JPH05223565A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の信頼性が高く測定誤差の小さい距離測
定装置を提供する。 【構成】 投写光の角度を振ってその角度から距離を求
める三角測量方式ではなく、焦点距離を電圧により変化
させることの可能な電気光学レンズ１３を用い、反射光
のピーク値と印加電圧とから物体までの距離を測定す
る。ＬＤ１１からでたビームはレンズによりコリメート
されて焦点可変の電気光学レンズ１３を透過後物体に投
光され、その反射光が光検知器１５で検知される。ここ
で、駆動回路１６により、電気光学レンズ１３に印加す
る電圧を０からＶMまで上げると、光検知器１５での信
号はある電圧値ＶP のところで光信号が最大になる。光
信号が最大になるときのＶP 値から、電気光学レンズ１
３の焦点距離−印加電圧特性によって距離ｆP を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は距離測定装置に係り、例
えば、カメラ等の光学機器に使用される距離測定装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ある物体の距離を測定する距離測
定装置としては、例えば、自動焦点カメラに使用されて
いるものがあり、この自動焦点カメラは、被写体との距
離を測定してレンズの焦点距離を自動的に合わせるもの
である。自動焦点カメラに使われている距離測定の一方
式に、カメラから赤外光を投光し、対象からの反射を利
用するものがある。この方式は原理的に三角測量方式を
用いたものである。

【０００３】図９は従来の能動型距離測定装置の構成を
表したものであり、この距離測定装置は特開昭５４−１
１３３５６において開示されている技術である。この図
９において、ＥＤ1 は投光用発光素子、ＰＤ1 は受光用
光電変換素子、ＬＳ1 、ＬＳ2 はファインダー光学系用
レンズ、ＭＲ1 はハーフミラー、ＭＲ2は全反射ミラ
ー、ＦＭはファインダー視野及び測距部表示用フレー
ム、ＥＹは撮影者の眼を示す。ＬＳ2 は発光素子の前に
配置された投光用レンズで、発光素子ＥＤ1 からの光レ
ンズはＬＳ3 を通った後回動ミラーＭＲ4 によって反射
し被写体を投光走査し、被写体からの反射光はレンズＬ
Ｓ4 で集光されたミラーＭＲ3 の表面で反射した後受光
素子ＰＤ1 に入射するようになっている。このように、
投写光を物体に投光してその反射光を検知する三角測量
方式では、投光用のミラーを回転して物体に当たったと
きのミラーの角度から、投写光と定まった基線との角度
を測定して物体までの距離を測定するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の投
写光の角度を振ってその角度から距離を求める三角測量
方式を利用した距離測定装置では、投光用のミラーを回
転して物体に当たったときのミラーの角度を出さなくて
はならない。このようにミラーを回転するための可動部
分が必要となり、信頼性の問題やコスト高となる。ま
た、測定する角度精度が高いとは言えず、そのため測定
距離の誤差が大きくなってしまっていた。そこで、本発
明の目的は、装置の信頼性が高く、測定誤差の小さい距
離測定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、光ビームを投光する光源と、電圧に応じて焦点距離
が変化する電気光学レンズと、この電気光学レンズに電
圧を変化させながら印加する電圧印加手段と、前記電気
光学レンズを透過した光ビームの物体からの反射光を検
知する光検知手段と、この光検知手段で検知した反射光
のピーク値とそのときの前記電圧印加手段の印加電圧と
から前記物体までの距離を測定する測定手段とを距離測
定装置に具備させて、前記目的を達成する。

【０００５】請求項２記載の発明では、光ビームを投光
する光源と、電圧に応じて焦点距離が変化する電気光学
レンズと、この電気光学レンズに電圧を変化させながら
印加する電圧印加手段と、前記電気光学レンズを透過し
た光ビームが物体からの再帰光学系を形成する反射光を
屈折させるミラーと、このミラーによって屈折された反
射光を検知する光検知手段と、この光検知手段で検知し
た反射光のピーク値とそのときの前記電圧印加手段の印
加電圧とから前記物体までの距離を測定する測定手段と
を距離測定装置に具備させて、前記目的を達成する。請
求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の
距離測定装置において、光源から投光される光ビームの
焦点面が光検知器と結像関係を構成するように、光検知
器を移動する光検知器移動手段を、さらに具備させて前
記目的を達成する。

