CN103210348B - 用于生成三维图像信息的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于生成三维图像信息的方法和装置。该装置包括具有单一成像路径的透镜，该单一成像路径可操作以将在透镜的视场内捕获的光导向到透镜的孔径平面。该装置还包括紧靠近孔径平面定位的偏振镜，所述偏振镜包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，所述第二部分被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分，单一成像路径的第一部分和第二部分提供透镜的视场内的第一透视点和第二透视点。该装置进一步包括布置在单一成像路径中的调制器，该调制器可操作以选择性地改变通过调制器的光的偏振状态，以在通过单一成像路径的第一部分来形成第一图像和通过单一成像路径的第二部分来形成第二图像之间交替，第一图像表示来自第一透视点的视场内的对象并且第二图像表示来自第二透视点的对象，第一图像和第二图像一起可操作以表示对象的三维空间属性。

Description

用于生成三维图像信息的方法和装置
技术领域
本发明一般地涉及生成三维图像信息并且更特别地涉及使用单一成像路径来生成三维图像信息。
背景技术
在常规的二维（2D）成像中，捕获表示三维（3D）场景中的对象的光线并且将其映射到2D图像平面上，并且因而不记录深度信息。立体光学系统能够通过从不同透视点产生单独的图像来产生表示深度信息的图像。该单独的图像可以分别地呈现到用户的各自的左眼和右眼，从而模仿人眼在观看实际场景中的操作以及允许用户感知所呈现的视图中的深度。一般地，通过具有一对空间分离的成像路径的光学系统或通过使用单一成像路径的不同部分以产生具有不同透视点的图像来产生单独的或立体的图像。然后，可以使用能够选择性地允许单独的图像到达用户的各自的左眼和右眼的眼镜来呈现图像。可替代地，可以配置特殊显示器以将空间分离的图像投影到用户的各自的左和右眼。
立体成像的使用还发现应用在外科手术领域，其中，可以使用3D内窥镜以提供3D视图给外科医生。在远程操作中立体成像同样可以是有用的，诸如例如海底探索，其中通过提供3D图像信息给位于远离致动器处的操作者来便于机械式致动器的控制。在物理测量系统中和娱乐产业中使用的3D影片制作设备中可以发现立体成像的其它应用。
发明内容
根据发明的一个方案，提供了一种用于生成三维图像信息的装置。该装置包括具有可操作地将透镜的视场内捕获的光导向到透镜的孔径平面的单一成像路径的透镜，以及紧靠近孔径平面定位的偏振镜，所述偏振镜包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，所述第二部分被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分，单一成像路径的第一部分和第二部分提供透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点。该装置还包括布置在单一成像路径中的调制器，所述调制器可操作以选择性地改变通过调制器的光的偏振状态以在通过单一成像路径的第一部分来形成第一图像和通过单一成像路径的第二部分来形成第二图像之间交替，第一图像表示来自第一透视点的视场内的对象并且第二图像表示来自第二透视点的对象，第一图像和第二图像一起可操作以表示对象的三维空间属性。
孔径平面的位置可以由透镜的物理孔径的位置或物理孔径的共轭位置之一来限定。
偏振镜的第一部分可以包括具有第一线性偏振取向的线性偏振镜并且偏振镜的第二部分可以包括具有第二线性偏振取向的线性偏振镜，第一线性偏振取向与第二线性偏振取向正交。
可以将第一线性偏振取向定向在45度。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且调制器可操作地配置成在传送具有第一线性偏振状态的光和传送具有第二线性偏振状态的光之间交替。
可以将四分之一波片布置在单一成像路径中的所述调制器之后。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之前，并且调制器可操作地配置成选择第一线性偏振状态和第二线性偏振状态之一以用于传输，以及配置成在传送所选的线性偏振状态和使得所选的线性偏振状态的偏振取向发生90度变化之间交替。
可以将四分之一波片布置在单一成像路径中的所述调制器之前。
偏振镜的第一部分可以包括具有左旋椭圆偏振取向的偏振镜，并且偏振镜的第二部分可以包括具有右旋椭圆偏振取向的偏振镜。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且调制器可操作地配置成在传送具有左旋椭圆偏振取向的光和传送具有右旋椭圆偏振取向的光之间交替。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之前，并且所述调制器可操作地配置成选择左旋椭圆偏振取向和右旋椭圆偏振取向之一以用于传输，以及配置成在传送所选的偏振取向和使得所选的偏振方向经历在左旋偏振取向和右旋偏振取向之间的变化之间交替。
左旋椭圆偏振取向可以包括左旋圆偏振取向，并且右旋椭圆偏振取向可以包括右旋圆偏振取向。
可以将调制器布置在透镜之前。
该装置可以包括图像传感器，所述图像传感器可操作地配置成单独地记录第一图像和第二图像。
可以将调制器布置在透镜和图像传感器之间。
所述调制器可以包括液晶材料。
所述调制器可以包括法拉第旋转体。
调制器可以包括空间调制器，所述空间调制器可操作以移动从而在将具有第一偏振取向的调制器的第一区域引入单一成像路径和将具有第二偏振取向的调制器的第二区域引入单一成像路径之间交替。
可以将调制器布置在单一成像路径中的一位置处，在该位置处，所捕获的光的会聚角或发散角小于与调制器相关联的接受标准角。
偏振镜可以包括施加到紧靠近孔径平面布置的透镜元件表面的偏振涂层。
偏振镜和孔径平面之间的位移可以足够小，使得由于由偏振镜的第一部分和第二部分的光晕引起的第一图像和第二图像的强度变化可以在人眼可察觉的阈值以下。
位移可以足够小，以遍及与第一图像和第二图像相关联的图像平面将强度变化减小到30%以下。
透镜可以包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜元件并且偏振镜可以包括左半部和右半部，偏振镜的各自的左半部和右半部限定单一成像路径的各自的左半圆部分和右半圆部分。
透镜可以包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜元件并且偏振镜可以包括左扇区和右扇区，偏振镜的各自的左扇区和右扇区限定布置在透镜的垂直中心线周围的单一成像路径的各自的左扇区和右扇区。
偏振镜的第一部分和第二部分可操作以改变范围从而在形成第一图像和第二图像的同时使得引起第一透视点和第二透视点改变位置，透视点位置的变化提供三维空间属性的表示的对应变化。
该装置可以包括耦合到偏振镜的致动器，所述致动器可操作地配置成使得偏振镜的取向旋转90度以便于选择性地配置所述装置以生成横向和纵向之一上的图像。
该装置可以进一步包括布置在紧靠近偏振镜的单一成像路径的第一部分中的第一可变止挡件以及布置在紧靠近偏振镜的单一成像路径的第二部分中的第二可变止挡件。
止挡件可以是光圈并且可以将其设置在偏振镜之前。
