DE112010005757T5

DE112010005757T5 - Abstandsmessvorrichtung und Abstandsmessverfahren

Info

Publication number: DE112010005757T5
Application number: DE112010005757T
Authority: DE
Inventors: Shin Satori; Yoshihide Aoyanagi; Tadayoshi Komatsuda; Shinya Kawamata; Ryuji Funayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2013-07-04
Also published as: US20120293651A1; CN102985788A; WO2012011186A1; JPWO2012011186A1; CN102985788B; JP5354105B2

Abstract

Eine Abstandsmessvorrichtung misst Zielabstände (s1, s2, s3) zu einem Messziel (T) durch optisches Erfassen des Messziels (T) unter Verwendung einer Linse (20). Eine Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung der Abstandsmessvorrichtung erzeugt ein Bild des Messziels durch Bewirken, dass Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, von dem Messziel emittiert wird, um ein Bild durch die Linse auszubilden. Durch weiteres Bestimmen von Bildausbildungsabständen (f11, f12, f21, f22, f31, f32) von der Linse zu dem Bild für jeweilige Wellenlängen werden Bildausbildungsrelativgrößen (D1, D2, D3), die Größen sind, die die Relativbeziehung zwischen den Bildausbildungsabständen angeben, berechnet. Eine Aufzeichnungseinrichtung zeichnet Korrelationsinformationen, die Informationen sind, die durch die chromatischen Aberrationseigenschaften der Linse definiert werden, derart auf, dass die Korrelation zwischen Bildausbildungsrelativgrößen und Zielabständen (s1, s2, s3) angegeben wird. Eine Abstandsberechnungseinrichtung berechnet die Zielabstände (s1, s2, s3) durch Abgleichen der Bildausbildungsrelativgrößen mit den Korrelationsinformationen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmessvorrichtung, die den Abstand zwischen der Vorrichtung selbst und einem Messziel durch optisches Erfassen des Vorhandenseins des Messziels in der Umgebung, insbesondere in einer Verkehrsumgebung, misst, und ein Verfahren zum Messen des Abstands, der geeignet in der Abstandsmessvorrichtung verwendet werden kann.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich findet eine Abstandsmessvorrichtung, die den Abstand zwischen der Vorrichtung selbst und einem Messziel durch optisches Erfassen von Licht, das aus sichtbarem Licht und nicht sichtbarem Licht ausgewählt wird, misst, als eine Vorrichtung zum Messen des Abstands zwischen der Vorrichtung selbst und dem Messziel praktische Anwendung. Eine derartige Abstandsmessvorrichtung ist an einem Fahrzeug, das beispielsweise ein beweglicher Körper ist, montiert, um den Abstand (relativer Abstand) zwischen einem anderen Fahrzeug, das ein Messziel ist, und dem Fahrzeug, das die Vorrichtung trägt, d. h. der Abstandsmessvorrichtung selbst zu messen. Die Abstandsmessvorrichtung stellt einer Antriebsunterstützungsvorrichtung oder Ähnlichem Informationen hinsichtlich des somit gemessenen Abstands als Teil von Antriebsunterstützungsinformationen zum Unterstützen der Vermeidung einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug bereit.
Es ist beispielsweise eine Abstandsmessvorrichtung aus dem Patentdokument 1 und dem Patentdokument 2 als eine Vorrichtung bekannt, die den Abstand zu einem Messziel wie oben beschrieben misst.
Die Abstandsmessvorrichtung, die in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, weist eine Lichtquelle auf, durch die Licht eines vorbestimmten Musters, das unterschiedliche Wellenlängen aufweist, auf ein Messziel projiziert wird, so dass Bilder eines Lichtmusters, das auf das Messziel projiziert wird, von einer unterschiedlichen Richtung zu einer optischen Achse der Lichtquelle aus aufgenommen werden. Dann misst die Abstandsmessvorrichtung des Patentdokuments 1 den Abstand zu dem Messziel auf der Grundlage einer Änderung der aufgenommenen Lichtmuster in Bezug auf das projizierte Lichtmuster. Somit muss gemäß der Abstandsmessvorrichtung des Patentdokuments 1 Licht, das eine ausreichende Intensität für die Aufnahme aufweist, von der Lichtquelle auf das Messziel projiziert werden. Wenn daher eine derartige Abstandsmessvorrichtung an einem Fahrzeug montiert ist, müssen Lichtmuster, die eine ausreichende Intensität für die Aufnahme aufweisen, auf das Messziel projiziert werden, das manchmal mehrere zehn Meter bis mehrere hundert Meter von der Lichtquelle entfernt ist. Dementsprechend ist der Energieverbrauch der Lichtquelle so hoch, dass er nicht ignoriert werden kann.
Das Patentdokument 2 beschreibt ein Beispiel einer Abstandsmessvorrichtung, die keine Lichtquelle verwendet. Die Abstandsmessvorrichtung des Patentdokuments 2 weist zwei Kameras in einem vorbestimmten Abstand zueinander auf, wobei eine von diesen eine Kamera für einen sichtbaren Spektralbereich und die andere eine Kamera für einen Infrarotspektralbereich ist. Dei Abstandsmessvorrichtung ist ausgelegt, den Abstand zu dem Messziel durch Anwenden eines Triangulationsverfahrens auf Bilder desselben Messziels, die von den zwei Kameras aufgenommen werden, zu messen.
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-27501
Patentdokument 2: Japanische Veröffentlichung der nationalen Phase Nr. 2007-506074

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Obwohl die Abstandsmessvorrichtung des Patentdokuments 2, die oben beschrieben wurde, weniger Energie verbraucht, da die Vorrichtung keine spezielle Lichtquelle benötigt, muss der Zwischenraum zwischen den beiden Kameras, die Bezüge für das Triangulationsverfahren sind, genau eingehalten werden, um eine hohe Messgenauigkeit zu erzielen. Da jedoch die Abstandsmessvorrichtung, die an dem Fahrzeug montiert ist, durch Vibration, Verzerrungen und Ähnlichem einer Fahrzeugkarosserie beeinflusst wird, ist es schwierig, den Zwischenraum zwischen den beiden Kameras, die an der Fahrzeugkarosserie installiert sind, genau einzuhalten. Wenn somit die Abstandsmessvorrichtung an einem Fahrzeug montiert ist, besteht insbesondere aus praktischen Gesichtspunkten weiterer Raum für die Verbesserung und Vereinfachung der Struktur.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abstandsmessvorrichtung, die in der Lage ist, den Abstand zwischen der Vorrichtung selbst und einem Messziel mit einer einfachen Struktur sogar in einem Fall zu messen, in dem sie an einem Fahrzeug und Ähnlichem montiert ist, sowie ein Verfahren zum Messen des Abstands, der geeignet in der Abstandsmessvorrichtung verwendet werden kann, zu schaffen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Im Folgenden werden Mittel zum Lösen der obigen Aufgaben und die Vorteile beschrieben.
Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung eine Abstandsmessvorrichtung zum Messen eines Zielabstands, der ein Abstand zu einem Messziel ist, durch optisches Erfassen des Messziels unter Verwendung einer Linse. Die Vorrichtung enthält eine Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung, eine Speichereinrichtung und eine Abstandsberechnungseinrichtung. Die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung erzeugt ein Bild des Messziels durch Bewirken, dass Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, von dem Messziel emittiert wird, um ein Bild durch eine Linse auszubilden, und bestimmt die Abbildungsabstände von der Linse zu dem Bild für jede Wellenlänge, wodurch eine Bildausbildungsrelativgröße als eine Größe berechnet wird, die eine Relativbeziehung zwischen den Bildausbildungsabständen angibt. Die Speichereinrichtung speichert Korrelationsinformationen als Informationen, die durch chromatische Aberrationseigenschaften der Linse bestimmt werden, um eine Korrelation zwischen der Bildausbildungsrelativgröße und dem Zielabstand anzugeben. Die Abstandsberechnungseinrichtung berechnet den Zielabstand durch Vergleichen der Bildausbildungsrelativgröße mit den Korrelationsinformationen.
Gewöhnlich weist eine Linse unterschiedliche Brechungsindizes für die jeweiligen einfallenden Lichter, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, auf. Das heißt, es wird eine chromatische Aberration in einer normalen Linse erzeugt, und daher unterscheidet sich der Bildausbildungsabstand von der Linse zu dem Bild mit jeder Wellenlänge in einem Fall der Abbildung des einfallenden Lichts durch die Linse, wenn das einfallende Licht mehrere Wellenlängen aufweist. Der Bildausbildungsabstand eines Bilds eines Lichts, das eine einzelne Wellenlänge aufweist, variiert ebenfalls in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel des Lichts, das auf die Linse einfällt, wobei dieses durch eine Variation des Abstands zwischen der Linse und dem Messziel bewirkt wird. Allgemein wird eine chromatische Aberration von Linsen korrigiert. Insbesondere werden Linsen allgemein derart entwickelt, dass die Bildausbildungsabstände von Licht unterschiedlicher Wellenlängen, die erhalten werden sollen, beispielsweise der Wellenlänge von rotem Licht, der Wellenlänge von grünem Licht und der Wellenlänge von blauem Licht für Bilder übereinstimmen bzw. abgeglichen werden.
Gemäß dieser Konfiguration wird der Abstand zu einem Messziel durch Vergleichen der Bildausbildungsrelativgrößen, die durch Erfassen eines Messziels berechnet werden, mit den Informationen, die eine Korrelation zwischen Bildausbildungsrelativgrößen des Bildausbildungsabstands zwischen den Lichtern, die jeweils eine Wellenlänge aufweisen, angeben, und dem Abstand zu dem Messziel, der Informationen darstellt, die von dem Abstand zu dem Messziel und den Eigenschaften der Linse bestimmt werden, berechnet (gemessen). Somit kann der Abstand zu dem Messziel unabhängig von der Verwendung einer Linse (optisches System), deren Unterschiede zwischen Bildausbildungsabständen (oder chromatischen Aberrationen) als eine Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen, die unterschiedlichen Wellenlängen entsprechen, nicht korrigiert wird, oder unabhängig von der Verwendung von Licht, das eine Wellenlänge aufweist, bei der die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (chromatischen Aberrationen) der Linse nicht korrigiert wird, gemessen werden. Das heißt, in der Abstandsmessvorrichtung dieser Konfiguration besteht keine Notwendigkeit, die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (chromatischen Aberrationen) für die jeweiligen Wellenlängen zu korrigieren. Daher kann der Aufbau des optischen Systems wie beispielsweise einer Linse vereinfacht werden.
Außerdem wird gemäß dieser Konfiguration die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (chromatischen Aberrationen) für jeweilige Wellenlängen durch Erfassen jedes Wellenlängenbildausbildungsabstands unter Verwendung einer gemeinsamen Linse (optisches System) erhalten. Daher kann der Abstand mittels eines optischen Systems, d. h. durch eine Kamera, gemessen werden. Somit kann im Vergleich zu einem Fall, in dem mehrere Kameras verwendet werden, der Freiheitsgrad der Anordnung der Kamera etc. erhöht werden, und es besteht keine Notwendigkeit, die Anordnungsposition jeder Kamera mit hoher Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Dementsprechend kann die Struktur der Abstandsmessvorrichtung vereinfacht werden.
Außerdem kann gemäß dieser Konfiguration der Abstand unter Verwendung des Lichts, das eine Wellenlänge aufweist, dessen Differenz zwischen Bildabständen nicht korrigiert ist, gemessen werden. Daher wird der Freiheitsgrad beim Auswählen und Entwickeln der Wellenlänge, die für die Abstandsmessvorrichtung verwendet wird, erhöht, und der Freiheitsgrad wird ebenfalls beim Auswählen und Entwickeln des optischen Systems, das in dieser Abstandsmessvorrichtung verwendet wird, erhöht.
Das Licht kann zwei Wellenlängen mit unterschiedlichen Bildausbildungsabständen aufweisen, und die Korrelationsinformationen können Kennliniendaten bilden, in denen die Bildausbildungsrelativgröße dem Zielabstand zugeordnet ist.
Gemäß dieser Konfiguration wird der Abstand zu dem Messziel des Bilds auf der Grundlage von Licht, das zwei Wellenlängen und unterschiedliche Bildausbildungsabstände zu der Linse aufweist, gemessen. Somit kann der Abstand zu dem Messziel sogar anhand von Licht mit zwei Wellenlängen gemessen werden. Daher kann der Abstand einfach gemessen werden.
