專利名稱：測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)多個拍攝光學系統(tǒng)間的視差來測量至對象物的距離的測距
直O(jiān)
背景技術(shù)：
近年來，在汽車的車間距離測量和照相機的自動焦點系統(tǒng)、三維形狀測量系統(tǒng)中 使用根據(jù)一對拍攝光學系統(tǒng)間的視差來測量距被拍攝物(測距對象物)的距離的測距裝置。在這樣的測距裝置中，設(shè)置有在左右或上下配置的一對透鏡、和具有分別對應(yīng)每 一個透鏡而設(shè)置的一對拍攝區(qū)域的拍攝元件。通過一對透鏡在各個拍攝區(qū)域中進行圖像的 成像，基于這些圖像的視差通過三角測量來檢測出距被拍攝物的距離。圖23是用于說明在測距裝置中進行的三角測量的圖。在圖23中，示出了具有拍 攝透鏡Ll的第一拍攝光學系統(tǒng)、和具有拍攝透鏡L2的第二拍攝光學系統(tǒng)。配置各個拍攝 光學系統(tǒng)，使得第一拍攝光學系統(tǒng)的光軸al和第二拍攝光學系統(tǒng)的光軸a2隔開規(guī)定的間 隔B而相互平行。將連結(jié)第二拍攝光學系統(tǒng)的光軸a2與拍攝面N2相交的點、和第一拍攝 光學系統(tǒng)的光軸al與拍攝面m相交的點的線段稱為基線?；€是不根據(jù)對象物的位置而 變化、且成為三角測量的基準的線段。作為此基線的長度的基線長等于間隔B。下面設(shè)基線 長為B。測距對象物0的像分別通過拍攝透鏡Ll成像在拍攝面m上，通過拍攝透鏡L2成 像在拍攝面N2上。在圖23中，設(shè)測距對象物0上的點P為測量點。在點P位于第一拍攝 光學系統(tǒng)的光軸al上的時候，點P在拍攝面W中與第一拍攝光學系統(tǒng)的光軸al相交的點 處成像。另一方面，在拍攝面N2中，在距拍攝面N2與第二拍攝光學系統(tǒng)的光軸a2相交的 點為距離Δ的位置，點P成像。將此稱為視差，并將其長度稱為視差量Δ。如果設(shè)第一及第二拍攝光學系統(tǒng)的拍攝透鏡Ll及L2的焦點距離為f，則下面的近 似式成立。[數(shù)1]
... (1) Z對成像在拍攝面Ni、Ν2上的圖像實施用于形成容易進行運算處理的狀態(tài)的修正 和分割等處理。在進行這樣的處理后，通過將成像在拍攝面m上的圖像和成像在拍攝面N2 上的圖像進行圖形匹配，就能求出視差量Δ。通過將計算出的視差量Δ、和基線長B及焦 點距離f代入式(1)，就能求出距離Z。在專利文獻1中，公開有為了不加長透鏡全長來實現(xiàn)長焦點距離化，而使用在物 體面上具有凸面的正彎月單透鏡(positive meniscus single lens)的測距裝置。此外，在專利文獻2中，公開有為了提供焦闌性(telecentric)良好且透鏡像差也 容易修正的拍攝用的透鏡而進行透鏡的結(jié)構(gòu)研討的結(jié)果。
專利文獻IJP特開2003-15029號公報專利文獻2JP特開2002-98885號公報

發(fā)明內(nèi)容
在測距裝置中，視差Δ越大測距精度越好。根據(jù)式(1)，基線長B和焦點距離f越 大，則視差Δ越變大，測距精度增加。此外，當構(gòu)成測距裝置的各拍攝光學系統(tǒng)的拍攝性能 彼此相等時，測距精度增加。但是，通常在透鏡中因模具的精度的界限和制造偏差而存在幾 μπι程度的透鏡面的偏芯。透鏡面的偏芯是指透鏡的2個面的光軸彼此偏移的狀態(tài)。如果 在透鏡中存在上述偏芯，就會損害拍攝性能的旋轉(zhuǎn)對稱性。在拍攝光學系統(tǒng)由單透鏡構(gòu)成 的情況下，雖然因上述偏芯引起的拍攝性能的變化較少，但在測距裝置的圖形匹配中，存在 因上述偏芯而使得測距精度顯著劣化這樣的課題。即，存在照相機等拍攝用的透鏡中可允 許的透鏡偏芯量在測距裝置用的透鏡中是不能被允許的情況。此外，在測距裝置中雖然需要以極高的精度來平行地配置各拍攝光學系統(tǒng)間的光 軸，但如果各透鏡是不同體，則以極高的精度使各透鏡間的光軸一致是困難的。另一方面，如果將各透鏡一體成型的話，則能以高的精度使各透鏡間的光軸一致。 在將各透鏡一體成型的情況下，使用配置有多個凹部或凸部(形成透鏡的部分)的模具。在 此模具中，由于在高精度地形成各個凹部或凸部的形狀中存在界限，所以消除各透鏡的偏 芯也變得困難。此外，由于上下個別地加工用于使各透鏡一體成型的模具，所以使上下的各 透鏡間的間距完全一致是困難的。在上下的各透鏡間的間距不同的情況下，即使調(diào)整上下 的模具的光軸，某種程度地抑制一個透鏡的偏芯，在另一個透鏡中也會產(chǎn)生偏芯。