CN1187652C

CN1187652C - 立体照相机

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Publication number: CN1187652C
Application number: CNB971132763A
Authority: CN
Inventors: 稻叶稔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: FR2763709A1; GB2326725B; SE9701813L; CN1202637A; SE9701813D0; DE19721954C1; US5892994A; FR2763709B1; CA2205425C; GB9713241D0; CA2205425A1; GB2326725A

Abstract

一种立体照相机，包括平行地设置在一个照相机机体内的两套单透镜反射照相机光学系统，各光学系统包括：棱镜型取景器，用来将左、右照相透镜摄影视界的外半部分合成一个景；光轴间距离/焦点调整机构，使通过所述立体照相机中心的延长线上的焦距点的影像与所述棱镜取景器上的左、右90度反射棱镜装置中心交点的顶点一致；其中所述棱镜型取景器的一个棱镜使得可通过棱镜移动机构沿着使取景器影象左、右两半互相靠拢或分开的方向滑动；联锁机构用来将所述棱镜移动机构与光轴间距离/焦点调整机构联锁，以便使与左、右照相透镜的光轴平行的一条线上的焦距点总是通过左、右照相透镜光轴之间的中心位于棱镜取景器左、右景象的中心。

Description

立体照相机

本发明涉及立体照相机，更具体地说，涉及具有用来将左、右透镜的两半图象合成一个图象的棱镜取景器的立体照相机。

作为一种在一个机体内有两个平行对准的照相透镜的立体照相机，有一种用左、右五棱镜分别观察左、右照相透镜的景象的反射型立体照相机和一种用一个测距仪型取景器或实像型取景器观察摄影视界的测矩仪型立体照相机。

反射型立体照相机的优点是，用户可以通过照相透镜观察实际的照相景象，但是，用两个眼睛同时观察两个取景器的结构难以像单用一个眼睛观察一个取景器那样方便地操作。具体地说，很难同时观察立体照相机中的两个取景器，其中左、右取景器的间距受到透镜外径和透镜安装机构尺寸的限制，超过了人两眼之间的距离(约63.5mm)。

在固定左、右透镜之间距离的传统的立体照相机中，由于左、右透镜的摄影视界的差异，在左、右景象外面产生不重叠区域。有个缺点是因为安装时要将得不到立体效果的不重叠区域屏蔽掉，景象的丢失量大。

因此，本发明的发明者提出一种立体照相机，它提供复合棱镜，通过引入左、右照相透镜摄影视界的外半部分(胶片曝光面的内半部分)来合成景象，使得能够通过一个取景器来观察合成的景象，其中设置了用来调整联锁在焦点调整机构中的各透镜的光轴之间距离的机构，使得在离开焦距距离的位置上左、右透镜的摄影视界总是彼此一致，以抑制景象的丢失(日本专利申请第8-053476号)。

因为这种立体照相机使左、右透镜摄影视界具有相同的焦距，故可以在观察到由左、右两半摄影视界合成的取景器左、右两半影象的侧向偏差时调整焦点，使取景器景象左右两半区域的景物影象无偏差。当取景器景象左右两半变成一个正常的影象时，景物就聚焦了。

参见图19(a)，其中示出一个圆形景物，再参照图19(b)，19(c)和19(d)，其中示出立体照相机的取景器景象。当图19(a)的景物位于取景器景象的中心时，在焦点上的景物呈现出图19(b)所示的真实的形状。比焦点远的景物如图19(c)所示显得变宽了。比焦点近的景物如图19(d)所示显得变窄了。可以在观察到影像的左、右两半的取景器景象的左、右两半的侧向偏差时调整焦点。

但是，实际上几乎不存在景象中所有景物都处于焦距上的情况，不同的景物往往在不同的距离上。当某个景物聚焦时，同一照片上离得较近的景物则是在光轴间距离校正量对于同一照片上离得较近的景物变得不足的情况下拍照的。因为人的视觉在观察近距离景物时具有平行性，所以，观看者观赏处于不同距离的景物同时出现的立体幻灯时，近距离景物是在近得观察起来都不自然的极近的距离聚焦的。为了校正它，在安装时，需要适当地将照片左右外部区域屏蔽掉。

