(57)【要約】【課題】リアフォーカス方式のズームレンズにおいて、簡潔かつ高精度にフランジバックを調整できるようにする。【解決手段】少なくとも変倍の為の第１レンズ群と、前記第１レンズ群より結像面側に光量を調節する為の絞りと、フォーカスの為の第２レンズ群とを有して構成されているズームレンズにおいて、前記第２レンズ群の基準位置を決定する為のフランジバック調整において、ズーム全域において合焦可能な任意の距離にある不動の被写体に対して、広角端での前記第２レンズ群に望遠端での合焦位置から判断した記憶情報を基に補正し基準位置として決定し、その位置を記憶する手段を有するよう構成する。【選択図】　図１
2004085603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも変倍のための第１レンズ群と、この第１レンズ群より結像面側に光量を調節するための絞りと、フォーカスのための第２レンズ群とを有するズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群の基準位置を決定する為のフランジバック調整において、ズーム全域に渡って合焦可能な任意の距離にある不動の被写体に対して、望遠端にて合焦の可否及び位置を判断、記憶するとともに、
【数１】
2004085603.tif 000011
の時、
前記第２レンズ群に関して、広角端にて合焦後に、望遠端での合焦位置を基に合焦位置を補正し基準位置として記憶することを特徴とするズームレンズ。
【請求項２】
望遠端における前記第２群の無限遠の被写体距離に対する合焦位置とズーム全域において合焦可能な最も近距離の被写体Ｌに対する合焦位置との差をＭｔ、広角端における無限遠の被写体に対する合焦位置と前記被写体距離Ｌに対する合焦位置との差をＭｗ、撮影システムの焦点深度をδ、前記第２レンズ群の最小移動量をｄ、前記第２レンズ群によって焦点深度に相当するバックフォーカスを変化させるのに必要な移動量をｌとしたとき、分割数ｍを以下の式で定義するとともに、
【数２】
2004085603.tif 000012
望遠端における前記第２レンズ群の移動範囲Ｍｔを分割数ｍで等分割し記憶すると共に、望遠端における合焦判定時に前記第２レンズ群がどの領域に位置したかを記憶すると共に、広角端にて合焦後に望遠端での記憶情報を基に補正し基準位置として記憶する事を特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項３】
前記フランジバック調整時に前記絞りを開放状態にする事を特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項４】
前記フランジバック調整を行うことを指示する部材を有する事を特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項５】
前記第１レンズ群より物体側に合焦可能な第０レンズ群を有して構成されているズームレンズにおいて、前記フランジバック調整時に前記第０レンズ群を所定の位置に固定することを特徴とする請求項１記載のズームレンズ。
【請求項６】
少なくとも変倍のための第１レンズ群と、この第１レンズ群より結像面側に光量を調節するための絞りと、フォーカスのための第２レンズ群とを有するズームレンズを備えた撮像システムにおいて、
前記第２レンズ群の基準位置を決定する為のフランジバック調整において、ズーム全域に渡って合焦可能な任意の距離にある不動の被写体に対して、望遠端にて合焦の可否及び位置を判断、記憶するとともに、
【数３】
2004085603.tif 000013
の時、
前記第２レンズ群に関して、広角端にて合焦後に、望遠端での合焦位置を基に合焦位置を補正し基準位置として記憶することを特徴とする撮影システム。
【請求項７】
望遠端における前記第２群の無限遠の被写体距離に対する合焦位置とズーム全域において合焦可能な最も近距離の被写体Ｌに対する合焦位置との差をＭｔ、広角端における無限遠の被写体に対する合焦位置と前記被写体距離Ｌに対する合焦位置との差をＭｗ、撮影システムの焦点深度をδ、前記第２レンズ群の最小移動量をｄ、また、前記第２レンズ群によって焦点深度に相当するバックフォーカスを変化させるのに必要な移動量をｌとしたとき、分割数ｍを以下の式で定義するとともに、
【数４】
2004085603.tif 000014