Die Bildausbildungsrelativgröße kann eine Differenz zwischen Bildausbildungsabständen, d. h. eine Differenz zwischen den Abbildungsabständen der beiden Wellenlängen ist sein.
Gemäß dieser Konfiguration werden die Bildausbildungsrelativgrößen, d. h. die chromatischen Aberrationen, als die Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen des Lichts mit zwei Wellenlängen erfasst. Daher ist der arithmetische Betrieb (Operation), der zum Erfasse der Bildausbildungsrelativgrößen benötigt wird einfach.
Die Bildausbildungsrelativgröße kann ein Bildausbildungsabstandsverhältnis sein, das das Verhältnis zwischen den Bildausbildungsabständen der beiden Wellenlängen ist.
Gemäß dieser Konfiguration werden die Bildausbildungsrelativgrößen als das Verhältnis zwischen den Bildausbildungsabständen von Licht mit zwei Wellenlängen erfasst. Daher ist der arithmetische Betrieb, der zur Erfassung benötigt wird, einfach.
Um den Bildausbildungsabstand zu bestimmen, kann die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass der Abstand zwischen der Linse und einer Bildausbildungsebene zum Aufnehmen des Bilds variabel ist.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Bildausbildungsabstand direkt aus dem Abstand zwischen der Linse und der Bildausbildungsebene erhalten werden. Daher ist die Erfassung des Bildausbildungsabstands einfach.
Die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung kann die Bildausbildungsebene in Bezug auf die Linse bewegen.
Gemäß dieser Konfiguration werden Bestandteile, die die Bildausbildungsebene bilden, in einem Fall bewegt, in dem die Bildausbildungsebene in vielen Fällen kleiner als das optische System ist. Daher wird eine Miniaturisierung und Vereinfachung der Abstandsmessvorrichtung erzielt. Die Bildausbildungsebene, die aus Bildelementen wie beispielsweise einer CCD gebildet wird, ist kleiner und leichter als das optische System. Daher kann die Struktur zum Bewegen einer derartigen Bildausbildungsebene ebenfalls vereinfacht werden.
Die Bildausbildungsebene kann ausgelegt sein, um eine Schwenkwelle zu schwenken, und die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung kann den Abstand zwischen der Linse und der Bildausbildungsebene durch Steuern des Schwenkens der Bildausbildungsebene ändern.
Gemäß dieser Konfiguration kann die Bildausbildungsebene durch Schwenken einer Schwenkwelle von einer Oberfläche der Linse weg oder zu dieser hin bewegt werden. Somit kann die Struktur zum Bewegen der Bildausbildungsebene in Bezug auf die Linse vereinfacht werden.
Die Abstandsmessvorrichtung kann außerdem eine zweite Linse enthalten, die zwischen der ersten Linse und dem Messziel angeordnet ist, und die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung kann den Bildausbildungsabstand auf der Grundlage des Abstands zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse bestimmen. Das heißt, die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung kann den Bildausbildungsabstand anhand des relativen Abstands zwischen den beiden Linsen bestimmen, wenn ein Bild eines Lichts von dem Messziel auf einer Bildausbildungsebene ausgebildet wird.
Gemäß dieser Konfiguration kann die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen des Lichts mit zwei Wellenlängen auf der Grundlage des Bildausbildungsabstands der Linse, der entsprechend der Variation des relativen Abstands zwischen den beiden Linsen variiert, berechnet werden.
Die erste Linse kann ein Teil eines Spektralsensors zum Erfassen von Licht von dem Messziel sein.
Das heißt, ein Bild von Licht, das von dem Spektralsensor zum Erfassen des Lichts von dem Messziel erfasst wird, kann das Bild des Messziels, das von der Linse ausgebildet wird, sein.
Gemäß dieser Konfiguration kann Licht, das mehrere gegebene Wellenlängen aufweist, unter Verwendung des Spektralsensors erfasst werden. Daher können auf der Grundlage des Bildausbildungsabstands des Bilds des Lichts, das eine erfasste Wellenlänge aufweist, mehrere Bildausbildungsrelativgrößen berechnet werden. Die Genauigkeit des Messabstands kann durch Messen des Abstands auf der Grundlage der Bildausbildungsrelativgrößen erhöht werden. Da der Freiheitsgrad bei der Auswahl des Spektralsensors hoch ist, ist es außerdem einfach, bei dem Spektralsensor in geeigneter Weise das Licht, das eine geeignete Wellenlänge zum Messen des Abstands aufweist, entsprechend einer Umgebung und Umgebungslicht auszuwählen. Da der Spektralsensor Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, erfassen kann, kann die Abstandsmessvorrichtung einfach aufgebaut werden. Das heißt, die Abstandsmessvorrichtung kann unter Verwendung eines vorhandenen Spektralsensors aufgebaut werden.
Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung außerdem ein Verfahren zum Messen eines Zielabstands, der ein Abstand zu einem Messziel ist, durch optisches Erfassen des Messziels unter Verwendung einer Linse. Das Verfahren enthält: einen Bildausbildungsabstandserfassungsschritt zum Erzeugen eines Bilds des Messziels durch Bewirken, dass Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, von dem Messziel emittiert wird, um ein Bild durch die Linse auszubilden, und zum Erfassen von Bildausbildungsabständen von der Linse zu dem Bild für jede der Wellenlängen; einen Relativbeziehungsgrößenberechnungsschritt zum Berechnen einer Bildrelativgröße, die eine Größe ist, die eine Relativbeziehung zwischen den Bildausbildungsabständen angibt; und einen Abstandsberechnungsschritt zum Berechnen des Zielabstands durch Abgleichen der Bildausbildungsrelativgröße mit Korrelationsinformationen, die Informationen sind, die durch chromatische Aberrationseigenschaften der Linse bestimmt werden, um eine Korrelation zwischen der Bildausbildungsrelativgröße und dem Zielabstand anzugeben.
Die normale Linse weist unterschiedliche Brechungsindizes für das jeweilige einfallende Licht unterschiedlicher Wellenlängen auf. Das heißt, es werden chromatische Aberrationen in der normalen Linse erzeugt, und daher unterscheidet sich in einem Fall, in dem das einfallende Licht mehrere Wellenlängen aufweist, der Bildausbildungsabstand von der Linse zu dem Bild für jede Wellenlänge, wenn das einfallende Licht durch die Linse abgebildet wird. Der Bildausbildungsabstand der einzelnen Wellenlänge wird ebenfalls durch einen Unterschied eines Einfallswinkels des Lichts, das auf die Linse einfällt, der durch die Variation des Abstands zwischen der Linse und dem Messziel bewirkt wird, geändert. Im Allgemeinen werden chromatische Aberrationen von Linsen korrigiert. Insbesondere werden Linsen im Allgemeinen derart entwickelt, dass die Bildausbildungsabstände von Licht, das unterschiedliche Wellenlängen, die erhalten werden sollen, beispielsweise der Wellenlänge von rotem Licht, der Wellenlänge von grünem Licht und der Wellenlänge von blauem Licht für Bilder übereinstimmen.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen des Abstands werden Korrelationsinformationen, die die Korrelation zwischen dem Zielabstand, und den Bildausbildungsrelativgrößen zwischen den Bildausbildungsabständen des Bilds für jede Wellenlänge angeben, durch den Zielabstand und die Eigenschaften der Linse bestimmt. Der Zielabstand wird durch Vergleichen der Bildausbildungsrelativgrößen, die durch Erfassen des Messziels berechnet werden, mit den Korrelationsinformationen berechnet oder gemessen. Somit wird der Zielabstand sogar dann gemessen, wenn die chromatischen Aberrationen der Linse oder des optischen Systems nicht korrigiert werden, das heißt, sogar dann, wenn die Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen als die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen der Lichter mit unterschiedlichen Wellenlängen nicht korrigiert wird. Das heißt, gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen des Abstands kann der Zielabstand sogar in einem Fall gemessen werden, in dem Licht von der Linse verwendet wird, dessen Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen oder die chromatischen Aberrationen nicht korrigiert wird bzw. werden. Das heißt, gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen des Abstands besteht keine Notwendigkeit, die Bildausbildungsabstände oder die chromatischen Aberrationen für jede Wellenlänge zu korrigieren. Daher kann das oben beschriebene Verfahren zum Messen des Abstands sogar in einem Fall realisiert werden, in dem ein optisches System verwendet wird, das eine Linse mit einer einfachen Struktur aufweist.
Außerdem wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen des Abstands die Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen oder den chromatischen Aberrationen für jede Wellenlänge auf der Grundlage des Bildausbildungsabstands des Lichts mit einer einzelnen Wellenlänge, das durch die allgemeine Linse oder das allgemeine optische System erfasst wird, erhalten. Daher kann der Abstand auf der Grundlage des Bilds, das durch ein optisches System oder eine Kamera erfasst wird, gemessen werden. Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen des Abstands kann der Freiheitsgrad zum Anordnen der Kamera und Ähnlichem im Vergleich zu einem Verfahren, das mehrere Kameras benötigt, erhöht werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zum Messen des Abstands wird der Abstand unter Verwendung von Licht, dessen Bildausbildungsabstand nicht korrigiert wird, gemessen. Das heißt, gemäß dem Verfahren zum Messen, des Abstands ist der Freiheitsgrad beim Auswählen und Entwickeln der zu verwendenden Wellenlänge hoch. Außerdem ist der Freiheitsgrad beim Auswählen und Entwickeln des optischen Systems in einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens zum Messen des Abstands hoch.
In dem Bildausbildungsabstandserfassungsschritt kann der Bildausbildungsabstand für jede der beiden Wellenlängen erfasst werden. In dem Abstandsberechnungsschritt können die Korrelationsinformationen anhand von Kennliniendaten erhalten werden, in denen die Bildausbildungsrelativgröße dem Zielabstand zugeordnet ist.
Gemäß diesem Verfahren wird der Abstand zu dem Messziel auf der Grundlage von Licht mit zwei Wellenlängen gemessen. Daher kann der Abstand einfach gemessen werden.
In dem Bildausbildungsabstandserfassungsschritt können die Bildausbildungsabstände für jede Wellenlänge auf der Grundlage einer Bildschärfe des Bilds erfasst werden.
Eine Bildschärfe des Bilds wird beispielsweise auf der Grundlage des Grads der Variation der Lichtgrößen bzw. -mengen zwischen einem Pixel des Bilds selbst und einem Pixel um das Bild beurteilt. Ein Verfahren zum Messen der Bildschärfe des Bilds selbst kann mittels eines bekannten Verfahrens durchgeführt werden, womit es einfach wird, in geeigneter Weise das oben beschriebenen Verfahren zum Messen des Abstands auszuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Systemkonfiguration einer Spektrumsmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, die eine Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, zusammen mit einem beweglichen Körper, an dem die Spektrumsmessvorrichtung montiert ist, zeigt;
2 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines optischen Systems, das für die Spektrumsmessvorrichtung der 1 verwendet wird, zeigt;
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Bildausbildungsabstand zum Ausbilden eines Bilds eines Messziels durch das optische System der 2 zeigt, wobei 3(a) einen Bildausbildungsabstand in einem Fall zeigt, in dem das Messziel weit entfernt angeordnet ist, 3(b) den Bildausbildungsabstand in einem Fall zeigt, in dem das Messziel näher bei der Spektrumsmessvorrichtung als in dem Fall der 3(a) angeordnet ist, und 3(c) den Bildausbildungsabstand in einem Fall zeigt, in dem das Messziel näher bei der Spektrumsmessvorrichtung als in dem Fall der 3(b) angeordnet ist;
4(a) bis 4(d) sind schematische Diagramme, die einen Fall zeigen, bei dem dasselbe Messziel auf eine Bildausbildungsebene des optischen Systems der 2 als ein Bild von Licht, das unterschiedliche Wellenlängen aufweist, projiziert wird;
5 zeigt einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Differenz zwischen Bildausbildungsabständen von Licht mit zwei Wellenlängen und einem Abstand von der Spektrumsmessvorrichtung zu dem Messziel, der von der Spektrumsmessvorrichtung der 1 erfasst wird, zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Prozedur zum Messen des Abstands durch die Spektrumsmessvorrichtung der 1 zeigt;
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur einer Spektrumsmessvorrichtung, die eine Abstandsmessvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, zeigt;
8 ist ein schematisches Diagramm, das einen Fall zeigt, bei dem der Bildausbildungsabstand durch das optische System der Spektrumsmessvorrichtung der 7 gemessen wird;
9(a) und 9(b) sind schematische Diagramme, die einen Fall zeigen, bei dem der Bildausbildungsabstand durch das optische System der Spektrumsmessvorrichtung der 7 gemessen wird; und
10 ist eine Ansicht, die die Struktur einer Spektrumsmessvorrichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform, die eine Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, zeigt.
