(57)【要約】【課題】絞り開放時に焦点距離が所定値より長くなると絞りを制御して絞りを絞り込むことによって所望のランピング特性を擬似的に作り出すことにより、ズーム操作時において、撮影レンズ本来のランピング特性によりテレ端付近で急激に画面の明るさが低下するという現象やポートホールによる違和感や不自然さを軽減することができるレンズ装置を提供する。【解決手段】マイコン２０は、強制ランピングがオンに設定されている場合、ズーム位置検出器ＺＰにより検出される焦点距離に応じた絞りＩの開放値を設定し、例えば、絞り開放で焦点距離が変更された際にその開放値より絞りＩが開放側となる場合には絞りＩをその開放値まで絞り込む。これにより、所望のランピング特性を作り出す。強制ランピングによるランピング特性は撮影レンズ本来のランピング特性よりもテレ端付近で緩やかに画面の明るさを低下させていく。【選択図】      図２
2004205625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点距離と絞りの変更が可能な光学系を備え、前記絞りの開放時に前記焦点距離が所定値より長くなると前記光学系のＦナンバーが低下するランピング特性を有するレンズ装置において、
前記焦点距離が前記所定値より短い範囲の値を絞込み開始値として焦点距離が該絞込み開始値より長くなる範囲において、前記絞りの開放が指示された場合の前記絞りの上限開口量を焦点距離が長くなるほど減少させると共に、焦点距離が変更された際に前記絞りの開口量が前記上限開口量を超えないように前記絞りを制御する絞り制御手段を備えたことを特徴とするレンズ装置。
【請求項２】
前記絞り制御手段による制御を有効又は無効に切り替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項１のレンズ装置。
【請求項３】
焦点距離に対する前記上限開口量が所望の値となるように設定する設定手段を備えたことを特徴とする請求項１のレンズ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズ装置に係り、特にランピングによる不具合や画面の周辺光量が中心部より低下することに起因するポートホール等の不具合を軽減するレンズ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビカメラ用又はテレビカメラ用に限らず一般に、撮影レンズを絞り開放で使用している際にズームをテレ側に変化させるとテレ端近傍で明るさが急激に低下する現象が知られている。この現象は一般にランピングと呼ばれている。従来、絞り制御において、絞りに対する指示値が絞り開放時におけるレンズのＦナンバーよりも明るくするものである場合には、実際の明るさに影響を与えない値まで絞りを絞り込んで光学性能を向上させるようにしたランピング補正が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、撮影レンズにより結像された画像は、中心部に比べて周辺光量が低下し、画面の周辺部分が中心部よりも暗くなるのが一般的である。尚、周辺光量比という場合には、画面中心部の明るさに対する周辺部分の明るさの比を表す。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７１８３５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のランピング現象や周辺光量が低下する現象は、当然生じない方が望ましいが、レンズの大きさ、重量等の制約からレンズ設計上避けることは難しい。また、上述のランピング補正はランピング現象自体をなくすものではない。
【０００６】
しかしながら、ランピング現象の場合、テレ端近傍の画面がワイド側より暗くなることよりも急激に画面が暗くなることの方が違和感や不自然さを生じさせる大きな要因となっている。また、周辺光量が低下する現象の場合、周辺部の光量が中心部より低くなることよりも、絞り開放時に周辺光量比が焦点距離によって大きく変化するため、ズーム操作したときに画面の周辺部と中央部との明暗により形成された円形模様が動く（拡縮する）ことの方が違和感や不自然さを生じさせる要因となっている。
【０００７】