因此，在 將各透鏡一體成型的情況下，不能降低測距精度的劣化。雖然專利文獻1公開了測距用的透鏡結(jié)構(gòu)，但對于因制造誤差而產(chǎn)生的各透鏡間 的拍攝特性的差異而導致的測距精度的劣化沒有任何的公開。此外在專利文獻2中公開的不是測距用透鏡而是拍攝用透鏡，關(guān)于作為測距用透 鏡所具有的特征的結(jié)構(gòu)和效果沒有任何的公開。為了解決上述課題而進行本發(fā)明，其目的在于，在具有多個單透鏡的測距裝置中， 提供一種即使存在上述透鏡面的偏芯，測距精度的劣化也較少的測距裝置。本發(fā)明的測距裝置是基于多個影像的視差量來測量距測距對象物的距離的測距 裝置，該測距裝置包括多個單透鏡，入射來自上述測距對象物的光，且由大致相同形狀形 成；和拍攝部，其具有與上述多個單透鏡的每一個相對置的多個拍攝區(qū)域，對通過上述多個 單透鏡分別在上述多個拍攝區(qū)域中成像的測距對象物的影像進行拍攝；上述測距對象物側(cè) 的透鏡面及上述拍攝部側(cè)的透鏡面僅由非球面的折射面構(gòu)成；在上述多個單透鏡的每一個 單透鏡中，在設(shè)上述測距對象物側(cè)的上述透鏡面的近軸曲率半徑為R1、上述多個單透鏡中 上述拍攝部側(cè)的上述透鏡面的近軸曲率半徑為R2、焦點距離為f時，滿足以下條件式。-2. 4 ^ f (1/R1+1/R2) ^ -0. 6...(2)某一實施方式還滿足以下的條件式。-2. 0 彡 f (1/R1+1/R2)彡-0. 85... (3)在某一實施方式中，一體地成型上述多個單透鏡。發(fā)明效果
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根據(jù)本發(fā)明，即使在單透鏡中的被拍攝物側(cè)的透鏡面和像面?zhèn)鹊耐哥R面之間存在 偏芯，且偏芯的狀態(tài)在每一單透鏡中都不同，也能實現(xiàn)測距精度的劣化較少的測距裝置。


圖1是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的實施方式的圖。圖2是表示用于說明本發(fā)明的實施方式的模擬模型的圖。圖3是表示在用于說明本發(fā)明的實施方式的模擬模型中，產(chǎn)生透鏡的偏芯的時候 的拍攝圖形的移動的圖。圖4是表示通過用于說明本發(fā)明的實施方式的模擬而得到的拍攝圖形的圖。
圖5是用于說明SAD運算的圖。圖6是表示在像面?zhèn)鹊耐哥R面中產(chǎn)生偏芯時的拍攝圖形的移動量、和透鏡形狀 (f(l/Rl+l/R2)的值)之間的關(guān)系的圖表。圖7是表示對在像面?zhèn)鹊耐哥R面中產(chǎn)生偏芯時的拍攝圖形的相對的移動量進行 修正，以使得在原點的移動量變?yōu)?的圖表。圖8是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第一實施方式的剖面圖。圖9(a)至(C)是表示本發(fā)明的測距裝置的第一實施方式的球面像差、像散、以及 畸變像差的圖。圖10是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第二實施方式的剖面圖。圖11(a)至(c)是表示本發(fā)明的測距裝置的第二實施方式的球面像差、像散、以及 畸變像差的圖。圖12是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第三實施方式的剖面圖。圖13(a)至(C)是表示本發(fā)明的測距裝置的第三實施方式的球面像差、像散、以及 畸變像差的圖。圖14是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第四實施方式的剖面圖。圖15(a)至(c)是表示本發(fā)明的測距裝置的第四實施方式的球面像差、像散、以及 畸變像差的圖。圖16是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第五實施方式的剖面圖。圖17(a)至(C)是表示本發(fā)明的測距裝置的第五實施方式的球面像差、像散、以及 畸變像差的圖。圖18是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第六實施方式的剖面圖。圖19是示意地表示測距裝置的第一比較例的剖面圖。圖20 (a)至(C)是表示測距裝置的第一比較例的球面像差、像散、以及畸變像差的 圖。圖21是示意地表示測距裝置的第二比較例的剖面圖。圖22 (a)至(c)是表示測距裝置的第二比較例的球面像差、像散、以及畸變像差的 圖。圖23是用于說明測距裝置的三角測量的原理的圖。符號說明M測距裝置
