JP2019159019A - レンズ装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ティルトによる被写体面の傾きの調節を容易にするレンズ装置を提供する。【解決手段】、本発明は、複数のレンズを備える撮像光学系と、撮像光学系を傾けることで撮像光学系の光軸と撮像面の法線とのなす角度を変更するティルト部と、撮像光学系の傾きを操作する操作部材と、を有し傾きは、操作部材の操作量に対し非線形に変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、レンズ装置および撮像装置に関する。

レンズまたは撮像素子をティルト機構により傾斜させ、撮像面に対する被写体面（被写体側でピントの合う範囲）を傾けて撮影する撮像装置が知られている。このような撮像装置においては、被写体面を傾けることで被写界深度を浅くして、ピントの合う範囲を狭くし、ジオラマ風の画像を取得するなど、様々な条件で撮影が可能となる。しかし、その一方で、撮像装置の調節が複雑となるという課題があった。

特許文献１は、ピントの合った状態で初期設定されたズームレンズの撮影距離とあおり量を記憶し、その後ズーミングによる焦点距離の変更があった場合、その記憶値に基づきあおり量の補正量を演算し、あおり機構を動作させることで、自動的にピントの合った状態を保持している。

特開昭６１−９５３０８号公報

しかしながら、特許文献１のズームレンズでは、ピント合わせについては容易になっているものの、被写体面の傾きの調節について依然として困難であった。

本発明は、ティルトによる被写体面の傾きの調節を容易にするレンズ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数のレンズを備える撮像光学系と、撮像光学系を傾けることで撮像光学系の光軸と撮像面の法線とのなす角度を変更するティルト部と、撮像光学系の傾きを操作する操作部材と、を有し傾きは、操作部材の操作量に対し非線形に変化する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ティルトによる被写体面の傾きの調節を容易にするレンズ装置を提供することができる。

実施例１に係るレンズ装置とカメラ本体の構成を示す断面図である。 シャインプルーフの原理についての説明図である。 実施例１におけるティルト操作ノブ操作量と被写体面角度の関係図である。 実施例１に係る入力歯車部および出力歯車の簡略図である。 実施例２に係るレンズ装置とカメラ本体の構成を示す断面図である。 実施例２におけるティルト操作ノブ操作量と被写体面角度の関係図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。
（実施例１）

図１は、実施例１に係るレンズ装置とカメラ本体の構成を示す断面図である。図１においては、実施例１に係るレンズ装置２とレンズ装置２が取り外し可能に装着される撮像装置としての一眼レフデジタルカメラ本体（以下、単にカメラ本体という）１の構成を示す。また、図１では、レンズ光軸（以下、単に光軸という）ＯＡに沿った光軸方向をＺ方向とし、光軸ＯＡに対して直交する方向であって撮像面に平行な２方向のうち横方向をＸ方向、縦方向をＹ方向とする。なお、本実施例では、レンズ装置２とカメラ本体１が別体である場合について説明するが、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどのレンズ一体型の撮像装置であってもよい。

まず、カメラ本体１の構成について説明する。メインミラー３は、図１に示したようにレンズ装置２からの光束の光路上に配置された状態で、該光束の一部を反射してファインダ光学系（７、８）に導き、残りの光束を透過させる。メインミラー３の背後（撮像面側）に配置されたサブミラー４は、メインミラー３を透過した光束を反射して焦点検出ユニット５に導く。メインミラー３およびサブミラー４は、不図示の駆動機構により光路上から退避することができる。

焦点検出ユニット５は、位相差検出方式によりレンズ装置２の焦点状態の検出（焦点検出）を行う。撮像素子６は、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサにより構成される。撮像素子６の受光面（撮像面）上にはレンズ装置２からの光束による被写体像が形成される。撮像素子６は、撮像光学系により結像された被写体像を電気信号に変換する。デイスプレイパネル９は、撮像信号から不図示の信号処理部により生成された画像や様々な撮像に関する情報を表示する。

