CN1262105C - 平板照相机、三维照相机、影印机和视频会议装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一平板照相机，包括一个锥形透明板(1)，一个用于将光线以近似于临界角的角度引导进入该板的一个表面从而使该光线沿该锥形板反射向厚端的棱镜板(3)，和一个微型照相机(2)，该微型照相机(2)用于接收从锥形板的厚端以基于光线进入锥形板的位置的角度射出的光线。一个图像处理器(7)消除由错过照相机的光线引起的图像中的失真，例如缝隙。

Description

平板照相机、三维照相机、影印机和视频会议装置

技术领域

本发明涉及一种利用投射在一个平面屏幕上的光形成图像的方法。

背景技术

照相机传统上包括一个不透明的空腔和一个位于后面的光感应胶片，该空腔的开口处覆盖一个透镜。如果要聚焦图像，胶片和透镜之间的距离必须大于透镜的焦距，因此照相机通常体积很大。在例如照相复制等应用中，希望有一个平板照相机，在例如视频会议等应用中，照相机的光轴还应在平板显示器的中心并垂直该显示器，这样用户可以被看到为直接看着那些参与会议的人。

近来，在申请WO01/72037中公开了一种锥形显示器，它包括一个视频投影器和一个锥形的玻璃板。该视频投影器自身包括一个近似校准照明光源，一个微显示器，一个会聚透镜和一个投影透镜，当光线离开投影透镜时，它们形成一个狭窄的收敛部分。此时光线射入锥形玻璃板的厚端，从而至少在该板中以在其两表面交替反射的形式沿该板开始传输。当光线射入一个锥形玻璃板的厚端时，则每当光线在该锥形板内部在相对表面反射时，相对于该锥形板的一个表面测量的平面出射角都将增加。最后，光线沿该锥形板传输足够远，直到该出射角变得大于临界角，此时光线离开锥形板。因此，通过光线的入射角，可以确定光线离开锥形板时在玻璃锥形板内的传输距离。这样，微显示器上的二维像素阵列可以与锥形波导的表面上的二维像素阵列一对一对应。需要提供防反射涂层，以确保当光线达到临界角时，所有的光线都离开屏幕，否则，图像的相邻行之间会出现模糊。

发明内容

本发明基本上颠倒了这个过程。本发明的目的之一在于提供一种平板照相机，其能够以相对简单并且紧凑的结构形成图像。

本发明的另一目的在于提供一种三维照相机，其能够从视野不同的点收集场景的三维图像。

本发明的另一目的在于提供一种包括这种平板照相机的影印机。

本发明的另一目的在于提供一种包括这种平板照相机的视频会议装置。

根据本发明的一方面，提供一种平板照相机，包括：一个锥形透明板，用于接收以一个掠射角进入该锥形透明板的一个表面的光线，和一个第一微型照相机，该第一微型照相机用于接收在该锥形透明板内经过内部反射后从该锥形透明板的厚端射出来的光线，该光线射出的角度取决于从该锥形透明板的厚端到该光线进入该锥形透明板时的入射点的距离。

对于小的锥度，只有以掠射角射入的光可以保持在该板中：由于该锥形形状引起较大的入射角，因此近似于垂直入射的光将从该板的另一侧出射。该锥形板或波导因此“选择”以掠射角入射的光用于照相机。该入射角度可利用适当的光引入装置来调节，因此只有以法向的角度入射的光可以射到照相机上；人们因此可能说照相机照到其前面的投影图像。

一个图像处理器最好与照相机相一起以校正由系统引入到图像中的失真。该光引入装置可以为一个位于板的一个表面上的棱镜板或膜，该棱镜板被安置用来直接垂直的将入射光线部分的引导至照相机，从而使光线以接近临界角的角度射入板中。或者，可以使用一个衍射装置来实现上述目的。

根据本发明的平板照相机可以利用简单紧凑的结构形成场景的图像。

在本发明的一个实施例中，该平板照相机还包括一位于该锥形透明板的所述表面上的光引导装置，用于调节光线进入该锥形透明板的角度。优选地，该光引导装置为一光重定向装置，用于将输入光线的角度从一预定角度改变为所述掠射角。更优选地，该光重定向装置为棱镜板。

在本发明的一个实施例中，该平板照相机还包括一位于该光引导装置和该锥形透明板之间的补偿锥形板。

在本发明的一个实施例中，该平板照相机还包括一从该锥形透明板的厚端延续下来的输出板，和一圆柱形准直装置，该圆柱形准直装置设置在该锥形透明板和该输出板之间，用于将从该锥形透明板射出的光线通过该输出板引导向该第一微型照相机。

在本发明的一个实施例中，该平板照相机包括一个图像处理器，与该第一微型照相机相关联，用于完善或校正图像。

在本发明的一个实施例中，该平板照相机包括一个第二微型照相机，它以与该第一微型照相机相同但在该锥形透明板的平面中对称的角度面向该锥形透明板的厚端部，用于接收内部反射的光线，该光线在经过比该第一微型照相机接收到的光线所经过的反射次数多一次或少一次的反射后射出。

