JP4865284B2 - 合焦結像光学系 - Google Patents

Description

本発明は、光路中に分岐光学系を設け、分岐光束を用いて合焦を行う合焦結像光学系に関するものである。

スチルカメラやビデオカメラ等の撮影装置における自動合焦（ＡＦ：オートフォーカス）技術は、従来から種々提案され、特に光路中に分岐光学系を設け、分岐光路中に合焦検出手段を設けたレンズ・撮像装置が、特許文献１〜１１で知られている。また、合焦に際して測距を行う領域である測距枠を可変とする撮像装置が特許文献１２、１３で提案されている。

特許文献１〜１１のように、結像光学系内の光路中に分岐光学系を有し分岐光束により合焦状態を検出し合焦を行う撮像システムでは、原則として分岐光学系以降の合焦検出側の光学系と撮像側の光学系との関係を一定とすることが必要である。これにより、合焦検出手段からの検出値と撮像面での合焦状態の関係が一定に保たれ、更には画面周辺部の被写体に対する合焦を考えた場合に、撮像面上の所定位置に対応する測距枠の位置関係が一定に保たれる。

この場合に、フォーカス移動群の単位操作量とピント変化量の関係を所定の関係とすることが望ましい。それにより、フォーカス移動群の単位操作量とピント変化量の関係を所定の関係とし、その関係に基づいてフォーカス移動群の操作速度や位置制御精度を規定でき、より高速で高精度の合焦が実現できる。

特開昭５５−７６３１２号公報 特開昭５９−１２８５０６号公報 特開平８−５０２２７号公報 特開平９−２７４１３０号公報 特開２００２−３６５５１７号公報 特開２００２−３６５５１８号公報 特開２００２−３７２６６１号公報 特開２００３−２７９８４２号公報 特開２００３−２７９８４６号公報 特開２００３−２７９８４７号公報 特開２００３−２８７６７３号公報 特開平７−４６４５５号公報 特開平７−１９１２５６号公報

合焦動作において、コンバータレンズ類の装着等による撮像側の結像倍率の変化や、レンズ交換式撮像装置に適用することによる撮像素子のイメージサイズや、アスペクト比の違いによる撮像範囲の変化等が生ずる。このため、撮像側と合焦検出側との関係が変化してしまい、合焦が適切にできなくなることがある。

また、変倍に伴うフォーカス移動群の単位操作量とピント変化量の関係の変化等の要因で、フォーカス移動群の操作速度や位置制御精度を適切に規定することが困難となり、高速・高精度な合焦ができなくなる問題がある。

更に、暗い被写体の撮影など、合焦精度よりも撮像側のＴナンバを優先させたい場合や、移動体の撮影などで合焦の高速追従を優先させたい場合や、静止物の撮影などで合焦速度よりも合焦精度を優先させたい場合がある。これらの場合において、撮影状況によって撮像側のＴナンバ、合焦速度、合焦精度の優先度が変わるケースが頻繁にあり、それぞれの状況に対し適切な合焦特性が得られない問題がある。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、フィルムカメラ用、ビデオ用・放送用として最適で、高精度かつ高速で様々な結像光学系の使用状況に対応可能な合焦結像光学系を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る合焦結像光学系は、フォーカス移動群と、フォーカス移動群の像側の光路中に設けた少なくとも１つの分岐光学系と、該分岐光学系からの光束を用いて合焦状態を検出する合焦検出手段と、前記フォーカス移動群を駆動する駆動手段と、前記合焦検出手段の出力を基に前記駆動手段に駆動信号を出力する演算手段とを有し、該演算手段からの信号に基づいて前記フォーカス移動群を駆動制御することにより合焦を行う合焦結像光学系であって、前記分岐光学系よりも像側で前記フォーカス移動群の光路中に挿脱可能な焦点距離変換光学系を有しており、前記合焦検出手段における測距枠の取り得る範囲の大きさを可変又は切換え可能とすることを特徴としている。

上記目的を達成するための本発明に係る合焦結像光学系は、変倍移動群と、絞りとを備えており、物体側から順に、フォーカス移動群、変倍移動群、絞り、分岐光学系の順に配置されていることを特徴としている。

上記目的を達成するための本発明に係る撮影装置は、上記の合焦結像光学系と、前記合焦結像光学系の像側に配置した撮像手段とを有することを特徴としている。

本発明に係る合焦結像光学系によれば、合焦のための測距枠の取り得る範囲、合焦状態検出値に対するフォーカス移動群の駆動量、合焦検出手段の合焦検出精度の設定が可能となり、様々な撮影状況において適切な合焦を行うことが可能になる。

