CN102566248B - 立体成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立体成像设备，包括：目标光学系统，其具有将对象成像为实像或者虚像的功能；以及多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统将从目标光学系统的不同路径出射的多个对象光束再次成像为视差图像，其中，在目标光学系统将对象成像为实像时的焦距值为正并且目标光学系统将对象成像为虚像时的焦距值为负的情况下，目标光学系统的焦距(f)和从目标光学系统的后侧主点到成像光学系统的前侧主点之间的距离(L)设定为满足以下公式的值：|f/(L-f)|≤1。

Description

立体成像设备

技术领域

本发明涉及拍摄立体图像的立体成像设备，并且更具体地涉及调节作为用于立体图像进行成像的多个透镜的透镜之间的距离的基线长度的技术。

背景技术

近年来，用于可以拍摄3D(立体)图像的摄像机(立体成像设备)的需要已经变得很强烈。作为立体图像的成像方法，知道使用半反射镜进行拍摄的分光器方法(半反射镜法)、使用物理上并排布置的两个成像设备进行拍摄的并排方法(并排双眼法)等。在这些拍摄方法中，成像设备安装在称为架台(Rig)的基座上进行拍摄，并且安装成像设备的自由度更高。例如，用于拍摄立体图像的两个透镜的透镜之间的距离(基线长度；以下称为IAD：轴间距离)、会聚、视角等可以以高的自由度选择。

然而，在自由度高的同时，存在这样的问题：因为设备安装在架台上，所以对于每次拍摄进行设置和调整需要很多的精力和时间。此外，存在这样的问题：用于分光器方法的架台尺寸很大，不适合在现场和采访拍摄。

为了解决这些问题，用于通过并排方法进行拍摄的两个2D视频拍摄摄像机结合在一个壳体中以形成集成的双眼3D摄像机。具有这种构造的集成的双眼3D摄像机不必组装或者对准的调整。此外，摄像机紧凑，并容易在现场和采访中进行拍摄时携带，并具有在短时间设置之后迅速地开始拍摄的优点。

然而，集成的双眼3D摄像机基本上根据并排方法，并且IAD的调整受到限制。即，双眼的各个光学系统和成像器物理上彼此干涉，并且难以使IAD比依赖于光学系统和成像器的布置位置而确定的特定距离短。因而，例如，在非常靠近对象进行拍摄的情况下，当对象在显示器后方几米处显示在3D显示器上时的视差超过当人能舒适地观看3D图像时的视差范围。

作为对象和成像设备非常靠近的情况，例如，可以想到采访人物的拍摄、体育消息广播中在后院的拍摄等。在此情况下，对象和成像设备之间的距离约为1至2m，并且会聚点设定为1至2m的距离。在此情况下，可以认为用于使视差在人能舒适地观看3D图像的范围内的最有用的IAD是10mm至40mm。然而，在当前双眼3D摄像机中，难以在保持图像品质和功能(即，不减小透镜的直径或成像器的尺寸)的同时实现短IAD。

在根据以上所述的分光器方法进行拍摄的情况下，两个成像设备不会物理上彼此干涉，并且能使IAD很短。然而，如上所述，存在对每次拍摄进行设置和调整需要很多精力和时间的问题，并且仍存在该方法不适合于人物采访拍摄或者体育消息广播中在后院的拍摄的问题：。

例如，在专利文件1(JP-A-2003-5313)中，描述了这样的立体图像拍摄设备，在摄像机的焦点与双眼的会聚点一致的情况下能将会聚点调整到任意位置。使用这种设备，在IAD等于人的瞳孔距离的情况下执行拍摄，并且在近距离拍摄的情况下，可以拍摄具有自然立体感的视频。

发明内容

然而，在专利文件1描述的构造中，具体地在图3A和3B和5A和5B中，为了使会聚点和焦点彼此一致，认为需要将成像光学系统聚焦在无限远处。在此情况下，在通常拍摄中，即，在恒定地聚焦移动对象的合焦状态下进行拍摄等，认为短视频很不自然。例如，当对象前后移动时，拍摄对象本身不向前或向后移动而是周围的风景前后移动的视频。即，在专利文件1描述的立体图像拍摄设备中，存在这样的问题：在不改变屏幕上的位置的情况下不能改变焦点或者在不改变焦点的情况下不能改变屏幕上位置。

