JP2009139483A - Illumination device - Google Patents
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Description
本発明は、特にデジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子撮像装置に使用される焦点調節の補助のための照明光を投射する照明装置に関する。 The present invention relates to an illuminating device for projecting illumination light for assisting focus adjustment used in an electronic imaging device such as a digital camera or a video camera.
従来より、デジタルスチルカメラやビデオカメラに於いて、被写体の輝度やコントラストが低い場合、補助光源から所定の配光照明を被写体上に投射し自動焦点調節に援用する方法が提案されてきた。 Conventionally, in digital still cameras and video cameras, when the brightness and contrast of a subject are low, a method has been proposed in which a predetermined light distribution illumination is projected onto the subject from an auxiliary light source and used for automatic focus adjustment.
例えば、特許文献1に開示されている例は、発光ダイオード(以下LED)を光源とし、傾き角度調整可能な複数のミラーにより照明するものである。この例では、縦縞、横縞など自動焦点調節に適したパターンを、ミラーを動かすことにより被写体の大きさに合わせて投射できる。 For example, the example disclosed in Patent Document 1 uses a light emitting diode (hereinafter referred to as LED) as a light source and illuminates with a plurality of mirrors whose tilt angles can be adjusted. In this example, patterns suitable for automatic focus adjustment such as vertical stripes and horizontal stripes can be projected according to the size of the subject by moving the mirror.
また、特許文献2に開示されている例は、縦横方向の曲率の異なる矩形のマイクロレンズを、その曲率、配列周期を変えつつ、縦横に周期的に配置した回折板を用い、レーザを光源として縞状パターンを投射する。
In addition, the example disclosed in
更に、非特許文献1に開示されている例は、「レーザホログラム」と呼ぶ素子を用い、先の例と同様にレーザ光を補助光として被写体に照射し「ホログラフィックAF」として製品に搭載している。この例では、離散的な斜め格子模様の配光パターン(図3に示す)を投射し、4.5m(カタログ値)の合焦可能範囲を有する。
上記従来例では次のような問題点があった。 The conventional example has the following problems.
特許文献1の場合は、
(課題1)可動ミラー素子が駆動部分を持つため機構が複雑、素子が高価、構成が大きくなり易い。
In the case of Patent Document 1,
(Problem 1) Since the movable mirror element has a drive portion, the mechanism is complicated, the element is expensive, and the configuration tends to be large.
(課題2)単純にLEDから発する拡散光を使用するので、例えば2m程度の照射距離で光束が大きく拡がってしまうなど有効な照明距離が短い。
などの問題を有している。
(Problem 2) Since the diffused light emitted from the LED is simply used, the effective illumination distance is short, for example, the luminous flux greatly expands at an irradiation distance of about 2 m.
Have problems such as.
次に、特許文献2、非特許文献1に開示される例では、一般的光源に比較し指向性の強いレーザを光源とするため、単純なLED照明に比較して照射距離は長くできる。
Next, in the examples disclosed in
しかしながら、それぞれ次のような改善すべき問題を有している。 However, each has the following problems to be improved.
特許文献2に開示されている例の場合は、マイクロレンズ列が所謂回折格子として作用し、単純な回折光を利用する。マイクロレンズの縦横方向の周期、を調節することにより、縦横異なる回折角により、焦点調節に有利な縞パターンを照射する。
In the case of the example disclosed in
(課題1)指向性の高いビーム状のレーザ光源であっても、回折角分だけ拡がり、開示されている実施例に基づけば縞の間隔2°は、5m離れた距離では17cmにも拡がってしまう。 (Problem 1) Even a beam-type laser light source with high directivity expands by the diffraction angle. Based on the disclosed embodiment, the stripe spacing of 2 ° extends to 17 cm at a distance of 5 m. End up.
(課題2)伝搬光束を単純に回折により分離するだけでは被写体上に投射された縞は輪郭もボケたものになる。 (Problem 2) If the propagating light beam is simply separated by diffraction, the fringes projected on the subject are blurred.
非特許文献1に開示された例では、「レーザホログラム」と呼んでいる、所謂ホログラム素子を使用している。この場合、投射される配光パターンを離散的な斜め格子模様とするなど、ホログラム素子の設計自由度の高さを利用している。 In the example disclosed in Non-Patent Document 1, a so-called hologram element called “laser hologram” is used. In this case, a high degree of freedom in designing the hologram element is used, for example, the projected light distribution pattern is a discrete oblique lattice pattern.
(課題1)非特許文献1に開示されている仕様では有効な合焦距離は4.5mとLEDの2倍程度にとどまる。また、本素子は、有効径、波長、合焦距離等の諸元から所謂フレネルホログラムに属すると考えられる。 (Problem 1) In the specification disclosed in Non-Patent Document 1, the effective focusing distance is 4.5 m, which is about twice that of the LED. In addition, this element is considered to belong to a so-called Fresnel hologram from the specifications such as the effective diameter, wavelength, and focusing distance.
