JPH01158409A - 測距用光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、被写体に向けて光を投光し、その反射光を
受光して三角測距を行う測距装置に用いられる測距光学
系に関するものである。

〔従来の技術〕

最近のコンパクトカメラに搭載されている測距装置は、
被写体に向けて例えば近赤外光を投光し、被写体から反
射された光を受光用の光学系を介して受光素子上に入射
させる。このとき、被写体からの反射光が広がりをもっ
て受光素子上に入射すると測距誤差を生じさせる原因と
なるため、受光用の光学系についていくつかの提案がな
されている。

例えば特公昭６１−２０８８４号公報で知られる測距光
学系は、１枚の非球面レンズを利用することによって球
面収差及びコマ収差を補正し、被写体からの反射光を受
光素子上に良好に結像させようとするものである。

また、本出願人によって提案されている特開昭６２−４
７６１３号公報に示された測距光学系では、２枚の非球
面レンズを用いることによって故意に像面湾曲を発生さ
せ、有効測距距離範囲内の測距対象物に対して投光像、
受光像の焦点はずれを小さく抑えることができるように
している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら特公昭６１−２０８４１号公報に記載され
た測距光学系においては、メリジオナル面で大きな像面
湾曲を発生させることができないため、例えば受光レン
ズの焦点が無限遠にある測距対象物に対して合わされて
いた場合、近距離にある測距対象物については大きな焦
点はずれを起こし、正確な測距が出来ないという欠点が
あった。

また、特開昭６２−４７６１３号公報の測距光学系にお
いては、上記欠点は解消されているものの、像面を発生
させるためにペッツバール和を大きくする手段を取って
いるために、メリジオナル方向だけでなく、サジタル方
向においても像面湾曲が大きくなっている。

ところが、例えば特開昭６１−２４６７２６号公報に見
られるように、撮影画面内での測距範囲を広げるために
、被写体に向けて基線長と直交する方向に拡がったスリ
ット光を投光するようにした測距装置に特開昭６２−４
７６１３号公報の測距光学系を適用した場合には、例え
ば同じ被写体距離領域に属する複数の被写体から各々反
射された光が受光素子に入射する際には、これらの入射
光の各々について同時に焦点ずれを少な（抑えることは
困難である。

すなわち、第１５図に示したように、投光部２からの光
をスリット板３及び投光レンズ４を介して紙面に垂直な
方向に広がったスリット光として被写体に投光し、その
反射光を基線長りだけ隔たった受光センサー５に受光レ
ンズ６を通して受光する場合、はぼ同じ被写体距離の位
置に被写体Ａ３．Ａ２が並んでいるときには、これらか
らの反射光はほぼ同じ被写体距離範囲からの反射光を受
光する同じ受光素子に入射するようになる。第１６図は
この様子を示したもので、投光光軸４ａ上の被写体Ａ１
からの反射光はＰ＋の位置に、投光光軸４ａから外れた
位置にある被写体Ａ２からの反射光はＰ２の位置に入射
する。なお、同図中の破線は仮想スリット像、すなわち
投光されたスリット光が全て反射された場合の入射パタ
ーンを示し、０は受光光軸６ａを示している。

受光素子５ｅにこのような光入射がある場合、光軸中心
０からΦ像点Ｐ＋の像高Ｙｌは他方の像点Ｐ２の像高Ｙ
２と異なってくる。このため、前掲した特開昭６２−４
７６１３号公報の測距光学系のように、メリジオナル方
向での像面湾曲量とサジタル方向での像面湾曲量との間
にあまり差がないものでは、これらの像点Ｐ、、Ｐ、の
両方について、測距方向（基線長方向に一致する）での
焦点ずれを同時に少なく抑えることはできない。

このような傾向は、第１６図において左右方向で異なっ
た位置に光入射がある場合に生じるもので、必ずしも同
じ受光素子に複数の光入射がある場合だけに限られない
。

また、第１７図に示すように投光部７を基線長り方向に
走査しながら投光レンズ４を介して被写体にスリット光
を投光し、被写体からの反射光を受光レンズ６を通して
固定の受光部８で受光して、受光部８によって信号光が
検出されたときの投光部７の走査位置に基づいて測距信
号を検出する測距装置においては、被写体に照射される
投光像について同じような問題が生じることになる。

