JP2022128518A - 測距カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の画像間の平行視差を用いず、かつ、被写体への一定パターンの照射を行わずに、被写体までの距離を算出することが可能な測距カメラを提供すること。【解決手段】測距カメラ１は、第１の光学系ＯＳ１と、第２の光学系ＯＳ２と、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像するための撮像部Ｓと、第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離を算出するための距離算出部４と、を備える。距離算出部４は、第１の被写体像の倍率と第２の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、被写体１００までの距離を算出する。第１の被写体像の倍率と第２の被写体像の倍率との像倍比は、被写体までの距離に応じて変化する。第１の光学系ＯＳ１の焦点距離と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離とは、互いに異なる。【選択図】図６

Description

本発明は、一般に、被写体までの距離を測定するための測距カメラに関し、より具体的には、被写体までの距離に応じた被写体像の倍率の変化が互いに異なる少なくとも２つの光学系によって形成された少なくとも２つの被写体像の像倍比に基づいて、被写体までの距離を測定する測距カメラに関する。

近年、被写体を撮像することにより、被写体までの距離を測定する測距カメラが提案されている。このような測距カメラとしては、被写体からの光を集光し、被写体像を形成するための光学系と、該光学系によって形成された被写体像を画像信号に変換するための撮像素子とを２対以上備えるステレオカメラ方式の測距カメラや、被写体に対して一定パターン（例えば、格子パターン）の光を照射するためのプロジェクターと、一定パターンの光が照射された被写体を撮像するための撮像系とを備えるパターン照射式の測距カメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ステレオカメラ方式の測距カメラでは、光学系と撮像素子の組み合わせを２対以上用いることにより、異なる平行視差を有する複数の画像を取得し、取得した複数の画像間の平行視差に基づいて、被写体までの距離を算出する。複数の画像間の平行視差に基づいて被写体までの距離を正確に算出するためには、大きな平行視差を取得する必要がある。そのため、１つの測距カメラ内において、２つ以上の光学系を、光軸方向と直交する平行方向にそれぞれ大きく離間して配置する必要があり、測距カメラのサイズが増大してしまう。また、ステレオカメラ方式の測距カメラでは、被写体が測距カメラから非常に近い位置にある場合、得られる画像間の平行視差が重複せず、被写体までの距離を算出することができないという問題があった。

パターン照射方式の測距カメラでは、被写体に対して一定パターンの光を照射し、被写体に投影された一定パターンの歪みを解析することにより被写体までの距離を測定している。そのため、パターン照射方式の測距カメラでは、被写体に対して一定パターンの光を照射するためのプロジェクターが必要となり、測距カメラの構成が大規模になってしまう。また、一般的に被写体に対して照射する一定パターンの光は、可視光外の波長の光であるため、パターン照射方式の測距カメラでは、特殊な光源が必要となり、通常の撮影用には使用が困難である。

特開２０１３－１９０３９４号公報

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、複数の画像間の平行視差を用いず、かつ、被写体への一定パターンの照射を行わずに、被写体までの距離を算出することが可能な測距カメラを提供することにある。

このような目的は、以下の（１）～（６）の本発明により達成される。
（１）被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、前記第１の被写体像の倍率と前記第２の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、前記被写体までの前記距離を算出し、
前記第１の光学系は、固定焦点光学系であり、
前記第２の光学系は、前記第２の光学系を構成するレンズの少なくとも１つが駆動可能に構成された自動焦点光学系であり、
前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比は、前記被写体までの前記距離に応じて変化し、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の変化と異なるようになっていることを特徴とする測距カメラ。

（２）前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比の値と、前記被写体までの距離との間には、一対一関係が成立している上記（１）に記載の測距カメラ。

（３）前記距離算出部は、
前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、
前記第１の光学系の前記焦点距離と、
前記第２の光学系の前記焦点距離と、
前記第１の光学系の射出瞳から、無限遠に位置する前記被写体の前記第１の被写体像の結像位置までの距離と、
前記撮像部の撮像面で前記第１の被写体像がベストピントとなる場合の前記第１の光学系の前側主点から、前記被写体までの距離と、
前記第１の光学系が前記無限遠にピントが合うように構成された場合の前記第１の光学系の前記前側主点の位置からの前記第１の光学系の前記前側主点の位置のシフト量の総量と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出する上記（１）または（２）に記載の測距カメラ。

（４）被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
前記距離算出部は、
前記第１の被写体像の倍率と前記第２の被写体像の倍率との像倍比と、
前記第１の光学系の焦点距離と、
前記第２の光学系の焦点距離と、
前記第１の光学系の射出瞳から、無限遠に位置する前記被写体の前記第１の被写体像の結像位置までの距離と、
前記撮像部の撮像面で前記第１の被写体像がベストピントとなる場合の前記第１の光学系の前側主点から、前記被写体までの距離と、
前記第１の光学系が前記無限遠にピントが合うように構成された場合の前記第１の光学系の前記前側主点の位置からの前記第１の光学系の前記前側主点の位置のシフト量の総量と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出することを特徴とする測距カメラ。

（５）前記第１の光学系は、固定焦点光学系であり、
前記第２の光学系は、前記第２の光学系を構成するレンズの少なくとも１つが駆動可能に構成された自動焦点光学系である上記（４）に記載の測距カメラ。

（６）前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比の値と、前記被写体までの距離との間には、一対一関係が成立している上記（４）または（５）に記載の測距カメラ。

本発明の測距カメラでは、被写体までの距離に応じた被写体像の倍率の変化が互いに異なるよう構成された２つの光学系を用い、該２つの光学系によってそれぞれ形成された２つの被写体像の像倍比（倍率の比）に基づいて、被写体までの距離を測定することができる。そのため、本発明の測距カメラでは、従来の複数の画像間の平行視差を用いたステレオカメラ方式の測距カメラと異なり、大きな平行視差を確保する必要がないため、２つの光学系を、光軸方向と直交する平行方向において近接して配置しても、被写体までの距離を正確に算出することができる。これにより、従来のステレオカメラ方式の測距カメラと比較して、測距カメラの小型化を実現することができる。また、本発明によれば、平行視差を考慮して測距カメラを設計する必要がなくなるため、測距カメラの設計の自由度を増大させることができる。また、本発明の測距カメラでは、被写体までの距離を算出するために平行視差を用いていないため、被写体が測距カメラから非常に近い位置にあり、得られる画像間の平行視差が重複しないような場合であっても、被写体までの距離を測定することができる。

また、本発明の測距カメラでは、従来のパターン照射方式の測距カメラと異なり、一定パターンの光を被写体に照射するプロジェクター等の特殊な光源を用いる必要がない。そのため、測距カメラのシステム構成をシンプルにすることができる。これにより、従来のパターン照射方式の測距カメラと比較して、測距カメラの小型化、軽量化、低消費電力化、および低コスト化を実現することができる。また、本発明の測距カメラでは、従来のパターン照射方式の測距カメラと異なり、可視光外の波長の光を照射するための特殊な光源を用いる必要がないため、通常の撮影を実行することもできる。

本発明の測距カメラの測距原理を説明するための図である。 本発明の測距カメラの測距原理を説明するための図である。 本発明の測距カメラの測距原理を説明するための図である。 非合焦状態で撮像された第１の被写体像の倍率と、合焦状態で撮像された第１の被写体像の倍率との関係を説明するための図である。 図３に示す第１の光学系によって形成される第１の被写体像の倍率と、図２に示す第２の光学系によって形成される第２の被写体像の倍率との像倍比が、被写体までの距離に応じて変化することを説明するためのグラフである。 本発明の第１実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。 本発明の測距カメラによって実行される測距方法を説明するためのフローチャートである。

