專利名稱:立體成像裝置的制作方法
技術領域:
本發明涉及執行立體圖像的拍攝的立體成像裝置,更具體地,本發明涉及在拍攝立體圖像時的聚焦調整技術。
背景技術:
近年來,對能夠拍攝3D (立體)圖像的攝像機(立體成像裝置)的需求不斷增加。對于立體圖像的成像方法,公開了通過使用半反射鏡執行拍攝的分束器型(半反射鏡型)、使用在物理上彼此并列的兩個成像裝置執行拍攝的并列型(用于并排雙眼的類型)等。在這樣的拍攝類型中,成像裝置安裝在稱作臺架(rig)的支架上并執行拍攝,以使得安裝成像裝置的自由度增加。例如,可以高自由度地選擇用于拍攝立體圖像的兩個透鏡的透鏡間距離(基線長度;在下文中,稱作“IAD :軸間距離(InterAxial Distance) ”)、會聚性、觀察角等。盡管自由度高,但是問題在于為將成像裝置安裝在臺架上,每次拍攝的設置和調整需要非常多的努力和時間。此外,具體地,分束器型臺架變成明顯大尺度的裝置,從而存在該臺架不適合在現場用于拍攝或采訪的問題。為解決上述問題,將以并列方法執行拍攝的兩個2D圖像拍攝攝像機容納在單一外殼中,以構造集成雙眼3D攝像機。以這種方式構造的集成雙眼3D攝像機不需要組裝,也不需要校準調整。此外,由于緊湊結構,即使在現場進行拍攝或采訪的情況下,存在易于攜帶并且在短時間內進行設置的優點,以使得可以立即開始拍攝。但是,基本上,上述集成雙眼3D攝像機是并列型的,從而IAD的調整存在界限。即,雙眼的光學系統或成像器在物理上彼此干涉,從而很難使得IAD比由光學系統或成像器的布置位置所確定的恒定距離短。因此,例如,在非常接近對象的位置上執行拍攝的情況下,在定位在對象后面大致數米位置上的3D顯示器上進行顯示時的視差超出了使人能夠舒服地觀察3D圖像的視差范圍。對于對象和成像裝置之間的距離非常短的情況,例如,可以考慮對人的采訪拍攝或在后院中體育轉播時的拍攝。在這種情況下,對象和成像裝置之間的距離基本為I到2m,會聚點被調節到I到2m的距離。在這種情況下使視差在人可以舒服地觀察3D圖像的范圍內的最有用的IAD是10到40mm。但是,在現有的集成雙眼3D攝像機中,很難在保持圖像質量和功能(即,不使透鏡的直徑或成像器的尺寸變小)的同時實現這樣短的MD。在用上述分束器型執行拍攝的情況下,兩個成像裝置在物理上不彼此干涉,從而可以使IAD變得非常短。但是,如上所述,問題在于每次拍攝的設置和調整需要非常多的努力和時間。因此,仍然存在該分束器型不適合對人的采訪拍攝或在后院中體育轉播時的拍攝的問題。
例如,在JP-A-2003-5313中,公開了立體成像裝置,該立體成像裝置能夠在攝像機的焦點與雙眼的會聚點一致的同時將會聚點調節到任意位置。當使用該裝置時,可以在使IAD變成與瞳孔距離相同的狀態下執行拍攝。因此,即使在對象的附近執行拍攝,也可以拍攝能夠獲得自然立體效果的圖像
發明內容
但是,當分析在JP-A-2003-5313中公開的內容時,考慮設置目標光學系統,以使得與成像光學系統的瞳孔相對應的虛擬瞳孔形成在與成像光學系統的瞳孔有關的對象一側(目標一側)。虛擬瞳孔是在從對象發出的光束當中穿過目標光學系統并穿過成像光學系統的透鏡中心的全體光束所穿過的點。即,在成像光學系統的成像裝置中形成的圖像成為與使用虛擬瞳孔作為瞳孔(在下文中,該虛擬瞳孔稱作“有效瞳孔”)所拍攝的圖像等價的圖像。因此,兩個有效瞳孔之間的距離可以稱作立體成像裝置的實際IAD。通過下列公式可以計算該實際IAD (在下文中,稱作“有效IAD”)。有效IAD = I f/(L-f) I X d在該公式中,“f”表示目標光學系統的焦距,“L”表示從目標光學系統的后側主點到成像光學系統的前側主點的距離。此外,“d”表示由兩個成像光學系統的透鏡間距離所確定的真實IAD。由該公式所示,在目標光學系統的焦距f或從目標光學系統的后側主點到成像光學系統的前側主點的距離L變化時,有效IAD也變化。根據JP-A-2003-5313中公開的技術,在焦點與會聚點一致的同時將會聚點調節到任意位置,以使得在每次執行調整時從目標光學系統的后側主點到成像光學系統的前側主點的長度L變化。由此,有效IAD也變化。在有效IAD變化時,通過立體成像裝置獲得的視差圖像中的視差的量也變化。此外,在視差的量變化時,圖像的立體效果也變化。與JP-A-2003-5313中公開的技術一樣,當焦點與會聚點一致的狀態下執行聚焦調整時,產生的圖像變成對觀察圖像的觀察者增加負擔的圖像。因此,期望不改變由立體成像裝置形成的虛擬瞳孔之間的距離而調整聚焦位置。本發明的實施例涉及立體成像裝置,其包括目標光學系統,該目標光學系統具有使對象形成為實像或虛像的功能。此外,立體成像裝置包括多個成像光學系統,其使得對象的多個光束可以分別再次成像為視差圖像,通過多個獨立的光學系統使所述多個光束發射在目標光學系統的不同路徑中。此外,立體成像裝置包括多個成像裝置,其設置成與多個成像光學系統相對應,并將由多個成像光學系統所成像的視差圖像轉換成圖像信號。此外,執行用于設置或移動每個成像光學系統的前側主點的控制,以使得從多個成像光學系統的每個前側主點垂直引出到目標光學系統的光軸的垂線的長度、相對于連接使垂線與目標光學系統的光軸彼此相交的交叉點和目標光學系統的焦點的線段的長度的比率變成恒定。根據該構造,即使在由于聚焦調整而改變各種參數時,由立體成像裝置形成的虛擬瞳孔之間的距離不改變。即,可以執行聚焦調整而不改變虛擬瞳孔之間的距離。
圖I是示出根據本發明的實施例的立體成像裝置的構造示例的示意圖;圖2是示出由根據本發明的實施例的立體圖像所形成的有效瞳孔和有效IAD的示例性圖;圖3A和3B是示出根據本發明的第一實施例的立體成像裝置的構造示例的示意圖,其中,圖3A示出成像裝置設置在接近成像光學系統的位置上的示例,圖3B示出成像裝置在遠離成像光學系統的方向上從圖3A中所示的位置移動的示例;圖4A和4B是示出根據本發明的第二實施例的立體成像裝置的構造示例的示意圖,其中,圖4A示出成像裝置設置在接近成像光學系統的位置上的示例,圖4B示出成像裝置在遠離成像光學系統的方向上從圖4A中所示的位置移動的示例;
