JPH10288704A - ビデオカメラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レンズ枚数を増加させたり，レンズ全長を増加
させたり，光学性能を劣化させずに，明るく，撮影画角
が大きく，また，小形な撮像素子に対応した良好な光学
性能の広角レンズを有するビデオカメラ装置を実現する
ことが課題である。 【解決手段】上記課題を解決するために本発明は，バッ
クフォーカス仕様を決定する主な要因である光学フィル
タの構成及び保持構造を特定したことである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はビデオカメラ装置に
関し、特に、広角レンズに関する。この広角レンズは，
ＣＣＤカメラに搭載することができ，セキュリティ分野
での監視カメラ，自動車の後部監視用カメラ，鉄道・航
空機・船舶等の乗り物類の内外監視用カメラ，屋内・屋
外での観察用カメラ，防犯カメラ等に広く利用できる。
更に，小形の広角レンズを搭載したボ−ドカメラは，テ
レビ電話機やテレビ会議システム，テレビドアホンとい
った画像転送が主目的のツ−ルはもとより，パソコン・
ワ−クステ−ションへの内蔵といった分野に広く利用で
きる。

【０００２】

【従来の技術】一般に，レンズ系と撮像素子の間に配置
される光学フィルタは，複数の枚数の水晶フィルタと，
赤外線カットフィルタの貼り合わせで構成されている。
この光学フィルタの役割は，撮像素子の画素ピッチ（サ
ンプリング周期）に起因し発生するモアレの除去と，撮
像素子の赤外域での余分な感度を無効にする赤外線の除
去である。

【０００３】モアレを除去するために，画素ピッチに比
例した厚さの水晶フィルタが必要であるが，画素は撮像
面で水平方向と垂直方向に２次元的に配置されているの
で，２枚以上の水晶フィルタが必要となる。また，画素
数の多い高画素な撮像素子と，画素数の少ない低画素な
撮像素子では，画素ピッチが異なるので水晶フィルタの
総厚が異なってしまう。これに対し，前記の赤外カット
フィルタの材質を，高画素用と低画素用とで最適に選ぶ
ことにより，光学フィルタの総厚をなるべく等しくする
ことが行われている。以下，図４を用いて，水平方向の
モアレ抑圧を優先した低コストタイプの水晶フィルタを
２枚貼り合わせた２枚４５度非対称タイプでの説明を行
う。なお，高級機種のビデオカメラでは，３枚４５度貼
り合わせタイプが用いられている。

【０００４】図４は，２枚４５度非対称タイプの水晶フ
ィルタの間に赤外カットフィルタを挟んだ光学フィルタ
であり，従来例の光学フィルタの構成図である。図４で
は，光軸の上半分に低画素用の光学フィルタを，光軸の
下半分に高画素用の光学フィルタを表示した。２枚４５
度非対称タイプでの２枚の水晶フィルタ厚は，光学軸が
水平方向となる１枚目の水晶フィルタ厚Ｄ１が，厚さ１
ｍｍの水晶板の分離距離Ｄ０＝５．８８２ｍｍと，水平
画素サイズＰｘを用いて（１）式で求まる。２枚目の水
晶フィルタ厚Ｄ２は，光学軸が４５度方向となるので
（２）式で求まる。

【０００５】

【数３】

【０００６】１／４インチサイズの撮像素子の水平画素
サイズをＰｘ＝７．１６μｍ（低画素用），Ｐｘ＝４．
７６μｍ（高画素用）とし，（１）〜（２）式に代入
し，Ｄ１＝１．２２ｍｍとＤ２＝０．８６ｍｍ（低画素
用），Ｄ１＝０．８１ｍｍとＤ２＝０．５７ｍｍ（高画
素用）が求まる。従って，水晶フィルタ厚は２．０８ｍ
ｍ（低画素用）と１．３８ｍｍ（高画素用）となる。と
ころで，設計で用いた光学フィルタ厚と実際に用いる光
学フィルタ厚が大きく異なると，球面収差すなわちフレ
アが発生し解像度性能が劣化する。

【０００７】一方で，赤外カットフィルタの特性は材質
と厚みに依存する。そこで，低画素用と高画素用での赤
外カットフィルタの材質を別にし，赤外カットフィルタ
厚１．０ｍｍ（低画素用）と１．６ｍｍ（高画素用）
で，同じ赤外カット機能を実現している。その結果，光
学フィルタの総厚差を，０．１０ｍｍと低減している。

