WO2010100915A1 - 測距装置及びその製造方法 - Google Patents

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WO2010100915A1
WO2010100915A1 PCT/JP2010/001454 JP2010001454W WO2010100915A1 WO 2010100915 A1 WO2010100915 A1 WO 2010100915A1 JP 2010001454 W JP2010001454 W JP 2010001454W WO 2010100915 A1 WO2010100915 A1 WO 2010100915A1
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lens
optical systems
pair
distance measuring
lenses
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PCT/JP2010/001454
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English (en)
French (fr)
Inventor
今村典広
Original Assignee
パナソニック株式会社
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    • G03B13/00—Viewfinders; Focusing aids for cameras; Means for focusing for cameras; Autofocus systems for cameras
    • G03B13/32—Means for focusing
    • G03B13/34—Power focusing
    • G03B13/36—Autofocus systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
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    • G01C3/085—Use of electric radiation detectors with electronic parallax measurement
    • G—PHYSICS
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    • G03B13/18—Focusing aids
    • G03B13/20—Rangefinders coupled with focusing arrangements, e.g. adjustment of rangefinder automatically focusing camera

Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device that measures a distance to an object by parallax generated between a plurality of optical systems.
  • Such a distance measuring device is provided with a pair of lenses arranged in a horizontal direction (left and right) or a vertical (up and down) direction, and an image pickup device having a pair of image pickup areas provided corresponding to the respective lenses. ing. An image of the subject is formed in each of the imaging regions by the pair of lenses, and the distance to the subject is detected by triangulation from the parallax of the image including the image of the subject obtained by the imaging element.
  • FIG. 21 shows the principle of triangulation performed in the distance measuring device.
  • FIG. 21 shows a first optical system having an imaging lens La and a second optical system having an imaging lens Lb. Each optical system is arranged such that the optical axis Aa of the first optical system and the optical axis Ab of the second optical system are parallel to each other with a predetermined distance B.
  • a line segment connecting the point where the optical axis Ab of the second optical system intersects with the imaging surface Nb and the point where the optical axis Aa of the first optical system intersects with the imaging surface Na is called a base line.
  • the base line is a line segment that does not change depending on the position of the object and serves as a reference for triangulation.
  • the baseline length which is the length of this baseline, is equal to the interval B.
  • the base line length is B.
  • the image of the distance measuring object U is formed on the imaging surface Na by the imaging lens La and on the imaging surface Nb by the imaging lens Lb.
  • a point P on the distance measuring object U is a measurement point.
  • the point P is imaged at a point that intersects the optical axis Aa of the first optical system on the imaging surface Na.
  • the point P is imaged at a position that is separated by a distance ⁇ from the point where the imaging surface Nb and the optical axis Ab of the second optical system intersect. This is called parallax, and its length is called parallax amount ⁇ .
  • the focal lengths of the imaging lenses La and Lb of the first and second optical systems are f, the following approximate expression holds.
  • the image formed on the imaging surfaces Na and Nb is subjected to processing such as correction and division to make it easy to perform arithmetic processing.
  • the parallax amount ⁇ is obtained by pattern matching between the image formed on the imaging surface Na and the image formed on the imaging surface Nb.
  • the distance Z can be obtained by substituting the calculated parallax amount ⁇ , the base line length B, and the focal length f into the equation (1).
  • the larger the baseline length B and the focal length f, the larger the parallax amount ⁇ , and the ranging accuracy increases.
  • Patent Document 1 discloses a distance measuring device using a positive meniscus single lens having a convex surface on the object surface in order to increase the focal length without increasing the total lens length.
  • the distance measuring device includes a plurality of optical systems for imaging, unlike a camera used for general imaging. For this reason, as the imaging performances of the optical systems constituting the distance measuring device are equal to each other, the distance measuring accuracy increases.
  • the lens has an eccentricity of about several ⁇ m between the lens surfaces due to the limit of the precision of the mold and manufacturing variations. Eccentricity between lens surfaces means a state in which the central axes passing through the surface vertices of two lens surfaces of the lens do not coincide with each other and are shifted from each other. Eccentricity also occurs between lens surfaces respectively provided on two main surfaces of one lens, and also occurs between any two lens surfaces in an optical system including two or more lenses. If there is an eccentricity between the lens surfaces, the rotational symmetry of the imaging performance will be lost, and the detected parallax amount will change for each imaging position during parallax detection by pattern matching, and ranging accuracy will be significantly degraded. There are challenges.
  • Patent Document 1 discloses a lens configuration for ranging, but does not disclose any degradation in ranging accuracy due to a difference in imaging characteristics between lens surfaces caused by manufacturing errors.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a distance measuring device with little deterioration in distance measuring accuracy even when there is an eccentricity between lens surfaces. There is.
  • a distance measuring apparatus is an imaging unit having a plurality of optical systems that capture an image of an object and a plurality of imaging regions corresponding to the plurality of optical systems in a one-to-one relationship. And an imaging unit that converts the image of the object formed in each imaging region into an electrical signal, and the distance to the object based on the parallax of the image of the object formed by the plurality of optical systems, respectively.
  • Each of the plurality of optical systems includes n (n is an integer of 2 or more) lens surfaces, and at least one of the plurality of optical systems includes the object.
  • the decentering directions of the i-th lens surface from the side and the j-th lens surface i and j are different and are each an integer of 1 to n) coincide with each other.
  • each of the at least one pair of optical systems is injection-molded and includes at least one lens having a gate mark, and the at least one lens includes the i-th lens surface and the j-th lens surface.
  • the orientations of the gate marks with respect to the center of the at least one lens coincide with each other.
  • each of the at least one pair of optical systems includes one lens, and the one lens has the i-th lens surface and the j-th lens surface.
