专利名称：立体成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及拍摄立体图像的在摄影机或任意其他相似装置中使用的立体成像装置。
背景技术：
设置有两个独立的成像透镜的摄像机已经被用于拍摄立体图像。如 JP-A-2006-162990所述，这种类型的摄像机通过使用两个成像透镜中的一个拍摄用于右眼 的图像并使用另一个成像透镜拍摄用于左眼的图像来获得两个视差图像。观察者可以其左 眼和右眼分别接收图像时观察到立体图像。期望这样的立体图像不仅用于娱乐而且还用于医疗和其他相似领域，并且已经提 出了许多形式的立体成像装置。图5是示出典型的立体成像装置的示例的立体图。立体成像装置500包括拍摄用 于左眼的图像的成像单元3L和拍摄用于右眼的图像的成像单元3R。存在用于将所拍摄的 两个图像作为立体图像呈现的许多方法。例如，通过使用相异的偏振光通量来投射左右图像，并且观察图像的观察者佩戴 具有在左右透镜的位置布置与相异的偏振光通量对应的偏振过滤片的眼镜。这样被供应到 左右眼镜的图像形成了立体图像。为了使所拍摄的图像具有立体感，需要根据要距成像的对象的距离来产生左右图 像之间的视差。通过拍摄用于左眼的图像的成像单元3L中的透镜IL的光学中心2L与拍 摄用于右眼的图像的成像单元3R中的透镜IR的光学中心2R之间的距离L，来确定左右图 像之间的视差。为了拍摄最终有效地呈现立体感的图像，需要对远处的对象增大L，并对近处的对 象减小L，使得视差减小。通常，认为L优选地被设定为距要拍摄的对象的距离的约1/30。表1基于上述假 定示出了距对象的距离与L之间的示例性关系。表 1 上述立体成像装置中的一些具有变焦功能。JP-A-2001-33900揭示了一种技术，用 于将两个成像透镜与齿轮进行连接并且在变焦操作期间两个成像齿轮的操作环同步地转动。JP-A-8-317424揭示了一种技术，用于通过使用焦距检测器来判定并控制在变焦 操作中由于制造处理时不良的组装精度导致的左右成像光学系统的光轴的偏差的量，来校 正所述偏差。
发明内容
另一方面，为了拍摄高质量图像，通常镜头的壳体趋于尺寸增大。此外，为了拍摄 明亮的图像，需要使用大数值孔径的透镜，其通常是大直径的透镜。更长焦距的透镜也具有 更大的直径。例如，当在近摄模式下使用具有大直径透镜的立体成像装置以使近处的对象成像 时，在一些情况下发生以下问题因为每个透镜的直径均较大，所有如图5所示的左右镜筒 4L、4R或镜头壳体5L、5R彼此撞击或干扰。在此情况下，左右透镜之间的中心对中心距离L 会不能随着距对象的距离的减小而减小。结果，距离L不可避免地大于合适值。在此情况下，左右图像之间的视差不必要地 较大，导致不自然的夸张的立体图像。较大的L使得左右镜头的视场彼此重叠的区域变窄。在此情况下，两个镜头不能 在近范围内对同一对象成像，反而会不利地对不同对象成像。为了避免这种状况，需要使得两个镜头向内倾斜使得其光轴倾斜。虽然左右视场 彼此重叠的区域可以因此变得足够大，但是过大的会聚角阻碍了自然的立体图像的产生。
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当左右镜头中的每一者均具有变焦透镜时，产生另一个问题。具体而言，当随着变 焦操作拍摄视频图像时，除非以左右透镜的视角同步变化的方式进行变焦操作，否则得到 的立体图像将不自然。因此在变焦操作期间需要精确地保持左右透镜的视角彼此相等。为此，如 JP-A-2001-33900和JP-A-8-317424所述，通常要求复杂的机构和处理。当距对象的距离较 短时，此目的更难实现。因此，期望提供一种立体成像装置，尤其在近范围近摄成像时能够根据距对象的 距离拍摄具有两者之间合适的视差的左右图像以获得高质量的立体图像。还期望提供一种立体成像装置，能够容易地在变焦或其他操作期间以左右视角保 持一致的方式拍摄图像。根据本发明的实施例，提供了一种立体成像装置，包括前侧光学构件，其由非无 焦光学系统形成，所述前侧构件形成对象的像。