根据发明的另一方面，提供了一种用于使用具有单一成像路径和关联的视场的透镜来生成三维图像信息的方法。该方法涉及将在透镜的视场内捕获的光导向到透镜的孔径平面，以及在紧靠近孔径平面定位的偏振镜处接收所捕获的光，所述偏振镜包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，并且所述第二部分被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分，单一成像路径的第一部分和第二部分提供透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点。该方法还涉及控制布置在单一成像路径中的调制器以选择性地改变通过调制器的光的偏振状态，以在通过单一成像路径的第一部分来形成第一图像和通过单一成像路径的第二部分来形成第二图像之间交替，第一图像表示来自第一透视点的视场内的对象并且第二图像表示来自第二透视点的对象，第一图像和第二图像一起可操作以表示对象的三维空间属性。
将光导向到透镜的孔径平面可以涉及将在透镜的视场内所捕获的光导向到位于透镜的物理孔径的位置或物理孔径的共轭位置之一的透镜的孔径平面。
接收所捕获的光可以涉及通过偏振镜的第一部分来接收具有第一线性偏振取向的光以及通过偏振镜的第二部分来接收具有第二线性偏振取向的光，第一线性偏振取向被定向成与第二线性偏振取向正交。
可以将第一线性偏振取向定向在45度。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且控制调制器的偏振状态可以涉及在传送具有第一线性偏振状态的光和传送具有第二线性偏振状态的光之间交替。
可以通过四分之一波片来导向由调制器传送的线性偏振光，从而使得由四分之一波片传送的光圆偏振。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之前，并且控制调制器的偏振状态可以涉及选择第一线性偏振状态和第二线性偏振状态之一以用于传输，以及在传送所选的线性偏振状态和使得所选的线性偏振状态的偏振取向变化90度之间交替。将光导向到透镜的孔径平面可以涉及通过布置在调制器之前的四分之一波片导向所捕获的透镜的视场内的光，从而使得线性地偏振来自对象的圆偏振光和椭圆偏振光中的至少一个。
使得线性地偏振可以涉及使得圆偏振光和椭圆偏振光之一偏振到第一偏振状态和第二偏振状态之一。
接收所捕获的光可以涉及通过偏振镜的第一部分来接收具有左旋椭圆偏振状态的光以及通过偏振镜的第二部分来接收具有右旋椭圆偏振状态的光。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且控制调制器的偏振状态可以涉及在传送具有左旋椭圆偏振状态的光和传送具有右旋椭圆偏振状态的光之间交替。
可以将调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之前，并且控制调制器的偏振状态可以涉及选择左旋椭圆偏振状态和右旋椭圆偏振状态之一以用于传输，以及在传送所选的偏振状态和使得所选的偏振状态经历左旋偏振状态和右旋偏振状态之间的变化之间交替。
左旋椭圆偏振状态可以是左旋圆偏振状态，并且右旋椭圆偏振状态可以是右旋圆偏振状态。
控制调制器的偏振状态可以涉及控制布置在透镜之前的调制器的偏振状态。
控制调制器的偏振状态可以涉及控制液晶材料的状态。
控制调制器的偏振状态可以涉及控制法拉第旋转体的状态。
控制调制器的偏振状态可以涉及移动调制器以在将具有第一偏振状态的调制器的第一区域引入单一成像路径和将具有第二偏振状态的调制器的第二区域引入单一成像路径之间交替。
控制调制器的偏振状态可以涉及控制布置在单一成像路径中的一位置处的调制器的偏振状态，在该位置处，所捕获的光的会聚角或发散角可以小于与调制器关联的接受标准角。
在偏振镜处接收所捕获的光可以涉及在施加到紧靠近孔径平面定位的透镜元件的表面的偏振涂层处接收所捕获的光。
在偏振镜处接收所捕获的光可以涉及在自孔径平面移位足够小的位移的偏振镜处接收所捕获的光，使得由于偏振镜的第一部分和第二部分的光晕引起的第一图像和第二图像的强度变化可以在人眼可察觉的阈值以下。
位移可以足够小，以遍及与第一图像和第二图像相关联的图像平面将强度变化减小到30%以下。
透镜可以包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜元件，并且接收所捕获的光可以涉及将具有第一偏振状态的光传送通过偏振镜的左半部以及将具有第二偏振状态的光传送通过偏振镜的右半部，偏振镜的各自的左半部和右半部限定单一成像路径的各自的左半圆部分和右半圆部分。
透镜可以包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜云集，并且接收所捕获的光可以涉及将具有第一偏振状态的光传送通过偏振镜的左扇区部分以及将具有第二偏振状态的光传送通过偏振镜的右扇区部分，将左扇区部分和右扇区部分布置在透镜的垂直中心线周围。
该方法可以涉及改变成像路径的第一部分和第二部分的范围以在形成第一图像和第二图像的同时使得第一透视点和第二透视点改变位置，透视点位置的变化提供三维空间属性的表示的对应变化。
该方法可以涉及选择性地将偏振镜旋转90度以生成横向和纵向之一上的图像。
通过偏振镜接收所捕获的光可以涉及通过第一可变止挡件来接收与单一成像路径的第一部分相关联的所捕获的光以及通过第二可变止挡件来接收与单一成像路径的第二部分相关联的所捕获的光。
可变止挡件可以是光圈。
可以通过第一可变止挡件将与单一成像路径的第一部分相关联的所捕获的光导向到偏振镜，并且可以通过第二可变止挡件将与单一成像路径的第二部分相关联的所捕获的光导向到偏振镜。
该方法可以涉及通过调整第一可变止挡件来沿着成像路径的第一部分调整该装置的焦深以及通过调整第二可变止挡件来沿着成像路径的第二部分调整该装置的焦深。
根据发明的另一方面，提供了一种用于使用具有单一成像路径和关联的视场的透镜来生成三维图像信息的装置。该装置包括提供将在透镜的视场内所捕获的光导向到透镜的孔径平面，提供将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，以及提供将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分，单一成像路径的第一部分和第二部分提供透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点。该装置还包括提供选择性地改变通过单一成像路径的光的偏振状态以在通过单一成像路径的第一部分来形成第一图像和通过单一成像路径的第二部分来形成第二图像之间交替，第一图像表示来自第一透视点的视场内的对象并且第二图像表示来自第二透视点的对象，第一图像和第二图像一起可操作以表示对象的三维空间属性。
根据发明的另一方面，提供了一种用于生成三维图像信息的装置。该装置包括具有可操作以将在透镜的视场内所捕获的光导向到透镜的孔径平面的单一成像路径的透镜，紧靠近孔径平面定位的光学元件，所述光学元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成将具有第一状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，并且所述第二部分被布置成将具有第二状态的光传送通过单一成像路径的第二部分，单一成像路径的第一部分和第二部分提供在透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点。该装置还包括布置在单一成像路径中的调制器，所述调制器可操作以选择性地改变通过调制器的光的状态以在通过单一成像路径的第一部分来形成第一图像和通过单一成像路径的第二部分来形成第二图像之间交替，第一图像表示来自第一透视点的视场内的对象并且第二图像表示来自第二透视点的对象，第一图像和第二图像一起可操作以表示对象的三维空间属性。
光学元件的第一部分可以包括被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分的偏振镜，并且光学元件的第二部分可以包括被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分的偏振镜，并且调制器可以可操作以选择性地改变通过调制器的光的偏振状态以在第一偏振状态和第二偏振状态之间交替。
