DE4219851A1

DE4219851A1 - STEREOCAMERA

Info

Publication number: DE4219851A1
Application number: DE4219851A
Authority: DE
Inventors: Stephen Patrick Murphy; Richard Paul Harvey
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: Ricardo AEA Ltd
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1992-12-24
Also published as: FR2679051B1; FR2679051A1; GB2256992B; GB9212289D0; JPH05188502A; GB2256992A; GB9113495D0

Abstract

A stereo camera 10 comprises a single objective lens 14 which forms a parallel beam of light from any point on an object 13, a single image-forming lens 20, and a biprism 16 between the two lenses. Preferably at least the image-forming lens 20 is a compound lens arranged so its exit pupil, for an entrance pupil near the biprism 16. is near the rear surface of the lens 20. A baffle-late 24, 25 of T-shaped cross-section behind the lens 20 minimizes overlap of the two images. The camera can provide stereo photography or television images, and can be of small diameter for use in confined spaces. The optical components of the camera may be used in reverse to recombine a pair of stereoscopic images. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stereokamera und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf eine Stereokamera für die Lieferung von stereoskopischen Fernsehbildern.The invention relates to a stereo camera and especially, but not exclusively, on a stereo camera for the delivery of stereoscopic television pictures.

Erfindungsgemäß ist eine Stereokamera vorgesehen, die gekennzeichnet ist durch eine einzelne Objektivlinse, eine lichtempfindliche Abbildungsvorrichtung, eine einzelne Bild-Fokussierungslinse zum Fokussieren der Bilder auf die lichtempfindliche Vorrichtung, und durch ein Zwillingsprisma zwischen der Objektivlinse und der Bild-Fo kussierungslinse, so daß zwei Bilder erzeugt werden.According to the invention, a stereo camera is provided which is characterized by a single objective lens, a photosensitive imaging device, a single Image focusing lens to focus the images on the photosensitive device, and by a Twin prism between the objective lens and the image fo kissing lens so that two images are formed.

Durch Verwendung einer einzelnen Fokussierungslinse anstatt zwei nebeneinander angeordneter Objektivlinsen kann eine kompaktere Stereokamera geschaffen werden, so daß beispielsweise eine Inspektion in engen Räumen ermöglicht wird. Es versteht sich, daß die Objektivlinse und die Bild-Fokussierungslinse beide Kompaktlinsen sein können, d. h. jede kann eine Vielzahl von Linsen mit einer gemeinsamen optischen Achse aufweisen.By using a single focusing lens instead of two side-by-side objective lenses can create a more compact stereo camera, so that, for example, an inspection in confined spaces is made possible. It is understood that the objective lens and the image focusing lens are both compact lenses can, d. H. each can have a variety of lenses with one have common optical axis.

Vorzugsweise ist eine Prallplatte vorgesehen, die sich zwischen der lichtempfindlichen Vorrichtung und der Bild-Fokussierungslinse in einer Ebene parallel zur optischen Achse der Bild-Fokussierungslinse erstreckt, d. h. in einer Ebene, in der der Scheitel des Zwillingsprismas liegt. Dies verhindert jede Überlappung der beiden Bilder. Die Prallplatte ist zweckmäßig T-förmig ausgebildet, wobei der Querbalken des T in der Nähe der Bild-Fokussierungslinse und senkrecht zu deren optischer Achse verläuft. A baffle plate is preferably provided between the photosensitive device and the Image focusing lens in a plane parallel to the extends the optical axis of the image focusing lens, d. H. in a plane where the apex of the Twin prism lies. This prevents any overlap of the two pictures. The baffle is useful T-shaped, the crossbar of the T in the Close to and perpendicular to the image focusing lens optical axis.

