(57)【要約】【課題】前記補助レンズ系の挿抜に関わらず、正確に最良結像位置の検知ができ、あるいはウォブリングの際出力画面上で像のボケを無くすことが可能となる撮影レンズ系及び撮影システムを提供する。【解決手段】物体側より順に、光量調節絞りと、結像作用を果たすリレーレンズ群と、該リレーレンズ群中に配された光軸方向に微小振幅駆動されるウォブリングレンズ群と、を有し、該リレーレンズ群中に補助レンズ系を挿入・離脱可能に構成して光学系全体の焦点距離を広角側に遷移させるようにした撮影レンズ系において、前記補助レンズ系の挿入時と離脱時とにおける前記ウォブリングレンズ群の振幅量が、それぞれ異なる振幅量に設定可能に構成し、該補助レンズ系の挿入・離脱によって生じる実効Ｆナンバーの変化の影響を防止できるようにする。【選択図】            図１
2005140872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体側より順に、光量調節絞りと、結像作用を果たすリレーレンズ群と、該リレーレンズ群中に配された光軸方向に微小振幅駆動されるウォブリングレンズ群と、を有し、該リレーレンズ群中に補助レンズ系を挿入・離脱可能に構成して光学系全体の焦点距離を広角側に遷移させるようにした撮影レンズ系において、
前記補助レンズ系の前記リレーレンズ群中への挿入時と離脱時とにおける前記ウォブリングレンズ群の振幅量が、それぞれ異なる振幅量に設定可能に構成され、該補助レンズ系の挿入・離脱によって生じる実効Ｆナンバーの変化の影響を防止したことを特徴とする撮影レンズ系。
【請求項２】
前記ウォブリングレンズ群の振幅量が、前記補助レンズ系より物体側に前記ウォブリングレンズ群を設けた場合において下記の条件式（１）を満足させ、前記補助レンズ系より像側に前記ウォブリングレンズ群を設けた場合において下記の条件式（２）を満足させることを特徴とする請求項１に記載の撮影レンズ系。
2005140872.tif 000009
2005140872.tif 000010
但し、
δ：撮影装置の交換に伴う許容錯乱円径の変化倍率。
Ｆ：前記補助レンズ系の挿抜に伴う実効Ｆナンバーの変化倍率。
Ｋ：前記補助レンズ系の挿抜に伴う焦点距離の遷移倍率。
ＷIN(OUT)：前記補助レンズ系挿入時（離脱時）の前記ウォブリングレンズ群の振幅。
【請求項３】
前記物体側と光量調節絞りとの間において、該物体側から順に、第１レンズ群と、変倍時に移動する第２レンズ群と、変倍時の結像位置の移動を補正するための第３レンズ群と、を少なくとも有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮影レンズ系。
【請求項４】
テレビカメラまたはビデオカメラ等の撮影装置に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮影レンズ系が交換可能に装着されることを特徴とする撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影レンズ系および撮影システムに関し、例えばテレビカメラやビデオカメラ等に好適な撮影レンズ、特にイメージサイズの異なる複数の撮影装置、あるいは複数のイメージサイズに変換可能な撮影装置等に好適であり、光量調節絞りよりも像側に配置されたレンズ群中の一部をウォブリングすることにより合焦点の探索を行うオートフォーカス方式に適した撮影レンズ系及び撮影システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ映像の撮影用レンズは、撮影者および撮影条件の多様化に伴い、操作性およびその簡便性・機動性を高めることが要求されている。これにより、自動焦点調節（ＡＦ、オートフォーカス）機能を持つ撮影用レンズの重要性が高まっている。
一般的にテレビカメラ等の撮影用レンズの場合、操作性・機動性を確保する必要から、結像系とは別に測距系を設ける必要のある赤外光等を利用した外測式のオートフォーカスを使うことは適当ではない。
ビデオカメラ等においては、映像信号から最良結像位置に近づく方向を検知し、フォーカス群をその方向に適切な位置まで駆動するいわゆる「山登り式ＡＦ」と呼ばれる方式が一般的である。
【０００３】
図３には、上記山登り式ＡＦ機能を有するズームレンズの光学的構成を示している。この図中、Ｉはフォーカスのために光軸方向に移動可能な第１レンズ群、IIは変倍時に移動可能な第２レンズ群、IIIは変倍時の結像位置の移動を補正する為の第３レンズ群、ＳＰは光量調節絞り、IVは結像作用を果たす第４レンズ群、ＧＢは色分解光学系等のガラスブロック、Ｗｏはウォブリングレンズ群、ＩＧは撮像面（ＣＣＤ面やフィルム面）である。