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
(Erste Ausführungsform)
Die 1 bis 6 stellen eine Spektrumsmessvorrichtung 11 gemäß einer ersten Ausführungsform, die eine Abstandsmessvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist, dar. Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Spektrumsmessvorrichtung 11 an einem Fahrzeug 10, das ein beweglicher Körper ist, montiert. Das heißt, 1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Systemkonfiguration der Spektrumsmessvorrichtung 11, die die Abstandsmessvorrichtung ist, die an dem Fahrzeug montiert ist, das ein beweglicher Körper ist, zeigt.
In den vergangenen Jahren wurde eine Technik für die praktische Anwendung betrachtet, die ein Messziel, das in der Umgebung eines Spektralsensors vorhanden ist, anhand von Multispektraldaten einschließlich eines nicht sichtbaren optischen Bereichs, der von dem Spektralsensor gemessen wird, identifiziert und verschiedene Arten von Unterstützungsinformationen für einen Fahrer entsprechend dem identifizierten Messziel oder einem Zustand des Messziels bereitstellt. Eine Fahrunterstützungsvorrichtung, die für die praktische Anwendung in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, untersucht wurde, identifiziert Fußgänger oder andere Fahrzeuge, die in der Verkehrsumgebung des Fahrzeugs vorhanden sind, auf der Grundlage der Spektraldaten, die von dem Spektralsensor, der an dem Fahrzeug montiert ist, gemessen werden, um die Fahrt oder die Entscheidungsfindung des Fahrers zu unterstützen.
Außerdem sind, um einen Fahrer, der einen beweglichen Körper wie ein Fahrzeug betreibt, zu unterstützen oder beispielsweise zu vermeiden oder zu verhindern, dass der bewegliche Körper mit einem anderen Objekt kollidiert, Informationen wesentlich, die eine Relativposition des Messziels in Bezug auf den beweglichen Körper angeben. Daher sind herkömmlich einige Fahrzeuge mit einer Abstandsmessvorrichtung versehen, die eine Relativposition eines Messziels in Bezug auf das Fahrzeug selbst misst, und die oben beschriebenen Vorrichtungen, die in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben sind, sind als eine solche Abstandsmessvorrichtung bekannt. Wenn jedoch die Spektrumsmessvorrichtung und die Abstandsmessvorrichtung für das Fahrzeug individuell vorgesehen sind, entstehen Nachteile wie beispielsweise ein größerer Bereich, der von diesen Vorrichtungen eingenommen wird, eine kompliziertere Struktur der gesamten Karosserie des Fahrzeugs oder erhöhte Kosten. Daher ist eine Vereinfachung der Systemkonfiguration dieser Sensoren gewünscht. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Verwendung der Spektrumsmessvorrichtung als die Abstandsmessvorrichtung, die in der Lage ist, einen Abstand zwischen der Abstandsmessvorrichtung selbst und dem Messziel mit einer einfachen Struktur sogar dann zu messen, wenn die Spektrumsmessvorrichtung an dem Fahrzeug und Ähnlichem montiert ist.
Die Spektrumsmessvorrichtung 11, die in 1 gezeigt ist, identifiziert das Messziel durch Erhalten von optischen Informationen einschließlich sichtbarem Licht und nicht sichtbarem Licht außerhalb des Fahrzeugs und misst den Abstand zwischen der Spektrumsmessvorrichtung 11 selbst und dem Messziel. Außerdem enthält das Fahrzeug 10 eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 12 zum Übertragen von Identifikationsinformationen und Abstandsinformationen, die von der Spektrumsmessvorrichtung 11 ausgegeben werden, an einen Insassen des Fahrzeugs 10, und eine Fahrzeugsteuerung 13 zum Reflektieren der Identifikationsinformationen, der Abstandsinformationen und Ähnlichem, die von der Spektrumsmessvorrichtung 11 ausgegeben werden, bei der Steuerung des Fahrzeugs. Da die Spektrumsmessvorrichtung 11 das Messziel mittels eines bekannten Verfahrens identifiziert, ist die Beschreibung einer Struktur eines Abschnitts der Spektrumsmessvorrichtung 11 zum Identifizieren des Messziels weggelassen, und außerdem ist eine redundante Beschreibung eines Identifikationsverarbeitungsabschnitts oder Ähnlichem zum Identifizieren des Messziels in dieser Ausführungsform weggelassen.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 12 überträgt einen Fahrzeugzustand oder Ähnliches zu einem Insassen, insbesondere dem Fahrer, mittels Licht, Farbe, Ton und Ähnlichem. Außerdem ist die Mensch-Maschine-Schnittstelle 12 eine bekannte Schnittstellenvorrichtung, die mit einer Betriebsvorrichtung wie beispielsweise einem Betätigungsknopf oder einer berührungsempfindlichen Fläche versehen ist, so dass die Absicht des Insassen über Knöpfe und Ähnliches eingegeben werden kann.
Der Fahrzeugsteuerung 13 als eine von verschiedenen Steuerungen, die in dem Fahrzeug montiert sind, ist direkt oder indirekt mittels eines fahrzeuginternen Netzwerks mit verschiedenen anderen Steuerungen wie beispielsweise einer Motorsteuerung, die auf ähnliche Weise in dem Fahrzeug montiert ist, verbunden, so dass benötigte Informationen zwischen diesen übertragen werden können. Gemäß dieser Ausführungsform überträgt die Fahrzeugsteuerung 13 die Informationen an verschiedene Steuerungen, wenn die Informationen hinsichtlich des Messziels und die Informationen hinsichtlich des Abstands zu dem Messziel, das von der Spektrumsmessvorrichtung 11 identifiziert wird, von der Spektrumsmessvorrichtung 11 eingegeben werden. Außerdem ist die Fahrzeugsteuerung 13 ausgelegt, eine angeforderte Fahrunterstützung in diesem Fahrzeug 10 entsprechend dem identifizierten Messziel und dem Abstand zu dem Messziel auszuführen.
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die Spektrumsmessvorrichtung 11 einen Spektralsensor 14 zum Erfassen von Spektraldaten R0 hinsichtlich Beobachtungslicht, das ein Licht ist, das durch Beobachten des Messziels erhalten wird, und einen Spektraldatenprozessor 15 zum Empfangen und Verarbeiten der Spektraldaten R0 von dem Spektralsensor 14.
Der Spektralsensor 14 ist ausgelegt, die Spektraldaten R0 hinsichtlich des Beobachtungslichts durch Erfassen eines Spektrumsbilds des Beobachtungslichts zu erzeugen. Mehrere Pixel, die das Spektrumsbild bilden, enthalten jeweils individuelle Spektraldaten.
Der Spektralsensor 14 weist eine Funktion zum Verteilen des Beobachtungslichts, das Licht ist, das aus dem sichtbaren Licht und dem nicht sichtbaren Licht besteht, auf bestimmte Wellenlängenbänder auf. Die Spektraldaten R0, die von dem Spektralsensor 14 ausgegeben werden, weisen Wellenlängeninformationen als die Informationen, die Wellenlängen angeben, die das Wellenlängenband nach der Verteilung bilden, und optische Intensitätsinformationen als die Informationen, die eine optische Intensität des Beobachtungslichts für jede Wellenlänge dieser Wellenlängenbänder angeben, auf. Der Spektralsensor 14 dieser Ausführungsform wählt im Voraus eine erste Wellenlänge (λ1), d. h. eine kurze Wellenlänge von 400 nm (Nanometer), und eine zweite Wellenlänge (λ2), d. h. eine lange Wellenlänge von 800 nm, die länger als die kurze Wellenlänge ist, aus. Das heißt, die Spektraldaten R0 enthalten Spektraldaten des Lichts, das eine Wellenlänge von 400 nm aufweist, und die Spektraldaten des Lichts, das eine Wellenlänge von 800 nm aufweist.
Wie es in 2 gezeigt ist, enthält der Spektralsensor 14 eine Linse 20 zum Abbilden von einfallendem Licht L, einen Detektor 21 zum Erfassen des abgebildeten Lichts und eine Antriebseinheit 22 zum Antreiben des Detektors 21. Außerdem enthält der Spektralsensor 14 einen Filter (nicht gezeigt) zum Erzeugen des einfallenden Lichts L aus dem Beobachtungslicht. Das heißt, der Filter dieser Ausführungsform wählt aus dem Beobachtungslicht eine optische Komponente aus verschiedenen optischen Komponenten, die das einfallende Licht L bilden, als eine Hauptwellenlänge aus.
Die Linse 20 ist eine Konvexlinse, und wenn das einfallende Licht L auf die Linse 20 einfällt, wird gebrochenes und durchgelassenes Licht von Linse 20 emittiert. Gemäß dieser Ausführungsform ist das einfallende Licht L parallel zu der optischen Achse AX der Linse 20, und daher wird das durchgelassene Licht auf einen Bildausbildungspunkt F, der auf der optischen Achse AX positioniert ist, abgebildet. Im Allgemeinen unterscheidet sich ein Brechungsindex der Linse 20 für jede Wellenlänge des einfallenden Lichts L. Das heißt, die Linse 20 weist eine chromatische Aberration auf, und ein Bildausbildungsabstand f von der Linse 20 zu dem Bildausbildungspunkt F ändert sich entsprechend der Wellenlänge des einfallenden Lichts L, das auf die Linse 20 einfällt. Daher wird das einfallende Licht L, das auf die Linse 20 einfällt, auf den Bildausbildungspunkt F der den Bildausbildungsabstand f, der der Wellenlänge des einfallenden Lichts L entspricht, von der Linse 20 entfernt ist, entsprechend dem Brechungsindex, der auf der Grundlage der Wellenlänge des einfallenden Lichts L und der chromatischen Aberrationseigenschaften der Linse 20 definiert ist, abgebildet. Das heißt, der Bildausbildungsabstand f der Linse 20 wird auf der optischen Achse AX der Linse 20 entsprechend der Wellenlänge des einfallenden Lichts L geändert. Insbesondere wird, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts L kürzer wird, der Bildausbildungsabstand f der Linse 20 ebenfalls kürzer.
Der Detektor 21 besteht aus Lichtempfangselementen wie beispielsweise einer CCD. Eine Bildausbildungsebene 21a als eine Abbildungsebene, die durch die Lichtempfangsfläche der Lichtempfangselemente ausgebildet wird, liegt der Linse 20 gegenüber. Auf der Bildausbildungsebene 21a erfasst der Detektor 21 optische Intensitätsinformationen des einfallenden Lichts L.
Die Antriebseinheit 22 treibt den Detektor 21 an, um diesen in eine Vorwärts-Rückwärts-Richtung M1, d. h. in eine Richtung entlang der optischen Achse AX der Linse 20, zu bewegen. Das heißt, die Bildausbildungsebene 21a des Detektors 21 wird auf der optischen Achse AX der Linse 20 durch die Antriebseinheit 22 bewegt, so dass sie in einem beliebigen Bildausbildungsabstand f positioniert wird. Daher wird die Bildausbildungsebene 21a in einer Richtung der Annäherung an die Linse 20, d. h. in der Vorwärtsrichtung, oder in einer Richtung von der Linse 20 weg, d. h. in der Rückwärtsrichtung bewegt. Daher ermöglicht es die Antriebseinheit 22, die Bildausbildungsebene 21a entsprechend dem Bildausbildungsabstand f, der sich entsprechend der Wellenlänge des einfallenden Lichts L ändert, zu positionieren.
Die 3(a) bis 3(c) sind schematische Diagramme, die jeweils die Beziehung zwischen dem Bildausbildungsabstand f und einem Objektabstand s, der der Abstand von der Linse 20 zu einem Messziel T ist, zeigen. 3(a) zeigt einen Fall, bei dem das Messziel T weit von der Linse 20 entfernt vorhanden ist, und 3(b) zeigt einen Fall, bei dem das Messziel T näher bei der Linse 20 als in dem Fall der 3(a) vorhanden. 3(c) zeigt einen Fall, bei dem das Messziel T näher bei der Linse 20 als in dem Fall der 3(b) vorhanden ist.
