[发明专利]倾斜透镜系统和摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及新颖的倾斜透镜(tilt lens)系统和摄像(image pickup)装置。更具体而言，本发明涉及用于视频摄像机、数字相机或者单透镜反光(single-lens reflex)型数字相机或胶片相机的倾斜透镜系统和具有倾斜透镜系统的摄像装置。该倾斜透镜系统具有倾斜功能，不仅能够聚焦在与摄像表面(image pickup surface)平行布置的物体上，而且能够聚焦在相对于摄像表面倾斜布置的物体上，而不会有损自动聚焦功能和曝光测量功能。

背景技术

在典型的摄像装置中，透镜的光轴被布置成在摄像表面的中心与其垂直，该摄像表面是摄像器件或胶片。因此，例如，当在较低的角度拍摄很高的建筑物时，所产生的透视导致建筑物顶部看起来比其底部小。此外，难以聚焦在相对于摄像表面倾斜的整个物平面(object plane)上。光阑的孔径被减小，以增大景深，以便能够拍摄出焦点对准(in focus)的照片。为了减小拍摄中的问题，透镜的光轴与摄像表面平行地移动，或者相对于摄像表面倾斜。这种移动被称为透视控制(perspective control)。

为了补偿低角度拍摄所造成的透视，物体、透镜的主平面以及摄像表面被布置成与彼此平行并且保持与彼此平行，拍摄范围从而确定。这种操作被称为取景，是通过平移光轴与摄像表面相交的位置来执行的。取决于操作的平移方向，这种透视控制操作通常被称为平移(shift)、上升(rise)、下降(fall)等等，但是在本说明书中任何平移方向上的操作都被称为平移。

为了聚焦在相对于摄像表面倾斜的平面上，透镜的主平面和摄像表面被移动为彼此不平行。取决于操作的倾斜方向，这种透视控制操作通常被称为摆动(swing)、倾斜(tilt)等等，但是在本说明书任何倾斜方向上的操作都被称为倾斜。

能够执行透视控制的摄像装置的示例可以是被称为取景相机(viewcamera)的相机和折叠暗箱(folding dark box)，其中透镜板和摄像表面通过手风琴状织物连接，使得其间的位置关系可以按照需要被控制。但是，在这类相机中，必须在用户查看投影在聚焦平面上的颠倒图像的同时执行透视控制操作和聚焦。这种相机极难使用，因此这些相机被认为是专用相机。

单透镜反光相机是一类流行的相机。作为其可互换的透镜，提供了一种具有平移和倾斜功能的透镜。与取景相机相比，这提供了更为用户友好的透视控制操作。但是，如果利用此透镜执行透视控制操作，则可能使用在正常屏幕尺寸的图像高度之外的区域。在透镜设计中，希望覆盖比正常可互换透镜的图像圈更大的图像圈，并且图像质量等同于正常可互换透镜的图像质量。日本未实审专利申请公布No.2000-292689公开了这种可互换透镜的示例。

近年来，大多数的摄像装置都是使用摄像器件而不是胶片的数字相机。即使胶片被用于拍摄，照片也被用扫描仪转换成数字信息并输出到各种介质。为了将数字图像信息输出为打印输出、打印原件、计算机图像等等，经常利用被称为相片修饰软件(photo retouch software)的图像编辑软件来处理数字图像信息。相片修饰软件具有各种功能，例如调节颜色、亮度、对比度和锐度；修整；图像合成；等等。各种功能之一可以是透视补偿功能。具体而言，在正常相机被用于拍摄并且在低角度拍摄建筑物，从而建筑物的顶部小于其底部时，图像变形为梯形，然后被修整为矩形，从而建筑物的顶部的宽度通过数字信号处理而被增大。因此，可以为图像提供带平移拍摄的效果。由于图像变形为梯形，屏幕被扩展的上部的分辨率可能减小。但是来自单透镜反光数字相机的数据或者利用具有高像素节距的扫描仪从胶片读取的数据本来具有足够大的分辨率。因此，无需考虑分辨率的一定程度的减小。由于近年来这种相片修饰软件的使用正变得流行，因此在拍摄期间难以使用的平移操作就不再必要了。

另外，倾斜操作的效果之一提供了一种拍摄方法，其中当拍摄无穷远处的景色时，屏幕的一部分被故意聚焦，而其余部分则被去焦(defocus)，以使得要拍摄的实际景色好像近距离处的透视画(diorama)。这种效果也可以由相片修饰软件提供。具体而言，使用整体上焦点对准的图像，并且故意使图像中除一部分图像外的其他部分去焦，因此图像具有好像通过倾斜而去焦的效果。

因此，相片修饰软件不提供、而只有透视控制透镜提供的效果是满足辛普格定律(Scheimpflug role)的效果，其中当物平面、透镜的主平面和摄像表面被布置成相交于某一脊(ridge)处时，倾斜的物平面是焦点对准的。