JP6423019B2

JP6423019B2 - 屈折プリズムを使用する屈曲光学アレイカメラ

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Publication number: JP6423019B2
Application number: JP2016573907A
Authority: JP
Inventors: ゲオルギエフ、トドル・ゲオルギエフ
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: US9541740B2; WO2015195905A1; CN106662796A; US9854182B2; HUE039483T2; EP3158382A1; US20150370040A1; ES2685719T3; CN110430345B; EP3158382B1; CA2951277A1; CN110430345A; KR102008054B1; KR20170021788A; BR112016029782A2; JP2017524977A; CN106662796B; US20170118421A1

Description

[0001]本開示は、マルチカメラアレイを含むイメージングシステムおよび方法に関する。特に、本開示は、画質を維持または向上させながら、ロープロファイルイメージングシステムおよびモバイルデバイスを可能にするシステムおよび方法に関する。

[0002]モバイルフォンおよびタブレットコンピューティングデバイスなど、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できるカメラを含む。モバイルデバイスは、一般に、比較的小型になるように設計されるので、ロープロファイルモバイルデバイスを維持するために、カメラまたはイメージングシステムをできる限り薄型になるように設計することが重要であり得る。屈曲光学画像センサーアレイ（「アレイカメラ」）は、焦点距離を短縮すること、またはセンサーアレイの視野にわたって画像の解像度を減少させることなしに、ロープロファイル画像キャプチャデバイスの作成を可能にする。１次面と２次面とを使用して光をアレイ中の各センサーのほうへ再度向けることによって、および入射光を集束させるために使用されるレンズの集合を１次面と２次面との間に配置することによって、センサーアレイは、レンズの集合に直角な平坦基板上に配置されることができる。より長い焦点距離は、光学ズームなどの特徴を実装することと、より多くの光学要素を追加することなど、旧来のモバイルカメラによって通常与えられるよりも多くの空間を必要とする、より複雑な光学系を組み込むこととを可能にする。

[0003]いくつかのアレイカメラは、ターゲット画像を備える入射光を、アレイ中のセンサーによるキャプチャのために複数の部分にスプリットするために、複数の切子面(facets)をもつ中央ミラーまたはプリズムを採用し、ここにおいて、各切子面は、ターゲット画像からの光の部分をアレイ中のセンサーのほうへ向ける(directs)。スプリットされた光の各部分は、各センサーが画像の部分をキャプチャするように、レンズの集合を通過させられ、センサーの真上または真下に配置された面から反射されることができる。センサー視野は、キャプチャされた部分を互いにスティッチして完全な画像にするのを支援するために重複することができる。

[0004]本明細書で説明される屈曲光学センサーアレイおよび画像キャプチャ技法は、焦点距離を短縮すること、またはセンサーアレイの視野にわたって画像の解像度を減少させることなしに、ロープロファイル画像キャプチャデバイスの作成を可能にし、ここにおいて、キャプチャされた画像は、増加した視野と、低減または除去されたカメラ視野（ＦＯＶ：field of view）アーティファクトとを有する。既存のアレイカメラの１つの課題は、アレイ中のカメラがそれの対応するミラーの上またはそれの周りを見ることによる品質劣化である。したがって、画像シーンを表さない画像データがキャプチャされ、画像スティッチング中に問題をもたらす。アレイカメラが直面する別の課題は、アレイ全体のＦＯＶが、各個々のカメラのＦＯＶに関する限界により、実際には約６０度に制限されることである。一般に、カメラを中央ミラーのより近くに移動することはＦＯＶ増加を可能にするが、ロープロファイルアレイカメラでは、カメラはミラー中にそれ自体を見(view)始め、有意なＦＯＶ増加は達成されない。