该立体成像装置还包括多个后侧光学构 件，其不仅布置在所述前侧光学构件形成所述对象的像所在的平面的下游，而且还以使得 所述多个后侧光学构件的光轴与所述前侧光学构件的光轴基本平行但不重合的方式定位， 所述多个后侧光学构件对由所述前侧光学构件形成的实像进行再聚焦。该立体成像装置还 包括成像器件，其接收由所述后侧光学构件聚焦的光线。上述构造允许源自对象并入射在前侧光学构件的光线划分为具有不同视差图像 信息的多组光线，并且将划分后的各组光线导引到各个后侧光学构件。根据上述本发明的实施例，多个后侧光学构件不仅布置在单镜头前侧光学构件形 成对象的像所在的平面的下游，而且还以使得多个后侧光学构件的光轴与前侧光学构件的 光轴平行但不重合的方式定位。上述构造允许源自对象并入射在前侧光学构件上的光线划 分为具有不同视差图像信息的多组光线，并且将划分后的各组光线导引到各个后侧光学构 件。因此，由单镜头前侧光学构件产生的图像光可以用于产生立体观察所用的成像信号，从 而能够以令人满意的方式执行三维成像。
图1描绘了根据本发明的第一实施例的立体成像装置；图2描绘了根据本发明的第二实施例的立体成像装置；图3描绘了根据本发明的第三实施例的立体成像装置；图4描绘了根据本发明的第四实施例的立体成像装置；并且图5是现有技术的立体成像装置的示例的立体图。
具体实施例方式以下将参考附图详细描述本发明的实施例。将以下述顺序进行说明1.第一实施例(图1)2.第二实施例(图2)3.第三实施例(图3)4 第四实施例(图4)5.变化方案
1.第一实施例图1是示出根据本发明的第一实施例的立体成像装置100的构造的俯视图。图 1示出了光学系统和成像器件，但未示出对由成像器件产生的成像信号进行处理的处理电 路。对将在其他实施例中描述的图2以及其他视图也同样如此。本实施例中的立体成像装置100包括主透镜10，其是对来自对象的光进行汇集和 聚焦的前侧成像器。中继透镜31和32布置在主透镜10形成对象的实像所在的位置的下 游。中继透镜31和32每一者均对由主透镜10汇集的光进行再聚焦。接收来自对象的光 的成像器件41和45布置在中继透镜31和32形成对象的图像所在的位置上。成像器件41 和45每一者是CCD(电荷耦合器件)图像传感器、CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传 感器或任意其他合适的图像传感器。成像器件41和45每一者接收图像光，将其转换为电成像信号，并输出得到的信 号。成像器件45输出用于右眼的成像信号，成像器件41输出用于左眼的成像信号。处理 电路(未示出)使用这两个成像信号来产生用于立体观察的图像信号。现在，使光线4是表示源自对象“a”并入射在主透镜10上的光通量的中心光线， 并且光线1和7是光线4周围的周边光线。相似地，使光线5是表示源自位于主透镜10的 光轴上的对象“b”并入射在主透镜10上的光通量的中心光线，并且光线2和8是光线5周 围的周边光线。此外，使光线6是表示源自对象“c”并入射在主透镜10上的光通量的中心 光线，并且光线3和9是光线6周围的周边光线。来自对象“a”的光线1、4和7通过主透镜10折射成为光线11、14和17，并被汇集 在像平面51上，像平面51是光线11、14和17被聚焦所在的平面。光线11接着入射在中继透镜32上并被聚焦到成像器件45上的点48中。光线17 入射在中继透镜31上并被聚焦到成像器件41上的点42。中继透镜31和32被定位成使得 其光轴33和34与主透镜10的光轴50平行但不重合。光线14被导引到位于中继透镜31 和32之间的间隙，因此不被成像器件41、45中的任一者接收。相似地，作为来自位于主透镜10的光轴50上的对象的光线的光线2、5和8通过 主透镜10折射成为光线12、15和18，并被汇集在像平面51上。光线5沿着主透镜10的光 轴50传播。在被汇集之后，光线12、15和18发散。光线12入射在中继透镜32上，并被聚 焦在成像器件45的中心点47处。光线18入射在中继透镜31上并被聚焦在成像器件41的中心点43处。在本实施 例中，成像器件41和45的中心点43和47不在中继透镜31和32的光轴33和34上，而沿 着远离主透镜10的光轴50的方向偏离光轴33和34。光线15被导引到位于中继透镜31 和32之间的间隙，因此不被成像器件41、45中的任一者接收。