JPS5992311A - 距離検出装置 - 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】 本発明は三角測距の原理を利用した距離検出装置に関す
るものである。

従来、この種の装置は第１図に示すよう所定の基線長間
隔りをおいて投光光学系である投光用素子１及び投光用
レンズ３と受光光学系である受光用素子２及び受光用レ
ンズ４とを配置し、受光用素子２のみ移動可能に配置さ
れ、対象物５へ投光用素子１から投光光束が照射されそ
の反射光を受光用素子２で受光する三角測距型であり、
その際、反射光を検出するために受光用素子２が移動し
てその移動量でもって対象物５までの距離を検出するも
のが知られている。

前述の検出方法を更に詳しく第１図を用いて説明する。

投光用レンズ３の焦点距離にある投光用素子１からの光
が投光用レンズ３でもって対象物５にスポット的に照射
され、その対象物５からの反射光を受光用レンズ４でも
って集光してその光を受光用レンズ４の焦点距離におる
受光用素子２が受光用レンズ４の光軸の垂直方向に移動
することで距離を検出する。ここで、受光用レンズ４の
光軸を基準として受光用素子２の移動量を△で表わし、
投光光学系と受光光学系との基線長間隔をＬで表わし、
投光用レンズ３及び受光用レンズ４の焦点距離あるいは
投光用素子１（受光用素子２）と投光用レンズ３（受光
用レンズ４）との距離をｆ′で表わし、そして投光用レ
ンズ３と前記レンズ３の光軸上の対象物５との距離をＲ
で表わすとする。

すると、三角形の相似関係から次の関係式が得られる。

△／　ｆ’　−Ｌ／Ｒ ０゛、△＝−ｆ′・Ｌ／Ｒ 例えば、カメラの場合には焦点距離ｆ′や基線長間隔り
などがカメラのスペースによって制限されるのであまり
大きな呟がとれず、おのずと移動量へか小さな喧となり
、その移動量へでもって至近から無限遠の間にある被写
体５までの距離を検出していた。

しかしながら、上述のような装置においては対象物５か
ら反射光を検出するために受光用素子２を移動させる機
械的駆動手段を要し、受光用素子２の移動量が測距精度
に大きく影響するので、正確な測距を行なうために受光
用素子２を精度よく微少変位させる機構及び受光用素子
２の微少移動量を精度よく検出する機構等を得ることが
困難であった。

本発明は上述のような欠点を解決して簡単な構成でもっ
て高精度な距離検出装置を得ることを目的とする。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の第１実施例である。第２図は距離検出
装置の光学系配置図を示している。

第２図に示す投光光学系である投光用素子１及び投光用
レンズ３と受光光学系である受光用素子２及び受光用レ
ンズ４とは所定の基線長間隔りをおいて配置され、また
受光光学系の前方に偏角光学系６が配置されている。投
光用素子１は近赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）から成
り、投光用レンズ３の光軸上の後方の焦点位置に前記レ
ンズ３と共に同定設置されている。受光用素子２はシリ
コンフォトダイオード（ＳＰＤ）から成り、受光用レン
ズ４の元軸上の後方の焦点位置に前記レンズ４と共に固
定設置されている。偏角光学系６は受光用レンズ４の前
方であって前記レンズ４の光軸と垂直方向に全近距離側
人位置から無限遠側Ｂ位置まで移動可能に配設され、そ
して偏角光学系６は凸シリンドリカルレンズの一部であ
り、その光軸は受光用レンズ４及び投光用レンズ３の光
軸と平行で焦点７，７’、　　７〃を有している。また
偏角光学系６を駆動する駆動機構（不図示）がこの装置
には備えられている。

