(57)【要約】  本発明の測距装置は、複数の映像の視差量に基づいて測距対象物までの距離を測定する測距装置であって、測距対象物からの光が入射する、略同一形状からなる複数の単レンズＬ１、Ｌ２と、複数の撮像領域Ｎ１、Ｎ２を有し、複数の単レンズＬ１、Ｌ２によって複数の撮像領域Ｎ１、Ｎ２にそれぞれ結像した測距対象物の映像を撮像する撮像部Ｎとを備え、測距対象物側のレンズ面ｒ１および撮像部側のレンズ面ｒ２は非球面の屈折面のみから構成され、複数の単レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれにおいて、測距対象物側のレンズ面ｒ１の近軸曲率半径をＲ１、撮像部側のレンズ面ｒ２の近軸曲率半径をＲ２、焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式が満足される。  −２．４≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．６
2010055688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の映像の視差量に基づいて測距対象物までの距離を測定する測距装置であって、
前記測距対象物からの光が入射する、略同一形状からなる複数の単レンズと、
前記複数の単レンズのそれぞれに対向する複数の撮像領域を有し、前記複数の単レンズによって前記複数の撮像領域にそれぞれ結像した測距対象物の映像を撮像する撮像部と、
を備え、
前記測距対象物側のレンズ面および前記撮像部側のレンズ面は非球面の屈折面のみから構成され、
前記複数の単レンズのそれぞれにおいて、前記測距対象物側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ１、前記撮像部側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ２、焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式が満足される、測距装置。
−２．４≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．６
【請求項２】
以下の条件式をさらに満足する、請求項１に記載の測距装置。
−２．０≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．８５
【請求項３】
前記複数の単レンズは、一体的に成型されている、請求項１または２に記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の撮像光学系間の視差によって対象物までの距離を測る測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車間距離測定やカメラの自動焦点システム、３次元形状測定システムに、一対の撮像光学系間の視差によって被写体（測距対象物）までの距離を測定する測距装置が用いられている。【０００３】
このような測距装置には、左右又は上下に配置する一対のレンズと、レンズのそれぞれに対応して設けられた一対の撮像領域を有する撮像素子とが設けられている。一対のレンズによって撮像領域のそれぞれに画像が結像され、それらの画像の視差から三角測量によって被写体までの距離が検出される。【０００４】
図２３は、測距装置において行なわれる三角測量について説明するための図である。図２３には、撮像レンズＬ１を有する第１の撮像光学系と、撮像レンズＬ２を有する第２の撮像光学系とが示されている。それぞれの撮像光学系は、第１の撮像光学系の光軸ａ１と第２の撮像光学系の光軸ａ２とが所定の間隔Ｂを隔てて互いに平行となるように配置される。第２の撮像光学系の光軸ａ２と撮像面Ｎ２とが交わる点および第１の撮像光学系の光軸ａ１と撮像面Ｎ１とが交わる点を結ぶ線分は、基線と呼ばれる。基線は、対象物の位置によって変化しない、三角測量の基準となる線分である。この基線の長さである基線長は間隔Ｂに等しい。以下、基線長をＢとする。【０００５】
測距対象物Ｏの像は、撮像レンズＬ１によって撮像面Ｎ１に、撮像レンズＬ２によって撮像面Ｎ２にそれぞれ結像される。図２３において、測距対象物Ｏ上の点Ｐを測定点とする。点Ｐが第１の撮像光学系の光軸ａ１上に位置する場合、点Ｐは、撮像面Ｎ１のうち第１の撮像光学系の光軸ａ１と交わる点に結像される。一方、撮像面Ｎ２においては、撮像面Ｎ２と第２の撮像光学系の光軸ａ２とが交わる点から距離Δだけ離れた位置に点Ｐは結像される。これを視差といい、その長さを視差量Δという。【０００６】
第１および第２の撮像光学系の撮像レンズＬ１およびＬ２の焦点距離をｆとすると、以下の近似式が成り立つ。
【数１】
2010055688.tif 000003
【０００７】
撮像面Ｎ１、Ｎ２に結像された画像には、演算処理しやすい状態にするための補正や分割などの処理が施される。このような処理が行なわれた後に、撮像面Ｎ１に結像された画像と撮像面Ｎ２に結像された画像とをパターンマッチングすることにより、視差量Δが求められる。算出された視差量Δと、基線長Ｂおよび焦点距離ｆとを式（１）に代入することによって、距離Ｚを求めることができる。【０００８】
特許文献１には、レンズ全長を長くすることなく長焦点距離化を図るために、物体面に凸面を有する正メニスカス単レンズを用いた測距装置が開示されている。【０００９】
また、特許文献２には、テレセントリック性が良好でレンズ収差も補正しやすい撮像用のレンズを提供するために、レンズの構成を検討した結果が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１５０２９号公報
【特許文献２】特開２００２−９８８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
測距装置では、視差Δが大きいほど測距精度が良くなる。式（１）によれば、基線長Ｂと焦点距離ｆが大きいほど視差Δが大きくなり、測距精度が増す。また、測距装置を構成する各撮像光学系の撮像性能が互いに等しいほど、測距精度が増す。ところが、一般的にレンズには金型の精度の限界や製造ばらつきにより数μｍ程度のレンズ面の偏芯が存在する。レンズ面の偏芯とは、レンズの２つの面の光軸がお互いにずれている状態をいう。レンズに前記偏芯が存在すると、撮像性能の回転対称性が損なわれてしまうことになる。撮像光学系が単レンズで構成されている場合、前記偏芯による撮像性能の変化は少ないが、測距装置におけるパターンマッチングでは、前記偏芯によって測距精度が著しく劣化するという課題がある。すなわち、カメラ等の撮像用のレンズにおいて許容できるレンズ偏芯量は、測距装置用のレンズでは許容できない場合がある。【００１２】
また、測距装置では各撮像光学系間の光軸を極めて高い精度で平行に配置させる必要があるが、各レンズが別体であると、各レンズ間の光軸を極めて高い精度で揃えることは困難である。【００１３】
一方、各レンズを一体成型すれば、各レンズ間の光軸を高い精度で揃えることができる。各レンズを一体成型する場合には、複数の凹部もしくは凸部（レンズが形成される部分）が配置される金型を用いる。この金型において、それぞれの凹部もしくは凸部の形状を精度よく形成するには限界があるため、各レンズの偏芯をなくすことも困難になる。また、各レンズを一体成型する金型は上下別々に加工するため、上下の各レンズ間のピッチを完全に揃える事は困難である。上下の各レンズ間のピッチが異なる場合、上下の金型の光軸を調整して一方のレンズの偏芯をある程度抑え込んでも、他方のレンズに偏芯が生じることになる。したがって、各レンズを一体成型する場合には、測距精度の劣化を低減させることができなくなる。【００１４】
特許文献１は、測距用のレンズ構成を開示しているが、製造誤差によって生じた各レンズ間の撮像特性の違いによる測距精度の劣化について何ら開示していない。【００１５】
また、特許文献２において開示されているのは測距用レンズではなく撮像用レンズであり、測距用レンズとして特徴付けられた構成や効果については何ら開示されていない。【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、単レンズを複数有する測距装置において、前記レンズ面の偏芯が存在しても測距精度の劣化が少ない測距装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願発明の測距装置は、複数の映像の視差量に基づいて測距対象物までの距離を測定する測距装置であって、前記測距対象物からの光が入射する、略同一形状からなる複数の単レンズと、前記複数の単レンズのそれぞれに対向する複数の撮像領域を有し、前記複数の単レンズによって前記複数の撮像領域にそれぞれ結像した測距対象物の映像を撮像する撮像部とを備え、前記測距対象物側のレンズ面および前記撮像部側のレンズ面は非球面の屈折面のみから構成され、前記複数の単レンズのそれぞれにおいて、前記測距対象物側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ１、前記複数の単レンズのうち前記撮像部側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ２、焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式が満足される。
−２．４≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．６  ・・・（２）【００１８】
ある実施形態は、以下の条件式をさらに満足する。
−２．０≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．８５  ・・・（３）【００１９】
ある実施形態において、前記複数の単レンズは、一体的に成型されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、単レンズにおける被写体側のレンズ面と像面側のレンズ面との間に偏芯が存在し、かつ偏芯の状態が単レンズごとに異なっていても、測距精度の劣化が少ない測距装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による測距装置の実施形態を模式的に示す図である。
【図２】本発明による実施形態を説明するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図３】本発明による実施形態を説明するためのシミュレーションモデルにおいて、レンズの偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を説明するためのシミュレーションよって得られた撮像パターンを示す図である。