望遠端における前記第２レンズ群の移動範囲Ｍｔを分割数ｍで等分割し記憶すると共に、望遠端における合焦判定時に前記第２レンズ群がどの領域に位置したかを記憶すると共に、広角端にて合焦後に望遠端での記憶情報を基に補正し基準位置として記憶する事を特徴とする請求項６記載の撮影システム。
【請求項８】
前記フランジバック調整時に前記絞りを開放状態にする事を特徴とする請求項６記載の撮影システム。
【請求項９】
前記フランジバック調整を行うことを指示する部材を有する事を特徴とする請求項６記載の撮影システム。
【請求項１０】
前記第１レンズ群より物体側に合焦可能な第０レンズ群を有して構成されているズームレンズにおいて、前記フランジバック調整時に前記第０レンズ群を所定の位置に固定することを特徴とする請求項６記載の撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放送用あるいはビデオカメラ用に好適な交換式ズームレンズ及び撮影システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テレビカメラに脱着可能な撮影光学系を装着した場合には、レンズの結像面と撮像素子（ＣＣＤ等）の位置を合致させるように、レンズの取付け面（フランジ面）から結像面までの距離（フランジバック）を調整する必要がある。従来の前玉マニュアルフォーカスレンズにおけるフランジバック調整の手順を図２を用いて説明する。
【０００３】
図２において、２１０はカメラ本体にレンズを装着した撮影システム本体、２０１は撮影光学系、２０２はフォーカスの為のレンズ群、２０３は変倍のためのレンズ群、２０４は絞り、２０５は撮影光学系レンズ最終面から撮像面までの距離（バックフォーカス）を調整可能なレンズ群、２０６はフィルターや色分解プリズムに相当するガラスブロック、２０７は撮影光学系２０１によって形成される被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、２０８、２０９は撮影装置及びレンズの制御を行うＣＰＵである。
【０００４】
先ず、▲１▼絞り２０４を開放にする。▲２▼レンズ群２０３にてズームを望遠端にしてレンズ群２０２にて合焦させる。▲３▼レンズ群２０３にてズームを広角端にして、レンズ群２０５にて合焦させる。上記▲２▼、▲３▼の工程を数回繰り返してフランジバックを調整する。
【０００５】
このフランジバックを調整により、ズーミングに際して結像位置を所定の位置に一定にする。
【０００６】
特開平１１−１２７３７６では、絞り２０４、及びレンズ群２０２、２０５各々に電気的に駆動する手段を設け、自動合焦手段にて上記▲１▼〜▲３▼の作業を自動化している。
【０００７】
また、図２において、レンズ群２０２が固定され、レンズ群２０３より結像面側のレンズ群２０５にて合焦するというリアフォーカスタイプの撮影光学系が数多く提案されている。この種の撮影光学系は、上記のフランジバック調整工程▲２▼の作業が行えない為、レンズ群２０５のズームに連動した移動軌跡（ズームトラッキング曲線）を利用してフランジバック調整を行う方法が提案されている。
【０００８】
特開平７−１５４６６７では、上記ズームトラッキング曲線の変曲点を見つけ、その後、広角端及び望遠端位置を決定してフランジバックを調整する方法が提案されている。
【０００９】
特開２０００−１２１９１１では、上記ズームトラッキング曲線が変曲点を持たないタイプのレンズ系におけるフランジバック調整方法が提案されている。それは、変倍光学群が設計広角端と設計望遠端の位置にある時に、自動合焦にてそれぞれのズーム位置でのフォーカス位置を把握し、予め用意されたテーブルから実際のズーム方向の調整値とフォーカス方向の調整値を求めるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、撮影システムによって様々なフランジバック調整法が存在するが、テレビカメラの交換レンズ装置の観点から必ずしも適切ではない。
【００１１】
具体的には、上記特開平１１−１２７３７６では、図１におけるレンズ群１０２、１０５各々に自動駆動装置を設けると共に双方のレンズ群に対して自動焦点検出が可能なシステムを構築しなければならないため、システムとして複雑な構成となってしまう。
【００１２】
また、上記特開平７−１５４６６７、及び特開２０００−１２１９１１では、フランジバック調整に適当な被写体を所定の距離に設置しなければならない。これは撮影者が撮影現場でフランジバックを調整することを考慮した時、制約となるばかりでなく、被写体距離のズレがフランジバック調整精度の劣化の原因となる。
