JP5115325B2 - レンズ鏡筒および撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、レンズ鏡筒および撮像装置に関するものである。

広角領域において接写撮影する場合のように、ズームレンズの特定焦点距離においては撮影距離によっては撮影品質が低下することがある。このため、所定の焦点距離範囲内において特定の撮影距離を相互に使用不可能とするフォーカシング制限機構を備え、制限を切り換えて使用するたカメラが提案されている（特許文献１）。

特公平２−３２６０４号公報

しかしながら、上記従来のフォーカシング制限機構は、特定の撮影距離を使用可能な焦点距離のみ使用するように制限を切り換える必要があるため、速写性が低下するという問題がある。

この発明が解決しようとする課題は、速写性に優れたレンズ鏡筒および撮像装置を提供することである。

この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、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］本発明に係る撮像装置（１）は、撮影光学系（２１０）の焦点距離に応じた前記撮影光学系の撮影距離を記憶する記憶手段（２５０）と、 前記焦点距離を検出する焦点距離検出手段（２８０）と、前記撮影距離を検出する撮影距離検出手段（２６０）と、前記焦点距離検出手段により検出された焦点距離と前記撮影距離検出手段により検出された撮影距離が前記記憶手段に記憶された前記焦点距離に応じた撮影距離の関係に合致するか否かを判定する判定手段（２５０）と、前記判定手段によって合致しないと判定された場合は、前記焦点距離と前記撮影距離の少なくとも一方を変更する変更手段（２５０）と、前記撮影光学系による像を撮像する撮像手段と（１１０）を備え、前記変更手段は、前記判定手段によって合致しないと判定された場合は、前記焦点距離を変更せずに、前記焦点距離検出手段によって検出された焦点距離に対応する撮影距離に変更することを特徴とする。

上記発明において、前記判定手段（２５０）によって合致しないと判定された場合は、合致しないことを報知する報知手段（２９０）を備えるように構成することができる。

上記発明において、前記報知手段（２９０）は、音、光または振動によって前記報知を行なうように構成することができる。

上記発明において、前記変更手段（２５０）は、前記判定手段（２５０）によって合致しないと判定された場合は前記撮像手段（１１０）による撮像を禁止するように構成することができる。

上記発明によれば、速写性が向上する。

以下においては、上記発明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。ただし上記発明は、銀塩フィルムカメラやコンパクトカメラその他の撮像装置にも適用することができる。

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、上記発明のレンズ鏡筒および撮像装置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は着脱可能に結合されている。

レンズ鏡筒２００には、フォーカスレンズ２１１やズームレンズ２１２を含むレンズ群２１０や絞り装置２２０などからなる撮影光学系が内蔵されている。

フォーカスレンズ２１１は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、フォーカスレンズエンコーダ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。そして、フォーカスレンズエンコーダ２６０で検出されたフォーカスレンズ２１１の位置情報は、レンズ制御部２５０を介して後述するレンズ駆動制御部１６５へ送信される。また、フォーカスレンズ駆動モータ２３０は、後述する焦点検出結果に基づいて演算された駆動量や駆動速度に応じて、レンズ駆動制御部１６５からレンズ制御部２５０を介して送信される駆動信号により駆動する。さらに、フォーカスレンズ駆動モータ２３０は、後述するズームレンズ２１２の焦点距離と関係に応じた位置に、レンズ制御部２５０から送信される駆動信号により駆動する。

ズームレンズ２１２は、その光軸Ｌ１に沿って移動可能に設けられ、ズームレンズエンコーダ２８０によってその位置が検出されつつズームレンズ駆動モータ２７０によってその位置が調節される。ズームレンズ２１２の位置は、操作部１５０に設けられたズームボタンを操作することにより調節される。そして、ズームレンズエンコーダ２８０で検出されたズームレンズ２１２の位置情報は、レンズ制御部２５０へ送信される。

