CN112369018A - 用于产生虚拟现实立体图像的光学装置 - Google Patents

Abstract

公开了用于产生具有半球形视场的立体图像的设备和方法。在实施方式中，所述设备包括用于接收来自第一鱼眼透镜的第一光线和来自第二鱼眼透镜的第二光线的光学装置。第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜彼此相邻定位，并且第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧面向第一平面。所述光学装置将第一光线和第二光线引导到图像传感器上，并弯曲第一光线的光轴和第二光线的光轴，使得第一光线与第二光线并排投射到图像传感器上。

Description

用于产生虚拟现实立体图像的光学装置

技术领域

本公开的各方面和实施方式涉及光学装置，更具体地，涉及用于产生虚拟现实立体图像的光学装置。

背景技术

虚拟现实(VR)环境通常被描述为其中观看者可以进行探索的三维环境，并且被设计为提供对具有接近现实体验的环境的模拟。虚拟现实显示设备允许观看者与虚拟现实环境交互。例如，头戴式显示器(HMD)可以用于在VR环境中查看运动或静止图像。VR显示设备的视场(FOV)是观看者在任何给定时刻通过所述显示设备所看到的可观察区域的范围。在VR显示设备中提供的立体图像给观看者以深度感知。为了创建立体图像，从稍微不同的角度或视角向观看者的每只眼睛提供相同物体的图像。设备或系统可以用于记录场景，以使用VR显示设备来观看。

发明内容

以下是本公开的简要概述，以便提供对本公开的一些方面的基本理解。该概述不是本公开的广泛概述。其既不旨在标识本公开的关键或重要元素，也不旨在描绘本公开的特定实施方式的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现本公开的一些概念，作为在稍后呈现的更详细描述的序幕。

在一个实施方式中，公开了一种用于产生具有半球形视场的立体图像的光学装置。所述光学装置可以接收来自第一鱼眼透镜的第一光线和来自第二鱼眼透镜的第二光线。第一光线和第二光线可以通过第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧进入第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜。第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜可以彼此相邻定位，并且第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧可以面向第一平面。所述光学装置可以将第一光线和第二光线引导到图像传感器上，并且弯曲第一光线的光轴和第二光线的光轴，使得第一光线与第二光线并排投射到图像传感器上。

在一些实施方式中，所述光学装置可以修改在第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜中的每一个与图像传感器之间的法兰焦距，使得所述法兰焦距的修改值大于法兰焦距的初始值。来自第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜的第一光线和第二光线分别可以在基本上平行于第一平面的第二平面处形成初始图像，第二平面对应于距第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜的法兰焦距的初始值。图像传感器的尺寸可以小于由第一光线和第二光线在第二平面处形成的初始图像的组合尺寸。所述光学装置可以被配置成在基本上平行于第一平面的第三平面处生成初始图像的副本，第三平面对应于距第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜的法兰焦距的修改值。所述光学装置可以被配置成在第三平面处产生小于第二平面的初始图像的初始图像的副本，使得第三平面的初始图像的副本适于在图像传感器内彼此并排布置。

在一些实施方式中，在第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜的各自中心之间的第一距离可以大约为65毫米。第一鱼眼透镜或第二鱼眼透镜的第一直径可以小于65毫米。在第二平面处的每个初始图像的第二直径可以基本上等于图像传感器的高度。在第三平面处的初始图像的每个副本的第三直径可以基本上等于图像传感器的宽度的一半。

在一些实施方式中，第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜的各自中心可以位于基本上垂直于第一平面的第四平面上，图像传感器的中心可以位于基本上垂直于第一平面的第五平面上，并且第四和第五平面可以通过偏移分开。在一些实施方式中，该设备还可以包括位于第二平面处的一组凸透镜，该组凸透镜被配置成弯曲光线，使得所述光线被引导通过所述光学装置。

如上所述，该设备可以独立于图像传感器和/或鱼眼透镜来提供(例如，被提供为没有图像传感器和/或鱼眼透镜)。可替代地，该设备还可以包括包含图像传感器的相机。所述相机可以包括所述光学装置。所述鱼眼透镜中的一个或两个可以可拆卸地耦接到相机。