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S1、S2 光圈L1、L2 單透鏡F1、F2 濾波器N1、N2拍攝區(qū)域B基線長rl、r2、e、c 面優(yōu)選實施方式圖1是示意性地表示本發(fā)明的測距裝置的實施方式的圖。本實施方式的測距裝置 是根據(jù)影像的視差來測量距測距對象物(未圖示)的距離的測距裝置。如圖1所示，本實施方式的測距裝置包括入射來自測距對象物的光的多個單透 鏡Li、L2，具有與多個單透鏡Li、L2相對置的多個拍攝區(qū)域Ni、N2的拍攝部N，和與拍攝部 N連接的運算處理電路C。多個單透鏡L1、L2由彼此大致相同的形狀構(gòu)成。即，單透鏡Ll中測距對象物側(cè)的 透鏡面rl的形狀與單透鏡L2中測距對象物側(cè)的透鏡面rl的形狀大致相同，單透鏡Ll中拍 攝部N側(cè)的透鏡面r2的形狀與單透鏡L2中拍攝部N側(cè)的透鏡面r2的形狀大致相同。但 是，單透鏡Li、L2的形狀，也可以因模具的精度或制造偏差等而具有偏差。單透鏡Ll中的透鏡面rl、r2及單透鏡L2中的透鏡面rl、r2僅由非球面的折射面 構(gòu)成。設(shè)置了衍射光柵(diffraction grating)的面并不相當于本申請說明書中的“折射 面”。由于在單透鏡Ll中的透鏡面rl、r2及單透鏡L2中的透鏡面rl、r2上沒有設(shè)置衍射 光柵，所以能夠避免因無用的衍射光的閃光(flare)的產(chǎn)生等而導致的測距精度的劣化。在圖1中，單透鏡L1、L2除透鏡面rl、r2外，還具有截斷面(cut end 面)e。 截斷面e位于單透鏡Li、L2各自的外周部，連接透鏡面rl和透鏡面r2。拍攝部N對通過多個單透鏡L1、L2在多個拍攝區(qū)域m、N2中成像的測距對象物的 影像進行拍攝。再有，在圖1中，雖然具備2個拍攝元件，且與各透鏡一一對應(yīng)，但也可以對1個拍 攝元件的區(qū)域進行分割，來與各透鏡一一對應(yīng)，如此設(shè)定拍攝區(qū)域。運算處理電路C基于由拍攝部N拍攝的影像的視差，計算距測距對象物(未圖示) 的距離。本實施方式的測距裝置，在設(shè)多個單透鏡L1、L2中測距對象物側(cè)的透鏡面rl的近 軸曲率半徑為R1、多個單透鏡L1、L2中拍攝部N側(cè)的透鏡面r2的近軸曲率半徑為R2、焦點 距離為f時，滿足以下條件式(2)。-2. 4 彡 f (1/R1+1/R2)彡-0. 6... (2)在本實施方式中，由于滿足式(2)的條件式，所以在上述多個單透鏡的每一個中， 即使存在被拍攝物側(cè)的透鏡面與像面?zhèn)鹊耐哥R面之間的偏芯的制造誤差，且在測距裝置的 多個光學系統(tǒng)間的上述誤差的程度不同，也能抑制測距精度的劣化。再有，由于f由設(shè)計視 角決定，所以例如如果將Rl固定在某個值來設(shè)計單透鏡，則R2的所能取的值被限定在窄的 范圍內(nèi)。優(yōu)選本實施方式的測距裝置還滿足以下的條件式(3)。-2. 0 ^ f (1/R1+1/R2) ^ -0. 85...(3)
由于滿足式(3)的條件，所以能進一步抑制測距精度的劣化。在圖1中示出另外設(shè)置的單透鏡L1、L2。但是，單透鏡L1、L2也可以一體地成型。 即使此情況下也由于滿足式(2)或式(3)的條件式，從而能抑制測距精度的劣化。此外，由 于通過將多個單透鏡Li、L2 一體成型能增加多個光學系統(tǒng)間的光軸方向的精度，所以無需 各個光學系統(tǒng)間的光軸調(diào)整，組裝性也提高了。在此，使用模擬模型說明在單透鏡中在被拍攝物側(cè)的透鏡面和像面?zhèn)鹊耐哥R面間 存在偏芯時候的拍攝圖形的位置變化。由于被拍攝物側(cè)的透鏡面和像面(拍攝部)側(cè)的透 鏡面間的偏芯是相對的，所以在本模擬模型中，固定被拍攝物側(cè)的透鏡面和像面的位置，使 像面?zhèn)鹊耐哥R面產(chǎn)生偏芯。圖2是模擬的概念圖。圖2的模擬模型中，配置拍攝透鏡L、和 距離拍攝透鏡L為600mm而設(shè)置的平面圖表H。在平面圖表H中示出直徑Imm的圓形圖形 0、XI、X2、Yl、Y2。分別將圓形圖形0配置在平面圖表H的原點處，將圓形圖形XI、X2配置 在X軸上，將圓形圖形Y1、Y2配置在Y軸上。在拍攝透鏡L的平面圖表H的相反側(cè)，作為拍 攝透鏡L的拍攝區(qū)域，示出有效像圓C(= ΦΟ。