JP2008145751A - シフト光学系及びそれを有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
シフト効果が容易に得られ、しかも位相差方式の焦点検出装置を有するカメラに装着した場合であっても、高精度な焦点検出が出来るシフト光学系を得ること。
【解決手段】
物体側から像側へ順に、光軸に対し垂直方向に移動可能な負の屈折力の第１レンズ群と、開口絞りを含み光軸に対し、垂直方向に不動の正の屈折力の第２レンズ群を有し、該第１レンズ群を光軸に対し垂直方向に移動して像面に結像する被写界範囲をシフトさせるシフト光学系であって、該第２レンズ群の結像倍率をβ_２とするとき、
１．０ ＜ ｜β_２｜ ＜ ２．５
なる条件を満足することを特徴とすること。
【選択図】 図１（ａ）

Description

本発明は建築物等を歪みなく撮影することができるシフト光学系に関し、特に位相差検出方式の自動焦点検出装置を有した一眼レフカメラに好適なものである。

建築物等を歪みなく撮影することができる撮影レンズとしてシフト光学系が知られている。

図５は、従来のシフト光学系６１を伝相差検出方式の自動焦点検出装置１３を有するカメラ本体５０に装着したときの要部概略図である。

図５においては、シフト光学系６１全体をその光軸６０ａに対し、垂直方向に変移させてシフト効果を得ている様子を示している。

図５において、不図示の被写体からの光束はシフト光学系６１を透過後、回動可能な主ミラー５１により上方に反射され、焦点板５２上に被写体像を形成する。焦点板５２上に形成された被写体像はペンタプリズム５３による複数回の反射を経て接眼レンズ５４を介して撮影者又は観察者によって視認される。

一方、シフト光学系６１から主ミラー５１に到達した光束のうちの一部は主ミラー５１の透過部を透過し、サブミラー５５により下方に反射され焦点検出装置１３に導かれる。

焦点検出装置１３は一般的に位相差検出方式（像ずれ方式）と呼ばれているものである。

一方、画像情報をスクリーンに投射する画像投射装置において、斜方向に画像を投射するときの撮影画像の台形歪みを補正するようにした画像投射装置（プロジェクター）が知られている。（特許文献１、２）
特許文献１の画像投射装置では、画像をスクリーンに投射する投射光学系を、絞りを挟んで前後に配置した２つのレンズ群で構成している。そして、画像を斜方向に投射するとき、スクリーン側のレンズ群を光軸上の一点で光軸と垂直方向の軸を回転軸として回動している。これによってスクリーン面に投射される画像の台形歪みを補正している。

特許文献２では、投射レンズの一部のレンズ群を偏心駆動することによって投射画像の歪曲を補正している。
特開平９−３０４７３３号公報 特開平３−１４１３３７号公報

位相差検出方式の自動焦点検出装置を有したカメラに、レンズ系全体をシフトさせてシフト効果を得るシフト光学系を用いると、焦点検出装置に入射する光束がケラれて自動焦点検出が出来なく場合がある。

図６（ａ）、（ｂ）はシフト光学系６１と、位相差検出方式の焦点検出装置１３との関係を示す説明図である。

図６（ａ）は標準状態、図６（ｂ）はシフト状態を示している。

図６に示す位相差検出方式の焦点検出装置１３では、シフト光学系６１の像面１５側に２つの再結像レンズ１６−１、１６−２より成る光学手段１６を設けている。そして光学手段１６により、シフト光学系６１の瞳１４の異なる２つの領域１４−１、１４−２を通過した光束１８−１、１８−２を用いて予定結像面１５又はその近傍に形成した被写体像に関する２つの光量分布を再形成する。

そして、再形成した２つの光量分布の相対的な位置関係を複数の素子より成る２つの光電変換素子１７−１、１７−２より成る受光手段１７により求め、２つの光電変換素子１７−１、１７−２からの信号を用いてシフト光学系６１の合焦状態を検出している。

