JPH04158330A - ビデオカメラの撮像レンズ系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はビデオカメラの撮像レンズ系に関し、特に、位
相格子型ローパスフィルタを用いたビデオカメラの撮像
レンズ系に関するものである。

（発明の背景） 単板式のビデオカメラでは、撮像素子の画素ピッチや色
分解フィルタのピッチと同程度の空間周波数を持つ被写
体を撮影するとモアレか生じるため、多くの場合、その
撮像光学系の中にローパスフィルタを組込んでこれを防
いでいる。

ローパスフィルタとしては、水晶を用いたものと、位相
格子板を用いたものとがある。水晶を用いたものはその
複屈折を利用して通過光束像を分離し、その２つの像の
位相変化を利用して所望のローパス効果を得る。第１０
図に示されるようにζ水晶を用いたローパスフィルタ２
１は、レンズ系２０とＣＣＤ　（撮像素子）３の間（Ｃ
ＣＤ３の直前）に置かれるのか一般的である。

一方、位相格子型ローパスフィルタは、例えば、特開昭
４８−５３７４２のようなものであり、格子を２次元と
すれば、２方向に異なったローパス特性を持たせること
もてきる。また、位相格子型ローパスフィルタを入れる
位置としては、単焦点レンスの場合、レンズの前側かレ
ンスと格子の間が考えられる。しかし、レンスと素子の
間に入れる場合、素子にはとんと密着する位の位置にフ
ィルタを配置しないと格子像か発生してしまため、格子
ピッチをかなり細くする必要があり、フィルタを作るの
が難しくなる。そこで一般的には、第１１図に示される
ように、位相格子型ローパスフィルタ３０は、レンズ系
２０の前側に置かれる。

また、ズームレンズ（主レンズ系の前側に変倍系がある
タイプ）では、特開昭１３３−１７６０７８のように位
相格子型ローパスフィルタは主レンズ系の前側の絞り付
近に置かれる。例えば、第１２図に示されるような、第
１群のレンズ４０．第２群のレンズ４１、　！３群のレ
ンズ４２．第４群のレンズ（主レンズ系）４３を有する
ズームレンズ系の場合、位相格子型ローパスフィルタ４
４は、第３群のレンズ４２と主レンズ系４３の間に置か
れる。

いずれの場合でも、位相格子型ローパスフィルターはア
フォーカルな位置（平行光束を受ける位置）に置かれて
おり、フィルタによるカットオフ周波数は、主レンズ系
の焦点距離（単焦点の場合はレンス全体の焦点距離）と
格子形状によりのみ定まる。

位相格子型ローパスフィルタによるＣＣＤ面上での像分
離幅は、間にレンズ系がない場合格子形状と格子からＣ
ＣＤ面までの距離で決まる（カットオフ周波数はＣＣＤ
面上の像分離幅によって定まるため、カットオフ周波数
を一定にすることは像分離幅を一定にすることである。

） 今、簡単のためにフィルタ断面が第８図に示すような三
角波状ものである場合を例にとると、像分離幅は、 δ−２Ｌｔａｎ　Ｅ　−２Ｌｔａｎｌ　（ｎ−１）θｌ
−・−（１）となる。但し、ｎは屈折率である。

したがって、フィルタからＣＣＤ面までの距離りに比例
することがわかる。一方、フィルタとＣＣＤ面の間にレ
ンズ系がある場合（第９図）には、角倍率（ｔａｎε’
／ｌａｎε）をγとおくと、δ−＝２　（ａ＋７ｂ）　
ｔａｎ　　（（ｎ−１，）θ）＝２　（ａ＋ｂ−ａｂ／
ｆ）　ｔａｎ　　（（ｎ−１）θ）・・・・・・（２） となる。但し、ａはフィルタからレンズ系の前側主平面
までの距離であり、ｂはレンズ系の後側主平面からＣＣ
Ｄ面までの距離てあり、ｆはレンス系の焦点距離である
。