この方式は、撮像面に対して、最良結像位置が光軸方向で前後どちらの方向にあるかを判断するために、光学系の一部を光軸方向に微小に振幅駆動（ウォブリング）させて映像信号を検出し、その信号をもとに撮像面上にベストピントを結ぶようにフォーカス群を駆動する方式である。ウォブリングレンズ群は、ウォブリングレンズ群の駆動力の省力化や、構造の簡素化等のため、レンズ径が小さく、ズーミングの際固定な光量調節絞りよりも像側のレンズ群の一部にて行うことが一般的である。これらにおいて、より正確に映像信号の山の勾配を検知するために、なるべく大きな振幅で結像位置をずらす一方で、ウォブリングレンズ群の振幅駆動に起因して出力画面上で像がボケないように振幅を制限する必要がある。
【０００４】
ところで、テレビカメラのイメージサイズは複数存在し、各々のイメージサイズに対応して各種カメラ本体が用意されている。また、撮影レンズは各イメージサイズやカメラ本体に対応して専用に設計されている。大きなイメージサイズ専用の撮影レンズを小さなイメージサイズを持つカメラ本体に装着して適用すると、同一の画角を得ることができず、焦点距離は相互のイメージサイズにおける対角線長に比して長くなってしまう。つまり、焦点距離は実質的に望遠側にシフトする結果となる。また、小さなイメージサイズの撮像部材を使用することは、大きなイメージサイズ専用にレンズ設計されているにも関わらず、収差補正された像の一部しか使用しないために、本来の光学性能を十分に発揮させることが困難である。
【０００５】
一方、画面アスペクト比が１６：９である画面の左右部分を無感部とすることで１２：９つまり４：３にするという、画面アスペクト比１６：９と４：３で切り換え可能なカメラシステムが存在する。１６：９から４：３に切り替えた時、イメージサイズが小さくなることによって撮影画角が狭くなってしまう。
このような問題を解決するため、例えば特許文献１では、光学系内に挿抜可能な補助レンズ系を装着して焦点距離を広角側に遷移させることによって、例えば大きなイメージサイズを持つカメラ本体から小さなイメージサイズを持つカメラ本体に撮影レンズを装着しても、大きな画角変化を伴わず、良好な光学性能を維持する撮影レンズ系が提案されている。
【特許文献１】特許第２８４０２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した従来例の特許文献１の、光量調節絞りより像側の結像作用を果たすリレーレンズ群の一部をウォブリングするものでは、小型軽量化が可能となる等の特徴が得られるものの、補助レンズ系の挿抜によって光量調節絞りとは別の部材で軸上光線が制限されるため、同じ光量調節絞り径でも実効Ｆナンバーが異なってしまうこととなる。つまり、光量調節絞り環にＦナンバーの指標が記されている場合や、光量調節絞り径を検出するポテンショメータ等の位置検出手段からの信号を利用してＦナンバーを算出する場合において、実効Ｆナンバーと指標あるいは信号から得たＦナンバーの値が異なることとなる。このような実効Ｆナンバーの変化によって焦点深度が変化するため、補助レンズ系離脱時と挿入時で同量のウォブリングレンズ群の振幅では正確な最良結像位置の検知が困難となり、あるいは出力画面上で像のボケが確認され、見苦しくなるという問題を有していた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、前記補助レンズ系の挿抜に関わらず、正確に最良結像位置の検知ができ、あるいはウォブリングの際出力画面上で像のボケを無くすことが可能となる撮影レンズ系及び撮影システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のように構成した撮影レンズ系及び撮影システムを提供するものである。
すなわち、本発明の撮影レンズ系は、物体側より順に、光量調節絞りと、結像作用を果たすリレーレンズ群と、該リレーレンズ群中に配された光軸方向に微小振幅駆動されるウォブリングレンズ群と、を有し、該リレーレンズ群中に補助レンズ系を挿入・離脱可能に構成して光学系全体の焦点距離を広角側に遷移させるようにした撮影レンズ系において、
前記補助レンズ系の前記リレーレンズ群中への挿入時と離脱時とにおける前記ウォブリングレンズ群の振幅量が、それぞれ異なる振幅量に設定可能に構成され、該補助レンズ系の挿入・離脱によって生じる実効Ｆナンバーの変化の影響を防止したことを特徴としている。
