JP2013205451A - カメラレンズアダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】極微小単位での焦点調節を可能とすること。
【解決手段】カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００との間に、着脱自在に介装されるカメラレンズアダプタであって、光学的媒質を含有し、厚み方向に変形可能な透明平行平板を備え、前記透明平行平板の厚みが変化することで、光学系の焦点状態を調節可能な焦点調節光学系３４０と、前記焦点調節光学系の前記透明平行平板の厚みを変化させることで、前記光学系の焦点状態の調節を行なう焦点調節手段３３０と、前記焦点調節光学系を振動させる振動手段３３０と、を備えることを特徴とするカメラレンズアダプタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラボディとレンズ鏡筒との間に、着脱自在に介装されるカメラレンズアダプタに関するものである。

従来より、焦点調節用のレンズを、モータなどのアクチュエータにより駆動することで、焦点調節用のレンズを光軸方向に移動させ、これにより、光学系の焦点調節を行なう撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３４９７４４号公報

しかしながら、従来技術では、モータなどのアクチュエータにより、焦点調節用のレンズを移動させて、光学系の焦点調節を行なうものであるため、極微小単位での焦点調節を行なうことが困難であるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、極微小単位での焦点調節を可能とすることにある。

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、以下においては、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は本発明の理解を容易にするためだけのものであって発明を限定する趣旨ではない。

[１]本発明のカメラレンズアダプタは、カメラボディ（１００）とレンズ鏡筒（２００）との間に、着脱自在に介装されるカメラレンズアダプタであって、光学的媒質を含有し、厚み方向に変形可能な透明平行平板を備え、前記透明平行平板の厚みが変化することで、光学系の焦点状態を調節可能な焦点調節光学系（３４０）と、前記焦点調節光学系の前記透明平行平板の厚みを変化させることで、前記光学系の焦点状態の調節を行なう焦点調節手段（３３０）と、前記焦点調節光学系を振動させる振動手段（３３０）と、を備えることを特徴とする。

[２]本発明のカメラレンズアダプタにおいて、前記振動手段（３３０）が、前記第２の焦点調節光学系を厚み方向に振動させるように構成することができる。

[３]本発明のカメラレンズアダプタにおいて、前記焦点調節手段（３３０）が、下記式（１）に従って、前記焦点調節光学系の前記透明平行平板を通過する光による像の結像面を、光軸方向に沿って移動させることで、前記光学系の焦点状態の調節を行なうように構成することができる。

（上記式（１）において、Δｓ’は透明平行平板を通過する光による像の結像面の光軸方向における移動量、ｎは透明平行平板に含有される光学的媒質の屈折率、ｎ_０は真空の屈折率、ΔＤは透明平行平板の光学的媒質の厚みの変化量である。）

[４]本発明のカメラレンズアダプタにおいて、前記振動手段（３３０）が、前記焦点調節光学系による焦点状態の調節が終了する前に、前記焦点調節光学系を振動させるように構成することができる。

本発明によれば、極微小単位での焦点調節が可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る一眼レフデジタルカメラを示す要部構成図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る平行平板光学系の側面図、図２（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る平行平板光学系の斜視図である。 図３は、平行平板光学系と、結像面との関係を説明するための図である。 図４は、平行平板光学系を構成する光学的媒質の厚みＤと、結像面との関係を示す図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る平行平板光学系に、ダストリダクションを実行させた場合における状態を示す側面図である。 図６は、本発明の一実施形態に係るカメラの動作を示すフローチャートである。 図７は、本発明の一実施形態が適用される一場面例を示す図である。 図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る平行平板光学系の側面図である。 図９は、本発明の他の実施形態に係る一眼レフデジタルカメラを示す要部構成図である。

以下においては、本発明のカメラレンズアダプタを一眼レフデジタルカメラに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る一眼レフデジタルカメラ１を示すブロック図であり、本発明のカメラレンズアダプタに関する構成以外のカメラの一般的構成については、その図示と説明を一部省略する。

本実施形態の一眼レフデジタルカメラ１（以下、単にカメラ１という。）は、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００とを備え、カメラボディ１００とレンズ鏡筒２００とは、マウントアダプタ３００を介して、着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒２００には、レンズ２１１，２１２，２１３、および絞り２２０を含む撮影光学系が内蔵されている。

フォーカスレンズ２１２は、レンズ鏡筒２００の光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、エンコーダ２６０によってその位置が検出されつつフォーカスレンズ駆動モータ２３０によってその位置が調節される。

このフォーカスレンズ２１２の光軸Ｌ１に沿う移動機構の具体的構成は特に限定されない。一例を挙げれば、レンズ鏡筒２００に固定された固定筒に回転可能に回転筒を挿入し、この回転筒の内周面にヘリコイド溝（螺旋溝）を形成するとともに、フォーカスレンズ２１２を固定するレンズ枠の端部をヘリコイド溝に嵌合させる。そして、フォーカスレンズ駆動モータ２３０によって回転筒を回転させることで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ２１２が光軸Ｌ１に沿って直進移動することになる。なお、レンズ鏡筒２００にはフォーカスレンズ２１２以外のレンズ２１１，２１３が設けられているが、ここではフォーカスレンズ２１２を例に挙げて本実施形態を説明する。

