| 【発明の名称】 |
光学装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】小野 修司
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| 【要約】 |
【課題】被写体画像に基づいて被写体までの距離を測定する光学装置を提供する。
【解決手段】本発明の光学装置は、レンズユニット２２と受光部３０とを有する撮像ユニット２０と、ズーム等を制御する撮像制御ユニット４０と、デジタル画像データを処理する処理ユニット６０と、デジタル画像を表示する表示ユニット１００と、ユーザが操作する操作ユニット１１０とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第１、第２の視点をもつレンズ系を備えた光学装置であって、外界を前記第１、第２の視点を通して結像したときの結像面に生じる視差量が等しくなる等視差面と、この光学装置からの等距離面とがほぼ一致する特性を前記レンズ系にもたせたことを特徴とする光学装置。
【請求項２】 前記等距離面は、前記第１、第２の視点の中間点を基点とする等距離面であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】 第１、第２の視点をもつレンズ系を備えた光学装置であって、前記レンズ系の視野内にある被写体を結像した画像の像高をｙ、焦点距離をｆ、この光学装置および被写体を結ぶ線と光軸とがなす角をθとした場合、０＜θ＜π／２のときにｆ・θ＜ｙ＜ｆ・ｔａｎθとなる特性を前記レンズ系にもたせたことを特徴とする光学装置。
【請求項４】 前記第１の視点および被写体を結ぶ線と前記第２の視点および被写体を結ぶ線とがなす角をα（θ）としたとき、【数１】
となる特性を前記レンズ系にもたせたことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】 前記第１、第２の視点のそれぞれに前記レンズ系を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項６】 前記第１の視点と前記第２の視点との間で前記レンズ系を移動させるレンズ駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学装置。
【請求項７】 前記視差量に基づいて奥行き分布情報を生成する奥行き分布情報生成部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に関する。本発明は、特に距離を測定する光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的なカメラにおいては、被写体像をひずみなく撮影できるよう設計されたｆ・ｔａｎθレンズが用いられる。また、人間の目以上に広い画角を持つように設計されたレンズとしてｆ・θレンズ（魚眼レンズ）等がある。一方、従来から、同一被写体を複数の視点から撮影するステレオ撮影という技法がある。この技法により得られた２つの画像間における見かけの違い（視差）に基づいて、カメラから被写体までの距離を求めることができる。これは、人間の両眼立体視の原理と同様である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ｆ・ｔａｎθレンズを用いてステレオ撮影する場合、複数の視点を通して結像したときの結像面に生じる視差量が等しくなる等視差面は、レンズの光軸に直交する平面となる。しかし、この等視差面はカメラからの正確な等距離面ではない。また、ｆ・θレンズを用いてステレオ撮影する場合、等視差面は複数の視点と被写体を通る球面となるが、この等視差面もまたカメラからの正確な等距離面ではない。このように、いずれのレンズを用いてステレオ撮影を行っても、正確に距離を測定することは困難であった。
【０００４】そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる光学装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明のさらなる有利な具体例を規定する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明の第１の形態は、第１、第２の視点をもつレンズ系を備えた光学装置であって、外界を前記第１、第２の視点を通して結像したときの結像面に生じる視差量が等しくなる等視差面と、この光学装置からの等距離面とがほぼ一致する特性を前記レンズ系にもたせた。
