JP2000314836A - 光学式測距装置及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学式測距装置に組み込む発光素子の位置決
めを容易にする。 【解決手段】 測距装置は、光軸ＬＸの方向にある対象
物に向って光束ＬＢを投光する投光部２と、対象物から
戻って来る光束を受光する受光部とを用いて、対象物の
光軸方向距離を測定する。投光部２は、光軸ＬＸの方向
に光束ＬＢを集束するレンズ２１と、このレンズ２１を
保持する鏡枠２２と、この鏡枠２２に取り付けられレン
ズ２１に向って光束ＬＢを発する発光素子２３と、この
発光素子２３からレンズ２１に向う光束ＬＢを絞る開口
２７Ａを形成した絞り部材２７とを備えている。発光素
子２３は光軸ＬＸを横切る方向の位置誤差に関しあらか
じめ許容された範囲ΔＤ内に収まる様に鏡枠２２に取り
付け可能である。絞り部材２７が有する開口２７Ａの口
径寸法は、発光素子２３が位置誤差許容範囲ΔＤの限界
にある時発する光束ＬＢの内、鏡枠２２によってけられ
ることなくその最外部を通過する最外光線ＭＯＬに合わ
せて設定されている。これにより、開口２７Ａ基準で発
光素子２３の位置決めができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三角測量の原理に
基づいて対象物の光軸方向距離を光学的に測定する測距
装置の構造及び組立方法に関する。この様な光学式測距
装置は例えばカメラに組み込まれ自動焦点調節に利用さ
れる。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の光学式測距装置の構成を
模式的に表わした分解斜視図である。図示する様に、光
学式測距装置１は光軸方向にある対象物（図示省略）に
向って光束ＬＢを投光する投光部２と、対象物から戻っ
て来る光束ＬＢを受光する受光部３とを用いて、対象物
の光軸方向距離を測定するものである。投光部２は、光
軸方向に光束ＬＢを集光するレンズ２１と、このレンズ
２１を保持する鏡枠２２と、この鏡枠２２に取り付けら
れ、レンズ２１に向って光束ＬＢを発する発光素子２３
とから構成されている。発光素子２３は例えばＩＲＤチ
ップからなり、金属のフレーム２４に取り付けられてい
る。ＩＲＤチップはフレーム２４に搭載されたままモー
ルド２５でパッケージされている。フレーム２４は基板
２６に半田付けされる。この様にして、発光素子２３は
基板２６を介し鏡枠２２に取り付けられる。一方、受光
部３は対象物から戻って来た光束ＬＢを集束するレンズ
３１と、このレンズ３１を保持する為の鏡枠３２と、鏡
枠３２に取り付けられたＰＳＤなどの受光素子３３とか
らなる。対象物の光軸方向位置に応じて投光部２から発
した光束ＬＢと対象物から反射して受光部３に向う光束
ＬＢとの成す角θが変化する。このθの値に応じ受光素
子３３の受光位置が変化する。受光素子３３はこの受光
位置を電気的に検出してその結果に基づき対象物の光軸
方向位置を測定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】投光部２の機能は対象
物上に確実に光束（投光ビーム）ＬＢを当てることであ
る。この為、投光ビームのスポットサイズ（プロファイ
ル）、明るさ、方向（パララックス）は重要な設定要素
となっている。尚、パララックスは、例えば光軸方向を
基準に取る場合には、この光軸方向から見た投光ビーム
ＬＢの角度的なずれ（視差）であり、正確な測距を行な
う為にはパララックスをあらかじめ設定された許容範囲
内に入れる必要がある。投光パララックスは基本的には
レンズ２１とＩＲＤチップなどからなる発光素子２３の
相対的な位置関係で決まる。パララックスを許容範囲に
入れる為には、光軸を横切る方向に関し、発光素子２３
を位置誤差許容範囲内で取り付ける必要がある。しか
し、実際に要求される位置精度に対し、モールド２５を
基準とした発光素子２３の外形精度が悪く、通常の自動
焦点調節機能を有するカメラなどにあっては、あらかじ
めパララックス調整を行なうことは必要不可欠になって
いる。又、投光ビームＬＢのスポットサイズや明るさは
必ずしも設計通りではなく、例えば発光素子２３が搭載
されているフレーム２４の不要反射により、投光ビーム
ＬＢのプロファイルが乱される場合がある。この様なプ
ロファイルの乱れは測距精度を高める上で好ましいもの
ではない。

