(57)【要約】【課題】第１の光学系および第２の光学系のそれぞれが、ビネッティングが生じる光学系であり、被写体の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高が高い場合であっても、第１の被写体像の倍率と第２の被写体像の倍率との間の像倍に基づいて、被写体の測距対象点までの距離を正確に算出可能な測距カメラを提供すること。【解決手段】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、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高に応じた計算を行うことにより、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までの距離を算出するための距離算出部４とを備える測距カメラ１。【選択図】図６
2020126029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の測距対象点までの距離を算出するための測距カメラであって、
前記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、
前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第１の被写体像および前記第２の被写体像の測距対象点の像高に応じた計算を行うことにより、前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離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、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、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離を算出することを特徴とする測距カメラ。
【請求項２】
前記第１の光学系は、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じたビネッティングが生じ、前記第１の光学系の像空間での前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高における主光線の延長線と前記第１の光学系の光軸との交点が、前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じて変化する光学系であり、
前記第２の光学系は、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じたビネッティングが生じ、前記第２の光学系の像空間での前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高における主光線の延長線と前記第２の光学系の光軸との交点が、前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じて変化する光学系であり、
前記距離算出部は、前記第１の光学系の前記像空間での前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第１の光学系の前記光軸との前記交点から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第１の被写体像の結像位置までの距離、および、前記第２の光学系の前記像空間での前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第２の光学系の前記光軸との交点から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第２の被写体像の結像位置までの距離を用いた前記計算を行うことにより、前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比に基づいて、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離を算出するよう構成されている請求項１に記載の測距カメラ。
【請求項３】
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、前記被写体の前記測距対象点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、前記被写体の前記測距対象点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１または２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、前記第１の光学系の前記像空間での前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第１の光学系の前記光軸との前記交点から、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の被写体像の前記結像位置までの前記距離と、前記第２の光学系の前記像空間での前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第２の光学系の前記光軸との前記交点から、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の被写体像の前記結像位置までの前記距離とが異なるように構成されており、これにより、前記被写体の前記測距対象点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、前記被写体の前記測距対象点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の光学系の前側主点と前記第２の光学系の前側主点との間に奥行方向の差が存在し、これにより、前記被写体の前記測距対象点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、前記被写体の前記測距対象点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１ないし４のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項６】
前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離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をさらに備え、
前記距離算出部は、前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、前記関連付情報記憶部内の前記関連付情報とに基づいて、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離を算出する請求項１ないし５のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項７】
前記距離算出部は、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高と、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高との比を、前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比として算出する請求項１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。
【請求項９】
前記撮像部は、前記第１の被写体像および前記第２の被写体像の双方を撮像する単一の撮像素子である請求項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、被写体の測距対象点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、被写体の測距対象点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つの被写体像の像倍比に基づいて、被写体の測距対象点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、被写体を撮像することにより、被写体の任意の測距対象点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つの光学系によって形成された２つの被写体像の測距対象点間の並進視差（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、被写体の測距対象点までの距離を算出することができる。
【０００４】
このようなステレオカメラ方式の測距カメラでは、被写体像の測距対象点間の並進視差が小さいと、被写体の測距対象点までの距離を正確に算出することができない。よって、被写体像の測距対象点間の並進視差を十分に大きくするために、２つの光学系を光軸方向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測距対象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の測距対象点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、被写体像の測距対象点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の測距対象点までの距離を正確に算出することは困難である。
【０００６】
このような問題に対し、本発明者らによって、２つの光学系によってそれぞれ形成された２つの被写体像間の像倍比（倍率の比）に基づいて、被写体の測距対象点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、被写体の測距対象点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第１の光学系および第２の光学系が用いられ、第１の光学系によって形成された第１の被写体像および第２の光学系によって形成された第２の被写体像間の像倍比（倍率の比）に基づいて、被写体の測距対象点までの距離が算出される（特許文献２参照）。
【０００７】
このような像倍比方式の測距カメラでは、被写体の測距対象点までの距離を算出するために被写体像の測距対象点間の並進視差が利用されないため、第１の光学系および第２の光学系を近接して配置しても、被写体の測距対象点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。また、第１の被写体像および第２の被写体像間の像倍比は、被写体が近距離に位置する場合であっても正確に取得することが可能なので、像倍比方式の測距カメラは、近距離に位置する被写体の測距対象点までの距離を正確に算出することができる。
【０００８】
本発明者らによって提案された像倍比方式の測距カメラは、第１の光学系によって形成された第１の被写体像と第２の光学系によって形成された第２の被写体像と間の像倍比（倍率の比）に基づいて、被写体の測距対象点までの距離を算出するために、各光学系の像空間における各像高の主光線の延長線と各光学系の光軸との交点の位置を利用している。光学分野において良く知られているように、ビネッティングが生じない光学系において、光学系の像空間における各像高の主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置は、光学系の像空間における像高の値が変化しようと不変であり、光学系の射出瞳の位置と一致する。そのため、本発明者らによって提案された像倍比方式の測距カメラは、被写体の測距対象点までの距離を算出するために、第１の光学系の射出瞳から、被写体が無限遠に存在する場合の第１の光学系によって形成される第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ１と、第２の光学系の射出瞳から、被写体が無限遠に存在する場合の第２の光学系によって形成される第２の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ２とを利用していた。
