(57)【要約】【課題】簡易な構成で高精度に距離情報を算出することが可能な測距装置を提供する。【解決手段】測距装置（１００）は、第一の光学系（１１１ａ）と、第二の光学系（１１１ｂ）と、第一の光学系の撮像範囲内に配置された第一の指標（１１６ａ）と、第二の光学系の撮像範囲内に配置された第二の指標（１１６ｂ）と、第一の光学系により形成された第一の指標の像の位置情報および第二の光学系により形成された第二の指標の像の位置情報を検出する撮像素子（１１２ａ、１１２ｂ）とを有する。【選択図】図１
2020020667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光学系と、
第二の光学系と、
前記第一の光学系の撮像範囲内に配置された第一の指標と、
前記第二の光学系の撮像範囲内に配置された第二の指標と、
前記第一の光学系により形成された前記第一の指標の像の位置情報および前記第二の光学系により形成された前記第二の指標の像の位置情報を検出する撮像素子と、を有することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記第一の指標は、前記第二の光学系の撮像範囲外に配置されており、
前記第二の指標は、前記第一の光学系の撮像範囲外に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、
前記第一の光学系により形成された第一の視差画像を取得する第一の撮像素子と、
前記第二の光学系により形成された第二の視差画像を取得する第二の撮像素子と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記第一の光学系および前記第二の光学系は、ステレオ画像を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項５】
被写体に関する距離情報を算出する画像処理部を更に有し、
前記第一の撮像素子は、前記第一の光学系により形成された前記第一の指標の像の位置情報を検出し、
前記第二の撮像素子は、前記第二の光学系により形成された前記第二の指標の像の位置情報を検出し、
前記画像処理部は、前記ステレオ画像と、前記第一の指標の像の位置情報と、前記第二の指標の像の位置情報とに基づいて、前記被写体に関する前記距離情報を算出することを特徴とする請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記画像処理部は、
前記第一の指標の像の位置情報と前記第二の指標の像の位置情報とに基づいて、測距のための補正値を算出する補正値算出部と、
前記ステレオ画像と前記補正値とに基づいて、前記距離情報を算出する距離情報算出部と、を有することを特徴とする請求項５に記載の測距装置。
【請求項７】
前記補正値は、前記被写体に関する視差量に含まれる像ズレ量の影響を補正するためのデータであることを特徴とする請求項６に記載の測距装置。
【請求項８】
前記第一の光学系および前記第二の光学系のそれぞれの少なくとも一部は、反射面を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項９】
前記第一の光学系および前記第二の光学系のそれぞれの焦点距離をｆ、前記第一の光学系および前記第二の光学系のそれぞれの主点から合焦位置までの距離をｓ、ＦナンバーをＦ、前記撮像素子の画素ピッチをδ、前記第一の光学系および前記第二の光学系のそれぞれの前記主点から前記第一の指標または前記第二の指標までの距離をＬとするとき、
2020020667.tif 000009
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項１０】
前記第一の光学系および前記第二の光学系を収容する第一のフレームと、
前記第一のフレームよりも外側に配置された第二のフレームと、を更に有し、
前記第一の指標および前記第二の指標は、前記第一のフレームに設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項１１】
前記第一の光学系および前記第二の光学系はそれぞれ、
拡大側から縮小側へ順に、前記第一の指標または前記第二の指標、開口部、第一の曲率を有する第一の反射面、および、第二の曲率を有する第二の反射面を有し、
前記開口部の中心を通過して縮小面の中心に至る基準光線の経路を基準軸として、前記第一の指標または前記第二の指標の中心点をＳ、前記基準軸と前記第一の反射面との交点をＱ、前記基準軸と前記第二の反射面との交点をＲ、前記交点Ｑと前記中心点Ｓとを結ぶ線分ＱＳと前記中心点Ｓと前記交点Ｒとを結ぶ線分ＳＲとのなす角度（ｄｅｇ）を∠ＱＳＲとするとき、
６０＜∠ＱＳＲ＜１２０
なる条件を満足することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項１２】
前記第一の反射面と前記第二の反射面とを含む複数の反射面のうち少なくとも一つの反射面に関して、前記基準軸との交点における面法線が前記基準軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１１に記載の測距装置。
【請求項１３】
任意のタイミングで前記第一の指標および前記第二の指標の表示と非表示とを切り替え可能な透過型の光学素子を更に有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項１４】
前記光学素子を制御する制御部を更に有し、
前記制御部は、第一の領域よりも被写体のテクスチャの少ない第二の領域に前記第一の指標および前記第二の指標を表示するように前記光学素子を制御することを特徴とする請求項１３に記載の測距装置。
【請求項１５】
前記光学素子を制御する制御部を更に有し、
前記制御部は、第一の領域よりも被写体と前記第一の指標または前記第二の指標との輝度値の差が大きい第二の領域に前記第一の指標および前記第二の指標を表示するように前記光学素子を制御することを特徴とする請求項１３に記載の測距装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の測距装置と、前記測距装置により取得された被写体に関する距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部と、を有することを特徴とする車載カメラシステム。
【請求項１７】
前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の各輪に制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置を有することを特徴とする請求項１６に記載の車載カメラシステム。
【請求項１８】
