(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に対して実質的に直交する一の方向に移動可能に配置された対物レンズと、
該対物レンズによる被写体の結像面上に配置された撮像画面と、
該撮像画面の直前に配置され、前記一の方向に制限された開口を持つスリットとを有し、
移動する前記対物レンズの中心と、該対物レンズの中心位置とは異なる前記光軸上の実質的に不動の点とを結ぶ直線が、前記開口の中心を通過するように、前記一の方向と同一の方向又は反対の方向に前記スリットを移動した、縦横比変換カメラ。
【請求項２】
光軸に対して実質的に直交する一の方向に移動可能に配置された対物レンズと、
該対物レンズによる被写体の結像面上に配置された撮像画面と、
該撮像画面のうちの前記一の方向に制限された部分画像を取り込み、該部分画像を走査することによって全体の画像を構成する制御装置とを有し、
移動する前記対物レンズの中心と、該対物レンズの中心位置とは異なる前記光軸上の実質的に不動の点とを結ぶ直線が、前記部分画像の中心を通過するように、前記制御装置によって前記一の方向と同一の方向又は反対の方向に前記部分画像を走査した、縦横比変換カメラ。
【請求項３】
光軸に対して実質的に直交する一の方向に移動可能に配置された対物レンズと、
該対物レンズによる被写体の結像面上に配置され、対物レンズと同期して対物レンズと同一の方向又は反対の方向に移動する撮像画面と、
該撮像画面の直前に配置され、前記一の方向に制限された開口を持つスリットとを有する、縦横比変換カメラ。
【請求項４】
光軸に対して実質的に直交する一の方向に移動可能に配置された対物レンズと、
該対物レンズによる被写体の結像面上に配置され、前記一の方向に制限された部分画像を取り込む撮像画面と、
前記対物レンズの移動と同期して、撮像画面による前記部分画像を一定の時間間隔ごとに取り込むことにより、全体の画像を構成する制御装置とを有する、縦横比変換カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の縦横比を変換して撮像する縦横比変換カメラに関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
被写体の縦横比を変換する手段としては、対物レンズとしてアナモフィックレンズを利用する方法が知られている。しかしこの方法では光学系の設計上、縦横比を３倍以上に変換するのは困難であり、また３倍未満であってもアナモフィックレンズの構造が相当に複雑になるという問題点を有していた。
被写体の縦横比を変換する別の手段としては、光軸上の互いに離れた２点に、互いに直交するスリットを配置する方法が知られている。しかしこの方法では縦横に交差する光路だけが利用されるために、暗い光学系とならざるを得ないという問題点を有していた。
したがって本発明は、縦横比の比率を所望の値に変換することができ、しかも明るい画像を得ることが可能な縦横比変換カメラを提供することを課題とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、光軸に対して実質的に直交する一の方向に移動可能に配置された対物レンズと、該対物レンズによる被写体の結像面上に配置された撮像画面と、該撮像画面の直前に配置され、前記一の方向に制限された開口を持つスリットとを有し、移動する対物レンズの中心と、該対物レンズの中心位置とは異なる光軸上の実質的に不動の点とを結ぶ直線が、開口の中心を通過するように、前記一の方向と同一の方向又は反対の方向にスリットを移動した、縦横比変換カメラである。
【０００４】
本発明はまた、光軸に対して実質的に直交する一の方向に移動可能に配置された対物レンズと、該対物レンズによる被写体の結像面上に配置された撮像画面と、該撮像画面のうちの前記一の方向に制限された部分画像を取り込み、該部分画像を走査することによって全体の画像を構成する制御装置とを有し、移動する対物レンズの中心と、該対物レンズの中心位置とは異なる光軸上の実質的に不動の点とを結ぶ直線が、部分画像の中心を通過するように、制御装置によって前記一の方向と同一の方向又は反対の方向に部分画像を走査した、縦横比変換カメラである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１及び図２は本発明の第１実施例を示し、この実施例の縦横比変換カメラは、被写体１の像を結像する対物レンズ２と、対物レンズ２による被写体１の結像面上に配置した銀塩フィルム３と、銀塩フィルム３の直前に配置したスリット４とを有する。スリット４の開口４ａは、光軸に対して直交する水平方向ｈに十分に狭く、光軸と水平方向との双方に直交する垂直方向ｖには十分に広く形成されている。対物レンズ２とスリット４とは、共に水平方向に移動可能に配置されており、且つ両者２，４は、対物レンズ２の中心と開口４ａの中心とを結ぶ直線が、常に光軸上の不動の点Ｐを通過する関係で、同期して移動する。
