TWI437354B - 雙光路光學成像系統 - Google Patents

Description

雙光路光學成像系統

本發明係關於一種雙光路光學成像系統；特別是關於一種可交錯記錄來自不同子光學系統之影像的光學成像系統。

人類之所以可以看到立體影像，係由於眼睛在觀察一立體物體時，兩眼分開於兩個不同位置上，因此兩眼所觀察的該立體物體的影像是不同的，而人類的大腦綜合兩眼所觀察的影像時，由於兩眼所觀察的影像存在著一像差，因此人類可以感受到立體影像。

最近幾年來，隨著3D立體電影的興起，3D成像系統的需求日漸提高。3D成像系統係透過兩個鏡頭分別錄製左眼與右眼影像，再以序列或交錯之方式記錄至記錄媒體上。習知3D成像系統係根據同步訊號分別自各自獨立的兩個鏡頭中取出影像後傳送至影像混合器中，然後再經過3D影像系統進行處理。據此，習知在同一記錄媒體上序列或交錯記錄不同鏡頭的影像之光學成像系統的構成複雜、成本較高，且各鏡頭間的影像差異不易消除，如美國專利第2001/0030682號所提供者。

有鑑於此，急需一種成本低廉，且能有效地於同一感測器上依序或交錯記錄來自不同鏡頭的影像之光學成像系統。

本發明的一目的係提供一種成本低廉，且能有效地於同一感測器上依序或交錯記錄來自不同鏡頭的影像之光學成像系統。

為達到上述目的，本發明提供一種雙光路光學成像系統，其包括：一第一光學子系統；一第二光學子系統，該第二光學子系統之後焦距與該第一光學子系統之後焦距相等；一光路選擇元件，係選擇性具有一光反射狀態及一光通過狀態；一第一反射鏡組，係設置於該第一光學子系統之像側，用以彎折該第一光學子系統之光線至該光路選擇元件；及一第二反射鏡組，係設置於該第二光學子系統之像側，用以彎折該第二光學子系統之光線至該光路選擇元件；其中當該光路選擇元件為該光反射狀態時，該第一光學子系統的光線成像於一感測器上而該第二光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處；當該光路選擇元件為該光通過狀態時，該第二光學子系統的光線成像於該感測器上而該第一光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處。

本發明另提供一種雙光路光學成像系統，其包括：一第一光學子系統；一第二光學子系統，該第二光學子系統之後焦距與該第一光學子系統之後焦距相等；一反射鏡組，係設置於該第一光學子系統及該第二光學子系統之像側，用以彎折該第一光學子系統之光線及該第二光學子系統之光線，使得該第一光學子系統之光路與該第二光學子系統之光路相交；及一光路選擇元件，係用以反射該第一光學子系統之光線或該第二光學子系統之光線；其中當該光路選擇元件位於該第一光學子系統之光路與該第二光學子系統之光路的相交處時，該第一光學子系統的光線成像於一感測器上而該第二光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處；當該光路選擇元件不位在該第一光學子系統之光路與該第二光學子系統之光路的相交處及不位在該第一光學子系統之光路以及不位在該第二光學子系統之光路時，該第二光學子系統的光線成像於該感測器上而該第一光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處。

本發明藉由上述的反射鏡組以及光路選擇元件的配置方式，即可於同一感測器上依序或交錯記錄來自不同鏡頭的影像。

本發明的雙光路光學成像系統將藉由以下具體實施例配合所附圖式予以詳細說明。

參考第一A圖及第一B圖，第一A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例，記錄第一光學子系統之影像的示意圖；第一B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例，記錄第二光學子系統之影像的示意圖。在此具體實施例中，本發明的一雙光路光學成像系統100係包括一第一光學子系統101、一第二光學子系統102、一光路選擇元件103、一第一反射鏡組104、一第二反射鏡組105及一感測器106。本發明係藉由該第一反射鏡組104、該第二反射鏡組105以及該光路選擇元件103的配置方式，即可於該感測器106上依序或交錯記錄來自該第一光學子系統101以及該第二光學子系統102的影像。

