JPH10319312A - 焦点検出用の投光系及びそれを用いた撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターン像の投影範囲の拡大を図りつつ焦点
検出精度の向上を図った焦点検出用の投光系及びそれを
用いた撮影装置を得ること。 【解決手段】 撮影系の一部に装着し、被写体側へパタ
ーンを投影し、被写体側からの該パターンの反射パター
ン像を利用して該撮影系の焦点検出を行う焦点検出用の
投光系であって、該投光系は複数のレンズ部を各レンズ
部の光軸が一平面内に位置するように配置し、該パター
ンを被写体側の一方向の複数位置に投影するようにした
投影レンズ、該複数の光軸のうち１つの光軸を含み、該
一平面と直交する直交平面内に於ける断面形状が多角形
のプリズム部を複数個、該直交方向に所定のピッチで配
列し、該投光レンズの各レンズ部の光軸上の光束を各々
該直交方向に複数の光束に分割して射出偏向させること
によって、該各レンズ部により投影されるパターン像を
被写体側の該一方向と直交する方向の複数位置に分割す
る偏向部を有していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は焦点検出用の投光系
及びそれを用いた撮影装置に関し、特に投光系により投
影パターン（以下パターンともいう）を被写体側に投光
し、該被写体側が反射す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う受動方式または能動
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る際に好適なものであ
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
いて焦点検出を行う場合、例えば被写体が低輝度であっ
たり、また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補助照明装置（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っている。

【０００３】図１０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１０４は光源であり、
例えばＬＥＤ等より成っており、点光源に近いものであ
る。１０３は投影パターンであり、例えば図１１に示す
ように複数のスリット上の遮光部１１３ａと透過部１１
３ｂとを有している。１０２は投光レンズである。

【０００４】図１０においては光源１０４は投影パター
ン１０３を照明し、照明された投影パターン１０３の中
の一部分１０３ａが投光レンズ１０２により被写体側へ
投影され、該被写体上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っ
ている。

【０００５】図１２はこのときの投影パターン１０３を
被写体側に投影したときの投影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１２１内が投光系によ
る照明範囲（投光範囲）であり、斜線部１２２が投影パ
ターン１０３の遮光部１１３ａの投影パターン像であ
る。

【０００７】図１０の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、その焦点検出領域が撮影
画面の中心（撮影レンズの光軸中心部）に位置してお
り、その投光系もパララックスの補正などを別とすれば
被写体側の中心のみを照明している。

【０００８】一方、近年被写体上の複数点の測距を行う
焦点検出方式が種々と提案されている。このような場合
にも、上述の一定模様のパターン像を投光系により被写
体側へ投光し、被写体からの反射パターン像を検出する
ことにより焦点検出を行う方式は、当然のことながら有
効である。

【０００９】しかしながら、この従来の方式により、測
距点となる被写体上の複数点に同時にパターン像を投光
するのは構成上大変困難である。被写体面上の複数点に
同時にパターン像を投光するためには、あらかじめ大き
なパターン像を作成してこれを広範囲に結像させるか、
あるいは非常に微細な模様のパターン像を短い焦点距離
の高画角の投光レンズにより広範囲に結像させることが
必要となる。

【００１０】いずれの場合にも測距点となる被写体上に
パターン像を良好に結像させるためには、広い画角にわ
たって投光レンズの収差を良好に補正しなければならな
いため、装置全体をコンパクトな構成で、これを実現す
ることはかなり困難である。またこの他にも、上述の大
きなパターン像を作成する方式では、この大きなパター
ン像を照明する光源を大きくする必要が生じ、コンパク
トな構成とすることが難しいという問題もある。また上
述の非常に焦点距離の短い投光レンズにより広範囲にパ
ターン像を結像させる方式では、投光レンズの開口を大
きくすることが困難となり、照明光の到達距離を十分に
大きくすることができないという問題と、非常に微細な
パターン像を作成することが困難という問題もある。

【００１１】これらの問題を解決する提案として特開昭
63-47710号公報では上述の大きなパターン像を作成する
方式の照明用光源を複数としたものを提案している。し
かしながら、同公報で提案されている投光系では上述の
投光レンズの収差を良好に補正するのが難しい。この点
に鑑み本出願人は特開平2-101413号公報においてパター
ンを投影する為の投光レンズとして、このパターン像の
長手方向に長く、その方向に対して垂直方向に短い開口
形状を有する複数のレンズを用いた焦点検出用の投光系
を提案している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】近年の自動焦点検出機
能を有するカメラにおいては、撮影画面の中心以外の複
数の領域での集点検出に対する要求が高くなり、カメラ
の集点検出領域は多点化及び広範囲化している。この
為、焦点検出用の投光系としては、系全体の小型化を図
りつつパターン像を撮影範囲中の広い領域にわたって良
好に投影することが必要となってくる。しかしながらパ
ターンを被写体側の広い領域にわたって投影することは
広画角でしかも明るい投光レンズが必要となる。

