具有双采样透镜的单轴立体成像装置制造方法
【专利摘要】一种立体成像器，包括透镜，该透镜具有前透镜组合件、后透镜组合件、以及两个采样透镜。采样透镜在所述前透镜组件和所述后透镜组合件之间布置在所述透镜的光轴的对侧，并靠近所述透镜的孔径面。立体成像器可以包括第一孔径和第二孔径，该各孔径可以是可变孔径。第一和第二孔径布置在所述透镜的所述孔径面内，并且与所述第一和第二采样透镜大致成直线。采样透镜可以与所述孔径离轴。所述透镜可以形成双高斯透镜，以抑制光学像差并联接至小型成像传感器。两个采样透镜允许成像器在传感器上形成具有在透镜的视场内的物体的不同透视图的两个图像。
【专利说明】具有双采样透镜的单轴立体成像装置
[0001]交叉引用的相关申请
[0002]本发明可以与2012年I月13日提交的第61/586，736号的主题名称为“单光径合成立体成像器”的我们的临时申请相结合，并通过引用并入本文中。
【技术领域】
[0003]本发明概括地涉及立体成像。特别地，本发明涉及一种用于对使用双采样透镜的立体成像装置中单光径的不同部分进行采样的单透镜布置。
【背景技术】
[0004]立体视觉现象，或称立体影像，与具有双目视觉的人类或动物对在场景中感知深度的能力直接相关。这是通过人类大脑同时处理两组存在些许不同的二维光数据时产生的感受效果。通过独立的人类观测者所体验的该现象，是基于这样的事实，即在观测者双眼的视网膜形成的图像存在些许不同。通过人类观测者所观测到的在场景中的点物体在左视网膜中成像的图像与右视网膜上的相同场景中成像的图像相比存在些许不同的角度。
[0005]最初，通过使用取自两个独立的相机的图像创建立体影像。工作(特别是在视频图像领域)导向这样的系统:两个完整的成像系统永久合并为单个立体取景器。这样的取景器典型地具有提供两条光径的双光轴和成对的物镜光学子系统。它们典型地具有用于右眼视图的一个光轴以及用于左眼视图的一个光轴以产生两幅完整图像，一幅用于右眼透视图且一幅用于左眼透视图，并排在两个成像传感器上。
[0006]立体成像系统的一些实施中具有围绕中心光轴的单光径。为了获得立体图像对，这样的系统对上述单个成像路径中的光的不同部分(表示成像系统的透镜视场的不同透视图)进行采样。可利用不同方法对单个成像路径中的光的两个部分进行采样。
[0007]在一些实施中，作为例子，利用互助的正交线性偏光器以对单个成像路径中的光的两个大致互斥的单独部分进行采样。然后该光基于偏振状态而可选地被引导至合适的成像传感器。在一些实施中，利用在同时记录它们的同时可以区分两种偏振状态的成像传感器。而在其他实施中，将光从单个成像路径的两个部分引导至不同的成像传感器。
[0008]单个成像路径立体系统的永久挑战之一是，即使这种类型的设备的尺寸缩减，也要确保来自单个成像路径的两个部分的两个独立形成的图像具有良好的光学成像性能。在这方面，这些基于光的偏振状态而区分两个图像的系统承受的固有缺陷在于，在偏振过程中有用光的大部分被故意丢弃。因此，改进的系统将避免使用光的偏振来分离两个图像，并将有效地与小型成像传感器联接。
【发明内容】
[0009]根据本发明的第一方案，提供一种立体成像器，其包括透镜，该透镜具有:沿着光轴布置的前透镜组合件；沿着光轴布置的后透镜组合件；以及第一采样透镜和第二采样透镜，该第一采样透镜和第二采样透镜在前透镜组合件和后透镜组合件之间布置在光轴的对侦牝并接近透镜的孔径面。立体成像器进一步包括第一孔径和第二孔径，第一孔径和第二孔径布置在透镜的孔径面内，并且分别与第一采样透镜和第二采样透镜大致成直线。第一孔径和第二孔径以孔径间距而分离，并且，第一孔径和第二孔径可以配置为允许通过改变孔径间距而改变成像器的立体影像。透镜可以配置为允许第一采样透镜和第二采样透镜分别配合第一孔径和第二孔径而移动。第一孔径和第二孔径可以是可变孔径。
[0010]第一采样透镜可以包括第一前组件采样透镜和第一后组件采样透镜，第一前组件采样透镜布置在第一孔径和前透镜组合件之间并靠近第一孔径，第一后组件采样透镜布置在第一孔径和后透镜组合件之间并靠近第一孔径。第二采样透镜可以包括第二前组件采样透镜和第二后组件采样透镜，第二前组件采样透镜布置在第二孔径和前透镜组合件之间并靠近第二孔径，第二后组件采样透镜布置在第二孔径和后透镜组合件之间并靠近第二孔径。
[0011]立体成像器还包括沿着透镜的光轴布置在透镜后面的成像传感器，传感器能操作以接收来自透镜的第一图像和第二图像，其中，第一图像通过由第一采样透镜从透镜的视场的光的第一部分所采样的光而形成，并且，第二图像通过由第二采样透镜从透镜的视场的光的第二部分所采样的光而形成。立体成像器还包括控制器，其用于为来自传感器的第一图像和第二图像提取图像数据，第一图像数据表示透镜的视场中的物体的第一透视图，而第二图像数据表示物体的第二透视图。成像传感器可以包括布置为接收第一图像的第一组件传感器、和布置为接收第二图像的第二组件传感器。