在结合附图阅读本发明的特定实施例的以下描述时，对于那些本领域技术人员而言，本发明的其它方案和特征将变得明显。
附图说明
在说明本发明的实施例的图中，
图1是根据本发明的第一实施例的用于生成三维图像信息的装置的立体图；
图2是液晶图像调制器的部分截去立体图；
图3是描述图1中所示的装置的操作状态的俯视图；
图4是用于实施图1中所示的装置的空间调制器实施例的平面图；
图5是描述用于控制图4中所示的空间调制器的电流波形的系列曲线图；
图6是用于图4中所示的空间调制器的可选致动器的立体视图；
图7-9是示出图1中所示的装置中使用的偏振镜的可选实施例的系列视图；
图10是根据本发明的另一实施例的用于生成三维图像信息的装置的俯视图；
图11是在发明的又一实施例中使用的干涉滤光片的传输频谱的图形描述；
图12是根据本发明的进一步的实施例的用于生成三维图像信息的装置的俯视图；
图13是根据本发明的又一实施例的用于生成三维图像信息的装置的俯视图；以及
图14是根据本发明的另一可选实施例的用于生成三维图像信息的装置的俯视图。
具体实施方式
参见图1，一般地，在100处示出了根据本发明的第一实施例的用于生成三维图像信息的装置。该装置100包括具有大致沿中心轴线103定向的单一成像路径的透镜102。透镜102可操作地将透镜的视场内所捕获的光导向到透镜的孔径平面104。
该装置100还包括紧靠近孔径平面104定位的偏振镜108。孔径平面104可以是透镜102的物理孔径平面或者可以是孔径平面的共轭。偏振镜108包括第一部分110和第二部分112，该第一部分110被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，该第二部分112被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分。单一成像路径的第一部分和第二部分提供透镜102的视场内的各自的第一透视点和第二透视点。
装置100进一步包括布置在单一成像路径中的调制器106。调制器106选择性地可操作以改变穿过调制器的光的偏振状态以在通过单一成像路径的第一部分来形成第一图像和通过单一成像路径的第二部分来形成第二图像之间交替。第一图像表示来自第一透视点的视场内的对象（例如对象116）并且第二图像表示来自第二透视点的对象。第一图像和第二图像一起可操作以表示对象116的三维空间属性。
在图1中所示的实施例中，透镜102包括包含透镜元件118、120和122的多个透镜元件，其构成变焦透镜组124并且限定孔径平面104的位置。可以通过移动透镜元件118和120来改变变焦透镜组124的焦距。透镜102还包括用于在图像平面114处聚焦图像的聚焦透镜126。在其它实施例中，透镜102可以由更多或更少数量的透镜元件组成并且可以是定焦、摄远、或成像中使用的其它类型的透镜。
调制器106包括用于接收控制信号的输入128，该控制信号用于选择性地致使调制器改变穿过调制器的光的偏振状态。装置100还包括具有用于产生控制信号的输出132的控制器130。控制器130还包括用于接收同步信号（SYNCH）的输入134，可以从与用于记录第一图像和第二图像的图像记录元件关联的控制电路接收同步信号，图像记录元件例如为布置在图像平面114处的电荷耦合器件（未示出）。可以使用液晶器件、法拉第旋转体或响应于接收到控制信号或驱动信号而可操作以改变穿过器件的光的偏振状态的其它电光器件来实施调制器106。可替代地，如这里稍后详述地，可以通过机械地移动偏振元件来实施调制器106。
在一个实施例中，可以使用具有第一线性偏振取向的线性偏振镜来实施偏振镜108的第一部分110，以及可以使用具有第二线性偏振取向的线性偏振镜来实施偏振镜108的第二部分112，第一线性偏振取向与第二线性偏振取向正交。在图1中所示的实施例中，第一偏振取向和第二偏振取向分别地距垂直方向+45度和-45度，但是在其它实施例中，偏振可以是另外定向的（例如，垂直地和水平地）。有利地，将第一偏振取向和第二偏振取向定向在±45度防止由于从透镜102的视场接收到的光部分偏振而引起的第一图像和第二图像之间的差异，例如，正如当光从表面反射时将发生的，该表面诸如路面或水体。
在另一实施例中，偏振镜108的第一部分110可以包括可操作以传送具有左旋椭圆偏振状态的光的偏振镜，并且偏振镜108的第二部分112可以包括可操作地传送具有右旋椭圆偏振状态的光的偏振镜。可选地，偏振镜108的第一部分110和第二部分112可以包括可操作以传送具有各自的左旋圆偏振状态和右旋圆偏振状态的光的材料。
当如图1中所示地定向时，将装置100被配置成生成其中通常称作“横向”（即，图像的最长维度是水平地定向的）的图像。将得到的第一图像和第二图像分成右图像和左图像，这有利地使得第一图像和第二图像对应于将通常由用户的水平地分离的右眼和左眼观察的图像。但是，特别地在静止图像摄影中，对于照相机用户，通常在横向和纵向（即，其中图像的较长的维度是垂直定向的）两者中捕获图像。在装置100的可选的实施例中，可以将装置配置成允许横向模式或纵向模式中的配置。具体地，可以将偏振镜108在箭头136所指示的方向中旋转90度，使得第一图像和第二图像在如图1中所示的装置的取向上垂直地分离。在该配置中，当将装置100定向成在纵向模式中捕获图像时，第一图像和第二图像将保持水平地分离，因而提供具有各自的右透视点和左透视点的第一图像和第二图像。可以使用具有由用户手动操作的致动器的机械式旋转体来实施偏振镜108的90度旋转。可替代地，响应于纵向模式的用户选择或者自动地响应于由取向传感器生成的取向信号，可以由电动机来致动机械式旋转体，取向传感器诸如为加速计或重力传感器（未示出）。
调制器
在一个实施例中，可以使用液晶来实施调制器106以调制光的偏振状态。参见图2，一般地，在200处示出液晶图像调制器。调制器200包括布置在第一玻璃板204和第二玻璃板206之间的液晶材料层202。第一玻璃板204包括第一透明电极208，其在第一玻璃板的表面内延伸。第二玻璃板206包括第二透明电极212，其在第二玻璃板的表面内延伸。液晶调制器200还包括用于构成到第一透明电极208的电连接的连接器210以及用于构成到第二透明电极212的电连接的连接器214。连接器210和214便于电极208和212之间的驱动电压的施加，以使得在液晶层202内建立电场，用于改变液晶材料的偏振特性。
调制器200还包括允许传送具有第一线性偏振取向的光的偏振层216。在这一情形中，第一线性偏振取向在距垂直方向-45度角处。如这里较早所公开地，在其它实施例中，可以另外定向第一线性偏振取向。在图2中，未按比例示出各层的厚度。
液晶层202可以是扭曲向列型晶体材料，在没有在连接器210和214之间施加驱动电压的松弛状态下，该扭曲向列型晶体材料引起穿过层的光的偏振取向的旋转。例如，可以将液晶配置成在松弛状态中引起线性偏振光经历偏振取向的90度旋转。当在连接器210和214之间施加驱动信号时，扭曲向列型晶体材料重定向以允许光通过层202，而不改变偏振取向。在一个实施例中，可以由驱动信号的施加来致动液晶层202，该驱动信号具有在电压V+和V-之间变化的50%占空比的方波，其中，在安全工作电压范围内选择电压以提供光的偏振取向的从-45度偏振取向（如在传送通过偏振层216之后所接收的）到+45度偏振取向的90度变化。可以将控制器130（图1中所示）配置成在期望致动液晶层102以允许光穿过时选择性地生成驱动信号。在液晶的非致动状态下，连接器210和214之间没有施加驱动电位。可替代地，控制器130可以提供控制调制器驱动器（未示出）以选择性地生成驱动电压信号的低电平致动信号。
