(57)【要約】      （修正有）【課題】焦点深度が深くデフォーカスによる色ずれが少ない測光光学系及びそれを有する撮像装置を提供する。【解決手段】非球面を備えた少なくとも一枚のレンズ６を有し、撮像素子７に被写体像を形成する測光光学系であって、非球面の形状Ｘを以下の式（１）で表わし、その２次微分Ｚを式（２）で表わすとき、Ｘ＝ｈ２／｛Ｒ［１＋｛１−（１＋ｋ）ｈ２／Ｒ２｝１/２］＋Ａ４ ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０＋・・｝・・・（１）、ｄ２Ｘ／ｄ２ｈ＝Ｚ（ｈ）・・・（２）、前記レンズにおけるレンズ面の有効径を光軸から径方向に１０等分する場合の、光軸から径方向にｋ番目の領域の中心径ｒｋに関して、以下の式（３）を満たすことを特徴とする。１＜｜Ｚ（ｒｋ）×ｒｋ｜／１０・・・（３）、ただし５＜ｋ＜８【選択図】図１
2015200844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非球面を備えた少なくとも一枚のレンズを有し、撮像素子に被写体像を形成する測光光学系であって、
光軸方向をｘ、光軸に垂直な方向をｈとする座標軸にて、Ｒを球面成分の光軸上における曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・を非球面係数として、前記非球面の形状Ｘを以下の式（１）で表わし、その２次微分Ｚを式（２）で表わすとき、
Ｘ＝ｈ２／｛Ｒ［１＋｛１−（１＋ｋ）ｈ２／Ｒ２ ｝１/２ ］
＋Ａ４ ｈ４ ＋Ａ６ ｈ６ ＋Ａ８ ｈ８ ＋Ａ１０ｈ１０＋・・｝  ・・・（１）
ｄ２Ｘ／ｄ２ｈ＝Ｚ（ｈ）・・・（２）
前記レンズにおけるレンズ面の有効径を光軸から径方向に１０等分する場合の、光軸から径方向にｋ番目の領域の中心径ｒｋに関して、
以下の式（３）を満たすことを特徴とする測光光学系。
１＜｜Ｚ（ｒｋ）×ｒｋ｜／１０・・・（３）
ただし５＜ｋ＜８  
【請求項２】
前記非球面の形状Ｘを備えるレンズ面は、前記レンズの物体側のレンズ面であることを特徴とする請求項１に記載の測光光学系。
【請求項３】
前記レンズの有効径（半径）をｒ０、厚みをＤとするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の測光光学系。
Ｄ／ｒ０＜０．５
【請求項４】
前記レンズの有効径（半径）をｒ０、前記レンズの第一面での光線の高さがｒｋのときの球面収差をＳＡｋ、前記レンズの焦点距離をｆとするとき、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測光光学系。
０．０５＜｜Σ｛（ｒｋ／ｒ０）×（ＳＡｋ／ｆ）｝｜＜０．１５
ただし５＜ｋ＜８
【請求項５】
正立光学系を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測光光学系。
【請求項６】
異なる波長の光に感度を有する撮像素子と、
前記撮像素子に被写体像を形成する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測光光学系と、
を有し、
前記撮像素子に形成された被写体像のうち特定の色を検知することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子の配置面を、前記測光光学系の球面収差によるピント面のずれ方向と逆方向に変位させることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
観察光学系を有することを特徴とする請求項６または７に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，測光光学系及びそれを有する撮像装置に関する。特に，焦点板に形成された被写体像を接眼レンズを介して観察する観察光学系と、焦点板に形成された被写体像を撮像素子に再結像し、電子画像を得るための測光光学系と，を有する一眼レフカメラ等の撮像装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一眼レフカメラ等の撮像装置に用いられている測光系として、焦点板に形成された被写体像を再結像して電子画像を得るための測光光学系を設けたものが知られている。また、複数の異なった波長の光に感度重心を持つ画素を有する撮像素子を用いるものが知られている。これらにより、被写体の明るさや形状のみではなく色の情報を得て、人体や動体などの検知に用いるというものが知られている。
