(57)【要約】【課題】被写体までの距離および被写体のサイズに関わらず、被写体までの距離を正確に算出することが可能な測距カメラを提供する。【解決手段】測距カメラ１は、第１の被写体像を形成するための第１の光学系ＯＳ１と、第２の被写体像を形成するための第２の光学系ＯＳ２と、第１の被写体像および第２の被写体像を撮像するための撮像部Ｓと、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像の倍率と第２の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、被写体１００までの距離の第１の候補を算出し、さらに、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離の第２の候補を算出するための距離算出部４と、を備える。距離算出部４は、所定の条件に従って、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を、被写体１００までの距離として選択する。【選択図】図４
2020008415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
前記第１の光学系に対して、前記第１の光学系の光軸方向に対して垂直な方向にシフトして配置され、前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像の倍率と前記第２の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、前記被写体までの距離の第１の候補を算出し、さらに、前記第１の被写体像と前記第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、前記被写体までの前記距離の第２の候補を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、所定の条件に従って、前記第１の候補および前記第２の候補のいずれか一方を、前記被写体までの前記距離として選択することを特徴とする測距カメラ。
【請求項２】
前記距離算出部は、前記被写体のサイズが所定のしきい値未満である場合、前記並進視差に基づいて算出された前記第２の候補を前記被写体までの前記距離として選択し、前記被写体の前記サイズが前記所定のしきい値以上である場合、前記像倍比に基づいて算出された前記第１の候補を前記被写体までの前記距離として選択する請求項１に記載の測距カメラ。
【請求項３】
前記距離算出部は、前記第１の候補および前記第２の候補が所定のしきい値未満である場合、前記像倍比に基づいて算出された前記第１の候補を前記被写体までの前記距離として選択し、前記第１の候補および前記第２の候補が前記所定のしきい値以上である場合、前記並進視差に基づいて算出された前記第２の候補を前記被写体までの前記距離として選択する請求項１に記載の測距カメラ。
【請求項４】
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記被写体からの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体からの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の変化と異なるように構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項５】
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている請求項４に記載の測距カメラ。
【請求項６】
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第１の光学系によって形成される前記第１の被写体像の結像位置までの距離と、前記第２の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第２の光学系によって形成される前記第２の被写体像の結像位置までの距離とが異なるように構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている請求項４または５に記載の測距カメラ。
【請求項７】
前記第１の光学系の前側主点と前記第２の光学系の前側主点との間に、前記第１の光学系の前記光軸方向の奥行視差が存在し、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の変化と異なるようになっている請求項４ないし６のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項８】
前記撮像部は、前記第１の被写体像を撮像するための第１の撮像素子と、前記第２の被写体像を撮像するための第２の撮像素子とを含む請求項１ないし７のいずれかに記載の測距カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、被写体までの距離を測定するための測距カメラに関し、より具体的には、少なくとも２つの光学系によって形成された少なくとも２つの被写体像間の像倍比または少なくとも２つの被写体像間の並進視差に基づいて、被写体までの距離を測定する測距カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被写体を撮像することにより、被写体までの距離を測定する測距カメラが提案されている。このような測距カメラとしては、被写体からの光を集光し、被写体像を形成するための光学系と、該光学系によって形成された被写体像を画像信号に変換するための撮像素子とを少なくとも２対備えるステレオカメラ方式の測距カメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１が開示するようなステレオカメラ方式の測距カメラは、光軸方向に対して垂直な方向に互いにシフトして配置された２つ光学系によって形成された２つ被写体像間の並進視差（光軸方向に対して垂直な方向の視差）を算出し、この並進視差の値に基づいて、被写体までの距離を算出することができる。
【０００４】
このような被写体像間の並進視差に基づく測距を用いる場合、被写体像間の並進視差が小さいと、被写体までの距離を正確に算出することができない。よって、被写体像間の並進視差を十分に大きくするために、２つの光学系を光軸に対して垂直な方向に大きく離間して配置する必要がある。このことは、測距カメラのサイズを小さくすることを困難としている。
【０００５】
また、被写体が近距離に位置していると、得られる画像の視野の関係から、並進視差を算出するための被写体像の特徴点が一方の画像内には写っているが、他方の画像内では写っていないという状況が発生してしまう。この状況を避けるためには、２つの光学系を近接して配置する必要がある。しかしながら、２つの光学系を近接して配置すると被写体像間の並進視差が小さくなってしまい、測距の精度が低下する。そのため、被写体像間の並進視差に基づく測距を用いて、近距離に位置する被写体までの距離を正確に算出することは困難である。
【０００６】
一方、被写体像間の並進視差は、得られる各画像内の被写体像のサイズ（各画像内の被写体像の占有率）に依存しない。そのため、被写体像間の並進視差に基づく測距は、各画像内での被写体像のサイズが小さい場合であっても、被写体までの距離を正確に算出することができる。各画像内での被写体像のサイズが小さくなる状況としては、被写体のサイズがそもそも小さい状況および被写体が遠距離に位置する状況が挙げられる。そのため、被写体像間の並進視差に基づく測距は、サイズの小さい被写体および遠距離に位置する被写体までの距離を測定するのに適している。
【０００７】
したがって、被写体像間の並進視差に基づく測距は、近距離に位置する被写体までの距離を測定するためには不向きであるが、サイズが小さい被写体および遠距離に位置する被写体までの距離を測定するためには適している。
【０００８】
一方、本発明者らによって、２つの被写体像間の像倍比（倍率の比）に基づいて、被写体までの距離を算出する像倍比方式の測距カメラが提案されている。像倍比方式の測距カメラでは、被写体までの距離に応じた被写体像の倍率の変化が互いに異なる２つの光学系が用いられ、該２つの光学系によって形成された２つの被写体像間の像倍比（倍率の比）に基づいて、被写体までの距離が算出される（特許文献２参照）。
【０００９】
このような被写体像間の像倍比に基づく測距では、被写体までの距離を算出するために被写体像間の並進視差が利用されないため、２つの光学系を近接して配置しても、被写体までの距離を正確に算出することができる。そのため、測距カメラのサイズを小さくすることができる。
【００１０】
被写体像間の像倍比は、２つの光学系によって形成された２つの被写体像を撮像することによって得られた２つの画像を取得し、さらに、２つの画像から実測された２つの被写体像のサイズ（第１の被写体像のサイズおよび第２の被写体像のサイズ）の比を取ることによって取得される。各画像内の被写体像のサイズ（各画像内の被写体像の占有率）が大きい場合には、各画像から被写体像のサイズを正確に実測することできる。そのため、各画像内の被写体像のサイズが大きい場合には、被写体像間の像倍比を正確に取得し、被写体までの距離を正確に算出することが可能となる。各画像内での被写体像のサイズが大きくなる状況としては、被写体のサイズがそもそも大きい状況および被写体が近距離に位置する状況が挙げられる。このような理由により、被写体像間の像倍比に基づく測距は、サイズの大きい被写体または近距離に位置する被写体までの距離を算出するために適している。
【００１１】
一方、各画像内の被写体像のサイズ（各画像内の被写体像の占有率）が小さい場合には、各画像から被写体像のサイズを正確に実測することが困難である。そのため、各画像内の被写体像のサイズが小さい場合には、被写体像間の像倍比を正確に取得し、被写体までの距離を正確に算出することが困難となる。上述のように、各画像内での被写体像のサイズが小さくなる状況としては、被写体のサイズがそもそも小さい状況および被写体が遠距離に位置する状況が挙げられる。このような理由により、被写体像間の像倍比に基づく測距は、サイズの小さい被写体または遠距離に位置する被写体までの距離を算出するためには不向きである。
【００１２】
したがって、被写体像間の像倍比に基づく測距は、サイズの大きい被写体および近距離に位置する被写体までの距離を測定するためには適しているが、サイズの小さい被写体および遠距離に位置する被写体までの距離を算出するためには不向きである。
【００１３】
このように、被写体像間の並進視差に基づく測距および被写体像間の像倍比に基づく測距は、それぞれ得意な領域および不得意な領域を有しており、被写体までの距離および被写体のサイズに関わらず、被写体までの距離を正確に算出することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１２−２６８４１号公報
【特許文献２】特願２０１７−２４１８９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、被写体までの距離および被写体のサイズに関わらず、被写体までの距離を正確に算出することができる測距カメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような目的は、以下の（１）〜（８）の本発明により達成される。
（１）被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
前記第１の光学系に対して、前記第１の光学系の光軸方向に対して垂直な方向にシフトして配置され、前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像の倍率と前記第２の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、前記被写体までの距離の第１の候補を算出し、さらに、前記第１の被写体像と前記第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、前記被写体までの前記距離の第２の候補を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、所定の条件に従って、前記第１の候補および前記第２の候補のいずれか一方を、前記被写体までの前記距離として選択することを特徴とする測距カメラ。
【００１７】
（２）前記距離算出部は、前記被写体のサイズが所定のしきい値未満である場合、前記並進視差に基づいて算出された前記第２の候補を前記被写体までの前記距離として選択し、前記被写体の前記サイズが前記所定のしきい値以上である場合、前記像倍比に基づいて算出された前記第１の候補を前記被写体までの前記距離として選択する上記（１）に記載の測距カメラ。
【００１８】
（３）前記距離算出部は、前記第１の候補および前記第２の候補が所定のしきい値未満である場合、前記像倍比に基づいて算出された前記第１の候補を前記被写体までの前記距離として選択し、前記第１の候補および前記第２の候補が前記所定のしきい値以上である場合、前記並進視差に基づいて算出された前記第２の候補を前記被写体までの前記距離として選択する上記（１）に記載の測距カメラ。
【００１９】
（４）前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記被写体からの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体からの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の変化と異なるように構成されている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００２０】
（５）前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている上記（４）に記載の測距カメラ。
【００２１】
（６）前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第１の光学系によって形成される前記第１の被写体像の結像位置までの距離と、前記第２の光学系の射出瞳から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第２の光学系によって形成される前記第２の被写体像の結像位置までの距離とが異なるように構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている上記（４）または（５）に記載の測距カメラ。
【００２２】
（７）前記第１の光学系の前側主点と前記第２の光学系の前側主点との間に、前記第１の光学系の前記光軸方向の奥行視差が存在し、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の変化と異なるようになっている上記（４）ないし（６）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００２３】
（８）前記撮像部は、前記第１の被写体像を撮像するための第１の撮像素子と、前記第２の被写体像を撮像するための第２の撮像素子とを含む上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の測距カメラ。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の測距カメラでは、被写体像間の像倍比に基づいて算出された第１の候補および被写体像間の並進視差に基づいて算出された第２の候補のいずれか一方が、所定の条件に従って、被写体までの距離として選択される。そのため、本発明の測距カメラによれば、被写体までの距離および被写体のサイズに関わらず、被写体までの距離を正確に算出することができる。