従って、ランピング現象や周辺光量が低下する現象自体は解消できないとしても、上述のように違和感や不自然さを生じさせる現象を軽減することが重要と考えられる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みたもので、ズーム操作時において、テレ端付近での急激な光量低下を低減すると共に、ポートホールを低減することができるレンズ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、焦点距離と絞りの変更が可能な光学系を備え、前記絞りの開放時に前記焦点距離が所定値より長くなると前記光学系のＦナンバーが低下するランピング特性を有するレンズ装置において、前記焦点距離が前記所定値より短い範囲の値を絞込み開始値として焦点距離が該絞込み開始値より長くなる範囲において、前記絞りの開放が指示された場合の前記絞りの上限開口量を焦点距離が長くなるほど減少させると共に、焦点距離が変更された際に前記絞りの開口量が前記上限開口量を超えないように前記絞りを制御する絞り制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記絞り制御手段による制御を有効又は無効に切り替える切替手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明のおいて、焦点距離に対する前記上限開口量が所望の値となるように設定する設定手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、絞り開放時に焦点距離が絞込み開始値より長くなると絞りを制御して絞りを絞り込むことによって所望のランピング特性を擬似的に作り出すようにしたため、ズーム操作時において、撮影レンズ本来のランピング特性によりテレ端付近で急激に画面の明るさが低下するという現象やポートホールによる違和感や不自然さを軽減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るレンズ装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１４】
図１は、本発明が適用されるテレビカメラ用のレンズ装置における光学系（撮影レンズ）の概略構成図である。同図に示すように撮影レンズは、フォーカスレンズ（群）ＦＬ、バリエータレンズ（群）ＶＬ及びコンペンセータレンズ（群）ＣＬとからなるズームレンズ（群）ＺＬ、絞りＩ、リレーレンズ（群）ＲＬ等の光学部材により構成される。フォーカスレンズＦＬ、ズームレンズＺＬは光軸方向に移動可能に配置されており、例えば、連結されたモータによって駆動されるようになっている。また、絞りＩも、例えば、連結されたモータによって駆動され、開口量が変更されるようになっている。尚、バリエータレンズＶＬとコンペンセータレンズＣＬとは所定の位置関係をもって移動するため、これらレンズを一体としてズームレンズＺＬとしている。また、本発明の適用上、フォーカスレンズＦＬやズームレンズＺＬはマニュアル操作力によって駆動される場合であってもよい。
【００１５】
上記撮影レンズにより結像された被写体像は、テレビカメラ本体の撮像素子（ＣＣＤ）１０によって光電変換され、所定の信号処理回路１２によって所要の信号処理が施される。これによって、信号処理回路１２から映像表示用として所定規格（例えば、ＮＴＳＣ方式）の映像信号が外部出力等されるようになっている。
【００１６】
図２は、本発明が適用されるレンズ装置における制御系の概略構成を示したブロック図である。尚、本発明と関連する構成部のみを示す。同図に示すようにレンズ装置の制御系にはマイコン２０が配設されており、そのマイコン２０には絞りＩについての設定すべき目標位置を指令するアイリス制御信号がカメラ本体等から与えられるようになっている。また、例えば、マイコン２０にはレンズ装置にケーブル等で接続されたズームデマンド（コントローラ）からズーム（ズームレンズＺＬ）についての設定すべき目標位置又は目標速度を指令するズーム制御信号が与えられるようになっている。尚、Ｆナンバーや開口量などの絞りＩの状態を表す量を本明細書では「位置」と表現する。
【００１７】
マイコン２０は、カメラ本体やコントローラ等から与えられた上記アイリス制御信号やズーム制御信号に従って絞りＩやズームレンズＺＬの位置や動作速度をサーボ制御する。
【００１８】
同図に示すように絞りＩは、アイリス駆動モータＩＭに連結されており、アイリス駆動モータＩＭは、マイコン２０からアイリス駆動回路ＩＤに出力される制御信号により指示された回転速度で駆動されるようになっている。また、絞りＩの現在位置を示すアイリス位置信号がアイリス位置検出器ＩＰからマイコン２０に与えられるようになっている。マイコン２０は、アイリス駆動回路ＩＤに出力する制御信号により、絞りＩの現在位置と、カメラ本体等からのアイリス制御信号により指令された目標位置とが一致するようにアイリス駆動モータＩＭを駆動する。例えば、絞りＩの現在位置と目標位置との差に応じた回転速度でアイリス駆動モータＩＭを駆動する。これにより、絞りＩがアイリス制御信号により指令された目標位置に設定される。