〔発明の目的〕

本発明は以上のような従来技術の欠点を解消するために
なされたもので、基線長に対して直交する方向に広がっ
た測距範囲をもちながら、この測距範囲からの反射光を
測距方向に関して少ない焦点ずれで検出し、あるいは前
記測距範囲に焦点ずれの少ない光を投光することができ
るようにした測距光学系を提供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するために、測距光学系にメリ
ジオナル方向で大きい像面湾曲を与えることによって、
被写体距離に影響されることなく焦点はずれの少ない投
・受光を可能とし、第１６図に示した像点Ｐ２における
サジタル方向の像面湾曲をメリジオナル方向の像面湾曲
よりも小さ（抑え、これらの像面湾曲の合成成分である
測距方向での像面湾曲量と、像点Ｐ＋における像面湾曲
量との差を小さくするようにしたものである。

上記のようにメリジオナル像面湾曲よりもサジタル像面
湾曲を充分小さくしつつ、しかも所定のメリジオナル像
面湾曲を発生させるために、本発明は、測距対象となる
物体側から順に物体側に強い凸面を向けた両凸レンズあ
るいは物体側に凸面を向けた正メニスカスの第１レンズ
と、物体側に凸面を向けた正もしくは負メニスカスの第
２レンズとから成り、少なくとも第２レンズの像面側を
非球面とし、その形状を ＋　ａ　３ｈ”　＋　ａ　ａｈ”＋　’　”　’で表さ
れる回転体としたとき、 ０．７５＜　−＜　１．．２５　　　　・・・（１）−
１．４０＜　７−　＜０．２５　　　　・・・（２）！ ・・・（３） Δｚｌ −０，００３＜　　□　≦０　　　・・・（４）の条件
式が満足されるようにしである。

但し、上記非球面の式及び各条件式において、Ｚは非球
面の頂点からの光軸方向の距離、ｈは光軸からの垂直方
向の距離、ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、ａｌ　Ｈ
ａｔｒ　　ａ３＋　　ａ４＋　　”　・はそれぞれ４次
、６次、８次、１０次、・・・の非球面係数を表し、ま
たｆは全系の焦点距離、ｆｌは第１レンズの焦点距離、
ｆ２は第２レンズの焦点距離、ｄ＋、ｄｓはそれぞれ第
１．第２レンズの軸上肉厚、ｄ２は第１．第２レンズ間
の空気間隔、ｎ、、ｎ、はそれぞれ第１．第２レンズの
屈折率、ｒ４は第２レンズの像面側の近軸曲率半径を表
している。さらに、ΔＺＩ＋　ΔＺ！は＋ａ３ｈＩ　＋
ａ４ｈ１０＋・　・　・の式中にｈ　＝ｒａ／４　、ｒ
ａ１５をそれぞれ代入して得られた値であり、光軸から
の垂直方向の距離がそれぞれ（ｒ４／４）　　、　（ｒ
−１５）であるときの近軸球面と実非球面との光軸方向
・での差を表している。

〔作用〕

上記のレンズ構成において（１）〜（５）式を満たすこ
とにより適度なメリジオナル像面湾曲とサジタル像面湾
曲を発生させ、測距可能な距離範囲内のあらゆる距離、
及びスリット状光束の全幅において良好な性能を発生さ
せることができる。

条件式（１）、　（２）は特にペッツバール和に関する
ものであり、（１）式の下限あるいは（２）式の上限を
超えるとペッツバール和が大きくなり、サジタル像面湾
曲が過大となる。また、（１）式の上限、あるいは（２
）式の下限を超えるとペッツバール和が小さくなり過ぎ
、サジタル像面湾曲量とメリジオナル像面湾曲量の差が
大きくなり、第１レンズ、第２レンズには大きな屈折力
が必要となってコマ収差が発生してくる。

条件式（３）はペッツバール和と、非点収差のコントロ
ールに関するもので、（３）式の下限を超えると他の諸
収差を良好に保ったまま所定量の非点収差を発生させる
ことが困難となり、スリット状光束の中心部から離れる
に従い、焦点ずれ量が大きくなる。（３）式の上限を超
えるとペッツバール和が小さくなり過ぎ非点収差量が過
大となる。