对于其中调制器200位于成像路径中的偏振镜108之前（如图1中所示）的实施例中的使用，光撞击到偏振层216上并且仅将具有-45度偏振取向的光传送到液晶层202。在连接器210和214之间没有施加驱动电压的情况下，垂直偏振光经历偏振取向上的旋转并且从液晶层中显现为具有+45度偏振取向的光。当在连接器210和214之间施加驱动电压时，传送具有-45度偏振取向的光，而偏振取向没有任何变化。因而，在这一操作模式中，响应于驱动电压的施加，调制器200选择性地在-45度和+45度之间改变传送的-45度偏振光的偏振状态。
操作
进一步参照图3描述图2中所示的调制器200的操作，其以俯视图示出了装置100。在所示的实施例中，偏振镜108的第一部分110包括可操作以传送在+45度偏振的光并且阻挡在-45度偏振的光的线性偏振镜。偏振镜108的第二部分112包括可操作以传送在-45度偏振的光并且阻挡在+45度偏振的光的线性偏振镜。液晶图像调制器200被配置成使得入射光撞击到偏振层216上，偏振层216被配置成在通过液晶层202之前传送在-45度偏振的光。
参见图3，从点140发射的光线150可以包括随机偏振的光，并且由偏振层216传送在-45度偏振的光成分，而另外的偏振光成分受阻挡。在图3中示出的操作实施例中，控制信号PC（由图1中所示的控制器130生成）具有致使调制器200处于松弛状态的信号状态PC1，其使得液晶层将光的偏振取向改变90度，从-45度到+45度，使得光线144和152在+45度偏振。透镜102捕获光线152并且将光线152导向到孔径平面104，在孔径平面104中光线穿过偏振镜108的第一部分110并且撞击到图像平面114上。从点140发射的光线142还可以包括随机偏振光，并且如之前所述，仅在-45度处偏振的光成分被传送通过偏振层216。因而，从调制器200出现的光线144在+45度偏振并且由偏振镜108的第二部分112阻挡并且因而不会到达图像平面114。因而，偏振镜108的第一部分110限定在形成第一图像中涉及的透镜102的单一成像路径的第一部分。
当控制信号PC改变状态到信号状态PC2时，将调制器200置于激活或非扭曲向列状态并且通过偏振层216的在-45度处偏振的光被传送通过液晶层202，而没有经历偏振取向的变化，因而，保持定向在-45度偏振状态。透镜102捕获光线144并且将光线144导向到孔径平面104，在孔径平面104中光线144被传送通过偏振镜108的第二部分112并且撞击到图像平面114上。在偏振镜108的第一部分110处阻挡光线152并且光线152不会到达图像平面114。因而，偏振镜108的第二部分112限定在形成第二图像中涉及的透镜102的单一成像路径的第二部分。
当选择性地将第一图像和第二图像导向到用户的各自的左眼和右眼时，用户将能够从图像中辨出3D信息，非常类似于当观看实际对象116时用户能够辨出3D信息的方式。
在另一实施例中，可以选择性地将第一图像和第二图像作为单独的视频域显示在视频显示监视器上。可利用各种类型的主动的和被动的眼镜来将这样显示的第一图像和第二图像导向到用户的眼睛。一般地，被动类型的眼镜依赖于显示的图像的额外的波长或偏振处理以使能眼镜中的被动滤光片元件分离图像。一般地，主动类型的眼镜包括用于从显示器接收同步信号以选择性地允许第一图像和第二图像传送到各自的左眼和右眼的接收机。可替代地，可以处理第一图像和第二图像以匹配各自的图像中的可识别的特征并确定所识别的特征之间的侧向偏移。与装置100的成像参数知识一起，可以将所确定的侧向偏移用于计算对象上的点之间或者不同深度处的对象之间的深度差。
有利地，偏振镜108可以是被动偏振镜元件，其允许相对薄的材料的使用，诸如可吸收的偏振镜膜或薄膜偏振镜。即使在已经限制透镜元件之间的空间的透镜102中，这样的材料也允许将偏振镜108置于非常接近孔径平面104处或在孔径平面104处。具有选择性的光传送/阻挡以用于产生在至少紧靠近透镜102的孔径平面处发生的第一图像和第二图像，以减少或消除由于光选择性传送通过单一成像路径的第一部分或第二部分而引起的图像的光晕，这是有利的。在某些实施例中，可以使偏振镜可被定位成紧靠近限定系统孔径并且控制透镜102捕获的光量的透镜的光圈（未示出）。可替代地，可以将偏振镜108的第一部分110和第二部分112作为涂层直接施加到限定透镜的孔径平面的透镜元件、或者紧靠近透镜的孔径平面定位的透镜元件。
为了使用特定透镜达到期望的成像品质或性能，可以执行光学灵敏度分析以产生表示偏振镜108到孔径平面104的最大位移的距离容限。这样的分析可以考虑到第一图像和第二图像中因由于偏振镜108的第一部分110和第二部分112引起的光晕而导致的几何偏移，以及距离容限将提供距孔径平面的最大距离以满足可接受的3D成像品质的标准。成像品质受通过移动偏振镜108远离孔径平面而影响的程度取决于构成透镜102的透镜元件的配置和系统的期望的成像性能。在非常高性能的成像系统中，可能偏振镜108必须被定位成非常接近孔径平面104以最小化光晕并且因而提供具有图像上基本上均匀图像强度的第一图像和第二图像。因为人眼对这样的下降并非极敏感，所以在更低性能成像系统中，允许图像边缘处非常明显的图像强度下降可能是可接受的。在非关键的成像应用中，可接受图像的外边缘处的30%-50%图像下降。
一般地，诸如液晶调制器200的调制器在光传送的方向上较厚并且因而可能不容易容纳在孔径平面处。有利地，调制器200可以位于透镜102内的多个位置中的任意位置处。在这一实施例中，调制器106位于透镜102之前，但是在其它实施例中，合适配置的调制器能够同样位于例如任意透镜元件之间或聚焦透镜126和图像平面114之间。
操作为主动偏振元件的调制器可以是特征在于依据具有各自的第一偏振状态和第二偏振状态的光之间的强度比。作为实际情况，对于众多主动偏振元件，当撞击到偏振镜上的光的会聚或发散角大于与所述调制器相关联的接受标准角时，偏振比下降。在这样的实施例中，可能期望使调制器200位于单一成像路径中的所捕获的光的会聚或发散角小于与所述调制器相关联的接受标准角的点处。在某些实施例中，透镜102可以具有一区域，在该区域上方光接近准直，其提供调制器200的大致最佳位置，受到与特定透镜相关联的其它间隔和设计约束。在图1和图3中所示的实施例中，只要对象116远离透镜102定位，则进入调制器200的光将具有普遍低的角度入射。
可替代地，对于其中液晶调制器200位于成像路径中的偏振镜108之后的相反取向的实施例中的使用，具有+45度偏振取向的光被传送通过偏振镜108的第一部分110，并且具有-45度偏振取向的光被传送通过偏振镜的第二部分112。当控制信号PC处于第一状态PC1时，液晶层处于松弛状态，并且-45度和+45度偏振取向的光都经历偏振取向的旋转。将来自偏振镜108的第一部分110的具有+45度偏振取向的光旋转成具有-45度的偏振取向，因而将被传送通过偏振层216而到达成像平面114，形成第一图像。将来自偏振镜108的第二部分112的具有-45度的偏振取向的光旋转到+45度偏振取向，并且将由偏振层216阻挡。当控制信号PC改变状态到PC2时，非扭曲向列状态的液晶传递具有-45度或+45度偏振取向的光，而不改变偏振取向并且-45度偏振光被传送通过偏振层216而到达图像平面114，形成第二图像。偏振层216将阻挡来自偏振镜108的第一部分110的+45度偏振光。
空间调制器实施例
在可选的实施例中，可以使用一般在图4中的380处所示的空间调制器来实施图1中所示的调制器106。参见图4，空间调制器380包括具有可操作以传送具有+45度偏振取向的第一区域384和可操作以传送具有-45度偏振取向的第二区域386的偏振镜382。偏振镜382安装在臂件388上，臂件388接着安装在枢轴390上以提供空间调制器380的横向运动。臂件388还包括沿着臂件安装在中间的磁铁392。将磁铁392布置在具有各自的线圈410和412的第一磁铁394和第二电磁铁396之间。偏振镜382、臂件388、枢轴390、以及电磁铁394和396一起构成可操作以产生用于使偏振镜382在第一臂件位置（如实线所示）和第二位置（如404处的间断轮廓线所示）之间在箭头402的方向上横向移动的力的机械式致动器。在这一实施例中，第一臂件位置和第二臂件位置由一对止挡件414和416来限定，其分别限定臂件和偏振镜382的第一位置和第二位置。止挡件414和416中的每一个均包括用于接合互补螺纹部分422的螺纹部分420，以提供臂件388和偏振镜382的移动的调整。
