JP2017525208A - 完全な広視野画像をキャプチャすることができる視差のない薄型マルチカメラシステム - Google Patents

完全な広視野画像をキャプチャすることができる視差のない薄型マルチカメラシステム Download PDF

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Abstract

広視野画像を生成するための方法およびシステムが開示される。いくつかの実施形態では、撮像システムは、第１の方向における第１の視野（ＦＯＶ）と第１のＦＯＶを通って延びる光軸とを有するフロントカメラと、第１のＦＯＶを通って延びる光軸を有するバックカメラと、フロントカメラとバックカメラとの間に配置された複数のサイドカメラと、バックカメラと複数のサイドカメラとの間に配置され、バックカメラの光軸に対して垂直にさらに配置されたバック光再配向反射ミラー構成要素と、複数のサイド光再配向反射ミラー構成要素とを含み、複数のサイドカメラの各々が、複数の光再配向反射ミラー構成要素のうちの１つから反射され再配向された光を受け取るように位置決めされる。

Description

[0001]本開示は、マルチカメラシステム（multi-camera system）を含む撮像システム（imaging systems）および方法に関する。具体的には、本開示は、薄いフォームファクタにおいて広視野画像（wide field of view images）をキャプチャするためのシステムおよび方法に関する。
[0002]携帯電話およびタブレットコンピューティングデバイスなどの多くのモバイルデバイスは、静止画像および／またはビデオ画像をキャプチャするためにユーザによって操作され得るカメラを含む。撮像システムは、典型的には、高品質の画像をキャプチャするように設計されているので、視差のない、または実質的に視差のないようにカメラまたは撮像システムを設計することが重要であり得る。さらに、キャプチャされた画像に視差がない（parallax free）、または実質的に視差がない広視野のシーンの画像をキャプチャすることが撮像システムに望まれることがある。撮像システムは、中心点の近くの複数のロケーションからシーンの様々な視野をキャプチャするために使用され得る。しかしながら、これらの設計の多くは、視野（fields of view）が中心点からではなく様々なロケーションから発する（originate）ので、視差（parallax）の量が大きい画像を伴う。
[0003]１つのイノベーションの一例は、４、８、またはそれよりも多くのカメラを有する光学構成要素（optical component）を含む撮像システムを含む。光学構成要素は、少なくとも４、８、またはそれよりも多くの光再配向反射ミラー面（light redirecting reflective mirror surfaces）を含み得る。少なくとも４つのカメラは、各々、ターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つをキャプチャするように構成される。少なくとも４つのカメラの各々は、光軸（optical axis）と、レンズアセンブリと、画像センサ、センサのアレイ、写真フィルムなど（以下、画像センサまたはセンサと総称する）の画像キャプチャデバイスと、を有する。光軸は、光学構成要素の少なくとも４つの光再配向反射ミラー面のうちの対応する１つと整列される。レンズアセンブリは、少なくとも４つの光再配向反射ミラー面のうちの対応する１つから再配向された（redirected）ターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つを表す光を受け取るように位置決めされる。画像センサは、光がレンズアセンブリを通過した後にその光を受け取る。
[0004]別のイノベーションの一例は、光を受け取ることと、光を分割すること（splitting）と、光の各部分を再配向すること（redirecting）と、少なくとも４つのカメラの各々について画像をキャプチャすることとを含む、実質的に視差のない画像（image substantially free of parallax）をキャプチャする方法を含む。このイノベーションのいくつかの実施形態では、ターゲット画像シーンを表す光は、本質的には、カメラシステム内の各カメラおよびミラー面対に関連付けられた複数の仮想入射瞳（virtual entrance pupil）からなる仮想入射瞳を介して受け取られる。受け取られた光は、少なくとも４または８の光再配向反射ミラー面を介して４または８の部分に分割される。光の各部分は、対応するカメラに向かって再配向され、各カメラ−ミラー対は、仮想カメラ入射瞳を介して画像データをキャプチャするように位置決めされる。
[0005]別のイノベーションの一例は、撮像システムを含み、撮像システムは、光を再配向するための手段と、光軸、集束手段、および画像感知手段を有する複数のキャプチャ手段と、画像データを受け取るための手段と、画像データを組み立てるための手段とを含む。このイノベーションのいくつかの実施形態では、光を再配向するための手段は、ターゲット画像シーンからの光を少なくとも４つの方向に配向する。複数のキャプチャ手段は、各々、撮像システムの仮想光軸と整列されて複数のキャプチャ手段のうちの別のキャプチャ手段の少なくとも１つの他の光軸に共通している点と交差する光軸と、光を再配向するための手段から少なくとも４つの方向のうちの１つに再配向された光の一部を受け取るよう位置決めされた集束手段と、集束手段から光の一部を受け取る画像感知手段と、を有する。画像データを受け取るための手段は、メモリに結合されたプロセッサを含み得る。画像データをターゲット画像シーンの最終画像に組み立てるための手段は、複数の画像を単一の（典型的には、より大きい）画像に組み立てるための命令で構成されるプロセッサを含む。
[0006]別のイノベーションの一例は、光学構成要素を設けること（providing）と、少なくとも４つのカメラを位置決めすること（positioning）と、カメラの光軸を整列させることと、カメラをさらに位置決めすることと、画像センサを設けることと、光学構成要素を位置決めすることとを含む、撮像システムを製造する方法を含む。このイノベーションのいくつかの実施形態では、少なくとも４つの光再配向面を含む光学構成要素が提供される。少なくとも４つのカメラは、光学構成要素の周りに位置決めされる。少なくとも４つのカメラの各カメラは、ターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つをキャプチャするように構成される。位置決めされる少なくとも４つのカメラは、各カメラについて、カメラの光軸を光学構成要素の少なくとも４つの光再配向面のうちの対応する１つと整列させることと、光軸が、撮像システムの仮想光軸に沿って配置された地点において少なくとも４つのカメラのうちの別のカメラの少なくとも１つの他の光軸と交差するように、カメラをさらに位置決めすることと、ターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つをキャプチャする画像センサを設けることとを含む。
[0007]開示される態様は、以下に、例を提供するために、開示される態様を限定しないように提供される添付図面および添付物に関連して説明される。各図中の参照番号は、その図にのみ適用される。
[0008]８カメラ撮像システムの一実施形態の上面図の一例を示す図。 [0009]８カメラ撮像システムの一実施形態の上面図の一例を示す図。 [0010]４カメラ撮像システムの一実施形態の上面図の一例を示す図。 [0011]中央カメラと第１のカメラとを含むマルチカメラ構成の広視野の一部の一実施形態の側面図の一例を示す図。 [0012]図１Ｂの単一の中央カメラを置き換える広視野マルチカメラ構成の一部の一実施形態の側面図の一例を示す図。 [0013]複数カメラ構成の一実施形態の２つのカメラの概略を示す図。 [0014]複数カメラ構成の一実施形態の２つのカメラの概略を示す図。 [0015]図１Ａ〜図３Ｂおよび図５〜図６に示すカメラの一実施形態を示し、図１Ａ〜図３Ｂおよび図５〜図６に関する角度および距離の正および負の表示を示す図。 [0016]８カメラシステムの側面図断面の一実施形態を示す図。 [0017]４カメラ撮像システムの側面図断面の一実施形態を示す図。 [0018]図１Ａのマルチミラーシステム７００ａとして使用され得る反射要素の上面図。 [0019]８カメラ構成の一部の一実施形態の側面図。 [0020]各カメラについて屈曲光学カメラ構成（folded optics camera structure）を有する図５のカメラ１１４ａおよび１１６ｂの断面図。 [0021]屈曲光学マルチセンサアセンブリ（folded optic multi-sensor assembly）の一実施形態の断面側面図。 [0022]撮像デバイスの一実施形態のブロック図の一例を示す図。 [0023]ターゲット画像をキャプチャする方法の一例のブロックを示す図。
詳細な説明
Ａ．導入
[0024]本明細書で開示される実施態様は、薄いフォームファクタ（thin form factor）に適合し得、視差のない、または実質的に視差のない撮像システムで広視野画像をキャプチャするためのシステム、方法、および装置の例を提供する。様々な実施形態の態様は、キャプチャされた画像内に視差アーティファクト（parallax artifacts）をほとんどまたはまったく示さない複数のカメラの配列（arrangement）（本明細書ではマルチカメラシステムとも呼ばれる）に関する。複数のカメラの配列は、画像の広い視野をキャプチャし、それによって、キャプチャされているターゲットシーンは、複数の画像に分割される。複数のカメラが同じ共通の実入射瞳または仮想入射瞳を有するように見えるように複数のカメラの配列を設計することによって、視差のない、または実質的に視差のない画像がキャプチャされる。いくつかの設計上の問題は、複数のカメラが、同じ実共通入射瞳または仮想共通入射瞳（same real or virtual common entrance pupil）を持たず、したがって、視差がある可能性があり、または、別の方法で言えば、視差アーティファクトがある可能性がある。
[0025]複数のカメラの配列内の各センサは、対応する光再配向光反射ミラー構成要素（本明細書ではときには「ミラー」もしくは「ミラー構成要素」と呼ばれる）またはミラー反射面と等価の表面を使用して、画像シーンの一部から光を受け取る。したがって、各個々のミラー構成要素およびセンサ対は、マルチカメラシステム全体の一部のみを表す。完全なマルチカメラシステムは、すべての個々の開口部光線（aperture rays）の合計に基づいて生成された合成開口部（synthetic aperture）を有する。いずれの実施態様においても、すべてのカメラは、自動的に焦点を合わせるように構成され得、自動焦点合わせは、自動焦点合わせ機能のための命令を実行するプロセッサによって制御され得る。
[0026]様々な実施形態では、マルチカメラシステムは、４または８またはそれよりも多くのカメラを含み、各カメラは、画像の８または４またはそれよりも多くまたはそれよりも少ない部分がキャプチャされ得るように、ターゲットシーンの一部をキャプチャするように配列される（arranged）。システムは、画像の８または４またはそれよりも多くまたはそれよりも少ない部分のすべてまたは一部を組み合わせることによってシーンの画像を生成するように構成されたプロセッサを含む。いくつかの実施形態では、８つのカメラ（または複数のカメラ）は、各々４つのカメラの２つのリングまたは放射状配列として構成され得、仮想中心カメラ（virtual center camera）は、第１のリング内の４つのカメラの協働によって形成され、第２のリングカメラの４つのカメラも、仮想中心カメラの視点から画像をキャプチャする。複数の光再配向反射ミラー構成要素は、８カメラ構成のための８つのカメラの各々に、または４カメラ構成の各々のための４つのカメラの各々に、入射光の一部を再配向するように構成される。ターゲットシーンからの入射光の一部は、複数の光再配向反射ミラー構成要素によってマルチカメラシステムを取り囲む領域から受け取られ得る。いくつかの実施形態では、光再配向反射ミラー構成要素は、少なくとも１つの光再配向反射ミラー構成要素を各々が有する複数の個別の構成要素を備え得る。光再配向反射ミラー構成要素の複数の構成要素は、一緒に結合され得、それらの位置を互いに対して設定するように別の構造に結合され得、またはその両方であり得る。
[0027]本明細書で使用される、「視差のない画像（parallax free image）」という用語（または同様のもの）は、事実上視差のない画像および実質的に視差のない画像も指し、「視差アーティファクトのない画像（parallax artifact free images）」（または同様のもの）は、事実上視差アーティファクトのない画像および実質的に視差アーティファクトのない画像も指し、最小限の許容し得る視差アーティファクトまたは可視でない視差アーティファクトは、システムによってキャプチャされる最終画像内に存在する。
[0028]一例として、２つの並んだカメラを使用して立体写真画像（stereographic images）をキャプチャするように設計されたカメラシステムは、視差のないカメラシステムの例である。立体写真画像を作成する１つの方法は、２つの異なる見晴らしのきく地点（vantage points）から画像をキャプチャすることである。当業者は、シーンによっては、最終的なスティッチされた画像内に重複したまたは失われたいくらかのシーンコンテンツを有することなく、１つの画像を得るために両方の立体写真画像を一緒にスティッチする（stitch）ことが困難または不可能であり得ることを認識し得る。そのようなアーティファクトは、視差アーティファクトの例として提供される。さらに、当業者は、２つの立体写真カメラが１つの見晴らしのきく地点からシーンを見るように、両方の立体写真カメラの見晴らしのきく地点が一緒に移動される場合、視差アーティファクトが観察されないような方法で画像を一緒にスティッチすることが可能であるべきであることを認識し得る。
[0029]視差のない画像のために、２つ以上の画像が一緒にスティッチされるとき、画像処理は、画像または最終的な一緒にスティッチされた画像にコンテンツを追加することによって、またはそこからコンテンツを除去することによって、画像を変更するためには使用されない。
[0030]視差のない画像を生成するために、単一のレンズカメラは、いくつかのまたはすべての方向で画像をキャプチャしながら、それの入射瞳の中心点に位置する静止点を中心として回転され得る。これらの画像は、システムの仮想中心カメラレンズの入射瞳の中心点を取り囲む広視野シーンコンテンツを示す広視野画像を作成するために使用され得る。マルチカメラシステムの仮想中心カメラは、図２Ａに関して以下でさらに説明される。これらの画像は、視差のないおよび／または視差アーティファクトがないという追加の特性を有し得る。たとえば、画像は、シーンコンテンツが最終的な広視野画像内で重複しない、ならびにまたは、シーンコンテンツが最終的なスティッチされた広視野画像から失われ得ない、およびもしくは視差アーティファクトであると見なされ得る他のアーティファクトを有しないような方法で一緒にスティッチされ得ることを意味する。
[0031]単一のカメラは、それの入射瞳の最中心点（center most point）が、使用されている実際の実カメラの入射瞳の最中心点以外の別のロケーション（すなわち、仮想のロケーション）にあるように見せるために、光再配向（たとえば、反射または屈折）ミラー構成要素などの他の構成要素とともに配列され得る。このようにして、２つ以上のカメラは、各カメラのための光再配向反射ミラー構成要素などの他の光学構成要素と一緒に、異なる見晴らしのきく地点にあるように、すなわち、仮想ロケーションに位置する異なる入射瞳最中心点を有するように見える画像をキャプチャする仮想カメラを作成するために使用され得る。いくつかの実施形態では、２つ以上のカメラが各カメラの仮想カメラ入射瞳の同じ最中心点を共有することができ得るように、それぞれのカメラに関連する光再配向反射ミラー構成要素を配列することができ得る。
[0032]各カメラのそれぞれの仮想カメラ入射瞳の全く同じ最中心点を共有するのに十分な、２つ以上の仮想カメラの許容誤差（tolerance）を有するシステムを構築することは、非常に挑戦的である可能性がある。一緒にスティッチされた画像内に視差アーティファクトがほとんどもしくはまったくないように、または場合によっては、一緒にスティッチされた画像が最終的な一緒にスティッチされた画像内に最小量未満の視差アーティファクトを有するという要件を満たすように、共有入射瞳の最中心点の近くまたは周囲で互いに交差するか、または互いに交差するのに十分に近くになる、２つ以上の仮想カメラの仮想光軸を有するように、カメラシステムのピクセル解像度およびまたはレンズの解像度が与えられることが可能であり得る。すなわち、視差アーティファクトを除去するために、コンテンツを加えてもしくはコンテンツを除去するために特別なソフトウェアを使用することなく、または他の画像処理を使用することなく、そのようなカメラによってキャプチャされた画像を取得し、これらの画像を一緒にスティッチし、視差のない広視野画像、または最小レベルの視差アーティファクトの要件を満たす広視野画像を生成することが可能である。この文脈では、十分な許容誤差を有するシステム設計に基づいて、視差のないという用語、または事実上視差のないという用語を使用することができる。
[0033]本明細書では、視差のないという用語、視差アーティファクトのないという用語、事実上視差のないという用語、または事実上視差アーティファクトのないという用語が使用されるとき、物理的な現実（realities）が、物理的なアイテムを時間とともに同じロケーションに保持することを困難にもしくはほぼ不可能にし得ること、または、許容誤差を使用することなく設計されたものと正確に同じである特性を有することさえ困難にもしくはほぼ不可能にし得ることが理解されるべきである。現実は、時間およびまたは環境条件にわたって、形状、サイズ、位置、潜在的な他の物体との相対位置を変化させる可能性があるもの（things）である。そのように、許容誤差要件（tolerance requirements）を仮定または与えることなく、理想的であるものまたは変化しないものとしてアイテムまたはものについて話すことは困難である。本明細書では、事実上視差がないというような用語は、もの（things）が理想的ではなく、時間にわたって変化し得るにもかかわらず、現実が、アセンブリまたはアイテムの意図された目的が満たされている許容誤差を有することを大部分の物理的アイテムが必要とすることであることを意味し、意味するものとする。視差がないという用語、視差アーティファクトがないという用語、事実上視差がないという用語、または事実上視差アーティファクトがないという用語は、関連した言い回しの有無にかかわらず、システムまたはアイテムに関する意図された要件または目的が満たされているように、許容誤差要件が決定され得ることを示すことが可能であることを意味するように取られるべきである。