在有效像圓C中，作為平面圖表H上的圓 形圖形0、X1、X2、Y1、Y2，成像有拍攝圖形0、xl、x2、yl、y2。拍攝圖形ο被配置在有效像圓 C的光軸上。另一方面，拍攝圖形xl、x2被配置在+χ方向上距原點分別為最大像高(即有 效像圓C的半徑)的十分之四、十分之八的位置。同樣地，拍攝圖形yl、y2被配置在+y方 向上距原點分別為最大像高的十分之四、十分之八的位置。設(shè)定平面圖表H上的圓形圖形 0、XI、X2、Yl、Y2的位置，以便在這樣的位置配置拍攝圖形ο、xl、x2、yl、y2。圖3是用于說明關(guān)于在圖2的模擬模型中透鏡L的像面?zhèn)鹊耐哥R面產(chǎn)生偏芯時的 拍攝圖形的位置變化的圖。在像面?zhèn)鹊耐哥R面在+X方向上偏芯的時候，拍攝圖形o、xl、x2、 yl、y2移動，分別如O' ,Xl'、x2'、yl'、y2'那樣被拍攝，在像面?zhèn)鹊耐哥R在-X方向上 偏芯的時候，拍攝圖形o、Xl、X2、yl、y2移動，分別如ο"、xl〃、x2〃、yl〃、y2〃那樣被拍 攝。此夕卜，Δο、Δχ 、Δχ2、Ayl、Ay2是以拍攝圖形o〃、xl〃、x2〃、yl〃、y2〃的位置為 基準時的拍攝圖形ο' ,xl'、x2'、yl'、y2'的相對的圖形位置的移動量。在透鏡L的像 面?zhèn)鹊耐哥R面產(chǎn)生偏芯的時候，上述移動量的大小因拍攝位置不同而不同。圖4是表示通過模擬而得到的拍攝圖形的照度分布的圖。此模擬是通過光線追蹤 來解析焦點距離為5. 3mm、有效拍攝圓徑為Φ 5mm、拍攝元件的像素間距為6 μ m的拍攝光學 系統(tǒng)的結(jié)果。在圖4中的拍攝圖形ο"、xl〃、…、y2'的各自的照度分布圖中，16X16個 像素配置成矩陣狀，照度相對越高的像素用越高的亮度來表示。但是，顯示的程度上，亮度 的高度用在各像素內(nèi)白的區(qū)域所占的比例的大小來表示。在各自的照度分布圖中，每一個 以柵格狀配置的區(qū)域是一個像素。在圖4中，當比較拍攝圖形0、0'、o"的照度分布時，拍攝圖形ο"中照度最高的 部分(用白色表示的部分)是在照度分布圖的中央部上下配置的2個像素。另一方面，拍 攝圖形ο中照度最高的部分是在照度分布圖的中央部按照2行2列配置的4個像素。拍攝 圖形ο"中照度最高的部分的中心，與拍攝圖形ο中照度最高的部分的中心相比，向-χ方 向側(cè)偏移。另一方面，拍攝圖形ο'中照度最高的部分的中心，與拍攝圖形ο中照度最高的 部分的中心相比，向+χ方向側(cè)偏移。其它的拍攝圖形xl、xl'、xl〃、…、y〃的情形也相 同，照度最高的部分的中心的χ方向的位置各自偏移?；诖私Y(jié)果，可知由于偏芯的影響， 拍攝圖形的位置偏移。
并且，例如拍攝圖形0、0'、0"的各自間的偏移量、和拍攝圖形xl、Xl'、xl〃的 各自間的偏移量不同?；诖私Y(jié)果，可知在產(chǎn)生偏芯的時候，拍攝圖形移動的量由于此位置 的不同而不同。測距中的視差運算，由于通過圖形匹配來導出，所以拍攝圖形的移動量Δο、Δχ1、 Δχ2、Ayl也通過圖形匹配來導出。圖形匹配的相關(guān)度，通過基準測的小區(qū)域和參照測 的小區(qū)域之間的各像素的輝度的差分絕對值的總和、即評價函數(shù)SAD(Sum of Absolute Difference)求出。在此，如果設(shè)小區(qū)域的運算塊尺寸為mXn像素，則SAD能根據(jù)式(4)求
出ο[數(shù) 2] 在式(4)中，i、j是運算塊的坐標，10,11是在各個括弧內(nèi)示出的坐標中的基準側(cè) 的輝度值和參照側(cè)的輝度值。在SAD運算中，一邊相對基準側(cè)的運算塊區(qū)域使參照側(cè)的探 索塊區(qū)域的位置發(fā)生偏移，一邊進行運算，規(guī)定SAD成為極小值時的偏移量為上述移動量。 在本模擬中，探索塊的偏移方向是圖2的+X方向。圖5是表示SAD運算的圖表。SAD雖然 是像素單位的運算，但通過內(nèi)插處理能用子像素單元單位求出。如上所述，在像面?zhèn)鹊耐哥R面產(chǎn)生偏芯的時候，由于拍攝圖形的移動量因拍攝位 置不同而不同，所以產(chǎn)生所謂測距精度因拍攝位置而劣化的現(xiàn)象。因此，在像面?zhèn)鹊耐哥R面 產(chǎn)生偏芯的情況下，如果是上述移動量的拍攝位置的依賴性較少的透鏡結(jié)構(gòu)，就能抑制測 距精度的劣化。下面基于這樣的觀點，說明調(diào)查拍攝圖形的每一拍攝位置的移動量、和透鏡 形狀(f(l/Rl+l/R2)的值)之間的關(guān)系的結(jié)果。