WO2012011187A1 - 距離測定装置および距離測定方法 - Google Patents

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WO2012011187A1
WO2012011187A1 PCT/JP2010/062404 JP2010062404W WO2012011187A1 WO 2012011187 A1 WO2012011187 A1 WO 2012011187A1 JP 2010062404 W JP2010062404 W JP 2010062404W WO 2012011187 A1 WO2012011187 A1 WO 2012011187A1
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lens
imaging
image
light
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川真田　進也
船山　竜士
佐鳥　新
賢英 青柳
忠良 小松田
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トヨタ自動車 株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • 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
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08—Use of electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration

Definitions

  • the present invention relates to a distance measuring device for measuring a distance to a measuring object based on optical detection of a measuring object existing in a surrounding environment, particularly a measuring object existing in a traffic environment, and the distance measuring device.
  • the present invention relates to a distance measuring method that is preferably used.
  • Conventional distance measuring devices that have been put to practical use to measure the distance to a measurement object measure the distance to the measurement object based on optical detection of light selected from visible and invisible light. To do.
  • a distance measuring device is mounted on a vehicle as a moving body, for example, and measures a distance (relative distance) between another vehicle or the like to be measured and the own vehicle (the distance measuring device itself). To do.
  • the distance measuring device provides information on the distance measured in this way to the driving support device as one of driving support information for supporting collision avoidance with other vehicles, for example.
  • the distance measuring device described in Patent Literature 1 includes a light source that projects light having a predetermined pattern having different wavelengths onto a measurement target, and the light pattern projected on the measurement target is in a direction different from the optical axis of the light source. Take an image from.
  • the distance measuring device measures the distance to the measurement object based on the change between the projected light pattern and the captured light pattern.
  • the distance measuring device described in Patent Document 1 needs to have a light source that projects light having sufficient intensity to enable imaging to be measured.
  • the light source projects a pattern of light that can be imaged onto a measurement target that may be several tens to hundreds of meters away from the host vehicle.
  • the energy consumed by the light source is an amount that cannot be neglected.
  • Patent Document 2 discloses a distance measuring device that does not use a light source.
  • a distance measuring device a total of two cameras, a camera sensitive to the visible spectral range and a camera sensitive to the infrared spectral range, are arranged with a predetermined interval between the two cameras.
  • the distance measuring device measures the distance to the measurement target by applying a triangulation method to the same measurement target image captured by each camera.
  • the distance measuring device described in Patent Document 2 does not require a special light source, the energy consumption is certainly small.
  • the distance measuring device mounted on the vehicle is affected by the vibration and distortion of the vehicle body, it is not easy to maintain a predetermined distance between the two cameras attached to the vehicle body with high accuracy. As described above, when the distance measuring device is mounted on a vehicle in particular, there is still room for improvement from the standpoint of simplification of the configuration.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is distance measurement capable of measuring a distance to a measurement object with a simple configuration even when mounted on a vehicle or the like.
  • An object of the present invention is to provide a device and a distance measuring method suitable for use in the distance measuring device.
  • a distance measuring device measures a target distance as a distance to the measuring object by optically detecting the measuring object.
  • the distance measuring device includes a lens having an optical axis in a direction different from a traveling direction of incident light from the measurement target, and the lens obtains an image of the measurement target by imaging the incident light. It is configured.
  • the distance measuring device obtains an imaging position indicating the position of the image with respect to the lens with respect to each of a plurality of wavelengths of the incident light, thereby indicating a relative relationship between the imaging positions.
  • Imaging relative amount calculating means for calculating an imaging relative amount as: information determined by chromatic aberration characteristics of the lens and the direction of the optical axis so as to show a correlation between the imaging relative amount and the target distance
  • a storage means for storing the correlation information; and a distance calculation means for calculating the target distance by collating the imaging relative amount with the correlation information.
  • the imaging position for each wavelength is different by using a lens having an optical axis in a direction different from the traveling direction of incident light. From this, the imaging relative amounts between the plurality of imaging positions are detected as different amounts. In other words, the distance measuring device can measure the distance to the measurement object based on the different imaging relative amounts. Since a normal lens has a different refractive index for each wavelength of light, that is, chromatic aberration is generated, when an image of light having a plurality of wavelengths is formed, the imaging position differs for each wavelength. Therefore, when the optical axis of the lens is tilted with respect to the traveling direction of the incident light, the lens refracts the incident light so as to tilt toward the direction of the optical axis of the lens.
  • the light is refracted at the refractive index for each wavelength, so that the light image formation position is the direction perpendicular to the traveling direction of the incident light for each wavelength (the horizontal direction or the vertical direction of the lens). ) Different from each other.
  • the incident angle of the light to the lens differs as the object distance, which is the distance between the lens and the measurement object, changes in the front-rear direction of the lens. For this reason, when the target distance changes, the imaging position of the single wavelength light also changes. Therefore, the distance measuring device can measure the distance to the measurement object based on the relative relationship between the imaging positions of the respective wavelengths.
  • the imaging positions of the respective wavelengths are different from each other in the direction perpendicular to the traveling direction of the incident light, it is difficult to detect on a common imaging plane that is generally provided facing the lens. Instead, light of each wavelength is imaged. From this, the imaging plane can detect the imaging position of each wavelength. That is, there is almost no need to move the imaging plane in order to detect the imaging position, so that, for example, an apparatus for moving the imaging plane is not necessary. That is, the imaging position of each wavelength can be detected with a simple configuration.
  • the difference in imaging position for each wavelength based on chromatic aberration can be obtained by detecting the imaging position of each wavelength by a common lens (optical system). From this, distance measurement can be performed by one optical system, that is, one camera. Therefore, for example, the degree of freedom of camera placement is increased as compared with the case of using a plurality of cameras. Further, it is not necessary to maintain the position of the camera with high accuracy, and the configuration of the distance measuring device can be simplified.
  • normal lenses have chromatic aberration correction, and are limited to light of the desired wavelength. For example, for images, red, blue, and green wavelengths of light are imaged at each wavelength. Are often configured to match.
  • the degree of freedom in selecting a wavelength used in the distance measuring device and the degree of freedom in design are increased. Furthermore, the degree of freedom in selecting and designing the optical system employed in the distance measuring device is increased.
  • the light has two wavelengths whose imaging positions are different from each other, and the correlation information constitutes map data in which the imaging relative amount is associated with the target distance.
  • the distance measuring device can measure the distance to the measurement object based on light of two wavelengths whose imaging positions by the lenses are different from each other. As described above, if the light has two or more wavelengths, the distance measuring device can measure the distance to the measurement target, and thus the distance measurement can be easily performed.
  • the imaging relative amount may be an imaging position difference as a difference between imaging positions of the two wavelengths. According to such a configuration, since the relative imaging amount is detected as the difference between the imaging positions of the two wavelengths of light, the calculation for detection is simple.
  • the imaging relative amount may be an imaging position ratio as a ratio between the imaging positions of the two wavelengths. Even with such a configuration, calculation for detection is simple.
  • the optical axis of the lens may be tilted with respect to the traveling direction of the incident light.
  • the distance measuring device can measure the distance to the measurement object based on the difference between the imaging positions. For example, in the case of a general convex lens, when the lens is arranged to be inclined with respect to the traveling direction of incident light, the optical axis of the lens is tilted with respect to the traveling direction of incident light. In this way, the lens arrangement mode and lens characteristics in the distance measuring device can be simplified.
  • the surface of the lens may be non-rotational symmetric with respect to the optical axis of the lens.
  • the optical axis of the lens can be tilted by configuring the lens surface to be non-rotational symmetric with respect to the optical axis of the lens. Therefore, by adjusting the surface shape of the lens, the optical axis of the lens can be tilted according to the wavelength of the emitted light and the distance to the measurement target. Therefore, the degree of freedom in selecting and designing the lens used in the distance measuring device is improved.
  • the refractive index of the lens may be non-rotational symmetric with respect to the optical axis of the lens.
  • the inclination of the optical axis of the lens can be adjusted by making the refractive index of the lens non-rotational symmetric with respect to the optical axis. Therefore, the optical axis of the lens can be tilted so as to correspond to the wavelength of the emitted light and the distance to the measurement target. This also improves the degree of freedom in selecting and designing the lens used in the distance measuring device.
  • the lens is preferably a part of a spectrum sensor that detects light from the measurement target. According to such a configuration, it becomes possible to detect light of a plurality of wavelengths composed of arbitrary wavelengths by using the spectrum sensor. Therefore, a large amount of image formation relative can be calculated based on the image formation position of the light with the detected wavelength light. By measuring the distance based on many imaging relative amounts, the distance measurement accuracy can be increased.
  • the spectrum sensor originally has a high degree of freedom in wavelength selectivity, it becomes easy to appropriately select light having a wavelength suitable for distance measurement according to the surrounding environment, ambient light, and the like.
  • the spectrum sensor can detect light of a plurality of wavelengths in the first place, the distance measuring device can be easily configured. That is, the existing spectrum sensor can be used as a distance measuring device.
  • the present invention provides a distance measuring method for measuring a target distance as a distance to the measuring object by optically detecting the measuring object.
  • a distance measuring method for measuring a target distance as a distance to the measuring object by optically detecting the measuring object.
  • an image of the measurement object is formed by a lens having an optical axis in a direction different from the traveling direction of incident light from the measurement object, and an imaging position indicating the position of the image with respect to the lens is obtained.
  • An imaging position calculation step for each of a plurality of wavelengths of the incident light an imaging relative amount calculation step for calculating an imaging relative amount as an amount indicating a relative relationship between the imaging positions;
  • a correlation information as information determined by the imaging relative quantity, the chromatic aberration characteristics of the lens, and the direction of the optical axis so as to show a correlation between the imaging relative quantity and the object distance;
  • the imaging positions for the respective wavelengths are different from each other by the lenses having the optical axis in the direction different from the traveling direction of the incident light. Based on the imaging positions for each wavelength, the relative imaging amounts between the plurality of imaging positions are detected as different amounts.
  • the distance measuring method can measure the distance to the measurement object based on different image forming relative amounts.
  • a normal lens has a different refractive index for each wavelength of light, that is, causes chromatic aberration. Therefore, when light having a plurality of wavelengths is imaged, the imaging position differs for each wavelength.
  • the lens refracts the incident light so as to tilt toward the direction of the optical axis. Since the light is refracted by the refractive index for each wavelength in this way, the imaging positions of the light for each wavelength are different from each other in the direction perpendicular to the traveling direction of the incident light (the horizontal direction and the vertical direction of the lens).
  • the incident angle of the light to the lens differs as the object distance, which is the distance between the lens and the measurement object, changes along the front-rear direction of the lens. For this reason, when the target distance changes, the imaging position of the single wavelength light also changes. Therefore, according to the distance measuring method, the distance to the measurement object is measured based on the relative relationship between the imaging positions of the respective wavelengths.
  • the imaging positions of the respective wavelengths are different from each other in the direction perpendicular to the traveling direction of the incident light.
  • the image forming surface is generally provided so as to face the lens, and light of each wavelength is imaged on the common image forming surface without any trouble in detection. From this, the imaging plane can detect the imaging position of each wavelength. That is, since it is almost unnecessary to move the imaging plane in the front-rear direction of the lens in order to detect the imaging position, an apparatus for moving the imaging plane is unnecessary. That is, the distance measuring method can detect the imaging position of each wavelength with a simple configuration.
  • the distance measuring method obtains an imaging position difference for each wavelength based on chromatic aberration based on the imaging position of each wavelength detected by a common lens, that is, a common optical system. From this, distance measurement can be performed by one optical system, that is, one camera. Therefore, for example, as compared with a method that requires a plurality of cameras, the degree of freedom of the camera arrangement of the apparatus that employs the distance measuring method is increased.
  • ordinary lenses are often chromatic aberration corrected.
  • a normal lens is configured to match the imaging distance of each wavelength only for light of the wavelength to be acquired, for example, for light of red wavelength, blue wavelength, and green wavelength for images.
  • light having a wavelength that has not been corrected for chromatic aberration can be used for distance measurement, which increases the degree of freedom in selecting and designing the wavelength used in the distance measurement method.
  • the degree of freedom in selecting and designing the optical system in an apparatus in which the distance measuring method is adopted is also increased.
  • the incident light may have two wavelengths, and the imaging position calculation step may determine the imaging position for each of the two wavelengths.
  • the correlation information may be acquired from map data in which the imaging relative amount is associated with the target distance.
  • the distance measurement method can measure the distance to the measurement target, so that the distance measurement can be easily performed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration in which a spectrum measuring apparatus according to an embodiment embodying a distance measuring apparatus of the present invention is mounted on a moving body.
  • the schematic diagram which shows the schematic structure of an optical system used for the spectrum measuring apparatus of FIG.
  • FIGS. 3A to 3C are schematic views showing image forming positions where the optical system of FIG. 2 forms an image of the measurement object.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an imaging position when the measurement target is far away.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating an imaging position when the measurement target is closer to the lens than in the case of FIG.
  • FIG. 3C is a diagram illustrating an imaging position when the measurement target is closer to the lens than in the case of FIG.
  • FIG. 4B are schematic views illustrating an aspect when the optical system of FIG. 2 projects the same measurement target onto the imaging surface with light of different wavelengths.
  • the graph which shows the relationship between the shift amount which the spectrum measuring apparatus of FIG. 1 detects, and the distance to a measuring object.
  • the flowchart which shows the procedure in which the spectrum measuring apparatus of FIG. 1 measures distance.
  • the schematic diagram which shows the schematic structure of the optical system of the spectrum measuring device which embodies the distance measuring device of this invention which concerns on other embodiment.
  • FIG. 1 to 6 illustrate a spectrum measuring apparatus 11 according to an embodiment embodying the distance measuring apparatus of the present invention.
  • 1 to 5 show a system configuration of the spectrum measuring apparatus 11, and
  • FIG. 6 shows a flowchart.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a spectrum measuring apparatus 11 mounted on a vehicle 10 as a moving body.
  • a driving support device that is being considered for practical use in vehicles such as automobiles is based on spectrum data measured by a spectrum sensor mounted on the vehicle in order to support driver driving and decision making. Recognize pedestrians and other vehicles.
  • the spectrum measuring apparatus 11 shown in FIG. 1 can recognize the measurement object by acquiring optical information including visible light and invisible light outside the vehicle, and the distance between the spectrum measuring apparatus 11 itself and the measurement object. It is comprised so that it can measure. Further, the vehicle 10 transmits the recognition information and distance information output from the spectrum measurement device 11 to the passenger of the vehicle 10, and the recognition information and distance information output from the spectrum measurement device 11. And a vehicle control device 13 that reflects the above in vehicle control. Since the spectrum measuring apparatus 11 recognizes the measurement object by a known method, in this embodiment, the configuration of the part of the spectrum measurement apparatus 11 for recognizing the measurement object and the recognition process for recognizing the measurement object. Redundant explanations such as are omitted for convenience.
