立体图像拍摄装置的制作方法

专利名称：立体图像拍摄装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及捕捉立体图像的立体图像拍摄装置，更具体地涉及在拍摄立体图像时的聚焦调节技木。
背景技术：
近年来，对能够拍摄3D (立体)图像的摄像机(立体图像拍摄装置)的需求不断増加。对于拍摄立体图像的方法，存在使用半反射镜拍摄图像的分束器型(半反射镜型)、使用物理排列和安装的两个成像装置来拍摄图像的并列型(平行双透镜型)等。在这些拍摄类型中，成像装置安装在称作台架(rig)的支架上并执行拍摄，因此安装成像装置的自由度增加。例如，可以高自由度地选择用于拍摄立体图像的两个透镜之间的距离(在下文 中，称作IAD:轴间距离(Inter Axial Distance))、会聚性、或观察角等。尽管自由度高，但是问题在于为将立体图像拍摄装置安装在台架上，毎次拍摄的设置和调整需要非常多的努力和时间。此外，具体地，还存在分束器型台架是大尺度装置、而不适合在现场用于拍摄或报道的问题。为解决上述问题，存在将以并列方法执行拍摄的两个2D图像拍摄摄像机安装在单一外壳中来制造集成双透镜3D摄像机的情况。在以这种方式制造的集成双眼3D摄像机中，不需要组装，也不需要校准调整(左右摄像机的光轴调整)。此外，由于集成双透镜3D摄像机紧凑，所以在现场进行拍摄或报道时易于携带，并且可以在短设置时间内执行拍摄。但是，集成双透镜3D摄像机基本上采用并列型，从而对IAD的调整存在限制。也就是说，因为两个透镜分别的光学系统或成像器在物理上彼此干渉，所以不可能使得IAD比由光学系统或成像器的布置位置所限定的特定距离更短。因此，例如，在非常接近对象的情况下，因为即使通过将会聚点匹配到对象来将视差量调整到零，定位在对象后侧的背景图像的视差量也过大，所以视差量超出人能舒服地观察3D图像的视差范围。对于对象与立体图像拍摄装置之间的距离非常短的情况下，例如，可能出现对人物进行采访拍摄的情况、在运动接力的背景下进行拍摄的情况等。在这种情况下，对象和成像装置之间的距离为约I到2m，会聚点也被调节到约I到2m的距离。在这种情况下，可以认为使视差处于人可舒服地观察3D图像的范围内的最有用的IAD是IOmm到40mm。但是，在现有的集成双透镜3D摄像机中，很难在保持图像质量和功能(即，不便透镜直径或成像器尺寸减小)的同时实现这样短的MD。在使用分束器型执行拍摄的情况下，两个成像装置在物理上不彼此干渉，从而可以使IAD变得非常短。但是，如上所述，问题在于每次拍摄的设置和调整需要非常多的努力和时间，因此，仍然存在不适合于对人物的采访拍摄、或在运动接力背景下的拍摄的问题。例如，日本未审查专利申请公开No. 2003-5313公开了立体图像拍摄装置，其中在摄像机的焦点与两个透镜的会聚点匹配的状态下可以将会聚点调节到任意位置。如果使用该装置，可以在IAD等于人的瞳孔距离的情况下执行拍摄，因此，即使在近距离拍摄的情况下，也可以拍摄能够获得自然立体效果的图像。

发明内容
但是，当分析在日本未审查专利申请公开No. 2003-5313中公开的内容时，考虑设置目标光学系统，从而除了成像光学系统的瞳孔之外，还在对象ー侧上形成与成像光学系统的瞳孔相对应的虚拟瞳孔。虚拟瞳孔是在从对象发出的光束当中穿过目标光学系统并穿过成像光学系统的透镜中心的全体光束所穿过的点。也就是说，在成像光学系统的成像装置中形成的图像是与使用虚拟瞳孔作为瞳孔(在下文中，虚拟瞳孔称作“有效瞳孔”)所拍摄的图像等效的图像。因此，可以认为两个有效瞳孔之间的距离是立体图像拍摄装置的实际IAD (在下文中，称作“有效IAD ”)。
有效IAD根据參数(例如，目标光学系统的焦距、或目标光学系统的第二主点与成像光学系统的第一主点之间的距离)值而变化。此外，在有效IAD显著变化的情况下，由立体图像拍摄装置所获得的视差图像的视差量也显著变化。日本未审查专利申请公开No. 2003-5313公开了用于调整图像的立体效果的方法，但是本身没有公开有效IAD的概念。因此，日本未审查专利申请公开No. 2003-5313也没有公开用于调节会聚点的形成位置以使得有效IAD不显著改变的方法。为此，在通过日本未审查专利申请公开No. 2003-5313中公开的方法来调节会聚位置的情况下，有可能有效IDA会由于该调节而显著改变。也就是说，有可能在观察过程中图像的立体效果显著改变、并且观察者感到不舒服的情况下拍摄立体图像。期望调节会聚点的形成位置、而几乎不改变由立体图像拍摄装置所形成的虚拟瞳孔之间的间隙。根据本发明的实施例，提供立体图像拍摄装置，其包括目标光学系统，其具有使对象形成为实像或虚像的功能；多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统，使得从目标光学系统的不同路径所发出的多个对象光束分别再次形成为视差图像；和多个成像装置，其安装成与多个成像光学系统相对应，并将由多个成像光学系统所形成的视差图像转换成图像信号。此外，通过改变目标光学系统相对于成像光学系统和/或成像装置的布置位置的相对布置位置、或改变成像光学系统和/或成像装置相对于目标光学系统的布置位置的相对布置位置，来调节会聚点的形成位置。会聚点形成于多个成像光学系统的光轴彼此相交的位置、或形成于将多个成像光学系统的第一主点与成像装置的中心连接的线彼此相交的位置。在目标光学系统的第二主点与成像光学系统的第一主点之间在目标光学系统的光轴方向上的距离内，会聚点的形成位置经调节，以使得目标光学系统的焦距、和目标光学系统的焦点与成像光学系统的第一主点之间在目标光学系统的光轴方向上的距离的比率基本恒定。采用上述构造和控制，即使在会聚点的形成位置改变的情况下，目标光学系统的焦距、与目标光学系统的第二主点和成像光学系统的第一主点之间的距离的比率不改变，该距离限定虚拟瞳孔之间的间隔的參数根据本发明的实施例，可以调节会聚位置、同时几乎不改变虚拟瞳孔之间的间隔。


图I是示出根据本发明的实施例的立体图像拍摄装置的概要的示意图。
图2是示出根据本发明的实施例的立体图像拍摄装置所形成的有效瞳孔和有效IAD的示图。图3是示出根据本发明的实施例的立体图像拍摄装置的构造示例的示意图。图4A和4B是示出根据本发明的第一实施例的立体图像拍摄装置的构造示例的示意图，其中图4A示出目标光学系统设置在接近成像部分的位置上的示例，图4B示出目标光学系统移动以变得远离图4A所示位置上的成像部分的示例。图5A和5B是示出根据本发明的第二实施例的立体图像拍摄装置的构造示例的示意图，其中图5A示出可变焦点光学元件的曲率半径很大的示例，图5B示出可变焦点光学元件的曲率半径变成比图5A中所示更小的示例。
图6A和6B是示出根据本发明的第三实施例的立体图像拍摄装置的构造示例的示意图，其中图6A示出成像部分设置在使得会聚点形成于空间图像的最后端的位置上的示例，图6B示出成像部分从图6A所示的位置移动到前侧的示例。图7A和7B是示出根据本发明的第四实施例的立体图像拍摄装置的构造示例的示意图，其中图7A示出成像部分设置在使得会聚点形成于空间图像的最前侧的角度的示例，图7B示出成像部分在远离目标光学系统的光轴的方向上比图7A所示的角度更加倾斜的示例。图8A和SB是示出根据本发明的第五实施例的立体图像拍摄装置的构造示例的示意图，其中图8A示出在成像装置的布置中从成像光学系统的光轴的偏移量减小的示例，图SB示出从成像光学系统的光轴的偏移量变得大于图8A所示的偏移量的示例。图9A至9C是示出根据本发明的第六实施例的立体图像拍摄装置的构造示例的示意图，其中图9A示出会聚角改变透镜偏移到与成像光学系统的光轴分开的位置的示例，图9B示出会聚角改变透镜朝向目标光学系统的光轴进一歩偏移超过图9A所示的位置，图9C示出成像装置从图9A和9B所示的位置在远离成像光学系统的方向上移动的示例。图10是示出根据本发明的修改示例在会聚点设置在除了目标光学系统的光轴之外的轴上的情况下、立体成像装置的构造示例的示意图。图11是示出根据本发明的修改示例在会聚点设置在除了目标光学系统的光轴之外的轴上的情况下的、立体成像装置的构造示例的示意图。图12是示出根据本发明的修改示例在设置多个成像部分的情况下的、立体成像装置的构造示例的示意图