【００１９】
詳細は省略するがズームレンズＺＬも絞りＩと同様に、ズーム駆動モータＺＭに連結されており、ズーム駆動モータＺＭは、マイコン２０からズーム駆動回路ＺＤに出力される制御信号により指示された回転速度で駆動されるようになっている。また、ズームレンズＺＬの現在位置を示すズーム位置信号がズーム位置検出器ＺＰからマイコン２０に与えられるようになっている。マイコン２０は、ズーム駆動回路ＺＤに出力する制御信号により、ズームレンズＺＬの状態がズームデマンド等からのズーム制御信号により指令された目標速度又は目標位置となるようにズーム駆動モータＺＭを駆動する。
【００２０】
レンズ装置、ズームデマンド等のコントローラ、又は、カメラ本体には詳細を後述する強制ランピングの処理をオンにするかオフにするかを操作者が選択する強制ランピングＯＮ／ＯＦＦスイッチ２２が設けられている。その強制ランピングＯＮ／ＯＦＦスイッチ２２によって選択されたオン／オフ状態はオン／オフ信号としてマイコン２０に読み取られる。マイコン２０は、強制ランピングＯＮ／ＯＦＦスイッチ２２がオンに設定されているときのみ強制ランピングの処理を実行する。
【００２１】
ここで、強制ランピングについて説明すると、強制ランピングは、撮影レンズの焦点距離が所定値より長くなると、絞りＩを強制的に絞り込む処理である。撮影レンズ本来の光学特性では、焦点距離と絞り開放時におけるＦナンバー（開放Ｆナンバー）との関係は図３のグラフのように表される。これによれば、焦点距離がテレ端に近い所定値Ｐ（例えば１００mm程度）より小さい値に設定されている場合には、開放Ｆナンバーは一定値Fnomax（例えば１．７程度）を示す。一方、焦点距離が所定値Ｐより長くなると、絞りＩを開放にしていても他の要素によって入射光束が制限され、グラフの傾斜部分▲１▼で示すように焦点距離が長くなるほど開放Ｆナンバーが増加していく。このように傾斜部分▲１▼で示される特性はランピング特性と呼ばれている。
【００２２】
これに対して、強制ランピングの処理では、あたかも図４のグラフの傾斜部分▲２▼のようなランピング特性を示すかのように絞りＩを制御する。即ち、カメラ本体等からのアイリス制御信号により絞りＩを開放にする指示値が与えられた場合であっても、焦点距離が所定値FzDropPointより長くなると、傾斜部分▲２▼のＦナンバーを示すように絞りＩの開口量を絞り開放時よりも小さい値（上限開放値）に制限する。言い換えれば、絞り開放時における絞り位置を示す値を開放値というものとすると、焦点距離が所定値FzDropPointより短い場合には開放値を一定値Fnomaxとし、焦点距離が所定値FzDropPointより長い場合には焦点距離に応じて開放値を傾斜部分▲２▼のＦナンバーを示すような絞り位置の変更する。開放値は制御上、それ以上絞り位置を開口する方向に変更できない絞り開放時の値（絞りの開口量に対して変更が許容される限界を示す上限開口量での絞り位置の値）を意味し、絞り位置が開放値よりも開口した位置となるような場合には、マイコン２０の絞り制御により絞り位置が開放値となるまで絞り込まれる。従って、焦点距離に応じて開放値を前述のように変更し、その開放値に従って絞り位置を制御することにより、あたかも傾斜部分▲２▼に示したランピング特性を有するかのような撮影レンズとなる。これによって本来のランピング特性に比べてＦナンバーが緩やかに変化するランピング特性が得られるようになる。尚、絞り位置を示す値をＦナンバー（ランピング特性を考慮しない場合のＦナンバー）で対応付けると図４に示す値FnoDropmaxは、焦点距離が最大値となるときの開放値を示す。
【００２３】
このような強制ランピングにより以下の効果が得られる。まず、図３、図４の傾斜部分▲１▼に示した撮影レンズ本来のランピング特性の場合、絞り開放の状態でズーム操作を行い、焦点距離をワイド側からテレ端まで変化させたとすると、急激に開放Ｆナンバーが増加する。このため画面の明るさが急激に暗くなるという違和感や不自然さが目立つ。これに対して強制ランピングの処理を行い、図４の傾斜部分▲２▼に示したランピング特性に変更した場合、絞り開放の状態でズーム操作を行い、焦点距離をワイド側からテレ端まで変化させたとしても、開放Ｆナンバーが緩やかに変化するため画面の明るさも急激に暗くなることがなく、撮影レンズ本来のランピング特性で生じていた違和感や不自然さが軽減される。
【００２４】
