JP2005505950A - シングルセンサチップのデジタルステレオカメラ - Google Patents
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Abstract
デジタルステレオカメラ(10)であって、シングルセンサアレイ(20)を用いて、立体(3次元)画像を捕捉するために左および右両方の画像を撮影するためのデジタルステレオカメラ。一実施形態では、マイクロレンズアレイ(16)を用いて、第1の時点において、左画像を捕捉するために、センサアレイ(20)上に左レンズ系(12)からの光(「左側の光」)が集束される。その後、マイクロレンズアレイ(16)が、右画像を捕捉するために、センサアレイ(20)上に右レンズ系(14)からの光(「右側の光」)を集束するように動かされる。別の実施形態では、左側の光の一部(第1の偏光方向を有する部分)および右側の光の一部(第2の偏光方向を有する部分)がセンサアレイ(52)に向けられる。すなわち、第2の偏光方向は第1の偏光方向に直交する。左画像を捕捉するために、偏光フィルタ(56)を用いて、左側の光(第1の偏光方向を有する)がセンサアレイ(52)に向かって通過できるようにし、一方、右側の光(第2の偏光方向を有する)がセンサアレイ(52)に達するのを防ぐ。右画像を捕捉するために、偏光フィルタ(58)の偏光方向が切り替えられ、右側の光(第2の偏光方向を有する)のみがセンサアレイ(52)に達することができるようにする。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は画像を捕捉する分野に関する。より詳細には、本発明は立体画像を捕捉するデジタルステレオカメラに関する。
【背景技術】
【0002】
ステレオ(すなわち3次元(「3D」))イメージングはあるシーンの2つの画像、すなわち「左画像」および「右画像」を捕捉することを含み、それらの画像は2つの異なる視点から捕捉される。通常、2つの視点は互いから水平方向に変位する。水平方向への変位は一般的には約65mmであり、それは人の目の間の平均距離である。左画像が左目によって、右画像が右目によってそれぞれ視認されるとき、人の脳に3D画像が呈示される。本明細書では、用語「カメラ」は静止画像および動画、すなわちビデオ画像を捕捉するための装置を指示するために用いられる。
【0003】
立体画像を捕捉するために種々の方法が用いられてきた。たとえば、非ステレオカメラを用いて、2つの異なる視点から行われる2つの逐次的な露出を用いてシーンを捕捉することにより、そのシーンを立体画像として捕捉することができる。便宜的には、ステレオカメラを用いることが好ましい。ステレオカメラは通常、3D画像を捕捉するために、2つのレンズ系、すなわち左レンズ系と右レンズ系を有する。左画像は第1のフィルムによって、また右画像は第2のフィルムによって捕捉される。
【0004】
デジタルステレオカメラの場合、2つのセンサアレイが用いられ、すなわち第1のセンサアレイは左画像を捕捉するために、第2のセンサアレイは右画像を捕捉するために用いられる。しかしながら、2つのセンサアレイを利用することは信頼性を低下させるとともに、デジタルステレオカメラのコストおよび重量を増加させる。1つのみのセンサアレイを用いて立体画像を撮影することができるデジタルステレオカメラが必要とされている。
【発明の開示】
【0005】
その要求は本発明によって満たされる。本発明の一態様によれば、カメラは左レンズ系と、右レンズ系と、光センサアレイとを備える。さらに、そのカメラは、左レンズ系からの光を光センサアレイの第1の部分に集束し、右レンズ系からの光を光センサアレイの第2の部分に集束するためのマイクロレンズアレイを有する。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイを移動させるための手段によって動かされ、それにより、左レンズ系からの光が光センサアレイの第2の部分上に集束され、右レンズ系からの光が光センサアレイの第1の部分上に集束されるようにする。
【0006】
本発明の第2の態様によれば、カメラは、左レンズ系と、右レンズ系と、光センサアレイと、偏光ビームスプリッタ(PBS)とを備える。PBSは、左レンズ系からの光と右レンズ系からの光とを合成する。偏光フィルタを用いて、左レンズ系からの光と右レンズ系からの光とのいずれかを選択する。
【0007】
本発明の第3の態様によれば、カメラは左レンズ系と、右レンズ系と、偏光ビームスプリッタ(PBS)とを備える。PBSは、左レンズ系からの光と右レンズ系からの光とを合成する。そのカメラはさらに、偏光フィルタを有する光センサアレイを含み、光センサアレイのセンサのうちの半分が左レンズ系からの光を捕捉し、光センサアレイのセンサのうちの残りの半分が右レンズ系からの光を捕捉できるようにする。
【0008】