  • the human machine interface 12 communicates the vehicle state and the like to the passenger, particularly the operator, through light, color, sound, and the like. That is, the human machine interface 12 is a known interface device provided with an operation device such as a push button or a touch panel so that a passenger's intention is input through a button or the like.
  • the vehicle control device 13 as one of the various control devices mounted on the vehicle 10 can transmit necessary information to various other control devices such as an engine control device mounted on the vehicle. They are interconnected directly or indirectly via an in-vehicle network.
  • the vehicle control device 13 receives information about the measurement target recognized by the spectrum measurement device 11 and information such as the distance to the measurement target from the connected spectrum measurement device 11, the vehicle control device 13 Information is transmitted to various other control devices. Further, the vehicle control device 13 is configured to execute the required driving assistance in the vehicle 10 in accordance with the recognized measurement object and the distance to the measurement object.
  • the spectrum measurement device 11 detects spectrum data R0 of observation light, which is light obtained by observing a measurement object, and receives and processes spectrum data R0 from the spectrum sensor 14. And a spectral data processing device 15 for performing the processing.
  • the spectrum sensor 14 is configured to generate spectrum data R0 of observation light by detecting a spectrum image of observation light.
  • Each of the plurality of pixels constituting the spectrum image has individual spectrum data.
  • the spectrum sensor 14 has a function of splitting observation light as light composed of visible light and invisible light into a predetermined wavelength band.
  • the spectrum data R0 output from the spectrum sensor 14 includes wavelength information as information indicating the wavelengths constituting each wavelength band after spectroscopy, and light intensity as information indicating the light intensity of observation light for each wavelength in these wavelength bands. Information.
  • 400 nm (nanometers) is selected in advance as the first wavelength ( ⁇ 1), that is, the short wavelength used for distance measurement, and the second wavelength ( ⁇ 2), that is, the long wavelength that is longer than the short wavelength is selected.
  • 800 nm is selected. That is, the spectrum data R0 includes spectrum data composed of 400 nm light and spectrum data composed of 800 nm light.
  • the spectrum sensor 14 also has a function of regulating the observation light to a predetermined wavelength band.
  • the spectrum sensor 14 includes a lens 20 that forms an image of the incident light L and a detection device 21 that detects the light imaged by the lens 20. Furthermore, the spectrum sensor 14 includes a filter (not shown) for generating the incident light L from the observation light. That is, the filter of this embodiment selects the light component of the main wavelength from the observation light among the various light components constituting the incident light L.
  • the detection device 21 is composed of a light receiving element such as a CCD.
  • An imaging surface 21 a as an imaging surface formed by the light receiving surfaces of these light receiving elements is disposed so as to face the lens 20. That is, the detection device 21 detects the light intensity information of the incident light L in a state of being imaged by the lens on the imaging surface 21a.
  • the lens 20 is a convex lens, when the incident light L is incident on the lens 20, outgoing light as transmitted light refracted so as to be condensed is emitted from the lens 20. Light emitted from the lens forms an image at the image point F.
  • the traveling direction X1 of the incident light L is inclined by the inclination angle ⁇ a with respect to the optical axis of the lens 20. That is, the optical axis AX of the lens 20 has a direction different from the traveling direction X1 of the incident light L. That is, the main plane TX of the lens 20 is inclined by an inclination angle ⁇ a with respect to a plane perpendicular to the traveling direction X1 of the incident light L.
  • the main plane TX of the lens 20 is a plane that passes through the main point PP of the lens 20 and is perpendicular to the optical axis AX of the lens 20.
  • the main plane TX of the lens 20 passes through the center of the lens 20 in the thickness direction.
  • Such a lens 20 can be designed by a known lens design technique.
  • each position component of the incident light L incident on each position on the surface of the lens 20 is not rotationally symmetric with respect to the optical axis AX of the lens 20 due to the presence of the tilt angle ⁇ a of the lens 20. That is, each position component of the incident light L is incident on the lens 20 at a non-rotationally symmetric incident angle. Therefore, each position component of the incident light L is refracted by each lens 20 portion at a refraction angle that is non-rotationally symmetric with respect to the optical axis AX of the lens 20. Therefore, the imaging point F does not exist on the extension line LX in the traveling direction X1 from the principal point PP of the lens 20. The imaging point F exists away from the extension line LX.
  • the portion of the lens 20 is refracted at a non-rotationally symmetric refraction angle. That is, the outgoing light L10 from the lens 20 travels in a direction different from the traveling direction X1 of the far incident light L1 and forms an image at the imaging point F.
  • the lens 20 has a property of having a different refractive index for each wavelength of light, so-called chromatic aberration. For this reason, among the emitted light L10 from the lens 20, the light components of the respective wavelengths are emitted from the lens 20 in different directions with refractive indexes corresponding to the respective wavelengths. That is, the emitted light L10 is emitted at a non-rotation contrasting refraction angle based on a different refractive index for each wavelength of light, and proceeds in a direction corresponding to each refraction angle, thereby forming imaging points F at different positions. Is imaged. That is, on the common imaging surface 21a, the imaging points F of the light of each wavelength are formed at different positions for each wavelength of the incident light L.
  • the image forming point F for the short wavelength and the image forming point F for the long wavelength are not necessarily formed on the common image forming surface 21a, and it is considered that some axial chromatic aberration also occurs.
  • the axial chromatic aberration is in the range of the depth of focus as compared to the difference in position, that is, the shift amount between the imaging point F for the short wavelength and the imaging point F for the long wavelength on one imaging plane 21a.
  • the inclination angle ⁇ a, the range of the target distance s as the distance to the measurement target, the material of the lens 20, and the refractive index were set in advance so as to fall within the range. That is, the axial chromatic aberration is negligible compared to the shift amount of the imaging position of the lens 20 in the horizontal direction or the vertical direction.
  • FIG. 3A shows a case where the measurement target is a far measurement target T1 that exists far away.
  • FIG. 3B shows a case where the measurement target is a medium measurement target T2 that is closer to the lens 20 than in the case of FIG.
  • FIG. 3C shows a case where the measurement target is a near measurement target T3 that is closer to the lens 20 than in the case of FIG.
  • FIG. 3A shows a far measurement target T1 that exists at a far target distance s1 that can be evaluated as an infinite distance from the lens 20.
  • the far incident light L1 that is the incident light from the far measurement target T1 is incident on the lens 20 as substantially parallel light in the traveling direction X1.
  • the far-incident light L1 is single-wavelength light having only a short wavelength as the first wavelength, for example, light having a wavelength of 400 nm
  • the far-incident light L1 is obtained by using the refractive index of the lens 20 corresponding to the wavelength of 400 nm and the lens.
  • the light is refracted on the basis of the refractive index corresponding to the inclination angle ⁇ a of 20, and is emitted from the lens 20 as the far-short emitted light L11.
  • the far and short emitted light L11 is imaged at the far and short imaging point F11 on the imaging surface 21a.
  • the far incident light L1 is a single wavelength light having only a long wavelength as a second wavelength different from the short wavelength, for example, a light having a wavelength of 800 nm
  • the far incident light L1 is a lens corresponding to a wavelength of 800 nm.
  • the light is refracted and emitted from the lens 20 as long-distance outgoing light L12.
  • the long-length emitted light L12 is imaged at a long-length image point F12 on the image plane 21a.
  • the refractive index generally tends to increase as the wavelength decreases. Therefore, as shown in FIG. 3A, the refraction of the long and short emitted light L11 having a short wavelength (wavelength 400 nm) is larger than the refraction of the long and long emitted light L12 having a long wavelength of 800 nm. Therefore, on the common imaging surface 21a, the position of the long imaging point F12 of the long output light L12 is different from the position of the long imaging point F11 of the long output light L11.
  • the far-short image point F11 is located farther than the far-length image point F12 with respect to the extension line LX in the traveling direction X1 passing through the principal point PP of the lens 20.
  • the far and short image forming point F11 is positioned below the far and long image forming point F12. Therefore, there is a relative difference between the position of the long and short imaging point F11 of the long and short outgoing light L11 and the position of the long and long imaging point F12 of the long and long outgoing light L12 due to the shift of the imaging position due to the difference in wavelength.
  • a far shift amount D1 position of the far-short imaging point F11 ⁇ position of the long imaging point F12
  • the far shift amount D1 is a distance in the vertical direction with respect to the extension line LX in the traveling direction X1 passing through the principal point PP of the lens 20.
  • FIG. 3B shows the middle measurement target T2 located at the middle target distance s2 whose distance from the lens 20 is shorter than the far target distance s1 described above.
  • the intermediate expansion angle ⁇ 2 shown in FIG. 3B is an expansion angle, that is, an intake angle, indicating the degree of expansion of the medium incident light L2 as incident light in this case from the measurement target T toward the peripheral edge of the lens 20. Show.
  • the incident angle to the lens 20 increases as the expansion angle increases.
  • the far expansion angle ⁇ 1 which is the expansion angle in the case of FIG. 3A, is almost zero.
  • the medium incident light L2 from the medium measurement target T2 is a single wavelength light having a short wavelength of 400 nm
  • the medium incident light L2 has a refractive index of the lens 20 corresponding to the short wavelength and a refraction angle by the tilt angle ⁇ a of the lens 20.
  • the lens 20 is refracted based on the refraction angle due to the medium expansion angle ⁇ 2.
  • the medium-short emission light L21 emitted from the lens 20 in this case forms an image at the medium-short image formation point F21 on the image plane 21a almost the same as in the case of FIG.
  • the medium incident light L2 is a single wavelength light having a long wavelength of 800 nm
  • the medium incident light L2 has a refractive index of the lens 20 corresponding to the long wavelength, a refraction angle due to the inclination angle ⁇ a of the lens 20, and The light is refracted based on the refraction angle defined by the medium expansion angle ⁇ 2.
  • the medium-long emission light L22 emitted from the lens 20 is imaged at the medium-long image formation point F22 on almost the same image plane 21a. Since the lens 20 is not corrected for chromatic aberration, as shown in FIG.
  • the refraction of the medium-short emission light L21 with a short wavelength of 400 nm is larger than the refraction of the medium-long emission light L22 with a long wavelength of 800 nm. Therefore, on the common imaging plane 21a, the position of the medium-long image forming point F22 of the medium-long emitted light L22 is different from the position of the medium-short image forming point F21 of the medium-short emitted light L21. Therefore, there is a relative amount of relation between the position of the medium and short image forming point F21 of the medium and short emission light L21 and the medium and long image formation point F22 of the medium and long emission light L22 due to the deviation of the image formation position due to the difference in wavelength.
  • the refraction angle defined by the tilt angle ⁇ a of the lens 20 and the refraction angle defined by the intermediate expansion angle ⁇ 2 to the lens 20 indicate a refraction angle that is not contrasted with the lens 20.
  • FIG. 3C shows a near-measuring object T3 that exists at a near-object distance s3 whose distance from the lens 20 is shorter than the above-described medium-object distance s2.
  • the near widening angle ⁇ 3 shown in FIG. 3C is larger than the medium widening angle ⁇ 2 in FIG.
  • the near incident light L3 from the near measurement target T3 is a single wavelength light having a short wavelength of 400 nm
  • the near incident light L3 is refracted by the refractive index of the lens 20 corresponding to the short wavelength and the inclination angle ⁇ a of the lens 20.
  • the light is refracted based on the angle and the refraction angle defined by the near expansion angle ⁇ 3 to the lens 20.
  • the near-short emitted light L31 emitted from the lens 20 is imaged at a near-short image forming point F31 on almost the same image plane 21a.
  • the near incident light L3 is a single wavelength light having a long wavelength of 800 nm
  • the near incident light L3 is directed to the lens 20 by the refractive index of the lens 20 corresponding to the long wavelength, the refraction angle by the tilt angle ⁇ a of the lens 20, and the lens 20. Is refracted based on the refraction angle defined by the near expansion angle ⁇ 3.
  • the near-length emitted light L32 emitted from the lens 20 is imaged at the near-length image point F32 on almost the same image plane 21a. Since the lens 20 is not corrected for chromatic aberration, as shown in FIG.
  • the refraction angle of the lens 20 with respect to incident light having a short wavelength is different between the incident angles, that is, the refraction angle with respect to the far incident light L1 at the far object distance s1, and the refraction angle with respect to the medium incident light L2 at the medium object distance s2.
  • the refraction angles with respect to the near incident light L3 at the target distance s3 are different from each other.
  • the refraction angle of the lens 20 with respect to incident light having a long wavelength is also different in incident angle, that is, the refraction angle with respect to the far incident light L1 at the far object distance s1, and the refraction angle with respect to the medium incident light L2 at the medium object distance s2.
  • the refraction angles for the near incident light L3 at the near target distance s3 are different from each other.
  • the relative relationship such as the “ratio” between the non-rotation contrast angle of the lens 20 with respect to the short wavelength incident light and the non-rotation contrast angle of the lens 20 with respect to the long wavelength incident light with respect to the far target distance s1 is The relative relationship such as “ratio” between the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the short wavelength incident light and the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the long wavelength incident light with respect to the intermediate target distance s2. Usually does not match.
  • a relative relationship such as a “ratio” between the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the short wavelength incident light and the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the long wavelength incident light with respect to the intermediate target distance s2 is
  • the relative relationship such as “ratio” between the non-rotational contrast angle of the lens 20 with respect to the short wavelength incident light and the non-rotational contrast angle of the lens 20 with respect to the long wavelength incident light with respect to the near target distance s3 is Usually does not match.
  • the relative relationship such as the “ratio” between the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the short wavelength incident light and the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the long wavelength incident light with respect to the far target distance s1 is
  • the relative relationship such as the “ratio” between the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the short-wavelength incident light and the non-rotation contrasting refraction angle of the lens 20 with respect to the long-wavelength incident light with respect to the near target distance s3 is also normal. Does not match.
  • the far shift amount D1 in the case of the far target distance s1 to the far measurement target T1 the middle shift amount D2 in the case of the middle target distance s2 to the middle measurement target T2, and the near target distance s3 to the near measurement target T3.
  • the near shift amount D3 is different from each other. From this, the spectrum measuring apparatus 11 can conclude that the far shift amount D1 corresponds to the far target distance s1, the middle shift amount D2 corresponds to the middle target distance s2, and the near shift amount D3 corresponds to the near target distance s3. That is, the spectrum measuring apparatus 11 can conclude a unique correspondence between the target distance s and the shift amount D. Therefore, the spectrum measuring apparatus 11 can measure the target distance s as the distance to the measurement target T using the lateral chromatic aberration.
