專利名稱：用于生成三維圖像信息的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及生成三維圖像信息并且更特別地涉及使用單一成像路徑來生成三維圖像信息。
背景技術：
在常規(guī)的二維(2D)成像中，捕獲表示三維(3D)場景中的對象的光線并且將其映射到2D圖像平面上，并且因而不記錄深度信息。立體光學系統(tǒng)能夠通過從不同透視點產(chǎn)生單獨的圖像來產(chǎn)生表示深度信息的圖像。該單獨的圖像可以分別地呈現(xiàn)到用戶的各自的左眼和右眼，從而模仿人眼在觀看實際場景中的操作以及允許用戶感知所呈現(xiàn)的視圖中的深度。一般地，通過具有一對空間分離的成像路徑的光學系統(tǒng)或通過使用單一成像路徑的不同部分以產(chǎn)生具有不同透視點的圖像來產(chǎn)生單獨的或立體的圖像。然后，可以使用能夠選擇性地允許單獨的圖像到達用戶的各自的左眼和右眼的眼鏡來呈現(xiàn)圖像?？商娲兀梢耘渲锰厥怙@示器以將空間分離的圖像投影到用戶的各自的左和右眼。立體成像的使用還發(fā)現(xiàn)應用在外科手術領域，其中，可以使用3D內(nèi)窺鏡以提供3D視圖給外科醫(yī)生。在遠程操作中立體成像同樣可以是有用的，諸如例如海底探索，其中通過提供3D圖像信息給位于遠離致動器處的操作者來便于機械式致動器的控制。在物理測量系統(tǒng)中和娛樂產(chǎn)業(yè)中使用的3D影片制作設備中可以發(fā)現(xiàn)立體成像的其它應用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)發(fā)明的一個方案，提供了一種用于生成三維圖像信息的裝置。該裝置包括具有可操作地將透鏡的視場內(nèi)捕獲的光導向到透鏡的孔徑平面的單一成像路徑的透鏡，以及緊靠近孔徑平面定位的偏振鏡，所述偏振鏡包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，所述第二部分被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，單一成像路徑的第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點。該裝置還包括布置在單一成像路徑中的調(diào)制器，所述調(diào)制器可操作以選擇性地改變通過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)以在通過單一成像路徑的第一部分來形成第一圖像和通過單一成像路徑的第二部分來形成第二圖像之間交替，第一圖像表示來自第一透視點的視場內(nèi)的對象并且第二圖像表示來自第二透視點的對象，第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象的三維空間屬性?？讖狡矫娴奈恢每梢杂赏哥R的物理孔徑的位置或物理孔徑的共軛位置之一來限定。偏振鏡的第一部分可以包括具有第一線性偏振取向的線性偏振鏡并且偏振鏡的第二部分可以包括具有第二線性偏振取向的線性偏振鏡,第一線性偏振取向與第二線性偏振取向正交?？梢詫⒌谝痪€性偏振取向定向在45度。可以將調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且調(diào)制器可操作地配置成在傳送具有第一線性偏振狀態(tài)的光和傳送具有第二線性偏振狀態(tài)的光之間交替?？梢詫⑺姆种徊ㄆ贾迷趩我怀上衤窂街械乃稣{(diào)制器之后?？梢詫⒄{(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且調(diào)制器可操作地配置成選擇第一線性偏振狀態(tài)和第二線性偏振狀態(tài)之一以用于傳輸，以及配置成在傳送所選的線性偏振狀態(tài)和使得所選的線性偏振狀態(tài)的偏振取向發(fā)生90度變化之間交替?？梢詫⑺姆种徊ㄆ贾迷趩我怀上衤窂街械乃稣{(diào)制器之前。偏振鏡的第一部分可以包括具有左旋橢圓偏振取向的偏振鏡，并且偏振鏡的第二部分可以包括具有右旋橢圓偏振取向的偏振鏡。可以將調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且調(diào)制器可操作地配置成在傳送具有左旋橢圓偏振取向的光和傳送具有右旋橢圓偏振取向的光之間交替?？梢詫⒄{(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且所述調(diào)制器可操作地配置成選擇左旋橢圓偏振取向和右旋橢圓偏振取向之一以用于傳輸，以及配置成在傳送所選的偏振取向和使得所選的偏振方向經(jīng)歷在左旋偏振取向和右旋偏振取向之間的變化之間交替。左旋橢圓偏振取向可以包括左旋圓偏振取向，并且右旋橢圓偏振取向可以包括右旋圓偏振取向?？梢詫⒄{(diào)制器布置在透鏡之前。該裝置可以包括圖像傳感器，所述圖像傳感器可操作地配置成單獨地記錄第一圖像和第二圖像。可以將調(diào)制器布置在透鏡和圖像傳感器之間。所述調(diào)制器可以包括液晶材料。所述調(diào)制器可以包括法拉第旋轉體。調(diào)制器可以包括空間調(diào)制器，所述空間調(diào)制器可操作以移動從而在將具有第一偏振取向的調(diào)制器的第一區(qū)域引入單一成像路徑和將具有第二偏振取向的調(diào)制器的第二區(qū)域引入單一成像路徑之間交替?？梢詫⒄{(diào)制器布置在單一成像路徑中的一位置處，在該位置處，所捕獲的光的會聚角或發(fā)散角小于與調(diào)制器相關聯(lián)的接受標準角。偏振鏡可以包括施加到緊靠近孔徑平面布置的透鏡元件表面的偏振涂層。偏振鏡和孔徑平面之間的位移可以足夠小，使得由于由偏振鏡的第一部分和第二部分的光暈引起的第一圖像和第二圖像的強度變化可以在人眼可察覺的閾值以下。位移可以足夠小，以遍及與第一圖像和第二圖像相關聯(lián)的圖像平面將強度變化減小到30%以下。透鏡可以包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡元件并且偏振鏡可以包括左半部和右半部，偏振鏡的各自的左半部和右半部限定單一成像路徑的各自的左半圓部分和右半圓部分。透鏡可以包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡元件并且偏振鏡可以包括左扇區(qū)和右扇區(qū)，偏振鏡的各自的左扇區(qū)和右扇區(qū)限定布置在透鏡的垂直中心線周圍的單一成像路徑的各自的左扇區(qū)和右扇區(qū)。偏振鏡的第一部分和第二部分可操作以改變范圍從而在形成第一圖像和第二圖像的同時使得引起第一透視點和第二透視點改變位置，透視點位置的變化提供三維空間屬性的表示的對應變化。該裝置可以包括耦合到偏振鏡的致動器，所述致動器可操作地配置成使得偏振鏡的取向旋轉90度以便于選擇性地配置所述裝置以生成橫向和縱向之一上的圖像。該裝置可以進一步包括布置在緊靠近偏振鏡的單一成像路徑的第一部分中的第一可變止擋件以及布置在緊靠近偏振鏡的單一成像路徑的第二部分中的第二可變止擋件。止擋件可以是光圈并且可以將其設置在偏振鏡之前。根據(jù)發(fā)明的另一方面，提供了一種用于使用具有單一成像路徑和關聯(lián)的視場的透鏡來生成三維圖像信息的方法。該方法涉及將在透鏡的視場內(nèi)捕獲的光導向到透鏡的孔徑平面，以及在緊靠近孔徑平面定位的偏振鏡處接收所捕獲的光，所述偏振鏡包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，并且所述第二部分被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，單一成像路徑的第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點。該方法還涉及控制布置在單一成像路徑中的調(diào)制器以選擇性地改變通過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)，以在通過單一成像路徑的第一部分來形成第一圖像和通過單一成像路徑的第二部分來形成第二圖像之間交替，第一圖像表示來自第一透視點的視場內(nèi)的對象并且第二圖像表示來自第二透視點的對象，第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象的三維空間屬性。將光導向到透鏡的孔徑平面可以涉及將在透鏡的視場內(nèi)所捕獲的光導向到位于透鏡的物理孔徑的位置或物理孔徑的共軛位置之一的透鏡的孔徑平面。接收所捕獲的光可以涉及通過偏振鏡的第一部分來接收具有第一線性偏振取向的光以及通過偏振鏡的第二部分來接收具有第二線性偏振取向的光，第一線性偏振取向被定向成與第二線性偏振取向正交?？梢詫⒌谝痪€性偏振取向定向在45度?？梢詫⒄{(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且控制調(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及在傳送具有第一線性偏振狀態(tài)的光和傳送具有第二線性偏振狀態(tài)的光之間交替?？