Das Messziel T der 3(a) ist weit von der Linse 20 mit einem fernen Zielabstand s1 entfernt positioniert, der als ein unendlicher Abstand betrachtet werden kann. Ein fernes einfallendes Licht L1, das in diesem Fall das einfallende Licht von dem Messziel T ist, trifft auf die Linse 20 als im Wesentlichen paralleles Licht auf. Wenn das ferne einfallende Licht L1 ein Licht mit einer einzelnen Wellenlänge ist, das nur eine kurze Wellenlänge aufweist, beispielsweise die Wellenlänge von 400 nm, wird das ferne einfallende Licht L1 durch einen Brechungsindex der Linse 20, der der Wellenlänge von 400 nm entspricht, gebrochen, und es wird ein fernes/kurzes durchgelassenes Licht L11 als das durchgelassene Licht von der Linse 20 emittiert. Das ferne/kurze durchgelassene Licht L11 wird auf den fernen/kurzen Bildausbildungspunkt F11 abgebildet, der zu der Linse 20 mit dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 als dem Bildausbildungsabstand beabstandet ist. 3(a) zeigt einen fernen/kurzen Konvergenzwinkel θ11 als den Konvergenzwinkel oder einen Konzentrationswinkel, der eine starke Konvergenz zeigt, die es ermöglicht, einen Teil des fernen/kurzen durchgelassenen Lichts L11, das von einer Umfangskante der Linse 20 emittiert wird, auf dem fernen/kurzen Bildausbildungspunkt F11 zu konvergieren.
Wenn im Gegensatz dazu das ferne einfallende Licht L1 ein Licht mit einer einzelnen Wellenlänge ist, das beispielsweise eine lange Wellenlänge von 800 nm aufweist, die sich von der kurzen Wellenlänge unterscheidet, wird das ferne einfallende Licht L1 mit dem Brechungsindex der Linse 20, der der Wellenlänge von 800 nm entspricht, gebrochen. In diesem Fall wird ein fernes/langes durchgelassenes Licht L12 mit einem fernen/langen Konvergenzwinkel θ12 konvergiert und auf einen fernen/langen Bildausbildungspunkt F12 abgebildet, der von der Linse 20 in einem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 entfernt ist. Das Messziel T der 3(a) kann derart betrachtet werden, dass es unendlich weit von der Linse 20 entfernt ist, und daher zeigt der ferne/kurze Bildausbildungsabstand f11 eine kurze Wellenlängenbrennweite der Linse 20, und der ferne/kurze Bildausbildungspunkt F11 zeigt einen kurzen Wellenlängenbrennpunkt der Linse 20. Auf ähnliche Weise zeigt der ferne/lange Bildausbildungsabstand f12 eine lange Wellenlängenbrennweite der Linse 20, und der ferne/lange Bildausbildungspunkt F12 zeigt einen langen Wellenlängenbrennpunkt der Linse 20.
Im Allgemeinen besteht in einem Fall einer Linse, deren chromatische Aberrationen nicht korrigiert werden, die Tendenz, dass der Brechungsindex der Linse größer wird, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts L kürzer wird. Das heißt, es gibt eine Tendenz, dass der Bildausbildungsabstand f kürzer wird, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts L kürzer wird, da der Konvergenzwinkel größer wird. Dieses gibt an, dass, wie es in 3(a) gezeigt ist, der Brechungsindex des fernen/kurzen durchgelassenen Lichts L11, das eine kurze Wellenlänge von 400 nm aufweist, größer als der Brechungsindex des fernen/langen durchgelassenen Lichts L12, das eine lange Wellenlänge von 800 nm aufweist, ist. Das heißt, der ferne/kurze Konvergenzwinkel θ11 ist größer als der ferne/lange Konvergenzwinkel θ12. Daher ist der ferne/kurze Bildausbildungsabstand f11 kürzer als der ferne/lange Bildausbildungsabstand f12. Somit wird eine Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen, d. h. eine Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände (D1 = ferner/langer Bildausbildungsabstand f12 – ferner/kurzer Bildausbildungsabstand f11) zwischen dem fernen/kurzen durchgelassenen Licht L11 und dem fernen/langen durchgelassenen Licht L12, als eine relative Größe oder eine Bildausbildungsrelativgröße der Bildausbildungsabstände, die durch die Differenz der Wellenlängen verursacht wird, erzeugt.
Das Messziel T, das in 3(b) gezeigt ist, ist von der Linse 20 einen mittleren Zielabstand s2 entfernt, der kürzer als der ferne Zielabstand s1 ist. Ein mittlerer Ausdehnungswinkel bzw. Aufweitungswinkel θ2, der in 3(b) gezeigt ist, ist ein Ausdehnungswinkel oder ein Einlasswinkel, der einen Ausdehnungsgrad bzw. Aufweitungsgrad des mittleren einfallenden Lichts L2 als dem einfallenden Licht in diesem Fall von dem Messziel T in Richtung der Umfangskante der Linse 20 angibt. Wenn der Ausdehnungswinkel größer wird, erhöht sich der Einfallswinkel auf die Linse 20. Ein ferner Ausdehnungswinkel θ1, der der Ausdehnungswinkel in einem Fall der 3(a) ist, ist nahezu null. Wenn das mittlere/einfallende Licht L2 Licht mit einer einzelnen Wellenlänge ist, das eine kurze Wellenlänge von 400 nm aufweist, wird ein Brechungsgrad des mittleren einfallenden Lichts L2 auf der Grundlage des mittleren Ausdehnungswinkels θ2 und des Brechungsindex der Linse 20 entsprechend der kurzen Wellenlänge bestimmt. In diesem Fall unterscheidet sich beispielsweise ein mittlerer/kurzer Konvergenzwinkel θ21 von dem fernen/kurzen Konvergenzwinkel θ11, und ein mittlerer/kurzer Bildausbildungspunkt F21 des mittleren/kurzen Bildausbildungsabstands f21, der eine Abbildung des mittleren/kurzen durchgelassenen Lichts L21 ermöglicht, unterscheidet sich ebenfalls von dem Fall der 3(a).
Wenn im Gegensatz dazu das mittlere einfallende Licht L2 ein Licht mit einer einzelnen Wellenlänge ist, das eine lange Wellenlänge von 800 nm aufweist, wird das mittlere einfallende Licht L2 auf der Grundlage des mittleren Ausdehnungswinkels θ2 und des Brechungsindex der Linse 20 entsprechend der langen Wellenlänge gebrochen. Ein mittleres/langes durchgelassenes Licht L22 wird auf einen mittleren/langen Bildausbildungspunkt F22 des mittleren/langen Bildausbildungsabstands f22 mit einem mittleren/langen Konvergenzwinkel θ22, der sich von dem fernen/langen Konvergenzwinkel θ12 unterscheidet, abgebildet.
Wie es in 3(b) gezeigt ist, ist der Brechungsindex des mittleren/kurzen durchgelassenen Lichts L21 (beispielsweise des mittleren/kurzen Konvergenzwinkels θ21), der der kurzen Wellenlänge von 400 nm der Linse 20 entspricht, deren chromatische Aberrationen nicht korrigiert werden, größer als der Brechungsindex des mittleren/langen durchgelassenen Lichts L22 (beispielsweise des mittleren/langen Konvergenzwinkels θ22), der der langen Wellenlänge von 800 nm entspricht. Daher ist der mittlere/kurze Bildausbildungsabstand f21 kürzer als der mittlere/lange Bildausbildungsabstand f22. Daher wird die Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände (D2 = mittlerer/langer Bildausbildungsabstand f22 – mittlerer/kurzer Bildausbildungsabstand f21) zwischen dem mittleren/kurzen durchgelassenen Licht L21 und dem mittleren/langen durchgelassenen Licht L22 als die Bildausbildungsrelativgröße, die durch die Differenz der Wellenlängen erzeugt wird, erzeugt.
Das Messziel T, das in 3(c) gezeigt ist, ist von der Linse 20 einen nahen Zielabstand s3 entfernt, der kürzer als der mittlere Zielabstand s2 ist. Ein naher Ausdehnungswinkel θ3, der in 3(c) gezeigt ist, ist größer als der mittlere Ausdehnungswinkel θ2 in 3(b). Wenn das nahe/einfallende Licht L3 ein Licht mit einer einzelnen Wellenlänge ist, das eine kurze Wellenlänge von 400 nm aufweist, wird der Brechungsgrad des nahen/einfallenden Lichts L3 auf der Grundlage des nahen Ausdehnungswinkels θ3 und des Brechungsindex der Linse 20 entsprechend der kurzen Wellenlänge bestimmt. In diesem Fall unterscheidet sich beispielsweise ein naher/kurzer Konvergenzwinkel θ31 von dem mittleren/kurzen Konvergenzwinkel θ21, und ein naher/kurzer Bildausbildungspunkt F31 des nahen/kurzen Bildausbildungsabstands f31, der eine Abbildung des nahen/kurzen durchgelassenen Lichts L31 ermöglicht, unterscheidet sich ebenfalls von dem Fall der 3(b).
Wenn im Gegensatz dazu das nahe/einfallende Licht L3 ein Licht mit einer einzelnen Wellenlänge ist, das eine lange Wellenlänge von 800 nm aufweist, wird das nahe/einfallende Licht L3 auf der Grundlage des nahen Ausdehnungswinkels θ3 und des Brechungsindex der Linse 20 entsprechend der langen Wellenlänge gebrochen. Ein nahes/langes durchgelassenes Licht L32 wird auf einen nahen/langen Bildausbildungspunkt F32 des nahen/langen Bildausbildungsabstands f32 mit einem nahen/langen Konvergenzwinkel θ32, der sich von dem mittleren/langen Konvergenzwinkel θ22 unterscheidet, abgebildet.
Wie es in 3(c) gezeigt ist, ist der Brechungsindex (ein naher/kurzer Konvergenzwinkel θ31) des nahen/kurzen durchgelassenen Lichts L31, der der kurzen Wellenlange von 400 nm der Linse 20 entspricht, deren chromatische Aberrationen nicht korrigiert werden, größer als der Brechungsindex (ein naher/langer Konvergenzwinkel θ32) des nahen/langen durchgelassenen Lichts L32, der der langen Wellenlänge von 800 nm entspricht. Daher ist der nahe/kurze Bildausbildungsabstand f31 kürzer als der nahe/lange Bildausbildungsabstand f32. Dementsprechend wird eine Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände (D3 = naher/langer Bildausbildungsabstand f32 – naher/kurzer Bildausbildungsabstand f31) zwischen dem nahen/langen durchgelassenen Licht L31 und dem nahen/kurzen durchgelassenen Licht L32 als die Bildausbildungsrelativgröße, die durch die Differenz der Wellenlängen erzeugt wird, erzeugt.
Außerdem unterscheidet sich der Bildausbildungsabstand f des durchgelassenen Lichts, das durch die Linse 20 durchgelassen wird, sogar in einem Fall von Lichtern, die dieselbe Wellenlänge aufweisen, entsprechend einer Differenz der Winkel des Lichts, das auf die Linse 20 einfällt, voneinander. Dieses kommt daher, dass der Ausdehnungswinkel θ des einfallenden Lichts L größer wird, wenn der Zielabstand s oder der Messabstand als der Abstand von der Linse 20 zu dem Messziel T kürzer wird. Umgekehrt wird, wenn der Zielabstand s länger wird, der Ausdehnungswinkel θ des einfallenden Lichts L klein. Dieses kommt daher, dass allgemein, wenn der Ausdehnungswinkel θ des einfallenden Lichts L größer wird, der Konvergenzwinkel des durchgelassenen Lichts, das von der Linse 20 durchgelassen wird, größer wird. Das heißt, wenn der Zielabstand s, der der Abstand zwischen der Linse 20 und dem Messziel T ist, kürzer wird, wird der Ausdehnungswinkel θ des einfallenden Lichts L größer, und der Konvergenzwinkel wird ebenfalls größer. Als Ergebnis wird der Bildausbildungsabstand f kürzer. Umgekehrt, wenn der Zielabstand s länger wird, wird der Ausdehnungswinkel θ des einfallenden Lichts L kleiner, und außerdem wird der Konvergenzwinkel kleiner. Als Ergebnis wird der Bildausbildungsabstand f länger.
