JPH0697299B2

JPH0697299B2 - 焦点検出用補助投光装置

Info

Publication number: JPH0697299B2
Application number: JP62026124A
Authority: JP
Inventors: 康幸手島; 三郎菅原; 英明湯田
Original assignee: 旭光学工業株式会社
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: KR870009254A; CA1281576C; JPS6323114A; KR900003655B1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野これらの発明は、スチルカメラ、ムービーカメラ等に使
用されるパッシブ方式の自動焦点検出装置における焦点
検出用補助投光装置に関するものである。

従来の技術及びその問題点赤外線あるいは超音波を被写体に投射し、その反射を受
けて被写体までの距離を検出するアクティブ方式の自動
焦点検出装置では、光や超音波の到達距離の限界から測
距範囲が大幅に制限されてしまうため、焦点距離の長い
レンズをも使用する一眼レフカメラ等では、外界の光に
基づいて像の状態を直接検知するパッシブ方式の自動焦
点検出装置が主として使用されている。

ところが、このパッシブ方式の自動焦点検出装置では、
被写体が暗い場合や被写体のコントラスストが低い場合
に、焦点検出を行い得ないことがある。

そこでこのような欠点を補うため、カメラ側から被写体
に補助投光を与えることが考えられる。

この際、カメラの撮影レンズの光軸に近い位置から単に
照明光としての補助投光を与えると、この照明光は被写
体で反射して強い鏡面反射成分、及び表皮反射成分がカ
メラに戻り、被写体のコントラストを低下させてしまう
ため、被写体上に縦縞のパターンを投影し、これによっ
て被写体に積極的にコントラストを与える方式の補助投
光装置が一般的に利用されている。

第９図及び第10図に一例を示す。

ここで示したのはTTL型AFシステムを備えたカメラであ
り、撮影レンズ10が焦点検出系のレンズを兼ねている。

投光レンズ11は、その光軸l₁l₂が撮影レンズ10の光軸L₁
L₂と平行となるよう配置されており、光軸l₁l₂と直交す
る向きに配置されたパターン面12は、この光軸l₁l₂から
所定量上方にオフセットされている。

パターン面12の背後には図示せぬ光源が配置されてお
り、この光源から発する光がパターン面12、投光レンズ
11を介して光軸L₁L₂上の位置C₁にパターン像13を結像さ
せる。なお、第９図中、14はフィルム面である。

しかし、このような構成では、被写体なパターン像13が
明確に結像するのは位置C₁付近のごく僅かな範囲のみで
あり、被写体がその範囲外にある場合にはパターン像が
13がボケてしまい、被写体にコントラストを与えること
ができなくなってしまう。この場合、投光レンズ11のＦ
値を大きくして焦点深度を深く設定することによりパタ
ーン像13の合焦点範囲を拡げることも考えられるが、こ
のようにするとパターン像13の光量が低下するため光量
の面で焦点検出可能な距離の範囲が規制されてしまう。

なお、この第９図及び第10図に示した方式では、光軸L₁
L₂と光軸l₁l₂とが離れているため、被写体までの距離に
よるパララックスが生じる。従って、実際の合焦範囲は
パターンの大きさから限定される合焦範囲と、上記焦点
深度により限定される合焦範囲との何れか小さい方に制
限される。

また、第11図及び第12図に示すように、投光レンズ11の
光軸l₁l₂を撮影レンズ10の光軸L₁L₂上の位置C₁で交差さ
せ、パターン面13を光軸l₁l₂と直交させて設け、位置C₁
に光軸L₁L₂に対して傾いたパターン像13を結像させるこ
とも考えられる。

しかし、この構成では前述の例よりは合焦範囲が若干広
くなるが、その範囲外におけるパターン像13のボケの問
題は依然として残ったままである。

そこで、実際には第13図に示すように第９図に示した方
式の補助投光装置を二組備えた装置が実用化されてい
る。このような構成とすれば、図示せぬ光源から発する
光がパターン面12、投光レンズ11を介して光軸L₁L₂上の
位置C₁にパターン像13を結像させ、同様に図示せぬ光源
から発する光がパターン面12′、投光レンズ11′を介し
て光軸L₁L₂上の位置C₂にパターン像13′を結像させる。