絞り装置２２０は、上記撮影光学系を通過して撮像素子１１０に至る光束の光量を制限するために、光軸Ｌ１を中心にした開口径が調節可能とされている。絞り装置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絞り値に応じた信号が、カメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることにより行われる。また、開口径の調節は、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、設定された絞り値に応じた信号がカメラ制御部１７０からレンズ制御部２５０を介して絞り駆動部２４０へ送信されることによっても行われる。

レンズ鏡筒２００にはレンズ制御部２５０が設けられている。レンズ制御部２５０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、カメラ制御部１７０と電気的に接続され、このカメラ制御部１７０からデフォーカス量や絞り制御信号などの情報を受信するとともに、カメラ制御部１７０へレンズ情報を送信する。

また、レンズ制御部２５０のメモリにはズームレンズ２１２の焦点距離に応じたフォーカスレンズ２１１の撮影距離の関係情報が記憶され、ズームレンズエンコーダ２８０で検出したズームレンズ位置から焦点距離を演算するとともに、フォーカスレンズエンコーダ２６０で検出したフォーカスレンズ位置から撮影距離を演算する。そして、これら焦点距離と撮影距離との関係がメモリに記憶された関係に合致するか否かを判断し、合致している場合は撮影許可の信号をカメラ制御部１７０へ送信する。これに対し、焦点距離と撮影距離との関係がメモリに記憶された関係に合致していない場合は、レンズ鏡筒２００に設けられた警告ブザー２９０へ駆動信号を送信するとともに、撮影禁止の信号をカメラ制御部１７０へ送信する。また、焦点距離に対応した適切な位置へフォーカスレンズ２１１を駆動するようにフォーカスレンズ駆動モータ２３０を制御する。この動作の詳細は後述する。

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及び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２１１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。

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。

図２は、図１に示す焦点検出モジュール１６１の構成例を示す図である。

本例の焦点検出モジュール１６１は、コンデンサレンズ１６１ａ、一対の開口が形成された絞りマスク１６１ｂ、一対の再結像レンズ１６１ｃおよび一対のラインセンサ１６１ｄを有し、フォーカスレンズ２１１の射出瞳の異なる一対の領域を通る一対の光束をラインセンサ１６１ｄ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。

そして、図２に示すように被写体Ｐが撮像素子１１０の等価面（予定結像面）１６１ｅで結像すると合焦状態となるが、フォーカスレンズ２１１が光軸Ｌ１方向に移動することで、結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれたり（前ピンと称される）、カメラボディ１００側にずれたりすると（後ピンと称される）、ピントずれの状態となる。

なお、被写体Ｐの結像点が等価面１６１ｅより被写体側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて短くなり、逆に被写体像Ｐの結像点がカメラボディ１００側にずれると、一対のラインセンサ１６１ｄで検出される一対の像信号の間隔Ｗが、合焦状態の間隔Ｗに比べて長くなる。

すなわち、合焦状態では一対のラインセンサ１６１ｄで検出される像信号がラインセンサの中心に対して重なるが、非合焦状態ではラインセンサの中心に対して各像信号がずれる、すなわち位相差が生じるので、この位相差（ずれ量）に応じた量だけフォーカスレンズ２１１を移動させることでピントを合わせる。

図１に戻り、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のラインセンサ１６１ｄのゲインや蓄積時間を制御するもので、焦点検出位置として選択された焦点検出エリアに関する情報をカメラ制御部１７０から受け、この焦点検出エリアに相当する一対のラインセンサ１６１ｄにて検出された一対の像信号を読み出し、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から送られてきた一対の像信号のずれ量をデフォーカス量ΔＷ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ΔＷに基づいて、当該デフォーカス量ΔＷに応じたレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ駆動制御部１６５へ出力する。

レンズ駆動制御部１６５は、レンズ駆動量演算部１６４から送られてきたレンズ駆動量Δｄに基づいてレンズ駆動モータ２３０へ駆動指令を送出し、レンズ駆動量Δｄだけフォーカスレンズ２１１を移動させる。

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、レンズ群２１０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。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。

一方、クイックリターンミラー１２１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とを介して撮影者の眼球に導かれる。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。