具体实施例方式在下文中，将描述本发明的实施例。按照下列顺序进行描述。I.立体图像拍摄装置的构造示例2.由立体图像拍摄装置所形成的有效瞳孔3.调节会聚位置和/或聚焦位置而几乎不改变有效IAD的方法4.第一实施例(通过在光轴方向上移动目标光学系统来调节会聚位置的示例)5.第二实施例(在目标光学系统的透镜中使用可变焦点光学元件、并且使用该可变焦点光学元件的焦距变化功能来调节会聚位置的示例)6.第三实施例(通过使整个成像部分移动来调节会聚位置的示例)
7.第四实施例(通过控制成像部分的取向来调节会聚位置的示例)8.第五实施例(使成像装置的位置相对于成像光学系统的透镜位置而移动、然后通过只移动成像装置的位置来调节会聚位置的示例)9.第六实施例(使用能够改变会聚角的透镜来调节会聚点、并通过移动成像装置的位置来调节聚焦位置的构造的示例)10.第一至第六实施例的修改示例I.立体图像拍摄装置的构造示例图I示出根据本发明的实施例的立体图像拍摄装置I的构造示例。首先，将參考图I中所示的立体图像拍摄装置I来描述为下述第一到第四实施例所共用的立体图像拍摄装置I的基本构造。图I所示的立体图像拍摄装置I包括目标光学系统10和两个成像部分2R和2し目标光学系统10具有将对象S (未示出)形成为实像的功能。成像部分2R和2L使得从目标光学系统10的不同位置所发射的多个对象光束的图像再次形成为视差图像，并将所形成的图像转换成图像信号。成像部分2R包括成像光学系统20R和成像装置202R，成像部分2L包括成像光学系统20L和成像装置202L。此外，在图I中所示的示例中，为便于描述，目标光学系统10是具有焦距f的薄透镜。目标光学系统10实际上由多个或多组透镜、滤光器、光圈、透镜驱动机构等组成。除了这些机构之外，还可以包括缩放功能、聚焦功能和其他功能。成像光学系统20R和20L也实际上由多个和多组透镜、滤光器、光圈、透镜驱动机构(例如电机)等组成，并且可以具有缩放功能、聚焦功能和其他功能。在图I中所不的构造中，目标光学系统10和成像光学系统20R和20L经设直，以使得目标光学系统10的光轴Axl、成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L位于相同平面上。成像部分2R和2L经设置，以使得成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L在目标光学系统的光轴Axl上彼此相交。此外，成像部分2R和2L设置成以目标光学系统10的光轴Axl置于两者之间而彼此对称。此外，成像光学系统20R的光轴Ax2R与成像光学系统20L的光轴Ax2L在空间图像S'上彼此相交的点，是包括各个成像光学系统20和相应成像装置202的成像部分2的会聚点C。在图I中所示的示例中，会聚点c设置在与目标光学系统10的焦点F偏离距离δ的位置上。假设成像部分2R(2L)中的成像光学系统20R(20L)与成像装置202R(202L)之间的位置关系被预先调整到在会聚点的位置上最佳地形成图像的位置。此外，在下面的描述中，在对于成像部分的各个构造不需要通过具体区分左侧和右侧来进行描述(例如，在左侧(L)和右侧(R)的布置或操作相同)的情况下，将使用例如成像部分2、成像光学系统20、成像装置202、成像光学系统20的第一主点s和光轴Ax2的简单标示来进行描述。此外，立体图像拍摄装置I包括驱动成像光学系统20R(20L)的透镜的电机210R(210L)、和使成像装置202R(202L)的位置移动的成像装置位置控制单元21 IR(211L)。此外，立体图像拍摄装置I包括使得成像部分2R(2L)的取向变化的摄像机取向控制单元212R(212L)。此外，立体图像拍摄装置I包括控制单元5，该控制単元5向用于透镜驱动的电机210R和210L、成像装置位置控制单元211R和211L、和摄像机取向控制单元212R和212L提供控制信号。此外，立体图像拍摄装置I可以包括所有这些单元，但是也可以只包括根据之后描述的实施例的最小组成元件。、
根据以此方式构造的立体图像拍摄装置1，在目标光学系统10的后侧的焦点F上形成无限远处的对象S的图像，根据与目标光学系统10的距离，还在除了焦点F之外的后侧(在成像装置202R和202L—侧)上形成对象S的图像。此外，为便于说明，尽管描述通过目标光学系统10和成像光学系统20R和20L形成实像的情况作为示例，但是本发明不限于此。2.由立体图像拍摄装置I所形成的有效瞳孔然后，将參考图2对由立体图像拍摄装置I形成的有效瞳孔进行描述。图2是光路图，该光路图示出在从对象S发出的光束当中的、穿过成像光学系统20R和20L的透镜的主点的光束的路径。在图2中，这些光束由从对象S的三个不同位置发出的三个代表光束所表示。穿过成像光学系统20R的第一主点SR的光束由虚线表示，穿过成像光学系统20L的第一主点sL的光束由实线表不。 从对象S发出的光束穿过目标光学系统10,并在目标光学系统10与成像光学系统20R和20L之间形成图像。当从在成像光学系统20R和20L的透镜来观察吋，因为看起来目标存在于位置上，所以该位置上的图像称作空间图像S'。已经穿过形成空间图像S'的位置的光束被弓I导至两个成像光学系统20R和20L，并且在成像装置202R和成像装置202L的各自光传感表面(未示出)上形成图像，并所形成的图像分别成为视差图像。此外，如果光束从成像光学系统20R和20L的透镜的中心发出，则从对象S发出的光束经过与已经使光束穿过的路径相同的路径。这在考虑从成像光学系统20R和20L的透镜的中心发出的光束时可以易于理解。从成像光学系统20R和20L的透镜的中心发出的光束在穿过空间图像S,上的某一点之后到达目标光学系统10的透镜，并朝向对象S的某一点(与空间图像S'的某一点相对应)前迸。这时，可以看出穿过目标光学系统10的透镜的光束再次与位于透镜和对象S之间的某一点相交。也就是说，可以认为这一点是穿过成像光学系统20R和20L的透镜中心的所有光束所穿过的点。因此，在成像光学系统20R的成像装置202R的成像平面上和在成像光学系统20L的成像装置202L的成像平面上所形成的图像与使用所述“ー个点”作为实际瞳孔所拍摄的图像等价。也就是说，该“ー个点”被认为是立体图像拍摄装置I中的实际瞳孔(有效瞳孔EP)。因此，可以认为由左成像光学系统20L和右成像光学系统20R所形成的各自有效瞳孔EP之间的距离是立体图像拍摄装置I中的实际IAD (在下文中，称作有效IAD)。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”表不目标光学系统10的焦距,“L”表不在目标光学系统10的光轴Axl方向上目标光学系统10的第二主点r、与成像光学系统20R的第一主点sR和成像光学系统20L的第一主点sL之间的距离。此外，如图2所示，如果目标光学系统10的透镜被理想化为薄透镜，则第一主点和第二主点彼此不区分，因此第一主点和第二主点一致。“d”是由成像光学系统20R和成像光学系统20L的布置位置所确定的物理IAD(在下文中，称作“IADd”)。例如，假设目标光学系统10的焦距f是70mm，并且距离L是370mm。此外，假设相对于作为对称轴的目标光学系统10的光轴Axl,成像光学系统20R和成像光学系统20L设置成彼此间_开60mm的距离d = 60mm(IADd = 60mm)。