[0012]第一采样透镜和第二采样透镜的至少其中之一的焦距可以小于前透镜组合件和后透镜组合件的组合在第一采样透镜和第二采样透镜不在时的焦距的一半。第一采样透镜和第二采样透镜的其中之一、前透镜组合件以及后透镜组合件的组合的焦距可以小于前透镜组合件和后透镜组合件的组合在第一采样透镜和第二采样透镜不在时的焦距。前透镜组合件和后透镜组合件可以共同形成双高斯透镜。在其他实施例中，前透镜组合件和后透镜组合件共同形成变焦透镜。在本发明的其他实施例中，其他透镜组合对于前透镜组合件和后透镜组合件来说也是可能的。透镜在其变焦操作中可以配置为允许第一采样透镜和第二采样透镜分别配合第一孔径和第二孔径而移动。
[0013]在本发明的又一个实施例中，立体成像器包括:第一采样透镜和第二采样透镜，其布置在光轴的对侧；传感器，沿着光轴布置在采样透镜后面；以及后透镜组合件，其沿着采样透镜和传感器之间的光轴而布置，并且配置为将第一采样透镜采集的光在传感器上形成第一图像，以及将第二采样透镜采集的光在传感器上形成第二图像。立体成像器可以进一步包括前透镜组合件，其沿着光轴靠近第一采样透镜和第二采样透镜而布置，前透镜组合件具有视场，并且前透镜组合件配置为从视场的第一部分提供由第一采样透镜采集的光，以及从视场的第二部分提供由第二采样透镜采集的光。
[0014]立体成像器可以包括第一孔径和第二孔径，第一孔径布置在前透镜组合件和后透镜组合件之间并且与第一采样透镜大致成直线，第二孔径布置在前透镜组合件和后透镜组合件之间并且与第二采样透镜大致成直线。第一孔径和第二孔径是可变孔径。
[0015]第一采样透镜可以包括第一前组件采样透镜和第一后组件采样透镜，第一前组件采样透镜布置在第一孔径和前透镜组合件之间并靠近第一孔径，第一后组件采样透镜布置在第一孔径和后透镜组合件之间并靠近第一孔径。第二采样透镜可以包括第二前组件采样透镜和第二后组件采样透镜，第二前组件采样透镜布置在第二孔径和前透镜组合件之间并靠近第二孔径，第二后组件采样透镜布置在第二孔径和后透镜组合件之间并靠近第二孔径。
[0016]立体成像器可以进一步包括控制器，其用于对来自传感器的第一图像和第二图像提取图像数据，第一图像数据表示透镜的视场中的物体的第一透视图，而第二图像数据表示物体的第二透视图。第一采样透镜和第二采样透镜的至少其中之一的焦距可以小于前透镜组合件和后透镜组合件的组合在第一采样透镜和第二采样透镜不在时的焦距的一半。第一采样透镜和第二采样透镜之一、前透镜组合件以及后透镜组合件的组合的焦距可以小于前透镜组合件和后透镜组合件的组合在第一采样透镜和第二采样透镜不在时的焦距。前透镜组合件和后透镜组合件共同形成双高斯透镜。成像传感器可以包括布置为接收第一图像的第一组件传感器和布置为接收第二图像的第二组件传感器。
[0017]在另一个实施例中，第一采样透镜和第二采样透镜可以布置为分别与第一孔径和第二孔径相靠近、重叠并离轴，且可以配置为配合孔径而移动，并且还可以相对于孔径而移动。这允许自由选择在传感器的何处形成第一和第二图像。
[0018]根据本发明的第二方案，提供一种用于在成像传感器上形成立体图像对的方法，该立体图像对包括提供在沿着光轴布置的第一透镜的视场内的物体的两个不同的透视图的第一图像和第二图像，该方法包括:通过第一透镜收集来自物体的光；将所收集的光沿着通常环绕光轴的单光径引导至布置在光轴的第一侧上的第一采样透镜，并且，引导至布置在所述光轴的第一采样透镜的对侧的第二采样透镜；通过第一采样透镜，对来自单光径的第一部分的光进行采样；同时，通过第二采样透镜，对来自单光径的第二部分的光进行采样；以及分别由采样自单光径的第一部分的光和采样自单光径的第二部分的光而在沿着光轴布置的成像传感器上形成第一图像和第二图像。可以通过对由布置在光轴上的圆柱对称的第二透镜采样自单光径的第一部分的光进行处理而形成第一图像；以及通过对由第二透镜采样自单光径的第二部分的光进行处理而形成第二图像。将所收集的光引导至第一采样透镜和第二采样透镜可以包括将该光分别引导通过第一孔径和第二孔径，其中，第一采样透镜和第二采样透镜分别布置为与各第一孔径和第二孔径布置相靠近、重叠并离轴。
[0019]方法可以进一步包括以下步骤的至少之一:通过改变靠近第一采样透镜而布置的第一孔径的尺寸来调整第一图像的焦深；以及通过改变靠近第二采样透镜而布置的第二孔径的尺寸来调整第二图像的焦深。成像传感器可以包括第一组件成像传感器和第二组件成像传感器，该方法可以包括分别在第一和第二组件成像传感器上形成第一图像和第二图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]在说明书的结论中特别地指出本发明的一些方案且在权利要求中作为实例而清楚地要求保护。结合附图，前述以及本发明的其他目标、特征和优点将从以下的详细描述中变得明显，其中:
