專利名稱：立體成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拍攝立體圖像的在攝影機(jī)或任意其他相似裝置中使用的立體成像裝置。
背景技術(shù)：
設(shè)置有兩個獨立的成像透鏡的攝像機(jī)已經(jīng)被用于拍攝立體圖像。如 JP-A-2006-162990所述，這種類型的攝像機(jī)通過使用兩個成像透鏡中的一個拍攝用于右眼 的圖像并使用另一個成像透鏡拍攝用于左眼的圖像來獲得兩個視差圖像。觀察者可以其左 眼和右眼分別接收圖像時觀察到立體圖像。期望這樣的立體圖像不僅用于娛樂而且還用于醫(yī)療和其他相似領(lǐng)域，并且已經(jīng)提 出了許多形式的立體成像裝置。圖5是示出典型的立體成像裝置的示例的立體圖。立體成像裝置500包括拍攝用 于左眼的圖像的成像單元3L和拍攝用于右眼的圖像的成像單元3R。存在用于將所拍攝的 兩個圖像作為立體圖像呈現(xiàn)的許多方法。例如，通過使用相異的偏振光通量來投射左右圖像，并且觀察圖像的觀察者佩戴 具有在左右透鏡的位置布置與相異的偏振光通量對應(yīng)的偏振過濾片的眼鏡。這樣被供應(yīng)到 左右眼鏡的圖像形成了立體圖像。為了使所拍攝的圖像具有立體感，需要根據(jù)要距成像的對象的距離來產(chǎn)生左右圖 像之間的視差。通過拍攝用于左眼的圖像的成像單元3L中的透鏡IL的光學(xué)中心2L與拍 攝用于右眼的圖像的成像單元3R中的透鏡IR的光學(xué)中心2R之間的距離L，來確定左右圖 像之間的視差。為了拍攝最終有效地呈現(xiàn)立體感的圖像，需要對遠(yuǎn)處的對象增大L，并對近處的對 象減小L，使得視差減小。通常，認(rèn)為L優(yōu)選地被設(shè)定為距要拍攝的對象的距離的約1/30。表1基于上述假 定示出了距對象的距離與L之間的示例性關(guān)系。表 1 上述立體成像裝置中的一些具有變焦功能。JP-A-2001-33900揭示了一種技術(shù)，用 于將兩個成像透鏡與齒輪進(jìn)行連接并且在變焦操作期間兩個成像齒輪的操作環(huán)同步地轉(zhuǎn)動。JP-A-8-317424揭示了一種技術(shù)，用于通過使用焦距檢測器來判定并控制在變焦 操作中由于制造處理時不良的組裝精度導(dǎo)致的左右成像光學(xué)系統(tǒng)的光軸的偏差的量，來校 正所述偏差。

發(fā)明內(nèi)容
另一方面，為了拍攝高質(zhì)量圖像，通常鏡頭的殼體趨于尺寸增大。此外，為了拍攝 明亮的圖像，需要使用大數(shù)值孔徑的透鏡，其通常是大直徑的透鏡。更長焦距的透鏡也具有 更大的直徑。例如，當(dāng)在近攝模式下使用具有大直徑透鏡的立體成像裝置以使近處的對象成像 時，在一些情況下發(fā)生以下問題因為每個透鏡的直徑均較大，所有如圖5所示的左右鏡筒 4L、4R或鏡頭殼體5L、5R彼此撞擊或干擾。在此情況下，左右透鏡之間的中心對中心距離L 會不能隨著距對象的距離的減小而減小。結(jié)果，距離L不可避免地大于合適值。在此情況下，左右圖像之間的視差不必要地 較大，導(dǎo)致不自然的夸張的立體圖像。較大的L使得左右鏡頭的視場彼此重疊的區(qū)域變窄。在此情況下，兩個鏡頭不能 在近范圍內(nèi)對同一對象成像，反而會不利地對不同對象成像。為了避免這種狀況，需要使得兩個鏡頭向內(nèi)傾斜使得其光軸傾斜。雖然左右視場 彼此重疊的區(qū)域可以因此變得足夠大，但是過大的會聚角阻礙了自然的立體圖像的產(chǎn)生。
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當(dāng)左右鏡頭中的每一者均具有變焦透鏡時，產(chǎn)生另一個問題。具體而言，當(dāng)隨著變 焦操作拍攝視頻圖像時，除非以左右透鏡的視角同步變化的方式進(jìn)行變焦操作，否則得到 的立體圖像將不自然。因此在變焦操作期間需要精確地保持左右透鏡的視角彼此相等。為此，如 JP-A-2001-33900和JP-A-8-317424所述，通常要求復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和處理。當(dāng)距對象的距離較 短時，此目的更難實現(xiàn)。因此，期望提供一種立體成像裝置，尤其在近范圍近攝成像時能夠根據(jù)距對象的 距離拍攝具有兩者之間合適的視差的左右圖像以獲得高質(zhì)量的立體圖像。還期望提供一種立體成像裝置，能夠容易地在變焦或其他操作期間以左右視角保 持一致的方式拍攝圖像。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種立體成像裝置，包括前側(cè)光學(xué)構(gòu)件，其由非無 焦光學(xué)系統(tǒng)形成，所述前側(cè)構(gòu)件形成對象的像。該立體成像裝置還包括多個后側(cè)光學(xué)構(gòu) 件，其不僅布置在所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件形成所述對象的像所在的平面的下游，而且還以使得 所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸與所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸基本平行但不重合的方式定位， 所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件對由所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件形成的實像進(jìn)行再聚焦。