CN101918793A - 测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明的测距装置是基于多个影像的视差量来测量距测距对象物的距离的测量装置，该测距装置包括：多个单透镜(L1、L2)，入射来自测距对象物的光，且由大致相同形状形成；和拍摄部(N)，其具有多个拍摄区域(N1、N2)，对通过多个单透镜(L1、L2)分别在多个拍摄区域(N1、N2)中成像的测距对象物的影像进行拍摄；测距对象物侧的透镜面(r1)及拍摄部侧的透镜面(r2)仅由非球面的折射面构成，在多个单透镜(L1、L2)的每一个单透镜中，在设测距对象物侧的透镜面(r1)的近轴曲率半径为R1、拍摄部侧的透镜面(r2)的近轴曲率半径为R2、焦点距离为f时，满足以下条件式：-2.4≤f(1/R1+1/R2)≤-0.6。

Description

测距装置

技术领域

本发明涉及一种根据多个拍摄光学系统间的视差来测量至对象物的距离的测距装置。

背景技术

近年来，在汽车的车间距离测量和照相机的自动焦点系统、三维形状测量系统中使用根据一对拍摄光学系统间的视差来测量距被拍摄物(测距对象物)的距离的测距装置。

在这样的测距装置中，设置有在左右或上下配置的一对透镜、和具有分别对应每一个透镜而设置的一对拍摄区域的拍摄元件。通过一对透镜在各个拍摄区域中进行图像的成像，基于这些图像的视差通过三角测量来检测出距被拍摄物的距离。

图23是用于说明在测距装置中进行的三角测量的图。在图23中，示出了具有拍摄透镜L1的第一拍摄光学系统、和具有拍摄透镜L2的第二拍摄光学系统。配置各个拍摄光学系统，使得第一拍摄光学系统的光轴a1和第二拍摄光学系统的光轴a2隔开规定的间隔B而相互平行。将连结第二拍摄光学系统的光轴a2与拍摄面N2相交的点、和第一拍摄光学系统的光轴a1与拍摄面N1相交的点的线段称为基线。基线是不根据对象物的位置而变化、且成为三角测量的基准的线段。作为此基线的长度的基线长等于间隔B。下面设基线长为B。

测距对象物O的像分别通过拍摄透镜L1成像在拍摄面N1上，通过拍摄透镜L2成像在拍摄面N2上。在图23中，设测距对象物O上的点P为测量点。在点P位于第一拍摄光学系统的光轴a1上的时候，点P在拍摄面N1中与第一拍摄光学系统的光轴a1相交的点处成像。另一方面，在拍摄面N2中，在距拍摄面N2与第二拍摄光学系统的光轴a2相交的点为距离Δ的位置，点P成像。将此称为视差，并将其长度称为视差量Δ。

如果设第一及第二拍摄光学系统的拍摄透镜L1及L2的焦点距离为f，则下面的近似式成立。

[数1]

$\mathrm{\Δ}\≈B\·\frac{f}{Z}...\left(1\right)$

对成像在拍摄面N1、N2上的图像实施用于形成容易进行运算处理的状态的修正和分割等处理。在进行这样的处理后，通过将成像在拍摄面N1上的图像和成像在拍摄面N2上的图像进行图形匹配，就能求出视差量Δ。通过将计算出的视差量Δ、和基线长B及焦点距离f代入式(1)，就能求出距离Z。

在专利文献1中，公开有为了不加长透镜全长来实现长焦点距离化，而使用在物体面上具有凸面的正弯月单透镜(positive meniscus single lens)的测距装置。

此外，在专利文献2中，公开有为了提供焦阑性(telecentric)良好且透镜像差也容易修正的拍摄用的透镜而进行透镜的结构研讨的结果。

专利文献1JP特开2003-15029号公报

专利文献2JP特开2002-98885号公报

发明内容

在测距装置中，视差Δ越大测距精度越好。根据式(1)，基线长B和焦点距离f越大，则视差Δ越变大，测距精度增加。此外，当构成测距装置的各拍摄光学系统的拍摄性能彼此相等时，测距精度增加。但是，通常在透镜中因模具的精度的界限和制造偏差而存在几μm程度的透镜面的偏芯。透镜面的偏芯是指透镜的2个面的光轴彼此偏移的状态。如果在透镜中存在上述偏芯，就会损害拍摄性能的旋转对称性。在拍摄光学系统由单透镜构成的情况下，虽然因上述偏芯引起的拍摄性能的变化较少，但在测距装置的图形匹配中，存在因上述偏芯而使得测距精度显著劣化这样的课题。即，存在照相机等拍摄用的透镜中可允许的透镜偏芯量在测距装置用的透镜中是不能被允许的情况。

