JPH0832979A - 変倍撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型軽量で、高仕様で且つ高性能な変倍撮像
装置を提供すること。 【構成】 本発明の変倍撮像装置は、変倍を行うために
光軸に沿って移動する可動変倍レンズ群を有する撮影レ
ンズ系と、該撮影レンズ系による被写体像を複数の特定
波長においてそれぞれ受像するための複数の固体撮像素
子と、各固体撮像素子を光軸に沿ってそれぞれ移動させ
るための移動手段と、前記複数の固体撮像素子のうち少
なくとも１つの前記固体撮像素子が、前記可動変倍レン
ズ群の移動に応じて移動する前記被写体像の各特定波長
における結像位置に追従するように前記移動手段を制御
するための制御手段と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は変倍撮像装置に関し、た
とえばビデオカメラ、ＴＶカメラなどに用いられる変倍
撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の変倍撮像装置では、撮影レンズを
構成する複数のレンズ群のうち少なくとも１つの可動変
倍レンズ群を適宜移動させて画角を変化させることによ
り変倍操作を行うのが一般的である。この場合、単純に
一部のレンズ群を移動させると被写体の結像位置が移動
する。移動した被写体像の位置を補正するために、撮影
レンズ構成中に補正レンズ群を備え、前記結像位置が一
定の位置に留まるようにこの補正レンズ群を所定距離だ
け移動させている。

【０００３】また、民生用の一部のカメラや報道用のカ
メラなどのように高性能を求めるカメラの変倍撮像装置
では、色分解プリズム等が搭載され、入射光をたとえば
３つの特定波長光（赤、緑および青）に分解し、各特定
波長光ごとに被写体像を受像している。そして、各特定
波長光ごとに受像された被写体像を適宜合成することに
よってカラー画像を得ている。

【０００４】近年、大口径で広画角で、しかも高変倍比
でありながら小型軽量で、且つ高性能の撮影ズームレン
ズに対する要望がさらに高まってきている。一般に、ズ
ームレンズの更なる固体撮像素子軽量化を図り、あるい
は小型軽量を維持しつつ更なる高仕様化を図る方法とし
て、レンズ枚数を軽減するか、あるいは各レンズ群の屈
折力を強める方法が用いられている。このため、諸収差
が犠牲となり高性能化が実現されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の変倍撮像装置で
は、変倍操作のための可動変倍レンズ群および結像位置
の補正のための補正レンズ群の少なくとも２つ以上の可
動レンズ群が必要である。このため、装置構成が複雑に
なり、可動レンズ群の移動に必要な間隔を確保しなけれ
ばならない。また、補正レンズ群が存在することによ
り、以下の不都合があった。

【０００６】たとえば、第１例として、被写体側より順
に正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有す
る第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群およ
び正の屈折力を有する第４レンズ群からなるズームレン
ズにおいて、第２レンズ群が可動変倍レンズ群であり第
３レンズ群が補正レンズ群である場合、補正レンズ群が
可動変倍レンズ群と開口絞りとの間に位置決めされる。
そして、結像位置の補正に必要な補正レンズ群の移動間
隔をズームレンズ内において確保する必要がある。この
結果、第１レンズ群と開口絞りとの間の所要距離が大き
くなり、必然的に第１レンズ群のレンズ径が大きくなっ
てしまう。

【０００７】また、第２例として、被写体側より順に正
の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第
２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群および正
の屈折力を有する第４レンズ群からなるズームレンズに
おいて、第２レンズ群が可動変倍レンズ群であり第３レ
ンズ群が補正レンズ群である場合、補正レンズ群から射
出する光束が平行に近くなると被写体側に凸面を向ける
ようなズーム軌道で補正することになる。このため、ワ
イドポジションからミドルポジションにかけての変倍操
作が妨げられる。すなわち、所定の焦点距離を得るため
の第２レンズ群の移動量が大きくなり、第１レンズ群と
第２レンズ群との間隔が大きくなり、必然的に第１レン
ズ群のレンズ径が大きくなってしまう。

