图像拾取设备的制作方法

专利名称：图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像拾取设备，其用于拾取诸如全天空(全方向)范 围的宽范围内的图像。
背景技术：
如本领域公知的，已经开发了各种摄像机系统，所述摄像机系统具有 布置在一个壳体中的多个视频摄像机，用于同时拾取全方向或全景范围内 或者广角或者宽角度范围内的图像。
为了解决这样的摄像机系统的视差问题，已经提出了用于消除视差而 无需反射镜的光学系统(参见例如日本专利早期公开No. 2003-162018)。
没有反射镜的光学系统的优点在于，因为不需要用于安装反射镜的体 积，所以整个摄像机系统的尺寸很小，并且光学系统的尺寸很小，并且仅 仅因为没有反射镜，所以可以与具有普通镜头的光学系统相同的方式容易 地处置。
根据上述光学系统，多个视频摄像机被布置成使得其NP (non-parallax, 无视差)点基本彼此对齐。NP点被定义为选自多个通过摄像机 的光学系统的孔径光阑的中心的主光线中处于高斯区域中的主光线的物空 间中的直分量的延长线与光学系统的光轴相交的点。

发明内容
目前，单CCD摄像机己经被用于摄像机系统(不管是单色系统还是彩色系统)，因为图像拾取元件周围的体积被限制以保持摄像机的NP点 彼此基本对齐。结果，由摄像机系统拾取的图像的色彩再现性和分辨率较差。
下面参考附图中的图8描述图像拾取元件周围的有限体积。图8以示 意性剖视图示出了在多个被组合在一起以同时拾取宽范围中(例如在全方 向或者全景范围或者广角范围或宽范围中)的图像的摄像机中的一个摄像
机100。
在图8的摄像机100中，已经通过了在最靠近对象的透镜(前透镜) 101的边缘处的各个点111， 112的主光线105， 106通过透镜组102 (在途 图中省略了处于透镜IOI和透镜组102之间的中间部件)，并且到达图像 拾取元件103的光检测表面上的端点。
为了拾取宽范围中的图像，摄像机100的NP点104被与其它摄像机 的NP点对齐，并且摄像机100的外周表面IOOA与其它摄像机中的相邻摄 像机的外周表面IOOB保持接触。
因为相邻的摄像机100的外周表面IOOA， 100B彼此保持接触，所以 需要布置在图像拾取元件103附近的电路板、线缆等不得不被布置在图8 中的阴影线所示的空间S中。
空间S由外周表面IOOA， IOOB和图像拾取元件103附近垂直于光轴 107的平面所包围。
考虑到图像拾取元件103、电路板、线缆等被布置在空间S中这一事 实，摄像机100应该理想地是(并且目前事实上是)单CCD摄像机。
监视摄像机等高度需要拾取处于低亮度环境中的对象的图像。在单 CCD彩色摄像机中，不通过色彩过滤器的颜色的光不能被图像拾取元件检 测。因此，用于拾取全方向或全景范围或广角度或宽范围中的图像的单 CCD彩色摄像机不具有用于拾取低亮度环境中的对象的图像的监视摄像机 应用中所需要的足够灵敏度水平。
理想的是，提供一种图像拾取设备，其具有优异的色彩再现性和分辨 率，能够减小色差，并且能够获取宽范围中的图像。
根据本发明的图像拾取设备包括多个图像拾取单元，用于分别拾取多个从宽范围中的对象所划分出的对象片断的各自图像；以及处理单元， 用于将由所述多个图像拾取单元拾取的所述图像合成为一个图像，所述图 像拾取单元中的每一个包括多个透镜和用于检测已经通过所述透镜的光线 的多个图像拾取元件，其中，在所述图像拾取单元中的每一个中，无视差 点被定义为选自多个通过与所述透镜相关的孔径光阑的中心的主光线中处 于高斯区域中的主光线的物空间中的直分量的延长线与所述图像拾取单元
的光轴相交的点；所述无视差点被设置在所述图像拾取元件的后方，并且 所述多个图像拾取单元的所述无视差点位于围绕所述无视差点中的一个半 径为约20毫米的区域中；以及所述图像拾取单元中的每一个包括分离单
元，所述分离单元用于将已经通过所述透镜的光线分成具有不同波长的多 组光线，所述多组光线将分别由所述多个图像拾取元件检测。
利用上述结构，图像拾取单元的NP点被布置在图像拾取元件后方， 因此图像拾取单元中的每一个的包括多个透镜的光学系统不会阻挡其它图 像拾取单元的光学路径。图像拾取单元的NP点位于围绕NP点中的一个 半径为约20毫米的区域中，所以图像拾取单元之间的任何视差被几何减 小到零。
