JP3652012B2

JP3652012B2 - 自動焦点検出用の投光系

Info

Publication number: JP3652012B2
Application number: JP16060296A
Authority: JP
Inventors: 祐介大村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1996-05-31
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: US5943515A; JPH09325263A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動焦点検出用の投光系に関し、特に投光系により投影パターンを被写体側に投光し、該被写体側から反射してくる該投影パターン像を受光することにより撮影系の焦点検出を行なう際に好適な受動方式及び能動方式の焦点検出において、照明範囲の拡大を図りつつ焦点検出精度の向上を図った、例えばＴＴＬ方式のカメラの自動焦点検出装置と共に用いられる自動焦点検出用の投光系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より写真用カメラ，シネカメラ，ビデオカメラ等のＴＴＬ方式のカメラの焦点検出装置において、焦点検出を行なう場合、例えば被写体が低輝度であったり、又被写体のコントラストが低い場合には、カメラ本体やストロボ装置に内蔵された照明装置（投光系）により被写体を照明したり、あるいは該照明装置に投光レンズと一定模様の投影パターンとを組み込み被写体上に該投影パターンを投影してコントラストを与えることにより焦点検出を行なっている。
【０００３】
図１１は従来の自動焦点検出用の投光系の要部概略図である。同図において８４は光源であり、例えばＬＥＤ等より成っている。８３は投影パターンであり、例えば図１０に示すように複数の直線状の帯から成る遮光部３ａと透過部３ｂとを有している。８２は投光レンズである。
【０００４】
図１１においては光源８４で照明された投影パターン８３を投光レンズ８２により被写体側へ投影し、該被写体側からの投影パターン像を検出系（不図示）により検出することにより撮影系の焦点検出を行なっている。
【０００５】
図１２はこのときの投影パターン８３を被写体側に投影したときの投影照射（照明）範囲及び投影パターン像を示した説明図である。
【０００６】
同図において点線部９１内が投光系による照明範囲であり、斜線部９２で示す範囲が投影パターン８３の投光レンズ８２による被写体上での投影パターン像である。
【０００７】
このような自動焦点検出用の投光系を利用した焦点検出装置は多くの場合、その焦点検出範囲が撮影画角の中心（撮影レンズの光軸中心）に位置しており、その補助光もパララックスの補正等を別とすれば被写体側の中心のみを照明している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら撮影レンズの光軸中心以外の点に焦点検出領域を持つ撮影装置においては、その撮影レンズの焦点距離によって被写体側の焦点検出領域が異なってくる。例えば比較的焦点距離の長いレンズでは撮影レンズの光軸中心以外の焦点検出領域が被写体側で撮影範囲の中心に近いけれども、該撮影レンズの焦点距離が短くなるに従って撮影レンズの光軸中心以外の焦点検出領域が被写体側でより外側になる。即ち、光軸中心から離れる方向となる。
【０００９】
従って撮影レンズの交換が可能なカメラや焦点距離が可変のレンズを装着するカメラ等の場合、自動焦点検出用の投光系はより広範囲を照明しなければならなかった。その為、従来の投光系は複数の照明装置や複数の光源等を利用して照明範囲の拡大を図っていた。
【００１０】
しかしながら複数の照明装置や複数の光源等を用いることは照明装置全体の大型化やコストの上昇につながるという問題点があった。
【００１１】
又、近年の自動焦点検出装置では画角中心以外での焦点検出に対する要求が高くなり、カメラの焦点検出範囲は多点化及び広範囲化している。
【００１２】
図１３はこの種の自動焦点検出装置と共に用いられる自動焦点検出用の投光系の要部概略図である。
【００１３】
同図において１０４は光源ユニットであり、複数の発光部（光源）を有している。１０３は投影パターンであり、光源ユニット１０４に対して横方向に長い形状より成っている。１０２は投光レンズであり、広い画角性能を有している。
【００１４】
このように複数の発光部を持ち、広い範囲の投影パターン１０３を照明することによって広い投影範囲（照明範囲）を得ようとした場合、光源の増加による装置全体の大型化及びコストの上昇、更には投光レンズの広画角化が困難等多くの問題点があり、現実的には難しいという問題点があった。
