專利名稱：立體成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及捕獲立體圖像的立體 成像設(shè)備，并且具體涉及用于減小用于捕獲立體視頻圖像的兩個(gè)透鏡之間的距離的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，越來(lái)越期望能夠捕獲3D (立體)視頻圖像的相機(jī)(立體成像設(shè)備)。已知的立體成像設(shè)備的一個(gè)示例基于并排(side-by-side)方法，其中，兩個(gè)相機(jī)被布置為使得相機(jī)的透鏡基線彼此平行(平行雙透鏡方法)。這種類型的立體成像設(shè)備適合于使用例如至少65mm的長(zhǎng)基線長(zhǎng)度(IAD :軸間距離)的成像或適合于對(duì)遠(yuǎn)處對(duì)象成像。另一方面，為了捕獲近處對(duì)象的圖像，基線長(zhǎng)度(以下稱為“IAD”)需要是范圍從大約10至40mm的短長(zhǎng)度。其原因是當(dāng)通過(guò)使用導(dǎo)致兩個(gè)相機(jī)的大會(huì)聚角的長(zhǎng)IAD來(lái)捕獲近處對(duì)象的圖像時(shí)，在屏幕上表達(dá)的立體圖像的深度超過(guò)觀眾可以舒適地觀看立體圖像的范圍。在該情況下，觀看立體圖像的觀眾不利地感覺(jué)到疲勞、惡心或者感到不舒適。然而，在基于并排布置兩個(gè)相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)和成像器的并排方法的立體成像設(shè)備中，兩個(gè)相機(jī)可以物理地彼此干擾，這防止IAD比兩個(gè)相機(jī)之間的最小距離短，該最小距離由光學(xué)系統(tǒng)和成像器之間的位置關(guān)系確定。相對(duì)比的，基于分束器方法(半反射鏡方法)的立體成像設(shè)備可以使用短的IAD。在基于將由半反射鏡分離的圖像光線引導(dǎo)到兩個(gè)成像單元的分束器方法的立體成像設(shè)備中，該兩個(gè)成像單元被布置為使得其透鏡光軸在半反射鏡表面上以直角彼此相交。即，因?yàn)閮蓚€(gè)成像單元將不物理地彼此干擾，所以IAD可以甚至被減小為O。然而，基于在被稱為臺(tái)架(rig)的基座上安裝兩個(gè)成像單元的分束器方法的立體成像設(shè)備整體大且重。而且，半反射鏡的邊緣應(yīng)當(dāng)不出現(xiàn)在兩個(gè)成像單元的每個(gè)的視場(chǎng)內(nèi)，半反射鏡的大小需要與成像單元中的透鏡的直徑成比例地很大，這導(dǎo)致在立體成像設(shè)備的成本的增大。而且，在臺(tái)架上安裝成像單元的立體成像設(shè)備中，每當(dāng)捕獲圖像時(shí)，通常要求設(shè)置IAD、會(huì)聚角及其他參數(shù)和對(duì)準(zhǔn)(alignment)，以及其他調(diào)整，導(dǎo)致極其繁重的工作。為了解決如上所述的問(wèn)題,近些年來(lái)已經(jīng)嘗試通過(guò)在單個(gè)殼(enclosure)中包含用于基于并排方法捕獲圖像的兩個(gè)透鏡來(lái)配置集成的立體成像設(shè)備。如此配置的立體成像設(shè)備通常不要求任何裝配或?qū)?zhǔn)。而且，可以容易地在現(xiàn)場(chǎng)成像和材料收集應(yīng)用中攜帶這種類型的緊湊立體成像設(shè)備，并且可以在短的設(shè)置時(shí)間段中將該立體成像設(shè)備迅速地準(zhǔn)備好成像。例如，JP-A-9-46729描述了在單個(gè)殼中包含兩個(gè)透鏡的立體成像設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
然而，仍然基于并排方法的、如此集成的立體成像設(shè)備在IAD調(diào)整中具有限制。SP，最小IAD仍然被限制到由光學(xué)系統(tǒng)和成像器之間的位置關(guān)系確定的特定距離。鑒于上面的情況，期望實(shí)現(xiàn)利用短IAD的成像以及立體成像設(shè)備的尺寸減小。
本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例涉及一種立體成像設(shè)備，包括物鏡光學(xué)系統(tǒng)、分離光學(xué)系統(tǒng)、第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)、第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)、第一成像裝置和第二成像裝置，并且如上所述的部件的每一個(gè)的配置和功能如下所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)獲取從對(duì)象發(fā)射的光線，并且將所述光線引導(dǎo)到下游的部件。所述分離光學(xué)系統(tǒng)具有部分反射表面，所述部分反射表面反射通過(guò)所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)的光線的一部分，并且透射其一部分。所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)被布置在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射的光線沿其傳播的路徑上，并且將所述反射的光線聚焦以形成視差圖像。所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)被布置在穿過(guò)所述分離光學(xué)系統(tǒng)的光線沿其傳播的路徑上，并且將透射的光線聚焦以形成視差圖像。所述第一成像裝置將由所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)。所述第二成像裝置將由所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)。
因?yàn)槿缟纤龅呐渲梅乐顾龅谝缓偷诙D像形成光學(xué)系統(tǒng)物理地彼此干擾，所以可以減小所述IAD。而且，將所述分離光學(xué)系統(tǒng)布置在所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的下游的位置中允許減小所述分離光學(xué)系統(tǒng)的大小，由此可以因此減小整個(gè)立體成像設(shè)備的大小。根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例，可以通過(guò)使用短IAD來(lái)執(zhí)行成像，并且可以減小設(shè)備的大小。


圖IA和IB是示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例的示意圖，圖IA是側(cè)視圖，并且圖IB是頂視圖。圖2是示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的、在傳播通過(guò)具有圖像形成能力的物鏡光學(xué)系統(tǒng)之后入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)上的光線的光路的示例的光路圖；圖3A和3B是示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的、在傳播通過(guò)接收從對(duì)象發(fā)射的光線并且輸出大體平行的光線的物鏡光學(xué)系統(tǒng)后入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)上的光線的光路的示例的光路圖，圖3A是從對(duì)象上的單個(gè)點(diǎn)發(fā)射并到達(dá)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光線的光路圖，并且圖3B是通過(guò)所述圖像形成光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡的中心的光線的光路圖；圖4A和4B描述了根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備中執(zhí)行的變焦(zooming)的示例，圖4A示出在廣角低放大率下的透鏡的位置的示例，并且圖4B示出在窄角高放大率下的透鏡的位置的示例；圖5A和5B描述了根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備中執(zhí)行的聚焦(focusing)的示例，圖5A示出其中將聚焦位置向?qū)ο笠苿?dòng)的情況，并且圖5B示出其中將聚焦位置向圖像移動(dòng)的情況；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例布置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)之一和半反射鏡的角度的示例的側(cè)視圖；圖7是示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的變型I的立體成像設(shè)備的配置的示例的側(cè)視圖；圖8A和SB是根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的變型2的立體成像設(shè)備的配置的示例的不意圖，圖8A是側(cè)視圖，并且圖8B是頂視圖；圖9是示出根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的變型3的立體成像設(shè)備的配置的示例的側(cè)視圖IOA和IOB是示出根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例的示意圖，圖IOA是頂視圖，并且圖IOB是側(cè)視圖；圖11是示出根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例的透視圖；圖12A和12B是示出根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的變型I的立體成像設(shè)備的配置的不例的不意圖，圖12A是頂視圖，并且圖12B是側(cè)視圖；圖13是示出根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的變型I的立體成像設(shè)備的配置的示例的透視圖；圖14A和14B是示出根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的變型2的立體成像設(shè)備的配置的不例的不意圖，圖14A是頂視圖，并且圖14B是側(cè)視圖；圖15是示出根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的變型2的立體成像設(shè)備的配置的示例的 透視圖；并且圖16是示出根據(jù)本公開(kāi)的第三實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例的頂視圖。