より分かりやすく言えば、対物レンズ２とスリット４は、あたかも不動点Ｐに支点があるかのごとき関係にて移動する。もっともこれは理解を促進するための比喩であって、両者２，４が不動点Ｐを支点として回転するということではない。
【０００６】
図１中（Ａ）は、この不動点Ｐが対物レンズ２よりも被写体１側に位置するように、対物レンズ２とスリット４との動きを制御したものであり、スリット４が＋ｈ方向に移動すると、対物レンズ２もまた＋ｈ方向に移動する。この場合には図２との比較において明らかなように、垂直方向での結像倍率βｖよりも水平方向での結像倍率βｈの方が大きくなる。他方、図１中（Ｂ）は、不動点Ｐが対物レンズ２よりも像面側に位置するように、対物レンズ２とスリット４との動きを制御したものであり、スリット４が＋ｈ方向に移動すると、対物レンズ２は−ｈ方向に移動する。この場合には図２との比較において明らかなように、垂直方向での結像倍率βｖよりも水平方向での結像倍率βｈの方が小さくなる。
【０００７】
光学的に説明すると、上記構成により、垂直方向と水平方向とで主点位置が変わるため、縦横比が異なってくる。垂直方向では、レンズ２の主点が、そのまま実施例のカメラの主点となるが、水平方向では、上記構成とすることにより、不動点Ｐが実施例のカメラの主点となる。
【０００８】
いま対物レンズ２が水平方向にＬｈだけ移動するものとし、移動量Ｌｈの中央に対物レンズ２があるときの対物レンズ２の位置を原点Ｏとして、像面側に向かって光軸方向の長さｘを測ることとする。図１に示すように被写体１の位置をｘ＝−ａとし、像面の位置をｘ＝ｂとし、不動点Ｐの位置をｘとすると、図１より水平方向での結像倍率βｈは、
βｈ＝（ｂ−ｘ）／（ａ＋ｘ）
となり、図２より垂直方向での結像倍率βｖは、
βｖ＝ｂ／ａ
となる。また水平方向での視野角θｈは、像面の水平方向の長さをＲｈとすれば、
θｈ＝２・ｔａｎ−１（Ｒｈ／２・｜ｂ−ｘ｜）
となり、垂直方向での視野角θｖは、像面の垂直方向の長さをＲｖとすれば、
θｖ＝２・ｔａｎ−１（Ｒｖ／２ｂ）
となる。
【０００９】
また水平方向の結像倍率βｈと垂直方向の結像倍率βｖとの間の縦横比βは、
0003590876.tif 000002
となる。（１）式の関係を図３に実線として示す。（１）式では、ｘ＝−ａのときにβ＝±∞となり、ｘ＝±∞のときにβ＝−ａ／ｂとなるから、不動点の位置ｘに対する縦横比βの関係は、ｘ＝−ａとβ＝−ａ／ｂを漸近線とする双曲線の関係となる。かくして不動点の位置ｘを変更することにより、縦横比βを任意に変更することができる。不動点の位置ｘがｘ＜−ａ、又はｂ＜ｘのときには、縦横比βはβ＜０となるが、これは左右関係が逆転することを意味する。したがって左右関係を維持したまま縦横比βを変換しようとするときには、被写体と像面との間に不動点Ｐを設けるべきこととなる。
【００１０】
他方、対物レンズ２とスリット４とは常に同期して移動するから、両者２，４の移動速度の比は、両者の移動距離の比に等しい。スリット４は像面の水平方向の長さＲｈだけ移動するから、図１より両者の速度比ないしは距離比ｒは、
0003590876.tif 000003
となる。（２）式の関係を図３に破線として示す。（２）式では、ｘ＝ｂのときにｒ＝±∞となり、ｘ＝±∞のときにｒ＝１となるから、不動点の位置ｘに対する対物レンズとスリットとの速度比ｒの関係は、ｘ＝ｂとｒ＝１を漸近線とする双曲線の関係となる。不動点の位置ｘが０＜ｘ＜ｂのときには、速度比ｒはｒ＜０となるが、これはスリットの移動方向と対物レンズの移動方向とが逆方向となることを意味する。
また不動点Ｐの位置が対物レンズの位置と一致するときには、縦横比βがβ＝１となるが、速度比ｒがｒ＝０となる。すなわち縦横の比率が同比率の撮影を行うためには、対物レンズを移動する必要がなく、これは通常の写真を撮ることに他ならない。
