JP2008064822A - ピント状態検出機能を有するカメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】光分割手段としてハーフミラーを用いた場合であっても良好な撮影性能を得ることができるようにする。
【解決手段】撮影レンズのうち少なくとも1枚のレンズ要素をハーフミラー10の後ろ側に配置する。かつ、後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または撮影用撮像素子33を含むハーフミラー10より後ろ側の構成要素全体を、ハーフミラー10よりも前側のレンズ要素の光軸Z1に対して偏芯した状態で配置する。ハーフミラー10を配置したことによる光軸ずれが生じたとしても、カメラ本体側では、そのずれが補正される。これにより、光分割手段としてハーフミラー10を用いた場合であっても良好な撮影性能を得ることができる。
【選択図】図1
【解決手段】撮影レンズのうち少なくとも1枚のレンズ要素をハーフミラー10の後ろ側に配置する。かつ、後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または撮影用撮像素子33を含むハーフミラー10より後ろ側の構成要素全体を、ハーフミラー10よりも前側のレンズ要素の光軸Z1に対して偏芯した状態で配置する。ハーフミラー10を配置したことによる光軸ずれが生じたとしても、カメラ本体側では、そのずれが補正される。これにより、光分割手段としてハーフミラー10を用いた場合であっても良好な撮影性能を得ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば撮影レンズのオートフォーカス制御に利用されるピント状態検出機能を有するカメラに関する。
家庭用ビデオカメラなどにおけるオートフォーカスの方式はコントラスト方式によるものが一般的である。このコントラスト方式は、撮像素子から得られた映像信号(輝度信号)のうちある範囲(フォーカスエリア)内の映像信号の高域周波数成分を積算して焦点評価値とし、その焦点評価値が最大となるようにピント調整を自動で行うものである。これによって、撮像素子で撮像された画像の鮮鋭度(コントラスト)が最大となる最良ピント(合焦)が得られる。
しかしながら、このコントラスト方式は、フォーカスレンズを動かしながら最良ピントを探す、いわゆる山登り方式であるため、合焦に対する反応速度が遅いという欠点がある。そこで、このようなコントラスト方式の欠点を解消するために、光路長の異なる位置に配置された複数の撮像素子を用いて撮影レンズのピント状態を検出する方法が提案されている(特許文献1参照)。この検出方法は、通常の撮影用の撮像素子に対して共役な位置と、その前後等距離の位置との3つの位置にそれぞれピント状態検出用の撮像素子を配設し、各ピント状態検出用の撮像素子から得られる映像信号から焦点評価値を求めて、その大小関係を比較することにより、通常の撮影用の撮像素子の受光面におけるピント状態を検出するものである。また、撮影用の撮像素子に対して共役な位置にはピント状態検出用の撮像素子を置かず、その前後等距離の位置の2つにのみピント状態検出用の撮像素子を配設して、ピント状態を検出することもできる。この複数の撮像素子を用いて撮影レンズのピント状態を検出する方法によれば、合焦か否かを判断できるだけでなく、合焦位置に対して前側にピント状態があるか後ろ側にあるかも判断できるため、合焦に対する反応速度も速いという利点がある。
ところで、放送カメラ用のズームレンズなどには、内部にリレーレンズ系を有しエクステンダ光学系を挿入可能にしたものがある。特許文献1では、撮影レンズ内のリレーレンズ系に光分割手段としてハーフミラーを配置して被写体光を分割し、そのハーフミラーで透過した一方の光を撮影用被写体光とし、反射した他方の光をピント状態検出用被写体光として各ピント状態検出用の撮像素子に導く方式が提案されている。図22に、そのハーフミラーの配置例を示す。ハーフミラー10は、図示しない撮影レンズの光軸Z1上に、例えば傾斜角度θ=45で配置される。
特開2002−365517号公報
しかしながら、ハーフミラー10によって被写体光を分割する方式の場合、図22に示したように、撮影レンズの光軸Z1に対してハーフミラー10の後ろ側の光軸Z2がYdだけずれてしまい、撮影側(カメラ本体側)では、そのずれYdに応じた収差が発生してしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光分割手段としてハーフミラーを用いた場合であっても良好な撮影性能を得ることができるピント状態検出機能を有するカメラを提供することにある。
本発明によるピント状態検出機能を有するカメラは、複数のレンズを有する撮影レンズと、撮影レンズの光路上に配置され、撮影レンズを通過する被写体光を透過光と反射光とに分割し、透過光を撮影用被写体光とし、反射光をピント状態検出用被写体光とするハーフミラーと、撮影用被写体光が入射する撮影用撮像素子を含むカメラ本体と、ピント状態検出用被写体光が入射するピント状態検出用撮像素子を含み、ピント状態検出用撮像素子で撮像された画像に基づいて撮影レンズのピント状態を検出するピント状態検出装置とを備え、撮影レンズのうち少なくとも1枚のレンズ要素が、ハーフミラーの後ろ側に配置されているものである、そして、後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または撮影用撮像素子を含むハーフミラーより後ろ側の構成要素全体が、ハーフミラーよりも前側のレンズ要素の光軸に対して偏芯した状態で配置されているものである。