(課題2)数値情報は開示されていないが、投射される配光パターンが画角と同等の比較的大きな拡がりを持つことが示されている。そのため投射される斜め格子パターン全体は、被写体距離の増加と共に画角に対し大きく拡がり、夫々の線像は被写体に対し急速に拡大し輪郭がぼけてしまう。 (Problem 2) Although numerical information is not disclosed, it is shown that the projected light distribution pattern has a relatively large spread equivalent to the angle of view. For this reason, the entire oblique grid pattern to be projected greatly expands with respect to the angle of view as the subject distance increases, and each line image rapidly expands with respect to the subject and the outline is blurred.
本発明は上記従来の問題点に鑑み、比較的遠い被写体距離に於いても効果的な自動焦点調節のための補助光投射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an auxiliary light projection device for effective automatic focus adjustment even at a relatively far subject distance.
本発明の自動焦点調節の補助のための照明光投射装置は、レーザ光を発振する光源と、該レーザ光源からのレーザ光束を、遠視野(フラウンホーファ領域)に於いて所望の配光分布に回折する(フラウンホーファホログラム、フーリエ変換ホログラムである)ように設計された計算機合成ホログラム素子を備えたことを特徴とする。 The illumination light projection apparatus for assisting the automatic focus adjustment according to the present invention diffracts a light source that oscillates laser light and a laser beam from the laser light source into a desired light distribution in the far field (Fraunhofer region). And a computer-generated hologram element designed to be a Fraunhofer hologram or a Fourier transform hologram.
本発明では、自動焦点調節の補助のための照明光(以下補助光)は被写体距離が大きくなった場合、被写体に対し大きく拡がることがないように設計可能である。また、被写体上に投射された補助光の配光パターンは、被写体距離が一定以上のフラウンホーファ領域では、距離が大きく変動しても常にボケない。従って、補助光を使用した場合の自動焦点調節の合焦精度、範囲を向上させることができる。 In the present invention, the illumination light for assisting automatic focus adjustment (hereinafter referred to as auxiliary light) can be designed so that it does not spread greatly with respect to the subject when the subject distance increases. In addition, the light distribution pattern of the auxiliary light projected on the subject does not always blur even if the distance varies greatly in the Fraunhofer region where the subject distance is a certain distance or more. Therefore, it is possible to improve the focusing accuracy and range of automatic focus adjustment when auxiliary light is used.
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。 Next, details of the present invention will be described in accordance with the description of the embodiments.
〈デジタルスチルカメラの構成〉
図2に示すのは本発明の第1実施形態に係る自動焦点調節の補助光投射装置を含むデジタルスチルカメラ3の構成を示す。自動焦点調節の手段としては、当該装置に於いて一般的なコントラスト検出法に対して好適であるが、同自動焦点調節方法は周知であるため説明は省略する。また、自動焦点調節の補助のための照明光の使用方法は周知のため説明は省略する。
<Configuration of digital still camera>
FIG. 2 shows a configuration of a digital
〈補助光投射装置の構成〉
図1に示すのは本発明の第1実施形態に係る自動焦点調節の補助のための照明光投射装置の構成を示す。
<Configuration of auxiliary light projector>
FIG. 1 shows a configuration of an illumination light projector for assisting automatic focus adjustment according to the first embodiment of the present invention.
同図に於いて、1は補助光光源である半導体レーザダイオード、2はホログラム素子、3はデジタルスチルカメラ本体、4はカメラの近距離の空間に於ける補助光の配光パターン、5はカメラから所定の距離だけ離れた被写体上に投射された補助光の配光パターンである。 In the figure, 1 is a semiconductor laser diode which is an auxiliary light source, 2 is a hologram element, 3 is a digital still camera body, 4 is a light distribution pattern of auxiliary light in a short distance of the camera, and 5 is a camera. 2 is a light distribution pattern of auxiliary light projected onto a subject that is a predetermined distance away from the object.
