JPH0361811A

JPH0361811A - 測距装置

Info

Publication number: JPH0361811A
Application number: JP1198271A
Authority: JP
Inventors: Koji Oizumi; 大泉　浩二; Takashi Matsushita; 松下　敬
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1991-03-18
Also published as: US5125735A

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〕本発明は、物体側に複数の方向に測距用光束を投光し、
各々の方向にある物体から反射されてくる測距用光束を
受光レンズで受けて測距する測距装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、画面内の複数箇所を測距可能な測距装置として、
本出願人は特開昭６０−２３３６１０号に於いて撮影画
面の種々の位置に向けてスポット光を投射し、その反射
光から複数の被写体距離を検出する測距装置を提案して
いる。その実施例は第７図に示すような構成をしており
、図において投光レンズ２や受光レンズ５は第８図に示
す作成方法によりつくられている。すなわち、同一性能
の３枚のレンズ５ａ、　５ｂ、　５ｃからそれぞれレン
ズの一部を切り出してつなぎ合わせ、３つの光軸を有す
る合成レンズ５としたものである。

〔発明が解決しようεしている課題〕

本発明では上記従来例に対し、結像性能まで考慮し、高
精度な測距が可能な測距装置のより具体的な光学系の構
成を含めて示すものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、物体側に対して複数の方向に測距用光
束を投光し、特定の方向にある物体から反射されてくる
測距用光束を複数の光軸を有する受光レンズされてくる
測距用光束を複数の光軸を有する受光レンズでの測距用
光束の結像位置により各々の方向にある物体までの距離
を測定する測距装置において、受光センサー側から見て
複数の測距方向のうち、中心の測距方向もしくは主とす
る測距方向をＡ方向、入方向の隣りの測距方向をＢ方向
（後述の実施例ではＡ方向に関してＢ方向と対称なＣ方
向がある）とし、Ａ方向、Ｂ方向からの測距用光束を受
光する受光レンズの各々の部分を所定の形状とする。

実施例に於けるそれら条件を列挙する。受光レンズＡ部
、受光レンズＢ部とし、受光レンズＡ部、受光レンズＢ
部の焦点距離を各々’Ａ＋　ｆＢとし、受光レンズＡ部
と受光レンズＢ部の物体側面の光軸間隔をｄとし、Ａ方
向とＢ方向の受光センサー側から見た角度をθとしたと
き、以下の条件を満足するものである。

受光レンズＡ部のレンズ厚をＤとするとき、以下の条件
式を満足する。

Ｏ，４＜　−＜　１．５Ａまた受光レンズＡ部の屈折力をφい、受光レンズＡ部の
センサー側面のみの屈折力をψ８とするとき、以下の条
件式を満足する。

〔実施例〕

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示し、第１図
は測距装置全体の光学系のレイアウトの概略図であり、
ｌは第２図に詳細を示す測距用発光素子であるところの
近赤外発光素子、２は投光レンズ、３ａ〜３ｃは測距用
投光光束の中心光線、４は物体面、４ａ〜４ｃは４の物
体面上での投光スポット像、５は第３図に示す受光レン
ズ、６は受光センサーであるところの例えばＰＳＤの様
な半導体装置検出器りがいわゆる基線長である。発行素
子１は第２図の断面図に示すように１ａ〜ＩＣの横一列
に配列された３つの発光部があり、本例では時系列に沿
って順次点燈されるものであるが、同時発光でも良い。

そして各々の部分から発せられる測距用光束は投光レン
ズ２を通して３ａ〜３Ｃの、同一物体面上で横一列とな
る３つの方向に投光される。３ａ〜３Ｃのそれぞれの方
向に物体４ａ〜４ｃがあると、物体から反射されてくる
夫々の測距用光束は受光レンズ５で集光され、受光セン
サー６上に反射スポット像を形成する。