投光用素子（ＩＲＥＤ）１から変調された近赤外光が出
射される。この近赤外光が投光用レンズ３でもってスポ
ット光として対象物５．　５’、　　５″に投影され、
対象物５．　５’、　　５〃からの反射光が偏角光学系
６を介して受光用レンズ４で集光され受光用素子（ＳＰ
Ｄ）２で検知され電気信号に変換される。その偏角光学
系６は投光用素子１の投光と同時に至近距離側Ａ位置か
ら無限遠側Ｂ位置まで移動し、外光と区別された近赤外
光である前記反射光を受光用素子２が検知して電気信号
を発する。その電気信号をピーク検出回路に入力してそ
のピーク検出回路がピーク匝を検出したとき偏角光学系
６の駆動機構を停止させる電気信号を発する。その時の
受光光学系と偏角光学系６との相対移動量でもって対象
物までの距離を検出する。尚、ピーク検出回路がピーク
呟を検出するのは、対象。

物５の反射光光路が偏角光学系６のある屈折面によって
受光光学系に導かれ、その反射光光路と受光用レンズ４
の光軸とが一致したときである。前記偏角光学系６の連
続した屈折面のうち１部の屈折面と受光光学系との組み
合せは所定の位置の対象物５からの反射光だけ受光して
ピーク（直を検出するよう構成されているので異なる距
離の対象物５、、、５’、、　５“の反射光光路に対応
して偏角光学系６の連続した屈折面のうち各屈折面が各
々決まり、偏角光学系６を通過した前記光路は受光用レ
ンズ４の光軸（あるいは偏角光学系６の光軸）とほぼ一
致して同一方向となっている。

次に、距離検出方法について詳しく説明する。

受光光学系と投光光学系との基線長間隔をＬで表わし、
偏角光学系６の焦点距離をＦで表わし、投光用レンズ３
の光軸上にある対象物までの測定距離をＲで表わし、そ
して受光用レンズの光軸を基準とし偏角光学系６の移動
量を△で表わすと、三角形の相似関係から次の関係式が
得られる。

△／Ｆ＝Ｉ、／Ｒ １°、△＝Ｆ−Ｌ／Ｒ この式は第１図の従来技術で表わした式と同形である。

基線長間隔りは従来技術例と第１実施例とで同一として
、第１図で示す従来技術例で移動量△を太きくしようと
思うと集光用レンズ（受光用レンズ、又は投光用レンズ
）の焦点距離１１を大きくしなければならないが、しか
し焦点距離ｆ′の位置に測距素子（受光用素子、又は投
光用素子）を設置しなければならないから、焦点距離ｆ
′を大きな（直にとると距離検出装置が大型化してしま
う、そこで第１実施例では移動量△を大きくするために
、対象物と受光光学系との間に偏角光学系６を設置して
いる。その偏角光学系６は対象物の反射点位置に受光用
素子２を設置する必要はないので偏角光学系６の焦点距
離Ｆを任意に選ぶことができる。したがって、移動量△
を大きく選定することによって、偏角光学系６の機械的
駆動手段を簡単な構成にでき、測距誤差が転減され測距
精度が向上できるという効果がある。

例えば、カメラの場合にはカメラのスペースに適した唾
に移動量△を選定してＦ＠を算出してもよい。

更に、第１実施例の受光用レンズ４と受光用素子２との
間に偏角光学系６を移動可能に配置しても同様な効果が
得られ、また、偏角光学素子６を投光光学系の前方に配
置し、投光光束が受光光学系の受光用レンズ４の光軸上
にある距離の異なる対象物にそれぞれ対応するように偏
角光学系６を投光用レンズ３の光軸の垂直方向に移動可
能に配置することも考えられ、同様な効果が得られる。

尚、第１実施例のように投光光学系を有し、その投光光
束が対象物に反射してその反射光を受光電 する受光光学系でもって測距する態動型の三角測距距離
検出装置のみならず、受光光学系のみを有して対象物か
らの光が互いに異なる光路を介し受光用素子によって受
光されるよう構成し、一方の光路の向きを前述の偏角光
学系でもって受光用素子上で変化さぜ、２つの受光像が
所定の関係となったときの偏角光学系の移動量によって
対象物までの距離を検出する受動型の三角測距検出装置
にも適用可能である。

次に、本実施例の第２実施例を第３図を用いて説明する
。この第２実施例と第１実施例との違いは移動可能であ
る移動部が偏角光学系６でなく受光光学系であることで
あり、他の構成は同様である。