【０００８】 ２．０８＋１．００＝３．０８ｍｍ（低画素用） １．３８＋１．６０＝２．９８ｍｍ（高画素用） 次に，図５を用いて光学フィルタの従来の保持方法につ
いて説明する。図５は，光学フィルタと，撮像素子のカ
バーガラスと，その間に配置され光学フィルタを保持す
るゴム部材を抜粋した光学フィルタの保持構造図であ
る。図５でも，光軸の上半分に低画素用の光学フィルタ
を，光軸の下半分に高画素用の光学フィルタを表示し
た。なお，この光学フィルタは，９０度回転させて水平
方向と垂直方向が入れ変わらなければ，前後面を逆にし
て保持しても目的の水晶フィルタ作用を得ることができ
る。

【０００９】図のように，ゴム部材の収縮による変形長
で，異なる厚さの光学フィルタを保持するためには，ゴ
ム部材自体にある一定量以上の長さが必要となる。厚さ
が０．１ｍｍ異なる２種類の光学フィルタ保持でのゴム
部材長は，光学フィルタを保持した状態で１．２７ｍｍ
（低画素用）となっている。この図５とレンズ系も含め
た全体の基本構成図が図６である。図６で，レンズ系の
最終レンズ面から撮像面迄の距離がバックフォーカスで
ある。

【００１０】ところで，従来より比較的広画角の撮影レ
ンズには負の屈折力の前群と正の屈折力の後群の２つの
レンズ群を配置したいわゆるレトロフォ−カス型を採用
したものが多い。また，撮像素子サイズの小形化でも，
一定の画角を確保すると撮影レンズのバックフォ−カス
が短くなるので，やはり，レトロフォ−カス型を採用す
る必要が生じる。このレトロフォ−カス型の撮影レンズ
はバックフォ−カスを長く採れる長所があり前群で発散
させた光束を後群で収束させるレンズ構成を採っている
為に球面収差や非点収差，歪曲収差等の軸外収差の発生
量が多い。一般にこれらの諸収差を良好に補正するのは
レンズ構成が非対称である為，対称に近いガウス型の撮
影レンズに比べると大変難しい。

【００１１】特にＦナンバ−を小さくし大口径比化を図
ろうとすると高次の球面収差が多く発生し，又，像面湾
曲が大きくなり画面全体の像面の平坦性が崩れ更に歪曲
収差が負の方向へ著しく増大してくる。

【００１２】明るさ及び撮影画角を一定に保ちつつ良好
なる光学性能を得るには例えばレンズ枚数を増加させる
か，あるいは前群と後群の双方の屈折力を弱める方法が
ある。しかしながら，これらの方法はいずれもレンズ全
長が長くなりレンズ系全体が大形化してくる。又，バッ
クフォ−カスを十分長く採る為には前群と後群との距離
を増大させれば良いが，あまり増大させるとレンズ全長
が長くなり撮影レンズの小形化を図るのが困難になって
くる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】レンズ枚数を増加させ
たり，レンズ全長を増加させたり，光学性能を劣化させ
ずに，明るく，撮影画角が大きく，また，小形な撮像素
子に対応した良好な光学性能の広角レンズを有するビデ
オカメラ装置を実現することが課題である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は，バックフォーカス仕様を決定する主な要因
である光学フィルタの構成及び保持構造を特定したこと
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による光学フ
ィルタの構成について，図１を用いて説明する。

【００１６】図１は，２枚４５度非対称タイプの水晶フ
ィルタと赤外カットフィルタの３枚を貼り合わせた光学
フィルタであり，本発明の実施の形態による光学フィル
タの構成図である。図１では，光軸の上半分に低画素用
の光学フィルタを，光軸の下半分に高画素用の光学フィ
ルタを表示した。

【００１７】２１は光学軸が水平方向となる１枚目の水
晶フィルタ１，２２は光学軸が４５度方向となる２枚目
の光学フィルタ２，２３は赤外カットフィルタ，２は光
学フィルタである。光学フィルタ（２）は，水晶フィル
タ１（２１）と水晶フィルタ２（２２）と赤外カットフ
ィルタ（２３）の貼り合わせで構成されている。構成要
素である各フィルタの厚さと，光学フィルタ（２）の総
厚は，次の通りである。水晶フィルタ１は１．２２（低
画素用）、０．８１（高画素用）であり、水晶フィルタ
２は０．８６（低画素用）、０．５７（高画素用）であ
り、赤外カットフィルタは１．００（低画素用）、１．
６０（高画素用）であり、光学フィルタの総厚は３．０
８（低画素用）、２．９８（高画素用）である。

