(57)【要約】【課題】複数の画像間の並進視差を用いずに、被写体までの距離を算出することが可能な測距カメラを提供する。【解決手段】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、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離を算出するための距離算出部４と、を備え、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、被写体１００までの距離に応じた第１の被写体像の倍率の変化が、被写体１００までの距離に応じた第２の被写体像の倍率の変化と異なるように構成されている測距カメラ。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の倍率の変化と異なるように構成されており、
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像倍比に基づいて、前記被写体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の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている請求項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の光学系の少なくとも一方は、前記被写体からの前記光を集光するための凸レンズと、前記被写体からの前記光を拡散させるための凹レンズとを含む請求項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の光学系のそれぞれが前記凸レンズと前記凹レンズを含む場合、前記第１の光学系および前記第２の光学系のそれぞれに含まれる前記凹レンズの数、位置、および焦点距離を調整することにより、前記第１の光学系の前記焦点距離と、前記第２の光学系の前記焦点距離とが、互いに異なるようになっている請求項３に記載の測距カメラ。
【請求項５】
前記第１の光学系のフォーカス動作を実行するための第１のレンズ駆動部と、前記第２の光学系のフォーカス動作を実行するための第２のレンズ駆動部と、をさらに備え、
前記第１の光学系、前記第２の光学系、および前記撮像部は、前記第１のレンズ駆動部および前記第２のレンズ駆動部が前記フォーカス動作を実行していない初期状態において、無限遠にピントが合うように配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項６】
前記初期状態における前記第１の光学系の前側主点と、前記初期状態における前記第２の光学系の前側主点との間に光軸方向の奥行視差が存在し、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている請求項５に記載の測距カメラ。
【請求項７】
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、前記被写体までの前記距離を算出する請求項１ないし６のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項８】
前記距離算出部は、前記第１の被写体像のサイズと前記第２の被写体像のサイズとの比を、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７のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項９】
前記第１の光学系によって集光される前記被写体からの前記光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる第１のバンドパスフィルターと、前記第２の光学系によって集光される前記被写体からの前記光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる第２のバンドパスフィルターと、をさらに備え、
前記第１のバンドパスフィルターが通過させる前記光の前記特定の波長帯域と、前記第２のバンドパスフィルターが通過させる前記光の前記特定の波長帯域とは異なっている請求項１ないし８のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項１０】
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９のいずれかに記載の測距カメラ。
【請求項１１】
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９のいずれかに記載の測距カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、被写体までの距離を測定するための測距カメラに関し、より具体的には、被写体までの距離に応じた被写体像の倍率の変化が互いに異なる少なくとも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、被写体までの距離を測定する測距カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被写体を撮像することにより、被写体までの距離を測定する測距カメラが提案されている。このような測距カメラとしては、被写体からの光を結像するための光学系と、該光学系によって結像された被写体像を画像信号に変換するための撮像素子とを２対以上備えるステレオカメラ方式の測距カメラや、被写体に対して一定パターン（例えば、格子パターン）の光を照射するためのプロジェクターと、一定パターンの光が照射された被写体を撮像するための撮像系とを備えるパターン照射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】
ステレオカメラ方式の測距カメラでは、光学系と撮像素子の組み合わせを２対以上用いることにより、異なる並進視差を有する複数の画像を取得し、取得した複数の画像間の並進視差に基づいて、被写体までの距離を算出する。複数の画像間の並進視差に基づいて被写体までの距離を正確に算出するためには、大きな並進視差を取得する必要がある。そのため、１つの測距カメラ内において、２つ以上の光学系をそれぞれ大きく離間して配置する必要があり、測距カメラのサイズが増大してしまう。
【０００４】
パターン照射方式の測距カメラでは、被写体に対して一定パターンの光を照射し、被写体に投影された一定パターンの歪みを解析することにより被写体までの距離を測定している。そのため、パターン照射方式の測距カメラでは、被写体に対して一定パターンの光を照射するためのプロジェクターが必要となり、測距カメラの構成が大規模になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１９０３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、複数の画像間の並進視差を用いず、かつ、被写体への一定パターンの照射を行わずに、被写体までの距離を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】
【０００７】
このような目的は、以下の（１）〜（１１）の本発明により達成される。
（１）被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の倍率の変化と異なるように構成されており、
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像倍比に基づいて、前記被写体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。
【０００８】
（２）前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている上記（１）に記載の測距カメラ。
【０００９】
（３）前記第１の光学系および前記第２の光学系の少なくとも一方は、前記被写体からの前記光を集光するための凸レンズと、前記被写体からの前記光を拡散させるための凹レンズとを含む上記（２）に記載の測距カメラ。
【００１０】
（４）前記第１の光学系および前記第２の光学系のそれぞれが前記凸レンズと前記凹レンズを含む場合、前記第１の光学系および前記第２の光学系のそれぞれに含まれる前記凹レンズの数、位置、および焦点距離を調整することにより、前記第１の光学系の前記焦点距離と、前記第２の光学系の前記焦点距離とが、互いに異なるようになっている上記（３）に記載の測距カメラ。
【００１１】
（５）前記第１の光学系のフォーカス動作を実行するための第１のレンズ駆動部と、前記第２の光学系のフォーカス動作を実行するための第２のレンズ駆動部と、をさらに備え、
前記第１の光学系、前記第２の光学系、および前記撮像部は、前記第１のレンズ駆動部および前記第２のレンズ駆動部が前記フォーカス動作を実行していない初期状態において、無限遠にピントが合うように配置されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１２】
（６）前記初期状態における前記第１の光学系の前側主点と、前記初期状態における前記第２の光学系の前側主点との間に光軸方向の奥行視差が存在し、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の前記変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている上記（５）に記載の測距カメラ。
【００１３】
（７）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、前記被写体までの前記距離を算出する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１４】
（８）前記距離算出部は、前記第１の被写体像のサイズと前記第２の被写体像のサイズとの比を、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（７）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１５】
（９）前記第１の光学系によって集光される前記被写体からの前記光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる第１のバンドパスフィルターと、前記第２の光学系によって集光される前記被写体からの前記光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる第２のバンドパスフィルターと、をさらに備え、
前記第１のバンドパスフィルターが通過させる前記光の前記特定の波長帯域と、前記第２のバンドパスフィルターが通過させる前記光の前記特定の波長帯域とは異なっている上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１６】
（１０）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（９）のいずれかに記載の測距カメラ。
【００１７】