最初に、本発明の測距カメラにおいて用いられている、被写体までの距離を算出するための測距原理について説明する。

最初に、図１に示すように、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２を用いて、無限遠に位置する被写体１００を撮像する場合を考える。第１の撮像系ＩＳ１は、被写体１００からの光を集光して、第１の被写体像を形成するための第１の光学系ＯＳ１と、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像を撮像するための第１の撮像素子Ｓ１とを備えている。第１の光学系ＯＳ１は、固定焦点光学系であり、第１の光学系ＯＳ１のフォーカス動作は実行不可能に構成されている。そのため、第１の撮像系ＩＳ１は、固定焦点撮像系であり、第１の撮像系ＩＳ１の合焦位置は、第１の撮像系ＩＳ１の構成時に設定される第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１との離間距離によって決定される。図１に示す例では、第１の光学系ＯＳ１および第１の撮像素子Ｓ１は、無限遠にピントが合うように構成および配置されている。

第２の撮像系ＩＳ２は、被写体１００からの光を集光して、第２の被写体像を形成するための第２の光学系ＯＳ２と、第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）を駆動することにより、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行するためのレンズ駆動部ＡＦと、第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像するための第２の撮像素子Ｓ２とを備えている。第２の光学系ＯＳ２は、自身を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）が駆動可能に構成された自動焦点光学系であり、レンズ駆動部ＡＦによるフォーカス動作が実行可能となっている。

第２の光学系ＯＳ２および第２の撮像素子Ｓ２は、レンズ駆動部ＡＦが第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つを駆動する（繰り出す）ことによるフォーカス動作を実行していない初期状態において、無限遠にピントが合うように配置されている。図１に示す例では、第２の撮像系ＩＳ２のピントが無限遠に位置する被写体１００に合わせられている。また、図１から明らかなように、第１の撮像素子Ｓ１の第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の撮像素子Ｓ２の第２の光学系ＯＳ２の光軸は、平行であるが、一致していない。なお、図示の形態では、説明の簡略化のため、第１の光学系ＯＳ１は、第１の光学系ＯＳ１の後側主点が、第１の光学系ＯＳ１の中心位置にあるものとして概略的に示されており、同様に、第２の光学系ＯＳ２は、第２の光学系ＯＳ２の後側主点が、第２の光学系ＯＳ２の中心位置にあるものとして概略的に示されている。

図１のように、同一の被写体距離にある被写体１００を、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２で撮像すると、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の焦点距離等に関わらず、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離とは、互いに等しくなる。

図１に示すように、被写体１００が無限遠に位置し、さらに、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２のピントが無限遠に合っている場合、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１と等しくなり、さらに、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの距離は、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２と等しくなる。

一方、第１の撮像系ＩＳ１のような固定焦点撮像系は、被写界深度を有効に使うためや、所望の距離に位置する被写体１００を撮像する場合に、予め設定された任意の距離にピントが合うように構成されることがある。このように、任意の距離にピントが合うように構成された固定焦点撮像系である第１の撮像系ＩＳ１と、フォーカス動作（オートフォーカス動作）を実行可能な自動焦点撮像系である第２の撮像系ＩＳ２とを用いて、無限遠に位置する被写体１００を撮像する場合を考える。図２には、任意の距離にピントが合うよう構成された第１の撮像系ＩＳ１と、第２の撮像系ＩＳ２とを用いて、無限遠に位置する被写体１００を撮像する場合の例が示されている。

図２に示す状態では、第１の撮像系ＩＳ１は、任意の距離にピントが合うよう構成されているので、第１の撮像系ＩＳ１の前側主点の位置は、第１の撮像系ＩＳ１が無限遠にピントが合うよう構成された場合の前側主点の位置よりも、被写体１００側に、ｄ_ＦＣだけシフトしている。また、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１よりも長くなっている。そのため、図２に示す状態において、第１の撮像系ＩＳ１は、非合焦状態で被写体１００の撮像を実行する。一方、第２の撮像系ＩＳ２のピントは、無限遠に合っている。そのため、図２に示す状態において、第２の撮像系ＩＳ２は、合焦状態で被写体１００の撮像を実行する。なお、図２中において、ＥＰ_１は、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、無限遠に位置する被写体１００の第１の被写体像の結像位置までの距離である。

この場合、同一の被写体１００を撮像しているにも関わらず、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離（被写体距離）Ａと、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離（被写体距離）ａは、一致しない。この２つの距離Ａ、ａの関係は、下記式（１）で表すことができる。

次に、任意の距離にピントが合うよう構成された第１の撮像系ＩＳ１と、第２の撮像系ＩＳ２とを用いて、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から距離Ａだけ離れて位置（第２の光学系ＯＳ２の前側主点から距離ａだけ離れて位置）する被写体１００を撮像する場合を考える。図３には、任意の距離にピントが合うよう構成された第１の撮像系ＩＳ１と、第２の撮像系ＩＳ２を用いて、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から距離Ａだけ離れて位置（第２の光学系ＯＳ２の前側主点から距離ａだけ離れて位置）する被写体１００を撮像する場合の例が示されている。

この場合、第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離に、被写体１００が位置していなければ、第１の撮像系ＩＳ１は、非合焦状態で被写体１００の撮像を実行する。一方、第２の撮像系ＩＳ２では、レンズ駆動部ＡＦによって第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つが被写体１００側に、シフト量Δｂだけ繰り出され、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作（オートフォーカス動作）が実行される。そのため、第２の撮像系ＩＳ２は、合焦状態で被写体１００の撮像を実行する。なお、レンズ駆動部ＡＦによって第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つが被写体１００側に繰り出され、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行される際、第２の光学系ＯＳ２の前側主点の位置が、被写体１００側に、ｓだけシフトする。そのため、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離は、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作実行前からシフト量ｓだけ少なくなる。このように、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離は、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作実行によってシフト量ｓだけ変動するが、一度第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作実行が実行され、被写体１００に対してピントが合わせられると、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離は、固定される。

この第２の光学系ＯＳ２の前側主点の位置のシフト量ｓおよび第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つのシフト量Δｂは、被写体１００の位置と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２との関係によって決定される。なお、図３中において、Ｄは、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の光軸方向の奥行視差である。

この場合も図２に示す場合と同様に、同一の被写体１００を撮像しているにも関わらず、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａと、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａは、一致しない。この２つの距離Ａ、ａの関係は、下記式（２）で表すことができる。

また、第１の撮像系ＩＳ１の前側主点の位置のシフト量は、第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１間の距離の変更による第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離の調整以外の要因、例えば、第１の撮像系ＩＳ１の位置の変更によっても、変化する。第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１間の距離の変更による第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離の調整以外の要因を考慮した場合、上記式（２）は、下記式（３）のように表すことができる。

ここで、ｄ_ＦＣは、第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１間の距離の変更による第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離の調整により生じた第１の光学系ＯＳ１の前側主点の位置のシフト量であり、ｄ_ｐは、第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離の調整以外の要因により生じた第１の光学系ＯＳ１の前側主点の位置のシフト量であり、ｄ_ａｌｌは、第１の光学系ＯＳ１の前側主点の位置のシフト量の総量であり、ｄ_ａｌｌ＝ｄ_ＦＣ＋ｄ_ｐで表される。

一方、第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２の前側主点のシフト量ｓは、レンズの公式から、下記式（４）で表すことができる。

第１の光学系ＯＳ１は、固定焦点光学系であるため、第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離は、第１の撮像系ＩＳ１の構成時に固定される。そのため、被写体１００が第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離に位置している場合以外は、第１の撮像系ＩＳ１は、非合焦状態で被写体１００の撮像を実行する。

このような非合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率Ｍ_１は、合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率ｍ_１とは異なるものとなる。図４には、非合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率Ｍ_１と、合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率ｍ_１との関係を説明するための図が示されている。

図４には、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が無限遠に存在する場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ_１、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が距離Ａに存在する場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ_ＯＤ１、および第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離ＥＰ_ＦＤ１が示されている。

第１の光学系ＯＳ１の前側主点から距離Ａだけ離れて位置（第２の光学系ＯＳ２の前側主点から距離ａだけ離れて位置）する被写体１００の第１の被写体像は、図４中の結像位置（Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ）において合焦状態となり、それ以外の箇所、例えば、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上において非合焦状態となる。合焦状態の第１の被写体像のサイズと、非合焦状態の第１の被写体像のサイズとの比は、図４中の射出瞳を頂点とする２つの直角三角形の相似関係から、ＥＰ_ＦＤ１／ＥＰ_ＯＤ１で得ることができる。非合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率Ｍ_１と合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率ｍ_１との比も、ＥＰ_ＦＤ１／ＥＰ_ＯＤ１になるので、非合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率Ｍ_１は下記式（５）で表すことができる。

