JP5840607B2 - ３次元画像情報を生成する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は概して、３次元画像情報を生成することに関し、より詳細には、単一の画像経路を使用して３次元画像情報を生成することに関する。

従来の２次元（２Ｄ）画像化では、３次元（３Ｄ）シーン内のオブジェクトを描写する光線が、２Ｄ画像面上で捕捉およびマッピングされ、したがって深度情報は記録されない。望遠鏡光学系は、異なる斜視視点から別の画像を生成することによって、深度情報を描写する画像を生成することが可能である。深度情報を使用して、例えばシーン内の点の間で３Ｄ測定値を生成することができる。別の方法では、実際のシーンを見て、ユーザが描写された図内の深度を認識することが可能になる際に、人間の眼の動作を模倣するように、ユーザのそれぞれの右目および左目に別の画像は別に描写させることができる。別のまたは立体画像は普通、１対の空間的に分離された画像化経路のいずれかを有する光学系によって、または単一の画像化経路の異なる部分を使用して異なる斜視視野を有する画像を生成することによって生成される。画像はその後、別の画像がユーザのそれぞれの右目および左目に到達することを選択的に可能にすることができるアイウェアを使用して描写することができる。別の方法では、ユーザの左右の眼それぞれに向かって空間的に分離させた画像を投影するように特別なディスプレイを構成することができる。

立体画像化の使用により、また３Ｄ内視鏡を使用して外科医に３Ｄ視野を与えることができる、外科手術の領域の応用例が発見された。立体画像化はまた、ロボット・アクチュエータの制御がアクチュエータから離れているオペレータに３Ｄ画像情報を提供することによって容易にされる場合、例えば海底探索などの遠隔操作で有用である可能性がある。立体画像化の他の応用例は、身体測定システム、およびエンターテインメント業界で使用される３Ｄフィルム生成機器内で見ることができる。

本発明の一態様によると、単一の画像化経路および関連する視野を有するレンズを使用して３次元画像情報を生成する方法が提供される。この方法は、レンズの開口面にレンズの視野内で捕捉される光を案内することと、開口面に近接して配置され、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分および単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を含む空間識別子で捕捉された光を受けることとを含んでいる。単一の画像経路の第１および第２の部分は、レンズの画像面に配置された画像センサで第１および第２の画像をそれぞれ形成するために、レンズの視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ提供する。第１の画像は、第１の斜視視点からの視野内のオブジェクトを示しており、第２の画像は第２の斜視視点からのオブジェクトを示しており、第１および第２の画像は共に、オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能である。この方法はまた、画像センサ上の第１の複数のセンサ要素で第１の画像を受信することであって、第１の複数のセンサ要素は第１の光状態を有する光に反応することと、画像センサ上の第２の複数のセンサ要素で第２の画像を受信することであって、第２の複数のセンサ要素は第２の光状態を有する光に反応することとを含んでいる。

第１および第２の画像を受信することは、対応する光状態を有する光を伝達し、対応する光状態以外を有する光の伝達を遮断するように動作可能な選択要素をそれぞれ含むそれぞれ第１および第２の複数のセンサ要素、および選択要素の下にある対応するセンサ要素で第１および第２の画像を受信することを含むことができる。

各対応するセンサ要素は、複数のセンサ要素を備えることができる。

第１および第２の画像を受信することは、画像センサのセンサ要素の繰り返し周波数により、空間的干渉を少なくするように動作可能な繰り返しモザイク・パターン内に配置された第１および第２の複数のセンサ要素それぞれで第１および第２の画像を受信することを含むことができる。

識別子の第１の部分は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の偏光子部分を含むことができ、識別子の第２の部分は、単一の画像経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の偏光子部分を含むことができる。

第１の画像を受信することは、対応する複数のセンサ要素に第１の偏光状態を有する光を伝達し、第２の偏光状態を有する光の伝達を遮断するように配置された第１の複数の偏光子要素で第１の画像を受信することを含むことができ、第２の画像を受信することは、対応する複数のセンサ要素に第２の偏光状態を有する光を伝達し、第１の偏光状態を有する光の伝達を遮断するように配置された第２の複数の偏光子要素で第２の画像を受信することを含むことができる。

捕捉された光を受信することは、偏光子の第１の部分を通して左手側の楕円形偏光状態を有する光を受信し、偏光子の第２の部分を通して右手側の楕円形偏光状態を有する光を受信することを含むことができ、第１の画像を受信することは、左手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達し、右手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な第１の複数の偏光子要素で第１の画像を受信することを含むことができ、第２の画像を受信することは、右手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達し、左手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な第２の複数の偏光子要素で第２の画像を受信することを含むことができる。

第１の複数の偏光子要素で第１の画像を受信することは、右手側の楕円形偏光状態を第１の直線偏光状態に偏光するように動作可能な複数の４分の１波長板で第１の画像を受信することを含むことができ、さらに第１の直線偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な対応する複数の直線偏光要素で第１の画像を受信することを含むことができ、第２の複数の偏光子要素で第２の画像を受信することは、左手側の楕円形偏光状態を第２の直線偏光状態に変更するように動作可能な複数の４分の１波長板で第２の画像を受信することを含むことができ、さらに第２の直線偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な対応する複数の直線偏光要素で第２の画像を受信することを含むことができる。

左手側の楕円形偏光状態は、左手側の円形偏光状態を含むことができ、右手側の楕円形偏光状態は、右手側の円形偏光状態を含むことができる。

捕捉された光を受信することは、偏光子の第１の部分を通して第１の直線偏光配向を有する光を受信し、偏光子の第２の部分を通して第２の直線偏光配向を有する光を受信することを含むことができ、第１の直線偏光配向は第２の直線偏光配向と垂直な配向をしており、第１の複数の偏光子要素で第１の画像を受信することは、第１の直線偏光状態を有する光を伝達し、右手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な複数の偏光子要素で第１の画像を受信することを含むことができ、第２の複数の偏光子要素で第２の画像を受信することは、第２の直線偏光状態を有する光を伝達し、左手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な複数の偏光要素で第２の画像を受信することを含むことができる。

第１の直線偏光配向は、４５度に配向させることができる。

第１の複数の偏光子要素で第１の画像を受信することは、第１の偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な複数の直線偏光子要素で第１の画像を受信することを含むことができ、第２の複数の偏光子要素で第２の画像を受信することは、第２の偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な複数の直線偏光子要素で第２の画像を受信することを含むことができる。

この方法は、風景配向および肖像画配向の一方で画像を生成するように、約９０度だけ識別子を選択的に回転させることを含むことができる。

識別子の第１の部分は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１のスペクトル属性を有する光を伝達するように配置された第１のフィルタ部を含むことができ、識別子の第２の部分は、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２のスペクトル属性を有する光を伝達するように配置された第２の識別子部分を含むことができ、第１の画像を受信することは、第１のスペクトル属性を有する光を伝達し、第２のスペクトル属性を有する光の伝達を遮断するように動作可能である第１の複数のセンサ要素で第１の画像を受信することを含むことができ、第２の画像を受信することは、第２のスペクトル属性を有する光を伝達し、第１のスペクトル属性を有する光の伝達を遮断するように動作可能である第２の複数のセンサ要素で第２の画像を受信することを含むことができる。

第１のスペクトル属性は、第１のセットの波長を含むことができ、第２のスペクトル属性は第２のセットの波長を含むことができ、第１および第２のセットの波長は、波長差だけ波長が分離されている。

各センサ要素は、複数のフィルタ要素を含むことができ、各フィルタ要素は、セットの波長範囲内で波長範囲内の光を伝達するように動作可能である。

センサ要素を通過する光が、下にある色フィルタ・アレイに到達する前に、各フィルタ要素を通して連続的に通過するように、複数のフィルタ要素を配置することができる。

複数のフィルタ要素は、互いに隣接して配置することができ、上にある対応するセンサ要素およびフィルタ要素は、色情報を生成するために対応する下にあるセンサ要素に光を案内しながら、第１および第２の画像を同時に生成するように構成されている。

