JPS6120841B2 - - Google Patents
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- JPS6120841B2 JPS6120841B2 JP53153370A JP15337078A JPS6120841B2 JP S6120841 B2 JPS6120841 B2 JP S6120841B2 JP 53153370 A JP53153370 A JP 53153370A JP 15337078 A JP15337078 A JP 15337078A JP S6120841 B2 JPS6120841 B2 JP S6120841B2
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- Japan
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- lens
- light
- curvature
- light emitting
- receiving
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/10—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/46—Indirect determination of position data
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Lenses (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Description
本発明は能動型の測距装置に関し、特に測距精
度を向上させるための測距光学系に関する。 例えばカメラの自動焦点調節あるいは半自動焦
点調節を実現するために種々の測距装置が提案さ
れているが、これら測距方法は大別して受動型と
能動型に類別される。この内、受動型の装置は構
造が簡単となる利点の反面、暗い視野内の物体の
場合に測距が困難となり、あるいは外乱光を物体
光と弁別し難い欠点があるため、能動型の提案も
多い。 しかしながら能動型の場合は受光系の他に投光
系を必要とするため、投光と受光のためのレンズ
構造を複雑にすると場所を取ると共に重くなるの
で手持ちのカメラに採用し難く、かと言つてレン
ズ構造を単純にするとレンズ性能は悪化して測距
能力が低下することになる。 そこで、能動型測距光学形のレンズに必められ
る条件について考えると次の通りである。 まず、最大測距可能距離の向上に関しては(1)投
光レンズを大口径とし、物体への照射光量を増大
する事、(2)受光レンズを大口径とし、受光光量を
増大する事があげられる。また測距精度の向上に
関しては(1)被写体上に照射された光束の輪郭を明
瞭にする事、(2)投光素子上に良好な物体像を結像
させる事があげられる。 投光レンズと受光レンズは測距光束の進行方向
が逆であるが、物体と素子の関係について言え
ば、等価なる光学系とみなせるから、受光光学系
について最適なレンズは投光光学系に対しても最
適なレンズと考えられる。 本発明の目的は測距能力を伸すために、能動型
測距装置の光学系、殊に光路中に配されレンズの
性能を向上させることにある。 以下図面に従つて実施例を説明する。第１図
で、１は投光光源で、投光される指標と照明光源
を兼ねている。投光光源１としては発光ダイオー
ドが好適であり、投光光としては可視光あるいは
赤外光が使用されるが、シネカメラの場合は投光
光に照射された部分が写らないように赤外光を使
用する。２は投光レンズで、被写体７へ投光光源
１を発した光束を集光する機能を持つ。３は光電
変換手段で、素子４と５が境界を接して配され
る。６は受光レンズで、受光レンズの光軸L′は素
子４と５の境界に一致する。 以上の要素の内、投光光源１は投光レンズ２の
合焦面１に沿つて移動するか、あるいはレンズと
光源に配した往復回転鏡や可変光学楔の作用で見
掛上移動するものとし、光源１を基線から移動量
ｅだけ移動した時の光軸をＬとする。光源１を発
した光束は投光レンズ２で屈折収斂されて被写体
７の表面に照射され、被写体７で散乱反射した光
束は受光レンズ６によつて光電変換手段３の受光
面に集光される。 光源１を移動すると、受光面に入射する反射像
の重心位置は移動し、素子４と５の出力電気信号
は第２図のように変化する。そしてI4＝I5となる
e0が存在し、このe0の値は被写体距離に従属する
から、測距信号として利用することができる。以
上の説明は差動型の受光系であるが、ピーク検出
型の受光系は第３図の通りで、反射像にほぼ等し
い寸法の受光素子７を、その中心が光軸L′と一致
するように配置している。この場合も、光源１の
移動量ｅに従属する素子７の出力は第４図のよう
な特性となり、ピーク値をとるepから測距する
ことが可能である。 これらの構成に於いて、投光レンズ２および受
光レンズ６を単レンズとし、またポリメタクリレ
ート樹脂等の合成樹脂で成形する。第５図は受光
レンズと鏡筒を例示している。 一方、レンズの形状を選定して球面収差を最小
としても、焦点距離ｆ＝１なるレンズの無限遠物
点に対する収差は第６図の通りで、受光レンズを
大口径化しても、受光素子面上の測距光束像の照
度は向上しない。また投光レンズとしても同様に