具體實(shí)施例方式下面將描述根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的立體成像設(shè)備。以下面的順序來(lái)進(jìn)行該描述。I.第一實(shí)施例(兩個(gè)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)和與其對(duì)應(yīng)的成像裝置被布置為使得其光軸彼此平行的情況)2.第二實(shí)施例(兩個(gè)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)和與其對(duì)應(yīng)的成像裝置被布置為使得其光軸彼此相交的情況)3.第三實(shí)施例(設(shè)置多個(gè)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)和與其對(duì)應(yīng)的成像裝置的情況)〈I.根據(jù)第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例〉[1-1.立體成像設(shè)備的配置的示例]將首先參考圖IA和IB至5A和5B來(lái)描述根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例。圖IA是根據(jù)本實(shí)施例的立體成像設(shè)備I的側(cè)視圖，并且圖IB是立體成像設(shè)備I的頂視圖。立體成像設(shè)備I包括物鏡光學(xué)系統(tǒng)10、作為分離光學(xué)系統(tǒng)的半反射鏡20、以及成像單元3R和3L，如圖IA和IB中所示。物鏡光學(xué)系統(tǒng)10具有大量的透鏡組，每一個(gè)透鏡組包括在由矩形線指示的透鏡鏡筒中布置的多個(gè)透鏡、濾光器、光圈和透鏡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未不出)。物鏡光學(xué)系統(tǒng)10獲取從對(duì)象(未示出)發(fā)射并且在圖IA和IB中從左向右傳播的光，并且將光引導(dǎo)到下游部件。物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡的每一個(gè)可以形成實(shí)像或虛像，并且物鏡光學(xué)系統(tǒng)10可以被配置為無(wú)焦點(diǎn)系統(tǒng)，該無(wú)焦點(diǎn)系統(tǒng)接收來(lái)自對(duì)象的光線(以下也稱為“對(duì)象光”)，并且基本上彼此平行地輸出光線。物鏡光學(xué)系統(tǒng)10也被配置為包括變焦光學(xué)系統(tǒng)和聚焦光學(xué)系統(tǒng)，并且通過(guò)使用透鏡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)驅(qū)動(dòng)形成變焦和聚焦光學(xué)系統(tǒng)的透鏡來(lái)執(zhí)行變焦和聚焦。下面將參考圖2、3A和3B描述物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的透鏡配置，并且，下面參考圖4A、4B、5A和5B來(lái)描述變焦和聚焦。半反射鏡20具有在透明玻璃基板的一個(gè)表面上形成的部分反射表面21，并且部分反射表面21反射通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10引導(dǎo)的光線的一部分，并且透射其一部分。反射光的量與透射光的量的比率被設(shè)置在1:1或任何其他任意值。部分反射表面21例如由半透明薄膜形成，該半透明薄膜由鉻、銀或任何其他適當(dāng)?shù)慕饘贅?gòu)成?？梢蕴娲赝ㄟ^(guò)沉積電介質(zhì)多層膜而不是金屬薄膜來(lái)形成部分反射表面21。部分反射表面21當(dāng)它由偏振依賴(polarization-dependent)的電介質(zhì)多層膜形成時(shí)如下處理入射在半反射鏡20上的光部分反射表面21反射在特定方向上偏振的光，并且透射在垂直于該特定方向的方向上偏振的光。部分反射表面21當(dāng)它由非偏振依賴的電介質(zhì)多層膜形成時(shí)反射入射光的一部分，并且透射入射光的一部分。在圖IA和IB中所示的示例中，將布置半反射鏡20的角度設(shè)置為沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl傳播并且入射在半反射鏡20上的光線的入射角Θ i是45度。入射角Θ I是針對(duì)沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl傳播的光線入射在半反射鏡20上的入射點(diǎn)的法線N與沿著光軸Axl傳播并且入射在半反射鏡20上的光線之間的角度。成像單元3R包括作為第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和作為第一成像裝置的成像裝置302R。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R包括多個(gè)透鏡(未示出)，并且將從半反射鏡20反射的對(duì)象光聚焦在成像裝置302R的成像表面(未示出)上，以形成視差圖像。成像裝置302R將由圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)。 成像單元3L包括作為第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L和作為第二成像裝置的成像裝置302L。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L包括多個(gè)透鏡(未示出)，并且將已經(jīng)通過(guò)半反射鏡20的對(duì)象光聚焦在成像裝置302L的成像表面(未示出)上以形成視差圖像。成像裝置302L將由圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L聚焦的對(duì)象光轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30R在角度上(angularly)被布置為其光軸(光軸Ax3R和Ax3L)彼此垂直，如圖IA中所示。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L被布置為其光軸Ax3L與物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl平行，并且，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R在角度上被布置為其光軸Ax3R垂直于物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl。更詳細(xì)而言，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R被布置為使得已經(jīng)通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10并且已經(jīng)從半反射鏡20反射的對(duì)象光通過(guò)從圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R偏移的位置。具體地說(shuō)，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R被布置為使得當(dāng)沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R的虛擬光線入射在半反射鏡20上并且從半反射鏡20反射時(shí)，該虛擬光線沿著與物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl平行但從光軸Axl向上偏移距離Λ I的線傳播。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L被布置為使得其光軸Ax3L在光軸Axl的與距離Λ I相反的側(cè)上(在圖IA中的向下垂直方向)相對(duì)于物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl偏移距離Δ 2。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R也被布置為使得沿著光軸Ax3R傳播且從半反射鏡20反射的虛擬光線通過(guò)從物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl水平向右(在圖IB中的向上)偏移距離Δ3的位置，如圖IB中所示。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L也被布置為使得其光軸Ax3L在光軸Axl的與距離Λ 3相反的側(cè)上(在圖IB中的向下)從物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl偏移距離Δ4?