因而，期望在维持图像品质和功能的情况下以短基线长度执行立体图像的拍摄。

根据本发明的实施例的立体成像设备包括：目标光学系统，其具有将对象成像为实像或者虚像的功能；以及多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统将从目标光学系统的不同路径出射的多个对象光束再次成像为视差图像，其中，在目标光学系统将对象成像为实像时的焦距值为正并且目标光学系统将对象成像为虚像时的焦距值为负的情况下，目标光学系统的焦距(f)和从目标光学系统的后侧主点到成像光学系统的前侧主点之间的距离(L)设定为满足以下公式的值

|f/(L-f)|≤1。

根据该构造，实质光瞳(有效光瞳)形成在对象和目标光学系统之间或者在目标光学系统和成像光学系统之间，并且对通过有效光瞳获得的图像进行成像。此外，通过将目标光学系统的焦距和从目标光学系统的后侧主点到成像光学系统的前侧主点的距离(L)设置为满足以上所述的公式的值，可以使有效光瞳之间的距离比取决于多个成像光学系统的透镜之间的距离而确定的实际基线长度短。因而，在不减小透镜的直径和成像设备的成像器的尺寸的情况下，在保持图像品质和功能的同时以更短的基线执行立体图像的拍摄。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的立体成像设备的构造示例的框图。

图2是示出根据本发明的一个实施例在从对象发射的光线中通过成像光学系统的透镜的主点的光线行进的路径的光学路径图。

图3A和图3B是说明图，用于说明根据本发明的一个实施例的有效光瞳的形成的原理，并且图3A是示出其中在从对象的特定点发射的光线中与光轴平行的光线和通过目标光学系统的透镜的中心的光线行进的路径的光学路径图，并且图3B是示出从成像光学系统的透镜的中心发射的光线行进的路径的光学路径图。

图4是示出根据本发明的一个实施例从成像光学系统的透镜的中心发射的光线中与光轴平行的光线和通过目标光学系统的透镜的中心的光线行进的路径的光学路径图。

图5A和图5B是说明图，用于说明根据本发明的一个实施例的有效IAD的计算方法，并且图5A是示出通过有效光瞳的光线中与光轴平行的光线的路径的光学路径图，并且图5B仅仅提取和示出计算图5A所示的信息的有效IAD所需的部分。

图6A和图6B是说明图，用于说明根据本发明的一个实施例的有效光瞳位置的计算方法，并且图6A是示出从成像光学系统的透镜的中心发射的光线中与光轴平行的光线的路径的光学路径图，并且图6B仅仅提取和示出计算图6A所示的信息的有效光瞳位置所需的部分。

图7A至图7C是说明图，示出根据本发明的一个实施例当改变成像光学系统IAD的宽度时有效IAD的变化，并且图7A示出当成像光学系统IAD变窄时的示例，图7B示出了当成像光学系统IAD比图7A所示更长时的示例，并且图7C示出了当成像光学系统IAD比图7B所示更长时的示例。

图8A至图8C是说明图，示出当从目标光学系统的后侧主点到成像光学系统的前侧主点的距离变化时的有效IAD的变化，图8A示出了当从目标光学系统的后侧主点到成像系统的前侧主点的距离变宽时的示例，图8B示出了当从目标光学系统的后侧主点到成像光学系统的前侧主点的距离变得比图8A所示更窄时的示例，并且图8C示出了当从目标光学系统的后侧主点到成像光学系统的前侧主点的距离变得比图8B所示更窄时的示例。

图9A至图9C是说明图，示出根据本发明的一个实施例当目标光学系统的焦距变化时的有效IAD的变化，图9A示出了当焦距变窄时的示例，图9B示出了当焦距变得比图9A所示更宽时的示例，并且图9C示出了当焦距变得比图9B所示更宽时的示例。