梢酝ㄟ^四分之一波片來導向由調(diào)制器傳送的線性偏振光，從而使得由四分之一波片傳送的光圓偏振?？梢詫⒄{(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且控制調(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及選擇第一線性偏振狀態(tài)和第二線性偏振狀態(tài)之一以用于傳輸，以及在傳送所選的線性偏振狀態(tài)和使得所選的線性偏振狀態(tài)的偏振取向變化90度之間交替。將光導向到透鏡的孔徑平面可以涉及通過布置在調(diào)制器之前的四分之一波片導向所捕獲的透鏡的視場內(nèi)的光，從而使得線性地偏振來自對象的圓偏振光和橢圓偏振光中的至少一個。使得線性地偏振可以涉及使得圓偏振光和橢圓偏振光之一偏振到第一偏振狀態(tài)和第二偏振狀態(tài)之一。接收所捕獲的光可以涉及通過偏振鏡的第一部分來接收具有左旋橢圓偏振狀態(tài)的光以及通過偏振鏡的第二部分來接收具有右旋橢圓偏振狀態(tài)的光。可以將調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且控制調(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及在傳送具有左旋橢圓偏振狀態(tài)的光和傳送具有右旋橢圓偏振狀態(tài)的光之間交替。可以將調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且控制調(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及選擇左旋橢圓偏振狀態(tài)和右旋橢圓偏振狀態(tài)之一以用于傳輸，以及在傳送所選的偏振狀態(tài)和使得所選的偏振狀態(tài)經(jīng)歷左旋偏振狀態(tài)和右旋偏振狀態(tài)之間的變化之間交替。左旋橢圓偏振狀態(tài)可以是左旋圓偏振狀態(tài)，并且右旋橢圓偏振狀態(tài)可以是右旋圓偏振狀態(tài)?？刂普{(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及控制布置在透鏡之前的調(diào)制器的偏振狀態(tài)?？刂普{(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及控制液晶材料的狀態(tài)?？刂普{(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及控制法拉第旋轉體的狀態(tài)?？刂普{(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及移動調(diào)制器以在將具有第一偏振狀態(tài)的調(diào)制器的第一區(qū)域引入單一成像路徑和將具有第二偏振狀態(tài)的調(diào)制器的第二區(qū)域引入單一成像路徑之間交替?？刂普{(diào)制器的偏振狀態(tài)可以涉及控制布置在單一成像路徑中的一位置處的調(diào)制器的偏振狀態(tài)，在該位置處，所捕獲的光的會聚角或發(fā)散角可以小于與調(diào)制器關聯(lián)的接受標準角。在偏振鏡處接收所捕獲的光可以涉及在施加到緊靠近孔徑平面定位的透鏡元件的表面的偏振涂層處接收所捕獲的光。在偏振鏡處接收所捕獲的光可以涉及在自孔徑平面移位足夠小的位移的偏振鏡處接收所捕獲的光，使得由于偏振鏡的第一部分和第二部分的光暈引起的第一圖像和第二圖像的強度變化可以在人眼可察覺的閾值以下。位移可以足夠小，以遍及與第一圖像和第二圖像相關聯(lián)的圖像平面將強度變化減小到30%以下。透鏡可以包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡元件，并且接收所捕獲的光可以涉及將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過偏振鏡的左半部以及將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過偏振鏡的右半部，偏振鏡的各自的左半部和右半部限定單一成像路徑的各自的左半圓部分和右半圓部分。透鏡可以包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡云集，并且接收所捕獲的光可以涉及將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過偏振鏡的左扇區(qū)部分以及將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過偏振鏡的右扇區(qū)部分，將左扇區(qū)部分和右扇區(qū)部分布置在透鏡的垂直中心線周圍。該方法可以涉及改變成像路徑的第一部分和第二部分的范圍以在形成第一圖像和第二圖像的同時使得第一透視點和第二透視點改變位置，透視點位置的變化提供三維空間屬性的表示的對應變化。該方法可以涉及選擇性地將偏振鏡旋轉90度以生成橫向和縱向之一上的圖像。通過偏振鏡接收所捕獲的光可以涉及通過第一可變止擋件來接收與單一成像路徑的第一部分相關聯(lián)的所捕獲的光以及通過第二可變止擋件來接收與單一成像路徑的第二部分相關聯(lián)的所捕獲的光。
可變止擋件可以是光圈。可以通過第一可變止擋件將與單一成像路徑的第一部分相關聯(lián)的所捕獲的光導向到偏振鏡，并且可以通過第二可變止擋件將與單一成像路徑的第二部分相關聯(lián)的所捕獲的光導向到偏振鏡。該方法可以涉及通過調(diào)整第一可變止擋件來沿著成像路徑的第一部分調(diào)整該裝置的焦深以及通過調(diào)整第二可變止擋件來沿著成像路徑的第二部分調(diào)整該裝置的焦深。根據(jù)發(fā)明的另一方面，提供了一種用于使用具有單一成像路徑和關聯(lián)的視場的透鏡來生成三維圖像信息的裝置。該裝置包括提供將在透鏡的視場內(nèi)所捕獲的光導向到透鏡的孔徑平面，提供將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，以及提供將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，單一成像路徑的第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點。該裝置還包括提供選擇性地改變通過單一成像路徑的光的偏振狀態(tài)以在通過單一成像路徑的第一部分來形成第一圖像和通過單一成像路徑的第二部分來形成第二圖像之間交替，第一圖像表示來自第一透視點的視場內(nèi)的對象并且第二圖像表示來自第二透視點的對象，第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象的三維空間屬性。根據(jù)發(fā)明的另一方面，提供了一種用于生成三維圖像信息的裝置。該裝置包括具有可操作以將在透鏡的視場內(nèi)所捕獲的光導向到透鏡的孔徑平面的單一成像路徑的透鏡，緊靠近孔徑平面定位的光學元件，所述光學元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成將具有第一狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，并且所述第二部分被布置成將具有第二狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，單一成像路徑的第一部分和第二部分提供在透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點。該裝置還包括布置在單一成像路徑中的調(diào)制器，所述調(diào)制器可操作以選擇性地改變通過調(diào)制器的光的狀態(tài)以在通過單一成像路徑的第一部分來形成第一圖像和通過單一成像路徑的第二部分來形成第二圖像之間交替，第一圖像表示來自第一透視點的視場內(nèi)的對象并且第二圖像表示來自第二透視點的對象，第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象的三維空間屬性。光學元件的第一部分可以包括被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分的偏振鏡，并且光學元件的第二部分可以包括被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分的偏振鏡，并且調(diào)制器可以可操作以選擇性地改變通過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)以在第一偏振狀態(tài)和第二偏振狀態(tài)之間交替。在結合附圖閱讀本發(fā)明的特定實施例的以下描述時，對于那些本領域技術人員而言，本發(fā)明的其它方案和特征將變得明顯。