因为多个图像拾取单元分别拾取多个从宽范围中的对象所划分出的对 象片断的各自图像，所以图像拾取设备可以以无视差方式拾取宽范围中的 对象的图像。
图像拾取设备具有分离单元，所述分离单元用于将已经通过所述透镜 的光线分成具有不同波长的多组光线，所述多组光线将分别由所述多个图 像拾取元件检测。因此，用于检测各种颜色的光的像素数量大于单CCD 图像拾取设备上的像素数量，所以图像拾取设备的色彩再现性和分辨率更 好。图像拾取设备还能够比单CCD图像拾取设备以更好的灵敏度更有效 地检测入射光线，其中，所述单CCD图像拾取设备不能够检测没有通过 色彩过滤器的光线。
色彩再现性和分辨率更好的图像拾取设备因此能够拾取高清晰度的图像。
上述图像拾取设备可以以无视差的方式拾取宽范围中的高质量图像。图像拾取设备因此能够拾取诸如全方向范围的宽范围内的高清晰度、 高质量图像。
而且，因为较之单CCD图像拾取设备，本发明的图像拾取设备可以 更高效地检测入射光线，获得更高灵敏度，所以本发明的图像拾取设备提 供低亮度环境下的优异可视性，用于拾取宽范围中的高清晰度、高质量图
结合以示例方式示出了本发明的优选实施例的附图，根据下面的描 述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得清楚。


图1是根据本发明的实施例的图像拾取设备的示意性垂直剖视图； 图2是图1所示的图像拾取设备的中心部分的放大垂直剖视图； 图3是根据本发明的实施例的图像拾取设备的示意性水平剖视图； 图4是图3所示的图像拾取设备的中心部分的放大水平剖视图5是从根据本发明的实施例的图像拾取设备的对象侧观察时的平面
图6是根据本发明的另一个实施例的图像拾取设备的示意性垂直剖视
图7是图6所示的图像拾取设备的中心部分的放大垂直剖视图；以及 图8是在多个被组合在一起以同时拾取宽范围中的图像的摄像机中的 一个摄像机的示意性剖视图。
具体实施例方式
下面将参考图l-5描述根据本发明的实施例的图像拾取设备。图l是 图像拾取设备的示意性垂直剖视图，图2是图像拾取设备的中心部分的放 大垂直剖视图，图3是图像拾取设备的示意性水平剖视图，图4是图3所 示的图像拾取设备的中心部分的放大水平剖视图，以及图5是从图像拾取 设备的对象侧观察时的平面图。
由标号10总体表示的图像拾取设备包括四个摄像机11， 12， 13，14，每一个在其靠近对象的一端包括透镜(前透镜)1。图像拾取设备10
从由摄像机ll， 12， 13， 14分别拾取的图像产生一个合成图像。
摄像机11， 12， 13， 14中的每一个包括四角锥形式的中空壳体，其 具有基本方形的横截面，并且其中容纳前透镜1、包括四个透镜的透镜组 2、孔径光阑(没有示出)以及图像拾取元件。孔径光阑被布置在透镜组2 的前方、之中或者后方。对于细节可以参考日本专利早期公开No. 2004-80088以及日本专利早期公开No. 2004-191593。
最靠近对象的前透镜1的前方(图1的左侧)的空间将被称作物体空间。
在通过孔径光阑的中心的光线(主光线)中，位置靠近光学系统的光 轴7 (处于高斯区域中)的物空间中的主光线的延长线与光轴7的相交点 被定义为NP点5。
透镜1、透镜组2、孔径光阑等构成了光学系统，使得摄像机11， 12， 13， 14的NP点5处于每一个具有四角锥形式的壳体的顶点。每一个 具有四角锥形式的壳体具有延伸成为由连接前透镜1的边缘和NP点5的 一组线段所构成的平面的侧表面。
摄像机ll， 12， 13， 14的NP点5被设置在透镜组2和图像拾取元件 的后方。为了将NP点定位在透镜组2和图像拾取元件的后方，由透镜 1、透镜组2、孔径光阑等构成的光学系统可以例如是远距摄像型的。
摄像机ll， 12， 13， 14的NP点5被设置在透镜组2和图像拾取元件 的后方，因此摄像机11， 12， 13， 14中的每一个的光学系统不会阻挡其 它摄像机的光路。
因为摄像机11， 12， 13， 14中的每一个的前透镜1被布置在具有基 本方形的横截面的壳体中，所以前透镜1也具有与壳体的横截面形状互补 的基本方形横截面。具有如此形状的前透镜1可以通过如下方式来制造 沿不通过其中心线的平面切割具有圆形横截面的球透镜，使得经切割的透 镜具有基本方形横截面形状。