在406处间断轮廓线中示出了透镜（诸如图1中所示的透镜102）的单一成像路径的范围。在第一臂件位置，将第一偏振区域384布置成在阻挡具有-45度偏振取向的光的同时允许具有+45度偏振取向的光穿过单一成像路径。在第二臂件位置404，将第二偏振区域386被布置成在阻挡具有+45度偏振取向的光的同时允许具有-45度偏振取向的光穿过单一成像路径。
为了驱动空间调制器380，可以由图4中所示的调制器驱动器430来替代图1中所示的调制器驱动器130。调制器驱动器430包括用于驱动第一电磁铁394的线圈410的第一对输出432和用于驱动第二电磁铁396的线圈412的第二对输出434。
调制器驱动器430还包括输出436，其用于产生用于同步图像传感器的操作的同步信号（SYNC）以捕获第一图像和第二图像。可替代地，可以将输出436配置为输入，该输入用于接收由图像传感器生成的同步信号以有利于臂件388的运动与图像传感器的预定图像捕获率的同步。在操作中，调制器驱动器430内部地生成SYNCH信号或在输入436处接收SYNC信号。响应于SYNCH信号，控制器在输出432和434处生成电流波形，用于驱动各自的线圈410和412。通过各自的线圈410和412的电流引起力施加在臂件388上以使其朝期望的止挡件414或416移动。有利地，可以将调制器驱动器430实施为推拉式控制器，其中电磁铁394和396中的一个提供磁铁392上的吸力，而电磁铁中的另一个提供磁铁上的斥力，因而在止挡件416和414之间移动的同时增加臂件上的力。
图5中图形地示出了提供给线圈410和412以使臂件388朝第一电磁铁394移动的电流驱动的示例性的波形。在440处示出了通过线圈410的电流波形以及在442处示出了通过线圈412的电流波形。在446处示出了SYNCH信号的脉冲波形。SYNCH信号446的上升沿限定了第一时间周期444的开始时间，其中电流440快速上升以在臂件388上产生吸力。吸力克服臂件388的惯性并且致使臂件加速离开止挡件414和第二电磁铁396。在第一时间周期444期间，电流442初始地在零处并且一旦臂件388开始加速，电流442快速增加以随着臂件接近止挡件416而提供减速力，从而抑制臂件的运动以当接合止挡件时防止臂件的反弹。臂件388停于止挡件416处并且在每个线圈410和412中的电流440和442减小到小的保持电流以将臂件保持在止挡件416处。在其中臂件388保持在止挡件416处的第二时间周期448提供足够的时间以完成第一图像的捕获。
类似地，SYNCH信号446的后续上升沿限定了第三时间周期450的开始时间，其中电流442引起臂件388上的吸力并且电流440引起臂件388上的斥力，以使得臂件朝止挡件414移动。在其中臂件388停于止挡件414处的时间周期452限定了第四时间周期452，其提供了足够的时间以完成第二图像的捕获。
参见图6，一般在500处示出了空间调制器380（图4中所示）的致动器部分的可选的实施例。致动器500包括具有延伸贯通电动机的转子轴506的电动机502。如一般在图4中所示地，将臂件388安装到转子轴506上以用于横向运动。在这一实施例中，使用一对磁铁508和510来实施电动机502并且轴506将致动器线圈516支撑在磁铁之间。致动器线圈516耦合到调制器输出432以接收驱动电流，其致使在轴506上产生扭矩。通常，致动器500以类似于模拟式仪表移动的方式操作并且提供止挡件414和416之间的移动。在其它实施例中，可以配置电动机部分502以使得轴506被磁化并且线圈缠绕在磁极片（即508和510）上。
可变立体视觉
在图1中所示的实施例中，单一成像路径在形状上是圆形并且偏振镜108的第一部分110延伸以覆盖成像路径的第一半圆形部分，而第二部分112延伸以覆盖成像路径的第二半圆形部分。
在可选的实施例中，如图7、图8和图9中所示，第一部分110和第二部分112中的每一个均可以延伸以覆盖单一成像路径的小于半圆形区域的扇区。参见图7，设计偏振镜108的大小，使得第一部分110和第二部分112朝外延伸过成像路径406。在550处示出了由第一部分110覆盖的单一成像路径（由间断轮廓线406所示）的区域的质心，以及在552处示出了由第二部分112覆盖的单一成像路径的区域的质心。可以将质心550和552看作成限定通过透镜形成的各自的第一图像和第二图像的透视中心，透镜诸如图1中所示的透镜102。两个图像550和552之间的距离D表示图像之间的立体间距，该立体间距宽松地等同于由装置生成的“3D量”。
参见图8，通过沿箭头554的方向向内移动偏振镜108的第一部分110以及沿箭头556的方向向内移动第二部分112，在两个偏振镜部分之间形成重叠区域558。通过重叠区域558的光将通过具有-45度偏振取向的偏振镜108的部分和具有+45度偏振取向的部分并且因而不论偏振取向如何均将受阻挡。在这些条件之下，将质心550和552中的每一个均朝外偏移并且因而透视点同样朝外偏移，提供第一图像和第二图像之间更大的立体间距。
参见图9，偏振镜108的第一部分110在朝箭头560方向向内和第二部分112朝箭头562方向向内的进一步移动，使得两个偏振镜部分之间的重叠区域564的范围增加。通过重叠区域564的光将再次通过偏振镜108的-45度和+45度偏振部分两者并且因而被阻挡。在这些条件之下，再次向外偏移质心550和552，因而进一步改变透视点。
在一个实施例中，可以由致动器来执行偏振镜108的部分110和112的移动，致动器诸如小型步进电动机，并且在形成第一图像和第二图像的同时可以改变质心分离的程度，以提供可变的立体视觉，如在2009年7月10日递交的、名称为“METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING THREEDIMENSIONAL IMAGE INFORMATION USING A SINGLE IMAGINGPATH”的共同拥有的PCT专利申请PCT/CA2009/000957中公开的，这里通过引用将其全部内容引入本文。
圆偏振实施例
虽然已经结合线性偏振取向描述了以上实施例，还可以将以上调制器200配置成工作在椭圆或圆偏振光。参见图10，一般在600处示出圆偏振实施例。在这一实施例中，将调制器602布置在透镜元件118之前并且包括传送具有-45度偏振取向的光的线性偏振层604。调制器602还包括液晶层606，该液晶层606被配置成选择性地在+90度相位延迟和-90度相位延迟之间切换的，以产生右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。
偏振镜108的第一部分110和第二部分112是可操作以分别传送具有+45度和-45度偏振取向的光的线性偏振镜。偏振镜108进一步包括第一四分之一波片608，其定向成使得将具有右旋圆偏振的光转换成+45度取向的线性偏振光，线性偏振光被传送通过偏振镜108的部分110。偏振镜108还包括第二四分之一波片610，其定向成使得将具有左旋圆偏振的光转换成-45度取向的线性偏振光，线性偏振光被传送通过偏振镜108的部分112。因而，如这里较早描述地，偏振镜108的第一部分110和第二部分112使得在图像平面114处形成第一图像和第二图像。
非偏振实施例