この実用機では、パララックスを補って合焦範囲をある
程度拡げることは可能であるが、問題を根本的に解決す
るものではなく、前述の例と同様合焦位置がC₁、C₂の深
度内に限られてしまう。しかも、投光装置が二組必要で
あるため小型化にも限度があり、カメラ本体ではなく、
例えば外部ストロボ装置に組込まざるを得なかった。

更に、例えば応用物理学会光学懇話会;1981年12月発光
の光学第10巻６号のP.457（47）には、TV用ズームレン
ズに適用したTTL型アクティブAFシステムが所載されて
いる。

この方式は、補助投光が撮影レンズを介して行われるた
め、合焦範囲は広いが、撮影レンズに合った結像レンズ
を発光素子と受光素子の前に配置しなければならず、こ
の方式を一眼レフカメラに流用しようとしても、一眼レ
フカメラのようにレンズ交換を基本とするような装置で
は使用が困難であった。

発明の目的これらの発明は、上述した種々の問題点に鑑みてなされ
たものであり、被写体に投影されるパターン像の合焦範
囲を拡げることによって広い距離範囲に渡って被写体に
コントラストを与えることができ、しかも、小型化を図
ることによって例えばカメラ本体に組込むことができる
焦点検出用補助投光装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段第１の発明は、投光レンズの光軸を焦点検出系の光軸に
対して傾けると共に、投光レンズの光軸と直交する面に
対してパターン面を傾けて構成することにより、パター
ン面と共役なパターン像平面が焦点検出系のレンズの光
軸とほぼ平行に形成されることを特徴とし、第２の発明は、パターン面を、発光面の位置による発光
強度勾配を有する発光素子の発光面に一体に設け、投光
レンズの光軸を焦点検出系の光軸に対して傾けると共
に、投光レンズの光軸と直交する面に対して発光面を傾
けて構成することにより、発光面と共役なパターン像面
を焦点検出系のレンズの光軸とほぼ平行に形成し、かつ
発光素子を、発光強度の強い部分が遠距離を照明し弱い
部分が近距離を照明するよう配置したことを特徴とす
る。

実施例以下、これらの発明を図面に基づいて説明する。

≪第１の発明≫ 第１図及び第２図は第１の発明に係る焦点検出用補助投
光装置の一実施例を示したものであり、TTL型AFシステ
ムを備えるカメラに適用した例を示す光学系の側面図、
及び斜視図である。

両図中、符号１はカメラの撮影レンズであり、図示せぬ
被写体の像をフイルム面２に合焦状態で結像させるた
め、焦点検出結果に基づいて実線位置から二点鎖線位
置、ないし破線位置に駆動される。

また、この撮影レンズ１は、焦点検出系のレンズとして
の機能も有しており、撮影レンズ１を通過した被写体か
らの光の一部が図示しないミラーを介して焦点検出装置
に導かれる構成となっている。なお、焦点検出装置とし
ては、コントラスト検出方式、あるいは位相差検出方式
等種々の方式を採用することが可能である。

上述した撮影レンズ１の上方には、焦点検出用補助投光
装置を構成する投光光学ユニット３が配設されている。

この投光光学ユニット３は、投光レンズ４、パターン面
５、及び図示しない光源等から一体に構成されており、
各部は以下の如く配置構成されている。

まず、投光レンズ４は、その光軸l₁l₂が撮影レンズ１の
光軸L₁L₂に対して傾き、両軸が位置C₁にて交差するよう
配置されている。

そして、パターン面５は、投光レンズ４の光軸l₁l₂と直
交する面4aに対して傾いて配置され、本投光光学ユニッ
ト３は全体としてティルト光学系を構成している。一般
に、物平面をレンズの光軸と直交する面に対して傾けた
場合、像平面はシャイプリーフの法則に従って物平面に
対して空間的に傾いて形成される。そこで、この投光光
学ユニット３においても、パターン面５と共役なパター
ン像平面５′が、第２図に示したようにパターン面５に
対して空間的に傾いて形成される。

しかも、この例では、撮影レンズ１の光軸L₁L₂がこのパ
ターン像平面５′上に位置する構成とされているため、
光軸l₁l₂に直交する面4aとパターン面５との延長上の交
差位置C₀は撮影レンズ１の光軸L₁L₂上に位置することと
なる。

