JP4724287B2

JP4724287B2 - カメラ

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Publication number: JP4724287B2
Application number: JP2000327096A
Authority: JP
Inventors: 浩二星
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2002131832A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画撮影と静止画撮影の双方が可能なカメラに関し、さらにいわゆる防振機能を有するカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動画撮影と静止画撮影の双方が可能なカメラとして、動画撮影用にＣＣＤ撮像素子を有するとともに、静止画撮影用に銀塩フィルムの装填が可能なカメラが用いられている。
【０００３】
このカメラでは、撮影レンズ光束を光路中で分割し、一方の分割光束をさらに縮小光学系を通してＣＣＤ撮像素子上に結像させ、もう一方の分割光束をＣＣＤより大画面の銀塩フィルムに結像させるように構成されている。このようなカメラでは、動画撮影が可能であるだけでなく、静止画撮影においては銀塩ならではの高画質撮影が可能である。
【０００４】
また、動画撮影と静止画撮影の双方が可能なカメラとして、動画撮影と静止画撮影とで共通の撮影レンズとＣＣＤ撮像素子とを用いたビデオカメラが提案されている。
【０００５】
また、上記のようなカメラには、いわゆる手振れによる像振れを補正するために、撮影レンズを構成する一部のレンズを光軸直交方向にシフト変位させるようにした防振機能付きのものが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＣＤ撮像素子と銀塩フィルムとを使い分けて動画撮影と静止画撮影とを行うカメラでは、上述したように光束分割手段が必要であるためにカメラが大型化するという問題がある。
【０００７】
また、動画撮影と静止画撮影で共通の撮影レンズとＣＣＤ撮像素子を用いるビデオカメラでは、動画撮影時に所定時間内に連続して撮影される中の１つの画像を静止画画像とするという程度であり、十分満足できる高画質の静止画画像を得ることができない。
【０００８】
なお、高画質な静止画画像を得るために、レンズの収差補正をより良好に行えるようにするとレンズ系ひいてはカメラ全体が大型化し易い。また、単にＣＣＤの画素数を多くすると、動画撮影時に要求される水準以上の過剰な高画素数を用いることになり、動画処理回路に過大な負担を求めることになる。
【０００９】
さらに、上述した防振機能を備えたカメラにおいて、防振時に撮影レンズを構成する一部のレンズを光軸直交方向にシフト変位させると、撮像素子に到達する光束のうち周辺部の光量に動的なアンバランスが生じる。そして、この周辺光量のアンバランスは、特に動画撮影時に目立つものとなるおそれがある。
【００１０】
そこで本発明は、小型でありながら、動画撮影時における防振に伴う光量バランスの変化を防止できるようにするとともに高画質の静止画撮影を行えるようにしたカメラを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、動画と静止画を共通の撮影光学系および撮像素子を用いて撮影するカメラにおいて、撮影光学系の一部を構成する光学素子を光軸に直交する方向に変位させて撮像素子の撮像面上における像振れを補正することができ、動画撮影時のイメージサイズが静止画撮影時のイメージサイズよりも小さく、撮影光学系の焦点距離が同じとき、静止画撮影時における最大絞りのＦナンバーが動画撮影時における最大絞りのＦナンバーよりも大きくするようにしている。
【００１２】