第３図に示す対象物５　、、５’、、　５“からの反射
光光路が全て偏角光学系６の焦点７を通過し、第１実施
例と同様に異なる距離の対象物５　、、５’、、　５“
の反射光光路に対応して偏角光学系６の各屈折面が決ま
り、偏角光学系６を通過した反射光光路は受光用レンズ
４の光軸（あるいは偏角光学系６の光軸）と同一方向に
射出している。対象物５からの反射光光路を検出するべ
く受光用素子２と受光用レンズ４との受光光学系は偏角
光学系６の元軸に垂直方向に移動し前記光路と受光用レ
ンズ４の光軸とが一致したときピーク直を検出しその電
気信号でもって不図示の駆動機構を停止させる。そのと
きの受光光学系の移動量によって対象物までの距離を検
出している。

ここで距離検出方法について説明する。偏角光学系６と
投光光学系との基線長間隔をｔで表わし、偏角光学系６
の焦点距離をＦで表わし、投光用レンズ３の光軸上にあ
る対象物５までの測距距離をＲで表わし、そして偏角光
学系６の元軸を基準とし受光光学系の移動量を△で表わ
すと、三角形の相似関係から次の関係式が得られる。

△／Ｆ−（Ａ＋△）／Ｒ １゛、　　△＝Ｆ−６／（Ｒ−Ｆ） この式は第１実施例で表わした式と同形である。

したがって、第１実施例の効果と同様である。

託 また、第１実施例で述べた無動型を受動型に変換するこ
とや偏角光学系の配置を変えることも考えられる。

次に、本実施例の第３実施例を第４図を用いて説明する
。第３実施例と前述の第２実施例との違いは、受光用レ
ンズ４だけが移動可能であって、受光用素子８がアレー
状に構成され固定設置されていることであり、他の構成
は同様である。

第４図に示す対象物５からの反射光光路を検出するため
、受光用レンズ４を偏角光学系６の光軸の垂直方向に移
動して受光用系子８であるフォトアレーからの電気信号
をピーク検出回路に入力し、その電気信号のピーク呟が
検知され受光用レンズ４の不図示の駆動機構を停止させ
、偏角光学系６の光軸を基準として受光用レンズ４の移
動量Δでもって対象物までの距離を検出する。その際、
受光用系子８が固定設置されているので電気的な安定が
得られ、第２実施例と同様な効果が得られる。

更に、受光用レンズ４を偏角光学系６の前方に移動可能
に設置することも考えられる。

次に、本実施例の第４実施例を第５図を用いて説明する
。第４実施例と第２実施例との違いは、凸シリンドリカ
ルレンズを凹シリンドリカルレンズに置き換えたことで
あり、他の構成や効果は第２実施例と同様である。

第５図に示す偏角光学系９である凹シリンドリカルレン
ズ９の焦点距離を−Ｆで表わすと受光光学系の移動量も
−△で表わされ、第２実施例で表わした移動量△の関係
式 （△−Ｆ−ｔ／（Ｒ−Ｆ））に代入すると、−△−（−
Ｆ）・Ａ／’（Ｒ＋Ｆ） 、′、　　△−Ｆ４／（Ｒ＋Ｆ） この式は第２実施例で表わした式と同形である。

更に第１実施例、第３実施例の偏角光学系を凹シリンド
リカルレンズに置き換えることも可能である。

次に、本実施例の第５実施例を第６図を用いて説明する
。第５実施例は前述の第１実施例で説明した距離検出装
置をカメラ内に装着した時、偏角光学系の駆動機構と撮
影レンズとの関連について述べる。

第６図に示すカメラボディー１０は距離検出装置を備え
、レンズ保持筒１１を備えている。レンズ保持筒１１は
ピニオンの歯１２を有し、また偏角光学系６が固定設置
されたラック１３の歯１４とピニオンの歯１２とがＯ置
台するよう配設されている。撮影レンズＩＩＡを繰り出
すために不図示のオートフォーカス機構のモータがレン
ズ保持筒１１を１也動し、それにラック１３が連動して
偏角光学系６をレンズ保持筒１１の接線方向に直線運動
させる。このときの撮影レンズＩＩＡの焦点距離をｆさ
し、被写体距離（測距距離）をＲとし、レンズ保持筒１
１の繰出量をδとする。そして撮影レンズにおける主点
間間隔をＨＨ’とすれば、ニュートンの公式にしたがっ
て撮影レンズＩＩＡに関しては （Ｒ−（２ｆ＋ＨＨ’＋δ））×δ−ｆ２の関係が成り
立つ。