【０００６】

【作用】請求項１記載の距離測定装置では、光ビームを
電気光学レンズを透過させて物体に投光し、その反射光
を光検知手段で検知する。そして、電圧印加手段により
電気光学レンズの印加電圧を変化させて、光ビームの焦
点距離を変化させることによって、光検知手段で検知さ
れる反射光の強度を変化させる。この反射光がピークと
なる印加電圧と、そのときのピーク値とから物体までの
距離を距離測定手段によって求める。請求項２記載の距
離測定装置では、ミラーによって、電気光学レンズを透
過した光ビームが物体からの再帰光学系を形成すると共
に、ミラーによって屈折された反射光を光検知手段で検
知して、距離を測定する。請求項３記載の距離測定装置
では、光検知器移動手段により、光ビームの焦点面が光
検知器と結像関係を構成するように、光検知器を移動す
る。

【０００７】ようするに、本発明では、投写光の角度を
振ってその角度から距離を求める三角測量方式ではな
く、焦点距離を電圧によって変化させることが可能な電
気光学レンズを用い、反射光のピーク値と、そのときの
電気光学レンズへの印加電圧とから物体までの距離を測
定するものである。

【０００８】

【実施例】以下本発明の距離測定装置における好適な実
施例について、図１から図９を参照して詳細に説明す
る。図１は距離測定装置の構成を表したものである。こ
の図に示すように、距離測定装置は、光学系として、レ
ーザビームを射出する光源としてのレーザダイオード
（ＬＤ）１１を備えている。また、距離測定装置は、Ｌ
Ｄ１１から射出されたレーザビームをコリメートするた
めのレンズ１２、電圧を変化させることにより焦点距離
を変化させる電気光学レンズ１３、および、物体面１４
で反射されたレーザビームを検知する光検知器１５を備
えている。また、距離測定装置は、制御系として、電気
光学レンズの電圧を変化させる電圧印加手段としての駆
動回路１６、この駆動回路１６からの信号および光検知
器１５による光信号の最大値から物体までの距離を求め
る測定手段としての信号処理回路１７を備えている。

【０００８】ここで、電気光学レンズ１３について説明
する。電気光学レンズ１３は、電気光学媒体の対向する
面上に電極膜を形成し、この電極膜に電圧を印加するこ
とにより電気光学媒体の屈折率を変化させ、レンズ作用
をもたせたものである。この電気光学レンズ１３は、第
１の電極膜対１、１′、第２の電極膜対群２、２′、
３、３′を備えており、所定方向にレーザビームを収束
させるようになっている。ここで、それぞれの電極膜
１′、２′、３′は、それぞれの電気膜１、２、３の反
対側の結晶面で同一形状をもつ。なお、電気光媒体とし
て、本例ではＰＬＺＴ電気光学結晶を用いているが、他
の電気光学結晶であってもよい。

【００１０】この駆動回路１６によって電気光学レンズ
１３に電圧を印加すると、紙面に垂直方向に偏光した半
導体レーザビームは、第１の電極膜対１、１′によって
紙面と垂直方向に収束作用を受け、第２の電極膜対郡
２、２′、３、３′領域で紙面と平行方向に収束作用を
受けることによって、出射されたレーザビームは、スポ
ット結像をする。これによって、電気光学レンズ１３は
２次元レンズとして動作したことになる。ここで電気光
学レンズ１３に印加する電圧を変えることにより焦点位
置を変化させることができる。

【００１１】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。ＬＤ１１からでたビームはレンズに
よりコリメートされて焦点可変の電気光学レンズ１３を
透過後物体に投光される。物体からの反射光は、物体の
近くに置かれた光検知器１５で検知される。図２は電気
光学レンズ１３に印加する電圧と光検知器１５で検出す
る信号との関係を表したものである。駆動回路１６によ
る電圧制御のもと、電気光学レンズ１３に印加する電圧
を０からＶM まで上げて、そのときの光検知器１５での
信号は、図２に示すように、ある電圧値ＶP のところで
光信号が最大になる。光信号が最大になるときのＶP値
より電気光学レンズ１３のｆ−Ｖ特性（焦点距離−印加
電圧特性）から距離ｆP が求められる。