大口径化はフレアー成分の増大を招くだけで、有
効光量の増大は望めない。 そこで、これらの不都合を除くため、面頂点の
曲率よりも周辺の曲率の方が順次小さくなる非球
面の導入によつて最大測距可能距離の伸長を計つ
ている。 非球面を有する単レンズで、球面収差やコマ収
差はレンズ面R1とR2のベンデイングと非球面係
数の影響を受けるが、レンズの主点と瞳がほぼ同
位置である本件のごとき場合、非点収差と歪曲収
差にベンデイングと非球面係数ともさしたる影響
を与えない。 従来より知られているように、球面収差を減少
させるためのレンズ形状に関する式Ｓ＝ｆ・（１／Ｒ１ ＋１／Ｒ２）の絶対値が極めて大きな場合を除き、Ｓ がいかなる値でも前述のような非球面の導入によ
つて球面収差は補正しうる。従つて、式Ｓはコマ
収差の補正が良好になる値に選定すると良い結果
をもたらす。そのため、 １＜ｆ・（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）＜1.6 なる条件を設定する。その上限値を越えると内向
性コマ収差が増大し下限値を越えると外向性コマ
収差が過大となり、第１図に示した投光系に用い
た場合、光源の位置によつて被写体上の像にフレ
アーが生じて測距精度が低下する。他方、受光系
に用いた場合、受光素子上にフレアーが生じ、い
ずれも適性にならない。 球面収差の補正については、レンズの第１面あ
るいは第２面いずれに非球面を導入しても効果は
ほぼ同等である。非球面形状を第７図のように、
光軸方向にｘ軸、光軸と垂直な方向にｙ軸をと
り、非球面を導入する面の頂点曲率半径をＲとし
て、 ｘ＝Ｒ｛１−（１−ｙ２／Ｒ２）〓｝＋By4＋Cy6 と表現した時、第１面を非球面とする場合はＢ＜
０、第２面を非球面とする場合はＢ＞０とし、 ０．４５／ｆ３＜｜Ｂ｜＜０．７５／ｆ３ なる条件を設定する。この上限値を越えると正の
球面収差が過大となり、下限値を越えると負の球
面収差が過大となつて、投光レンズ、受光レンズ
のいずれにも適性にならない。 更に球面収差を補正するにはＢ≠０と同時にＣ
≠０とするのが有効であつて、第１面を非球面と
する場合はＣ＜０、第２面を非球面とする場合は
Ｃ＞０として、 １．２／ｆ５＜｜Ｃ｜＜２．６／ｆ５ なる条件を設定する。上限値を越えると、輪帯で
の正の球面収差が過大となり、逆に下限値を越え
ると輪帯での負の球面収差が過大となつて投光レ
ンズ、受光レンズのいずれにとつても不都合であ
る。 以下に数値例を記載するが、ここでは最大画角
を6.5度に取つているので、第１図中投光光源１
を発した光束を無限遠物体へ照射し、その反射光
が受光面の光軸位置に入射する時、至近距離を受
光レンズ６の主点より0.7ｍとすると最大画角が
6.5度となる基線長は約80mmとなつて充分な大き
さの基線長が採れる。 なお、次の表中でｒはレンズ頂点の曲率半径、
ｄはレンズ厚、Ｎは材質の屈折率とし、レンズ面
番号は被写体側から数えるものとする。
度を向上させるための測距光学系に関する。 例えばカメラの自動焦点調節あるいは半自動焦
点調節を実現するために種々の測距装置が提案さ
れているが、これら測距方法は大別して受動型と
能動型に類別される。この内、受動型の装置は構
造が簡単となる利点の反面、暗い視野内の物体の
場合に測距が困難となり、あるいは外乱光を物体
光と弁別し難い欠点があるため、能動型の提案も
多い。 しかしながら能動型の場合は受光系の他に投光
系を必要とするため、投光と受光のためのレンズ
構造を複雑にすると場所を取ると共に重くなるの
で手持ちのカメラに採用し難く、かと言つてレン
ズ構造を単純にするとレンズ性能は悪化して測距
能力が低下することになる。 そこで、能動型測距光学形のレンズに必められ
る条件について考えると次の通りである。 まず、最大測距可能距離の向上に関しては(1)投
光レンズを大口径とし、物体への照射光量を増大
する事、(2)受光レンズを大口径とし、受光光量を
増大する事があげられる。また測距精度の向上に
関しては(1)被写体上に照射された光束の輪郭を明
瞭にする事、(2)投光素子上に良好な物体像を結像
させる事があげられる。 投光レンズと受光レンズは測距光束の進行方向
が逆であるが、物体と素子の関係について言え
ば、等価なる光学系とみなせるから、受光光学系
について最適なレンズは投光光学系に対しても最
適なレンズと考えられる。 本発明の目的は測距能力を伸すために、能動型
測距装置の光学系、殊に光路中に配されレンズの
性能を向上させることにある。 以下図面に従つて実施例を説明する。第１図
で、１は投光光源で、投光される指標と照明光源
を兼ねている。投光光源１としては発光ダイオー
ドが好適であり、投光光としては可視光あるいは
赤外光が使用されるが、シネカメラの場合は投光
光に照射された部分が写らないように赤外光を使
用する。２は投光レンズで、被写体７へ投光光源
１を発した光束を集光する機能を持つ。３は光電
変換手段で、素子４と５が境界を接して配され
る。６は受光レンズで、受光レンズの光軸L′は素
子４と５の境界に一致する。 以上の要素の内、投光光源１は投光レンズ２の
合焦面１に沿つて移動するか、あるいはレンズと
光源に配した往復回転鏡や可変光学楔の作用で見
掛上移動するものとし、光源１を基線から移動量
ｅだけ移動した時の光軸をＬとする。光源１を発
した光束は投光レンズ２で屈折収斂されて被写体
