TWI526772B - 立體影像攝像裝置 - Google Patents

Description

立體影像攝像裝置

本發明係有關於進行立體影像之攝影的立體影像攝像裝置，尤其是有關於，調整拍攝立體影像之複數鏡頭的鏡頭間距離亦即基線長的技術。

近年來，人們對於可拍攝3D(立體)映像的攝像機(立體影像攝像裝置)的需求，逐漸提高。作為立體影像之攝像方法，係有使用半反射鏡來進行攝影的分束器方式(半反射鏡方式)、或以實體上並排設置的2台攝像裝置來進行攝影的併肩式方式(並立2眼式)等，為人所知。在這些攝影方式中，由於是將攝像裝置搭載於稱作攝影架(Rig)的架台上進行攝影，因此攝像裝置的裝著自由度較高。例如，拍攝立體映像的2個鏡頭的鏡頭間距離(基線長；以下稱作IAD：Inter Axial Distance)、收斂(Convergence)、攝角等，都可高自由度地選擇。

順便一提，雖然自由度較高，但是由於是搭載在攝影架上，因此每次攝影時的設定‧調整都需要非常多的勞力、時間，存在如此問題點。又，尤其是分束器方式的攝影架更是非常龐大的裝置，也有不適合野外的攝影或採訪用途的問題。

為了解決所述問題，也有將以併肩式方式進行攝影的2台2D映像攝影用攝像機製作在一個框體中，構成一體型2眼3D攝像機。如此所被構成的一體型2眼3D攝像機，不需要組裝也不需要定位對齊之調整。甚至，由於很精巧，因此在野外的攝影或採訪時也很容易搬運，還具有短時間就能設置而立刻進入攝影的優點。

然而，此種一體型2眼3D攝像機，基本上是併肩式方式，因此IAD的調整會有極限。亦即，由於2眼各自的光學系或成像器會彼此發生物理性干涉，因此無法將IAD縮短成，比光學系或成像器之配置位置所決定的一定距離還要短。因此，例如在非常接近被攝體而進行攝影的這類案例下，在被攝體的後方大約數公尺處顯示於3D顯示器時的視差，會超過人類能夠舒適欣賞3D映像的視差範圍。

被攝體與攝像裝置之距離非常接近的案例，係考慮有例如人物的採訪攝影、或體育轉播時的休息室攝影時等。此種情況下，被攝體與攝像裝置之距離係為1～2m左右，收斂點也會對準在1～2m之距離。此種情況下，對於使視差能夠收容在讓人能夠舒適欣賞3D映像之範圍內的最有用的IAD，一般而言是在10mm～40mm。可是，在現狀的一體型2眼3D攝像機中，要能確保畫質或機能不便，亦即不縮小鏡頭口徑或成像器大小，而實現這麼短的IAD，現況下是很困難的。

在前述的以分束器方式進行攝影時，由於2台攝像裝置彼此不發生物理性干涉，因此也可使IAD變得非常短。可是，如上述，由於有每次攝影的設定‧調整需要非常多勞力與時間的問題，因此不適合人物訪談攝影、體育轉播時的休息室攝影等問題，依然存在。

例如專利文獻1中係記載著，可保持著攝像機的焦點是吻合於2眼收斂點的狀態而將收斂點調整成任意位置的立體影像攝像裝置。若使用此種裝置，則可把IAD設成和人類眼寬相同寬度而進行攝影，即使在接近時進行攝影的情況下，仍可拍攝到自然立體感的映像。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2003-5313號公報

然而，專利文獻1中所記載的，尤其是圖3及圖5所記載之構成中，為了使收斂點與焦點一致，必須要使成像光學系的焦點對合至無限遠。此情況下，通常的攝影、亦即使焦點總是對準運動中被攝體的合焦狀態下進行攝影等情況下，可想而知，攝影映像會變得極為不自然。例如，被攝體前後移動的時候，會拍攝到並非被攝體本身前後移動，而是其周圍的風景在前後移動的映像。亦即，在專利文獻1所記載的立體影像攝像裝置中，無法進行不改變螢幕上位置而改變焦點、或不改變焦點而改變螢幕上位置等，存在如此問題。