また、合焦状態で撮像された被写体１００の第１の被写体像の倍率ｍ_１は、レンズの公式から、下記式（６）で表すことができる。

また、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離は、レンズの公式から、（１／ｆ_１－１／ＦＣ_１）^－１で表すことができる。ここで、ＦＣ_１は、第１の撮像系ＩＳ１の合焦距離を調整する際に用いられた任意の被写体距離（焦点調整距離）である。すなわち、被写体１００が、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から距離ＦＣ_１だけ離れて位置する場合、合焦状態の第１の被写体像が第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される。そうすると、図４に示す位置関係から、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離ＥＰ_ＦＤ１を下記式（７）で表すことができる。

さらに、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から被写体１００の第１の被写体像の結像位置までの距離は、レンズの公式から、（１／ｆ_１－１／Ａ）^－１で表すことができる。そうすると、図４に示す位置関係から、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、被写体１００が距離Ａに存在する場合の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ_ＯＤ１を下記式（８）で表すことができる。

さらに、上記式（６）～（８）を用いて、非合焦状態で撮像された第１の被写体像の倍率Ｍ_１についての上記式（５）を変形すると、下記式（９）を得ることができる。

図３に戻り、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の倍率Ｍ_２を考える。上述のように、第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２は、自動焦点光学系であり、レンズ駆動部ＡＦは、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作を実行可能である。したがって、第２の撮像系ＩＳ２が、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から距離ａだけ離れて位置する被写体１００を撮像する際、レンズ駆動部ＡＦによって第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行され、第２の撮像系ＩＳ２のピントが距離ａに位置する被写体１００に合う。このように、第２の撮像系ＩＳ２は自動焦点撮像系であるため、第２の撮像系ＩＳ２は、合焦状態で、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から距離ａだけ離れて位置する被写体１００を撮像する。

合焦状態で撮像された被写体１００の第２の被写体像の倍率Ｍ_２は、レンズの公式から、下記式（１０）で表すことができる。

したがって、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率Ｍ_１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲは、下記式（１１）で表すことができる。

さらに、下記式（１２）～（１４）で表される関係式を上記式（１１）に代入すると、像倍比ＭＲについての下記式（１５）を得ることができる。

さらに、上記式（３）で表される第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａについての関係式Ａ＝ａ＋ｓ－ｄ_ａｌｌを上記式（１５）に代入すると、像倍比ＭＲについての下記式（１６）を得ることができる。

ここで、上記式（１６）から、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａについての下記式（１７）を得ることができる。

さらに、下記式（１８）および（１９）で表される関係式を上記（１７）に代入すると、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａについての下記式（２０）を得ることができる。

さらに、上記式（２０）に、上記式（４）で表される第２の光学系ＯＳ２の前側主点のシフト量ｓについての関係式ｓ＝－ｆ_２ ^２／（ｆ_２－ａ）を代入すると、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａについての下記式（２１）を得ることができる。

さらに、上記式（２１）を、距離ａについて整理すると、下記式（２２）で表される距離ａについての二次方程式を得ることができる。

上記式（２２）の二次方程式を解くと、下記一般式（２３）および（２４）で表される距離ａについての２つの解が得られる。

上記一般式（２３）および（２４）によって表される距離ａについての２つの解の内、いずれの解が距離ａとして適当であるかは、以下の方法によって判別される。

まず、上記一般式（２３）によって表される解と、上記一般式（２３）によって表される解が共に正の値であり、かつ、互いに等しい場合、両方の解が距離ａとして適当となる。一方、上記一般式（２３）によって表される解と、上記一般式（２３）によって表される解とが一致しない場合は、以下の手順により、上記一般式（２３）および（２４）で得られる２つの解の内、いずれが距離ａとして適当であるかが判別される。

まず、上記一般式（２３）で得られる解を用いて、第１の被写体像の倍率Ｍ_１および第２の被写体像の倍率Ｍ_２を計算する。次に、上記一般式（２３）で得られる解を用いて計算された第１の被写体像の倍率Ｍ_１および第２の被写体像の倍率Ｍ_２から、第１の被写体像のサイズと、第２の被写体像のサイズを算出する。さらに、ここで得られた第１の被写体像のサイズと、第２の被写体像のサイズとの差分ΔＳｚ１（以下、第１のサイズ差分ΔＳｚ１という）を得る。

次に、上記一般式（２４）で得られる解を用いて、第１の被写体像の倍率Ｍ_１および第２の被写体像の倍率Ｍ_２を計算する。次に、上記一般式（２４）で得られる解を用いて計算された第１の被写体像の倍率Ｍ_１および第２の被写体像の倍率Ｍ_２から、第１の被写体像のサイズと、第２の被写体像のサイズを算出する。さらに、ここで得られた第１の被写体像のサイズと、第２の被写体像のサイズとの差分ΔＳｚ２（以下、第２のサイズ差分ΔＳｚ２という）を得る。

一方、後述するように、第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１および第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２は、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２が第１の被写体像および第２の被写体像を撮像することにより取得される、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から算出することができる。そのため、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から、算出された第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１と、第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２を取得し、その差分ΔＳｚ３（以下、実際のサイズ差分ΔＳｚ３）を得る。

上記一般式（２３）および（２４）によって表される距離ａについての２つの解の内、距離ａとして適当な一方を用いて算出された第１の被写体像のサイズと、第２の被写体像のサイズとの差分（第１のサイズ差分ΔＳｚ１および第２のサイズ差分ΔＳｚ２のいずれか一方）は、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から算出された第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１と、第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２の差分（実際のサイズ差分ΔＳｚ３）と等しくなる。

一方、上記一般式（２３）および（２４）によって表される距離ａについての２つの解の内、距離ａとして不適当な一方を用いて算出された第１の被写体像のサイズと、第２の被写体像のサイズとの差分（第１のサイズ差分ΔＳｚ１および第２のサイズ差分ΔＳｚ２のいずれか一方）は、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から算出された第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１と、第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２の差分（実際のサイズ差分ΔＳｚ３）と一致しない。

したがって、第１のサイズ差分ΔＳｚ１および第２のサイズ差分ΔＳｚ２を、実際のサイズ差分ΔＳｚ３と比較した結果、第１のサイズ差分ΔＳｚ１が実際のサイズ差分ΔＳｚ３と一致した場合（ΔＳｚ１＝ΔＳｚ３の場合）には、上記一般式（２３）で表される解が、距離ａとして適当となる。一方、第１のサイズ差分ΔＳｚ１および第２のサイズ差分ΔＳｚ２を、実際のサイズ差分ΔＳｚ３と比較した結果、第２のサイズ差分ΔＳｚ２が実際のサイズ差分ΔＳｚ３と一致した場合（ΔＳｚ２＝ΔＳｚ３の場合）には、上記一般式（２４）で表される解が、距離ａとして適当となる。本発明においては、このような方法により、上記一般式（２３）および（２４）によって表される距離ａについての２つの解の内、いずれの解が距離ａとして適当であるかを判別している。

また、上記一般式（２３）および（２４）内における係数ｆ_２、Ｋ、ｄ_ａｌｌ、Ｘ、Ｙの内、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２は、固定値である。第１の光学系ＯＳ１の前側主点のシフト量の総量ｄ_ａｌｌは、第１の光学系ＯＳ１の構成および配置時に決定される固定値である。

係数Ｋは、上記式（１２）Ｋ＝ｆ_１・｛ＥＰ_１・（ＦＣ_１－ｆ_１）＋ｆ_１ ^２｝から明らかなように、第１の光学系ＯＳ１の構成および配置時に決定される固定値である第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、無限遠に位置する被写体１００の第１の被写体像の結像位置までの距離ＥＰ_１、および第１の撮像素子Ｓ１の撮像面で第１の被写体像がベストピントとなる場合の第１の光学系ＯＳ１の前側主点から、被写体１００までの距離ＦＣ_１から得られる。したがって、係数Ｋは、固定値である。