在各种实施方式中，可以将初始图像的副本中的第一副本提供给虚拟现实头戴式显示器(HMD)的第一目镜，并且可以将初始图像的副本中的第二副本提供给虚拟现实HMD的第二目镜。初始图像的副本中的第一副本可以被数字记录并电子传输到虚拟现实HMD的第一目镜，并且初始图像的副本中的第二副本可以被数字记录并电子传输到虚拟现实HMD的第二目镜。

本文还公开了一种系统，包括：第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜，用于捕捉分别通过第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧进入所述第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜的第一光线和第二光线，以产生具有半球形视场的立体图像，第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜彼此相邻定位，其中每个所述鱼眼透镜的物体侧面向第一平面；图像传感器，用于分别接收由第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜捕捉的第一光线和第二光线；以及位于第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜与图像传感器之间的光学装置，所述光学装置弯曲第一光线的光轴和第二光线的光轴，使得第一光线与第二光线并排投射到图像传感器上。

在一个实施方式中，公开了一种用于产生具有半球形视场的立体图像的方法。所述方法可以包括接收来自第一鱼眼透镜的第一光线和来自第二鱼眼透镜的第二光线以产生具有半球形视场的立体图像，第一光线和第二光线通过第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧进入第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜，并且第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜彼此相邻定位，其中每个所述鱼眼透镜的物体侧面向第一平面；使第一光线和第二光线被引导到图像传感器上；以及使第一光线的光轴和第二光线的光轴弯曲，以使得第一光线与第二光线并排投射到图像传感器上。

在一个或多个公开的实施方式中，还公开了用于执行上述实施方式的操作的计算设备。另外，在本公开的实施方式中，非暂时性机器可读存储介质存储用于执行上述公开的实施方式的操作的指令。

附图说明

从下面给出的详细描述和本公开的各个方面和实施方式的附图，将更全面地理解本公开的各方面和实施方式，然而，这些不应被用于将本公开限制于特定方面或实施方式，而是用于解释和理解。

图1示出了使用两个鱼眼透镜和一个图像传感器的示例设备。

图2示出了使用两个鱼眼透镜、图像传感器和光学装置来弯曲来自鱼眼透镜的光线的示例设备。

图3示出了根据本公开的实施方式的具有一组中继透镜的光学装置的示例。

图4示出了根据本公开的实施方式的具有一组场透镜的设备的示例。

图5示出了根据本公开的实施方式的用于减小鱼眼图像尺寸的光学装置的示例。

图6A-6D示出了根据本公开的实施方式的在鱼眼透镜的平面和图像传感器的平面之间具有偏移的光学装置的示例。

图7示出了根据本公开的实施方式的光学装置的另一示例。

图8A-8B示出了根据本公开的实施方式的包括相机、鱼眼透镜和光学装置的示例性设备。

图9是根据本公开的实施方式的用于产生具有半球形视场的立体图像的方法的一个示例的流程图。

具体实施方式

为了在VR环境内提供类似于人类在现实生活中体验的自然感知，在所述环境内的图像可以覆盖大约180度的视场(FOV)、或者接近半球形FOV。当头戴式显示器(HMD)的观看者转身时，该观看者可以保持对具有半球形FOV的自然感知的体验。此外，所述图像可以是用于提供深度感知的立体图像。

带有鱼眼透镜的相机可以捕捉到具有大约180度FOV的圆形图像。鱼眼透镜是一种超广角透镜，其产生具有扭曲的凸起的非直线(例如，非直线的视角)外观的宽全景或半球形图像。鱼眼透镜可以包括物体侧。为了提供立体图像，可以通过使用两个鱼眼透镜来记录从稍微不同的视点显示场景的一对图像。在VR显示设备中，鱼眼图像中的一个被显示给观看者的左眼，并且另一个鱼眼图像被显示给观看者的右眼。当这些图像在HMD上一起被观看时，在两个图像之间的细微差异使得用户感知到具有深度的三维(3D)图像。

此外，当捕捉鱼眼图像的鱼眼透镜以类似于人眼定位的方式定位时，实现了自然深度感知。人的眼睛面向前方，具有在两只眼睛之间的特定的间距范围。两只眼睛面对着同一个场景，因此看到该场景的基本上相同的部分。一般来说，在普通成人眼睛的瞳孔之间的距离，也称为瞳孔间距离(IPD)，通常在55mm至75mm的范围内，其中平均IPD约为65mm。因此，如果鱼眼图像可以从间隔在60mm至70mm之间、并且优选地从间隔65mm的两个视点获取，则两个鱼眼透镜可以提供自然深度感知。例如，两个鱼眼透镜可以放置成水平间隔65mm并且在地面上方的相同高度处。如果场景改变或包含运动，则需要同时获取两幅图像。