前記自車両と前記物体との衝突可能性が有ると判定された場合に、前記自車両の運転者に対して警報を発する警報装置を有することを特徴とする請求項１６または１７に記載の車載カメラシステム。
【請求項１９】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の測距装置を備え、該測距装置を保持して移動可能であることを特徴とする移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視カメラや車載カメラなどの撮像装置に適して用いられ、被写体までの距離を測定する測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステレオカメラを用いた測距装置では、温度変動や物理的な衝撃などによる構成部材の変形により、光学特性が変化し、測距結果に誤差が生じる。特許文献１には、撮像装置の前方に設けられた校正器具にフォーカスを合わせて校正器具内の複数の指標点の空間的な分布を求め、その分布に基づいて撮像装置の位置・姿勢を補正することで、測距結果の誤差を補正する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、複数の指標点が撮像装置の視野内に存在するため、画像全体の光量が減少する。その結果、高精度に距離情報を取得することが困難である。
【０００５】
そこで本発明は、簡易な構成で高精度に距離情報を取得することが可能な測距装置および撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面としての測距装置は、第一の光学系と、第二の光学系と、前記第一の光学系の撮像範囲内に配置された第一の指標と、前記第二の光学系の撮像範囲内に配置された第二の指標と、前記第一の光学系により形成された前記第一の指標の像の位置情報および前記第二の光学系により形成された前記第二の指標の像の位置情報を検出する撮像素子とを有する。
【０００７】
本発明の他の側面としての車載カメラシステムは、前記測距装置と、前記測距装置により取得された被写体に関する距離情報に基づいて自車両と前記物体との衝突可能性を判定する衝突判定部とを有する。
【０００８】
本発明の他の側面としての移動装置は、前記測距装置を備え、該測距装置を保持して移動可能である。
【０００９】
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成で高精度に距離情報を算出することが可能な測距装置および撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における測距装置のブロック図である。
【図２】実施例１における撮像部の外観図である。
【図３】実施例１におけるキャリブレーションマーカー部の外観図である。
【図４】実施例１における測距方法のフローチャートである。
【図５】実施例１における撮像部の構成図である（変形していない状態）。
【図６】実施例１における撮像部の構成図である（変形した状態）。
【図７】実施例２における撮像部の構成図である。
【図８】実施例２における撮像光学系の説明図である。
【図９】各実施例における被写体距離の算出方法の説明図である。
【図１０】各実施例における対応被写体探索処理の説明図である。
【図１１】各実施例における撮像光学系が変形した場合の被写体距離の算出方法の説明図である。
【図１２】実施例３における車載カメラシステムの機能ブロック図である。
【図１３】実施例３における車両の要部概略図である。
【図１４】実施例３における車載カメラシステムの動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
まず、図９を参照して、２つの撮像光学系を用いて被写体距離を取得する方法について説明する。図９は、被写体距離の算出方法の説明であり、互いに同一の構造を有する２つの撮像光学系ＣＡ、ＣＢを用いて撮影シーンのうちの１点に存在する被写体Ｏｂｊを撮像する様子を示している。撮像素子ＳＡ、ＳＢはそれぞれ、撮像光学系ＣＡ、ＣＢにより形成された被写体像（光学像）を受光する。撮像光学系ＣＡ、ＣＢのそれぞれの入射瞳中心は（−Ｄ／２，０）、（Ｄ／２，０）に存在し、被写体Ｏｂｊは（ｘ、ｚ）に存在する。撮像光学系ＣＡ、ＣＢのそれぞれの焦点距離をｆ、撮像素子ＳＡ、ＳＢのそれぞれにおける被写体Ｏｂｊの座標をａ、ｂとすると、以下の式（１）が成立する。
【００１４】
【数１】
2020020667.tif 000003
【００１５】
式（１）において、ｂ−ａは、互いに異なる視点から同一の被写体を撮像した際の撮像面上での位置のずれ、すなわち視差である。視差ｂ−ａ（視差量）を取得することができれば、視差ｂ−ａ、撮像光学系ＣＡ、ＣＢのそれぞれの焦点距離ｆ、および、基線長Ｄを式（１）に代入することにより、被写体距離ｚ（撮像光学系の入射瞳中心から被写体Ｏｂｊまでの距離）を算出することができる。
【００１６】
続いて、図１０を参照して、２つの撮像光学系を用いて取得された２つの画像から視差量を取得するための対応被写体探索処理について説明する。図１０は、対応被写体探索処理の説明図であり、互いに異なる視点から撮像された画像ＩＭＧ１、ＩＭＧ２を示している。画像座標（Ｘ，Ｙ）は、図１０中に示される画素群の中心を原点として定義し、水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸とする。また、画像座標（Ｘ，Ｙ）に位置する画像ＩＭＧ１の画素値をＦ１（Ｘ，Ｙ）とし、画像ＩＭＧ２の画素値をＦ２（Ｘ，Ｙ）として説明する。画像ＩＭＧ１における任意の座標（Ｘ，Ｙ）に対応する画像ＩＭＧ２の画素は、座標（Ｘ，Ｙ）における画像ＩＭＧ１の画素値Ｆ１（Ｘ，Ｙ）と最も類似する画像ＩＭＧ２の画素値を探すことで求めることができる。なお、以降の説明において、画像上の対応点と対応画素とは同一の意味である。
【００１７】
ここで、図１０に示される画像ＩＭＧ１、ＩＭＧ２上の縦線で示される画素Ｐ１、Ｐ２は、互いに同じ被写体からの光を記録した、対応画素（対応点）に相当する。ただし、一般的に任意の画素と最も類似する画素を探すことは難しいため、画像座標（Ｘ，Ｙ）の近傍の画素も用い、ブロックマッチング法と呼ばれる手法で類似画素を探索することができる。
【００１８】
例えば、ブロックサイズが３である場合のブロックマッチング処理について説明する。画像ＩＭＧ１の任意の座標（Ｘ，Ｙ）の画素（注目画素）、および、その前後の座標（Ｘ−１、Ｙ）、（Ｘ＋１、Ｙ）に位置する２つの画素の計３画素の画素値はそれぞれ、Ｆ１（Ｘ，Ｙ）、Ｆ１（Ｘ−１，Ｙ）、Ｆ１（Ｘ＋１，Ｙ）となる。これに対し、座標（Ｘ，Ｙ）からＸ方向にｋだけずれた画像ＩＭＧ２の画素の画素値はそれぞれ、Ｆ２（Ｘ＋ｋ，Ｙ），Ｆ２（Ｘ＋ｋ−１，Ｙ），Ｆ２（Ｘ＋ｋ＋１，Ｙ）となる。このとき、画像ＩＭＧ１の座標（Ｘ，Ｙ）に位置する注目画素と、画像ＩＭＧ２の座標（Ｘ＋ｋ，Ｙ）に位置する画素との類似度Ｅは、以下の式（２）のように定義される。