図１は実施例の説明に先立つ合焦結像光学系の説明図であり、フォーカス移動群１の後方に分岐光学系２、撮像側部分光学系３、撮像手段４が順次に配列され、分岐光学系２の分岐方向には合焦検出側部分光学系５、合焦検出素子６が配列されている。なお、ａ〜ｄは変倍光学系が挿入され得る位置を示している。フォーカス移動群１の結像倍率をβＦ、撮像側部分光学系３の結像倍率をβＬ、合焦検出側部分光学系５の結像倍率をβ５、撮像側の結像倍率βＰ及び検出側の結像倍率βＤの間には、次の（１）、（２）式の関係がある。
βＰ＝βＦ・βＬ （１）
βＤ＝βＦ・β５ （２）

従って、撮像側に対する検出側の結像倍率割合Ｒβは次式となり、結像倍率割合Ｒβは分岐光学系２以降の部分系によって定まる。
Ｒβ＝βＤ／βＰ＝β５／βＬ （３）

また、撮像側でピントずれ量ΔｓＰがある場合に、検出側のピントずれ量ΔｓＤは、結像倍率割合Ｒβの二乗に比例し次式で表される。
ΔｓＤ＝ΔｓＰ・Ｒβ² （４）

従って、結像倍率割合Ｒβが分かっていれば、検出側でピントずれ量ΔｓＤを測定することにより、ピントずれ量ΔｓＰを求めることができる。

更に、フォーカス移動群１の単位移動量に対する撮像側のピント変化量をΔＦＰ、検出側のピント変化量をΔＦＤとしたとき、ピント変化量ΔＦＤは（５）式で表され、合焦のために必要なフォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｅは、（６）式により得られる。
ΔＦＤ＝ΔＦＰ・Ｒβ² （５）
ΔＸＤｅ＝−ΔｓＤ／ΔＦＤ （６）

このように、検出側でピントずれ量ΔｓＤを測定することにより、（６）式に基づいたフォーカス制御によって高速かつ高精度な合焦が達成できる。

次に、撮像手段４の対角方向の撮像範囲（イメージサイズ）をＳ０、合焦検出素子６の対角方向の測距枠の取り得る範囲をＡ０とすると、イメージサイズＳ０に対する合焦検出可能範囲の割合ＲＤは次式で表される。
ＲＤ＝（Ａ０／Ｓ０）・Ｒβ （７）

ここで、割合ＲＤの条件としては、次式を満足することが望ましい。
３＜ＲＤ＜１．１ （８）

この（８）式の上限を越えると、測距枠の取り得る範囲が画面外にはみ出てしまい適切に合焦できなくなり、下限を越えると画面上で測距枠が取り得る範囲が限られ、適切なフレーミングに支障を生ずる。

図１において、ａ〜ｄの位置における変倍機構がコンバータレンズ等により光学的な倍率変換がなされる場合に、位置ａ〜ｄにおける変換倍率をそれぞれβａ、βｂ、βｃ、βｄとすると、（１）、（２）、（３）式はそれぞれ（９）、（１０）、（１１）式となる。
βＰ’＝βａ・βＦ・βｂ・βｃ・βＬ・βｄ （９）
βＤ’＝βａ・βＦ・βｂ・β５ （１０）
Ｒβ’＝βＤ’／β’＝Ｒβ／（βｃ・βｄ） （１１）

即ち、分岐光学系よりも像側の位置ｃ、ｄで光学的な倍率変換を行うと、変換前に対し（７）式の割合ＲＤが変化してしまい、画面上で測距枠の取り得る範囲Ａの大きさが変わってしまうことになる。

検出側のピント変化量ΔＦＤは、フォーカス移動群１よりも合焦検出素子６側の部分系の結像倍率により変化し、次式となる。
ΔＦＤ’＝ＣＦ・βｂ²・β５²＝ΔＦＤ・βｂ² （２８）

従って、駆動量ΔＸＤｒ’は次式のように表される。
ΔＸＤｒ’＝１／ΔＦＤ’＝ΔＸＤｒ／βｂ² （２９）

駆動量ΔＸＤｒ’は位置ｂで光学的な倍率変換を行うと、変換前に対し（６）式の駆動量ΔＸＤｒが変化してしまう。

測距枠は図２に示すように合焦検出素子６の範囲全体を使用する方式、図３に示すように任意の範囲を連続的に移動・選択する方式、図４に示すように離散的な領域の全体又は一部を選択する方式等の何れでもよい。図５〜図１０に示すように測距枠の取り得る範囲Ａを規定すると、何れの方式においても測距枠の移動・選択は範囲Ａに限られる。

