CN206725955U - 3d相机成像装置及成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种3D相机成像装置及成像设备，该系统包括图像传感器、第一物镜以及第二物镜，第一物镜的光轴以及第二物镜的光轴均垂直于图像传感器的靶面，其中，第一物镜与第二物镜对称地设置在图像传感器的两侧，且第一物镜与图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，第一物镜出射的光束经过第一偏转棱镜后入射到图像传感器，第二物镜与图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，第二物镜出射的光束经过第二偏转棱镜后入射到图像传感器。该设备具有一个壳体，壳体内设置有上述的成像装置。本实用新型能够简化3D成像装置的结构，并且简化后级的处理电路。

Description

3D相机成像装置及成像设备

技术领域

本实用新型涉及3D成像领域，尤其是涉及一种3D相机成像装置以及具有这种成像装置的成像设备。

背景技术

以往人们看到的视频都是二维画面，如电影或者电视节目，都是二维画面的视频，由于二维画面的视频不具备立体感，人们观看二维画面的视频是没有亲临其境的感觉。对此，人们研究具有三维画面的视频技术，使得拍摄出来的视频具有三维画面，通常这些视频称为3D视频。使用3D拍摄设备所拍摄的3D视频能够使显示的场景和物体具有立体感和距离感，观看效果更逼真和清晰，达到身临其境的感受，越来越受到人们的青睐。

以往的3D视频的拍摄设备非常高昂，只能由财力丰厚的电影公司、视频制作公司拍摄，随着3D视频拍摄设备的小型化，且3D拍摄设备的成本不断降低，现在的3D视频拍摄设备慢慢开始普及，例如现在的数码相机、智能手机等均可以拍摄3D视频，也就是可以成为一个3D成像设备。

目前，市场上大部分的3D相机成像设备所采用的3D成像技术是采用具有视差的左眼用物镜以及右眼用物镜采集图像，所采集的图像在两个图像传感器芯片，如CCD传感器或者CMOS传感器上成像，从而实现3D成像。然而，这种成像设备设置有两个图像传感器，其驱动电路一致性不高，且由于3D成像设备的体积庞大，不方便携带，并且3D成像设备价格高昂，市场普及度不高。

现在的另一种3D相机成像设备通过使具有视差的左眼用物镜以及右眼用物镜采集图像，并且将所采集的图像在一个图像传感器上成像的方案，这种方案是将两个物镜所采集的图像分别形成在一个图像传感器上，其体积大大减小。但现在的设计方案中，由于左右两个物镜的视差方向与获取的两幅图像的中心连线相垂直，导致所形成的图像发生畸变，且边缘画质较差，这需要进行光偏转机构和校正机构对图像进行处理。

可见，现有的技术中，无论是采用具有视差的左眼用物镜以及右眼用物镜在两个图像传感器上实现3D成像的方案，还是通过使具有视差的左眼用物镜以及右眼用物镜在一个图像传感器上成像的方案，都存在不可避免的劣势，这使得上述两种方案都不利于3D成像设备的小型化，导致3D成像设备不能很好地普及。

发明内容

为了解决上述的问题，本实用新型的主要目的是提供一种减少活动门开闭时产生的冲击力的3D相机成像装置。

为实现上述的主要目的，本实用新型提供的3D相机成像装置包括图像传感器、第一物镜以及第二物镜，第一物镜的光轴以及第二物镜的光轴均垂直于图像传感器的靶面，其中，第一物镜与第二物镜对称地设置在图像传感器的两侧，且第一物镜与图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，第一物镜出射的光束经过第一偏转棱镜后入射到图像传感器，第二物镜与图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，第二物镜出射的光束经过第二偏转棱镜后入射到图像传感器。

一个优选的方案是，第一偏转棱镜包括相互分离设置的第一反射棱镜以及第二反射棱镜，第一反射棱镜设置在第一物镜的出射端，第二反射棱镜设置在图像传感器的入射端；第二偏转棱镜包括相互分离设置的第三反射棱镜以及第四反射棱镜，第三反射棱镜设置在第二物镜的出射端，第四反射棱镜设置在图像传感器的入射端。

