JP4880799B2 - 測距装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光学系間に生じる視差によって対象物までの距離を測る測距装置に関する。

近年、自動車の車間距離の測定やカメラの自動焦点システム、３次元形状測定システムなどに、一対の光学系間によって生じる視差によって被写体（測距対象物）までの距離を測定する測距装置が用いられている。

このような測距装置には、水平方向（左右）または垂直（上下）方向に配置する一対のレンズと、レンズのそれぞれに対応して設けられた一対の撮像領域を有する撮像素子とが設けられている。一対のレンズによって撮像領域のそれぞれに被写体の像が形成され、撮像素子によって得られる被写体の像を含む画像の視差から三角測量によって被写体までの距離が検出される。

図２１は、測距装置において行なわれる三角測量の原理を示している。図２１には、撮像レンズＬａを有する第１の光学系と、撮像レンズＬｂを有する第２の光学系とが示されている。それぞれの光学系は、第１の光学系の光軸Ａａと第２の光学系の光軸Ａｂとが所定の間隔Ｂを隔てて互いに平行となるように配置される。第２の光学系の光軸Ａｂと撮像面Ｎｂとが交わる点および第１の光学系の光軸Ａａと撮像面Ｎａとが交わる点を結ぶ線分は、基線と呼ばれる。基線は、対象物の位置によって変化しない、三角測量の基準となる線分である。この基線の長さである基線長は間隔Ｂに等しい。以下、基線長をＢとする。

測距対象物Ｕの像は、撮像レンズＬａによって撮像面Ｎａに、撮像レンズＬｂによって撮像面Ｎｂにそれぞれ形成される。図２１において、測距対象物Ｕ上の点Ｐを測定点とする。点Ｐが第１の光学系の光軸Ａａ上に位置する場合、点Ｐは、撮像面Ｎａのうち第１の光学系の光軸Ａａと交わる点に結像される。一方、撮像面Ｎｂにおいては、撮像面Ｎｂと第２の光学系の光軸Ａｂとが交わる点から距離Δだけ離れた位置に点Ｐは結像される。これを視差といい、その長さを視差量Δという。

第１および第２の光学系の撮像レンズＬａおよびＬｂの焦点距離をｆとすると、以下の近似式が成り立つ。

撮像面Ｎａ、Ｎｂに結像された画像には、演算処理しやすい状態にするための補正や分割などの処理が施される。このような処理が行なわれた後に、撮像面Ｎａに結像された画像と撮像面Ｎｂに結像された画像とをパターンマッチングすることにより、視差量Δが求められる。算出された視差量Δと、基線長Ｂおよび焦点距離ｆとを式（１）に代入することによって、距離Ｚを求めることができる。

測距装置では、視差量Δが大きいほど測距精度が良くなる。式（１）によれば、基線長Ｂと焦点距離ｆが大きいほど視差量Δが大きくなり、測距精度が増す。

特許文献１には、レンズ全長を長くすることなく長焦点距離化を図るために、物体面に凸面を有する正メニスカス単レンズを用いた測距装置が開示されている。

特開２００３−１５０２９号公報

測距装置は、一般的な撮影に用いられるカメラなどと異なり、撮像用に複数の光学系を備える。このため、測距装置を構成する各光学系の撮像性能が互いに等しいほど、測距精度が増す。しかし、一般的にレンズには金型の精度の限界や製造ばらつきによりレンズ面間に数μｍ程度の偏芯が存在する。レンズ面間の偏芯とは、レンズの２つのレンズ面の面頂点を通る中心軸が一致しておらず、互いにずれている状態をいう。偏芯は１つのレンズの２つの主面にそれぞれ設けられたレンズ面の間でも生じるし、２つ以上のレンズを含む光学系において、任意の２つのレンズ面間でも生じる。レンズ面間に偏芯が存在すると、撮像性能の回転対称性が損なわれてしまうことになり、パターンマッチングによる視差検出時に撮像位置毎に検出視差量が変化し、測距精度が著しく劣化するという課題がある。

特許文献１は、測距用のレンズ構成を開示しているが、製造誤差によって生じた各レンズ面間の撮像特性の違いによる測距精度の劣化について何ら開示していない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、測距装置において、レンズ面間の偏芯が存在しても測距精度の劣化が少ない測距装置を提供することにある。

本発明の測距装置は、対象物を撮像する複数の光学系と、前記複数の光学系に１対１の関係で対応した複数の撮像領域を有する撮像部であって、前記複数の光学系によってそれぞれの撮像領域に形成した前記対象物の像を電気信号に変換する撮像部とを備え、前記複数の光学系によってそれぞれ形成した前記対象物の像の視差に基づき、前記対象物までの距離を測定する測距装置であって、前記複数の光学系のそれぞれは、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレンズ面を含み、前記複数の光学系のうちの少なくとも一対において、前記対象物側からｉ番目のレンズ面とｊ番目（ｉとｊとは異なっており、それぞれ１以上ｎ以下の整数）のレンズ面との偏芯方向が互いに一致している。

ある好ましい実施形態において、前記少なくとも一対の光学系のそれぞれは、射出成形されており、ゲート痕を有する少なくとも１つのレンズを含み、前記少なくとも１つのレンズは、前記ｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面を有し、前記少なくとも一対の光学系において、前記少なくとも１つのレンズの中心に対する前記ゲート痕の方位は互いに一致している。

ある好ましい実施形態において、前記少なくとも一対の光学系のそれぞれは、１つのレンズを含み、前記１つのレンズは、前記ｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面を有する。

ある好ましい実施形態において、前記少なくとも一対の光学系のそれぞれは、第１および第２のレンズを含み、前記第１および第２のレンズは、前記ｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面をそれぞれ有する。

ある好ましい実施形態において、前記複数の光学系のそれぞれは、レンズ鏡筒を有し、前記測距装置は、前記一対の光学系のうちの一方のレンズ鏡筒を支持する副レンズ鏡筒と、前記一対の光学系のうちの他方のレンズ鏡筒および前記副レンズ鏡筒を前記撮像部に対して所定の空間的配置で保持する保持部材とを更に備え、前記一対の光学系のうちの前記他方のレンズ鏡筒および前記保持部材、ならびに、前記一対の光学系のうちの前記一方のレンズ鏡筒および前記副レンズ鏡筒には、それぞれ互いに嵌合するねじ構造が設けられており、前記副レンズ鏡筒は前記保持部材に対し、回転可能に支持される。

ある好ましい実施形形態において、前記ｉ番目のレンズ面および前記ｊ番目のレンズ面のうち、一方は、各光学系の前記ｎ個レンズ面のうち、平面であるレンズ面を除く、最も曲率半径の小さいレンズ面である。

ある好ましい実施形形態において、前記ｉ番目のレンズ面および前記ｊ番目のレンズ面は、各光学系の前記ｎ個レンズ面のうち、平面であるレンズ面を除く、最も曲率半径の小さいレンズ面および次に曲率半径の小さいレンズ面である。

本発明の複数の光学系を備えた測距装置の製造方法は、同一の金型を用いて射出成形によって作製された複数のレンズを用意する工程と、前記複数の光学系の少なくとも一対において、前記レンズの一対のレンズ面間の偏芯の方向が互いに一致するように、複数の光学系用のレンズ鏡筒に前記複数のレンズをそれぞれ配置する工程とを包含する。

ある好ましい実施形態において前記複数のレンズをそれぞれ配置する工程は、前記少なくとも一対の光学系のレンズ鏡筒において、前記レンズの光軸に対して前記レンズのゲート痕の方位が一致するように配置する。

本発明の測距装置の製造方法は、複数の光学系と、前記複数の光学系に１対１の関係で対応した複数の撮像領域を有する撮像部とを備えた測距装置の製造方法であって、同一の金型を用いて射出成形によってそれぞれ作製された少なくとも一対のレンズ鏡筒を用意する工程（Ａ）と、前記一対のレンズ鏡筒に、少なくとも２種のレンズをそれぞれ配置し、前記複数の光学系のうちの少なくとも１対を作製する工程（Ｂ）と、前記複数の撮像領域の１つに対象物が結像するように前記一対の光学系の一方の位置を調整する工程（Ｃ）と、前記複数の撮像領域の他の１つに対象物が結像するように前記一対の光学系の他方の位置を調整する工程（Ｄ）と、前記一対の光学系において、前記少なくとも２種のレンズのいずれか２つのレンズ面間に生じる偏芯の方向を一致させる工程（Ｅ）とを包含する。