【０００６】前記等距離面は、前記第１、第２の視点の中間点を基点とする等距離面であってもよい。
【０００７】また、本発明の第２の形態においては、第１、第２の視点をもつレンズ系を備えた光学装置であって、前記レンズ系の視野内にある被写体を結像した画像の像高をｙ、焦点距離をｆ、この光学装置および被写体を結ぶ線と光軸とがなす角をθとした場合、０＜θ＜π／２のときにｆ・θ＜ｙ＜ｆ・ｔａｎθとなる特性を前記レンズ系にもたせた。
【０００８】前記第１の視点および被写体を結ぶ線と前記第２の視点および被写体を結ぶ線とがなす角をα（θ）としたとき、【数２】
となる特性を前記レンズ系にもたせてもよい。
【０００９】前記第１、第２の視点のそれぞれに前記レンズ系を備えてもよい。前記第１の視点と前記第２の視点との間で前記レンズ系を移動させるレンズ駆動部をさらに備えてもよい。前記視差量に基づいて奥行き分布情報を生成する奥行き分布情報生成部をさらに備えてもよい。
【００１０】なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となりうる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】以下に説明する本発明の光学装置は、各実施形態において一般的な画像撮影に用いられるほか、撮影された画像を利用して被写体までの距離を測定することができる。以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態における光学装置は、その一例としてのデジタルカメラである。図１は実施の形態に係るデジタルカメラ１０の構成を示す。このデジタルカメラ１０は、主に撮像ユニット２０、撮像制御ユニット４０、処理ユニット６０、表示ユニット１００、および操作ユニット１１０を含む。
【００１３】撮像ユニット２０は、撮影および結像に関する機構部材および電気部材を含む。撮像ユニット２０はまず、映像を取り込んで処理を施すレンズユニット２２、絞り２４、シャッタ２６、光学ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２８、受光部３０、および撮像信号処理部３２を含む。レンズユニット２２は、フォーカスレンズやズームレンズ等により構成させてもよい。この構成により、被写体像が受光部３０の受光面上に結像する。結像した被写体像の光量に応じ、受光部３０の各センサエレメント（図示せず）に電荷が蓄積される（以下その電荷を「蓄積電荷」という）。蓄積電荷は、リードゲートパルスによってシフトレジスタ（図示せず）に読み出され、レジスタ転送パルスによって電圧信号として順次読み出される。受光部３０は、受光面上に配置された複数の受光素子（図示せず）を有する。受光素子には、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）が用いられる。
【００１４】デジタルカメラ１０は一般に電子シャッタ機能を有するので、機械式シャッタは必須ではない。電子シャッタ機能を実現するために、受光部３０にシャッタゲートを介してシャッタドレインが設けられる。シャッタゲートを駆動すると蓄積電荷がシャッタドレインに掃き出される。シャッタゲートの制御により、各受光素子に電荷を蓄積するための時間、すなわちシャッタスピードを制御できる。
【００１５】受光部３０から出力される電気信号、すなわちアナログ信号は撮像信号処理部３２でＲ、Ｇ、Ｂ成分に色分解され、まずホワイトバランスが調整される。つづいて撮像信号処理部３２はガンマ補正を行い、必要なタイミングでＲ、Ｇ、Ｂ信号を順次Ａ／Ｄ変換し、その結果得られたデジタルの画像データ（以下単に「デジタル画像データ」とよぶ）を処理ユニット６０へ出力する。
【００１６】撮像ユニット２０はさらに、ファインダ３４とストロボ３６を有する。ファインダ３４には図示しないＬＣＤを内装してもよく、その場合、後述のメインＣＰＵ６２等からの各種情報をファインダ３４内に表示できる。ストロボ３６は、コンデンサ（図示せず）に蓄えられたエネルギが放電管３６ａに供給されたときそれが発光することで機能する。