此外，在测距装置中虽然需要以极高的精度来平行地配置各拍摄光学系统间的光轴，但如果各透镜是不同体，则以极高的精度使各透镜间的光轴一致是困难的。

另一方面，如果将各透镜一体成型的话，则能以高的精度使各透镜间的光轴一致。在将各透镜一体成型的情况下，使用配置有多个凹部或凸部(形成透镜的部分)的模具。在此模具中，由于在高精度地形成各个凹部或凸部的形状中存在界限，所以消除各透镜的偏芯也变得困难。此外，由于上下个别地加工用于使各透镜一体成型的模具，所以使上下的各透镜间的间距完全一致是困难的。在上下的各透镜间的间距不同的情况下，即使调整上下的模具的光轴，某种程度地抑制一个透镜的偏芯，在另一个透镜中也会产生偏芯。因此，在将各透镜一体成型的情况下，不能降低测距精度的劣化。

虽然专利文献1公开了测距用的透镜结构，但对于因制造误差而产生的各透镜间的拍摄特性的差异而导致的测距精度的劣化没有任何的公开。

此外在专利文献2中公开的不是测距用透镜而是拍摄用透镜，关于作为测距用透镜所具有的特征的结构和效果没有任何的公开。

为了解决上述课题而进行本发明，其目的在于，在具有多个单透镜的测距装置中，提供一种即使存在上述透镜面的偏芯，测距精度的劣化也较少的测距装置。

本发明的测距装置是基于多个影像的视差量来测量距测距对象物的距离的测距装置，该测距装置包括：多个单透镜，入射来自上述测距对象物的光，且由大致相同形状形成；和拍摄部，其具有与上述多个单透镜的每一个相对置的多个拍摄区域，对通过上述多个单透镜分别在上述多个拍摄区域中成像的测距对象物的影像进行拍摄；上述测距对象物侧的透镜面及上述拍摄部侧的透镜面仅由非球面的折射面构成；在上述多个单透镜的每一个单透镜中，在设上述测距对象物侧的上述透镜面的近轴曲率半径为R1、上述多个单透镜中上述拍摄部侧的上述透镜面的近轴曲率半径为R2、焦点距离为f时，满足以下条件式。

-2.4≤f(1/R1+1/R2)≤-0.6            …(2)

某一实施方式还满足以下的条件式。

-2.0≤f(1/R1+1/R2)≤-0.85            …(3)

在某一实施方式中，一体地成型上述多个单透镜。

发明效果

根据本发明，即使在单透镜中的被拍摄物侧的透镜面和像面侧的透镜面之间存在偏芯，且偏芯的状态在每一单透镜中都不同，也能实现测距精度的劣化较少的测距装置。

附图说明

图1是示意地表示本发明的测距装置的实施方式的图。

图2是表示用于说明本发明的实施方式的模拟模型的图。

图3是表示在用于说明本发明的实施方式的模拟模型中，产生透镜的偏芯的时候的拍摄图形的移动的图。

图4是表示通过用于说明本发明的实施方式的模拟而得到的拍摄图形的图。

图5是用于说明SAD运算的图。

图6是表示在像面侧的透镜面中产生偏芯时的拍摄图形的移动量、和透镜形状(f(1/R1+1/R2)的值)之间的关系的图表。

图7是表示对在像面侧的透镜面中产生偏芯时的拍摄图形的相对的移动量进行修正，以使得在原点的移动量变为0的图表。

图8是示意地表示本发明的测距装置的第一实施方式的剖面图。

图9(a)至(c)是表示本发明的测距装置的第一实施方式的球面像差、像散、以及畸变像差的图。

图10是示意地表示本发明的测距装置的第二实施方式的剖面图。

图11(a)至(c)是表示本发明的测距装置的第二实施方式的球面像差、像散、以及畸变像差的图。

图12是示意地表示本发明的测距装置的第三实施方式的剖面图。

图13(a)至(c)是表示本发明的测距装置的第三实施方式的球面像差、像散、以及畸变像差的图。

图14是示意地表示本发明的测距装置的第四实施方式的剖面图。

图15(a)至(c)是表示本发明的测距装置的第四实施方式的球面像差、像散、以及畸变像差的图。

图16是示意地表示本发明的测距装置的第五实施方式的剖面图。

图17(a)至(c)是表示本发明的测距装置的第五实施方式的球面像差、像散、以及畸变像差的图。

图18是示意地表示本发明的测距装置的第六实施方式的剖面图。

图19是示意地表示测距装置的第一比较例的剖面图。

图20(a)至(c)是表示测距装置的第一比较例的球面像差、像散、以及畸变像差的图。

图21是示意地表示测距装置的第二比较例的剖面图。

图22(a)至(c)是表示测距装置的第二比较例的球面像差、像散、以及畸变像差的图。

图23是用于说明测距装置的三角测量的原理的图。

符号说明

M  测距装置

S1、S2光圈

L1、L2单透镜

F1、F2滤波器

N1、N2拍摄区域

B  基线长

r1、r2、e、c  面

优选实施方式

图1是示意性地表示本发明的测距装置的实施方式的图。本实施方式的测距装置是根据影像的视差来测量距测距对象物(未图示)的距离的测距装置。

如图1所示，本实施方式的测距装置包括：入射来自测距对象物的光的多个单透镜L1、L2，具有与多个单透镜L1、L2相对置的多个拍摄区域N1、N2的拍摄部N，和与拍摄部N连接的运算处理电路C。