ある好ましい実施形態において、前記工程（Ｅ）は、前記一対の光学系において、前記光学系の光軸に対して前記レンズ鏡筒のゲート痕の方位が互いに一致するように前記一対の光学系の少なくとも一方のレンズ鏡筒を前記光学系の光軸に対して回転させる。

ある好ましい実施形態において、前記一対のレンズ鏡筒の前記２種のレンズのうち、同種のレンズは、同一の金型を用いて射出成形によって作製されており、前記工程（Ｂ）において、前記一対の光学系のレンズ鏡筒の前記ゲート痕に対し、前記２種のレンズのゲート痕の方位が前記一対の光学系において一致するように前記２種のレンズを配置する。

本発明によれば、２つのレンズ面間に偏芯が生じている場合であっても、偏芯の方向を複数の光学系のうち、少なくとも２つにおいて、偏芯方向を一致させることにより、測距精度の劣化を抑制し、精度の高い距離測定をおこなうことができる。

レンズの偏芯が撮像に与える影響を説明するためのシミュレーションモデルを示す概念図である。 図１に示すシミュレーションモデルにおいて、レンズに偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動を示す図である。 本発明の測距装置の第１の実施形態を模式的に示す断面図である。 （ａ）から（ｃ）は、図３の測距装置の光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差をそれぞれ示している。 （ａ）から（ｃ）は、第１の実施形態の２つの光学系において、レンズ面間で生じる偏芯の方向を説明する図である。 （ａ）は、図３の測距装置に用いられる射出成形された単レンズを金型から離型した状態を示す図であり、（ｂ）は、ランナーから切り離した状態の単レンズを示す図である。 射出成形による単レンズの偏芯量を測定した結果を示すグラフである。 第１の実施形態の光学系において、レンズの偏芯が生じた場合の撮像パターンの移動について、シミュレーション結果を用いて説明する図である。 ＳＡＤ演算について説明するための図である。 第１の実施形態の測距精度シミュレーションに用いる平面チャートを示す図である。 第１の実施形態の測距精度シミュレーションにおける測距装置と平面チャートとの位置関係を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態の測距精度のシミュレーション結果を示す図であり、（ｃ）は、レンズの偏芯がない場合の測距精度のシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、比較例の測距精度のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の測距装置の光学系に含まれるレンズ面の他の例を示す模式的な断面図である。 本発明による測距装置の第２の実施形態を模式的に示す断面図である。 （ａ）から（ｃ）は、図１５の測距装置の光学系における球面収差、非点収差および歪曲収差をそれぞれ示している。 （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態の２つの光学系において、レンズ面間で生じる偏芯の方向を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態の測距精度のシミュレーション結果を示す図であり、（ｃ）は、レンズの偏芯がない場合の測距精度のシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、比較例の測距精度のシミュレーション結果を示す図である。 本発明が適用可能なレンズ面の偏芯を説明する図である。 測距装置における三角測量の原理を説明するための図である。

まず、複数の光学系を有する測距装置において、複数の光学系がｎ個のレンズ面を含んでおり、ｉ番目のレンズ面とｊ番目のレンズ面と間に金型誤差や製造誤差によって偏芯が存在する場合の撮像パターンの位置変化を説明する。ここで、ｎは２以上の整数であり、ｉとｊとはｎ以下の互いに異なる整数である。また、レンズ面とは、屈折や回折などによって、光の集光状態を変化させる機能を有する光学素子の表面あるいは界面をいう。

図１は、平面チャートＨを、平面チャートＨから所定の距離を隔てて設けられた光学系Ｌによって撮像し、有効像円Ｃ（＝φＣ）内に像が形成される様子を模式的に示している。平面チャートＨには、円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２が描かれている。円形パターンＯは平面チャートＨの原点に、円形パターンＸ１、Ｘ２はＸ軸上に、円形パターンＹ１、Ｙ２はＹ軸上にそれぞれ配置されている。

有効像円Ｃには、平面チャートＨ上の円形パターンＯ、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２に対応する撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２が結像する。撮像パターンｏは、有効像円Ｃにおける光軸上に形成される。一方、撮像パターンｘ１およびｘ２は、それぞれ最大像高（すなわち、有効像円Ｃの半径）の４０％および８０％の距離だけ原点から＋ｘ方向に離れた位置に形成される。同様に、撮像パターンｙ１およびｙ２は、最大像高の４割および８割分の距離だけ原点から＋ｙ方向に離れた位置に形成される。

図２は、図１に示すように平面チャートＨの像が形成されている場合において、光学系Ｌを構成するレンズのいずれかひとつのレンズ面が偏芯した場合における撮像パターンの位置変化を説明するための図である。レンズ面の偏芯方向に対する撮像パターン位置変化の方向は光学系によって同方向になる場合と逆方向になる場合があるが、ここでは、レンズ面の偏芯方向と撮像パターンの位置変化の方向が同方向である場合について説明する。

光学系Ｌを構成するレンズのいずれかひとつのレンズ面が＋Ｘ方向（図１）に偏芯した場合、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２は−ｘ方向に移動し、それぞれｏ’、ｘ１’、ｘ２’、ｙ１’、ｙ２’が形成される。また、像面側のレンズが−Ｘ方向に偏芯した場合、撮像パターンｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２は＋ｘ方向に移動して、それぞれｏ’’、ｘ１’’、ｘ２’’、ｙ１’’、ｙ２’’が形成される。図２において、Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２は、撮像パターンｏ’’、ｘ１’’、ｘ２’’、ｙ１’’、ｙ２’’の位置を基準とした場合の撮像パターンｏ’、ｘ１’、ｘ２’、ｙ１’、ｙ２’の相対的なパターン位置の移動量である。一般的にレンズＬの像面側のレンズ面が偏芯した場合、移動量は撮像位置によって異なる。

デジタルカメラやビデオカメラなど、光学系が１つである撮像素子の場合、撮像位置によって移動量が異なるという影響は、撮影した像の歪みとなって表れる。これに対し、複数の光学系を備えた測距装置の場合、光学系ごとに撮影した像が歪むという問題に加え、複数の光学系間において、偏芯の方向や偏芯量が異なれば、撮影した像の歪み方も複数の光学系間で異なるという問題が加わることとなる。このため、測距装置における偏芯は、測距精度の引き起こすとともに、その測距精度の低下度合いが撮像位置によって異なるという問題が生じる。

偏芯による像の歪みは僅かであるが、たとえば、基線長や焦点距離が短い小型の測距装置では、検出される視差は小さくなるため、偏芯による像の歪みが測距精度に大きく影響を及ぼす。また、基線長や焦点距離が比較的長い大型の測距装置であっても、遠方にある対象物を測距する場合は視差が小さくなるため、同様に測距精度に大きく影響を及ぼす。

本発明の測距装置は、複数の光学系を備え、複数の光学系のそれぞれは、ｎ個のレンズ面を含んでいる。ここで、ｎは２以上の整数である。複数の光学系のうちの少なくとも一対において、対象物側からｉ番目のレンズ面とｊ番目のレンズ面との偏芯方向が一致している。ここでｉとｊとは１以上ｎ以下の互いに異なる整数である。

本発明によれば、レンズの偏芯自体は変えることができないため、各光学系において形成される対象物の像はレンズの偏芯によって歪む。しかし、複数の光学系のうち少なくとも一対の光学系におけるレンズの偏芯方向を一致させることによって、この一対の光学系によって形成される像は、互いに、同じ方向においては同程度歪んでいる。このため、視差を求める場合、偏芯による影響が相殺される。これによって偏芯による測距精度の劣化を抑制することができ、小型の測距装置で測距する場合や比較的大型の測距装置で遠方測距する場合のように、視差が小さくなる条件において、特に有利な効果を得ることができる。以下、図面を参照しながら、本発明による測距装置を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
以下、本発明による測距装置の第１の実施形態を説明する。図３は、本実施形態の測距装置Ｍの構成を示す模式図である。測距装置Ｍは、単レンズＬａ、Ｌｂによって構成される２つの光学系と、撮像部Ｎと、演算処理回路Ｃとを備えている。

