光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)和圖像處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)和圖像處理方法，其中，光學(xué)元件（100）包括：第一表面（110），包含在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有大于0小于等于100%的第一反射率的第一反射涂層（310）；以及第二表面（120），包含在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有大于0小于等于100%的反射率的第二反射涂層（320），其中，第二波長(zhǎng)范圍中的部分不在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)，而且第一表面和第二表面分別沿著第一平面和第二平面對(duì)準(zhǔn)，第一平面和第二平面以大于0°小于90°的角度相交。
【專利說明】光學(xué)元件、光學(xué)系統(tǒng)和圖像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件和一種光學(xué)系統(tǒng)。此外，本發(fā)明涉及一種圖像處理方法。【背景技術(shù)】
[0002]在立體視覺/多視角的領(lǐng)域，通常通過在裝置上并排配置很多個(gè)攝像機(jī)(至少兩個(gè))來建立光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)一種可替代的裝置，很多個(gè)攝像機(jī)可配置在反射鏡的透射面和反射面以分開圖像。在并排配置中，攝像機(jī)的側(cè)面延伸通常提供攝像機(jī)沿著所謂的“基線”的最小間隔。該間隔通常產(chǎn)生所述攝像機(jī)的不同視場(chǎng)。
[0003]此外，近年來，為了獲取三維圖像，已經(jīng)使用3D攝像機(jī)。例如，這種3D攝像機(jī)可被實(shí)現(xiàn)為飛行時(shí)間(T0F)攝像機(jī)以測(cè)量在第三維下觀看的物體的間距。
[0004]因此，為了配置多個(gè)攝像機(jī)，期望研發(fā)新的光學(xué)元件和新的光學(xué)系統(tǒng)。
[0005]實(shí)施方式的目的是提供光學(xué)元件，通過所述光學(xué)元件能實(shí)施光學(xué)系統(tǒng)，在光學(xué)系統(tǒng)中可布置多個(gè)攝像機(jī)且同時(shí)攝像機(jī)的型號(hào)緊湊且輕巧。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]上述目的由根據(jù)所述獨(dú)立權(quán)利要求所限定的內(nèi)容來完成。
[0007]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀完下面的詳細(xì)描述并且看過附圖之后，將認(rèn)識(shí)到另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]附圖被包含為用以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，以及附圖被結(jié)合在說明書中并且構(gòu)成了說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施方式并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。本發(fā)明的其他實(shí)施方式和預(yù)期的優(yōu)點(diǎn)將隨著通過參考以下詳細(xì)說明變得更好理解而更容易被認(rèn)識(shí)到。
[0009]圖1A示出了根據(jù)實(shí)施方式的光學(xué)元件。
[0010]圖1B示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的光學(xué)元件。
[0011]圖2示出了根據(jù)實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)。
[0012]圖3分別示出了圖1A和圖1B中示出的光學(xué)元件的透射特性。
[0013]圖4示出了光束處理方法的實(shí)施方式的步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在以下詳細(xì)描述中，參考形成【具體實(shí)施方式】的一部分的附圖，并且在附圖通過圖解其中可以實(shí)踐本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中來示出。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的范圍的條件下，可以采用其他實(shí)施方式而且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上和邏輯上的改變。在這點(diǎn)上，參考圖中描述的方向使用諸如“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“第一位的(leading)”和“尾部的”等的方向術(shù)語。由于本發(fā)明的實(shí)施方式的組件可以以許多不同的方向來放置，為了解釋并不是限制而使用方向性的術(shù)語。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的范圍的條件下，可以采用其他的實(shí)施方式，而且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上和邏輯上的改變。
[0015]【具體實(shí)施方式】的描述不受限制。具體地說，在下文中描述的實(shí)施方式的元件可與不同實(shí)施方式的元件進(jìn)行結(jié)合。例如，一個(gè)實(shí)施方式示出的或者描述的特征可用于其他實(shí)施方式或與其他實(shí)施方式結(jié)合以產(chǎn)生另一實(shí)施方式。本發(fā)明旨在包括這些更改和變化。使用特定的用語來描述的實(shí)施方式不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖未按比例繪制并且只用于說明的目的。為了清楚起見，如果沒有另外聲明，則在不同的附圖中相同的元件由相同的參考標(biāo)號(hào)來表示。