【０００９】
一方、像高に応じたビネッティングが生じる光学系においては、光学系の像空間における像高の値が変化すると、光学系の像空間における該像高の主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置が変化する。光学系の像空間における被写体の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が低ければ、上述のようなビネッティングに起因する影響も小さく、光学系の像空間における該像高の主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置は、光学系の射出瞳の位置とほぼ一致している。そのため、光学系の像空間における被写体の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が低ければ、本発明者らによって提案された像倍比方式の測距カメラは、被写体の測距対象点までの距離を正確に算出することができていた。一方、光学系の像空間における被写体の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が高くなるにつれて、上述のようなビネッティングに起因する影響が大きくなり、光学系の像空間における該像高の主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置と、光学系の射出瞳の位置との差が大きくなる。そのため、第１の光学系および第２の光学系のそれぞれが、像高に応じたビネッティングが生じる光学系である場合、本発明者らによって提案された像倍比方式の測距カメラを用いると、光学系の像空間における被写体像の測距対象点の像高が高くなるにつれて、被写体の測距対象点までの距離の測定の誤差が増大してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
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、被写体の測距対象点までの距離を算出するために用いられる第１の光学系および第２の光学系のそれぞれが、ビネッティングが生じる光学系であり、かつ、被写体の測距対象点に対応し、第１の光学系によって形成される第１の被写体像および第２の光学系によって形成される第２の被写体像の測距対象点の像高が高い場合であっても、第１の被写体像の倍率と第２の被写体像の倍率との間の像倍に基づいて、被写体の測距対象点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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的は、以下の（１）〜（９）の本発明により達成される。
（１）被写体の測距対象点までの距離を算出するための測距カメラであって、
前記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、
前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第１の被写体像および前記第２の被写体像の測距対象点の像高に応じた計算を行うことにより、前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離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、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、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離を算出することを特徴とする測距カメラ。
【００１３】
（２）前記第１の光学系は、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じたビネッティングが生じ、前記第１の光学系の像空間での前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高における主光線の延長線と前記第１の光学系の光軸との交点が、前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じて変化する光学系であり、
前記第２の光学系は、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じたビネッティングが生じ、前記第２の光学系の像空間での前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高における主光線の延長線と前記第２の光学系の光軸との交点が、前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高に応じて変化する光学系であり、
前記距離算出部は、前記第１の光学系の前記像空間での前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第１の光学系の前記光軸との前記交点から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第１の被写体像の結像位置までの距離、および、前記第２の光学系の前記像空間での前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第２の光学系の前記光軸との交点から、前記被写体が無限遠に存在する場合の前記第２の被写体像の結像位置までの距離を用いた前記計算を行うことにより、前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比に基づいて、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離を算出するよう構成されている上記（１）に記載の測距カメラ。
【００１４】
（３）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、前記被写体の前記測距対象点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、前記被写体の前記測距対象点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（１）または（２）に記載の測距カメラ。
【００１５】
（４）前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の前記像空間での前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第１の光学系の前記光軸との前記交点から、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の被写体像の前記結像位置までの前記距離と、前記第２の光学系の前記像空間での前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高における前記主光線の前記延長線と前記第２の光学系の前記光軸との前記交点から、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の被写体像の前記結像位置までの前記距離とが異なるように構成されており、これにより、前記被写体の前記測距対象点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、前記被写体の前記測距対象点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（１）ないし（３）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１６】
（５）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奥行方向の差が存在し、これにより、前記被写体の前記測距対象点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、前記被写体の前記測距対象点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（１）ないし（４）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１７】
（６）前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離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をさらに備え、
前記距離算出部は、前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、前記関連付情報記憶部内の前記関連付情報とに基づいて、前記被写体の前記測距対象点までの前記距離を算出する上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１８】
（７）前記距離算出部は、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第１の被写体像の前記測距対象点の前記像高と、前記被写体の前記測距対象点に対応する前記第２の被写体像の前記測距対象点の前記像高との比を、前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比として算出する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１９】
（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。
【００２０】
（９）前記撮像部は、前記第１の被写体像および前記第２の被写体像の双方を撮像する単一の撮像素子である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の測距カメラ。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の測距カメラでは、被写体の測距対象点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少なくとも２つの光学系を用い、さらに、被写体の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高に応じた計算を行うことにより、該２つの光学系によってそれぞれ形成された２つの被写体像の像倍比（倍率の比）に基づいて、被写体の測距対象点までの距離を測定することができる。そのため、被写体の測距対象点までの距離を算出するために用いられる第１の光学系および第２の光学系のそれぞれが、ビネッティングが生じる光学系であり、かつ、被写体の測距対象点に対応し、第１の光学系によって形成される第１の被写体像および第２の光学系によって形成される第２の被写体像の測距対象点の像高が高い場合であっても、被写体の測距対象点までの距離を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の測距カメラの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の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、被写体の測距対象点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】ビネッティングが生じない光学系において、光学系の像空間における各像高の主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置が不変であり、光学系の射出瞳の位置と一致することを説明するための図である。
【図５】ビネッティングが生じる光学系において、光学系の像空間における像高の値が変化すると、光学系の像空間における該像高の主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置が変化することを説明するための図である。