【００１７】撮像制御ユニット４０は、位置制御部２４０、撮像系ＣＰＵ５０、測距センサ５２、および測光センサ５４をもつ。位置制御部２４０は、ステッピングモータ等の駆動手段を有する。後述のレリーズスイッチ１１４の押下に応じ、測距センサ５２は被写体までの距離を測定し、測光センサ５４は被写体輝度を測定する。測定された距離のデータ（以下単に「測距データ」という）および被写体輝度のデータ（以下単に「測光データ」という）は撮像系ＣＰＵ５０へ送られる。撮像系ＣＰＵ５０は、ユーザから指示されたズーム倍率等の撮影情報に基づき、位置制御部２４０による制御を介してズーム倍率の調整を行う。撮像系ＣＰＵ５０は、１画像フレームのＲＧＢのデジタル信号積算値、すなわちＡＥ情報に基づいてシャッタスピードを決定する。決定された値にしたがい、撮像系ＣＰＵ５０は受光部３０の電子シャッタ機能を制御する。
【００１８】撮像系ＣＰＵ５０はまた、測光データに基づいてストロボ３６の発光を制御する。ユーザが映像の取込を指示したとき、受光部３０が電荷蓄積を開始し、測光データから計算されたシャッタ時間の経過後、蓄積電荷が撮像信号処理部３２へ出力される。
【００１９】処理ユニット６０は、撮像信号処理部３２から受け取るデジタル画像データを処理する。ここでいう処理には、デジタル画像を処理する行程を含むほか、単にデータをメモリに格納する行程も含む。処理ユニット６０は、デジタルカメラ１０全体、とくに処理ユニット６０自身を制御するメインＣＰＵ６２と、これによって制御されるメモリ制御部６４、ＹＣ処理部７０、オプション装置制御部７４、圧縮伸張処理部７８、通信Ｉ／Ｆ部８０を有する。メインＣＰＵ６２は、シリアル通信などにより、撮像系ＣＰＵ５０との間で必要な情報をやりとりする。メインＣＰＵ６２の動作クロックは、クロック発生器８８から与えられる。クロック発生器８８は、撮像系ＣＰＵ５０、表示ユニット１００に対してもそれぞれ異なる周波数のクロックを提供する。
【００２０】メインＣＰＵ６２には、キャラクタ生成部８４とタイマ８６が併設されている。タイマ８６は電池でバックアップされ、つねに日時をカウントしている。このカウント値から撮影日時に関する情報、その他の時刻情報がメインＣＰＵ６２に与えられる。キャラクタ生成部８４は、撮影日時、タイトル等の文字情報を発生し、この文字情報が適宜撮影画像に合成される。
【００２１】メモリ制御部６４は、不揮発性メモリ６６とメインメモリ６８を制御する。不揮発性メモリ６６は、ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去およびプログラム可能なＲＯＭ）やＦＬＡＳＨメモリなどで構成され、ユーザによる設定情報や出荷時の調整値など、デジタルカメラ１０の電源がオフの間も保持すべきデータが格納されている。不揮発性メモリ６６には、場合によりメインＣＰＵ６２のブートプログラムやシステムプログラムなどが格納されてもよい。一方、メインメモリ６８は一般にＤＲＡＭのように比較的安価で容量の大きなメモリで構成される。メインメモリ６８は、撮像ユニット２０から出力されたデータを格納するフレームメモリとしての機能、各種プログラムをロードするシステムメモリとしての機能、その他ワークエリアとしての機能をもつ。不揮発性メモリ６６とメインメモリ６８は、処理ユニット６０内外の各部とメインバス８２を介してデータのやりとりを行う。
【００２２】ＹＣ処理部７０は、デジタル画像データにＹＣ変換を施し、輝度信号Ｙと色差（クロマ）信号Ｂ−Ｙ、Ｒ−Ｙを生成する。輝度信号と色差信号はメモリ制御部６４によってメインメモリ６８に一旦格納される。圧縮伸張処理部７８はメインメモリ６８から順次輝度信号と色差信号を読み出して圧縮する。こうして圧縮されたデータ（以下単に「圧縮データ」という）は、オプション装置制御部７４を介してオプション装置７６の一種であるメモリカードへ書き込まれる。
【００２３】処理ユニット６０はさらにエンコーダ７２をもつ。エンコーダ７２は輝度信号と色差信号を入力し、これらをビデオ信号（ＮＴＳＣやＰＡＬ信号）に変換してビデオ出力端子９０から出力する。オプション装置７６に記録されたデータからビデオ信号を生成する場合、そのデータはまずオプション装置制御部７４を介して圧縮伸張処理部７８へ与えられる。つづいて、圧縮伸張処理部７８で必要な伸張処理が施されたデータはエンコーダ７２によってビデオ信号へ変換される。