【００１３】一般にこのような投光レンズとして広画角
を有して画面全体にわたり良い光学性能を得ることは収
差補正上大変難しく、これを描写させようとするとレン
ズ系が複雑化及び大型化してくる。

【００１４】本発明は、パターンを被写体側へ投影する
ときの投光系の各要素を適切に設定することによって、
光学系全体の簡素化を図りつつ、撮影範囲中の広い領域
にわたりパターン像を良好に投影し、撮影範囲中の複数
の領域における焦点検出を高精度に行うことのできる焦
点検出用の投光系及びそれを用いた撮影装置の提供を目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の焦点検出用の投
光系は（１−１） 撮影系の一部に装着し、被写体側へ
パターンを投影し、被写体側からの該パターンの反射パ
ターン像を利用して該撮影系の焦点検出を行う焦点検出
用の投光系であって、該投光系は複数のレンズ部を各レ
ンズ部の光軸が一平面内に位置するように配置し、該パ
ターンを被写体側の一方向の複数位置に投影するように
した投影レンズ、該複数の光軸のうち１つの光軸を含
み、該一平面と直交する直交平面内に於ける断面形状が
多角形のプリズム部を複数個、該直交方向に所定のピッ
チで配列し、該投光レンズの各レンズ部の光軸上の光束
を各々該直交方向に複数の光束に分割して射出偏向させ
ることによって、該各レンズ部により投影されるパター
ン像を被写体側の該一方向と直交する方向の複数位置に
分割する偏向部を有していることを特徴としている。 （１−１−１） 前記パターンはスリット状パターンを
複数個、前記直交方向に又は一方向に設けた構成より成
っていること。 （１−１−２） 前記投光レンズの各レンズ部は前記パ
ターンを被写体側の一方向の複数位置にパターン像の一
部が互いに重複するように又は互いに分離して投影して
いること。 （１−１−３） 前記投光レンズと偏向部によって前
記パターンを被写体側の複数位置に偏向投影する際、前
記一方向における偏向より前記直交方向の偏向の方が大
きくなるようにしていること。 （１−１−４） 前記投光レンズの複数のレンズ部の開
口形状は前記スリット状パターンのスリット方向の方が
それと直交する方向よりも大きいこと等を特徴としてい
る。

【００１６】本発明の焦点検出用の投光系を用いた撮影
装置は （２−１） 構成（１−１）の焦点検出用の投光系を利
用して撮影系の焦点検出を行っていることを特徴として
いる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の自動
焦点検出用の投光系の要部概略図、図２、図３は図１の
一部分の説明図である。

【００１８】１は投光レンズであり、複数のレンズ部、
同図では３つのレンズ部１１、１２、１３を有してい
る。図２は投光レンズ１の要部正面図である。図２にお
いて１４、１５、１６は各々レンズ部１１、１２、１３
の光軸であり、一方向（Ｘ方向）の一平面（ＸＺ平面）
上に位置するように構成している。

【００１９】図２に示すように投光レンズ１は光軸１４
を有するレンズ部１１と光軸１５を有するレンズ部１
２、光軸１６を有するレンズ部１３の３つのレンズ部を
有している。このように３つのレンズ部１１、１２、１
３の光軸１４、１５、１６を一平面上にそろえることに
よって後述するようにパターン２を一方向の異なった領
域（方向）に各々投影するようにしている。

【００２０】２はパターンであり一方向へ延びた複数の
透過と不透過のスリット状の（縞模様の）パターンを複
数個、一方向と直交方向（Ｙ方向）に設けている。

【００２１】３は光源であり比較的大きな発光部を有す
るＬＥＤ等から成っており、該光源３からの光束でパタ
ーン２を照明している。

【００２２】４は偏向部（光学パネル）であり、入射光
束を垂直方向に複数の光束に分割して偏向射出させる一
平面（ＸＺ平面）と直交平面（ＸＺ平面）における断面
形状が多角形の同図では台形状のプリズム部４ａを複数
個、垂直方向に所定のピッチで配列して構成している。
図３は偏向部４の一部分のプリズム部４ａの拡大断面図
である。偏向部４のプリズム部４ａによって同一方向か
ら入射してきた光束Ｌを垂直方向に３つの光束Ｌ１、Ｌ
２ａ、Ｌ２ｂに分割して互いに異なった角度で射出させ
ている。