因此，在近距离照相或在主景物与透镜之间没有其他景物存在的情况下，这样设计立体照相机或许可能抑制景象的丢失，亦即在比焦距还近的距离下使左、右透镜摄影视界的范围一致。

在图20中，用虚线表示的指数曲线A表示光轴间距离/焦点，用来调整左、右透镜主焦点，使左、右透镜的摄影视界范围任何时候在距离为焦点距离处一致。图21示出透镜焦距为36mm，而左、右曝光面之间的距离为66mm条件下的指数曲线A。

现假定采用薄透镜镜片：

透镜焦距-----------f

从景物到透镜主点的距离----L

从透镜的焦点到影象形成位置的距离--Δif。

则Δif＝f²/L-f公式成立，于是，透镜主点到胶片表面之间的距离变成f+Δif。

另外，若立体照相机左、右曝光面之间的间距为P₁，为了使左、右摄影视界一致，左、右透镜移动量S1由下式给出。

S1＝(P₁/2)×(f+if/L+f+Δif)。

就是说，随着从景物到透镜系统的主点的距离L减小，左右透镜可以在彼此靠近的方向上移动一个由上述方程式算出的移动量S1。指数曲线A是根据上列方程式画出的轨迹。

参看图21，实线B是一条直线，用来把左、右透镜从指数曲线A移到无穷远焦点位置F₁以内的点连接到在最短距离焦点位置F_s上使左右透镜摄影视界彼此一致的点，而且除了距离最短焦点位置F_s以外在离焦距近的范围内使左右透镜摄影视界彼此一致。当这样设计时，亦即左、右透镜沿着实线B整个区域中移动量靠内的该线段或者焦点调整范围移动时，就能获得远、近距离都与有其他景物存在于比焦距上的景物更近的距离的实际照相状态相适应的感觉。

但是，当用上述左、右照相景象外半部分来合成一个取景器影象的立体照相机安装线性移动型光轴间距离和焦点调整机构时，左、右透镜还要从在最短距离焦点位置F_s上(在实线的情况下)或所有焦点范围(在从实线B内部移动量的多个直线段的情况下)摄影视界范围一致的点进一步向内移动。因此，即使景物像已经聚焦，但看起来焦距上的景物像还是如图19(c)所示那样变宽了。所以，它有个缺点，就是在观察取景器影象的偏差的同时使景物聚焦变成不可能的了。

因此，有必要解决上述技术问题，使得能够通过一个取景器来观察左、右聚焦的照相的景象，并提供一种这样的立体照相机，它具有光轴间距离/焦点调整机构，其光轴间距离的校正量与实际的拍照条件相适应，并且，该立体照相机还能根据取景器的影象准确地调整焦点。因此，本发明的目的是解决上述技术问题。

本发明提供了一种立体照相机，它包括平行地设置在一个照相机机体内的两套单透镜反射照相机光学系统，其特征在于各光学系统包括：棱镜型取景器，用来将左、右照相透镜摄影视界的外半部分合成一个景；光轴间距离/焦点调整机构，用来使通过所述立体照相机中心的延长线上的焦距点的影像与所述棱镜取景器上的左、右90度反射棱镜装置中心交点的顶点一致；其中所述棱镜型取景器的一个棱镜是这样安装的，使得可通过棱镜移动机构沿着使取景器影象左、右两半互相靠拢或分开的方向滑动；一个联锁机构用来将所述棱镜移动机构与光轴间距离/焦点调整机构联锁，以便这样构成光轴间距离/焦点调整机构，使得与左、右照相透镜的光轴平行的一条线上的焦距点总是通过左、右照相透镜光轴之间的中心位于棱镜取景器左、右景象的中心。