根据上述标准，可以通过使用两个相机或带有两个透镜的一个相机以捕捉两个鱼眼图像来实现自然感知。使用两个相机来捕捉所述两个图像有几个缺点。操作两个相机对用户不友好。在相机之间的操作需要精确同步。相机主体的通常较大的尺寸限制了在相机之间的距离以及相机的鱼眼透镜可以彼此放置多近。由于相机主体的庞大尺寸，不可能将在两个相机透镜之间的距离与在人的眼睛之间的距离相匹配。如果使用两个相机来记录图像，其中每个相机中的透镜放置在明显大于人眼的平均IPD的位置，则所产生的图像具有夸张的3D效果，其中在场景中的物体看起来不自然地小。这对于更靠近相机的物体来说更为明显。例如，如果所述透镜间隔开13厘米(两倍于普通人的IPD)，那么图像中的人可能看起来只有其实际尺寸的一半，并且所述VR环境可能看起来不自然。

存在一些消费级相机，用于捕捉具有立体图像的180度FOV。这些消费级相机使用小鱼眼透镜，以在带有两个小图像传感器的一个相机内并排容纳两个透镜。这些透镜和传感器的尺寸可能比专业级相机的透镜和传感器小。然而，由于这些消费级相机的传感器尺寸限制，这些相机产生的图像质量低。较小的透镜在产生更高质量的图像方面受到物理限制。由于透镜质量较低，图像可能不清晰。小传感器还具有高动态范围的问题。图像传感器的动态范围是传感器能够忠实捕捉的最大对比度(最大亮度和最小亮度之比)的度量。在像素之间的对比度高的图像可能会出现动态范围问题。例如，在从室内视点看向室外的场景中，室内部分可能看起来完全黑暗，而室外部分可能看起来曝光过度且毫无特色的白色。特别地，在180度FOV场景中，由于捕捉的区域很宽，通常会有非常暗的部分和非常亮的部分的组合。此外，小透镜的分辨率也有限。具有大FOV的图像需要具有高分辨率(例如，对于每只眼睛更多的像素)，因为捕捉了大面积。因此，低分辨率的较小透镜不能产生高质量、清晰的图像。

本公开的各方面通过使用两个高质量鱼眼透镜和一个相机来解决上述和其它挑战，其中两个鱼眼透镜的各自中心间隔开与普通人眼IPD大致相同的距离。通过对一个相机使用两个透镜避免了具有两个庞大的相机主体，具有两个庞大的相机主体防止了所述透镜以与人眼IPD相同的距离被放置。当两个鱼眼透镜各自的中心以与人眼IPD相同的距离(例如，65mm)间隔开时，鱼眼透镜产生的图像圈也可以以相同的距离(例如，65mm)间隔开。然而，传统上，一个相机限于一个图像传感器，该图像传感器从用于形成图像的一个鱼眼透镜接收光线。传统上，图像传感器的尺寸可能不能适应像普通人眼IPD那样间隔开的图像圈。也就是说，例如，图像传感器的宽度可以小于普通人眼IPD，在这种情况下，所述图像圈可能不适合图像传感器。为了使鱼眼透镜产生的图像圈所述适合图像传感器，本公开允许将所述图像圈从该图像圈最初形成的位置移位。