すなわち、防振時に撮影するイメージサイズを静止画撮影時より動画撮影時の方を小さくすることで、防振に伴って光量アンバランスが生じ易い周辺部よりも内側の撮像エリアで動画撮影を行うことが可能となり、周辺光量のアンバランスを動画撮影時に目立たないようにすることが可能となる。したがって、撮影光学系を大型にすることなく動画撮影でも十分な防振を行うことが可能となる。
【００１３】
なお、静止画撮影は瞬間を撮影するものであり、もともと周辺光量のアンバランスの許容範囲が動画撮影より広いので、イメージサイズを大きくしても防振時に生じる周辺光量のアンバランスは目立たない。
【００１４】
しかも、静止画撮影のときには、動画撮影のときよりもイメージサイズを大きくすることで、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の微小な受光画素の繰り返し配列を有する撮像素子を用いる場合に、静止画撮影時の画素数を動画撮影時よりも多くすることができ、静止画画像の画質を向上させることも可能である。
【００１５】
また、撮影光学系の焦点距離が同じである場合に、静止画撮影時における最大絞りのＦナンバーを動画撮影時における最大絞りのＦナンバーよりも大きく設定することにより、静止画撮影時に最大絞りで撮影するときの防振時の周辺光量のアンバランスを改善することも可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の実施形態であるカメラの構成を示している。また、図２、図３および図４には、上記カメラに用いる撮影レンズの数値実施例の断面図と収差図を示している。さらに、図５には上記カメラにおいて、撮影レンズの焦点距離と、焦点距離ごとに設定される最大絞りのＦｎｏ．との関係を示している。また、図６には、上記カメラにおける撮影レンズのイメージサイズを示しており、図７には、無収差の理想レンズのＦｎｏ．による性能の周波数特性を示している。また、図８には、上記カメラの動作シーケンスを表すフローチャートを示している。
【００１７】
図１において、１はズーム撮影レンズ系（撮影光学系）であり、２は、撮影レンズ系１を構成する一部のレンズであって、光軸直交方向に変位して防振（いわゆる手振れ補正）を行う振れ補正レンズである。
【００１８】
３は撮像素子であり、セルピッチ（画素配列ピッチ）が３ミクロン程度のＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられている。
【００１９】
また、４は動画撮影（動画モード）と静止画撮影（静止画モード）とを切り換えるためのモード切換えスイッチである。本実施形態のカメラでは、動画撮影および静止画撮影のいずれも、共通の撮影レンズ系１と撮像素子３とを用いて行い、例えば、動画情報を不図示のビデオテープ、ＤＶＤ等の記録媒体に記録し、静止画情報をスティック状又はコンパクトなメモリ素子やＤＶＤ等の記録媒体に記録する。
【００２０】
９は本カメラの動作全体の制御を司るカメラ制御回路であり、５はカメラ制御回路９からの指令信号に応じて撮影レンズ系１のズーム駆動制御を行うズーム制御回路である。
【００２１】
６はカメラ制御回路９からの指令信号に応じて振れ補正レンズ２のシフト駆動制御を行う防振制御回路であり、７はカメラ制御回路９からの指令信号に応じて絞りＳＰの駆動制御を行う絞り制御回路である。なお、本実施形態では、絞りＳＰの制御によって、所定のＦｎｏ．が得られるようになっている。
【００２２】
８はカメラ制御回路９からの指令信号に応じて撮像素子３上における撮像エリア（イメージサイズ）の切り換え制御を行う撮像エリア制御回路である。
【００２３】
次に、図８のフローチャートに従って本カメラ（主としてカメラ制御回路９）の動作を説明する。まず、不図示のメインスイッチがオンされて電源が投入され、本フローがスタートすると、ステップ（図では、Ｓと略す）１にて、モード切換えスイッチ４の状態を検出して、カメラが動画モードか静止画モードかを判別する。
【００２４】
動画モードであるときは、ステップ２に進み、撮像エリア制御回路８を通じて、図６に示す撮像素子３の動画撮像エリア（例えば、φ３．９又は２．３４ｍｍ×３．１２ｍｍ）３ｄの範囲から画像を得るようにイメージサイズを設定する。
【００２５】