該立體成像裝置還 包括成像器件，其接收由所述后側(cè)光學(xué)構(gòu)件聚焦的光線。上述構(gòu)造允許源自對象并入射在前側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光線劃分為具有不同視差圖像 信息的多組光線，并且將劃分后的各組光線導(dǎo)引到各個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件。根據(jù)上述本發(fā)明的實施例，多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件不僅布置在單鏡頭前側(cè)光學(xué)構(gòu)件形 成對象的像所在的平面的下游，而且還以使得多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸與前側(cè)光學(xué)構(gòu)件的 光軸平行但不重合的方式定位。上述構(gòu)造允許源自對象并入射在前側(cè)光學(xué)構(gòu)件上的光線劃 分為具有不同視差圖像信息的多組光線，并且將劃分后的各組光線導(dǎo)引到各個后側(cè)光學(xué)構(gòu) 件。因此，由單鏡頭前側(cè)光學(xué)構(gòu)件產(chǎn)生的圖像光可以用于產(chǎn)生立體觀察所用的成像信號，從 而能夠以令人滿意的方式執(zhí)行三維成像。


圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的立體成像裝置；圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的立體成像裝置；圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的立體成像裝置；圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的立體成像裝置；并且圖5是現(xiàn)有技術(shù)的立體成像裝置的示例的立體圖。
具體實施例方式以下將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。將以下述順序進(jìn)行說明1.第一實施例(圖1)2.第二實施例(圖2)3.第三實施例(圖3)4 第四實施例(圖4)5.變化方案
1.第一實施例圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的立體成像裝置100的構(gòu)造的俯視圖。圖 1示出了光學(xué)系統(tǒng)和成像器件，但未示出對由成像器件產(chǎn)生的成像信號進(jìn)行處理的處理電 路。對將在其他實施例中描述的圖2以及其他視圖也同樣如此。本實施例中的立體成像裝置100包括主透鏡10，其是對來自對象的光進(jìn)行匯集和 聚焦的前側(cè)成像器。中繼透鏡31和32布置在主透鏡10形成對象的實像所在的位置的下 游。中繼透鏡31和32每一者均對由主透鏡10匯集的光進(jìn)行再聚焦。接收來自對象的光 的成像器件41和45布置在中繼透鏡31和32形成對象的圖像所在的位置上。成像器件41 和45每一者是CCD(電荷耦合器件)圖像傳感器、CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳 感器或任意其他合適的圖像傳感器。成像器件41和45每一者接收圖像光，將其轉(zhuǎn)換為電成像信號，并輸出得到的信 號。成像器件45輸出用于右眼的成像信號，成像器件41輸出用于左眼的成像信號。處理 電路(未示出)使用這兩個成像信號來產(chǎn)生用于立體觀察的圖像信號。現(xiàn)在，使光線4是表示源自對象“a”并入射在主透鏡10上的光通量的中心光線， 并且光線1和7是光線4周圍的周邊光線。相似地，使光線5是表示源自位于主透鏡10的 光軸上的對象“b”并入射在主透鏡10上的光通量的中心光線，并且光線2和8是光線5周 圍的周邊光線。此外，使光線6是表示源自對象“c”并入射在主透鏡10上的光通量的中心 光線，并且光線3和9是光線6周圍的周邊光線。來自對象“a”的光線1、4和7通過主透鏡10折射成為光線11、14和17，并被匯集 在像平面51上，像平面51是光線11、14和17被聚焦所在的平面。光線11接著入射在中繼透鏡32上并被聚焦到成像器件45上的點48中。光線17 入射在中繼透鏡31上并被聚焦到成像器件41上的點42。中繼透鏡31和32被定位成使得 其光軸33和34與主透鏡10的光軸50平行但不重合。光線14被導(dǎo)引到位于中繼透鏡31 和32之間的間隙，因此不被成像器件41、45中的任一者接收。相似地，作為來自位于主透鏡10的光軸50上的對象的光線的光線2、5和8通過 主透鏡10折射成為光線12、15和18，并被匯集在像平面51上。