本発明によるカメラでは、ハーフミラーの後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または撮影用撮像素子を含むハーフミラーより後ろ側の構成要素全体が、ハーフミラーよりも前側のレンズ要素の光軸に対して偏芯した状態で配置される。これにより、ハーフミラーを配置したことによる光軸ずれが生じたとしても、撮影側(カメラ本体側)では、そのずれが補正され、ハーフミラーを用いた場合であっても良好な撮影性能が得られる。
本発明によるカメラにおいて、後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、またはハーフミラーより後ろ側の構成要素全体が、ハーフミラーによって生ずる光軸のずれに対応する方向に偏芯して配置されていることが好ましい。
これにより、光軸ずれが確実に補正される。
これにより、光軸ずれが確実に補正される。
また、本発明によるカメラにおいて、カメラ本体は、撮影用被写体光を複数の色光に分解する色分解用光学系を含むカメラ本体側光学系と、複数の色光に分解された撮影用被写体光が入射する複数の撮影用撮像素子とを有していても良い。そして、撮影レンズの後ろ側のレンズ要素、カメラ本体側光学系、および複数の撮影用撮像素子を含むハーフミラーより後ろ側の構成要素全体が偏芯した状態で配置されていても良い。
これにより、色分解用光学系がある場合であっても光軸ずれが補正される。
これにより、色分解用光学系がある場合であっても光軸ずれが補正される。
また、本発明によるカメラにおいて、撮影レンズは、複数のレンズを有するリレー光学系を含み、リレー光学系の内部にハーフミラーが配置されていても良い。
また、本発明によるカメラにおいて、ピント状態検出装置は、検出されたピント状態に基づいて撮影レンズをオートフォーカス制御する機能を有していても良い。
本発明のピント状態検出機能を有するカメラによれば、撮影レンズのうち少なくとも1枚のレンズ要素をハーフミラーの後ろ側に配置し、かつ、後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または撮影用撮像素子を含むハーフミラーより後ろ側の構成要素全体を、ハーフミラーよりも前側のレンズ要素の光軸に対して偏芯した状態で配置するようにしたので、ハーフミラーを配置したことによる光軸ずれが生じたとしても、カメラ本体側では、そのずれが補正される。これにより、光分割手段としてハーフミラーを用いた場合であっても良好な撮影性能を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図2は、本発明の一実施の形態に係るカメラのシステム構成例を示している。図1(A),図1(B),図1(C)は、このシステムの要部構成を示している。このシステムは、例えばテレビカメラシステムとして用いられる。このカメラシステムは、撮影レンズ20と、この撮影レンズ20の光路上に配置され、撮影レンズ20を通過する被写体光を透過光と反射光とに分割し、透過光を撮影用被写体光とし、反射光をピント状態検出用被写体光とするハーフミラー10とを備えている。このカメラシステムはまた、ハーフミラー10を透過した撮影用被写体光が入射するカメラ本体30と、ハーフミラー10を反射したピント状態検出用被写体光に基づいて撮影レンズ20のピント状態を検出するピント状態検出装置100とを備えている。撮影レンズ20は、その後端部にレンズ側マウントが設けられており、このレンズ側マウントをカメラ本体30の先端面に設けられたカメラ側マウントに取り付けることにより、カメラ本体30に装着される。
図2は、本発明の一実施の形態に係るカメラのシステム構成例を示している。図1(A),図1(B),図1(C)は、このシステムの要部構成を示している。このシステムは、例えばテレビカメラシステムとして用いられる。このカメラシステムは、撮影レンズ20と、この撮影レンズ20の光路上に配置され、撮影レンズ20を通過する被写体光を透過光と反射光とに分割し、透過光を撮影用被写体光とし、反射光をピント状態検出用被写体光とするハーフミラー10とを備えている。このカメラシステムはまた、ハーフミラー10を透過した撮影用被写体光が入射するカメラ本体30と、ハーフミラー10を反射したピント状態検出用被写体光に基づいて撮影レンズ20のピント状態を検出するピント状態検出装置100とを備えている。撮影レンズ20は、その後端部にレンズ側マウントが設けられており、このレンズ側マウントをカメラ本体30の先端面に設けられたカメラ側マウントに取り付けることにより、カメラ本体30に装着される。
カメラ本体30は、撮影用撮像素子33と、この撮影用撮像素子33よりも物体側に設けられたカメラ本体側光学系31とを有している。カメラ本体側光学系31は、色分解光学系を含んでいる。色分解光学系は、カメラ本体30に入射した撮影用被写体光を、例えば赤色光、緑色光、および青色光の3色に分解するものである。この場合、撮影用撮像素子33は各色ごとに設けられる。なお、図2では、カメラ本体側光学系31を等価的に撮影レンズ20の光軸Z1上に展開して簡略化して図示し、また撮影用撮像素子33を1つのみ図示している。