【００１９】
【数２】
2020020667.tif 000004
【００２０】
式（２）において逐次ｋの値を変えて類似度Ｅを算出し、最も小さい類似度Ｅを与える座標（Ｘ＋ｋ、Ｙ）が、画像ＩＭＧ１の注目画素に対応する画像ＩＭＧ２の画素の座標となる。ここでは、Ｘ方向にのみ逐次座標を変化させながら類似度Ｅを算出しているが、Ｙ方向、または、Ｘ方向およびＹ方向の両方向にも逐次座標を変化させながら類似度Ｅを算出してもよい。このような対応被写体探索処理を行うことにより、２つの画像のそれぞれにおける対応点（対応画素）の座標を取得することができ、それらの相違量である視差量を算出することが可能である。
【００２１】
本実施形態では、ブロックサイズが３である場合のブロックマッチング処理について説明したが、前述の処理において、探索範囲およびブロックサイズは変更可能なパラメータである。視差量が事前にある程度予測される場合には、探索範囲をある領域に絞って処理を行うことで、処理負荷を大幅に低減して高速化を図ることができる。ブロックサイズについては、一般的に被写体の構造サイズに合わせて設定することにより、視差量の算出精度を向上させることができる。また、特に画像がボケている場合、そのボケ量を加味してブロックサイズを拡大することにより、視差量の算出誤差を低減することができる。また、類似度Ｅに対して直線フィッティングやパラボラフィッティングによってサブ画素レベルで視差量を算出する手法が知られている。これらのフィッティング関数は、画像の鮮鋭度に応じてサブ画素算出誤差が変化することが知られており、画像の鮮鋭度に応じて関数を選択することも可能である。
【００２２】
以上説明したように、２つの撮像光学系を用いて取得した２つの画像において対応被写体探索処理を行うことにより視差量を算出し、この視差量に基づいて被写体距離を算出することができる。また、撮像光学系に応じて視差量と像面移動量であるデフォーカス量との関係は決定される。このため、その視差量に基づいてデフォーカス量を算出することができる。そして、そのデフォーカス量に基づいてレンズの繰り出し量を求め、レンズを移動し合焦させることができる（位相差ＡＦ）。以降、本明細書中では、被写体距離、視差量、デフォーカス量、または、位相差情報を被写体距離に関する情報という意味で距離情報とも表現する。
【００２３】
ここで、前述の被写体距離ｚの算出では、撮像光学系ＣＡ、ＣＢを用いて（ｘ、ｚ）に存在する被写体Ｏｂｊを撮像した場合、撮像素子ＳＡ、ＳＢ上の常に同じ位置である座標ａ、ｂに被写体Ｏｂｊの像が生じることを前提としている。この前提条件は、撮像光学系ＣＡ、ＣＢが変形しない場合には常に成り立つが、撮像光学系ＣＡ、ＣＢが変形した場合にはその限りではない。一例として、図１１は、図９に示される撮像光学系ＣＡが左方向に偏芯し、撮像光学系ＣＢが左回りに傾いた場合の状態を模式的に示している。この状態で撮像光学系ＣＡ、ＣＢを用いて（ｘ、ｚ）に存在する被写体Ｏｂｊを撮像した場合、被写体Ｏｂｊの像が生じる座標は、撮像素子ＳＡではａ＋ｃの位置、撮像素子ＳＢではｂ＋ｄの位置となる。すなわち、初期状態である図９から撮像光学系が変形した図１１の状態への変化により、撮像素子ＳＡ、ＳＢ上の像位置がそれぞれ像ズレ量ｃ、ｄだけずれる。式（１）から明らかなように、分母に像ズレ量ｃ、ｄが加わるため、式（１）の右辺の値は被写体距離ｚとは異なる値となる。すなわち、撮像光学系の変形による像ズレ量の発生により、被写体距離ｚの算出に誤差が生じる。
【００２４】
像ズレが発生する主な原因は、左右の撮像装置の筐体の相対関係がずれることである。このため、従来技術では、像ズレを検出するためにマーカーを用いる場合、左右の撮像光学系の視野に共通に含まれるような位置に設置する必要があった。また従来技術では、撮像装置の筐体自体のズレ量を測定するため、校正器具とカメラユニットとを一体に保持することができなかった。このため、像ズレの検出を行うためにステレオカメラユニットを設置した車両のフロントガラスや外部の校正装置を用いる必要があった。
【００２５】
本実施形態の撮像部は、ステレオ画像を取得するための第一の撮像光学系および第二の撮像光学系を有し、第一の撮像光学系および第二の撮像光学系のそれぞれの少なくとも一部が一体的に保持（固定）されている。このため、第一の撮像光学系および第二の撮像光学系の筐体の相対位置関係は略一定であるとみなすことができる。これにより、撮像部内に二つの撮像光学系のそれぞれ一方の撮像範囲にのみ含まれるようにカメラ校正用のキャリブレーションマーカー部（マーカー）を配置することができる。マーカーの位置の変化量から算出される像ズレ量に基づいて測距のための補正値を算出し、補正値と撮像部により取得される複数の視差画像とに基づいて距離情報を算出する。
【００２６】
このような構成により、光学系の変位や変形による像ズレが発生した状態でも、簡易な構成で（すなわち外部の校正装置を用いることなく）高精度に距離を算出することが可能となる。ここまで、本実施形態の測距装置による距離算出方法の概要について説明した。以下、測距装置（撮像装置）について、各実施例において詳述する。
【実施例１】
【００２７】
まず、図１および図２を参照して、本発明の実施例１における測距装置について説明する。図１は、測距装置（ステレオカメラユニット）１００のブロック図である。図２は、撮像部１１０の外観図である。図３は、キャリブレーションマーカー部１１３（１１３ａ、１１３ｂ）の外観図である。
【００２８】
図１および図２に示されるように、測距装置１００は、主として被写体の距離情報を取得する撮像部１１０を有する。撮像部１１０は、複数の光学素子とそれらを保持する部材のみで構成されている。本実施例において、撮像部１１０は、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂ、撮像素子１１２ａ、１１２ｂ、および、キャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂを有する。
【００２９】
