JP3610097B2

JP3610097B2 - 撮影装置

Info

Publication number: JP3610097B2
Application number: JP22318794A
Authority: JP
Inventors: 秀夫横田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JPH0888798A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は圧縮画像を記録するビデオカメラなどの撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３に示すアナモフィックコンバーターはシリンドリカルレンズよりなり水平方向にのみ屈折力を有するコンバーターである。
【０００３】
この様なコンバーターを主撮影系の前に配することにより水平方向の結像倍率を変換し、画像を圧縮して撮影することができる。
【０００４】
アナモフィックレンズにおいて任意の撮影位置から被写体が移動すると図１４のように水平方向のみアナモフィックコンバーターの屈折作用をうけ、主光学系に対する物体位置（以下２次物点と呼ぶ）が水平方向Ｏ′と垂直方向Ｏ″でずれΔＯを生じてしまう。ここで被写体位置Ｏと垂直方向の２次物点Ｏ″のずれはアナモフィックコンバーターの光軸上の厚みによるシフトで、アナモフィックコンバーターの屈折力には無関係である。２次物点に水平方向と垂直方向のずれを生じているので、主撮影系による像も水平方向Ｉ′と垂直方向Ｉ″にずれΔＩを生じ、主撮影系のフォーカッシングでは、水平方向又は垂直方向のみ焦点位置が合うだけで、水平・垂直の焦点を合致することはできない。
【０００５】
これを解決するためには、特公昭４８−２４０４８号公報に記載されている様に、垂直方向を主光学系のフォーカッシングで合焦し、水平方向をアナモフィックコンバーターのレンズを移動して合焦し、水平・垂直両方向の焦点を合致させる方法が示されている。これを図１５で表す。また、水平・垂直方向の焦点位置を常に一致させながら撮影を行うためには主撮影系の合焦機構とアナモフィックレンズの合焦機構が機械的に連動する一体型が特公昭４８−２４０４８号公報に提案されている。また手動式の合焦機構を有するアナモフィックコンバーターを装着した場合は、被写体位置に応じて前記の様に主光学系の合焦とアナモフィックコンバーターの合焦を随時行い、水平・垂直方向の焦点位置を一致させている。また主撮影系の合焦レンズの位置に基づいてアナモフィックレンズの合焦レンズを連動させて合焦を行う提案が特開平３−２５４０７号公報に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例において、撮影時にアナモフィックレンズの合焦レンズを無限遠から至近距離まで駆動すると、アナモフィックレンズによる水平方向と垂直方向の結像倍率の比である所謂アナモフィック比が変化してしまい、再生時に至近距離又は無限遠において像が歪んでしまい不自然な画像となってしまう欠点があった。本発明は自然な画像を得ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、対物光学系と撮像素子とアナモフィックレンズ群と被写体距離を検知する被写体距離検知手段と、被写体距離情報に基づき撮像素子の水平走査方向の画像信号を変換制御する撮像信号制御手段を備えることにより、被写体距離によるアナモフィック比の変動を電子的に画像信号を変換することにより補正することが可能な撮影装置を提供することができる。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の第１の実施例を描いており、アナモフィックレンズ１００と撮影レンズ２００が一体になった光学系を使用している。
【０００９】