多个单透镜L1、L2由彼此大致相同的形状构成。即，单透镜L1中测距对象物侧的透镜面r1的形状与单透镜L2中测距对象物侧的透镜面r1的形状大致相同，单透镜L1中拍摄部N侧的透镜面r2的形状与单透镜L2中拍摄部N侧的透镜面r2的形状大致相同。但是，单透镜L1、L2的形状，也可以因模具的精度或制造偏差等而具有偏差。

单透镜L1中的透镜面r1、r2及单透镜L2中的透镜面r1、r2仅由非球面的折射面构成。设置了衍射光栅(diffraction grating)的面并不相当于本申请说明书中的“折射面”。由于在单透镜L1中的透镜面r1、r2及单透镜L2中的透镜面r1、r2上没有设置衍射光栅，所以能够避免因无用的衍射光的闪光(flare)的产生等而导致的测距精度的劣化。

在图1中，单透镜L1、L2除透镜面r1、r2外，还具有截断面(cut end：コバ面)e。截断面e位于单透镜L1、L2各自的外周部，连接透镜面r1和透镜面r2。

拍摄部N对通过多个单透镜L1、L2在多个拍摄区域N1、N2中成像的测距对象物的影像进行拍摄。

再有，在图1中，虽然具备2个拍摄元件，且与各透镜一一对应，但也可以对1个拍摄元件的区域进行分割，来与各透镜一一对应，如此设定拍摄区域。

运算处理电路C基于由拍摄部N拍摄的影像的视差，计算距测距对象物(未图示)的距离。

本实施方式的测距装置，在设多个单透镜L1、L2中测距对象物侧的透镜面r1的近轴曲率半径为R1、多个单透镜L1、L2中拍摄部N侧的透镜面r2的近轴曲率半径为R2、焦点距离为f时，满足以下条件式(2)。

-2.4≤f(1/R1+1/R2)≤-0.6                …(2)

在本实施方式中，由于满足式(2)的条件式，所以在上述多个单透镜的每一个中，即使存在被拍摄物侧的透镜面与像面侧的透镜面之间的偏芯的制造误差，且在测距装置的多个光学系统间的上述误差的程度不同，也能抑制测距精度的劣化。再有，由于f由设计视角决定，所以例如如果将R1固定在某个值来设计单透镜，则R2的所能取的值被限定在窄的范围内。

优选本实施方式的测距装置还满足以下的条件式(3)。

-2.0≤f(1/R1+1/R2)≤-0.85            …(3)

由于满足式(3)的条件，所以能进一步抑制测距精度的劣化。

在图1中示出另外设置的单透镜L1、L2。但是，单透镜L1、L2也可以一体地成型。即使此情况下也由于满足式(2)或式(3)的条件式，从而能抑制测距精度的劣化。此外，由于通过将多个单透镜L1、L2一体成型能增加多个光学系统间的光轴方向的精度，所以无需各个光学系统间的光轴调整，组装性也提高了。

在此，使用模拟模型说明在单透镜中在被拍摄物侧的透镜面和像面侧的透镜面间存在偏芯时候的拍摄图形的位置变化。由于被拍摄物侧的透镜面和像面(拍摄部)侧的透镜面间的偏芯是相对的，所以在本模拟模型中，固定被拍摄物侧的透镜面和像面的位置，使像面侧的透镜面产生偏芯。图2是模拟的概念图。图2的模拟模型中，配置拍摄透镜L、和距离拍摄透镜L为600mm而设置的平面图表H。在平面图表H中示出直径1mm的圆形图形O、X1、X2、Y1、Y2。分别将圆形图形O配置在平面图表H的原点处，将圆形图形X1、X2配置在X轴上，将圆形图形Y1、Y2配置在Y轴上。在拍摄透镜L的平面图表H的相反侧，作为拍摄透镜L的拍摄区域，示出有效像圆C(＝φC)。在有效像圆C中，作为平面图表H上的圆形图形O、X1、X2、Y1、Y2，成像有拍摄图形o、x1、x2、y1、y2。拍摄图形o被配置在有效像圆C的光轴上。另一方面，拍摄图形x1、x2被配置在+x方向上距原点分别为最大像高(即有效像圆C的半径)的十分之四、十分之八的位置。同样地，拍摄图形y1、y2被配置在+y方向上距原点分别为最大像高的十分之四、十分之八的位置。设定平面图表H上的圆形图形O、X1、X2、Y1、Y2的位置，以便在这样的位置配置拍摄图形o、x1、x2、y1、y2。