【０００８】さらに、第３例として、被写体側より順に
正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する
第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群および
正の屈折力を有する第４レンズ群からなるズームレンズ
において、第２レンズ群が可動変倍レンズ群であり第４
レンズ群が補正レンズ群である場合、第３レンズ群と第
４レンズ群との間にエクステンダ等の補助機材を挿入す
ると焦点移動が生じる。換言すると、エクステンダ等の
補助機材の挿入に依存して、結像位置が変化してしま
う。

【０００９】最後に、第４例として、被写体側より順に
負の屈折力を有する第１レンズ群および正の屈折力を有
する第２レンズ群からなるズームレンズにおいて、第２
レンズ群が可動変倍レンズ群であり第１レンズ群が補正
レンズ群である場合、特に広角ズームレンズでは補正レ
ンズ群が大きく且つ重くなりがちである。そのため、補
正レンズ群の移動機構に大きな負担がかかってしまう。

【００１０】以上のように、従来の変倍撮像装置では、
補正レンズが存在することにより、光学設計上並びに機
械設計上の制限が大きいという不都合があった。

【００１１】また、色分解光学系を用いてカラー画像を
得るカメラでは、各特定波長光ごとに固体撮像素子位置
が固定されている。したがって、撮影レンズは、各特定
波長光ごとに固定された各固体撮像素子に合わせて色収
差補正をする必要がある。しかしながら、各特定波長光
ごとに固定された各固体撮像素子に合わせて撮影レンズ
で色収差補正をするには、レンズの配置や組み合わせお
よびレンズの貼合わせ効果等を考慮する必要がある。そ
の結果、レンズ枚数が増大し、各レンズ成分の屈折力が
強まるので、撮影レンズの小型軽量化を図ることができ
なかった。

【００１２】さらに、高性能化、高仕様化および小型軽
量化のため、フォーカシング（合焦）や変倍における色
収差の変動量も増大している。しかしながら、各特定波
長光に対して各固体撮像素子は固定であるため、各特定
波長光に対する撮影レンズの焦点位置は、所定の範囲で
それぞれ大きな制約を受けていた。また、現在のガラス
の製造限界から、各特定波長光の分散は避けられなかっ
た。

【００１３】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、小型軽量で、高仕様で且つ高性能な変倍撮像
装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、変倍を行うために光軸に沿って
移動する可動変倍レンズ群を有する撮影レンズ系と、該
撮影レンズ系による被写体像を複数の特定波長において
それぞれ受像するための複数の固体撮像素子と、各固体
撮像素子を光軸に沿ってそれぞれ移動させるための移動
手段と、前記複数の固体撮像素子のうち少なくとも１つ
の前記固体撮像素子が、前記可動変倍レンズ群の移動に
応じて移動する前記被写体像の各特定波長における結像
位置に追従するように前記移動手段を制御するための制
御手段と、を備えていることを特徴とする変倍撮像装置
を提供する。

【００１５】本発明の好ましい態様によれば、前記固体
撮像素子の移動に伴う受像画面の揺れを補正するための
補正手段を備え、前記補正手段は、前記受像画面の揺れ
量を検出するための揺れ量検出手段と、該揺れ量検出手
段によって検出された揺れ量に基づき受像画面の揺れを
補正するための揺れ量補正手段とからなる。

【００１６】

【作用】一般に、変倍撮像装置では、可動変倍レンズ群
が移動することによって撮影レンズの画角を変化させて
変倍操作を行う。このとき、撮影レンズの画角の変化に
伴って被写体像の結像位置も移動するが、可動変倍レン
ズ群の移動量と被写体像の結像位置の移動量との間に
は、光学系に固有な一定の相関関係が成り立つ。上述の
ように、本発明の変倍撮像装置では、制御手段が各固体
撮像素子の移動手段を適宜制御して、撮影レンズの変倍
操作に応じてそれぞれ移動する各特定波長における被写
体像の結像位置に対応する固体撮像素子を追従させるこ
とができる。具体的には、たとえば可動変倍レンズ群の
移動量を検知し、検知した移動量に基づいて各特定波長
における結像位置の移動量すなわち各固体撮像素子の所
要の移動量を求めることができる。