，F(xiàn)在假定如此配置的立體成像設(shè)備I被布置為使得圖IB中所示的當(dāng)從上方觀看立體成像設(shè)備I時(shí)在水平方向上延伸的平面與包括連接立體成像設(shè)備的用戶的眼睛的線并且在水平方向上延伸的平面基本上平行。當(dāng)如上所述布置立體成像設(shè)備I時(shí)，由成像裝置302R和302L獲取的圖像包括由距離Al和Λ 2產(chǎn)生的垂直視差分量和由距離Λ3和Λ 4產(chǎn)生的水平視差分量。相反地，假設(shè)立體成像設(shè)備I被布置為使得圖IB中所示的、作為當(dāng)從上方觀看時(shí)立體成像設(shè)備I中的平面的平面與包括連接立體成像設(shè)備的用戶的眼睛的線并且在水平方向上延伸的平面正交。在該情況下，由成像裝置302R和302L獲取的圖像包括由距離Al和Λ 2產(chǎn)生的水平視差分量和由距離Λ3和Λ4產(chǎn)生的垂直視差分量。[1-2.物鏡光學(xué)系統(tǒng)的配置的示例]接下來(lái)將參考圖2來(lái)描述物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的配置的示例，該物鏡光學(xué)系統(tǒng)10被配置為使得物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡聚焦對(duì)象光以形成實(shí)像。為了說(shuō)明方便，假定物鏡光學(xué)系統(tǒng)10形成實(shí)像，但是物鏡光學(xué)系統(tǒng)10可以形成虛像。圖2示出從對(duì)象S發(fā)射并通過(guò)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R中的圖像形成透鏡301R的中心和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L中的圖像形成透鏡301L的中心的光線的光路。在圖2中，為了說(shuō)明容易，物鏡光學(xué)系統(tǒng)10、圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L中的每一個(gè)由薄透鏡形成。在從在對(duì)象S上的三個(gè)不同點(diǎn)發(fā)射的光線中，要入射在圖像形成透鏡301R的中心的光線通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10，然后再次被聚焦在它們從半反射鏡20反射的點(diǎn)處，如圖2中所示。在圖2中，設(shè)空間圖像S’R是對(duì)象S在聚焦點(diǎn)處形成的圖像。另一方面，在從對(duì)象S上的三個(gè)不同點(diǎn)發(fā)射的光線中，要入射在圖像形成透鏡301L的中心上的光線通過(guò)物鏡光 學(xué)系統(tǒng)10，然后再次被聚焦在它們通過(guò)半反射鏡20的點(diǎn)處。在圖2中，設(shè)空間圖像S’L是對(duì)象S在聚焦點(diǎn)處形成的圖像。當(dāng)對(duì)象S位于無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，由物鏡光學(xué)系統(tǒng)10形成的空間圖像S’形成在物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的后焦點(diǎn)Fl處。當(dāng)對(duì)象S位于有限長(zhǎng)度處時(shí)，空間圖像S’根據(jù)從物鏡光學(xué)系統(tǒng)10至對(duì)象S的距離形成在后焦點(diǎn)下游的位置處(向成像裝置302R和302L偏移)。因此，在物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的后焦點(diǎn)Fl的附近的范圍內(nèi)形成空間圖像S’，該范圍被指示為圖2中所示的空間圖像形成區(qū)域Ar?？臻g圖像S’被識(shí)別為似乎對(duì)象位于空間圖像S’的位置中，并且可以通過(guò)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R中的圖像形成透鏡301R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L中的圖像形成透鏡301L觀看對(duì)象。已經(jīng)通過(guò)形成圖2中所示的空間圖像S’ L和S’ R的位置的光線被引導(dǎo)通過(guò)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L，并且被聚焦在成像裝置302R和302L的成像表面(未示出)上。如此聚焦的光線形成視差圖像。從對(duì)象S發(fā)射的光線追溯(trackback)從圖像形成透鏡301R和301L的中心發(fā)射的虛擬光線所沿著的路徑。因此，也考慮從圖像形成透鏡301R和301L的中心發(fā)射的光線是有幫助的。從圖像形成透鏡301R和301L的中心發(fā)射的光線通過(guò)空間圖像S’ R (S’ L)中的特定點(diǎn)，到達(dá)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡，并且向?qū)ο骃上與“空間圖像S’ R (S’ L)中的特定點(diǎn)”對(duì)應(yīng)的特定點(diǎn)傳播。在這個(gè)過(guò)程中，已經(jīng)通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡的光線在到達(dá)對(duì)象S前再次在特定點(diǎn)彼此相交。S卩，可以說(shuō)該特定點(diǎn)是通過(guò)圖像形成透鏡301R和301L的中心的所有光線通過(guò)的點(diǎn)。成像裝置302R和302L的成像表面上形成的視頻圖像等價(jià)于當(dāng)“特定點(diǎn)”作為光瞳工作時(shí)捕獲的圖像。即，將該“特定點(diǎn)”被看作立體成像設(shè)備I中的實(shí)際(practical)光瞳(以下將實(shí)際光瞳稱為“有效光瞳”并且在圖2中將其描述為“有效光瞳EpL”或“有效光瞳EpR”)。當(dāng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡接收到從對(duì)象S發(fā)射的光線并且輸出無(wú)焦點(diǎn)光線時(shí)也形成“有效光瞳”。圖3A和3B示出傳播通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的如此配置的透鏡并且入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L上的對(duì)象光的光路的示例。在圖3A和3B中所示的示例中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)10包括凹透鏡11和凸透鏡12。圖3A示出已經(jīng)從在對(duì)象S上的特定點(diǎn)激發(fā)并且入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L上的光線的光路。在從作為對(duì)象S上的特定點(diǎn)的點(diǎn)A發(fā)射的光線中，與物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl平行地傳播的光線Ryl到達(dá)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的凹透鏡11，然后沿著光從凹透鏡11的后焦點(diǎn)F2徑直(straightforward)傳播(在向外的方向上)所沿著的路徑。在從對(duì)象S上的點(diǎn)A發(fā)射的光線中，向凹透鏡11的中心傳播的光線Ry2保持徑直傳播?？紤]通過(guò)凹透鏡11出射的光線Ryl的延伸在與光線Ryl傳播的方向相反的方向上延伸。該延伸與光線Ry2相交。該延伸與光線Ry2相交的交點(diǎn)A’是與對(duì)象S上的點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的并且位于由凹透鏡11形成的虛像S’中點(diǎn)。從對(duì)象S上的點(diǎn)A發(fā)射并且通過(guò)凹透鏡11的所有光線因此傳播得好像它們從點(diǎn)A’徑直傳播那樣。已經(jīng)通過(guò)凹透鏡11的光線被凸透鏡12從自對(duì)象發(fā)射的光線(對(duì)象光)轉(zhuǎn)換為基本 上無(wú)焦點(diǎn)的光線。在從對(duì)象光轉(zhuǎn)換的基本上無(wú)焦點(diǎn)的光線中，從半反射鏡20反射的光線入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R上，并且被圖像形成透鏡301R聚焦在成像裝置302R的成像表面上。在自對(duì)象光轉(zhuǎn)換的基本上無(wú)焦點(diǎn)的光線中，已經(jīng)通過(guò)半反射鏡20的光線入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L上，并且被圖像形成透鏡301L聚焦在成像裝置302L的成像表面上。在圖3A中，物鏡光學(xué)系統(tǒng)10被配置為接收來(lái)自對(duì)象S的光線，并且輸出基本上無(wú)焦點(diǎn)的光線，但是物鏡光學(xué)系統(tǒng)10可以替代地被配置為形成對(duì)象S的虛像。雖然未示出，但是當(dāng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10被配置為形成虛像時(shí)，已經(jīng)通過(guò)凹透鏡11的光線被凸透鏡12轉(zhuǎn)換為基本上發(fā)散的光通量。即，該光線被轉(zhuǎn)換為從由凹透鏡11和凸透鏡12的組合的物鏡光學(xué)系統(tǒng)10形成的對(duì)象S的虛像發(fā)散的光通量。形成已經(jīng)從物鏡光學(xué)系統(tǒng)出射并且從半反射鏡20反射的基本上發(fā)散的光通量的光線入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R上，并且被圖像形成透鏡301R聚焦在成像裝置302R的成像表面上。