【００２５】
また、本発明の測距カメラは、被写体が近距離に位置する場合には、被写体像間の像倍比に基づいて算出された第１の候補を被写体までの距離として選択するため、被写体像間の並進視差は、近距離に位置する被写体までの距離を算出するために用いられない。したがって、本発明の測距カメラでは、被写体が近距離に位置する場合の被写体像間の並進視差を考慮する必要がないので、第１の光学系および第２の光学系を近接して配置することができる。そのため、従来のステレオカメラ方式のカメラと比較して、本発明の測距カメラを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の測距カメラにおいて用いられる被写体像間の像倍比に基づく測距原理を説明するための図である。
【図２】本発明の測距カメラにおいて用いられる被写体像間の像倍比に基づく測距原理を説明するための図である。
【図３】図２に示す第１の光学系によって形成される第１の被写体像の倍率と、図２に示す第２の光学系によって形成される第２の被写体像の倍率との像倍比が、被写体までの距離に応じて変化することを説明するためのグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【図５】被写体までの距離を固定した場合の被写体のサイズの変化に対する被写体像間の並進視差に基づく測距と被写体像間の像倍比に基づく測距の誤差の大きさ（絶対値）の変化の一例を示す図である。
【図６】被写体のサイズを固定した場合の被写体までの距離の変化に対する被写体像間の並進視差に基づく測距と被写体像間の像倍比に基づく測距の誤差の大きさ（絶対値）の変化の一例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【図１０】本発明の測距カメラによって実行される測距方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
最初に、本発明の測距カメラにおいて用いられている、被写体像間の像倍比に基づいて被写体までの距離を算出するための原理について説明する。なお、各図において、同様または類似した機能を発揮するコンポーネントには、同一の参照符号を付す。
【００２８】
光学系により形成される被写体像の倍率ｍＯＤは、光学系の前側主点（前側主面）から被写体までの距離（被写体距離）ａ、光学系の後側主点（後側主面）から被写体像の結像位置までの距離ｂＯＤ、および光学系の焦点距離ｆによって、レンズの公式から下記式（１）のように表すことができる。
【００２９】
【数１】
2020008415.tif 000003
【００３０】
また、被写体像のサイズＹＯＤは、被写体像の倍率ｍＯＤと、被写体の実際のサイズｓｚから、下記式（２）のように表すことができる。
【００３１】
【数２】
2020008415.tif 000004
【００３２】
センサー等の撮像素子の撮像面が被写体像の結像位置にある場合、すなわち、ベストピントである場合、被写体像のサイズＹＯＤは、上記式（２）で表すことができる。光学系がオートフォーカス機能を有しており、常にベストピントで撮像を行う場合には、上記式（２）を用いて被写体像のサイズＹＯＤを求めることができる。
【００３３】
しかしながら、光学系がオートフォーカス機能を有さない固定焦点系であり、センサー等の撮像素子の撮像面が被写体像の結像位置にない場合、すなわち、デフォーカスが存在する場合、撮像素子の撮像面上に形成される被写体像のサイズＹＦＤを求めるためには、デフォーカス量、すなわち、被写体像の結像位置と撮像素子の撮像面の位置の奥行方向（光軸方向）の差（シフト量）を考慮する必要がある。
【００３４】
図１に示すように、光学系の射出瞳から、被写体が無限遠に存在する場合の被写体像の結像位置までの距離をＥＰとし、光学系の射出瞳から、被写体が任意の距離ａに存在する場合の被写体像の結像位置までの距離をＥＰＯＤとし、光学系の射出瞳から撮像素子の撮像面までの距離（フォーカス距離：Ｆｏｃｕｓ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）をＥＰＦＤとする。また、光学系の後側主点から、被写体が任意の距離ａに存在する場合の被写体像の結像位置までの距離をｂＯＤとし、光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離をｂＦＤとする。なお、図示の形態では、説明の簡略化のため、光学系は、光学系の後側主点が、光学系の中心位置にあるものとして概略的に示されている。
【００３５】
光学系の後側主点から、任意の距離ａに被写体が存在する場合の被写体像の結像位置までの距離ｂＯＤは、レンズの公式から下記式（３）によって求めることができる。
【００３６】
【数３】
2020008415.tif 000005
【００３７】
したがって、焦点距離ｆと距離ｂＯＤとの差ΔｂＯＤは、下記式（４）によって求めることができる。
【００３８】
【数４】
2020008415.tif 000006
【００３９】
また、光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離ｂＦＤは、撮像素子の撮像面で被写体像がベストピントとなる場合の光学系の前側主点から被写体までの距離ａＦＤを用いて、レンズの公式から下記式（５）によって求めることができる。
【００４０】
【数５】
2020008415.tif 000007
【００４１】
よって、焦点距離ｆと距離ｂＦＤとの差ΔｂＦＤは、下記式（６）によって求めることができる。
【００４２】
【数６】
2020008415.tif 000008
【００４３】
また、図１から明らかなように、光軸と光学系の射出瞳との交点を頂点の一つとし、任意の距離ａに被写体が存在する場合の被写体像の結像位置における被写体像のサイズＹＯＤを１つの辺とする直角三角形と、光軸と光学系の射出瞳との交点を頂点の一つとし、撮像素子の撮像面における被写体像のサイズＹＦＤを１つの辺とする直角三角形とは相似関係にある。そのため、相似関係から、ＥＰＯＤ：ＥＰＦＤ＝ＹＯＤ：ＹＦＤが成立し、下記式（７）から撮像素子の撮像面における被写体像のサイズＹＦＤを求めることができる。
【００４４】
【数７】
2020008415.tif 000009
【００４５】
上記式（７）から明らかなように、撮像素子の撮像面における被写体像のサイズＹＦＤは、被写体の実際のサイズｓｚ、光学系の焦点距離ｆ、光学系の射出瞳から、被写体が無限遠に存在する場合の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ、光学系の射出瞳から被写体までの距離（被写体距離）ａ、および撮像素子の撮像面で被写体像がベストピントとなる場合の光学系の射出瞳から被写体までの距離（フォーカス距離）ａＦＤの関数として表すことができる。
【００４６】
次に、図２に示すように、同じ被写体１００を、２つの撮像系ＩＳ１、ＩＳ２を用いて撮像した場合を想定する。第１の撮像系ＩＳ１は、被写体１００からの光を集光し、第１の被写体像を形成する第１の光学系ＯＳ１と、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像を撮像するための第１の撮像素子Ｓ１とを備えている。第２の撮像系ＩＳ２は、被写体１００からの光を集光し、第２の被写体像を形成する第２の光学系ＯＳ２と、第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像するための第２の撮像素子Ｓ２とを備えている。また、図２から明らかなように、第１の撮像系ＩＳ１の第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２の光軸は、平行であるが一致していない。また、第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向に、距離Ｐだけ離間して配置されている。そのため、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像と、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像との間には、並進視差（第１の光学系ＯＳ１または第２の光学系ＯＳ２の光軸方向に対して垂直な方向の視差）が存在する。
【００４７】
なお、図示の構成では、第１の光学系ＯＳ１の光軸と第２の光学系ＯＳ２の光軸は平行であるが、本発明はこれに限られない。例えば、第１の光学系ＯＳ１の光軸の角度（３次元極座標の角度パラメーターθ、φ）および第２の光学系ＯＳ２の光軸の角度が互いに異なるように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が配置されていてもよい。しかしながら、説明の簡略化のため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、図２に示すように、第１の光学系ＯＳ１の光軸と第２の光学系ＯＳ２の光軸が平行であるが一致せず、互いに距離Ｐだけ離間するよう、配置されているものとする。
【００４８】
第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、それぞれ焦点距離ｆ１、ｆ２を有する固定焦点の光学系である。第１の撮像系ＩＳ１が構成される際において、第１の光学系ＯＳ１の位置（レンズ位置）、すなわち、第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１の離間距離は、任意の距離ａＦＤ１にある被写体１００の第１の被写体像が第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される、すなわち、任意の距離ａＦＤ１にある被写体１００がベストピントとなるように調整されている。同様に、第２の撮像系ＩＳ２が構成される際において、第２の光学系ＯＳ２の位置（レンズ位置）、すなわち、第２の光学系ＯＳ２と第２の撮像素子Ｓ２の離間距離は、任意の距離ａＦＤ２にある被写体１００の第２の被写体像が第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される、すなわち、任意の距離ａＦＤ２にある被写体１００がベストピントとなるように調整されている。
【００４９】
また、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が無限遠に存在する場合の第１の被写体像の結像位置までの距離はＥＰ１であり、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、被写体１００が無限遠に存在する場合の第２の被写体像の結像位置までの距離はＥＰ２である。
【００５０】
第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の前側主点（前側主面）と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点（前側主面）との間に、奥行方向（光軸方向）の差（奥行視差）Ｄが存在するよう構成および配置されている。すなわち、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離（被写体距離）をａとすると、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離は、ａ＋Ｄとなる。
【００５１】
図１を参照して説明した相似関係を利用することにより、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率ｍ１は、下記式（８）で表すことができる。
【００５２】
【数８】
2020008415.tif 000010
【００５３】
ここで、ＥＰＯＤ１は、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、距離ａに被写体１００が存在する場合の第１の被写体像の結像位置までの距離であり、ＥＰＦＤ１は、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離である。これら距離ＥＰＯＤ１および距離ＥＰＦＤ１の位置関係は、第１の撮像系ＩＳ１が構成される際において、任意の距離ａＦＤ１にある被写体１００がベストピントとなるように第１の光学系ＯＳ１の位置（レンズ位置）を調整することにより決定される。また、ΔｂＯＤ１は、焦点距離ｆ１と、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から、距離ａに被写体１００が存在する場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ｂＯＤ１との差であり、ΔｂＦＤ１は、焦点距離ｆ１と、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離ｂＦＤ１との差であり、ｍＯＤ１は、距離ａに被写体１００が存在する場合の第１の被写体像の結像位置における第１の被写体像の倍率である。
【００５４】
上記式（１）、（４）および（６）が第１の光学系ＯＳ１による結像にも適用できるので、上記式（８）は、下記式（９）で表すことができる。
【００５５】
【数９】
2020008415.tif 000011
【００５６】
ここで、ａＦＤ１は、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面で第１の被写体像がベストピントとなる場合の第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離である。
【００５７】
同様に、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率ｍ２は、下記式（１０）で表すことができる。
【００５８】
【数１０】
2020008415.tif 000012
【００５９】
ここで、ＥＰＯＤ２は、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、距離ａ＋Ｄに被写体１００が存在する場合の第２の被写体像の結像位置までの距離であり、ＥＰＦＤ２は、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの距離である。これら距離ＥＰＯＤ２および距離ＥＰＦＤ２の位置関係は、第２の撮像系ＩＳ２が構成される際において、任意の距離ａＦＤ２にある被写体１００がベストピントとなるように第２の光学系ＯＳ２の位置（レンズ位置）を調整することにより決定される。また、ΔｂＯＤ２は、焦点距離ｆ２と、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から、距離ａ＋Ｄに被写体１００が存在する場合の第２の被写体像の結像位置までの距離ｂＯＤ２との差であり、ΔｂＦＤ２は、焦点距離ｆ２と、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの距離ｂＦＤ２との差であり、ｍＯＤ２は、距離ａ＋Ｄに被写体１００が存在する場合の第２の被写体像の結像位置における第２の被写体像の倍率であり、ａＦＤ２は、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面で第２の被写体像がベストピントとなる場合の第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離である。
【００６０】
したがって、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率ｍ１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲは、下記式（１１）で表すことができる。