  • each of the at least one pair of optical systems includes a first lens and a second lens, and the first lens and the second lens respectively include the i-th lens surface and the j-th lens surface.
  • each of the plurality of optical systems includes a lens barrel
  • the distance measuring device includes a sub lens barrel that supports one lens barrel of the pair of optical systems;
  • a holding member that holds the other lens barrel and the sub lens barrel of the pair of optical systems in a predetermined spatial arrangement with respect to the imaging unit, and the first of the pair of optical systems.
  • the other lens barrel, the holding member, and the one lens barrel and the sub lens barrel of the pair of optical systems are provided with screw structures that fit into each other.
  • the lens barrel is rotatably supported by the holding member.
  • one of the i-th lens surface and the j-th lens surface has the most radius of curvature excluding a lens surface that is a flat surface among the n lens surfaces of each optical system. It is a small lens surface.
  • the i-th lens surface and the j-th lens surface are a lens surface having the smallest curvature radius excluding a lens surface that is a flat surface among the n lens surfaces of each optical system, and Next is a lens surface with a small radius of curvature.
  • a method of manufacturing a distance measuring apparatus including a plurality of optical systems includes a step of preparing a plurality of lenses manufactured by injection molding using the same mold, and at least a pair of the plurality of optical systems. And disposing each of the plurality of lenses in a lens barrel for a plurality of optical systems such that the directions of eccentricity between the pair of lens surfaces of the lens coincide with each other.
  • the lens barrels of the at least one pair of optical systems are arranged such that the orientation of the gate traces of the lens coincides with the optical axis of the lens. .
  • a method of manufacturing a distance measuring device is a method of manufacturing a distance measuring device including a plurality of optical systems and an imaging unit having a plurality of imaging regions corresponding to the plurality of optical systems in a one-to-one relationship.
  • step (C) a step (D) of adjusting the other position of the pair of optical systems so that an object forms an image on another one of the plurality of imaging regions, and the pair of optical systems, Between any two lens surfaces of at least two types of lenses Comprising a step (E) to match the direction of Jill eccentricity.
  • the orientation of the gate traces of the lens barrel coincides with each other with respect to the optical axis of the optical system. At least one lens barrel is rotated with respect to the optical axis of the optical system.
  • the same type of lens is manufactured by injection molding using the same mold, and in the step (B), the pair of lenses
  • the two types of lenses are arranged so that the orientations of the gate marks of the two types of lenses coincide with each other in the pair of optical systems with respect to the gate marks of the lens barrel of the optical system.
  • the present invention even when eccentricity is generated between two lens surfaces, by making the eccentric direction coincide with the direction of eccentricity in at least two of the plurality of optical systems, It is possible to perform distance measurement with high accuracy by suppressing degradation of distance measurement accuracy.
  • FIG. 1 It is a conceptual diagram which shows the simulation model for demonstrating the influence which eccentricity of a lens has on imaging.
  • FIG. 1 it is a figure which shows the movement of the imaging pattern when eccentricity arises in a lens.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows typically 1st Embodiment of the distance measuring device of this invention.
  • (A) to (c) respectively show spherical aberration, astigmatism and distortion in the optical system of the distance measuring device of FIG.
  • A) to (c) is a diagram for explaining the direction of eccentricity generated between lens surfaces in the two optical systems of the first embodiment.
  • (A) is a figure which shows the state which released the injection-molded single lens used for the ranging apparatus of FIG.
  • (b) is a figure which shows the single lens of the state isolate
  • (A) And (b) is a figure which shows the simulation result of the ranging accuracy of 1st Embodiment
  • (c) is a figure which shows the simulation result of the ranging accuracy when there is no eccentricity of a lens. is there.
  • (A) And (b) is a figure which shows the simulation result of the ranging accuracy of a comparative example. It is typical sectional drawing which shows the other example of the lens surface contained in the optical system of the distance measuring device of this invention. It is sectional drawing which shows typically 2nd Embodiment of the distance measuring device by this invention.
  • (A) to (c) respectively show spherical aberration, astigmatism and distortion in the optical system of the distance measuring device of FIG.
  • (A) And (b) is a figure explaining the direction of eccentricity which arises between lens surfaces in two optical systems of 2nd Embodiment.
  • (A) And (b) is a figure which shows the simulation result of the ranging accuracy of 2nd Embodiment
  • (c) is a figure which shows the simulation result of the ranging accuracy when there is no eccentricity of a lens. is there.
  • (A) And (b) is a figure which shows the simulation result of the ranging accuracy of a comparative example. It is a figure explaining the eccentricity of the lens surface which can apply this invention. It is a figure for demonstrating the principle of the triangulation in a distance measuring device.
  • the plurality of optical systems includes n lens surfaces, and the i-th lens surface and the j-th lens surface are not offset due to mold errors or manufacturing errors.
  • n is an integer of 2 or more
  • i and j are different integers of n or less.
  • the lens surface refers to the surface or interface of an optical element having a function of changing the light collection state by refraction or diffraction.
  • circular patterns O, X1, X2, Y1, and Y2 are drawn.
  • the circular pattern O is arranged at the origin of the plane chart H, the circular patterns X1, X2 are arranged on the X axis, and the circular patterns Y1, Y2 are arranged on the Y axis, respectively.
  • imaging patterns o, x1, x2, y1, and y2 corresponding to the circular patterns O, X1, X2, Y1, and Y2 on the plane chart H are formed.
  • the imaging pattern o is formed on the optical axis in the effective image circle C.
  • the imaging patterns x1 and x2 are formed at positions separated in the + x direction from the origin by distances of 40% and 80% of the maximum image height (that is, the radius of the effective image circle C), respectively.
  • the imaging patterns y1 and y2 are formed at positions separated from the origin in the + y direction by a distance corresponding to 40% and 80% of the maximum image height.
