JP2007271724A - オートフォーカスアダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】既存の撮影レンズ全般に装着可能で、コンパクトかつ低コストで実施できるオートフォーカスアダプタを提供する。
【解決手段】装着時に撮影レンズ２０の光軸Ｚ１上に配置される撮影側アダプタ光学系１０Ａと、装着時に撮影レンズ２０の光軸Ｚ１とは異なる光軸Ｚ２上に配置されるピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂとを備える。撮影側アダプタ光学系１０Ａは、撮影レンズ２０を通過した被写体光を撮影用被写体光とピント状態検出用被写体光とに分割する光分割プリズムＰ１と、全体として負のパワーを持ち、光分割プリズムＰ１に対して物体側に配置された第１レンズ群Ｌ１と、全体として正のパワーを持ち、光分割プリズムＰ１に対して像側に配置された第２レンズ群Ｌ２とを有する。ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂは、撮影側アダプタ光学系１０Ａにおける第２レンズ群Ｌ２と同一のレンズ構成とされた正のレンズ群Ｌ３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影レンズのオートフォーカス制御における合焦検出に適用可能なオートフォーカスアダプタに関する。

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ないし特許文献４参照）。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２および特許文献４では、撮影レンズ内のリレーレンズ系に光分割手段を挿入して被写体光を分割し、その分割されたピント状態検出用被写体光を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。一方、特許文献１および特許文献３には、撮影レンズ内で光束を分割するのではなく、撮影レンズの後ろ側で被写体光を分割してピント状態検出用被写体光を導く方式が提案されている。これは、撮影レンズとカメラ本体との間に着脱自在に装着されるアダプタ方式であり、オートフォーカスアダプタとして、既存の撮影レンズ全般に装着可能である。
特開２００２−２９６４９２号公報 特開２００２−３６５５１７号公報 特開２００３−２４８１６４号公報 特開２００３−２７０５１７号公報

しかしながら、特許文献２および特許文献４に記載のような、撮影レンズ内のリレーレンズ系を用いる方式では、ピント状態検出用の光学系を組み込んでしまうとエクステンダ光学系を使用することができなくなるという問題がある。また、リレーレンズ系を備えていない撮影レンズには適用できないという問題がある。一方、特許文献１および特許文献３に記載の方式は、撮影レンズとカメラ本体との間に着脱自在に装着されるアダプタ方式であり、既存の撮影レンズ全般に装着可能である。しかし、特許文献３では、アダプタ光学系の内部にリレー光学系を有し、一度アダプタ光学系内で像を一旦結像させた後、その結像光をリレー光学系によりカメラ本体側の撮像素子で撮像するリレー方式となっている。このため、装着時の全長が長くなっていまい、コンパクトさに欠ける。また、特許文献１では、アダプタ光学系内の具体的なレンズ構成が記載されていない。従って、アダプタ光学系に適した具体的なレンズの開発が望まれている。

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、既存の撮影レンズ全般に装着可能で、コンパクトかつ低コストで実施できるオートフォーカスアダプタを提供することにある。

本発明によるオートフォーカスアダプタは、撮影レンズとカメラ本体との間に着脱自在に装着され、撮影レンズのピント状態を検出して撮影レンズをオートフォーカス制御するオートフォーカスアダプタであって、装着時に撮影レンズの光軸上に配置される撮影側アダプタ光学系と、装着時に撮影レンズの光軸とは異なる光軸上に配置されるピント状態検出側アダプタ光学系と、ピント状態検出側アダプタ光学系を介してピント状態検出用被写体光が入射されるピント状態検出用撮像素子とを備えている。そして、撮影側アダプタ光学系が、装着時に撮影レンズの光軸上に配置され、撮影レンズを通過した被写体光を撮影用被写体光とピント状態検出用被写体光とに分割する光分割手段と、全体として負のパワーを持ち、光分割手段に対して物体側に配置された第１レンズ群と、全体として正のパワーを持ち、光分割手段に対して像側に配置された第２レンズ群とを有するものである。
本発明によるオートフォーカスアダプタはさらに、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手段と、ピント状態検出手段で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制御手段とを備えていても良い。