在这种情况下,通过公式I计算有效IADed为14mm。也就是说，在根据本发明的实施例的立体图像拍摄装置I中，有效IADed比物理 IADd (60mm)短(14mm) f7 (L_f)倍。因此，如果目标光学系统10的焦距f和距离L设置成满足下列公式2的值，则可以使得有效IADed比由成像光学系统20R和20L的布置位置所确定的物理IADd短。此外，下列公式基于使用凸透镜作为目标光学系统10的透镜的假设，并且目标光学系统10的焦距f是正值(f > O)。f/(L-f)彡 I …(公式 2)3.调节会聚位置(和/或聚焦位置)而不改变有效IAD的方法 再次返回到图1，将对由立体图像拍摄装置I所形成的会聚点的位置(在下文中，也称作会聚位置)的调整方法进行描述。这里将描述调节会聚位置(和/或聚焦位置)而不改变有效IAD的方法的概，之后将描述会聚位置调节方法的详细示例作为第一至第六实施例。在图I中，成像光学系统20R的第一主点sR和成像光学系统20L的第一主点sL之间的距离(物理IAD)由d表不,光轴Axl、与从成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)到达目标光学系统10的光轴Axl的垂线之间的交叉点由交叉点X表示。此外，目标光学系统10的焦点F和交叉点X之间的距离由A表示。此外,连接目标光学系统10的焦点F和成像光学系统20R(20L)的透镜的第一主点sR(sL)的线由实线表不,该线与目标光学系统10的光轴Axl所形成的夹角由Θ表不。此外，由成像光学系统20R(20L)的光轴Ax2(Ax2L)与目标光学系统10的光轴Axl所形成的夹角由Θ '表示。假设成像光学系统20R的第一主点SR和成像光学系统20L的第一主点sL的位置被调整到在对位于一定拍摄距离处的对象S进行拍摄时可以获得最优视差量的位置。SP，由两个成像系统的主点之间的距离所确定的物理IADd设置成任意距离。在这种状态下，将描述会聚位置被调整到空间图像S'上的任意位置的情況。在通过改变会聚角Θ'来改变会聚点c的形成位置的情况下，执行下面的控制，会聚角Θ'是由成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L所形成的夹角。从而，可以改变会聚位置，而不改变有效IADed。也即是说，由成像光学系统20R(20L)的光轴Ax2(Ax2L)和目标光学系统10的光轴Axl所形成的夹角Θ'被调节成满足下列公式3的夹角夹角Θ ' = arctan (d/2 (A-δ ))(公式 3)。此外，即使会聚点c被调节到期望位置，还存在有效IADed会由于后续聚焦调节而改变。为了不改变有效IADed，可以执行控制，以使得“tan Θ = d/2A”不会由于聚焦调节而改变。也就是说，可以执行聚焦调节，以使得从成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)到达目标光学系统10的光轴Axl的垂线的长度(d/2)、与从目标光学系统10的光轴Axl与该垂线之间的交叉点X到目标光学系统10的焦点F的比率是恒定的。例如，如果成像光学系统20R的第一主点sR和成像光学系统20L的第一主点sL的位置被固定、然后执行聚焦调节，距离A或垂线的长度d/2不改变。可替换地，在通过移动成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)的位置来执行聚焦调节的情况下，沿着将目标光学系统10的焦点F与成像光学系统20的第一主点s连接的直线执行移动。从而,可以保持“tan Θ =d/2A”恒定。此外，如图3所示，在立体图像拍摄装置I构造成使得成像光学系统20的光轴Ax2也与目标光学系统10的光轴Axl平行的情况下，可以通过相同的控制来调节会聚位置，而不改变有效IADed(參考图2)。图3所示的构造与第五和第六实施例共用。在图3所示的构造中，每个成像光学系统20的透镜设置成使得成像光学系统20的主表面与目标光学系统10的光轴Axl垂直。此外，每个成像装置202设置成处于其成像表面与目标光学系统10的光轴Axl垂直的状态，并且每个成像装置202设置在每个成像光学系统20以偏移量V从姆个成像光学系统20的姆个光轴Ax2偏移的位置上。在远离目标光学系统10的光轴Axl的方向上执行该偏移。在以这种方式构造立体图像拍摄装置I的情况下，会聚点c形成于穿过成像光学系统20R的第一主点SR和成像装置202R的中心的光束、与穿过成像光学系统20L的第一主点sL和成像装置202L的中心的光束交叉的位置上。因此，例如通过调节每个成像装置202的偏移量V，可以实现通过改变会聚角来调节会聚位置。在这种情况下，执行控制，以使得由穿过成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)和成像装置202R(202L)的中心的光束、与目标光学系统10的光轴Axl所形成的夹角Θ'满足上述公式3。从而，可以改变会聚位置，而不改变有效有效IADed。同样在图3所示的构造中，在调节会聚位置之后执行聚焦调节的情况下，如图I所示的示例中一样来改变有效IADed。因此，为了不改变有效IADed，需要通过下面的方法来执行聚焦调节。在图3所示的构造中，作为执行聚焦调节的方法，例如，可以使用通过移动每个成像装置202来改变距离w的方法，距离w是每个成像光学系统20的第一主点s与成像装置的成像表面之间的距离。也就是说，通过在穿过成像光学系统20的第一主点s和成像装置202的中心的线上移动每个成像装置202，来改变聚焦位置。这时，如果在每个成像光学系统20的第一主点s的位置被固定的情况下执行每个成像装置202的移动，则上述“tan Θ=d/2A”不改变。也就是说，可以执行聚焦调节而不改变有效IADed。在同时执行通过调节每个成像装置202的偏移量V来调节会聚点、和执行通过调节距离W来聚焦调节的情况下，需要在按照移动量V/距离W的比率之后执行调节。具体地，首先，根据从目标光学系统10的焦点F到会聚点c的距离δ来计算距离W和偏移量V，距离δ由会聚点c的形成位置所限定。此外，每个成像装置202移动到由距离w和偏移量V所限定的位置。可以使用下列公式4来计算距离W，1/w = 1/fr-l/(Α_ δ )(公式 4)。在公式4中，“ fr”表示每个成像光学系统20的焦距。此外，公式4基于(A-δ )>fr的假设。通过确定空间图像S'上期望形成会聚点c的位置，来限定距离δ。此外，通过将δ、预定距离A和距离d/2指定到公式3，获得了由穿过成像光学系统20的第一主点s和成像装置202的中心的线、与目标光学系统10的光轴Axl所形成的夹角Θ '。此夕卜，通过将夹角Θ'乘以由公式4所计算出的距离W，获得偏移量V。每个成像装置202被移动到根据以这种方式获得的距离w和偏移量V所限定的位置，从而可以改变聚焦同时位置和会聚角，而不改变有效IADed。在所有图I和图3所示的构造中，如果执行聚焦调节，则需要同时调节成像光学系统20R和成像光学系统20L，以使得成像光学系统20R上的距离A和成像光学系统20L上的距离A总是具有相同的值。这里所述的聚焦调节(即，在每个成像光学系统20中)指的是用于在有限距离范围内移动物面(聚焦面)的调节。也就是说，聚焦调节指的是在并非通过包括目标光学系统10的全体光学系统、而是可以通过成像光学系统20 (和/或成像装置202)执行的范围内的调节。这对于之后描述的各个实施例是共同的。然后，将描述根据本发明的实施例通过立体图像拍摄装置I所执行的会聚位置调节方法。作为调节会聚位置的方法，大致上有两种方法。ー种方法是如下方法会聚点设置在预定位置，使该会聚点在空间图像S'上的形成位置移动，因此会聚点的相对于空间图像Si的相对位置改变。