図６（ｂ）に示すように、シフト光学系６１がシフトした状態においては、焦点検出装置１３の光学手段１６のうち一方の再結像レンズ１６−１に入射する光束１８−２が瞳１４−２から外れてケラれてくる。

この結果、一方の光電変換素子１７−１からは、被写体像に関する信号が得られないか、又は光量が不足するため、Ｓ／Ｎ比の悪い信号となってくる。

このため、シフト状態では、焦点検出が出来ないか又は、焦点検出精度が低下してくるという問題があった。

また、レンズ系全体をシフトさせるシフト光学系のシフト状態においては、画面周辺の一部からの光束の撮像面への入射角度が極めて大きくなる。このため、ＣＣＤやＣＭＯＳを撮像素子に使用するデジタルカメラでは、画面周辺の一部について画素内でのケラレが大きくなり、銀塩フィルムに比べて周辺光量落ちが目立ちやすいという問題があった。

尚、特許文献１のプロジェクター用の投射レンズはカメラに取り付けて使用するシフト光学系を意識したものではない。このためシフト用の移動レンズ群の移動量が大きいという問題があった。

本発明は、シフト効果が容易に得られ、しかも位相差検出方式の焦点検出装置を有するカメラに装着した場合であっても、高精度な焦点検出が出来るシフト光学系及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。

本発明のシフト光学系は、
物体側から像側へ順に、光軸に対し垂直方向に移動可能な負の屈折力の第１レンズ群と、開口絞りを含み光軸に対し、垂直方向に不動の正の屈折力の第２レンズ群を有し、該第１レンズ群を光軸に対し垂直方向に移動して像面に結像する被写界範囲をシフトさせるシフト光学系であって、該第２レンズ群の結像倍率をβ_２とするとき、
１．０ ＜ ｜β_２｜ ＜ ２．５
なる条件を満足することを特徴としている。

本発明によれば、
シフト効果が容易に得られ、しかも位相差検出方式の焦点検出装置を有するカメラに装着した場合であっても、高精度な焦点検出が出来るシフト光学系が得られる。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例１の要部概略図である。

図１（ａ）は、シフト光学系ＳＯの基準状態（シフトしていない状態）を示している。

図１（ｂ）は、シフト光学系ＳＯを構成する一部のレンズ群を平行偏心又は回動してシフトさせたときのシフト状態を示している。

図１（ａ）、（ｂ）において、左方が物体側（前方）で、右方が像側（後方）である。

本実施例のシフト光学系ＳＯでは、光軸に垂直な方向へ移動可能な負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、第１レンズ群Ｌ１の撮像面側にあり光軸に対する偏心移動に関して固定の絞りＳＰを有する正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２で構成されている。第１レンズ群Ｌ１を光軸に垂直な方向へ移動してシフト効果を得ている。シフト光学系ＳＯの焦点距離をｆ、第１、第２レンズ群Ｌ１、Ｌ２の焦点距離を各々ｆ１、ｆ２、第１レンズ群Ｌ１と第２レンズ群Ｌ２との主点間隔をｅ１とする。このとき実施例１の諸数値は次のとおりである。
（表１）
ｆ ＝３５．０００
ｆ１ ＝ −１７．５ ｅ１ ＝２０．０
ｆ２ ＝ ２５．０

第２レンズ群の結像倍率をβ２は−２．０倍である。

第１図（ａ）のシフト光学系ＳＯの基準状態においては、遠方の位置６にある物体７の第１レンズ群Ｌ１による虚像７ａが位置１０に形成される。位置１０に形成された虚像７ａは、開口絞りＳＰを有する第２レンズ群Ｌ２で倍率β_２＝−２．０で像面８の位置に像９となって結像されている。

尚、図１（ａ）において、５はシフト光学系ＳＯの光軸である。

第１図（ｂ）のシフト状態のシフト光学系ＳＯにおいては、第１レンズ群Ｌ１が像面８の縦方向（紙面内で光軸５と垂直方向）で例として最大像高の半分の値だけ紙面内で下側にシフトしている。