  • FIG. 2 illustrates the change in position of the imaging pattern when any one lens surface of the lens constituting the optical system L is decentered when the image of the plane chart H is formed as shown in FIG. It is a figure for doing.
  • the direction of the imaging pattern position change with respect to the decentering direction of the lens surface may be opposite to the case where it is the same direction depending on the optical system. A case where the directions are the same will be described.
  • the imaging patterns o, x1, x2, y1, and y2 move in the ⁇ x direction, and o ′, x1 ′, x2 ′, y1 ′, y2 ′ are formed.
  • the imaging patterns o, x1, x2, y1, and y2 move in the + x direction, and o ′′, x1 ′′, x2 ′′, and y1 respectively.
  • '', Y2 '' is formed.
  • ⁇ o, ⁇ x1, ⁇ x2, ⁇ y1, and ⁇ y2 are imaging patterns o ′ and x1 with respect to the positions of the imaging patterns o ′′, x1 ′′, x2 ′′, y1 ′′, and y2 ′′. It is the movement amount of the relative pattern position of ', x2', y1 ', y2'. Generally, when the lens surface on the image plane side of the lens L is decentered, the amount of movement differs depending on the imaging position.
  • the effect that the amount of movement varies depending on the image capturing position appears as distortion of the captured image.
  • a distance measuring device provided with a plurality of optical systems, in addition to the problem that the image captured for each optical system is distorted, between the plurality of optical systems, if the direction of eccentricity and the amount of eccentricity are different, The problem is that the way the captured image is distorted also differs among a plurality of optical systems. For this reason, the eccentricity in the distance measuring apparatus causes a problem in that the distance measuring accuracy is caused and the degree of decrease in the distance measuring accuracy varies depending on the imaging position.
  • Image distortion due to decentration is small, but for example, a small distance measuring device with a short base length and focal length reduces the detected parallax. Effect.
  • a large distance measuring device having a relatively long base line length or focal length has a large effect on distance measurement accuracy because the parallax is reduced when an object located far away is measured.
  • the distance measuring device of the present invention includes a plurality of optical systems, and each of the plurality of optical systems includes n lens surfaces.
  • n is an integer of 2 or more.
  • the decentering directions of the i-th lens surface and the j-th lens surface from the object side coincide with each other.
  • i and j are different integers of 1 to n.
  • the eccentricity of the lens itself cannot be changed, the image of the object formed in each optical system is distorted by the eccentricity of the lens.
  • the images formed by the pair of optical systems are distorted to the same extent in the same direction.
  • the influence of eccentricity is offset.
  • deterioration of ranging accuracy due to eccentricity can be suppressed, and conditions for reducing parallax, such as when measuring with a small distance measuring device or when measuring distance with a relatively large distance measuring device.
  • a particularly advantageous effect can be obtained.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the distance measuring device M of the present embodiment.
  • the distance measuring device M includes two optical systems including single lenses La and Lb, an imaging unit N, and an arithmetic processing circuit C.
  • the single lenses La and Lb have substantially the same shape. Specifically, each of the single lenses La and Lb has a lens surface r1 located on the object side and a lens surface r2 located on the imaging unit N side, and the shape of the lens surface r1 of the single lens La is It is almost the same as the shape of the lens surface r1 of the single lens Lb.
  • the shape of the lens surface r2 of the single lens La is substantially equal to the shape of the lens surface r2 of the single lens Lb.
  • the distance between the optical axes of the two optical systems is B, which is the base line length of the distance measuring device M.
  • the imaging unit N includes imaging areas Na and Nb corresponding to the optical system configured by the single lenses La and Lb in a one-to-one relationship, and is formed in the imaging areas Na and Nb by the single lenses La and Lb. Convert the object image into an electrical signal.
  • the imaging areas Na and Nb are shown as separate elements, but the imaging areas Na and Nb are set so as to correspond to each lens in a one-to-one relationship by dividing the area of one imaging element. May be.
  • the arithmetic processing circuit C receives an electrical signal from the imaging unit N, and calculates the distance to the object (not shown) from the parallax of the image of the object by the two optical systems.
  • the method for calculating the distance from the parallax to the object is as described with reference to FIG.
  • the distance measuring device M includes diaphragms Sa and Sb provided on the lens surface r1 side of the single lenses La and Lb, respectively, and a filter Fa provided between the single lenses La and Lb and the imaging regions Na and Nb. , Fb.
  • Table 1 shows design data of each optical system in the distance measuring device M shown in FIG.
  • Ri is the paraxial radius of curvature (mm) of each surface
  • di is the surface center distance (mm) of each surface
  • nd is the refractive index of the d-line of the lens or filter
  • ⁇ d is the d-line of the lens or filter. Indicates the Abbe number.
  • the filter 1 surface and the filter 2 surface are surfaces of the filter Fa (or Fb) on the single lens La (Lb) side and the imaging region Na (Nb) side, respectively.
  • the eccentric directions of the single lenses La and Lb are made to coincide with each other in order to suppress the deterioration of the distance measuring accuracy due to the eccentricity generated between the lens surfaces.
  • the lens surface r1 has a central axis Aa that passes through the surface vertex of the lens surface r1 and is orthogonal to the imaging region Na
  • the lens surface r2 has a surface vertex of the lens surface r2.
  • And has a central axis Ba orthogonal to the imaging region Na.
  • the lens surface r1 has a central axis Ab that passes through the surface vertex of the lens surface r1 and is orthogonal to the imaging region Nb, and the lens surface r2 passes through the surface vertex of the lens surface r2, and the imaging region Nb. And a central axis Bb perpendicular to the axis.
  • FIG. 5A shows the eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r2 in the single lens La and the eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r2 in the single lens Lb.
  • the eccentricity between the two lens surfaces is the deviation between the central axes of both lens surfaces described above.