圖5A到5C是示出根據本發明的第三實施例的立體成像裝置的構造示例的示意圖,其中,圖5A示出會聚角可變透鏡移動到遠離成像光學系統的光軸的位置的示例,圖5B示出會聚角可變透鏡從圖5A中所示的位置移動到目標光學系統的光軸一側的示例,圖5C示出成像裝置在遠離成像光學系統的方向上從圖5A和5B中所示的位置移動的示例;圖6A和6B是示出根據本發明的第四實施例的立體成像裝置的構造示例的示意圖,其中,圖6A示出成像部分設置在遠離空間圖像的位置的示例,圖6B示出成像部分在接近空間圖像的方向上從圖6A中所示的位置移動的示例;圖7A和7B是示出根據本發明的第四實施例的修改形式的立體成像裝置的構造示例的示意圖,其中,圖7A示出成像部分設置在遠離空間圖像的位置的示例,圖7B示出成像部分在接近空間圖像的方向上從圖7A中所示的位置移動的示例;圖8A和SB是示出根據本發明的第五實施例的立體成像裝置的構造示例的示意圖,其中,圖8A示出成像部分設置在遠離空間圖像的位置、并且成像裝置設置在接近成像光學系統的位置的示例,圖8B示出成像部分在接近空間圖像的方向上從圖8A中所示的位置移動、并且成像裝置在遠離成像光學系統的方向上并且在遠離目標光學系統的光軸的方向上移動的示例;圖9A和9B是示出根據本發明的第五實施例的修改形式的立體成像裝置的構造示例的示意圖,其中,圖9A示出聚焦透鏡設置在接近成像透鏡的位置的示例,圖9B示出聚焦透鏡在接近成像裝置的方向上從圖9A中所示的位置移動的示例;圖10是示出根據本發明的修改形式在會聚點設置在除了目標光學系統的光軸之外的軸上的情況下的、立體成像裝置的構造示例的示意圖;圖11是示出根據本發明的修改形式在會聚點設置在除了目標光學系統的光軸之外的軸上的情況下的、立體成像裝置的構造示例的示意圖;和圖12是示出根據本發明的修改形式在設置多個成像部分的情況下的、立體成像裝置的構造示例的示意圖。
具體實施例方式在下文中,將描述實施本發明的實施例。此外,將以下列順序進行描述。I.立體成像裝置的構造示例2.第一實施例(成像光學系統的主點的位置被固定、而只使得成像裝置的位置移動以執行聚焦調整的構造的示例)3.第二實施例(成像裝置的位置定位成相對于成像光學系統的透鏡的位置移動、而只使得成像裝置的位置移動以執行聚焦調整的構造的示例)4.第三實施例(通過使用會聚角可變透鏡來執行會聚點調整、并使得成像裝置的位置移動以執行聚焦調整的構造的示例)5.第四實施例(使得成像光學系統的主點的位置移動、并伴隨著該移動來控制成像部分的姿態以執行聚焦調整的構造的示例)6.第四實施例的修改形式(使得成像光學系統的主點的位置沿著連接成像光學系統的透鏡的主點與會聚點的線移動、以執行聚焦調整的構造的示例)7.第五實施例(使得成像光學系統的主點的位置移動、并伴隨著該移動使得成像裝置在遠離目標光學系統的光軸的方向上移動以執行聚焦調整的構造的示例)8.第五實施例的修改形式(使用在聚焦調整時前側主點的位置幾乎不移動的透鏡作為成像光學系統的透鏡的構造的示例)9.第一到第五實施例的修改形式
〈I.立體成像裝置的構造示例>在圖I中,示出根據本發明的實施例的立體成像裝置I的構造示例。參考圖I中所示的立體成像裝置1,將描述與之后描述的第一到第五實施例通用的基本構造和聚焦調整操作。立體成像裝置I包括目標光學系統10和兩個成像部分2R和2L。目標光學系統10具有將對象S(未示出)成像為實像的功能。此外,成像部分2R和2L使得在目標光學系統10的不同路徑中發射的對象的多個光束分別再次成像為視差圖像,并將該成像的圖像轉換成圖像信號。成像部分2R包括成像光學系統20R和成像裝置202R,成像部分2L包括成像光學系統20L和成像裝置202L。此外,在圖I中所示的示例中,為易于理解說明,目標光學系統10示出作為具有焦距f的薄透鏡。實際上,目標光學系統10包括多件和多組透鏡、濾光器、光圈、透鏡驅動機構等。此外,除了該機構,目標光學系統10可以具有縮放功能、聚焦調整功能和其他功能。實際上,成像光學系統20R和20L也可以具有多件和多組透鏡、濾光器、光圈、透鏡驅動機構等,并且可以具有縮放功能、聚焦調整功能和其他功能。 在圖I中所不的構造中,以目標光學系統10的光軸Axl、成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L出現在相同平面上的方式,設置目標光學系統10和成像光學系統20R和20L。以成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L在目標光學系統的光軸Axl上彼此相交的方式,設置成像部分2R和2L。此外,成像部分2R和2L設置在以目標光學系統10的光軸Axl置于中間的對稱位置上。此外,成像光學系統20R的光軸Ax2R與成像光學系統20L的光軸Ax2L在目標光學系統的光軸Axl上的交叉點c用作立體成像裝置I的會聚點。在圖I中所示的示例中,會聚點c設置在與目標光學系統10的焦點F偏離距離δ的位置上。假設成像部分2R(2L)的成像光學系統20R(20L)與成像裝置202R(202L)之間的位置關系被調整到在會聚點的位置上可以獲得最優程序的位置。此外,在下面的描述中,在對于成像部分中的每個構造不需要通過具體區分左側(L)和右側(R)來進行描述的情況下,例如,布置或操作在左側和右側彼此相同的情況,使用像成像部分2、成像光學系統20、成像裝置202、前側主點s和光軸Ax2 一樣的標不來進行描述。此外,立體成像裝置I包括驅動成像光學系統20R(20L)的透鏡的電機210R(210L)、和使成像裝置202R(202L)的位置移動的成像裝置位置控制單元21 IR(211L)。此外,立體成像裝置I包括使得成像部分2R(2L)的姿態變化的攝像機姿態控制單元212R(212L)。此外,立體成像裝置I包括控制單元5,該控制單元5相對于透鏡驅動電機2101 和2101^、成像裝置位置控制單元2111 和2111^和攝像機姿態控制單元2121 和2121^提供控制信號。此外,立體成像裝置I可以構造成包括所有這些單元,但是也可以構造成只包括根據實施例的最小構造。根據如上所述構造的立體成像裝置1,在目標光學系統10的圖像側焦點F上對遠離無限距離的對象S的圖像進行成像,根據與焦點F有關的相距目標光學系統10的距離,在后側(在成像裝置202R和202L—側)對遠離有限距離的對象的圖像進行成像。此外,為便于說明,描述通過目標光學系統10和成像光學系統20R和20L形成實像的情況作為示例,但是不限于此。〈2.對于由立體成像裝置I形成的有效瞳孔>然后,將參考圖2對由立體成像裝置I形成的有效瞳孔進行描述。圖2示出光路圖,該光路圖示出遵循在從對象S發出的光束當中穿過成像光學系統20R和20L的透鏡的主點的光束的路徑。在圖2中,這些光束由從對象S的三個不同位置發出的三個代表光束所表示。穿過成像光學系統20R的前側主點SR的光束由虛線表示,穿過成像光學系統20L的前側主點sL的光束由實線表示。當穿過目標光學系統10時,從對象S發出的光束在目標光學系統10與成像光學系統20R和20L之間被再次成像。當用設置在觀察點的成像光學系統20R和20L的透鏡來觀察對象時,看起來好像目標存在于目標光學系統10與成像光學系統20R和20L之間的位置上,從而在這個位置上可以形成的圖像被稱作空間圖像。已經穿過形成圖2中所示的空間圖像S'的位置的光束被引導至兩個成像光學系統20R和20L,并且在成像裝置202R和202L的成像平面(未示出)上進行成像,這些圖像分別用作視差圖像。此外,當假設光束從成像光學系統20R和20L的透鏡中心發出時,從對象S發出的光束遵循與從透鏡中心發出的光束遵循的路徑相同的路徑。