なお、測距枠の取り得る範囲Ａは合焦検出側の像面における長さ寸法で規定し、特に指示しない場合は画面の水平・垂直・対角の何れ寸法を含み、指示のある場合は水平・垂直方向をそれぞれ別に取り扱う。この測距枠の取り得る範囲Ａは使用者が任意に設定可能としてもよいし、変倍や倍率変換手段を装着・挿脱を検知する手段を用いて自動的に切換えることもできる。

図１１は実施例１の構成図を示し、フォーカス移動群１の後方にハーフミラー等から成る分岐光学系２、及び撮像手段４が配列され、分岐光学系２の分岐方向には合焦検出素子６を内蔵した合焦検出手段７が配置されている。合焦検出手段７の出力は演算手段８に接続され、演算手段８の出力である駆動信号は駆動手段９に接続され、フォーカス移動群１を駆動制御するようにされている。また、実施例１における合焦検出手段７の測距枠の取り得る範囲Ａ、及び合焦検出手段７からの検出値に対する駆動手段９によるフォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒは可変としている。

実際のカメラシステムとしては、図１２に示すようにフォーカス移動群１、分岐光学系２、合焦検出手段７、演算手段８、駆動手段９を備えたレンズ部１１に対し、撮像素子４を備えた撮像部１２が接続されている。

図１３は実施例２の構成図を示し、実施例１に対して、フォーカス移動群１の物体側に焦点距離変換光学系１３が装着されている。この焦点距離変換光学系１３は図１における位置ａでの倍率変換に相当し、フォーカス移動群１のＦＮｏ、結像倍率割合Ｒβは変化しない。従って、合焦検出精度ＰＤｅは変わらない。

（１１）式から焦点距離変換光学系１３の装着の前後では、割合ＲＤ’は変化せず、範囲Ａは変わらない。また、（２８）式からピント変化量ΔＦＤ’は変化せず、フォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒは変わらない。

図１４は実施例３の構成図を示し、実施例１に対して、分岐光学系２と撮像手段４の間の光路に焦点距離変換光学系１４が装着されている。焦点距離変換光学系１４は図１における位置ｄでの倍率変換に相当する。焦点距離変換光学系１４の焦点距離変換倍率をβ１４とすると、焦点距離変換光学系１４の装着時の割合ＲＤは次式となり、装着前に対し画面上での測距可能範囲が変化してしまうことになる。
ＲＤ₁₄＝（Ａ０／Ｓ０）・Ｒβ／β１４
＝ＲＤ／β１４ （１２）

この場合の焦点距離変換倍率β１４は例えば１．４としている。測距枠の取り得る範囲をＡ１に切換えることにより、ＲＤ₁₄≒ＲＤとして、焦点距離変換光学系１４の装着の前後で画面上での測距枠の取り得る範囲Ａ１をほぼ同等に維持するために、次式を満足することが望ましい。
０．９＜β１４・Ａ１／Ａ０＜１．１ （１３）

また、（２８）式からピント変化量ΔＦＤ’は変化せず、フォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒは変わらない。

焦点距離変換光学系１４を装着すると、撮像範囲Ｓに対する合焦検出可能範囲の割合ＲＤ₁₄は（１２）式から（４２）式となり、装着前に対し画面上での測距可能範囲が変化してしまうので、本実施例では（４３）式とする。
ＲＤ₁₄＝ＲＤ／β１４＝０．７１・ＲＤ （４２）
Ａ１＝０．７・Ａ０ （４３）

これにより、（１３）式の値を次式として合焦検出範囲をＡ１に切換えることにより、焦点距離変換光学系１４の装着の前後で測距可能範囲をほぼ同等に維持できる。
β１４・Ａ１／Ａ０＝０．９８ （４４）

図１５は実施例４の構成図を示し、実施例１に対して分岐光学系２と撮像手段４の間の光路に、挿脱可能な焦点距離変換光学系１５、リレーレンズ群１６が挿入されている。焦点距離変換光学系１５は図１における位置ｃでの倍率変換に相当し、焦点距離変換光学系１５の焦点距離変換倍率をβ１５とすると、焦点距離変換光学系１５の挿入時の割合ＲＤは次式となり、装着前に対し画面上での測距枠の取り得る範囲が変化してしまう。
ＲＤ₁₅＝（Ａ０／Ｓ０）・Ｒβ／β１５
＝ＲＤ／β１５ （１４）

