CN102636949A - 立体成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及立体成像装置。立体成像装置包括：目标光学系统，其具有使对象形成为实像或虚像的功能；成像光学系统，其使得对象的光束可以分别再次成像为视差图像，通过独立的光学系统使所述光束发射在目标光学系统的不同路径中；成像装置，其设置成与成像光学系统相对应，并将视差图像转换成图像信号；和控制单元，其执行用于设置或移动每个成像光学系统的前侧主点的控制，以使得从每个前侧主点垂直引出到目标光学系统的光轴的垂线的长度、相对于连接使垂线与光轴彼此相交的交叉点和目标光学系统的焦点的线段的长度的比率变成恒定。

Description

立体成像装置

技术领域

本发明涉及执行立体图像的拍摄的立体成像装置，更具体地，本发明涉及在拍摄立体图像时的聚焦调整技术。

背景技术

近年来，对能够拍摄3D(立体)图像的摄像机(立体成像装置)的需求不断增加。对于立体图像的成像方法，公开了通过使用半反射镜执行拍摄的分束器型(半反射镜型)、使用在物理上彼此并列的两个成像装置执行拍摄的并列型(用于并排双眼的类型)等。在这样的拍摄类型中，成像装置安装在称作台架(rig)的支架上并执行拍摄，以使得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的透镜间距离(基线长度；在下文中，称作“IAD：轴间距离(InterAxialDistance)”)、会聚性、观察角等。

尽管自由度高，但是问题在于为将成像装置安装在台架上，每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，分束器型台架变成明显大尺度的装置，从而存在该台架不适合在现场用于拍摄或采访的问题。

为解决上述问题，将以并列方法执行拍摄的两个2D图像拍摄摄像机容纳在单一外壳中，以构造集成双眼3D摄像机。以这种方式构造的集成双眼3D摄像机不需要组装，也不需要校准调整。此外，由于紧凑结构，即使在现场进行拍摄或采访的情况下，存在易于携带并且在短时间内进行设置的优点，以使得可以立即开始拍摄。

但是，基本上，上述集成双眼3D摄像机是并列型的，从而IAD的调整存在界限。即，双眼的光学系统或成像器在物理上彼此干涉，从而很难使得IAD比由光学系统或成像器的布置位置所确定的恒定距离短。因此，例如，在非常接近对象的位置上执行拍摄的情况下，在定位在对象后面大致数米位置上的3D显示器上进行显示时的视差超出了使人能够舒服地观察3D图像的视差范围。

对于对象和成像装置之间的距离非常短的情况，例如，可以考虑对人的采访拍摄或在后院中体育转播时的拍摄。在这种情况下，对象和成像装置之间的距离基本为1到2m，会聚点被调节到1到2m的距离。在这种情况下使视差在人可以舒服地观察3D图像的范围内的最有用的IAD是10到40mm。但是，在现有的集成双眼3D摄像机中，很难在保持图像质量和功能(即，不使透镜的直径或成像器的尺寸变小)的同时实现这样短的IAD。

在用上述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涉，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，仍然存在该分束器型不适合对人的采访拍摄或在后院中体育转播时的拍摄的问题。

例如，在JP-A-2003-5313中，公开了立体成像装置，该立体成像装置能够在摄像机的焦点与双眼的会聚点一致的同时将会聚点调节到任意位置。当使用该装置时，可以在使IAD变成与瞳孔距离相同的状态下执行拍摄。因此，即使在对象的附近执行拍摄，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JP-A-2003-5313中公开的内容时，考虑设置目标光学系统，以使得与成像光学系统的瞳孔相对应的虚拟瞳孔形成在与成像光学系统的瞳孔有关的对象一侧(目标一侧)。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。即，在成像光学系统的成像装置中形成的图像成为与使用虚拟瞳孔作为瞳孔(在下文中，该虚拟瞳孔称作“有效瞳孔”)所拍摄的图像等价的图像。因此，两个有效瞳孔之间的距离可以称作立体成像装置的实际IAD。通过下列公式可以计算该实际IAD(在下文中，称作“有效IAD”)。

有效IAD＝|f/(L-f)|×d

在该公式中，“f”表示目标光学系统的焦距，“L”表示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。此外，“d”表示由两个成像光学系统的透镜间距离所确定的真实IAD。

由该公式所示，在目标光学系统的焦距f或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变化时，有效IAD也变化。根据JP-A-2003-5313中公开的技术，在焦点与会聚点一致的同时将会聚点调节到任意位置，以使得在每次执行调整时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长度L变化。由此，有效IAD也变化。在有效IAD变化时，通过立体成像装置获得的视差图像中的视差的量也变化。此外，在视差的量变化时，图像的立体效果也变化。与JP-A-2003-5313中公开的技术一样，当焦点与会聚点一致的状态下执行聚焦调整时，产生的图像变成对观察图像的观察者增加负担的图像。

因此，期望不改变由立体成像装置形成的虚拟瞳孔之间的距离而调整聚焦位置。

本发明的实施例涉及立体成像装置，其包括目标光学系统，该目标光学系统具有使对象形成为实像或虚像的功能。此外，立体成像装置包括多个成像光学系统，其使得对象的多个光束可以分别再次成像为视差图像，通过多个独立的光学系统使所述多个光束发射在目标光学系统的不同路径中。此外，立体成像装置包括多个成像装置，其设置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成像的视差图像转换成图像信号。此外，执行用于设置或移动每个成像光学系统的前侧主点的控制，以使得从多个成像光学系统的每个前侧主点垂直引出到目标光学系统的光轴的垂线的长度、相对于连接使垂线与目标光学系统的光轴彼此相交的交叉点和目标光学系统的焦点的线段的长度的比率变成恒定。

根据该构造，即使在由于聚焦调整而改变各种参数时，由立体成像装置形成的虚拟瞳孔之间的距离不改变。即，可以执行聚焦调整而不改变虚拟瞳孔之间的距离。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的立体成像装置的构造示例的示意图；

图2是示出由根据本发明的实施例的立体图像所形成的有效瞳孔和有效IAD的示例性图；

图3A和3B是示出根据本发明的第一实施例的立体成像装置的构造示例的示意图，其中，图3A示出成像装置设置在接近成像光学系统的位置上的示例，图3B示出成像装置在远离成像光学系统的方向上从图3A中所示的位置移动的示例；

图4A和4B是示出根据本发明的第二实施例的立体成像装置的构造示例的示意图，其中，图4A示出成像装置设置在接近成像光学系统的位置上的示例，图4B示出成像装置在远离成像光学系统的方向上从图4A中所示的位置移动的示例；