[0034]以下の説明では、例の完全な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、例は、これらの具体的な詳細なしで実施され得る。
Ｂ．例示的な４カメラシステムおよび８カメラシステムの概要
[0035]図１Ａは、以下でさらに説明される第２のカメラ１１６ａ〜ｄおよびカメラ１１４ａ〜ｄの第１のリングを含む８カメラ撮像システム１００ａの一実施形態の上面図の一例を示す。広視野カメラ構成１００ａはまた、カメラの第１のリング内のカメラ１１４ａ〜ｄの各々に対応する少なくともいくつかの光再配向反射ミラー構成要素１２４ａ〜ｄを備える。さらに、広視野カメラ構成１００ａはまた、カメラの第１のリング内のカメラ１１６ａ〜ｄの各々に対応する少なくともいくつかの光再配向反射ミラー構成要素１２６ａ〜ｄを備える。たとえば、光再配向反射ミラー構成要素（「ミラー」）１２４ａは、カメラ１１４ａに対応し、ミラー１２６ａは、カメラ１１６ａに対応する。ミラー１２４ａ〜ｄおよび１２６ａ〜ｄは、対応するカメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄの各々の入射瞳に向かって入射光を反射する。この実施形態では、各カメラに対応するミラーが存在する。広視野シーンをカバーする画像のモザイクから４つのカメラ１１４ａ〜ｄの第１のリングおよび４つのカメラ１１６ａ〜ｄの第２のリングによって受け取られた光は、図１〜図３、図５、および図６に関して以下により完全に説明されるように、画像をキャプチャするために使用される。ミラーに関して説明されているが、光再配向反射ミラー構成要素は、カメラに入射光を受け取らせる任意の方法で光を反射、屈折、または再配向し得る。
[0036]構成要素１６０、正方形の破線１５０、ならびに楕円形の線および円形の線は、本明細書で図２〜図８を使用してさらに説明される。
[0037]クロッピング（cropping）後の最終的な画像の完全な視野は、構成要素１６０上の破線１７０によって示される。クロップされたエッジ１７０の形状は、１：１のアスペクト比（aspect ratio）を有する正方形画像を表す。クロップされた画像１７０は、さらに、他のアスペクト比を形成するためにクロップされ得る。
[0038]図１Ｂは、８カメラ構成５１０の一実施形態の上面図を示す。中央反射要素５３２は、限定はしないが、１つまたは複数のミラーまたはここで示されているようにプリズムを含む様々な光学要素であり得る複数の反射面を有し得る。いくつかの実施形態では、カメラシステムは、８つのカメラ５１２ａ〜ｈを有し、各カメラは、８つの画像部分がキャプチャされるようにターゲット画像の一部をキャプチャする。システムは、図７Ａを参照してさらに説明される、８つの画像部分のすべてまたは一部を組み合わせることによってターゲット画像を生成するように構成されたプロセッサを含む。図１Ｂに示すように、８つのカメラ５１２ａ〜ｈは、４つのカメラの２つのセットとして構成され得、４つのカメラ５１２ａ、５１２ｃ、５１２ｅ、５１２ｇは、仮想中央カメラを集合的に形成し、他の４つのカメラ５１２ｂ、５１２ｄ、５１２ｆ、５１２ｈは、より広い視野のカメラを作成するために使用される。中央反射要素５３２は、８カメラ配列の中心または中心近くに配置され（disposed）、８つのカメラ５１２ａ〜ｈの各々に入射光の一部を反射するように構成される。いくつかの実施形態では、中央反射要素５３２は、少なくとも８つの反射面を有する１つの構成要素を備え得る。いくつかの他の実施形態では、中央反射要素５３２は、各々が少なくとも１つの反射面を有する複数の個別の構成要素から構成され得る。中央反射要素５３２の複数の構成要素は、一緒に結合され得、それらの互いに対する位置を設定するために別の構造に結合され得、またはその両方が行われ得る。
[0039]いくつかの実施形態では、８つのカメラ５１２ａ〜ｈの各カメラの光軸（たとえば、５３０）は、それの関連する中央対物側反射面（central object side reflective surface）上の任意のロケーションと交差し得る。カメラの位置決めおよび方向付けのこの自由度により、カメラの各々は、それの光軸が、それの関連する反射面上の他の交点よりも広い開口部をもたらし得る対応する関連する（光をカメラに反射する）反射面上の特定のロケーションに向けられる（pointed）ように配列され得る。一般に、カメラの有効焦点距離が実質的に同じままであれば、開口部が広いほど、カメラのより低いｆナンバー（f-number）が提供され得る。当業者は、ｆナンバーが低いほど、光学系の回折限界（diffraction limit）が高くなり得ることを認識し得る。開口部の形状は、レンズ系の点拡がり関数（ＰＳＦ）および／または線広がり関数（ＬＳＦ）の形状に影響し得、画像平面にわたって空間的に異なり得る。カメラに関連する中央対物側反射面が存在しなかった場合にカメラに入射したであろう光線に対して、物体空間内のある地点から到来するすべての光線がカメラレンズアセンブリに反射されない場合、システムの開口部は、反射面によって影響を受ける可能性があり、この場合、カメラの実際の物理的ロケーションは、システム内の他のすべてのカメラと同じ共通の入射瞳を有するそれの垂直ロケーションであることが理解されるべきである。
[0040]一例として、カメラに関連する対物側反射面（object side reflective surface）は、反射面が存在しない場合に通常入るであろうカメラレンズ系に通常入るであろう光線を反射しない場合、開口絞り（aperture stop）として機能し得る。別の例は、カメラの光軸が関連する反射面のエッジ近くで交差し得、それによって、そのカメラに関連する反射面の可視領域を減少させ得ることである。この領域の外側の光線は、関連する反射面が存在しなかった場合にそれらの光線がカメラのレンズアセンブリに入るように反射されないことがあり、それによって、このようにして、反射面は、絞り（stop）と考えられ得、結果として、有効口径（effective aperture）は、より多くの光線を反射するであろうロケーションを指し示すのに比べて減少する。関連するカメラの交点として反射面上の任意のロケーションを選択することが可能であることの別の利点は、画像平面上の画像領域が増加または最大化され得ることである。たとえば、いくつかの実施形態は、反射面のエッジにより近いロケーションを指し示すことができ、それによって、より広い画像領域を生成する関連する反射面上の別の交点と比較して、画像領域を減少させ得る。反射面上の任意の交点を選択することの別の利点は、画像平面にわたって所望の点拡がり関数（ＰＳＦ：Point Spread Function）または線広がり関数（ＬＳＦ：Line Spread Function）、たとえば、画像領域内の領域のサブセットにおける、または画像領域にわたる特定のＰＳＦまたはＬＳＰ形状、を生成する交差ロケーションが見出され得ることである。反射面上のカメラの光軸の交点を変更することが可能であることの別の利点は、カメラの画像領域、ならびに他のカメラの画像領域にわたって見られたＰＳＦおよびＬＳＦの形状などの、すべての因子を最適化するために、反射面の所望の向きをもたらすすべてのカメラ間の整列を見出すための較正中の能力である。カメラに関連する中央反射面の交点を選択することが可能であることの別の利点は、カメラの画像領域、ならびに他のカメラの画像領域にわたって見られたＰＳＦおよびＬＳＦの形状などの、すべての因子を最適化するために、反射面の所望の向きをもたらすために反射面の形状を設計または開発するときの追加の自由度である。中央対物側反射体の反射面または屈折反射体要素の反射面は、光学系全体の一部であるので、これらの表面の形状は、平面以外であり得、一つ一つのカメラのための光学系の一部と考えられ得ることが理解されるべきである。たとえば、各表面の形状は、球面、非球面、または他の方法で複雑であり得る。
[0041]図１Ｃは、４カメラ構成１１０の一実施形態の一例の上面図を示す。いくつかの実施形態では、カメラシステムは、４つのカメラ１１２ａ〜ｄを有し、各カメラは、４つの画像がキャプチャされ得るようにシーンの一部をキャプチャする。システムは、４つの画像のすべてまたは一部を組み合わせることによってシーンの画像を生成するように構成されたプロセッサを含む。図１Ｃに示すように、４つのカメラ１１２ａ〜ｄは、４つのカメラのセットとして構成され得、４つのカメラ１１２ａ〜ｄは、仮想中央カメラを集合的に形成する。反射要素１３８は、４カメラ配列の中心または中心近くに配置され、４つのカメラ１１２ａ〜ｄの各々に入射光の一部を反射するように構成される。いくつかの実施形態では、反射要素１３８は、少なくとも４つの反射面を有する１つの構成要素を備え得る。いくつかの他の実施形態では、反射要素１３８は、各々が少なくとも１つの反射面を有する複数の個別の構成要素を備え得る。図１Ｃは、上面図を示すので、視野１２０、１２２、１２４、１２６は、円として示される。反射面１４０、１４２、１４４、１４６は、限定はしないが、１つまたは複数のミラーまたはここで示されているようにプリズムを含む様々な光学要素であり得る。反射要素１３８の複数の構成要素は、一緒に結合され得、それらの互いに対する位置を設定するために別の構造に結合され得、またはその両方が行われ得る。
[0042]いくつかの実施形態では、４つのカメラ１１２ａ〜ｄの各カメラの光軸１２８、１３０、１３２、１３４は、カメラが単一の仮想カメラを形成するために協働する限り、それの関連する中央対物側反射面１４０、１４２、１４４、１４６上の任意のロケーションと交差し得る。カメラを位置決めすることの詳細、およびそれらのそれぞれの光軸を整列することのさらなる詳細は、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明される。カメラの位置決めおよび方向付けのこの自由度により、カメラの各々は、それの光軸が、それの関連する反射面１４０、１４２、１４４、１４６上の他の交点よりも広い開口部をもたらし得る対応する関連する（光をカメラに反射する）反射面１４０、１４２、１４４、１４６上の特定の領域に向けられるように、配列され得る。一般に、カメラの有効焦点距離が実質的に同じままであれば、開口部が広いほど、カメラのより低いＦｆナンバーが提供され得る。当業者は、ｆナンバーが低いほど、光学系の回折限界が高くなり得ることを認識し得る。開口部の形状は、レンズ系の点拡がり関数（ＰＳＦ）および／または線広がり関数（ＬＳＦ）の形状に影響し得、画像平面にわたって空間的に異なり得る。
[0043]反射面１４０、１４２、１４４、１４６は、対応するカメラ１１２ａ〜ｄの各々が各カメラの視野１２０、１２２、１２４、１２６に従ってターゲット画像の一部を備える部分画像をキャプチャし得るように、光軸１２８、１３０、１３２、１３４に沿って光を反射し得る。視野１２０、１２２、１２４、１２６は、オーバーラップ領域１４８、１５０、１５２、１５４を共有し得る。カメラ１１２ａ〜ｄの各々に関するターゲット画像のキャプチャされた部分は、オーバーラップ領域１４８、１５０、１５２、１５４に関して同じまたは同様のコンテンツ（たとえば、反射光）を共有し得る。オーバーラップ領域１４８、１５０、１５２、１５４は、同じまたは同様のコンテンツを共有するので、このコンテンツは、ターゲット画像を出力するために画像スティッチングモジュールによって使用され得る。オーバレイ画像部分１３６は、ターゲット画像の反射部分の部分を含む。スティッチング技法を使用して、スティッチングモジュールは、画像プロセッサにターゲット画像を出力し得る。たとえば、視野１２０、１２２、１２４、１２６のオーバーラップ領域１４８、１５０、１５２、１５４は、カメラ１１２ａ〜ｄによってキャプチャされた部分画像に対してスティッチング技法を実行し、スティッチされ、クロップされたターゲット画像を画像プロセッサに出力するために、画像スティッチングモジュールによって使用され得る。
[0044]単一のターゲット画像を出力するために、画像スティッチングモジュールは、高解像度のターゲット画像を生成するために複数の部分画像を組み合わせる（combine）ように画像プロセッサを構成し得る。ターゲット画像生成は、知られている画像スティッチング技法を通して起こり得る。画像スティッチングの例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１１／６２３，０５０号内に見出され得る。
[0045]たとえば、画像スティッチングモジュールは、互いに対する部分画像の回転および整列を決定するために特徴を一致させる（matching）ための部分画像のエッジに沿ったオーバーラップの領域を比較する命令を含み得る。部分画像の回転および／または各センサの視野の形状により、組み合わされた画像は不規則な形状を形成し得る。したがって、部分画像を整列させ、組み合わせた後、画像スティッチングモジュールは、組み合わされた画像を所望の形状およびアスペクト比、たとえば、４：３の矩形または１：１の正方形にクロップするように画像プロセッサを構成するサブルーチンを呼び出すことができる。クロップされた画像は、ディスプレイ上に表示するため、または記憶装置内に保存するために、デバイスプロセッサに送られ得る。
Ｃ．視差のないカメラの位置決めの概要
[0046]図２Ａの撮像システムは、複数のカメラを含む。中央カメラ１１２は、第１の方向に向けられた第１の視野ａを有する位置に配置される。第１の視野ａは、図２Ａに示すように、中央カメラ１１２が面している任意の方向であり得る第１の方向に面している。中央カメラ１１２は、第１の視野ａを通って延びる光軸１１３を有する。第１の視野ａ内の中央カメラ１１２によってキャプチャされている画像は、中央カメラ１１２の投影された光軸１１３の周りにあり、中央カメラ１１２の投影された光軸１１３は、第１の方向にある。
[0047]図２Ｂは、中央カメラ１１２、カメラ１１６ａ、およびそれの関連するミラー構成要素１２６ａの側面断面図を示す。サイドカメラ１１６ａ〜ｄの各々の配列は、カメラ１１２の図示の光軸１１３の周りに位置付けられ（positioned）る。複数のサイドカメラ１１６ａ〜ｄの各々は、実際のカメラ１１２の光軸である図示の線１１３と同心であるリングを形成する複数のサイドカメラ１１６ａ〜ｄの各々に関連して、カメラの「同心リング（concentric ring）」と呼ばれることがある。明確にするために、リング１１６ａ〜ｄの各々から１つのカメラのみ、および中央カメラ１１２が、図２Ａおよび図２Ｂに示されている。サイドカメラ１１６ａは、４つのカメラの第２の同心リングの一部であり、４つのカメラの各々は、カメラの３６０度の同心リングを形成するために、それの隣接するカメラから９０度に位置付けられる。サイドカメラ１１４ａ〜ｄは、図２Ａ中に示されていない。同様に、カメラ１１４ａ〜ｄは、図３を説明するときにさらに説明する、カメラの第２の同心リングのカメラと同様に位置付けられたカメラの第１の同心リングの一部である。「リング（ring）」という用語は、たとえば、線１１３の周りのカメラの全体的な配列を示すために使用され、リングという用語は、円形であることに配列を限定しない。「同心（concentric）」という用語は、同じ中心または軸を共有する２つ以上のリングを指す。
[0048]図２Ａに示すように、光軸１１３を中心とする各々の第２の同心リングの半径１５４２ｂは、光軸線１１３からカメラ１１６ａの入射瞳の最中心点までの距離である。同様に、図２Ｂに示すように、光軸１１３を中心とする第１の同心リングの半径１５４１ａは、光軸線１１３からカメラ１１４ａの入射瞳の最中心点までの距離である。いくつかの実施形態では、半径距離１５４２ｄおよび１５４１ａは、謹んですべてのカメラ１１６ａ〜ｄおよびカメラ１１４ａ〜ｄについて等しくてもよい。半径距離１５４２ｄが第２の同心リング内のすべてのカメラについて等しい必要はない。同様に、半径距離１５４１ａが第１の同心リング内のすべてのカメラについて等しい必要はない。図２Ａに示す実施形態は、すべてのカメラ１１６ａ〜ｄについて同じ半径１５４２ｂを有し、同様に、図２Ｂに示す実施形態は、すべてのカメラ１１４ａ〜ｄについて同じ半径１５４１ａを有する。
[0049]カメラ１１４ａ〜ｄの第１の同心リングは、光軸１１５に沿った方向で第３の視野ｃ内の画像をキャプチャするように配列され、構成される。カメラ１１６ａ〜ｄの第２の同心リングは、光軸１１７に沿った方向で第２の視野ｂ内の画像をキャプチャするように配列され、構成される。
[0050]別の実施形態では、サイドカメラ１１４ａ〜ｄ、１１６ａ〜ｄは、それぞれ、アレイカメラの第１および第２のセットの一部であり、アレイカメラの第１および第２のセットの各々は、集合的に、ターゲットシーンの少なくとも一部を含む視野を有する。各アレイカメラは、画像センサを含む。画像センサは、第２の同心リングについて図２Ａに概略的に示すように、それぞれのカメラ１１６ａ〜ｄの光軸１８６ａ〜ｄを中心とし得、垂直であり得る。同様に、画像センサは、第１の同心リングについて図２Ｂに概略的に示すように、それぞれのカメラ１１４ａ〜ｄの光軸１８４ａ〜ｄを中心とし得、垂直であり得る。
[0051]本明細書に示されるように、視野「ｃ」が視野「ａ」の約１／２以上である場合、視野「ａ」を有する図２Ａに示すカメラ１１２を図２Ｂに示すようなカメラ１１４ａ〜ｄの第１の同心リングと置き換えることが可能であり得る。そのような場合、第２の同心リング内のカメラ１１６ａ〜ｄおよび第１の同心リング内のカメラ１１４ａ〜ｄは、すべてのカメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄによってキャプチャされる画像が、撮像システムのすべてのカメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄの仮想入射瞳の最中心点に実質的にまたは事実上位置する共通の遠近法の見晴らしのきく地点（common perspective vantage point）から見たような広視野画像を集合的に表すことができるように構成され、配列され得、すべてのカメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄの仮想入射瞳の最中心点は、すべての仮想入射瞳の最中心点が、空間内の１つの共通の地点に実質的にまたは事実上あるように構成され、配列されている。