在其它实施例中，可以用工作在另一光特性上的滤光片部分来替代图2中的偏振镜108的偏振镜部分110和112，以生成第一图像和第二图像。例如，部分110和112可以是传送光波长的特定窄带（诸如蓝光、绿光、和红光）的干涉滤光片。在图11中在700和702处图形地示出了这样的干涉滤光片的传输频谱。参见图11，如在700所示，可以将滤光片110配置成传送第一多个光波长λB1、λG1、和λR1，并且，如在702所示，可以将滤光片112配置成使第二多个光波长λB2、λG2、和λR2通过。可以将诸如图4中所示的调制器的空间调制器配置成使得第一区域384传送第一多个波长700，而第二区域386传送第二多个波长702。在操作中，空间调制器交替以允许通过单一成像路径选择性地接收第一波长范围和第二波长范围。当通过单一成像路径接收第二多个波长702时，干涉滤光片部分110阻挡这些波长，而干涉滤光片部分112传送第二多个波长，对第二多个波长进行成像以在图像平面114处形成第一图像。当通过单一成像路径接收第一多个波长700时，干涉滤光片部分112阻挡这些波长，而干涉滤光片部分110传送第一多个波长，对第一多个波长进行成像以在图像平面114处形成第二图像。由于人眼包括对波长中的轻微偏移不十分敏感的受光体，由左眼和右眼辨出的图像在频谱和显色上将不会明显不同，但是具有由单一成像路径的第一部分和第二部分提供的不同的透视点。第一多个波长和第二多个波长将充分不同，使得各自的传输带具有不明显的重叠。例如，只要波长之间不存在明显的强度差异，则事实上人眼无法辨出10纳米范围内的波长差别。由于人眼中的受光体对这样小的偏移不敏感，所以不将由眼睛接收到的第一图像和第二图像感知为具有不同的频谱或颜色内容。
圆偏振输入实施例
虽然已经结合线性偏振取向描述了以上实施例，在其它实施例中可以将装置配置成工作在椭圆或圆偏振光。参见图12，一般在800处示出了装置的圆偏振输入实施例。在这一实施例中，将调制器200布置在透镜元件118和装置800的输入端处的透镜102的视场中的点140之间。调制器200包括传送具有-45度偏振取向的光的线性偏振层216。将四分之一波片217设置在偏振层216和点140之间，使得通过四分之一波片217的传输致使入射的圆和椭圆偏振光线性地偏振。仅仅传送的线性偏振光成分的-45度成分进一步由偏振层216传送。调制器200如之前描述地工作并且交替地，当其在其PC1松弛状态中的控制信号PC的控制下时，使得传送的光+45度偏振，以及当其在其PC2激活状态中的控制信号PC的控制下时，使得传送的光-45度偏振。
在这一实施例中，偏振镜108的第一部分110和第二部分112是可操作以分别传送具有+45度和-45度偏振取向的光的线性偏振镜。因而，如这里较早所描述地，偏振镜108的第一部分110和第二部分112使得在图像平面114处交替地形成第一图像和第二图像。被传送通过装置800的单一成像路径的第一部分110的具有第一偏振状态的光提供了在透镜102的视场内的第一透视点。被传送通过装置800的单一成像路径的第二部分112的具有第二偏振状态的光提供了透镜102的视场内的第二透视点。因而，如这里较早所描述地，偏振镜108的第一部分110和第二部分112使得在图像平面114处形成第一图像和第二图像。第一图像表示来自第一透视点的透镜102的视场内的对象并且第二图像表示来自第二透视点的对象，第一图像和第二图像一起可操作以表示对象的三维空间属性。
圆偏振输出实施例
在本发明的可选的实施例中，一般在图13中在900处示出地，调制器200被布置在透镜126和图像平面114之间，其中，偏振镜216在装置900的输出端处面向图像平面114。将四分之一波片217布置在偏振镜216和图像平面114之间。在这一实施例中，通过偏振镜108的部分110的光线150在从偏振镜出现时具有+45度线性偏振，而通过偏振镜的部分112的光线142在从偏振镜出现时具有-45度线性偏振。
当调制器200在PC1松弛状态中时，其将光线150的偏振改变90度到+135度，而将光线142的偏振改变90度到+45度。在偏振层216的工作方面，+135度的偏振可操作地等效于-45度，偏振层216仅传送平行于-45度的偏振光。因此，当光线150和142撞击到偏振层216上时，仅仅光线150被传送到四分之一波片217并且光线142被阻止。四分之一波片217使得光线150圆偏振。
当调制器200在其PC2活动状态中时，其不改变光线150的偏振，保持它们在+45度线性偏振，而其将光线142的偏振保留在-45度。当光线150和142撞击到偏振层216上时，仅仅光线142被传送到四分之一波片217。然后，四分之一波片217使得光线150在与当调制器200在PC1松弛状态中时光线150相同的圆状态下圆偏振。
通过这一机制，光线150和142交替地在图像平面处形成图像，分别表示通过偏振镜108的部分110和部分112的光。通过装置900的单一成像路径的第一部分110的具有第一偏振状态的光提供透镜102的视场内的第一透视点。通过装置900的单一成像路径的第二部分112的具有第二偏振状态的光提供透镜102的视场内的第二透视点。因而，如这里较早所描述地，偏振镜108的第一部分110和第二部分112使得在图像平面114处形成第一图像和第二图像。第一图像表示来自第一透视点的透镜102的视场内的对象并且第二图像表示来自第二透视点的对象，第一图像和第二图像一起可操作以表示对象的三维空间属性。在两种情形下，都使用圆偏振光来形成图像。这对于诸如测距仪和特殊地或优选地使用输入的圆偏振光的特定成像设备的设备是有利的，特定成像设备诸如现代SLR照相机。这允许装置900作为输入前端耦合到这样的成像设备和测距仪。
可以在所有前述实施例中实施的本发明的进一步的实施例涉及添加一对可变止挡件。参见图14，一般在1000处示出基于图12中描述的实施例的示例性的实施例。装置1000包括具有作为透镜的一部分而布置为紧靠近偏振镜108的一对可变止挡件996和998的透镜902。在这一实施例中，将可变止挡件996和998布置在单一成像路径中的偏振镜108之前。有利地，可以将可变止挡件996和998布置在孔径平面104上透镜902的物理孔径处或者在物理孔径的共轭位置处，以及可以将偏振镜108布置成接收被传送通过可变止挡件的光。在一个实施例中，可以将可变止挡件996和998实施为光圈。通常，可变止挡件996和998可以是允许调整止挡件996和998的孔径的任意布置，以及孔径可以具有椭圆形、矩形、方形或其它形状。图12中示出如上为透镜102所描述的透镜902的所有其它元件，以及如结合图12所描述地，将调制器200被布置在透镜902之前。如这里较早描述地，将四分之一波片217布置调制器200之前。
在操作中，可以调整可变止挡件996和998以改变装置1000的焦深。在一个实施例中，可以相互独立地调整可变止挡件996和998，其有利于对于单一成像路径的第一部分和单一成像路径的第二部分对装置1000的焦深的独立调整。对于止挡件的对应调整可以提供其它实施例，使得成像路径的第一部分和第二部分中的每一个的焦深基本匹配。
有利地，这里描述的实施例有利于通过单一成像路径生成3D图像信息并且在定位孔径平面使得排除孔径平面处的厚调制元件的使用的成像系统中特别有用。所描述的实施例在对光晕敏感的成像系统中同样有用，以及将需要紧靠近孔径平面的调制器元件的精确布置。
虽然已经描述和说明了发明的特定实施例，应当将这样的实施例认为仅仅是发明的示例性的并且不应将其认为是限制如根据所附权利要求书所解释的发明。

Claims (51)

1.一种用于生成三维图像信息的装置，所述装置包括：
透镜，其具有可操作以将在所述透镜的视场内捕获的光导向到所述透镜的孔径平面的单一成像路径；
偏振镜，其紧靠近所述孔径平面定位，所述偏振镜包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，所述第二部分被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分，所述单一成像路径的所述第一部分和第二部分提供透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点；以及