Daher folgt eine Erläuterung hinsichtlich einer Variation des Bildausbildungsabstands f in einem Fall, in dem der Zielabstand s, der der Abstand zwischen der Linse 20 und dem Messziel T ist, unterschiedlich ist. Zunächst folgt eine Erläuterung der Korrelation zwischen dem Zielabstand s und dem Bildausbildungsabstand f (Brennweite f) in einem Fall, in dem das Licht eine kurze Wellenlänge aufweist. Der Bildausbildungsabstand des Bilds des Messziels T ist der ferne/kurze Bildausbildungsabstand f11 in einem Fall, in dem ein ferner Zielabstand gleich s1 ist, wie es in 3(a) gezeigt ist, und ist der mittlere/kurze Bildausbildungsabstand f21 in einem Fall, in dem der mittlere Zielabstand gleich s2 ist, wie es in 3(b) gezeigt ist. Der mittlere Zielabstand s2 des mittleren einfallenden Lichts L2, der in 3(b) gezeigt ist, ist kürzer als der ferne Zielabstand s1 des fernen einfallenden Lichts L1, der in 3(a) gezeigt ist, und daher ist der mittlere Ausdehnungswinkel θ2 des mittleren einfallenden Lichts L2 größer als der ferne Ausdehnungswinkel θ1 des fernen einfallenden Lichts L1. Daher ist der mittlere/kurze Konvergenzwinkel θ21 des mittleren einfallenden Lichts L2 größer als der ferne/kurze Konvergenzwinkel θ11 des fernen einfallenden Lichts L1. Da der mittlere/kurze Bildausbildungsabstand f21 kürzer als der ferne/kurze Bildausbildungsabstand f11 ist, wird dementsprechend die ferne/mittlere/kurze Differenz D11 (D11 = f11 – f21) zwischen dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 und dem mittleren/kurzen Bildausbildungsabstand f21 als die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen erzeugt.
Es folgt eine Erläuterung der Korrelation zwischen dem Zielabstand s und dem Bildausbildungsabstand f (Brennweite) in einem Fall, in dem das Licht eine lange Wellenlänge aufweist. Wie es aus den 3(a) und 3(b) ersichtlich ist, ist der mittlere/lange Bildausbildungsabstand f22 kürzer als der ferne/lange Bildausbildungsabstand f12. Daher wird die ferne/mittlere/lange Differenz D12 (D12 = f12 – f22) zwischen dem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 und dem mittleren/langen Bildausbildungsabstand f22 erzeugt.
Der Brechungsindex der Linse 20 unterscheidet sich für jede Wellenlänge. Daher unterscheidet sich die Korrelation (oder das Verhältnis) zwischen dem fernen/kurzen Konvergenzwinkel θ11 und dem mittleren/kurzen Konvergenzwinkel θ21, die durch den Brechungsindex der Linse 20 der kurzen Wellenlänge erzeugt werden, von der Korrelation (oder dem Verhältnis) zwischen dem fernen/langen Konvergenzwinkel θ12 und dem mittleren/langen Konvergenzwinkel θ22, die durch den Brechungsindex der Linse 20 der langen Wellenlänge ausgebildet werden. Das heißt, diese Korrelationen stimmen nicht überein. Außerdem unterscheidet sich die ferne/mittlere/kurze Differenz D11, die die Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen ist, die durch Ändern des fernen/kurzen Konvergenzwinkels θ11 in den mittleren/kurzen Konvergenzwinkel θ21 in einem Fall einer kurzen Wellenlänge erzeugt wird, von der fernen/mittleren/langen Differenz D12, die die Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen ist, die durch Ändern des fernen/langen Konvergenzwinkels θ12 in den mittleren/langen Konvergenzwinkel θ22 in einem Fall einer langen Wellenlänge erzeugt wird, und gewöhnlich stimmen diese nicht überein.
Dieses zeigt, dass die Korrelation zwischen der Differenz D1 und der Differenz D2 durch den folgenden Beziehungsausdruck ausgedrückt wird, wobei die Differenz D1 die Differenz zwischen fernen Bildausbildungsabständen in einem Fall ist, in dem der Zielabstand zu dem Messziel T ein ferner Zielabstand s1 ist, und die Differenz D2 die Differenz zwischen mittleren Bildausbildungsabständen in einem Fall ist, in dem der Zielabstand zu dem Messziel T der mittlere Zielabstand s2 ist. Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände = Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände + ferne/mittlere/kurze Differenz D11 – ferne/mittlere/lange Differenz D12. Dieser Beziehungsausdruck kann durch Einstellen von D1, D2, D11 und D12, so dass f11, f12, f21 und f22 aus diesem Beziehungsausdruck eliminiert werden, bestätigt werden.
Außerdem wird bestätigt, dass die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände und die Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände gewöhnlich unterschiedliche Werte aufweisen. Das heißt, die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände, wenn der Zielabstand zu dem Messziel T der ferne Zielabstand s1 ist, unterscheidet sich von der Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände, wenn der Zielabstand zu dem Messziel T der mittlere Zielabstand s2 ist. Daher kann gefolgert werden, dass die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände dem fernen Zielabstand s1 entspricht und die Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände dem mittleren Zielabstand s2 entspricht. Somit kann der Abstand unter Verwendung dieser Beziehung gemessen werden.
Auf ähnliche Weise folgt eine Beschreibung für einen Fall, bei dem der Zielabstand zu dem Messziel T der nahe Zielabstand s3 ist. Wenn die optische Wellenlänge eine kurze Wellenlänge ist, wird das nahe/kurze durchgelassene Licht L31, das den nahen/kurzen Konvergenzwinkel θ31 aufweist, der größer als der ferne/kurze Konvergenzwinkel θ11 und der mittlere/kurze Konvergenzwinkel θ21 ist, auf den nahen/kurzen Bildausbildungspunkt F31 des nahen/kurzen Bildausbildungsabstands f31 abgebildet. Das heißt, es wird die ferne/nahe/kurze Differenz D21 zwischen dem nahen/kurzen Bildausbildungsabstand f31 und dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 aufgrund der Tatsache erzeugt, dass der nahe/kurze Bildausbildungsabstand f31 kürzer als der ferne/kurze Bildausbildungsabstand f11 ist. Auf ähnliche Weise wird, wenn die optische Wellenlänge eine lange Wellenlänge ist, das nahe/lange durchgelassene Licht L32, das den nahen/langen Konvergenzwinkel θ32 aufweist, der größer als der ferne/lange Konvergenzwinkel θ12 und der mittlere/lange Konvergenzwinkel θ22 ist, auf den nahen/langen Bildausbildungspunkt F32 des nahen/langen Bildausbildungsabstands f32 abgebildet. Das heißt, es wird die ferne/nahe/lange Differenz D22 zwischen dem nahen/langen Bildausbildungsabstand f32 und dem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 aufgrund der Tatsache erzeugt, dass der nahe/lange Bildausbildungsabstand f32 kürzer als der ferne/lange Bildausbildungsabstand f12 ist.
Da die Linse 20 für jede Wellenlänge einen anderen Brechungsindex aufweist, unterscheidet sich gleichzeitig die Korrelation (oder das Verhältnis) zwischen dem fernen/kurzen Konvergenzwinkel θ11 und dem nahen/kurzen Konvergenzwinkel θ31, die auf dem Brechungsindex, der der kurzen Wellenlänge entspricht, basieren, von der Korrelation (oder dem Verhältnis) zwischen dem fernen/langen Konvergenzwinkel θ12 und dem nahen/langen Konvergenzwinkel θ32, die auf dem Brechungsindex, der der langen Wellenlänge entspricht, basieren, und diese stimmen nicht überein. Außerdem unterscheidet sich eine ferne/nahe/kurze Differenz D21, die in dem Bildausbildungsabstand durch Ändern des fernen/kurzen Konvergenzwinkels θ11 in den nahen/kurzen Konvergenzwinkel θ31 in einem Fall einer kurzen Wellenlänge erzeugt wird, von der fernen/nahen/langen Differenz D22, die in dem Bildausbildungsabstand durch Ändern des fernen/langen Konvergenzwinkels θ12 in den nahen/langen Konvergenzwinkel θ32 in einem Fall einer langen Wellenlänge erzeugt wird, und diese stimmen nicht überein. Dieses zeigt, dass die Korrelation zwischen der Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände und der Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände durch einen Beziehungsausdruck wie folgt ausgedrückt wird: Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände = Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände + [ferne/nahe/kurze Differenz D21 – ferne/nahe/lange Differenz D22], wobei D1 die Differenz zwischen den fernen Bildausbildungsabständen ist, wenn der ferne Zielabstand zu dem Messziel T gleich s1 ist, und D3 die Differenz zwischen den nahen Bildausbildungsabständen ist, wenn der nahe Zielabstand zu dem Messziel T gleich s3 ist, und die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände und die Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände weisen normalerweise unterschiedliche Werte auf.
Auch wenn es nicht weiter erläutert wird, unterscheiden sich ähnlich wie die Beziehung zwischen der Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände und der Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände die Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände und die Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände gewöhnlich voneinander. Das heißt, die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände, wenn der Zielabstand zu dem Messziel T gleich dem fernen Zielabstand s1 ist, die Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände, wenn der Zielabstand zu dem Messziel T gleich dem mittleren Zielabstand s2 ist, und die Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände, wenn der Zielabstand zu dem Messziel T gleich dem nahen Zielabstand s3 ist, unterscheiden sich voneinander. Daher kann die Differenz der nahen Bildausbildungsabstände θ3 in Zuordnung zu bzw. in Verbindung mit dem nahen Zielabstand s3 berechnet werden.
Wie es in 4(a) gezeigt ist, bildet das ferne/kurze durchgelassene Licht L11, das eine kurze Wellenlänge von 400 nm aufweist, ein Bild des Messziels T auf der Bildausbildungsebene 21a, die in dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 angeordnet ist, aus. Im Gegensatz dazu zeigt sich beispielsweise, wie es in 4(b) gezeigt ist, ein Bild des Messziels T, das ringförmig verschwommen bzw. unscharf ist, wenn das ferne/lange durchgelassene Licht L12 mit der Wellenlänge von 800 nm, das den fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 aufweist, der länger als der ferne/kurze Bildausbildungsabstand f11 ist, auf die Bildausbildungsebene 21a projiziert wird, die in dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 angeordnet ist. Das heißt, das Bild des Messziels T, das durch das ferne/lange durchgelassene Licht L12 ausgebildet wird, wird nicht auf der Bildausbildungsebene 21a, die in dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 angeordnet ist, abgebildet.
4(c) zeigt ein Bild, das durch Kombinieren des Bilds, das durch das Licht mit der kurzen Wellenlänge ausgebildet wird, und eines ringförmig verschwommenen Bilds, das durch das Licht mit der langen Wellenlänge ausgebildet wird, durch gleichzeitiges Projizieren des zuvor genannten Bilds der kurzen Wellenlänge und des Bilds der langen Wellenlänge, die dieselben Messziele T zeigen, auf die Bildausbildungsebene 21a, die in dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 positioniert ist, erhalten wird. Wie es in 4(d) gezeigt ist, zeigt die Bildausbildungsebene 21a, die in dem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 positioniert ist, das Bild des Messziels T, das durch das Licht der langen Wellenlänge und außerdem durch das ferne/lange durchgelassene Licht L12 ausgebildet wird. Somit wurde herausgefunden, dass eine Bildausbildungsposition des Lichts, das jeweils eine Wellenlänge aufweist, die auf die Bildausbildungsebene 21a projiziert wird, durch Bewegen der Bildausbildungsebene 21a erfasst werden kann.
Somit erfasst der Spektralsensor 14 die Spektraldaten R0, die ein Spektralbild, das durch das Licht der kurzen Wellenlänge ausgebildet wird, und das Spektralbild, das durch das Licht der langen Wellenlänge ausgebildet wird, enthalten, wobei die Spektralbilder durch Abbilden des Messziels T erhalten werden. Wenn das Spektralbild erfasst wird, gibt der Spektralsensor 14 die Spektraldaten R0 und Bildausbildungsabstandsdaten F0 an einen Spektraldatenprozessor 15 aus.
Der Spektraldatenprozessor 15 besteht hauptsächlich aus einem Mikrocomputer, der eine arithmetische Einheit und eine Speichereinheit und Ähnliches aufweist. Der Spektraldatenprozessor 15 ist mit dem Spektralsensor 14 verbunden, und die Spektraldaten R0 des Beobachtungslichts und die Bildausbildungsabstandsdaten F0 von dem Spektralsensor 14 empfangen. Der Spektraldatenprozessor 15 berechnet (misst) den Abstand zu dem Messziel T auf der Grundlage der eingegeben Spektraldaten R0 und Bildausbildungsabstandsdaten F0.