また、本発明の撮影レンズ系は、前記ウォブリングレンズ群の振幅量が、前記補助レンズ系より物体側に前記ウォブリングレンズ群を設けた場合において下記の条件式（１）を満足させ、前記補助レンズ系より像側に前記ウォブリングレンズ群を設けた場合において下記の条件式（２）を満足させることを特徴としている。
2005140872.tif 000003
2005140872.tif 000004
【０００９】
但し、
δ：撮影装置の交換に伴う許容錯乱円径の変化倍率。
Ｆ：前記補助レンズ系の挿抜に伴う実効Ｆナンバーの変化倍率。
Ｋ：前記補助レンズ系の挿抜に伴う焦点距離の遷移倍率。
ＷIN(OUT)：前記補助レンズ系挿入時（離脱時）の前記ウォブリングレンズ群の振幅。
また、本発明の撮影レンズ系は、前記物体側と光量調節絞りとの間において、該物体側から順に、第１レンズ群と、変倍時に移動する第２レンズ群と、変倍時の結像位置の移動を補正するための第３レンズ群と、を少なくとも有する構成を採ることができる。
また、本発明の撮影システムは、テレビカメラまたはビデオカメラ等の撮影装置に、上記したいずれかに記載の撮影レンズ系が交換可能に装着されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、前記補助レンズ系の挿抜に関わらず、正確に最良結像位置の検知ができ、あるいはウォブリングの際出力画面上で像のボケを無くすことが可能となる撮影レンズ系及び撮影システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態における撮影レンズ系を、図を用いて説明する。図１（Ａ）（Ｂ）、図２（Ａ）（Ｂ）に、本実施形態である光学系全体の焦点距離を広角側に遷移させる挿抜可能な補助レンズ系と、オートフォーカス機能を有する撮影レンズの光学的構成を示す。図１（Ａ）は本実施の形態（数値実施例１）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より物体側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図であり、図１（Ｂ）は本実施の形態（数値実施例２）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より物体側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図である。
また、図２（Ａ）は本実施の形態（数値実施例１）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より像側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図であり、、図２（Ｂ）は本実施の形態（数値実施例２）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より像側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図である。
【００１２】
これらの図において、物体側から順に、Ｉはフォーカスのための第１レンズ群、IIは変倍時に移動可能な第２レンズ群、III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、IVは結像作用を果たす第４レンズ群、Ｍはレンズを保持する部材、ＧＢは色分解プリズムなどのガラスブロック、ＩＧは撮像面、ＳＰは光量調節絞りである。第１レンズ群Ｉ及び第４レンズ群IVは変倍の際に固定である。また、第４レンズ群IVは、挿抜可能な補助レンズ系Ｅｘ群と、ウォブリングレンズ群Ｌ４１群と、補助レンズ系Ｅｘ群離脱時における前記ウォブリングレンズ群から像側の撮像面までのレンズ群Ｌ４２群、あるいは補助レンズ系Ｅｘ群挿入時における前記ウォブリングレンズ群から像側の撮像面までのレンズ群Ｌ４２Ｅｘ群を有して構成されている。
【００１３】
図１（Ｂ）は、補助レンズ系Ｅｘ群よりも物体側にウォブリングレンズ群Ｌ４１群を設けた撮影レンズ図１（Ａ）に補助レンズ系Ｅｘ群を挿入した時のものである。図２（Ｂ）は、補助レンズ系Ｅｘ群よりも物体側にウォブリングレンズ群Ｌ４１群を設けた撮影レンズ図２（Ａ）に補助レンズ系Ｅｘ群を挿入した時のものである。なお、本実施形態の撮影レンズは、不図示のテレビカメラ又はビデオカメラ（撮影装置）に交換可能に装着され、撮影システムを構成するものである。
【００１４】
本実施の形態の撮影レンズでは、Ｌ４１群を光軸方向にウォブリングさせて、撮像面上でオートフォーカスのための方向判別信号を得る。そして、この得られた信号をもとに、フォーカス群を駆動してベストピント状態とする。この時、結像面上でオートフォーカスのための方向判別信号を得るには、ウォブリングによって適度にバックフォーカスをずらす必要がある。
