具体实施方式

首先，对在本发明的测距摄像机中使用的、用于计算到被摄体的测距对象点的距离的原理进行说明。假定在测距摄像机中使用的光学系统为不会由于构成光学系统的镜头的大小、厚度、机械光圈(杂光抑制器)等产生渐晕的光学系统，对用于计算到被摄体的测距对象点的距离的原理进行说明。

关于与被摄体的测距对象点对应地由光学系统形成的被摄体像的测距对象点的倍率m_OD，能够利用从光学系统的前侧主点(前侧主面)到被摄体的测距对象点的距离(被摄体距离)a、从光学系统的后侧主点(后侧主面)到被摄体像的测距对象点的成像位置的距离b_OD以及光学系统的焦距f，根据镜头的公式如下述式(1)那样表示。

[数1]

另外，关于光学系统的像空间(比光学系统更靠摄像元件侧的空间)中的被摄体像的测距对象点的像高(与光学系统的光轴正交的方向上的距光学系统的光轴的分离距离)Y_OD，能够根据被摄体像的测距对象点的倍率m_OD和物空间(比光学系统更靠被摄体侧的空间)中的被摄体的测距对象点的实际尺寸(与光学系统的光轴正交的方向上的距光学系统的光轴的分离距离)sz如下述式(2)那样表示。

[数2]

在传感器等摄像元件的摄像面处于被摄体像的成像位置的情况下，即，在最佳焦点的情况下，能够用上述式(2)表示被摄体像的测距对象点的像高Y_OD。在光学系统具有自动对焦功能且总是以最佳焦点进行拍摄的情况下，能够使用上述式(2)求出被摄体像的测距对象点的像高Y_OD。

然而，在光学系统为不具有自动对焦功能的固定焦点系统且传感器等摄像元件的摄像面不处于被摄体像的成像位置的情况下，即，在存在散焦的情况下，为了求出形成在摄像元件的摄像面上的被摄体像的测距对象点的像高Y_FD，需要考虑散焦量、即被摄体像的成像位置与摄像元件的摄像面的位置的在深度方向(光轴方向)上的差(位移量)。

如图1所示，与被摄体的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点形成于光学系统的像空间侧的摄像元件的摄像面上。在图1中，将从光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高(与光学系统的光轴正交的方向上的距光学系统的光轴的分离距离)处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点起至在被摄体存在于无限远处的情况下的被摄体像的成像位置为止的距离设为EP，将从光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点起至在被摄体存在于任意的距离a处的情况下的被摄体像的成像位置为止的距离设为EP_OD，将从光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点起至摄像元件的摄像面为止的距离(调焦距离：Focus Distance)设为EP_FD。另外，将从光学系统的后侧主点起至在被摄体存在于任意的距离a处的情况下的被摄体像的成像位置为止的距离设为b_OD，将从光学系统的后侧主点起至摄像元件的摄像面为止的距离设为b_FD。如图1所示，在不会由于构成光学系统的镜头的大小、厚度、机械光圈(杂光抑制器)等产生渐晕的情况下，不论光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高的值为多少，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置均与光学系统的出射光瞳的位置一致。

关于从光学系统的后侧主点起至在被摄体存在于任意的距离a处的情况下的被摄体像的成像位置为止的距离b_OD，能够根据镜头的公式通过下述式(3)求出。

[数3]

因而，焦距f与距离b_OD的差Δb_OD能够通过下述式(4)求出。

[数4]

另外，关于从光学系统的后侧主点到摄像元件的摄像面的距离b_FD，能够使用在被摄体像在摄像元件的摄像面成为最佳焦点的情况下的从光学系统的前侧主点到被摄体的测距对象点的距离a_FD，根据镜头的公式通过下述式(5)求出。

[数5]

因而，焦距f与距离b_FD的差Δb_FD能够通过下述式(6)求出。

[数6]

另外，如根据图1明确可知的那样，以光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点为一个顶点且以在被摄体存在于任意的距离a处的情况下的被摄体像的成像位置处的被摄体像的测距对象点的像高Y_OD为一个边的直角三角形同以光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点为一个顶点且以摄像元件的摄像面中的被摄体像的测距对象点的像高Y_FD为一个边的直角三角形为相似关系。因此，根据相似关系，EP_OD：EP_FD＝Y_OD：Y_FD成立，能够根据下述式(7)求出摄像元件的摄像面中的被摄体像的测距对象点的像高Y_FD。

[数7]

EP_OD：EP_FD＝Y_OD：Y_FD

EP+Δb_OD：EP+Δb_FD＝Y_OD：Y_FD

如根据上述式(7)明确可知的那样，光学系统的像空间中的摄像元件的摄像面处的被摄体像的测距对象点的像高Y_FD能够表示为物空间中的被摄体的测距对象点的实际尺寸(与光学系统的光轴正交的方向上的距光学系统的光轴的分离距离)sz、光学系统的焦距f、从光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点起至在被摄体存在于无限远处的情况下的被摄体像的成像位置为止的距离EP、从光学系统到被摄体的测距对象点的距离(被摄体距离)a以及在被摄体像在摄像元件的摄像面成为最佳焦点的情况下的从光学系统到被摄体的测距对象点的距离a_FD的函数。

接着，如图2所示，假定使用两个摄像系统IS1、IS2拍摄了相同的被摄体100的情况。第一摄像系统IS1具备将来自被摄体100的光进行聚光来形成第一被摄体像的第一光学系统OS1、以及用于拍摄由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像的第一摄像元件S1。第二摄像系统IS2具备将来自被摄体100的光进行聚光来形成第二被摄体像的第二光学系统OS2、以及用于拍摄由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像的第二摄像元件S2。另外，如根据图2明确可知的那样，第一摄像元件S1的第一光学系统OS1的光轴与第二摄像元件S2的第二光学系统OS2的光轴平行，但不一致。

第一光学系统OS1和第二光学系统OS2分别为具有焦距f₁、f₂的固定焦点的光学系统。在构成第一摄像系统IS1时，调整第一光学系统OS1的位置(镜头位置)、即第一光学系统OS1与第一摄像元件S1的分离距离，以使处于任意的距离a_FD1处的被摄体100的第一被摄体像形成在第一摄像元件S1的摄像面上、即处于任意的距离a_FD1处的被摄体100成为最佳焦点。同样地，在构成第二摄像系统IS2时，调整第二光学系统OS2的位置(镜头位置)、即第二光学系统OS2与第二摄像元件S2的分离距离，以使处于任意的距离a_FD2处的被摄体100的第二被摄体像形成在第二摄像元件S2的摄像面上、即处于任意的距离a_FD2处的被摄体100成为最佳焦点。

另外，从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统的光轴之间的交点起至在被摄体100存在于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离为EP₁，从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统的光轴的交点起至在被摄体100存在于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离为EP₂。