図２に示されるように、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂは、左右で一体となるように互いに固定されている。これにより、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂの相対位置関係は略一定とみなすことができる。このため、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれの像ズレ量を検出することにより、測距装置１００の全体の補正値を求めることが可能である。なお本実施例において、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂをそれぞれ別の筐体で保持し、さらに別の部材を用いて２つの筐体を一体的に保持しているが、これに限定されるものではない。これに代えて、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂを同一の部材で保持するように構成してもよい。また本実施例において、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂの一部のみを一体的に保持するように構成してもよい。撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのうち、例えば、像ズレ量に対する敏感度の高い反射部材のみを一体的に保持するように構成することもできる。
【００３０】
撮像素子１１２ａ、１１２ｂは、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等の固体撮像素子である。キャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂは、図３に示されるように、光を透過する透明基板１１５上に、不透明の複数のマーカー（指標、印）１１６が描かれている。透明基板１１５は、撮像部１１０へのゴミ等の侵入を防ぐカバーガラスの役割もかねている。複数のマーカー１１６は、画像中心部に写り込まないように撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれの視野の周辺に配置することが好ましい。また、測距装置１００の用途によっては、水平方向および垂直方向で同じ範囲が見えている必要がない場合がある。例えば、測距装置１００の用途が車載カメラである場合、周囲を監視する際に、歩道や対向車等、水平方向に関しては広く見えたほうがよいが、垂直方向に関しては最低限信号機や道路標識が見えればよく、水平方向に比べて見える範囲を狭くしても構わない。このような場合、垂直方向の視野外にマーカー１１６を設定することで、センサ領域を有効活用することができるため、好ましい。
【００３１】
図１において、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂはそれぞれ、被写体（不図示）からの光を撮像素子１１２ａ、１１２ｂ上に結像させる単焦点撮像光学系である。撮像素子１１２ａ、１１２ｂは、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂをそれぞれ介して形成された光学像（被写体像）を光電変換してアナログ電気信号（画像信号）を出力する。Ａ／Ｄコンバータ１０は、撮像素子１１２ａ、１１２ｂにより生成されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号を画像処理部２０に出力する。
【００３２】
画像処理部２０は、２つの画像を生成する。画像処理部２０は、Ａ／Ｄコンバータ１０から出力されるデジタル信号に対して、画素補間処理、輝度信号処理、および、色信号処理など、いわゆる現像処理を行う。画像処理部２０により生成される２つの画像は、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれにより形成された被写体像および画像周辺に写り込んだマーカー像に相当し、互いに視差を有する複数（２つ）の視差画像である。
【００３３】
制御部３０は、撮像部１１０に設けられた撮像素子１１２ａ、１１２ｂを制御して撮像を行う。画像処理部２０の補正値算出部２１は、写り込んだマーカー像の位置に基づいて、像ズレ量を算出する。キャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂのそれぞれに複数のマーカー１１６を配置することにより、被写体の状況に応じて、位置を検出しやすいマーカーのみを選択して用いることができる。また補正値算出部２１は、算出された２つの撮像光学系１１１ａ、１１１ｂの像ズレ量に基づいて、測距のための補正値を算出する。メモリ８０には、測距装置１００を組み上げた初期状態での補正値等が記録されている。画像処理部２０の距離情報算出部２２は、画像処理部２０により生成された２つの視差画像と、補正値算出部２１により算出された補正値とを用いて、被写体距離を算出する。メモリ（記憶部）８０は、測距装置１００を組み立てた初期状態での補正値などの補正情報を記憶している。
【００３４】
キャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂは、撮像部１１０を小型にするため、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂにそれぞれ近い位置に配置することが好ましい。一方、キャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂを撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれに近すぎる位置に配置すると、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂの合焦位置から外れるため、取得するマーカー像がボケてしまう。マーカー像が大きくボケると、マーカー位置の測定精度が低下する。マーカー像がボケないために、マーカーのボケ量に関する以下の条件式（３）を満足することが好ましい。
【００３５】
【数３】
2020020667.tif 000005
【００３６】
条件式（３）において、ｆは撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれの焦点距離、ｓは撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれの主点から合焦位置までの距離である。また条件式（３）において、ＦはＦナンバー、δは撮像素子１１２ａ、１１２ｂのそれぞれの画素ピッチ、Ｌは撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれの主点からキャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂまでの距離である。
【００３７】
より好ましくは、以下の条件式（３ａ）を満足する。
【００３８】
【数３ａ】
2020020667.tif 000006
【００３９】
更に好ましくは、以下の条件式（３ｂ）を満足する。
【００４０】
【数３ｂ】
2020020667.tif 000007
【００４１】