そこで、測距枠の取り得る範囲をＡ２に切換えることにより、ＲＤ₁₅≒ＲＤとして焦点距離変換光学系１５の挿脱前後で、画面上での測距枠の取り得る範囲をほぼ同等に維持するためには、次式を満足することが望ましい。
０．９＜β１５・Ａ２／Ａ０＜１．１ （１５）

本実施例において、焦点距離変換光学系１５の焦点距離変換倍率β１５は２．０である。焦点距離変換光学系１５を挿入すると、撮像範囲に対する合焦検出可能範囲の割合ＲＤ₁₅は、（１４）式から（４５）式となり、装着前に対し画面上での測距可能範囲が変化してしまうので、本実施例では（４６）式とする。
ＲＤ₁₅＝ＲＤ／β１５＝０．５・ＲＤ （４５）
Ａ２＝０．５・Ａ０ （４６）

これにより、（１５）式の値を、次式として合焦検出範囲をＡ２に切換えることにより、焦点距離変換光学系１５の挿脱の前後で測距可能範囲をほぼ同等に維持している。
β１５・Ａ２／Ａ０＝１．０ （４７）

また、焦点距離変換光学系１５の挿脱の前後で駆動量ΔＸＤｒは変化しない。

図１６は実施例５の構成図を示し、実施例１に対して、フォーカス移動群１と分岐光学系２との間に、変倍移動群１７が挿入されている。この変倍移動群１７は図１における位置ｂでの倍率変換に相当し、（１１）式から割合ＲＤ’は変化せず、範囲Ａは変わらない。

変倍移動群１７による変倍比をβ１７とすると、駆動量ΔＸＤｒは次式となり、変倍前に対し検出値当りのフォーカス駆動量が変化してしまう。
ΔＸＤｒ₁₇＝ΔＸＤｒ／β１７² （３０）

そこで、ΔＸＤｒ₁₇をΔＸＤｒ₁₇（１７）に可変とすることにより、合焦制御をほぼ同等に維持するためには、次式を満足することが望ましい。
０．８＜β１７²・ΔＸＤｒ₁₇（１７）／ΔＸＤｒ＜１．２ （３１）

本実施例において、変倍移動群１７の変倍可能範囲は次式となる。
１．０＜β１７＜２．０ （４８）

変倍移動群１７により変倍を行うと、ピント変化量ΔＦＤは（２８）式に伴って変化し、フォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒ₁₇は次式となる。
ΔＸＤｒ₁₇＝１．０・ΔＸＤｒ〜０．２５・ΔＸＤｒ （４９）

これにより、（３１）式の値を、次式として駆動量ΔＸＤｒ₁₇を可変とすることにより、変倍移動群１７による変倍前後で同等の合焦制御を達成する。
β１７²・ΔＸＤｒ₁₇（１７）＝１．０ （５０）

図１７は実施例６の構成図を示し、図１１に対して分岐光学系２と撮像手段４間に、変倍移動群１８が挿入されている。この変倍移動群１８は図１における位置ｃでの倍率変換に相当し、変倍移動群１８による変倍比をβ１８とすると、割合ＲＤは次式となり、変倍前に対し画面上での測距枠の取り得る範囲が変化する。
ＲＤ₁₈＝（Ａ０／Ｓ０）・Ｒβ／β１８
＝ＲＤ／β１８ （１６）

そこで、測距枠の取り得る範囲をＡ３（１８）に可変とすることにより、ＲＤ₁₈≒ＲＤとして、変倍移動群１８による変倍によらずに、画面上での測距枠の取り得る範囲をほぼ同等に維持するためには、次式を満足することが望ましい。
０．９＜β１８・Ａ３（１８）／Ａ０＜１．１ （１７）

また、（２８）式からピント変化量ΔＦＤ’は変化せず、フォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒは変わらない。

変倍移動群１８の変倍可能範囲は次式となる。
１．０＜β１８＜２．０ （５１）

この変倍比β１８によって割合ＲＤが変化するため、範囲Ａを変化させる。変倍移動群１８による変倍比β１８に伴い、撮像範囲Ｓに対する合焦検出可能範囲の割合ＲＤ₁₈は（１６）式から（５２）式となり、変倍移動群１８の装着前に対し画面上での測距可能範囲が変化してしまうので、本実施例では（５３）式を満足するようにする。
ＲＤ₁₈＝ＲＤ／β１８＝１．０・ＲＤ〜０．５・ＲＤ （５２）
Ａ３（１８）＝１．０・Ａ０〜０．５・Ａ０ （５３）

