JP5088992B2

JP5088992B2 - 交換ズームレンズ装置、およびカメラシステム

Info

Publication number: JP5088992B2
Application number: JP2001037513A
Authority: JP
Inventors: 正猛加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: JP2002244195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルスチルカメラ等に適した交換ズームレンズ装置およびカメラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の画面サイズを切り換えて使用するカメラに装着されるレンズに関して多くの提案がなされている。
【０００３】
例えば、特開２０００−１４７６３６号公報においては、カメラ本体側に画面サイズの切り換え機能を有し、小さい画面サイズをカバーするレンズが装着された場合にはカメラ本体の画面サイズを小さく設定し、大きい画面サイズをカバーするレンズが装着されたときは、カメラ本体の画面サイズを大きく設定する構成が提案されている。
【０００４】
但し、この公報提案のレンズは、記録媒体として画面サイズの異なるフィルムに対応するカメラを実現することを目的としている。
【０００５】
一方、近年のデジタル撮像化が進行し、フィルムに代わってＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像素子が多く用いられるようになってきている。さらに、半導体技術の進歩によって、固体撮像素子の微細化が進み、１インチ以下の撮像画面サイズでメガピクセル数のものも多く出現している。
【０００６】
このように撮像画面サイズの小さい撮像素子を用いれば、カメラ本体を小型化することはできるが、１つのピクセル面積が小さくなり、感度が低下するという問題がある。そして、感度の低下は、ＳＮ比の劣化やダイナミックレンジの狭帯域化につながり、高いレベルの画質を要求するユーザー層には適していない。
【０００７】
また、撮像画面サイズが小さいままでも、画素数を極端に多く必要としなければ、感度はある程度維持できる。この場合、解像力は高くは望めないが、初級ユーザー等、あまり高画質を要求しないユーザーには受容される可能性がある。
【０００８】
ところで、撮像画面サイズは、半導体プロセスから、製造コストに大きく影響する。例えば、画面サイズが小さい撮像素子ほど歩留まりが良くなり、コストを低減することができる。但し、画素数は半導体露光ルールに大きく依存しているので、コストに関して致命的とはなり得ない。
【０００９】
したがって、異なる撮像画面サイズのデジタルスチルカメラは、異なるユーザー層に応じて、またその用途に応じて、優先すべき事項が必然的に異なっており、これをひとつのカメラで切り換えて実現するなどということは意味がない。
【００１０】
但し、これに近い使い方として、撮像エリアを小さくして擬似電子ズームを行い、拡大効果を得るものがあるが、この場合も基本はフルサイズの画面サイズであり、付加的機能にすぎない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラでは、基準または統一された撮像画面サイズを特に必要としないために、用途に応じて撮像画面サイズを任意に設定できる。
【００１２】
ところが、交換レンズを有したデジタルスチルカメラシステムを考えた場合には、撮像画面サイズに対応したそれぞれの系列の交換レンズ群が必要となり、経済的にも好ましくない。
【００１３】
勿論、撮像画面サイズの小さいカメラ用のレンズとしては、焦点距離が比較的短い広角レンズでないと画角が相対的に狭くなって望遠レンズ化してしまうことはよく知られている。
【００１４】