【図５】ＳＡＤ演算について説明するための図である。
【図６】像面側のレンズ面に偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動量と、レンズ形状（ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値）との関係を示すグラフである。
【図７】像面側のレンズ面に偏芯が生じた場合の撮像パターンの相対的な移動量を、原点での移動量が０になるように補正して示すグラフである。
【図８】本発明による測距装置の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第１の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１０】本発明による測距装置の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１１】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第２の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１２】本発明による測距装置の第３の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１３】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第３の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１４】本発明による測距装置の第４の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１５】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第４の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１６】本発明による測距装置の第５の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１７】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第５の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１８】本発明による測距装置の第６の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１９】測距装置の第１の比較例を模式的に示す断面図である。
【図２０】（ａ）から（ｃ）は、測距装置の第１の比較例の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図２１】測距装置の第２の比較例を模式的に示す断面図である。
【図２２】（ａ）から（ｃ）は、測距装置の第２の比較例の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図２３】測距装置における三角測量の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明による測距装置の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態の測距装置は、映像の視差によって測距対象物（図示せず）までの距離を測定する測距装置である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の測距装置は、測距対象物からの光が入射する複数の単レンズＬ１、Ｌ２と、複数の単レンズＬ１、Ｌ２に対向する複数の撮像領域Ｎ１、Ｎ２を有する撮像部Ｎと、撮像部Ｎと接続される演算処理回路Ｃとを備える。
【００２４】
複数の単レンズＬ１、Ｌ２は、互いに略同一形状からなる。すなわち、単レンズＬ１のうち測距対象物側のレンズ面ｒ１の形状は、単レンズＬ２のうち測距対象物側のレンズ面ｒ１の形状と略同一であり、単レンズＬ１のうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の形状は、単レンズＬ２のうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の形状と略同一である。ただし、単レンズＬ１、Ｌ２の形状は、金型の精度や製造ばらつきなどを原因としたばらつきを有していてもよい。
【００２５】
単レンズＬ１におけるレンズ面ｒ１、ｒ２および単レンズＬ２におけるレンズ面ｒ１、ｒ２は、非球面の屈折面のみから構成される。回折格子が設けられた面は、本願明細書における「屈折面」には該当しない。単レンズＬ１におけるレンズ面ｒ１、ｒ２および単レンズＬ２におけるレンズ面ｒ１、ｒ２に回折格子が設けられていないことにより、不要な回折光によるフレアの発生等による測距精度の劣化を回避することができる。
【００２６】
図１において、単レンズＬ１、Ｌ２は、レンズ面ｒ１、ｒ２の他に、コバ面ｅを有している。コバ面ｅは、単レンズＬ１、Ｌ２それぞれの外周部に位置し、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２とを接続している。
【００２７】
撮像部Ｎは、複数の単レンズＬ１、Ｌ２によって複数の撮像領域Ｎ１、Ｎ２に結像した測距対象物の映像を撮像する。
【００２８】
なお、図１では各レンズに１対１で対応するように撮像素子を２つ備えているが、１つの撮像素子の領域を分割して各レンズに１対１で対応するように撮像領域を設定してもよい。
【００２９】
演算処理回路Ｃは、撮像部Ｎで撮像された映像の視差から、測距対象物（図示せず）までの距離を算出する。
【００３０】
本実施形態の測距装置は、複数の単レンズＬ１、Ｌ２のうち測距対象物側のレンズ面ｒ１の近軸曲率半径をＲ１、複数の単レンズＬ１、Ｌ２のうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の近軸曲率半径をＲ２、焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式（２）を満足する。
−２．４≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．６  ・・・（２）
【００３１】
本実施形態では、式（２）の条件式を満足することにより、前記複数の単レンズのそれぞれにおいて、被写体側のレンズ面と像面側のレンズ面との間の偏芯の製造誤差が存在し、かつ測距装置の複数の光学系間で前記誤差の度合いが異なっていても、測距精度の劣化が抑制される。なお、ｆは設計画角によって決定されるため、例えばＲ１をある値に固定して単レンズを設計すると、Ｒ２の取りうる値は狭い範囲に限定される。
【００３２】
本実施形態の測距装置は、以下の条件式（３）をさらに満足することが好ましい。
−２．０≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．８５  ・・・（３）
【００３３】
式（３）の条件を満足することにより、測距精度の劣化がさらに抑制される。
【００３４】
図１には、別体で設けられた単レンズＬ１、Ｌ２が示されている。しかしながら、単レンズＬ１、Ｌ２は、一体的に成型されていてもよい。この場合にも、式（２）あるいは式（３）の条件式が満足されることにより、測距精度の劣化が抑制される。また、複数の単レンズＬ１、Ｌ２を一体成型することにより、複数の光学系間の光軸方向の精度を増すことができるため、それぞれの光学系間の光軸調整を不要とすることができ、組立て性も向上する。
【００３５】
ここで、単レンズにおいて被写体側のレンズ面と像面側のレンズ面間に偏芯が存在した場合の撮像パターンの位置変化について、シミュレーションモデルを用いて説明する。被写体側のレンズ面と像面（撮像部）側のレンズ面間の偏芯は相対的なものであるため、本シミュレーションモデルでは、被写体側のレンズ面と像面の位置を固定し、像面側のレンズ面を偏芯させている。図２はシミュレーションの概念図である。図２のシミュレーションモデルには、撮像レンズＬと、撮像レンズＬから６００ｍｍの距離に設置された平面チャートＨとが配置されている。平面チャートＨには、直径１ｍｍの円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が示されている。円形パターンＯは平面チャートＨの原点に、円形パターンＸ１、Ｘ２はＸ軸上に、円形パターンＹ１、Ｙ２はＹ軸上にそれぞれ配置されている。撮像レンズＬの平面チャートＨと反対側には、撮像レンズＬの撮像領域として有効像円Ｃ（＝φＣ）が示されている。有効像円Ｃには、平面チャートＨ上の円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２として、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２が結像されている。撮像パターンｏは、有効像円Ｃにおける光軸上に配置されている。一方、撮像パターンｘ１、ｘ２は、それぞれ最大像高（すなわち、有効像円Ｃの半径）の４割、８割分の距離だけ原点から＋ｘ方向に離れた位置に配置されている。同様に、撮像パターンｙ１、ｙ２は、最大像高の４割、８割分の距離だけ原点から＋ｙ方向に離れた位置に配置されている。このような位置に撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２が配置されるように、平面チャートＨ上の円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の位置が設定されている。
【００３６】
図３は、図２のシミュレーションモデルにおいてレンズＬの像面側のレンズ面が偏芯した場合の撮像パターンの位置変化について説明するための図である。像面側のレンズ面が＋Ｘ方向に偏芯した場合、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２は移動してそれぞれｏ’、ｘ１’、ｘ２’、ｙ１’、ｙ２’のように撮像され、像面側のレンズが−Ｘ方向に偏芯した場合、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２は移動してそれぞれｏ’’、ｘ１’’、ｘ２’’、ｙ１’’、ｙ２’’のように撮像される。また、Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２は、撮像パターンｏ’’、ｘ１’’、ｘ２’’、ｙ１’’、ｙ２’’の位置を基準とした場合の撮像パターンｏ’、ｘ１’、ｘ２’、ｙ１’、ｙ２’の相対的なパターン位置の移動量である。レンズＬの像面側のレンズ面が偏芯した場合、前記移動量の大きさは撮像位置によって異なる。