ここで最大像高とは、像面８に配置する撮像手段の有効径の半分の値である。

このとき遠方の位置２６にあって歪みなく撮影しようとしている高さの高い物体２７の第１レンズ群Ｌ１による虚像２７ａは、位置１１であって第１レンズ群Ｌ１の光軸Ｌ１ａより紙面内の上側に形成される。

第１レンズ群Ｌ１が像面８の縦方向の最大像高の半分の値だけ下側にシフトしているので、虚像２７ａの下端は最大像高の半分の値だけ下側にある。

位置１１に形成された虚像２７ａは第２レンズ群Ｌ２で倍率β_２＝−２．０で像面８の位置に像１２となって結像される。これによって物体２７のシフト像１２を得ている。像１２のシフト量は像面８の縦方向の最大像高と同じ量である。

このようにして本実施例のシフト光学系ＳＯでは第１レンズ群Ｌ１のシフト移動量は最終像１２のシフト移動量に対して０．５倍という小さな移動量となっている。これによって効果的にシフト像を得ている。

本実施例のシフト光学系においては、各レンズ群の屈折力を適切に設定することによりシフトレンズ群の移動量を小さくできる。この結果、部分系のシフトによる光学性能の変化を小さくすることができる。

図２（ａ）、（ｂ）は、本発明のシフト光学系の実施例２のレンズ断面図である。

図２（ａ）は基準状態、図２（ｂ）はシフト状態を示している。

本実施例のシフト光学系ＳＯは、光軸に垂直方向に移動可能な負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、第１レンズ群Ｌ１の撮像面側（像側）にあり光軸に対する偏心移動に関して固定で開口絞りＳＰを有する正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を有している。本実施例では、実施例１と同様に第１レンズ群Ｌ１を光軸に垂直方向に移動してシフト効果を得ている。

図２（ｂ）では、第１レンズ群Ｌ１を光軸５に対して下方にシフトした状態を示している。

第２レンズ群Ｌ２の結像倍率β_２は−１．２９倍である。

本実施例のシフト光学系ＳＯではシフト移動に際して最終像のシフト移動量に対して０．７８倍という小さな移動量でシフト用の第１レンズ群Ｌ１を移動すればよい。

以下に、実施例２における数値実施例を示す。数値実施例において、ｉは物体側からの面の順番を示し、Ｒｉは各面の曲率半径、Ｄｉは第ｉ面と第ｉ＋１面との間の部材肉厚又は空気感覚、Ｎｉ、νｉはそれぞれｄ線に対する屈折率、アッベ数を示す。

ｆは焦点距離、ＦｎｏはＦナンバーである。

（表３） 近軸配置
ｆ ＝３４．１５０
ｆ１ ＝ −２６．４４１ ｅ１ ＝２５．５１５
ｆ２ ＝ ３０．１８４

各実施例のシフト光学系ＳＯは、
物体側から像側へ順に、光軸に対し垂直方向に移動可能な負の屈折力の第１レンズ群Ｌ１と、開口絞りＳＰを含み光軸に対し、垂直方向に不動の正の屈折力の第２レンズ群Ｌ２を有している。そして、第１レンズ群Ｌ１を光軸に対し垂直方向に移動して像面に結像する被写界範囲をシフトさせている。第２レンズ群Ｌ２の結像倍率をβ_２とするとき、
１ ＜ ｜β_２｜ ＜ ２．５ ・・・（１）
なる条件を満足している。

条件式（１）下限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の結像倍率β_２が小さいと第１レンズ群Ｌ１のシフト移動量が大きくなってしまう。一方条件式（１）上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の結像倍率β_２が大きいと第１レンズ群Ｌ１のパワーを大きくしなければならなくなり、この結果コマ収差、非点収差等軸外の収差補正が困難となる。