【００１５】
ここで、ウォブリングによるバックフォーカスのズレ量をΔｓｋ、Ｌ４１群の横倍率をβ１、Ｌ４２群あるいはＬ４２Ｅｘ群の横倍率をβ２、撮影装置の許容錯乱円径をσ、Ｅｘ群離脱時あるいは挿入時の実効ＦナンバーをＦＮＯとする。バックフォーカスのズレ量Δｓｋは、ウォブリングの際出力画面上で像がボケないことを考慮するため、焦点深度を目安としている。焦点深度は許容錯乱円径σと実効ＦナンバーＦＮＯに比例するので、ウォブリングレンズ群すなわちＬ４１群の振幅Δｘは概ね、つぎの条件式（３）で表される。
2005140872.tif 000005
【００１６】
条件式（１）の場合、すなわち補助レンズ系より物体側にウォブリングレンズ群を設けた場合、撮影装置の交換によって、許容錯乱円径σは交換前に対してδ倍変化する。また、補助レンズ系の挿入によって、実効ＦナンバーＦＮＯは挿入前に対してＦ倍変化する。また、補助レンズ系の挿入によって、Ｌ４２Ｅｘ群のβ２はＬ４２群のβ２に対してＫ倍されるので、（３）式より、補助レンズ系挿入時のウォブリングレンズ群の振幅は、離脱時に対して（δ・Ｆ・Ｋ−２）倍する。
【００１７】
また、条件式（２）の場合、すなわち補助レンズ系より像側にウォブリングレンズを設けた場合、撮影装置の交換によって、許容錯乱円径σは交換前に対してδ倍変化する。また、補助レンズ系の挿入によって、実効ＦナンバーＦＮＯは挿入前に対してＦ倍変化する。また、補助レンズ系の挿入によって、Ｌ４２Ｅｘ群のβ２はＬ４２群のβ２に対して変化しないので、（３）式より、補助レンズ系挿入時のウォブリングレンズ群の振幅は、離脱時に対して（δ・Ｆ）倍する。
【００１８】
図１（Ｂ）、図２（Ｂ）で示すように、補助レンズ系Ｅｘ群挿入時において、軸上光線は光量調節絞りで制限されず、レンズを保持する部材Ｍで制限されている。補助レンズ系の挿抜に伴う実効Ｆナンバーの変化倍率Ｆは、光学系の有効径等実効Ｆナンバーを決定する光線の制限状況によって異なるので、光学系によりそれぞれ異なる。実効Ｆナンバーを決定する光線を、レンズを保持する部材Ｍで適当に制限することによって、補助レンズ系より像側の光学系の小型軽量化が可能となる。また、実効Ｆナンバーを決定する光線を適当に制限して収差補正の範囲を狭めることによって、補助レンズ系の挿抜に関わらず良好な光学性能を維持することが可能となる。
【００１９】
以下、図１（Ａ）、図２（Ａ）に示した撮影レンズの数値実施例を表１に、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）に示した撮影レンズの数値実施例を表２に示す。また、図５〜図６には上記各数値実施例における広角端（Ａ）及び望遠端（Ｂ）での諸収差図を示す。
【００２０】
【表１】
2005140872.tif 000006
【００２１】
【表２】
2005140872.tif 000007
【００２２】
次に、上記各数値実施例の広角端に於ける条件式（１）〜（２）の値を表３にまとめて示す。
結像面上でオートフォーカスのための方向判別信号を得るには、ウォブリングによって適度にバックフォーカスをずらす必要がある。このとき、より正確に映像信号の山の勾配を検知する為に、なるべく大きな振幅で結像位置をずらす一方で、ウォブリングレンズ群の振幅駆動に起因して出力画面上で像のボケが確認されないように振幅を制限する必要がある。ここでは、ウォブリングレンズ群の振幅半幅で、バックフォーカスが焦点深度の１／２ずれるように設定する。例えば、放送用として一般的な２／３型カメラ（イメージサイズ：φ１１．０）では、許容錯乱円径は約０．０２１ｍｍであり、ＦナンバーがＦ／１．６のとき焦点深度は約０．０３４ｍｍとなる。これらの値は撮像素子のサイズや性能により異なる。例えば、１／２型カメラ（イメージサイズ：φ８．０）では、許容錯乱円径は約０．０１６ｍｍである。
ここでは、補助レンズ系の挿抜に関わらず、実効Ｆナンバーが光量調節絞りで制限されている場合として、補助レンズ系離脱時における実効ＦナンバーＦＮＯをＦ／４．０としている。また、実効Ｆナンバーが補助レンズ系の挿入時に光量調節絞りで制限されずレンズを保持する部材Ｍで制限されている場合として、補助レンズ系離脱時における実効ＦナンバーＦＮＯをＦ／１．６としている。
【００２３】
【表３】
2005140872.tif 000008
【００２４】
このように、光量調節絞りよりも像側の光学系にウォブリング群と挿抜可能な補助レンズ系とを別に有した光学系において、条件式（１）〜（２）を満足することにより、前記補助レンズ系の挿抜に関わらず、正確に最良結像位置の検知ができ、且つウォブリングの際出力画面上で像のボケが確認されない撮影レンズを実現することができる。