另ー种方法是通过改变会聚角来改变会聚位置的方法。前一方法通 过之后描述的第一至第三实施例实现，后一方法通过之后描述的第四至第六实施例实现。4.第一实施例(通过在光轴方向上移动目标光学系统来调节会聚位置的示例)图4A和图4B是示出根据本发明的第一实施例的立体图像拍摄装置1_1的构造示例的示意图。立体图像拍摄装置1-1的构造和布置与图I中所示的相同。也就是说，立体图像拍摄装置1-1包括目标光学系统10和两个成像部分2R、2L，成像部分2R和成像部分2L设置在这样的位置上在该位置上使得两个成像部分2R、2L的光轴Ax2R和光轴Ax2L彼此相交于物镜光学系统的光轴Axl上的空间图像S'的形成位置。光轴的交叉点形成在与目标光学系统10的焦点F分开了距离δ的位置上。空间图像S'上在与交叉点相对于的位置上所形成的图像是，由左成像部分2L和右成像部分2R所获得的双目视差为零的图像。也就是说，这个交叉点是包括每个成像光学系统20和响应成像装置202的成像部分2的会聚点。目标光学系统10由包括凹透镜和凸透镜的ー组透镜组成。之后将详细描述，为了缩短目标光学系统10的焦点F而采用这种构造。此外，立体图像拍摄装置1-1的布置可以是如图3所示的布置。也就是说，成像光学系统20的每个光轴Αχ2设置成与目标光学系统10的光轴Axl平行。在实施例中，立体图像拍摄装置1-1可以构造成使得各个成像光学系统20的光轴Αχ2、或将各个成像光学系统20的第一主点s与各个成像装置202的中心连接的线在目标光学系统10的光轴Axl上相交。也就是说，每个成像部分2的构造等可以采用任何形式。然后，将參考图4Α和4Β，描述由立体图像拍摄装置1_1所执行的会聚位置调节操作。如果目标光学系统10的一部分透镜或整个光学系统10整体在目标光学系统10的光轴Axl的方向上移动,空间图像S'的形成位置随之在目标光学系统10的光轴Axl上移动。例如，如果整个目标光学系统10朝向对象S(物体侧)移动(目标光学系统10的透镜镜筒(未示出)伸长)，则如图4Β所示，空间图像S'的形成位置也朝向物体移动。如果每个成像部分2的布置不改变，该成像部分2包括每个成像光学系统20和与成像光学系统20相对应的每个成像装置202，则交叉点(会聚点c)的形成位置不改变。由此，空间图像S'相对于会聚点c的形成位置朝向对象(物体)移动。也就是说，相对于空间图像S'的形成位置，会聚点c相对移动到后侧(光的射出侧)。也就是说，因为空间图像S,的形成位置移动以跟踪目标光学系统10的伸长操作，所以通过控制目标光学系统10的伸长量，可以将形成会聚点c的位置(会聚位置)调节到空间图像S'上的任意位置。此外，目标光学系统10的伸长量是足以使得空间图像S'的形成位置在目标光学系统10所形成的空间图像S'在深度方向上的长度的范围内移动的量。例如，在透镜具有50mm的焦距f的情况下，空间图像S'可以用约I至2mm的伸长量移动到任意位置。也就是说，会聚位置可以被调节到任意位置。在根据上述第一实施例的会聚位置调节方法中，严格来讲，有效IADed略有改变。这是因为通过目标光学系统10的伸长操作改变了作为限定有效IADed的其中一个參数的“距离L”。如上所迷，“距离L”是从每个成像光学系统20的第一主点s到达目标光学系统10的光轴Axl的垂线与光轴Axl之间的交叉点、和目标光学系统10的焦点F之间的距离。可以使用上述公式I来计算有效IADed。但是，当通过立体图像拍摄装置1-1调节会聚位置吋，目标光学系统10的伸长量是约I至2mm，因此对有效IADed的影响会非常小。如果想要使会聚位置调节对有效IADed的影响更加小，目标光学系统10可以经构造以使得焦距f短。如果焦距f短，则可以使得空间图像S'在深度方向上的长度短，因此可以进ー步减小目标光学系统10的透镜的伸长量。可替代地，在每个成像部分2中拍摄距离增长之后执行拍摄，从而可以进ー步减小伸长量变化对距离L的影响。此外，如果采用第一主点s的位置几乎不会由于聚焦调节而改变的透镜作为目标光学系统10的透镜，则可以改变空间图像S'的形成位置而不改变“距离L”。第一主点s的位置几乎不会由于聚焦调节而改变的透镜包括内聚焦型透镜、后聚焦型透镜等。根据上述第一实施例，可以通过使目标光学系统10的全体或一部分透镜移动(通过透镜精通的伸长操作)而很容易地调节会聚位置。也就是说，通过由目标光学系统10执行成像位置的调节操作，可以简单地将会聚点调节到任意位置。此外，根据实施例，因为目标光学系统10的全体或一部分透镜移动，所以会聚位置和聚焦位置同时改变。从而，当摄像师拍摄立体图像时进行设置所需要的步骤数量可以減少，并因此可以容易地拍摄立体图像。此外，根据实施例，因为目标光学系统10的全体或一部分透镜移动，所以可以将会聚位置调节到任意位置，而不改进对象S和成像部分2之间的距离。此外，根据实施例，可以在几乎不改变有效IADed的同时调节会聚位置。也就是说，可以改进会聚位置，而不改变所拍摄图像的立体效果。根据实施例的立体图像拍摄装置1-1，通过选择各种參数(例如，目标光学系统10的焦距f和每个成像光学系统20的布置位置)，不仅可以选择立体图像拍摄装置的物理IADd，而且可以选择立体图像拍摄装置的实际IAD。此外，如果目标光学系统10的焦距f和距离L设置成满足公式2的值，则可以使得有效IADed比根据成像光学系统20R和20L的布置位置所获得的物理IADd更短。5.第二实施例(在目标光学系统的透镜中使用可变焦点光学元件、并且使用该可变焦点光学元件的焦距变化功能来调节会聚位置的示例)将參考图5A和图5B描述根据本发明的第二实施例的立体图像拍摄装置1_2。在图5A和图5B中，向与图I或图4A和图4B相对应的组成元件提供相同的附图标记，并将省略对其的详细描述。在立体图像拍摄装置1-2中，目标光学系统10-1包括凸透镜IO-Ia和可变焦点光学元件ΙΟ-lb。作为可变焦点光学元件ΙΟ-lb，例如，可以使用通过用电流的电压来改变光的折射率的液晶透镜等。成像部分2R和成像部分2L设置在使得两个成像部分2R、2L的光轴Ax2R和光轴Ax2L在目标光学系统在光轴Axl上的空间图像S'的形成位置上彼此相交的位置。也就是、说，两个光轴Ax2彼此相交的交叉点是包括成像光学系统20和成像装置202的成像部分2的会聚点C。此外，同样在立体图像拍摄装置1-2中，成像部分2R和2L的布置不限于图5A和5B所示的示例。如图3所示的布置，成像光学系统20的每个光轴Ax2可以设置成与目标光学系统10的光轴Axl平行。也就是说，每个成像部分2可以经设置，以使得各个成像光学系统20的光轴Ax2、或将各个成像光学系统20的第一主点s与各个成像装置202的中心连接的线在目标光学系统10的光轴Axl上彼此相交。