Ｒ＞（２ｆ＋ＨＨ’＋δ）の場合を仮定することにより
（２ｆ＋ＨＨ’　　＋δ）を省略すれば、δ−ｆ２／Ｒ 前述の第１実施例の偏角光学系６の移動量への式、△＝
Ｆ−１／Ｒに代入しＲを消去すると、△−（Ｆ　−ｔ／
ｉ２）・δ の関係が求められる。

すなわち、偏角光学系６の移動量△と撮影レンズの繰出
量δとが比例関係になる。あるいは、撮影レンズＩＩＡ
の繰出をヘリコイドによって行なう場合には繰出量δと
ヘリコイドネジが切られているレンズ保持筒１１の回転
角θとが比例関係にある。

また、距離検出装置とオートフォーカス機構とが電気的
に接続され、距離検出装置の受光用素子からの電気信号
によシオートフォーカス機構の撮影レンズＩＩＡの繰出
し用モータが制御されている。この距離検出装置では偏
角光学系６の移動量△とレンズ保持筒１１の回転角θと
が原理的に比例関係であるのできわめて簡単な構造で撮
影レンズを繰出すオートフォーカス機構と連動させるこ
とが可能である。

次に、本実施例の第６実施例を第７図〜第８図を用いて
説明する。第６実施例は前述の第５実施例で説明した距
離検出装置の測距方法と原理的に同様である。第５実施
例と第６実施例との違いは、第５実施例の偏角光学系で
ある凸シリンドリカルレンズを第６実施例で複数の偏角
プリズムの集合体にしたことである。

第７図において投光光学系である投光用素子ｌ及び投光
用レンズ３と受光光学系である受光用素子２及び受光用
レンズ４きが所定の基線長間隔をおいて配置されている
。偏角光学素子］５はそれぞれ屈折角が異なる複数の偏
角プリズム１５ａ。

１５１）、１５（！から構成され、受光用素子２の前方
に配置されている。

回転部材１７はプリズム取り付は部１７ａとギヤ部１７
ｂとを備え、プリズム取り付は部１７ａζこけ偏角プリ
ズム１５ａ、１５ｂ、１５ｃが順に円弧状に固定設置さ
れ、またギヤ部１７ｂにはレンズ駆動ギヤ２４と噛合す
る歯が形成されている。回転部材１７は撮影レンズ１６
の光軸を中心として回動可能であるが、前記光軸方向の
直線運動は不図示の部材で係止されている。保持筒１８
は回転部材１７に固定され、内側にヘリコイドのめねじ
が切られている。第７図の撮影レンズ駆動手段を表わす
第８図において内筒１９は撮影レンズ１６を内部に備え
、外部にはへりコイドネジが切られ保持筒１８と噛合し
ている。また内筒１９は撮影レンズ１６の光軸方向に往
復運動するが、前記光軸を中心とする回動運動は不図示
の部材で係止されている。ピーク検出回路２０は受光用
素子２からの光電出力変化を検知し、モーター制御回路
２１と電気的に接続されている。モーター２２は減速ギ
ヤ２３を介してレンズ、駆動ギヤ２４に駆動力を伝達し
て回転部材１７を回動させる。撮影レンズ駆動手段はモ
ーター制御回路２１とモーター２２と減速ギヤ２３とレ
ンズ駆動ギ−！’２４とで構成されている。