在說明本發(fā)明的實施例的圖中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于生成三維圖像信息的裝置的立體圖；圖2是液晶圖像調(diào)制器的部分截去立體圖；圖3是描述圖1中所示的裝置的操作狀態(tài)的俯視圖；圖4是用于實施圖1中所示的裝置的空間調(diào)制器實施例的平面圖；圖5是描述用于控制圖4中所示的空間調(diào)制器的電流波形的系列曲線圖6是用于圖4中所示的空間調(diào)制器的可選致動器的立體視圖；圖7-9是示出圖1中所示的裝置中使用的偏振鏡的可選實施例的系列視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用于生成三維圖像信息的裝置的俯視圖；圖11是在發(fā)明的又一實施例中使用的干涉濾光片的傳輸頻譜的圖形描述；圖12是根據(jù)本發(fā)明的進一步的實施例的用于生成三維圖像信息的裝置的俯視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的用于生成三維圖像信息的裝置的俯視圖；以及圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一可選實施例的用于生成三維圖像信息的裝置的俯視圖。
具體實施例方式參見圖1，一般地，在100處示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于生成三維圖像信息的裝置。該裝置100包括具有大致沿中心軸線103定向的單一成像路徑的透鏡102。透鏡102可操作地將透鏡的視場內(nèi)所捕獲的光導向到透鏡的孔徑平面104。該裝置100還包括緊靠近孔徑平面104定位的偏振鏡108。孔徑平面104可以是透鏡102的物理孔徑平面或者可以是孔徑平面的共軛。偏振鏡108包括第一部分110和第二部分112，該第一部分110被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，該第二部分112被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分。單一成像路徑的第一部分和第二部分提供透鏡102的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點。裝置100進一步包括布置在單一成像路徑中的調(diào)制器106。調(diào)制器106選擇性地可操作以改變穿過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)以在通過單一成像路徑的第一部分來形成第一圖像和通過單一成像路徑的第二部分來形成第二圖像之間交替。第一圖像表示來自第一透視點的視場內(nèi)的對象(例如對象116)并且第二圖像表示來自第二透視點的對象。第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象116的三維空間屬性。在圖1中所示的實施例中，透鏡102包括包含透鏡元件118、120和122的多個透鏡元件，其構成變焦透鏡組124并且限定孔徑平面104的位置?？梢酝ㄟ^移動透鏡元件118和120來改變變焦透鏡組124的焦距。透鏡102還包括用于在圖像平面114處聚焦圖像的聚焦透鏡126。在其它實施例中，透鏡102可以由更多或更少數(shù)量的透鏡元件組成并且可以是定焦、攝遠、或成像中使用的其它類型的透鏡。調(diào)制器106包括用于接收控制信號的輸入128，該控制信號用于選擇性地致使調(diào)制器改變穿過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)。裝置100還包括具有用于產(chǎn)生控制信號的輸出132的控制器130。控制器130還包括用于接收同步信號(SYNCH)的輸入134，可以從與用于記錄第一圖像和第二圖像的圖像記錄元件關聯(lián)的控制電路接收同步信號，圖像記錄元件例如為布置在圖像平面114處的電荷耦合器件(未示出)?？梢允褂靡壕骷?、法拉第旋轉體或響應于接收到控制信號或驅(qū)動信號而可操作以改變穿過器件的光的偏振狀態(tài)的其它電光器件來實施調(diào)制器106。可替代地，如這里稍后詳述地，可以通過機械地移動偏振元件來實施調(diào)制器106。
在一個實施例中，可以使用具有第一線性偏振取向的線性偏振鏡來實施偏振鏡108的第一部分110,以及可以使用具有第二線性偏振取向的線性偏振鏡來實施偏振鏡108的第二部分112，第一線性偏振取向與第二線性偏振取向正交。在圖1中所示的實施例中，第一偏振取向和第二偏振取向分別地距垂直方向+45度和-45度,但是在其它實施例中,偏振可以是另外定向的(例如，垂直地和水平地)。有利地，將第一偏振取向和第二偏振取向定向在±45度防止由于從透鏡102的視場接收到的光部分偏振而引起的第一圖像和第二圖像之間的差異，例如，正如當光從表面反射時將發(fā)生的，該表面諸如路面或水體。在另一實施例中，偏振鏡108的第一部分110可以包括可操作以傳送具有左旋橢圓偏振狀態(tài)的光的偏振鏡，并且偏振鏡108的第二部分112可以包括可操作地傳送具有右旋橢圓偏振狀態(tài)的光的偏振鏡?？蛇x地，偏振鏡108的第一部分110和第二部分112可以包括可操作以傳送具有各自的左旋圓偏振狀態(tài)和右旋圓偏振狀態(tài)的光的材料。當如圖1中所示地定向時，將裝置100被配置成生成其中通常稱作“橫向”(即，圖像的最長維度是水平地定向的)的圖像。將得到的第一圖像和第二圖像分成右圖像和左圖像，這有利地使得第一圖像和第二圖像對應于將通常由用戶的水平地分離的右眼和左眼觀察的圖像。但是，特別地在靜止圖像攝影中，對于照相機用戶，通常在橫向和縱向(即，其中圖像的較長的維度是垂直定向的)兩者中捕獲圖像。在裝置100的可選的實施例中，可以將裝置配置成允許橫向模式或縱向模式中的配置。具體地，可以將偏振鏡108在箭頭136所指示的方向中旋轉90度，使得第一圖像和第二圖像在如圖1中所示的裝置的取向上垂直地分離。在該配置中，當將裝置100定向成在縱向模式中捕獲圖像時，第一圖像和第二圖像將保持水平地分離，因而提供具有各自的右透視點和左透視點的第一圖像和第二圖像?？梢允褂镁哂杏捎脩羰謩硬僮鞯闹聞悠鞯臋C械式旋轉體來實施偏振鏡108的90度旋轉?？商娲?，響應于縱向模式的用戶選擇或者自動地響應于由取向傳感器生成的取向信號，可以由電動機來致動機械式旋轉體，取向傳感器諸如為加速計或重力傳感器(未示出)。調(diào)制器在一個實施例中，可以使用液晶來實施調(diào)制器106以調(diào)制光的偏振狀態(tài)。參見圖2，一般地，在200處示出液晶圖像調(diào)制器。調(diào)制器200包括布置在第一玻璃板204和第二玻璃板206之間的液晶材料層202。第一玻璃板204包括第一透明電極208，其在第一玻璃板的表面內(nèi)延伸。第二玻璃板206包括第二透明電極212，其在第二玻璃板的表面內(nèi)延伸。液晶調(diào)制器200還包括用于構成到第一透明電極208的電連接的連接器210以及用于構成到第二透明電極212的電連接的連接器214。連接器210和214便于電極208和212之間的驅(qū)動電壓的施加，以使得在液晶層202內(nèi)建立電場，用于改變液晶材料的偏振特性。調(diào)制器200還包括允許傳送具有第一線性偏振取向的光的偏振層216。在這一*清形中，第一線性偏振取向在距垂直方向-45度角處。如這里較早所公開地，在其它實施例中，可以另外定向第一線性偏振取向。在圖2中，未按比例示出各層的厚度。液晶層202可以是扭曲向列型晶體材料，在沒有在連接器210和214之間施加驅(qū)動電壓的松弛狀態(tài)下，該扭曲向列型晶體材料弓I起穿過層的光的偏振取向的旋轉。例如，可以將液晶配置成在松弛狀態(tài)中引起線性偏振光經(jīng)歷偏振取向的90度旋轉。當在連接器210和214之間施加驅(qū)動信號時，扭曲向列型晶體材料重定向以允許光通過層202，而不改變偏振取向。在一個實施例中，可以由驅(qū)動信號的施加來致動液晶層202,該驅(qū)動信號具有在電壓V+和V_之間變化的50%占空比的方波，其中，在安全工作電壓范圍內(nèi)選擇電壓以提供光的偏振取向的從-45度偏振取向(如在傳送通過偏振層216之后所接收的)到+45度偏振取向的90度變化。可以將控制器130 (圖1中所示)配置成在期望致動液晶層102以允許光穿過時選擇性地生成驅(qū)動信號。在液晶的非致動狀態(tài)下，連接器210和214之間沒有施加驅(qū)動電位。可替代地，控制器130可以提供控制調(diào)制器驅(qū)動器(未示出)以選擇性地生成驅(qū)動電壓信號的低電平致動信號。對于其中調(diào)制器200位于成像路徑中的偏振鏡108之前(如圖1中所示)的實施例中的使用，光撞擊到偏振層216上并且僅將具有-45度偏振取向的光傳送到液晶層202。