JP4773906B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、一般には、撮像装置に係り、特に、パン・チルト撮影が可能な撮像装置に関する。本発明は、例えば、連続した画像を撮像するビデオカメラに好適である。 The present invention generally relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus capable of pan / tilt imaging. The present invention is suitable for a video camera that captures continuous images, for example.
近年のデジタルビデオカメラやデジタルカメラなどの撮像装置の普及に伴って、かかる撮像装置は様々なシーンに適用されると共に、撮像の高品位化及び撮像装置の小型化がますます要求されている。例えば、デジタルビデオカメラは、店舗の天井などに備え付けられる監視用ビデオカメラとして使用されており、監視する被写体(被写界)に応じてパン・チルト動作を可能とする駆動機構を有する。このような駆動機構に関する技術は、特許文献1に開示されている。 With the recent spread of imaging devices such as digital video cameras and digital cameras, such imaging devices are applied to various scenes, and higher quality imaging and smaller imaging devices are increasingly required. For example, a digital video camera is used as a surveillance video camera provided on the ceiling of a store or the like, and has a drive mechanism that enables a pan / tilt operation according to a subject to be monitored (field of view). A technique related to such a drive mechanism is disclosed in Patent Document 1.
特許文献1は、監視用ビデオカメラに対して予め決めた撮像位置(監視ピント)における撮像条件(パン角度値、チルト角度値、ズーム倍率値)を設定する。そして、パン角度値及びチルト角度値から撮像位置に対する撮像素子上での電子ズーム切り出し位置の中心座標を演算すると共に、ズーム倍率値から現在の光学ズーム倍率値に対する電子ズーム倍率値を演算する。次いで、カメラ部を目的の撮像位置に切り換えて電子ズーム切り出し位置から電子ズーム処理し、この後、電子ズーム処理を相殺する方向でパン・チルト、光学ズームを駆動して、光学ズーム処理した画像を出力する。 Patent Document 1 sets imaging conditions (pan angle value, tilt angle value, zoom magnification value) at a predetermined imaging position (monitoring focus) for a surveillance video camera. Then, the center coordinate of the electronic zoom cutout position on the image sensor with respect to the imaging position is calculated from the pan angle value and the tilt angle value, and the electronic zoom magnification value for the current optical zoom magnification value is calculated from the zoom magnification value. Next, the camera unit is switched to the target imaging position and electronic zoom processing is performed from the electronic zoom cut-out position, and then pan / tilt and optical zoom are driven in a direction to cancel the electronic zoom processing, and the optical zoom processed image is displayed. Output.
また、本出願人は、被写体からの光を反射素子によって略90度方向に偏向して撮像素子に導く光学系を有する撮像装置において、反射素子(プリズム)の回転角度と対物レンズの回転角度との関係が2倍となるように構成したチルト機構を提案している。
しかしながら、特許文献1に開示された技術は、監視用ビデオカメラ用の技術である。例えば、特許文献1では、ドアの開閉を検知すると、予め設定した情報に基づき、電子ズームによってドア部分を拡大表示し、その後、初期位置から予め設定したパン位置及びチルト位置に向かってパン・チルト動作をしながら光学ズームを機能させる。これにより、徐々に電子ズームの倍率を低くして電子ズームを光学ズームで相殺し、最終的に光学ズームによって高画質の画像を得ることができる。但し、特許文献1は、監視用ビデオカメラに要求される仕様(即ち、目的の被写体を短時間に捉えること)を優先しており、撮像初期における電子ズームによる画像の劣化を考慮していない。更に、カメラの構造及び制御が異なるため、一般的なユーザーが使用するビデオカメラに適用することができない。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 is a technique for a surveillance video camera. For example, in Patent Document 1, when opening / closing of a door is detected, the door portion is enlarged and displayed by electronic zoom based on preset information, and then pan / tilt from an initial position toward a preset pan position and tilt position. Operate the optical zoom while operating. Thereby, the magnification of the electronic zoom is gradually lowered to cancel the electronic zoom with the optical zoom, and finally a high-quality image can be obtained by the optical zoom. However, Patent Document 1 gives priority to the specifications required for a surveillance video camera (that is, capture a target subject in a short time), and does not consider image degradation due to electronic zoom at the initial stage of imaging. Furthermore, since the structure and control of the camera are different, it cannot be applied to a video camera used by a general user.
一方、本出願人が提案するチルト機構は、画像の劣化を防止することはできるが、チルト機構の構成部品や駆動源を必要とするため、装置の大型化やコストアップを招いてしまう。 On the other hand, the tilt mechanism proposed by the present applicant can prevent image deterioration, but requires components and a drive source of the tilt mechanism, resulting in an increase in size and cost of the apparatus.
そこで、本発明は、画像の劣化、装置の大型化及びコストアップを招くことなく、パン・チルト撮影を実現することができる撮像装置を提供することを例示的目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of realizing pan / tilt imaging without causing image deterioration, apparatus enlargement, and cost increase.
