JPH10104527A - 双眼光学装置 - Google Patents

双眼光学装置

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JPH10104527A
JPH10104527A JP25816996A JP25816996A JPH10104527A JP H10104527 A JPH10104527 A JP H10104527A JP 25816996 A JP25816996 A JP 25816996A JP 25816996 A JP25816996 A JP 25816996A JP H10104527 A JPH10104527 A JP H10104527A
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JP
Japan
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image
mirror
ccd
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bent
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Application number
JP25816996A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuaki Takahashi
信明 高橋
Morihiro Matsuda
守弘 松田
Hiroshi Ito
伊藤  博
Shigeo Terada
重雄 寺田
Keiji Aoki
啓二 青木
Yoshiyuki Nakayama
佳行 中山
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Publication of JPH10104527A publication Critical patent/JPH10104527A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】レンズを用いずに光学系を構成することによっ
て低コストにすると共に、左右画像をCCDの上下方向
に結像することによって測距の分解能が低下しないよう
にする。 【解決手段】光路はPMMAの内部に存在し、左側の像
は左側の風防窓22Lを通り、平面ミラー部24Lによ
り90°曲げられた後凹面ミラー部26Lによりさらに
90°曲げられ、CCD32上に結像される。右側の像
は右側の風防窓22Rを通り、平面ミラー部24Rによ
り90°曲げられた後、凹面ミラー部26Rによりさら
に90度曲げられた後、同じCCD32上に結像され
る。一対の凹面ミラー部は平面ミラー部の配列方向と直
交する方向に配列されているので、左側の像はCCDの
上部に、右側の像はCCDの下部に結像され、CCDの
左右方向の画素数の全体を使用することができるので、
分解能が低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は双眼光学装置に係
り、特に、1個の撮像素子上に結像された左右画像また
は上下画像の相対的位置関係、すなわち視差を利用して
距離測定を行う際に使用される双眼光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】対象となる前方風景を左右あるいは上下
に設置した2つの撮像装置により撮像し、左右画像また
は上下画像の2つの画像の視差を利用して対象までの距
離を測定する双眼測距システムは、自動車の車間距離測
定や、カメラの自動焦点システムに用いられている。こ
の双眼測距システムには、対象を撮像素子上に結像させ
る双眼光学系である双眼光学装置が設けられている。
【0003】従来、この双眼光学装置としては、左右各
々の画像を結像する一対のレンズを用いて、左右各々に
1個設けられた撮像素子に結像する装置(特開平4−4
3911号公報)が知られている。
【0004】しかしながら、この双眼光学装置では、撮
像素子を左右各々に1個設けているため、左右画像を取
込むのに撮像素子が2個必要となり、コストが高くなる
と共に、左右の撮像素子上に結像させるための左右の光
学系の組付け及び調整が煩雑となる、という問題があ
る。
【0005】光学系の組付け及び調整を容易にするため
に、左右一対の測距用レンズと、一対のミラー部を左右
に備えかつプラスチックの一体成形品で構成された光学
系と、左右各々にフォトセンサアレイを備えた半導体チ
ップとを用いて左右画像を半導体チップの左右に設けら
れたフォトセンサアレイに結像させて測距する相対位置
検出装置が提案されている(特開平3−293513号
公報、特開平3−259712号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術ではフォトセンサアレイ上に結像させる光学素子と
してレンズを用いているので、色収差が問題になり、こ
れを解消するためには、組み合わせレンズを用いる必要
があるため、上記と同様にコスト高になる、という問題
があった。
【0007】また、フォトセンサアレイが2個必要にな
るためコスト高になり、これを解消するために1個の撮
像素子を用いると、左右2つの画像を1個の撮像素子の
左右に結像させることになるため、左右方向の画素数の
1/2ずつを使って画像を結像することになり、距離測
定に使用する画素数が1/2になることから距離測定の
分解能が低下する、という問題がある。
【0008】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、レンズを用いずに光学系を構成することに
よって材料及び調整共に低コストにすると共に、画素数
の全体を使って左右画像または上下画像を結像すること
によって距離測定の分解能が低下しないようにした双眼
光学装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、一対の光入射部と該光入射部から入射した
光を射出する射出部とを備え、かつ一体成形された中実
の光ガイド部材で構成された双眼光学装置であって、前
記光入射部の各々から入射した光を反射するように、略