光線5沿著主透鏡10的光 軸50傳播。在被匯集之后，光線12、15和18發(fā)散。光線12入射在中繼透鏡32上，并被聚 焦在成像器件45的中心點47處。光線18入射在中繼透鏡31上并被聚焦在成像器件41的中心點43處。在本實施 例中，成像器件41和45的中心點43和47不在中繼透鏡31和32的光軸33和34上，而沿 著遠(yuǎn)離主透鏡10的光軸50的方向偏離光軸33和34。光線15被導(dǎo)引到位于中繼透鏡31 和32之間的間隙，因此不被成像器件41、45中的任一者接收。作為來自對象“c”的光線的光線3、6和9相似地通過主透鏡10折射成為光線13、 16和19，被匯集在像平面51上并接著發(fā)散。光線13入射在中繼透鏡32上并被聚焦到成 像器件45上的點48。光線19入射在中繼透鏡31上并被狙擊熬到成像器件41上的點42。光線16被導(dǎo)引到位于中繼透鏡31和32之間的間隙，因此不被成像器件41、45中 的任一者接收。在本實施例中，中繼透鏡31和32被布置在主透鏡10形成像所在的平面的下游， 并且中繼透鏡31和32的光軸33和34與主透鏡10的光軸平行但不重合(即間隔開)。其
6中源自對象中的每一個并入射在主透鏡10上的光通量的中心光線被導(dǎo)引到位于中繼透鏡 31和32之間的間隙，防止中心光線聚焦在成像器件41、45中的任一者上。另一方面，被主 透鏡10匯集并接著發(fā)散的僅中心光線周圍的周邊光線能夠被引至中繼透鏡31或32并被 聚焦在成像器件41或45上。來自單個對象的光線由于它們在不同的位置入射在主透鏡10的孔徑上，所以就 入射角而言彼此不同。即，以不同角度入射的光線被認(rèn)為具有與其相對應(yīng)的視差信息。因此，在本實施例中，例如，源自對象并入射在主透鏡10上的光通量可以被包括 光通量的中心光線并沿著上下方向延伸的平面劃分為具有用于右眼的視差信息的光通量 和具有用于左眼的視差信息的光通量。得到的兩個光通量然后被聚焦在對應(yīng)的成像器件 上。例如，在如圖1所示來自對象“a”的光線中，位于光線4的右側(cè)并在光線1附近的 那些光線被認(rèn)為是具有用于右眼的關(guān)于對象“a”的視差信息。另一方面，在來自對象“a” 的光線中，位于光線4的左側(cè)并在光線7附近的那些光線具有用于左眼的關(guān)于對象“a”的
視差信息。經(jīng)過主透鏡10的光被暫時地匯集并接著發(fā)散。因此，具有用于右眼的視差信息的 光線入射在中繼透鏡32上并被聚焦在成像器件45上，并且來自對象“a”但位于光線7附 近并具有用于左眼的視差信息的光線入射在中繼透鏡31上并被聚焦在成像器件41上。相似地，在來自對象“b”的光線中、位于包括光線中的中心光線并沿著上下方向延 伸的平面的右側(cè)的那些光線，以及在來自對象“c”的光線中、位于包括光線中的中心光線并 沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的那些光線入射在中繼透鏡32上并被聚焦在成像器件45 上。另一方面，在來自對象“b”的光線中、位于包括光線中的中心光線并沿著上下方向 延伸的平面的左側(cè)的那些光線，以及在來自對象“c”的光線中、位于包括光線中的中心光線 并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的那些光線入射在中繼透鏡31上并被聚焦在成像器件 41上。這樣由成像器件45形成的圖像被用作用于右眼的圖像，并且這樣由成像器件41 形成的圖像被用作用于左眼的圖像。將用于右眼和左眼的圖像供應(yīng)給觀察者使得觀察者觀 察到立體圖像。當(dāng)如現(xiàn)有技術(shù)中那樣使用兩個透鏡來獲得用于右眼和左眼的圖像并且要成像的 對象位于近范圍內(nèi)時，透鏡在物理上彼此干涉，不可避免地導(dǎo)致比最優(yōu)值更大的視差量。但 是，在本實施例中，因為入射在主透鏡10上的光線被用于形成兩個視差圖像，所以能夠解 決上述問題。因而能夠由近范圍內(nèi)的對象產(chǎn)生用于立體觀察的圖像。主透鏡10可以是任意將來自對象的光聚焦的透鏡。具體而言，在本實施例中，主 透鏡10是非無焦的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。利用無焦光學(xué)系統(tǒng)造成在通過移動或平移透鏡或者以 其他方式改變其位置來改變倍率時的困難。相反，在本實施例中，主透鏡10可以容易地設(shè) 置有變焦功能。在現(xiàn)有技術(shù)的具有兩個前側(cè)透鏡的立體成像裝置中，難以在變焦操作期間使左右 兩個透鏡的視角精確地同步。但是，在本實施例中，因為使主透鏡10設(shè)置有變焦功能使得 僅單個透鏡來調(diào)節(jié)倍率，不需要上述使視角保持彼此相等的操作。