【図６】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】本発明の第５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１１】本発明の第６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１２】本発明の第７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１３】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】
【００２３】
最初に、本発明の測距カメラにおいて用いられている、被写体の測距対象点までの距離を算出するための原理について説明する。測距カメラにおいて用いられる光学系は、光学系を構成するレンズの大きさや厚み、機械的な開口絞り（フレアカッター）等によるビネッティングが生じない光学系であるものと仮定して、被写体の測距対象点までの距離を算出するための原理について説明する。
【００２４】
被写体の測距対象点に対応し、光学系により形成される被写体像の測距対象点の倍率ｍＯＤは、光学系の前側主点（前側主面）から被写体の測距対象点までの距離（被写体距離）ａ、光学系の後側主点（後側主面）から被写体像の測距対象点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。
【００２５】
【数１】
2020126029.tif 000003
【００２６】
また、光学系の像空間（光学系よりも撮像素子側の空間）における被写体像の測距対象点の像高（光学系の光軸に直交する方向での光学系の光軸からの離間距離）ＹＯＤは、被写体像の測距対象点の倍率ｍＯＤと、物空間（光学系よりも被写体側の空間）における被写体の測距対象点の実際のサイズ（光学系の光軸に直交する方向での光学系の光軸からの離間距離）ｓｚから、下記式（２）のように表すことができる。
【００２７】
【数２】
2020126029.tif 000004
【００２８】
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、被写体像の測距対象点の像高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測距対象点の像高ＹＯＤを求めることができる。
【００２９】
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測距対象点の像高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。
【００３０】
図１に示すように、被写体の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点が、光学系の像空間側の撮像素子の撮像面上に形成される。図１中では、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高（光学系の光軸に直交する方向での光学系の光軸からの離間距離）における主光線の延長線と光学系の光軸との交点から、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、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点から、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ＥＰＯＤとし、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点から撮像素子の撮像面までの距離（フォーカス調整距離：Ｆｏｃｕｓ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ）をＥＰＦＤとしている。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としている。図１に示すように、光学系を構成するレンズの大きさや厚み、機械的な開口絞り（フレアカッター）等によるビネッティングが生じない場合、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高の値に関わらず、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置は、光学系の射出瞳の位置と一致する。
【００３１】
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。
【００３２】
【数３】
2020126029.tif 000005
【００３３】
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。
【００３４】
【数４】
2020126029.tif 000006
【００３５】
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の測距対象点までの距離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。
【００３６】
【数５】
2020126029.tif 000007
【００３７】
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。
【００３８】
【数６】
2020126029.tif 000008
【００３９】
また、図１から明らかなように、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸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測距対象点の像高ＹＯＤを１つの辺とする直角三角形と、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸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測距対象点の像高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測距対象点の像高ＹＦＤを求めることができる。
【００４０】
【数７】
2020126029.tif 000009
【００４１】
上記式（７）から明らかなように、光学系の像空間での撮像素子の撮像面における被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤは、物空間での被写体の測距対象点の実際のサイズ（光学系の光軸に直交する方向での光学系の光軸からの離間距離）ｓｚ、光学系の焦点距離ｆ、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点から、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、光学系から被写体の測距対象点までの距離（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から被写体の測距対象点までの距離ａＦＤの関数として表すことができる。
【００４２】
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の撮像素子Ｓ１の第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の撮像素子Ｓ２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。
【００４３】
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。
【００４４】
また、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系の光軸との交点から、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の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系の光軸との交点から、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。
【００４５】
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の測距対象点までの距離（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の測距対象点までの距離は、ａ＋Ｄとなる。
【００４６】
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。
【００４７】
【数８】
2020126029.tif 000010
【００４８】
ここで、ＥＰＯＤ１は、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系の光軸との交点から、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であり、ＥＰＦＤ１は、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系の光軸との交点から、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。
【００４９】
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。
【００５０】
【数９】
2020126029.tif 000011
【００５１】
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の測距対象点までの距離である。
【００５２】
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。
【００５３】
【数１０】
2020126029.tif 000012
【００５４】
ここで、ＥＰＯＤ２は、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系の光軸との交点から、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であり、ＥＰＦＤ２は、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系の光軸との交点から第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の測距対象点までの距離である。
【００５５】
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。
【００５６】
【数１１】
2020126029.tif 000013
【００５７】
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。
【００５８】
【数１２】
2020126029.tif 000014
【００５９】
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。
【００６０】
また、上記式（１１）を距離ａについて解くと、被写体１００の測距対象点までの距離ａについての一般式（１３）を得ることができる。
【００６１】
【数１３】
2020126029.tif 000015
【００６２】
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。
【００６３】
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の測距対象点までの距離ａとの関係の１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の測距対象点までの距離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。
【００６４】
【数１４】
2020126029.tif 000016
【００６５】