（１１）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（９）のいずれかに記載の測距カメラ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の測距カメラでは、被写体までの距離に応じた被写体像の倍率の変化が互いに異なるよう構成された２つの光学系を用い、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、被写体までの距離を測定することができる。そのため、本発明の測距カメラでは、従来の複数の画像間の並進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、大きな並進視差を確保する必要がないため、２つの光学系を近接して配置しても、被写体までの距離を正確に算出することができる。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、測距カメラの小型化を実現することができる。また、本発明によれば、並進視差を考慮して測距カメラを設計する必要がなくなるため、測距カメラの設計の自由度を増大させることができる。
【００１９】
また、本発明の測距カメラでは、従来の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、測距カメラの小型化、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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】図１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１に示す第２の光学系によって形成される第２の被写体像の倍率との像倍比が被写体までの距離に応じて変化することを説明するためのグラフである。
【図３】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が、被写体までの距離に応じて変化しないケースを説明するためのグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。
【図５】図４に示す第１の光学系と第２の光学系の構成例を概略的に示す図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】本発明の第８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】
【００２１】
最初に、本発明の測距カメラにおいて用いられている、被写体までの距離を算出するための原理について説明する。
【００２２】
よく知られているように、光学系によって形成される被写体像の倍率ｍは、光学系の前側主点（前側主面）から被写体までの距離（被写体距離）ａ、光学系の後側主点（後側主面）から被写体像の結像位置までの距離ｂ、および光学系の焦点距離ｆによって、下記式（１）および（２）によって算出することができる。
【００２３】
【数１】
2019032295.tif 000003
【００２４】
【数２】
2019032295.tif 000004
【００２５】
被写体像の結像位置に撮像素子の撮像面がある場合（すなわち、ベストピントの場合）、上記式（２）から明らかなように、光学系によって撮像素子の撮像面上に形成される被写体像の倍率ｍは、光学系の前側主点から被写体までの距離ａと、光学系の焦点距離ｆとの関数である。光学系の焦点距離ｆを一定とした場合、被写体像の倍率ｍは、被写体までの距離ａに応じて変化することになる。
【００２６】
ここで、図１に示すように、同じ被写体１００を、２つの撮像系ＩＳ１、ＩＳ２を用いて撮像する場合を想定する。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を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）を駆動することにより、第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行するための第１のレンズ駆動部ＡＦ１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を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）を駆動することにより、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実現するための第２のレンズ駆動部ＡＦ２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１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。なお、図示の形態では、説明の簡略化のため、、第１の光学系ＯＳ１は、第１の光学系ＯＳ１の前側主点および後側主点が、第１の光学系ＯＳ１の中心位置にあるものとして概略的に示されており、同様に、第２の光学系ＯＳ２は、第２の光学系ＯＳ２の前側主点および後側主点が、第２の光学系ＯＳ２の中心位置にあるものとして概略的に示されている。
【００２７】
第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、それぞれ異なる焦点距離ｆ１、ｆ２を有するよう構成されている。また、第１の光学系ＯＳ１および第１の撮像素子Ｓ１は、第１のレンズ駆動部ＡＦ１が第１の光学系ＯＳ１を構成するレンズの少なくとも１つを駆動する（繰り出す）ことによるフォーカス動作を実行していない初期状態において、無限遠にピントが合うように配置されている。すなわち、図１中において、第１の光学系ＯＳ１が点線で表されている初期状態において、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は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１に等しい。
【００２８】
同様に、第２の光学系ＯＳ２および第２の撮像素子Ｓ２は、第２のレンズ駆動部ＡＦ２が第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つを駆動する（繰り出す）ことによるフォーカス動作を実行していない初期状態において、無限遠にピントが合うように配置されている。すなわち、図１中において、第２の光学系ＯＳ２が点線で表されている初期状態において、第２の光学系ＯＳ２から、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの距離は、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２に等しい。
【００２９】
また、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、初期状態における第１の撮像系ＩＳ１の第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、初期状態における第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に、光軸方向の奥行視差Ｄが存在するように配置されている。
【００３０】
第１の撮像系ＩＳ１により被写体１００を撮像する際に、任意の距離に被写体１００が位置する場合、初期状態では被写体１００にピントが合っていないため（デフォーカスが存在するため）、第１のレンズ駆動部ＡＦ１により、第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作が実行される。この際、第１のレンズ駆動部ＡＦ１により、第１の光学系ＯＳ１を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）が繰り出され、第１の光学系ＯＳ１の前側主点および後側主点の位置が変化する。ここで、フォーカス動作による第１の光学系ＯＳ１の前側主点および後側主点のシフト量をΔｂ１とする。また、フォーカス動作後の、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離をａとする。
【００３１】
同様に、第２の撮像系ＩＳ２により被写体１００を撮像する際に、任意の距離に被写体１００が位置する場合、初期状態では被写体１００にピントが合っていないため（デフォーカスが存在するため）、第２のレンズ駆動部ＡＦ２により、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行される。この際、第２のレンズ駆動部ＡＦ２により、第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）が繰り出され、第２の光学系ＯＳ２の前側主点および後側主点の位置が変化する。フォーカス動作による第２の光学系ＯＳ２の前側主点および後側主点のシフト量をΔｂ２とする。また、フォーカス動作後の、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離をＡとする。
【００３２】
ここで、図１から明らかなように、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離Ａは、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを用いて、下記式（３）で表すことができる。
【００３３】
【数３】
2019032295.tif 000005
【００３４】
ここで、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から距離ａだけ離れて位置する被写体１００にピントを合わせている状態において、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ｂ１は、レンズの公式から、１／ｆ１−１／ａに等しくなる。そのため、第１の光学系ＯＳ１の前側主点および後側主点のシフト量Δｂ１は、距離ｂ１と、無限遠にピントを合わせている状態の第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（すなわち、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１）との差により、下記式（４）で表すことができる。
【００３５】
【数４】
2019032295.tif 000006
【００３６】
同様に、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から距離Ａだけ離れて位置する被写体１００にピントを合わせている状態において、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ｂ２は、レンズの公式から、１／ｆ２−１／Ａに等しくなる。そのため、第２の光学系ＯＳ２の前側主点および後側主点のシフト量Δｂ２は、距離ｂ２と、無限遠にピントを合わせている状態の第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（すなわち、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２）との差により、下記式（５）で表すことができる。
