JP2008064822A - ピント状態検出機能を有するカメラ - Google Patents

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

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_A1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Ｖ_B1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Ｖ_A1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Ｖ_B1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Ｖ_A2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Ｖ_B2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Ｖ_A2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Ｖ_B2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Ｖ_A3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Ｖ_B3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Ｖ_A3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Ｖ_B3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Ｖ_A，Ｖ_B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＞

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＞

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。

本発明の一実施の形態に係るカメラにおける偏芯の態様を示す要部構成図である。 本発明の一実施の形態に係るカメラのシステム構成の一例を示す全体構成図である。 本発明の一実施の形態に係るカメラにおけるカメラ本体側光学系の一例を示す構成図である。 撮影用の撮像素子とピント状態検出用の撮像素子との位置関係を等価的に同一光軸上で示した説明図である。 ピント状態検出装置における信号処理部の構成を示すブロック図である。 ピント状態検出装置におけるピント状態検出の原理を示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係るカメラにおける撮影レンズの第１の構成例（実施例１）を示す光学系断面図である。 実施例１に係る撮影レンズのレンズデータを示す図である。 実施例１に係る撮影レンズの広角端での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。 実施例１に係る撮影レンズの望遠端での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。 実施例１に係る撮影レンズにおいて、ハーフミラーの傾きが０度の場合の横収差を示す収差図である。 実施例１に係る撮影レンズにおいて、ハーフミラーの傾きが４５度で光軸補正を行わない場合の横収差を示す収差図である。 実施例１に係る撮影レンズにおいて、ハーフミラーの傾きが４５度で、ハーフミラーの後ろのレンズ群のみで光軸補正を行った場合の横収差を示す収差図である。 本発明の一実施の形態に係るカメラにおける撮影レンズの第２の構成例（実施例２）を示す光学系断面図である。 実施例２に係る撮影レンズのレンズデータを示す図である。 実施例２に係る撮影レンズの広角端での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。 実施例２に係る撮影レンズの望遠端での諸収差を示す収差図であり、（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）はディストーションを示す。 実施例２に係る撮影レンズにおいて、ハーフミラーの傾きが０度の場合の横収差を示す収差図である。 実施例２に係る撮影レンズにおいて、ハーフミラーの傾きが４５度で光軸補正を行わない場合の横収差を示す収差図である。 実施例２に係る撮影レンズにおいて、ハーフミラーの傾きが４５度で、ハーフミラーの後ろ全体で光軸補正を行った場合の横収差を示す収差図である。 実施例２に係る撮影レンズにおいて、ハーフミラーの傾きが４５度で、ハーフミラーの後ろのレンズ群のみで光軸補正を行った場合の横収差を示す収差図である。 ハーフミラーによる光軸ずれを示す説明図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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