[0005]特に、上記で説明された問題は、いくつかの実施形態において、本明細書で説明されるプリズムアレイカメラによって対処される。実施形態のいくつかは、ターゲット画像を備える入射光を、アレイ中のセンサーによるキャプチャのために複数の部分にスプリットするために、たとえば、複数の面または切子面をもつ、中央屈折プリズムを採用することができる。いくつかの実施形態では、プリズムは、約１．５以上の屈折率を有することができ、色収差（chromatic aberration）アーティファクトを低減し、センサーのＦＯＶを増加させるように整形され、配置されることができる。たとえば、プリズムの上面は、（アレイの光軸でもあり得る）アレイの対称垂直軸(the vertical axis of symmetry)に直角に配置されることができる。いくつかの実施形態では、プリズムの下側内面は対称垂直軸に対して角度αに配置されることができ、（たとえば、対応するカメラに対向する）下側外面は上面に直角に配置されることができる。他の実施形態では、プリズムの下側内面は対称垂直軸に対して角度αに配置されることができ、（たとえば、対応するカメラに対向する）下側外面は上面に対して角度２αに配置されることができる。いくつかの例では、ＦＯＶをさらに増加させるために、負レンズが下側外面に組み込まれるかまたはそれに取り付けられることができる。そのような例は、最高１８０度のアレイの総ＦＯＶを与えることができる。

[0006]スプリットされた光の各部分は、各センサーが画像の部分をキャプチャするように、レンズの集合を通過させられ、センサーの真上または真下に配置された随意の追加の反射面から反射（または随意の追加のプリズムを通して屈折）されることができる。いくつかの状況では、アレイ中の各センサーは、アレイ中の近隣センサーによってキャプチャされた部分とわずかに重複する画像の部分をキャプチャすることができ、これらの部分は、たとえば、線形ブレンディング技法または他の画像スティッチング技法によって、ターゲット画像にアセンブルされることができる。

[0007]一態様は、ターゲット画像シーンをキャプチャするためのプリズムアレイカメラであって、システムが、プリズムアレイカメラの対称垂直軸の周りに配置された複数のカメラを備え、複数のカメラの各カメラが、画像センサーと、対称垂直軸に対して第１の角度に配置された光軸と、第１の角度が角度値に対応する、複数のプリズムと、各プリズムが、少なくとも部分的に屈折によって、ターゲット画像シーンを表す光の部分を複数のカメラのうちの対応するカメラのほうへダイレクトするために構成される、を備え、各プリズムは、プリズムアレイカメラの対称垂直軸に直角に配置された第１の面と、第１の面は、ターゲット画像シーンを表す光の部分が第１の面を通ってプリズムに入るように配置される、第２の面によって形成される平面が、対応するカメラの光軸と対称垂直軸との間の第１の角度を二等分するように配置された第２の面と、第３の面と、第２の面は、第１の面から受けた光の部分を第３の面のほうへ再度向けるために構成され、第３の面は、ターゲット画像シーンを表す光の部分が、プリズムを出て、対応するカメラのほうへ進むように配置される、を備える、プリズムアレイカメラに関する。

[0008]別の態様は、プリズムアレイカメラを製造する方法であって、プリズムアレイカメラの対称垂直軸を決定することと、プリズムアレイカメラの複数のカメラの各カメラについて、カメラの光軸が対称垂直軸に対して第１の角度に配置されるようにカメラを配置することと、第１の角度が角度値に対応する、光学要素の第１の面が対称垂直軸に直角に配置され、光学要素の第２の面が、第２の面によって形成される平面が第１の角度を二等分するように配置されるように光学要素を配置することとを備える方法に関する。