単レンズＬａ、Ｌｂは、互いにほぼ等しい形状を有している。具体的には、単レンズＬａ、Ｌｂは、それぞれ対象物側に位置するレンズ面ｒ１および撮像部Ｎ側に位置するレンズ面ｒ２を有しており、単レンズＬａのレンズ面ｒ１の形状は、単レンズＬｂのレンズ面ｒ１の形状とほぼ等しい。また、単レンズＬａのレンズ面ｒ２の形状は、単レンズＬｂのレンズ面ｒ２の形状とほぼ等しい。２つの光学系の光軸の距離はＢであり、測距装置Ｍの基線長となる。

撮像部Ｎは、単レンズＬａ、Ｌｂによって構成される光学系に１対１の関係で対応した撮像領域Ｎａ、Ｎｂを含み、単レンズＬａ、Ｌｂによってそれぞれの撮像領域Ｎａ、Ｎｂに形成された対象物の像を電気信号に変換する。本実施形態では、撮像領域Ｎａ、Ｎｂは別個の素子として示しているが、１つの撮像素子の領域を分割して各レンズに１対１の関係で対応するように撮像領域Ｎａ、Ｎｂを設定してもよい。

演算処理回路Ｃは、撮像部Ｎから電気信号を受け取り、２つの光学系による対象物の像の視差から、対象物（図示せず）までの距離を算出する。視差から対象物までの距離を算出する方法は、図２１を参照して説明した通りである。

好ましくは、測距装置Ｍは、単レンズＬａ、Ｌｂのレンズ面ｒ１側にそれぞれ設けられた絞りＳａ、Ｓｂと、単レンズＬａ、Ｌｂと撮像領域Ｎａ、Ｎｂとの間に設けられたフィルタＦａ、Ｆｂとを更に備える。

表１は、図３に示す測距装置Ｍにおける各光学系の設計データを示している。表１において、Ｒｉは各面の近軸曲率半径（ｍｍ）、ｄｉは各面の面中心間隔（ｍｍ）、ｎｄはレンズもしくはフィルタのｄ線の屈折率、νｄはレンズもしくはフィルタのｄ線のアッベ数を示している。フィルタ１面およびフィルタ２面とは、それぞれフィルタＦａ（またはＦｂ）の単レンズＬａ（Ｌｂ）側および撮像領域Ｎａ（Ｎｂ）側の面を言う。また、非球面形状は、面頂点の接平面から光軸方向の距離をｘ、光軸からの高さをｈとして、ｒを近軸曲率半径、ｋを円錐定数、Ａｍ（ｍ＝４，６，８，１０，１２）を第ｍ次の非球面係数としたとき式（２）で表される。

図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ各光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。これらの図から各収差が良好に補正されていることがわかる。

本実施形態の測距装置Ｍでは、レンズ面間に生じる偏芯によって測距精度の劣化を抑制するため、単レンズＬａ、Ｌｂの偏芯の方向を一致させている。図３に示すように、単レンズＬａにおいて、レンズ面ｒ１は、レンズ面ｒ１の面頂点を通り撮像領域Ｎａと直交する中心軸Ａａを有し、レンズ面ｒ２は、レンズ面ｒ２の面頂点を通り撮像領域Ｎａと直交する中心軸Ｂａを有する。同様に、単レンズＬｂにおいて、レンズ面ｒ１は、レンズ面ｒ１の面頂点を通り撮像領域Ｎｂと直交する中心軸Ａｂを有し、レンズ面ｒ２は、レンズ面ｒ２の面頂点を通り撮像領域Ｎｂと直交する中心軸Ｂｂを有する。

図５（ａ）は単レンズＬａにおけるレンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２との偏芯および単レンズＬｂにおけるレンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２との偏芯を示している。２つのレンズ面における偏芯とは、前述した両レンズ面の中心軸間のずれである。また、偏芯の方向とは、一方のレンズ面の面頂点を通る中心軸を基準とした場合のもう一方のレンズ面の面頂点を通る中心軸を結ぶベクトルで表される。たとえばレンズ面ｒ１を基準にした場合、図５（ａ）に示すように、単レンズＬａでは、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２との偏芯の方向は、ＡａからＢａへ向かうベクトルで示される。同様に、単レンズＬｂでは、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２との偏芯の方向は、ＡｂからＢｂへ向かうベクトルで示される。

本発明の測距装置では、光学系がｎ個のレンズ面を有しおり、対象物側からｉ番目のレンズ面とｊ番目のレンズ面との偏芯方向が複数の光学系間において互いに一致している。ここで、ｎは２以上の整数であり、ｉとｊとは異なっており、それぞれｎ以下の整数である。具体的には、図５（ａ）に示すように、単レンズＬａにおける中心軸Ａａから中心軸Ｂａへ向かうベクトルと、単レンズＬｂにおける、中心軸Ａｂから中心軸Ｂｂへ向かうベクトルの方向が一致している。ここで一致とは、２つのベクトルのなす角度が０度である場合のみならず、２つのベクトルのなす角度が１５度以下である場合を含む。本実施形態の場合、中心軸ＢａおよびＢｂは中心軸ＡａおよびＡｂに対してそれぞれＸ方向に−５μｍ偏芯している。しかし、偏芯の方向は一致している。

このように単レンズＬａおよびＬｂにおいて、偏芯方向を一致させるためには、単レンズＬａおよびＬｂを同一の金型を用いて射出成形によって作製することが好ましい。これにより、単レンズＬａおよびＬｂの偏芯量を等しくすることができる。

さらに、単レンズＬａおよびＬｂの偏芯方向を一致させるために、射出成形時に生じるゲート痕を基準として用い、ゲート痕のレンズ中心からの方位を、単レンズＬａおよびＬｂにおいて一致させることによって、偏芯方向が一致する。

射出成形によって形成されるレンズが、１つの金型から複数個製造される場合は、同一キャビティから射出された単レンズを単レンズＬａおよびＬｂとして使用することが好ましい。図６（ａ）は、一度に複数成形できる金型から樹脂製の単レンズを離型した状態を示す模式図である。レンズＬ１からＬ６まで、６つのレンズが一度に成形される。

図６（ａ）において、Ｌ１〜Ｌ６はそれぞれ単レンズであり、Ｊはランナーである。図６（ｂ）は、ランナーから切り離した状態の単レンズＬ１を示しており、Ｋはレンズの非有効領域であるコバ面、Ｇ１はゲート痕である。ゲート痕Ｇ１の部分には、組立工程においてレンズ鏡筒にレンズを挿入する際、ゲート痕Ｇが引っかからないようにするために、図６（ｂ）に示すように、あらかじめＤカット形状を設けている場合がある。この場合、ゲート痕Ｇ１が完全に切除されていても、Ｄカット形状の平らな部分がゲート痕と見なせる。

図７は同一の金型から製造された単レンズの対象物側のレンズ面の中心と撮像領域側のレンズ面の中心との間の偏芯量について、ゲート方向を揃えて１０個測定した値をプロットした結果を示している。図７から分かるように、同じ金型を使用することにより、作成されたレンズの偏芯方向および偏芯量はほぼ同程度となる。従って、測距装置を組み立てる際に、同一金型の同一キャビティを用いて成形されたレンズを、そのゲート痕の方位が一致するように配置することによって、複数の単レンズの対象物側のレンズ面の中心と撮像領域側のレンズ面の中心との間の偏芯方向と偏芯量をそれぞれ相対的に揃えることができる。