図3は、カメラ本体側光学系31の構成例を示している。カメラ本体側光学系31は、色分解光学系としての色分解プリズム34R,34G,34Bと、色分解プリズム34R,34G,34Bの出射端面に設けられたトリミングフィルタ35R,35G,35Bと、色分解プリズム34R,34G,34Bの入射側に設けられた各種フィルタ38とを有している。色分解プリズム34Bには、青色光を反射する青色用反射ダイクロイック膜36が設けられている。色分解プリズム34Rには、赤色光を反射する赤色用反射ダイクロイック膜37が設けられている。色分解プリズム34R,34G,34Bの出射端側にはそれぞれ、各色用の撮影用撮像素子33R,33G,33Bが配置される。カメラ本体側光学系31に入射した撮影用被写体光は、各種フィルタ38を介して色分解プリズム34Bに入射する。色分解プリズム34Bは、青色用反射ダイクロイック膜36で反射された青色光を青色用の撮影用撮像素子33Bに向けて出射する。青色用反射ダイクロイック膜36を透過した光のうち、赤色光は色分解プリズム34Rの赤色用反射ダイクロイック膜37で反射され、赤色用の撮影用撮像素子33Rに入射する。赤色用反射ダイクロイック膜37を透過した光である緑色光は、色分解プリズム34Gに入射する。色分解プリズム34Gは、緑色光を緑色用の撮影用撮像素子33Gに向けて出射する。
撮影レンズ20は、例えばズームレンズで構成されている。撮影レンズ20は例えば、光軸Z1に沿って物体側から順に、フォーカス調整を行うためのフォーカス群21、変倍のために移動する変倍群22、変倍に伴う像面変動を補正する補正群23、開口絞りStおよびリレー光学系24を備えている。フォーカス群21は、フォーカスの際に固定の固定群21Aと、フォーカスの際に移動する移動群21Bとを有している。リレー光学系24は、前側リレーレンズ群24Aと後側リレーレンズ群24Bとを有している。後側リレーレンズ群24Bは、1または2以上のレンズを有している。ハーフミラー10は、リレー光学系24の内部において、前側リレーレンズ群24Aと後側リレーレンズ群24Bとの間に、例えば傾斜角度θ=45°で配置されている。従って、ハーフミラー10の後ろ側には、少なくとも1枚のレンズが配置されることになる。なお、本実施の形態では、以下、図1(A),図1(B),図1(C)を参照して説明するように、特にハーフミラー10よりも後ろ側の構成部分の配置に特徴があり、撮影レンズ20の基本構成自体は特に限定されるものではない。
本実施の形態では、撮影レンズ20におけるハーフミラー10の後ろ側のレンズ要素(後側リレーレンズ群24B)の少なくとも1枚、または撮影用撮像素子33を含むハーフミラー10より後ろ側の構成要素全体が、ハーフミラー10よりも前側のレンズ要素(フォーカス群21、変倍群22、補正群23、および前側リレーレンズ群24A)の光軸Z1に対して偏芯した状態で配置されている。なお、図2ではこの偏芯状態の図示を省略しているが、図1(A),図1(B),図1(C)に偏芯の態様の具体例を示す。
図1(A)は偏芯の第1の態様を示している。図1(A)の態様では、ハーフミラー10より後ろ側の構成要素全体、すなわち後側リレーレンズ群24、カメラ本体側光学系31、および撮影用撮像素子33が全体として、撮影レンズ20の前側の光軸Z1に対して偏芯した状態で配置されている。図1(A)では、ハーフミラー10より後ろ側での光軸をZ2として示す。図1(B)は第2の態様を示しており、撮影レンズ20におけるハーフミラー10の後ろ側のレンズ要素全体(後側リレーレンズ群24B)が、撮影レンズ20の前側の光軸Z1に対して偏芯した状態で配置されている。図1(B)の態様では、カメラ本体側光学系31および撮影用撮像素子33は前側の光軸Z1に対して偏芯していない。図1(C)は第3の態様を示しており、ハーフミラー10の後ろ側のレンズ要素(後側リレーレンズ群24B)の一部のみが、撮影レンズ20の前側の光軸Z1に対して偏芯した状態で配置されている。図1(C)の態様において、偏芯させるレンズ要素は撮影レンズ20の構成に応じて、1または2枚以上のレンズである。また、これらの態様において、偏芯の方向は、ハーフミラー10によって生ずる光軸のずれ(図22参照)に対応する方向である。また、偏芯させる量は、図1(A)の態様では、ハーフミラー10によって生ずる光軸のずれ量Ydに対応する値である。図1(B),図1(C)の態様では、ハーフミラー10を挿入したことによる収差の発生量が少なくなるよう、撮影レンズ20のレンズ構成に応じて適宜最適化された値である。
ピント状態検出装置100は、撮影レンズ20のピント状態を検出して撮影レンズ20をオートフォーカス制御する機能を有している。ピント状態検出装置100は、ハーフミラー10によって反射されたピント状態検出用被写体光が入射するピント状態検出用レンズ群11と、このピント状態検出用レンズ群11の出射側に設けられ、ピント状態検出用被写体光を互いに異なる3つの方向に分割する光分割プリズム12と、光分割プリズム12の3つの出射端側に設けられたピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cとを備えている。ピント状態検出用レンズ群11は、撮影レンズ20の前側の光軸Z1に対して、ハーフミラー10によって略90°曲げられた光軸Z3上に配置されている。ピント状態検出用レンズ群11は、撮影レンズ20におけるハーフミラー10の後ろ側のレンズ要素(後側リレーレンズ群24B)と同様のレンズ構成となっている。