[0052]図２Ａおよび図２Ｂに示す撮像同心リングシステムは、図２Ｂに示す第１の同心リングのための光再配向反射ミラー面１３４ａ〜ｄと、図２Ａに示す第２の同心リングのための光再配向反射ミラー面１３６ａ〜ｄとを含む。
[0053]上記の光再配向反射ミラー構成要素１３４ａ〜ｄ、１３６ａ〜ｄの各々において、光再配向反射ミラー構成要素１３４ａ〜ｄ、１３６ａ〜ｄは、複数の反射体（reflectors）を含む。
[0054]ここで説明するように、広視野カメラ構成１００ａは、広視野カメラ構成１００ａが視差のないまたは事実上視差のないことを可能にし、広視野カメラ構成１００ａが共通のパースペクティブ（common perspective）からの単一の仮想視野を有することを可能にする、様々な角度と様々な距離とを備える。広視野カメラ構成１００ａは、単一の仮想視野を有するので、構成１００ａは、視差がない、または事実上視差がない。
[0055]図１Ａ〜図２Ｂに示すものなどのいくつかの実施形態では、単一の仮想視野は、カメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄの各々の仮想視野参照点（virtual field of view reference point）が、点１４５に位置するカメラシステム１００ａの入射瞳の有効最中心点である単一の仮想原点（single point of origin）１４５を有するかのように、広視野シーンを集合的に形成する複数の視野を備える。カメラ１１４ａ〜ｄの第１の同心リングは、光軸１１５に沿った方向で、角度ｃに従ってシーンの一部、単一の原点１４５からのそれの仮想視野をキャプチャする。第２の同心リングカメラ１１６ａ〜ｄは、角度ｂに従ってシーンの一部を、単一の原点１４５からのそれの仮想視野をキャプチャする。カメラ１１４ａ〜ｄの第１の同心リングおよびカメラ１１６ａ〜ｄの第２の同心リングの集合的な仮想視野は、仮想視野の少なくとも様々な角度ｂおよびｃを含む広視野シーンをキャプチャすることになるためである。広視野をキャプチャするために、カメラ１１４ａ〜ｄ、１１６ａ〜１１６ｄのすべては、広視野内のすべての画像コンテンツがキャプチャされ得ることが確実であるように、すべての実際の視野およびまたは仮想視野が隣接する実際の視野およびまたは仮想視野と完全にオーバーラップすることを保証するために、個別に十分に広い視野を有する必要がある。
[0056]単一の仮想視野は、カメラの実際の物理的ロケーションが単一の原点１４５から離れた様々な地点に位置しているにもかかわらず、カメラの各々が単一の原点１４５からシーンをキャプチャしているかのように見える。図２Ｂに示すように、第１のカメラ１１４ａの仮想視野は、第１のカメラ１１４ａが１４５に位置する仮想入射瞳の最中心点から視野ｃのシーンをキャプチャしていたかのようになる。同様に、図２Ａに示すような第２のカメラ１１６ａの仮想視野は、第２のカメラ１１６ａが１４５に位置する仮想入射瞳の最中心点から視野ｂのシーンをキャプチャしていたかのようになる。したがって、第１のカメラ１１４ａ、第２のカメラ１１６ａは、１４５に位置する仮想入射瞳の最中心点に単一の仮想視野参照点を有する。
[0057]他の実施形態では、様々な視野がカメラのために使用され得る。たとえば、第１のカメラ１１４ａは、狭い視野を有し得、第２のカメラ１１６ａは、広い視野を有し得、第３のカメラ１１４ｂは、より狭い視野を有し得る、などである。そのように、カメラの各々の視野は、視差のないまたは事実上視差のない画像をキャプチャするために同じである必要はない。しかしながら、一実施形態の例において、図と表とを参照して以下に説明するように、関連するミラーおよび構成要素が空間内の点から関連するミラーに向かって、次いでそれぞれのカメラの実際の入射瞳上に、進行する光を遮っておらず、または妨げていない領域内で、各カメラの隣接する視野と本質的にオーバーラップすることが可能であり得るように、カメラは、約６０度の実際の視野を有する。以下に説明する実施形態では、視野は、本質的にオーバーラップする。しかしながら、オーバーラップする視野は、撮像システムが視差のないまたは事実上視差のない画像をキャプチャするために必要ではない。
[0058]視差のないまたは事実上視差のない撮像システムおよび仮想視野の上記で説明した実施形態は、以下の角度、距離、および方程式の表内に列挙された様々な入力および出力によって可能にされる。
[0059]視差アーティファクトのないまたは事実上視差アーティファクトのない複数の画像を撮影する１つの概念は、カメラの光軸をピボットする（pivot）ことによって物体空間内のシーンの画像をキャプチャすることであり、カメラの入射瞳の最中心点は、画像がキャプチャされるたびごとに同じロケーションに留まる。視差アーティファクトのない、または事実上最小限の視差アーティファクトを有するパノラマピクチャをキャプチャする当業者は、そのような方法を知っている可能性がある。このプロセスを実行するために、図２Ａに示すようなカメラ１１２の光軸を図２Ｂに示すような光軸１１５に沿って整列させ、点１４５を含むようにカメラ１１２の入射瞳の最中心点を置くことができ、この位置では、カメラ１１２の光軸は、カメラシステムの光軸１１３から角度ｈ１にあるべきであり、光軸１１３および１１５は、点１４５でまたはその近くで互いに有効に交差する。この位置において、画像がキャプチャされ得る。次のステップは、カメラ１１２の光軸を図２Ａに示すような光軸１１７まで時計回りに回転させることができ、この位置では、カメラ１１２の光軸は、カメラシステムの光軸１１３から角度（２＊ｈ１＋ｈ２）にあるべきであり、光軸１１３、１１５、および１１７は、点１４５でまたはその近くで互いに有効に交差する。両方の角度方向１１５および１１７にある間、点１４５は、カメラ１１２の入射瞳の最中心点に維持され、図２Ａおよび図２Ｂに謹んで示すページの平面内にカメラ１１２の光軸を維持し、次いで、第２の画像をキャプチャする。さらに、カメラ１１２の視野が角度２＊ｆ2、２＊ｈ1、および２＊ｈ2の大きい方よりも実際に大きいと仮定する。これらの画像の両方は、２つの画像の視野がオーバーラップするシーンの同様の物体空間画像コンテンツを示すべきである。画像がこのようにキャプチャされるとき、視差アーティファクトのない、または事実上視差アーティファクトのない画像を形成するために、これらの２つの画像を一緒にマージすることが可能であるべきである。２つ以上の画像を一緒にマージする当業者は、視差アーティファクトがどのように見える可能性があるのかを理解することができ、視差のない、事実上視差アーティファクトのない画像をキャプチャする目的を認識することができる。
[0060]カメラの光軸をそれ自体の入射瞳ロケーションを中心としてピボットすることによって、視差のないまたは事実上視差のない画像をキャプチャすることは望ましくないことがある。互いに対して位置を固定された２つのカメラを使用することが好ましいことがある。この状況では、それらの入射瞳が同じ物理的ロケーションを占める２つのカメラを作ることが可能ではないことがある。代替として、図２Ａに示すような、１１２などの別のカメラの入射瞳中心点を含むまたは事実上含む入射瞳中心点を有する仮想カメラを作成するために、光再配向反射ミラー面を使用し得る。これは、表面１３６ａのような光再配向反射ミラー面と、１１６ａなどの第２のカメラとを適切に位置決めすることによって行われる。図２Ａは、そのようなシステムの図を提供し、光再配向反射ミラー面１３６ａは、１１６ａのカメラの仮想カメラを作成するために使用され、仮想カメラの入射瞳の中心は、点１４５を含む。アイデアは、カメラ１１６ａが、光再配向反射ミラー面が存在しなかった場合にそれの仮想カメラが観察することになるのと同じシーンを、光再配向反射ミラー１３６ａの反射面から離れて観察することになるような方法で、光再配向反射ミラー面１３６ａを位置決めし、カメラ１１６ａの入射瞳と光軸とを配置することである。カメラ１１６ａが、光再配向反射ミラー面のサイズおよび形状に応じて仮想カメラが観察することになるシーンの一部のみを観察し得ることを指摘することは重要である。光再配向反射ミラー面１３６ａがカメラ１１６ａの視野の一部のみを占める場合、カメラ１１６ａは、それの仮想カメラが見ることになるシーンの一部のみを見ることになる。
[0061]図２Ａに示すような、長さ１５２２ａ、ならびに角度f2、ｈ2、およびｋ2のための値を選択すると、カメラ１１６ａの入射瞳中心点のロケーションと、線１１１に対するそれの光軸の角度とを計算するために、表１の方程式を使用することができる。カメラ１１６ａの入射瞳中心点は、マルチカメラシステムの光軸１１３からの距離１５４２aと、線１１３に垂直な線１１１からの長さ１５６２aとに位置する。以下に説明する図４は、角度の符号と、長さの符号に依存する線１１１および１１３の交点からの長さに関する方向と、に依存する角度回転方向を示す凡例（legend）を提供する。
[0062]表１および表２中の距離、角度、および方程式を、ここで、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、線１１１は、仮想入射瞳１４５を含む平面と考えられ得、マルチカメラシステムの光軸１１３に対して垂直であり、光軸１１３は、ページの平面内に含まれる。仮想入射瞳１４５の最中心点は、理想的には平面１１１と光軸１１３との交点に位置し、平面１１１は、図を表示するページに対して垂直である。実際の製造では、構成要素と位置決めとにおける変動は、結果として、入射瞳１４５の中心点を光軸１１３と平面１１１との交点ではなくする可能性があり、同様に、図２Ｂに示すような、カメラ１１４ａの仮想入射瞳の最中心点の実際のロケーションおよび整列が、共通の仮想入射瞳１４５と正確に一致しないことがある可能性があり、これらの場合には、システムまたはアイテムに対して意図された要件およびまたは目的が満たされているように許容誤差要件が決定され得ることを示すことが可能である場合、理想的な場合と上述した許容誤差内の両方で、システムおよびまたはアイテムが意図された要件およびまたは目的を満たすことと等価であると見なされ得ることを意味する、「事実上（effective）」の概念、または等価的に「事実上（effectively）」と表現される概念を使用することができる。したがって、許容誤差内で、仮想入射瞳１４５は、カメラ１１４ａの仮想入射瞳、ならびに、本明細書で図１Ａ〜図１１に示されたおよびまたは記述された実施形態で説明されているカメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄなどのマルチカメラシステム内で使用されるカメラのすべての仮想入射瞳の最中心点と事実上一致する。さらに、１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄなどのすべてのカメラの光軸は、平面１１１、光軸１１３、およびマルチカメラシステムの共通仮想入射瞳最中心点１４５と事実上交差する。
[0063]現在のカメラの意味は、表１および表２の各々に関して変化することになる。表２について、ｈ１の半角視野（half angle field of view）を有するカメラを現在のカメラであると呼ぶ。表２に関連する現在のカメラは、カメラ１１４ａ〜ｄのセットに適用される。
[0064]実施形態のために使用される現在のカメラおよびすべてのカメラは、各々、複数のカメラを含むカメラシステムであり得、または、従来の単一のバレルレンズカメラ（traditional single barrel lens camera）とは異なり得る別のタイプのカメラであり得る。いくつかの実施形態では、使用される各カメラシステムは、カメラのアレイ、またはカメラの屈曲光学アレイ（folded optics array）で構成され得る。
[0065]以下では、それがカメラの第１のリングからのものなので、第１のカメラという用語を参照する。同様に、それがカメラの第２のリングからのものなので、第２のカメラを参照する。図２Ａには、表１の角度と距離とが示されている。第１のカメラ１１６ａの入射瞳は、距離１５４２aおよび距離１５６２aに従って、仮想入射瞳１４５からオフセットされる。距離長１５４２aは、光軸１１３と、第２のカメラ１１６ａの入射瞳中心点とからの座標位置を表し、距離１５４２ａは、光軸１１３に対して垂直に測定される。ここで、現在のカメラは、第２のカメラ１１６ａである。
[0066]距離長１５６２aは、平面１１１と、第１のカメラ１１６ａの入射瞳中心点を含み平面１１１と平行な平面とからの座標位置を表す。ここで、現在のカメラは、第２のカメラ１１６ａである。
[0067]依然として図２Ａを参照すると、システム２００ａに関して図２Ａに示す点１３７は、図２Ａを示すページの平面上に位置し、光軸１１３から距離１５０ａであり、平面１１１と図２Ａのためのページの平面との交差によって形成された線から距離１５２２ａである。説明の容易さのため、ときには、平面１１１と図２Ａを示すページの平面との交差によって形成された線として理解されるべきである線１１１を参照する。
[0068]平面光再配向反射ミラー面１３６ａは、平面１３６ａと図２Ａを示すページの平面との交差によって形成された線で示されている。図２Ａおよび図２Ｂを説明する目的のため、平面１３４ａおよび１３６ａは、ページの平面に対して垂直であると仮定する。しかしながら、平面１３４ａおよび１３６ａは、ページの平面に対して垂直である必要はないことを指摘することが重要である。
[0069]線１３６ａを参照するとき、平面１３６ａとページの平面との交差によって形成された線を参照していることが理解されるべきである。また、線１３４ａを参照するとき、平面１３４ａとページの平面との交差によって形成された線を参照していることが理解されるべきである。
[0070]表１は、線１３６ａから、光軸１１３と平行で点１３７も含む線までの時計回りの回転角である角度ｋ2を提供し、点１３７はまた、ページの平面および線１３６ａ内に含まれる。カメラ１１２の視野エッジは、１７０ａおよび１７０ｂとラベル付けされた２つの交差する線によって示され、これら２つの線は、カメラ１１２の入射瞳の最中心点１４５において交差する。カメラ１１２の半角視野は、マルチカメラ光軸１１３と視野エッジ１７０ａおよび１７０ｂとの間のｆ2である。
[0071]図２Ａに示すように、カメラ１１２は、線１１３と一致するそれの光軸を有する。カメラ１１６ａの半角視野は、カメラ１１６ａの光軸１１７に対するｈ2である。カメラ１１６ａの光軸は、光再配向反射ミラー面１３６ａから再配向されることが示されている。光再配向反射ミラー面１３６ａが完全に平坦であり、図２Ａのページの平面に対して垂直な平面であると仮定する。光再配向反射ミラー平面１３６ａは、カメラ１１６ａの視野を完全にカバーするとさらに仮定する。図２Ａに示すように、光軸１１７は、平面光再配向反射ミラー面１３６ａ上の点で交差する。反時計回りの角度ｐ２は、光再配向反射ミラー面１３６ａからカメラ１１６ａの光軸１１７に向かって示されている。ミラーまたは等価な光反射ミラー面からの光反射の特性と、図２Ａに示す線が図２Ａのページの平面内に含まれるという仮定とに基づいて、反時計回りの角度ｍ２およびｎ２がｐ2に等しいことを見出した。光線は、図２Ａを示すページの平面内のカメラ１１６ａに向かう光軸１１７に沿って進むことができ、カメラ１１６ａの入射瞳の中心点に向かって光再配向反射ミラー等価表面１３６ａから反射することができ、角度ｎ2およびｐ2は、ミラー等価表面からの光反射の特性に基づいて等しくなければならない。カメラ１１６ａの光軸１１７は、仮想入射瞳最中心点が事実上配置される仮想入射瞳中心点１４５に向かって光反射面１３６ａを通って延びるように示されている。反時計回りの回転角度ｍ2は、三角法に基づいてｎ2に等しくなるように示され得る。
[0072]示されたすべての表面１３６ａ〜ｄおよび１３４〜ｄについて、本明細書に記載の例を説明する目的のため、これらの表面が、平面であり、図面ならびに明細書本文におけるページの平面に対して垂直であると仮定する。
[0073]このことから、平面光再配向反射ミラー面１３６ａを含む延長された線が、カメラ１１２の入射瞳中心点からカメラ１１６ａの入射瞳中心点に向かう線と垂直に交差することが示され得る。したがって、２つの線長（line lengths）１６０ａは、等距離の所にあるように示され得る。
[0074]平面光再配向反射ミラー面１３６ａは、カメラ１１６ａの視野の一部のみをカバーすることが可能である。この場合、図２Ａに示すように、物体空間からそれの最中心点１４５を含む仮想カメラ入射瞳に向かって進む光線のすべてが、カメラ１１６ａの視野を部分的にカバーする光再配向反射ミラー面１３６ａの平面部分に反射するとは限らない。この観点から、カメラ１１６ａは、半角視野ｈ2と、光軸１１７と、長さ１５４２ａおよび１５６２ａによって説明されるようなそれの入射瞳のロケーションと、図４に示す凡例と、によって定義される視野を有することを念頭に置くことが重要である。この視野内で、光再配向反射ミラー面１３６ａの光反射平面部分などの表面は、それの視野内に部分的にあり得る。光再配向反射ミラー面１３６ａの平面部分ならびにカメラ１１２および１１６ａが、図２Ａに示すように、図４に示す凡例、表１の方程式に従って、入力値１５２２ａ、ｆ2、ｈ2、およびｋ2に従って配置されているとすれば、物体空間からカメラ１１６ａの仮想カメラの入射瞳に向かって進み、光再配向反射ミラー面１３６ａの平面部分に反射する光線は、カメラ１１６ａの入射瞳上を進むことになる。