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält der Spektraldatenprozessor 15 eine arithmetische Einheit 16 und eine Speichereinheit 17 als eine Speichereinrichtung. Die Speichereinheit 17 enthält den gesamten Teil oder einen Teil eines Speicherbereichs in einer bekannten Speichervorrichtung.
5 zeigt Kennliniendaten 18, die in einem Speicherbereich einer Speichereinheit 17 gespeichert werden. Die Kennliniendaten 18 sind die Daten in Zuordnung zu bzw. in Verbindung mit dem Zielabstand s und zeigen die Differenz zwischen dem Bildausbildungsabstand des Lichts kurzer Wellenlänge und dem Bildausbildungsabstand des Lichts langer Wellenlänge. Die Kennliniendaten 18 speichern die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände und die Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände. Die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände ist die Differenz zwischen dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 der kurzen Wellenlänge und dem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 der langen Wellenlänge, die dem fernen Zielabstand s1 zu dem Messziel T entspricht, und die Differenz D2 der mittleren Bildausbildungsabstände ist die Differenz zwischen dem mittleren/kurzen Bildausbildungsabstand f21 der kurzen Wellenlänge und dem mittleren/langen Bildausbildungsabstand f22 der langen Wellenlänge, die dem mittleren Zielabstand s2 zu dem Messziel T entspricht. Außerdem speichern die Kennliniendaten 18 die Differenz D3 der nahen Bildausbildungsabstände, die die Differenz zwischen dem nahen/kurzen Bildausbildungsabstand f31 der kurzen Wellenlänge und dem nahen/langen Bildausbildungsabstand f32 der langen Wellenlänge, die dem nahen Zielabstand s3 zu dem Messziel T entspricht, ist. Daher kann die arithmetische Einheit 16 aus den Kennliniendaten 18 beispielsweise den fernen Zielabstand s1, den mittleren Zielabstand s2 und den nahen Zielabstand s3 erhalten, wenn jeweils die Differenz zwischen den fernen Bildausbildungsabständen gleich D1 ist, die Differenz zwischen den mittleren Bildausbildungsabständen gleich D2 ist und die Differenz zwischen den nahen Bildausbildungsabständen gleich D3 ist. Das heißt, die Kennliniendaten 18 geben Korrelationsinformationen als die Informationen an, die von einem Zielabstand s und der chromatischen Aberrationseigenschaft der Linse 20 bestimmt werden, so dass die Korrelation zwischen der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen und dem Abstand zu dem Messziel des Bilds eines Lichts, das zwei Wellenlängen aufweist, angegeben wird.
Wie es in 1 gezeigt ist, enthält die arithmetische Einheit 16 einen Pixelauswahlteil 30 zum Auswählen eines Pixels, das zum Messen des Abstands anhand des Bilds des Messziels T verwendet wird, und einen Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 zum Erfassen des Bildausbildungsabstands aus zwei Wellenlängen für jedes ausgewählte Pixel. Außerdem enthält die arithmetische Einheit 16 einen Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil 32 als einen Relativbeziehungsgrößenberechnungsteil zum Berechnen der Differenz zwischen zwei Bildausbildungsabständen und einen Abstandsberechnungsteil 33 zum Berechnen des Zielabstands s auf der Grundlage der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen. Die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung enthält den Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 und den Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil 32.
Der Pixelauswahlteil 30 wählt ein Pixel, das zum Messen des Abstands verwendet wird, aus dem Bild des Messziels T aus. Der Pixelauswahlteil 30 weist Spektraldaten R0 und Bildausbildungsabstandsdaten F0, die von dem Spektralsensor 14 eingegeben werden, auf und gibt die Bildausbildungsabstandsdaten F0 und Spektraldaten R1 einschließlich Informationen des ausgewählten Pixels an den Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 aus. Das Pixel kann aus den identifizierten Messzielen auf der Grundlage einer Zielidentifikationsverarbeitung, die separat durchgeführt wird, derart ausgewählt werden, dass das Pixel, das dem Pixel mit höherer Priorität entspricht, ausgewählt wird, oder das Pixel, das dem einen, das einen großen Bereich belegt, entspricht, ausgewählt wird.
Der Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 erfasst jeden Bildausbildungsabstand von Licht, das zwei Wellenlängen aufweist, hinsichtlich des Pixels, das von dem Pixelauswahlteil 30 ausgewählt wird. Der Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 weist Bildausbildungsabstandsdaten F0 und Spektraldaten R1, die von dem Pixelauswahlteil 30 eingegeben werden, auf und gibt die Bildausbildungsabstandsdaten R2, die den erfassten Bildausbildungsabstand von zwei Wellenlängen enthalten, an den Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil 32 aus. Außerdem gibt der Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 an die Antriebseinheit 22 ein Antriebsbefehlssignal R10 zum Ändern des Bildausbildungsabstands f des Detektors 21 aus. Außerdem kann der Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 einen Unschärfebetrag des Pixels, das auf der Grundlage der Spektraldaten R1, d. h. einer Bildschärfe, mittels eines bekannten Verfahrens ausgewählt wird, feststellen. Die Bildschärfe des Bilds kann beispielsweise auf der Grundlage des Grads der Änderung der Lichtgrößen zwischen dem Pixel, durch das ein Bild des Messziels T ausgebildet wird, und dem Pixel in der Umgebung bzw. dem Umfang des Bilds festgestellt werden. Wenn der Unschärfebetrag des Bilds beispielsweise klein ist, das heißt, wenn das Bild scharf ist, besteht die Tendenz, dass der Grad der Änderung der Pixel und Lichtgrößen in der Umgebung bzw. dem Umfang groß werden. Wenn im Gegensatz dazu der Unschärfebetrag des Bilds groß ist, das heißt, wenn die Bildschärfe des Bilds schlecht ist, besteht die Tendenz, dass der Grad der Änderung der Pixel und der Lichtgrößen in der Umgebung bzw. dem Umfang klein werden. Außerdem kann die Bildschärfe durch eine Frequenzkomponente des Bilds wie beispielsweise einen Grenzabschnitt des Bilds bestimmt werden. Das heißt, wenn die Frequenzkomponente des Grenzabschnitts des Bilds groß ist, ist das Bild scharf, das heißt, der Unschärfebetrag ist klein, und daher kann der Änderungsbetrag der Lichtgrößen zwischen Pixeln als groß bestimmt werden. Wenn im Gegensatz dazu die Frequenzkomponente klein ist, ist die Bildschärfe des Bilds schlecht, das heißt, der Unschärfebetrag ist groß, und daher kann der Änderungsbetrag der Lichtgrößen zwischen Pixeln als klein bestimmt werden. Somit erfasst der Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 den Bildausbildungsabstand der kurzen Wellenlänge (beispielsweise f11) und den Bildausbildungsabstand der langen Wellenlänge (beispielsweise f12) des Bilds des Messziels T durch Bewegen des Detektors 21 unter Verwendung der Antriebseinheit 22, während die Bildschärfe des Bilds bestimmt wird. Der Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 gibt jeden der Bildausbildungsabstände jeder erfassten Wellenlänge (f11, f12 und Ähnliches) in den Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil 32 als die Bildausbildungsabstandsdaten R2 ein, die die Daten sind, die den jeweiligen Wellenlängen entsprechen.
Der Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil 32 berechnet die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen, die die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen von zwei Wellenlängen ist. Auf der Grundlage der Bildausbildungsabstandsdaten R2, die von dem Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 eingegeben werden, berechnet der Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil 32 die Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen von zwei Wellenlängen (beispielsweise dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 und dem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12). Außerdem gibt der Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil 32 die berechnete Differenz an den Abstandsberechnungsteil 33 als Differenzdaten R3 aus, die die Daten sind, die zwei Wellenlängen entsprechen.
Der Abstandsberechnungsteil 33 ist eine Abstandsberechnungseinrichtung zum Berechnen des Zielabstands s auf der Grundlage der Differenzdaten R3. Der Abstandsberechnungsteil 33 wählt die Kennliniendaten 18, die zwei Wellenlängen entsprechen, aus der Speichereinheit 17 auf der Grundlage von zwei Wellenlängen (beispielsweise 400 nm und 800 nm), die anhand der Differenzdaten R3 erlangt werden, aus. Dann erlangt der Abstandsberechnungsteil 33 aus den ausgewählten Kennliniendaten 18 den Zielabstand s (beispielsweise den fernen Zielabstand s1), der der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (beispielsweise Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände) entspricht, die anhand der Differenzdaten R3 erlangt wird. Dann ordnet der Abstandsberechnungsteil 33 beispielsweise den erlangten Zielabstand s dem Messziel T zu, um dadurch Abstandsdaten R4 zu erzeugen, und gibt diese Abstandsdaten R4 an die Mensch-Maschine-Schnittstelle 12 und eine Fahrzeugsteuerung 13 und Ähnliches aus.
6 zeigt eine Prozedur zum Messen des Abstands zudem Messziel. Das heißt, das Flussdiagramm der 6 zeigt die Prozedur zum Messen des Zielabstands s mittels der Spektrumsmessvorrichtung 11 gemäß dieser Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird die Prozedur zum Messen des Zielabstands aufeinanderfolgend in einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt.
Wie es in 6 gezeigt ist, erlangt die arithmetische Einheit 16 in Schritt S10, wenn die Verarbeitung zum Messen des Abstands gestartet wird, die Spektraldaten R0, die mittels des Spektralsensors 14 erlangt werden. Wenn die Spektraldaten R0 erlangt sind, wählt die arithmetische Einheit 16 in Schritt S11 das Pixel, das in dem Bild des Messziels T enthalten ist, als das interessierende Pixel aus. Das Messziel T wird auf der Grundlage des Messziels, das speziell von der Spektrumsmessvorrichtung 11 identifiziert wird, und einer Priorität des Messziels als Bedingungen ausgewählt. Wenn das interessierende Pixel ausgewählt ist, erfasst die arithmetische Einheit 16 in Schritt S12 die Bildausbildungsabstände des Bilds des Lichts, das zwei Wellenlängen aufweist, die zum Messen des Abstands ausgewählt wurden (Bildausbildungsabstandserfassungsschritt). Der Bildausbildungsabstand f wird auf der Grundlage der Bildschärfe des Bilds, das auf der Bildausbildungsebene 21a ausgebildet wird, die durch Bewegen des Detektors 21 geändert wird, erhalten. Wenn der Bildausbildungsabstand f erfasst wurde, berechnet die arithmetische Einheit 16 in Schritt S13 die Bildausbildungsrelativgröße D als die relative Beziehungsgröße zwischen den Bildausbildungsabständen des Bilds von Licht, das zwei Wellenlängen aufweist (Relativbeziehungsgrößenberechnungsschritt). Die Bildausbildungsrelativgröße D wird als die Differenz der Bildausbildungsabstände (D1, D2, D3) auf der Grundlage jedes Bildausbildungsabstands des Bilds des Lichts, das zwei Wellenlängen aufweist, berechnet. Wenn die Bildausbildungsrelativgröße D berechnet ist, berechnet die arithmetische Einheit 16 in Schritt S14 den Zielabstand s (Abstandsberechnungsschritt). Der Zielabstand s wird durch Erlangen des Abstands, der dem Bildausbildungsabstand entspricht, anhand der Kennliniendaten 18 hinsichtlich des Lichts, das zwei Wellenlängen aufweist, berechnet, wobei die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen berechnet wird.
Somit wird in dieser Ausführungsform die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen von zwei Wellenlängen verwendet. Daher kann beispielsweise im Vergleich zu einem Fall in dem der Zielabstand s auf der Grundlage des Bildausbildungsabstands einer einzelnen Wellenlänge erhalten wird, die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen derart eingestellt werden, dass sie in geeigneter Weise zum Messen des Abstands geändert wird. Das heißt, durch Auswählen von zwei Wellenlängen kann die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen entsprechend dem Zielabstand s geändert werden, so dass die Messgenauigkeit eingestellt bzw. angepasst werden kann.
Wie es oben beschrieben wurde, werden gemäß der Spektrumsmessvorrichtung dieser Ausführungsform die folgenden Vorteile erzielt.