然后，将參考图5A和5B描述由立体图像拍摄装置1_2所执行的会聚位置调节操作。在立体图像拍摄装置1-2中,通过改变可变焦点光学元件IO-Ib的曲率来改变目标光学系统10-1的焦距f，从而使空间图像S'的形成位置移动。目标光学系统10-1的焦距f表示为凸透镜IO-Ia的焦距fl和可变焦点光学元件IO-Ib的焦距f2的组合焦距f。因此，目标光学系统10-1的焦距f由下面的公式5表示，焦距f = (fl村2) / (fl+f2-ds)(公式 5)。在上述公式中，“ds”表示凸透镜IO-Ia的主面与可变焦点光学元件IO-Ib的主面之间的距离。图5B示出可变焦点光学元件IO-Ib的曲率半径从图5A所示的状态少量改变的情况的示例。如果当曲率改变时可变焦点光学元件IO-Ib的焦距由f2'表示，则焦距f2'比焦距f2更短。使用上述公式5来计算具有凸透镜IO-Ia的焦距f。因此，如果两个透镜的主面之间的距离ds固定，则由于可变焦点光学元件IO-Ib的曲率半径变得更小(透镜变得更厚)，所以目标光学系统10-1的组合焦距f也变短。此外，如果目标光学系统10-1的焦距变短，则空间图像S'的形成位置在目标光学系统10-1的光轴Axl上朝向对象S移动。因为成像部分2R和2L的布置固定、并且会聚点c的位置不移动,所以空间图像S'相对于会聚点c的相对位置改变,从而会聚点c在空间图像S'上的位置改变。根据上述第二实施例的立体图像拍摄装置1-2，可以实现与第一实施例所实现的效果相同的效果。此外，在立体图像拍摄装置1-2中，通过移动透镜位置不改变成像位置，但是通过改变可变焦点光学元件IO-Ib的曲率而改变目标光学系统10-1的焦距f，改变了成像位置。也就是说，与移动透镜位置的情况相比，改变焦距f所需要的“改变”的绝对量非常小。因此，与根据第一实施例的使透镜位置移动的构造相比，用于实现焦距f改变的エ作部分的等效质量显著减小。从而，聚焦控制响应频率可以增高，因此可以高速地执行焦点改变或会聚位置改变。也就是说，即使对象S快速移动，也可以跟踪焦点和会聚位置。6.第三实施例(通过使整个成像部分移动来调节会聚位置的示例)将參考图6A和6B描述根据本发明的第三实施例的立体图像拍摄装置1_3。立体图像拍摄装置1-3的构造和布置与图I或图4A、4B中所示的相同。也就是说，立体图像拍摄装置1-3包括目标光学系统10和两个成像部分2R、2L，成像部分2R和成像部分2L设置在这样的位置上在该位置上使得两个成像部分2R、2L的光轴Ax2R和光轴Ax2L彼此相交于物镜光学系统的光轴Axl上的空间图像S'的形成位置。也就是说，两个光轴Ax2彼此相交的交叉点是包括每个成像光学系统20和响应成像装置202的成像部分2的会聚点。此夕卜，同样在立体图像拍摄装置1-3中，如如图3所示的布置，每个成像部分2可以经设置，以使得成像光学系统20的每个光轴Ax2与目标光学系统10的光轴Axl平行。也就是说，每个成像部分2可以经设置，以使得各个成像光学系统20的光轴Ax2、或将各个成像光学系统20的第一主点s与各个成像装置202的中心连接的线在目标光学系统10的光轴Axl上相交。然后，将參考图6A和6B描述由立体图像拍摄装置1_3所执行的会聚位置调节操作。在实施例中，通过在前后方向上移动每个成像部分2的整体来改变空间图像S'的形成位置，从而改变会聚点c在对象(空间图像S')中的位置。沿着线Ln执行每个成像部分2的移动，线Ln穿过成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)、且平行于目标光学系统10的光轴Axl。线L在图6A和6B中由虚线表示。如果目标光学系统10不移动而是被固定，则空间图像S'的位置也固定。在这种情况下，通过上述方法使每个成像部分2在前后方向上移动，从而会聚点c的形成位置也被移动以跟踪成像部分2的移动。图6A示出会聚点c形成于空间图像S'的后侧(成像光学系统20 —侧)的状态。如果每个成像部分2从这个状态朝向对象移动，则会聚点c的形成 位置也朝向对象移动。根据上述第三实施例，可以与聚焦调节操作独立地执行会聚位置调节操作。此外，可以不仅独立于聚焦调节操作、而且独立于其他调节(例如，物理IADd调节或变焦调节)，来执行会聚位置调节。此外，根据实施例，可以调节会聚位置，而不改变有效IADed。作为与由第一实施例所实现的效果相同的效果，可以实现通过选择各种參数而确定有效IADed的效果、和使得有效IADed比物理IADd更短的效果。此外，在立体图像拍摄装置1-3中，每个成像部分2由全景聚焦(深焦)相机组成，从而不需要执行聚焦位置调节操作。采用该构造，还可以使立体图像拍摄装置1-3的构造简化。此外，如果每个成像部分2由全景聚焦(深焦)相机组成，则因为在景深大的状态下执行拍摄，所以聚焦范围变得非常宽。从而，可以防止在没有调节焦点的情况下模糊对象被融像。此外，可以实现在由左和右成像部分2所获得的视差图像中没有产生对相同对象S的聚焦状态差异的效果。7.第四实施例(通过控制成像部分的取向来调节会聚位置的示例)将參考图7A和7B描述根据本发明的第四实施例的立体图像拍摄装置1-4。立体图像拍摄装置1-4的构造与图I中所示的基本相同。也就是说，立体图像拍摄装置1-4包括目标光学系统10和两个成像部分2R、2L，成像部分2R和成像部分2L设置在这样的位置上在该位置上使得两个成像部分2R、2L的光轴Ax2R和光轴Ax2L彼此相交于物镜光学系统的光轴Axl上的空间图像S'的形成位置。也就是说，两个光轴Ax2彼此相交的交叉点是包括每个成像光学系统20和响应成像装置202的成像部分2的会聚点。会聚点c设置在与目标光学系统的焦点F分开了距离δ的位置上。每个成像光学系统20的第一主点s位于在光轴Axl上与目标光学系统的焦点F分开了距离A的位置上，并且该第一主点s设置在沿着竖直方向与光轴Axl分开了距离d/2的位置上。通过控制成像部分2的取向，来执行立体图像拍摄装置1-4的会聚点调节。具体地，每个相机取向控制单元212使得每个成像部分2相对于每个成像光学系统20的第一主点s旋转，从而调节会聚位置。图7B示出成像部分2R和2L的取向分别比图7A所示的状态更加朝向内侧(目标光学系统10的光轴Axl —侧)倾斜的状态。如果以这种方式使每个成像部分2旋转，会聚点c的形成位置从图7A所示的位置向后侧移动。随之，目标光学系统10的焦点F与会聚点c之间的距离δ增长。如果距离δ的值经调节、以使得会聚位置被调节到空间图像S'上的任意点，则需要控制每个成像部分2旋转的角度。具体地，控制每个成像部分2的旋转，以使得由每个成像光学系统20的光轴Ax2与目标光学系统10的光轴Axl所形成的夹角Θ'是由上述公式3所限定的Θ'(夹角Θ' =arctan(d/2(A-5)))0在焦点被调节到最短拍摄距离的情况下，因为距离δ増加，所以夹角Θ，也根据上述公式中所示的关系而増加。在焦点被调节到无限远的情况下，因为距离δ是零，则夹角Θ，是最小值。根据上述第四实施例，可以实现与第三实施例所实现的效果相同的效果。也就是说，可以调节会聚位置，而完全不改变有效IADed。此外，每个成像部分2由全景聚焦(深 焦)相机组成，通过旋转每个成像部分2来控制改变每个成像部分2的取向，可以简单地改变会聚位置。采用这种构造，与将用于改变会聚位置的工作部分构造为线性运动引导机构的情况相比，可以减少驱动工作部分所需要的功率。因此，因为可以減少立体图像拍摄装置1-4中的功率消耗量，所以可以抑制电池(未示出)的消耗量，以使得电池的消耗量小。此外，立体图像拍摄装置1-4可以应用于具有相机抖动校正功能的成像装置。在这种情况下，不仅可以通过物理移动每个成像装置202、而且可以通过电学偏移成像装置202从成像表面读取图像的读取范围，来调节会聚位置。8.第五实施例(使成像装置的位置相对于成像光学系统的透镜位置而移动、然后通过只移动成像装置的位置来调节会聚位置的示例)将參考图8A和SB描述根据第五实施例的立体图像拍摄装置1-5。立体图像拍摄装置1-5的相关功能和布置与图3所示的相同。也就是说，立体图像拍摄装置1-5包括理想目标光学系统10和两个成像部分2R、2L，每个成像光学系统20设置在使得成像光学系统20的光轴Ax2与目标光学系统10的光轴Axl平行的位置。此外，每个202的角度经调节，以使得成像装置202的成像表面与目标光学系统10的光轴Axl垂直。此外，没设202设置成使得每个成像装置202的中心位置设置在从成像光学系统20的光轴Ax2偏移的位置上。偏移方向是从10的光轴Axl偏离。每个成像装置202的偏移量V被调节到使得将每个成像光学系统20的第一主点s和成像装置202的中心连接的直线交叉在目标光学系统10的光轴Axl上的交叉点c上的位置。然后，将參考图8A和图SB描述根据第五实施例的立体图像拍摄装置1-5。