（１７）式の値を、次式として合焦検出範囲をＡ３（１８）に従って可変として、変倍移動群１８による変倍によらずに、測距可能範囲をほぼ同等に維持する。
β１８・Ａ２／Ａ０＝１．０ （５４）

図１８は実施例７の構成図を示し、図１５に示す実施例４に対して、フォーカス移動群１と分岐光学系２との間の光路に、実施例５と同様に変倍移動群１７が挿入されている。変倍移動群１７の変倍可能範囲は、次式を満足するようにする。
１．０＜β１７＜１０．０ （５５）

変倍移動群１７による変倍に拘らず、撮像範囲Ｓに対する合焦検出可能範囲の関係は変化しないため、範囲Ａは変化しない。

変倍移動群１７により変倍を行うと、ピント変化量ΔＦＤは（２８）式に伴って変化するので、本実施例ではフォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒ’を次式とする。

ΔＸＤｒ₁₇＝１．０・ΔＸＤｒ〜０．０１・ΔＸＤｒ （７０）
これにより、（３１）式の値を次式として、駆動量ΔＸＤｒ₁₇を可変とすることにより、変倍移動群１７による変倍の前後で同等の合焦制御を達成している。
β１７²・ΔＸＤｒ₁₇（１７）＝１．０ （７１）

また、本実施例７における焦点距離変換光学系１５の焦点距離変換倍率β１５は２．０である。焦点距離変換光学系１５を挿入すると、撮像範囲に対する合焦検出可能範囲の割合ＲＤ₁₅は、（１４）式から（４５）式と同じ（５６）式となり、装着前に対し画面上での測距可能範囲が変化してしまうので、（４６）式と同じ（５７）式とする。
ＲＤ₁₅＝ＲＤ／β１５＝０．５・ＲＤ （５６）
Ａ２＝０．５・Ａ０ （５７）

これにより、（１５）式の値を（４７）式と同じ次式として、合焦検出範囲をＡ２に切換えることにより、焦点距離変換光学系１５の挿脱の前後で測距可能範囲をほぼ同等に維持している。
β１５・Ａ２／Ａ０＝１．０ （５８）

また、焦点距離変換光学系１５の装着の前後でフォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒは変化しない。

図１９は実施例８の構成図を示し、図１８に示す実施例７に対して、フォーカス移動群１の物体側に焦点距離変換光学系１３が装着されている。なお、焦点距離変換光学系１３の焦点距離変換倍率β１３は０．８である。

焦点距離変換光学系１３の装着の前後で、撮像範囲に対する合焦検出可能範囲の関係は変化しないため、範囲Ａは変化せず、また駆動量ΔＸＤｒは変化しない。

図２０は実施例９の構成図を示し、図１９に示す実施例８に対して、リレーレンズ群１６の代りに焦点距離変換光学系１４が装着されている。焦点距離変換光学系１４の焦点距離変換倍率β１４は１．４である。焦点距離変換光学系１４を装着すると、撮像範囲Ｓに対する合焦検出可能範囲の割合ＲＤ₁₄は、（１２）式から（５９）式となり、装着前に対し画面上での測距可能範囲が変化してしまうので、実施例９では（６０）式とする。
ＲＤ₁₄＝ＲＤ／β１４＝０．７１・ＲＤ （５９）
Ａ１＝０．７・Ａ０ （６０）

これにより、（１３）式の値を、次式として合焦検出範囲をＡ１に切換えることにより、焦点距離変換光学系１４の装着の前後で測距可能範囲をほぼ同等に維持している。
β１４・Ａ１／Ａ０＝０．９８ （６１）

また、本実施例９では焦点距離変換光学系１４の装着の前後で駆動量ΔＸＤｒは変化しない。

図２１は実施例１０の構成図を示している。実施例１に対して、フォーカス移動群１と分岐光学系２との間に絞り１９が配置され、この絞り１９の位置を検出するＦナンバ検出手段２０が設けられ、Ｆナンバ検出手段２０の出力は、合焦検出手段７の出力と共に演算手段８に接続されている。また、本実施例１０における測距枠の取り得る範囲Ａ、及び合焦検出手段７からの検出値に対するフォーカス移動群１の駆動量ΔＸＤｒは可変である。