  • the short wave image P1 projected on the imaging surface 21a by the far incident light L1 having a short wavelength of 400 nm in this case includes a short wave pedestrian image T31 that is an image of the pedestrian T3, and the like. It includes a shortwave other vehicle image T21 that is an image of the vehicle T2 and a shortwave tree image T11 that is an image of the tree T1.
  • the long wave image P2 projected by the far incident light L1 having a long wavelength of 800 nm on the imaging surface 21a includes a long wave pedestrian image T32 that is an image of the pedestrian T3 and other vehicles.
  • a long-wave other vehicle image T22 that is an image of T2 and a long-wave tree image T12 that is an image of a tree T1 are included.
  • the entity of the short wave pedestrian image T31 of the short wave image P1 is the same pedestrian T3 as the entity of the long wave pedestrian image T32 of the long wave image P2.
  • the entity of the short-wave other vehicle image T21 in the short-wave image P1 is the other vehicle T2, which is the same as the entity of the long-wave other vehicle image T22 in the long-wave image P2.
  • the entity of the shortwave tree image T11 of the shortwave image P1 is the same tree T1 as the entity of the longwave tree image T12 of the longwave image P2.
  • a third detection region W3 for comparing the imaging position of the pedestrian T3 for each wavelength is set, and the third detection area W3 for comparing the imaging position of the other vehicle T2 for each wavelength.
  • Two detection areas W2 are set, and a first detection area W1 for comparing the imaging position of the tree T1 for each wavelength is set.
  • the position of the third detection region W3 of the short wave image P1 with respect to the imaging surface 21a is set to be the same as the position of the third detection region W3 of the long wave image P2.
  • the position of the second detection region W2 of the short wave image P1 with respect to the imaging surface 21a is set to be the same as the position of the second detection region W2 of the long wave image P2.
  • the position of the first detection region W1 of the short wave image P1 with respect to the imaging surface 21a is set to be the same as the position of the first detection region W1 of the long wave image P2.
  • the spectrum sensor 14 of the present embodiment changes the imaging position of the measurement object between the short wavelength 400 nm and the long wavelength 800 nm. From this, for example, when the distance to the pedestrian T3 is the near target distance s3, the vertical direction is between the position of the short wave pedestrian image T31 and the position of the long wave pedestrian image T32 on the imaging plane 21a. Produces a near shift amount D3. Further, for example, when the distance to the other vehicle T2 is the middle target distance s2, a middle shift in the vertical direction is made between the position of the short-wave other vehicle image T21 and the position of the long-wave other vehicle image T22 on the imaging plane 21a. A quantity D2 is produced.
  • a far shift amount D1 in the vertical direction is between the position of the short wave tree image T11 and the position of the long wave tree image T12 on the imaging plane 21a. Arise.
  • the spectrum sensor 14 determines that the distance between the position of the short wave pedestrian image T31 and the position of the long wave pedestrian image T32 is the near shift amount D3, and the distance to the pedestrian T3 is the near target distance s3. It can be determined that Further, the spectrum sensor 14 determines that the distance between the position of the short-wave other vehicle image T21 and the position of the long-wave other vehicle image T22 is the middle shift amount D2, and the distance to the other vehicle T2 is the middle target distance s2. It can be determined that Further, the spectrum sensor 14 obtains that the distance to the tree T1 is the far target distance s1 based on the shift between the position of the shortwave tree image T11 and the position of the longwave tree image T12 being the far shift amount D1. be able to.
  • the spectrum sensor 14 grasps the target distance s from the deviation amount, that is, the difference between the image formation position of the image at the short wavelength of the measurement object and the image formation position of the image at the long wavelength of the measurement object on the image formation surface 21a. It becomes possible.
  • the spectrum sensor 14 thus obtains spectrum data R0 including a short wave image P1 that is a spectrum image based on a short wavelength and a long wave image P2 that is a spectrum image based on a long wavelength for the measurement target T. To detect. Then, the spectrum sensor 14 outputs the spectrum data R0 to the spectrum data processing device 15.
  • the spectrum data processing device 15 is mainly configured by a microcomputer having, for example, an arithmetic device and a storage device.
  • the spectrum data processing device 15 is connected to the spectrum sensor 14 and receives the spectrum data R0 of the observation light detected by the spectrum sensor 14.
  • the spectrum data processing device 15 calculates or measures the target distance s based on the input spectrum data R0 of the observation light.
  • the spectrum data processing device 15 includes an arithmetic device 16 and a storage unit 17 as storage means.
  • storage part 17 consists of all or one part of the storage area provided in the well-known memory
  • FIG. 5 shows an example of the map data 18 stored in the storage area.
  • the map data 18 is an aspect associated with a target distance s (s1, s2, s3, etc.) as a distance to the measurement target T, and includes an imaging position of short wavelength light and an imaging position of long wavelength light.
  • the shift amount (D1, D2, D3, etc.) which consists of a difference is shown. That is, the map data 18 stores a far shift amount D1 that is a difference between the position of the far and short image forming point F11 and the position of the far and long image forming point F12 in association with the far object distance s1 to the far measurement target T1. ing.
  • the map data 18 stores a medium shift amount D2 that is a difference between the position of the medium-short image formation point F21 and the position of the medium-long image formation point F22 in association with the medium object distance s2 to the medium measurement object T2. ing. Further, the map data 18 stores a near shift amount D3, which is the difference between the position of the near and short image forming point F31 and the position of the near long image forming point F32, in association with the near object distance s3 to the near measurement target T3. ing.
  • the computing device 16 can acquire the far target distance s1 based on the far shift amount D1, the middle target distance s2 based on the middle shift amount D2, or the near target distance s3 based on the near shift amount D3 from the map data 18.
  • the map data 18 constitutes correlation information as information determined by the chromatic aberration characteristics of the lens 20 and the direction of the optical axis AX so as to show the correlation between the shift amount D as the imaging relative amount and the target distance s. To do.
  • the arithmetic device 16 includes an attention image selection unit 30 that selects an image used for distance measurement from an image of the measurement target T; an imaging position calculation unit 31 that detects an imaging position of two wavelengths from the selected images; A shift amount calculation unit 32 that calculates a shift amount D that is a difference between the imaging positions of the two wavelengths. Furthermore, the arithmetic device 16 includes a distance calculation unit 33 as a distance calculation unit that calculates the target distance s from the shift amount D.
  • the imaging position calculation unit 31 and the shift amount calculation unit 32 constitute an imaging relative amount calculation unit as a relative amount calculation unit.
  • the attention image selection unit 30 selects an image used for distance measurement from the image of the measurement target T in units of pixels.
  • the spectrum data R0 is input from the spectrum sensor 14
  • the attention image selection unit 30 outputs the attention image information W0 and spectrum data R1 including the spectrum images of two wavelengths to the imaging position calculation unit 31.
  • the attention image selection unit 30 may select an image corresponding to a measurement object with a high priority from among the recognized measurement objects based on a separately performed object recognition process or the like. Alternatively, an image corresponding to one that occupies many areas may be selected.
  • the image selected by the target image selection unit 30 is preferably a boundary portion with the background or the like so that the positions of two different wavelength images can be identified.
  • FIG. 4A shows a short wave image P1 as a short wavelength image
  • FIG. 4B shows a long wave image P2 as a long wavelength image.
  • the far measurement target T1 is “tree”
  • the middle measurement target T2 is “other vehicle”
  • the near measurement target T3 is “pedestrian”.
  • 4A shows a shortwave tree image T11 that is an image of a tree, a shortwave other vehicle image T21 that is an image of another vehicle, and a shortwave pedestrian image T31 that is an image of a pedestrian.
  • a long wave image P2 in FIG. 4B shows a long wave tree image T12 that is an image of a tree, a long wave other vehicle image T22 that is an image of another vehicle, and a long wave pedestrian image T32 that is an image of a pedestrian.
  • the attention image selection unit 30 selects the first attention image PX1 from the short wave tree image T11 and the long wave tree image T12 when the tree T1 is a measurement target.
  • the attention image selection unit 30 sets the first detection region W1 in which both the short wave image P1 and the long wave image P2 include the first attention image PX1.
  • the first attention image PX1 shows a boundary line between the root of the tree T1 and the ground below the root.
  • the attention image selection unit 30 selects the second attention image PX2 from the short-wave other vehicle image T21 and the long-wave other vehicle image T22 when the other vehicle T2 is the measurement target.
  • the attention image selection unit 30 sets the second detection region W2 in which both the short wave image P1 and the long wave image P2 include the second attention image PX2.
  • the second attention image PX2 includes a boundary line between the tire of the other vehicle T2 and the road surface under the tire.
  • the attention image selection unit 30 selects the third attention image PX3 from the short wave pedestrian image T31 and the long wave pedestrian image T32, for example, when the pedestrian T3 is the measurement target. Further, the attention image selection unit 30 sets a third detection region W3 in which both the short wave image P1 and the long wave image P2 include the third attention image PX3.
  • the third attention image PX3 includes a boundary line between the shoes of the pedestrian T3 and the road surface under the shoes.
  • the attention image selection unit 30 includes attention image information W0 including the first attention image PX1 and the first detection area W1, the second attention image PX2 and the second detection area W2, and the third attention image PX3 and the third detection area W3. And output to the imaging position calculation unit 31.
  • the imaging position calculation unit 31 detects the imaging positions of the two wavelength images based on the attention image selected by the attention image selection unit 30.
  • the imaging position calculation unit 31 receives the target image information W0 and the spectrum data R1 from the target image selection unit 30, and based on the input target image information W0 and the spectrum data R1, the two wavelengths of the target image.
  • the imaging position is calculated.
  • the imaging position calculation unit 31 outputs imaging position data R2 including the calculated imaging positions of the two wavelengths to the shift amount calculation unit 32.
  • the shift amount calculation unit 32 calculates the shift amount D from the imaging positions of the two wavelengths. Based on the imaging position data R2 input from the imaging position calculating unit 31, the shift amount calculating unit 32 forms imaging positions of two wavelengths (for example, the position of the far and short imaging point F11 and the far and long imaging point F12). (Position) difference is calculated as a shift amount D. The shift amount calculation unit 32 outputs the calculated shift amount D to the distance calculation unit 33 as shift amount data R3 that is data associated with two wavelengths.
  • the distance calculation unit 33 calculates the target distance s based on the shift amount data R3. That is, the distance calculation unit 33 selects the map data 18 corresponding to the two wavelengths from the storage unit 17 based on two wavelengths (for example, 400 nm and 800 nm) acquired from the shift amount data R3. Then, the distance calculation unit 33 acquires the target distance s (for example, the far target distance s1) corresponding to the shift amount (for example, the far shift distance D1) acquired from the shift amount data R3 from the selected map data 18. The distance calculation unit 33 generates distance data R4 by, for example, associating the acquired target distance s with the measurement target T, and outputs the distance data R4 to the human machine interface 12, the vehicle control device 13, or the like.
  • FIG. 6 illustrates a procedure for measuring the target distance s.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure by which the spectrum measuring apparatus 11 of the present embodiment measures the target distance s.
  • the procedure for measuring the target distance s is sequentially executed at a predetermined cycle.
  • the arithmetic unit 16 acquires the spectrum data R0 detected by the spectrum sensor 14 in step S10.
  • the arithmetic unit 16 selects a target image from the image of the measurement target T whose distance is to be measured.
  • the measurement target T is selected on the condition of the measurement target separately recognized by the spectrum measuring apparatus 11 and the priority of the measurement target.
  • the arithmetic unit 16 calculates the imaging position of the attention image for each of the short wavelength and the long wavelength used for distance measurement (imaging position calculation step). The imaging position is obtained based on the position of the pixel on the imaging surface 21a that detects the target image.
  • step S13 the arithmetic unit 16 compares the position of the target image of two wavelengths with each other to calculate a shift amount D that is an imaging relative amount (imaging relative amount calculation). Process).
  • the shift amount D (D1, D2, D3) is calculated as the difference between the imaging positions of the images of interest at the two wavelengths.
  • step S14 the arithmetic device 16 calculates the target distance s (distance calculation step). The computing device 16 calculates the target distance s by acquiring the distance corresponding to the shift amount D from the map data 18 corresponding to the two wavelengths.
  • the spectrum measuring apparatus 11 uses the lens 20 having the optical axis AX in a direction different from the traveling direction X1 of the incident light L, so that the imaging position for each wavelength is different. From this, the relative imaging amount between the plurality of imaging positions is detected as a different amount for each target distance s. That is, the spectrum measuring apparatus 11 can measure the target distance s based on the different imaging relative amounts.
  • a normal lens has a different refractive index for light of each wavelength, that is, produces chromatic aberration. For this reason, when the lens 20 forms an image of light having a plurality of wavelengths, the image formation position differs for each light of each wavelength.
  • the optical axis AX of the lens 20 is inclined with respect to the traveling direction X1 of the far incident light L1, that is, when the lens 20 refracts the far incident light L1 in the direction of the optical axis AX of the lens,
  • the light of each wavelength is refracted by each refractive index. Therefore, the image formation position (image formation point position) of the image formed by the lens 20 is displaced by different amounts in the horizontal direction and the vertical direction of the lens 20 for each light of each wavelength.
  • the incident angle of light on the lens 20 is different due to the change in the target distance s between the lens 20 and the measurement target T, the imaging position of light having one wavelength also changes. Accordingly, the spectrum measuring apparatus 11 can measure the target distance s based on the relative relationship between the imaging positions of the respective wavelengths.
  • the imaging positions of the respective wavelengths are different in the horizontal direction and the vertical direction of the lens 20. That is, the imaging positions of the respective wavelengths are displaced by different amounts in the direction perpendicular to the traveling direction X1 of the incident light L. For this reason, images of the respective wavelengths are formed on the image forming surface 21a that is generally provided facing the lens 20. Therefore, the imaging plane 21a can detect each imaging position of the light image of each wavelength. That is, since the spectrum measuring apparatus 11 does not need to move the imaging surface 21a in order to detect the imaging position, an apparatus for moving the imaging surface 21a is not required, and the imaging positions of the respective wavelengths can be easily set. It can be detected by configuration.
  • the same lens 20 detects the imaging position of each wavelength, a difference in imaging position for each wavelength based on chromatic aberration is obtained. That is, distance measurement can be performed by one optical system, that is, one camera (spectrum sensor 14). Therefore, compared with the case where a plurality of cameras are used, for example, the present embodiment increases the degree of freedom of camera arrangement. That is, it is not necessary to maintain the camera arrangement position with high accuracy, and the configuration of the distance measuring device can be simplified.
  • the normal lens is corrected for chromatic aberration.
  • normal lenses are configured so that the imaging distance of light of each wavelength is the same for light of the wavelength that you want to acquire, for example, for light of red, blue, and green wavelengths. It is often done.
  • the lens 20 that has not been corrected for chromatic aberration can be used for distance measurement. Accordingly, the degree of freedom in selecting and designing the wavelength used in the distance measuring device is increased, and the degree of freedom in selecting and designing the optical system employed in the distance measuring device is also increased.