本発明の第4の態様によれば、あるシーンの左画像および右画像を捕捉する方法が開示される。最初に、左レンズ系からの光がセンサアレイ上に集束され、センサアレイが第1の時点で左画像を捕捉できるようにする。次に、右レンズ系からの光がセンサアレイ上に集束され、センサアレイが第2の時点で右画像を捕捉できるようにする。
【0009】
本発明の第5の態様によれば、あるシーンの左画像および右画像を捕捉する方法が開示される。最初に、左レンズ系からの左側の偏光された光がセンサアレイに向けられる。次に、右レンズ系からの右側の偏光された光がセンサアレイに向けられる。その光は第1の方向に直交する第2の方向に偏光されている。その後、左側の偏光された光が選択され、センサアレイを用いて左画像を捕捉する。最後に、右側の偏光された光が選択され、センサアレイを用いて右画像を捕捉する。
【0010】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例示する、添付の図面とともに取り上げられる、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
例示目的のための図面に示されるように、本発明は、左レンズ系と、右レンズ系と、光センサアレイとを含むカメラにおいて具現される。さらに、カメラは、左レンズ系からの光を光センサアレイの第1の部分に集束し、右レンズ系からの光を光センサアレイの第2の部分に集束するためのマイクロレンズアレイを有する。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイを移動させるための手段によって動かされ、左レンズ系からの光が光センサアレイの第2の部分に集束され、右レンズ系からの光が光センサアレイの第1の部分に集束されるようにする。
【0012】
左画像および右画像の両方を捕捉するために1つのセンサアレイしか必要としないので、本発明のカメラは信頼性が高く、コストが低く、軽量である。
【0013】
図1を参照すると、本発明の一実施形態による装置10の簡略化された図面が示されている。装置10としてステレオカメラを用いることができ、その装置は左レンズ系12(「左レンズ」)と右レンズ系14(「右レンズ」)とを備える。簡潔にするために、レンズ系12および14はそれぞれ単一の楕円形のレンズとして示される。あるシーン(その画像はステレオカメラ10によって捕捉されることになる)からの光が、レンズ系12および14を経由してカメラ10に入る。左レンズ12からの左側の光(全体として参照番号12Lによって示される)は、第1の角度12Aでマイクロレンズアレイ16に向けられる。右レンズ14からの右側の光(全体として参照番号14Rによって示される)は、第2の角度14Aでマイクロレンズアレイ16に向けられる。第1の角度12Aは、レンズ12の特性に応じて少なくとも数度だけ、かつレンズ12内に存在する可能性がある焦点外れの量だけ90°よりも大きくなるであろう。センサ20上のぼやけた円は、第1の角度12Aが90°に近づく程度を制限する。さらに、第1の角度12Aは135°程度の大きさにすることができ、その最大値は、レンズ12を形成するために用いられる材料およびレンズ12の形状によって決まる。同様に、第2の角度14Aは、第2のレンズ14、センサ20あるいはその両方によって、90°未満でかつ45°よりも大きくなるであろう。
【0014】
一実施形態では、マイクロレンズアレイ16は、半円柱部分を有するレンズアレイである。図2は、本発明の一実施形態によるレンズアレイ16の正面図を示す。図1では、例示を簡潔かつ容易にするために、2つのみの半円柱部分を有するレンズアレイ16が示されている。しかしながら、実際には、レンズアレイ16は、本発明を実施するために必要とされるだけの数の半円柱部分を含むことができる。レンズアレイ16は、センサアレイ20内に存在する個々のセンサの行あるいは列と同じ数の半円柱部分を含むことを必要とすることがある。
【0015】
例示される実施形態では、レンズアレイ16は焦点面18上に光12Lおよび14Rを集束し、それにより焦点面18上に画像を生成する。左側の光12Lは焦点面18の第1の部分18a上に集束され、右側の光14Rは焦点面18の第2の部分18b上に集束される。ここで、第1の部分18aは、焦点面18の交互に並ぶ列を含み、第2の部分18bは、焦点面18の他の交互に並ぶ列を含む。
【0016】
センサアレイ20は、例示のために焦点面18の下にあるように示されている。しかしながら、実際には、センサアレイ20は焦点面18の場所にあり、集束された光12Lおよび14Rによって描写される画像を捕捉する。
【0017】
センサアレイ20の一実施形態が図3に示されている。センサアレイ20のセンサは列20aに配列され、センサ列20a間にはチャネル列20bが存在する。センサ列20aは、焦点面18の第1の部分18aに対応し、センサアレイ20の第1の部分20aと呼ばれる場合がある。チャネル列20bは、焦点面18の第2の部分18bに対応し、センサアレイ20の第2の部分20bと呼ばれる場合がある。
【0018】