この方法は、第１および第２の画像を示す画像信号を生成することを含むことができ、さらに第１の複数のセンサ要素によって受信される第１の画像を示す第１の画像化信号を生成し、第２の複数のセンサ要素によって受信される第２の画像を示す第２の画像化信号を生成するように画像化信号を処理することを含むことができ、処理は、第１および第２の画像が同じ色外観を有するようにするための、第１および第２の画像信号の画像処理を含むことができる。

第１および第２のセットの波長はそれぞれ、赤色、緑色および青色の波長を含むことができ、波長差は約１ナノメートルから約１００ナノメートルの間であってもよい。

第１の画像を受信することは、第１のスペクトル属性を有する光を伝達するように動作可能な上にあるフィルタ要素を有する第１の複数のセンサ要素で第１の画像を受信することと、第２のスペクトル属性を有する光を伝達するように動作可能な上にあるフィルタ要素を有する第２の複数のセンサ要素で第２の画像を受信することとを含むことができる。

フィルタ要素はそれぞれ、第１および第２のスペクトル属性にそれぞれ対応するスペクトル応答を有する狭い光学帯域通過フィルタを含むことができる。

識別子の第１の部分は、第１のセットの光波長を伝達するように動作可能であるフィルタ要素を含むことができ、識別子の第２の部分は、第２のセットの光波長を伝達するように動作可能であるフィルタ要素を含むことができる。

この方法は、第１および第２の画像を示す画像信号を生成することを含むことができる。

画像信号を生成することは、画像センサに第１の複数のセンサ要素によって受信された第１の画像を示す第１の画像化信号を生成させることと、画像センサに第２の複数のセンサ要素によって受信された第２の画像を示す第２の画像化信号を生成させることとを含むことができる。

画像化信号を生成することは、画像センサに第１および第２の複数のセンサ要素それぞれによって受信される光を示す画像化信号を生成させることを含むことができ、さらに第１の複数のセンサ要素によって受信された第１の画像を示す第１の画像化信号を生成し、第２の複数のセンサ要素によって受信された第２の画像を示す第２の画像化信号を生成するように、画像化信号を処理することを含むことができる。

レンズの開口面に光を案内することは、レンズの物理的開口の位置、または物理的開口の複合体の位置の一方に配置されたレンズの開口面にレンズの視野内で捕捉された光を案内することを含むことができる。

識別子で捕捉された光を受信することは、識別子の第１および第２の部分による口径食により第１および第２の画像の強度変化が、人間の眼によって検出可能な閾値より下であるように、十分小さい変位だけ開口面から変位された識別子で捕捉された光を受信することを含むことができる。

変位は、第１および第２の画像に関連する画像面にわたって３０％未満まで強度変化を減らすのに十分小さくてもよい。

識別子で捕捉された光を受信することは、開口面に近接して配置されたレンズ要素の表面に加えられる識別子コーティングで捕捉された光を受信することを含むことができる。

レンズは、ほぼ円形の断面単一画像化経路を画定する複数のほぼ円形のレンズ要素を含むことができ、捕捉された光を受信することは、識別子の左半分を通して第１の光状態を有する光を伝達することと、識別子の右半分を通して第２の光状態を有する光を伝達することとを含むことができ、左右半分はそれぞれ、単一画像化経路の左および右半円形部分をそれぞれ画定する。

レンズは、ほぼ円形の断面単一画像化経路を画定する複数のほぼ円形のレンズ要素を含むことができ、捕捉された光を受信することは、識別子の左側セクタ部を通して第１の光状態を有する光を伝達することと、識別子の右側セクタ部を通して第２の光状態を有する光を伝達することとを含むことができ、左右セクタ部分はレンズの垂直中心線周りに配置されている。

この方法は、第１および第２の斜視視点に第１および第２の画像を形成しながら位置を変えさせるように、画像化経路の第１および第２の部分の範囲を変化させることを含むことができ、斜視視点位置の変化は、３次元空間属性の表示の対応する変化を与える。

レンズは、識別子の第１の部分の上に作用する、またはこれを通して伝達される光を遮断するように配置された第１の開口と、識別子の第２の部分の上に作用する、またはこれを通して伝達される光を遮断するように配置された第２の開口とを含むことができる。

この方法は、それぞれの斜視視点位置の間の小さな分離を有する第３および第４の画像を生成するように、第１および第２の画像からの画像情報を組み合わせることを含むことができる。

組み合わせることは、第１および第２の画像の強度をスケーリングすることを含むことができる。

本発明の別の態様によれば、単一の画像経路および関連する視野を有するレンズを使用して３次元画像情報を生成する装置が提供される。この装置は、レンズの開口面にレンズの視野内で捕捉された光を案内するように動作可能である単一の画像化経路を有するレンズを備えている。装置はまた、開口面に近接して配置された空間識別子を含んでおり、識別子は単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分と、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分とを含んでいる。単一の画像化経路の第１および第２の部分は、レンズの画像面で第１および第２の画像をそれぞれ形成するために、レンズの視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ提供し、第１の画像は第１の斜視視点からの視野内のオブジェクトを示し、第２の画像は第２の斜視視点からのオブジェクトを示している。第１および第２の画像は共に、オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能である。装置はさらに、レンズの画像面に配置された画像センサを含んでおり、画像センサは第１の光状態を有する光に応答する第１の複数のセンサ要素および第２の光状態を有する光に応答する画像センサ上の第２の複数のセンサ要素を含んでいる。

画像センサは、対応する光状態を有する光を伝達し、対応する光状態以外を有する光の伝達を遮断するように動作可能な選択要素、および選択要素の下にある対応するセンサ要素をそれぞれ含む第１および第２の複数のセンサ要素を備えることができる。

各対応するセンサ要素は、複数のセンサ要素を備えることができる。

第１および第２の複数のセンサ要素それぞれは、画像センサのセンサ要素の繰り返し周波数により、空間的干渉を少なくするように動作可能な繰り返しモザイク・パターン内に配置することができる。

識別子の第１の部分は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の偏光子部分を含むことができ、識別子の第２の部分は、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の偏光子部分を含むことができる。

画像センサは、対応する複数のセンサ要素に第１の偏光状態を有する光を伝達し、第２の偏光状態を有する光の伝達を遮断するように配置された第１の複数のセンサ要素を含むことができ、第２の複数のセンサ要素は、対応する複数のセンサ要素に第２の偏光状態を有する光を伝達し、第１の偏光状態を有する光の伝達を遮断するように配置されている。

偏光子の第１の部分は、偏光子の第１の部分を通して左手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達し、偏光子の第２の部分を通して右手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達するように動作可能に構成することができ、第１の複数の画像センサ要素は、左手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達し、右手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な第１の複数の偏光子要素を含むことができ、第２の複数の画像センサ要素は、右手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達し、左手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な第２の複数の偏光子要素を含むことができる。

第１の複数の偏光子要素はそれぞれ、右手側の楕円形偏光状態を第１の直線偏光状態に変更するように動作可能な４分の１波長板、および第１の直線偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な直線偏光要素を含むことができ、第２の複数の偏光子要素はそれぞれ、左手側の楕円形偏光状態を第２の直線偏光状態に変更するように動作可能な４分の１波長板、および第２の直線偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な直線偏光要素を含むことができる。

左手側の楕円形偏光状態は、左手側の円形偏光状態を含むことができ、右手側の楕円形偏光状態は、右手側の円形偏光状態を含むことができる。

偏光子の第１の部分は第１の直線偏光配向を有することができ、偏光子の第２の部分は第２の直線偏光配向を有することができ、第１の直線配向は第２の直線偏光配向と垂直な配向をしており、第１の複数の偏光子要素はそれぞれ、第１の直線偏光状態を有する光を伝達し、右手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な偏光子要素を含むことができ、偏光子要素の第２の複数の偏光子要素はそれぞれ、第２の直線偏光状態を有する光を伝達し、左手側の楕円形偏光状態を有する光を遮断するように動作可能な偏光要素を含むことができる。

