JP5278819B2

JP5278819B2 - ステレオカメラ装置及びそれを用いた車外監視装置

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Publication number: JP5278819B2
Application number: JP2009114153A
Authority: JP
Inventors: 茂大内田; 青木　　伸; 真裕藤本; 秀明平井; 泰史山田; 展弘森田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-05-11
Also published as: JP2010261877A; US8760501B2; EP2251227A3; EP2251227B1; US20100283837A1; EP2251227A2

Description

この発明は、ステレオカメラ装置およびそれを用いた車外監視装置、特に、ステレオカメラ装置により測定可能な距離範囲と画角を拡大し、かつ、ステレオカメラ装置のサイズを小型化に関するものである。

最近では、自動車にテレビカメラやレーザ・レーダ等を搭載して前方の車両や障害物の情報を検知し、検知した情報により前方の車両等に衝突する危険度を判定して運転者に警報を発たり、自動的にブレーキを作動させて減速させたりあるいは先行車両との車間距離を安全に保つよう自動的に走行速度を増減する等のＡＳＶ（Advanced Safety Vehicle；先進安全自動車）に係わる技術の開発が積極的に進められている。

自動車に搭載したテレビカメラの画像から前方の物体を検知する技術が特許文献１〜特許文献３等に開示されている。特許文献１に示された車両用車外監視装置は、遠距離用の２台１組のＣＣＤカメラを有するステレオカメラと近距離用の２台１組のＣＣＤカメラを有するステレオカメラとを車両に搭載し、各ステレオカメラで撮像した画像を処理して画像全体にわたる距離分布を計算し、計算した距離分布の情報により被写体の三次元位置を計算して道路の形状と複数の物体を検出している。

この場合、ステレオカメラで物体を検出できる範囲は、遠距離用では車両前方２０ｍから１００ｍ程度であり、近距離用では例えば車両前方５ｍから３０ｍ程度である。

すなわち、遠距離用のステレオカメラでは、遠方、例えば１００ｍ先の物体を検出できるが、距離が近すぎ例えば２０ｍ以下の物体を検出できない特性がある。一方、近距離用のステレオカメラでは広角レンズを用いて視野を広くし、左右方向に広い範囲の物体を検出できるようにしており、また、２台のカメラの左右の間隔を短くして自車両の直前の物体も検出可能となるような設計としている。

このように近距離から遠距離までのワイドレンジをカバーし、広角レンズで広い視野を確保するためには、前述のように遠距離用と近距離用の２組のステレオカメラを状況に応じて切り換えて使用するようにしており、例えば、高速道路を高速で走行している場合には、遠距離用のステレオカメラを使用し、一方、一般道路を低速で走行している場合には近距離用のステレオカメラを使用している。

また、特許文献２に示された車外監視装置は、遠距離用のステレオカメラと近距離用のステレオカメラを状況に応じて切り換えて使用するのではなく、遠距離用のステレオカメラと近距離用のステレオカメラを同時に使用して撮像を行い、遠距離用の距離画像と近距離用の距離画像を生成し、生成した遠距離用の距離画像と近距離用の距離画像をそれぞれ格子状に所定の間隔で区分し、各区分毎に道路表面より上のデータを立体物データとして抽出して距離を算出して遠距離と近距離の立体物を検出している。

このように車両に搭載するステレオカメラは近距離から遠距離までのワイドレンジと広い視野を確保することが求められる一方で小型化することも必要に迫られている。一般にステレオカメラは車両内の前方上部に設けられたルームミラー付近に設置される場合が多い。この位置は運転席と助手席の頭上付近であるため、ここに大きなステレオカメラが装着されていると乗車している人に圧迫感を与え、安全上も危険である。したがってステレオカメラは基線長（レンズとレンズの間隔）の短縮と薄型化が必要である。

そこで特許文献３には、ステレオカメラを小型化する技術が開示されている。この特許文献３に示されたステレオカメラは、２つのレンズの光路中にそれぞれミラーを配し、各レンズに入射した光の光路をミラーで折り曲げて１つの撮像素子に導き、撮像素子の数を減らしてステレオカメラを小型化している。このようにステレオカメラを小型化するとモーメントを小さくでき、振動や加速度を受けたときにも剛性の高い構造にすることができる。

しかしながら特許文献１と特許文献２に開示されている車外監視装置では、遠距離用のステレオカメラと近距離用のステレオカメラを使用して計４台のカメラを用いるためワイドレンジと広い視野を確保できる反面、レンズを含む光学系や撮像素子の数が通常のステレオカメラの２倍必要であり、コストアップになってしまう。

また、特許文献３に開示されているステレオカメラは、２つのレンズの光路を折り曲げて１つの撮像素子を共用するためコストダウンできるが、撮像素子を共用するために２つのレンズの間隔である基線長を短くしなければならず、三角測量の原理上、遠距離の被写体までの距離計測が困難になってしまう。

この発明は、このような問題を解消し、近距離から遠距離までのワイドレンジの被写体までの距離を精度良く測定すると共に近距離においても広角レンズで広い視野を確保することができるステレオカメラ装置及びそれを用いた車外監視装置を提供することを目的とするものである。

また、ワイドレンジと広い視野を確保しながらコストアップを最小限に抑え、小型化して車両に乗車している人に圧迫感を与えずに安全性を高めることができるステレオカメラ装置を提供することも目的とする。