图5A到5C是示出根据本发明的第三实施例的立体成像装置的构造示例的示意图，其中，图5A示出会聚角可变透镜移动到远离成像光学系统的光轴的位置的示例，图5B示出会聚角可变透镜从图5A中所示的位置移动到目标光学系统的光轴一侧的示例，图5C示出成像装置在远离成像光学系统的方向上从图5A和5B中所示的位置移动的示例；

图6A和6B是示出根据本发明的第四实施例的立体成像装置的构造示例的示意图，其中，图6A示出成像部分设置在远离空间图像的位置的示例，图6B示出成像部分在接近空间图像的方向上从图6A中所示的位置移动的示例；

图7A和7B是示出根据本发明的第四实施例的修改形式的立体成像装置的构造示例的示意图，其中，图7A示出成像部分设置在远离空间图像的位置的示例，图7B示出成像部分在接近空间图像的方向上从图7A中所示的位置移动的示例；

图8A和8B是示出根据本发明的第五实施例的立体成像装置的构造示例的示意图，其中，图8A示出成像部分设置在远离空间图像的位置、并且成像装置设置在接近成像光学系统的位置的示例，图8B示出成像部分在接近空间图像的方向上从图8A中所示的位置移动、并且成像装置在远离成像光学系统的方向上并且在远离目标光学系统的光轴的方向上移动的示例；

图9A和9B是示出根据本发明的第五实施例的修改形式的立体成像装置的构造示例的示意图，其中，图9A示出聚焦透镜设置在接近成像透镜的位置的示例，图9B示出聚焦透镜在接近成像装置的方向上从图9A中所示的位置移动的示例；

图10是示出根据本发明的修改形式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11是示出根据本发明的修改形式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；和

图12是示出根据本发明的修改形式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。

具体实施方式

在下文中，将描述实施本发明的实施例。此外，将以下列顺序进行描述。

1.立体成像装置的构造示例

2.第一实施例(成像光学系统的主点的位置被固定、而只使得成像装置的位置移动以执行聚焦调整的构造的示例)

3.第二实施例(成像装置的位置定位成相对于成像光学系统的透镜的位置移动、而只使得成像装置的位置移动以执行聚焦调整的构造的示例)

4.第三实施例(通过使用会聚角可变透镜来执行会聚点调整、并使得成像装置的位置移动以执行聚焦调整的构造的示例)

5.第四实施例(使得成像光学系统的主点的位置移动、并伴随着该移动来控制成像部分的姿态以执行聚焦调整的构造的示例)

6.第四实施例的修改形式(使得成像光学系统的主点的位置沿着连接成像光学系统的透镜的主点与会聚点的线移动、以执行聚焦调整的构造的示例)

7.第五实施例(使得成像光学系统的主点的位置移动、并伴随着该移动使得成像装置在远离目标光学系统的光轴的方向上移动以执行聚焦调整的构造的示例)

8.第五实施例的修改形式(使用在聚焦调整时前侧主点的位置几乎不移动的透镜作为成像光学系统的透镜的构造的示例)

9.第一到第五实施例的修改形式

<1.立体成像装置的构造示例>

在图1中，示出根据本发明的实施例的立体成像装置1的构造示例。参考图1中所示的立体成像装置1，将描述与之后描述的第一到第五实施例通用的基本构造和聚焦调整操作。立体成像装置1包括目标光学系统10和两个成像部分2R和2L。目标光学系统10具有将对象S(未示出)成像为实像的功能。此外，成像部分2R和2L使得在目标光学系统10的不同路径中发射的对象的多个光束分别再次成像为视差图像，并将该成像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1中所示的示例中，为易于理解说明，目标光学系统10示出作为具有焦距f的薄透镜。实际上，目标光学系统10包括多件和多组透镜、滤光器、光圈、透镜驱动机构等。此外，除了该机构，目标光学系统10可以具有缩放功能、聚焦调整功能和其他功能。实际上，成像光学系统20R和20L也可以具有多件和多组透镜、滤光器、光圈、透镜驱动机构等，并且可以具有缩放功能、聚焦调整功能和其他功能。

在图1中所示的构造中，以目标光学系统10的光轴Ax1、成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L出现在相同平面上的方式，设置目标光学系统10和成像光学系统20R和20L。以成像光学系统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Ax1上彼此相交的方式，设置成像部分2R和2L。此外，成像部分2R和2L设置在以目标光学系统10的光轴Ax1置于中间的对称位置上。

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在目标光学系统的光轴Ax1上的交叉点c用作立体成像装置1的会聚点。在图1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)的成像光学系统20R(20L)与成像装置202R(202L)之间的位置关系被调整到在会聚点的位置上可以获得最优程序的位置。此外，在下面的描述中，在对于成像部分中的每个构造不需要通过具体区分左侧(L)和右侧(R)来进行描述的情况下，例如，布置或操作在左侧和右侧彼此相同的情况，使用像成像部分2、成像光学系统20、成像装置202、前侧主点s和光轴Ax2一样的标示来进行描述。

此外，立体成像装置1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211R(211L)。此外，立体成像装置1包括使得成像部分2R(2L)的姿态变化的摄像机姿态控制单元212R(212L)。此外，立体成像装置1包括控制单元5，该控制单元5相对于透镜驱动电机210R和210L、成像装置位置控制单元211R和211L、和摄像机姿态控制单元212R和212L提供控制信号。此外，立体成像装置1可以构造成包括所有这些单元，但是也可以构造成只包括根据实施例的最小构造。

根据如上所述构造的立体成像装置1，在目标光学系统10的图像侧焦点F上对远离无限距离的对象S的图像进行成像，根据与焦点F有关的相距目标光学系统10的距离，在后侧(在成像装置202R和202L一侧)对远离有限距离的对象的图像进行成像。此外，为便于说明，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，但是不限于此。

<2.对于由立体成像装置1形成的有效瞳孔>

然后，将参考图2对由立体成像装置1形成的有效瞳孔进行描述。图2示出光路图，该光路图示出遵循在从对象S发出的光束当中穿过成像光学系统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的前侧主点sR的光束由虚线表示，穿过成像光学系统20L的前侧主点sL的光束由实线表示。

当穿过目标光学系统10时，从对象S发出的光束在目标光学系统10与成像光学系统20R和20L之间被再次成像。当用设置在观察点的成像光学系统20R和20L的透镜来观察对象时，看起来好像目标存在于目标光学系统10与成像光学系统20R和20L之间的位置上，从而在这个位置上可以形成的图像被称作空间图像。已经穿过形成图2中所示的空间图像S′的位置的光束被引导至两个成像光学系统20R和20L，并且在成像装置202R和202L的成像平面(未示出)上进行成像，这些图像分别用作视差图像。

