(57)【要約】  局所的な合焦制御のための光学系が提供される。この光学系は、２つのシアプレート（２２、２４）等の可変屈折力光学要素系を用いる。このシアプレートは相対的に横方向に変位させることができ、これにより光学系の像面湾曲を調節し変更する。像面湾曲を変更することにより、特定のサイズ及び形状の合焦領域が創出され、そのサイズ及び形状は、シアプレート（２２、２４）を相対的に且つ視野に対して操作することにより制御される。この合焦領域は視野内の任意の点に再配置でき、この特定の領域に一致する像の光は合焦領域による影響を受ける。シアプレート（２２、２４）は好ましくは、光学系のカメラ本体（１２）と撮影レンズ（１６）の間の中間焦平面に配置される。シアプレート（２２、２４）によって変更された像は、リレーレンズ（１４）によってカメラ本体（１２）に送られ、カメラ本体（１２)内に位置する主フィルム面（２８）においてフィルムに記録される。その結果、カメラの撮影レンズ（１６）の被写界深度や絞りの設定に関わらず局所的な合焦制御が可能な、カメラに適した光学系が得られる。
2005513517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所的に合焦制御を行なうための光学系であって、カメラ本体と、撮影レンズと、視野内に可変の合焦領域を創出するための可変屈折力光学手段とを含み、該手段は前記カメラ本体と撮影レンズとの間に配置されている光学系。
【請求項２】
合焦領域のサイズ及び形状が可変である、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
視野における合焦領域の位置を移動できる、請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記可変屈折力光学手段が光学系の中間焦平面に配置されている、請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記可変屈折力光学手段が２つのシアプレートを含み、該プレートは相対的に移動可能である、請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記シアプレートが光学系の中間焦平面に配置されている、請求項５に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行出願の相互参照
本願は、２００１年１２月７日出願の米国特許出願第６０／３３８９３３号の利益の享受を請求するものであり、その全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【０００２】
本発明は、一般にカメラとカメラ付属品に関し、特に、カメラの視野内の合焦部分を制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
スチル型フィルムカメラが発明されて以来、過去１００年で、写真技術は多種のカメラを生み出してきた。カメラの種類は通常、使用するフィルムのフォーマットによって特定される。現在市販されているスチル型フィルムカメラは、通例、主に、３５ｍｍカメラ（ポイント型カメラやショット型カメラ、使い捨てカメラ、一眼レフカメラ、レンジファインダ型カメラ等）、中判カメラ（二眼等）、大判カメラ（フィールド型やビュー型等）の３種類である。これらのカメラには、（１）固定焦点、（２）「ゾーンフォーカス」、（３）レンジファインダ型焦点、（４）二眼レフスリガラス、（５）一眼レフ、（６）自動焦点の少なくとも６種類の基本的な合焦システムのうちの一つが使用されている。
が挙げられる。
【０００４】
従来の使い捨て型カメラ等の固定焦点カメラには、レンズの焦点を制御する手段は無い。レンズの焦点は、所定の距離（通常、約１０フィート（３０４．８ｃｍ）において許容できる程度にピントが合うように製造時に予め設定されている。この型のカメラは、本質的には、レンズを有するピンホールカメラである。
【０００５】
「ゾーンフォーカス」カメラを使用する場合、カメラと被写体との間の距離を見積もらなければ（或いは実際に測定しなければ）ならず、この情報を用いて、被写体がカメラのフィルム面上に焦点が合った状態で再現されるようにレンズの合焦制御を行なう。
【０００６】
レンジファインダ合焦システムでは、カメラのビューファインダに２つの像を作り出す光学・機械的装置を使用する。この合焦装置は、距離測定器（つまりレンジファインダ）として機能するので被写体とカメラとの間の距離を計ることができ有効である。操作時、レンズの焦点制御を調整すると、ビューファインダ内の２つの像が相対的に移動する。ビューファインダ内で２つの像が重なり１つの像に見えると、被写体に焦点が合っていることになる。
【０００７】
二眼レフカメラでは、同一のレンズを２枚使用する。これらのレンズは、焦点制御が同期されており両レンズが同時に動く。一方のレンズは、操作者のために焦点板上に像の焦点を合わせ、他方のレンズは、基本的にこれと同一の像の焦点をフィルム面上に合わせる。第一のレンズを調節して、焦点板上の像が合焦状態になると、第二のレンズも適切に調節され、フィルム面上でも像が合焦状態になる。