ここで、ｓｚは、物空間における被写体１００の測距対象点の実際のサイズ（第１の光学系ＯＳ１の光軸に直交する方向での第１の光学系ＯＳ１の光軸からの離間距離）、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の被写体像の測距対象点の像高（第１の光学系の光軸に直交する方向での第１の光学系の光軸からの離間距離）、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の被写体像の測距対象点の像高（第２の光学系の光軸に直交する方向での第２の光学系の光軸からの離間距離）である。
【００６６】
第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１および第２の被写体像の測距対象点の像高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算出することができる。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の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１および第２の被写体像の測距対象点の像高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。
【００６７】
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の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１および第２の被写体像の測距対象点の像高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の測距対象点までの距離ａを算出する。
【００６８】
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の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系の光軸との交点から、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の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系の光軸との交点から、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の測距対象点までの距離ａに応じた第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００の測距対象点までの距離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から被写体の測距対象点までの距離ａを算出することが不可能となる。
【００６９】
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から被写体の測距対象点までの距離ａを算出することが不可能となる。
【００７０】
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の測距対象点までの距離ａに応じた第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００の測距対象点までの距離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。
【００７１】
（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の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系の光軸との交点から、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の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系の光軸との交点から、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）
【００７２】
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から被写体の測距対象点までの距離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から被写体の測距対象点までの距離ａ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。
【００７３】
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の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１および第２の被写体像の測距対象点の像高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の測距対象点までの距離ａを算出することができる。
【００７４】
ここまで説明した原理では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれが、光学系を構成するレンズの大きさや厚み、機械的な開口絞り（フレアカッター）等によるビネッティングが生じない光学系であるものとしている。次に、第１の光学系ＯＳ１が、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じる光学系であり、さらに、第２の光学系ＯＳ２が、被写体１００の測距対象点に対応する第２の被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じる光学系である場合について説明する。
【００７５】
図４（ａ）には、ビネッティングが生じない光学系における、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が高い場合の光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点が示されている。図４（ｂ）には、ビネッティングが生じない光学系における、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が低い場合の光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点が示されている。
【００７６】
図４（ａ）および図４（ｂ）から明らかなように、光学系にビネッティングが生じない場合、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高の値が変化しても、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置は変化しない。また、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置は、光学系の射出瞳の位置と一致する。したがって、光学系にビネッティングが生じない場合、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高に関わらず、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系ＯＳ１の光軸との交点から、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に等しい。同様に、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系ＯＳ２の光軸との交点から、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は、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に等しい。このように、光学系にビネッティングが生じない場合、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高の値が変化しても、ＥＰ１およびＥＰ２は変化しない。そのため、ＥＰ１は、第１の光学系ＯＳ１の構成および配置時に決定される固定値となり、ＥＰ２は、第２の光学系ＯＳ２の構成および配置時に決定される固定値となる。第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれが、ビネッティングが生じない光学系である場合、ＥＰ１およびＥＰ２を第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高に対して変化しない固定値として扱うことができる。
【００７７】
一方、図５（ａ）には、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じる光学系における、被写体の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が高い場合の光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点が示されている。図５（ｂ）には、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じる光学系における、被写体の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が低い場合の光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点が示されている。図５（ａ）に示すように被写体像の測距対象点の像高が高い場合、光学系を構成するレンズの大きさや厚み、機械的な開口絞りによる光束のビネッティングが生じる。その結果、被写体の測距対象点に集光する光束の周辺部が開口絞りを通過しなくなり、被写体像の測距対象点に集光する光束の径が変化する。良く知られているように、光学系の像空間における任意の像高での主光線は、像空間の該像高に集光される光束の中心光線なので、図５（ａ）に示すように、ビネッティングが生じる場合、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置が、変化する。その結果、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置と、光学系の射出瞳の位置が一致しなくなる。一方、図５（ｂ）では、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が低いため、ビネッティングが生じていないか、実質的に無視できるほど小さい。この場合、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置は、光学系の射出瞳の位置と一致または略一致する。
【００７８】
このように、光学系に被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じる場合、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対応点の像高に応じて、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置が変化する。特に、被写体像の測距対象点の像高が高くなるにつれて、光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点の位置と、光学系の射出瞳との位置との差が大きくなる。そのため、像倍比ＭＲに基づいて被写体の測距対象点までの距離ａを算出するまでの上記一般式（１３）において用いられるＥＰ１およびＥＰ２を、第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高に対して変化しない固定値として扱うと、被写体１００の測距対象点に対応する被写体像の測距対象点の像高が大きくなるにつれて、算出した被写体の測距対象点までの距離ａと実際の被写体の測距対象点までの距離ａとの誤差が増大してしまう。
【００７９】
このような理由により、本発明の測距カメラは、上記一般式（１３）において用いられるＥＰ１を、第１の被写体像の測距対象点の像高に対して変化しない固定値ではなく、第１の被写体像の測距対象点の像高に応じて変化する変数として扱い、同様に、ＥＰ２を、第２の被写体像の測距対象点の像高に対して変化しない固定値ではなく、第２の被写体像の測距対象点の像高に応じて変化する変数として扱うよう構成されている。このような構成により、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高が高くても、被写体１００の測距対象点までの距離を正確に測定することができる。