なお、上述の例では、単レンズＬａおよびＬｂの対象物側のレンズ面ｒ１の中心軸は、レンズＬａの外周の中心と一致していた。しかし、単レンズＬａおよびＬｂのｒ１およびｒ２のいずれの中心軸も単レンズＬａおよびＬｂの外周の中心からずれていても、上述したように、同一金型の同一キャビティを用いた、単レンズＬａおよびＬｂであれば、複数の単レンズの対象物側のレンズ面の中心と撮像領域側のレンズ面の中心との間の偏芯方向と偏芯量をそれぞれ相対的に揃えることができる。図５（ｂ）に示すように、レンズ面ｒ１の光軸ＡａおよびＡｂがレンズＬａおよびＬｂの外周の中心ＬａｃおよびＬｂｃからレンズ面ｒ１の中心軸Ａａ、Ａｂがずれていても、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２との偏芯の方向は、ＡａからＢａへ向かうベクトルで示される。同様に、単レンズＬｂでは、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ２との偏芯の方向は、ＡｂからＢｂへ向かうベクトルで示される。したがって、たとえば、図５（ｃ）に示すように、これら２つのベクトルが一致していない場合、矢印で示すように単レンズＬｂを回転させ、ゲート痕の方位をレンズＬａおよびＬｂにおいて一致させれば、図５（ｂ）に示すように偏芯方向が一致する。

図８は、２つのレンズ面間に偏芯を与えた場合において、偏芯がない場合に比べどの程度撮影された画像が移動するかを測定したシミュレーション結果を示している。このシミュレーションは、光学系を表１の設計データとし、撮像領域側のレンズ面の中心軸をＸ方向に−５μｍ、０μｍ、＋５μｍシフトさせた場合における結像位置を、光線の追跡によって解析した結果である。

図８における撮像パターンｏ’’、ｘ１’’、ｘ２’’、ｙ１’’、ｙ２’’、ｏ、ｘ１、ｘ２、ｙ１、ｙ２、ｏ’、ｘ１’、ｘ２’、ｙ１’、ｙ２’のそれぞれの照度分布図では、１６×１６個の画素がマトリクス状に配置され、相対的に照度の高い画素ほど高い明度で示されている。ただし、表示の都合上、明度の高さは、各画素内において白い領域の占める割合の大きさで示されている。それぞれの照度分布図において、格子状に配置される領域のそれぞれが１つの画素であり、画素ピッチは６μｍである。

図８において、撮像パターンｏ、ｏ’、ｏ’’の照度分布を比較すると、撮像パターンｏ’’のうち照度が最も高い部分（白色で示される部分）は、照度分布図の中央部で上下に配置された２つの画素である。一方、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分は、照度分布図の中央部で２行２列に配置された４つの画素である。撮像パターンｏ’’のうち照度が最も高い部分の中心は、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分の中心と比較して−ｘ方向側にずれている。一方、撮像パターンｏ’のうち照度が最も高い部分の中心は、撮像パターンｏのうち照度が最も高い部分の中心と比較して＋ｘ方向側にずれている。他の撮像パターンｘ１、ｘ１’、ｘ１’’、・・・、ｙ’’の場合も同様に、照度が最も高い部分の中心のｘ方向の位置はそれぞれずれている。この結果から、偏芯の影響により、撮像パターンの位置がずれることがわかる。

さらに、例えば、撮像パターンｏ、ｏ’、ｏ’’のそれぞれの間におけるずれ量と、撮像パターンｘ１、ｘ１’、ｘ１’’のそれぞれの間におけるずれ量とは異なっている。この結果から、偏芯が生じた場合、撮像パターンが移動する量は、その位置によって異なることがわかる。

測距における視差演算はパターンマッチングによって導出されるため、撮像パターンの移動量Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２もパターンマッチングによって導出される。パターンマッチングの相関度は基準側の小領域と参照側の小領域との間の各画素の輝度の差分の絶対値の総和である評価関数ＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）によって求められる。ここで、小領域の演算ブロックサイズをｍ×ｎ画素とすると、ＳＡＤは式（３）によって求めることができる。

式（３）において、ｉ、ｊは演算ブロックの座標であり、Ｉ０、Ｉ１はそれぞれ括弧内に示す座標における基準側の輝度値と参照側の輝度値である。ＳＡＤ演算では、基準側の演算ブロック領域に対して参照側の探索ブロック領域の位置をずらしながら演算が行なわれ、ＳＡＤが極小値となるときのずらし量が移動量となる。本シミュレーションでは、探索ブロックのずらし方向は図８の＋Ｘ方向である。図９はＳＡＤ演算を表すグラフである。ＳＡＤは画素単位の演算であるが、補間処理によってサブピクセル単位で求めることができる。

表２は、本実施形態の単レンズＬａ、Ｌｂにおいて、撮像パターンの移動量Δｏ、Δｘ１、Δｘ２、Δｙ１、Δｙ２をＳＡＤを用いて導出した結果である。前述したように、撮像領域側のレンズ面が偏芯した場合、撮像パターンの移動量は撮像位置によって異なっていることがわかる。

次に本実施形態における測距精度のシミュレーション結果について説明する。図１０は、解析に用いる測距精度確認用の平面チャートＴを示している。図１０に示す平面チャートＴには、横３７×縦２９個の円形パターンＱが配列されている。図１１は、平面チャートＴと測距装置Ｍとの位置関係を示す概略図である。この平面チャートＴを測距装置Ｍから距離２ｍの位置に設置したときに、単レンズＬａ側の撮像素子Ｎａで得られる画像と、単レンズＬｂ側の撮像素子Ｎｂで得られる画像についてそれぞれシミュレーションによって再現する。

単レンズＬａ側では視差探索の基準となる基準画像を取得し、単レンズＬｂ側では視差探索の参照となる参照画像を取得する。なお、測距装置Ｍは、図１１に示すように平面チャートＴの中心と単レンズＬａ側の中心軸が一致するように配置しており、平面チャートＴの底辺方向と測距装置Ｍの基線方向が一致するように配置している。また、基線長Ｂは６ｍｍに設定している。

再現する画像サイズは、単レンズＬａ側の基準画像のサイズを５９２×４６４画素とし、１６×１６画素のブロック単位で視差演算を行う。従って、演算ブロック数は円形パターンＱと同じ横３７×縦２９個と同じになる。シミュレーションでは、便宜上、各演算ブロック内に各円形パターンが収まるようにチャートＴのサイズを決定している。各ブロックの視差は、式（３）に示した評価関数ＳＡＤを用いるが、円形パターンの画像上でのピッチはほぼ１６画素となるため、ＳＡＤ演算による視差の誤検出を防止するよう最大視差探索範囲を１４画素に設定している。このため、単レンズＬｂ側の参照画像のサイズは６０６×４６４画素としている。

シミュレーションによって再現した基準画像と参照画像は、予め求めたキャリブレーションパラメータによって視差演算が可能な画像に変換される。このキャリブレーションパラメータとは、カメラの平行化補正、歪曲収差補正およびレンズシェーディング補正を行うためのパラメータである。

画像変換後、横３７×縦２９のブロック毎に視差演算を行い、測距精度をマッピングすると図１２（ａ）から（ｃ）に示す結果が得られた。測距精度のマッピングでは、測距精度±１％以内の箇所のみ格子内を黒く塗りつぶして表示している。

図１２（ａ）は、図１のように単レンズＬａ、Ｌｂ共に撮像面側のレンズ面ｒ２がＸ方向に−５μｍずれた状態における測距精度のマップであり、単レンズＬａの偏芯方向と単レンズＬｂの偏芯方向とは完全に一致している（角度差が０度）。図１２（ｂ）は、単レンズＬａの偏芯方向と単レンズＬｂの偏芯方向との角度差が１５度である場合の測距精度のマップである。また、図１２（ｃ）は、単レンズＬａ、Ｌｂ共に撮像領域側のレンズ面ｒ２の偏芯がない状態における測距精度のマップである。

図１２（ｃ）と図１２（ａ）および（ｂ）を比較すれば明らかなように、単レンズＬａ、Ｌｂに偏芯が存在しても、偏芯方向が一致しているか、偏芯方向の角度差が１５度程度であれば、偏芯がない状態と比べて測距精度の劣化がほとんどないことがわかる。したがって、偏芯方向が１５度以内の範囲内において揃っていれば、測距精度の劣化はほとんど発生しないといえる。なお、シミュレーションで再現した画像は限られた本数の光線で生成している影響で多少のノイズが含まれており、測距精度マップにも多少の誤差が含まれている。