たとえば、680×480の解像度を有する画像を捕捉するために、センサアレイ20はセンサの480行および680列20aを有し、その列はチャネル20bによって分離される。各センサは、捕捉される画像上の1つの画素を表す。
【0019】
第1の時点では、マイクロレンズアレイ16は、センサアレイ20の第1の部分20a上に左側の光12Lを集束し、一方、右側の光14Rはセンサアレイ20の第2の部分20b上に集束される。その時点で、センサが読み出され、それにより左画像(左側の光12Lによって描写される画像)が捕捉される。
【0020】
次に、アクチュエータ22が起動して、マイクロレンズアレイ16を移動させ、右側の光14Rが光センサアレイ20の第1の部分20a上に集束され、左側の光12Lが光センサアレイ20の第2の部分20b上に集束されるようにする。その後、第2の時点で、センサが読み出され、それにより右画像(右側の光14Rによって描写される画像)が捕捉される。
【0021】
アクチュエータ22は、圧電材料を用いて実施されることができる。そのようなアクチュエータ22および機械的な動きを達成するための他の手段は、当分野において知られており、マイクロレンズアレイ16を移動させるために実施されることができる。マイクロレンズアレイ16が移動する方向は、双方向への矢印線24によって指示される。第2の時点は、第1の時点の15分の1秒後あるいはそれ以降である。
【0022】
右画像の捕捉後に、アクチュエータ22が非アクティブにされ、マイクロレンズアレイ16がその最初の場所に戻ることができるようにする。
【0023】
図4は、図1および図3のセンサアレイ20の別の実施形態を示す。便宜上、図1および図3内の構成要素に類似の図4内の構成要素は、同じ参照番号を割り当てられているが、類似であるが変更されている構成要素は、アポストロフィ「’」を付された同じ参照番号を割り当てられ、異なる構成要素は異なる参照番号を割り当てられている。
【0024】
ここでは、センサアレイ20’は第1の部分20a’および第2の部分20b’を含む。第1の時点では、左画像が第1の部分20a’センサによって捕捉され、右画像が第2の部分20b’センサによって捕捉される。したがって、画像はそれぞれ、センサアレイ20’の解像度(すなわち画素の数)の2分の1を有する。
【0025】
それぞれが最大センサ解像度を有する左画像および右画像の両方を得るために、別の第2の1組の画像(左および右画像)が、マイクロレンズアレイ16を移動させた後の第2の時点で撮影され、マイクロレンズアレイ16がセンサアレイ20’の第2の部分20b’上に左側の光12Lを集束し、センサアレイ20’の第1の部分20a’上に右側の光14Rを集束することできる。その後、第2の1組の画像(左および右画像)が第1の1組の画像(左および右画像)と合成され、それぞれ最大センサ解像度を有する2つの合成された画像(左画像のために1つと右画像のために1つ)を生成することができる。
【0026】
この技法は、図5に示されるように、そのセンサのモザイクレイアウトを有するカラーセンサアレイの場合に実施されることができる。図5は、代替構成を有する、図1および図3のセンサアレイ20のさらに別の実施形態を示す。便宜上、図1および図3の構成要素に類似の図5の構成要素は同じ参照番号を割り当てられているが、類似であるが変更されている構成要素は、2つのアポストロフィ「’’」を付された同じ参照番号を割り当てられ、異なる構成要素は異なる参照番号を割り当てられている。モザイクセンサアレイ20’’では、「r」を付されたセンサは光スペクトルの赤色部分を検出する1つあるいは複数の赤色センサを表し、「g」は緑色センサを表し、「b」は青色センサを表す。
【0027】
第1の時点では、モザイクカラーセンサアレイ20’’を用いて、センサアレイ20’’の第1の部分20a’’が2分の1の解像度で左画像を捕捉し、センサアレイ20’’の第2の部分20b’’が2分の1の解像度で右画像を捕捉する。その後、第2の時点で、センサアレイ20’’の第1の部分20a’’が2分の1の解像度で右画像を捕捉し、センサアレイ20’’の第2の部分20b’’が2分の1の解像度で左画像を捕捉する。その後、第2の1組の画像(左および右画像)が第1の1組の画像(左および右画像)と合成され、それぞれ最大センサ解像度を有する2つの合成された画像(左画像のために1つと右画像のために1つ)を生成する。
【0028】
本発明の装置30、すなわちデジタルカメラの代替の実施形態が図6に示される。図6を参照すると、カメラ30は左レンズ系と右レンズ系とを備える。左レンズ系は、左側の光32Lを受光するための光学系32と、左側の光32Lを偏光ビームスプリッタ(PBS)50に向けるための左ミラー34とを備える。右レンズ系は、右側の光42Rを受光するための光学系42と、右側の光42RをPBS50に向けるためのミラー44および46とを備える。
【0029】