この発明のステレオカメラ装置は、第１の撮像部と、該第１の撮像部から所定距離だけ隔てた第２の撮像部と、制御部を有し、前記第１の撮像部は複数の単レンズを有する第１の撮像レンズと第２の撮像レンズと、第１の合成光学系と第１の領域分割フィルタ及び第１の撮像素子を有し、前記第１の撮像レンズと第２の撮像レンズは、近接して光軸が平行になるように配置され、前記第１の合成光学系は、前記第１の撮像レンズの光を前記第１の撮像レンズの光軸に対して９０度偏向させ、偏向された光を９０度偏向させてＳ偏光成分の光を前記第１の領域分割フィルタに導き、前記第２の撮像レンズを通った光のうちＰ偏光成分の光を透過させて前記第１の領域分割フィルタに導き、前記第１の領域分割フィルタは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光のみを透過する２つの偏光子領域を有し、前記第１の合成光学系からの光をＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離し、前記第１の撮像素子は、前記第１の領域分割フィルタで分離したＳ偏光成分とＰ偏光成分の光を受光してＳ偏光成分とＰ偏光成分の画像を検知し、前記第２の撮像部は複数の単レンズを有する第３の撮像レンズと第４の撮像レンズと、第２の合成光学系と第２の領域分割フィルタ及び第２の撮像素子を有し、前記第３の撮像レンズと第４の撮像レンズは、近接して光軸が平行になるように配置され、前記第２の合成光学系は、前記第３の撮像レンズの光を前記第３の撮像レンズの光軸に対して９０度偏向させ、偏向された光を９０度偏向させてＳ偏光成分の光を前記第２の領域分割フィルタに導き、前記第４の撮像レンズを通った光のうちＰ偏光成分の光を透過させて前記第２の領域分割フィルタに導き、前記第２の領域分割フィルタは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光のみを透過する２つの偏光子領域を有し、前記第２の合成光学系からの光をＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離し、前記第２の撮像素子は、前記第２の領域分割フィルタで分離したＳ偏光成分とＰ偏光成分の光を受光してＳ偏光成分とＰ偏光成分の画像を検知し、前記制御部は、第１のカメラ制御部と第２のカメラ制御部を有し、前記第１のカメラ制御部は、前記第１の撮像素子で検知されるＳ偏光成分の画像と前記第２の撮像素子で検知されるＳ偏光成分の画像から被写体の三次元位置情報を演算し、前記第２のカメラ制御部は、前記第１の撮像素子で検知されるＰ偏光成分の画像と前記第２の撮像素子で検知されるＰ偏光成分の画像から被写体の三次元位置情報を演算することを特徴とする。

前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと前記第２の撮像部の第３の撮像レンズは焦点距離が等しく、前記第１の撮像部の第２の撮像レンズと前記第２の撮像部の第４の撮像レンズは焦点距離が等しく、前記第１の撮像レンズと前記第３の撮像レンズの焦点距離は、前記第２の撮像レンズと前記第４の撮像レンズの焦点距離よりも長いことを特徴とする。

また、前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと前記第２の撮像部の第３の撮像レンズのバック焦点距離は前記第１の撮像部の第２の撮像レンズと前記第２の撮像部の第４の撮像レンズのバック焦点距離よりも長いことを特徴とする。

さらに、前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズと第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズは、第１の撮像レンズ、第２の撮像レンズ、第３の撮像レンズ、第４の撮像レンズの順に配列されていることを特徴とする。

また、前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズは一体に形成され、前記第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズは一体に形成されていることを特徴とする。

また、前記第１の合成光学系と第２の合成光学系は、プリズムと偏光ビームスプリッタを有し、前記プリズムは光路を９０度偏向させる反射面を有し、前記偏光ビームスプリッタは前記プリズムの反射面と平行に配置され、Ｓ偏光成分の光を反射し、Ｐ偏光成分の光を透過する偏光ビームスプリッタ面を有し、前記プリズムと前記偏光ビームスプリッタは一体に形成されていることを特徴とする。

さらに、前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズ及び第１の合成光学系は一体に形成され、前記第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズ及び第２の合成光学系は一体に形成されていることを特徴とする。

この発明の車外監視装置は、前記ステレオカメラ装置と画像処理用コンピュータ及び表示装置を有し、車両に搭載されることを特徴とする。

この発明のステレをカメラ装置は、第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズを近接して光軸が平行になるように配置し、第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズを近接して光軸が平行になるように配置し、第１の撮像部と第２の撮像部を所定距離だけ隔てて配置し、４個の撮像レンズから画像を取り込むから、通常のステレオカメラのように２台のカメラを使う場合に比べてワイドレンジ又は広い視野を確保することができる。

また、第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズで取り込んだ画像を１つの撮像素子で検出し、第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズで取り込んだ画像を１つの撮像素子で検出するから、撮像素子の数を低減して低コスト化を図ることができる。

さらに、第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像部の第３の撮像レンズは焦点距離が等しく、第１の撮像部の第２の撮像レンズと第２の撮像部の第４の撮像レンズは焦点距離が等しく、第１の撮像レンズと第３の撮像レンズの焦点距離を第２の撮像レンズと第４の撮像レンズの焦点距離よりも長くすることにより、遠距離と近距離のステレオ画像を形成することができ、広い距離範囲に対して高精度な距離測定を行なうことができる。

また、第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像部の第３の撮像レンズのバック焦点距離を第１の撮像部の第２の撮像レンズと第２の撮像部の第４の撮像レンズのバック焦点距離よりも長くすることにより、２つの撮像レンズと合成光学系からなる簡素な光学系で１つの撮像素子に２つの画像を写すことができる。

さらに、合成光学系でバック焦点距離が長い第１の撮像レンズと第３の撮像レンズからの光２回反射させ、バック焦点距離が短い第２の撮像レンズと第３の撮像レンズからの光を反射させないようにしたから、反射特性に起因する輝度分布の影響などを受けにくいステレオカメラ光学系を実現することができ、第１の撮像レンズと第３の撮像レンズで撮像した２つの画像や第２の撮像レンズと第４の撮像レンズで撮像した２つの画像を正確にマッチングさせることができ、遠距離と近距離で高精度な距離測定を行なうことができる。

また、第１の撮像レンズ、第２の撮像レンズ、第３の撮像レンズ、第４の撮像レンズの順に配列することにより、第１の撮像レンズと第３の撮像レンズの基線長と、第２の撮像レンズと第４の撮像レンズの基線長を自由に設定することができ、距離測定精度を高めることができる。

また、第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズを一体に形成し、第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズを一体に形成することにより、第１の撮像部と第２の撮像部の仕様が異なる遠距離用の撮像レンズと近距離用の撮像レンズを近接して配置することができるとともに、遠距離用の撮像レンズと近距離用の撮像レンズを個別に調整する必要はなく、調整を簡素化することができる。

