TW201303477A - 三維成像裝置 - Google Patents

Abstract

一種能調整兩拍攝鏡頭之拍攝角度的三維成像裝置，其中藉由三維成像裝置中的驅動裝置來調整兩拍攝鏡頭之拍攝角度交於拍攝物的前面或後面，使拍攝出的三維畫面產生前景或後景的三維效果，並使三維畫面效果能更多元化，表現方式更豐富。

Description

三維成像裝置

本發明係有關於一種具有三維（3D）顯示功能之裝置，特別是有關一種三維成像的影像擷取裝置，例如：照相機及攝影機等。

近年來由於三維(或稱3D/Three Dimensional；以下用3D表示三維)電影盛行，人們對於3D影片的需求日趨增多。相對的3D產品亦從電影轉至LCD產業。首先，人類為什麼能透過視覺看出深度、並感覺到立體感，最主要的一點就是，人眼的視覺是可以感覺出深度的，也就是「深度知覺(depth perception)」；而有了深度的資訊後，才能判斷出立體空間中的相對位置。由於人的兩個眼睛的位置不一樣，一般人兩眼間距約5到7公分，所以看到的東西會有兩眼視差(binocular parallax)，而人腦會再將這兩個影像做融合(convergence)，而產生出立體的感覺；而這就是所謂的「binocular cues」。另外，人類亦可從眼睛對遠近焦距的調適(accommodation)、動態視差(motion parallax)、透視(perspective)或光影等來判斷物體的遠近，亦即使人類只有單眼亦可判斷遠近。

因此，為了使在2D(2維/Two Dimensional)平面的影片變成3D立體感的影片，必須使人類左、右的眼睛分別看到不同的影像(即是一般視物的兩眼視差)，在經由大腦融合，2D影片即可變為栩栩如生的3D影片。

在現有技術中，是運用快門鏡(shutter glasses)，此種技術的基本原理就是，在螢幕上以兩倍的頻率交互地顯示左眼和右眼的影像，而眼鏡則會去動態地屏蔽使用者的左眼和右眼，在螢幕顯示左眼影像時遮住右眼、在螢幕顯示右眼影像時遮住左眼，以此達到讓兩眼看到各自不同的影像。雖然在這種狀況下，沒有兩隻眼睛是同時看到影像的，但是由於人眼的視覺暫留等機制的效果，還是能感覺到兩眼都有看到各自不同的影像，進而產生立體感。

而為了拍攝3D照片，一般市面上皆為配置兩個固定角度的鏡頭來進行拍攝。但由於鏡頭的拍攝角度為固定，因此一般3D照相機皆為「後景」拍攝，而無法用「前景」拍攝；且在拍攝時，會由於拍攝距離限制的關係，導致拍攝出來的3D畫面的效果表現差強人意。

因此，本發明提供一種可調整拍攝角度的3D成像裝置，使本發明的3D成像裝置在拍攝時，能任意調整兩個拍攝鏡頭的拍攝角度，因此能任意調整為「後景」拍攝或「前景」拍攝，而在拍攝3D效果的照片時，其3D表現方式能更加多元化，增加3D照片的效果。

為了解決上述問題，本發明之一主要目的在於提供一種三維成像裝置，藉調整兩個拍攝鏡頭的拍攝角度，能任意調整為「後景」拍攝或「前景」拍攝，可更容易拍攝出更多元化的3D效果的3D照片。