第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成和配置为：在第一光学系统OS1的前侧主点(前侧主面)与第二光学系统OS2的前侧主点(前侧主面)之间存在深度方向(光轴方向)上的差D。即，当将从第一光学系统OS1的前侧主点到被摄体的测距对象点的距离(被摄体距离)设为a时，从第二光学系统OS2的前侧主点到被摄体的测距对象点的距离为a+D。

通过利用参照图1所说明的相似关系，由第一光学系统OS1形成在第一摄像元件S1的摄像面上的第一被摄体像的倍率m1能够用下述式(8)表示。

[数8]

在此，EP_OD1为从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统的光轴的交点起至在被摄体100存在于距离a处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离，EP_FD1为从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统的光轴的交点起至在第一摄像元件S1的摄像面为止的距离。在构成第一摄像系统IS1时，调整第一光学系统OS1的位置(镜头位置)以使处于任意的距离a_FD1处的被摄体100成为最佳焦点，由此决定这些距离EP_OD1和距离EP_FD1的位置关系。另外，Δb_OD1为焦距f₁与从第一光学系统OS1的后侧主点起至在被摄体100存在于距离a处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离b_OD1的差，Δb_FD1为焦距f₁与从第一光学系统OS1的后侧主点到第一摄像元件S1的摄像面的距离b_FD1的差，m_OD1为在被摄体100存在于距离a处的情况下的第一被摄体像的成像位置处的第一被摄体像的倍率。

上述式(1)、(4)及(6)也能够应用于基于第一光学系统OS1的成像，因此上述式(8)能够用下述式(9)表示。

[数9]

在此，a_FD1为第一被摄体像在第一摄像元件S1的摄像面成为最佳焦点的情况下的从第一光学系统OS1的前侧主点到被摄体100的测距对象点的距离。

同样地，由第二光学系统OS2形成在第二摄像元件S2的摄像面上的第二被摄体像的倍率m₂能够用下述式(10)表示。

[数10]

在此，EP_OD2为从第在二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统的光轴的交点起至被摄体100存在于距离a+D的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离，EP_FD2为从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统的光轴的交点起至第二摄像元件S2的摄像面为止的距离。在构成第二摄像系统IS2时，调整第二光学系统OS2的位置(镜头位置)以使处于任意的距离a_FD2处的被摄体100成为最佳焦点，由此决定这些距离EP_OD2和距离EP_FD2的位置关系。另外，Δb_OD2为焦距f₂与从第二光学系统OS2的后侧主点起至在被摄体100存在于距离a+D处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离b_OD2的差，Δb_FD2为焦距f₂与从第二光学系统OS2的后侧主点到第二摄像元件S2的摄像面的距离b_FD2的差，m_OD2为在被摄体100存在于距离a+D处的情况下的第二被摄体像的成像位置的第二被摄体像的倍率，a_FD2为第二被摄体像在第二摄像元件S2的摄像面成为最佳焦点的情况下的从第二光学系统OS2的前侧主点到被摄体100的测距对象点的距离。

因而，由第一光学系统OS1形成在第一摄像元件S1的摄像面上的第一被摄体像的倍率m₁与由第二光学系统OS2形成在第二摄像元件S2的摄像面上的第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR能够用下述式(11)表示。

[数11]

在此，K为系数，用下述式(12)表示，所述式(12)由根据第一摄像系统IS1和第二摄像系统IS2的结构决定的固定值f₁、f₂、EP₁、EP₂、aFD1及a_FD2构成。

[数12]

根据上述式(11)明确可知的是：由第一光学系统OS1形成在第一摄像元件S1的摄像面上的第一被摄体像的倍率m₁与由第二光学系统OS2形成在第二摄像元件S2的摄像面上的第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR根据从被摄体100到第一光学系统OS1的前侧主点的距离a发生变化。

另外，当在上述式(11)中对距离a求解时，能够得到关于到被摄体100的测距对象点的距离a的通用公式(13)。

[数13]

在上述式(13)中，f₁、f₂、EP₁、EP₂、D及K为根据第一摄像系统IS1和第二摄像系统IS2的结构决定的固定值，因此，只要能够得到像倍率比MR，就能够计算从被摄体100到第一光学系统OS1的前侧主点的距离a。

在图3中示出基于上述式(13)计算出的、由第一光学系统OS1形成在第一摄像元件S1的摄像面上的第一被摄体像的倍率m₁与由第二光学系统OS2形成在第二摄像元件S2的摄像面上的第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR同到被摄体100的测距对象点的距离a之间的关系的一例。如根据图3明确可知的那样，像倍率比MR的值与到被摄体100的测距对象点的距离a之间存在一一对应的关系。

另一方面，能够通过下述式(14)计算像倍率比MR。

[数14]

在此，sz为物空间中的被摄体100的测距对象点的实际尺寸(与第一光学系统OS1的光轴正交的方向上的距第一光学系统OS1的光轴的分离距离)，Y_FD1为由第一光学系统OS1形成于第一摄像元件S1的摄像面上的第一被摄体像的测距对象点的像高(与第一光学系统的光轴正交的方向上的距第一光学系统的光轴的分离距离)，Y_FD2为由第二光学系统OS2形成于第二摄像元件S2的摄像面上的第二被摄体像的测距对象点的像高(与第二光学系统的光轴正交的方向上的距第二光学系统的光轴的分离距离)。

能够根据通过第一摄像元件S1和第二摄像元件S2拍摄第一被摄体像和第二被摄体像获取的第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号来计算第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1和第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2。因此，能够根据通过实际使用第一摄像系统IS1和第二摄像系统IS2拍摄被摄体100得到的第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号，来实际测量第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1和第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2，并且基于此得到第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR。

本发明的测距摄像机根据上述的原理，基于实际测量的第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1和第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2来计算第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR，由此计算从第一光学系统OS1的前侧主点到被摄体100的测距对象点的距离a。

此外，如根据上述式(11)明确可知的那样，在第一光学系统OS1的焦距f₁与第一光学系统OS1的焦距f₂相等(f₁＝f₂)，从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离EP₁同从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离EP₂相等(EP₁＝EP₂)，并且第一光学系统OS1的前侧主点与第二光学系统OS2的前侧主点之间不存在深度方向(光轴方向)上的差D(D＝0)的情况下，像倍率比MR不会作为距离a的函数成立，像倍率比MR为常数。在该情况下，第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化相同，无法基于像倍率比MR来计算从第一光学系统OS1到被摄体的测距对象点的距离a。

另外，即使在作为特殊条件，f₁≠f₂、EP₁≠EP₂且D＝0的情况下，当f₁＝EP₁且f₂＝EP₂时，像倍率比MR也不会作为距离a的函数成立，像倍率比MR为常数。在这样的特殊情况下，也能够基于像倍率比MR来计算从第一光学系统OS1到被摄体的测距对象点的距离a。

因而，在本发明的测距摄像机中，以满足以下三个条件中的至少一个条件的方式来构成和配置第一光学系统OS1和第二光学系统OS2，由此，第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化不同。