本发明还提供了一种立体照相机，其中所述棱镜型取景器包括多个棱镜或者棱镜和反射镜的组合，使用于将左、右两半景象合成一个景象的所述棱镜或者棱镜和反射镜的组合通过所述棱镜移动机构在使取景器景象左、右两半靠拢或分离的方向滑动。

图1是立体照相机的正视图，它举例表示本发明权利要求1的一个实施例；

图2是图1立体照相机的剖面图；

图3是图1立体照相机的透视图；

图4表示图3的棱镜，其中图4(a)是平面图，图4(b)是正视图，图4(c)底视图，图4(d)是背视图，图4(e)是沿着A-A线的视图，图4(f)是侧视图；

图5是图1立体照相机的透镜移动凸轮机构的剖面图；

图6表示传统实例，并且是解释性视图，举例说明固定棱镜和取景器景象之间关系；

图7是一个解释性的视图，它举例说明图3滑动型棱镜和取景器景象的关系；

图8举例表示本发明权利要求2的另一个实施例，它是立体照相机的正视图；

图9是图8立体照相机的棱镜装置透视图；

图10表示图9的棱镜装置，其中图10(a)是背视图，图10(b)是平面视图，图10(c)是正视图，图10(d)是底视图，图10(e)是沿着图10(b)A-A线的视图，图10(f)是侧视图；

图11(a)是图9中心棱镜的平面视图，图11(b)是该中心棱镜滑动机构的侧视剖面图；

图12是解释性视图，解释图8棱镜装置和取景器景象之间的关系；

图13是举例说明棱镜装置的另一个实施例的透视图；

图14是举例说明棱镜装置的又一个实施例的透视图；

图15表示图14的棱镜装置，其中图15(a)是平面视图，图15(b)是正视图，图15(c)是底视图，图15(d)是背视图，图15(e)是沿着图15(b)A-A线的视图，图15(f)是侧视图；

图16(a)是图14中心棱镜的正视图，图16(b)是该中心棱镜滑动机构的侧视剖面图；

图17是解释性的视图，用来解释图14棱镜装置和取景器景象的关系；

图18是举例说明棱镜装置的另一个实施例的透视图；

图19(a)是一个景物，19(b)，19(c)和19(d)是解释性视图，表示具有光轴间距离/焦点调整机构的立体照相机的取景器景象；

图20是解释性视图，表示用来使立体照相机左、右透镜摄影视界范围总是一致的光轴间距离/焦点调整机构；

图21是解释性曲线图，表示左、右透镜主点的轨迹，其中A表示指数曲线的轨迹，说明左、右透镜摄影视界的范围在焦距上总是一致的，而B表示许多移动量的实线轨迹。

现将详细说明本发明的实施例。图1和2举例说明立体照相机1，其中照相透镜4R和4L安置在照相机机体2正面的左、右透镜板上，棱镜5位于照相机机体2左右之间的中心。取景器机构包括目镜6、棱镜5和位于棱镜5左、右的垂直型反射镜7R和7L。

参看图3和4，棱镜5用整体模制成形法用光学树脂或光学玻璃制成。侧向90度反射棱镜装置9R和9L连接到180度反射棱镜装置8的较低的入射平面左、右两半，用来使在较高和较低方向上平行入射的光和反射的光的光路移位。沿着90度反射棱镜装置9R和9L的外侧面反射取向的垂直平面是入射平面，并且，棱镜5的整体宽度与立体照相机1的曝光景象的宽度一样或者比后者稍微宽一些。

参见图2，设置在棱镜5的左、右两侧的反射镜7R和7L绕轴枢10R和10L旋转中心在水平方向旋转。拍照片时，反射镜7R和7L从相对于光轴45度的备用位置在棱镜5的侧向方向旋转，并从透镜4R及4L和胶片表面之间的光路后退。

