JP2504404B2 - 測距用光学系 - Google Patents
測距用光学系Info
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- JP2504404B2 JP2504404B2 JP60186604A JP18660485A JP2504404B2 JP 2504404 B2 JP2504404 B2 JP 2504404B2 JP 60186604 A JP60186604 A JP 60186604A JP 18660485 A JP18660485 A JP 18660485A JP 2504404 B2 JP2504404 B2 JP 2504404B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- light
- light receiving
- distance
- receiving lens
- Prior art date
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- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Focusing (AREA)
- Lenses (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アクティブタイプの測距装置に用いられる
測距用光学系に関するものである。
測距用光学系に関するものである。
〔従来の技術〕 カメラのオートフォーカス装置などに利用されている
アクティブタイプの測距装置は、投光部と受光部とを備
えている。投光部は、例えば赤外光を発光する発光ダイ
オードなどの光源と、その前面に配置された投光レンズ
とからなる。また、受光部は、例えば受光素子とCCDと
を組み合わせたラインセンサなどのように、受光位置の
検出装置をもった受光体と、その前面に配置された受光
レンズとからなる。この受光部は、投光部から一定の基
線長隔てて配置されるとともに、受光体の長手方向が前
記基線長方向に一致するように配設される。
アクティブタイプの測距装置は、投光部と受光部とを備
えている。投光部は、例えば赤外光を発光する発光ダイ
オードなどの光源と、その前面に配置された投光レンズ
とからなる。また、受光部は、例えば受光素子とCCDと
を組み合わせたラインセンサなどのように、受光位置の
検出装置をもった受光体と、その前面に配置された受光
レンズとからなる。この受光部は、投光部から一定の基
線長隔てて配置されるとともに、受光体の長手方向が前
記基線長方向に一致するように配設される。
前記光源を点灯させると、投光レンズによって物体に
はスポット光が照射される。このスポット光は物体の表
面で反射され、その反射光束の一部は受光レンズを介し
て受光体上に結像される。このとき、物体から受光レン
ズに至る反射光軸は、物体距離に対応した角度をもって
受光レンズに入射し、これに応じて受光体上の異なった
位置にスポット光が結像されるから、その結像位置を検
出することによって、物体までの距離を判定することが
できる。
はスポット光が照射される。このスポット光は物体の表
面で反射され、その反射光束の一部は受光レンズを介し
て受光体上に結像される。このとき、物体から受光レン
ズに至る反射光軸は、物体距離に対応した角度をもって
受光レンズに入射し、これに応じて受光体上の異なった
位置にスポット光が結像されるから、その結像位置を検
出することによって、物体までの距離を判定することが
できる。
上述のような測距装置に使用されている受光体は、物
体距離が例えば5m以上の無限遠距離から、50cm程度の至
近距離に亘ってスポット光を受光し、その受光位置を電
気信号として出力する作用を行っている。ところで、光
源から物体に照射される光の光量、および物体で反射さ
れ受光体に入射する光の光量は、それぞれ物体距離の二
乗に反比例するから、物体距離が遠距離になるにつれ、
受光体に入射する光の光量は激減することになる。した
がって、遠距離についても受光体から光電出力が得られ
るようにするためには、受光体の光感度を非常に高くし
ておく必要がある。
体距離が例えば5m以上の無限遠距離から、50cm程度の至
近距離に亘ってスポット光を受光し、その受光位置を電
気信号として出力する作用を行っている。ところで、光
源から物体に照射される光の光量、および物体で反射さ