【０００３】
このような測光系を用いる場合、焦点板に形成された被写体像を正立光学系を介して撮像素子に再結像し、それより電子画像を得ている。測光光学系については、メカ配置やコストの条件が許されれば複数枚レンズを用いることができるが、大きさやコストに制限のある場合であるとレンズ一枚で構成されることが多い。しかし、レンズ一枚では色収差を補正することはできず、従来の測光系では、明るさだけを測定するために、撮像素子としてモノクロかつ画素数の少ない解像度が必要でないものを用いていた。よって、従来の測光光学系では、色収差があっても問題にはならなかった。
【０００４】
ここで、複数の波長の光に感度重心を持つ撮像素子を用いようとすると、特に軸上色収差によって、隣り合った画素同士でベストピント位置がずれてしまい、色ずれが起こってしまう。そして、人物検知のために肌色など特定の色を検知する場合、測光光学系と撮像素子の調整を厳密に行わないと、本来肌色の色相が検知されるべきところ、誤検知をしてしまう可能性がある。即ち、例えば青色のリング状に生ずる青色スポットが混在する影響により本来検知されるべき肌色の色相が変わってしまう可能性がある。
【０００５】
また、色収差が大きい光学系であると、ＭＴＦのデフォーカス特性に関し、焦点深度が浅くなってしまうため、非常に精密な位置合わせや、精密な部品の作成が必要になり、コストが上昇してしまう。
【０００６】
ここで、特許文献１では、人物検出を行う際の誤検知の発生を低減するために、測光光学系に回折光学素子を挿入している。回折光学素子には、大きな色収差補正効果があり、また、色ごとに結像位置をずらすことができるため、色収差による色ずれの影響を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−３８４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、測定光学系に回折光学素子を挿入していることから、コストが上昇してしまう。また、部品点数が増えてしまうため、調整が困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、焦点深度が深くデフォーカスによる色ずれが少ない測光光学系及びそれを有する撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る測光光学系は、非球面を備えた少なくとも一枚のレンズを有し、撮像素子に被写体像を形成する測光光学系であって、光軸方向をｘ、光軸に垂直な方向をｈとする座標軸にて、Ｒを球面成分の光軸上における曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・を非球面係数として、前記非球面の形状Ｘを以下の式（１）で表わし、その２次微分Ｚを式（２）で表わすとき、
Ｘ＝ｈ２／｛Ｒ［１＋｛１−（１＋ｋ）ｈ２／Ｒ２ ｝１/２ ］
＋Ａ４ ｈ４ ＋Ａ６ ｈ６ ＋Ａ８ ｈ８ ＋Ａ１０ｈ１０＋・・｝  ・・・（１）
ｄ２Ｘ／ｄ２ｈ＝Ｚ（ｈ）・・・（２）
前記レンズにおけるレンズ面の有効径を光軸から径方向に１０等分する場合の、光軸から径方向にｋ番目の領域の中心径ｒｋに関して、以下の式（３）を満たすことを特徴とする。
【００１１】
１＜｜Ｚ（ｒｋ）×ｒｋ｜／１０・・・（３）
ただし５＜ｋ＜８  
また、本発明に係る撮像装置は、異なる波長の光に感度を有する撮像素子と、上記測光光学系と、を有し、前記撮像素子に形成された被写体像のうち特定の色を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、焦点深度が深くデフォーカスによる色ずれが少ない測光光学系及びそれを有する撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