本發明係有鑑於所述問題點而研發，目的在於，可保 持畫質或機能不變，而能進行短基線長下的立體影像之攝影。

為了解決上記課題，本發明的立體影像攝像裝置，係具備：接物光學系，係具有將被攝體予以成像成為實像或虛像的機能；和複數成像光學系，係藉由複數獨立光學系，使從接物光學系之不同路徑所射出的複數被攝體光束，重新成像成為視差影像。然後，令接物光學系將被攝體予以成像成為實像時的焦距之值為正、接物光學系將被攝體予以成像成為虛像時的焦距之值為負時，將接物光學系的焦距(f)、和接物光學系的後側主點到成像光學系的前側主點之間的距離(L)，設定成滿足下式。

| f/(L-f)|≦1

藉由如此構成，在被攝體與接物光學系之間，或是接物光學系與成像光學系之間會形成實質的光瞳(實效光瞳)，會拍攝到透過該實效光瞳之影像。然後，藉由將接物光學系的焦距、和接物光學系的後側主點到成像光學系的前側主點之間的距離，設成滿足上述式子的值，就可將實效光瞳的間隔，縮短成比複數成像光學系之鏡頭間距離所決定之實際基線長還短。因此，可不必縮小攝像裝置的鏡頭口徑或成像器之大小，保持畫質或機能不變，就能在較短基線長下來進行立體影像之攝影。

以下，說明用以實施發明的形態。此外，說明是按照以下順序來進行。

1.立體影像攝像裝置的構成例

2.各種變形例

＜1.立體影像攝像裝置的構成例＞ [立體影像攝像裝置的全體構成例]

圖1中係圖示了，本發明之第1實施形態所述之立體影像攝像裝置的構成例。立體影像攝像裝置1係具備：接物光學系10，係具有將被攝體S予以成像成為實像的機能；和2個成像光學系20a,20b，係使從接物光學系10之不同路徑所射出的複數被攝體光束，分別重新成像成為視差影像。在本實施形態中，在接物光學系10是使用了凸透鏡。此外，在圖1所示例子中為了使說明便於理解，假設接物光學系10是焦距f的薄片透鏡，成像光學系2係由薄片透鏡201a,201b與成像器202a,202b所構成。實際的接物光學系10，係由多數枚‧多群之透鏡或濾鏡、光圈、透鏡驅動機構等所構成。甚至，除了這些機構以外，還可有變焦機能、焦點調節機能等其他機能。成像光學系20a,20b也是，實際上是由多數枚‧多群之透鏡或濾鏡、光圈、或透鏡驅動機構等所構成，亦可還有變焦機能或焦點調節機能等其他機能。在圖1所示的構成中，是以使得接物光學系10的光軸A1、成像光學系20a,20b各自的光軸A2a,A2b是在同一平面上的方式，來配置接物光學系10與成像光學系20a,20b。

[立體影像攝像裝置中的實效IAD之形成例]

接著，關於立體影像攝像裝置1中所形成的實質的IAD(以下稱作實效IAD)之例子，參照圖2來說明。圖2係從被攝體S所放射的光線當中，通過成像光學系20a,20b的透鏡主點的光線之行經路徑的光路圖。從被攝體S所放射的光束，係入射至接物光學系10後，被2個成像光學系20a,20b所引導而在成像器202a及202b上成像，分別成為視差影像。此時，著眼於通過成像光學系20a之透鏡的前側主點fH20a的光線、及通過成像光學系20b之透鏡的前側主點fH20b的光線來考量。如此一來，例如通過成像光學系20a之主點fH20a的光線群係為虛線所示的上側光線，通過成像光學系20b之主點fH20b的光線群係為實線所示的下側光線。然後，虛線所示的光線及實線所示的光線，係分別通過被攝體S與接物光學系10之間假想存在的2個實效光瞳(以下稱作實效光瞳EP)。然後，在成像光學系20a的成像器202a及成像光學系20b的成像器202b上，會被成像有從實效光瞳EP之位置所看到的被攝體S。亦即，這2個實效光瞳EP間的距離(以下稱作實效IADed)，係為立體影像攝像裝置1中的實質IAD。關於在被攝體S與接物光學系10之間會形成實效光瞳EP之原理，參照圖3及圖4而於後述。

實效IADed，係可用下記的式1來表現。

ed=f/(L-f)×d　…(式1)

於上記式1中，“f”係為接物光學系10的焦距，“L”係為接物光學系10的後側主點rH10、到成像光學系20a之前側主點fH20a及成像光學系20b之前側主點fH20b之間的距離。此外，在如圖2所示般地理想化成薄片透鏡時，前側主點與後側主點係沒有區別，前側主點與後側主點，係二主點為一致。又，“d”係隨著成像光學系20a與成像光學系20b的配置位置而定的IAD，但一般而言係為成像光學系的前側主點間距離，亦即成像光學系20a與成像光學系20b各自的前側主點fH20a與fH20b之距離。