通过对每个成像光学系统20使每个成像装置202偏移，来执行对会聚点位置的控制。也就是说，如參考图3所述，通过相对于成像光学系统20的光轴Ax2改变每个成像装置202的偏移量V，可以改变会聚点c的形成位置(与目标光学系统10的焦点F的距离δ )。根据上述第五实施例，可以实现与第三(第四)实施例所实现的效果相同的效果。也就是说，可以调节会聚位置，而完全不改变有效IADed。此外，根据实施例，因为通过改变每个成像装置202的位置可以简单地改变会聚位置，所以以与第三实施例所示的示例相同的方式，与移动每个成像部分2的整体的情况相比，可以降低用于改变会聚位置的工作部分的等效质量。也就是说，因为驱动工作部分所需要的功率可以减小，所以可以减小立体图像拍摄装置1-5中的功率消耗量。从而，可以抑制电池的消耗量，以使得电池的消耗量小。此外，根据上述第五实施例，以与第二实施例相同的方式，可以实现左、右视差图像中的焦平面彼此相同的效果。如果左、右视差图像中的焦平面彼此相同，则即使在具有会聚角的状态下，在由左、右成像部分2L和2R所获得图像中也不产生梯形失真。因此，可以获得有利的视差图像，而不需要处理梯形失真的图像处理。9.第六实施例(使用能够改变会聚角的透镜来调节会聚点、并通过移动成像装置的位置来调节聚焦位置的构造的示例)将參考图9A至9C描述根据第六实施例的立体图像拍摄装置1-6。立体图像拍摄装置1-6包括目标光学系统10和两个成像部分2Rci和2La，目标光学系统10具有理想透镜。每个成像部分2 α包括成像光学系统20 α和成像装置202。每个成像光学系统20设置成使得姆个成像光学系统20的光轴Αχ2与目标光学系统10的光轴Axl平行。成像光学系统20R(20L)包括由凹透镜和两个凸透镜所形成的会聚角可变透镜204R(204L)。会聚角可变透镜204R(204L)设置在沿着竖直方向从目标光学系统10的光轴 Axl、相对于成像光学系统20的光轴Ax2偏移了预定距离的位置上。偏移方向是从目标光学系统10的光轴Axl偏离的方向。成像光学系统20的光轴被会聚角可变透镜204R(204L)所弯曲，从而成像光学系统20R的光轴Ax2R与成像光学系统20L的光轴Ax2L相交于目标光学系统10的光轴Axl上的交叉点C。会聚角可变透镜204R(204L)的偏移量可以设置成任意值。然后，将參考图9A至9C描述由立体图像拍摄装置1-6所执行的会聚位置调节操作。每个成像光学系统20的光轴Ax2的弯曲量与每个会聚角可变透镜204的布置位置的偏移量成比例。也就是说，如果每个会聚角可变透镜204的布置位置改变，则每个成像光学系统20的光轴Ax2的弯曲量(即，由姆个成像光学系统20的光轴Ax2和目标光学系统10的光轴Axl所形成的夹角)改变。如果夹角改变，则在成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L之间的交叉点处所形成的会聚点c的形成位置在目标光学系统10的光轴Axl上改变。因此，在立体图像拍摄装置1-6中，通过改变会聚角可变透镜204的布置位置，根据该布置位置的偏移量可以改变会聚位置。图9A和图9B是示出当每个成像光学系统20的会聚角可变透镜204偏移时、会聚角可变透镜204在每个成像光学系统20的光轴Ax2上的位置的变化的示图。在图9A中，每个会聚角可变透镜204设置在相对于成像光学系统20的光轴Ax2非常远离目标光学系统10的光轴Axl的位置上。采用这种构造，光束穿过由凹透镜所形成的会聚角可变透镜204的下端部附近，因此光的折射率増大。从而，成像光学系统20的光轴Ax2与目标光学系统10的光轴Axl相交于空间图像S'上(成像光学系统20 —侧)。如图9B所示，如果每个会聚角可变透镜204的布置位置在更接近目标光学系统10的光轴Axl的方向(向下)上偏移，则会聚角减小，会聚点c也形成于空间图像的前侧(对象S—侧)上。也就是说，会聚角可变透镜204的位置相对于目标光学系统10的光轴Axl沿着竖直方向上下偏移，从而可以根据会聚角可变透镜204的位置的偏移量来调节会聚点c的形成位置。此外，会聚角可变透镜204的偏移量经调节，以使得会聚点c的形成位置处于形成空间图像S'的范围内。也就是说，根据本实施例的立体图像拍摄装置1-6，会聚点c的可变范围vr与空间图像在深度方向上的形成长度相同。此外，在立体图像拍摄装置1-6中，每个202设置在使得每个成像装置202的成像表面与每个成像光学系统20的光轴Ax2垂直的角度。为此，通过沿着成像光学系统20的光轴Ax2在前后方向上移动每个成像装置202的位置，可以实现聚焦调节。图9C示出将每个成像装置202的位置从图9B所示的位置移动到后侧的情况的示例。如此，如果将每个成像装置202的位置移动到后侧，则焦平面fp也移动到空间图像S'上的后侧。根据第六实施例，可以实现与由第三至第五实施例所实现的效果相同的效果。也就是说，可以调节会聚位置，而不改变有效IADed。此外，根据实施例，因为驱动会聚角可变透镜204可以简单地调节会聚位置，所以可以减小调节会聚位置所需要的工作部分的等效质量。也就是说，因为可以减小驱动工作部分所需要的功率，所以可以减小立体图像拍摄装置1-6中的功率消耗。从而，可以抑制电池消耗，以使得电池的消耗小。在实施例中，在聚焦调节时，执行控制，以使得每个成像装置202在相同方向上沿着相同方位移动。也就是说，可以整体移动左、右成像装置202L和202R。为此，成像装置202R和202L固定到相同构件，并且可以移动以平行于目标光学系统10的光轴Axl和成像光学系统20α的光轴Αχ2。从而，可以简化立体图像拍摄装置的机构，并且左、右成像装置202L和202R的成像表面也可以容易地保持在相同平面上。因此，可以实现容易确保对于经时变化等的可靠性。此外，以与第二实施例至第五实施例相同的方式，成像装置202的成像表面维持为与目标光学系统10的光轴Axl和成像光学系统20的光轴Αχ2垂直，因此焦平面fp也垂直于光轴Axl和光轴Ax2。从而，左右视差图像的焦平面彼此相同。为此，即使在具有会聚的状态下执行拍摄，在由成像部分2Ra和2La所获得左右图像中不产生梯形失真。从而，可以获得有利的视差图像，而在后续阶段中不需要具体的图像处理。10.第一至第六实施例的修改示例此外，在上述实施例中，举例说明了成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L在目标光学系统10的光轴Axl上彼此相交的情况，但是本发明不限于此。如图10所示，立体成像装置I'可以构造成使得成像光学系统20R的光轴Ax2R与成像光学系统20L的光轴Ax2L在光轴Ax3上彼此相交,该光轴Ax3与目标光学系统10的光轴Axl平行。光轴Ax3在图10中由长虚线表示。假设该光轴Ax3出现在包括成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)和目标光学系统10的光轴Axl的平面上。此外，目标光学系统10的光轴Axl与光轴Ax3之间的距离的Λ的值根据设置会聚点c的位置(在与光轴Axl垂直的方向上的上下位置)而变化，会聚点c是成像光学系统20R的光轴Ax2R与成像光学系统20L的光轴Ax2L之间的交叉点。在姆个成像光学系统20设置成使得每个成像光学系统20的光轴Ax2与光轴Ax3平行情况下，将每个成像光学系统20的第二主点和每个成像装置202的中心连接的各条直线在光轴Ax3上彼此相交的点是会聚点C。如果以此方式构造立体成像装置Γ，则可以相对于光轴Ax3来调节各个实施例中描述的各个单元的布置位置或移动。具体地，形成一对的成像光学系统20和/或成像装置202被同时操作以执行聚焦调节，以使得将交叉点X'(第二交叉点)与各个成像光学系统20的第一主点s连接的各个线段的长度彼此相同，从目标光学系统10的焦点F到达光轴Ax3的垂线(第二垂线)与光轴Ax3相交在交叉点上。此外，在通过改变由成像光学系统20R和20L的光轴Ax2R(Ax2L)与光轴Ax3所形成的夹角Θ'来执行聚焦调节的情况下，每个成像部分2的取向、每个成像光学系统20的、位置、或每个成像装置202的位置经调整，以使得夹角Θ'满足上述公式3。此外，在每个成像光学系统20设置成使得每个成像光学系统20的光轴Ax2与光轴Ax3平行的情况下，夹角Θ'表示为由穿过成像光学系统20的第一主点s和成像装置202的中心的直线、与光轴Ax3所形成的夹角。在图10中，“d”表示形成一对的成像光学系统20的透镜间的距离。因此，“d/2”是从成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)到达光轴Ax3的垂线(第三垂线)的长度。此外，“ A”是将交叉点X"(第三交叉点)与交叉点X'连接的线段的长度，第三垂线与光轴Ax3在交叉点X"上相交。“ δ ”是将会聚点c与交叉点X'连接的线段的长度。