本發明之另一主要目的在於提供一種三維成像裝置，藉調整兩個拍攝鏡頭的拍攝角度，可以拍攝近距離的「前景」，可拍攝出清晰及更多元化的3D效果的3D照片。

依據上述目的，本發明提供一種三維成像裝置，包括：一機身，具有一前板面及相對於前板面之後板面，且前板面具有一對開口；一對轉動模組，係平行配置於機身中；其中，每一轉動模組包括：一內筒，由一物鏡固定部及一光學元件模組固定部連接而形成，內筒之位於物鏡固定部之一第一自由端為開口狀及位於光學元件模組固定部之一第二自由端為開口狀，而物鏡固定部係配置於機身之開口處；一外筒，係置於內筒之光學元件模組固定部外，並與內筒連接；一對鏡頭模組，係分別配置於第一轉動模組及第二轉動模組中；其中，每一鏡頭模組包括：一物鏡，係配置於內筒之第一自由端處；一棱鏡，係配置於內筒中之物鏡固定部及光學元件模組固定部中，並與物鏡呈平行配置；一對感光元件，係分別配置於每一內筒之第二自由端為開口處，並與棱鏡呈垂直配置；一整合元件，配置於機身中，並與對感光元件電性連接；一顯示螢幕，係配置於機身之後板面上，並與整合元件電性連接；及一驅動裝置，係配置於機身中，並與對轉動模組相連接；其中藉由驅動裝置來驅動對轉動模組，使對轉動模組之轉動，並可使對轉動模組之轉動角度相交於一焦點上。

經由本發明所提供之設計，拍攝者不需移動即能在同一定點拍攝出「前景」及「後景」的3D畫面。且經由轉動模組的調整，使拍攝出的3D畫面效果能更多元化，表現方式更豐富。

本發明之再一主要目的在於提供一種三維成像照相機，藉於配置於機身之兩鏡頭前之透明基板，可達到防塵、防刮等作用，以保護鏡頭。

依據上述目的，本發明提供一種三維成像裝置，包括：一機身，具有一前板面及相對於前板面之後板面，且前板面具有一開口；一對轉動模組，係平行配置於機身中；其中，每一轉動模組包括：一內筒，由一物鏡固定部及一光學元件模組固定部連接而形成，內筒之位於物鏡固定部之一第一自由端及位於光學元件模組固定部之一第二自由端為開口狀，而物鏡固定部係配置於機身之開口處；一外筒，係置於內筒之光學元件模組固定部外，並與內筒連接；一對鏡頭模組，係分別配置於第一轉動模組及第二轉動模組中；其中，每一鏡頭模組包括：一物鏡，係配置於內筒之第一自由端處；一棱鏡，係配置於內筒中之物鏡固定部及光學元件模組固定部中，並與物鏡呈平行配置；一對感光元件，係分別配置於每一內筒之第二自由端為開口處，並與棱鏡呈垂直配置；一整合元件，配置於機身中，並與對感光元件電性連接；一顯示螢幕，係配置於機身之後板面上，並與整合元件電性連接；一驅動裝置，係配置於機身中，並與對轉動模組相連接，其中藉由驅動裝置來驅動對轉動模組，使對轉動模組之轉動，並可使對轉動模組之轉動角度相交於一焦點上；及一透明基板，係封閉機身上的開口。