本公开的各方面提供了一种在两个高质量鱼眼透镜和一个相机的图像传感器之间的光学装置，以用于将两个鱼眼透镜的中心以与普通人眼IPD近似相同的距离间隔开，同时使来自所述鱼眼透镜的鱼眼图像移位，使得所述鱼眼图像适于在图像传感器上彼此并排布置。如在本公开中所使用的，术语“并排”可以被定义为间隔开的和/或邻接的。在示例中，本公开的各方面提供了一种产生具有半球形视场的立体图像的光学装置，其中该光学装置接收来自第一鱼眼透镜的第一光线和来自第二鱼眼透镜的第二光线。第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜可以彼此相邻定位。例如，第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜可以水平地彼此相邻定位，使得在鱼眼透镜的中心之间的距离大约为65毫米。每个鱼眼透镜的物体侧可以面向第一平面。例如，鱼眼透镜可以定位成类似于面向前方的人眼，使得两个鱼眼透镜捕捉相同的场景。透镜的这种配置允许捕捉立体“VR180”视频或静止图像，其中所述立体视频或静止图像包括两个单视场视频或静止图像，其中每个图像具有近似半球形(或180度)的视场。所述光学装置可以将第一光线和第二光线引导到图像传感器上(换句话说，第一光线和第二光线可以都被引导到同一图像传感器的不同区域上)。例如，图像传感器可以是相机的一部分。所述光学装置可以使第一光线和第二光线的光轴弯曲，使得第一光线与第二光线并排投射到图像传感器上。使光轴弯曲可以使由光线产生的图像圈更靠近一起，以能够适合布置在图像传感器中。

本文提及的以下描述和附图示出了本申请主题的实施方式，并且不旨在限制范围。本领域普通技术人员将认识到，所公开的系统、设备和方法的其它实施方式是可能的。所有这样的实施方式都应该被认为在权利要求的范围内。附图标记不一定按照它们在附图中出现的顺序来讨论。对附图中的各种部件(例如光学部件)的描述是说明性的，并且不一定按比例绘制。

图1示出了使用两个鱼眼透镜110和112以及图像传感器140的示例性设备100的俯视图。图像传感器140可以包括在相机主体150内。光轴120和122分别对应于鱼眼透镜110和112。在一些示例中，光轴(例如轴120或122)可以是沿着鱼眼透镜的中心下来的假想线，该假想线限定了中心光线沿其穿过鱼眼透镜传播的路径。在示例中，鱼眼透镜的中心可以间隔开与普通人眼IPD近似相同的距离。另一方面，图像传感器140的尺寸可以小于与IPD相等的距离。对于给定类型的透镜，来自鱼眼透镜的光线可以在离鱼眼透镜后部固定距离处形成鱼眼图像。法兰焦距160可以定义为从在鱼眼透镜110后部的安装法兰(例如法兰平面)到图像传感器140所在的平面(例如焦平面)的距离。鱼眼图像圈130最初可以在距鱼眼透镜110等于法兰焦距160的距离处形成。因此，图像圈130可以出现在与图像传感器140的平面相同的平面上，然而，由于透镜以大于图像传感器的尺寸的距离间隔开的事实，鱼眼图像圈130可以出现在图像传感器140的外部。例如，在给定的场景中，图像传感器140可以具有41mm(宽)乘22mm(高)的尺寸。由来自透镜110和112的光线分别形成的图像圈130和132的直径可以各为20mm。在鱼眼透镜110和112的中心之间的距离可以是65mm，且因此在图像圈130和132之间的距离也可以是65mm。因此，图像传感器的宽度为41mm，图像圈130和132可以完全落在图像传感器140的外部，如图1所示。在这种情况下，相机不能记录图像，因为它们落在所述传感器之外。可以利用光学装置来使所述图像圈移位，使得所述图像圈最终被投影到图像传感器上，并且适合彼此并排地布置在图像传感器上。

图2示出了通过使用两个鱼眼透镜、图像传感器和光学装置280来弯曲来自鱼眼透镜的光线的示例性设备200。光学装置280可以包括一组镜子281、282、283和284。所述镜子可以被放置成使得所述镜子分别弯曲来自鱼眼透镜210和212的光线的光轴220和222，使得来自鱼眼透镜210的光线与来自鱼眼透镜212的光线并排投射到图像传感器240上。在图2所示的示例中，一对镜子281和282被放置在鱼眼透镜210和212与图像传感器240的平面之间。光轴220通过镜子281弯曲并被导向镜子282，镜子282进一步弯曲光轴220以引导光轴220与图像传感器240相交。沿着光轴220来自鱼眼透镜210的光线可以被投射到图像传感器240上，在此处可以通过图像传感器240记录由鱼眼透镜产生的图像圈。光学装置280使得在鱼眼透镜后部和图像传感器之间行进的光线的距离从法兰焦距的初始值修改为修改值。所述修改值可以大于在光线弯曲之前的法兰焦距的初始值。也就是说，与将所述镜子放置在透镜和图像传感器之间之前相比，在所述镜子弯曲光轴220之后，光轴220的在鱼眼透镜210的后端和图像传感器240之间的部分可以更长。结果是，由透镜产生的图像圈230和232出现在半空中，或者对应于距鱼眼透镜的法兰焦距的初始值。该图像传感器240可能接收在图像传感器240处产生图像圈230和232的模糊版本的光线。