在本发明的一个实施例中，该平板照相机包括个位于该锥形透明板的厚端且与该锥形透明板平行的镜子，用于向该第一微型照相机反射在内部反射的光线，该光线在经过比该第一微型照相机直接接收到的光线所经过的反射次数多一次或少一次的反射后射出。

根据本发明的另一方面，提供一个三维照相机，包括一个锥形透明板，用于接收以一个掠射角进入该锥形透明板的一个表面的光线，以及沿该锥形透明板的厚端放置的一组微型照相机，该组微型照相机用于从视野的不同的点来接收在该锥形透明板内经过内部反射后从该锥形透明板的厚端射出来的光线，该光线射出的角度取决于从该锥形透明板的厚端到该光线进入该锥形透明板时的入射点的距离。根据本发明的三维照相机，可以从视野的不同点形成场景的三维图像。

根据本发明的另一方面，提供一种影印机，包括根据发明的上述平板照相机。

根据本发明的另一方面，提供一种视频会议装置，包括根据本发明的上述的平板照相机。

附图说明

为了更好的理解本发明，将参照附图说明本发明实施例。附图为：

图1示出根据本发明的平板照相机的侧视图；

图2示出具有加装用于减小失真的圆柱形透镜的平板照相机的透视图；

图3示出怎样通过跟踪通过锥形板的镜像图像的直线光线，来确定通过锥形板的光线的路径；

图4示出怎样加装一个第二微型照相机以收集错过第一照相机的光线；

图5示出怎样加装一个第二锥形板以减小失真；

图6示出接收到三维图像的平板照相机。

具体实施方式

参见图1，该照相机包括一个均匀透明的和在一维成锥形的板1，该锥度大约为0.1°，一个对应的一维成棱形的板3，该板3位于该锥形板的一个表面上，该棱镜面向该板，一个位于该锥形板的厚端处的微型照相机2，它通常位于该边缘的中间，和一个图像处理器7。由落在棱镜片3上的箭头指示进入的图像。以法向入射到棱镜膜3的入射光线被棱镜以几乎90度折向，从而使光线以刚好大于临界角的角度射入该锥形透明板1。图1示出一典型光线以这样一种形式沿锥形板1传输，即入射点离锥形板1的厚端越远，则当该光线离开该厚端时，该光线与该板的平面之间的角度越小。该光线可以随后由微型照相机2(该微型照相机就是一个整体上比装置小很多的照相机)的透镜将其聚焦到它的光感应平面上以形成锥形板1的前面场景的一个图像或一个投影图像。为了尽可能多的收集光线，该锥形板1最好涂有防反射涂层，该涂层的设计与锥形平板投影显示器相同。

只有在光线相对于图1的平面的角度为使光线向照相机2传输时，从图1的平面上或下部(即非正面或中心而是部分的从侧面)射入透明板1的光线才将到达照相机2。其结果是一个失真的图像。该失真可由如图2所示的置于板1的底部和棱镜膜3的较低端的圆柱形透镜4和一对正面镀银的镜子5a和5b来降低，这两个镜子将光线限制到锥形板1，并引导该光线通过该透镜进入相邻的输出平板12，该平板12可以延续成像板1的锥度或者为平板。该圆柱形透镜4的焦点被选择为位于该输出板12的远端，从而使所有的法向入射到棱镜膜3上的光线，包括偏离包括该照相机的法向平面的光线，都被引到入微型照相机2。

这种结构的一个变化是将一个大圆柱形透镜置于整个棱镜膜3上，并使该圆柱形透镜的轴线与锥形板1锥度方向平行。还有一个变化是使用一个圆柱形镜子来替换透镜4；这里这种结构可以被“折叠”从而使输出板平行并临近(位于成像板顶)于成像板。

为了跟踪通过锥形板的光线，最好考虑跟踪通过一堆楔形图像6的直线光线，其光学等效于图1所示。图3示出在个光线到达厚端之前，光线进入锥形板的位置是如何确定它是否通过堆中奇数或偶数的锥形图像。如果该光线通过奇数个楔形图像6，则它将以与该光线通过偶数个楔形图像6时获得的方向相反的方向离开该锥形板1。因此，该微型照相机2可形成一个图像，该图像包括锥形板1的前面的图像的结合(band)，这些图像与黑色缝隙(如果没有光进入锥形板的背面)交替或与锥形板1的背面的所有图像交替。因此需要一图像处理器7来区分锥形板1前面的图像和背面的图像；可以由一个受过几何光学训练的人来设计一个用于图像处理器7的合适的算法(algorithm)。如图4所示，如果照明水平很低，则可以增加一个指向该锥形板1的厚端的第二微型照相机8，从而收集漏过第一微型照相机2的图像部分。或者，可在该板的末端插入一个镜子，以连续与板3相邻的表面，从而向照相机2反射以“错误”的角度射出的光。