此外，当假设光束从成像光学系统20R和20L的透镜中心发出时，从对象S发出的光束遵循与从透镜中心发出的光束遵循的路径相同的路径。因此，在参考从成像光学系统20R和20L的透镜中心发出的光束进行考虑时易于理解。从成像光学系统20R和20L的透镜中心发出的光束在穿过空间图像S′的一个点之后到达目标光学系统10的透镜，并朝向对象S的一个点(与空间图像S′的一个点相对应)传播。这时，可以看到穿过目标光学系统10的透镜的光束在到达对象S时再次交汇在一个点。

即，这一点可以称作穿过成像光学系统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的成像平面上所成像的图像与使用所述“一个点”作为瞳孔所拍摄的图像等价。即，该“一个点”被认为是立体成像装置1的实际瞳孔(有效瞳孔EP)。因此，由左成像光学系统20L和右20r所形成的各个有效瞳孔EP之间的距离可以称作立体成像装置1中的实际IAD(在下文中，称作有效IADed)。

有效IADed由下列公式1表示。

有效IADed＝f/(L-f)×d  ...(公式1)

在公式1中，“f”表示目标光学系统10的焦距，“L”表示目标光学系统10的后侧主点r到成像光学系统20R的前侧主点sR和成像光学系统20L的前侧主点sL的距离。此外，如图3所示，在目标光学系统10的透镜被理想化为薄透镜时，前侧主点和后侧主点彼此不区分，前侧主点和后侧主点彼此一致。“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，目标光学系统10的焦距f设置成70mm，距离L设置成370mm。此外，成像光学系统20R和成像光学系统20L设置成彼此相距60mm的距离d，并以目标光学系统10的光轴Ax1作为对称轴(IADd＝60mm)。在这种情况下，通过上述公式1计算有效IADed为14mm。即，根据本发明的实施例的立体成像装置1，有效IADed变得比物理IADd(60mm)短(14mm)f/(L-f)倍。

因此，当目标光学系统10的焦距f和距离L设置成满足下列公式2时，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，在下列公式中，假设使用凸透镜作为目标光学系统10的透镜，并且焦距f变成正值(f＞0)。

f/(L-f)≤1  ...(公式2)

返回到图1，将对通过立体成像装置1的聚焦调整方法进行描述。该聚焦调整方法对之后描述的每个实施例通用。在图1中，成像光学系统20R的前侧主点sR和成像光学系统20L的前侧主点sL之间的距离(物理距离IAD)设置成d，光轴Ax1、与从成像光学系统20R(20L)的前侧主点sR(sL)引出的到目标光学系统10的光轴Ax1的垂线之间的交叉点设置成交叉点x。此外，目标光学系统10的焦点F和交叉点x之间的距离设置成距离A。

此外，由连接目标光学系统10的焦点F和成像光学系统20的透镜的前侧主点sR(sL)的线、与目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角设置成θ。此外，由成像光学系统20的光轴Ax2(或连接成像光学系统20的透镜的后侧主点与成像装置202的中心的直线)与目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角设置成θ′。

成像光学系统20R的前侧主点sR和成像光学系统20L的前侧主点sL的位置被调整到在对远离任意拍摄距离的对象S进行拍摄时可以获得最优视差量的位置。即，由两个成像系统的主点之间的距离所确定的物理IADed设置成任意距离。在这种状态下，考虑使聚焦位置移动到对象S的任意位置的情况。为执行聚焦调整而不改变有效IADed，优选不通过聚焦调整改变“tanθ＝d/2A”。

例如，当成像光学系统20R的前侧主点sR和成像光学系统20L的前侧主点sL的位置被固定的情况下执行聚焦调整时，距离A和垂线的长度d/2不改变。此外，在通过使成像光学系统20R的前侧主点sR和成像光学系统20L的前侧主点sL的位置移动来执行聚焦调整的情况下，该移动沿着连接目标光学系统10的焦点F与成像光学系统20的前侧主点s的直线执行。以此方式，可以将“tanθ＝d/2A”保持在恒定值。

在通过使成像光学系统20R的前侧主点sR和成像光学系统20L的前侧主点sL的位置移动来执行聚焦调整的情况下，当根据距离A的值来调整立体成像装置1的会聚角时，可以执行聚焦调整而不改变会聚点的位置。更具体地，由成像光学系统20的光轴Ax2和目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角θ′被调整成满足下列公式(公式3)。

夹角θ′＝arctan(d/2(A-δ))  ...(公式3)

通过控制成像部分2的姿态、或者通过控制成像光学系统20的前侧主点s的位置和成像装置202的位置(姿态)，可以执行对夹角θ′的调整。此外，即使在以成像光学系统20的光轴Ax2、与连接成像光学系统20的前侧主点s和成像装置202的中心的线不彼此一致的方式来构造立体成像装置1的情况下，也可以执行相同的控制。在这种情况下，可以调整由穿过成像光学系统20的前侧主点s和成像装置202的中心的光束、与目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角θ′。

在任意构造中，通过使得成像光学系统20R和成像光学系统20L彼此联系、以使得成像光学系统20R中的距离A和成像光学系统20L中的距离A在任意时刻彼此相同，来执行聚焦调整。这里，聚焦调整表示使得物面(聚焦平面)在有限距离范围内移动的调整。即，聚焦调整表示通过后段成像光学系统20(和/或成像装置202)可以执行的范围调整。

<3.第一实施例>

将参考图3A和3B来描述根据本发明的第一实施例的立体成像装置1-1。如图3A和3B所示，目标光学系统10包括凹透镜和凸透镜。与图1中所示的构造类似，以成像光学系统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Ax1上彼此相交的方式，设置成像部分2R和2L。

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Ax1上的位置(交叉点c)上彼此相交，该交叉点与焦点F相距距离δ。交叉点c的位置被调整成设置在由立体成像装置1-1形成空间图像S′的范围内。此外，定位与空间图像S′中的交叉点c相对应的位置上的图像被左成像部分2L和右成像部分2R获取作为双目视差为零的图像。即，该交叉点c成为立体成像装置1-1的会聚点。

成像光学系统20和成像装置202之间的位置关系设置为成像光学系统20的光轴Ax2、与连接成像光学系统20的后侧主点和成像装置202的中心的线彼此一致的位置关系。即，成像装置202设置成使得其成像平面与成像光学系统20的光轴Ax2正交。此外，成像装置202构造成沿着成像光学系统20的光轴Ax2移动。

然后，将参考图3A和3B描述通过立体成像装置1-1的聚焦操作。通过固定成像光学系统20的主点s的位置、并通过只使得成像装置202沿着成像光学系统20的光轴Ax2移动，可以聚焦在空间图像的任意位置上。例如，根据图3A中所示的成像装置202R(202L)设置成接近成像光学系统20R(20L)的状态，如图3B所示使得成像装置202R(202L)沿着光轴Ax2在远离成像光学系统20R(20L)的方向上移动。由于该操作，成像部分2R和2L的聚焦平面fp从目标光学系统10的焦点F一侧移动到成像光学系统20R(20L)一侧。