(第一条件)第一光学系统OS1的焦距f₁与第二光学系统OS2的焦距f₂互不相同(f₁≠f₂)

(第二条件)从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离EP₁同从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离EP₂互不相同(EP₁≠EP₂)

(第三条件)在第一光学系统OS1的前侧主点与第二光学系统OS2的前侧主点之间存在深度方向(光轴方向)上的差D(D≠0)

此外，即使满足上述第一条件～第三条件中的至少一个条件，在如上述那样的特殊情况下(f₁≠f₂、EP₁≠EP₂、D＝0、f₁＝EP₁且f₂＝EP₂)，像倍率比MR也不会作为距离a的函数成立，无法基于像倍率比MR来计算从第一光学系统OS1到被摄体的测距对象点的距离a。因而，为了基于像倍率比MR来计算从第一光学系统OS1到被摄体的测距对象点的距离a，本发明的测距摄像机构成为还满足像倍率比MR作为距离a的函数成立这个第四条件。

因此，基于根据使用本发明的测距摄像机获取到的第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号实际测量的第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1和第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2来计算像倍率比MR，由此能够计算从第一光学系统OS1的前侧主点到被摄体100的测距对象点的距离a。

在此处所说明的原理中，将第一光学系统OS1和第二光学系统OS2分别设为不会由于构成光学系统的镜头的大小、厚度、机械光圈(杂光抑制器)等产生渐晕的光学系统。接着，说明以下情况：第一光学系统OS1为产生同与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕的光学系统，并且，第二光学系统OS2为产生与被摄体100的测距对象点所对应的第二被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕的光学系统。

在图4的(a)中示出不产生渐晕的光学系统中的、与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高高的情况下的光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点。在图4的(b)中示出不产生渐晕的光学系统中的、与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高低的情况下的光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点。

如根据图4的(a)和图4的(b)明确可知的那样，在光学系统不产生渐晕的情况下，即使与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高的值发生变化，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置也不发生变化。另外，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置同光学系统的出射光瞳的位置一致。因而，在光学系统不产生渐晕的情况下，无论光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高如何，从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统OS1的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离EP₁都与从第一光学系统OS1的出射光瞳起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离相等。同样地，从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统OS2的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离EP₂与从第二光学系统OS2的出射光瞳起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离相等。像这样，在光学系统不产生渐晕的情况下，即使与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高的值发生变化，EP₁和EP₂也不发生变化。因此，EP₁是在构成和配置第一光学系统OS1时决定的固定值，EP₂是在构成和配置第二光学系统OS2时决定的固定值。在第一光学系统OS1和第二光学系统OS2分别为不产生渐晕的光学系统的情况下，能够将EP₁和EP₂视作相对于第一被摄体像和第二被摄体像的测距对象点的像高不发生变化的固定值。

另一方面，在图5的(a)中示出产生同与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕的光学系统中的、在与被摄体的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高高的情况下的光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点。在图5的(b)中示出产生同与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕的光学系统中的、在与被摄体的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高低的情况下的光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点。在如图5的(a)所示那样被摄体像的测距对象点的像高高的情况下，由于构成光学系统的镜头的大小、厚度、机械光圈产生光束的渐晕。其结果是，在被摄体的测距对象点处聚光的光束的周边部不再通过光圈，在被摄体像的测距对象点处聚光的光束的直径发生变化。如所周知的那样，光学系统的像空间中的任意的像高处的主光线是像空间的在该像高处聚光的光束的中心光线，因此，如图5的(a)所示，在产生渐晕的情况下，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置发生变化。其结果是，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置同光学系统的出射光瞳的位置变得不一致。另一方面，在图5的(b)中，由于与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高低，因此未产生渐晕、或者产生的渐晕小到实质上能够忽略。在该情况下，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置同光学系统的出射光瞳的位置一致或大概一致。

像这样，当在光学系统中产生同与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕的情况下，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置根据与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对应点的像高发生变化。特别地，随着被摄体像的测距对象点的像高变高，光学系统的像空间中的被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与光学系统的光轴的交点的位置同光学系统的出射光瞳的位置之差变大。因此，当将在基于像倍率比MR计算出到被摄体的测距对象点的距离a的上述通用公式(13)中所使用的EP₁和EP₂视作相对于第一被摄体像和第二被摄体像的测距对象点的像高不发生变化的固定值时，随着与被摄体100的测距对象点对应的被摄体像的测距对象点的像高变大，计算出的到被摄体的测距对象点的距离a与实际的到被摄体的测距对象点的距离a的误差增大。

由于这样的理由，本发明的测距摄像机构成为：不将在上述通用公式(13)中所使用的EP₁视作相对于第一被摄体像的测距对象点的像高不发生变化的固定值，而视作根据第一被摄体像的测距对象点的像高发生变化的变量，同样地，不将EP₂视作相对于第二被摄体像的测距对象点的像高不发生变化的固定值，而视作根据第二被摄体像的测距对象点的像高发生变化的变量。通过这样的结构，即使与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像和第二被摄体像的测距对象点的像高高，也能够准确地测定到被摄体100的测距对象点的距离。

下面，基于附图所示的优选的实施方式来详细叙述利用上述的原理来计算从第一光学系统OS1的前侧主点到被摄体100的测距对象点的距离a的本发明的测距摄像机。

<第一实施方式>

首先，参照图6来说明本发明的测距摄像机的第一实施方式。图6是概要性地表示本发明的第一实施方式所涉及的测距摄像机的框图。

图6所示的测距摄像机1具有计算到被摄体100的测距对象点的距离的功能。测距摄像机1具备：控制部2，其进行测距摄像机1的控制；第一光学系统OS1，其用于将来自被摄体100的光进行聚光来形成第一被摄体像；第二光学系统OS2，其用于将来自被摄体100的光进行聚光来形成第二被摄体像；摄像部S，其用于拍摄由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像和由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像；关联信息存储部3，其存储有将第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR同到被摄体100的测距对象点的距离a建立关联所得到的关联信息；距离计算部4，其用于通过进行同与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像和第二被摄体像的测距对象点的像高相应的计算，由此基于由摄像部S拍摄到的第一被摄体像和第二被摄体像来计算到被摄体100的测距对象点的距离；三维图像生成部5，其用于基于由摄像部S获取到的第一被摄体像或第二被摄体像、以及由距离计算部4计算出的到被摄体100的测距对象点的距离a来生成被摄体100的三维图像；液晶面板等显示部6，其用于显示任意的信息；操作部7，其用于输入使用者进行的操作；通信部8，其用于与外部设备之间执行通信；以及数据总线9，其用于执行测距摄像机1的各组件间的数据的发送和接收。

本实施方式的测距摄像机1的特征在于，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成为满足为了基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a所要求的上述三个条件中的、第一光学系统OS1的焦距f₁与第二光学系统OS2的焦距f₂互不相同(f₁≠f₂)这个第一条件。另一方面，在本实施方式中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2没有被构成和配置为满足上述三个条件中的其它两个条件(EP₁≠EP₂和D≠0)。并且，本实施方式的测距摄像机1构成为满足像倍率比MR作为距离a的函数成立这个第四条件。