【００６１】
【数１１】
2020008415.tif 000013
【００６２】
ここで、Ｋは、係数であり、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の構成により決定される固定値ｆ１、ｆ２、ＥＰ１、ＥＰ２、ａＦＤ１、およびａＦＤ２から構成される下記式（１２）で表される。
【００６３】
【数１２】
2020008415.tif 000014
【００６４】
上記式（１１）から明らかなように、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率ｍ１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲは、被写体１００から第１の光学系ＯＳ１の前側主点までの距離ａに応じて変化することがわかる。
【００６５】
また、上記式（１１）を距離ａについて解くと、被写体１００までの距離ａについての一般式（１３）を得ることができる。
【００６６】
【数１３】
2020008415.tif 000015
【００６７】
上記式（１３）中において、ｆ１、ｆ２、ＥＰ１、ＥＰ２、ＤおよびＫは、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の構成および配置により決定される固定値なので、像倍比ＭＲを得ることができれば、被写体１００から第１の光学系ＯＳ１の前側主点までの距離ａを算出することができる。
【００６８】
図３には、上記式（１３）に基づいて算出された、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率ｍ１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲと、被写体１００までの距離ａとの関係の一例が示されている。図３から明らかなように、像倍比ＭＲの値と、被写体１００までの距離ａとの間には、一対一関係が成立している。
一方、像倍比ＭＲは、下記式（１４）によって算出することができる。
【００６９】
【数１４】
2020008415.tif 000016
【００７０】
ここで、ｓｚは、被写体１００の実際のサイズ（高さまたは幅）、ＹＦＤ１は、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像のサイズ（像高または像幅）、ＹＦＤ２は、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像のサイズ（像高または像幅）である。
【００７１】
第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２は、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２が第１の被写体像および第２の被写体像を撮像することにより取得される、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から実測することができる。そのため、実際に被写体１００を第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２を用いて撮像することにより得られた第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から、第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２を実測し、それに基づいて、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを得ることができる。
【００７２】
本発明の測距カメラは、上述の原理により、実測される第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２に基づいて、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出することにより、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出する。像倍比ＭＲに基づいて算出された被写体１００までの距離ａは、被写体１００までの距離ａの第１の候補として扱われる。
【００７３】
なお、上記式（１１）から明らかなように、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１が第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ２と等しく（ｆ１＝ｆ２）、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ１が、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第２の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ２と等しく（ＥＰ１＝ＥＰ２）、かつ、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行方向（光軸方向）の奥行視差Ｄが存在しない（Ｄ＝０）場合、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、像倍比ＭＲは定数となる。この場合、被写体１００までの距離ａに応じた第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００までの距離ａに応じた第２の被写体像の倍率ｍ２の変化と同一になってしまい、像倍比ＭＲに基づいて第１の光学系ＯＳ１から被写体までの距離ａの第１の候補を算出することが不可能となる。
【００７４】
また、特別な条件として、ｆ１≠ｆ２、ＥＰ１≠ＥＰ２、かつＤ＝０の場合であっても、ｆ１＝ＥＰ１かつｆ２＝ＥＰ２の場合、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、像倍比ＭＲは定数となる。このような特別な場合にも、像倍比ＭＲに基づいて第１の光学系ＯＳ１から被写体までの距離ａの第１の候補を算出することが不可能となる。
【００７５】
したがって、本発明の測距カメラでは、以下の３つの条件の少なくとも１つが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置され、これにより、被写体１００までの距離ａに応じた第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００までの距離ａに応じた第２の被写体像の倍率ｍ２の変化と異なるようになっている。
【００７６】
（第１の条件）第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２とが、互いに異なる（ｆ１≠ｆ２）
（第２の条件）第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ１と、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第２の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ２とが、互いに異なる（ＥＰ１≠ＥＰ２）
（第３の条件）第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に奥行方向（光軸方向）の差Ｄが存在する（Ｄ≠０）
【００７７】
加えて、上記第１〜第３の条件の少なくとも１つを満たしていたとしても、上述したような特別な場合（ｆ１≠ｆ２、ＥＰ１≠ＥＰ２、Ｄ＝０、ｆ１＝ＥＰ１かつｆ２＝ＥＰ２）には、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、像倍比ＭＲに基づいて、第１の光学系ＯＳ１から被写体１００までの距離ａを算出することが不可能となる。したがって、像倍比ＭＲに基づいて第１の光学系ＯＳ１から被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するために、本発明の測距カメラは、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件をさらに満たすよう構成されている。
【００７８】
そのため、本発明の測距カメラを用いて取得された第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から実測される第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２から像倍比ＭＲを算出することにより、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出することができる。
【００７９】
また、上述のように、第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向に、距離Ｐだけ離間して配置されているため、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像と、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像との間には、並進視差（第１の光学系ＯＳ１または第２の光学系ＯＳ２の光軸方向に対して垂直な方向の視差）が存在する。そのため、本発明の測距カメラは、上述した原理を利用した像倍比ＭＲに基づく被写体１００までの距離ａの第１の候補の算出とは別に、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出することが可能である。なお、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づく被写体１００までの距離ａの第２の候補の算出は、ステレオカメラ方式の測距カメラの分野において既知の種々の方法を用いて実行することができる。
【００８０】
このように、本発明の測距カメラは、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距と被写体像間の並進視差に基づく測距の双方を実行可能に構成されている。背景技術の欄において述べたように、被写体像間の並進視差に基づく測距は、近距離に位置する被写体１００までの距離ａを測定するためには不向きであるが、サイズｓｚの小さい被写体１００および遠距離に位置する被写体１００までの距離ａを測定するためには適している。一方、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距は、サイズｓｚの小さい被写体１００および遠距離に位置する被写体１００までの距離ａを算出するためには不向きであるが、サイズｓｚの大きい被写体１００および近距離に位置する被写体１００までの距離ａを測定するためには適している。
【００８１】
このように、被写体像間の並進視差に基づく測距および被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距は、それぞれ得意な領域および不得意な領域を有している。そこで、本発明の測距カメラは、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出し、さらに、被写体像間の並進視差に基づいて被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出し、所定の条件に従って、第１の候補と第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択するよう構成されている。
【００８２】
そのため、本発明の測距カメラによれば、被写体１００までの距離ａの大きさおよび被写体１００のサイズｓｚに関わらず、被写体１００までの距離ａを正確に算出することができる。以下、上述のように被写体１００までの距離ａを算出する本発明の測距カメラを、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳述する。
【００８３】
＜第１実施形態＞
最初に、図４〜図６を参照して本発明の測距カメラの第１実施形態を説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。図５は、被写体までの距離を固定した場合の被写体のサイズの変化に対する被写体像間の並進視差に基づく測距と被写体像間の像倍比に基づく測距の誤差の大きさ（絶対値）の変化の一例を示す図である。図６は、被写体のサイズを固定した場合の被写体までの距離の変化に対する被写体像間の並進視差に基づく測距と被写体像間の像倍比に基づく測距の誤差の大きさ（絶対値）の変化の一例を示す図である。
【００８４】
図４に示す測距カメラ１は、プロセッサーとメモリーを有し、測距カメラ１の制御を行う制御部２と、被写体１００からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系ＯＳ１と、第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向に距離Ｐだけシフトして配置され、被写体１００からの光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系ＯＳ２と、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像するための撮像部Ｓと、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲと、被写体１００までの距離ａの第１の候補とを関連付ける関連付情報を記憶している関連付情報記憶部３と、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出し、さらに、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出し、所定の条件に従って、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を、被写体１００までの距離ａとして選択する距離算出部４と、撮像部Ｓが取得した第１の被写体像または第２の被写体像と、距離算出部４によって算出された被写体１００までの距離ａとに基づいて、被写体１００の３次元画像を生成するための３次元画像生成部５と、液晶パネル等の任意の情報を表示するための表示部６と、使用者による操作を入力するための操作部７と、外部デバイスとの通信を実行するための通信部８と、測距カメラ１の各コンポーネント間のデータの授受を実行するためのデータバス９と、を備えている。
【００８５】
本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するために要求される上述の３つの条件の内、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２とが、互いに異なる（ｆ１≠ｆ２）という第１の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の３つの条件の内、その他の２つの条件（ＥＰ１≠ＥＰ２およびＤ≠０）を満たすように構成および配置されていない。さらに、本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件が満たされるよう構成されている。
【００８６】
そのため、像倍比ＭＲを用いて被写体１００までの距離ａを算出するための上記一般式（１３）は、ＥＰ１＝ＥＰ２＝ＥＰおよびＤ＝０の条件により単純化され、下記式（１５）で表すことができる。