图3示出了根据本公开的实施方式的光学装置300的示例。光学装置300可以产生具有半球形视场的立体图像。光学装置300可以接收来自第一鱼眼透镜310的第一光线和来自第二鱼眼透镜312的第二光线。第一鱼眼透镜310和第二鱼眼透镜312可以彼此相邻定位。在示例中，在两个鱼眼透镜的各自中心之间的距离可以大约为65毫米。在示例中，第一鱼眼透镜或第二鱼眼透镜的直径可以小于在鱼眼透镜的中心之间的距离，例如，小于65毫米。第一光线和第二光线可以分别通过物体侧311和313进入第一鱼眼透镜310和第二鱼眼透镜312。物体侧311和313可以指向被拍摄的物体、场景或视图。第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜310和312中的每一个的物体侧311和313可以分别面向第一平面301。在示例中，第一平面301可以对应于要被捕捉以产生立体图像的场景。光学装置300可以被配置成将来自鱼眼透镜310的第一光线和来自鱼眼透镜312的第二光线引导到图像传感器340上。在示例中，所述图像传感器的宽度可以是由鱼眼透镜产生的图像圈的直径尺寸的至少两倍，并且图像传感器的高度可以至少是由鱼眼透镜产生的图像圈的直径尺寸。在示例中，具有高分辨率的图像传感器可以捕捉更详细的图像。示例性图像传感器可以具有8000×4000像素的分辨率。光轴320和322可以分别表示为对应于来自鱼眼透镜310和312的光线的光轴。光学装置300可以被配置成弯曲第一光线和第二光线的光轴320和322，使得来自鱼眼透镜310的第一光线与来自鱼眼透镜312的第二光线并排投射到图像传感器340上。

与图2的光学装置相比，鱼眼透镜310和312可以进一步远离图像传感器340移动。利用这种配置，图像圈330和332可以在分别对应于每个鱼眼透镜310和312的第一镜子381和384之前的半空中形成。分别来自第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜310和312的第一光线和第二光线可以在第二平面302处形成初始图像(例如，图像圈330和332)，第二平面302可以基本上平行于第一平面301。在示例中，第二平面处的每个初始图像的直径可以不超过图像传感器的高度、或不超过图像传感器的宽度的一半。在示例中，初始图像的直径也可以基本上不小于图像传感器的高度、或不小于图像传感器的宽度的一半。第二平面302可以对应于在不存在所述光学装置时在鱼眼透镜310和312的后部到图像传感器340之间的法兰焦距的初始值。光学装置300的存在可以修改法兰焦距，使得法兰焦距的修改值大于初始值。

光学装置300可以包括一组中继透镜390和392。中继透镜可以定位在初始图像在其中形成的第二平面302和图像传感器340之间。光学装置300的中继透镜可以被配置成在基本上平行于第一平面301的第三平面303处生成初始图像圈330和332的副本。第三平面303可以对应于距第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜310和312的后部的法兰焦距的修改值。也就是说，第三平面对应于图像传感器340所定位在的平面。图像传感器340能够记录初始图像的副本，因为所述副本彼此并排地投影到图像传感器340上，适合布置在图像传感器中。然后，初始图像的副本可以用于产生具有半球视场的立体图像。

所述中继透镜可以包括单个或多个元件。例如，可以在双高斯配置中使用六个元件的组合。所述中继透镜设计的细节、所述镜子相对于中继透镜的尺寸和位置可以取决于所述鱼眼透镜的光学特性和图像传感器的尺寸。