因此,在參考從成像光學系統20R和20L的透鏡中心發出的光束進行考慮時易于理解。從成像光學系統20R和20L的透鏡中心發出的光束在穿過空間圖像S,的一個點之后到達目標光學系統10的透鏡,并朝向對象S的一個點(與空間圖像S'的一個點相對應)傳播。這時,可以看到穿過目標光學系統10的透鏡的光束在到達對象S時再次交匯在一個點。S卩,這一點可以稱作穿過成像光學系統20R和20L的透鏡中心的所有光束所穿過的點。因此,在成像光學系統20R的成像裝置202R的成像平面上和在成像光學系統20L的成像裝置202L的成像平面上所成像的圖像與使用所述“一個點”作為瞳孔所拍攝的圖像等價。即,該“一個點”被認為是立體成像裝置I的實際瞳孔(有效瞳孔EP)。因此,由左成像光學系統20L和右20r所形成的各個有效瞳孔EP之間的距離可以稱作立體成像裝置I中的實際IAD (在下文中,稱作有效IADed)。有效IADed由下列公式I表不。有效 IADed = f/(L-f) Xd · · ·(公式 I)在公式I中,“f”表示目標光學系統10的焦距,“L”表示目標光學系統10的后側主點r到成像光學系統20R的前側主點SR和成像光學系統20L的前側主點sL的距離。此夕卜,如圖3所示,在目標光學系統10的透鏡被理想化為薄透鏡時,前側主點和后側主點彼此不區分,前側主點和后側主點彼此一致。“d”是由成像光學系統20R和成像光學系統20L的 布置位置所確定的物理IAD (在下文中,稱作“IADd”)。例如,目標光學系統10的焦距f設置成70mm,距離L設置成370mm。此外,成像光學系統20R和成像光學系統20L設置成彼此相距60mm的距離d,并以目標光學系統10的光軸Axl作為對稱軸(IADd = 60mm)。在這種情況下,通過上述公式I計算有效IADed為14mm。即,根據本發明的實施例的立體成像裝置1,有效IADed變得比物理IADd(60mm)短(14mm) f/(L-f)倍因此,當目標光學系統10的焦距f和距離L設置成滿足下列公式2時,可以使得有效IADed比由成像光學系統20R和20L的布置位置所確定的物理IADd短。此外,在下列公式中,假設使用凸透鏡作為目標光學系統10的透鏡,并且焦距f變成正值(f > O)。f/(L-f)彡 I · · ·(公式 2)返回到圖1,將對通過立體成像裝置I的聚焦調整方法進行描述。該聚焦調整方法對之后描述的每個實施例通用。在圖I中,成像光學系統20R的前側主點SR和成像光學系統20L的前側主點sL之間的距離(物理距離IAD)設置成d,光軸Axl、與從成像光學系統20R(20L)的前側主點sR(sL)引出的到目標光學系統10的光軸Axl的垂線之間的交叉點設置成交叉點X。此外,目標光學系統10的焦點F和交叉點X之間的距離設置成距離A。此外,由連接目標光學系統10的焦點F和成像光學系統20的透鏡的前側主點sR(sL)的線、與目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角設置成Θ。此外,由成像光學系統20的光軸Ax2(或連接成像光學系統20的透鏡的后側主點與成像裝置202的中心的直線)與目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角設置成Θ,。成像光學系統20R的前側主點SR和成像光學系統20L的前側主點sL的位置被調整到在對遠離任意拍攝距離的對象S進行拍攝時可以獲得最優視差量的位置。即,由兩個成像系統的主點之間的距離所確定的物理IADed設置成任意距離。在這種狀態下,考慮使聚焦位置移動到對象S的任意位置的情況。為執行聚焦調整而不改變有效IADed,優選不通過聚焦調整改變“tan Θ = d/2A”。例如,當成像光學系統20R的前側主點SR和成像光學系統20L的前側主點sL的位置被固定的情況下執行聚焦調整時,距離A和垂線的長度d/2不改變。此外,在通過使成像光學系統20R的前側主點SR和成像光學系統20L的前側主點sL的位置移動來執行聚焦調整的情況下,該移動沿著連接目標光學系統10的焦點F與成像光學系統20的前側主點s的直線執行。以此方式,可以將“tan Θ = d/2A”保持在恒定值。在通過使成像光學系統20R的前側主點SR和成像光學系統20L的前側主點sL的位置移動來執行聚焦調整的情況下,當根據距離A的值來調整立體成像裝置I的會聚角時,可以執行聚焦調整而不改變會聚點的位置。更具體地,由成像光學系統20的光軸Ax2和目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角Θ,被調整成滿足下列公式(公式3)。夾角Θ' = arctan (d/2 (Α-δ ))…(公式 3)通過控制成像部分2的姿態、或者通過控制成像光學系統20的前側主點s的位置和成像裝置202的位置(姿態),可以執行對夾角Θ '的調整。此外,即使在以成像光學系統20的光軸Αχ2、與連接成像光學系統20的前側主點s和成像裝置202的中心的線不彼此一致的方式來構造立體成像裝置I的情況下,也可以執行相同的控制。在這種情況下,可以調整由穿過成像光學系統20的前側主點s和成像裝置202的中心的光束、與目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角θ '。在任意構造中,通過使得成像光學系統20R和成像光學系統20L彼此聯系、以使得成像光學系統20R中的距離A和成像光學系統20L中的距離A在任意時刻彼此相同,來執行聚焦調整。這里,聚焦調整表示使得物面(聚焦平面)在有限距離范圍內移動的調整。即,聚焦調整表示通過后段成像光學系統20(和/或成像裝置202)可以執行的范圍調整。
<3.第一實施例>將參考圖3A和3B來描述根據本發明的第一實施例的立體成像裝置1_1。如圖3A和3B所示,目標光學系統10包括凹透鏡和凸透鏡。與圖I中所示的構造類似,以成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L在目標光學系統的光軸Axl上彼此相交的方式,設置成像部分2R和2L。使得成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L在目標光學系統的光軸Axl上的位置(交叉點c)上彼此相交,該交叉點與焦點F相距距離δ。交叉點c的位置被調整成設置在由立體成像裝置1-1形成空間圖像S'的范圍內。此外,定位與空間圖像S'中的交叉點c相對應的位置上的圖像被左成像部分2L和右成像部分2R獲取作為雙目視差為零的圖像。即,該交叉點c成為立體成像裝置1-1的會聚點。成像光學系統20和成像裝置202之間的位置關系設置為成像光學系統20的光軸Αχ2、與連接成像光學系統20的后側主點和成像裝置202的中心的線彼此一致的位置關系。