【００２３】本実施形態では光源１からの光束で照明し
たパターン２を投光レンズ１を構成する３つのレンズ部
１１、１２、１３により被写体面上において一方向の
（水平方向、Ｘ方向）の異なった方向（３つの方向、図
４参照）に投影するようにしている。このとき偏向部４
を介することによって光束を被写体面上において垂直方
向に異なった方向（３つの方向）に分割して、全体とし
て９つの方向（図５参照）にパターン２を投影するよう
にしている。次に本実施形態の各部材の光学的特徴につ
いて詳述する。

【００２４】まず図２の投光レンズ１について説明す
る。

【００２５】図中１１、１２、１３は図１の３つのレン
ズ部に対応している。図２に示すように投光レンズ１は
全体としての開口を図の左方向（水平方向）、即ちパタ
ーン２のスリット方向（縞方向）に長い形状の複数の
（３つの）開口に分割し、この開口部にレンズ部を配置
している。

【００２６】図４は投光レンズ１だけによるパターン２
の投影パターン像である。図４において４１１はレンズ
部１１による投影像、４１２はレンズ部１２による投影
像、４１３はレンズ部１３による投影像を示している。

【００２７】本実施形態では、前記投光レンズの各レン
ズ部は前記パターンを被写体側の一方向の複数位置にパ
ターン像の一部が互いに重複するように又は互いに分離
して投影している。

【００２８】尚、投光レンズ１は３つ以上の複数のレン
ズ部より構成してもよい。又複数のレンズ部の配置はパ
ターンの投影像が一方向（Ｘ方向）に投影されるもので
あれば即ち各レンズ部の光軸が直線上に位置するもので
あればどのような配置であってもよい。

【００２９】次に図３の偏向部４について説明する。

【００３０】図３は図１に示した偏向部（分離パネル）
４を構成する複数の微細なプリズム部４ａを横から見て
拡大した説明図である。図３においてＰ１は投光方向に
対して垂直な平面から成る平面部（プリズム面）であ
り、その平面部Ｐ１を通過する光源１からの投光光線
（光束）Ｌ１は偏向作用を受けることなくそのまま直進
する。

【００３１】Ｐ２ａ、Ｐ２ｂは各々投光レンズ１の光軸
に対してある角度をなした傾斜面から成る傾斜部（プリ
ズム面）であり、その法線ベクトルは平面部Ｐ１の法線
ベクトルと同一平面上に存在している。該傾斜部Ｐ２
ａ、Ｐ２ｂを通過する光源１からの各投光光線（光束）
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは該傾斜部Ｐ２ａ、Ｐ２ｂにおいて偏向
作用を受け投光光線Ｌ１に対して、ある角度をなして射
出していく。

【００３２】そして図１に示すように偏向部４を通過す
るレンズ部１１の光軸１４上の光束は光束１４ａ、１４
ｂ、１４ｃに、レンズ部１２の光軸１５上の光束は光束
１５ａ、１５ｂ、１５ｃに、レンズ部１３の光軸１６上
の光束は光束１６ａ、１６ｂ、１６ｃにそれぞれ３つに
分割される。

【００３３】このとき、 前記投光レンズと偏向部によ
って前記パターンを被写体側の複数位置に偏向投影する
際、前記一方向における偏向より前記直交方向の偏向の
方が大きくなるようにしている。

【００３４】このように本実施形態においては光源３を
発し、パターン２を介した光束は３つのレンズ部１１、
１２、１３を有する投光レンズ１に入射する。このとき
パターン２は投光レンズ１によって結像作用を受け、ま
ずＸ方向に３つのパターン像を形成し、その後に偏向部
４のプリズム部によって上下方向（Ｙ方向）に３つに分
割され全体として９方向に分割して投影される。これに
より本実施形態においては図５に示すように９つの投光
パターン像を得ている。

【００３５】図５において、パターン像Ｐ１４ａ、Ｐ１
４ｂ、Ｐ１４ｃは図１の光束１４ａ、１４ｂ、１４ｃに
基づくもの、パターン像Ｐ１５ａ、Ｐ１５ｂ、Ｐ１５ｃ
は図１の光束１５ａ、１５ｂ、１５ｃに基づくもの、パ
ターン像Ｐ１６ａ、Ｐ１６ｂ、Ｐ１６ｃは図１の光束１
６ａ、１６ｂ、１６ｃに基づくものである。