【０００８】
一眼レフ合焦システム（即ちＳＬＲ）は、現在、カメラに最も広く使用されている合焦システムの一種である。このタイプの合焦システムを用いると、操作者はフィルムに実際に記録される像を見ることができる。入ってくる像の光の経路に枢動鏡が置かれており、これにより像の光をレンズから焦点板に向ける。焦点板上の像は接眼レンズを通して見ることができる。焦点板上に所望の合焦状態の像が現れるように、レンズの焦点を手動で（或いは自動合焦システムの助けを借りて）調節する。通常、焦点板は合焦用レチクルを含み、これにより、被写体に「真」に焦点が合ったことが判るようになっている。ＳＬＲカメラのシャッターボタンを押すとすぐ、枢動鏡が枢動して像の光の入射経路から外れ、像の光はフィルムゲートを通ってフィルムへと進む。レンズと焦点板との間の距離はレンズとフィルム面との間の距離に等しいため、見て焦点を合わせた像が合焦状態で記録される。このタイプの合焦システムを用いると、特定のレンズを用いたときにどのように焦点が合わせられるかを、フィルムが露光される前に「サンプリング」つまりテストすることができる。
【０００９】
最後に、焦点を自動的に合わせるカメラは、特定のレンズ組立体の焦点を制御するバッテリー駆動モータドライブユニットと、ソナーセンサ、赤外線センサ、位相差センサ等の少なくとも一種の電子距離センサとを含む。ソナーセンサと赤外線センサは、基本的には、被写体とカメラとの間の距離を測定した後、その距離に応じてモータによりレンズの焦点を制御する。位相差システムは、入ってくる像の光の隣接する線のコントラストを測定し、同様にこの情報を用いてレンズの合焦制御を行う。
【００１０】
動画カメラや映画用カメラでは通常、ゾーンフォーカスシステムが用いられている。このシステムでは、カメラの操作者（或いはそのアシスタント）は、特定の撮影の間、積極的にレンズの焦点を制御する。被写体がカメラに近づいてくる（或いはカメラから遠ざかる）場合、カメラ操作者は撮影の間、移動中の被写体が、使用しているレンズの被写界深度内に維持されてフィルムに合焦状態で写るように、レンズを「ラックフォーカス（rack focus）」しなければならないであろう。個々のレンズの焦点調節の仕方は様々であるとはいえ、今日使用されているモーションフィルムカメラの大半では、撮影者はレンズを通して像を見られるようになっている（即ち、ＳＬＲのようになっている）。
【００１１】
上に述べた合焦システムの多くには、レンズの瞳（つまり中心軸）を中心として視野全体に亘って均一に像を合焦させるように設計されているという制限がある。更に、レンズの焦点はそのレンズの被写界深度によって決まる。そしてこの被写界深度は、絞りやレンズの焦点距離、カメラと被写体との間の距離によって影響を受ける。例えば、望遠レンズ（焦点距離が長い、例えば４００ｍｍ等）の被写界深度（或いは焦点深度）は短く狭いため、シャープなピントで記録されるのは、視野内の物体のほんの狭い範囲である。対照的に、広角レンズ（焦点距離が比較的短い、例えば１４ｍｍや２８ｍｍ）の被写界深度は無限に近く、視野内の殆ど全ての物体（前景及び背景も含む）がシャープなピントで記録される。このため、特定の撮影において、像の一部をソフトにする、即ち焦点をぼかすことにより、ムードや神秘的な雰囲気を創り出すことができる。例えば、特定の場面における前景の俳優や物体を被写界深度（合焦範囲）から効果的に外すことによりぼかし（これにより観客に与える存在感を効果的に低下させる）ながら、カメラからの距離がこれより遠い特定の被写体を被写界深度内に維持し、フィルム上に合焦状態で記録することができる。この場合、画像内で焦点の合っているもの即ちメインの被写体に観客の「焦点が合う」即ち注目が集まることは言うまでもない。
【００１２】
被写界深度（絞りの設定及び／又はレンズの焦点距離により創出される）を用いるこの方法は、画像内の重要な部分に観客の注目を向けるという点では非常に有効であるが、幾つかの制限を伴うため、撮影者の創造性は著しく限定される。
【００１３】
上の例において、所望の選択的なぼかし効果を得るためには、焦点距離が中程度から長いレンズ（望遠レンズ等）を用いる必要がある。しかしながら、焦点距離の長いレンズに必要な最短集束距離は通常１０〜２０フィート（３０４．８〜６０９．６ｃｍ）である。所望の選択的ぼかし効果を得るためには、カメラの位置は被写体から少なくとも１０フィート（３０４．８ｃｍ）離さなければならない。この最短集束距離の条件は、特定の撮影したい場面によっては容易に満たすことができない場合がある。例えば、撮影場面がエレベータ内や潜水艦等、四方が狭い環境である場合は、「映画専用のセット」を設けるか、或いはソフトフォーカス技法を用いなければ、最短集束距離の条件を満たすことはできない。
【００１４】