図4は、ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cに入射する被写体光の光軸(各撮像素子の光軸)を同一直線上に示したものである。図4に示すように、第1のピント状態検出用撮像素子32Aに入射する被写体光の光路長は、第2のピント状態検出用撮像素子32Bに入射する被写体光の光路長よりも距離2dだけ短く設定され、第3のピント状態検出用撮像素子32Cに入射する被写体光の光路長は、その中間の長さとなるように設定されている。また、第3のピント状態検出用撮像素子32Cの撮像面は、カメラ本体30側の撮影用撮像素子33の撮像面と共役の関係となるように設定されている。従って、第1および第2のピント状態検出用撮像素子32A、32Bは、それぞれ等価的に、撮影用撮像素子33の撮像面(ピント面)に対して前後等距離の位置に配置されている。
このように、第1および第2のピント状態検出用撮像素子32A、32Bは、それぞれ撮影用撮像素子33の撮像面(ピント面)に対して前後等距離の位置で被写体像を撮像する。また、第3のピント状態検出用撮像素子32Cは、撮影用撮像素子33の撮像面(ピント面)と等価な位置で被写体像を撮像する。なお、ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cはカラー映像を撮像するものである必要はなく、本実施の形態では白黒画像を撮像するCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等であるものとする。
ピント状態検出装置100はまた、フォーカスレンズ駆動部40と、フォーカスレンズ位置検出器50と、信号処理部60とを有している。信号処理部60は、ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cによって得られたピント状態検出用の画像を処理してオートフォーカス制御機能を実現するためのものである。
図5は、信号処理部60の具体的な構成例を示している。信号処理部60には、ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cからの撮像信号が入力される。信号処理部60は、後述のように各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cから取得した撮像信号に基づいて撮影レンズ20のピント状態を検出するようになっている。そして、後述するように、検出したピント状態に基づいてフォーカスレンズ駆動部40に制御信号を出力し、撮影レンズ20のフォーカスをオートフォーカス制御するようになっている。
信号処理部60は、図5に示すように、各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cから取得した撮像信号に所定の信号処理を施すための回路として、ハイパスフィルタ(HPF)70A,70B,70Cと、A/D(アナログ/デジタル)変換器72A,72B,72Cと、ゲート回路74A,74B,74Cと、加算器76A、76B,76Cとを有している。信号処理部60はまた、同期信号発生回路78と、CPU61とを有している。信号処理部60はまた、フォーカスレンズ位置検出器50からの検出信号をアナログ/デジタル変換してCPU61に出力するA/D変換器62と、CPU61からフォーカスレンズ駆動部40への制御信号をデジタル/アナログ変換するD/A変換器63とを有している。
フォーカスレンズ駆動部40は、撮影レンズ20におけるフォーカス群21を移動させるフォーカスモータと、このフォーカスモータを駆動するフォーカスモータ駆動回路とを有している。
次に、以上のように構成されたカメラシステムの作用および動作を説明する。
撮影レンズ20の先端から入射した被写体光は、撮影レンズ20内に配置されたハーフミラー10によって撮影用被写体光とピント状態検出用被写体光とに分割される。撮影用被写体光は、カメラ本体30に入射される。カメラ本体30に入射した撮影用被写体光は、カメラ本体側光学系31内の色分解プリズム34R,34G,34B(図3)によって赤色光、緑色光、および青色光の各色成分に分解される。そして、各色成分に分解された被写体光は、それぞれの色用の撮影用撮像素子33R,33G,33Bの受光面に入射され、撮影用撮像素子33R,33G,33Bで電気信号に変換されたのち、図示しない画像信号処理手段によって信号処理されて所定形式の映像信号として出力または記録媒体に記録される。