在連接器210和214之間沒有施加驅(qū)動電壓的情況下，垂直偏振光經(jīng)歷偏振取向上的旋轉并且從液晶層中顯現(xiàn)為具有+45度偏振取向的光。當在連接器210和214之間施加驅(qū)動電壓時，傳送具有-45度偏振取向的光，而偏振取向沒有任何變化。因而，在這一操作模式中，響應于驅(qū)動電壓的施加，調(diào)制器200選擇性地在-45度和+45度之間改變傳送的-45度偏振光的偏振狀態(tài)。操作進一步參照圖3描述圖2中所示的調(diào)制器200的操作，其以俯視圖示出了裝置100。在所示的實施例中，偏振鏡108的第一部分110包括可操作以傳送在+45度偏振的光并且阻擋在-45度偏振的光的線性偏振鏡。偏振鏡108的第二部分112包括可操作以傳送在-45度偏振的光并且阻擋在+45度偏振的光的線性偏振鏡。液晶圖像調(diào)制器200被配置成使得入射光撞擊到偏振層216上，偏振層216被配置成在通過液晶層202之前傳送在_45度偏振的光。參見圖3,從點140發(fā)射的光線150可以包括隨機偏振的光,并且由偏振層216傳送在-45度偏振的光成分，而另外的偏振光成分受阻擋。在圖3中示出的操作實施例中，控制信號PC (由圖1中所示 的控制器130生成)具有致使調(diào)制器200處于松弛狀態(tài)的信號狀態(tài)PCl，其使得液晶層將光的偏振取向改變90度，從-45度到+45度，使得光線144和152在+45度偏振。透鏡102捕獲光線152并且將光線152導向到孔徑平面104，在孔徑平面104中光線穿過偏振鏡108的第一部分110并且撞擊到圖像平面114上。從點140發(fā)射的光線142還可以包括隨機偏振光，并且如之前所述，僅在-45度處偏振的光成分被傳送通過偏振層216。因而，從調(diào)制器200出現(xiàn)的光線144在+45度偏振并且由偏振鏡108的第二部分112阻擋并且因而不會到達圖像平面114。因而，偏振鏡108的第一部分110限定在形成第一圖像中涉及的透鏡102的單一成像路徑的第一部分。當控制信號PC改變狀態(tài)到信號狀態(tài)PC2時，將調(diào)制器200置于激活或非扭曲向列狀態(tài)并且通過偏振層216的在-45度處偏振的光被傳送通過液晶層202，而沒有經(jīng)歷偏振取向的變化，因而，保持定向在-45度偏振狀態(tài)。透鏡102捕獲光線144并且將光線144導向到孔徑平面104，在孔徑平面104中光線144被傳送通過偏振鏡108的第二部分112并且撞擊到圖像平面114上。在偏振鏡108的第一部分110處阻擋光線152并且光線152不會到達圖像平面114。因而，偏振鏡108的第二部分112限定在形成第二圖像中涉及的透鏡102的單一成像路徑的第二部分。當選擇性地將第一圖像和第二圖像導向到用戶的各自的左眼和右眼時，用戶將能夠從圖像中辨出3D信息，非常類似于當觀看實際對象116時用戶能夠辨出3D信息的方式。
在另一實施例中，可以選擇性地將第一圖像和第二圖像作為單獨的視頻域顯示在視頻顯示監(jiān)視器上?？衫酶鞣N類型的主動的和被動的眼鏡來將這樣顯示的第一圖像和第二圖像導向到用戶的眼睛。一般地，被動類型的眼鏡依賴于顯示的圖像的額外的波長或偏振處理以使能眼鏡中的被動濾光片元件分離圖像。一般地，主動類型的眼鏡包括用于從顯示器接收同步信號以選擇性地允許第一圖像和第二圖像傳送到各自的左眼和右眼的接收機。可替代地，可以處理第一圖像和第二圖像以匹配各自的圖像中的可識別的特征并確定所識別的特征之間的側向偏移。與裝置100的成像參數(shù)知識一起，可以將所確定的側向偏移用于計算對象上的點之間或者不同深度處的對象之間的深度差。有利地，偏振鏡108可以是被動偏振鏡元件，其允許相對薄的材料的使用，諸如可吸收的偏振鏡膜或薄膜偏振鏡。即使在已經(jīng)限制透鏡元件之間的空間的透鏡102中，這樣的材料也允許將偏振鏡108置于非常接近孔徑平面104處或在孔徑平面104處。具有選擇性的光傳送/阻擋以用于產(chǎn)生在至少緊靠近透鏡102的孔徑平面處發(fā)生的第一圖像和第二圖像，以減少或消除由于光選擇性傳送通過單一成像路徑的第一部分或第二部分而引起的圖像的光暈，這是有利的。在某些實施例中，可以使偏振鏡可被定位成緊靠近限定系統(tǒng)孔徑并且控制透鏡102捕獲的光量的透鏡的光圈(未示出)?？商娲?，可以將偏振鏡108的第一部分110和第二部分112作為涂層直接施加到限定透鏡的孔徑平面的透鏡元件、或者緊靠近透鏡的孔徑平面定位的透鏡元件。為了使用特定透鏡達到期望的成像品質(zhì)或性能，可以執(zhí)行光學靈敏度分析以產(chǎn)生表示偏振鏡108到孔徑平面104的最大位移的距離容限。這樣的分析可以考慮到第一圖像和第二圖像中因由于偏振鏡108的第一部分110和第二部分112引起的光暈而導致的幾何偏移，以及距離容限將提供距孔徑平面的最大距離以滿足可接受的3D成像品質(zhì)的標準。成像品質(zhì)受通過移動偏振鏡108遠離孔徑平面而影響的程度取決于構成透鏡102的透鏡元件的配置和系統(tǒng)的期望的成像性能。在非常高性能的成像系統(tǒng)中，可能偏振鏡108必須被定位成非常接近孔徑平面104以最小化光暈并且因而提供具有圖像上基本上均勻圖像強度的第一圖像和第二圖像。因為人眼對這樣的下降并非極敏感，所以在更低性能成像系統(tǒng)中，允許圖像邊緣處非常明顯的圖像強度下降可能是可接受的。在非關鍵的成像應用中，可接受圖像的外邊緣處的30%-50%圖像下降。一般地，諸如液晶調(diào)制器200的調(diào)制器在光傳送的方向上較厚并且因而可能不容易容納在孔徑平面處。有利地，調(diào)制器200可以位于透鏡102內(nèi)的多個位置中的任意位置處。在這一實施例中，調(diào)制器106位于透鏡102之前，但是在其它實施例中，合適配置的調(diào)制器能夠同樣位于例如任意透鏡元件之間或聚焦透鏡126和圖像平面114之間。操作為主動偏振元件的調(diào)制器可以是特征在于依據(jù)具有各自的第一偏振狀態(tài)和第二偏振狀態(tài)的光之間的強度比。作為實際情況，對于眾多主動偏振元件，當撞擊到偏振鏡上的光的會聚或發(fā)散角大于與所述調(diào)制器相關聯(lián)的接受標準角時，偏振比下降。在這樣的實施例中，可能期望使調(diào)制器200位于單一成像路徑中的所捕獲的光的會聚或發(fā)散角小于與所述調(diào)制器相關聯(lián)的接受標準角的點處。在某些實施例中，透鏡102可以具有一區(qū)域，在該區(qū)域上方光接近準直，其提供調(diào)制器200的大致最佳位置，受到與特定透鏡相關聯(lián)的其它間隔和設計約束。在圖1和圖3中所示的實施例中，只要對象116遠離透鏡102定位，則進入調(diào)制器200的光將具有普遍低的角度入射。
可替代地，對于其中液晶調(diào)制器200位于成像路徑中的偏振鏡108之后的相反取向的實施例中的使用，具有+45度偏振取向的光被傳送通過偏振鏡108的第一部分110，并且具有-45度偏振取向的光被傳送通過偏振鏡的第二部分112。當控制信號PC處于第一狀態(tài)PCl時，液晶層處于松弛狀態(tài)，并且-45度和+45度偏振取向的光都經(jīng)歷偏振取向的旋轉。將來自偏振鏡108的第一部分110的具有+45度偏振取向的光旋轉成具有-45度的偏振取向，因而將被傳送通過偏振層216而到達成像平面114，形成第一圖像。將來自偏振鏡108的第二部分112的具有-45度的偏振取向的光旋轉到+45度偏振取向，并且將由偏振層216阻擋。當控制信號PC改變狀態(tài)到PC2時，非扭曲向列狀態(tài)的液晶傳遞具有-45度或+45度偏振取向的光，而不改變偏振取向并且-45度偏振光被傳送通過偏振層216而到達圖像平面114，形成第二圖像。偏振層216將阻擋來自偏振鏡108的第一部分110的+45度偏振光。空間調(diào)制器實施例在可選的實施例中，可以使用一般在圖4中的380處所示的空間調(diào)制器來實施圖1中所示的調(diào)制器106。參見圖4，空間調(diào)制器380包括具有可操作以傳送具有+45度偏振取向的第一區(qū)域384和可操作以傳送具有-45度偏振取向的第二區(qū)域386的偏振鏡382。偏振鏡382安裝在臂件388上，臂件388接著安裝在樞軸390上以提供空間調(diào)制器380的橫向運動。臂件388還包括沿著臂件安裝在中間的磁鐵392。將磁鐵392布置在具有各自的線圈410和412的第一磁鐵394和第二電磁鐵396之間。偏振鏡382、臂件388、樞軸390、以及電磁鐵394和396 —起構成可操作以產(chǎn)生用于使偏振鏡382在第一臂件位置(如實線所示)和第二位置(如404處的間斷輪廓線所示)之間在箭頭402的方向上橫向移動的力的機械式致動器。在這一實施例中，第一臂件位置和第二臂件位置由一對止擋件414和416來限定，其分別限定臂件和偏振鏡382的第一位置和第二位置。止擋件414和416中的每一個均包括用于接合互補螺紋部分422的螺紋部分420，以提供臂件388和偏振鏡382的移動的調(diào)整。在406處間斷輪廓線中示出了透鏡(諸如圖1中所示的透鏡102)的單一成像路徑的范圍。在第一臂件位置，將第一偏振區(qū)域384布置成在阻擋具有-45度偏振取向的光的同時允許具有+45度偏振取向的光穿過單一成像路徑。在第二臂件位置404，將第二偏振區(qū)域386被布置成在阻擋具有+45度偏振取向的光的同時允許具有-45度偏振取向的光穿過