参看图3，当反射镜7R及7L处于备用位置时，左、右透镜照相范围的外半部分(曝光表面内半部分)被反射镜7R及7L左右颠倒，并且入射到棱镜5的90度反射棱镜装置9R及9L。该景象被90度反射棱镜装置9R及9L的反射面RP1、180度反射棱镜装置8的反射面RP2和RP3三次全反射，而左透镜照相范围外半部分的的竖直影象和右透镜照相范围外半部分的竖直影象在180度反射棱镜装置8的投射8a的上平面合成空中影象。当棱镜5的90度反射棱镜装置9R及9L的入射面在焦面打毛时，焦点可以通过观察焦面的聚焦实像来调整。

参看图2，棱镜5和左、右透镜板3R及3L与在照相机机体2的面板上形成的倾斜移动型滑轨11R及11L啮合。棱镜5装在中央滑轨12上，以便前后直线移动，透镜板3R及3L的滑轨11R及11L在形状上是这样形成的，使得照相透镜4R和4L主点的轨迹变成图21的实线B。

从左、右透镜板3R和3L向后延伸的导杆13R和13L与照相机机体内位于向左和向右方向上的凸轮轴14啮合。棱镜5被弹簧(未示出)向后施力，促使装在棱镜5底部的导杆15向凸轮轴14的棱镜移动凸轮16的方向移动。

参见图5，图中举例说明了透镜板的导杆13和凸轮轴14。凸轮轴14上的渐开线凸轮17顶住模制在导杆13上的矩形截面凹槽13a，渐开线凸轮16与矩形截面凹槽13a之间的间隙要做得尽可能小，以消除间隙，从而准确地完成焦点调整。

图2所示凸轮轴14的一端装有旋钮18，用手指旋转，左、右透镜板3R和3L倾斜地前后移动，朝互相靠拢的方向前进，或朝互相分离的方向后退。棱镜5类似于透镜板3R和3L，亦随着凸轮轴14的转动而前后移动。

棱镜5的凸轮机构是这样设计的，使得与左、右照相透镜的光轴平行的直线上的焦距点总是处于取景器左、右景象之间的中心，后者通过图21所示透镜主点实线轨迹B上的所有位置上棱镜5的左、右中心，使得当棱镜5与近距离焦点的方向同步地前后移动时，棱镜5被联锁而前进。

尽管在图上忽略了，透镜板和各种不同形状的棱镜的凸轮机构都可以应用，而且形状不限。

然后，描述棱镜5位置与取景器景象的关系。图6表示传统的棱镜固定类型立体照相机的说明性视图，而图7表示本发明的立体照相机的说明性视图。

如图6所示，在通过立体照相机左、右之间的中心的延长线上的景物的图象是通过左、右照相透镜指向左、右曝光面22R和22L之间的中点的，被反射镜23R和23L旋转方向，并且被引到棱镜24的入射平面。棱镜24位于这样的位置上，即，使得左、右90度反射棱镜装置25R和25L交叉中心的顶点与左、右图象中心一致。照相透镜21R和21L按照指数曲线A移动，使得左、右照相透镜的视界范围，如图20所示，在焦点调整范围内总是一致的。相应地，照相透镜21R和21L的位置处于从最短照相位置到无限远位置的整个范围内焦距上景物的左、右景象的同一位置，并如图19所示，通过观察取景器图象的位置偏差来调整焦点。

另一方面，由于本发明立体照相机1的照相透镜21R和21L是线性地倾斜地移动的，所以，当在图7所示的实线B上移动时，焦距位置上的景物都移动到最短照相距离以外的一个位置上的曝光表面的内侧。相应地，来自无穷远的景物的光是在无穷远距离如图7所示地聚焦的状态下，与光轴平行地穿过照相透镜4R和4L的中心，而被反射镜7R和7L反射并入射到棱镜5的光如实线所示从近距离聚焦的情况下向后(在图7中向下)移动，但是，棱镜5由于与照相透镜4R和4L联锁而被凸轮机构向后拉。凸轮机构将棱镜5后拉的距离等于光线路径的后移量。使在通过立体照相机中心的延长线上的焦距点的影象与各透镜进给量的左、右90度反射棱镜装置9R和9L中心交点的顶点一致，并如图19(b)所示，它可以被观察到是一个完整的图象，而且焦点可以像传统类型的立体照相机那样通过观察取景器影象的位置偏差来调整。

