[发明专利]测距装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据多个拍摄光学系统间的视差来测量至对象物的距离的测距装置。

背景技术

近年来，在汽车的车间距离测量和照相机的自动焦点系统、三维形状测量系统中使用根据一对拍摄光学系统间的视差来测量距被拍摄物(测距对象物)的距离的测距装置。

在这样的测距装置中，设置有在左右或上下配置的一对透镜、和具有分别对应每一个透镜而设置的一对拍摄区域的拍摄元件。通过一对透镜在各个拍摄区域中进行图像的成像，基于这些图像的视差通过三角测量来检测出距被拍摄物的距离。

图23是用于说明在测距装置中进行的三角测量的图。在图23中，示出了具有拍摄透镜L1的第一拍摄光学系统、和具有拍摄透镜L2的第二拍摄光学系统。配置各个拍摄光学系统，使得第一拍摄光学系统的光轴a1和第二拍摄光学系统的光轴a2隔开规定的间隔B而相互平行。将连结第二拍摄光学系统的光轴a2与拍摄面N2相交的点、和第一拍摄光学系统的光轴a1与拍摄面N1相交的点的线段称为基线。基线是不根据对象物的位置而变化、且成为三角测量的基准的线段。作为此基线的长度的基线长等于间隔B。下面设基线长为B。

测距对象物O的像分别通过拍摄透镜L1成像在拍摄面N1上，通过拍摄透镜L2成像在拍摄面N2上。在图23中，设测距对象物O上的点P为测量点。在点P位于第一拍摄光学系统的光轴a1上的时候，点P在拍摄面N1中与第一拍摄光学系统的光轴a1相交的点处成像。另一方面，在拍摄面N2中，在距拍摄面N2与第二拍摄光学系统的光轴a2相交的点为距离Δ的位置，点P成像。将此称为视差，并将其长度称为视差量Δ。

如果设第一及第二拍摄光学系统的拍摄透镜L1及L2的焦点距离为f，则下面的近似式成立。

[数1]

Δ≈B·fZ...(1)]]>

对成像在拍摄面N1、N2上的图像实施用于形成容易进行运算处理的状态的修正和分割等处理。在进行这样的处理后，通过将成像在拍摄面N1上的图像和成像在拍摄面N2上的图像进行图形匹配，就能求出视差量Δ。通过将计算出的视差量Δ、和基线长B及焦点距离f代入式(1)，就能求出距离Z。

在专利文献1中，公开有为了不加长透镜全长来实现长焦点距离化，而使用在物体面上具有凸面的正弯月单透镜(positive meniscus single lens)的测距装置。

此外，在专利文献2中，公开有为了提供焦阑性(telecentric)良好且透镜像差也容易修正的拍摄用的透镜而进行透镜的结构研讨的结果。

专利文献1JP特开2003-15029号公报

专利文献2JP特开2002-98885号公报

发明内容

在测距装置中，视差Δ越大测距精度越好。根据式(1)，基线长B和焦点距离f越大，则视差Δ越变大，测距精度增加。此外，当构成测距装置的各拍摄光学系统的拍摄性能彼此相等时，测距精度增加。但是，通常在透镜中因模具的精度的界限和制造偏差而存在几μm程度的透镜面的偏芯。透镜面的偏芯是指透镜的2个面的光轴彼此偏移的状态。如果在透镜中存在上述偏芯，就会损害拍摄性能的旋转对称性。在拍摄光学系统由单透镜构成的情况下，虽然因上述偏芯引起的拍摄性能的变化较少，但在测距装置的图形匹配中，存在因上述偏芯而使得测距精度显著劣化这样的课题。即，存在照相机等拍摄用的透镜中可允许的透镜偏芯量在测距装置用的透镜中是不能被允许的情况。

此外，在测距装置中虽然需要以极高的精度来平行地配置各拍摄光学系统间的光轴，但如果各透镜是不同体，则以极高的精度使各透镜间的光轴一致是困难的。