【００１８】本発明の光学フィルタ（２）は，光学フィ
ルタ（２）を構成する各フィルタの中で，次式を満足す
るように選択した各フィルタをまとめて貼り合わせし，
残りの各フィルタをさらに貼り合わせる構成とした。

【００１９】

【数４】

【００２０】但し，ε０は，低画素用の光学フィルタ
（２）の総厚Ａ０と高画素用の光学フィルタ（２）の総
厚Ｂ０の差ε０＝｜Ａ０−Ｂ０｜であり，εは，低画素
用の光学フィルタ（２）を構成する各フィルタの組み合
わせによる部分厚Ａと，高画素用の光学フィルタ（２）
を構成する各フィルタの組み合わせによる部分厚Ｂの差
ε＝｜Ａ−Ｂ｜である。従って，低画素用の光学フィル
タ（２）を構成するＭ枚の各フィルタの厚さａｉ（ｉ＝
１〜Ｍ）と，高画素用の光学フィルタ（２）を構成する
Ｎ枚の各フィルタの厚さｂｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を用いてＡ
０・Ｂ０・Ａ・Ｂは，次式で定義する。

【００２１】

【数５】

【００２２】Ａ０＝３．０８ｍｍ，Ｂ０＝２．９８ｍｍ
となるので，ε０＝０．１０ｍｍが求まる。上記の条件
を満足するように，低画素用の光学フィルタ（２）で，
水晶フィルタ１（２１）と赤外カットフィルタ（２３）
を選択し，Ａ＝２．２２ｍｍが得られる。また，高画素
用の光学フィルタ（２）で，水晶フィルタ２（２２）と
赤外カットフィルタ（２３）を選択し，Ｂ＝２．１７ｍ
ｍが得られる。

【００２３】Ａ＝１．２２＋１．０＝２．２２ｍｍ Ｂ＝０．５７＋１．６＝２．１７ｍｍ 従って，ε＝０．０５ｍｍとなり，ε０＝０．１０ｍｍ
の半分の値を実現した。これにより，水晶フィルタ
（２）を保持するためのゴム部材の長さを短くでき，そ
の分，バックフォーカス仕様も短くできる。

【００２４】図１では，光学フィルタ（２）で選択した
各フィルタの外形（厚さは除く）の一部または全部を，
残りのフィルタの外形（厚さは除く）の一部または全部
よりも大きくしている。

【００２５】次に，この光学フィルタ（２）の保持方法
について，図２を用いて説明する。図２は，本発明の実
施例での光学フィルタ（２）の保持構造図である。

【００２６】３１は撮像素子（図３で表示）のカバーガ
ラス，４はゴム部材，４１はゴム部材（４）の面当て
部，４２はゴム部材（４）の突起部，４３はゴム部材
（４）の遮光部である。

【００２７】選択したフィルタの端面，図１の場合では
赤外カットフィルタ（２３）の面に，ゴム部材（４）の
面当て部（４１）が面当てされる。ゴム部材（４）の反
対側の端に位置する突起部（４２）が撮像素子（３）の
カバーガラス（３１）に接触している。また，ゴム部材
（４）の遮光部（４３）には，光学フィルタ（２）の外
形部で生じるゴースト等の有害光を遮蔽する作用があ
る。図２では省略したが，光学フィルタ（２）の左側に
は鏡筒部品があり，ゴム部材（４）を押し付けて光学フ
ィルタ（２）を保持する構造になっている。

【００２８】ところで，本発明の目的はバックフォーカ
ス仕様を短くすることである。そこで，図のように，光
学フィルタ（２）の外形部に段差を設けて，光学フィル
タ（２）の一部をゴム部材（４）に内包する位置関係の
保持構造とした。この保持構造によって，光学フィルタ
（２）の保持状態で，ゴム部材（４）の長さを１．４ｍ
ｍ（低画素用）と従来例より長い値としながらも，光学
フィルタ（２）からカバーガラス（３１）迄の距離を
０．５４ｍｍ（低画素用）と従来例の半分以下と大幅に
短縮している。この結果，バックフォーカス仕様も短く
できた。

【００２９】ここで，水晶フィルタ（２）からカバーガ
ラス（３１）迄の距離を，本発明の場合と従来例の場合
で比較し表示する。本発明は０．５４ｍｍ（低画素
用）、０．６４ｍｍ（高画素用）、０．１０ｍｍ（差
分）であり、従来例は１．２７ｍｍ（低画素用）、１．
３７ｍｍ（高画素用）、０．１０ｍｍ（差分）であり、
本発明−従来例は−０．７３ｍｍ（低画素用）、−０．
７３ｍｍ（高画素用）、０．００ｍｍ（差分）である。