一个可选的方案是，第一反射棱镜与第二反射棱镜之间设有第一传像柱；第三反射棱镜与第四反射棱镜之间设有第二传像柱。

另一个可选的方案是，第一偏转棱镜包括第一斜方棱镜，第二偏转棱镜包括第二斜方棱镜。

进一步的方案是，设置于第一物镜与第二物镜之间的第一调焦装置，第一调焦装置用于同步地调节第一物镜的焦距与第二物镜的焦距。

更进一步的方案是，第一物镜设置于第二调焦装置内，第二物镜设置于第三调焦装置内，第二调焦装置与第三调焦装置同步地分别对第一物镜及第二物镜的焦距进行调节。

为实现上述的另一目的，本实用新型提供的3D成像设备包括壳体，壳体内设置有安装槽，安装槽内安装有成像装置，该成像装置具有图像传感器、第一物镜以及第二物镜，第一物镜的光轴以及第二物镜的光轴均垂直于图像传感器的靶面，其中，第一物镜与第二物镜对称地设置在图像传感器的两侧，且第一物镜与图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，第一物镜出射的光束经过第一偏转棱镜后入射到图像传感器，第二物镜与图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，第二物镜出射的光束经过第二偏转棱镜后入射到图像传感器。

由于第一物镜、第二物镜是对称的设置在图像传感器的两侧，因此图像传感器获取图像后，在处理器中分割为只需从单幅图像的中线处分割开即可，不仅分割方式简单，且便于三维图像的合成，不会出现两幅二维图像传输不同步或单个二维图像出现丢帧的问题，有效确保三维成像效果的同时，可进行高速三维成像。同时，与用单个图像传感器取代主流两个图像传感器，或采用单个图像传感器但视差方向与图像传感器的靶面分割轴线相垂直的方法比较，本实用新型不但能实现3D拍摄，还可以应用在诸如3D运动相机或3D手机等设备上，有利于这些设备微型化、结构简单化、成本降低和增加续航能力。

本实用新型提供的3D相机成像装置的两个物镜对称的分布在图像传感器的两侧，这样，对称的物镜设计使得视差方向与成像元件受光面，即图像传感器的靶面的分割轴线平行，不需要光偏转机构和校正机构对图像传感器所获得的图像进行处理，避免了图像畸变和电路设计复杂的问题，并有效地提高的三维成像的速度，并且在减小3D成像设备的体积的同时，降低3D成像设备的成本。

并且，本实用新型在第一物镜与图像传感器之间、第二物镜与图像传感器之间均设置偏转棱镜，通过偏转棱镜将第一物镜、第二物镜所采集的图像传送至图像传感器，使得第一物镜、第二物镜的距离可以设置得较远，有利于3D成像装置的设计。

此外，第一物镜、第二物镜可以有多种实现方式，例如采用两个相互独立的反射棱镜，或者在两个反射棱镜之间设置用于传递光束的传像柱，或者采用一个斜方棱镜实现。这样，应用在具体的3D成像设备时，如应用在3D成像手机或者应用在3D相机上时，可以根据不同的使用环境选择相应的偏转棱镜。

另外，在成像装置内设置调焦装置，可以同步的对两个物镜的焦距进行调节，这样，可以确保两个物镜所获取的图像的大小、远近以及清晰度相同，有利于图像传感器对所获取的图像进行处理，简化图像处理电路。

此外，调焦装置的设置也有多种方式，可以设置在两个物镜之间，也可以分别设置在两个物镜外，即两个物镜分别设置在一个调焦装置内，这样可以满足不同3D成像设备的需求。

附图说明

图1是本实用新型3D相机成像装置第一实施例的结构图。

图2是本实用新型3D相机成像装置第二实施例的结构图。

图3是本实用新型成像设备第一实施例的结构图。

图4是本实用新型成像设备第一实施例另一视角的结构图。

图5是图4的局部放大图。

图6是本实用新型成像设备第二实施例的结构图。

图7是本实用新型成像设备第二实施例另一视角的结构图。

图8是图7的局部放大图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型的3D相机成像装置用于3D成像，可以应用在诸如3D数码相机或者智能手机、平板电脑等具有3D拍摄功能的成像设备上。