形成已經(jīng)從物鏡光學(xué)系統(tǒng)出射并且通過(guò)半反射鏡20的基本上發(fā)散的光通量的光線入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L上，并且被圖像形成透鏡301L聚焦在成像裝置302L的成像表面上。返回到參考圖3A和3B的說(shuō)明，圖3B示出從對(duì)象S發(fā)射并且通過(guò)圖像形成透鏡30IR和30IL的中心的光線的光路。在從對(duì)象S上的三個(gè)不同點(diǎn)發(fā)射的光線中，要入射在圖像形成透鏡301R和301L的中心上的光線入射在物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的凹透鏡11上并且被其折射，并且向外傳播。在沿著進(jìn)入凹透鏡11并且到達(dá)其主平面的光線的延伸的某處的位置中形成有效光瞳EpR和EpL。成像裝置302R和302L的成像表面上形成的視頻圖像等價(jià)于當(dāng)有效光瞳EpR和EpL作為光瞳工作時(shí)捕獲的圖像。在圖2、3A和3B中所示的兩個(gè)示例都示出在從半反射鏡20向?qū)ο骃偏移的位置中形成有效光瞳EpR和EpL。另一方面，在將半反射鏡布置在相機(jī)前而沒(méi)有物鏡光學(xué)系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的立體成像設(shè)備中，不形成“有效光瞳”。相機(jī)的光瞳處形成的圖像直接形成在成像裝置的成像表面上。半反射鏡被布置在相機(jī)的光瞳前(在對(duì)象側(cè))，并且將罩(hood)附接到半反射鏡。位于與半反射鏡在深度方向上的長(zhǎng)度與罩的長(zhǎng)度的和相等的范圍內(nèi)的對(duì)象不被自然地成像。當(dāng)半反射鏡在深度方向上的長(zhǎng)度與罩的長(zhǎng)度的和例如是Im時(shí)，僅可以成像與光瞳分開(kāi)至少Im的對(duì)象。相反，根據(jù)在圖2、3A和3B中所示的本公開(kāi)的本實(shí)施例的立體成像設(shè)備1，空間圖像S’形成在半反射鏡20附近的位置中，或者從半反射鏡20向?qū)ο骃偏移。在該情況下，可以捕獲甚至位于從立體成像設(shè)備I偏離大約幾個(gè)厘米的近處對(duì)象的立體圖像。當(dāng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡被配置為形成如圖2中所示的示例的實(shí)像時(shí)，圖像形成透鏡301R和301L中的每一個(gè)需要是特寫(closeup)透鏡。其原因是在與圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L很接近的位置中形成的空間圖像S’ R (S’L)需要被聚焦。因?yàn)槲挥诓簧婕皹O端特寫成像的通常距離處的對(duì)象的空間圖像S’R (S’L)形成在很窄的范圍內(nèi)，所以圖像形成透鏡301R和301L可以僅需要使得與形成空間圖像S’ R (S’ L)的范圍相當(dāng)?shù)恼?br> 圍聚焦。當(dāng)如在圖3A和3B中所示的示例中那樣，物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡接收從對(duì)象S發(fā)射的光線并且輸出無(wú)焦點(diǎn)的光線時(shí)，圖像形成透鏡301R和301L中的每一個(gè)可以是典型透鏡。在此使用的典型透鏡是指能夠?qū)⑽挥趶牡湫妥疃坛上窬嚯x至無(wú)限遠(yuǎn)的范圍內(nèi)的對(duì)象聚焦的透鏡。接下來(lái)，將參考圖4A、4B、5A和5B來(lái)描述物鏡光學(xué)系統(tǒng)10執(zhí)行的變焦和聚焦。假定圖4A和4B中所示的物鏡光學(xué)系統(tǒng)10是典型變焦透鏡。圖4A和4B示出被配置為具有變焦比率“2”的雙組變焦透鏡的物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的示例。在圖4A和4B所示的示例中，變 焦透鏡(物鏡光學(xué)系統(tǒng)10)由具有-87. 5mm的焦距的凹透鏡11和具有44. 9mm的焦距的凸透鏡12形成。如圖4A中所示，當(dāng)從成像表面Ia至凸透鏡12的主平面的距離被設(shè)置為62. 820mm，并且從凸透鏡12的主平面至凹透鏡11的主平面的距離被設(shè)置為69. 550mm時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的焦距變?yōu)?5mm。而且，如圖4B中所示，當(dāng)從成像表面Ia至凸透鏡12的主平面的距離被設(shè)置為80. 769mm，并且從凸透鏡12的主平面至凹透鏡11的主平面的距離被設(shè)置為13. 460mm時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的焦距變?yōu)?0mm。與如上所述的放大系數(shù)無(wú)關(guān)，由表示對(duì)象光的光路的箭頭和光軸Axl的交點(diǎn)指示的物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的聚焦位置位于成像表面Ia上，并且在變焦范圍內(nèi)保持在那里。S卩，通過(guò)控制物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的透鏡的位置可以將整個(gè)系統(tǒng)的焦距從35mm(廣角低放大率)改變?yōu)?0mm (窄角高放大率)，而聚焦位置沒(méi)有任何改變，如圖4A和4B中所示。圖5A和5B示出通過(guò)使用在圖4A和4B中所示的雙組變焦透鏡而執(zhí)行的聚焦調(diào)整的示例。圖5A和5B示出通過(guò)僅改變凹透鏡11的位置而執(zhí)行聚焦調(diào)整的情況。圖5A示出下述情況其中，僅將凹透鏡11從對(duì)象光被聚焦在成像表面Ia上的狀態(tài)向?qū)ο笠苿?dòng)-1mm。如上所述移動(dòng)凹透鏡11將聚焦位置從成像表面Ia向?qū)ο笠苿?dòng)-O. 12mm。替代地，將凹透鏡11向成像裝置移動(dòng)+Imm將聚焦位置從成像表面Ia向成像裝置移動(dòng)+0. 18mm,如圖5B中所示。執(zhí)行聚焦調(diào)整因此移動(dòng)空間圖像。使用變焦透鏡作為物鏡光學(xué)系統(tǒng)10并且通過(guò)使用變焦透鏡來(lái)執(zhí)行聚焦調(diào)整因此基本上等價(jià)于改變會(huì)聚位置。即，使用物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的“聚焦調(diào)整”可以換句話說(shuō)是“會(huì)聚調(diào)整”。如上所述，當(dāng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10被配置為由凹透鏡11和凸透鏡12形成的變焦透鏡時(shí)，可以通過(guò)沿著光軸Axl向前或向后移動(dòng)凹透鏡11來(lái)容易地改變焦點(diǎn)位置。當(dāng)通過(guò)僅移動(dòng)凹透鏡11來(lái)執(zhí)行聚焦調(diào)整時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的焦距也改變?yōu)閳D5A中所示的示例中的34. 99mm或圖5B中所示的示例中的35. 3mm,盡管改變量很小。視角也因此改變，但是改變量小至1%，認(rèn)為實(shí)際上可忽略?？梢酝ㄟ^(guò)沿著光軸Axl向前或向后移動(dòng)整個(gè)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10來(lái)替代地進(jìn)行聚焦調(diào)整。如此執(zhí)行的聚焦調(diào)整不改變視角。然而，為此，通常需要用于驅(qū)動(dòng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的大型機(jī)構(gòu)。已經(jīng)參考物鏡光學(xué)系統(tǒng)10具有變焦調(diào)整功能和聚焦調(diào)整功能兩者的情況描述了圖4A、4B、5A和5B中所示的示例，但是物鏡光學(xué)系統(tǒng)10可以替代地被配置為僅具有變焦調(diào)整功能或聚焦調(diào)整功能。而且，根據(jù)在圖IA和IB至圖5A和5B中所示的立體成像設(shè)備I,也可以在任意位置設(shè)置會(huì)聚點(diǎn)并且然后通過(guò)僅控制物鏡光學(xué)系統(tǒng)10來(lái)改變會(huì)聚點(diǎn)的位置(以下也稱為“會(huì)聚位置”)。例如，通過(guò)下述方式來(lái)設(shè)置會(huì)聚位置將從成像裝置302R和302L提供的圖像相對(duì)于彼此偏移以形成右和左視差圖像，并且將會(huì)聚點(diǎn)設(shè)置于右和左視差圖像彼此重疊的區(qū)域中的任意位置中。替代地，可以通過(guò)下述方式來(lái)將會(huì)聚位置設(shè)置在任意位置將成像裝置302R (302L)本身的位置相對(duì)于圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R (30L)偏移以形成右和左視差圖像彼此重疊的重疊部分，并且改變偏移量。當(dāng)后一種方法用于設(shè)置會(huì)聚位置時(shí)，成像裝置302R和302L中的每一個(gè)的像素?cái)?shù)量需要大于顯示器(未示出)的像素?cái)?shù)量?？梢酝ㄟ^(guò)將物鏡光學(xué)系統(tǒng)10沿著光軸Axl向前或向后移動(dòng)來(lái)將如此設(shè)置的會(huì)聚位置改變?yōu)樾碌奈恢?。例如，考慮下述情況將會(huì)聚位置改變?yōu)閳D2中所示的立體成像設(shè)備I中的新位置。當(dāng)整個(gè)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10沿著其光軸Axl移向?qū)ο骃時(shí)，形成空間圖像S’的·位置也因此沿著光軸Axl向?qū)ο骃移動(dòng)。