また、上記のパターン面５には、例えば第３図に一部を
拡大して示すような透明、不透明部よりなるランダムな
縦縞模様（寸法は図示）が施されている。

そして、パターン面５の背後に配置された図示しない光
源から発した光により、パターン面５上におけるP₁〜P₄
の各像はパターン像平面５′上のP₁′〜P₄′に結像し、
上記の縦縞模様はパターン像面５′上に光軸L₁L₂方向に
アライメントされる。

なお、上述した光源は、この例では人間の眼の不感波長
域（低視感度）の光、例えば赤色光を投光するようにな
っている。

第４図に示す投光光学ユニット３に係る各部の設計寸法
S₁,S₂,S₃及び角度θ₁,θ_２は、例えば次表の如くであ
る。

以上のように構成された上記実施例では、被写体がパタ
ーン像平面５′上に位置する場合には、何れの距離にあ
ろうとも常にコントラストの良いシャープなパターン像
を投影することができる。そして、パターン像平面５′
は、パターン面５のサイズを拡大することによって拡大
することができ、その拡大化と共に光源の照度を上げた
場合には、検出能力の許す限り遠方までの焦点検出が可
能になる。

また、焦点検出は撮影範囲内の一部の領域（測距ゾー
ン）を対象として行われるが、この測距ゾーンはこの例
では撮影レンズの光軸近傍に設定されている。そこで、
上記実施例では光軸L₁L₂をパターン像平面５′上に位置
させることにより、精度良い焦点検出及び合焦点調整を
可能としている。

更に、上記実施例によれば、１つの投光光学ユニット３
によって測距範囲の何れの位置にある被写体をもカバー
することができるため、装置のコンパクト化を図ること
ができ、しかも、投光レンズ４、パターン面５、及び光
源をユニット化したため、本発明に係る配置条件を満た
すようにカメラ本体に組み込むことも容易となる。

なお、上記実施例では、投光光学ユニット３を撮影レン
ズ１の上方に配置した例を示したが、光軸L₁L₂をパター
ン像平面５′上に位置させるには、必ずしもこの構成を
採る必要はなく、例えば、第５図に示すように撮影レン
ズ１の真横に配置しても同様の効果が得られ、この投光
光学ユニット３の配設位置は撮影レンズ１の回りにおい
て任意である。

しかも、上述したようにパターン像平面５′を必ずしも
光軸L₁L₂に沿わせる必要はなく、測距ゾーン内で被写体
に検出可能なコントラストを与えることができるなら
ば、光軸L₁L₂と一点で交差するように構成したとして
も、あるいは光軸L₁L₂と平行になるよう構成したとして
も上記実施例と略同様の効果が得られる。このようにパ
ターン像平面５′の位置を変更するためには、投光光学
ユニット３の配置位置を変更し、あるいは投光レンズ４
とパターン面５との角度を変更する等種々の手段が考え
られる。

上記実施例では、測距ゾーンが光軸L₁L₂近傍に設定され
ている例についてのみ述べたが、これ以外の領域に設定
されている場合には、パターン像平面５′がこの測距ゾ
ーンと略一致するように構成することによって上記と同
様の効果を得ることができる。

また、上記実施例では、この発明をTTL型のAFシステム
を備えたいわゆるスチルカメラの自動使用点検出装置に
適用した例について述べたが、ムービーカメラ（TVカメ
ラ）にも同様に適用できるばかりか、撮影光学系と焦点
検出用の光学系とが独立して設けられたカメラに適用す
ることもできる。

更に、上記実施例では、パターン面５と光源とを独立し
て設けた例について述べたが、光源の発光面にパターン
面を一体に形成しても良いことは無論である。

≪第２の発明≫ 次に、第２の発明の一実施例を第６図〜第８図に基づい
て説明する。ただし、前述した第１の発明の実施例と同
一の部材については同一符号を付して重複した説明を省
略する。

この光学系では、撮影レンズ１の上方に、投光レンズ４
と発光素子６とから成る投光光学ユニット３が配設さ
れ、撮影レンズ１の光軸L₁L₂と投光レンズ４の光軸l₁l₂
とが位置C₁で交差する構成となっている。