撮影レンズ20の先端から入射した被写体光は、撮影レンズ20内に配置されたハーフミラー10によって撮影用被写体光とピント状態検出用被写体光とに分割される。撮影用被写体光は、カメラ本体30に入射される。カメラ本体30に入射した撮影用被写体光は、カメラ本体側光学系31内の色分解プリズム34R,34G,34B(図3)によって赤色光、緑色光、および青色光の各色成分に分解される。そして、各色成分に分解された被写体光は、それぞれの色用の撮影用撮像素子33R,33G,33Bの受光面に入射され、撮影用撮像素子33R,33G,33Bで電気信号に変換されたのち、図示しない画像信号処理手段によって信号処理されて所定形式の映像信号として出力または記録媒体に記録される。
ここで、本実施の形態では、撮影レンズ20とカメラ本体30とにおいて、ハーフミラー10より後ろ側の構成が、図1(A),図1(B),図1(C)で例示したような態様で、前側の光軸Z1に対して適宜偏芯した状態で配置されているので、ハーフミラー10を配置したことによる光軸ずれが生じたとしても、撮影側(カメラ本体30側)では、そのずれが補正される。これにより、ハーフミラー10を用いた場合であっても良好な撮影性能が得られる。
一方、ピント状態検出用被写体光は、ハーフミラー10によって光軸Z1に対し略90度折り曲げた方向に出射され、ピント状態検出用レンズ群11に入射する。その後、光分割プリズム12によって、ピント状態検出用被写体光が3つに分割される。分割された第1のピント状態検出用被写体光が第1のピント状態検出用撮像素子32Aに入射され、第2のピント状態検出用被写体光が第2のピント状態検出用撮像素子32Bに入射され、第3のピント状態検出用被写体光が第3のピント状態検出用撮像素子32Cに入射される。ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cはそれぞれ、入射したピント状態検出用被写体光に応じた撮像信号を出力する。
ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cからの撮像信号は信号処理部60に出力される。信号処理部60では、後述のように各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cから取得した映像信号に基づいて撮影レンズ20のピント状態を検出する。そして、後述するように、検出したピント状態に基づいてフォーカスレンズ駆動部40に制御信号を出力し、撮影レンズ20のフォーカスをオートフォーカス制御する。
一方、図5に示すように、信号処理部60は、フォーカスレンズ位置検出器50からのフォーカスレンズの位置データをA/D変換器62を介してCPU61に取り込む。CPU61は、取得したフォーカスレンズの位置データに基づいてフォーカスレンズの移動速度を演算し、D/A変換器63を介してフォーカスレンズ駆動部40におけるフォーカスモータ駆動回路にフォーカスモータの制御信号を出力する。
また、図5に示すように、各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cで撮像された被写体の画像は、それぞれ所定形式のビデオ信号として出力され、ハイパスフィルタ70A,70B,70Cと、A/D変換器72A,72B,72Cと、ゲート回路74A,74B,74Cと、加算器76A,76B,76Cとによって画像の鮮鋭度(画像のコントラスト)を示す焦点評価値の信号に変換されてCPU61に入力される。
ここで、焦点評価値を求めるまでの処理を説明すると、本実施の形態におけるピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cは、いずれも白黒画像を撮影するCCDであることから、各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cから出力されるビデオ信号は、それぞれの画面を構成する各画素の輝度を示す輝度信号である。そして、そのビデオ信号は、それぞれハイパスフィルタ70A,70B,70Cに入力され、その高域周波数成分が抽出される。
ハイパスフィルタ70A、70B,70Cで抽出された高域周波数成分の信号は、A/D変換器72A,72B,72Cによってデジタル信号に変換される。そして、ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cにより撮像された画像の1画面分(1フィールド分)のデジタル信号のうち所定のフォーカスエリア内(例えば、画面中央部分)の画素に対応するデジタル信号のみがゲート回路74A,74B,74Cによって抽出され、抽出された範囲のデジタル信号の値が加算器76A,76B,76Cによって加算される。これにより、フォーカスエリア内におけるビデオ信号の高域周波数成分の値の総和が求められる。加算器76A,76B,76Cによって得られた値は、フォーカスエリア内における画像の鮮鋭度の高低を示す焦点評価値である。
なお、図5に示す同期信号発生回路78から各種同期信号が各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cやゲート回路74A,74B,74C等の各回路に与えられており、各回路の処理の同期が図られている。また、同期信号発生回路78からCPU61には、ビデオ信号の1フィールドごとの垂直同期信号(V信号)が与えられている。
CPU61は、上記のように各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cから得られた焦点評価値に基づいて、映像用撮像素子の撮像面(ピント面)に対する撮影レンズ20の現在のピント状態を検出する。