圖6是表示在像面?zhèn)鹊耐哥R面產(chǎn)生偏芯時的拍攝圖形的移動量、和透鏡形狀 (f(l/Rl+l/R2)的值)之間的關(guān)系的圖表。作為圖表的橫軸的f(l/Rl+l/R2)的值如果小 的話，則在像面?zhèn)仁峭辜凑龔澰峦哥R，隨著值變大而逐步變?yōu)殡p凸透鏡，當進一步變大時， 在物體側(cè)變?yōu)橥辜凑龔澰峦哥R。此外，圖表的縱軸表示像面?zhèn)鹊耐哥R向+X方向偏芯5μπι 時的拍攝圖形相對向-X方向偏芯5μπι時的拍攝圖形的相對移動量Δο、Δχ 、Δχ2、Ayl、 Ay2。通常，在測距運算中，為了使光軸上附近的視差量變?yōu)檎ㄟ^校準來進行修正， 所以在圖6的圖表中，在為了使Δο變?yōu)?而從Δχ 、Δχ2、AyU Δ y2中減去Δ ο來進行 修正時，就如圖7所示，得到表示光軸上的圖形的相對的移動量為0時的每一拍攝位置的移 動量的圖表。如圖7的圖表所示，在組G1、G2、G3、G4、G5中，與此之外的組GO、G6相比，拍 攝圖形的移動量的拍攝位置依賴性更小。基于此結(jié)果可知，在橫軸的值為-2. 4以上、-0. 6 以下的時候，即滿足式(2)的時候，能抑制測距精度的劣化。并且，基于圖7可知，在組G2、 G3、G4中，能使拍攝圖形的移動量的拍攝位置依賴性特別地小?；诖私Y(jié)果可知，在橫軸的 值為-2.0以上、-0.85以下的時候，即滿足式(3)的時候，能特別抑制測距精度的劣化。接著，說明適合式(2)的條件的具體的實施方式。(實施方式1)
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圖8是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第一實施方式的剖面圖。圖8所示的測距 裝置M包括在各光學系統(tǒng)中各設(shè)置1個、且具有測距對象物側(cè)的面rl及拍攝區(qū)域側(cè)的面 r2的各光學系統(tǒng)的單透鏡Li、L2 ；具有與單透鏡Li、L2的每一個相對置的拍攝區(qū)域Ni、N2 的拍攝部N ；和連接到拍攝部N的運算處理電路。在單透鏡Li、L2中的面rl側(cè)設(shè)置光圈Si、S2，在單透鏡Li、L2中的面r2側(cè)即單 透鏡Li、L2和拍攝區(qū)域附、N2之間，設(shè)置濾波器Fl、F2。B表示測距裝置的基線長。表1是圖8所示的測距裝置中的光學系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)。此外，圖9表示球面像差、 像散、以及畸變像差，基于圖9可知同時良好地修正各像差。[表1]·透鏡數(shù)據(jù)焦點距離f = 5. 3讓、F值=2. 8、設(shè)計主波長λ = 880nm視角2 ω =53.4°、有效拍攝圓徑=Φ 5mm ·非球面系數(shù) 在表1中，Ri表示各面的近軸曲率半徑(mm)、di表示各面的面中心間隔(mm)、 nd表示透鏡或濾波器的d線的折射率、vd表示透鏡或濾波器的d線的阿貝數(shù)(Abbe' snumber)。此外，當設(shè)距面頂點的切平面在光軸方向的距離為χ、距光軸的高度為h，且設(shè)r 為近軸曲率半徑、k為圓錐常數(shù)、Am= (m = 4、6、8、10、12)為第m次非球面系數(shù)時，非球面 形狀用式(5)表示。[數(shù)3]
如果將本實施方式中的焦點距離f、被拍攝物側(cè)的透鏡面的近軸曲率半徑R1、以 及像面?zhèn)鹊耐哥R面的曲率半徑R2代入式(2)的式子，則成為-2. 40，此值滿足式(2)的條 件式。此外，本實施方式中的相對的圖形位置的移動量Δχ -Δο、Δχ2-Δ0、Ayl-Δο、 Δ y2_ Δ ο對應(yīng)圖7的圖表的Gl所標繪的數(shù)據(jù)。在本實施方式中，由于滿足式(2)的條件，所以與不滿足式(2)的條件的情形相 比，偏芯時的相對的圖形位置的移動量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度小。其結(jié)果，由于 檢測出的視差量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度也變小，所以通過式(1)能更正確地測 量距被拍攝物的距離。(實施方式2)圖10是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第二實施方式的剖面圖。在本實施方式 中，透鏡Ll、L2的形狀與第一實施方式的透鏡Ll、L2的形狀不同。除此之外的結(jié)構(gòu)與第一 實施方式相同，所以在此省略其說明。