图3是用于说明关于在图2的模拟模型中透镜L的像面侧的透镜面产生偏芯时的拍摄图形的位置变化的图。在像面侧的透镜面在+X方向上偏芯的时候，拍摄图形o、x1、x2、y1、y2移动，分别如o′、x1′、x2′、y1′、y2′那样被拍摄，在像面侧的透镜在-X方向上偏芯的时候，拍摄图形o、x1、x2、y1、y2移动，分别如o″、x1″、x2″、y1″、y2″那样被拍摄。此外，Δo、Δx1、Δx2、Δy1、Δy2是以拍摄图形o″、x1″、x2″、y1″、y2″的位置为基准时的拍摄图形o′、x1′、x2′、y1′、y2′的相对的图形位置的移动量。在透镜L的像面侧的透镜面产生偏芯的时候，上述移动量的大小因拍摄位置不同而不同。

图4是表示通过模拟而得到的拍摄图形的照度分布的图。此模拟是通过光线追踪来解析焦点距离为5.3mm、有效拍摄圆径为φ5mm、拍摄元件的像素间距为6μm的拍摄光学系统的结果。在图4中的拍摄图形o″、x1″、…、y2′的各自的照度分布图中，16×16个像素配置成矩阵状，照度相对越高的像素用越高的亮度来表示。但是，显示的程度上，亮度的高度用在各像素内白的区域所占的比例的大小来表示。在各自的照度分布图中，每一个以栅格状配置的区域是一个像素。

在图4中，当比较拍摄图形o、o′、o″的照度分布时，拍摄图形o″中照度最高的部分(用白色表示的部分)是在照度分布图的中央部上下配置的2个像素。另一方面，拍摄图形o中照度最高的部分是在照度分布图的中央部按照2行2列配置的4个像素。拍摄图形o″中照度最高的部分的中心，与拍摄图形o中照度最高的部分的中心相比，向-x方向侧偏移。另一方面，拍摄图形o′中照度最高的部分的中心，与拍摄图形o中照度最高的部分的中心相比，向+x方向侧偏移。其它的拍摄图形x1、x1′、x1″、…、y″的情形也相同，照度最高的部分的中心的x方向的位置各自偏移。基于此结果，可知由于偏芯的影响，拍摄图形的位置偏移。

并且，例如拍摄图形o、o′、o″的各自间的偏移量、和拍摄图形x1、x1′、x1″的各自间的偏移量不同。基于此结果，可知在产生偏芯的时候，拍摄图形移动的量由于此位置的不同而不同。

测距中的视差运算，由于通过图形匹配来导出，所以拍摄图形的移动量Δo、Δx1、Δx2、Δy1也通过图形匹配来导出。图形匹配的相关度，通过基准测的小区域和参照测的小区域之间的各像素的辉度的差分绝对值的总和、即评价函数SAD(Sum of Absolute Difference)求出。在此，如果设小区域的运算块尺寸为m×n像素，则SAD能根据式(4)求出。

[数2]

$\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{IO}(i,j)-I1(i+\mathrm{dx},j)|...\left(4\right)$

在式(4)中，i、j是运算块的坐标，I0、I1是在各个括弧内示出的坐标中的基准侧的辉度值和参照侧的辉度值。在SAD运算中，一边相对基准侧的运算块区域使参照侧的探索块区域的位置发生偏移，一边进行运算，规定SAD成为极小值时的偏移量为上述移动量。在本模拟中，探索块的偏移方向是图2的+X方向。图5是表示SAD运算的图表。SAD虽然是像素单位的运算，但通过内插处理能用子像素单元单位求出。

如上所述，在像面侧的透镜面产生偏芯的时候，由于拍摄图形的移动量因拍摄位置不同而不同，所以产生所谓测距精度因拍摄位置而劣化的现象。因此，在像面侧的透镜面产生偏芯的情况下，如果是上述移动量的拍摄位置的依赖性较少的透镜结构，就能抑制测距精度的劣化。下面基于这样的观点，说明调查拍摄图形的每一拍摄位置的移动量、和透镜形状(f(1/R1+1/R2)的值)之间的关系的结果。