Vorzugsweise ist die Objektivlinse eine Kollektivlinse, so daß Licht von einem Punkt auf einem Objekt als paralleler Strahl auf das Zwillingsprisma fällt. Folglich ist der Abstand zwischen der Objektivlinse und dem Zwillingsprisma nicht kritisch. Die Kamera wird fokussiert, indem die Objektivlinse auf das Objekt zu oder von diesem weg bewegt wird, und keine Bewegung der anderen Komponenten ist notwendig. Alternativ kann die Objektivlinse auch eine Art Teleskop sein, das zwei konvergierende Linsen aufweist, die im Abstand voneinander sowie so angeordnet sind, daß sie ein Zwischenbild zwischen ihnen bilden und daß sie sicherstellen, daß Licht von einem Punkt auf dem Objekt auf das Zwillingsprisma als ein paralleler Strahl einfällt.The objective lens is preferably a Collective lens so that light from a point on an object falls on the twin prism as a parallel beam. Consequently, the distance between the objective lens and not critical to the twin prism. The camera will focused by moving the objective lens towards the object or moved away from it, and no movement of the other components are necessary. Alternatively, the Objective lens can also be a kind of telescope, the two has converging lenses that are spaced apart and are arranged so that they are an intermediate image between make them up and make sure that light from a point on the object as the twin prism a parallel beam is incident.

Die Bild-Fokussierungslinse ist vorzugsweise so gestaltet, daß für eine Eintrittspupille an der Stelle des Zwillingsprismas die entsprechende Ausgangspupille, die virtuell ist, so dicht wie möglich am Querbalken der Prallplatte liegt, um auf diese Weise den Lichtverlust infolge der Prallplatte auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Bei der unten beschriebenen Ausführungsform der Erfindung würde die Ausgangspupille nur etwa 120 mm vom Querbalken (auf der vom Sensor abgelegenen Seite des Querbalkens) entfernt sein; im Gegensatz zu einer herkömmlichen Linse, bei der die Ausgangspupille etwa 200 mm vom Querbalken entfernt sein würde.The image focusing lens is preferably so designed that for an entrance pupil at the point of Twin prism the corresponding exit pupil, the is virtual, as close as possible to the crossbar of the Baffle plate lies in this way the loss of light due to the baffle plate to a minimum. In the embodiment of the invention described below the exit pupil would only be about 120 mm from the crossbar (on the side of the crossbar remote from the sensor) be distant; unlike a conventional lens, where the exit pupil is about 200 mm from the crossbar would be removed.

Die lichtempfindliche Bildvorrichtung kann ein fotografischer Film sein oder könnte auch ein elektronischer Bildsensor sein. Die beiden Bilder können Seite an Seite erzeugt werden und können auf einer gemeinsamen Bildvorrichtung gebildet werden, oder mittels Spiegel können die beiden Bilder auf zwei separaten Bildvorrichtungen hergestellt werden. The photosensitive image device can be a photographic film or could also be an electronic one Be an image sensor. The two pictures can go side by side generated and can be on a common imaging device the two can be formed, or by means of a mirror Images made on two separate imaging devices will.

Die optischen Komponenten der Kamera können auch umgekehrt verwendet werden, um ein Paar von Stereobildern wieder zu vereinigen.The optical components of the camera can also used in reverse to create a pair of stereo images to reunite.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigtThe invention is now based on the example reproduced drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Stereokamera und Fig. 1 shows a schematic section through a stereo camera and

Fig. 2 einen größeren Schnitt durch eine Einzelheit der Kamera nach Fig. 1. FIG. 2 shows a larger section through a detail of the camera according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein Schnitt entlang der optischen Achse einer Stereokamera 10 dargestellt. Lichtstrahlen 12 von einem Objekt 13 werden durch eine Kollektivlinse 14 so gesammelt, daß sie als parallele Strahlen auf ein Zwillingsprisma 16 einfallen. Das Zwillingsprisma 16 spaltet das Licht in zwei parallele Strahlen 17, 18, die divergieren. Die Strahlen 17 und 18 werden durch eine Abbildungslinse 20 fokussiert, um zwei nebeneinander angeordnete Bilder 21, 22 oberhalb bzw. unterhalb der optischen Achse der Kamera 10 zu bilden. Die Prallplatte 24 erstreckt sich entlang der optischen Achse von nahe der hinteren Fläche der Linse 20 bis nahe an die Ebene, in welcher die Bilder 21, 22 liegen; es handelt sich dabei um eine flache Platte in der Ebene senkrecht zur Figur (d. h. die Ebene, in der der Scheitel des Zwillingsprismas 16 liegt, d. h. die Ebene, welche die beiden Teile des Zwillingsprismas 16 trennt); sie ist T-förmig ausgebildet, wobei ein Querbalken 25 nahe der hinteren Fläche der Linse 20 und senkrecht zur optischen Achse der Kamera 10 verläuft. Die Prallplatte 24 mit ihrem Querbalken 25 minimiert jegliche Überlappung der beiden Bilder 21 und 22. In Fig. 1 is a section along the optical axis of a stereo camera 10 is shown. Light rays 12 from an object 13 are collected by a collective lens 14 in such a way that they are incident on a twin prism 16 as parallel rays. The twin prism 16 splits the light into two parallel beams 17 , 18 which diverge. The beams 17 and 18 are focused by an imaging lens 20 in order to form two images 21 , 22 arranged next to one another above and below the optical axis of the camera 10 . The baffle plate 24 extends along the optical axis from near the rear surface of the lens 20 to close to the plane in which the images 21 , 22 lie; it is a flat plate in the plane perpendicular to the figure (ie the plane in which the apex of the twin prism 16 lies, ie the plane which separates the two parts of the twin prism 16 ); it is T-shaped, a crossbar 25 running near the rear surface of the lens 20 and perpendicular to the optical axis of the camera 10 . The baffle plate 24 with its crossbar 25 minimizes any overlap of the two images 21 and 22 .