【００３７】
【数５】
2019032295.tif 000007
【００３８】
また、第１の光学系ＯＳ１により第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および第２の光学系ＯＳ２により第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、上記式（２）を用いて、それぞれ、下記式（６）および（７）で表すことができる。
【００３９】
【数６】
2019032295.tif 000008
【００４０】
【数７】
2019032295.tif 000009
【００４１】
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、上記式（６）および（７）から、下記式（８）で表すことができる。
【００４２】
【数８】
2019032295.tif 000010
【００４３】
また、上記式（３）および（５）により、Δｂ２についてまとめると、下記式（９）のようなΔｂ２についての二次方程式を得ることができる。
【００４４】
【数９】
2019032295.tif 000011
【００４５】
上記式（９）中では、式の簡略化のため、Ｘ＝ａ＋Ｄ＋Δｂ１が用いられている。Ｘは、上記式（４）を用いて、下記式（１０）で表すことができる。また、下記式（１０）中のＰは、ｆ１−Ｄである。
【００４６】
【数１０】
2019032295.tif 000012
【００４７】
上記式（９）のΔｂ２についての二次方程式を解くと、下記式（１１）を得ることができる。
【００４８】
【数１１】
2019032295.tif 000013
【００４９】
Ｘに関する上記式（１０）およびΔｂ２に関する上記式（１１）を用いて、Ａに関する上記式（３）を変形すると、下記式（１２）を得ることができる。
【００５０】
【数１２】
2019032295.tif 000014
【００５１】
像倍比ＭＲに関する上記式（８）に、Ａに関する上記式（１２）を代入して、像倍比ＭＲを簡略化すると、下記式（１３）が得られる。また、下記式（１３）中のＫは、ｆ２／ｆ１である。
【００５２】
【数１３】
2019032295.tif 000015
【００５３】
像倍比ＭＲに関する上記式（１３）に、Ｘに関する上記式（１０）を代入およびＫ＝ｆ２／ｆ１を用いることにより、距離ａについて整理すると、下記式（１４）で表される二次方程式が得られる。また、下記式（１４）中のＬは、２ｆ２／（ＭＲ・ｆ１）である。
【００５４】
【数１４】
2019032295.tif 000016
【００５５】
上記式（１４）の二次方程式を解き、上記のＰ＝ｆ１−Ｄ、および、Ｌ＝２ｆ２／（ＭＲ・ｆ１）の関係を用いると、下記一般式（１５）および（１６）で表される距離ａについての２つの解が得られる。
【００５６】
【数１５】
2019032295.tif 000017
【００５７】
【数１６】
2019032295.tif 000018
【００５８】
上記一般式（１５）および（１６）によって表される距離ａについての２つの解のうち、いずれの解が距離ａとして適当であるかは、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との間の関係に応じて変化する。すなわち、以下の（１）〜（３）の条件分けに基づいて、上記一般式（１５）および（１６）によって表される２つの解のうち、いずれの解が距離ａとして適当であるかが判断される。
【００５９】
（１）ｆ２≦ｆ１の場合
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との間の関係が、ｆ２≦ｆ１である場合、上記一般式（１５）によって表される解が距離ａとして適当となる。
【００６０】
（２）ｆ２≧ｆ１＋Ｄの場合
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との間の関係が、ｆ２≧ｆ１＋Ｄである場合、上記一般式（１６）によって表される解が距離ａとして適当となる。
【００６１】
（３）ｆ１＜ｆ２＜ｆ１＋Ｄの場合
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との間の関係が、ｆ１＜ｆ２＜ｆ１＋Ｄである場合には、さらなる条件分けが必要となる。すなわち、ｆ１＜ｆ２＜ｆ１＋Ｄの条件が満たされる場合、さらに、以下の（３−１）〜（３−３）の条件分けに基づいて、上記一般式（１５）および（１６）によって表される２つの解のうち、いずれの解が距離ａとして適当であるかが変化する。
【００６２】
（３−１）Ｌ２−２Ｌ≦０の場合
上記式（１４）のａ２の項の係数であるＬ２−２Ｌが０以下の場合、上記一般式（１６）によって表される解が距離ａとして適当となる。
【００６３】
一方、上記式（１４）のａ２の項の係数であるＬ２−２Ｌが０より大きい場合（Ｌ２−２Ｌ＞０の場合）、距離ａの関数であり、上記式（１４）によって表される２次曲線の軸の位置ｇ（ａ）の微分値ｇ´（ａ）に応じて、上記一般式（１５）および（１６）によって表される２つの解のうち、いずれの解が距離ａとして適当であるかが変化する。なお、上記式（１４）によって表される２次曲線の軸の位置ｇ（ａ）は、下記式（１７）で表される。
【００６４】
【数１７】
2019032295.tif 000019
【００６５】
（３−２）Ｌ２−２Ｌ＞０、かつ、ｇ´（ａ）≦０の場合
上記式（１４）のａ２の項の係数であるＬ２−２Ｌが０より大きく、かつ、上記式（１４）によって表される２次曲線の軸の位置ｇ（ａ）の微分値ｇ´（ａ）が０以下の場合、上記一般式（１６）によって表される解が距離ａとして適当となる。
【００６６】
（３−３）Ｌ２−２Ｌ＞０、かつ、ｇ´（ａ）＞０の場合
上記式（１４）のａ２の項の係数であるＬ２−２Ｌが０より大きく、かつ、上記式（１４）によって表される２次曲線の軸の位置ｇ（ａ）の微分値ｇ´（ａ）が０より大きい場合、上記一般式（１５）によって表される解が距離ａとして適当となる。
【００６７】
上記一般式（１５）および（１６）内において、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２、および初期状態における第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、初期状態における第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差Ｄは、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２を構成および配置する際に決定される固定値である。そのため、像倍比ＭＲを得ることができれば、上述の条件分けに従い、上記一般式（１５）または（１６）を用いることにより、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを一意に算出することができる。
【００６８】
図２には、上記一般式（１５）または（１６）に基づいて算出された、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率ｍ１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲと、被写体１００までの距離ａとの関係の１例が示されている。図２から明らかなように、像倍比ＭＲの値から、被写体１００までの距離ａを特定することができる。
【００６９】
一方、像倍比ＭＲは、下記式（１８）によって、算出することができる。下記式（１８）中において、ｓｚは、被写体１００の実際のサイズ（高さまたは幅）、Ｙ１は、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像のサイズ（像高または像幅）、Ｙ２は、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像のサイズ（像高または像幅）である。
【００７０】
【数１８】
2019032295.tif 000020
【００７１】
第１の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２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の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２を実測し、それに基づいて、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを得ることができる。
【００７２】
本発明の測距カメラは、上述の原理により、実測される第１の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２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を算出し、さらに、算出した像倍比ＭＲを用いて、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出する。
【００７３】
なお、像倍比ＭＲに関する上記式（１３）から明らかなように、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２が等しく（ｆ１＝ｆ２＝ｆ）、かつ、初期状態における第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、初期状態における第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に奥行視差Ｄが存在しない場合（Ｄ＝０、すなわち、ａ＝Ａ）には、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、定数となる。この場合、図３に示すように、被写体１００までの距離ａに応じた第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００までの距離ａに応じた第２の被写体像の倍率ｍ２の変化と同一になってしまい、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出することが不可能となる。
【００７４】
したがって、本発明の測距カメラでは、以下の２つの条件の少なくとも１つが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置され、これにより、被写体１００までの距離ａに応じた第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００までの距離ａに応じた第２の被写体像の倍率ｍ２の変化と異なるようになっている。
【００７５】
（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のレンズ駆動部ＡＦ１がフォーカス動作を実行していない初期状態における第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２のレンズ駆動部ＡＦ２がフォーカス動作を実行していない初期状態における第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差Ｄが存在している（Ｄ≠０）