(1) Normalerweise weist die Linse 20 unterschiedliche Brechungsindizes für jedes Licht mit einer Wellenlänge auf. Das heißt, wenn das Bild von Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, ausgebildet wird, erzeugt die Linse 20 chromatische Aberrationen, und daher ändern sich die Bildausbildungsabstände mit jedem Licht einer Wellenlänge. Außerdem ändert sich aufgrund der Variation des Abstands zwischen der Linse 20 und dem Messziel T ebenfalls der Bildausbildungsabstand des Bilds eines Lichts mit einer einzelnen Wellenlänge mit der Differenz des Ausdehnungswinkels θ des einfallenden Lichts L, das auf die Linse 20 einfällt. Die Linse 20 ist im Allgemeinen derart ausgelegt, dass die Bildausbildungsabstände von Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, in einem bestimmten Fall, in dem das Licht eine gewünschte Wellenlänge, die zu erzielen ist, aufweist, beispielsweise Wellenlänge von rotem Licht, grünem Licht und blauem Licht, für Bilder übereinstimmt. Mit anderen Worten werden chromatische Aberrationen korrigiert.

Wie es oben beschrieben wurde, wird der Zielabstand s auf die folgende Weise berechnet (gemessen). Das heißt, die Kennliniendaten 18 als die Korrelationsinformationen, die Informationen sind, die durch den Zielabstand s und die chromatischen Aberrationseigenschaften der Linse 20 bestimmt werden, werden mit der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen, die mittels Erfassung ermittelt wird, verglichen, so dass eine Korrelation zwischen der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen des Bilds der Lichts, das zwei Wellenlängen aufweist, und dem Abstand zu dem Messziel angegeben wird. Somit kann sogar in einem Fall, in dem die Linse 20 (optisches System), deren Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (chromatische Aberrationen) für die jeweiligen Wellenlängen nicht korrigiert wird, verwendet wird, der Zielabstand s gemessen werden. Das heißt, die Abstandsmessvorrichtung ist in der Lage, die Struktur des optischen Systems wie beispielsweise der Linse 20 zu vereinfachen, da keine Notwendigkeit besteht, die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (chromatische Aberrationen) für die jeweiligen Wellenlängen zu korrigieren.

(2) Außerdem wird gemäß dieser Ausführungsform der Bildausbildungsabstand jeder Wellenlänge unter Verwendung derselben Linse 20 (optisches System) erfasst, um die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (chromatische Aberrationen) für die jeweiligen Wellenlängen zu erhalten. Somit kann der Abstand durch ein optisches System, d. h. durch eine einzelne Kamera (Spektralsensor 14), gemessen werden. Daher kann im Vergleich zu einem Fall, in dem mehrere Kameras verwendet werden, der Freiheitsgrad der Anordnung der Kamera und Ähnliches erhöht werden, und daher besteht keine Notwendigkeit, die Anordnungsposition der Kamera mit hoher Genauigkeit aufrechtzuerhalten, womit es möglich wird, die Struktur der Abstandsmessvorrichtung zu vereinfachen.
(3) Außerdem wird gemäß dieser Ausführungsform Licht, das eine Wellenlänge aufweist, deren Bildausbildungsabstand nicht korrigiert wird, zum Messen des Abstands verwendet. Daher erhöht sich der Freiheitsgrad beim Auswählen und Entwickeln der Wellenlänge, die für die Abstandsmessvorrichtung verwendet wird, und der Freiheitsgrad beim Auswählen und Entwickeln des optischen Systems, das für diese Abstandsmessvorrichtung verwendet wird, erhöht sich ebenfalls.
(4) Die Linse 20 misst den Zielabstand s auf der Grundlage von Licht, das zwei Wellenlängen unterschiedlicher Brennweiten (Bildausbildungsabstände) aufweist. Das heißt, der Abstand zu dem Messziel T kann sogar in einem Fall von Licht mit zwei Wellenlängen gemessen werden, und daher ist die Ausführung der Abstandsmessung einfach.
(5) Die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (D1, D2, D2), d. h. die chromatischen Aberrationen, werden als die Bildausbildungsrelativgrößen von Licht, das zwei Wellenlängen aufweist, erfasst. Daher ist der arithmetische Betrieb, der für die Erfassung benötigt wird, einfach.
(6) Gemäß dieser Ausführungsform kann der Bildausbildungsabstand direkt aus dem Abstand zwischen der Linse 20 und der Bildausbildungsebene 21a durch Variieren des Abstands zwischen der Linse 20 und der Bildausbildungsebene 21a erhalten werden. Daher ist die Erfassung des Bildausbildungsabstands einfach.
(7) Wenn der Bildausbildungsabstand erhalten wird, wird die Bildausbildungsebene 21a in Bezug auf die Linse 20 bewegt. Somit wird die Bildausbildungsebene 21a, die kleiner als das optische System ist, bewegt, und daher wird eine Miniaturisierung und Vereinfachung der Vorrichtung erzielt. Die Bildausbildungsebene 21a, die aus den Bildelementen wie beispielsweise einer CCD besteht, ist kleiner und leichter als das optische System, und daher kann eine einfache Bewegungsstruktur der Bildausbildungsebene 21a erzielt werden.
(8) Der Spektralsensor 14 erfasst das Bild von Licht des Messziels T mit mehreren Wellenlängen, das durch die Linse 20 ausgebildet wird. Daher kann Licht, das beliebig viele Wellenlängen aufweist, erfasst werden. Somit erhöht sich der Freiheitsgrad bei der Auswahl der Wellenlänge, womit es einfach ist, in geeigneter Weise das Licht, das eine für den Messabstand geeignete Wellenlänge aufweist, entsprechend der Umgebung und dem Umgebungslicht auszuwählen. Außerdem kann der Spektralsensor 14 von sich aus Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, erfassen, was es einfach macht, die Abstandsmessvorrichtung aufzubauen. Das heißt, es ist möglich, die Abstandsmessvorrichtung unter Verwendung des vorhandenen Spektralsensors aufzubauen.

(Zweite Ausführungsform)
Die 7 bis 9 stellen eine Spektrumsmessvorrichtung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar. 7 zeigt schematisch die Struktur eines Spektralsensors 14. 8 zeigt schematisch einen Fall, bei dem das Bild eines Lichts mit einer Wellenlänge von 400 nm ausgebildet wird. 9(a) zeigt einen Fall, bei dem das Bild eines Lichts mit einer Wellenlänge von 800 nm nicht auf der Bildausbildungsebene 21a ausgebildet wird, und 9(b) zeigt einen Fall, bei dem das Bild auf der Bildausbildungsebene 21 ausgebildet wird. In dieser Ausführungsform besteht die Struktur des Spektralsensors 14 darin, dass die Bildausbildungsebene 21a nicht linear, sondern drehend bewegt wird, und diese Drehbewegung unterscheidet sich von dem Aufbau der ersten Ausführungsform. Die anderen Aufbauten ähneln denjenigen der ersten Ausführungsform, und daher werden hauptsächlich die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Punkte beschrieben, und es werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Komponenten verwendet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie es in 7 gezeigt ist, weist die Abstandsmessvorrichtung eine Schwenkwelle C zum Schwenken des Detektors 21 und eine Schwenkvorrichtung 25 zum Antreiben der Schwenkwelle C auf. Die Schwenkwelle C erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse AX der Linse 20. Eine Trägerstange, die sich von der Schwenkwelle C erstreckt, ist mit einem Endabschnitt des Detektors 21 verbunden. Der Bildausbildungsabstandserfassungsteil 31 dreht die Schwenkwelle C in einer Schwenkrichtung M2, die durch einen Pfeil gezeigt ist, durch Ausgeben eines Drehantriebsbefehlssignals R11 an die Schwenkvorrichtung 25. Daher wird die Bildausbildungsebene 21a vorwärts und rückwärts in einer Bogengestalt in Bezug auf die Linse 20 bewegt. Das heißt, der Abstand zwischen der Linse 20 und der Bildausbildungsebene 21a wird mit dem Schwenken der Schwenkwelle C variiert. Das heißt, durch Schwenken der Schwenkwelle C können die Bildausbildungsabstände des Bilds des Lichts kurzer Wellenlänge und des Bilds des Lichts langer Wellenlänge, die auf die Linse 20 einfallen, aus dem Abstand (Bildausbildungsabstand f) zwischen der Linse 20 und der Bildausbildungsebene 21a erfasst werden.
Wie es in 8 gezeigt ist, wird, wenn die Bildausbildungsebene 21a senkrecht zu der optischen Achse AX ist, das ferne/kurze durchgelassene Licht L11, das eine kurze Wellenlänge von 400 nm aufweist, auf den fernen/kurzen Bildausbildungspunkt F11 bei dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 abgebildet. In diesem Fall wird, wie es in 9(a) gezeigt ist, das ferne/lange durchgelassene Licht L12, das eine lange Wellenlänge von 800 nm aufweist, nicht auf der Bildausbildungsebene 21a abgebildet, die in dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 vorhanden ist. Daher wird die Bildausbildungsebene 21a rückwärts zu einer Position des fernen/langen Bildausbildungsabstands f12 auf der optischen Achse AX durch Drehen der Schwenkwelle C mit einem Winkel θa geneigt, so dass die Bildausbildungsebene 21a rückwärts geneigt wird. Als Ergebnis wird das ferne/lange durchgelassene Licht L12, das eine lange Wellenlänge von 800 nm aufweist, auf den Abschnitt der Bildausbildungsebene 21a abgebildet, der bei dem fernen/langen Bildausbildungspunkt F12 bei dem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 angeordnet ist. Somit kann die Differenz D1 der fernen Bildausbildungsabstände aus dem fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 und dem fernen/langen Bildausbildungsabstand f12 erhalten werden. Der Änderungsbetrag des Abstands in Bezug auf den fernen/kurzen Bildausbildungsabstand f11 kann als Ra × tanθa aus dem Abstand Ra zwischen der Schwenkwelle C und der optischen Achse AX und dem Winkel θa der Schwenkwelle C berechnet werden.
Wie es oben beschrieben wurde, können gemäß dieser Ausführungsform dieselben oder äquivalente Vorteile wie die oben beschriebenen Vorteile (1) bis (8) der obigen ersten Ausführungsform erzielt werden, und außerdem können die folgenden Vorteile erzielt werden.

(9) Die Bildausbildungsebene 21a wird durch Schwenken der Schwenkwelle C in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung in Bezug auf die Linse 20 bewegt. Daher kann die Struktur der Bewegung der Bildausbildungsebene 21a in Bezug auf die Linse 20 vereinfacht werden.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen können wie folgt modifiziert werden.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen ist nicht auf die Verwendung eines Filters für einfallendes Licht, bevor dieses auf die Linse 20 einfällt, beschränkt. Es kann ein Filter für Licht, das von der Linse 20 durchgelassen wird, verwendet werden. Somit erhöht sich der Freiheitsgrad zum Einfangen von Licht, das eine vorbestimmte Wellenlänge aufweist.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen ist nicht auf die Verwendung der Kennliniendaten 18 zum Berechnen des Zielabstands s auf der Grundlage der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen beschränkt. Der Abstand zu dem Messziel kann aus der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen auf der Grundlage eines arithmetischen Betriebs berechnet werden. Somit kann eine Verringerung des Speicherplatzes erzielt werden.
Wie es in 10 gezeigt ist, kann eine zweite Linse 27 zwischen der ersten Linse 20 und dem Messziel T vorgesehen sein. Die zweite Linse 27 wird durch die Antriebseinheit 26 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung in Bezug auf die Linse 20 bewegt. Die erste Linse 20 ist fixiert. Die zweite Linse 27 ist eine konkave Linse, und eine konkave Fläche der zweiten Linse 27 liegt der Linse 20 gegenüber. Der Spektraldatenprozessor 15 stellt den Zwischenlinsenabstand fa, der der Abstand zwischen der ersten Linse 20 und der zweiten Linse 27 ist, durch Einstellen der Bewegungsgröße der zweiten Linse 27 auf der Grundlage eines Antriebsbefehlssignals R12 ein. Die zweite Linse 27 erhöht den Ausdehnungswinkel θ des einfallenden Lichts L, das auf die erste Linse 20 einfällt. Das heißt, eine Erhöhung des Zwischenlinsenabstands fa entspricht einer Verringerung des Abstands (Bildausbildungsabstand f) zwischen der ersten Linse 20 und der Bildausbildungsebene 21a.