受光レンズ５は第３図の断面図（Ａ）、正面図（Ｂ）に
示すように、５ａ、　５ｂ、　５ｃの球面から成る３つ
の入射部を有しており、各々の入射部の光軸がａ。

ｂ、　ｃである。受光レンズ５は投光レンズを基準とし
て光線３ａ〜３Ｃの広がる方向に対して垂直になるよう
に投光レンズ２に対して図中上下方向に配置し、入射部
５ａ、　　５ｂ、　５ｃの並び方向は、３ａ〜３Ｃの広
がる方向と平行であり、受光レンズと投光レンズを結ぶ
方向（いわゆる基線長方向）とは垂直になるように配置
する。これにより、例えば左側の物体４ｂからの反射光
束は受光レンズの左側の入射部５ｂを通って受光センサ
ーＧ上に結像される。右側の物体４Ｃからの反射光束は
受光レンズの右側の入射部５ｃを通って受光センサー６
上に結像される。

真中の物体４ａからの反射光束は受光レンズの真中の入
射部５ａを通って受光センサー６上に結像される。

ここで物体４ａ〜４ｃが同じ物体距離平面上にあるとき
各々の物体から反射きれてくる光束を受光センサー６上
において略同−位置に結像させるために受光レンズ５の
５ａ〜５ｃの各々の入射部を共軸とぜず、投光光束３ａ
〜３ｃの投光方向に応じて各々の入射部の光軸を平行に
ずらしている。

各々の入射部の光軸間隔について第４図を用いて説明す
る。受光センサー６に対して物体側にｆだけ離れたとこ
ろに受光部５ａ、　５ｂ、　５ｃを有する受光レンズを
配置する。中心の入射部５ａの光軸ａと受光センサー６
の交点を６ｐとし、６ｐとそれぞれの入射部を結んだ先
の受光センサー６と平行な物体面４上との交点を４ａ、
　４ｂ、　４ｃｈし、また４ｂ　−６ｐ　−４ａの成す
角度および４ａ・６ｐ・４ｃの成す角度をθとし、受光
部５ａと５ｂおよび５ａと５ｃの間隔がｄである系を考
える。

図より明らかなように、ｆとθとｄの間には次式で表わ
される関係が成り立っている。

ｔａｎθ＝−・・・・・・・・・・・・　　　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・　　　　（１）上式の
関係が成り立っていれば、受光センサー側から見て互い
に角度θだけ離れた４ａ、　４ｈ、　４ｃの各物体から
のＡＦ反射光は受光レンズの各々の受光部５ａ、　５ｂ
、　５ｃを通って受光センサー６上で同じ位置に達する
ことが分かる。また、受光センサー６側には４ａと５ａ
、　４ｂと５ｂ、　４ｃと５Ｃを結ぶ測距用光線以外に
４ａ　ｅ　５ｂ、　４ａ　＊　５ｅ、　４ｂ　＠５ａ、
　４ｂ　ｅ５ｃ、　４ｃ・５ａ、　４ｅ・５ｂを結ぶ測
距用光線に用いない光線も受光レンズを通過してくるの
で、その中で測距用光線のみを受光センサーに分離して
導く為に、ｆやθ又はｄに応じて受光センサーの幅を適
宜選択してやれば良い。

本発明の第１実施例の受光レンズ（第３図）では受光レ
ンズ５の受光センサー側の面を一つの球面５ｄとし、又
、入射部５ａ、　５ｂ、　５ｃをなるべく連続した形状
となるようにしたので５ｂ、５ｃの光軸す。

Ｃは入射部５ａに入り込んだ形態となっている。また、
入射部５ａをＦ　Ｎｏ、　　１　、０前後の大口径とし
ているので良好なる結像性能を得る為に、そこに非球面
を採用している。またｆやθ、ｄの関係においても物体
距離が変化したεきの収差変動や入射部をなるべく分離
した形状にしないようにする為（１）式の関係は若干く
ずしているが、以下の条件式を満足することが望ましい
。

ｆにこでｆＡは受光レンズの中心部の入射部５ａから受光セ
ンサー側の面までの近軸焦点距離で、ｆＢは受光レンズ
の中心部の入射部５ａに隣接した入射部５ｂもしくは５
Ｃから受光センサー側の面までの近軸焦点距離である。

（２）式のｆＡおよびｆＢは、物体距離が変化したとき
に物体からの測距用光線が受光センサー６上で移動する
移動量を左右する三角測距方式の基本的な値であるが、
これらの値が小さくなると受光センサー６上での移動量
が小さくなり高精度が要求４Ｃの物体に対して同じ精度
で測距が可能となるので望ましいが、式（２）の範囲で
あればほぼ精度的に問題ないレベルとなる。