【００７６】
加えて、上記第１の条件および第２の条件の少なくとも１つを満たしていたとしても、上記一般式（１５）または（１６）を用いて、被写体１００までの距離ａを算出するためには、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、下記式（１９）および（２０）で表される条件を満たすよう構成および配置されている必要がある。以下、下記式（１９）の条件を第３の条件といい、下記式（２０）の条件を第４の条件という。
【００７７】
【数１９】
2019032295.tif 000021
【００７８】
【数２０】
2019032295.tif 000022
【００７９】
上記式（１９）の条件（第３の条件）が満たされない場合（すなわち、ＭＲ＝ｆ２／ｆ１の場合）には、上記一般式（１５）または（１６）の分母がゼロとなってしまい、像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａを算出することができなくなる。一方、上記式（２０）の条件（第４の条件）が満たされない場合（すなわち、上記式（２０）の左辺が負になる場合）には、被写体１００までの距離ａが虚数を含んでしまうため、不適当である。
【００８０】
したがって、像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａを算出するために、本発明の測距カメラは、上述の第１の条件および第２の条件の少なくとも１つ、第３の条件、および第４の条件を満たすよう構成されている。そのため、本発明の測距カメラを用いて取得された第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から実測される第１の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２から像倍比ＭＲを算出することにより、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出することができる。
【００８１】
以下、上述の原理を利用して、被写体までの距離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説明する。
【００８２】
＜第１実施形態＞
最初に図４〜図５を参照して、本発明の第１実施形態に係る測距カメラを詳述する。図４は、本発明の第１実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。図５は、図４に示す第１の光学系と第２の光学系の構成例を概略的に示す図である。
【００８３】
図４に示す測距カメラ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、第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行するための第１のレンズ駆動部ＡＦ１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２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行するための第２のレンズ駆動部ＡＦ２と、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像するための撮像部Ｓと、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲと、被写体１００までの距離ａ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、関連付情報記憶部３内の関連付情報と、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の被写体像とに基づいて、被写体１００までの距離ａ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。
【００８４】
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の構成は、説明のための１例にすぎず、本発明はこれに限られない。第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれは、上述の第1の条件および第２の条件の少なくとも１つ、第３の条件、および第４の条件を満たし、被写体１００までの距離に対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００までの距離に対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化と異なっていれば如何なる態様であってもよい。しかしながら、本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するために要求される上述の第１の条件および第２の条件のうち、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、上述の第２の条件（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では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、上述の第３の条件および第４の条件が満たされるよう構成されている。
【００８５】
そのため、像倍比ＭＲを用いて、被写体１００までの距離ａを算出するための上記一般式（１５）および（１６）は、Ｄ＝０の条件により単純化され、それぞれ、下記式（２１）および（２２）で表すことができる。
【００８６】
【数２１】
2019032295.tif 000023
【００８７】
【数２２】
2019032295.tif 000024
【００８８】
本実施形態では、Ｄ＝０なので、上記（３）の条件分けを考慮する必要がない。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との間の関係が、上記（１）の条件分けであるｆ２＜ｆ１に当てはまる場合、上記式（２１）によって表される解が距離ａとして適当となり、被写体１００までの距離ａとして用いられる。一方、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との間の関係が、上記（２）の条件であるｆ２＞ｆ１に当てはまる場合、上記式（２２）によって表される解が距離ａとして適当となり、被写体１００までの距離ａとして用いられる。
【００８９】
本実施形態の測距カメラ１は、撮像部Ｓによって被写体１００を撮像することにより第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出し、さらに、上記式（２１）または（２２）を用いて、被写体１００までの距離ａを算出する。
【００９０】
以下、測距カメラ１の各コンポーネントについて詳述する。制御部２は、データバス９を介して、各コンポーネントとの間の各種データや各種指示の授受を行い、測距カメラ１の制御を実行する。制御部２は、演算処理を実行するためのプロセッサーと、測距カメラ１の制御を行うために必要なデータ、プログラム、モジュール等を保存しているメモリーとを備えており、制御部２のプロセッサーは、メモリー内に保存されているデータ、プログラム、モジュール等を用いることにより、測距カメラ１の制御を実行する。また、制御部２のプロセッサーは、測距カメラ１の各コンポーネントを用いることにより、所望の機能を提供することができる。例えば、制御部２のプロセッサーは、距離算出部４を用いることにより、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離ａを算出するための処理を実行することができる。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【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までの距離ａに応じた変化が、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の倍率ｍ２の被写体１００までの距離ａに応じた変化と異なるように構成されている。
【００９５】
例えば、図５に示すように、第１の光学系ＯＳ１は、凸レンズ（実像光学部品）から構成されており、第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１を構成する凸レンズと同じ焦点距離を有する凸レンズ（実像光学部品）Ｌ１と、凸レンズＬ１と同一軸上であって、凸レンズＬ１から被写体１００側に距離ｄだけ離間して配置された凹レンズ（虚像光学部品）Ｌ２と、から構成されている。この場合、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２は、凹レンズＬ２の効果により、第１の光学系ＯＳ１を構成する凸レンズの焦点距離ｆ１と異なったものとなる。このように、第１の光学系ＯＳ１と第２の光学系ＯＳ２の構成を互いに異なったものとすることにより、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とを、互いに異なるものとすることができる。なお、図５に示す第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の態様は例示に過ぎず、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とが異なっていれば、本発明はこれに限られない。
【００９６】
第２の光学系ＯＳ２のみが凹レンズＬ２を含んでおり、第１の光学系ＯＳ１が凹レンズを含んでいない図５に示す態様を例に挙げて、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成を説明したが、本発明はこれに限られない。第１の光学系ＯＳ１と第２の光学系ＯＳ２のそれぞれが凹レンズを備えているような態様もまた本発明の範囲内である。この場合、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれに含まれる凹レンズの数、配置（例えば、他のレンズからの離間距離）、および焦点距離を調整することにより、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２とが互いに異なったものとなっている。これにより、被写体１００までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化が、被写体１００までの距離ａに対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化と異なるようになっている。
【００９７】
このように、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１の条件（ｆ１≠ｆ２）が満たされており、それにより、被写体１００までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００までの距離ａに対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