第１の直線偏光配向は、４５度に配向させることができる。

第１の複数の偏光子要素は、第１の偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な複数の直線偏光子要素を含むことができ、第２の複数の偏光子要素は、第２の偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な複数の直線偏光子要素を含むことができる。

識別子は、風景配向および肖像画配向の一方で画像を生成するように、約９０度だけ選択的に回転させるように動作可能に構成することができる。

識別子の第１の部分は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１のスペクトル属性を有する光を伝達するように配置された第１のフィルタ部を含むことができ、識別子の第２の部分は、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２のスペクトル属性を有する光を伝達するように配置された第２のフィルタ部を含むことができ、第１の複数のセンサ要素は、第１のスペクトル属性を有する光を伝達し、第２のスペクトル属性を有する光の伝達を遮断するように動作可能に構成することができ、第２の複数のセンサ要素は、第２のスペクトル属性を有する光を伝達し、第１のスペクトル属性を有する光の伝達を遮断するように動作可能に構成されている。

第１のスペクトル属性は、第１のセットの波長を含むことができ、第２のスペクトル属性は第２のセットの波長を含むことができ、第１および第２のセットの波長は、波長差だけ波長が分離されている。

各センサ要素は、複数のフィルタ要素を含むことができ、各フィルタ要素は、セットの波長範囲内で波長範囲内の光を伝達するように動作可能である。

センサ要素を通過する光が、下にある色フィルタ・アレイに到達する前に、各フィルタ要素を通して連続的に通過するように、複数のフィルタ要素を配置することができる。

複数のフィルタ要素は、互いに隣接して配置することができ、上にある対応するセンサ要素およびフィルタ要素は、色情報を生成するために対応する下にあるセンサ要素に光を案内しながら、第１および第２の画像を同時に生成するように構成されている。

画像センサは、第１および第２の画像を示す画像信号を生成するように動作可能に構成することができ、さらに、第１の複数のセンサ要素によって受信される第１の画像を示す第１の画像化信号を生成し、第２の複数のセンサ要素によって受信される第２の画像を示す第２の画像化信号を生成するように画像化信号を処理するように動作可能に構成されたコントローラを備えることができ、コントローラは、第１および第２の画像が同じ色外観を有するようにするために第１および第２の画像信号を画像処理するように動作可能に構成されている。

第１および第２のセットの波長はそれぞれ、赤色、緑色および青色の波長を含むことができ、波長差は約１ナノメートルから約１００ナノメートルの間であってもよい。

画像センサは、第１のスペクトル属性を有する光を伝達するように動作可能な上にあるフィルタ要素を有する第１の複数のセンサ要素と、第２のスペクトル属性を有する光を伝達するように動作可能な上にあるフィルタ要素を有する第２の複数のセンサ要素とを備えることができる。

フィルタ要素はそれぞれ、第１および第２のスペクトル属性にそれぞれ対応するスペクトル応答を有する狭い光学帯域通過フィルタを含むことができる。

識別子の第１の部分は、第１のセットの光波長を伝達するように動作可能であるフィルタ要素を含むことができ、識別子の第２の部分は、第２のセットの光波長を伝達するように動作可能であるフィルタ要素を含むことができる。

画像センサは、第１および第２の画像を示す画像信号を生成するように動作可能に構成することができる。

画像センサは、第１の複数のセンサ要素によって受信された第１の画像を示す第１の画像化信号を生成し、第２の複数のセンサ要素によって受信された第２の画像を示す第２の画像化信号を生成するように動作可能に構成することができる。

画像センサは、第１および第２の複数のセンサ要素それぞれで受信される光を生成し、第１の複数のセンサ要素によって受信された第１の画像を示す第１の画像化信号を生成し、第２の複数のセンサ要素によって受信された第２の画像を示す第２の画像化信号を生成するように、動作可能に構成することができる。

レンズの開口面は、レンズの物理的開口の位置、または物理的開口の複合体の位置の一方に配置されたレンズの開口面を含むことができる。

識別子は、識別子の第１および第２の部分による口径食により第１および第２の画像の強度変化が、人間の眼によって検出可能な閾値より下であるように、十分小さい変位だけ開口面から変位させることができる。

変位は、第１および第２の画像に関連する画像面にわたって３０％未満まで強度変化を減らすのに十分小さくてもよい。

識別子は、開口面に近接して配置されたレンズ要素の表面に加えられる識別子コーティングを含むことができる。

レンズは、ほぼ円形の断面単一画像化経路を画定する複数のほぼ円形のレンズ要素を含むことができ、識別子は、第１の光状態を有する光を伝達するように動作可能な左半分と、第２の光状態を有する光を伝達するように動作可能な右半分とを含んでおり、左右半分はそれぞれ、単一画像化経路の左および右半円形部分をそれぞれ画定する。

レンズは、ほぼ円形の断面単一画像化経路を画定する複数のほぼ円形のレンズ要素を含むことができ、識別子は、第１の光状態を有する光を伝達するように動作可能な左側セクタ部と、第２の光状態を有する光を伝達するように動作可能な右セクタ部とを含んでおり、左右セクタ部分はレンズの垂直中心線周りに配置されている。

識別子は、第１および第２の斜視視点に第１および第２の画像を形成しながら位置を変えさせるように、画像化経路の第１および第２の部分の範囲を変化させるように動作可能であり、斜視視点位置の変化は、３次元空間属性の表示の対応する変化を与える。

装置は、識別子の第１の部分の上に作用する、またはこれを通して伝達される光を遮断するように配置された第１の開口と、識別子の第２の部分の上に作用する、またはこれを通して伝達される光を遮断するように配置された第２の開口とを含むことができる。

装置は、それぞれの斜視視点位置の間の小さな分離を有する第３および第４の画像を生成するように、第１および第２の画像からの画像情報を組み合わせるように動作可能に構成されたコントローラを備えることができる。

コントローラは、第１および第２の画像の強度をスケーリングすることによって画像情報を組み合わせるように動作可能に構成することができる。

本発明の他の態様および特性は、添付の図面と合わせて、本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討した場合、当業者には自明のことになるであろう。

図面は、本発明の実施形態を示す。

本発明の第１の実施形態による３次元画像情報を生成する装置の斜視図である。 図１に示す装置で使用される画像センサの部分切取斜視図である。 図２に示す画像センサの一部の展開図である。 図１に示す装置の動作状態を示す上面図である。 図４に示す装置によって生成された画像を示す略図である。 図１から図４に示す装置の代替実施形態で使用される干渉フィルタに対する伝達スペクトルのグラフ図である。 本発明の代替実施形態による、図２に示す画像センサの一部の展開図である。 図１に示す装置で使用される偏光子の代替実施形態を示す図である。 図１に示す装置で使用される偏光子の代替実施形態を示す図である。 図１に示す装置で使用される偏光子の代替実施形態を示す図である。

図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による３次元画像情報を生成する装置全体が、１００で示されている。装置１００は、普通は中心軸１０３に沿って配向された単一の画像化経路を有するレンズ１０２を備えている。レンズ１０２は、レンズの開口面１０４にレンズの視野内で捕捉された光を案内するように動作可能である。

装置１００はまた、開口面１０４に近接して配置された空間識別子１０８を備えている。開口面１０４は、レンズ１０２の物理開口面であってもよい、または開口面の複合体であってもよい。識別子１０８は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分１１０と、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分１１２とを含んでいる。単一の画像化経路の第１および第２の部分１１０および１１２は、レンズの画像面１１４で第１および第２の画像をそれぞれ形成するために、レンズ１０２の視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ提供する。第１の画像は第１の斜視視点からの視野内のオブジェクト（オブジェクト１１６など）を示し、第２の画像は第２の斜視視点からのオブジェクトを示している。第１および第２の画像は共に、オブジェクト１１６の３次元空間属性を示すように動作可能である。