【００１２】図３は、電気光学レンズ１３のｆ−Ｖ特性
を表したものである。ここで、電気光学レンズ１３に印
加する電圧を０からＶM まで上げるときに要する時間を
ｔM とするとこの間に光信号の最大値が検出され、その
ときの時間をｔP とするとｔP より電圧値ＶP がわか
る。したがって物体までの距離ｆP が測定される。電気
光学レンズ１３に印加する電圧は駆動回路１６によって
印加され、光信号の最大値の検出は信号処理回路１７に
よって検出されてそのときのＶPすなわちｆP が求ま
る。

【００１３】図４は、第２の実施例による距離測定装置
の光学系の構成の一部を表したものである。この第２の
実施例では、図１に示した第１の実施例における物体か
らの反射光を集めるために、収束レンズ２５を光検知器
１５の前に配置したものである。この実施例によれば、
光検知器１５を物体面１４から離れた位置に配置しても
光信号を十分に検出することが可能となる。

【００１４】図５は、第３の実施例による距離測定装置
の光学系の構成を表したものである。この第３の実施例
は、再帰光学系を利用したものである。すなわち、電気
光学レンズ１３から出射したレーザビームの光路上に、
中心部にレーザビーム透過用の穴を設けたミラー２１が
配置される。また、光検知器１５の前面には、反射光を
集める集光レンズ２３が配置される。この第３の実施例
では、電気光学レンズ１３から射出したレーザビームが
ミラー２１の穴を通過して物体面１４に投光される。そ
して、物体面１４からの反射光がミラー２１によって、
その光路を変更され、集光レンズ２３で集められて、光
検知器１５に検知される。なお、第３の実施例の変形例
として、図６に示すように、物体面１４からの反射光の
中心部分にミラー２２を配置するようにしてもよい。こ
の変形例では、レーザビームをこのミラー２２によって
屈折させることによって、物体面１４に投光する。そし
て、ミラー２２の外周を通過する反射光を集光レンズ２
３で集められて、光検知器１５に検知される。

【００１５】図７は、第４の実施例による距離測定装置
の光学系の構成を表したものである。この第４の実施例
では、電気光学レンズ１３から出射したレーザビームの
光路上に、レーザビームを収束させる収束レンズ２５を
配置したものである。この収束レンズ２５と電気光学レ
ンズ１３を組合せて合成レンズを構成し、この合成レン
ズの焦点を変化させることによって距離を測定する。こ
の実施例では、収束レンズ２５を用いることにより収束
性能が向上し、より効果的にピーク値の信号が検出され
る。

【００１６】図８は、第５の実施例による距離測定装置
の構成を表したものである。この第５の実施例では、光
検知器１５が、電気光学レンズ１３に印加する電圧とと
もに光軸に沿って移動するように、光検知器１５移動手
段としての電磁アクチュエータ２６を配置したものであ
る。この電磁アクチュエータ２６によって、電気光学レ
ンズ１３の収束位置（物体面１４）と光検知器１５が結
像関係を満すように、電気光学レンズ１３に印加する電
圧値に連動させて光検知器１５が移動される。すなわ
ち、電磁アクチュエータ２６に流す電流を電気光学レン
ズ１３に印加する電圧と連動して制御することにより、
光検知器１５が電気光学レンズ１３の印加電圧に連動し
て移動する。従って、物体面１４と電気光学レンズ１３
の焦点が一致したときにのみ、一層強い信号光が得られ
ることになる。

【００１７】以上説明したように、第１の実施例ないし
第５の実施例によれば、焦点可変の電気光学レンズ１３
で投光ビームの焦点距離を変えることにより、物体面１
４に焦点が一致したときに物体からの反射光がピーク値
として検知されそのときの駆動電圧値から物体までの距
離を求めることができる。第２の実施例ないし第５の実
施例によれば、物体からの反射光を集める収束レンズ系
を使用することで、より多くの反射光を光検知器１５に
集めることができるため、信号強度が強くなり検出感度
が向上する。