在本實施例，也能夠在不需要任何復(fù)雜的構(gòu)造的情況下解決雙透鏡系統(tǒng)的其他問 題，即，由于組裝精度導(dǎo)致在變焦操作期間左右透鏡的光軸的偏移。2.第二實施例圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的立體成像裝置200的構(gòu)造。本實施例中的 立體成像裝置200包括主透鏡10a，主透鏡10a是對來自對象的光進(jìn)行匯集并聚焦的前側(cè) 成像器。立體成像裝置200還包括布置在主透鏡10a形成對象的實像所在的位置的場透 鏡20a。場透鏡20a將由成像器匯集的光通量劃分為位于包括來自對象的光通量的中心光 線并沿著上下方向延伸的平面的相對兩側(cè)的兩組。立體成像裝置200還包括布置在場透鏡 20a下游的中繼透鏡31a和32a。中繼透鏡31a和32a分別對劃分后的光通量進(jìn)行再聚焦。 立體成像裝置200還包括布置在中繼透鏡形成對象的圖像所在的像平面51a上的成像器件 41a和45a。成像器件41a和45a接收來自對象的光?，F(xiàn)在，使光線4a是表示源自對象“a”并入射在主透鏡10a上的光通量的中心光線， 并且光線la和7a是光線4a周圍的周邊光線。相似地，使光線5a是表示源自位于主透鏡 10a的光軸上的對象“b”并入射在主透鏡10a上的光通量的中心光線，并且光線2a和8a是 光線5a周圍的周邊光線。此外，使光線6a是表示源自對象“ c ”并入射在主透鏡10a上的 光通量的中心光線，并且光線3a和9a是光線6a周圍的周邊光線。以下將描述來自各個對象的光線的行為。來自對象“a”的光線4a通過主透鏡10a 折射成為光線14a。來自對象“a”并且是光線4a周圍的刷邊光線的光線la通過主透鏡10a 折射成為光線11a。相似地，作為光線4a周圍的另一個周邊光線的光線7a通過主透鏡10a 折射成為光線17a。布置在光線11a、14a和17a被聚焦所在的像平面51a上的場透鏡20a將作為來自 對象“a”的周邊光線的光線11a折射成為光線21a。光線21a入射在布置于場透鏡20a的下游的中繼透鏡32a上，并例如被中繼透鏡 32a聚焦到成像器件45a上的點46a，成像器件45a接收用于右眼的圖像光線。即，中繼透 鏡32a將由主透鏡10a聚焦的實像再聚焦在成像器件45a上。中繼透鏡32a被布置為使得其光軸34a基本與主透鏡10a的光軸50a平行，但不 重合。在圖2所示的示例中，中繼透鏡32a被布置為使得其光軸34位于主透鏡10a的光軸 50a的左側(cè)。另一方面，作為來自對象“a”的另一周邊光線的光線17a通過場透鏡20a折射成 為光線27a，并入射在中繼透鏡31a上。27a接著例如被聚焦到成像器件41a上的點42a，成 像器件41a接收用于左眼的圖像光線。作為來自對象“a”的光通量的中心光線的14a通過場透鏡20a折射成為光線24a。 因為光線24a到達(dá)位于中繼透鏡31a和32a之間的間隙，所以其不入射在中繼透鏡中的任 一者上，即不由成像器件41a、45a中的任一者接收。如上所述，在由主透鏡10a匯集并被引向像平面51a的、源自對象“a”的光線中， 場透鏡20a使得位于包括作為中心光線的光線14a并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的光 線入射在中繼透鏡32a上，并且使得位于包括光線14a并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè) 的光線入射在中繼透鏡31a上。場透鏡20a可以是例如具有較高正屈光度的匯聚透鏡。場 透鏡20a在本實施例中布置在主透鏡10a形成對象的像所在的位置，但是場透鏡20a可以
8布置在場透鏡20a能夠?qū)⒐饩€以與上述相同的方式分配到中繼透鏡31a和32a所在的任意 其他合適位置。相似地，作為來自對象“b”的光線的光線2a、5a和8a由主透鏡10a匯集，并聚焦 在像平面51a上。例如，沿著主透鏡10a的光軸50a傳播的光線5a即使在經(jīng)過主透鏡10a 并成為光線15a之后仍沿著主透鏡10a的光軸50a傳播。作為5a周圍的周邊光的光線2a 經(jīng)過主透鏡10a成為光線12a。作為5a周圍的另一周邊光的光線8a經(jīng)過主透鏡10a成為 光線18a。源自對象“b”并由主透鏡10a匯集的光線由布置在像平面51a (其是光線被聚焦 所在的平面)上的場透鏡20a分配到布置在場透鏡20a的下游的中繼透鏡31a和32a。S卩，在源自對象“b”的光線中，位于包括作為中心光線的光線曝光部分15a并沿著 上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線通過場透鏡20a折射并入射在中繼透鏡31a上。位于包 括光線15a并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的光線通過場透鏡20a折射并入射在中繼透 ^^ 32& 卜.o因此，位于包括光線15a并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線18a被導(dǎo)引通 過場透鏡20a并入射在中繼透鏡31a上，中繼透鏡31a例如將光線聚焦到成像器件41a的 中心點43a。位于該平面的右側(cè)的光線12a被導(dǎo)引通過場透鏡20a并入射在中繼透鏡32a 上，中繼透鏡32a將光線聚焦到成像器件45a的中心點47a。作為中心光線的光線15a經(jīng)過 場透鏡20a，接著到達(dá)位于中繼透鏡31a和32a之間的間隙，并因此未被匯集或聚焦在成像 器件41a或45a上。同樣情況向適用于源自對象“c”并入射在主透鏡10a上的光線。作為中心光線的 光線6a經(jīng)過主透鏡10a成為光線16a。