れ受光体に入射する光の光量は、それぞれ物体距離の二
乗に反比例するから、物体距離が遠距離になるにつれ、
受光体に入射する光の光量は激減することになる。した
がって、遠距離についても受光体から光電出力が得られ
るようにするためには、受光体の光感度を非常に高くし
ておく必要がある。
しかしながら、受光体のダイナミックレンジには自ず
と限界があるから、物体距離が無限遠と見做される例え
ば5m程度の物体距離からの反射光の光量に感応できるよ
うに受光体の感度レベルを設定しておくと、至近距離か
らの光については受光体からの光電出力が飽和状態とな
って、適正な測距信号を得ることができなくなる。一
方、至近距離からの光に対して受光体の感度レベルを設
定しておくと、無限遠からの微弱な光を受光体が捕捉で
きなくなるおそれがある。
と限界があるから、物体距離が無限遠と見做される例え
ば5m程度の物体距離からの反射光の光量に感応できるよ
うに受光体の感度レベルを設定しておくと、至近距離か
らの光については受光体からの光電出力が飽和状態とな
って、適正な測距信号を得ることができなくなる。一
方、至近距離からの光に対して受光体の感度レベルを設
定しておくと、無限遠からの微弱な光を受光体が捕捉で
きなくなるおそれがある。
本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みてなされたも
ので、至近距離から無限遠と見做される所定距離までの
範囲内においては、受光体から適正な光電信号が出力さ
れるように、物体からの反射光の光量を制御するように
した測距用光学系を提供することを目的とする。
ので、至近距離から無限遠と見做される所定距離までの
範囲内においては、受光体から適正な光電信号が出力さ
れるように、物体からの反射光の光量を制御するように
した測距用光学系を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するために、受光レンズと受
光体との間に、受光レンズの光軸と一致させて絞りを配
設し、受光レンズの焦点距離を１としたときの前記絞り
と受光体との間の距離ｘを、 0.07＜ｘ＜0.3 の範囲に設定することによって、近距離物体で反射され
てきた光束の一部を絞りで遮断して光量を調節するよう
にしたものである。
光体との間に、受光レンズの光軸と一致させて絞りを配
設し、受光レンズの焦点距離を１としたときの前記絞り
と受光体との間の距離ｘを、 0.07＜ｘ＜0.3 の範囲に設定することによって、近距離物体で反射され
てきた光束の一部を絞りで遮断して光量を調節するよう
にしたものである。
絞り板が受光体に接近し過ぎて上記ｘの値が下限値を
下回ると、近距離側での光量低下が急激になって受光体
の視野絞りの機能しか果たせなくなり、また上限値を上
回ると近距離側での光量制限機能が低下して効果的でな
い。
下回ると、近距離側での光量低下が急激になって受光体
の視野絞りの機能しか果たせなくなり、また上限値を上
回ると近距離側での光量制限機能が低下して効果的でな
い。
なお、物体に照射される光束のパターンとしては、ス
ポット状のものだけでなく、例えばスリット状のもので
あってもよい。そして、上記のように物体距離が近距離
のときに物体から反射されてくる光束の一部を遮断する
ことによって、物体距離が近距離のときの受光レンズの
焦点深度が深められるようになるから、受光体に形成さ
れる光束のパターンが鮮明になるという副次効果も得ら
れ、近距離側での測距精度をより向上させることができ
る。
ポット状のものだけでなく、例えばスリット状のもので
あってもよい。そして、上記のように物体距離が近距離
のときに物体から反射されてくる光束の一部を遮断する
ことによって、物体距離が近距離のときの受光レンズの
焦点深度が深められるようになるから、受光体に形成さ
れる光束のパターンが鮮明になるという副次効果も得ら
れ、近距離側での測距精度をより向上させることができ
る。
以下、添付した図面に基づき、本発明の実施例につい
て説明する。
て説明する。
本発明を適用した測距装置を示す第３図において、近
赤外光を発光する発光ダイオード１からの光は、投光レ
ンズ２によって集光され、光軸３にしたがって直進し、
スポット光５として物体６に照射される。スポット光５
は物体６の表面で拡散反射し、その一部の光束は光軸７
にしたがって受光レンズ８に入射する。
赤外光を発光する発光ダイオード１からの光は、投光レ