なお、本実施例では、カメラ本体１として、メインミラー３、サブミラー４および焦点検出ユニット５を有する一眼レフカメラであるが、メインミラー３、サブミラー４および焦点検出ユニット５を持たない、いわゆるミラーレスカメラであってもよい。また、焦点検出ユニット５を設ける代わりに、撮像素子６からの撮像信号を用いて撮像面位相差検出方式での焦点検出を行ってもよい。また、撮像素子６から得られる撮像信号を用いてコントラスト検出方式による焦点検出を行ってもよい。

レンズ装置２は、複数の撮像光学系を有する。撮像光学系は、物体側から撮像面側に順に、第１レンズユニット１０１、第２レンズユニット１０２、第３レンズユニット１０３、絞りユニット１０５および第４レンズユニット１０４を有する。第１、第２、第３および第４レンズユニット１０１〜１０４および絞りユニット１０５は撮像光学系の一部を構成している。レンズ装置２において、後述する案内筒２４とカム筒２３との光軸ＯＡ回りでの相対回転により、第１〜第４レンズユニット１０１〜１０４が光軸方向に移動する。

第１レンズユニット１０１は第１レンズ保持枠１１１により保持され、第２レンズユニット１０２は第２レンズ保持枠１１２により保持されている。第３レンズユニット１０３は第３レンズ保持枠１１３により保持され、第４レンズユニット１０４は第４レンズ保持枠１１４により保持されている。

絞りユニット１０５は、カメラ本体１に入射する光量を調節する。絞りユニット１０５と制御部１０６とは不図示のフレキシブルプリント基板により電気的に接続されている。制御部１０６は、例えば、ＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）であって、電気信号によりレンズ装置２内の各種制御を行う。

フォーカス操作環２１が回転されると、連結キー２２を介してカム筒２３に回転力を伝達する。カム筒２３が案内筒２４に対して回転されると、カム筒２３と案内筒２４にそれぞれ設けられたカム溝と直進溝に係合するカムフォロア１２１および１２２により、第１〜第４レンズユニット１０１〜１０４が光軸方向に進退される。フォーカス操作環２１、案内筒２４、カム筒２３および直進筒２３等によってマニュアルフォーカス機構が構成される。

次に、レンズ装置２におけるティルト／シフト機構について説明する。全体回転部３０は、カメラ本体１と接続されるマウント２５に固定された固定部材３１に光軸ＯＡ回りで回転可能に連結されており、レンズ装置２のうち全体回転部３０よりも物体側の部分（以下、回転可能部分という）を光軸ＯＡ回りで回転させる。回転可能部分の回転量（角度）は、角度検出部３２によって検出される。

シフト部３３は、全体回転部３０に対して光軸ＯＡに対して直交する方向（シフト方向）にシフト可能に連結されており、レンズ装置２のうちシフト部３３よりも物体側の部分（以下、シフト可能部分という）をシフト方向に平行移動させる。シフト部３３は、不図示のシフト操作ノブの回転操作をシフト方向の力に変換してシフト可能部分をシフトさせる機構を備えている。シフト可能部分のシフト量は、シフト量検出部３４によって、シフト方向（上下方向）とともに検出される。

ＴＳ回転部３６は、シフト部３３とティルト部３５を相対的に回転させる（以下、ＴＳ回転という）。ティルト部３５は、レンズ装置２のうちティルト部３５よりも物体側の撮像光学系を含む部分（以下、ティルト可能部分という）を、光軸ＯＡに対して直交する軸回りでシフト部３３に対して（つまりはカメラ本体１に対して）傾斜させる。即ち、撮像光学系を傾けることで光軸ＯＡと撮像面の法線とのなす角度を変更する。

具体的には、ＴＳ回転部３６に設けられた凹面とティルト部３５に設けられた凸面とが、同一の中心軸（ティルト中心）と同一の半径を有す半円筒面として形成されて互いに当接している。ティルト部３５に設けられた凸面がＴＳ回転部３６に設けられた凹面に対して摺動することでティルト可能部分がティルト方向に回転（ティルト）する。ティルト部３５は、ティルト操作ノブ３７（操作部材）の回転操作をティルト方向の力に変換し、出力することでティルト可能部分をティルトさせる歯車部を有する。歯車部は、ティルト操作ノブ３７に直結された入力歯車部３８と、ティルト回転中心に軸を持つ出力歯車３９とがかみ合うことにより、ティルト駆動可能としている。歯車部の詳細については後述する。