  • the spectrum measuring apparatus 11 measures the target distance s based on two wavelengths of light having different imaging positions (imaging point positions) by the lens 20. That is, if the light from the measurement target T has two or more wavelengths, the distance of the measurement target T can be measured, so that the distance measurement can be easily performed.
  • the spectrum measuring apparatus 11 detects the imaging relative amount as the difference between the imaging positions of the two wavelengths, that is, the shift amount D (D1, D2, D3). Therefore, the calculation for detection is simple.
  • the spectrum measuring apparatus 11 causes the optical axis AX of the lens 20 to tilt with respect to the far incident light L1, thereby causing a difference in the imaging position for each light of each wavelength.
  • the spectrum measuring apparatus 11 measures the target distance s based on this imaging position difference.
  • the optical axis AX of the lens 20 is inclined with respect to the traveling direction X1 of the far incident light L1 by arranging the lens 20 so as to be inclined with respect to the traveling direction X1 of the far incident light L1.
  • this embodiment can simplify the arrangement of the lens 20 and the characteristics of the lens 20 in the distance measuring device.
  • the spectrum sensor 14 detects an image for each wavelength of the measurement target T formed by the lens 20, whereby light having a plurality of wavelengths of arbitrary wavelengths can be detected. Therefore, since the degree of freedom in wavelength selectivity is high, it becomes easy to appropriately select light having a wavelength suitable for distance measurement according to the surrounding environment, ambient light, and the like. In addition, since the spectrum sensor 14 can originally detect light having a plurality of wavelengths, the distance measuring device can be easily configured. That is, an existing spectrum sensor can be used as a distance measuring device.
  • the said embodiment can also be implemented in the following aspects, for example.
  • the case where the wavelength of incident light incident on the lens 20 is light having a short wavelength or a long wavelength is exemplified.
  • the present invention is not limited to this, and the filter may acquire outgoing light having only predetermined light from the outgoing light emitted from the lens 20. Therefore, the freedom degree of the structure which acquires the light of a predetermined wavelength is raised.
  • the combination of the wavelengths of the imaging position difference (shift amount) stored in the map data 18 is the short wavelength and the long wavelength.
  • the present invention is not limited to this, and the combination of wavelengths stored in the map data 18 may be other combinations.
  • the map data 18 may be a plurality of map data based on combinations of different wavelengths. Therefore, the degree of freedom in selecting the wavelength used for distance measurement is increased.
  • the map data 18 is referred to in order to calculate the target distance s from the shift amount D.
  • the present invention is not limited to this, and the target distance s may be calculated from the shift amount D using an arithmetic expression. Therefore, the storage area can be reduced.
  • the imaging surface 21a is disposed so as to expand perpendicular to the traveling direction X1 of the incident light L.
  • the present invention is not limited to this, and the imaging surface 21a may be inclined with respect to the traveling direction X1 of the incident light L.
  • the imaging distance f from the lens 20 to the imaging point changes based on the wavelength of light or the target distance s
  • the distance between the lens 20 and the part of the imaging surface 21a that images the imaging point is The imaging surface 21a may be tilted so as to change. Therefore, the distance measurement accuracy by the distance measuring device can be improved.
  • the imaging relative amount is the difference (shift amount) between the imaging positions of the two wavelengths.
  • the imaging relative amount may be a ratio between the imaging positions of light of two wavelengths. Therefore, the degree of freedom of the method for calculating the imaging relative amount of the imaging positions of the two wavelengths is increased, and a preferable measurement result can be obtained.
  • the target distance s is calculated based on one shift amount.
  • the present invention is not limited thereto, and the target distance s may be calculated based on a plurality of shift amounts including other shift amounts detected from other wavelength combinations. Based on a plurality of shift amounts, the target distance s can be obtained with high accuracy.
  • a spectrum sensor that can detect light of a large number of wavelengths can detect the image formation position of an image with respect to many wavelengths. That is, a large amount of shift can be calculated based on the difference in the imaging position.
  • distance measurement based on a large amount of shift can be easily performed, and the accuracy of the measured distance can be increased.
  • the lens 20 is a single convex lens.
  • the lens 20 may be an optical system that forms an image of incident light, and may be constituted by a plurality of lenses.
  • the lens 20 may be configured to include a concave lens.
  • the main plane TX of the lens 20 that is, the center plane as a plane passing through the center in the thickness direction of the lens 20 is inclined with respect to a plane perpendicular to the traveling direction X 1 of the incident light L. ⁇ a.
  • the present invention is not limited to this, and if the optical axis AX of the lens 20 has a direction different from the traveling direction X1 of the incident light L, the traveling of the incident light L on the central plane passing through the center of the lens 20 in the thickness direction. It may be perpendicular to the direction X1.
  • the imaging position that is, the position of the so-called imaging point is displaced in the horizontal direction or the vertical direction on a plane perpendicular to the traveling direction X1 of the incident light L. Therefore, an imaging relative amount is generated, and the target distance s can be measured.
  • the surface of the lens 25 that is a convex lens may be formed in a non-rotational symmetry.
  • the thickest part of the lens 25 is biased from the center of the lens 25.
  • the optical axis AX is also tilted upward.
  • the surface of the lens 25 is not rotationally symmetric with respect to the optical axis AX of the lens 25. That is, the optical axis AX of the lens 25 may be inclined with respect to the traveling direction X1 of the incident light L by making the surface of the lens 25 non-rotationally symmetric with respect to the optical axis AX.
  • the imaging position changes according to the wavelength of the incident light L and the target distance s. Therefore, the degree of freedom of design and configuration of the distance measuring device is improved.
  • the specific configuration of the lens 25 can be changed from the case of FIG.
  • the lens 26, which is a convex lens, is composed of a first member 26a and a second member 26b having different refractive indexes (aberrations), thereby allowing the incident light L to travel in the traveling direction X1.
  • the optical axis AX of the lens 26 may be inclined.
  • the first member 26a near the measurement target T is concave in the upper part of the figure and convex in the lower part of the figure with respect to the traveling direction X1 of the incident light L.
  • the second member 26b is convex in the upper part of the drawing and concave in the lower part of the drawing so as to make up the unevenness of the first member 26a.