また、続いてステップ３では、動画モードにおける撮影レンズ系１の焦点距離の可変範囲をｆｗ〜ｆｔ、すなわちワイド端からテレ端の全範囲に設定する。
【００２６】
また、続いてステップ４では、動画モードにおける焦点距離に対する最大絞りのＦｎｏ．を、図５に示す動画時絞り曲線ｄ上にて制御するように設定する。本実施形態では、動画モードにおける最大絞りのＦｎｏ．は、焦点距離に応じて１．６５〜２．２の範囲で変化することになる。
【００２７】
さらに、ステップ５では、動画モードにおける最小絞りのＦｎｏ．を、動画時最小絞り（例えば、Ｆ１１）に設定する。
【００２８】
こうしてステップ６では、ステップ４にて設定された最大絞りのＦｎｏ．とステップ５にて設定された最小絞りのＦｎｏ．との間で動画モードでの絞りＳＰの制御を行う。
【００２９】
そして、ステップ７では、撮影レンズ又はカメラ本体に設けられた振れ検知手段（例えば、加速度センサ又は速度センサと、センサ出力を積分する回路とから構成される）からの情報により振れ補正レンズ２を光軸直交方向にシフトさせて行う光学的な防振制御を開始する。
【００３０】
次に、ステップ８では、動画モードにおいて、カメラ振れが上記振れ補正レンズ２のシフトだけでは補正しきれない（振れ補正不足）か否かを判別し、補正しきれない場合は、ステップ９にて、上述した動画撮像エリアを、撮像素子３上のより広いエリア（例えば、最大３．０６ｍｍ×４．０８ｍｍ）の中からシフトして切り出す、いわゆる電子防振制御を行う。
【００３１】
一方、ステップ１において、静止画撮影モードである場合には、ステップ１０に進み、撮像素子３上における静止画撮像エリア（例えば、φ５．１又は３．０６ｍｍ×４．０８ｍｍ）から画像を得るように、動画撮影時よりも大きな（画素数が多い）イメージサイズを設定する。
【００３２】
次にステップ１１では、静止画モードにおける焦点距離の可変範囲を、ｆｓｗ〜ｆｔの範囲、すなわち動画撮影時のワイド端からテレ端側に寄った位置からテレ端の範囲に制限する。これにより、静止画撮影時には、動画撮影時にズーム可能であった広角端側のｆｗ〜ｆｓｗの範囲にはズームできなくなる。
【００３３】
このため、広角端側で大きな撮影レンズ系１のディストーションもしくはコマ収差、倍率色収差等の残存収差の静止画画像への影響を除くことができる。したがって、撮影レンズ系１を大型化することなく、かつある程度必要な変倍率（ｆｓｗ〜ｆｔ）を確保した上で、静止画画像の画質向上を図ることができる。
【００３４】
また、ステップ１２では、静止画モードにおける焦点距離に対する最大絞りのＦｎｏ．を、図５に示す静止画時絞り曲線ｓ上にて制御するように設定する。本実施形態では、静止画モードにおける最大絞りのＦｎｏ．は、焦点距離に応じて１．８３〜２．８８の範囲で変化することになる。
【００３５】
つまり、本実施形態では、焦点距離ｆｓｗ〜ｆｔの範囲において、動画撮影時と静止画撮影時とでは、焦点距離が同じである場合の最大絞りのＦｎｏ．が、静止画撮影時の方が大きくなるように、すなわち同じ焦点距離に対して静止画撮影時は動画撮影時よりも開放Ｆｎｏ．が暗くなるように設定される。なお、本実施形態では、特に望遠側において動画撮影時より静止画撮影時の方が開放Ｆｎｏ．がより暗くなるように設定される
さらに、ステップ１３では、静止画モードにおける最小絞りのＦｎｏ．を、動画撮影モードよりも明るい静止画時最小絞り（例えば、Ｆ８）に設定する。つまり、静止画モードでは、動画モード時に絞り込み可能なＦｎｏ．（例えば、Ｆ１１）まで絞り込むことができないようにする。
【００３６】
ここで、Ｆ８〜１１の範囲では、Ｆナンバーを大きくすることによって軸上付近での光学的解像性能の幾何光学収差低減要因による性能向上よりも回折現象の物理光学的要因による性能低下が大きくなる。このため、この範囲で静止画撮影時における最小絞りのＦナンバーが動画撮影時における最小絞りのＦナンバーよりも小さくなるように設定している。
【００３７】
こうして本実施形態では、ステップ１４において、ステップ１２にて設定された最大絞りのＦｎｏ．とステップ１３にて設定された最小絞りのＦｎｏ．との間で静止画モードでの絞りＳＰの制御を行う。