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての撮像装置は、被写体を撮像する撮像装置であって、対物レンズと、前記対物レンズからの光を電気信号に変換する撮像面を有する撮像素子と、前記対物レンズからの光を偏向し、前記撮像素子に導光する反射素子と、前記反射素子を内包する鏡筒ユニットと、前記鏡筒ユニットを前記撮像素子の光軸周りに回動させる駆動機構と、前記鏡筒ユニット内に設けられたアイリス地板と、前記アイリス地板により固定されたステッピングモータと、前記ステッピングモータの駆動力を受けて回転する出力ギアと、前記出力ギアと結合し、前記鏡筒ユニット全体を回転可能に支持する支持部材と、を有し、第1の撮像時と、前記第1の撮像時から撮像方向を変更した第2の撮像時とにおいて、前記撮像面の前記電気信号を読み出す領域が異なることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to one aspect of the present invention is an imaging apparatus that images a subject, and includes an objective lens and an imaging surface that converts light from the objective lens into an electrical signal. An element, a reflection element that deflects light from the objective lens and guides the light to the imaging element, a lens barrel unit that includes the reflection element, and the lens barrel unit that rotates around the optical axis of the imaging element A drive mechanism that is coupled to the lens base unit, an iris base plate provided in the lens barrel unit, a stepping motor fixed by the iris base plate, an output gear that rotates by receiving the driving force of the stepping motor, and the output gear. has a support member for rotatably supporting the entire lens barrel unit, and when the first image pickup, in a time of the second imaging changing the imaging direction from the time the first imaging, the Wherein the region for reading the electrical signals of the image plane is different.
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。 Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
本発明によれば、画像の劣化、装置の大型化及びコストアップを招くことなく、パン・チルト撮影を実現することができる撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of realizing pan / tilt imaging without degrading an image, increasing the size of the apparatus, and increasing the cost.
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての撮像装置について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, an imaging apparatus according to an aspect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本発明の撮像装置1は、被写体を撮像する撮像装置であり、本実施形態では、デジタルビデオカメラとして具現化される。撮像装置1は、主要な構成要素として、図1に示すような反射型の光学系10を有する。ここで、図1は、撮像装置1が有する光学系10の構成を示す概略断面図である。 The imaging apparatus 1 of the present invention is an imaging apparatus that captures an image of a subject, and is embodied as a digital video camera in the present embodiment. The imaging apparatus 1 has a reflective optical system 10 as shown in FIG. 1 as a main component. Here, FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an optical system 10 included in the imaging apparatus 1.
図1を参照するに、101は、第1の光軸A上に位置する光学要素である対物レンズである。102は、対物レンズ101からの光を略90度折り曲げて(偏向して)後述する撮像素子106に導光する反射素子である。換言すれば、反射素子102は、第1の光軸Aを略90度折り曲げて(偏向して)第2の光軸Bに導く。ここで、第1の光軸Aとは、対物レンズ101の光軸であり、第2の光軸Bとは、後述する撮像レンズ105及び撮像素子106の光軸である。 Referring to FIG. 1, reference numeral 101 denotes an objective lens that is an optical element positioned on the first optical axis A. Reference numeral 102 denotes a reflecting element that bends (deflects) light from the objective lens 101 by approximately 90 degrees and guides the light to an imaging element 106 described later. In other words, the reflecting element 102 bends (deflects) the first optical axis A by approximately 90 degrees and guides it to the second optical axis B. Here, the first optical axis A is the optical axis of the objective lens 101, and the second optical axis B is the optical axes of the imaging lens 105 and the imaging element 106 described later.
反射素子102は、本実施形態では、プリズムであり、かかるプリズムの入射平面部102a及び射出平面部102bには第1の接合レンズ103及び第2の接合レンズ104が接着(固定)されている。即ち、第1の接合レンズ103は、対物レンズ101と反射素子102との間に位置し、第2の接合レンズ104は、反射素子102と撮像レンズ105との間に位置する。 In this embodiment, the reflecting element 102 is a prism, and the first cemented lens 103 and the second cemented lens 104 are bonded (fixed) to the incident plane portion 102a and the exit plane portion 102b of the prism. That is, the first cemented lens 103 is located between the objective lens 101 and the reflective element 102, and the second cemented lens 104 is located between the reflective element 102 and the imaging lens 105.
撮像レンズ105は、複数のレンズで構成されるレンズ群であり、第2の光軸B上に配置される。106は、対物レンズ101、第1の接合レンズ103、反射素子102、第2の接合レンズ104及び撮像レンズ105を通過した光を電気信号に変換する撮像面を有する撮像素子であり、第2の光軸B上に配置される。撮像素子106は、本実施形態では、CCDで構成される。 The imaging lens 105 is a lens group including a plurality of lenses, and is disposed on the second optical axis B. Reference numeral 106 denotes an image pickup element having an image pickup surface that converts light that has passed through the objective lens 101, the first cemented lens 103, the reflecting element 102, the second cemented lens 104, and the image pickup lens 105 into an electric signal. It is arranged on the optical axis B. In the present embodiment, the image sensor 106 is constituted by a CCD.
対物レンズ101を透過した光は、第1の接合レンズ103を介して反射素子102に入射され、反射素子102の反射面102cで偏向(反射)される。撮像素子102の反射面102cによって反射された光は、第2の接合レンズ104を透過し、更に、撮影レンズ105を通過して、撮像素子106上に結像される。 The light transmitted through the objective lens 101 is incident on the reflective element 102 via the first cemented lens 103 and deflected (reflected) by the reflective surface 102 c of the reflective element 102. The light reflected by the reflecting surface 102 c of the image sensor 102 passes through the second cemented lens 104, passes through the photographing lens 105, and forms an image on the image sensor 106.