【００１１】
（１）式と（２）式からｘを消去すると、
ｒ＝ａ／（ａ＋ｂ）・（β−１）／β  ‥‥（３）
となる。したがって対物レンズの移動距離Ｌｈは、
0003590876.tif 000004
となる。また対物レンズの移動速度Ｍは、スリット４の移動速度をＮとすれば、
0003590876.tif 000005
となる。こうして任意の縦横比βを実現するための対物レンズの移動量と移動速度とを知ることができる。
【００１２】
例えばスリット４としてフォーカルプレンシャッターを用いたとし、シャッター膜の膜速をＮ（ｍｍ／ｓｅｃ）とし、膜の走行方向のスリット幅、すなわち水平方向の開口４ａの幅をｓ（ｍｍ）とすると、露光時間はｓ／Ｎ（ｓｅｃ）となる。ｓとＮとの相互の関係によって露光時間を制御することができるが、ことに、画像の解像力を保つためにスリット幅ｓを比較的小さな値の一定値とし、シャッター膜の膜速Ｎを適正な値にすることで、露光時間ｓ／Ｎを制御することができる。かくして最適な露光量を与えるために、シャッター膜の膜速Ｎないしは膜の走行方向のスリット幅ｓを定め、シャッター膜の膜速Ｎに対応して対物レンズの移動速度を定めることにより、任意の縦横比βによる被写体１の像を撮影することができる。
【００１３】
図３より明らかなように、不動点Ｐの位置を変化させることにより、縦横比βが様々に変化し、また縦横比βの符号、すなわち像の向きも変化する。またこれを実現するための対物レンズとスリットとの距離比ないしは速度比ｒも様々に変化し、距離比ないしは速度比ｒの符号、すなわち同方向に移動するか反対方向に移動するかということも変化する。
不動点Ｐの位置を図３に示すようにＡからＨまで変化させたときの像の様子を図４に示す。不動点Ｐが被写体１と像面３との間にあるときＣ，Ｄ，Ｅには、像は倒立正像となり、特に対物レンズ２の位置にあるときＤには、被写体と相似な倒立正像となる。また不動点Ｐが被写体の位置にあるときＢには、像は無限に延びる。その他のときＡ，Ｆ，Ｇ，Ｈには、左右関係が逆転した倒立逆像となる。縦と横との倍率が等しい倒立逆像が得られるときＧは、被写体１を越えた側か、あるいは像面３を越えた側に不動点Ｐの位置を配置したときに得られる。但し、一般には被写体１と対物レンズ２との間隔ａは、対物レンズ２と像面３との間隔ｂよりも大きい。したがって漸近線β＝−ａ／ｂは、−ａ／ｂ＜−１である。それ故、被写体と相似な倒立逆像Ｇは、図３に示すように、像面３を越えた側に不動点Ｐを配置したときに得られる。
【００１４】
以上のように本実施例によれば、対物レンズとスリットとを同期して移動することにより、任意の縦横比で被写体１の結像倍率を変換することができる。なお本実施例によれば、平面の被写体１に対して平面の像面を得ることから、像面には平面を維持するカメラとフィルムを用いることができ、さらには一眼レフ等のフォーカルプレンシャッターを用いたスリット露光装置をそのまま使用することも可能である。なお不動点Ｐには開口絞りを配置することもできるが、何も配置しないこととしてもよい。
【００１５】
また対物レンズ２に関しては、合焦状態において垂直方向の画角θｖは不変であるものの、水平方向の画角θｈが可変となる。水平画角θｈの最大値と垂直画角θｖをカバーできるまでの視野を有する対物レンズ２を用いれば、高い解像力を維持することが可能であり望ましい。対物レンズ２のＦナンバーは選択自由であり、可変とすることも可能である。また本実施例では対物レンズとスリットとが同期して水平方向に移動する場合を示したが、例えば水平・垂直関係を逆転して、スリットの開口を水平方向に設け、対物レンズとスリットとを同期して垂直方向に移動することもできる。
【００１６】
次に図５及び図６は第２実施例を示す。上記第１実施例では結像面に銀塩フィルム３を配置したが、この第２実施例では結像面に２次元ＣＣＤ５を配置している。また上記第１実施例では結像面の直前にスリット４を移動可能に配置したが、この第２実施例ではスリットを設けずに、２次元ＣＣＤ５の画像情報を制御装置６で処理している。制御装置６は、対物レンズ２の水平方向への移動を制御するほか、２次元ＣＣＤ５で検出した画像情報のうち、図５に示すように、縦１列の部分画像５ａを取り込んでいる。
【００１７】