PBS50は、指向性の左側の光34Lをセンサアレイ52に向けて反射し、到来する右側の光44Rがセンサアレイ52に向かって通過できるようにすることにより、左側の光と右側の光とを合成する。PBS50は、第1の方向に偏光された光を反射するが、第2の方向(第1の方向に直交する)に偏光された光を通過させる偏光ビームスプリッタフィルム(PBSフィルム)54を含む。
【0030】
結果として、到来する左側の光34Lのうちの一部(第1の方向に偏光された部分)のみが、PBS50によってセンサアレイ52に向けて反射され、一方、到来する左側の光34Lの残りはPBS50を通過する。同様に、到来する右側の光44Rのうちの一部(第2の方向に偏光された部分)のみがセンサアレイ52に向かってPBS50を通過し、一方、到来する右側の光44Rの残りは反射される。
【0031】
その際、合成された光56は、第1の偏光された方向を有する、到来する左側の光34Lの部分と、第2の偏光された方向を有する、到来する右側の光44Rの部分とを含む。
【0032】
合成された光56は偏光フィルタ58を通過する。一実施形態では、フィルタ58は、第1の偏光方向を有する光のみを通過させるようにする第1の部分と、第2の偏光方向を有する光のみを通過させるようにする第2の部分とを有する静的フィルタである。この実施形態では、到来する左側の光34Lの部分が第1の方向に偏光されているので、フィルタ58の第1の部分によって、合成された光56のうちの到来する左側の光34Lの部分が通過できるようになる。同様に、到来する右側の光44Rの部分は第2の方向に偏光されているので、フィルタ58の第2の部分によって、合成された光56のうちの到来する右側の光44Rの部分が通過できるようになる。フィルタ58は、第1の部分と第2の部分とが交互に並ぶように設計されており、それゆえ、センサアレイ52の対応する部分が左画像および右画像を捕捉する。静的フィルタ58は、センサアレイ52とともに製造されることができる。この場合には、光センサアレイ52のセンサの半分が左レンズ系からの光を捕捉し、光センサアレイ52のセンサの残りの半分が右レンズ系からの光を捕捉する。
【0033】
別法では、偏光フィルタ58には、液晶フィルタのようなアクティブフィルタを用いることができる。その際、フィルタ58は第1の状態から第2の状態に切り替えられることができる。フィルタ58が第1の状態にあるとき、フィルタ58は第1の偏光方向を有する全ての光を通過させ、それによりセンサが、到来する右側の光44Rによって描写される画像を捕捉できるようにする。第2の状態では、フィルタ58は第2の偏光方向を有する全ての光を通過させ、それによりセンサが、到来する左側の光34Lによって描写される画像を捕捉できるようにする。フィルタ58の状態は、制御ユニット60から電気信号を加えることにより制御されることができる。そのような液晶フィルタを用いて、偏光された光をフィルタリングすることは当分野において知られている。
【0034】
上記の説明から、本発明が新しく、現在の技術より優れた利点を提供することは理解されよう。本発明は、単一のセンサアレイのみを用いて立体画像を捕捉するための装置を含む。これまで本発明の特定の実施形態が記載および図示されてきたが、本発明はそのように記載および図示される特定の形態あるいは部品の配置に限定されるべきではない。たとえば、マイクロレンズアレイを駆動するために他の手段が用いられる場合もある。本発明は添付の特許請求の範囲によって限定される。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態による装置の簡略化された平面図である。
【図2】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイの正面図である。
【図3】図1の装置によって用いられるような本発明のセンサアレイの一実施形態を示す図である。
【図4】図1の装置によって用いられるような本発明のセンサアレイの別の実施形態を示す図である。
【図5】図1の装置によって用いられるような本発明のセンサアレイのさらに別の実施形態を示す図である。
【図6】本発明の別の実施形態による装置の簡略化された平面図である。
【符号の説明】
【0036】
10、30:カメラ
12、32、34:左レンズ系
14、42、44、46:右レンズ系
16:マイクロレンズアレイ
20、52:光センサアレイ
50:偏光ビームスプリッタ(PBS)
58:偏光フィルタ
60:制御ユニット
【0001】
本発明は画像を捕捉する分野に関する。より詳細には、本発明は立体画像を捕捉するデジタルステレオカメラに関する。
【背景技術】
【0002】
ステレオ(すなわち3次元(「3D」))イメージングはあるシーンの2つの画像、すなわち「左画像」および「右画像」を捕捉することを含み、それらの画像は2つの異なる視点から捕捉される。通常、2つの視点は互いから水平方向に変位する。水平方向への変位は一般的には約65mmであり、それは人の目の間の平均距離である。左画像が左目によって、右画像が右目によってそれぞれ視認されるとき、人の脳に3D画像が呈示される。本明細書では、用語「カメラ」は静止画像および動画、すなわちビデオ画像を捕捉するための装置を指示するために用いられる。