【００１５】
図１４は同じくこの種の自動焦点検出装置と共に用いられる自動焦点検出用の投光系の要部概略図である。同図において図１１に示した要素と同一要素には同符番を付している。
【００１６】
同図において１１２は投光レンズであり、３つの領域（レンズ部）１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに分割され、それぞれ異なる光軸を有している。同図においては投光レンズ１１２に複数の光軸を持たせることによって光軸の数と等しい投影範囲を得ている。
【００１７】
しかしながら投影パターン８３を光源８４によって照明するタイプの投光系（投光装置）においては被写体上に該投影パターン８３が結像する配置である為、照明範囲は光源８４のボケ像となっている。従って同図の投光レンズ１１２のように複数の光軸を持たせ、かつ装置全体の小型化を達成しようとレンズを分割した場合、光源８４のボケ像である照明範囲も分割され、結局狭い照明範囲になってしまうという問題点があった。
【００１８】
これを避ける為にはレンズを分割せずに複数のレンズを連結することによって投光レンズを構成すれば良いが、これでは装置の巨大化を引き起こす原因となってしまう。
【００１９】
そこで従来は上記の問題点を解決する為に図１５に示すような自動焦点検出用の投光系が提案されている。同図は従来の自動焦点検出用の投光系の要部概略図である。
【００２０】
同図においては光源と投影パターンとを一体化にした光源ユニット１２４そのものを投光レンズ１２２によって被写体上に結像投影するように構成している。これにより図１４に示した投光系のようにレンズの分割による照明範囲の分割は起こらない。
【００２１】
しかしながら同図の投光光学系においては１２２ａ，１２２ｃの光軸外投光用の投光レンズは投光範囲を広げる為に光軸から大きく偏心させた場合、投光レンズの大型化を招くだけでなく、その投影結像性能を画角周辺まで維持することは大変困難であり、どうしても軸外の投影性能の劣化によって焦点検出精度に悪影響を与えてしまう。
【００２２】
また前記全ての従来例では説明に用いた図面の垂直方向にもパターンを分割投影しようとした場合、紙面上下方向に分割するのと同様に光源や投光レンズの増設が必要となり、その照明範囲に比例して装置全体が大型化してくるという問題点があった。
【００２３】
本発明は、光源の発光部を投影パターンとして用いると共に投影パターンを投光する投光レンズの近傍に該投光レンズの光軸に対して複数の法線角度を有する複数のプリズム面を設けたプリズム部材を基板の片面又は両面に設けた光学パネルを配置することにより、該投影パターン像の結像状態を良好に保持したまま広い照明範囲に均一なる投光ができる自動焦点検出用の投光系の提供を目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の自動焦点検出用の検出系は、光源を構成する所定形状の発光部と、該発光部を投影パターンとして被写体側へ投影する投光レンズとを有し、該被写体側から反射された該投影パターンの像を受光系により受光することにより撮影系の焦点検出を行なうため、該被写体側へ該投影パターンを投光する投光系であって、該投光レンズの光軸に対して複数の法線角度を有し、同一平面上に各面の法線ベクトルが存在する複数のプリズム面を有したプリズム部材を基板の表裏面に各プリズム部材の法線ベクトルが存在する２平面が互いに直交するように設けた光学パネルを該投光レンズの近傍に配置し、該被写体側に複数の投影パターン像を形成することを特徴としている。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記所定形状は十字形状であることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を撮影系の一部に適用したときの実施形態１の自動焦点検出用の投光系の要部概略図である。
【００２８】
同図において４は投影パターンを有する光源であるところの発光体であり、例えば図４に示すような発光部４ａを有するＬＥＤ等より成っている。
【００２９】
図４において光源４は十字形状の発光部４ａと不発光部４ｂとから成っている。
【００３０】
本実施形態では該発光部４ａを投影パターンとして投光レンズ２によって光学パネル１を介して被写体側に投影するようにしている。投光レンズ２は光源４の十字形状の発光部４ａを光学パネル１を介して被写体上に投影パターン像として投影している。以下発光部４ａを投影パターンともいう。