合焦で合焦精度を高めるためには、一般に検出精度確保のために合焦検出手段７からの検出信号のＳ／Ｎを良好とする必要がある。そのため、検出により多くの露光量が必要となって、合焦速度が低下したり、検出側に高い分岐光量比率が必要で、撮像側の光量が減少（Ｔナンバが増大）してしまう。

フォーカス制御精度の確保のために、フォーカス移動群１の駆動速度を低下させる必要が生じ、合焦速度が低下してしまうという問題点が発生する。撮像手段４に対する最小錯乱円径をδ、結像光学系の絞り値（Ｆナンバ）をＦＮｏとすると、撮像側における焦点深度ｄは次式で表される。
ｄ＝２・ＦＮｏ・δ （３２）

撮像側で必要な合焦精度Ｐと、検出側の合焦検出精度ＰＤｅの関係は、次式で表される。
ＰＤｅ＝Ｐ・Ｒβ² （３３）

また、合焦精度Ｐが焦点深度ｄに比例した値とすると、合焦検出精度ＰＤｅは次式により合焦精度と合焦速度の両立を図ることができる。
ＰＤｅ＝ＣＰ・ｄ・Ｒβ²
＝ＣＰ・２・ＦＮｏ・δ・Ｒβ² （３４）
ただし、ＣＰは定数であり、ＣＰの値は次式の範囲にあることが望ましい。
０．１＜ＣＰ＜１．０ （３５）

本実施例では、Ｆナンバ検出手段２０により結像光学系のＦＮｏを検出し、その検出値に応じて、合焦検出精度ＰＤｅを可変又は切換える。合焦検出精度ＰＤｅの変化は（３４）式に基づくのが理想的であるが、テーブルを用意しておき、ＦＮｏの範囲に応じて切換えてもよい。

本実施例では、δ＝０．０１ｍｍ、Ｒβ＝１．０であり、定数ＣＰ＝０．２５として、（３５）式の条件を満たして適切な合焦制御を可能としている。なお、本実施例ではＦナンバ検出手段２０による検出値ＦＮｏに応じて、合焦検出手段７の合焦検出精度ＰＤｅを、次式によって変化させるようにする。
ＰＤｅ＝０．００５・ＦＮｏ （６２）

これにより、ＦＮｏに応じて適切な合焦精度と合焦速度のバランスを達成している。

図２２は実施例１１の構成図を示し、実施例１０に対して、フォーカス移動群１と絞り１９との間にズームレンズから成る変倍移動群１７が挿入され、分岐光学系２と撮像手段４との間の光路に、挿脱可能な焦点距離変換光学系１５、焦点距離変換光学系１４が挿入されている。また、変倍移動群１７のズーム検出手段２１の検出信号が演算手段８に接続されている。

ズーム検出手段２１により変倍状態を検出し、その検出値に対応する開放ＦＮｏをテーブルとして用意しておき、合焦検出精度ＰＤｅを可変又は切換える。合焦検出精度ＰＤｅの変化のさせ方は実施例１０と同様である。

焦点距離変換光学系１５の挿脱に伴って合焦検出精度ＰＤｅを切換える。焦点距離変換光学系１５を挿入した状態における結像光学系のＦナンバＦＮｏ₁₅は、挿入前のＦＮｏに対して変化し次式で表される。
ＦＮｏ₁₅＝ＦＮｏ・β１５ （３６）

また、焦点距離変換光学系１５は図１における位置ｃでの倍率変換に相当し、焦点距離変換光学系１５の挿入時の結像倍率割合Ｒβは、次式で表される。
Ｒβ₁₅＝Ｒβ／β１５ （３７）

従って、合焦検出精度ＰＤｅはＦＮｏ₁₅・Ｒβ１５²に比例して変化させることが好ましく、次式を満足することが望ましい。
０．９＜ＰＤｅ₁₅・β１５／ＰＤｅ＜１．１ （３８）

焦点距離変換光学系１４の着脱に伴って合焦検出精度ＰＤｅを切換えると、焦点距離変換光学系１４を装着した状態における結像光学系のＦナンバＦＮｏ₁₄は、装着前のＦＮｏに対して変化し次式で表される。
ＦＮｏ₁₄＝ＦＮｏ・β１４ （３９）

また、焦点距離変換光学系１４は図１における位置ｄでの倍率変換に相当し、焦点距離変換光学系１４の装着時の結像倍率割合Ｒβは、次式で表される。
Ｒβ₁₅＝Ｒβ／β１４ （４０）