図6は、横軸に撮影レンズ20のフォーカス位置、縦軸に焦点評価値をとり、ある被写体を撮影した際のフォーカス位置に対する焦点評価値の様子を示したものである。図中、実線で示す曲線Cは、第3のピント状態検出用撮像素子32Cから得られる焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものであり、撮影用撮像素子33から得られる焦点評価値に対応する。また、図中点線で示す曲線A,Bは、それぞれ第1および第2のピント状態検出用撮像素子32A,32Bから得られる焦点評価値をフォーカス位置に対して示したものである。図6において、曲線Cの焦点評価値が最大(極大)となる位置F3が合焦位置である。
撮影レンズ20のフォーカス位置がF1に設定された場合、第1のピント状態検出用撮像素子32Aから得られる焦点評価値VA1は、曲線Aの位置F1に対応する値となり、第2のピント状態検出用撮像素子32Bから得られる焦点評価値VB1は、曲線Bの位置F1に対応する値となる。そして、この値は、第1のピント状態検出用撮像素子32Aから得られる焦点評価値VA1の方が、第2のピント状態検出用撮像素子32Bから得られる焦点評価値VB1よりも大きくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置(F3)よりも至近側に設定された状態、すなわち、前ピンの状態であることが分かる。
一方、撮影レンズ10のフォーカス位置がF2に設定された場合、第1のピント状態検出用撮像素子32Aから得られる焦点評価値VA2は、曲線Aの位置F2に対応する値となり、第2のピント状態検出用撮像素子32Bから得られる焦点評価値VB2は、曲線Bの位置F2に対応する値となる。そして、この値は、第1のピント状態検出用撮像素子32Aから得られる焦点評価値VA2の方が、第2のピント状態検出用撮像素子32Bから得られる焦点評価値VB2よりも小さくなり、このことから、フォーカス位置が合焦位置(F3)よりも無限遠側に設定された状態、すなわち、後ピンの状態であることが分かる。
これに対して、撮影レンズ20のフォーカス位置がF3、すなわち合焦位置に設定された場合、第3のピント状態検出用撮像素子32Cから得られる焦点評価値が最大となることから、フォーカス位置が合焦位置(F3)に設定された状態であることが分かる。また、第1のピント状態検出用撮像素子32Aから得られる焦点評価値VA3は、曲線Aの位置F3に対応する値となり、第2のピント状態検出用撮像素子32Bから得られる焦点評価値VB3は、曲線Bの位置F3に対応する値となる。このとき、第1のピント状態検出用撮像素子32Aから得られる焦点評価値VA3と他方のピント状態検出用撮像素子32Bから得られる焦点評価値VB3は等しくなり、このことからも、フォーカス位置が合焦位置(F3)に設定された状態であることが分かる。
このように、各ピント状態検出用撮像素子32A,32B,32Cから得られる焦点評価値に基づいて、撮影レンズ20の現在のフォーカス位置におけるピント状態が前ピン、後ピン、合焦のいずれであるかを検出することができる。なお、以上の説明からも分かるように、第3のピント状態検出用撮像素子32Cがなくとも、第1および第2のピント状態検出用撮像素子32A,32Bから得られる焦点評価値VA,VBのみに基づいてピント状態を検出することも可能である。すなわち、ピント状態検出装置100において、第3のピント状態検出用撮像素子32Cを構成から省くことも可能である。
以上説明したように、本実施の形態に係るカメラシステムによれば、撮影レンズ20のうち少なくとも1枚のレンズ要素をハーフミラー10の後ろ側に配置し、かつ、後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または撮影用撮像素子33を含むハーフミラー10より後ろ側の構成要素全体を、ハーフミラー10よりも前側のレンズ要素の光軸Z1に対して偏芯した状態で配置するようにしたので、ハーフミラー10を配置したことによる光軸ずれが生じたとしても、カメラ本体30側では、そのずれが補正される。これにより、光分割手段としてハーフミラー10を用いた場合であっても良好な撮影性能を得ることができる。
次に、本実施の形態に係るカメラにおける撮影レンズ20の具体的な数値実施例について説明する。
<実施例1>
<実施例1>
図7は、撮影レンズ20の第1の構成例(実施例1)を示している。図7において、図2に示した基本構成と同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。なお、カメラ本体側光学系31は、等価的に撮影レンズ20の光軸Z1上に展開したプリズムブロックとして図示している。また、図7ではハーフミラー10の後ろ側の構成要素を偏芯させていない状態での構成を示している。図7に示した撮影レンズ20の構成に対応する具体的なレンズデータを、図8に示す。図8に示したレンズデータにおける面番号Siの欄には、最も物体側の構成要素の面を1番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したi番目の面の番号を示している。曲率半径Riの欄には、物体側からi番目の面の曲率半径の値(mm)を示す。面間隔Diの欄についても、同様に物体側からi番目の面Siとi+1番目の面Si+1との光軸上の間隔(mm)を示す。Ndjは、物体側からj番目の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率の値を示す。νdjの欄には、物体側からj番目の光学要素のd線に対するアッベ数の値を示す。