上述したようにレンズ鏡筒２００に対して回転筒を回転させることによりレンズ枠に固定されたフォーカスレンズ２１２は光軸Ｌ１方向に直進移動するが、その駆動源としてのフォーカスレンズ駆動モータ２３０がレンズ鏡筒２００に設けられている。フォーカスレンズ駆動モータ２３０と回転筒とは、たとえば複数の歯車からなる変速機で連結され、フォーカスレンズ駆動モータ２３０の駆動軸を何れか一方向へ回転駆動すると所定のギヤ比で回転筒に伝達され、そして、回転筒が何れか一方向へ回転することで、レンズ枠に固定されたフォーカスレンズ２１２が光軸Ｌ１の何れかの方向へ直進移動することになる。なお、フォーカスレンズ駆動モータ２３０の駆動軸が逆方向に回転駆動すると、変速機を構成する複数の歯車も逆方向に回転し、フォーカスレンズ２１２は光軸Ｌ１の逆方向へ直進移動することになる。

フォーカスレンズ２１２の位置はエンコーダ２６０によって検出される。既述したとおり、フォーカスレンズ２１２の光軸Ｌ１方向の位置は回転筒の回転角に相関するので、たとえばレンズ鏡筒２００に対する回転筒の相対的な回転角を検出すれば求めることができる。

本実施形態のエンコーダ２６０としては、回転筒の回転駆動に連結された回転円板の回転をフォトインタラプタなどの光センサで検出して、回転数に応じたパルス信号を出力するものや、固定筒と回転筒の何れか一方に設けられたフレキシブルプリント配線板の表面のエンコーダパターンに、何れか他方に設けられたブラシ接点を接触させ、回転筒の移動量（回転方向でも光軸方向の何れでもよい）に応じた接触位置の変化を検出回路で検出するものなどを用いることができる。

フォーカスレンズ２１２は、上述した回転筒の回転によってカメラボディ１００側の端部（至近端ともいう）から被写体側の端部（無限遠端ともいう）までの間を光軸Ｌ１方向に移動することができる。ちなみに、エンコーダ２６０で検出されたフォーカスレンズ２１２の現在位置情報は、レンズ制御部２５０およびアダプタ制御部３３０を介して後述するカメラ制御部１７０へ送出される。そして、この情報に基づいて演算されたフォーカスレンズ２１２の駆動量が、カメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して送出され、これに基づいて、フォーカスレンズ駆動モータ２３０は駆動する。

絞り２２０は、上記撮影光学系を通過して、カメラボディ１００に備えられた撮像素子１１０に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能に構成されている。絞り２２０による開口径の調節は、たとえば自動露出モードにおいて演算された適切な開口径が、カメラ制御部１７０から、アダプタ制御部３３０を介してレンズ制御部２５０を介して送出されることにより行われる。また、カメラボディ１００に設けられた操作部１５０によるマニュアル操作により、設定された開口径がカメラ制御部１７０から、アダプタ制御部３３０を介してレンズ制御部２５０に入力される。絞り２２０の開口径は図示しない絞り開口センサにより検出され、レンズ制御部２５０で現在の開口径が認識される。

マウントアダプタ３００は、マウント部３１０を介して、カメラボディ１００と、また、マウント部３２０を介して、レンズ鏡筒２００と、それぞれ着脱可能に結合されている。マウントアダプタ３００は、図１に示すように、アダプタ制御装置３３０および平行平板光学系３４０を備えている。平行平板光学系３４０は、極微小単位での焦点調節を行なうための光学系である。この平行平板光学系３４０については、後述する。

また、アダプタ制御装置３３０は、カメラ制御部１７０およびレンズ制御部２５０と互いに通信可能となっており、アダプタ制御装置３３０は、たとえば、カメラ制御部１７０から平行平板光学系３４０を制御するための信号を受信した場合に、受信した信号に基づいて、平行平板光学系３４０を制御することで、撮影光学系の焦点状態の微調節を行なう。

一方、カメラボディ１００は、被写体からの光束を撮像素子１１０、ファインダ１３５、測光センサ１３７、焦点検出モジュール１６１へ導くためのミラー系１２０を備える。このミラー系１２０は、回転軸１２３を中心にして被写体の観察位置と撮影位置との間で所定角度だけ回転するクイックリターンミラー１２１と、このクイックリターンミラー１２１に軸支されてクイックリターンミラー１２１の回動に合わせて回転するサブミラー１２２とを備える。図１においては、ミラー系１２０が被写体の観察位置にある状態を実線で示し、被写体の撮影位置にある状態を二点鎖線で示す。

ミラー系１２０は、被写体の観察位置にある状態では光軸Ｌ１の光路上に挿入される一方で、被写体の撮影位置にある状態では光軸Ｌ１の光路から退避するように回転する。

クイックリターンミラー１２１はハーフミラーで構成され、被写体の観察位置にある状態では、被写体からの光束（光軸Ｌ１）の一部の光束（光軸Ｌ２，Ｌ３）を当該クイックリターンミラー１２１で反射してファインダ１３５および測光センサ１３７へ導き、一部の光束（光軸Ｌ４）を透過させてサブミラー１２２へ導く。これに対して、サブミラー１２２は全反射ミラーで構成され、クイックリターンミラー１２１を透過した光束（光軸Ｌ４）を焦点検出モジュール１６１へ導く。