此外，对成像装置202R的控制和对成像装置202L的控制需要彼此联系地执行。可以通过使控制单元5(参见图1)控制成像装置202R或202L的每个成像装置位置控制单元211R(211L)、或者通过使各个成像装置202的驱动机构彼此联系地机械移动，来执行这些控制。可以通过与这些方法不同的方法来实现对成像装置202的位置的控制。

根据上述第一实施例的立体成像装置1-1，通过固定成像光学系统20的主点s的位置、并通过只使得成像装置202的位置移动，来执行聚焦调整。以此方式，上述“tanθ＝d/2A”不会由于聚焦调整而改变。即，可以执行聚焦调整而不改变有效IADed。

此外，根据本实施例的立体成像装置1-1，可以在将会聚点固定到预定位置的同时只使得聚焦位置(聚焦平面)移动到空间图像S′的任意位置。即，可以将聚焦位置调节到与会聚点不同的位置。当在屏幕或显示器上显示立体图像时，位于会聚点上并且视差为零的图像被定位在屏幕上。此外，在左视差图像和右视差图像的视差是交叉方向(逆相)的情况下，视差图像被定位在屏幕前方，在左视差图像和右视差图像的视差是相同方向(同相)的情况下，视差图像被定位在屏幕的后侧。例如，这在考虑对在屏幕的深度方向上移动的对象进行拍摄的情况时可以很容易地理解。当表现从屏幕移动到后侧的对象的移动时，在彼此联系地调节会聚点和焦点的情况下，对象在任意时刻被定位在屏幕上，未处于焦点上的背景等在前后方向上移动。该图像使得观察图像的观察者有不舒服的感觉。根据本实施例的立体成像装置，可以将焦点对准到与会聚点不同的位置，以使得观察者不会有不舒服的感觉。

此外，在上面的描述中，为便于描述主要在成像光学系统20中的聚焦调整，描述了“将空间图像S′的焦点位置调整到任意位置”的表述。实际上，使用还包括目标光学系统10的全部光学系统，可以对定位成从聚焦距离到无限远距离的对象S进行拍摄。也就是说，根据本发明的实施例的立体成像装置1，可以通过使聚焦平面fp在形成空间图像S′的范围内移动，对定位成从聚焦距离到无限远距离的对象进行拍摄。

<4.第二实施例>

将参考图4A和4B对根据本发明的第二实施例的立体成像装置1-2进行描述。与图3中的描述类似，通过目标光学系统10，空间图像S′形成在目标光学系统10的焦点位置F的后侧(成像光学系统20一侧)上。以成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L彼此平行、并且这些光轴与目标光学系统10的光轴Ax1平行的方式，设置成像光学系统20R和20L

以成像装置202的成像平面与目标光学系统10的光轴Ax1正交的方式，来调整成像装置202的角度。此外，成像装置202设置在从成像光学系统20的光轴Ax2在远离目标光学系统10的光轴Ax1的方向上移动的位置。该移动的量调整成使得连接成像光学系统20的后侧主点与成像装置202的中心的直线在目标光学系统10的光轴Ax1上形成空间图像S′的位置(交叉点c)上彼此相交的量。

然后，将参考图4A和图4B描述通过立体成像装置1-2的聚焦调整操作。与图3A和3B中所示的构造类似，通过固定成像光学系统20的前侧主点s的位置、并通过只使得成像装置202的位置沿着连接成像光学系统20的后侧主点和成像装置202的中心的直线移动，来执行聚焦调整。这时，在成像装置202的上述移动中，左侧和右侧(成像装置202R和成像装置202L)需要彼此联系地移动。

通过上述操作，成像装置202R(202L)从如图4A中所示的成像装置202R(202L)定位成接近成像光学系统20R(20L)的状态，如图4B所示在远离成像光学系统20R(20L)的方向上移动。由于该移动，成像部分2R和2L的聚焦平面fp从目标光学系统10的焦点f一侧移动到成像光学系统20R(20L)一侧。

如上所述，通过以固定成像光学系统20的主点s的位置、并只移动成像装置202的位置的方式执行聚焦调整，可以获得与第一实施例相同的效果。即，“tanθ＝d/2A”不会由于聚焦调整而改变。即，可以执行聚焦调整而不改变有效IADed。此外，可以将聚焦位置调节到与会聚点不同的位置。

此外，根据第二实施例，成像装置202的成像平面设置成与目标光学系统10的光轴Ax1和成像光学系统20的光轴Ax2正交。因此，聚焦平面也与如上所述的光轴Ax1和光轴Ax2正交。以此方式，可以获得在左视差图像和右视差图像中聚焦平面变成相同的效果。在左视差图像和右视差图像中，当它们的聚焦平面变成相同时，即使在会聚状态下，在左成像部分2L和右成像部分2R中获得的图像中不产生梯形失真。因此，可以获得优选的视差图像，而不需要执行去除梯形失真的图像处理。

<5.第三实施例>

将参考图5A到5C描述根据本发明的第三实施例的立体成像装置1-3。如图5A到5C所示，在立体成像装置1-3中，以成像光学系统20R(20L)的光轴与目标光学系统10的光轴Ax1平行的方式，设置成像部分2R和2L。此外，成像光学系统20R和20L包括分别由凹透镜形成的会聚角可变透镜204R和204L。

会聚角可变透镜204R(204L)构造成能够相对于成像光学系统20的光轴Ax2、在远离目标光学系统10的光轴Ax1的方向上移动。由成像光学系统20的光轴Ax2和目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角根据会聚角可变透镜204的移动的量而改变。即，可以改变立体成像装置1-3的会聚角。成像装置202构造成可沿着成像光学系统20的光轴Ax2移动。

然后，将参考图5A到5C描述通过立体成像装置1-3的聚焦调整操作。图5A和5B示出在成像光学系统20的会聚角可变透镜204移动的情况下、会聚角可变透镜204在成像光学系统20的光轴Ax2上的位置的改变。在图5A中，会聚角可变透镜204设置在相对于成像光学系统20R的光轴Ax2非常远离目标光学系统10的光轴Ax1的位置上。通过该布置，在会聚角可变透镜204中，光束穿过的位置改变。与此相伴，穿过会聚角可变透镜204的光束的折射角变大，以使得由成像光学系统20R和20L形成的会聚角变大。因此，形成会聚点c(交叉点c)的位置变成空间图像S′的后侧(在成像光学系统20一侧)。