【００８７】
【数１５】
2020008415.tif 000017
ここで、係数Ｋは、下記式（１６）で表される。
【００８８】
【数１６】
2020008415.tif 000018
【００８９】
本実施形態の測距カメラ１は、撮像部Ｓによって被写体１００を撮像することにより第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出し、さらに、上記式（１５）を用いて、被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出する。上記式（１５）を用いて算出された被写体１００までの距離ａの第１の候補は、制御部２のメモリー内に一時保存される。
【００９０】
さらに、図４に示すように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の光軸および第２の光学系ＯＳ２の光軸が、第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向に距離Ｐだけ互いに離間するよう、配置されている。そのため、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像と、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像との間には、並進視差（第１の光学系ＯＳ１または第２の光学系ＯＳ２の光軸方向に対して垂直な方向の視差）が存在する。本実施形態の測距カメラ１は、撮像部Ｓによって被写体１００を撮像することにより第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差を算出し、さらに、算出した並進視差に基づいて被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出する。このようにして算出された被写体１００までの距離ａの第２の候補は、制御部２のメモリー内に一時保存される。
【００９１】
その後、本実施形態の測距カメラ１は、所定の条件に従って、制御部２のメモリー内に一時保存された被写体１００までの距離ａの第１の候補および第２の候補のいずれか一方を、被写体１００までの距離ａとして選択する。
【００９２】
以下、測距カメラ１の各コンポーネントについて詳述する。制御部２は、データバス９を介して、各コンポーネントとの間の各種データや各種指示の授受を行い、測距カメラ１の制御を実行する。制御部２は、演算処理を実行するためのプロセッサーと、測距カメラ１の制御を行うために必要なデータ、プログラム、モジュール等を保存しているメモリーとを備えており、制御部２のプロセッサーは、メモリー内に保存されているデータ、プログラム、モジュール等を用いることにより、測距カメラ１の制御を実行する。また、制御部２のプロセッサーは、測距カメラ１の各コンポーネントを用いることにより、所望の機能を提供することができる。例えば、制御部２のプロセッサーは、距離算出部４を用いることにより、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離ａを算出するための処理を実行することができる。
【００９３】
制御部２のプロセッサーは、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサー、マイクロコンピューター、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリーコントロールユニット（ＭＣＵ）、画像処理用演算処理装置（ＧＰＵ）、状態機械、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれらの組み合わせ等のコンピューター可読命令に基づいて信号操作等の演算処理を実行する演算ユニットである。特に、制御部２のプロセッサーは、制御部２のメモリー内に保存されているコンピューター可読命令（例えば、データ、プログラム、モジュール等）をフェッチし、演算、信号操作および制御を実行するよう構成されている。
【００９４】
制御部２のメモリーは、１つ以上の揮発性記憶媒体（例えば、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、不揮発性記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ハードディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク）、またはこれらの組み合わせを含む着脱式または非着脱式のコンピューター可読媒体である。
【００９５】
第１の光学系ＯＳ１は、被写体１００からの光を集光し、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に第１の被写体像を形成する機能を有する。第２の光学系ＯＳ２は、被写体１００からの光を集光し、撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に第２の被写体像を形成するための機能を有する。第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、１つ以上のレンズと絞り等の光学素子から構成されている。
【００９６】
上述のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２とが、互いに異なるよう（ｆ１≠ｆ２）、構成されている。これにより、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像の倍率ｍ１の被写体１００までの距離ａに応じた変化が、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の倍率ｍ２の被写体１００までの距離に応じた変化と異なるようになっている。このような第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成によって得られる第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との比である像倍比ＭＲは、被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するために用いられる。
【００９７】
また、図示のように、第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の光学系ＯＳ２の光軸は、平行であるが、一致していない。さらに、第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向に距離Ｐだけシフトして配置されている。そのため、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像と、第２の光学系ＯＳ２によって形成される被写体像との間には、並進視差が存在する。この第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差は、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出するために用いられる。
【００９８】
撮像部Ｓは、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像し、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号を取得する機能を有している。本実施形態では、撮像部Ｓは、第１の被写体像を撮像し、第１の被写体像の画像信号を取得するための第１の撮像素子Ｓ１と、第２の被写体像を撮像し、第２の被写体像の画像信号を取得するための第２の撮像素子Ｓ２と、を備えている。
【００９９】
なお、図示の形態では、第１の撮像素子Ｓ１および第１の光学系ＯＳ１が、同一の筐体内に設けられており、第２の撮像素子Ｓ２および第２の光学系ＯＳ２が、別の同一の筐体内に設けられているが、本発明はこれに限られない。第１の光学系ＯＳ１、第２の光学系ＯＳ２、第１の撮像素子Ｓ１、および第２の撮像素子Ｓ２がすべて同一の筐体内に設けられているような様態も、本発明の範囲内である。
【０１００】
第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２のそれぞれは、ベイヤー配列等の任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するＣＭＯＳ画像センサーやＣＣＤ画像センサー等のカラー撮像素子であってもよいし、そのようなカラーフィルターを有さない白黒撮像素子であってもよい。この場合、第１の撮像素子Ｓ１によって得られる第１の被写体像の画像信号および第２の撮像素子Ｓ２によって得られる第２の被写体像の画像信号は、被写体１００のカラーまたは白黒の輝度情報である。
【０１０１】
また、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２のそれぞれは、被写体１００の位相情報を取得する位相センサーであってもよい。この場合、第１の撮像素子Ｓ１によって得られる第１の被写体像の画像信号および第２の撮像素子Ｓ２によって得られる第２の被写体像の画像信号は、被写体１００の位相情報である。
【０１０２】
第１の光学系ＯＳ１によって、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に第１の被写体像が形成され、第１の撮像素子Ｓ１によって第１の被写体像の画像信号が取得される。取得された第１の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。同様に、第２の光学系ＯＳ２によって、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に第２の被写体像が形成され、第２の撮像素子Ｓ２によって第２の被写体像の画像信号が取得される。取得された第２の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。距離算出部４に送られた第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号は、被写体１００までの距離ａを算出するために用いられる。一方、制御部２に送られた第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号は、表示部６による画像表示や通信部８による画像信号の通信のために用いられる。
【０１０３】
関連付情報記憶部３は、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）と、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離（被写体距離）ａの第１の候補とを関連付ける関連付情報を記憶するための任意の不揮発性記録媒体（例えば、ハードディスク、フラッシュメモリー）である。関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）から、被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するための情報である。
【０１０４】
典型的には、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するための上記式（１５）（または、一般式（１３））、並びに、該式中の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置によって決定される上述の固定値（上記式（１５）用であれば、固定値であるｆ１、ｆ２、ＥＰ、およびＫ）である。代替的に、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、像倍比ＭＲと被写体１００までの距離ａとを一意に対応づけたルックアップテーブルであってもよい。関連付情報記憶部３に保存されているこのような関連付情報を参照することにより、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出することが可能となる。
【０１０５】
距離算出部４は、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出し、さらに、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出し、所定の条件に従って、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を、被写体１００までの距離ａとして選択する機能を有している。
【０１０６】
距離算出部４は、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１から第１の被写体像の画像信号を受信し、さらに、撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２から第２の被写体像の画像信号を受信する。その後、距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号に対して、Ｃａｎｎｙのようなフィルター処理を施し、第１の被写体像の画像信号内における第１の被写体像のエッジ部および第２の被写体像の画像信号内における第２の被写体像のエッジ部を抽出する。距離算出部４は、抽出した第１の被写体像のエッジ部に基づいて、第１の被写体像のサイズ（像幅または像高）ＹＦＤ１を算出し、さらに、抽出した第２の被写体像のエッジ部に基づいて、第２の被写体像のサイズ（像幅または像高）ＹＦＤ２を算出する。
【０１０７】
距離算出部４が、抽出した第１の被写体像のエッジ部および第２の被写体像のエッジ部に基づいて、第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２を算出する方法は特に限定されないが、例えば、各画像信号中において、被写体像のエッジ部の最も上側にある部分と最も下側にある部分との離間距離を被写体像の像高としてもよいし、被写体像のエッジ部の最も左側にある部分と最も右側にある部分との離間距離を被写体像の像幅としてもよい。
【０１０８】
その後、距離算出部４は、算出した第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２に基づき、上記式（１４）ＭＲ＝ＹＦＤ２／ＹＦＤ１によって、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出する。像倍比ＭＲが算出されると、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報を参照し、像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出する。算出された被写体１００までの距離ａの第１の候補は、制御部２のメモリー内に一時保存される。
【０１０９】
被写体１００までの距離ａの第１の候補の算出に加えて、距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号中における第１の被写体像の任意の特徴点（例えば、任意のエッジ部）の位置を検出し、さらに、第２の被写体像の画像信号中における第１の被写体像の任意の特徴点に対応する第２の被写体像の特徴点を検出する。第１の光学系ＯＳ１と第２の光学系ＯＳ２との間の幾何学的相対関係は、既知であるので、距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号中の第１の被写体像の特徴点の２次元座標（ｘｙ座標）と、第２の被写体像の画像信号中の第２の被写体像の対応する特徴点の２次元座標との差から、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差を算出することができる。