装置１１０はさらに、レンズ１０２の画像面１１４に配置された画像センサ１０６を含んでいる。画像センサ１０６は、第１の光状態を有する光に応答する第１の複数のセンサ要素１３８、および第２の光状態を有する光に応答する第２の複数のセンサ要素１３９を含んでいる。画像センサ１０６は、電荷結合素子センサ（ＣＣＤ）、または動的画素センサ（ＣＭＯＳ動的画素センサなど）として実施することができる。

画像センサ１０６は、画像信号を生成する出力１２８を含んでいる。装置１００はまた、画像センサの出力１２８から画像信号を受信するために、入力１３２を有するコントローラ１３０を備えている。一実施形態では、出力１２８は、画像センサ１０６からの画像信号の並列読出しを可能にする複数の並列信号ラインを含むことができる。コントローラは、画像信号の処理を行なうように動作可能に構成されたプロセッサ回路を備えることができる。

図１に示す実施形態では、レンズ１０２は、ズーム・レンズ群１２４を作り出し、開口面１０４の位置を画定する、レンズ要素１１８、１２０および１２２を含む複数のレンズ要素を備えている。ズーム・レンズ群１２４の焦点長さは、レンズ要素１１８および１２０を移動することによって変化させることができる。レンズ１０２はまた、画像面１１４で画像の焦点を合わせる集束レンズ１２６を備えている。他の実施形態では、レンズ１０２は、より多くまたは少ない数のレンズ要素で作ることができ、画像化で使用される、プライム、望遠、または他のタイプのレンズであってもよい。

図２を参照すると、本発明の第１の実施形態による画像センサ全体が、２００で示されている。画像センサ２００は、周期中にセンサ要素に入射する光子束を示す電荷または電圧を作り出すように動作可能である複数のセンサ要素２０４を含む感光層２０２を備えている。画像センサ２００はさらに、感光層２０２の上にあり、複数の色フィルタ要素２０８を有する色フィルタ・アレイ２０６を備えている。各色フィルタ要素２０８は、色フィルタ要素とセンサ要素の間の相関通信を行なうようにセンサ要素２０４の上にある。層２０２および２０６は共に、従来の画像センサと同様のＣＣＤ画像センサまたはＣＭＯＳ動的画素センサを備えることができる。

画像センサ２００はまた、選択層２１０および２１２を備えている。一実施形態では、層２１０および２１２は、第１および第２の光状態の一方を有する光を選択的に伝達し、他の光状態を有する光の伝達を遮断するように動作可能である選択要素２１４を備えている。

本発明の一実施形態による画像センサ２００の部分２１６が、図３に展開図で示されている。図３を参照すると、本実施形態では、各選択要素２１４は、層２１２上に４分の１波長板要素２１８、および層２１０上に直線偏光子要素２２０を備えている。図３では、層２１２上の４分の１波長板２１８のいくつかは、「Ｒ」と印がつけられており、波板が、右手側円形偏光光を第１の偏光配向（例えば、−４５°）を有する直線偏光光に変更するように配向されていることを示している。層２１０上の４分の１波長板２１８のその他は、「Ｌ」と印がつけられており、波板が、左手側円形偏光光を直線偏光光（例えば、−４５°）に変更するように配向されていることを示している。同様に、層２１０上の直線偏光子２２０のいくつかは「−」と印がつけられており、偏光子は第１の偏光配向（例えば、−４５°）を有する直線偏光光を伝達するように配向されており、層２１０上の直線偏光子のその他は「＋」と印がつけられており、偏光子が第２の偏光配向（例えば、＋４５°）を有する直線偏光光を伝達するように配向されていることを示している。波板２１８および偏光子２２０は、ほぼ同じ寸法であり、「Ｒ」と印がつけられた各波板は「−」と印がつけられた偏光子の上にあり、「Ｌ」と印がつけられた各波板は「＋」と印がつけられた偏光子の上にある。波板２１８および偏光子２２０は、例えば従来のリソグラフィ蒸着またはプロセスによって製造することができる。

色フィルタ・アレイ層２０６は、複数の色フィルタ要素２０８を備えており、これらは本実施形態では、２つの緑色または感輝度要素（Ｇ）、赤色感クロミナンス要素（Ｒ）および青色感クロミナンス要素（Ｂ）を有するバイエル・フィルタ・パターン内に配置されている。Ｇ、ＲおよびＢ色フィルタ要素２０８はそれぞれ、（４分の１波長板要素２１８および直線偏光子要素２２０で作られた）感度要素２１４の寸法の４分の１であり、それによって４つの色フィルタ要素（ＧＲＢＧ）のバイエル・セル２２２は、単一の選択要素と同じ寸法を有し、対応する選択要素の下にある。

最後に、感光層２０２上の複数のセンサ要素２０４はそれぞれ、上にある色フィルタ要素２０８に対応する寸法および配列を有する。センサ要素２０４のスペクトル応答はしたがって、上にある色フィルタ要素２０８によって変更されて、画像内の色情報を画像信号から回収することが可能になる。

空間識別子
普通、レンズ１０２の視野から受信された光は、ランダム直線偏光を有する。一実施形態では、空間識別子１０８の第１の部分１１０は、４分の１波長板に続いて直線偏光子を備えることができる。直線偏光子は、直線偏光子に入射し、第１の偏光配向（例えば、−４５°）を有する直線的に偏光された光成分が直線偏光子を通して伝達されるように配向することができる。４分の１波長板は、−４５°の偏光配向を有する光を左手側円形偏光光に変更させるように配向されている。識別子の第１の部分１１０は本実施形態ではしたがって、伝達されている左手側円形偏光光となる。

同様に、空間識別子１０８の第２の部分１１２はまた、直線偏光子に入射し、第２の偏光配向（例えば、＋４５°）を有する直線的に偏光された光成分が直線偏光子を通して伝達されるように配向される直線偏光子を備えることができる。４分の１波長板は、＋４５°の偏光配向を有する光を右手側円形偏光光に変更させるように配向されている。識別子の第２の部分１１２は本実施形態ではしたがって、伝達されている右手側円形偏光光となる。

動作
図２および図３に示された画像センサ２００の動作は、装置１００を上面図で示す図４および図５をさらに参照して説明する。

図４を参照すると、レンズ１０２の視野内の第１の点１４０から発散する光線１４２はランダムに偏光された光を含むことができ、これはレンズ１０２によって捕捉され、光線が識別子１０８の第１の部分１１０を通過する開口面１０４に案内される。識別子１０８の部分１１０を通して伝達される光線１４４は、左手側円形偏光を有し、画像面１１４上の点１４６に集束される。再び図３を参照すると、「Ｌ」と印がつけられた層２１２上の４分の１波板２１８に衝突する左手側円形偏光を有する光線は、左手側円形偏光光から＋４５°の直線偏光光への偏光状態の変化を受ける。「＋」と印がつけられた直線偏光子要素２２０は、第１の画像の記録を容易にするように、対応する色フィルタ要素２０８およびセンサ要素２０４を通して＋４５°偏光光を伝達する。「Ｌ」と印がつけられた層２１２上の４分の１波板２１８に衝突する右手側円形偏光を有する光線は、右手側円形偏光光から−４５°の直線偏光光への偏光状態の変化を受け、「＋」と印がつけられた直線偏光子要素によって遮断される。

再び図４を参照すると、視野内の第２の点１４８から発散する光線１５０は、レンズ１０２によって捕捉され、光線が識別子１０８の第２の部分１１２を通過する開口面１０４に案内される。識別子１０８の部分１１２を通して伝達される光線１５２は、右手側円形偏光を有し、画像面１１４上の点１５４に集束される。再び図３を参照すると、「Ｒ」と印がつけられた層２１２上の４分の１波板２１８に衝突する右手側円形偏光を有する光線は、右手側円形偏光光から−４５°の直線偏光光への偏光状態の変化を受ける。「−」と印がつけられた直線偏光子要素２２０は、第２の画像の記録を容易にするように、対応する色フィルタ要素２０８およびセンサ要素２０４を通して−４５°偏光光を伝達する。「Ｒ」と印がつけられた層２１２上の４分の１波板２１８に衝突する左手側円形偏光を有する光線は、右手側円形偏光光から＋４５°の直線偏光光への偏光状態の変化を受け、「−」と印がつけられた直線偏光子要素によって遮断される。