【００９８】
図４に戻り、第１のレンズ駆動部ＡＦ１は、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第１の光学系ＯＳ１を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）を光軸方向に駆動させ（繰り出し）、第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行する機能を有している。同様に、第２のレンズ駆動部ＡＦ２は、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）を光軸方向に駆動させ（繰り出し）、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行する機能を有している。第１のレンズ駆動部ＡＦ１および第２のレンズ駆動部ＡＦ２のそれぞれは、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第１の光学系ＯＳ１または第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作を実行できれば特に限定されず、例えば、ＤＣモーター、ステッピングモーター、ボイスコイルモーター等のアクチュエーターにより構成することができる。
【００９９】
なお、制御部２のプロセッサーは、コントラストオートフォーカス技術や位相差オートフォーカス技術等の任意のオートフォーカス技術を用いて、第１のレンズ駆動部ＡＦ１および第２のレンズ駆動部ＡＦ２を駆動し、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作を実現する。
【０１００】
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。
【０１０１】
第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの離間距離は、第１のレンズ駆動部ＡＦ１による第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作が実行されていない初期状態（図４中において、第１の光学系ＯＳ１が点線で示されている状態）において、無限遠に位置する被写体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よう設定されている。換言すれば、第１のレンズ駆動部ＡＦ１による第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作が実行されていない初期状態において、無限遠にピントが合うように、第１の光学系ＯＳ１および第１の撮像素子Ｓ１が配置されている。したがって、初期状態において、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの離間距離は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と等しい。そのため、任意の距離ａに被写体１００が位置する場合には、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第１の光学系ＯＳ１を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）が繰り出され、第１の光学系ＯＳ１の前側主点および後側主点がΔｂ１だけ、被写体１００側にシフトし、任意の距離ａに位置する被写体１００にピントが合う。
【０１０２】
同様に、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの離間距離は、第２のレンズ駆動部ＡＦ２による第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行されていない初期状態（図４中において、第２の光学系ＯＳ２が点線で示されている状態）において、無限遠に位置する被写体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よう設定されている。換言すれば、第２のレンズ駆動部ＡＦ２による第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行されていない初期状態において、無限遠にピントが合うように、第２の光学系ＯＳ２および第２の撮像素子Ｓ２が配置されている。したがって、初期状態において、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの離間距離は、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２と等しい。そのため、任意の距離ａに被写体１００が位置する場合には、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）が繰り出され、第２の光学系ＯＳ２の前側主点および後側主点がΔｂ２だけ、被写体１００側にシフトし、任意の距離ａに位置する被写体１００にピントが合う。
【０１０３】
なお、図示の形態では、第１の撮像素子Ｓ１、第１のレンズ駆動部ＡＦ１、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、第２のレンズ駆動部ＡＦ２、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のレンズ駆動部ＡＦ１、第２のレンズ駆動部ＡＦ２、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態様も、本発明の範囲内である。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
関連付情報記憶部３は、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）と、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離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。
【０１０７】
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２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）から、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出するための情報である。
【０１０８】
典型的には、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するための上記式（２１）および（２２）（または、一般式（１５）および（１６））、並びに、該式中の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置によって決定される上述の固定値である（上記式（２１）および（２２）用であれば、固定値であるｆ１およびｆ２）。代替的に、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、像倍比ＭＲと被写体１００までの距離ａとを一意に対応づけたルックアップテーブルであってもよい。関連付情報記憶部３に保存されているこのような関連付情報を参照することにより、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出することが可能となる。
【０１０９】
距離算出部４は、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離ａを算出する機能を有している。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。
【０１１０】
その後、距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号に対して、Ｃａｎｎｙのようなフィルター処理を施し、第１の被写体像の画像信号内における第１の被写体像のエッジ部および第２の被写体像の画像信号内における第２の被写体像のエッジ部を抽出する。距離算出部４は、抽出した第１の被写体像のエッジ部に基づいて、第１の被写体像のサイズ（像幅または像高）Ｙ１を算出し、さらに、抽出した第２の被写体像のエッジ部に基づいて、第２の被写体像のサイズ（像幅または像高）Ｙ２を算出する。
【０１１１】
距離算出部４が、抽出した第１の被写体像のエッジ部および第２の被写体像のエッジ部に基づいて、第１の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２を算出する方法は特に限定されないが、例えば、各画像信号中において、被写体像のエッジ部の最も上側にある部分と最も下側にある部分との離間距離を被写体像の像高としてもよいし、被写体像のエッジ部の最も左側にある部分と最も右側にある部分との離間距離を被写体像の像幅としてもよい。
【０１１２】
その後、距離算出部４は、算出した第１の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２に基づき、上記式（１８）ＭＲ＝Ｙ２／Ｙ１によって、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出する。像倍比ＭＲが算出されると、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報を参照し、像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａを算出（特定）する。
【０１１３】
３次元画像生成部５は、距離算出部４によって算出された被写体１００までの距離ａおよび撮像部Ｓが取得した被写体１００の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次元画像のピクセルに対して、算出された被写体１００の距離ａが関連付けられているデータを意味する。
【０１１４】
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によって生成された被写体１００までの距離ａ、３次元画像生成部５によって生成された被写体１００の３次元画像のような画像、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様態で表示部６に表示される。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００までの距離ａに対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本発明の測距カメラ１は、複数の画像間の並進視差を用いず、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までの距離ａを一意に算出（特定）することができる。
【０１１８】