因此，关于用于使用像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a的上述通用公式(13)，能够通过EP₁＝EP₂＝EP和D＝0的条件将其简化，用下述式(15)表示。

[数15]

在此，系数K用下述式(16)表示。

[数16]

本实施方式的测距摄像机1通过利用摄像部S拍摄被摄体100来计算第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR，并且，使用上述式(15)来计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

下面，详细叙述测距摄像机1的各组件。控制部2经由数据总线9来与各组件之间进行各种数据、各种指示的发送和接收，以执行测距摄像机1的控制。控制部2具备用于执行运算处理的处理器以及保存有进行测距摄像机1的控制所需的数据、程序、模块等的存储器，控制部2的处理器通过使用存储器内保存的数据、程序、模块等来执行测距摄像机1的控制。另外，控制部2的处理器通过使用测距摄像机1的各组件，能够提供期望的功能。例如，控制部2的处理器通过使用距离计算部4，能够执行基于由摄像部S拍摄到的第一被摄体像和第二被摄体像来计算到被摄体100的测距对象点的距离a的处理。

控制部2的处理器例如为基于计算机可读指令来执行信号操作等运算处理的运算单元，如一个以上的微处理器、微计算机、微控制器、数字信号处理器(DSP)、中央运算处理装置(CPU)、存储器控制器单元(MCU)、图像处理用运算处理装置(GPU)、状态设备、逻辑电路、专用集成电路(ASIC)或者它们的组合等。特别地，控制部2的处理器构成为获取控制部2的存储器内保存的计算机可读指令(例如数据、程序、模块等)来执行信号操作和控制。

控制部2的存储器为包括易失性存储介质(例如RAM、SRAM、DRAM)、非易失性存储介质(例如ROM、EPROM、EEPROM、闪存、硬盘、光盘、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)、盒式磁带、磁带、磁盘)或者它们的组合的可拆卸式或不可拆卸式的计算机可读介质。

第一光学系统OS1具有将来自被摄体100的光进行聚光来在摄像部S的第一摄像元件S1的摄像面上形成第一被摄体像的功能。第二光学系统OS2具有用于将来自被摄体100的光进行聚光来在摄像部S的第二摄像元件S2的摄像面上形成第二被摄体像的功能。第一光学系统OS1和第二光学系统OS2由一个以上的镜头和光圈等光学元件构成。另外，如图示的那样，第一光学系统OS1的光轴与第二光学系统OS2的光轴平行，但不一致。

另外，第一光学系统OS1为产生同与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕且第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统OS1的光轴的交点根据第一被摄体像的测距对象点的像高发生变化的光学系统。同样地，第二光学系统OS2为产生同与被摄体100的测距对象点对应的第二被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕且第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统OS2的光轴的交点根据第二被摄体像的测距对象点的像高发生变化的光学系统。

如上述的那样，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成为第一光学系统OS1的焦距f₁与第二光学系统OS2的焦距f₂互不相同(f₁≠f₂)。由此，由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离发生的变化不同。

此外，本实施方式中的第一光学系统OS1的结构和第二光学系统OS2的结构以及配置只要通过满足上述的第一条件(f₁≠f₂)而使得第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂的根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化互不相同即可，可以为任何方式。

摄像部S具有如下功能：拍摄由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像和由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像，获取第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号。在本实施方式中，摄像部S具备用于拍摄第一被摄体像并获取第一被摄体像的图像信号的第一摄像元件S1、以及用于拍摄第二被摄体像并获取第二被摄体像的图像信号的第二摄像元件S2。

此外，在图示的方式中，第一摄像元件S1和第一光学系统OS1设置在同一壳体内，第二摄像元件S2和第二光学系统OS2设置在另外的同一壳体内，但本发明不限于此。第一光学系统OS1、第二光学系统OS2、第一摄像元件S1以及第二摄像元件S2全部设置在同一壳体内的方式也在本发明的范围内。

第一摄像元件S1和第二摄像元件S2可以为具有如按拜耳阵列等任意的图案排列的RGB原色滤波器、CMY补色滤波器这样的颜色滤波器的CMOS图像传感器、CCD图像传感器等彩色摄像元件，也可以为不具有这样的颜色滤波器的黑白摄像元件。

通过第一光学系统OS1在第一摄像元件S1的摄像面上形成第一被摄体像，通过第一摄像元件S1获取第一被摄体像的彩色或黑白的图像信号。获取到的第一被摄体像的图像信号经由数据总线9被传送至控制部2、距离计算部4。同样地，通过第二光学系统OS2在第二摄像元件S2的摄像面上形成第二被摄体像，通过第二摄像元件S2获取第二被摄体像的彩色或黑白的图像信号。获取到的第二被摄体像的图像信号经由数据总线9被传送至控制部2、距离计算部4。被传送至距离计算部4的第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号用以计算到被摄体100的测距对象点的距离a。另一方面，被传送至控制部2的第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号使用于显示部6进行的图像显示、通信部8进行的图像信号的通信。

关联信息存储部3为用于存储将第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR(m₂/m₁)同从第一光学系统OS1的前侧主点到被摄体100的测距对象点的距离(被摄体距离)a建立关联所得到的关联信息的任意的非易失性记录介质(例如硬盘、闪存)。关联信息存储部3中保存的关联信息为用于根据第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR(m₂/m₁)来计算到被摄体100的测距对象点的距离a的信息。

代表性的是，关联信息存储部3中保存的关联信息为用于基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a的上述式(15)(或通用公式(13))、该式中的根据第一光学系统OS1和第二光学系统OS2的结构和配置决定的上述的固定值(如果为上述式(15)，则为作为固定值的f₁、f₂及K)、用于根据第一被摄体像的测距对象点的像高来确定EP₁的信息以及用于根据第二被摄体像的测距对象点的像高来确定EP₂的信息。

特别地，在本发明的测距摄像机1中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2分别为产生渐晕的光学系统。因此，从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统OS1的光轴的交点起至在被摄体100存在于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离EP₁为根据第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高发生变化的变量。同样地，从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像OS2的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统OS2的光轴的交点起至在被摄体100存在于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离EP₂为根据第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高发生变化的变量。关于与第一被摄体像的测距对象点的各像高对应的EP₁的值，在构成第一光学系统OS1时进行测定，或者事先进行模拟并将用于根据第一被摄体像的测距对象点的各像高来唯一地确定EP₁的值的查询表或数式作为关联信息之一保存于关联信息存储部3中。同样地，关于与第二被摄体像的测距对象点的各像高对应的EP₂的值，在构成第二光学系统OS2时进行测定，或者事先进行模拟并将用于根据第二被摄体像的测距对象点的各像高来唯一地确定EP₂的值的查询表或数式作为关联信息之一保存于关联信息存储部3中。通过参照这样的关联信息，能够根据实际计算的第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1来唯一地确定EP₁的值。同样地，能够根据实际计算的第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2来唯一地确定EP₂的值。通过参照关联信息存储部3中保存的这样的关联信息，能够基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