条件式（４）、　（５）は非点収差量に関するもので、
（４）。

（５）式の下限を超えると非点収差量、特にメリジオナ
ル像面湾曲が過大となる。（４）、　（５）式の上限を
超えると非点収差量が所定の値よりも小さくなり過ぎる
ことになる。

さらに、本発明の要点は次のように説明することができ
る。すなわち第１６図において、受光レンズの光軸０を
通り基線長方向と直交する直線から像点Ｐ＋、Ｐｇまで
の距離ΔＹは、被写体距離を！、受光レンズ６の焦点距
離をｆ、基線長をＤとし、受光センサー５が受光レンズ
６の焦点位置に置かれた場合次式で表される。

！ また、被写体距離ｌにおいて焦点はずれが起こらないよ
うにするには、被写体距離ｌにおける測距方向の像面湾
曲Δｆは、 で表される。この像面湾曲Δｆは、仮想スリット像の中
央部分についてはメリジオナル像面湾曲量　、ΔＭと等
しく、その他の部分では・メリジオナル像面湾曲量ΔＭ
とサジタル像面湾曲量ΔＳとの合成像面湾曲量の測距方
向成分とほぼ等しくなる。

上記（６）式を被写体距離ｌに関して展開し、これを（
７）式に代入すると、 となる。

すなわち、Δｆが充分に小さい値であれば、本発明の目
的を達成することができ、前述した条件式（１）〜（５
）式を満たすようにすることによってΔｆを充分に小さ
くすることができる。もちろん、こ、のことは、第１７
図に示したように投光部７を走査して測距信号を検出す
る測距装置の投光レンズ４についても同様であり、三角
測距原理を用いたアクティブタイプの測距装置では、投
・受光いずれかの光学系に適用できるものである。

以下、実施例について説明する。

〔第１実施例〕 第１図は物体側（左側）から順に、第１レンズ１１、第
２レンズ１２からなる測距光学系を透明な保護ガラス１
３が接合された受光センサー１４の前面に配置した状態
を示している。この実施例では、第１レンズ１１は物体
側に強い凸面を向けた両凸レンズ、第２レンズは負メニ
スカスレンズで構成されている。この光学系について物
体側から順に面番号ｉを付し、各面での曲率半径をｒ正
、軸上面間隔を’ｉ、８００ｎｍでの屈折率をｎ遥とし
たとき、この第１実施例のレンズデータは次のとおりで
ある。なお、ｄ、は第２レンズ１２の像面側の面と保護
用ガラス１３の入射面との間隔、ｎ、は保護用ガラス１
３の屈折率（８００ｎｍ）を示す。

ｉ　　　　ｒｉ　　　　　　　ｄ五　　　　　　ｎ直上
記のデータ中、＊１．＊２を付した曲率半径は近、軸面
率半径ｒの値を示し、これらの面は円錐定数をｋ、４次
、６次、８次、１０次の非球面係数をそれぞれａｔ＋　
　ａｔ、ａ２．ａ４としたとき、次式で表される非球面
となっている。

＋　ａ　、ｈ”　＋　ａ　、ｈＩＯ そして、上記ｋｌ　　ａｔ　ｌ　　ａｘ　ｊ　　ａｎ　
＋　　８４の値は次のとおりである。

＊ｌ＊２ これによれば、全系の焦点距離ｆ＝１２ｍｍ。

ＦＨｏ”１．４の測距光学系が得られ、受光センサー１
３上での仮想スリット像の幅５Ｌ＝３．５ｍｍ５基線長
Ｄ＝５１ｍｍの測距装置に用いて良好な結像結果が得ら
れる。

なお、前述した条件式（１）〜（５）の値としては、次
のとおりで、いずれも所定の数値範囲内に含まれるもの
である。

一＝１．１６ 一＝−１，３３ 第２図（Ａ）、　　（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれこの第
１実施例の球面収差、非点収差、デイスト−ジョンを示
している。また、この実施例において、ΔＹ＝１となる
像点について（８）式から最適像面湾曲量を求めるとΔ
Ｙ＝−０，２３となるが、第２図（Ｂ）によればΔＭ−
−〇、１８であり、両者間に０．・０５ｍｍの差がある
。