また、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、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とが異なるように、構成されているため、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１によって取得される第１の被写体像の画像信号の画角と倍率は、撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２によって取得される第２の被写体像の画像信号の画角と倍率と異なる。よって、本実施形態の測距カメラ１では、簡易に異なる画角および倍率の２つの画像信号（第１の被写体像の画像信号と第２の被写体像の画像信号）を同時に取得することができる。このように画角や倍率が異なる複数の画像信号は、様々な用途に利用することができる。
【０１１９】
例えば、本実施形態の測距カメラ１は、画角や倍率が異なる複数の画像信号を取得することができるので、虹彩認証システムにおいて、本実施形態の測距カメラ１を好適に用いることができる。本実施形態の測距カメラ１を虹彩認証システムにおいて用いた場合、広画角および低倍率の認証対象者の顔画像（または全身画像）と狭画角および高倍率の認証対象者の両眼画像を同時に取得することができる。そのため、本実施形態の測距カメラ１を用いることにより、ズーム機能を有するカメラを用いなくとも、両眼の虹彩認証を実行することができ、虹彩認証システムを小型化および低コスト化することができる。
【０１２０】
また、本実施形態の測距カメラ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好適に利用することができる。ハンドラーロボットを駆動する際には、組み立て対象の部品までの距離を算出する必要があるとともに、部品のおおまかな位置を特定するための広画角および低倍率の画像と、部品の組み立ての際にハンドラーロボットのハンドを精密に制御するための狭画角および高倍率の画像とが必要とされる。本実施形態の測距カメラ１は、部品（被写体）までの距離を算出することができるとともに、広画角および低倍率の画像と、狭画角および高倍率の画像とを同時取得することができるため、ハンドラーロボットにおいて特に有用である。本実施形態の測距カメラ１は、部品までの距離の測定、広画角および低倍率の画像の取得、および狭画角および高倍率の画像の取得という３つの機能を提供することができるため、本実施形態の測距カメラ１をハンドラーロボットにおいて用いることにより、ハンドラーロボットにおいて用いられるカメラの数を減らすことができる。そのため、ハンドラーロボットを小型化および低コスト化することができる。
【０１２１】
また、本実施形態の測距カメラ１は、車両乗員検知用途において好適に利用することができる。本実施形態の測距カメラ１によって広画角および低倍率の画像を取得することにより、追加的なカメラを用いずとも、車両内の広範な乗員検知を実現することができる。そのため、車両乗員検知システムを小型化および低コスト化することができる。
【０１２２】
＜第２実施形態＞
次に、図６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６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。
【０１２３】
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では、第１の光学系ＯＳ１によって撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に集光される光の光路上に第１のバンドパスフィルター１０ａが配置され、さらに、第２の光学系ＯＳ２によって撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に集光される光の光路上に第２のバンドパスフィルター１０ｂが配置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。
【０１２４】
なお、図示の形態では、第１のバンドパスフィルター１０ａが第１の光学系ＯＳ１の前面側（被写体１００側）に配置され、第２のバンドパスフィルター１０ｂが第２の光学系ＯＳ２の前面側（被写体１００側）に配置されているが本発明はこれに限られない。例えば、第１のバンドパスフィルター１０ａが第１の光学系ＯＳ１の後面側（第１の撮像素子Ｓ１側）に配置され、第２のバンドパスフィルター１０ｂが第２の光学系ＯＳ２の後面側（第２の撮像素子Ｓ２側）に配置されている態様も本発明の範囲内である。
【０１２５】
第１のバンドパスフィルター１０ａは、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に集光される被写体１００からの光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる。第２のバンドパスフィルター１０ｂは、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に集光される被写体１００からの光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる。第１のバンドパスフィルター１０ａが通過させる光の波長帯域は、第２のバンドパスフィルター１０ｂが通過させる光の波長帯域とは異なっている。そのため、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２は、それぞれ異なる波長帯域の光を受光することができる。
【０１２６】
なお、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２のそれぞれは、ベイヤー配列等の任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するカラー撮像素子であってもよいし、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が、白黒撮像素子であることが好ましい。白黒撮像素子を第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２として用いることにより、第１のバンドパスフィルター１０ａまたは第２のバンドパスフィルター１０ｂを通過した特定の波長帯域の光の光量がカラー撮像素子のカラーフィルターによってさらに減少してしまうことを防止することができる。
【０１２７】
このように、本実施形態では、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２は、それぞれ異なる波長帯域の光を受光することができるので、異なる波長帯域の光によって形成された２つの画像信号（第１の被写体像の画像信号と第２の被写体像の画像信号）を同時取得することができる。そのため、異なる波長帯域の光によって形成された複数の画像信号を用いることが有用な用途、例えば、虹彩認証システムや車載カメラの暗視野乗員状態検知システムに測距カメラ１を用いることができる。
【０１２８】
また、本実施形態の測距カメラ１では、異なる波長帯域の光によって形成された２つの画像信号を取得するために、異なる波長帯域の光を発する複数の光源を用いる必要がない。そのため、上述のような異なる波長帯域の光によって形成された複数の画像信号を用いることが有用な用途で測距カメラ１を用いる場合でも、測距カメラ１の小型化および低コスト化が可能である。
【０１２９】
＜第３実施形態＞
次に、図７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７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。
【０１３０】
以下、第３実施形態の測距カメラ１について、第２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３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、第２の光学系ＯＳ２、第１のレンズ駆動部ＡＦ１、第２のレンズ駆動部ＡＦ２、第１のバンドパスフィルター１０ａ、第２のバンドパスフィルター１０ｂ、および第１の撮像素子Ｓ１が同一の筐体内に設けられている点、該筐体内にミラー１１とプリズム１２が設けられている点、および第１の撮像素子Ｓ１がカラー撮像素子に限定される点を除き、第２実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１３１】
図７に示すように、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１、第２の光学系ＯＳ２、第１のレンズ駆動部ＡＦ１、第２のレンズ駆動部ＡＦ２、第１のバンドパスフィルター１０ａ、第２のバンドパスフィルター１０ｂ、および第１の撮像素子Ｓ１が同一の筐体内に設けられている。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のバンドパスフィルター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の撮像面上で結像する。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。
【０１３２】
したがって、本実施形態においては、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方が、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される。
【０１３３】
また、本実施形態において、第１の撮像素子Ｓ１は、ベイヤー配列のような任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するカラー撮像素子である。第１のバンドパスフィルター１０ａが通過させる光の波長帯域は、第１の撮像素子Ｓ１が有する複数のカラーフィルターのいずれか１つに対応しており、第２のバンドパスフィルター１０ｂが通過させる光の波長帯域は、第１の撮像素子Ｓ１が有する複数のカラーフィルターの異なる１つに対応している。
【０１３４】
これにより、第１の撮像素子Ｓ１によって取得される各カラーフィルターに対応する画像信号（例えば、赤色画像信号、緑色画像信号、および青色画像信号）のいずれか１つが、第１の被写体像の画像信号に対応し、異なる１つが第２の被写体像の画像信号に対応する。そのため、第１の撮像素子Ｓ１は、第１の被写体像の画像信号と第２の被写体像の画像信号を分離して同時取得することができる。
【０１３５】
例えば、第１のバンドパスフィルター１０ａが通過させる光の波長帯域が、第１の撮像素子Ｓ１が有する複数のカラーフィルターの赤カラーフィルターの透過波長帯域に対応している場合、第１の撮像素子Ｓ１によって取得される赤色画像信号が、第１の被写体像の画像信号となる。一方、第２のバンドパスフィルター１０ｂが通過させる光の波長帯域が、第１の撮像素子Ｓ１が有する複数のカラーフィルターの緑カラーフィルターの透過波長帯域に対応している場合、第１の撮像素子Ｓ１によって取得される緑色画像信号が、第２の被写体像の画像信号となる。
【０１３６】