１０２は、アナモフィックレンズ１００を構成し、フォーカスのために移動するシリンドリカルレンズ。１０１は、アナモフィックレンズ１００を構成するための固定のシリンドリカルレンズ。２０１〜２０４はリヤーフォーカス方式のズーム撮影レンズを構成するレンズ群で、２０２は変倍作用をするバリエータレンズ、２０４は変倍による焦点位置のズレと被写体の移動による焦点位置のズレを補正するコンペンセータとフォーカスを兼ねるレンズ（以下、フォーカスレンズと言う）である。３０１は、ＣＣＤなどの撮像素子。３０２は、撮像素子３０１で光電変換された信号をアナモフィックレンズ１００に関するアナモ（アナモフィック）比情報に基づき水平走査方向に制御補正し、テレビジョン規格の映像信号に変換する撮像信号制御回路。３０３は、被写体距離よりアナモ比を算出する情報（データーテーブルＩ）を記憶する記憶装置Ａ。３０４は、撮像信号制御回路３０２よりの映像信号により光学系の合焦状態を判別するＡＦ状態判別回路。３０５は、撮影レンズ１００のズーム動作を制御し、かつバリエータ２０２の位置とフォーカスレンズ２０４の位置から被写体距離を算出する撮影レンズ制御回路。３０６は、バリエータレンズ２０２の位置とフォーカスレンズ２０４の位置とから焦点距離を算出する情報（データーテーブルＩＩＩ）を記憶する記憶装置Ｃ。３０７はシリンドリカルレンズ１０２を駆動制御するアナモ（アナモフィック）レンズ制御回路。３０８は、被写体情報からアナモフィックレンズ１０２の駆動を制御するための（データーテーブルＩＩ）を記憶した記憶装置Ｂ。３０９は、アナモレンズ制御回路３０７よりの駆動電圧を駆動電流に変換するドライバー。３１０はシリンドリカルレンズ１０２を駆動するアクチュエーター。３１５は、バリエーターレンズ２０２の位置に基づきフォーカスレンズ２０４の移動を制御するリアフォーカスズームレンズで使用される公知の情報（データーテーブルＩＶ）を記憶する記憶装置Ｄ。３１１と３１３は撮影レンズ制御回路よりの制御電圧を電圧−電流変換器にて駆動電流に変換する各ドライバー。３１２はバリエータ２０２を駆動するアクチュエーター。３１４はフォーカスレンズ２０４を駆動するアクチュエーター。
【００１０】
今、ｆ_１Ｚを負のシリンドリカルレンズ１０１の水平断面の焦点距離、ｆ_２Ｚを正の屈折力のシリンドリカルレンズ１０２の水平断面の焦点距離とすると、アナモフィックレンズ１００の主平面間隔ｄは、被写体が無限遠の場合
ｄ＝ｆ_１Ｚ＋ｆ_２Ｚ …（１）
となる。被写体が近距離に来ると、撮影レンズに対する物点が水平方向と垂直方向で一致しなければならないので、図３のアナモフィックレンズに関して物点Ｏ_１と像点Ｉ_１が一致しなければならない。そのためには次式を満たさなくてはならない。
【００１１】
Ｓ_１＝Ｓ_３′＋ｄ′ …（２）
但しＳ_１は、シリンドリカルレンズ１０１の物体側主平面から物体までの距離、Ｓ_１′はシリンドリカルレンズ１０１の像側主平面から像点までの距離、Ｓ_３はシリンドリカルレンズ１０２の物体側主平面から物点までの距離、Ｓ_３′はシリンドリカルレンズ１０２の像側主平面から像点までの距離、ｄ′はこのときのアナモフィックレンズの主平面間隔で、
１／Ｓ_１′−１／Ｓ_１＝１／ｆ_１Ｚ …（３）
Ｓ_２＝Ｓ_１′−ｄ′ …（４）
１／Ｓ_２′−１／Ｓ_２＝１／ｆ_２Ｚ …（５）
が成り立つ。
【００１２】
これによりシリンドリカルレンズ１０２の駆動量Δｄが
Δｄ＝ｄ′−ｄ …（６）
と求められる。Δｄ＜０の場合、シリンドリカルレンズ１０２を物体側に駆動することを表す。
【００１３】
シリンドリカルレンズ１０１、１０２は撮影至近距離でアナモ比αが例えば０．７５（＝α_０）となるように構成されている。
【００１４】
但し、α＝β_ｚ／β_ｙ …（７）
で、β_ｚは水平方向のアナモフィックレンズの結像倍率で、
β_ｚ＝Ｓ_１′／Ｓ_１×Ｓ_２′／Ｓ_２ …（８）
β_ｙは垂直方向のアナモフィックレンズの結像倍率である。
【００１５】
β_ｙ＝１ …（９）
被写体距離が無限遠の場合のアナモ比は、
α＝｜ｆ_１Ｚ／ｆ_２Ｚ｜ …（１０）
で表される。例えばｆ_１Ｚを−６８．３ｍｍ、ｆ_２Ｚを１００ｍｍとしたときアナモ比は、アナモフィックレンズの駆動と共に変化し、図２のＬａで示す曲線のようになる。
【００１６】