したがって、ミラー系１２０が観察位置にある場合は、被写体からの光束（光軸Ｌ１）はファインダ１３５、測光センサ１３７および焦点検出モジュール１６１へ導かれ、撮影者により被写体が観察されるとともに、露出演算やフォーカスレンズ２１２の焦点調節状態の検出が実行される。そして、撮影者がレリーズボタン（不図示）を全押しするとミラー系１２０が撮影位置に回動し、被写体からの光束（光軸Ｌ１）は全て撮像素子１１０へ導かれ、撮影した画像データを図示しないメモリに保存する。

クイックリターンミラー１２０で反射された被写体からの光束は、撮像素子１１０と光学的に等価な面に配置された焦点板１３１に結像し、ペンタプリズム１３３と接眼レンズ１３４とを介して観察可能になっている。このとき、透過型液晶表示器１３２は、焦点板１３１上の被写体像に焦点検出エリアマークなどを重畳して表示するとともに、被写体像外のエリアにシャッター速度、絞り値、撮影枚数などの撮影に関する情報を表示する。これにより、撮影者は、撮影準備状態において、ファインダ１３５を通して被写体およびその背景ならびに撮影関連情報などを観察することができる。

測光センサ１３７は、二次元カラーＣＣＤイメージセンサなどで構成され、撮影の際の露出値を演算するため、撮影画面を複数の領域に分割して領域ごとの輝度に応じた測光信号を出力する。また、測光センサ１３７は、被写体認識用の撮像素子も兼ねており、撮影光学系により焦点板１３１上に結像された被写体像を電気信号に変換して画像信号を出力する。測光センサ１３７で検出された信号はカメラ制御部１７０へ出力され、自動露出制御および被写体認識処理に用いられる。

焦点検出モジュール１６１は、被写体光を用いた位相差検出方式による自動合焦制御を実行するための焦点検出素子であり、サブミラー１２２で反射した光束（光軸Ｌ４）の撮像素子１１０の撮像面と光学的に等価な位置に固定されている。焦点検出モジュール１６１は、射出瞳の異なる一対の領域を通る一対の光束を、一対のラインセンサで受光し、一対のラインセンサで受光して得られる一対の像信号の位相ずれを周知の相関演算によって求めることにより焦点調節状態を検出する。

ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２は、オートフォーカスモードにおいて、焦点検出モジュール１６１に備えられた一対のラインセンサのゲインや蓄積時間を制御するもので、焦点検出モジュール１６１に備えられた一対のラインセンサにて検出された像信号を読み出し、デフォーカス演算部１６３へ出力する。

デフォーカス演算部１６３は、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２から送られてきた像信号のずれ量をデフォーカス量に変換し、これをレンズ駆動量演算部１６４へ出力する。

レンズ駆動量演算部１６４は、デフォーカス演算部１６３から送られてきたデフォーカス量に基づいて、当該デフォーカス量に応じたレンズ駆動量を演算し、これをカメラ制御部１７０へ出力する。そして、カメラ制御部１７０は、レンズ駆動量に基づいて、レンズ制御部２５０を介して、フォーカスレンズ駆動モータ２３０へ駆動指令を送出し、フォーカスレンズ２１２を移動させることで、粗調節を行ない、次いで、アダプタ制御部３３０を介して、平行平板光学系３４０を制御することで、微調節を行なうことで、ピントを合わせる。

撮像素子１１０は、カメラボディ１００の、被写体からの光束の光軸Ｌ１上であって、レンズ２１１，２１２，２１３を含む撮影光学系の予定焦点面となる位置に設けられ、その前面にシャッター１１１が設けられている。この撮像素子１１０は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。この撮像素子１１０で光電変換された電気画像信号は、カメラ制御部１７０で画像処理されたのち図示しないメモリに保存される。なお、撮影画像を格納するメモリは内蔵型メモリやカード型メモリなどで構成することができる。

操作部１５０は、シャッターレリーズボタン、ズームボタン、および撮影者がカメラ１の各種動作モードを設定するための入力スイッチであり、自動露出モード／マニュアル露出モード、オートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモードの切換や、また、オートフォーカスモードの中でも、焦点調節に用いるための焦点検出エリアを自動で選択する自動選択モードなどの設定が行えるようになっている。また、シャッターレリーズボタンのスイッチは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。

カメラボディ１００にはカメラ制御部１７０が設けられている。カメラ制御部１７０はマイクロプロセッサとメモリなどの周辺部品から構成され、アダプタ制御部３３０を介して、レンズ制御部２５０と電気的に接続され、このレンズ制御部２５０から、レンズ鏡筒２００の焦点調節範囲の情報などを含むレンズ情報を受信するとともに、レンズ制御部２５０へデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を送信する。また、カメラ制御部１７０は、デフォーカス演算部１６３から送られたデフォーカス量に基づき、レンズ制御部２５０を介して、フォーカスレンズ２１２を移動させることで、粗調節を行ない、次いで、アダプタ制御部３３０を介して、平行平板光学系３４０を制御することで、微調節を行なうことで、ピントを合わせる。さらに、カメラ制御部１７０は、これらに加えて、撮影画像情報の補正やレンズ鏡筒２００の焦点調節状態、絞り調節状態などを検出するなど、カメラ１全体の制御を司る。