【０１１０】
距離算出部４は、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差を算出した後、算出された第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出する。第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出する方法は特に限定されず、本分野において既知の種々の方法を用いて、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出することができる。算出された被写体１００までの距離ａの第２の候補は、制御部２のメモリー内に一時保存される。
【０１１１】
その後、距離算出部４は、所定の条件に従って、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択する。上述のように、被写体像間の並進視差に基づく測距は、近距離に位置する被写体１００までの距離ａを測定するためには不向きであるが、サイズｓｚの小さい被写体１００および遠距離に位置する被写体１００までの距離ａを測定するためには適している。一方、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距は、サイズｓｚの小さい被写体１００および遠距離に位置する被写体１００までの距離ａを算出するためには不向きであるが、サイズｓｚの大きい被写体１００および近距離に位置する被写体１００までの距離ａを測定するためには適している。
【０１１２】
そこで、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚに関する条件または被写体１００までの距離ａに関する条件を用いて、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択する。距離算出部４が、被写体１００のサイズｓｚに関する条件および被写体１００までの距離ａに関する条件のいずれを、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択するための所定の条件として用いるかは、測距カメラ１の使用用途に応じて事前に設定される。
【０１１３】
例えば、測距カメラ１を用いて顔の３次元形状計測を実行する場合には、被写体１００のサイズｓｚに関する条件が、所定の条件として用いられる。顔の３次元形状計測を実行する際、測距カメラ１から顔全体までの距離は一定であり、顔の各パーツ（顔の輪郭、眼、鼻、口、耳等）に対する測距を実行する必要がある。この場合、顔の各パーツ（顔の輪郭、眼、鼻、口、耳等）が、測距対象の被写体１００に対応する。
【０１１４】
サイズの小さいパーツ（眼、鼻、口、耳等）に対する測距では、被写体像間の並進視差に基づいて算出され、制御部２のメモリー内に一時保存されている第２の候補が被写体１００までの距離ａとして選択される。サイズの大きいパーツ（顔の輪郭等）に対する測距では、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出され、制御部２のメモリー内に一時保存されている第１の候補が被写体１００までの距離ａとして選択される。このような構成により、被写体１００のサイズｓｚに関わらず、被写体１００までの距離ａを正確に算出することができる。
【０１１５】
一方、例えば、測距カメラ１をＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用途に用いる場合には、被写体１００までの距離ａに関する条件が所定の条件として用いられる。ＦＡ用途で用いられるロボットアームに測距カメラ１を用いる場合、測距カメラ１がロボットアーム内に組み込まれ、測距カメラ１によってロボットアームから、ピッキング対象の部品または製品までの距離が算出される。この場合、ピッキング対象の部品または製品が、測距対象の被写体１００に対応する。
【０１１６】
部品または製品のサイズは一定であるが、ロボットアームの姿勢や位置により、ロボットアームから部品または製品までの距離が変化する。ロボットアームから部品または製品までの距離が短い場合、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出され、制御部２のメモリー内に一時保存されている第１の候補が被写体１００までの距離ａとして選択される。ロボットアームから部品または製品までの距離が長い場合、被写体像間の並進視差に基づいて算出され、制御部２のメモリー内に一時保存されている第２の候補が被写体１００までの距離ａとして選択される。このような構成により、被写体１００までの距離ａに関わらず、被写体１００までの距離ａを正確に算出することができる。
【０１１７】
このように、測距カメラ１の使用用途に応じて、被写体１００のサイズｓｚに関する条件および被写体１００までの距離ａに関する条件のいずれを、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択するための所定の条件として用いるかが、事前に設定される。
【０１１８】
被写体１００のサイズｓｚに関する条件に関し、図５は、被写体１００までの距離ａを固定とした場合（この例では、ａ＝３００ｍｍ）の被写体１００のサイズｓｚの変化に対する被写体像間の並進視差に基づく測距と被写体像間の像倍比に基づく測距の誤差の大きさ（絶対値）を示している。
【０１１９】
なお、図５のグラフは、以下の条件により本出願の測距カメラ１を構成した場合における、像倍比に基づく測距の誤差の大きさ（絶対値）および並進視差に基づく測距の誤差の大きさの変化の一例である。
【０１２０】
第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１：１２．４ｍｍ
第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ１：３４．５ｍｍ
第１の被写体像が第１の撮像素子Ｓ１上においてベストピントとなる際の第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａＦＤ１：４５８ｍｍ
第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２：５．１ｍｍ
第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第２の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ２：１４７．４ｍｍ
第２の被写体像が第２の撮像素子Ｓ２上においてベストピントとなる際の第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａＦＤ２：２９２ｍｍ
第１の光学系ＯＳ１の光軸と第２の光学系ＯＳ２の光軸の第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対しして垂直な方向の離間距離Ｐ：２７ｍｍ
第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差Ｄ：１２３ｍｍ
【０１２１】
なお、図５のグラフの条件では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するための上述の第１〜第３の条件（ｆ１≠ｆ２、ＥＰ１≠ＥＰ２、およびＤ≠０）が全て満たされるよう構成および配置されているが、図５のグラフを参照して説明される被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距と被写体像間の並進視差に基づく測距との間の測距の誤差に関する関係は、上述の第１〜第３の条件（ｆ１≠ｆ２、ＥＰ１≠ＥＰ２、およびＤ≠０）に関わらず成立する。すなわち、本実施形態のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、第１の条件（ｆ１≠ｆ２）のみを満たすよう構成されている場合であっても、後述の実施形態のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、第２の条件（ＥＰ１≠ＥＰ２）または第３の条件（Ｄ≠０）のみを満たすよう構成および配置されている場合であっても、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、第１〜第３の条件のうち２つまたは全てを満たすよう構成および配置されている場合であっても、図５のグラフを参照して説明される被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距と被写体像間の並進視差に基づく測距との間の測距の誤差に関する関係は、成立する。この議論は、図６を参照して後述する被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距と被写体像間の並進視差に基づく測距との間の測距の誤差に関する関係に対しても同様に適用可能である。
【０１２２】
図５から明らかなように、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさを表す曲線（実線）と、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさを表す曲線（点線）との交点を境として、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距と被写体像間の並進視差に基づく測距のいずれがより精度が高くなるかが変化する。そのため、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさを表す曲線と、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさを表す曲線との交点が、距離算出部４が、第１の候補と第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別するための被写体１００のサイズｓｚに関するしきい値となる。
【０１２３】
なお、図５中では、被写体１００のサイズｓｚが増大するにつれて被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差が増大している。これは、被写体像間の並進視差が、被写体１００のサイズｓｚの増大に応じて減少することを意味するものではない。被写体１００のサイズｓｚが増大に伴う被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の増大は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２の差や、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差Ｄの存在に起因するものである。例えば、上述の図５のグラフの条件のように第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２とが互いに異なっている（ｆ１≠ｆ２）場合、第１の被写体像と第２の被写体像に同じピクセル数の誤差（像位置の変動）を与えると、焦点距離の短い光学系により形成された被写体像に対する誤差の影響よりも、焦点距離の長い光学系により形成された被写体像に対する誤差の影響のほうが大きくなる。このため、図５中では、被写体１００のサイズｓｚが増大するにつれて、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差が増大している。換言すれば、第１の光学系ＯＳ１と第２の光学系ＯＳ２の特性が同一であり、かつ、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差Ｄが存在しない場合には、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差は、被写体１００のサイズｓｚに依存せず、被写体１００のサイズｓｚに対して一定となる。
【０１２４】
上述の測距カメラ１の構成条件の場合、被写体１００のサイズｓｚに関するしきい値は、約４ｍｍである。このしきい値は、測距カメラ１の構成に応じて予め規定され、測距カメラ１の製造時または出荷時に、制御部２のメモリー内に書き換え不能に保存される。
【０１２５】
被写体１００のサイズｓｚが上述のしきい値未満である場合には、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさは、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさよりも小さい。一方、被写体１００のサイズｓｚが上述のしきい値を超える場合には、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさは、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさよりも小さい。したがって、被写体１００のサイズｓｚが上述のしきい値未満である場合には、被写体像間の並進視差に基づいて算出された第２の候補を被写体１００までの距離ａとして選択することが好ましく、被写体１００のサイズｓｚが上述のしきい値を超える場合には、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出された第１の候補を被写体１００までの距離ａとして選択することが好ましい。
【０１２６】
また、距離算出部４によって算出され、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａの第１の候補および第２の候補は、暫定的な被写体１００までの距離ａと見なすことができる。そのため、距離算出部４は、三角形の相似関係から得られる第１の被写体像と被写体１００との間の関係式（被写体１００のサイズｓｚ：第１の被写体像のサイズＹＦＤ１＝被写体１００までの距離ａの第１の候補または第２の候補：第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離ｂＦＤ１）から、被写体１００までの距離ａの第１の候補に基づく被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値と、被写体１００までの距離ａの第２の候補に基づく被写体１００のサイズｓｚの第２の暫定値を得ることができる。
【０１２７】
したがって、距離算出部４が、被写体１００のサイズｓｚに関する条件を、前述の所定の条件として用いるよう設定されている場合、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値および第２の暫定値が上述のしきい値未満の場合、被写体像間の並進視差に基づいて算出された第２の候補を被写体１００までの距離ａとして選択し、被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値および第２の暫定値が上述のしきい値以上の場合、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出された第１の候補を被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１２８】