該第一光學子系統101及該第二光學子系統102可為習知之攝像鏡頭，係用以接收來自被攝物(未圖示)的光線。該第一反射鏡組104包含一個反射鏡係設置於該第一光學子系統之像側，用以彎折該第一光學子系統101之光線至該光路選擇元件103，而該第二反射鏡組105包含二個反射鏡係設置於該第二光學子系統102之像側，用以彎折該第二光學子系統102之光線至該光路選擇元件103。該光路選擇元件103包含一液晶元件，係由液晶分子以及兩片電極所構成，藉由決定該光路選擇元件103內含的液晶分子類型以及施予在該液晶分子的電壓，該光路選擇元件103可使得光線通過或光線反射。在此具體實施例中，操作上，當選擇該光路選擇元件103呈光反射狀態時，該第一光學子系統101的光線將經由該光路選擇元件103反射而成像於該感測器106而該第二光學子系統102的光線將被該光路選擇元件103反射成像於非該感測器106之其他處107；當選擇該光路選擇元件103呈光通過狀態時，該第二光學子系統102的光線將通過該光路選擇元件103進而成像於該感測器上106而該第一光學子系統101的光線將通過該光路選擇元件103而成像於非該感測器106之其他處107。

參考第一A圖，第一A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例，記錄該第一光學子系統101之影像的示意圖。於第一A圖中，該第一光學子系統101之光路係以實線表示，該第二光學子系統102的光路係以虛線表示，且該光路選擇元件103呈光反射狀態。該第一光學子系統101接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第一反射鏡組104將該第一光學子系統101的光線反射至該光路選擇元件103。由於該光路選擇元件103呈光反射狀態，該第一光學子系統101的光線被該光路選擇元件103反射進而成像於該感測器106上。另一方面，該第二光學子系統102接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第二反射鏡組105將該第二光學子系統102的光線反射至該光路選擇元件103。由於該光路選擇元件103呈光反射狀態，該第二光學子系統102的光線被該光路選擇元件103反射進而成像於非該感測器106上之其它處107。

參考第一B圖，第一B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例，記錄該第二光學子系統102之影像的示意圖。於第一B圖中，該第一光學子系統101之光路係以虛線表示，該第二光學子系統102的光路係以實線表示，且該光路選擇元件103呈光通過狀態。該第二光學子系統102接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第二反射鏡組105將該第二光學子系統102的光線反射至該光路選擇元件103。由於該光路選擇元件103呈光通過狀態，該第二光學子系統102的光線將通過該光路選擇元件103進而成像於該感測器106上。另一方面，該第一光學子系統101接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第一反射鏡組104將該第一光學子系統101的光線反射至該光路選擇元件103。由於該光路選擇元件103呈光通過狀態，該第一光學子系統101的光線將通過該光路選擇元件103進而成像於非該感測器106上之其它處107。

由上述之說明可知，為使該第一光學子系統101的光線以及該第二光學子系統102的光線成像於該感測器106上時皆能清楚成像，本發明之雙光路光學成像系統設計時，該第一光學子系統101與該第二光學子系統102的後焦距須相等。