次いで、マウントアダプタ３００に備えられた平行平板光学系３４０について、説明する。平行平板光学系３４０は、後述する光学的媒質３４２を備えており、光学的媒質３４２の厚みＤが変化することにより、平行平板光学系３４０を通過する光に光路長差を生じさせ、これにより光学系の焦点状態の微調節が可能な光学系である。ここで、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、平行平板光学系３４０の側面図であり、図２（Ｃ）は、平行平板光学系３４０の斜視図である。なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）においては、光学的媒質３４２の厚みを変化させる前後における平行平板光学系３４０の側面図である。また、図２（Ｃ）においては、光学的媒質３４２については、図示を省略している。

図２（Ｃ）に示すように、平行平板光学系３４０は、４個の圧電素子３４３を介して、互いに平行に配置されてなる一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１と、図２（Ａ）に示すように、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１の間に介装された光学的媒質３４２とを有する。なお、平行平板光学系３４０は、カメラ１中においては、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１が、光軸Ｌ１と垂直となるように配置されている（図１参照）。

平行平板光学系３４０は、４個の圧電素子３４３に直流電圧を印加することで、印加された直流電圧に比例して、圧電素子３４３の厚みが、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１の主面と垂直な方向に微小に変化し、これにより、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離が微小に変化するようになっている。そして、平行平板光学系３４０においては、このように一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離が微小に変化することに伴い、たとえば、図２（Ａ）に示す状態から、図２（Ｂ）に示す状態へと変化することで、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間に介装されている光学的媒質３４２の光軸Ｌ１方向における厚みＤも、Ｄ_０からＤ_１へとΔＤだけ変化する。そして、これにより、平行平板光学系３４０を通過する光に光路長差の変化を生じさせるものである。

本実施形態では、このような平行平板光学系３４０を構成する光学的媒質３４２の光軸Ｌ１方向における厚みＤは、カメラ制御部１７０からの指令に基づき、アダプタ制御部３３０によって、４個の圧電素子３４３に印加する直流電圧を制御することにより、調節される。この際において、アダプタ制御部３３０は、予め定められた印加電圧と圧電素子３４３の厚みとの関係を示すテーブルを用いて、光学的媒質３４２の光軸Ｌ１方向における厚みＤを調節する。あるいは、光学的媒質３４２の光軸Ｌ１方向における厚みＤを検出するためのセンサを設けておき、センサの出力に基づいて、光学的媒質３４２の光軸Ｌ１方向における厚みＤを調節するような構成とすることもできる。

なお、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）においては、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離を微小に変化させるための装置として、４個の圧電素子３４３を用いるような構成を例示したが、これら一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離を微小に変化させることができるような機構や装置であれば何でもよく、特に限定されず、たとえば、圧電素子に代えて、油圧ポンプ、コイルなどを用いてもよい。

また、光学的媒質３４２としては、特に限定されず、撮影光学系からの光を透過可能であり、かつ、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離の変化に追従して、変形可能な材料とすればよいが、低粘度、低密度、高透過率、高アッベ数であり、低複屈折のものが好ましく、さらには、これらの性質に加えて、屈折率の温度特性や屈折率の圧力特性が比較的均一なものがより好ましい。このような光学的媒質３４２の具体例としては、たとえば、液体またはゲル状ガラスなどが挙げられる。

たとえば、光学的媒質３４２として、液体を用いる場合には、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、光学的媒質３４２としての液体が、所定の形状を維持できるように、光学的媒質３４２としての液体を、ベローズなどの袋状の部材内に密封した状態で、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間に介装させることができる。そして、この場合には、ベローズなどの袋状の部材の外周部分を、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１の内面側に接続させておくことで、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離が変化した際に、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離の変化に応じて、袋状の部材内に密封された光学的媒質３４２としての液体の厚みＤが変化するような構成とすることができる。

あるいは、光学的媒質３４２として、ゲル状ガラスを用いる場合には、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、光学的媒質３４２としてのゲル状ガラスを、ベローズなどの袋状の部材内に密封せずに、直接、光学的媒質３４２としてのゲル状ガラスを、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１の内面側に密着させておくことで、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離が変化した際に、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１間の距離の変化に応じて、光学的媒質３４２としてのゲル状ガラスの厚みＤが変化するような構成とすることができる。

次いで、平行平板光学系３４０を用いることによる、光路長差を変化させる方法について、説明する。ここで、図３は、平行平板光学系３４０と、結像面との関係を説明するための図であり、図３（Ａ）は、平行平板光学系３４０が存在しない場合を、図３（Ｂ）は、平行平板光学系３４０が存在している場合を、それぞれ示している。図３（Ａ）に示すように、平行平板光学系３４０が存在しない場合において、被写体Ｐとフォーカスレンズ２１２との距離（撮影距離）ｓと、フォーカスレンズ２１２と結像面αとの距離ｓ’とは、ガウスの結像公式より、下記式（２）に示す関係となる。

なお、上記式（２）において、ｆはレンズの焦点距離である。

上記式（２）は、図３（Ａ）に示すように、平行平板光学系３４０が存在せず、フォーカスレンズ２１２の両側の媒質が同一である場合にける関係を示すものである一方で、図３（Ｂ）に示すように、平行平板光学系３４０が存在している場合には、上記式（２）は、下記式（３）で表すことができる。