このような態様により、撮像部Ｓを、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方を撮像する単一のカラー撮像素子（第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。
【０１３７】
＜第４実施形態＞
次に、図８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８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。
【０１３８】
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。第４実施形態の測距カメラ１では、第１のバンドパスフィルター１０ａおよび第２のバンドパスフィルター１０ｂが省略されている点、第１のシャッター１３ａおよび第２のシャッター１３ｂが筐体内に設けられている点、および第１の撮像素子Ｓ１がカラー撮像素子に限定されない点を除き、第３実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１３９】
図８に示すように、本実施形態では、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１３ａおよび第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１３ｂが筐体内に設けられている。第１のシャッター１３ａおよび第２のシャッター１３ｂ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１３ａおよび第２のシャッター１３ｂ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。
【０１４０】
第１のシャッター１３ａ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。
【０１４１】
一方、第２のシャッター１３ｂ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。
【０１４２】
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１３ａおよび第２のシャッター１３ｂ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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
また、本実施形態では、前述の第３実施形態と異なり、第１の撮像素子Ｓ１は、白黒撮像素子であってもよい。白黒撮像素子を第１の撮像素子Ｓ１として用いることにより、測距カメラ１をより低コスト化することができる。
【０１４５】
＜第５実施形態＞
次に、図９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９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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
図９に示すように、本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するために要求される上述の第１の条件および第２の条件の内、第１のレンズ駆動部ＡＦ１がフォーカス動作を実行していない初期状態における第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２のレンズ駆動部ＡＦ２がフォーカス動作を実行していない初期状態における第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差Ｄが存在している（Ｄ≠０）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、上述の第１の条件（ｆ１≠ｆ２）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では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、上述の第３の条件および第４の条件が満たされるよう構成されている。
【０１４８】
そのため、像倍比ＭＲを用いて、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出するための上記一般式（１５）および（１６）は、ｆ１＝ｆ２＝ｆの条件により単純化され、それぞれ、下記式（２３）および（２４）で表すことができる。
【０１４９】
【数２３】
2019032295.tif 000025
【０１５０】
【数２４】
2019032295.tif 000026
【０１５１】
なお、本実施形態では、ｆ１＝ｆ２＝ｆの条件から、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との間の関係が、上記（１）の条件分けであるｆ２≦ｆ１を必然的に満たすので、上記式（２３）で表される解が距離ａとして適当となる。そのため、上記式（２３）で表される解が被写体１００までの距離ａとして用いられる。
【０１５２】
このように、本実施形態の測距カメラ１では、第１のレンズ駆動部ＡＦ１がフォーカス動作を実行していない初期状態における第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２のレンズ駆動部ＡＦ２がフォーカス動作を実行していない初期状態における第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差Ｄが存在するよう（Ｄ≠０）、構成および配置されており、これにより、被写体１００までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００までの距離ａに対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の測距カメラ１は、第１の被写体像の倍率ｍ１と第２の被写体像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）に基づいて、被写体１００までの距離ａを一意に算出することができる。
【０１５３】
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２の条件が満たされており、それにより、被写体１００までの距離ａに対する第１の被写体像の倍率ｍ１の変化と、被写体１００までの距離ａに対する第２の被写体像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
【０１５４】
＜第６実施形態＞
次に、図１０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１０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。
【０１５５】
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、第１の光学系ＯＳ１によって撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に集光される光の光路上に第１のバンドパスフィルター１０ａが配置され、さらに、第２の光学系ＯＳ２によって撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に集光される光の光路上に第２のバンドパスフィルター１０ｂが配置されている点を除き、第５実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１５６】
図１０に示すように、第２実施形態と同様に、第１のバンドパスフィルター１０ａは、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に集光される被写体１００からの光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる。第２のバンドパスフィルター１０ｂは、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に集光される被写体１００からの光のうち、特定の波長帯域の光のみを通過させる。また、第１のバンドパスフィルター１０ａが通過させる光の波長帯域は、第２のバンドパスフィルター１０ｂが通過させる光の波長帯域とは異なっている。そのため、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２は、それぞれ異なる波長帯域の光を受光することができる。
【０１５７】
このように、第２実施形態と同様に、本実施形態では、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２は、それぞれ異なる波長帯域の光を受光することができるので、異なる波長帯域の光によって形成された２つの画像信号（第１の被写体像の画像信号と第２の被写体像の画像信号）を同時取得することができる。そのため、異なる波長帯域の光によって形成された複数の画像信号を用いることが有用な用途、例えば、虹彩認証システムや車載カメラの暗視野乗員状態検知システムに測距カメラ１を用いることができる。
【０１５８】
また、第２実施形態と同様に、本実施形態では、異なる波長帯域の光によって形成された２つの画像信号を取得するために、異なる波長帯域の光を発する複数の光源を用いる必要がない。そのため、上述のような異なる波長帯域の光によって形成された複数の画像信号を用いることが有用な用途で測距カメラ１を用いる場合でも、測距カメラ１の小型化および低コスト化が可能である。
【０１５９】
＜第７実施形態＞
次に、図１１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１１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。
【０１６０】
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。本実施形態の測距カメラ１と第６実施形態の測距カメラ１との相違点は、上述した第３実施形態の測距カメラ１と第２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７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、第２の光学系ＯＳ２、第１のレンズ駆動部ＡＦ１、第２のレンズ駆動部ＡＦ２、第１のバンドパスフィルター１０ａ、第２のバンドパスフィルター１０ｂ、および第１の撮像素子Ｓ１が同一の筐体内に設けられている点、該筐体内にミラー１１とプリズム１２が設けられている点、および第１の撮像素子Ｓ１がカラー撮像素子に限定される点を除き、第６実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１６１】