有利には、第１および第２の画像は、画像センサ要素２０４で同時に利用可能であり、期間中にセンサ要素２０４内に蓄積された信号値を読み出すことによって分離させることができる。ビデオ画像では、期間は、所望のフレーム率（例えば、ＮＴＳＣビデオ信号では３０フレーム／秒）によって設定することができる。一実施形態では、全てのセンサ要素は、単一の動作で画素の流れとして画像センサ２００から読み出され、コントローラ１３０（図１に示す）は、画像センサ２００の選択層２１０および２１２上の選択要素２１４の特定の配置にしたがって第１の画像画素および第２の画像画素に画素を分離させる。他の実施形態では、第１の画像に関連するセンサ要素は、第１の期間中に読み出すことができ、第２の画像に関連するセンサ要素は第２の期間中に読み出すことができる。

図５を参照すると、図１に示したオブジェクト１１６の例示的な第１および第２の画像が、１６０および１６２で示されている。識別子１０８の第１の部分１１０によって画定された単一の画像化経路の第１の部分は中心軸１０３からずれているので、第１の画像１６０は、オブジェクト１１６の一方側からの斜視視点を有し、画像中心１６４から左に向かってずれている。第２の画像１６２は、オブジェクト１１６のもう一方側からの斜視視点を有し、画像中心１６４から右に向かってずれて形成されている。第１および第２の画像１６０および１６２がユーザの左右の眼それぞれに選択的に案内されると、ユーザは、ユーザが３Ｄ情報を識別することが可能であるような、実際のオブジェクト１１６を見ている場合と同じ方法で、３Ｄ情報を画像から識別することが可能になる。

第１および第２の画像１６０および１６２は、ビデオ表示モニタ上の別のビデオ領域として交互に表示することができる。様々なタイプの動的および受動的メガネ類は、このように表示された第１および第２の画像１６０および１６２をユーザの眼に案内するために利用可能である。受動タイプのメガネ類は普通、メガネ類内の受動フィルタ要素が画像を分離させることを可能にするように、表示された画像の追加の波長または偏光処理を利用する。動的タイプのメガネ類は普通、別の方法では左右の眼それぞれへの第１および第２の画像１６０および１６２の伝達を可能にするように、ディスプレイから同期信号を受信する受信機を備えている。別の方法では、第１および第２の画像１６０および１６２は、それぞれの画像内の識別可能な特性を調和させ、識別した特性間の横方向シフトを判断するように処理することができる。判断した横方向シフトは、装置１００の画像化パラメータの知識と共に、オブジェクト上の点間、または異なる深度のオブジェクト間の深度の差を算出するために使用することができる。

有利には、識別子１０８は、吸収偏光子フィルムまたは薄膜偏光子などの比較的薄い材料の使用を可能にする、受動的偏光子要素などの受動的要素であってもよい。このような材料により、識別子１０８を、レンズ要素の間の限られた空間を有するレンズ１０２内でさえも、開口面１０４の極めて近くに、またはそこに配置することが可能になる。単一の画像化経路の第１または第２の部分を通した光の選択的伝達により、画像の口径食を少なくするまたはなくすように、レンズ１０２の開口面に少なくとも近接して発生する第１および第２の画像を生成するための光の選択的伝達／遮断を有することが有利である。いくつかの実施形態では、識別子１０８は、システム開口を画定し、レンズ１０２によって捕捉された光量を制御するレンズの虹彩（図示せず）に近接して配置することができる。別の方法では、識別子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２は、レンズの開口面を画定するレンズ要素、またはレンズの開口面に近接して配置されたレンズ要素にコーティングとして直接塗布することができる。

特定のレンズを使用して所望の画像化品質または性能を達成するために、開口面１０４からの識別子１０８の最大変位を示す距離許容誤差を生じさせるように光感度分析を行なうことができる。このような分析は、識別子１０８の第１および第２の点１１０および１１２による口径食による第１および第２の画像の幾何的ずれを考慮することができ、距離許容誤差は、許容可能な３Ｄ画像化品質に対する基準を満たすように開口面からの最大距離を与える。画像化品質が、識別子１０８を開口面から離れるように移動することによって行なわれる程度は、レンズ１０２を作るレンズ要素の構成、およびシステムの所望の画像化性能によるものである。極めて高い性能の画像化システムでは、識別子１０８は、口径食を最小限に抑え、したがって画像にわたってほぼ均一の画像強度を有する第１および第２の画像を与えるように、開口面１０４に極めて近接して配置させなければならない可能性がある。より低い性能の画像化システムでは、人間の眼はこのような減退に極めて敏感ではないので、画像の縁部でのかなり顕著な画像強度減退を可能にするように許容することができる。非重大画像化応用例では、画像の外側縁部での３０％から９０％の画像減退は許容可能であり、コンピュータ画像処理または他の光学プロセスによって補償することができる。

再び図３を参照すると、示されている実施形態では、「Ｒ」および「Ｌ」４分の１波板２１８は、モザイク・パターンで繰り返される。示されている実施形態では、第１の行は繰り返しパターン「ＲＬＬＲＬＬＲ」を有し、第２の行は繰り返しパターン「ＬＲＲＬＲＲＬ」を有する。様々な他の繰り返しモザイク・パターンを使用することもできる。繰り返しモザイク・パターンは、通常の繰り返しパターンが使用される場合に起こる可能性がある、モアレなどの空間的干渉影響を小さくするように動作可能である。

別の方法では、別の実施形態では、識別子１０８は、−４５°偏光光を伝達するように構成された第１の部分１１０、および＋４５°偏光光を伝達するように構成された第２の部分１１０を有する直線偏光子として構成することができる。本実施形態では、選択層２１２は必要なく、層２１０上の要素２２０は選択要素の機能を行なう。このような実施形態では、図１に示すように配向された場合、装置１００は一般的に「風景配向」（すなわち、画像の最も長い寸法が水平に配向している）と呼ばれるもので画像を生成するように構成されている。得られる第１および第２の画像は、左右の画像に分離され、有利には第１および第２の画像をユーザの水平に分離された左右の眼によって普通は見られる画像に対応させる。しかし、特に静止画像写真撮影では、カメラのユーザが風景配向および肖像画配向の両方（すなわち、画像の長い方の寸法が垂直に配向している場合）に画像を捕捉することが普通である。装置１００の代替実施形態では、装置は風景モードまたは肖像画モードのいずれかの構成を可能にするように構成することができる。特に、識別子１０８は、矢印１３６によって示された方向に約９０°だけ回転させることができ、それによって第１および第２の画像は図１に示すように装置の配向が垂直に分離されている。この構成では、装置１００が肖像画モードで画像を捕捉するように配向されている場合、第１および第２の画像は水平に分離されたままであり、それによってそれぞれ左右の斜視視野を有する第１および第２の画像が与えられる。識別子１０８の約９０°の回転は、ユーザによって手動で操作されるアクチュエータを有する機械的回転子を使用して行なうことができる。別の方法では、機械的回転子は、肖像画モードのユーザ選択に応じて、または加速度計または重力センサ（図示せず）などの配向センサによって生成される配向信号に応じて自動的に、のいずれかで、電気モータによって作動させることができる。

図３および図４に示す実施形態では、第１および第２の偏光配向はそれぞれ、垂直に対して−４５°および＋４５°であるが、他の実施形態では、偏光は別に（例えば、垂直にまたは水平に）配向させることができる。有利には、±４５°で第１および第２の偏光配向を配向させることにより、光が例えば車道または水域などの表面に反射する場合に起こるように、部分的に偏光されているレンズ１０２の視野から受信された光による第１および第２の画像間の差を防ぐ。

別の実施形態では、識別子１０８の第１の部分１１０は、左手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な偏光子を備えることができ、識別子１０８の第２の部分１１２は、右手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な偏光子を備えることができる。