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、オートフォーカスモードの中でも、ワンショットモード／コンティニュアスモードの切換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は全押ししたときにシャッターがＯＮされるが、これ以外にも、オートフォーカスモードにおいて当該ボタンを半押しするとフォーカスレンズの合焦動作がＯＮとなり、ボタンを離すとＯＦＦになる。また、単写／連写設定ボタンも含まれ、連写モードでレリーズボタンを全押しすると１秒間に所定枚数の画像を撮影することができる。

また、ズームボタンは、広角側にズーミングするＷボタンと、望遠側にズーミングするＴボタンとを備え、Ｗボタンを押すとズームレンズ２１２の焦点距離を短くするようにズームレンズ駆動モータ２７０が駆動し、Ｔボタンを押すとズームレンズ２１２の焦点距離を長くするようにズームレンズ駆動モータ２７０が駆動する。これらの操作部１５０により設定された各種モードはカメラ制御部１７０へ送信される。

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、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、上述したように撮像素子１１０から画像情報を読み出すとともに、必要に応じて所定の情報処理を施し、図示しないメモリに出力する。また、カメラ制御部１７０は、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。

接眼レンズ１３４の近傍には、測光用レンズ１３６と測光センサ１３７が設けられ、焦点板１３１に結像した被写体光の一部を受光する。

本例の測光センサ１３７は、二次元カラーＣＣＤイメージセンサなどで構成され、受光した光束の輝度に応じた測光信号を所定の画素群ごとにカメラ制御部１７０へ出力し、撮影の際の撮像素子１１０の露出値を演算する。また、測光センサ１３７による画素ごと又は所定の画素群ごとの測光信号は、カメラ制御部１７０へ出力されて、撮影シーンの解析や認識にも用いられ、輝度や色彩に基づいて焦点調節対象の位置を解析または認識したり、人物撮影や風景撮影などの撮影モードの選択をしたり、各種画像処理に用いられる。

次に、本例のカメラ１の動作を説明する。

ステップＳ１では、ズームレンズエンコーダ２８０の出力をレンズ制御部２５０へ読み込み、ズームレンズ２１２の位置に対応した焦点距離を演算する。

ステップＳ２では、レンズ制御部２５０のメモリに記憶された焦点距離と撮影距離との関係情報に基づいて、ステップＳ１で演算された焦点距離に対応した撮影距離を抽出し、これをフォーカシング領域として設定する。たとえば、焦点距離が７０ｍｍの場合の撮影距離Ｌは０．３ｍ≦Ｌ≦∞、焦点距離が７０ｍｍ以外の場合の撮影距離Ｌは１ｍ≦Ｌ≦∞とする。このとき、現在の撮影距離が焦点距離に応じた撮影距離の範囲外、すなわちフォーカシング領域外にあるならば、この範囲内へ移動するように制御する。なお、この際に警告をともなって範囲内へ移動するようにしてもよい。

ステップＳ３では、焦点検出モジュール１６１による焦点検出に基づいてフォーカスレンズ２１１の合焦操作を実行する。

すなわち、オートフォーカスモードにおいて撮影者がレリーズボタンを半押しすると、ＡＦ−ＣＣＤ制御部１６２は、焦点検出モジュール１６１のラインセンサ１６１ｄのゲインや蓄積時間を制御しつつ、焦点検出位置として選択された焦点検出エリアに関する情報をカメラ制御部１７０から受け、この焦点検出エリアに相当する一対のラインセンサ１６１ｄにて検出された一対の像信号を読み出し、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から送られてきた一対の像信号のずれ量をデフォーカス量ΔＷ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ΔＷに基づいて、当該デフォーカス量ΔＷに応じたレンズ駆動量Δｄを演算し、これをレンズ駆動制御部１６５へ出力する。

レンズ駆動制御部１６５は、レンズ駆動量演算部１６４から送られてきたレンズ駆動量Δｄに基づいてレンズ駆動モータ２３０へ駆動指令を送出し、レンズ駆動量Δｄだけフォーカスレンズ２１１を移動させる。

ステップＳ４では、フォーカスレンズエンコーダ２６０の出力をレンズ制御部２５０へ読み込み、レンズ駆動量Δｄに対応したフォーカスレンズ２１１の位置に相当する撮影距離を演算する。