例如，假設接物光學系10的焦距f係為70mm，距離L為370mm。又，假設將成像光學系20a與成像光學系20b，以接物光學系10之光軸A1為對象軸而離開一距離d=60mm而配置(成像光學系IADd=60mm)。此時，實效IADed係由上記式1而算出為14mm。亦即，這就意味著，相較於藉由成像光學系20a與20b的配置位置所求出的成像光學系IADd(60mm)，可將實質的IAD(實效IADed)縮短f/(L-f)倍(14mm)。

因此，藉由將接物光學系10的焦距f與距離L，設定成滿足以下式2的值，就可使得實效IADed比藉由成像光學系20a與20b的配置位置所求出的成像光學系IADd還短。此外，在以下的式子中，作為接物光學系10的透鏡是使用凸透鏡，是以其焦距f為正(f＞0)為前提。

f/(L-f)≦1　…(式2)

[立體影像攝像裝置中的實效光瞳形成原理]

接著，關於立體影像攝像裝置1中，在被攝體S與接物光學系10之間會形成假想之實效光瞳的原理，參照圖3及圖4來說明。首先參照圖3(a)，說明由接物光學系10所形成的空間像S’，接著參照圖3(b)，說明從被攝體S至成像器202a(202b)的光線路徑。然後，參照圖4，說明實效光瞳EP的形成機制。

(1)關於空間像

如圖3(a)所示，從被攝體S所放射之光束會通過接物光學系10而再次成像，而在接物光學系10與成像光學系20a,20b之間，形成空間像S’。該空間像S’，係看似物體就位於該位置上，可以看成是，以成像光學系20a,20b的鏡頭為視點來觀看。空間像S’的形成原理，係例如若考慮從被攝體S之某一點所放射之光線當中平行於光軸A1的光線、和通過接物光學系10之透鏡中心的光線這2道光線，則較容易理解。從被攝體S之某一點所射出之光線當中平行於光軸A1的光線，係由於接物光學系10的透鏡之性質，在通過透鏡後會成為通過接物光學系10之焦點F的光線。另一方面，通過接物光學系10之透鏡中心的光線，係由於該透鏡的性質而繼續筆直前進。如此一來，這2道光線會再次於其他地點交叉。該交叉的點，就是對應於發射之被攝體S的點的、位於空間像S’上的點。

(2)從被攝體至成像光學系之成像器為止的光線路徑

如圖3(b)所示，從被攝體S所放射的光線，係若光線是從成像光學系20a,20b的透鏡中心放射，則該光線會依循與行經路徑相同的路徑前進。因此，從成像光學系20a,20b的透鏡中心來思考，較容易理解。在圖3(b)所示的例子中，舉例從成像光學系20a之透鏡中心所放射的光的行經路徑來說明。從成像光學系20a的透鏡中心所放射的光線，係在通過了空間像S’的某一點後到達接物光學系10的透鏡，從該處起朝向對應於「空間像S’之某一點」的被攝體S之某一點而前進。從成像光學系20a之透鏡中心至成像器202a為止的光線，係只要將通過成像光學系20a之透鏡中心的光線，直接延長到成像器202a之位置為止即可。

(3)關於實效光瞳

接著參照圖3(b)，說明實效光瞳EP的形成原理。如上述，從被攝體S至成像光學系20a之成像器202a為止的光線路徑之作成，也對通過空間像S’之其他點的光線來嘗試進行。如此一來，可知從成像光學系20a之透鏡中心所放射的光線，係在通過接物光學系10後，再度交會於一點。該一點係為實效光瞳EP。實效光瞳EP，係為通過成像光學系20a之透鏡中心的所有光線會通過的點。因此，被成像在成像光學系20a的成像器202a之攝像面上的映像，係與以實效光瞳EP為光瞳所拍攝到之影像等價的映像。亦即，藉由使用本實施形態的立體影像攝像裝置1來拍攝被攝體S，就可取得和把攝像機放置在實效光瞳EP之位置上所攝影之映像相同的映像。