注意，如果下游成像單元3L和3R的布置不改變，則會(huì)聚點(diǎn)所位于的位置不改變。向?qū)ο骃移動(dòng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10因此將形成空間圖像S’的位置相對(duì)于會(huì)聚點(diǎn)所位于的位置向后(朝著光出射側(cè))移動(dòng)。即，因?yàn)樾纬煽臻g圖像S’的位置響應(yīng)于物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的平移而移動(dòng)，所以可以通過(guò)控制物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的平移量來(lái)將會(huì)聚位置改變和移動(dòng)到在空間圖像S’中的任意位置。當(dāng)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10中的任何透鏡是可變焦點(diǎn)光學(xué)元件時(shí)，可以通過(guò)使用可變焦距功能來(lái)改變會(huì)聚位置。在該情況下，通過(guò)減小物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的焦距，將形成空間圖像s’的位置沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl向?qū)ο骃移動(dòng)，而通過(guò)增大物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的焦距，將形成空間圖像S’的位置沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl向圖像移動(dòng)。如上所述，根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備1，可以僅通過(guò)使用物鏡光學(xué)系統(tǒng)10來(lái)進(jìn)行變焦調(diào)整、聚焦調(diào)整和會(huì)聚位置調(diào)整，由此，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R或30L不必具有如上所述的功能。因此不必執(zhí)行雙透鏡相機(jī)的統(tǒng)調(diào)(ganged)控制，在現(xiàn)有技術(shù)的立體成像設(shè)備中，在聚焦和變焦調(diào)整時(shí)執(zhí)行該統(tǒng)調(diào)控制。結(jié)果，沒(méi)有在雙透鏡相機(jī)的調(diào)整時(shí)出現(xiàn)的、雙透鏡軸之間的相對(duì)偏移。而且，因?yàn)橥ǔ２恍枰糜陔p透鏡相機(jī)的統(tǒng)調(diào)控制的復(fù)雜控制機(jī)構(gòu)和機(jī)械配置，所以圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L中的透鏡的每一個(gè)可以是單功能透鏡。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L可以因此在尺寸和成本上減小。而且，因?yàn)榭梢詼p小朝向圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L反射或透射光的半反射鏡20的大小,所以可以大大減小整個(gè)立體成像設(shè)備I的尺寸和制造成本。而且，根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備1，因?yàn)榭梢栽跉ぶ腥菁{半反射鏡20，所以將沒(méi)有灰塵粘附到半反射鏡20。而且，在根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備I中，因?yàn)閺陌敕瓷溏R20反射的光和通過(guò)其的光分別入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L上，所以圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L不彼此物理地干擾。因此可以將IAD減小為很小的值。當(dāng)同軸地布置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L時(shí)，可以將IAD甚至減小為O。而且，根據(jù)本公開(kāi)的第一實(shí)施例的立體成像設(shè)備I，在半反射鏡20附近或者從半反射鏡20向?qū)ο骃偏移的位置中形成有效光瞳，如上所述。在成像裝置302R和302L的成像表面上形成的視頻圖像等價(jià)于當(dāng)有效光瞳作為光瞳工作時(shí)捕獲的圖像。結(jié)果，在“光瞳”和對(duì)象S之間的距離小于現(xiàn)有技術(shù)的成像設(shè)備。即，可以從更接近對(duì)象S的位置將對(duì)象S成像。在如上所述的實(shí)施例中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L被布置為使得它們?cè)谖镧R光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl的相對(duì)側(cè)上，在垂直和水平方向兩者上彼此分開(kāi)預(yù)定距離，但是不必須以這種方式布置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R或30L。替代地，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L可以被布置為使得它們僅在垂直或水平方向上從物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl偏移。例如，在作為側(cè)視圖的圖IA中所示的配置中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L可以替代地被布置為使得距離Al和Λ2是O。即，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L被布置為使得沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L的虛擬光線與物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl重合，而在作為頂視圖的圖IB中所示的配置中，原樣使用所圖示的配置。即，布置了圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的水平位置從物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl 向右(在圖IB中向上)偏移距離Λ 3，并且，布置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的水平位置從光軸Axl向左(在圖IB中向下)偏移距離Λ 4。如此配置的立體成像設(shè)備I因此被布置為使得在作為頂視圖的圖IB中的水平平面與包括連接立體成像設(shè)備的用戶的眼睛的線并且在水平方向上延伸的平面平行。在該情況下，從成像裝置302R和302L提供的視差圖像不包含垂直視差分量，而是僅包含水平視差分量。相反，可以原樣使用在作為側(cè)視圖的圖IA中所示的配置，并且，在作為頂視圖的圖IB中所示的配置中，可以將圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L布置為使得距離Λ3和Λ4是
O。在該情況下，從成像裝置302R和302L提供的視差圖像不包含水平視差分量，而是僅包
含垂直視差分量。而且，已經(jīng)參考下述情況描述了上面的實(shí)施例物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R被布置在圖IA中所示的同一垂直平面中，但是不必須以這種方式布置如上所述的光軸。半反射鏡20和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R可以被布置在圍繞物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl旋轉(zhuǎn)任意角度的位置中。在該情況下，由成像裝置302R和302L獲取的視頻圖像包含與在非旋轉(zhuǎn)配置中所獲取的相同的被觀眾識(shí)別的水平和垂直視差分量。半反射鏡20和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸不必須是物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl，而是可以是任何其他適當(dāng)?shù)妮S。例如，沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的虛擬光線在從半反射鏡20反射后傳播所沿著的路徑可以被用作半反射鏡20和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R旋轉(zhuǎn)所圍繞的軸。還可替代地，不僅半反射鏡20和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R而且圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L可以被布置在圍繞物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl旋轉(zhuǎn)任意角度的位置中。在該配置中，由成像裝置302R和302L獲取的視頻圖像包含由用戶識(shí)別的水平和垂直視差分量?jī)烧撸词巩?dāng)在圖IA和IB中所示的距離Λ I至Λ 4全是O時(shí)也是如此。在如上所述的實(shí)施例中，半反射鏡20在角度上被布置為使得沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl傳播的光線以45度的入射角Θ i入射在半反射鏡上，但是布置半反射鏡20的角度不限于45度。