如图5B所示，当会聚角可变透镜204的布置位置在接近目标光学系统的光轴Ax1的方向上移动时，会聚角变小，从而会聚点c也形成在空间图像S′的前侧(在图5B中，会聚点c和聚焦屏幕fp形成在同一位置上)。即，当会聚角可变透镜204的位置在与成像光学系统20的光轴Ax2正交的方向上移动时，可以根据移动的量来调节会聚角的大小和会聚点c的形成位置。如图5A和5B中所示，可以将会聚点c调节到在形成空间图像S′的范围内的任意位置。即，形成空间图像S′的范围变成会聚点c的可变范围vr。

通过固定成像光学系统20的位置、并通过只使得成像装置202的位置沿着成像光学系统20的光轴Ax2前后移动，来执行聚焦调整。图5C示出在会聚角可变透镜204的位置保持到图5B中所示的位置的同时、使成像装置202向后移动的情况的示例。通过以这种方式只移动成像装置202的位置，可以只将聚焦平面fp移动到空间图像S′的形成位置的后侧，而不使会聚点c的位置从图5B中所示的位置移动。

与上述实施例类似，需要以左侧和右侧(成像装置202L和成像装置202R)彼此联系地移动的方式来执行成像装置202的位置移动。在本实施例的构造中，使用相同的姿态和在相同的方向执行成像装置202的移动，从而可以使得左成像装置202L和右成像装置202R彼此整体移动。因此，可以使得成像装置202R和202L与目标光学系统10的光轴Ax1和成像光学系统20的光轴Ax2平行地移动，而将成像装置固定到同一构件。因此，可以使得机构简单，将左成像装置202L和右成像装置202R的成像平面保持在同一平面上也变得容易。结果，可以容易地获得对于经时变化确保可靠性的效果。

此外，与第二实施例中描述的构造类似，成像装置202的成像平面保持与目标光学系统10的光轴Ax1和成像光学系统20的光轴Ax2正交，以使得聚焦平面也与上述光轴Ax1和光轴Ax2正交。因此，存在左视差图像和右视差图像的聚焦平面变成彼此相同的优点。结果，即使在会聚状态，在左成像部分2L和右成像部分2R中获得的图像中不产生梯形失真。因此，可以获得优选的视差图像，而不需要执行去除梯形失真的图像处理。

<6.第四实施例>

将参考图6A和6B描述根据本发明的第四实施例的立体成像装置1-4。立体成像装置1-4的构造与图1中所示的构造基本相同。成像光学系统20R的透镜的前侧主点sR和成像光学系统20L的透镜的前侧主点sL设置在与目标光学系统10的光轴Ax1相距d/2距离的位置上。此外，以成像光学系统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Ax1上彼此相交的方式，调整成像光学系统20R和成像光学系统20L的方向。成像光学系统20R的光轴Ax2R和成像光学系统20L的光轴Ax2L彼此相交在点c，点c与目标光学系统10的焦点F相距距离δ。

在图6A和6B中，由连接目标光学系统10的焦点F与成像光学系统20的透镜的前侧主点sR(sL)的线、与目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角也被设置成θ。此外，由成像光学系统20的光轴Ax2与目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角设置为θ′。

通过控制成像部分2的位置和姿态，来执行通过立体成像装置1-4的聚焦调整操作。更具体地，使成像部分2移动，以使得成像光学系统20的前侧主点s的位置沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与目标光学系统10的角度F的线移动。此外，控制成像部分2的姿态，以使得成像光学系统20的光轴Ax2彼此在任意时刻相交在目标光学系统10的光轴Ax1上的交叉点c上。即，调整成像部分2的方向，如上所述以使得由成像光学系统20的光轴Ax2和目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角θ′满足下列公式3。

夹角θ′＝arctan(d/2(A-δ))  ...(公式3)

图6B示出成像部分2的布置位置从图6A中所示的位置在接近空间图像S′的方向上移动的示图。通过移动成像部分2整体，成像部分2中的成像光学系统20的前侧主点s的位置沿着由连接成像光学系统20的透镜的前侧主点s和目标光学系统10的焦点F的实线所指示的线，朝向前侧移动。以这种方式，通过移动成像部分2，可以在保持“tanθ＝d/2A”恒定的同时执行聚焦调整。

“d/2”表示从成像光学系统20的透镜的前侧主点s引出到目标光学系统10的光轴Ax1的垂线的长度，“A”表示垂线与目标光学系统10的光轴Ax1相交的交叉点x、与目标光学系统10的焦点F之间的距离。当以这种方式使成像部分2移动时，可以执行聚焦对准而不改变有效IADed的长度。

此外，图6B示出成像部分2R和2L的姿态分别从图6A中所示的状态倾斜到内侧(目标光学系统10的光轴Ax1一侧)的状态。在这时，以由成像光学系统20的光轴Ax2和目标光学系统10的光轴Ax1所形成的夹角θ′满足上述公式3的方式，来调整成像部分2R和2L的姿态。当以这种方式控制成像部分2的姿态时，可以在固定形成会聚点c的位置的同时，只将聚焦位置(聚焦平面fp的形成位置)改变到空间图像S′上的任意位置。即，根据第四实施例的立体成像装置1-4，可以执行聚焦调整，而不改变有效IADed的长度和会聚点c的位置。

<7.第四实施例的修改形式>

此外，在使用具有短焦距f的透镜(例如，广角透镜)作为目标光学系统10的透镜的情况下，可以以使成像光学系统20的透镜的前侧主点s的位置沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与会聚点c的线移动的方式来构造。图7A和7B示出以这种方式构造的立体成像装置1-4α的示例。在立体成像装置14α中，使成像部分2沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与会聚点c的线移动，而不是沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与目标光学系统10的焦点F的线。

图7B示出使成像部分2从图7A中所示的位置、沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与会聚点c的线移动到前侧的状态。以此方式，当通过使成像部分2沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与会聚点c的线移动来执行聚焦调整时，会聚点c的位置并不与聚焦调整操作相联系地移动。因此，在立体成像装置1-4α中，可以通过只使成像部分2的成像光学系统20的前侧正点s的位置移动、而不执行成像部分2的姿态控制，来执行聚焦调整。

但是，当成像部分2沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与会聚点c的线移动时，距离A改变。即，(从目标光学系统10的后侧主点到成像光学系统20的前侧主点s的距离)-(目标光学系统10的焦距f)的值也改变，该值用于计算有效IADed。但是，当成像部分2沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与会聚点c的线移动时，成像光学系统20R的前侧主点sR与成像光学系统20L的前侧主点sL之间的距离d的变化还与距离A的变化成比例。此外，当使用具有短焦距f的透镜作为目标光学系统10的透镜时，δ相对于距离A的比率变得极小，δ是从目标光学系统10的焦点F到会聚点c的距离。即，用于计算有效IADed的“|f/(L-f)|”的值变得极小。因此，即使成像部分2沿着连接成像光学系统20的前侧主点s与会聚点c的直线移动，有效IADed也几乎不改变。