本発明によるオートフォーカスアダプタでは、撮影レンズとカメラ本体との間に着脱自在に装着されるアダプタ方式で構成されているので、既存の撮影レンズ全般に装着可能となる。このため、エクステンダ光学系を使用する撮影レンズにも装着可能であり、エクステンダとの同時使用も可能となる。また、撮影側アダプタ光学系としてリレー光学系を用いていないので、装着時の全長の増大が抑えられ、コンパクトさの確保と低コスト化に有利となる。また光分割手段により分割されたピント状態検出用被写体光が、撮影レンズの光軸とは異なる光軸上に配置されたピント状態検出側アダプタ光学系に入射されるので、コンパクト化に有利となる。

本発明によるオートフォーカスアダプタにおいて、撮影側アダプタ光学系の光分割手段は、以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、光分割手段で光束がケラレることなくピント状態検出用の光束が適切に確保される。
１．０＜ｄ／２ｈ ……（１）
ただし、ｄは光分割手段の光軸方向の厚さ、ｈは光分割手段を通過する光束の光軸からの最大高さとする。

また、本発明によるオートフォーカスアダプタにおいて、撮影側アダプタ光学系の第１のレンズ群は少なくとも、負レンズおよび正レンズからなる一組の第１の接合レンズを含み、第２のレンズ群は少なくとも、１枚の正レンズと、正レンズおよび負レンズからなる一組の第２の接合レンズとを含むことが好ましい。かつ以下の条件式を満足することが好ましい。これにより、アダプタ光学系を挿入したことによる光学性能の劣化が抑えられる。
−０．８＜ｆ１／ｆ２＜−０．７ ……（２）
ただし、ｆ１は第１レンズ群の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群の焦点距離とする。

また、本発明によるオートフォーカスアダプタにおいて、撮影側アダプタ光学系の光分割手段は例えば、直角プリズムをその斜面で接合した光分割プリズムであり、その光分割プリズムの光分割面が撮影側アダプタ光学系の光軸に対し略４５゜の角度で配置され、光軸に対し略９０度折り曲げた方向にピント状態検出用被写体光を出射するように構成することができる。このように直角プリズムを適切に使用することで、コンパクト化に有利となる。

また、本発明によるオートフォーカスアダプタにおいて、ピント状態検出側アダプタ光学系は、光分割手段に対してピント状態検出用被写体光の出射側に配置され、撮影側アダプタ光学系における第２レンズ群と同一のレンズ構成とされた正のレンズ群を有することが好ましい。このように第２レンズ群と同一のレンズ構成とすることで、低コスト化に有利となる。
この場合、ピント状態検出側アダプタ光学系は、光分割手段により分割され正のレンズ群を通過したピント状態検出用被写体光の光路を略９０゜折り曲げる直角プリズムをさらに有していても良い。またさらに、直角プリズムによって折り曲げられた光路上に配置され、ピント状態検出用被写体光を複数に分割するピント状態検出用分割手段をさらに有し、ピント状態検出用分割手段によって分割されたそれぞれの光路上にピント状態検出用撮像素子が配置されていても良い。これらにより、さらにコンパクト化に有利となる。

本発明のオートフォーカスアダプタによれば、撮影レンズとカメラ本体との間に着脱自在に装着されるアダプタ方式の構成とし、さらに、撮影側アダプタ光学系としてリレー光学系を用いないレンズ構成とし、また光分割手段により分割された光束を撮影レンズの光軸とは異なる光軸上に配置されたピント状態検出側アダプタ光学系に入射させ、ピント状態検出用被写体光として用いるようにしたので、既存の撮影レンズ全般に装着可能で、コンパクトかつ低コストで実施できる。

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１は、本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタをテレビカメラシステムに組み込んだシステム構成例を示している。このテレビカメラシステムは、撮影レンズ２０とカメラ本体３０とを備えている。本実施の形態に係るオートフォーカスアダプタは、撮影レンズ２０とカメラ本体３０との間に着脱自在に装着され、撮影レンズ２０のピント状態を検出し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る。このオートフォーカスアダプタは、撮影者が任意に装着できるようになされており、テレビカメラシステムにおいて、オートフォーカス機能が不要な場合は、撮影レンズ２０をカメラ本体３０に直接装着して使用し、オートフォーカス機能が必要な場合にのみ撮影レンズ２０とカメラ本体３０との間に装着することができる。このオートフォーカスアダプタは、アダプタ光学系１０と、このアダプタ光学系１０を介し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処理回路とを有している。