[0009]別の態様は、アレイカメラにおいて使用するためのプリズムの集合であって、対称垂直軸と、複数の屈折光学要素と、各々が、アレイカメラの複数のカメラのうちの対応する１つに関連し、ターゲット画像シーンを表す光の部分を複数のカメラのうちの対応する１つのほうへ通すために構成される、を備え、複数の屈折光学要素の各々は、プリズムアレイカメラの対称垂直軸に直角に配置された第１の面と、第１の面は、ターゲット画像シーンを表す光の部分が第１の面を通ってプリズムに入るように配置される、第２の面によって形成される平面が、対応するカメラの光軸と対称垂直軸との間の第１の角度を二等分するように配置された第２の面と、第３の面と、第２の面は、第１の面から受光された光の部分を第３の面のほうへ再度向けるために構成され、第３の面は、ターゲット画像シーンを表す光の部分が、プリズムを出て、対応するカメラのほうへ進むように配置される、第１の面と第２の面との交差部によって定義される頂点とを備える、プリズムの集合に関する。

[0010]別の態様は、画像をキャプチャするための装置であって、ターゲット画像シーンの複数の部分をキャプチャするための手段と、複数の部分の各部分を表す光を屈折させるための手段と、光を屈折させるための手段が、光を屈折させるための手段の対称垂直軸に直角に配置された第１の平面と、対称垂直軸に対して第１の角度に配置された第２の平面と、第１の角度が第１の角度値に対応する、第１の面に対して第２の角度に配置された第３の平面と、第２の角度が、第１の角度値の２倍に実質的に等しい第２の角度値に対応する、を備える幾何学的関係で構成された切子面を備える、複数の部分をターゲット画像シーンの最終画像に集合するための手段とを備える、装置に関する。

[0011]開示される態様を限定するためではなく、開示される態様を例示するために与えられる、添付の図面および付属書類とともに、開示される態様が以下で説明され、そこにおいて、同様の表示は同様の要素を示す。

屈曲光学アレイカメラの一実施形態の断面側面図。屈曲光学アレイカメラの別の実施形態の断面側面図。画像キャプチャデバイスの一実施形態のブロック図。視差およびチルトアーティファクトがないアレイカメラの一実施形態を示す図。視差およびチルトアーティファクトがないアレイカメラの一実施形態を示す図。視差およびチルトアーティファクトがないアレイカメラの一実施形態を示す図。アレイカメラの１つのセンサーおよびミラーのための設計パラメータの一例を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの一実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの一実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの一実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの別の実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの別の実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの別の実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの別の実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの別の実施形態を示す図。プリズムアレイカメラのためのプリズムの別の実施形態を示す図。 [0020]屈曲光学画像キャプチャプロセスの一実施形態を示す図。

詳細な説明

Ｉ．序論
[0021]本明細書で開示される実施形態は、屈曲光学系をもつアレイカメラを使用して、実質的に視差およびチルトアーティファクトがない、広い視野を有する画像を生成するためのシステム、方法および装置を提供する。本発明の態様は、広い視野、たとえば約１８０度を有するアレイカメラに関する。ミラーをプリズムと置き換えることは、上述の問題、すなわち、カメラが中央ミラーの上を見ることと、各カメラの限られたＦＯＶの両方を同時に解決する。たとえば、広範囲プリズム設計カメラは、内部全反射（total internal reflection）の効果によりプリズムのエッジまたは頂点の上を見ない。これは、第１の問題を極めて効率的に解決する。さらに、カメラはより広いＦＯＶを獲得する。設計の１つのクラスでは、これは色収差の導入に関係する。プリズムアレイカメラ設計の別の実施形態は収差がまったくない。より高い屈折率のガラスおよび他の材料を用いると、個々のカメラの視野が制約されず、「フリーカメラ」の場合とまったく同じままである。プリズムアレイカメラ設計の別の実施形態では、プリズムに負レンズ(negative lenses)を追加することは、個々のカメラのＦＯＶを９０度までさらに増加させることができ、１８０度の総ＦＯＶを可能にする。

[0022]アレイ中の各センサーは、対応する中央プリズムを使用して画像シーンの部分を「見(sees)」、したがって、各個々のセンサー／ミラーペアは全アレイカメラのサブ開口のみを表す。完全なアレイカメラは、すべての個々の開口光線の総和に基づいて、すなわち、サブ開口によって生成された画像を互いにスティッチ(stitching)することに基づいて生成された合成開口(a synthetic aperture)を有する。