また、発光素子６はパターン像形成用のパターン面が発
光面6aに一体に形成された発光ダイオードであり、この
発光ダイオードは第７図に示したように、半導体チップ
21のPN接合と平行な両面にそれぞれ電極板22、23を取付
けて形成されており、一方の電極板22側を発光面として
いる。

この発光素子６の発光面6aと投光レンズ４の光軸と直交
する面4aとは互いに傾けて構成され、これによって発光
面6aと共役なパターン像平面６′が発光面6aに対して空
間的に傾いて形成されることは前述した第１の発明の実
施例と同様である。

ところで、被写体で反射されて戻ってくる光量は、被写
体までの距離の２乗に反比例して減少するため、発光素
子６の発光強度が全面に渡って一定である場合には、距
離が大きくなるに従って焦点検出能力が低下することと
なる。そのためこの場合には、必要とされる検出距離の
最遠点を基準とし、この最遠点においても焦点検出可能
なコントラストを与えられるように発光素子６の出力を
設定しなければならい。そして、このように設定した場
合には、近距離における投光量のロスが大きくなってし
まう。

そこで、この発明の焦点検出用補助投光装置では、発光
素子６に発光面6aの位置による発光強度勾配を持たせ、
かつ、発光強度の強い部分が遠距離を照明し弱い部分が
近距離を照明するよう配置することによって上記の問題
点を解決している。なお、発光素子６に発光強度勾配を
持たせるために、この例では発光面6aの位置によって電
極板24、25間の電流密度を異ならせる構成としている。

すなわち具合的には、半導体チップ21の一方の側に取付
けた電極板22を第８図に拡大して示すような「くし形」
とし、しかもこの電極板22の長手方向の一端側に端子24
から延びるリード線25をボンディングしている。反対側
の電極板23は、半導体チップ21の一面に全面的に接触す
る全面電極とし、端子26と一体に形成している。なお、
電極板22の寸法は、第８図にその一例を示してある。

そして、これらの部品は第７図に二点鎖線で示したよう
にアクリル等の透明樹脂でモールドされ、端子24、26の
一部のみを外部に突出させている。なお、この樹脂層の
出射側の面には、集光レンズ部30が形成されている。

このような構成とされた発送ダイオードでは、端子24、
26への電圧の印加によって半導体チップ21のPN接合面で
発した光が、半導体チップ21の電極板22が設けられた面
から出射するが、この電極板22がパターン面の作用をな
し、発光ダイオードから出射される光はすでにパターン
化されている。

また、この発光ダイオートにおいては、電極板22へのボ
ンディング位置の偏り、あるいは電極板22の形状に起因
して両電極22、23間の電流密度に差が生じ、これによっ
て発光強度にも発光面6aの位置による強度勾配が生じ
る。

実験データによると、最も明るい部分（第８図中の破線
Ａ内）と最も暗い部分（同じく破線Ｂ内）との発光強度
の比は、約2:1となっているが、この比は電極板22の形
状やリード線25のボンディング位置等の変更によって適
宜設定することができる。

このような発光ダイオードを発光素子６として使用する
ことにより、上記の焦点検出用補助投光装置では、パタ
ーン像平面６′の明るさ、すなわち被写体に投影される
パターン像の明るさを近距離では暗く遠距離では明るく
することができ、従って、発光素子６の発光エネルギー
を効率的に活用し、焦点検出能力を低下させずに省エネ
ルギー化を図ることができる。しかも、光源とパターン
面とが一体化されているため、投光光学ユニット３のコ
ンパクト化を図ることもできる。

更に、発光素子６の発光強度勾配、あるいは投光光学ユ
ニット３の配置構成を調整すれば、撮影レンズ１を介し
て被写体上のパターン像を読み取る焦点検出装置におけ
るパターン像のコントラストを被写体までの距離に関わ
りなく略一定に保つことができ、この場合には焦点検出
装置の検出精度を均一化し、上記の省エネルギー化が理
想的な形で実現されることとなる。

なお、その他の作用、効果、及び投光光学ユニット３の
配置に関する変形例については、前述した第１の発明と
同様であるので重複した記載を省略する。

効果以上、説明してきたように第１の発明による焦点検出用
補助投光装置によれば、広い距離範囲に渡って被写体に
鮮明なパターン像を投影することができ、しかも小型で
あるためカメラ本体に容易に組み込むことができ、その
効果は極めて大きい。