距离计算部4进行同与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像和第二被摄体像的测距对象点的像高相应的计算，由此具有基于由摄像部S拍摄到的第一被摄体像和第二被摄体像来计算到被摄体100的测距对象点的距离a的功能。更具体地说，距离计算部4根据第一被摄体像的图像信号来计算第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1，并且根据计算出的第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1来确定EP₁的值。同样地，距离计算部4根据第二被摄体像的图像信号来计算第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2，并且根据计算出的第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2来确定EP₂的值。之后，距离计算部4参照关联信息存储部3中保存的关联信息、以及根据第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1确定出的EP₁和根据第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2确定出的EP₂，基于第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a。下面，详细叙述距离计算部4执行的处理。

首先，距离计算部4从摄像部S的第一摄像元件S1接收第一被摄体像的图像信号，并且从摄像部S的第二摄像元件S2接收第二被摄体像的图像信号。之后，距离计算部4对第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号实施Canny这样的滤波处理，来提取第一被摄体像的图像信号内的第一被摄体像的测距对象点和第二被摄体像的图像信号内的第二被摄体像的测距对象点。距离计算部4基于第一被摄体像的图像信号中的提取出的第一被摄体像的测距对象点同与第一光学系统OS1的光轴对应的像素之间的分离距离，来计算第一被摄体像的测距对象点的像高(与第一光学系统OS1的光轴垂直的方向上的距第一光学系统OS1的光轴的分离距离)Y_FD1，并且基于第二被摄体像的图像信号中的提取出的第二被摄体像的测距对象点同与第二光学系统OS2的光轴对应的像素之间的分离距离，来计算与第二被摄体像的测距对象点的像高(与第二光学系统OS2的光轴垂直的方向上的距第二光学系统OS2的光轴的分离距离)Y_FD2。

之后，距离计算部4参照作为关联信息之一被保存于关联信息存储部3中的用于根据第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1唯一地确定EP₁的值的查询表或数式，根据计算出的第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1来确定EP₁的值。同样地，距离计算部4参照作为关联信息之一被保存于关联信息存储部3中的用于根据第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2唯一地确定EP₂的值的查询表或数式，根据计算出的第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2来确定EP₂的值。之后，距离计算部4基于计算出的第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1和第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2，通过上述式(14)MR＝Y_FD2/Y_FD1来计算第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR。当计算出像倍率比MR时，距离计算部4参照关联信息存储部3中保存的关联信息、以及根据第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1确定出的EP₁的值和根据第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2确定出的EP₂的值，基于像倍率比MR来计算(确定)到被摄体100的测距对象点的距离a。

像这样，距离计算部4构成为：使用同与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像的测距对象点的像高相应的EP₁以及同与被摄体100的测距对象点对应的第二被摄体像的测距对象点的像高相应的EP₂来进行上述式(15)(或同样公式(13))的计算，由此计算到被摄体100的测距对象点的距离a。像这样，距离计算部4使用与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像以及与第二被摄体像的测距对象点的像高相应的EP₁及EP₂进行计算，由此基于像倍率比MR来计算(确定)到被摄体100的测距对象点的距离a。因此，即使在第一光学系统OS1和第二光学系统OS2分别为产生与被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕的光学系统并且与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像和第二被摄体像的测距对象点的像高高的情况下，距离计算部4也能够准确地计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

三维图像生成部5具有基于由距离计算部4计算出的到被摄体100的测距对象点的距离a和由摄像部S获取到的被摄体100的二维图像(第一被摄体像的图像信号或第二被摄体像的图像信号)来生成被摄体100的三维图像的功能。此处所说的“被摄体100的三维图像”是指将计算出的到被摄体100的测距对象点的距离a与通常的被摄体100的彩色或黑白的二维图像的各像素建立了关联的数据。

显示部6为液晶显示部等面板型显示部，根据来自控制部2的处理器的信号，在显示部6中以文字或图像的方式显示由摄像部S获取到的被摄体100的二维图像(第一被摄体像的图像信号或第二被摄体像的图像信号)、由距离计算部4计算出的到被摄体100的测距对象点的距离a、由三维图像生成部5生成的被摄体100的三维图像这样的图像、用于操作测距摄像机1的信息等。

操作部7供测距摄像机1的使用者执行操作时使用。操作部7只要能够由测距摄像机1的使用者执行操作即可，并无特别限定，例如能够将鼠标、键盘、数字键盘、按钮、拨盘、杆、触摸面板等用作操作部7。操作部7将与测距摄像机1的使用者的操作相应的信号发送至控制部2的处理器。

通信部8具有进行对测距摄像机1输入数据或从测距摄像机1向外部设备输出数据的功能。通信部8可以构成为能够与如因特网这样的网络连接。在该情况下，测距摄像机1通过使用通信部8，能够与设置于外部的网络服务器、数据服务器这样的外部设备进行通信。

像这样，在本实施方式的测距摄像机1中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成为第一光学系统OS1的焦距f₁与第二光学系统OS2的焦距f₂互不相同(f₁≠f₂)，由此，第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化互不相同。因此，本发明的测距摄像机1能够基于第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR(m₂/m₁)来唯一地计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

<第二实施方式>

接着，参照图7来详细叙述本发明的第二实施方式所涉及的测距摄像机1。图7是概要性地表示本发明的第二实施方式所涉及的测距摄像机的框图。

下面，关于第二实施方式的测距摄像机1，以与第一实施方式的测距摄像机1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。第二实施方式的测距摄像机1除了摄像部S仅由第一摄像元件S1构成这一点、第一光学系统OS1和第二光学系统OS2设置在同一壳体内这一点、在该壳体内设置有第一挡板10a、第二挡板10b、镜11以及棱镜12这一点以外，与第一实施方式的测距摄像机1相同。

如图7所示，在本实施方式中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2配置在同一壳体内。另外，在第一光学系统OS1的前表面侧(被摄体侧)配置有用于阻挡从被摄体100向第一光学系统OS1入射的光的第一挡板10a，在第二光学系统OS2的前表面侧配置有用于阻挡从被摄体100向第二光学系统OS2入射的光的第二挡板10b。

第一挡板10a和第二挡板10b由控制部2的处理器进行控制，根据来自控制部2的处理器的信号进行开闭。控制第一挡板10a和第二挡板10b，以使两方中的仅任意一方打开，不会同时打开。

另外，在通过第二光学系统OS2聚集的光的光路上配置有镜11和棱镜12。通过第二挡板10b后被第二光学系统OS2聚集的光通过镜11和棱镜12，并到达第一摄像元件S1的摄像面上。由此，在第一摄像元件S1的摄像面上形成第二被摄体像。如图示的那样，在本实施方式中，在从棱镜12到第一摄像元件S1的区间，第一光学系统OS1的光轴与第二光学系统OS2的光轴一致，但在除此以外的区间、例如从被摄体100到第一光学系统OS1或第二光学系统OS2的区间，第一光学系统OS1的光轴与第二光学系统OS2的光轴不一致。