图1-4示出了沿两个垂直或者水平布置的摄像机的光轴的平面中的横 截面。具体地，图3是沿图1的线A-A的平面中的剖视图，以及图l是沿图3的线B-B的平面中的剖视图。这些平面由图5中的点划线A和B表 示。
如图1所示，沿垂直方向V布置的两个摄像机11， 13的NP点5彼此
基本对齐。
如图3所示，沿水平方向H布置的两个摄像机11， 12的NP点5彼此
基本对齐。
虽然没有示出，但是摄像机12， 14的NP点5和摄像机n， 14的NP 点5也彼此基本对齐。
因此，图5所示的摄像机11， 12， 13， 14的NP点5彼此基本对齐。 因为四个摄像机ll， 12， 13， 14彼此组合，使得其NP点5彼此基本 对齐，所以摄像机11， 12， 13， 14的底表面稍微倾斜到图5的纸面之 外，并且它们在图5中不是严格的方形形状。但是，因为如图1和3所 示，摄像机ll， 12， 13， 14的长度是前透镜1的尺寸的大约5倍并且摄像 机11， 12， 13， 14的底表面倾斜小的角度，所以在图5中，这些底表面 被示为方形形状。
图像拾取设备IO还包括布置在摄像机11， 12， 13， 14中的每一个的 透镜组2和图像拾取元件之间的分光棱镜组件3，作为用于将入射光线分 成不同波长范围(红光、绿光和蓝光)的分离单元。由分光棱镜组件3分 离的光线分别由图像拾取元件4R， 4G， 4B来检测。
如沿图3中的水平方向H所示，两个摄像机ll， 12的NP点5彼此基 本对齐，并且摄像机11， 12的四角锥形式的壳体分别具有彼此保持接触 的侧表面IID， 12C。因此，位于任意距离处的对象的由两个摄像机11， 12拾取的图像可以通过对图像数据进行简单的图像处理过程而被彼此结 合，不会在它们之间留下过分显眼的边界。
在图3中，摄像机11的壳体的侧表面IID和摄像机12的壳体的侧表 面12C由连接NP点5和物体空间(更接近对象的空间)中的主光线25与 前透镜1的第一表面(面对对象的透镜表面)1A相交的点25A之间线段 的表示。
摄像机11的壳体具有相反的侧表面IIC，其由连接NP点5和物体空间中的主光线24与前透镜1的第一表面1A相交的点24A之间线段的表示。
摄像机12的壳体具有相反的侧表面12D，其由连接NP点5和物体空 间中的主光线26与前透镜1的第一表面1A相交的点26A之间线段的表示。
来自对象的主光线24通过摄像机11的前透镜1，所述前透镜1将主 光线24折射为主光线35。主光线35通过包括四个透镜的透镜组2，然后 通过分光棱镜组件3，到达处于水平方向H的端点42的图像拾取元件4G 的光检测表面。
类似地，来自对象的主光线25通过摄像机11的前透镜1，所述前透 镜1将主光线25折射为主光线36。主光线36通过透镜组2，然后通过分 光棱镜组件3，到达处于水平方向H的端点41的图像拾取元件4G的光检
主光线25也通过摄像机12的前透镜1，所述前透镜1将主光线25折 射为主光线37。主光线37通过透镜组2，然后通过分光棱镜组件3，到达 处于水平方向H的端点42的图像拾取元件4G的光检测表面。端点42与 端点41在光轴7两侧在角度上相距180度。
来自对象的主光线26通过摄像机12的前透镜1，所述前透镜1将主 光线26折射为主光线38。主光线38通过透镜组2，然后通过分光棱镜组 件3，到达处于水平方向H的端点41的图像拾取元件4G的光检测表面。
因此，摄像机ll， 12的光学系统被布置成到达图像拾取元件4G的端 点41， 42的主光线35， 36， 37， 38通过前透镜1的边缘上的点24A， 25A， 26A。因为摄像机11， 12使得其各自的图像拾取范围彼此接合而不 存在任何损失，所以由摄像机ll， 12的图像拾取元件4G拾取的图像可以 彼此合成在一起。
因此，在物体空间中的主光线24， 26之间所定义的沿水平方向H的 视角中，两个摄像机ll， 12可以以无盲角的方式拾取图像。
在图3中，摄像机ll， 12中的每一个的透镜组2具有最接近成像平面 的透镜表面，所述成像平面沿与光轴7垂直的平面39与光轴7相交。平面39和所述摄像机11的壳体的侧表面11C， 12C，以及平面39和 摄像机12的壳体的侧表面IID和12D—起分别限定了空间Sl， S2，所述 摄像机11， 12的分光棱镜组件3、图像拾取元件4G以及摄像机电路(没 有示出)被容纳的所述空间Sl， S2中。这样，摄像机11， 12的NP点5