[0021]图1示出单轴立体成像器；
[0022]图2示出图1的立体成像器的第二视图；
[0023]图3示出单轴立体成像器的另一个实施例；[0024]图4示出图3的立体成像器的第二视图；
[0025]图5示出用于形成立体图像对的方法的流程图。
[0026]部件列表
[0027]10.单轴立体成像系统
[0028]20.透镜
[0029]30.光轴
[0030]40.前透镜组合件
[0031]50.后透镜组合件
[0032]60.第一采样透镜
[0033]62.第一前组件采样透镜
[0034]64.第一后组件采样透镜
[0035]70.第二采样透镜
[0036]72.第二前组件采样透镜
[0037]74.第二后组件采样透镜
[0038]80.孔径档片
[0039]82.第一孔径
[0040]84.第二孔径
[0041]86.孔径面
[0042]90.成像传感器
[0043]100.物体
[0044]102.第一图像
[0045]104.第二图像
[0046]110.控制器
[0047]120.图像数据输出连接
[0048]200.从透镜的视场收集光
[0049]210.通过透镜引导光朝向孔径面
[0050]220.用第一采样透镜从单光径的第一部分采样光
[0051]230.用第二采样透镜从单光径的第二部分采样光
[0052]240.用第二透镜在成像传感器上形成第一图像
[0053]250.用第二透镜在成像传感器上形成第二图像
[0054]260.通过改变第一孔径的尺寸来调整第一图像的焦深
[0055]270.通过改变第二孔径的尺寸来调整第二图像的焦深
[0056]300.单轴立体成像系统
[0057]320.透镜
具体实施例
[0058]根据本发明的第一方案，提供了一种单光轴立体成像装置，其用于同时于成像传感器上获取场景的立体图像对。根据本发明的第一实施例，在俯视图中示意性地示出并且一般在图1中以10示出的装置包括以其轴沿着光轴30而一般地定向的透镜20、和排布为接收来自透镜20的图像的成像传感器90。透镜20包括前透镜组合件40和后透镜组合件50。该前透镜组合件40能操作以将在透镜20的视场内捕获的光引导至透镜20的孔径面86。该孔径面86可以是透镜20的物理孔径面或者可以是共轭的孔径面。孔径档片80可以布置在孔径面86上。孔径档片80可以包括第一孔径82和第二孔径84，该第一孔径82和第二孔径84分别布置于光轴30的任意一侧并且在水平面中以孔径间距而分离。在说明书中使用术语“孔径间距”以描述两个孔径82和84的中心至中心之间的距离。孔径82和84可以是固定的孔径。第一孔径82和第二孔径84可以配置为允许通过改变孔径间距而改变成像器的立体影像。
[0059]在本发明的一些实施例中，孔径82和84可以是可变孔径以提供改变透镜20的焦深的便利。作为例子，前透镜组合件40包括透镜42、透镜44和透镜46，可以是但不限于具有在物体侧的正弯月透镜以及在图像侧的负弯月透镜的高斯透镜。作为例子，后透镜组合件50包括透镜52、透镜54和透镜56，可以是但不限于定向为相对于前透镜组合件40背对背的高斯透镜。
[0060]透镜20包括布置为与第一孔径82大致成直线并靠近第一孔径82的第一采样透镜60，以对由前透镜组合件40从透镜20的视场内以第一透视图捕获的光进行操作。透镜20包括布置为与第二孔径84大致成直线并靠近第二孔径84的第二采样透镜70，以对由前透镜组合件40从透镜20的视场内以第二透视图捕获的光进行操作。因此，第一采样透镜60对来自通常环绕光轴30的光径的第一部分的光进行采样，而第二采样透镜70对来自光径的第二部分的光进行采样。来自第一采样透镜60的光通过后透镜组合件50在成像传感器90上成像以创建第一图像102，该第一图像102具有沿着光轴30布置的物体100的第一透视图。来自第二采样透镜70的光通过后透镜组合件50在成像传感器90上成像以创建第二图像104，该第二图像104具有沿着光轴30布置的物体100的第二透视图。
[0061]第一采样透镜60和第二采样透镜70的焦距可以小于前透镜组合件40和后透镜组合件50的组合在第一采样透镜60和第二采样透镜70不在时的焦距的一半。以选择的该焦距，第一采样透镜60和第二采样透镜70的其中之一、前透镜组合件40以及后透镜组合件50的组合的焦距可以小于前透镜组合件40和后透镜组合件50的组合在第一采样透镜60和第二采样透镜70不在时的焦距。每个采样透镜60和70可以具有正光焦度(positivepower)。
[0062]作为例子，不具有采样透镜60和70的透镜20可以具有126mm的焦距。每个采样透镜60和70可以具有44mm的焦距。基于这些选择，结果，组合透镜20将具有60mm的焦距。