【００１３】
そこで、本発明は、リアフォーカスタイプの撮影光学系において、自動合焦手段を利用して、任意の距離にある不動の被写体にてフランジバック調整を行うことを可能にすると共に、演算が簡潔で、高速、高精度なフランジバック調整機能を有するズームレンズ及び撮影システムの提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、少なくとも変倍の為の第１レンズ群と、前記第１レンズ群より結像面側に光量を調節する為の絞りと、フォーカスの為の第２レンズ群とを有して構成されているズームレンズにおいて、前記第２レンズ群の基準位置を決定する為のフランジバック調整において、ズーム全域に渡って合焦可能な任意の距離にある不動の被写体に対して、望遠端にて合焦の可否及び位置を判断、記憶するとともに、
【数５】
2004085603.tif 000003
の時、
上記第２レンズ群に関して、広角端にて合焦後に望遠端での合焦位置を基に合焦位置を補正して基準位置として記憶するようにしている。
【００１５】
カム等を用いた機構式によって広角端での上記第１レンズ群の光軸上の位置が確定しているズームレンズにおいて、広角端で上記第２レンズ群にて自動合焦することによって、ズームトラッキング曲線の広角端における端点を明確にすることができる。また、無限遠の被写体に対する合焦位置と、全ズーム領域にわたって合焦可能な最至近距離の被写体に対する合焦位置との差の絶対値は、一般的に概ね焦点距離の自乗に比例することが知られており、広角端にて最も小さい。従って、全ズーム領域で合焦可能な被写体距離範囲内において任意の距離にある不動の被写体に対して、広角端での上記第２レンズ群の合焦位置近傍に必ず基準位置が存在する。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記第２レンズ群に関して、望遠端にて上記フランジバック調整時に用いる被写体に対して合焦の可否を判断する手段を有するのがよい。すなわち、合焦が不可能と判断された場合、全ズーム領域で合焦可能な被写体距離範囲外に被写体が存在する事を表す。この被写体を用いて上記に記載のフランジバック調整を行うと、その精度は悪化する。あるいは、この被写体にて精度良くフランジバック調整を行うには、その方法は複雑化してしまう。つまり、合焦の可否を判断する事により、上記に記載のフランジバック調整を高精度に行うことが可能となる。
【００１７】
また、Ｆナンバーが明るい、撮像素子の画素が細かいなど焦点深度が浅い撮影システムにおいては、望遠端における前記第２群の無限遠の被写体距離に対する合焦位置とズーム全域において合焦可能な最も近距離の被写体Ｌに対する合焦位置との差をＭｔ、広角端における無限遠の被写体に対する合焦位置と前記被写体距離Ｌに対する合焦位置との差をＭｗ、撮影システムの焦点深度をδ、前記第２レンズ群の最小移動量をｄ、また、前記第２レンズ群によって焦点深度に相当するバックフォーカスを変化させるのに必要な移動量をｌとしたとき、分割数ｍを以下の式で定義するとともに、
【００１８】
【数６】
2004085603.tif 000004
【００１９】
望遠端における前記第２レンズ群の移動範囲Ｍｔを分割数ｍで等分割し記憶すると共に、望遠端における合焦判定時に前記第２レンズ群がどの領域に位置したかを記憶すると共に、広角端にて自動合焦後に望遠端での記憶情報を基に補正し基準位置として記憶する手段を有するのがよい。これにより、簡潔な演算処理を実現すると共に、より高精度なフランジバック調整を行うことが可能となる。
【００２０】
また、上記フランジバック調整時に上記絞りを開放状態にするのがよい。
【００２１】
これにより焦点深度が浅くなり自動合焦の精度が上がる為、高精度なフランジバック調整が可能となる。
【００２２】
また、上記フランジバック調整を行うことを指示する部材を有するのがよい。
【００２３】
なお、上記第１レンズ群より物体側に手動操作により合焦可能な第０レンズ群を有して構成されているズームレンズにおいて、上記フランジバック調整時に上記第０レンズ群を所定の位置に固定するのがよい。
【００２４】