また、第１の合成光学系と第２の合成光学系を、光路を９０度偏向させる反射面を有するプリズムと、プリズムの反射面と平行に配置され、Ｓ偏光成分の光を反射し、Ｐ偏光成分の光を透過する偏光ビームスプリッタ面を有する偏光ビームスプリッタで構成し、プリズムと偏光ビームスプリッタは一体に形成したり、第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズ及び第１の合成光学系を一体に形成し、第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズ及び第２の合成光学系は一体に形成することにより、回転やシフトしても光路のズレがキャンセルされ、安定性の高い構成を実現することができる。

さらに、第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズ及び第１の合成光学系を一体に形成し、第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズ及び第２の合成光学系は一体に形成することにより、回転やシフトしても光路のズレがキャンセルされ、安定性の高い構成を実現することができる。

また、この発明のステレオカメラ装置を車両に搭載する車外監視装置に使用することにより、遠距離の被写体と近距離の被写体のステレオ画像を得ることができ、広い距離範囲に対して高精度な距離測定を行なうことができる。

この発明のステレオカメラ装置の構成図である。領域分割フィルタと撮像素子の構成を示す斜視図である。領域分割フィルタの偏光子領域の構成を示す斜視図である。撮像素子の構成を示す模式図である。車両に搭載した車外監視装置の構成図である。車外監視装置で被写体までの距離測定処理を示すフローチャートである。視差算出処理を示す模式図である。遠距離用と近距離用の撮像レンズの配置を示す模式図である。合成光学系の異なる配置を示す構成図である。遠距離用と近距離用の撮像レンズの距離を示す配置図である。遠距離用と近距離用の撮像レンズを一体に形成した撮像レンズの構成図である。一体に形成した遠距離用と近距離用の撮像レンズと一体に形成した合成光学系の構成図である。遠距離用と近距離用の撮像レンズの他の配置を示す斜視図である。第２のステレオカメラ装置の構成図である。

図１は、この発明のステレオカメラ装置の構成図である。ステレオカメラ装置１は遠距離用と近距離用のステレオ画像を形成するものであり、図に示すように、ステレオカメラ装置１は、第１の撮像部２と、第１の撮像部２から所定距離Ｌだけ隔てた第２の撮像部３と、制御部４を有する。第１の撮像部２は複数の単レンズを有する第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２と合成光学系２３と領域分割フィルタ２４及び撮像素子２５を有する。合成光学系２３はプリズム２６と偏光ビームスプリッタ２７を有する。プリズム２６は第１の撮像レンズ２１の光軸に対して、光路を９０度偏向させる反射面２６ａを有し、第１の撮像レンズ２１を通った光を９０度偏光させる。偏光ビームスプリッタ２７はプリズム２６の反射面２６ａと所定距離だけ隔てて平行に配置され、Ｓ偏光成分の光を反射し、Ｐ偏光成分の光を透過する偏光ビームスプリッタ面２７ａを有し、プリズム２６の反射面２６ａで反射した光をうちＳ偏光成分の光のみを偏光ビームスプリッタ面２７ａで反射して９０度偏向させる。第２の撮像レンズ２２は光軸が第１の撮像レンズ２１の光軸と平行になるように偏光ビームスプリッタ２７の前面に設けられ、第２の撮像レンズ２２を通った光のうちＰ偏光成分の光のみが偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａを透過する。領域分割フィルタ２４はＳ偏光成分とＰ偏光成分の光のみをそれぞれ透過する２つの偏光子領域を有し、偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａで反射したＳ偏光成分の光と偏光ビームスプリッタ面２７ａを透過したＰ偏光成分の光を入射してＳ偏光成分の光とＰ偏光成分の光を分離する。撮像素子２５は領域分割フィルタ２４で分離したＳ偏光成分の光とＰ偏光成分の光を入射して画像信号を出力する。

第２の撮像部３は複数の単レンズを有する第３の撮像レンズ３１と第４の撮像レンズ３２と合成光学系３３と領域分割フィルタ３４及び撮像素子３５を有する。合成光学系３３はプリズム３６と偏光ビームスプリッタ３７を有する。プリズム３６は第３の撮像レンズ３１の光軸に対して、光路を９０度偏向させる反射面３６ａを有し、第３の撮像レンズ３１を通った光を９０度偏光させる。偏光ビームスプリッタ３７はプリズム３６の反射面３６ａと所定距離だけ隔てて平行に配置され、Ｓ偏光成分の光を反射し、Ｐ偏光成分の光を透過する偏光ビームスプリッタ面３７ａを有し、プリズム３６の反射面３６ａで反射した光をうちＳ偏光成分の光のみを偏光ビームスプリッタ面３７ａで反射して９０度偏向させる。第４の撮像レンズ３２は光軸が第３の撮像レンズ３１の光軸と平行になるように偏光ビームスプリッタ３７の前面に設けられ、第４の撮像レンズ３２を通った光のうちＰ偏光成分の光のみが偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａを透過する。領域分割フィルタ３４はＳ偏光成分とＰ偏光成分の光のみをそれぞれ透過する２つの偏光子領域を有し、偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａで反射したＳ偏光成分の光と偏光ビームスプリッタ面３７ａを透過したＰ偏光成分の光を入射してＳ偏光成分の光とＰ偏光成分の光を分離する。撮像素子３５は領域分割フィルタ３４で分離したＳ偏光成分の光とＰ偏光成分の光を入射して画像信号を出力する。

このステレオカメラ装置１の第１の撮像部２と第２の撮像部３の各構成要素について説明する。第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１と第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１は焦点距離が長く、遠距離用として利用し、第１の撮像部２の第２の撮像レンズ２２と第２の撮像部３の第４の撮像レンズ３２は焦点距離が短く、近距離用として利用する。すなわち近距離用のステレオ画像は焦点距離が短い第１の撮像部２の第２の撮像レンズ２２と第２の撮像部３の第４の撮像レンズ３２を利用して広角の画像を形成し、遠距離用のステレオ画像は焦点距離が長い第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１と第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１を利用し、プリズム２６，３６と偏光ビームスプリッタ２７，３７を介した光路により遠距離の被写体の明確な画像を形成する。これによりレンズの設計自由度が上げられ、結果としてレンズ枚数の削減と低コスト化を図ることができる。