[0075]図２Ｂは、中央カメラ１１２と第１のカメラ１１４ａとを含む広視野カメラ構成３００ａの一部の一実施形態の一例の側面図を示す。それがカメラ１１２を含んでいないことに留意されたい。これは、カメラシステム３００ａが図２Ａに示すカメラ１１２の代わりに使用され得るからである。表２に示すパラメータ、角度、および値は、カメラ１１４ａがカメラ１１２の視野の一部をカバーするように、カメラ１１４ａの入射瞳、光軸１１５、およびそれぞれのミラー１３４ａを置くことになる。１１４ａについて行ったのと同じ方法でカメラ１１４ｂ〜ｄの位置を計算するために表１を使用する場合、集合的な画像が一緒にスティッチされたとき、１１２のシーンコンテンツがカメラシステム３００ａの一緒にスティッチされた画像のシーンコンテンツのキャプチャされた画像内にあるように、半視野ｈ１がｆ２以上であり、カメラ１１４ａ〜ｄの実際の視野が十分に広いとすれば、カメラ１１２の視野ａを集合的に含む画像をキャプチャすることが可能であるべきである。この例では、カメラシステム３００ａが図２Ａに示すようにカメラ１１２の円形視野ａ内の同じシーンコンテンツをキャプチャするとすれば、カメラシステム３００ａは、カメラ１１２を置き換えるために使用されることになる。より一般的な視野では、画像が一緒にスティッチされた後にカメラ１１４ａ〜ｄおよびカメラ１１６ａ〜ｄによってキャプチャされた画像が、画像が一緒にスティッチされた後にカメラ１１２およびカメラ１１６ａ〜ｄによってキャプチャされた画像と同じシーンコンテンツを集合的に含む場合、カメラ１１２は、必要ではない可能性がある。この実施形態では、第２のカメラ１１４ａは、図２Ｂに示す現在のカメラである。
[0076]「シーンコンテンツ」などのようなフレーズまたは同様のフレーズに関する意図された意味は、物体空間内の点からカメラシステムに向かう経路内を進む光に関係するシーンコンテンツである。光によって運ばれるシーンコンテンツは、カメラシステムに入る直前の光に含まれる。カメラシステムは、キャプチャされた画像の忠実度（fidelity）に影響を及ぼす可能性があり、すなわち、カメラシステムが、画像検出器によって光から画像をキャプチャするプロセスの前またはプロセス中に、光を変更する、またはアーティファクトを付加する、およびまたは光にノイズを付加する可能性があるような、アーティファクトをカメラシステムの忠実度が導入する可能性がある。カメラシステムおよびカメラシステムの外部の態様に関連する他の要因はまた、カメラシステムに入る直前の光に含まれたシーンコンテンツに関する画像キャプチャの忠実度に影響を及ぼす可能性がある。
[0077]上記の距離、角度、および方程式は、図２Ａに関して上記で説明したのと同様の関係を有する。表２の入力のうちのいくつかは、表１の入力と異なる。図２Ｂおよび表２では、距離のいくつかは、１５２１ａ、１５４１ａ、およびまたは１５６１ａなど、識別番号と添字「ａ」とを有し、角度のいくつかは、添字「１」を有する。表２のこれらの添字付きの距離および角度は、図２Ａおよび表１の添字付きの距離および角度と同様の関係を有する。たとえば、図２Ａおよび表１は、１５２２ａ、１５４２ａ、およびまたは１５６２ａなど、添字「ａ」を有する同様の識別番号を示すことがあり、角度のいくつかは、「１」の代わりに添字「２」を有することがある。
[0078]マルチカメラシステムを設計する１つの方法の一説明をここで説明する。１つの手法は、図２Ａに示すモデルと、図４に示す凡例と、表１に示す方程式とを使用してマルチカメラシステムを開発することである。第１の決定の１つは、中央カメラ１１２が使用されるかどうかを決定することである。中央カメラ１１２が使用されない場合、半角視野ｆ2は、ゼロに設定されるべきである。提示された表１および表２のならびに図２Ａおよび図２Ｂの例では、表１に示す半視野角ｆ２は、ゼロではないので、実際の実中央カメラ１１２は、図２Ａに示し、表１に記載した概略設計の一部である。次に、半角視野ｈ2は、そのようなシステムを設計する者が念頭に置く可能性がある他の考慮事項に基づいて選択され得る。図２Ａに示すように、長さ１５２２ａは、マルチカメラシステムのサイズをスケーリングする。設計を開発する際の１つの目的は、使用され得るまたは使用されることになるカメラのサイズが設計の最終構造に収まることを保証することである。長さ１５２２ａは、マルチカメラシステムのために使用され得るカメラおよび他の構成要素を収容する適切な長さを見出すために、設計段階中に変更され得る。１５２２ａに適した値を選択する際に考慮する他の考慮事項が存在することがある。光再配向反射ミラー平面の角度ｋ2は、カメラ１１６ａの入射瞳最中心点のロケーションを見出す目的で変更され得る。カメラ１１６ａの入射瞳最中心点のロケーションは、座標位置１５４２ａおよび１５６２ａならびに図４に示す凡例によって提供される。この例では、１１６ａの光軸は、ページの平面内に含まれ、カメラ１１６ａの入射瞳最中心点を含み、線１１１に平行な線に対してカメラ１１６ａの入射瞳の最中心点を中心として反時計回りに角度ｑ2だけ回転され、この平行基準線はまた、カメラの入射瞳の最中心点を含む。
[0079]システム内の各カメラ、すなわち、カメラ１１２および１１６ａ〜ｄからのすべての画像を一緒にマージすることによって得ることが可能であり得る最も広いマルチカメラ画像を望む可能性がある。そのような場合、すべてのカメラの視野外に各カメラおよびまたは他の構成要素を維持することが望ましいことがあるが、これらのような要因は、カメラシステムを設計または開発する者によってなされる決定に依存するので、１つまたは複数のカメラの視野外に各カメラまたは他の構成要素を維持する必要はない。所望の組み合わせた画像視野が達成されるまで、１５２２ａ、ｆ2、ｈ2、およびｋ2のための異なる入力を試すことを必要とする可能性がある。
[0080]マルチカメラシステムが表１および図２Ａに従って入力１５２２ａ、ｆ2、ｈ2、およびｋ2によって指定されると、ここで、カメラ１１２、１１６ａ〜ｄおよび光再配向反射ミラー１３６ａ〜ｄのための位置決めと整列とを行う。表１は、１５２２ａ、ｆ2、ｈ2、およびｋ2のための入力値の一例と、説明されているカメラシステムの例に関する結果として得られた計算値とを示す。したがって、そのようなカメラシステムを開発するために、表１中の値と、概要として図２Ａに示す図面とを使用することができる。
[0081]カメラ１１２を複数カメラ配列に置き換えたいと仮定する。これを行う１つの方法は、図２Ａに示すモデルを使用し、半角値ｆ２をゼロに設定することである。そのようなシステムは、図２Ｂに示されており、ここでは、カメラ１１２は、存在しない。カメラ１１４ａのための仮想入射瞳の最中心点１４５は、図２Ｂに示されている。表２は、長さ１５２１ａならびに角度ｆ１、ｈ１、およびｋ１のための例示的な入力値と、表１の方程式を使用して結果として得られた計算値とを示す。図２Ｂおよび表２によって表されるカメラシステムによるカメラ１１４ａ〜ｄのマルチカメラシステムは、カメラ１１２の視野ａ内の同じシーンコンテンツを観察することが可能であるべきである。したがって、次いで、図２Ａに示され、表１に説明されているカメラ１１２を、図２Ｂおよび表２によって説明されているマルチカメラの概略例と置き換えることが可能であるべきである。図２Ｂおよび表２によって説明されているカメラシステムが、カメラ１１２が存在することなく、図２Ａおよび表１によって説明されているマルチカメラシステムと物理的に組み合わされ得、点１４５が、すべてのカメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄの仮想入射瞳の最中心点である場合、中央カメラ１１２とカメラ１１６ａ〜ｄとを使用して、図２Ａに示され、表１に説明されているマルチカメラシステムと同じシーンコンテンツを観察することが可能であるべきである、中央カメラ１１２を含まないマルチカメラシステムを持つべきである。このようにして、図２Ａに示すように点１４５に事実上位置するすべてのカメラの仮想入射瞳の最中心点を有しながら、マルチカメラシステムを別のマルチカメラシステムの上に積み重ね続けることができる。
[0082]図２Ａおよび図２Ｂならびに表１および表２に示す例では、カメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄが互いに適合するために、カメラシステムの光軸１１３を中心として２２．５度などの角度だけ図２Ｂに示されるカメラシステムを回転させることが必要なことがある。図１Ａは、そのような配列の一例を提供する。
[0083]マルチカメラシステムの光軸１１３を中心とする第１の同心リングとしてカメラ１１４ａ〜ｄを含み、図２Ａおよび図２Ｂならびに表１および表２によって説明されているカメラシステムを考えることができる。同様に、第２の同心リングとしてカメラ１１６ａ〜ｄを含むカメラシステムを考えることができる。カメラの同心リングを追加し続けることができ、ここで、各リングについて表１に示すもののような表が本質的に存在し、加えて、図２Ａに示すようにマルチカメラシステム内のすべてのカメラの仮想入射瞳最中心点が点１４５に事実上位置する。
[0084]たとえば、第１および第２の同心リングのための設計が完了し、それらが一緒に適合するように整列されたら、リング１および２について上記で説明したのと同じ手法を使用して、第３の同心リングを追加することを考えることができる。プロセスは、カメラがすべて互いに適合し、設計およびまたは開発されているマルチカメラシステムの設計基準を満たす限り、このように継続することができる。
[0085]各同心リングの形状は、他の同心リングと異なっていてもよい。そのような柔軟性が与えられれば、上記の原理を使用してカメラシステムを設計し、放物線形状または楕円形状または多くの他の可能な形状などの多角形表面などの、平面以外の表面の輪郭に従うカメラのシステムを作成することができる。そのような場合、個々のカメラは、各々、他のカメラとは異なる視野を有することができ、または、いくつかの場合には、それらは、同じ視野を有することができる。画像のアレイをキャプチャするために上記で説明した方法を使用する多くの方法が存在する。カメラの画像がオーバーラップする必要はない。画像は、不連続であり得、視差がないまたは事実上視差がないという特性を依然として有し得る。
[0086]第１のリング、第２のリング、第３のリングなどよりも多いまたは少ないカメラリングが存在し得る。より多いまたはより少ないカメラリングを使用することによって、ことによると望まれるまたは必要とされ得るように、広視野カメラ、半球広視野カメラ（hemisphere wide field of view camera）、または半球よりも大きいもしくは球状カメラ（spherical camera）と同じくらいの超広視野カメラを考案、設計、または構想することが可能であり得る。実際の設計は、マルチカメラシステムを開発する間に行われる選択に依存する。前述のように、いずれのカメラも、他のいずれのカメラと同じ視野を有する必要はない。光再配向反射ミラー面のすべてが、その光再配向反射ミラー面を見ているそれの関連するカメラに関して同じ形状、サイズ、または向きを有する必要はない。２つ以上のカメラが同じ光再配向反射ミラーシステムを共有することができるように、本明細書で説明される原理と、説明と、方法とを使用するカメラシステムと、光再配向反射ミラーとを配列することが可能であるべきである。本明細書で説明される説明と方法とを使用して広視野画像をキャプチャするために、平面ではない光再配向ミラー面を使用することが可能であるべきである。また、視差のないまたは事実上視差のない画像をキャプチャすることが可能であるように説明されたマルチカメラシステムを有するために、すべてのカメラが、隣接する画像の視野を完全にオーバーラップさせる必要はない。
[0087]図２Ａに示すモデルの１つの他の態様または特徴は、光再配向反射ミラー面１３６ａと交差する光軸１１７であり、光軸１１７の交点が平面光再配向反射ミラー面１３６ａ上の任意のロケーションに移動された場合に図２Ａに示すものなどのマルチカメラシステムに依然として視差がないまたは事実上視差がないことが示され得ることである。交点は、カメラ１１６ａの光軸１１７がそれの仮想カメラの光軸と交差する点であり、交点は、平面光再配向反射ミラー面１３６ａ上に位置する。それの入射瞳最中心点が点１４５であり、それの光軸が、カメラ１１６ａの光軸１１７がミラー面１３６ａと交差するロケーションと同じロケーションで光再配向反射ミラー面１３６ａと交差するカメラとして、カメラ１１６ａの仮想カメラを考えることができる。このようにして、１１６ａの仮想カメラは、カメラ１１６ａの光軸１１７がミラー面１３６ａ上の異なるロケーションと交差するように移動することになる。また、光再配向反射ミラー面１３６ａは、図２Ａのページの平面に対して任意の角度であり得る。このようにして、この場合には実カメラであるカメラ１１６ａは、ミラー面１３６ａと物体空間内のシーンとの間に、カメラ１１６ａの光軸と同じ光軸を有するそれの仮想カメラに関連付けられる。
[0088]マルチカメラの視差のないまたは事実上視差のないカメラシステムでは、使用される各々のカメラの視野は、等しい必要はない。
[0089]表面１３６ａが、平面ではないが、カメラシステム全体の設計の一部である光を反射または屈折させることができるような方法で、光再配向反射ミラー面が図２Ａ中の光再配向反射ミラー面１３６ａによって表される視差のないまたは事実上視差のないマルチカメラシステムを設計することが可能であり得る。ミラー面は、多くの方法で達成され得る。当業者は、平面または他の輪郭形状を有する材料の全内部反射特性（total internal reflection properties）を使用することなどのいくつかを知る可能性がある。光が屈折材料の表面に取り付けられた反射材料に反射するが、光再配向反射ミラー状表面を達成するために全内部反射などの特性に依存する必要がない、光を屈折させる材料を使用してもよい。
[0090]図３Ａは、複数カメラ構成の一実施形態の一例の１つのカメラ４２８の概略図４１０を示す。図３Ａに関して、角度は、小文字のアルファベット（たとえば、ｊ）を使用して示され、距離は、距離指示（distance designations）（たとえば、距離４１２）を使用して示され、点、軸、および他の指示は、項目番号（たとえば、４２０）を使用して示される。表１および表２において以下で示すように、いくつかの入力距離４１２、ｚ、ｆ１〜２は、概略図４１０の構成ためのいくつかの出力ｊ、ｂ、ｈ、距離４１２、距離４７２、距離４２４ａ〜ｂ、距離４１８、距離４１６、ｅ、ｃ、ｄ、ａを決定するために使用される。図３Ａの構成は、カメラ４２８が視野を遮らないならば、６０度の二重視野（sixty (60) degrees dual field of view）を有するカメラをもたらす。
[0091]入力パラメータについてここで説明する。距離４１２は、カメラ４２８の仮想入射瞳４２０から、プリズムの点４５２にある反射面４５０の最も遠い末端（furthest terminal end）までの距離を表す。距離４１２は、約４．５ｍｍ以下であり得る。図３Ａでは、距離４１２は、４ｍｍである。
[0092]角度ｚは、概略図４１０の仮想視野の光軸４６６とカメラ４２８の仮想視野の第１のエッジ４６６との間のカメラ構成の集合的な視野を表す。この実施形態では、仮想視野の光軸４６６は、カメラ４２８の仮想視野の第１のエッジ４６６に隣接しているので、角度ｚは、ゼロである。カメラ４２８の仮想視野は、仮想光軸４３４の方に向けられ、角度ｆ１〜２によってカバーされる領域を含む。複数カメラ構成（他のカメラは図示せず）全体の仮想光軸４６６ａは、複数のカメラの組み合わされたアレイの仮想光軸である。仮想光軸４６６ａは、少なくとも複数のカメラの協働によって定義される。仮想光軸４６６ａは、光学構成要素４５０ａを通過する。仮想光軸４６６ａの交差点４２０ａは、光軸４３４ａと仮想光軸４６６ａとの交差によって定義される。
[0093]光学構成要素４５０ａは、少なくとも４つの光再配向面を有する（光学構成要素４５０ａの１つの表面のみが明瞭化のために示され、光学構成要素４５０ａは、図３Ａに示されていない他の光再配向面を表す）。少なくとも４つのカメラ（カメラ４２８ａのみが明瞭化のために示され、カメラ４２８ａは、図３Ａに示すシステム内の他のカメラを表す）が、撮像システム内に含まれる。少なくとも４つのカメラ４２８ａの各々は、ターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つをキャプチャするように各々構成される。少なくとも４つのカメラ４２８ａの各々は、光学構成要素４５０ａの少なくとも４つの光再配向面のうちの対応する１つと整列された光軸４３２ａを有する。少なくとも４つのカメラ４２８ａの各々は、少なくとも４つの光再配向面のうちの対応する１つから再配向されたターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つを表す光を受け取るように位置付けられたレンズアセンブリ２２４、２２６を有する。少なくとも４つのカメラ４２８ａの各々は、レンズアセンブリ２２４、２２６を光が通過した後に光を受け取る画像センサ２３２、２３４を有する。仮想光軸４６６ａは、光学構成要素４５０ａを、仮想光軸４６６ａ上に位置する、少なくとも４つのカメラ４２８ａのうちの少なくとも２つのものの光軸４２０ａの交差点を、通過する。
[0094]少なくとも４つのカメラ４２８ａの協働は、仮想光軸４６６ａを有する仮想カメラ４３０ａを形成する。撮像システムはまた、複数の部分画像をターゲットシーンの最終的な画像に組み立てるように構成された処理モジュールを含む。光学構成要素４５０ａおよび少なくとも４つのカメラ４２８ａの各々は、約４．５ｍｍ以下の高さ４１２ａを有するカメラハウジング内に配列される。少なくとも４つのカメラ４２８ａの第１のセットは、第１の視野を有する中央仮想カメラ４３０ａを形成するために協働し、少なくとも４つのカメラ４２８ａの第２のセットは、第２の視野の一部を各々がキャプチャするように配列される。第２の視野は、第１の視野の外部にあるターゲットシーンの部分を含む。撮像システムは、ターゲットシーンの最終的な画像を形成するために、少なくとも４つのカメラ４２８ａの第２のセットによってキャプチャされた第２の視野の画像を、少なくとも４つのカメラ４２８ａの第１のセットによってキャプチャされた第１の視野の画像と組み合わせるように構成された処理モジュールを含む。第１のセットは、４つのカメラ４２８ａを含み、第２のセットは、４つの追加のカメラ４２８ａを含み、光学構成要素４５０ａは、８つの光再配向面を備える。撮像システムは、実質的に平坦な基板を含み、画像センサの各々は、基板上に位置付けられ、または基板の一部にはめ込まれる（inset）。撮像システムは、少なくとも４つのカメラ４２８ａの各々について、レンズアセンブリ２２４、２２６からの光を受け取り、画像センサ２３２、２３４に向けて光を再配向するように構成された二次光再配向面を含む。二次光再配向面は、反射面または屈折面を備える。少なくとも４つの光再配向面４５０ａの１つのサイズまたは位置は、少なくとも４つのカメラ４２８ａのうちの対応する１つに提供される光の量を制限する絞りとして構成される。撮像システムは、開口部を含み、ターゲットシーンからの光は、少なくとも４つの光再配向面４５０ａ上まで開口部を通過する。