【0003】
立体画像を捕捉するために種々の方法が用いられてきた。たとえば、非ステレオカメラを用いて、2つの異なる視点から行われる2つの逐次的な露出を用いてシーンを捕捉することにより、そのシーンを立体画像として捕捉することができる。便宜的には、ステレオカメラを用いることが好ましい。ステレオカメラは通常、3D画像を捕捉するために、2つのレンズ系、すなわち左レンズ系と右レンズ系を有する。左画像は第1のフィルムによって、また右画像は第2のフィルムによって捕捉される。
【0004】
デジタルステレオカメラの場合、2つのセンサアレイが用いられ、すなわち第1のセンサアレイは左画像を捕捉するために、第2のセンサアレイは右画像を捕捉するために用いられる。しかしながら、2つのセンサアレイを利用することは信頼性を低下させるとともに、デジタルステレオカメラのコストおよび重量を増加させる。1つのみのセンサアレイを用いて立体画像を撮影することができるデジタルステレオカメラが必要とされている。
【発明の開示】
【0005】
その要求は本発明によって満たされる。本発明の一態様によれば、カメラは左レンズ系と、右レンズ系と、光センサアレイとを備える。さらに、そのカメラは、左レンズ系からの光を光センサアレイの第1の部分に集束し、右レンズ系からの光を光センサアレイの第2の部分に集束するためのマイクロレンズアレイを有する。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイを移動させるための手段によって動かされ、それにより、左レンズ系からの光が光センサアレイの第2の部分上に集束され、右レンズ系からの光が光センサアレイの第1の部分上に集束されるようにする。
【0006】
本発明の第2の態様によれば、カメラは、左レンズ系と、右レンズ系と、光センサアレイと、偏光ビームスプリッタ(PBS)とを備える。PBSは、左レンズ系からの光と右レンズ系からの光とを合成する。偏光フィルタを用いて、左レンズ系からの光と右レンズ系からの光とのいずれかを選択する。
【0007】
本発明の第3の態様によれば、カメラは左レンズ系と、右レンズ系と、偏光ビームスプリッタ(PBS)とを備える。PBSは、左レンズ系からの光と右レンズ系からの光とを合成する。そのカメラはさらに、偏光フィルタを有する光センサアレイを含み、光センサアレイのセンサのうちの半分が左レンズ系からの光を捕捉し、光センサアレイのセンサのうちの残りの半分が右レンズ系からの光を捕捉できるようにする。
【0008】
本発明の第4の態様によれば、あるシーンの左画像および右画像を捕捉する方法が開示される。最初に、左レンズ系からの光がセンサアレイ上に集束され、センサアレイが第1の時点で左画像を捕捉できるようにする。次に、右レンズ系からの光がセンサアレイ上に集束され、センサアレイが第2の時点で右画像を捕捉できるようにする。
【0009】
本発明の第5の態様によれば、あるシーンの左画像および右画像を捕捉する方法が開示される。最初に、左レンズ系からの左側の偏光された光がセンサアレイに向けられる。次に、右レンズ系からの右側の偏光された光がセンサアレイに向けられる。その光は第1の方向に直交する第2の方向に偏光されている。その後、左側の偏光された光が選択され、センサアレイを用いて左画像を捕捉する。最後に、右側の偏光された光が選択され、センサアレイを用いて右画像を捕捉する。
【0010】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を例示する、添付の図面とともに取り上げられる、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
例示目的のための図面に示されるように、本発明は、左レンズ系と、右レンズ系と、光センサアレイとを含むカメラにおいて具現される。さらに、カメラは、左レンズ系からの光を光センサアレイの第1の部分に集束し、右レンズ系からの光を光センサアレイの第2の部分に集束するためのマイクロレンズアレイを有する。マイクロレンズアレイは、マイクロレンズアレイを移動させるための手段によって動かされ、左レンズ系からの光が光センサアレイの第2の部分に集束され、右レンズ系からの光が光センサアレイの第1の部分に集束されるようにする。
【0012】
左画像および右画像の両方を捕捉するために1つのセンサアレイしか必要としないので、本発明のカメラは信頼性が高く、コストが低く、軽量である。
【0013】