經由本發明所提供之設計，可在不影響兩鏡頭轉動的情況下，提供鏡頭多一層保護措施。

由於本發明係揭露一種3D成像裝置，其中所利用到的一些與成像裝置有關之鏡頭模組、變焦模組及感光元件等，係利用現有技術來達成，故在下述說明中，並不作完整描述。此外，於下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本發明特徵有關之示意圖。
首先，請參閱圖1，係為本發明之3D成像裝置透視示意圖。如圖1所示，3D成像裝置，包括：一機身10，具有一前板面101及相對於前板面101之後板面103，且前板面101具有一第一開口1011及一第二開口1013；一第一轉動模組20及一第二轉動模組22，係配置於機身10中，且第一轉動模組20及第二轉動模組22係相應地配置於第一開口1011及第二開口1013處，使得光能夠從第一轉動模組20及第二轉動模組22透過第一開口1011及第二開口1013傳至3D成像裝置中；其中，第一轉動模組20包括：一第一內筒201，具有一第一物鏡固定部2011及一第一光學元件模組固定部2013，第一物鏡固定部2011及第一光學元件模組固定部2013為圓桶狀，且相互連接為近似L形之直角狀且兩端呈開口狀，同時，再將第一物鏡固定部2011配置於第一開口1011處；一第一外筒203，其兩端呈開口狀，係配置於第一內筒201之第一光學元件模組固定部2013外，並與第一光學元件模組固定部2013連接；及一第一感光元件307，係配置於第一內筒201底部之開口處，用以將光轉換成影像。第二轉動模組22包括：一第二內筒221，具有一第二物鏡固定部2211及一第二光學元件模組固定部2213，第二物鏡固定部2211及第二光學元件模組固定部2213為圓桶狀，且相互連接為近似L形之直角狀且兩端呈開口狀，並同樣地將第二物鏡固定部2211配置於第二開口1013處；一第二外筒223，其兩端呈開口狀，係配置於第二內筒221之第二光學元件模組固定部2213外，並與第二光學元件模組部2213連接；及一第二感光元件327，係配置於第二內筒221底部之開口處，用以將光轉換成影像。此外，在本發明中所使用的第一感光元件307及第二感光元件327可以是電耦合影像感測元件或是互補式金氧半導體影像感測元件。
接著，請再參考圖1，一第一鏡頭模組30及一第二鏡頭模組32，係分別配置於第一轉動模組20及第二轉動模組22中；其中，第一鏡頭模組30包括：一第一物鏡301，係配置於第一內筒201之第一物鏡固定部2011中，一第一棱鏡303，係配置於第一內筒201中之第一物鏡固定部2011及第一光學元件模組固定部2013連接之直角處，並與第一物鏡301之光軸X呈平行配置；一第一光學元件模組305，係配置於第一內筒201之第一光學元件模組固定部2013中，並與第一物鏡301之光軸X呈垂直配置；而在本發明之實施例中，第一光學元件模組305可以是複數個光學元件所形成的變焦模組；很明顯地，此變焦模組係配置於第一內筒201之第一光學元件模組固部2013中，且配置於第一棱鏡303及第一感光元件307之間。第二鏡頭模組32包括：一第二物鏡321，係配置於第二內筒221之第二物鏡固定部2211中，一第二棱鏡323，係配置於第二內筒221中之第二物鏡固定部2211及第二光學元件模組固定部2213連接之直角處，並與第二物鏡321之光軸X呈平行配置；一第二光學元件模組325，係配置於第二內筒221之第二光學元件模組固定部2213中，並與第二物鏡321之光軸X呈垂直配置；同樣地，在本發明之實施例中，第二光學元件模組325可以是複數個光學元件所形成的變焦模組，其配置之構造與第一光學元件模組307相同，使得第二光學元件模組325配置於第二棱鏡323及第二感光元件327之間。一整合元件40，係配置於機身10中，分別與第一感光元件307及第二感光元件327電性連接，用以將經過第一轉動模組20及第二轉動模組22的光在第一感光元件307及第二感光元件327所成的影像整合成一具有3D效果的影像；一顯示螢幕50，係配置於機身10之後板面103上，並與整合元件40電性連接。其中，第一轉動模組20及第二轉動模組22是成平行配置於機身中，而兩者之間的間距為3~8公分（以光軸X距離來計算）。在本實施例中，間距以6.5公分為最佳實施例，但本發明並不對此加以限定。
請再參閱圖1，光線沿著光軸X由第一轉動模組20之第一物鏡301射入，並經由第一棱鏡303的反射，將光軸X以90°往下射入第一變焦模組305，最後，投影射入至第一感光元件307中；同時，光線也會沿著光軸X亦由第二轉動模組22之第二物鏡321射入，並經由第二棱鏡323的反射，將光軸X以90°往下射入第二變焦模組325，最後，投影射入至第二感光元件327中。
接著，請參閱圖2，係為本發明之3D成像裝置另一實施例之透視示意圖。如圖2所示，本實施例之其3D成像裝置之構造上述之圖1相同，故不再重複贅述；而其差異處在於圖1實施例之機身10之前板面101之第一開口1011及第二開口1013處，以一長條窗口1015代替兩開口，並於窗口1015處配置一透明基板12，此透明基板12可將第一轉動模組20及第二轉動模組22完全包覆於機身10中，且不妨礙鏡頭拍攝，可達到防塵及防刮等功效。
