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JP6076970B2 - Method and apparatus for generating three-dimensional image information - Google Patents

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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。   The present invention relates generally to generating three-dimensional image information, and more particularly to generating three-dimensional image information using a single image path.

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。立体視光学系は、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。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。   In conventional two-dimensional (2D) imaging, rays that depict objects in a three-dimensional (3D) scene are captured and mapped on the 2D image plane, and thus depth information is not recorded. The stereoscopic optical system can generate an image depicting depth information by generating another image from different perspective viewpoints. When looking at the actual scene and allowing the user to perceive the depth in the depicted figure, separate images will appear in the user's respective right and left eyes to mimic the behavior of the human eye. It can be depicted separately. Another or stereo image is usually an image with different perspective views by an optical system having either a pair of spatially separated imaging paths or using different parts of a single imaging path. It is generated by generating. The image can then be rendered using eyewear that can selectively allow another image to reach the user's respective right and left eyes. Alternatively, a special display can be configured to project spatially separated images toward the left and right eyes of the user.

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。
Applications in the area of surgery have been discovered that can provide a 3D field of view to a surgeon through the use of stereoscopic imaging and also using a 3D endoscope. Stereo imaging can also be useful in remote operations such as seabed search, where control of the robot actuator is facilitated by providing 3D image information to an operator away from the actuator.
Other applications of stereoscopic imaging can be found in anthropometric systems and 3D film production equipment used in the entertainment industry.

本発明の一態様によると、3次元画像情報を生成する装置が提供される。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と、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の部分を備えた、開口面に近接して配置された偏光子であって、単一の画像化経路の第1および第2の部分は、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与える偏光子とを備えている。この装置はまた、単一の画像化経路内に配置された変調器を備えており、変調器は、単一の画像化経路の第1の部分を通して第1の画像を形成することと、単一の画像化経路の第2の部分を通して第2の画像を形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能であり、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。装置は第1および第2の画像受け取るように単一の画像化経路中に配置された画像センサを含んでいる。   According to one aspect of the present invention, an apparatus for generating 3D image information is provided. The apparatus includes a lens having a single imaging path operable to guide light captured within the lens field of view to the lens aperture and a first portion through a first portion of the single imaging path. A first portion arranged to transmit light having a first polarization state, and a first portion arranged to transmit light having a second polarization state through a second portion of the single imaging path. A polarizer with two portions and disposed close to the aperture plane, wherein the first and second portions of the single imaging path are first and second perspectives within the field of view of the lens. And a polarizer that gives each viewpoint. The apparatus also includes a modulator disposed in a single imaging path, the modulator forming a first image through a first portion of the single imaging path, and Operable to selectively change a polarization state of light passing through the modulator to alternate between forming a second image through a second portion of the one imaging path; The first image shows the object in the field of view from the first perspective viewpoint, the second image shows the object from the second perspective viewpoint, and both the first and second images are objects of the object. It is operable to show a three-dimensional space attribute. The apparatus includes an image sensor disposed in a single imaging path to receive the first and second images.

開口面の位置は、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よって画定することができる。   The position of the aperture surface can be defined by either the position of the physical aperture of the lens or the position of the complex of physical apertures.

偏光子の第1の部分は、第1の直線偏光配向を有する直線偏光子を備えることができ、偏光子の第2の部分は、第2の直線偏光配向を有する直線偏光子を備えることができ、第1の直線偏光配向は、第2の直線偏光配向と垂直である。   The first portion of the polarizer can comprise a linear polarizer having a first linear polarization orientation, and the second portion of the polarizer can comprise a linear polarizer having a second linear polarization orientation. The first linear polarization orientation can be perpendicular to the second linear polarization orientation.

第1の直線偏光配向は、45度に配向させることができる。   The first linear polarization orientation can be oriented at 45 degrees.

変調器は、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、第1の直線偏光状態を有する光を伝達することと、第2の直線偏光状態を有する光を伝達することの間で交番するように動作可能に構成することができる。   The modulator can be placed in a single imaging path after the polarizer, and the modulator transmits light having a first linear polarization state and light having a second linear polarization state. Can be configured to be operable to alternate between transmitting.

4分の1波長板が、変調器の後に単一の画像化経路内に配置可能である。   A quarter wave plate can be placed in a single imaging path after the modulator.

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、伝達のために第1および第2の直線偏光状態の一方を選択し、選択した直線偏光状態を伝達することと、選択した直線偏光状態の偏光配向の90°の変化を生じさせることの間で交番するように動作可能に構成されている。   The modulator can be placed in a single imaging path in front of the polarizer, and the modulator selects one of the first and second linear polarization states for transmission and selects the selected linear polarization. It is configured to be operable to alternate between transmitting the state and causing a 90 ° change in polarization orientation of the selected linear polarization state.

4分の1波長板が、変調器の前に単一の画像化経路内に配置可能である。   A quarter wave plate can be placed in a single imaging path in front of the modulator.

偏光子の第1の部分は、左手側の楕円形偏光配向を有する偏光子を備えることができ、偏光子の第2の部分は、右手側の楕円形偏光配向を有する偏光子を備えることができる。   The first portion of the polarizer can comprise a polarizer having an elliptical polarization orientation on the left hand side, and the second portion of the polarizer can comprise a polarizer having an elliptical polarization orientation on the right hand side. it can.

変調器を、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、左手側の楕円形偏光配向を有する光を伝達することと、右手側の楕円形偏光配向を有する光を伝達することの間で交番するように動作可能に構成することができる。   The modulator can be placed in a single imaging path after the polarizer, and the modulator transmits light having an elliptical polarization orientation on the left hand side and an elliptical polarization orientation on the right hand side. It can be configured to be operable to alternate between transmitting light having.

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器は、伝達するために左手側および右手側の楕円形偏光配向の一方を選択し、選択した偏光配向を伝達することと、選択した偏光配向に左手側の偏光配向と右手側の偏光配向の間の変更をさせることの間で交番するように動作可能に構成することができる。   The modulator can be placed in a single imaging path in front of the polarizer, and the modulator selects one of the left-handed and right-handed elliptical polarization orientations for transmission, and the selected polarization It can be configured to be operable to alternate between transmitting the orientation and causing the selected polarization orientation to change between a left-hand side polarization orientation and a right-hand side polarization orientation.

左手側の楕円形偏光配向は、左手側の円形偏光配向を含むことができ、右手側の楕円形偏光配向は、右手側の円形偏光配向を含むことができる。   The left-hand side elliptical polarization orientation can include a left-hand side circular polarization orientation, and the right-hand side elliptical polarization orientation can include a right-hand side circular polarization orientation.

変調器は、レンズの前に配置することができる。   The modulator can be placed in front of the lens.

画像センサは、第1および第2の画像を別に記録するように動作可能に構成されている。   The image sensor is configured to be operable to record the first and second images separately.

変調器は、レンズと画像センサの間に配置することができる。     The modulator can be placed between the lens and the image sensor.

変調器は、液晶材料を含むことができる。     The modulator can include a liquid crystal material.

変調器は、ファラデー回転子を含むことができる。   The modulator can include a Faraday rotator.

変調器は、単一の画像経路内に第1の偏光配向を有する変調器の第1の領域を案内することと、単一の画像経路内に第2の偏光配向を有する変調器の第2の領域を案内することの間で交番するように移動するために動作可能な空間変調器を備えることができる。   The modulator guides a first region of the modulator having a first polarization orientation in a single image path and a second of the modulator having a second polarization orientation in a single image path. Spatial modulators operable to move alternately between guiding the regions can be provided.

変調器は、捕捉された光の収束または発散角が変調器に関連する許容基準の角度より小さい、単一の画像化経路内の位置に配置することができる。   The modulator can be placed at a position in a single imaging path where the convergence or divergence angle of the captured light is less than the tolerance reference angle associated with the modulator.

偏光子は、開口面に近接して配置されたレンズ要素の表面に塗布された偏光コーディングを含むことができる。   The polarizer can include a polarization coding applied to the surface of the lens element located proximate to the aperture plane.

偏光子と開口面の間の変位は、偏光子の第1および第2の部分による口径食による第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小さくなり得るように十分小さい可能性がある。   The displacement between the polarizer and the aperture surface is such that the intensity change of the first and second images due to vignetting by the first and second portions of the polarizer can be less than a threshold that can be detected by the human eye. May be small enough.

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%より下に強度変化を小さくするように十分小さい可能性がある。   The displacement may be small enough to reduce the intensity change below 30% across the image plane associated with the first and second images.

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、偏光子は左半分および右半分を備えることができ、偏光子の左右半分はそれぞれ、単一の画像化経路の左右半円部をそれぞれ画定する。   The lens can comprise a plurality of generally circular lens elements that define a single imaging path with a generally circular cross section, the polarizer can comprise a left half and a right half, and the left and right halves of the polarizer, respectively, Each of the left and right semicircles of a single imaging path is defined.

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、偏光子は左側セクタおよび右側セクタを備えることができ、偏光子の左右側セクタはそれぞれ、レンズの垂直中心線の周りに配置された単一の画像化経路の左右側セクタそれぞれを画定することができる。   The lens can comprise a plurality of substantially circular lens elements that define a single imaging path of substantially circular cross section, the polarizer can comprise a left sector and a right sector, and the left and right sectors of the polarizer are each , Each of the left and right sectors of a single imaging path disposed around the vertical centerline of the lens.

偏光子の第1および第2の部分は、第1および第2の画像を形成しながら、第1および第2の斜視視点に位置を変えさせる範囲で変わるように動作可能であってもよく、それぞれの視点位置の変更は、3次元空間属性の表示の対応する変化を与える。   The first and second portions of the polarizer may be operable to change within a range that causes the first and second perspective viewpoints to change position while forming the first and second images, Each change in viewpoint position gives a corresponding change in the display of the three-dimensional space attribute.

装置は偏光子に結合されたアクチュエータを備えることができ、アクチュエータは、風景配向および肖像画配向の一方に画像を生成するように装置を選択的に構成することを容易にするために、偏光子の配向を90度だけ回転させるように動作可能に構成されている。   The device can include an actuator coupled to the polarizer, which can be configured to facilitate the selective configuration of the device to produce an image in one of landscape orientation and portrait orientation. It is configured to be operable to rotate the orientation by 90 degrees.

装置は、偏光子に近接して単一の画像化経路の第1の部分内に配置された第1の可変式絞りと、偏光子に近接して単一の画像化経路の第2の部分内に配置された第2の可変式絞りとをさらに備えることができる。   The apparatus includes a first variable stop disposed within a first portion of a single imaging path proximate to the polarizer, and a second portion of the single imaging path proximate to the polarizer. And a second variable aperture disposed therein.

絞りは、虹彩とすることができ、偏光子の前方に配置可能である。   The stop can be an iris and can be placed in front of the polarizer.

画像センサはその表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第1および第2の画像を受け取るように構成されていると良く、単位セルは、複数の赤フィルタ素子を有し、各ユニットにおける少なくとも一つの赤フィルタ素子はsRGB色空間の外に帰着する異なる伝達スペクトルを有している。   The image sensor may be configured to receive the first and second images through a color filter array having unit cells arranged in a grid pattern across the surface, the unit cell comprising a plurality of red filter elements. And at least one red filter element in each unit has a different transmission spectrum that results outside the sRGB color space.

単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第1の赤フィルタ素子および第2の赤フィルタ素子を含むことができ、第2の赤フィルタ素子はある波長範囲の赤色光を伝達し、その波長範囲は第1の赤フィルタの周波数範囲とは大きく異なり、約660nmの波長を含む。   The unit cell may include a green filter element, a blue filter element, a first red filter element, and a second red filter element. The second red filter element transmits red light having a certain wavelength range, and the wavelength range thereof. Is significantly different from the frequency range of the first red filter and includes a wavelength of about 660 nm.

装置は緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第1の赤フィルタ素子および第2の赤フィルタ素子を含むことができ、この第2の赤フィルタは酸素で処理しないヘモグロビンと比較し酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった程度まで伝達された光の波長を伝達する。   The apparatus can include a green filter element, a blue filter element, a first red filter element, and a second red filter element, the second red filter being driven by oxygen treated hemoglobin as compared to hemoglobin not treated with oxygen. Transmits the transmitted wavelength of light to a measurable difference.

装置は、青光または緑光を伝達するフィルタ素子以外の単位セル中のフィルタ素子の少なくとも一つによりフィルタリングされたセンサ画素からの信号に基づいた擬似カラー信号を発生するようにユーザ選択により構成可能な画像表示システムを含むことができる。     The device is configurable by user selection to generate a pseudo color signal based on a signal from a sensor pixel filtered by at least one of the filter elements in the unit cell other than the filter element that transmits blue light or green light. An image display system can be included.

画像センサは、当該画像センサの表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第1および第2の画像を受け取るように構成されており、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数のカラーフィルタ素子を有し、前記複数のフィルタ素子の少なくとも第1番目のフィルタ素子は、約700から1000nmの範囲にわたる不可視波長を有することができる。   The image sensor is configured to receive the first and second images through a color filter array having unit cells arranged in a grid pattern across the surface of the image sensor, the unit cells having different transmission spectra. And at least a first filter element of the plurality of filter elements may have an invisible wavelength ranging from about 700 to 1000 nm.

複数のカラーフィルタ素子のうち少なくともその第1番目のカラーフィルタは約700nmから約800nの間、および約800nmから約1000nmの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有することができる。     At least a first color filter of the plurality of color filter elements may have an invisible wavelength range that ranges from about 700 nm to about 800 n and from about 800 nm to about 1000 nm.

複数のカラーフィルタ素子の他のカラーフィルタ素子は約700nmから約800nの間、および約800nmから約1000nmの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有することができる。     Other color filter elements of the plurality of color filter elements can have an invisible wavelength range that ranges from about 700 nm to about 800 n, and between about 800 nm to about 1000 nm.

本発明の他の態様によると、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、
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た光を案内すること、
前記開口面に近接して配置された偏光子で前記捕捉された光を受けることであって、前記偏光子は、前記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の部分を備えており、前記単一の画像化経路の前記第1および第2の部分は、前記レンズの前記視野内の第1および第2の斜視視点それぞれを与えることを含んでいる。この方法は、また、前記単一の画像化経路の前記第1の部分を通して第1の画像を画像センサ上に形成することと、前記単一の画像化経路の前記第2の部分を通して第2の画像を前記画像センサ上に形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように前記単一の画像化経路に配置された前記変調器を制御することであって、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を含んでいる。
According to another aspect of the invention, a method is provided for generating three-dimensional image information using a lens having a single imaging path and an associated field of view. This method
Guiding the light captured in the field of view of the lens to the aperture of the lens;
Receiving the captured light with a polarizer disposed proximate to the aperture plane, the polarizer having a first polarization state through a first portion of the single imaging path; A first portion arranged to transmit light, and a second portion arranged to transmit light having a second polarization state through a second portion of the single imaging path And the first and second portions of the single imaging path include providing first and second perspective views, respectively, within the field of view of the lens. The method also includes forming a first image on the image sensor through the first portion of the single imaging path and a second through the second portion of the single imaging path. The modulator disposed in the single imaging path to selectively change the polarization state of light passing through the modulator to alternate between forming an image of the image on the image sensor The first image shows the object in the field of view from the first perspective viewpoint, and the second image shows the object from the second perspective viewpoint. And both the first and second images are operable to indicate a three-dimensional spatial attribute of the object.