Somit kann der Spektraldatenprozessor 15 auf der Grundlage des Zwischenlinsenabstands fa zwischen der ersten Linse 20 und der zweiten Linse 27 den Bildausbildungsabstand des Bilds des Lichts, das jeweils eine Wellenlänge aufweist, berechnen. Das heißt, die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Struktur begrenzt, bei der der Bildausbildungsabstand, der einer jeweiligen Wellenlänge entspricht, durch Variieren des Abstands zwischen der ersten Linse 20 und dem Detektor erfasst wird, sondern es kann der Bildausbildungsabstand, der einer jeweiligen Wellenlänge entspricht, erfasst werden, während ein fester Abstand zwischen der ersten Linse 20 und der Bildausbildungsebene 21a aufrechterhalten wird. Mit dieser Struktur kann ebenfalls der Freiheitsgrad bei dem Entwurf des optischen Systems, das in der Abstandsmessvorrichtung verwendet werden kann, erhöht werden.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt beispielsweise einen Fall, bei dem der Detektor 21 auf der optischen Achse AX bewegt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Linse kann ebenfalls bewegt werden, während die optische Achse aufrechterhalten wird. Somit kann der Freiheitsgrad bei dem Entwurf des optischen Systems, das in der Abstandsmessvorrichtung verwendet werden kann, erhöht werden.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt einen Fall, bei dem der Detektor 21 an den Bildausbildungspunkten (F11, F12, F21, F22, F31, F32) der Linse 20 positioniert ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, einen Schlitz, der in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung in Bezug auf die Linse bewegt wird, an einer Position, bei der Bildausbildungspunkt des einfallenden Lichts liegt, vorzusehen. Gemäß dieser Struktur kann dieselbe Struktur wie die Struktur eines Aspekts eines bekannten Spektralsensors erzielt werden, die eine Struktur ist, bei der optische Intensitätsinformationen von mehreren Wellenlängenbändern durch beispielsweise Dispersion des Lichts, das durch den Schlitz verläuft, der an einer vorbestimmten Position fixiert ist, mittels eines Prismas erhalten werden. Wenn im Gegensatz dazu der Schlitz bewegt wird, verläuft Licht, das eine Wellenlänge aufweist, deren optische Aberrationen nicht korrigiert werden, durch den Schlitz wahlweise auf der Grundlage der Differenz zwischen Bildausbildungsabständen des Lichts. Daher kann der Zielabstand s auf der Grundlage der Bildschärfe des Bilds des Lichts, das eine Wellenlänge aufweist, die ein Passieren des Lichts durch den Schlitz ermöglicht, durch Erfassen der Bildausbildungsabstände und Berechnen der Differenz zwischen den Bildausbildungsabständen gemessen werden. Somit wird die Möglichkeit der Verwendung eines Aspekts des bekannten Spektralsensors erhöht.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt beispielsweise einen Fall, bei dem die Differenz zwischen Brennweiten (Differenz zwischen Bildausbildungsabständen) des Bilds von Licht, das zwei Wellenlängen aufweist, als die Bildausbildungsrelativgröße betrachtet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, das Verhältnis zwischen den Brennweiten (Verhältnis zwischen den Bildausbildungsabständen) von Licht, das zwei Wellenlängen aufweist, als die Bildausbildungsrelativgröße zu betrachten. Somit wird der Freiheitsgrad für ein Berechnungsverfahren der Bildausbildungsrelativgröße von Licht, das zwei Wellenlängen aufweist, erhöht. Daher kann ein geeignetes Messergebnis erzielt werden.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt beispielsweise einen Fall, bei dem der Zielabstand s auf der Grundlage einer Differenz zwischen Bildausbildungsabständen berechnet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, den Abstand zu dem Messziel auf der Grundlage von mehreren Differenzen der Bildausbildungsabstände zu berechnen. Auf der Grundlage der Differenzen der Bildausbildungsabstände kann der Abstand zu dem Messziel mit hoher Genauigkeit erhalten werden. Insbesondere wenn der Spektralsensor verwendet wird, können mehrere Differenzen der Bildausbildungsabstände auf der Grundlage des Bildausbildungsabstands des Bilds des Lichts, das eine Wellenlänge aufweist, die eine Erfassung ermöglicht, berechnet werden. Der Abstand kann einfach auf der Grundlage der Differenzen der Bildausbildungsabstände gemessen werden, und es kann die Genauigkeit des gemessenen Abstands erhöht werden.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt beispielsweise einen Fall, bei dem die Linse 20 eine konvexe Linse ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist ebenfalls möglich, dass die Linse aus mehreren Linsen aufgebaut ist oder eine andere Linse als die konvexe Linse enthält, solange das System ein optisches System ist, das in der Lage ist, das einfallende Licht abzubilden. Somit wird der Freiheitsgrad beim Entwickeln der Linse erhöht, und außerdem wird der Freiheitsgrad bei der Verwendung einer derartigen Abstandsmessvorrichtung erhöht.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt beispielsweise einen Fall, bei dem die chromatischen Aberrationen der Linse 20 nicht korrigiert werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist ebenfalls möglich, dass die chromatischen Aberrationen einer Wellenlänge, die nicht für die Abstandsmessung verwendet wird, korrigiert werden, und es ist ebenfalls möglich, dass die Korrektur der chromatischen Aberrationen für die Linse 20 einer Wellenlänge durchgeführt wird, die für die Abstandsmessung verwendet wird, solange der Grad der Korrektur gering ist. Somit wird die Möglichkeit der Verwendung der Linse 20 in der Abstandsmessvorrichtung erhöht.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt beispielsweise einen Fall, bei dem die kurze Wellenlänge 400 nm und die lange Wellenlänge 800 nm betragen, die in der Lage sind, die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen (Bildausbildungsrelativgröße) zu erhalten. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, dass die beiden Wellenlängen zum Erhalten der Bildausbildungsrelativgröße der Bildausbildungsabstände aus einem sichtbaren Licht und einem nicht sichtbaren Licht ausgewählt werden, solange sie eine Beziehung hinsichtlich der Erzeugung der chromatischen Aberrationen der Linse aufweisen. Das heißt, es kann entweder eine kürzere Wellenlänge oder eine längere Wellenlänge als 400 nm als die kurze Wellenlänge verwendet werden, und es kann entweder eine kürzere Wellenlänge oder eine längere Wellenlänge als 800 nm als die lange Wellenlänge verwendet werden. Somit erhöht sich der Freiheitsgrad bei der Auswahl der Wellenlänge in der Abstandsmessvorrichtung, und der Abstand kann in geeigneter Weise durch Auswählen einer Kombination von geeigneten Wellenlängen zum Messen des Abstands gemessen werden. Das nicht sichtbare Licht kann Ultraviolettstrahlen (nahe ultraviolette Strahlen) und/oder Infrarotstrahlen (einschließlich ferner Infrarotstrahlen, mittlerer Infrarotstrahlen, naher Infrarotstrahlen) enthalten.
Jede der oben beschriebenen Ausführungsformen zeigt einen Fall, bei dem, wenn der Zielabstand s lang ist, die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen groß wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen kann entsprechend der Variation des Abstands zu dem Messziel variiert werden. Das heißt, die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen wird verschiedentlich in Abhängigkeit von einer Beziehung zwischen Eigenschaften der Linse und mehreren ausgewählten Frequenzen variiert. Daher können die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen und der Abstand zu dem Messziel eine Beziehung aufweisen, die eine Zuordnung als Kennliniendaten findet, und die Differenz zwischen Bildausbildungsabständen kann verschiedentlich in Bezug auf den Abstand zu dem Messziel variiert werden. Somit kann der Freiheitsgrad beim Auswählen des optischen Systems, das in der Abstandsmessvorrichtung verwendet werden kann, erhöht werden.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
11: Spektrumsmessvorrichtung
12: Mensch-Maschine-Schnittstelle
13: Fahrzeugsteuerung
14: Spektralsensor
15: Spektraldatenprozessor
16: Arithmetische Einheit
17: Speicherteil
18: Kennliniendaten
20: Linse
21: Detektor
21a: Bildausbildungsebene
22: Antriebseinheit
25: Schwenkvorrichtung
26: Antriebseinheit
27: Zweite Linse
30: Pixelauswahlteil
31: Bildausbildungsabstandserfassungsteil
32: Bildausbildungsrelativgrößenberechnungsteil als Korrelationsberechnungsteil
33: Abstandsberechnungsteil
C: Schwenkwelle
T: Messziel
AX: Optische Achse
F11, F12, F21, F22, F31, F32: Bildausbildungspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-27501 [0006]
JP 2007-506074 [0006]

Claims

Abstandsmessvorrichtung zum Messen eines Zielabstands, der ein Abstand zu einem Messziel ist, durch optisches Erfassen des Messziels unter Verwendung einer Linse, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung, die ein Bild des Messziels durch Bewirken, dass Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, von dem Messziel emittiert wird, um ein Bild durch eine Linse auszubilden, erzeugt und Abbildungsabstände von der Linse zu dem Bild für jede Wellenlänge bestimmt, wodurch eine Bildausbildungsrelativgröße als eine Größe berechnet wird, die eine Relativbeziehung zwischen den Bildausbildungsabständen angibt; eine Speichereinrichtung zum Speichern von Korrelationsinformationen als Informationen, die durch chromatische Aberrationseigenschaften der Linse bestimmt werden, um eine Korrelation zwischen der Bildausbildungsrelativgröße und dem Zielabstand anzugeben; und eine Abstandsberechnungseinrichtung zum Berechnen des Zielabstands durch Vergleichen der Bildausbildungsrelativgröße mit den Korrelationsinformationen.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Licht zwei Wellenlängen, die unterschiedliche Bildausbildungsabstände aufweisen, aufweist und die Korrelationsinformationen Kennliniendaten bilden, in denen die Bildausbildungsrelativgröße dem Zielabstand zugeordnet ist.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Bildausbildungsrelativgröße eine Differenz zwischen Bildausbildungsabständen, die die Differenz zwischen Abbildungsabständen der beiden Wellenlängen ist, ist.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Bildausbildungsrelativgröße ein Bildausbildungsabstandsverhältnis ist, das das Verhältnis zwischen den Bildausbildungsabständen von zwei Wellenlängen ist.
Abstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei, um den Bildausbildungsabstand zu bestimmen, die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung derart ausgelegt ist, dass der Abstand zwischen der Linse und einer Bildausbildungsebene zum Aufnehmen des Bilds variabel ist.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung ausgelegt ist, die Bildausbildungsebene in Bezug auf die Linse zu bewegen.
Abstandsmessvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bildausbildungsebene ausgelegt ist, um eine Schwenkwelle zu schwenken, und die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung den Abstand zwischen der Linse und der Bildausbildungsebene durch Steuern des Schwenkens der Bildausbildungsebene variiert.
Abstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die außerdem aufweist: eine zweite Linse, die zwischen der ersten Linse und dem Messziel angeordnet ist, wobei die Bildausbildungsrelativgrößenberechnungseinrichtung den Bildausbildungsabstand auf der Grundlage des Abstands zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse bestimmt.
Abstandsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Linse ein Teil eines Spektralsensors zum Erfassen von Licht von dem Messziel ist.
Verfahren zum Messen eines Zielabstands, der ein Abstand zu einem Messziel ist, durch optisches Erfassen des Messziels unter Verwendung einer Linse, wobei das Verfahren aufweist: einen Bildausbildungsabstandserfassungsschritt zum Erzeugen eines Bilds des Messziels durch Bewirken, dass Licht, das mehrere Wellenlängen aufweist, von dem Messziel emittiert wird, um ein Bild durch die Linse auszubilden, und zum Erfassen von Bildausbildungsabständen von der Linse zu dem Bild für jede der Wellenlängen, einen Relativbeziehungsgrößenberechnungsschritt zum Berechnen einer Abbildungsrelativgröße, die eine Größe ist, die eine Relativbeziehung zwischen den Bildausbildungsabständen angibt; und einen Abstandsberechnungsschritt zum Berechnen des Zielabstands durch Abgleichen der Bildausbildungsrelativgröße mit Korrelationsinformationen, die Informationen zum Angeben einer Korrelation zwischen der Bildausbildungsrelativgröße und dem Zielabstand sind, die durch chromatische Aberrationseigenschaften der Linse bestimmt werden.
Verfahren zum Messen eines Abstands nach Anspruch 10, wobei der Bildausbildungsabstand in dem Bildausbildungsabstandserfassungsschritt für jede der beiden Wellenlängen erfasst wird, und die Korrelationsinformationen in dem Abstandsberechnungsschritt aus Kennliniendaten erhalten werden, in denen die Bildausbildungsrelativgröße dem Zielabstand zugeordnet ist.
Verfahren zum Messen eines Abstands nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Bildausbildungsabstände in dem Bildausbildungsabstandserfassungsschritt für jede Wellenlänge auf der Grundlage einer Bildschärfe des Bilds erfasst werden.