接著，請參閱圖3，係為本發明之3D成像裝置之轉動模組驅動之透視示意圖。如圖3所示，本發明係經由一配置於機身10上部的鏡頭調整裝置70以及一配置於機身10的驅動裝置60來驅動第一轉動模組20及第二轉動模組22轉變角度；其中鏡頭調整裝置70與驅動裝置係電性連接在一起。在本實施例中，驅動裝置60包括一線性馬達，此線性馬達與一第一螺桿601及一第二螺桿603樞接，而第一螺桿601及第二螺桿603再分別與一第一齒動件205及一第二齒動件225囓合，而此第一齒動件205及一第二齒動件225再分別與第一轉動模組20及第二轉動模組22之第一外筒203及第二外筒223囓合。固當使用者經由鏡頭調整裝置70來控制線性馬達轉動時，可以分別帶動第一螺桿601及第二螺桿603旋轉，並藉由第一螺桿601及第二螺桿603旋轉來分別帶動第一齒動件205及第二齒動件225轉變角度，使得第一外筒203及第二外筒223可以轉變角度。例如：在本發明之一實施例中，第一螺桿601及第二螺桿603上的螺旋狀溝槽（未顯示於圖中）互為相反之螺旋狀，因此，當驅動裝置60之線性馬達作動時，第一螺桿601及第二螺桿603會一起轉動，並會帶動第一齒動件205及第二齒動件225以互為相對方向轉動，使得整個第一轉動模組20及整個第二轉動模組22隨著第一齒動件205及第二齒動件225進行相對方向轉動，因此本發明之第一轉動模組20及第二轉動模組22便會同時向內或同時向外轉動。很明顯地，本發明之主要技術手段是藉由驅動裝置60來驅動第一轉動模組20及第二轉動模組22進行相對角度的調整，因此可以拍攝出具有3D效果的影像。此外，本發明之驅動裝置60中，並不限定是使用線性馬達來帶動螺桿及齒動件，其只要能夠具有驅動第一轉動模組20及第二轉動模組22進行相對角度的調整之其他驅動裝置均可適用於本發明之3D成像裝置中；再者，本發明對驅動裝置60配置於機身10之位置也並不加以限制。
再接著，請參閱圖4A及圖4B，係為本發明3D成像裝置之前景拍攝及後景拍攝示意圖。如圖4A所示，當鏡頭調整裝置70配置在機身10上時，可藉由對鏡頭調整裝置70的調整(如：將鏡頭調整裝置70調向右邊)，控制並使得第一轉動模組20及第二轉動模組22之拍攝角度之交點1(即光軸X之交會點）相交於拍攝物3之後，接著，再以另一調整裝置（未顯示於圖中）分別調整第一鏡頭模組30及一第二鏡頭模組32對拍攝物3之焦距，使得拍攝物3能夠清晰地成像在第一感光元件307及第二感光元件327上，並可由顯示螢幕50上看出其對焦後拍攝出來的畫面為一個「前景」畫面；而「前景」畫面是指畫面的3D物體會由顯示螢幕50畫面中產生跳出（POP UP）的3D視覺效果。接著，如圖4B所示，當前述調整配置在機身上的鏡頭調整裝置70(如：將鏡頭調整裝置70調向左邊)，控制並使得第一轉動模組20及第二轉動模組22之拍攝角度之交點1（即光軸X之交會點）相交於拍攝物3之前，接著，再分別調整第一鏡頭模組30及一第二鏡頭模組32對拍攝物3之焦距，使得拍攝物3能夠清晰地成像在第一感光元件307及第二感光元件327上，並可由顯示螢幕50上看出其對焦後拍攝出來的畫面為「後景」畫面；而「後景」畫面是指畫面雖然呈現3D效果，但其3D效果是在顯示螢幕50中呈現拍攝物3在縱深處的立體形式，並非畫面中的拍攝物3體跳出螢幕之視覺效果。在此要強調，本發明藉此調整第一鏡頭模組30及一第二鏡頭模組32之構造，使得本發明之3D成像裝置可在相同定點拍攝出「前景」及「後景」的3D畫面，而不必再以拍攝者移動之方式來拍攝3D畫面；特別是對於「前景」畫面的拍攝，其可以近距離地拍攝，故可以依據拍攝者選擇跳出的3D視覺效果而拍攝出清晰及更多元化的3D效果的3D照片。
接著，請參閱圖5，係為本發明3D成像裝置之成像示意圖，如圖5所示，沿光軸X由第一鏡頭模組30射入第一感光元件307中的光影像會形成第一畫面；而沿光軸X由第二鏡頭模組32射入第二感光元件327中的光影像會形成第二畫面。當第一畫面及第二畫面形成後，會將兩畫面傳至整合元件40（請參閱圖1）來做整合。整合元件40會由第一畫面及第二畫面中辨別畫面是屬於右畫面501或左畫面503；接著，經由整合元件40之整合，將右畫面501及左畫面503合成一3D畫面505，之後再將3D畫面505傳送至機身10之後板面103之顯示螢幕50上顯示。為了使顯示螢幕50上的3D畫面505可讓觀看者直接看到3D效果，因此，顯示螢幕50上還配置有偏光膜（未顯示於圖中），使得觀看者裸視就能看到顯示螢幕50上的3D畫面；此外，為了使顯示螢幕50可以裸視3D技術，本發明之裸視3D技術還包括：視差屏障式（Parallax Barriers）、柱狀透鏡式（Lenticular Lenses）或指向光源式（Directional Backlight）等技術。藉由三維裸視技術，使顯示螢幕50在裸視狀態下，即能看見3D影像。另外，經由本發明的第一轉動模組20及第二轉動模組22的轉動，而造成上述所說明的「前景」及「後景」的3D效果，因此在觀看顯示螢幕50上的3D畫面505時，亦會有「前景」及「後景」的3D效果。
再接著，請參閱圖6，係為本發明之3D成像裝置之照片檔案示意圖。如圖6所示，為了符合3D顯示規格，因此3D成像裝置所拍攝出來的檔案，皆符合HDMI 1.4規範。而所拍攝出來的照片檔傳輸至電腦端後，其照片檔為右畫面501與左畫面503相連之連接照片507，而當需在電腦端觀看3D畫面505時，則可配合3D處理軟體，將連接照片507處理為3D畫面505以供觀看。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