被彼此基本对齐。
壳体的侧表面11C， IID， 12C， 12D由通过沿垂直于图3的纸面方向 移动连接NP点5和前透镜1的边缘上的点24A， 25A， 26A的线段所描述 的平面来表示，其中，主光线24， 25， 26分别被施加到所述点24A， 25A， 26A。
图1是沿垂直方向观察时，即当图3所示的图像拾取设备10被旋转 90度时所观察的图像拾取设备10的示意性剖视图。
如图1和2所示，分光棱镜组件3包括三个棱镜3A， 3B， 3C。用于 根据波长分离可见入射光的光学膜被布置在棱镜3A， 3B， 3C中的每一个 和与之相邻一个棱镜的边界表面之间。这些光学膜将可见入射光分成红 光、绿光和蓝光。光学膜通过涂层或者任何其它膜生长工艺结合到或者生 长在棱镜3A， 3B， 3C的边界表面上。
用于检测蓝光的图像拾取元件4B被安装在最靠近透镜组2的第一棱 镜3A上。用于检测红光的图像拾取元件4R被安装在紧邻第一棱镜3A布 置的第二棱镜3B上。用于检测绿光的图像拾取元件4G被安装在最远离透 镜组2布置的第三棱镜3C上。
如图1中的沿垂直方向V的示意性垂直剖视图所示，类似于图3中的 水平方向H的视图，两个摄像机ll， 13的NP点5彼此基本对齐，并且摄 像机11， 13的四角锥形式的壳体分别具有彼此保持接触的侧表面IIB， 13A。因此，位于任意距离处的对象的由两个摄像机11， 13拾取的图像可 以通过对图像数据进行简单的图像处理过程而被彼此结合，不会在它们之 间留下过分显眼的边界。
在图1中，摄像机11的壳体的侧表面IIB和摄像机13的壳体的侧表 面13A由连接NP点5和物体空间(更接近对象的空间)中的主光线22与 前透镜1的第一表面(面对对象的透镜表面)1A相交的点22A之间线段的表示。
摄像机11的壳体具有相反的侧表面IIA，其由连接NP点5和物体空 间中的主光线21与前透镜1的第一表面1A相交的点21A之间线段的表
不o
摄像机13的壳体具有相反的侧表面13B，其由连接NP点5和物体空 间中的主光线23与前透镜1的第一表面1A相交的点23A之间线段的表
不o
来自对象的主光线21通过摄像机11的前透镜1，所述前透镜1将主 光线21折射为主光线31。主光线31通过包括透镜组2，然后通过分光棱 镜组件3。在波长范围从400 nm到700 nm的可见光中，红色分量(红 光)到达图像拾取元件4R的光检测表面，绿色分量(绿光)到达沿垂直 方向V的端点44处的图像拾取元件4G的检测表面，并且蓝色分量(蓝 光)到达图像拾取元件4B的光检测表面。
类似地，来自对象的主光线22通过摄像机11的前透镜1，所述前透 镜1将主光线22折射为主光线32。主光线32通过透镜组2，然后通过分 光棱镜组件3。红色分量到达图像拾取元件4R的光检测表面，绿色分量到 达沿垂直方向V的端点43处的图像拾取元件4G的检测表面，并且蓝色分 量到达图像拾取元件4B的光检测表面。端点43与端点44在光轴7两侧 在角度上相距180度。
主光线22也通过摄像机13的前透镜1，所述前透镜1将主光线22折 射为主光线33。主光线33通过透镜组2，然后通过分光棱镜组件3。红色 分量到达图像拾取元件4R的光检测表面，绿色分量到达沿垂直方向V的 端点44处的图像拾取元件4G的检测表面，并且蓝色分量到达图像拾取元 件4B的光检测表面。
主光线23通过摄像机13的前透镜1，所述前透镜1将主光线23折射 为主光线34。主光线34通过透镜组2，然后通过分光棱镜组件3。红色分 量到达图像拾取元件4R的光检测表面，绿色分量到达沿垂直方向V的端 点43处的图像拾取元件4G的检测表面，并且蓝色分量到达图像拾取元件 4B的光检测表面。因此，摄像机ll， 13的光学系统被布置成到达图像拾取元件4G的端 点43， 44的主光线31， 32， 33， 34通过前透镜1的边缘上的点21A， 22A， 23A。这些主光线31， 32， 33， 34由分光棱镜组件3分离，并且通 过图像拾取元件4R， 4B的端点。
因为摄像机11， 13使得其各自的图像拾取范围彼此接合而不存在任 何损失，所以由摄像机11， 13的图像拾取元件4R， 4G， 4B拾取的图像 可以彼此合成在一起。
因此，在物体空间中的主光线21， 23之间所定义的沿垂直方向B的 视角中，两个摄像机ll， 13可以以无盲角的方式拾取图像。