従って、合焦検出精度ＰＤｅは、ＦＮｏ₁₄・Ｒβ１４²に比例して変化させることが好ましく、次式を満足することが望ましい。
０．９＜（ＰＤｅ₁₄・β１５）／ＰＤｅ＜１．１ （４１）

本実施例１１において、変倍移動群１７の変倍比β１７は、（５５）式と同様に次式となる。
１．０＜β１７＜１０．０ （６３）

変倍移動群１７による変倍によらず、撮像範囲Ｓに対する合焦検出可能範囲の関係は変化しないため、範囲Ａは変化しない。

変倍移動群１７により変倍を行うと、ピント変化量ΔＦＤは（２８）式に伴って変化する。そこで、本実施例では駆動量ΔＸＤｒ₁₇次式とする。
ΔＸＤｒ₁₇＝１．０・ΔＸＤｒ〜０．０１・ΔＸＤｒ （６４）

これにより、（３１）式の値を次式として駆動量ΔＸＤｒ₁₇を可変とすることにより、変倍移動群１７による変倍前後で同等の合焦制御を達成している。
β１７²・ΔＸＤｒ₁₇（１７）＝１．０ （６５）

また、本実施例１１における焦点距離変換光学系１５の焦点距離変換倍率β１５は２．０である。焦点距離変換光学系１５を挿入すると、撮像範囲Ｓに対する合焦検出可能範囲の割合ＲＤ₁₅は（１４）式から（６６）式となり、装着前に対し画面上での測距可能範囲が変化してしまうので、本実施例では（６７）式とする。
ＲＤ₁₅＝ＲＤ／β１５＝０．５・ＲＤ （６６）
Ａ２＝０．５・Ａ０ （６７）

これにより、（１５）式の値を、次式により合焦検出範囲をＡ２に切換えることにより、焦点距離変換光学系１５の挿脱前後で測距可能範囲をほぼ同等に維持している。
β１５・Ａ２／Ａ０＝１．０ （６８）

また、焦点距離変換光学系１５の装着の前後で駆動量ΔＸＤｒは変化しない。

本実施例１１では、δ＝０．０１ｍｍ、Ｒβ＝０．５であり、ＣＰ＝０．５として、（３５）式の条件を満たして適切な合焦制御を可能としている。なお本実施例では、Ｆナンバ検出手段２０からの検出値に応じて、合焦検出手段７の合焦検出精度ＰＤｅを次式によって変化させる。
ＰＤｅ＝０．００５・ＦＮｏ （６９）

また、本実施例は変倍に伴い開放Ｆナンバが変化し、広角端でＦＮｏは１．４、望遠端で２．８となる。表１は本実施例１１における各ズーム位置に対応する開放ＦＮｏを示している。Ｆナンバ検出手段２０の検出値が１．４〜２．８の範囲の場合に、表１に基づいてズーム検出手段２１からの検出値をＦナンバに変換し、（６９）式に基づいて合焦検出精度ＰＤｅを変化させている。これにより、ＦＮｏに応じて適切な合焦精度と合焦速度のバランスを達成している。

表１
変倍比β１７ 開放Ｆナンバ
１ １．４
５ １．４
７ １．９６
１０ ２．８

合焦検出手段７を切換えることにより、撮影状況に応じ範囲Ａ、駆動量ΔＸＤｒ、合焦検出精度ＰＤｅを容易に切換えることが可能となる。

撮像手段Ｉ０とは異なるイメージサイズＳ１を有する撮像手段４’を使用する場合には、倍率βＳ１は次式とする。
βＳ１＝Ｓ１／Ｓ０ （１８）

割合ＲＤは次式となり、画面上での測距枠の取り得る範囲が変化してしまう。
ＲＤ_S1＝（Ａ０／Ｓ１）・Ｒβ
＝ＲＤ／βＳ１ （１９）

そこで、測距枠の取り得る範囲をＡ４に切換えることにより、ＲＤ_S1≒ＲＤとして、撮像手段４’を使用した場合でも、撮像手段４を使用した場合と画面上での測距枠の取り得る範囲をほぼ同等に維持するためには、次式とすることが望ましい。
０．９＜βＳ１・Ａ４／Ａ０＜１．１ （２０）

撮像範囲又は測距枠の取り得る範囲に関し水平方向の長さをＨ、垂直方向の長さをＶとしたとき、アスペクト比ＡＲは次式で表される。
ＡＲ＝Ｈ／Ｖ （２１）

撮像手段Ｉ０のアスペクト比をＡＲ０とし、撮像手段Ｉ０とは異なるアスペクト比ＡＲ２を有する撮像手段４２を使用すると、次の（２２）、（２３）式となる。
βＨ２＝Ｈ２／Ｈ０ （２２）
βＶ２＝Ｖ２／Ｖ０ （２３）