図1を参照すると、本発明の一実施形態による装置10の簡略化された図面が示されている。装置10としてステレオカメラを用いることができ、その装置は左レンズ系12(「左レンズ」)と右レンズ系14(「右レンズ」)とを備える。簡潔にするために、レンズ系12および14はそれぞれ単一の楕円形のレンズとして示される。あるシーン(その画像はステレオカメラ10によって捕捉されることになる)からの光が、レンズ系12および14を経由してカメラ10に入る。左レンズ12からの左側の光(全体として参照番号12Lによって示される)は、第1の角度12Aでマイクロレンズアレイ16に向けられる。右レンズ14からの右側の光(全体として参照番号14Rによって示される)は、第2の角度14Aでマイクロレンズアレイ16に向けられる。第1の角度12Aは、レンズ12の特性に応じて少なくとも数度だけ、かつレンズ12内に存在する可能性がある焦点外れの量だけ90°よりも大きくなるであろう。センサ20上のぼやけた円は、第1の角度12Aが90°に近づく程度を制限する。さらに、第1の角度12Aは135°程度の大きさにすることができ、その最大値は、レンズ12を形成するために用いられる材料およびレンズ12の形状によって決まる。同様に、第2の角度14Aは、第2のレンズ14、センサ20あるいはその両方によって、90°未満でかつ45°よりも大きくなるであろう。
【0014】
一実施形態では、マイクロレンズアレイ16は、半円柱部分を有するレンズアレイである。図2は、本発明の一実施形態によるレンズアレイ16の正面図を示す。図1では、例示を簡潔かつ容易にするために、2つのみの半円柱部分を有するレンズアレイ16が示されている。しかしながら、実際には、レンズアレイ16は、本発明を実施するために必要とされるだけの数の半円柱部分を含むことができる。レンズアレイ16は、センサアレイ20内に存在する個々のセンサの行あるいは列と同じ数の半円柱部分を含むことを必要とすることがある。
【0015】
例示される実施形態では、レンズアレイ16は焦点面18上に光12Lおよび14Rを集束し、それにより焦点面18上に画像を生成する。左側の光12Lは焦点面18の第1の部分18a上に集束され、右側の光14Rは焦点面18の第2の部分18b上に集束される。ここで、第1の部分18aは、焦点面18の交互に並ぶ列を含み、第2の部分18bは、焦点面18の他の交互に並ぶ列を含む。
【0016】
センサアレイ20は、例示のために焦点面18の下にあるように示されている。しかしながら、実際には、センサアレイ20は焦点面18の場所にあり、集束された光12Lおよび14Rによって描写される画像を捕捉する。
【0017】
センサアレイ20の一実施形態が図3に示されている。センサアレイ20のセンサは列20aに配列され、センサ列20a間にはチャネル列20bが存在する。センサ列20aは、焦点面18の第1の部分18aに対応し、センサアレイ20の第1の部分20aと呼ばれる場合がある。チャネル列20bは、焦点面18の第2の部分18bに対応し、センサアレイ20の第2の部分20bと呼ばれる場合がある。
【0018】
たとえば、680×480の解像度を有する画像を捕捉するために、センサアレイ20はセンサの480行および680列20aを有し、その列はチャネル20bによって分離される。各センサは、捕捉される画像上の1つの画素を表す。
【0019】
第1の時点では、マイクロレンズアレイ16は、センサアレイ20の第1の部分20a上に左側の光12Lを集束し、一方、右側の光14Rはセンサアレイ20の第2の部分20b上に集束される。その時点で、センサが読み出され、それにより左画像(左側の光12Lによって描写される画像)が捕捉される。
【0020】
次に、アクチュエータ22が起動して、マイクロレンズアレイ16を移動させ、右側の光14Rが光センサアレイ20の第1の部分20a上に集束され、左側の光12Lが光センサアレイ20の第2の部分20b上に集束されるようにする。その後、第2の時点で、センサが読み出され、それにより右画像(右側の光14Rによって描写される画像)が捕捉される。
【0021】
アクチュエータ22は、圧電材料を用いて実施されることができる。そのようなアクチュエータ22および機械的な動きを達成するための他の手段は、当分野において知られており、マイクロレンズアレイ16を移動させるために実施されることができる。マイクロレンズアレイ16が移動する方向は、双方向への矢印線24によって指示される。第2の時点は、第1の時点の15分の1秒後あるいはそれ以降である。
【0022】
右画像の捕捉後に、アクチュエータ22が非アクティブにされ、マイクロレンズアレイ16がその最初の場所に戻ることができるようにする。
【0023】
図4は、図1および図3のセンサアレイ20の別の実施形態を示す。便宜上、図1および図3内の構成要素に類似の図4内の構成要素は、同じ参照番号を割り当てられているが、類似であるが変更されている構成要素は、アポストロフィ「’」を付された同じ参照番号を割り当てられ、異なる構成要素は異なる参照番号を割り当てられている。
【0024】
ここでは、センサアレイ20’は第1の部分20a’および第2の部分20b’を含む。第1の時点では、左画像が第1の部分20a’センサによって捕捉され、右画像が第2の部分20b’センサによって捕捉される。したがって、画像はそれぞれ、センサアレイ20’の解像度(すなわち画素の数)の2分の1を有する。