單一成像路徑。為了驅(qū)動空間調(diào)制器380，可以由圖4中所示的調(diào)制器驅(qū)動器430來替代圖1中所示的調(diào)制器驅(qū)動器130。調(diào)制器驅(qū)動器430包括用于驅(qū)動第一電磁鐵394的線圈410的第一對輸出432和用于驅(qū)動第二電磁鐵396的線圈412的第二對輸出434。調(diào)制器驅(qū)動器430還包括輸出436，其用于產(chǎn)生用于同步圖像傳感器的操作的同步信號(SYNC)以捕獲第一圖像和第二圖像?？商娲?，可以將輸出436配置為輸入，該輸入用于接收由圖像傳感器生成的同步信號以有利于臂件388的運動與圖像傳感器的預定圖像捕獲率的同步。在操作中，調(diào)制器驅(qū)動器430內(nèi)部地生成SYNCH信號或在輸入436處接收SYNC信號。響應于SYNCH信號，控制器在輸出432和434處生成電流波形，用于驅(qū)動各自的線圈410和412。通過各自的線圈410和412的電流引起力施加在臂件388上以使其朝期望的止擋件414或416移動。有利地，可以將調(diào)制器驅(qū)動器430實施為推拉式控制器，其中電磁鐵394和396中的一個提供磁鐵392上的吸力，而電磁鐵中的另一個提供磁鐵上的斥力，因而在止擋件416和414之間移動的同時增加臂件上的力。圖5中圖形地示出了提供給線圈410和412以使臂件388朝第一電磁鐵394移動的電流驅(qū)動的示例性的波形。在440處示出了通過線圈410的電流波形以及在442處示出了通過線圈412的電流波形。在446處示出了 SYNCH信號的脈沖波形。SYNCH信號446的上升沿限定了第一時間周期444的開始時間，其中電流440快速上升以在臂件388上產(chǎn)生吸力。吸力克服臂件388的慣性并且致使臂件加速離開止擋件414和第二電磁鐵396。在第一時間周期444期間，電流442初始地在零處并且一旦臂件388開始加速，電流442快速增加以隨著臂件接近止擋件416而提供減速力，從而抑制臂件的運動以當接合止擋件時防止臂件的反彈。臂件388停于止擋件416處并且在每個線圈410和412中的電流440和442減小到小的保持電流以將臂件保持在止擋件416處。在其中臂件388保持在止擋件416處的第二時間周期448提供足夠的時間以完成第一圖像的捕獲。類似地，SYNCH信號446的后續(xù)上升沿限定了第三時間周期450的開始時間，其中電流442引起臂件388上的吸力并且電流440引起臂件388上的斥力，以使得臂件朝止擋件414移動。在其中臂件388停于止擋件414處的時間周期452限定了第四時間周期452，其提供了足夠的時間以完成第二圖像的捕獲。參見圖6，一般在500處示出了空間調(diào)制器380(圖4中所示)的致動器部分的可選的實施例。致動器500包括具有延伸貫通電動機的轉子軸506的電動機502。如一般在圖4中所示地，將臂件388安裝到轉子軸506上以用于橫向運動。在這一實施例中，使用一對磁鐵508和510來實施電動機502并且軸506將致動器線圈516支撐在磁鐵之間。致動器線圈516耦合到調(diào)制器輸出432以接收驅(qū)動電流，其致使在軸506上產(chǎn)生扭矩。通常，致動器500以類似于模擬式儀表移動的方式操作并且提供止擋件414和416之間的移動。在其它實施例中，可以配置電動機部分502以使得軸506被磁化并且線圈纏繞在磁極片(即508和510)上?？蓨Z立體視覺在圖1中所示的實施例中，單一成像路徑在形狀上是圓形并且偏振鏡108的第一部分Iio延伸以覆蓋成像路徑的第一半圓形部分，而第二部分112延伸以覆蓋成像路徑的第二半圓形部分。在可選的實施例中，如圖7、圖8和圖9中所示，第一部分110和第二部分112中的每一個均可以延伸以覆蓋單一成像路徑的小于半圓形區(qū)域的扇區(qū)。參見圖7，設計偏振鏡108的大小，使得第一部分110和第二部分112朝外延伸過成像路徑406。在550處示出了由第一部分110覆蓋的單一成像路徑(由間斷輪廓線406所示)的區(qū)域的質(zhì)心，以及在552處示出了由第二部分112覆蓋的單一成像路徑的區(qū)域的質(zhì)心。可以將質(zhì)心550和552看作成限定通過透鏡形成的各自的第一圖像和第二圖像的透視中心，透鏡諸如圖1中所示的透鏡102。兩個圖像550和552之間的距離D表示圖像之間的立體間距，該立體間距寬松地等同于由裝置生成的“3D量”。參見圖8，通過沿箭頭554的方向向內(nèi)移動偏振鏡108的第一部分110以及沿箭頭556的方向向內(nèi)移動第二部分112，在兩個偏振鏡部分之間形成重疊區(qū)域558。通過重疊區(qū)域558的光將通過具有-45度偏振取向的偏振鏡108的部分和具有+45度偏振取向的部分并且因而不論偏振取向如何均將受阻擋。在這些條件之下，將質(zhì)心550和552中的每一個均朝外偏移并且因而透視點同樣朝外偏移，提供第一圖像和第二圖像之間更大的立體間距。參見圖9，偏振鏡108的第一部分110在朝箭頭560方向向內(nèi)和第二部分112朝箭頭562方向向內(nèi)的進一步移動，使得兩個偏振鏡部分之間的重疊區(qū)域564的范圍增加。通過重疊區(qū)域564的光將再次通過偏振鏡108的-45度和+45度偏振部分兩者并且因而被阻擋。在這些條件之下，再次向外偏移質(zhì)心550和552，因而進一步改變透視點。在一個實施例中，可以由致動器來執(zhí)行偏振鏡108的部分110和112的移動，致動器諸如小型步進電動機，并且在形成第一圖像和第二圖像的同時可以改變質(zhì)心分離的程度，以提供可變的立體視覺，如在2009年7月10日遞交的、名稱為“METHOD AND APPARATUSFOR GENERATING THREE DIMENSIONAL IMAGE INFORMATION USING A SINGLE IMAGING PATH”的共同擁有的PCT專利申請PCT/CA2009/000957中公開的，這里通過引用將其全部內(nèi)容引入本文。圓偏振實施例雖然已經(jīng)結合線性偏振取向描述了以上實施例，還可以將以上調(diào)制器200配置成工作在橢圓或圓偏振光。參見圖10, —般在600處不出圓偏振實施例。在這一實施例中，將調(diào)制器602布置在透鏡元件118之前并且包括傳送具有-45度偏振取向的光的線性偏振層604。調(diào)制器602還包括液晶層606,該液晶層606被配置成選擇性地在+90度相位延遲和-90度相位延遲之間切換的，以產(chǎn)生右旋圓偏振光或左旋圓偏振光。偏振鏡108的第一部分110和第二部分112是可操作以分別傳送具有+45度和-45度偏振取向的光的線性偏振鏡。偏振鏡108進一步包括第一四分之一波片608,其定向成使得將具有右旋圓偏振的光轉換成+45度取向的線性偏振光，線性偏振光被傳送通過偏振鏡108的部分110。偏振鏡108還包括第二四分之一波片610，其定向成使得將具有左旋圓偏振的光轉換成-45度取向的線性偏振光,線性偏振光被傳送通過偏振鏡108的部分112。因而，如這里較早描述地，偏振鏡108的第一部分110和第二部分112使得在圖像平面114處形成第一圖像和第二圖像。非偏振實施例在其它實施例中，可以用工作在另一光特性上的濾光片部分來替代圖2中的偏振鏡108的偏振鏡部分110和112,以生成第一圖像和第二圖像。例如，部分110和112可以是傳送光波長的特定窄帶(諸如藍光、綠光、和紅光)的干涉濾光片。在圖11中在700和702處圖形地示出了這樣的干涉濾光片的傳輸頻譜。參見圖11，如在700所示，可以將濾光片110配置成傳送第一多個光波長λΒ1、Xe1、和λκ1，并且，如在702所不,可以將濾光片112配置成使第二多個光波長λΒ2、Xe2、和λΚ2通過?？梢詫⒅T如圖4中所示的調(diào)制器的空間調(diào)制器配置成使得第一區(qū)域384傳送第一多個波長700，而第二區(qū)域386傳送第二多個波長702。在操作中，空間調(diào)制器交替以允許通過單一成像路徑選擇性地接收第一波長范圍和第二波長范圍。當通過單一成像路徑接收第二多個波長702時，干涉濾光片部分110阻擋這些波長，而干涉濾光片部分112傳送第二多個波長，對第二多個波長進行成像以在圖像平面114處形成第一圖像。當通過單一成像路徑接收第一多個波長700時，干涉濾光片部分112阻擋這些波長，而干涉濾光片部分110傳送第一多個波長，對第一多個波長進行成像以在圖像平面114處形成第二圖像。由于人眼包括對波長中的輕微偏移不十分敏感的受光體，由左眼和右眼辨出的圖像在頻譜和顯色上將不會明顯不同，但是具有由單一成像路徑的第一部分和第二部分提供的不同的透視點。第一多個波長和第二多個波長將充分不同，使得各自的傳輸帶具有不明顯的重疊。例如，只要波長之間不存在明顯的強度差異，則事實上人眼無法辨出10納米范圍內(nèi)的波長差別。