進一步參考第二圖，第二圖係本發明第一實施例於操作時，該雙光路光學成像系統100之各元件的狀態時序圖。已如前述，控制施予至該光路選擇元件103的電壓，該光路選擇元件103可使得光線通過或光線反射。在此具體實施例中，當施予至該光路選擇元件103的電壓為高電壓時，該光路選擇元件103可使得光線通過，而當施予至該光路選擇元件103的電壓為低電壓時，該光路選擇元件103可使得光線反射。本發明雙光路光學成像系統進一步包含一控制單元(未圖示)，該控制單元控制施予至該光路選擇元件103的電壓為高電壓或低電壓。進一步配合參考第一A圖及第一B圖，在此具體實施例中，當施予至該光路選擇元件103的電壓為低電壓時，該光路選擇元件103可使得光線反射，該感測器106所接收之影像為該第一光學子系統101的影像，而當施予至該光路選擇元件103的電壓為高電壓時，該光路選擇元件103可使得光線通過，該感測器106所接收之影像為該第二光學子系統102的影像。本發明雙光路成像光學系統藉由使該光路選擇元件103之光學狀態的改變週期與該感測器106曝光的週期同步，使得該感測器106依序交錯記錄來自該第一光學子系統101以及該第二光學子系統102的影像。須注意到的是，本發明亦可藉由選擇液晶的種類，使得當施予至該光路選擇元件103的電壓為低電壓時，該光路選擇元件103可使得光線通過，而當施予至該光路選擇元件103的電壓為高電壓時，該光路選擇元件103可使得光線反射。

由上述之說明可知，該光路選擇元件103可為任何具有光通過狀態以及光反射狀態之元件。參考第三圖，第三圖係本發明雙光路光學成像系統第一實施例中，光路選擇元件之一變化例。該光路選擇元件103包含一圓盤303，該圓盤303具有五個光反射區域3031以及五個光通過區域3032，其中每一個光反射區域3031與每一個光通過區域3032係交錯排列，藉由旋轉該圓盤303，該圓盤303可使得光線通過或光線反射。該等光反射區域3031可為反射鏡或是任何可反射光線之材質所構成，而該等光通過區域3032可為挖空區域或是可由任何可使光線通過之材質所構成。

進一步參考第四A圖，第四A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例的變化例，記錄該第一光學子系統101之影像的示意圖。於第四A圖中，該第一光學子系統101之光路係以實線表示，該第二光學子系統102的光路係以虛線表示，且該圓盤303之該等光反射區域3031的其中一者轉至該第一光學子系統101之光路與該第二光學子系統102的相交處，亦即該圓盤303為光反射狀態。該第一光學子系統101接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第一反射鏡組104將該第一光學子系統101的光線反射至該圓盤303。由於該圓盤303為光反射狀態，該第一光學子系統101的光線被該圓盤303反射進而成像於該感測器106上。另一方面，該第二光學子系統102接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第二反射鏡組105將該第二光學子系統102的光線反射至該圓盤303。由於該圓盤303為光反射狀態，該第二光學子系統102的光線被該圓盤303反射進而成像於非該感測器106上之其它處107。

參考第四B圖，第四B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例的變化例，記錄該第二光學子系統102之影像的示意圖。於第四B圖中，該第一光學子系統101之光路係以虛線表示，該第二光學子系統102的光路係以實線表示，且該圓盤303之該等光通過區域3032的其中一者轉至第一光學子系統101之光路與第二光學子系統102的相交處，亦即該圓盤303為光通過狀態。該第二光學子系統102接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第二反射鏡組105將該第二光學子系統102的光線反射至該圓盤303。由於該圓盤303為光通過狀態，該第二光學子系統102的光線將通過該圓盤303進而成像於該感測器106上。另一方面，該第一光學子系統101接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第一反射鏡組104將該第一光學子系統101的光線反射至該圓盤303。由於該圓盤303為光通過狀態，該第一光學子系統101的光線將通過該圓盤303進而成像於非該感測器106上之其它處107。本發明雙光路成像光學系統可藉由控制該圓盤303之角速度，使得該圓盤303之狀態的改變週期與該感測器106曝光的週期同步，因此，該感測器106可依序交錯記錄來自該第一光學子系統101以及該第二光學子系統102的影像。