  • the optical axis AX of the lens 26 is inclined upward. That is, the optical axis AX of the lens 26 may be inclined with respect to the traveling direction X1 of the incident light L by making the refractive index of the lens 26 non-rotationally symmetric with respect to the optical axis AX. Also in this case, the imaging position changes on the imaging surface 21a according to the wavelength of the incident light L and the target distance s. This also improves the degree of freedom in designing and configuring the distance measuring device.
  • the specific configuration of the lens 26 can be changed from the case of FIG. Moreover, you may comprise one convex lens with three or more members.
  • the center plane (TX) passing through the center in the thickness direction is inclined with respect to the traveling direction X1 of the incident light L. This also improves the degree of freedom in designing and configuring the distance measuring device.
  • the lens 20 is not subjected to chromatic aberration correction.
  • the present invention is not limited to this. If the wavelength used for distance measurement is not corrected for chromatic aberration, or if the degree of correction is small, the lens may be corrected for chromatic aberration. Therefore, the possibility that such a distance measuring device can be adopted also in an apparatus using a lens subjected to chromatic aberration correction is increased.
  • the short wavelength of the two wavelengths for obtaining the shift amount D (image formation relative amount as a relative relationship amount) is 400 nm and the long wavelength is 800 nm is exemplified.
  • the present invention is not limited to this, and the two wavelengths for obtaining the shift amount can be selected from visible light and invisible light as long as chromatic aberration is caused by the lens 20. That is, the short wavelength may be shorter or longer than 400 nm, and the longer wavelength may be shorter or longer than 800 nm. Therefore, the degree of freedom of wavelength selection as a distance measuring device is increased, and it becomes possible to select a combination of wavelengths suitable for distance measurement so that distance measurement is suitably performed.
  • the invisible light may include ultraviolet rays (near ultraviolet rays) and infrared rays (including far infrared rays, middle infrared rays, and near infrared rays).
  • the present invention is not limited thereto, and the shift amount D only needs to change according to the change in the target distance s, and may increase as the distance increases. That is, the difference (shift amount) in the imaging position varies depending on the relationship between the characteristics of the lens 20 and the selected wavelength, and therefore the imaging position difference (shift amount) and the target distance s can be set as the map data 18. It may be a relationship. Under this condition, the imaging position difference with respect to the target distance s may be changed in any way. Therefore, the degree of freedom in selecting an optical system that can be employed in the distance measuring device is increased.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Vehicle, 11 ... Spectrum measuring device, 12 ... Human machine interface, 13 ... Vehicle control device, 14 ... Spectrum sensor, 15 ... Spectrum data processing device, 16 ... Arithmetic device, 17 ... Memory

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Abstract

距離測定装置（１１）は、測定対象を光学的に検出することによって、測定対象までの距離としての対象距離を測定する。レンズの光軸の向きは、測定対象からの入射光の進行方向とは異なるように設定される。レンズは、入射光を結像することによって測定対象の像を求めるように構成されている。距離測定装置は、レンズに対する像の位置を示す結像位置を、入射光が有する複数の波長のそれぞれに対して求めることによって、それら結像位置同士の相対的な関係を示す量としての結像相対量を算出する結像相対量算出手段（３１，３２）と；結像相対量と対象距離との相関を示すように、レンズの色収差特性と、光軸の向きとによって定まる情報としての相関情報（１８）を、記憶する記憶手段（１７）と；結像相対量を相関情報（１８）に照合することによって、対象距離を算出する距離算出手段（３３）とを備える。

Description

距離測定装置および距離測定方法
　本発明は、周辺環境に存在する測定対象を、とりわけ交通環境に存在する測定対象を光学的に検出することに基づき、当該測定対象までの距離を測定する距離測定装置、及び該距離測定装置に用いるのが好適な距離測定方法に関する。
　従来、測定対象までの距離を測定するために実用化されている距離測定装置は、可視光と不可視光の中から選択した光を光学的に検出することに基づき、測定対象までの距離を測定する。このような距離測定装置は、たとえば移動体としての車両に搭載されることによって、測定対象たる他車両等と、自車両（距離測定装置自身）との間の距離（相対的な距離）を測定する。距離測定装置は、このようにして測定した距離の情報を、たとえば他車両との衝突回避などを支援する運転支援情報の一つとして、運転支援装置などに提供する。
　このように測定対象までの距離を光学的に測定する距離測定装置として、特許文献１や特許文献２記載のものが知られている。
　特許文献１記載の距離測定装置は、互いに異なる波長を有する所定のパターンからなる光を測定対象に投影する光源を有し、測定対象に投影した光のパターンを、光源の光軸とは異なる方向から撮像する。距離測定装置は、投影した光のパターンと、撮像した光のパターンとの変化に基づき、測定対象までの距離を測定する。このように特許文献１記載の距離測定装置は、撮像を可能ならしめるに十分な強度の光を、測定対象に投影する光源を有する必要がある。このため、特許文献１記載の距離測定装置を車両に搭載すると、光源は、自車両から数十メートル～数百メートルほど離れることもある測定対象に、撮像が可能な強度の光のパターンを投影しなければならない。つまり光源が消費するエネルギーは、軽視できない量になる。
　一方、特許文献２は、光源を用いない距離測定装置を開示する。この距離測定装置は、可視スペクトル域に感応するカメラと、赤外線スペクトル域に感応するカメラとの計２台のカメラを、両カメラの間に所定間隔を空けて配置する。距離測定装置は、それぞれのカメラが撮像した同一の測定対象の像に、三角測量法を適用することによって、当該測定対象までの距離を測定する。このように特許文献２記載の距離測定装置は、特別な光源を必要としないためにエネルギー消費は確かに少ない。距離の測定精度を高く維持するためには、三角測量法の基準となる２つのカメラの間の所定間隔を、精度よく維持することが欠かせない。
特開２００２－２７５０１号公報 特表２００７－５０６０７４号公報
　しかし、車両に搭載した距離測定装置は、車体の振動や歪み等の影響を受けるため、車体に取り付けた２つのカメラの間の所定間隔を精度よく維持することは容易ではない。このように距離測定装置を特に車両に搭載する場合、構成の簡素化などの面で、実用上はなお改良の余地を残すものとなっている。
　本発明は、このような実情に鑑みてなしたものであり、その目的は、たとえ車両等に搭載される場合であれ、測定対象までの距離の測定を簡単な構成で行なうことができる距離測定装置、及び該距離測定装置に用いるのが好適な距離測定方法を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明によれば、測定対象を光学的に検出することによって、前記測定対象までの距離としての対象距離を測定する距離測定装置が提供される。距離測定装置は、前記測定対象からの入射光の進行方向とは異なる向きの光軸を有するレンズを有し、前記レンズは、前記入射光を結像することによって前記測定対象の像を求めるように構成されている。距離測定装置は、前記レンズに対する前記像の位置を示す結像位置を、前記入射光が有する複数の波長のそれぞれに対して求めることによって、それら前記結像位置同士の相対的な関係を示す量としての結像相対量を算出する結像相対量算出手段と；前記結像相対量と前記対象距離との相関を示すように前記レンズの色収差特性と、前記光軸の向きとによって定まる情報としての相関情報を、記憶する記憶手段と；前記結像相対量を前記相関情報に照合することによって、前記対象距離を算出する距離算出手段とを備えることを要旨とする。
　このような構成によれば、入射光の進行方向とは異なる向きの光軸を有するレンズを用いることによって、波長ごとの結像位置がそれぞれ相違する。このことから、複数の結像位置間における結像相対量は、互いに異なる量として検出される。すなわち距離測定装置は、互いに異なる結像相対量に基づき、測定対象までの距離を測定することができるようになる。通常のレンズは、光のそれぞれの波長ごとに異なる屈折率を有するため、つまり色収差を生じるため、複数の波長を有する光を結像させる際、それぞれの波長ごとに結像位置が異なる。よって入射光の進行方向に対して、レンズの光軸が傾いている場合は、レンズが入射光を、レンズの光軸の向きのほうに傾くように屈折させる。このようにそれぞれの波長ごとの屈折率で光が屈折することによって、光の結像位置は、それぞれの波長ごとに、入射光の進行方向に対して垂直な方向（レンズの水平方向や上下方向）に互いに異なる。一方、レンズの前後方向に関してレンズと測定対象の間の距離である対象距離が変化することによって、レンズへの光の入射角が相違する。このため、対象距離が変化することによって、単一波長光の結像位置も変化する。これらのことから距離測定装置は、それぞれの波長の結像位置同士の相対関係に基づき、測定対象までの距離を測定できるようになる。
　またそれぞれの波長の結像位置が、入射光の進行方向に対して垂直な方向に互いに異なるため、レンズに対向して設けられることが一般的である共通の結像面上に、検出に支障なくそれぞれの波長の光が結像される。このことから結像面は、それぞれの波長の結像位置を検出できる。すなわち結像位置を検出するために結像面を移動させる必要がほとんどないため、たとえば結像面を移動させる装置が不要とされる。つまりそれぞれの波長の結像位置を、簡単な構成で検出できる。
　また色収差に基づく波長ごとの結像位置の差は、それぞれの波長の結像位置を、共通のレンズ（光学系）が検出することによって、求めることができる。このことから、距離測定を、ひとつの光学系、すなわち一台のカメラで行なうことができる。よって、たとえば複数のカメラを用いるような場合と比較して、カメラの配置の自由度が高められる。またカメラの配置位置を精度高く維持する必要もなく、距離測定装置の構成を簡単にすることができる。
　また通常のレンズは、色収差補正が施されており、取得したい波長の光に限り、たとえば画像用には赤色の波長、青色の波長、緑色の波長の光に限り、それぞれの波長の結像距離が一致するように構成されていることが多い。しかし上記構成であれば、色収差補正がなされていない波長の光を、距離測定に用いることができるため、距離測定装置に用いる波長の選択自由度と設計自由度が高くなる。更に、この距離測定装置に採用する光学系の選択自由度と設計自由度も高くなる。
　また前記光は、前記結像位置が互いに相違する２つの波長を有し、前記相関情報は、それぞれ前記結像相対量を前記対象距離に対応付けたマップデータを構成することが好ましい。
　この構成によるように、距離測定装置は、レンズによる結像位置が互いに異なる２つの波長の光に基づき、測定対象までの距離を測定することができる。このように、光が２つ以上の波長を有していれば、距離測定装置は測定対象までの距離を測定することができるため、距離測定の実施が容易である。
　前記結像相対量は、前記２つの波長の結像位置同士の差としての結像位置差であってもよい。
　このような構成によれば、結像相対量を２つの波長の光の結像位置の差として検出するため、検出にかかる演算が簡単である。
　前記結像相対量は、前記２つの波長の結像位置同士の比としての結像位置比であってもよい。
　このような構成でも、検出にかかる演算が簡単である。
　前記レンズの光軸は、前記入射光の進行方向に対して傾けられてもよい。
　この構成によるように、入射光に対してレンズの光軸が傾いていると、それぞれの波長ごとの結像位置に差が生じる。距離測定装置は、この結像位置の差に基づき、測定対象までの距離を測定することができる。たとえば一般的な凸レンズの場合、入射光の進行方向に対してレンズを傾けて配置されると、入射光の進行方向に対してレンズの光軸が傾く。このように距離測定装置におけるレンズの配置の態様や、レンズの特性を簡単なものとすることができる。
　前記レンズの表面は、前記レンズの光軸に対して非回転対称であってもよい。
　この構成によるように、レンズの表面を、レンズの光軸に対して非回転対称に構成することによって、レンズの光軸を傾けることができる。よってレンズの表面形状を調整することによって、出射光の波長と、測定対象までの距離とに応じるように、レンズの光軸を傾けることができる。よって、距離測定装置に用いるレンズの選択自由度や設計自由度が向上する。
　前記レンズの屈折率は、前記レンズの光軸に対して非回転対称であってもよい。
　この構成によるように、レンズの屈折率を、光軸に対して非回転対称とすることによって、レンズの光軸の傾きを調整できる。よって出射光の波長と、測定対象までの距離とに応じるように、レンズの光軸を傾けることができる。これによっても、距離測定装置に用いるレンズの選択自由度や設計自由度が向上する。
　前記レンズは、前記測定対象からの光を検出するスペクトルセンサの一部であることが好ましい。
