JPH0762730B2 - 投影光学系 - Google Patents

投影光学系

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JPH0762730B2
JPH0762730B2 JP61049296A JP4929686A JPH0762730B2 JP H0762730 B2 JPH0762730 B2 JP H0762730B2 JP 61049296 A JP61049296 A JP 61049296A JP 4929686 A JP4929686 A JP 4929686A JP H0762730 B2 JPH0762730 B2 JP H0762730B2
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芳徳 濱西
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/30—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
    • G02B7/32—Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using active means, e.g. light emitter

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、離散的に配置された光源の像を連続的な一様
照度の投影像に変換する投影光学系に関するものであ
る。
(発明の背景) 従来、焦点検出を行い物体に対物レンズを合焦させる光
学機器は、一般的にカメラ,顕微鏡,半導体機器等に使
われ、精度の良い自動焦点合わせを行うように構成され
ている。しかしながら、この光学機器においても、物体
が外部環境に影響を受けたりあるいは物体自体によって
合焦しずらい物体があり、精度の良い自動焦点合わせを
行うことが困難である。
例えば、TTLカメラの自動焦点検出装置においては、自
動焦点検出用の光電変換素子アレイを、通常、光学的に
フィルム中央付近(レンズ光軸近傍)と等価な位置にフ
ィルム長手方向に一次元的に配列し、そして該素子アレ
イ上に被写体光を導くためには、レンズを透過した被写
体光をメインミラーの半透過部及びサブミラーを介して
導いたり、あるいは反射鏡を介して導いたりしていた。
例えば、特公昭57−49841や実開昭55−55805に開示され
ている。
ここで、カメラの自動焦点検出装置の焦点検出に、被写
体の明るさが十分に明るい場合には問題がないが、暗い
場合には焦点検出時間が極度に長くなったり、焦点検出
不能となることがある。このような事態を避ける為に
は、被写体がある一定の明るさよりも暗くなると、カメ
ラの撮影レンズ光軸から離れたところ例えば、カメラに
装着されたストロボ装置に設けられた専用の発光部から
焦点検出用の投影パターンを被写体に投影し、その投影
パターンの反射光を自動焦点検出装置により検出して焦
点検出を行っている。
(発明の目的) 本発明は、離散的に配置された光源で被写体を十分な輝
度で照明するために、光源の投影像を連続的な照度分布
となる投影像とする投影光学系を提供することを目的と
する。
(実施例) 第1図〜第3図は本発明の実施例である。第1図はパタ
ーン投影光学系の概略的な配置図、第2図は該光学系の
説明図、第3図は該光学系が適用されたカメラの説明図
である。
この実施例では、投影光学系が自動焦点検出装置を有し
たカメラと共に使われ、被写体が暗く焦点検出不能の場
合に適用される例を示す。第3図において、この一眼レ
フレックスカメラ11は、ボディ底部に自動焦点検出用の
光電変換素子アレイ13を有し、自動合焦動作可能な撮影
レンズ12から入射される被写体像を反射鏡を介して該素
子アレイ13に導き、不図示の自動焦点検出装置にて焦点
検出処理が行われるように構成されている。その際に、
被写体が所定の明るさより暗く自動焦点検出装置の焦点
検出処理が正常に作動しない場合には、カメラ11に装着
される不図示のストロボ装置に内蔵された照明装置10か
ら発光ダイオード1(以後、LEDと呼ぶ)の光像が焦点
検出用パターン投影光学系2,3を介して被写体上に投影
されることになる。その際に、被写体が所定の明るさを
有しているか否かを自動焦点検出装置の光電変換素子ア
レイ13を用いて自動的に検出して照明装置10を自動的に
作動させるようにしても良いし、また被写体が暗いこと
をファインダー等に表示して使用者が手動的に作動させ
るようにしても良い。焦点検出用パターン投影光学系2,
3による投影パターン4は、LED1の投影像であり、その
投影像が光電変換素子アレイ13上に撮影レンズ12を通し
て投影されると、この投影像は、その素子アレイ3の配
列方向と直角方向に伸びた像として投影される。第3図
では、照明装置10によりLED1(A−B)が投影された時
に、被写体の距離によって、投影パターン4と撮影レン
ズ12の光軸lとの関係により素子アレイ13に入射する投
影パターン4が変化することを示し、すなわち被写体距
離L1の時には、投影パターン4(A1−B1)の交点C1の部
分が主に素子アレイ13に入射され、同様に被写体距離L2
の時には、投影パターン4(A2−B2)の交点C2の部分が
主に素子アレイ13に入射され、同様に被写体距離L3の時