図2は、図1に示す反射型の光学系10が組み込まれる鏡筒ユニット20の要部斜視図である。なお、鏡筒ユニット20は、後述するように、パンニング駆動用のパンニング駆動機構PMも内包する。 FIG. 2 is a perspective view of a main part of the barrel unit 20 in which the reflection type optical system 10 shown in FIG. 1 is incorporated. The lens barrel unit 20 also includes a panning drive mechanism PM for driving panning, as will be described later.
図2を参照するに、201は、鏡枠の一部を構成するCCDホルダーである。CCDホルダー201には、撮像素子106であるCCDが光学系10の結像面に配置されると共に、後述する鏡筒ユニット20の構成要素が内部に配置される。なお、対物レンズ101や反射素子(プリズム)102を内包するプリズムホルダー202が、フランジ部201aを介して、CCDホルダー201に配置される。プリズムホルダー202は、本実施形態では、図示しないネジ等によって、撮像素子106が配置された光学系10の結像面の反対側に固定される。 Referring to FIG. 2, reference numeral 201 denotes a CCD holder that constitutes a part of a lens frame. In the CCD holder 201, a CCD that is the image sensor 106 is disposed on the image plane of the optical system 10, and components of the lens barrel unit 20 described later are disposed inside. A prism holder 202 including the objective lens 101 and the reflective element (prism) 102 is disposed on the CCD holder 201 via the flange portion 201a. In the present embodiment, the prism holder 202 is fixed to the opposite side of the imaging surface of the optical system 10 on which the image sensor 106 is disposed by screws or the like (not shown).
203は、撮像レンズ105の一部を構成する2群レンズを内包する2群ホルダーである。なお、2群レンズは、撮影光学系の変倍機能を有するレンズ、所謂、バリエーターレンズである。2群ホルダー203は、第2の光軸Bに沿ってCCDホルダー201に固定された第1のガイドバー204aに摺動自在に支持されると共に、第2のガイドバー204bによって第1のガイドバー204a周りの回転を規制される。 Reference numeral 203 denotes a second group holder that contains a second group lens that forms part of the imaging lens 105. The second group lens is a so-called variator lens having a zooming function of the photographing optical system. The second group holder 203 is slidably supported by a first guide bar 204a fixed to the CCD holder 201 along the second optical axis B, and is also slidable by the second guide bar 204b. The rotation around 204a is restricted.
2群ホルダー203には、ラック205が取り付けられている。206は、2群ホルダー203を第2の光軸Bに沿って駆動するためのステッピングモーターである。ステッピングモーター206の出力軸には、リードスクリュー207が固定される。また、リードスクリュー207は、ネジを介して、ラック205と接続する。これにより、リードスクリュー207の回転に伴って、2群ホルダー203を第2の光軸Bに沿って移動(進退)させることができる。 A rack 205 is attached to the second group holder 203. Reference numeral 206 denotes a stepping motor for driving the second group holder 203 along the second optical axis B. A lead screw 207 is fixed to the output shaft of the stepping motor 206. Further, the lead screw 207 is connected to the rack 205 via a screw. Accordingly, the second group holder 203 can be moved (advanced / retracted) along the second optical axis B as the lead screw 207 rotates.
208は、撮像レンズ105の一部を構成する4群レンズを内包する4群ホルダーである。なお、4群レンズは、撮影光学系の補正機能を有するレンズ、所謂、コンペンセーターレンズである。4群ホルダー208は、2群ホルダー203と同様に、第1のガイドバー204a及び第2のガイドバー204bによって、第2の光軸Bに沿って摺動自在に支持される。また、4群ホルダー208には、図示しないラックが取り付けられている。これにより、2群ホルダー203と同様に、ステッピングモーター209の出力が、図示しないリードスクリューに伝達され、ラックの駆動によって、4群ホルダー208を第2の光軸Bに沿って移動(進退)させることができる。 Reference numeral 208 denotes a fourth group holder that includes a fourth group lens that forms part of the imaging lens 105. The fourth group lens is a so-called compensator lens having a correction function of the photographing optical system. Similar to the second group holder 203, the fourth group holder 208 is slidably supported along the second optical axis B by the first guide bar 204a and the second guide bar 204b. A rack (not shown) is attached to the fourth group holder 208. As a result, like the second group holder 203, the output of the stepping motor 209 is transmitted to a lead screw (not shown), and the fourth group holder 208 is moved (advanced / retracted) along the second optical axis B by driving the rack. be able to.
30は、対物レンズ101(撮像レンズ105)からの光の透過量(光量)を規制するアイリスユニットである。アイリスユニット30には、後述するパンニング駆動機構PMが一体的に取り付けられている。パンニング駆動機構PMは、鏡筒ユニット20を第2の光軸B周りに回転させ、撮像装置1のパンニング撮影を可能にする。 Reference numeral 30 denotes an iris unit that regulates a transmission amount (light quantity) of light from the objective lens 101 (imaging lens 105). A panning drive mechanism PM, which will be described later, is integrally attached to the iris unit 30. The panning drive mechanism PM rotates the lens barrel unit 20 around the second optical axis B to enable panning imaging of the imaging device 1.
