に対して回転対称な形状を有する第２の交換用レンズを装着可能となっているので、例えば、記録された映像が縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一のフォーマットの映画フィルム等を画像変換するテレシネ装置等に対応可能となるという効果を奏する。
【００６９】
更に、請求項３記載のズームレンズによれば、変倍光学系を、物体側より順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群と、負の屈折力を有する第２のレンズ群と、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力を有する第４のレンズ群とを配置して構成すると共に、第２のレンズ群および第３のレンズ群が光軸に沿って移動することにより、変倍作用をもたらすように構成したので、従来のように、倍率変更のために光学系全体を光軸方向に沿って移動させる必要がなく、第２のレンズ群および第３のレンズ群のみを移動させるだけで容易に変倍作用をもたらすことができるので、装置の複雑化やフォーカス操作の困難性の改善を行うことができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るズームレンズの構成を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るズームレンズの他の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る画像変換装置としてのテレシネ装置の全体構成を示す構成図である。
【図４】図３に示したテレシネ装置における映像再生部の詳細な構成を示す構成図である。
【図５】図４に示した映像再生部における光軸補正部の詳細な構成を示す構成図である。
【図６】図５に示した光軸補正部の光学的な作用を説明するための説明図である。
【図７】図１に示したズームレンズの光学的な諸元値を示す説明図である。
【図８】図１に示したズームレンズの変倍に係る光学的な諸元値を示す説明図である。
【図９】図１に示したズームレンズの水平方向の球面収差を示す収差図である。
【図１０】図１に示したズームレンズの水平方向の非点収差および歪曲収差を示す収差図である。
【図１１】図１に示したズームレンズの垂直方向の球面収差を示す収差図である。
【図１２】図１に示したズームレンズの垂直方向の非点収差および歪曲収差を示す収差図である。
【図１３】図２に示したズームレンズの光学的な諸元値を示す説明図である。
【図１４】図２に示したズームレンズの変倍に係る光学的な諸元値を示す説明図である。
【図１５】図２に示したズームレンズの球面収差を示す収差図である。
【図１６】図２に示したズームレンズの非点収差および歪曲収差を示す収差図である。
【符号の説明】
Ｇα，Ｇβ…交換用レンズ、Ｇα−１…マクロレンズ群、Ｇα−２…アナモフィックコンバータレンズ群、ＧＭ…変倍光学系、ＧＭ−１…第１レンズ群、ＧＭ−２…第２レンズ群、ＧＭ−３…第３レンズ群、ＧＭ−４…第４レンズ群、１…テレシネ装置、２…映画フィルム、２０…映像再生部、２５…撮影カメラ、２７…レンズ部、４１…光軸補正部。

Claims (8)

1. 光軸を含んだ互いに異なる２つの面内における光学的な倍率がそれぞれ異なる第１の光学系を有する着脱可能な第１の交換用レンズと、前記第１の交換用レンズとは利用目的の異なる着脱可能な第２の交換用レンズとを、前記第１および第２の交換用レンズの利用目的に応じた所望の光学性能が得られるように物体側に選択的に装着可能であると共に、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系を備え、
   前記第１の交換用レンズは、前記第１の光学系と、前記第１の光学系の物体側に配置されると共に、接写に適した光学性能を有する接写用の第２の光学系とで構成され、縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるような所定のフォーマットで画像が記録されたフィルムを撮影して画像変換する利用目的で用いられるものであり、
   前記第２の交換用レンズは、前記所定のフォーマットとは異なるフォーマットで画像が記録されたフィルムを撮影して画像変換する利用目的で用いられるものである
   ズームレンズ。
2. 前記第２の交換用レンズは、全体として正の屈折力を有すると共に、全ての面が光軸に対して回転対称な形状を有する請求項１記載のズームレンズ。
3. 前記変倍光学系は、物体側より順に、正の屈折力を有する第１のレンズ群と、負の屈折力を有する第２のレンズ群と、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力を有する第４のレンズ群とが配置されて構成されると共に、前記第２のレンズ群および前記第３のレンズ群が光軸に沿って移動することにより、前記変倍作用をもたらすように構成されている請求項１記載のズームレンズ。
4. 前記第２の交換用レンズは、縦方向の倍率と横方向の倍率とが同一であるフォーマットで画像が記録されたフィルムを撮影して画像変換する利用目的で用いられるものである請求項１記載のズームレンズ。
5. 前記第１の交換用レンズの第１の光学系は、物体側より順に、光軸を含む所定面内において負の屈折力を有する前側レンズ群と、前記所定面内において正の屈折力を有する後側レンズ群とが配置されて構成されると共に、
   前記第１の光学系の横倍率をβ、角倍率をγ、前記前側レンズ群の最も物体側に近い面と前記後側レンズ群の最も物体から遠い面との光軸上の距離をＬとしたときに、
   ０．９８γ＜１／β＜１．０２γ …（１）
   ２０＜Ｌβ＜４０ …（２）
   で表される条件式（１），（２）を満足するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
6. 前記第１の交換用レンズの第１の光学系は、少なくとも１つの貼り合わせ面を有する請求項１記載のズームレンズ。
7. フィルムに記録された画像を、変換光学系を介して光学的に画像変換を行う画像変換装置であって、
   前記変換光学系は、
   光軸を含んだ互いに異なる２つの面内における光学的な倍率がそれぞれ異なる第１の光学系を有する着脱可能な第１の交換用レンズと、前記第１の交換用レンズとは利用目的の異なる着脱可能な第２の交換用レンズとを、前記第１および第２の交換用レンズの利用目的に応じた所望の光学性能が得られるように物体側に選択的に装着可能であると共に、入射光に対して変倍作用をもたらすように構成された変倍光学系を備え、
   前記第１の交換用レンズは、前記第１の光学系と、前記第１の光学系の物体側に配置されると共に、接写に適した光学性能を有する接写用の第２の光学系とで構成され、縦方向の倍率と横方向の倍率とが異なるような所定のフォーマットで画像が記録されたフィルムを撮影して画像変換する利用目的で用いられるものであり、
   前記第２の交換用レンズは、前記所定のフォーマットとは異なるフォーマットで画像が記録されたフィルムを撮影して画像変換する利用目的で用いられるものである
   画像変換装置。
8. 前記フィルムに記録された画像を前記変換光学系を介して画像変換を行った後、映像信号に変換する請求項７記載の画像変換装置。

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