当打开第一挡板10a时，来自被摄体100的光向第一光学系统OS1入射，在第一摄像元件S1的摄像面上形成第一被摄体像。此时，第一摄像元件S1获取第一被摄体像的图像信号，并向控制部2、距离计算部4传送第一被摄体像的图像信号。

另一方面，当打开第二挡板10b时，来自被摄体100的光向第二光学系统OS2入射，经由镜11、棱镜12在第一摄像元件S1的摄像面上形成第二被摄体像。此时，第一摄像元件S1获取第二被摄体像的图像信号，并向控制部2、距离计算部4传送第二被摄体像的图像信号。

像这样，在本实施方式中，通过控制部2的处理器进行的控制来将第一挡板10a和第二挡板10b中的任一方打开。通过这样的控制，测距摄像机1能够将第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号相分离地获取。

通过本实施方式也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。另外，在本实施方式中，能够通过拍摄由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像和由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像这两方的单一的摄像元件(第一摄像元件S1)来构成摄像部S。因此，能够实现测距摄像机1的小型化和低成本化。

<第三实施方式>

接着，参照图8来详细叙述本发明的第三实施方式所涉及的测距摄像机1。图8是概要性地表示本发明的第三实施方式所涉及的测距摄像机的框图。

下面，关于第三实施方式的测距摄像机1，以与第一实施方式的测距摄像机1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。本实施方式的测距摄像机1除了变更了第一光学系统OS1和第二光学系统OS2的结构这一点以外，与第一实施方式的测距摄像机1相同。

本实施方式的测距摄像机1的特征在于，满足用于基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a所要求的上述三个条件中的、从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统OS1的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离EP₁与从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统OS2的光轴的交点起至中被摄体100处于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离EP₂互不相同(EP₁≠EP₂)这个第二条件的方式来构成第一光学系统OS1和第二光学系统OS2。另一方面，在本实施方式中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2未构成和配置为满足上述三个条件中的其它两个条件(f₁≠f₂和D≠0)。并且，本实施方式的测距摄像机1构成为满足像倍率比MR作为距离a的函数成立这个第四条件。

因此，关于用于基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a的上述通用公式(13)，能够通过f₁＝f₂＝f和D＝0的条件将其简化，用下述式(17)表示。

[数17]

在此，系数K用下述式(18)表示。

[数18]

像这样，在本实施方式的测距摄像机1中，以从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统OS1的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离EP₁与从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统OS2的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离EP₂互不相同(EP₁≠EP₂)的方式构成第一光学系统OS1和第二光学系统OS2，由此，第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化互不相同。因此，本实施方式的测距摄像机1能够基于第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR(m₂/m₁)来唯一地计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

通过本实施方式也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。此外，本实施方式中的第一光学系统OS1和第二光学系统OS2的结构和配置只要通过满足上述的第二条件(EP₁≠EP₂)而使得第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化互不相同即可，可以为任何方式。

<第四实施方式>

接着，参照图9来详细叙述本发明的第四实施方式所涉及的测距摄像机1。图9是概要性地表示本发明的第四实施方式所涉及的测距摄像机的框图。

下面，关于第四实施方式的测距摄像机1，以与第三实施方式的测距摄像机1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。本实施方式的测距摄像机1与第三实施方式的测距摄像机1的不同点同上述的第二实施方式的测距摄像机1与第一实施方式的测距摄像机1的不同点相同。即，在第四实施方式的测距摄像机1中，除了摄像部S仅由第一摄像元件S1构成这一点、第一光学系统OS1和第二光学系统OS2设置在同一壳体内这一点、在该壳体内设置有第一挡板10a、第二挡板10b、镜11以及棱镜12这一点以外，与第三实施方式的测距摄像机1相同。

与第二实施方式的测距摄像机1同样地，在本实施方式的测距摄像机1中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2配置在同一壳体内。另外，在第一光学系统OS1的前表面侧(被摄体侧)配置有用于阻挡从被摄体100向第一光学系统OS1入射的光的第一挡板10a，在第二光学系统OS2的前表面侧配置有用于阻挡从被摄体100向第二光学系统OS2入射的光的第二挡板10b。

第一挡板10a和第二挡板10b进行与上述的第二实施方式相同的动作，因此测距摄像机1仅使用单一的摄像元件(第一摄像元件S1)就能够将第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号相分离地获取。

通过本实施方式也能够发挥与上述的第三实施方式相同的效果。另外，与上述的第二实施方式同样地，在本实施方式中，能够通过用于拍摄由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像和由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像这两方的单一的摄像元件(第一摄像元件S1)来构成摄像部S。因此，能够实现测距摄像机1的小型化和低成本化。

<第五实施方式>

接着，参照图10来详细叙述本发明的第五实施方式所涉及的测距摄像机1。图10是概要性地表示本发明的第五实施方式所涉及的测距摄像机的框图。

下面，关于第五实施方式的测距摄像机1，以与第一实施方式的测距摄像机1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。本实施方式的测距摄像机1除了变更第一光学系统OS1和第二光学系统OS2的结构和配置这一点以外，与第一实施方式的测距摄像机1相同。

本实施方式的测距摄像机1的特征在于，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成和配置为满足为了基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a所要求的上述的三个条件中的、在第一光学系统OS1的前侧主点与第二光学系统OS2的前侧主点之间存在深度方向(光轴方向)上的差D(D≠0)这个第三条件。另一方面，在本实施方式中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2未构成为满足上述三个条件中的其它两个条件(f₁≠f₂和EP₁≠EP₂)。并且，本实施方式的测距摄像机1构成为满足像倍率比MR作为距离a的函数成立这个第四条件。

因此，关于用于基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a的上述通用公式(13)，能够通过f₁＝f₂＝f和EP₁＝EP₂＝EP的条件将其简化，用下述式(19)表示。

[数19]

在此，系数K用下述式(20)表示。

[数20]

像这样，在本实施方式的测距摄像机1中，构成和配置为在第一光学系统OS1的前侧主点与第二光学系统OS2的前侧主点之间存在深度方向(光轴方向)上的差D(D≠0)，由此，第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化互不相同。因此，本实施方式的测距摄像机1能够基于第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR(m₂/m₁)来唯一地计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

通过本实施方式也能够发挥与上述的第一实施方式相同的效果。此外，本实施方式中的第一光学系统OS1的结构和第二光学系统OS2的结构以及配置只要通过满足上述的第三条件(D≠0)而使得第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化互不相同即可，可以为任何方式。