【００３８】
ここで、上記ステップ１４では、静止画モードにおいて上記最大絞りおよび最小絞りとの間で絞り制御を行うが、このとき絞りによる光量調節を補うために、低輝度被写体に対しては低速シャッターもしくはストロボ（図示せず）で光量不足を補うのが望ましい。
【００３９】
また、静止画撮影時の最小絞りを、動画撮影時の最小絞りより大きく（明るく）設定したことに伴い、高輝度被写体に対して光量オーバーとなることを回避するために撮像素子３側での高速電子シャッターや撮影レンズ系１内での高速シャッターにより対応するのが望ましい。
【００４０】
そして、ステップ１５では、前述したステップ７と同様の光学的な防振制御を開始する。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、撮影レンズ系１の同じ焦点距離に対して静止画撮影時は動画撮影時よりも開放Ｆナンバーが暗くなるように設定されるので、明るい動画撮影を行うことができる一方で、静止画撮影時に撮影光学系の球面収差、色収差、組み立て偏心誤差等による光学性能低下を抑えることができる。したがって、小型の撮影レンズ系１において収差等を良好に補正することができ、動画処理の負担が軽くかつ明るい動画撮影と高画質の静止画撮影とが可能なカメラを実現することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、最大絞りのＦｎｏ．を、図５に示す曲線ｄと曲線ｓのように、動画撮影と静止画撮影とで完全に異なる（双方の曲線が交わることがない）特性となるように制御する場合について説明したが、焦点距離ｆｔの状態で動画撮影時の最大絞りのＦｎｏ．を、静止画撮影時の最大絞りのＦｎｏ．より小さく設定することが静止画の画質性能を良好にするために特に重要である。このため、動画撮影時に、焦点距離ｆｓｗの状態で動画撮影時の最大絞りのＦｎｏ．が静止画撮影時の最大絞りのＦｎｏ．に一致する曲線ｄ’を用いるようにしてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、撮像素子３上における静止画撮影時のイメージサイズを動画撮影時のイメージサイズよりも大きくすることによって、静止画撮影時の画素数を動画撮影時に比べて多くし、これにより静止画画像の高画質化を図っているが、この場合に上述した静止画撮影時の開放Ｆナンバーを暗くする制御を行うことにより、撮影レンズ系１を大型化させることなく静止画の周辺収差を良好に補正することが可能となり、より高画質の静止画撮影を行うことができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、静止画撮影時および動画撮影時の最小絞りのＦｎｏ．を、絞りＳＰのＦｎｏ．の可変範囲のうちＦ＝８〜１１程度の絞り域の範囲、すなわちＦｎｏ．を大きくすることによって軸上付近での光学的解像性能の幾何光学収差低減要因による性能向上よりも回折現象の物理光学的要因による性能低下が大きくなる範囲で、静止画撮影時における最小絞りのＦｎｏ．（Ｆ＝８）が動画撮影時における最小絞りのＦｎｏ．（Ｆ＝１１）よりも小さくなるように設定している。これにより、静止画撮影時の画質を動画撮影時の画質に比べてより良好にすることができる。
【００４５】
このことを図７を用いて具体的に説明する。図７は、無収差理想レンズのＦｎｏ．によるコントラストの周波数特性を示したものであり、Ｆｎｏ．によって撮影レンズ系１の光学性能がどのように変化するかを表している。
【００４６】
この図において、Ｆｎｏ．をＦ８まで絞ると、３ミクロンピッチＣＣＤのナイキスト空間ラインペア周波数の半分の周波数である８０本相当で、ほぼコントラストが５０％まで低下する。もともと収差を持っている実際の撮影レンズ系１を使うと、よりコントラストが低下するので、高画質の静止画を得るために本実施形態では静止画時にはＦ８より小絞りにしないように制御している。
【００４７】
ここで、「Ｆsmin×λ／Ｐ」（式１）にＦｓｍｉｎ＝８、λ＝０．５８８、Ｐ＝３を代入するとＦsmin×λ／Ｐ＝１．５７となる。