根据第四实施例的修改形式的立体成像装置1-4α，可以执行聚焦调整而不需要控制成像部分2的姿态，从而立体成像装置1-4α的机构和控制可以变得简单。因此，可以获得减小立体成像装置1-4α的成本的效果。

<8.第五实施例>

然后，将参考图8A和8B描述根据本发明的第五实施例的立体成像装置1-5的构造和操作。组成立体成像装置1-5的每个单元的布置与参考图6A和6B对第四实施例描述的布置基本相同。与根据第四实施例的立体成像装置1-4的不同之处在于通过分开控制成像光学系统20的透镜与成像装置202来执行聚焦调整。

图8A示出表示将成像部分2的成像光学系统20相对于成像装置202的位置调节到要聚焦到远景的位置的状态的示图。图8B示出表示从聚焦到远景的状态执行聚焦调整以聚焦到近景的状态的示图。如图8B所示，当使成像光学系统20的透镜的前侧主点s的位置在远离成像装置202的方向上移动时，聚焦平面fp向后移动，从而将焦点调整到近景。当沿着由连接成像光学系统20的前侧主点s与目标光学系统10的焦点F的实线所表示的线、执行成像光学系统20的透镜的前侧主点s的移动时，可以执行聚焦调整而不改变有效IADed。

但是，成像光学系统20的前侧主点s的位置在远离成像装置202的方向上的移动表示距离A变得更短。在第四实施例的立体成像装置1-4中，还根据距离A的变化来控制成像部分2的姿态，从而执行聚焦调整，而不改变会聚点的位置(交叉点c)。相反，在根据本实施例的立体成像装置1-5中，根据距离A的变化，通过使成像装置202的中心位置在远离目标光学系统10的光轴Ax1的方向上移动，来执行相同的控制。即，以夹角θ′变成满足上面所述的下列公式3的值的方式，调整成像装置202的布置位置，夹角θ′由成像光学系统20的光轴Ax2和目标光学系统10的光轴Ax1形成。

夹角θ′＝arctan(d/2(A-δ))  ...(公式3)

当执行上述控制时，还可以与控制会聚点c的位置独立地来执行聚焦调整，而不改变有效IADed。

此外，在可适用本发明的立体成像装置具有摄像机震动校正功能等的情况下，可以沿着连接成像装置202的后侧主点与成像装置202的读出范围的中心的线，来执行成像光学系统20的透镜的前侧主点s的移动。

<9.第五实施例的修改形式>

此外，对于成像光学系统20，可以采用前侧主点s的位置几乎不会由于聚焦调整而改变的、诸如内聚焦型透镜和后聚焦型透镜的透镜。在这种情况下，即使执行聚焦调整时，距离A也不改变，从而不需要执行诸如成像部分2的姿态控制和成像装置202的位置控制的控制以保持会聚点的位置恒定。因此，如图9A和9B所示，当使作为不同于之前群组的透镜的聚焦透镜205沿着成像光学系统20的光轴Ax2前后移动时，可以将聚焦位置调整到与会聚点c的位置不同的位置，而不改变有效IADed。此外，通过使用焦点可变光学装置等可以实现与成像光学系统20相同的构造。

<10.第一到第五实施例的修改形式>

此外，在上述第一到第五实施例中，描述了组成成像部分2R(2L)的每个单元独立地移动以调节成像光学系统20R(20L)的前侧主点sR(sL)的位置、成像装置202R(202L)的位置等的情况，作为示例，但是不限于此。通过使成像部分2R(2L)整体移动，可以形成聚焦调整。在这种情况下，可以沿着穿过成像光学系统20R(20L)的前侧主点sR(sL)、并与目标光学系统10的光轴Ax1平行的线，来执行成像部分2R(2L)的移动。

此外，在每个上述实施例中，描述了使成像光学系统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Ax1上彼此相交的情况作为示例，但是不限于此。如图10所示，可以以成像光学系统20R的光轴Ax2R与成像光学系统20L的光轴Ax2L在轴线Ax3上彼此相交的方式，来构造立体成像装置1′，该轴线Ax3与目标光学系统10的光轴Ax1平行。轴线Ax3在图10中由长虚线表示。假设该轴线Ax3出现在包括成像光学系统20R(20L)的前侧主点sR(sL)和目标光学系统10的光轴Ax1的平面上。

此外，由于设置会聚点c的位置(图10中的垂直方向)，表示目标光学系统10的光轴Ax1与轴线Ax3之间的距离的Δ的值变化，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。在以每个成像光学系统20的光轴Ax2与轴线Ax3彼此平行的方式设置每个成像光学系统20的情况下，连接每个成像光学系统20的后侧主点与每个成像装置202的中心的各条直线在轴线Ax3上彼此相交的点变成会聚点c。

在如上所述构造立体成像装置1′的情况下，可以相对于轴线Ax3来执行对每个上述实施例中描述的每个单元的设置位置和移动的调整(聚焦调整)。更具体地，通过使一对成像光学系统20中的每一个和/或每个成像装置202彼此联系地移动来执行聚焦调整，使得连接交叉点x′(第二交叉点)与各个成像光学系统20的前侧主点s的线段具有彼此相同的长度，从目标光学系统10的焦点F引出到轴线Ax3的垂线(第二垂线)与轴线Ax3彼此相交在所述交叉点x′上。

此外，在通过使得由成像光学系统20R(20L)的光轴Ax2R(Ax2L)与轴线Ax3形成的夹角θ′可变化、来执行聚焦调整的情况下，每个成像部分2的姿态调整、或每个成像光学系统20的位置、或每个成像装置202的位置被调整为使得夹角θ′满足上面描述的下列公式。

夹角θ′＝arctan(d/2(A-δ))  ...(公式3)

此外，在以每个成像光学系统20的光轴Ax2与轴线Ax3平行的方式来设置每个成像光学系统20的情况下，夹角θ′表示为由穿过成像光学系统20的前侧主点s与成像装置202的中心的直线、与轴线Ax3形成的夹角。

在上述公式中，“d”表示一对分别的成像光学系统20的透镜间距离。因此，“d/2”表示从成像光学系统20R(20L)的前侧主点主点sR(sL)引出到轴线Ax3的垂线(第三垂线)的长度。此外，“A”表示连接交叉点x″(第三交叉点)与交叉点x′的线段的长度，第三垂线与轴线Ax3在所述交叉点x″上彼此相交。“δ”表示连接会聚点c与交叉点x′的线段的长度。