また、第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２と第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１と第４の撮像レンズ３２を、第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２と第３の撮像レンズ３１と第４の撮像レンズ３２の順に略一列に配列し、遠距離用のステレオ画像を形成する第１の撮像部２のプリズム２６の反射面２６ａと第２の撮像部３のプリズム３６の反射面３６ａの方向と、第１の撮像部２の偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａと第２の撮像部３の偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａを同一方向にする。このようにしてプリズム２６，３６の反射面２６ａ，３６ａと偏光ビームスプリッタ２７，３７の偏光ビームスプリッタ面２７ａ，３７ａの方向を同じ方向にすることにより、反射面２６ａ，３６ａと偏光ビームスプリッタ面２７ａ，３７ａの反射特性に起因する輝度分布の影響などを受けにくいステレオカメラ光学系を実現できる。すなわちプリズム２６，３６や偏光ビームスプリッタ２７，３７の特性として反射面内で反射光量が異なる場合、ステレオの左右の画像で明暗のアンバランスが生じるが、この反射特性に起因する輝度分布の影響などを受けにくくすることにより良質なステレオ画像を形成することができ、測距精度への影響を小さくできる。

また、第１の撮像部２の合成光学系２３のプリズム２６と偏光ビームスプリッタ２７は、プリズム２６の反射面２６ａと偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａを対向させて一体化したプリズム構成をなしており、第２のカメラ部２の合成光学系２３のプリズム３６と偏光ビームスプリッタ３７も、プリズム３６の反射面３６ａと偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａを対向させて一体化したプリズム構成をなしている。このように構成することによりプリズムが回転やシフトしても反射する角度が相殺されて経時変化にも安定な画像を撮像することができる。

領域分割フィルタ２４，３４は、図２の斜視図に示すように、遠距離用の第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１と第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１と、近距離用の第１の撮像部２の第２の撮像レンズ２２と第２の撮像部３の第４の撮像レンズ３２の配置に合わせ偏光子領域２４ａ（３４ａ）と偏光子領域２４ｂ（３４ｂ）に二分割している。すなわち、領域分割フィルタ２４は第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１からのＳ偏光成分の光のみを透過する偏光子領域２４ａと第２の撮像レンズ２２からのＰ偏光成分の光のみを透過する偏光子領域２４ｂを有し、領域分割フィルタ３４は第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１からのＳ偏光成分の光のみを透過する偏光子領域３４ａと第４の撮像レンズ３２からのＰ偏光成分の光のみを透過する偏光子領域３４ｂを有する。

この領域分割フィルタ２４，３４の２領域の分割線２４ｃ（３４ｃ）は、第１の撮像レンズ２１〜第４の撮像レンズ３２の配列方向に平行になるように領域分割され、第１の撮像レンズ２１〜第４の撮像レンズ３２のいずれの画像も視差検出範囲を広く確保できるようになっている。

撮像素子２５，３５は一般に長方形の撮像領域を有するが、領域分割フィルタ２４，３４の二分割した偏光子領域２４ａ（３４ａ）と偏光子領域２４ｂ（３４ｂ）の配列に対応して撮像素子２５，３５も撮像領域２５ａ（３５ａ）と撮像領域２５ｂ（３５ｂ）と二分割されて視差検出範囲が広く確保できるようになっている。

この領域分割フィルタ２４，３４の偏光子領域２４ａ（３４ａ）と偏光子領域２４ｂ（３４ｂ）は、例えばフォトニック結晶からなる偏光子からなり、領域分割フィルタ２４の偏光子領域２４ａ，２４ｂは、図３（ａ）に示すように、周期的な溝列を形成した透明基板２４１上に、透明で高屈折率の媒質層２４２と低屈折率の媒質層２４３とを界面の形状を保存しながら交互に積層して形成されている。この高屈折率の媒質層２４２と低屈折率の媒質層２４３の各層は、透明基板２４１の溝列と直交するＸ方向に周期性を持つが、溝列と平行なＹ方向には一様であっても良いし、Ｘ方向より大きい長さの周期的または非周期的な構造を有していても良い。このような微細な周期構造（フォトニック結晶）は自己クローニング技術と呼ばれる方式を用いることにより、再現性良く且つ高い均一性で作製することができる。

このフォトニック結晶からなる偏光子領域２４ａ，２４ｂは、図２に示すように、光軸５ａ，５ｂと平行なＺ軸と、Ｚ軸と直交するＸＹ軸を有する直交座標系において、ＸＹ面に平行な１つの基板２４１の上に２種以上の透明材料をＺ軸方向に交互に積層した多層構造体、例えばＴａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２の交互多層膜からなり、偏光子領域２４ａ，２４ｂは各膜が凹凸形状を有しており、この凹凸形状はＸＹ面内の一つの方向に周期的に繰り返されて形成されている。そして偏光子領域２４ａは、図３（ｂ）に示すように、溝の方向がＹ軸方向に対して平行であり、偏光子領域２４ｂは溝の方向がＸ軸方向に対して平行であり、偏光子領域２４ａと偏光子領域２４ｂで溝の方向が９０度異なって形成されている。すなわちＸＹ面に入射される入力光から、偏光子領域２４ａと偏光子領域２４ｂによって偏光方向が異なる偏光成分を透過させるとともに、偏光子領域２４ａと偏光子領域２４ｂでそれぞれ等量の無偏光成分を透過させるようになっている。なお、領域分割フィルタ２４に２種類の凹凸形状の溝を設けたが、凹凸形状の溝方向は複数種類でも良い。このように偏光子領域２４ａ，２４ｂをフォトニック結晶で形成することにより、紫外線劣化などに優れて長期間安定して使用することができる。領域分割フィルタ３４の偏光子領域３４ａ，３４ｂも同様に形成されている。

この領域分割フィルタ２４，３４の偏光子領域２４ａ（３４ａ）と偏光子領域２４ｂ（３４ｂ）の開口面積や透過軸は、はじめに透明基板２４１（３４１）に加工する溝パタンの大きさや方向で自由に設計することができる。パタン形成は、電子ビームリソグラフィ、フォトリソグラフィ、干渉露光法、ナノプリンティングなど様々な方法で行うことができる。いずれの場合でも、微小領域ごとに溝の方向を高精度に定めることができる。そのため、透過軸の異なる微小偏光子を組み合わせた偏光子領域と、更にそれを複数並べた偏光子を形成することが可能となる。また、凹凸パタンを持つ特定の領域のみが偏光子の動作をするため、その周辺の領域を平坦あるいは、面内で等方的な凹凸パタンにしておけば偏波依存性のない媒質として光は透過する。したがって、特定の領域にのみ偏光子を作りこむことができる。