作为来自对象“c”的光线的光线3、6和9相似地通过主透镜10折射成为光线13、 16和19，被汇集在像平面51上并接着发散。光线13入射在中继透镜32上并被聚焦到成 像器件45上的点48。光线19入射在中继透镜31上并被狙击熬到成像器件41上的点42。光线16被导引到位于中继透镜31和32之间的间隙，因此不被成像器件41、45中 的任一者接收。在本实施例中，中继透镜31和32被布置在主透镜10形成像所在的平面的下游， 并且中继透镜31和32的光轴33和34与主透镜10的光轴平行但不重合(即间隔开)。其
6中源自对象中的每一个并入射在主透镜10上的光通量的中心光线被导引到位于中继透镜 31和32之间的间隙，防止中心光线聚焦在成像器件41、45中的任一者上。另一方面，被主 透镜10汇集并接着发散的仅中心光线周围的周边光线能够被引至中继透镜31或32并被 聚焦在成像器件41或45上。来自单个对象的光线由于它们在不同的位置入射在主透镜10的孔径上，所以就 入射角而言彼此不同。即，以不同角度入射的光线被认为具有与其相对应的视差信息。因此，在本实施例中，例如，源自对象并入射在主透镜10上的光通量可以被包括 光通量的中心光线并沿着上下方向延伸的平面划分为具有用于右眼的视差信息的光通量 和具有用于左眼的视差信息的光通量。得到的两个光通量然后被聚焦在对应的成像器件 上。例如，在如图1所示来自对象“a”的光线中，位于光线4的右侧并在光线1附近的 那些光线被认为是具有用于右眼的关于对象“a”的视差信息。另一方面，在来自对象“a” 的光线中，位于光线4的左侧并在光线7附近的那些光线具有用于左眼的关于对象“a”的
视差信息。经过主透镜10的光被暂时地汇集并接着发散。因此，具有用于右眼的视差信息的 光线入射在中继透镜32上并被聚焦在成像器件45上，并且来自对象“a”但位于光线7附 近并具有用于左眼的视差信息的光线入射在中继透镜31上并被聚焦在成像器件41上。相似地，在来自对象“b”的光线中、位于包括光线中的中心光线并沿着上下方向延 伸的平面的右侧的那些光线，以及在来自对象“c”的光线中、位于包括光线中的中心光线并 沿着上下方向延伸的平面的右侧的那些光线入射在中继透镜32上并被聚焦在成像器件45 上。另一方面，在来自对象“b”的光线中、位于包括光线中的中心光线并沿着上下方向 延伸的平面的左侧的那些光线，以及在来自对象“c”的光线中、位于包括光线中的中心光线 并沿着上下方向延伸的平面的左侧的那些光线入射在中继透镜31上并被聚焦在成像器件 41上。这样由成像器件45形成的图像被用作用于右眼的图像，并且这样由成像器件41 形成的图像被用作用于左眼的图像。将用于右眼和左眼的图像供应给观察者使得观察者观 察到立体图像。当如现有技术中那样使用两个透镜来获得用于右眼和左眼的图像并且要成像的 对象位于近范围内时，透镜在物理上彼此干涉，不可避免地导致比最优值更大的视差量。但 是，在本实施例中，因为入射在主透镜10上的光线被用于形成两个视差图像，所以能够解 决上述问题。因而能够由近范围内的对象产生用于立体观察的图像。主透镜10可以是任意将来自对象的光聚焦的透镜。具体而言，在本实施例中，主 透镜10是非无焦的聚焦光学系统。利用无焦光学系统造成在通过移动或平移透镜或者以 其他方式改变其位置来改变倍率时的困难。相反，在本实施例中，主透镜10可以容易地设 置有变焦功能。在现有技术的具有两个前侧透镜的立体成像装置中，难以在变焦操作期间使左右 两个透镜的视角精确地同步。但是，在本实施例中，因为使主透镜10设置有变焦功能使得 仅单个透镜来调节倍率，不需要上述使视角保持彼此相等的操作。