【００３７】
図４はシミュレーションによって得られた撮像パターンの照度分布を示す図である。このシミュレーションは、焦点距離を５．３ｍｍ、有効撮像円径をφ５ｍｍ、撮像素子の画素ピッチを６μｍとした撮像光学系を光線追跡によって解析した結果である。図４における撮像パターンｏ’’、ｘ１’’、・・・、ｙ２’のそれぞれの照度分布図では、１６×１６個の画素がマトリクス状に配置され、相対的に照度の高い画素ほど高い明度で示されている。ただし、表示の都合上、明度の高さは、各画素内において白い領域の占める割合の大きさで示されている。それぞれの照度分布図において、格子状に配置される領域のそれぞれが１つの画素である。
【００３８】
図４において、撮像パターンｏ、ｏ’、ｏ’’の照度分布を比較すると、撮像パターンｏ’’のうち照度が最も高い部分（白色で示される部分）は、照度分布図の中央部で上下に配置された２つの画素である。一方、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分は、照度分布図の中央部で２行２列に配置された４つの画素である。撮像パターンｏ’’のうち照度が最も高い部分の中心は、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分の中心と比較して−ｘ方向側にずれている。一方、撮像パターンｏ’のうち照度が最も高い部分の中心は、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分の中心と比較して＋ｘ方向側にずれている。他の撮像パターンｘ１、ｘ１’、ｘ１’’、・・・、ｙ’’の場合も同様に、照度が最も高い部分の中心のｘ方向の位置はそれぞれずれている。この結果から、偏芯の影響により、撮像パターンの位置がずれることがわかる。
【００３９】
さらに、例えば、撮像パターンｏ、ｏ’、ｏ’’のそれぞれの間におけるずれ量と、撮像パターンｘ１、ｘ１’、ｘ１’’のそれぞれの間におけるずれ量とは異なっている。この結果から、偏芯が生じた場合、撮像パターンが移動する量は、その位置によって異なることがわかる。
【００４０】
測距における視差演算はパターンマッチングによって導出されるため、撮像パターンの移動量Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１もパターンマッチングによって導出される。パターンマッチングの相関度は基準側の小領域と参照側の小領域との間の各画素の輝度の差分絶対値の総和である評価関数ＳＡＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）によって求められる。ここで、小領域の演算ブロックサイズをｍ×ｎ画素とすると、ＳＡＤは式（４）によって求めることができる。
【数２】
2010055688.tif 000004
【００４１】
式（４）において、ｉ、ｊは演算ブロックの座標であり、Ｉ０、Ｉ１はそれぞれ括弧内に示す座標における基準側の輝度値と参照側の輝度値である。ＳＡＤ演算では、基準側の演算ブロック領域に対して参照側の探索ブロック領域の位置をずらしながら演算が行なわれ、ＳＡＤが極小値となるときのずらし量が前記移動量となる。本シミュレーションでは、探索ブロックのずらし方向は図２の＋Ｘ方向である。図５はＳＡＤ演算を表すグラフである。ＳＡＤは画素単位の演算であるが、補間処理によってサブピクセル単位で求めることができる。
【００４２】
上述したように、像面側のレンズ面が偏芯した場合、撮像パターンの移動量は撮像位置によって異なるため、測距精度が撮像位置によって劣化するという現象が生じる。従って、像面側のレンズ面が偏芯した場合において、前記移動量の撮像位置の依存性が少ないレンズ構成であれば、測距精度の劣化を抑制することができる。このような観点から、撮像パターンの撮像位置ごとの移動量と、レンズ形状（ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値）との関係を調べた結果について、以下に説明する。
【００４３】
図６は、像面側のレンズ面に偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動量と、レンズ形状（ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値）との関係を示すグラフである。グラフの横軸であるｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値が小さければ像面側に凸である正メニスカスレンズであり、値が大きくなるに従って両凸レンズへと変化していき、さらに大きくなると物体側に凸である正メニスカスレンズへと変化していく。また、グラフの縦軸は、像面側のレンズが−Ｘ方向に５μｍ偏芯した場合の撮像パターンに対する＋Ｘ方向に５μｍ偏芯した場合の撮像パターンの相対的な移動量Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２を示している。
【００４４】
一般的に、測距演算では、キャリブレーションによって光軸上近傍の視差量が正しくなるように補正を行うため、図６のグラフにおいてΔｏが０となるようにΔｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２からΔｏを減じて補正すると、図７のように光軸上のパターンの相対的な移動量を０とした場合の各撮像位置毎の移動量を示すグラフが得られる。図７のグラフに示すように、グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５では、それ以外のグループＧ０、Ｇ６よりも、撮像パターンの移動量の撮像位置依存性が小さい。この結果から、横軸の値が−２．４以上−０．６以下の場合、すなわち式（２）が満足される場合には、測距精度の劣化を抑制できることがわかる。さらに図７から、グループＧ２、Ｇ３、Ｇ４では、撮像パターンの移動量の撮像位置依存性を特に小さくできることがわかる。この結果から、横軸の値が−２．０以上−０．８５以下の場合、すなわち、式（３）が満足される場合には、測距精度の劣化を特に抑制できることがわかる。
【００４５】
次に、式（２）の条件に適合する具体的な実施形態を説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図８は、本発明による測距装置の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。図８に示す測距装置Ｍは、各光学系に１つずつ設けられ、測距対象物側の面ｒ１および撮像領域側の面ｒ２を有する各光学系の単レンズＬ１、Ｌ２と、単レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれに対向する撮像領域Ｎ１、Ｎ２を有する撮像部Ｎと、撮像部Ｎに接続される演算処理回路とを備えている。
【００４７】
単レンズＬ１、Ｌ２における面ｒ１側には、絞りＳ１、Ｓ２が設けられ、単レンズＬ１、Ｌ２における面ｒ２側、すなわち単レンズＬ１、Ｌ２と撮像領域Ｎ１、Ｎ２との間には、フィルタＦ１、Ｆ２が設けられている。Ｂは測距装置の基線長を示している。
【００４８】
表１は図８に示す測距装置における光学系の設計データである。また、図９は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図９から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００４９】
【表１】
2010055688.tif 000005
【００５０】
表１において、Ｒｉは各面の近軸曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは各面の面中心間隔（ｍｍ）、ｎｄはレンズもしくはフィルタのｄ線の屈折率、νｄはレンズもしくはフィルタのｄ線のアッベ数を示している。また、非球面形状は、面頂点の接平面から光軸方向の距離をｘ、光軸からの高さをｈとして、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａｍ（ｍ＝４，６，８，１０，１２）を第ｍ次の非球面係数としたとき式（５）で表される。
【数３】
2010055688.tif 000006
【００５１】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−２．４０となり、この値は式（２）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ１にプロットされたデータに対応している。
【００５２】
本実施形態では、式（２）の条件が満足されているため、式（２）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００５３】
（実施の形態２）
図１０は、本発明による測距装置の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００５４】
表２は図１０に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１１は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１１から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００５５】
【表２】
2010055688.tif 000007
【００５６】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−２．００となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ２にプロットされたデータに対応している。
【００５７】
本実施形態では、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００５８】
（実施の形態３）
図１２は、本発明による測距装置の第３の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００５９】