ここで、レンズのない場合は、ｆ→閃とおくと、（２）
式はδ−２（ａ＋ｂ）　ｔａｎ　　ｆ（ｎ−１）θ）・
・・（３） であり、ａ十すかＬにほぼ等しいと考えれば、（３）式
は（１）式に等しい。また、ｂ−ｆとおくと、（２）式
は、 δ−２ｆｔａｎ　　ｆ（ｎ−１）θ）となり、δはフィ
ルタの格子形状とレンス系の焦点距離ｆのみに依存する
。すなわち、第１１図または第１２図のようにアフォー
カルな位置にフィルタを置いた場合に対応する。

ところが、ズームレンズ系や多焦点レンズ系（例えば、
２群ズーム）では、焦点距離か変化すると、レンズを常
にアフォーカルな位置に置いておくことかできす、カッ
トオフ周波数が固定されているフィルタの置き場所がな
い。

そのため、例えば、特開昭６３−２８７９２２のように
ズーム比が変化しても、なるべくカットオフ周波数が変
化しないようなフィルタの置き場所を１夫する提案かさ
れている。

（発明か解決しようとする課題） 上述した技術のうち、水晶フィルタを用いるものは、水
平や垂直、斜めと各方向に所望の特性のローパス特性を
得ようとすると、水晶板の枚数も増え、厚くもなる。水
晶板は高価なため、コスト的にも不利である上、光学系
のノ・ツクフォーカスを長くし、フィルタスペースを確
保しなければならす、設計の自由度か制限される。特に
、リヤコンバージョン方式の光学系では不利である。

これに対し、位相格子型ローパスフィルタを用いるもの
は省スペース化の点ては有利である。しかし、アフォー
カルな部分のない多焦点レンス系においては、一種類の
位相格子型ローパスフィルタたけて所望のカットオフ周
波数を得ることは事実上不可能であり、従来の技術では
、多焦点レンズ系への適用が困難であった。

本発明は上述のような問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、実用に耐える簡易な構成のローパスフ
ィルタ機構を備えた、焦点距離を変化させることが可能
な撮像レンズ系を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の代表的なものの概要は下記のとおりである。

すなわち、主レンズ系の後方にコンバージョンレンズを
追加する形式の２焦点撮像レンス系で、望遠（置Ｅ）の
ときと広角（ＷＩＤＥ）のときとで、異なる２種類のロ
ーパスフィルタを切換えて用いるものである。

また、屈折力の符号の異なる２つのレンズ系を光軸方向
に動かして焦点距離を変化させる２群ズームレンズ系で
、焦点距離に応じて何種類かのローパスフィルタを切換
えて用いるものである。

（作用） 状況に応じてローパスフィルタの特性を切換えるため、
常に、ＣＣＤの撮像面における光学的特性を一定または
それに近いものとすることができる。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

実施例１ 第１図および第２図は本発明をリヤコンバージョン方式
のレンス系に適用した場合の構成例を示す図であり、第
１図は主レンズ系のみの場合を示し、第２図はりャコン
ハーションレンスを介在させた場合を示す。

ＷＩＤＥのとき（第１図）には、主レンズ系２のみを使
って撮影が行われ、このときにはローパスフィルタ１が
用いられる。

一方、置Ｅのとき（第２図）には、ます、フィルタ１か
退避して主レンズ系２か前へ移動する。

主レンズ系２の後方には、リャコンハージョンレンス系
５がフィルタ４とともに入り込み、焦点距離が変化し、
ローパス効果もローパスフィルタ４により得られる。

このように、２つの焦点距離に対して特性の異る光学的
ローパスフィルタを選択的に用いるため、カットオフ周
波数はＣＣＤ３や色フィルタの特性に合わせて２つの焦
点距離で同一に設定できる。

また、このような構成では、リヤにコンバージョンレン
ズの出し入れの機構がくるため、よほとバックフォーカ
スを長くしておかないと、水晶フィルタを入れるスペー
スを確保てきない。ゆえに、水晶フィルタを用いるより
も、位相格子型ローパスフィルタを使った方がレンズ基
の小型化のためには有利である。

機構的にはリヤコンバージョンレンズとフィルタ４を一
本化しており、フィルタ１もレンズの移動により退避す
るようになっているめ、簡単なもので済んでいる。これ
により、低コスト省スペース化か可能である。