。
【図１】本発明の実施形態に係る測光光学系を搭載した撮像装置の図である。
【図２】本発明の実施形態に係る測光系の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測光光学系の球面収差を示す図である。
【図４】本発明の実施形態および従来例における測光光学系のＭＴＦデフォーカス特性を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における撮像素子の分光感度特性を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における測光レンズの光線高さの分割方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
《第１の実施形態》 
（撮像装置）
図１は、本発明の実施形態に係る測光光学系を搭載した撮像装置（一眼レフカメラ）の要部概略図である。図１で、１はカメラ本体側の撮像素子である。撮像素子１は、撮像光学系２によって形成される被写体像に相当する像を記録（受光）するＣＣＤ等からなっている。
【００１６】
また、撮像光学系（対物レンズ）２によって得られた被写体像は、クイックリターンミラー３を介して、焦点板４に形成される。そして、焦点板４に形成された被写体像（測光像）は、ペンタダハプリズム５より成る正立光学系によって、正立像とされる。この正立像は、接眼レンズ８を含む観察光学系で観察される。
【００１７】
図１で、６は測光レンズ、７はＣＣＤ等の撮像素子である。撮像素子７は、焦点板４に形成された被写体像を記録したり、焦点板４に形成された被写体像の明るさを測光する。
【００１８】
９は画像処理手段である。測光レンズ６によって撮像素子７に形成された像は、画像処理手段９で画像処理され、画像内の主被写体の移動に追従してフォーカス位置が変化して主被写体の合焦を行う自動追尾を行うこと等の撮影支援に用いられる。本実施形態の撮像素子７は、図２に示すようなローパスフィルタやＩＲ（近赤外）カットフィルタ等のフィルタ１０、防塵フィルタ１１を備え、図５に示すような感度分布特性を持つ。
【００１９】
（測光光学系）
本実施形態に係る測光光学系は、撮像光学系（対物レンズ）によって焦点板４に結像された被写体像を正立像とする正立光学系としてのペンタダハプリズム５と、開口絞りＳｔ（図２）と、非球面を備える正の屈折力の測光レンズ６とを順に有する。測光レンズ６は、焦点板４の中心を通る観察光学系（接眼レンズ８を含む）の光軸に対して傾斜した光軸を有し、焦点板４に結像された被写体像をペンタダハプリズム５を介して撮像素子７に縮小結像する。本実施形態では、このような測光光学系と撮像素子７とで、図２に拡大図を示す測光系が構成されている。
【００２０】
このような本実施形態では、接眼レンズ８と同様に、測光レンズ６はペンタダハプリズム５の光出射側に各々の光入射側の面がペンタダハプリズム５の光出射側に対向するように配置されている。そして、測光レンズ６を含む測光光学系は、接眼レンズ８を含む観察光学系に対して上方に配置されている。ここで、上方とは、撮像光学系２の光軸に対して離れる方向である。
【００２１】
（測光レンズの球面収差）
ここで、本実施形態では、測光光学系は非球面を備えた少なくとも一枚のレンズを備え、当該レンズとしての測光レンズ６の非球面に関して、焦点深度および軸上色収差との関係で、球面収差量を適切に制御する。これにより、焦点深度が深くデフォーカスによる色ずれが少ない測光光学系を形成する。図３は、本実施形態に係る測光光学系における測光レンズ６の球面収差図を表している。実線は波長（λ１＋λ２）／２、一重破線はλ１、二重破線が波長λ２での球面収差である。
【００２２】