3D相机成像装置第一实施例：

参见图1，本实施例的3D相机成像装置安装在一个安装座10内，安装座10上端敞口，并且具有一个侧壁11，在侧壁11上设有两个安装孔12、13，安装孔12、13均为半圆形孔，并且敞口端朝上设置。在安装孔12上安装有第一物镜20，在安装孔13上安装有第二物镜25，其中第一物镜20包括多块圆形的镜片，光束可以通过这些镜片。第二物镜25也具有多块圆形的镜片，光束也可以通过这些镜片。

在安装座10内设置由一块固定板15，图像传感器16固定安装在固定板15上，本实施例中，3D相机成像装置包括图像传感器16、第一物镜20、第二物镜25以及第一偏转棱镜、第二偏转棱镜、柱状透镜17，其中第一偏转棱镜设置在第一物镜20与图像传感器16之间，并且第一偏转棱镜包括两块反射棱镜22、23，从图1可见，反射棱镜22位于物镜20的出射端，而反射棱镜23位于图像传感器16的入射端。并且，反射棱镜22与反射棱镜23均为具有与入射平面形成45°的反射面，因此，反射棱镜22与反射棱镜23均为45°的反射棱镜。

在图像传感器16远离固定板15的一侧设有柱状透镜17，柱状透镜17设置在反射棱镜23与图像传感器16之间。

本实施例中，反射棱镜22的入射面正对物镜20的出射端，而反射面与入射面之间形成45°的夹角，出射面与反射面之前形成的夹角也是45°。反射棱镜23的入射面正对反射棱镜22的出射面，并且反射棱镜23的入射面与反射棱镜22的出射面平行设置，反射棱镜23的反射面与入射面之间形成45°的夹角，出射面与反射面之前形成的夹角也是45°。

物镜20上所形成的图像依次经过反射棱镜22、反射棱镜23以及柱状透镜17后如射到图像传感器16，因此，图像传感器16的左侧可以接收到第一物镜20上形成的图像。

相同的，第二偏转棱镜包括两块45°的反射棱镜26、28，反射棱镜26位于第二物镜25的出射端，而反射棱镜28位于图像传感器16的入射端，在第二物镜25上形成的图像依次经过反射棱镜26、反射棱镜28以及柱状透镜17入射到 图像传感器16，因此，图像传感器16的右侧可以接收到第二物镜25上形成的图像。

本实施例中，第一物镜20的光轴L1与图像传感器16的靶面垂直，并且，第二物镜25的光轴L2也与图像传感器16的靶面垂直。图像传感器16的靶面是图像传感器16上接受光信号并且将光信号变成电信号的表面，往往就是光信号的入射面。

并且，本实施例中，第一物镜20与第二物镜25对称的设置在图像传感器16的左右两侧，即第一物镜20的光轴L1到图像传感器16中心位置的距离和第二物镜25的光轴L2到图像传感器16中心位置的距离是相等的。这样，图像传感器16所形成的图像，以中心线为分割线，左侧的图像即为第一物镜20形成的图形，右侧的图像即为第二物镜25形成的图像。因此，图像传感器16获得的图像后，处理器对图像进行处理时只需要以图像传感器16获取的图像的中心线为分割线，可以简单的获取左眼图像以及右眼图像。

3D相机成像装置第二实施例：

参见图2，本实施例的成像装置安装在安装座30内，安装座30具有一个侧壁31，在侧壁31上开设有两个安装孔33、34。本实施例的成像装置包括第一物镜40以及第二物镜45，第一物镜40包括多块圆形的镜片，且第一物镜40安装在安装孔33上。第二物镜45也包括多块圆形的镜片，且第二物镜45安装在安装孔34上。