　このような構成によれば、スペクトルセンサを用いることによって、任意の波長からなる複数の波長の光を、検出することができるようになる。よってそれら検出した波長の光による像の結像位置に基づき、多くの結像相対量を算出することができる。多くの結像相対量に基づき距離測定することによって、距離の測定精度を高くすることができる。またスペクトルセンサは、もともと波長の選択性自由度が高いことから、周辺環境や環境光などに応じて、距離測定に適した波長の光を適宜選択することも容易となる。更にスペクトルセンサは、そもそも複数の波長の光を検出することができるので、距離測定装置を簡単に構成することができる。すなわち既存のスペクトルセンサを、距離測定装置として活用することを可能にする。
　また上記課題を解決するために本発明は、測定対象を光学的に検出することによって、前記測定対象までの距離としての対象距離を測定する距離測定方法を提供する。距離測定方法は、前記測定対象からの入射光の進行方向とは異なる向きの光軸を有するレンズによって前記測定対象の像を結像させ、前記レンズに対する前記像の位置を示す結像位置を、前記入射光が有する複数の波長それぞれに対して求める結像位置算出工程と；これら前記結像位置同士の相対的な関係を示す量としての結像相対量を算出する結像相対量算出工程と；前記結像相対量と前記対象距離の相関を示すように前記結像相対量と、前記レンズの色収差特性と、前記光軸の向きとによって定まる情報としての相関情報に、前記結像相対量を照合することによって前記対象距離を算出する距離算出工程とを備えることを要旨とする。
　このような方法によれば、波長ごとの結像位置は、入射光の進行方向とは異なる向きの光軸を有するレンズによって、互いに相違する。これら波長ごとの結像位置に基づき、複数の結像位置同士の間の結像相対量は、それぞれ互いに異なる量として検出される。すなわち距離測定方法は、互いに異なる結像相対量に基づき、測定対象までの距離を測定することができる。通常のレンズは、光の波長ごとに異なる屈折率を有するため、つまり色収差を生じるため、複数の波長を有する光を結像させると、波長ごとに結像位置が異なる。よって、入射光の進行方向に対してレンズの光軸が傾いている場合、レンズは入射光を、光軸の向きのほうに傾くように屈折させる。このように波長ごとの屈折率によって光が屈折するため、波長ごとの光の結像位置は、入射光の進行方向に対して垂直な方向（レンズの水平方向や上下方向）に、互いに異なる。一方、レンズの前後方向に沿って、レンズと測定対象の間の距離である対象距離が変化することによって、レンズへの光の入射角が相違する。このため、対象距離が変化することによって、単一波長光の結像位置も変化する。これらのことから上記距離測定方法によれば、それぞれの波長の結像位置同士の相対関係に基づき、測定対象までの距離が測定される。
　またそれぞれの波長の結像位置は、入射光の進行方向に対して垂直な方向に、互いに異なる。結像面は、レンズに対向して設けられることが一般的であり、それぞれの波長の光は共通の結像面上に、検出に支障なく結像される。このことから結像面は、それぞれの波長の結像位置を検出できる。すなわち結像位置を検出するために結像面をレンズの前後方向に移動させる必要がほとんどないため、結像面を移動させる装置は不要とされる。つまり上記距離測定方法は、それぞれの波長の結像位置を、簡単な構成で検出できる。
　また上記距離測定方法は、共通のレンズつまり共通の光学系が検出したそれぞれの波長の結像位置に基づき、色収差に基づく波長ごとの結像位置差を求める。このことから、距離測定を、ひとつの光学系、すなわち一台のカメラで行なうことができる。よって、たとえば複数のカメラが必要とされる方法と比較して、上記距離測定方法を採用する装置のカメラの配置の自由度が高められる。
　また通常のレンズは、色収差補正が施されていることが多い。つまり通常のレンズは、取得したい波長の光に限り、たとえば画像用には赤色の波長、青色の波長、緑色の波長の光に限り、それぞれの波長の結像距離を一致させるように構成されていることが多い。しかし上記距離測定方法であれば、色収差補正がなされていない波長の光を距離測定に用いることができるため、距離測定方法に用いる波長の選択自由度と設計自由度が高くなる。ひいては、上記距離測定方法が採用される装置における光学系の選択自由度と設計自由度も高くなる。
　前記入射光は、２つの波長を有し、前記結像位置算出工程は、前記結像位置を、前記２つの波長それぞれに対して求めてもよい。前記距離算出工程は、前記結像相対量を前記対象距離に対応付けたマップデータから、前記前記相関情報を取得してもよい。
　このような方法によれば、結像位置が互いに異なる２つの波長の光に基づき、測定対象までの距離を測定することができる。このように光が２つ以上の波長を有していれば、上記距離測定方法が測定対象までの距離を測定することができるため、距離測定の実施が容易になる。
本発明の距離測定装置を具体化した一実施形態に係るスペクトル測定装置を、移動体に搭載したシステム構成を示すブロック図。 図１のスペクトル測定装置に用いられる、光学系の概略構造を示す模式図。 図３（ａ）～図３（ｃ）は、図２の光学系が、測定対象を結像させた結像位置を示す模式図。図３（ａ）は、測定対象が遠い場合の結像位置を示す図。図３（ｂ）は、測定対象が、図３（ａ）の場合よりもレンズに近い場合の結像位置を示す図。図３（ｃ）は、測定対象が、図３（ｂ）の場合よりもレンズに近い場合の結像位置を示す図。 図４（ａ）と図４（ｂ）は、図２の光学系が、同一の測定対象を、互いに異なる波長の光で結像面に投影したときの態様を例示する模式図。 図１のスペクトル測定装置が検出するシフト量と、測定対象までの距離との関係を示すグラフ。 図１のスペクトル測定装置が、距離を測定する手順を示すフローチャート。 本発明の距離測定装置を具体化した、他の実施形態に係るスペクトル測定装置の光学系の概略構造を示す模式図。 本発明の距離測定装置を具体化した、更に他の実施形態に係るスペクトル測定装置の光学系の概略構造を示す模式図。
　図１～図６は、本発明の距離測定装置を具体化した一実施形態に係る、スペクトル測定装置１１を説明する。特に図１～図５は、スペクトル測定装置１１のシステム構成を示し、図６はフローチャートを示す。図１は、移動体としての車両１０に搭載したスペクトル測定装置１１の、システム構成を示すブロック図である。
　近年、実用化が検討されている技術は、スペクトルセンサによって測定した不可視光領域をも含むマルチスペクトルデータから、当該スペクトルセンサの周辺環境に存在する測定対象を認識し、その認識した測定対象もしくは測定対象の状態に応じて、各種の支援を運転者（ドライバー）に提供する。たとえば自動車等の車両において実用化が検討されている運転支援装置は、ドライバーの運転や意思決定を支援するために、車両に搭載したスペクトルセンサが測定したスペクトルデータに基づき、当該車両周囲の交通環境に存在する歩行者や、他車両などを認識する。
　また車両のような移動体を操作するドライバーを支援するためには、たとえば移動体が他の物体に衝突することを回避したり防止したりすることを支援するためには、移動体に対する測定対象の相対的な位置を示す情報が欠かせない。そこで従来、車両には、車両自身に対する測定対象の相対的な位置を測定する距離測定装置が設けられており、そのような距離測定装置として上述した特許文献１や特許文献２に記載の装置が知られている。しかしながら、車両にスペクトル測定装置と距離測定装置とを個別に備えると、車両においてこれら装置が占有する面積が増加したり、車両全体の構成が複雑化したり、コストが上昇したりするなどの不都合を生じさせることとなる。そこで、このようなセンサ類によるシステム構成を、簡素化することが求められている。そのため本実施形態は、車両等に搭載される場合であっても距離測定装置自身と測定対象の間の距離を、簡単な構成のもとに測定できる距離測定装置として、スペクトル測定装置を用いることができるようにした。
　図１に示すスペクトル測定装置１１は、車両外部の可視光と不可視光を含む光情報を取得することによって、測定対象を認識することができるとともに、スペクトル測定装置１１自身と測定対象の間の距離を測定することができるように構成されている。更に車両１０は、このスペクトル測定装置１１から出力された認識情報や距離情報などを、車両１０の搭乗者に伝達するヒューマンマシンインタフェース１２と、スペクトル測定装置１１から出力された認識情報や距離情報などを車両制御に反映する車両制御装置１３とを備えている。なおスペクトル測定装置１１は、公知の方法によって測定対象を認識することから、本実施形態では、測定対象を認識するためのスペクトル測定装置１１の部分の構成と、測定対象を認識するための認識処理の部分などの冗長な説明は、便宜上、割愛する。
　ヒューマンマシンインタフェース１２は、光や色、音などを通じて、搭乗者とりわけ操縦者に車両状態等を伝える。つまりヒューマンマシンインタフェース１２は、搭乗者の意思がボタン等を通じて入力されるように、押しボタンやタッチパネルなどの操作装置が設けられている公知のインタフェース装置である。
　車両１０に搭載した種々の制御装置のうちの一つとしての車両制御装置１３は、同じく車両に搭載されているエンジン制御装置などの他の各種制御装置に、必要な情報を相互伝達できるように直接的に、もしくは車載ネットワークなどによって間接的に相互接続されている。なお本実施形態では、車両制御装置１３は、接続されているスペクトル測定装置１１から、このスペクトル測定装置１１が認識した測定対象の情報や測定対象までの距離などの情報が入力されると、その情報を他の各種制御装置に伝達する。更に車両制御装置１３は、この認識した測定対象と、測定対象までの距離とに応じて、要求される運転支援をこの車両１０において実行するように構成されている。
　図１に示すようにスペクトル測定装置１１は、測定対象を観測することによって得られる光である観測光のスペクトルデータＲ０を検出するスペクトルセンサ１４と、スペクトルセンサ１４からスペクトルデータＲ０を受信して処理するスペクトルデータ処理装置１５とを備えている。
　スペクトルセンサ１４は、観測光のスペクトル画像を検出することによって、観測光のスペクトルデータＲ０を生成するように構成されている。スペクトル画像を構成する複数の画素は、それぞれ個別のスペクトルデータを有する。
　スペクトルセンサ１４は、可視光と不可視光からなる光としての観測光を、所定の波長帯域に分光する機能を有している。スペクトルセンサ１４が出力するスペクトルデータＲ０は、分光後のそれぞれの波長帯域を構成する波長を示す情報としての波長情報と、これら波長帯域の波長ごとに観測光の光強度を示す情報としての光強度情報とを有する。本実施形態のスペクトルセンサ１４は、距離測定に用いる第１波長（λ１）つまり短波長として予め４００ｎｍ（ナノメートル）を選択しており、短波長よりも長い第２波長（λ２）つまり長波長として８００ｎｍを選択している。つまりスペクトルデータＲ０は、４００ｎｍの光からなるスペクトルデータと、８００ｎｍの光からなるスペクトルデータとを含む。またスペクトルセンサ１４は、観測光を、所定の波長帯域に規制する機能も有している。
　図２に示すように、スペクトルセンサ１４は、入射光Ｌを結像させるレンズ２０と、レンズ２０によって結像した光を検出する検出装置２１とを備えている。更にスペクトルセンサ１４は、観測光から入射光Ｌを生成するためのフィルタ（図示略）を備えている。つまり本実施形態のフィルタは、入射光Ｌを構成する種々の光成分のうち主となる波長の光成分を、観測光から選択する。
　検出装置２１は、ＣＣＤなどの受光素子によって構成されている。それら受光素子の受光面が構成する撮像面としての結像面２１ａは、レンズ２０に対向するように配置されている。つまり検出装置２１は、レンズによって結像された状態の入射光Ｌの光強度情報を、結像面２１ａにおいて検出する。
　レンズ２０は凸レンズであるため、入射光Ｌがレンズ２０に入射すると、集光するように屈折した透過光としての出射光が、レンズ２０から出射する。レンズからの出射光は、結像点Ｆに結像する。本実施形態では、入射光Ｌの進行方向Ｘ１は、レンズ２０の光軸に対して、傾角θａだけ傾斜している。すなわちレンズ２０の光軸ＡＸは、入射光Ｌの進行方向Ｘ１とは、異なる向きを有する。つまりレンズ２０の主平面ＴＸは、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して垂直な面に対して、傾角θａだけ傾斜している。なおレンズ２０の主平面ＴＸは、レンズ２０の主点ＰＰを通り、且つレンズ２０の光軸ＡＸに対して垂直な面である。レンズ２０の主平面ＴＸは、レンズ２０の厚み方向の中心を通る。このようなレンズ２０は、公知のレンズの設計技術によって設計され得る。
　レンズ２０の表面においてそれぞれの位置に入射する入射光Ｌの各位置成分の入射角は、レンズ２０の傾角θａの存在のため、レンズ２０の光軸ＡＸに対して回転対称にはならない。すなわち入射光Ｌの各位置成分は、レンズ２０に、非回転対称な入射角で入射する。よって、入射光Ｌの各位置成分は、レンズ２０の光軸ＡＸに対して非回転対称な屈折角度で、それぞれのレンズ２０の部分で屈折される。よって結像点Ｆは、レンズ２０の主点ＰＰからの進行方向Ｘ１の延長線ＬＸ上には存在しない。結像点Ｆは、延長線ＬＸから離れて、存在する。
　このため入射光Ｌは、進行方向Ｘ１に対して傾いたレンズ２０に入射されると、レンズ２０の部分ごとに非回転対称な屈折角で屈折される。つまりレンズ２０の出射光Ｌ１０は、遠入射光Ｌ１の進行方向Ｘ１とは異なる向きに進行し、そして結像点Ｆに結像される。
　レンズ２０は、光の波長ごとに異なる屈折率を有する性質、いわゆる色収差を有している。このため、レンズ２０からの出射光Ｌ１０のうち、それぞれの波長の光成分は、それぞれ波長ごとに応じた屈折率で、互いに異なる向きにレンズ２０から出射していく。すなわち出射光Ｌ１０は、光の波長ごとに互いに異なる屈折率に基づく非回転対照な屈折角で出射して、それぞれの屈折角に応じた向きに進行することによって、互いに異なる位置の結像点Ｆに結像される。すなわち共通の結像面２１ａ上において、それぞれの波長の光の結像点Ｆは、入射光Ｌの波長ごとに互いに異なる位置に形成される。
　なお短波長に対する結像点Ｆと、長波長に対する結像点Ｆとは、必ずしも共通の結像面２１ａ上において結像するとは限らず、多少、軸上色収差も発生するとは考えられる。しかし本実施形態は、１つの結像面２１ａでの短波長に対する結像点Ｆと、長波長に対する結像点Ｆとの位置の差つまりシフト量に比べれば、軸上色収差が焦点深度の範囲内に収まるように、傾角θａ、測定対象まで距離としての対象距離ｓの範囲、レンズ２０の材質、および屈折率を予め設定した。つまり軸上色収差は、レンズ２０の水平方向や上下方向への結像位置のシフト量に比べると、無視できるものとする。
　図３（ａ）～図３（ｃ）は、結像位置と、スペクトルセンサ１４から測定対象Ｔまでの距離としての対象距離ｓとの関係を説明する。図３（ａ）は、測定対象が遠方に存在する遠測定対象Ｔ１の場合を示す。図３（ｂ）は、測定対象が、図３（ａ）の場合よりもレンズ２０の近くに存在する中測定対象Ｔ２の場合を示す。図３（ｃ）は、測定対象が、図３（ｂ）の場合よりもレンズ２０の近くに存在する近測定対象Ｔ３の場合を示す。
　図３（ａ）は、レンズ２０から、無限遠方として評価できる遠対象距離ｓ１に存在する遠測定対象Ｔ１を示す。この場合、遠測定対象Ｔ１からの入射光である遠入射光Ｌ１は、進行方向Ｘ１の略平行光として、レンズ２０に入射される。遠入射光Ｌ１が、第１波長としての短波長たとえば波長４００ｎｍの光のみを有する単一波長光であるとすると、遠入射光Ｌ１は、４００ｎｍの波長に対応するレンズ２０の屈折率と、レンズ２０の傾角θａに対応する屈折率とに基づき、屈折され、レンズ２０から遠短出射光Ｌ１１として出射される。この遠短出射光Ｌ１１は、結像面２１ａにおいて、遠短結像点Ｆ１１に結像される。
　一方、遠入射光Ｌ１が、短波長とは異なる第２波長としての長波長たとえば波長８００ｎｍの光のみを有する単一波長光であるとすると、遠入射光Ｌ１は、８００ｎｍの波長に対応するレンズ２０の屈折率と、レンズ２０の傾角θａに対応する屈折率とに基づき、屈折され、レンズ２０から遠長出射光Ｌ１２として出射される。この遠長出射光Ｌ１２は、結像面２１ａにおいて、遠長結像点Ｆ１２に結像される。なお色収差補正が施されていないレンズの場合、一般的に、波長が短いほど屈折率が大きくなる傾向にある。このことから図３（ａ）に示すように、長波長８００ｎｍの遠長出射光Ｌ１２の屈折に比べて、短波長（波長４００ｎｍ）の遠短出射光Ｌ１１の屈折が、より大きい。よって、共通の結像面２１ａ上において、遠長出射光Ｌ１２の遠長結像点Ｆ１２の位置は、遠短出射光Ｌ１１の遠短結像点Ｆ１１の位置とは異なる。レンズ２０の主点ＰＰを通る進行方向Ｘ１の延長線ＬＸに対して、遠短結像点Ｆ１１のほうが、遠長結像点Ｆ１２よりも遠くに位置する。図３（ａ）では、遠短結像点Ｆ１１のほうが、遠長結像点Ｆ１２よりも下に位置する。そのため、遠短出射光Ｌ１１の遠短結像点Ｆ１１の位置と、遠長出射光Ｌ１２の遠長結像点Ｆ１２の位置との間には、波長の違いによる結像位置のズレによって、相対関係量つまり結像相対量としてのシフト量として、たとえば上下方向に遠シフト量Ｄ１（Ｄ１＝遠短結像点Ｆ１１の位置－遠長結像点Ｆ１２の位置）が生じる。遠シフト量Ｄ１は、レンズ２０の主点ＰＰを通る進行方向Ｘ１の延長線ＬＸに対して、垂直方向の距離である。
　図３（ｂ）は、レンズ２０からの距離が上述の遠対象距離ｓ１よりも近い、中対象距離ｓ２に位置する中測定対象Ｔ２を示す。図３（ｂ）に示す中拡角θ２は、この場合の入射光としての中入射光Ｌ２が、測定対象Ｔからレンズ２０の周縁部に向かって拡がる拡がり度合いを示す拡角つまり取入角を示す。拡角が大きくなるほど、レンズ２０への入射角は増大する。図３（ａ）の場合の拡角である遠拡角θ１は、ほぼゼロである。中測定対象Ｔ２からの中入射光Ｌ２が短波長４００ｎｍの単一波長光である場合、中入射光Ｌ２は、短波長に対応するレンズ２０の屈折率と、レンズ２０の傾角θａによる屈折角と、レンズ２０への中拡角θ２による屈折角とに基づき、屈折される。この場合のレンズ２０から出射した中短出射光Ｌ２１は、図３（ａ）の場合と殆ど同じ結像面２１ａにおいて、中短結像点Ｆ２１に結像される。