【００３６】図５に示すＸ方向の３つのパターン像（例
えば、パターン像Ｐ１５ｂ、Ｐ１４ｂ、Ｐ１６ｃ）は点
線で示す一部の領域で重複している。尚、本実施形態に
おいて投光レンズ１を構成するレンズ部をＮ個、偏向部
４で垂直方向に分割する光束の数をＭ個となるようにす
れば全体としてＮ×Ｍ個の投影パターン像が得られる。

【００３７】図６は本発明の自動焦点検出用の投光系を
用いた焦点検出装置を一眼レフレックスカメラ（撮影装
置）に適用した場合の光学配置を示す要部概略図であ
る。同図において、１、２、３は図１の投光レンズ、パ
ターン、光源にそれぞれ対応している。また投光レンズ
１の３つのレンズ部１１、１２、１３の光軸１４、１
５、１６は紙面と垂直方向に広がっている。

【００３８】図６において２１は撮影レンズ、２２はク
イックリターンミラー、２３はサブミラー、２４は視野
マスク、２５は集光レンズ、２６は全反射ミラー、２７
は瞳分割マスク、２８は結像レンズ、２９は受光部、３
０はフィルム面である。

【００３９】本実施形態では、撮影レンズ２１の予定結
像面近傍に配置された視野マスク２４の近傍に結像する
一部の被写体像又はパターン２のパターン像を結像レン
ズ２８によって２つの受光素子を有する受光部２９上に
各々結像させて、その２つの被写体像又はパターン像の
相対的な位置関係より撮影レンズ２１の合焦状態を検出
する所謂像ずれ方式を用いて焦点検出を行っている。

【００４０】図７は本発明の実施形態２の自動焦点検出
用の投光系の要部概略図、図８は図７の一部分の説明図
である。

【００４１】本実施形態は図１の実施形態１に比べて、
一方向、一平面、垂直方向そして垂直平面の概念が逆で
あること、投光レンズ４１を一平面（ＹＺ平面）の一方
向（Ｙ方向）に光軸５５、５６、５７を有する３つのレ
ンズ部５１、５２、５３より構成したこと、偏向部４４
を入射光束を垂直方向（Ｘ方向）に３つの（複数の）光
束に分割する直交平面（ＸＺ平面）における断面形状が
台形状（多角形状）のプリズム部４４ａを複数個、直交
方向（Ｘ方向）に所定のピッチで配列して構成したこと
が異なっているだけであり、その他の基本構成は同じで
ある。

【００４２】尚、以下の説明ではＸ方向、Ｙ方向、ＹＺ
平面、ＸＺ平面を用いる。

【００４３】次に本実施形態の各要素を実施形態１での
説明と一部重複するが、説明する。

【００４４】同図において、４１は投光レンズであり、
前述したように３つのレンズ部５１、５２、５３を有し
ている。

【００４５】４２はＸ方向に延びたスリット状の透過部
と遮光部を有するパターン、４３は光源、４４は偏向部
であり、前述したようにＸ方向への偏向成分を有する複
数のプリズム部４４ａを有している。

【００４６】５１、５２、５３は投光レンズ４１の３つ
のレンズ部である。５５はレンズ部５１の光軸、５６、
５７はそれぞれレンズ部５２、５３の光軸を表してい
る。

【００４７】本実施形態において投光レンズ４１は図７
に示すように光軸５５を有するレンズ部５１、光軸５６
を有するレンズ部５２、光軸５７を有するレンズ部５３
の３つのレンズ部より構成しているが、３つ以上のレン
ズ部より構成しても良い。

【００４８】投光レンズ４１の３つのレンズ部５１〜５
３により各々パターン４２をＹ方向の異なった方向に投
影するようにしている。

【００４９】図８は図７の投光レンズ４１を正面から見
た説明図である。図中、５１〜５３は図７の３つのレン
ズ部に対応している。本実施形態においては、各レンズ
部の開口形状は、いずれもＹ方向、即ちパターン４２の
スリット状方向（Ｘ方向）に長い形状となっており、実
施形態１と同様の効果を得ている。

【００５０】本実施形態では、さらに被写体の中央部以
外の領域にパターン像を投影するためのレンズ部５２、
５３をＹ方向（パターンの長手方向に垂直）に偏心させ
Ｙ方向へ投影パターン像を分離している。これは実施形
態１のようにＸ方向に像を分離する投光レンズに比べて
偏心量を少なくすることができ光学性能を維持する上で
有利となっている。特に被写体の中央部以外の領域に投
影されるパターン像の結像性能の劣化を防止している。