表３は図１２に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１３は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１３から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００６０】
【表３】
2010055688.tif 000008
【００６１】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−１．５２となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ３にプロットされたデータに対応している。
【００６２】
本実施形態では、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００６３】
（実施の形態４）
図１４は、本発明による測距装置の第４の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００６４】
表４は図１４に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１５は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１５から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００６５】
【表４】
2010055688.tif 000009
【００６６】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−０．８５となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ４にプロットされたデータに対応している。
【００６７】
本実施形態では、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００６８】
（実施の形態５）
図１６は、本発明による測距装置の第５の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００６９】
表５は図１７に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１７は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１７から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００７０】
【表５】
2010055688.tif 000010
【００７１】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−０．６０となり、この値は式（２）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ５にプロットされたデータに対応している。
【００７２】
本実施形態では、式（２）の条件が満足されているため、式（２）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００７３】
以上第１から第５の実施形態で説明したように、式（２）を満足するレンズ構成では、測距精度の劣化を抑制することができ、式（３）を満足するレンズ構成では測距精度の劣化をさらに抑制することができる。
【００７４】
（実施の形態６）
図１８は、本発明による測距装置の第６の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態におけるレンズアレイＬは、複数の単レンズＬ１、Ｌ２を含んでいる。単レンズＬ１、Ｌ２のうち測距対象物側の面ｒ１および撮像領域Ｎ１、Ｎ２側の面ｒ２の形状は、第３の実施形態のレンズ形状（表３に示すレンズデータおよび非球面係数）と同じである。また、レンズアレイＬのうち測距対象物側の面には一体成型された絞りＳが配置され、レンズアレイＬのうち撮像領域Ｎ１、Ｎ２側の面には、各光学系共通のフィルタＦが配置されている。他の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００７５】
単レンズＬ１、Ｌ２は、レンズ面ｒ１、ｒ２を有している。単レンズＬ１のレンズ面ｒ１と単レンズＬ２のレンズ面ｒ１との間、単レンズＬ１のレンズ面ｒ２と単レンズＬ２のレンズ面ｒ２との間は、接続面ｃによって接続されている。
【００７６】
本実施形態のようにレンズが一体成型された測距装置では、各レンズ間の光軸を高い精度で揃えることができ、測距精度の劣化が抑制される。
【００７７】
また、レンズを一体成型することにより、レンズの偏芯を抑制することが困難になるが、レンズ形状は第３の実施形態と同じであり、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００７８】
なお、第１から第６の実施形態はレンズが２つ存在する２眼の構造を有していたが、本発明は、３眼、４眼、またはそれ以上の構成を有していてもよく、同様の効果が得られる。
【００７９】
次に、式（２）や式（３）の条件を満足しないレンズ構成を比較例として説明する。
【００８０】
（比較例１）
図１９は、比較例１の測距装置を模式的に示す断面図である。比較例１の測距装置では、レンズＬ１０、Ｌ２０の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００８１】
表６は図１９に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図２０は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図２０から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００８２】
【表６】
2010055688.tif 000011
【００８３】
本比較例における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−２．８２となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足していない。また、本比較例における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ０にプロットされたデータに対応している。
【００８４】
比較例１では、諸収差は良好に補正されているが、式（２）の条件が満足されていないため、式（２）の条件が満足されている場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは大きい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも大きくなるため、測距精度の劣化が大きくなる。
【００８５】
（比較例２）
図２１は、比較例２の測距装置を模式的に示す断面図である。比較例２の測距装置では、レンズＬ１０、Ｌ２０の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００８６】
表７は図２１に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図２２は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図２２から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００８７】
【表７】
2010055688.tif 000012
【００８８】
本比較例において、焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−０．０１となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足していない。また、本比較例における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ６にプロットされたデータに対応している。
【００８９】
比較例２では、諸収差は良好に補正されているが、式（２）の条件が満足されていないため、式（２）の条件が満足されている場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは大きい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも大きくなるため、測距精度の劣化が大きくなる。
【００９０】
以上で説明した実施の形態１〜６の図面（図８、１０、１２、１４、１６、１８）と比較例１、２の図面（図１９、図２１）とを比較すると、実施の形態１〜６における被写体側のレンズ面ｒ１は、比較例１、２における被写体側のレンズ面ｒ１よりも平面に近い形状を有している。この結果から、式（２）の条件を満たす場合には、被写体側のレンズ面の形状が平面に近づくことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の測距装置は、種々の用途の測距装置に適用可能であり、車載用、監視カメラ用、立体形状測定用等の測距装置に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００９２】
Ｍ                      測距装置
Ｓ１，Ｓ２              絞り
Ｌ１，Ｌ２              単レンズ
Ｆ１，Ｆ２              フィルタ
Ｎ１，Ｎ２              撮像領域
Ｂ                      基線長
ｒ１、ｒ２、ｅ、ｃ      面
【図１】
2010055688.tif 000013
【図２】
2010055688.tif 000014
【図３】
2010055688.tif 000015
【図４】
2010055688.tif 000016
【図５】
2010055688.tif 000017
【図６】
2010055688.tif 000018
【図７】
2010055688.tif 000019
【図８】
2010055688.tif 000020
【図９】
2010055688.tif 000021
【図１０】
2010055688.tif 000022
【図１１】
2010055688.tif 000023
【図１２】
2010055688.tif 000024
【図１３】
2010055688.tif 000025
【図１４】
2010055688.tif 000026
【図１５】
2010055688.tif 000027
【図１６】
2010055688.tif 000028