一方、カメラにおいても、自身の撮像画面サイズに対応した交換ズームレンズしか使用できないのでは、交換ズームレンズの選択の幅が狭まってしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、撮像画面サイズが互いに異なる固体撮像素子を備える複数のカメラに共通して使用可能な交換ズームレンズ装置、およびカメラシステムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一側面としての交換ズームレンズ装置は、撮像画面サイズが互いに異なる固体撮像素子を備える複数のカメラに対して装着可能な交換ズームレンズ装置であって、全ズーム範囲のうち、装着されたカメラの前記固体撮像素子の撮像画面サイズに対してイメージサークル径が大きくなるズーム範囲での撮影を許容し、装着されたカメラの前記固体撮像素子の撮像画面サイズに対してイメージサークル径が小さくなるズーム範囲での撮影を禁止する撮影禁止手段と、ズーム動作を行うために操作されるズーム操作環とを有し、前記撮影禁止手段は、装着されるカメラに設けられ、前記固体撮像素子の撮像画面サイズに応じた形状を有するズーム禁止部材との機械的作用により、装着されたカメラの前記固体撮像素子の撮像画面サイズに対してイメージサークル径が小さくなるズーム位置へのズーム動作を行わせる前記ズーム操作環の動作を阻止するストッパー機構を有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、交換ズームレンズ装置が装着されたカメラの固体撮像素子の撮像画面サイズに応じて、イメージサークル径がその撮像画面サイズに対して小さくなるズーム範囲での撮影は禁止され、イメージサークル径がその撮像画面サイズに対して大きくなるズーム範囲での撮影は許容される。したがって、撮像画面サイズが互いに異なる固体撮像素子を備える複数のカメラに対して使用可能な交換ズームレンズ装置を実現することが可能となる。
【００１８】
特に、この交換ズームレンズ装置が、広角端のイメージサークル径が望遠端のイメージサークル径よりも小さい光学系を備えている場合、広角側での性能保証は小さい撮像画面サイズに対してのみ行えばよくなるため、レンズ装置全体としての性能保証が容易になるとともに、いわゆる前玉径の大型化を防止でき、コンパクトでありながら高倍率のズームレンズ装置とすることが可能となる。
【００１９】
なお、撮影禁止手段としては、カメラから取得した固体撮像素子の撮像画面サイズ情報と予め記憶されたズーム位置に応じたイメージサークル径情報とに基づいて、現在のズーム位置での撮影を禁止するか否かの判定を行うものであってもよいし、カメラに設けられ、固体撮像素子の撮像画面サイズに応じた形状を有するズーム禁止部材との機械的作用により、イメージサークル径が固体撮像素子の撮像画面サイズに対して小さくなるズーム位置へのズーム動作を行わせるズーム操作環の動作を阻止するストッパー機構であってもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である交換ズームレンズ装置の使用形態を示している。
【００２５】
図１において、１は画面サイズ（撮像画面サイズ）が比較的大きい撮像素子３を使用したカメラであり、２は画面サイズが撮像素子３よりも小さい撮像素子４を使用したカメラである。
【００２６】
例えば、撮像素子３は、大きさが２８×１８．７ｍｍで、画素数が６００万、１ピクセルのピッチが９．３ミクロン程度のものである。
【００２７】
一方、撮像素子４は、大きさが１５×１０ｍｍで、画素数が６００万、１ピクセルのピッチが５ミクロン程度のものである。
【００２８】
交換ズームレンズ５は、カメラ１およびカメラ２の両方に装着可能なズームレンズである。
【００２９】
９はカメラ１およびカメラ２に共通したマウント部材であり、１０はマウント部材９に対応する規格の交換ズームレンズ５側のマウント部材である。
【００３０】
次に、交換ズームレンズ５の構成について図２を用いて説明する。この交換ズームレンズ５は、光学系として、物体側より順に、負の屈折力を有する第１レンズ群６と、絞り７を一体的に有した正の屈折力を有する第２レンズ群８とを備えている。
【００３１】
この交換ズームレンズ５では、第２レンズ群８が物体側に光軸上を移動し、第１レンズ群６がこれに連動して像面側に凸の軌跡を描くように移動することで、広角側から望遠側へのズーミングが行われる。また、第１レンズ群６を物体側に繰り出すことで、近距離物体に対するフォーカシングが行われる。