图1所示的平面39表示与图3中标号39表示的相同的平面。
平面39和所述摄像机11的壳体的侧表面IIA， 13A，以及平面39和 摄像机13的壳体的侧表面IIB和13B—起分别限定了空间Sl， S3，所述 摄像机ll， 13的分光棱镜组件3、图像拾取元件4R， 4G， 4B以及摄像机 电路(没有示出)被容纳的所述空间Sl， S3中。这样，摄像机11， 13的 NP点沿垂直方向V彼此基本对齐。
壳体的侧表面11A， IIB， 13A， 13B由通过沿垂直于图1的纸面方向 移动连接NP点5和前透镜1的边缘上的点21A， 22A， 23A的线段所描述 的平面来表示，其中，主光线21， 22， 23分别被施加到所述点21A， 22A, 23A 。
如上所述，根据本实施例的图像拾取设备10具有分光棱镜组件3 (3A， 3B， 3C)，其用于将通过了前透镜1和透镜组2的光线分成具有 不同波长的三组光线(红光、绿光和蓝光)；以及三个图像拾取元件 4R， 4G， 4B，其用于检测经分离的各组光线。因为用于检测各种颜色的 光的像素数量大于单CCD图像拾取设备上的像素数量，所以图像拾取设 备10的色彩再现性和分辨率更好。图像拾取设备10还能够比单CCD图 像拾取设备以更好的灵敏度更有效地检测入射光线，其中，所述单CCD 图像拾取设备不能够检测没有通过色彩过滤器的光线。
色彩再现性和分辨率更好的图像拾取设备10因此能够拾取高清晰度 的图像。更灵敏的图像拾取设备10提供了用于拾取低亮度水平下的图像的足够灵敏度水平。
根据本实施例，因为四个摄像机ll， 12， 13， 14的NP点5彼此基本 对齐，所以相邻两个摄像机之间的任何视差几何被减到零。
因此，图像拾取设备10可以以无视差的方式拾取宽范围中的高质量 图像。
图像拾取设备10因此能够拾取诸如全方向范围的宽范围内的高清晰 度、高质量图像。
而且，图像拾取设备10提供低亮度环境下的优异可视性，用于拾取 宽范围中的高清晰度、高质量图像。
此外，根据本实施例，摄像机11， 12， 13， 14中的每一个的作为分 离单元的分光棱镜组件3和图像拾取元件4R， 4G， 4B被容纳在空间S1， S2， S3中，其中所述空间Sl， S2， S3是在垂直于所述光轴7通过透镜组 2的最靠近图像拾取元件的透镜的透镜表面与所述光轴7的相交点延伸的 平面39，与连接无视差点5和主光线(诸如主光线31， 32， 33， 34， 35， 36， 37， 38)和前透镜1的对象侧的透镜表面1A之间的一组相交点 构成的线段的平面(摄像机11的四角锥形式的壳体的侧表面IIA， IIB， 11C禾卩11D)之间所限定的空间。
换句话说，作为分离单元的分光棱镜组件3和图像拾取元件4R， 4G， 4B被容纳在空间Sl， S2， S3中，所述空间Sl， S2， S3是通过从在 NP点5和被施加到图像拾取元件4G的光检测表面上的端点41， 42， 43， 44的主光线(主光线31， 32， 33， 34， 35， 36， 37， 38)通过前透镜1 的点(21A， 22A， 23A, 24A, 25A， 26A)之间定义的空间去除从前透镜 1延伸到透镜组2的最靠近图像拾取元件的透镜的空间之后，留下的空 间。
因为分光棱镜组件3和图像拾取元件4R， 4G， 4B被容纳在空间S1， S2， S3中，所以电路板、线缆等也可以被容纳在空间Sl， S2， S3中，允 许相邻的摄像机被结合在一起，以保持NP点5彼此基本对齐。
图像拾取设备10因此可以以紧凑的设计被构造。
根据本实施例，摄像机11， 12， 13， 14中的每一个的壳体为具有基本方形底面的四角锥形式，并且前透镜1具有基本方形横截面形状。因 此，摄像机11， 12， 13， 14可以使得其外周表面没有间隙地彼此接合。
因为摄像机11， 12， 13， 14的外周表面可以没有间隙地彼此接合，所以 相邻的摄像机的图像拾取范围自前透镜1的更靠近对象的透镜表面1A彼 此交叠，在图像拾取设备IO前方不留下任何死角。因为图像拾取元件的 图像拾取范围通常是矩形或方形形状的，所以光学系统(透镜1，透镜组 2，孔径光阑等)可以被布置成使得通过了具有基本方形横截面形状的前 透镜1的边缘的主光线到达处于图像拾取元件的图像拾取范围的边缘处的 像素。这样，足够量的光到达可以是方形或者矩形形状的图像拾取范围的 角部的像素，从而有效地利用图像拾取元件的图像拾取范围。
