(57)【要約】【課題】光学式測距装置において効率的で正確な光軸位置調整を実現する。【解決手段】光学式測距装置は、光軸方向にある対象物に対して光束を投光する投光部と、該対象物から戻って来る光束を受光する受光部とを備え、該対象物の光軸方向距離を測定する。前記投光部は、光軸方向に光束を集束するレンズ２１と、レンズ２１を保持する保持枠２２と、該光束を放射する発光素子２３を搭載し且つ該レンズ２１に対向して該保持枠２２に取り付けられる基板２６とからなり、互いに対向するレンズ２１と発光素子２３との間にテーパ状の透明板からなる調整部材２０を移動可能に挿入し、レンズ２１に対する発光素子２３の光軸方向位置Ｄを光学的に調整した後固定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向にある対象物に対して光束を投光する投光部と、該対象物から戻って来る光束を受光する受光部とを備え、該対象物の光軸方向距離を測定する光学式測距装置であって、
前記投光部は、光軸方向に光束を集束するレンズと、該レンズを保持する保持枠と、該光束を放射する発光素子を搭載し且つ該レンズに対向して該保持枠に取り付けられる基板とからなり、
互いに対向する該レンズと該発光素子との間にテーパ状の透明板からなる調整部材を移動可能に挿入し、該レンズに対する該発光素子の光軸方向位置を光学的に調整した後固定することを特徴とする光学式測距装置。
【請求項２】
前記調整部材は光軸方向を横切る方向に移動可能に挿入されており、該受光部が受光する光束のスポット径に応じて該調整部材の位置決め固定を行うことを特徴とする請求項１記載の光学式測距装置。
【請求項３】
前記調整部材は、該投光部と該受光部とを結ぶ基線と垂直な方向に移動可能に挿入されていることを特徴とする請求項１記載の光学式測距装置。
【請求項４】
前記調整部材と対向する様に、同じくテーパ状の透明板からなる固定部材が該保持枠に取り付けられており、該調整部材と該固定部材は互いに重なる部分が透明平行平板になることを特徴とする請求項１記載の光学式測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学式測距装置に関する。より詳しくは、カメラなどに組み込まれ、自動焦点合わせなどに使われる小型の光学式測距装置の実装構造に関する。更に詳しくは、投光用のレンズに対する発光素子の光軸方向位置を調整する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光学式測距装置は、光軸方向にある対象物に対して光束を投光する投光部と、対象物から戻って来る光束を受光する受光部とを備え、対象物の光軸方向距離を測定するものである。係る光学式測距装置はカメラなどに組み込まれて自動焦点合わせなどに多用されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３２７２２号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７９４６号公報
【特許文献３】特開平１１−３０４４７２号公報
【特許文献４】特開２０００−３３８３９１号公報
【先行文献１】特願２００２−２６５５９９
【０００４】
図５に示す様に、従来の光学式測距装置１は光軸方向にある対象物（図示省略）に向かって光束ＬＢを投光する投光部２と、対象物から戻って来る光束ＬＢを受光する受光部３とを用いて、対象物の光軸方向距離を三角測量の原理に基づいて測定するものである。投光部２は、光軸方向に光束ＬＢを集光するレンズ２１と、このレンズ２１を保持する保持枠２２と、この保持枠２２に取り付けられ、レンズ２１に向かって光束ＬＢを発する発光素子２３とから構成されている。発光素子２３は例えば赤外ＬＥＤチップからなり、金属のフレーム２４に取り付けられている。赤外ＬＥＤチップはフレーム２４に搭載されたままモールド２５でパッケージされている。フレーム２４は基板２６に半田付けされている。この様にして、発光素子２３は基板２６を介し保持枠２２に取り付けられる。一方受光部３は対象物から戻って来た光束ＬＢを集束するレンズ３１と、このレンズ３１を保持する為の保持枠３２と、保持枠３２に取り付けられたＰＳＤなどの受光素子３３とからなる。尚、受光素子３３は基板３６に搭載された状態で、対応する保持枠３２に取り付けられる。
【０００５】
対象物の光軸方向位置に応じて、投光部２から発した光束ＬＢと対象物から反射して受光部３に向かう光束ＬＢとの成す角θが変化する。このθの位置に応じ受光素子３３の受光位置が変化する。受光素子３３はこの受光位置を電気的に検出して、対応する検出信号をカメラの制御側に送る。カメラの制御部は検出信号を解析して対象物の光軸方向位置を測定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