一方、係数Ｘは、上記式（１８）Ｘ＝ＭＲ・Ｚ・ｆ_２から明らかなように、像倍比ＭＲと、上記式（１３）Ｚ＝ＥＰ_１・（ＦＣ_１－ｆ_１）で表される係数Ｚと、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２から得られる。第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２は、第２の光学系ＯＳ２の構成に決定される固定値である。さらに、係数Ｚを得るためのＥＰ_１、ＦＣ_１、およびｆ_１は、第１の光学系ＯＳ１の構成および配置時に決定される固定値なので、係数Ｚは固定値である。そうすると、像倍比ＭＲを得ることができれば、係数Ｘを得ることができる。

同様に、係数Ｙは、上記式（１９）Ｙ＝ＭＲ・Ｗ・ｆ_２から明らかなように、像倍比ＭＲと、上記式（１４）Ｗ＝－ｆ_１・ＥＰ_１・（ＦＣ_１－ｆ_１）＋ｆ_１ ^２・（ＦＣ_１－ｆ_１）で表される係数Ｗと、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２から得られる。第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２は、第２の光学系ＯＳ２の構成に決定される固定値である。さらに、係数Ｗを得るためのＥＰ_１、ＦＣ_１、およびｆ_１は、第１の光学系ＯＳ１の構成および配置時に決定される固定値なので、係数Ｗは固定値である。そうすると、像倍比ＭＲを得ることができれば、係数Ｙを得ることができる。

したがって、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率Ｍ_１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲ（＝Ｍ_１／Ｍ_２）を得ることができれば、上記一般式（２３）または（２４）を用いて、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出することができる。

図５には、上記一般式（２３）および（２４）に基づいて算出された、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の倍率Ｍ_１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の倍率Ｍ_２、および第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲと、被写体１００までの距離ａとの関係の１例が示されている。図５から明らかなように、被写体１００までの距離ａに応じて像倍比ＭＲの値が変化するため、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを特定することができる。

一方、像倍比ＭＲは、下記式（２５）によって、算出することができる。下記式（２５）中において、ｓｚは、被写体１００のサイズ（高さまたは幅）、Ｓｚ_１は、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の被写体像の実際のサイズ（像高または像幅）、Ｓｚ_２は、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の被写体像の実際のサイズ（像高または像幅）である。

第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１および第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２は、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２が第１の被写体像および第２の被写体像を撮像することにより取得される、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から算出することができる。そのため、実際に被写体１００を第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２を用いて撮像することにより得られた第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から、第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１および第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２を実測し、それに基づいて、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲを得ることができる。

本発明の測距カメラは、上述の原理により、実測される第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１および第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２に基づいて、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲを算出し、さらに、算出した像倍比ＭＲを用いて、被写体１００までの距離ａを算出する。

なお、像倍比ＭＲに関する上記式（１１）や上記式（１６）から明らかなように、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１が第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２と等しく（ｆ_１＝ｆ_２）、かつ、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行方向（光軸方向）の差Ｄが存在しない（Ｄ＝０、すなわち、第１の光学系ＯＳ１の前側主点のシフト量の総量ｄ_ａｌｌが第２の光学系ＯＳ２の前側主点のシフト量ｓと等しい（ｄ_ａｌｌ＝ｓ）、かつ、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａが第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａと等しい（Ａ＝ａ））場合、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、像倍比ＭＲは定数となる。この場合、被写体１００までの距離ａに応じた第１の被写体像の倍率Ｍ_１の変化が、被写体１００までの距離ａに応じた第２の被写体像の倍率Ｍ_２の変化と同一になってしまい、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出することが不可能となる。

したがって、本発明の測距カメラでは、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立するための以下の第１の条件および第２の条件の少なくとも１つが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置され、これにより、被写体１００までの距離に応じた第１の被写体像の倍率Ｍ_１の変化が、被写体１００までの距離に応じた第２の被写体像の倍率Ｍ_２の変化と異なるようになっている。

（第１の条件）第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２とが、互いに異なる（ｆ_１≠ｆ_２）
（第２の条件）第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に光軸方向の奥行視差Ｄが存在する（Ｄ≠０）

そのため、本発明の測距カメラを用いて取得された第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号から実測される第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１および第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２から像倍比ＭＲを算出することにより、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出することができる。また、上記式（３）を用いて、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａから、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａを算出することができる。

以下、上述の原理を利用して、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａ（および第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａ）を算出する本発明の測距カメラを、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳述する。

＜第１実施形態＞
最初に、図６を参照して本発明の測距カメラの第１実施形態を説明する。図６は、本発明の第１実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。

図６に示す測距カメラ１は、測距カメラ１の制御を行う制御部２と、被写体１００からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系ＯＳ１と、被写体１００からの光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系ＯＳ２と、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行するためのレンズ駆動部ＡＦと、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像するための撮像部Ｓと、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲと、被写体１００までの距離ａとを関連付ける関連付情報を記憶している関連付情報記憶部３と、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離ａを算出するための距離算出部４と、撮像部Ｓが取得した第１の被写体像または第２の被写体像と、距離算出部４によって算出された被写体１００までの距離ａとに基づいて、被写体１００の３次元画像を生成するための３次元画像生成部５と、液晶パネル等の任意の情報を表示するための表示部６と、使用者による操作を入力するための操作部７と、外部デバイスとの通信を実行するための通信部８と、測距カメラ１の各コンポーネント間のデータの授受を実行するためのデータバス９と、を備えている。

なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１の構成および第２の光学系ＯＳ２の構成は、説明のための１例にすぎず、本発明はこれに限られない。第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれは、上述の第１の条件および第２の条件の少なくとも１つを満たし、被写体１００までの距離に対する第１の被写体像の倍率Ｍ_１の変化が、被写体１００までの距離に対する第２の被写体像の倍率Ｍ_２の変化と異なっていれば如何なる態様であってもよい。しかしながら、本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するために要求される上述の第１の条件および第２の条件の内、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２とが、互いに異なる（ｆ_１≠ｆ_２）という第１の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の第２の条件（Ｄ≠０）を満たすように構成および配置されていない。

本実施形態の測距カメラ１は、撮像部Ｓによって被写体１００を撮像することにより第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲを算出し、さらに、上記一般式（２３）または（２４）を用いて、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出する。また、本実施形態の測距カメラ１は、必要な場合には、上記式（３）を用いて、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａから、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａを算出する。

以下、測距カメラ１の各コンポーネントについて詳述する。制御部２は、データバス９を介して、各コンポーネントとの間の各種データや各種指示の授受を行い、測距カメラ１の制御を実行する。制御部２は、演算処理を実行するためのプロセッサーと、測距カメラ１の制御を行うために必要なデータ、プログラム、モジュール等を保存しているメモリーとを備えており、制御部２のプロセッサーは、メモリー内に保存されているデータ、プログラム、モジュール等を用いることにより、測距カメラ１の制御を実行する。また、制御部２のプロセッサーは、測距カメラ１の各コンポーネントを用いることにより、所望の機能を提供することができる。例えば、制御部２のプロセッサーは、距離算出部４を用いることにより、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離ａを算出するための処理を実行することができる。

制御部２のプロセッサーは、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサー、マイクロコンピューター、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリーコントロールユニット（ＭＣＵ）、画像処理用演算処理装置（ＧＰＵ）、状態機械、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれらの組み合わせ等のコンピューター可読命令に基づいて信号操作等の演算処理を実行する演算ユニットである。特に、制御部２のプロセッサーは、制御部２のメモリー内に保存されているコンピューター可読命令（例えば、データ、プログラム、モジュール等）をフェッチし、信号操作および制御を実行するよう構成されている。

制御部２のメモリーは、揮発性記憶媒体（例えば、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、不揮発性記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ハードディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク）、またはこれらの組み合わせを含む着脱式または非着脱式のコンピューター可読媒体である。

第１の光学系ＯＳ１は、被写体１００からの光を集光し、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に第１の被写体像を形成する機能を有する。第２の光学系ＯＳ２は、被写体１００からの光を集光し、撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に第２の被写体像を形成するための機能を有する。第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、１つ以上のレンズと絞り等の光学素子から構成されている。また、図示のように、第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の光学系ＯＳ２の光軸は、平行であるが、一致してない。