此外，在图10中，示出了将轴向Ax3设置在包括成像光学系统20R(20L)的前侧主点sR(sL)和目标光学系统10的光轴Ax1的平面上的示例，但不限于此。即，轴线Ax3可以设置在使包括成像光学系统20R(20L)的前侧主点sR(sL)的平面、与包括轴线Ax3和目标光学系统10的光轴Ax1的平面彼此不相同的位置上。即，轴线Ax3可以设置在360。围绕光轴Ax1的任意位置上，只要轴线Ax3设置在与目标光学系统10的光轴Ax1平行的位置上。

图11示出轴线Ax3设置使平面p1和平面p2彼此正交的位置上的示例，平面p1由包括成像光学系统20R(20L)的前侧主点sR(sL)的三角形表示，平面p2包括目标光学系统10的光轴Ax1和轴线Ax3。在图11中，成像部分2R和2L与目标光学系统10示意性地表示为圆柱形。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，轴线Ax3设置在相对于目标光学系统10的光轴Ax1在向上方向上垂直地相距距离Δ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c)形成在轴线Ax3上。在这样布置的情况下，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，形成在相对于目标光学系统10的光轴Ax1在向下方向上垂直地偏离的位置上。当在平面p2上从目标光学系统10的光轴Ax1在向下方向上偏离距离Δ′的位置上形成的轴线被设置为轴线Ax4时，例如，对于与成像部分2R相对应的有效瞳孔EpR，该有效瞳孔EpR形成在从轴线Ax4在向右方向上偏离距离ed′的位置上。在图11中所示的示例中，因为假设使用凸透镜作为目标光学系统10，所以形成各个有效瞳孔Ep的位置相对于成像部分2R和2L的实际布置位置水平反转，轴线Ax4设置在形成各个有效瞳孔Ep的位置之间。

此外，在上述实施例中，示出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，但是不限于此。本发明可应用于设置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Ax1上，成像部分2-2和2-3设置在彼此水平对称的位置上，成像部分2-1置于成像部分2-2和2-3之间。此外，成像部分2-4和2-5设置在成像部分2-2和2-3的外侧(在远离光轴Ax1的方向上)。各个成像部分2的各个成像光学系统20的所有前侧主点s设置在平面p3上。此外，成像部分2-6和2-7设置在垂直对称的位置上，成像部分2-1置于成像部分2-6和2-7之间。假设成像部分2-6和2-7中的每个主点s设置在同一平面p4上。此外，成像部分2-8设置在不属于平面p3和平面p4的位置上(图中的左上侧位置)。

这些成像部分2-1到2-8的布置(角度)调整到使光轴Ax2、或连接前侧主点s和成像装置202的中心的线与交叉点c相交的位置上。通过此构造，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Ax1在右下方向上倾斜地偏离距离ed′的位置上。

在以这种方式设置多个成像部分2的情况下，当执行聚焦调整时，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作为分别的各对可以彼此联系地受到控制。

此外，在上述实施例中，示出了将成像部分2设置成对、并通过使各个成像部分2中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彼此联系地移动来执行控制的情况作为示例，所述成对的成像部分2设置在彼此对称的位置上，并且目标光学系统10的光轴Ax1或轴线Ax3置于所述成对的成像部分2之间。但是，本发明可以应用于在不使这些部件彼此联系地移动的情况下执行控制的情况。但是，即使在这种情况下，需要执行聚焦调整，以使得如上所述，垂线d/2相对于线段A的长度比变成恒定。通过这种控制，与每个成像部分2相对应的每个有效瞳孔Ep的形成位置不会随着聚焦调整而改变。

此外，根据本发明的立体成像装置可以具有下列构造。

(1)一种立体成像装置，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，其使得对象的多个光束可以分别再次成像为视差图像，通过多个独立的光学系统使所述多个光束发射在目标光学系统的不同路径中；多个成像装置，其设置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成像的视差图像转换成图像信号；和控制单元，其执行用于设置或移动每个成像光学系统的前侧主点的控制，以使得从多个成像光学系统的每个前侧主点垂直引出到目标光学系统的光轴的垂线的长度、相对于连接使垂线与目标光学系统的光轴彼此相交的交叉点和目标光学系统的焦点的线段的长度的比率变成恒定。

(2)根据条目(1)的立体成像装置，其中，控制单元通过使成对的成像光学系统当中的每一个、和/或设置成与成对的成像光学系统当中的每一个相对应的的每个成像装置彼此联系地移动，来执行聚焦调整，以使得对于设置成相对于目标光学系统的光轴彼此对称的成对的各个成像光学系统之间的距离，从目标光学系统的焦点连接到各个成像光学系统的前侧主点的线段具有彼此相同的长度。

(3)根据条目(1)或(2)的立体成像装置，其中，在聚焦调整中，控制单元使每个成像光学系统的聚焦平面在与成像光学系统相距有限距离的范围内移动。

(4)根据条目(1)至(3)中任意一个的立体成像装置，其中，控制单元通过使成像装置沿着每个成像光学系统的光轴、或者沿着连接每个成像光学系统的后侧主点与每个成像装置的中心的直线移动，来使每个成像装置相对于每个成像光学系统的前侧主点的相对位置改变。

(5)根据条目(1)至(3)中任意一个的立体成像装置，其中，以每个成像光学系统的轴线与目标光学系统的光轴平行的方式，来设置每个成像光学系统，并且以每个成像装置的成像平面与目标光学系统的光轴正交的方式，来设置每个成像装置，并且控制单元通过使每个成像装置在与沿着连接每个成像光学系统的后侧主点和每个成像装置的中心的直线相同的方向上移动，来执行聚焦调整。

(6)根据条目(1)至(3)中任意一个的立体成像装置，其中，使用凹透镜作为每个成像光学系统的多个透镜当中的一个，并且控制单元通过使凹透镜在与目标光学系统的光轴正交的方向上移动而使立体成像装置的会聚角可变、并且通过使每个成像装置在与沿着每个成像光学系统的光轴相同的方向上移动，来执行聚焦调整。