これに対し、特公昭６１−２０８４１号公報の測距光学
系では、ｆ＝１のときの非点収差は第１８図のようにな
っているから、ｆ＝１２．　ΔＹ÷１とすると、ΔＭ−
−０．１４であり（８）式で得られた最適値と比較して
０．０９ｍｍの差があり、上記第１実施例の方が従来の
測距光学系よりも良好な特性を示していることが了解で
きる。

以下、第１レンズに正メニスカスのレンズを用いた第２
〜第７実施例について、第３図、第５図。

第７図、第９図、第１１図、第１３図に光学系の構成を
示すとともに、これらの収差図、を第４図。

第６図、第８図、第１０図、第１２図、第１４図に示す
、なお、面番号ｉ等の記号は第１実施例と同様に使用し
た。また、これらの実施例においては、第１レンズ１１
の物体側、第２レンズ１２の物体側及び像面側の３面が
非球面となっており、これらの非球面の形状も第１実施
例の式と同様に表されるものである。

〔第２実施例〕 ｉ　　　　ｒｉ　　　　　ｄ・　　　　　１＊　ｌ　　
　　　　　　＊２＊３ ｆ　＝１２ ＦＮＯ＝１．３８ ＳＬ＝３．５ Ｄ＝５１．３ 一＝０．９３ ｆ＋ 一＝０．２９ ｆ。

■ 〔第３実施例〕 ｌ　　　　ｒ　１　　　　　　ｄ　＝　　　　　　ｎ　
ｉ＊ｌ　　　　　　　　＊２＊３ ｆ　　＝１２ ＦＮＯ＝１．３８ ｓｔ　　＝３．　５ Ｄ＝５１．３ 「 一＝０．９３ ｆ。

一＝−０，３０ 【 〔第４実施例〕 ｉ　　　　　　ｒｉ　　　　　　　　　ａｉ　　　　　
　　　　ｒｌｉ５　　　　　　−　　　　　　　　　　
　Ｕ、）４　　　　　　　　１．）Ｚ＊ｌ　　　　　　
　　　　　　＊２＊３ｆ　　＝１２ Ｆ、、＝１．３８ ＳＬ＝３．５ Ｄ＝５１．３ 一＝０．９３ −　＝−０，３０ ｆ。

ニー〇、　υ　υ　ｆｉｌｌ 〔第５実施例〕 ｉｒ　ｓ　　　　　　ｄ　ｉ　　　　　　ｎ　＝＊　ｌ
　　　　　　　　＊２＊３ ｆ＝１１．９７ ＦＮＯ＝１．４ Ｓｔ＝３．５ Ｄ＝５１．３ −　＝０．　８１ ｆ。

−＝　　０．　１８ ｔ 〔第６実施例〕 ｉ　　　　　　　　　ｒ　　五　　　　　　　　　　　
　　ｄ、　　　　　　　　　　　　　　ｎ　　瓢１１　
　　　　　　　＊２＊３ ｆ＝１１．９７ Ｆ　ＮＯ＝　１　、　４６ ＳＬ＝３．５ Ｄ＝５１．３ □＝０．９７ −　　＝−０，２９ ！ 〔第７実施例〕 ｉ　　　　ｒｉ　　　　　　ｄ盈　　　　　ｎ五り　　
　　　　　−０，５４１，５２ ＊　ｌ　　　　　　　　　　　＊２＊３ｆ＝１１．９７ Ｆ、。＝１．　５２ ＳＬ　＝３．　５ Ｄ＝５１．３ 一＝０．９３ ｆ。

□　冨−〇、　１８ ｚ なお、上記第１〜第７実施例に示した測距光学系を、例
えば第１７図の投光レンズ４に用いる場合には、仮想ス
リット像の幅ＳＬは投光部７の前面に設置されるスリッ
トの横幅となる。

以上の各実施例について各々の収差図に示したように、
サジタル像面湾曲量ΔＳがメリジオナル像面湾曲量ΔＭ
に対して適度に抑えられていることが分る。さらに、第
５〜第７実施例の測距光学系を第１５図の受光レンズ６
に用いる場合には、第１レンズ１１の前方に、スリット
光の長手方向を長辺とした長方形の絞り（４，２Ｘ７．
５ｍｍ）を併用することによって、受光センサー５上で
の結像性能をさらに高めることができる。