[0095]角度ｆ１〜２は、各々、カメラ４２８の仮想視野の半分を表す。カメラ４２８の組み合わされた仮想視野は、角度ｆ１〜２の合計であり、それはこの例では３０度である。
[0096]角度ｊは、平面４６４として表される、カメラ４２８の実際の視野が反射面４５０と交差するロケーションにおける仮想入射瞳平面４６０に平行な平面と、カメラ４２８の実際の視野の第１のエッジ４６８との間の角度を表す。ここで、角度ｊは、３７．５度である。
[0097]出力パラメータについてここで説明する。表２Ｂに示す出力パラメータの角度ｊは、表１Ｂに示す入力パラメータの角度ｊと同じである。角度ｂは、概略図４１０の光軸４６６と反射面４５０の背面との間の角度を表す。角度ｈは、仮想入射瞳平面４６０と、カメラ４２８の実際の視野の１つのエッジ（カメラ４２８の下方に突出したエッジ）との間の角度を表す。
[0098]距離４１２は、表１Ｂの入力パラメータに関して上記で説明されている。距離４７２は、測定された距離４７２がカメラ４２８の仮想視野の光軸４３４に対して垂直であるように、反射面４５０の末端４５２とカメラ４２８の仮想視野のエッジ４６６との間に延びる平面における視野の半分の距離を表す。距離４２４ａ〜ｂは、カメラ４２８の入射瞳と仮想入射瞳４２０との間の距離の半分を表す。距離４１８は、仮想入射瞳平面４６０と、仮想入射瞳平面４６０に平行なカメラ４２８の入射瞳の平面との間の距離を表す。距離４１６は、平面４６６として表される、仮想入射瞳平面４６０に対して垂直な平面と、カメラ４２８の入射瞳との間の最短距離を表す。
[0099]角度ｅは、カメラ４２８の仮想視野の光軸４３４と反射面４５０の背面との間の角度を表す。角度ｃは、カメラ４２８の仮想視野の光軸４３４と反射面４５０の前側との間の角度を表す。角度ｄは、反射面４５０の前側とカメラ４２８の実際の視野の光軸４３２との間の角度を表す。角度ａは、カメラ４２８と反対側のカメラの投影された実際の視野の光軸と、カメラ４２８の投影された実際の視野の光軸４３２との間の角度を表す。
[0100]点４２２は、カメラ４２８の実際の視野の光軸４３２がカメラ４２８の仮想視野の光軸４３４と交差するロケーションである。カメラ４２８の仮想視野は、カメラ４２８が光軸４３４に沿って仮想入射瞳４２０における位置から「見ていた」かのようである。しかしながら、カメラ４２８の実際の視野は、光軸４３２に沿ってカメラ４２８の実際の入射瞳から向けられる。カメラ４２８の実際の視野は、上記の方向に向いているが、カメラ４２８は、カメラ４２８の実際の入射瞳に向かって反射面４５０から再配向されている入射光の結果として、仮想視野からの入射光をキャプチャする。
[0101]図３Ｂは、複数カメラ構成４１０ｂの一実施形態の２つのカメラ４２８ｂ、４３０ｂの概略を示す。図３Ｂはまた、多くの異なる視差のないまたは実質的に視差のないマルチカメラの実施形態が本明細書に提示された方法を使用して企図、設計、および／または実現され得るモデルを表す。表３は、長さ４１２bならびに角度ｇ2、ｆ2、およびｋ2に基づいて図１Ｂに示す距離と角度とを決定するために使用される方程式を提供する。
[0102]図３Ｂには、表３の角度と距離とが示されている。中央カメラ４３０ｂおよびサイドカメラ４２８ｂが示されている。サイドカメラ４２８ｂの入射瞳は、距離４１６bおよび距離４１８bに従って仮想入射瞳４２０ｂからオフセットされる。距離４１６bは、光軸４７２bとサイドカメラ４２８bの入射瞳中心点との間の距離を表し、距離４１６ｂは、光軸４７２bに対して垂直に測定される。
[0103]距離４１８bは、平面４６０bと、サイドカメラ４２８bの入射瞳中心点を含み平面４６０bに平行な平面との間の距離を表す。
[0104]残りの距離および角度は、表３中に見出され得、図３Ｂに示されている。
[0105]表３は、点４３７と交差し、線４６０bに対して垂直な点に対する光再配向面４５０bの角度ｋ2を提供する。点４３７は、図３Ｂを示すページの平面に対して垂直な、したがって、マルチカメラシステム光軸４７２bに対して垂直な平面上に位置し、線４６０bから距離４１２bにある。カメラ４３０bの視野は、４３４bとラベル付けられた２つの交差する線によって示され、これらの２つの線は、カメラ４３０bの入射瞳の中心点で交差する。カメラ４３０bの半角視野は、マルチカメラ光軸４７２bと視野エッジ４３４bとの間のｇ2である。
[0106]図３Ｂに示すように、カメラ４３０bは、線４７２bと一致するそれの光軸を有する。カメラ４２８bの半角視野は、カメラ４２８bの光軸４３５ｂに対してｆ2である。カメラ４２８bに関する仮想カメラの光軸は、光再配向面４５０bから再配向されているように示されている。光再配向面４５０bが完全に平坦であり、図３Ｂが示されたページの平面に対して垂直な平面であると仮定し、光再配向平面がカメラ４２８bの円形視野を完全にカバーするとさらに仮定する。図３Ｂに示すように、光軸４３５bは、平面光再配向面４５０b上の点で交差する。ここで、光線が物体空間内の点から仮想カメラ光軸４３５bに沿って進行していると仮定する。ここで、障害物（obstructions）が存在する場合、障害物は、光再配向面を遮り（intercept）、平面光再配向面４５０bに反射し、カメラ４２８bの光軸４３５bに沿って進行することになる。角度ｃ2およびｄ2は、光学の原理と理論とに基づいて等しくなる。したがって、角度ｅ2は、ｃ2に等しくなる。このことから、平面光再配向面４５０bが、カメラ４３０bの入射瞳中心点からカメラ４２８bの入射瞳中心点に向かう線と垂直に交差することを示すことができる。したがって、２つの線長４６０bは、等距離の所にあることが示され得る。
[0107]平面光再配向面４５０bは、カメラ４２８bの視野の一部のみをカバーすることが可能である。この場合には、図３Ｂに示すように、物体空間からそれの中心に点４２０bを含む仮想カメラ入射瞳に向かって進行するすべての光線が、カメラ４２８bの視野を部分的にカバーする光再配向面４５０bの平面部分に反射するとは限らない。この観点から、カメラ４２８bが、半角視野ｆ2と、光軸４３５bと、長さ４１６bおよび４１８bによって記述されるそれの入射瞳のロケーションとによって定義される視野を有することを念頭に置くことが重要である。この視野内で、光再配向面４５０bの光反射平面部分などの表面は、それの視野内に部分的にあり得る。光再配向面４５０bの平面部分ならびにカメラ４３０bおよび４２８bが、図３Ｂ、表３の方程式に示すように、選択された入力値４１２b、ｇ2、ｆ2、およびｋ2に従って位置付けられるならば、物体空間からカメラ４２８bの仮想カメラの入射瞳に向かって進行し、光再配向面４５０bの平面部分に反射する光線は、カメラ４２８bの入射瞳上に進行することになる。
[0108]図４は、図１Ａ〜図２Ｂおよび図５〜図６に示すカメラ２０の一実施形態を示す。図４に示すように、入射瞳１４の最中心点は、光軸１９上に位置し、その位置において、視野（ＦｏＶ：Field of View）１６の頂点（vertex）は、光軸１９と交差する。カメラ２０の実施形態は、図１〜図２Ｂの全体にわたって示され、カメラ１１４ａ〜ｄおよび１１６ａ〜ｄとして図５および図６に示されている。カメラ２０の前部は、短いバー１５として表される。平面は入射瞳を含み、点１４は１５の前に位置する。カメラの正面および入射瞳のロケーションは、１５によって象徴される。短いバー１５は、ときには、図１〜図６では、狭い矩形のボックスとして、または線として示されることがある。カメラシステム２０の中心は、光学セクション１２であり、カメラシステム２０内で使用される光学構成要素を象徴する。画像キャプチャデバイスは、カメラシステムの背面において１７によって象徴される。画像キャプチャデバイスは、本明細書でさらに説明される。図１Ａ〜図２Ｂならびに図５および図６において、図４中の２０によって表されるカメラシステムのアセンブリ全体は、直線矢印線または曲線矢印線と、矢印線の近くの参照番号とを使用することによって指し示されることがある。
[0109]角度指定（angle designations）は、カメラ２０の下に示される。正の角度は、反時計回りの方向を指す円形の線によって指定される。負の角度は、時計回りの方向を指す円形の線によって指定される。常に正である角度は、時計回りの方向と反時計回りの方向の両方を示す矢印を有する円形の線によって指定される。デカルト座標系（Cartesian coordinate system）は、左から右に向かう正の水平方向Ｘおよび下から上に向かう正の垂直方向Ｙによって示される。
[0110]図４中に１７として示され、図１〜図６全体を通じて示されたカメラ１１２、１１４ａ〜ｄ、および１１６ａ〜ｄの一部として表され、３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄとして図８および図９に示されるような各カメラの画像センサは、特定の実施形態では、電荷結合デバイス（ＣＣＤ：charge-coupled device）、相補型金属酸化膜半導体センサ（ＣＭＯＳ）、または、光を受け取り、受け取られた画像に応答して画像データを生成する任意の他の画像感知デバイスを含み得る。カメラ１１２、１１４ａ〜ｄ、１１６ａ〜ｄの、およびまたはカメラのより多くの同心リングの、各画像センサは、アレイ内に配列された複数のセンサ（またはセンサ素子）を含み得る。図４に示され、図１Ａ〜図６ならびに図８および図９に表されているような画像センサ１７は、静止写真のための画像データを生成することができ、キャプチャされたビデオストリームのための画像データを生成することもできる。図４に示され、図１Ａ〜図６ならびに図８および図９に表されているような画像センサ１７は、個々のセンサアレイであってもよく、または、各々がセンサアレイのアレイ、たとえば、センサアレイの３×１アレイを表してもよい。しかしながら、当業者によって理解されるように、センサの任意の適切なアレイが、開示された実施態様において使用され得る。
[0111]図４に示され、図１Ａ〜図６ならびに図８および図９に表されているような画像センサ１７は、３０４および３０６として図８中に示された基板上、または１つまたは複数の基板上に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、すべてのセンサは、基板３３６に関して図９中に一例として示された、平坦な基板に取り付けられていることによって、１つの平面上にあり得る。図９に示すように、基板３３６は、任意の適切な実質的に平坦な材料であり得る。中央反射要素３１６およびレンズアセンブリ３２４、３２６は、同様に基板３３６上に取り付けられ得る。センサアレイと、複数のレンズアセンブリと、ならびに複数の一次および二次反射面または屈折面とを取り付けるための複数の構成が可能である。
[0112]いくつかの実施形態では、中央反射要素３１６は、ターゲット画像シーンからの光をセンサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄに向けて再配向するために使用され得る。中央反射要素３１６は、反射面（たとえば、ミラー）または複数の反射面（たとえば、ミラー）であり得、入射光を画像センサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄに向けて適切に再配向するために必要に応じて平坦であり得または形づくられ得る。たとえば、いくつかの実施形態では、中央反射要素３１６は、入射光線を、レンズアセンブリ３２４、３２６を介してセンサ３３２ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄに反射するようなサイズおよび形状のミラーであり得る。中央反射要素３１６は、ターゲット画像を備える光を、複数の部分に分割し得、各部分を異なるセンサに導き得る。たとえば、中央反射要素３１６の第１の反射面３１２（他の実施形態は、反射面ではなく屈折プリズム（refractive prism）を実装し得るので、一次光屈曲面（primary light folding surface）とも呼ばれる）は、第１の視野３２０に対応する光の一部を、第１の（左）センサ３３４ａに向けて送り、第２の反射面３１４は、第２の視野３２２に対応する光の第２の部分を、第２の（右）センサ３３４ａに向けて送る。画像センサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄの視野３２０、３２２は一緒に、少なくともターゲット画像をカバーすることが理解されるべきである。
[0113]受光センサ（receiving sensors）が各々複数のセンサのアレイであるいくつかの実施形態では、中央反射要素は、ターゲット画像シーンの異なる部分をセンサの各々に向けて送るために、互いに対して角度がつけられた複数の反射面から製作され得る。アレイ内の各センサは、実質的に異なる視野を有し得、いくつかの実施形態では、視野は、オーバーラップし得る。中央反射要素の特定の実施形態は、レンズ系を設計する際の自由度を高めるために、複雑な非平面の表面を有し得る。さらに、中央要素が反射面であるものとして論じられているが、他の実施形態では、中央要素は、屈折性であり得る。たとえば、中央要素は、複数のファセット（facets）で構成されたプリズムであり得、各ファセットは、シーンを備える光の一部をセンサのうちの１つに向ける。
[0114]中央反射要素３１６に反射された後、入射光の少なくとも一部は、レンズアセンブリ３２４、３２６の各々を通って伝播し得る。１つまたは複数のレンズアセンブリ３２４、３２６は、中央反射要素３１６およびセンサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄと、反射面３２８、３３０との間に設けられ得る。レンズアセンブリ３２４、３２６は、各センサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄの方に向けられたターゲット画像の一部を集束させるために使用され得る。
[0115]いくつかの実施形態では、各レンズアセンブリは、１つまたは複数のレンズと、複数の異なるレンズ位置の間でレンズを移動させるためのアクチュエータとを備え得る。アクチュエータは、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ：voice coil motor）、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ：micro-electronic mechanical system）、または形状記憶合金（ＳＭＡ：shape memory alloy）であってよい。レンズアセンブリは、アクチュエータを制御するためのレンズドライバをさらに備え得る。
[0116]いくつかの実施形態では、従来のオートフォーカス技法は、各カメラのレンズ３２４、３２６と、対応するセンサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄとの間の焦点距離を変更することによって実装され得る。いくつかの実施形態では、これは、レンズバレルを移動させることによって達成され得る。他の実施形態は、中央光再配向反射ミラー面を上下に移動させることによって、または、レンズアセンブリに対する光再配向反射ミラー面の角度を調整することによって、焦点を調節し得る。特定の実施形態は、各センサ上でサイド光再配向反射ミラー面を移動させることによって焦点を調整し得る。そのような実施形態は、アセンブリが各センサの焦点を個別に調整することを可能にし得る。さらに、いくつかの実施形態は、たとえば、アセンブリ全体にわたって液体レンズのようなレンズを配置することによって、アセンブリ全体の焦点を一度に変更することが可能である。特定の実施態様では、コンピュテーショナル・フォトグラフィー（computational photography）が、カメラアレイの焦点を変更するために使用され得る。
[0117]視野３２０、３２２は、仮想領域３４２から知覚される仮想視野を屈曲光学マルチセンサアセンブリ（folded optic multi-sensor assembly）３１０に提供し、仮想視野は、仮想軸３３８、３４０によって定義される。仮想領域３４２は、センサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄがターゲット画像の入射光を知覚し、入射光に敏感な領域である。仮想視野は、実際の視野と対比されるべきである。実際の視野は、検出器が入射光に敏感な角度である。仮想視野が、入射光が実際には決して到達しない知覚された角度であるという点で、実際の視野は仮想視野と異なる。たとえば、図３では、入射光は、反射面３１２、３１４に反射されるので、入射光は、仮想領域３４２に決して到達しない。
[0118]複数のサイド反射面、たとえば、反射面３２８および３３０が、センサの反対側の中央反射要素３１６の周りに設けられ得る。レンズアセンブリを通過した後、サイド反射面３２８、３３０（他の実施形態は、反射面ではなく屈折プリズムを実装し得るので、二次光屈曲面（secondary light folding surface）とも呼ばれる）は、光をセンサ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄ上に（図３の向きで示されているように、下方に）反射し得る。図示のように、センサ３３６ｂは、反射面３２８の下に位置付けられ得、センサ３３４ａは、反射面３３０の下に位置付けられ得る。しかしながら、他の実施形態では、センサは、サイド反射面の上方にあり得、サイド反射面は、光を上方に反射するように構成され得る。各レンズアセンブリからの光がセンサに向かって再配向される、サイド反射面およびセンサの他の適切な構成が可能である。特定の実施形態は、関連するセンサの焦点または視野を変化させるために、サイド反射面３２８、３３０の移動を可能にし得る。