即使考慮從成像光學系20a之透鏡中心所放射的光線當中平行於光軸A1的光線、和通過接物光學系10之透鏡的透鏡中心的光線，仍可求出實效光瞳EP的形成位置。如上述，從被攝體S所放射的光線，係若光線是從成像光學系20a的透鏡中心放射，則該光線會依循與行經路徑相同的路徑前進。這就意味著，若將發光點置於成像光學系20a的透鏡中心，則從該處所放射的光係全部會通過實效光瞳EP。亦即，實效光瞳EP係可說是成像光學系20a的「透鏡的影子」或「空間像」。因此，如圖4所示，可知在從成像光學系20a之透鏡中心所放射的光線當中平行於光軸A1的光線、與通過接物光學系10之透鏡的透鏡中心的光線再次交叉的點，會形成實效光瞳EP。

[實效IAD的算出方法]

實效光瞳EP，係如前述，是從被攝體S往成像光學系20a(20b)之透鏡中心的所有光線會通過的點。在這些光線之中，也含有平行於光軸A1的光線。在求實效IADed時，若考慮該平行於光軸A1的光線，則較容易理解。圖5(a)中係將通過實效光瞳EP的光線當中平行於光軸A1的光線之路徑，以虛線表示。通過實效光瞳EP的平行於光軸A1的光線，係一旦通過接物光學系10的透鏡，則會因透鏡的性質而朝向接物光學系10的透鏡焦點F前進。通過焦點F的光線，係由於實效光瞳EP的定義，而朝向成像光學系20a,20b的各透鏡中心前進。

圖5(b)係在圖5(a)所示的資訊當中，僅將用來求出實效IADed所必要的特徵部分予以抽出。在該圖中係圖示了，彼此相似形的2個三角形。一個是，以成像光學系20a與20b之各鏡頭間之距離亦即成像光學系IADd為底邊，高度為(距離L-接物光學系焦距f)的以斜線所示的較大之三角形。然後另一個是，以2個實效光瞳EP之距離亦即實效IADed為底邊，高度為接物光學系10之焦距f的以網線所示的較小之三角形。由於這2個三角形係彼此為相似形，因此其性質可用以下式子來表現。

實效IADed：成像光學系IADd=接物光學系焦距f：距離L-接物光學系焦距f

因此，

ed×(L-f)=f×d

因而算出

ed=f/(L-f)×d　…式(1)。

實效光瞳EP在光軸方向上之位置，係可使用接物光學系10的透鏡之焦距f、成像光學系IADd、實效IADed而算出。圖6(a)係圖示了從成像光學系20a,20b的各透鏡中心所放射的光線當中，平行於光軸A1的光線之路徑。從成像光學系20a的透鏡中心所放射的光線及從成像光學系20b的透鏡中心所放射的光線，係一旦到達接物光學系10之透鏡而通過透鏡，則成為通過接物光學系10之焦點F的光線。然後，通過焦點F後，係通過2個實效光瞳EP而分別朝未圖示的被攝體S前進。

圖6(b)係在圖6(a)所示的資訊當中，僅將用來求出實效光瞳在光軸方向之位置所必要的特徵部分予以抽出。在該圖中係圖示了，彼此相似形的2個三角形。一個是，以成像光學系IADd為底邊，高度為實效光瞳接物光學系焦距f的以斜線所示的較大之三角形。然後另一個是，以實效IADed為底邊，高度為從焦點F至實效光瞳EP為止之距離(以下稱作實效光瞳位置EPd)的以網線所示的較小之三角形。由於這2個三角形係彼此為相似形，因此其性質可用以下式子來表現。

實效IADed：成像光學系IADd=實效光瞳位置EPd：接物光學系焦距f

因此，

ed×f=d×EPd

而可算出

EPd=(ed×f)/d　…式(3)。

接著，參照圖7～圖9，說明本實施形態的立體影像攝像裝置1的實效IADed之形成例。實效IADed，係可使用前述的式1來算出。亦即，可藉由改變接物光學系焦距f、距離L、成像光學系IADd，來改變實效IADed。亦即，藉由變更這些參數，就可實現任意長度的實效IADed。

圖7係圖示了，藉由改變成像光學系IADd(成像光學系20a與20b的各鏡頭間之距離)，而使實效IADed的寬度(長度)改變時的例子。與圖2對應的地方係標示同一符號，省略詳細說明。圖7(a)中係圖示了，將成像光學系IADd設定成較窄(圖1～圖6所示程度的寬度)時的例子，圖7(b)中係圖示了把成像光學系IADd設成比圖7(a)所示還寬的例子。圖7(c)中係圖示了把成像光學系IADd設成比圖7(b)所示更寬的例子。如圖7(a)～(c)所示可知，成像光學系IADd越寬，則實效IADed會變得越寬。