作為光線6a周圍的周邊光的光線3a和9a分別通 過主透鏡10a折射成為光線13a和19a。源自對象“c”并由主透鏡10a匯集到像平面51a上的上述光線被布置在像平面 51a上的場透鏡20a分配到布置在其下游的中繼透鏡31a和32a。在源自對象“c”并由主透鏡10a匯集的光通量中，位于包括作為中心光線的光線 16a并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的光通過場透鏡20a被導(dǎo)引到中繼透鏡32a。位于包 括光線16a并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光通過場透鏡20a被導(dǎo)引到中繼透鏡31a。因此，位于包括光線16a并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的光線13a經(jīng)過場透 鏡20a成為光線23a，并被導(dǎo)引到中繼透鏡32a，中繼透鏡32a例如將光線23a聚焦到用于 右眼圖像的成像器件45a上的點48a。位于包括光線16a并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線19a經(jīng)過場透鏡20a 成為光線29a，并被導(dǎo)引到中繼透鏡31a，中繼透鏡31a例如將光線29a聚焦到用于左眼圖 像的成像器件41a上的點44a。作為源自對象“c”的光通量的中心光線的光線16a通過場透鏡20a被導(dǎo)引到位于 中繼透鏡31a和32a之間的間隙，并因此不聚焦在成像器件中的任一者上。如上所述，同樣在本實施例中，在源自對象并入射在主透鏡10a上的光通量中，光 通量的中心光線不被聚焦在成像器件中的任一者上，而中心光線周圍的周邊光被聚焦在成 像器件中的一者上。例如，圖2中位于光線la、2a和3a附近的光具有用于右眼的視差信息，并且該光暫時地被主透鏡10a匯集。具有用于右眼的視差信息的光線中的每一者對應(yīng)于位于包括源 自對應(yīng)對象的匯集光通量的中心光線并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)。上述光線通過場透鏡20a被導(dǎo)引到中繼透鏡32a并聚焦在成像器件45a上。此外，在來自對象的光中，位于包括相應(yīng)的中心光線并沿著上下方向延伸的平面 的左側(cè)的光通量，即圖2中位于光線7a、8a和9a附近的光線被認(rèn)為具有用于左眼的關(guān)于對 象“a”、“b”和“c”的視差信息，并同樣通過主透鏡10a匯集。所涉及的光線中的每一者均 對應(yīng)于位于包括對應(yīng)的匯集光通量的中心光線并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線。所涉及的光線接著通過場透鏡20a入射在中繼透鏡31a上并被聚焦在成像器件 41a 上。如上所述，通過供應(yīng)形成在成像器件45a(用于右眼的具有視差信息的光被聚焦 在成像器件45a處)上的圖像作為用于右眼的圖像以及供應(yīng)形成在成像器件41a上的圖像 作為用于左眼的圖像，來實現(xiàn)立體觀察。主透鏡10a可以是能夠根據(jù)情況被更換為另一透鏡的可拆卸適配透鏡。在此情況 下優(yōu)選的是，在更換主透鏡的同時也將場透鏡20a更換為另一個。3.第三實施例將來自對象的光線劃分并將劃分后的光線分配到兩個中繼透鏡的場透鏡可以是 具有負(fù)屈光度的凹透鏡。圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的立體成像裝置300的俯視圖。根據(jù)本實施例的 立體成像裝置300包括主透鏡10b，主透鏡10b是對來自對象的光進(jìn)行匯集并聚焦的前側(cè)成 像器。立體成像裝置300還包括布置在主透鏡形成對象的實像所在的位置的場透鏡20b。 場透鏡20b使由成像器匯集的光通量發(fā)散。立體成像裝置300還包括布置在場透鏡20a下 游的中繼透鏡31b和32b。中繼透鏡31b和32b分別對發(fā)散光進(jìn)行再聚焦。立體成像裝置 300還包括布置在中繼透鏡形成對象的圖像所在的位置的成像器件41b和45b。成像器件 41b和45b接收來自對象的光。同樣在此情況下，來自對象“a”的光線lb、4b和7b，來自對象“b”的光線2b、5b和 8b，以及來自對象“c”的光線3b、6b和9b由主透鏡10b匯集并聚焦在像平面51b上。光線 4b、5b和6b分別是來自對象“ a，，、“b，，和“ c，，的光通量的中心光線。來自對象“a”的光線lb,4b和7b由主透鏡10b匯集成為光線lib、14b和17b。位 于包括作為中心光線的光線14b并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的光線lib是具有用于 右眼的視差信息的光線，并通過場透鏡20b折射成為發(fā)散光線21b，發(fā)散光線21b入射在中 繼透鏡32b上。位于包括作為中心光線的光線14b并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線17b 是具有用于左眼的視差信息的光線，并通過場透鏡20b折射成為發(fā)散光線27b，發(fā)散光線 27b入射在中繼透鏡31b上。中繼透鏡31b和32b的光軸33b和34b與主透鏡10b的光軸50b平行并與光軸 50b間隔開。相似地，作為來自對象“b”的光線的光線2b、5b和8b由場透鏡20b匯集成為光線 12b、15b和18b。位于包括作為中心光線的光線15b并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的 光線12b通過場透鏡20b折射成為發(fā)散光線22b，發(fā)散光線22b入射在中繼透鏡32b上。另