表2是圖10所示的測距裝置中的光學系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，各記號的意思與第一實施 方式相同。此外，圖11表示球面像差、像散、以及畸變像差，基于圖11可知同時良好地修正 各像差。[表 2]·透鏡數(shù)據(jù)焦點距離f = 5. 3mm、F值=2. 8、設(shè)計主波長=880nm視角2ω =53.3°、有效拍攝圓徑=Φ 5mm ·非球面系數(shù) 如果將本實施方式中的焦點距離f、被拍攝物側(cè)的透鏡面的近軸曲率半徑R1、以 及像面?zhèn)鹊耐哥R面的曲率半徑R2代入式(2)的式子，則成為-1.52，此值滿足式(2)及 式(3)的條件式。此外，本實施方式中的相對的圖形位置的移動量Δ xl-Δ 0、Δχ2-Δ0、 Δ yl- Δ O、Δ y2- Δ O對應(yīng)圖7的圖表的G3所標繪的數(shù)據(jù)。在本實施方式中，由于滿足式(2)及式(3)的條件，所以與不滿足式(2)及式(3) 的條件的情形相比，偏芯時的相對的圖形位置的移動量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度 小。其結(jié)果，由于檢測出的視差量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度也變小，所以通過式 (1)能更正確地測量距被拍攝物的距離。(實施方式4)圖14是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第四實施方式的剖面圖。在本實施方式 中，透鏡Ll、L2的形狀與第一實施方式的透鏡Ll、L2的形狀不同。除此之外的結(jié)構(gòu)與第一 實施方式相同，所以在此省略其說明。表4是圖14所示的測距裝置中的光學系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，各記號的意思與第一實施 方式相同。此外，圖15表示球面像差、像散、以及畸變像差，基于圖15可知同時良好地修正 各像差。[表 4] 透鏡數(shù)據(jù)焦點距離f = 5. 3讓、F值=2. 8、設(shè)計主波長λ = 880nm視角2ω =52.1°、有效拍攝圓徑=Φ 5mm 如果將本實施方式中的焦點距離f、被拍攝物側(cè)的透鏡面的近軸曲率半徑R1、以 及像面?zhèn)鹊耐哥R面的曲率半徑R2代入式(2)的式子，則成為-0.85，此值滿足式(2)及 式(3)的條件式。此外，本實施方式中的相對的圖形位置的移動量Δ xl-Δ 0、Δχ2-Δ0、 Ayl-Δ O、Δ y2-Δ O對應(yīng)圖7的圖表的G4所標繪的數(shù)據(jù)。在本實施方式中，由于滿足式(2)及式(3)的條件，所以與不滿足式(2)及式(3) 的條件的情形相比，偏芯時的相對的圖形位置的移動量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度 小。其結(jié)果，由于檢測出的視差量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度也變小，所以通過式 (1)能更正確地測量距被拍攝物的距離。(實施方式5)圖16是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第五實施方式的剖面圖。在本實施方式 中，透鏡Ll、L2的形狀與第一實施方式的透鏡Ll、L2的形狀不同。除此之外的結(jié)構(gòu)與第一 實施方式相同，所以在此省略其說明。表5是圖17所示的測距裝置中的光學系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，各記號的意思與第一實施 方式相同。此外，圖17表示球面像差、像散、以及畸變像差，基于圖17可知同時良好地修正
各像差。