【００１７】各固体撮像素子の所要の移動量は、検知し
た可動変倍レンズ群の移動量から前記相関関係を利用し
て演算により求めてもよいし、前記相関関係を規定した
テーブルに基づいて可動変倍レンズ群の検出移動量から
直接導出してもよい。また、可動変倍レンズ群を移動さ
せる可動変倍移動手段と固体撮像素子を移動させる固体
撮像素子移動手段とを、カム環等を介して機械的に結合
することもできる。さらに、可動変倍移動手段と固体撮
像素子移動手段とを、電気的に結合することもできる。
さらにまた、結像位置を算出する代わりに、ＡＦ装置と
組み合わせて固体撮像素子を結像位置に移動させること
も可能である。

【００１８】上述したように、民生用の一部のカメラお
よび報道用のテレビカメラでは、３色分解プリズムを介
して入射光を赤、青および緑の３つの特定波長光に分解
し、各特定波長光ごとに被写体像を受像する。したがっ
て、このようなカメラに本発明を適用すると、各固体撮
像素子が各特定波長光における被写体像の結像位置に独
立に移動するので、各特定波長光による焦点位置の変動
等に起因する諸収差を大幅に軽減することができる。特
に、各特定波長光による焦点位置の変動、すなわち軸上
色収差を完全に無視することができる。逆に、ある特定
波長光についてのみ対応する固体撮像素子を合焦位置か
らずらしてソフトフォーカスさせることによって、新た
な映像を提供することもできる。

【００１９】また、テレビカメラ用撮影レンズに求めら
れる高い仕様および性能を得るために、撮影レンズを構
成する少なくとも１つのレンズ成分に非球面を導入する
こともできる。非球面の導入により、高次の諸収差を抑
え、レンズの構成枚数を減らすこともできる。

【００２０】本発明の変倍撮像装置ではさらに、受像画
面の揺れ量を検出するための揺れ量検出手段と揺れ量に
基づき受像画面の揺れを補正するための揺れ量補正手段
とからなる補正手段を備え、固体撮像素子の移動に伴う
画面振動を補正する。具体的には、受像画面の揺れの動
きベクトルを検出し、検出した揺れ量に基づき受像画面
のうち所要位置の画面を選択し、選択した画面を所定サ
イズの画面に拡大補正する。このように、本発明の変倍
撮像装置では、画像の動きベクトルを検出して揺れ補正
を行うので、固体撮像素子の移動に伴う画面振動が解消
される。また、この揺れ補正機構を利用して手振れ防振
を行ってもよい。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例にかかる変倍撮像装置の
構成を模式的に説明する図である。図１において、撮影
レンズ１は、被写体側から順に、変倍中固定の第１レン
ズ群Ｇ１と、広角端から望遠端への変倍の際に光軸７に
沿って像側に移動する可動変倍レンズ群である第２レン
ズ群Ｇ２と、変倍中固定の第３レンズ群Ｇ３と、変倍中
固定の結像レンズ群である第４レンズ群Ｇ４とからな
る。

【００２２】第４レンズ群Ｇ４の後方、すなわち被写体
とは反対側には、３色分解プリズム２が設けられてい
る。３色分解プリズム２は公知のプリズムであって、入
射光を赤、青および緑の３つの特定波長光に分解する。
３色分解プリズム２を介して分解された３つの特定波長
における被写体像の結像位置には、それぞれ固体撮像素
子３ａ、３ｂおよび３ｃが位置決めされている。図１に
おいて、固体撮像素子３ａは緑色の被写体像を、固体撮
像素子３ｂは赤色の被写体像を、固体撮像素子３ｃは青
色の被写体像を受光する。各固体撮像素子はたとえばエ
リアセンサからなり、被写体像を受像するための受像部
と受像した画像情報を記憶するための記憶部とを有す
る。各固体撮像素子３ａ乃至３ｃの出力は、後述する揺
れ補正回路８の入力に接続されている。