【００４８】
なお、上記式（１）において、下限値を０．４、さらには０．８にすると光量調整の可能範囲が拡大し望ましい。また、上限値を３．３あるいは２．２のようにすると回折現象による性能低下を抑えるのによりよい。
【００４９】
また、本実施形態では、防振制御を行う場合における動画撮影時のイメージサイズを同じく防振制御を行う場合における静止画撮影時のイメージサイズよりも小さくし、防振に伴って光量アンバランスが生じ易い周辺部よりも内側の撮像エリアで動画撮影を行うようにしているので、動画撮影時の防振に伴う周辺光量のアンバランスを目立たなくすることができる。したがって、撮影レンズ系１を大型にすることなく動画撮影でも十分な防振を行うことができる。
【００５０】
なお、瞬間を撮影する静止画撮影ではもともと周辺光量のアンバランスの許容範囲が動画撮影より広いので、イメージサイズを大きくしても防振時に生じる周辺光量のアンバランスは目立たない。
【００５１】
さらに、撮影レンズ系１の焦点距離が同じである場合に、静止画撮影時における最大絞りのＦｎｏ．を動画撮影時における最大絞りのＦｎｏ．よりも大きく設定しているので、静止画撮影時に最大絞りで撮影するときの防振時の周辺光量のアンバランスを改善することもできる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、焦点距離の全可変範囲ｆｗ〜ｆｔのうち、一部の範囲ｆｓｗ〜ｆｔにおいて、焦点距離が同じ状態での静止画撮影時における最大絞りのＦナンバーを動画撮影時における最大絞りのＦナンバーよりも大きく設定する場合について説明したが、焦点距離の全可変範囲ｆｗ〜ｆｔにおいて焦点距離が同じ状態での静止画撮影時における最大絞りのＦナンバーを動画撮影時における最大絞りのＦナンバーよりも大きく設定するようにしてもよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、可変焦点距離タイプの撮影レンズ系を用いる場合について説明したが、本発明は単焦点距離タイプの撮影レンズ系を用いる場合にも適用することができる。
【００５４】
（数値実施例）
次に、表１には、本発明のカメラに用いられる撮影光学系の数値実施例を示す。
【００５５】
ここで、撮影光学系は、図２に示すように、物体側から、固定の第１群レンズＬ１、バリエータとしての第２群レンズＬ２、絞りＳＰ、第３群レンズ（振れ補正レンズ）Ｌ３、フレアストッパーＦＳ、フォーカスレンズ・コンペンセータとしての第４群レンズＬ４およびフェースプレートやフィルタ等のガラスブロックＧが順に配置されて構成された４群リヤーフォーカス方式のズームレンズである。
【００５６】
なお、同図に第４群レンズＬ４の下に示した実線４ａは、無限遠物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に伴う像面変動を補正するための第４群レンズＬ４の移動軌跡を示し、点線４ｂは近距離物体にフォーカスしているときの広角端から望遠端への変倍に伴う像面変動を補正するための第４群レンズＬ４の移動軌跡を示している。
【００５７】
また、図２には上から順に、撮影光学系の焦点距離ｆｗ（動画撮影時の広角端），ｆｓｗ（静止画撮影時の広角端），ｆｍ（ミドル）およびｆｔ（望遠端）での光学断面図を示している。また、図３および図４には、上記各焦点距離での収差図を示している。
【００５８】
表１において、ｒｉは物体側より順にｉ番目の面の曲率半径、ｄｉは物体側より順にｉ番目の面と（ｉ＋１）番目の面の間隔（空気換算値）、Ｎｉとνｉ（表ではｖｉと記す）はそれぞれ物体側より順にｉ番目の光学部材のガラスの屈折率とアッベ数である。
【００５９】
また、１４番目の非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸直交方向にＨ軸、光の進行方向を正とし、Ｒを近軸曲率半径、各非球面係数をＫ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅとしたとき、
【００６０】
【数１】

【００６１】