図3は、パンニング駆動機構PMの構成を示す要部斜視図である。パンニング駆動機構PMは、アイリスユニット30の一部を構成する。パンニング駆動機構PMは、後述するように、鏡筒ユニット20を第2の光軸B周りに回動させる。 FIG. 3 is a perspective view showing a main part of the configuration of the panning drive mechanism PM. The panning drive mechanism PM constitutes a part of the iris unit 30. The panning drive mechanism PM rotates the lens barrel unit 20 around the second optical axis B as will be described later.
図3を参照するに、301は、アイリス地板であり、光軸(第2の光軸B)上に開口部301aを有する。図示しないアイリス羽根は、適正な露光が得られるように、開口部301aを遮蔽する。換言すれば、アイリス羽根は、対物レンズ101(撮像レンズ105)からの光の光量を制御する。また、開口部301aの奥に位置するレンズ受け部301cには、撮像レンズ105の一部を構成する3群レンズが固定される。 Referring to FIG. 3, reference numeral 301 denotes an iris base plate, which has an opening 301a on the optical axis (second optical axis B). An iris blade (not shown) shields the opening 301a so that appropriate exposure can be obtained. In other words, the iris blade controls the amount of light from the objective lens 101 (imaging lens 105). In addition, a third group lens constituting a part of the imaging lens 105 is fixed to the lens receiving portion 301c located in the back of the opening 301a.
302は、ステッピングモーターであり、図示しないネジによって、アイリス地板301に固定される。303は、ピニオンギアであり、ステッピングモーター302の出力軸302aに圧入される。 Reference numeral 302 denotes a stepping motor, which is fixed to the iris base plate 301 by screws (not shown). A pinion gear 303 is press-fitted into the output shaft 302 a of the stepping motor 302.
304は、第1の減速ギアであり、アイリス地板301の軸301bに回転可能に軸支される。なお、第1の減速ギア304の大ギア部304aは、ピニオンギア303と結合(ギア結合)する。 Reference numeral 304 denotes a first reduction gear that is rotatably supported on the shaft 301 b of the iris base plate 301. The large gear portion 304a of the first reduction gear 304 is coupled (gear coupled) with the pinion gear 303.
305は、中間地板である。中間地板305は、第1の減速ギア304がアイリス地板301に組み込まれた後、図示しないネジによってアイリス地板301に固定される。 Reference numeral 305 denotes an intermediate ground plane. The intermediate base plate 305 is fixed to the iris base plate 301 with screws (not shown) after the first reduction gear 304 is incorporated into the iris base plate 301.
306は、第2の減速ギアであり、中間地板305の支軸305aに回転可能に軸支される。第2の減速ギア306の大ギア部306aは、第1の減速ギア304の小ギア部304bと結合(ギア結合)する。 Reference numeral 306 denotes a second reduction gear, which is rotatably supported by a support shaft 305a of the intermediate base plate 305. The large gear portion 306a of the second reduction gear 306 is coupled (gear-coupled) with the small gear portion 304b of the first reduction gear 304.
307は、第3の減速ギアであり、中間地板305の支軸305bに回転可能に軸支される。第3の減速ギア307の大ギア部307aは、第2の減速ギア306の小ギア部306bと結合(ギア結合)する。 Reference numeral 307 denotes a third reduction gear that is rotatably supported on a support shaft 305b of the intermediate base plate 305. The large gear portion 307 a of the third reduction gear 307 is coupled (gear-coupled) with the small gear portion 306 b of the second reduction gear 306.
308は、出力ギアであり、中間地板305の支軸305cに回転可能に軸支される。出力ギア308のギア部308aは、第3の減速ギア307の小ギア部307bに結合(ギア結合)する。 Reference numeral 308 denotes an output gear that is rotatably supported on a support shaft 305c of the intermediate base plate 305. The gear portion 308 a of the output gear 308 is coupled (gear coupled) to the small gear portion 307 b of the third reduction gear 307.
309は、ギア押さえであり、上述した各減速ギア(第1乃至第3の減速ギア)が組み込まれた後、図示しないネジによってアイリス地板301に固定される。ギア押さえ309は、上述した各減速ギア(第1乃至第3の減速ギア)を回転可能に保持し、減速ギアユニットを構成する。 Reference numeral 309 denotes a gear presser, which is fixed to the iris base plate 301 with screws (not shown) after the above-described reduction gears (first to third reduction gears) are incorporated. The gear press 309 holds each of the reduction gears (first to third reduction gears) described above in a rotatable manner, and constitutes a reduction gear unit.
減速ギアユニットにおいて、ステッピングモーター302の回転は、上述した各減速ギア(第1乃至第3の減速ギア)に伝達され、最終的に出力ギア308に伝達される。この際、出力ギア308には、ステッピングモーター302の回転力が拡大して伝達される。なお、出力ギア308は、後述するように、その一部がCCDホルダー201の外周面から突出するように配置される。 In the reduction gear unit, the rotation of the stepping motor 302 is transmitted to each of the reduction gears (first to third reduction gears) described above, and is finally transmitted to the output gear 308. At this time, the rotational force of the stepping motor 302 is transmitted to the output gear 308 in an enlarged manner. The output gear 308 is arranged so that a part thereof protrudes from the outer peripheral surface of the CCD holder 201 as will be described later.
図4は、第1の減速ギア304、第2の減速ギア306、第3の減速ギア307及びアイリス羽根310a及び310bが組み込まれたパンニング駆動機構PMを示す要部斜視図である。 FIG. 4 is a main part perspective view showing the panning drive mechanism PM in which the first reduction gear 304, the second reduction gear 306, the third reduction gear 307, and the iris blades 310a and 310b are incorporated.