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。   Guiding light to the lens aperture surface allows light captured in the lens field of view to be located at one of the lens physical aperture location or the physical aperture complex location. Guidance can be included.

捕捉された光を受けることは、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けることと、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け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に配向されている。   Receiving the trapped light receives light having a first linear polarization orientation through the first portion of the polarizer and receives light having a second linear polarization orientation through the second portion of the polarizer. The first linear polarization orientation is oriented perpendicular to the second linear polarization orientation.

第1の直線偏光配向は、45度に配向させることができる。   The first linear polarization orientation can be oriented at 45 degrees.

変調器は、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、第1の直線偏光状態を有する光を伝達することと、第2の直線偏光状態を有する光を伝達することの間で交番することを含むことができる。   The modulator can be placed in a single imaging path after the polarizer, and controlling the polarization state of the modulator transmits light having a first linear polarization state and second Alternating between transmitting light having a linear polarization state.

変調器によって伝達された直線的に偏光した光は、4分の1波長板を通して案内され、それによって、4分の1波長板によって伝達された光を円形に偏光させることができる。   The linearly polarized light transmitted by the modulator is guided through the quarter wave plate, so that the light transmitted by the quarter wave plate can be circularly polarized.

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、伝達するために第1および第2の直線偏光状態の一方を選択すること、および選択された直線偏光された状態を送信することと選択された直線偏光状態の偏光配向を90°変化させることとの間で交番することを選択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、変調器の前方に配置された4分の1波長板を通してレンズの視野内で補捉された光を案内し、それによって、オブジェクトからの円形に偏光した光および楕円形に偏光した光のうちの少なくとも一方を直線的に偏光させることを含むことができる。   The modulator can be placed in a single imaging path in front of the polarizer, and controlling the polarization state of the modulator can cause one of the first and second linear polarization states to be transmitted. Selecting and alternating between transmitting the selected linear polarization state and changing the polarization orientation of the selected linear polarization state by 90 °. Guiding light to the aperture of the lens guides the light captured in the lens's field of view through a quarter-wave plate placed in front of the modulator, thereby polarizing it circularly from the object. And linearly polarizing at least one of the light and the elliptically polarized light.

直線的に偏光させることは、円形に偏光した光および楕円形に偏光した光のうちの一方を第1の偏光状態および第2の偏光状態のうちの一方に偏光させることを含むことができる。   Linearly polarizing can include polarizing one of circularly polarized light and elliptically polarized light into one of a first polarization state and a second polarization state.

捕捉された光を受けることは、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けること、および偏光子の第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けることを含むことができる。   Receiving the captured light receives light having a left-handed elliptical polarization state through the first portion of the polarizer and light having a right-handed elliptical polarization state through the second portion of the polarizer. Receiving.

変調器は、偏光子の後に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、左手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達することと、右手側の楕円形偏光状態を有する光を伝達することの間で交番することを含むことができる。   The modulator can be placed in a single imaging path after the polarizer, and controlling the polarization state of the modulator can transmit light having an elliptical polarization state on the left hand side and a right hand side. Alternating between transmitting light having a side elliptical polarization state can be included.

変調器は、偏光子の前に単一の画像化経路内に配置することができ、変調器の偏光状態を制御することは、伝達するために左手側および右手側の楕円形偏光状態の一方を選択し、選択した偏光状態を伝達することと、選択した偏光状態に左手側の偏光状態と右手側の偏光状態の間の変更をさせることの間で交番することを含むことができる。   The modulator can be placed in a single imaging path in front of the polarizer, and controlling the polarization state of the modulator is one of the left-hand and right-hand elliptical polarization states to transmit And transmitting the selected polarization state and alternating between causing the selected polarization state to change between a left-hand side polarization state and a right-hand side polarization state.

左手側の楕円形偏光状態は、左手側の円形偏光配向状態を含むことができ、右手側の楕円形偏光状態は、右手側の円形偏光配向状態を含むことができる。   The left-handed elliptical polarization state may include a left-handed circular polarization alignment state, and the right-handed elliptical polarization state may include a right-handed circular polarization alignment state.

変調器の偏光状態を制御することは、レンズの前に配置された変調器の偏光状態を制御することを含むことができる。   Controlling the polarization state of the modulator can include controlling the polarization state of a modulator disposed in front of the lens.

変調器の偏光状態を制御することは、液晶材料の状態を制御することを含むことができる。   Controlling the polarization state of the modulator can include controlling the state of the liquid crystal material.

変調器の偏光状態を制御することは、ファラデー回転子の状態を制御することを含むことができる。   Controlling the polarization state of the modulator can include controlling the state of the Faraday rotator.

変調器の偏光状態を制御することは、単一の画像経路内に第1の偏光状態を有する変調器の第1の領域を案内することと、単一の画像経路内に第2の偏光状態を有する変調器の第2の領域を案内することの間で交番するように変調器を移動させることを含むことができる。   Controlling the polarization state of the modulator guides a first region of the modulator having a first polarization state in a single image path and a second polarization state in the single image path. Moving the modulator to alternate between guiding the second region of the modulator having.

変調器の偏光状態を制御することは、捕捉された光の収束角または発散角が変調器に関連する許容基準の角度より小さい、単一の画像化経路内の位置、に配置された変調器の偏光状態を制御することを含むことができる。   Controlling the polarization state of the modulator is a modulator located at a position in a single imaging path where the angle of convergence or divergence of the captured light is less than the tolerance reference angle associated with the modulator. Controlling the polarization state of the.

偏光子で捕捉された光を受けることは、開口面に近接して配置されたレンズ要素の表面に塗布された偏光コーディングで捕捉された光を受けることを含むことができる。   Receiving light captured by the polarizer can include receiving light captured by polarization coding applied to a surface of a lens element disposed proximate to the aperture surface.

偏光子で捕捉された光を受けることは、偏光子の第1および第2の部分による口径食による第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小さくなり得るように十分小さい変位によって開口面から変位された偏光子で捕捉された光を受けることを含むことができる。   Receiving light captured by the polarizer can cause the intensity change of the first and second images due to vignetting by the first and second portions of the polarizer to be less than a threshold detectable by the human eye. Receiving light captured by a polarizer displaced from the aperture plane by a sufficiently small displacement.

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%より下に強度変化を小さくするように十分小さい可能性がある。   The displacement may be small enough to reduce the intensity change below 30% across the image plane associated with the first and second images.

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、捕捉された光を受けることは、偏光子の左半分を通して第1の偏光状態を有する光を伝達すること、および偏光子の右半分を通して第2の偏光状態を有する光を伝達することを含むことができ、偏光子の左右半分はそれぞれ、単一の画像化経路の左右半円部をそれぞれ画定する。   The lens can comprise a plurality of generally circular lens elements that define a single imaging path with a generally circular cross-section, and receiving the captured light has a first polarization state through the left half of the polarizer. Transmitting light and transmitting light having a second polarization state through the right half of the polarizer, wherein the left and right halves of the polarizer are each a left and right semicircle of a single imaging path Are defined respectively.

レンズは、ほぼ円形断面の単一の画像化経路を画定する複数のほぼ円形レンズ要素を備えることができ、捕捉された光を受けることは、偏光子の左側セクタ部を通して第1の偏光状態を有する光を伝達すること、および偏光子の右側セクタ部を通して第2の偏光状態を有する光を伝達することを含むことができ、偏光子の左右側セクタ部は、レンズの垂直中心線周りに配置されている。   The lens can comprise a plurality of generally circular lens elements that define a single imaging path of approximately circular cross section, and receiving the captured light causes a first polarization state through the left sector portion of the polarizer. And transmitting light having a second polarization state through the right sector portion of the polarizer, wherein the left and right sector portions of the polarizer are disposed about the vertical centerline of the lens Has been.

この方法は、第1および第2の画像を形成しながら、第1および第2の斜視視点に位置を変えさせるように、画像経路の第1および第2の部分の範囲を変更することを含むことができ、斜視視点位置の変更は、3次元空間属性の表示の対応する変化を与える。   The method includes changing the extent of the first and second portions of the image path to cause the first and second perspective viewpoints to change position while forming the first and second images. And changing the perspective view position gives a corresponding change in the display of the three-dimensional spatial attributes.

この方法は、風景配向および肖像画配向の一方に画像を生成するように、90度だけ偏光子を選択的に回転させることを含むことができる。   The method can include selectively rotating the polarizer by 90 degrees to produce an image in one of a landscape orientation and a portrait orientation.

偏光子を通して補捉された光を受けることは、第1の可変式絞りを通して単一の画像化経路の第1の部分に関連する補捉された光を受けることと、第2の可変式絞りを通して単一の画像化経路の第2の部分に関連する補捉された光を受けることとを含むことができる。   Receiving the captured light through the polarizer receives the captured light associated with the first portion of the single imaging path through the first variable stop, and the second variable stop. Through which the captured light associated with the second portion of the single imaging path is received.

可変式絞りは、虹彩とすることができる。   The variable aperture can be an iris.

単一の画像化経路の第1の部分に関連する補捉された光は、第1の可変式絞りを通して偏光子に案内可能であり、単一の画像化経路の第2の部分に関連する補捉された光は、第2の可変式絞りを通して偏光子に案内可能である。   The captured light associated with the first part of the single imaging path can be guided to the polarizer through the first variable stop and is associated with the second part of the single imaging path. The captured light can be guided to the polarizer through the second variable stop.

方法は、第1の可変式絞りを調節することによって画像化経路の第1の部分に沿って装置の焦点の深さを調節することと、第2の可変式絞りを調節することによって画像化経路の第2の部分に沿って装置の焦点の深さを調節することとを含むことができる。   The method adjusts the depth of focus of the device along a first portion of the imaging path by adjusting a first variable aperture and imaging by adjusting a second variable aperture. Adjusting the depth of focus of the device along the second portion of the path.

画像上に第1および第2の画像を形成することは、カラーフィルタアレイを通して第1および第2の画像を受け取ることを含むことができ、カラーフィルタアレイは画像センサのセンサの表面上を碁盤目上に横切る単位セルを有し、その単位セルは異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を含んでいる。   Forming the first and second images on the image can include receiving the first and second images through the color filter array, where the color filter array is cross-cut on the sensor surface of the image sensor. The unit cell has a plurality of red filter elements having different transmission spectra.

各単位セル中の少なくとも一つの赤フィルタ素子はsRGBカラー空間の外に位置する伝達スペクトルを有することができる。   At least one red filter element in each unit cell may have a transmission spectrum located outside the sRGB color space.

単位セルは、緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第1の赤フィルタ素子および第2の赤フィルタ素子を含むことができ、第2の赤フィルタ素子は、第1の赤フィルタ素子の波長範囲と大きく異なるとともに約660nm波長を含む波長範囲の光を伝達するように構成されている。   The unit cell can include a green filter element, a blue filter element, a first red filter element, and a second red filter element. The second red filter element is larger than the wavelength range of the first red filter element. It is configured to transmit light in a wavelength range that is different and includes a wavelength of about 660 nm.

単位セルは、緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第1の赤フィルタ素子および第2の赤フィルタ素子を含むことができ、第2の赤フィルタ素子は、酸素で処理しないヘモグロビンと比較し酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった程度まで伝達された光の波長を伝達するように構成されている。   The unit cell may include a green filter element, a blue filter element, a first red filter element, and a second red filter element, wherein the second red filter element is treated with oxygen compared to hemoglobin that is not treated with oxygen. It is configured to transmit the wavelength of the light transmitted to a degree different from that measured by the hemoglobin.

その方法は、画像表示システムの表面で第1および第2の画像を受け取ること、および、画像表示システムによって擬似カラー複数の赤色フィルタ素子の一つと関連するセンサ素子に、第1および第2の画像の部分を生じさせることを含む。   The method receives first and second images at a surface of an image display system, and a sensor element associated with one of the pseudo-color multiple red filter elements by the image display system, the first and second images. Generating a portion of

複数の赤色フィルタ素子の一つと関連するセンサ素子に対応する第1および第2の画像の部分を擬似カラーで生じさせることは、ユーザの選択に応答して複数の赤色フィルタ素子の一つと関連するセンサ素子に対応する第1および第2の画像の部分を生じさせることを含む   Producing a first and second image portion corresponding to a sensor element associated with one of the plurality of red filter elements in pseudo color is associated with one of the plurality of red filter elements in response to a user selection. Generating a portion of the first and second images corresponding to the sensor element.

画像センサ上に第1および第2の画像を形成することは、画像センサの表面に碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第1および第2の画像を受け取ることを含み、単位セルは異なる透過スペクトルを有する複数のカラー複数のカラーフィルタ要素を含み、複数の複数のフィルタ素子の少なくとも一つは約700nmから約1000nmの範囲の不可視波長範囲を有している。   Forming the first and second images on the image sensor includes receiving the first and second images through a color filter array having unit cells arranged in a grid pattern on the surface of the image sensor. The unit cell includes a plurality of color filter elements having different transmission spectra, wherein at least one of the plurality of filter elements has an invisible wavelength range of about 700 nm to about 1000 nm.

複数のフィルタ素子の少なくともその第1番目のカラーフィルタ素子は約700nmから約800nの間、および約800nmから約1000nmの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有することを特徴とする。   At least the first color filter element of the plurality of filter elements is characterized by having an invisible wavelength range that ranges from about 700 nm to about 800 n and from about 800 nm to about 1000 nm.

複数のフィルタ素子の他のものは他の約700nmから約800nの間、および約800nmから約1000nmの間の波長範囲にわたる不可視波長範囲を有する   Others of the plurality of filter elements have an invisible wavelength range spanning other wavelength ranges between about 700 nm and about 800 n, and between about 800 nm and about 1000 nm.

本発明の別の態様によると、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こと、単一の画像経路の第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こと、および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ことを含んでおり、単一の画像化経路の第1および第2の部分は、レンズの視野内の第1および第2の斜視視点それぞれを与える。この装置はまた、単一の画像化経路の第1の部分を通して第1の画像を形成することと、単一の画像化経路の第2の部分を通して第2の画像を形成することの間で交番するように、単一の画像経路を通過する光の偏光状態を選択的に変更することを含んでおり、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。この装置は、第1および第2の画像のディジタル表現を発生させる画像センス手段をさらに含む。   According to another aspect of the invention, an apparatus is provided for generating three-dimensional image information using a lens having a single imaging path and an associated field of view. The apparatus guides light captured in the lens field of view to the aperture surface of the lens, transmits light having a first polarization state through a first portion of a single image path, and single Transmitting light having a second polarization state through a second portion of the image path, wherein the first and second portions of the single imaging path are first and second in the field of view of the lens. Each second perspective view is given. The apparatus also includes between forming a first image through a first portion of a single imaging path and forming a second image through a second portion of the single imaging path. Including altering the polarization state of light passing through a single image path to alternate, wherein the first image shows the object in the field of view from the first perspective view; The second image shows the object from the second perspective viewpoint, and both the first and second images are operable to show the three-dimensional spatial attributes of the object. The apparatus further includes image sensing means for generating digital representations of the first and second images.