一方、図１３は、（ａ）は、単レンズＬｂの撮像領域側のレンズ面ｒ２の中心軸を単レンズＬａとは逆にＸ方向に＋５μｍ偏芯させた場合、つまり、単レンズＬａと単レンズＬｂとの偏芯方向が１８０度異なっている状態の測距精度のマップである。また、図１３（ｂ）は、単レンズＬｂの撮像領域側のレンズ面ｒ２の中心軸をＹ方向に＋５μｍ（Ｘ方向は０μｍ）偏芯させた場合、つまり、単レンズＬａと単レンズＬｂとの偏芯方向が９０度異なっている状態の測距精度のマップである。

図１３（ａ）および（ｂ）と図１２（ａ）および（ｂ）を比較すれば明らかなように、偏芯方向が９０度あるいは１８０度異なっている場合、測距精度が著しく悪化する。

このように本発明によれば、２つのレンズ面間に偏芯が生じている場合であっても、偏芯の方向を複数の光学系のうち、少なくとも２つにおいて、偏芯方向を一致させた場合、測距精度の劣化を抑制し、精度の高い距離測定をおこなうことができる。

なお、上記実施形態では、ｉ番目およびｊ番目のレンズ面は、球面、非球面、あるいは平面で構成され、屈折により光の集束状態を変化させる光学レンズの２つの主面であった。しかし、レンズ面は、回折によって光の集束状態を変化させる機能を有していてもよいし、また、光の集束状態を変化させるレンズ面の表面に設けられた光学調整層表面であってもよい。

具体的には、ｉ番目およびｊ番目のレンズ面は回折格子が設けられた回折面およびその回折面を覆うように設けられた光学調整層の表面であってもよい。たとえば、図１４に示すように、基材Ｇの表面に回折格子が設けられた回折面Ｄ、および、回折面Ｄを覆って設けられた光学調整層Ｈを有する光学素子を考える。光学調整層は、広い波長域において回折効率を高く維持するため設けられている。回折面Ｄに設けられた回折格子のブレーズ段差ｄとし、基材Ｇおよび光学調整層Ｈの波長λにおける屈折率をそれぞれ、ｎ１（λ）、ｎ２（λ）とし、光学素子を透過する光の波長をλとする。この場合、使用する光の波長領域内の任意波長λに対して、下記式（４）のｄが略一定になるように、基材Ｇと光学調整層Ｈの屈折率の組み合わせを設定する。これにより、所定の波長帯域において光学素子の回折効率は１００％に近い値で維持される。

このような光学素子において、回折面Ｄおよび光学調整層Ｈの表面Ｗは、上記実施形態で説明したｉ番目およびｊ番目のレンズ面であり、ｊ＝１＋１である。図１４に示す光学素子において、回折面Ｄの中心軸に対して、光学調整層Ｈの中心軸が偏芯している場合にも本実施形態で説明したように、像は歪む。このため、このような光学素子を有する光学系を複数含む測距装置においても、一対の光学系の偏芯方向を一致させることにより、偏芯による影響を相殺することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明による測距装置の第２の実施形態を説明する。図１５は、本実施形態の測距装置Ｍ’の構成を示す模式図である。測距装置Ｍ’は、２つの光学系と、撮像部Ｎと、演算処理回路Ｃとを備えている。

測距装置Ｍ’は、光学系を２枚のレンズによって構成している点で第１の実施形態とは異なる。具体的には、各光学系は、対象物側のレンズ面ｒ１および撮像領域側のレンズ面ｒ２を有する第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂと、各光学系に１つずつ設けられ、対象物側のレンズ面ｒ３および撮像領域側のレンズ面ｒ４を有する第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂによって構成されている。

第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂにおけるレンズ面ｒ３側には、絞りＳａ、Ｓｂが設けられ、第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂと撮像領域Ｎａ、Ｎｂとの間には、フィルタＦａ、Ｆｂが設けられている。Ｂは測距装置の基線長を示している。

第１群レンズＬ１ａと絞りＳａおよび第２群レンズＬ２ａは、レンズ鏡筒Ｈ１ａに挿入され、接着剤Ｔ１によって固定されている。また、第１群レンズＬ１ｂと絞りＳｂおよび第２群レンズＬ２ｂは、レンズ鏡筒Ｈ１ｂに挿入され、接着剤Ｔ１によって固定されている。さらにレンズ鏡筒Ｈ１ｂは、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂに接着剤Ｔ２によって固定されている。また、レンズ鏡筒Ｈ１ａ、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂは保持部材Ｋにそれぞれ接着剤Ｔ２、Ｔ３によって固定され、保持部材Ｋと撮像部Ｎは、実装基板Ｗに固定されている。レンズ鏡筒Ｈ１ａの外周部および保持部材Ｋ、並びにレンズ鏡筒Ｈ１ｂの外周部と副レンズ鏡筒Ｈ２ｂの内周部には、それぞれ互いに嵌合するねじ構造が設けられており、鏡筒を回転させることにより、各光学系のフォーカス調整ができる構造を備えている。

複数の第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂは、互いにほぼ等しい形状を有する。具体的には、第１群レンズＬ１ａのうち対象物側のレンズ面ｒ１の形状は、第１群レンズＬ１ｂのうち対象物側のレンズ面ｒ１の形状とおおよそ同一である。第１群レンズＬ１ａのうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の形状は、第１群レンズＬｂのうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ２の形状と略同一である。同様に、複数の第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂは、互いにほぼ等しい形状を有する。具体的には、第２群レンズＬ２ａのうち測距対象物側のレンズ面ｒ３の形状は、第２群レンズＬ２ｂのうち測距対象物側のレンズ面ｒ３の形状とほぼ同一であり、第２群レンズＬ２ａのうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ４の形状は、第２群レンズＬ２ｂのうち撮像部Ｎ側のレンズ面ｒ４の形状とほぼ同一である。

撮像部Ｎは、２つの光学系に１対１で対応した撮像領域Ｎａ、Ｎｂを含み、光学系によってそれぞれの撮像領域Ｎａ、Ｎｂに形成された対象物の像を電気信号に変換する。本実施形態では、撮像領域Ｎａ、Ｎｂは別個の素子として示しているが、１つの撮像素子の領域を分割して各レンズに１対１で対応するように撮像領域Ｎａ、Ｎｂを設定してもよい。

演算処理回路Ｃは、撮像部Ｎから電気信号を受け取り、２つの光学系による対象物の像の視差から、対象物（図示せず）までの距離を算出する。視差から対象物までの距離を算出する方法は、図２１を参照して説明した通りである。

表３は、図１５に示す測距装置における光学系の設計データである。表３における各記号は、表１と同じである。

また、図１６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ各光学系の球面収差、非点収差および歪曲収差を示している。これらの図から各収差が良好に補正されていることがわかる。

本実施形態の測距装置Ｍ’も第１の実施形態と同様、測距精度の劣化を抑制するため、２つの光学系におけるレンズ面の偏芯の方向を一致させている。ただし、１つのレンズにおける対象物側のレンズ面と撮像領域側のレンズ面との偏芯ではなく、異なる独立したレンズの２つのレンズ面間の偏芯を考慮する。

図１５に示すように、第１群レンズＬ１ａは、レンズ面ｒ１の面頂点およびレンズ面ｒ２の面頂点を通り撮像領域Ｎａと直交する光軸Ａａを有している。光軸Ａａは絞りＳａの中心も通っている。また、第２群レンズＬ２ａは、レンズ面ｒ３の面頂点およびレンズ面ｒ４の面頂点を通り撮像領域Ｎａと直交する光軸Ｃａを有している。同様に第１群レンズＬ１ｂは、レンズ面ｒ１の面頂点およびレンズ面ｒ２の面頂点を通り撮像領域Ｎｂと直交する光軸Ａｂを有している。光軸Ａｂは絞りＳｂの中心も通っている。また、第２群レンズＬ２ｂは、レンズ面ｒ３の面頂点およびレンズ面ｒ４の面頂点を通り撮像領域Ｎｂと直交する光軸Ｃｂを有している。