即,成像裝置202設置成使得其成像平面與成像光學系統20的光軸Αχ2正交。此外,成像裝置202構造成沿著成像光學系統20的光軸Αχ2移動。然后,將參考圖3Α和3Β描述通過立體成像裝置1_1的聚焦操作。通過固定成像光學系統20的主點s的位置、并通過只使得成像裝置202沿著成像光學系統20的光軸Αχ2移動,可以聚焦在空間圖像的任意位置上。例如,根據圖3Α中所示的成像裝置202R(202L)設置成接近成像光學系統20R(20L)的狀態,如圖3B所示使得成像裝置202R(202L)沿著光軸Ax2在遠離成像光學系統20R(20L)的方向上移動。由于該操作,成像部分2R和2L的聚焦平面fp從目標光學系統10的焦點F —側移動到成像光學系統20R(20L) —側。此外,對成像裝置202R的控制和對成像裝置202L的控制需要彼此聯系地執行。可以通過使控制單元5 (參見圖I)控制成像裝置202R或202L的每個成像裝置位置控制單元21 IR (211L)、或者通過使各個成像裝置202的驅動機構彼此聯系地機械移動,來執行這些控制。可以通過與這些方法不同的方法來實現對成像裝置202的位置的控制。根據上述第一實施例的立體成像裝置1-1,通過固定成像光學系統20的主點s的位置、并通過只使得成像裝置202的位置移動,來執行聚焦調整。以此方式,上述“tan Θ =d/2A”不會由于聚焦調整而改變。即,可以執行聚焦調整而不改變有效IADed。此外,根據本實施例的立體成像裝置1-1,可以在將會聚點固定到預定位置的同時只使得聚焦位置(聚焦平面)移動到空間圖像S'的任意位置。即,可以將聚焦位置調節到與會聚點不同的位置。當在屏幕或顯示器上顯示立體圖像時,位于會聚點上并且視差為零的圖像被定位在屏幕上。此外,在左視差圖像和右視差圖像的視差是交叉方向(逆相)的情況下,視差圖像被定位在屏幕前方,在左視差圖像和右視差圖像的視差是相同方向(同相)的情況下,視差圖像被定位在屏幕的后側。例如,這在考慮對在屏幕的深度方向上移動的對象進行拍攝的情況時可以很容易地理解。當表現從屏幕移動到后側的對象的移動時,在彼此聯系地調節會聚點和焦點的情況下,對象在任意時刻被定位在屏幕上,未處于焦點上的背景等在前后方向上移動。該圖像使得觀察圖像的觀察者有不舒服的感覺。根據本實施例的立體成像裝置,可以將焦點對準到與會聚點不同的位置,以使得觀察者不會有不舒服的感覺。此外,在上面的描述中,為便于描述主要在成像光學系統20中的聚焦調整,描述了 “將空間圖像S'的焦點位置調整到任意位置”的表述。實際上,使用還包括目標光學系統10的全部光學系統,可以對定位成從聚焦距離到無限遠距離的對象S進行拍攝。也就是說,根據本發明的實施例的立體成像裝置I,可以通過使聚焦平面fp在形成空間圖像s'的范圍內移動,對定位成從聚焦距離到無限遠距離的對象進行拍攝。<4.第二實施例>
將參考圖4A和4B對根據本發明的第二實施例的立體成像裝置1_2進行描述。與圖3中的描述類似,通過目標光學系統10,空間圖像S'形成在目標光學系統10的焦點位置F的后側(成像光學系統20 —側)上。以成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L彼此平行、并且這些光軸與目標光學系統10的光軸Axl平行的方式,設置成像光學系統20R和20L以成像裝置202的成像平面與目標光學系統10的光軸Axl正交的方式,來調整成像裝置202的角度。此外,成像裝置202設置在從成像光學系統20的光軸Ax2在遠離目標光學系統10的光軸Axl的方向上移動的位置。該移動的量調整成使得連接成像光學系統20的后側主點與成像裝置202的中心的直線在目標光學系統10的光軸Axl上形成空間圖像S'的位置(交叉點c)上彼此相交的量。然后,將參考圖4A和圖4B描述通過立體成像裝置1_2的聚焦調整操作。與圖3A和3B中所示的構造類似,通過固定成像光學系統20的前側主點s的位置、并通過只使得成像裝置202的位置沿著連接成像光學系統20的后側主點和成像裝置202的中心的直線移動,來執行聚焦調整。這時,在成像裝置202的上述移動中,左側和右側(成像裝置202R和成像裝置202L)需要彼此聯系地移動。通過上述操作,成像裝置202R(202L)從如圖4A中所示的成像裝置202R(202L)定位成接近成像光學系統20R(20L)的狀態,如圖4B所示在遠離成像光學系統20R(20L)的方向上移動。由于該移動,成像部分2R和2L的聚焦平面fp從目標光學系統10的焦點f 一側移動到成像光學系統20R(20L) —側。如上所述,通過以固定成像光學系統20的主點s的位置、并只移動成像裝置202的位置的方式執行聚焦調整,可以獲得與第一實施例相同的效果。即,“tan Θ =d/2A”不會由于聚焦調整而改變。即,可以執行聚焦調整而不改變有效IADed。此外,可以將聚焦位置調節到與會聚點不同的位置。此外,根據第二實施例,成像裝置202的成像平面設置成與目標光學系統10的光軸Axl和成像光學系統20的光軸Ax2正交。因此,聚焦平面也與如上所述的光軸Axl和光軸Ax2正交。以此方式,可以獲得在左視差圖像和右視差圖像中聚焦平面變成相同的效果。在左視差圖像和右視差圖像中,當它們的聚焦平面變成相同時,即使在會聚狀態下,在左成像部分2L和右成像部分2R中獲得的圖像中不產生梯形失真。因此,可以獲得優選的視差圖像,而不需要執行去除梯形失真的圖像處理。<5.第三實施例>將參考圖5A到5C描述根據本發明的第三實施例的立體成像裝置1-3。如圖5A到5C所示,在立體成像裝置1-3中,以成像光學系統20R(20L)的光軸與目標光學系統10的光軸Axl平行的方式,設置成像部分2R和2L。此外,成像光學系統20R和20L包括分別由凹透鏡形成的會聚角可變透鏡204R和204L。會聚角可變透鏡204R(204L)構造成能夠相對于成像光學系統20的光軸Ax2、在遠離目標光學系統10的光軸Axl的方向上移動。由成像光學系統20的光軸Ax2和目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角根據會聚角可變透鏡204的移動的量而改變。即,可以改變立體成像裝置1-3的會聚角。成像裝置202構造成可沿著成像光學系統20的光軸Ax2移動。然后,將參考圖5A到5C描述通過立體成像裝置1-3的聚焦調整操作。圖5A和5B示出在成像光學系統20的會聚角可變透鏡204移動的情況下、會聚角可變透鏡204在成像光學系統20的光軸Ax2上的位置的改變。在圖5A中,會聚角可變透鏡204設置在相對于 成像光學系統20R的光軸Ax2非常遠離目標光學系統10的光軸Axl的位置上。通過該布置,在會聚角可變透鏡204中,光束穿過的位置改變。與此相伴,穿過會聚角可變透鏡204的光束的折射角變大,以使得由成像光學系統20R和20L形成的會聚角變大。