したがって、焦点距離ｆの短い広角レンズの方が、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのそれぞれからキャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂまでの距離を縮めることができ、より小型な撮像部１１０を提供できるため好ましい。本実施例において、以下の式（４）を満足することが好ましい。
【００４２】
【数４】
2020020667.tif 000008
【００４３】
撮像部１１０を構成する撮像光学系１１１ａ、１１１ｂは、最も被写体に近いレンズ同士の間の長さが５０ｍｍになるように配置されており、この長さは撮像部１１０の基線長Ｄに相当する。撮像光学系１１１ａ、１１１ｂは、互いに同一の構成であって、左右対称になるように平行に配置されている。また、撮像部１１０を構成する２つの撮像光学系１１１ａ、１１１ｂの画角は同一である。
【００４４】
次に、図４を参照して、測距装置１００による測距方法について説明する。図４は、本実施例における測距方法のフローチャートである。図４の各ステップは、主に制御部３０または画像処理部２０により実行される。まずステップＳ１０１において、制御部３０は、撮像部１１０を制御して撮像を行うことにより、２つの画像を取得する。
【００４５】
ここで、図５を参照して、撮像部１１０が変形していない状態における撮像部１１０の構成について説明する。図５は、撮像部１１０の構成図である。図５（ａ）に示されるように、撮像光学系１１１ａは、２つのレンズ１１７ａ１、１１７ａ２と２つのプリズム１１８ａ１、１１８ａ２とを備えて構成されている。同様に、撮像光学系１１１ｂは、２つのレンズ１１７ｂ１、１１７ｂ２と２つのプリズム１１８ｂ１、１１８ｂ２とを備えて構成されている。図５（ａ）において、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂの光軸ＯＡ１、ＯＡ２がそれぞれ一本鎖線で示されている。撮像光学系１１１ａの光軸ＯＡ１は、Ｘ−Ｚ平面においてプリズム１１８ａ１で９０度、プリズム１１８ａ２でそれぞれ−９０度折り曲げられ、撮像素子１１２ａに入射する。すなわち、２つのプリズム１１８ａ１、１１８ａ２はそれぞれ、撮像光学系１１１ａの光軸ＯＡ１を９０度屈曲させる。同様に、撮像光学系１１１ｂにおける２つのプリズム１１８ｂ１、１１８ｂ２は、光軸ＯＡ２を９０度屈曲させる。撮像光学系１１１ａ、１１１ｂは互いに同一の構成を有し、左右対称になるように配置されている。
【００４６】
図５（ｂ）において、基線長Ｄを一点鎖線で示している。また図５（ｂ）において、光軸ＯＡ１と撮像素子１１２ａとの交点をＯＣａ、光軸ＯＡ２と撮像素子１１２ｂとの交点をＯＣｂとしてそれぞれ示している。このように、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂは、光軸ＯＡ１、ＯＡ２と撮像素子１１２ａ、１１２ｂとの交点ＯＣａ、ＯＣｂとをそれぞれ結ぶ直線と、基線長Ｄとが互いに略水平（平行）となるように配置されている。また、撮像素子１１２ａ、１１２ｂは、その長辺が基線長Ｄと略平行になり、その短辺が基線長Ｄと略垂直となるように配置されている。図５（ｂ）において、マーカー１１６ａ、１１６ｂはそれぞれ、撮像部１１０の変形が生じていない状態でのマーカー像を表している。
【００４７】
次に、図６を参照して、撮像部１１０が変形した状態における撮像部１１０の構成について説明する。図６は、撮像部１１０の構成図である。変形の例として、ここでは撮像光学系１１１ａ、１１１ｂのプリズム１１８ａ１、１１８ｂ１が内側に倒れた状態を説明する。このような変形が生じた場合、図５（ａ）に示されるような光路（光軸ＯＡ１、ＯＡ２）を通っていた軸上光線は、図６（ａ）中に一点鎖線で示されるように、プリズム１１８ａ１、１１８ｂ１で光路（光軸ＯＡ１’、ＯＡ２’）が傾く。その結果、図６（ｂ）に示されるように、元々の光軸光線が交点ＯＣａ’、ＯＣｂ’とそれぞれ像ズレ量ｃ、ｄだけ内側にずれた場所に到達する。図６（ｂ）において、マーカー１１６ａ’、１１６ｂ’はそれぞれ、撮像部１１０の変形が生じた状態でのマーカー像を表している。このように、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂよりも物体側（拡大側）にキャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂを配置することにより、撮像光学系１１１ａ、１１１ｂを構成する全ての光学素子の倒れや偏芯などの影響を検出することが可能となる。
【００４８】
続いて、図４のステップＳ１０２において、制御部３０は、撮像素子１１２ａ、１１２ｂを検出部として用い、キャリブレーションマーカー部１１３ａ、１１３ｂのマーカー１１６ａ、１１６ｂの位置（マーカー位置、マーカー位置情報）を検出する。図５に示されるように撮像部１１０の変形が生じていない場合、マーカー位置は初期状態と変わらないため、マーカー位置（検出位置）は０となる。ここで、初期状態との比較として、メモリ８０から初期状態時のマーカー位置（マーカー位置情報）を取得して、検出位置（検出位置情報）と比較することも可能である。
【００４９】
一方、図６に示されるように撮像部１１０の変形が生じた場合、初期状態から撮像部１１０の内向きに像ズレ量ｃ、ｄだけ発生している。すなわち、撮像光学系１１１ａのマーカー位置（検出位置）は−ｃ、撮像光学系１１１ｂのマーカー位置（検出位置）は−ｄとなる。なお本実施例では、マーカー位置の検出を撮像と同時に（撮影ごとに）毎回実施するが、これに限定されるものではない。これは、撮像部１１０の変形が常に生じ続けるわけではないためであり、変形が生じうる頻度に応じて任意にマーカー検出や後段の補正値の算出処理を低減させることができる。例えば、撮影３０フレーム毎に１回のマーカー検出を実行する又は１時間毎に実行するなどの例が考えられる。
【００５０】
続いてステップＳ１０３において、補正値算出部２１は、マーカー位置情報に基づいて、測距に必要となる補正値を算出する。本実施例では、補正値として撮像光学系１１１ａに対しては−ｃ、撮像光学系１１１ｂに対しては−ｄという補正値を算出する。
【００５１】
続いてステップＳ１０４において、距離情報算出部２２は、２つの撮影画像とステップＳ１０３にて算出された補正値とに基づいて、距離情報を算出する。被写体距離を算出する際に必要となる撮像部１１０を構成する２つの撮像光学系１１１ａ、１１１ｂの焦点距離、基線長Ｄ、撮像素子１１２ａ、１１２ｂの画素サイズ等の情報は、メモリ８０に格納されている。距離情報算出部２２は、メモリ８０から適宜その情報を受け取ることができる。距離情報算出部２２は、前述の対応被写体探索処理により、２つの撮影画像から各被写体の視差量を算出する。図５に示されるような変形が生じた状態で撮像された２つの画像から算出される視差量は、像ズレ量を含む値である。本実施例において、一例として、算出された視差量は（ａ＋ｃ＋ｂ＋ｄ）であり、正確な視差量は（ａ＋ｂ）であるとする。このため、そのままの視差量を用いて式（１）から被写体距離を算出すると、像ズレ量（ｃ＋ｄ）の誤差が距離情報に生じてしまう。そこで、ステップＳ１０３にて算出された像ズレ量に相当する補正値を用い、算出された視差量から像ズレ量を差し引くことにより、像ズレにより生じる距離情報の誤差を低減することが可能となる。