图6是表示在像面侧的透镜面产生偏芯时的拍摄图形的移动量、和透镜形状(f(1/R1+1/R2)的值)之间的关系的图表。作为图表的横轴的f(1/R1+1/R2)的值如果小的话，则在像面侧是凸即正弯月透镜，随着值变大而逐步变为双凸透镜，当进一步变大时，在物体侧变为凸即正弯月透镜。此外，图表的纵轴表示像面侧的透镜向+X方向偏芯5μm时的拍摄图形相对向-X方向偏芯5μm时的拍摄图形的相对移动量Δo、Δx1、Δx2、Δy1、Δy2。

通常，在测距运算中，为了使光轴上附近的视差量变为正而通过校准来进行修正，所以在图6的图表中，在为了使Δo变为0而从Δx1、Δx2、Δy1、Δy2中减去Δo来进行修正时，就如图7所示，得到表示光轴上的图形的相对的移动量为0时的每一拍摄位置的移动量的图表。如图7的图表所示，在组G1、G2、G3、G4、G5中，与此之外的组G0、G6相比，拍摄图形的移动量的拍摄位置依赖性更小。基于此结果可知，在横轴的值为-2.4以上、-0.6以下的时候，即满足式(2)的时候，能抑制测距精度的劣化。并且，基于图7可知，在组G2、G3、G4中，能使拍摄图形的移动量的拍摄位置依赖性特别地小。基于此结果可知，在横轴的值为-2.0以上、-0.85以下的时候，即满足式(3)的时候，能特别抑制测距精度的劣化。

接着，说明适合式(2)的条件的具体的实施方式。

(实施方式1)

图8是示意地表示本发明的测距装置的第一实施方式的剖面图。图8所示的测距装置M包括：在各光学系统中各设置1个、且具有测距对象物侧的面r1及拍摄区域侧的面r2的各光学系统的单透镜L1、L2；具有与单透镜L1、L2的每一个相对置的拍摄区域N1、N2的拍摄部N；和连接到拍摄部N的运算处理电路。

在单透镜L1、L2中的面r1侧设置光圈S1、S2，在单透镜L1、L2中的面r2侧即单透镜L1、L2和拍摄区域N1、N2之间，设置滤波器F1、F2。B表示测距装置的基线长。

表1是图8所示的测距装置中的光学系统的设计数据。此外，图9表示球面像差、像散、以及畸变像差，基于图9可知同时良好地修正各像差。

[表1]

·透镜数据

焦点距离f＝5.3mm、F值＝2.8、设计主波长λ＝880nm

视角2ω＝53.4°、有效拍摄圆径＝φ5mm

面编号	Ri	di	nd	vd
					物体	∞	600	-	-
光圈	∞	0.15	-	-
					R1面	-18.5	2.56	1.5253	56.0
R2面	-2.50196	0.1	-	-
					滤波器1面	∞	0.3	1.5168	64.2
滤波器2面	∞	5.26	-	-
					像面	∞	-	-	-

·非球面系数

	k	A4	A6	A8	A10	A12
							R1面	0	-0.025915	-0.0093512	0.100357	-0.15048	0.066112
R2面	-2.18644	-0.013016	-0.0048554	0.0033070	-0.0010397	0.00011395

在表1中，Ri表示各面的近轴曲率半径(mm)、di表示各面的面中心间隔(mm)、nd表示透镜或滤波器的d线的折射率、vd表示透镜或滤波器的d线的阿贝数(Abbe′s number)。此外，当设距面顶点的切平面在光轴方向的距离为x、距光轴的高度为h，且设r为近轴曲率半径、k为圆锥常数、Am＝(m＝4、6、8、10、12)为第m次非球面系数时，非球面形状用式(5)表示。

[数3]

$x=\frac{\frac{1}{r}{h}^2}{1+\sqrt{1-(1+k){\left(\frac{1}{r}\right)}^2{h}^2}}+A_4{h}^4+A_6{h}^6+A_8{h}^8+A_{10}{h}^{10}+A_{12}{h}^{12}...\left(5\right)$

如果将本实施方式中的焦点距离f、被拍摄物侧的透镜面的近轴曲率半径R1、以及像面侧的透镜面的曲率半径R2代入式(2)的式子，则成为-2.40，此值满足式(2)的条件式。此外，本实施方式中的相对的图形位置的移动量Δx1-Δo、Δx2-Δo、Δy1-Δo、Δy2-Δo对应图7的图表的G1所标绘的数据。

在本实施方式中，由于满足式(2)的条件，所以与不满足式(2)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度小。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变小，所以通过式(1)能更正确地测量距被拍摄物的距离。

(实施方式2)

图10是示意地表示本发明的测距装置的第二实施方式的剖面图。在本实施方式中，透镜L1、L2的形状与第一实施方式的透镜L1、L2的形状不同。除此之外的结构与第一实施方式相同，所以在此省略其说明。

表2是图10所示的测距装置中的光学系统的设计数据，各记号的意思与第一实施方式相同。此外，图11表示球面像差、像散、以及畸变像差，基于图11可知同时良好地修正各像差。