また、第２の発明による焦点検出用補助投光装置によれ
ば、上記の効果に加えて発光素子の発光エネルギーを効
率的に活用することができ、省エネルギー化を図ること
ができる。更に、光源とパターン面とを一体化させて装
置をより小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は第１の発明に係る焦点検出用補助投光
装置の一実施例を示したものであり、第１図は光学系の
構成を示す側面図、第２図は第１図に示した光学系の斜
視図、第３図は第１図に示したパターン面を基本パター
ンを示す拡大図、第４図は第１図に示す光学系の具体的
設計数値例の説明に供する側面図、第５図は第１図に示
した光学系の変形例を示す斜視図である。第６図〜第８図は第２の発明に係る焦点検出用補助投光
装置の一実施例を示したものであり、第６図は光学系の
構成を示す側面図、第７図は第６図に示した発光素子の
斜視図、第８図はこの発光素子の発光面の平面図であ
る。第９図〜第13図は、従来の焦点検出用補助投光装置を示
したものであり、第９図はその第１の例を示す光学系の
側面図、第10図は第９図に示した光学系の斜視図、第11
図は第２の例を示す光学系の側面図、第12図は第11図に
示した光学系の斜視図、第13図は第３の例を示す光学系
の斜視図である。１……撮影レンズ（焦点検出系のレンズ）４……投光レンズ５……パターン面５′,6′……パターン像平面６……発光素子 6a……発光面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターン像を被写体に投影する投影レンズ
と、パターン像形成用のパターン面とを有し、焦点検出
系の検出対象にパターン像を投影する焦点検出用補助投
光装置において、前記投光レンズの光軸を前記焦点検出系の光軸に対して
傾けると共に、前記投光レンズの光軸と直交する面に対
して前記パターン面を傾けて構成することにより、前記
パターン面と共役なパターン像平面が前記焦点検出系の
レンズの光軸とほぼ平行に形成されることを特徴とする
焦点検出用補助投光装置。
【請求項２】前記焦点検出系のレンズの光軸が、前記パ
ターン像平面ないしその近傍に位置することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の焦点検出用補助投光装
置。
【請求項３】前記パターン像平面が、前記焦点検出系に
よって限定される測距ゾーンと略一致していることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の焦点検出用補助
投光装置。
【請求項４】前記パターン像が、人間の眼の不感波長域
あるいは感度の低い波長域の光を発する光源と、透明
部、不透明部よりなる所要の縦縞模様が施されたパター
ン面とによって形成されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の焦点検出用補助投光装置。
【請求項５】前記パターン面が、前記光源の発光面に一
体に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
４項に記載の焦点検出用補助投光装置。
【請求項６】前記光源、前記パターン面、及び前記投光
レンズが、一組の光学ユニットとなっていることを特徴
とする特許請求の範囲第４項又は第５項の何れかに記載
の焦点検出用補助投光装置。
【請求項７】前記焦点検出系のレンズが、カメラの撮影
レンズであることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
第６項の何れかに記載の焦点検出用補助投光装置。
【請求項８】パターン像面を被写体に投影する投光レン
ズと、パターン像形成用のパターン面とを有し、焦点検
出系の検出対象にパターン像を投影する焦点検出用補助
投光装置において、前記パターン面を、発光面の位置による発光強度勾配を
有する発光素子の発光面に一体に設け、前記投光レンズ
の光軸を前記焦点検出系の光軸に対して傾けると共に、
前記投光レンズの光軸と直交する面に対して前記発光面
を傾けて構成することにより、前記発光面と共役なパタ
ーン像面を前記焦点検出系のレンズの光軸とほぼ平行に
形成し、かつ前記発光素子を、発光強度の強い部分が遠
距離を照明し弱い部分が近距離を照明するよう配置した
ことを特徴とする焦点検出用補助投光装置。
【請求項９】前記発光素子は、半導体チップのPN接合と
平行な両面にそれぞれ電極板を取付け、一方の電極板側
を発光面とした発光ダイオードであり、前記発光面の位
置によって前記電極間の電流密度が異なる構成とされて
いることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の焦
点検出用補助投光装置。