[0023]以下の説明では、例の十分な理解が得られるように具体的な詳細が供される。ただし、例は、これらの具体的な詳細なしに実施されることができる。

ＩＩ．屈曲光学アレイカメラの概観
[0024]次に図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本明細書で説明されるオートフォーカスシステムおよび技法とともに使用するのに好適な屈曲光学マルチセンサーの集合１００Ａ、１００Ｂの例が、次により詳細に説明される。図１Ａは、すべて基板１５０に装着されることができる、画像センサー１０５、１２５と、反射２次光リダイレクト(redirecting)面１１０、１３５と、レンズの集合１１５、１３０と、中央反射面１２０とを含む屈曲光学アレイ１００Ａの一例の断面側面図を示している。図１Ｂは、１次光リダイレクト面１２２、１２４のための中央プリズム１４１、１４６と、２次光リダイレクト面１３５、１１０を形成する追加のプリズムと、を含む屈曲光学センサーアレイの一実施形態の断面側面図を示している。

[0025]図１Ａを参照すると、画像センサー１０５、１２５は、いくつかの実施形態では、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体センサー（ＣＭＯＳ）、または光を受光し、受け取られた画像に応答して画像データを生成する他の画像センシングデバイスを含み得る。画像センサー１０５、１２５は、静止写真の画像データを取得することが可能であり、また、キャプチャされたビデオストリームにおける動きに関する情報を与えることができる。センサー１０５および１２５は、３×１アレイのような、複数のセンサーの複数のアレイを表すことができ、或いは個々の複数のセンサーであることができる。しかしながら、当業者によって理解されるように、センサーの任意の好適なアレイが、開示される実装形態において使用されることができる。

[0026]センサー１０５、１２５は、図１Ａに示されているように基板１５０上に装着されることができる。いくつかの実施形態では、すべてのセンサーは、平坦基板１５０に装着されることによって１つの平面上にあることができる。基板１５０は、任意の好適な実質的に平坦な材料であることができる。中央反射面１２０およびレンズの集合１１５、１３０も基板１５０上に装着されることができる。１つまたは複数のセンサーアレイと、複数のレンズの集合と、複数の１次および２次反射または屈折面とを装着するためのマルチプルな(multiple)構成が可能である。

[0027]さらに、図１Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、中央反射面１２０は、ターゲット画像シーンからの光をセンサー１０５、１２５のほうへ再度向けるために使用されることができる。中央反射面１２０は、１つのミラーまたは複数のミラーであることができ、平坦であるか、または入射光を画像センサー１０５、１２５に適切に再度向けるために、必要に応じて整形されることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、中央反射面１２０は、入射光線をレンズの集合１１５、１３０を通してそれぞれセンサー１０５、１２５に反射するようにサイズ決定され、整形されたミラーであることができる。中央反射面１２０は、ターゲット画像を備える光を複数の部分にスプリットし、各部分を異なるセンサーにダイレクトすることができる。たとえば、中央反射面１２０の第１の側面１２２（他の実施形態は、反射面ではなく屈折プリズムを実装することができるので、１次光を再度向ける面(a primary light redirecting surface)とも呼ばれる）は、第１の視野１４０に対応する光の部分を左センサー１０５のほうへ送ることができ、第２の側面１２４は、第２の視野１４５に対応する光の第２の部分を右センサー１２５のほうへ送る。画像センサーの視野(the fields of view )１４０、１４５は、合同して、少なくともターゲット画像をカバーすることを認識されるべきである。