调制器，其布置在所述单一成像路径中，所述调制器可操作以选择性地改变通过所述调制器的光的偏振状态，以在通过所述单一成像路径的所述第一部分来形成第一图像和通过所述单一成像路径的所述第二部分来形成第二图像之间交替，所述第一图像表示来自所述第一透视点的视场内的对象并且所述第二图像表示来自所述第二透视点的所述对象，所述第一图像和第二图像一起可操作以表示所述对象的三维空间属性，
其中所述调制器包括空间调制器，所述空间调制器可操作地移动以在以下之间交替：
将具有第一偏振取向的所述空间调制器的第一区域引入所述单一成像路径；以及
将具有第二偏振取向的所述空间调制器的第二区域引入所述单一成像路径。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述孔径平面的位置由以下之一来限定：
所述透镜的物理孔径的位置；以及
所述物理孔径的共轭位置。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述偏振镜的所述第一部分包括具有第一线性偏振取向的线性偏振镜，并且其中所述偏振镜的所述第二部分包括具有第二线性偏振取向的线性偏振镜，所述第一线性偏振取向与所述第二线性偏振取向正交。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述第一线性偏振取向定向在45度。
5.如权利要求3所述的装置，其中所述调制器被布置在所述单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且其中所述调制器被可操作地配置成在传送具有所述第一线性偏振状态的光和传送具有所述第二线性偏振状态的光之间交替。
6.如权利要求5所述的装置，进一步包括将四分之一波片布置在单一成像路径中的所述调制器之后。
7.如权利要求3所述的装置，进一步包括四分之一波片，所述四分之一波片被布置在单一成像路径中的所述调制器之前。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述偏振镜的所述第一部分包括具有左旋椭圆偏振取向的偏振镜并且所述偏振镜的所述第二部分包括具有右旋椭圆偏振取向的偏振镜。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述调制器被布置在单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且所述调制器可操作地配置成在传送具有所述左旋椭圆偏振取向的光和传送具有所述右旋椭圆偏振取向的光之间交替。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述左旋椭圆偏振取向包括左旋圆偏振取向并且其中所述右旋椭圆偏振取向包括右旋圆偏振取向。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述调制器被布置在所述透镜之前。
12.如权利要求1所述的装置，进一步包括图像传感器，所述图像传感器可操作地配置成单独地记录所述第一图像和第二图像。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述调制器被布置在所述透镜和所述图像传感器之间。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述调制器被布置在单一成像路径中的一位置处，其中在该位置处所捕获的光的会聚角或发散角小于与所述调制器相关联的接受标准角。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述偏振镜包括施加到布置为紧靠近所述孔径平面的透镜元件的表面的偏振涂层。
16.如权利要求1所述的装置，其中所述偏振镜和所述孔径平面之间的位移足够小，使得由于偏振镜的第一部分和第二部分的光晕而引起的第一图像和第二图像的强度变化在人眼可察觉的阈值以下。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述位移足够小，以遍及与第一图像和第二图像相关联的图像平面将所述强度变化减小到30％以下。
18.如权利要求1所述的装置，其中所述透镜包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜元件，并且其中所述偏振镜包括左半部和右半部，所述偏振镜的所述各自的左半部和右半部限定所述单一成像路径的各自的左半圆部分和右半圆部分。
19.如权利要求1所述的装置，其中所述透镜包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜元件，并且其中所述偏振镜包括左扇区和右扇区，所述偏振镜的所述各自的左扇区和右扇区限定布置在透镜的垂直中心线周围的所述单一成像路径的各自的左扇区和右扇区。
20.如权利要求1所述的装置，其中所述偏振镜的所述第一部分和第二部分可操作以改变范围从而在形成所述第一图像和第二图像的同时使得所述第一透视点和第二透视点改变位置，透视点位置的变化提供所述三维空间属性的表示中的对应变化。
21.如权利要求1所述的装置，进一步包括耦合到所述偏振镜的致动器，所述致动器可操作地配置成使得所述偏振镜的取向旋转90度，以便于选择性地配置所述装置以生成横向和纵向中之一的图像。
22.如权利要求1所述的装置，进一步包括紧靠近所述偏振镜而布置在所述单一成像路径的所述第一部分中的第一可变止挡件以及紧靠近所述偏振镜而布置在所述单一成像路径的所述第二部分中的第二可变止挡件。
23.如权利要求22所述的装置，其中所述第一可变止挡件和所述第二可变止挡件中的至少一个包括光圈。
24.如权利要求22所述的装置，其中将所述第一可变止挡件和所述第二可变止挡件被布置在所述偏振镜之前。
25.一种用于使用具有单一成像路径和关联的视场的透镜来生成三维图像信息的方法，该方法包括：
将所述透镜的视场内捕获的光导向到所述透镜的孔径平面；
通过紧靠近所述孔径平面定位的偏振镜来接收所述捕获的光，所述偏振镜包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分，所述第二部分被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分，所述单一成像路径的所述第一部分和第二部分提供透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点；以及
控制布置在单一成像路径中的调制器以选择性地改变穿过调制器的光的偏振状态，以在通过所述单一成像路径的所述第一部分来形成第一图像和通过所述单一成像路径的所述第二部分来形成第二图像之间交替，所述第一图像表示来自所述第一透视点的视场内的对象并且所述第二图像表示来自所述第二透视点的所述对象，所述第一图像和第二图像一起可操作以表示所述对象的三维空间属性，
其中所述调制器包括空间调制器，控制所述调制器的所述偏振状态包括移动所述空间调制器以在以下之间交替：
将具有所述第一偏振状态的所述空间调制器的第一区域引入所述单一成像路径；以及
将具有所述第二偏振状态的所述空间调制器的第二区域引入所述单一成像路径。
26.如权利要求25所述的方法，其中将光导向到透镜的孔径平面包括将在透镜的视场内捕获的光导向到位于以下之一处的透镜的孔径平面：
所述透镜的物理孔径位置；以及
所述物理孔径的共轭位置。
27.如权利要求25所述的方法，其中接收所述捕获的光包括通过所述偏振镜的所述第一部分来接收具有第一线性偏振取向的光，以及通过所述偏振镜的所述第二部分来接收具有第二线性偏振取向的光，所述第一线性偏振取向被定向为与所述第二线性偏振取向正交。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述第一线性偏振取向被定向在45度。
