JPH11311832A - 多焦点カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で多焦点方式のカメラを実現する。 【解決手段】撮像面に対して異なる距離に複数の光学系
１４，１６が配され、これら光学系と撮像面との間にシ
ャッタ２４が配され、シャッタを制御することによっ
て、複数の光学系のうちの１つの光学系が選択されて、
この光学系を介した被写体像が撮像面に結像する。光学
系は第１および第２の光学系で構成されると共に、それ
ぞれ焦点距離の異なる固定焦点レンズが使用される。光
学系１４のとき通常の画サイズの画像が得られ、光学系
１６を使用するときワイドな画像サイズの画像が得られ
る。固定式であり、安価なレンズを使用して多焦点式の
カメラを実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビデオカメラや
スチルカメラなどに適用して好適な多焦点カメラに関す
る。詳しくは、複数の光学系を撮像面からの距離を異に
した状態で固定し、必要に応じて複数の光学系のうちの
１つを選択することによって、ワイド画面や奥行きのあ
る被写体像を撮像できるようにようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラやスチルカメラなどで使用
される光学系として多焦点を実現するために従来では複
数枚で構成されたズームレンズを使用するか、若しくは
２つ以上の固定焦点レンズを組み合わせ、レンズを可動
させながら焦点を切り替える構成のものが知られてい
る。

【０００３】このような多焦点の光学系では、光学系機
構部の構成が複雑になるだけでなく、可動部を持つため
機構部品も非常に大きくなってしまう傾向にある。

【０００４】このような問題を解決するため、光学系の
機構部を大幅に簡略化できる多焦点レンズを使用した光
学系が提案されている。この多焦点レンズを使用した光
学系とは、光学レンズ系を鏡胴内に固定し、その代わり
に光学レンズ系として多焦点式のレンズを使用したもの
である。被写体像に応じて焦点を変えながら撮像するこ
とによってズームレンズなどと同じ機能を達成すること
ができる。

【０００５】多焦点レンズとしては、実開平５−３０８
２９号公報に開示されているように、焦点距離の異なる
複数の輪帯レンズで構成されたフレネルレンズなどを使
用し、輪帯レンズを選択することで多焦点レンズを実現
している。特開平４−３４６３１号公報にも同様な技術
が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した公
知文献に記載されているような固定式の多焦点レンズを
使用する場合には、多焦点を実現するためのフレネルレ
ンズが高価であると共に、このフレネルレンズを被写体
像に応じて適切に制御しなければならないため、制御系
も複雑化する傾向にある。したがって大幅なコストダウ
ンを図ることができない。

【０００７】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、もっと簡便な多焦点式の光学
系を使用して多焦点カメラを実現したものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載したこの発明に係る多焦点カメラで
は、撮像面に対して異なる距離に複数の光学系が配さ
れ、これら光学系と上記撮像面との間にシャッタが配さ
れ、上記シャッタを制御することによって、複数の光学
系のうちの１つの光学系が選択されて、この光学系を介
した被写体像が上記撮像面に結像するようになされたこ
とを特徴とする。

【０００９】この発明では、固定焦点の光学系を複数用
意し、これらが撮像面に対してそれぞれ距離を異にして
固定されている。光学系と撮像面との間の光路にはシャ
ッタが配され、このシャッタを制御することで複数の光
学系のうちの１つの光学系が選択される。選択された光
学系を介して被写体像が撮像面に結像する。

【００１０】焦点距離の異なる光学系を使用するとき
は、光学系を選択することによって、ワイドな撮像と通
常の撮像というような画像切り替えを行うことができ
る。ほぼ同一の焦点距離の光学系を使用するときは、光
学系を選択することによって撮像面に対してオーバーフ
ォーカス、アンダーフォーカス、ジャストフォーカスな
どのような数種類のフォーカス状態で同一被写体像を撮
像できるので、奥行き感のある被写体像が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】続いて、この発明に係る多焦点カ
メラの一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。こ
の発明では固定焦点レンズで構成された光学系を複数使
用すると共に、これら光学系をＣＣＤなどの撮像素子に
対して距離を異にして固定したものである。光学系とし
ては焦点距離の異なる光学系を使用する場合と、ほぼ同
じ焦点距離の光学系を使用する場合とが考えられる。最
初に焦点距離の異なる光学系を使用した場合について説
明する。

【００１２】図１はこの発明をビデオカメラに適用した
多焦点カメラの第１の実施形態を示す要部の構成図であ
って、同図は鏡胴１２と撮像手段２２との関係のみを図
示してある。鏡胴１２内には複数の光学系が配される。
この実施形態では焦点距離が異なる２つの光学系１４，
１６が撮像素子２２に対する距離をずらして固定され
る。

【００１３】第１の光学系１４の焦点距離ｆ１は、第２
の光学系１６の焦点距離ｆ２よりも長いものが使用され
る。例えば、ｆ１は６．８５ｍｍのレンズが使用される
ときには、ｆ２としては例えば４．０ｍｍのレンズが使
用される。したがって第１の光学系１４を単一レンズで
構成するときは、入射面が凹面で出射面が凸面となされ
た凹凸レンズを使用することができる。また第２の光学
系１６も単一レンズを使用するときには、入射面も出射
面も共に凸面である凸凸レンズが使用される。