また、異なる効果としてポートホール軽減の効果がある。ポートホールは、画面中心部に対する周辺部の光量の割合（周辺光量比）が焦点距離の変化によって大きく変化することに起因する。図５、図６に、それぞれ焦点距離がワイド側とテレ側に設定されている場合において、中心部の光量を１００パーセントとして画面周辺部の光量比をパーセントで表したグラフを示す。これらのグラフから分かるように絞り開放時（絞り本来の開放時）には、それぞれのグラフ面上の実線の曲線で示すようにワイド側とテレ側の場合とで周辺光量比の特性が大きく異なる。このためポートホールが画面上顕著に現れる。これに対して、絞りを絞ると、それぞれのグラフ面上の鎖線で示すように中心部と周辺部の光量の差が少なくなり、ワイド側とテレ側の場合を比較しても周辺光量比の特性の差が少なくなる。
【００２５】
このことから、強制ランピングの処理を行うと、絞り開放時でも焦点距離の広範囲に渡って絞りがある程度絞られるためポートホールが画面上認識されない程度に軽減されるようになる。
【００２６】
ところで、強制ランピングの処理に必要なデータ、即ち、強制ランピングの処理において焦点距離に応じた開放値を求めるのに必要なデータは、図２に示したメモリ２４に事前に記憶されており、マイコン２０はメモリ２４からそのデータを読み出して強制ランピングの処理を実行する。例えば、その焦点距離に応じた開放値を求めるのに必要なデータとして、図４に示したように絞り込みを開始する焦点距離の値FzDropPointや最大焦点距離における開放値FnoDropmaxがあり、これらのデータをメモリ２４に記憶しておき、それらを読み出すことで焦点距離に応じた開放値を求めることができる。尚、最大焦点距離における開放値FnoDropmaxのデータの代わりに、例えば、最大焦点距離において絞りＩを真の開放値から開放値FnoDropmaxまで絞り込む割合を示すデータをメモリ２４に記憶してもよく、焦点距離に応じた開放値を求めることができるデータであればメモリ２４に記憶するデータは上述のデータ以外であってもよい。また、強制ランピングによるランピング特性は図４の傾斜部分▲２▼で示したような直線でなく、曲線でもよく、ランピング特性として直線以外の関係式を許容する場合等にその関係式に関するデータもメモリ２４に記憶しておくようにしてもよい。但し、本実施の形態ではランピング特性は直線のみで表されるものとし、ランピング特性の関係式に関するデータはメモリ２４から参照しないものとする。
【００２７】
また、図２に示すようにレンズ装置にはパソコン等の外部機器とのインターフェース２６（ＲＳ−２３２ＣやＵＳＢ等）が設けられており、強制ランピングの処理に必要な上記データの作成等をパソコン等の外部機器で行い、そのデータをインターフェース２６を通じてマイコン２０に送信してメモリ２４に記憶させることもできるようになっている。これによって、強制ランピングによるランピング特性の効き具合をユーザが任意に設定変更することもできる。
【００２８】
尚、メモリ２４に複数の異なるランピング特性を奏する上記強制ランピングのデータを記憶させておくようにし、所定の選択手段によって所望のランピング特性を選択すると、その選択したランピング特性に関するデータをメモリ２４から読み出して強制ランピングの処理を実行するようにしてもよい。
【００２９】
次に、マイコン２０の絞り制御の処理手順について、図７、図８のフローチャートを用いて説明する。まず、図７の絞り制御のメイン処理において、マイコン２０、アイリスコントロール信号処理を行い、絞りの目標位置を示す値ICamCtrlを設定する（ステップＳ１０）。このアイリスコントロール信号処理の詳細は図８のフローチャートを用いて後述する。
【００３０】
続いて、マイコン２０はアイリス位置検出器ＩＰから絞りＩの現在位置を示すアイリス位置信号の値IPosiDataを読み込む（ステップＳ１２）。次にアイリス駆動モータＩＭの回転速度を示す指令値をIDataOutとして、まず次式、
【００３１】
【数１】
IDataOut ＝ IPosiData − ICamCtrl
を算出する（ステップＳ１４）。更に、所定のゲインGainをこれに掛けた値、即ち、
【００３２】
【数２】
IDataOut ＝ IDataOut＊Gain
を算出する（ステップＳ１６）。そして、ステップＳ１６で求めた指令値IDataOutを制御信号の値としてアイリス駆動回路ＩＤに出力する（ステップＳ１８）。以上の処理を繰り返すことにより絞りＩがステップＳ１０で得られた目標位置に設定される。
【００３３】
続いて、ステップＳ１０のアイリスコントロール信号処理について図８のフローチャートを用いて説明する。マイコン２０は、まずカメラ本体等から与えられるアイリス制御信号の値を読み込み、その値を絞りＩの目標位置を示す値ICamCtrlとする（ステップＳ２０）。続いて、２４に記憶されている強制ランピングに関する上記データFzDropPoint及びFnoDropmaxを読み込む（ステップＳ２２）。尚、図４に示したようにFzDropPointは絞り込みを開始する焦点距離の値を示し、FnoDropmaxは最大焦点距離における絞りＩの開放値を示す。