すなわち２次元ＣＣＤ５の直前にはスリットがないために、常に２次元ＣＣＤ５のほぼ全域に像が結ばれているが、水平方向に移動する対物レンズ２と不動点Ｐとを結ぶ直線が中心を通過する縦１列の部分画像５ａだけが、制御装置６によって取り込まれている。分かり易くいえば、対物レンズ２と部分画像５ａは、あたかも不動点Ｐに支点があるかのごとき関係にて、対物レンズは移動し、部分画像は走査される。こうして制御装置６は、対物レンズ２の移動と同期して、２次元ＣＣＤ５の画像情報を水平方向に走査することにより、全体の画像を合成している。
この第２実施例によっても、対物レンズ２の移動と部分画像５ａの走査とを同期させることにより、任意の縦横比で被写体１の結像倍率を変換することができる。なお一時に取り込む画像は、必ずしも縦１列とする必要はなく、例えば縦２列とすることもできる。
【００１８】
以上の各実施例において、対物レンズ２の歪曲収差がほぼ補正されていることが、縦横比以外の歪みを発生させないためには望ましい。しかし別の目的として、例えば視覚的な効果をねらってわざと歪みを発生したい場合や、被写体自身が持つ歪みを補正したい場合に、対物レンズ２に歪曲収差を残したレンズを使うこともできる。
また同じ目的のために、不動点Ｐの位置が露光中に徐々に移動する様に、すなわち対物レンズの移動速度と、スリットの移動速度ないしは部分画像の走査速度との間の速度比ｒが、露光中に徐々に変化するようにコントロールすることもできる。この考え方を利用して、スリットスキャン型の投影露光機において、画像の歪みを適正にコントロールすることができる。
また対物レンズ２の移動方向は、必ずしも光軸に対して完全に直交する方向に移動する必要はなく、例えば光軸上に中心を有する円弧を描くように移動させることもできる。
【００１９】
次に図７は第３実施例を示す。上記第１実施例では対物レンズ２とスリット４とを移動したが、この第３実施例では、スリット４は固定し、対物レンズ２と銀塩フィルム３とを同期して移動したものである。この実施例の場合、銀塩フィルム３の移動速度を一定として、対物レンズ２の移動速度を種々変化させることにより、縦横比βを種々変化させることができる。あるいはその逆に、対物レンズ２の移動速度を一定として、銀塩フィルム３の移動速度を種々変化させることにより、縦横比βを種々変化させることもできる。
【００２０】
次に図８は第４実施例を示す。上記第２実施例では２次元ＣＣＤ５を用いたが、この第４実施例では１次元ＣＣＤ７を用いたものであり、またスリットは用いていない。この実施例の場合、１次元ＣＣＤ７の画像情報を制御装置６で読み取る時間間隔を一定として、対物レンズ２の移動速度を種々変化させることにより、縦横比βを種々変化させることができる。あるいはその逆に、対物レンズ２の移動速度を一定として、１次元ＣＣＤ７の読取り時間間隔を種々変化させることにより、縦横比βを種々変化させることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、縦横比の比率が大幅に異なり、かつ暗い被写体に対しても良好な画像を得ることが可能な縦横比変換カメラが提供された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す横断面図
【図２】同じく縦断面図
【図３】不動点の位置に対する縦横比と速度比との関係を表す図
【図４】不動点の位置に対する像の変化を表す図
【図５】第２実施例を示す斜視図
【図６】２次元ＣＣＤによる部分画像を示す正面図
【図７】第３実施例を示す概略構成図
【図８】第４実施例を示す概略構成図
【符号の説明】
１…被写体                      ２…対物レンズ
３…銀塩フィルム                ４…スリット
４ａ…開口                      ５…２次元ＣＣＤ
５ａ…部分画像                  ６…制御装置
７…１次元ＣＣＤ
【図１】
0003590876.tif 000006
【図２】
0003590876.tif 000007
【図３】
0003590876.tif 000008
【図４】
0003590876.tif 000009
【図５】
0003590876.tif 000010
【図６】
0003590876.tif 000011
【図７】
0003590876.tif 000012
【図８】
0003590876.tif 000013