参照图8，现举例说明本发明立体照相机的再一个实施例。这种立体照相机31的光轴间距离/焦点的调整装置具有图2立体照相机1相同的结构，而且透镜板32R和32L和照相透镜33R和33L沿着实线B倾斜地移动。但是，类似于一般的单透镜反射照相机，它具有这样的结构，即后部用作向上或向下旋转的支点，左、右反射镜34R和34L上面反射的光入射到照相机机体内的棱镜装置35。

参照图9和10，棱镜装置35具有三个棱镜36，37R和37L，中心棱镜36的形状是，两个90度反射棱镜结合成平面M型，由后述的滑动机构前后移动。棱镜37R和37L对称地位于中心棱镜36的右边和左边，形成这样的形状，两个90度棱镜装置彼此旋转90度。棱镜装置35的总宽度等于或略宽于立体照相机31左、右曝光面的间距，而中心棱镜36的总宽度也是等于或略宽于一个图象的宽度。

左、右棱镜37R和37L位于左、右聚焦板38R和38L的下表面的入射平面内，向着左、右聚焦板38R和38L内半区，以便把通过聚焦板38R和38L入射的光转向中心，并将光引入中心棱镜36的侧面。如图9所示，从较低的方向入射到左、右棱镜37R和37L的光线被反射三次，并从中心棱镜36的投射平面36a(在图9这个纸面这一侧的方向内)向后水平地投射。左、右棱镜37R和37L的下表面做成聚焦平面毛玻璃的形式，左、右聚焦板38R和38L可以省略。

通过照相透镜33R和33L的上下颠倒和左右颠倒的影象被反射镜34R和34L上下颠倒，而左右颠倒的竖直影象在聚焦板38R和38L上形成。左、右聚焦板38R和38L内半部分的影象被棱镜36对称地左右颠倒，亦即照相透镜33R和33L照相范围的外半部分被棱镜36对称地左右颠倒。于是，左照相透镜33L照相范围的外半部分的竖直影象投射在棱镜36的投射平面36a的左半部分，而右照相透镜33R照相范围的外半部分的竖直影象投射在棱镜36的投射平面36a的右半部分，于是合成一个图象。

参照图11，示出了中心棱镜36的滑动机构。中心棱镜36装在滑轨39上，并被压力弹簧40压向前方。棱镜移动凸轮42，如同图2中立体照相机1的凸轮，与同一的焦距/光轴间距调整凸轮(未示出)同轴地安装在凸轮轴41上，棱镜移动凸轮41通过杠杆43与中心棱镜36啮合。

与图2所示立体照相机1相反，转动光轴间距离/焦点调整机构的旋钮，中心棱镜36便在与照相透镜前后运动方向相反的方向运动，并如图12所示，在通过立体照相机中心的延长线上焦距上的景物的影象与中心棱镜36的相对于照相透镜33R和33L位置的左、右90度反射棱镜装置中心交点的顶点一致，并如图19(b)所示，观察到一个完整的图象，可以借助于取景器影象的位置偏差来调整焦距。

参照图13，示出了图9所示棱镜装置的另一种实施例。设置一个具有与中心棱镜36同样操作的三角形反射镜44代替中心棱镜36。反射镜44用与图11所示光轴间距离/焦点调整机构联锁的滑动机构移动，并且，可以借助于类似于图12所示的取景器影象的位置偏差来调整焦距。

参照图14和15，图中示出棱镜装置的另一个实施例。棱镜装置51由固定棱镜52和上下滑动的上中心棱镜53构成，后者与图9所示的棱镜装置35类似，以90度对光线进行三次全反射。