【図１７】
2010055688.tif 000029
【図１８】
2010055688.tif 000030
【図１９】
2010055688.tif 000031
【図２０】
2010055688.tif 000032
【図２１】
2010055688.tif 000033
【図２２】
2010055688.tif 000034
【図２３】
2010055688.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の撮像光学系間の視差によって対象物までの距離を測る測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の車間距離測定やカメラの自動焦点システム、３次元形状測定システムに、一対の撮像光学系間の視差によって被写体（測距対象物）までの距離を測定する測距装置が用いられている。
【０００３】
このような測距装置には、左右又は上下に配置する一対のレンズと、レンズのそれぞれに対応して設けられた一対の撮像領域を有する撮像素子とが設けられている。一対のレンズによって撮像領域のそれぞれに画像が結像され、それらの画像の視差から三角測量によって被写体までの距離が検出される。
【０００４】
図２３は、測距装置において行なわれる三角測量について説明するための図である。図２３には、撮像レンズＬ１を有する第１の撮像光学系と、撮像レンズＬ２を有する第２の撮像光学系とが示されている。それぞれの撮像光学系は、第１の撮像光学系の光軸ａ１と第２の撮像光学系の光軸ａ２とが所定の間隔Ｂを隔てて互いに平行となるように配置される。第２の撮像光学系の光軸ａ２と撮像面Ｎ２とが交わる点および第１の撮像光学系の光軸ａ１と撮像面Ｎ１とが交わる点を結ぶ線分は、基線と呼ばれる。基線は、対象物の位置によって変化しない、三角測量の基準となる線分である。この基線の長さである基線長は間隔Ｂに等しい。以下、基線長をＢとする。
【０００５】
測距対象物Ｏの像は、撮像レンズＬ１によって撮像面Ｎ１に、撮像レンズＬ２によって撮像面Ｎ２にそれぞれ結像される。図２３において、測距対象物Ｏ上の点Ｐを測定点とする。点Ｐが第１の撮像光学系の光軸ａ１上に位置する場合、点Ｐは、撮像面Ｎ１のうち第１の撮像光学系の光軸ａ１と交わる点に結像される。一方、撮像面Ｎ２においては、撮像面Ｎ２と第２の撮像光学系の光軸ａ２とが交わる点から距離Δだけ離れた位置に点Ｐは結像される。これを視差といい、その長さを視差量Δという。
【０００６】
第１および第２の撮像光学系の撮像レンズＬ１およびＬ２の焦点距離をｆとすると、以下の近似式が成り立つ。
【数１】
2010055688.tif 000036
【０００７】
撮像面Ｎ１、Ｎ２に結像された画像には、演算処理しやすい状態にするための補正や分割などの処理が施される。このような処理が行なわれた後に、撮像面Ｎ１に結像された画像と撮像面Ｎ２に結像された画像とをパターンマッチングすることにより、視差量Δが求められる。算出された視差量Δと、基線長Ｂおよび焦点距離ｆとを式（１）に代入することによって、距離Ｚを求めることができる。
【０００８】
特許文献１には、レンズ全長を長くすることなく長焦点距離化を図るために、物体面に凸面を有する正メニスカス単レンズを用いた測距装置が開示されている。
【０００９】
また、特許文献２には、テレセントリック性が良好でレンズ収差も補正しやすい撮像用のレンズを提供するために、レンズの構成を検討した結果が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１５０２９号公報
【特許文献２】特開２００２−９８８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
測距装置では、視差Δが大きいほど測距精度が良くなる。式（１）によれば、基線長Ｂと焦点距離ｆが大きいほど視差Δが大きくなり、測距精度が増す。また、測距装置を構成する各撮像光学系の撮像性能が互いに等しいほど、測距精度が増す。ところが、一般的にレンズには金型の精度の限界や製造ばらつきにより数μｍ程度のレンズ面の偏芯が存在する。レンズ面の偏芯とは、レンズの２つの面の光軸がお互いにずれている状態をいう。レンズに前記偏芯が存在すると、撮像性能の回転対称性が損なわれてしまうことになる。撮像光学系が単レンズで構成されている場合、前記偏芯による撮像性能の変化は少ないが、測距装置におけるパターンマッチングでは、前記偏芯によって測距精度が著しく劣化するという課題がある。すなわち、カメラ等の撮像用のレンズにおいて許容できるレンズ偏芯量は、測距装置用のレンズでは許容できない場合がある。
【００１２】
また、測距装置では各撮像光学系間の光軸を極めて高い精度で平行に配置させる必要があるが、各レンズが別体であると、各レンズ間の光軸を極めて高い精度で揃えることは困難である。
【００１３】
一方、各レンズを一体成型すれば、各レンズ間の光軸を高い精度で揃えることができる。各レンズを一体成型する場合には、複数の凹部もしくは凸部（レンズが形成される部分）が配置される金型を用いる。この金型において、それぞれの凹部もしくは凸部の形状を精度よく形成するには限界があるため、各レンズの偏芯をなくすことも困難になる。また、各レンズを一体成型する金型は上下別々に加工するため、上下の各レンズ間のピッチを完全に揃える事は困難である。上下の各レンズ間のピッチが異なる場合、上下の金型の光軸を調整して一方のレンズの偏芯をある程度抑え込んでも、他方のレンズに偏芯が生じることになる。したがって、各レンズを一体成型する場合には、測距精度の劣化を低減させることができなくなる。
【００１４】
特許文献１は、測距用のレンズ構成を開示しているが、製造誤差によって生じた各レンズ間の撮像特性の違いによる測距精度の劣化について何ら開示していない。
【００１５】
また、特許文献２において開示されているのは測距用レンズではなく撮像用レンズであり、測距用レンズとして特徴付けられた構成や効果については何ら開示されていない。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、単レンズを複数有する測距装置において、前記レンズ面の偏芯が存在しても測距精度の劣化が少ない測距装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願発明の測距装置は、複数の映像の視差量に基づいて測距対象物までの距離を測定する測距装置であって、前記測距対象物からの光が入射する、略同一形状からなる複数の単レンズと、前記複数の単レンズのそれぞれに対向する複数の撮像領域を有し、前記複数の単レンズによって前記複数の撮像領域にそれぞれ結像した測距対象物の映像を撮像する撮像部とを備え、前記測距対象物側のレンズ面および前記撮像部側のレンズ面は非球面の屈折面のみから構成され、前記複数の単レンズのそれぞれにおいて、前記測距対象物側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ１、前記複数の単レンズのうち前記撮像部側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ２、焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式が満足される。
−２．４≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．６  ・・・（２）
【００１８】
ある実施形態は、以下の条件式をさらに満足する。
−２．０≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．８５  ・・・（３）
【００１９】
ある実施形態において、前記複数の単レンズは、一体的に成型されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、単レンズにおける被写体側のレンズ面と像面側のレンズ面との間に偏芯が存在し、かつ偏芯の状態が単レンズごとに異なっていても、測距精度の劣化が少ない測距装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による測距装置の実施形態を模式的に示す図である。
【図２】本発明による実施形態を説明するためのシミュレーションモデルを示す図である。
【図３】本発明による実施形態を説明するためのシミュレーションモデルにおいて、レンズの偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を説明するためのシミュレーションよって得られた撮像パターンを示す図である。
【図５】ＳＡＤ演算について説明するための図である。
【図６】像面側のレンズ面に偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動量と、レンズ形状（ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値）との関係を示すグラフである。
【図７】像面側のレンズ面に偏芯が生じた場合の撮像パターンの相対的な移動量を、原点での移動量が０になるように補正して示すグラフである。
【図８】本発明による測距装置の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第１の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１０】本発明による測距装置の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１１】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第２の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１２】本発明による測距装置の第３の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１３】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第３の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１４】本発明による測距装置の第４の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１５】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第４の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１６】本発明による測距装置の第５の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１７】（ａ）から（ｃ）は、本発明による測距装置の第５の実施形態の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図１８】本発明による測距装置の第６の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１９】測距装置の第１の比較例を模式的に示す断面図である。