【００２４】オプション装置制御部７４は、オプション装置７６に認められる信号仕様およびメインバス８２のバス仕様にしたがい、メインバス８２とオプション装置７６の間で必要な信号の生成、論理変換、または電圧変換などを行う。デジタルカメラ１０は、オプション装置７６として前述のメモリカードのほかに、例えばフロッピーディスク等の磁気記録媒体をサポートしてもよい。また、デジタルカメラ１０は、オプション装置７６として例えばＰＣＭＣＩＡ準拠の標準的なＩ／Ｏカードをサポートしてもよい。その場合、オプション装置制御部７４は、ＰＣＭＣＩＡ用バス制御ＬＳＩなどで構成してもよい。
【００２５】通信Ｉ／Ｆ部８０は、デジタルカメラ１０がサポートする通信仕様、例えばＵＳＢ、ＲＳ−２３２Ｃ、イーサネットなどの仕様に応じたプロトコル変換等の制御を行う。通信Ｉ／Ｆ部８０は、必要に応じてドライバＩＣを含み、ネットワークを含む外部機器とコネクタ９２を介して通信する。そうした標準的な仕様のほかに、例えばプリンタ等の外部機器との間で独自のＩ／Ｆによるデータ授受を行う構成としてもよい。
【００２６】表示ユニット１００は、ＬＣＤモニタ１０２とＬＣＤパネル１０４を有する。それらはＬＣＤドライバであるモニタドライバ１０６、パネルドライバ１０８によってそれぞれ制御される。ＬＣＤモニタ１０２は、例えば２インチ程度の大きさでカメラ背面に設けられ、現在の撮影や再生のモード、撮影や再生のズーム倍率、電池残量、日時、モード設定のための画面、被写体画像などを表示する。ＬＣＤパネル１０４は例えば小さな白黒ＬＣＤでカメラ上面に設けられ、画質（ＦＩＮＥ／ＮＯＲＭＡＬ／ＢＡＳＩＣなど）、ストロボ発光／発光禁止、標準撮影可能枚数、画素数、電池容量などの情報を簡易的に表示する。
【００２７】操作ユニット１１０は、ユーザがデジタルカメラ１０の動作やそのモードなどを設定または指示するために必要な機構および電気部材を含む。パワースイッチ１１２は、デジタルカメラ１０の電源のオンオフを決める。レリーズスイッチ１１４は、半押しと全押しの二段階押し込み構造になっている。一例として、半押しで測距動作や測光動作がロックし、全押しで撮影画像の取込が行われ、必要な信号処理、データ圧縮等の後、メインメモリ６８、オプション装置７６等に記録される。ズームスイッチ１１８は、ズーム倍率を決める。操作ユニット１１０はこれらのスイッチの他、回転式のモードダイヤルや十字キーなどによる設定を受け付けてもよく、それらは図１において機能設定部１１６と総称されている。操作ユニット１１０で指定できる動作または機能の例として、「ファイルフォーマット」、「特殊効果」、「印画」、「決定／保存」、「表示切換」等がある。
【００２８】以上の構成による主な動作は以下の通りである。まず、デジタルカメラ１０のパワースイッチ１１２がオンされ、カメラ各部に電力が供給される。メインＣＰＵ６２は、機能設定部１１６の状態を読み込むことで、デジタルカメラ１０が撮影モードにあるか再生モードにあるかを判断する。
【００２９】カメラが撮影モードにあるとき、メインＣＰＵ６２はレリーズスイッチ１１４の半押し状態を監視する。半押し状態が検出されたとき、メインＣＰＵ６２は測光センサ５４および測距センサ５２からそれぞれ測光データと測距データを得る。得られたデータに基づいて撮像制御ユニット４０が動作し、レンズユニット２２のピント、絞りなどの調整が行われる。調整が完了すると、ＬＣＤモニタ１０２に「スタンバイ」などの文字を表示してユーザにその旨を伝え、つづいてレリーズスイッチ１１４の全押し状態を監視する。レリーズスイッチ１１４が全押しされると、所定のシャッタスピードで受光部３０の蓄積電荷が撮像信号処理部３２へ掃き出される。撮像信号処理部３２による処理の結果生成されたデジタル画像データはメインバス８２へ出力される。デジタル画像データは一旦メインメモリ６８へ格納され、この後ＹＣ処理部７０と圧縮伸張処理部７８で処理を受け、オプション装置制御部７４を経由してオプション装置７６へ記録される。記録された画像は、フリーズされた状態でしばらくＬＣＤモニタ１０２に表示され、ユーザは撮影画像を知ることができる。以上で一連の撮影動作が完了する。