图4示出了根据本公开的实施方式的设备400的示例。设备400可以包括一组场透镜460和462。在实施方式中，鱼眼透镜410和412可以与图像传感器440间隔开一段距离，使得用于形成初始图像430和432的一些光线分别行进穿过镜子482和484。这种光线464的示例用虚线示出。光线464可以以一定角度从鱼眼透镜410中射出，使得它可能错过与镜子482相交。结果是，这些光线可能不会到达图像传感器440。错过图像传感器的光线可能会导致严重的渐晕(例如，在没有明确边界的情况下淡入背景)。在这些场景中，在图像传感器上的来自鱼眼透镜的圆形图像的外部部分可能看起来非常暗或者完全是黑色的。鱼眼透镜的FOV可以有效地减小到明显小于180度。场透镜460和462可以放置在其中形成初始图像的平面(例如，图3所示的平面302)上或附近，以解决错过的光线。场透镜460和462可以是凸透镜。由于其凸起的形状，场透镜可以将光线往后朝向光轴(例如，光轴420)弯曲(否则所述光线将会逸出)。这可以使得光线能够被引导通过所述光学装置的镜子和中继透镜，使得光线被投射到图像传感器440上。这种重定向光线的示例显示为光线466。场透镜可以确保图像传感器覆盖鱼眼透镜的整个视场而没有渐晕。

图5示出了根据本公开的实施方式的光学装置500的示例。光学装置500可以操纵在初始图像和中继透镜之间的距离，以修改图像传感器所接收的图像的尺寸。在一些实施方式中，由鱼眼透镜产生的圆形图像可能太大而无法适合布置在图像传感器上。例如，图像传感器的尺寸可以小于由第一光线和第二光线在第二平面处形成的初始图像的组合尺寸。例如，图像传感器的图像宽度可以是40毫米，并且图像传感器的高度可以是20毫米。在初始图像在该处形成的第二平面上的每个初始图像的直径可以是30毫米，使得初始图像的组合尺寸为60毫米，这大于上述图像传感器尺寸。组合尺寸太大而无法适合布置在图像传感器上以记录初始图像的副本。为了解决这个问题，所述光学装置可以被配置成在第三平面处产生小于在第二平面处的初始图像的初始图像的副本，使得在第三平面处的初始图像的副本适于在图像传感器内彼此并排布置。在示例中，作为尺寸减小的结果，在第三平面处的初始图像的每个副本的直径可以是20毫米，并且初始图像的副本的组合尺寸可以是40毫米，适合于布置在上述示例的图像传感器中。

为了减小所述图像的尺寸，可以增加在初始图像和中继透镜之间的距离，而不改变在中继透镜和图像传感器之间的距离。如图5所示，在初始图像在该处形成的第二平面502和中继透镜590之间的距离由D1和D2表示。在中继透镜590和图像传感器540之间的距离由D3和D4表示。在图像传感器540处的鱼眼图像的尺寸可以从在平面502处形成的初始图像减小(D1+D2)/(D3+D4)倍。例如，如果每个初始图像直径是30mm，则两个图像在图像传感器处的组合直径将是60mm。如果图像传感器是40mm乘20mm，则组合直径需要减小1.5倍，或者减小到40mm。因此，距离D1+D2将比距离D3+D4大1.5倍，使得图像尺寸被减小1.5倍。

图6A-6D示出了根据本公开的实施方式的在鱼眼透镜的平面和图像传感器的平面之间具有偏移的光学装置600的示例。图6A示出了光学装置600的俯视图，图6B示出了光学装置600的前视图，图6C示出了光学装置600的侧视图，并且图6D示出了光学装置600的透视图。在实施方式中，第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜的各自中心可以位于基本垂直于第一平面的第四平面上，并且图像传感器的中心可以位于基本垂直于第一平面的第五平面上，其中第四平面和第五平面可以通过偏移分开。如图6A-6D所示，有五个平面601-605。鱼眼透镜610和612中的每一个的物体侧面向第一平面601。鱼眼透镜610和612的中心位于基本垂直于第一平面601的第四平面604上，并且图像传感器的中心位于基本垂直于第一平面601的第五平面605上。换句话说，第四平面和第五平面604和605基本上彼此平行，并且基本上垂直于第一平面至第三平面601-603(它们基本上彼此平行)，并且鱼眼透镜610和612的轴在第四平面604上，并且图像传感器640的轴在第五平面605上。第四平面604和第五平面605通过偏移分开。该偏移可以增加在镜子683和684之间的距离，例如，这可以允许鱼眼透镜移动得更靠近相机主体650，导致所述系统整体尺寸的减小。在图6A-6D所示的特定示例中，所述偏移是垂直偏移，它是通过相对于图像传感器向下移动鱼眼透镜而产生的。