なお、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。また、オートフォーカスアダプタは、その後端部にレンズ側マウントと同一構成の後側マウントが設けられており、この後側マウントをカメラ本体３０の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に装着できる。同様にオートフォーカスアダプタの先端部には、カメラ側マウントと同一構成の前側マウントが設けられており、この前側マウントに撮影レンズ２０のレンズ側マウントを取り付けることにより、撮影レンズ２０をオートフォーカスアダプタに装着できる。

カメラ本体３０は、撮影用撮像素子３２Ｃと、この撮影用撮像素子３２Ｃよりも物体側に設けられたカメラ本体側光学系とを有している。カメラ本体側光学系は、色分解プリズム３１Ｐを含んでいる。色分解プリズム３１Ｐ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３２Ｃは各色ごとに設けられる。図１では、色分解プリズム３１Ｐを等価的に撮影レンズ２０の光軸Ｚ１上に展開して図示し、また撮影用撮像素子３２Ｃを１つのみ図示している。

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、物体側から順に、第１レンズ群２１、第２レンズ群２２、第３レンズ群２３、開口絞りＳｔおよび第４レンズ群２４を備えている。撮影レンズ２０において、例えば第１レンズ群２１がフォーカス群とされ、第２レンズ群２２および第３レンズ群２３が変倍群とされ、第４レンズ群２４がリレーレンズ群とされている。第４レンズ群２４のリレーレンズ群内にエクステンダ光学系を挿入することもできる。撮影レンズ２０の先端から入射した被写体光は、これらの各レンズを通過して、撮影レンズ２０の後端から出射されるようになっている。そして、オートフォーカスアダプタを装着したときには、撮影レンズ２０からの出射光がアダプタ光学系１０に入射される。装着していないときには、撮影レンズ２０からの出射光がカメラ本体３０に入射される。なお、本実施の形態は、特にオートフォーカスアダプタにおけるアダプタ光学系１０の構成に特徴があり、撮影レンズ２０の構成は特に限定されるものではない。

このオートフォーカスアダプタは、アダプタ光学系１０のほか、一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂと、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。

アダプタ光学系１０は、装着時に撮影レンズ２０の光軸Ｚ１上に配置される撮影側アダプタ光学系１０Ａと、装着時に撮影レンズ２０の光軸Ｚ１とは異なる光軸Ｚ２上に配置されるピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂとを備えている。ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂの結像位置には、一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂが設けられている。

図５は、アダプタ光学系１０の具体的な第１の構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図８）のレンズ構成に対応している。図６は、第２の構成例を示している。この構成例は、後述の第２の数値実施例（図９）のレンズ構成に対応している。撮影側アダプタ光学系１０Ａは、装着時に撮影レンズ２０の光軸Ｚ１上に配置され、撮影レンズ２０を通過した被写体光を撮影用被写体光（透過光）とピント状態検出用被写体光（反射光）とに分割する光分割手段としての光分割プリズムＰ１と、全体として負のパワーを持ち、光分割プリズムＰ１に対して物体側に配置された第１レンズ群Ｌ１と、全体として正のパワーを持ち、光分割プリズムＰ１に対して像側に配置された第２レンズ群Ｌ２とを有している。

光分割プリズムＰ１は、２つの直角プリズムをその斜面で接合したものであり、その光分割面が撮影側アダプタ光学系１０Ａの光軸Ｚ１に対し略４５゜の角度で配置され、光軸Ｚ１に対し略９０度折り曲げた方向にピント状態検出用被写体光を出射するようになされている。