【００８０】
以下、上述の原理を利用して、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００の測距対象点までの距離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。
【００８１】
＜第１実施形態＞
最初に、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６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。
【００８２】
図６に示す測距カメラ１は、被写体１００の測距対象点までの距離を算出する機能を有している。測距カメラ１は、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、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の測距対象点までの距離ａ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、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高に応じた計算を行うことにより、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の測距対象点までの距離を算出するための距離算出部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の測距対象点までの距離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。
【００８３】
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の測距対象点までの距離ａ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。
【００８４】
そのため、像倍比ＭＲを用いて被写体１００の測距対象点までの距離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。
【００８５】
【数１５】
2020126029.tif 000017
【００８６】
ここで、係数Ｋは、下記式（１６）で表される。
【００８７】
【数１６】
2020126029.tif 000018
【００８８】
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の測距対象点までの距離ａを算出する。
【００８９】
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の測距対象点までの距離ａを算出するための処理を実行することができる。
【００９０】
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、信号操作および制御を実行するよう構成されている。
【００９１】
制御部２のメモリーは、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。
【００９２】
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。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、一致してない。
【００９３】
また、第１の光学系ＯＳ１は、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じ、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系ＯＳ１の光軸との交点が、第１の被写体像の測距対象点の像高に応じて変化する光学系である。同様に、第２の光学系ＯＳ２は、被写体１００の測距対象点に対応する第２の被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じ、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系ＯＳ２の光軸との交点が、第２の被写体像の測距対象点の像高に応じて変化する光学系である。
【００９４】
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の測距対象点までの距離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の測距対象点までの距離に応じた変化と異なるようになっている。
【００９５】
なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１の構成および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置は、上述の第１の条件（ｆ１≠ｆ２）が満たされており、それにより、被写体１００の測距対象点までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００の測距対象点までの距離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れば、如何なる態様であってもよい。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２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。
【００９９】
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の被写体像のカラーまたは白黒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の被写体像のカラーまたは白黒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の測距対象点までの距離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。
【０１００】
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の測距対象点までの距離（被写体距離）ａ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の測距対象点までの距離ａを算出するための情報である。
【０１０１】
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の測距対象点までの距離ａを算出するための上記式（１５）（または、一般式（１３））、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、およびＫ）、第１の被写体像の測距対象点の像高に応じてＥＰ１を特定するための情報、並びに、第２の被写体像の測距対象点の像高に応じてＥＰ２を特定するための情報である。
【０１０２】
特に、本発明の測距カメラ１においては、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれは、ビネッティングが生じる光学系である。そのため、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系ＯＳ１の光軸との交点から、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ＥＰ１は、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高に応じて変化する変数である。同様に、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像ＯＳ２の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系ＯＳ２の光軸との交点から、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ＥＰ２は、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高に応じて変化する変数である。第１の被写体像の測距対象点の各像高に対応するＥＰ１の値は、第１の光学系ＯＳ１の構成時に測定または事前にシミュレーションされ、第１の被写体像の測距対象点の各像高から、ＥＰ１の値を一意に特定するためのルックアップテーブルまたは数式が関連付情報の１つとして、関連付情報記憶部３に保存されている。同様に、第２の被写体像の測距対象点の各像高に対応するＥＰ２の値は、第２の光学系ＯＳ２の構成時に測定または事前にシミュレーションされ、第２の被写体像の測距対象点の各像高から、ＥＰ２の値を一意に特定するためのルックアップテーブルまたは数式が関連付情報の１つとして、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、実際に算出される第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１から、ＥＰ１の値を一意に特定することができる。同様に、実際に算出される第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２から、ＥＰ２の値を一意に特定することができる。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の測距対象点までの距離ａを算出することが可能となる。
【０１０３】
距離算出部４は、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高に応じた計算を行うことにより、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の測距対象点までの距離ａを算出する機能を有している。より具体的には、距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号から第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１を算出し、さらに、算出された第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１からＥＰ１の値を特定する。同様に、距離算出部４は、第２の被写体像の画像信号から第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２を算出し、さらに、算出された第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２からＥＰ２の値を特定する。その後、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、並びに、第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１から特定したＥＰ１および第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２から特定したＥＰ２を参照し、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の測距対象点までの距離ａを算出する。以下、距離算出部４が実行する処理について詳述する。
【０１０４】
最初に、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の被写体像の測距対象点および第２の被写体像の画像信号内における第２の被写体像の測距対象点を抽出する。距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号中における抽出した第１の被写体像の測距対象点と第１の光学系ＯＳ１の光軸に対応する画素との離間距離に基づいて、第１の被写体像の測距対象点の像高（第１の光学系ＯＳ１の光軸に垂直な方向での第１の光学系ＯＳ１の光軸からの離間距離）ＹＦＤ１を算出し、さらに、第２の被写体像の画像信号中における抽出した第２の被写体像の測距対象点と第２の光学系ＯＳ２の光軸に対応する画素との離間距離に基づいて、第２の被写体像の測距対象点の像高（第２の光学系ＯＳ２の光軸に垂直な方向での第２の光学系ＯＳ２の光軸からの離間距離）ＹＦＤ２を算出する。