[0063]该排布允许60mm透镜利用较大的孔径间距，该较大的孔径间距本来适用于具有关联的较大入瞳的更大的126mm透镜。结果是，以其宽角度及必然更大的视场，以该60mm透镜排布能够得到比可期待从典型的60mm透镜所得到的更大的立体影像。其结合了与三维成像应用有关的126_透镜的益处和60mm透镜的益处。
[0064]图1实质上是示意性的并且不按比例确定。透镜42和物体100之间的距离典型地更长于图1中所示的距离。因此，来自物体100的沿着经过不同透镜的折射路径而行的光线不同于图1所示的那些，而此处图1所示的光线完全是为着了解透镜20及其各组成透镜的常规运行方式而提供的。特别是，光线经过采样透镜60和70的路径完全是示意性的，光经过两个透镜的折射与文中所示出的相当不同。
[0065]就此方面来说，第一图像102和第二图像104表示物体100的不同透视图，可以利用来得到关于物体100的三维(3D)信息。更特别地，控制器110可以经由图像数据输出连接120而从成像传感器90提取表示两幅图像102和104的图像数据，并且可以配置为数字地处理图像，从而，将它们以适当的格式提供给三维显示器或检视系统(未示出)。成像传感器90可以是单阵列成像传感器，包括但不限于电荷耦合器件(CCD)。
[0066]三维成像器能够完成立体影像的程度基本取决于创建用于呈现该三维视图的各图像所使用的两个透视图的角度差别。本文说明中采样透镜60和70的特定使用提供了透视差较大的益处，这是由于使用了相比采样透镜60和70来说较大的前透镜组合件40，同时仍然生产由由具有短焦距的透镜20给出的整体透镜系统。这样允许以小的低成本成像传感器来利用透镜20。孔径82和84之间的孔径间距大于在利用这样小的成像传感器结合在先技术的成像透镜排布的三维成像器所能得到的距离。结论为，立体影像大于以应用于参照成像传感器的在先技术的透镜所能得到的立体影像。
[0067]在本发明的一个实施例中，当在改变孔径间距的进程中移动第一孔径82和第二孔径84时，第一采样透镜60配置为配合第一孔径82而移动，而第二采样透镜70配置为配合第二孔径84而移动。
[0068]在本发明的一个实施例中，成像传感器90可以包括布置为接收第一图像102的独立的第一组件成像传感器，和布置为接收第二图像104的独立的第二组件成像传感器。
[0069]在本发明的一个实施例中，前透镜组合件40和后透镜组合件50的组合结构形成双高斯透镜。双高斯光学设计由于其将系统中的光学象差保持为非常低这方面的最高性能而在本领域中所公知。在标准35_相机的广孔径透镜领域中使用双高斯透镜是沿用已久的。使用靠近孔径面86而布置的第一采样透镜60对经过双高斯透镜的来自光径的第一部分的光进行采样，并使用靠近孔径面86而布置的第二采样透镜70对经过双高斯透镜的来自光径的第二部分的光进行采样。由第一采样透镜60采样的光用于在成像传感器90上形成第一图像102，而由第二采样透镜70采样的光用于在成像传感器90上形成第二图像104。由于使用了双高斯设计而使图像具有低象差。
[0070]在本发明的一个实施例中，前透镜组合件40和后透镜组合件50的组合结构可以允许透镜20作为变焦透镜用于改变成像传感器90上的图像102和104的尺寸。在本发明的其他实施例中其他透镜组合对于前透镜组合件和后透镜组合件也是可能的。
[0071]在另一个实施例中，采样透镜可以定位于与孔径离轴。我们通过图2来描述这个实施例，该实施例示出图1的装置10的另一个视图。为了清楚的原因以部分分解的形式示出该装置。在该实施例中，透镜20包括布置为与第一孔径82相靠近、重叠并离轴的第一采样透镜60。透镜20还包括布置为与第二孔径84相靠近、重叠并离轴的第二采样透镜70。通过相对于其各自对应的孔径82和84离轴地移动采样透镜60和70，可以在成像传感器90上自由地确定图像102和104的位置。其可以包括在垂直维度中将图像102和104放置在彼此之上，以及在水平维度中将它们放置在彼此旁边。采样透镜60和70也可以配合对应的孔径82和84而移动。
[0072]本发明的立体成像装置的另一个实施例在图3中一般地以300示出。为了清楚的原因，与图1中的元件相同的元件标有与图1中相同的号码，并且仅仅增加的或不同的元件具有未出现在图1中的号码。在该实施例中，由第一前组件采样透镜62和第一后组件采样透镜64取代图1的第一采样透镜60，第一前组件采样透镜62布置在第一孔径82和前透镜组合件40之间并靠近第一孔径82，第一后组件采样透镜64布置在第一孔径82和后透镜组合件50之间并靠近第一孔径82。由第二前组件采样透镜72和第二后组件采样透镜74取代图1的第二采样透镜70，第二前组件采样透镜72布置在第二孔径84和前透镜组合件40之间并靠近第二孔径84，而第二后组件采样透镜74布置在第二孔径84和后透镜组合件50之间并靠近第二孔径84。图3中合成出来的复合透镜320的完全对称的双高斯透镜排布导致在光学像差方面改善了性能。