參考第五A圖及第五B圖，第五A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第二實施例，記錄第一光學子系統之影像的示意圖；第五B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第二實施例，記錄第二光學子系統之影像的示意圖。在此具體實施例中，本發明的一雙光路光學成像系統500係包括一第一光學子系統501、一第二光學子系統502、一可移動式光路選擇元件503、一第一反射鏡組504、一第二反射鏡組505及一感測器506。本發明係藉由該第一反射鏡組504、該第二反射鏡組505以及該可移動式光路選擇元件503的配置方式，即可於該感測器506上依序交錯記錄來自該第一光學子系統501以及該第二光學子系統502的影像。

該第一光學子系統501及該第二光學子系統502可為習知之攝像鏡頭，係用以接收來自被攝物(未圖示)的光線。該第一反射鏡組504包含一個反射鏡係設置於該第一光學子系統之像側，用以彎折該第一光學子系統501之光線，而該第二反射鏡組505包含二個反射鏡係設置於該第二光學子系統502之像側，用以彎折該第二光學子系統502之光線，其中該第一反射鏡組504及該第二反射鏡組505係使得該第一光學子系統501之光路與該第二光學子系統502之光路相交。該可移動式光路選擇元件503包含一反射鏡係用以反射該第一光學子系統501之光線或該第二光學子系統502之光線。在此具體實施例中，操作上，當選擇該可移動式光路選擇元件503位於該第一光學子系統之光路501與該第二光學子系統502之光路的相交處時，該第一光學子系統501的光線將被該可移動式光路選擇元件503反射進而成像於該感測器506上而該第二光學子系統502的光線將被該可移動式光路選擇元件503反射進而成像於非該感測器506之其他處507；當選擇該可移動式光路選擇元件503不位在該第一光學子系統之光路501與該第二光學子系統502之光路的相交處及不位在該一光學子系統501的光路以及不位在該第二光學子系統502的光路時，該第二光學子系統502的光線將直接成像於該感測器上506而該第一光學子系統501的光線將直接成像於非該感測器506之其他處507。。

參考第五A圖，第五A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第二實施例，記錄該第一光學子系統501之影像的示意圖。於第五A圖中，該第一光學子系統501之光路係以實線表示，該第二光學子系統502的光路係以虛線表示，且該可移動式光路選擇元件503位於該第一光學子系統之光路501與該第二光學子系統502之光路的相交處。該第一光學子系統501接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第一反射鏡組504將該第一光學子系統501的光線反射至該可移動式光路選擇元件503，因此，該第一光學子系統501的光線被該可移動式光路選擇元件503反射進而成像於該感測器506上。另一方面，該第二光學子系統502接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第二反射鏡組505將該第二光學子系統502的光線反射至該可移動式光路選擇元件503，因此，該第二光學子系統502的光線被該可移動式光路選擇元件503反射進而成像於非該感測器506上之其它處507。

參考第五B圖，第五B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第二實施例，記錄該第二光學子系統502之影像的示意圖。於第五B圖中，該第一光學子系統501之光路係以虛線表示，該第二光學子系統502的光路係以實線表示，且該可移動式光路選擇元件503不位在該第一光學子系統之光路501與該第二光學子系統502之光路的相交處及不位在該一光學子系統501的光路以及不位在該第二光學子系統502的光路。該第一光學子系統501接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第一反射鏡組504將該第一光學子系統501的光線直接反射至非該感測器506上之其它處507。另一方面，該第二光學子系統502接收來自被攝物(未圖示)的光線之後，該第二反射鏡組505將該第二光學子系統502的光線直接反射至該感測器506上。

由上述之說明可知，為使該第一光學子系統501的光線以及該第二光學子系統502的光線成像於該感測器106上時皆能清楚成像，本發明之雙光路光學成像系統設計時，該第一光學子系統501與該第二光學子系統502的後焦距須相等。本發明雙光路成像光學系統可藉由控制該可移動式光路選擇元件503之移動速度，使得該可移動式光路選擇元件503之位置的改變週期與該感測器506曝光的週期同步，因此，該感測器506可依序交錯記錄來自該第一光學子系統501以及該第二光學子系統502的影像。