式（３）については前述のように　　　　　＝ｌがｆＢ
−ｔａｎθ 物体４ａ、　４ｂ、　４ｃからのＡＦ反射光を受光セン
サー６上で同じ位置に導く条件となるが、この偵が０６
８〜１．５の範囲であれば受光レンズで異なる位置に結
像してもそれ楔受光センザーを大きくしな（ても各々の
像を受光するこεが可能である。

一方、受光レンズのセンサー側の面を１つの連続した面
とした事は、受光レンズを合成樹脂を使った射出成型で
製造したときに、製造精度の向上の点で極めて有利であ
る。

入射側の面をなるべく連続した形状に形成する点を別の
観点からみれば、以下の条件式を満足することが望まし
い。

上式においてＤは、受光レンズ入射部（５ｂ）の頂点と
受光レンズセンサー側の面の頂点間隔である。

（４）式の下限を超えて頂点間隔が小さくなった場合の
受光レンズを誇張して描くと第５図のようになり、入射
部５ａ、　５ｂ、　５ｃが互いに分離した形状となり、
入射部５ｂ、　５ｅの入射部５ａに近い側の部分が受光
の為に有効に使えず、入射部５Ｊ　　５ｃを通ってくる
光量が少なくなって不利である。下限値はその為の限度
を与えるものである。また上限値を超えると受光レンズ
が厚くなりすぎて測距装置上して大型になり好ましくな
く、特に普通のカメラの場合は顕著に反映される。さら
に望ましくは下限値を０．６、上限値を１．０にすると
検出精度や小型化に有効である。また受光レンズ５の結
像性能を良好にする為には入射部５ａ、　５ｂ、　５ｃ
及びセンサー側５ｄの各々の面は非球面とするここが望
ましい。

他方、以下の条件を満足することが更なる良好な結像性
能を得る為に望ましい。

ここでψえは受光レンズＡ部（入射面５ａと後面５ｄに
挟まれた部分）の屈折力であり、ψ８は受光レンズＡ部
の受光センサー側面５ｄのみの屈折力である。

下限を超えてφ７がマイナス側に屈折力が強くなると、
受光レンズが所定の焦点距離を得る為に物体側の面のＲ
がきつくなり結像性能が悪化する。

上限を超えてψ７かきつくなると受光レンズＡ部と受光
レンズＢ部（Ａ部の隣の部分）の受光センサー側の面を
一つの球面もしくは非球面とした場合に受光レンズＢ部
を通る光束の偏心収差が大きく発生し結像性能が悪化す
るので好ましくない。さらに望ましくは下限をＯ（平面
）、上限を０．０８にすると一層良い。

受光レンズ数値実施例１ θ＝６．００受光レンズＡ部　　　受光レンズ３部物　基準曲率半径Ｒ，＝（Ｘ）　　　　　　　　Ｒ，＝
ω体側　非球面係数Ａ　＝　９．３５６Ｘ１０”−’　　　
Ａ　＝　９．３４３非　　　　　　　　　Ｂ　＝　−２
，９７３Ｘ１０−’　　　Ｂ　＝　３．４１６Ｘ１０司
球　　　　　　　　　Ｃ＝　８．２６７　　　　　　　
Ｃ＝　１．７９４Ｘ１０−’面　　　　　　　　　　Ｄ
　＝　−２，８０１Ｘ１０　　　　Ｄ　＝　２．０６５
Ｘ１０司Ｅ　＝　−６，６６Ｅ　＝−３，５２３Ｘ１０
−’Ｆ　＝　１．６２５Ｘ１０”　　　　Ｆ　＝　６．
７４２Ｘ１０−’Ｇ　＝　２．５０３ｘｌＯＧ　＝　−
２，７３９Ｈ＝　−５，２１９Ｘ１０”　　　Ｈ＝　２
．５９５像側球面曲率半径　　Ｒ２＝　−１２，６６４
λ＝８８０ｎｍに対する屈折率　ｎ　＝　１．５２３３
肉　　　厚　　　　　Ｄ　＝　０．７７３　　　　　　
　Ｄ　＝　０．７２２光軸間隔　　　　　　　　ｄ　＝
　０．１０７但し、受光レンズＢ部の肉厚りは、物体側
面をその面の光軸まで延長したと仮定した時の光軸との
交点ε後面の頂点とを夫々通る平行線の間隔である。