固定棱镜52做成这样的形状，即梯形90度反射棱镜装置54R和54L对称地连接到较低的中心90度反射棱镜54C的左、右侧。中心棱镜53是一个前表面M型棱镜，与90度反射棱镜平行地连接。中心棱镜53被插入左、右固定棱镜52的左、右梯形90度反射棱镜54R和54L的上部凹口，以便垂直地上下滑动。

如图14所示，左、右聚焦板55R和55L内半部分的影象入射到安装在左、右聚焦板55R和55L上的固定棱镜52的左、右梯形90度反射棱镜54R和54L的下表面，经反射面RP1，RP2，RP3三次全反射，由中心下部投影52a的垂直平面的左右半部分图象合成为竖直影象的一个图象。

参照图16，图中示出中心棱镜53的滑动机构。中心棱镜53装在滑轨56上，由压力弹簧57下压。类似于图11的棱镜滑动机构，棱镜移动凸轮59与聚焦/光轴间距调整凸轮(未示出)同轴地设置在凸轮轴58上，棱镜移动凸轮59通过杠杆60和推杆61与上部中心棱镜53啮合。

通过光轴间距离/聚焦调整机构的旋钮的转动，中心棱镜53与照相透镜的前后移动相对作上下方向的滑动。如图17所示，中心棱镜53在照相透镜63R和63L前进到最短照相距离情况下的下端位置到在无穷远距离照相时的上部位置之间移动。使通过立体照相机中心的延长线上的焦距上的景物的影象与分别在透镜位置中心横穿左、右90度反射棱镜装置的顶点一致，并看上去如图19(b)所示，若焦点移动，则看上去如图19(a)和19(d)所示，可以借助于取景器影象的位置偏差来调整焦点。

参照图18，设置一个具有像上部中心棱镜53相同的操作的三角形反射镜63来取代图14所示棱镜装置51的上部中心棱镜53。反射镜63借助于图16所示滑动机构靠光轴间距离/聚焦调整的联锁而上下移动，类似于图17所示，可以借助于取景器影象的位置偏差来调整焦点。

如上所述，在本发明的立体照相机中，将左、右照相图象的外半部分合成一个取景器影象的棱镜，靠与光轴间距离/聚焦调整的联锁而移动，以便自动地校正平行度，并使焦距上的景物总是位于左、右照相透镜光轴中间的取景器左、右影象的中心上。相应地，焦距上的景物可以通过观察取景器图象的真实状态，根据景物影象的状态而进行聚焦，而不管光轴间距离对于焦距的校正量大小。因此，可以提供具有高性能和优异可操作性的立体照相机，克服传统立体照相机的平行度校正不完全的困难和聚焦的缺点。

本发明并不仅仅限于上述实施例，而可以在不离开本发明的技术范围的情况下以各种方法作出修改。

Claims

1.一种立体照相机，它包括平行地设置在一个照相机机体内的两套单透镜反射照相机光学系统，其特征在于各光学系统包括：

棱镜型取景器，用来将左、右照相透镜摄影视界的外半部分合成一个景；

光轴间距离/焦点调整机构，用来使通过所述立体照相机中心的延长线上的焦距点的影像与所述棱镜取景器上的左、右90度反射棱镜装置中心交点的顶点一致；

其中所述棱镜型取景器的一个棱镜是这样安装的，使得可通过棱镜移动机构沿着使取景器影象左、右两半互相靠拢或分开的方向滑动；一个联锁机构用来将所述棱镜移动机构与光轴间距离/焦点调整机构联锁，以便这样构成光轴间距离/焦点调整机构，使得与左、右照相透镜的光轴平行的一条线上的焦距点总是通过左、右照相透镜光轴之间的中心位于棱镜取景器左、右景象的中心。

2.按照权利要求1的立体照相机，其特征在于：所述棱镜型取景器包括多个棱镜或者棱镜和反射镜的组合，使用于将左、右两半景象合成一个景象的所述棱镜或者棱镜和反射镜的组合通过所述棱镜移动机构在使取景器景象左、右两半靠拢或分离的方向滑动。