[0119]各センサの視野３２０、３２２は、そのセンサに関連する中央反射要素３１６の表面によって物体空間内に向けられ得る。各カメラの視野が物体フィールド上の異なるロケーションに向けられ得るように、アレイ内のミラーを傾斜させる（tilt）および／またはプリズムを移動させるために、機械的方法が用いられ得る。これは、たとえば、高ダイナミック・レンジカメラを実装するため、カメラシステムの解像度を高めるため、またはプレノプティック・カメラシステム（plenoptic camera system）を実装するために使用され得る。各センサの（または、各３×１アレイの）視野は、物体空間内に投影され得、各センサは、そのセンサの視野に従ってターゲットシーンの一部を備える部分画像をキャプチャし得る。図２Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、対向するセンサアレイ（opposing sensor arrays）３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄの視野３２０、３２２は、特定の量３１８だけオーバーラップし得る。オーバーラップ３１８を低減し、単一の画像を形成するために、以下で説明するスティッチングプロセスが、２つの対向するセンサアレイ３３６ａ〜ｄ、３３４ａ〜ｄからの画像を組み合わせるために使用され得る。スティッチングプロセスの特定の実施形態は、部分画像を一緒にスティッチする際に共通の特徴を識別するためにオーバーラップ３１８を用い得る。オーバーラップする画像を一緒にスティッチした後、スティッチされた画像は、最終画像を形成するように、所望のアスペクト比に、たとえば４：３または１：１にクロップされ（cropped）てよい。いくつかの実施形態では、各ＦＯＶに関連する光学要素の整列は、画像をつなぎ合わせる（join）際に必要とされる画像処理が最小限でまたはなしで複数の画像が単一の画像に形成されるように、オーバーラップ３１８を最小にするように配列される。
Ｄ．４カメラシステムおよび８カメラシステムのさらなる例の概要
[0120]図５は、８カメラシステム５００ａの側面図断面の一実施形態を示す。第１および第２のリングの各々におけるカメラのうちの２つに関する入射瞳ロケーションが示され、ミラー面１３４ａ、１３４ｃ、１３６ａ、および１３６ｃに反射する光線が示される。カメラ１１６ａの入射瞳は、距離１５４２ａと距離１５６２ａとに従って仮想入射瞳最中心点１４５から垂直にオフセットされる。カメラ１１４ａの入射瞳は、距離１５４１aと距離１５６１aとに従って仮想入射瞳から垂直にオフセットされる。同様に、カメラ１１６ｃの入射瞳は、距離１５４２ｃと距離１５６２ｃとに従って仮想入射瞳最中心点１４５から垂直にオフセットされる。カメラ１１４ｃの入射瞳は、距離１５４１cと距離１５６１cとに従って仮想入射瞳から垂直にオフセットされる。
[0121]図６は、４カメラシステムの側面図断面の一実施形態を示す。カメラ１１４ａの入射瞳最中心点は、距離１５４１aと距離１５６１aとに従って仮想入射瞳から垂直にオフセットされる。同様に、カメラ１１４ｃの入射瞳最中心点は、距離１５４１cと距離１５６１cとに従って仮想入射瞳から垂直にオフセットされる。
[0122]図７Ａは、図１Ａのマルチミラーシステム７００ａとして使用され得る反射要素１６０の上面図の一例を示す。図７Ａは、さらに、それぞれ図２Ａ、図２Ｂ、図５、図６、および図８に示すように、表面１３４ａ〜ｄおよび１３６ａ〜ｄのために使用され得る８つの反射面１２４ａ〜ｄおよび１２６ａ〜ｄを示す。表面１３４ａ〜ｄは、カメラ１１４ａ〜ｄに関連付けられ、ミラー１３６ａ〜ｄよりも高い。ミラー面１３６ａ〜ｄは、カメラ１１６ａ〜ｄに関連付けられる。図５は、図７Ａに示す上面図に関する側面図の例を提供する。図５において、図１Ａおよび図７Ａに示す例示的な表面１２４ａおよび１２４ｃを表すミラー面１３４ａおよび１３４ｃを示す。同様に、表面１３６ａ〜ｄは、カメラ１１６ａ〜ｄに関連付けられ、図２Ａ、図２Ｂ、図５、図６、および図８に示すようにミラー面１３４ａ〜ｄよりも低い。図１Ａおよび図７Ａに示すように、ミラー面１２４ａ〜ｄは、マルチカメラシステム光軸１１３を中心として２２．５ 回転され、光軸１１３は、図１Ａおよび図７Ａに示されていないが、図２Ａおよび図２Ｂに示されている。図７Ａでは、円がミラー面１２４ａ〜ｄの周りに示され、楕円面がミラー面１２６ａ〜ｄの周りに示されている。楕円円は、たとえば、それの関連するミラー１２６ａとともにカメラ１１６ａによってカバーされる視野の傾斜を象徴する（symbolize）。表１および表２によるカメラミラーの組合せ１１６ａおよび１３６ａに関する視野の傾斜は、カメラ−ミラーの組合せ１１４ａおよび１３４ａのカメラミラーの組合せに関する視野の傾斜よりも大きい。図７Ａに示すように、ミラー面１２４ａ〜ｄおよび１２６ａ〜ｄの周囲の円および楕円は、これらのカメラミラーの組合せの視野を反映する。オーバーラップ領域は、視野がどのようにオーバーラップし得るのかの一例を表す。オーバーラップは、マルチカメラシステム内の隣接するカメラまたは他のカメラの視野内にあり得るシーンコンテンツを表す。
[0123]図５では、図１Ａに示す例示的な表面１２４ａおよび１２４ｃを表すミラー面１３４ａおよび１３４ｃを示し、図７Ａは、複数の反射面（別々には図示せず）を備える反射要素７００ａを示す。反射面の各々は、対応するカメラの各々が各カメラ−ミラーの組合せの視野に従ってターゲット画像の一部を備える部分画像をキャプチャし得るように、光軸に沿って光を反射し得る。クロッピング後の最終的な画像の完全な視野は、破線１７０によって示される。クロップされたエッジ１７０の形状は、１：１のアスペクト比を有する正方形画像を表す。クロップされた画像１７０は、他のアスペクト比を形成するためにさらにクロップされ得る。
[0124]マルチカメラシステムは、図２Ａおよび図２Ｂならびに表１および表２の例について使用された方向とは異なる方向において、各カメラ−ミラーの組合せの光軸を指すようにミラーを傾斜させるような技法を使用し得る。そのような方法を使用することは、図１Ａおよび図７Ａに示す１：１のアスペクト比のアスペクト比以外の他のアスペクト比により適し得るオーバーラップパターンを生成し得る配列を可能にし得る。
[0125]視野１２４ａ〜ｄおよび１２６ａ〜ｄは、オーバーラップ領域を共有し得る。この実施形態では、視野は、特定の領域においてたった１つの他の視野とオーバーラップし得る。
[0126]他の領域では、視野は、２つ以上の他の視野と重複し得る。重複領域は、８つのカメラに向けて反射されたとき、同じまたは同様のコンテンツを共有する。重複領域は、同じまたは同様のコンテンツ（たとえば、入射光）を共有するので、このコンテンツは、ターゲット画像を出力するために画像スティッチングモジュールによって使用され得る。スティッチング技術を使用して、スティッチングモジュールは、画像プロセッサにターゲット画像を出力し得る。
[0127]図７Ｂは、８カメラ構成７１０の一部の一実施形態の側面図を示す。図７Ｂの実施形態は、視差アーティファクトおよび傾斜アーティファクトのない８カメラ構成のための反射要素７３０を示す。反射要素７３０は、複数の反射面７１２ａ〜ｃを有し得る。図７の実施形態では、反射面７１２ａ〜ｃは、プリズムの形状である。反射要素７３０は、８カメラ構成の中心またはその近くに配置され、８つのカメラの各々に入射光の一部を反射するように構成される（３つのカメラ７１８ａ〜ｃが、この例示の明瞭化のため、図７Ｂに示されている）。いくつかの実施形態では、反射要素７３０は、少なくとも８つの反射面を有する１つの構成要素から構成され得る。いくつかの他の実施形態では、反射要素７３０は、各々が少なくとも１つの反射面を有する複数の個別の構成要素を備え得る。反射要素７３０の複数の構成要素は、一緒に組み合わされ得、それらの位置を互いに対して設定するように別の構造に結合され得、またはその両方であり得る。反射面７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃは、それら自体の別個の部分になるように相互に分離され得る。別の実施形態では、反射面７１２ａ、７１２ｂ、７１２ｃは、１つの反射要素７３０を形成するように一緒につなぎ合わせられ得る。
[0128]図示の実施形態では、８カメラ構成７１０の一部は、カメラ７１８ａ〜ｃを有し、各カメラは、ターゲット画像の複数の部分がキャプチャされ得るように、ターゲット画像の一部をキャプチャする。カメラ７１８ａおよび７１８ｃは、反射要素７３０の基部から同じまたは実質的に同じ距離（または高さ）７３２にある。カメラ７１８ｂは、カメラ７１８ｂおよび７１８ｃの距離７３２と比較して異なる距離（または高さ）７３４にある。図７に示すように、カメラ７１８ｂは、カメラ７１８ａおよび７１８ｃの距離よりも反射要素７３０の基部からより大きい距離（または高さ）７３４にある。反射要素７３０の基部から異なる距離にカメラ７１８ａおよび７１８ｃを位置付けることは、中央視野ならびに広視野の両方をキャプチャするという利点を提供する。反射要素７３０の上部領域に近い反射面７１２ｂは、中央視野を提供する入射光を反射し得る。反射要素７３０の基部に近い反射面７１２ａおよび７１２ｃは、広視野を提供する入射光を反射し得る。
[0129]反射面７１２ａおよび７１２ｃとは異なる角度に反射面７１２ｂを置くことは、中央視野ならびに広視野の両方を提供する。しかしながら、反射面７１２ａ〜ｃは、中央視野ならびに広視野の両方をキャプチャするために、反射要素７３０の基部から異なる距離または角度に置かれる必要はない。
[0130]カメラ７１８ａ〜ｃは、カメラ７１８ａ〜ｃが反射面７１２ａ〜ｃからカメラ７１８ａ〜ｃに反射された入射光の一部を受け取ることができるような光軸７２４ａ〜ｃを有する。図１によれば、同様の技法が、構成７１０がターゲット画像をキャプチャするために使用され得る。
[0131]別の実施形態では、内側カメラ７１８ｂは、反射面７１２を使用して±２１度の画像を作成する。外側カメラ７１８ａおよび７１８ｃは、ターゲット画像の複数の部分がキャプチャされる解決策を作成するために、他の反射面７１２ａおよび７１２ｃを使用する。この例では、反射面７１２ｂは、傾斜した正方形形状を有する。これは、均一なときに良好な点拡がり関数（ＰＳＦ）を提供する。反射面７１２ａおよび７１２ｃは、反射面７１２ｂよりも大きい領域をカバーするが、対称形状を有しない。反射面は、それらがカメラ入射瞳よりも小さいときに絞りとして機能する。
[0132]図８は、カメラごとに屈曲光学カメラ構造（folded optics camera structure）を有する図５のカメラ１１４ａおよび１１６ｂの断面図を示す。図８に示すように、屈曲光学アレイカメラ配列は、３９４ａおよび３９６ｂなどの光再配向反射ミラー面がセンサ３３４ａに向かって下方に、およびセンサ３３６ｂに向かって上方に光を再配向するために使用され得る場合、使用され得る。図８に示す概略表現では、センサ３３４ａ〜ｄは、１つの共通基板３０４に取り付けられ得る。同様に、図８に示す概略表現では、センサ３３６ａ〜ｄは、１つの共通基板３０６に取り付けられ得る。この実施形態の基板３０４および３０６は、図８に概略的に示すように、センサ３３４ａ〜ｄと図１０に示すセンサアセンブリＡ４２０ａインターフェースとの間の支持と相互接続とを提供し得、同様に、センサ３３６ａ〜ｄ、基板３０６の間の相互接続は、センサ３３６ａ〜ｄとセンサアセンブリＢ４２０ｂとの間の支持と相互接続とを提供し得る。異なる方法において、または異なる技術によって実装され得る他の実施形態の当業者が存在し得る。カメラのより大きいまたはより少ない同心リングが、他の実施形態において使用され得、より多くが追加される場合、図１０に示すような他のセンサアセンブリインターフェース４２０ｃ〜４２０ｎが使用され得る（センサアセンブリインターフェース４２０ｃは、図示されていない）。アレイカメラの第１のセットの画像センサは、第１の基板上に配置され得、アレイカメラの第２のセットの画像センサは、第２のおよび同様に３つ以上の基板を形成する基板上に配置される。基板は、たとえば、プラスチック、木材、などであり得る。さらに、いくつかの実施形態では、第１、第２、またはことによるとそれ以上の基板は、平行な平面内に配置され得る。
[0133]図９は、屈曲光学マルチセンサアセンブリの一実施形態の断面側面図を示す。図９に示すように、屈曲光学マルチセンサアセンブリ３１０は、全高３４６を有する。いくつかの実施形態では、全高３４６は、約４．５ｍｍ以下であり得る。他の実施形態では、全高３４６は、約４．０ｍｍ以下であり得る。図示されていないが、屈曲光学マルチセンサアセンブリ３１０全体は、４．５ｍｍ以下よりもほぼ上もしくは下、または約４．０ｍｍ以下の対応する内部高さを有するハウジング内に設けられ得る。
[0134]屈曲光学マルチセンサアセンブリ３１０は、画像センサ３３２、３３４と、反射二次光屈曲面３２８、３３０と、レンズアセンブリ３２４、３２６と、中央反射要素３１６とを含み、それらはすべて、基板３３６に取り付けられ得る（または、接続され得る）。
[0135]画像センサ３３２、３３４は、特定の実施形態では、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体センサ（ＣＭＯＳ）、または、光を受け取り、受け取られた画像に応答して画像データを生成する任意の他の画像感知デバイスを含み得る。各センサ３３２、３３４は、アレイ内に配列された複数のセンサ（または、センサ素子）を含み得る。画像センサ３３２、３３４は、静止写真のための画像データを生成することができ、キャプチャされたビデオストリームのための画像データを生成することもできる。センサ３３２、３３４は、個々のセンサアレイであってもよく、または、各々がセンサアレイのアレイ、たとえば、センサアレイの３×１アレイを表してもよい。しかしながら、当業者によって理解されるように、センサの任意の適切なアレイが、開示された実施態様において使用され得る。
[0136]センサ３３２、３３４は、図９に示すように、基板３３６上に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、すべてのセンサが、平坦な基板３３６に取り付けられていることによって、１つの平面上にあることができる。基板３３６は、任意の適切な実質的に平坦な材料であってもよい。中央反射要素３１６およびレンズアセンブリ３２４、３２６は、同様に基板３３６上に取り付けられ得る。センサアレイと、複数のレンズアセンブリと、複数の一次および二次反射面または屈折面とを取り付けるための複数の構成が可能である。
[0137]いくつかの実施形態では、中央反射要素３１６は、ターゲット画像シーンからの光をセンサ３３２、３３４に向けて再配向するために使用され得る。中央反射要素３１６は、反射面（たとえば、ミラー）または複数の反射面（たとえば、ミラー）であり得、入射光を画像センサ３３２、３３４に向けて適切に再配向するために必要に応じて平坦であり得または形づくられ得る。たとえば、いくつかの実施形態では、中央反射要素３１６は、入射光線を、レンズアセンブリ３２４、３２６を介してセンサ３３２、３３４に反射するようなサイズおよび形状のミラーであり得る。中央反射要素３１６は、ターゲット画像を備える光を、複数の部分に分割し得、各部分を異なるセンサに導き得る。たとえば、中央反射要素３１６の第１の反射面３１２（他の実施形態は、反射面ではなく屈折プリズムを実装し得るので、一次光屈曲面とも呼ばれる）は、第１の視野３２０に対応する光の一部を、第１の（左）センサ３３２に向けて送り得、第２の反射面３１４は、第２の視野３２２に対応する光の第２の部分を、第２の（右）センサ３３４に向けて送る。画像センサ３３２、３３４の視野３２０、３２２は一緒に、少なくともターゲット画像をカバーすることが理解されるべきである。
[0138]受光センサが各々複数のセンサのアレイであるいくつかの実施形態では、中央反射要素は、ターゲット画像シーンの異なる部分をセンサの各々に向けて送るために、互いに対して角度がつけられた複数の反射面から製作され得る。アレイ内の各センサは、実質的に異なる視野を有し得、いくつかの実施形態では、視野は、オーバーラップし得る。中央反射要素の特定の実施形態は、レンズ系を設計する際の自由度を高めるために、複雑な非平面の表面を有し得る。さらに、中央要素が反射面であるものとして論じられているが、他の実施形態では、中央要素は、屈折性であり得る。たとえば、中央要素は、複数のファセットで構成されたプリズムであり得、各ファセットは、シーンを備える光の一部をセンサのうちの１つに向ける。
[0139]中央反射要素３１６に反射された後、入射光の少なくとも一部は、レンズアセンブリ３２４、３２６の各々を通って伝播し得る。１つまたは複数のレンズアセンブリ３２４、３２６は、中央反射要素３１６およびセンサ３３２、３３４と、反射面３２８、３３０との間に設けられ得る。レンズアセンブリ３２４、３２６は、各センサ３３２、３３４の方に向けられたターゲット画像の一部を集束させるために使用され得る。
[0140]いくつかの実施形態では、各レンズアセンブリは、１つまたは複数のレンズと、複数の異なるレンズ位置の間でレンズを移動させるためのアクチュエータとを備え得る。アクチュエータは、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）、または形状記憶合金（ＳＭＡ）であってよい。レンズアセンブリは、アクチュエータを制御するためのレンズドライバをさらに備え得る。
[0141]いくつかの実施形態では、従来のオートフォーカス技法は、各カメラのレンズ３２４、３２６と、対応するセンサ３３２、３３４との間の焦点距離を変更することによって実装され得る。いくつかの実施形態では、これは、レンズバレルを移動させることによって達成され得る。他の実施形態は、中央光再配向反射ミラー面を上下に移動させることによって、または、レンズアセンブリに対する光再配向反射ミラー面の角度を調整することによって、焦点を調節し得る。特定の実施形態は、各センサ上でサイド光再配向反射ミラー面を移動させることによって焦点を調整し得る。そのような実施形態は、アセンブリが各センサの焦点を個別に調整することを可能にし得る。さらに、いくつかの実施形態は、たとえば、アセンブリ全体にわたって液体レンズのようなレンズを置くことによって、アセンブリ全体の焦点を一度に変更することが可能である。特定の実施態様では、コンピュテーショナル・フォトグラフィーが、カメラアレイの焦点を変更するために使用され得る。
[0142]視野３２０、３２２は、仮想領域３４２から知覚される仮想視野を屈曲光学マルチセンサアセンブリ３１０に提供し、その仮想視野は、仮想軸３３８、３４０によって定義される。仮想領域３４２は、センサ３３２、３３４がターゲット画像の入射光を知覚し、入射光に敏感な領域である。仮想視野は、実際の視野と対比されるべきである。実際の視野は、検出器が入射光に敏感な角度である。仮想視野が、入射光が実際には決して到達しない知覚された角度であるという点で、実際の視野は仮想視野と異なる。たとえば、図９では、入射光は、反射面３１２、３１４に反射されるので、入射光は、仮想領域３４２に決して到達しない。