特定の場面に選択的にぼかしを入れたり、選択した部分をソフトにするための技法として、半透明媒質、例えばティッシュペーパやワセリン、すりガラスプレート等がスチル写真撮影と動画撮影に共通して使用されている。この技法では、カメラのレンズに半透明媒質を直接塗布する（或いはレンズの前に置く）。半透明媒質は、カメラに入ってくる像の光における選択された部分を効果的に拡散し、その結果、記録された画像はソフトになり、選択された部分はぼかされる。このぼかし技法は、画像フレームの中でソフトなぼかし部分を創出するのに幾らか有効ではあるが、撮影前の準備や撮影後の掃除にかなりの時間を要する。更に、像の中で焦点をぼかす部分を厳密に選択するのは難しく、再撮影が必要な場合に再現するのも難しい。また、場面の中で俳優が実際に動く場合（勿論、そのような場合は頻繁にある）も正確な制御がし難い。
【００１５】
更に、このよく知られた技法を用いた場合、撮影中のどの状況においても、焦点深度内に位置するものは全て、フィルムに合焦状態で記録される。撮影者は、このカメラから見て同一面内にある２種の異なる被写体及び／又は物体の内の一方だけにピントを合わせた画像を創出することができないのである。例えば、顔と、手に持ったピストルから煙が立ち昇っているところだけにピントが合っているような人の像（ピストルと顔が同一像平面に位置している）を記録できることが好ましい。
【００１６】
画像フレームにおける選択部分をぼかしたりソフトにするために利用できる他の技法としては、所謂「シフト・ティルト」機構が挙げられる。この機構では、レンズがカメラ本体に枢設されている。シフト・ティルト機構を使えば、レンズを、カメラの中心光学軸に対して枢動させることもできるし、横方向にシフトさせることもでき、これにより画像フレームにおける選択された部分を、制御下で変形させることができる（レンズを「シフト」させるというのは、レンズの光学軸をフィルム面に対して直角に保持したまま、レンズをビューファインダから見た像に対して平行にずらすことをいう）。またレンズを上下（或いは左右）に傾けることにより、光学軸とフィルム面とがなす角度を変えることができる。これにより、得られる写真の焦平面を変えることができ、そのようにすることで様々な効果を得ることができる。そのような効果の一例として、被写体の特定の部分だけに合焦できることが挙げられる。
【００１７】
シフト・ティルト機構は、殆どの大判カメラで使用されており、動画カメラ用（付属品として）も入手可能である。この機構は、ごく限られた専用レンズを用いない場合は、使いこなすのが難しく、不要の歪みが生じやすい。このため、撮影者の創造性と制御性を著しく制限してしまう。また、シフト・ティルト機構により得られる局所的な合焦制御は、画像フレームの周縁の単一の部分に限られ、画像シーンの中心部分等の内部の複数の領域は対象にならない。
【００１８】
米国特許第６１６７２０６号（２０００年１２月２６日発行、出願人ハイレン（Hylen）、「写真技術に使用するための画像変形装置」）公報には、写真技術に用いるための合焦制御システムが開示されており、このシステムでは、レンズ系の中間焦平面に配置された変形装置がレンズから像の光を受光し、この光がフィルムに送られる。この特許公報の全体を、あたかも本明細書に記載されているかの如く、本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。この特許によると、変形装置は選択的に変形され、これにより、特定の像の光が変形装置に投影されると像内に複数の合焦部分が創出され、その後フィルムにおいて再度合焦点されるようになっている。この出願人は、この他に３件の関連特許を受けている。これら関連特許は、ハイレンの特許であり、譲受人は共通である。これら関連特許は、米国特許第６２８５８３４号、第６２０１９３３号及び第５６４９２５９号である。これら特許も同様に、その全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【００１９】
１９６７年２月２１日発行のアルバレス（Alvarez）の米国特許第３３０５２９４号公報には、光学系において収差を補正・制御するためのレンズ系が開示されている。この特許されたレンズ系は、互いに逆の一組のバイキュービックフェーズプロファイル光学素子を含む。この一組の光学素子は、完全に位置が整合した状態にあるとき、ゼロ波面を創出するので、これを通過する像の光に影響を与えない。しかしながら、或る軸に沿って一方の光学素子を他方の素子に対して平行移動させることにより、その特定の平行移動軸に沿った円筒形の合焦（或いは非合焦）部分が形成される（円筒形の合焦部分或いは非合焦部分は、光学軸に対して対称でない、鉛直方向或いは水平方向に幅を有する領域にのみ発生する合焦部分或いは非合焦部分を作る）。両軸に沿って平行移動させることにより、可変の球面収差屈折力或いは非点収差屈折力が生じ、これを波面補正或いは制御された収差源に使用する。
【００２０】
１９７１年６月８日発行のベーカー（Baker）の米国特許第３５８３７９０号（「成形表面を有し横方向に調節可能な一組のプレートである、分析機能を有する可変屈折力光学要素及びこれを含む光学系」）公報には、少なくとも２個の反射プレートを使用した光学組立体が開示されている。このプレートは、光学軸に対して略垂直に配置されており、嵌合方位において互いに隣接している。プレートは、５次以上の次数の面を有し、該面同士は横方向に相対的に移動可能である。この面の移動によりレンズ系においてズーム機能が提供される。このプレートは、レンズ系において球面収差を補正するのに役に立つ。