圖8係圖示了，藉由改變距離L(接物光學系10之後側主點rH10至成像光學系20a(20b)之前側主點fH20a(fH20b)之距離)，以使實效IADed的寬度改變時的例子。與圖2對應的地方係標示同一符號，省略詳細說明。圖8(a)中係圖示了將距離L放寬時的例子，圖8(b)中係圖示了把距離L設成比圖8(a)所示還短的例子。然後圖8(c)中係圖示了把距離L設成比圖8(b)所示還短的例子。如圖8(a)～(c)所示可知，距離L越短，則實效IADed會變得越寬。

此外，如圖8(c)所示，藉由以滿足f/(L-f)＞1的方式來設定距離L(及焦距f)，也可使實效IADed變成比成像光學系IADd還寬。例如，假設接物光學系10的焦距f係為70mm，距離L為105mm，成像光學系IADd為60mm。在如此構成下，實效IADed係可藉由前述式1而算出為120mm。亦即，這就意味著，相較於藉由成像光學系20a與20b的配置位置所求出的成像光學系IADd(60mm)，可將實效IAD變長f/(L-f)倍。

圖9係藉由改變接物光學系10的焦距f，以改變實效IADed時的例子。焦距f，係可藉由使用焦距f不同之透鏡、或變焦透鏡，而使其改變。於圖9中也是，與圖2對應的地方係標示同一符號，省略詳細說明。圖9(a)中係圖示了將焦距f縮窄時的例子，圖9(b)中係圖示了把焦距f設成比圖9(a)所示還長的例子。然後圖9(c)中係圖示了把焦距f設成比圖9(b)所示還長的例子。如圖9(a)～(c)所示可知，接物光學系10的透鏡之焦距f越長，則可使實效IADed變得越寬。

如上述，若依據本實施形態的立體影像攝像裝置1，則藉由選定接物光學系10的焦距f、關於成像光學系20a,20b之位置的參數(距離L)、成像光學系IADd，就可選定立體影像攝像裝置1的實質IAD。因此，可提升立體影像攝像裝置1的設計自由度。

又，藉由將接物光學系10之透鏡的焦距f與距離L設定成滿足上述式2的值，就可使得實質的IAD(實效IADed)比因成像光學系20a與20b之配置位置而定之實際IAD(成像光學系IADd)還短。因此，可將一個畫面內的視差之範圍，限制在一定範圍內。藉此，就不會拍攝出從畫面浮出的量或縱深的量很大的內容、或在場景改變之時序上視差會大幅改變的這類內容等，對觀眾造成較大負擔的內容。藉此，可降低觀賞內容之觀眾所感受到的眼睛疲勞或一般性疲勞等之不快感。甚至，可容易實現進行近端攝影之際使用頻率最高、因而最重要的10mm～40mm的IAD。

又，由於可不縮近成像光學系20a與20b之配置位置，就能縮短立體影像攝像裝置1的實效IADed，因此不需要縮小成像器的尺寸、或裝著口徑較小之鏡頭。亦即，可不損及解析度、感度等攝像機本體之性能，就可縮短立體影像攝像裝置1的實效IADed。因此，即使在難以縮短鏡頭間距離的併肩式方式或一體方式的立體影像攝像裝置上，仍可容易進行短IAD下之攝影。

又，藉由將接物光學系10之透鏡的焦距f與距離L，設定成滿足f/(L-f)＞1之式的值，亦可使實效IADed比成像光學系IADd還寬。若為如此構成，則例如即使在內視鏡等這類實體上只能夠為狹窄IAD之構成的裝置上，仍可拍攝更有立體感的映像。

又，被形成在立體影像攝像裝置1的實效光瞳EP，係為從被攝體S往成像光學系20a、20b之透鏡中心的所有光線都會通過的點。因此，例如，如圖10所示，即使被攝體S從位置A移動至位置B，從位置B的被攝體S之位置所放射而通過成像光學系20a,20b之透鏡中心的光線，仍會全部通過實效光瞳EP。藉此，即使被攝體S會移動，仍可拍攝到與把攝像機放置在實效光瞳位置EPd時相同的動畫。因此，亦可使成像光學系20a,20b的焦點(合焦位置)對準有限距離內的所定位置，且附加有控制的機能。因此，例如亦可連動控制2台成像光學系20a,20b的焦距，使運動中的被攝體S總是在對焦狀態下進行攝影。藉由進行如此攝影，就可配合被攝體S的運動而拍攝出顯示畫面上的被攝體S是前後移動的正常之自然的映像。