【００２５】
次に、数値実施例１〜２のズームレンズを撮影レンズ系として用いた撮影システム（テレビカメラシステム）の実施形態を、図４を用いて説明する。図４において、１２２はテレビカメラやビデオカメラ等のカメラ、１０１は数値実施例１〜２のズームレンズによって構成され、カメラ１２２に対して着脱可能なズームレンズである。また、１２１はズームレンズ１０１に装着されたドライブユニット（制御装置）である。また、ズームレンズ１０１とドライブユニット１２１によりズームレンズシステムが構成される。１２３は撮影システムである。
ズームレンズ１０１において、１０２はフォーカスのためのレンズユニットであり、１０３は変倍時に移動可能なレンズユニットであり、１０４は光量調節絞りであり、１０５は挿抜可能な補助レンズ群及びウォブリングレンズ群を含む結像作用を果たすレンズユニットである。
【００２６】
また、１０９、１１０、１１１は、各々のレンズユニット１０２、１０３、１０５を光軸方向に駆動するカムや送りねじ等の駆動機構である。尚、１０９、１１０、１１１は、ドライブユニット１２１による電動駆動が可能であるとともに、手動による駆動も可能である。
また、１１２〜１１５は、レンズユニット１０２、１０３、１０５及び光量調節絞り１０４を駆動するモータである。
また、１１６〜１１９はレンズユニット１０２、１０３、１０５及び光量調節絞り１０４の位置を検出するエンコーダやポテンショメータ、フォトセンサー等の位置検出器である。
また、カメラ１２２において、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はズームレンズ１０１によって形成される被写体像を受光するＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子である。
また、１０８，１２０はカメラ及びレンズの制御を司るＣＰＵ（図示せず）である。
【００２７】
このように、数値実施例１〜２の撮影レンズを、テレビカメラ等の撮影システムに適用することにより、ウォブリング駆動機構の簡素化や、正確な最良結像位置の検知や、ウォブリングの際出力画面上で像がボケないようにすることが可能な撮影システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（Ａ）は本発明の実施形態（数値実施例１）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より物体側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態（数値実施例２）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より物体側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は本発明の実施形態（数値実施例１）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より像側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図であり、（Ｂ）は本発明の実施形態（数値実施例２）のズームレンズにおいて、補助レンズ系より像側にウォブリングレンズ群を設けた場合の光学的構成を示す図である。
【図３】いわゆる山登り式オートフォーカス機能を有するズームレンズの光学的構成を示す図である。
【図４】本発明の数値実施例１及び数値実施例２によるズームレンズを、撮影レンズ系として用いた撮影システムの模式図である。
【図５】本発明の数値実施例１によるズームレンズの諸収差図である。
【図６】本発明の数値実施例２によるズームレンズの諸収差図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ｉ：第１レンズ群
II：第２レンズ群
III：第３レンズ群
IV：第４レンズ群
ＳＰ：光量調節絞り
Ｌ４１：ウォブリングレンズ群
Ｌ４２（Ｅｘ）：固定群
Ｅｘ：補助レンズ系
Ｍ：レンズを保持する部材
ＧＢ：ガラスブロック
ＩＧ：結像面
【図１】
2005140872.tif 000011
【図２】
2005140872.tif 000012
【図３】
2005140872.tif 000013
【図４】
2005140872.tif 000014
【図５】
2005140872.tif 000015
【図６】
2005140872.tif 000016