图10是示出根据本发明的一个实施例当对象沿着光轴方向移动时从对象发射并通过成像光学系统的透镜的中心的光线通过的光学路径图。

图11是示出根据本发明的一个实施例的修改示例的立体成像设备的构造示例的框图。

图12是示出根据本发明的一个实施例的修改示例从对象发射的光线中通过成像光学系统的透镜的主点的光线行进的光学路径图。

图13A和图13B是说明图，用于说明根据本发明的一个实施例的修改示例的有效光瞳的形成的原理，并且图13A是其中从对象的特定点发射的光线中与光轴平行的光线和通过目标光学系统的透镜的中心的光线行进的路径的光学路径图，并且图13B是示出从成像光学系统的透镜中心发射的光线行进的路径的光学路径图。

图14是示出根据本发明的一个实施例的修改示例在从成像光学系统的透镜的中心发射的光线中与光轴平行的光线和通过目标光学系统的透镜的中心的光线行进的光学路径图。

图15A和图15B是说明图，用于说明根据本发明的一个实施例的修改示例的有效IAD的计算方法，并且图15A是示出在通过有效光瞳的光线中与光轴平行的光线的路径的光学路径图，并且图15B仅仅提取和示出计算图15A所示的信息的有效IAD所需的部分。

具体实施方式

以下，将说明用于实施本发明的实施例。将以下列顺序进行说明。

1.立体成像设备的构造示例

2.各种修改示例

1.立体成像设备的构造示例

立体成像设备的总构造示例

图1示出了根据本发明第一实施例的立体成像设备的构造示例。立体成像设备1包括具有将对象S成像为实像的功能的目标光学系统10，以及两个成像光学系统20a、20b，其分别将从目标光学系统10的不同路径出射的多个对象光束再次成像为视差图像。在实施例中，凸透镜用于目标光学系统10。注意，在图1所示的示例中，为了容易理解说明，目标光学系统10是具有焦距f的薄透镜，成像光学系统20a、20b分别包括薄透镜201a、201b和成像器202a、202b。实际目标光学系统10包括多个或者多组透镜、滤光器、光圈、透镜驱动机构等。此外，除了这些机构，可以提供缩放功能、聚焦功能和其他功能。成像光学系统20a、20b还实际上包括多个或者多组透镜、滤光器、光圈、透镜驱动机构等，并可以具有缩放功能、聚焦功能和其他功能。在图1所示的构造中，目标光学系统10和成像光学系统20a、20b布置成使得目标光学系统10的光轴A1和各个成像光学系统20a、20b的光轴A2a、A2b可以存在相同的平面上。

立体成像设备中的有效IAD的形成示例

接着，将参照图2描述形成在立体成像设备1中的实质IAD(以下称为“有效IAD”)。图2是示出其中从对象S发射的光线中通过成像光学系统20a、20b的透镜的主点的光线行进的路径的光学路径图。允许从对象S发射的光束进入目标光学系统10，然后由两个成像光学系统20a、20b引导，并成像在成像器202a和202b上，并分别形成视差图像。在此方面，考虑通过成像光学系统20a的透镜的前侧主点fH20a的光线和通过成像光学系统20b的透镜的前侧主点fH20b的光线。例如，通过成像光学系统20a的主点fH20a的光线组是由虚线所示的上光线，并且通过成像光学系统20b的主点fH20b的光线是由实线所示的下光线。此外，虚线所示的光线和实线所示的光线分别通过虚拟地存在于对象S和目标光学系统10之间的两个有效的光瞳(以下称为有效光瞳EP)。然后，从有效光瞳EP的位置看见的对象S成像在成像光学系统20a的成像器202a和成像光学系统20b的成像器202b上。即，这两个有效光瞳EP之间的距离(以下称为“有效IADed”)是立体成像设备1中的实质IAD。在对象S和目标光学系统10之间形成有效光瞳EP的原理将在下文参照图3A、3B和4描述。

有效IADed由下列公式表示。

ed＝f/(L-f)×d...(公式1)

在公式1中，“f”是目标光学系统10的焦距，“L”是从目标光学系统10的后侧主点rH10到成像光学系统20a的前侧主点fH20a和成像光学系统20b的前侧主点fH20b的距离。注意，当光学系统理想化为图2所示的薄透镜时，在前侧主点和后侧主点之间没有区别，并且前侧主点和后侧主点与主点一致。此外，“d”是取决于成像光学系统20a和成像光学系统20b的布置位置而确定的IAD，并且一般是指成像光学系统的前侧主点之间的距离，即，成像光学系统20a和成像光学系统20b的前侧主点fH20a和fH20b之间的距离。