スペクトル識別子の実施形態
他の実施形態では、識別子１０８の部分１１０および１１２は、第１および第２の画像を生成するように、光の別の性状または状態で動作するフィルタまたは他の光学要素と置き換えることができる。例えば、識別子１０８の第１の部分１１０は、単一の画像化経路の第１の部分を通して第１のスペクトル属性を有する光を伝達するように配置された第１のフィルタ部を備えることができ、識別子の第２の部分は、単一の画像化経路の第２の部分を通して第２のスペクトル属性を有する光を伝達するように配置された第２のフィルタ部を備えることができる。本実施形態では、画像センサ２００の第１の複数の選択要素は、第１のスペクトル属性を有する光を伝達し、第２のスペクトル属性を有する光の伝達を遮断することによって、第１の画像を形成するようにそれに応じて構成される。同様に、画像センサ２００の第２の複数の選択要素は、第２のスペクトル属性を有する光を伝達し、第１のスペクトル属性を有する光の伝達を遮断することによって第２の画像を形成するようにそれに応じて構成される。

図６を参照すると、部分１１０および１１２は、青色、緑色および赤色の光などの特定の狭い帯域の波長を伝達する干渉フィルタとして実施することができる。このような干渉フィルタ用の伝達スペクトルは、図６に７００および７０２でグラフ的に示されている。識別子１０８の第１の部分１１０は、７００で示すような第１の複数の波長λ_Ｂ１、λ_Ｇ１およびλ_Ｒ１を伝達するように構成することができ、第２の部分１１２は、７０２で示すような第２の複数の波長λ_Ｂ２、λ_Ｇ２およびλ_Ｒ２を通過させるように構成することができる。

図７を参照すると、本実施形態による画像センサ２００の部分２１６は、選択層２１２および２１０が選択層７５０と置き換えられるように構成することができる。選択層７５０は、選択要素７５２を含んでおり、これらは図７ではλ_１と印がつけられており、第１の複数の波長に反応する。選択層７５０はまた、選択要素７５２を含んでおり、これらはλ_２と印がつけられており、第２の複数の波長に反応する。選択要素は、吸収、干渉フィルタ、またはこれらの組合せからなることができ、この場合フィルタは極めて狭い帯域の波長のみに反応する。他の実施形態では、フィルタは伝達帯域の縁部で鋭い波長遷移を行なうように製造することができ、それにより第１および第２の複数の波長それぞれにおいて４つ以上の波長範囲に対応することができる。

第２の複数の波長７０２が単一の画像化経路を通して受信されると、部分１１０はこれらの波長を遮断し、部分１１２は画像面１１４で第１の画像を形成するように画像化された第２の複数の波長を伝達する。第１の複数の波長７００が単一の画像化経路を通して受信されると、部分１１２はこれらの波長を遮断し、部分１１０は画像面１１４で第２の画像を形成するように画像化された第１の複数の波長を伝達する。選択要素７５２は、識別子１０８の対応する第１および第２の部分とほぼ同じスペクトル応答を有し、それによって、選択層７５０は、それぞれの波長に下にある複数の色フィルタ要素２０８および複数のセンサ要素２０４に伝達し、したがって第１および第２の画像の記録が容易になる。

第１および第２の画像はその後、画像の色を再構成するように処理することができ、それによって人間の眼は、フィルタがシステム内に存在していない場合に認識される色域を認識する。プロセスは普通、バイエル色フィルタ・アレイを使用する従来のカメラで色を再構成するために使用される処理と類似している。波長差は、約１から約１００ナノメートルの間であってもよい。このような画像処理は、画像がわずかにずれたスペクトルを有していても、ユーザが２つの画像のスペクトル差を識別することができないように、第１および第２の複数の波長における特定の波長の相対強度を変更することを含むことができる。

図７に示す実施形態では、各λ_１選択要素７５２は、図６に７００で示す各波長範囲をフィルタリングするように動作可能なフィルタを備えており、各λ_２選択要素７５２は、図６に７０２で示す各波長範囲をフィルタリングするように動作可能なフィルタを備えている。このようなフィルタはしたがって、３つの別個のフィルタ層を備えることができ、各層は７５０および７５２で示す波長範囲の１つをフィルタリングするように調整されている。

別の実施形態では、色フィルタ・アレイ２０６を省くことができ、各選択要素７５２は色フィルタ・アレイの機能を行なうように構成することができる。例えば、各λ_１選択要素７５２は隣接して配置された４つのフィルタ要素、例えばλ_Ｂ１要素、λ_Ｒ１要素および２つのλ_Ｇ１要素（バイエル・タイプの色フィルタ・アレイの場合）を含むことができる。同様に、各λ_２選択要素７５２もまた隣接して配置された４つのフィルタ要素、例えばλ_Ｂ２要素、λ_Ｒ要素および２つのλ_Ｇ２要素を含むことができる。有利には、このような実施形態を使用して、色分離機能および画像分離機能の両方を単一の適切に構成した層に組み込むことができる。

可変立体視
図１および図３に示す実施形態では、単一の画像化経路は、円形の形状をしており、識別子１０８の第１の部分１１０は、画像化経路の第１の半円形部分を覆うように延びており、第２の部分１１２は、画像化経路の第２の半円形部分を覆うように延びている。第１および第２の部分１１０および１１２が直線偏光子として構成されている（例えば、−４５°および＋４５°）実施形態では、部分は図８、図９および図１０に示すように、半円領域より小さい単一の画像化経路のセクタを覆うようにそれぞれ延びることができる。図８を参照すると、識別子１０８は、第１および第２の部分１１０および１１２が画像化経路４０６を越えて外側に延びるような寸法をしていてもよい。第１の部分１１０によって覆われた単一の画像化経路（破線４０６で示す）の領域の重心は５５０で示され、第２の部分１１２によって覆われた単一の画像化経路の領域の重心は５５２で示されている。重心５５０および５５２は図では、図１に示すレンズ１０２などの、レンズを通して形成されたそれぞれ第１および第２の画像に対して斜視中心を画定することができる。２つの重心５５０と５５２の間の距離Ｄは、装置によって生成される「３Ｄ量」と大まかに等しい、画像間の立体視分離を示している。

図９を参照すると、識別子１０８の第１の部分１１０を矢印５５４の方向に内向きに、第２の部分１１２を矢印５５６の方向に内向きに移動させることによって、重なっている領域５５８は２つの偏光子部分の間に形成されている。重なっている領域５５８を通過する光は、−４５°偏光配向を有する識別子１０８の部分、および＋４５°偏光配向を有する部分の両方を通して通過し、したがって、偏光配向と関係なく遮断される。これらの状態では、重心５５０および５５２はそれぞれ、外向きにシフトされ、したがって、斜視視点も外向きにシフトされて、第１および第２の画像の間により大きな立体視分離が与えられる。

図１０を参照すると、矢印５６０の方向の内向きへの識別子１０８の第１の部分１１０、および矢印５６２の方向の内向きへの第２の部分１１２のさらなる移動により、２つの偏光子部分間の重なっている領域５６４がある程度増加される。重なっている領域５６４を通過する光はまた、識別子１０８の−４５°および＋４５°偏光部分の両方を通過し、したがって遮断される。これらの状態では、重心５５０および５５２は再び外向きにシフトされ、それにより斜視視点がさらに変更される。

一実施形態では、識別子１０８の部分１１０および１１２の移動は、ミニ・ステッパ・モータなどのアクチュエータによって行なうことができ、重心の分離の程度は変更することができ、第１および第２の画像は、全体を参照として本明細書に援用する、「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＴＨＲＥＥ ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＩＭＡＧＥ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ Ａ ＳＩＮＧＬＥ ＩＭＡＧＩＮＧ ＰＡＴＨ」という名称の２００９年７月１０日出願の本出願人のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＣＡ２００９／０００９５７号に開示されているような、可変立体視を行なうように形成されている。