上記式（３）において、ｎは透明平行平板３４０に含有される光学的媒質３４２の屈折率、ｎ_０は真空の屈折率、Ｄは透明平行平板３４０の光学的媒質３４２の厚みである。

そして、上記式（３）において、下記式（４）のように置き換えを行なうと、平行平板光学系３４０が存在している場合には下記式（５）が成立する。すなわち、平行平板光学系３４０が存在している場合には、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、結像面の位置が、位置α（フォーカスレンズ２１２から距離ｓ’の位置）から、位置α’（フォーカスレンズ２１２から距離ｕの位置）へとシフトすることとなり、下記式（５）の関係が成立することとなる。

この上記式（４）、（５）によれば、透明平行平板３４０に含有される光学的媒質３４２の厚みＤと、光学的媒質３４２の屈折率ｎに対応して、結像面の位置α’（フォーカスレンズ２１２から距離ｕの位置）が変化することを示している。そして、光学的媒質３４２の厚みＤをＤ＝０とした場合における、フォーカスレンズ２１２と結像面（位置α）との距離をｓ’とすると、結像面の光軸Ｌ１上における移動量Δｓ’は、下記式（１）で算出されることとなる。

上記式（１）において、Δｓ’は透明平行平板３４０を通過する光による像の結像面の光軸方向における移動量、ｎは透明平行平板３４０に含有される光学的媒質３４２の屈折率、ｎ_０は真空の屈折率、ΔＤは透明平行平板３４０の光学的媒質３４２の厚みの変化量である。

ここで、図４は、平行平板光学系３４０を構成する光学的媒質３４２の厚みＤと、結像面との関係を示す図であり、図４（Ａ）は、光学的媒質３４２の厚みがＤ_０である場合を、図４（Ｂ）は、光学的媒質３４２の厚みがＤ_１である場合を、それぞれ示している。図４（Ａ）に示すように、光学的媒質３４２の厚みがＤ_０である場合（たとえば、平行平板光学系３４０が、図２（Ａ）の状態にある場合）に、フォーカスレンズ２１２と結像面（位置α_０）との距離をｕ_０とすると、図４（Ｂ）に示すように、光学的媒質３４２の厚みをＤ_０から、Ｄ_１に変化させると（たとえば、平行平板光学系３４０が、図２（Ａ）の状態から、図２（Ｂ）の状態に変化させた場合）、フォーカスレンズ２１２と結像面との距離が、上記式（１）に従い、ΔＳ’だけ移動し、結像面は、α_０の位置からα_１の位置へと移動することとなる。すなわち、本実施形態によれば、平行平板光学系３４０を構成する光学的媒質３４２の厚みＤを変化させることにより、上記式（１）に従い、結像面をΔＳ’だけ移動させることにより、光学系の焦点状態の微調節が可能となる。

たとえば、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２として、純水（純水の屈折率ｎ＝１．３３×１０^０、真空の屈折率ｎ_０＝１．００×１０^０）を用いた場合において、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝１μｍだけ変化させた際には、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝０．３３０μｍとなる。また、この場合において、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝１μｍとするためには、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝３．０３μｍとする必要がある。

あるいは、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２として、純水（純水の屈折率ｎ＝１．３３×１０^０、真空の屈折率ｎ_０＝１．００×１０^０）を用いた場合において、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝１０μｍだけ変化させた際には、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝３．３０μｍとなる。また、この場合において、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝１０μｍとするためには、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝３０．３μｍとする必要がある。

また、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２として、パラフィン油（パラフィン油の屈折率ｎ＝１．４８×１０^０、真空の屈折率ｎ_０＝１．００×１０^０）を用いた場合において、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝１μｍだけ変化させた際には、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝０．４８μｍとなる。また、この場合において、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝１μｍとするためには、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝２．０８μｍとする必要がある。

さらに、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２として、パラフィン油（パラフィン油の屈折率ｎ＝１．４８×１０^０、真空の屈折率ｎ_０＝１．００×１０^０）を用いた場合において、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝１０μｍだけ変化させた際には、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝４．８０μｍとなる。また、この場合において、光軸Ｌ１方向における結像面の移動量Δｓ’＝１０μｍとするためには、光学的媒質３４２の厚みをΔＤ＝２０．８μｍとする必要がある。

また、本実施形態に係る平行平板光学系３４０は、カメラ制御部１７０からの指令に基づき、アダプタ制御部３３０によって、４個の圧電素子３４３に直流電圧に加えて、交流電圧を重畳することで、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、光学的媒質３４２の光軸Ｌ１方向における厚みＤ方向において、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を微小に振動させることができ、これにより一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１上に付着した塵や埃などを除去するダストリダクションを実行させることができる。

ここで、図５（Ａ）は、図２（Ａ）に示す状態において、ダストリダクションを実行させた場合における平行平板光学系３４０の側面図を、また、図５（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示す状態において、ダストリダクションを実行させた場合における平行平板光学系３４０の側面図を、それぞれ示している。本実施形態では、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、４個の圧電素子３４３に交流電圧を印加することにより、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を、サイン波を描くように振動させることができ、これにより、平行平板光学系３４０にダストリダクション機能を実現させることができる。特に、本実施形態によれば、４個の圧電素子３４３に直流電圧に加えて、交流電圧を重畳することにより、直流電圧の印加により、光学的媒質３４２の光軸Ｌ１方向における厚みＤを所定の厚みに保ったまま、交流電圧により、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を振動させることが可能となる。