(7)根据条目(1)至(3)中任意一个的立体成像装置，其中，在成对的各个成像光学系统的透镜间距离设置为d，垂线的长度或第三垂线的长度设置为d/2，连接垂线与目标光学系统的光轴彼此相交的交叉点与目标光学系统的焦点的线段的长度、或连接第三交叉点与第二交叉点的线段的长度设置为A，并且连接会聚点与目标光学系统的焦点或第二交叉点的线段的长度设置为δ的情况下，所述第三垂线是从多个成像光学系统的每个前侧主点引出到轴线的垂线，所述第三交叉点是第三垂线与轴线彼此相交的交叉点，所述会聚点是各个成像光学系统的各个光轴彼此相交的点、或连接每个成像光学系统的后侧主点与每个成像装置的中心的各条直线彼此相交的点，控制单元通过执行包括每个成像光学系统和每个成像装置的每个成像部分的姿态调整，或通过执行对每个成像光学系统的调整和/或每个成像装置的位置的移动，来执行聚焦调整，以使得夹角θ′满足下列公式，所述夹角θ′是由各个成像光学系统的每个光轴与目标光学系统的光轴或轴线所形成的夹角，或者是由连接每个成像光学系统的后侧主点和每个成像装置的中心的直线、与目标光学系统的光轴或轴线所形成的夹角，

夹角θ′＝arctan(d/2(A-δ))。

(8)根据条目(7)的立体成像装置，其中，控制单元通过使每个成像光学系统的透镜沿着连接每个成像光学系统的前侧主点和目标光学系统的焦点的直线移动，并且在每个成像光学系统的透镜接近目标光学系统的焦点时，通过使每个成像装置的位置在远离目标光学系统的光轴的方向上移动，来执行聚焦调整。

(9)根据条目(7)或(8)的立体成像装置，其中，对于每个成像光学系统，使用内聚焦型或后聚焦型透镜，并且控制单元通过控制每个成像光学系统的透镜的位置，来执行聚焦调整。

本申请包含与2011年2月8日递交于日本特许厅的日本在先专利申请JP 2011-025304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。

Claims (9)

1.一种立体成像装置，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，其使得所述对象的多个光束分别再次成像为视差图像，通过多个独立的光学系统使所述多个光束从所述目标光学系统的不同路径中发射出；

多个成像装置，其设置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成像的视差图像转换成图像信号；和

控制单元，其执行用于设置或移动每个所述成像光学系统的前侧主点的控制，以使得从所述多个成像光学系统的每个前侧主点垂直引出到所述目标光学系统的光轴的垂线的长度、相对于连接使所述垂线与所述目标光学系统的光轴彼此相交的交叉点和所述目标光学系统的焦点的线段的长度的比率变成恒定。

2.根据权利要求1所述的立体成像装置，

其中，所述控制单元通过使成对的所述成像光学系统当中的每一个、和/或设置成与成对的所述成像光学系统当中的每一个相对应的每个所述成像装置彼此联系地移动，来执行聚焦调整，以使得在线被设置为轴线的情况下，所述线定位在相对于所述目标光学系统的光轴对称的位置上，或所述线定位在包括每个所述成像光学系统的每个前侧主点和所述目标光学系统的光轴的平面上的、并且与所述目标光学系统的光轴平行的位置上，并且所述线与所述目标光学系统的光轴相距预定距离，对于设置成相对于所述轴线彼此对称的成对的各个成像光学系统之间的距离，连接所述目标光学系统的焦点和各个所述成像光学系统的前侧主点的线段、或连接第二交叉点和各个所述成像光学系统的前侧主点的线段具有彼此相同的长度，所述第二交叉点是从所述目标光学系统的焦点引出到所述轴线的第二垂线、与所述轴线彼此相交的交叉点。

3.根据权利要求2所述的立体成像装置，

其中，在聚焦调整中，所述控制单元使每个所述成像光学系统的聚焦平面在与所述成像光学系统相距有限距离的范围内移动。

4.根据权利要求3所述的立体成像装置，

其中，所述控制单元通过使所述成像装置沿着每个所述成像光学系统的各光轴、或者沿着连接每个所述成像光学系统的后侧主点与每个所述成像装置的中心的各直线移动，来使每个所述成像装置相对于每个所述成像光学系统的前侧主点的相对位置改变。

5.根据权利要求3所述的立体成像装置，

其中，以每个所述成像光学系统的光轴与所述目标光学系统的光轴平行的方式，来设置每个所述成像光学系统，并且以每个所述成像装置的成像平面与所述目标光学系统的光轴正交的方式，来设置每个所述成像装置，并且

所述控制单元通过使每个所述成像装置在与沿着连接每个所述成像光学系统的后侧主点和每个所述成像装置的中心的直线相同的方向上移动，来执行聚焦调整。

6.根据权利要求3所述的立体成像装置，

其中，使用凹透镜作为每个所述成像光学系统的多个透镜当中的一个，并且

所述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正交的方向上移动而使所述立体成像装置的会聚角可变，并且通过使每个所述成像装置在与沿着每个所述成像光学系统的光轴相同的方向上移动，来执行聚焦调整。

7.根据权利要求3所述的立体成像装置，

其中，在成对的各个所述成像光学系统的透镜间距离设置为d，所述垂线的长度或所述第三垂线的长度设置为d/2，连接所述垂线与所述目标光学系统的光轴彼此相交的交叉点与所述目标光学系统的焦点的线段的长度、或连接第三交叉点与所述第二交叉点的线段的长度设置为A，并且连接会聚点与所述目标光学系统的焦点或所述第二交叉点的线段的长度设置为δ的情况下，所述第三垂线是从所述多个成像光学系统的每个前侧主点引出到所述轴线的垂线，所述第三交叉点是所述第三垂线与所述轴线彼此相交的交叉点，所述会聚点是各个所述成像光学系统的各个光轴彼此相交的点、或连接每个所述成像光学系统的后侧主点与每个所述成像装置的中心的各条直线彼此相交的点，所述控制单元通过执行包括每个所述成像光学系统和每个所述成像装置的每个所述成像部分的姿态调整，或通过执行对每个所述成像光学系统的调整和/或每个所述成像装置的位置的移动，来执行聚焦调整，以使得夹角θ′满足下列公式，所述夹角θ′是由各个所述成像光学系统的每个光轴与所述目标光学系统的光轴或所述轴线所形成的夹角，或者是由连接每个所述成像光学系统的后侧主点和每个所述成像装置的中心的直线、与所述目标光学系统的光轴或所述轴线所形成的夹角，

夹角θ′＝arctan(d/2(A-δ))。

8.根据权利要求7所述立体成像装置，

其中，所述控制单元通过使每个所述成像光学系统的透镜沿着连接每个所述成像光学系统的前侧主点和所述目标光学系统的焦点的直线移动，并且在每个所述成像光学系统的透镜接近所述目标光学系统的焦点时，通过使每个所述成像装置的位置在远离所述目标光学系统的光轴的方向上移动，来执行聚焦调整。

9.根据权利要求7所述立体成像装置，

其中，对于每个所述成像光学系统，使用内聚焦型或后聚焦型透镜，并且

所述控制单元通过控制每个所述成像光学系统的透镜的位置，来执行聚焦调整。

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