７の表面に照射され、被写体７で散乱反射した光
束は受光レンズ６によつて光電変換手段３の受光
面に集光される。 光源１を移動すると、受光面に入射する反射像
の重心位置は移動し、素子４と５の出力電気信号
は第２図のように変化する。そしてI4＝I5となる
e0が存在し、このe0の値は被写体距離に従属する
から、測距信号として利用することができる。以
上の説明は差動型の受光系であるが、ピーク検出
型の受光系は第３図の通りで、反射像にほぼ等し
い寸法の受光素子７を、その中心が光軸L′と一致
するように配置している。この場合も、光源１の
移動量ｅに従属する素子７の出力は第４図のよう
な特性となり、ピーク値をとるepから測距する
ことが可能である。 これらの構成に於いて、投光レンズ２および受
光レンズ６を単レンズとし、またポリメタクリレ
ート樹脂等の合成樹脂で成形する。第５図は受光
レンズと鏡筒を例示している。 一方、レンズの形状を選定して球面収差を最小
としても、焦点距離ｆ＝１なるレンズの無限遠物
点に対する収差は第６図の通りで、受光レンズを
大口径化しても、受光素子面上の測距光束像の照
度は向上しない。また投光レンズとしても同様に
大口径化はフレアー成分の増大を招くだけで、有
効光量の増大は望めない。 そこで、これらの不都合を除くため、面頂点の
曲率よりも周辺の曲率の方が順次小さくなる非球
面の導入によつて最大測距可能距離の伸長を計つ
ている。 非球面を有する単レンズで、球面収差やコマ収
差はレンズ面R1とR2のベンデイングと非球面係
数の影響を受けるが、レンズの主点と瞳がほぼ同
位置である本件のごとき場合、非点収差と歪曲収
差にベンデイングと非球面係数ともさしたる影響
を与えない。 従来より知られているように、球面収差を減少
させるためのレンズ形状に関する式Ｓ＝ｆ・（１／Ｒ１ ＋１／Ｒ２）の絶対値が極めて大きな場合を除き、Ｓ がいかなる値でも前述のような非球面の導入によ
つて球面収差は補正しうる。従つて、式Ｓはコマ
収差の補正が良好になる値に選定すると良い結果
をもたらす。そのため、 １＜ｆ・（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）＜1.6 なる条件を設定する。その上限値を越えると内向
性コマ収差が増大し下限値を越えると外向性コマ
収差が過大となり、第１図に示した投光系に用い
た場合、光源の位置によつて被写体上の像にフレ
アーが生じて測距精度が低下する。他方、受光系
に用いた場合、受光素子上にフレアーが生じ、い
ずれも適性にならない。 球面収差の補正については、レンズの第１面あ
るいは第２面いずれに非球面を導入しても効果は
ほぼ同等である。非球面形状を第７図のように、
光軸方向にｘ軸、光軸と垂直な方向にｙ軸をと
り、非球面を導入する面の頂点曲率半径をＲとし
て、 ｘ＝Ｒ｛１−（１−ｙ２／Ｒ２）〓｝＋By4＋Cy6 と表現した時、第１面を非球面とする場合はＢ＜
０、第２面を非球面とする場合はＢ＞０とし、 ０．４５／ｆ３＜｜Ｂ｜＜０．７５／ｆ３ なる条件を設定する。この上限値を越えると正の
球面収差が過大となり、下限値を越えると負の球
面収差が過大となつて、投光レンズ、受光レンズ
のいずれにも適性にならない。 更に球面収差を補正するにはＢ≠０と同時にＣ
≠０とするのが有効であつて、第１面を非球面と
する場合はＣ＜０、第２面を非球面とする場合は
Ｃ＞０として、 １．２／ｆ５＜｜Ｃ｜＜２．６／ｆ５ なる条件を設定する。上限値を越えると、輪帯で
の正の球面収差が過大となり、逆に下限値を越え
ると輪帯での負の球面収差が過大となつて投光レ
ンズ、受光レンズのいずれにとつても不都合であ
る。 以下に数値例を記載するが、ここでは最大画角
を6.5度に取つているので、第１図中投光光源１
を発した光束を無限遠物体へ照射し、その反射光
が受光面の光軸位置に入射する時、至近距離を受
光レンズ６の主点より0.7ｍとすると最大画角が
6.5度となる基線長は約80mmとなつて充分な大き
さの基線長が採れる。 なお、次の表中でｒはレンズ頂点の曲率半径、
ｄはレンズ厚、Ｎは材質の屈折率とし、レンズ面
番号は被写体側から数えるものとする。
【表】
このレンズの第１面もしくは第２面に非球面を
導入し、ＢとＣを非球面定数とする。
導入し、ＢとＣを非球面定数とする。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
以上述べた本発明により実現したレンズの諸収
差状況は第８図乃至第１２図に示した通りであつ
て第６図の収差に比べて格段の改善がなされてい
ることから、測距能力の向上が計れるものであ
る。
差状況は第８図乃至第１２図に示した通りであつ
て第６図の収差に比べて格段の改善がなされてい
ることから、測距能力の向上が計れるものであ
る。
第１図は差動式測距装置の概略図で、第２図は
光電変換手段の出力図。第３図はピーク検知式測
距装置受光系の概略図で、第４図は光電変換手段
の出力図。第５図は受光レンズと鏡筒の断面図。
第６図は単レンズの収差を通常手法で補正した時
の諸収差図。第７図は非球面形状を示す図。第８
図、第９図、第１０図、第１１図、第１２図は順
に、例１−１、例１−２、例１−３、例２−１、
例２−２に示したレンズの諸収差図である。 図中、１は投光光源、２は投光レンズ、３は光
電変換手段、６は受光レンズである。
光電変換手段の出力図。第３図はピーク検知式測