これにより、望遠端で上記第０レンズ群による合焦作業と広角端で上記第２レンズ群による合焦作業とを数回繰り返して行われる上記記載の従来のフランジバック調整に比して、操作が簡潔で撮影者の負担が少なく、且つ高速なフランジバック調整が可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１を用いて説明する。図１において、１１０はカメラ本体にレンズを装着した撮影システム本体、１０１は撮影光学系、１０２は固定もしくは手動による合焦の為に可動なレンズ群、１０３は変倍のためのレンズ群、１０４は絞り、１０５は自動合焦のためのフォーカス群、１０６はフィルターや色分解プリズムに相当するガラスブロック、１０７は撮影光学系１０１によって形成される被写体像を受光するＣＣＤ等の撮像素子、１０８、１０９は撮影システム及びレンズの制御を行うＣＰＵ及びレンズ群の光軸上の位置を記憶するための記憶装置、１１１はフランジバック調整を行う事を指示する部材である。レンズ群１０３はカム方式によってズーム全域に渡って光軸上の位置が決められている。
【００２６】
この撮影システム１１０におけるフランジバックの調整は以下の手順で行う。▲１▼例えばジーメンススターチャートのようにコントラストのはっきりした被写体を撮影システム１１０と正対するように任意の距離に固定して設置する。▲２▼絞り１０４を開放状態にするとともに、レンズ群１０２が手動による合焦の為に可動な場合には所定の位置に固定する。▲３▼レンズ群１０２を望遠端に配置し合焦の可否を判断すると共に、位置を記憶する。▲４▼次に、レンズ群１０２を広角端に配置し自動合焦後に、レンズ群１０５の位置に対して▲３▼で記憶した望遠端での合焦位置の情報を基に補正を掛け基準位置と決定し、その位置を記憶する事でフランジバック調整を終了する。
【００２７】
このとき、部材１１１にて▲２▼、▲３▼及び▲４▼の一連の作業を自動で行うようにしても良いし、▲２▼、▲３▼の作業後に部材１１１によって▲４▼の作業だけ行うようにしてもよい。
【００２８】
本発明の実施の形態をズームレンズの光学的構成から説明する。図３において、物体側から順に、１は合焦の為の第１レンズ群、２は変倍時に移動可能な第２レンズ群、３は変倍時の結像位置の移動を補正するための第３レンズ群、４は固定の第４レンズ群、５は自動合焦の為の第５レンズ群、１２は色分解プリズムなどのガラスブロック、１１は絞りである。第１レンズ群１、第４レンズ群４及び第５レンズ群５は変倍の際に固定である。また、第５レンズ群５にて合焦させる事でフランジバックを調整する。
【００２９】
下記の表１は、図３のズームレンズに対応するものである。
【００３０】
【表１】
2004085603.tif 000005
【００３１】
図４に無限遠と最至近距離の各々の被写体に対するズームトラッキング曲線を示す。なお、図３のズームレンズにおいて、全ズーム域に渡って合焦可能な最至近距離はズームレンズ最前面から４３２ｍｍである。
【００３２】
図４よりフォーカスの移動範囲は、広角端にて最も小さく、望遠端にて最も大きい。つまり、望遠端にて合焦可能な被写体距離であれば、全ズーム領域で合焦可能な被写体距離と言える。全ズーム領域にわたって合焦可能な最も近い被写体距離を至近距離Ｌとした時、本発明は、図４の無限遠と至近距離Ｌの両ズームトラッキング曲線間の距離範囲内の被写体に対して効果的であり、上記範囲外の被写体距離に関してはフランジバック調整の精度が悪化する。そのため、任意の距離に設置された被写体に対して、望遠端にて合焦の可否を判断し、フランジバック調整の精度を判断するのがよい。更に、合焦不可能の場合はフランジバック調整不可能を表す信号を出力または表示する手段を有するのがよい。
【００３３】
条件式（１）は、本発明のフランジバック調整で記憶した基準位置を補正する必要性を示している。この条件式（１）を満足した時、広角端での合焦位置を補正して基準位置とすることによって、より高精度なフランジバック調整が可能となる。ここで、許容錯乱円径をε、広角端での開放ＦナンバーをＦすると、焦点深度δは概ね、
δ＝εＦ
で表される。また、第５レンズ群５のバックフォーカスに対する敏感度をｓとすると、バックフォー
カスを焦点深度δだけずらすのに必要な第５レンズ群５の移動量ｌは、
【数７】
2004085603.tif 000006
で表される。
【００３４】
広角端における、第５レンズ群５の無限遠の被写体に対する合焦位置と至近距離Ｌの被写体に対する合焦位置との差をＭＷとすると、｜ＭＷ｜より上記ｌが小さければ、被写体距離によっては基準位置のズレがボケとして画面上で認知され、より高精度なフランジバック調整が必要となる。上記発明で決定した基準位置の補正が必要となる制限条件は、