因此,形成會聚點c(交叉點c)的位置變成空間圖像S'的后側(在成像光學系統20 —側)。如圖5B所示,當會聚角可變透鏡204的布置位置在接近目標光學系統的光軸Axl的方向上移動時,會聚角變小,從而會聚點c也形成在空間圖像Si的前側(在圖5B中,會聚點c和聚焦屏幕fp形成在同一位置上)。即,當會聚角可變透鏡204的位置在與成像光學系統20的光軸Ax2正交的方向上移動時,可以根據移動的量來調節會聚角的大小和會聚點c的形成位置。如圖5A和5B中所示,可以將會聚點c調節到在形成空間圖像S'的范圍內的任意位置。即,形成空間圖像S'的范圍變成會聚點c的可變范圍vr。通過固定成像光學系統20的位置、并通過只使得成像裝置202的位置沿著成像光學系統20的光軸Ax2前后移動,來執行聚焦調整。圖5C示出在會聚角可變透鏡204的位置保持到圖5B中所示的位置的同時、使成像裝置202向后移動的情況的示例。通過以這種方式只移動成像裝置202的位置,可以只將聚焦平面fp移動到空間圖像S'的形成位置的后側,而不使會聚點c的位置從圖5B中所示的位置移動。與上述實施例類似,需要以左側和右側(成像裝置202L和成像裝置202R)彼此聯系地移動的方式來執行成像裝置202的位置移動。在本實施例的構造中,使用相同的姿態和在相同的方向執行成像裝置202的移動,從而可以使得左成像裝置202L和右成像裝置202R彼此整體移動。因此,可以使得成像裝置202R和202L與目標光學系統10的光軸Axl和成像光學系統20的光軸Ax2平行地移動,而將成像裝置固定到同一構件。因此,可以使得機構簡單,將左成像裝置202L和右成像裝置202R的成像平面保持在同一平面上也變得容易。結果,可以容易地獲得對于經時變化確保可靠性的效果。此外,與第二實施例中描述的構造類似,成像裝置202的成像平面保持與目標光學系統10的光軸Axl和成像光學系統20的光軸Ax2正交,以使得聚焦平面也與上述光軸Axl和光軸Ax2正交。因此,存在左視差圖像和右視差圖像的聚焦平面變成彼此相同的優點。結果,即使在會聚狀態,在左成像部分2L和右成像部分2R中獲得的圖像中不產生梯形失真。因此,可以獲得優選的視差圖像,而不需要執行去除梯形失真的圖像處理。〈6.第四實施例〉
將參考圖6A和6B描述根據本發明的第四實施例的立體成像裝置1_4。立體成像裝置1-4的構造與圖I中所示的構造基本相同。成像光學系統20R的透鏡的前側主點SR和成像光學系統20L的透鏡的前側主點sL設置在與目標光學系統10的光軸Axl相距d/2距離的位置上。此外,以成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L在目標光學系統10的光軸Axl上彼此相交的方式,調整成像光學系統20R和成像光學系統20L的方向。成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L彼此相交在點c,點c與目標光學系統10的焦點F相距距離δ。在圖6Α和6Β中,由連接目標光學系統10的焦點F與成像光學系統20的透鏡的前側主點sR(sL)的線、與目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角也被設置成Θ。此外,由成像光學系統20的光軸Ax2與目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角設置為Θ 1。 通過控制成像部分2的位置和姿態,來執行通過立體成像裝置1-4的聚焦調整操作。更具體地,使成像部分2移動,以使得成像光學系統20的前側主點s的位置沿著連接成像光學系統20的前側主點s與目標光學系統10的角度F的線移動。此外,控制成像部分2的姿態,以使得成像光學系統20的光軸Ax2彼此在任意時刻相交在目標光學系統10的光軸Axl上的交叉點c上。即,調整成像部分2的方向,如上所述以使得由成像光學系統20的光軸Ax2和目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角Θ 1滿足下列公式3。夾角Θ 1 = arctan (d/2 (Α- δ ))…(公式 3)圖6Β示出成像部分2的布置位置從圖6Α中所示的位置在接近空間圖像的方向上移動的示圖。通過移動成像部分2整體,成像部分2中的成像光學系統20的前側主點s的位置沿著由連接成像光學系統20的透鏡的前側主點s和目標光學系統10的焦點F的實線所指示的線,朝向前側移動。以這種方式,通過移動成像部分2,可以在保持“tan Θ =d/2A”恒定的同時執行聚焦調整。“d/2”表不從成像光學系統20的透鏡的前側主點s引出到目標光學系統10的光軸Axl的垂線的長度,“A”表示垂線與目標光學系統10的光軸Axl相交的交叉點X、與目標光學系統10的焦點F之間的距離。當以這種方式使成像部分2移動時,可以執行聚焦對準而不改變有效IADed的長度。此外,圖6B示出成像部分2R和2L的姿態分別從圖6A中所示的狀態傾斜到內側(目標光學系統10的光軸Axl —側)的狀態。在這時,以由成像光學系統20的光軸Ax2和目標光學系統10的光軸Axl所形成的夾角Θ'滿足上述公式3的方式,來調整成像部分2R和2L的姿態。當以這種方式控制成像部分2的姿態時,可以在固定形成會聚點c的位置的同時,只將聚焦位置(聚焦平面fp的形成位置)改變到空間圖像S'上的任意位置。SP,根據第四實施例的立體成像裝置1-4,可以執行聚焦調整,而不改變有效IADed的長度和會聚點c的位置。〈7.第四實施例的修改形式〉此外,在使用具有短焦距f的透鏡(例如,廣角透鏡)作為目標光學系統10的透鏡的情況下,可以以使成像光學系統20的透鏡的前側主點s的位置沿著連接成像光學系統20的前側主點s與會聚點c的線移動的方式來構造。圖7A和7B示出以這種方式構造的立體成像裝置1-4 α的示例。在立體成像裝置14 α中,使成像部分2沿著連接成像光學系統20的前側主點s與會聚點c的線移動,而不是沿著連接成像光學系統20的前側主點s與目標光學系統10的焦點F的線。圖7B示出使成像部分2從圖7A中所示的位置、沿著連接成像光學系統20的前側主點s與會聚點c的線移動到前側的狀態。以此方式,當通過使成像部分2沿著連接成像光學系統20的前側主點s與會聚點c的線移動來執行聚焦調整時,會聚點c的位置并不與聚焦調整操作相聯系地移動。因此,在立體成像裝置1-4 α中,可以通過只使成像部分2的成像光學系統20的前側正點s的位置移動、而不執行成像部分2的姿態控制,來執行聚焦調整。但是,當成像部分2沿著連接成像光學系統20的前側主點s與會聚點c的線移動時,距離A改變。即,(從目標光學系統10的后側主點到成像光學系統20的前側主點s的距離)_(目標光學系統10的焦距f)的值也改變,該值用于計算有效IADed。