[表2]

·透镜数据

焦点距离f＝5.3mm、F值＝2.8、设计主波长＝880nm

视角2ω＝53.3°、有效拍摄圆径＝φ5mm

面编号	Ri	di	nd	vd
					物体	∞	600	-	-
光圈	∞	0.15	-	-
					R1面	-120	3.07	1.5253	56.0
R2面	-2.70558	0.1	-	-
					滤波器1面	∞	0.3	1.5168	64.2

滤波器2面	∞	5.055	-	-
					像面	∞	-	-	-

·非球面系数

	K	A4	A6	A8	A10	A12
							R1面	0	-0.022523	0.0060635	0.051569	-0.085826	0.037062
R2面	-0.34748	-0.0023391	-0.0031296	0.0014661	-0.00030462	0.000020015

如果将本实施方式中的焦点距离f、被拍摄物侧的透镜面的近轴曲率半径R1、以及像面侧的透镜面的曲率半径R2代入式(2)的式子，则成为-2.00，此值满足式(2)及式(3)的条件式。此外，本实施方式中的相对的图形位置的移动量Δx1-Δo、Δx2-Δo、Δy1-Δo、Δy2-Δo对应图7的图表的G2所标绘的数据。

在本实施方式中，由于满足式(2)及式(3)的条件，所以与不满足式(2)及式(3)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度小。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变小，所以通过式(1)能更正确地测量距被拍摄物的距离。

(实施方式3)

图12是示意地表示本发明的测距装置的第三实施方式的剖面图。在本实施方式中，透镜L1、L2的形状与第一实施方式的透镜L1、L2的形状不同。除此之外的结构与第一实施方式相同，所以在此省略其说明。

表3是图12所示的测距装置中的光学系统的设计数据，各记号的意思与第一实施方式相同。此外，图13表示球面像差、像散、以及畸变像差，基于图13可知同时良好地修正各像差。

[表3]

·透镜数据

焦点距离f＝5.3mm、F值＝2.8、设计主波长λ＝880nm

视角2ω＝52.9°、有效拍摄圆径＝φ5mm

面编号	Ri	di	nd	vd
					物体	∞	600	-	-
光圈	∞	0.15	-	-

R1面	20	3.81	1.5253	56.0
					R2面	-2.97308	0.1	-	-
滤波器1面	∞	0.3	1.5168	64.2
					滤波器2面	∞	4.67	-	-
像面	∞	-	-	-

·非球面系数

	k	A4	A6	A8	A10	A12
							R1面	0	-0.013301	0.012766	0.074004	-0.087667	0.031494
R2面	-0.32942	-0.0038789	-0.0023363	0.00096819	-0.00018208	0.000011720

如果将本实施方式中的焦点距离f、被拍摄物侧的透镜面的近轴曲率半径R1、以及像面侧的透镜面的曲率半径R2代入式(2)的式子，则成为-1.52，此值满足式(2)及式(3)的条件式。此外，本实施方式中的相对的图形位置的移动量Δx1-Δo、Δx2-Δo、Δy1-Δo、Δy2-Δo对应图7的图表的G3所标绘的数据。

在本实施方式中，由于满足式(2)及式(3)的条件，所以与不满足式(2)及式(3)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度小。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变小，所以通过式(1)能更正确地测量距被拍摄物的距离。

(实施方式4)

图14是示意地表示本发明的测距装置的第四实施方式的剖面图。在本实施方式中，透镜L1、L2的形状与第一实施方式的透镜L1、L2的形状不同。除此之外的结构与第一实施方式相同，所以在此省略其说明。

表4是图14所示的测距装置中的光学系统的设计数据，各记号的意思与第一实施方式相同。此外，图15表示球面像差、像散、以及畸变像差，基于图15可知同时良好地修正各像差。

[表4]

·透镜数据

焦点距离f＝5.3mm、F值＝2.8、设计主波长λ＝880nm

视角2ω＝52.1°、有效拍摄圆径＝φ5mm

面编号	Ri	di	nd	vd
					物体	∞	600	-	-
光圈	∞	0.15	-	-
					R1面	7.6	4.48	1.5253	56.0
R2面	-3.43013	0.1	-	-
					滤波器1面	∞	0.3	1.5168	64.2
滤波器2面	∞	3.95	-	-
					像面	∞	-	-	-

·非球面系数

	k	A4	A6	A8	A10	A12
							R1面	0	-0.016585	0.025963	-0.0028650	-0.020921	0.010609
R2面	1.45689	0.012323	-0.0032176	0.0022314	-0.00056933	0.000069682