また、第１の光学系ＯＳ１は、固定焦点光学系である。そのため、第１の光学系ＯＳ１を構成するレンズは、フォーカス動作のために駆動可能に構成されていない。一方、第２の光学系ＯＳ２は、自動焦点光学系であり、第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）は、レンズ駆動部ＡＦによって光軸方向に駆動（繰り出し）可能に構成されている。

上述のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２とが、互いに異なるよう（ｆ_１≠ｆ_２）、構成されている。これにより、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像の倍率Ｍ_１の被写体１００までの距離に応じた変化が、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の倍率Ｍ_２の被写体１００までの距離に応じた変化と異なるように構成されている。

レンズ駆動部ＡＦは、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）を光軸方向に駆動させ（繰り出し）、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作（または、オートフォーカス動作）を実行する機能を有している。レンズ駆動部ＡＦは、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作を実行できれば特に限定されず、例えば、ＤＣモーター、ステッピングモーター、ボイスコイルモーター等のアクチュエーターにより構成することができる。

なお、制御部２のプロセッサーは、コントラストオートフォーカス技術や位相差オートフォーカス技術等の任意のオートフォーカス技術を用いて、レンズ駆動部ＡＦを駆動し、第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作を実現する。

撮像部Ｓは、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像を撮像し、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号を取得する機能を有している。本実施形態では、撮像部Ｓは、第１の被写体像を撮像し、第１の被写体像の画像信号を取得するための第１の撮像素子Ｓ１と、第２の被写体像を撮像し、第２の被写体像の画像信号を取得するための第２の撮像素子Ｓ２と、を備えている。

第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの離間距離は、測距カメラ１の構成時に設定される任意の距離に位置する被写体１００の第１の被写体像が、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に合焦状態で形成されるよう設定されている。換言すれば、測距カメラ１の構成時に設定される任意の距離にピントが合うように、第１の光学系ＯＳ１および第１の撮像素子Ｓ１が配置されている。

一方、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの離間距離は、レンズ駆動部ＡＦによる第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行されていない初期状態（図６中において、第２の光学系ＯＳ２が点線で示されている状態）において、無限遠に位置する被写体１００の第２の被写体像が、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に合焦状態で形成されるよう設定されている。換言すれば、レンズ駆動部ＡＦによる第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行されていない初期状態において、無限遠にピントが合うように、第２の光学系ＯＳ２および第２の撮像素子Ｓ２が配置されている。したがって、初期状態において、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの離間距離は、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２と等しい。そのため、任意の距離ａに被写体１００が位置する場合には、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、レンズ駆動部ＡＦによって第２の光学系ＯＳ２を構成するレンズの少なくとも１つ（例えば、フォーカスレンズ）が繰り出され、第２の光学系ＯＳ２の前側主点および後側主点がシフト量ｓだけ、被写体１００側にシフトし、任意の距離ａに位置する被写体１００にピントが合う。

なお、図示の形態では、第１の撮像素子Ｓ１および第１の光学系ＯＳ１が、同一の筐体内に設けられており、第２の撮像素子Ｓ２、レンズ駆動部ＡＦ、および第２の光学系ＯＳ２が、別の同一の筐体内に設けられているが、本発明はこれに限られない。第１の光学系ＯＳ１、第２の光学系ＯＳ２、レンズ駆動部ＡＦ、第１の撮像素子Ｓ１、および第２の撮像素子Ｓ２がすべて同一の筐体内に設けられているような態様も、本発明の範囲内である。

第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２は、ベイヤー配列等の任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するカラー撮像素子であってもよいし、そのようなカラーフィルターを有さない白黒撮像素子であってもよい。

第１の光学系ＯＳ１によって、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に第１の被写体像が形成され、第１の撮像素子Ｓ１によって第１の被写体像のカラーまたは白黒の画像信号が取得される。取得された第１の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。同様に、第２の光学系ＯＳ２によって、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に第２の被写体像が形成され、第２の撮像素子Ｓ２によって第２の被写体像のカラーまたは白黒の画像信号が取得される。取得された第２の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。距離算出部４に送られた第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号は、被写体１００までの距離ａを算出するために用いられる。一方、制御部２に送られた第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号は、表示部６による画像表示や通信部８による画像信号の通信のために用いられる。

関連付情報記憶部３は、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲ（Ｍ_１／Ｍ_２）と、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａとを関連付ける関連付情報を記憶するための任意の不揮発性記録媒体（例えば、ハードディスク、フラッシュメモリー）である。

関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲ（Ｍ_１／Ｍ_２）から、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離ａを算出するための情報である。典型的には、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するための上記一般式（２３）および（２４）、並びに、該式中の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置によって決定される上述の固定値である。

距離算出部４は、撮像部Ｓによって撮像された第１の被写体像および第２の被写体像に基づいて、被写体１００までの距離ａを算出する機能を有している。距離算出部４は、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１から第１の被写体像の画像信号を受信し、さらに、撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２から第２の被写体像の画像信号を受信する。

その後、距離算出部４は、第１の被写体像の画像信号および第２の被写体像の画像信号に対して、本分野において既知のエッジ抽出処理、例えば、Ｃａｎｎｙ法のようなフィルター処理を施し、第１の被写体像の画像信号内における第１の被写体像のエッジ部および第２の被写体像の画像信号内における第２の被写体像のエッジ部を抽出する。距離算出部４は、抽出した第１の被写体像のエッジ部に基づいて、第１の被写体像の実際のサイズ（像幅または像高）Ｓｚ_１を算出し、さらに、抽出した第２の被写体像のエッジ部に基づいて、第２の被写体像の実際のサイズ（像幅または像高）Ｓｚ_２を算出する。

距離算出部４が、抽出した第１の被写体像のエッジ部および第２の被写体像のエッジ部に基づいて、第１の被写体像のサイズＳｚ_１および第２の被写体像のサイズＳｚ_２を算出する方法は特に限定されないが、例えば、各画像信号中において、被写体像のエッジ部の最も上側にある部分と最も下側にある部分との離間距離を被写体像の像高としてもよいし、被写体像のエッジ部の最も左側にある部分と最も右側にある部分との離間距離を被写体像の像幅としてもよい。

その後、距離算出部４は、算出した第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１と第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２との比Ｓｚ_１／Ｓｚ_２を、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲとして算出する。像倍比ＭＲが算出されると、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報に含まれる上記一般式（２３）および（２４）および該式中の固定値を参照し、距離ａについての２つの解を得る。その後、距離算出部４は、上述した距離ａについての２つの解のいずれが距離ａとして適当かを判別するための方法を用いて、距離ａについての２つの解のいずれか一方または双方（距離ａについての２つの解が互いに等しい場合のみ）を、被写体１００までの距離ａとして算出（特定）する。さらに、距離算出部４は、上記式（３）を用いて、算出した第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａから、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａを算出することができる。

３次元画像生成部５は、距離算出部４によって算出された被写体１００までの距離ａおよび撮像部Ｓが取得した被写体１００の２次元画像（第１の被写体像の画像信号または第２の被写体像の画像信号）に基づいて、被写体１００の３次元画像を生成する機能を有している。ここで言う「被写体１００の３次元画像」とは、通常の被写体１００のカラーまたは白黒の２次元画像のピクセルに対して、算出された被写体１００の距離ａが関連付けられているデータを意味する。

表示部６は、液晶表示部等のパネル型表示部であり、制御部２のプロセッサーからの信号に応じて、撮像部Ｓによって取得された被写体１００の２次元画像（第１の被写体像の画像信号または第２の被写体像の画像信号）、距離算出部４によって生成された被写体１００までの距離ａ、３次元画像生成部５によって生成された被写体１００の３次元画像のような画像、測距カメラ１を操作するための情報等が文字または画像の様態で表示部６に表示される。