由于人眼中的受光體對這樣小的偏移不敏感，所以不將由眼睛接收到的第一圖像和第二圖像感知為具有不同的頻譜或顏色內(nèi)容。圓偏振輸入實施例雖然已經(jīng)結合線性偏振取向描述了以上實施例，在其它實施例中可以將裝置配置成工作在橢圓或圓偏振光。參見圖12，一般在800處示出了裝置的圓偏振輸入實施例。在這一實施例中，將調(diào)制器200布置在透鏡元件118和裝置800的輸入端處的透鏡102的視場中的點140之間。調(diào)制器200包括傳送具有-45度偏振取向的光的線性偏振層216。將四分之一波片217設置在偏振層216和點140之間，使得通過四分之一波片217的傳輸致使入射的圓和橢圓偏振光線性地偏振。僅僅傳送的線性偏振光成分的-45度成分進一步由偏振層216傳送。調(diào)制器200如之前描述地工作并且交替地，當其在其PCl松弛狀態(tài)中的控制信號PC的控制下時，使得傳送的光+45度偏振，以及當其在其PC2激活狀態(tài)中的控制信號PC的控制下時,使得傳送的光-45度偏振。在這一實施例中，偏振鏡108的第一部分110和第二部分112是可操作以分別傳送具有+45度和-45度偏振取向的光的線性偏振鏡。因而，如這里較早所描述地，偏振鏡108的第一部分110和第二部分112使得在圖像平面114處交替地形成第一圖像和第二圖像。被傳送通過裝置800的單一成像路徑的第一部分110的具有第一偏振狀態(tài)的光提供了在透鏡102的視場內(nèi)的第一透視點。被傳送通過裝置800的單一成像路徑的第二部分112的具有第二偏振狀態(tài)的光提供了透鏡102的視場內(nèi)的第二透視點。因而，如這里較早所描述地，偏振鏡108的第一部分110和第二部分112使得在圖像平面114處形成第一圖像和第二圖像。第一圖像表示來自第一透視點的透鏡102的視場內(nèi)的對象并且第二圖像表示來自第二透視點的對象，第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象的三維空間屬性。圓偏振輸出實施例在本發(fā)明的可選的實施例中，一般在圖13中在900處示出地，調(diào)制器200被布置在透鏡126和圖像平面114之間，其中，偏振鏡216在裝置900的輸出端處面向圖像平面114。將四分之一波片217布置在偏振鏡216和圖像平面114之間。在這一實施例中，通過偏振鏡108的部分110的光線150在從偏振鏡出現(xiàn)時具有+45度線性偏振，而通過偏振鏡的部分112的光線142在從偏振鏡出現(xiàn)時具有-45度線性偏振。當調(diào)制器200在PCl松弛狀態(tài)中時，其將光線150的偏振改變90度到+135度，而將光線142的偏振改變90度到+45度。在偏振層216的工作方面，+135度的偏振可操作地等效于-45度,偏振層216僅傳送平行于-45度的偏振光。因此，當光線150和142撞擊到偏振層216上時，僅僅光線150被傳送到四分之一波片217并且光線142被阻止。四分之一波片217使得光線150圓偏振。當調(diào)制器200在其PC2活動狀態(tài)中時，其不改變光線150的偏振，保持它們在+45度線性偏振，而其將光線142的偏振保留在-45度。當光線150和142撞擊到偏振層216上時，僅僅光線142被傳送到四分之一波片217。然后，四分之一波片217使得光線150在與當調(diào)制器200在PCl松弛狀態(tài)中時光線150相同的圓狀態(tài)下圓偏振。通過這一機制，光線150和142交替地在圖像平面處形成圖像，分別表示通過偏振鏡108的部分110和部分112的光。通過裝置900的單一成像路徑的第一部分110的具有第一偏振狀態(tài)的光提供透鏡102的視場內(nèi)的第一透視點。通過裝置900的單一成像路徑的第二部分112的具有第二偏振狀態(tài)的光提供透鏡102的視場內(nèi)的第二透視點。因而，如這里較早所描述地，偏振鏡108的第一部分110和第二部分112使得在圖像平面114處形成第一圖像和第二圖像。第一圖像表示來自第一透視點的透鏡102的視場內(nèi)的對象并且第二圖像表示來自第二透視點的對象，第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象的三維空間屬性。在兩種情形下，都使用圓偏振光來形成圖像。這對于諸如測距儀和特殊地或優(yōu)選地使用輸入的圓偏振光的特定成像設備的設備是有利的，特定成像設備諸如現(xiàn)代SLR照相機。這允許裝置900作為輸入前端耦合到這樣的成像設備和測距儀。可以在所有前述實施例中實施的本發(fā)明的進一步的實施例涉及添加一對可變止擋件。參見圖14，一般在1000處示出基于圖12中描述的實施例的示例性的實施例。裝置1000包括具有作為透鏡的一部分而布置為緊靠近偏振鏡108的一對可變止擋件996和998的透鏡902。在這一實施例中，將可變止擋件996和998布置在單一成像路徑中的偏振鏡108之前。有利地，可以將可變止擋件996和998布置在孔徑平面104上透鏡902的物理孔徑處或者在物理孔徑的共軛位置處，以及可以將偏振鏡108布置成接收被傳送通過可變止擋件的光。在一個實施例中，可以將可變止擋件996和998實施為光圈。通常，可變止擋件996和998可以是允許調(diào)整止擋件996和998的孔徑的任意布置，以及孔徑可以具有橢圓形、矩形、方形或其它形狀。圖12中示出如上為透鏡102所描述的透鏡902的所有其它元件，以及如結合圖12所描述地，將調(diào)制器200被布置在透鏡902之前。如這里較早描述地，將四分之一波片217布置調(diào)制器200之前。在操作中，可以調(diào)整可變止擋件996和998以改變裝置1000的焦深。在一個實施例中，可以相互獨立地調(diào)整可變止擋件996和998，其有利于對于單一成像路徑的第一部分和單一成像路徑的第二部分對裝置1000的焦深的獨立調(diào)整。對于止擋件的對應調(diào)整可以提供其它實施例，使得成像路徑的第一部分和第二部分中的每一個的焦深基本匹配。有利地，這里描述的實施例有利于通過單一成像路徑生成3D圖像信息并且在定位孔徑平面使得排除孔徑平面處的厚調(diào)制元件的使用的成像系統(tǒng)中特別有用。所描述的實施例在對光暈敏感的成像系統(tǒng)中同樣有用，以及將需要緊靠近孔徑平面的調(diào)制器元件的精確布置。雖然已經(jīng)描述和說明了發(fā)明的特定實施例，應當將這樣的實施例認為僅僅是發(fā)明的示例性的并且不應將其認為是限制如根據(jù)所附權利要求書所解釋的發(fā)明。
權利要求
1.一種用于生成三維圖像信息的裝置，所述裝置包括: 透鏡，其具有可操作以將在所述透鏡的視場內(nèi)捕獲的光導向到所述透鏡的孔徑平面的單一成像路徑； 偏振鏡，其緊靠近所述孔徑平面定位，所述偏振鏡包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，所述第二部分被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，所述單一成像路徑的所述第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點；以及 調(diào)制器，其布置在所述單一成像路徑中，所述調(diào)制器可操作以選擇性地改變通過所述調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)，以在通過所述單一成像路徑的所述第一部分來形成第一圖像和通過所述單一成像路徑的所述第二部分來形成第二圖像之間交替，所述第一圖像表示來自所述第一透視點的視場內(nèi)的對象并且所述第二圖像表示來自所述第二透視點的所述對象，所述第一圖像和第二圖像一起可操作以表示所述對象的三維空間屬性。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述孔徑平面的位置由以下之一來限定: 所述透鏡的物理孔徑的位置；以及 所述物理孔徑的共軛位置。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述偏振鏡的所述第一部分包括具有第一線性偏振取向的線性偏振鏡，并且其中所述偏振鏡的所述第二部分包括具有第二線性偏振取向的線性偏振鏡，所述第一線性偏振取向與所述第二線性偏振取向正交。
4.如權利要求3所述的裝置，其中所述第一線性偏振取向定向在45度。
5.如權利要求3所述的裝置，其`中所述調(diào)制器被布置在所述單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且其中所述調(diào)制器被可操作地配置成在傳送具有所述第一線性偏振狀態(tài)的光和傳送具有所述第二線性偏振狀態(tài)的光之間交替。
6.如權利要求5所述的裝置，進一步包括將四分之一波片布置在單一成像路徑中的所述調(diào)制器之后。
7.如權利要求3所述的裝置，其中所述調(diào)制器被布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且其中所述調(diào)制器可操作地配置成: 選擇所述第一線性偏振狀態(tài)和第二線性偏振狀態(tài)中的之一以用于傳輸； 在以下之間交替: 傳送所選的線性偏振狀態(tài)；以及 引起所選的線性偏振狀態(tài)的偏振取向的90度變化。