図１５に示すように、第１群レンズＬ１ａの光軸Ａａと第２群レンズＬ２ａの光軸Ｃａは一致しておらず、これらのレンズ面間に偏芯が生じている。これは、レンズ鏡筒Ｈ１ａにおける金型誤差等により、レンズ鏡筒Ｈ１ａにおける第２群レンズのＬ２ａの挿入部の中心と、第１群レンズＬ１ａの挿入部の中心との間にずれが生じているからである。同様の理由から、第１群レンズＬ１ｂの光軸Ａｂと第２群レンズＬ２ｂの光軸Ｃｂも一致しておらず、これらのレンズ面間に偏芯が生じている。上述したように第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂおよび第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂのそれぞれの両レンズ面は偏芯しておらず、これらの偏芯は、第１群レンズＬ１ａと第２群レンズＬ２ａとの偏芯および第１群レンズＬ１ｂと第２群レンズＬ２ｂとの偏芯であるとも言える。

図１７（ａ）は第１群レンズＬ１ａの光軸と第２群レンズＬ２ａの光軸との偏芯、および、第１群レンズＬ１ｂの光軸と第２群レンズＬ２ｂの光軸との偏芯を示している。本実施形態における偏芯とは、第１群レンズの光軸と第２群レンズの光軸とのずれである。また、偏芯の方向とは、光軸と垂直な平面における、一方の光軸を基準とした場合の２つの光軸を結ぶベクトルで表される。たとえば第１群のレンズの光軸を基準にした場合、図１７（ａ）に示すように、ＡａからＣａへ向かうベクトルおよびＡｂからＣｂへ向かうベクトルで示される。

図１７（ａ）に示すように、２つの光学系、具体的にはレンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂにおいて、光軸Ａａから光軸Ｃａへ向かうベクトルと、光軸Ａｂから光軸ｃｂへ向かうベクトルの方向が一致している。ここで一致とは、２つのベクトルのなす角度が０度である場合のみならず、２つのベクトルのなす角度が１５度以下である場合を含む。

本実施形態の場合、光軸ＣａおよびＣｂは光軸ＡａおよびＡｂに対してそれぞれＸ方向に−２０μｍ偏芯している。しかし、偏芯の方向は一致している。このような偏芯は、上述したように、レンズ鏡筒Ｈ１ａおよびＨ１ｂにおける第２群レンズの挿入部の中心と、第１群レンズ挿入部の中心とのずれによって生じている。

このようにレンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂにおける偏芯方向を一致させるためには、レンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂとを同一の金型を用いて射出成形によって作製することが好ましい。このようにレンズ鏡筒を作製した上で、レンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂのゲート痕を利用してレンズの偏芯方向を一致させる。

以下、本実施形態の測距装置Ｍ’の製造方法、特に、光学系の作製工程を説明する。
（１）まず、上述したように、射出成形によって、第１群レンズＬ１ａとＬ１ｂ、第２群レンズＬ２ａとＬ２ｂおよびレンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂを作製する。上述したように、第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂおよび第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれの一対のレンズ面間に偏芯が生じない限り、射出成形によって形成してもよいし、研磨などによって形成してもよい。
（２）次に、レンズ鏡筒Ｈ１ａに第１群レンズＬ１ａおよび、第２群レンズＬ２ａを取り付ける。
（３）同様に、レンズ鏡筒Ｈ１ｂに第１群レンズＬ１ｂおよび、第２群レンズＬ２ｂを取り付ける。第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂおよび第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂのそれぞれの一対のレンズ面間には偏芯は発生していないため、レンズ鏡筒Ｈ１ａ、Ｈ１ｂへの第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂおよび第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂの取り付け方向には特に制限はない。
（４）次に、レンズ鏡筒Ｈ１ａを回転させてフォーカス調整を行う。以下、便宜上、図１５に示すように、フォーカス調整後のゲート痕Ｇａの向きが−Ｘ方向になったものとして説明する。フォーカス調整後、レンズ鏡筒Ｈ１ａを保持部材Ｋに対して固定する。例えば、接着剤Ｔ２を硬化させる。
（５）副レンズ鏡筒Ｈ２ｂが回転しないように保持しながら、レンズ鏡筒Ｈ１ｂを回転させてフォーカス調整を行う。
（６）レンズ鏡筒Ｈ１ｂのフォーカス調整が完了した時点で、ゲート痕Ｇｂの方位がレンズ鏡筒Ｈ１ａのゲート痕Ｇａ向きと同様に−Ｘ方向と略同一となっていれば、レンズ鏡筒Ｈ１ｂを副レンズ鏡筒Ｈ２ｂに対し固定し、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを保持部材Ｋに対して固定する。たとえば、接着剤Ｔ２、Ｔ３を硬化させる。図１７（ｂ）に示すように、ゲート痕Ｇｂの方位が−Ｘ方向からずれている場合には、レンズ鏡筒Ｈ１ｂと一緒に副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを矢印で示すように回転させることにより、図１７（ａ）に示すようにレンズ鏡筒Ｈ１ｂのゲート痕Ｇｂの方位を−Ｘ方向と概ね一致させる。その後、接着剤Ｔ２、Ｔ３を硬化させることにより、レンズ鏡筒Ｈ１ｂを副レンズ鏡筒Ｈ２ｂに対し固定し、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを保持部材Ｋに対して固定する。このように、レンズ鏡筒Ｈ１ｂと副レンズ鏡筒Ｈ２ｂとの組合せにより、フォーカス位置を維持したまま、ゲート痕Ｇｂの向きを変化させることができる。

このように副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを回転させて、レンズの光軸に対する副レンズ鏡筒Ｈ２ｂのゲート痕Ｇｂの方向を副レンズ鏡筒Ｈ２ａのゲート痕の方向と一致させると、図１７（ａ）に示すように、レンズ鏡筒Ｈ１ａおよびレンズ鏡筒Ｈ１ｂにおける第１群レンズの光軸と第２群レンズの光軸間の偏芯の方向、つまり、ＡａからＣａへ向かうベクトルおよびＡｂからＣｂへ向かうベクトルの向きが一致する。

なお、レンズ鏡筒Ｈ１ａおよびレンズ鏡筒Ｈ１ｂの金型が一度に複数個成形できる場合は、レンズ鏡筒Ｈ１ａとレンズ鏡筒Ｈ１ｂとを同一金型の同一キャビティにて成形されたものとし、ゲート痕Ｇａ、Ｇｂの向きをそれぞれ相対的にほぼ同一方向に揃えればよい。また、本実施例では、ゲート痕を目印としているが、予めレンズ鏡筒Ｈ１ａ、Ｈ１ｂにマーク等を形成しておき、それを目印としてもよい。

また、本実施形態では、各レンズではレンズ面間に偏芯がないと仮定していた。しかし、第１の実施形態と同様、レンズ自体に偏芯がある場合でも、本実施形態の測距装置は、レンズの偏芯およびレンズ鏡筒に由来するレンズ間の偏芯による測距精度の低下を抑制することができる。この場合、レンズ鏡筒Ｈ１ａ、Ｈ１ｂに対する第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂおよび第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂの方位を一致させ、レンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂにおける偏芯方向を一致させる必要がある。

このためには、第１群レンズＬ１ａとＬ１ｂとを同一の金型を用いて射出成形によって作製することが好ましい。また、第２群レンズＬ２ａとＬ２ｂとを同一の金型を用いて射出成形によって作製することが好ましい。さらに、レンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂとを同一の金型を用いて射出成形によって作製することが好ましい。このようにレンズおよびレンズ鏡筒を作製した上で、第１の実施形態で説明したようにゲート痕を利用してレンズの方位を一方向に揃える。