[0073]需要再次注意的是，图3是示意性的。特别是，通过采样透镜62、采样透镜64、采样透镜72和采样透镜74的光线的路径完全是示意性的，光通过四个透镜的折射与文中示出的相当不同。成像器300和透镜320的操作与在通过图1所描述的实施例中保持一致。
[0074]在本发明的一些实施例中，第一前组件采样透镜62和第一后组件采样透镜64可以一起作为双高斯透镜，而第二前组件采样透镜72和第二后组件采样透镜74可以一起作为另一个双高斯透镜。
[0075]值得注意的是，如图1中示出的本发明的立体成像装置10或者如图3中示出的装置300均未在第一采样透镜60或第二采样透镜70和任何紧随其后的透镜之间创建物体100的实像。与在采样透镜后面形成图像然后传递该图像的系统相比，采样透镜的排布降低了复杂度。
[0076]立体成像装置10和300同时对来自光径的第一和第二部分的光进行采样，而且，与许多现有技术中的单通道立体成像设备不同的是，立体成像装置10和300可以在成像传感器90上同时创建第一图像102和第二图像104。立体成像装置还保持着如下益处:即，不需要为了操作而对来自物体的光进行任何偏振。这意味着光级多于基于偏振的系统的两倍。透镜20和320的双高斯排布通过大面积的成像传感器90而提供了具有优异的象差性能的高速透镜系统。
[0077]图4中示出了又一个实施例，图4示出了图3的装置300的部分分解视图。在这个实施例中，第一后组件采样透镜64布置为与第一孔径82相靠近、重叠并离轴。第二后组件采样透镜74布置为与第二孔径84相靠近、重叠并离轴。通过相对于其各自对应的孔径82和84离轴地移动后透镜组合件64和74，可以在成像传感器90上自由地确定图像102和104的位置。其可以包括在垂直维度中将图像102和104放置在彼此之上，以及在水平维度中将他们放置在彼此旁边。在这个实施例中，第一前组件采样透镜62可以布置为与第一孔径82相靠近、重叠并离轴。类似地，第二前组件采样透镜72可以布置为与第二孔径84相靠近、重叠并离轴。第一前组件采样透镜62相对于第一孔径82的离轴位置的限度一般不同于第一后组件采样透镜64的离轴位置的限度。类似地，第二前组件采样透镜72相对于第二孔径84的离轴位置的限度通常不同于第二后组件采样透镜74的离轴位置的限度。采样透镜62、采样透镜64、采样透镜72和采样透镜74可以配合对应的孔径82和84而移动。
[0078]图5是用于在图1和图2的成像传感器90上形成立体图像对的流程图，该图像对包括第一图像102和第二图像104，该第一图像102和第二图像104提供在第一透镜的视场内的物体100的两个不同的透视图，第一透镜是图1和图2中的沿着光轴30而布置的前透镜组合件40。该方法包括:【200】、收集来自物体100的经过前透镜组合件40的光；【210】、将所收集的光沿着通常环绕光轴30的单光径而引导至第一采样透镜60和第二采样透镜70 ;【220】、通过靠近孔径面86而布置的第一采样透镜60而对来自单光径的第一部分的光进行采样，第一采样透镜60布置在光轴30的第一侧；【230】、同时，通过靠近孔径面86而布置的第二采样透镜70而对来自单光径的第二部分的光进行采样，第二采样透镜70布置在光轴30的第一采样透镜60的对侧；以及分别由采样自单光径的第一部分的光和采样自单光径的第二部分的光而在沿着光轴布置的成像传感器90上形成第一图像102和第二图像104 ;【240】、可以对通过第二透镜而采样自单光径的第一部分的光进行处理而形成第一图像102，该第二透镜是图1和图2的布置在光轴上的后透镜组合件50 ;以及，【250】、可以对通过第二透镜而采样自单光径的第二部分的光进行处理而形成第二图像104。
[0079]该方法可以进一步包括以下步骤的至少之一:【260】、通过改变布置在孔径面86中的第一孔径82的尺寸来调整第一图像102的焦深，以及【270】、通过改变布置在孔径面86中的第二孔径84的尺寸来调整第二图像104的焦深。使用相同的方法可以应用于图3和图4的立体成像器，其中，采样透镜是排布在合适孔径之前或之后的复合透镜，在通过图3和图4进行说明时已描述。
[0080]图像成像器90可以包括第一和第二组件成像传感器，以及该方法可以包括分别在第一和第二组件成像传感器上形成第一图像102和第二图像104。
[0081]注释
[0082]提供图和相关的描述用于解释本发明的实施例而并不限定本发明的范围。说明书中提及的“一个实施例”或“一实施例”意在指出结合包含在本发明的至少一实施例中的实施例已描述的特殊特征、结构或特性。在说明书的不同地方出现的短语“在一个实施例中”或“一实施例”并不必然全涉及同一个实施例。
[0083]除了上下文需要其他方式之处，如本公开所使用的术语“包括”和该术语的变形，例如“包括”、“包 括有”非意在排斥其他附加件、部件、整体(integer)或步骤。