在角度上可以以任何方式布置半反射鏡20，只要圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R被布置為使得入射在半反射鏡20上的對(duì)象光的入射角Θ i等于入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R上的對(duì)象光的反射角ΘΓ，如圖6中所示。即，半反射鏡20的角度可以被設(shè)置為任何值，只要沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl傳播且入射在半反射鏡上的光線的入射角Θ大于0°但是小于180°。然而，注意，當(dāng)沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl傳播并且入射在半反射鏡上的光線的入射角Θ增大時(shí)，相應(yīng)地需要增大半反射鏡20的面積(部分反射表面21的大小)。[1-3.變型 I]在如上所述的實(shí)施例中，半反射鏡20被用作分離光學(xué)系統(tǒng)，但是分離光學(xué)系統(tǒng)不限于此。例如，在由例如玻璃或透明塑料制成的透明構(gòu)件50之間夾著的部分反射膜51可以被用作分離光學(xué)系統(tǒng)。圖7示出使用如上所述的分離光學(xué)系統(tǒng)的立體成像設(shè)備Ia的配 置的示例。在圖7中，與圖IA和IB對(duì)應(yīng)的部分具有相同的附圖標(biāo)號(hào)，并且不進(jìn)行冗余的說(shuō)明。利用透明構(gòu)件50覆蓋部分反射膜51的配置防止灰塵粘附到部分反射膜51，并且防止部分反射膜51退化。而且，將透明構(gòu)件50組合為立方體形狀提高其硬度，由此可以保持部分反射膜51的反射表面的形狀。將分離光學(xué)系統(tǒng)整形為立方體形狀還允許通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10引導(dǎo)的光線以直角入射在透明部件50的光入射表面上，從而不容易出現(xiàn)由于折射導(dǎo)致的色散。[1-3.變型 2]已經(jīng)參考將半反射鏡20用作分離光學(xué)系統(tǒng)的情況描述了如上所述的實(shí)施例，但不必須以這種方式來(lái)配置分離光學(xué)系統(tǒng)。例如，可以還提供反射已經(jīng)通過(guò)半反射鏡20的光線的反射鏡40。圖8Α和SB示出使用如此配置的分離光學(xué)系統(tǒng)的立體成像設(shè)備Ib的配置的示例。在圖8Α和8Β中，與圖1Α、1Β和7對(duì)應(yīng)的部分具有相同的附圖標(biāo)記，并且不進(jìn)行冗余的說(shuō)明。圖8Α是立體成像設(shè)備Ib的側(cè)視圖，并且圖SB是立體成像設(shè)備Ib的頂視圖。完全反射入射在其上的光的反射鏡40被布置為使得已經(jīng)通過(guò)半反射鏡20的光線入射在反射鏡40上，如圖8Α中所示。反射鏡40在角度上被布置為使得從反射鏡40反射的光在從半反射鏡20反射的光傳播的方向反轉(zhuǎn)180°的方向上傳播。如上所述布置半反射鏡20和反射鏡40允許通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10引導(dǎo)的對(duì)象光在向右和向左的不同方向上被反射。結(jié)果，布置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L的位置可以彼此反轉(zhuǎn)180°，由此，在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L周圍產(chǎn)生比第一實(shí)施例更大的空間。布置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L的自由度比圖IA和IB以及其他附圖中所示的配置更大。[1-4.變型 3]分離光學(xué)系統(tǒng)不限于半反射鏡20和反射鏡40，而是可以是在透明構(gòu)件50之間夾著的部分反射膜51和反射膜52，如在圖9中所示的立體成像設(shè)備Ic中所示。該配置防止灰塵粘附到部分反射膜51和反射膜52，并且防止部分反射膜51和反射膜52退化，如在圖7中所示的配置的情況下那樣。而且，將透明構(gòu)件50組合為大體立方體形狀改善了其硬度，從而，可能保持部分反射膜51和反射膜52的反射表面的形狀。將分離光學(xué)系統(tǒng)整形為大體立方體形狀還允許通過(guò)物鏡光學(xué)系統(tǒng)10引導(dǎo)的光線以直角入射在透明構(gòu)件50的光入射表面上，從而不容易出現(xiàn)由于折射導(dǎo)致的色散。
〈2.根據(jù)第二實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例〉[2-1.立體成像設(shè)備的配置的示例]接下來(lái)，將參考圖10AU0B和11來(lái)描述根據(jù)本公開(kāi)的第二實(shí)施例的立體成像設(shè)備IA的配置的示例。圖IOA是立體成像設(shè)備IA的頂視圖，并且圖IOB是立體成像設(shè)備IA的側(cè)視圖。圖11是立體成像設(shè)備IA的透視圖。在圖10AU0B和11中，與在圖IA和IB對(duì)應(yīng)的部分具有相同的附圖標(biāo)記，并且不進(jìn)行冗余的描述。在立體成像設(shè)備IA中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L被布置為使得它們向內(nèi)傾斜，如圖IOA中所示。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L的傾斜角被設(shè)置為使得圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L在半反射鏡20上和物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl上的點(diǎn)處彼此相交。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L彼此相交的點(diǎn)是會(huì)聚點(diǎn)C，如圖11中所示。
如上所述以特定的會(huì)聚度來(lái)布置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L允許減小入射在圖像形成光學(xué)系統(tǒng)上的離軸光的入射角，并且容易調(diào)整在由成像裝置302R和302L形成的右和左視差圖像之間的公共(重疊)區(qū)域。具體地說(shuō)，當(dāng)將立體成像設(shè)備IA附近的對(duì)象成像時(shí)，可以通過(guò)增大圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L的傾斜角(會(huì)聚角)來(lái)加寬在右和左視差圖像之間的重疊區(qū)域。在右和左視差圖像之間的重疊區(qū)域中，對(duì)象被立體地識(shí)別。即，根據(jù)立體成像設(shè)備1A，可以使用具有小視場(chǎng)角的透鏡，從而可以更容易地調(diào)整對(duì)象的區(qū)域中期望立體地顯示的區(qū)域?？梢詫D像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L的傾斜角設(shè)置為由在右和左視差圖像之間的期望重疊區(qū)域確定的任意角度。注意，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L相對(duì)于物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl的傾斜角不必須是相同的。例如，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L可以傾斜為使得在成像裝置302R和302L的中心處將用戶最期望成像的主對(duì)象成像。如上所述的第二實(shí)施例可以提供與第一實(shí)施例提供的有利效果相同的有利效果。在圖10A、10B和11中所示的立體成像設(shè)備IA中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L在半反射鏡20上和物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl上的點(diǎn)處彼此相交，但是不必須以這種方式來(lái)配置圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L。例如，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R和30L可以替代地被布置為使得圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L在不位于半反射鏡20上的位置處彼此相交。[2-2.變型 I]圖12A、12B和13示出如上所述配置的立體成像設(shè)備IAa的配置的示例。圖12A是立體成像設(shè)備IAa的頂視圖，并且圖12B是立體成像設(shè)備IAa的側(cè)視圖。圖13是立體成像設(shè)備IAa的透視圖。在圖12A、12B和13中，與圖1A、IB、10A、IOB和11對(duì)應(yīng)的部分具有相同的附圖標(biāo)記，并且不進(jìn)行冗余的說(shuō)明。沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R的虛擬光線從圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R出射，然后從半反射鏡20反射，并且沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl傳播，如圖13中所示。另一方面，沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L的虛擬光線通過(guò)半反射鏡20，然后在虛擬光線入射在物鏡光學(xué)系統(tǒng)10上之前與物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl相交。