  • the direction of eccentricity is represented by a vector connecting the central axes passing through the surface vertex of the other lens surface when the central axis passing through the surface vertex of one lens surface is used as a reference.
  • the direction of eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r2 is indicated by a vector from Aa to Ba.
  • the direction of eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r2 is indicated by a vector from Ab to Bb.
  • the optical system has n lens surfaces, and the decentering directions of the i-th lens surface and the j-th lens surface from the object side coincide with each other among the plurality of optical systems. ing.
  • n is an integer of 2 or more, i and j are different, and each is an integer of n or less.
  • the direction of the vector from the central axis Aa to the central axis Ba in the single lens La and the direction of the vector from the central axis Ab to the central axis Bb in the single lens Lb are the same. I'm doing it.
  • “match” includes not only the case where the angle between the two vectors is 0 degrees, but also the case where the angle between the two vectors is 15 degrees or less.
  • the central axes Ba and Bb are eccentric by ⁇ 5 ⁇ m in the X direction with respect to the central axes Aa and Ab, respectively. However, the directions of eccentricity coincide.
  • the eccentric amounts of the single lenses La and Lb can be made equal.
  • the gate mark generated at the time of injection molding is used as a reference, and the orientation of the gate mark from the lens center is matched in the single lenses La and Lb.
  • the core direction matches.
  • FIG. 6A is a schematic diagram showing a state in which a single lens made of resin is released from a mold that can be molded at a time. Six lenses from lenses L1 to L6 are molded at a time.
  • L1 to L6 are single lenses, and J is a runner.
  • FIG. 6B shows the single lens L1 in a state separated from the runner, where K is an edge surface that is an ineffective area of the lens, and G1 is a gate mark.
  • a D-cut shape is provided in the gate mark G1 in advance as shown in FIG. There may be. In this case, even if the gate mark G1 is completely cut away, the flat portion of the D-cut shape can be regarded as the gate mark.
  • FIG. 7 is a value obtained by measuring ten eccentricity amounts between the center of the lens surface on the object side and the center of the lens surface on the imaging region side of a single lens manufactured from the same mold, with the gate direction aligned. The results of plotting are shown. As can be seen from FIG. 7, by using the same mold, the decentering direction and decentering amount of the produced lens are substantially the same. Therefore, when assembling the distance measuring device, a lens formed by using the same cavity of the same mold is arranged so that the orientations of the gate traces coincide with each other, whereby a lens on the object side of a plurality of single lenses is arranged. It is possible to relatively align the eccentric direction and the eccentric amount between the center of the surface and the center of the lens surface on the imaging region side.
  • the central axis of the lens surface r1 on the object side of the single lenses La and Lb coincides with the center of the outer periphery of the lens La.
  • the single lens La using the same cavity of the same mold And Lb it is possible to relatively align the eccentric direction and the eccentric amount between the center of the lens surface on the object side of the plurality of single lenses and the center of the lens surface on the imaging region side. As shown in FIG.
  • the lens surfaces r1 The direction of eccentricity between the lens surface r2 and the lens surface r2 is indicated by a vector from Aa to Ba.
  • the direction of eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r2 is indicated by a vector from Ab to Bb. Therefore, for example, as shown in FIG. 5C, when these two vectors do not match, the single lens Lb can be rotated as indicated by the arrow, and the orientation of the gate trace can be matched in the lenses La and Lb. In this case, the eccentric directions coincide as shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a simulation result obtained by measuring how much the captured image moves when the eccentricity is given between the two lens surfaces as compared with the case where there is no eccentricity.
  • the optical system is set as the design data shown in Table 1, and the imaging position when the central axis of the lens surface on the imaging region side is shifted by ⁇ 5 ⁇ m, 0 ⁇ m, and +5 ⁇ m in the X direction is analyzed by tracking the light rays. It is.
  • each illuminance distribution diagram 16 ⁇ 16 pixels are arranged in a matrix, and pixels with relatively higher illuminance are shown with higher brightness. However, for the convenience of display, the high brightness is indicated by the ratio of the white area in each pixel.
  • each of the regions arranged in a lattice pattern is one pixel, and the pixel pitch is 6 ⁇ m.
  • the highest illuminance portion (the portion shown in white) of the imaging pattern o ′′ is up and down at the center of the illuminance distribution diagram.
  • the portion with the highest illuminance in the imaging pattern o is four pixels arranged in 2 rows and 2 columns at the center of the illuminance distribution diagram.
  • the center of the image pattern o ′′ having the highest illuminance is shifted to the ⁇ x direction side as compared with the center of the image pattern o having the highest illuminance.
  • the center of the portion with the highest illuminance in the imaging pattern o ′ is shifted to the + x direction side as compared with the center of the portion with the highest illuminance in the imaging pattern o.
  • the position in the x direction of the center of the portion with the highest illuminance is shifted. From this result, it is understood that the position of the imaging pattern is shifted due to the influence of eccentricity.
  • the shift amount between each of the imaging patterns o, o ′, and o ′′ is different from the shift amount between each of the imaging patterns x1, x1 ′, and x1 ′′. From this result, it can be seen that when the eccentricity occurs, the amount by which the imaging pattern moves varies depending on the position.
  • the movement amounts ⁇ o, ⁇ x1, ⁇ x2, ⁇ y1, and ⁇ y2 of the imaging pattern are also derived by pattern matching.
  • the correlation degree of pattern matching is obtained by an evaluation function SAD (Sum of Absolute Difference) which is a sum of absolute values of luminance differences between pixels between the reference-side small region and the reference-side small region.
  • SAD Scalable Absolute Difference
  • i and j are the coordinates of the operation block
  • I0 and I1 are the luminance value on the standard side and the luminance value on the reference side in the coordinates shown in parentheses, respectively.