[0084]并且，值得注意的是，公开的实施例作为一个进程描述为流程图、流程图表、结构图表、或框图。虽然流程图可能将操作的不同步骤公开为顺序进程，但一些操作可以并行或并发。示出的步骤并非意在限制，它们也不意在指出每个描述的步骤对该方法来说都是必要的，而仅仅是示范性的。
[0085]在上述说明中，已引用本发明的特殊实施例来描述本发明。然而，很显然，可以在没有偏离本发明的主要精神和范围的情况下进行不同的修改或改变。因此，相应地，说明书和附图应看作说明性的而非限制性。值得注意的是，本发明不应该被解释为受限于这些实施例。
[0086]从上述描述可知，很显然本发明具有数个优点，一些优点已在本文中描述过，而其他优点是本文中已述的或已主张的本发明的实施例中所固有的。另外，应当理解，在不偏离本文已述主旨的教导的情况下，可以对文中已述的设备、装置和方法进行修改。同样地，除了附加的权利要求必需的，本发明不受限于已述的实施例。
【权利要求】
1.一种立体成像器，包括透镜和沿着所述透镜的光轴布置在所述透镜后面的成像传感器，所述透镜包括: 沿着所述光轴布置的前透镜组合件和沿着所述光轴布置的后透镜组合件；以及第一采样透镜和第二采样透镜，其在所述前透镜组合件和所述后透镜组合件之间布置在所述光轴的对侧，并靠近所述透镜的孔径面。
2.根据权利要求1所述的立体成像器，进一步包括第一孔径和第二孔径，所述第一孔径和所述第二孔径布置在所述透镜的所述孔径面内，并且分别与所述第一采样透镜和所述第二采样透镜大致成直线，所述第一孔径和所述第二孔径以孔径间距而分离。
3.根据权利要求2所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径配置为允许通过改变所述孔径间距而改变所述成像器的立体影像。
4.根据权利要求2所述的立体成像器，其中，所述透镜配置为允许所述第一采样透镜和所述第二采样透镜分别配合所述第一孔径和所述第二孔径而移动。
5.根据权利要求2所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径是可变孔径。
6.根据权利要求2所述的立体成像器，其中， 所述第一采样透镜包括第一前组件采样透镜和第一后组件采样透镜，所述第一前组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第一孔径，所述第一后组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第一孔径；以及所述第二采样透镜包括第二前组件采样透镜和第二后组件采样透镜，所述第二前组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第二孔径，所述第二后组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第二孔径。
7.根据权利要求1所述的立体成像器，进一步包括第一孔径和第二孔径，所述第一孔径和所述第二孔径布置在所述透镜的所述孔径面内，并以孔径间距而分离，而且所述第一采样透镜和所述第二采样透镜布置为与所述第一孔径和所述第二孔径相靠近、重叠并离轴。
8.根据权利要求7所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径配置为允许通过改变所述孔径间距而改变所述成像器的立体影像。
9.根据权利要求7所述的立体成像器，其中，所述透镜配置为允许所述第一采样透镜和所述第二采样透镜分别配合所述第一孔径和所述第二孔径而移动。
10.根据权利要求7所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径是可变孔径。
11.根据权利要求7所述的立体成像器，其中， 所述第一采样透镜包括第一前组件采样透镜和第一后组件采样透镜，所述第一前组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第一孔径，所述第一后组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第一孔径；以及所述第二采样透镜包括第二前组件采样透镜和第二后组件采样透镜，所述第二前组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第二孔径，所述第二后组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第二孔径。
12.根据权利要求1所述的立体成像器，其中，所述传感器能操作以接收来自所述透镜的第一图像和第二图像，其中，所述第一图像通过由所述第一采样透镜从所述透镜的视场的光的第一部分所采样的光而形成，并且，所述第二图像通过由所述第二采样透镜从所述透镜的视场的光的第二部分所采样的光而形成。