なお、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を振動させる際に、圧電素子３４３に印加する交流電圧の周波数は特に限定されないが、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１上に付着する塵や埃などの種類により最適な周波数が異なる傾向にあるため、これらに最適な周波数に応じたものとすればよい。圧電素子３４３に印加する交流電圧の周波数としては、たとえば、２０ｋＨｚ以上の周波数に設定することができ、さらには、種々の塵や埃に対応可能なように、印加する交流電圧の周波数は可変とすることができる。特に、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を振動させる際に印加する交流電圧を、たとえば、２０ｋＨｚ以上と高周波とすることにより、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を振動させている際に平行平板光学系３４０を通過した光束の光路を平均化することができ、これにより、焦点検出精度の低下を引き起こすことなく、ダストリダクション機能を実現させることができる。

また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）においては、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を振動させるための装置として、光学的媒質３４２の厚みＤを変化させるための装置としての圧電素子３４３をそのまま用いるような構成を例示したが、光学的媒質３４２の厚みＤを変化させるための装置と、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を振動させるための装置とを別々のものとしてもよい。すなわち、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を振動させるための装置として、圧電素子３４３に代えて、たとえば、磁歪素子や、ボイスコイルモータなどを用いてもよい。

次に、本実施形態に係るカメラ１の動作例を説明する。図６は、本実施形態に係るカメラ１の動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１では、撮影者によりシャッターレリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされたかどうかを判断し、第１スイッチＳＷ１がオンした場合はステップＳ２へ進み、第１スイッチＳＷ１がオンしていない場合はステップＳ１で待機する。

ステップＳ２では、デフォーカス演算が行われる。具体的には、焦点検出モジュール１６１の一対のラインセンサによる電荷の蓄積が行われ、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２により、一対のラインセンサで蓄積された信号情報の読み出しが行なわれる。そして、読み出した信号情報がデフォーカス演算部１６３に出力され、デフォーカス演算部１６３により、信号情報に基づいて、像信号のずれ量の算出およびずれ量に基づくデフォーカス量の算出が行なわれる。

ステップＳ３では、ステップＳ２で算出されたデフォーカス量が、所定の第１閾値Ｄｆ_１以下であるか否かの判断が行なわれる。デフォーカス量が、所定の第１閾値Ｄｆ_１より大きい場合には、ステップＳ４に進み、フォーカスレンズ２１２を移動させることによる、焦点状態の粗調節が行なわれる。一方、デフォーカス量が、所定の第１閾値Ｄｆ_１以下である場合には、焦点状態の微調節を行うために、ステップＳ７に進む。なお、この場合における、第１閾値Ｄｆ_１としては、平行平板光学系３４０による焦点調節の微調節が可能な範囲にあるか否かを判断可能な閾値に設定することができる。たとえば、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２として、純水（純水の屈折率ｎ＝１．３３×１０^０、真空の屈折率ｎ_０＝１．００×１０^０）を用いた場合において、光学的媒質３４２の厚みの最大変化量ΔＤ_ＭＡＸが、Ａ［μｍ］である場合には、第１閾値Ｄｆ_１は、０．３３０×Ａ［μｍ］に設定される。

ステップＳ３において、デフォーカス量が、第１閾値Ｄｆ_１よりも大きいと判断された場合には、ステップＳ４に進み、ステップＳ４において、フォーカスレンズ２１２を移動させることによる、焦点状態の粗調節が行なわれる。具体的には、カメラ制御部１７０が、レンズ駆動量に基づいて、レンズ制御部２５０を介して、フォーカスレンズ駆動モータ２３０へ駆動指令の送出を行なうことで、フォーカスレンズ２１２の駆動が行なわれる。

次いで、ステップＳ５では、平行平板光学系３４０について、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を微小に振動させるダストリダクション動作を実行させたか否かの判定が行なわれる。ダストリダクション動作が実行されていない場合には、ステップＳ６に進み、ダストリダクション動作が実行される。一方、ダストリダクション動作を既に実行している場合には、ステップＳ２に戻り、再度、デフォーカス演算を行い、ステップＳ３において、デフォーカス量が、第１閾値Ｄｆ_１以下になったと判断されるまでは、フォーカスレンズ２１２を移動させることによる、焦点状態の粗調節が継続される。

また、ステップＳ５において、ダストリダクション動作が実行されていないと判定された場合には、ステップＳ６に進み、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作が実行される。具体的には、カメラ制御部１７０の指令に基づいて、アダプタ制御部３３０により、平行平板光学系３４０に備えられた４個の圧電素子３４３に、直流電圧に加えて、交流電圧を重畳する処理が行なわれ、これにより、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を微小に振動させることで、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作が実行される。