には、投影パターン4(A3−B3)の交点C3の部分が主に
素子アレイ13に入射されることが分かる。このLED1は第
1図に示すように並列的に2列配置され、それぞれ3つ
のLED素子で構成されている。従って、LED1を直接投影
すると被写体距離によっては各LED素子間の非発光部が
素子アレイ13上に入射される恐れがあり、焦点検出が不
能の場合がある。それを解決する為に、焦点検出用パタ
ーン投影光学系2,3をLED1の前方に配置している。カメ
ラに在る自動焦点検出装置は、この投影パターン4を検
出して、暗い被写体でも焦点検出が可能となる。
次に、第1図及び第2図において、この焦点検出用パタ
ーン投影光学系2,3の構成について説明する。
この焦点検出用パターン投影光学系は、正の屈折力を有
する対物レンズ2及び負の屈折力を有するシリンドリカ
ルレンズ3から構成されている。照明装置は、2列のLE
D1A,1Bとこの焦点検出用パターン投影光学系2,3とから
構成され、投影パターン4を形成するLED1A,1Bとしては
それぞれ3つのLED素子を一列に配列して形成してい
る。第1図に示すように照明装置は、LED1の前方に焦点
検出用パターン投影光学系2,3が配置されている。この
焦点検出用パターン投影光学系の対物レンズ2とシリン
ドリカルレンズ3との前後関係はどちらでもよい。ま
た、シリンドリカルレンズ3の平面側の面3a側には図中
縦方向を鏡にして楔型プリズムがその頂角同士が向かい
合うように対称に形成され、2列のLED1A,1Bの投影像を
横にずらして投影パターン4を3列に形成するように構
成されている。即ち、第1図に示すように、LED1Aの像
はプリズムの作用により例えば投影像4a,4bとして投影
され、同様にLED1Bの像はプリズムの作用により例えば
投影像4b,4cとして投影されており、投影像4bはLED1Aと
LED1Bとの投影像が重なり投影されて形成されている。
このように、照明装置は、複数にLED素子を配列して、
素子アレイ13上でその配列方向と直角方向の一方向に長
い投影パターン4を形成すると共に、3列の投影パター
ン4a〜4cを形成して自動焦点検出装置が焦点検出が行い
易いようにしている。上述したような3つのLED素子を
一方向に配列したものの代わりに、LEDを分割せずに一
方向に長いものを作るとすると、製造上の困難さを伴
い、且つ歩留まりの低下、且つコストの上昇を招くこと
になり、実用的でない。そのために、投影パターン4を
形成するLEDとして、複数のLED素子を配列して用いてい
る。
第2図はシリンドリカルレンズ3の光学的な機能を解析
するために、第1図の光学系配置図を図中縦方向の断面
として単純化して、LED1A(又LED1B)を2つのLED素子
とし且つ焦点検出用パターン投影光学系2,3を厚さのな
い光学系とした説明図である。この焦点検出用パターン
投影光学系2,3は、被写体上に投影された投影パターン
4が連続的な明るい投影像となるように、LED1の非発光
部1aの投影像を補い、LED1のLED素子(発光部)の投影
像をぼかして投影するように構成されている。この焦点
検出用パターン投影光学系2,3の構成として最適な性能
を次に示す。
例えば、焦点検出用パターン投影光学系が正の屈折力を
有す光学系だけであった場合には、LED1のLED素子(1X
−1Z)は投影像(4X−4Z)を形成し且つLED素子(1Y−1
W)は投影像(4Y−4W)を形成する為に、投影像(4Y−4
X)の部分は暗くなってしまい、投影パターン4が連続
的な明るい投影像ではなくなってしまう。そこで、この
投影像(4Y−4X)の部分を明るくする為に、負の屈折力
を有するシリンドリカルレンズ3を配置して、LED素子
(1X−1Z)とLED素子(1Y−1W)の各端部1X,1Yの光線を
図中縦方向に振り、即ち端部1Xの光線を投影像の端部4X
から4Yまで振り且つ端部1Yの光線を投影像の端部4Yから
4Xまで振り、投影像(4Y−4X)の部分を明るくして、投
影パターン4を連続的な明るいパターンとする。そのた
めには、焦点検出用パターン投影光学系2,3がLED1の素
子(1X−1Z)の虚像Aを形成するようにすれば良く、LE
D素子(1Y−1W)も同様である。
そのために、焦点検出用パターン投影光学系としては次
のような条件式(2)を満足すればよい。
一般的に、入射する近軸光線が光軸となす入射角をα、
射出する近軸光線が光軸となす射出角をα′、焦点距離
をf、入射高をhとすると、 α′−α=h/f ・・・・(1) となる。
そこで、LED素子(1X−1Z)の端部1Xの光線が焦点検出
用パターン投影光学系を介して入射する場合(LED素子
(1Y−1W)も同様である)、シリンドリカルレンズ3へ
の入射角を基準とするシリンドリカルレンズ3による光
線の屈折角は(α′−α)、焦点距離はf、入射高はh
である。
LED1の非発光部を対物レンズ2の中心から見込む角をω
とすると、 ω≒2y0/S0 となり、2y0をδとして表すと、 ω=δ/S0 但し、ω≒α′−α となる。
また、焦点距離fは、シリンドリカルレンズ3の焦点距
離となり、 f=fC となる。
また、入射高hは対物レンズ2の有効半径yLと等しく、 h=yL となる。投影光学系2,3が薄肉密着系と見做せる時に
は、yLはシリンドリカルレンズ3の有効半径とも等しく
なる。
従って、式(1)から、δ=S0≒yL/fCとなり、焦点検