また、領域分割フィルタ２４，３４は撮像素子２５，３５と近接配置されている。より望ましくはダイ実装された撮像素子２５，３５にフィルタ構造面が撮像素子面側に向いて接着などにより取り付けられるのがよい。一般にレンズからの光は収束系の有限光で撮像素子に向かうため、領域分割フィルタ２４，３４と撮像素子２５，３５の間隔が開くと領域分割フィルタ２４，３４の境界付近の光が各々の領域に対してクロストークノイズとなってしまう。そこで前記のとおり近接配置させることにより、このようなクロストークが生じない安定したステレオカメラ装置が実現できる。

制御部４は、第１のカメラ制御部４１と第２のカメラ制御部４２を有する。第１のカメラ制御部４１は、図４のブロック図に示すように、第１の撮像部２の遠距離用の第１の撮像レンズ２１で撮像して撮像素子２５の撮像領域２５ａで得た画像と第２の撮像部３の遠距離用の第３の撮像レンズ３１で撮像して撮像素子３５の撮像領域３５ａで得た画像を合成して出力し、第２のカメラ制御部４２は第１の撮像部２の近距離用の第２の撮像レンズ２２で撮像して撮像素子２５の撮像領域２５ｂで得た画像と第２の撮像部３の近距離用の第４の撮像レンズ３２で撮像して撮像素子３５の撮像領域３５ｂで得た画像を合成して出力する。

このステレオ上装置１は、例えば図５に示すように、自動車等の車両６に搭載された車外監視装置７に使用する。車外監視装置７は車外の所定範囲内の物体を撮像し、撮像した画像から車外の物体を認識して監視するものであり、ステレオカメラ装置１と画像処理用コンピュータ８及び表示装置９を有する。ステレオカメラ装置１は車両６のルームミラーの後段など運転者の視野を遮らない位置に配置されている。画像処理用コンピュータ８はステレオカメラ装置１で撮像した画像を処理して三次元の距離分布情報を算出し、算出した距離分布情報から道路形状や複数の立体物の三次元位置を高速で検出し、その検出結果に基づいて先行車や障害物を特定して衝突警報の判断処理等を行い、認識された物体が自車両６の障害物となる場合、運転者の前方に設置された表示装置９に表示して運転者に対する警告を行うほかに、図示しないアクチュエータ類を制御する外部装置を接続することにより車体の自動衝突回避制御等が可能となっている。

次に、ステレオカメラ装置１を使用した車外監視装置７を車両６に搭載して被写体の画像を撮像して被写体までの距離を測定するときに処理を図６のフローチャートを参照して説明する。

ステレオカメラ装置１で車両６の前方の撮像を開始すると、第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１を透過した光はプリズム２６の反射ミラー面２６ａと偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａから領域分割フィルタ２４の偏偏光子領域２４ａを介してＳ偏光成分の光だけが撮像素子２５の偏光領域２５ａで受光される。また、第２の撮像レンズ２２を透過した光は偏光ビームスプリッタ面２６ａと領域分割フィルタ２４の偏光子領域２４ｂを介してＰ偏光成分の光だけが撮像素子２５の偏光領域２５ｂで受光される。第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１を透過した光はプリズム３６の反射ミラー面３６ａと偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａから領域分割フィルタ３４の偏偏光子領域３４ａを介してＳ偏光成分の光だけが撮像素子３５の偏光領域３５ａで受光される。また、第４の撮像レンズ３２を透過した光は偏光ビームスプリッタ面３７ａと領域分割フィルタ３４の偏光子領域３４ｂを介してＰ偏光成分の光だけが撮像素子３５の偏光領域３５ｂで受光される。この受光により遠距離の被写体の右の画像と近距離の被写体の右の画像と遠距離の被写体の左の画像と近距離の被写体の左の画像を撮像素子２５，３５で撮像する（ステップＳ１）。

この撮像素子２５の撮像領域２５ａで撮像された遠距離の被写体の右の画像と撮像素子３５の撮像領域３５ａで撮像された遠距離の被写体の左の画像を第１のカメラ制御部４１で１枚の画像として合成して画像処理用コンピュータ８に出力する。また、撮像素子２５の撮像領域２５ｂで撮像された近距離の被写体の右の画像と撮像素子３５の撮像領域３５ｂで撮像された近距離の被写体の左の画像を第２のカメラ制御部４２で１枚の画像として合成して画像処理用コンピュータ８に出力する。画像処理用コンピュータ８は入力した遠距離の被写体の右の画像と左の画像を基に遠距離の被写体の視差を検出し、入力した近距離の被写体の右の画像と左の画像を基に近距離の被写体の視差を検出する（ステップＳ２）。検出した遠距離の被写体の視差により後述の（１）式に基づき遠距離の被写体までの距離を算出し、近距離の被写体の視差により（１）式に基づき近距離の被写体までの距離を算出して（ステップＳ３）、算出した遠距離測定結果と近距離測定結果を示す遠距離画像と近距離の画像を表示装置９に表示する（ステップＳ４）。

この撮像した遠距離の被写体の右の画像１０ａと左の画像１０ｂの例を図７（ａ）に示す。画像処理用コンピュータ８はステレオカメラ装置１で撮像した右の画像１０ａと左の画像１０ｂの有効領域を切り出し、右の画像１０ａの微小領域１１ａとそれに対応する左の画像１０ｂの微小領域１１ｂに注目して、微小領域１１ａ，１１ｂ内での被写体の視差Ｓを算出する。この視差Ｓは水平方向にのみ生じるため、ここでは水平方向の視差Ｓを算出すれば良い。この視差Ｓが画素単位（ピクセル）で求められる。ステレオカメラ装置１と被写体までの距離Ａと視差Ｓとの間には、図７（ｂ）に示すように、第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１と第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１間の間隔である基線長Ｂと第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の焦点距離ｆから次の（１）式の関係が成り立つ。
Ｓ＝Ｂ・ｆ／Ａ・δ （１）
ここでδは撮像素子２５，３５の画素サイズである。撮像レンズ２１，３１の焦点距離ｆと基線長Ｂ及び画素サイズδはあらかじめ判っているので、視差Ｓを右の画像１０ａと左の画像１０ｂから算出することにより被写体までの距離Ａを演算することができる。