但是,當成像部分2沿著連接成像光學系統20的前側主點s與會聚點c的線移動時,成像光學系統20R的前側主點SR與成像光學系統20L的前側主點sL之間的距離d的變化還與距離A的變化成比例。此外,當使用具有短焦距f的透鏡作為目標光學系統10的透鏡時,δ相對于距離A的比率變得極小,δ是從目標光學系統10的焦點F到會聚點c的距離。即,用于計算有效IADed的“|f/(L-f) I”的值變得極小。因此,即使成像部分2沿著連接成像光學系統20的前側主點s與會聚點c的直線移動,有效IADed也幾乎不改變。根據第四實施例的修改形式的立體成像裝置1-4α,可以執行聚焦調整而不需要控制成像部分2的姿態,從而立體成像裝置1-4 α的機構和控制可以變得簡單。因此,可以獲得減小立體成像裝置1-4 α的成本的效果。〈8.第五實施例〉然后,將參考圖8Α和SB描述根據本發明的第五實施例的立體成像裝置1-5的構造和操作。組成立體成像裝置1-5的每個單元的布置與參考圖6Α和6Β對第四實施例描述的布置基本相同。與根據第四實施例的立體成像裝置1-4的不同之處在于通過分開控制成像光學系統20的透鏡與成像裝置202來執行聚焦調整。圖8Α示出表示將成像部分2的成像光學系統20相對于成像裝置202的位置調節到要聚焦到遠景的位置的狀態的示圖。圖8Β示出表示從聚焦到遠景的狀態執行聚焦調整以聚焦到近景的狀態的示圖。如圖8Β所示,當使成像光學系統20的透鏡的前側主點s的位置在遠離成像裝置202的方向上移動時,聚焦平面fp向后移動,從而將焦點調整到近景。當沿著由連接成像光學系統20的前側主點s與目標光學系統10的焦點F的實線所表示的線、執行成像光學系統20的透鏡的前側主點s的移動時,可以執行聚焦調整而不改變有效IADed0但是,成像光學系統20的前側主點s的位置在遠離成像裝置202的方向上的移動表示距離A變得更短。在第四實施例的立體成像裝置1-4中,還根據距離A的變化來控制成像部分2的姿態,從而執行聚焦調整,而不改變會聚點的位置(交叉點c)。相反,在根據本實施例的立體成像裝置1-5中,根據距離A的變化,通過使成像裝置202的中心位置在遠離目標光學系統10的光軸Axl的方向上移動,來執行相同的控制。即,以夾角Θ'變成滿足上面所述的下列公式3的值的方式,調整成像裝置202的布置位置,夾角Θ'由成像光學系統20的光軸Ax2和目標光學系統10的光軸Axl形成。 夾角Θ' = arctan (d/2 (Α- δ ))…(公式 3)
當執行上述控制時,還可以與控制會聚點c的位置獨立地來執行聚焦調整,而不改變有效IADed。此外,在可適用本發明的立體成像裝置具有攝像機震動校正功能等的情況下,可以沿著連接成像裝置202的后側主點與成像裝置202的讀出范圍的中心的線,來執行成像光學系統20的透鏡的前側主點s的移動。〈9.第五實施例的修改形式〉此外,對于成像光學系統20,可以采用前側主點s的位置幾乎不會由于聚焦調整而改變的、諸如內聚焦型透鏡和后聚焦型透鏡的透鏡。在這種情況下,即使執行聚焦調整時,距離A也不改變,從而不需要執行諸如成像部分2的姿態控制和成像裝置202的位置控 制的控制以保持會聚點的位置恒定。因此,如圖9A和9B所示,當使作為不同于之前群組的透鏡的聚焦透鏡205沿著成像光學系統20的光軸Ax2前后移動時,可以將聚焦位置調整到與會聚點c的位置不同的位置,而不改變有效IADed。此外,通過使用焦點可變光學裝置等可以實現與成像光學系統20相同的構造。〈10.第一到第五實施例的修改形式〉此外,在上述第一到第五實施例中,描述了組成成像部分2R(2L)的每個單元獨立地移動以調節成像光學系統20R(20L)的前側主點sR(sL)的位置、成像裝置202R(202L)的位置等的情況,作為示例,但是不限于此。通過使成像部分2R(2L)整體移動,可以形成聚焦調整。在這種情況下,可以沿著穿過成像光學系統20R(20L)的前側主點sR(sL)、并與目標光學系統10的光軸Axl平行的線,來執行成像部分2R(2L)的移動。此外,在每個上述實施例中,描述了使成像光學系統20R的光軸Ax2R和成像光學系統20L的光軸Ax2L在目標光學系統10的光軸Axl上彼此相交的情況作為示例,但是不限于此。如圖10所示,可以以成像光學系統20R的光軸Ax2R與成像光學系統20L的光軸Ax2L在軸線Ax3上彼此相交的方式,來構造立體成像裝置I',該軸線Ax3與目標光學系統10的光軸Axl平行。軸線Ax3在圖10中由長虛線表不。假設該軸線Ax3出現在包括成像光學系統20R(20L)的前側主點sR(sL)和目標光學系統10的光軸Axl的平面上。此外,由于設置會聚點c的位置(圖10中的垂直方向),表示目標光學系統10的光軸Axl與軸線Ax3之間的距離的Λ的值變化,會聚點c是成像光學系統20R的光軸Ax2R與成像光學系統20L的光軸Ax2L之間的交叉點。在以每個成像光學系統20的光軸Ax2與軸線Ax3彼此平行的方式設置每個成像光學系統20的情況下,連接每個成像光學系統20的后側主點與每個成像裝置202的中心的各條直線在軸線Ax3上彼此相交的點變成會聚點
Co在如上所述構造立體成像裝置Γ的情況下,可以相對于軸線Ax3來執行對每個上述實施例中描述的每個單元的設置位置和移動的調整(聚焦調整)。更具體地,通過使一對成像光學系統20中的每一個和/或每個成像裝置202彼此聯系地移動來執行聚焦調整,使得連接交叉點X'(第二交叉點)與各個成像光學系統20的前側主點s的線段具有彼此相同的長度,從目標光學系統10的焦點F引出到軸線Ax3的垂線(第二垂線)與軸線Ax3彼此相交在所述交叉點V上。此外,在通過使得由成像光學系統20R(20L)的光軸Ax2R(Ax2L)與軸線Ax3形成的夾角Θ'可變化、來執行聚焦調整的情況下,每個成像部分2的姿態調整、或每個成像光學系統20的位置、或每個成像裝置202的位置被調整為使得夾角Θ '滿足上面描述的下列公式。夾角Θ , = arctan (d/2 (Α-δ )) . · ·(公式 3)此外,在以每個成像光學系統20的光軸Αχ2與軸線Αχ3平行的方式來設置每個成像光學系統20的情況下,夾角Θ'表示為由穿過成像光學系統20的前側主點s與成像裝置202的中心的直線、與軸線Αχ3形成的夾角。在上述公式中,“d”表示一對分別的成像光學系統20的透鏡間距離。因此,“d/2”表示從成像光學系統20R(20L)的前側主點主點sR(sL)引出到軸線Ax3的垂線(第三垂線)的長度。此外,“A”表示連接交叉點X"(第三交叉點)與交叉點X'的線段的長度,第三垂線與軸線Ax3在所述交叉點X"上彼此相交。“ δ ”表示連接會聚點c與交叉點X'的線段的長度。此外,在圖10中,示出了將軸向Αχ3設置在包括成像光學系統20R(20L)的前側主點sR(sL)和目標光學系統10的光軸Axl的平面上的示例,但不限于此。