【００２１】
上に述べたアルバレス（Alvarez）の米国特許第３３０５２９４号公報及びベーカー（Baker）の米国特許第３５８３７９０号公報の全体を、本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
従って、本発明の目的は、従来技術の問題点を克服するカメラ用合焦システムを提供することである。
【００２３】
本発明の別の目的は、画像フレーム内の選択された部分を、制御された効率的な方法で意図的に非合焦状態できるカメラ用合焦システムを提供することである。
【００２４】
本発明の更に別の目的は、従来技術の問題点を克服する、写真技術用の特殊効果装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
局所的な合焦制御が可能な光学系が提供される。この光学系は、可変屈折力光学要素（レンズや波型ガラス、更に複雑な一組の光学シアプレート（shear plate）等）を用いる。このシアプレートは相対的に横方向に変位させることができ、これにより光学系の像面湾曲を調節し変更する。像面湾曲を変更することにより、合焦領域が創出され、視野内におけるこの合焦領域の特定のサイズ及び形状は、シアプレートを相対的に且つ視野に対して操作することにより制御することができる。この合焦領域は視野内の任意の点に再配置でき、この特定の領域に一致する像の光は合焦領域による影響を受ける。シアプレートは好ましくは、光学系のカメラ本体と撮影レンズの間の中間焦平面に位置決めされる。シアプレートによって変更された像は、リレーレンズによってカメラ本体に送られ、カメラ本体内に位置する主フィルム面においてフィルムに記録される。結果として、カメラの撮影レンズの被写界深度や絞りの設定に関わらず局所的な合焦制御が可能な、カメラに適した光学系が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１を参照すると、カメラ本体１２とリレーレンズ組立体１４と撮影レンズ１６とを含むカメラ１０が図示されている。カメラ本体１２及び撮影レンズ１６は従来のものを用いることができるが、好ましい実施形態においては、リレーレンズ組立体１４は、ハイレンに付与され本願出願人に譲渡された米国特許第６１６７２０６号公報に記載のリレーレンズに略基づくものである。リレーレンズ組立体１４は、中間焦平面１８を創出するために使用される。像は、撮影レンズ１６に入ると、まず中間焦平面１８上に合焦される。リレーレンズ組立体１４のハウジングのスロット或いはパネル（図示せず）を通して、正確な焦点位置（即ち、中間焦平面１８）に種々の画像フィルタや画像変形装置を挿入することができる。その後、入射光は、カメラ本体１２の中に置かれているフィルムに「リレー」され、主フィルム面２０において再合焦される。
【００２７】
米国特許第６１６７２０６号公報に記載のように、入ってくる像を合焦状態で変形させることができれば、画像の変形をより自由に制御することができる。変形としては、単に像にカラーフィルタの効果を加えることや、像の光を変更して被写体を絵のようにして送ること、モザイク効果を導入すること、米国特許第    号公報にも記載のように像のどの領域を合焦状態とし、どの領域を非合焦状態即ち「ぼかし」にするかを制御すること等が挙げられる。
【００２８】
米国特許第６１６７２０６号公報に詳細が記載されているように、中間焦平面の直近に且つ光学軸に対して略直角に可撓性スクリーンを配置する。可撓性スクリーンは、制御された方法で選択的に視線（光学軸）に沿って変形したとき、スクリーンの選択部分を中間焦平面の焦点深度から外すようにすることができる。可撓性スクリーンのうち、焦点深度の外に位置する部分は、像の光を焦点深度の外で受光するため、像の光が非合焦状態となる領域が創出される。ぼかされ変形された像は適切なリレーレンズによりフィルムに送られ、カメラのフィルムには、変形した可撓性スクリーンによってぼかされ変形された像が記録される。
【００２９】
写真の分野では、光の制御で全てが決まる。よって、像全体に対する焦点制御能だけでなく、像の中で領域を選択する能力も切望されている。この目的のためには（米国特許第６１６７２０６号に開示されている）上述の系は非常に有用であろうが、長期間に亘って繰り返し変形可能且つ所望の焦点制御が可能な可撓性スクリーンを製造することは難しいであろう。局所的な合焦制御を提供するため、本仮特許出願においては、米国特許第６１６７２０６号公報に記載の可撓性スクリーンシステムに替えて、一組の可変屈折力光学要素（シアプレート２２、２４等）を中間焦平面１８に配置する。
【００３０】