受光レンズ数値実施例２ θ　＝６，０゜受光ＩノンズＡ部受光レンズ８部物　基準曲率半径Ｒ，＝■　　　　　　　Ｒ１＝ｃｘ＞
体側　非球面係数Ａ　＝　９．３５６Ｘ１０−’　　　Ａ
　＝　９．３４３非　　　　　　　　　Ｂ　＝　−２，
９７３Ｘ１０−’　　　Ｂ　＝　３．４１６Ｘ１０−’
球　　　　　　　　　Ｃ＝　８，２６７　　　　　　　
Ｃ＝　１．７９４Ｘ１０＝面　　　　　　　　　Ｄ　＝
　−２，８０１Ｘ１０　　’　　Ｄ　＝　２゜０６５Ｘ
１０−’Ｅ　＝　−６，６６Ｅ　＝　−３，５２３Ｘ１
０−’Ｆ　＝　１，６２５ｘｌＯ”　　　　Ｆ　＝　６
．７４２Ｘ１０−’Ｇ　＝　２．５０３Ｘ１０　　　　
　Ｇ　＝　−２，７３９Ｈ＝　−５，２１９Ｘ１０”　
　　Ｈ＝　２．５９５像側球面曲率半径　　Ｒ２＝　−
１２，６６４λ＝８８０ｎｍに対する屈折率　ｎ　＝　
１．５２３３肉　　　厚　　　　　Ｄ　＝　０．７７３
　　　　　　　Ｄ　＝　０．７２２光軸間隔　　　　　
　　　ｄ　＝、０．１０７受光レンズ数値実施例３ θ　＝６．０゜受光レンズＡ部　　　受光レンズ８部物　基準曲率半径Ｒ，＝■　　　　　　　Ｒ，−ω体側　非球面係数Ａ＝９゜３５６Ｘ１０司　　Ａ　＝　９
．３４３非　　　　　　　　　Ｂ　＝　−２，９７３Ｘ
１０づ　　Ｂ　＝　３．４１６Ｘ１０司球　　　　　　
　　　Ｃ＝　８．２６７　　　　　　　Ｃ＝　１．７９
４Ｘ１０−’面　　　　　　　　　　Ｄ　＝　−２，８
０１ｘｌＯＤ　＝　２．０６５ｘｌ（ｌｒ’Ｅ　＝　−
６，６６Ｅ　＝　−３，５２３Ｘ１０””Ｆ　＝　１．
６２５Ｘ１０２Ｆ　＝　６．７４２Ｘ１０−’Ｇ　＝　
２．５０３Ｘ１０　　　　　Ｇ　＝　−２，７３９Ｈ＝
　−５，２１９Ｘ１０”　　　Ｈ＝　２．５９５像側球
面曲率半径　　Ｒ２＝　−１２，６６４λ＝＝８８０ｎ
ｍに対する屈折率　ｎ　＝　１．５２３３肉　　　厚　
　　　　Ｄ　＝　０．７７３　　　　　　　　Ｄ　＝　
０．７２２光軸間隔　　　　　　　　ｄ　＝　０．１０
７非球面形状は、光軸方向にＸ軸、光軸と垂直な方向に
Ｙ軸、物体側から像側方向を正とし、レンズの頂点とＸ
軸の交点を原点に採りなる式で表わされるものである。

〔他の実施例〕

第１実施例では、受光レンズの受光センサー側を１つの
球面としたが、もちろん非球面にしても良い。

また入射部５ａ、５ｂ、５ｅのように多光軸の面とする
こともあり得る。また第１実施例では入射部は３つであ
るが、２つでも良いし、４つ以上の多数であっても良い
。

また第１実施例において受光レンズの入射部５ａ。

５ｂ、　５ｃの各光軸は１つの平面内に存在していたが
、これらの光軸を１つの平面内に存在しない形にして受
光レンズを構成することにより受光センサーの大きさを
小さくし、外光と測距用光束のＳＮ比を向上させること
も可能である。このことは第６図で説明する。