例如，目标光学系统10的焦距f是70mm，并且距离L是370mm。此外，成像光学系统20a和成像光学系统20b以目标光学系统10的光轴A1作为对称轴线分别布置在距离d＝60mm处(成像光学系统IADd＝60mm)。在此情况下，有效IADed通过以上公式1计算为14mm。这意味着，与依赖于成像光学系统20a和20b的布置位置而获得的成像光学系统IADd(60mm)相比，可以使实质IAD(有效IADed)更短达f/(L-f)倍(14mm)。

因而，通过将目标光学系统10的焦距f和距离L设定为满足以下公式2的值，有效IADed可以比依赖于成像光学系统20a和20b的布置位置而获得成像光学系统IADd更短。注意，以下公式的前提是凸透镜用作目标光学系统10的透镜，并且其焦距f是正的(f＞0)。

f/(L-f)≤1...(公式2)

立体成像设备中有效光瞳的形成原理

接着，在立体成像设备1中，将参照图3A、3B和4说明对象S和目标光学系统10之间的有效光瞳的假想形成的原理。首先，将参照图3A说明由目标光学系统10形成的空间图像S’，然后将参照图3B说明从对象S到成像器202a(202b)的光线路径。然后，参照图4说明有效光瞳的形成机制。

(1)关于空间图像

如图3A所示，从对象S发射的光束通过目标光学系统10，并再次成像，由此，空间图像S’形成在目标光学系统10和成像光学系统20a、20b之间。空间图像S’可以被看成为似乎在其位置有物体，并可以从成像光学系统20a、20b的透镜的视点看见空间图像S’。通过考虑从对象S的特定点发射的光线中与光轴A1平行的光线和通过目标光学系统10的透镜的中心的光线的两个光线而被容易地理解形成空间图像S’的原理。从对象S的特定点输出的光线中与光轴A1平行的光线在通过透镜之后由于目标光学系统10的透镜的性质而变成通过目标光学系统10的焦点F的光线。另一方面，通过目标光学系统10的透镜的中心的光线由于透镜的性质而没有变化地直线前进。然后，这两个光线再次在另一点处交叉。交叉点是与已经发射光线的对象S对应的空间图像S’中点。

(2)从对象到成像光学系统的成像器的光线路径

如在图3B所示，如果光线从成像光学系统20a、20b的透镜的中心发射，则从对象S发射的光线沿着与那些光线的路径相同的路径行进。因而，通过从成像光学系统20a、20b的透镜的中心考虑而容易理解路径。在图3B所示的示例中，将从成像光学系统20a的透镜的中心发射的光线行进的路径作为示例进行说明。从成像光学系统20a的透镜的中心发射的光线通过空间图像S’的特定点，然后到达目标光学系统10的透镜，并朝着对象S的与“空间图像S’的特定点”对应的特定点行进。从成像光学系统20a的透镜的中心到成像器202a的光线可以通过将通过成像光学系统20a的透镜中心的光线不变化地延长到成像器202a的位置而获得。

(3)关于有效光瞳

随后，将参照图3B说明有效光瞳EP的形成的原理。对通过空间图像S’的其他点的光线执行如上所述的从对象S到成像光学系统20a的成像器202a的光线路径的形成。然后，知道从成像光学系统20a的透镜中心发射的光线在通过目标光学系统10之后再次在特定点处交叉。此点是有效光瞳EP。有效光瞳EP是要通过成像光学系统20a的透镜中心的所有光线通过的点。因而，在成像光学系统20a的成像器202a的成像表面上成像的图像是与使用有效光瞳EP作为光瞳进行拍摄的图像等价的图像。即，通过使用根据本实施例的立体成像设备1对对象S进行成像，能获得与布置在有效光瞳EP的位置的摄像机拍摄的图像相同的图像。

还可以通过考虑从成像光学系统20a的透镜中心发射的光线中与光轴A1平行的光线和通过目标光学系统10的透镜中心的光线还获得形成有效光瞳EP的位置。如上所述，如果光线从成像光学系统20a的透镜的中心发射，则从对象S发射的光线沿着与那些光线行进的路径相同的路径行进。这意味着，如果发光点布置在成像光学系统20a的透镜中心处，从该点发射的所有的光线通过有效光瞳EP。即，有效EP是成像光学系统20a的“透镜的影子”或者“空间图像”。因而，如图4所示，可知有效EP在从成像光学系统20a的透镜中心发射的光线中与光轴A1平行的光线和通过目标光学系统10的透镜中心的光线再次交叉的点处形成。