本発明の別の態様によると、3次元画像情報を生成する装置が提供される。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と、単一の画像化経路の第1の部分を通して第1の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の部分を備えた、開口面に近接して配置された光学要素であって、単一の画像化経路の第1および第2の部分は、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与える光学要素とを備えている。この装置はまた、単一の画像化経路内に配置された変調器を備えており、変調器は、単一の画像化経路の第1の部分を通して第1の画像を形成することと、単一の画像化経路の第2の部分を通して第2の画像を形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の状態を選択的に変更するように動作可能であり、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。この装置は、単一の画像化経路内に配置された画像センサをも含む。   According to another aspect of the present invention, an apparatus for generating 3D image information is provided. The apparatus includes a lens having a single imaging path operable to guide light captured within the lens field of view to the lens aperture and a first portion through a first portion of the single imaging path. A first portion arranged to transmit light having a first state and a second portion arranged to transmit light having a second state through a second portion of a single imaging path An optical element having a portion and disposed proximate to the aperture plane, wherein the first and second portions of the single imaging path have first and second perspective views within the field of view of the lens. And an optical element for each. The apparatus also includes a modulator disposed in a single imaging path, the modulator forming a first image through a first portion of the single imaging path, and Operable to selectively change a state of light passing through the modulator to alternate between forming a second image through a second portion of the imaging path, The second image shows an object in the field of view from the first perspective viewpoint, the second image shows the object from the second perspective viewpoint, and both the first and second images are 3 of the object. Operable to show dimension space attributes. The apparatus also includes an image sensor disposed within a single imaging path.

光学要素の第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偏光子を備えることができ、光学要素の第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偏光子を備えることができ、変調器は、第1の偏光状態と第2の偏光状態の間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能である。   The first portion of the optical element can comprise a polarizer arranged to transmit light having a first polarization state through the first portion of the single imaging path, and the second portion of the optical element. The portion may comprise a polarizer arranged to transmit light having a second polarization state through the second portion of the single imaging path, the modulator having the first polarization state and It is operable to selectively change the polarization state of light passing through the modulator so as to alternate between the second polarization states.

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すれば当業者には明らかになるであろう。   Other aspects and features of the present invention will become apparent to those of ordinary skill in the art upon review of the following description of specific embodiments of the invention in conjunction with the accompanying drawings.

以下の図では、本発明の実施形態が示されている。   In the following figures, embodiments of the present invention are shown.

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。It is a perspective view of the apparatus which produces | generates the three-dimensional image information by the 1st Embodiment of this invention. 液晶画像変調器の部分切り取り斜視図である。It is a partial cutaway perspective view of a liquid crystal image modulator. 図1に示す装置の動作状態を示す上面図である。It is a top view which shows the operation state of the apparatus shown in FIG. 図1に示す装置を実施するための空間変調器の実施形態の上面図である。FIG. 2 is a top view of an embodiment of a spatial modulator for implementing the apparatus shown in FIG. 図4に示す空間変調器を制御するための電流波形を示す一連のグラフである。5 is a series of graphs showing current waveforms for controlling the spatial modulator shown in FIG. 4. 図4に示す空間変調器のための代替アクチュエータの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of an alternative actuator for the spatial modulator shown in FIG. 4. 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。FIG. 2 shows an alternative embodiment of a polarizer used in the apparatus shown in FIG. 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。FIG. 2 shows an alternative embodiment of a polarizer used in the apparatus shown in FIG. 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。FIG. 2 shows an alternative embodiment of a polarizer used in the apparatus shown in FIG. 本発明の他の実施形態による3次元画像情報を生成する装置の上面図である。FIG. 6 is a top view of an apparatus for generating 3D image information according to another embodiment of the present invention. 本発明のさらなる他の実施形態において使用される干渉フィルタについての伝達スペクトルのグラフィカルな描写である。FIG. 6 is a graphical depiction of the transfer spectrum for an interference filter used in yet another embodiment of the invention. 本発明のさらなる実施形態による、3次元画像情報を生成する装置の上面図である。FIG. 6 is a top view of an apparatus for generating three-dimensional image information according to a further embodiment of the present invention. 本発明のさらにさらなる実施形態による、3次元画像情報を生成する装置の上面図である。FIG. 6 is a top view of an apparatus for generating three-dimensional image information according to a still further embodiment of the present invention. 本発明の他の代替実施形態による3次元画像情報を生成する装置の上面図である。FIG. 6 is a top view of an apparatus for generating three-dimensional image information according to another alternative embodiment of the present invention. 改良された赤および近赤外線画像生成のための本発明のさらなる実施例による3次元画像情報を生成する装置の略構成図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of an apparatus for generating three-dimensional image information according to a further embodiment of the present invention for improved red and near infrared image generation.

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。   Referring to FIG. 1, an overall apparatus for generating 3D image information according to a first embodiment of the present invention is indicated at 100. The apparatus 100 comprises a lens 102 having a single imaging path that is normally oriented along a central axis 103. The lens 102 is operable to guide light captured in the lens field of view to the aperture surface 104 of the lens.

装置100はまた、開口面104に近接して配置された偏光子108を備えている。開口面104は、レンズ102の物理的開口面であってもよく、または開口面の複合体であってもよい。偏光子108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の部分110、および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の部分112を備えている。単一の画像化経路の第1および第2の部分は、レンズ102の視野内に第1および第2の斜視視点をそれぞれ与える。   The apparatus 100 also includes a polarizer 108 disposed proximate to the aperture surface 104. The aperture surface 104 may be a physical aperture surface of the lens 102 or a composite of aperture surfaces. The polarizer 108 has a first portion 110 arranged to transmit light having a first polarization state through the first portion of the single imaging path, and the second of the single imaging path. There is a second portion 112 arranged to transmit light having a second polarization state through the portion. The first and second portions of the single imaging path provide first and second perspective views within the field of view of the lens 102, respectively.

装置100はさらに、単一の画像化経路内に配置された変調器106を備えている。変調器106は、単一の画像化経路の第1の部分を通して第1の画像を形成することと、単一の画像化経路の第2の部分を通して第2の画像を形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能である。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。   The apparatus 100 further comprises a modulator 106 disposed in a single imaging path. The modulator 106 between forming a first image through a first portion of a single imaging path and forming a second image through a second portion of the single imaging path. Alternately, it is operable to selectively change the polarization state of the light passing through the modulator. The first image shows an object (such as the object 116) in the field of view from the first perspective viewpoint, and the second image shows the object from the second perspective viewpoint. Both the first and second images are operable to show the three-dimensional spatial attributes of the object 116.

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、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更することができる。レンズ102はまた、画像面114で画像を集束させるための焦点レンズ126を備えている。他の実施形態では、レンズ102は、より多くの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、電送または他のタイプのレンズであってもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1, the lens 102 includes a plurality of lens elements including lens elements 118, 120, and 122 that create a zoom lens group 124 and define the position of the aperture surface 104. The focal length of the zoom lens group 124 can be changed by moving the lens elements 118 and 120. The lens 102 also includes a focus lens 126 for focusing the image at the image plane 114. In other embodiments, the lens 102 can be made with a greater or lesser number of lens elements, and may be a prime, telegraph or other type of lens used in imaging.

変調器106は、選択的に変調器に変調器を通過する光の偏光状態を変えさせる制御信号を受信する入力128を備えている。装置100はまた、制御信号を生成する出力132を有するコントローラ130を備えている。コントローラ130はまた、第1および第2の画像を記録するために画像面114に配置された電荷結合素子(図示せず)などの画像記憶素子に関連する制御回路から受信することができる、同期信号(SYNCH)を受信する入力134を備えている。変調器106は、液晶デバイス、ファラデー回転子、または制御信号または駆動信号を受信することに応じて、デバイスを通過する光の偏光状態を変更するように動作可能な他の電気光学デバイスを使用して実施することができる。別の方法では、変調器106は、本明細書で以下に詳細に記載するように、偏光素子を機械的に移動することによって実施することができる。   The modulator 106 has an input 128 that receives a control signal that selectively causes the modulator to change the polarization state of light passing through the modulator. The apparatus 100 also includes a controller 130 having an output 132 that generates a control signal. The controller 130 may also receive from a control circuit associated with an image storage element, such as a charge coupled device (not shown), disposed on the image plane 114 to record the first and second images. An input 134 for receiving a signal (SYNCH) is provided. The modulator 106 uses a liquid crystal device, a Faraday rotator, or other electro-optic device operable to change the polarization state of light passing through the device in response to receiving a control signal or drive signal. Can be implemented. Alternatively, the modulator 106 can be implemented by mechanically moving the polarizing element, as described in detail herein below.

一実施形態では、偏光子108の第1の部分110は、第1の直線偏光配向を有する直線偏光子を使用して実施することができ、偏光子108の第2の部分112は、第2の直線偏光配向を有する直線偏光子を使用して実施することができ、第1の直線偏光配向は第2の直線偏光配向と垂直である。図1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、垂直および水平に)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の視野から受ける光による第1と第2の画像間の差を防ぐ。   In one embodiment, the first portion 110 of the polarizer 108 can be implemented using a linear polarizer having a first linear polarization orientation, and the second portion 112 of the polarizer 108 is the second The first linear polarization orientation is perpendicular to the second linear polarization orientation. In the embodiment shown in FIG. 1, the first and second polarization orientations are + 45 ° and −45 °, respectively, with respect to vertical, but in other embodiments, the polarization is separate (eg, vertically and horizontally). Can be oriented. Advantageously, by orienting the first and second polarization orientations at ± 45 °, the lens 102 is partially polarized so that it occurs when light is reflected on a surface such as a roadway or body of water. The difference between the first and second images due to light received from the field of view is prevented.

別の実施形態では、偏光子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、偏光子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。別の方法では、偏光子108の第1および第2の部分110および112は、それぞれ左手側の円形偏光状態および右手側の円形偏光状態を有する光を伝達するように動作可能な材料を含むことができる。   In another embodiment, the first portion 110 of the polarizer 108 can comprise a polarizer operable to transmit light having a left-handed elliptical polarization state, and the second portion of the polarizer 108. Portion 112 can comprise a polarizer operable to transmit light having an elliptical polarization state on the right hand side. In another method, the first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 include materials operable to transmit light having a left-handed circular polarization state and a right-handed circular polarization state, respectively. Can do.

図1に示すように配向された場合、装置100は、普通「風景配向」と呼ばれるもの(すなわち、画像の最長寸法が水平に配向されている)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、これにより有利には、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に見られる画像に対応させる。しかし、特に静止画像写真では、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)の画像を撮ることは普通である。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、偏光子108は、矢印136によって示される方向に90度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に示すような装置の配向で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撮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点を有する第1および第2の画像が与えられる。偏光子108の90度の回転は、ユーザによって手動で動作されるアクチュエータを有する機械回転子を使用して実施することができる。別の方法では、機械回転子は、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。   When oriented as shown in FIG. 1, apparatus 100 is configured to produce what is commonly referred to as “landscape orientation” (ie, the longest dimension of the image is oriented horizontally). The resulting first and second images are separated into left and right images, thereby advantageously converting the first and second images into images normally seen by the user's horizontally separated left and right eyes. Make it correspond. However, especially in still image photography, it is common for camera users to take images in both landscape and portrait orientations (ie, when the longer dimension of the image is oriented vertically). In an alternative embodiment of the device 100, the device can be configured to allow either landscape mode or portrait mode configuration. In particular, the polarizer 108 can be rotated by 90 degrees in the direction indicated by arrow 136 so that the first and second images are separated vertically in the orientation of the device as shown in FIG. . In this configuration, when device 100 is oriented to take an image in portrait mode, the first and second images remain horizontally separated, thereby causing the first and second perspective views to have left and right perspective views, respectively. Two images are given. The 90 degree rotation of the polarizer 108 can be performed using a mechanical rotor with an actuator that is manually operated by the user. Alternatively, the mechanical rotor is either automatically in response to a user selection of a portrait mode or in response to an orientation signal generated by an orientation sensor such as an accelerometer or gravity sensor (not shown). It can be actuated by an electric motor.

変調器
一実施形態では、変調器106は、光の偏光状態を変調させるために液晶を使用して実施することができる。図2を参照すると、液晶画像変調器が全体的に200で示されている。変調器200は、第1のガラス・プレート204と第2のガラス・プレート206の間に配置された液晶材料層202を備えている。第1のガラス・プレート204は、第1のガラス・プレートの表面にわたって延びる、第1の透明電極208を備えている。第2のガラス・プレート206は、第2のガラス・プレートの表面にわたって延びる、第2の透明電極212を備えている。液晶変調器200はまた、第1の電極208への電気接続を行なうためのコネクタ210、および第2の透明電極212への電気接続を行なうためにコネクタ214を備えている。コネクタ210および214は、液晶材料の偏光性状を変えるように、液晶層202内に電界を生じさせるために、電極208と212の間に駆動電圧を加えることを容易にする。
Modulator In one embodiment, the modulator 106 can be implemented using liquid crystals to modulate the polarization state of the light. Referring to FIG. 2, a liquid crystal image modulator is indicated generally at 200. The modulator 200 includes a liquid crystal material layer 202 disposed between a first glass plate 204 and a second glass plate 206. The first glass plate 204 includes a first transparent electrode 208 that extends across the surface of the first glass plate. The second glass plate 206 includes a second transparent electrode 212 that extends across the surface of the second glass plate. The liquid crystal modulator 200 also includes a connector 210 for making an electrical connection to the first electrode 208 and a connector 214 for making an electrical connection to the second transparent electrode 212. Connectors 210 and 214 facilitate applying a drive voltage between electrodes 208 and 212 to create an electric field in liquid crystal layer 202 to change the polarization properties of the liquid crystal material.

変調器200はまた、第1の直線偏光配向を有する光を伝達することを可能にする偏光層216を備えている。この場合、第1の直線偏光配向は垂直に対して−45°の角度である。他の実施形態では、第1の直線配向偏光は、本明細書で前に開示したように別に配向させることができる。図2では、様々な層の厚さは等尺度で示されていない。   The modulator 200 also includes a polarizing layer 216 that allows the transmission of light having a first linear polarization orientation. In this case, the first linear polarization orientation is at an angle of −45 ° with respect to the vertical. In other embodiments, the first linearly oriented polarized light can be separately oriented as previously disclosed herein. In FIG. 2, the thicknesses of the various layers are not shown to scale.

液晶層202は、コネクタ210と214の間に加えられた駆動電圧がない緩和状態で、層を通過する光の偏光配向の回転を生じさせる捩れネマチック液晶材料であってもよい。例えば、液晶は、直線に偏光された光に緩和状態で偏光配向の90°の回転を受けさせるように構成することができる。駆動信号がコネクタ210と214の間に加えられると、捩れネマチック液晶材料は、光が偏光配向を変えることなく層202を通過することが可能になるように再配向する。一実施形態では、液晶層202は、電圧VとVの間で変化する50%負荷サイクル方形波を有する駆動信号の付加によって作動させることができ、ここで電圧は光の偏光配向に対する(偏光層216を通る伝達後に受けられるような)−45°偏光配向から+45°偏光配向への90°の変化を与えるように、安全動作電圧の範囲内で選択される。コントローラ130(図1に示す)は、光を通過させることを可能にするように液晶層102を作動させることが望ましい場合に、駆動信号を選択的に生成するように構成することができる。液晶の非作動状態では、駆動ポテンシャルはコネクタ210と214の間に加えられない。別の方法では、コントローラ130は、駆動電圧信号を選択的に生成するように変調器ドライバ(図示せず)を制御する、低レベル作動信号を与えることができる。 The liquid crystal layer 202 may be a twisted nematic liquid crystal material that causes rotation of the polarization orientation of light passing through the layer in a relaxed state in which there is no drive voltage applied between the connectors 210 and 214. For example, the liquid crystal can be configured to cause linearly polarized light to undergo a 90 ° rotation of polarization orientation in a relaxed state. When a drive signal is applied between connectors 210 and 214, the twisted nematic liquid crystal material reorients so that light can pass through layer 202 without changing the polarization orientation. In one embodiment, the liquid crystal layer 202 can be activated by the addition of a drive signal having a 50% duty cycle square wave that varies between voltages V + and V , where the voltage is relative to the polarization orientation of the light ( It is selected within the safe operating voltage range to give a 90 ° change from −45 ° polarization orientation to + 45 ° polarization orientation (as received after transmission through the polarizing layer 216). The controller 130 (shown in FIG. 1) can be configured to selectively generate a drive signal when it is desirable to operate the liquid crystal layer 102 to allow light to pass therethrough. In the non-actuated state of the liquid crystal, no drive potential is applied between the connectors 210 and 214. Alternatively, the controller 130 can provide a low level activation signal that controls a modulator driver (not shown) to selectively generate a drive voltage signal.