【０００４】従来、投光パララックスの調整は、実際に
光束ＬＢを照射し、投光プロファイルをモニターしなが
ら行なう。モニター上で投光ビームのスポット位置を確
認しながら、これが規格位置内に入る様に発光素子２３
の取り付け位置調整を行なう。具体的には、鏡枠２２の
後面に対し、発光素子２３を搭載した基板２６の取り付
け位置を調整する。この場合、セッティングや実際の投
光操作を要し、又、赤外監視装置などのモニター装備も
必要となる。加えて調整精度面から見ると、モニターを
見ながらの作業となる為、作業者の視点の移動を伴うの
で好ましくない。又、モニターに映し出される投光ビー
ムのスポット像は、レンズを含む光学系によるボケの他
に発光素子２３を搭載する金属フレーム２４からの不要
反射（２次光反射）が加わり、スポット像が不鮮明にな
るので調整に熟練を要していた。発光素子２３から直接
発する１次光に比べ、フレームなどで反射した２次光は
拡散性であり、その光像は大きく特に遠距離では対象物
からはみ出てしまう部分が生ずる。はみ出た部分は受光
部３側から見ると像欠けとなり測距精度に悪影響を与え
る。１次光と２次光の間に大きな光量比があっても、こ
の像欠けの影響は無視できず、測距精度上好ましくな
い。特に、微細なＩＲＤチップを搭載する為のフレーム
には、あらかじめ円形の位置決め用溝が形成されている
ものが多い。ＩＲＤチップから発した光のうち一部はこ
の位置決め用溝で反射され、不要な２次光となって投光
ビーム中に含まれ、精度上有害な存在になっていた。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る光学式測距装置は、基本的な構成として、光軸方向に
ある対象物に向って光束を投光する投光部と、該対象物
から戻って来る光束を受光する受光部とを用いて該対象
物の光軸方向距離を測定するものである。前記投光部
は、光軸方向に光束を集束するレンズと、該レンズを保
持する鏡枠と、該鏡枠に取り付けられ該レンズに向って
光束を発する発光素子（ＩＲＤチップなど）と、該発光
素子から該レンズに向う光束を絞る開口を形成した絞り
部材（例えば絞り口径板）とからなる。前記発光素子
は、光軸方向を横切る方向の位置誤差に関しあらかじめ
許容された範囲内に収まる様に該鏡枠に取り付け可能で
ある。特徴事項として、前記絞り部材が有する該絞り開
口の口径寸法は、該発光素子が位置誤差許容範囲の限界
にある時発する光束のうち該鏡枠によってけられること
なくその最外部を通過する最外光線に合わせて設定され
ている。この様な構成を有する光学式測距装置を組み立
てる場合には、まず該レンズを該鏡枠に組み込む前に、
レンズを組み込む側から絞り開口を介して該発光素子を
見た時、該発光素子の全体が該絞り開口内に収まる様に
位置決めすることで、該発光素子を該位置誤差許容範囲
内に保持固定することができる。尚場合により、該位置
誤差許容範囲内で前記発光素子の基準位置が光軸外に設
定されている時は、これに合わせて前記絞り部材に形成
された該絞り開口の位置も該光軸を横切る方向に片寄ら
せてある。又場合により、前記発光素子の周囲に光束の
不要反射を起こす不要反射領域（例えばＩＲＤチップを
搭載するフレームに形成された位置決め用溝）が存在す
る時、該絞り開口の口径寸法は、該発光素子の位置誤差
許容範囲に応じて設定される他、該発光素子の周囲に有
る該不要反射領域が該絞り開口により規制される該最外
光線の外になる様に設定する。