全体回転部３０、シフト部３３、ティルト部３５およびＴＳ回転部３６により、あらゆる方向へのシフトとティルトを組み合わせて行わせることができる。ティルト部３５と案内筒２４は不図示の締結手段によって固定されている。

次に、シャインプルーフの原理について図２を用いて説明する。図２は、シャインプルーフの原理についての説明図である。レンズ装置２における撮像光学系の光軸ＯＡが撮像面２０１の法線に対して傾いている（つまりは撮像光学系の主面２０５が撮像面２０１に対して傾いている）とき、シャインプルーフの原理により、物体側におけるピントが合う範囲が決定される。図２では、撮像面２０１の法線Ｎに対して撮像光学系２０２の光軸ＯＡが傾いている場合においてピントが合う範囲（被写体面）２０３を示している。

シャインプルーフの原理とは、図２に示すように撮像面２０１と撮像光学系の２０２の主面２０５とがある同一直線上の交点２０４で交わるとき、ピントが合う被写体面２０３もまた交点２０４を通るというものである。

撮影したい物体が奥行きを持つとき、その奥行きに沿うようにピントが合う被写体面２０３を傾けることで、物体の手前から奥までピントを合わせることができる。ティルトができないレンズにより奥行き部分にピントを合わせるときには絞りを絞って被写界深度を深くする方法が一般的である。これに対して、ティルトが可能なレンズでは、絞りが開放であってもティルトすることによって物体の奥行きに合わせてピントを合わせることが可能となる。

また、撮像光学系２０２の主面２０５を奥行きのある物体の傾きとは反対方向にティルトさせる逆ティルト撮影では、ピントが合う被写体面２０３を物体の奥行き方向に対して直角に近い角度で交差させることも可能である。この場合、ピントが合う範囲を極端に狭くすることができ、ジオラマ風の画像を取得することが可能である。

ここで図２において、光学系の焦点距離をｆ、軸上の被写体距離をａ、ティルト角をαとすると、被写体面２０３が撮像面２０１となす角度θ（以降、被写体面角度という）との関係式は
ｔａｎθ＝（ａ／ｆ）ｔａｎα・・・式（１）
と表すことができる。

したがって、ティルト操作ノブ３７の操作量をｘ、光学系の光軸ＯＡの傾きをｙとし、ｘとｙとが比例し、かつティルト角αと光学系の光軸ＯＡの傾きｙとが等しいとすると、ティルト操作ノブ３７を回転させた時に被写体面角度の変化が一定にならない。

図３は、実施例１におけるティルト操作ノブ操作量と被写体面角度の関係図である。縦軸は、被写体面角度を示している。横軸は、ティルト操作ノブ３７の操作量を示している。図３の線Ａで示すように被写体距離１ｍの場合、ティルト開始時（ティルト操作ノブ操作量が０の付近）に被写体面が傾く変化量が大きく、ティルト操作ノブ３７の操作量が大きくなると被写体面が傾く変化量が小さくなる。そのため、減速比が一定の歯車を使用すると、ティルト操作ノブ３７を回転させた時に被写体面角度の変化が一定にならない。

そこで、本実施例では非円形の歯車を使用することで、ティルト操作ノブ３７の操作量ｘと、撮像光学系の光軸ＯＡの傾きｙとが比例しないようにする。即ち、撮像光学系の光軸ＯＡの傾きを、ティルト操作ノブ３７の操作量に対し非線形に変化させる。

図４は、実施例１に係る入力歯車部および出力歯車の簡略図である。歯車部は、入力歯車部３８および出力歯車３９を含む。図４（Ａ）は、入力歯車部３８および出力歯車３９をＹ方向から見た図である。図４（Ｂ）は、入力歯車部３８をＸ方向から見た図である。入力歯車部３８は、第１入力歯車３８ａ、第２入力歯車３８ｂ、第３入力歯車３８ｃを備える。ティルト操作ノブ３７と第１入力歯車３８ａは直結されている。第１入力歯車３８ａの歯先３８ｄは第２入力歯車３８ｂの歯先３８ｅとかみ合っている。これにより、ティルト操作ノブ３７を回転操作することにより、第２入力歯車３８ｂが回転する。