このような可変屈折力光学要素の一例としては、Ｌ．Ｗ．アルバレス（Alvarez）により開発されたものが挙げられる。これは、一組のバイキュービックフェーズプロファイル光学プレートを含み、２枚のプレートは互いに逆の形状を呈している。これらプレートは、（上述のとおり本明細書の一部を構成するものとして援用した）米国特許第３３０５２９４号公報に記載されているが、通常、光学軸に対して直角に位置決めされ、（横方向に且つ反対方向に）独立して変位させることができ、これにより光学軸に沿った光は影響を受ける。影響の程度は、プレートの移動に応じて且つプレートの横方向の変位の大きさに関連して変わる。
【００３１】
本光学系は好ましくは、中間焦平面１８において可変屈折力光学素子を用いる（図１参照）。可変光学系は、（レンズや円筒形要素等の）特定の形状の光学ガラス（或いはプラスチック）等の簡単なものとすることができる。また、これより複雑なもの、例えば、前記米国特許第３３０５２９４号公報に開示されているものと同様の可変屈折力光学プレート（本明細書では、シアプレート２２、２４と称する）としてもよい。本明細書の大部分においては、局所的な合焦制御のための手段としてシアプレートを例にとって説明するが、各種可変屈折力光学素子の任意のものを中間焦平面１８において使用でき、これにより制御された歪みを創出し全視野内のどこでも局所的な合焦を制御することができるものと理解すべきである。
【００３２】
本発明を理解するのに、特定の形状のシアプレートをどのように設計し製造するかは必要ない。各シアプレートは所定の形状の対向面を有し、その形状は、予め決められた５次以上の０ではない項からなる多項式によって定義される。後記するように、各プレートが各種変位線に沿って相対的に横方向に変位すると、この光学系（撮影レンズ１６、シアプレート２２、２４及びリレーレンズ１４を含む）を通過する像の光の光学特性は影響を受け、この変化を上手く利用して、写真撮影者は像全体に渡る局所的な合焦を制御する。本仮特許出願明細書に記載のシアプレート２２、２４を用いて、本発明の思想、これらプレートの相対的な移動及び位置決めを説明する。シアプレート２２、２４の、実際の形状はより複雑であり、米国特許第３５８３７９０号公報や米国特許第３３０５２９４号公報に記載のシアプレートに示されている面と同様の面を含む。
【００３３】
図２ａ、図２ｂ及び図２ｃに、シアプレート２４に対するシアプレート２２の横方向の変位を示す。この可変光学系の焦点距離の変化は次の式、
焦点距離の変化＝（（ｎ−１）／ｎ）（ｔ）
（式中、ｎはシアプレートの材料によって決まる屈折率を示し、ｔは、特定の点における（例えば光学軸に沿った）２枚のシアプレートの厚さの合計を示す）で表される。シアプレート２２、２４が横方向に移動するとシアプレートの厚さの合計が変化し、このためシアプレートの焦点距離が変化し、この光学系の像面湾曲が変化する。
【００３４】
本発明では、この焦点距離の変化を利用して、像における合焦領域を制御する。
【００３５】
カメラの光学系にシアプレートを用いることには問題がある。即ち、シアプレート同士が（相対的に）横方向に変位すると、（上に述べたように）シアプレートの焦点の位置が変わるだけでなく、この光学系全体の他の光学特性、例えばこの系全体の焦点や倍率（即ちズーム）も変わってしまう。本発明では、シアプレート２２、２４の横方向の変位と連動してこの光学系内の他の光学要素を調節することにより、これらの二次的な影響を補償する。これについては、当業者に理解されていることである。
【００３６】
上に述べたように、図１は、中間焦平面１８に配置した一組のシアプレート２２、２４を示す。シアプレート２２、２４は好ましくは、両シアプレート２２、２４の横方向の変位を、手動で（カメラの操作者による動作により）或いは自動的に（動力による駆動機構により）できるようにリレーレンズ１６のハウジング内に取付ける。好ましくは、シアプレート２２、２４は、制御された正確な方法で、各シアプレートが同調して反対方向に且つ略中間焦平面１８内で（或いはこの平面に直に隣接するように）移動するように横方向に変位される。
【００３７】
図３を参照すると、光学軸に沿ったカメラの視野２６を示す四角形が図示されている（光学軸は視野に対して垂直であり、特に図示しない）。図３に図示した網掛け部はこの光学系における合焦領域２８であり、この場合は視野全体が合焦している。像の焦点は、系全体の焦点と視野内における被写体の相対的な位置とに依存する。言い換えると、図３に示した視野は従来のカメラの光学系のものである。
【００３８】
ここで図４、図５、図６及び図７を参照すると、図７に示すようにシアプレート２２をシアプレート２４に対して（水平の変位線に沿って）横方向に変位させると、視野２６における合焦領域２８は、徐々に円形を呈しつつ、光学軸に対して対称に（即ち、視野の中心に寄りつつ）変形する。シアプレート２２、２４を横方向に若干変位させると、この光学系を通過した像の光は、焦点が合っている領域（合焦領域２８の内側）と、焦点が合っていない（ソフト）領域（視野２６内で合焦領域２８の外側）とに分かれる。
【００３９】