【００３２】
ここで、広角端から望遠端での全ズーム範囲のうち、所定のズーム位置よりも広角端側のズーム範囲をＡゾーンといい、所定のズーム位置よりもよりも望遠端側のズーム範囲をＢゾーンという。
【００３３】
なお、本実施形態では、ＡゾーンとＢゾーンとが所定のズーム位置で連続的に隣接するかたちとなっているが、ＡゾーンとＢゾーンとの間に非使用ゾーンを有するものであってもよい。
【００３４】
一般に、広角側では、画角が広がり、絞り７と第１レンズ群６とが隔たるために、画面周辺に入射する光束径が前玉としての第１レンズ群６の径を決定する。特に、広角側では、交換ズームレンズ５への入射光束が光軸に対して高い位置を通るため、第１レンズ群６に求められる有効径が大きくなる。
【００３５】
また、光学性能を保証する上では、広角側になるほど軸外収差の補正が困難になり、特に歪曲収差、倍率色収差の補正が難しくなる。これらの収差は一般的に画角に依存しており、画面周辺にいくほど大きくなる傾向がある。したがって、カメラ側の画面サイズが小さければ、上記問題が少なくなり、広角化し易いといえる。
【００３６】
図３には、交換ズームレンズ５の焦点距離（ズーム位置）に応じたイメージサークル径特性を示している。横軸は焦点距離を、縦軸はイメージサークル径を示している。
【００３７】
但し、イメージサークル径は、絞り７の開放状態にてイメージサークルに到達する主光線がケラれるまでの像高をもって定義している。
【００３８】
本実施形態の交換ズームレンズ５は、Ｂゾーンにおける広角側から望遠側までは、イメージサークル径の変動はあるものの、大きな画面サイズ（対角半像高１７ｍｍ）をほぼカバーしている。
【００３９】
なお、イメージサークル径がズーミング中に変化するのは、全系の入射瞳位置が変化し、前玉または後玉によって光束がケラれることによって生じるものであり、一般的な傾向である。
【００４０】
一方、Ａゾーンのイメージサークル径は、Ｂゾーンのイメージサークル径よりも小さい値となっている。これは最大像高が同じであれば、広角側になるほど周辺光がケラれ易くなることを表している。
【００４１】
本実施形態の交換ズームレンズ５では、画面サイズが大きいカメラ１に装着された場合はＢゾーンのみが使用可能であり、一方、画面サイズが小さいカメラ２に装着された場合には（Ａ＋Ｂ）ゾーンの全ズーム範囲が使用できる。
【００４２】
図４には、本実施形態の交換ズームレンズ５をカメラ１に装着した状態を示している。
【００４３】
交換ズームレンズ５には、ズーム位置を検出するズーム検出器４１が設けられている。また、交換ズームレンズ５に設けられたレンズＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ等）４２には、図３に示すようなズーム位置に応じたイメージサークル径の情報が予め格納されている。
【００４４】
カメラ１に設けられたカメラＣＰＵ４３は、カメラＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ等）４４に予め格納されている撮像素子３の画面サイズ情報（撮像画面サイズ情報）を、マウント４５の接点４６を介して交換ズームレンズ５（レンズＣＰＵ４７）に送信することができる。
【００４５】
なお、カメラ２もカメラ１と同様の構成および機能が設けられている。
【００４６】
図５には、交換ズームレンズ５における撮影可否判定のフローチャートを示している。
【００４７】
このフローがスタートすると、まずステップ（図ではＳと略す）１で、レンズＣＰＵ４７は、カメラＣＰＵ４３に対して画面サイズ情報の送信要求を出し、これに応じてカメラＣＰＵ４３から送信された画面サイズ情報をレンズＣＰＵ４７内のメモリに記憶する。
【００４８】
また、レンズＣＰＵ４７は、ズーム検出器４１を通じて現在のズーム位置を読み込むとともに、レンズＲＯＭ４２から現在のズーム位置でのイメージサークル径情報を読み出す。
【００４９】