13.根据权利要求1所述的立体成像器，进一步包括控制器，其用于对来自所述传感器的所述第一图像和所述第二图像提取图像数据，第一图像数据表示所述透镜的视场中的物体的第一透视图，而第二图像数据表示所述物体的第二透视图。
14.根据权利要求1所述的立体成像器，其中，所述传感器包括布置为接收所述第一图像的第一组件传感器、和布置为接收所述第二图像的第二组件传感器。
15.根据权利要求1所述的立体成像器，其中，所述第一采样透镜和所述第二采样透镜的至少其中之一的焦距小于所述前透镜组合件和所述后透镜组合件的组合在所述第一采样透镜和所述第二采样透镜不在时的焦距的一半。
16.根据权利要求1所述的立体成像器，其中，所述第一采样透镜和所述第二采样透镜的其中之一、所述前透镜组合件以及所述后透镜组合件的组合的焦距小于所述前透镜组合件和所述后透镜组合件的组合在所述第一采样透镜和所述第二采样透镜不在时的焦距。
17.根据权利要求1所述的立体成像器，其中，所述前透镜组合件和所述后透镜组合件共同形成双高斯透镜。
18.根据权利要求1所述的立体成像器，其中，所述前透镜组合件和所述后透镜组合件共同形成变焦透镜。
19.一种立体成像器,包括: 第一采样透镜和第二采样透镜，其布置在光轴的对侧； 传感器，沿着所述光轴布置在所述采样透镜后面；以及 后透镜组合件，其沿着所述采样透镜和所述传感器之间的光轴而布置，并且配置为将所述第一采样透镜采集的光在所述传感器上形成第一图像，以及将所述第二采样透镜采集的光在所述传感器上形成第二图像。
20.根据权利要求19所述的立体成像器，进一步包括前透镜组合件，其沿着所述光轴靠近所述第一采样透镜和所述第二采样透镜而布置，所述前透镜组合件具有视场，并且所述前透镜组合件配置为从所述视场的第一部分提供由所述第一采样透镜采集的光，以及从所述视场的第二部分提供由所述第二采样透镜采集的光。
21.根据权利要求20所述的立体成像器，进一步包括第一孔径和第二孔径，所述第一孔径布置在所述前透镜组合件和所述后透镜组合件之间并且与所述第一采样透镜大致成直线，所述第二孔径布置在所述前透镜组合件和所述后透镜组合件之间并且与所述第二采样透镜大致成直线，所述第一孔径和所述第二孔径以孔径间距而分离。
22.根据权利要求21所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径是可变孔径。
23.根据权利要求21所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径配置为允许通过改变所述孔径间距而改变所述成像器的立体影像。
24.根据权利要求23所述的立体成像器，其中，所述第一采样透镜和所述第二采样透镜配置为分别配合所述第一孔径和所述第二孔径而移动。
25.根据权利要求21所述的立体成像器，其中，所述第一采样透镜包括第一前组件采样透镜和第一后组件采样透镜，所述第一前组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第一孔径，所述第一后组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第一孔径；以及 所述第二采样透镜包括第二前组件采样透镜和第二后组件采样透镜，所述第二前组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第二孔径，所述第二后组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第二孔径。
26.根据权利要求20所述的立体成像器，进一步包括第一孔径和第二孔径，所述第一孔径和所述第二孔径设置在所述透镜的孔径面内并以孔径间距而分离，且所述第一采样透镜和所述第二采样透镜布置为与所述第一孔径和所述第二孔径相靠近、重叠并离轴。
27.根据权利要求26所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径配置为允许通过改变所述孔径间距而改变所述成像器的立体影像。
28.根据权利要求26所述的立体成像器，其中，所述透镜配置为允许所述第一采样透镜和所述第二采样透镜分别配合所述第一孔径和所述第二孔径而移动。
29.根据权利要求26所述的立体成像器，其中，所述第一孔径和所述第二孔径是可变孔径。
30.根据权利要求26所述的立体成像器，其中， 所述第一采样透镜包括第一前组件采样透镜和第一后组件采样透镜，所述第一前组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第一孔径，所述第一后组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第一孔径；以及 所述第二采样透镜包括第二前组件采样透镜和第二后组件采样透镜，所述第二前组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述前透镜组合件之间并靠近所述第二孔径，所述第二后组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述后透镜组合件之间并靠近所述第二孔径。