在本实施例，也能够在不需要任何复杂的构造的情况下解决双透镜系统的其他问 题，即，由于组装精度导致在变焦操作期间左右透镜的光轴的偏移。2.第二实施例图2是示出根据本发明的第二实施例的立体成像装置200的构造。本实施例中的 立体成像装置200包括主透镜10a，主透镜10a是对来自对象的光进行汇集并聚焦的前侧 成像器。立体成像装置200还包括布置在主透镜10a形成对象的实像所在的位置的场透 镜20a。场透镜20a将由成像器汇集的光通量划分为位于包括来自对象的光通量的中心光 线并沿着上下方向延伸的平面的相对两侧的两组。立体成像装置200还包括布置在场透镜 20a下游的中继透镜31a和32a。中继透镜31a和32a分别对划分后的光通量进行再聚焦。 立体成像装置200还包括布置在中继透镜形成对象的图像所在的像平面51a上的成像器件 41a和45a。成像器件41a和45a接收来自对象的光。现在，使光线4a是表示源自对象“a”并入射在主透镜10a上的光通量的中心光线， 并且光线la和7a是光线4a周围的周边光线。相似地，使光线5a是表示源自位于主透镜 10a的光轴上的对象“b”并入射在主透镜10a上的光通量的中心光线，并且光线2a和8a是 光线5a周围的周边光线。此外，使光线6a是表示源自对象“ c ”并入射在主透镜10a上的 光通量的中心光线，并且光线3a和9a是光线6a周围的周边光线。以下将描述来自各个对象的光线的行为。来自对象“a”的光线4a通过主透镜10a 折射成为光线14a。来自对象“a”并且是光线4a周围的刷边光线的光线la通过主透镜10a 折射成为光线11a。相似地，作为光线4a周围的另一个周边光线的光线7a通过主透镜10a 折射成为光线17a。布置在光线11a、14a和17a被聚焦所在的像平面51a上的场透镜20a将作为来自 对象“a”的周边光线的光线11a折射成为光线21a。光线21a入射在布置于场透镜20a的下游的中继透镜32a上，并例如被中继透镜 32a聚焦到成像器件45a上的点46a，成像器件45a接收用于右眼的图像光线。即，中继透 镜32a将由主透镜10a聚焦的实像再聚焦在成像器件45a上。中继透镜32a被布置为使得其光轴34a基本与主透镜10a的光轴50a平行，但不 重合。在图2所示的示例中，中继透镜32a被布置为使得其光轴34位于主透镜10a的光轴 50a的左侧。另一方面，作为来自对象“a”的另一周边光线的光线17a通过场透镜20a折射成 为光线27a，并入射在中继透镜31a上。27a接着例如被聚焦到成像器件41a上的点42a，成 像器件41a接收用于左眼的图像光线。作为来自对象“a”的光通量的中心光线的14a通过场透镜20a折射成为光线24a。 因为光线24a到达位于中继透镜31a和32a之间的间隙，所以其不入射在中继透镜中的任 一者上，即不由成像器件41a、45a中的任一者接收。如上所述，在由主透镜10a汇集并被引向像平面51a的、源自对象“a”的光线中， 场透镜20a使得位于包括作为中心光线的光线14a并沿着上下方向延伸的平面的右侧的光 线入射在中继透镜32a上，并且使得位于包括光线14a并沿着上下方向延伸的平面的左侧 的光线入射在中继透镜31a上。场透镜20a可以是例如具有较高正屈光度的汇聚透镜。场 透镜20a在本实施例中布置在主透镜10a形成对象的像所在的位置，但是场透镜20a可以
8布置在场透镜20a能够将光线以与上述相同的方式分配到中继透镜31a和32a所在的任意 其他合适位置。相似地，作为来自对象“b”的光线的光线2a、5a和8a由主透镜10a汇集，并聚焦 在像平面51a上。例如，沿着主透镜10a的光轴50a传播的光线5a即使在经过主透镜10a 并成为光线15a之后仍沿着主透镜10a的光轴50a传播。作为5a周围的周边光的光线2a 经过主透镜10a成为光线12a。作为5a周围的另一周边光的光线8a经过主透镜10a成为 光线18a。源自对象“b”并由主透镜10a汇集的光线由布置在像平面51a (其是光线被聚焦 所在的平面)上的场透镜20a分配到布置在场透镜20a的下游的中继透镜31a和32a。S卩，在源自对象“b”的光线中，位于包括作为中心光线的光线曝光部分15a并沿着 上下方向延伸的平面的左侧的光线通过场透镜20a折射并入射在中继透镜31a上。位于包 括光线15a并沿着上下方向延伸的平面的右侧的光线通过场透镜20a折射并入射在中继透 ^^ 32& 卜.o因此，位于包括光线15a并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光线18a被导引通 过场透镜20a并入射在中继透镜31a上，中继透镜31a例如将光线聚焦到成像器件41a的 中心点43a。