【００３４】
次に、マイコン２０は強制ランピングＯＮ／ＯＦＦスイッチ２２のオン／オフ状態を示すオン／オフ信号を読み込む（ステップＳ２４）。そして、強制ランピングＯＮ／ＯＦＦスイッチ２２がオンに設定されているか否か、即ち、強制ランピングをオンにすることが選択されている否かを判定する（ステップＳ２６）。NOと判定した場合には、絞り位置をそれ以上開口する方向に変更できない絞り開放時の絞り位置を示す開放値IMaxPointを一定値（Fnomax）に固定する（ステップS２８）。尚、この一定値は、絞りＩの真の開放値である。一方、NOと判定した場合には、ステップＳ２２で取得したFzDropPoint及びFnoDropmaxと、ズーム位置検出器ＺＰからのズーム位置信号により取得した現在の焦点距離のデータに基づいて、現在の焦点距離における開放値IMaxPointを求める（ステップS３０）。尚、このステップＳ３０で求められる開放値IMaxPointは制御上で絞り位置を制限するための値であり図４の傾斜部分▲２▼のようなランピング特性を示す値が求められる。
【００３５】
マイコン２０は、ステップS２８又はステップS３０の処理により開放値IMaxPointを設定すると、ステップS２０で読み込んだ絞りの目標位置ICamCtrlが開放値IMaxPointより開放側か否かを判定する（ステップS３２）。ＮＯと判定した場合には、絞りの目標位置ICamCtrlの値を変更せず、ＹＥＳと判定した場合には絞りの目標位置ICamCtrlを開放値IMaxPointに設定する（ステップS３４）。
【００３６】
以上のようにして絞りの目標位置ICamCtrlを設定すると、図７のフローチャートに戻る。
【００３７】
以上、上記実施の形態では、テレビカメラ用のレンズ装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、テレビカメラ以外の用途で使用されるレンズ装置に適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るレンズ装置によれば、絞り開放時に焦点距離が絞込み開始値より長くなると絞りを制御して絞りを絞り込むことによって所望のランピング特性を擬似的に作り出すようにしたため、ズーム操作時において、撮影レンズ本来のランピング特性によりテレ端付近で急激に画面の明るさが低下するという現象やポートホールによる違和感や不自然さを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が適用されるテレビカメラ用のレンズ装置における光学系（撮影レンズ）の概略構成図である。
【図２】図２は、本発明が適用されるレンズ装置における制御系の概略構成を示したブロック図である。
【図３】図３は、撮影レンズ本来の光学特性における焦点距離とＦナンバーとの関係を例示した図である。
【図４】図４は、強制ランピングの処理を行った場合の焦点距離とＦナンバーとの関係を例示した図である。
【図５】図５は、ポートホールの説明に使用した説明図である。
【図６】図６は、ポートホールの説明に使用した説明図である。
【図７】図７は、マイコンの絞り制御に関するメインの処理手順を示したフローチャートである。
【図８】図８は、図７のアイリスコントロール信号処理の処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…撮像素子、１２…信号処理回路、２０…マイコン、２２…強制ランピングＯＮ／ＯＦＦスイッチ、２４…メモリ、２６…インターフェース、ＦＬ…フォーカスレンズ、ＺＬ…ズームレンズ、Ｉ…絞り、ＲＬ…リレーレンズ、ＩＭ…アイリス駆動モータ、ＩＤ…アイリス駆動回路、ＩＰ…アイリス位置検出器、ＺＭ…ズーム駆動モータ、ＺＤ…ズーム駆動回路、ＺＰ…ズーム位置検出器
【図１】
2004205625.tif 000003
【図２】
2004205625.tif 000004
【図３】
2004205625.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004205625.tif 000007
【図６】
2004205625.tif 000008
【図７】
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【図８】
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