【数８】
2004085603.tif 000007
で表す事ができる。
【００３５】
第５レンズ群は、ステッピング・モーターやＤＣモーター等のアクチュエーターで駆動され最小移動量ｄは概ねｌ／８≦ｄ≦ｌであることが望ましい。ｄ＜ｌ／８の条件では駆動範囲全域を移動させるための移動速度が遅くなりすぎてしまい適切ではない。逆に，δ＜ｌの条件では、画面上ボケとして認められてしまい見苦しいものとなってしまう。
本実施形態ではｄ＝ｌ／２とし、条件式（２）における分割数ｍは、
【数９】
2004085603.tif 000008
としている。分割数ｍは、小数点第１桁を四捨五入した整数である。
【００３６】
ここで、表１の各パラメータと条件式（１）の関係を表２に示す。
【００３７】
【表２】
2004085603.tif 000009
【００３８】
表２より、表１は広角端での自動合焦位置を基準位置として記憶するだけでは、被写体距離によって真の基準位置とのズレが上記の理由により画面上で認知されてしまう可能性がある。
【００３９】
次に補正の方法について述べる。上記（２．１）より、望遠端における第２レンズ群の移動範囲を１０分割する。また、無限遠から被写体距離４３２ｍｍまでの第２レンズ群の移動量はＭｔ＝−１３．６ｍｍから、１．３６ｍｍ刻みの１０の領域を記憶しておく。望遠端にて合焦の可否を判断すると共に、基準位置として補正するための補正量を以下に示す。ｍｔは、望遠端におけるレンズの移動量を示す。
【００４０】
【表３】
2004085603.tif 000010
【００４１】
このように、広角端での合焦位置に補正を加えて基準位置として記憶させる事でより高精度なフランジバック調整が可能となる。本実施形態においてｄ＝ｌ／２としていることにより、フランジバックの精度としては、焦点深度δの１／２、すなわち８μｍ程度という高い精度となる。
【００４２】
望遠端での合焦位置を基に補正量を決定したが、所定のズームポジションにおける合焦位置を基に基準位置を決定しても良い。但し、望遠端以外の所定のズームポジションで行う場合は、そのズームポジションに於ける変倍に関わるレンズ群の光軸上の位置を正確に把握しなければならない為、ズームのどちらかの端点（広角端かあるいは望遠端）との位置関係を予め記憶させておく手段が必要となる等、効率的でない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リアフォーカスタイプの撮影光学系において、任意の距離の被写体にて、広角端での上記リアフォーカスレンズ群の合焦位置に望遠端での合焦位置から判断した記憶情報と基に補正し基準位置として決定し、その位置を記憶することで、演算が簡潔で、高速なフランジバック調整を行う事ができる。
【００４４】
また、上記リアフォーカスレンズ群にて、上記の被写体に対して望遠端での合焦の可否を判断する事で、より高精度なフランジバック調整が可能となる。
【００４５】
また、上記フランジバック調整時に上記絞りを開放状態にすることで、焦点深度が浅くなり自動合焦の精度が上がる為、高精度なフランジバック調整が可能となる。
【００４６】
また、上記フランジバック調整を行うことを指示する部材を有する事で、操作が簡潔で撮影者の制約が少なく、且つ高速なフランジバック調整が可能となる。
【００４７】
また、前記第１レンズ群より物体側に合焦可能な第０レンズ群を有して構成されているズームレンズにおいて、前記フランジバック調整時に前記第０レンズ群を所定の位置に固定することによって、前玉フォーカスとリアフォーカス両方の機能を有したズームレンズに於けるフランジバック調整を簡潔にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における撮影システムの模式図。
【図２】前玉マニュアルフォーカスレンズを撮影光学系として用いた撮影システムの模式図。
【図３】本発明の実施形態（表１）のズームレンズの光学的構成を示す図。
【図４】本発明の実施形態（表１）のズームトラッキング曲線を示す図。
【符号の説明】
１　第１レンズ群
２　第２レンズ群
３　第３レンズ群
４　第４レンズ群
５　第５レンズ群
１１　絞り
１２　ガラスブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004085603.tif 000018