成像装置还包括一个安装在固定板35上的图像传感器36，第一物镜40、第二物镜45分别位于图像传感器36的左右两侧，并且第一物镜40与第二物镜45对称的设置在图像传感器36的两侧，即第一物镜40的光轴L3到图像传感器36中心位置的距离和第二物镜45的光轴L4到图像传感器36中心位置的距离是相等的。此外，第一物镜40的光轴L3垂直于图像传感器36的靶面，第二物镜45的光轴L4也垂直于图像传感器36的靶面。

在第一物镜40与图像传感器36之间设有第一偏转棱镜，本实施例中，第一偏转棱镜包括反射棱镜42、反射棱镜43以及传像柱44，反射棱镜42位于第一物镜40的出射端，反射镜43位于图像传感器36的入射端，并且传像柱44位于反射棱镜42与反射棱镜43之间。类似的，在第二物镜45与图像传感器36之间设有第二偏转棱镜，本实施例中，第二偏转棱镜包括反射棱镜46、反射棱镜47以及传像柱48，反射棱镜46位于第二物镜45的出射端，反射镜47位于图像传感器36的入射端，并且传像柱48位于反射棱镜46与反射棱镜47之间。并且，反射棱镜42、反射棱镜43、反射棱镜46、反射棱镜47均为45°的反射棱镜，即反射棱镜的反射面与入射面之间形成45°的夹角，而反射面与出射面之间也形成45°的夹角。

在图像传感器36远离固定板36的一侧设置有柱状透镜37，反射棱镜43以及反射棱镜47位于柱状透镜37的一侧，因此，在第一物镜40上形成的图像依次经过反射棱镜42、传像柱44、反射棱镜43、柱状透镜37入射到图像传感器36，在第二物镜45形成的图像依次经过反射棱镜46、像柱48、反射棱镜47、柱状透镜37入射到图像传感器36，第一物镜40形成的左眼的图像位于图像传感器靶面的左侧，而第二物镜45形成的右眼的图像位于图像传感器靶面的右侧。

由于本实施例中，在两个偏转棱镜上均设置传像柱，从一个反射棱镜出射的光束可以经过传像柱入射到另一个反射棱镜，确保两个物镜获取的图像能够有效的传导至图像传感器。

成像设备第一实施例：

参见图3与图4，本实施例的成像设备是具有3D照片或者3D视频拍摄功能的智能手机，成像设备具有一个壳体50，在壳体50的上端设置有一个安装槽51，成像装置安装在安装槽51内。

参见图5，本实施例所使用的成像装置具有第一物镜55、第二物镜64、第一偏转棱镜59、第二偏转棱镜68以及图像传感器54，在安装槽51内设置有两个固定座，分别是固定座52与固定座53，第一物镜55安装在固定座52内，第二物镜64安装在固定座53内。并且，第一物镜55包括多块圆形的镜片56、57、58，相邻的两块镜片之间的距离可以调节，也就是第一物镜55的焦距可以调节。相同的，第二物镜64包括多块圆形的镜片65、66、67，相邻的两块镜片之间的距离可以调节，也就是第一物镜64的焦距可以调节。

在第一物镜55与图像传感器54之间设置有第一偏转棱镜59，本实施例中，第一偏转棱镜59为一个斜方棱镜，第一偏转棱镜59上设有两个反射面60、61，从第一物镜55出射的光束依次经过反射面60、61后出射到图像传感器54，从而在图像传感器54的左侧形成第一物镜55获取的图像。在第二物镜64与图像传感器54之间设置有第二偏转棱镜68，本实施例中，第二偏转棱镜68为一个斜方棱镜，第二偏转棱镜68上设有两个反射面69、70，从第二物镜64出射的光束依次经过反射面69、70后出射到图像传感器54，从而在图像传感器54的右侧形成第二物镜64获取的图像。