【００２３】図示の装置はまた、第２レンズ群Ｇ２を光
軸７上に沿って移動させるための可動変倍移動手段５
と、各固体撮像素子３ａ乃至３ｃを光軸に沿ってそれぞ
れ移動させるための固体撮像素子移動手段６ａ乃至６ｃ
とを備えている。可動変倍移動手段５は可動変倍レンズ
群Ｇ２の変倍に伴う移動量を検出するためのセンサを備
え、検出した移動量は制御部４に入力されるようになっ
ている。制御部４は、可動変倍移動手段５が検出した可
動変倍レンズ群Ｇ２の変倍に伴う移動量に基づいて各特
定波長における被写体像の結像位置、すなわち各固体撮
像素子３ａ乃至３ｃの受像部の移動すべき位置を算出す
る。制御部４は、算出した位置情報を各固体撮像素子移
動手段６ａ乃至６ｃに出力する。各固体撮像素子移動手
段６ａ乃至６ｃは、制御部４からの位置情報に基づいて
各固体撮像素子３ａ乃至３ｃをそれぞれ対応する被写体
像の結像位置に移動させる。可動変倍レンズ群Ｇ２の変
倍に伴う移動量の検出から各固体撮像素子の移動にかけ
ての一連の操作は、リアルタイムに行われる。

【００２４】図２は、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）へ
の変倍における、可動変倍レンズ群Ｇ２の移動および各
固体撮像素子の移動を説明する図である。なお、図２に
おいて図１と同じ構成要素に対する参照符号を省略して
いる。図２に示すように、本実施例の変倍撮像装置で
は、広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に際し、可
動変倍レンズ群Ｇ２は軌道９にしたがって像側に移動す
る。また、各固体撮像素子３ａ乃至３ｃは、広角端
（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍に際し、被写体側に凹
面を向けるような軌道１０ａ乃至１０ｃにしたがってそ
れぞれ移動する。

【００２５】上述したように、本発明では、可動変倍レ
ンズ群Ｇ２の移動により変動した被写体像の各特定波長
における結像位置に、各固体撮像素子３ａ乃至３ｃをそ
れぞれ追従させることができる。このような各固体撮像
素子の結像位置追従機構は、撮影装置の画角変化による
像面移動の補正のみならず、フォーカス時の焦点移動の
補正にも適用可能である。いずれの場合も軽小な固体撮
像素子を移動させるので、駆動部に対する負担が非常に
少ないばかりか、迅速な合焦が可能となる。また、各固
体撮像素子の所要の移動量が大きすぎて合焦に時間がか
かりすぎるような場合には、各固体撮像素子を所定量だ
け移動させその位置に結像位置が一致するように焦点補
正レンズ群を移動させてもよい。すなわち、本発明の固
体撮像素子の結像位置追従機構と焦点補正レンズ群の移
動による像面位置の補正を組み合わせてもよい。

【００２６】図３は、図１の揺れ補正回路の構成を示す
概略図である。図示の揺れ補正回路８は、光軸７に対す
る各固体撮像素子３ａ乃至３ｃの揺れ（振動）によって
発生する受像画面の揺れ（振動）をそれぞれ補正する。
揺れ補正回路８は、各固体撮像素子３ａ乃至３ｃの出力
するアナログ信号を受けてこれをディジタル信号に変換
するためのＡ／Ｄ変換器１１を備えている。Ａ／Ｄ変換
器１１の出力は、フレームメモリ１２の入力および動き
ベクトル検出回路１３の入力に接続されている。動きベ
クトル検出回路１３は、Ａ／Ｄ変換器１１の出力を受け
て受像画面の揺れの動きベクトルを検出する。