<第六实施方式>

接着，参照图11来详细叙述本发明的第六实施方式所涉及的测距摄像机1。图11是概要性地表示本发明的第六实施方式所涉及的测距摄像机的框图。

下面，关于第六实施方式的测距摄像机1，以与第五实施方式的测距摄像机1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。本实施方式的测距摄像机1与第五实施方式的测距摄像机1的不同点同上述的第二实施方式的测距摄像机1与第一实施方式的测距摄像机1的不同点、以及上述的第四实施方式的测距摄像机1与第三实施方式的测距摄像机1的不同点相同。即，在第六实施方式的测距摄像机1中，除了摄像部S仅由第一摄像元件S1构成这一点、第一光学系统OS1和第二光学系统OS2设置在同一壳体内这一点、在该壳体内设置有第一挡板10a、第二挡板10b、镜11以及棱镜12这一点以外，与第五实施方式的测距摄像机1相同。

此外，在本实施方式中，如图示的那样，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2在同一壳体内配置于与深度方向(光轴方向)正交的方向的同一直线上。另一方面，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成为从第一光学系统OS1起至第一光学系统OS1的前侧主点为止的距离与从第二光学系统OS2起至第二光学系统OS2的前侧主点为止的距离不同，因此，在第一光学系统OS1的前侧主点与第二光学系统OS2的前侧主点之间存在深度方向(光轴方向)上的差D(D≠0)。

与第二实施方式及第四实施方式的测距摄像机1同样地，在本实施方式的测距摄像机1中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2配置在同一壳体内。另外，在第一光学系统OS1的前表面侧(被摄体侧)配置有用于阻挡从被摄体100向第一光学系统OS1入射的光的第一挡板10a，在第二光学系统OS2的前表面侧配置有用于阻挡从被摄体100向第二光学系统OS2入射的光的第二挡板10b。

第一挡板10a和第二挡板10b进行与上述的第二实施方式及第四实施方式相同的动作，因此测距摄像机1仅使用单一的摄像元件(第一摄像元件S1)就能够将第一被摄体像的图像信号和第二被摄体像的图像信号相分离地获取。

通过本实施方式也能够发挥与上述的第五实施方式相同的效果。另外，与上述的第二实施方式同样地，在本实施方式中，能够通过用于拍摄由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像和由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像这两方的单一的摄像元件(第一摄像元件S1)来构成摄像部S。因此，能够实现测距摄像机1的小型化和低成本化。

<第七实施方式>

接着，参照图12来详细叙述本发明的第七实施方式所涉及的测距摄像机1。图12是概要性地表示本发明的第七实施方式所涉及的测距摄像机的框图。

下面，关于第七实施方式的测距摄像机1，以与第六实施方式的测距摄像机1的不同点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。在第七实施方式的测距摄像机1中，除了变更了第一光学系统OS1和第二光学系统OS2的结构和配置这一点以外，与第一实施方式的测距摄像机1相同。

如图12所示，在本实施方式中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2在同一壳体内以存在深度方向上的位置的差的方式配置。因此，即使在第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成为从第一光学系统OS1起至第一光学系统OS1的前侧主点为止的距离与从第二光学系统OS2起至第二光学系统OS2的前侧主点为止的距离相等的情况下，也能够确保第一光学系统OS1的前侧主点与第二光学系统OS2的前侧主点之间的深度方向(光轴方向)上的差D(D≠0)。通过本实施方式，也能够发挥与上述的第六实施方式相同的效果。

如至此为止参照各实施方式详细叙述的那样，本发明的测距摄像机1能够不使用多个图像间的视差且不对被摄体进行固定图案的照射，能够基于第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR(m₂/m₁)来唯一地计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

因此，在本发明的测距摄像机1中，与以往的利用多个图像间的视差的立体摄像机方式的测距摄像机不同，无需确保大的视差，因此即使将第一光学系统OS1与第二光学系统OS2接近地配置，也能够准确地计算到被摄体100的测距对象点的距离a。由此，与以往的立体摄像机方式的测距摄像机相比，能够实现测距摄像机1的小型化。另外，在本发明的测距摄像机1中，没有使用视差来计算到被摄体100的测距对象点的距离，因此即使在被摄体100处于离测距摄像机1近的位置的情况下，也能够准确地测定到被摄体100的测距对象点的距离a。另外，根据本发明，无需考虑视差来设计测距摄像机1，因此能够使测距摄像机1的设计的自由度增大。

另外，在本发明的测距摄像机1中，距离计算部4使用第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高来确定从第一光学系统OS1的像空间中的第一被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第一光学系统OS1的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第一被摄体像的成像位置为止的距离EP₁的值，同样地，使用第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高来确定从第二光学系统OS2的像空间中的第二被摄体像的测距对象点的像高处的主光线的延长线与第二光学系统OS2的光轴的交点起至在被摄体100处于无限远处的情况下的第二被摄体像的成像位置为止的距离EP₂的值。因此，即使在第一光学系统OS1和第二光学系统OS2分别为产生与被摄体像的测距对象点的像高相应的渐晕的光学系统，并且与被摄体100的测距对象点对应的第一被摄体像和第二被摄体像的测距对象点的像高高的情况下，距离计算部4也能够准确地计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

另外，在本发明的测距摄像机1中，与图案照射方式的测距摄像机不同，无需使用向被摄体照射固定图案的光的投影仪等特殊的光源。因此，能够使测距摄像机1的系统结构简单。由此，与以往的图案照射方式的测距摄像机相比，能够实现测距摄像机1的小型化、轻量化、低电力消耗化以及低成本化。

另外，如上述那样，在本发明的测距摄像机1中，即使在第一光学系统OS1和第二光学系统OS2为不具有自动对焦功能的固定焦点系统，并且第一摄像元件S1的摄像面不处于第一被摄体像的成像位置且第二摄像元件S2的摄像面不处于第二被摄体像的成像位置的情况下，即存在散焦的情况下，用于基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a所使用的上述通用公式(13)也能够使用于计算到被摄体100的测距对象点的距离a。

因而，在本发明的测距摄像机1中，无需使用用于提供第一光学系统OS1和第二光学系统OS2的自动对焦功能的镜头驱动系统。因此，能够削减测距摄像机1的部件个数，能够实现测距摄像机1的小型化、轻量化以及低成本化。另外，也无需消耗电力来驱动第一光学系统OS1和第二光学系统OS2，因此能够削减测距摄像机1的电力消耗。另外，也不需要进行调焦动作所需的处理时间，因此还能够缩短计算到被摄体100的测距对象点的距离a所需的测定时间。

另外，在上述各实施方式中，使用第一光学系统OS1和第二光学系统OS2这两个光学系统，但使用的光学系统的数量不限于此。例如，除了第一光学系统OS1和第二光学系统OS2以外还具备追加的光学系统这样的方式也在本发明的范围内。在该情况下，追加的光学系统构成和配置为由追加的光学系统形成的被摄体像的倍率根据到被摄体100的测距对象点的距离a发生的变化与第一被摄体像的倍率m₁根据到被摄体的测距对象点的距离a发生的变化以及第二被摄体像的倍率m₂根据到被摄体的测距对象点的距离a发生的变化不同。