【００３０】一方、デジタルカメラ１０が再生モードの場合、メインＣＰＵ６２は、メモリ制御部６４を介してメインメモリ６８から最後に撮影した画像を読み出し、これを表示ユニット１００のＬＣＤモニタ１０２へ表示する。この状態でユーザが機能設定部１１６にて「順送り」、「逆送り」を指示すると、現在表示している画像の前後に撮影された画像が読み出され、ＬＣＤモニタ１０２へ表示される。
【００３１】図２は、デジタルカメラ１０の機能ブロック図である。本実施形態の光学装置は、レンズ系２００と受光部３０と奥行き分布情報生成部３０２とレンズ駆動部３０４とを備える。レンズ系２００は、第１、第２の視点を通して被写体像を結像する。レンズ駆動部３０４は、第１の視点と第２の視点との間でレンズ系２００を移動させる。これにより、レンズ系２００は第１の視点と第２の視点のそれぞれの位置から見た被写体像を結像することができる。レンズ系２００およびレンズ駆動部３０４は、図１におけるレンズユニット２２に相当する。受光部３０は、レンズ系２００を通して外界の光を受光する。受光部３０における光電変換作用により２つの視点から見た被写体画像が得られる。これらの被写体画像間には、見かけの違いから視差が生じる。本実施形態における視差量は、被写体までの距離に比例する。奥行き分布情報生成部３０２は、視差量に基づいて奥行き分布情報を生成する。他の形態においては、レンズ系２００を移動させるレンズ駆動部３０４を備えず、第１、第２の視点のそれぞれにレンズ系２００を備えてもよい。
【００３２】このように、本実施形態においては、視差量が等しくなる被写体がすべて等距離に位置するので、視差量を求めることにより被写体までの距離を容易に算出することができる。
【００３３】次に、本発明の光学装置によるステレオ撮影を説明する前提として、ｆ・ｔａｎθレンズおよびｆ・θレンズを用いたステレオ撮影を説明する。図３は、ｆ・ｔａｎθレンズを用いたステレオ撮影を示す。本図に示すレンズ系２０２、２０４は、これらレンズ系の視野内にある被写体を結像した画像の像高をｙ、焦点距離をｆ、カメラ位置および被写体を結ぶ線と光軸とがなす角（以下、「方位角」という。）をθとしたときに、ｙ＝ｆ・ｔａｎθという像高特性を有する。このような特性をもつレンズは、ひずみのない画像を撮影できるので一般的なカメラに多く用いられる。そして、このレンズ系２０２、２０４を用いてステレオ撮影した場合、複数の視点を通して結像したときの結像面に生じる視差量が等しくなる等視差面は、レンズ系２０２、２０４の光軸に直交する平面となる。すなわち、この等視差面上の各点Ａ０、Ａ３０、およびＡ６０に対応する視差量をそれぞれＩｄ０、Ｉｄ３０、およびＩｄ６０とすると、Ｉｄ０＝Ｉｄ３０＝Ｉｄ６０となる。
【００３４】ここで、各点Ａ０、Ａ３０、およびＡ６０のそれぞれから基点Ｂ（レンズ系２０２の位置とレンズ２０４の位置との中間点）までの距離は異なる。すなわち、点Ａθの位置が光軸から離れるほど、点Ａθから点Ｂまでの距離は遠くなる。このように、等視差面はカメラ位置（基点Ｂ）からの等距離面ではない。
【００３５】ｆ・ｔａｎθレンズを用いたステレオ撮影による測距は、例えばカメラのオートフォーカス機能に用いる目的であれば問題にならない。オートフォーカスにおいては、等視差面（焦点面）までの距離を用いて焦点調節をするからである。しかし、ｆ・ｔａｎθレンズを通して得られる視差量は被写体までの距離に比例しないので、ｆ・ｔａｎθレンズを用いた正確な距離の算出は容易でない。
【００３６】図４は、ｆ・θレンズを用いたステレオ撮影を示す。本図に示すレンズ系２０６、２０８は、これらレンズ系の視野内にある被写体を結像した画像の像高をｙ、焦点距離をｆ、方位角をθとしたときに、ｙ＝ｆ・θという像高特性を有する。このような特性をもつレンズを用いて撮影すると、１８０°に近い画角のいわゆる全方位画像が得られる。そして、このレンズ系２０６、２０８を用いてステレオ撮影した場合、等視差面はレンズ系２０６の位置とレンズ系２０８の位置とから等距離にある所定の点Ｏを中心にした球面となる。すなわち、この等視差面上の各点Ａ０、Ａ３０、およびＡ６０に対応する視差量をそれぞれＩｄ０、Ｉｄ３０、およびＩｄ６０とすると、Ｉｄ０＝Ｉｄ３０＝Ｉｄ６０となる。