位于该平面的右侧的光线12a被导引通过场透镜20a并入射在中继透镜32a 上，中继透镜32a将光线聚焦到成像器件45a的中心点47a。作为中心光线的光线15a经过 场透镜20a，接着到达位于中继透镜31a和32a之间的间隙，并因此未被汇集或聚焦在成像 器件41a或45a上。同样情况向适用于源自对象“c”并入射在主透镜10a上的光线。作为中心光线的 光线6a经过主透镜10a成为光线16a。作为光线6a周围的周边光的光线3a和9a分别通 过主透镜10a折射成为光线13a和19a。源自对象“c”并由主透镜10a汇集到像平面51a上的上述光线被布置在像平面 51a上的场透镜20a分配到布置在其下游的中继透镜31a和32a。在源自对象“c”并由主透镜10a汇集的光通量中，位于包括作为中心光线的光线 16a并沿着上下方向延伸的平面的右侧的光通过场透镜20a被导引到中继透镜32a。位于包 括光线16a并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光通过场透镜20a被导引到中继透镜31a。因此，位于包括光线16a并沿着上下方向延伸的平面的右侧的光线13a经过场透 镜20a成为光线23a，并被导引到中继透镜32a，中继透镜32a例如将光线23a聚焦到用于 右眼图像的成像器件45a上的点48a。位于包括光线16a并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光线19a经过场透镜20a 成为光线29a，并被导引到中继透镜31a，中继透镜31a例如将光线29a聚焦到用于左眼图 像的成像器件41a上的点44a。作为源自对象“c”的光通量的中心光线的光线16a通过场透镜20a被导引到位于 中继透镜31a和32a之间的间隙，并因此不聚焦在成像器件中的任一者上。如上所述，同样在本实施例中，在源自对象并入射在主透镜10a上的光通量中，光 通量的中心光线不被聚焦在成像器件中的任一者上，而中心光线周围的周边光被聚焦在成 像器件中的一者上。例如，图2中位于光线la、2a和3a附近的光具有用于右眼的视差信息，并且该光暂时地被主透镜10a汇集。具有用于右眼的视差信息的光线中的每一者对应于位于包括源 自对应对象的汇集光通量的中心光线并沿着上下方向延伸的平面的右侧。上述光线通过场透镜20a被导引到中继透镜32a并聚焦在成像器件45a上。此外，在来自对象的光中，位于包括相应的中心光线并沿着上下方向延伸的平面 的左侧的光通量，即图2中位于光线7a、8a和9a附近的光线被认为具有用于左眼的关于对 象“a”、“b”和“c”的视差信息，并同样通过主透镜10a汇集。所涉及的光线中的每一者均 对应于位于包括对应的汇集光通量的中心光线并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光线。所涉及的光线接着通过场透镜20a入射在中继透镜31a上并被聚焦在成像器件 41a 上。如上所述，通过供应形成在成像器件45a(用于右眼的具有视差信息的光被聚焦 在成像器件45a处)上的图像作为用于右眼的图像以及供应形成在成像器件41a上的图像 作为用于左眼的图像，来实现立体观察。主透镜10a可以是能够根据情况被更换为另一透镜的可拆卸适配透镜。在此情况 下优选的是，在更换主透镜的同时也将场透镜20a更换为另一个。3.第三实施例将来自对象的光线划分并将划分后的光线分配到两个中继透镜的场透镜可以是 具有负屈光度的凹透镜。图3是根据本发明的第三实施例的立体成像装置300的俯视图。根据本实施例的 立体成像装置300包括主透镜10b，主透镜10b是对来自对象的光进行汇集并聚焦的前侧成 像器。立体成像装置300还包括布置在主透镜形成对象的实像所在的位置的场透镜20b。 场透镜20b使由成像器汇集的光通量发散。立体成像装置300还包括布置在场透镜20a下 游的中继透镜31b和32b。中继透镜31b和32b分别对发散光进行再聚焦。立体成像装置 300还包括布置在中继透镜形成对象的图像所在的位置的成像器件41b和45b。成像器件 41b和45b接收来自对象的光。