このように被写体までの距離を演算するとき、第１の撮像部２の撮像素子２５で撮像した右の画像１０ａと、撮像素子２５とは異なる第２の撮像部３の撮像素子３５で撮像した左の画像１０ｂを使用するから、第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１と第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１間の基線長Ｂを自由に設定できるため、距離測定性能に応じてステレオカメラ装置１の第１の撮像部２と第２の撮像部３の配置を最適に設計することができる。

しかしながら、被写体までの距離Ａが無限大の場合は視差Ｓ＝０となってしまい距離検出ができなくなる。距離検出を可能にするためには視差Ｓは一定量以上確保できる必要があり、具体的には最低でも１／４画素程度は確保できないと正確な距離検出ができないのが現状である。

（１）式からレンズの間隔（基線長）Ｂは下記（２）式で表される。
Ｂ＝Ｓ・（Ａ・δ）／ｆ（２）
例えば遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の焦点距離ｆ１を１５ｍｍ、近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の焦点距離ｆ２を５ｍｍとし、遠距離の測定範囲を１００ｍまで、近距離の測定範囲を５〜２０ｍとすると、視差Ｓを確保するためには、焦点距離が短い広画角レンズを用いる場合は基線長Ｂを大きくしなければならず、焦点距離が長い狭画角のレンズを用いる場合は基線長Ｂが小さくて良いことがわかる。すなわちステレオカメラ装置１の小型化のために基線長Ｂを小さくする場合は、画角の狭い焦点距離の長いレンズを使うことが有効である。また、広い画角を必要とする場合、焦点距離ｆは短くなり、基線長Ｂも大きくなるが、測距する距離Ａを短い範囲に留めれば、基線長Ｂを小さくすることができ、ステレオカメラ装置１を小型化できる。

そこで図１に示すように、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の間に近距離用の第２の撮像レンズ２２を配置し、近距離用の第４の撮像レンズ３２を遠距離用の第３の撮像レンズ３１の外側に配置して遠距離用と近距離用の基線長Ｂをほぼ等しくして近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の基線長を短くしないで、例えば車両６の前方５〜２０ｍの近距離の被写体の画像を広画角で撮像して距離を演算する。

例えば図８（ａ）に特許文献２に示されたステレオカメラ装置の遠距離用と近距離用の撮像レンズの配置を示し、図８（ｂ）は図１に示したステレオカメラ装置１の遠距離用と近距離用の撮像レンズの配置を示す。図８（ａ）に示した撮像レンズの配置は、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の間に近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２を配置し、図８（ｂ）示した撮像レンズの配置は、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の間に近距離用の第２の撮像レンズ２２を配置し、近距離用の第４の撮像レンズ３２を遠距離用の第３の撮像レンズ３１の外側に配置し、遠距離用と近距離用を接して示す。

遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の口径をａ、近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の口径をｂとすると、図８（ａ）に示す配置では近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の基線長Ｂｗ１と、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の基線長Ｂｔ１と、図８（ｂ）に示す配置では近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の基線長Ｂｗ２と、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の基線長Ｂｔ２は下記（３）式〜（６）式で表せる。
Ｂｗ１＝Ｂｔ１−（ａ＋ｂ）（３）
Ｂｔ１＝Ｂｗ２＋（ａ＋ｂ）（４）
Ｂｗ２＝Ｂｔ２（５）
Ｂｔ２＝Ｂｗ２＋（ａ＋ｂ）／２（６）
（４）式と（６）式から判るように、図８（ａ）に示す近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の基線長Ｂｗ１より図８（ｂ）に示す近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の基線長Ｂｗ２が大きな基線長を確保できる。したがって、図８（ｂ）に示す配置の方が広画角化に有利である。車両６の近くの被写体の画像を広画角で撮像できると、車両６の近辺の左右からの飛び出しに対しても対応できるようになり、より事故を回避することができる。

また、第１の撮像部２の合成光学系２３を構成する偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａと第２の撮像部３の合成光学系３３を構成する偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａは光の入射角度により偏光分離性能が異なる。図８（ｂ）に示すように、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の間に近距離用の第２の撮像レンズ２２を配置し、近距離用の第４の撮像レンズ３２を遠距離用の第３の撮像レンズ３１の外側に配置するステレオカメラ装置１では、第１の撮像部２の合成光学系２３と第２の撮像部３の合成光学系３３の配置は図９（ａ）に示すようになる。これに対して図８（ａ）に示すように、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の間に近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２を配置した場合、第１の撮像部２の合成光学系２３と第２の撮像部３の合成光学系３３の配置は図９（ｂ）に示すようになる。この図９（ｂ）に示す配置の場合、合成光学系２３と合成光学系３３で偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａと偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａは光の入射方向に対して異なっている。このため画像情報を有する収束光の透過率に違いが発生してしまい、２つの画像の正確なマッチングができず、測距性能の低下を引き起こす可能性がある。これに対して図１に示すステレオカメラ装置１の合成光学系２３と合成光学系３３は図９（ａ）に示すように配置され、合成光学系２３のプリズム２６の反射面２６ａと偏光ビームスプリッタ２７の偏光ビームスプリッタ面２７ａへの光の入射方向と、合成光学系３３のプリズム３６の反射面３６ａと偏光ビームスプリッタ３７の偏光ビームスプリッタ面３７ａへの光の入射方向が同じであるため、測距性能の低下を引き起こさないですむ。

ステレオカメラ装置１の合成光学系２３と合成光学系３３を、図９（ａ）に示すように配置すると、プリズム２６，３６の反射面２６ａ，３６ａで反射した光を偏光ビームスプリッタ２７，３７の偏光ビームスプリッタ面２７ａ，３７ａで反射させる光の光路長は偏光ビームスプリッタ２７，３７に入射して偏光ビームスプリッタ面２７ａ，３７ａを透過する光の光路長より長くなる。そこでプリズム２６，３６に光を入射する第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１のバック焦点距離を長くし、偏光ビームスプリッタ２７，３７に光を直接入射する第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２のバック焦点距離を短くした方がよい。遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１は焦点距離が長く、レンズ設計上もバック焦点距離を長くしやすい。