この実施例1に係る撮影レンズは、焦点距離が8.12mm〜119.35mmの範囲で可変とされたズームレンズとして構成されている。このズームレンズは、変倍に伴って変倍群22および補正群23が光軸上を移動するため、これらの各群の前後の面間隔D12,D22,D25の値は実際は可変となっているが、図8では広角端における値のみを示す。また、図8の数値データでは、ハーフミラー10の部分を平板状の部材として表現している。
図9(A)〜図9(C)はそれぞれ、実施例1に係るズームレンズの広角端での球面収差、非点収差、およびディストーション(歪曲収差)を示している。図10(A)〜図10(C)はそれぞれ、望遠端での球面収差、非点収差、およびディストーションを示している。各収差図には、波長546.10nmを基準波長とした収差を示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。FNO.はF値、ωは半画角を示す。図9(A)〜図9(C)、および図10(A)〜図10(C)の収差図は、ハーフミラー10の傾斜角度θを0°とし、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素の偏芯はない状態での収差を示している。
図11(A)〜図11(F)は、この実施例1に係るズームレンズにおいて、ハーフミラー10の傾斜角度θを0°とし、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素の偏芯がない状態での各像高での横収差(コマ収差)を示している。特に図11(A)〜図11(C)はタンジェンシャル方向での収差を示し、図11(D)〜図11(F)はサジタル方向での収差を示す。各収差図には、波長546.10nmを基準波長とした収差を示す。また、像高は、光軸中心位置と、光軸中心位置に対して±4.4mmの位置とを示している。
これに対して、ハーフミラー10の傾斜角度θを45°とし、かつ、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素を偏芯させなかった状態での各像高での横収差を、図12(A)〜図12(F)に示す。さらに、ハーフミラー10の傾斜角度θを45°とし、かつ、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素、具体的には後側リレーレンズ群24Bのみを偏芯させた状態での各像高での横収差を、図13(A)〜図13(F)に示す。
ハーフミラー10を傾斜させた場合、図12(A)〜図12(F)から分かるように、像高が高くなると収差が発生している。これに対し、後側リレーレンズ群24Bを偏芯させた場合には、図13(A)〜図13(F)から分かるように、各像高での収差が抑えられている。
<実施例2>
<実施例2>
図14は、撮影レンズ20の第2の構成例(実施例2)を示している。図14において、図2に示した基本構成と同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。なお、カメラ本体側光学系31は、等価的に撮影レンズ20の光軸Z1上に展開したプリズムブロックとして図示している。また、図14ではハーフミラー10の後ろ側の構成要素を偏芯させていない状態での構成を示している。図14に示した撮影レンズ20の構成に対応する具体的なレンズデータを、図15に示す。図15に示したレンズデータにおける符号の意味は実施例1(図8)と同様である。
この実施例2に係る撮影レンズは、焦点距離が9.49mm〜522.11mmの範囲で可変とされたズームレンズとして構成されている。このズームレンズは、変倍に伴って変倍群22および補正群23が光軸上を移動するため、これらの各群の前後の面間隔D10,D20,D29の値は実際は可変となっているが、図15では広角端における値のみを示す。また、図15の数値データでは、ハーフミラー10の部分を平板状の部材として表現している。
図16(A)〜図16(C)はそれぞれ、実施例2に係るズームレンズの広角端での球面収差、非点収差、およびディストーションを示している。図17(A)〜図17(C)はそれぞれ、望遠端での球面収差、非点収差、およびディストーションを示している。各収差図には、波長546.10nmを基準波長とした収差を示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。FNO.はF値、ωは半画角を示す。図16(A)〜図16(C)、および図17(A)〜図17(C)の収差図は、ハーフミラー10の傾斜角度θを0°とし、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素の偏芯はない状態での収差を示している。