【００５２】
本実施例の測距装置によれば、光学系の変位や変形による像ズレが発生した状態でも、外部の校正装置を用いることなく距離算出精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００５３】
次に、本発明の実施例２における測距装置（ステレオカメラユニット）について説明する。本実施例の測距装置は、撮像部１１０に代えて撮像部１２０を有する点で、図１を参照して説明した実施例１の測距装置１００と異なる。本実施例の測距装置の他の構成は、実施例１の測距装置１００と同様であるため、それらの説明を省略する。
【００５４】
まず、図７を参照して、本実施例における撮像部１２０の構成について説明する。図７は、撮像部１２０の構成図である。撮像部１２０は、主として被写体の距離情報を取得する。また撮像部１２０は、撮像光学系１２１ａ、１２１ｂ、撮像素子１２２ａ、１２２ｂ、および、キャリブレーションマーカー部１２３ａ、１２３ｂを有し、内側フレーム１２５および外側フレーム１２６の２層のフレームで保持されている。
【００５５】
撮像光学系１２１ａ、１２１ｂは、光学フレーム１２４上にそれぞれ形成された５面の自由曲面ミラーで構成されている。回転非対称な形状の自由曲面ミラーを利用した反射光学系を撮像光学系１２１ａ、１２１ｂとして用いることにより、Ｆ値が明るく（具体的には画面中心付近のＦ値が２．０前後等）、広角で歪曲のない光学系を容易に実現することができる。また撮像光学系１２１ａ、１２１ｂは、光学フレーム１２４上に一体で形成されていることにより、左右の相対的な位置関係のズレを低減することができる。
【００５６】
本実施例において、制御部３０は、撮像部１２０のキャリブレーションマーカー部１２３ａ、１２３ｂを制御し、マーカーの表示・非表示を切り替える。このような構成により、マーカーの表示・非表示でそれぞれ画像を取得して差分画像を生成することにより、被写体に影響されることなく高精度にマーカー位置（マーカー位置情報）を検出することができる。また、キャリブレーションマーカー部１２３ａ、１２３ｂとして透明の無機ＥＬディスプレイ（無機ＥＬパネル）等の自発光の透過型ディスプレイを用いることにより、夜間等の低照度の環境でも安定してマーカーを検出することが可能となる。なお本実施例において、キャリブレーションマーカー部１２３ａ、１２３ｂを無機ＥＬパネルで構成するが、液晶パネルや有機ＥＬパネル等の能動的にマーカーの表示・非表示を切り替え可能な他の素子で構成してもよい。
【００５７】
撮像部１２０は、外部の温度変化等の影響を軽減するため、外側フレーム１２６と内側フレーム１２５との２層構造になっている。キャリブレーションマーカー部１２３ａ、１２３ｂは、温度変化を受けにくい内側フレーム１２５上に設置されることが好ましい。また、マーカー位置の測定精度を高めるため、マーカーの表示位置を被写体に応じて変化させることが好ましい。例えば、被写体のテクスチャの少ない領域や被写体とキャリブレーションマーカーの輝度値の差が大きい領域にキャリブレーションマーカーを表示する。これにより、被写体とキャリブレーションマーカーとの識別が容易になり、マーカー位置の測定精度が向上する。この結果、より正確な補正値を求めることができる。また本実施例において、キャリブレーションマーカー部１２３ａ、１２３ｂは、式（４）を満足するように配置されることが好ましい。
【００５８】
撮像部１２０を構成する撮像光学系１２１ａ、１２１ｂは、最も被写体に近いレンズ同士の間の長さが１５０ｍｍになるように配置されており、この長さは撮像部１２０の基線長Ｄに相当する。撮像光学系１２１ａ、１２１ｂは、互いに同一の構成であって、左右対称になるように平行に配置されている。また、撮像部１２０を構成する２つの撮像光学系１２１ａ、１２１ｂの画角は同一である。
【００５９】
本実施例は、開口部（開口絞り）ＳＰと第一の反射面Ｒ２と第二の反射面Ｒ３の下記の点を各頂点とする三角形において、その一つの角度を所定の範囲内に設定することで広角化しても、全系の大型化を防ぐことができる。例えば、本実施例の撮像光学系（反射光学系）１２１ａ、１２１ｂは、図８に示されるように構成される。図８は、撮像光学系１２１（１２１ａ、１２１ｂ）の説明図である。撮像光学系１２１は、物体側（拡大側、拡大共役側）から像側（縮小側、縮小共役側）へ光線が進む順に、キャリブレーションマーカー部１２３、開口部ＳＰ、第一の曲率を有する第一の反射面Ｒ２、および、第二の曲率を有する第二の反射面Ｒ３を有する。
【００６０】
キャリブレーションマーカー部１２３の中心点をＳ、開口部ＳＰの中心点（原点）をＰ、第一の反射面Ｒ２のローカル原点（交点）をＱ、第二の反射面Ｒ３のローカル原点（交点）をＲとする。交点Ｑと中心点Ｐとを結ぶ線分ＱＰと中心点Ｐと交点Ｒとを結ぶ線分ＰＲとがなす角度を∠ＱＰＲ（ｄｅｇ）する。また、交点Ｑと中心点Ｓとを結ぶ線分ＱＳと中心点Ｓと交点Ｒとを結ぶ線分ＳＲとがなす角度を∠ＱＳＲ（ｄｅｇ）とする。このとき本実施例の撮像光学系１２１は、以下の条件式（５）を満足することが好ましい。
【００６１】
６０＜∠ＱＳＲ＜∠ＱＰＲ＜１２０  ・・・（５）
ここで、開口部ＳＰ（Ｒ１）の中心を通過して縮小面の中心に至る基準光線（中心主光線）の経路を基準軸とする。このとき、中心点Ｐは基準軸と開口部ＳＰの中心点との交点、ローカル原点Ｑは基準軸と第一の反射面Ｒ２との交点、ローカル原点Ｒは基準軸と第二の反射面Ｒ３との交点にそれぞれ相当する。また本実施例において、第一の反射面Ｒ２と第二の反射面Ｒ３とを含む複数の反射面のうち少なくとも一つの反射面に関して、基準軸との交点における面法線が基準軸に対して傾いている。
【００６２】
本実施例では、条件式（５）を満足することにより、以下の四つの効果を奏する。
【００６３】
第一の効果は、第一の反射面Ｒ２を小型化する効果である。第一の反射面Ｒ２を小型化するには、開口部ＳＰと第一の反射面Ｒ２との間隔を短くすればよい。第一の反射面Ｒ２の大きさは、画角と、開口部ＳＰと第一の反射面Ｒ２との間隔のみで決定される。このため、画角が先に決定されると、第一の反射面Ｒ２の大きさを小さくするには、開口部ＳＰと第一の反射面Ｒ２との間隔を短くするしかない。しかし、開口部ＳＰと第一の反射面Ｒ２との間隔を短くし過ぎると、第一の反射面Ｒ２から第二の反射面Ｒ３へ向かう光束を開口部ＳＰが遮ってしまうため、好ましくない。このため、開口部ＳＰと第一の反射面Ｒ２との間隔をできる限り短くすることが好ましい。