実施例２ 第３図、第４図、第５図は本発明をズームレンズ系に適
用した場合の構成例を示す図であり、第３図および第４
図はそれぞれズーム比を変えた場合の形態を示し、第５
図はローパスフィルタの切換え機構の一例を示す。

第１群のレンズ基ｊＯは全体て負の屈折力を持つレンズ
系であり、第２群のレンズ基１１は全体て正の屈折力を
持つレンズ基である。これらの２つのレンズ基か光軸方
向にＷＩＤＥの位置から置Ｈの位置の間を移動すると、
焦点距離か連続的に変化する。

位相格子型ローパスフィルタ１２か置かれている位置は
アフォーカルな位置ではないため、ＣＣＤＢ上でのカッ
トオフ周波数を一定とするためには、位相格子型ローパ
スフィルタ１２の特性も連続的に変化させなければなら
ない。

しかし、フィルタの特性は形状によって決定されるため
、一種類のフィルタでは対応できない。

そこで、第５図のように、例えば３種類の特性の異るフ
ィルタＡ、Ｂ、Ｃを扇状の部材１Ｂ内に組込んで用意し
ておき、その焦点距離に応じて最も適したフィルタを選
択して使い分ければよい。このような切換えは、例えば
、予めズーム比の可変範囲内に複数のしきい値を設定し
ておき、そのしきい値を基準として、ズーム比に連動さ
せてＣＰＵ制御により扇状の部材１６を、回転軸１５を
中心として段階的に回転させるとによって行う。

今、第６図のようにレンズの厚みを無視して第１群のレ
ンズ基５０の焦点距離を一４０ｍｍ（ｆｌ）。

第２群のレンズ基５２の焦点距離を２０ｍｍ　（ｆ　２
）　。

フィルタ５１からＣＣＤ面までの距離をＬｌ、（−４０
ｍｍ（ｃｏｎｓｔ））とする。ここで、第１群と第２群
との距離Ｌ２が４０ｍｍから２０＋ｎｍまで変化したと
すると、第７図のような結果が得られる。

第７図中、δ／δ０て表されているのは、Ｌ２＝　４０
ｍｍでの分離幅δ−δＯを“１”とした場合の比である
。

計算はレンズ基の厚みを無視しているため、実際の光学
系にそのままあてはまるとは言えないが、大体の傾向は
このようなものである。フィルタのプリズム角θを変化
させれば、δも変化するのでθを異ならせたフィルタを
数種用意しておけば、実用上δの誤差は吸収できる。

例えば、Ｌ２−４０においてδ−６０を与える。

プリズム角をθ−００とすると、 Ｌ２−３０において、 ｔａｎｌ（ｎ−１）θ１１　　＝　ｔａｎ（（ｎ−１）
θ０１／１．０４４Ｌ２−２０において、 １ａｎ（（ｎ−１）θ　２１　−　ｊａｎ（（ｎ　−１
）θ０１／１．１２５なるブリスム角θ−６１，θ２の
フィルタをθ＝００の他に用意して使い分けると、δの
誤差は最大でも数％以内である。

また、誤差か大きく実用上無視てきない場合は、ス−ム
レ＞　ス装置Ｅ、ＭＩＤ、ＷＩＤＥ　ノ３　ｆＪ所テノ
み固定される３焦点のレンズ系として用い、それぞれで
専用のフィルタを用いるようにすればよい。

また、スペース的に余裕があれば、フィルタの光軸方向
の位置を移動させ、Ｌｌの値を変えることでも誤差を吸
収できる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、以下の効果を得る
ことができる。

（１）焦点距離か変化する光学系でアフォーカルな部分
が無い光学系においても、特性の異なる位相格子型ロー
パスフィルタを切換えて使うことにより、所望のローパ
ス効果を得ることができる。