此外，尽管在图10中，描述了将轴向Αχ3设置在包括成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)和目标光学系统10的光轴Axl的平面上的示例，但本发明不限于此。即，光轴Ax3可以设置在使包括成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)的平面、与包括光轴Ax3和目标光学系统10的光轴Axl的平面彼此不相同的位置上。即，光轴Ax3可以设置在相对于光轴Axl成360°的任意位置上,只要光轴Ax3与目标光学系统10的光轴Axl平行。图11示出光轴Ax3设置在使得平面pi和平面p2垂直的位置上的示例，平面pi由包括成像光学系统20R(20L)的第一主点sR(sL)的三角形表不,平面p2包括目标光学系统10的光轴Axl和光轴Ax3。在图11中，成像部分2R和2L与目标光学系统10由圆柱形简单地表示。此外，假设图11中所示的目标光学系统10由凸透镜形成。在图11中,光轴Ax3设置在与目标光学系统10的光轴Axl沿着竖直方向向上分开了距离Λ的位置上。即，成像光学系统20R和20L设置成使得会聚点(交叉点の形成在光轴Αχ3上。如果以此方式设置，与成像部分2R相对应的有效瞳孔EpR和与成像部分2L相对应的有效瞳孔EpL，形成在从目标光学系统10的光轴Axl沿着垂直方向向下偏离的位置上。如果在平面p2上、在从目标光学系统10的光轴Axl沿着竖直方向向下偏离了距离Δ ,的位置上所形成的轴线是光轴Ax4吋，则例如，与成像部分2R相对应的有效瞳孔EpR形成在从光轴Ax4向右偏离了距离ed'的位置上。因为在图11所示的示例中假设了将凸透镜用于目标光学系统10中的情况，所以各个有效瞳孔Ep的位置与实际成像部分2R和2L的布置位置左右相反，光轴Ax4设置在各个有效瞳孔Ep的位置之间。此外，尽管在上述实施例中描述了设置两个成像部分2以获取左视差图像和右视差图像的示例，但是本发明不限于此。可以采用使用了三个或更多个成像部分2的构造。图12示出设置八个成像部分2的示例。成像部分2-1设置在目标光学系统10的光轴Axl上，成像部分2-2和成像部分2-3设置在水平対称的位置上，成像部分2-1置于成像部分2-2和成像部分2-3之间。此外，成像部分2-4和成像部分2-5设置在成像部分2-2和成像部分2-3的外侧(在远离光轴Axl的方向上)。成像部分2的成像光学系统20的第一主点s都设置在相同平面上。也就是说，成像部分2设置在包括第一主点s和会聚点c的平面p3上。此外，成像部分2-6和成像部分2-7设置在竖直对称的位置上，成像部分2-1置于成像部分2-6和成像部分2-7之间。假设成像部分2-6和成像部分2-7中的主点s设置在与平面p3垂直的平面p4上。此外，成像部分2-8设置在不属于平面p3或平面p4的位置上(图的左上侧位置)。成像部分2-1到2-8的布置(角度)调整到使得其光轴Ax2、或将第一主点s和成像装置202的中心连接的线在交叉点(会聚点c)上彼此相交的位置上。采用这种构造，例如，与成像部分2-2相对应的有效瞳孔Ep-2形成在从目标光学系统10的光轴Axl向右下向倾斜地偏离了距离ed'的位置上。在以这种方式布置多个成像部分2的情况下，当执行聚焦调节时，执行控制，以使得成像部分2-2和2-3、成像部分2-4和2-5、和成像部分2_6和2_7分别同时被操作。此外，在上述实施例中，描述了这样的情况的示例执行控制，以使得存在于对称位置上的成像部分2形成一対、目标光学系统10的光轴Axl或光轴Ax3置于该ー对成像部分2之间，并且成像部分2的各个成像光学系统20和/或与各个成像光学系统20相对应的各个成像装置202同时被操作。但是，本发明可以应用于执行控制以使得这些部件不同时被操作的形式。但是，即使在这种情况下，也需要执行聚焦调节，以使得垂线的长度d/2与线段A的长度的比率恒定。通过这种控制，与各个成像部分2相对应的有效瞳孔Ep的形成位置不会由于聚焦调节而改变。
此外，本发明可以采用下列构造。(I) ー种立体图像拍摄装置，其包括目标光学系统，其具有使对象形成为实像或虚像的功能；多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统，使得从目标光学系统的不同路径所发出的多个对象光束分别再次形成为视差图像；多个成像装置，其安装成与多个成像光学系统相对应，并将由多个成像光学系统所形成的视差图像转换成图像信号；和控制单元，其在目标光学系统的第二主点与成像光学系统的第一主点之间在目标光学系统的光轴方向上的距离内，通过改变目标光学系统相对于成像光学系统和/或成像装置的布置位置的相对布置位置、或改变成像光学系统和/或成像装置相对于目标光学系统的布置位置的相对布置位置，来调节会聚点的位置，以使得目标光学系统的焦距、和目标光学系统的焦点与成像光学系统的第一主点之间在目标光学系统的光轴方向上的距离的比率基本恒定，会聚点形成于多个成像光学系统的光轴彼此相交的位置、或形成于将多个成像光学系统的第一主点与成像装置的中心连接的线彼此相交的位置。(2)根据(I)所述的立体图像拍摄装置，其中，在目标光学系统使对象形成为实像时焦距的值是正值、并且目标光学系统使对象形成为虚像时焦距的值是负值的情况下，将目标光学系统的焦距(f)、和目标光学系统的第二主点与成像光学系统的第一主点之间在水平方向上的距离(L)设置成满足下列公式的值，f/ (L-f) I ^ I ο(3)根据2所述的立体图像拍摄装置，其中，控制单元通过使目标光学系统在目标光学系统的光轴上沿前后方向移动，来调节会聚点的形成位置。(4)根据⑴至(3)中任一项所述的立体图像拍摄装置，其中，目标光学系统包括多个透镜组，并且其中，控制单元通过调节目标光学系统的透镜组当中的全部或一部分的位置，来调节会聚点的形成位置。(5)根据⑴或⑵所述的立体图像拍摄装置，其中，将可以改变焦距的可变焦点光学元件，用作目标光学系统的透镜的一部分，并且其中，控制单元使用可变焦点光学元件的焦距改变功能，来调节会聚点的形成位置。(6)根据⑴或⑵所述的立体图像拍摄装置，其中，控制单元通过使成像部分相对于成像光学系统的第一主点旋转、以改变成像部分的取向，来调节会聚点的形成位置，成像部分包括多个成像光学系统和成像装置。