ンズ２によって集光され、光軸３にしたがって直進し、
スポット光５として物体６に照射される。スポット光５
は物体６の表面で拡散反射し、その一部の光束は光軸７
にしたがって受光レンズ８に入射する。
投光レンズ２と基線長ｌ隔てて配置された受光レンズ
８の後方には、基線長方向に長手方向が一致するよう
に、ラインセンサ10が配置されている。図示のように、
物体６が至近距離にあるときには、光軸７が受光レンズ
の光軸11に対して大きく傾き、また、物体６が遠距離に
なってゆくにつれ光軸７の傾きが小さくなってゆくか
ら、受光レンズ８によって収斂される光束は、物体距離
に対応し、ラインセンサ10上の異なった位置に結像され
る。ラインセンサ10は、その結像位置を電気信号として
出力するから、この電気信号を利用して物体６までの距
離を測定することができるものである。なお、物体距離
が無限遠に近づくにつれ、前記光軸７は、受光レンズ８
の光軸11に接近してゆく。
８の後方には、基線長方向に長手方向が一致するよう
に、ラインセンサ10が配置されている。図示のように、
物体６が至近距離にあるときには、光軸７が受光レンズ
の光軸11に対して大きく傾き、また、物体６が遠距離に
なってゆくにつれ光軸７の傾きが小さくなってゆくか
ら、受光レンズ８によって収斂される光束は、物体距離
に対応し、ラインセンサ10上の異なった位置に結像され
る。ラインセンサ10は、その結像位置を電気信号として
出力するから、この電気信号を利用して物体６までの距
離を測定することができるものである。なお、物体距離
が無限遠に近づくにつれ、前記光軸７は、受光レンズ８
の光軸11に接近してゆく。
本発明の一実施例を示す第１図において、前記ライン
センサ10は、絞り板15を挟んで、受光レンズ８の焦点面
に配置されている。したがって、物体距離が無限遠の場
合には、光軸11にしたがって受光レンズ８に入射する光
束16は、受光レンズ８で収斂してラインセンサ10に鮮明
に結像される。なお絞り板15は、図示のように、受光レ
ンズ８による収斂光束をそのままラインセンサ10へと通
過させる開口径を有している。
センサ10は、絞り板15を挟んで、受光レンズ８の焦点面
に配置されている。したがって、物体距離が無限遠の場
合には、光軸11にしたがって受光レンズ８に入射する光
束16は、受光レンズ８で収斂してラインセンサ10に鮮明
に結像される。なお絞り板15は、図示のように、受光レ
ンズ８による収斂光束をそのままラインセンサ10へと通
過させる開口径を有している。
一方、物体距離が近距離の場合には、物体６から反射
された光束17は、光軸11に対し傾いた光軸７にしたがっ
て受光レンズ８に入射する。このようにして入射した光
束17は、その一部が絞り板15によって制限されることに
なる。この結果、ラインセンサ10上に結像されるスポッ
ト光の明るさは、ラインセンサ10の光電変換能率を加味
した適正なレベルに調整され、しかもボケの少ないもの
が得られるから、測距精度を維持する上では非常に効果
的である。
された光束17は、光軸11に対し傾いた光軸７にしたがっ
て受光レンズ８に入射する。このようにして入射した光
束17は、その一部が絞り板15によって制限されることに
なる。この結果、ラインセンサ10上に結像されるスポッ
ト光の明るさは、ラインセンサ10の光電変換能率を加味
した適正なレベルに調整され、しかもボケの少ないもの
が得られるから、測距精度を維持する上では非常に効果
的である。
なお、第１図に示した受光レンズ８は、一例として物
体側の面を非球面、像側の面を球面とする単レンズとし
て構成することができる。この場合の非球面形状は、次
式で表される。
体側の面を非球面、像側の面を球面とする単レンズとし
て構成することができる。この場合の非球面形状は、次
式で表される。
上式において、Ｘは非球面の頂点を原点として、光軸に
沿って物体側から像側に向かう方向の座標であり、ｈは
非球面の頂点を原点として、Ｘ軸に直交する方向の座標
である。また、ｃは面の近軸曲率半径ｒの逆数（ｃ＝1/
r）、ｋは円錐係数、Ａ〜Ｄは非球面係数を示してお
り、以下の値に設定されている。
沿って物体側から像側に向かう方向の座標であり、ｈは
非球面の頂点を原点として、Ｘ軸に直交する方向の座標
である。また、ｃは面の近軸曲率半径ｒの逆数（ｃ＝1/
r）、ｋは円錐係数、Ａ〜Ｄは非球面係数を示してお
り、以下の値に設定されている。