[0143]複数のサイド反射面、たとえば、反射面３２８および３３０が、センサの反対側の中央反射要素３１６の周りに設けられ得る。レンズアセンブリを通過した後、サイド反射面３２８、３３０（他の実施形態は、反射面ではなく屈折プリズムを実装し得るので、二次光屈曲面とも呼ばれる）は、光をセンサ３３２、３３４上に（図９の向きで示されているように、下方に）反射し得る。図示のように、センサ３３２は、反射面３２８の下に位置付けられ得、センサ３３４は、反射面３３０の下に位置付けられ得る。しかしながら、他の実施形態では、センサは、サイド反射面の上方にあり得、サイド反射面は、光を上方に反射するように構成され得る。各レンズアセンブリからの光がセンサに向かって再配向される、サイド反射面およびセンサの他の適切な構成が可能である。特定の実施形態は、関連するセンサの焦点または視野を変化させるために、サイド反射面３２８、３３０の移動を可能にし得る。
[0144]各センサの視野３２０、３２２は、そのセンサに関連する中央反射要素３１６の表面によって物体空間内に向けられ得る。各カメラの視野が物体フィールド上の異なるロケーションに向けられ得るように、アレイ内のミラーを傾斜させるおよび／またはプリズムを移動させるために、機械的方法が用いられ得る。これは、たとえば、高ダイナミックレンジカメラを実装するため、カメラシステムの解像度を高めるため、またはプレノプティック・カメラシステムを実装するために使用され得る。各センサの（または、各３×１アレイの）視野は、物体空間内に投影され得、各センサは、そのセンサの視野に従ってターゲットシーンの一部を備える部分画像をキャプチャし得る。図９に示すように、いくつかの実施形態では、対向するセンサアレイ３３２、３３４の視野３２０、３２２は、特定の量３１８だけオーバーラップし得る。オーバーラップ３１８を低減し、単一の画像を形成するために、以下で説明するスティッチングプロセスが、２つの対向するセンサアレイ３３２、３３４からの画像を組み合わせるために使用され得る。スティッチングプロセスの特定の実施形態は、部分画像同士を一緒にスティッチする際に共通の特徴を識別するためにオーバーラップ３１８を用い得る。オーバーラップする画像を一緒にスティッチした後、スティッチされた画像は、最終画像を形成するように、所望のアスペクト比に、たとえば４：３または１：１にクロップされてよい。いくつかの実施形態では、各ＦＯＶに関連する光学要素の整列は、画像をつなぎ合わせる際に必要とされる画像処理が最小限でまたはなしで複数の画像が単一の画像に形成されるように、オーバーラップ３１８を最小にするように配列される。
[0145]図９に示すように、屈曲光学マルチセンサアセンブリ３１０は、全高３４６を有する。いくつかの実施形態では、全高３４６は、約４．５ｍｍ以下であり得る。他の実施形態では、全高３４６は、約４．０ｍｍ以下であり得る。図示されていないが、屈曲光学マルチセンサアセンブリ３１０全体は、約４．５ｍｍ以下または約４．０ｍｍ以下の対応する内部高さを有するハウジング内に設けられ得る。
[0146]本明細書で使用される場合、「カメラ」という用語は、画像センサ、レンズシステム、およびいくつかの対応する光屈曲面（light folding surfaces）を指すことができ、たとえば、一次光屈曲面３１４、レンズアセンブリ３２６、二次光屈曲面３３０、およびセンサ３３４が、図９に示されている。「アレイ」または「アレイカメラ」と呼ばれる屈曲光学マルチセンサアセンブリは、様々な構成における複数のそのようなカメラを含み得る。
Ｅ．例示的な撮像システムの概要
[0147]図１０は、１つまたは複数のカメラ４２０ａ〜ｎにリンクされた画像プロセッサ４２６を含む構成要素のセットを有するデバイス４１０の高レベルブロック図を示す。画像プロセッサ４２６はまた、作業メモリ４２８、メモリ構成要素４１２、およびデバイスプロセッサ４３０と通信し、これらは、記憶装置４３４および電子ディスプレイ４３２と通信する。
[0148]デバイス４１０は、セルフォン、デジタルカメラ、タブレットコンピュータ、携帯情報端末などであり得る。本明細書に記載されるような、厚さを薄くした撮像システムが利点をもたらす多くのポータブル・コンピューティングデバイスがある。デバイス４１０はまた、固定コンピューティングデバイスであっても、薄い撮像システムが有利になるどのデバイスであってもよい。デバイス４１０上で、複数のアプリケーションがユーザにとって利用可能であり得る。これらのアプリケーションは、従来の写真およびビデオアプリケーション、高ダイナミックレンジ撮像、パノラマ写真およびビデオ、または３Ｄ画像もしくは３Ｄビデオなどの立体映像撮像（stereoscopic imaging）を含み得る。
[0149]画像キャプチャデバイス４１０は、外部画像をキャプチャするためのカメラ４２０ａ〜ｎを含む。カメラ４２０ａ〜ｎの各々は、図３に関して上記で論じたように、センサと、レンズアセンブリと、ターゲット画像の一部を各センサに反射するための一次および二次反射または屈折ミラー面とを備え得る。一般に、Ｎ個のカメラ４２０ａ〜ｎが使用され得、ここで、Ｎ≧２である。したがって、ターゲット画像は、Ｎ個の部分に分割され得、Ｎ個の部分では、Ｎ個のカメラの各センサが、そのセンサの視野に従ってターゲット画像の１つの部分をキャプチャする。カメラ４２０ａ〜ｎは、本明細書で説明される屈曲光学撮像デバイスの実装に適した任意の数のカメラを備え得ることを理解されたい。センサの数は、システムのより低いｚ高さ（z-heights）を達成するために、または、後処理後に画像の焦点を調整する能力を可能にし得るプレノプティック・カメラの視野と同様のオーバーラップする視野を有するなどの他の目的のニーズを満たすために、増加され得る。他の実施形態は、２つの同時画像をキャプチャし、次いで、それらを一緒にマージする能力を可能にする高ダイナミックレンジカメラに適した視野オーバーラップ構成を有してよい。カメラ４２０ａ〜ｎは、キャプチャされた画像を、作業メモリ４２８と、デバイスプロセッサ４３０と、電子ディスプレイ４３２と、記憶装置（メモリ）４３４とに伝達するために、画像プロセッサ４２６に結合され得る。
[0150]画像プロセッサ４２６は、以下でより詳細に説明するように、高品質のスティッチされた画像を出力するために、ターゲット画像のＮ個の部分を備える受け取られた画像データに対して様々な処理動作を実施するように構成され得る。画像プロセッサ４２６は、汎用処理ユニット、または、撮像用途のために特別に設計されたプロセッサであり得る。画像処理動作の例は、クロッピング、（たとえば、異なる解像度への）スケーリング、画像スティッチング、画像フォーマット変換、色補間、色処理、画像フィルタリング（たとえば、空間画像フィルタリング）、レンズアーティファクトまたは欠陥補正（lens artifact or defect correction）、などを含む。画像プロセッサ４２６は、いくつかの実施形態では、複数のプロセッサを備え得る。特定の実施形態は、各画像センサに専用のプロセッサを有し得る。画像プロセッサ４２６は、１つもしくは複数の専用画像信号プロセッサ（ＩＳＰ）またはプロセッサのソフトウェア実装であってよい。
[0151]図示のように、画像プロセッサ４２６は、メモリ４１２と作業メモリ４２８とに接続される。図示の実施形態では、メモリ４１２は、キャプチャ制御モジュール４１４と、画像スティッチングモジュール４１６と、オペレーティングシステム４１８と、反射体制御モジュール４１９とを格納する。これらのモジュールは、様々な画像処理とデバイス管理タスクとを実行するようにデバイスプロセッサ４３０の画像プロセッサ４２６を構成する命令を含む。作業メモリ４２８は、メモリ構成要素４１２のモジュール内に含まれるプロセッサ命令の作業セットを記憶するために画像プロセッサ４２６によって使用され得る。代替的には、作業メモリ４２８はまた、デバイス４１０の動作中に作成される動的データを記憶するために画像プロセッサ４２６によって使用され得る。
[0152]上述のように、画像プロセッサ４２６は、メモリに格納された、いくつかのモジュールによって構成される。キャプチャ制御モジュール４１４は、反射体制御モジュール４１９を呼び出してカメラの伸張可能な反射体を第１または第２の位置に位置決めするように画像プロセッサ４２６を構成する命令を含み得、カメラ４２０ａ〜ｎの焦点位置を調節するように画像プロセッサ４２６を構成する命令を含み得る。キャプチャ制御モジュール４１４は、デバイス４１０の全体的な画像キャプチャ機能を制御する命令をさらに含み得る。たとえば、キャプチャ制御モジュール４１４は、カメラ４２０ａ〜ｎを使用してターゲット画像シーンの未加工の画像データをキャプチャするように画像プロセッサ４２６を構成するサブルーチンを呼び出す命令を含み得る。キャプチャ制御モジュール４１４は、次いで、カメラ４２０ａ〜ｎによってキャプチャされたＮ個の部分画像に対してスティッチング技法を実行し、スティッチされクロップされたターゲット画像を撮像プロセッサ４２６に出力するために、画像スティッチングモジュール４１６を呼び出し得る。キャプチャ制御モジュール４１４は、キャプチャされるべきシーンのプレビュー画像を出力するため、およびプレビュー画像を一定の時間間隔で、または未加工の画像データ中のシーンが変わったときに更新するために未加工の画像データに対してスティッチング動作を実施するために、画像スティッチングモジュール４１６を呼び出すこともできる。
[0153]画像スティッチングモジュール４１６は、キャプチャされた画像データに対してスティッチング技法とクロッピング技法とを実行するように画像プロセッサ４２６を構成する命令を備え得る。たとえば、Ｎ個のセンサ４２０ａ〜ｎの各々は、各センサの視野に従ってターゲット画像の一部を備える部分画像をキャプチャし得る。視野は、上記および下記で説明したように、オーバーラップの領域を共有し得る。単一のターゲット画像を出力するために、画像スティッチングモジュール４１６は、高解像度ターゲット画像を生じさせるために複数のＮ個の部分画像を組み合わせるように画像プロセッサ４２６を構成してもよい。ターゲット画像生成は、知られている画像スティッチング技法を通して起こり得る。画像スティッチングの例は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１１／６２３，０５０号に見出され得る。
[0154]たとえば、画像スティッチングモジュール４１６は、互いに対するＮ個の部分画像の回転および整列を決定するために特徴を一致させるためのＮ個の部分画像のエッジに沿ったオーバーラップの領域を比較する命令を含み得る。部分画像の回転および／または各センサの視野の形状により、組み合わされた画像は不規則な形状を形成し得る。したがって、Ｎ個の部分画像を整列させ（align）組み合わせた後、画像スティッチングモジュール４１６は、組み合わされた画像を所望の形状およびアスペクト比、たとえば４：３の矩形または１：１の正方形にクロップするように画像プロセッサ４２６を構成するサブルーチンを呼び出せばよい。クロップされた画像は、ディスプレイ４３２上に表示するため、または記憶装置４３４内に保存するために、デバイスプロセッサ４３０に送られ得る。
[0155]オペレーティングシステム４１８は、デバイス４１０の作業メモリ４２８と処理リソースとを管理するように画像プロセッサ４２６を構成する。たとえば、オペレーティングシステムモジュール４１８は、カメラ４２０ａ〜ｎなどのハードウェアリソースを管理するためのデバイスドライバを含み得る。したがって、いくつかの実施形態では、上記で論じた画像処理モジュール内に含まれる命令は、これらのハードウェアリソースと直接相互に作用することはできず、代わりに、オペレーティングシステム構成要素４１８内に位置する標準サブルーチンまたはＡＰＩを介して相互に作用し得る。オペレーティングシステム４１８内の命令は、次いで、これらのハードウェア構成要素と直接相互に作用し得る。オペレーティングシステムモジュール４１８は、デバイスプロセッサ４３０と情報を共有するように画像プロセッサ４２６をさらに構成し得る。
[0156]画像プロセッサ４２６は、たとえば、タッチ・センシティブ・ディスプレイ４３２を使用することによって、ユーザに画像キャプチャモード選択制御を提供することができ、デバイス４１０のユーザが、標準ＦＯＶ画像またはワイドＦＯＶ画像のいずれかに対応する画像キャプチャモードを選択することを可能にする。
[0157]デバイスプロセッサ４３０は、キャプチャされた画像、またはキャプチャされた画像のプレビューをユーザに表示するようにディスプレイ４３２を制御するように構成され得る。ディスプレイ４３２は、撮像デバイス４１０の外部にあり得るか、または撮像デバイス４１０の一部であり得る。ディスプレイ４３２はまた、画像をキャプチャすることより前の使用のためのプレビュー画像を表示するビューファインダーを提供するように構成され得るか、あるいは、メモリに記憶されたか、またはユーザによって最近キャプチャされた、キャプチャされた画像を表示するように構成され得る。ディスプレイ４３２は、ＬＣＤまたはＬＥＤスクリーンを備え得、タッチセンシティブ技術を実装し得る。
[0158]デバイスプロセッサ４３０は、記憶モジュール４３４にデータ、たとえば、キャプチャされた画像を表すデータを書き込み得る。記憶モジュール４３４は従来のディスクデバイスとして図式的に表されているが、記憶モジュール４３４は任意の記憶媒体デバイスとして構成され得ることを当業者は理解されよう。たとえば、記憶モジュール４３４は、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブまたは光磁気ディスクドライブなどのディスクドライブ、あるいはフラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および／またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などの固体メモリを含み得る。記憶モジュール４３４はまた、複数のメモリユニットを含むことができ、メモリユニットのいずれか１つが、画像キャプチャデバイス４１０内にあるように構成され得るか、または画像キャプチャデバイス４１０の外部にあり得る。たとえば、記憶モジュール４３４は、画像キャプチャデバイス４１０内に記憶されたシステムプログラム命令を含んでいるＲＯＭメモリを含み得る。記憶モジュール４３４はまた、カメラから取外し可能であり得る、キャプチャされた画像を記憶するように構成されたメモリカードまたは高速メモリを含み得る。
[0159]図１０は、プロセッサと撮像センサとメモリとを含むように別個の構成要素を有するデバイスを示しているが、これらの別個の構成要素は、特定の設計目標を達成するために様々な方法で組み合わせられ得ることを当業者は認識されよう。たとえば、代替実施形態では、メモリ構成要素は、コストを節約し性能を改善するために、プロセッサ構成要素と組み合わされ得る。加えて、図１０は、いくつかのモジュールを備えるメモリ構成要素４１２と、作業メモリを備える別個のメモリ４２８とを含む２つのメモリ構成要素を示しているが、当業者は、異なるメモリアーキテクチャを利用するいくつかの実施形態を認識されよう。たとえば、設計は、メモリ構成要素４１２内に含まれるモジュールを実装するプロセッサ命令の記憶のためのＲＯＭまたはスタティックＲＡＭメモリを利用し得る。プロセッサ命令は、画像プロセッサ４２６による実行を容易にするためにＲＡＭにロードされ得る。たとえば、作業メモリ４２８はＲＡＭメモリを備え、命令はプロセッサ４２６による実行の前に作業メモリ４２８にロードされ得る。
Ｆ．例示的な撮像キャプチャプロセスの概要
[0160]図１１は、広視野ターゲット画像をキャプチャする方法１１００の一例のブロックを示す。
[0161]ブロック１１０５では、たとえば、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、中央光学要素の周りの少なくとも第１のセットおよび第２のセットにおいて複数のカメラが設けられ、配列される。いくつかの実施形態では、カメラの第１および第２のセットよりも大きいまたは少ないカメラのセットが設けられ得る。たとえば、本明細書に記載の４カメラ実施形態は、カメラの第１のリングのみを含み得る。
[0162]ブロック１１１０において、撮像システムは、カメラの第１のセットを使用してターゲット画像シーンの中央部分をキャプチャする。たとえば、これは、カメラ１１４ａ〜ｄの第１のリングを使用して行われ得る。
[0163]ブロック１１１５において、撮像システムは、カメラの第２のセットを使用してターゲット画像シーンの追加の部分をキャプチャする。たとえば、これは、カメラ１１６ａ〜ｄの第２のリングを使用して行われ得る。ターゲット画像シーンの追加の部分は、たとえば、中央部分を取り囲む視野または部分視野であり得る。
[0164]オプションのブロック１１２０において、撮像システムは、カメラの第２のセットを使用してターゲット画像シーンの追加の部分をキャプチャする。たとえば、これは、１２カメラ実施形態において設けられ得るようなカメラの第３のリングを使用して行われ得る。ターゲット画像シーンの追加の部分は、たとえば、中央部分を取り囲む視野または部分視野であり得る。
[0165]ブロック１１２５において、中央部分および任意の追加の部分は、少なくとも１つのプロセッサにおいて受け取られる。少なくとも１つのプロセッサによって、中央画像の部分および追加の部分を少なくとも含むスティッチされた画像が生成される。たとえば、プロセッサは、第１のセットによってキャプチャされた中央部分と、第２のセットによってキャプチャされた追加の部分と、任意の他のセットによってキャプチャされた任意の追加の部分とをスティッチすることができ、次いで、広視野を有する最終画像を形成するために、スティッチされた画像を所望のアスペクト比にクロップすることができる。
Ｇ．用語
[0166]本明細書に開示された実施態様は、視差および傾斜アーティファクトのない複数開口部アレイカメラのためのシステム、方法、および装置を提供する。当業者は、これらの実施形態が、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実装され得ることを認識されよう。
[0167]いくつかの実施形態では、上記で論じた回路、プロセス、およびシステムは、ワイヤレス通信デバイス内で利用され得る。ワイヤレス通信デバイスは、他の電子デバイスとワイヤレス通信するために使用される一種の電子デバイスであり得る。ワイヤレス通信デバイスの例は、セルラーフォン、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、電子リーダー、ゲームシステム、音楽プレーヤ、ネットブック、ワイヤレスモデム、ラップトップコンピュータ、タブレットデバイス、などがある。