【図２０】（ａ）から（ｃ）は、測距装置の第１の比較例の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図２１】測距装置の第２の比較例を模式的に示す断面図である。
【図２２】（ａ）から（ｃ）は、測距装置の第２の比較例の球面収差、非点収差および歪曲収差を示す図である。
【図２３】測距装置における三角測量の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明による測距装置の実施形態を模式的に示す図である。本実施形態の測距装置は、映像の視差によって測距対象物（図示せず）までの距離を測定する測距装置である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の測距装置は、測距対象物からの光が入射する複数の単レンズＬ１、Ｌ２と、複数の単レンズＬ１、Ｌ２に対向する複数の撮像領域Ｎ１、Ｎ２を有する撮像部Ｎと、撮像部Ｎと接続される演算処理回路Ｃとを備える。
【００２４】
複数の単レンズＬ１、Ｌ２は、互いに略同一形状からなる。すなわち、単レンズＬ１のうち測距対象物側のレンズ面ｒ１の形状は、単レンズＬ２のうち測距対象物側のレンズ面ｒ１の形状と略同一であり、単レンズＬ１のうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の形状は、単レンズＬ２のうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の形状と略同一である。ただし、単レンズＬ１、Ｌ２の形状は、金型の精度や製造ばらつきなどを原因としたばらつきを有していてもよい。
【００２５】
単レンズＬ１におけるレンズ面ｒ１、ｒ２および単レンズＬ２におけるレンズ面ｒ１、ｒ２は、非球面の屈折面のみから構成される。回折格子が設けられた面は、本願明細書における「屈折面」には該当しない。単レンズＬ１におけるレンズ面ｒ１、ｒ２および単レンズＬ２におけるレンズ面ｒ１、ｒ２に回折格子が設けられていないことにより、不要な回折光によるフレアの発生等による測距精度の劣化を回避することができる。
【００２６】
図１において、単レンズＬ１、Ｌ２は、レンズ面ｒ１、ｒ２の他に、コバ面ｅを有している。コバ面ｅは、単レンズＬ１、Ｌ２それぞれの外周部に位置し、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２とを接続している。
【００２７】
撮像部Ｎは、複数の単レンズＬ１、Ｌ２によって複数の撮像領域Ｎ１、Ｎ２に結像した測距対象物の映像を撮像する。
【００２８】
なお、図１では各レンズに１対１で対応するように撮像素子を２つ備えているが、１つの撮像素子の領域を分割して各レンズに１対１で対応するように撮像領域を設定してもよい。
【００２９】
演算処理回路Ｃは、撮像部Ｎで撮像された映像の視差から、測距対象物（図示せず）までの距離を算出する。
【００３０】
本実施形態の測距装置は、複数の単レンズＬ１、Ｌ２のうち測距対象物側のレンズ面ｒ１の近軸曲率半径をＲ１、複数の単レンズＬ１、Ｌ２のうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の近軸曲率半径をＲ２、焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式（２）を満足する。
−２．４≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．６  ・・・（２）
【００３１】
本実施形態では、式（２）の条件式を満足することにより、前記複数の単レンズのそれぞれにおいて、被写体側のレンズ面と像面側のレンズ面との間の偏芯の製造誤差が存在し、かつ測距装置の複数の光学系間で前記誤差の度合いが異なっていても、測距精度の劣化が抑制される。なお、ｆは設計画角によって決定されるため、例えばＲ１をある値に固定して単レンズを設計すると、Ｒ２の取りうる値は狭い範囲に限定される。
【００３２】
本実施形態の測距装置は、以下の条件式（３）をさらに満足することが好ましい。
−２．０≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．８５  ・・・（３）
【００３３】
式（３）の条件を満足することにより、測距精度の劣化がさらに抑制される。
【００３４】
図１には、別体で設けられた単レンズＬ１、Ｌ２が示されている。しかしながら、単レンズＬ１、Ｌ２は、一体的に成型されていてもよい。この場合にも、式（２）あるいは式（３）の条件式が満足されることにより、測距精度の劣化が抑制される。また、複数の単レンズＬ１、Ｌ２を一体成型することにより、複数の光学系間の光軸方向の精度を増すことができるため、それぞれの光学系間の光軸調整を不要とすることができ、組立て性も向上する。
【００３５】
ここで、単レンズにおいて被写体側のレンズ面と像面側のレンズ面間に偏芯が存在した場合の撮像パターンの位置変化について、シミュレーションモデルを用いて説明する。被写体側のレンズ面と像面（撮像部）側のレンズ面間の偏芯は相対的なものであるため、本シミュレーションモデルでは、被写体側のレンズ面と像面の位置を固定し、像面側のレンズ面を偏芯させている。図２はシミュレーションの概念図である。図２のシミュレーションモデルには、撮像レンズＬと、撮像レンズＬから６００ｍｍの距離に設置された平面チャートＨとが配置されている。平面チャートＨには、直径１ｍｍの円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が示されている。円形パターンＯは平面チャートＨの原点に、円形パターンＸ１、Ｘ２はＸ軸上に、円形パターンＹ１、Ｙ２はＹ軸上にそれぞれ配置されている。撮像レンズＬの平面チャートＨと反対側には、撮像レンズＬの撮像領域として有効像円Ｃ（＝φＣ）が示されている。有効像円Ｃには、平面チャートＨ上の円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２として、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２が結像されている。撮像パターンｏは、有効像円Ｃにおける光軸上に配置されている。一方、撮像パターンｘ１、ｘ２は、それぞれ最大像高（すなわち、有効像円Ｃの半径）の４割、８割分の距離だけ原点から＋ｘ方向に離れた位置に配置されている。同様に、撮像パターンｙ１、ｙ２は、最大像高の４割、８割分の距離だけ原点から＋ｙ方向に離れた位置に配置されている。このような位置に撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２が配置されるように、平面チャートＨ上の円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の位置が設定されている。
【００３６】
図３は、図２のシミュレーションモデルにおいてレンズＬの像面側のレンズ面が偏芯した場合の撮像パターンの位置変化について説明するための図である。像面側のレンズ面が＋Ｘ方向に偏芯した場合、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２は移動してそれぞれｏ’、ｘ１’、ｘ２’、ｙ１’、ｙ２’のように撮像され、像面側のレンズが−Ｘ方向に偏芯した場合、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２は移動してそれぞれｏ’’、ｘ１’’、ｘ２’’、ｙ１’’、ｙ２’’のように撮像される。また、Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２は、撮像パターンｏ’’、ｘ１’’、ｘ２’’、ｙ１’’、ｙ２’’の位置を基準とした場合の撮像パターンｏ’、ｘ１’、ｘ２’、ｙ１’、ｙ２’の相対的なパターン位置の移動量である。レンズＬの像面側のレンズ面が偏芯した場合、前記移動量の大きさは撮像位置によって異なる。
【００３７】
図４はシミュレーションによって得られた撮像パターンの照度分布を示す図である。このシミュレーションは、焦点距離を５．３ｍｍ、有効撮像円径をφ５ｍｍ、撮像素子の画素ピッチを６μｍとした撮像光学系を光線追跡によって解析した結果である。図４における撮像パターンｏ’’、ｘ１’’、・・・、ｙ２’のそれぞれの照度分布図では、１６×１６個の画素がマトリクス状に配置され、相対的に照度の高い画素ほど高い明度で示されている。ただし、表示の都合上、明度の高さは、各画素内において白い領域の占める割合の大きさで示されている。それぞれの照度分布図において、格子状に配置される領域のそれぞれが１つの画素である。
【００３８】
図４において、撮像パターンｏ、ｏ’、ｏ’’の照度分布を比較すると、撮像パターンｏ’’のうち照度が最も高い部分（白色で示される部分）は、照度分布図の中央部で上下に配置された２つの画素である。一方、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分は、照度分布図の中央部で２行２列に配置された４つの画素である。撮像パターンｏ’’のうち照度が最も高い部分の中心は、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分の中心と比較して−ｘ方向側にずれている。一方、撮像パターンｏ’のうち照度が最も高い部分の中心は、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分の中心と比較して＋ｘ方向側にずれている。他の撮像パターンｘ１、ｘ１’、ｘ１’’、・・・、ｙ’’の場合も同様に、照度が最も高い部分の中心のｘ方向の位置はそれぞれずれている。この結果から、偏芯の影響により、撮像パターンの位置がずれることがわかる。
【００３９】
さらに、例えば、撮像パターンｏ、ｏ’、ｏ’’のそれぞれの間におけるずれ量と、撮像パターンｘ１、ｘ１’、ｘ１’’のそれぞれの間におけるずれ量とは異なっている。この結果から、偏芯が生じた場合、撮像パターンが移動する量は、その位置によって異なることがわかる。