別の実施形態では、識別子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２それぞれによって形成された第１および第２の画像は、第１および第２の画像を組み合わせることによって第３および第４の画像を生成するために使用することができる。例えば、識別子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２を図８、９または１０のいずれかに示すように配置した状態で、第１および第２の画像の部分をある基準で組み合わせて、第３の画像を生成することができる。同様に、第１および第２の画像の部分は、第４の画像を生成するため別の基準により組み合わせることができる。一実施形態では、組合せの基準は、第１の比率による第１の画像の強度をスケーリングすること、および第２の比率によって第２の画像の強度をスケーリングし、その後スケーリングした画像を標準化し組み合わせて第３の画像を生成することであってもよい。同様に、第４の画像は、第２の比率により第１の画像の強度をスケーリングし、第１の比率によって第２の画像の強度をスケーリングし、その後スケーリングした画像を標準化し組み合わせて第４の画像を形成することによって生成することができる。

ある部分または割合の第１および第２の画像を含めることにより、第３および第４の画像間の立体視分離を効果的に少なくする。処理は、コントローラ１３０（図１に示す）によって行なうことができ、図８〜１０のいずれかで提供されたものからの立体視分離をさらに減少させるために使用することができる。このような変更を使用して、３Ｄ画像生成のために、弱いまたは存在しない立体視分離（すなわち、基本的に２Ｄ）からより強い立体視分離を形成するための遷移を行なうことができる。

代替実施形態では、空間識別子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２（図１に示す）は、それぞれの部分の上にあるそれぞれの第１および第２の調節可能開口（図示せず）を備えることができる。開口により、第１および第２の画像を形成するための単一の画像経路の対応する第１および第２の部分の選択が容易になる。有利には、適切に構成された開口の組み込みにより、第１および第２の画像を識別子１０８の第１および第２の部分１１０および１１２の領域の一部のみを使用して形成することが可能になる。例えば、単一の画像経路のそれぞれ第１および第２の部分に対する開口数状態を変更することによって、第１および第２の画像の焦点深度を大きくすることが望ましい可能性がある。開口数の変化は、第１および第２の開口の寸法を小さくして、画像化経路のそれぞれの部分の一部を遮断することによって達成することができる。一実施形態では、開口は、機械的虹彩などの作動された機械的開口として実施することもできる。他の実施形態では、開口は、例えば液晶材料を使用することによって、電気光学開口として実施することもできる。電子開口は、識別子１０８の一部として実施することもできる。

有利には、本明細書で説明した実施形態により、単一の画像化経路を使用した３Ｄ画像情報の生成が容易になる。さらに、第１および第２の画像の分離が画像センサで起こり、画像は画像センサで同時に使用可能であって、それによって画像を時間内に分離するシステムより高いフレーム率でのビデオ画像捕捉が容易になる。

本発明の特定の実施形態を説明および図示したが、このような実施形態は、本発明を例示しているだけであると考えるべきであり、添付の特許請求の範囲にしたがって解釈されるように発明を限定するものではないと考えるべきである。

Claims (23)