【００１４】焦点距離の長い第１の光学系１４は固定手
段１８を介して鏡胴１２内の上半分の空間を利用して固
定される。同様に、焦点距離の短い第２の光学系１６
は、第１の光学系１４が固定された位置よりさらに前側
（撮像素子２２側）の所定位置に、固定手段１９を介し
て鏡胴１２内の下半分の空間を利用して固定される。固
定手段１８，１９の間は相互に光が漏れ込まないように
板体２０で遮蔽される。

【００１５】撮像素子２２は何れの光学系１４，１６か
らの被写体像も結像できるような位置に配置されてい
る。撮像素子２２としてはＣＣＤなどが考えられるが、
スチルカメラのようなときは撮像素子の代わりにフィル
ムが使用され、撮像面がフィルム面となる。

【００１６】光学系１４，１６と撮像素子２２との光路
であって、鏡胴１２内にはさらにシャッタ２４が配され
る。このシャッタ２４は第１の光学系１４の光路と、第
２の光学系１６の光路とを選択的に透光したり、遮光し
たりするためで、説明の便宜上網点図示の領域若しくは
後述する斜線図示の領域は何れも遮光状態にあるものと
する。

【００１７】シャッタ２４は液晶素子（ＬＣＤ）や、析
出溶解反応を利用した調光素子（ＥＣＤ：Electro Chem
ical Deposition）を利用することができ、このように
電気的に制御可能なシャッタを使用する場合には、図１
に示すようにシャッタ制御手段３０が設けられ、これが
フォーカス調整信号などの制御信号に基づいて透光およ
び遮光状態が制御される。

【００１８】図２はこの制御状態を模式的に示すもの
で、図の例ではレンズ開口に合わせた領域（鎖線図示）
が制御信号によって透光／遮光状態に制御される。例え
ば第２の光学系１６に対する光路を開き、その他の光路
を含めたシャッタ領域を閉じるようにすると、図３のよ
うなシャッタ開閉状態となる。これとは逆に第１の光学
系１４に対する光路を開けるときには図４のようにシャ
ッタ２４が制御される。

【００１９】シャッタ２４の開閉制御はレンズ開口に対
応するような制御でなくてもよい。例えば図５あるいは
図６に示すように左右半分（若しくは上下半分）の領域
を透光したり、遮光したりするように制御するようにし
てもよい。

【００２０】シャッタ２４として液晶素子を使用する場
合には、図３のように透光領域を実線の開口径から鎖線
図示のような開口径に絞ることも可能である。この開口
径を制御することによって入射光量を制御できるため、
通常の絞り制御と同じ機能を付与できる。このようにす
るには図１に示す制御手段３０には外光の明るさを示す
信号がさらに供給される。

【００２１】さて、第１の光学系１４を使用して被写体
像を撮像するときは図７のようになり、第２の光学系１
６を使用して被写体像を撮像するときは図８のようにな
る。第１の光学系１４を使用したときの撮像画面が通常
の画サイズであるときには、これを第２の光学系１６に
切り替えて使用するとそのときの撮像画面は通常の画サ
イズよりも一回り大きな画サイズ（ワイド画面）とな
る。そのため、テレ画面（通常の画面）よりもワイドな
画面を得たいときには第２の光学系１４を選択するよう
にすればよい。したがって図１の制御手段３０にはマニ
ュアル操作の画サイズ選択信号が供給されることにな
る。

【００２２】続いて第２の実施形態を説明する。第２の
実施形態は光学系として同一又はほぼ同一の焦点距離と
なる複数の光学系を使用して多焦点カメラ１０を構成し
た場合である。このように同一の焦点距離の光学系を複
数使用するときは奥行き感のある被写体像を撮像でき
る。奥行き感を出すには少なくとも２つの光学系を使用
すればよいが、図９に示す実施形態では３つの光学系を
使用して多焦点カメラ１０を構成した場合を示す。

【００２３】図９のように、例えばそれぞれ単一レンズ
で構成された３つの光学系３０，３２，３４が例えば図
のような順序で鏡胴１２内にそれぞれ固定手段４０，４
２，４４を使用して固定される。相互間の光路からの光
は互いに漏れないように遮蔽板４６，４８が取り付けら
れている。

【００２４】そして、図示の例では中間に位置する第２
の光学系３２を基準にしたとき、撮像素子２２に対して
第１の光学系３０が最も遠く離れた位置に固定され、第
３の光学系３４は最も近い位置に固定される。第２の光
学系３２に対する第１の光学系３０の離間距離と、第２
の光学系３２に対する第３の光学系３４の離間距離とは
同一に選ばれている。

【００２５】光学系３０，３２，３４の前面に配される
シャッタ２４は３つの光路をそれぞれ開閉（透光および
遮光）できるように制御される。２以上の任意の光路を
同時に開閉することも可能である。