(7)根据(6)所述的立体图像拍摄装置，其中，如果多个成像光学系统的透镜之间的距离是d ;从多个成像光学系统的每个第一主点到达目标光学系统的光轴的垂线的长度是d/2 ;将垂线与目标光学系统的光轴相交的交叉点、与目标光学系统的焦点连接的线段的长度是A;并且将会聚点与目标光学系统的焦点连接的线段的长度是δ，会聚点形成于成像光学系统的各自光轴在目标光学系统的光轴上彼此相交的点，则控制单元控制成像部分的旋转，以使得由每个成像光学系统的光轴与目标光学系统的光轴所形成的夹角Θ'满足下列公式，夹角Θ' = arctan (d/2 (Α-δ ))。(8)根据(6)所述的立体图像拍摄装置，其中，多个成像光学系统经设置，以使得多个成像光学系统的光轴彼此相交于在与目标光学系统的光轴平行的预定位置处设置的轴线上，并且其中，如果多个成像光学系统的透镜之间的距离是d;将会聚点与第二交叉点连接的线段的长度是S，会聚点形成于每个成像光学系统的各光轴在轴线上彼此相交的点，第二交叉点是从目标光学系统的焦点到达轴线的第二垂线、与轴线的交叉点；从多个成 像光学系统的每个第一主点到达轴线的第三垂线的长度是d/2 ;并且将第二交叉点与第三交叉点连接的线段的长度是A，第三交叉点是第三垂线与轴线之间的交叉点，则控制单元控制成像部分的旋转，以使得由每个成像光学系统的光轴和目标光学系统的光轴所形成的夹角Θ，满足下列公式，夹角Θ' = arctan (d/2 (Α-δ ))。(9)根据⑴或⑵所述的立体图像拍摄装置，其中，多个成像光学系统经设置，以使得其光轴平行于目标光学系统的光轴，并且，多个成像装置以使得成像装置的成像表面与目标光学系统的光轴垂直的角度、设置在从成像光学系统的光轴偏移预定量的位置上，其中，控制单元通过在与成像光学系统的光轴垂直的方向上移动成像装置的位置，来调节会聚点的形成位置。(10)根据⑴或⑵所述的立体图像拍摄装置，其中，使用凹透镜作为每个成像光学系统的其中一个透镜，并且控制单元通过使凹透镜在与目标光学系统的光轴垂直的方向上移动，来调节会聚点的形成位置。本申请包含与2011年2月25日递交于日本特许厅的日本在先专利申请JP2011-039557中公开的内容相关的主题，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。本领域技术人员应当理解，只要在权利要求书的范围或其等价的范围内，根据设计需要和其他因素可以产生各种修改、组合、变形和替换。
权利要求
1.ー种立体图像拍摄装置，其包括 目标光学系统，其具有使对象形成为实像或虚像的功能； 多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统，使得从所述目标光学系统的不同路径所发出的多个对象光束分别再次形成为视差图像； 多个成像装置，其安装成与所述多个成像光学系统相对应，并将由所述多个成像光学系统所形成的视差图像转换成图像信号；和 控制单元，其在所述目标光学系统的第二主点与所述成像光学系统的第一主点之间在所述目标光学系统的光轴方向上的距离内，通过改变所述目标光学系统相对于所述成像光学系统和/或所述成像装置的布置位置的相对布置位置、或改变所述成像光学系统和/或所述成像装置相对于所述目标光学系统的布置位置的相对布置位置，来调节会聚点的位置，以使得所述目标光学系统的焦距、和所述目标光学系统的焦点与所述成像光学系统的第一主点之间在所述目标光学系统的光轴方向上的距离的比率基本恒定，所述会聚点形成于所述多个成像光学系统的光轴彼此相交的位置、或形成于将所述多个成像光学系统的第一主点与所述成像装置的中心连接的线彼此相交的位置。
2.根据权利要求I所述的立体图像拍摄装置，其中，在所述目标光学系统使所述对象形成为实像时所述焦距的值是正值、并且所述目标光学系统使所述对象形成为虚像时所述焦距的值是负值的情况下，将所述目标光学系统的焦距(f)、和所述目标光学系统的第二主点与所述成像光学系统的第一主点之间在水平方向上的距离(L)设置成满足下列公式的值，f/(L-f) I ^ I。
3.根据权利要求2所述的立体图像拍摄装置，其中，所述控制単元通过使所述目标光学系统在所述目标光学系统的光轴上沿前后方向移动，来调节所述会聚点的形成位置。
4.根据权利要求3所述立体图像拍摄装置，其中， 所述目标光学系统包括多个透镜组，并且 所述控制単元通过调节所述目标光学系统的透镜组当中的全部或一部分的位置，来调节所述会聚点的形成位置。
5.根据权利要求2所述的立体图像拍摄装置，其中 将可以改变焦距的可变焦点光学元件，用作所述目标光学系统的透镜的一部分，并且 所述控制単元使用所述可变焦点光学元件的焦距改变功能，来调节所述会聚点的形成位置。
6.根据权利要求2所述的立体图像拍摄装置，其中，所述控制単元通过使成像部分相对于所述成像光学系统的第一主点旋转、以改变所述成像部分的取向，来调节所述会聚点的形成位置，所述成像部分包括多个成像光学系统和成像装置。
7.根据权利要求6所述的立体图像拍摄装置，其中，如果所述多个成像光学系统的透镜之间的距离是d ;从所述多个成像光学系统的每个第一主点到达所述目标光学系统的光轴的垂线的长度是d/2 ;将所述垂线与所述目标光学系统的光轴相交的交叉点、与所述目标光学系统的焦点连接的线段的长度是A ;并且将所述会聚点与所述目标光学系统的焦点连接的线段的长度是S，所述会聚点形成于所述成像光学系统的各自光轴在所述目标光学系统的光轴上彼此相交的点，则所述控制单元控制所述成像部分的旋转，以使得由每个成像光学系统的光轴与所述目标光学系统的光轴所形成的夹角Θ'满足下列公式，夹角 9' = arctan (d/2 (A-δ ))。
8.根据权利要求6所述的立体图像拍摄装置， 其中，所述多个成像光学系统经设置，以使得所述多个成像光学系统的光轴彼此相交于在与所述目标光学系统的光轴平行的预定位置处设置的轴线上，并且 其中，如果所述多个成像光学系统的透镜之间的距离是d ;将所述会聚点与第二交叉点连接的线段的长度是S，所述会聚点形成于所述每个成像光学系统的各光轴在所述轴线上彼此相交的点，所述第二交叉点是从所述目标光学系统的焦点到达所述轴线的第二垂 线、与所述轴线的交叉点；从所述多个成像光学系统的每个第一主点到达所述轴线的第三垂线的长度是d/2 ;并且将第二交叉点与第三交叉点连接的线段的长度是A，所述第三交叉点是所述第三垂线与所述轴线之间的交叉点，则所述控制单元控制所述成像部分的旋转，以使得由每个成像光学系统的光轴和所述目标光学系统的光轴所形成的夹角Θ'满足下列公式，夹角 9' = arctan (d/2 (A-δ ))。
9.根据权利要求2所述的立体图像拍摄装置， 其中，所述多个成像光学系统经设置，以使得其光轴平行于所述目标光学系统的光轴，并且，所述多个成像装置以使得所述成像装置的成像表面与所述目标光学系统的光轴垂直的角度、设置在从所述成像光学系统的光轴偏移预定量的位置上， 其中，所述控制単元通过在与所述成像光学系统的光轴垂直的方向上移动所述成像装置的位置，来调节所述会聚点的形成位置。
10.根据权利要求2所述的立体图像拍摄装置，其中， 使用凹透镜作为每个成像光学系统的其中一个透镜，并且 控制单元通过使所述凹透镜在与所述目标光学系统的光轴垂直的方向上移动，来调节所述会聚点的形成位置。
全文摘要
本发明涉及立体图像拍摄装置。立体图像拍摄装置包括目标光学系统，其具有使对象形成为实像或虚像的功能；多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统，使得从目标光学系统的不同路径所发出的多个对象光束分别再次形成为视差图像；多个成像装置，其将由多个成像光学系统所形成的视差图像转换成图像信号；和控制单元，其调节会聚点的位置，以使得目标光学系统的焦距、和目标光学系统的焦点与成像光学系统的第一主点之间在目标光学系统的光轴方向上的距离的比率基本恒定。
文档编号G03B35/08GK102650818SQ201210039098
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月17日 优先权日2011年2月25日
发明者山田正裕, 青木直 申请人:索尼公司