【００３１】
光学パネル１は投光レンズ２の前方（被写体側）に配置しており、図５に示すように複数の法線角度を有する直線状の複数のプリズム面（同図は断面形状が台形状の３つの面）を一方向に設けたプリズム部材１ａ，１ｂを基板１ｃの表裏面に複数のプリズム面の配列方向が互いに直交するようにして構成している。
【００３２】
本実施形態において光源４，投光レンズ２，そして光学パネル１の各要素は投光系の一要素を構成している。
【００３３】
５は撮影系（撮影レンズ）であり、撮像面９上に被写体像を結像すると共にクイックリターンミラー６の半透過面とサブミラー７を介して後述する焦点検出ユニット（受光系）８に太陽光等の自然光で照明された被写体像（受動方式の場合）及び投光系により被写体上に投影された投影パターン像（能動方式の場合）を各々導光している。
【００３４】
焦点検出ユニット８は撮影系５を介して得られる被写体像に関する像信号を検出し、又は被写体が暗い場合に投光系により被写体側に投影される投影パターン４ａの反射パターン像を検出し、公知の焦点検出方法により撮影系５の焦点検出を行なっている。Ｘは投光系の光軸、Ｍは撮影系の光軸である。
【００３５】
本実施例では焦点検出ユニット８により焦点検出を行なう際、通常は撮影系５に入射する被写体像に基づく光束をクイックリターンミラー６の半透過面とサブミラー７を介して焦点検出ユニット８に導光し焦点検出を行なうが、例えば被写体の輝度が焦点検出に不十分であったり、あるいは被写体のコントラストが低く受動方式では焦点検出ができない場合には焦点検出ユニット８からの信号に基づいてカメラ本体又は外付けのストロボ装置等に内蔵された投光系内の光源４を発光している。そして発光された光源４の発光部４ａに基づく投影用パターンを投光レンズ２により光学パネル１を介して被写体側へ投影している。
【００３６】
そして被写体側からの投影パターン像を撮影系５によりクイックリターンミラー６の半透過面とサブミラー７を介して焦点検出ユニット８に導光し、該焦点検出ユニット８により形成された投影パターン像の結像状態を検出することにより撮影系５の焦点検出を行なっている。
【００３７】
このとき投影パターン像の結像状態を検出し撮影系５の焦点検出を行なうには、例えば撮影系５を通過した光束より２つの第２物体像を形成し、それらの相対的位置のズレ量を検出することにより行なっている。
【００３８】
このように本実施形態では被写体の輝度やコントラスト等が焦点検出を行なうには低すぎる場合、補助光が投光する所謂アクティブ（能動的）型の焦点検出方式より構成している。
【００３９】
次に本実施形態の投光系の基本原理について図２を用いて説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は図１の光学パネル１を構成するプリズム部材１ａ，１ｂの複数のプリズム面の一部を横方向と上方向から見たときの拡大説明図である。
【００４０】
図２において１ａ，１ｂは各々基板１ｃの表面と裏面に設けたプリズム部材であり、それらのプリズム面の配列方向は互いに直交している。
【００４１】
図２においてＰ１は投光方向に対して垂直な平面から成るプリズム部材１ａのプリズム部（プリズム面）であり、そのプリズム部Ｐ１を通過する光源４からの投光光線（光束）Ｌ１は偏向作用を受けることなく図２（Ｂ）で示されるプリズム部材１ｂのプリズム面Ｐ’１に入射する。Ｐ２ａ，Ｐ２ｂは各々投光レンズ２の光軸に対して、ある角度をなした傾斜面から成るプリズム部材１ａのプリズム部（プリズム面）であり、その法線ベクトルはプリズム部Ｐ１の法線ベクトルと同一平面上に存在している。
【００４２】
該プリズム部Ｐ２ａ，Ｐ２ｂを通過する光源４からの各投光光線（光束）Ｌ２ａ，Ｌ２ｂは該プリズム部Ｐ２ａ，Ｐ２ｂにおいて偏向作用を受け投光光線Ｌ１に対して、ある角度をなして図２（Ｂ）のプリズム面Ｐ’１に入射する。プリズム部材１ａから射出した３つの光束Ｌ１，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂはプリズム部材１ｂのプリズム面Ｐ’１，Ｐ’２，Ｐ’２ｂにそれぞれ入射し、図２（Ｂ）で示す光線Ｌ’１，Ｌ’２ａ，Ｌ’２ｂのように再び３分割される。
【００４３】
即ち本実施形態においては光源４を発した光束は投光レンズ２によって結像作用を受け、その後に光学パネル１のプリズム部材１ａの３つのプリズム面によって上下方向に３分割された後、更に光学パネル１のプリズム部材１ｂの３つのプリズム面によって左右方向に３方向に分離される。結局９方向に分割されることになる。これにより本実施形態においては９つの投影パターン像を得ている。
【００４４】