【００２６】撮像素子２２は、第１〜第３の光学系３０
〜３４の像が一部重複して撮像されるように配置される
と共に、第２の光学系３２を介して結像された被写体像
がジャストフォーカスする位置に置かれる。これによっ
て、第１の光学系３０を介して投影される被写体像は撮
像素子２２の前面にジャストフォーカスすることになる
からアンダーフォーカス状態となって撮像素子２２に結
像する。

【００２７】また、第３の光学系３４を利用する場合に
は、この光学系３４を介して投影される被写体像は撮像
素子２２の後面にジャストフォーカスすることになるか
らオーバーフォーカス状態となって撮像素子２２に結像
する。

【００２８】このように３つの焦点を有する多焦点カメ
ラ１０とすることによって、例えば図１０のように光学
系に対して奥行きのある被写体５０を撮像するときに
は、それぞれ異なった位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３がジャスト
フォーカスする点となることから、第１、第２および第
３の光学系３０，３２，３４を順次切り替えて同一の被
写体５０を撮像すると、奥行き感のある画像となって得
られる。

【００２９】上述した光学系１４，１６，３０，３２，
３４としては単一のレンズで構成した場合を説明した
が、複数のレンズを組み合わせた複合レンズとして構成
することもできる。撮像素子２２とシャッタ２４との間
の光路上にはカバーガラス、赤外線カットフィルタ、光
学ローパスフィルタなどの光学素子を設けてもよい。シ
ャッタ２４の位置は被写体像側に置いてもよい。この発
明に係る多焦点カメラ１０はビデオカメラであってもス
チルカメラであっても共に適用できることは容易に理解
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では固定焦
点の光学系を複数用意し、これらを撮像面に対して距離
を変えて配置すると共に、光学系の前面にはシャッタを
取り付けて光路の選択を行うようにして多焦点カメラを
実現したものである。

【００３１】これによれば、光学系に対する可動部がな
いために、光学系の構成が極めて簡単になる。またフレ
ネルレンズのような高価なレンズを使用しないでも、市
販されている安価なレンズを使用できるから、その制御
系を含めてローコストで多焦点カメラを実現できる特徴
を有する。

【００３２】したがってこの発明はビデオカメラやスチ
ルカメラなどの撮像系に適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る多焦点カメラの一実施形態を示
す要部の断面図である。

【図２】シャッタの説明図である。

【図３】シャッタの開閉状態を示す図である（その
１）。

【図４】シャッタの開閉状態を示す図である（その
２）。

【図５】シャッタの開閉状態を示す図である（その
３）。

【図６】シャッタの開閉状態を示す図である（その４）
。

【図７】通常の画サイズを得るときの使用例を示す図で
ある。

【図８】ワイド画サイズを得るときの使用例を示す図で
ある。

【図９】この発明に係る多焦点カメラの他の実施形態を
示す要部の断面図である。

【図１０】その説明図である。

【符号の説明】

１０・・・多焦点カメラ、１２・・・鏡胴、１４，１６
・・・焦点距離の異なる光学系、２２・・・撮像素子、
２４・・・シャッタ、３０，３２，３４・・・焦点距離
の同じ光学系

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像面に対して異なる距離に複数の光学
   系が配され、 これら光学系と上記撮像面との間にシャッタが配され、 上記シャッタを制御することによって、複数の光学系の
   うちの１つの光学系が選択されて、この光学系を介した
   被写体像が上記撮像面に結像するようになされたことを
   特徴とする多焦点カメラ。
2. 【請求項２】 上記光学系は少なくとも第１および第２
   の光学系で構成されると共に、 それぞれ焦点距離の異なる固定焦点レンズが使用された
   ことを特徴とする請求項１記載の多焦点カメラ。
3. 【請求項３】 上記光学系は少なくとも第１および第２
   の光学系で構成されると共に、 それぞれの光学系はほぼその焦点距離が同一の固定焦点
   レンズが使用され、 上記第１および第２の光学系を順次切り替えて同一被写
   体像を撮像することによって奥行きのある被写体像を撮
   像できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の多
   焦点カメラ。
4. 【請求項４】 上記被写体像の撮像素子としては、ＣＣ
   Ｄ又はＣＭＯＳセンサ又は銀塩フィルムが使用されたこ
   とを特徴とする請求項１記載の多焦点カメラ。
5. 【請求項５】 上記シャッタは、液晶素子若しくは析出
   溶解反応を利用した調光素子が使用されたことを特徴と
   する請求項１記載の多焦点カメラ。
6. 【請求項６】 上記シャッタとして液晶素子を使用する
   ときには、シャッタ開閉のための開口領域を制御するこ
   とによってこのシャッタに絞り機能を付加するようにし
   たことを特徴とする請求項５記載の多焦点カメラ。
7. 【請求項７】 上記被写体像は動画像若しくは静止画像
   であることを特徴とする請求項１記載の多焦点カメラ。