10一方面，位于包括作為中心光線的光線15b并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線18b 通過場透鏡20b折射成為發(fā)散光線，該發(fā)散光線入射在中繼透鏡31b上。相同情況適用于作為來自對象“c”的光線的光線3b、6b和％。光線3b、6b和9b 由主透鏡10b匯集成為光線13b、16b和19b。作為具有用于右眼的視差信息的光線的光線 13b通過場透鏡20b折射成為發(fā)散光線23b，發(fā)散光線23b入射在中繼透鏡32b上。作為具 有用于左眼的視差信息的光線的光線19b通過場透鏡20b折射成為發(fā)散光線29b，發(fā)散光線 29b入射在中繼透鏡31b上。這樣，作為源自各個對象并具有用于右眼的視差信息的光線的光線lb、2b和3b以 光線2lb、22b和23b入射在中繼透鏡32b上，并被聚焦在成像器件45b上。具有用于左眼的視差信息的光線的光線7b、8b和9b以光線27b、28b和29b入射 在中繼透鏡31b上，并被聚焦在成像器件41b上。作為來自各個對象的光通量的中心光線的光線4b、5b和6b以光線24b、25b和26b 通過場透鏡20b被導(dǎo)引到位于中繼透鏡31b和32b之間的間隙，并因此不被聚焦在成像器 件中的任一者上。4.第四實施例圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的立體成像裝置400的俯視圖。根據(jù)本實施例的 立體成像裝置400包括主透鏡10c和可變尺寸孔徑光闌60c，主透鏡10c是對來自對象的光 進(jìn)行匯集并聚焦的前側(cè)成像器，可變尺寸孔徑光闌60c限制要入射在主透鏡10c上的光線。 立體成像裝置400還包括布置在主透鏡10c形成對象的實像所在的位置的場透鏡20c。場 透鏡20c將匯集光劃分為位于包括來自對象的光通量的中心光線并沿著上下方向延伸的 平面的相對兩側(cè)的兩組。立體成像裝置400還包括布置在場透鏡20c下游的中繼透鏡31c 和32c。中繼透鏡31c和32c分別對劃分后的光通量進(jìn)行聚焦。立體成像裝置400還包括 布置在中繼透鏡形成對象的圖像所在的位置的成像器件41c和45c。成像器件41c和45c 接收來自對象的光。示出本實施例的圖4與示出第一實施例的圖1的不同之處在于，使用孔徑光闌60c 來減小光闌的孔徑尺寸，以限制要入射在主透鏡10c上的光線。現(xiàn)在，使光線3c是表示源自對象“a”并入射在主透鏡10c上的光通量的中心光 線，并且光線lc和6c是光線3c周圍的周邊光線。此外，使光線5c是表示源自位于主透鏡 10c的光軸50c上的對象“b”并入射在主透鏡10c上的光通量的中心光線，并且光線2c和 8c是光線5c周圍的周邊光線。此外，使光線7c是表示源自對象“c”的光通量的中心光線， 并且光線4c和9c是光線7c周圍的周邊光線。源自各個對象“a”、“b”和“c”并入射在主透鏡10c上的光通量的中心光線3c、5c 和7c是主要光線，這是因為它們(雖然未示出)經(jīng)過孔徑光闌60c的中心部分。因為源自各個對象并引向主透鏡10c的周邊的光線被孔徑光闌60c阻擋而不進(jìn)入 主透鏡10c，所以入射在主透鏡10c上的光通量窄于如圖1所示的光通量。作為來自對象“a”的光線的光線lc、3c和6c由主透鏡10c匯集成為11c、13c和 16c。布置在光線11c、13c和16c聚焦所在的像平面51c上的場透鏡20c將具有用于右眼 的視差信息的光線導(dǎo)引到中繼透鏡32c，并將具有用于左眼的視差信息的光線導(dǎo)引到中繼 透鏡31c。
S卩，位于包括作為來自對象“a”的光通量的中心光線的光線13c并沿著上下方向 延伸的平面的左側(cè)的光線入射在中繼透鏡31c上。此光線對應(yīng)于位于包括作為源自對象 “a”并入射在主透鏡10c上的光通量的中心光線的光線3c并沿著上下方向延伸的平面的左 側(cè)的光線。圖4示出了當(dāng)場透鏡20c是正屈光度的透鏡時光線的路徑。場透鏡20c當(dāng)然可以 可選地是具有使光線發(fā)散的負(fù)這是能力的透鏡。位于包括光線13c并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的光線入射在中繼透鏡32c 上。在源自對象“a”并入射在主透鏡10c上的光線中的此光線對應(yīng)于位于包括作為中心光 線的光線3c并沿著上下方向延伸的平面的右側(cè)的光線。S卩，光線11c經(jīng)過場透鏡20c成為光線21c，并入射在中繼透鏡32c上。光線21c 接著被聚焦在成像器件45c上。光線16c成為光線26c，入射在中繼透鏡31c上，并被聚焦 在成像器件41c上。