【0025】
それぞれが最大センサ解像度を有する左画像および右画像の両方を得るために、別の第2の1組の画像(左および右画像)が、マイクロレンズアレイ16を移動させた後の第2の時点で撮影され、マイクロレンズアレイ16がセンサアレイ20’の第2の部分20b’上に左側の光12Lを集束し、センサアレイ20’の第1の部分20a’上に右側の光14Rを集束することできる。その後、第2の1組の画像(左および右画像)が第1の1組の画像(左および右画像)と合成され、それぞれ最大センサ解像度を有する2つの合成された画像(左画像のために1つと右画像のために1つ)を生成することができる。
【0026】
この技法は、図5に示されるように、そのセンサのモザイクレイアウトを有するカラーセンサアレイの場合に実施されることができる。図5は、代替構成を有する、図1および図3のセンサアレイ20のさらに別の実施形態を示す。便宜上、図1および図3の構成要素に類似の図5の構成要素は同じ参照番号を割り当てられているが、類似であるが変更されている構成要素は、2つのアポストロフィ「’’」を付された同じ参照番号を割り当てられ、異なる構成要素は異なる参照番号を割り当てられている。モザイクセンサアレイ20’’では、「r」を付されたセンサは光スペクトルの赤色部分を検出する1つあるいは複数の赤色センサを表し、「g」は緑色センサを表し、「b」は青色センサを表す。
【0027】
第1の時点では、モザイクカラーセンサアレイ20’’を用いて、センサアレイ20’’の第1の部分20a’’が2分の1の解像度で左画像を捕捉し、センサアレイ20’’の第2の部分20b’’が2分の1の解像度で右画像を捕捉する。その後、第2の時点で、センサアレイ20’’の第1の部分20a’’が2分の1の解像度で右画像を捕捉し、センサアレイ20’’の第2の部分20b’’が2分の1の解像度で左画像を捕捉する。その後、第2の1組の画像(左および右画像)が第1の1組の画像(左および右画像)と合成され、それぞれ最大センサ解像度を有する2つの合成された画像(左画像のために1つと右画像のために1つ)を生成する。
【0028】
本発明の装置30、すなわちデジタルカメラの代替の実施形態が図6に示される。図6を参照すると、カメラ30は左レンズ系と右レンズ系とを備える。左レンズ系は、左側の光32Lを受光するための光学系32と、左側の光32Lを偏光ビームスプリッタ(PBS)50に向けるための左ミラー34とを備える。右レンズ系は、右側の光42Rを受光するための光学系42と、右側の光42RをPBS50に向けるためのミラー44および46とを備える。
【0029】
PBS50は、指向性の左側の光34Lをセンサアレイ52に向けて反射し、到来する右側の光44Rがセンサアレイ52に向かって通過できるようにすることにより、左側の光と右側の光とを合成する。PBS50は、第1の方向に偏光された光を反射するが、第2の方向(第1の方向に直交する)に偏光された光を通過させる偏光ビームスプリッタフィルム(PBSフィルム)54を含む。
【0030】
結果として、到来する左側の光34Lのうちの一部(第1の方向に偏光された部分)のみが、PBS50によってセンサアレイ52に向けて反射され、一方、到来する左側の光34Lの残りはPBS50を通過する。同様に、到来する右側の光44Rのうちの一部(第2の方向に偏光された部分)のみがセンサアレイ52に向かってPBS50を通過し、一方、到来する右側の光44Rの残りは反射される。
【0031】
その際、合成された光56は、第1の偏光された方向を有する、到来する左側の光34Lの部分と、第2の偏光された方向を有する、到来する右側の光44Rの部分とを含む。
【0032】
合成された光56は偏光フィルタ58を通過する。一実施形態では、フィルタ58は、第1の偏光方向を有する光のみを通過させるようにする第1の部分と、第2の偏光方向を有する光のみを通過させるようにする第2の部分とを有する静的フィルタである。この実施形態では、到来する左側の光34Lの部分が第1の方向に偏光されているので、フィルタ58の第1の部分によって、合成された光56のうちの到来する左側の光34Lの部分が通過できるようになる。同様に、到来する右側の光44Rの部分は第2の方向に偏光されているので、フィルタ58の第2の部分によって、合成された光56のうちの到来する右側の光44Rの部分が通過できるようになる。フィルタ58は、第1の部分と第2の部分とが交互に並ぶように設計されており、それゆえ、センサアレイ52の対応する部分が左画像および右画像を捕捉する。静的フィルタ58は、センサアレイ52とともに製造されることができる。この場合には、光センサアレイ52のセンサの半分が左レンズ系からの光を捕捉し、光センサアレイ52のセンサの残りの半分が右レンズ系からの光を捕捉する。
【0033】