画像化経路内で偏光子108の前に(図1に示すように)変調器200が配置されている実施形態での使用では、光は偏光層216に衝突し、−45°偏光配向を有する光だけは、液晶層202に伝達される。コネクタ210と214の間に加えられる駆動電圧がない状態で、垂直に偏光された光は、偏光配向の回転を受け、+45°偏光配向を有する光として液晶層から出る。駆動電圧がコネクタ210と214の間に加えられる場合、−45°偏光配向を有する光は、偏光配向に対する偏光なしで伝達される。偏光器200は、この動作モードではしたがって、駆動電圧の付加に応じて、−45°と+45°の間で伝達された−45°の偏光の偏光状態を選択的に変える。   For use in embodiments in which a modulator 200 is placed in front of the polarizer 108 in the imaging path (as shown in FIG. 1), the light impinges on the polarizing layer 216 and has a −45 ° polarization orientation. Only light is transmitted to the liquid crystal layer 202. In the absence of a driving voltage applied between connectors 210 and 214, vertically polarized light undergoes polarization orientation rotation and exits the liquid crystal layer as light having + 45 ° polarization orientation. When a drive voltage is applied between connectors 210 and 214, light having a −45 ° polarization orientation is transmitted without polarization relative to the polarization orientation. In this mode of operation, the polarizer 200 therefore selectively changes the polarization state of the −45 ° polarization transmitted between −45 ° and + 45 ° in response to the addition of the drive voltage.

動作
図2に示す変調器200の動作は、上面図に装置100を示す、図3をさらに参照して説明されている。図示する実施形態では、偏光子108の第1の部分110は、+45°で偏光された光を伝達し、−45°で偏光された光を遮断するように動作可能な直線偏光子を備えている。偏光子108の第2の部分112は、−45°で偏光された光を伝達し、+45°で偏光された光を遮断するように動作可能な直線偏光子を備えている。液晶画像変調器200は、入射光が偏光層216に衝突するように構成されており、これは液晶層202を通過する前に−45°で偏光された光を伝達するように構成されている。
Operation The operation of the modulator 200 shown in FIG. 2 is described with further reference to FIG. 3, which shows the apparatus 100 in a top view. In the illustrated embodiment, the first portion 110 of the polarizer 108 comprises a linear polarizer operable to transmit light polarized at + 45 ° and block light polarized at −45 °. Yes. The second portion 112 of the polarizer 108 comprises a linear polarizer operable to transmit light polarized at −45 ° and block light polarized at + 45 °. The liquid crystal image modulator 200 is configured such that incident light impinges on the polarizing layer 216, which is configured to transmit light polarized at −45 ° before passing through the liquid crystal layer 202. .

図3を参照すると、第1の点140から出る光線150は、ランダムに偏光された光を含むことができ、−45°で偏光された光成分は偏光層216によって伝達される、あるいは偏光された光成分が遮断される。図3に示す操作実施形態では、(図1に示すコントロール130によって生成される)制御信号PCは、変調器200を緩和状態にさせる信号状態PC1を有し、これにより液晶層に−45°から+45°まで90°だけ光の偏光配向を変化させ、それによって光線144及び152は+45°で偏光される。光線152は、レンズ102によって捕捉され、開口面104に案内され、ここで光線は偏光子108の第1の部分110を通過し、画像面114上に衝突する。第2の点140から出る光線142はまた、ランダムに偏光された光を含むことができ、前のように、−45°で偏光された光成分のみが偏光層216を通して伝達される。変調器200から出る光線144はしたがって、+45°で偏光され、偏光子108の第2の部分112によって遮断され、したがって画像面114には到達しない。偏光子108の第1の部分110はしたがって、第1の画像を形成する際に必要とされるレンズ102の単一の画像化経路の第1の部分を画定する。   Referring to FIG. 3, the light ray 150 exiting the first point 140 can include randomly polarized light, with the light component polarized at −45 ° being transmitted or polarized by the polarizing layer 216. The light component is blocked. In the operating embodiment shown in FIG. 3, the control signal PC (generated by the control 130 shown in FIG. 1) has a signal state PC1 that causes the modulator 200 to be in a relaxed state, thereby causing the liquid crystal layer to start at −45 °. Changing the polarization orientation of the light by 90 ° to + 45 °, whereby the rays 144 and 152 are polarized at + 45 °. Ray 152 is captured by lens 102 and guided to aperture surface 104, where it passes through first portion 110 of polarizer 108 and impinges on image plane 114. Ray 142 exiting second point 140 can also include randomly polarized light, and as before, only light components polarized at −45 ° are transmitted through polarizing layer 216. Ray 144 exiting modulator 200 is thus polarized at + 45 ° and is blocked by second portion 112 of polarizer 108 and therefore does not reach image plane 114. The first portion 110 of the polarizer 108 thus defines the first portion of the single imaging path of the lens 102 that is required in forming the first image.

制御信号PCが信号状態PC2に状態を変えると、変調器200は活性または非捩れネマチック状態に置かれ、偏光層216を通過する−45°で偏光された光は、偏光配向の変化を受けることなく液晶層202を通して伝達され、それによって−45°偏光状態で配向されたままになる。光線144は、レンズ102によって撮られ、開口面104に案内され、ここで光線144は偏光子108の第2の部分112を通して伝達され、画像面114上に衝突する。光線152は、偏光子108の第1の点110で遮断され、画像面114に到達しない。偏光子108の第2の部分112はしたがって、第2の画像を形成する際に必要とされる、レンズ102の単一の画像化経路の第2の部分を画定する。   When control signal PC changes state to signal state PC2, modulator 200 is placed in an active or non-twisted nematic state, and light polarized at −45 ° passing through polarizing layer 216 undergoes a change in polarization orientation. Without being transmitted through the liquid crystal layer 202, thereby remaining aligned in the −45 ° polarization state. Ray 144 is taken by lens 102 and guided to aperture surface 104, where ray 144 is transmitted through second portion 112 of polarizer 108 and impinges on image plane 114. The light ray 152 is blocked at the first point 110 of the polarizer 108 and does not reach the image plane 114. The second portion 112 of the polarizer 108 thus defines the second portion of the single imaging path of the lens 102 that is required in forming the second image.

第1および第2の画像がユーザのそれぞれ左右の眼に選択的に案内された場合、ユーザは実際のオブジェクト116を見ている場合に3D情報を識別することが可能であるのとほぼ同じ方法で、画像から3D情報を識別することが可能になる。   If the first and second images are selectively guided to the left and right eyes of the user, respectively, the user can identify 3D information when viewing the actual object 116. Thus, 3D information can be identified from the image.

別の実施形態では、第1および第2の画像は、ビデオ表示モニタ上に別のビデオ領域として交互に表示することができる。様々なタイプの能動および受動メガネ類は、このように表示した第1および第2の画像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素子が画像を分離することを可能にするための、表示した画像の追加の波長または偏光処理によるものである。動的タイプのメガネ類は普通、別の方法ではそれぞれの左右の眼への第1および第2の画像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の画像は、それぞれの画像内の識別可能な特徴を調和させ、識別された特徴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の間、または異なる深度でのオブジェクトの間の深度の差を算出するために使用することができる。   In another embodiment, the first and second images can be displayed alternately as separate video areas on a video display monitor. Various types of active and passive glasses can be used to guide the first and second images thus displayed to the user's eyes. Passive type glasses typically rely on additional wavelength or polarization processing of the displayed image to allow passive filter elements within the glasses to separate the images. Dynamic type eyeglasses typically include a receiver that receives a synchronization signal from the display so as to allow the transmission of the first and second images to the left and right eyes, respectively. Alternatively, the first and second images can be processed to reconcile identifiable features in the respective images and determine lateral shifts between the identified features. The determined lateral shift, along with knowledge of the imaging parameters of the device 100, can be used to calculate the depth difference between points on the object or between objects at different depths.

有利には、偏光子108は、吸収性偏光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、受動的偏光素子であってもよい。このような材料により、偏光子108を、レンズ要素間に限られた空間を有するレンズ102内であっても、開口面104に極めて近接させて、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の部分を通る光の選択的伝達による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起こる第1および第2の画像を生成するように、光の選択的伝達/遮断を行なうことが有利である。いくつかの実施形態では、偏光子は、システム開口を画定し、レンズ102によって捕捉される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、偏光子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。   Advantageously, the polarizer 108 may be a passive polarizing element that allows the use of relatively thin materials such as absorbing polarizing films or thin film polarizers. Such a material allows the polarizer 108 to be placed in close proximity to or on the aperture surface 104 even within the lens 102 having limited space between lens elements. First and second occurring at least proximate to the aperture surface of lens 102 so as to reduce or eliminate image vignetting due to selective transmission of light through the first or second portion of the single imaging path. It is advantageous to perform selective transmission / blocking of light so as to generate In some embodiments, the polarizer can be positioned proximate to the lens iris (not shown) that defines the system aperture and controls the amount of light captured by the lens 102. In another method, the first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 are applied directly as a coating to a lens element that defines an aperture surface of the lens or a lens element that is positioned proximate to the aperture surface of the lens. can do.

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からの偏光子108の最大変位を示す距離許容範囲を作り出すように、光感度分析を行なうことができる。このような分析は、偏光子108の第1および第2の部分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、距離許容範囲は、許容可能な3D情報品質の基準を満たすように開口面からの最大距離を与える。偏光子108を開口面から離すように移動させることによって画像化品質が影響を受ける程度は、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。極めて高性能の画像化システムでは、偏光子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、画像の縁部でのかなり明らかな画像強度減退を可能にすることが許容可能である可能性がある。というのは、人間の眼はこのような減退にそれほど敏感ではないからである。重要ではない画像化応用例では、画像の外縁部での30%から50%までの画像減退が許容可能である可能性がある。   Photosensitivity analysis can be performed to create a distance tolerance that indicates the maximum displacement of the polarizer 108 from the aperture surface 104 to achieve the desired imaging quality or performance using a particular lens. Such an analysis can take into account the geometric misalignment of the first and second images due to vignetting by the first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 and the distance tolerance is acceptable. The maximum distance from the aperture surface is given so as to satisfy the standard of 3D information quality. The degree to which the imaging quality is affected by moving the polarizer 108 away from the aperture plane depends on the configuration of the lens elements that make up the lens 102 and the desired imaging performance of the system. In a very high performance imaging system, the polarizer 108 is in close proximity to the aperture surface 104 to provide first and second images that minimize vignetting and thus have a substantially uniform image intensity across the image. May need to be placed. For lower performance imaging systems, it may be acceptable to allow a fairly obvious image intensity reduction at the edges of the image. This is because the human eye is not very sensitive to this decline. In non-critical imaging applications, image degradation of 30% to 50% at the outer edge of the image may be acceptable.

液晶変調器200などの変調器は普通、光伝達方向により厚く、したがって開口面で容易に対応することができない。有利には、変調器200は、レンズ102内の任意の数の位置に配置することができる。本実施形態では、変調器106はレンズ102の前に配置されているが、他の実施形態では、適切に構成された変調器は、例えば任意のレンズ要素間、または集束レンズ126と画像面114の間に十分均等に配置することができる。   Modulators such as the liquid crystal modulator 200 are usually thicker in the light transmission direction and therefore cannot be easily accommodated by the aperture surface. Advantageously, the modulator 200 can be placed in any number of positions within the lens 102. In this embodiment, the modulator 106 is placed in front of the lens 102, but in other embodiments, a properly configured modulator may be, for example, between any lens elements or between the focusing lens 126 and the image plane 114. Can be arranged evenly between.

能動偏光要素として作動する変調器は、それぞれの第1および第2の偏光状態を有する光の間に強度比率の表現で特徴とすることができる。実際の問題として、多くの能動偏光要素では、偏光子に衝突する光の収束または発散角が前記変調器に関連する許容可能な基準の角度より大きい場合、偏光比率が減退する。このような実施形態では、捕捉された光の収束または発散角が前記変調器に関連する許容可能な基準の角度より小さい単一の画像化経路内の点に変調器200を配置することが望ましい可能性がある。いくつかの実施形態では、レンズ102は、光が平行に近づける領域を有することができ、これにより、特定のレンズに関連する他の間隙および設計制約を受ける、変調器200にほぼ最適な位置を与える。図1および3に示す実施形態では、オブジェクト116がレンズ102からかなり離れて置かれる限り、変調器200に入る光は、ほぼ低い角度入射を有する。   The modulator operating as an active polarization element can be characterized by an intensity ratio representation between light having respective first and second polarization states. As a practical matter, many active polarizing elements have diminished polarization ratios when the convergence or divergence angle of light impinging on the polarizer is greater than an acceptable reference angle associated with the modulator. In such an embodiment, it may be desirable to place the modulator 200 at a point in a single imaging path where the convergence or divergence angle of the captured light is less than an acceptable reference angle associated with the modulator. there is a possibility. In some embodiments, the lens 102 can have a region where the light approaches parallel, thereby providing a near optimal position for the modulator 200 subject to other gaps and design constraints associated with the particular lens. give. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 3, as long as the object 116 is placed far away from the lens 102, the light entering the modulator 200 has a substantially low angle incidence.