これ以外の場合、すなわち、被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値が上述のしきい値未満であり、被写体１００のサイズｓｚの第２の暫定値が上述のしきい値以上である場合または被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値が上述のしきい値以上であり、被写体１００のサイズｓｚの第２の暫定値が上述のしきい値未満である場合には、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚに関する条件では、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを適切に判別することができない。この場合、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚに関する条件ではなく、後述の被写体１００までの距離ａに関する条件を用いて、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別することが好ましい。
【０１２９】
被写体１００までの距離ａに関する条件に関し、図６は、被写体１００のサイズｓｚを固定とした場合の（この例では、ｓｚ＝８０ｍｍ）被写体１００までの距離ａの変化に対する被写体像間の並進視差に基づく測距と被写体像間の像倍比に基づく測距の誤差の大きさ（絶対値）の変化の一例を示している。なお、図６のグラフは、上述した図５のグラフを得るために設定された測距カメラ１の構成条件と同じ条件で測距カメラ１を構成することにより得られている。
【０１３０】
図６から明らかなように、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさを表す曲線（実線）と、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさを表す曲線（点線）との交点を境として、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距と被写体像間の並進視差に基づく測距のいずれがより精度が高くなるかが変化する。そのため、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさを表す曲線と、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさを表す曲線との交点が、距離算出部４が、第１の候補と第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別するための被写体１００までの距離ａに関するしきい値となる。
【０１３１】
上述の測距カメラ１の構成条件の場合、被写体１００までの距離ａに関するしきい値は、約５５０ｍｍである。このしきい値は、測距カメラ１の構成に応じて予め規定され、測距カメラ１の製造時または出荷時に、制御部２のメモリー内に書き換え不能に保存される。
【０１３２】
被写体１００までの距離ａが上述のしきい値未満である場合には、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさは、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさよりも小さい。一方、被写体１００までの距離ａが上述のしきい値を超える場合には、被写体像間の並進視差に基づく測距の誤差の大きさは、被写体像間の像倍比ＭＲに基づく測距の誤差の大きさよりも小さい。したがって、被写体１００までの距離ａが上述のしきい値未満である場合には、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出された第１の候補を被写体１００までの距離ａとして選択することが好ましく、被写体１００までの距離ａが上述のしきい値を超える場合には、被写体像間の並進視差に基づいて算出された第２の候補を被写体１００までの距離ａとして選択することが好ましい。
【０１３３】
また、上述のように、距離算出部４によって算出され、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａの第１の候補および第２の候補は、暫定的な被写体１００までの距離ａと見なすことができる。そのため、距離算出部４が、被写体１００までの距離ａに関する条件を、前述の所定の条件として用いるよう設定されている場合、距離算出部４は、制御部２のメモリー内に保存されている第１の候補および第２の候補に基づいて、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１３４】
具体的には、距離算出部４は、制御部２のメモリー内に保存されている第１の候補および第２の候補が上述のしきい値未満の場合、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出された第１の候補を被写体１００までの距離ａとして選択し、制御部２のメモリー内に保存されている第１の候補および第２の候補が上述のしきい値以上である場合、被写体像間の並進視差に基づいて算出された第２の候補を被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１３５】
これ以外の場合、すなわち、第１の候補が上述のしきい値未満であり、第２の候補が上述のしきい値以上である場合または第１の候補が上述のしきい値以上であり、第２の候補が上述のしきい値未満である場合には、距離算出部４は、被写体１００までの距離ａに関する条件では、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを適切に判別することができない。この場合、距離算出部４は、被写体１００までの距離ａに関する条件ではなく、上述の被写体１００のサイズｓｚに関する条件を用いて、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別することが好ましい。
【０１３６】
なお、距離算出部４が、被写体１００のサイズｓｚに関する条件および被写体１００までの距離ａに関する条件のいずれを用いても、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別することができない場合には、距離算出部４は、表示部６にエラーを表示し、測距カメラ１の使用者に、撮影条件を変更するよう促す。代替的に、距離算出部４は、測距カメラ１の使用者に撮影条件を変更するよう促すことなく、測距の失敗を示すコードをデータとして記録してもよい。このようなデータは、測距カメラ１の使用者によって後にチェックされ、どのような撮影条件で、被写体１００までの距離ａの測距に不具合が発生するかを分析するために活用される。
【０１３７】
ここまで詳述したように、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚに関する条件または被写体１００までの距離ａに関する条件を用いて、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択する。そのため、本発明の測距カメラ１は、被写体１００までの距離ａの大きさおよび被写体１００のサイズｓｚに関わらず、被写体１００までの距離ａを正確に算出することができる。
【０１３８】
また、距離算出部４は、被写体１００が近距離に位置する場合には、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出された第１の候補を被写体１００までの距離ａとして選択する。したがって、本発明の測距カメラ１では、被写体１００が近距離に位置する場合の被写体像間の並進視差を考慮する必要がないので、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２を近接して配置することができる。そのため、従来のステレオカメラ方式のカメラと比較して、本発明の測距カメラ１を小型化することができる。
【０１３９】
３次元画像生成部５は、距離算出部４によって算出された被写体１００までの距離ａおよび撮像部Ｓが取得した被写体１００のカラーまたは白黒の輝度情報（第１の被写体像の画像信号または第２の被写体像の画像信号）に基づいて、被写体１００の３次元画像を生成する機能を有している。ここで言う「被写体１００の３次元画像」とは、通常の被写体１００のカラーまたは白黒の輝度情報を表す２次元画像の各ピクセルに対して、算出された被写体１００までの距離ａが関連付けられているデータを意味する。なお、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２が、被写体１００の位相情報を取得する位相センサーである場合には、３次元画像生成部５は省略される。
【０１４０】
表示部６は、液晶表示部等のパネル型表示部であり、制御部２のプロセッサーからの信号に応じて、撮像部Ｓによって取得された被写体１００のカラーまたは白黒の輝度情報または被写体１００の位相情報（第１の被写体像の画像信号または第２の被写体像の画像信号）、距離算出部４によって算出された被写体１００までの距離ａ、３次元画像生成部５によって生成された被写体１００の３次元画像、測距カメラ１を操作するための情報等が文字または画像の形態で表示部６に表示される。
【０１４１】
操作部７は、測距カメラ１の使用者が操作を実行するために用いられる。操作部７は、測距カメラ１の使用者が操作を実行することができれば特に限定されず、例えば、マウス、キーボード、テンキー、ボタン、ダイヤル、レバー、タッチパネル等を操作部７として用いることができる。操作部７は、測距カメラ１の使用者による操作に応じた信号を制御部２のプロセッサーに送信する。
【０１４２】
通信部８は、測距カメラ１に対するデータの入力または測距カメラ１から外部デバイスへのデータの出力を行う機能を有している。通信部８は、インターネットのようなネットワークに接続可能に構成されていてもよい。この場合、測距カメラ１は、通信部８を用いることにより、外部に設けられたウェブサーバーやデータサーバーのような外部デバイスと通信を行うことができる。
【０１４３】
このように、本実施形態の測距カメラ１は、所定の条件に従って、制御部２のメモリー内に一時保存された被写体１００までの距離ａの第１の候補および第２の候補のいずれか一方を、被写体１００までの距離ａとして選択する。そのため、本発明の測距カメラ１によれば、被写体１００までの距離ａの大きさおよび被写体１００のサイズｓｚに関わらず、被写体１００までの距離ａを正確に算出することができる。
【０１４４】
さらに、本発明の測距カメラ１では、被写体１００が近距離に位置する場合の被写体像間の並進視差を考慮する必要がないので、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２を近接して配置することができる。そのため、従来のステレオカメラ方式のカメラと比較して、本発明の測距カメラ１を小型化することができる。
【０１４５】
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図７は、本発明の第２実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【０１４６】
以下、第２実施形態の測距カメラ１について、第１実施形態の測距カメラ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の測距カメラ１は、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成が変更されている点を除き、第１実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１４７】
本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するために要求される上述の３つの条件の内、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ１と、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第２の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ２とが、互いに異なる（ＥＰ１≠ＥＰ２）という第２の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の３つの条件の内、その他の２つの条件（ｆ１≠ｆ２およびＤ≠０）を満たすように構成および配置されていない。さらに、本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件が満たされるよう構成されている。
【０１４８】
像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するための上記一般式（１３）は、ｆ１＝ｆ２＝ｆおよびＤ＝０の条件により単純化され、下記式（１７）で表すことができる。
【０１４９】
【数１７】
2020008415.tif 000019
ここで、係数Ｋは、下記式（１８）で表される。
【０１５０】
【数１８】
2020008415.tif 000020
【０１５１】
このように、本実施形態の測距カメラ１では、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ１と、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、被写体１００が無限遠にある場合の第２の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ２とが、互いに異なるよう（ＥＰ１≠ＥＰ２）、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成されており、これにより、被写体１００までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００までの距離ａに対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の測距カメラ１は、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）に基づいて、被写体１００までの距離ａの第１の候補を一意に算出することができる。
【０１５２】
そのため、本実施形態の測距カメラ１は、上述の第１実施形態の測距カメラ１と同様に、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出し、さらに、被写体像間の並進視差に基づいて被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出し、所定の条件に従って、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択することができる。そのため、本実施形態によっても、上述の第１の実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【０１５３】
＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図８は、本発明の第３実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【０１５４】
以下、第３実施形態の測距カメラ１について、第１実施形態の測距カメラ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の測距カメラ１は、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置が変更されている点を除き、第１実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１５５】