図4を参照するに、アイリス羽根310a及び310bは、上述したように、アイリス地板301の開口部301aを遮蔽する。311は、アイリス駆動用のアクチュエータである。アイリス羽根310a及び310bは、アイリス地板301の支持軸301bに回転可能に軸支され、また、アクチュエータ311の駆動軸311aが係合孔に摺動自在に係合する。従って、アイリス羽根310a及び310bは、アクチュエータ311の回転によって、アイリス地板301の開口部301aの開口量(開口率)を制御する(即ち、適正な露光を得る)ことができる。 Referring to FIG. 4, the iris blades 310a and 310b shield the opening 301a of the iris base plate 301 as described above. Reference numeral 311 denotes an iris driving actuator. The iris blades 310a and 310b are rotatably supported on the support shaft 301b of the iris base plate 301, and the drive shaft 311a of the actuator 311 is slidably engaged with the engagement hole. Therefore, the iris blades 310a and 310b can control the opening amount (opening ratio) of the opening 301a of the iris base plate 301 by rotating the actuator 311 (that is, obtain appropriate exposure).
312は、光の透過量(透過光量)を規制する半透過フィルムで構成されたNDフィルターである。NDフィルター312は、アイリス地板301の支持軸301dに回転可能に軸支される。また、NDフィルター312の係合孔312aは、アクチュエータ311の駆動軸311aに摺動自在に係合する。これにより、NDフィルター312は、アクチュエータ311の駆動に伴って、開口部301a、及び、アイリス羽根310a及び310bによって形成された開口に移動(進退)し、透過光量を制御することができる。 Reference numeral 312 denotes an ND filter composed of a semi-transmissive film that regulates the amount of transmitted light (transmitted light amount). The ND filter 312 is rotatably supported on the support shaft 301 d of the iris base plate 301. Further, the engagement hole 312 a of the ND filter 312 is slidably engaged with the drive shaft 311 a of the actuator 311. Thus, the ND filter 312 moves (advances and retreats) to the opening formed by the opening 301a and the iris blades 310a and 310b as the actuator 311 is driven, and can control the amount of transmitted light.
図5は、CCDホルダー201に組み込まれるパンニング駆動機構PMの構成要素(アイリスユニット30、2群ホルダー203及び4群ホルダー208など)を示す要部斜視図である。 FIG. 5 is a main part perspective view showing the components (the iris unit 30, the second group holder 203, the fourth group holder 208, etc.) of the panning drive mechanism PM incorporated in the CCD holder 201.
図5を参照するに、アイリスユニット30は、図示しないネジなどによってCCDホルダー201に固定される。また、2群ホルダー203及び4群ホルダー208は、第1のガイドバー204a及び第2のガイドバー205bによって、光軸方向に摺動自在に支持されている。 Referring to FIG. 5, the iris unit 30 is fixed to the CCD holder 201 with a screw or the like (not shown). The second group holder 203 and the fourth group holder 208 are supported by the first guide bar 204a and the second guide bar 205b so as to be slidable in the optical axis direction.
鏡筒ユニット20の全体をパンニングするために、ステッピングモーター302が回転すると、その駆動力が各減速ギア(第1乃至第3の減速ギア)に伝達され、出力ギア308に伝達される。出力ギア308は、上述したように、その一部がCCDホルダー201の外周面から突出するように配置されている。従って、パンニング駆動機構PMは、2群ホルダー203や4群ホルダー208の動作に影響を与えることなく、CCDホルダー201の内部に収納される。これにより、パンニング駆動機構PMの小型化を実現することができる。 When the stepping motor 302 rotates to pan the entire lens barrel unit 20, the driving force is transmitted to each reduction gear (first to third reduction gears) and to the output gear 308. As described above, the output gear 308 is disposed so that a part thereof protrudes from the outer peripheral surface of the CCD holder 201. Accordingly, the panning drive mechanism PM is housed inside the CCD holder 201 without affecting the operation of the second group holder 203 or the fourth group holder 208. Thereby, size reduction of the panning drive mechanism PM can be realized.
図6は、回転可能に支持された鏡筒ユニット20を示す要部斜視図である。図6を参照するに、313は、CCDカバーであり、鏡枠の他方を形成する。CCDカバー313は、CCDホルダー201の内部にパンニング駆動機構PMの構成要素を組み込んだ後、図示しないネジなどによってCCDホルダー201に固定される。 FIG. 6 is a perspective view showing a main part of the lens barrel unit 20 that is rotatably supported. Referring to FIG. 6, reference numeral 313 denotes a CCD cover, which forms the other side of the lens frame. The CCD cover 313 is fixed to the CCD holder 201 with screws or the like (not shown) after the components of the panning drive mechanism PM are incorporated into the CCD holder 201.
押さえ部材314及び支持部材315は、鏡筒ユニット20の全体を回転可能に支持する。支持部材315には、出力ギア308と結合(ギア結合)する内歯ギア315aが形成されている。これにより、鏡筒ユニット20の全体は、出力ギア308の回転に伴って、光軸周りに回転する。この結果、ユーザーが意図する構図となるように、パンニング撮影を行うことができる。 The holding member 314 and the support member 315 support the entire barrel unit 20 in a rotatable manner. The support member 315 is formed with an internal gear 315 a that is coupled (gear-coupled) with the output gear 308. As a result, the entire lens barrel unit 20 rotates around the optical axis as the output gear 308 rotates. As a result, panning photography can be performed so that the composition intended by the user is obtained.
