CN1262453A - 屏控摄影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的摄影装置,以用于进行单片CCD与胶片的彩色摄影。液晶屏位于摄影成像透镜与成像面之间,交替透过三原色光,将摄入的彩色影像分光成为三原色影像并相继投影到成像面上,再经传送或记录,最后合成高分辨率的真彩色影像。液晶屏还同时具有光圈和快门功能,可对分光、滤光和光圈、快门进行一体控制,特别适于自动控制与遥控。用全息透镜屏进行变焦,更是方便、快捷。可用于配置成摄像机、数码照像机和滤光照像机、普通照像机以及电影摄影机等。

Description

屏控摄影装置

本发明涉及一种新型的摄影装置。

现有摄像机中所用三片CCD(电荷耦合器件图像传感器)式摄影装置，其分光系统结构复杂，成本很高，而且始终存在三片CCD间画面重合精度问题。单片CCD式摄影装置，则由于使用彩条分光镜，分辨率大大降低，虽可提高CCD的集成度而稍有改善，效果仍不理想，却又提高了CCD成本。现有的数码照像机(只用单片CCD)也存在同样的问题。现有摄影装置的光圈和快门都采用机械结构，虽可用电子控制，但仍存在机械精度与可靠性问题，加工要求很高，因此成本也就高。此外，摄影所用滤色镜都是另外临时加上去的，很不方便。现有变焦摄影镜头笨重，使用也很麻烦。

本发明的目的，就是提供一种新型的摄影装置，采用特殊的三原色分光系统，还将光圈、快门及滤光集于一身，并对三原色影像进行变焦摄影，只使用单片CCD(或胶片)传送(或记录)彩色影像。

为达到上述目的，本发明采用了一种特殊构造的液晶屏，将其置于摄影成像透镜与成像面之间，对摄影成像透镜所成彩色影像进行三原色分光，经分光后的三原色影像相继投影到成像面上。在成像面上，即可用单片CCD(或胶片)将三原色影像传送出去(或记录下来)，显示时(或经洗印)再合成真彩色影像。在彩色液晶屏与成像面间再设置全息透镜屏，对投影前的三原色影像分别用全息透镜屏上交替显示的三原色各自的不同焦距全息透镜(图形)进行变焦投影，即可在成像面上合成真彩色不同焦距影像。

这里所用的液晶屏与普通液晶显示屏基本构造相似，液晶层被夹在两片石英玻璃基片之间，在液晶层与两侧面基片之间用透明导电薄膜分别制作透明的公共电极和透明的图形电极到基片上。图形电极为同心圆环形，自中心向外扩展。对应同心圆环形图形电极，在公共电极与该侧基片之间，制作间隔分布的三原色绿(G)、红(R)、兰(B)色同心园环形滤色膜，这样制成的液晶屏为彩色液晶屏。如此间隔分布的相同三原色滤色膜对应的同心圆环形图形电极各自从中心向外相连成组，同时导通，使对应处的液晶变为透明，便可透过与该处滤色膜相同颜色的三原色光。交替接通相同数量的三原色各组的同心圆环形图形电极，便可使三原色光分别交替透过，进行三原色分光。经分光的三原色影像一帧帧相继投影到成像面上，用CCD将此三原色影像相继转变为视频信号，经输出处理和模/数转换与数/模转换，传送到显示器上显示并合成真彩色影像。或打印出来或用彩色胶片对经分光的三原色影像一帧帐相继曝光，经洗印合成真彩色影像记录。

在彩色液晶屏与成像面之间设置的全息透镜屏，即是液晶电视空间光调制器，为普通黑白液晶电视扫描显示屏。用图形发生器将存储的多焦距全息透镜图形的编码数据输给黑白液晶电视扫描显示屏的帧存储器，由帧存储器转换成视频信号根据摄影焦距需要有选择地馈送到黑白液晶电视扫描显示屏上实时地分别显示这些有不同焦距的全息透镜图形。三原色各配其专用的多焦距全息透镜图形。全息透镜屏上显示的三原色光各自适用的多焦距全息透镜图形分别交替地从经分光的三原色影像上取像进行二次变焦成像，并投影到成像面上合成真彩色不同焦距影像，实现变焦摄影。