図３はこのときの投影パターン像の説明図である。投影に用いる投影パターンは図４で示されるような十字形状の発光部４ａを持つＬＥＤ４である。図３において斜線で示される９つの領域が光学パネル１によって９分割された投影パターン像である。
【００４５】
図３において斜線部に付されたＰｘ−Ｐ’ｘで示される符号はそれぞれの投影パターンを形成する光束が光学パネル１のプリズム部材１ａ，１ｂのどのプリズム部を通過してきたかを示している。例をあげて説明すれば投影パターン像Ｐ２ａ−Ｐ’２ｂは光学パネル１のプリズム部材１ａのプリズム面Ｐ２ａ部を通過した後、プリズム部材１ｂのプリズム面Ｐ’２ｂ部を経て投影されたことを意味している。
【００４６】
本実施形態では上下方向の投影パターン像の分離量をプリズム面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂの光軸ｘとなす角度によって決定し、左右方向の投影パターン像の分離量をプリズム面Ｐ’２ａ，Ｐ’２ｂの光軸ｘとなす角度によって決定している。投影パターン像の状態は完全に分離していても、その一部が重複していても良く、装着する焦点検出装置の焦点検出領域によって適当なプリズム角を選び適当な光束分離を行なっている。
【００４７】
又本実施形態では図２に示す各プリズム面Ｐ１，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ’１，Ｐ’２ａ，Ｐ’２ｂの面積比率を変更することによって照射位置による光量比を容易に変更している。更にプリズム角の種類の数だけ光束の分離が行なえる為、本実施形態のように光束の分離は９つに限定されることはなく、目的に応じて自由に設定している。
【００４８】
尚、本実施形態においては一つの光学パネルの両面にプリズム部材１ａ，１ｂを形成したが、これは一体である必要はなく、分離しても良い。例えば一方を投影レンズ２の前方に配置し、もう一方を投光レンズ２の後方に配置しても良い。
【００４９】
本実施形態では以上のような構成の光源４及び光学パネル１を利用することによって投影パターン像の結像状態を良好に保持したまま広い範囲にわたり投影パターン像の投影を行なうことができる自動焦点検出用の投光系を達成している。
【００５０】
図６は本発明の自動焦点検出用の投光系の実施形態２に係る光学パネル１１の要部概略図である。
【００５１】
本実施形態の光学パネル１１は図１に示す光学パネル１と略同位置に配置しており光学パネル１１の構成以外は図１の実施形態１と略同じである。
【００５２】
本実施形態の光学パネル１１は図６に示すように光束の入射側のプリズム部材１１ａが断面形状が３角形状の２つのプリズム面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂから成っている。そして光束の射出側のプリズム部材１１ｂが断面形状が台形状の３つのプリズム面Ｐ’１，Ｐ’２ａ，Ｐ’２ｂより成っている。
【００５３】
本実施形態では実施形態１で説明したのと同様の原理によりプリズム部材１１ａの三角形状のプリズム部Ｐ２ａ，Ｐ２ｂで投影用パターンを上下方向の２成分に分割した後、プリズム部材１１ｂの台形状のプリズム部によって中心と左右の３方向に分割している。これによって実施形態１で示したのと同様に図４に示すパターンを有する光源４を用いて投光を行なったときに図８で示すような６方向に分離された投影パターン像を得ている。
【００５４】
図８で斜線部に付された投影パターン像Ｐｘ−Ｐ’ｘで示される符号はそれぞれの投影パターンを形成する光束が光学パネル１１のプリズム部材１１ａ，１１ｂのどのプリズム部を通過してきたかを示している。例をあげて説明すれば投影パターン像Ｐ２ａ−Ｐ’２ｂは光学パネル１１のプリズム部材１１ａのプリズム面Ｐ２ａを通過した後、プリズム部材１１ｂのプリズム面Ｐ’２ｂを経て投影されたことを意味している。
【００５５】
図７は本発明の自動焦点検出用の投光系の実施形態３に係る光学パネルの要部概略図である。本実施形態の光学パネル２１は図１に示す光学パネルと略同位置に配置しており、光学パネル２１の構成以外は図１の実施形態１と略同じである。
【００５６】
本実施形態の光学パネル２１は図７に示すように光束の入射側のプリズム部材２１ａが断面形状が３角形状の２つのプリズム面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂから成っている。そして光束の射出側のプリズム部材２１ｂも同様に断面形状が３角形状の２つのプリズム面Ｐ’２ａ，Ｐ’２ｂより成っている。
【００５７】