アナモ比０．７５は、テレビジョンのアスペクト比が現在の４：３の映像をハイビジョンと同じ１６：９に変換するときの比率である。
【００１７】
次に図１の装置の動作を説明する。尚、図１１は動作を表すフローチャート、（Ａ）は撮影レンズ制御回路の動作に関するフローチャート、（Ｂ）はアナモレンズ制御回路の動作に関するフローチャート、（Ｃ）は撮像信号制御回路の動作フローチャートである。電源が投入されると撮像レンズ制御回路３０５とアナモレンズ制御回路３０７はバリエーターレンズ２０２、フォーカスレンズ２０４、シリンドリカルレンズ１０２を所定の初期位置にセットし、撮影可能状態となる。
【００１８】
撮影可能状態において、ＡＦ状態判別回路３０４は映像信号に基づきピント面維持、前ピン・後ピンなどの調節の判断を行い（ステップ４０１）、このＡＦ判断情報を撮像レンズ制御回路３０５に供給する。
【００１９】
撮像レンズ制御回路３０５はＡＦ判断情報（ステップ４０２）、バリエーターレンズの位置検出結果（ステップ４０３）に基づきフォーカスレンズ２０４の駆動量を算出し（ステップ４０４）て駆動するための駆動信号を発生し、ドライバー３１３にて駆動パルス等の制御信号を発生し、ステッピングモーター等のアクチュエーター３１４を駆動しフォーカスレンズ２０４を駆動する（ステップ４０５）。
【００２０】
また撮影レンズ制御回路３０５は、フォーカスレンズ２０４の位置をアクチュエーター３１４を構成する不図示のエンコーダーにより検出し、バリエーターレンズ２０２の位置をアクチュエーター３１２を構成する不図示のエンコーダーにより検出し（ステップ４０３）、バリエーターレンズ２０２とフォーカスレンズ２０４の検出した位置とデーターテーブルＩＩＩから被写体距離を算出し（ステップ４０７）、被写体距離情報をアナモフィックレンズ制御回路３０７と撮像信号制御回路３０２に供給する（ステップ４０８、４０９）。
【００２１】
アナモレンズ制御回路３０７は被写体距離情報を受信し（ステップ４１０）、データーテーブルＩＩからシリンドリカルレンズ１０２の位置を決定し、シリンドリカルレンズ１０２を駆動するための駆動信号を発生し、ドライバー３０９にて駆動パルス等の制御信号を発生し、アクチュエーター３１０を駆動しシリンドリカルレンズ１０２を駆動する（ステップ４１２）。
【００２２】
撮像信号制御回路３０２は、検出した被写体距離情報（ステップ４１３）とデーターテーブルＩにより撮影状態のアナモ比αを算出し（ステップ４１４）、アナモ比αと設定アナモ比α_０との比ｍに基づいて画像信号の読み出しを制御し、水平方向に伸張した映像信号を出力する（ステップ４１５〜４１９）。
【００２３】
この点、図４において詳細に説明する。いまシリンドリカルレンズ１０１、１０２の水平方向の焦点距離をそれぞれ−６８．３ｍｍと１００ｍｍとすると、被写体距離が５ｍでの撮影状態のアナモ比は式（２）〜（９）より０．６９となり、ｍ＝０．９２となる。
【００２４】
正常な画像を出力するためには画像を走査方向に伸張率１．０８７（＝１／ｍ）倍で拡大しなければならないので、撮像信号制御回路３０２は、１走査線のｎ個の画像データーをラインメモリーに取り込み（ａ）、そのうち中心部のｎ×０．９２個の画像データーを抽出し（ｂ）、足りない画像データーを内挿補間し、再びｎ個のデータを生成し（ｃ）、その画像データーをテレビジョン規格の映像信号に変換する。これにより画像を走査方向に伸張することができる。
【００２５】
出力に使用される撮像素子の範囲を模式的に図５に示す。
【００２６】
本実施例では、正の屈折力を有するシリンドリカルレンズをフォーカスのために駆動したが、負の屈折力を有するシリンドリカルレンズを駆動する様にしても良い。また各データーテーブルをそれぞれ記憶装置に記憶しているが、それより少ない数の記憶装置にまとめて記憶しても良い。
【００２７】
撮影レンズは、リアフォーカスズームレンズでなくても良く、例えば前玉フォーカスズームレンズの場合は、バリエーターレンズの位置に基づきフォーカスレンズの移動を制御するための情報が必要なくバリエーター、フォーカスレンズを独立で駆動することが可能となり、単焦点の撮影レンズの場合は、撮影レンズの駆動系はフォーカスに関するものだけで良い。