第６図（Ａ）は受光レンズの各入射部５ａ、　５ｂ。

５ｃの光軸が同一平面にある場合、それぞれの測距方向
に物体があるときで、物体距離が変化したときの受光セ
ンサー６上での測距用光束の結像位置を表わしている。

スポット反射像６ａｌ、　６ｂｌ、　６ｃ　Ｈは遠距離
物体に対する、６ａ　２　、６ｂ　２　、６ｅ　２は中
距離物体に対する、６ａ　３　、６ｂ　３．６ｃ　３は
近距離物体に対するもので、各方向の物体からの反射光
束が受光センサー６上に形成する。点線は他の中間物体
距離のときのスポット像の移動軌跡である。このように
一般に、遠距離物体もしくは中距離物体に対し特に良好
な結像状態とし、そして各方向からのスポット像を同じ
位置に結像させようとすると、近距離物体の各方向から
のスポット像が離れてしまい、その結果受光センサーの
幅Ｓを大きくする必要がある。これを解決する方法とし
て受光レンズの周辺入射部５ｂ、　　５ｅを中心入射面
に対してやや投光レンズ側にずらすのが良い。即ち入射
部５ｂ、　５ｃの光軸す、　ｅは入射部５ａの光軸ａよ
り投光レンズ寄りとなる。これによると受光レンズでの
スポット像は第６図（Ｂ）のようになり、受光センサー
の幅Ｓが小さく出来る。受光センサーの幅を小さくして
も測距用光束の受光光量は変わらず、受光センサーに達
する外光のみを減じることが出来るので、外光と測距用
光束のＳＮ比が向上し測距精度を高く出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来より考えられていた画面内の複数
の箇所の測距を行う測距装置において良好なる結像性能
を有し、高精度な測距が可能な具体的な光学系の槽底を
含む測距装置が示された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した測距系の全体構成図、第２図
は本発明に用いられるＡＦ投光素子の一例の断面図、第３図は本発明の受光レンズ第１実施例の断面図と正面
図、第４図は本発明の詳細な説明する図、第５図は受光レンズの他の実施例、第６図は受光レンズの入射部の軸ずらしの効果を説明す
る図、第７図、第８図は従来の多点測距装置であるニｌは発光
素子、２は投光レンズ、３８〜３ｃは投光方向、４は物
体面、５は受光レンズ、６は受光センサー第図第２図声艷イ垢図ＣＢ）秘ワ図築図５〜

Claims

【特許請求の範囲】（１）物体側に対して複数の方向に測距用光束を投光し
、特定の方向にある物体から反射されてくる測距用光束
を複数の光軸を有する受光レンズで受光し、受光レンズ
の像側に配置されている受光センサー上での測距用光束
の結像位置により各々の方向にある物体までの距離を測
定する測距装置において、受光センサー側から見て複数
の測距方向のうち中心の測距方向もしくは主とする測距
方向をＡ方向、Ａ方向の隣りの測距方向をＢ方向とし、
Ａ方向、Ｂ方向からの測距用光束を受光する受光レンズ
の各々の部分を受光レンズＡ部、受光レンズＢ部とし、
受光レンズＡ部、受光レンズＢ部の焦点距離を各々ｆ＿
Ａ、ｆ＿Ｂとし、受光レンズＡ部と受光レンズＢ部の物
体側面の光軸間隔をｄとし、Ａ方向とＢ方向の受光セン
サー側から見た角度をθとしたとき、０．８＜ｆ＿Ｂ／
ｆ＿Ａ＜１．２、ｆ＿Ａ＞０、ｆ＿Ｂ＞００．８＜ｄ／
（ｆ＿Ｂ・ｔａｎθ）＜１．５を満足する測距装置。（２）物体側に対して複数の方向に測距用光束を投光し
、特定の方向にある物体から反射されてくる測距用光束
を複数の光軸を有する受光レンズで受光し、受光レンズ
の像側に配置されている受光センサー上での測距用光束
の結像位置により各々の方向にある物体までの距離を測
定する測距装置において、受光センサー側から見て複数
の測距方向のうち中心の測距方向もしくは主とする測距
方向に関する部分受光レンズの物体側と像側の頂点間隔
をＤ、その焦点距離をｆ＿Ａとするとき、０．４＜Ｄ／ｆ＿Ａ＜１．５を満足し、この部分受光レンズに隣接する部分受光レン
ズの光軸は先の部分受光レンズ内に入り込んでいる測距
装置。（３）前記受光レンズのセンサー側の面は連続した面で
ある特許請求の範囲第２項記載の測距装置。