距装置受光系の概略図で、第４図は光電変換手段
の出力図。第５図は受光レンズと鏡筒の断面図。
第６図は単レンズの収差を通常手法で補正した時
の諸収差図。第７図は非球面形状を示す図。第８
図、第９図、第１０図、第１１図、第１２図は順
に、例１−１、例１−２、例１−３、例２−１、
例２−２に示したレンズの諸収差図である。 図中、１は投光光源、２は投光レンズ、３は光
電変換手段、６は受光レンズである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 発光光源及び投光レンズを備えた投光系と、
受光レンズ及び光電変換手段を備えた受光系を所
定レンズの基線距離隔てて配置し、投光系によつ
て照射された物体からの反射光を光電変換手段で
受光し、該手段の出力変化を検出して測距を行う
測距装置に用いる投光・受光レンズにおいて、投
光レンズと受光レンズは各々１枚のレンズで、
又、各々のレンズの焦点距離をｆとし、物体側第
１面の曲率半径をR1、第２面の曲率半径をR2と
すると、 １＜ｆ・（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）＜1.6 を満足し、且つ各々のレンズの内１面は頂点の曲
率よりも周辺の曲率の方が順次小さくなる非球面
であることを特徴とする投光・受光レンズ。 ２ 前記非球面の形状は光軸方向にＸ軸、これと
垂直な方向にＹ軸、非球面を導入した面の頂点曲
率半径をＲとして Ｘ＝Ｒ｛１−（１−ｙ２／Ｒ２）〓｝＋By4＋Cy5 と表現した時 ０．４５／ｆ３＜｜Ｂ｜＜０．７５／ｆ３ １．２／ｆ５＜｜Ｃ｜＜２．６／ｆ５ なる関係を満足することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の投光・受光レンズ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15337078A JPS5588001A (en) | 1978-12-11 | 1978-12-11 | Distance measuring optical system |
| US06/101,648 US4330202A (en) | 1978-12-11 | 1979-12-10 | Range detecting device |
| US06/323,359 US4483613A (en) | 1978-12-11 | 1981-11-20 | Range detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15337078A JPS5588001A (en) | 1978-12-11 | 1978-12-11 | Distance measuring optical system |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1268580A Division JPS55101915A (en) | 1980-02-05 | 1980-02-05 | Range finder type focus detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5588001A JPS5588001A (en) | 1980-07-03 |
| JPS6120841B2 true JPS6120841B2 (ja) | 1986-05-24 |
Family
ID=15560961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP15337078A Granted JPS5588001A (en) | 1978-12-11 | 1978-12-11 | Distance measuring optical system |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| US (2) | US4330202A (ja) |
| JP (1) | JPS5588001A (ja) |
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Family Cites Families (6)
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- 1978-12-11 JP JP15337078A patent/JPS5588001A/ja active Granted
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1981
- 1981-11-20 US US06/323,359 patent/US4483613A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (7)
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Also Published As
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| JPS5588001A (en) | 1980-07-03 |
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