【００２８】
本実施例においては、撮影レンズを構成するレンズの位置から被写体距離を算出したが、被写体までの距離を直接測定する手段を備えていても構わない。
【００２９】
図６はアナモフィックレンズをコンバートした別の実施例を示す。図において、図１と同等の構成部材には同一の番号を付している。
【００３０】
コンバーターは、撮影至近距離で所定のアナモ比α_０になっているシリンドリカルレンズ１０１、１０２と、シリンドリカルレンズ１０２を軸方向に駆動制御するアナモレンズ制御回路３０７と、被写体情報からシリンドリカルレンズ１０２の駆動を制御するための情報（データーテーブルＩＩ）を記憶した記憶装置Ｂ３０８と、アナモレンズ制御回路３０７よりの駆動電圧を駆動電流に変換するドライバー３０７、シリンドリカルレンズ１０２を駆動するアクチュエーターとから構成されている。コンバーターと撮影レンズ２０１〜２０４を含む本体との間の情報の通信は接点３１７を通して行われ、撮影レンズ制御回路３０５がコンバーターを装置しているかどうかを判断し、コンバーターを装着している場合はスイッチ３１６がＯＮ状態となり、シリンドリカルレンズ１０２、バリエーター２０２、フォーカスレンズ２０４が所定の位置にセットされ、また被写体距離情報が撮像信号制御回路３０２に供給され、前記実施例に示したのと同様に画像信号を走査方向に伸張して撮影を行い、コンバーターを装着していないときはスイッチ３１６がＯＦＦ状態となり装置は通常の撮影を行う。
【００３１】
図１１は動作を表すフローチャートで、（Ａ）は撮影レンズ制御回路の動作に関するフローチャート、（Ｂ）はアナモレンズ制御回路の動作フローチャート、（Ｃ）は撮像信号制御回路のフローチャートである。
【００３２】
この例においてアナモレンズ制御回路３０７と記憶装置Ａ３０８をコンバーター側に設けたが、これらを撮影レンズ側に設けて駆動電圧を接点３１７を介してコンバーター内のドライバー３０９に供給する構成でも良いし、アナモレンズ制御回路３０７が撮影レンズ側にあり、コンバーター内の記憶装置Ａ３０８の情報を接点３１７を通して読み込み、シリンドリカルレンズの駆動量を算出し、駆動電圧を接点３１７を介してコンバーター内のドライバー３０９に供給する構成でも良い。
【００３３】
次の実施例においては、アナモフィックレンズが無限撮影距離において、例えば０．７５のアナモ比α_０になっている場合で、構成は図６で示した実施例と同じである為、図６を援用する。
【００３４】
この構成の場合も実施例１の所で説明した物像関係が成り立つが、無限遠物点において上記アナモ比となっているので、例えばｆ_１Ｚを−７５ｍｍ、ｆ_２Ｚを１００ｍｍとしたときの被写体距離によるアナモ比の変動は図２のＬｂの曲線のようになる。
【００３５】
シリンドリカルレンズを含むアナモフィックコンバーターが装着されていないときには撮影レンズを含む本体のスイッチ３１６がＯＦＦ状態となり、通常の撮影が行われる。アナモフィックコンバーターが装着されると撮影レンズ制御回路３０５がコンバーターを装着していると判断し、スイッチ３１６がＯＮ状態となる。スイッチ３１６がＯＮ状態になると、シリンドリカルレンズ１０２、バリエーター２０２、フォーカスレンズ２０４が所定の例えばワイド端無限被写体撮影位置にセットされ、撮像画像信号は所定の倍率γだけ電子的に拡大される。
【００３６】
撮像素子の走査線がｍ本、走査線上のデーター数がｎ個の撮像素子のとき、画像の電子的な拡大は垂直方向に関しては図７に描くように、走査線の内ｍ×１／γ本を抽出し、抽出した走査線の複数の走査線のデーターから内挿補間により再びｍ本の走査線を生成し、水平方向に関しては垂直方向に拡大して生成されたそれぞれの走査線において、実施例１で図４に示したのと同様の方法で、走査線上のｎ個のデーターからｎ×１／γ個のデーターを抽出し、抽出したデーターの複数のデーターから内挿補間により再びｎ個のデーターを生成することにより実現できる。
【００３７】
前述した倍率γは、無限遠被写体に対するアナモ比をα∞、至近被写体に対するアナモ比をα近とすると、