  • the SAD calculation the calculation is performed while shifting the position of the reference-side search block area with respect to the reference-side calculation block area, and the shift amount when the SAD becomes the minimum value becomes the movement amount.
  • the shift direction of the search block is the + X direction in FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing the SAD calculation.
  • SAD is an operation in units of pixels, but can be obtained in units of subpixels by interpolation processing.
  • Table 2 shows the result of deriving the movement amounts ⁇ o, ⁇ x1, ⁇ x2, ⁇ y1, and ⁇ y2 of the imaging pattern using the SAD in the single lenses La and Lb of the present embodiment. As described above, when the lens surface on the imaging region side is decentered, it can be seen that the amount of movement of the imaging pattern varies depending on the imaging position.
  • FIG. 10 shows a plane chart T for distance measurement accuracy confirmation used for analysis.
  • FIG. 10 shows a plane chart T for distance measurement accuracy confirmation used for analysis.
  • circular patterns Q of 37 ⁇ 29 are arranged.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the positional relationship between the plane chart T and the distance measuring device M.
  • this flat chart T is set at a distance of 2 m from the distance measuring device M, an image obtained by the image pickup device Na on the single lens La side and an image obtained by the image pickup device Nb on the single lens Lb side are respectively simulated. Reproduce.
  • a standard image serving as a reference for parallax search is acquired on the single lens La side, and a reference image serving as a reference for parallax search is acquired on the single lens Lb side.
  • the distance measuring device M is arranged so that the center of the plane chart T and the center axis of the single lens La side coincide with each other as shown in FIG. They are arranged so that the directions match.
  • the baseline length B is set to 6 mm.
  • the image size to be reproduced is that the size of the reference image on the single lens La side is 592 ⁇ 464 pixels, and the parallax calculation is performed in block units of 16 ⁇ 16 pixels. Therefore, the number of operation blocks is the same as the horizontal pattern 37 ⁇ vertical pattern 29 as the circular pattern Q.
  • the size of the chart T is determined so that each circular pattern fits in each calculation block.
  • the evaluation function SAD shown in Equation (3) is used for the parallax of each block, but the pitch on the image of the circular pattern is almost 16 pixels, so the maximum parallax search is performed to prevent erroneous detection of parallax by SAD calculation.
  • the range is set to 14 pixels. For this reason, the size of the reference image on the single lens Lb side is set to 606 ⁇ 464 pixels.
  • This calibration parameter is a parameter for performing camera parallelization correction, distortion aberration correction, and lens shading correction.
  • FIG. 12A is a map of distance measurement accuracy when the lens surface r2 on the imaging surface side is shifted by ⁇ 5 ⁇ m in the X direction as in FIG. 1, and the eccentric direction of the single lens La. And the eccentric direction of the single lens Lb completely coincide with each other (angle difference is 0 degree).
  • FIG. 12B is a distance measurement accuracy map when the angular difference between the eccentric direction of the single lens La and the eccentric direction of the single lens Lb is 15 degrees.
  • FIG. 12C is a distance measurement accuracy map in a state where the single lens La, Lb has no eccentricity of the lens surface r2 on the imaging region side.
  • FIG. 13A shows a case where the central axis of the lens surface r2 on the imaging region side of the single lens Lb is decentered by +5 ⁇ m in the X direction opposite to the single lens La, that is, the single lens La and the single lens. It is a map of the ranging accuracy in the state where the eccentric direction with the lens Lb differs by 180 degrees.
  • FIG. 13B shows a case where the central axis of the lens surface r2 on the imaging region side of the single lens Lb is decentered by +5 ⁇ m (X direction is 0 ⁇ m), that is, the single lens La and the single lens Lb. It is a map of the ranging accuracy in the state where the eccentric directions of are different by 90 degrees.
  • the decentering direction is made to coincide with at least two of the plurality of optical systems. In such a case, it is possible to perform distance measurement with high accuracy by suppressing deterioration of distance measurement accuracy.
  • the i-th and j-th lens surfaces are two main surfaces of an optical lens that is composed of a spherical surface, an aspherical surface, or a flat surface and changes the focusing state of light by refraction.
  • the lens surface may have a function of changing the light focusing state by diffraction, or may be the surface of the optical adjustment layer provided on the surface of the lens surface that changes the light focusing state. Good.
  • the i-th and j-th lens surfaces may be a diffractive surface provided with a diffraction grating and the surface of an optical adjustment layer provided so as to cover the diffractive surface.
  • the i-th and j-th lens surfaces may be a diffractive surface provided with a diffraction grating and the surface of an optical adjustment layer provided so as to cover the diffractive surface.
  • an optical adjustment layer is provided to maintain high diffraction efficiency in a wide wavelength range.
  • the refractive index at the wavelength ⁇ of the base material G and the optical adjustment layer H is set to n1 ( ⁇ ) and n2 ( ⁇ ), respectively, so that the diffraction grating provided on the diffractive surface D has a blaze step d.
  • ⁇ be the wavelength.
  • the combination of the refractive indexes of the base material G and the optical adjustment layer H is set so that d in the following formula (4) is substantially constant with respect to an arbitrary wavelength ⁇ within the wavelength region of the light to be used. Thereby, the diffraction efficiency of the optical element is maintained at a value close to 100% in a predetermined wavelength band.
  • the optical element shown in FIG. 14 even when the center axis of the optical adjustment layer H is decentered with respect to the center axis of the diffractive surface D, the image is distorted as described in the present embodiment. For this reason, even in a distance measuring device including a plurality of optical systems having such optical elements, the effects of eccentricity can be offset by matching the eccentric directions of the pair of optical systems. *
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing the configuration of the distance measuring device M ′ of the present embodiment.
  • the distance measuring device M ′ includes two optical systems, an imaging unit N, and an arithmetic processing circuit C.