同样在此情况下，来自对象“a”的光线lb、4b和7b，来自对象“b”的光线2b、5b和 8b，以及来自对象“c”的光线3b、6b和9b由主透镜10b汇集并聚焦在像平面51b上。光线 4b、5b和6b分别是来自对象“ a，，、“b，，和“ c，，的光通量的中心光线。来自对象“a”的光线lb,4b和7b由主透镜10b汇集成为光线lib、14b和17b。位 于包括作为中心光线的光线14b并沿着上下方向延伸的平面的右侧的光线lib是具有用于 右眼的视差信息的光线，并通过场透镜20b折射成为发散光线21b，发散光线21b入射在中 继透镜32b上。位于包括作为中心光线的光线14b并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光线17b 是具有用于左眼的视差信息的光线，并通过场透镜20b折射成为发散光线27b，发散光线 27b入射在中继透镜31b上。中继透镜31b和32b的光轴33b和34b与主透镜10b的光轴50b平行并与光轴 50b间隔开。相似地，作为来自对象“b”的光线的光线2b、5b和8b由场透镜20b汇集成为光线 12b、15b和18b。位于包括作为中心光线的光线15b并沿着上下方向延伸的平面的右侧的 光线12b通过场透镜20b折射成为发散光线22b，发散光线22b入射在中继透镜32b上。另
10一方面，位于包括作为中心光线的光线15b并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光线18b 通过场透镜20b折射成为发散光线，该发散光线入射在中继透镜31b上。相同情况适用于作为来自对象“c”的光线的光线3b、6b和％。光线3b、6b和9b 由主透镜10b汇集成为光线13b、16b和19b。作为具有用于右眼的视差信息的光线的光线 13b通过场透镜20b折射成为发散光线23b，发散光线23b入射在中继透镜32b上。作为具 有用于左眼的视差信息的光线的光线19b通过场透镜20b折射成为发散光线29b，发散光线 29b入射在中继透镜31b上。这样，作为源自各个对象并具有用于右眼的视差信息的光线的光线lb、2b和3b以 光线2lb、22b和23b入射在中继透镜32b上，并被聚焦在成像器件45b上。具有用于左眼的视差信息的光线的光线7b、8b和9b以光线27b、28b和29b入射 在中继透镜31b上，并被聚焦在成像器件41b上。作为来自各个对象的光通量的中心光线的光线4b、5b和6b以光线24b、25b和26b 通过场透镜20b被导引到位于中继透镜31b和32b之间的间隙，并因此不被聚焦在成像器 件中的任一者上。4.第四实施例图4是根据本发明的第四实施例的立体成像装置400的俯视图。根据本实施例的 立体成像装置400包括主透镜10c和可变尺寸孔径光阑60c，主透镜10c是对来自对象的光 进行汇集并聚焦的前侧成像器，可变尺寸孔径光阑60c限制要入射在主透镜10c上的光线。 立体成像装置400还包括布置在主透镜10c形成对象的实像所在的位置的场透镜20c。场 透镜20c将汇集光划分为位于包括来自对象的光通量的中心光线并沿着上下方向延伸的 平面的相对两侧的两组。立体成像装置400还包括布置在场透镜20c下游的中继透镜31c 和32c。中继透镜31c和32c分别对划分后的光通量进行聚焦。立体成像装置400还包括 布置在中继透镜形成对象的图像所在的位置的成像器件41c和45c。成像器件41c和45c 接收来自对象的光。示出本实施例的图4与示出第一实施例的图1的不同之处在于，使用孔径光阑60c 来减小光阑的孔径尺寸，以限制要入射在主透镜10c上的光线。现在，使光线3c是表示源自对象“a”并入射在主透镜10c上的光通量的中心光 线，并且光线lc和6c是光线3c周围的周边光线。此外，使光线5c是表示源自位于主透镜 10c的光轴50c上的对象“b”并入射在主透镜10c上的光通量的中心光线，并且光线2c和 8c是光线5c周围的周边光线。此外，使光线7c是表示源自对象“c”的光通量的中心光线， 并且光线4c和9c是光线7c周围的周边光线。源自各个对象“a”、“b”和“c”并入射在主透镜10c上的光通量的中心光线3c、5c 和7c是主要光线，这是因为它们(虽然未示出)经过孔径光阑60c的中心部分。因为源自各个对象并引向主透镜10c的周边的光线被孔径光阑60c阻挡而不进入 主透镜10c，所以入射在主透镜10c上的光通量窄于如图1所示的光通量。作为来自对象“a”的光线的光线lc、3c和6c由主透镜10c汇集成为11c、13c和 16c。布置在光线11c、13c和16c聚焦所在的像平面51c上的场透镜20c将具有用于右眼 的视差信息的光线导引到中继透镜32c，并将具有用于左眼的视差信息的光线导引到中继 透镜31c。