図７に示すようにシアプレート２４に対するシアプレート２２の横方向変位量を大きくすると、合焦領域２８は、図４、図５及び図６に示すように略円形を維持したまま小さくなる。形状に関わらず合焦領域２８の大きさを制御することは、カメラの光学系における局所的な合焦制御を行うのに重要なことである。更に、一旦合焦領域２８（即ちその大きさと形状）が確立した後でも、視野内の別の場所に合焦領域を再配置できることが望ましい。これは、写真の分野では、焦点を合わせようとしている被写体（対象）の位置は必ずしも視野の中心にないためである。例えば、群集の中に注目すべき女優が存在し、女優はトレンチコートを着ているが紛れていてわかりにくい場面の写真を撮ることを考える。本光学系の焦点制御を用いて、まず、シアプレート２２、２４を横方向に変位させて（例えば女優の顔の形状及び大きさと略同じ）円形の合焦領域２８を創出する。合焦領域２８の形状及び大きさを決めたら、変位後のシアプレート２２、２４を（相対変位量を変えずに）視野内で一体的に移動させ、合焦領域を、撮影者が合焦させたい任意の部分に、例えば群集内の被写体の顔を囲むように再配置することができる。得られた画像には群集全体が写っており、群集の多くは従来のカメラ光学系の焦点深度内に入っているが、焦点深度内の所定の特定の部分、この例では女性の顔だけが合焦されている。これにより観客の目が主体に向けられるため、この場面の雰囲気を綿密に構成することができよう。
【００４０】
視野全体に亘ってシアプレート２２、２４を再配置する好ましい実施形態を説明する前に、これまではシアプレート２２、２４の横方向の変位は水平の変位線（即ち、光学軸に垂直で略水平の変位線）に沿って行ったものであること、更に、この特定の変位線に沿った横方向の変位によって、視野内で光学軸に対して対称な略円形の合焦領域２８が形成されたことを理解すべきである。水平から４５°傾いた変位線に沿ってシアプレート２２、２４を横方向（反対方向に）変位させると、合焦領域２８は多少長方形になり、視野３６の中心に寄って縦方向（上下）に長くなることが判った。これを図８に示す。図８においては、シアプレート２２、２４の相対的な向きは維持されているが、水平から４５°傾いた変位線に沿って反対方向に変位している。
【００４１】
図８に示した（即ち、水平から４５°傾いた）変位線に沿ってシアプレート２２をシアプレート２４に対して更に変位させると、視野２６内の合焦領域２８は幅が狭くなるが、変位させている間、略長方形の形状は維持される。これを図１０、図１１及び図１２に示す（図９に図示した「ゼロ変位或いは変位前の」位置から変位させたものであり、図９においては、両シアプレートの位置が完全に整合している状態であるため、像の光は変形していない）。４５°に傾いた変位線に沿ってシアプレート２２、２４を変位させていくと、視野２６内に創出される長方形の合焦領域２８は、視野の縦中心線に寄ったまま幅が徐々に狭くなり、図１２に示すような幅が狭い縦方向の帯が創出されるに至る。
【００４２】
更に、図１３を参照すると、水平に近い所定角度（但し０°よりも大きい）の変位線に沿ってシアプレート２２、２４を変位させると、合焦領域２８の形状は楕円になることが分かった。この楕円の長径の中心は視野２６の縦方向中心にある。シアプレート２２、２４（説明のためシアプレート２２、２４が位置不整合にある状態において）の変位線の角度を変えることによって合焦領域２８がどのように変化するかを図１４、図１５、図１６及び図１７に示す。各変位角度において、合焦領域２８の形状は、元々の形状（図９に示すように、合焦領域２８が視野全体２６を占めている状態）から、幅の狭い楕円等の特定の形状に変化する。その後、特定の角度の変位線に沿って更に両プレートを相対的に変位させるに従い、合焦領域２８は（特定の形状を維持したまま）小さくなる。
【００４３】
変位線の角度を０°から４５°に増加させると、合焦領域２８の形状は、略円形（０°）から幅広の楕円に変わり、更に幅が狭くなって背の高い縦長の楕円となり、最終的には水平から４５°の変位線或いはその近傍で長方形になる。
【００４４】
上に述べたように、シアプレート２２、２４の相対的な変位を制御し且つ変位線の角度を制御することにより、特定の形状及びサイズの合焦領域２８を視野２６の中央に作成できる。カメラ１０の本体１２のフィルムには、この合焦領域に一致する像の任意の部分が「焦点が合っている状態」で記録される。像の視野２６内の他の部分は全てソフトに見え、通常、合焦領域２８との境界から離れるに従い「ぼかし」（即ち「焦点が合っていない」程度）が強くなる。
【００４５】
上に述べたとおり、局所的な合焦制御が完全に行えるように、視野２６全体に亘って特定の合焦領域２８を制御できることが望ましい。このため、図１８を参照すると、シアプレート２２、２４がシアプレートフレーム４０に摺動可能に取り付けられている。シアプレート２２、２４には少なくとも一端４４（好ましくは両端）の長さ全体に亘ってラック４２が形成されており、ラックの歯面は互いに内方に向けられている。少なくとも１個（好ましくは２個で各端部４４に一個ずつ）のサーボモータにピニオンギア４８が取り付けられており、このピニオンギア４８は、シアプレート２２、２４の少なくとも一端（好ましくは両端）の対向するラック４２の間に配置されている。この配列では、適切な駆動回路（これについては当業者であれば理解できる）により制御されてサーボモータ４６が作動すると、ピニオンギアは、所定の角度だけ回転し、その回転を、対向して係合しているラック４２の直線的な変位に変換する。これにより、サーボモータは、シアプレートフレーム４０内で両シアプレート２２、２４を同時に変位させることによりシアプレート２２、２４の横方向の変位を制御する。