この光分割プリズムＰ１は、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、ｄは光分割プリズムＰ１の光軸Ｚ１方向の厚さ、ｈは光分割プリズムＰ１を通過する光束の光軸Ｚ１からの最大高さとする。
１．０＜ｄ／２ｈ ……（１）
この条件式（１）を満たすことで、光分割プリズムＰ１で光束がケラレることなく、ピント状態検出用の光束が光軸Ｚ１に対し略９０度折り曲げた方向に適切に分割される。

第１レンズ群Ｌ１は、少なくとも、負レンズおよび正レンズからなる一組の第１の接合レンズを含むことが好ましい。図５および図６の各構成例では、第１レンズ群Ｌ１が、物体側から順に、１枚の負レンズＬ１１と、負レンズＬ１２および正レンズＬ１３からなる一組の第１の接合レンズとで構成されている。負レンズＬ１１は、像側に凹面を向けた負のメニスカスレンズとなっている。

第２レンズ群Ｌ２は、少なくとも、１枚の正レンズと、負レンズおよび正レンズからなる一組の第２の接合レンズとを含むことが好ましい。図５の第１の構成例では、物体側から順に、両凸形状の１枚の正レンズＬ２１と、像側に凹面を向けた負のメニスカス形状の１枚の負レンズＬ２２と、両凸形状の正レンズＬ２３および両凹形状の負レンズＬ２４からなる一組の第２の接合レンズとで構成されている。図６の第２の構成例では、物体側から順に、両凸形状の１枚の正レンズＬ２１と、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の正レンズＬ２３Ａおよび像側に凹面を向けた負のメニスカス形状の負レンズＬ２４Ａからなる一組の第２の接合レンズとで構成されている。

また、第１レンズ群Ｌ１および第２レンズ群Ｌ２は、以下の条件式を満足することが好ましい。ただし、ｆ１は第１レンズ群Ｌ１の焦点距離、ｆ２は第２レンズ群Ｌ２の焦点距離とする。
−０．８＜ｆ１／ｆ２＜−０．７ ……（２）
この条件式（２）を満たすことで、アダプタ光学系１０を挿入したことによる光学性能の劣化が抑えられる。特に、アダプタ光学系１０の結像倍率が適切な範囲の値となる。条件式（２）の下限を超えるとアダプタ光学系１０を挿入した状態での光学系全体の射出瞳位置が結像面に対して近くなり、カラーシェーディングが発生する原因となるので好ましくない。また、上限を超えるとアダプタ光学系１０の結像倍率が１．４倍を超え、光学系全体の焦点距離がアダプタ光学系１０を挿入する撮影レンズ２０の焦点距離の１．４倍となり、もとの撮影レンズ２０の画角の効果が得られない。

ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂは、正のレンズ群Ｌ３を有している。正のレンズ群Ｌ３は、光分割プリズムＰ１に対してピント状態検出用被写体光の出射側に配置され、撮影側アダプタ光学系１０Ａにおける第２レンズ群Ｌ２と同一のレンズ構成とされている。この正のレンズ群Ｌ３と、撮影側アダプタ光学系１０Ａにおける第２レンズ群Ｌ２とは、光分割プリズムＰ１を挟んで光学的に互いに共役な位置に配置されている。このように第２レンズ群Ｌ２と同一のレンズ構成とすることで、低コスト化に有利となる。

ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂはさらに、ピント状態検出用被写体光の進行順に、直角プリズムＰ２とフィルタ３３Ｆと光分割プリズムＰ３とを有している。直角プリズムＰ２は、正のレンズ群Ｌ３の後ろ側に配置されており、正のレンズ群Ｌ３を通過したピント状態検出用被写体光の光路を、撮影レンズ２０側に略９０゜折り曲げるようになっている。フィルタ３３Ｆと光分割プリズムＰ３は、直角プリズムＰ２によって折り曲げられた光路上に配置されている。光分割プリズムＰ３は、ピント状態検出用分割手段として設けられている。光分割プリズムＰ３は、例えば２つの直角プリズムをその斜面で接合したものであり、ピント状態検出用被写体光を互いに異なる方向に２分割するようになっている。光分割プリズムＰ３によって分割された一方の光路上に一方のピント状態検出用撮像素子３２Ａが設けられ、他方の光路上に他方のピント状態検出用撮像素子３２Ｂが設けられている。光分割プリズムＰ３と一方のピント状態検出用撮像素子３２Ａとの間には、カバーガラス３４が設けられている。光分割プリズムＰ３と他方のピント状態検出用撮像素子３２Ｂとの間には、カバーガラス３５が設けられている。このように、ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂ内において、直角プリズムＰ２を設けて光路をさらに折り曲げることで、コンパクト化に有利な構成とされている。