そしてステップＳ５において、ステップＳ４で演算された撮影距離Ｌと、ステップＳ２で設定されたフォーカシング領域とを比較し、撮影距離Ｌがフォーカシング領域に合致している場合はステップＳ８へ進み、カメラ制御部１７０へレリーズ許可信号を送出し、処理を終了する。

これに対し、ステップＳ４で演算された撮影距離ＬがステップＳ２で設定されたフォーカシング領域に合致していない場合はステップＳ６へ進み、警告ブザー２９０へ駆動信号を送出して警告音を発するとともに、カメラ制御部１７０へレリーズ禁止信号を送出する。

そして、ステップＳ７においてステップＳ２で設定されたフォーカシング領域内へフォーカスレンズ２１１を駆動するようにフォーカスレンズ駆動モータ２３０へ駆動信号を送信し、フォーカスレンズ駆動モータ２３０はフォーカスレンズ２１１をフォーカシング領域へ駆動したのち、ステップＳ４へ戻り、以上の処理を繰り返す。

以上のように、本例のカメラ１によれば、ズームレンズ２１２の焦点距離に応じた撮影距離の範囲にフォーカスレンズ２１１の駆動範囲を設定するので機構上のスイッチを切り換える必要はなく、速写性が向上する。また、ズームレンズの焦点距離に応じた適切な撮影距離にない場合に撮影者に警告を発して注意を喚起するとともに、レリーズを禁止することにより、広角領域において接写撮影する場合などに撮影品質の低下を防止することができる。

なお、本実施形態のカメラ１は、上記警告ブザー２９０による警告音に代えてまたはこれに付加して、ＬＥＤなどの光による撮影者への報知やバイブレータなどの振動による撮影者への報知とすることもできる。

また、図３のステップＳ７では設定されたフォーカシング領域内へフォーカスレンズ２１２を駆動するように制御したが、これに代えてステップＳ４で演算された撮影距離に応じた適切な焦点距離になるように、ズームレンズ駆動モータ２７０を駆動してズームレンズ２１２を駆動することもできる。さらに、ステップＳ７において、フォーカスレンズ２１１とズームレンズ２１２の両レンズを駆動して、焦点距離と撮影距離の関係が適切になるように調節することもできる。

発明の実施形態に係るカメラを示すブロック図である。 図１の焦点検出モジュールを示す図である。 図１のカメラの動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

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
１６１ｄ…ラインセンサ
１７０…カメラ制御部
２００…レンズ鏡筒
２１０…レンズ群
２１１…フォーカスレンズ
２１２…ズームレンズ
２２０…絞り装置
２３０…フォーカスレンズ駆動モータ
２４０…絞り駆動装置
２５０…レンズ制御部
２６０…フォーカスレンズエンコーダ
２７０…ズームレンズ駆動モータ
２８０…ズームレンズエンコーダ
２９０…警告ブザー

Claims (4)

1. 撮影光学系の焦点距離に応じた前記撮影光学系の撮影距離を記憶する記憶手段と、
   前記焦点距離を検出する焦点距離検出手段と、
   前記撮影距離を検出する撮影距離検出手段と、
   前記焦点距離検出手段により検出された焦点距離と前記撮影距離検出手段により検出された撮影距離が前記記憶手段に記憶された前記焦点距離に応じた撮影距離の関係に合致するか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によって合致しないと判定された場合は、前記焦点距離と前記撮影距離の少なくとも一方を変更する変更手段と、
   前記撮影光学系による像を撮像する撮像手段とを備え、
   前記変更手段は、前記判定手段によって合致しないと判定された場合は、前記焦点距離を変更せずに、前記焦点距離検出手段によって検出された焦点距離に対応する撮影距離に変更することを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記判定手段によって合致しないと判定された場合は、合致しないことを報知する報知手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記報知手段は、音、光または振動によって前記報知を行なうことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記変更手段は、前記判定手段によって合致しないと判定された場合は前記撮像手段による撮像を禁止することを特徴とする撮像装置。

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