S卩,軸線Ax3可以設置在使包括成像光學系統20R(20L)的前側主點sR(sL)的平面、與包括軸線Ax3和目標光學系統10的光軸Axl的平面彼此不相同的位置上。S卩,軸線Ax3可以設置在360。圍繞光軸Axl的任意位置上,只要軸線Ax3設置在與目標光學系統10的光軸Axl平行的位置上。圖11示出軸線Ax3設置使平面pi和平面p2彼此正交的位置上的示例,平面pi由包括成像光學系統20R(20L)的前側主點sR(sL)的三角形表不,平面p2包括目標光學系統10的光軸Axl和軸線Ax3。在圖11中,成像部分2R和2L與目標光學系統10示意性地表示為圓柱形。此外,假設圖11中所示的目標光學系統10由凸透鏡形成。在圖11中,軸線Ax3設置在相對于目標光學系統10的光軸Axl在向上方向上垂直地相距距離Λ的位置上。即,成像光學系統20R和20L設置成使得會聚點(交叉點c)形成在軸線Αχ3上。在這樣布置的情況下,與成像部分2R相對應的有效瞳孔EpR和與成像部分2L相對應的有效瞳孔EpL,形成在相對于目標光學系統10的光軸Axl在向下方向上垂直地偏離的位置上。當在平面P2上從目標光學系統10的光軸Axl在向下方向上偏離距離Δ,的位置上形成的軸線被設置為軸線Ax4時,例如,對于與成像部分2R相對應的有效瞳孔EpR,該有效瞳孔EpR形成在從軸線Ax4在向右方向上偏離距離ed'的位置上。在圖11中所示的示例中,因為假設使用凸透鏡作為目標光學系統10,所以形成各個有效瞳孔Ep的位置相對于成像部分2R和2L的實際布置位置水平反轉,軸線Ax4設置在形成各個有效瞳孔Ep的位置之間。此外,在上述實施例中,示出了設置兩個成像部分2以獲取左視差圖像和右視差圖像的示例,但是不限于此。本發明可應用于設置三個或更多個成像部分2的構造。圖12示出設置八個成像部分2的示例。成像部分2-1設置在目標光學系統10的光軸Axl上,成像部分2-2和2-3設置在彼此水平對稱的位置上,成像部分2-1置于成像部分2-2和2_3之間。此外,成像部分2-4和2-5設置在成像部分2-2和2-3的外側(在遠尚光軸Axl的方向上)。各個成像部分2的各個成像光學系統20的所有前側主點s設置在平面p3上。此夕卜,成像部分2-6和2-7設置在垂直對稱的位置上,成像部分2-1置于成像部分2-6和2_7之間。假設成像部分2-6和2-7中的每個主點s設置在同一平面p4上。此外,成像部分2-8設置在不屬于平面p3和平面p4的位置上(圖中的左上側位置)。、
這些成像部分2-1到2-8的布置(角度)調整到使光軸Ax2、或連接前側主點s和成像裝置202的中心的線與交叉點c相交的位置上。通過此構造,例如,與成像部分2-2相對應的有效瞳孔Ep-2形成在從目標光學系統10的光軸Axl在右下方向上傾斜地偏離距離ed'的位置上。在以這種方式設置多個成像部分2的情況下,當執行聚焦調整時,成像部分2-2和2-3、成像部分2-4和2-5、和成像部分2-6和2_7作為分別的各對可以彼此聯系地受到控制。此外,在上述實施例中,示出了將成像部分2設置成對、并通過使各個成像部分2中的各個成像光學系統20和/或與各個成像光學系統20相對應的各個成像裝置202彼此聯系地移動來執行控制的情況作為示例,所述成對的成像部分2設置在彼此對稱的位置上,并且目標光學系統10的光軸Axl或軸線Ax3置于所述成對的成像部分2之間。但是,本發明可以應用于在不使這些部件彼此聯系地移動的情況下執行控制的情況。但是,即使 在這種情況下,需要執行聚焦調整,以使得如上所述,垂線d/2相對于線段A的長度比變成恒定。通過這種控制,與每個成像部分2相對應的每個有效瞳孔Ep的形成位置不會隨著聚焦調整而改變。此外,根據本發明的立體成像裝置可以具有下列構造。(I) 一種立體成像裝置,其包括目標光學系統,其具有使對象形成為實像或虛像的功能;多個成像光學系統,其使得對象的多個光束可以分別再次成像為視差圖像,通過多個獨立的光學系統使所述多個光束發射在目標光學系統的不同路徑中;多個成像裝置,其設置成與多個成像光學系統相對應,并將由多個成像光學系統所成像的視差圖像轉換成圖像信號;和控制單元,其執行用于設置或移動每個成像光學系統的前側主點的控制,以使得從多個成像光學系統的每個前側主點垂直引出到目標光學系統的光軸的垂線的長度、相對于連接使垂線與目標光學系統的光軸彼此相交的交叉點和目標光學系統的焦點的線段的長度的比率變成恒定。(2)根據條目(I)的立體成像裝置,其中,控制單元通過使成對的成像光學系統當中的每一個、和/或設置成與成對的成像光學系統當中的每一個相對應的的每個成像裝置彼此聯系地移動,來執行聚焦調整,以使得對于設置成相對于目標光學系統的光軸彼此對稱的成對的各個成像光學系統之間的距離,從目標光學系統的焦點連接到各個成像光學系統的前側主點的線段具有彼此相同的長度。(3)根據條目⑴或⑵的立體成像裝置,其中,在聚焦調整中,控制單元使每個成像光學系統的聚焦平面在與成像光學系統相距有限距離的范圍內移動。(4)根據條目(I)至(3)中任意一個的立體成像裝置,其中,控制單元通過使成像裝置沿著每個成像光學系統的光軸、或者沿著連接每個成像光學系統的后側主點與每個成像裝置的中心的直線移動,來使每個成像裝置相對于每個成像光學系統的前側主點的相對位置改變。(5)根據條目⑴至(3)中任意一個的立體成像裝置,其中,以每個成像光學系統的軸線與目標光學系統的光軸平行的方式,來設置每個成像光學系統,并且以每個成像裝置的成像平面與目標光學系統的光軸正交的方式,來設置每個成像裝置,并且控制單元通過使每個成像裝置在與沿著連接每個成像光學系統的后側主點和每個成像裝置的中心的直線相同的方向上移動,來執行聚焦調整。(6)根據條目(I)至(3)中任意一個的立體成像裝置,其中,使用凹透鏡作為每個成像光學系統的多個透鏡當中的一個,并且控制單元通過使凹透鏡在與目標光學系統的光軸正交的方向上移動而使立體成像裝置的會聚角可變、并且通過使每個成像裝置在與沿著每個成像光學系統的光軸相同的方向上移動,來執行聚焦調整。(7)根據條目(I)至(3)中任意一個的立體成像裝置,其中,在成對的各個成像光學系統的透鏡間距離設置為d,垂線的長度或第三垂線的長度設置為d/2,連接垂線與目標光學系統的光軸彼此相交的交叉點與目標光學系統的焦點的線段的長度、或連接第三交叉點與第二交叉點的線段的長度設置為A,并且連接會聚點與目標光學系統的焦點或第二交叉點的線段的長度設置為S的情況下,所述第三垂線是從多個成像光學系統的每個前側主點引出到軸線的垂線,所述第三交叉點是第三垂線與軸線彼此相交的交叉點,所述會聚點是各個成像光學系統的各個光軸彼此相交的點、或連接每個成像光學系統的后側主點與每個成像裝置的中心的各條直線彼此相交的點,控制單元通過執行包括每個成像光學系統和每個成像裝置的每個成像部分的姿態調整,或通過執行對每個成像光學系統的調整和/或每個成像裝置的位置的移動,來執行聚焦調整,以使得夾角Θ'滿足下列公式,所述夾角Θ /是由各個成像光學系統的每個光軸與目標光學系統的光軸或軸線所形成的夾角,或者是由連接每個成像光學系統的后側主點和每個成像裝置的中心的直線、與目標光學系統的光軸或軸線所形成的夾角,夾角Θ' = arctan (d/2 (Α-δ ))。(8)根據條目(7)的立體成像裝置,其中,控制單元通過使每個成像光學系統的透鏡沿著連接每個成像光學系統的前側主點和目標光學系統的焦點的直線移動,并且在每個成像光學系統的透鏡接近目標光學系統的焦點時,通過使每個成像裝置的位置在遠離目標光學系統的光軸的方向上移動,來執行聚焦調整。(9)根據條目(7)或(8)的立體成像裝置,其中,對于每個成像光學系統,使用內聚焦型或后聚焦型透鏡,并且控制單元通過控制每個成像光學系統的透鏡的位置,來執行聚焦調整。本申請包含與2011年2月8日遞交于日本特許廳的日本在先專利申請JP2011-025304中公開的內容相關的主題,該專利申請的全部內容通過引用結合于此。