操作部７は、測距カメラ１の使用者が操作を実行するために用いられる。操作部７は、測距カメラ１の使用者が操作を実行することができれば特に限定されず、例えば、マウス、キーボード、テンキー、ボタン、ダイヤル、レバー、タッチパネル等を操作部７として用いることができる。操作部７は、測距カメラ１の使用者による操作に応じた信号を制御部２のプロセッサーに送信する。

通信部８は、測距カメラ１に対するデータの入力または測距カメラ１から外部デバイスへのデータの出力を行う機能を有している。通信部８は、インターネットのようなネットワークに接続されていてもよい。この場合、測距カメラ１は、通信部８を用いることにより、外部に設けられたウェブサーバーやデータサーバーのような外部デバイスと通信を行うことができる。

このように、本実施形態の測距カメラ１では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ_１と第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ_２とが、互いに異なるよう（ｆ_１≠ｆ_２）、構成されており、これにより、被写体１００までの距離に対する第１の被写体像の倍率Ｍ_１の変化と、被写体１００までの距離に対する第２の被写体像の倍率Ｍ_２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本発明の測距カメラ１は、複数の画像間の平行視差を用いず、かつ、被写体１００への一定パターンの照射を行わずに、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲ（Ｍ_１／Ｍ_２）に基づいて、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａ（および第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａ）を算出（特定）することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図７は、本発明の第２実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。

以下、第２実施形態の測距カメラ１について、第１実施形態の測距カメラ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の測距カメラ１は、図７に示すように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置が変更されている点を除き、第１実施形態の測距カメラ１と同様である。

本実施形態の測距カメラ１は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するために要求される上述の第１の条件および第２の条件の内、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に光軸方向の奥行視差Ｄが存在する（Ｄ≠０）という第２の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の第１の条件および第２の条件の内、第１の条件（ｆ_１≠ｆ_２）を満たすように構成されていない。

このように、本実施形態の測距カメラ１では、第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に光軸方向の奥行視差Ｄが存在するよう（Ｄ≠０）、構成および配置されており、これにより、被写体１００までの距離に対する第１の被写体像の倍率Ｍ_１の変化と、被写体１００までの距離に対する第２の被写体像の倍率Ｍ_２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の測距カメラ１は、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲ（Ｍ_１／Ｍ_２）に基づいて、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａを一意に算出することができる。また、本実施形態の測距カメラ１は、上記式（３）を用いて、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａから、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａを算出することができる。

本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１の構成および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置は、上述の第２の条件（Ｄ≠０）が満たされており、それにより、被写体１００までの距離に対する第１の被写体像の倍率Ｍ_１の変化と、被写体１００までの距離に対する第２の被写体像の倍率Ｍ_２の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。

＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態に係る測距カメラ１について詳述する。図８は、本発明の第３実施形態に係る測距カメラを概略的に示すブロック図である。

以下、第３実施形態の測距カメラ１について、第１実施形態および第２実施形態の測距カメラ１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。第３実施形態の測距カメラ１は、図８に示すように、撮像部Ｓが第２の撮像素子Ｓ２のみから構成されている点、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が同一の筐体内に設けられている点、第１の被写体像を形成する光の波長を制限する第１の波長選択素子ＷＳ１が第１の被写体像を形成する光の光路上に設けられている点、および第２の被写体像を形成する光の波長を制限する第２の波長選択素子ＷＳ２が第２の被写体像を形成する光の光路上に設けられている点、第２の撮像素子Ｓ２がカラー撮像素子に限定される点を除き、第１実施形態の測距カメラ１と同様である。

本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するために要求される上述の第１の条件および第２の条件の少なくとも１つを満たすよう構成されている。すなわち、本実施形態の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述した第１実施形態および第２実施形態の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のいずれか１つ、または、それらの組み合わせと同様に構成されている。

また、図８に示すように、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が同一筐体内に配置されている。また、第１の光学系ＯＳ１によって集光され、第１の被写体像を形成する光の光路上に、第１の波長選択素子ＷＳ１が設けられている。さらに、第２の光学系ＯＳ２によって集光され、第２の被写体像を形成する光の光路上に、第２の波長選択素子ＷＳ２が設けられている。

本実施形態において、第１の波長選択素子ＷＳ１は、波長選択プレート型ミラーであり、特定の波長帯域の光のみを選択的に反射する機能を有する。第２の波長選択素子ＷＳ２は、波長選択プリズム型ミラーであり、プリズムの一方の側から入射した光の波長帯域を制限し、制限された波長帯域の光のみを選択的に通過させる機能、および、プリズムの他方の側から入射した光を反射する機能を有している。第１の波長選択素子ＷＳ１および第２の波長選択素子ＷＳ２は、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域と、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域とが異なるよう、構成されている。

第１の光学系ＯＳ１によって集光された被写体１００からの光は、第１の波長選択素子ＷＳ１（波長選択プレート型ミラー）によって反射される。この際、第１の光学系ＯＳ１によって集光された光の波長帯域は、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限される。その後、第１の波長選択素子ＷＳ１によって反射された光は、第２の波長選択素子ＷＳ２（波長選択プリズム型ミラー）によって反射され、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面に到達する。これにより、第１の被写体像が、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される。なお、第２の波長選択素子ＷＳ２は、第１の被写体像を形成する光が第２の波長選択素子ＷＳ２で反射される際、第１の被写体像を形成する光の波長帯域をさらに制限するよう構成されていてもよいし、さらに制限しないよう構成されていてもよい。

一方、第２の光学系ＯＳ２によって集光された被写体１００からの光は、第２の波長選択素子ＷＳ２（波長選択プリズム型ミラー）を通過する。この際、第２の光学系ＯＳ２によって集光された光の波長帯域は、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限される。その後、第２の波長選択素子ＷＳ２を通過した光は、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面に到達する。これにより、第２の被写体像が、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される。

したがって、本実施形態においては、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方が、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される。さらに、上述のように、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域と、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域とは異なるため、第１の被写体像を形成する光の波長帯域と、第２の被写体像を形成する光の波長帯域は互いに異なったものとなる。

本実施形態において、第２の撮像素子Ｓ２は、ベイヤー配列のような任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するカラー撮像素子である。第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域は、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターのいずれか１つに対応しており、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域は、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターの異なる１つに対応している。

これにより、第２の撮像素子Ｓ２によって取得される各カラーフィルターに対応する画像信号（例えば、赤色画像信号、緑色画像信号、および青色画像信号）のいずれか１つが、第１の被写体像の画像信号に対応し、異なる１つが第２の被写体像の画像信号に対応する。そのため、第２の撮像素子Ｓ２は、第１の被写体像の画像信号と第２の被写体像の画像信号を分離して同時取得することができる。

例えば、第１の波長選択素子ＷＳ１によって制限された光の波長帯域が、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターの赤カラーフィルターの透過波長帯域に対応している場合、第２の撮像素子Ｓ２によって取得される赤色画像信号が、第１の被写体像の画像信号となる。一方、第２の波長選択素子ＷＳ２によって制限された光の波長帯域が、第２の撮像素子Ｓ２が有する複数のカラーフィルターの緑カラーフィルターの透過波長帯域に対応している場合、第２の撮像素子Ｓ２によって取得される緑色画像信号が、第２の被写体像の画像信号となる。

このような態様により、撮像部Ｓを、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方を撮像する単一のカラー撮像素子（第２の撮像素子Ｓ２）で構成することができる。そのため、測距カメラ１の小型化および低コスト化を実現することができる。

なお、本実施形態では、第１の波長選択素子ＷＳ１として波長選択プレート型ミラーを用い、さらに、第２の波長選択素子ＷＳ２として波長選択プリズム型ミラーを用いたが、本発明はこれに限られない。第１の波長選択素子ＷＳ１および第２の波長選択素子ＷＳ２は、それぞれ、第１の被写体像を形成する光の波長帯域と第２の被写体像を形成する光の波長待機を制限することができれば如何なる態様であってもよい。例えば、第１の波長選択素子ＷＳ１として第１の光学系ＯＳ１の前側または後側に設けられた波長選択フィルターまたは波長選択機能を有する任意の光学部品を用い、さらに、第２の波長選択素子ＷＳ２として第２の光学系ＯＳ２の前側または後側に設けられた波長選択フィルターまたは波長選択機能を有する任意の光学部品を用いてもよい。この場合、本実施形態の第１の波長選択素子ＷＳ１が配置されている箇所に通常のミラーが配置され、第２の波長選択素子ＷＳ２が配置されている箇所に通常のプリズム型ミラーが配置される。