以下、レンズ自体に偏芯がある場合の測距装置Ｍ’の製造方法、特に、光学系の作製工程を説明する。
（１’）まず、上述したように、射出成形によって、第１群レンズＬ１ａとＬ１ｂ、第２群レンズＬ２ａとＬ２ｂおよびレンズ鏡筒Ｈ１ａとＨ１ｂを作製する。
（２’）次に、レンズ鏡筒Ｈ１ａに第１群レンズＬ１ａおよび、第２群レンズＬ２ａを取り付ける。
（３’）同様に、レンズ鏡筒Ｈ１ｂに第１群レンズＬ１ｂおよび、第２群レンズＬ２ｂを取り付ける。このとき、レンズ鏡筒Ｈ１ｂの光軸（中心軸）に対するレンズ鏡筒Ｈ１ｂのゲート痕の方位、第１群レンズＬ１ｂのゲート痕の方位、および、第２群レンズＬ２ｂのゲート痕の方位を、それぞれ、レンズ鏡筒Ｈ１ａの光軸（中心軸）に対するレンズ鏡筒Ｈ１ａのゲート痕の方位、第１群レンズＬ１ａのゲート痕の方位、および、第２群レンズＬ２ａのゲート痕の方位と一致させる。
（４’）次に、レンズ鏡筒Ｈ１ａを回転させてフォーカス調整を行う。以下、便宜上、図１５に示すように、フォーカス調整後のゲート痕Ｇａの向きが−Ｘ方向になったものとして説明する。フォーカス調整後、レンズ鏡筒Ｈ１ａを保持部材Ｋに対して固定する。例えば、接着剤Ｔ２を硬化させる。
（５’）副レンズ鏡筒Ｈ２ｂが回転しないように保持しながら、レンズ鏡筒Ｈ１ｂを回転させてフォーカス調整を行う。
（６’）レンズ鏡筒Ｈ１ｂのフォーカス調整が完了した時点で、ゲート痕Ｇｂの方位がレンズ鏡筒Ｈ１ａのゲート痕Ｇａ向きと同様に−Ｘ方向と略同一となっていれば、レンズ鏡筒Ｈ１ｂを副レンズ鏡筒Ｈ２ｂに対し固定し、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを保持部材Ｋに対して固定する。たとえば、接着剤Ｔ２、Ｔ３を硬化させる。図１７（ｂ）に示すように、ゲート痕Ｇｂの方位が−Ｘ方向からずれている場合には、レンズ鏡筒Ｈ１ｂと一緒に副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを矢印で示すように回転させることにより、図１７（ａ）に示すようにレンズ鏡筒Ｈ１ｂのゲート痕Ｇｂの方位を−Ｘ方向と概ね一致させる。その後、接着剤Ｔ２、Ｔ３を硬化させることにより、レンズ鏡筒Ｈ１ｂを副レンズ鏡筒Ｈ２ｂに対し固定し、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを保持部材Ｋに対して固定する。このように、レンズ鏡筒Ｈ１ｂと副レンズ鏡筒Ｈ２ｂとの組合せにより、フォーカス位置を維持したまま、ゲート痕Ｇｂの向きを変化させることができる。

上述したように、ゲート痕を利用して、レンズ鏡筒Ｈ１ａおよびレンズ鏡筒Ｈ１ｂに対する第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂおよび第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂの方位を一致させているため、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂを回転させて、副レンズ鏡筒Ｈ２ｂのゲート痕Ｇｂの向きを副レンズ鏡筒Ｈ２ａのゲート痕の位置と一致させると、レンズ鏡筒Ｈ１ｂの光軸に対する第１群レンズＬ１ａ、Ｌ１ｂ同士および第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂ同士の方位が一致する。このため、図１７（ａ）に示すように、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ４との間の偏芯の方向、つまり、ＡａからＣａへ向かうベクトルおよびＡｂからＣｂへ向かうベクトルの向きが一致する。

なお、絞りＳａ、絞りＳｂについても外周部の中心に対して開口部の中心が偏芯している場合は、絞りＳａ、絞りＳｂの偏芯方向を一致させることが好ましい。

次に本実施形態における測距精度のシミュレーション結果について説明する。平面チャートＴと測距装置Ｍとの位置関係、画像サイズ、およびシミュレーションの方法は第１の実施形態と同じである。なお、基線長Ｂは１６ｍｍに設定している。

図１８（ａ）は、図１２（ａ）のように第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂ共にＸ方向に−２０μｍずれた状態における測距精度のマップであり、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ４との間の偏芯方向はレンズ鏡筒Ｈ１ａとレンズ鏡筒Ｈ１ｂとにおいて、完全に一致している（角度差が０度）図１８（ｂ）は、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ４との間の偏芯方向がレンズ鏡筒Ｈ１ａとレンズ鏡筒Ｈ１ｂとにおいて１５度の角度差である場合の測距精度のマップである。また、図１８（ｃ）は、第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂがずれておらず、偏芯が生じていない状態における測距精度のマップである。

図１８（ｃ）と図１８（ａ）および（ｂ）を比較すれば明らかなように、第２群レンズＬ２ａ、Ｌ２ｂ共に偏芯が存在しても、偏芯方向が一致しているか、偏芯方向の角度差が１５度程度であれば、偏芯がない状態と比べて測距精度の劣化がほとんどないことがわかる。したがって、偏芯方向が１５度以内の範囲内において揃っていれば、測距精度の劣化はほとんど発生しないといえる。

一方、図１９は、（ａ）は、第２群レンズＬ２ｂを図１８（ａ）とは逆にＸ方向に＋２０μｍ偏芯させた場合、つまり、レンズ鏡筒Ｈ１ａとレンズ鏡筒Ｈ１ｂとにおいて、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ４との間の偏芯の方向が１８０度異なっている状態の測距精度のマップである。また、図１９（ｂ）は、第２群レンズＬ２ｂをＹ方向に＋２０μｍ（Ｘ方向は０μｍ）偏芯させた場合、つまり、レンズ鏡筒Ｈ１ａとレンズ鏡筒Ｈ１ｂとにおいて、レンズ面ｒ１とレンズ面ｒ４との間の偏芯の方向が９０度異なっている状態の測距精度のマップである。

図１９（ａ）および（ｂ）と図１８（ａ）および（ｂ）とを比較すれば明らかなように、偏芯方向が９０度あるいは１８０度異なっている場合、測距精度が著しく悪化する。

このように本発明によれば、２つのレンズ面間に偏芯が生じている場合であっても、偏芯の方向を複数の光学系のうち、少なくとも２つにおいて、偏芯方向を一致させた場合、測距精度の劣化を抑制し、精度の高い距離測定をおこなうことができる。

なお、第１の実施形態では、複数の光学系で考慮すべき偏芯は１つのレンズの対象物側および撮像領域側にそれぞれ位置する２つのレンズ面間によって生じるものであった。また、第２の実施形態では、隣接する２つのレンズにそれぞれ設けられたレンズ面間の偏芯を考慮した。本発明によって測距精度の低下を抑制することができる偏芯はこれらに限られず、複数の光学系がｎ個のレンズ面を有している場合において、対象物側からｉ番目のレンズ面とｊ番目のレンズ面との偏芯方向を複数の光学系の少なくとも一対において一致させることによって、偏芯による測距精度の低下を抑制することができる。ここで、ｎは２以上の整数であり、ｉとｊとは異なっており、それぞれ１以上ｎ以下の整数である。

図２０は、複数の光学系を有する測距装置の１つの光学系ＬＳ１の構造を模式的に示している。たとえば、光学系ＬＳ１は、レンズＬ１ａ、レンズＬ２ａおよびレンズＬ３ａを含んでいる。レンズＬ１ａは対象物側および撮像領域側にそれぞれレンズ面ｒ１およびｒ２を有し、レンズＬ２ａは対象物側および撮像領域側にそれぞれレンズ面ｒ３およびｒ４を有する。また、レンズＬ３ａは対象物側および撮像領域側にそれぞれレンズ面ｒ５およびｒ６を有する。この場合、レンズ面ｒ１〜ｒ６のいずれの２つのレンズ面間において生じる偏芯による測距精度の低下を、複数の光学系間において偏芯方向を一致させることにより、抑制することができる。例えば、レンズＬ１ａのレンズ面ｒ２の光軸ＡａとレンズＬ３ａのレンズ面ｒ６の光軸Ｂａとの間で生じる偏芯の方向を一致させることにより、測距精度による影響を低減してもよい。