そして、ステップ２では、レンズＣＰＵ４７は、画面サイズ情報とイメージサークル径情報とを比較して、図６に実線で示すように、イメージサークル（ＩＣ）径が画面（Ｇ）サイズより大きい（画面がイメージサークルに内接するような場合も含む）場合、すなわち、現在のズーム位置がカメラの画面サイズに対してＢゾーン内にある場合には、ステップ３に進み、カメラＣＰＵ４３に撮影許可信号を送信する。
【００５０】
一方、図６に点線で示すように、イメージサークル（ＩＣ）径が画面（Ｇ）サイズより小さい（画面がイメージサークルからはみ出している）場合、すなわち、現在のズーム位置がカメラの画面サイズに対してＡゾーン内にある場合には、ステップ４に進み、カメラＣＰＵ４３に撮影禁止信号を送信する。
【００５１】
撮影許可信号を受けたカメラＣＰＵ４３は、カメラ１の撮影スイッチが操作されることに応答して撮影動作を行う。また、撮影禁止信号を受けたカメラＣＰＵ４３は、カメラ１の撮影スイッチが操作されても撮影動作を行わず、撮影が禁止されていることを示す警告表示を行う。
【００５２】
なお、レンズＣＰＵ４７は、カメラＣＰＵ４３に撮影禁止信号を送信する代わりに、ズーム位置がＢゾーン内となるように、第１レンズ群６及び第２レンズ群８を駆動するようにしてもよい。
【００５３】
このように、本実施形態の交換ズームレンズ５は、装着されたカメラの画面サイズに応じて使用可能なズーム範囲を電気的に限定するので、交換ズームレンズ５の全ズーム範囲でのイメージサークル径がカメラの画面サイズに対応していない場合であっても、カメラに適正な撮影を行わせることができる。
【００５４】
したがって、本実施形態の交換ズームレンズ５は、様々な画面サイズを有するカメラに対して使用することができる。
【００５５】
また、本実施形態の交換ズームレンズ５は、図３に示すように、広角側のズーム範囲（Ａゾーン）が望遠側のズーム範囲（Ｂゾーン）よりもイメージサークル径が小さくなる光学系を備えているので、広角側での性能保証は小さい撮像画面サイズに対してのみ行えばよい。このため、ズームレンズ装置全体としての性能保証が容易になるとともに、前玉である第１レンズ群６の大型化を防止でき、コンパクトでありながら高倍率の交換ズームレンズ装置とすることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、レンズＣＰＵ４７が、カメラ側から取得した画面サイズ情報と、レンズＲＯＭ４２から読み出したイメージサークル径情報とを用いて撮影可否判定を行う場合について説明したが、同様の判定を、カメラＣＰＵ４３が、レンズ側から取得したイメージサークル径情報と、カメラＲＯＭ４４から読み出した画面サイズ情報とを用いて行うようにしてもよい。
【００５７】
これにより、装着された交換ズームレンズのイメージサークル径特性にかかわらず、撮影可能なズーム範囲でのみ交換ズームレンズを使用することになる。したがって、様々なイメージサークル径特性を有する交換ズームレンズを使用して撮影を行うことができ、交換ズームレンズの選択の幅を広げることができる。
【００５８】
（第３実施形態）
図７には、本発明の第３実施形態である交換ズームレンズおよびカメラの構成を示している。
【００５９】
第１および第２実施形態では、電気的に使用可能なズーム範囲を制限する場合について説明したが、本実施形態では、機械的作用により使用可能なズーム範囲を制限するものである。
【００６０】
本実施形態の交換ズームレンズでは、撮影者がズーム操作環を回転操作することによってズーム駆動が行われる。
【００６１】
交換ズームレンズ５０のマウント５２をカメラ５６のマウント５１に装着する場合、交換ズームレンズ５０をカメラ５６に対して１／４回転程度回すことによって装着が完了する。
【００６２】
装着が開始されたとき、レンズ側のマウント５２の座部によってカメラ側のマウント５１に設けられたズーム禁止突起５３（ズーム禁止部材）はスプリングバネ５４の力に抗して押し込まれ、装着完了時には、マウント５２の座部に形成された穴部５５にズーム禁止突起５３が進入する。
【００６３】
ズーム禁止突起５３の形状（長さを含む）は、カメラの撮像素子の画面サイズに対応して設定されており、例えば画面サイズの小さいカメラでは、画面サイズの大きいカメラよりもズーム禁止突起５３の長さが長く設定されている。
【００６４】