本実施例においては、第１入力歯車３８ａおよび第２入力歯車３８ｂは、一例として、ともに楕円形の歯車を用いている。非円形の歯車同士をかみ合わせることにより、ティルト操作ノブ３７を回転操作した際に、その操作量に応じて減速比が変化する。即ち、第２入力歯車３８ｂの回転軸３８ｆの回転量は、ティルト操作ノブ３７の回転量に対し、非線形に変化する。

第３入力歯車３８ｃは、正円形の歯車であって、第３入力歯車３８ｃの歯先３８ｇは、出力歯車３９の歯先３９ａとかみ合う。第３入力歯車３８ｃは、第２入力歯車３８ｂの回転軸３８ｆと同一の回転軸中心で回転するため、第３入力歯車３８ｃの回転量は、ティルト操作ノブ３７の回転量（操作量）に対し、非線形に変化することとなる。出力歯車３９は、第３入力歯車３８ｃの回転量に応じて、ティルト可能部分を傾斜させる。

図３の線Ｂで示すように、ある被写体距離において、ティルト操作ノブ操作量と被写体面角度の変化が一定になるようにするためには、式（１）の被写体面角度θが一定となるような減速比の変化を入力歯車部３８と、出力歯車３９とで得られるようにすればよい。即ち、歯車部は、非円形の歯車を含むことにより、ティルト可能部分の傾きが大きくなるにつれてティルト操作ノブ３７の操作量に対する出力量を大きくする構成とする。

本実施例によれば、ティルト角によらずティルト操作ノブ３７の操作量と被写体面角度の変化を一定にすることができる。したがって、ティルト撮影時の操作性向上に有利なあおり撮影可能な撮像装置を提供することができる。
（実施例２）

以下、図５、６を参照して、本発明の第２の実施例によるティルト操作量と被写体面角度の変化を一定にする方法の変形例を示す。本実施例において、実施例１と共通する構成要素については、実施例１と同符号を付して説明に代える。

図５は、実施例２に係るレンズ装置とカメラ本体の構成を示す断面図である。本実施例に係るレンズ装置２は、操作量検出部４０２およびティルト量検出部４２２を備える。操作量検出部４０２は、例えば、センサなどであって、ティルト操作ノブ３７２の操作量を検出する。ティルト量検出部４２２は、例えば、センサなどであって、ティルト部３５のティルト可能部分のティルト量および、ティルト方向（上下方向あるいは左右方向）を検出する。

入力歯車３８２はモータ４１２の出力軸に組付けられている。また、入力歯車３８２と、ティルト回転中心に軸を持つ出力歯車３９２とがかみ合っており、モータ４１２が駆動することで、ティルト駆動可能としている。即ち、モータ４１２はティルト駆動部である。

ティルト操作ノブ３７２が操作されると、操作量検出部４０２が操作量を検出する。操作量検出部４０２は、検出した操作量情報を制御部１０６に出力する。制御部１０６は、操作量情報と、ティルト量検出部４２２の出力結果に基づき予め設定されたパラメータに応じて被写体面角度の変化が一定になるように、モータ４１２の駆動量を決定する。即ち、ティルト可能部分のティルト量（傾き量）が大きくなるにつれて、操作量に対する駆動量は大きくなるように決定される。これにより被写体面角度の変化を一定にすることが可能となる。

図６は、実施例２におけるティルト操作ノブ操作量と被写体面角度の関係図である。ティルト操作ノブ３７２と入力歯車３８２の関係が一定の場合、図６の線Ａ、Ｂに示すように、被写体までの距離が変化した場合、ティルト操作ノブ３７２の操作量に応じた被写体面角度の変化量も変化してしまう。

そこで、制御部１０６は、被写体までの距離に応じて、モータ４１２の駆動量をさらに補正することで、ティルト操作ノブ３７２の操作量に応じた被写体面角度の変化量を図６の線Ｃに示すように一定にする。補正値としては実施例１の式（１）より被写体面角度θの変化が一定になるような値を入れれば良い。

本実施例によれば、被写体までの距離が変化した場合でも被写体面角度の変化を一定にすることができる。したがって、ティルトによる被写体面の傾きの調節が容易となる。
（その他の実施例）