以下、第６実施例の動作を説明する。第７図で示す投光
用素子１から赤外照射光を被写体に投光して、被写体か
らの反射光が偏角プリズム１５ａを介して受光用素子２
に入射した時にピーク検出回路２０がピーク喧を検出し
オートフォーカス機構の撮影レンズ駆動手段を停止させ
た場合には、至近の一定範囲内に被写体があり合焦して
いることを示す。そして、偏角プリズム１５ｂの時に撮
影レンズ駆動手段が停止した場合には、中距離の一定範
囲内に被写体があり合焦していることを示す。また、偏
角プリズム１５ｃの時に撮影レンズ駆動手段が停止した
場合には、遠距離の一定範囲内に被写体があり合焦して
いるこ七を示す。上述のように偏角光学系１５の設置さ
れた回転部材１７の回転移動量Δ′と撮影レンズ１６の
繰出量δとは第５実施例で述べた様に比例関係となって
いる。したがって第５実施例と同様に簡単な構造で偏角
光学系の移動量を撮影レンズの繰出量を決定し合焦させ
ている。

以上、詳述した如く本発明においては三角測距の原理を
利用し、互いに異なる２つの光路のうち一方の光路を変
化させる偏角光学系と、受光光学系（あるいは投光光学
系）との相対移動量を測定距離に変換する距離検出装置
であり、前記偏角光学系は複数の屈折面を有する光学系
で前記一方の光路である走査用光路を横切るよう移動可
能に設置され、あるいは走査用光路を横切るよう固定設
置されている。すなわち、偏角光学系は走査用光路を屈
折させることで受光用素子（おるいは投光用素子）と前
記走査用光路とを対応づけている。

こうして、基線長間隔を常に一定とし、前記偏角光学系
の焦点位置に受光用素子（あるいは投光用素子）を配置
する必要がなく、前記偏角光学系が単に前記走査用光路
を通過させ屈折させるだけで結像させず、単に偏角光学
系の屈折面を利用するだけなので前記相対移動量を大き
く取ることができ測距精度を向上させ、また前記偏角光
学系が走査光路を横切るよう配置するという簡単な構成
とすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第４図は従来の距離検出装置の光学系配置図を示してい
る。 第２図は本実施例の第１実施例を示し、光学系配置図を
示している。 第３図は本実施例の第２実施例を示し、光学系配置図を
示している。 第４図は本実施例の第３実施例を示し、光学系配置図を
示している。 第５図は本実施例の第４実施例を示し、光学系配置図を
示している。 第６図は本実施例の第５実旅例を示し、カメラ内の距離
検出装置の配置図を示している。 第７図〜第８図は本実施例の第６実施例を示し、第７図
はカメラ内の距離検出装置の配置図を示し、第８図は距
離検出装置の概略図を示している。 （主要部分の符号の説明） 投光光学系 受光光学系 ５、　５’、　５″・・・・・・・・・対象物（被写体
）２０・・・・・・ピーク検出回路 出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡　　辺　　隆　　男 −６（ 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物からの光を集光する受光用レンズと、該集
   光された光を受光する受光用素子とを有している三角測
   距式距離検出装置において、前記対象物と前記受光用素
   子との間に配置して、この両者間の光路を屈折させる複
   数の屈折面を有する偏角光学系を備え、 距離の異なる対象物からの入射光を屈折させ全て同一方
   向に出射するよう前記偏角光学系の前記各屈折面が形成
   され、 前記屈折面を選択するため、前記受光用レンズと前記受
   光用素子と前記偏角光学系とのうち少なくとも１つは前
   記光路を横切るよう移動可能とし、残りは固定配置する
   ことを特徴とする距離検出装置。
2. （２）対象物に光を投射する投光用素子と、該投光用素
   子からの投射光を該対象物に投影する投光用レンズとを
   有している三角測距式距離検出吊装置において、 前記対象物と前記投光用素子との間に配置してこの両者
   間の光路を屈折させる複数の屈折面を有する偏角光学系
   を備え、 前記投光用素子からの投射光を出射する前記偏角光学系
   の屈折面によって屈折光が異なった距離の対象物に投影
   するよう前記偏角光学系の各屈折面が形成され、 前記投射光が入射する前記屈折面を変換させるため、前
   記投光用レンズと前記投光用素子とＡｉｌ記偏角元学系
   とのうち少なくとも１つは前記光路を横切るよう移動可
   能とし、残りは固定配置することを拵徴とする距離検出
   装置。