Bei einer Abänderungsform der oben beschriebenen Anordnung, in gestrichelten Linien dargestellt, werden Spiegel 30 verwendet, so daß die beiden Bilder 21 und 22 gut voneinander entfernt gebildet werden. Diese Abänderungsform ist dort vorteilhaft, wo die Bilder 21 und 22 auf zwei separaten elektronischen Bildsensoren gebildet werden sollen, da dadurch mehr Platz für jeden Sensor vorgesehen ist.In a modification of the arrangement described above, shown in broken lines, mirrors 30 are used, so that the two images 21 and 22 are formed well apart from one another. This form of modification is advantageous where the images 21 and 22 are to be formed on two separate electronic image sensors, since this provides more space for each sensor.

In Fig. 2 ist die Stereokamera 10 mehr im einzelnen dargestellt. Die Kollektivlinse 14 ist eine Verbundlinse mit vier im Abstand voneinander angeordneten Teillinsen 31, 32, 33, 34, die in einem rohrförmigen Metallhalter 35 sitzen. Das Zwillingsprisma und die Abbildungslinse 20 werden ebenfalls in einem entsprechenden rohrförmigen Metallhalter 36 gehalten. Das Zwillingsprisma 16 ist eine Doppelkonstruktion, um den chromatischen Fehler auf ein Mindestmaß herabzusetzen, und besteht aus einem ersten Zwillingsprisma 37, das auf der einen Seite flach ist und auf der anderen Seite zwei um 7,9 Grad zur flachen Fläche geneigte Flächen bildet, und aus zwei dünnen Prismen 38 mit einem Scheitelwinkel von 15,6 Grad, die an den geneigten Flächen des ersten Zwillingsprismas 37 befestigt sind, wobei deren Scheitel zusammenfallen (und die optische Achse 39 schneiden). Das erste Zwillingsprisma 37 besteht aus F2-Glas und die Prismen 38 bestehen aus BK7-Glas, wobei dieses Schottglas-Typ nummern sind. Die Abbildungslinse 20 ist ebenfalls von Verbundform, wobei sie eine dicke Doppel-Meniskuslinse (Linsen 40 und 41) und vier andere, im Abstand voneinander angeordnete Einzellinsen 42, 43, 44 und 45 aufweist. Der Querbalken 25 ist in diesem Falle 8,5 mm hoch und liegt an der hinteren Fläche 45 an.In FIG. 2, the stereo camera 10 is shown in more detail. The collective lens 14 is a compound lens with four partial lenses 31 , 32 , 33 , 34 which are arranged at a distance from one another and which are seated in a tubular metal holder 35 . The twin prism and the imaging lens 20 are also held in a corresponding tubular metal holder 36 . The twin prism 16 is a double construction to minimize the chromatic error and consists of a first twin prism 37 which is flat on one side and forms two surfaces inclined at 7.9 degrees to the flat surface on the other side, and of two thin prisms 38 with an apex angle of 15.6 degrees, which are attached to the inclined surfaces of the first twin prism 37 , the apex of which coincide (and intersect the optical axis 39 ). The first twin prism 37 is made of F2 glass and the prisms 38 are made of BK7 glass, this type of Schott glass being numbered. The imaging lens 20 is also of composite form, it has a thick double meniscus lens (lenses 40 and 41 ) and four other individual lenses 42 , 43 , 44 and 45 arranged at a distance from one another. The crossbar 25 is in this case 8.5 mm high and lies against the rear surface 45 .