このレンズ設計をする場合、第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１や第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２は焦点距離と開口数ＮＡ、解像度、収差(歪み)、明るさなどの諸条件を満たした設計を行う必要がある。このためバック焦点距離の長さは任意に長くできず、遠距離用の第１の撮像レンズ２１と近距離用の第２の撮像レンズ２２の間隔を狭くして近接配置し、遠距離用の第３の撮像レンズ３１と近距離用の第４の撮像レンズ３２の間隔を狭くして近接配置する必要がある。第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２と第３の撮像レンズ３１及び第４の撮像レンズ３２は複数の単レンズで構成され、例えば遠距離用の第１の撮像レンズ２１と近距離用の第２の撮像レンズ２２は、図１０に示すようにレンズホルダー１２ａ，１２ｂに入っている。第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２の距離Ｄを近接して配置するには、レンズホルダー１２ａ，１２ｂを薄くする必要があるが、撮像レンズ２１，２２を保持して固定するためにはレンズホルダー１２ａ，１２ｂを必要以上には薄くできない。そこで遠距離用の第１の撮像レンズ２１と近距離用の第２の撮像レンズ２２を一体化して構成し、第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２を近接して配置する。

この第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２を近接して配置するために、図１１（ａ）の断面図と（ｂ）の斜視図に示すように、撮像レンズ２１と撮像レンズ２２を構成する各単レンズ１４ａ，１４ｂのレンズアレイを有するウェハ１３ａと、撮像レンズ２１を構成する単レンズ１４ａと空孔を有するウェハ１３ｂと、撮像レンズ２２を構成する単レンズ１４ｂと空孔を有するウェハ１３ｃと、撮像レンズ２１と撮像レンズ２２を構成する各単レンズと対応する位置にレンズ口径より大きな径の空孔を有するウェハ１３ｄをそれぞれ作製し、これを積層して遠距離用の撮像レンズ２１と近距離用の撮像レンズ２２を一体化する。この遠距離用の撮像レンズ２１と近距離用の撮像レンズ２２はレンズ枚数とレンズ間隔、レンズ曲率等が異なる。そこで１枚のウェハ１３毎にレンズの有る部分と無い部分やレンズ曲率が異なる部分を作製し、これらを積層することにより仕様の異なる遠距離用の撮像レンズ２１と近距離用の撮像レンズ２２を近接して配置することができ、バック焦点距離の長さが十分に確保できなくても、合成光学系２３により２つの画像を１つの撮像素子２５に映すことができ、合成光学系３３により２つの画像を１つの撮像素子３５に映すことができる。

さらに、図１２（ａ）の断面図と（ｂ）の斜視図に示すように、レンズアレイを有するウェハ１３やレンズの無いウェハ１３を積層して一体化して近接配置した遠距離用の撮像レンズ２１，３１と近距離用の撮像レンズ２２，３２に対して合成光学系２３，３３を積層して一体化すると良い。この合成光学系２３，３３は平板と平板の間に誘電体多層膜や金属反射膜を形成し、これを貼り合わせて所望の大きさに切り出したものである。そこで所望の大きさに切る前に遠距離用の撮像レンズ２１，３１と近距離用の撮像レンズ２２，３２を形成したウェハ１３に積層して接着して一体化し、ウェハ１３と共に所望の大きさに切り出せば良い。このように遠距離用の撮像レンズ２１，３１と近距離用の撮像レンズ２２，３２と合成光学系２３，３３を一体化することにより、第１の撮像部２と第２の撮像部３の光学系を小型化できるとともに回転やシフトしても光路のズレがキャンセルされ、低バスト性の高い構成を実現することができる。

前記説明では第１の撮像部２の第１の撮像レンズ２１と第２の撮像レンズ２２と第２の撮像部３の第３の撮像レンズ３１と第４の撮像レンズ３２を水平に配置した場合について説明したが、図１３の斜視図に示すように、近距離用の第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の下側に遠距離用の第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１を配置して近距離用と遠距離用を垂直に配置しても良い。

また、前記説明では領域分割フィルタ２４，３４に入射するＳ偏光成分とＰ偏光成分を偏光ビームスプリッタ２７，３７で分離する場合について示したが、図１４に示すように、第１の撮像レンズ２１と第３の撮像レンズ３１の後部にＳ偏光用の偏光子２８ａ，３８ａを設け、第２の撮像レンズ２２と第４の撮像レンズ３２の後部にＰ偏光用の偏光子２８ｂ，３８ｂを設け、偏光ビームスプリッタ２７，３７の代わりにＳ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過する反射面を有するプリズム２９，３９を使用しても良い。

さらに、前記説明では領域分割フィルタ２４，３４はフォトニック結晶を利用して構成した場合について説明したが、ワイヤグリッド型の偏光子を利用しても良い。ワイヤグリッド型の偏光子とは、細い金属ワイヤーを周期的に配列することにより形成された偏光子であり、従来、電磁波のミリ波領域において多く用いられてきた偏光子である。ワイヤグリッド型偏光子の構造は、入力光の波長に比べて十分細い金属細線が波長に比べて十分に短い間隔で並んだ構造を有する。このような構造に光を入射した場合、金属細線に平行な偏光は反射され、それに直交する偏光は透過されることはすでに知られている。金属細線の方向については、１枚の基板内において領域ごとに独立に変化させて作製することができるため、ワイヤグリッド偏光子の特性を領域毎に変えることができる。これを利用すれば、領域毎に透過軸の方向を変化させた構造とすることができる。