正確な測定結果を得る為には、光軸に対して発光素子を精密に位置決め調整する必要がある。まず、レンズと発光素子との間の光軸間距離を調整する必要があり、以下本明細書では光軸距離調整と呼ぶ場合がある。光軸距離調整は対象物に投光する光束のスポット像のボケを抑制することを主目的としており、その意味でボケ調整と呼ぶ場合がある。光軸距離調整に加え、光軸に対して発光素子の傾きを調整する必要があり、本明細書ではパララックス調整と呼ぶ。パララックス調整はレンズの光軸と直交する方向に発光素子を移動して行う。前述した様に、発光素子は基板に取り付けられている。従って、光軸距離調整やパララックス調整では、基板を保持枠に対して正確に位置決めする必要がある。しかしながら、光学式測距装置が小型化すると、基板や保持枠も微小になる為、正確な位置決めあるいは位置出しが困難になっている。
【０００７】
一般に、投光部は投光のスポット像（投光像）を被写体面に集光させる為、測距レンジの中間域に投光像が結像する様に光学系が設定されている。この場合、レンズと発光素子の光軸間距離が光学的に定まる。このレンズと発光素子との間の光軸距離（正確にはレンズと発光素子の発光面との間の光軸間距離）は、僅かな誤差でも結像点が大きく変動する。結像点のずれは被写体面上の投光像にボケを生じ、見かけ上像が拡大される。この為、距離によっては像欠けなどの現象が生じる。又、受光部側のＰＳＤでも受光像が拡大する為、測距誤差が生じ易くなる。これらが解決すべき課題となっている。
【０００８】
発光素子のモールドパッケージは外形誤差やチップ位置誤差を有しており、このばらつき幅による投光像のボケは許容限界を超えるものであり、調整が必要である。これとは別に、発光素子は投光パララックス調整を必要としている。しかしながら、パララックス調整に影響を及ぼすことなく、これとは独立して光軸距離調整を行う適切な手段が求められており、解決すべき課題となっている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は効率的で正確な光軸位置調整を実現することを目的とする。加えて、パララックス調整に影響を与えることなくこれとは独立して光軸距離調整を可能にする簡便な手段を実現することを目的とする。係る目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち、光軸方向にある対象物に対して光束を投光する投光部と、該対象物から戻って来る光束を受光する受光部とを備え、該対象物の光軸方向距離を測定する光学式測距装置であって、前記投光部は、光軸方向に光束を集束するレンズと、該レンズを保持する保持枠と、該光束を放射する発光素子を搭載し且つ該レンズに対向して該保持枠に取り付けられる基板とからなり、互いに対向する該レンズと該発光素子との間にテーパ状の透明板からなる調整部材を移動可能に挿入し、該レンズに対する該発光素子の光軸方向位置を光学的に調整した後固定することを特徴とする。好ましくは、前記調整部材は光軸方向を横切る方向に移動可能に挿入されており、該受光部が受光する光束のスポット径に応じて該調整部材の位置決め固定を行う。また前記調整部材は、該投光部と該受光部とを結ぶ基線と垂直な方向に移動可能に挿入されている。場合により、前記調整部材と対向する様に、同じくテーパ状の透明板からなる固定部材が該保持枠に取り付けられており、該調整部材と該固定部材は互いに重なる部分が透明平行平板になる。
【００１０】
本発明によれば、投光レンズと発光素子との間にガラス又はアクリル樹脂など透明板からなる調整部材を挿入可能としている。挿入された透明板の屈折率により、光路長差が生ずる。この光路長差を調整値として、投光像のボケ量調整機構を実現している。特に本発明では、調整部材を構成する透明板がテーパ状となっており、保持枠に対して移動可能に挿入した後、レンズに対する発光素子の光軸方向位置を光学的に調整した後で固定する構造となっている。透明板はテーパ状である為、厚みが連続的に変化している。従ってテーパ状透明板の位置により、光路長も連続的に変化する。これを利用して精密且つ最適に投光像のボケ量調整を行うことが可能である。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、テーパ状の透明板からなる調整部材と対向する様に、同じくテーパ状の透明板からなる固定部材が保持枠に取り付けられており、調整部材と固定部材は互いに重なる部分が透明平行平板になっている。固定部材に対して調整部材を相対的に移動することで、透明平行平板の厚みが連続的に変化する。これにより、投光像のボケ量を精密且つ最適に調整できる。加えて、この透明平行平板を光軸に対して垂直方向に移動可能に挿入することで、パララックスには影響を与えることなく独立して光軸調整を行うことが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は投光部の光学構成を示す模式図である。