　一方、中入射光Ｌ２が長波長８００ｎｍの単一波長光の場合、中入射光Ｌ２は、長波長に対応するレンズ２０の屈折率と、レンズ２０の傾角θａによる屈折角と、レンズ２０への中拡角θ２によって規定される屈折角とに基づき、屈折される。レンズ２０から出射した中長出射光Ｌ２２は、ほとんど同じ結像面２１ａにおいて、中長結像点Ｆ２２に結像される。レンズ２０が色収差補正されていないことによって、図３（ｂ）に示すように、長波長８００ｎｍの中長出射光Ｌ２２の屈折よりも、短波長４００ｎｍの中短出射光Ｌ２１の屈折が大きい。よって共通の結像面２１ａにおいて、中長出射光Ｌ２２の中長結像点Ｆ２２の位置は、中短出射光Ｌ２１の中短結像点Ｆ２１の位置とは異なる。そのため中短出射光Ｌ２１の中短結像点Ｆ２１の位置と、中長出射光Ｌ２２の中長結像点Ｆ２２との間には、波長の違いによる結像位置のズレによって、相対関係量として、たとえば上下方向に中シフト量Ｄ２（Ｄ２＝中短結像点Ｆ２１の位置－中長結像点Ｆ２２の位置）が生じる。レンズ２０の傾角θａによる屈折角と、レンズ２０への中拡角θ２によって規定される屈折角とは、レンズ２０の非回転対照な屈折角を示す。
　図３（ｃ）は、レンズ２０からの距離が上述の中対象距離ｓ２よりも近い、近対象距離ｓ３に存在する近測定対象Ｔ３を示す。図３（ｃ）に示す近拡角θ３は、図３（ｂ）の中拡角θ２よりも大きい。近測定対象Ｔ３からの近入射光Ｌ３が、短波長４００ｎｍの単一波長光であるとすると、近入射光Ｌ３は、短波長に対応するレンズ２０の屈折率と、レンズ２０の傾角θａによる屈折角と、レンズ２０への近拡角θ３によって規定される屈折角とに基づき、屈折される。レンズ２０から出射した近短出射光Ｌ３１は、ほとんど同じ結像面２１ａにおいて、近短結像点Ｆ３１に結像される。
　一方、近入射光Ｌ３が長波長８００ｎｍの単一波長光である場合、近入射光Ｌ３は、長波長に対応するレンズ２０の屈折率と、レンズ２０の傾角θａによる屈折角と、レンズ２０への近拡角θ３によって規定される屈折角とに基づき、屈折される。たとえばレンズ２０から出射した近長出射光Ｌ３２は、ほとんど同じ結像面２１ａにおいて、近長結像点Ｆ３２に結像される。レンズ２０が色収差補正されていないことによって、図３（ｃ）に示すように、長波長８００ｎｍの近長出射光Ｌ３２の屈折よりも、短波長４００ｎｍの近短出射光Ｌ３１の屈折のほうが大きい。よって、結像面２１ａにおける近長結像点Ｆ３２の位置は、近短結像点Ｆ３１の位置とは異なる。そのため近短結像点Ｆ３１の位置と、近長結像点Ｆ３２の位置との間には、波長の違いによる結像位置のズレである相対関係量として、上下方向に近シフト量Ｄ３（Ｄ３＝近長結像点Ｆ３２の位置－近短結像点Ｆ３１の位置）が生じる。
　一般に、短波長の入射光に対するレンズ２０の屈折角は、入射角の違い、すなわち遠対象距離ｓ１の遠入射光Ｌ１に対する屈折角と、中対象距離ｓ２の中入射光Ｌ２に対する屈折角と、近対象距離ｓ３の近入射光Ｌ３に対する屈折角とは、互いに異なる。同様に、長波長の入射光に対するレンズ２０の屈折角も、入射角の違い、すなわち遠対象距離ｓ１の遠入射光Ｌ１に対する屈折角と、中対象距離ｓ２の中入射光Ｌ２に対する屈折角と、近対象距離ｓ３の近入射光Ｌ３に対する屈折角とは、互いに異なる。
　また遠対象距離ｓ１に対する、短波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角と、長波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角との「比」などの相対関係は、中対象距離ｓ２に対する、短波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角と、長波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角との「比」などの相対関係とは、通常は一致しない。また中対象距離ｓ２に対する、短波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角と、長波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角との「比」などの相対関係は、近対象距離ｓ３に対する、短波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角と、長波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角との「比」などの相対関係とは、通常は一致しない。更に遠対象距離ｓ１に対する、短波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角と、長波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角との「比」などの相対関係は、近対象距離ｓ３に対する、短波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角と、長波長の入射光に対するレンズ２０の非回転対照な屈折角との「比」などの相対関係とも、通常は一致しない。
　従って、遠測定対象Ｔ１まで遠対象距離ｓ１の場合の遠シフト量Ｄ１と、中測定対象Ｔ２まで中対象距離ｓ２の場合の中シフト量Ｄ２と、近測定対象Ｔ３まで近対象距離ｓ３の場合の近シフト量Ｄ３とは、互いに相違する。このことからスペクトル測定装置１１は、遠シフト量Ｄ１は遠対象距離ｓ１に対応し、中シフト量Ｄ２は中対象距離ｓ２に対応し、近シフト量Ｄ３は近対象距離ｓ３に対応すると結論できる。つまりスペクトル測定装置１１は、対象距離ｓとシフト量Ｄの一義的な対応関係を結論できる。よってスペクトル測定装置１１は、倍率色収差を用いて、測定対象Ｔまでの距離としての対象距離ｓを測定することができる。
　図４に示すように、スペクトルセンサ１４の撮像領域には、測定対象として、近距離には歩行者Ｔ３、中距離に他車両Ｔ２、遠距離に樹木Ｔ１が存在しているとする。図４（ａ）に示すように、この場合の短波長４００ｎｍの遠入射光Ｌ１が、結像面２１ａに投影する短波画像Ｐ１は、歩行者Ｔ３の像である短波歩行者像Ｔ３１と、他車両Ｔ２の像である短波他車両像Ｔ２１と、樹木Ｔ１の像である短波樹木像Ｔ１１とを含む。
　一方、図４（ｂ）に示すように、長波長８００ｎｍの遠入射光Ｌ１が、結像面２１ａに投影する長波画像Ｐ２は、歩行者Ｔ３の像である長波歩行者像Ｔ３２と、他車両Ｔ２の像である長波他車両像Ｔ２２と、樹木Ｔ１の像である長波樹木像Ｔ１２とを含む。
　つまり短波画像Ｐ１の短波歩行者像Ｔ３１の実体物は、長波画像Ｐ２の長波歩行者像Ｔ３２の実体物と同じ、歩行者Ｔ３である。短波画像Ｐ１の短波他車両像Ｔ２１の実体物は、長波画像Ｐ２の長波他車両像Ｔ２２の実体物と同じ、他車両Ｔ２である。短波画像Ｐ１の短波樹木像Ｔ１１の実体物は、長波画像Ｐ２の長波樹木像Ｔ１２の実体物と同じ、樹木Ｔ１である。
　短波画像Ｐ１と長波画像Ｐ２には、歩行者Ｔ３の結像位置を波長ごとに比較するための第３検出領域Ｗ３が設定され、他車両Ｔ２の結像位置を波長ごとに比較するための第２検出領域Ｗ２が設定され、樹木Ｔ１の結像位置を波長ごとに比較するための第１検出領域Ｗ１が設定されている。結像面２１ａに対する、短波画像Ｐ１の第３検出領域Ｗ３の位置は、長波画像Ｐ２の第３検出領域Ｗ３の位置と同一に設定されている。同様に、結像面２１ａに対する、短波画像Ｐ１の第２検出領域Ｗ２の位置は、長波画像Ｐ２の第２検出領域Ｗ２の位置と同一に設定されている。結像面２１ａに対する、短波画像Ｐ１の第１検出領域Ｗ１の位置は、長波画像Ｐ２の第１検出領域Ｗ１の位置と同一に設定されている。
　上述のように、本実施形態のスペクトルセンサ１４は、短波長４００ｎｍと長波長８００ｎｍとで、測定対象の結像位置を変化させる。このことから、たとえば歩行者Ｔ３までの距離が近対象距離ｓ３である場合、結像面２１ａにおける、短波歩行者像Ｔ３１の位置と、長波歩行者像Ｔ３２の位置との間には、上下方向に近シフト量Ｄ３が生じる。またたとえば他車両Ｔ２までの距離が中対象距離ｓ２である場合、結像面２１ａにおける、短波他車両像Ｔ２１の位置と、長波他車両像Ｔ２２の位置との間には、上下方向に中シフト量Ｄ２が生じる。更にたとえば樹木Ｔ１までの距離が遠対象距離ｓ１である場合、結像面２１ａにおける、短波樹木像Ｔ１１の位置と、長波樹木像Ｔ１２の位置との間には、上下方向に遠シフト量Ｄ１が生じる。
　換言するとスペクトルセンサ１４は、短波歩行者像Ｔ３１の位置と、長波歩行者像Ｔ３２の位置との間のズレが近シフト量Ｄ３であることに基づき、歩行者Ｔ３までの距離が近対象距離ｓ３であると求めることができる。またスペクトルセンサ１４は、短波他車両像Ｔ２１の位置と、長波他車両像Ｔ２２の位置との間のズレが、中シフト量Ｄ２であることに基づき、他車両Ｔ２までの距離が中対象距離ｓ２であると求めることができる。またスペクトルセンサ１４は、短波樹木像Ｔ１１の位置と、長波樹木像Ｔ１２の位置との間のズレが遠シフト量Ｄ１であることに基づき、樹木Ｔ１までの距離が遠対象距離ｓ１であると求めることができる。すなわちスペクトルセンサ１４は、結像面２１ａにおける、測定対象の短波長における像の結像位置と、測定対象の長波長における像の結像位置とのズレ量つまり差から、対象距離ｓを把握することが可能となる。
　図１に示すように、このようにスペクトルセンサ１４は、測定対象Ｔについて短波長に基づくスペクトル画像である短波画像Ｐ１と、長波長に基づくスペクトル画像である長波画像Ｐ２とからなるスペクトルデータＲ０を検出する。そしてスペクトルセンサ１４は、スペクトルデータＲ０を、スペクトルデータ処理装置１５に出力する。
　スペクトルデータ処理装置１５は、たとえば演算装置や記憶装置などを有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。スペクトルデータ処理装置１５は、スペクトルセンサ１４に接続されているとともに、スペクトルセンサ１４が検出した観測光のスペクトルデータＲ０が入力される。スペクトルデータ処理装置１５は、入力された観測光のスペクトルデータＲ０に基づき、対象距離ｓを算出つまり測定する。
　スペクトルデータ処理装置１５は、演算装置１６と、記憶手段としての記憶部１７とを備えている。記憶部１７は、公知の記憶装置に設けられている記憶領域の全部もしくは一部からなる。
　図５は、記憶領域に記憶されているマップデータ１８の一例を示す。マップデータ１８は、測定対象Ｔまでの距離としての対象距離ｓ（ｓ１，ｓ２，ｓ３など）に関連付けた態様で、短波長の光の結像位置と、長波長の光の結像位置との差からなるシフト量（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３など）を示す。すなわちマップデータ１８は、遠短結像点Ｆ１１の位置と、遠長結像点Ｆ１２の位置との差である遠シフト量Ｄ１を、遠測定対象Ｔ１までの遠対象距離ｓ１に関連付けて記憶している。更にマップデータ１８は、中短結像点Ｆ２１の位置と、中長結像点Ｆ２２の位置との差である中シフト量Ｄ２を、中測定対象Ｔ２までの中対象距離ｓ２に関連付けて記憶している。更にマップデータ１８は、近短結像点Ｆ３１の位置と、近長結像点Ｆ３２の位置との差である近シフト量Ｄ３を、近測定対象Ｔ３までの近対象距離ｓ３に関連付けて記憶している。よって演算装置１６は、マップデータ１８から、遠シフト量Ｄ１に基づき遠対象距離ｓ１を、または中シフト量Ｄ２に基づき中対象距離ｓ２を、もしくは近シフト量Ｄ３に基づき近対象距離ｓ３を取得できる。つまりマップデータ１８は、結像相対量としてのシフト量Ｄと、対象距離ｓとの相関を示すように、レンズ２０の色収差特性と、光軸ＡＸの向きとによって定まる情報としての相関情報を構成する。
　演算装置１６は、測定対象Ｔの像から、距離測定に用いる画像を選定する注目画像選定部３０と；選定した画像から、２つの波長の結像位置を検出する結像位置算出部３１と；２つの波長の結像位置の差であるシフト量Ｄを算出するシフト量算出部３２とを備える。更に演算装置１６は、シフト量Ｄから、対象距離ｓを算出する距離算出手段としての距離算出部３３を備える。結像位置算出部３１とシフト量算出部３２は、相対関係量算出手段としての結像相対量算出手段を構成する。
　注目画像選定部３０は、測定対象Ｔの像から、距離測定に用いる画像を画素単位で選定する。注目画像選定部３０は、スペクトルセンサ１４からスペクトルデータＲ０が入力されると、注目画像情報Ｗ０と２つの波長のスペクトル画像を含むスペクトルデータＲ１を、結像位置算出部３１に出力する。注目画像選定部３０は、画像を選定する際、別途行なわれた対象認識処理などに基づき、認識した測定対象の中から優先度の高い測定対象に対応する画像を選定するようにしてもよいし、多くの領域を占有するものに対応する画像を選定するようにしてもよい。また注目画像選定部３０が選択する画像は、互いに異なる２つの波長の画像の位置をそれぞれ識別可能なように、背景等との境界部分であると好ましい。
　図４（ａ）は、短波長の画像としての短波画像Ｐ１を示し、図４（ｂ）は、長波長の画像としての長波画像Ｐ２を示す。遠測定対象Ｔ１は「樹木」であり、中測定対象Ｔ２は「他車両」であり、近測定対象Ｔ３は「歩行者」であるとする。図４（ａ）の短波画像Ｐ１は、樹木の像である短波樹木像Ｔ１１と、他車両の像である短波他車両像Ｔ２１と、歩行者の像である短波歩行者像Ｔ３１とを示す。図４（ｂ）の長波画像Ｐ２は、樹木の像である長波樹木像Ｔ１２と、他車両の像である長波他車両像Ｔ２２と、歩行者の像である長波歩行者像Ｔ３２とを示す。
　注目画像選定部３０は、樹木Ｔ１が測定対象の場合、短波樹木像Ｔ１１と長波樹木像Ｔ１２から、第１注目画像ＰＸ１を選定する。注目画像選定部３０は、短波画像Ｐ１と長波画像Ｐ２の何れもが第１注目画像ＰＸ１を含む第１検出領域Ｗ１を、設定する。第１注目画像ＰＸ１は、樹木Ｔ１の根元と、根元の下の地面との境界線を示す。
　また注目画像選定部３０は、他車両Ｔ２が測定対象である場合、短波他車両像Ｔ２１と長波他車両像Ｔ２２から、第２注目画像ＰＸ２を選定する。注目画像選定部３０は、短波画像Ｐ１と長波画像Ｐ２の何れもが第２注目画像ＰＸ２を含む第２検出領域Ｗ２を、設定する。第２注目画像ＰＸ２は、他車両Ｔ２のタイヤと、タイヤの下の路面との境界線を含む。
　更に注目画像選定部３０は、たとえば歩行者Ｔ３が測定対象である場合、短波歩行者像Ｔ３１と長波歩行者像Ｔ３２から、第３注目画像ＰＸ３を選定する。更に注目画像選定部３０は、短波画像Ｐ１と長波画像Ｐ２の何れもが第３注目画像ＰＸ３を含む第３検出領域Ｗ３を、設定する。第３注目画像ＰＸ３は、歩行者Ｔ３の靴と、靴の下の路面との境界線を含む。
　すなわち注目画像選定部３０は、第１注目画像ＰＸ１と第１検出領域Ｗ１、第２注目画像ＰＸ２と第２検出領域Ｗ２、および第３注目画像ＰＸ３と第３検出領域Ｗ３を含む注目画像情報Ｗ０を生成し、且つ結像位置算出部３１に出力する。
　結像位置算出部３１は、注目画像選定部３０が選定した注目画像に基づき、２つの波長の像のそれぞれ結像位置を検出する。結像位置算出部３１は、注目画像選定部３０から注目画像情報Ｗ０とスペクトルデータＲ１が入力されるとともに、当該入力された注目画像情報Ｗ０とスペクトルデータＲ１に基づき、注目画像の２つの波長の結像位置を算出する。そして結像位置算出部３１は、算出した２つの波長の結像位置を含む結像位置データＲ２を、シフト量算出部３２に出力する。
　シフト量算出部３２は、２つの波長の結像位置から、シフト量Ｄを算出する。シフト量算出部３２は、結像位置算出部３１から入力された結像位置データＲ２に基づき、２つの波長の結像位置（たとえば遠短結像点Ｆ１１の位置と遠長結像点Ｆ１２の位置）の差を、シフト量Ｄとして算出する。シフト量算出部３２は、算出したシフト量Ｄを、２つの波長に関連付けたデータであるシフト量データＲ３として、距離算出部３３に出力する。
　距離算出部３３は、シフト量データＲ３に基づき、対象距離ｓを算出する。すなわち距離算出部３３は、シフト量データＲ３から取得される２つの波長（たとえば４００ｎｍと８００ｎｍ）に基づき、記憶部１７から当該２つの波長に対応するマップデータ１８を選択する。そして距離算出部３３は、シフト量データＲ３から取得したシフト量（たとえば遠シフト量Ｄ１）に対応する対象距離ｓ（たとえば遠対象距離ｓ１）を、選択したマップデータ１８から取得する。距離算出部３３は、取得した対象距離ｓを、たとえば測定対象Ｔに関連付けるなどすることによって距離データＲ４を生成し、この距離データＲ４を、ヒューマンマシンインタフェース１２や車両制御装置１３などに出力する。
　図６は、対象距離ｓを測定する手順を説明する。図６は、本実施形態のスペクトル測定装置１１が対象距離ｓを測定する手順を示すフローチャートである。なお本実施形態では、対象距離ｓを測定するための手順は、所定周期で逐次実行される。
　図６に示すように、距離測定のための処理が開始されると、ステップＳ１０において演算装置１６は、スペクトルセンサ１４が検出したスペクトルデータＲ０を取得する。スペクトルデータＲ０を取得すると、ステップＳ１１において演算装置１６は、距離を測定する測定対象Ｔの像から、注目画像を選定する。なお測定対象Ｔは、スペクトル測定装置１１が別途認識した測定対象や、測定対象の優先度などを条件として、選択される。注目画像が選定されると、ステップＳ１２において演算装置１６は、距離測定に用いる短波長と長波長のそれぞれの波長ごとに注目画像の結像位置をそれぞれ算出する（結像位置算出工程）。結像位置は、注目画像を検出する結像面２１ａの画素の位置に基づき、求められる。結像位置が算出されると、ステップＳ１３において演算装置１６は、２つの波長の注目画像の位置を互いに比較することによって、結像相対量であるシフト量Ｄを算出する（結像相対量算出工程）。シフト量Ｄ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）は、２つの波長それぞれの注目画像の結像位置の差として算出される。シフト量Ｄを算出すると、ステップＳ１４において演算装置１６は、対象距離ｓを算出する（距離算出工程）。演算装置１６は、２つの波長に対応するマップデータ１８から、シフト量Ｄに対応する距離を取得することによって、対象距離ｓを算出する。