[0016]術(shù)語“具有”、“包含(containing)”、“包括(including)”“含有(comprising)” 等為開放式術(shù)語，這些術(shù)語指示存在陳述的結(jié)構(gòu)、元件或特征但是不排除另外的元件或特征。除非上下文明確另有指示，否則冠詞“一個(gè)(a)”、“一個(gè)(an)”和“這個(gè)(the)”意味著包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)。
[0017]圖1A示出了光學(xué)元件100的實(shí)施方式。光學(xué)元件100包含第一表面110和第二表面120。第一表面110和第二表面120分別沿著第一平面和第二平面配置，第一平面和第二平面大于0°度小于90°的角度α相交。盡管圖1Α示出了第一表面110與第二表面120相交并且光學(xué)元件的形狀為楔形的情形，但光學(xué)元件100也可以是梯形的形狀。第一反射涂層310被布置在第一表面110上，第二反射涂層320被布置在第二表面120上。第一反射涂層310在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有大于0小于等于100%的第一反射率,第二反射涂層320在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有大于0小于等于100%的反射率。在圖1Α中，光束130表示第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光束，而光束135表不具有在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的入射光束，光束135的波長(zhǎng)在第一波長(zhǎng)范圍之外。第二波長(zhǎng)范圍包含不包含在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的一部分。換言之，具有在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光被反射至對(duì)應(yīng)于第一反射涂層310的反射率的特定量以形成反射光束130’。此外，在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光束135通過第一反射涂層310透過并以對(duì)應(yīng)于第二反射率的量值被第二反射涂層320反射以形成反射光束135’。
[0018]因此，取決于入射光束的波長(zhǎng)，反射光束可以朝向傳感器140或傳感器150被引導(dǎo)。因此，取決于入射光束130和入射光束135的波長(zhǎng)，入射光束可通過光學(xué)元件100沿X方向被轉(zhuǎn)移，X方向?qū)?yīng)于光入射方向。盡管圖1Α不出了光束130、135用于對(duì)不同光束進(jìn)行更好區(qū)分的沿ζ方向的間隔，但顯然光束130、135沿著相同的ζ坐標(biāo)傳播。
[0019]根據(jù)實(shí)施方式，第一反射涂層310在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有例如為100%的透光率。此外，第二反射涂層320在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有例如為100%的透光率。例如，反射涂層310、320可通過其中由于干擾而實(shí)施期望的透射性能和反射性能的合適的介電層堆疊或?qū)佣询B來實(shí)施。
[0020]根據(jù)不同的闡述，光學(xué)元件100被配置為以不同的角度反射入射光束，該角度取決于光的波長(zhǎng)。具體地，入射光束中具有在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的第一部分(對(duì)應(yīng)光束130)以第一反射角被反射，以及入射光束中具有在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的第二部分(對(duì)應(yīng)光束135)以第二角度被反射。例如，第一波長(zhǎng)范圍可以是可見波長(zhǎng)范圍，例如，從400nm至700nm。第二波長(zhǎng)范圍可以是除了第一波長(zhǎng)范圍以外的范圍，例如，包含IR (紅外線)范圍，例如，可大于800nm小于llOOnm。
[0021]圖1B示出了根據(jù)另一實(shí)施方式的光學(xué)復(fù)合元件200。圖1B中示出的光學(xué)復(fù)合元件200包括如圖1A示出的第一光學(xué)元件100并且還包括第二光學(xué)元件105。第二光學(xué)元件105可具有與第一光學(xué)元件相似的形狀。然而，沒有反射涂層被布置在第二光學(xué)元件105上。光學(xué)元件100和光學(xué)元件105被組合以形成平面平行板，因此第一光學(xué)元件100的第一表面110和第二光學(xué)兀件105的背面115彼此平行。例如，光學(xué)兀件100、105兩者可用普通膠水粘合。
[0022]因此，根據(jù)第一反射涂層310的反射率札(入)，在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光束130被光學(xué)復(fù)合元件200反射以形成反射束130’。另一部分入射光束130通過第一反射涂層310和第二反射涂層320透過以形成透射光束130”。反射光束130’的強(qiáng)度=? ( λ J.11?其中& ( λ D表不第一反射涂層310在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的反射率，以及1:表不光束130在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的強(qiáng)度。透射光束的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于(1-RiUi)).(l-R^A^).L，其中，0 ^ R1； R2 ^ 1，并且R2Ui)表示第二反射涂層320在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的反射率。此外，在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光135通過第一反射涂層310透過并通過反射涂層320反射以形成反射光束135’。例如，對(duì)于第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，第一反射層的反射率札^)在40%至60%的范圍內(nèi)，例如，可以約為50%。此外，對(duì)于在第二波長(zhǎng)范圍中的光，第二反射涂層的反射率R2 ( λ 2)可大于90%,例如，99%或甚至為100%。