有效IAD的计算方法

如上所述，有效光瞳EP是从对象S朝着成像光学系统20a(20b)的透镜中心的所有光线通过的点。这些光线包括与光轴A1平行的光线。为了获得有效IADed，容易理解对与光轴A1平行的光线的考虑。在图5A中，通过有效光瞳EP的光线中与光轴A1平行的光线的路径由虚线示出。通过有效光瞳EP的光线中与光轴A1平行的光线通过目标光学系统10的透镜，然后，由于透镜的性质而朝着目标光学系统10的透镜的焦点F行进。已经通过焦点F的光线根据有效光瞳EP的定义朝着成像光学系统20a、20b的各个透镜的中心行进。

图5B仅仅提取获得图5A所示的信息的有效IADed所需的特征部分。在附图中，示出形状彼此类似的两个三角形。一个是阴影较大的三角形，具有作为成像光学系统20a、20b的各个透镜之间的距离的成像光学系统IADd的底边和(距离L-目标光学系统焦距f)的高度。另一个是阴影较小的三角形，其具有作为两个有效光瞳EP之间的距离的有效IADed的底边以及目标光学系统10的焦距f的高度。这两个三角形彼此具有类似的形状，并且由于它们的性质它们由以下公式表示。

有效IADed：成像光学系统IADd

＝目标光学系统焦距f：距离L-目标光学系统焦距f

因而，计算

ed×(L-f)＝f×d，并且

ed＝f/(L-f)×d...公式(1)

可以使用目标光学系统10的透镜的焦距f、成像光学系统IADd和有效IADed来计算光轴方向上有效光瞳EP的位置。图6A示出了从成像光学系统20a、20b的各个透镜中心发射的光线中与光轴A平行的光线的路径。从成像光学系统20a的透镜的中心发射的光线和从成像光学系统20b的透镜的中心发射的光线到达目标光学系统10的透镜，并通过透镜，并变成通过目标光学系统10的焦点F的光线。然后，在通过焦点F之后，光线分别通过两个有效光瞳EP，并朝着对象S(未示出)行进。

图6B仅仅提取获得图6A所示的信息中有效光瞳的光轴方向上的位置所需的特征部分。在附图中，示出彼此具有类似形状的两个三角形。一个是阴影较大的三角形，其具有成像光学系统IADd的底边和有效光瞳目标光学系统焦距f的高度。另一个是阴影较小的三角形，其具有有效IADed的底边和从焦点F到有效光瞳EP的距离(以下称为“有效光瞳位置EPd”)的高度。这两个三角形彼此具有类似的形状，并且由于它们的性质它们由以下公式表示。

有效IADed：成像光学系统IADd

＝有效光瞳位置EPd：目标光学系统焦距f

因而，计算

ed×f＝d×EPd，并且

Epd＝(ed×f)/d...公式(3)

接着，将参照图7A至图9C说明根据本实施例的立体成像设备1的有效IADed的形成示例。有效IADed可以使用以上所述的公式1计算。即，通过改变目标光学系统焦距f、距离L和成像光学系统IADd，可以改变有效IADed。即，通过改变这些参数，可以实现具有任意长度的有效IADed。

图7A至图7C示出了当通过改变成像光学系统IADd(成像光学系统20a、20b的各个透镜之间的距离)而改变有效IADed的宽度(长度)时的示例。相同的符号赋予给与图2中的部件对应的部件，并且它们详细的说明将省略。图7A示出了当成像光学系统IADd设定较窄(设定到图1至图6B所示的宽度)的示例，并且图7B示出当使成像光学系统IADd比图7A所示的宽时的示例。图7C示出了当使成像光学系统IADd比图7B所示的宽的示例。如图7A至图7C所示，可知成像光学系统IADd越宽，有效IADed越宽。