図２は、カメラ本体３０の撮影用撮像素子３２Ｃに入射する被写体光の光軸と一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ、３２Ｂに入射する被写体光の光軸とを同一直線上に示したしたものである。図２に示すように、一方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、他方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、撮影用撮像素子３２Ｃの撮像面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。すなわち、一対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３２Ｃ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、一対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３２Ｃ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。なお、この一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂ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。

図３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、一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂ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。
ここで、本実施の形態において、ピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂおよび信号処理部６０が本発明における「ピント状態検出手段」の一具体例に相当する。また、フォーカスレンズ駆動部４０、フォーカスレンズ位置検出器５０、および信号処理部６０が、本発明における「制御手段」の一具体例に相当する。

信号処理部６０は、図３に示すように、各ピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂ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と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器７２Ａ，７２Ｂと、ゲート回路７４Ａ，７４Ｂと、加算器７６Ａ、７６Ｂ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レンズ群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内の各レンズを通過して、撮影レンズ２０の後端から出射される。オートフォーカスアダプタを装着したときには、撮影レンズ２０からの出射光がアダプタ光学系１０に入射される。装着していないときには、撮影レンズ２０からの出射光がカメラ本体３０に入射される。カメラ本体３０に入射した映像用被写体光は、色分解プリズム３１Ｐによって例えば赤色光、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３２Ｃの受光面に入射され、撮影用撮像素子３２Ｃ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。

アダプタ光学系１０に入射した被写体光は、第１レンズ群Ｌ１を通過して光分割プリズムＰ１に入射する。光分割プリズムＰ１では、被写体光を撮影用被写体光（透過光）とピント状態検出用被写体光（反射光）とに分割する。撮影用被写体光は、第２レンズ群Ｌ２を通過してカメラ本体３０に入射される。ピント状態検出用被写体光は、光分割プリズムＰ１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、ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂの正のレンズ群Ｌ３に入射する。正のレンズ群Ｌ３を通過したピント状態検出用被写体光は直角プリズムＰ２によって、その光路が撮影レンズ２０側に略９０゜折り曲げられる。直角プリズムＰ２によって折り曲げられた光路の先には、光分割プリズムＰ３が配置されており、そこでピント状態検出用被写体光がさらに２つに分割される。分割された一方のピント状態検出用被写体光が一方のピント状態検出用撮像素子３２Ａに入射され、他方のピント状態検出用被写体光が他方のピント状態検出用撮像素子３２Ｂに入射される。一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂは、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。

一対のピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂ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３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３に示すように、各ピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂ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と、Ａ／Ｄ変換器７２Ａ，７２Ｂと、ゲート回路７４Ａ，７４Ｂと、加算器７６Ａ，７６Ｂ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で抽出された高域周波数成分の信号は、Ａ／Ｄ変換器７２Ａ，７２Ｂ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３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やゲート回路７４Ａ，７４Ｂ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４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、撮影用撮像素子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、図中点線で示す曲線Ａ，Ｂは、それぞれ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４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、一方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、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_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、一方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、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_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、一方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、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_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、一方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、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_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、一方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、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、曲線Ｂの位置Ｆ３に対応する値となる。このとき、一方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、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から得られる焦点評価値Ｖ_A，Ｖ_B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