ｒ 11.34382 ｋ -3.07563 Ａ 1.83702×10-4 Ｂ -6.54607×10-7 Ｃ -7.98303×10-9 Ｄ 1.11105×10-10 なお、像側の球面の曲率半径およびレンズの軸上厚
を、−63.20574,5.000とするとき、この受光レンズ８の
焦点距離は20.0000mm、Ｆナンバーは1.6667となる。そ
して、受光レンズ８の焦点面に一致してラインセンサ10
の受光面が設置され、また、開口径が1.86の絞り板15が
前記球面の頂点から14.5の位置に配置されている。こ
の、受光レンズ８は樹脂成形によって作成され、その屈
折率は1.4917である。
を、−63.20574,5.000とするとき、この受光レンズ８の
焦点距離は20.0000mm、Ｆナンバーは1.6667となる。そ
して、受光レンズ８の焦点面に一致してラインセンサ10
の受光面が設置され、また、開口径が1.86の絞り板15が
前記球面の頂点から14.5の位置に配置されている。こ
の、受光レンズ８は樹脂成形によって作成され、その屈
折率は1.4917である。
このように構成した光学系を、至近距離を5cm、5m以
遠を無限遠として用いるとともに、投光レンズ２との間
の基線長ｌ（第３図）を30mmとして使用したときには、
物体距離が至近距離の場合にラインセンサ10に到達する
光量は、物体距離が無限遠のときの43％になる。また、
絞り板15は受光レンズ８の像側球面の頂点から14.5mmの
位置にあり、受光レンズ８の焦点距離（20.0000mm）を
１とする絞り板15とラインセンサ10との距離ｘは0.1297
9となる。なお、絞り板15の設置位置を0.07＜ｘ＜0.3の
範囲内で適宜調節することも可能である。
遠を無限遠として用いるとともに、投光レンズ２との間
の基線長ｌ（第３図）を30mmとして使用したときには、
物体距離が至近距離の場合にラインセンサ10に到達する
光量は、物体距離が無限遠のときの43％になる。また、
絞り板15は受光レンズ８の像側球面の頂点から14.5mmの
位置にあり、受光レンズ８の焦点距離（20.0000mm）を
１とする絞り板15とラインセンサ10との距離ｘは0.1297
9となる。なお、絞り板15の設置位置を0.07＜ｘ＜0.3の
範囲内で適宜調節することも可能である。
第２図は本発明の他の実施例を示すもので、この光学
系は第１レンズ20,絞り板21、第２レンズ22とからな
る。第１レンズ20,第２レンズ22のそれぞれは、第１図
に実施例で用いられた樹脂製レンズであり、それぞれの
レンズ20,22の物体側の面は非球面で構成される。
系は第１レンズ20,絞り板21、第２レンズ22とからな
る。第１レンズ20,第２レンズ22のそれぞれは、第１図
に実施例で用いられた樹脂製レンズであり、それぞれの
レンズ20,22の物体側の面は非球面で構成される。
第１レンズ20の物体側の面は、第１図の実施例で示し
た式で表される非球面で構成されており、近軸曲率半径
r,非球面係数k,A〜Ｄのそれぞれの値は次の通りであ
る。
た式で表される非球面で構成されており、近軸曲率半径
r,非球面係数k,A〜Ｄのそれぞれの値は次の通りであ
る。
ｒ 15.01887 ｋ -4.24318 Ａ 8.26341×10-5 Ｂ -1.93993×10-6 Ｃ -3.37013×10-8 Ｄ 3.45419×10-10 また、第１レンズ20の像側の面は、曲率半径が−22.7
2526の球面で、この第１レンズ20の軸上厚は、5.5115で
ある。
2526の球面で、この第１レンズ20の軸上厚は、5.5115で
ある。
一方、第２レンズ22については、その物体側の面が第
１レンズ20と同様の式によって表される非球面で、各係
数は以下の通りである。
１レンズ20と同様の式によって表される非球面で、各係
数は以下の通りである。
ｒ -9.64087 ｋ -871.9336 Ａ 9.27761×10-3 Ｂ -2.06510×10-3 Ｃ -7.92067×10-13 Ｄ 0.00000 第２レンズ22の像側は、曲率半径が−3.36486の球面
で、この第２レンズ22の軸上厚は、2.45803である。
で、この第２レンズ22の軸上厚は、2.45803である。
上記第１レンズ20,第２レンズ22の全系の焦点距離は2
0.0000mm、レンズ間隔は15.058mmであり、Ｆナンバーは
1.6667である。開口径が2.22の絞り板21を第１レンズ20