選択する２つのレンズ面としては、たとえば、曲率半径の小さいレンズを選択することが考えられる。曲率半径の小さいレンズは、測距精度の低下に大きく影響を与えるからである。したがって、各光学系において、偏芯方向を一致させるｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面のうちの一方は、平面であるレンズ面（曲率半径がゼロ）を除いて、曲率半径が最も小さいレンズ面であることが好ましい。より好ましくは、ｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面は、曲率半径が最も小さいレンズ面および２番目に曲率半径が小さいレンズ面である。

この場合、上述したように、複数の光学系間で、レンズ鏡筒Ｈ１ａの光軸に対するレンズＬ１ａ、レンズＬ２ａおよびレンズＬ３ａの方位を等しくなるよう、ゲート痕Ｇ０、Ｇ１、Ｇ２およびＧ３を目印として、レンズ鏡筒Ｈ１ａにレンズＬ１ａ、レンズＬ２ａおよびレンズＬ３ａを固定しておくことが好ましい。

また、この場合において、レンズＬ２ａのレンズ面ｒ３およびｒ４に大きな偏芯がなければ、レンズＬ２ａは射出成形によって形成されていなくてもよいし、レンズＬ２ａの方位を複数のレンズ間で一致させなくてもよい。

本発明の測距装置は、種々の用途の測距装置に適用可能であり、車載用、監視カメラ用、立体形状測定用等の測距装置に好適に用いられる。

Ｍ 測距装置
Ｓａ、Ｓｂ 絞り
Ｌａ、Ｌｂ 単レンズ
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 第１群レンズ
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 第２群レンズ
Ｆａ、Ｆｂ フィルタ
Ｎａ、Ｎｂ 撮像面
Ｂ 基線長
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４ レンズ面

Claims (11)

1. 対象物を撮像する複数の光学系であって、それぞれが互いに独立したレンズで構成される複数の光学系と、
   前記複数の光学系に１対１の関係で対応した複数の撮像領域を有する撮像部であって、前記複数の光学系によってそれぞれの撮像領域に形成した前記対象物の像を電気信号に変換する撮像部と、
   を備え、前記複数の光学系によってそれぞれ形成した前記対象物の像の視差に基づき、前記対象物までの距離を測定する測距装置であって、
   前記複数の光学系のそれぞれは、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレンズ面を含み、
   前記複数の光学系のうちの距離測定に用いる一対において、前記対象物側からｉ番目のレンズ面とｊ番目（ｉとｊとは異なっており、それぞれ１以上ｎ以下の整数）のレンズ面との偏芯方向が互いに一致している測距装置。
2. 前記一対の光学系のそれぞれは、射出成形されており、ゲート痕を有する少なくとも１つのレンズを含み、
   前記少なくとも１つのレンズは、前記ｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面を有し、
   前記一対の光学系において、前記少なくとも１つのレンズの中心に対する前記ゲート痕の方位は互いに一致している請求項１に記載の測距装置。
3. 前記一対の光学系のそれぞれは、１つのレンズを含み、
   前記１つのレンズは、前記ｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面を有する請求項１に記載の測距装置。
4. 前記一対の光学系のそれぞれは、第１および第２のレンズを含み、
   前記第１および第２のレンズは、前記ｉ番目のレンズ面およびｊ番目のレンズ面をそれぞれ有する請求項１に記載の測距装置。
5. 前記複数の光学系のそれぞれは、レンズ鏡筒を有し、
   前記一対の光学系のうちの一方のレンズ鏡筒を支持する副レンズ鏡筒と、
   前記一対の光学系のうちの他方のレンズ鏡筒および前記副レンズ鏡筒を前記撮像部に対して所定の空間的配置で保持する保持部材と、
   を更に備え、
   前記一対の光学系のうちの前記他方のレンズ鏡筒および前記保持部材、ならびに、前記第一対の光学系のうちの前記一方のレンズ鏡筒および前記副レンズ鏡筒には、それぞれ互いに嵌合するねじ構造が設けられており、前記副レンズ鏡筒は前記保持部材に対し、回転可能に支持される請求項２から４のいずれかに記載の測距装置。
6. 対象物を撮像する複数の光学系であって、それぞれが互いに独立したレンズで構成される複数の光学系と、前記複数の光学系に１対１の関係で対応した複数の撮像領域を有する撮像部であって、前記複数の光学系によってそれぞれの撮像領域に形成した前記対象物の像を電気信号に変換する撮像部とを備え、前記複数の光学系によってそれぞれ形成した前記対象物の像の視差に基づき、前記対象物までの距離を測定する測距装置の製造方法であって、
   前記複数の光学系は、距離測定に用いる一対の光学系を含み、
   同一の金型を用いて射出成形によって作製され、それぞれ２つのレンズ面を有する一対のレンズを用意する工程と、
   前記一対のレンズにおける、前記２つのレンズ面間の偏芯の方向が互いに一致するように、前記一対の光学系用のレンズ鏡筒に前記一対のレンズをそれぞれ配置する工程と
   を包含する測距装置の製造方法。
7. 前記一対のレンズをそれぞれ配置する工程は、前記一対の光学系のレンズ鏡筒において、前記レンズの光軸に対して前記レンズのゲート痕の方位が一致するように配置する請求項６に記載の測距装置の製造方法。
8. 対象物を撮像する複数の光学系であって、それぞれが互いに独立したレンズで構成される複数の光学系と、前記複数の光学系に１対１の関係で対応した複数の撮像領域を有する撮像部であって、前記複数の光学系によってそれぞれの撮像領域に形成した前記対象物の像を電気信号に変換する撮像部とを備え、前記複数の光学系によってそれぞれ形成した前記対象物の像の視差に基づき、前記対象物までの距離を測定する測距装置の製造方法であって、
   前記複数の光学系は、距離測定に用いる一対の光学系を含み、
   同一の金型を用いて射出成形によってそれぞれ作製された一対のレンズ鏡筒を用意する工程（Ａ）と、
   前記一対のレンズ鏡筒に、少なくとも２種のレンズをそれぞれ配置し、前記一対の光学系を作製する工程（Ｂ）と、
   前記複数の撮像領域の１つに対象物が結像するように前記一対の光学系の一方の位置を調整する工程（Ｃ）と、
   前記複数の撮像領域の他の１つに対象物が結像するように前記一対の光学系の他方の位置を調整する工程（Ｄ）と、
   前記一対の光学系において、前記少なくとも２種のレンズのいずれか２つのレンズ面間に生じる偏芯の方向を一致させる工程（Ｅ）と、
   を包含する測距装置の製造方法。
9. 前記工程（Ｅ）は、前記一対の光学系において、前記光学系の光軸に対して前記レンズ鏡筒のゲート痕の方位が互いに一致するように前記一対の光学系の少なくとも一方のレンズ鏡筒を前記光学系の光軸に対して回転させる請求項８に記載の測距装置の製造方法。
10. 前記一対のレンズ鏡筒の前記２種のレンズのうち、同種のレンズは、同一の金型を用いて射出成形によって作製されており、前記工程（Ｂ）において、前記一対の光学系のレンズ鏡筒の前記ゲート痕に対し、前記２種のレンズのゲート痕の方位が前記一対の光学系において一致するように前記２種のレンズを配置する請求項９に記載の測距装置の製造方法。
11. 対象物を撮像する一対の光学系であって、それぞれが互いに独立したレンズで構成される一対の光学系と、
    前記一対の光学系に１対１の関係で対応した一対の撮像領域を有する撮像部であって、前記一対の光学系によってそれぞれの撮像領域に形成した前記対象物の像を電気信号に変換する撮像部と、
    を備え、前記一対の光学系によってそれぞれ形成した前記対象物の像の視差に基づき、前記対象物までの距離を測定する測距装置であって、
    前記一対の光学系のそれぞれは、ｎ個（ｎは２以上の整数）のレンズ面を含み、
    前記一対の光学系において、前記対象物側からｉ番目のレンズ面とｊ番目（ｉとｊとは異なっており、それぞれ１以上ｎ以下の整数）のレンズ面との偏芯方向が互いに一致している測距装置。

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