【００６４】
第二の効果は、第二の反射面Ｒ３を小型化する効果である。第二の反射面Ｒ３を小型化するには、第一の反射面Ｒ２の形状を凹面にする必要がある。逆に、第一の反射面Ｒ２の形状を凸面にすると、第一の反射面Ｒ２からの反射光線が発散して第二の反射面Ｒ３が巨大化するため、好ましくない。また、第一の反射面Ｒ２を凹面にすると、各画角光束のそれぞれが収斂し、中間結像面Ｍを構成しつつ各画角光束同士も１点に集まるように収斂する構成となる。このため、第一の反射面Ｒ２と第二の反射面Ｒ３との間隔をある程度の距離だけ離すことにより、第二の反射面Ｒ３の大きさを小さくすることができる。しかし、第一の反射面Ｒ２と第二の反射面Ｒ３との間隔を離し過ぎると、Ｚ軸方向に大型化してしまうため、離し過ぎることは好ましくない。
【００６５】
第三の効果は、第一の反射面Ｒ２で発生する偏心収差を低減する効果である。開口部ＳＰから入射した光を第一の反射面Ｒ２で反射させて第二の反射面Ｒ３に向けて射出する際に、第一の反射面Ｒ２での反射角を小さくできれば、画角光束ごとに発生する非対称な収差（偏心収差）を低減させることができる。このためには、第一の反射面Ｒ２の傾き角を小さくし、第二の反射面Ｒ３をＺ軸に近づけるように構成することが好ましい。しかし、第二の反射面Ｒ３をＺ軸に近づけ過ぎると、開口部ＳＰに入射する最外画角光線を第二の反射面Ｒ３で遮ってしまうことになるため、好ましくない。
【００６６】
第四の効果は、前述の第一から第三の効果による広角化により、マーカーを開口近傍に設置できるという効果である。光学系の焦点距離が短いほうが被写界深度が深くなり、マーカーを合焦位置から離れた位置に配置させることができる。これにより、光学系の主点からマーカーまでの距離を小さくでき、撮像部１２０の小型化を実現することが可能となる。
【００６７】
このように条件式（５）を満足することにより、以上の四つの効果（小型化および高画質化）を奏するため、好ましい。より好ましくは、以下の条件式（５ａ）を満足する。
【００６８】
６５＜∠ＱＳＲ＜１１５  ・・・（５ａ）
更に好ましくは、以下の条件式（５ｂ）を満足する。
【００６９】
７２＜∠ＱＳＲ＜１０８  ・・・（５ｂ）
本実施例の撮像光学系（反射光学系）１２１は、ＹＺ平面内において、Ｚ軸を中心として±４０度の画角を有し、ＸＺ平面内においてはＺ軸を中心として±２０度の画角を有する。また本実施例において、∠ＱＳＲ＝７３（ｄｅｇ）である。このような構成により、光学系の変位や変形による像ズレが発生した状態においても、外部の校正装置を用いることなく距離算出精度を向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００７０】
次に、実施例１または実施例２の測距装置（ステレオカメラユニット）を備えた車載カメラ１０およびそれを備える車載カメラシステム（運転支援装置）６００について説明する。図１２は、車載カメラ１０および車載カメラシステム６００の構成図である。車載カメラシステム６００は、自動車等の車両に設置され、車載カメラ１０により取得した車両の周囲の画像情報に基づいて、車両の運転を支援するための装置である。図１３は、車載カメラシステム６００を備える車両７００の概略図である。図１３においては、車載カメラ１０の撮像範囲５０を車両７００の前方に設定した場合を示しているが、撮像範囲５０を車両７００の後方に設定してもよい。
【００７１】
図１２に示すように、車載カメラシステム６００は、車載カメラ１０と、車両情報取得装置２０と、制御装置（ＥＣＵ：エレクトロニックコントロールユニット）３０と、警報装置４０と、を備える。また、車載カメラ１０は、撮像部１と、画像処理部２と、視差算出部３と、距離算出部４と、衝突判定部５とを備えている。画像処理部２、視差算出部３、距離算出部４、及び衝突判定部５で、処理部が構成されている。撮像部１は、上述した何れかの実施形態に係る光学系と撮像素子とを有する。ステレオ光学系の場合、左右二つの光学系（撮像光学系）と、二つの光学系のそれぞれに対応する二つの撮像素子とを含む。
【００７２】
図１４は、車載カメラシステム６００の動作例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに沿って、車載カメラシステム６００の動作を説明する。
【００７３】
まず、ステップＳ１では、撮像部１を用いて車両の周囲の対象物（被写体）を撮像し、複数の画像データ（視差画像データ）を取得する。続いてステップＳ２では、車両情報取得装置２０から車両情報の取得を行う。車両情報とは、車両の車速、ヨーレート、舵角などを含む情報である。続いてステップＳ３では、撮像部１により取得された複数の画像データに対して、画像処理部２により画像処理を行う。具体的には、画像データにおけるエッジの量や方向、濃度値などの特徴量を解析する画像特徴解析を行う。ここで、画像特徴解析は、複数の画像データの夫々に対して行ってもよいし、複数の画像データのうち一部の画像データのみに対して行ってもよい。
【００７４】
続いてステップＳ４では、撮像部１により取得された複数の画像データ間の視差（像ズレ）情報を、視差算出部３によって算出する。視差情報の算出方法としては、ＳＳＤＡ法や面積相関法などの既知の方法を用いることができるため、本実施形態では説明を省略する。なお、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４は、上記の順番に処理を行ってもよいし、互いに並列して処理を行ってもよい。
【００７５】
続いてステップＳ５では、撮像部１により撮像した対象物との間隔情報（距離情報）を、距離算出部４によって算出する。すなわち距離算出部４は、複数の光学系を介してそれぞれ形成された複数の画像に基づいて被写体の距離情報を算出する。距離情報は、視差算出部３により算出された視差情報と、撮像部１の内部パラメータ及び外部パラメータとに基づいて算出することができる。なお、ここでの距離情報とは、対象物との間隔、デフォーカス量、像ズレ量、などの対象物との相対位置に関する情報のことであり、画像内における対象物の距離値を直接的に表すものでも、距離値に対応する情報を間接的に表すものでもよい。
【００７６】
続いてステップＳ６では、距離算出部４により算出された距離情報が予め設定された設定距離の範囲内に含まれるか否かの判定を、衝突判定部５によって行う。これにより、車両の周囲の設定距離内に障害物が存在するか否かを判定し、車両と障害物との衝突可能性を判定することができる。衝突判定部５は、設定距離内に障害物が存在する場合は衝突可能性ありと判定し（ステップＳ７）、設定距離内に障害物が存在しない場合は衝突可能性なしと判定する（ステップＳ８）。
【００７７】