31.根据权利要求20所述的立体成像器，进一步包括控制器，其用于对来自所述传感器的所述第一图像和所述第二图像提取图像数据，第一图像数据表示所述透镜的视场中的物体的第一透视图，而第二图像数据表示所述物体的第二透视图。
32.根据权利要求20所述的立体成像器，其中，所述第一采样透镜和所述第二采样透镜的至少其中之一的焦距小于所述前透镜组合件和所述后透镜组合件的组合在所述第一采样透镜和所述第二采样透镜不在时的焦距的一半。
33.根据权利要求20所述的立体成像器，其中，所述第一采样透镜和所述第二采样透镜的其中之一、所述前透镜组合件以及所述后透镜组合件的组合的焦距小于所述前透镜组合件和所述后透镜组合件在所述第一采样透镜和所述第二采样透镜不在时的焦距。
34.根据权利要求20所述的立体成像器，其中，所述前透镜组合件和所述后透镜组合件共同形成双高斯透镜。
35.根据权利要求20所述的立体成像器，其中，所述前透镜组合件和所述后透镜组合件共同形成变焦透镜。
36.根据权利要求19所述的立体成像器，其中，所述传感器包括布置为接收所述第一图像的第一组件传感器和布置为接收所述第二图像的第二组件传感器。
37.一种用于在传感器上形成立体图像对的方法，所述立体图像对包括提供在沿着光轴布置的第一透镜的视场内的物体的两个不同的透视图的第一图像和第二图像，所述方法包括: 通过所述第一透镜收集来自所述物体的光； 将所收集的光沿着通常环绕所述光轴的单光径引导至布置在所述光轴的第一侧上的所述第一采样透镜，并且引导至布置在所述光轴的所述第一采样透镜的对侧的第二采样透镜; 通过所述第一采样透镜，对来自所述单光径的第一部分的光进行采样； 同时，通过第二采样透 镜，对来自所述单光径的第二部分的光进行采样；以及 分别由采样自所述单光径的第一部分的光和采样自所述单光径的第二部分的光、在沿着所述光轴布置的成像传感器上形成第一图像和第二图像。
38.根据权利要求37所述的方法，其中， 通过对由布置在所述光轴上的第二透镜采样自所述单光径的第一部分的光进行处理而形成所述第一图像；以及 通过对由所述第二透镜采样自所述单光径的第二部分的光进行处理而形成所述第二图像。
39.根据权利要求37所述的方法，进一步包括以下步骤的至少其中之一: 通过改变靠近所述第一采样透镜而布置的第一孔径的尺寸来调整所述第一图像的焦深；以及 通过改变靠近所述第二采样透镜而布置的第二孔径的尺寸来调整所述第二图像的焦深。
40.根据权利要求37所述的方法，其中， 所述第一采样透镜包括第一前组件采样透镜和第一后组件采样透镜，所述第一前组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述第一透镜之间并靠近所述第一孔径，所述第一后组件采样透镜布置在所述第一孔径和所述第二透镜之间并靠近所述第一孔径；以及 所述第二采样透镜包括第二前组件采样透镜和第二后组件采样透镜，所述第二前组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述第一透镜之间并靠近所述第二孔径，所述第二后组件采样透镜布置在所述第二孔径和所述第二透镜之间并靠近所述第二孔径。
41.根据权利要求37所述的方法，其中，通过改变靠近所述第一采样透镜而布置的第一孔径和靠近所述第二采样透镜而布置的第二孔径之间的孔径间距来改变所述立体图像对的立体影像。
42.根据权利要求41所述的方法，其中， 通过使所述第一采样透镜和所述第二采样透镜分别配合所述第一孔径和所述第二孔径而进一步移动来改变所述立体影像。
43.根据权利要求37所述的方法，其中， 所述成像传感器包括第一组件成像传感器和第二组件成像传感器；以及 所述第一图像和所述第二图像分别形成在所述第一组件成像传感器和所述第二组件成像传感器上。
44.根据权利要求37所述的方法，其中，将所收集的光引导至所述第一采样透镜和第二采样透镜包括将所述光分别引导通过第一孔径和第二孔径，其中，所述第一采样透镜和所述第二采样透镜分别布置为与各所述第一孔径和所述第二孔径相靠近、重叠并离轴。
【文档编号】G03B35/08GK103930819SQ201280055013
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2011年9月9日
【发明者】伊奇罗·欣科达, 托马斯·N·米切尔 申请人:管理前街不同收入阶层的前街投资管理有限公司