[0028]受光センサーは、各々、複数のセンサーのアレイであるいくつかの実施形態では、前記中央反射面は、ターゲット画像シーンの異なる部分をセンサーの各々のほうへ送るために、互いに対して角度を付けられた複数の反射面からなることができる。アレイ中の各センサーは実質的に異なる視野を有することができ、いくつかの実施形態では、視野は重複することができる。中央反射面のいくつかの実施形態は、レンズシステムを設計するときの自由度を増加させるための複雑な非平面を有し得る。さらに、中央面は反射面であるとして説明されるが、他の実施形態では、中央面は屈折であることができる。たとえば、中央面は、複数の切子面で構成されたプリズムであることができ、ここで、各切子面は、シーンを備える光の部分をセンサーのうちの１つのほうへ向ける(directs)。

[0029]中央反射面１２０から反射された後に、光は、図１Ａに示されているようにレンズの集合１１５、１３０を通って伝搬することができる。１つまたは複数のレンズの集合１１５、１３０は、中央反射面１２０と、センサー１０５、１２５と、反射面１１０、１３５との間に設けられることができる。レンズの集合１１５、１３０は、各センサーのほうへ向けられたターゲット画像の部分を集束させるために使用されることができる。

[0030]いくつかの実施形態では、複数のレンズの各集合は、１つまたは複数のレンズと、ハウジングを通って複数の異なるレンズ位置の間でレンズを移動するためのアクチュエータ(actuator)とを備えることができる。アクチュエータは、ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）、超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）、または形状記憶合金（ＳＭＡ）であることができる。レンズの集合は、アクチュエータを制御するためのレンズのドライバをさらに備え得る。

[0031]旧来のオートフォーカス技法は、レンズ１１５、１３０と各カメラの対応するセンサー１０５、１２５との間の焦点距離を変更することによって実装されることができる。いくつかの実施形態では、これは、レンズ鏡胴(a lens barrel)を移動することによって達成されることができる。他の実施形態は、中央ミラーを上または下に移動することによって、またはレンズの集合に対してミラーの角度を調整することによって焦点を調整することができる。いくつかの実施形態は、各センサー上の側部ミラーを移動することによって焦点を調整することができる。そのような実施形態は、個々に前記集合が各々各センサーの焦点を調整することを可能とすることができる。さらに、いくつかの実施形態が、たとえば、全体の集合上に液体レンズのようなレンズを置くことによって、一度に前記全体の集合の焦点を変更することが可能である。いくつかの実装形態では、コンピュータによる写真術(photography)がカメラアレイの焦点を変更するために使用されることができる。

[0032]図１Ａに示されているように、反射面１１０および１３５のような、マルチプル(multiple)の側部反射面が、センサーに対向して中央ミラー１２０の周りに設けられることができる。レンズの集合を通過した後に、側部反射面１１０、１３５（他の実施形態が、反射面ではなく屈折プリズムを実装することができるので、２次光を再度向ける面とまた呼ばれる）は、光を（図１Ａに示されているように配向において「下向き」に）平坦なセンサー１０５、１２５上に反射することができる。図示のように、センサー１０５は反射面１１０の下に配置されることができ、センサー１２５は反射面１３５の下に配置されることができる。しかしながら、他の実施形態では、複数のセンサーは側部反射された面の上にあることができ、および側部反射面は光を上向きに反射するように構成されることができる。側部反射面およびセンサーの他の好適な構成は、複数のレンズの各集合からの光が複数のセンサーのほうへ再度向けることができる。いくつかの実施形態は、側部反射面１１０、１３５の移動が、関連するセンサーの焦点または視野を変更することを可能にすることができる。