別の方法では、液晶変調器200が画像化経路内で偏光子108の後に逆向きの配向で配置されている実施形態での使用では、+45°偏光配向を有する光は、偏光子108の第1の部分110を通して伝達され、−45°偏光配向を有する光は、偏光子の第2の部分112を通して伝達される。制御信号PCが第1の状態PC1にある場合、液晶層は緩和ネマチック状態にあり、−45°および+45°偏光配向の両方の光は、偏光配向の回転を受ける。偏光子108の第1の部分110から+45°の偏光配向を有する光は、−45°の偏光配向を有するように回転されるが、画像面114に偏光層216を通して伝達されて、第1の画像が形成される。偏光子108の第2の部分112から−45°の偏光配向を有する光は、+45°の偏光配向を有するように回転され、偏光層216によって遮断される。制御信号PCが状態をPC2に変えると、非捩れネマチック状態にある液晶は、偏光配向への変化なしで−45°または+45°偏光配向のいずれかを有する光を通過させ、−45°に偏光された光は、画像面114に偏光層216を通して伝達されて、第2の画像が形成される。偏光子108の第1の部分110からの+45°に偏光された光は、偏光層216によって遮断される。   Alternatively, for use in embodiments in which the liquid crystal modulator 200 is positioned in the imaging path with a reverse orientation after the polarizer 108, light having a + 45 ° polarization orientation is Light transmitted through one portion 110 and having a −45 ° polarization orientation is transmitted through the second portion 112 of the polarizer. When the control signal PC is in the first state PC1, the liquid crystal layer is in a relaxed nematic state and light of both −45 ° and + 45 ° polarization orientation undergoes rotation of the polarization orientation. Light having a + 45 ° polarization orientation from the first portion 110 of the polarizer 108 is rotated to have a −45 ° polarization orientation, but is transmitted to the image plane 114 through the polarizing layer 216 to provide a first An image is formed. Light having a −45 ° polarization orientation from the second portion 112 of the polarizer 108 is rotated to have a + 45 ° polarization orientation and is blocked by the polarizing layer 216. When the control signal PC changes state to PC2, the liquid crystal in the non-twisted nematic state will pass light having either -45 ° or + 45 ° polarization orientation without changing to polarization orientation and will be polarized to -45 °. The light thus transmitted is transmitted to the image plane 114 through the polarizing layer 216 to form a second image. Light polarized at + 45 ° from the first portion 110 of the polarizer 108 is blocked by the polarizing layer 216.

空間変調器実施形態
代替実施形態では、図1に示す変調器106は、図4に全体が380で示された空間変調器を使用して実施することができる。図4を参照すると、空間変調器380は、+45°偏光配向を有する光を伝達するように動作可能な第1の領域384、および−45°偏光配向を有する光を伝達するように動作可能な第2の領域386を有する偏光子382を備えている。偏光子382はアーム388上に取り付けられ、次に、旋回軸390上に取り付けられて、空間変調器380の横移動を行なう。アーム388はまた、部分的にアームに沿って取り付けられた磁石392を備えている。磁石392は、コイル410および412をそれぞれ有する第1および第2の電磁石394および396の間に配置されている。偏光子382、アーム388、旋回軸390、ならびに電磁石394および396は共に、第1のアーム位置(実線で示す)と第2の位置(404に破線で示す)の間で矢印402の方向に横に偏光子382を移動させる力を生成するように動作可能な機械的アクチュエータを作る。本実施形態では、第1および第2のアーム位置は、アームおよび偏光子382の第1および第2の位置をそれぞれ画定する、1対の止め具414および416によって画定されている。止め具414および416はそれぞれ、アーム388および偏光子382の移動の調節を行なうように、相補的ねじ込み部422に係合するねじ込み部420を備えている。
Spatial Modulator Embodiment In an alternative embodiment, the modulator 106 shown in FIG. 1 can be implemented using a spatial modulator generally designated 380 in FIG. Referring to FIG. 4, spatial modulator 380 is operable to transmit a first region 384 operable to transmit light having + 45 ° polarization orientation, and light having −45 ° polarization orientation. A polarizer 382 having a second region 386 is provided. Polarizer 382 is mounted on arm 388 and then mounted on pivot axis 390 to effect lateral movement of spatial modulator 380. The arm 388 also includes a magnet 392 that is partially attached along the arm. Magnet 392 is disposed between first and second electromagnets 394 and 396 having coils 410 and 412 respectively. Polarizer 382, arm 388, pivot 390, and electromagnets 394 and 396 are both lateral in the direction of arrow 402 between a first arm position (shown as a solid line) and a second position (shown as a dashed line at 404). A mechanical actuator is created that is operable to generate a force that moves the polarizer 382. In this embodiment, the first and second arm positions are defined by a pair of stops 414 and 416 that define the first and second positions of the arm and polarizer 382, respectively. Stops 414 and 416 each include a threaded portion 420 that engages a complementary threaded portion 422 to adjust the movement of arm 388 and polarizer 382.

レンズ(図1に示すレンズ102など)の単一の画像化経路の範囲が、406に破線で示されている。第1のアーム位置では、第1の偏光領域384は、+45°偏光配向を有する光が、−45°偏光配向を有する光を遮断しながら単一の画像化経路を通過することを可能にするように配置されている。第2のアーム位置404では、第2の偏光領域386は、−45°偏光配向を有する光が、+45°偏光配向を有する光を遮断しながら単一の画像化経路を通過することを可能にするように配置されている。   The range of a single imaging path for a lens (such as lens 102 shown in FIG. In the first arm position, the first polarizing region 384 allows light having + 45 ° polarization orientation to pass through a single imaging path while blocking light having −45 ° polarization orientation. Are arranged as follows. At the second arm position 404, the second polarization region 386 allows light having a -45 ° polarization orientation to pass through a single imaging path while blocking light having a + 45 ° polarization orientation. Are arranged to be.

空間変調器380を駆動するために、図1に示す変調器ドライバ130は、図4に示す変調器ドライバ430と置換することができる。変調器ドライバ430は、第1の電磁石394のコイル410を駆動するための第1の対の出力432と、第2の電磁石396のコイル412を駆動するための第2の対の出力434とを備えている。   To drive the spatial modulator 380, the modulator driver 130 shown in FIG. 1 can be replaced with the modulator driver 430 shown in FIG. Modulator driver 430 provides a first pair of outputs 432 for driving coil 410 of first electromagnet 394 and a second pair of outputs 434 for driving coil 412 of second electromagnet 396. I have.

変調器ドライバ430はまた、第1および第2の画像を捕捉するために、画像センサの動作を同期するように同期信号(SYNC)を生成する出力436を備えている。別の方法では、出力436は、画像センサの所定の画像捕捉率でアーム388の動作の同期を容易にするように、画像センサによって生成される同期信号を受信する入力として構成することができる。実際、変調器ドライバ430は、SYNCH信号を内部に生成する、または入力436でSYNC信号を受信するいずれかである。SYNCH信号に応じて、コントローラは、それぞれのコイル410および412を駆動するように、出力432および434で電力波形を生成する。それぞれのコイル410および412を通した電流は、所望の止め具414または416に向かって移動するように、アーム388上に力を加えさせる。有利には、変調器ドライバ430はプッシュプル式コントローラとして実施することができ、電磁石394および396の一方は磁石392に引力に与え、電磁石のもう一方は磁石に反発力を与え、それによって止め具416と414の間で移動しながら、アームへの力を大きくする。   The modulator driver 430 also includes an output 436 that generates a synchronization signal (SYNC) to synchronize the operation of the image sensor to capture the first and second images. Alternatively, the output 436 can be configured as an input that receives a synchronization signal generated by the image sensor to facilitate synchronization of the operation of the arm 388 at a predetermined image capture rate of the image sensor. In fact, the modulator driver 430 either generates a SYNCCH signal internally or receives a SYNC signal at input 436. In response to the SYNCH signal, the controller generates a power waveform at outputs 432 and 434 to drive the respective coils 410 and 412. The current through each coil 410 and 412 causes a force on the arm 388 to move toward the desired stop 414 or 416. Advantageously, the modulator driver 430 can be implemented as a push-pull controller, with one of the electromagnets 394 and 396 providing an attractive force to the magnet 392 and the other of the electromagnets providing a repulsive force to the magnet, thereby providing a stop. While moving between 416 and 414, increase the force on the arm.

アーム388を第1の電磁石394に向かって移動させるように、コイル410および412に与えられる電流駆動の例示的な波形が、図5にグラフで示されている。コイル410を通る電流波形が440で示されており、コイル412を通る電流波形が442で示されている。SYNCH信号パルス波形は、446で示されている。SYNCH信号446の立ち上がりは、第1の期間444の開始時間を規定し、そこで電流440はアーム388上の引力を生成するように急速に上昇する。引力は、アーム388の慣性を超え、アームを止め具414および第2の電磁石396から離れるように加速させる。第1の期間444中、電流442は最初ゼロであり、アーム388が加速し始めると、電流422はアームが止め具416に近づいたときに減速力を与えるように迅速に大きくなり、それによってアームの動作を減衰させて、止め具と係合する場合にアームの揺れを防ぐ。   An exemplary waveform of current drive applied to coils 410 and 412 to move arm 388 toward first electromagnet 394 is shown graphically in FIG. The current waveform through coil 410 is shown at 440 and the current waveform through coil 412 is shown at 442. The SYNCH signal pulse waveform is indicated at 446. The rising edge of the SYNCH signal 446 defines the start time of the first period 444, where the current 440 rises rapidly to generate an attractive force on the arm 388. The attractive force exceeds the inertia of the arm 388 and accelerates the arm away from the stop 414 and the second electromagnet 396. During the first period 444, the current 442 is initially zero, and as the arm 388 begins to accelerate, the current 422 quickly increases to provide a deceleration force when the arm approaches the stop 416, thereby causing the arm Attenuating the movement of the arm prevents the arm from shaking when engaged with the stop.

アーム388は、止め具416で停止し、電流440および442は、止め具416でアームを保持するように、各コイル410および412内の小さな保持電流まで小さくなる。アーム388が止め具416に保持される第2の期間448は、第1の画像の完全な捕捉に十分な時間を与える。   Arm 388 stops at stop 416 and currents 440 and 442 are reduced to a small holding current in each coil 410 and 412 to hold the arm at stop 416. The second period 448 in which the arm 388 is held by the stop 416 provides sufficient time for complete capture of the first image.

同様に、SYNCH信号446のその後の立ち上がりは、第3の期間450の開始時間を規定し、電流442は、引力および電流440を生じさせ、アーム388上の反発力がアームを止め具414に向かって移動させる。アーム388が止め具414に静止している期間452は、第4の期間452を規定し、これにより第2の画像の完全な捕捉のために十分な時間を与える。   Similarly, the subsequent rise of SYNCH signal 446 defines the start time of third period 450, current 442 causes an attractive force and current 440, and the repulsive force on arm 388 moves the arm toward stop 414. To move. The period 452 during which the arm 388 is resting on the stop 414 defines a fourth period 452, thereby allowing sufficient time for complete capture of the second image.

図6を参照すると、空間変調器380(図4に示す)のアクチュエータ部の代替実施形態が、全体として500で示されている。アクチュエータ500は、モータを通して延びる回転子シャフト506を有するモータ502を備えている。アーム388は、全体が図4で示されるように、横移動のためにシャフト506に取り付けられている。本実施形態では、モータ502は、1対の磁石508および510を使用して実施され、シャフト506は磁石の間にアクチュエータ・コイル516を支持する。アクチュエータ・コイル516は、駆動電流を受けるように変調器出力432に結合され、それによりトルクをシャフト506上に生成させる。普通、アクチュエータ500は、アナログ計測動作と同様の方法で作動し、止め具414と416の間で移動を行なう。他の実施形態では、モータ部502は、シャフト506が磁化され、コイルが電極片(すなわち、508および510)の周りに巻かれるように構成することができる。   Referring to FIG. 6, an alternate embodiment of the actuator portion of spatial modulator 380 (shown in FIG. 4) is indicated generally at 500. Actuator 500 includes a motor 502 having a rotor shaft 506 extending through the motor. The arm 388 is attached to the shaft 506 for lateral movement as shown generally in FIG. In this embodiment, the motor 502 is implemented using a pair of magnets 508 and 510 and the shaft 506 supports an actuator coil 516 between the magnets. Actuator coil 516 is coupled to modulator output 432 to receive the drive current, thereby generating torque on shaft 506. Normally, the actuator 500 operates in a manner similar to an analog measurement operation and moves between stops 414 and 416. In other embodiments, the motor portion 502 can be configured such that the shaft 506 is magnetized and the coil is wound around the electrode pieces (ie, 508 and 510).

可変立体視
図1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、偏光子108の第1の部分110は、画像化経路の第1の半円部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の半円部を覆うように延びている。
Variable Stereo In the embodiment shown in FIG. 1, the single imaging path has a circular shape, and the first portion 110 of the polarizer 108 covers the first semicircle of the imaging path. The second portion 112 extends to cover the second semicircular portion of the imaging path.

代替実施形態では、第1および第2の部分110および112はそれぞれ、図7、図8および図9に示すように、半円面積より小さい単一の画像化経路のセクタを覆うように延びることができる。図7を参照すると、偏光子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る。第1の部分110によって覆われた(破線406によって示された)単一の画像化経路の領域の重心が、550で示されており、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が552で示されている。重心550および552は、図1に示すレンズ102などの、レンズを通して形成される第1および第2の画像それぞれに対する斜視中心を画定するものとして見ることができる。2つの重心550と552の間の距離Dは、画像間の立体視分離を示しており、これは装置によって生成される「3D量」に大まかに等しい。   In an alternative embodiment, the first and second portions 110 and 112 each extend to cover a sector of a single imaging path that is smaller than a semicircular area, as shown in FIGS. 7, 8, and 9, respectively. Can do. Referring to FIG. 7, the polarizer 108 is dimensioned such that the first and second portions 110 and 112 extend outward beyond the imaging path 406. The centroid of the region of the single imaging path covered by the first portion 110 (indicated by the dashed line 406) is indicated at 550 and is a single imaging covered by the second portion 112. The center of gravity of the route region is indicated at 552. Centers of gravity 550 and 552 can be viewed as defining a perspective center for each of the first and second images formed through the lens, such as lens 102 shown in FIG. The distance D between the two centroids 550 and 552 indicates the stereoscopic separation between the images, which is roughly equal to the “3D amount” produced by the device.

図8を参照すると、偏光子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することによって、重なり合った領域558は2つの偏光子部分の間に形成される。重なり合った領域558を通過する光は、−45°偏光配向を有する偏光子108の部分、および+45°偏光配向を有する部分の両方を通過し、したがって、偏光配向とは関係なく遮断される。このような状態では、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、斜視視点はまた外向きにシフトされて、第1と第2の画像の間のより大きな立体視分離を行なう。   Referring to FIG. 8, by moving the first portion 110 of the polarizer 108 inwardly in the direction of arrow 554 and moving the second portion 112 inwardly in the direction of arrow 556, the overlap region 558 is 2. Formed between two polarizer portions. Light passing through the overlapping region 558 passes through both the portion of the polarizer 108 having a −45 ° polarization orientation and the portion having a + 45 ° polarization orientation and is thus blocked regardless of the polarization orientation. In such a situation, the centroids 550 and 552 are each shifted outward, so that the perspective view is also shifted outwards to provide a greater stereoscopic separation between the first and second images.

図9を参照すると、矢印560の方向への内向きへの偏光子108の第1の部分110の、および矢印562の方向への内向きへの第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り合った領域564が、ある程度大きくなる。重なり合った領域564を通過する光は再び、偏光子108の−45°および+45°偏光部分の両方を通過し、それによって遮断される。このような状態では、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をさらに変える。   Referring to FIG. 9, further movement of the first portion 110 of the polarizer 108 inwardly in the direction of arrow 560 and inwardly in the direction of arrow 562 results in two Overlapping regions 564 between the polarizer portions are somewhat larger. Light passing through the overlapping region 564 again passes through both the −45 ° and + 45 ° polarization portions of the polarizer 108 and is thereby blocked. In such a situation, the centroids 550 and 552 are again shifted outward, thereby further changing the perspective view.