図18(A)〜図18(F)は、この実施例2に係るズームレンズにおいて、ハーフミラー10の傾斜角度θを0°とし、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素の偏芯がない状態での各像高での横収差(コマ収差)を示している。特に図18(A)〜図18(C)はタンジェンシャル方向での収差を示し、図18(D)〜図18(F)はサジタル方向での収差を示す。各収差図には、波長546.10nmを基準波長とした収差を示す。また、像高は、光軸中心位置と、光軸中心位置に対して±4.4mmの位置とを示している。
これに対して、ハーフミラー10の傾斜角度θを45°とし、かつ、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素を偏芯させなかった状態での各像高での横収差を、図19(A)〜図19(F)に示す。さらに、ハーフミラー10の傾斜角度θを45°とし、かつ、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素全体、具体的には後側リレーレンズ群24Bおよびカメラ本体側光学系31を偏芯させた状態での各像高での横収差を、図20(A)〜図20(F)に示す。また、ハーフミラー10の傾斜角度θを45°とし、かつ、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素、具体的には後側リレーレンズ群24Bのみを偏芯させた状態での各像高での横収差を、図21(A)〜図21(F)に示す。
ハーフミラー10を傾斜させた場合、図19(A)〜図19(F)から分かるように、像高が高くなると収差が発生している。これに対し、ハーフミラー10の後ろ側の構成要素全体を偏芯させた場合には、図20(A)〜図20(F)から分かるように、各像高での収差が抑えられている。同様に、後側リレーレンズ群24Bのみを偏芯させた場合にも、図21(A)〜図21(F)から分かるように、各像高での収差が抑えられている。
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
10…ハーフミラー、11…ピント状態検出用レンズ群、12…光分割プリズム、20…撮影レンズ、21(21A,21B)…フォーカス群、22…変倍群、23…補正群、24…リレー光学系、24A…前側リレーレンズ群、24B…後側リレーレンズ群、30…カメラ本体、31…カメラ本体側光学系、32A,32B,32C…ピント状態検出用撮像素子、33(33R,33G,33B)…撮影用撮像素子、40…フォーカスレンズ駆動部、50…フォーカスレンズ位置検出器、60…信号処理部、100…ピント状態検出装置、St…開口絞り、Z1…光軸(前側)、Z2…光軸(後ろ側)、Z3…光軸(ピント状態検出側)。
Claims (5)
- 複数のレンズを有する撮影レンズと、
前記撮影レンズの光路上に配置され、前記撮影レンズを通過する被写体光を透過光と反射光とに分割し、前記透過光を撮影用被写体光とし、前記反射光をピント状態検出用被写体光とするハーフミラーと、
前記撮影用被写体光が入射する撮影用撮像素子を含むカメラ本体と、
前記ピント状態検出用被写体光が入射するピント状態検出用撮像素子を含み、前記ピント状態検出用撮像素子で撮像された画像に基づいて前記撮影レンズのピント状態を検出するピント状態検出装置と
を備え、
前記撮影レンズのうち少なくとも1枚のレンズ要素が、前記ハーフミラーの後ろ側に配置され、
前記後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または前記撮影用撮像素子を含む前記ハーフミラーより後ろ側の構成要素全体が、前記ハーフミラーよりも前側のレンズ要素の光軸に対して偏芯した状態で配置されている
ことを特徴とするピント状態検出機能を有するカメラ。 - 前記後ろ側のレンズ要素の少なくとも1枚、または前記ハーフミラーより後ろ側の構成要素全体が、前記ハーフミラーによって生ずる光軸のずれに対応する方向に偏芯して配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載のピント状態検出機能を有するカメラ。 - 前記カメラ本体は、前記撮影用被写体光を複数の色光に分解する色分解用光学系を含むカメラ本体側光学系と、前記複数の色光に分解された撮影用被写体光が入射する複数の撮影用撮像素子とを有し、
前記撮影レンズの前記後ろ側のレンズ要素、前記カメラ本体側光学系、および前記複数の撮影用撮像素子を含む前記ハーフミラーより後ろ側の構成要素全体が偏芯した状態で配置されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載のピント状態検出機能を有するカメラ。 - 前記撮影レンズは、複数のレンズを有するリレー光学系を含み、
前記リレー光学系の内部に前記ハーフミラーが配置されている
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のピント状態検出機能を有するカメラ。 - 前記ピント状態検出装置は、検出されたピント状態に基づいて前記撮影レンズをオートフォーカス制御する機能を有する
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のピント状態検出機能を有するカメラ。
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