并且，第一物镜55与第二物镜64对称的设置在图像传感器54的两侧，即第一物镜55的光轴L5到图像传感器54中心线的距离等于第二物镜64的光轴L6到图像传感器54中心线的距离，并且，第一物镜55的光轴L5垂直于图像传感器54的靶面，第二物镜64的光轴L6也垂直于图像传感器54的靶面。

为了调节成像装置的焦距，在成像装置内设置调焦装置71，调焦装置71设置在第一物镜55与第二物镜64之间，并且调焦装置71可以同步对第一物镜55以及第二物镜64的焦距进行调节。例如，调焦装置71可以改变第一物镜55中镜片56与镜片58之间的距离，并且调焦装置71可以改变第二物镜64中镜片65与镜片67之间的距离。本实施例中，调焦装置71改变镜片56与镜片58之间距离的同时，还改变镜片65与镜片67之间的距离，并且镜片56与镜片58之间距离的改变与镜片65与镜片67之间的距离的改变是同步进行的。

成像设备第二实施例：

参见图6与图7，本实施例的成像设备是具有3D照片或者3D视频拍摄功能的智能手机，成像设备具有一个壳体80，在壳体80的上端设置有一个安装槽81，成像装置安装在安装槽81内。

参见图8，本实施例的成像装置安装在安装槽81内，成像装置具有第一物镜84、第二物镜86、第一偏转棱镜、第二偏转棱镜以及图像传感器95，其中第一物镜84包括多块圆形的镜片，且安装在圆柱状的调焦装置83内，第二物镜86包括多块圆形的镜片，且安装在圆柱状的调焦装置85内。本实施例中，调焦装置83与调焦装置85同步的分别对第一物镜84、第二物镜86的焦距进行调节，即调焦装置83用于对第一物镜84的焦距进行调节，而调焦装置85用于对第二物镜86的焦距进行调节，并且调焦装置83对第一物镜84的焦距的调节幅度与调焦装置85对第二物镜86的焦距的调节幅度相等并且同步进行。

此外，第一物镜84的光轴垂直于图像传感器95的靶面，第二物镜86的光轴也垂直于图像传感器95的靶面，且第一物镜84与第二物镜86对称的设置在图像传感器95的左右两侧，即第一物镜84的光轴到图像传感器95的中心线的距离等于第二物镜86的光轴到图像传感器95的中心线的距离。

第一偏转棱镜包括反射棱镜88、传像柱89以及反射棱镜90，第二偏转棱镜包括反射棱镜91、传像柱92以及反射棱镜93，其中反射棱镜88、90、91、93均为45°的反射棱镜，即入射面与反射面之间的夹角是45°，反射面与出射面之间的夹角也是45°。传像柱89位于反射棱镜88与反射棱镜90之间，传像柱92位于反射棱镜91与反射棱镜93之间，反射棱镜90、93均位于图像传感器95的入射端。

从第一物镜84形成的图像依次经过反射棱镜88、传像柱89、反射棱镜90后入射到图像传感器95的左侧，从第二物镜86形成的图像依次经过反射棱镜91、传像柱92、反射棱镜93后入射到图像传感器95的右侧。

由于本实用新型的成像装置设置两个物镜以及一个图像传感器，并且两个物镜的图像均在一个图像传感器上形成的左眼用图像与右眼用图像，且由于两个物镜对称地设置在图像传感器的两侧，因此左眼用图像与右眼用图像关于图像传感器的中线对称布置。这样，对图像传感器所获取的图像进行处理时，可将左眼用图像与右眼用图像同步扫描成单幅图像，以进行同步传输至处理器进行图像分割与三维合成的后期处理，且在处理器中分割为只需从单幅图像的中线处分割开就可，不仅分割方式简单，且便于三维图像的合成，不会出现两幅二维图像传输不同步或单个二维图像出现丢帧的问题，有效确保三维成像效果的同时，可进行高速三维成像。同时，与现有的3D成像技术相比，本实用新型不但能实现三维拍摄，还可以有利于3D运动相机或3D手机等设备微型化、结构简单化、成本降低和增加续航能力。