以上所述僅為本發明之具體實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100．．．雙光路光學成像系統

101．．．第一光學子系統

102．．．第二光學子系統

103．．．光路選擇元件

104．．．第一反射鏡組

105．．．第二反射鏡組

106．．．感測器

303．．．圓盤

3031．．．光反射區域

3032．．．光通過區域

500．．．雙光路光學成像系統

501．．．第一光學子系統

502．．．第二光學子系統

503．．．可移動式光路選擇元件

503．．．光路選擇元件

504．．．第一反射鏡組

505．．．第二反射鏡組

506．．．感測器

第一A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例，記錄第一光學子系統之影像的示意圖。

第一B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例，記錄第二光學子系統之影像的示意圖。

第二圖係本發明第一實施例於操作時，該雙光路光學成像系統之各元件的狀態時序圖。

第三圖係本發明雙光路光學成像系統第一實施例中，光路選擇元件之一變化例。

第四A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例的變化例，記錄第一光學子系統之影像的示意圖。

第四B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第一實施例的變化例，記錄第二光學子系統之影像的示意圖。

第五A圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第二實施例，記錄第一光學子系統之影像的示意圖。

第五B圖係根據本發明雙光路光學成像系統之第二實施例，記錄第二光學子系統之影像的示意圖。

100．．．雙光路光學成像系統

101．．．第一光學子系統

102．．．第二光學子系統

103．．．光路選擇元件

104．．．第一反射鏡組

105．．．第二反射鏡組

106．．．感測器

Claims (7)

1. 一種雙光路光學成像系統，其包括：一第一光學子系統；一第二光學子系統，該第二光學子系統之後焦距與該第一光學子系統之後焦距相等；一光路選擇元件，係選擇性具有一光反射狀態及一光通過狀態；一第一反射鏡組，係設置於該第一光學子系統之像側，用以彎折該第一光學子系統之光線至該光路選擇元件；及一第二反射鏡組，係設置於該第二光學子系統之像側，用以彎折該第二光學子系統之光線至該光路選擇元件；其中當該光路選擇元件為該光反射狀態時，該第一光學子系統的光線成像於一感測器上而該第二光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處；當該光路選擇元件為該光通過狀態時，該第二光學子系統的光線成像於該感測器上而該第一光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雙光路光學成像系統，其中該光路選擇元件之狀態的改變週期與該感測器曝光的週期同步。
3. 如申請專利範圍第1項所述之雙光路光學成像系統，其中該光路選擇元件包含一液晶元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之雙光路光學成像系統，其中該光路選擇元件包含一圓盤，該圓盤具有至少一個光通過區域及至少一個光反射區域，該至少一個光通過區域之每一者與該至少一個光反射區域之每一者交錯排列。
5. 一種雙光路光學成像系統，其包括：一第一光學子系統；一第二光學子系統，該第二光學子系統之後焦距與該第一光學子系統之後焦距相等；一反射鏡組，係設置於該第一光學子系統及該第二光學子系統之像側，用以彎折該第一光學子系統之光線及該第二光學子系統之光線，使得該第一光學子系統之光路與該第二光學子系統之光路相交；及一可移動式光路選擇元件，係用以反射該第一光學子系統之光線或該第二光學子系統之光線；其中當該可移動式光路選擇元件位於該第一光學子系統之光路與該第二光學子系統之光路的相交處時，該第一光學子系統的光線成像於一感測器上而該第二光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處；當該光路選擇元件不位在該第一光學子系統之光路與該第二光學子系統之光路的相交處及不位在該第一光學子系統的光路以及不位在該第二光學子系統的光路時，該第二光學子系統的光線成像於該感測器上而該第一光學子系統的光線成像於非該感測器之其他處。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雙光路光學成像系統，其中該光路選擇元件之位置的改變週期與該感測器曝光的週期同步。
7. 如申請專利範圍第5項所述之雙光路光學成像系統，其中該光路選擇元件包含一反射鏡。