本領域技術人員應當理解,只要在權利要求書的范圍或其等價的范圍內,根據設計需要和其他因素可以產生各種修改、組合、變形和替換。
權利要求
1.一種立體成像裝置,其包括 目標光學系統,其具有使對象形成為實像或虛像的功能; 多個成像光學系統,其使得所述對象的多個光束分別再次成像為視差圖像,通過多個獨立的光學系統使所述多個光束從所述目標光學系統的不同路徑中發射出; 多個成像裝置,其設置成與所述多個成像光學系統相對應,并將由所述多個成像光學系統所成像的視差圖像轉換成圖像信號;和 控制單元,其執行用于設置或移動每個所述成像光學系統的前側主點的控制,以使得從所述多個成像光學系統的每個前側主點垂直引出到所述目標光學系統的光軸的垂線的長度、相對于連接使所述垂線與所述目標光學系統的光軸彼此相交的交叉點和所述目標光學系統的焦點的線段的長度的比率變成恒定。
2.根據權利要求I所述的立體成像裝置, 其中,所述控制單元通過使成對的所述成像光學系統當中的每一個、和/或設置成與成對的所述成像光學系統當中的每一個相對應的每個所述成像裝置彼此聯系地移動,來執行聚焦調整,以使得在線被設置為軸線的情況下,所述線定位在相對于所述目標光學系統的光軸對稱的位置上,或所述線定位在包括每個所述成像光學系統的每個前側主點和所述目標光學系統的光軸的平面上的、并且與所述目標光學系統的光軸平行的位置上,并且所述線與所述目標光學系統的光軸相距預定距離,對于設置成相對于所述軸線彼此對稱的成對的各個成像光學系統之間的距離,連接所述目標光學系統的焦點和各個所述成像光學系統的前側主點的線段、或連接第二交叉點和各個所述成像光學系統的前側主點的線段具有彼此相同的長度,所述第二交叉點是從所述目標光學系統的焦點引出到所述軸線的第二垂線、與所述軸線彼此相交的交叉點。
3.根據權利要求2所述的立體成像裝置, 其中,在聚焦調整中,所述控制單元使每個所述成像光學系統的聚焦平面在與所述成像光學系統相距有限距離的范圍內移動。
4.根據權利要求3所述的立體成像裝置, 其中,所述控制單元通過使所述成像裝置沿著每個所述成像光學系統的各光軸、或者沿著連接每個所述成像光學系統的后側主點與每個所述成像裝置的中心的各直線移動,來使每個所述成像裝置相對于每個所述成像光學系統的前側主點的相對位置改變。
5.根據權利要求3所述的立體成像裝置, 其中,以每個所述成像光學系統的光軸與所述目標光學系統的光軸平行的方式,來設置每個所述成像光學系統,并且以每個所述成像裝置的成像平面與所述目標光學系統的光軸正交的方式,來設置每個所述成像裝置,并且 所述控制單元通過使每個所述成像裝置在與沿著連接每個所述成像光學系統的后側主點和每個所述成像裝置的中心的直線相同的方向上移動,來執行聚焦調整。
6.根據權利要求3所述的立體成像裝置, 其中,使用凹透鏡作為每個所述成像光學系統的多個透鏡當中的一個,并且 所述控制單元通過使所述凹透鏡在與所述目標光學系統的光軸正交的方向上移動而使所述立體成像裝置的會聚角可變,并且通過使每個所述成像裝置在與沿著每個所述成像光學系統的光軸相同的方向上移動,來執行聚焦調整。
7.根據權利要求3所述的立體成像裝置, 其中,在成對的各個所述成像光學系統的透鏡間距離設置為d,所述垂線的長度或所述第三垂線的長度設置為d/2,連接所述垂線與所述目標光學系統的光軸彼此相交的交叉點與所述目標光學系統的焦點的線段的長度、或連接第三交叉點與所述第二交叉點的線段的長度設置為A,并且連接會聚點與所述目標光學系統的焦點或所述第二交叉點的線段的長度設置為S的情況下,所述第三垂線是從所述多個成像光學系統的每個前側主點引出到所述軸線的垂線,所述第三交叉點是所述第三垂線與所述軸線彼此相交的交叉點,所述會聚點是各個所述成像光學系統的各個光軸彼此相交的點、或連接每個所述成像光學系統的后側主點與每個所述成像裝置的中心的各條直線彼此相交的點,所述控制單元通過執行包括每個所述成像光學系統和每個所述成像裝置的每個所述成像部分的姿態調整,或通過執行對每個所述成像光學系統的調整和/或每個所述成像裝置的位置的移動,來執行聚焦調整,以使得夾角Θ'滿足下列公式,所述夾角Θ'是由各個所述成像光學系統的每個光軸與所述目標光學系統的光軸或所述軸線所形成的夾角,或者是由連接每個所述成像光學系統的后側主點和每個所述成像裝置的中心的直線、與所述目標光學系統的光軸或所述軸線所形成的夾角,夾角 9' = arctan (d/2 (Α-δ ))。
8.根據權利要求7所述立體成像裝置, 其中,所述控制單元通過使每個所述成像光學系統的透鏡沿著連接每個所述成像光學系統的前側主點和所述目標光學系統的焦點的直線移動,并且在每個所述成像光學系統的透鏡接近所述目標光學系統的焦點時,通過使每個所述成像裝置的位置在遠離所述目標光學系統的光軸的方向上移動,來執行聚焦調整。
9.根據權利要求7所述立體成像裝置, 其中,對于每個所述成像光學系統,使用內聚焦型或后聚焦型透鏡,并且 所述控制單元通過控制每個所述成像光學系統的透鏡的位置,來執行聚焦調整。
全文摘要
本發明涉及立體成像裝置。立體成像裝置包括目標光學系統,其具有使對象形成為實像或虛像的功能;成像光學系統,其使得對象的光束可以分別再次成像為視差圖像,通過獨立的光學系統使所述光束發射在目標光學系統的不同路徑中;成像裝置,其設置成與成像光學系統相對應,并將視差圖像轉換成圖像信號;和控制單元,其執行用于設置或移動每個成像光學系統的前側主點的控制,以使得從每個前側主點垂直引出到目標光學系統的光軸的垂線的長度、相對于連接使垂線與光軸彼此相交的交叉點和目標光學系統的焦點的線段的長度的比率變成恒定。
文檔編號H04N13/02GK102636949SQ20121002509
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月1日 優先權日2011年2月8日
發明者山田正裕, 青木直 申請人:索尼公司