の像側球面の頂点から14.0mmの距離に設置すると、こら
は第１レンズ20と第２レンズ22との間に位置し、全系の
焦点距離（20.0000mm）を１とする絞り板21とラインセ
ンサ10との間の距離ｘは0.19855となる。そして、第１
図の実施例と同様の条件で使用したときには、物体距離
が至近距離の場合にラインセンサ10に到達する光量は、
物体距離が無限遠のときの25％になり、ラインセンサ10
上にはさらにボケの少ない結像が得られた。
0.0000mm、レンズ間隔は15.058mmであり、Ｆナンバーは
1.6667である。開口径が2.22の絞り板21を第１レンズ20
の像側球面の頂点から14.0mmの距離に設置すると、こら
は第１レンズ20と第２レンズ22との間に位置し、全系の
焦点距離（20.0000mm）を１とする絞り板21とラインセ
ンサ10との間の距離ｘは0.19855となる。そして、第１
図の実施例と同様の条件で使用したときには、物体距離
が至近距離の場合にラインセンサ10に到達する光量は、
物体距離が無限遠のときの25％になり、ラインセンサ10
上にはさらにボケの少ない結像が得られた。
なお、前記絞り板15,21による光束遮断作用は基線長
方向で有効なものであるから、基線長方向と直交する方
向ではその開口径を適宜変えてもよい。また、本発明は
上述のラインセンサ10に限らず、スポット状やスリット
状などのパターン光束の照射位置を検出する機能をもつ
他の受光体を使用した測距装置にも等しく適用すること
ができる。
方向で有効なものであるから、基線長方向と直交する方
向ではその開口径を適宜変えてもよい。また、本発明は
上述のラインセンサ10に限らず、スポット状やスリット
状などのパターン光束の照射位置を検出する機能をもつ
他の受光体を使用した測距装置にも等しく適用すること
ができる。
以上に説明したように、本発明の測距用光学系におい
ては、受光レンズと受光体との間に、受光レンズの光軸
上、かつ受光レンズの焦点距離を１としたとき、受光体
から0.07〜0.3の範囲に絞り板を併設して近距離側にお
ける受光光束の一部を制限して光量の調節を行うように
している。したがって、無限遠距離と見做される所定の
距離に対して受光体の感度レベルを調整しておけば、物
体距離が至近距離のときでも適正な光電変換出力が得ら
れるようになるとともに、受光体上に形成されるパター
ンも鮮明になるので、正確な測距信号を得る上で非常に
効果的である。
ては、受光レンズと受光体との間に、受光レンズの光軸
上、かつ受光レンズの焦点距離を１としたとき、受光体
から0.07〜0.3の範囲に絞り板を併設して近距離側にお
ける受光光束の一部を制限して光量の調節を行うように
している。したがって、無限遠距離と見做される所定の
距離に対して受光体の感度レベルを調整しておけば、物
体距離が至近距離のときでも適正な光電変換出力が得ら
れるようになるとともに、受光体上に形成されるパター
ンも鮮明になるので、正確な測距信号を得る上で非常に
効果的である。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。 第２図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 第３図は本発明を用いたアクティブタイプの測距装置の
一例を示す原理図である。 １……発光ダイオード ２……投光レンズ、５……スポット光 ８……受光レンズ、10……ラインセンサ 15,21……絞り板、20……第１レンズ 22……第２レンズ。
一例を示す原理図である。 １……発光ダイオード ２……投光レンズ、５……スポット光 ８……受光レンズ、10……ラインセンサ 15,21……絞り板、20……第１レンズ 22……第２レンズ。
Claims (2)
- 【請求項１】光源からの光束を投光レンズを介して物体
に照射し、物体から反射された前記光束の一部を投光レ
ンズから基線長隔てて配置された受光レンズを介して受
光体に入射させ、前記光束の一部が物体距離に応じて受
光体上の異なった位置に結像されるように構成するとと
もに、基線長方向におけるその結像位置に対応して受光
体から得られる電気信号に基づいて物体距離を検知する
投光型三角測距方式の測距装置において、 前記受光体を受光レンズの焦点面に一致させて配置する
とともに、受光レンズの光軸上で、かつ受光体よりも物
体側に絞りを配設し、受光レンズの焦点距離を１とした