  • the distance measuring device M ′ is different from the first embodiment in that the optical system is constituted by two lenses. Specifically, each optical system is provided with a first lens group L1a and L1b each having a lens surface r1 on the object side and a lens surface r2 on the imaging region side, and one optical system is provided on each object side.
  • the second lens group L2a and L2b have a lens surface r3 and an imaging region side lens surface r4.
  • Apertures Sa and Sb are provided on the lens surface r3 side of the second group lenses L2a and L2b, and filters Fa and Fb are provided between the second group lenses L2a and L2b and the imaging areas Na and Nb.
  • Yes. B indicates the base length of the distance measuring device.
  • the first group lens L1a, the diaphragm Sa, and the second group lens L2a are inserted into the lens barrel H1a and fixed by an adhesive T1.
  • the first group lens L1b, the stop Sb, and the second group lens L2b are inserted into the lens barrel H1b and fixed by an adhesive T1.
  • the lens barrel H1b is fixed to the sub lens barrel H2b with an adhesive T2.
  • the lens barrel H1a and the sub lens barrel H2b are fixed to the holding member K by adhesives T2 and T3, respectively, and the holding member K and the imaging unit N are fixed to the mounting substrate W.
  • the outer peripheral portion of the lens barrel H1a and the holding member K, and the outer peripheral portion of the lens barrel H1b and the inner peripheral portion of the sub-lens barrel H2b are provided with screw structures that are fitted to each other, and rotate the barrel. By doing so, it is possible to adjust the focus of each optical system.
  • the plurality of first group lenses L1a and L1b have substantially the same shape. Specifically, the shape of the lens surface r1 on the object side in the first group lens L1a is approximately the same as the shape of the lens surface r1 on the object side in the first group lens L1b. The shape of the lens surface r2 on the imaging unit N side in the first group lens L1a is substantially the same as the shape of the lens surface r2 on the imaging unit N side in the first group lens Lb. Similarly, the plurality of second group lenses L2a and L2b have substantially the same shape.
  • the shape of the lens surface r3 on the distance measuring object side of the second group lens L2a is substantially the same as the shape of the lens surface r3 on the distance measuring object side of the second group lens L2b.
  • the shape of the lens surface r4 on the imaging unit N side in the second group lens L2a is substantially the same as the shape of the lens surface r4 on the imaging unit N side in the second group lens L2b.
  • the imaging unit N includes imaging areas Na and Nb corresponding to the two optical systems on a one-to-one basis, and converts images of objects formed in the imaging areas Na and Nb by the optical system into electric signals.
  • the imaging areas Na and Nb are shown as separate elements. However, the imaging areas Na and Nb are set so as to correspond to each lens on a one-to-one basis by dividing the area of one imaging element. Also good.
  • the arithmetic processing circuit C receives an electrical signal from the imaging unit N, and calculates the distance to the object (not shown) from the parallax of the image of the object by the two optical systems.
  • the method for calculating the distance from the parallax to the object is as described with reference to FIG.
  • Table 3 shows optical system design data in the distance measuring apparatus shown in FIG. Each symbol in Table 3 is the same as in Table 1.
  • FIGS. 16A, 16B, and 16C show the spherical aberration, astigmatism, and distortion of each optical system, respectively. From these figures, it can be seen that each aberration is well corrected.
  • the lens surfaces in the two optical systems are aligned in the same direction in order to suppress the deterioration of the distance measuring accuracy.
  • the eccentricity of the lens surface on the object side and the lens surface on the imaging region side in one lens is considered.
  • the first lens unit L1a has an optical axis Aa that passes through the surface vertex of the lens surface r1 and the surface vertex of the lens surface r2, and is orthogonal to the imaging region Na.
  • the optical axis Aa also passes through the center of the stop Sa.
  • the second group lens L2a has an optical axis Ca that passes through the surface vertex of the lens surface r3 and the surface vertex of the lens surface r4 and is orthogonal to the imaging region Na.
  • the first lens unit L1b has an optical axis Ab that passes through the surface vertex of the lens surface r1 and the surface vertex of the lens surface r2, and is orthogonal to the imaging region Nb.
  • the optical axis Ab also passes through the center of the stop Sb.
  • the second group lens L2b has an optical axis Cb that passes through the surface vertex of the lens surface r3 and the surface vertex of the lens surface r4 and is orthogonal to the imaging region Nb.
  • the optical axis Aa of the first group lens L1a and the optical axis Ca of the second group lens L2a do not coincide with each other, and eccentricity occurs between these lens surfaces. This is due to a deviation between the center of the insertion portion of the second lens group L2a in the lens barrel H1a and the center of the insertion portion of the first lens group L1a due to a mold error or the like in the lens barrel H1a. Because. For the same reason, the optical axis Ab of the first group lens L1b and the optical axis Cb of the second group lens L2b do not coincide with each other, and decentering occurs between these lens surfaces.
  • both lens surfaces of the first group lenses L1a and L1b and the second group lenses L2a and L2b are not decentered, and these decentering is caused by the first group lens L1a and the second group lens L2a. It can also be said that the first lens group L1b and the second lens group L2b are eccentric.
  • FIG. 17A shows the eccentricity between the optical axis of the first group lens L1a and the optical axis of the second group lens L2a, and the deviation between the optical axis of the first group lens L1b and the optical axis of the second group lens L2b. Shows the wick.
  • the eccentricity in the present embodiment is a deviation between the optical axis of the first lens group and the optical axis of the second lens group.
  • the direction of eccentricity is represented by a vector connecting two optical axes with one optical axis as a reference in a plane perpendicular to the optical axis. For example, when the optical axis of the lens of the first group is used as a reference, it is indicated by a vector from Aa to Ca and a vector from Ab to Cb as shown in FIG.
  • the lens barrels H1a and H1b a vector from the optical axis Aa to the optical axis Ca and a vector from the optical axis Ab to the optical axis cb
  • the direction matches.