[0033]各センサーの視野１４０、１４５は、そのセンサーに関連する中央ミラー１２０の面によってオブジェクト空間にステアリングされることができる。各カメラの視野がオブジェクトフィールド上の異なるロケーションにステアリングされる(steered)ことができるように、ミラーをチルトし、および／またはアレイ中のプリズムを移動するための機械的方法が採用されることができる。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こと、カメラシステムの解像度を増加させること、またはプレノプティックカメラシステムを実装することのために使用されることができる。各センサーの（または各３×１アレイの）視野はオブジェクト空間に投影されることができ、各センサーは、そのセンサーの視野によるターゲットシーンの部分を備える部分画像をキャプチャすることができる。いくつかの実施形態では、対向するセンサーアレイ１０５、１２５のための視野１４０、１４５は、一定の量１５０だけ重複することができる。重複１５０を低減し、単一の画像を形成するために、以下で説明されるスティッチング(stitching)プロセスが、２つの対向するセンサーアレイ１０５、１２５からの画像を合成するために使用されることができる。スティッチングプロセスのいくつかの実施形態は、部分画像を互いにスティッチする際に共通特徴を識別するために重複１５０を採用することができる。重複する画像を互い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ために、所望のアスペクト比、たとえば４：３または１：１まで切り取られる(cropped)ことができる。

[0034]図１Ｂは、屈曲光学アレイカメラ１００Ｂの別の実施形態の断面側面図を示している。図１Ｂに示されているように、センサーの集合１００Ｂは、各々が基板１５０に装着された、画像センサー１０５、１２５のペアを含む。センサーレンズの集合１００Ｂはまた、それぞれ画像センサー１０５、１２５に対応するレンズの集合１１５、１３０と、それぞれ画像センサー１０５、１２５のカバーガラス１０６、１２６に隣接して配置された、それぞれ２次光リダイレクト面１１０、１３５をそれぞれ含む光学的構成要素１１６、１１７とを含む。いくつかの実施形態では、カバーガラス１０６、１２６は、センサー１０５、１２５に、および光学的構成要素１１６、１１７に物理的に結合される。いくつかの実施形態は、カバーガラス１０６、１２６と光学的構成要素１１６、１１７との間に配設されたレンズ１２７、１２９を含む。いくつかの実施形態では、カバーガラス１０６、１２６の一方の側がセンサー１０５、１２５に物理的に結合され、反対側はレンズ１２７、１２９に物理的に結合される。いくつかの実施形態では、そのようなレンズ１２７、１２９は光学的構成要素１１６、１１７にさらに物理的に結合される。たとえば、いくつかの実施形態では、画像センサー１０５、１２５、カバーガラス１０６、１１７およびレンズ１２７、１２９は、それらの整合を知られている構成に固定するために、物理的に、互いに結合され、光学的構成要素１１６、１１７に結合されたスタックを形成する。いくつかの実施形態はレンズ１２７、１２９を含まない。屈折プリズム１４１の１次光リダイレクト面(redirecting surface)１２２は、レンズの集合１１５を通して光軸１２１に沿ってターゲット画像シーンからの光の部分を向け、２次光リダイレクト面１１０を離れて再度向けられ、カバーガラス１０６を通過し、およびセンサー１０５に入射する。屈折プリズム１４６の１次光リダイレクト面１２４は、ターゲット画像シーンから受光された光の部分を、レンズアセンブリ１３０を通して光軸１２３に沿ってダイレクトする(directs)。光は、２次光リダイレクト面１３５からリダイレクトされ、カバーガラス１２６を通過し、センサー１２５に入射する。屈曲光学アレイカメラ１００Ｂは、図１Ａのアレイカメラ１００Ａの反射面の代わりに屈折プリズムを実装する１つのアレイカメラ実施形態を示している。屈折プリズム１４１、１４６の各々は、１次光ダイレクト面１２２、１２４が、基板によって形成される平面の下にあり、ターゲット画像シーンを表す光を受光するように、基板１５０にある開口中に設けられる。

[0035]センサー１０５、１２５は、図１Ｂに示されているように基板１５０上に装着されることができる。いくつかの実施形態では、すべてのセンサーは、平坦基板１５０に装着されることによって１つの平面上にあり得る。基板１５０は、任意の好適な実質的に平坦な材料であり得る。基板１５０は、上記で説明されたように、入射光が、基板１５０を通過して１次光リダイレクト面１２２、１２４に到ることを可能にするための開口を含むことができる。１つまたは複数のセンサーアレイ、ならびに図示された他のカメラ構成要素を基板１５０に装着するための複数の構成が可能である。