投光像はレンズと発光素子との間の光軸距離で結像位置Ｌが決まる。その関係はＬ＝ｆ２／Δｌで表わされる。ここで、ｆはレンズの焦点距離を表わし、Δｌはレンズの後方焦点位置から測った発光素子の発光面までの長さである。又、結像面に現われた投光像のスポットサイズφＢは、φＢ＝φＡ（１＋Ｌ／ｆ）で表わされる。ここでφＡは発光面のサイズを表わしている。尚、発光素子パッケージにドームレンズ付のものを用いた場合、ｆ値は投光用のレンズとドームレンズの合成となり、ほぼドームレンズの倍率分ｆ値が短かくなる。上式においてΔｌの値が小さく、発光素子の位置の微小なずれが結像面上における大きな差となって現われる。この関係は、ドームレンズ付の発光素子パッケージを用いた場合には倍加されるものである。例えば、Ｌ＝３ｍでｆ＝１０ｍｍとした場合、Δｌは設計値で０．０３０ｍｍである。これに対し、ドームレンズ付の発光素子パッケージを用いた場合、ドームレンズの倍率を２．５とすると、Δｌは約０．０１３ｍｍとなり、高精度で光軸方向位置を合わせる必要がある。
【００１３】
図２は、本発明に係る光学式測距装置の要部となる投光部を示す模式図である。（Ａ）は投光部の断面構造を表わし、（Ｂ）は斜視組立構造を表わしている。尚、本光学式測距装置の全体構成は、図５に示した通りである。図示する様に、投光部は基本的にレンズ２１と保持枠２２と基板２６とで構成されている。レンズ２１は光束を投光する。保持枠２２は鏡胴枠とも呼ばれ、その前面部に前述した投光用のレンズ２１を保持している。この保持枠２２は例えばモールド樹脂の成形品からなる。基板２６は光束を放射する発光素子２３を搭載している。本実施形態では、発光素子２３はフレーム２４に組み込まれた状態で全体的にモールド２５で固められたパッケージ構成となっている。尚、モールド２５にはドーム状のレンズも形成されており、投光用のレンズ２１と合わせて発光素子２３から放射される光束を対象物に向けて集束している。このパッケージが基板２６に半田付けなどで取り付けられている。基板２６はレンズ２１と対向して保持枠２２の後面側にネジ５１，５２で取り付けられている。
【００１４】
（Ａ）に示す様に、本発明の特徴事項として、互いに対向するレンズ２１と発光素子２３との間にテーパ状の透明板からなる調整部材２０を移動可能に挿入し、レンズ２１に対する発光素子２３の光軸方向位置Ｄを光学的に調整する。尚、図ではレンズ２１の後面とドームレンズの前面との間の間隔を、光軸方向位置Ｄで表わしている。具体的には、保持枠２２は光軸を横切る方向に溝２９が形成されており、調整部材２０は溝２９を介して光軸を横切る方向に移動可能に挿入されている。
【００１５】
（Ａ）に示す様に、調整部材２０はテーパ状となっており、厚みが連続的に変化している。調整部材２０を溝２９に沿って移動することにより、光軸が通過する部分の調整部材２０の厚みが連続的に変化する。これにより、光軸距離Ｄの値が連続的に変化する。Ｄ値の変化ΔＤは、調整部材２０として屈折率が例えば１．４７のアクリル板を用い且つ光軸が通過する部分の厚みをｔとすると、ΔＤ＝ｔ（１−１／１．４７）で表わされる。この式から明らかな様に、調整部材２０を介在させることで、光路長がｔをパラメータとしてその１／３程度長くなることになる。
【００１６】
本実施形態では（Ａ）に示す様に、調整部材２０を境にして光軸が折れ曲がっている。すなわち、レンズ２１の光軸は調整部材２０の出射面と直交している。一方、発光素子２３を覆うモールド２５のドームレンズの光軸は調整部材２０の入射面と直交している。調整部材２０はテーパ形状（楔形状）を有しているので、その出射面と入射面は互いに傾いている。これに応じて光軸も調整部材２０を境にして折れ曲がっている。この様に光軸を工夫することで、テーパ状の透明板を介在させたことによって生ずる光学的な歪を極力除く様にしている。しかしながら、完全に歪を除去することは困難であり、場合によっては投光のスポット像が真円からずれて歪むこともある。
【００１７】
（Ｂ）に示す様に、保持枠２２の前面側にレンズ２１が取り付けられる一方、後面側に発光素子を搭載した基板２６が取り付けられる。両者の間に介在する様に、調整部材２０が挿入される。この為、保持枠２２の両側壁には、案内用の溝２９が形成されている。一方、調整部材２０の両側面には案内突起２０ａが形成されている。この案内突起２０ａを溝２９に係合することで、調整部材２０は光軸を横切る方向に移動可能である。
【００１８】
実際の組立では、受光部が受光する光束のスポット径をモニタしながら、調整部材２０の位置決め固定を行う。図示しない治具により調整部材２０を溝２９に沿って微調整しながら、受光部で受光する光束のスポット径をモニタする。投光部側の調整部材２０の移動に伴って受光部側のスポット径は変化する。あらかじめ定めた所望のスポット径が得られた段階で、調整部材２０の移動を停止する。この状態で、溝２９に接着剤を流し込み、調整部材２０の固定を行う。