29.如权利要求27所述的方法，其中将所述调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且其中控制所述调制器的所述偏振状态包括在传送具有所述第一线性偏振状态的光和传送具有所述第二线性偏振状态的光之间交替。
30.如权利要求29所述的方法，包括通过四分之一波片来导向由所述调制器传送的线性偏振光，从而使得由所述四分之一波片传送的光圆偏振。
31.如权利要求27所述的方法，其中将光导向到透镜的孔径平面包括将通过布置在所述调制器之前的四分之一波片来导向在透镜的视场内捕获的光，从而使得线性地偏振来自所述对象的圆偏振光和椭圆偏振光中的至少一个。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述使得线性地偏振包括使得所述圆偏振光和所述椭圆偏振光中的所述一个偏振到所述第一偏振状态和所述第二偏振状态中的一个。
33.如权利要求25所述的方法，其中接收所述所捕获的光包括通过所述偏振镜的所述第一部分来接收具有左旋椭圆偏振状态的光，以及通过所述偏振镜的所述第二部分来接收具有右旋椭圆偏振状态的光。
34.如权利要求33所述的方法，其中将所述调制器布置在单一成像路径中的所述偏振镜之后，并且其中控制所述调制器的所述偏振状态包括在传送具有所述左旋椭圆偏振状态的光和传送具有所述右旋椭圆偏振状态的光之间交替。
35.如权利要求33所述的方法，其中所述左旋椭圆偏振状态包括左旋圆偏振状态并且其中所述右旋椭圆偏振状态包括右旋圆偏振状态。
36.如权利要求25所述的方法，其中控制所述调制器的所述偏振状态包括控制设置在单一成像路径中透镜之前的调制器的偏振状态。
37.如权利要求25所述的方法，其中控制所述调制器的所述偏振状态包括控制布置在单一成像路径中的一位置处的调制器的偏振状态，其中在该位置处，所捕获的光的会聚角或发散角小于与所述调制器关联的接受标准角。
38.如权利要求25所述的方法，其中在所述偏振镜处接收所述所捕获的光包括在施加到布置为紧靠近所述孔径平面的透镜元件表面的偏振涂层处接收所捕获的光。
39.如权利要求25所述的方法，其中在所述偏振镜处接收所述所捕获的光包括在自所述孔径平面移位足够小的位移的偏振镜处接收所述所捕获的光，使得由于偏振镜的第一部分和第二部分的光晕引起的第一图像和第二图像的强度变化在人眼可察觉的阈值以下。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述位移足够小，以遍及与第一图像和第二图像关联的图像平面将所述强度变化减小到30％以下。
41.如权利要求25所述的方法，其中所述透镜包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜元件，并且其中接收所述所捕获的光包括将具有所述第一偏振状态的光传送通过所述偏振镜的左半部以及将具有所述第二偏振状态的光传送通过所述偏振镜的右半部，所述偏振镜的所述各自的左半部和右半部限定所述单一成像路径的各自的左半圆部和右半圆部分。
42.如权利要求25所述的方法，其中所述透镜包括限定大致圆横截面的单一成像路径的多个大致圆形的透镜元件，并且其中接收所述所捕获的光包括将具有所述第一偏振状态的光传送通过所述偏振镜的左扇区部分以及将具有所述第二偏振状态的光传送通过所述偏振镜的右扇区部分，将所述左扇区部分和右扇区部分布置在透镜的垂直中心线周围。
43.如权利要求25所述的方法，进一步包括改变成像路径的所述第一部分和第二部分的范围，以在形成所述第一图像和第二图像的同时使得所述第一透视点和第二透视点改变位置，透视点位置的变化提供所述三维空间属性的表示的对应变化。
44.如权利要求25所述的方法，进一步包括选择性地将所述偏振镜旋转90度以生成横向和纵向中的一个上的图像。
45.如权利要求25所述的方法，其中通过所述偏振镜来接收所述所捕获的光包括通过第一可变止挡件来接收与单一成像路径的所述第一部分相关联的所捕获的光，以及通过第二可变止挡件来接收与单一成像路径的所述第二部分相关联的所捕获的光。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述第一可变止挡件和所述第二可变止挡件中的至少一个包括光圈。
47.如权利要求45所述的方法，其中通过所述第一可变止挡件来将与单一成像路径的所述第一部分相关联的所述所捕获的光导向到所述偏振镜。
48.如权利要求45所述的方法，进一步包括通过调整所述第一可变止挡件来调整单一成像路径的所述第一部分内的焦深。
49.一种用于使用具有单一成像路径和关联的视场的透镜来生成三维图像信息的装置，所述装置包括：
用于将所述透镜的所述视场内捕获的光导向到所述透镜的孔径平面的模块；
用于将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的第一部分的模块，以及用于将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的第二部分的模块，所述单一成像路径的所述第一部分和第二部分提供透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点；以及
用于选择性地改变穿过单一成像路径的光的偏振状态，以在通过所述单一成像路径的所述第一部分来形成第一图像和通过所述成像路径的所述第二部分来形成第二图像之间交替的模块，所述第一图像表示来自所述第一透视点的视场内的对象并且所述第二图像表示来自所述第二透视点的所述对象，所述第一图像和第二图像一起可操作以表示所述对象的三维空间属性，
其中用于选择性地改变穿过单一成像路径的光的偏振状态的所述模块包括空间调制器，所述空间调制器可操作地移动以在以下之间交替：
将具有第一偏振取向的所述空间调制器的第一区域引入所述单一成像路径；以及
将具有第二偏振取向的所述空间调制器的第二区域引入所述单一成像路径。
50.一种用于生成三维图像信息的装置，所述装置包括：
具有单一成像路径的透镜，其可操作以将透镜的视场内捕获的光导向到所述透镜的孔径平面；
紧靠近所述孔径平面定位的光学元件，所述光学元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成将具有第一特性的光传送通过单一成像路径的第一部分，所述第二部分被布置成将具有第二特性的光传送通过单一成像路径的第二部分，所述单一成像路径的所述第一部分和第二部分提供透镜的视场内的各自的第一透视点和第二透视点；以及
布置在单一成像路径中的调制器，所述调制器可操作以选择性地在通过所述单一成像路径的所述第一部分来传送具有所述第一特性的光以形成第一图像和通过所述单一成像路径的所述第二部分来传送具有所述第二特性的光以形成第二图像之间交替，所述第一图像表示来自所述第一透视点的视场内的对象并且所述第二图像表示来自所述第二透视点的所述对象，所述第一图像和第二图像一起可操作以表示所述对象的三维空间属性，
其中所述调制器包括空间调制器，所述空间调制器可操作地移动以在以下之间交替：
将具有第一特性的所述空间调制器的第一区域引入所述单一成像路径；以及
将具有第二特性的所述空间调制器的第二区域引入所述单一成像路径。
51.如权利要求50所述的装置，其中所述光学元件的所述第一部分包括被布置成将具有第一偏振状态的光传送通过单一成像路径的所述第一部分的偏振镜，并且其中所述光学元件的所述第二部分包括被布置成将具有第二偏振状态的光传送通过单一成像路径的所述第二部分的偏振镜，并且其中所述调制器可操作以选择性地改变通过调制器的光的偏振状态以在所述第一偏振状态和所述第二偏振状态之间交替。
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