如果每一个摄像机的壳体和前透镜的底表面是矩形形状的，则图像拾 取设备具有与上述的基本相同的优点。
如果摄像机是圆锥形的，则因为在相邻摄像机的前透镜之间产生间 隙，则产生死角，所述死角没有被包括在处于一直到交叠图像拾取范围的 区域中的任一一个摄像机的图像拾取范围中。因为到达各个图像拾取范围 的图像是圆形或者椭圆形状的，所以没有光到达处于可能是方形或者矩形 形状的图像拾取范围的角部处的像素，从而减小了利用图像拾取元件的效 率。
如上所述，监视摄像机等高度需要拾取处于低亮度环境中的对象的图
因为色彩过滤器吸收光并且各种颜色被单独分配到多个像素，所以用 于拾取全方向范围或广角度或宽范围中的图像的单CCD摄像机具有低的 光检测灵敏度水平。因此，这些摄像机难以拾取低亮度对象的图像。
可以设想应用本发明的原理来用棱镜分离入射光线，并且利用用于检 测可见光的图像拾取元件和用于检测红外辐射的图像拾取元件检测经分离 的入射光线。这样的布置将在下面讨论。
下面将参考图6和7描述根据本发明的另一个实施例的图像拾取设 备。图6是图像拾取设备的示意性垂直剖视图，图7是图6所示的图像拾 取设备的中心部分的放大垂直剖视图。
16根据本实施例的图像拾取设备采用四个透镜和四个摄像机来拾取宽范 围中的高清晰度图像，如同根据图l-5所示的实施例的图像拾取设备。
如在水平横截面中观察到的根据本实施例的图像拾取设备的结构细节 与根据前一实施例的图像拾取设备10的那些相同，因此没有进行图示并 且下面将不进行详细描述。
在根据前一实施例的图像拾取设备10中，其波长范围从400 nm到 700 nm的可见光被施加到分光棱镜组件3 (棱镜3A， 3B， 3C)，所述分 光棱镜组件3将光分成蓝光、绿光和红光，这些光到达分别对应于各个波 长的图像拾取元件并由其检测。
根据本实施例的图像拾取设备50在每一个摄像机中包含包括四个棱 镜3A， 3B， 3D， 3E的分光棱镜组件3，棱镜3D, 3E被布置来代替根据 前一实施例的图像拾取设备10的第三棱镜3C。用于根据波长分离可见入 射光的光学膜被布置在棱镜3A， 3B， 3D， 3E中的每一个和与之相邻一个 棱镜的边界表面之间。
用于检测蓝光的图像拾取元件4B被安装在最靠近透镜组2的第一棱 镜3A上。用于检测红光的图像拾取元件4R被安装在紧邻第一棱镜3A布 置的第二棱镜3B上。用于检测红外辐射的图像拾取元件4IR被安装在紧 邻第二棱镜3B布置的第三棱镜3D上。用于检测绿光的图像拾取元件4G 被安装在最远离透镜组2布置的第四棱镜3E上。
因为图像拾取元件4IR被安装在第三棱镜3D上，所以布置在第三棱 镜3D和第四棱镜3E的边界表面之间的光学膜包括用于反射红外辐射并通 过绿光的光学膜。
在通过了透镜组的光中，波长范围从约400 nm-约1000 nm的可见光 和红外辐射被施加到分光棱镜组件3，并且由此被分离。
波长范围从约700 nm-1000 nm的红外辐射到达图像拾取元件4IR的光 检测表面。在波长范围从400 nm到700 nm的可见光中，蓝色分量到达图 像拾取元件4B的光检测表面，绿色分量到达图像拾取元件4G的检测表 面，红色分量到达图像拾取元件4R的光检测表面。
图像拾取元件4IR， 4R， 4G， 4B被布置成使得清晰的图像通过各个波长的光被聚焦在其各自的光检测表面上。当由图像拾取元件4IR， 4R， 4G， 4B产生的四个图像被合成为一个图像时，合成图像保持对焦。
图像拾取设备50的其它结构细节与根据前一实施例的图像拾取设备 IO的相同，并且下面将不进行详细描述。
根据本实施例的图像拾取设备50的构造，因为四个摄像机11， 12， 13， 14的NP点5彼此基本对齐，所以如前一实施例的图像拾取设备10 — 样，相邻两个摄像机之间的任何视差几何被减到零。
因此，图像拾取设备50可以以无视差的方式拾取宽范围中的高质量 图像。
分光棱镜组件3 (3A， 3B， 3D， 3E)将通过了前透镜1和透镜组2的 光线分成具有不同波长的四组光线(红外辐射、红光、绿光和蓝光)，并 且四个图像拾取元件4IR， 4R， 4G， 4B检测各组光线。因此，较之比单 CCD图像拾取设备，图像拾取设备50的色彩再现性和分辨率更好，并且 灵敏度更好。