図１１に示すように、第３実施形態と同様に、第１の光学系ＯＳ１、第２の光学系ＯＳ２、第１のレンズ駆動部ＡＦ１、第２のレンズ駆動部ＡＦ２、第１のバンドパスフィルター１０ａ、第２のバンドパスフィルター１０ｂ、および第１の撮像素子Ｓ１が同一の筐体内に設けられている。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のバンドパスフィルター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の撮像面上で結像する。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。
【０１６２】
また、第３実施形態と同様に、第１の撮像素子Ｓ１は、ベイヤー配列のような任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するカラー撮像素子である。第１のバンドパスフィルター１０ａが通過させる光の波長帯域は、第１の撮像素子Ｓ１が有する複数のカラーフィルターのいずれか１つに対応しており、第２のバンドパスフィルター１０ｂが通過させる光の波長帯域は、第１の撮像素子Ｓ１が有する複数のカラーフィルターの異なる１つに対応している。
【０１６３】
これにより、第１の撮像素子Ｓ１によって取得される各カラーフィルターに対応する画像信号（例えば、赤色画像信号、緑色画像信号、および青色画像信号）のいずれか１つが、第１の被写体像の画像信号に対応し、異なる１つが第２の被写体像の画像信号に対応する。そのため、第１の撮像素子Ｓ１は、第１の被写体像の画像信号と第２の被写体像の画像信号を分離して同時取得することができる。
【０１６４】
＜第８実施形態＞
次に、図１２を参照して、本発明の第８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８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。
【０１６５】
以下、第８実施形態の測距カメラ１について、第７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７実施形態の測距カメラ１との相違点は、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８実施形態の測距カメラ１では、第１のバンドパスフィルター１０ａおよび第２のバンドパスフィルター１０ｂが省略されている点、第１のシャッター１３ａおよび第２のシャッター１３ｂが筐体内に設けられている点、および第１の撮像素子Ｓ１がカラー撮像素子に限定されない点を除き、第７実施形態の測距カメラ１と同様である。
【０１６６】
図１２に示すように、第４実施形態と同様に、本実施形態の測距カメラ１では、第１の光学系ＯＳ１の前面側（被写体１００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１３ａ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１３ｂが配置されている。
【０１６７】
第１のシャッター１３ａおよび第２のシャッター１３ｂは、上述した第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。
【０１６８】
このように、第４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。
【０１６９】
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、複数の画像間の並進視差を用いず、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までの距離ａを一意に算出することができる。
【０１７０】
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並進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、大きな並進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、並進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。
【０１７１】
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、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。
【０１７２】
なお、上記各実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の２つの光学系が用いられているが、用いられる光学系の数はこれに限られない。例えば、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２に加え、追加的な光学系をさらに備えるような態様もまた本発明の範囲内である。この場合、追加的な光学系は、追加的な光学系によって形成される被写体像の倍率の被写体１００までの距離ａに対する変化は、第１の被写体像の倍率ｍ１の被写体までの距離ａに対する変化および第２の被写体像の倍率ｍ２の被写体までの距離ａに対する変化と異なるように構成および配置されている。
【０１７３】
また、上述した各実施形態は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するために要求される上述の第１の条件および第２の条件の内のいずれか１つ、第３の条件、および第４の条件を満たすよう第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、上述の第１の条件〜第４の条件の全てが満たされるように、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（例えば、図１に示すような第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置）も、本発明の範囲内である。
【０１７４】
＜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８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。
【０１７５】
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、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第１のレンズ駆動部ＡＦ１が駆動され、被写体１００に対してピントを合わせるための第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作が実行される。その後、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の被写体像のサイズ（像高または像幅）Ｙ１を算出する。
【０１７６】
一方、工程Ｓ１３０において、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第２のレンズ駆動部ＡＦ２が駆動され、被写体１００に対してピントを合わせるための第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行される。その後、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の被写体像のサイズ（像高または像幅）Ｙ２を算出する。
【０１７７】
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の被写体像のサイズＹ１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の被写体像のサイズＹ２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。
【０１７８】
第１の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２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の被写体像のサイズＹ１および第２の被写体像のサイズＹ２から、上記式（１８）ＭＲ＝Ｙ２／Ｙ１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。
【０１７９】
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に保存されている関連付情報を参照し、算出した像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａを算出（特定）する。工程Ｓ１６０において被写体１００までの距離ａが算出されると、処理は、工程Ｓ１７０に移行する。
【０１８０】
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１００の２次元画像、被写体１００までの距離ａ、および／または被写体１００の３次元画像が、表示部６に表示され、または通信部８によって外部デバイスに送信され、測距方法Ｓ１００は終了する。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
例えば、図４および図６〜図１２に示された測距カメラ１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１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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
＜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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
また、本発明の測距カメラ１によれば、被写体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。
【０１８８】
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】
【０１８９】
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のバンドパスフィルター  １０ｂ…第２のバンドパスフィルター  １１…ミラー  １２…プリズム  １３ａ…第１のシャッター  １３ｂ…第２のシャッター  ａ…距離  Ａ…距離  ｄ…離間距離  Ｄ…奥行視差  ｆ、ｆ１、ｆ２…焦点距離  ｍ１、ｍ２…倍率  ＯＳ１…第１の光学系  ＯＳ２…第２の光学系  Ｌ１…凸レンズ  Ｌ２…凹レンズ  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  Δｂ１、Δｂ２…シフト量  １００…被写体  ＡＦ１…第１のレンズ駆動部  ＡＦ２…第２のレンズ駆動部  ＩＳ１、ＩＳ２…撮像系
【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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