一方、交換ズームレンズ５０側には、このズーム禁止突起５３の形状によって、カメラの画面サイズに対してＡゾーンとなるズーム範囲ではズーム操作環を操作（回転）できないようにする不図示のストッパー機構が設けられている。
【００６５】
このように、本実施形態の交換ズームレンズ５０およびカメラ５６は、カメラの画面サイズに応じて使用可能なズーム範囲を機械的に限定するので、交換ズームレンズ５０の全ズーム範囲でのイメージサークル径がカメラの画面サイズに対応していない場合であっても、カメラ５６に適正な撮影を行わせることができる。
【００６６】
したがって、本実施形態の交換ズームレンズ５０は、様々な画面サイズを有するカメラに対して使用することができる。また、本実施形態のカメラ５６は、様々なイメージサークル径特性を有する交換ズームレンズを使用することができ、交換ズームレンズの選択の幅を広げることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本願第１の発明によれば、交換ズームレンズ装置が装着されたカメラの撮像画面サイズに応じて、イメージサークル径がその撮像画面サイズに対して小さくなるズーム範囲での撮影を禁止するので、様々な撮像画面サイズのカメラに対して使用可能な交換ズームレンズ装置を実現することができる。
【００６８】
特に、この交換ズームレンズ装置が、広角側が望遠側よりもイメージサークル径が小さくなる光学系を備えている場合、広角側での性能保証は小さい撮像画面サイズに対してのみ行えばよくなるため、レンズ装置全体としての性能保証が容易になるとともに、いわゆる前玉径の大型化を防止でき、コンパクトでありながら高倍率のズームレンズ装置とすることができる。
【００６９】
また、本願第２の発明によれば、交換ズームレンズ装置が装着された場合、カメラ自身の撮像画面サイズに応じて、その交換ズームレンズ装置におけるイメージサークル径が撮像画面サイズに対して小さくなるズーム範囲での撮影が禁止されるので、様々なイメージサークル径特性を有する交換ズームレンズ装置を使用可能なカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である交換ズームレンズの使用形態を示す概略図である。
【図２】上記交換ズームレンズのズーム動作を説明する図である。
【図３】上記交換ズームレンズのズーム位置に応じたイメージサークル径を示したグラフである。
【図４】上記交換ズームレンズをカメラに装着した状態の断面図である。
【図５】上記交換ズームレンズのズーム範囲の制限動作を示すフローチャートである。
【図６】上記交換ズームレンズのイメージサークル径とカメラの画面サイズとの関係を示す概念図である。
【図７】本発明の第３実施形態である交換ズームレンズおよびカメラを示す概略図である。
【符号の説明】
１，２，５６カメラ
３，４撮像素子
５，５０交換ズームレンズ
ＩＣイメージサークル
５３ズーム禁止突起
５５穴部

Claims

撮像画面サイズが互いに異なる固体撮像素子を備える複数のカメラに対して装着可能な交換ズームレンズ装置であって、
全ズーム範囲のうち、装着されたカメラの前記固体撮像素子の撮像画面サイズに対してイメージサークル径が大きくなるズーム範囲での撮影を許容し、装着されたカメラの前記固体撮像素子の撮像画面サイズに対してイメージサークル径が小さくなるズーム範囲での撮影を禁止する撮影禁止手段と、
ズーム動作を行うために操作されるズーム操作環とを有し、
前記撮影禁止手段は、装着されるカメラに設けられ、前記固体撮像素子の撮像画面サイズに応じた形状を有するズーム禁止部材との機械的作用により、装着されたカメラの前記固体撮像素子の撮像画面サイズに対してイメージサークル径が小さくなるズーム位置へのズーム動作を行わせる前記ズーム操作環の動作を阻止するストッパー機構を有することを特徴とする交換ズームレンズ装置。
全ズーム範囲のうち広角端のイメージサークル径が望遠端のイメージサークル径よりも小さい光学系を備えることを特徴とする請求項１に記載の交換ズームレンズ装置。
請求項１または２に記載の交換ズームレンズ装置と、該交換ズームレンズ装置が装着される固体撮像素子を備えるカメラを有することを特徴とするカメラシステム。