【００３８】
【外１】

となる。ｆ_１Ｚを−７５ｍｍ、ｆ_２Ｚを１００ｍｍとしたとき、
【００３９】
【外２】

α近＝０．８１
であるから、
γ＝１．０８
となり、１．０８倍だけ画像を拡大する。
【００４０】
被写体が至近側に来るとアナモ比が所望のアナモ比よりも大きくなるので、走査線の伸張率をγから１に近づけるように制御する。
【００４１】
この実施例において、出力に使用される撮像素子の範囲を模式的に図８に示す。
【００４２】
図１２は本実施例の動作を表すフローチャートで、（Ａ）は撮影レンズ制御回路のフォーカスに関するフローチャート、（Ｂ）はアナモレンズ制御回路の動作フローチャート、（Ｃ）は撮像信号制御回路のフローチャートである。
【００４３】
以上説明した実施例においては、撮影距離が至近距離のときに撮像素子の走査方向を全て使用するように設定したが、故意に画像信号の一部を抽出して使用する状態においてもフォーカスに応じて走査方向の伸張率を変化させることにより同様の作用を得ることができる。この場合に使用される撮像素子の範囲を図９に示す。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したようにアナモフィックレンズを含む撮影装置において、移動する被写体の距離に合わせて画像を撮像素子の走査方向に電子的に制御することにより、どの被写体距離においても所定のアナモフィック比で圧縮された画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を表す図。
【図２】フォーカスによるアナモフィック比の変動を表す図。
【図３】アナモフィックレンズのフォーカスを説明する図。
【図４】水平走査方向の画像の拡大を説明する図。
【図５】実施例１における撮像範囲を説明する図。
【図６】本発明の第２の実施例を表す図。
【図７】垂直走査方向の画像の拡大を説明する図。
【図８】実施例３における撮像範囲を説明する図。
【図９】故意に画像の一部を拡大したときに本発明を適用した場合の撮像範囲を説明する図。
【図１０】実施例１におけるフローチャート図。
【図１１】実施例２におけるフローチャート図。
【図１２】実施例３におけるフローチャート図。
【図１３】無限遠物体に対するアナモフィックレンズを有する光学系の光路図。
【図１４】有限距離物体に対するアナモフィックレンズを有する光学系のフォーカスする前の光路図。
【図１５】有限距離物体に対するアナモフィックレンズを有する光学系のフォーカスした後の光路図。
【符号の説明】
１００アナモフィックレンズ
２００撮影レンズ
３０１撮像素子
３０２撮像信号制御回路
３０３記憶装置Ａ
３０４ＡＦ状態判別回路
３０５撮像レンズ制御回路
３０６記憶装置Ｃ
３０７アナモレンズ制御回路
３０８記憶装置Ｂ

Claims

対物光学系と撮像手段と前記対物光学系の物体側に置かれた水平方向と垂直方向の結像倍率を異なる結像倍率に変換するアナモフィックレンズ群と前記対物光学系のフォーカスのためのフォーカスレンズ群の位置に基づいてアナモフィックレンズ群を制御する制御手段と被写体の距離を検知する被写体距離検知手段と前記撮像手段より得られる信号を制御する撮像信号制御手段と前記被写体距離の情報に応じて撮像信号の制御を補正する撮像信号制御補正手段を具備することを特徴とする撮影装置。
対物光学系と撮像手段と前記対物光学系の物体側に置かれた水平方向と垂直方向の結像倍率を異なる結像倍率に変換するアナモフィックレンズ群と前記対物光学系のフォーカスのためのフォーカスレンズ群の位置に基づいてアナモフィックレンズ群を制御する制御手段と被写体の距離を検知する被写体距離検知手段と前記撮像手段より得られる信号を制御する撮像信号制御手段と前記被写体距離よりそのときの前記アナモフィックレンズ群の結像倍率を得るアナモフィック結像倍率算出手段とアナモフィック結像倍率の情報に応じて撮像信号の制御を補正する撮像信号制御補正手段を具備することを特徴とする撮影装置。
前記撮像信号制御補正手段は撮像信号を前記撮像素子の走査方向に伸縮変換補正することを特徴とする前記特許請求項１又は２の撮影装置。