【００３７】本実施形態における等視差面は、人間の目で例えると、両眼視差がゼロとなる点の軌跡であり、一般にホロプタ（Horopter）とよばれる。この等視差面は点Ｏからの等距離面であるが、カメラ位置からの等距離面ではない。図に示すように、各点Ａ０、Ａ３０、およびＡ６０のそれぞれから基点Ｂ（レンズ系２０６の位置とレンズ系２０８の位置との中間点）までの距離は異なる。そして、点Ａθの位置が光軸から離れるほど、点Ａθから点Ｂまでの距離は近くなる。このように、等視差面はカメラ位置（基点Ｂ）からの等距離面ではない。
【００３８】ｆ・θレンズを用いたステレオ撮影による測距は、ｆ・ｔａｎθレンズを用いた場合と同様、カメラのオートフォーカス機能に用いる目的であれば問題にならない。しかし、ｆ・θレンズを通して得られる視差量は被写体までの距離に比例しないので、ｆ・θレンズを用いた正確な距離の算出は容易でない。
【００３９】以下、上記の内容を前提に本発明の光学装置を用いたステレオ撮影を説明する。図５は、本実施形態における光学装置を用いたステレオ撮影を示す。本実施形態の光学装置においては、外界を第１、第２の視点を通して結像したときの結像面に生じる視差量が等しくなる等視差面と、この光学装置からの等距離面とがほぼ一致する。第１、第２の視点のそれぞれにレンズ系（レンズ系２１０、２１２）が設けられる。なお、特許請求の範囲および発明の詳細な説明において用いられる「レンズ系」の語は、単一光軸をもつ単数または複数の光学素子を意味する。例えば、図５におけるレンズ系２１０やレンズ系２１２は、それぞれがひとつの「レンズ系」であり、レンズ系２１０、２１２のそれぞれを複数枚のレンズを接合して形成させてもよい。
【００４０】本実施形態の光学装置からの等距離面は、例えば第１の視点と第２の視点との中間点を基点とする球面であってもよい。図５において、レンズ系２１０の中心点（点Ｃ）とレンズ系２１２の中心点（点Ｄ）との中間点である基点Ｂを中心とした半径ｒの円弧が等距離面を示す。そして、等視差面が等距離面とほぼ一致する特性をレンズ系２１０、２１２にもたせる。ここで、光学装置の位置（点Ｂ）および被写体を結ぶ線と光軸とがなす角（以下、「方位角」という。）をθとする。また、等視差面上の被写体位置を示す点Ａθおよびレンズ系２１０を結ぶ線と点Ａθおよびレンズ系２１２を結ぶ線とがなす角（以下、「視差角」という。）をαθとする。等視差面上の各点Ａ０、Ａ３０、Ａ６０に対応する視差角をそれぞれα０、α３０、α６０とすると、これらの視差角αθはα０＞α３０＞α６０の関係となる。すなわち、点Ａが光軸から遠いほど、その視差角αθは小さい。以下に、視差角αθと方位角θとの関係を明らかにする。
【００４１】図に示すような点Ｂを原点（０，０）とする座標系（ｚ，ｙ）をとる場合、レンズ系２１０、２１２の位置を示す点Ｃ、Ｄの座標は、Ｃ＝（０，−ｄ）、Ｄ＝（０，ｄ）となる。点Ａ０の座標は、Ａ０＝（−ｒ，０）となる。点Ａθ（ただし、θ＝０°〜９０°）は、半径ｒの円弧上の点なので、点Ａθの座標は、Ａθ＝（−ｒ・ｃｏｓθ，ｒ・ｓｉｎθ）となる。したがって、被写体から各視点に向かうベクトルは、【数３】
となる。そして、視差角αθは、２つのベクトルがなす角を求める公式より、次式で表される。
【数４】
【００４２】ここで、右辺の分子および分母を展開すると、【数５】
となる。したがって、α（θ）は次式のような詳細な式で示すことができる。
【数６】
【００４３】図６は、α（θ）とθとの関係を示すグラフである。グラフに示される通り、α（θ）の値は、ｒとｄの比によって帯域が決まるが、いずれの場合も同様のカーブとなる。そこで、θ＝０のときのα（θ）、すなわちα（０）で正規化すると、αＮ（θ）＝α（θ）／α（０）となる。このαＮ（θ）は、α（０）を１とした場合における、被写体の方位角θに対する視差角αの減少率を示す。
【００４４】図７は、ｄをパラメータにしたαＮ（θ）とθとの関係を示すグラフである。図に示すとおり、パラメータであるｄを小さいほど、曲線はｃｏｓθの曲線に近似する。ｒ＞＞ｄであると仮定すれば、αＮ（θ）≒ｃｏｓθとすることができる。すなわち、方位角θの増大に伴って、視差角αはｃｏｓθ状に減少する。本実施形態のレンズ系に、視差角αの減少分を補正する像高特性をもたせるならば、補正分１／αＮ（θ）を積分する形の像高特性を与えればよい。すなわち、補正量αＧ（θ）は、【数７】