当然，上述实施例仅仅是本实用新型优选的实施方式，实际应用时，本实用新型还有更多的改变，例如，偏转棱镜所使用的反射镜的形状的改变、反射镜与传像柱通过光胶等技术形成一个一体的部件等，这样的改变也能实现本实用新型的目的。

Claims (10)

1.3D相机成像装置，包括

图像传感器；

第一物镜以及第二物镜，所述第一物镜的光轴以及所述第二物镜的光轴均垂直于所述图像传感器的靶面；

其特征在于：

所述第一物镜与所述第二物镜对称地设置在所述图像传感器的两侧，且所述第一物镜与所述图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，所述第一物镜出射的光束经过所述第一偏转棱镜后入射到所述图像传感器；

所述第二物镜与所述图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，所述第二物镜出射的光束经过所述第二偏转棱镜后入射到所述图像传感器。

2.根据权利要求1所述的3D相机成像装置，其特征在于：

所述第一偏转棱镜包括相互分离设置的第一反射棱镜以及第二反射棱镜，所述第一反射棱镜设置在所述第一物镜的出射端，所述第二反射棱镜设置在所述图像传感器的入射端；

所述第二偏转棱镜包括相互分离设置的第三反射棱镜以及第四反射棱镜，所述第三反射棱镜设置在所述第二物镜的出射端，所述第四反射棱镜设置在所述图像传感器的入射端。

3.根据权利要求2所述的3D相机成像装置，其特征在于：

所述第一反射棱镜与所述第二反射棱镜之间设有第一传像柱；

所述第三反射棱镜与所述第四反射棱镜之间设有第二传像柱。

4.根据权利要求1所述的3D相机成像装置，其特征在于：

所述第一偏转棱镜包括第一斜方棱镜；

所述第二偏转棱镜包括第二斜方棱镜。

5.根据权利要求1至4任一项所述的3D相机成像装置，其特征在于，还包括：

设置于所述第一物镜与所述第二物镜之间的第一调焦装置，所述第一调焦装置用于同步地调节所述第一物镜的焦距与所述第二物镜的焦距。

6.根据权利要求1至4任一项所述的3D相机成像装置，其特征在于，还包括：

所述第一物镜设置于第二调焦装置内，所述第二物镜设置于第三调焦装置内，所述第二调焦装置与所述第三调焦装置同步地分别对所述第一物镜及所述第二物镜的焦距进行调节。

7.成像设备，包括

壳体，所述壳体内设置有安装槽，所述安装槽内安装有成像装置，所述成像装置具有图像传感器、第一物镜以及第二物镜，所述第一物镜的光轴与所述第二物镜的光轴均垂直于所述图像传感器的靶面；

其特征在于：

所述第一物镜与所述第二物镜对称地设置在所述图像传感器的两侧，且所述第一物镜与所述图像传感器之间设置有第一偏转棱镜，所述第一物镜出射的光束经过所述第一偏转棱镜后入射到所述图像传感器；

所述第二物镜与所述图像传感器之间设置有第二偏转棱镜，所述第二物镜出射的光束经过所述第二偏转棱镜后入射到所述图像传感器。

8.根据权利要求7所述的成像设备，其特征在于：

所述第一偏转棱镜包括相互分离设置的第一反射棱镜以及第二反射棱镜，所述第一反射棱镜设置在所述第一物镜的出射端，所述第二反射棱镜设置在所述图像传感器的入射端；

所述第二偏转棱镜包括相互分离设置的第三反射棱镜以及第四反射棱镜，所述第三反射棱镜设置在所述第二物镜的出射端，所述第四反射棱镜设置在所述图像传感器的入射端。

9.根据权利要求8所述的成像设备，其特征在于：

所述第一反射棱镜与所述第二反射棱镜之间设有第一传像柱；

所述第三反射棱镜与所述第四反射棱镜之间设有第二传像柱。

10.根据权利要求7至9任一项所述的成像设备，其特征在于：

所述安装槽的侧壁上设置有两个固定座，所述第一物镜以及第二物镜分别安装在一个所述固定座内。