8.如權利要求7所述的裝置，進一步包括四分之一波片，所述四分之一波片被布置在單一成像路徑中的所述調(diào)制器之前。
9.如權利要求1所述的裝置，其中所述偏振鏡的所述第一部分包括具有左旋橢圓偏振取向的偏振鏡并且所述偏振鏡的所述第二部分包括具有右旋橢圓偏振取向的偏振鏡。
10.如權利要求9所述的裝置，其中所述調(diào)制器被布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且所述調(diào)制器可操作地配置成在傳送具有所述左旋橢圓偏振取向的光和傳送具有所述右旋橢圓偏振取向的光之間交替。
11.如權利要求9所述的裝置，其中所述調(diào)制器被布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且其中所述調(diào)制器可操作地配置成:選擇所述左旋和右旋橢圓偏振取向之一以用于傳輸； 在以下之間交替: 傳送所選的偏振取向；以及 致使所述所選的偏振取向經(jīng)歷所述左旋偏振方向和所述右旋偏振方向之間的變化。
12 .如權利要求9所述的裝置，其中所述左旋橢圓偏振取向包括左旋圓偏振取向并且其中所述右旋橢圓偏振取向包括右旋圓偏振取向。
13.如權利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)制器被布置在所述透鏡之前。
14.如權利要求1所述的裝置，進一步包括圖像傳感器，所述圖像傳感器可操作地配置成單獨地記錄所述第一圖像和第二圖像。
15.如權利要求14所述的裝置，其中所述調(diào)制器被布置在所述透鏡和所述圖像傳感器之間。
16.如權利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)制器包括液晶材料。
17.如權利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)制器包括法拉第旋轉體。
18.如權利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)制器包括空間調(diào)制器，所述空間調(diào)制器可操作地移動以在以下之間交替: 將具有所述第一偏振取向的所述調(diào)制器的第一區(qū)域引入所述單一成像路徑；以及 將具有所述第二偏振取向的所述調(diào)制器的第二區(qū)域引入所述單一成像路徑。
19.如權利要求1所述的裝置，其中所述調(diào)制器被布置在單一成像路徑中的一位置處，其中在該位置處所捕獲的光的會聚角或發(fā)散角小于與所述調(diào)制器相關聯(lián)的接受標準角。
20.如權利要求1所述的裝置，其中所述偏振鏡包括施加到布置為緊靠近所述孔徑平面的透鏡元件的表面的偏振涂層。
21.如權利要求1所述的裝置，其中所述偏振鏡和所述孔徑平面之間的位移足夠小，使得由于偏振鏡的第一部分和第二部分的光暈而引起的第一圖像和第二圖像的強度變化在人眼可察覺的閾值以下。
22.如權利要求21所述的裝置，其中所述位移足夠小，以遍及與第一圖像和第二圖像相關聯(lián)的圖像平面將所述強度變化減小到30%以下。
23.如權利要求1所述的裝置，其中所述透鏡包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡元件，并且其中所述偏振鏡包括左半部和右半部，所述偏振鏡的所述各自的左半部和右半部限定所述單一成像路徑的各自的左半圓部分和右半圓部分。
24.如權利要求1所述的裝置，其中所述透鏡包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡元件，并且其中所述偏振鏡包括左扇區(qū)和右扇區(qū)，所述偏振鏡的所述各自的左扇區(qū)和右扇區(qū)限定布置在透鏡的垂直中心線周圍的所述單一成像路徑的各自的左扇區(qū)和右扇區(qū)。
25.如權利要求1所述的裝置，其中所述偏振鏡的所述第一部分和第二部分可操作以改變范圍從而在形成所述第一圖像和第二圖像的同時使得所述第一透視點和第二透視點改變位置，透視點位置的所述變化提供所述三維空間屬性的所述表示中的對應變化。
26.如權利要求1所述的裝置，進一步包括耦合到所述偏振鏡的致動器，所述致動器可操作地配置成使得所述偏振鏡的取向旋轉90度，以便于選擇性地配置所述裝置以生成橫向和縱向中之一的圖像。
27.如權利要求1所述的裝置，進一步包括緊靠近所述偏振鏡而布置在所述單一成像路徑的所述第一部分中的第一可變止擋件以及緊靠近所述偏振鏡而布置在所述單一成像路徑的所述第二部分中的第二可變止擋件。
28.如權利要求27所述的裝置，其中所述第一可變止擋件和所述第二可變止擋件中的至少一個包括光圈。
29.如權利要求27所述的裝置，其中將所述第一可變止擋件和所述第二可變止擋件被布置在所述偏振鏡之前。
30.一種用于使用具有單一成像路徑和關聯(lián)的視場的透鏡來生成三維圖像信息的方法，該方法包括: 將所述透鏡的視場內(nèi)捕獲的光導向到所述透鏡的孔徑平面； 通過緊靠近所述孔徑平面定位的偏振鏡來接收所述捕獲的光，所述偏振鏡包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，所述第二部分被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，所述單一成像路徑的所述第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點；以及 控制布置在單一成像路徑中的調(diào)制器以選擇性地改變穿過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)，以在通過所述單一成像路徑的所述第一部分來形成第一圖像和通過所述單一成像路徑的所述第二部分來形成第二圖像之間交替，所述第一圖像表示來自所述第一透視點的視場內(nèi)的對象并且所述第二圖像表示來自所述第二透視點的所述對象，所述第一圖像和第二圖像一起可操作以表示所述對象的三維空間屬性。
31.如權利要求30所述的方法，其中將光導向到透鏡的孔徑平面包括將在透鏡的視場內(nèi)捕獲的光導向到位于以下之一處的透鏡的孔徑平面: 所述透鏡的物理孔徑位置；以及 所述物理孔徑的共軛位置。
32.如權利要求30所述的方法，其中接收所述捕獲的光包括通過所述偏振鏡的所述第一部分來接收具有第一線性偏振取向的光，以及通過所述偏振鏡的所述第二部分來接收具有第二線性偏振取向的光，所述第一線性偏振取向被定向為與所述第二線性偏振取向正交。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述第一線性偏振取向被定向在45度。
34.如權利要求32所述的方法，其中將所述調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括在傳送具有所述第一線性偏振狀態(tài)的光和傳送具有所述第二線性偏振狀態(tài)的光之間交替。
35.如權利要求34所述的方法，包括通過四分之一波片來導向由所述調(diào)制器傳送的線性偏振光，從而使得由所述四分之一波片傳送的光圓偏振。
36.如權利要求32所述的方法，其中將所述調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括: 選擇所述第一線性偏振狀態(tài)和第二線性偏振狀態(tài)中的一個以用于傳輸； 在以下之間交替: 傳送所選的線性偏振狀態(tài)；以及使得所選的線性偏振狀態(tài)的偏振取向發(fā)生90度變化。
37.如權利要求36所述的方法，其中將光導向到透鏡的孔徑平面包括將通過布置在所述調(diào)制器之前的四分之一波片來導向在透鏡的視場內(nèi)捕獲的光，從而使得線性地偏振來自所述對象的圓偏振光和橢圓偏振光中的至少一個。
38.如權利要求37所述的方法，其中所述使得線性地偏振包括使得所述圓偏振光和所述橢圓偏振光中的所述一個偏振到所述第一偏振狀態(tài)和所述第二偏振狀態(tài)中的一個。
39.如權利要求30所述的方法，其中接收所述所捕獲的光包括通過所述偏振鏡的所述第一部分來接收具有左旋橢圓偏振狀態(tài)的光，以及通過所述偏振鏡的所述第二部分來接收具有右旋橢圓偏振狀態(tài)的光。
40.如權利要求39所述的方法，其中將所述調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之后，并且其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括在傳送具有所述左旋橢圓偏振狀態(tài)的光和傳送具有所述右旋橢圓偏振狀態(tài)的光之間交替。