次に、衝突判定部５は、衝突可能性ありと判定した場合（ステップＳ７）、その判定結果を制御装置３０や警報装置４０に対して通知する。このとき、制御装置３０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて車両を制御し、警報装置４０は、衝突判定部５での判定結果に基づいて警報を発する。
【００７８】
例えば、制御装置３０は、車両に対して、ブレーキをかける、アクセルを戻す、各輪に制動力を発生させる制御信号を生成してエンジンやモータの出力を抑制する、などの制御を行う。また、警報装置４０は、車両のユーザ（運転者）に対して、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与える、などの警告を行う。
【００７９】
以上、本実施形態に係る車載カメラシステム６００によれば、上記の処理により、効果的に障害物の検知を行うことができ、車両と障害物との衝突を回避することが可能になる。特に、上述した各実施形態に係る光学系を車載カメラシステム６００に適用することで、車載カメラ１０の全体を小型化して配置自由度を高めつつ、広画角にわたって障害物の検知及び衝突判定を行うことが可能になる。
【００８０】
なお、距離情報の算出については、様々な実施形態が考えられる。一例として、撮像部１が有する撮像素子として、二次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素部を有する瞳分割型の撮像素子を採用した場合について説明する。この場合、結像光学系がステレオ光学系を構成していなくても距離情報を算出可能である。瞳分割型の撮像素子において、一つの画素部は、マイクロレンズと複数の光電変換部とから構成され、光学系の瞳における異なる領域を通過する一対の光束を受光し、対をなす画像データを各光電変換部から出力することができる。
【００８１】
そして、対をなす画像データ間の相関演算によって各領域の像ずれ量が算出され、距離算出部４により像ずれ量の分布を表す像ずれマップデータが算出される。あるいは、距離算出部４は、その像ずれ量をさらにデフォーカス量に換算し、デフォーカス量の分布（撮像画像の２次元平面上の分布）を表すデフォーカスマップデータを生成してもよい。また、距離算出部４は、デフォーカス量から変換される対象物との間隔の距離マップデータを取得してもよい。
【００８２】
なお、本実施形態では、車載カメラシステム６００を運転支援（衝突被害軽減）に適用したが、これに限られず、車載カメラシステム６００をクルーズコントロール（全車速追従機能付を含む）や自動運転などに適用してもよい。また、車載カメラシステム６００は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（測距装置を保持して移動可能な移動装置）に適用することができる。また、本実施形態に係る車載カメラ１０、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【００８３】
各実施例において、測距装置１００は、第一の光学系（撮像光学系１１１ａ、１２１ａ）および第二の光学系（撮像光学系１１１ｂ、１２１ｂ）を有する。また測距装置は、第一の光学系の撮像範囲内に配置された第一の指標（マーカー１１６ａ）、および、第二の光学系の撮像範囲内に配置された第二の指標（マーカー１１６ｂ）を有する。また測距装置は、第一の光学系により形成された第一の指標の像の位置情報および第二の光学系により形成された第二の指標の像の位置情報を検出する撮像素子（１１２ａ、１１２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ）を有する。
【００８４】
好ましくは、第一の指標は第二の光学系の撮像範囲外に配置されており、第二の指標は第一の光学系の撮像範囲外に配置されている。また好ましくは、撮像素子は、第一の光学系により形成された第一の視差画像を取得する第一の撮像素子（撮像素子１１２ａ、１２２ａ）と、第二の光学系により形成された第二の視差画像を取得する第二の撮像素子（撮像素子１１２ｂ、１２２ｂ）とを有する。また好ましくは、第一の光学系および第二の光学系は、ステレオ画像（第一の視差画像および第二の視差画像）を形成するように構成されている。
【００８５】
好ましくは、被写体に関する距離情報を算出する画像処理部２０を更に有する。第一の撮像素子は、第一の光学系により形成された第一の指標の像の位置情報を検出する。第二の撮像素子は、第二の光学系により形成された第二の指標の像の位置情報を検出する。そして画像処理部は、ステレオ画像と、第一の指標の像の位置情報と、第二の指標の像の位置情報とに基づいて、被写体に関する前記距離情報を算出する。より好ましくは、画像処理部は、補正値算出部２１および距離情報算出部２２を有する。補正値算出部は、第一の指標の像の位置情報と第二の指標の像の位置情報とに基づいて、測距のための補正値を算出する。そして距離情報算出部は、ステレオ画像と補正値とに基づいて、距離情報を算出する。より好ましくは、補正値は、被写体に関する視差量に含まれる像ズレ量の影響を補正するためのデータである。
【００８６】
好ましくは、第一の光学系および第二の光学系のそれぞれの少なくとも一部は、反射面を有する。また好ましくは、測距装置は、第一の光学系および第二の光学系を収容する第一のフレーム（内側フレーム１２５）、および、第一のフレームよりも外側に配置された第二のフレーム（外側フレーム１２６）を有する。第一の指標および第二の指標は、第一のフレームに設けられている。
【００８７】
好ましくは、第一の指標および第二の指標は、任意のタイミングで第一の指標および第二の指標の表示と非表示とを切り替え可能な透過型の光学素子である。より好ましくは、測距装置は、光学素子を制御する制御部３０を有する。そして制御部は、第一の領域よりも被写体のテクスチャの少ない第二の領域に第一の指標および第二の指標を表示するように光学素子を制御する。また好ましくは、制御部は、第一の領域よりも被写体と第一の指標または第二の指標との輝度値の差が大きい第二の領域に第一の指標および第二の指標を表示するように光学素子を制御する。
【００８８】
各実施例によれば、簡易な構成で高精度に距離情報を算出することが可能な測距装置および撮像装置を提供することができる。
【００８９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  測距装置
１１１ａ、１２１ａ  撮像光学系（第一の光学系）
１１１ｂ、１２１ｂ  撮像光学系（第二の光学系）
１１６ａ  マーカー（第一の指標）
１１６ｂ  マーカー（第二の指標）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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