一方、ステップＳ３において、デフォーカス量が、第１閾値Ｄｆ_１以下と判断された場合には、焦点状態の微調節を行うために、ステップＳ７に進む。まず、ステップＳ７では、平行平板光学系３４０について、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を微小に振動させるダストリダクション動作を実行させたか否かの判定が行なわれる。ダストリダクション動作が実行されていない場合には、ステップＳ８に進み、上述したステップＳ６と同様にして、ダストリダクション動作が実行され、次いで、ステップＳ９に進む。一方、ダストリダクション動作を既に実行している場合には、ダストリダクション動作を実行せずに、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、上述したステップＳ２または後述するステップＳ１１で算出したデフォーカス量が、所定の第２閾値Ｄｆ_２以下であるか否かの判断が行なわれる。デフォーカス量が、所定の第２閾値Ｄｆ_２より大きい場合には、ステップＳ１０に進み、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤを変化させることによる、焦点状態の微調節が行なわれる。一方、デフォーカス量が、所定の第２閾値Ｄｆ_２以下である場合には、合焦状態にあると判断し、ステップＳ１２に進み、透過型液晶表示器１３２に、合焦表示を行なわせて、本処理を終了する。なお、この場合における、第２閾値Ｄｆ_２としては、合焦状態にあると判断できるような閾値に設定することができる。あるいは、第２閾値Ｄｆ_２としては、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤの最小変化量（最小の変化単位）に設定してもよい。

ステップＳ９において、デフォーカス量が、第２閾値Ｄｆ_２よりも大きいと判断された場合には、ステップＳ１０に進み、ステップＳ１０において、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤを変化させることによる、焦点状態の微調節が行なわれる。具体的には、上述したステップＳ２または後述するステップＳ１１で算出したデフォーカス量に基づいて、カメラ制御部１７０により、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤを変化させるための指令が、アダプタ制御部３３０に送出される。そして、アダプタ制御部３３０は、カメラ制御部１７０からの指令に基づき、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤを変化させるために、所望の変化量ΔＤに応じた直流電圧を、４個の圧電素子３４３に印加し、これにより、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みをΔＤだけ変化させる制御が行われる。

そして、ステップＳ１１に進み、上述したステップＳ２と同様にして、デフォーカス演算が行われ、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みをΔＤだけ変化させた後のデフォーカス量の算出が行なわれる。次いで、ステップＳ９に戻り、デフォーカス量が、第２閾値Ｄｆ_２以下になったと判断されるまで、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤを変化させるための処理（ステップＳ１０）、デフォーカス演算（ステップＳ１１）が繰り返し行なわれ、デフォーカス量が、第２閾値Ｄｆ_２以下となると、ステップＳ１２に進み、透過型液晶表示器１３２に、合焦表示を行なわせて、本処理を終了する。

なお、上述した動作例では、シャッターレリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされた後（ステップＳ１）、焦点調節動作中において、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行する回数を１回とする例を示したが、たとえば、焦点調節動作中において、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を複数回実行してもよい。たとえば、図７に示すように、時間ｔ_０〜ｔ_１において、フォーカスレンズ２１２を移動させることによる、焦点状態の粗調節が実行され、次いで、時間ｔ_１〜ｔ_２において、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤを変化させることによる、焦点状態の微調節が実行され、これにより、時間ｔ_２において、合焦状態となる場面を例示して説明すると、タイミングＴ１に加えて、タイミングＴ２およびタイミングＴ３において、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行するような構成としてもよい。すなわち、焦点状態の粗調節中に、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を複数回するような構成としてもよい。なお、この場合においては、タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３において、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行する際に、圧電素子３４３に印加する交流電圧の周波数は同じとしてもよいし、あるいは、異なるものとしてもよいが、種々の塵や埃に対応可能なように、印加する交流電圧の周波数を異なるものとすることが望ましい。

あるいは、図７に示す場面例において、タイミングＴ１、さらにはタイミングＴ２，Ｔ３に加えて、タイミングＴ４やタイミングＴ５において、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行するような構成としてもよい。しかしその一方で、本実施形態においては、焦点調節精度をより高いものとすることができるという観点より、タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のうちのいずれか１以上のタイミングで、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行することが好ましく、タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３のうちのいずれか１以上のタイミングで、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行することがより好ましい。すなわち、焦点調節精度をより高いものとすることができるという観点より、焦点状態の微調節が完了する前に平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行することが好ましく、焦点状態の粗調節中に平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を実行することがより好ましい。

また、上述した動作例においては、焦点調節動作中に、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を行なう例を挙げて説明したが、たとえば、焦点調節動作中に加えて、カメラ１の電源オン時および電源オフ時に、平行平板光学系３４０のダストリダクション動作を行なうような構成としてもよい。

本実施形態のカメラ１によれば、極微小単位での焦点調節を行なうための光学系である平行平板光学系３４０を備えているため、フォーカスレンズ２１２のみにより焦点調節を行なった場合と比較して、極微小な単位で、高精度に光学系の焦点調節を行なうことができる。加えて、本実施形態によれば、フォーカスレンズ２１２に駆動誤差が生じた場合でも、平行平板光学系３４０により、焦点状態の微調節を行なうことにより、このようなフォーカスレンズ２１２の駆動誤差に基づく、焦点状態の調節誤差を有効に防止することができる。特に、本実施形態においては、極微小単位での焦点調節を行なうための光学系である平行平板光学系３４０が、マウントアダプタ３００に備えられているため、このようなマウントアダプタ３００を用いることで、たとえば、平行平板光学系３４０を備えていないカメラであっても、極微小単位での焦点調節が可能なものとすることができる。