交替接通彩色液晶屏中不同比例数量的三原色各组同心圆环形图形电极，使三原色光按相应比例交替透过，便可调节彩色成像的三原色匹配，起摄影滤色镜的作用。

如果在液晶屏中不制作三原色滤色膜，便是黑白液晶屏。在同心圆环形图形电极组导通时，变得透明的液晶便可同时透过白光中的各色光，不起三原色分光和滤光作用。

通过改变液晶屏中同时导通的同心圆环形图形电极的数量而改变液晶屏的透光面积，起着光阑作用，可用于改变相对孔径，控制摄影光圈。通过改变交替导通的频率，便可改变同心圆环形图形电极组导通的时间，也就改变了液晶屏的透光时间，即可起快门作用。延迟导通即可用于自拍控制。

用彩色液晶屏构成的使用单片CCD或胶片的I型屏控摄影装置可配置成屏控摄像机和屏控摄影机，包括屏控数码照像机和屏控滤光照像机，以及屏控滤光电影摄影机。用彩色液晶屏和全息透镜屏构成的II型屏控摄影装置可配置成各种屏控变焦摄影装置。用黑白液晶屏构成的III型屏控摄影装置，则可配置成不带滤光的屏控普通照像机。

用本发明——屏控摄影装置可配置成的各种产品，它们的结构特点和功能，及其所用传送或记录方式，详见下表中所列：

本发明——屏控摄影装置，由于采用了特殊的液晶屏，将三原色分光、滤光与光圈、快门都集中到液晶屏上进行控制，不但可以只用单片CCD(或胶片)即可传送(或记录)彩色影像，而且大大简化了整机结构和操作，性能更可靠，成本还大大低于三片CCD摄影装置，分辨率又大大高于普通单片CCD摄影装置(包括数码照像机)。再加入全息透镜屏，则可方便、快捷地进行变焦摄影。此外，还特别可以通过液晶屏和全息透镜屏方便地进行自控和遥控。

本发明的具体结构将通过以下实施例结合附图进一步说明。

图1  屏控摄影装置示意图A

图2  屏控摄影装置示意图B

图3  液晶屏示意图

图4  多焦距全息透镜变焦示意图

图5  屏控摄像机实施例示意图

图6  屏控摄影机实施例示意图

图7  屏控变焦摄影装置实施例示意图

图8  工作原理框图，以I型屏控摄影装置为例

图1是屏控摄影装置示意图A。光腔(1)中前部有摄影成像透镜(2)，中部有液晶屏(3)，成像面(4)位于光腔(1)的后部，准直光路排列。液晶屏(3)由驱动器(5)驱动。摄影成像透镜(2)所摄入的影像经液晶屏(3)投影到成像面(4)上。当液晶屏(3)为彩色液晶屏时，即成I型屏控摄影装置，可在成像面(4)处用单片CCD或胶片传送或记录彩色影像。当液晶屏(3)为黑白液晶屏时，即成III型屏控摄影装置，能用胶片记录彩色影像。光腔(1)密闭隔光，只允许摄影成像透镜进入光线。

图2是屏控摄影装置示意图B。光腔(6)中前部有摄影成像透镜(7)，成像面(8)位于光腔(6)的后部，中部靠近摄影成像透镜(7)处，有彩色液晶屏(9)，在彩色液晶屏(9)与成像面(8)间有全息透镜屏(10)，准直光路排列。彩色液晶屏(9)由驱动器(11)驱动，全息透镜屏(10)由图形发生器(12)驱动。摄影成像透镜(7)所摄入的影像经彩色液晶屏(9)分光，成像为三原色影像(13)，全息透镜屏(10)从三原色影像(13)上取像变焦投影在成像面(8)上，即成为II型屏控摄影装置，可在成像面(8)处用单片CCD或胶片传送或记录变焦的彩色影像。驱动器(11)与图形发生器(12)分别对彩色液晶屏(9)和全息透镜屏(10)进行的三原色分光和变焦驱动要准确地按三原色同步对应进行。光腔(6)密闭隔光，只允许摄影成像透镜(7)摄入光线。

图3是液晶屏示意图。

图3(a)为彩色液晶屏剖面图。液晶层(14)被夹在石英玻璃做的基片(15)和(16)之间，在基片(15)上制作三原色滤色膜(17)，用透明导电薄膜制作公共电极(18)，在基片(16)上用透明导电薄膜制作图形电极(19)。