即，沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L的光線在沿著光軸Ax3L的光線與光軸Axl相交的點(diǎn)處彼此相交。位于物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl上、物鏡光學(xué)系統(tǒng)10和半反射鏡20之間的空間中的交點(diǎn)是右和左視差圖像中的會(huì)聚點(diǎn)C。[2_3·變型 2]圖14A、14B和15示出立體成像設(shè)備IAb的配置的示例，該立體成像設(shè)備IAb被配置為使得立體成像設(shè)備中的會(huì)聚點(diǎn)c位于位于物鏡光學(xué)系統(tǒng)10和半反射鏡20之間的空間中而不位于物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl上的點(diǎn)處。圖14A是立體成像設(shè)備IAb的頂視圖，并且圖14B是立體成像設(shè)備 IAb的側(cè)視圖。圖15是立體成像設(shè)備IAb的透視圖。在圖14AU4B和15中，與在圖1A、1B和10AU0B至13對(duì)應(yīng)的部分具有相同的附圖標(biāo)記，并且不進(jìn)行冗余的描述。在立體成像設(shè)備IAb中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R被布置為使得它從在圖12A和12B中所示的配置中的位置抬起(lift)預(yù)定距離，如圖14B中所示。結(jié)果，沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R的虛擬光線從半反射鏡20反射，然后不沿著物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl而是沿著與其平行但是略向上定位的線傳播。圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L也被布置為使得其光軸Ax3L與物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl平行，但是略微向上定位。結(jié)果，沿著圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30R的光軸Ax3R和圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L的光軸Ax3L的虛擬光線在物鏡光學(xué)系統(tǒng)10和半反射鏡20之間的空間中、在物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl上方的位置中彼此相交，如圖15中所示。交點(diǎn)是在右和左視差圖像中的會(huì)聚點(diǎn)C。在圖14A、14B和15中所示的、圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L被布置為使得其光軸Ax3L與物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl平行的立體成像設(shè)備IAb中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30L可以替代地被布置為使得其光軸Ax3L不與光軸Axl平行。在第二實(shí)施例和其變型中所述的配置的每一個(gè)中，可以使用在參考圖7至9的第一實(shí)施例的變型中所述的配置的任何一種。即，分離光學(xué)系統(tǒng)不必須是半反射鏡20，而是可以是夾在透明構(gòu)件50之間的部分反射膜51、半反射鏡20和反射鏡40的組合、或覆蓋有透明構(gòu)件50的部分反射膜51和反射膜52。〈3.根據(jù)第三實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例〉接下來(lái)將參考圖16來(lái)描述根據(jù)本公開(kāi)的第三實(shí)施例的立體成像設(shè)備的配置的示例。圖16是從上方看的立體成像設(shè)備IB的頂視圖。在圖16中，與圖1A、1B、10A、10B、12A、12B、14A、14B和其他附圖對(duì)應(yīng)的部分具有相同的附圖標(biāo)記，并且不進(jìn)行冗余的描述。圖16中所示的立體成像設(shè)備IB是包括5個(gè)圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30和與其對(duì)應(yīng)的成像裝置302的立體成像設(shè)備的示例。在圖16中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30和與其對(duì)應(yīng)的成像裝置302的數(shù)量例如是5，但該數(shù)量不限于5。在立體成像設(shè)備IB中，圖像形成光學(xué)系統(tǒng)30-1至30-5在角度上被布置為使得其光軸Ax3-1至Ax3-5在半反射鏡20和物鏡光學(xué)系統(tǒng)10的光軸Axl上的點(diǎn)處彼此相交。如上所述的配置允許立體成像設(shè)備IB獲取在5個(gè)不同的角方向上觀看的多視差視頻圖像。因此可以捕獲要在能夠多視差的顯示器上顯示的立體圖像和其他類型的圖像。也可以獲取用于插入視差圖像的圖像。獲取用于插入的圖像解決了 “阻塞(occlusion)”，該阻塞導(dǎo)致錯(cuò)誤的解析，因?yàn)橛糜陔p眼立體視覺(jué)所需的右和左圖像彼此不相關(guān)。根據(jù)第三實(shí)施例的立體成像設(shè)備IB也可以提供與由第一實(shí)施例提供的有益效果相同的有益效果。
本公開(kāi)也可以被配置如下。(I) 一種立體成像設(shè)備，包括物鏡光學(xué)系統(tǒng)，獲取從對(duì)象發(fā)射的光線，并且將所述光線引導(dǎo)到下游的部件；分離光學(xué)系統(tǒng)，具有部分反射表面，所述部分反射表面反射通過(guò)所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)的光線的一部分，并且透射其一部分；第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，布置在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射的光線沿其傳播的路徑上，并且將所反射的光線聚焦以形成視差圖像；第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，布置在通過(guò)所述分離光學(xué)系統(tǒng)的光線沿其傳播的 路徑上，并且將所透射的光線聚焦以形成視差圖像；第一成像裝置，將由所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)；以及第二成像裝置，將由所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)。(2)根據(jù)(I)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)具有聚焦調(diào)整功能和/或變焦調(diào)整功能。( 3 )根據(jù)(I)或(2 )所述的立體成像設(shè)備，其中，所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)在角度上被布置為使得入射在所述分離光學(xué)系統(tǒng)的部分反射表面上的光線的入射角等于從所述分離光學(xué)系統(tǒng)的部分反射表面反射且沿著所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸入射的光線的反射角。(4)根據(jù)(I)至(3)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)被布置為使得沿著所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸的虛擬光線在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射后傳播所沿著的路徑與所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸基本平行，并且所述路徑通過(guò)從所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸偏移預(yù)定距離的位置；并且，所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)被布置為使得所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸與所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸基本上平行，并且所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸通過(guò)從所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸向所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的相反側(cè)偏移預(yù)定距離的位置。(5)根據(jù)(I)至(3)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述第一和第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)在角度上被布置為使得沿著所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸的虛擬光線在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射后傳播所沿著的路徑在所述分離光學(xué)系統(tǒng)的部分反射表面上的或在所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)和所述分離光學(xué)系統(tǒng)之間的空間中的點(diǎn)處與所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸相交。(6)根據(jù)(I)至(5)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由半反射鏡形成。(7)根據(jù)(I)至(5)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由半反射鏡和完全反射入射在其上的光線的反射鏡的組合形成。(8)根據(jù)(I)至(5)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由部分反射膜形成，所述部分反射膜反射入射在其上的光線的一部分，并且透過(guò)其一部分，并且所述部分反射膜被覆蓋有立方體形狀的透明構(gòu)件。