【００４０】
測距における視差演算はパターンマッチングによって導出されるため、撮像パターンの移動量Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１もパターンマッチングによって導出される。パターンマッチングの相関度は基準側の小領域と参照側の小領域との間の各画素の輝度の差分絶対値の総和である評価関数ＳＡＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）によって求められる。ここで、小領域の演算ブロックサイズをｍ×ｎ画素とすると、ＳＡＤは式（４）によって求めることができる。
【数２】
2010055688.tif 000037
【００４１】
式（４）において、ｉ、ｊは演算ブロックの座標であり、Ｉ０、Ｉ１はそれぞれ括弧内に示す座標における基準側の輝度値と参照側の輝度値である。ＳＡＤ演算では、基準側の演算ブロック領域に対して参照側の探索ブロック領域の位置をずらしながら演算が行なわれ、ＳＡＤが極小値となるときのずらし量が前記移動量となる。本シミュレーションでは、探索ブロックのずらし方向は図２の＋Ｘ方向である。図５はＳＡＤ演算を表すグラフである。ＳＡＤは画素単位の演算であるが、補間処理によってサブピクセル単位で求めることができる。
【００４２】
上述したように、像面側のレンズ面が偏芯した場合、撮像パターンの移動量は撮像位置によって異なるため、測距精度が撮像位置によって劣化するという現象が生じる。従って、像面側のレンズ面が偏芯した場合において、前記移動量の撮像位置の依存性が少ないレンズ構成であれば、測距精度の劣化を抑制することができる。このような観点から、撮像パターンの撮像位置ごとの移動量と、レンズ形状（ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値）との関係を調べた結果について、以下に説明する。
【００４３】
図６は、像面側のレンズ面に偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動量と、レンズ形状（ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値）との関係を示すグラフである。グラフの横軸であるｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）の値が小さければ像面側に凸である正メニスカスレンズであり、値が大きくなるに従って両凸レンズへと変化していき、さらに大きくなると物体側に凸である正メニスカスレンズへと変化していく。また、グラフの縦軸は、像面側のレンズが−Ｘ方向に５μｍ偏芯した場合の撮像パターンに対する＋Ｘ方向に５μｍ偏芯した場合の撮像パターンの相対的な移動量Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２を示している。
【００４４】
一般的に、測距演算では、キャリブレーションによって光軸上近傍の視差量が正しくなるように補正を行うため、図６のグラフにおいてΔｏが０となるようにΔｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２からΔｏを減じて補正すると、図７のように光軸上のパターンの相対的な移動量を０とした場合の各撮像位置毎の移動量を示すグラフが得られる。図７のグラフに示すように、グループＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５では、それ以外のグループＧ０、Ｇ６よりも、撮像パターンの移動量の撮像位置依存性が小さい。この結果から、横軸の値が−２．４以上−０．６以下の場合、すなわち式（２）が満足される場合には、測距精度の劣化を抑制できることがわかる。さらに図７から、グループＧ２、Ｇ３、Ｇ４では、撮像パターンの移動量の撮像位置依存性を特に小さくできることがわかる。この結果から、横軸の値が−２．０以上−０．８５以下の場合、すなわち、式（３）が満足される場合には、測距精度の劣化を特に抑制できることがわかる。
【００４５】
次に、式（２）の条件に適合する具体的な実施形態を説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図８は、本発明による測距装置の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。図８に示す測距装置Ｍは、各光学系に１つずつ設けられ、測距対象物側の面ｒ１および撮像領域側の面ｒ２を有する各光学系の単レンズＬ１、Ｌ２と、単レンズＬ１、Ｌ２のそれぞれに対向する撮像領域Ｎ１、Ｎ２を有する撮像部Ｎと、撮像部Ｎに接続される演算処理回路とを備えている。
【００４７】
単レンズＬ１、Ｌ２における面ｒ１側には、絞りＳ１、Ｓ２が設けられ、単レンズＬ１、Ｌ２における面ｒ２側、すなわち単レンズＬ１、Ｌ２と撮像領域Ｎ１、Ｎ２との間には、フィルタＦ１、Ｆ２が設けられている。Ｂは測距装置の基線長を示している。
【００４８】
表１は図８に示す測距装置における光学系の設計データである。また、図９は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図９から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００４９】
【表１】
2010055688.tif 000038
【００５０】
表１において、Ｒｉは各面の近軸曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは各面の面中心間隔（ｍｍ）、ｎｄはレンズもしくはフィルタのｄ線の屈折率、νｄはレンズもしくはフィルタのｄ線のアッベ数を示している。また、非球面形状は、面頂点の接平面から光軸方向の距離をｘ、光軸からの高さをｈとして、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａｍ（ｍ＝４，６，８，１０，１２）を第ｍ次の非球面係数としたとき式（５）で表される。
【数３】
2010055688.tif 000039
【００５１】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−２．４０となり、この値は式（２）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ１にプロットされたデータに対応している。
【００５２】
本実施形態では、式（２）の条件が満足されているため、式（２）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００５３】
（実施の形態２）
図１０は、本発明による測距装置の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００５４】
表２は図１０に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１１は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１１から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００５５】
【表２】
2010055688.tif 000040
【００５６】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−２．００となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ２にプロットされたデータに対応している。
【００５７】
本実施形態では、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００５８】
（実施の形態３）
図１２は、本発明による測距装置の第３の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００５９】
表３は図１２に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１３は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１３から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００６０】
【表３】
2010055688.tif 000041
【００６１】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−１．５２となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ３にプロットされたデータに対応している。
【００６２】
本実施形態では、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００６３】
（実施の形態４）
図１４は、本発明による測距装置の第４の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００６４】
表４は図１４に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１５は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１５から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００６５】
【表４】
2010055688.tif 000042
【００６６】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−０．８５となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ４にプロットされたデータに対応している。
【００６７】
本実施形態では、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００６８】
（実施の形態５）
図１６は、本発明による測距装置の第５の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、レンズＬ１、Ｌ２の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００６９】