【０１０５】
その後、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に関連付情報の１つとして保存されている第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１からＥＰ１の値を一意に特定するためのルックアップテーブルまたは数式を参照し、算出した第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１からＥＰ１の値を特定する。同様に、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に関連付情報の１つとして保存されている第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２からＥＰ２の値を一意に特定するためのルックアップテーブルまたは数式を参照し、算出した第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２からＥＰ２の値を特定する。その後、距離算出部４は、算出した第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１および第２の被写体像の測距対象点の像高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、並びに、第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１から特定したＥＰ１の値および第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２から特定したＥＰ２の値を参照し、像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００の測距対象点までの距離ａを算出（特定）する。
【０１０６】
このように、距離算出部４は、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像の測距対象点の像高に応じたＥＰ１および被写体１００の測距対象点に対応する第２の被写体像の測距対象点の像高に応じたＥＰ２を用いて、上記式（１５）（または、一般式（１３））の計算を行うことにより、被写体１００の測距対象点までの距離ａを算出するよう構成されている。このように、距離算出部４は、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高に応じたＥＰ１およびＥＰ２を用いた計算を行うことにより、像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００の測距対象点までの距離ａを算出（特定）する。そのため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれが、被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じる光学系であり、かつ、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高が高い場合であっても、距離算出部４は、被写体１００の測距対象点までの距離ａを正確に算出することができる。
【０１０７】
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の測距対象点までの距離ａおよび撮像部Ｓが取得した被写体１００の２次元画像（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２次元画像の各ピクセルに対して、算出された被写体１００の測距対象点までの距離ａが関連付けられているデータを意味する。
【０１０８】
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２次元画像（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の測距対象点までの距離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次元画像のような画像、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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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および第２の光学系ＯＳ２が、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）、構成されており、これにより、被写体１００の測距対象点までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００の測距対象点までの距離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、本発明の測距カメラ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の測距対象点までの距離ａを一意に算出することができる。
【０１１２】
＜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。
【０１１３】
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。第２実施形態の測距カメラ１は、撮像部Ｓが第１の撮像素子Ｓ１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、該筐体内に第１のシャッター１０ａ、第２のシャッター１０ｂ、ミラー１１とプリズム１２が設けられている点を除き、第１実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１１４】
図７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の前面側（被写体側）に、第１の光学系ＯＳ１への被写体１００からの光の入射を遮断する第１のシャッター１０ａが配置され、第２の光学系ＯＳ２の前面側に、第２の光学系ＯＳ２への被写体１００からの光の入射を遮断する第２のシャッター１０ｂが配置されている。
【０１１５】
第１のシャッター１０ａおよび第２のシャッター１０ｂは、制御部２のプロセッサーによって制御され、制御部２のプロセッサーからの信号に応じて開閉する。第１のシャッター１０ａおよび第２のシャッター１０ｂは、双方のいずれか一方のみが開かれるように制御され、同時に開かれることはない。
【０１１６】
また、第２の光学系ＯＳ２によって集光される光の光路上には、ミラー１１およびプリズム１２が配置されている。第２のシャッター１０ｂを通過し、第２の光学系ＯＳ２によって集光された光は、ミラー１１およびプリズム１２を通過し、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に到達する。これにより、第２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。図示のように、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の光学系ＯＳ２の光軸は、プリズム１２から第１の撮像素子Ｓ１までの区間において一致するが、それ以外の区間、例えば、被写体１００から第１の光学系ＯＳ１または第２の光学系ＯＳ２までの区間では、一致しない。
【０１１７】
第１のシャッター１０ａが開かれると、被写体１００からの光が第１の光学系ＯＳ１へ入射し、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る。この際、第１の撮像素子Ｓ１は、第１の被写体像の画像信号を取得し、制御部２や距離算出部４に第１の被写体像の画像信号を送る。
【０１１８】
一方、第２のシャッター１０ｂが開かれると、被写体１００からの光が第２の光学系ＯＳ２へ入射し、ミラー１１やプリズム１２を介して、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に第２の被写体像が形成される。この際、第１の撮像素子Ｓ１は、第２の被写体像の画像信号を取得し、制御部２や距離算出部４に第２の被写体像の画像信号を送る。
【０１１９】
このように、本実施形態においては、制御部２のプロセッサーによる制御によって、第１のシャッター１０ａおよび第２のシャッター１０ｂのいずれか一方が開かれる。このような制御によって、測距カメラ１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を分離して取得することができる。
【０１２０】
本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。また、本実施形態では、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撮像素子（第１の撮像素子Ｓ１）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。
【０１２１】
＜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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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の測距対象点までの距離ａ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の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系ＯＳ１の光軸との交点から、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の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系ＯＳ２の光軸との交点から、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。
【０１２４】
そのため、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００の測距対象点までの距離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。
【０１２５】
【数１７】
2020126029.tif 000019
【０１２６】
ここで、係数Ｋは、下記式（１８）で表される。
【０１２７】
【数１８】
2020126029.tif 000020
【０１２８】
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の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系ＯＳ１の光軸との交点から、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の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系ＯＳ２の光軸との交点から、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の測距対象点までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００の測距対象点までの距離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の測距対象点までの距離ａを一意に算出することができる。