X．．．光軸

1．．．交點

3．．．拍攝物

10．．．機身

12．．．透明基板

101．．．前板面

1011．．．第一開口

1013．．．第二開口

1015．．．窗口

103．．．後板面

20．．．第一轉動模組

201．．．第一內筒

2011．．．第一物鏡固定部

2013．．．第一光學元件模組固定部

203．．．第一外筒

205．．．第一齒動件

22．．．第二轉動模組

221．．．第二內筒

2211．．．第二物鏡固定部

2213．．．第二光學元件模組固定部

223．．．第二外筒

225．．．第二齒動件

30．．．第一鏡頭模組

301．．．第一物鏡

303．．．第一棱鏡

305．．．第一光學元件模組

307．．．第一感光元件

32．．．第二鏡頭模組

321．．．第二物鏡

323．．．第二棱鏡

325．．．第二光學元件模組

327．．．第二感光元件

40．．．整合元件

50．．．顯示螢幕

501．．．右畫面

503．．．左畫面

505．．．3D畫面

507．．．連接照片

60．．．驅動裝置

601．．．第一螺桿

603．．．第二螺桿

70．．．鏡頭調整裝置

圖1 係為本發明之3D成像裝置透視示意圖；

圖2 係為本發明之3D成像裝置另一實施例之透視示意圖；

圖3 係為本發明之3D成像裝置之轉動模組驅動之透視示意圖；

圖4A 係為本發明3D成像裝置之前景拍攝示意圖；

圖4B 係為本發明3D成像裝置之後景拍攝示意圖；

圖5 係為本發明3D成像裝置之成像示意圖；

圖6 係為本發明之3D成像裝置之照片檔案示意圖。

X．．．光軸

10．．．機身

101．．．前板面

1011．．．第一開口

1013．．．第二開口

103．．．後板面

20．．．第一轉動模組

201．．．第一內筒

2011．．．第一物鏡固定部

2013．．．第一光學元件模組固定部

203．．．第一外筒

205．．．第一齒動件

22．．．第二轉動模組

221．．．第二內筒

2211．．．第二物鏡固定部

2213．．．第二光學元件模組固定部

223．．．第二外筒

225．．．第二齒動件

30．．．第一鏡頭模組

301．．．第一物鏡

303．．．第一棱鏡

305．．．第一光學元件模組

307．．．第一感光元件

32．．．第二鏡頭模組

321．．．第二物鏡

323．．．第二棱鏡

325．．．第二光學元件模組

327．．．第二感光元件

40．．．整合元件

50．．．顯示螢幕

Claims (10)