[0023]圖2示出了根據(jù)實(shí)施方式的光學(xué)系統(tǒng)。所述圖2中示出的光學(xué)系統(tǒng)至少包含第一傳感器140和第三傳感器145,兩個(gè)傳感器均工作在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)。光學(xué)傳感器140、145中的任一個(gè)均可包含多個(gè)傳感器。第一傳感器140被布置在光學(xué)元件200的反射側(cè)，光學(xué)元件200的反射側(cè)對(duì)應(yīng)光學(xué)元件200的光入射側(cè)。此外，第三傳感器145被布置在光學(xué)元件200的透光側(cè)，光學(xué)元件200的透光側(cè)與光學(xué)元件的反射側(cè)相對(duì)。光學(xué)元件200可對(duì)應(yīng)于圖1Β中示出的光學(xué)元件200。
[0024]圖2中不出的光學(xué)系統(tǒng)還包括第二傳感器150。第二傳感器150相對(duì)于第一傳感器140沿X方向而移位。第二傳感器150被布置在光學(xué)兀件200的反射側(cè)。第二傳感器150在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)操作，第二波長(zhǎng)范圍包括不在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的部分。
[0025]如參考圖1Α所說明的，入射光束130和入射光束135取決于光的成分是在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)還是在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)而沿X軸方向分開。因此，在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光通過第二反射涂層320反射以到達(dá)第三傳感器150，而第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光通過第一反射涂層310反射以到達(dá)第一傳感器140。
[0026]第一傳感器140、第三傳感器145和第二傳感器150中的任何一個(gè)可以是通常使用的傳感器或者可以是通常使用的攝像機(jī)。在下面的說明中，使用術(shù)語“傳感器”和“攝像機(jī)”?？梢郧宄乩斫?，這些術(shù)語可以相互交換，因?yàn)閭鞲衅骺梢砸灶愃朴跀z像機(jī)的方式操作。更具體地，可提供外部光源以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的功能性。
[0027]例如，第一傳感器140和第三傳感器145可用具有400nm至700nm的波長(zhǎng)的可見光。同樣地，第一反射涂層310工作在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)。此外，第二波長(zhǎng)范圍可包括800nm至900nm的NIR (近紅外線)范圍。因此，第二傳感器150可在NIR范圍內(nèi)工作。此外，第一傳感器140和第三傳感器145可以是高分辨率2D攝像機(jī)，第二傳感器150可以是被配置為提供三維圖像的3D攝像機(jī)。根據(jù)實(shí)施方式，第二傳感器150可以是T0F攝像機(jī)。
[0028]圖2中示出的光學(xué)系統(tǒng)通過能夠使用具有自適應(yīng)基線的攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)立體視覺，光學(xué)系統(tǒng)不受攝像機(jī)的機(jī)械輪廓的限制。具體地，光學(xué)元件實(shí)施緊湊單元件光束組合器。因?yàn)橹辽賰蓚€(gè)傳感器被配置在同一個(gè)光學(xué)軸上，因此可更容易實(shí)現(xiàn)圖像之間的匹配。
[0029]圖2中示出的配置使至少三個(gè)高清晰攝像機(jī)排列對(duì)齊，同時(shí)額外的3D攝像機(jī)在同一個(gè)光學(xué)軸上并分享同一個(gè)視場(chǎng)。所有示出的攝像機(jī)可被同步為具有圖像序列的時(shí)間校準(zhǔn)。此外，攝像機(jī)可有合適的透鏡系統(tǒng)以有相同的視場(chǎng)或至少有相同的水平跨度。具體地，由于光學(xué)元件200的特殊構(gòu)造，傳感器150可與第一傳感器140同軸對(duì)齊。具體地，兩個(gè)傳感器都具有相同的視場(chǎng)。因?yàn)榈谝粋鞲衅?40和第二傳感器150并排配置，沒必要為傳感器140提供附加的耦合鏡。因此，緊湊的多視點(diǎn)攝像機(jī)系統(tǒng)包括能夠提供3D范圍的攝像機(jī)。此外，3D范圍攝像機(jī)提供了實(shí)測(cè)距離/深度信息，這可使得來自于2D攝像機(jī)的2個(gè)或多個(gè)圖像中的視差的深度信息的模擬計(jì)算更加容易。
[0030]在示出的實(shí)施例中，沿著第一表面110對(duì)齊的平面和沿著第二表面120對(duì)齊的第二平面之間的角度α可以小于10°，例如，小于8°。減小所述角度會(huì)導(dǎo)致所得到的光學(xué)元件100、200之間的寬度變的更小。