如果将本实施方式中的焦点距离f、被拍摄物侧的透镜面的近轴曲率半径R1、以及像面侧的透镜面的曲率半径R2代入式(2)的式子，则成为-0.85，此值满足式(2)及式(3)的条件式。此外，本实施方式中的相对的图形位置的移动量Δx1-Δo、Δx2-Δo、Δy1-Δo、Δy2-Δo对应图7的图表的G4所标绘的数据。

在本实施方式中，由于满足式(2)及式(3)的条件，所以与不满足式(2)及式(3)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度小。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变小，所以通过式(1)能更正确地测量距被拍摄物的距离。

(实施方式5)

图16是示意地表示本发明的测距装置的第五实施方式的剖面图。在本实施方式中，透镜L1、L2的形状与第一实施方式的透镜L1、L2的形状不同。除此之外的结构与第一实施方式相同，所以在此省略其说明。

表5是图17所示的测距装置中的光学系统的设计数据，各记号的意思与第一实施方式相同。此外，图17表示球面像差、像散、以及畸变像差，基于图17可知同时良好地修正各像差。

[表5]

·透镜数据

焦点距离f＝5.3mm、F值＝2.8、设计主波长λ＝880nm

视角2ω＝51.8°、有效拍摄圆径＝φ5mm

面编号	Ri	di	nd	vd
					物体	∞	600	-	-
光圈	∞	0.15	-	-
					R1面	6.25	4.62	1.5253	56.0
R2面	-3.66124	0.1	-	-
					滤波器1面	∞	0.3	1.5168	64.2
滤波器2面	∞	3.68	-	-
					像面	∞	-	-	-

·非球面系数

	k	A4	A6	A8	A10	A12
							R1面	0	-0.014853	0.019599	0.012781	-0.037370	0.017082
R2面	0.36526	0.0088004	-0.0026538	0.0011573	-0.00022549	0.000017936

如果将本实施方式中的焦点距离f、被拍摄物侧的透镜面的近轴曲率半径R1、以及像面侧的透镜面的曲率半径R2代入式(2)的式子，则成为-0.60，此值满足式(2)的条件式。此外，本实施方式中的相对的图形位置的移动量Δx1-Δo、Δx2-Δo、Δy1-Δo、Δy2-Δo对应图7的图表的G5所标绘的数据。

在本实施方式中，由于满足式(2)的条件，所以与不满足式(2)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度小。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变小，所以通过式(1)能更正确地测量距被拍摄物的距离。

如以上第一至第五实施方式中说明的那样，在满足式(2)的透镜结构中，能抑制测距精度的劣化，在满足式(3)的透镜结构中，能进一步地抑制测距精度的劣化。

(实施方式6)

图18是示意地表示本发明的测距装置的第六实施方式的剖面图。本实施方式中的透镜阵列L包括多个单透镜L1、L2。单透镜L1、L2中测距对象物侧的面r1及拍摄区域N1、N2侧的面r2的形状与第三实施方式的透镜形状(表3所示的透镜数据及非球面系数)相同。此外，在透镜阵列L中测距对象物侧的面上配置一体成型的光圈S，在透镜阵列L中拍摄区域N1、N2侧的面上配置各光学系统公共的滤波器F。由于其它的结构与第一实施方式相同，所以在此省略其说明。

单透镜L1、L2具有透镜面r1、r2。在单透镜L1的透镜面r1和单透镜L2的透镜面r1之间，在单透镜L1的透镜面r2和单透镜L2的透镜面r2之间通过连接面c连接。

如本实施方式所示，在一体成型了透镜的测距装置中，由于能以高度精度使各透镜间的光轴一致，所以能抑制测距精度的劣化。

此外，虽然由于将透镜一体成型而使得抑制透镜的偏芯变困难，但透镜形状与第三实施方式相同，由于满足式(2)及式(3)的条件，所以与不满足式(2)及式(3)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度小。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变小，所以通过式(1)能更正确地测量距被拍摄物的距离。

再有，虽然第一至第六实施方式具有存在2个透镜的2眼的结构，但本发明也可以具有3眼、4眼、或它们以上的结构，可得到同样的效果。

接着，作为比较例说明不满足式(2)及式(3)的条件的透镜结构。

(比较例1)

图19是示意地表示比较例1的测距装置的剖面图。在比较例1的测距装置中，透镜L10、L20的形状与第一实施方式的透镜L1、L2的形状不同。除此之外的结构与第一实施方式相同，所以在此省略其说明。

表6是图19所示的测距装置中的光学系统的设计数据，各记号的意思与第一实施方式相同。此外，图20表示球面像差、像散、以及畸变像差，基于图20可知同时良好地修正各像差。

[表6]