图3(b)为彩色液晶屏中三原色滤色膜(17)与图形电极(19)的分布平面图。图中所示同心圆环形即为图形电极(19)的形状，三原色滤色膜(17)也是此同心圆环形，与图形电极(19)一、一对应，但按三原色绿(G)、红(R)、兰(B)色间隔分布，同心圆环形图形电极(19)按其位置所对应的三原色滤色膜(17)的颜色分为绿(G)、红(R)、兰(B)三组，相同颜色的滤色膜(17)所对应的图形电极(19)相连成组，由驱动器驱动，同时导通。三原色滤色膜(17)各自所对应的不同图形电极(19)间隔交替导通，即可间隔交替地使三原色绿(G)、红(R)、兰(B)色光相继交替透过液晶屏，对白光进行三原色分光。改变三原色光交替透过液晶屏的频率，即可控制摄影快门。从中心向外增加同色同心圆环形滤色膜(17)所对应的图形电极(19)同时导通的数量，即可增加该色光透过液晶屏的面积。从外向里减少同色同心圆环形滤色膜(17)对应的图形电极(19)的同时导通的数量，即可减少该色光透过液晶屏的面积。三原色光的这种透光面积的增加或减少即可起光阑作用，改变摄影成像透镜的相对孔径，控制摄影光圈，但必须三原色光相应地同步等量交替接续进行，以保证整帧画面各处三原色光透过液晶屏的透光率与透光量的随时均匀分布与正确匹配。如果改变三原色滤色膜(17)各自所对应的图形电极(19)同时导通的数量的比例，即可控制与调节三原色光合成真彩色的色光匹配，起摄影滤色镜作用。

彩色液晶屏用于I型屏控摄影装置和II型屏控摄影装置。

图3(c)为黑白液晶屏剖面图。液晶层(20)被夹在石英玻璃做的基片(21)和(22)之间，在基片(21)上用透明导电薄膜制作公共电极(23)，在基片(22)上用透明导电薄膜制作图形电极(24)，图形电极(24)的形状亦如图3(b)中所示的同心圆环形。由于没有三原色滤色膜，导通图形电极(24)将使白光中的三原色光同时通过液晶屏。由驱动器驱动并控制同时导通的自中心向外分布的图形电极(24)的数量即可起光阑作用，改变摄影成像透镜的相对孔径，控制摄影光圈。而改变导通时间，即可起控制摄影快门作用。

黑白液晶屏用于III型屏控摄影装置。

图4是多焦距全息透镜变焦示意图。图形发生器(25)驱动位于点(26)处的全息透镜屏(27)根据摄影焦距需要有选择地分别显示出不同焦距全息透镜图形(28)(分为三原色红R、绿G、兰B的)，分别将有前焦距f₁、f₂、f₃、f₄………的前焦点(29)、(30)、(31)、(32)……处的前焦面(33)、(34)、(35)、(36)……上的不同截面上的三原色影像分别变换到固定焦距f₀的后焦点(37)处的后焦面(38)上投影成像，并分别合成具有不同焦距的真彩色影像，实现变焦摄影。图形发生器(25)要与彩色液晶屏的三原色分光变换同步对应地驱动全息透镜屏。

图5是屏控摄像机实施例示意图。屏控摄像机的光腔由镜简(39)和成像腔(40)两部分组成。镜筒(39)中装摄影成像透镜(41)，成像腔(40)前部装彩色液晶屏(42)，成像腔(40)后部装CCD(43)，测光器(44)装在成像腔(40)中的适当位置。驱动器(45)和控制器(46)装在成像腔(40)的背部，控制全部摄像过程。

图6是屏控摄影机实施例示意图。屏控摄影机的光腔由镜筒(47)和成像腔(48)两部分组成。镜筒(47)中装摄影成像透镜(49)，成像腔(48)前部装液晶屏(50)，成像面(51)位于成像腔(48)的后部，测光器(52)装在成像腔(48)中的适当位置。驱动器(53)和控制器(54)装在成像腔(48)的底部，控制全部摄影过程。取景器(55)如常配置。对于屏控数码照像机，液晶屏(50)使用彩色液晶屏，成像面(51)处装CCD。对于屏控滤光照像机和屏控滤光电影摄影机，液晶屏(50)使用彩色液晶屏，成像面(51)处装胶片。对于屏控普通照像机，液晶屏(50)使用黑白液晶屏，成像面(51)处装胶片。

图7是屏控变焦摄影装置实施例示意图。光腔由镜筒(56)和成像腔(57)两部分组成，镜筒(56)中装光学微列阵摄影成像透镜(58)(以获得较好的三维成像(59))。成像腔(57)前部装彩色液晶屏(60)，成像面(61)位于成像腔(57)后部，在彩色液晶屏(60)与成像面(61)之间装全息透镜屏(62)。测光器(63)装在成像腔(57)中的适当位置。彩色液晶屏(60)由驱动器(64)驱动，全息透镜屏(62)由图形发生器(65)驱动。驱动器(64)和图形发生器(65)要用控制器(66)控制，对相同三原色同步对应地驱动彩色液晶屏(60)和全息透镜屏(62)。对于屏控变焦摄像机和屏控变焦数码照像机，成像面(61)处装CCD。对于屏控变焦照像机和屏控变焦电影摄影机，成像面(61)处装胶片。