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、ティルト部３５は、撮像素子を傾けることで撮像光学系の光軸ＯＡと撮像面の法線とのなす角度を変更しても良い。また、制御部は、レンズ装置２側に備えられていても良いし、カメラ本体１側に備えられていても良い。

１ カメラ本体
２ レンズ装置
３５ ティルト部
３７，３７２ ティルト操作ノブ
３８ 入力歯車部
３９，３９２ 出力歯車
４０２ 操作量検出部
４１２ モータ
４２２ ティルト量検出部

Claims (14)

1. 複数のレンズを備える撮像光学系と、
   前記撮像光学系を傾けることで前記撮像光学系の光軸と撮像面の法線とのなす角度を変更するティルト部と、
   前記撮像光学系の傾きを操作する操作部材と、を有し
   前記傾きは、前記操作部材の操作量に対し非線形に変化する、ことを特徴とするレンズ装置。
2. 前記操作部材の操作を前記ティルト部に出力する歯車部を有し、
   前記歯車部は、前記傾きが大きくなるにつれて前記操作量に対する出力量を大きくする、ことを特徴とする請求項１に記載のレンズ装置。
3. 前記歯車部は、非円形の歯車を含む、ことを特徴とする請求項２に記載のレンズ装置。
4. 前記歯車部は、前記操作部材により回転される非円形の第１入力歯車と、前記第１入力歯車とかみ合う第２入力歯車と、前記第２入力歯車の回転軸と同一の回転軸中心に回転する第３入力歯車と、前記第３入力歯車とかみ合い、前記撮像光学系を傾ける出力歯車と、を備える、ことを特徴とする請求項３に記載のレンズ装置。
5. 前記ティルト部における前記撮像光学系の傾き量を検出するティルト量検出部と、
   前記操作部材の操作量を検出する操作量検出部と、
   前記操作量に基づき前記ティルト部を駆動するティルト駆動部と、
   前記ティルト駆動部の駆動量を決定する制御部と、をさらに有し、
   前記制御部は、前記傾き量と前記操作量とに基づき、前記駆動量を決定する、ことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレンズ装置。
6. 前記制御部は、前記傾き量が大きくなるにつれて、前記操作量に対する前記駆動量を大きくする、ことを特徴とする請求項５に記載のレンズ装置。
7. 前記制御部は、被写体までの距離に応じて、前記駆動量を補正する、ことを特徴とする請求項請求項５又は６に記載のレンズ装置。
8. 複数のレンズを備える撮像光学系と、
   前記撮像光学系により結像された被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記撮像光学系または前記撮像素子を傾けることで前記撮像光学系の光軸と前記撮像素子の法線とのなす角度を変更するティルト部と、
   前記撮像光学系または前記撮像素子の傾きを操作する操作部材と、を有し
   前記傾きは、前記操作部材の操作量に対し非線形に変化する、こと特徴とする撮像装置。
9. 前記操作部材の操作を前記ティルト部に出力する歯車部を有し、
   前記歯車部は、前記傾きが大きくなるにつれて前記操作量に対する出力量を大きくする、ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記歯車部は、非円形の歯車を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記歯車部は、前記操作部材により回転される非円形の第１入力歯車と、前記第１入力歯車とかみ合う第２入力歯車と、前記第２入力歯車の回転軸と同一の回転軸中心に回転する第３入力歯車と、前記第３入力歯車とかみ合い、前記撮像光学系または前記撮像素子を傾ける出力歯車を備える、ことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
12. 前記ティルト部における前記撮像光学系または前記撮像素子の傾き量を検出するティルト量検出部と、
    前記操作部材の操作量を検出する操作量検出部と、
    前記操作量に基づき前記ティルト部を駆動するティルト駆動部と、
    前記ティルト駆動部の駆動量を決定する制御部と、をさらに有し、
    前記制御部は、前記傾き量と前記操作量とに基づき、前記駆動量を決定する、ことを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
13. 前記制御部は、前記傾き量が大きくなるにつれて、前記操作量に対する前記駆動量を大きくする、ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記制御部は、被写体までの距離に応じて、前記駆動量を補正する、ことを特徴とする請求項請求項１２又は１３に記載の撮像装置。
    
    
    
    

Images