ワイヤグリッドの作製方法としては、基板上に金属膜を形成し、リソグラフィによりパターニングを行うことで、細線状の金属を残すことができる。他の作製方法としては、リソグラフィにより基板に溝を形成し、この溝の方向とは直角で基板の法線から傾いた方向（基板面に斜めの方向）から真空蒸着により金属を成膜することで作製することができる。真空蒸着では蒸着源から飛来する粒子はその途中で他の分子もしくは原子にほとんど衝突することはなく、粒子は蒸着源から基板にむかって直線的に進むため、溝を構成する凸部にのみ成膜される一方、溝の底部（凹部）では、凸部に遮蔽されほとんど成膜されない。したがって、成膜量を制御することで、基板上に形成された溝の凸部にのみ金属膜を成膜することができ、金属細線を作製することができる。なお、ワイヤグリッド型の偏光子に用いられるワイヤー金属としては、アルミニウムもしくは銀が望ましいが、例えばタングステンなど、そのほかの金属であっても同様の現象を実現できる。また、リソグラフィとしては、光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ又はＸ線リソグラフィなどが挙げられるが、可視光での動作を想定すると細線の間隔が１００ｎｍ程度になるため、電子ビームリソグラフィもしくはＸ線リソグラフィがより望ましい。また、金属の成膜では真空蒸着が望ましいが、主として基板に入射する粒子の方向性が重要であるので、高真空度の雰囲気におけるスパッタリング、もしくはコリメーターを用いたコリメーションスパッタでも可能である。このワイヤグリッド型の偏光子もフォトニック結晶による偏光子と同様に半導体プロセスであるため領域分割された２領域間の境界線などが精度よく作製することが可能である。

１；ステレオカメラ装置、２；第１の撮像部、３；第２の撮像部、４；制御部、
６；車両、７；車外監視装置、８；画像処理用コンピュータ、９；表示装置、
２１；第１の撮像レンズ、２２；第２の撮像レンズ、２３；合成光学系、
２４；領域分割フィルタ、２５；撮像素子、２６；プリズム、
２７；偏光ビームスプリッタ、３１；第３の撮像レンズ、３２；第４の撮像レンズ、
３３；合成光学系、３４；領域分割フィルタ、２５；撮像素子、３６；プリズム、
３７；偏光ビームスプリッタ。

特開平５−２６５５４７号公報特開平１１−３９５９６号公報特開２００４−２５８２６６号公報

Claims

第１の撮像部と、該第１の撮像部から所定距離だけ隔てた第２の撮像部と、制御部を有し、
前記第１の撮像部は複数の単レンズを有する第１の撮像レンズと第２の撮像レンズと、第１の合成光学系と第１の領域分割フィルタ及び第１の撮像素子を有し、前記第１の撮像レンズと第２の撮像レンズは、近接して光軸が平行になるように配置され、前記第１の合成光学系は、前記第１の撮像レンズの光を前記第１の撮像レンズの光軸に対して９０度偏向させ、偏向された光を９０度偏向させてＳ偏光成分の光を前記第１の領域分割フィルタに導き、前記第２の撮像レンズを通った光のうちＰ偏光成分の光を透過させて前記第１の領域分割フィルタに導き、前記第１の領域分割フィルタは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光のみを透過する２つの偏光子領域を有し、前記第１の合成光学系からの光をＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離し、前記第１の撮像素子は、前記第１の領域分割フィルタで分離したＳ偏光成分とＰ偏光成分の光を受光してＳ偏光成分とＰ偏光成分の画像を検知し、
前記第２の撮像部は複数の単レンズを有する第３の撮像レンズと第４の撮像レンズと、第２の合成光学系と第２の領域分割フィルタ及び第２の撮像素子を有し、前記第３の撮像レンズと第４の撮像レンズは、近接して光軸が平行になるように配置され、前記第２の合成光学系は、前記第３の撮像レンズの光を前記第３の撮像レンズの光軸に対して９０度偏向させ、偏向された光を９０度偏向させてＳ偏光成分の光を前記第２の領域分割フィルタに導き、前記第４の撮像レンズを通った光のうちＰ偏光成分の光を透過させて前記第２の領域分割フィルタに導き、前記第２の領域分割フィルタは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の光のみを透過する２つの偏光子領域を有し、前記第２の合成光学系からの光をＳ偏光成分とＰ偏光成分に分離し、前記第２の撮像素子は、前記第２の領域分割フィルタで分離したＳ偏光成分とＰ偏光成分の光を受光してＳ偏光成分とＰ偏光成分の画像を検知し、
前記制御部は、第１のカメラ制御部と第２のカメラ制御部を有し、前記第１のカメラ制御部は、前記第１の撮像素子で検知されるＳ偏光成分の画像と前記第２の撮像素子で検知されるＳ偏光成分の画像から被写体の三次元位置情報を演算し、前記第２のカメラ制御部は、前記第１の撮像素子で検知されるＰ偏光成分の画像と前記第２の撮像素子で検知されるＰ偏光成分の画像から被写体の三次元位置情報を演算することを特徴とするステレオカメラ装置。
前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと前記第２の撮像部の第３の撮像レンズは焦点距離が等しく、前記第１の撮像部の第２の撮像レンズと前記第２の撮像部の第４の撮像レンズは焦点距離が等しく、前記第１の撮像レンズと前記第３の撮像レンズの焦点距離は、前記第２の撮像レンズと前記第４の撮像レンズの焦点距離よりも長いことを特徴とする請求項１記載のステレオカメラ装置。
前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと前記第２の撮像部の第３の撮像レンズのバック焦点距離は前記第１の撮像部の第２の撮像レンズと前記第２の撮像部の第４の撮像レンズのバック焦点距離よりも長いことを特徴とする請求項１又は２記載のステレオカメラ装置。
前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズと第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズは、第１の撮像レンズ、第２の撮像レンズ、第３の撮像レンズ、第４の撮像レンズの順に配列されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のステレオカメラ装置。
前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズは一体に形成され、前記第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズは一体に形成されてい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ステレオカメラ装置。
前記第１の合成光学系と第２の合成光学系は、プリズムと偏光ビームスプリッタを有し、前記プリズムは光路を９０度偏向させる反射面を有し、前記偏光ビームスプリッタは前記プリズムの反射面と平行に配置され、Ｓ偏光成分の光を反射し、Ｐ偏光成分の光を透過する偏光ビームスプリッタ面を有し、前記プリズムと前記偏光ビームスプリッタは一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のステレオカメラ装置。
前記第１の撮像部の第１の撮像レンズと第２の撮像レンズ及び第１の合成光学系は一体に形成され、前記第２の撮像部の第３の撮像レンズと第４の撮像レンズ及び第２の合成光学系は一体に形成されていることを特徴とする請求項６記載のステレオカメラ装置。
請求項１乃至７のいずれかに記載のステレオカメラ装置と画像処理用コンピュータ及び表示装置を有し、車両に搭載されることを特徴とする車外監視装置。