·透镜数据

焦点距离＝5.3mm、F值＝2.8、设计主波长λ＝880nm

视角2ω＝53.4°、有效拍摄圆径＝φ5mm

面编号	Ri	di	nd	vd
					物体	∞	600	-	-
光圈	∞	0.15	-	-
					R1面	-10	2.15	1.5253	56.0

R2面	-2.31074	0.1	-	-
					滤波器1面	∞	0.3	1.5168	64.2
滤波器2面	∞	5.4	-	-
					像面	∞	-	-	-

·非球面系数

	k	A4	A6	A8	A10	A12
							R1面	0	-0.047099	0.078365	-0.099548	0.043524	-0.0032448
R2面	-2.19151	-0.018031	-0.0083142	0.0068835	-0.0026480	0.00034314

如果将比较例中的焦点距离f、被拍摄物侧的透镜面的近轴曲率半径R1、以及像面侧的透镜面的曲率半径R2代入式(2)的式子，则成为-2.82，此值不满足式(2)及式(3)的条件式。此外，本比较例中的相对的图形位置的移动量Δx1-Δo、Δx2-Δo、Δy1-Δo、Δy2-Δo对应图7的图表的G0所标绘的数据。

在比较例中，虽然良好地修正各像差，但由于不满足式(2)的条件，所以与满足式(2)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度大。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变大，所以测距精度的劣化变大。

(比较例2)

图21是示意地表示比较例2的测距装置的剖面图。在比较例2的测距装置中，透镜L10、L20的形状与第一实施方式的透镜L1、L2的形状不同。除此之外的结构与第一实施方式相同，所以在此省略其说明。

表7是图21所示的测距装置中的光学系统的设计数据，各记号的意思与第一实施方式相同。此外，图22表示球面像差、像散、以及畸变像差，基于图22可知同时良好地修正各像差。

[表7]

·透镜数据

焦点距离＝5.3mm、F值＝2.8、λ＝880nm

视角2ω＝50.8°、有效拍摄圆径＝φ5mm

面编号	Ri	di	nd	vd
					物体	∞	600	-	-
光圈	∞	0.15	-	-
					R1面	4.5	4.82	1.5253	56.0
R2面	-4.46080	0.1	-	-
					滤波器1面	∞	0.3	1.5168	64.2
滤波器2面	∞	3.07	-	-
					像面	∞	-	-	-

·非球面系数

	K	A4	A6	A8	A10	A12
							R1面	0	0.007005	-0.065596	0.142399	-0.121010	0.036166
R2面	0.06967	0.0106590	-0.0037816	0.0018054	-0.00041340	0.000038429

在本比较例中，如果将焦点距离f、被拍摄物侧的透镜面的近轴曲率半径R1、以及像面侧的透镜面的曲率半径R2代入式(2)的式子，则成为-0.01，此值不满足式(2)及式(3)的条件式。此外，本比较例中的相对的图形位置的移动量Δx1-Δo、Δx2-Δo、Δy1-Δo、Δy2-Δo对应图7的图表的G6所标绘的数据。

在比较例2中，虽然良好地修正各像差，但由于不满足式(2)的条件，所以与满足式(2)的条件的情形相比，偏芯时的相对的图形位置的移动量依赖于拍摄位置而发生变化的程度大。其结果，由于检测出的视差量依赖于拍摄位置而发生变化的程度也变大，所以测距精度的劣化变大。

如果比较以上说明的实施方式1～6的附图(图8、10、12、14、16、18)和比较例1、2的附图(图19、图21)，则实施方式1～6中的被拍摄物侧的透镜面r1具有比比较例1、2中的被拍摄物侧的透镜面r1更接近平面的形状。基于此结果可知，在满足式(2)的条件的情况下，被拍摄物侧的透镜面的形状接近平面。

工业实用性

本发明的测距装置可适用于各种用途的测距装置，可优选适用于车载用、监视照相机用、立体形状测量用等的测距装置。

Claims (3)

1.一种测距装置，基于多个影像的视差量来测量距测距对象物的距离，该测距装置包括：

多个单透镜，入射来自上述测距对象物的光，且由大致相同形状形成；和

拍摄部，其具有与上述多个单透镜的每一个相对置的多个拍摄区域，对通过上述多个单透镜分别在上述多个拍摄区域中成像的测距对象物的影像进行拍摄，

上述测距对象物侧的透镜面及上述拍摄部侧的透镜面仅由非球面的折射面构成，

在上述多个单透镜的每一个单透镜中，在设上述测距对象物侧的上述透镜面的近轴曲率半径为R1、上述拍摄部侧的上述透镜面的近轴曲率半径为R2、焦点距离为f时，满足以下条件式：

-2.4≤f(1/R1+1/R2)≤-0.6。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，

该测距装置还满足以下的条件式：

-2.0≤f(1/R1+1/R2)≤-0.85。

3.根据权利要求1或2所述的测距装置，其特征在于，

一体地成型上述多个单透镜。

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