又，若依據本實施形態的立體影像攝像裝置1，則不需要像是專利文獻1所示的技術那樣，經常使收斂點與焦點保持一致。因此，也可說是，收斂點係藉由成像光學系20a(20b)或接物光學系10而調整，焦點係藉由成像光學系20a(20b)或接物光學系10而調整，攝角係藉由成像光學系20a(20b)或接物光學系10而調整。亦即，可個別調整接物光學系10與成像光學系20a(20b)，來設定攝影的參數。

＜2.各種變形例＞

此外，在上述的實施形態中，雖然舉出設置2個成像光學系的例子，但亦可設置更多個數。例如圖11所示，亦可像是成像光學系20a,20b,20c設置3個。甚至，亦可以使得接物光學系10的光軸A1、成像光學系20a,20b,20c各自的光軸A2a,A2b,A2c是存在於不同平面上的方式，來配置接物光學系10與成像光學系20a,20b。若為如此構成，則由於還可獲得垂直方向的視差資訊，因此可以進行例如想定立體影像之觀眾是以躺著的姿勢等來觀賞的情形而攝影。

又，在上述的實施形態中，雖然舉出在接物光學系10的鏡頭使用凸透鏡的例子來說明，但亦可使用凹透鏡。關於使用凹透鏡時的構成例，參照圖12～圖15來說明。圖12係圖示了，在接物光學系中使用了凹透鏡時的立體影像攝像裝置之構成例。於圖12中，與圖2對應的地方係標示同一符號，省略詳細說明。在圖12所示的例子中，由於接物光學系10α的透鏡是使用了凹透鏡，因此焦距f是被形成在被攝體S側。因此，實效光瞳EP係被形成在接物光學系10α與成像光學系20a及成像光學系20b之間。

圖13係用來說明，在使用了凹透鏡的立體影像攝像裝置1α中，在接物光學系10α與成像光學系20a,20b之間形成實效光瞳EP之原理。於圖13中，與圖3對應的地方係標示同一符號，省略詳細說明。接物光學系使用凹透鏡時，在被攝體S與接物光學系10α之間會形成虛像V。虛像V所被形成的位置，係和參照圖3所說明之情形相同，若考慮從被攝體S之某一點所放射之光線當中平行於光軸A1的光線、和通過接物光學系10α之透鏡中心的光線這2道光線，則較容易理解。如圖13(a)所示，虛像V係被形成在，平行於光軸A1的光線碰到接物光學系10α之透鏡處往接物光學系10α之焦點F所拉出的輔助線aL、與通過接物光學系10α之透鏡中心的光線交叉的位置。

圖13(b)係圖示了，從成像光學系20b的透鏡中心所放射的光的行經路徑。從成像光學系20b之透鏡中心所放射的實際之光線，係以實線所示的路徑而朝被攝體S前進。另一方面，以成像光學系20b之鏡頭為視點而觀看時所看到的光線，係在通過接物光學系10α後，沿著虛線所示的輔助線aL所示的路徑而往虛像V前進。然後，該看到的光線係必定通過，把輔助線aL往接物光學系10α之反方向延伸之位置上的實效光瞳EP。亦即，被形成在成像光學系20b之成像器202b的映像，係與以實效光瞳EP為光瞳而拍攝到之映像等價的映像。

又，即使在使用了凹透鏡的情況下，仍可藉由考慮從成像光學系20b之透鏡中心所放射的光線當中平行於光軸A1的光線、和通過接物光學系10α之透鏡的透鏡中心的光線，仍可求出實效光瞳EP的形成位置。圖14係圖示了，從成像光學系20b的透鏡中心所放射的光的行經路徑。於圖14中，與圖4對應的地方係標示同一符號，省略詳細說明。於圖14中，接物光學系10α的焦點F、與平行於光軸A1的光線碰到接物光學系10α之透鏡處之間，是以虛線表示的輔助線aL來表示。然後，從成像光學系20b之透鏡中心所放射的以實線所示之光線、與輔助線aL交叉的位置上，形成了實效光瞳EP。這就意味著，若將發光點置於成像光學系20b的透鏡中心，則從該處所放射的光係全部會通過實效光瞳EP。亦即，實效光瞳EP係可說是成像光學系20b的「透鏡的影子」或「虛像」。