出用パターン投影光学系は以下の式を満たせば良い。
δ:光源の非発光部の間隔 fC:負シリンドリカルレンズの焦点距離 S0:対物レンズの主点から光源までの距離 yL:対物レンズの有効半径 この式(2)の上限は、この上限を越えると負のシリン
ドリカルレンズの屈折力が十分でないので、LED素子の
光線を振れ角が十分でなく、LED1の非発光部1aの投影像
に対する領域(4Y−4X)を十分に照明することができ
ず、投影パターン4が完全につながらないことになって
しまうことを考慮して決定されている。また、この式
(2)の下限は、この下限を越えると負のシリンドリカ
ルレンズの屈折力が強くなり過ぎてLED素子の照明領域
が広くなり過ぎ、投影パターン4の照度が全体として低
下してしまい自動焦点検出に不適当となってしまうこと
がないように決定されている。
尚、メリジョナル光束に対して投影光学系2,3のレンズ
主点間隔が薄肉系として取り扱うことが出来ない時は、
LED1の非発光部を見込む角ωはシリンドリカルレンズ3
の主点から投影レンズ2によるLED1の非発光部(1X−1
Y)の投影像δ′を見込む角ω′に置き換え、また対物
レンズ2の有効半径yLはシリンドリカルレンズ2の有効
半径yL′に置き換える必要がある。同様に、距離S0は
S0′に置き換える。但し、S0′は、シリンドリカルレン
ズ3の主点からLED1の非発光部(1X−1Y)の対物レンズ
2による投影像δ′までの距離である。
ω′=δ′/S0′=yL′/fCとなり、 となる。
投影光学系2,3と主点間隔を調整することによって、投
影光学系2,3の合成屈折力を可変にすることができる。
その結果、投影光束の発散の程度を調節できる。
このような範囲で焦点検出用パターン投影光学系が構成
されていれば、暗い被写体に対しても自動焦点検出を行
うことができる。更に、複数のLEDチップの形状をその
まま投影しているので、光量損失が少なく、構成が簡単
になっており、コスト的にも有利な照明装置となってい
る。
従って、各LED素子間のつなぎ目の非発光部の影響を無
くすように、焦点検出用パターン投影光学系2,3が構成
されているので、十分な照度で連続的な投影像となり、
正常に自動合焦動作を行うことができる。
尚、従来の照明光学系には、ケラー照明と、臨界照明と
があるが、本発明の如くより明るい一次パターンを投影
しようとするとき、臨界照明系の方がケラー照明系より
光源の光量を有効に利用できるので、光学系が簡単であ
り有利である。この種のパターン投影にケラー照明系を
採用すると、光源と、コンデンサーレンズと、透過型の
スプライトパターンを有するチャートと、投影レンズと
が必要である。このチャートに光源からの光をコンデン
サーレンズにて一様に照明した時、チャート上での照度
は光源より著しく低下する。更に、このチャートのパタ
ーンが透過系であるために、パターンの模様によって透
過光量の損失を起こすことを避けることができない。一
方、本発明の如き臨界照明系を採用すると、光源のパタ
ーンそのものが投影されるので、非常に明るい投影像を
得ることができる。この時、一方向に離散的に配列され
た光源からは、やはり同方向に離散的な光源像しか得ら
れないが、シリンドリカルレンズを挿入することによ
り、あまり光量損失を起こすことなく連続的な一様な投
影パターンを得ることができる。
(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、低輝度で安価な光源を
一方向に複数個配列することによって、一つの高輝度光
源にて照明したかの如き投影像を得ることができ、その
投影像は照明面積が広く且つ照度の低下が少なくなって
いる。更に構成な簡単で被写体に連続的な照度分布の投
影像を投影することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の実施例であり、第1図は投影
光学系の概略的な配置図、第2図は該光学系の説明図、
第3図は該光学系が適用されたカメラの説明図である。 (主要部分の符号の説明) 1……発光ダイオード、2……対物レンズ 3……シリンドリカルレンズ、4……投影パターン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】離散的に配置された光源と、 該光源の実像を投影する正屈折力の投影レンズと、 該光源の配列方向の光束に対して負の屈折力を持つシリ
    ンドリカルレンズとを有し、 該シリンドリカルレンズにて屈折される光束成分による
    該光源の像が虚像となり、 前記シリンドリカルレンズは、前記投影レンズによる前
    記離散的に配置された光源の投影像を連続的な投影像に
    変換し、 正屈折力の前記投影レンズと、負屈折力の前記シリンド
    リカルレンズとは、 δ:前記光源の非発光部の間隔 fC:前記負シリンドリカルレンズの焦点距離 S0:前記投影レンズの主点から光源までの距離 yL:前記投影レンズの有効半径 の条件を満足することを特徴とする投影光学系。
JP61049296A 1986-01-24 1986-03-06 投影光学系 Expired - Fee Related JPH0762730B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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