面対称の位置に反射面が対向するように設けられた一対
の第1のミラー部と、前記第1のミラー部の配列方向と
直交する方向に配列され、前記第1のミラー部で反射さ
れた光を前記射出部方向に反射する一対の第2のミラー
部とで構成されると共に、前記第1のミラー部及び前記
第2のミラー部の少なくとも一方に光を集光させるパワ
ーが与えられ、前記光ガイド部材の外部の結像位置に像
を結像させる反射光学系を設けたものである。
【0010】本発明の双眼光学装置は、一体成形された
中実の光ガイド部材で構成されているので、光学系の組
付け及び調整を不要にすることができる。また、光ガイ
ド部材に設けられた第1のミラー部及び第2のミラー部
の少なくとも一方に光を集光させるパワーを与えること
によって結像していることから、結像光学系にレンズを
用いる必要がなく、従って色収差補正用の組み合わせレ
ンズを用いる必要がないので、低コストで製造すること
ができる。
【0011】ところで、対象までの距離を測定する場合
には、結像位置に上下方向または左右方向に相対的に位
置がずれた画像が必要になる。本発明では、一対の第1
のミラー部が反射面が対向するように略面対称の位置に
設けられ、第1のミラー部からの反射光を射出部方向に
反射する一対の第2のミラー部が第1のミラー部の配列
方向と直交する方向に配列されているので、結像位置に
は一対の光入射部の配列方向と直交する方向に左右画像
または上下画像が結像されることになる。すなわち、一
対の光入射部を左右に配置する場合には結像位置に左右
画像が上下に結像され、一対の光入射を上下に配置する
場合には結像位置に上下画像が左右に結像されることに
なる。
【0012】このため、結像位置に1個の撮像素子を設
けることにより、左右画像の場合には画像の左右方向全
体が1個の撮像素子の左右方向の有効画素全体に結像さ
れ、上下画像の場合には画像の上下方向全体が1個の撮
像素子の上下方向の有効画素全体に結像されることにな
るため、距離測定の分解能が低下しないようにすること
ができる。
【0013】上記第1のミラー部及び第2のミラー部
は、光ガイド部材の表面に蒸着したアルミニウムやクロ
ム等の金属の蒸着膜によって構成することができる。こ
の場合、蒸着膜の上に防湿処理を施すのが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を車載
用車間距離測定装置に適用した実施の形態について詳細
に説明する。
【0015】図1は自動車に搭載して測距を行う車間距
離測定装置の概念図であり、この車間距離測定装置は、
先行車10の画像を双眼光学装置12の平面ミラー部2
4R,24L及び凹面ミラー部26R,24LでCCD
32上に結像し、マイクロコンピュータ等で構成された
処理回路16によりCCD32からの画像信号に基づい
て自車との距離を測定する。
【0016】図2及び図3に示すように、双眼光学装置
12は、光学グレードのPMMA(メタクリル樹脂)を
用いて金型によって一体成形された中実の光ガイド部材
で形成されている。
【0017】中実の光ガイド部材は、底面が平面状の風
防窓22R,22Lとして形成された一対の第1のブロ
ック部20R,20Lを備えている。この第1のブロッ
ク部20R,20Lは、風防窓22R,22Lが同一平
面上に位置するように、略面対称の位置に配置されてい
る。
【0018】また、第1のブロック部20R,20Lに
は、風防窓22R,22Lに対して45°の角度をなす
傾斜面が各々形成されている。この傾斜面には、アルミ
ニウムまたはクロム等の金属を蒸着することによって、
金属の蒸着膜が形成され、これにより、高い反射率の第
1のミラー部としての平面ミラー部24R,24Lが形
成されている。各傾斜面が風防窓22R,22Lに対し
て45°の角度をなしているため、平面ミラー部24
R,24Lは、図4に示すように、略面対称の位置に反
射面が対向するように配置されることになり、風防窓2
2R,22Lの各々から入射した光を各々逆方向に反射
する。
【0019】第1のブロック部20R,20Lの各々に
は、略四角錐台状の一対の第2のブロック部28R,2
8Lが底面において連続している。第2のブロック部2
8R,28Lの第1のブロック部と連続する底面と対向
する上面は、外側に凸になった球面で形成され、傾斜面
の配列方向と直交する方向に配列されることによって上
下に重ねられている。この球面には、アルミニウムまた
はクロム等の金属を蒸着することによって、金属の蒸着
膜が形成され、これにより、高い反射率の第2のミラー
部である凹面ミラー部26R,24Lが形成されてい
る。球面が傾斜面の配列方向と直交する方向に配列され
ているため、凹面ミラー部26R,24Lは平面ミラー
部24R,24Lの配列方向と直交する方向に配列され
ることになる。
【0020】第1のブロック部に形成された風防窓22
R,22Lは、光入射部として作用するので、反射防止
処理を施すのが好ましい。また、平面ミラー部24R,
24L及び凹面ミラー部26R,26Lを形成する金属
の蒸着膜の表面には、防湿のための処理を施し、耐久性
を向上するのが好ましい。
【0021】また、第2のブロック部の凹面ミラー部2
6R,26Lに対向する面には、底面が光を射出する射
出部として作用する溝30が形成されている。この溝3
0には、受光部が凹面ミラー部26R,26Lの焦点位
置に位置するように撮像素子としてのCCD32が接着
剤により貼着けられている。そして、CCD32は、処
理回路16に接続されている。なお、CCD32は、溝
30の底面にネジ止め用のネジ穴を穿設してネジ止めし
ても良い。
【0022】本実施の形態では、像を構成する光の通る
道筋はすべてブロック状のPMMAの内部に存在し、左
側の像は左側の風防窓22Lを通り、平面ミラー部24
Lにより90°曲げられた後凹面ミラー部26Lにより
さらに90°曲げられ、CCD32上に結像される。ま
た、右側の像は右側の風防窓22Rを通り、平面ミラー
部24Rにより90°曲げられた後、凹面ミラー部26
Rによりさらに90度曲げられた後、同じCCD32上
に結像される。このとき、一対の凹面ミラー部は平面ミ
ラー部の配列方向と直交する方向、すなわち上下に重な
るように配列されているので、図5に示すように、左側