更に好ましくは、条件式（１）の数値範囲を
１．２ ＜ ｜β_２｜ ＜ ２．２ ・・・（１ａ）
とするのが良い。

第２レンズ群Ｌ２の焦点距離をf_２、全系の焦点距離をfとする。このとき、
０．６ ＜ ｆ_２／ｆ ＜ １．５ ・・・（２）
なる条件を満足している。

条件式（２）の下限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の焦点距離f_２が小さくなると第２レンズ群Ｌ２のパワーが大きくなり球面収差等の収差補正が困難となる。一方条件式（２）の上限値を超えて第２レンズ群Ｌ２の焦点距離f_２が大きくなるとレンズ系全体の全長が大きくなってしまう。

シフト光学系において条件式（２）を満足するような適切なパワー配置を選択することによりシフト用の第１レンズ群Ｌ１の移動量を小さくできるので部分系のシフトによる性能の変化を小さくすることができる。

更に好ましくは、条件式（２）の数値範囲を
０．６５ ＜ ｆ_２／ｆ ＜ １．０ ・・・（２ａ）
とするのが良い。

図３は本発明の実施例２のシフト光学系を位相差検出方式の焦点検出装置を内蔵するデジタル一眼レフカメラに適用したときの要部概略図である。

図３において、ＳＯはシフト光学系であり、デジタル一眼レフカメラ５０に着脱可能に装着されている。

図３では、シフト用の第１レンズ群Ｌ１をシフトした状態で示している。

本実施例では、図３からわかるように前方（物体側）の一部のレンズ群Ｌ１を光軸に垂直方向に移動してシフト効果を得ている。このためマウント付近のカメラ本体の部材との干渉が避けられるので像のシフト量を大きくすることができる。また、カメラ本体のグリップより前方にあるレンズ群Ｌ１をシフトする構成なのでカメラのホールディング性（携帯性）が優れたカメラシステム（撮影装置）が提供できる。

さらに、シフト用の第１レンズ群Ｌ１の移動量を小さくすることができるのでシフト操作を迅速にでき、操作性の優れたカメラシステムが提供できる。シフト光学系ＳＯの一部のレンズ群をシフト用のレンズ群とし、モーターで駆動したときでも移動レンズ群を軽くすることができるので駆動力が小さくてすむ。

同図において、不図示の被写体からの光束はシフト光学系ＳＯを透過後、回動可能な主ミラー５１により上方に反射され、焦点板５２上に被写体像を形成する。焦点板５２上に形成された被写体像はペンタプリズム５３による複数回の反射を経て接眼レンズ５４を介して撮影者又は観察者によって視認される。

一方、シフト光学系ＳＯから主ミラー５１に到達した光束のうちの一部は主ミラー５１の透過部を透過し、サブミラー５５により下方に反射され焦点検出装置１３に導かれる。

焦点検出装置１３は一般的に位相差検出方式（像ずれ方式）と呼ばれているものである。

主ミラー５１とサブミラー５５が回動し、撮影光路中から退避したとき、シフト光学系ＳＯを通過した光束によって、被写体像が撮像素子５６に結像する。撮像素子５６で得られた画像信号は、制御回路５７でデジタル処理される。

図４（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）におけるシフト光学系ＳＯと、位相差検出方式の焦点検出装置１３との関係を示す説明図である。

本実施例の位相差検出方式の焦点検出装置１３では、シフト光学系ＳＯの像面１５側に２つの再結像レンズ１６−１、１６−２より成る光学手段１６を設けている。そして光学手段１６によりシフト光学系ＳＯの瞳１４の異なる２つの領域１４−１、１４−２を通過した光束１８−１、１８−２を用いて予定結像面１５又はその近傍に形成した被写体像に関する２つの光量分布を再形成する。

そして、再形成した被写体像に関する２つの光量分布の相対的な位置関係を複数の素子より成る２つの光電変換素子１７−１、１７−２より成る受光手段１７により求めている。そして受光手段の２つの光電変換素子１７−１、１７−２からの信号を用いてシフト光学系ＳＯの合焦状態を検出している。