1. 一種三維成像裝置，包括：一機身，具有一前板面及相對於該前板面之後板面，且該前板面具有一對開口；一對轉動模組，係平行配置於該機身中；其中，每一該轉動模組包括：一內筒，由一物鏡固定部及一光學元件模組固定部連接而形成，該內筒之位於該物鏡固定部之一第一自由端為開口狀及位於該光學元件模組固定部之一第二自由端為開口狀，而該物鏡固定部係配置於該機身之該開口處；一外筒，係置於該內筒之該光學元件模組固定部外，並與該內筒連接；一對鏡頭模組，係分別配置於該第一轉動模組及該第二轉動模組中；其中，每一該鏡頭模組包括：一物鏡，係配置於該內筒之該第一自由端處；一棱鏡，係配置於該內筒中之該物鏡固定部及該光學元件模組固定部中，並與該物鏡呈平行配置；一對感光元件，係分別配置於該每一該內筒之該第二自由端為開口處，並與該棱鏡呈垂直配置；一整合元件，配置於該機身中，並與該對感光元件電性連接；一顯示螢幕，係配置於該機身之該後板面上，並與該整合元件電性連接；及一驅動裝置，係配置於該機身中，並與該對轉動模組相連接；其中藉由該驅動裝置來驅動該對轉動模組，使該對轉動模組轉動，並可使該對轉動模組之轉動角度相交於一焦點上。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之三維成像裝置，其進一步包括一對變焦模組，係分別配置於該內筒之該光學元件模組固定部中，並與該棱鏡呈垂直配置，且配置於每一該棱鏡及每一該感光元件之間。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之三維成像裝置，其中該驅動裝置為一線性馬達裝置。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之三維成像裝置，其中該機身上進一步包含一鏡頭調整裝置，並與該驅動裝置電性連接。
5. 一種三維成像裝置，包括：一機身，具有一前板面及相對於該前板面之後板面，且該前板面具有一開口；一對轉動模組，係平行配置於該機身中；其中，每一該轉動模組包括：一內筒，由一物鏡固定部及一光學元件模組固定部連接而形成，該內筒之位於該物鏡固定部之一第一自由端及位於該光學元件模組固定部之一第二自由端為開口狀，而該物鏡固定部係配置於該機身之該開口處；一外筒，係置於該內筒之該光學元件模組固定部外，並與該內筒連接；一對鏡頭模組，係分別配置於該第一轉動模組及該第二轉動模組中；其中，每一該鏡頭模組包括：一物鏡，係配置於該內筒之該第一自由端處；一棱鏡，係配置於該內筒中之該物鏡固定部及該光學元件模組固定部中，並與該物鏡呈平行配置；一對感光元件，係分別配置於該每一該內筒之該第二自由端為開口處，並與該棱鏡呈垂直配置；一整合元件，配置於該機身中，並與該對感光元件電性連接；一顯示螢幕，係配置於該機身之該後板面上，並與該整合元件電性連接；一驅動裝置，係配置於該機身中，並與該對轉動模組相連接，其中藉由該驅動裝置來驅動該對轉動模組，使該對轉動模組轉動，並可使該對轉動模組之轉動角度相交於一焦點上；及一透明基板，係封閉該機身上的該開口。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之三維成像裝置，其進一步包括一對變焦模組，係分別配置於該內筒之該光學元件模組固定部中，並與該棱鏡呈垂直配置，且配置於每一該棱鏡及每一該感光元件之間。
7. 根據申請專利範圍第5項所述之三維成像裝置，其中該驅動裝置為一線性馬達裝置。
8. 根據申請專利範圍第5項所述之三維成像裝置，其中該機身上進一步包含一鏡頭調整裝置，並與該驅動裝置電性連接。
9. 根據申請專利範圍第1或5項所述之三維成像裝置，其中該第一感光元件及該第二感光元件為電耦合影像感測元件或是互補式金氧半導體影像感測元件。
10. 根據申請專利範圍第1或5項所述之三維成像裝置，其中該第一轉動模組及該第二轉動模組之間距為3~8公分。