ときの前記絞りと受光体との間の距離ｘを、 0.07＜×＜0.3 を満足する値にすることによって、物体距離が近距離の
ときには、受光体に入射する光束の一部を、前記絞りに
より部分的に遮断するようにしたことを特徴とする測距
用光学系。 - 【請求項２】前記受光レンズは物体側から順に配置され
た第１レンズと第２レンズとから構成され、これらのレ
ンズの合成焦点距離を受光レンズの焦点距離としてその
値を１としたとき、受光体から物体側に前記距離ｘ離し
て配置した絞りが第１レンズと第２レンズとの間に位置
していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
測距用光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60186604A JP2504404B2 (ja) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | 測距用光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60186604A JP2504404B2 (ja) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | 測距用光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6247509A JPS6247509A (ja) | 1987-03-02 |
| JP2504404B2 true JP2504404B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=16191471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60186604A Expired - Lifetime JP2504404B2 (ja) | 1985-08-27 | 1985-08-27 | 測距用光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2504404B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7314092B2 (ja) | 2015-03-17 | 2023-07-25 | エレメンタム ３ディー，インコーポレーテッド | 反応性付加製造 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1752788A1 (de) * | 2005-08-08 | 2007-02-14 | Leica Geosystems AG | Elektrooptisches Entfernungsmessgerät |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57210308A (en) * | 1981-06-19 | 1982-12-23 | Minolta Camera Co Ltd | Focus detecting device |
| JPS587515A (ja) * | 1981-07-08 | 1983-01-17 | Canon Inc | 測距装置 |
| JPS58145507U (ja) * | 1982-03-27 | 1983-09-30 | 株式会社リコー | 測距装置 |
| JPS58186708A (ja) * | 1982-04-26 | 1983-10-31 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 自動焦点検出装置 |
-
1985
- 1985-08-27 JP JP60186604A patent/JP2504404B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7314092B2 (ja) | 2015-03-17 | 2023-07-25 | エレメンタム ３ディー，インコーポレーテッド | 反応性付加製造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6247509A (ja) | 1987-03-02 |
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