半導体レーザ1から発する拡散光束は、ホログラム素子2によって回折され被写体に向けて伝搬する。2のホログラム素子は、所謂計算機合成ホログラムであり、公知の素子であるが簡単に説明する。ホログラム素子は、これを照明する光束の振幅や位相を回折作用により変調する位相変換素子である。特に計算機合成ホログラムは、所望の光を得るために必要な位相変換分布関数を計算により求め、この機能を果たす回折格子構造を回折素子として製作した素子である。従って、計算可能な任意の位相変換が可能であり、設計の自由度が高い。ホログラムには幾つかの種類があるが、本発明に於いては再生像を無限遠に設定したフラウンホーファ領域に設定することを特徴とする。即ち、被写体上に投射したい補助光の配光分布が無限遠の回折像、即ちフラウンホーファ回折パターンになるようにする。
The diffused light beam emitted from the semiconductor laser 1 is diffracted by the
これは、例えば干渉縞型ホログラムの場合、所望の補助光配光分布の振幅分布のフーリエスペクトルを物体光の分布関数とし、参照光として半導体レーザの拡散球面波を用いた干渉縞パターンを計算すれば良い。このとき、該参照波面には半導体レーザの非点収差成分を予め含めて計算することが必要である。これにより、半導体レーザ固有の非点収差成分の影響を概ね除去することが可能になる。 For example, in the case of an interference fringe type hologram, the interference fringe pattern using the diffused spherical wave of the semiconductor laser as the reference light is calculated using the Fourier spectrum of the amplitude distribution of the desired auxiliary light distribution as the distribution function of the object light. It ’s fine. At this time, it is necessary to calculate the reference wavefront including the astigmatism component of the semiconductor laser in advance. As a result, the influence of the astigmatism component inherent to the semiconductor laser can be substantially eliminated.
また、ホログラムの構成はGabor型(インライン型)とし全てを共軸に配置するのが好適である。 Further, it is preferable that the hologram configuration is Gabor type (inline type) and all are arranged coaxially.
ホログラムの有効径をD=1mm、半導体レーザ波長、λ=650nmとした場合、フラウンホーファ回折領域である条件として、回折像までの距離 Zとすると、Z ≧ D^2/λ≒1.5mとなる。 Assuming that the effective diameter of the hologram is D = 1 mm, the semiconductor laser wavelength, and λ = 650 nm, the distance to the diffraction image is Z ≧ D ^ 2 / λ≈1.5 m as a condition of the Fraunhofer diffraction region. .
フラウンホーファ領域に於ける照明配光は、例えば図1のようなもの以外に、自動焦点調節が行い易い縦縞でも良く、自動焦点調節でコントラスト検出を行う方向にコントラストの変化する境界線があればよい。 The illumination light distribution in the Fraunhofer region may be, for example, vertical stripes that are easy to perform automatic focus adjustment, as long as there is a boundary line that changes contrast in the direction in which contrast detection is performed by automatic focus adjustment. .
フラウンホーファ領域よりも被写体が近い場合は、幾何光学的投影領域、フレネル回折領域となり被写体に投射される回折像はボケたものになる。しかしながら、この場合には従来のLEDなどによるものと同等の所謂照明として、物体表面が固有に持つコントラストに依存した焦点調節が可能である。 When the subject is closer than the Fraunhofer region, the diffraction image projected on the subject becomes a blurred image as a geometric optical projection region and a Fresnel diffraction region. However, in this case, focus adjustment depending on the contrast inherent to the object surface can be performed as so-called illumination equivalent to that by a conventional LED or the like.
該フラウンホーファ回折像による補助照明は、フラウンホーファ領域に於いて画面中心付近に補助光を投射するのが好ましい。 The auxiliary illumination by the Fraunhofer diffraction image preferably projects auxiliary light near the center of the screen in the Fraunhofer region.
補助照明の大きさは、自動焦点調節を行う画面上の範囲内に収まる大きさに設計するのが好適である。 The size of the auxiliary illumination is preferably designed to be within a range on the screen where automatic focus adjustment is performed.
半導体レーザはクラス1以下の低出力であることが好ましい。 The semiconductor laser preferably has a low output of class 1 or less.
半導体レーザの波長は、撮像素子にて検出可能な最も長波長側であるとフラウンホーファ領域の近距離側の領域がカメラに近付くため、有効範囲が広くなる。 If the wavelength of the semiconductor laser is on the longest wavelength side that can be detected by the image sensor, the area on the short distance side of the Fraunhofer area approaches the camera, so that the effective range becomes wide.
半導体レーザの代わりに高輝度のLEDを用いることも、空間コヒーレンスが低下するため投射する回折光の配光分布の鮮鋭さは低下するが可能である。 Using a high-brightness LED instead of the semiconductor laser can also reduce the sharpness of the light distribution of the diffracted light to be projected because the spatial coherence is reduced.
(産業上の利用可能性)
本発明は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の自動焦点調整装置を具備した撮像装置の、暗所などに於ける自動焦点調整装置の動作を援用する補助照明装置の分野において有効である。
(Industrial applicability)
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective in the field of an auxiliary illumination device that uses the operation of an automatic focus adjustment device in a dark place of an imaging device equipped with an automatic focus adjustment device such as a digital still camera or a video camera.
1 半導体レーザ
2 計算機合成ホログラム素子
3 デジタルカメラ
4 フレネル領域における照明光の配光
5 フラウンホーファ領域に於ける照明光の配光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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