【００５１】図９はこのような投光レンズによる投影パ
ターン像の説明図である。投光レンズ４１で入射光をＹ
方向に３つに分離し、該分離した光束を更に偏向部４４
によってＸ方向に３分割している。すなわち光軸５５上
の光束は、光束５５ａ、５５ｂ、５５ｃに、光軸５６上
の光束は光束５６ａ、５６ｂ、５６ｃに、光軸５７上の
光束は光束５７ａ、５７ｂ、５７ｃに分割している。そ
の結果実施形態１の投影と同じく、図５に示すような９
つのパターン像を得ている。

【００５２】本実施形態では投影パターン像の分離量を
図３に示すプリズム部の傾斜面Ｐ２ａ、Ｐ２ｂの光軸と
なす角度と図２や図８に示すような投光レンズの光軸の
分離量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
なプリズム角や光軸の分離量を選び適当な光束分離を行
えばよい。この時投光レンズの偏心量を最小限に抑え、
投影範囲の拡大は主に、プリズム部で行うようにすれば
良好な結像性能を維持したまま投影範囲の拡大が可能と
なる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、パターン
を被写体側へ撮影するときの投光系の各要素を適切に設
定することによって、光学系全体の簡素化を図りつつ、
撮影範囲中の広い領域にわたりパターン像を良好に撮影
し、撮影範囲中の複数の領域における焦点検出を高精度
に行うことのできる焦点検出用の投光系及びそれを用い
た撮影装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の焦点検出用の投光系の実施形態１の
要部概略図

【図２】 図１の一部分の説明図

【図３】 図１の一部分の説明図

【図４】 図１の投光レンズによるパターン像の説明図

【図５】 図１の焦点検出用の投光系によるパターン像
の説明図

【図６】 本発明の焦点検出用の投光系を用いた撮影装
置の実施形態１の要部概略図

【図７】 本発明の焦点検出用の投光系の実施形態３の
要部概略図

【図８】 図７の一部分の説明図

【図９】 図７の投光レンズによるパターン像の説明図

【図１０】従来の焦点検出用の投光系の要部概略図

【図１１】図１０の一部分の説明図

【図１２】従来の焦点検出用の投光系によるパターン像
の説明図

【符号の説明】

１、４１ 投光レンズ ２、４２ パターン ３、４３ 光源 ４、４４ 偏向部 ４ａ、４４ａ プリズム部 １１、１２、１３、５１、５２、５３ レンズ部 １４、１５、１６、５５、５６、５７ 光軸

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮影系の一部に装着し、被写体側へパタ
   ーンを投影し、被写体側からの該パターンの反射パター
   ン像を利用して該撮影系の焦点検出を行う焦点検出用の
   投光系であって、該投光系は複数のレンズ部を各レンズ
   部の光軸が一平面内に位置するように配置し、該パター
   ンを被写体側の一方向の複数位置に投影するようにした
   投影レンズ、該複数の光軸のうち１つの光軸を含み、該
   一平面と直交する直交平面内に於ける断面形状が多角形
   のプリズム部を複数個、該直交方向に所定のピッチで配
   列し、該投光レンズの各レンズ部の光軸上の光束を各々
   該直交方向に複数の光束に分割して射出偏向させること
   によって、該各レンズ部により投影されるパターン像を
   被写体側の該一方向と直交する方向の複数位置に分割す
   る偏向部を有していることを特徴とする焦点検出用の投
   光系。
2. 【請求項２】 前記パターンはスリット状パターンを複
   数個、前記直交方向に又は一方向に設けた構成より成っ
   ていることを特徴とする請求項１の焦点検出用の投光
   系。
3. 【請求項３】 前記投光レンズの各レンズ部は前記パタ
   ーンを被写体側の一方向の複数位置にパターン像の一部
   が互いに重複するように又は互いに分離して投影してい
   ることを特徴とする請求項１の焦点検出用の投光系。
4. 【請求項４】 前記投光レンズと偏向部によって前記パ
   ターンを被写体側の複数位置に偏向投影する際、前記一
   方向における偏向より前記直交方向の偏向の方が大きく
   なるようにしていることを特徴とする請求項１の焦点検
   出用の投光系。
5. 【請求項５】 前記投光レンズの複数のレンズ部の開口
   形状は前記スリット状パターンのスリット方向の方がそ
   れと直交する方向よりも大きいことを特徴とする請求項
   １の焦点検出用の投光系。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項の焦点検
   出用の光学系を利用して撮影系の焦点検出を行っている
   ことを特徴とする撮影装置。