[0031]圖3示出了光學(xué)元件100和光學(xué)元件200的反射涂層310、320的特性。特性1表示反射層310在400nm至700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有50%的反射率的光譜特性。如圖所示，在400至700nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，反射涂層310將反射50%的照射強(qiáng)度并透過50%的照射強(qiáng)度。此外，在大于近似770nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透過100%的照射強(qiáng)度。此外，反射涂層320的光譜特性被表示為2。在400nm至700nm的光譜范圍內(nèi)，透過100%的照射強(qiáng)度。在大于800nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，例如，800nm至llOOnm，透過接近5%的照射強(qiáng)度并反射大約95%以上的照射強(qiáng)度。如圖所示，反射涂層320具有大于80%的非常強(qiáng)的透射，例如，第一波長(zhǎng)范圍為100%。此外，第一反射涂層310具有大于80%的非常強(qiáng)的透射，例如，在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)為100%。
[0032]圖4示出了光束處理的方法。如圖所示，處理光束的方法包含取決于光束的第一部分的第一波長(zhǎng)以第一角度反射第一部分(S10);取決于光束的第二部分的波長(zhǎng)以第二角度反射第二部分(S15)，并透射入射光束中具有在第一波長(zhǎng)范圍(S20)內(nèi)的波長(zhǎng)的另外的部分。
[0033]盡管本文中示出并描述了具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，各種替代性和/或等同實(shí)施方式可以取代所示出和描述的【具體實(shí)施方式】。本申請(qǐng)意旨涵蓋本文中討論的【具體實(shí)施方式】的任何調(diào)整或變化。因此，本發(fā)明旨在僅由權(quán)利要求和其等同物來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)元件，包括:第一表面，具有第一反射涂層，其中，在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所述第一反射涂層的第一反射率大于0且小于等于100%，以及第二表面，具有第二反射涂層，其中，在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)，所述第二反射涂層的第二反射率大于0且小于等于100%，其中，所述第二波長(zhǎng)范圍的一部分不在所述第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)且所述第一表面和所述第二表面分別沿著第一平面和第二平面對(duì)準(zhǔn)，所述第一平面和所述第二平面以大于0°且小于90°的角度相交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其中，所述第一反射率為30%至70%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)元件，其中，所述第二反射率大于90%。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述角度小于10°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)元件，其中，所述角度小于5°。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述第一波長(zhǎng)范圍包括400nm至700nm的可見波長(zhǎng)范圍。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)元件，其中，所述第二波長(zhǎng)范圍大于800nm。
8.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的第一光學(xué)元件的光學(xué)復(fù)合元件，所述光學(xué)復(fù)合元件還包括與所述第一光學(xué)元件組合以形成平面平行棱鏡構(gòu)造的第二光學(xué)元件。
9.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括:根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)復(fù)合元件，所述光學(xué)復(fù)合元件的光反射面由所述光學(xué)復(fù)合元件在光入射側(cè)的側(cè)面限定，光透射面由所述光學(xué)復(fù)合元件的與所述光反射面相對(duì)的側(cè)面限定，第一傳感器和第二傳感器，兩個(gè)傳感器均被布置在所述光學(xué)元件的光反射側(cè)，以及第三傳感器，被布置在所述光學(xué)復(fù)合元件的光透射側(cè)，其中，所述第一傳感器和所述第三傳感器在所述第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)是可操作的，而所述第二傳感器在所述第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)是可操作的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)系統(tǒng),其中，由光入射方向限定第一方向，所述第一傳感器和所述第二傳感器沿著所述第一方向彼此偏移。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二傳感器是三維傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二傳感器是飛行時(shí)間(TOF)攝像機(jī)。
13.一種處理光束的方法，包括:取決于所述光束的第一部分的第一波長(zhǎng)，以第一角度反射所述第一部分；取決于所述光束的第二部分的第二波長(zhǎng)，以第二角度反射所述第二部分；以及透射入射光束中具有在所述第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的另外的部分。
【文檔編號(hào)】G02B27/22GK103675960SQ201310412408
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】福爾克爾·弗賴布格, 丹尼斯·哈雷斯, 佐爾坦·法丘斯 申請(qǐng)人:索尼公司