一実施形態では、本明細書に全体を参照として援用する、「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日出願の同一出願人のPCT特許出願PCT/CA2009/00957号に開示されているように、偏光子108の部分110および112の移動は、小型ステッパ・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、第1および第2の画像を可変立体視を提供するように形成しながら、重心の分離の程度を変更することができる。   In one embodiment, a PCT application filed on Jul. 10, 2009, entitled "METHOD AND APPARATUS FOR GENERATION THREE DIMENSIONAL IMAGE INFORMATION INFORMATION USING A SINGLE IMAGEING PATH", which is incorporated herein by reference in its entirety. As disclosed in PCT / CA2009 / 00957, the movement of the portions 110 and 112 of the polarizer 108 can be performed by an actuator such as a small stepper motor, and the first and second images can be viewed in variable stereoscopic view. The degree of separation of the center of gravity can be changed.

円形偏光実施形態
上記実施形態を直線偏光配向に関連して説明したが、上記変調器200はまた、楕円形または円形に偏光させた光に影響があるように構成することができる。図10を参照すると、円形偏光実施形態は全体が600で示されている。本実施形態では、変調器602はレンズ要素118の前に配置されており、−45°の偏光配向を有する光を伝達する直線偏光層604を備えている。液晶602はまた、右手側の円形偏光または左手側の円形偏光のいずれかを生成するために、+90°位相遅延と−90°位相遅延の間で選択的に切り換わるように構成された液晶層606を含んでいる。
Circular Polarization Embodiment While the above embodiments have been described with reference to linear polarization orientation, the modulator 200 can also be configured to affect light that is elliptically or circularly polarized. Referring to FIG. 10, the circular polarization embodiment is indicated generally at 600. In this embodiment, the modulator 602 is disposed in front of the lens element 118 and includes a linearly polarizing layer 604 that transmits light having a −45 ° polarization orientation. The liquid crystal 602 is also a liquid crystal layer configured to selectively switch between a + 90 ° phase delay and a −90 ° phase delay to generate either right hand side circular polarization or left hand side circular polarization. 606 is included.

偏光子108の第1および第2の部分110および112は、+45°および−45°偏光配向を有する光をそれぞれ伝達するように動作可能な直線偏光子である。偏光子108はさらに、右手側の円形偏光を有する光を偏光子108の部分110を通して伝達される+45°の配向で直線に偏光させた光に変換させるように配向された、第1の方形波プレート608を備えている。偏光子108はまた、左手側の円形偏光を有する光を偏光子108の部分112を通して伝達される−45°の配向で直線に偏光させた光に変換させるように配向された、第2の方形波プレート610を備えている。偏光子108の第1および第2の部分110および112はしたがって、本明細書で前に記載したように、第1および第2の画像を画像面114に形成させる。   The first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 are linear polarizers operable to transmit light having + 45 ° and −45 ° polarization orientations, respectively. The polarizer 108 is further configured to convert light having circular polarization on the right hand side into light linearly polarized with + 45 ° orientation transmitted through the portion 110 of the polarizer 108, and a first square wave. A plate 608 is provided. The polarizer 108 is also a second square oriented to convert light having circular polarization on the left hand side into light polarized linearly at −45 ° orientation transmitted through the portion 112 of the polarizer 108. A wave plate 610 is provided. The first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 thus cause the first and second images to be formed on the image plane 114 as previously described herein.

非偏光実施形態
他の実施形態では、図2の偏光子108の偏光子部分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に影響を与えるフィルタ部と置き換えることができる。例えば、部分110および112は、青色、緑色、および赤色光などの特定の狭い帯域の光波長を伝達する干渉フィルタであってもよい。このような干渉フィルタの伝達スペクトルが、図11に700および702にグラフで示されている。図11を参照すると、フィルタ110は700で示すように、第1の複数の光波長λB1、λG1およびλR1を伝達するように構成することができ、フィルタ112は702で示すように、第2の複数の光波長λB2、λG2およびλR2を通過するように構成することができる。図4に示す変調器などの空間変調器は、第1の領域384が第1の複数の波長700を伝達し、第2の領域386が第2の複数の波長702を伝達するように構成することができる。実際、空間変調器は、第1および第2の波長範囲を単一の画像化経路を通して選択的に受けることを可能にすることを交互にさせる。第2の複数の波長702が単一の画像化経路を通して受けられる場合、干渉フィルタ部分110はこれらの波長を遮断し、干渉フィルタ部分112は第2の複数の波長を伝達し、これは画像面114で第1の画像を形成するように画像化される。第1の複数の波長700が単一の画像化経路を通して受けられる場合、干渉フィルタ部分112はこれらの波長を遮断し、干渉フィルタ部分110は第1の複数の波長を伝達し、これは画像面114で第2の画像を形成するように画像化される。人間の眼は、波長の僅かなずれにあまり敏感でない受容体を含んでいるので、左右の眼によって識別される画像は、スペクトルまたは色概観はあまり違わないが、単一の画像化経路の第1および第2の部分によって与えられる異なる斜視視点を有する。第1および第2の複数の波長は、それぞれの伝達帯域が僅かな重なりを有するように十分異なっている。例えば、10ナノメートルの領域内の波長の差は、波長にかなりの強度視差がない限り、人間の眼で視覚的に識別することはできない。人間の眼の中の受容体はこのような小さなずれに敏感でないので、眼によって受けられる第1および第2の画像は、異なるスペクトルまたは色コンテンツを有するものとして認識されない。
Non-Polarized Embodiment In other embodiments, the polarizer portions 110 and 112 of the polarizer 108 of FIG. 2 are replaced with a filter portion that affects different properties of the light so as to produce first and second images. be able to. For example, portions 110 and 112 may be interference filters that transmit specific narrow band light wavelengths, such as blue, green, and red light. The transmission spectrum of such an interference filter is shown graphically at 700 and 702 in FIG. Referring to FIG. 11, filter 110 can be configured to transmit a first plurality of light wavelengths λ B1 , λ G1, and λ R1 , as shown at 700, and filter 112 is shown as 702, as shown in FIG. A second plurality of light wavelengths λ B2 , λ G2 and λ R2 can be passed. The spatial modulator, such as the modulator shown in FIG. 4, is configured such that the first region 384 transmits the first plurality of wavelengths 700 and the second region 386 transmits the second plurality of wavelengths 702. be able to. In fact, the spatial modulator alternates allowing the first and second wavelength ranges to be selectively received through a single imaging path. If the second plurality of wavelengths 702 are received through a single imaging path, the interference filter portion 110 blocks these wavelengths and the interference filter portion 112 transmits the second plurality of wavelengths, which is the image plane. At 114, a first image is formed. If the first plurality of wavelengths 700 are received through a single imaging path, the interference filter portion 112 blocks these wavelengths and the interference filter portion 110 transmits the first plurality of wavelengths, which is the image plane. At 114, an image is formed to form a second image. Since the human eye contains receptors that are less sensitive to slight wavelength shifts, the images identified by the left and right eyes do not differ much in spectrum or color appearance, but the first in a single imaging path. Having different perspective views provided by the first and second parts. The first and second wavelengths are sufficiently different so that their transmission bands have a slight overlap. For example, wavelength differences within the 10 nanometer region cannot be visually discerned by the human eye unless the wavelength has significant intensity parallax. Since receptors in the human eye are not sensitive to such small shifts, the first and second images received by the eye are not recognized as having different spectral or color content.

円形偏光入力実施形態
上記実施形態が直線偏光配向に関連して説明されたが、他の実施形態では、装置は、楕円形または円形に偏光した光に動作するように構成可能である。図12を参照すると、装置の円形偏光入力実施形態が、全体を800で示されている。本実施形態では、変調器200は、装置800の入力端において、レンズ102の視野内のレンズ要素118と、ポイント140との間に配置される。変調器200は、−45°の偏光配向を有する光を伝達する直線偏光層216を備えている。4分の1波長板217が、偏光層216とポイント140との間に配置され、それにより、入射する円形および楕円形に偏光した光は、4分の1波長板217による伝達によって直線的に偏光させられる。その伝達された直線的偏光光の−45°の成分のみが偏光層216によってさらに伝達される。変調器200は、前述したように動作し、交互に、それが制御信号PCの制御の下でそのPC1緩和状態にあるときは、伝達光を+45°偏光させ、それが制御信号PCの制御の下でそのPC2活性状態にあるときは、伝達光を−45°偏光させる。
Circular Polarization Input Embodiment While the above embodiments have been described with reference to linear polarization orientation, in other embodiments the device can be configured to operate on elliptically or circularly polarized light. Referring to FIG. 12, a circular polarization input embodiment of the device is shown generally at 800. In this embodiment, the modulator 200 is placed between the lens element 118 in the field of view of the lens 102 and the point 140 at the input end of the device 800. The modulator 200 includes a linear polarization layer 216 that transmits light having a polarization orientation of −45 °. A quarter wave plate 217 is disposed between the polarizing layer 216 and the point 140 so that incident circularly and elliptically polarized light is linearly transmitted by the quarter wave plate 217. Polarized. Only the −45 ° component of the transmitted linearly polarized light is further transmitted by the polarizing layer 216. Modulator 200 operates as described above and alternately polarizes the transmitted light by + 45 ° when it is in its PC1 relaxed state under the control of control signal PC, which controls the control signal PC. When in the PC2 active state below, the transmitted light is -45 ° polarized.

本実施形態では、偏光子108の第1および第2の部分110および112は、+45°および−45°偏光配向を有する光をそれぞれ伝達するように動作可能な直線偏光子である。偏光子108の第1および第2の部分110および112はしたがって、本明細書で前に記載したように、第1および第2の画像を交互に画像面114に形成させる。装置800の単一の画像化経路の第1の部分110を通して伝達される第1の偏光状態を有する光は、レンズ102の視野内に第1の斜視視点を与える。装置800の単一の画像化経路の第2の部分112を通して伝達される第2の偏光状態を有する光は、レンズ102の視野内に第2の斜視視点を与える。偏光子108の第1および第2の部分110および112はしたがって、本明細書で前に記載したように、第1および第2の画像を交互に画像面114に形成させる。第1の画像は、第1の斜視視点からレンズ102の視野内にオブジェクトを表し、第2の画像は、第2の斜視視点からオブジェクトを表し、第1および第2の画像はともに、オブジェクトの3次元空間属性を表すように動作可能である。   In this embodiment, the first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 are linear polarizers that are operable to transmit light having + 45 ° and −45 ° polarization orientations, respectively. The first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 thus cause alternating first and second images to be formed on the image plane 114 as previously described herein. Light having a first polarization state transmitted through the first portion 110 of the single imaging path of the device 800 provides a first perspective view within the field of view of the lens 102. Light having a second polarization state transmitted through the second portion 112 of the single imaging path of the device 800 provides a second perspective view within the field of view of the lens 102. The first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 thus cause alternating first and second images to be formed on the image plane 114 as previously described herein. The first image represents the object in the field of view of the lens 102 from the first perspective viewpoint, the second image represents the object from the second perspective viewpoint, and both the first and second images represent the object. Operable to represent a three-dimensional spatial attribute.

円形偏光出力実施形態
図13において全体を900で示されている本発明の代替実施形態では、変調器200は、装置900の出力端において、レンズ126と、画像面114との間に配置され、偏光層216が画像面114に面している。4分の1波長板217が、偏光層216と、画像面114との間に配置される。本実施形態では、偏光子108の部分110を通過する光線150は、偏光子から出るときの直線偏光が+45°であり、偏光子の部分112を通過する光線142は、偏光子から出るときの直線偏光が−45°である。
Circular Polarization Output Embodiment In an alternative embodiment of the present invention, indicated generally at 900 in FIG. 13, the modulator 200 is positioned between the lens 126 and the image plane 114 at the output end of the device 900; The polarizing layer 216 faces the image plane 114. A quarter wave plate 217 is disposed between the polarizing layer 216 and the image plane 114. In this embodiment, light ray 150 passing through portion 110 of polarizer 108 has a linear polarization of + 45 ° as it exits the polarizer, and light ray 142 passing through portion 112 of polarizer is as it exits the polarizer. Linearly polarized light is −45 °.

変調器200は、PC1緩和状態にあるとき、光線150の偏光を90°変えて+135°に、光線142の偏光を90°変えて+45°にする。+135°の偏光は、操作上、−45°に平行な偏光の光のみを伝達する偏光層216の働きを基準にして−45°と等価である。そのため、光線150および142が偏光層216に衝突する場合、光線150しか4分の1波長板217に伝達されず、光線142は、妨げられる。4分の1波長板217は、光線150を円形に偏光させる。   When the modulator 200 is in the PC1 relaxed state, the polarization of the light beam 150 is changed by 90 ° to + 135 °, and the polarization of the light beam 142 is changed by 90 ° to + 45 °. The + 135 ° polarized light is equivalent to −45 ° on the basis of the action of the polarizing layer 216 that transmits only light polarized in parallel with −45 °. Therefore, when the light beams 150 and 142 collide with the polarizing layer 216, only the light beam 150 is transmitted to the quarter-wave plate 217, and the light beam 142 is blocked. The quarter wave plate 217 polarizes the light beam 150 in a circular shape.

変調器200は、そのPC2活性状態にあるとき、光線150の偏光を変えず、+45°直線偏光のままにし、光線142の偏光を−45°のままにする。光線150および142が偏光層216に衝突する場合、光線142のみ4分の1波長板217に伝達される。次いで、4分の1波長板217は、変調器200がPC1緩和状態にあるときの光線150と同じ円形状態に、円形に偏光させる。   When the modulator 200 is in its PC2 active state, it does not change the polarization of the light beam 150, it remains a + 45 ° linear polarization and the polarization of the light beam 142 remains -45 °. When the light beams 150 and 142 collide with the polarizing layer 216, only the light beam 142 is transmitted to the quarter-wave plate 217. The quarter wave plate 217 then circularly polarizes into the same circular state as the light beam 150 when the modulator 200 is in the PC1 relaxed state.

この機構によって、光線150および142は、交互に画像面に画像を形成し、偏光子108の部分110および部分112をそれぞれ通って進む光を表す。装置900の単一の画像化経路の第1の部分110を通して第1の偏光状態を有する光は、レンズ102の視野内に第1の斜視視点を与える。装置900の単一の画像化経路の第2の部分112を通して第2の偏光状態を有する光は、レンズ102の視野内に第2の斜視視点を与える。偏光子108の第1および第2の部分110および112はしたがって、本明細書で前に記載したように、第1および第2の画像を画像面114に形成させる。第1の画像は、第1の斜視視点からレンズ102の視野内にオブジェクトを表し、第2の画像は、第2の斜視視点からオブジェクトを表し、第1および第2の画像はともに、オブジェクトの3次元の空間属性を表すように動作可能である。両方の場合において、画像は、円形に偏光した光を使用して形成される。このことは、特にまたは優先的に、入射する円形に偏光した光を使用する、距離計などのデバイス、および最新のSLRカメラなどのある種の画像化デバイスには有利であり得る。これにより、装置900は、そのような画像化デバイスおよび距離計に入力フロントエンドとして結合されることが可能になる。   With this mechanism, rays 150 and 142 alternately represent an image on the image plane and represent light traveling through portions 110 and 112 of polarizer 108, respectively. Light having a first polarization state through the first portion 110 of the single imaging path of the device 900 provides a first perspective view within the field of view of the lens 102. Light having a second polarization state through the second portion 112 of the single imaging path of the device 900 provides a second perspective view within the field of view of the lens 102. The first and second portions 110 and 112 of the polarizer 108 thus cause the first and second images to be formed on the image plane 114 as previously described herein. The first image represents the object in the field of view of the lens 102 from the first perspective viewpoint, the second image represents the object from the second perspective viewpoint, and both the first and second images represent the object. It is operable to represent a three-dimensional spatial attribute. In both cases, the image is formed using circularly polarized light. This may be advantageous, particularly or preferentially, for devices such as rangefinders and certain imaging devices such as modern SLR cameras that use incident circularly polarized light. This allows the apparatus 900 to be coupled as an input front end to such an imaging device and rangefinder.