別法では、偏光フィルタ58には、液晶フィルタのようなアクティブフィルタを用いることができる。その際、フィルタ58は第1の状態から第2の状態に切り替えられることができる。フィルタ58が第1の状態にあるとき、フィルタ58は第1の偏光方向を有する全ての光を通過させ、それによりセンサが、到来する右側の光44Rによって描写される画像を捕捉できるようにする。第2の状態では、フィルタ58は第2の偏光方向を有する全ての光を通過させ、それによりセンサが、到来する左側の光34Lによって描写される画像を捕捉できるようにする。フィルタ58の状態は、制御ユニット60から電気信号を加えることにより制御されることができる。そのような液晶フィルタを用いて、偏光された光をフィルタリングすることは当分野において知られている。
【0034】
上記の説明から、本発明が新しく、現在の技術より優れた利点を提供することは理解されよう。本発明は、単一のセンサアレイのみを用いて立体画像を捕捉するための装置を含む。これまで本発明の特定の実施形態が記載および図示されてきたが、本発明はそのように記載および図示される特定の形態あるいは部品の配置に限定されるべきではない。たとえば、マイクロレンズアレイを駆動するために他の手段が用いられる場合もある。本発明は添付の特許請求の範囲によって限定される。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の一実施形態による装置の簡略化された平面図である。
【図2】本発明の一実施形態によるマイクロレンズアレイの正面図である。
【図3】図1の装置によって用いられるような本発明のセンサアレイの一実施形態を示す図である。
【図4】図1の装置によって用いられるような本発明のセンサアレイの別の実施形態を示す図である。
【図5】図1の装置によって用いられるような本発明のセンサアレイのさらに別の実施形態を示す図である。
【図6】本発明の別の実施形態による装置の簡略化された平面図である。
【符号の説明】
【0036】
10、30:カメラ
12、32、34:左レンズ系
14、42、44、46:右レンズ系
16:マイクロレンズアレイ
20、52:光センサアレイ
50:偏光ビームスプリッタ(PBS)
58:偏光フィルタ
60:制御ユニット
Claims (10)
- 左レンズ系(12)と、
右レンズ系(14)と、
光センサアレイ(20)と、
前記左レンズ系(12)からの光を前記光センサアレイ(20)の第1の部分に集束し、前記右レンズ系(14)からの光を前記光センサアレイ(20)の第2の部分に集束するためのマイクロレンズアレイ(16)と、
前記マイクロレンズアレイ(16)を移動させて、前記左レンズ系(12)からの光が前記光センサアレイ(20)の前記第2の部分に集束され、前記右レンズ系(14)からの光が前記光センサアレイ(20)の前記第1の部分に集束されるようにするための手段(20)と、
を備えているカメラ(10)。 - 前記マイクロレンズアレイ(16)が円柱レンズを含むレンズアレイである、請求項1に記載のカメラ(10)。
- 前記移動させるための手段(20)が圧電材料を含む、請求項1に記載のカメラ(10)。
- 左レンズ系(32)と、
右レンズ系(42)と、
光センサアレイ(52)と、
前記左レンズ系(32、34)からの光と前記右レンズ系(42、44、46)からの光とを合成するための偏光ビームスプリッタ(PBS)(50)と、
前記左レンズ系(32、34)からの光と前記右レンズ系(42、44、46)からの光とのいずれかを選択するための偏光フィルタ(58)と、
を備えているカメラ(30)。 - 前記選択された光を捕捉するためのセンサアレイ(52)をさらに含む、請求項4に記載のカメラ(30)。
- 前記偏光フィルタ(58)が液晶ウィンドウである、請求項4に記載のカメラ(30)。
- 前記偏光フィルタ(58)に前記左レンズ系(32、34)からの光と前記右レンズ系(42、44、46)からの光とのいずれかを選択させるための制御ユニット(60)をさらに含む、請求項6に記載のカメラ(30)。
- 左レンズ系と、
右レンズ系と、
前記左レンズ系からの光と前記右レンズ系からの光とを合成するための偏光ビームスプリッタ(PBS)と、
偏光フィルタを有する光センサアレイであって、該偏光フィルタによって、前記光センサアレイのセンサのうちの半分が前記左レンズ系からの光を捕捉でき、前記光センサアレイのセンサのうちの残りの半分が前記右レンズ系からの光を捕捉できるようになる、光センサアレイと、
を備えているカメラ。 - あるシーンの左画像と右画像とを捕捉する方法であって、
センサアレイ上に左レンズ系からの光を集束するステップと、
前記センサアレイを用いて、第1の時点で前記左画像を捕捉するステップと、
前記センサアレイ上に右レンズ系からの光を集束するステップと、
前記センサアレイを用いて、第2の時点で前記右画像を捕捉するステップと、
を含む方法。 - 前記左側の光が、マイクロレンズアレイによって前記センサアレイ上に集束される、請求項9に記載の方法。
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