次に、本発明の撮像装置1におけるチルト撮影に関して説明する。図7は、撮像装置1に用いられる撮像素子(CCD)106の撮像面ISを示す概略平面図である。図7において、IA1が通常撮影時(第1の撮影時)に使用される(即ち、電気信号を読み出す)領域(読み出し領域)であり、例えば、3:4のアスペクト比で構成される。 Next, the tilt shooting in the image pickup apparatus 1 of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic plan view showing the imaging surface IS of the imaging device (CCD) 106 used in the imaging device 1. In FIG. 7, IA1 is an area (reading area) that is used during normal imaging (at the time of first imaging) (that is, an electrical signal is read out), and has an aspect ratio of, for example, 3: 4.
例えば、撮像素子106の撮像面の画面サイズが1/2.5インチサイズの大きさであった場合、イメージサークルは概略φ7.1mmとなる。従って、3:4のアスペクト比の画面サイズであれば、通常撮影時に使用される撮像素子106の撮像面ISの長辺は5.68mm、通常撮影時に使用される撮像素子106の撮像面ISの短辺は4.26mmとなる。 For example, when the screen size of the image pickup surface of the image pickup element 106 is 1 / 2.5 inch size, the image circle is approximately φ7.1 mm. Therefore, if the screen size has an aspect ratio of 3: 4, the long side of the imaging surface IS of the imaging device 106 used during normal shooting is 5.68 mm, and the imaging surface IS of the imaging device 106 used during normal shooting is used. The short side is 4.26 mm.
但し、本実施形態における撮像素子106は、一辺の長さを5.68mmとする(即ち、通常撮影時に使用される撮像素子106の撮像面ISの長辺を一辺とする)正方形の撮像面ISを有する。通常撮像時は、上述したように、一辺の長さが5.68mmの撮像面において、領域IA1を使用し、3:4のアスペクト比の画面サイズで撮像される。従って、正方形の撮像面ISの上下には、第1の撮像時において使用されない領域(即ち、電気信号を読み出さない非読み出し領域)NIAa及びNIAbが存在する。領域NIAa及びNIAbの長辺は5.68mmであり、領域NIAa及びNIAbの短辺は0.71((5.68−4.26)/2)mmである。即ち、撮像素子106は、通常撮像時(第1の撮像時)において電気信号を読み出す領域IA1よりも大きい撮像面ISを有する。具体的には、撮像面ISは、撮像時において電気信号を読み出す領域IA1と、通常撮像時において電気信号を読み出さない領域NIAa及びNIAbとを含む。 However, the imaging element 106 in the present embodiment has a square imaging surface IS having a side length of 5.68 mm (that is, a long side of the imaging surface IS of the imaging element 106 used during normal imaging). Have At the time of normal imaging, as described above, the imaging is performed with the screen size of the aspect ratio of 3: 4 using the area IA1 on the imaging surface having a side length of 5.68 mm. Therefore, above and below the square imaging surface IS, there are areas NIAa and NIAb that are not used at the time of the first imaging (that is, non-reading areas where no electrical signal is read). The long sides of the regions NIAa and NIAb are 5.68 mm, and the short sides of the regions NIAa and NIAb are 0.71 ((5.68−4.26) / 2) mm. That is, the imaging element 106 has an imaging surface IS larger than the area IA1 from which an electrical signal is read out during normal imaging (first imaging). Specifically, the imaging surface IS includes an area IA1 from which an electrical signal is read during imaging, and areas NIAa and NIAb from which an electrical signal is not read during normal imaging.
本実施形態では、チルト撮影時(第2の撮影時)において領域NIAa及びNIAbを使用する。具体的には、通常撮影時(第1の撮像時)から撮像方向を上方向に変更したチルト撮像時(第2の撮像時)には、領域NIAaを含む3:4のアスペクト比の画面サイズの領域IA2aから電気信号を読み出す。一方、通常撮影時(第1の撮像時)から撮像方向を下方向に変更したチルト撮像時(第2の撮像時)には、領域NIAbを含む3:4のアスペクト比の画面サイズの領域IA2bから電気信号を読み出す。即ち、通常撮像時とチルト撮像時とにおいて、撮像面ISの電気信号を読み出す領域が異なる。 In the present embodiment, the areas NIAa and NIAb are used during tilt shooting (second shooting). Specifically, the screen size of the aspect ratio of 3: 4 including the area NIAa is obtained during tilt imaging (second imaging) in which the imaging direction is changed upward from the normal imaging (first imaging). The electrical signal is read from the area IA2a. On the other hand, in tilt imaging (second imaging) in which the imaging direction is changed downward from normal imaging (first imaging), an area IA2b having a screen size of 3: 4 including the area NIAb Read electrical signal from. That is, the area for reading the electrical signal on the imaging surface IS differs between normal imaging and tilt imaging.