可変絞り
前述の実施形態すべてにおいて実装可能な本発明のさらなる実施形態は、1対の可変式絞りの追加を含む。図14を参照すると、図12において説明された実施形態に基づく例示的な実施形態が、全体を1000で示されている。装置1000は、レンズの一部として偏光子108に近接して配置された1対の可変式絞り996および998を有するレンズ902を含む。本実施形態では、可変式絞り996および998は、単一の画像化経路内の偏光子108の前方に配置される。有利には、可変式絞り996および998は、開口面104上のレンズ902の物理的開口に、または物理的開口の共役部の場所に配置可能であり、偏光子108は、可変式絞りを通して伝達される光を受けるように配置可能である。一実施形態では、可変式絞り996および998は、虹彩として実装可能である。概して、可変式絞り996および998は、絞り996および998の開口が調節されることを可能にする任意の構成体とすることができ、開口は、楕円形、長方形、正方形、または他の形状を有することができる。個々の絞りから連続的な絞りへ形態を変化させるように可変絞りの対が構成されても良い。レンズ902の他の要素すべては、図12に示されるレンズ102について上述した通りであり、変調器200は、図12に関連して説明されたようにレンズ902の前方に配置される。4分の1波長板217は、本明細書で前に記載したように、変調器200の前方に配置される。
Variable aperture Further embodiments of the present invention that can be implemented in all of the foregoing embodiments include the addition of a pair of variable apertures. Referring to FIG. 14, an exemplary embodiment based on the embodiment described in FIG. The apparatus 1000 includes a lens 902 having a pair of variable stops 996 and 998 disposed as a part of the lens in close proximity to the polarizer 108. In this embodiment, variable stops 996 and 998 are placed in front of the polarizer 108 in a single imaging path. Advantageously, the variable stops 996 and 998 can be placed at the physical aperture of the lens 902 on the aperture surface 104, or at the location of the conjugate portion of the physical aperture, and the polarizer 108 is transmitted through the variable stop. Can be arranged to receive received light. In one embodiment, the variable stops 996 and 998 can be implemented as irises. In general, the variable apertures 996 and 998 can be any configuration that allows the apertures of the apertures 996 and 998 to be adjusted, and the apertures can be oval, rectangular, square, or other shapes. Can have. A pair of variable apertures may be configured to change the form from an individual aperture to a continuous aperture. All other elements of lens 902 are as described above for lens 102 shown in FIG. 12, and modulator 200 is positioned in front of lens 902 as described in connection with FIG. The quarter wave plate 217 is placed in front of the modulator 200 as previously described herein.

動作に際しては、可変式絞り996および998は、装置1000の焦点の深さを変えるように調節可能である。一実施形態では、可変式絞り996および998は、互いとは無関係に調節可能であり、それにより、単一の画像化経路の第1の部分に対しておよび単一の画像化経路の第2の部分に対して、装置1000の焦点の深さを独立して調節することが容易になる。他の実施形態は、画像経路の第1および第2の部分のそれぞれに対して焦点の深さが実質的に一致するように、対応する絞り調節を可能にすることができる。   In operation, the variable stops 996 and 998 are adjustable to change the depth of focus of the device 1000. In one embodiment, the variable stops 996 and 998 are adjustable independently of each other so that the first portion of the single imaging path and the second of the single imaging path. For this portion, it becomes easy to independently adjust the depth of focus of the apparatus 1000. Other embodiments may allow corresponding aperture adjustments such that the depth of focus is substantially matched for each of the first and second portions of the image path.

複数の赤センス素子を備えた画像化アレイ
3次元画像化の主要な応用分野の一つは、この技術から非侵襲手術が特に利点をもちらす、医学分野である。例として、医療関係者は手術中に酸素が飽和した血液と酸素が非常に欠乏した血液を区別することの容易さを必要としている。血液のこの二つの状態は熟練された目には血液自体ばかりでなく、血液が浸透した生体組織(tissue)についても赤の異なった色調を呈する。残念なことに、多く画像化装置やモニタで用いられるsRGBカラー空間は、可視スペクトルの赤の最端においてsRGBカラー空間において異なる赤の色調を適切に表現できないという限界を有している。しかも、これは医療関係者が興味を持っている領域である。sRGBカラー空間は、標準の赤、緑および青の色空間であり、モニタ、プリンタおよびインターネットに使用するために、ヒューレットパッカード社およびマイクロソフト社の共同で創造されたものである。
Imaging array with multiple red sense elements
One of the major applications of 3D imaging is in the medical field where non-invasive surgery has particular advantages from this technology. As an example, medical personnel need the ease of distinguishing between oxygen-saturated blood and oxygen-deficient blood during surgery. These two states of blood exhibit different shades of red not only for the blood itself but also for tissues that have penetrated the blood. Unfortunately, the sRGB color space used in many imaging devices and monitors has the limitation that it cannot adequately represent the different red tones in the sRGB color space at the red edge of the visible spectrum. Moreover, this is an area where medical personnel are interested. The sRGB color space is a standard red, green and blue color space, created jointly by Hewlett Packard and Microsoft for use in monitors, printers and the Internet.

図15を参照すると、3D画像化用画像センサ160が、図1、3、10、12、13、または14による装置100、600、800、900および1000のいずれか一つに関して配置されている。図1、3、10、12、13、または14を参照すれば、画像センサ160は画像平面114において中心軸113に沿った単一の画像化経路内に配置され、第1および第2の画像のディジタル表現を生成するための画像センサとして機能する。画像センサ160は、複数のセンサ素子すなわち画素166および対応するフィルタ素子168のアレイを有する色フィルタアレイ165を備えた光感応アレイ162を含む。この実施例においては、センサ素子166はフィルタ素子168と同じ大きさ、形、配置を有している。   Referring to FIG. 15, a 3D imaging image sensor 160 is arranged with respect to any one of the devices 100, 600, 800, 900 and 1000 according to FIG. 1, 3, 10, 12, 13 or 14. Referring to FIGS. 1, 3, 10, 12, 13, or 14, the image sensor 160 is disposed in a single imaging path along the central axis 113 in the image plane 114 and the first and second images. It functions as an image sensor for generating a digital representation of Image sensor 160 includes a light sensitive array 162 with a color filter array 165 having a plurality of sensor elements or pixels 166 and a corresponding array of filter elements 168. In this embodiment, sensor element 166 has the same size, shape and arrangement as filter element 168.

市場で入手可能な画像センサにおいては、色フィルタアレイはしばしばバイヤー(Bayer)型であり、各2×2単位セルが赤フィルタ、青フィルタ、2つの緑フィルタを含む単位セルのアレイを含んでいる。単位セルは、一般的に画像センサのほぼすべての画素を覆うように、画像センサの表面にわたって格子状にされる。いくつかの他のフィルタ配置が従来知られており、ここにとどまるべきではない。   In commercially available image sensors, color filter arrays are often Bayer type, with each 2 × 2 unit cell containing an array of unit cells including a red filter, a blue filter, and two green filters. . The unit cells are generally gridded over the surface of the image sensor so as to cover almost all the pixels of the image sensor. Several other filter arrangements are known in the art and should not stay here.

上述した医療従事者の要望を述べると、一つの実施例では、画像センサ160は、4つのフィルタ素子168を含む単位セル172を有する色フィルタアレイ165、および4つの対応して下に位置するセンサ素子166を含む。各単位セル172については、一つのセンサ素子は緑フィルタで、一つのセンサ素子は青フィルタで、残りのセンサ素子は赤フィルタ(図15における赤1および赤2として表示されている)によりフィルタリングされる。各単位セルの第1番目の赤フィルタ(赤1)は例えばセンサ素子に対応した第1の波長範囲内の光を透過するように選択され、単位セルの第2の赤フィルタ(赤2)はセンサ素子に対応した第2の波長範囲内の光を透過するように選択される。第2の波長範囲は第1の赤フィルタの波長範囲とはかなり異なっている。第1の波長範囲は市場で入手可能な画像センサのための従来の赤フィルタの波長範囲と同じでも良い。第2の波長範囲は、例えば約660nmを中心とするものでも良い。この実施例におけるこの特定の波長は、可視スペクトルにおいて、酸素飽和した血液と酸素が非常に欠乏した血液間で生ずる光吸収の最大の差が生じるところである。可視スペクトルの赤端での他の波長範囲は2つの赤フィルタ素子のために選択される。一般に、第2の赤フィルタ素子は、酸素非飽和ヘモグロビンと比べて酸素飽和ヘモグロビンによって測定上異なる程度まで光の波長を透過するように構成される。いろいろなセンサ要素166からの信号は、センサ要素からの信号を処理するための処理回路を含む画像表示制御回路170に供給される。結果としての画像は画像表示システム175上に表示されてもよい。   Stated as the needs of the medical personnel described above, in one embodiment, the image sensor 160 includes a color filter array 165 having a unit cell 172 that includes four filter elements 168, and four correspondingly underlying sensors. Element 166 is included. For each unit cell 172, one sensor element is a green filter, one sensor element is a blue filter, and the remaining sensor elements are filtered by red filters (shown as red 1 and red 2 in FIG. 15). The The first red filter (red 1) of each unit cell is selected to transmit light in the first wavelength range corresponding to the sensor element, for example, and the second red filter (red 2) of the unit cell is It is selected to transmit light in the second wavelength range corresponding to the sensor element. The second wavelength range is quite different from the wavelength range of the first red filter. The first wavelength range may be the same as the wavelength range of a conventional red filter for commercially available image sensors. The second wavelength range may be centered around, for example, about 660 nm. This particular wavelength in this example is where the largest difference in light absorption occurs in the visible spectrum between oxygen-saturated blood and oxygen-deficient blood. Other wavelength ranges at the red end of the visible spectrum are selected for the two red filter elements. In general, the second red filter element is configured to transmit the wavelength of light to a degree that differs from the measurement by oxygen-saturated hemoglobin as compared with oxygen-unsaturated hemoglobin. Signals from various sensor elements 166 are supplied to an image display control circuit 170 that includes processing circuitry for processing the signals from the sensor elements. The resulting image may be displayed on the image display system 175.

市販の2×2単位セルあたり単一の赤フィルタを用いる画像センサは一般的に赤の色調のレンダリングが可能である。しかしながら、図15の実施例では、センサ160の単位セル172内の複数の赤フィルタを含むことは、赤の色調を高い忠実度で表現できることを可能にする。代替実施例では、例えば、しかし限定されない、 4×4素子アレイのように、4素子を超えるものを画像センサ160内に用いることができる。このような、より多くの、2つの赤フィルタ素子より多い複数の赤フィルタを有する単位セルセンサを採用することができ、赤色波長の2つよりも多い波長範囲がモニタされ、センサ160により受け取ることができる。   Commercially available image sensors that use a single red filter per 2 × 2 unit cell are generally capable of rendering red tones. However, in the embodiment of FIG. 15, including a plurality of red filters in the unit cell 172 of the sensor 160 allows the red tone to be expressed with high fidelity. In alternative embodiments, more than four elements can be used in the image sensor 160, such as, but not limited to, a 4 × 4 element array. Such a unit cell sensor having a plurality of red filters, more than two red filter elements, can be employed, and more than two wavelength ranges of red wavelengths can be monitored and received by sensor 160. it can.

複数の赤フィルタ素子を採用するという概念のさらなる拡張において、センサ160から3D画像データを受け取り、処理するために画像表示制御器170が構成され、赤色光の異なる色調のための異なる偽色を発生し、それによって酸素飽和および酸素欠乏血液間の差を強調し、このような2つの状態の血液が供給された組織間の差異を強調する。この実施例においては、赤色は、第1の波長範囲の赤フィルタを有するセンサ素子166からの情報に関連させることができ、偽色は第2の波長範囲の赤フィルタを有するセンサ素子からの情報に関連させることができる。2つの赤フィルタ素子より多くが用いられると、適切な偽色が赤画像情報のさらなる波長範囲と関連させることができる。   In a further extension of the concept of employing multiple red filter elements, the image display controller 170 is configured to receive and process 3D image data from the sensor 160 to generate different false colors for different shades of red light. Thereby highlighting the difference between oxygen-saturated and oxygen-deficient blood and highlighting the difference between tissues supplied with such two states of blood. In this example, red can be associated with information from sensor element 166 having a red filter in the first wavelength range, and false color is information from sensor elements having a red filter in the second wavelength range. Can be related to If more than two red filter elements are used, the appropriate false color can be associated with a further wavelength range of red image information.

さらなる実施例は、約600nmから約1000nmまでの最も有用なヘモグロビン光吸収スペクトル範囲を持ち、この大部分は人間の可視領域外の近赤外範囲におよんでいる、という事実に依存している。酸素を除去されたヘモグロビンは、波長約800nmでいわゆる等吸収点を有する。この等吸収点より下の光波長(すなわち、波長約800nm未満)については、血液中の酸素飽和ヘモグロビンは酸素飽和でないヘモグロビンよりもより強く光を吸収する。この等吸収点より上の光波長(すなわち、波長約800nm超)については、吸収作用は反対となり、血液中の酸素不飽和ヘモグロビンはより強く光を吸収する。結果として、熟練した外科医の目が検出するのに慣れている、酸素飽和および酸素不飽和血液間の光透過の差は、もし近赤外領域が適当なセンサとともに用いられるならば、より強調される。   A further example relies on the fact that it has the most useful hemoglobin light absorption spectral range from about 600 nm to about 1000 nm, most of which extends to the near infrared range outside the human visible range. The hemoglobin from which oxygen is removed has a so-called isosbestic point at a wavelength of about 800 nm. For light wavelengths below this isosbestic point (ie, less than about 800 nm), oxygen-saturated hemoglobin in blood absorbs light more strongly than non-oxygen-saturated hemoglobin. For light wavelengths above this isosbestic point (i.e., greater than about 800 nm), the absorption action is reversed and oxygen unsaturated hemoglobin in the blood absorbs light more strongly. As a result, the difference in light transmission between oxygen-saturated and oxygen-unsaturated blood, familiar to the skilled surgeon's eye to detect, is more emphasized if the near-infrared region is used with a suitable sensor. The

フィルタのないシリコンを基礎とする画像センサアレイは一般的に全領域にわたって感応性がある。標準的な市販および消費者向け可視光応用においては、これらのセンサは、センサが飽和するのを避けるべくその範囲を制限するために、適当な赤外フィルタによりフィルタリングされなければならない。色を見るのに貢献しないがセンサに過負荷を与え得る近赤外領域で、過大な信号から問題が生ずる。血液の酸素飽和の特別な場合では、シリコンセンサ固有の波長領域はそれでも血液の酸素飽和が光吸収において最大の差を生じる遠赤外および近赤外波長領域を検知するのに良く適している。   Filter-free silicon-based image sensor arrays are generally sensitive over the entire area. In standard commercial and consumer visible light applications, these sensors must be filtered with a suitable infrared filter to limit their range to avoid saturating the sensor. Problems arise from excessive signals in the near-infrared region, which does not contribute to viewing color but can overload the sensor. In the special case of blood oxygen saturation, the wavelength range inherent to silicon sensors is still well suited to detect the far-infrared and near-infrared wavelength regions where blood oxygen saturation makes the greatest difference in light absorption.