また、本実施形態では、第１の波長選択素子ＷＳ１および第２の波長選択素子ＷＳ２を用いて、単一の撮像素子（第２の撮像素子Ｓ２）が第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像および第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の双方を撮像することを可能としたが、本発明はこれに限られない。例えば、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２のそれぞれの前側にシャッターが設けられ、第１の光学系ＯＳ１の前方に設けられたシャッターと第２の光学系ＯＳ２の前方に設けられたシャッターが交互に開かれることによって、単一の撮像素子（第２の撮像素子Ｓ２）が第１の被写体像および第２の被写体像の双方を個別に撮像するような態様も本発明の範囲内である。

ここまで各実施形態を参照して詳述したように、本発明の測距カメラ１は、複数の画像間の平行視差を用いず、かつ、被写体への一定パターンの照射を行わずに、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲ（Ｍ_１／Ｍ_２）に基づいて、被写体１００までの距離ａを一意に算出することができる。

そのため、本発明の測距カメラ１では、従来の複数の画像間の平行視差を用いたステレオカメラ方式の測距カメラと異なり、大きな平行視差を確保する必要がないため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２を、光軸方向と直交する平行方向において近接して配置しても、被写体１００までの距離ａを正確に算出することができる。これにより、従来のステレオカメラ方式の測距カメラと比較して、測距カメラ１の小型化を実現することができる。また、平行視差を考慮して測距カメラ１を設計する必要がなくなるため、測距カメラ１の設計の自由度を増大させることができる。また、本発明の測距カメラ１では、被写体１００までの距離ａを算出するために平行視差を用いていないため、被写体１００が測距カメラ１から非常に近い位置にあり、得られる画像間の平行視差が重複しないような場合であっても、被写体１００までの距離ａを測定することができる。

また、本発明の測距カメラ１では、パターン照射方式の測距カメラと異なり、一定パターンの光を被写体に照射するプロジェクター等の特殊な光源を用いる必要がない。そのため、測距カメラ１のシステム構成をシンプルにすることができる。これにより、従来のパターン照射方式の測距カメラと比較して、測距カメラ１の小型化、軽量化、低消費電力化、および低コスト化を実現することができる。また、本発明の測距カメラ１では、従来のパターン照射方式の測距カメラと異なり、可視光外の波長の光を照射するための特殊な光源を用いる必要がないため、通常の撮影を実行することもできる。

また、本発明の測距カメラ１では、第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の被写体像の倍率Ｍ_１と、第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の被写体像の倍率Ｍ_２の像倍比ＭＲ（Ｍ_１／Ｍ_２）に基づいて、被写体１００までの距離ａを算出する。そのため、個々の光学系および撮像部の各種パラメーター（例えば、焦点距離、射出瞳から撮像素子の撮像面までの距離）が既知であれば、これらのパラメーターが不揃いであっても、被写体１００までの距離ａを算出することができる。換言すれば、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２がそれぞれ異なる特性（例えば、異なる焦点距離、前側主点の位置、後側主点の位置等）を有している場合であっても、本発明によれば、そのような異なる特性の光学系によって構成された被写体像間の像倍比を用いて、被写体１００までの距離ａを算出することができる。

近年、スマートフォン等の携帯デバイスにおいて、広角撮影用に用いられる広画角かつ低倍率の固定焦点光学系と、ズーム撮影用に用いられる狭画角かつ高倍率の自動焦点光学系という、互いに特性が異なる光学系を用いた撮像システムが幅広く用いられている。本発明は、このような既存の携帯デバイスにおいて広く用いられている撮像システムにも適用することができる。本発明を、互いに特性が異なる光学系を用いた既存の撮像システムに適用することにより、既存の携帯デバイスの構成を大きく変えることなく、被写体１００までの距離ａの測定や、被写体１００の３次元画像の生成（被写体１００の形状計測）が可能となる。このように、本発明によれば、既知の撮像システムによって提供される広角撮影およびズーム撮影を阻害することなく、被写体１００までの距離ａの測定および被写体１００の３次元画像の生成（被写体１００の形状計測）を実行可能とすることができる。そのため、本発明の測距カメラ１は、従来技術における測距カメラにない汎用性がある。

なお、上記各実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の２つの光学系が用いられているが、用いられる光学系の数はこれに限られない。例えば、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２に加え、追加的な光学系をさらに備えるような態様もまた本発明の範囲内である。この場合、追加的な光学系は、追加的な光学系によって形成される被写体像の倍率の被写体１００までの距離に対する変化は、第１の被写体像の倍率Ｍ_１の被写体までの距離に対する変化および第２の被写体像の倍率Ｍ_２の被写体までの距離に対する変化と異なるように構成および配置されている。

また、上述した各実施形態は、像倍比ＭＲに基づいて被写体１００までの距離ａを算出するために要求される上述の第１の条件および第２の条件のいずれか１つを満たすよう第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されているが、上述の第１の条件および第２の条件の双方が満たされるように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されている態様（例えば、図３に示すような第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置）も、本発明の範囲内である。

＜測距方法＞
次に図９を参照して、本発明の測距カメラ１によって実行される測距方法について説明する。図９は、本発明の測距カメラによって実行される測距方法を説明するためのフローチャートである。なお、以下に詳述する測距方法は、上述した本発明の第１～第３実施形態に係る測距カメラ１および測距カメラ１と同等の機能を有する任意の装置を用いて実行することができるが、説明のため、第１実施形態に係る測距カメラ１を用いて実行されるものとして説明する。

図９に示す測距方法Ｓ１００は、測距カメラ１の使用者が操作部７を用いて、被写体１００までの距離ａを測定するための操作を実行することにより開始される。工程Ｓ１１０において、撮像部Ｓの第１の撮像素子Ｓ１によって、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の被写体像が撮像され、第１の被写体像の画像信号が取得される。第１の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。工程Ｓ１２０において、距離算出部４は、受信した第１の被写体像の画像信号から、第１の被写体像の実際のサイズ（像高または像幅）Ｓｚ_１を算出する。

一方、工程Ｓ１３０において、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、レンズ駆動部ＡＦが駆動され、被写体１００に対してピントを合わせるための第２の光学系ＯＳ２のフォーカス動作が実行される。その後、撮像部Ｓの第２の撮像素子Ｓ２によって、第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の被写体像が撮像され、第２の被写体像の画像信号が取得される。第２の被写体像の画像信号は、データバス９を介して、制御部２や距離算出部４に送られる。工程Ｓ１４０において、距離算出部４は、受信した第２の被写体像の画像信号から、第２の被写体像の実際のサイズ（像高または像幅）Ｓｚ_２を算出する。

なお、工程Ｓ１１０および工程Ｓ１２０における第１の被写体像の画像信号の取得と第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１の算出は、工程Ｓ１３０および工程Ｓ１４０における第２の被写体像の画像信号の取得と第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２の算出と同時に実行されてもよいし、別々に実行されてもよい。

第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１および第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２の双方が算出されると、処理は、工程Ｓ１５０に移行する。工程Ｓ１５０において、距離算出部４は、第１の被写体像の実際のサイズＳｚ_１および第２の被写体像の実際のサイズＳｚ_２から、上記式（２５）ＭＲ＝Ｓｚ_１／Ｓｚ_２に基づいて、第１の被写体像の倍率Ｍ_１と第２の被写体像の倍率Ｍ_２との像倍比ＭＲを算出する。

次に、工程Ｓ１６０において、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報を参照し、算出した像倍比ＭＲに基づいて、被写体１００までの距離ａを算出（特定）する。具体的には、像倍比ＭＲが算出されると、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報に含まれる上記一般式（２３）および（２４）および該式中の固定値を参照し、距離ａについての２つの解を得る。その後、距離算出部４は、上述した距離ａについての２つの解のいずれが距離ａとして適当かを判別するための方法を用いて、距離ａについての２つの解のいずれか一方または双方（距離ａについての２つの解が互いに等しい場合のみ）を、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａとして算出（特定）する。工程Ｓ１６０において第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａが算出されると、処理は、工程Ｓ１７０に移行する。なお、工程Ｓ１６０において、距離算出部４は、上記式（３）を用いて、算出した第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａから、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から被写体１００までの距離Ａをさらに算出してもよい。