圖15係在接物光學系10α中使用了凹透鏡時的實效IADed之算出方法的說明圖。於圖15中，與圖5對應的地方係標示同一符號，省略詳細說明。圖15(a)係圖示了從未圖示之被攝體S往成像光學系20a(20b)的透鏡中心前進的光線當中，平行於光軸A1的光線之路徑。光線的實際行經路徑是以實線表示，以成像光學系20a及20b之鏡頭為視點而觀看時所看到的光線，是以虛線表示。然後，以實線所示的平行於光軸A1的光線、和以虛線所示的看到之光線，係在碰到接物光學系10α之後，在2個地點交叉。該2個地點之間的距離，係為實效IADed。

圖15(b)係在圖15(a)所示的資訊當中，僅將用來求出實效IADed所必要的特徵部分予以抽出。在該圖中係圖示了，彼此相似形的2個三角形。一個是，以成像光學系20a與20b之各鏡頭間之距離亦即成像光學系IADd為底邊，高度為(接物光學系焦距f+距離L)的以斜線所示的較大之三角形。然後另一個是，以實效IADed為底邊，高度為接物光學系10之焦距f的以網線所示的較小之三角形。由於這2個三角形係彼此為相似形，因此其性質可用以下的式4來表現。

實效IADed：成像光學系IADd=接物光學系焦距f：距離L+接物光學系焦距f

然後，由於使用凹透鏡時的焦距f係為負(f＜0)，因此

ed×(L+(-f))=f×d

而可算出

ed=∣f/(L-f)×d∣　…式(4)。

亦即，無論接物光學系10的鏡頭是使用凸透鏡還是凹透鏡，都可藉由使用上記式4，來算出實效IADed。而且，接物光學系10的鏡頭是使用凸透鏡與凹透鏡之任一情況下，只要將接物光學系10的焦距f與距離L設定成滿足下記式5，就可使實效IADed比實際的成像光學系IADd還短。

∣f/(L-f)∣≦1　…(式5)

如此，無論接物光學系10的鏡頭是使用了凹透鏡還是使用了凸透鏡，都可獲得同樣的效果。甚至，在使用凹透鏡時，因為相較於使用凸透鏡時，焦距f係為負的，因此相對於與使用凸透鏡時相同焦距|f|相同的成像光學系的IADd，可以縮短用來實現相同實效IADed所必需的距離L。因此，可將立體影像攝像裝置1α構成為更加小型。

1．．．立體影像攝像裝置

2．．．成像光學系

10．．．接物光學系

20a,20b．．．成像光學系

201a,201b．．．薄片透鏡

202a,202b．．．成像器

A1,A1a．．．光軸

fH20a,fH20b．．．前側主點

rH10．．．後側主點

S．．．被攝體

10α．．．接物光學系

1α．．．立體影像攝像裝置

aL．．．輔助線

d．．．成像光學系IAD

e．．．成像光學系IAD

ed．．．實效IAD

EP．．．實效光瞳

EPd．．．實效光瞳位置

f．．．接物光學系焦距

F．．．焦點

L．．．距離

S'．．．空間像

V．．．虛像

[圖1]本發明之一實施形態所述之立體影像攝像裝置之構成例的區塊圖。

[圖2]本發明的一實施形態所述，從被攝體所放射的光線當中，通過成像光學系的透鏡之主點的光線之行經路徑的光路圖。

[圖3]本發明的一實施形態所述，說明實效光瞳形成原理的說明圖，(a)係從被攝體之某一點所放射的光線當中的平行於光軸之光線，與通過接物光學系之透鏡中心的光線的行經路徑之光路圖，(b)係從成像光學系之透鏡中心所放射的光的行經路徑之光路圖。

[圖4]本發明的一實施形態所述，從成像光學系之透鏡中心所放射的光線當中，平行於光軸之光線與通過接物光學系透鏡中心之光線的行經路徑的光路圖。

[圖5]說明本發明之一實施形態所述之實效IAD之算出方法的說明圖，(a)係通過實效光瞳之光線當中平行於光軸之光線之路徑的光路圖，(b)係(a)所示之資訊當中，僅將實效IAD之算出時所必要之地點予以抽出而表示。

[圖6]說明本發明之一實施形態所述之實效光瞳位置之算出方法的說明圖，(a)係圖示了從成像光學系透鏡中心所放射之光線當中、平行於光軸之光線之路徑的光路圖，(b)係(a)所示之資訊當中，僅將實效光瞳位置之算出時所必要之地點予以抽出而表示。