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[表 5]·透鏡數(shù)據(jù)焦點距離f = 5. 3mm、F值=2. 8、設(shè)計主波長λ = 880nm視角2ω = 51. 8°、有效拍攝圓徑=Φ 5謹 ·非球面系數(shù) 如果將本實施方式中的焦點距離f、被拍攝物側(cè)的透鏡面的近軸曲率半徑R1、以 及像面?zhèn)鹊耐哥R面的曲率半徑R2代入式(2)的式子，則成為-0.60，此值滿足式(2)的條 件式。此外，本實施方式中的相對的圖形位置的移動量Δχ -Δο、Δχ2-Δ0、Ayl-Δο、 Δ y2_ Δ ο對應(yīng)圖7的圖表的G5所標繪的數(shù)據(jù)。在本實施方式中，由于滿足式(2)的條件，所以與不滿足式(2)的條件的情形相 比，偏芯時的相對的圖形位置的移動量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度小。其結(jié)果，由于 檢測出的視差量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度也變小，所以通過式(1)能更正確地測 量距被拍攝物的距離。如以上第一至第五實施方式中說明的那樣，在滿足式(2)的透鏡結(jié)構(gòu)中，能抑制 測距精度的劣化，在滿足式(3)的透鏡結(jié)構(gòu)中，能進一步地抑制測距精度的劣化。
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(實施方式6)圖18是示意地表示本發(fā)明的測距裝置的第六實施方式的剖面圖。本實施方式中 的透鏡陣列L包括多個單透鏡Li、L2。單透鏡Li、L2中測距對象物側(cè)的面rl及拍攝區(qū)域 m、N2側(cè)的面r2的形狀與第三實施方式的透鏡形狀(表3所示的透鏡數(shù)據(jù)及非球面系數(shù)) 相同。此外，在透鏡陣列L中測距對象物側(cè)的面上配置一體成型的光圈S，在透鏡陣列L中 拍攝區(qū)域N1、N2側(cè)的面上配置各光學系統(tǒng)公共的濾波器F。由于其它的結(jié)構(gòu)與第一實施方 式相同，所以在此省略其說明。單透鏡Li、L2具有透鏡面rl、r2。在單透鏡Ll的透鏡面rl和單透鏡L2的透鏡 面rl之間，在單透鏡Ll的透鏡面r2和單透鏡L2的透鏡面r2之間通過連接面c連接。如本實施方式所示，在一體成型了透鏡的測距裝置中，由于能以高度精度使各透 鏡間的光軸一致，所以能抑制測距精度的劣化。此外，雖然由于將透鏡一體成型而使得抑制透鏡的偏芯變困難，但透鏡形狀與第 三實施方式相同，由于滿足式(2)及式(3)的條件，所以與不滿足式(2)及式(3)的條件的 情形相比，偏芯時的相對的圖形位置的移動量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度小。其結(jié) 果，由于檢測出的視差量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度也變小，所以通過式(1)能更 正確地測量距被拍攝物的距離。再有，雖然第一至第六實施方式具有存在2個透鏡的2眼的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明也可以 具有3眼、4眼、或它們以上的結(jié)構(gòu)，可得到同樣的效果。接著，作為比較例說明不滿足式(2)及式(3)的條件的透鏡結(jié)構(gòu)。(比較例1)圖19是示意地表示比較例1的測距裝置的剖面圖。在比較例1的測距裝置中，透 鏡L10、L20的形狀與第一實施方式的透鏡L1、L2的形狀不同。除此之外的結(jié)構(gòu)與第一實施 方式相同，所以在此省略其說明。表6是圖19所示的測距裝置中的光學系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，各記號的意思與第一實施 方式相同。此外，圖20表示球面像差、像散、以及畸變像差，基于圖20可知同時良好地修正 各像差。[表 6] 透鏡數(shù)據(jù)焦點距離=5. 3mm、F值=2. 8、設(shè)計主波長λ = 880nm視角2ω =53.4°、有效拍攝圓徑=Φ 5mm ·非球面系數(shù) 如果將比較例中的焦點距離f、被拍攝物側(cè)的透鏡面的近軸曲率半徑R1、以及像 面?zhèn)鹊耐哥R面的曲率半徑R2代入式(2)的式子，則成為-2. 82，此值不滿足式(2)及式(3) 的條件式。此外，本比較例中的相對的圖形位置的移動量Δχ -Δο、Δχ2-Δ0、Δγ -Δο, Δ y2_ Δ ο對應(yīng)圖7的圖表的GO所標繪的數(shù)據(jù)。在比較例中，雖然良好地修正各像差，但由于不滿足式(2)的條件，所以與滿足式 (2)的條件的情形相比，偏芯時的相對的圖形位置的移動量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的 程度大。其結(jié)果，由于檢測出的視差量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度也變大，所以測距 精度的劣化變大。