具体地，因为从通过了前透镜1和透镜组2的红外辐射被分离和被图 像拾取元件4IR检测，可以由红外辐射产生图像。因此，较之根据前一实 施例的图像拾取设备10，图像拾取设备50提供更好的在低亮度环境中的 可视性。
因此，图像拾取设备50提供了优异的在低亮度环境中的可视性，用 于拾取宽范围中的高清晰度、高质量图像。
用于检测红外辐射的图像拾取元件4IR的结构可以与用于检测可见光 的其它图像拾取元件4R， 4G， 4B的不同。例如，图像拾取元件4IR可以 包括光电二极管，作为深度形成的固态图像拾取元件，用于提高检测红外 辐射的效率，或者可以被专门地设计用于检测更长波长的红外辐射。
由图像拾取元件4IR检测的波长范围不限于从约700 nm到1000 nm 的范围，而是可以是诸如更宽或者更窄范围的另一范围。根据由图像拾取 元件4IR检测的波长范围，可以构建图像拾取元件4IR本身和用于分离红 外辐射的光学膜。
图l-5所示的图像拾取设备IO可以被修改，使得结合有第二棱镜3B的图像拾取元件能够检测红光和红外辐射两者。在此情况下，第二棱镜
3B和第三棱镜3C之间的光学膜应该不仅能够反射红外辐射，而且能够反
射近红外辐射。
分光棱镜组件可以包括两个棱镜，用于将波长范围从400 nm-约1000 nm的可见光分成波长范围从约400 nm-约700 nm的可见光和波长范围从 约700 nm-约1000 nm的近红外辐射，并且两个图像拾取元件可以用于检 测已经被分离成各个波长范围的可见光和近红外辐射。
在上述实施例中的每一个中，图像拾取设备10， 50的摄像机11， 12， 13， 14中的每一个具有四角锥形式的壳体，该壳体具有基本方形形状 的底表面。但是，壳体的底表面可以是具有不同的垂直和水平长度的矩 形。例如，壳体的底表面可以是与电视机的显示屏的高宽比(3: 4或9: 16)匹配的矩形形状。
在上述实施例中的每一个中，用于根据波长将光线分成多组光线的分 离单元包括分光棱镜组件3，所述分光棱镜组件3包括多个棱镜，所述棱 镜之间布置有光学膜。
但是，根据本发明的分离单元可以是任何其它不同的结构。例如，用 于分离光线的光学膜可以被布置在玻璃板的表面上，如投影仪等上所使用 的那些。分离单元应该被构造成与各个图像拾取单元(摄像机等)相比不 是太大。
但是，根据上述实施例的包括结合在一起的棱镜的分光棱镜组件3较 之玻璃板更有利，因为其允许光学系统容易地被调节以获得更高的精度。
在上述实施例中的每一个中，分光棱镜组件3和图像拾取元件4R， 4G， 4B被容纳在空间Sl， S2， S3中，其中所述空间Sl， S2， S3是在垂 直于所述光轴7通过透镜组2的最靠近图像拾取元件的透镜的透镜表面与 所述光轴7的相交点延伸的平面，与摄像机壳体的外周表面之间所限定的 空间。这样的布置使得可以简化图像拾取设备的结构，并且减小图像拾取 设备的尺寸。
但是，根据本发明的图像拾取设备不必将分离单元和图像拾取元件容 纳在上述空间中。例如，可以将图像拾取元件安装在壳体的与相邻图像拾取单元(摄像机等)被安装在其上的表面相对的外周表面上(例如图5所
示的表面11A， 11C上)(参见例如日本专利早期公开No. 2006-30664，
其是基于本申请人的一个较早申请的)，或者也可以将分离单元布置成延 伸超出壳体的外周表面。如果图像拾取设备以此方式被构造，则图像拾取 单元的壳体具有从四角锥突出的部分。这样构造的图像拾取设备具有较好 的色彩再现性和分辨率，并且能够利用被结合在一起多个图像拾取单元以 无视差的方式拾取宽范围中的图像。
在上述实施例中的每一个中，四个摄像机ll， 12， 13， 14的NP点5 被彼此基本对齐。根据本发明，四个摄像机ll， 12， 13， 14的NP点5可 以被布置在围绕NP点5中的一个半径为约20 mm的区域中。在NP点5 位于这样的区域的情况下，有图像拾取单元中的每一个的图像拾取元件产 生的图像可以以无视差的范围被合成在一起。
虽然详细地示出和描述了本发明的某些优选实施例，但是应该理解， 可以在其中进行各种变化和修改，而不偏离所附权利要求的范围。
权利要求