通过锥形板1传输的光可导致色度差，按照与用于锥形平板显示器的GB 0028800.1中所述的相似的方法，该色度差可以通过图像处理器7或一棱镜来校正，该棱镜的色度差与置于微型照相机和楔形厚端之间的锥形板1的色度差相反。相似的，将锥形板的下部12折叠到棱镜屏幕3的后面比较方便，这可利用与用于锥形平板投影显示器相似的方法来实现。该棱镜屏幕也可为一散色光栅或其他薄膜，它可将光线曲折为一个角度，此时光线以近似于临界角的角度射入锥形板1，从而一旦进入该板就一直呆在里面。

当从场景的一点发射的一组光线进入锥形板1时，由于它们的方向非常近似于临界角，因此这些光线将失真，这将导致行之间出现模糊。该失真可利用Snell法则来确定，可以表示为以角度δθ₁进入锥形板到达表面的光线在进入后具有与临界角相关的角度δθ₂，其中

${\mathrm{\δ\θ}}_1\≈\sqrt{2\sqrt{n^2-1}{\mathrm{\δ\θ}}_2}$

n为板的材料，即玻璃的折射系数，大约为1.5。例如，如果该微型照相机2收集在射入板后处于偏离临界角的0°和0.05°之间的角度的光线，然后在射入板之前，这些光线具有变化范围最大在2.7°的角(该等式使用以弧度测量的θ)。如图5所示，这种失真可以通过放置一个对应第一锥形板的一第二锥形板9，且使他们两个彼此接近但反向平行并只具有一个小的空气间隙来消除。

该平板照相机也可用于从视野的不同点收集锥形板1前的场景示图，这些示图一起包含该场景的一个三维图像。如图6所示，这些示图中的每个都由一个照相机沿锥形板1的厚端来收集。

为了影印的目的，该棱镜膜3是多余的，影印纸的印刷表面应当被置为与锥形板1的表面贴近。光线可通过纸的背面，或通过锥形板1的相反侧来射在该纸上。

为了视频会议的目的，该锥形板可同时用作显示器和照相机。一半透明或磷光屏置于锥形板1的表面上并与棱镜膜3相对，通过光束分离器，视频投影器可在光学上与微型照相机2结合。投影器和照相机2的定位应当使相应的像素在锥形板1中沿共享光学路径发送或接收光。如上所述，被发射的光线将在半透明或磷光屏上形成图像，该图像通过棱镜膜3可见，而接收的光线可被导回到微型照相机2。

Claims (12)

1、一种平板照相机，包括一个锥形透明板(1)，用于接收以一个掠射角进入该锥形透明板的一个表面的光线，和一个第一微型照相机(2)，该第一微型照相机(2)用于接收在该锥形透明板内经过内部反射后从该锥形透明板的厚端射出来的光线，该光线射出的角度取决于从该锥形透明板的厚端到该光线进入该锥形透明板时的入射点的距离。

2、根据权利要求1的平板照相机，还包括一位于该锥形透明板的所述表面上的光引导装置，用于调节光线进入该锥形透明板的角度。

3、根据权利要求2的平板照相机，其中，该光引导装置为一光重定向装置，用于将输入光线的角度从一预定角度改变为所述掠射角。

4、根据权利要求3的平板照相机，其中，该光重定向装置为棱镜板(3)。

5、根据权利要求2或3所述的平板照相机，还包括一位于该光引导装置和该锥形透明板之间的补偿锥形板(9)。

6、根据权利要求1到4任意一个所述的平板照相机，还包括一从该锥形透明板(1)的厚端延续下来的输出板(12)，和一圆柱形准直装置(4)，该圆柱形准直装置(4)设置在该锥形透明板和该输出板之间，用于将从该锥形透明板射出的光线通过该输出板引导向该第一微型照相机。

7、根据权利要求1到4任意一个所述的平板照相机，包括一个图像处理器(7)，与该第一微型照相机相关联，用于完善或校正图像。

8、根据权利要求1到4任意一个所述的平板照相机，包括一个第二微型照相机(8)，它以与该第一微型照相机相同但在该锥形透明板的平面中对称的角度面向该锥形透明板的厚端部，用于接收内部反射的光线，该光线在经过比该第一微型照相机接收到的光线所经过的反射次数多一次或少一次的反射后射出。

9、根据权利要求1到4任意一个所述的平板照相机，包括一个位于该锥形透明板的厚端且与该锥形透明板平行的镜子，用于向该第一微型照相机反射在内部反射的光线，该光线在经过比该第一微型照相机直接接收到的光线所经过的反射次数多一次或少一次的反射后射出。

10、一个三维照相机，包括一个锥形透明板(1)，用于接收以一个掠射角进入该锥形透明板的一个表面的光线，以及沿该锥形透明板的厚端放置的一组微型照相机(21-23)，该组微型照相机(21-23)用于从视野的不同的点来接收在该锥形透明板内经过内部反射后从该锥形透明板的厚端射出来的光线，该光线射出的角度取决于从该锥形透明板的厚端到该光线进入该锥形透明板时的入射点的距离。

11、一种影印机，包括权利要求1所述的平板照相机。

12、一种视频会议装置，包括权利要求1所述的平板照相机。

Images