(比較例2)圖21是示意地表示比較例2的測距裝置的剖面圖。在比較例2的測距裝置中，透 鏡L10、L20的形狀與第一實施方式的透鏡L1、L2的形狀不同。除此之外的結(jié)構(gòu)與第一實施 方式相同，所以在此省略其說明。表7是圖21所示的測距裝置中的光學系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)，各記號的意思與第一實施 方式相同。此外，圖22表示球面像差、像散、以及畸變像差，基于圖22可知同時良好地修正 各像差。[表7] 透鏡數(shù)據(jù)焦點距離=5.3mm、F 值=2. 8、λ = 880nm視角2ω =50.8°、有效拍攝圓徑=Φ 5mm 在本比較例中，如果將焦點距離f、被拍攝物側(cè)的透鏡面的近軸曲率半徑R1、以 及像面?zhèn)鹊耐哥R面的曲率半徑R2代入式(2)的式子，則成為-0.01，此值不滿足式(2)及 式(3)的條件式。此外，本比較例中的相對的圖形位置的移動量ΔΧ1-Δ0、Δχ2-Δ0、 Ayl-Δ 0、Δ y2_ Δ ο對應(yīng)圖7的圖表的G6所標繪的數(shù)據(jù)。在比較例2中，雖然良好地修正各像差，但由于不滿足式(2)的條件，所以與滿足 式(2)的條件的情形相比，偏芯時的相對的圖形位置的移動量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化 的程度大。其結(jié)果，由于檢測出的視差量依賴于拍攝位置而發(fā)生變化的程度也變大，所以測 距精度的劣化變大。如果比較以上說明的實施方式1 6的附圖(圖8、10、12、14、16、18)和比較例1、 2的附圖(圖19、圖21)，則實施方式1 6中的被拍攝物側(cè)的透鏡面rl具有比比較例1、 2中的被拍攝物側(cè)的透鏡面rl更接近平面的形狀?；诖私Y(jié)果可知，在滿足式(2)的條件 的情況下，被拍攝物側(cè)的透鏡面的形狀接近平面。工業(yè)實用性本發(fā)明的測距裝置可適用于各種用途的測距裝置，可優(yōu)選適用于車載用、監(jiān)視照 相機用、立體形狀測量用等的測距裝置。
1權(quán)利要求
一種測距裝置，基于多個影像的視差量來測量距測距對象物的距離，該測距裝置包括多個單透鏡，入射來自上述測距對象物的光，且由大致相同形狀形成；和拍攝部，其具有與上述多個單透鏡的每一個相對置的多個拍攝區(qū)域，對通過上述多個單透鏡分別在上述多個拍攝區(qū)域中成像的測距對象物的影像進行拍攝，上述測距對象物側(cè)的透鏡面及上述拍攝部側(cè)的透鏡面僅由非球面的折射面構(gòu)成，在上述多個單透鏡的每一個單透鏡中，在設(shè)上述測距對象物側(cè)的上述透鏡面的近軸曲率半徑為R1、上述拍攝部側(cè)的上述透鏡面的近軸曲率半徑為R2、焦點距離為f時，滿足以下條件式 2.4≤f(1/R1+1/R2)≤ 0.6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測距裝置，其特征在于， 該測距裝置還滿足以下的條件式-2. 0 ≤ f(1/R1+1/R2)≤-0. 85。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測距裝置，其特征在于， 一體地成型上述多個單透鏡。
全文摘要
本發(fā)明的測距裝置是基于多個影像的視差量來測量距測距對象物的距離的測量裝置，該測距裝置包括多個單透鏡(L1、L2)，入射來自測距對象物的光，且由大致相同形狀形成；和拍攝部(N)，其具有多個拍攝區(qū)域(N1、N2)，對通過多個單透鏡(L1、L2)分別在多個拍攝區(qū)域(N1、N2)中成像的測距對象物的影像進行拍攝；測距對象物側(cè)的透鏡面(r1)及拍攝部側(cè)的透鏡面(r2)僅由非球面的折射面構(gòu)成，在多個單透鏡(L1、L2)的每一個單透鏡中，在設(shè)測距對象物側(cè)的透鏡面(r1)的近軸曲率半徑為R1、拍攝部側(cè)的透鏡面(r2)的近軸曲率半徑為R2、焦點距離為f時，滿足以下條件式-2.4≤f(1/R1+1/R2)≤-0.6。
文檔編號G01C3/06GK101918793SQ20098010244
公開日2010年12月15日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者今村典廣 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社