本実施形態では実施形態１で説明したのと同様の原理によりプリズム部材２１ａの三角形状のプリズム部で投影パターンを上下方向の２成分に分割した後、プリズム部材２１ｂの三角形状のプリズム部によって左右の２方向に分割している。従って、実施形態１で示したのと同様に図４に示すパターンを有する光源４を用いて投光を行なったときに図９で示すような４方向に分離された投影パターン像を得ている。
【００５８】
図中斜線部に付された投影パターン像Ｐｘ−Ｐ’ｘで示される符号はそれぞれの投影パターン像を形成する光束が光学パネル２１のプリズム部材２１ａ，２１ｂのどのプリズム部を通過してきたかを示している。例をあげて説明すれば投影パターン像Ｐ２ａ−Ｐ’２ｂは光学パネル１のプリズム部材２１ａのプリズム面Ｐ２ａ部を通過した後、プリズム部材２１ｂのプリズム面Ｐ’２ｂ部を経て投影されたことを意味している。
【００５９】
本発明の全ての実施形態では投影パターン像の分離量をプリズム面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ等が光軸となす角度によって決定している。投影パターン像の状態は完全に分離していても、その一部が重複していても良く、装着する焦点検出装置の焦点検出領域によって適当なプリズム角を選べば最適な照明範囲を得ることができる。
【００６０】
又本発明の全ての実施形態では各プリズム面Ｐ１，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ，Ｐ’１，Ｐ’２ａ，Ｐ’２ｂ等の面積比率を変更することによって照射位置による光量比を容易に変更することができる。更にプリズム角の種類の数だけ光束の分離が行なえる為、実施形態のように光束の分離は４，６，９つに限定されることはなくプリズムの断面形状を選ぶことによって自由に設定することができる。
【００６１】
尚、本実施形態においては一つの光学パネルの両面にプリズム部を形成したが、これは一体である必要はなく、分離しても良い。例えば一方を投影レンズ２の前方に配置し、もう一方を投光レンズ２の後方に配置しても良い。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、光源の発光部を投影パターンとして用いると共に投影パターンを投光する投光レンズの近傍に該投光レンズの光軸に対して複数の法線角度を有する複数のプリズム面を設けたプリズム部材を基板の片面又は両面に設けた光学パネルを配置することにより、該投影パターン像の結像状態を良好に保持したまま広い照明範囲に均一なる投光ができる自動焦点検出用の投光系を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を撮影系の一部に適用したときの実施形態１の要部概略図
【図２】本発明の原理を説明する説明図
【図３】本発明の実施形態１における投影照射範囲を示す説明図
【図４】本発明に係る光源を有する投影パターンの一例を示す説明図
【図５】本発明に係る光学パネルの説明図
【図６】本発明の実施形態２の光学パネルの説明図
【図７】本発明の実施形態３の光学パネルの説明図
【図８】本発明の実施形態２に係る投影パターン像の説明図
【図９】本発明の実施形態３に係る投影パターン像の説明図
【図１０】従来の投影パターンの一例を示す概略図
【図１１】従来の自動焦点検出用の投光系の要部概略図
【図１２】従来の投光系における照射範囲を示す図
【図１３】従来の自動焦点検出用の投光系の要部概略図
【図１４】従来の自動焦点検出用の投光系の要部概略図
【図１５】従来の自動焦点検出用の投光系の要部概略図
【符号の説明】
１，１１，２１光学パネル
２投光レンズ
３投影パターン
４光源
４ａ発光部
４ｂ非発光部
５撮影系
６クイックリターンミラー
７サブミラー
８焦点検出ユニット
９撮像面
１ａ，１ｂ，１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂプリズム部材

Claims

光源を構成する所定形状の発光部と、該発光部を投影パターンとして被写体側へ投影する投光レンズとを有し、該被写体側から反射された該投影パターンの像を受光系により受光することにより撮影系の焦点検出を行なうため、該被写体側へ該投影パターンを投光する投光系であって、該投光レンズの光軸に対して複数の法線角度を有し、同一平面上に各面の法線ベクトルが存在する複数のプリズム面を有したプリズム部材を基板の表裏面に各プリズム部材の法線ベクトルが存在する２平面が互いに直交するように設けた光学パネルを該投光レンズの近傍に配置し、該被写体側に複数の投影パターン像を形成することを特徴とする自動焦点検出用の投光系。
前記所定形状は十字形状であることを特徴とする請求項１の自動焦点検出用の投光系。