【００４６】
シアプレートフレーム４０は更に突出ラック５０を有し、突出ラック５０はピニオンギア５２に係合している。ピニオンギア５２は、サーボモータ５４の出力軸に固定されており、サーボモータが作動しピニオンギア５２を回転させると、係合したラック５０がシアプレートフレーム４０全体を直線的に変位させるようになっている。このシアプレートフレーム４０の直線的な変位はシアプレート２２、２４の横方向変位とは独立しており、シアプレート２４に対するシアプレート２２の相対的な位置を変更するものではない。シアプレートフレーム４０の目的は、シアプレート２２、２４を支持することと、視野内での合焦領域２８の再配置を制御下で実施できるようにすることである。
【００４７】
上に説明した機構は、合焦領域２８を、視野２６を横断して直線的に再配置するものであるが、単一の移動軸に沿って（例えば水平に）しか行うことができない。視野内の他の領域へ移動できるようにするため、よく知られている座標駆動系（プロッタ等に使用されているサーボ制御系等）を用いることもできるし、図１８に図示したような極座標系を用いることもできる。シアプレートフレーム４０全体が更に回転プレート６０に取り付けられており、回転プレート６０には別のサーボモータ６２が固定されている。この場合、サーボモータ６２は、周縁リングギア６４に係合した円錐ピニオンギア６３の回転を制御し、サーボモータ６２が回転することにより、回転プレート６０とそれに取り付けられている全ての要素（シアプレートフレーム４０等）が固定リングギア６４に対して回転する。
【００４８】
図１８に図示した配置の場合、シアプレート２２、２４はまず、横方向に変位して視野２６の中央に円形の合焦領域２８を創出する。サーボモータ５４とサーボモータ６２とを、よく知られている制御回路（図示せず）により選択的に作動させ、創出された合焦領域２８を視野２６内の任意の部分に再配置する。当業者に理解されるように、特定且つ所定のサイズ及び形状の合焦領域を創出し、特定の合焦領域を視野内の任意の領域に配置するのに、本発明の本質を逸脱しないで他の機械的システムを配置することもできる。図１９、図２０、図２１及び図２２は、視野２６内の種々の位置に配置され、更に回転させた種々の形状及びサイズの合焦領域２８を示す。これは、ディレクター及び／又はカメラマンの特定の要求に応じて所望の合焦或いは非合焦効果を創出するために、合焦領域をどのように変形させたりその向きを変えたりすることができるかを示している。
【００４９】
更に、シアプレート２２、２４の変位線の水平からの角度を０°〜４５°において変更できる別の機械的な操作機構或いはリンク機構を導入できる。これにより、上に述べたような円形以外の形状、例えば楕円や長方形を形成できる。
【００５０】
これに加え、２以上のシアプレート系を導入する（或いは、一対のシアプレートを製作する）ことにより、２個以上の合焦領域２８を単一の視野内に創出し、制御し、更に位置決めすることができる。これにより、像の中の２つの別々の領域を局所的な合焦状態にしたまま、視野の残りの領域をぼかすことができる。
【００５１】
更に、各種の補償及び／又は二次的な光学的効果（フェードの導入や系全体の焦点変更、ズームの変更等）のため、図１８に図示し上に述べた機構は、光学系の他の要素を自動的に変位させる機械的及び／又は電気機械的リンク機構を含んでいてもよい。
【００５２】
上に述べた局所的合焦制御系は、（スチルカメラ、３５ｍｍカメラ、中判カメラ、大判カメラ、動画カメラ等の）全てのタイプのカメラ等の各種光学系の任意のものに使用できる。また、本システムは、光学画像に基づく医療システムにも有利に使用できる。
【００５３】
本系を動画カメラに用いる場合、タッチパネル式カーソル制御を用いることができ、これによりプレビュービデオモニタを見ながら（上に述べたようにサーボモータの間接的な作動により）視野２６内の合焦領域２８のサイズや形状、位置を制御できる。即ち、操作者（カメラマン）は、タッチパネルコントローラ上の対応する領域に触るだけで視野内の合焦領域を創出でき、その後、指でパッドをなぞるだけで合焦領域を移動できる。このため、撮影時に、被写体が視野２６内を移動しても、容易に被写体を追従することができる。また、２本の指がタッチパネルに触れている場合は２個の合焦領域が作られる等の機能を付加することができる。
【００５４】
更に、特定の周波数の変換器を用いることができ、例えば、或る場面において俳優毎に周波数を変えて使用する。既知の識別技法により各俳優を追跡することができ、これにより、この場面を通して特定の被写体（選択した周波数の俳優）が移動し続けても、創出された合焦領域２８をこの特定の被写体上に自動的に維持することができる。
【００５５】