S卩，位于包括作为来自对象“a”的光通量的中心光线的光线13c并沿着上下方向 延伸的平面的左侧的光线入射在中继透镜31c上。此光线对应于位于包括作为源自对象 “a”并入射在主透镜10c上的光通量的中心光线的光线3c并沿着上下方向延伸的平面的左 侧的光线。图4示出了当场透镜20c是正屈光度的透镜时光线的路径。场透镜20c当然可以 可选地是具有使光线发散的负这是能力的透镜。位于包括光线13c并沿着上下方向延伸的平面的右侧的光线入射在中继透镜32c 上。在源自对象“a”并入射在主透镜10c上的光线中的此光线对应于位于包括作为中心光 线的光线3c并沿着上下方向延伸的平面的右侧的光线。S卩，光线11c经过场透镜20c成为光线21c，并入射在中继透镜32c上。光线21c 接着被聚焦在成像器件45c上。光线16c成为光线26c，入射在中继透镜31c上，并被聚焦 在成像器件41c上。作为来自对象“a”的光通量的中心光线的光线13c经过场透镜20c成 为光线23c，并被引到位于中继透镜31c和32c之间的间隙。因此光线23c不被聚焦在成像 器件中的任一者上。同样在本实施例中，如图1所示的第一实施例中那样，中继透镜31c和32c的光轴 33c和34c与主透镜10c的光轴50c平行但不重合。成像器件41c和45c的中心分别布置在从中继透镜31c的光轴33c和中继透镜 32c的光轴34c向外偏移的位置。作为来自对象“b”的光线的光线2c、5c和8c由主透镜10c汇集成为光线12c、15c 和18c。位于包括作为来自对象“b”的光通量的中心光线的光线15c并沿着上下方向延伸 的平面的右侧的光线12c经过场透镜20c成为光线22c，被引到中继透镜32c，并被聚焦在 成像器件45c上。位于包括光线15c并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光线18c经过场透镜20c 成为光线28c，被引到中继透镜31c，并被聚焦在成像器件41c上。作为中心光线的光线15c经过场透镜20c成为光线25c，并到达位于中继透镜31c 和32c之间的间隙。因此光线25c不被聚焦在成像器件中的任一者上。相似地，源自对象“c”并入射在主透镜10c上的光线4c、7c和9c被汇集成为光线 14c、17c和19c。位于包括作为来自对象“c”的光通量的中心光线的光线17c并沿着上下 方向延伸的平面的右侧的光线14c经过场透镜20c成为光线24c，被引到中继透镜32c，并 被聚焦在成像器件45c上。位于包括光线17c并沿着上下方向延伸的平面的左侧的光线19c经过场透镜20c 成为光线29c，被引到中继透镜31c，并被聚焦在成像器件41c上。因为光线3c、5c和7c是上述主要光线，所以光线3c、5c和7c折射得到的光线13c、 15c、17c、23c、25c和27c仍是主要光线。在本实施例的立体成像装置400中，观察者可以在其左眼接收由成像器件41c获 得的图像并且右眼接收由成像器件45c获得的图像时观察到立体图像。在本实施例中，通过孔径光阑60c使源自对象并入射在主透镜10c上的光通量在 直径上减小。即，因为源自对象并到达主透镜10c的孔径的周边的光线被孔径光阑60c阻 挡，所以具有较大视差信息的光线不被聚焦在成像器件中的任一者上。结果，相比如图1至
123所示的第一至第三实施例中的情况，根据本实施例的立体成像装置400可以拍摄具有更 小的视差量的用于右眼和左眼的图像。因此，为了对近范围内的对象进行成像，可以通过减小光阑的孔径的尺寸来减小 视差量。另一方面，当从对象到摄像机的距离较大时，可以通过增大光阑的孔径的尺寸来增