測光レンズ６の光軸方向をｚ、光軸に垂直な方向をｈとする座標軸とし、Ｒを球面成分の光軸上における曲率半径、ｋを円錐定数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０・・・を非球面係数として、測光レンズ６の非球面の形状Ｘを以下の式（１）で表わす。
【００２３】
Ｘ＝ｈ２／｛Ｒ［１＋｛１−（１＋ｋ）ｈ２／Ｒ２ ｝１/２ ］
＋Ａ４ ｈ４ ＋Ａ６ ｈ６ ＋Ａ８ ｈ８ ＋Ａ１０ｈ１０＋・・｝  ・・・（１）
また、その２次微分Ｚを式（２）で表わす。
【００２４】
ｄ２Ｘ／ｄ２ｈ＝Ｚ（ｈ）・・・（２）
このとき、本実施形態では、測光レンズ６におけるレンズ面の有効径を光軸から径方向に１０等分する場合の、光軸から径方向にｋ番目の領域の中心径ｒｋに関して、以下の式（３）を満たす。
【００２５】
１＜｜Ｚ（ｒｋ）×ｒｋ｜／１０・・・（３）
ただし５＜ｋ＜８
ここで、光軸から径方向にｋ番目の領域の中心径ｒｋ（ただし５＜ｋ＜８であって具体的にはｒ６、ｒ７）は、各々光軸から径方向にｋ番目の領域の最大径と最小径の中間値として一義的に定まり、球面収差量制御の観点から円周方向に値が変化しない。
【００２６】
式（３）に関し、下限値である１より小さい場合は、測光レンズ６における球面収差によって、軸上色収差が目立つようになり、色ずれが目立ってしまう。即ち、人物検知のために肌色など特定の色を検知する場合に誤検知を生じてしまう。一方、式（３）で、下限値である１より大きい場合は、測光レンズ６の球面収差で軸上色収差のコントロール（制御）が可能である。本実施形態では、｜Ｚ（ｒｋ）×ｒｋ｜／１０＝３．２５とした。なお、より好ましくは、１＜｜Ｚ（ｒｋ）×ｒｋ｜／１０＜５であると良い。上限値５より大きい場合、深度は深くなるが、解像度が低下してしまう。
【００２７】
また、焦点深度に関して、図４は、本実施形態および従来例での測光光学系のＭＴＦデフォーカス特性を表している。図４で、Ａは測光領域内の中心のデフォーカス特性、Ｂは測光領域内の周辺部のデフォーカス特性、Ｃ、Ｄは従来例における測光領域内の中心のデフォーカス特性、Ｂは測光領域内の周辺部のデフォーカス特性である。なお、図４のＢ、Ｄで実線Ｓはサジタル、Ｍはメリディオナルを示している。
【００２８】
このように本実施形態では、上述した測光レンズ６における球面収差によって、焦点深度が深くなり、測光レンズ６と撮像素子７の位置調整の幅が小さくなり調整のし易さが向上する。
【００２９】
また、測光レンズ６に関して、以下の式（４）を満たすことが好ましい。
【００３０】
Ｄ／ｒ０＜０．５  ・・・（４）
ここで、ｒ０は測光レンズ６の有効径（半径）、Ｄは測光レンズ６の厚みである。本実施形態では、Ｈ＝６．３１、Ｄ＝２．０であり、Ｄ／Ｈ＝０．３１となり、式（４）を満たしている。
【００３１】
一枚レンズの光学系の場合、絞り面に近い方が球面収差がコントロールし易いため、測光レンズ６は薄い方が良い。また、一般的に測光レンズ６には、大きさの制限があるところ、レンズが厚い場合には、レンズの主点が絞りから離れるため倍率を確保しようとすると、同じ空気換算光路長を確保するためにはより空間が必要となってしまう。
【００３２】
また、測光レンズ６に関しては、測光レンズ６の第一面（最も物体側のレンズ面）での入射光線の高さがｒｋのときの球面収差をＳＡｋ、測光レンズ６の焦点距離をｆとするとき、以下の式（５）を満たすことが好ましい。なお、ｒ０は測光レンズ６の有効径（半径）、ｒｋは図６のように測光光学系６の有効径を光軸部分から１０分割した時、光軸からｋ番目の高さである。
０．０５＜｜Σ｛（ｒｋ／ｒ０）×（ＳＡｋ／ｆ）｝｜＜０．１５      （５）
式（５）の下限値０．０５より小さい場合、上限値０．１５より大きい場合は、光線高さが低い光線と高い光線の結像位置が分離してしまうため、解像度が低下して好ましくない。本実施形態では、ｆ＝７．９４、ｒ０＝２．７１、ＳＡ０＝０、ＳＡ１＝０．０８９、ＳＡ２＝０．０６５、ＳＡ３＝０.０４４、ＳＡ４＝０．０４８、ＳＡ５＝０.０９、ＳＡ６＝０.１８である。また、ＳＡ７＝０.２８、ＳＡ８＝０．３５、ＳＡ９＝０．２４、ＳＡ１０＝−０．２０である。
【００３３】
これより、本実施形態では、以下のように式（５）を満たしている。