【０００６】本発明によれば、ＩＲＤチップなどからな
る発光素子の前面に、鏡枠と一体又は別体で光軸方向一
定距離に絞り部材を設ける。ＩＲＤチップが投光パララ
ックス許容範囲内に対応した位置誤差許容範囲内に存在
するとした場合に作定されるＩＲＤチップ外形とレンズ
径で決まる最外光線高さを許容する様に、絞り部材の絞
り口径寸法を設定する。この様に設定した後、実際に発
光素子を鏡枠に組み込んで調整を行なう場合には、レン
ズを取り付ける前に鏡枠の先端側から絞り部材の絞り開
口を通してＩＲＤチップを正視した時、チップ前面が目
視可能となる位置に、発光素子を取り付け固定する。
又、発光素子を取り付けたフレームに不要反射領域が設
けてある時は、この領域が上述した最外光線の外側とな
る様に絞り部材の絞り口径寸法を設定する。係る構成に
よれば、投光パララックス精度を許容できる様に、レン
ズ、発光素子（ＩＲＤチップ）及び絞り部材の位置関係
と寸法が決まっている。光束の直進性により、調整の段
階でレンズ面から見て発光面が目視できることは、ＩＲ
Ｄチップから発する光束の光線高さが確保できたことに
なり、自動的にパララックスを許容範囲内に収めること
が可能になる。又、不要反射領域から発する２次光は完
全遮光とはならないが、上述した様に不要反射領域を最
外光線の外側に置くことで、２次光の投光角は絞りによ
り制限され、Ｓ／Ｎ比（２次光に対する１次光の光量
比）が改善できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る光学式測
距装置の主要部である投光部を表わした模式的な断面図
である。尚、本光学式測距装置の全体構成は基本的に図
５に示した通りである。図１に示す様に、投光部２は、
光軸ＬＸの方向に光束ＬＢを集束するレンズ２１と、こ
のレンズ２１を保持する鏡枠２２と、この鏡枠２２に取
り付けられレンズ２１に向って光束ＬＢを発する発光素
子２３と、この発光素子２３からレンズ２１に向う光束
ＬＢを絞る開口２７Ａを形成した絞り部材２７とからな
る。尚、本実施形態では絞り部材２７は鏡枠２２と一体
成形されたものである。但し、本発明はこれに限られる
ものではなく、鏡枠２２と別体に設けた絞り口径板を絞
り部材２７に用いてもよい。又、発光素子２３は例えば
微小なＩＲＤチップからなり、配線を兼ねた金属フレー
ム２４に固着されている。この金属フレーム２４は半田
付け部２４Ｓを介して基板２６に取り付けられている。
この基板２６は鏡枠２２の後端面にネジで取り付け可能
である。尚、図ではネジ止め位置を模式的に表わしてい
る。本実施形態では、発光素子２３は基板２６を介して
鏡枠２２に取り付けらる構造となっている。尚、発光素
子２３とフレーム２４の一部はモールド２５により実装
されたパッケージ構造となっている。

【０００８】係る構成において、発光素子２３は、光軸
ＬＸを横切る方向の位置誤差に関し、あらかじめ許容さ
れた範囲ΔＤ内に収まる様に、鏡枠２２に取り付け可能
である。具体的には、基板２６のネジ止め位置を調整す
ることで、発光素子２３を位置誤差許容範囲ΔＤ内に収
めることが可能である。尚、この位置誤差許容範囲ΔＤ
は、発光素子２３から対象物に向って投光される光束Ｌ
Ｂのパララックス許容範囲ΔＰＸに対応している。換言
すると、発光素子２３をΔＤ内に収める様調整すれば、
投光パララックスを自動的にパララックス許容範囲ΔＰ
Ｘ内に収めることが可能である。本発明の特徴事項とし
て、絞り部材２７が有する開口２７Ａの口径寸法は、発
光素子２３が点線で示す様に位置誤差許容範囲ΔＤの限
界にある時発する光束ＬＢのうち、鏡枠２２によってけ
られることなくその最外部を通過する最外光線ＭＯＬに
合わせて設定されている。係る設定により、発光素子２
３の位置決めを、直接絞り開口２７Ａ基準で行なうこと
が可能となり、従来の様にモニターなどを用いる必要が
なくなる。尚、本実施形態では、位置誤差許容範囲ΔＤ
内で、発光素子２３の基準位置が丁度ど光軸ＬＸ上に設
定されている。場合によっては、位置誤差許容範囲ΔＤ
内で、発光素子２３の基準位置が光軸外に設定されてい
ることもある。換言すると、光軸ＬＸの方向と光束ＬＢ
の基準投光方向がずれて設定されている場合である。こ
の時には、絞り部材２７に形成された絞り開口２７Ａの
位置も光軸ＬＸを横切る方向に片寄って設ければよい。
カメラの構成上、主レンズ（又はファインダー）と測距
装置の投光部が互いに離れた配置にある時は、パララッ
クス差が生じ遠距離で投光ビームの像欠けが生じ易くな
る。この場合、光学系はレンズ光軸ＬＸに対し発光素子
２３の基準位置を直交方向に移動して投光軸を傾けるこ
とにより、パララックスを合わせるように設定される。
特に高精度の自動焦点調節が必要な時、この様な設定が
行なわれる。このように、発光素子２３をレンズ光軸Ｌ
Ｘから直角方向にオフセットした場合は、該絞り開口２
７Ａの中心も発光素子２３のオフセット量に対応して予
めずらしておくことにより、絞り部材２７は前述した位
置出し機能を有すると共にパララックスが設定値に従っ
て決まる。