【００２７】一方、フレームメモリ１２は、Ａ／Ｄ変換
器１１の出力を受けて受像画面を記憶するとともに、動
きベクトル検出回路１３が検出した画面の揺れ量に基づ
き、記憶した受像画面のうち所要位置の画面を選択して
出力する。すなわち、動きベクトル検出回路１３が検出
した画面の揺れ情報に基づき、フレームメモリ１３の読
み出し位置が制御される。フレームメモリ１３の出力
は、拡大補正回路１４の入力に接続されている。拡大補
正回路１４は、フレームメモリ１３によって選択出力さ
れた画像を元の所定サイズの画面に拡大補正して出力す
る。拡大補正回路１４の出力はさらに、Ｄ／Ａ変換器１
５の入力に接続されている。Ｄ／Ａ変換器１５におい
て、ディジタル信号をアナログ信号に変換し、画面振動
のない出力信号を提供することができる。

【００２８】なお、本実施例では、４つのレンズ群から
なる撮影レンズを例にとって説明したが、少なくとも１
つの可動変倍レンズ群を有する撮影レンズであれば他の
いかなる構成に対して、本発明が作用効果を奏すること
は明らかである。

【００２９】

【効果】以上説明したように、本発明では、複数の特定
波長において被写体像を受像する変倍撮像装置におい
て、各特定波長光に対する各固体撮像素子の結像位置追
従機構を備えている。したがって、画角変化に伴う被写
体像の移動を補正していた従来の補正レンズ群が不要と
なる。その結果、従来の補正レンズ群に起因する不都合
を解消して、小型で高性能な変倍撮像装置を提供するこ
とができる。また、各特定波長光に対して軽小な固体撮
像素子をそれぞれ移動させて可動変倍補正を行うことが
できるので、駆動部にかかる負担が小さくなり、駆動機
構の小型軽量化ひいては装置全体の小型軽量化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる変倍撮像装置の構成を
模式的に説明する図である。

【図２】広角端（Ｗ）から望遠端（Ｔ）への変倍におけ
る、可動変倍レンズ群Ｇ２の移動および各固体撮像素子
の移動を説明する図である。

【図３】図１の揺れ補正回路の構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 撮影レンズ Ｇ１ 第１レンズ群 Ｇ２ 第２レンズ群 Ｇ３ 第３レンズ群 Ｇ４ 第４レンズ群 ２ ３色分解プリズム ３ 固体撮像素子 ４ 制御部 ５ 可動変倍移動手段 ６ 固体撮像素子移動手段 ７ 光軸 ９ 揺れ補正回路 １１ Ａ／Ｄ変換器 １２ フレームメモリ １３ 動きベクトル検出回路 １４ 拡大補正回路 １５ Ｄ／Ａ変換器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変倍を行うために光軸に沿って移動する
   可動変倍レンズ群を有する撮影レンズ系と、 該撮影レンズ系による被写体像を複数の特定波長におい
   てそれぞれ受像するための複数の固体撮像素子と、 各固体撮像素子を光軸に沿ってそれぞれ移動させるため
   の移動手段と、 前記複数の固体撮像素子のうち少なくとも１つの前記固
   体撮像素子が、前記可動変倍レンズ群の移動に応じて移
   動する前記被写体像の各特定波長における結像位置に追
   従するように前記移動手段を制御するための制御手段
   と、を備えていることを特徴とする変倍撮像装置。
2. 【請求項２】 前記固体撮像素子の移動に伴う受像画面
   の揺れを補正するための補正手段を備え、 前記補正手段は、前記受像画面の揺れ量を検出するため
   の揺れ量検出手段と、該揺れ量検出手段によって検出さ
   れた揺れ量に基づき受像画面の揺れを補正するための揺
   れ量補正手段とからなることを特徴とする請求項１に記
   載の装置。
3. 【請求項３】 前記固体撮像素子はエリアセンサである
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記可動変倍レンズ群
   の移動量を検知するためのセンサ手段を備え、該センサ
   手段が検知した前記可動変倍レンズ群の移動量に対応す
   る前記結像位置の移動量に相当する距離だけ前記固体撮
   像素子を移動させるように前記移動手段を制御すること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装
   置。