  • “match” includes not only the case where the angle between the two vectors is 0 degrees, but also the case where the angle between the two vectors is 15 degrees or less.
  • the optical axes Ca and Cb are decentered by ⁇ 20 ⁇ m in the X direction with respect to the optical axes Aa and Ab, respectively.
  • the directions of eccentricity coincide. As described above, such eccentricity is caused by a shift between the center of the second group lens insertion portion and the center of the first group lens insertion portion in the lens barrels H1a and H1b.
  • the lens barrels H1a and H1b are manufactured by injection molding using the same mold. After producing the lens barrel in this way, the eccentric directions of the lenses are matched by using the gate marks of the lens barrels H1a and H1b.
  • the first group lenses L1a and L1b, the second group lenses L2a and L2b, and the lens barrels H1a and H1b are manufactured by injection molding.
  • the first group lenses L1a and L1b and the second group lenses L2a and L2b may be formed by injection molding or by polishing as long as no eccentricity occurs between each pair of lens surfaces. It may be formed.
  • the first lens group L1a and the second lens group L2a are attached to the lens barrel H1a.
  • the first lens group L1b and the second lens group L2b are attached to the lens barrel H1b. Since no decentration occurs between the pair of lens surfaces of the first group lenses L1a, L1b and the second group lenses L2a, L2b, the first group lenses L1a, L1b to the lens barrels H1a, H1b and There is no particular limitation on the mounting direction of the second group lenses L2a and L2b.
  • focus adjustment is performed by rotating the lens barrel H1a.
  • the direction of the gate mark Ga after focus adjustment is in the ⁇ X direction as shown in FIG.
  • the lens barrel H1a is fixed to the holding member K.
  • the adhesive T2 is cured.
  • the focus adjustment is performed by rotating the lens barrel H1b while holding the auxiliary lens barrel H2b so as not to rotate.
  • (6) When the focus adjustment of the lens barrel H1b is completed, if the orientation of the gate trace Gb is substantially the same as the ⁇ X direction as in the direction of the gate trace Ga of the lens barrel H1a, the lens barrel H1b Is fixed to the secondary lens barrel H2b, and the secondary lens barrel H2b is fixed to the holding member K. For example, the adhesives T2 and T3 are cured. As shown in FIG. 17 (b), when the orientation of the gate mark Gb is deviated from the ⁇ X direction, the sub lens barrel H2b is rotated together with the lens barrel H1b as indicated by the arrows.
  • the orientation of the gate mark Gb of the lens barrel H1b is made to substantially coincide with the ⁇ X direction.
  • the adhesives T2 and T3 are cured to fix the lens barrel H1b to the sub lens barrel H2b and fix the sub lens barrel H2b to the holding member K.
  • the combination of the lens barrel H1b and the sub lens barrel H2b can change the direction of the gate mark Gb while maintaining the focus position.
  • FIG. 5 As shown in FIG. 5, in the lens barrel H1a and the lens barrel H1b, the direction of eccentricity between the optical axis of the first group lens and the optical axis of the second group lens, that is, a vector from Aa to Ca and from Ab to Cb. The direction of the vector to go is the same.
  • the lens barrel H1a and the lens barrel H1b are molded in the same cavity of the same mold.
  • the directions of the marks Ga and Gb may be relatively aligned in substantially the same direction.
  • the gate mark is used as a mark, but a mark or the like may be formed in advance on the lens barrels H1a and H1b and used as the mark.
  • each lens has no eccentricity between the lens surfaces.
  • the distance measuring device of the present embodiment has a distance measuring accuracy of the lens decentering and the decentering between the lenses derived from the lens barrel. The decrease can be suppressed.
  • the first lens group L1a and L1b by injection molding using the same mold.
  • the second group lenses L2a and L2b are manufactured by injection molding using the same mold.
  • the lens barrels H1a and H1b by injection molding using the same mold. After producing the lens and the lens barrel in this way, the orientation of the lens is aligned in one direction using the gate marks as described in the first embodiment.
  • the first group lenses L1a and L1b, the second group lenses L2a and L2b, and the lens barrels H1a and H1b are manufactured by injection molding.
  • the first lens group L1a and the second lens group L2a are attached to the lens barrel H1a.
  • the first group lens L1b and the second group lens L2b are attached to the lens barrel H1b.
  • the direction of the gate trace of the lens barrel H1a with respect to the optical axis (center axis) of the lens barrel H1a, the direction of the gate trace of the first group lens L1a, and the direction of the gate trace of the second group lens L2a are made to coincide. . (4 ') Next, focus adjustment is performed by rotating the lens barrel H1a.
  • the direction of the gate mark Ga after focus adjustment is in the ⁇ X direction as shown in FIG.
  • the lens barrel H1a is fixed to the holding member K.
  • the adhesive T2 is cured.
  • the focus adjustment is performed by rotating the lens barrel H1b while holding the auxiliary lens barrel H2b so as not to rotate.
  • (6 ′) When the focus adjustment of the lens barrel H1b is completed, if the orientation of the gate trace Gb is substantially the same as the ⁇ X direction as in the direction of the gate trace Ga of the lens barrel H1a, the lens barrel H1b is fixed to the secondary lens barrel H2b, and the secondary lens barrel H2b is fixed to the holding member K.
  • the adhesives T2 and T3 are cured.
  • the sub lens barrel H2b is rotated together with the lens barrel H1b as indicated by the arrows.
  • the orientation of the gate mark Gb of the lens barrel H1b is substantially matched with the ⁇ X direction.
  • the adhesives T2 and T3 are cured to fix the lens barrel H1b to the sub lens barrel H2b and fix the sub lens barrel H2b to the holding member K.
  • the combination of the lens barrel H1b and the sub lens barrel H2b can change the direction of the gate mark Gb while maintaining the focus position.