[圖7]本發明的一實施形態所述，成像光學系IAD之寬度改變時的實效IAD之變化的說明圖，(a)係表示將成像光學系IAD變窄時的例子，(b)係表示將成像光學系IAD變得比(a)所示還長時的例子，(c)係表示將成像光學系IAD變得比(b)所示還長時的例子。

[圖8]本發明的一實施形態所述，接物光學系的後側主點到成像光學系的前側主點之間的距離改變時的實效IAD之變化的說明圖，(a)係表示將接物光學系的後側主點到成像光學系的前側主點之間的距離變寬時的例子，(b)係表示將接物光學系的後側主點到成像光學系的前側主點之間的距離變成比(a)所示還窄時的例子，(c)係表示將接物光學系的後側主點到成像光學系的前側主點之間的距離變成比(b)所示還窄時的例子。

[圖9]本發明的一實施形態所述，接物光學系的焦距改變時的實效IAD之變化的說明圖，(a)係表示將焦距變窄時的例子，(b)係表示將焦距變得比(a)所示還寬時的例子，(c)係表示將焦距變得比(b)所示還寬時的例子。

[圖10]本發明的一實施形態所述，被攝體在光軸方向上移動時，從被攝體所放射而通過成像光學系透鏡中心之光線的抵達路徑的光路圖。

[圖11]本發明之一實施形態之變形例所述之立體影像攝像裝置之構成例的區塊圖。

[圖12]本發明的一實施形態之變形例所述，從被攝體所放射的光線當中，通過成像光學系的透鏡之主點的光線之行經路徑的光路圖。

[圖13]本發明的一實施形態之變形例所述，說明實效光瞳形成原理的說明圖，(a)係從被攝體之某一點所放射的光線當中的平行於光軸之光線，與通過接物光學系之透鏡中心的光線的行經路徑之光路圖，(b)係從成像光學系之透鏡中心所放射的光的行經路徑之光路圖。

[圖14]本發明的一實施形態之變形例所述，從成像光學系之透鏡中心所放射的光線當中，平行於光軸之光線與通過接物光學系透鏡中心之光線的行經路徑的光路圖。

[圖15]說明本發明之一實施形態之變形例所述之實效IAD之算出方法的說明圖，(a)係通過實效光瞳之光線當中平行於光軸之光線之路徑的光路圖，(b)係(a)所示之資訊當中，僅將實效IAD之算出時所必要之地點予以抽出而表示。

1．．．立體影像攝像裝置

10．．．接物光學系

20a,20b．．．成像光學系

201a,201b．．．透鏡

202a,202b．．．成像器

A1．．．光軸

fH20a,fH20b．．．前側主點

rH10．．．後側主點

S．．．被攝體

ed．．．實效IAD

EP．．．實效光瞳

f．．．接物光學系焦距

L．．．距離

d．．．成像光學系IAD

Claims (6)

1. 一種立體影像攝像裝置，其特徵為，具備：接物光學系，係具有將被攝體予以成像成為實像或虛像的機能；和複數成像光學系，係藉由複數獨立光學系，使從前記接物光學系之不同路徑所射出的複數被攝體光束，重新成像成為視差影像；令前記接物光學系將前記被攝體予以成像成為前記實像時的焦距之值為正，前記接物光學系將前記被攝體予以成像成為前記虛像時的焦距之值為負時，前記接物光學系的焦距(f)、和前記接物光學系的後側主點到前記成像光學系的前側主點之間的距離(L)，係被設定成滿足下式的值：| f/(L-f)|≦1前記接物光學系，係在其開口面內，包含前記複數成像光學系的所有光軸。
2. 如請求項1所記載之立體影像攝像裝置，其中，前記成像光學系的合焦位置，係被設定在有限距離內的所定位置。
3. 如請求項2所記載之立體影像攝像裝置，其中，前記接物光學系與前記成像光學系係被配置成，彼此的光軸是位於同一平面上。
4. 一種立體影像攝像裝置，其特徵為， 具備：接物光學系，係具有將被攝體予以成像成為實像的機能；和複數成像光學系，係藉由複數獨立光學系，使從前記接物光學系之不同路徑所射出的複數被攝體光束，重新成像成為視差影像；前記接物光學系，係在其開口面內，包含前記複數成像光學系的所有光軸。
5. 如請求項4所記載之立體影像攝像裝置，其中，前記成像光學系的合焦位置，係被設定成有限距離。
6. 如請求項5所記載之立體影像攝像裝置，其中，前記接物光學系與前記成像光學系係被配置成，彼此的光軸是位於同一平面上。