Die Charakteristiken der Linsen sind in der Tabelle aufgelistet, welche die Radien der aufeinanderfolgenden Flächen, den Abstand entlang der Achse 39 zwischen der einen Fläche und der nächsten, die freien Durchmesser und die Glastypen angeben. Die Linsen der Kollektivlinse 14 sind in Tabelle 1 und diejenigen der Abbildungslinse 20 in Tabelle 2 angegeben. Es versteht sich, daß der Gesamtdurchmesser der Kollektivlinse 14, einschließlich des Halters 35, nicht mehr als etwa 45 Millimeter zu sein braucht, während derjenige der Abbildungslinse 20 nicht mehr als etwa 55 mm zu sein braucht.The characteristics of the lenses are listed in the table, which indicate the radii of the successive surfaces, the distance along the axis 39 between one surface and the next, the free diameters and the glass types. The lenses of the collective lens 14 are shown in Table 1 and those of the imaging lens 20 in Table 2. It is understood that the total diameter of the collective lens 14 , including the holder 35 , need not be more than about 45 millimeters, while that of the imaging lens 20 need not be more than about 55 mm.

Wie bereits vorher erwähnt, können die optischen Komponenten der Kamera, d. h. die Kollektivlinse 14, das Zwillingsprisma 16 und die Abbildungslinse 20 auch umgekehrt verwendet werden, um ein Paar von stereoskopischen Bildern zu rekombinieren. In diesem Falle würden die stereoskopischen Bilder an der Stelle der Bilder 21 und 22 nach Fig. 1 angeordnet sein. As previously mentioned, the optical components of the camera, ie the collective lens 14 , the twin prism 16 and the imaging lens 20 can also be used in reverse to recombine a pair of stereoscopic images. In this case, the stereoscopic images would be arranged at the location of images 21 and 22 in FIG. 1.

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

Claims

1. stereo camera, characterized by a single objective lens ( 14 ), a light-sensitive image device, a single image focusing lens ( 20 ) for focusing images ( 21 , 22 ) on the light-sensitive device and a twin prism ( 16 ) between the objective lens ( 14 ) and the image focusing lens ( 20 ) so that two images ( 21 , 22 ) are formed.

2. Stereo camera according to claim 1, characterized by a baffle plate ( 24 ) which extends between the light-sensitive device and the image focusing lens ( 20 ) to prevent light from reaching the plane parallel to the optical axis of the image focusing lens ( 20 ) to cross, in which the apex of the twin prism ( 16 ) lies.

3. Stereo camera according to claim 2, characterized in that the baffle has an element ( 25 ) in the vicinity of the image fo kussierungslinse ( 20 ) which blocks light emerging from the image fo kussierungslinse in an area on each side of this plane.

4. Stereo camera according to claim 3, characterized in that the baffle plate ( 24 ) is T-shaped, the crossbar of the T near the image focusing lens ( 20 ) and perpendicular to its optical axis.

5. Stereo camera according to one of the preceding claims, characterized in that the objective lens ( 14 ) is a collective lens.

6. Stereo camera according to one of the preceding claims, characterized in that both the objective lens ( 14 ) and the image focusing lens ( 20 ) are compound lenses.

7. Optical instrument for recombining a pair of stereoscopic images, characterized by a single converging objective lens ( 20 ) for receiving light from the two stereoscopic images ( 21 , 22 ), the two images ( 21 , 22 ) having the same optical distance of of the objective lens, and light from the two images ( 21 , 22 ) being received by corresponding, non-overlapping segments of the objective lens ( 20 ), as well as by a single focusing lens ( 14 ) and a twin prism ( 16 ) between the objective lens ( 20 ) and the focusing lens ( 14 ), the arrangement being such that light received by said segments passes through the respective prisms of the twin prism ( 16 ), so that the focusing lens ( 14 ) generates a single image.

8. Optical instrument according to claim 7, characterized by a baffle plate ( 24 ) which is arranged so that light from one image ( 24 ) is prevented from being received by the segment of the objective lens ( 20 ) corresponding to the other image ( 22 ) will.

9. Optical instrument according to claim 7 or 9, characterized by means ( 25 ) which prevents light from each image ( 21 or 22 ) from being received by a region of the objective lens ( 20 ) which lies between said segments.