本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するために要求される上述の３つの条件の内、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に奥行方向（光軸方向）の差Ｄが存在する（Ｄ≠０）という第３の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の３つの条件の内、その他の２つの条件（ｆ１≠ｆ２およびＥＰ１≠ＥＰ２）を満たすように構成されていない。さらに、本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件が満たされるよう構成されている。
【０１５６】
像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するための上記一般式（１３）は、ｆ１＝ｆ２＝ｆおよびＥＰ１＝ＥＰ２＝ＥＰの条件により単純化され、下記式（１９）で表すことができる。
【０１５７】
【数１９】
2020008415.tif 000021
ここで、係数Ｋは、下記式（２０）で表される。
【０１５８】
【数２０】
2020008415.tif 000022
【０１５９】
このように、本実施形態の測距カメラ１では、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に奥行方向（光軸方向）の差Ｄが存在するよう（Ｄ≠０）、構成および配置されており、これにより、被写体１００までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００までの距離ａに対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の測距カメラ１は、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）に基づいて、被写体１００までの距離ａの第１の候補を一意に算出することができる。
【０１６０】
そのため、本実施形態の測距カメラ１は、上述の第１実施形態の測距カメラ１と同様に、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出し、さらに、被写体像間の並進視差に基づいて被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出し、所定の条件に従って、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択することができる。そのため、本実施形態によっても、上述の第１の実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【０１６１】
＜第４実施形態＞
次に、図９を参照して、本発明の第４実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図９は、本発明の第４実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【０１６２】
以下、第４実施形態の測距カメラ１について、第１実施形態から第３実施形態の測距カメラ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第４実施形態の測距カメラ１は、撮像部Ｓが第２の撮像素子Ｓ２のみから構成されている点、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が同一の筐体内に設けられている点、第１の被写体像を形成する光の波長を制限する第１の波長選択素子ＷＳ１が第１の被写体像を形成する光の光路上に設けられている点、および第２の被写体像を形成する光の波長を制限する第２の波長選択素子ＷＳ２が第２の被写体像を形成する光の光路上に設けられている点、第２の撮像素子Ｓ２がカラー撮像素子に限定される点を除き、第１実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１６３】
本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するために要求される上述の第１の条件から第３の条件の少なくとも１つ、並びに、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件が満たされるよう構成されている。すなわち、本実施形態の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述した第１実施形態から第３実施形態の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のいずれか１つ、または、それらの組み合わせと同様に構成されている。
【０１６４】
また、図９に示すように、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が同一筐体内に配置されている。また、第１の光学系ＯＳ１によって集光され、第１の被写体像を形成する光の光路上に、第１の波長選択素子ＷＳ１が設けられている。さらに、第２の光学系ＯＳ２によって集光され、第２の被写体像を形成する光の光路上に、第２の波長選択素子ＷＳ２が設けられている。
【０１６５】
本実施形態において、第１の波長選択素子ＷＳ１は、波長選択プレート型ミラーであり、特定の波長帯域の光のみを選択的に反射する機能を有する。第２の波長選択素子ＷＳ２は、波長選択プリズム型ミラーであり、プリズムの一方の側から入射した光の波長帯域を制限し、制限された波長帯域の光のみを選択的に通過させる機能、および、プリズムの他方の側から入射した光を反射する機能を有している。第１の波長選択素子ＷＳ１および第２の波長選択素子ＷＳ２は、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域と、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域とが異なるよう、構成されている。
【０１６６】
第１の光学系ＯＳ１によって集光された被写体１００からの光は、第１の波長選択素子ＷＳ１（波長選択プレート型ミラー）によって反射される。この際、第１の光学系ＯＳ１によって集光された光の波長帯域は、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限される。その後、第１の波長選択素子ＷＳ１によって反射された光は、第２の波長選択素子ＷＳ２（波長選択プリズム型ミラー）によって反射され、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面に到達する。これにより、第１の被写体像が、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される。なお、第２の波長選択素子ＷＳ２は、第１の被写体像を形成する光が第２の波長選択素子ＷＳ２で反射される際、第１の被写体像を形成する光の波長帯域をさらに制限するよう構成されていてもよいし、さらに制限しないよう構成されていてもよい。
【０１６７】
一方、第２の光学系ＯＳ２によって集光された被写体１００からの光は、第２の波長選択素子ＷＳ２（波長選択プリズム型ミラー）を通過する。この際、第２の光学系ＯＳ２によって集光された光の波長帯域は、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限される。その後、第２の波長選択素子ＷＳ２を通過した光は、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面に到達する。これにより、第２の被写体像が、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される。
【０１６８】
したがって、本実施形態においては、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方が、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される。さらに、上述のように、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域と、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域とは異なるため、第１の被写体像を形成する光の波長帯域と、第２の被写体像を形成する光の波長帯域は互いに異なったものとなる。
【０１６９】
本実施形態において、第２の撮像素子Ｓ２は、ベイヤー配列のような任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するカラー撮像素子である。第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域は、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターのいずれか１つに対応しており、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域は、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターの異なる１つに対応している。
【０１７０】
これにより、第２の撮像素子Ｓ２によって取得される各カラーフィルターに対応する画像信号（例えば、赤色画像信号、緑色画像信号、および青色画像信号）のいずれか１つが、第１の被写体像の画像信号に対応し、異なる１つが第２の被写体像の画像信号に対応する。そのため、第２の撮像素子Ｓ２は、第１の被写体像の画像信号と第２の被写体像の画像信号を分離して同時取得することができる。
【０１７１】
例えば、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域が、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターの赤カラーフィルターの透過波長帯域に対応している場合、第２の撮像素子Ｓ２によって取得される赤色画像信号が、第１の被写体像の画像信号となる。一方、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域が、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターの緑カラーフィルターの透過波長帯域に対応している場合、第２の撮像素子Ｓ２によって取得される緑色画像信号が、第２の被写体像の画像信号となる。
【０１７２】
このような態様により、撮像部Ｓを、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方を撮像する単一のカラー撮像素子（第２の撮像素子Ｓ２）で構成することができる。そのため、測距カメラ１の小型化および低コスト化を実現することができる。
【０１７３】
なお、本実施形態では、第１の波長選択素子ＷＳ１として波長選択プレート型ミラーを用い、さらに、第２の波長選択素子ＷＳ２として波長選択プリズム型ミラーを用いたが、本発明はこれに限られない。第１の波長選択素子ＷＳ１および第２の波長選択素子ＷＳ２は、それぞれ、第１の被写体像を形成する光の波長帯域と第２の被写体像を形成する光の波長待機を制限することができれば如何なる態様であってもよい。例えば、第１の波長選択素子ＷＳ１として第１の光学系ＯＳ１の前側または後側に設けられた波長選択フィルターまたは波長選択機能を有する任意の光学部品を用い、さらに、第２の波長選択素子ＷＳ２として第２の光学系ＯＳ２の前側または後側に設けられた波長選択フィルターまたは波長選択機能を有する任意の光学部品を用いてもよい。この場合、本実施形態の第１の波長選択素子ＷＳ１が配置されている箇所に通常のミラーが配置され、第２の波長選択素子ＷＳ２が配置されている箇所に通常のプリズム型ミラーが配置される。
【０１７４】
また、本実施形態では、第１の波長選択素子ＷＳ１および第２の波長選択素子ＷＳ２を用いて、単一の撮像素子（第２の撮像素子Ｓ２）が第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方を撮像することを可能としたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれの前側にシャッターが設けられ、第１の光学系ＯＳ１の前方に設けられたシャッターと第２の光学系ＯＳ２の前方に設けられたシャッターが交互に開かれることによって、単一の撮像素子（第２の撮像素子Ｓ２）が第１の被写体像および第２の被写体像の双方を個別に撮像するような態様も本発明の範囲内である。この場合、撮像素子Ｓ（第２の撮像素子Ｓ２）は、位相センサーであってもよい。
【０１７５】
ここまで各実施形態を参照して詳述したように、本発明の測距カメラ１は、所定の条件に従って、制御部２のメモリー内に一時保存された被写体１００までの距離ａの第１の候補および第２の候補のいずれか一方を、被写体１００までの距離ａとして選択する。そのため、本発明の測距カメラ１によれば、被写体１００までの距離ａの大きさおよび被写体１００のサイズｓｚに関わらず、被写体１００までの距離ａを正確に算出することができる。
【０１７６】
また、上記各実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の２つの光学系が用いられているが、用いられる光学系の数はこれに限られない。例えば、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２に加え、追加的な光学系をさらに備えるような態様もまた本発明の範囲内である。この場合、追加的な光学系は、追加的な光学系によって形成される被写体像の倍率の被写体１００までの距離ａに対する変化が、第１の被写体像の倍率ｍ１の被写体までの距離ａに対する変化および第２の被写体像の倍率ｍ２の被写体までの距離ａに対する変化と異なるように構成および配置されている。さらに、追加的な光学系は、追加的な光学系によって形成される被写体像と、第１の被写体像および第２の被写体像との間に並進視差が存在するように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２に対して、第１の光学系ＯＳ１または第２の光学系ＯＳ２の光軸方向に対して垂直な方向にシフトして配置される。
【０１７７】
なお、上述した第１〜第３実施形態は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出するために要求される上述の３つの条件の内のいずれか１つを満たすよう第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されているが、上述の３つの条件の内の少なくとも１つが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されていれば、本発明はこれに限られない。例えば、上述の３つの条件の内の全てまたは任意の組み合わせが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されている態様も、本発明の範囲内である。
【０１７８】
＜測距方法＞
次に図１０を参照して、本発明の測距カメラ１によって実行される測距方法について説明する。図１０は、本発明の測距カメラによって実行される測距方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下に詳述する測距方法は、上述した本発明の第１〜第４実施形態に係る測距カメラ１および測距カメラ１と同等の機能を有する任意の装置を用いて実行することができるが、第１実施形態に係る測距カメラ１を用いて実行されるものとして説明する。