【００１９】
図３は、本発明に係る光学式測距装置の光学構成を示す模式図である。測距対象となる対象物０が光軸上にある場合で距離をＬで表わしてある。又、投光部２と受光部３との間の基線長をＢで表わしている。対象物０上に投光される投光像のスポット径φＢは、φＢ＝φＡ（１＋Ｌ／ｆ）で表わされる。φＡは発光素子２３のサイズを表わし、ｆはレンズ２１の焦点距離を表わしている。尚、図示の様に発光素子２３のモールド２５にドームレンズが含まれる場合、上式のｆは投光レンズ２１とドームレンズの合成焦点距離ｆＡで置き換えることになる。
【００２０】
投光部２の幾何光学構成に歪がない場合、投光スポットは点線で示す様に真円になる。しかしながら、調整部材２０としてテーパ状の透明板を用いた場合には片ボケが生じ、図示の様に真円からずれる。これに応じて、受光スポットも図示の様に真円からずれることになる。本例では、調整部材２０は、投光部２と受光部３とを結ぶ基線と垂直な方向（紙面に垂直な方向）に移動可能に挿入されている。この結果、投光スポットは例えば上下に歪むことになるが、左右の対称性は維持している。同様に受光スポットは上下で歪むが左右の対称性は維持している。換言すると、受光スポットは左右方向に関し、真円と同じ位置に中心が維持されている。従って、受光素子３３の左右方向に沿って受光スポットが移動する限り、真円の場合と同様に誤差が生ずる恐れはない。
【００２１】
図４は、本発明に係る光学式測距装置の他の実施形態を示している。理解を容易にする為、図２に示した先の実施形態と対応する部分には対応する参照番号を付してある。本実施形態では、調整部材２０と対向する様に、同じくテーパ状の透明板からなる固定部材２０ｂが保持枠２２に取り付けられており、調整部材２０と固定部材２０ｂは互いに重なる部分が透明平行平板になる。この関係でレンズ２１の光軸とモールド２５で形成されたドームレンズの光軸は完全に一致し、光学的な歪が少ない構成となっている。但し、調整部材２０はその傾斜面が固定部材２０ｂの傾斜面に沿って移動する為、案内溝２９が保持枠２２の側壁に対して傾いた方向に形成されている。
【００２２】
溝２９に沿って調整部材２０を矢印で示す方向に移動させることで、平行平板の厚みが変化し、所望の光軸調整を行うことができる。その際、平行平板は光軸に対して垂直に介在している為、パララックスに影響を与えることがない。尚、パララックス調整は、保持枠２２の後面に対する基板２６の取付位置を変えることで行う。よって、本実施形態は光軸距離調整とパララックス調整を互いに独立して行うことが可能である。
【００２３】
（Ｂ）は固定部材２０ｂに対して調整部材２０が比較的上に位置決めされている状態を表わしている。この時には、調整部材２０に薄い部分を光軸が通ることになるので、平行平板の厚みは薄くなる。これに対し（Ｃ）は、調整部材２０が固定部材２０ｂの下側に位置決めされている場合を表わしている。この時には、調整部材２０の厚い部分が光軸を通ることになるので、平行平板の厚みは大きくなる。この様に、固定部材２０ｂの斜面に沿って調整部材２０をスライドさせることで、所望の光軸距離調整を実現できる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、互いに対向するレンズと発光素子との間にテーパ状の透明板からなる調整部材を移動可能に挿入することで、レンズに対する発光素子の光軸方向位置を精密且つ連続的に調整可能としている。これにより、光学式測距装置の測定精度を改善することが可能である。又、調整部材と対向する様に、同じくテーパ状の透明板からなる固定部材を配することで、調整部材と固定部材は互いに重なる部分が透明平行平板となる様にし、以ってパララックス調整とは独立して光軸距離調整を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学式測距装置の投光部を示す光学図である。
【図２】本発明に係る光学式測距装置の一実施形態を示す断面図及び分解斜視図である。
【図３】本発明に係る光学式測距装置の全体的な光学構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係る光学式測距装置の他の実施形態を示す断面図及び要部斜視図である。
【図５】従来の光学式測距装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・測距装置、２・・・投光部、３・・・受光部、２０・・・調整部材、２０ａ・・・案内突起、２０ｂ・・・固定部材、２１・・・レンズ、２２・・・保持枠、２３・・・発光素子、２４・・・フレーム、２５・・・モールド、２６・・・基板、２９・・・溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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