【０００９】本実施形態では、レンズ２１と発光素子２
３の中心で、投光パララックスの基準位置が決められて
いる。発光素子２３は基板２６上に取り付けられ、鏡枠
２２の後端面に対して、パララックス調整幅ΔＰＸ分だ
け移動可能に組み込まれる。投光パララックス許容範囲
ΔＰＸに対応した発光素子２３の位置許容範囲ΔＤが前
述した様に点線で示されている。この点線位置と鏡枠２
２の先端部とで、パララックス許容限度における最外光
線ＭＯＬの高さが決まる。この最外光線ＭＯＬの高さに
対応して絞り部材２７の口径を設定し、ＩＲＤチップに
できるだけ近接して絞り部材２７を設ける。前述した様
に、絞り部材２７は鏡枠２２と一体もしくは別体として
組み込まれる。発光素子２３の位置決め及び取り付けは
レンズ２１の取り付け前に行なう。鏡枠２２の先端より
見て、その中心と絞り部材２７の中心をほぼ合わせる様
に正規した時、発光素子２３の全面が絞り開口２７Ａの
中にある様に、位置決め固定する。投光パララックス精
度を確保できる様に、レンズ２１、発光素子２３及び絞
り部材２７の位置関係と寸法が決まっており、光束ＬＢ
の直線性により、レンズ面から見て発光面が見えること
は、ＩＲＤ発光による光線高さが確保できたことにな
り、自動的にパララックスが許容範囲内にあることが保
証される。

【００１０】図２は、発光素子をフレームに取り付けた
パッケージの平面図である。但し、モールド２５は図示
を省略している。図示する様に、発光素子２３を搭載す
る金属フレームの表面には、チップ位置決め用の溝２８
が存在する。この溝２８は発光素子２３から発する光束
の不要反射を起こす不要反射領域である。なお、この溝
２８はチップをフレームに固着する為の基準となるもの
で、チップを鏡枠に取りつける為の基準ではない。

【００１１】図３は、図２に示したパッケージの断面構
造を表わしている。モールド外形を一点鎖線２５Ｓで表
してある。図示する様に、フレーム２４に形成された溝
２８は、発光素子２３から発した１次光の一部を反射し
て不要な２次光を発している。換言すると、溝２８は発
光素子２３からなる１次光源を囲む円形の２次光源とな
っている。この場合、投光プロファイルは中央のスポッ
ト像とこれを囲むリング像を組み合わせた形状になる。
リング像の存在は前述した様に測距精度に悪影響を及ぼ
す。

【００１２】図４は、発光素子２３が位置誤差許容範囲
ΔＤ内で移動した場合の幾何光学図であり、ＩＲＤチッ
プ、２次光源及び絞り口径と、最外光線高さの関係を表
わしている。なお、モールド外形を一点鎖線２５Ｓで表
してある。（Ｂ）は、発光素子２３が丁度位置誤差許容
範囲の中央にある場合を示す。この時、不要反射領域と
なる溝２８は最外光線ＭＯＬの外側となる様に、絞り部
材２７の絞り口径寸法を設定する。（Ａ）は発光素子２
３が位置誤差許容範囲の最下限に位置する時を表わして
いる。この場合でも、不要反射領域となる溝２８が最外
光線ＭＯＬの外に出る様に絞り口径寸法を決めている。
同様に（Ｃ）は発光素子２３が位置誤差許容範囲の最上
限にある場合を示す。この時も不要反射領域となる溝２
８は最外光線ＭＯＬから外に出ている。以上の様に、本
実施形態では、発光素子２３の周囲に光束の不要反射を
起こす不要反射領域２８が存在する時、絞り開口２７Ａ
の口径寸法を適切に設定して、不要反射領域２８が絞り
開口２７Ａにより規制される最外光線ＭＯＬの外に出る
様にした。この場合、溝２８からなる２次光源の投光量
は、完全遮光とはならないものの、絞り部材２７の口径
寸法を調整することによって、相対的に投光角が狭まる
ことになり、光量が大幅に減少する。従来に比べ２次光
量を半分以下に削減でき、測距精度を大幅に改善でき
た。この様に本発明では、パララックス要因で絞り口径
を決める他、２次光要因で絞り口径を決める。両要因の
いずれか小さい方で口径を決定すれば、必然的にパララ
ックス要因と２次光要因の両方の条件を満たすことにな
る。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絞り開口に近接してＩＲＤチップなどの発光素子があ
り、この絞り開口をガイド（案内）にして目視でＩＲＤ
チップを位置決めできる。従来の様にモニターを使った
り実際に投光することなく、目視確認による取り付けの
みでパララックス調整を行なえる。この場合、モニター
を使わないので視点を移すことなく取り付け作業がで
き、又投光像のボケなども関係せず、調整は確実で簡単
なものになる。又、ＩＲＤチップの取り付け時に位置ず
れが生じた場合でも、発見が容易であり総合的な作業精
度が向上する。又、絞りによる光像のＳ／Ｎ比改善が図
れ、測距精度も確実に向上するとともに、ＩＲＤチップ
の選択条件も広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学式測距装置の要部断面図であ
る。