作為來自對象“a”的光通量的中心光線的光線13c經(jīng)過場透鏡20c成 為光線23c，并被引到位于中繼透鏡31c和32c之間的間隙。因此光線23c不被聚焦在成像 器件中的任一者上。同樣在本實施例中，如圖1所示的第一實施例中那樣，中繼透鏡31c和32c的光軸 33c和34c與主透鏡10c的光軸50c平行但不重合。成像器件41c和45c的中心分別布置在從中繼透鏡31c的光軸33c和中繼透鏡 32c的光軸34c向外偏移的位置。作為來自對象“b”的光線的光線2c、5c和8c由主透鏡10c匯集成為光線12c、15c 和18c。位于包括作為來自對象“b”的光通量的中心光線的光線15c并沿著上下方向延伸 的平面的右側(cè)的光線12c經(jīng)過場透鏡20c成為光線22c，被引到中繼透鏡32c，并被聚焦在 成像器件45c上。位于包括光線15c并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線18c經(jīng)過場透鏡20c 成為光線28c，被引到中繼透鏡31c，并被聚焦在成像器件41c上。作為中心光線的光線15c經(jīng)過場透鏡20c成為光線25c，并到達(dá)位于中繼透鏡31c 和32c之間的間隙。因此光線25c不被聚焦在成像器件中的任一者上。相似地，源自對象“c”并入射在主透鏡10c上的光線4c、7c和9c被匯集成為光線 14c、17c和19c。位于包括作為來自對象“c”的光通量的中心光線的光線17c并沿著上下 方向延伸的平面的右側(cè)的光線14c經(jīng)過場透鏡20c成為光線24c，被引到中繼透鏡32c，并 被聚焦在成像器件45c上。位于包括光線17c并沿著上下方向延伸的平面的左側(cè)的光線19c經(jīng)過場透鏡20c 成為光線29c，被引到中繼透鏡31c，并被聚焦在成像器件41c上。因為光線3c、5c和7c是上述主要光線，所以光線3c、5c和7c折射得到的光線13c、 15c、17c、23c、25c和27c仍是主要光線。在本實施例的立體成像裝置400中，觀察者可以在其左眼接收由成像器件41c獲 得的圖像并且右眼接收由成像器件45c獲得的圖像時觀察到立體圖像。在本實施例中，通過孔徑光闌60c使源自對象并入射在主透鏡10c上的光通量在 直徑上減小。即，因為源自對象并到達(dá)主透鏡10c的孔徑的周邊的光線被孔徑光闌60c阻 擋，所以具有較大視差信息的光線不被聚焦在成像器件中的任一者上。結(jié)果，相比如圖1至
123所示的第一至第三實施例中的情況，根據(jù)本實施例的立體成像裝置400可以拍攝具有更 小的視差量的用于右眼和左眼的圖像。因此，為了對近范圍內(nèi)的對象進(jìn)行成像，可以通過減小光闌的孔徑的尺寸來減小 視差量。另一方面，當(dāng)從對象到攝像機(jī)的距離較大時，可以通過增大光闌的孔徑的尺寸來增
大視差量。當(dāng)如現(xiàn)有技術(shù)中那樣使用兩個透鏡時，為了實立體鏡地對距離持續(xù)變化的對象成 像，需要改變兩個透鏡之間的距離，并以同步方式改變其光軸之間的角度。攝像機(jī)的機(jī)械構(gòu)造因此不利地較為復(fù)雜。相反，在本實施例中，可以通過改變光闌的孔徑的尺寸，根據(jù)距對象的距離來迅速 并容易地改變視差量。同樣，在本實施例中，通過將非無焦光學(xué)系統(tǒng)用作主透鏡10c，例如通過采用其中 入射光瞳或出射光瞳的位置偏離焦平面的構(gòu)造，來容易地提供變焦功能。5.變化方案已經(jīng)參照布置兩個成像器件的情況描述了以上實施例。可選地，單個成像器件可 以用于拍攝圖像。即，例如，在如圖1所示的示例中，布置單個成像器件，并將其構(gòu)造為對覆 蓋由成像器件41成像的范圍和由成像器件45成像的范圍的較寬區(qū)域進(jìn)行成像。作為由單 個成像器件執(zhí)行的成像操作的結(jié)果而輸出的成像信號被用于提取表示由成像器件41成像 的范圍的成像信號和由成像器件45成像的范圍表示的成像信號。這樣產(chǎn)生了用于立體觀 察的圖像信號。因此可以減少成像器件的數(shù)量并可以簡化攝像機(jī)的構(gòu)造。此外，已經(jīng)參照其中形成從主透鏡到成像器件的光學(xué)路徑的光學(xué)部件被固定的情 況描述了以上實施例?？蛇x地，一部分光學(xué)部件可以是可拆卸的。例如，可以通過采用其中 主透鏡可拆卸的構(gòu)造來實現(xiàn)可選擇的主透鏡成像裝置。本申請包含與2009年4月13日向日本專利局遞交的日本在先專利申請 JP2009-097275中揭示的內(nèi)容相關(guān)的主題，通過引用將其全部內(nèi)容包含在本說明書中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，只要在所附權(quán)利要求的范圍及其等同范圍內(nèi)， 就可以根據(jù)設(shè)計需要和其他因素進(jìn)行各種修改、結(jié)合、子結(jié)合和替換。
權(quán)利要求