【００１８】また、第３の実施例ないし第５の実施例に
よれば、投光用の光ビームを通す通過孔をもち物体から
の反射光を反射させるミラー２１、２２により再帰光学
系を使用しているので、ノーマル反射となり、信号強度
が大きくなる。従って、装置がコンパクト化されると同
時に検出感度が向上する。更に、第４の実施例によれ
ば、投光用の光ビームを収束するためのレンズを使用
し、電気光学レンズ１３と組み合わせることによって合
成レンズ構成し、これにより焦点距離を変化させている
の。従って、結像性能が向上し反射光信号がよりシャー
プになるため測定精度がさらに向上する。第５の実施例
によれば、電気光学レンズ１３又は電気光学レンズ１３
と結像レンズとの合成レンズの焦点面が光検知器１５と
結像関係となるように、光検知器１５が移動するので、
電気光学レンズ１３又は合成レンズの焦点が物体面１４
に一致したときに最も強い反射光信号が得られ、測定精
度のより高い距離測定装置が実現される。

【００１９】以上説明した実施例では、電気光学レンズ
として２次元電気光学レンズ１３について説明したが、
本発明ではこれに限定されるものではなく、例えば、電
気光学媒体として第１の電極膜対１、１′のみで電気光
学レンズを形成し、１方向にのみ収束作用をもつ１次元
電気光学レンズを使用するようにしてもよい。また、第
２の電極膜対郡２、２′、３、３′のみで電気光学レン
ズを形成した１１次元電気光学レンズ１３を使用するよ
うにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、焦点
距離を変化させることが可能な電気光学レンズ１３を用
いて距離を測定する構成としたので、装置の信頼性が高
く、測定誤差を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の距離測定装置における第１の実施例の
構成図である。

【図２】同上、電気光学レンズ１３に印加する電圧と光
検知器１５での信号との関係を示す説明図である。

【図３】同上、電気光学レンズ１３のｆ−Ｖ特性を示す
説明図である。

【図４】同上、第２の実施例の光学系の構成図である。

【図５】同上、第３の実施例の光学系の構成図である。

【図６】同上、第３の実施例の光学系の変形例を示す構
成図である。

【図７】同上、第４の実施例の光学系の構成図である。

【図８】同上、第５の実施例の光学系の構成図である。

【図９】従来の距離測定装置の構成図である。

【符号の説明】

１１ レーザダイオード １２ レンズ １３ 電気光学レンズ １４ 物体面 １５ 光検知器 １６ 駆動回路 １７ 信号処理回路 ２１、２２ ミラー ２３ 集光レンズ ２５ 収束レンズ ２６ 電磁アクチュエータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを投光する光源と、 電圧に応じて焦点距離が変化する電気光学レンズと、 この電気光学レンズに電圧を変化させながら印加する電
   圧印加手段と、 前記電気光学レンズを透過した光ビームの物体からの反
   射光を検知する光検知手段と、 この光検知手段で検知した反射光のピーク値とそのとき
   の前記電圧印加手段の印加電圧とから前記物体までの距
   離を測定する測定手段とを具備することを特徴とする距
   離測定措置。
2. 【請求項２】 光ビームを投光する光源と、 電圧に応じて焦点距離が変化する電気光学レンズと、 この電気光学レンズに電圧を変化させながら印加する電
   圧印加手段と、 前記電気光学レンズを透過した光ビームが物体からの再
   帰光学系を形成する反射光を屈折させるミラーと、 このミラーによって屈折された反射光を検知する光検知
   手段と、 この光検知手段で検知した反射光のピーク値とそのとき
   の前記電圧印加手段の印加電圧とから前記物体までの距
   離を測定する測定手段とを具備することを特徴とする距
   離測定措置。
3. 【請求項３】 光源から投光される光ビームの焦点面が
   光検知器と結像関係を構成するように、光検知器を移動
   する光検知器移動手段を具備したことを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の距離測定装置。