｜Σ｛（ｒｋ／ｒ０）×（ＳＡｋ／ｆ）｝｜＝０．８６
更には、測光レンズ６は以下の式（６）を満たすことが好ましい。
０．０５＜｜Σ｛（ｒｋ／ｒ０）×（ＳＡｋ／ｆ）｝｜＜０．１０        （６）
ただし５＜ｋ＜８
式（６）は、レンズ面の光線高さが５乃至８割の領域における球面収差の寄与が大きく、１０割の領域ｒ９、ｒ１０における球面収差の寄与が小さいことを示している。
【００３４】
（数値実施例）
次に、実施形態の数値実施例を示す。数値実施例において、ｉは開口絞りＳＴを第１番目（ｒ１）とする面の順序を示す。「ｒｉ」は開口絞りＳＴを含めて第ｉ番目の面の近軸曲率半径を示す。ｄｉは開口絞りＳＴから（ｉ＋１）番目の面と（ｉ＋２）番目の面との間の軸上面間隔を示す。さらに、Ｎｉは開口絞りＳＴから第ｉ番目の材料のｄ線（波長＝５８７．５６ｎｍ）に対する屈折率を示し、νｉは開口絞りＳＴから第ｉ番目の材料のｄ線に対するアッベ数を示す。また、ｆは焦点距離であり、ＦＮＯ．はＦナンバーである。
【００３５】
これより、ｒ１は開口絞りＳＴを示す。ｒ２、ｒ３は測光レンズ６の各面を示す。ｒ４、ｒ５はフィルタ１０の各面を示す。ｒ６は撮像素子表面の防塵フィルタ面、ｒ７は撮像素子７の撮像面を示す。
【００３６】
ここで、測光レンズ６の非球面形状は、次式によって定義されるものである。
【００３７】
【数１】
2015200844.tif 000003
【００３８】
なお、この式（上述した式（１）に相当）において、ｘはレンズ面の頂点からの光軸方向の距離、ｈは光軸と垂直な方向の高さ、Ｒはレンズ面の頂点での近軸の曲率半径である。Ｃjは非球面定数である。「Ｅ−ｉ」は１０を底とする指数表現、すなわち「１０−ｉ」を表している。
【００３９】
［数値実施例１］
f = 7.90      FNO. = 1.47 
曲率半径[mm]  軸上面間隔[mm]屈折率(Nd)   アッベ数(νd)
r1=∞           d1=0.0  
r2= 5.263       d2=2.0        N1=1.5311      ν1=56
r3=-1.791       d3=6.3  
r4=∞           d4=0.55      N2=1.523       ν2=58.6
r5=∞           d5=0.5 
r6=∞           d6=0.75      N3=1.52         ν3=55.0
r7=∞        
（非球面係数）
面番号 
R2 C4=2.523154E-006  C6=-4.391504E-004  C8=4.284801E-005  C10=-7.759344E-007
【００４０】
（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００４１】
（変形例１）
上述した実施形態では、撮像素子７の配置面を測光光学系のピント面とする前提で説明したが、撮像素子７の配置面を測光光学系の球面収差によるピント面のずれ方向と逆方向に変位させることで、より改良された形態とすることもできる。
【００４２】
（変形例２）
上述した実施形態における式（４）乃至（６）については、式（３）を前提に任意の組合せ（単独または複数）として付加することができるものである。
【００４３】
（変形例３）
上述した実施形態では、測光光学系が非球面を備えた一枚のレンズ（測光レンズ６のみ）を有するものとしたが、測光光学系が非球面を備えた複数枚の測光レンズを備えるものであっても良い。
【００４４】
また、上述した実施形態では、測光レンズ６を透過型レンズとしたが、反射型レンズであっても良い。
【符号の説明】
【００４５】
６・・測光光学系、７・・撮像素子
【図１】
2015200844.tif 000004
【図２】
2015200844.tif 000005
【図３】
2015200844.tif 000006
【図４】
2015200844.tif 000007
【図５】
2015200844.tif 000008
【図６】
2015200844.tif 000009