图8是工作原理框图，以I型屏控摄影装置为例。控制器通过驱动器驱动彩色液晶屏将摄影成像透镜所摄入的彩色影像进行三原色分光后，将三原色影像相继投影到位于成像面处的CCD上，控制器驱动CCD并对CCD的三原色视频信号输出进行输出处理，以适应扫描需要，经过模/数(A/D)转换传送出去，再经过数/模(D/A)转换即可在显示器上显示并合成真彩色影像(对于屏控摄像机)；或打印出来(对于屏控数码照像机)。控制器通过驱动器驱动彩色液晶屏中的不同三原色各自对应的图形电极，对彩色液晶屏进行分光控制，让三原色影像相继通过彩色液晶屏，对彩色影像的三原色进行分光和滤光。测光器将对三原色影像进行的测光数据传给控制器，以确定摄影光圈和快门及其最佳配合，并通过改变彩色液晶屏分光控制中相继同时导通的图形电极的数量控制摄影光圈大小；通过改变彩色液晶屏中三原色滤色膜各自对应的图形电极交替导通分光控制的频率控制摄影快门的大小。由此，便可使投影到成像面上的三原色影像能合成最佳的彩色影像的拍摄效果。如果将胶片放在成像面上，便可拍摄出理想的彩色影像记录(对于屏控滤光照像机和屏控滤光电影摄影机)。

对于II型屏控摄影装置，则还要用控制器控制图形发生器驱动全息透镜屏显示不同焦距全息透镜图形，对三原色影像进行变焦投影到成像面上。控制器要控制驱动器驱动彩色液晶屏与图形发生器驱动全息透镜屏同步对应地进行，对相同三原色进行分光与变焦，并按三原色交替投影。变焦摄影可以用CCD进行(对于屏控变焦摄像机和屏控变焦数码照像机)；也可以用胶片进行(对于屏控变焦照像机和屏控变焦电影摄影机)。

对于III型屏控摄影装置，将测光器所得的测光数据传给控制器，即可直接通过改变黑白液晶屏中同时导通的图形电极的数量控制摄影光圈的大小；通过改变黑白液晶屏中同时导通的图形电极的导通时间来控制摄影快门的大小。摄影用胶片进行(对于屏控普通照像机)。

如上控制均能容易地通过控制器自动进行和遥控进行。

Claims (3)

1.I型屏控摄影装置，光腔(1)前部有摄影成像透镜(2)，中部有液晶屏(3)，成像面(4)位于光腔(1)的后部，准直光路排列，液晶屏(3)为彩色液晶屏，由驱动器(5)驱动，其特征在于，彩色液晶屏交替透过三原色(绿、红、兰色)光，对摄影成像透镜所摄入的彩色影像进行三原色分光，并将经分光后的三原色影像相继交替投影到成像面(4)上。

2.II型屏控摄影装置，光腔(6)前部有摄影成像透镜(7)，成像面(8)位于光腔(6)的后部，在光腔(6)的中部靠近摄影成像透镜(7)有彩色液晶屏(9)，在彩色液晶屏(9)与成像面(8)之间有全息透镜屏(10)，准直光路排列，彩色液晶屏(9)由驱动器(11)驱动，全息透镜屏(10)由图形发生器(12)驱动，其特征在于，彩色液晶屏(9)交替透过三原色(绿、红、兰色)光，对摄影成像透镜(7)所摄入的彩色影像进行三原色分光，全息透镜屏(10)上可分别同步对应地显示三原色各自的不同焦距全息透镜图形，对经彩色液晶屏(9)分光的三原色影像(13)同步对应地进行二次变焦成像并交替投影到成像面(8)上。

3.III型屏控摄影装置，光腔(1)前部有摄影成像透镜(2)，中部有液晶屏(3)，成像面(4)位于光腔(1)的后部，准直光路排列，液晶屏(3)为黑白液晶屏，由驱动器(5)驱动，其特征在于，黑白液晶屏可以改变透光面积和透光时间，控制摄影成像透镜(2)向成像面(4)投影成像时的相对孔径和曝光时间。

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