此外，在上述的各实施方式中，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成和配置为满足为了基于像倍率比MR来计算到被摄体100的测距对象点的距离a所要求的上述三个条件中的任一个条件，但只要第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成和配置为满足上述三个条件中的至少一个条件即可，本发明不限于此。例如，第一光学系统OS1和第二光学系统OS2构成和配置为满足上述三个条件中的全部条件或任意条件的组合的方式也在本发明的范围内。

<测距方法>

接着，参照图13来说明由本发明的测距摄像机1执行的测距方法。图13是用于说明由本发明的测距摄像机执行的测距方法的流程图。此外，以下详细叙述的测距方法能够使用上述的本发明的第一实施方式～第七实施方式所涉及的测距摄像机1和具有与测距摄像机1同等的功能的任意装置来执行，但为了便于说明，设为使用第一实施方式所涉及的测距摄像机1来执行该测距方法进行说明。

测距摄像机1的使用者使用操作部7来执行用于测定到被摄体100的测距对象点的距离a的操作，由此使图13所示的测距方法S100开始。在工序S110中，通过摄像部S的第一摄像元件S1来拍摄由第一光学系统OS1形成的第一被摄体像，获取第一被摄体像的图像信号。第一被摄体像的图像信号经由数据总线9被传送至控制部2、距离计算部4。在工序S120中，距离计算部4根据接收到的第一被摄体像的图像信号来计算第一被摄体像的测距对象点的像高(与第一光学系统OS1的光轴垂直的方向上的距第一光学系统OS1的光轴的分离距离)Y_FD1。

另一方面，在工序S130中，通过摄像部S的第二摄像元件S2来拍摄由第二光学系统OS2形成的第二被摄体像，获取第二被摄体像的图像信号。第二被摄体像的图像信号经由数据总线9被传送至控制部2、距离计算部4。在工序S140中，距离计算部4根据接收到的第二被摄体像的图像信号来计算第二被摄体像的测距对象点的像高(与第二光学系统OS2的光轴垂直的方向上的距第二光学系统OS2的光轴的分离距离)Y_FD2。

此外，工序S110和工序S120中的第一被摄体像的图像信号的获取及第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1的计算与工序S130和工序S140中的第二被摄体像的图像信号的获取及第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2的计算可以同时执行，也可以分别执行。

当计算第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1和第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2这两方时，处理转到工序S150。在工序S150中，距离计算部4根据第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1和第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2，基于上述式(14)MR＝Y_FD2/Y_FD1来计算第一被摄体像的倍率m₁与第二被摄体像的倍率m₂的像倍率比MR。

接着，在工序S160中，距离计算部4参照作为关联信息之一被保存于关联信息存储部3中的用于根据第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1来唯一地确定EP₁的值的查询表或数式，根据计算出的第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1来确定EP₁的值。同样地，距离计算部4参照作为关联信息之一被保存于关联信息存储部3中的用于根据第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2来唯一地确定EP₂的值的查询表或数式，根据计算出的第二被摄体像的测距对象点的像高Y_FD2来确定EP₂的值。之后，距离计算部4参照关联信息存储部3中保存的关联信息、以及根据第一被摄体像的测距对象点的像高Y_FD1确定出的EP₁和根据第二被摄体像的测距对象点的像高YFD2确定出的EP₂，基于计算出的像倍率比MR来计算(确定)到被摄体100的测距对象点的距离a。当在工序S160中计算到被摄体100的测距对象点的距离a后，处理转到工序S170。

在工序S170中，三维图像生成部5基于由距离计算部4计算出的到被摄体100的测距对象点的距离a和由摄像部S获取到的被摄体100的二维图像(第一被摄体像的图像信号或第二被摄体像的图像信号)来生成被摄体100的三维图像。之后，将在至此为止的工序中获取到的被摄体的二维图像、到被摄体100的测距对象点的距离a和/或被摄体100的三维图像显示于显示部6，或者通过通信部8传送至外部设备，测距方法S100结束。

以上基于图示的实施方式说明了本发明的测距摄像机，但本发明并不限定于此。本发明的各结构能够与能够发挥相同功能的任意结构进行置换，或者能够对本发明的各结构附加任意结构。

对于本发明所属的领域和技术中的本领域技术人员来说，在不明显脱离本发明的原理、构思以及范围的情况下能够执行所记述的本发明的测距摄像机的结构的变更，具有变更后的结构的测距摄像机也在本发明的范围内。例如，将第一实施方式至第七实施方式的测距摄像机任意进行组合所得到的方式也在本发明的范围内。

另外，图6～12所示的测距摄像机的组件的数量、种类只是用于说明的例示，本发明不一定限定于此。在不脱离本发明的原理和意图的范围内追加或组合任意的组件、或者削除任意的组件后的方式也在本发明的范围内。另外，测距摄像机的各组件可以由硬件实现，也可以由软件实现，还可以由它们的组合实现。

另外，图13所示的测距方法S100的工序的数量、种类只是用于说明的例示，本发明不一定限定于此。在不脱离本发明的原理和意图的范围内以任意的目的追加或组合任意的工序、或者削除任意的工序后的方式也在本发明的范围内。

<利用例>

关于本发明的测距摄像机1的利用例并无特别限定，例如能够将测距摄像机1使用于拍摄被摄体的肖像并且获取被摄体的面部的三维图像。在这样的利用方式中，优选将本发明的测距摄像机1组装在智能电话、移动电话等可移动设备内。

另外，能够在使用于精密设备的组装、检查的搬运机器人中利用本发明的测距摄像机1。根据测距摄像机1，在组装精密设备时，能够测定从搬运机器人主体或搬运机器人的臂起至精密设备或精密设备的部件为止的距离，因此能够通过搬运机器人的把持部准确地把持部件。

另外，根据本发明的测距摄像机1，能够测定到被摄体的测距对象点的距离，因此能够获取被摄体的三维信息。这样的被摄体的三维信息能够使用于基于3D打印机的三维构造体的制作中。

另外，在汽车内，通过利用本发明的测距摄像机1能够测定从汽车到行人、障碍物等任意物体的距离。计算出的到任意物体的距离的信息能够使用于汽车的自动制动系统、自动驾驶中。

产业上的可利用性

在本发明的测距摄像机中，使用被摄体像的倍率根据到被摄体的测距对象点的距离发生的变化互不相同的至少两个光学系统，并且进行同与被摄体的测距对象点对应的第一被摄体像及第二被摄体像的测距对象点的像高相应的计算，由此能够基于由该两个光学系统分别形成的两个被摄体像的像倍率比(倍率比)来测定到被摄体的测距对象点的距离。因此，即使在用于计算到被摄体的测距对象点的距离所使用的第一光学系统和第二光学系统分别为产生渐晕的光学系统，并且与被摄体的测距对象点对应地由第一光学系统形成的第一被摄体像和由第二光学系统形成的第二被摄体像的测距对象点的像高高的情况下，也能够准确地测定到被摄体的测距对象点的距离。因而，本发明具有产业上的可利用性。