41.如權利要求39所述的方法，其中將所述調(diào)制器布置在單一成像路徑中的所述偏振鏡之前，并且其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括: 選擇所述左旋橢圓偏振狀態(tài)和右旋橢圓偏振狀態(tài)中的一個以用于傳輸； 在以下之間交替: 傳送所選的偏振狀態(tài)；以及 使得所述所選的偏振狀態(tài)經(jīng)歷在所述左旋偏振狀態(tài)和所述右旋偏振狀態(tài)之間的變化。
42.如權利要求39所述的方法，其中所述左旋橢圓偏振狀態(tài)包括左旋圓偏振狀態(tài)并且其中所述右旋橢圓偏振狀態(tài)包括右旋圓偏振狀態(tài)。
43.如權利要求30所述的方法，其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括控制設置在單一成像路徑中透鏡之前的調(diào)制器的偏振狀態(tài)。
44.如權利要求30所述的方法，其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括控制液晶材料的狀態(tài)。
45.如權利要求30所述的方法，其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括控制法拉第旋轉體的狀態(tài)。
46.如權利要求30所述的方法，其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括移動所述調(diào)制器以在以下之間交替: 將具有所述第一偏振狀態(tài)的所述調(diào)制器的第一區(qū)域引入所述單一成像路徑；以及 將具有所述第二偏振狀態(tài)的所述調(diào)制器的第二區(qū)域引入所述單一成像路徑。
47.如權利要求30所述的方法，其中控制所述調(diào)制器的所述偏振狀態(tài)包括控制布置在單一成像路徑中的一位置處的調(diào)制器的偏振狀態(tài)，其中在該位置處，所捕獲的光的會聚角或發(fā)散角小于與所述調(diào)制器關聯(lián)的接受標準角。
48.如權利要求30所述的方法，其中在所述偏振鏡處接收所述所捕獲的光包括在施加到布置為緊靠近所述孔徑平面的透鏡元件表面的偏振涂層處接收所捕獲的光。
49.如權利要求30所述的方法，其中在所述偏振鏡處接收所述所捕獲的光包括在自所述孔徑平面移位足夠小的位移的偏振鏡處接收所述所捕獲的光，使得由于偏振鏡的第一部分和第二部分的光暈引起的第一圖像和第二圖像的強度變化在人眼可察覺的閾值以下。
50.如權利要求49所述的方法，其中所述位移足夠小，以遍及與第一圖像和第二圖像關聯(lián)的圖像平面將所述強度變化減小到30%以下。
51.如權利要求30所述的方法，其中所述透鏡包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡元件，并且其中接收所述所捕獲的光包括將具有所述第一偏振狀態(tài)的光傳送通過所述偏振鏡的左半部以及將具有所述第二偏振狀態(tài)的光傳送通過所述偏振鏡的右半部，所述偏振鏡的所述各自的左半部和右半部限定所述單一成像路徑的各自的左半圓部和右半圓部分。
52.如權利要求30所述的方法，其中所述透鏡包括限定大致圓橫截面的單一成像路徑的多個大致圓形的透鏡元件，并且其中接收所述所捕獲的光包括將具有所述第一偏振狀態(tài)的光傳送通過所述偏振鏡的左扇區(qū)部分以及將具有所述第二偏振狀態(tài)的光傳送通過所述偏振鏡的右扇區(qū)部分，將所述左扇區(qū)部分和右扇區(qū)部分布置在透鏡的垂直中心線周圍。
53.如權利要求30所述的方法，進一步包括改變成像路徑的所述第一部分和第二部分的范圍，以在形成所述第一圖像和第二圖像的同時使得所述第一透視點和第二透視點改變位置，透視點位置的所述變化提供所述三維空間屬性的所述表示的對應變化。
54.如權利要求30所述的方法，進一步包括選擇性地將所述偏振鏡旋轉90度以生成橫向和縱向中的一個上的圖像。
55.如權利要求30所述的方法，其中通過所述偏振鏡來接收所述所捕獲的光包括通過第一可變止擋件來接收與單一成像路徑的所述第一部分相關聯(lián)的所捕獲的光，以及通過第二可變止擋件來接收與單一成像路徑的所述第二部分相關聯(lián)的所捕獲的光。
56.如權利要求55所述 的方法，其中所述第一可變止擋件和所述第二可變止擋件中的至少一個包括光圈。
57.如權利要求55所述的方法，其中通過所述第一可變止擋件來將與單一成像路徑的所述第一部分相關聯(lián)的所述所捕獲的光導向到所述偏振鏡。
58.如權利要求55所述的方法，進一步包括通過調(diào)整所述第一可變止擋件來調(diào)整單一成像路徑的所述第一部分內(nèi)的焦深。
59.一種用于使用具有單一成像路徑和關聯(lián)的視場的透鏡來生成三維圖像信息的裝置，所述裝置包括: 用于將所述透鏡的所述視場內(nèi)捕獲的光導向到所述透鏡的孔徑平面的模塊； 用于將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分的模塊，以及用于將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分的模塊，所述單一成像路徑的所述第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點；以及 用于選擇性地改變穿過單一成像路徑的光的偏振狀態(tài)，以在通過所述單一成像路徑的所述第一部分來形成第一圖像和通過所述成像路徑的所述第二部分來形成第二圖像之間交替的模塊，所述第一圖像表示來自所述第一透視點的視場內(nèi)的對象并且所述第二圖像表示來自所述第二透視點的所述對象，所述第一圖像和第二圖像一起可操作以表示所述對象的三維空間屬性。
60.一種用于生成三維圖像信息的裝置，所述裝置包括: 具有單一成像路徑的透鏡，其可操作以將透鏡的視場內(nèi)捕獲的光導向到所述透鏡的孔徑平面； 緊靠近所述孔徑平面定位的光學元件，所述光學元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成將具有第一特性的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，所述第二部分被布置成將具有第二特性的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，所述單一成像路徑的所述第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的各自的第一透視點和第二透視點；以及 布置在單一成像路徑中的調(diào)制器，所述調(diào)制器可操作以選擇性地在通過所述單一成像路徑的所述第一部分來傳送具有所述第一特性的光以形成第一圖像和通過所述單一成像路徑的所述第二部分來傳送具有所述第二特性的光以形成第二圖像之間交替，所述第一圖像表示來自所述第一透視點的視場內(nèi)的對象并且所述第二圖像表示來自所述第二透視點的所述對象，所述第一圖像和第二圖像一起可操作以表示所述對象的三維空間屬性。
61.如權利要求60所述的裝置，其中所述光學元件的所述第一部分包括被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的所述第一部分的偏振鏡，并且其中所述光學元件的所述第二部分包括被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的所述第二部分的偏振鏡，并且其中所述調(diào)制器可操作以選擇性地改變通過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)以在所述第一偏振狀態(tài)和所述第二偏振狀態(tài)之間交替。
全文摘要
公開了一種用于生成三維圖像信息的方法和裝置。該裝置包括具有單一成像路徑的透鏡，該單一成像路徑可操作以將在透鏡的視場內(nèi)捕獲的光導向到透鏡的孔徑平面。該裝置還包括緊靠近孔徑平面定位的偏振鏡，所述偏振鏡包括第一部分和第二部分，所述第一部分被布置成將具有第一偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第一部分，所述第二部分被布置成將具有第二偏振狀態(tài)的光傳送通過單一成像路徑的第二部分，單一成像路徑的第一部分和第二部分提供透鏡的視場內(nèi)的第一透視點和第二透視點。該裝置進一步包括布置在單一成像路徑中的調(diào)制器，該調(diào)制器可操作以選擇性地改變通過調(diào)制器的光的偏振狀態(tài)，以在通過單一成像路徑的第一部分來形成第一圖像和通過單一成像路徑的第二部分來形成第二圖像之間交替，第一圖像表示來自第一透視點的視場內(nèi)的對象并且第二圖像表示來自第二透視點的對象，第一圖像和第二圖像一起可操作以表示對象的三維空間屬性。
文檔編號H04N13/02GK103210348SQ201180040756
公開日2013年7月17日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權日2010年6月25日
發(fā)明者托馬斯·N·米切爾, 伊奇羅·欣科達 申請人:管理前街不同收入階層的前街投資管理有限公司