また、正方形の撮像面ISを有する本実実施形態の撮像素子106のイメージサークルは、一辺を5.68mmとする正方形の対角線を直径とする円となり、その径はφ8.03mmである。従って、チルト撮影時において、領域IA2a又はIA2bから電気信号を読み出す場合、上部又は下部の隅の領域(即ち、イメージサークル外の領域)から電気信号を読み出すことができない。但し、かかる領域は極めて微少であるため無視することも可能であるが、より好適には前述撮影光学系を最初からイメージサークルφ8.03で設計しておくことにより光学性能を損なわない電子チルト機構を実現することが出来る。 In addition, the image circle of the image sensor 106 of the present embodiment having a square imaging surface IS is a circle whose diameter is a square diagonal line with a side of 5.68 mm, and the diameter is φ8.03 mm. Therefore, when an electrical signal is read from the area IA2a or IA2b during tilt shooting, the electrical signal cannot be read from the upper or lower corner area (that is, the area outside the image circle). However, since such a region is extremely small, it can be ignored. More preferably, an electronic tilt mechanism that does not impair optical performance by designing the above-described photographing optical system with an image circle φ8.03 from the beginning. Can be realized.
ここで、撮像装置1の光学系10の諸元を設定し、撮像装置1によるチルト撮影を具体的に説明する。まず、反射素子102であるプリズムを含む撮影光学系の焦点距離fが、以下の数式1で示される仕様であるとする。 Here, the specifications of the optical system 10 of the image pickup apparatus 1 are set, and tilt shooting by the image pickup apparatus 1 will be specifically described. First, it is assumed that the focal length f of the photographing optical system including the prism which is the reflecting element 102 is a specification expressed by the following formula 1.
ここで、括弧内の数字は、35mm銀塩フィルムを使用した場合の焦点距離fに換算した数値である。 Here, the number in parentheses is a numerical value converted into the focal length f when a 35 mm silver salt film is used.
従って、電子チルトできる角度を計算すると、ワイド時は以下の数式2で表され、テレ時は以下の数式3で表される。 Accordingly, when the angle at which the electronic tilt can be calculated, it is expressed by the following formula 2 when wide, and by the following formula 3 when tele.
例えば、3m先の被写体を撮像していると仮定し、それぞれの電子チルトにより被写体がどれだけ上下にチルトするかを算出する。3m先の被写体の大きさは、短辺LTW、長辺をLCWとすると、以下の数式4で表させる。 For example, assuming that a subject 3 m ahead is being imaged, how much the subject is tilted up and down by each electronic tilt is calculated. The size of the subject 3 m away is expressed by the following Equation 4 where the short side L TW and the long side are L CW .
従って、ワイド時において、6.33度の電子チルトをしたときの画面中心のズレ量δWは、以下の数式5で表される。 Accordingly, the shift amount δ W at the center of the screen when the electronic tilt of 6.33 degrees is performed in the wide mode is expressed by the following Equation 5.
数式5を参照するに、電子チルトにより被写体の短辺方向は、333/1997≒±16.7%だけ上下方向にチルトすることとなる。 Referring to Equation 5, the short side direction of the subject is tilted vertically by 333 / 1997≈ ± 16.7% due to electronic tilt.
同様に、テレ時において、3m先の被写体に対して電子チルトする場合を考える。3m先の被写体の大きさは、短辺LTT、長辺LCTとすると、以下の数式6で表させる。 Similarly, consider the case of electronic tilt with respect to a subject 3 meters away during tele. The size of the subject 3 m ahead is expressed by the following Equation 6 when the short side L TT and the long side L CT are set.
従って、テレ時において、1.34度の電子チルトをしたときの画面中心のズレ量δTは、以下の数式7で表される。 Therefore, when the telephoto, the deviation amount [delta] T of the center of the screen when the 1.34 degree of the electronic tilt is expressed by Equation 7 below.
数式7を参照するに、電子チルトにより被写体の短辺方向は、70.2/421≒±16.7%だけ上下方向にチルトすることとなる。これは、焦点距離fに関係なく被写体の上下方向±16.7%が電子チルトによって撮影可能であることを表している。また、かかる値は、被写体距離や焦点距離に関係なく一定の値である。 Referring to Expression 7, the short side direction of the subject is tilted up and down by 70.2 / 421≈ ± 16.7% by electronic tilt. This represents that the vertical direction ± 16.7% of the subject can be photographed by the electronic tilt regardless of the focal length f. Such a value is a constant value regardless of the subject distance and the focal length.
ここで、撮像レンズ105の焦点距離をf、被写体距離をdとすると、被写体の短辺方向の長さLTは、以下の数式8で表される。 Here, the focal length of the imaging lens 105 f, and an object distance is d, the length L T of the short-side direction of the object is expressed by the following Equation 8.
また、焦点距離がfのときの電子チルトが可能な角度θは、以下の数式9で表される。 Further, the angle θ at which the electronic tilt is possible when the focal length is f is expressed by the following Equation 9.
被写体距離での被写体中心のずれδは、以下の数式10で表される。 The deviation δ of the subject center at the subject distance is expressed by Equation 10 below.
従って、電子チルトが可能な領域ETは、以下の数式11で表される。 Accordingly, the region E T capable electronic tilt is expressed by the following equation 11.
これは、撮像素子106上での電子チルト可能領域と、被写体上での電子チルト可能領域が、被写体距離や、撮影レンズの焦点距離に関係なく一定であることをしている。 This means that the electronic tiltable area on the image sensor 106 and the electronic tiltable area on the subject are constant regardless of the subject distance and the focal length of the photographing lens.