（２）さらに、水晶フィルタの代わりに位相格子型ロー
パスフィルタを用いることにより、フランジバックを短
くてきるため、設３１の自由度が増し、小型化される。

また、厚みを厚くすることなく、縦横両方向にローパス
効果が得られ、また、モールド成型等により水晶フィル
タよりも部品単価か低く、コストダウンに寄与する。

（３）リャコンハーションレンスと位相格子型フィルタ
とを一体化したり、扇状の部材に種類の異なるフィルタ
を組み込み、段階的に回転させる切換え方式を採用した
りする工夫により、実用に耐える簡易な構成のローパス
フィルタ機構を備えた、焦点距離を変化させることが可
能な撮像レンズ系を提供できる。

（４）これらにより、ビデオカメラやスチルビデオカメ
ラの画像品位の低下を防止しつつ高機能化を図ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明をリアコンバージョン方式
のレンズ系に適用した場合の構成例を示す図であり、第
１図は主レンズ系のみの場合を示し、第２図はりャコン
ハーンヨンレンスを介在させた場合を示し、 第３図、第４図、第５図は本発明をズームレンス系に適
用した場合の構成例を示す図であり、第３図、第４図は
それぞれズーム比を変えた場合の形態を示し、第５図は
ローパスフィルタの切換え機構の一例を示し、 第６図および第７図は本発明のレンズ系の特性の試算結
果を説明するための図、 第８図および第９図はフィルタかアフォーカルな位置に
置かれた場合のフィルタの特性を説明するための図、 第１Ｏ図、第１１図、第１２図は従来例の構成を示す図
である。 １．４・・位相格子型ローパスフィルタ２・・・主レン
ズ系　　　　３・・・ＣＣＤ５・・・リャコンハージョ
ンレンス系 １０・・・第１群のレンズ系 ］１・・第２群のレンズ系 １６・・・扇状の部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）焦点距離を変化させることができる撮像レンズ系
   において、焦点距離に応じて数種の光学的ローパスフィ
   ルタを切換えて利用することを特徴とするビデオカメラ
   の撮像レンズ系。
2. （２）主レンズ系の後方にコンバージョンレンズを追加
   する形式の２焦点撮像レンズ系において、 望遠のときと広角のときとで異なる２種類のローパスフ
   ィルタを切換えて用いることを特徴とするビデオカメラ
   の撮像レンズ系。
3. （３）正の屈折力を持つ第１のレンズ系と、負の屈折力
   を持つ第２のレンズ系とを有し、一つの焦点距離を第１
   のレンズ系だけで得、もう一つの焦点距離を第１のレン
   ズ系の後方に第２のレンズ系を追加することで得るリヤ
   コンバージョンレンズ式２焦点レンズ系において、第１
   のレンズ系たけで焦点距離を得るとき には、その前方に第１の光学的ローパスフィルタを置き
   、 第２のレンズ系を追加するときには、第２のレンズ系の
   前方の第１のレンズ系と第２のレンズ系との中間の位置
   に配置されるように第２のレンズ系と一体として動く、
   前記第１の光学的ローパスフィルタとは別の光学的特徴
   を持った第２の光学的ローパスフィルタを置くとともに
   、前記第１の光学的ローパスフィルタを退避することを
   特徴とするビデオカメラの撮像レンズ系。
4. （４）屈折力の符号の異なる２つのレンズ系を光軸方向
   に動かして焦点距離を変化させる２群ズーム撮像系にお
   いて、焦点距離に応じて何種類かのローパスフィルタを
   切換えて用いることを特徴とするビデオカメラの撮像レ
   ンズ系。
5. （５）正または負の屈折力を持つ第１のレンズ系と、第
   １とは逆の屈折力を持つ第２のレンズ系を光軸方向に移
   動させて焦点距離を変化させる２群ズーム系において、
   特性の異なる複数の光学的ローパスフイルタを取り付け
   た部材をズーム比と連動して段階的に移動させることに
   より、光学的ローパスフィルタを切換えることを特徴と
   するビデオカメラの撮像レンズ系。
6. （６）ズーム比の可変範囲中に複数のしきい値を設け、
   このしきい値を基準として、前記特性の異なる複数の光
   学的ローパスフィルタを取り付けた部材を段階的に移動
   させ、光学的ローパスフィルタを切換えることを特徴と
   する請求項５記載のビデオカメラの撮像レンズ系。