图8A至图8C示出了当通过改变距离L(从目标光学系统10的后侧主点rH10到成像光学系统20a(20b)的前侧主点fH20a(fH20b)的距离)而改变有效IADed的宽度时的示例。相同的符号赋予给与图2中的部件对应的部件，并且将省略它们详细的说明。图8A示出了当距离L较宽时的示例，而图8B示出了当使距离L比图8A示出的距离短时的示例。此外，图8C示出了当使距离L比图8B所示的距离短时的示例。如在图8A至图8C所示，可知距离L越短，有效IADed越宽。

注意，如在图8C所示，通过设定距离L(和焦距f)以满足f/(L-f)＞1，能使有效IADed比成像光学系统IADd宽。例如，目标光学系统10的焦距是70mm，距离L是105mm，并且成像光学系统IADd是60mm。在此构造的情况下，成像光学系统IADd通过上述公式1计算为120mm。即，与依赖于成像光学系统20a和20b的布置位置而获得的成像光学系统IADd(60mm)相比，可以使有效IADed长达f/(L-f)倍。

图9A至图9C示出了有效IADed通过改变目标光学系统10的焦距f而改变的示例。焦距f可以通过使用具有不同焦距f的透镜和使用缩放透镜而改变。在图9A至图9C中，相同的符号赋予给与图2中的部件对应的部件，并且将省略它们的详细描述。图9A示出了当焦距f较窄时的示例，并且图9B示出了当焦距f比图9A中的长的示例。此外，图9C示出了当焦距f长于图9B所示的焦距f时的示例。如图9A至图9C所示，可知目标光学系统10的透镜的焦距f越长，有效IADed越宽。

如上所述，根据本实施例的立体成像设备1，通过选择目标光学系统10的焦距f、与成像光学系统20a、20b的位置相关的参数(距离L)和成像光学系统IADd，可以选择立体成像设备1的实质IAD。因而，可以提高立体成像设备1的设计的自由度。

此外，通过将目标光学系统10的透镜的焦距f和距离L设定为满足公式2的值，可以使实质IAD(有效IADed)比依赖于成像光学系统20a和20b的布置位置而确定的实际IAD(成像光学系统IADd)短。因而，一个屏幕内的视差范围可以限制在固定范围内。由此，不拍摄对观看者施加大的负担的内容，诸如从屏幕飞出量和深度量大的内容和具有在场景改变时改变较大的视差的内容。因而，可以降低观看内容的观看者感觉到的眼睛过度紧张和一般疲劳的不舒适。此外，可以容易地实现执行近距离拍摄时最频繁使用的从10mm到40mm的重要IAD。

此外，可以在不使成像光学系统20a和20b的布置位置靠近的情况下使立体成像设备1的有效IADed较短，因而，不必降低成像器的尺寸或者安装具有小直径的透镜。即，在不恶化摄像机主体的性能(诸如分辨率和灵敏度)的情况下可以使立体成像设备1的有效IADed较短。因而，即使在难以降低透镜之间距离的并排方法和集成方法的立体成像设备中，可以容易地执行以更短的IAD进行的拍摄。

此外，通过设定目标光学系统10的透镜的焦距f和距离L以满足f/(L-f)＞1，能使有效IADed比成像光学系统IADd更宽。根据此构造，即使在可仅仅具有物理上窄的IAD(诸如内诊镜)的设备中，例如，可以拍摄具有更有立体感的视频。

此外，形成在立体成像设备1中的有效光瞳EP是从对象S朝着成像光学系统20a、20b的透镜中心的所有光线通过的点。因而，例如，即使当对象S如图10所示从位置A朝着位置B移动，从位置B的对象S的位置发射并通过成像光学系统20a、20b的透镜中心的所有光线通过有效光瞳EP。由此，即使当对象S可移动时，可以拍摄与当摄像机布置在有效光瞳位置EPd时相同的移动图像。因而，能附加地提供将成像光学系统20a、20b的焦点(焦点位置)移动到有限距离内的期望位置并控制焦点的功能。因而，例如，可以以连动的方式控制两个成像光学系统20a、20b的焦距，并且可以恒定地聚焦在移动物体S上来执行拍摄。通过执行拍摄，可以拍摄通常自然的图像，其中显示屏幕上的对象S与对象S的移动一致地前后移动。