工程Ｓ１７０において、３次元画像生成部５が、距離算出部４によって算出された第２の光学系ＯＳ２の前側主点から被写体１００までの距離ａおよび撮像部Ｓが取得した被写体１００の２次元画像（第１の被写体像の画像信号または第２の被写体像の画像信号）に基づいて、被写体１００の３次元画像を生成する。その後、ここまでの工程において取得された被写体１００の２次元画像、被写体１００までの距離ａ、および／または被写体１００の３次元画像が、表示部６に表示され、または通信部８によって外部デバイスに送信され、測距方法Ｓ１００は終了する。

以上、本発明の測距カメラを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明の各コンポーネントの構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の構成に任意の構成のものを付加することができる。

本発明の属する分野および技術における当業者であれば、本発明の原理、考え方、および範囲から有意に逸脱することなく、記述された本発明の測距カメラの構成の変更を実行可能であろうし、変更された構成を有する測距カメラもまた、本発明の範囲内である。

例えば、図６～図８に示された測距カメラ１のコンポーネントの数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意のコンポーネントが追加若しくは組み合わされ、または任意のコンポーネントが削除された態様も、本発明の範囲内である。また、測距カメラ１の各コンポーネントは、ハードウェア的に実現されていてもよいし、ソフトウェア的に実現されていてもよいし、これらの組み合わせによって実現されていてもよい。

また、図９に示された測距方法Ｓ１００の工程の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の工程が、任意の目的で追加若しくは組み合され、または、任意の工程が削除される態様も、本発明の範囲内である。

＜利用例＞
本発明の測距カメラ１の利用例は特に限定されないが、例えば、被写体のポートレートを撮像するとともに、被写体の顔の３次元画像を取得するために、測距カメラ１を用いることができる。このような利用形態では、本発明の測距カメラ１をスマートフォンや携帯電話等のモバイルデバイス内に組み込むことが好ましい。

また、本発明の測距カメラ１は、精密機器の組み立てや検査のために用いられるハンドラーロボットにおいて利用することができる。測距カメラ１によれば、精密機器を組み立てる際に、ハンドラーロボット本体またはハンドラーロボットのアームから、精密機器または精密機器の部品までの距離を測定することができることから、ハンドラーロボットの把持部によって正確に部品を把持することができる。

また、本発明の測距カメラ１によれば、被写体までの距離を測定することができることから、被写体の３次元情報を取得することができる。このような被写体の３次元情報は、３Ｄプリンターによる３次元構造体の作製に用いることができる。

また、自動車内において、本発明の測距カメラ１を利用することにより、自動車から歩行者や障害物等の任意の物体までの距離を測定することができる。算出された任意の物体までの距離に関する情報は、自動車の自動ブレーキシステムや自動運転に用いることができる。

１…測距カメラ ２…制御部 ３…関連付情報記憶部 ４…距離算出部 ５…３次元画像生成部 ６…表示部 ７…操作部 ８…通信部 ９…データバス １００…被写体 ＡＦ…レンズ駆動部 ＩＳ１…第１の撮像系 ＩＳ２…第２の撮像系 ＯＳ１…第１の光学系 ＯＳ２…第２の光学系 Ｓ…撮像部 Ｓ１…第１の撮像素子 Ｓ２…第２の撮像素子 ＷＳ１…第１の波長選択素子 ＷＳ２…第２の波長選択素子 Ａ…第１の光学系の射出瞳から被写体までの距離 ａ…第２の光学系の射出瞳から被写体までの距離 Ｄ…奥行視差 ＥＰ_１…第１の光学系の射出瞳から、被写体が無限遠にある場合の第１の被写体像の結像位置までの距離 ＥＰ_ＦＤ１…第１の光学系の射出瞳から、第１の撮像素子の撮像面までの距離 ＥＰ_ＯＤ１…第１の光学系の射出瞳から、被写体が距離Ａに存在する場合の第１の被写体像の結像位置までの距離 Ｍ_１…第１の被写体像の倍率 Ｍ_２…第２の被写体像の倍率 ＭＲ…像倍比 ｄ_ＦＣ…第１の光学系と第１の撮像素子間の距離の変更による第１の撮像系の合焦距離の調整により生じた第１の光学系の前側主点の位置のシフト量 ｆ_１…第１の光学系の焦点距離 Δｂ…第２の光学系を構成するレンズの少なくとも１つのシフト量 ｆ_２…第２の光学系の焦点距離 ｓ…第２の光学系の前側主点のシフト量 Ｓ１００…測距方法 Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１６０、Ｓ１７０…工程

Claims (6)

1. 被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
   前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
   前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
   前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
   前記距離算出部は、前記第１の被写体像の倍率と前記第２の被写体像の倍率との像倍比に基づいて、前記被写体までの前記距離を算出し、
   前記第１の光学系は、固定焦点光学系であり、
   前記第２の光学系は、前記第２の光学系を構成するレンズの少なくとも１つが駆動可能に構成された自動焦点光学系であり、
   前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比は、前記被写体までの前記距離に応じて変化し、
   前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記被写体までの前記距離に応じた前記第１の被写体像の前記倍率の変化が、前記被写体までの前記距離に応じた前記第２の被写体像の前記倍率の変化と異なるようになっていることを特徴とする測距カメラ。
2. 前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比の値と、前記被写体までの距離との間には、一対一関係が成立している請求項１に記載の測距カメラ。
3. 前記距離算出部は、
   前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比と、
   前記第１の光学系の前記焦点距離と、
   前記第２の光学系の前記焦点距離と、
   前記第１の光学系の射出瞳から、無限遠に位置する前記被写体の前記第１の被写体像の結像位置までの距離と、
   前記撮像部の撮像面で前記第１の被写体像がベストピントとなる場合の前記第１の光学系の前側主点から、前記被写体までの距離と、
   前記第１の光学系が前記無限遠にピントが合うように構成された場合の前記第１の光学系の前記前側主点の位置からの前記第１の光学系の前記前側主点の位置のシフト量の総量と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出する請求項１または２に記載の測距カメラ。
4. 被写体からの光を集光し、第１の被写体像を形成するための第１の光学系と、
   前記被写体からの前記光を集光し、第２の被写体像を形成するための第２の光学系と、
   前記第１の光学系によって形成された前記第１の被写体像および前記第２の光学系によって形成された前記第２の被写体像を撮像するための撮像部と、
   前記撮像部によって撮像された前記第１の被写体像および前記第２の被写体像に基づいて、前記被写体までの距離を算出するための距離算出部と、を備え、
   前記距離算出部は、
   前記第１の被写体像の倍率と前記第２の被写体像の倍率との像倍比と、
   前記第１の光学系の焦点距離と、
   前記第２の光学系の焦点距離と、
   前記第１の光学系の射出瞳から、無限遠に位置する前記被写体の前記第１の被写体像の結像位置までの距離と、
   前記撮像部の撮像面で前記第１の被写体像がベストピントとなる場合の前記第１の光学系の前側主点から、前記被写体までの距離と、
   前記第１の光学系が前記無限遠にピントが合うように構成された場合の前記第１の光学系の前記前側主点の位置からの前記第１の光学系の前記前側主点の位置のシフト量の総量と、を用いて、前記被写体までの前記距離を算出することを特徴とする測距カメラ。
5. 前記第１の光学系は、固定焦点光学系であり、
   前記第２の光学系は、前記第２の光学系を構成するレンズの少なくとも１つが駆動可能に構成された自動焦点光学系である請求項４に記載の測距カメラ。
6. 前記第１の被写体像の前記倍率と前記第２の被写体像の前記倍率との前記像倍比の値と、前記被写体までの距離との間には、一対一関係が成立している請求項４または５に記載の測距カメラ。

Images