【０１２９】
本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置は、上述の第２の条件（ＥＰ１≠ＥＰ２）が満たされており、それにより、被写体１００の測距対象点までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００の測距対象点までの距離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れば、如何なる態様であってもよい。
【０１３０】
＜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。
【０１３１】
以下、第４実施形態の測距カメラ１について、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。本実施形態の測距カメラ１と第３実施形態の測距カメラ１との相違点は、上述した第２実施形態の測距カメラ１と第１実施形態の測距カメラ１との相違点と同様である。すなわち、第４実施形態の測距カメラ１では、撮像部Ｓが第１の撮像素子Ｓ１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、該筐体内に第１のシャッター１０ａ、第２のシャッター１０ｂ、ミラー１１とプリズム１２が設けられている点を除き、第３実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１３２】
第２実施形態の測距カメラ１と同様に、本実施形態の測距カメラ１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の前面側（被写体側）に、第１の光学系ＯＳ１への被写体１００からの光の入射を遮断する第１のシャッター１０ａが配置され、第２の光学系ＯＳ２の前面側に、第２の光学系ＯＳ２への被写体１００からの光の入射を遮断する第２のシャッター１０ｂが配置されている。
【０１３３】
第１のシャッター１０ａおよび第２のシャッター１０ｂは、上述した第２実施形態と同様の動作を行うので、測距カメラ１は、単一の撮像素子（第１の撮像素子Ｓ１）のみを用いて、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分離して取得することができる。
【０１３４】
本実施形態によっても、上述の第３実施形態と同様の効果を発揮することができる。また、上述した第２実施形態と同様に、本実施形態では、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撮像素子（第１の撮像素子Ｓ１）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。
【０１３５】
＜第５実施形態＞
次に、図１０を参照して、本発明の第５実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図１０は、本発明の第５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。
【０１３６】
以下、第５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。
【０１３７】
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の測距対象点までの距離ａ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。
【０１３８】
そのため、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００の測距対象点までの距離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。
【０１３９】
【数１９】
2020126029.tif 000021
【０１４０】
ここで、係数Ｋは、下記式（２０）で表される。
【０１４１】
【数２０】
2020126029.tif 000022
【０１４２】
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の測距対象点までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００の測距対象点までの距離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の測距対象点までの距離ａを一意に算出することができる。
【０１４３】
本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１の構成および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置は、上述の第３の条件（Ｄ≠０）が満たされており、それにより、被写体１００の測距対象点までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００の測距対象点までの距離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れば、如何なる態様であってもよい。
【０１４４】
＜第６実施形態＞
次に、図１１を参照して、本発明の第６実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図１１は、本発明の第６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。
【０１４５】
以下、第６実施形態の測距カメラ１について、第５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と第５実施形態の測距カメラ１との相違点は、上述した第２実施形態の測距カメラ１と第１実施形態の測距カメラ１との相違点、および、上述した第４実施形態の測距カメラ１と第３実施形態の測距カメラ１との相違点と同様である。すなわち、第６実施形態の測距カメラ１では、撮像部Ｓが第１の撮像素子Ｓ１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、該筐体内に第１のシャッター１０ａ、第２のシャッター１０ｂ、ミラー１１とプリズム１２が設けられている点を除き、第５実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１４６】
なお、本実施形態では、図示のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、同一の筐体内において、奥行方向（光軸方向）に直交する方向の同一直線上に配置されている。一方、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から第１の光学系ＯＳ１の前側主点までの距離と、第２の光学系ＯＳ２から第２の光学系ＯＳ２の前側主点までの距離とが異なるように構成されており、そのため、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が存在している（Ｄ≠０）。
【０１４７】
第２実施形態および第４実施形態の測距カメラ１と同様に、本実施形態の測距カメラ１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の前面側（被写体側）に、第１の光学系ＯＳ１への被写体１００からの光の入射を遮断する第１のシャッター１０ａが配置され、第２の光学系ＯＳ２の前面側に、第２の光学系ＯＳ２への被写体１００からの光の入射を遮断する第２のシャッター１０ｂが配置されている。
【０１４８】
第１のシャッター１０ａおよび第２のシャッター１０ｂは、上述した第２実施形態および第４実施形態と同様の動作を行うので、測距カメラ１は、単一の撮像素子（第１の撮像素子Ｓ１）のみを用いて、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分離して取得することができる。
【０１４９】
本実施形態によっても、上述の第５実施形態と同様の効果を発揮することができる。また、上述した第２実施形態と同様に、本実施形態では、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撮像素子（第１の撮像素子Ｓ１）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。
【０１５０】
＜第７実施形態＞
次に、図１２を参照して、本発明の第７実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図１２は、本発明の第７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。
【０１５１】
以下、第７実施形態の測距カメラ１について、第６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７実施形態の測距カメラ１では、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。
【０１５２】
図１２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は、同一の筐体内において、奥行方向の位置の差が存在するよう配置されている。そのため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、第１の光学系ＯＳ１から第１の光学系ＯＳ１の前側主点までの距離と、第２の光学系ＯＳ２から第２の光学系ＯＳ２の前側主点までの距離とが等しくなるよう構成されている場合であっても、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）の差Ｄを確保することができる（Ｄ≠０）。本実施形態によっても、上述の第６実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【０１５３】
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、複数の画像間の視差を用いず、かつ、被写体への一定パターンの照射を行わずに、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の測距対象点までの距離ａを一意に算出することができる。
【０１５４】
そのため、本発明の測距カメラ１では、従来の複数の画像間の視差を用いたステレオカメラ方式の測距カメラと異なり、大きな視差を確保する必要がないため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２を近接して配置しても、被写体１００の測距対象点までの距離ａを正確に算出することができる。これにより、従来のステレオカメラ方式の測距カメラと比較して、測距カメラ１の小型化を実現することができる。また、本発明の測距カメラ１では、被写体１００の測距対象点までの距離を算出するために視差を用いていないため、被写体１００が測距カメラ１から近い位置にある場合であっても、被写体１００の測距対象点までの距離ａを正確に測定することができる。また、本発明によれば、視差を考慮して測距カメラ１を設計する必要がなくなるため、測距カメラ１の設計の自由度を増大させることができる。
【０１５５】
また、本発明の測距カメラ１では、距離算出部４は、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高を用いて、第１の光学系ＯＳ１の像空間での第１の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第１の光学系ＯＳ１の光軸との交点から、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の値を特定し、同様に、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高を用いて、第２の光学系ＯＳ２の像空間での第２の被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と第２の光学系ＯＳ２の光軸との交点から被写体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の値を特定する。そのため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれが、被写体像の測距対象点の像高に応じたビネッティングが生じる光学系であり、かつ、被写体１００の測距対象点に対応する第１の被写体像および第２の被写体像の測距対象点の像高が高い場合であっても、距離算出部４は、被写体１００の測距対象点までの距離ａを正確に算出することができる。