表５は図１７に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図１７は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図１７から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００７０】
【表５】
2010055688.tif 000043
【００７１】
本実施形態における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−０．６０となり、この値は式（２）の条件式を満足している。また、本実施形態における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ５にプロットされたデータに対応している。
【００７２】
本実施形態では、式（２）の条件が満足されているため、式（２）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００７３】
以上第１から第５の実施形態で説明したように、式（２）を満足するレンズ構成では、測距精度の劣化を抑制することができ、式（３）を満足するレンズ構成では測距精度の劣化をさらに抑制することができる。
【００７４】
（実施の形態６）
図１８は、本発明による測距装置の第６の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態におけるレンズアレイＬは、複数の単レンズＬ１、Ｌ２を含んでいる。単レンズＬ１、Ｌ２のうち測距対象物側の面ｒ１および撮像領域Ｎ１、Ｎ２側の面ｒ２の形状は、第３の実施形態のレンズ形状（表３に示すレンズデータおよび非球面係数）と同じである。また、レンズアレイＬのうち測距対象物側の面には一体成型された絞りＳが配置され、レンズアレイＬのうち撮像領域Ｎ１、Ｎ２側の面には、各光学系共通のフィルタＦが配置されている。他の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００７５】
単レンズＬ１、Ｌ２は、レンズ面ｒ１、ｒ２を有している。単レンズＬ１のレンズ面ｒ１と単レンズＬ２のレンズ面ｒ１との間、単レンズＬ１のレンズ面ｒ２と単レンズＬ２のレンズ面ｒ２との間は、接続面ｃによって接続されている。
【００７６】
本実施形態のようにレンズが一体成型された測距装置では、各レンズ間の光軸を高い精度で揃えることができ、測距精度の劣化が抑制される。
【００７７】
また、レンズを一体成型することにより、レンズの偏芯を抑制することが困難になるが、レンズ形状は第３の実施形態と同じであり、式（２）および式（３）の条件が満足されているため、式（２）および式（３）の条件が満足されない場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは小さい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも小さくなるため、式（１）によって被写体までの距離をより正確に測定することが可能になる。
【００７８】
なお、第１から第６の実施形態はレンズが２つ存在する２眼の構造を有していたが、本発明は、３眼、４眼、またはそれ以上の構成を有していてもよく、同様の効果が得られる。
【００７９】
次に、式（２）や式（３）の条件を満足しないレンズ構成を比較例として説明する。
【００８０】
（比較例１）
図１９は、比較例１の測距装置を模式的に示す断面図である。比較例１の測距装置では、レンズＬ１０、Ｌ２０の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００８１】
表６は図１９に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図２０は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図２０から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００８２】
【表６】
2010055688.tif 000044
【００８３】
本比較例における焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−２．８２となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足していない。また、本比較例における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ０にプロットされたデータに対応している。
【００８４】
比較例１では、諸収差は良好に補正されているが、式（２）の条件が満足されていないため、式（２）の条件が満足されている場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは大きい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも大きくなるため、測距精度の劣化が大きくなる。
【００８５】
（比較例２）
図２１は、比較例２の測距装置を模式的に示す断面図である。比較例２の測距装置では、レンズＬ１０、Ｌ２０の形状が第１の実施形態のレンズＬ１、Ｌ２の形状と異なる。それ以外の構成は第１の実施形態と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００８６】
表７は図２１に示す測距装置における光学系の設計データであり、各記号の意味は第１の実施形態と同じである。また、図２２は球面収差、非点収差および歪曲収差を示しており、図２２から、各収差共良好に補正されていることがわかる。
【００８７】
【表７】
2010055688.tif 000045
【００８８】
本比較例において、焦点距離ｆ、被写体側のレンズ面の近軸曲率半径Ｒ１、像面側のレンズ面の曲率半径Ｒ２を式（２）の式に代入すると、−０．０１となり、この値は式（２）および式（３）の条件式を満足していない。また、本比較例における相対的なパターン位置の移動量Δｘ１−Δｏ、Δｘ２−Δｏ、Δｙ１−Δｏ、Δｙ２−Δｏは、図７のグラフのＧ６にプロットされたデータに対応している。
【００８９】
比較例２では、諸収差は良好に補正されているが、式（２）の条件が満足されていないため、式（２）の条件が満足されている場合と比較して、偏芯時の相対的なパターン位置の移動量が撮像位置に依存して変化する度合いは大きい。その結果、検出される視差量が撮像位置に依存して変化する度合いも大きくなるため、測距精度の劣化が大きくなる。
【００９０】
以上で説明した実施の形態１〜６の図面（図８、１０、１２、１４、１６、１８）と比較例１、２の図面（図１９、図２１）とを比較すると、実施の形態１〜６における被写体側のレンズ面ｒ１は、比較例１、２における被写体側のレンズ面ｒ１よりも平面に近い形状を有している。この結果から、式（２）の条件を満たす場合には、被写体側のレンズ面の形状が平面に近づくことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の測距装置は、種々の用途の測距装置に適用可能であり、車載用、監視カメラ用、立体形状測定用等の測距装置に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００９２】
Ｍ                      測距装置
Ｓ１，Ｓ２              絞り
Ｌ１，Ｌ２              単レンズ
Ｆ１，Ｆ２              フィルタ
Ｎ１，Ｎ２              撮像領域
Ｂ                      基線長
ｒ１、ｒ２、ｅ、ｃ      面
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の映像の視差量に基づいて測距対象物までの距離を測定する測距装置であって、
前記測距対象物からの光が入射する、略同一形状からなる複数の単レンズと、
前記複数の単レンズのそれぞれに対向する複数の撮像領域を有し、前記複数の単レンズによって前記複数の撮像領域にそれぞれ結像した測距対象物の映像を撮像する撮像部と、
を備え、
前記測距対象物側のレンズ面および前記撮像部側のレンズ面は非球面の屈折面のみから構成され、
前記複数の単レンズのそれぞれにおいて、前記測距対象物側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ１、前記撮像部側の前記レンズ面の近軸曲率半径をＲ２、焦点距離をｆとしたとき、以下の条件式が満足される、測距装置。
−２．４≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．６
【請求項２】
以下の条件式をさらに満足する、請求項１に記載の測距装置。
−２．０≦ｆ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）≦−０．８５
【請求項３】
前記複数の単レンズは、一体的に成型されている、請求項１または２に記載の測距装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010055688.tif 000046
【図２】
2010055688.tif 000047
【図３】
2010055688.tif 000048
【図４】
2010055688.tif 000049
【図５】
2010055688.tif 000050
【図６】
2010055688.tif 000051
【図７】
2010055688.tif 000052
【図８】
2010055688.tif 000053
【図９】
2010055688.tif 000054
【図１０】
2010055688.tif 000055
【図１１】
2010055688.tif 000056
【図１２】
2010055688.tif 000057
【図１３】
2010055688.tif 000058
【図１４】
2010055688.tif 000059
【図１５】
2010055688.tif 000060
【図１６】
2010055688.tif 000061
【図１７】
2010055688.tif 000062
【図１８】
2010055688.tif 000063
【図１９】
2010055688.tif 000064
【図２０】
2010055688.tif 000065
【図２１】
2010055688.tif 000066
【図２２】
2010055688.tif 000067
【図２３】
2010055688.tif 000068
【国際調査報告】
2010055688.tif 000069
2010055688.tif 000070