1. 一种图像拾取设备，包括多个图像拾取装置，用于分别拾取从宽范围中的对象所划分出的多个 对象片断各自的图像；以及处理装置，用于将由所述多个图像拾取装置拾取的所述图像合成为单 一图像，所述图像拾取装置中的每一个包括透镜和用于检测已经通过所述透镜 的光线的图像拾取元件，其中，在所述图像拾取装置中的每一个中，无视差点被定义为选自多 个通过与所述透镜相关的孔径光阑的中心的主光线中处于高斯区域中的主 光线的物空间中的直分量的延长线与所述图像拾取装置的光轴相交的点；所述无视差点被设置在所述图像拾取元件的后方，并且所述多个图像 拾取装置的所述无视差点位于围绕所述无视差点中的一个半径为约20毫 米的区域中；并且所述图像拾取装置中的每一个包括分离装置，所述分离装置用于将已 经通过所述透镜的光线分成具有不同波长的多组光线，所述多组光线将分 别由所述多个图像拾取元件检测。
2. 如权利要求1所述的图像拾取设备，其中，所述分离装置被容纳在 如下的空间中，所述空间是在通过所述透镜中的最靠近所述图像拾取元件 的一个透镜的透镜表面与所述光轴的相交点并垂直于所述光轴的平面，与 连接所述无视差点和所选定的主光线和所述透镜中最靠近对象的另一个透 镜的透镜表面之间的一组相交点构成的线段的平面之间所限定的空间。
3. 如权利要求2所述的图像拾取设备，其中，其中每一个检测多组光 线的所述多个图像拾取元件被容纳在所述空间中。
4. 如权利要求1所述的图像拾取设备，其中，所述分离装置将波长范 围从约400 nm到约700 nm的光线分成对应于蓝、绿、红的三个波长范围 中的光线，并且所述多个图像拾取元件包括用于分别检测所述三个波长范 围中的经分离光线的三个图像拾取元件。
5. 如权利要求1所述的图像拾取设备，其中，所述分离装置将波长范围从约400 nm到约1000 nm的光线分成波长范围从约400 nm到约700 nm 的可见光和波长范围从约700 nm到约1000 nm的近红外辐射，并且所述 多个图像拾取元件包括用于分别检测所述可见光和所述近红外辐射的两个 图像拾取元件。
6. 如权利要求1所述的图像拾取设备，其中，所述分离装置将波长范 围从约400 nm到约1000 nm的光线分成对应于蓝、绿以及红的三个波长 范围中的光线，并且所述多个图像拾取元件包括用于分别检测所述三个波 长范围中的经分离光线的三个图像拾取元件。
7. 如权利要求1所述的图像拾取设备，其中，所述分离装置将波长范 围从约400 nm到约1000 nm的光线分成对应于蓝、绿、红以及近红外辐 射的四个波长范围中的光线，并且所述多个图像拾取元件包括用于分别检 测所述四个波长范围中的经分离光线的四个图像拾取元件。
8. 如权利要求1所述的图像拾取设备，其中，所述分离装置布置在所 述透镜和所述图像拾取元件之间。
9. 如权利要求1所述的图像拾取设备，其中，在所述图像拾取元件中 的每一个中，所述透镜中最靠近对象的一个透镜具有方形或者三角形横截 面形状，并且所述图像拾取装置中的每一个包括其中容纳所述透镜的具有 四角锥形式的壳体。
10. —种图像拾取设备，包括多个图像拾取单元，其被构造来分别拾取从宽范围中的对象所划分出 的多个对象片断的各自图像；以及处理单元，其被构造来将由所述多个图像拾取单元拾取的所述图像合 成为单一图像，所述图像拾取单元中的每一个包括多个透镜和用于检测已经通过所述 透镜的光线的多个图像拾取元件，其中，在所述图像拾取单元中的每一个中，无视差点被定义为选自多 个通过与所述透镜相关的孔径光阑的中心的主光线中处于高斯区域中的主 光线的物空间中的直分量的延长线与所述图像拾取单元的光轴相交的点；所述无视差点被设置在所述图像拾取元件的后方，并且所述多个图像 拾取单元的所述无视差点位于围绕所述无视差点中的一个半径为约20毫米的区域中；并且所述图像拾取单元中的每一个包括分离单元，所述分离单元用于将已 经通过所述透镜的光线分成具有不同波长的多组光线，所述多组光线将分 别由所述多个图像拾取元件检测。
全文摘要
本发明公开了一种图像拾取设备，包括多个图像拾取单元，其被构造来分别拾取多个从宽范围中的对象所划分出的对象片断的各自图像；以及处理单元，其被构造来将由所述多个图像拾取单元拾取的所述图像合成为一个图像。
文档编号G03B33/12GK101311819SQ200810098198
公开日2008年11月26日 申请日期2008年5月26日 优先权日2007年5月25日
发明者吉川功一 申请人:索尼株式会社