以上説明したように、本実施の形態に係るオートフォーカスアダプタによれば、撮影レンズ２０とカメラ本体３０との間に着脱自在に装着されるアダプタ方式で構成するようにしたので、既存の撮影レンズ全般に装着可能となる。このため、エクステンダ光学系を使用する撮影レンズ２０にも装着可能であり、エクステンダとの同時使用も可能となる。また、撮影側アダプタ光学系１０Ａとしてリレー光学系を用いておらず、装着時の全長の増大が抑えられ、コンパクトさの確保と低コスト化に有利となる。また、光分割手段（光分割プリズムＰ１）により分割された光束を撮影レンズ２０の光軸Ｚ１とは異なる光軸Ｚ２上に配置されたピント状態検出側アダプタ光学系に入射させ、ピント状態検出用被写体光として用いるようにしたので、コンパクト化に有利となる。また、撮影側アダプタ光学系１０Ａにおける第２レンズ群Ｌ２と同一のレンズ構成とされた正のレンズ群Ｌ３をピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂに用いるようにしたので、低コスト化に有利となる。これらにより、既存の撮影レンズ全般に装着可能で、コンパクトかつ低コストで実施できるオートフォーカスアダプタを実現できる。

次に、本実施の形態に係るオートフォーカスアダプタにおけるアダプタ光学系１０の具体的な数値実施例について説明する。なお、以下ではアダプタ光学系１０のうち撮影側アダプタ光学系１０Ａの数値実施例を示すが、本実施の形態において、ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂは、正のレンズ群Ｌ３が撮影側アダプタ光学系１０Ａにおける第２レンズ群Ｌ２と同一のレンズ構成とされているので、実質的に撮影側アダプタ光学系１０Ａと同様である。以下では、撮影側アダプタ光学系１０Ａの第１ないし第４の数値実施例をまとめて説明する。また、以下では、撮影レンズ２０の数値実施例についても説明する。

図１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７に示す。また、図１および図５に示した撮影側アダプタ光学系１０Ａの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例１として、図８に示す。図７および図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。

実施例１に係る撮影側アダプタ光学系１０Ａと同様にして、図６に示した撮影側アダプタ光学系１０Ａの構成に対応する具体的なレンズデータを実施例２として、図９に示す。また同様に、実施例３に係る撮影側アダプタ光学系１０Ａのレンズデータを図１０に、実施例４に係る撮影側アダプタ光学系１０Ａのレンズデータを図１１に示す。実施例３および実施例４に係る撮影側アダプタ光学系１０Ａのレンズ断面は、図６に示した撮影側アダプタ光学系１０Ａの構成に類似しているので図示を省略する。

また、図１２には、上述の各条件式に関する値を各実施例についてまとめて示す。図１２にはまた、撮影側アダプタ光学系１０Ａの結像倍率βの値も示す。図１２から分かるように、各実施例の値が、各条件式の数値範囲内となっている。

以上の各数値データから分かるように、各実施例について、コンパクトな光学系が実現できている。

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。

また、上記実施の形態では、２つのピント状態検出用撮像素子３２Ａ，３２Ｂを備えた場合について説明したが、ピント状態検出用撮像素子を３つ備えた場合にも適用可能である。この場合、ピント状態検出側アダプタ光学系１０Ｂにおいて、ピント状態検出用被写体光を２つに分割する手段（光分割プリズムＰ３）に代えて３つに分割する手段を備え、それら分割された被写体光を３つのピント状態検出用撮像素子に入射させるようにすれば良い。

本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタを含むカメラシステムの全体構成図である。 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。 本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタにおける信号処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタ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オートフォーカスアダプタにおけるアダプタ光学系の第１の構成例を示す光学系断面図である。 本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタにおけるアダプタ光学系の第２の構成例を示す光学系断面図である。 撮影レンズのレンズデータの一実施例を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタにおける実施例１に係るアダプタ光学系のレンズデータを示す図である。 本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタにおける実施例２に係るアダプタ光学系のレンズデータを示す図である。 本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタにおける実施例３に係るアダプタ光学系のレンズデータを示す図である。 本発明の一実施の形態に係るオートフォーカスアダプタにおける実施例４に係るアダプタ光学系のレンズデータを示す図である。 条件式に関する値を各実施例についてまとめて示した図である。