【０１７９】
図１０に示す測距方法Ｓ１００は、測距カメラ１の使用者が操作部７を用いて、被写体１００までの距離ａを測定するための操作を実行することにより開始される。工程Ｓ１０１において、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１によって、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像が撮像され、第１の被写体像の画像信号が取得される。第１の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。工程Ｓ１０２において、距離算出部４は、受信した第１の被写体像の画像信号から、第１の被写体像のサイズ（像高または像幅）ＹＦＤ１を算出する。
【０１８０】
一方、工程Ｓ１０３において、撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２によって、第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像が撮像され、第２の被写体像の画像信号が取得される。第２の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。工程Ｓ１０４において、距離算出部４は、受信した第２の被写体像の画像信号から、第２の被写体像のサイズ（像高または像幅）ＹＦＤ２を算出する。
【０１８１】
なお、工程Ｓ１０１および工程Ｓ１０２における第１の被写体像の画像信号の取得と第１の被写体像のサイズＹＦＤ１の算出は、工程Ｓ１０３および工程Ｓ１０４における第２の被写体像の画像信号の取得と第２の被写体像のサイズＹＦＤ２の算出と同時に実行されてもよいし、別々に実行されてもよい。
【０１８２】
第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２の双方が算出されると、処理は、工程Ｓ１０５に移行する。工程Ｓ１０５において、距離算出部４は、第１の被写体像のサイズＹＦＤ１および第２の被写体像のサイズＹＦＤ２から、上記式（１４）ＭＲ＝ＹＦＤ２／ＹＦＤ１に基づいて、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出する。
【０１８３】
次に、工程Ｓ１０６において、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報を参照し、算出した像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａの第１の候補を算出する。算出された被写体１００までの距離ａの第１の候補は、制御部２のメモリー内に一時保存される。
【０１８４】
一方、上述の被写体１００までの距離ａの第１の候補の算出と同時または別々に、距離算出部４は、工程Ｓ１０７およびＳ１０８において、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出する。工程Ｓ１０１における第１の被写体像の撮影および工程Ｓ１０３における第２の被写体像の撮影の後、距離算出部４は、工程Ｓ１０７において、第１の被写体像の画像信号中における第１の被写体像の任意の特徴点の位置を検出し、さらに、第２の被写体像の画像信号中における第１の被写体像の任意の特徴点に対応する第２の被写体像の特徴点を検出する。第１の光学系ＯＳ１と第２の光学系ＯＳ２との間の幾何学的相対関係は、既知であるので、距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号中の第１の被写体像の特徴点の２次元座標と、第２の被写体像の画像信号中の第２の被写体像の対応する特徴点の２次元座標との差から、第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差を算出する。
【０１８５】
その後、工程Ｓ１０８において、距離算出部４は、算出された第１の被写体像と第２の被写体像との間の並進視差に基づいて、被写体１００までの距離ａの第２の候補を算出する。算出された被写体１００までの距離ａの第２の候補は、制御部２のメモリー内に一時保存される。
【０１８６】
工程Ｓ１０６における被写体１００までの距離ａの第１の候補の算出と、工程Ｓ１０８における被写体１００までの距離ａの第２の候補の算出の双方が終了すると、処理は、工程Ｓ１０９に移行する。工程Ｓ１０９において、距離算出部４は、所定の条件に従って、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１８７】
より具体的には、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚに関する条件または被写体１００までの距離ａに関する条件を用いて、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１８８】
距離算出部４が、被写体１００のサイズｓｚに関する条件を、所定の条件として用いるよう設定されている場合、距離算出部４は、上述の三角形の相似関係から得られる第１の被写体像と被写体１００との間の関係式に基づいて、被写体１００までの距離ａの第１の候補に基づいて取得された被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値および被写体１００までの距離ａの第２の候補に基づいて取得された被写体１００のサイズｓｚの第２の暫定値を算出する。その後、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値および第２の暫定値に基づいて、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別する。
【０１８９】
具体的には、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値および第２の暫定値が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００のサイズｓｚに関する所定のしきい値未満の場合、被写体像間の並進視差に基づいて算出された第２の候補を被写体１００までの距離ａとして選択し、被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値および第２の暫定値が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００のサイズｓｚに関する所定のしきい値以上の場合、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出された第１の候補を被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１９０】
これ以外の場合、すなわち、被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値が上述のしきい値未満であり、被写体１００のサイズｓｚの第２の暫定値が上述のしきい値以上である場合または被写体１００のサイズｓｚの第１の暫定値が上述のしきい値以上であり、被写体１００のサイズｓｚの第２の暫定値が上述のしきい値未満である場合には、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚに関する条件では、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを適切に判別することができない。この場合、距離算出部４は、被写体１００のサイズｓｚに関する条件ではなく、被写体１００までの距離ａに関する条件を用いて、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別する。なお、被写体１００のサイズｓｚに関する所定のしきい値は、測距カメラ１の構成に応じて予め規定され、測距カメラ１の製造時または出荷時に、制御部２のメモリー内に書き換え不能に保存されている。
【０１９１】
一方、距離算出部４が、被写体１００までの距離ａに関する条件を、前述の所定の条件として用いるよう設定されている場合、距離算出部４は、制御部２のメモリー内に保存されている第１の候補および第２の候補に基づいて、第１の候補および第２の候補のいずれかを被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１９２】
具体的には、距離算出部４は、制御部２のメモリー内に保存されている第１の候補および第２の候補が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａに関するしきい値未満の場合、被写体像間の像倍比ＭＲに基づいて算出された第１の候補を被写体１００までの距離ａとして選択し、制御部２のメモリー内に保存されている第１の候補および第２の候補が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａに関するしきい値以上である場合、被写体像間の並進視差に基づいて算出された第２の候補を被写体１００までの距離ａとして選択する。
【０１９３】
これ以外の場合、すなわち、第１の候補が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａに関するしきい値未満であり、第２の候補が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａに関するしきい値以上である場合、または、第１の候補が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａに関するしきい値以上であり、第２の候補が、制御部２のメモリー内に保存されている被写体１００までの距離ａに関するしきい値未満である場合には、距離算出部４は、被写体１００までの距離ａに関する条件では、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを適切に判別することができない。この場合、距離算出部４は、被写体１００までの距離ａに関する条件ではなく、上述の被写体１００のサイズｓｚに関する条件を用いて、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別する。なお、被写体１００までの距離ａに関するしきい値は、測距カメラ１の構成に応じて予め規定され、測距カメラ１の製造時または出荷時に、制御部２のメモリー内に書き換え不能に保存されている。
【０１９４】
なお、距離算出部４が、被写体１００のサイズｓｚに関する条件および被写体１００までの距離ａに関する条件のいずれを用いても、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別することができない場合には、距離算出部４は、表示部６にエラーを表示し、測距カメラ１の使用者に、撮影条件を変更するよう促す。代替的に、距離算出部４は、測距カメラ１の使用者に撮影条件を変更するよう促すことなく、測距の失敗を示すコードをデータとして記録してもよい。このように、被写体１００のサイズｓｚに関する条件および被写体１００までの距離ａに関する条件のいずれを用いても、第１の候補および第２の候補のいずれを被写体１００までの距離ａとして選択するかを判別することができない場合、測距方法Ｓ１００は終了する。
【０１９５】
工程Ｓ１０９において、距離算出部４が、第１の候補および第２の候補のいずれか一方を被写体１００までの距離ａとして選択すると、処理は、工程Ｓ１１０に移行する。工程Ｓ１１０において、３次元画像生成部５が、距離算出部４によって算出された被写体１００までの距離ａおよび撮像部Ｓが取得した被写体１００のカラーまたは白黒の輝度情報（第１の被写体像の画像信号または第２の被写体像の画像信号）に基づいて、被写体１００の３次元画像を生成する。なお、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２が、被写体１００の位相情報を取得する位相センサーである場合には、工程Ｓ１１０は省略される。
【０１９６】
その後、ここまでの工程において取得された被写体のカラー若しくは白黒の輝度情報または位相情報、被写体１００までの距離ａ、および／または被写体１００の３次元画像が、表示部６に表示され、または通信部８によって外部デバイスに送信され、測距方法Ｓ１００は終了する。
【０１９７】
以上、本発明の測距カメラを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の各構成に任意の構成のものを付加することができる。
【０１９８】
本発明の属する分野および技術における当業者であれば、本発明の原理、考え方、および範囲から有意に逸脱することなく、記述された本発明の測距カメラの構成の変更を実行可能であろうし、変更された構成を有する測距カメラもまた、本発明の範囲内である。例えば、第１実施形態から第４実施形態の測距カメラを任意に組み合わせた態様も、本発明の範囲内である。
【０１９９】
また、図４および図７〜図９に示された測距カメラのコンポーネントの数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意のコンポーネントが追加若しくは組み合わされ、または任意のコンポーネントが削除された態様も、本発明の範囲内である。また、測距カメラの各コンポーネントは、ハードウェア的に実現されていてもよいし、ソフトウェア的に実現されていてもよいし、これらの組み合わせによって実現されていてもよい。
【０２００】
また、図１０に示された測距方法Ｓ１００の工程の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の工程が、任意の目的で追加若しくは組み合され、または、任意の工程が削除される態様も、本発明の範囲内である。
【符号の説明】
【０２０１】
１…測距カメラ  ２…制御部  ３…関連付情報記憶部  ４…距離算出部  ５…３次元画像生成部  ６…表示部  ７…操作部  ８…通信部  ９…データバス  １００…被写体  ＥＰ、ＥＰ１、ＥＰ２…光学系の射出瞳から、被写体が無限遠にある場合の被写体像の結像位置までの距離  ＥＰＯＤ…光学系の射出瞳から、任意の距離に被写体が存在する場合の被写体像の結像位置までの距離  ＥＰＦＤ…光学系の射出瞳から、撮像素子の撮像面までの距離  ＩＳ１…第１の撮像系  ＩＳ２…第２の撮像系  ＯＳ１…第１の光学系  ＯＳ２…第２の光学系  Ｓ…撮像部  Ｓ１…第１の撮像素子  Ｓ２…第２の撮像素子  Ｐ…第１の光学系の光軸と第２の光学系の光軸との間の第１の光学系の光軸方向に対して垂直な方向の離間距離  ＷＳ１…第１の波長選択素子  ＷＳ２…第２の波長選択素子  Ｓ１００…測距方法  Ｓ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０…工程  ａ…被写体までの距離  Ｄ…奥行視差  ｂＦＤ…光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離  ｂＯＤ…光学系の後側主点から、任意の距離に被写体が存在する場合の被写体像の結像位置までの距離  ｆ…焦点距離  ｆ１…第１の光学系の焦点距離  ｆ２…第２の光学系の焦点距離  ＹＦＤ…撮像素子の撮像面における被写体像のサイズ  ＹＯＤ…被写体像の結像位置における被写体像のサイズ  ΔｂＯＤ…焦点距離ｆと距離ｂＯＤとの差  ΔｂＦＤ…焦点距離ｆと距離ｂＦＤとの差
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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