图7示出了根据本公开的实施方式的光学装置700的另一个示例。在一些实施方式中，根据鱼眼透镜的法兰焦距、图像圈的尺寸和图像传感器的尺寸，所述镜子和中继透镜的顺序可以沿着光轴改变。在一些示例中，中继透镜可以放置在第一个镜子之前或在对应于鱼眼透镜的一对镜子中的最后一个镜子之后，而不是被放置在第一个镜子和最后一个镜子之间。在一些示例中，第一个镜子可以放置在场透镜之前。在示例光学装置700中，中继透镜790和792放置在最后的镜子782和783之后。

图8A-8B示出了根据本公开的实施方式的设备800的示例。设备800可以包括相机850、两个鱼眼透镜810和812、光学装置801和图像传感器840。光学装置801可以与光学装置280、300或500中的任何一个是可比的。在一些实施方式中，光学装置801可以是相机850的一部分。在一些实施方式中，鱼眼透镜810和812中的一个或多个可以可移除地耦接到相机850或光学装置801。在一些实施方式中，设备800可以用于向虚拟现实HMD(未示出)提供立体图像。在实施方式中，所获取的由鱼眼透镜810和812形成的初始图像的副本中的第一副本可以被提供给所述虚拟现实HMD(未示出)的第一目镜，并且初始图像的副本中的第二副本可以被提供给虚拟现实HMD的第二目镜。所述初始图像的副本中的第一副本可以由相机数字地记录并电子传输到虚拟现实HMD的第一目镜，并且类似地，所述初始图像的副本中的第二副本可以由相机数字地记录并电子传输到虚拟现实HMD的第二目镜，以便在HMD中回放。传输和回放可以是实时的，或者所记录的图像可以以数字形式存储，并在以后回放。

图9是根据本公开的实施方式的用于产生具有半球形视场的立体图像的方法900的一个示例的流程图。例如，方法900可以使用参照图8A-8B描述的设备800和/或参照图3描述的光学装置300来执行。虽然图9和相关描述以特定顺序列出了方法900的操作，但是该方法的各种实施方式可以并行和/或以任意选择的顺序执行所描述的操作中的至少一些。

在框902，可以接收来自第一鱼眼透镜的第一光线和来自第二鱼眼透镜的第二光线以产生具有半球形视场的立体图像。第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜可以彼此相邻定位。每个鱼眼透镜的物体侧可以面向第一平面。在框904，可以使第一光线和第二光线被引导到图像传感器上。在框906，可以使第一光线的光轴和第二光线的光轴弯曲，使得第一光线与第二光线并排投射到图像传感器上。所述光线可以在基本上平行于第一平面的第二平面处产生初始图像。在一些实施例中，初始图像的副本可以在基本上平行于第一平面的第三平面处形成。初始图像的副本可以作为具有半球视场的立体图像来提供。例如，可以为VR环境提供立体图像。

在前面的描述中，阐述了许多细节。然而，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说明显的是，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实施。在一些情况下，公知的结构和设备以框图形式示出，而不是详细示出，以避免模糊本公开。

本文使用词语“示例”或“示例性”来表示用作示例、实例或说明。本文中描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为优选于或优于其它方面或设计。相反，使用词语“示例”或“示例性”意在以具体的方式呈现概念。如在本申请中所使用的，术语“或”意在表示包含性的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明，或者从上下文中清楚，“X包括A或B”旨在表示任何自然的包含排列。即如果X包括A；X包括B；或者X包括A和B两者，则在前述任一情况下“X包括A或B”被满足。此外，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常可被解释为意指“一个或多个”，除非另有说明或从上下文中清楚地指向单数形式。此外，术语“实施方式”或“一个实施方式”、或“实施方式”或“一个实施方式”在各处的使用并不意味着相同的实施方式或实施方式，除非如此描述。如这里所使用的，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是指用于区分不同元件的标记，并且根据它们的数字名称不一定具有序数意义。

应该理解的是，上述描述意图是说明性的，而不是限制性的。在阅读和理解以上描述时，其它实施方式对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，本公开的范围可以参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

光学装置，所述光学装置用于产生具有半球形视场的立体图像，所述光学装置用于接收来自第一鱼眼透镜的第一光线和来自第二鱼眼透镜的第二光线，所述第一光线和所述第二光线通过所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧进入所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜，

其中，所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜彼此相邻定位，并且所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜中的每一个的所述物体侧面向第一平面，并且

