(57)【要約】【課題】  自動焦点調節の補助のための照明光投射装置において、被写体距離が大きくなった場合でも、被写体に対し大きく拡がることがないようにする。そして、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。【解決手段】  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用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高輝度なLED、若しくは半導体レーザを光源とし、透過型位相変調素子、又は反射型位相変調素子（回折光学素子、ホログラム）により、光源光束を位相変調し、その回折光が希望の配光分布を形成される領域を、遠視野（フラウンホーファ回折領域）になるように設計されている位相変調素子を用いることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開２００４−１６５８４１号公報
【特許文献２】特開２００４−０１２７９１号公報
【非特許文献１】ソニー株式会社 サイバーショット  ＤＳＣ−Ｆ７０７、Ｆ８２８、Ｖ１、Ｖ３ の製品カタログホームページ。（主な図を図３に転載）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来例では次のような問題点があった。
【０００７】
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。
【０００８】
（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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
（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。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００２１】
〈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。
【００２２】
〈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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
（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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による自動焦点調整装置の補助照明装置の側面図。
【図２】本発明による自動焦点調整装置の補助照明装置のデジタルカメラ上に装備された状態を示す図。
【図３】従来例を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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