ただし、ＡＲ０＝Ｈ０／Ｖ０、ＡＲ２＝Ｈ２／Ｖ２とすると、割合ＲＤは画面水平方向と画面垂直方向で、それぞれ次の（２４）、（２５）式となり、画面上での測距枠の取り得る範囲が変化してしまう。

水平方向：ＲＤ_H2＝（Ａ０／Ｓ０）・Ｒβ／βＨ２
＝ＲＤ／βＨ２ （２４）
垂直方向：ＲＤ_V2＝（Ａ０／Ｓ０）・Ｒβ／βＶ２
＝ＲＤ／βＶ２ （２５）

そこで、測距枠の取り得る範囲をＡ５に切換えることにより、ＲＤ_H2≒ＲＤ、ＲＤ_V2≒ＲＤとして、撮像手段４２を使用した場合でも、撮像手段Ｉ０を使用した場合と画面上での測距枠の取り得る範囲をほぼ同等に維持する。このため範囲Ａ５の水平方向の範囲をＡ５Ｈ、垂直方向の範囲をＡ５Ｖとすると、次の（２６）、（２７）式を満足することが望ましい。
０．９＜βＨ２・Ａ５Ｈ／Ｈ０＜１．１ （２６）
０．９＜βＶ２・Ａ５Ｖ／Ｖ０＜１．１ （２７）

本発明における合焦検出精度ＰＤｅは使用者が任意に切換え可能とすることにより、撮影状況に応じて合焦速度より合焦精度を優先したり、逆に合焦精度を落として合焦速度を上げたりすることが可能となる。また、合焦検出精度ＰＤｅを意図的に大きめに設定すれば、暗い被写体の場合など、検出値のＳ／Ｎが悪い場合など、検出値のノイズに伴うフォーカスのハンチングを軽減することができる。

合焦結像光学系の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 合焦検出素子の測距枠配置例の説明図である。 実施例１の構成図である。 実施例１を有するカメラシステムの構成図である。 実施例２の構成図である。 実施例３の構成図である。 実施例４の構成図である。 実施例５の構成図である。 実施例６の構成図である。 実施例７の構成図である。 実施例８の構成図である。 実施例９の構成図である。 実施例１０の構成図である。 実施例１１の構成図である。

符号の説明

１ フォーカス移動群
２ 分岐光学系
３ 撮像側部分光学系
４ 撮像手段
５ 合焦検出側部分光学系
６ 合焦検出素子
７ 合焦検出手段
８ 演算手段
９ 駆動手段
１１ レンズ部
１２ 撮像部
１３、１４、１５ 焦点距離変換光学系
１７、１８ 変倍移動群
１９ 絞り
２０ Ｆナンバ検出手段
２１ ズーム検出手段

Claims (5)

1. フォーカス移動群と、
   フォーカス移動群の像側の光路中に設けた少なくとも１つの分岐光学系と、
   該分岐光学系からの光束を用いて合焦状態を検出する合焦検出手段と、
   前記フォーカス移動群を駆動する駆動手段と、
   前記合焦検出手段の出力を基に前記駆動手段に駆動信号を出力する演算手段と、を有し、
   該演算手段からの信号に基づいて前記フォーカス移動群を駆動制御することにより合焦を行う合焦結像光学系であって、
   前記分岐光学系よりも像側で前記フォーカス移動群の光路中に挿脱可能な焦点距離変換光学系を有しており、
   前記合焦検出手段における測距枠の取り得る範囲の大きさを可変又は切換え可能とすることを特徴とする合焦結像光学系。
2. 変倍移動群と、絞りとを備えており、
   物体側から順に、前記フォーカス移動群、前記変倍移動群、前記絞り、前記分岐光学系の順に配置されていることを特徴とする請求項１記載の合焦結像光学系。
3. 該焦点距離変換光学系の挿脱に伴って前記測距枠の取り得る範囲の大きさを切換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の合焦結像光学系。
4. 前記分岐光学系の後方に設けた撮像手段の撮像範囲に応じて、前記測距枠の取り得る範囲の大きさを切換えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の合焦結像光学系。
5. 請求項１乃至４いずれか１項に記載の合焦結像光学系と、前記合焦結像光学系の像側に配置した撮像手段とを有することを特徴とする撮影装置。

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