  • the sub lens barrel When the direction of the gate mark Gb of the secondary lens barrel H2b is made to coincide with the position of the gate trace of the secondary lens barrel H2a by rotating H2b, the first group lenses L1a and L1b with respect to the optical axis of the lens barrel H1b and The orientations of the second group lenses L2a and L2b are the same.
  • the direction of eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r4 that is, the direction of the vector from Aa to Ca and the direction of the vector from Ab to Cb match.
  • the eccentric directions of the diaphragm Sa and the diaphragm Sb are matched.
  • the positional relationship between the plane chart T and the distance measuring device M, the image size, and the simulation method are the same as those in the first embodiment.
  • the baseline length B is set to 16 mm.
  • FIG. 18A is a distance measurement accuracy map when the second group lenses L2a and L2b are both shifted by ⁇ 20 ⁇ m in the X direction as shown in FIG. 12A, and the distance between the lens surface r1 and the lens surface r4. Is completely coincident between the lens barrel H1a and the lens barrel H1b (the angle difference is 0 degree).
  • FIG. 18B shows the eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r4. It is a map of ranging accuracy when the direction is an angle difference of 15 degrees between the lens barrel H1a and the lens barrel H1b.
  • FIG. 18C is a distance measurement accuracy map in a state where the second group lenses L2a and L2b are not displaced and no eccentricity occurs.
  • FIG. 19A shows a case where the second lens unit L2b is decentered by +20 ⁇ m in the X direction, which is opposite to FIG. 18A, that is, in the lens barrel H1a and the lens barrel H1b. It is a map of the ranging accuracy in the state where the direction of eccentricity between the lens surface r1 and the lens surface r4 differs by 180 degrees.
  • FIG. 19B shows the lens surface r1 and the lens when the second group lens L2b is decentered by +20 ⁇ m (X direction is 0 ⁇ m) in the Y direction, that is, in the lens barrel H1a and the lens barrel H1b. It is a map of the ranging accuracy in the state where the direction of eccentricity with respect to the surface r4 differs by 90 degrees.
  • the decentering direction is made to coincide with at least two of the plurality of optical systems. In such a case, it is possible to perform distance measurement with high accuracy by suppressing deterioration of distance measurement accuracy.
  • the eccentricity to be considered in the plurality of optical systems is generated between the two lens surfaces respectively positioned on the object side and the imaging region side of one lens.
  • the eccentricity between the lens surfaces provided in two adjacent lenses is considered.
  • the eccentricity capable of suppressing the decrease in distance measurement accuracy according to the present invention is not limited to these, and when the plurality of optical systems have n lens surfaces, the i-th lens surface from the object side By matching the decentering direction with the j-th lens surface in at least a pair of the plurality of optical systems, it is possible to suppress a decrease in distance measurement accuracy due to decentering.
  • n is an integer of 2 or more
  • i and j are different, and are integers of 1 or more and n or less, respectively.
  • FIG. 20 schematically shows the structure of one optical system LS1 of a distance measuring device having a plurality of optical systems.
  • the optical system LS1 includes a lens L1a, a lens L2a, and a lens L3a.
  • the lens L1a has lens surfaces r1 and r2 on the object side and the imaging region side, respectively.
  • the lens L2a has lens surfaces r3 and r4 on the object side and the imaging region side, respectively.
  • the lens L3a has lens surfaces r5 and r6 on the object side and the imaging region side, respectively.
  • a decrease in distance measurement accuracy due to decentration occurring between any two lens surfaces r1 to r6 can be suppressed by matching the decentering directions between the plurality of optical systems.
  • the influence of distance measurement accuracy may be reduced by matching the direction of eccentricity generated between the optical axis Aa of the lens surface r2 of the lens L1a and the optical axis Ba of the lens surface r6 of the lens L3a
  • the two lens surfaces to be selected for example, it is conceivable to select a lens having a small radius of curvature. This is because a lens having a small radius of curvature greatly affects the decrease in distance measurement accuracy. Accordingly, in each optical system, one of the i-th lens surface and the j-th lens surface whose eccentric directions coincide with each other has the smallest radius of curvature except for a flat lens surface (with a radius of curvature of zero). A lens surface is preferable. More preferably, the i-th lens surface and the j-th lens surface are a lens surface having the smallest radius of curvature and a lens surface having the second smallest radius of curvature.
  • the gate marks G0, G1, G2, and G3 are used as a mark so that the directions of the lens L1a, the lens L2a, and the lens L3a with respect to the optical axis of the lens barrel H1a are equal between the plurality of optical systems.
  • the lens L1a, the lens L2a, and the lens L3a are preferably fixed to the lens barrel H1a.
  • the lens L2a may not be formed by injection molding, and the orientation of the lens L2a is not made to coincide between the plurality of lenses. May be.
  • the distance measuring device of the present invention can be applied to a distance measuring device for various uses, and is suitably used for a distance measuring device for in-vehicle use, monitoring camera use, three-dimensional shape measurement, and the like.

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Abstract

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（Ｎ）であって、複数の光学系によってそれぞれの撮像領域に形成した対象物の像を電気信号に変換する撮像部（Ｎ）とを備え、複数の光学系によってそれぞれ形成した対象物の像の視差に基づき、対象物までの距離を測定する測距装置であって、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（ｒ１、ｒ２）を含み、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（ｒ１）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（ｒ２）との偏芯方向が互いに一致している。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　測距装置及びその製造方法
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　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 (10)

  1. 　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測距装置。
  2. 　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請求項１に記載の測距装置。
  3. 　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請求項１に記載の測距装置。
  4. 　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. 　複数の光学系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
    を包含する測距装置の製造方法。
  7. 　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請求項６に記載の測距装置の製造方法。
  8. 　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。
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