【００３０】水晶フィルタ（２）からカバーガラス（３
１）迄の距離を０．７３ｍｍ短くし，その分，バックフ
ォーカス仕様も短くできた。また，水晶フィルタ（２）
を保持状態でのゴム部材（４）の長さは，以下に示した
ように，従来例より０．０８〜０．１３ｍｍ長く，か
つ，低画素用と高画素用での差が０．０５ｍｍと従来の
半分を実現しており，保持の点でも問題はない。本発明
は１．４０ｍｍ（低画素用）、１．４５ｍｍ（高画素
用）、０．０５ｍｍ（差分）であり、従来例は１．２７
ｍｍ（低画素用）、１．３７ｍｍ（高画素用）、０．１
０ｍｍ（差分）であり、本発明−従来例は０．１３ｍｍ
（低画素用）、０．０８ｍｍ（高画素用）、−０．０５
ｍｍ（差分）である。

【００３１】次に，この保持構造を用いた全体の基本構
成について説明する。図３は，本発明の実施例の基本構
成図である。１はレンズ系，３は撮像素子，５はビデオ
カメラ装置（一部のみ図示）である。図３のレンズ系
（１）には，図３に示した従来例と同じレンズ系（１）
を用いているので，レンズ系（１）の最終レンズ面から
光学フィルタ（２）迄の距離が大きくなっていることが
分かる。従って，本発明によれば，バックフォーカスの
短いレンズ系（１）を採用することが可能となった。

【００３２】なお，本発明の実施例では，低画素用と高
画素用で３枚構成の光学フィルタのそれぞれ２枚のフィ
ルタを用いたが，例えば，４枚構成の光学フィルタの場
合では，片方が３枚で，もう一方が２枚のフィルタの組
み合わせでもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明の方法によれば，レンズ枚数を増
加させたり，レンズ全長を増加させたり，光学性能を劣
化させずに，明るく，撮影画角が大きく，また，小形な
撮像素子に対応した良好な光学性能の広角レンズを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例での光学フィルタの構成図であ
る。

【図２】本発明の実施例での光学フィルタの保持構造図
である。

【図３】本発明の実施例の基本構成図である。

【図４】従来例での光学フィルタの構成図である。

【図５】従来例での光学フィルタの保持構造図である。

【図６】従来例での基本構成図である。

【符号の説明】 １…レンズ系，２…光学フィルタ，３…撮像素子，４…
ゴム部材，５…ビデオカメラ装置，２１…水晶フィルタ
１，２２…水晶フィルタ２，２３…赤外カットフィル
タ，３１…カバーガラス，４１…面当て部，４２…突起
部，４３…遮光部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体側より順に，レンズ系と，複数のフィ
   ルタの貼り合わせで構成された光学フィルタと，画素数
   の異なる低画素用と高画素用で置換可能な撮像素子とを
   備えたビデオカメラ装置において，上記光学フィルタを
   構成する各フィルタの中で，以下の条件を満足するよう
   に選択した各フィルタをまとめて貼り合わせし，残りの
   各フィルタをさらに貼り合わせた構成としたことを特徴
   とするビデオカメラ装置。 【数１】 但し，ε０は，低画素用の光学フィルタの総厚Ａ０と高
   画素用の光学フィルタの総厚Ｂ０の差ε０＝｜Ａ０−Ｂ
   ０｜であり，εは，低画素用の光学フィルタを構成する
   各フィルタの組み合わせによる部分厚Ａと，高画素用の
   光学フィルタを構成する各フィルタの組み合わせによる
   部分厚Ｂの差ε＝｜Ａ−Ｂ｜である。従って，低画素用
   の光学フィルタを構成するＭ枚の各フィルタの厚さａｉ
   （ｉ＝１〜Ｍ）と，高画素用の光学フィルタを構成する
   Ｎ枚の各フィルタの厚さｂｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を用いてＡ
   ０・Ｂ０・Ａ・Ｂは，以下の式で定義する。 【数２】
2. 【請求項２】前記光学フィルタで選択した各フィルタの
   厚さは除く外形の一部または全部が，残りのフィルタの
   厚さは除く外形の一部または全部よりも大きいことを特
   徴とする請求項１記載のビデオカメラ装置。
3. 【請求項３】前記光学フィルタと前記撮像素子の間の光
   軸外にゴム部材を配置し，前記光学フィルタを保持する
   構造であり，上記ゴム部材を，前記光学フィルタで選択
   した外形の大きなフィルタに面当てし，外形の小さなフ
   ィルタを内包する位置関係としたことを特徴とする請求
   項２記載のビデオカメラ装置。