なお、第５〜第７実施例においては、メリジオナル像面
湾曲ΔＭが途中から反転して子方向に向かうが、これは
測距可能な至近距離と基線長と関係から、この変曲点以
上のΔＹを必要とせず、それ以上の像高は主にスリット
長手方向の結像のために必要な部分であり、変曲点をも
つことによってこの部分の像面湾曲が過大になるのを防
ぐ意味をもっている。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の測距光学系によれば、
広い照射角をもつスリット状光束を用いて測距を行う場
合に、測距可能な被写体距離範囲内であれば、どのよう
な被写体距離にある測距対象物についても、充分に小さ
い焦点ずれて投光あるいは受光ができるのみならず、受
光光軸あるいは投光光軸からはずれた位置にある測距対
象物についても、小さい焦点ずれて投光・受光ができる
ようになり、測距精度を高めるために非常に有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す光学系の概略図であ
る。 第２図は本発明の第１実施例の収差特性図である。 第３図は本発明の第２実施例を示す光学系の概略図であ
る。 第４図は本発明の第２実施例の収差特性図である。 第５図は本発明の第３実施例を示す光学系の概略図であ
る。 第６図は本発明の第３実施例の収差特性図である。 第７図は本発明の第４実施例を示す光学系の概略図であ
る。 第８図は本発明の第４実施例の収差特性図である。 第９図は本発明の第５実施例を示す光学系の概略図であ
る。 第１０図は本発明の第５実施例の収差特性図である。 第１１図は本発明の第６実施例を示す光学系の概略図で
ある。 第１２図は本発明の第６実施例の収差特性図である。・ 第１３図は本発明の第７実施例を示す光学系の概略図で
ある。 第１４図は本発明の第７実施例の収差特性図である。 第１５図は測距装置の一例を示す概略図である。 第１６図は受光センサー上の像点位置を示す説明図であ
る。 第１７図は測距装置の他の例を示す概略図である。 第１８図は従来の測距光学系の非点収差図である。 ２・・・投光部 ３・・・スリット ４・・・投光レンズ ５・・・受光センサー ６・・・受光レンズ １１・・第１レンズ １２・・第２レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測距対象となる物体側から順に、物体側に強い凸
   面を向けた両凸レンズあるいは物体側に凸面を向けた正
   メニスカスの第１レンズと、物体側に凸面を向けた正も
   しくは負メニスカスの第２レンズとから成り、Ｚを非球
   面の頂点からの光軸方向の距離、ｈを光軸からの垂直方
   向の距離、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、ａ＿１、
   ａ＿２、ａ＿３、ａ＿４、・・・をそれぞれ４次、６次
   、８次、１０次、・・・の非球面係数としたとき、少な
   くとも前記第２レンズの像面側を非球面としてその形状
   を▲数式、化学式、表等があります▼ で表される回転体とするとともに、ｆを全系の焦点距離
   、ｆ＿１を第１レンズの焦点距離、ｆ＿２を第２レンズ
   の焦点距離、ｄ＿１、ｄ＿３をそれぞれ第１、第２レン
   ズの軸上肉厚、ｄ＿２を第１、第２レンズ間の空気間隔
   、ｎ＿１、ｎ＿２をそれぞれ第１、第２レンズの屈折率
   、ｒ＿４を第２レンズの像面側の近軸曲率半径とし、Δ
   Ｚ＿１、ΔＺ＿２を ▲数式、化学式、表等があります▼ の式中にそれぞれｈ＝ｒ＿４／４、ｒ＿４／５を代入し
   た値としたとき、 ０．７５＜ｆ／ｆ＿１＜１．２５ −１．４０＜ｆ／ｆ＿２＜０．２５ ０．６＜［（ｄ＿１／ｎ＿１）＋ｄ＿２＋（ｄ＿３／ｎ
   ＿２）］／ｆ＜０．９５−０．００３＜ΔＺ＿１／ｆ≦
   ０ −０．０００１５＜ΔＺ＿２／ｆ≦０ の条件式が満足されることを特徴とする測距用光学系。