このように、撮像装置1は、画像の劣化、装置の大型化及びコストアップを招くことなく、パン・チルト撮影を実現することができる。 As described above, the imaging apparatus 1 can realize pan / tilt imaging without causing image degradation, apparatus enlargement, and cost increase.
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、電子チルト撮影時には、その長辺方向が正方形の撮像面を有する撮像素子の一辺に等しくなるようにすることで、アスペクト比に応じた最高画質の被写体像を撮影することを可能とした。但し、撮像素子の撮像面を通常のアスペクト比と同じように構成し、電子チルト撮影時には、予め、電子ズームにより撮像素子の一部を用いた電気信号を読み込み、必要に応じて上下方向の余った撮像面の領域を用いてもよい。この場合、電子ズームにより、本来の撮影光学系の焦点距離よりも長焦点側での撮影となると共に、撮影に利用される撮像素子の領域が減少するため、撮像される画像の画質が劣化する。しかし、例えば、500万画素のCCDを用いてパン・チルトによる動画撮影を行う場合、VGA画質での撮影であれば、画質的には何ら問題とはならない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. For example, in this embodiment, at the time of electronic tilt shooting, a long-side direction is made equal to one side of an image sensor having a square imaging surface, thereby shooting a subject image with the highest image quality according to the aspect ratio. Made possible. However, the imaging surface of the image sensor is configured in the same way as the normal aspect ratio, and at the time of electronic tilt shooting, an electric signal using a part of the image sensor is read in advance by electronic zoom, and the vertical direction is left as necessary. An area of the image pickup surface may be used. In this case, the electronic zoom enables shooting at a longer focal point than the focal length of the original shooting optical system, and the area of the image sensor used for shooting is reduced, so that the image quality of the captured image is deteriorated. . However, for example, when shooting a moving image by pan / tilt using a CCD with 5 million pixels, there is no problem in terms of image quality if shooting is performed with VGA image quality.
1 撮像装置
10 光学系
101 対物レンズ
102 反射素子
102a 入射平面部
102b 射出平面部
102c 反射面
105 撮像レンズ
106 撮像素子
20 鏡筒ユニット
203 2群ホルダー
206 ステッピングモーター
207 リードスクリュー
208 4群ホルダー
209 ステッピングモーター
30 アイリスユニット
301 アイリス地板
301a 開口部
302 ステッピングモーター
303 ピニオンギア
304 第1の減速ギア
305 中間地板
306 第2の減速ギア
307 第3の減速ギア
308 出力ギア
309 押さえギア
310a及び310b アイリス羽根
311 アクチュエーター
312 NDフィルター
A 第1の光軸
B 第2の光軸
PM パンニング駆動機構
IS 撮像面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 10 Optical system 101 Objective lens 102 Reflective element 102a Incident plane part 102b Ejection plane part 102c Reflective surface 105 Imaging lens 106 Imaging element 20 Lens barrel unit 203 Second group holder 206 Stepping motor 207 Lead screw 208 Fourth group holder 209 Stepping motor 30 Iris unit 301 Iris base plate 301a Opening 302 Stepping motor 303 Pinion gear 304 First reduction gear 305 Intermediate base plate 306 Second reduction gear 307 Third reduction gear 308 Output gear 309 Holding gears 310a and 310b Iris blade 311 Actuator 312 ND filter A 1st optical axis B 2nd optical axis PM Panning drive mechanism IS Imaging surface
Claims (4)
対物レンズと、
前記対物レンズからの光を電気信号に変換する撮像面を有する撮像素子と、
前記対物レンズからの光を偏向し、前記撮像素子に導光する反射素子と、
前記反射素子を内包する鏡筒ユニットと、
前記鏡筒ユニットを前記撮像素子の光軸周りに回動させる駆動機構と、
前記鏡筒ユニット内に設けられたアイリス地板と、
前記アイリス地板により固定されたステッピングモータと、
前記ステッピングモータの駆動力を受けて回転する出力ギアと、
前記出力ギアと結合し、前記鏡筒ユニット全体を回転可能に支持する支持部材と、を有し、
第1の撮像時と、前記第1の撮像時から撮像方向を変更した第2の撮像時とにおいて、前記撮像面の前記電気信号を読み出す領域が異なることを特徴とする撮像装置。 An imaging device for imaging a subject,
An objective lens;
An imaging device having an imaging surface for converting light from the objective lens into an electrical signal;
A reflective element that deflects light from the objective lens and guides it to the imaging element;
A lens barrel unit containing the reflective element;
A drive mechanism for rotating the lens barrel unit around the optical axis of the image sensor ;
An iris base plate provided in the lens barrel unit;
A stepping motor fixed by the iris base plate;
An output gear that rotates in response to the driving force of the stepping motor;
A support member coupled to the output gear and rotatably supporting the lens barrel unit ;
An imaging apparatus, wherein a region for reading out the electrical signal on the imaging surface is different between the first imaging and the second imaging in which the imaging direction is changed from the first imaging.
前記第2の撮像時において前記電気信号を読み出す領域は、前記非読み出し領域を含むことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 The imaging surface includes a read area that reads the electrical signal during the first imaging, and a non-read area that does not read the electrical signal during the first imaging,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein an area from which the electrical signal is read out during the second imaging includes the non-readout area.
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