大视差量。当如现有技术中那样使用两个透镜时，为了实立体镜地对距离持续变化的对象成 像，需要改变两个透镜之间的距离，并以同步方式改变其光轴之间的角度。摄像机的机械构造因此不利地较为复杂。相反，在本实施例中，可以通过改变光阑的孔径的尺寸，根据距对象的距离来迅速 并容易地改变视差量。同样，在本实施例中，通过将非无焦光学系统用作主透镜10c，例如通过采用其中 入射光瞳或出射光瞳的位置偏离焦平面的构造，来容易地提供变焦功能。5.变化方案已经参照布置两个成像器件的情况描述了以上实施例。可选地，单个成像器件可 以用于拍摄图像。即，例如，在如图1所示的示例中，布置单个成像器件，并将其构造为对覆 盖由成像器件41成像的范围和由成像器件45成像的范围的较宽区域进行成像。作为由单 个成像器件执行的成像操作的结果而输出的成像信号被用于提取表示由成像器件41成像 的范围的成像信号和由成像器件45成像的范围表示的成像信号。这样产生了用于立体观 察的图像信号。因此可以减少成像器件的数量并可以简化摄像机的构造。此外，已经参照其中形成从主透镜到成像器件的光学路径的光学部件被固定的情 况描述了以上实施例。可选地，一部分光学部件可以是可拆卸的。例如，可以通过采用其中 主透镜可拆卸的构造来实现可选择的主透镜成像装置。本申请包含与2009年4月13日向日本专利局递交的日本在先专利申请 JP2009-097275中揭示的内容相关的主题，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。本领域的技术人员应该理解的是，只要在所附权利要求的范围及其等同范围内， 就可以根据设计需要和其他因素进行各种修改、结合、子结合和替换。
权利要求
一种立体成像装置，包括前侧光学构件，其由非无焦光学系统形成，所述前侧构件形成对象的像；多个后侧光学构件，其不仅布置在所述前侧光学构件形成所述对象的像所在的平面的下游，而且还以使得所述多个后侧光学构件的光轴与所述前侧光学构件的光轴基本平行但不重合的方式定位，所述多个后侧光学构件对由所述前侧光学构件形成的实像进行再聚焦；以及成像器件，其接收由所述后侧光学构件聚焦的光线以产生成像信号。
2.根据权利要求1所述的立体成像装置，还包括布置在所述前侧光学构件与所述后侧光学构件之间的场透镜，其中，所述场透镜不仅将源自所述对象并由所述前侧光学构件汇集的光通量分配到各 个所述后侧光学构件，而且还将来自所述对象的所述光通量的中心光线导引到所述多个后 侧光学构件之间的间隙。
3.根据权利要求2所述的立体成像装置，其中，为所述多个后侧光学构件中的每个均设置所述成像器件。
4.根据权利要求2所述的立体成像装置，其中，所述前侧光学构件包括变焦透镜。
5.根据权利要求2所述的立体成像装置，其中，所述前侧光学构件还具有改变光线经过的孔径光阑的面积的孔径调节功能。
6.根据权利要求2所述的立体成像装置，其中，所述场透镜是具有正屈光度的汇聚透镜。
7.根据权利要求2所述的立体成像装置，其中，所述场透镜是具有负屈光度的透镜。
8.一种立体成像装置，包括前侧光学构件，其在预定位置形成对象的实像；多个后侧光学构件，其以使得所述多个后侧光学构件的光轴与所述前侧光学构件的光 轴平行但不重合的方式定位，所述多个后侧光学构件对所述实像进行再聚焦；以及成像器件，其接收由所述后侧光学构件聚焦的光线以产生成像信号。
全文摘要
本发明提供了立体成像装置，包括前侧光学构件，其由非无焦光学系统形成，所述前侧构件形成对象的像；多个后侧光学构件，其不仅布置在所述前侧光学构件形成所述对象的像所在的平面的下游，而且还以使得所述多个后侧光学构件的光轴与所述前侧光学构件的光轴基本平行但不重合的方式定位，所述多个后侧光学构件对由所述前侧光学构件形成的实像进行再聚焦；以及成像器件，其接收由所述后侧光学构件聚焦的光线以产生成像信号。
文档编号G03B35/10GK101859060SQ20101015163
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月6日 优先权日2009年4月13日
发明者吉川功一 申请人:索尼公司