1. 単一の画像化経路および関連する視野を有するレンズを使用して３次元画像情報を生成する方法であって、
   前記レンズの開口面に前記レンズの前記視野内で捕捉される光を案内することと、
   前記開口面に近接して配置され、前記単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分および前記単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分を含む空間識別子で前記捕捉された光を受けることであって、前記単一の画像化経路の前記第１および第２の部分は、前記レンズの画像面に配置された画像センサで第１および第２の画像をそれぞれ形成するために、前記レンズの前記視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ提供し、前記第１の画像は、前記第１の斜視視点からの前記視野内のオブジェクトを示しており、前記第２の画像は前記第２の斜視視点からの前記オブジェクトを示しており、前記第１および第２の画像は共に、前記オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能であることと、
   前記画像センサ上の第１の複数の選択要素で前記第１の画像を受信することであって、各々の前記第１の複数の選択要素は、前記画像センサの少なくとも一つのセンサ要素に重なり、前記第１の光状態を有する光を伝達するように構成され、
   前記画像センサ上の第２の複数の選択要素で前記第２の画像を受信することであって、各々の前記第２の複数の選択要素は、前記画像センサの少なくとも一つのセンサ要素に重なり、前記第２の光状態を有する光を伝達するように構成され、
   前記識別子の前記第１の部分は、前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の偏光子部分を含んでおり、前記識別子の前記第２の部分は、前記単一の画像化経路の前記第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の偏光子部分を含んでおり、
   前記第１の画像を受信することは、対応する複数のセンサ要素に前記第１の偏光子部分から受け取った光を伝達し、前記第２の偏光子部分から受け取った光の伝達を遮断するように配置された第１の複数の選択要素で前記第１の画像を受信することを含んでおり、
   前記第２の画像を受信することは、対応する複数のセンサ要素に前記第２の偏光子部分から受け取った光を伝達し、前記第１の偏光子部分を受け取った光の伝達を遮断するように配置された第２の複数の選択要素で前記第２の画像を受信することを含んでいる方法。
2. 前記捕捉された光を受信することは、前記偏光子の前記第１の部分を通して左手側の楕円形偏光状態を有する光を受信し、前記偏光子の前記第２の部分を通して右手側の楕円形偏光状態を有する光を受信することを含んでおり、
   各々の前記選択要素は、
   前記識別子の前記第１の部分から受け取った光と前記識別子の前記第２の部分から受け取った光のいずれか一方を直線偏光状態に変更するように構成された４分の１波長板と、
   前記４分の１波長板と前記少なくとも一つのセンサ要素との間の直線偏光子であって、前記直線偏光子は、前記識別子の前記第１の部分からの光と、前記識別子の前記第２の部分から受け取った光のいずれか一方を伝達するように配置された、前記直線偏光子と、
   を含んでいる、請求項１に記載の方法。
3. 前記左手側の楕円形偏光状態は、左手側の円形偏光状態を含んでおり、前記右手側の楕円形偏光状態は、右手側の円形偏光状態を含んでいる、請求項２に記載の方法。
4. 前記捕捉された光を受信することは、前記偏光子の前記第１の部分を通して第１の直線偏光配向を有する光を受信し、前記偏光子の前記第２の部分を通して第２の直線偏光配向を有する光を受信することを含んでおり、前記第１の直線配向は前記第２の直線偏光配向と垂直な配向をしており、
   前記第１の複数の偏光子要素で前記第１の画像を受信することは、第１の直線偏光状態を有する光を伝達し、前記第２の直線偏光状態を有する光を遮断するように配置された複数の偏光子要素で前記第１の画像を受信することを含んでおり、
   前記第２の複数の偏光子要素で前記第２の画像を受信することは、前記第２の直線偏光状態を有する光を伝達し、前記第２の直線偏光状態を有する光を遮断するように配置された複数の偏光要素で前記第２の画像を受信することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
5. 前記識別子の前記第１の部分は、前記第２のセットの波長の光を遮断している間、前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１のセットの波長を有する光を伝達するように構成された第１のフィルタ部を含んでおり、前記識別子の前記第２の部分は、前記第１のセットの波長の遮断している間、前記単一の画像化経路の第２の部分を通して第２のセットの波長を有する光を伝達するように構成された第２のフィルタ部を含んでおり、
   前記第１の画像を受信することは、あらゆる前記第２のセットの波長を有する光を遮断している間、前記第１のセットの波長の少なくとも一つを有する光を伝達するように動作可能である第１の複数の選択要素で前記第１の画像を受信することを含んでおり、
   前記第２の画像を受信することは、あらゆる前記第１のセットの波長を有する光を遮断している間、前記第２のセットの波長の少なくとも一つを有する光を伝達するように動作可能である第２の複数の選択要素で前記第２の画像を受信することを含んでおり、
   前記第１および第２のセットの波長はそれぞれ、赤色、緑色および青色の波長を含んでいる、請求項１に記載の方法。
6. 各々の前記第１の複数の選択要素は一つのセンサ要素に重なり、他の前記第１及び第２のセットの波長を有する光を遮断している間、前記第１のセットの波長の一つを有する光を伝達するように動作可能に構成され、
   各々の前記第２の複数の選択要素は一つのセンサ要素に重なり、他の前記第１及び第２のセットの波長を有する光を遮断している間、前記第２のセットの波長の一つを有する光を伝達するように動作可能に構成されることとを含む、請求項５に記載の方法。
7. 各々の前記第１の複数の選択要素は複数のセンサ要素に重なり、前記第１のセットの波長を有する光を伝達するように動作可能に構成され、
   各々の前記第２の複数の選択要素は複数のセンサ要素に重なり、前記第２のセットの波長を有する光を伝達するように動作可能に構成されることとを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記第１および第２の画像を示す画像信号を生成することと、
   前記第１の複数のセンサ要素によって受信される前記第１の画像を示す第１の画像化信号を生成し、前記第２の複数のセンサ要素によって受信される前記第２の画像を示す第２の画像化信号を生成するように画像化信号を処理することであって、前記処理は、前記第１および第２の画像が同じ色外観を有するようにするための、前記第１および第２の画像信号の処理を含んでいることとをさらに含んでいる、請求項５に記載の方法。
9. それぞれの斜視視点位置の間の小さな分離を有する第３および第４の画像を生成するように、前記第１および第２の画像からの画像情報を組み合わせることをさらに含んでいる、請求項１に記載の方法。
10. 前記組み合わせることは、前記第１および第２の画像の強度をスケーリングすることを含んでいる、請求項９に記載の方法。
11. 単一の画像化経路および関連する視野を有するレンズを使用して３次元画像情報を生成する装置であって、
    レンズであって、前記レンズの開口面に前記レンズの視野内で捕捉された光を案内するように動作可能である単一の画像化経路を有するレンズと、
    前記開口面に近接して配置され、前記単一の画像化経路の第１の部分を通して第１の光状態を有する光を伝達するように配置された第１の部分と、前記単一の画像化経路の第２の部分を通して第２の光状態を有する光を伝達するように配置された第２の部分とを含んでいる空間識別子であって、前記単一の画像化経路の前記第１および第２の部分は、前記レンズの画像面で第１および第２の画像をそれぞれ形成するために、前記レンズの前記視野内に第１および第２の斜視視点をそれぞれ提供し、前記第１の画像は前記第１の斜視視点からの前記視野内のオブジェクトを示し、前記第２の画像は前記第２の斜視視点からの前記オブジェクトを示しており、前記第１および第２の画像は共に、前記オブジェクトの３次元空間属性を示すように動作可能である空間識別子と、
    前記レンズの前記画像面に配置された画像センサであって、前記第１の光状態を有する光が伝達可能な第１の複数の選択要素、および前記第２の光状態を有する光が伝達可能な前記画像センサ上の第２の複数の選択要素を含んでおり、各々の選択要素は、前記画像センサの少なくとも一つのセンサ要素に重なっている前記画像センサとを備え、
    前記識別子の前記第１の部分は、前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第１の偏光子部分を含んでおり、
    前記識別子の前記第２の部分は、前記単一の画像化経路の前記第２の部分を通して第２の偏光状態を有する光を伝達するように配置された第２の偏光子部分を含んでおり、
    前記第１の複数の選択要素は、対応する複数のセンサ要素に前記第１の偏光子部分から受け取った光を伝達し、前記第２の偏光子部分から受け取った光の伝達を遮断するように配置されており、
    前記第２の複数の選択要素は、対応する複数のセンサ要素に前記第２の偏光子部分から受け取った光を伝達し、前記第１の偏光子部分から受け取った光の伝達を遮断するように配置されている装置。
12. 前記第１の偏光状態は、左手側の楕円形偏光であり、前記第２の偏光状態は、右手側の楕円形偏光であり、
    各々の前記選択要素は、
    前記識別子の前記第１の部分から受け取った光と前記識別子の前記第２の部分から受け取った光のいずれか一方を直線偏光状態に変更するように配置された４分の１波長板と、
    前記４分の１波長板と前記少なくとも一つのセンサ要素との間の直線偏光子であって、前記直線偏光要素は、前記識別子の前記第１の部分からの光と前記識別子の前記第２の部分から受け取った光のいずれか一方を伝達するように配置された、前記直線偏光子と、
    を含んでいる、請求項１１に記載の装置。
13. 前記左手側の楕円形偏光状態は、左手側の円形偏光状態を含んでおり、前記右手側の楕円形偏光状態は、右手側の円形偏光状態を含んでいる、請求項１２に記載の装置。
14. 前記第１の偏光状態は、第１の直線偏光配向であり、前記第２の偏光状態は、第２の直線偏光配向であり、前記第１の直線偏光配向は前記第２の直線偏光配向と垂直であり、
    前記第１の複数の選択要素は、それぞれ、前記第１の直線偏光状態を有する光を伝達し、前記第２の偏光状態を有する光を遮断するように配置された偏光子要素を備え、
    前記第２の複数の選択要素は、それぞれ、前記第２の直線偏光状態を有する光を伝達し、前記第１の偏光状態を有する光を遮断するように配置された偏光子要素を備える、請求項１１に記載の装置。
15. 前記第１の直線偏光配向は、垂直に対して−４５度及び＋４５度のいずれか一方に配向されている、請求項１４に記載の装置。
16. 前記識別子は、風景配向および肖像画配向の一方で画像を生成するように、約＋９０度及び約−９０度のいずれか一方だけ選択的に回転させるように動作可能に構成されている、請求項１０に記載の装置。
17. 前記識別子の前記第１の部分は、第２のセットの波長の光を遮断している間、前記単一の画像化経路の前記第１の部分を通して第１のセットの波長を有する光を伝達するように配置された第１のフィルタ部を含んでおり、
    前記識別子の前記第２の部分は、第１のセットの波長の光を遮断している間、前記単一の画像化経路の前記第２の部分を通して第２のセットの波長を有する光を伝達するように配置された第２のフィルタ部分を含んでおり、
    前記第１の複数の選択要素は、あらゆる第２のセットの波長の光を遮断している間、少なくとも一つの前記第１のセットの波長を有する光を伝達可能であり、
    前記第２の複数の選択要素は、あらゆる第１のセットの波長の光を遮断している間、少なくとも一つの前記第２のセットの波長を有する光を伝達可能であり、
    前記第１および第２のセットの波長はそれぞれ、赤色、緑色および青色の波長を含んでいる、請求項１０に記載の装置。
18. 各々の前記第１の複数の選択要素は一つのセンサ要素に重なり、他の前記第１及び第２のセットの波長を有する光を遮断している間、前記第１のセットの波長の一つを有する光を伝達するように動作可能に構成され、
    各々の前記第２の複数の選択要素は一つのセンサ要素に重なり、他の前記第１及び第２のセットの波長を有する光を遮断している間、前記第１のセットの波長の一つを有する光を伝達するように動作可能に構成されることとを含む、請求項１７に記載の装置。
19. 各々の前記第１の複数の選択要素は複数のセンサ要素に重なり、前記第１のセットの波長を有する光を伝達するように動作可能に構成され、
    各々の前記第２の複数の選択要素は複数のセンサ要素に重なり、前記第２のセットの波長を有する光を伝達するように動作可能に構成されることとを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記第１および第２のセットの波長はそれぞれ、赤色、緑色および青色の波長を含んでいる、請求項１７に記載の装置。
21. 前記識別子は、前記開口面に近接して配置されたレンズ要素の表面に加えられる識別子コーティングを含んでいる、請求項１０に記載の装置。
22. 前記識別子は、前記第１および第２の斜視視点に前記第１および第２の画像を形成しながら位置を変えさせるように、前記画像化経路の前記第１の部分の重心と前記画像化経路の前記第２の部分の重心との間の距離を変化させるように動作可能であり、斜視視点位置の前記変化は、前記３次元空間属性の表示の対応する変化を与える、請求項１０に記載の装置。
23. 前記識別子は、前記識別子の前記第１の部分を通して伝達される光を制限するように配置された第１の調整可能な開口と、前記識別子の前記第２の部分を通して伝達される光を制限するように配置された第２の調整可能な開口とを備えている、請求項１０に記載の装置。

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