[0168]ワイヤレス通信デバイスは、１つまたは複数の画像センサ、２つまたはそれ以上の画像信号プロセッサ、上記で説明したＣＮＲプロセスを行うための命令またはモジュールを含むメモリを含み得る。デバイスはまた、データと、メモリから命令および／またはデータをロードするプロセッサと、１つまたは複数の通信インターフェースと、１つまたは複数の入力デバイスと、ディスプレイデバイスなどの１つまたは複数の出力デバイスと、電源／インターフェースとを有し得る。ワイヤレス通信デバイスは、送信機と受信機とをさらに含み得る。送信機と受信機とはまとめてトランシーバと呼ばれることがある。トランシーバは、ワイヤレス信号を送信および／または受信するために、１つまたは複数のアンテナに結合され得る。
[0169]ワイヤレス通信デバイスは、別の電子デバイス（たとえば、基地局）にワイヤレスに接続し得る。ワイヤレス通信デバイスは、代替的に、モバイルデバイス、移動局、加入者局、ユーザ機器（ＵＥ）、遠隔局、アクセス端末、モバイル端末、端末、ユーザ端末、加入者ユニットなどと呼ばれることがある。ワイヤレス通信デバイスの例としては、ラップトップまたはデスクトップコンピュータ、セルラーフォン、スマートフォン、ワイヤレスモデム、電子リーダー、タブレットデバイス、ゲームシステムなどがある。ワイヤレス通信デバイスは、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ（登録商標））など、１つまたは複数の業界規格に従って動作し得る。したがって、「ワイヤレス通信デバイス」という一般的な用語は、業界規格に従って異なる名称を用いて表されるワイヤレス通信デバイス（たとえば、アクセス端末、ユーザ機器（ＵＥ）、リモート端末など）を含み得る。
[0170]本明細書で説明される機能は、プロセッサ可読媒体またはコンピュータ可読媒体上に１つまたは複数の命令として記憶され得る。「コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータまたはプロセッサによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体を指す。例として、限定はしないが、そのような媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または、命令もしくはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを記憶するために使用され得、コンピュータによってアクセスされ得る任意の他の媒体を備え得る。ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、本明細書で使用される場合、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク（登録商標）、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスク、およびＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスクを含み、ここで、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再生するが、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザを用いて光学的にデータを再生する。コンピュータ可読媒体は、有形であり得、非一時的であり得ることに留意すべきである。「コンピュータプログラム製品」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行、処理、または計算され得るコードまたは命令（たとえば、「プログラム」）と組み合わせたコンピューティングデバイスまたはプロセッサを指す。本明細書で使用される場合、「コード」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令、コード、またはデータを指し得る。
[0171]本明細書に開示された方法は、説明された方法を達成するための１つまたは複数のステップまたはアクションを備える。方法ステップおよび／またはアクションは、特許請求の範囲から逸脱することなく相互に交換され得る。言い換えれば、ステップまたはアクションの特定の順序が、説明されている方法の適切な動作に必要とされない限り、特定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は、特許請求の範囲から逸脱することなく変更され得る。
[0172]「結合する（couple）」という用語、「結合すること」という用語、「結合される」という用語、または結合という単語の他の変形は、本明細書で使用される場合、間接的な接続または直接的な接続のいずれかを示し得ることに留意すべきである。たとえば、第１の構成要素が第２の構成要素に「結合される」場合、第１の構成要素は、第２の構成要素に間接的に接続されるか、または第２の構成要素に直接的に接続されるかのいずれかであり得る。本明細書で使用する「複数」という用語は、２つまたはそれ以上を示す。たとえば、複数の構成要素は、２つまたはそれ以上の構成要素を示す。
[0173]「決定すること」という用語は、様々なアクションを包含し、したがって、「決定すること」は、算出すること、計算すること、処理すること、導出すること、調査すること、ルックアップすること（たとえば、テーブル、データベース、または別のデータ構造内でルックアップすること）、確認することなどを含むことができる。また、「決定すること」は、受信すること（たとえば、情報を受信すること）、アクセスすること（たとえば、メモリ中のデータにアクセスすること）などを含むことができる。また、「決定すること」は、「解決すること」、「選択すること（ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ）」、「選択すること（ｃｈｏｏｓｉｎｇ）」、「確立すること」、などを含み得る。
[0174]「〜に基づいて」という句は、別段に明示的に指定されない限り、「〜のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「〜に基づいて」という句は、「〜のみに基づいて」と「少なくとも〜に基づいて」の両方を記述する。
[0175]前述の説明では、特定の詳細が、例の完全な理解を提供するために与えられる。しかし、例が、これらの特定の詳細なしで実践され得ることが、当業者によって理解されるであろう。たとえば、電気構成要素／デバイスは、不必要な詳細で例を不明瞭にしないために、ブロック図で示されていることがある。他の例では、そのような構成要素、他の構造、および技法は、例をさらに説明するために、詳細に示されていることがある。
[0176]見出しは、参照のため、および様々なセクションを見つけるために本明細書に含まれる。これらの見出しは、それに関して説明した概念の範囲を制限するものではない。そのような概念は、明細書全体にわたって適用可能性を有し得る。
[0177]また、例は、フローチャート、流れ図、有限状態図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明されることがあることに留意されたい。フローチャートは、逐次プロセスとして動作について説明していることがあるが、動作の多くは、並列に、または同時に実行され得、プロセスは、繰り返され得る。さらに、動作の順序は並べ替えられ得る。プロセスは、それの動作が完了すると、終了する。プロセスは、方法、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラムなどに対応し得る。プロセスがソフトウェア関数に対応するときに、それの終了は、呼出し関数またはメイン関数への関数のリターンに対応する。
[0178]開示される実施態様の前の説明は、任意の当業者が本発明を作りまたは使用することを可能にするために提供されるものである。これらの実施態様に対する様々な変更が、当業者にたやすく明白になり、本明細書で定義される包括的な原理が、本発明の趣旨または範囲から逸脱せずに他の実施態様に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書で示された実施態様に限定されることを意図されているのではなく、本明細書で開示される原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。

Claims (30)

  1. 少なくとも４つの光再配向面を備える光学構成要素と、
    ターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つをキャプチャするように各々が構成された少なくとも４つのカメラと、前記少なくとも４つのカメラの各々が、
    前記光学構成要素の前記少なくとも４つの光再配向面のうちの対応する１つと整列された光軸と、
    前記少なくとも４つの光再配向面のうちの前記対応する１つから再配向された前記ターゲットシーンの前記複数の部分画像のうちの１つを表す光を受け取るように位置決めされたレンズアセンブリと、
    前記光が前記レンズアセンブリを通過した後、前記光を受け取る画像センサと、を有する、
    前記光学構成要素を通過する仮想光軸と、前記少なくとも４つのカメラのうちの少なくとも２つの前記光軸の交点が前記仮想光軸上に位置する、
    を備える、撮像システム。
  2. 前記少なくとも４つのカメラの協働が、前記仮想光軸を有する仮想カメラを形成する、請求項１に記載の撮像システム。
  3. 前記複数の部分画像を前記ターゲットシーンの最終画像に組み立てるように構成された処理モジュールをさらに備える、請求項１に記載の撮像システム。
  4. 前記光学構成要素、および前記少なくとも４つのカメラの各々が、約４．５ｍｍ以下の高さを有するカメラハウジング内に配列された、請求項１に記載の撮像システム。
  5. 前記少なくとも４つのカメラの第１のセットが、第１の視野を有する中央仮想カメラを形成するために協働し、前記少なくとも４つのカメラの第２のセットが、第２の視野の一部を各々が取り込むように配列され、前記第２の視野が、前記第１の視野の外側にある前記ターゲットシーンの部分を含む、請求項１に記載の撮像システム。
  6. 前記ターゲットシーンの最終画像を形成するために、前記少なくとも４つのカメラの前記第２のセットによってキャプチャされた前記第２の視野の画像を、前記少なくとも４つのカメラの前記第１のセットによってキャプチャされた前記第１の視野の画像と組み合わせるように構成された処理モジュールを備える、請求項５に記載の撮像システム。
  7. 前記第１のセットが、４つのカメラを含み、前記第２のセットが、４つの追加のカメラを含み、前記光学構成要素が、８つの光再配向面を備える、請求項５に記載の撮像システム。
  8. 実質的に平坦な基板をさらに備え、前記画像センサの各々が、前記基板上に位置決めされるか、または前記基板の一部にはめ込まれた、請求項１に記載の撮像システム。
  9. 前記少なくとも４つのカメラの各々について、前記レンズアセンブリからの光を受け取り、前記光を前記画像センサに向けて再配向するように構成された二次光再配向面をさらに備える、請求項１に記載の撮像システム。
  10. 前記二次光再配向面が、反射面または屈折面を備える、請求項９に記載の撮像システム。
  11. 前記少なくとも４つの光再配向面のうちの１つのサイズまたは位置が、前記少なくとも４つのカメラのうちの対応する１つに提供される光の量を制限する絞りとして構成された、請求項１に記載の撮像システム。
  12. 開口部をさらに備え、前記ターゲットシーンからの光が、前記少なくとも４つの光再配向面上まで前記開口部を通過する、請求項１に記載の撮像システム。
  13. 開口部を介してターゲット画像シーンを表す光を受け取ることと、
    少なくとも４つの光再配向面を介して少なくとも４つの部分に前記光を分割することと、
    仮想光軸を有する仮想カメラのロケーションから画像データをキャプチャするように各々位置決めされた少なくとも４つのカメラのうちの対応するカメラに向けて前記光の各部分を再配向することと、前記少なくとも４つのカメラの各々の光軸が、前記仮想光軸と交差する、
    前記少なくとも４つのカメラの各々について、画像センサにおいて前記光の前記少なくとも４つの部分のうちの対応する１つの画像をキャプチャすることと
    を備える、実質的に視差のない画像をキャプチャする方法。
  14. 複数の画像センサの協働が、前記仮想光軸を有する仮想カメラを形成する、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記光の各部分の前記画像を最終画像に組み立てることをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
  16. 少なくとも４つの部分に前記光を分割することが、４つの一次カメラに対応する４つの一次光再配向面を介し、４つの追加のカメラに対応する４つの追加の光再配向面を介して、８つの部分に前記光を分割することを備え、ここにおいて、前記４つの一次カメラおよび前記４つの追加のカメラが、前記仮想カメラを形成するために協働する、請求項１３に記載の方法。
  17. 前記光の各部分の前記画像をキャプチャすることが、前記少なくとも４つのカメラの第１のセットを使用して前記ターゲット画像シーンの第１の視野をキャプチャすることと、前記少なくとも４つのカメラの第２のセットを使用して前記ターゲット画像シーンの第２の視野をキャプチャすることとを備え、ここにおいて、前記第２の視野が、前記第１の視野の外側にあるターゲットシーンの部分を含む、請求項１３に記載の方法。
  18. 最終画像を形成するために、前記少なくとも４つのカメラの前記第２のセットによってキャプチャされた前記第２の視野の画像を、前記少なくとも４つのカメラの前記第１のセットによってキャプチャされた前記第１の視野の画像と組み合わせることをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記第１のセットが、４つのカメラを含み、前記第２のセットが、４つのカメラを含む、請求項１７に記載の方法。
  20. ターゲット画像シーンを表す光を少なくとも４つの方向に再配向するための手段と、
    複数のキャプチャ手段と、前記複数のキャプチャ手段の各々が、
    撮像システムの仮想光軸と整列され、前記複数のキャプチャ手段のうちの別のキャプチャ手段の少なくとも１つの他の光軸に共通している点と交差する光軸と、
    光を再配向するための前記手段から、前記少なくとも４つの方向のうちの１つに再配向された前記光の一部を受け取るよう位置決めされた集束手段と、
    前記集束手段から前記光の前記一部を受け取る画像感知手段と、を有する、
    前記複数のキャプチャ手段の各々から、前記光の前記一部のキャプチャされた画像を備える画像データを受け取るための手段と、
    前記画像データを前記ターゲット画像シーンの最終画像に組み立てるための手段と
    を備える撮像システム。
  21. 前記複数のキャプチャ手段の協働が、前記仮想光軸を有する仮想カメラを形成する、請求項２０に記載の撮像システム。
  22. 前記キャプチャ手段の第１のセットが、第１の視野をキャプチャするように配列され、前記キャプチャ手段の第２のセットが、第２の視野をキャプチャするように配列され、前記第２の視野が、前記第１の視野の外側にある前記ターゲットシーンの部分を含む、請求項２０に記載の撮像システム。
  23. 前記画像データを組み立てるための前記手段が、前記最終画像を形成するために、前記第２の視野の画像を前記第１の視野の画像と組み合わせる、請求項２２に記載の撮像システム。
  24. 少なくとも４つの光再配向面を備える光学構成要素を設けることと、
    前記光学構成要素の周囲に少なくとも４つのカメラを位置決めすることと、前記少なくとも４つのカメラの各々のカメラが、ターゲットシーンの複数の部分画像のうちの１つをキャプチャするように構成され、ここにおいて、前記少なくとも４つのカメラを位置決めすることが、各カメラについて、
    前記カメラの光軸を、前記光学構成要素の前記少なくとも４つの光再配向面のうちの対応する１つと整列させることと、
    前記光軸が、撮像システムの仮想光軸に沿って配置された地点で前記少なくとも４つのカメラのうちの別のカメラの少なくとも１つの他の光軸と交差するように、前記カメラをさらに位置決めすることと、
    前記ターゲットシーンの前記複数の部分画像のうちの１つをキャプチャする画像センサを設けることと、を備える、
    前記仮想光軸が前記光学構成要素を通過するように前記光学構成要素を位置決めすることと
    を備える、撮像システムを製造する方法。
  25. 前記複数の画像カメラの協働が、前記仮想光軸を有する仮想カメラを形成する、請求項２４に記載の方法。
  26. 第１の視野をキャプチャするように前記少なくとも４つのカメラの第１のセットと、対応する光再配向面とを位置決めすることと、第２の視野をキャプチャするように前記複数のカメラの第２のセットと、対応する光再配向面とを位置決めすることと、をさらに備え、ここにおいて、前記第２の視野が、前記第１の視野の外側にある前記ターゲットシーンの部分を含む、請求項２４に記載の方法。
  27. 実質的に平坦な基板を設けることと、前記少なくとも４つのカメラの各々について、前記画像センサを前記実質的に平坦な基板上に位置決めするか、または前記実質的に平坦な基板にはめ込むこととをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
  28. 前記少なくとも４つのカメラの各々について、前記画像センサと前記光学構成要素との間にレンズアセンブリを設けることをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
  29. 前記少なくとも４つのカメラの各々について、前記画像センサと前記光学構成要素との間に反射面または屈折面を設けることをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
  30. 対応する画像センサに提供される光の量を制限する絞りとして前記少なくとも４つの光再配向面のうちの少なくとも１つを構成することをさらに備える、請求項２４に記載のシステム。
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