シフト光学系ＳＯの結像点が予定焦点面１５の前側、即ちシフト光学系ＳＯ側にある場合には２つの光電変換素子１７−１、１７−２上にそれぞれ形成される被写体像に関する光量分布が互いに近づいた状態となる。逆にシフト光学系ＳＯの結像点が予定焦点面１５の後側、即ちシフト光学系ＳＯと反対側にある場合には２つの光電変換素子１７−１、１７−２上にそれぞれ形成される被写体像に関する光量分布が互いに離れた状態となる。

しかも２つの光電変換素子１７−１、１７−２上に形成される被写体像に関する光量分布のずれ量はシフト光学系ＳＯのディーフォーカス量即ち焦点はずれ量とある関数関係にある。このためそのずれ量を適当な演算手段で算出することにより、シフト光学系ＳＯの焦点はずれの方向と量を検出している。

尚、図４において１９は撮影光束である。

本実施例のシフト光学系ＳＯは、シフト状態のおいて開口絞りＳＰを有する最終レンズ群である第２レンズ群Ｌ２がシフト移動しない。このため図４（ｂ）に示すように焦点検出装置１３側から見たレンズの開口部が移動しない。この結果、位相差検出方式の焦点検出装置を構成する光学手段１６に入射する測距用の光束１８-１および１８-２は第２レンズ群Ｌ２でけられることがない。シフト状態でも測距用の光束１８−１、１８−２がけられることがないので位相差方式の合焦検出が可能である。従っていつでも合焦動作が行える。

シフト光学系ＳＯにおいて、光学手段１６に入射する光束は、第１レンズ群Ｌ１がシフト移動する毎に変化する。即ち、光学手段１６が取り込む光束は、シフト毎に第１レンズ群Ｌ１における通過位置が異なる。このため、光学手段１６に入射する光束の収差は、微妙に変化しシフトするか否かで焦点検出装置１３が示すピント位置（合焦位置）と撮影上の合焦位置の差も変化する。従ってシフト光学系ＳＯ内に、シフト移動量に対応した自動焦点検出に関するピント補正値データを保有している。これによってきめ細かに補正をすることにより自動合焦精度を高精度に保っている。

また、本発明のシフト光学系では開口絞りＳＰを有する最終レンズ群がシフト移動しないため、シフト状態であっても、画面周辺の一部の光束の撮像面への入射角度は基準状態に対してほとんど変化がない。したがって、シフト状態における画面周辺部の光量落ちは基準状態に比べてあまり大きくならない。

本発明のシフト光学系では、次のような態様が適用可能である。

シフト用の第１レンズ群の物体側に正の屈折力のレンズ群を設けてもよい。このときの正の屈折力のレンズ群は、焦点距離をfａ、第１、第２のレンズ群の合成の焦点距離をfとするとき、
３ｆ ＜ ｆａ ・・・（３）
なる条件を満足する屈折力とするのが良い。

シフト光学系を構成する第１レンズ群Ｌ１を光軸上の一点を回転軸として回転可能にしてもよい。これによれば、ティルト光学系としてパースペクティブの制御可能な光学系を得ることが可能できる。そのとき第１レンズ群Ｌ１中の一部のレンズ成分が他のレンズ成分と異なる動きをするようにすれば回転移動に対する収差の劣化を低減することができる。

ここでレンズ成分とは１以上のレンズより成るレンズグループのことである。

以上のように各実施例では、開口絞りＳＰを有する第２レンズ群Ｌ２の結像倍率β_２が条件式（１）を満足している。

これにより、各実施例のシフト光学系では開口絞りＳＰを有する最終レンズ群がシフト移動しないのでカメラに適用したときシフト状態でも位相差方式の焦点検出装置のカメラに適用しても測距光束がけられることがなく、焦点検出が可能である。従って迅速で高精度のピント合せが可能なカメラシステムが得られる。

各実施例のシフト光学系では、レンズ系全体をシフトするのでなく前方の一部のレンズ群を光軸に対し垂直方向に移動してシフト効果を得ているためカメラに適用したとき、マウント付近のカメラの部材との干渉が避けられる。このため像のシフト量を大きくすることができる。