【０１５６】
また、本発明の測距カメラ１では、パターン照射方式の測距カメラと異なり、一定パターンの光を被写体に照射するプロジェクター等の特殊な光源を用いる必要がない。そのため、測距カメラ１のシステム構成をシンプルにすることができる。これにより、従来のパターン照射方式の測距カメラと比較して、測距カメラ１の小型化、軽量化、低消費電力化、および低コスト化を実現することができる。
【０１５７】
また、上述のように、本発明の測距カメラ１において、像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００の測距対象点までの距離ａを算出するために用いられる上記一般式（１３）は、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２がオートフォーカス機能を有さない固定焦点系であり、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面が第１の被写体像の結像位置になく、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面が第２の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であっても、被写体１００の測距対象点までの距離ａを算出するために用いることができる。
【０１５８】
したがって、本発明の測距カメラ１では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のオートフォーカス機能を提供するためのレンズ駆動系を用いる必要がない。そのため、測距カメラ１の部品点数を削減することができ、測距カメラ１の小型化、軽量化、および低コスト化を達成することができる。また、電力を消費して第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２を駆動させる必要もないので、測距カメラ１の消費電力を削減することができる。また、フォーカス動作に要する処理時間も不要となるため、被写体１００の測距対象点までの距離ａを算出するために要する測定時間を短縮することもできる。
【０１５９】
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の測距対象点までの距離ａに対する変化は、第１の被写体像の倍率ｍ１の被写体の測距対象点までの距離ａに対する変化および第２の被写体像の倍率ｍ２の被写体の測距対象点までの距離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。
【０１６０】
なお、上述した各実施形態は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００の測距対象点までの距離ａ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。
【０１６１】
＜測距方法＞
次に、図１３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１３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７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、説明のため、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。
【０１６２】
図１３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の測距対象点までの距離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Ｓ１１０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Ｓ１２０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の被写体像の測距対象点の像高（第１の光学系ＯＳ１の光軸に垂直な方向での第１の光学系ＯＳ１の光軸からの離間距離）ＹＦＤ１を算出する。
【０１６３】
一方、工程Ｓ１３０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Ｓ１４０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の被写体像の測距対象点の像高（第２の光学系ＯＳ２の光軸に垂直な方向での第２の光学系ＯＳ２の光軸からの離間距離）ＹＦＤ２を算出する。
【０１６４】
なお、工程Ｓ１１０および工程Ｓ１２０における第１の被写体像の画像信号の取得と第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１の算出は、工程Ｓ１３０および工程Ｓ１４０における第２の被写体像の画像信号の取得と第２の被写体像の測距対象点の像高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。
【０１６５】
第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１および第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２の双方が算出されると、処理は、工程Ｓ１５０に移行する。工程Ｓ１５０において、距離算出部４は、第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１および第２の被写体像の測距対象点の像高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。
【０１６６】
次に、工程Ｓ１６０において、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に関連付情報の１つとして保存されている第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１からＥＰ１の値を一意に特定するためのルックアップテーブルまたは数式を参照し、算出した第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１からＥＰ１の値を特定する。同様に、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に関連付情報の１つとして保存されている第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２からＥＰ２の値を一意に特定するためのルックアップテーブルまたは数式を参照し、算出した第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２からＥＰ２の値を特定する。その後、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、並びに、第１の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ１から特定したＥＰ１および第２の被写体像の測距対象点の像高ＹＦＤ２から特定したＥＰ２を参照し、算出した像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００の測距対象点までの距離ａを算出（特定）する。工程Ｓ１６０において被写体１００の測距対象点までの距離ａが算出されると、処理は、工程Ｓ１７０に移行する。
【０１６７】
工程Ｓ１７０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の測距対象点までの距離ａおよび撮像部Ｓが取得した被写体１００の２次元画像（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。その後、ここまでの工程において取得された被写体の２次元画像、被写体１００の測距対象点までの距離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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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７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。
【０１７０】
また、図６〜１２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。
【０１７１】
また、図１３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。
【０１７２】
＜利用例＞
本発明の測距カメラ１の利用例は特に限定されないが、例えば、被写体のポートレートを撮像するとともに、被写体の顔の３次元画像を取得するために、測距カメラ１を用いることができる。このような利用形態では、本発明の測距カメラ１をスマートフォンや携帯電話等のモバイルデバイス内に組み込むことが好ましい。
【０１７３】
また、本発明の測距カメラ１は、精密機器の組み立てや検査のために用いられるハンドラーロボットにおいて利用することができる。測距カメラ１によれば、精密機器を組み立てる際に、ハンドラーロボット本体またはハンドラーロボットのアームから、精密機器または精密機器の部品までの距離を測定することができることから、ハンドラーロボットの把持部によって正確に部品を把持することができる。
【０１７４】
また、本発明の測距カメラ１によれば、被写体の測距対象点までの距離を測定することができることから、被写体の３次元情報を取得することができる。このような被写体の３次元情報は、３Ｄプリンターによる３次元構造体の作製に用いることができる。
【０１７５】
また、自動車内において、本発明の測距カメラ１を利用することにより、自動車から歩行者や障害物等の任意の物体までの距離を測定することができる。算出された任意の物体までの距離に関する情報は、自動車の自動ブレーキシステムや自動運転に用いることができる。
【符号の説明】
【０１７６】
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  １０ａ…第１のシャッター  １０ｂ…第２のシャッター  １１…ミラー  １２…プリズム  １００…被写体  ＥＰ、ＥＰ１、ＥＰ２…光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点から、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…光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点から、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  ＥＰＦＤ…光学系の像空間での被写体像の測距対象点の像高における主光線の延長線と光学系の光軸との交点から、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  Ｓ１００…測距方法  Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１６０、Ｓ１７０…工程  ａ…被写体までの距離  Ｄ…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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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