一種立體成像裝置，包括前側(cè)光學(xué)構(gòu)件，其由非無焦光學(xué)系統(tǒng)形成，所述前側(cè)構(gòu)件形成對象的像；多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件，其不僅布置在所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件形成所述對象的像所在的平面的下游，而且還以使得所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸與所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸基本平行但不重合的方式定位，所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件對由所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件形成的實像進(jìn)行再聚焦；以及成像器件，其接收由所述后側(cè)光學(xué)構(gòu)件聚焦的光線以產(chǎn)生成像信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立體成像裝置，還包括布置在所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件與所述后側(cè)光學(xué)構(gòu)件之間的場透鏡，其中，所述場透鏡不僅將源自所述對象并由所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件匯集的光通量分配到各 個所述后側(cè)光學(xué)構(gòu)件，而且還將來自所述對象的所述光通量的中心光線導(dǎo)引到所述多個后 側(cè)光學(xué)構(gòu)件之間的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體成像裝置，其中，為所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件中的每個均設(shè)置所述成像器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體成像裝置，其中，所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件包括變焦透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體成像裝置，其中，所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件還具有改變光線經(jīng)過的孔徑光闌的面積的孔徑調(diào)節(jié)功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體成像裝置，其中，所述場透鏡是具有正屈光度的匯聚透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體成像裝置，其中，所述場透鏡是具有負(fù)屈光度的透鏡。
8.一種立體成像裝置，包括前側(cè)光學(xué)構(gòu)件，其在預(yù)定位置形成對象的實像；多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件，其以使得所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸與所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光 軸平行但不重合的方式定位，所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件對所述實像進(jìn)行再聚焦；以及成像器件，其接收由所述后側(cè)光學(xué)構(gòu)件聚焦的光線以產(chǎn)生成像信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了立體成像裝置，包括前側(cè)光學(xué)構(gòu)件，其由非無焦光學(xué)系統(tǒng)形成，所述前側(cè)構(gòu)件形成對象的像；多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件，其不僅布置在所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件形成所述對象的像所在的平面的下游，而且還以使得所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸與所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件的光軸基本平行但不重合的方式定位，所述多個后側(cè)光學(xué)構(gòu)件對由所述前側(cè)光學(xué)構(gòu)件形成的實像進(jìn)行再聚焦；以及成像器件，其接收由所述后側(cè)光學(xué)構(gòu)件聚焦的光線以產(chǎn)生成像信號。
文檔編號G03B35/10GK101859060SQ20101015163
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月13日
發(fā)明者吉川功一 申請人:索尼公司