更に、適切なコンピュータ制御回路（よく知られているため、詳細な説明や図示は行わない）を用いて上述の局所的な合焦システムを制御し、視野内に有限数の合焦領域を創出する或いは視野内に有限数の非合焦領域を創出することができる。
【００５６】
最後に、本発明には、互いに隣接した３個のシアプレートを用いることによる別の局所的な合焦制御も含まれる。この場合、外側の２個のシアプレートは一緒に同一方向に移動し、中央のプレートは反対方向へ移動する。同様に、４個以上のシアプレートを使用することもできる。各方向に変位させるプレートの組合せを変えることにより、様々な画像ぼかし効果を創出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明に係る光学系であるカメラの側面図であって、カメラはカメラ本体とリレーレンズと撮影レンズとを含み、リレーレンズは部分的に断面図で示されシアプレートの詳細を示している状態を示す。
【図２】図２ａ〜図２ｃは、本発明において、シアプレートが移動したとき光学系の焦点及び像面湾曲がどのように変わるかを説明するためのレンズ系の平面図である。
【図３】図３は、本発明に係る光学系の代表的な視野の平面図であって、網掛け部は合焦領域を示し、視野全体が合焦されている状態を示す。
【図４】図４は、本発明に係る図３の光学系の代表的な視野の平面図であって、合焦領域が中心に寄った円形である状態を示す。
【図５】図５は、本発明に係る図４の光学系の代表的な視野の平面図であって、合焦領域が中心に寄った、より小さい円形である状態を示す。
【図６】図６は、本発明に係る図５の光学系の代表的な視野の平面図であって、合焦領域が中心に寄った、更に小さい円形である状態を示す。
【図７】図７は、本発明における代表的なシアプレートの斜視図であって、水平の変位線、光学軸、オーバーラップ領域を詳細に示す。
【図８】図８は、本発明におけるシアプレートの説明図であって、変位線が４５°の状態を示す。
【図９】図９は、本発明に係る光学系の代表的な視野の図であって、網掛け部は合焦領域であり、視野全体が合焦されている状態を示す。
【図１０】図１０は、本発明に係る図９の光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域が中心に寄った縦長長方形である状態を示す。
【図１１】図１１は、本発明に係る図１０の光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域が中心に寄ってより幅狭となった縦長長方形である状態を示す。
【図１２】図１２は、本発明に係る図１１の光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域が中心に寄ってより幅狭となった縦長長方形である状態を示す。
【図１３】図１３は、本発明におけるシアプレートの説明図であって、０°〜４５°で変わり得る変位線を詳細に示す。
【図１４】図１４は、本発明に係る光学系の代表的な視野の図であって、網掛け部は合焦領域であり、合焦領域が幅広の楕円形である状態を示す。
【図１５】図１５は、本発明に係る図１４の光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域がより幅狭で且つより背の高い楕円形である状態を示す。
【図１６】図１６は、本発明に係る図１５の光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域がより幅狭で且つより背の高い楕円形である状態を示す。
【図１７】図１７は、本発明に係る図１６の光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域がより幅狭で且つより背の高い楕円形である状態を示す。
【図１８】図１８は、本発明における変位台の平面図であって、シアプレートの取付け部、サーボモータ、外側リングギアを詳細に示す。
【図１９】図１９は、本発明に係る光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域が楕円形であり、楕円が視野内で光学軸を中心として回転した状態を示す。
【図２０】図２０は、本発明に係る光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域が長方形であり、長方形が視野内で光学軸を中心として回転した状態を示す。
【図２１】図２１は、本発明に係る光学系の代表的な視野の図であって、合焦領域が図２０と同様に楕円形であるが、楕円が視野内において中心から外れた位置に再配置されている状態を示す。
【図２２】図２２は、本発明に係る光学系の視野の代表的な図であって、合焦領域が小さな円であり、小さな円が視野内において中心から外れた位置に再配置されている状態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年8月9日(2004.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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