其中，所述光学装置用于：

将所述第一光线和所述第二光线引导到图像传感器上，以及

弯曲所述第一光线的光轴和所述第二光线的光轴，使得所述第一光线与所述第二光线并排投射到所述图像传感器上。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学装置用于修改从所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜中的每一个到所述图像传感器的法兰焦距，使得所述法兰焦距的修改值大于所述法兰焦距的初始值。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，来自所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜的所述第一光线和所述第二光线分别在基本上平行于所述第一平面的第二平面处形成初始图像，所述第二平面对应于距所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜的所述法兰焦距的所述初始值。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述图像传感器的尺寸小于由所述第一光线和所述第二光线在所述第二平面处形成的所述初始图像的组合尺寸。

5.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述光学装置被配置成在基本上平行于所述第一平面的第三平面处产生所述初始图像的副本，所述第三平面对应于距所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜的所述法兰焦距的修改值。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述光学装置被配置成在所述第三平面处产生所述初始图像的副本，在第三平面处的所述初始图像的副本小于在第二平面处的所述初始图像的副本，使得在所述第三平面处的所述初始图像的副本适于在所述图像传感器内彼此并排布置。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，在所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜的相应中心之间的第一距离大约为65毫米。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述第一鱼眼透镜或所述第二鱼眼透镜的第一直径小于65毫米。

9.根据权利要求3或从属于其的任一项权利要求所述的设备，其中，在所述第二平面处的所述初始图像中的每一个的第二直径基本上等于所述图像传感器的高度。

10.根据权利要求5或从属于其的任一项权利要求所述的设备，其中，在所述第三平面处的所述初始图像的每一个副本的第三直径基本上等于所述图像传感器的宽度的一半。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜的相应中心位于基本上垂直于所述第一平面的第四平面上，其中，所述图像传感器的中心位于基本上垂直于所述第一平面的第五平面上，并且其中，所述第四平面和所述第五平面通过偏移而分开。

12.根据权利要求3或从属于其的任一项权利要求所述的设备，还包括：位于所述第二平面处的一组凸透镜，所述一组凸透镜被配置成弯曲所述光线，使得所述光线被引导通过所述光学装置。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，还包括：

包括所述图像传感器的相机。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相机包括所述光学装置。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其中，所述鱼眼透镜可移除地耦接到所述相机。

16.根据权利要求5或从属于其的任一项权利要求所述的设备，其中，所述初始图像的副本中的第一副本被提供给虚拟现实头戴式显示器(HMD)的第一目镜，并且所述初始图像的副本中的第二副本被提供给所述虚拟现实HMD的第二目镜。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述初始图像的副本中的所述第一副本被数字记录并电子传输到所述虚拟现实HMD的所述第一目镜，并且所述初始图像的副本中的所述第二副本被数字记录并电子传输到所述虚拟现实HMD的所述第二目镜。

18.一种系统，包括：

第一鱼眼透镜和第二鱼眼透镜，所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜用于捕捉分别通过所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧进入所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜的第一光线和第二光线，以产生具有半球形视场的立体图像，所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜彼此相邻定位，其中所述鱼眼透镜中的每一个的物体侧面向第一平面；

图像传感器，所述图像传感器用于接收分别由所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜捕捉的所述第一光线和所述第二光线；和

光学装置，所述光学装置位于所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜与所述图像传感器之间，所述光学装置用于：

弯曲所述第一光线的光轴和所述第二光线的光轴，使得所述第一光线与所述第二光线并排投射到所述图像传感器上。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述光学装置用于修改从所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜中的每一个到所述图像传感器的法兰焦距，使得所述法兰焦距的修改值大于所述法兰焦距的初始值。

20.一种方法，包括：

接收来自第一鱼眼透镜的第一光线和来自第二鱼眼透镜的第二光线以产生具有半球形视场的立体图像，所述第一光线和所述第二光线通过所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜中的每一个的物体侧进入所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜，并且所述第一鱼眼透镜和所述第二鱼眼透镜彼此相邻定位，其中所述鱼眼透镜中的每一个的物体侧面向第一平面；

使所述第一光线和所述第二光线被引导到图像传感器上；和

使所述第一光线的光轴和所述第二光线的光轴弯曲，以使得所述第一光线与所述第二光线并排投射到所述图像传感器上。

Images