一つの実施例においては、カラーフィルタアレイ165の青、緑及び可視の(第1の)赤に対応するフィルタ素子168を有する第1から第3のセンサ素子166に、市販のセンサと同様に、従来知られているセンサとともに、赤外フィルタが望まない遠赤外あるいは近赤外の青、緑、および赤のフィルタの伝送スペクトルの肩部を除くために、追加的に設けられても良い。各単位セル172の第2の赤フィルタ(Red2)の実現において、第4のセンサ素子を提供するため、約700nmから約1000nmの範囲を超える距離の伝送範囲を有する近赤外の伝送フィルタ素子により置き換えられても良い。より詳細に述べれば、波長範囲は等吸収点よりも下あるいは上に延びるように選択されてよい。画像センサ160上の単位セル172におけるこれらの4つのセンサ素子からの信号は、酸素飽和した血液や組織と相対的に酸素が欠乏したそれらとの差を明確にするために、ユーザが選択可能な擬似カラー中で3次元画像を描画するのに用いられる。第4の近赤外センサ素子の使用はユーザによるモード選択可能なものである。このようにして、本発明の装置は、第4の(近赤外の)画素が撮像のために活性化されない場合、可視光の3次元画像システムとして機能し、第4の(近赤外の)画素が撮像のために活性化されるとき、酸素飽和3D撮像装置として機能する。   In one embodiment, the first to third sensor elements 166 having filter elements 168 corresponding to the blue, green and visible (first) red colors of the color filter array 165, similar to commercially available sensors, In addition to sensors known in the art, an infrared filter may be additionally provided to remove unwanted shoulders in the transmission spectrum of far-infrared or near-infrared blue, green and red filters. In the realization of the second red filter (Red2) of each unit cell 172, a near-infrared transmission filter element having a transmission range of a distance exceeding the range of about 700 nm to about 1000 nm is provided to provide a fourth sensor element. It may be replaced. More specifically, the wavelength range may be selected to extend below or above the isosbestic point. The signals from these four sensor elements in the unit cell 172 on the image sensor 160 are user selectable to clarify the difference between oxygen saturated blood and tissue and those that are relatively oxygen deficient. Used to draw a 3D image in pseudo color. The use of the fourth near-infrared sensor element is selectable by the user in mode selection. In this way, the device of the present invention functions as a three-dimensional image system for visible light when the fourth (near infrared) pixel is not activated for imaging, and the fourth (near infrared) ) When the pixel is activated for imaging, it functions as an oxygen saturated 3D imaging device.

画像表示装置175は、第1および第2の画像を表示するのに用いられ、ユーザ選択により、青や緑の光を伝送するのでない単位セル172中の少なくとも一つのフィルタ素子168によりフィルタリングされるセンサ素子166からの信号に基づいて擬似カラーを発生するように構成される。第2の赤フィルタによりフィルタリングされ、酸素飽和ヘモグロビンと酸素不飽和ヘモグロビン間の差を検出するのに適した波長において動作するセンサ素子を用いるある実施例においては、可視擬似カラーにおいてヘモグロビン酸素飽和感応画素からの信号を処理するのに特別なメリットがある。画像表示制御装置170および/または表示システム175はユーザがそのような酸素飽和感応情報を偽色で一時的に表示させること、およびさもなければ標準的な青、緑、赤を検出するセンサ画素からの信号のみを用いることを許可する。例えば、これは外科医が彼の仕事を、通常の青、緑、赤情報に基づいた可視光中で見ながら進めることを可能にするが、擬似カラー中で酸素感応画像情報を得るために、すべてのフィルタ単位セル中の第2の赤画素でフィルタされたセンサ画素からの信号を一時的に選択して用いることを可能とする。   The image display device 175 is used to display the first and second images, and is filtered by at least one filter element 168 in the unit cell 172 that does not transmit blue or green light according to a user selection. A pseudo color is generated based on the signal from the sensor element 166. In one embodiment using a sensor element filtered at a second red filter and operating at a wavelength suitable for detecting the difference between oxygen saturated and oxygen unsaturated hemoglobin, the hemoglobin oxygen saturation sensitive pixel in the visible pseudo color There is a special advantage in processing the signal from. Image display controller 170 and / or display system 175 allows the user to temporarily display such oxygen saturation sensitive information in false colors, and from sensor pixels that otherwise detect standard blue, green, and red. It is allowed to use only the signal. For example, this allows the surgeon to proceed with his work in the visible light based on the usual blue, green and red information, but all to obtain oxygen sensitive image information in pseudo color It is possible to temporarily select and use the signal from the sensor pixel filtered by the second red pixel in the filter unit cell.

有利には、本明細書に記載された実施形態は、単一の画像化経路を通る3D画像情報の生成を容易にし、開口面が開口面での厚い変調要素の使用を除外するように配置されている画像化システムにおいて特に有用である。記載した実施形態はまた、口径食に敏感であり、開口面に近接した変調器要素の正確な配置を必要とする画像化システムにおいて有用である。   Advantageously, the embodiments described herein facilitate the generation of 3D image information through a single imaging path and are arranged such that the aperture surface excludes the use of thick modulation elements at the aperture surface. It is particularly useful in imaging systems that have been developed. The described embodiments are also useful in imaging systems that are sensitive to vignetting and require precise placement of modulator elements in close proximity to the aperture plane.

本発明の特定の実施形態が記載および図示されているが、このような実施形態は添付の特許請求の範囲により解釈されるように、本発明を例示するだけのものであり、本発明を限定するものではない。   While specific embodiments of the invention have been described and illustrated, such embodiments are merely illustrative of the invention and are to be construed as limiting the invention as interpreted by the appended claims. Not what you want.

Claims (4)

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の部分を備えた、前記開口面に近接して配置された偏光子であって、前記単一の画像化経路の前記第1および第2の部分は、前記レンズの前記視野内に第1および第2の斜視視点をそれぞれ与える偏光子と、
前記単一の画像化経路内に配置された変調器であって、前記単一の画像化経路の前記第1の部分を通して第1の画像を形成することと、前記単一の画像化経路の前記第2の部分を通して第2の画像を形成することの間で交番するように、前記変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように動作可能であり、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変調器と、
第1および第2の画像を受け取るように単一の画像化経路中に配置された画像センサとを備え、
前記画像センサは、前記第1および第2の画像を別に記録するように動作可能に構成されており、
前記画像センサはその表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有するカラーフィルタアレイを通して前記第1および第2の画像を受け取るように構成されており、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を有しており、
前記単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第1の赤フィルタ素子および第2の赤フィルタ素子を含み、前記第2の赤フィルタは酸素で処理していないヘモグロビンと比較した場合に、酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった範囲まで伝達される光の波長を伝達するように構成され、擬似カラーで表示されるべき前記第2の赤フィルタ素子に関連したセンサ素子に対応する前記第1および第2の画像の部分を発生させることをさらに備える、ことを特徴とする、
装置。
An apparatus for generating three-dimensional image information,
A lens having a single imaging path operable to guide light captured in a field of view of the lens to an aperture surface of the lens;
A first portion arranged to transmit light having a first polarization state through a first portion of the single imaging path, and a second through a second portion of the single imaging path. A polarizer disposed adjacent to the aperture plane, the second portion being configured to transmit light having a polarization state of: the first and the first imaging path; A second portion, each providing a first and second perspective viewpoint within the field of view of the lens;
A modulator disposed in the single imaging path, forming a first image through the first portion of the single imaging path; and Operable to selectively change a polarization state of light passing through the modulator to alternate between forming a second image through the second portion; Shows the object in the field of view from the first perspective viewpoint, the second image shows the object from the second perspective viewpoint, and the first and second images are both A modulator operable to indicate a three-dimensional spatial attribute of the object;
Bei example an image sensor disposed in a single imaging path to receive the first and second images,
The image sensor is configured to be operable to record the first and second images separately;
The image sensor is configured to receive the first and second images through a color filter array having unit cells arranged in a grid pattern across the surface, the unit cells having a plurality of transmission spectrums different from each other. Red filter element
The unit cell includes a green filter element, a blue filter element, a first red filter element, and a second red filter element, and the second red filter is oxygenated when compared to hemoglobin not treated with oxygen. Said wavelength corresponding to a sensor element associated with said second red filter element to be displayed in pseudo-color, which is configured to transmit a wavelength of light transmitted to a measurable different range by processed hemoglobin Further comprising generating portions of the first and second images,
apparatus.
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た光を案内することと、
前記開口面に近接して配置された偏光子で前記捕捉された光を受けることであって、前記偏光子は、前記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の部分を備えており、前記単一の画像化経路の前記第1および第2の部分は、前記レンズの前記視野内の第1および第2の斜視視点それぞれを与えることと、
前記単一の画像化経路の前記第1の部分を通して第1の画像を画像センサ上に形成することと、前記単一の画像化経路の前記第2の部分を通して第2の画像を前記画像センサ上に形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように前記単一の画像化経路に配置された前記変調器を制御することであって、
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を含み、
前記画像センサ上で前記第1および第2の画像を形成することは、第1および第2の画像をカラーフィルタアレイを通して受けることを含み、カラーフィルタアレイは、当該画像センサの表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有し、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を有し、
前記単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第1の赤フィルタ素子および第2の赤フィルタ素子を含み、前記第2の赤フィルタは酸素で処理していないヘモグロビンと比較した場合に、酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった範囲まで伝達される光の波長を伝達するように構成され、擬似カラーで表示されるべき前記第2の赤フィルタ素子に関連したセンサ素子に対応する前記第1および第2の画像の部分を発生させることをさらに備える、
ことを特徴とする方法。
A method for generating three-dimensional image information using a lens having a single imaging path and an associated field of view, comprising:
Guiding the light captured in the field of view of the lens to the aperture of the lens;
Receiving the captured light with a polarizer disposed proximate to the aperture plane, the polarizer having a first polarization state through a first portion of the single imaging path; A first portion arranged to transmit light, and a second portion arranged to transmit light having a second polarization state through a second portion of the single imaging path The first and second portions of the single imaging path provide first and second perspective views respectively within the field of view of the lens;
Forming a first image on the image sensor through the first portion of the single imaging path; and passing a second image through the second portion of the single imaging path to the image sensor. Controlling the modulator disposed in the single imaging path to selectively change the polarization state of light passing through the modulator, alternating between forming on. And
The first image shows the object in the field of view from the first perspective viewpoint, the second image shows the object from the second perspective viewpoint, and the first and first The two images together are operable to show a three-dimensional spatial attribute of the object ;
Forming the first and second images on the image sensor includes receiving the first and second images through a color filter array, the color filter array having a grid pattern across the surface of the image sensor. Each of the unit cells includes a plurality of red filter elements having different transmission spectra,
The unit cell includes a green filter element, a blue filter element, a first red filter element, and a second red filter element, and the second red filter is oxygenated when compared to hemoglobin not treated with oxygen. Said wavelength corresponding to a sensor element associated with said second red filter element to be displayed in pseudo-color, which is configured to transmit a wavelength of light transmitted to a measurable different range by processed hemoglobin Generating further portions of the first and second images;
A method characterized by that .
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た光を案内することと、
前記開口面に近接して配置された偏光子で前記捕捉された光を受けることであって、前記偏光子は、前記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の部分を備えており、前記単一の画像化経路の前記第1および第2の部分は、前記レンズの前記視野内の第1および第2の斜視視点それぞれを与えることと、
前記単一の画像化経路の前記第1の部分を通して第1の画像を画像センサ上に形成することと、前記単一の画像化経路の前記第2の部分を通して第2の画像を前記画像センサ上に形成することの間で交番するように、変調器を通過する光の偏光状態を選択的に変更するように前記単一の画像化経路に配置された前記変調器を制御することであって、
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を含み、
前記画像センサ上で前記第1および第2の画像を形成することは、第1および第2の画像をカラーフィルタアレイを通して受けることを含み、カラーフィルタアレイは、当該画像センサの表面にわたって碁盤目状に配列された単位セルを有し、前記単位セルは、異なる伝達スペクトルを有する複数の赤フィルタ素子を有し、
前記単位セルは緑フィルタ素子、青フィルタ素子、第1の赤フィルタ素子および第2の赤フィルタ素子を含み、前記第2の赤フィルタは酸素で処理していないヘモグロビンと比較した場合に、酸素で処理したヘモグロビンによって測定可能な程度に異なった範囲まで伝達される光の波長を伝達するように構成され、
画像表示システムにおいて前記第1および第2の画像を受けること、および擬似カラーで表示されるべき第2の赤フィルタ素子に関連したセンサ素子に対応する前記第1および第2の画像の部分を発生させることをさらに備える、
方法。
A method for generating three-dimensional image information using a lens having a single imaging path and an associated field of view, comprising:
Guiding the light captured in the field of view of the lens to the aperture of the lens;
Receiving the captured light with a polarizer disposed proximate to the aperture plane, the polarizer having a first polarization state through a first portion of the single imaging path; A first portion arranged to transmit light, and a second portion arranged to transmit light having a second polarization state through a second portion of the single imaging path The first and second portions of the single imaging path provide first and second perspective views respectively within the field of view of the lens;
Forming a first image on the image sensor through the first portion of the single imaging path; and passing a second image through the second portion of the single imaging path to the image sensor. Controlling the modulator disposed in the single imaging path to selectively change the polarization state of light passing through the modulator, alternating between forming on. And
The first image shows the object in the field of view from the first perspective viewpoint, the second image shows the object from the second perspective viewpoint, and the first and first The two images together are operable to show a three-dimensional spatial attribute of the object ;
Forming the first and second images on the image sensor includes receiving the first and second images through a color filter array, the color filter array having a grid pattern across the surface of the image sensor. Each of the unit cells includes a plurality of red filter elements having different transmission spectra,
The unit cell includes a green filter element, a blue filter element, a first red filter element, and a second red filter element, and the second red filter is oxygenated when compared to hemoglobin not treated with oxygen. Configured to transmit wavelengths of light that are transmitted to different ranges to a measurable extent by the processed hemoglobin,
Receiving the first and second images in an image display system and generating portions of the first and second images corresponding to sensor elements associated with a second red filter element to be displayed in pseudo-color Further comprising
Method.
擬似カラーで表示されるべき前記第2の赤カラーフィルタ素子に関連するセンサ素子に対応する前記第1および第2の画像の部分を発生させることは、ユーザの選択に応答して擬似カラーで表示されるべき前記複数のカラーフィルタ素子の一つに関連するセンサ素子に対応する前記第1および第2の画像の部分を生じさせることであることを特徴とする請求項に記載の方法。 Possible to generate a portion of said first and second image corresponding to the sensor elements associated with the second red color filter element to be displayed in pseudocolor is the pseudo-color in response to a user selection 4. The method of claim 3 , wherein generating a portion of the first and second images corresponding to a sensor element associated with one of the plurality of color filter elements to be displayed.
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