此外，根据本实施例的立体成像设备1，与专利文件1所示的技术不同，不必恒定地将会聚点和焦点彼此一致。因而，可以通过成像光学系统20a(20b)或者目标光学系统10调整会聚点，可以通过成像光学系统20a(20b)或者目标光学系统10调整焦点，并且可以通过成像光学系统20a(20b)或者目标光学系统10调整视角。即，可以通过分别调整目标光学系统10和成像光学系统20a(20b)来设定用于拍摄的参数。

2.各种修改示例

在以上描述的实施例中，已经描述了其中设置两个成像光学系统的示例。然而，可以提供多个成像光学系统。例如，如图11所示，可以提供三个成像光学系统，如成像光学系统20a、20b、20c。此外，可以布置目标光学系统10和成像光学系统20a、20b、20c，使得目标光学系统的光轴A1和成像光学系统20a、20b、20c的各个光轴A2a、A2b、A2c可以存在不同的平面上。根据该构造，可以获得竖直方向上的视差信息，并且例如，可以执行当假定立体的观看者以躺下等的姿势观看图像时的拍摄。

此外，在以上描述的实施例中，已经描述了其中凸透镜用于目标光学系统10的透镜的示例用于说明，然而，可以使用凹透镜。将参照图12至15B说明使用凹透镜的构造示例。图12示出当凹透镜用于目标光学系统时的立体成像设备的构造示例。在图12中，相同的符号赋予给与图2中的部件对应的部件，并将省略它们的详细说明。在图12所示的示例中，凹透镜用作目标光学系统10α的透镜，并且焦距f形成在更靠近对象S的一侧。因而，有效光瞳EP形成在目标光学系统10α与成像光学系统20a和成像光学系统20b之间。

图13A和13B是用于说明在使用凹透镜的立体成像设备1α中在目标光学系统10α和成像光学系统20a、20b之间的有效光瞳EP的形成原理的图。在图13A和13B中，相同的符号赋予给与图3A和图3B中的部件对应的部件，并将省略它们详细的说明。在凹透镜用作目标光学系统的情况下，虚像V形成在对象S和目标光学系统10α之间。如参照图3A和图3B进行说明的情况那样，通过考虑从对象S的特定点发射的光线中与光轴A1平行的光线和通过目标光学系统10α的透镜的中心的光线这两个光线而容易理解其中形成虚像V的位置。如图13A所示，虚像V形成在其中辅助线aL和通过目标光学系统10α的透镜的中心的光线交叉的位置处，该辅助线从与光轴A1平行的光线与目标光学系统10α的透镜相交的点朝着目标光学系统10α的焦点F引出。

图13B示出了其中从成像光学系统20b的透镜的中心发射的光线行进的路径。从成像光学系统20b的透镜中心发射的实际光线朝着对象S沿着实线所示的路径行进。另一方面，当从成像光学系统20b的透镜上的视点看去时的可见光线通过目标光学系统10α，然后，朝着虚像V沿着虚线所示的辅助线aL所示的路径行进。此外，可见光线必定沿着与目标光学系统10α相反的方向通过在辅助线aL的延长的位置处的有效光瞳EP。即，形成在成像光学系统20b的成像器202b上的视频相当于使用有效光瞳EP作为瞳孔拍摄的视频。

此外，即使在使用凹透镜的情况下，通过考虑从成像光学系统20b的透镜中心发射的光线中与光轴A1平行的光线和通过目标光学系统10α的透镜的透镜中心的光线可以获得其中形成有效光瞳EP的位置。图14示出了其中从成像光学系统20b的透镜的中心发射的光线行进的路径。在图14中，相同的符号赋予给与图4中的部件对应的部件，并将省略其详细的说明。在图14中，目标光学系统10α的焦点F和与光轴A1平行的光线与目标光学系统10α的透镜碰撞的点之间的辅助线aL由虚线示出。此外，有效光瞳EP形成在从成像光学系统20b的透镜的中心发射并由实线示出的光线与辅助线aL交叉的位置处。这意味着如果发光点布置在成像光学系统20b的透镜中心处，从该点发射的所有光线通过有效光瞳EP。即，有效光瞳EP是成像光学系统20b的“透镜的影子”或者“虚像”。