更に、カメラのグリップより前方にあるレンズ群をシフトする構成にすることが可能なのでカメラのホールディング性が優れたカメラシステムが提供できる。

シフト用の第１レンズ群Ｌ１の移動量を小さくできるのでシフト操作を迅速にでき、操作性の優れたカメラシステムが提供できる。

前方の一部のレンズ群を光軸に対し垂直方向に移動してシフト効果を得ているため移動レンズ群を軽くすることができる。この結果、モーターで駆動する場合にも駆動力が小さくてすむ。

また、開口絞りＳＰを有する最終レンズ群がシフト移動しないため、シフト状態であっても、画面周辺の一部の光束の撮像面への入射角度は基準状態に対してほとんど変化がない。したがって、シフト状態における画面周辺部の光量落ちは基準状態に比べてあまり大きくならない。

レンズ群のシフト量に応じた自動焦点検出の際のベストピント補正を行なうシステムとすることにより各シフト位置で高い合焦精度を得ることができる。

本発明の実施例１のシフト光学系の基準状態を示す図 本発明の実施例１のシフト光学系のシフト状態を示す図 本発明の実施例２のシフト光学系を示す図 本発明の実施例２のシフト光学系を示す図 本発明の実施例２のシフト光学系を取り付けた一眼レフカメラの構成を示す図 本発明の実施例１のシフト光学系と位相差方式の焦点検出装置との関係示す図 従来の全体シフトのシフト光学系を取り付けた一眼レフカメラの構成を示す図 従来の全体シフトのシフト光学系と位相差方式の焦点検出装置との関係示す図

符号の説明

ＳＯ シフト光学系
Ｌ１ 第１レンズ群
Ｌ２ 第２レンズ群
ＳＰ 開口絞り
５ 光軸
６ 物体面
７、２７ 物体
８ 像面
９、１２ 物体像
１０、１１ 第１レンズ群による中間虚像
１３ 光学手段
１６ 二次結像倍率レンズ
１７ ラインセンサ
１８-１、１８-２ 測距光束
１９ 撮影光束
５０ 一眼レフカメラ
５１ 全体シフトのシフト光学系

Claims (7)

1. 物体側から像側へ順に、光軸に対し垂直方向に移動可能な負の屈折力の第１レンズ群と、開口絞りを含み光軸に対し、垂直方向に不動の正の屈折力の第２レンズ群を有し、該第１レンズ群を光軸に対し垂直方向に移動して像面に結像する被写界範囲をシフトさせるシフト光学系であって、該第２レンズ群の結像倍率をβ_２とするとき、
   １．０ ＜ ｜β_２｜ ＜ ２．５
   なる条件を満足することを特徴とするシフト光学系。
2. 前記第２レンズ群の焦点距離をf_２、全系の焦点距離をfとするとき、
   ０．６ ＜ f_２／f ＜ １．５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のシフト光学系。
3. 前記第１レンズ群は、光軸に対し垂直方向に移動する際、互いに異なった態様で移動する複数のレンズ成分を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のシフト光学系。
4. 前記シフト光学系は前記第１レンズ群の光軸に対する垂直方向のシフト移動量に対応した自動焦点検出に関するピント補正値データを保有していることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のシフト光学系。
5. 前記シフト光学系は、光軸と垂直な軸を回転軸としティルト可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のシフト光学系。
6. 前記シフト光学系は、前記第１レンズ群の物体側に正の屈折力の前方レンズ群を有し、該前方レンズ群の焦点距離をｆａ、前記第１、第２レンズ群の合成の焦点距離をｆとするとき、
   ３ｆ ＜ ｆａ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項のシフト光学系。
7. 請求項１から６のいずれか1項のシフト光学系と、該シフト光学系を着脱可能に装着し、位相差検出方式の焦点検出装置を内蔵するカメラ本体とを有することを特徴とする撮像装置。