符号の説明

１０…アダプタ光学系、１０Ａ…撮影側アダプタ光学系、１０Ｂ…ピント状態検出側アダプタ光学系、２０…撮影レンズ、２１…第１レンズ群（フォーカス群）、２２…第２レンズ群（変倍群）、２３…第３レンズ群（変倍群）、２４…第４レンズ群（リレーレンズ群）、３０…カメラ本体、３１Ｐ…色分解プリズム、３２Ａ，３２Ｂ…ピント状態検出用撮像素子、３２Ｃ…撮影用撮像素子、３３Ｆ…フィルタ、３４，３５…カバーガラス、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、Ｌ１…第１レンズ群（アダプタ光学系）、Ｌ２…第２レンズ群（アダプタ光学系）、Ｌ３…正のレンズ群（アダプタ光学系）、Ｐ１，Ｐ３…光分割プリズム、Ｐ２…直角プリズム、Ｓｔ…開口絞り、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｚ１…光軸（撮影側）、Ｚ２…光軸（ピント状態検出側）。

Claims (8)

1. 撮影レンズとカメラ本体との間に着脱自在に装着され、前記撮影レンズのピント状態を検出して前記撮影レンズをオートフォーカス制御するオートフォーカスアダプタであって、
   装着時に前記撮影レンズの光軸上に配置される撮影側アダプタ光学系と、装着時に前記撮影レンズの光軸とは異なる光軸上に配置されるピント状態検出側アダプタ光学系と、前記ピント状態検出側アダプタ光学系を介してピント状態検出用被写体光が入射されるピント状態検出用撮像素子とを備え、
   前記撮影側アダプタ光学系は、
   装着時に前記撮影レンズの光軸上に配置され、前記撮影レンズを通過した被写体光を撮影用被写体光と前記ピント状態検出用被写体光とに分割する光分割手段と、
   全体として負のパワーを持ち、前記光分割手段に対して物体側に配置された第１レンズ群と、
   全体として正のパワーを持ち、前記光分割手段に対して像側に配置された第２レンズ群とを有する
   ことを特徴とするオートフォーカスアダプタ。
2. 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手段と、
   前記ピント状態検出手段で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制御手段とをさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカスアダプタ。
3. 前記撮影側アダプタ光学系において以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のオートフォーカスアダプタ。
   １．０＜ｄ／２ｈ ……（１）
   ただし
   ｄ：光分割手段の光軸方向の厚さ
   ｈ：光分割手段を通過する光束の光軸からの最大高さ
   とする。
4. 前記撮影側アダプタ光学系において、
   前記第１のレンズ群は少なくとも、負レンズおよび正レンズからなる一組の第１の接合レンズを含み、
   前記第２のレンズ群は少なくとも、１枚の正レンズと、正レンズおよび負レンズからなる一組の第２の接合レンズとを含み、
   かつ以下の条件式を満足する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のオートフォーカスアダプタ。
   −０．８＜ｆ１／ｆ２＜−０．７ ……（２）
   ただし
   ｆ１：第１レンズ群の焦点距離
   ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
   とする。
5. 前記光分割手段は直角プリズムをその斜面で接合した光分割プリズムであり、その光分割プリズムの光分割面が前記撮影側アダプタ光学系の光軸に対し略４５゜の角度で配置され、前記光軸に対し略９０度折り曲げた方向に前記ピント状態検出用被写体光を出射する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のオートフォーカスアダプタ。
6. 前記ピント状態検出側アダプタ光学系は、
   前記光分割手段に対して前記ピント状態検出用被写体光の出射側に配置され、前記撮影側アダプタ光学系における前記第２レンズ群と同一のレンズ構成とされた正のレンズ群を有する
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のオートフォーカスアダプタ。
7. 前記ピント状態検出側アダプタ光学系は、
   前記光分割手段により分割され前記正のレンズ群を通過したピント状態検出用被写体光の光路を略９０゜折り曲げる直角プリズムをさらに有する
   ことを特徴とする請求項６に記載のオートフォーカスアダプタ。
8. 前記ピント状態検出側アダプタ光学系は、
   前記直角プリズムによって折り曲げられた光路上に配置され、前記ピント状態検出用被写体光を複数に分割するピント状態検出用分割手段をさらに有し、
   前記ピント状態検出用分割手段によって分割されたそれぞれの光路上に前記ピント状態検出用撮像素子が配置されている
   ことを特徴とする請求項７に記載のオートフォーカスアダプタ。
   
   

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