【図２】発光素子をフレームに取り付けた状態を示す平
面図である。

【図３】発光素子をフレームに取り付けた断面構造を示
す断面図である。

【図４】絞り部材と発光素子との位置関係を示す幾何光
学図である。

【図５】従来の測距装置の一般的な構成を示す模式的な
分解斜視図である。

【符号の説明】

１・・・測距装置、２・・・投光部、３・・・受光部、
２１・・・レンズ、２２・・・鏡枠、２３・・・発光素
子、２４・・・フレーム、２５・・・モールド、２６・
・・基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 博文 東京都板橋区志村２丁目18番10号 株式会 社コパル内 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 DD03 DD04 FF09 FF24 GG01 HH04 HH13 JJ01 JJ16 LL04 LL30 2F112 AA06 BA06 BA07 CA02 CA12 DA01 2H011 AA01 BA14 2H051 AA01 BB20 CC13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸方向にある対象物に向って光束を投
   光する投光部と、該対象物から戻って来る光束を受光す
   る受光部とを用いて該対象物の光軸方向距離を測定する
   光学式測距装置であって、 前記投光部は、光軸方向に光束を集束するレンズと、該
   レンズを保持する鏡枠と、該鏡枠に取り付けられ該レン
   ズに向って光束を発する発光素子と、該発光素子から該
   レンズに向う光束を絞る開口を形成した絞り部材とから
   なり、 前記発光素子は、光軸を横切る方向の位置誤差に関しあ
   らかじめ許容された範囲内に収まる様に該鏡枠に取り付
   け可能であり、 前記絞り部材が有する該絞り開口の口径寸法は、該発光
   素子が位置誤差許容範囲の限界にある時発する光束のう
   ち、該鏡枠によってけられることなくその最外部を通過
   する最外光線に合わせて設定されていることを特徴とす
   る光学式測距装置。
2. 【請求項２】 該位置誤差許容範囲内で前記発光素子の
   基準位置が光軸外に設定されているときは、これに合わ
   せて前記絞り部材に形成された絞り開口の位置が該光軸
   を横切る方向に片寄っていることを特徴とする請求項１
   記載の光学式測距装置。
3. 【請求項３】 前記発光素子の周囲に光束の不要反射を
   起こす不要反射領域が存在するとき、該絞り開口の口径
   寸法は、該発光素子の位置誤差許容範囲に応じて設定さ
   れる他、該発光素子の周囲にある該不要反射領域が該絞
   り開口により規制される該最外光線の外になる様に設定
   されていることを特徴とする請求項１記載の光学式測距
   装置。
4. 【請求項４】 光軸方向にある対象物に向って光束を投
   光する投光部と、該対象物から戻って来る光束を受光す
   る受光部とを有し、 前記投光部は光軸方向に光束を集束するレンズと、該レ
   ンズを保持する鏡枠と、該鏡枠に取り付けられ該レンズ
   に向って光束を発する発光素子と、該発光素子から該レ
   ンズに向う光束を絞る開口を形成した絞り部材とからな
   り、 前記発光素子は、光軸を横切る方向の位置誤差に関しあ
   らかじめ許容された範囲内に収まる様に該鏡枠に取り付
   け可能であり、 前記絞り部材が有する該絞り開口の口径寸法は、該発光
   素子が位置誤差許容範囲の限界にある時発する光束のう
   ち、該鏡枠によってけられることなくその最外部を通過
   する最外光線に合わせて設定されている光学式測距装置
   の組立方法において、 該レンズを該鏡枠に組み込む前に、レンズを組み込む側
   から絞り開口を介して該発光素子を見た時、該発光素子
   の全体が該絞り開口内に収まる様に位置決めすること
   で、該発光素子を該位置誤差許容範囲内に保持固定する
   ことを特徴とする光学式測距装置の組立方法。