加えて、本実施形態においては、平行平板光学系３４０を構成する一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１を微小に振動させ、これにより、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１上に付着した塵や埃などを除去するダストリダクションを実行することにより、塵や埃などの影響を適切に除去することができ、これにより、焦点状態の調節精度をより向上させることができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

また、上述した実施形態では、平行平板光学系３４０として、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すような構成を例示したが、たとえば、平行平板光学系３４０を、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すような構成としてもよい。ここで、図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る平行平板光学系の側面図であり、図８（Ａ）、図８（Ｂ）においては、光学的媒質３４２の厚みを変化させる前後における平行平板光学系３４０の側面図である。すなわち、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、光学的媒質３４２ａとして、液体を用いる場合において、光学的媒質３４２ａとしての液体を、ベローズなどの袋状の部材内に密封した状態とし、光学的媒質３４２ａとしての液体を密封する袋状の部材の内部に、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１に配置し、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１の外側において接続したような構成としてもよい。あるいは、図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、光学的媒質３４２ａとして、ゲル状ガラスを用いる場合には、光学的媒質３４２ａとしてのゲル状ガラスの内部に、一対の理想平行平板ガラス３４１，３４１に配置したような構成としてもよい。

さらに、上述した実施形態では、フォーカスレンズ２１２を移動させることによる、焦点状態の粗調節を行なった後に、平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤを変化させることによる、焦点状態の微調節を行なうような態様を例示したが、デフォーカス演算部１６３により演算されたデフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ２１２の駆動量および平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤの変化量を同時に演算し、これらフォーカスレンズ２１２の駆動および平行平板光学系３４０の光学的媒質３４２の厚みＤの変更を同時に行なうような態様としてもよい。

また、上述した実施形態においては、光学系の焦点状態の検出を、位相差検出方式により行う場合を例示したが、位相差検出方式以外の方法、たとえば、コントラスト検出方式により光学系の焦点状態の検出を行う場合にも、もちろん上述した方法は適用可能である。

また、上述した実施形態では、平行平板光学系３４０が、マウントアダプタ３００に備えられたような構成を例示したが、図９に示すように、平行平板光学系３４０が、レンズ鏡筒２００側からみて、撮像素子１１０の手前に配置されるような構成としてもよい。この場合においては、レンズ鏡筒２００側からみて、撮像素子１１０の手前に設けられる光学式ローパスフィルタを省略し、平行平板光学系３４０が光学式ローパスフィルタとしての機能を兼ねることもでき、これにより、製造コストの低減が可能となる。さらに、この場合において、平行平板光学系３４０は、シャッター１１１を兼ねてもよい。

なお、本実施形態のカメラ１は、上述した一眼レフデジタルカメラに限定されず、銀塩フィルムカメラや、レンズ一体型デジタルスチルカメラ、ビデオカメラにも適用できる。また、携帯電話機などに内蔵される小型カメラモジュール、監視カメラ、ロボット用視覚認識装置等にも適用できる。

１…一眼レフデジタルカメラ
１００…カメラボディ
１１０…撮像素子
１６１…焦点検出モジュール
１６２…ＡＦ−ＣＣＤ制御部
１６３…デフォーカス演算部
１６４…レンズ駆動量演算部
１７０…カメラ制御部
２００…レンズ鏡筒
２１２…フォーカスレンズ
２３０…フォーカスレンズ駆動モータ
２５０…レンズ制御部
３００…マウントアダプタ
３３０…アダプタ制御部
３４０…平行平板光学系

Claims (4)

1. カメラボディとレンズ鏡筒との間に、着脱自在に介装されるカメラレンズアダプタであって、
   光学的媒質を含有し、厚み方向に変形可能な透明平行平板を備え、前記透明平行平板の厚みが変化することで、光学系の焦点状態を調節可能な焦点調節光学系と、
   前記焦点調節光学系の前記透明平行平板の厚みを変化させることで、前記光学系の焦点状態の調節を行なう焦点調節手段と、
   前記焦点調節光学系を振動させる振動手段と、を備えるカメラレンズアダプタ。
2. 請求項１に記載のカメラレンズアダプタにおいて、
   前記振動手段は、前記第２の焦点調節光学系を厚み方向に振動させることを特徴とするカメラレンズアダプタ。
3. 請求項１または２に記載のカメラレンズアダプタにおいて、
   前記焦点調節手段は、下記式（１）に従って、前記焦点調節光学系の前記透明平行平板を通過する光による像の結像面を、光軸方向に沿って移動させることで、前記光学系の焦点状態の調節を行なうことを特徴とするカメラレンズアダプタ。
   

   

   （上記式（１）において、Δｓ’は透明平行平板を通過する光による像の結像面の光軸方向における移動量、ｎは透明平行平板に含有される光学的媒質の屈折率、ｎ_０は真空の屈折率、ΔＤは透明平行平板の光学的媒質の厚みの変化量である。）
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のカメラレンズアダプタにおいて、
   前記振動手段は、前記焦点調節光学系による焦点状態の調節が終了する前に、前記焦点調節光学系を振動させることを特徴とするカメラレンズアダプタ。

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