となる。また、被写体までの距離と２つの視点の間隔とが、ｒ＞＞ｄの関係となる配置であれば、αＮ（ｘ）にｃｏｓｘを代入することができる。
【００４５】図８は、各種レンズの像高特性を示すグラフである。このグラフは、縦軸が像高ｙ、横軸が方位角θであり、パラメータは各種レンズの像高特性である。パラメータに用いる各種レンズは、ｆ・ｔａｎθレンズ、ｆ・θレンズ、および本実施形態のレンズ系である。０°＜θ＜９０°の範囲において、本実施形態のレンズ系の像高ｙの値は、ｆ・θ＜ｙ＜ｆ・ｔａｎθとなる。このレンズ系の像高特性を示すｙ＝ｆ・αＧ（θ）の曲線は、ｙ＝ｆ・ｔａｎ（θ）の曲線とｙ＝ｆ・θの曲線との間に位置する。すなわち、本実施形態のレンズ系は、ｆ・ｔａｎθレンズとｆ・θレンズとの間の像高特性を有する。
【００４６】このように、本実施形態における光学装置は、ｆ・ｔａｎθレンズとｆ・θレンズとの中間的な像高特性を有するレンズ系を備えるので、ｆ・ｔａｎθレンズやｆ・θレンズよりも、高い精度で被写体までの距離を測定することができる。また、本実施形態のレンズ系は、上述したｆ・αＧ（θ）の像高特性を有するので、被写体像が結像されたときの結像面に現れる視差量が被写体までの距離に対して比例する。したがって、視差量が求まれば被写体までの距離を容易に算出することができる。
【００４７】なお、特許請求の範囲および発明の詳細な説明の中で、本実施形態における光学装置が備えるレンズ系は第１、第２の視点をもつこととしているが、さらに第３またはそれ以上の視点をもってもよい。また、これまで本発明の光学装置をデジタルカメラに応用した実施形態を説明したが、他の形態としては、本発明の光学装置を銀塩カメラに応用してもよい。この場合、上記の像高特性を有するレンズ系を備えた銀塩カメラは、被写体像を第１、第２の視点を通して銀塩フイルムに撮像する。
【００４８】本実施形態の光学装置は、物体までの正確な距離の測定を要する様々な装置や機能に応用することができる。例えば、物体までの距離の情報に基づいて照明光の強度を調整する機能をもつカメラに応用してもよい。例えば、物体までの距離の情報に基づいて位置制御されるアーム機構を備えたロボットに応用してもよい。例えば、物体までの距離の情報に基づいて塗料を射出する強さを制御する塗装装置に応用してもよい。
【００４９】以上のように、本実施形態によれば、視差量が等しくなる被写体がすべて等距離に位置するので、視差量を求めることにより被写体までの距離を容易に算出することができる。
【００５０】また、本実施形態の光学装置は、ｆ・ｔａｎθレンズとｆ・θレンズとの中間的な像高特性を有するレンズ系を備えるので、ｆ・ｔａｎθレンズやｆ・θレンズよりも、高い精度で被写体までの距離を測定することができる。
【００５１】また、本実施形態におけるレンズ系は、上述したｆ・αＧ（θ）の像高特性を有するので、被写体像が結像されたときの結像面に現れる視差量が被写体までの距離に対して比例する。したがって、視差量が求まれば被写体までの距離を容易に算出することができる。
【００５２】以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができる。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明によれば被写体画像に基づいて被写体までの距離を測定することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２０１
【氏名又は名称】富士写真フイルム株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１０日（１９９９．１１．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０４１５６
【弁理士】
【氏名又は名称】龍華 明裕
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１４４８（Ｐ２００１−１４１４４８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２０３７９ |
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