なる式で表している。また、例えば「ｅ−Ｚ」の表示は「１０^-Z」を意味する。
【００６２】
【表１】

【００６３】
また、本数値実施例では、いわゆる４群ズームレンズにおいて第１群レンズを繰り出してフォーカスを行う場合に比べて、前述のようなリヤーフォーカス方式を採ることにより、第１群レンズの偏心誤差による性能劣化を防止しつつ、第１群レンズのレンズ有効径の増大化を効果的に防止している。
【００６４】
そして、絞りＳＰを第３群レンズの直前（物体側）又は第３群レンズ中に配置することにより、可動レンズ群による収差変動を少なくし、絞りＳＰより前方（物体側）のレンズ群の間隔を短くして第１群レンズの径の縮小化を容易に達成している。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学素子を光軸直交方向に変位させて振れ補正（防振）を行う際において、動画撮影時に撮像素子により撮影するイメージサイズを、静止画撮影時のイメージサイズより小さくするようにしているので、防振に伴って光量アンバランスが生じ易い周辺部よりも内側の撮像エリアで動画撮影を行うことができ、周辺光量のアンバランスを動画撮影時に目立たないようにすることができる。したがって、撮影光学系を大型にすることなく動画撮影でも十分な防振を行うことができる。
【００６６】
しかも、静止画撮影のときには、動画撮影のときよりもイメージサイズを大きくすることで、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の微小な受光画素の繰り返し配列を有する撮像素子を用いる場合に、静止画撮影時の画素数を動画撮影時よりも多くすることができ、静止画画像の画質を向上させることもできる。
【００６７】
また、撮影光学系の焦点距離が同じである場合に、静止画撮影時における最大絞りのＦナンバーを動画撮影時における最大絞りのＦナンバーよりも大きく設定するようにすれば、静止画撮影時に最大絞りで撮影するときの防振時の周辺光量のアンバランスを改善することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるカメラの構成を示す概略図である。
【図２】上記カメラに用いられる撮影レンズの数値実施例の光学断面図である。
【図３】上記撮影レンズの数値実施例の収差図であり、上からレンズ全系の焦点距離ｆｗでの動画撮影時の収差図および焦点距離ｆｓｗでの静止画撮影時の収差図である。
【図４】上記撮影レンズの数値実施例の収差図であり、上からレンズ全系の焦点距離ｆｓｗでの動画撮影時の収差図および焦点距離ｆｔでの静止画撮影時の収差図である。
【図５】上記カメラでの焦点距離と最大絞りのＦｎｏ．との関係を示す図である。
【図６】上記カメラにおける撮影レンズのイメージサイズの説明図である。
【図７】無収差理想レンズのＦｎｏ．による性能を示す周波数特性図である。
【図８】上記カメラの動作シーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１撮影レンズ系
２振れ補正レンズ
３撮像素子
４モード切換えスイッチ
５ズーム制御回路
６防振制御回路
７絞り制御回路
８撮像エリア制御回路
９カメラ制御回路
ＳＰ絞り
ＦＳフレアストッパー

Claims

動画と静止画を共通の撮影光学系および撮像素子を用いて撮影するカメラであって、前記撮影光学系の一部を構成する光学素子を光軸に直交する方向に変位させて前記撮像素子の撮像面上における像振れを補正することができ、動画撮影時のイメージサイズが静止画撮影時のイメージサイズよりも小さく、前記撮影光学系の焦点距離が同じとき、静止画撮影時における最大絞りのＦナンバーが動画撮影時における最大絞りのＦナンバーよりも大きいことを特徴とするカメラ。
前記撮影光学系の焦点距離が変更可能なカメラであり、焦点距離の可変範囲のうち少なくとも一部の焦点距離において、静止画撮影時における最大絞りのＦナンバーが動画撮影時における最大絞りのＦナンバーよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のカメラ。