　以上説明したように、本実施形態のスペクトル測定装置１１によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
　（１）スペクトル測定装置１１は、入射光Ｌの進行方向Ｘ１とは異なる向きの光軸ＡＸを有するレンズ２０を用いることによって、波長ごとの結像位置がそれぞれ相違する。このことから、複数の結像位置間の結像相対量は、対象距離ｓごとに異なる量として検出される。すなわちそれぞれ異なる結像相対量に基づき、スペクトル測定装置１１は対象距離ｓを測定することができるようになる。通常のレンズは、それぞれの波長の光ごとに異なる屈折率を有する、つまり色収差を生じる。このため、レンズ２０が複数の波長を有する光を結像させる際、それぞれの波長の光ごとに結像位置が異なる。このことから、遠入射光Ｌ１の進行方向Ｘ１に対して、レンズ２０の光軸ＡＸが傾いている場合、すなわちレンズ２０が、遠入射光Ｌ１をレンズの光軸ＡＸの向きに屈折させる場合、それぞれの波長の光が、それぞれの屈折率によって屈折する。よって、レンズ２０によって結像される像の結像位置（結像点の位置）は、それぞれの波長の光ごとに、レンズ２０の水平方向や上下方向に、互いに異なる量で変位する。一方、レンズ２０と測定対象Ｔの間の対象距離ｓの変化によってレンズ２０への光の入射角が相違すると、ひとつの波長の光の結像位置も変化する。これらのことからスペクトル測定装置１１は、それぞれの波長の結像位置同士の相対関係に基づき、対象距離ｓを測定できるようになる。
　（２）それぞれの波長の結像位置が、レンズ２０の水平方向や上下方向に異なる。つまりそれぞれの波長の結像位置は、入射光Ｌの進行方向Ｘ１とは垂直な方向に、互いに異なる量で変位する。このことから、レンズ２０に対向して設けられることが一般的である結像面２１ａ上に、それぞれの波長の像がそれぞれ結像される。よって結像面２１ａは、それぞれの波長の光の像のそれぞれの結像位置を、検出できる。すなわちスペクトル測定装置１１は、結像位置を検出するために結像面２１ａを移動させる必要がないため、結像面２１ａを移動させる装置が不要とされ、それぞれの波長の結像位置を簡単な構成にて検出できるようになる。
　（３）それぞれの波長の結像位置を、同じレンズ２０（光学系）が検出することによって、色収差に基づく波長ごとの結像位置の差が求められる。つまり距離測定を、ひとつの光学系、すなわち一台のカメラ（スペクトルセンサ１４）で行うことができる。よって、たとえば複数のカメラを用いる場合と比較すると、本実施形態はカメラの配置の自由度が高められる。つまりカメラの配置位置を精度高く維持する必要もなく、距離測定装置の構成を簡単にすることができる。
　（４）通常のレンズは、色収差補正が施されている。つまり取得したい波長の光に限り、たとえば画像用には、赤色の波長、青色の波長、緑色の波長の光に限り、それぞれの波長の光の結像距離が一致するように通常のレンズは構成されていることが多い。しかし本実施形態は、色収差補正がなされていないレンズ２０を、距離測定に用いることができる。よって距離測定装置に用いる波長の選択自由度と設計自由度が高くなるとともに、この距離測定装置に採用する光学系の選択自由度と設計自由度も高くなる。
　（５）スペクトル測定装置１１は、レンズ２０による結像位置（結像点の位置）が互いに異なる２つの波長の光に基づき、対象距離ｓを測定する。すなわち測定対象Ｔからの光が、２つ以上の波長を有していれば、測定対象Ｔの距離を測定することができるので、距離測定の実施が容易である。
　（６）スペクトル測定装置１１は、結像相対量を、２つの波長の結像位置の差つまりシフト量Ｄ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）として検出する。よって検出にかかる演算などが簡単である。
　（７）スペクトル測定装置１１は、レンズ２０の光軸ＡＸを、遠入射光Ｌ１に対して傾けることによって、それぞれの波長の光ごとの結像位置に差を生じさせる。スペクトル測定装置１１は、この結像位置差に基づき、対象距離ｓを測定する。たとえば一般的な凸レンズの場合、遠入射光Ｌ１の進行方向Ｘ１に対してレンズ２０を傾けて配置することによって、遠入射光Ｌ１の進行方向Ｘ１に対して、レンズ２０の光軸ＡＸを傾けることができる。このように本実施形態は、距離測定装置におけるレンズ２０の配置の態様や、レンズ２０の特性を、簡単なものとすることができる。
　（８）レンズ２０が結像した測定対象Ｔの波長ごとの像を、スペクトルセンサ１４が検出することによって、任意の波長からなる複数の波長の光を検出することができる。よって波長の選択性自由度が高いことから、周辺環境や環境光などに応じて、距離測定に適した波長の光を適宜選択することも容易となる。またスペクトルセンサ１４は、もともと複数の波長の光を検出することができるので、距離測定装置を簡単に構成することができる。すなわち既存のスペクトルセンサを、距離測定装置として活用することも可能になる。
　なお上記実施形態は、たとえば以下のような態様にて実施することもできる。
　・上記実施形態では、レンズ２０に入射される入射光の波長を、フィルタが短波長や長波長の光にする場合を例示した。しかしこれに限らずフィルタは、レンズ２０から出射した出射光から、所定の光だけを有する出射光を取得するようにしてもよい。よって、所定の波長の光を取得する構成の自由度が高められる。
　・上記実施形態では、マップデータ１８が記憶する結像位置の差（シフト量）の波長の組み合わせは、短波長と長波長であった。しかしこれに限らず、マップデータ１８が記憶する波長の組み合わせは、その他の組み合わせであってもよい。マップデータ１８は、互いに異なる波長の組み合わせに基づく複数のマップデータであってもよい。よって距離測定に用いる波長の選択自由度が高められる。
　・上記実施形態では、シフト量Ｄから対象距離ｓを算出するために、マップデータ１８を参照した。しかしこれに限らず、演算式を用いて、シフト量Ｄから対象距離ｓを算出してもよい。よって、記憶領域の削減を図ることができるようになる。
　・上記実施形態では、結像面２１ａが、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して垂直に拡がるように配置されていた。しかしこれに限らず、結像面２１ａは、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して、傾斜してもよい。たとえばレンズ２０から結像点までの結像距離ｆが、光の波長や対象距離ｓに基づき変化する場合、結像点を撮像する結像面２１ａの部分と、レンズ２０との間の距離が変化するように、結像面２１ａを傾けてもよい。よって、距離測定装置による距離測定精度を向上させることができるようになる。
　・上記実施形態では、結像相対量を、２つの波長の結像位置同士の差（シフト量）とした。しかしこれに限らず、結像相対量は、２つの波長の光の結像位置同士の比としてもよい。よって、２つの波長の結像位置の結像相対量の算出方法の自由度が高められ、好適な測定結果を得られる。
　・上記実施形態では、ひとつのシフト量に基づき、対象距離ｓを算出した。しかしこれに限らず、他の波長の組み合わせから検出される他のシフト量を含めた複数のシフト量に基づき、対象距離ｓを算出してもよい。複数のシフト量に基づけば、対象距離ｓを高い精度で求められるようにもなる。特に、多数の波長の光を検出することができるスペクトルセンサは、多くの波長に対して像の結像位置を検出することができる。つまり結像位置の差に基づき、多くのシフト量を算出することができるようになる。このことから、多くのシフト量に基づく距離測定を容易に行なうことができるとともに、測定される距離の精度を高くすることができるようになる。
　・上記実施形態は、レンズ２０がひとつの凸レンズである場合を例示した。しかしこれに限らず、レンズ２０は、入射光を結像させる光学系であればよいため、複数のレンズから構成されるものであってもよい。またレンズ２０は、凹レンズを含むように構成してもよい。レンズの設計自由度が高められることによって、このような距離測定装置の採用自由度が高められる。
　・上記実施形態では、レンズ２０の主平面ＴＸは、つまりレンズ２０の厚さ方向の中心を通る面としての中心面は、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して垂直な面に対して、傾角θａを有していた。しかしこれに限らず、レンズ２０の光軸ＡＸが、入射光Ｌの進行方向Ｘ１とは異なる向きを有するのであれば、レンズ２０の厚さ方向の中心を通る中心面を、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して垂直にしてもよい。すなわち入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して、レンズ２０の光軸ＡＸが傾きを有する場合、対象距離ｓに基づき、入射光の角度が変化する。よって結像位置、いわゆる結像点の位置が、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して垂直な面において、水平方向や上下方向に変位する。このため結像相対量が生じ、対象距離ｓを測定することができる。
　図７に示すように、凸レンズであるレンズ２５の表面を、非回転対称に形成してもよい。たとえばレンズ２５の最も厚い部分を、レンズ２５の中心から偏らせる。図７では、レンズ２５の最大厚みは、レンズ２５の上方に偏っているため、光軸ＡＸも上方に傾いている。この場合、レンズ２５の表面は、レンズ２５の光軸ＡＸに対して非回転対称である。すなわちレンズ２５の表面を、光軸ＡＸに対して非回転対称にすることによって、レンズ２５の光軸ＡＸを、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して傾斜させてもよい。この場合も、結像面２１ａにおいて、入射光Ｌの波長と対象距離ｓとに応じて、結像位置が変化する。よって距離測定装置の設計や、構成の自由度が向上する。なお具体的なレンズ２５の構成は、図７の場合から変更し得る。
　・図８に示すように、凸レンズであるレンズ２６を、互いに異なる屈折率（収差）を有する第１部材２６ａと第２部材２６ｂによって構成することによって、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して、レンズ２６の光軸ＡＸを傾斜させてもよい。図８では、測定対象Ｔ寄りの第１部材２６ａは、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して、図の上方では凹であり、図の下方では凸である。第２部材２６ｂは、第１部材２６ａの凹凸を埋め合わせるように、図の上方では凸であり、図の下方では凹である。この場合も、レンズ２６の光軸ＡＸは、上方に傾く。すなわちレンズ２６の屈折率を、光軸ＡＸに対して非回転対称にすることによって、レンズ２６の光軸ＡＸを、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して傾斜させてもよい。この場合も、結像面２１ａにおいて、入射光Ｌの波長と対象距離ｓとに応じて、結像位置が変化する。これによっても、距離測定装置の設計や構成の自由度が向上する。なお具体的なレンズ２６の構成は、図８の場合から変更しうる。また３つ以上の部材で、１つの凸レンズを構成してもよい。
　・図７のレンズ２５や、図８のレンズ２６を、厚み方向の中心を通る中心面（ＴＸ）が、入射光Ｌの進行方向Ｘ１に対して傾斜するように配置してもよい。これによっても、距離測定装置の設計や構成の自由度が向上する。
　・上記実施形態では、レンズ２０に色収差補正が施されていない場合を例示した。しかしこれに限らず、距離測定に用いる波長について色収差補正が施されていないか、もしくは補正の度合いが小さい場合、レンズに色収差補正が施されていてもよい。よって、色収差補正が施されたレンズが用いられる装置においても、このような距離測定装置を採用できる可能性が高められる。
　・上記実施形態では、シフト量Ｄ（相対関係量としての結像相対量）を求める２つの波長のうちの短波長が４００ｎｍであり、長波長が８００ｎｍである場合を例示した。しかしこれに限らず、シフト量を求める２つの波長は、レンズ２０によって色収差が生じる関係にあれば、可視光と不可視光の中から選択可能である。すなわち短波長は４００ｎｍよりも短い波長でも長い波長でもよく、また長波長は８００ｎｍよりも短い波長でも長い波長でもよい。よって距離測定装置としての波長選択自由度が高められ、距離測定に好適な波長の組み合わせを選択して距離測定が好適になされるようにすることができるようにもなる。なお不可視光には、紫外線（近紫外線）と赤外線（遠赤外線、中赤外線、近赤外線を含む）が含まれてもよい。
　・上記実施形態では、対象距離ｓが遠くなるとシフト量Ｄが小さくなる場合を例示した。しかしこれに限らず、シフト量Ｄは、対象距離ｓの変化に応じて変化するものであればよく、距離が遠くなるとき大きくなるようなことがあってもよい。すなわち結像位置の差（シフト量）は、レンズ２０の特性と、選択した波長との関係によって様々に変化するので、結像位置差（シフト量）と対象距離ｓがマップデータ１８として設定できる関係にあるのであれよい。この条件下では、対象距離ｓに対する結像位置差は、どのように変化してもよい。よって、距離測定装置に採用できる光学系の選択自由度が高められる。
　１０…車両、１１…スペクトル測定装置、１２…ヒューマンマシンインタフェース、１３…車両制御装置、１４…スペクトルセンサ、１５…スペクトルデータ処理装置、１６…演算装置、１７…記憶部、１８…マップデータ、２０，２５，２６…レンズ、２１…検出装置、２１ａ…結像面、２６ａ，２６ｂ…部材、３０…注目画像選定部、３１…結像位置算出部、３２…シフト量算出部、３３…距離算出部、ＡＸ…光軸、Ｆ，Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ３１，Ｆ３２…結像点、Ｐ１…スペクトル画像としての短波画像、Ｐ２…スペクトル画像としての長波画像、ＰＸ１，ＰＸ２，ＰＸ３…注目画像、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…測定対象、ＴＸ…主平面、Ｔ３１，Ｔ３２…歩行者の像、Ｔ２１，Ｔ２２…他車両の像、Ｔ１１，Ｔ１２…樹木の像。

Claims (10)

  1. 　測定対象を光学的に検出することによって、前記測定対象までの距離としての対象距離を測定する距離測定装置であって、
    　前記測定対象からの入射光の進行方向とは異なる向きの光軸を有するレンズであって、前記レンズは、前記入射光を結像することによって前記測定対象の像を求めるように構成されていることと；
    　前記レンズに対する前記像の位置を示す結像位置を、前記入射光が有する複数の波長のそれぞれに対して求めることによって、それら前記結像位置同士の相対的な関係を示す量としての結像相対量を算出する結像相対量算出手段と；
    　前記結像相対量と前記対象距離との相関を示すように前記レンズの色収差特性と、前記光軸の向きとによって定まる情報としての相関情報を、記憶する記憶手段と；
    　前記結像相対量を前記相関情報に照合することによって、前記対象距離を算出する距離算出手段と
    を備えることを特徴とする、距離測定装置。
  2. 　前記光は、前記結像位置が互いに相違する２つの波長を有し、
    　前記相関情報は、それぞれ前記結像相対量を前記対象距離に対応付けたマップデータを構成する、
    　請求項１記載の距離測定装置。
  3. 　前記結像相対量は、前記２つの波長の結像位置同士の差としての結像位置差である、
    　請求項２記載の距離測定装置。
  4. 　前記結像相対量は、前記２つの波長の結像位置同士の比としての結像位置比である、
    　請求項２記載の距離測定装置。
  5. 　前記レンズの光軸は、前記入射光の進行方向に対して傾けられている、
    　請求項１～４何れか一項記載の距離測定装置。
  6. 　前記レンズの表面は、前記レンズの光軸に対して非回転対称である、
    　請求項１～４何れか一項記載の距離測定装置。
  7. 　前記レンズの屈折率は、前記レンズの光軸に対して非回転対称である、
    　請求項１～４何れか一項記載の距離測定装置。
  8. 　前記レンズは、前記測定対象からの光を検出するスペクトルセンサの一部である、
    　請求項１～７何れか一項記載の距離測定装置。
  9. 　測定対象を光学的に検出することによって、前記測定対象までの距離としての対象距離を測定する距離測定方法であって、
    　前記測定対象からの入射光の進行方向とは異なる向きの光軸を有するレンズによって前記測定対象の像を結像させ、前記レンズに対する前記像の位置を示す結像位置を、前記入射光が有する複数の波長それぞれに対して求める結像位置算出工程と； 
    　これら前記結像位置同士の相対的な関係を示す量としての結像相対量を算出する結像相対量算出工程と；
    　前記結像相対量と前記対象距離の相関を示すように前記結像相対量と、前記レンズの色収差特性と、前記光軸の向きとによって定まる情報としての相関情報に、前記結像相対量を照合することによって前記対象距離を算出する距離算出工程と
    を備えることを特徴とする、距離測定方法。
  10. 　前記入射光は、２つの波長を有し、
    　前記結像位置算出工程は、前記結像位置を、前記２つの波長それぞれに対して求め、
    　前記距離算出工程は、前記結像相対量を前記対象距離に対応付けたマップデータから、前記前記相関情報を取得する、
    　請求項９記載の距離測定方法。
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