の像34LはCCD32の上部に、右側の像34RはC
CD32の下部に結像される。
【0023】処理回路16は、CCD32からの画像信
号に基づいて左右画像のずれ量Xを演算し、予め記憶さ
れている光学系の焦点距離f及び左右の風防窓の中心間
の距離すなわち基線長Bを用いて以下の式に従って対象
までの距離Dを演算する。
【0024】D=B・f/X ・・・(1) 本実施の形態の具体的な構成としては、基線長Bは20
0mm、左右各々の光学系の焦点距離fは8.5mm、
CCDの大きさは1/3インチである。この構成により
双眼光学装置の前方±15°の測定範囲において最大2
0mの距離の測定ができ、また測距誤差は±5%以下で
あった。
【0025】上記の実施の形態では、一対の凹面ミラー
部26R,26Lを図2の上下方向に重なるように配列
し、すなわち一対の凹面ミラー部26R,26Lを風防
窓22R,22Lが位置する平面に対して平行な方向に
配列し、凹面ミラー部から射出された光によって結像さ
れる結像面が風防窓22R,22Lが位置する平面と平
行になるようにCCDを配置した例について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、図6に示
す変形例のように構成することもできる。
【0026】この変形例では、一対の凹面ミラー部を風
防窓22R,22Lが位置する平面に対して直交する方
向に配列することにより、一対の凹面ミラー部を平面ミ
ラー部の配列方向と直交する方向に配列し、凹面ミラー
部から射出された光によって結像される結像面が風防窓
22R,22Lが位置する平面と直交するようにCCD
を配置している。
【0027】上記実施の形態及び変形例では第1のミラ
ー部を平面とし、かつ第2のミラー部を凹面とすること
によって第2のミラー部に光を集光させるパワーを与え
る例について説明したが、第1のミラー部を凹面とし、
かつ第2のミラー部を平面とすることによって第1のミ
ラー部に光を集光させるパワーを与えてもよく、またミ
ラー部の組合せは平面と球面に限定されることはなく球
面と球面あるいは非球面を含んだ組合せでも良い。ま
た、一体成形に用いる材料は光透過率の高い材料で有れ
ばPMMAでなくともよい。さらに、測定距離及び誤差
の設定が異なる場合には焦点距離、基線長の値を異なら
せればよく、撮像素子についてもCCD以外フォトセン
サアレイ等を使用することも可能であるし、撮像素子の
大きさを変えてもよい。
【0028】また、上記では車載用車間距離測定装置に
適用した例について説明したが、カメラの自動焦点シス
テムに適用することもできる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ンズを用いることなく一体形成した中実の光ガイド部材
を用いてミラー光学系を構成しているため、色収差の問
題がなくなると共に光学系の調整が不要となり、材料コ
スト及び調整コストを低く抑えることができると共に、
左右画像を1個の撮像素子の上下に結像させるか、また
は上下画像を1個の撮像素子の左右に結像させているた
め、撮像素子の画素を有効に使用することによって分解
能が低下しないようにすることができる、という効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】車載用車間距離測定装置の概念図である。
【図2】本発明の実施の形態の双眼光学装置の斜視図で
ある。
【図3】本発明の実施の形態の双眼光学装置の平面図で
ある。
【図4】本発明の実施の形態の平面ミラー部及び凸面ミ
ラー部の配置関係を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態のCCDへの結像状態を示
す平面図である。
【図6】本発明の変形例の双眼光学装置の斜視図であ
る。
【符号の説明】
10 先行車 12 双眼光学装置 16 処理回路 22R,22L 風防窓 24R,24L 平面ミラー部 26R,26L 凹面ミラー部 32 CCD
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 守弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 寺田 重雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 青木 啓二 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中山 佳行 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の光入射部と該光入射部から入射した
    光を射出する射出部とを備え、かつ一体成形された中実
    の光ガイド部材で構成された双眼光学装置であって、 前記光入射部の各々から入射した光を反射するように、
    略面対称の位置に反射面が対向するように設けられた一
    対の第1のミラー部と、前記第1のミラー部の配列方向
    と直交する方向に配列され、前記第1のミラー部で反射
    された光を前記射出部方向に反射する一対の第2のミラ
    ー部とで構成されると共に、前記第1のミラー部及び前
    記第2のミラー部の少なくとも一方に光を集光させるパ
    ワーが与えられ、前記光ガイド部材の外部の結像位置に
    像を結像させる反射光学系を備えた双眼光学装置。
JP25816996A 1996-09-30 1996-09-30 双眼光学装置 Pending JPH10104527A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004106857A1 (ja) * 2003-05-29 2004-12-09 Olympus Corporation ステレオ光学モジュール及びステレオカメラ
JP2010507079A (ja) * 2006-10-16 2010-03-04 フラウンホッファー−ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー 三次元輪郭の非接触検出のための装置および方法

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