(9)根據(jù)(I)至(5)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由部分反射膜和反射膜形成，所述部分反射膜反射入射在其上的光線的一部分，并且透射其一部分，所述反射膜完全反射入射在其上的光線，所述部分反射膜和所述反射膜被覆蓋有透明構(gòu)件。(10)根據(jù)(I)至(9)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)聚焦從所述對(duì)象發(fā)射的光以形成實(shí)像或虛像。(11)根據(jù)(I)至(9)中的任一項(xiàng)所述的立體成像設(shè)備，其中，所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)接收從所述對(duì)象發(fā)射的光線，并且輸出無(wú)焦點(diǎn)的光線。本公開(kāi)包含與在2011年7月26日在日本專利局提交的日本在先專利申請(qǐng)JP
2011-163245中公開(kāi)的主題相關(guān)的主題，通過(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容并入在此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素來(lái)進(jìn)行各種修改、組合、子組合和改變，只要它們?cè)谒降臋?quán)利要求或其等同內(nèi)容的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種立體成像設(shè)備，包括 物鏡光學(xué)系統(tǒng)，獲取從對(duì)象發(fā)射的光線，并且將所述光線引導(dǎo)到下游的部件； 分離光學(xué)系統(tǒng)，具有部分反射表面，所述部分反射表面反射通過(guò)所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)的光線的一部分，并且透射一部分； 第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，布置在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射的光線傳播的路徑上，并且將所反射的光線聚焦以形成視差圖像； 第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，布置在通過(guò)所述分離光學(xué)系統(tǒng)的光線傳播的路徑上，并且將所透射的光線聚焦以形成視差圖像； 第一成像裝置，將由所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)；以及 第二成像裝置，將由所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)具有聚焦調(diào)整功能和/或變焦調(diào)整功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)在角度上被布置為使得入射在所述分離光學(xué)系統(tǒng)的部分反射表面上的光線的入射角等于從所述分離光學(xué)系統(tǒng)的部分反射表面反射且沿著所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸入射的光線的反射角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)被布置為使得沿著所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸的虛擬光線在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射后傳播所沿著的路徑與所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸基本平行，并且所述路徑通過(guò)從所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸偏移預(yù)定距離的位置；并且，所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)被布置為使得所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸與所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸基本上平行，并且所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸通過(guò)從所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光軸向所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的相反側(cè)偏移預(yù)定距離的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述第一和第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)在角度上被布置為使得沿著所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸的虛擬光線在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射后傳播所沿著的路徑在所述分離光學(xué)系統(tǒng)的部分反射表面上或在所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)和所述分離光學(xué)系統(tǒng)之間的空間中的點(diǎn)處與所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)的光軸相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由半反射鏡形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由半反射鏡和完全反射入射在其上的光線的反射鏡的組合形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由部分反射膜形成，所述部分反射膜反射入射在其上的光線的一部分，并且透過(guò)一部分，并且所述部分反射膜被覆蓋有立方體形狀的透明構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述分離光學(xué)系統(tǒng)由部分反射膜和反射膜形成，所述部分反射膜反射入射在其上的光線的一部分，并且透射一部分，所述反射膜完全反射入射在其上的光線，所述部分反射膜和所述反射膜被覆蓋有透明構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)聚焦從所述對(duì)象發(fā)射的光以形成實(shí)像或虛像。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的立體成像設(shè)備， 其中，所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)接收從所述對(duì)象發(fā)射的光線，并且輸出無(wú)焦點(diǎn)的光線。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種立體成像設(shè)備，包括物鏡光學(xué)系統(tǒng)，獲取從對(duì)象發(fā)射的光線，并且將所述光線引導(dǎo)到下游的部件；分離光學(xué)系統(tǒng)，具有部分反射表面，所述部分反射表面反射通過(guò)所述物鏡光學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)的光線的一部分，并且透射一部分；第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，布置在從所述分離光學(xué)系統(tǒng)反射的光線傳播的路徑上，并且將所反射的光線聚焦以形成視差圖像；第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，布置在通過(guò)所述分離光學(xué)系統(tǒng)的光線傳播的路徑上，并且將所透射的光線聚焦以形成視差圖像；第一成像裝置，將由所述第一圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)；以及第二成像裝置，將由所述第二圖像形成光學(xué)系統(tǒng)形成的視差圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N13/02GK102902150SQ20121025052
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者山田正裕, 青木直 申請(qǐng)人:索尼公司