图15A和15B是用于说明当凹透镜用于目标光学系统10α时的有效IADed的计算方法的图。在图15A和15B中，相同的符号赋予给与图5A和图5B中的部件对应的部件，并将省略它们的描述。图15A示出了来自对象S(未示出)朝着成像光学系统20a(20b)的透镜中心的光线中与光轴A1平行的光线的路径。其中光线实际行进的路径由实线示出，并且从成像光学系统20a和20b的透镜的视点看去的可见光线由虚线示出。此外，与实线所示的光轴A1平行的光线和由虚线所示的可见光线与目标光学系统10α碰撞，然后，在两个点处交叉。两个点之间的距离是有效IADed。

图15B仅仅提取获得图15A所示的信息的有效IADed所需的特征部分。在附图中，示出了彼此具有类似形状的两个三角形。一个是阴影较大的三角形，其具有作为成像光学系统20a、20b的各个透镜之间的距离的成像光学系统IADd的底边和(目标光学系统焦距f+距离L)的高度。另一个是阴影较小的三角形，其具有有效IADed的底边和目标光学系统10α的焦距f的高度。这两个三角形彼此具有类似的形状，并且由于它们的性质它们由下列公式4表示。

有效IADed：成像光学系统IADd

＝目标光学系统焦距f：距离L+目标光学系统焦距f

此外，由于当使用凹透镜时的焦距f为负(f＜0)，所以计算

ed×(L+(-f))＝f×d，并且

ed＝|f/(L-f)|×d...公式(4)

即，在使用凸透镜和使用凹透镜用于目标光学系统10的透镜的两个情况下，可以使用公式(4)计算有效IADed。此外，在使用凸透镜和使用凹透镜用于目标光学系统10的透镜的两个情况下，通过设置目标光学系统10的焦距f和距离L以满足以下公式5，可以使有效IADed比实际成像光学系统IADd短。

|f/(L-f)|≤1...公式(5)

以此方式，即使当凹透镜用于目标光学系统10的透镜时，可以获得与当使用凸透镜时的优点相同的优点。此外，当使用凹透镜时，因为与使用凸透镜的情况相比焦距f是负的，对于与当使用凸透镜时相同的焦距|f|和相同的成像光学系统IADd，实现相同有效IADed所需的距离L能变短。因而，立体成像设备1α可以形成为较小。

本公开包含了与在于2010年11月10日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2010-251750中公开的主题相关的主题，该专利申请的全部内容通过引用而结合于此。

本领域的一般技术人员应该理解到取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替换，只要它们在权利要求或者等同物的范围内即可。

Claims (6)

1.一种立体成像设备，包括：

目标光学系统，其具有将对象成像为实像或者虚像的功能，其中，所述目标光学系统是透镜；以及

多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统将从所述目标光学系统的不同路径出射的多个对象光束再次成像为视差图像，

其中，在所述目标光学系统将所述对象成像为所述实像时的焦距值为正或所述目标光学系统将所述对象成像为所述虚像时的焦距值为负的情况下，所述目标光学系统的焦距(f)和从所述目标光学系统的后侧主点到所述成像光学系统的前侧主点之间的距离(L)设定为满足以下公式的值

|f/(L-f)|≤1。

2.根据权利要求1所述的立体成像设备，其中，所述成像光学系统的焦点被设定在有限距离内的预定位置。

3.根据权利要求2所述的立体成像设备，其中，所述目标光学系统和所述成像光学系统被布置成使得它们的光轴位于相同的平面上。

4.一种立体成像设备，包括：

目标光学系统，其具有将对象成像为实像的功能；以及

多个成像光学系统，其使用多个独立光学系统将从所述目标光学系统的不同路径出射的多个对象光束再次成像为视差图像，

其中，在所述目标光学系统将所述对象成像为所述实像时的焦距值为正的情况下，所述目标光学系统的焦距(f)和从所述目标光学系统的后侧主点到所述成像光学系统的前侧主点之间的距离(L)设定为满足以下公式的值

|f/(L-f)|≤1。

5.根据权利要求4所述的立体成像设备，其中，所述成像光学系统的焦点被设定在有限距离内的预定位置。

6.根据权利要求5所述的立体成像设备，其中，所述目标光学系统和所述成像光学系统被布置成使得它们的光轴位于相同的平面上。