[0036]まだ図１Ｂを参照すると、１次光再度向ける面１２２、１２４は、図示のようにプリズム面であり得るか、あるいは１つのミラーまたは複数のミラーであり得、平坦であるか、または入射光を画像センサー１０５、１２５に適切に再度向けるために、必要に応じて整形されることができる。いくつかの実施形態では、１次光リダイレクト面１２２、１２４は、図１Ａに示されているように中央ミラーピラミッドまたはプリズムとして形成されることができる。中央ミラーピラミッド、プリズム、または他の光学的構成要素は、ターゲット画像を表す光を複数の部分にスプリットし、各部分を異なるセンサーにダイレクトし得る。たとえば、１次光リダイレクト面１２２は、第１の視野に対応する光の部分を左センサー１０５のほうへ送り得、１次光リダイレクト面１２４は、第２の視野に対応する光の第２の部分を右センサー１２５のほうへ送る。受光センサーが各々、複数のセンサーのアレイであるいくつかの実施形態では、光リダイレクト面は、ターゲット画像シーンの異なる部分をセンサーの各々のほうへ送るために、互いに対して角度を付けられた複数の反射面であることができる。カメラの視野は、合同して、少なくともターゲット画像をカバーし、アレイの合成開口によってキャプチャされた(captured)最終画像を形成するために、キャプチャの後に互いに整合され、スティッチされることができることを諒解されたい。

[0037]アレイ中の各センサーは実質的に異なる視野を有することができ、いくつかの実施形態では、視野は重複することができる。以下でより詳細に説明されるように、様々な１次光リダイレクト面１２２、１２４と、レンズの集合１１５、１３０と、センサー１０５、１２５との間の空間関係が、異なる視野間に発生する視差およびチルトアーティファクトを低減または除去するためにあらかじめ決定されることができる。

[0038]図１Ａおよび図１Ｂによって示されるように、各アレイカメラは全高Ｈを有する。いくつかの実施形態では、全高Ｈは約４．５ｍｍ以下であり得る。他の実施形態では、全高Ｈは約４．０ｍｍ以下であり得る。図示されていないが、アレイカメラ１００Ａ、１００Ｂ全体は、約４．５ｍｍ以下または約４．０ｍｍ以下の対応する内部高を有するハウジング中に設けられ得る。

[0039]そのようなアレイカメラ１００Ａ、１００Ｂのいくつかの構成は、センサーおよび光リダイレクト面の相対配置に基づく視差およびチルトアーティファクトという欠点があり得、アレイの異なるカメラから見られる同じオブジェクトの異なるビュー間の視差およびチルトによる品質劣化に関する課題を提示する。視差およびチルトは、アーティファクトがまったくない最終画像への、各カメラによってキャプチャされた画像のシームレススティッチングを妨げる。深度（たとえば、レンズからオブジェクトまでの距離）に応じて、あるカメラからの画像は、別のカメラからの重複する画像に対して位置および角度がシフトされることができる。得られた視差およびチルトは、画像が互いにスティッチまたは融合されたとき、重複する視野に対応する画像領域において「二重画像」ゴーストを生じることがある。センサー視野中に重複がないようにアレイが構造化された場合でも、視差は、そのような特徴がセンサー視野間の境界上を横断するとき、ラインおよびエッジなど、画像中の間欠特徴を生じる。

[0040]本明細書で使用する「カメラ」という用語は、画像センサーと、レンズシステムと、いくつかの対応する光リダイレクト面、たとえば、図１に示されている１次光リダイレクト面１２４、レンズの集合１３０、２次光リダイレクト面１３５、およびセンサー１２５とを指す。「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ーアレイは、様々な構成で複数のそのようなカメラを含むことができる。アレイ構成のいくつかの実施形態は、それの開示が参照により本明細書に組み込まれる、２０１３年３月１５日に出願された、「MULTI-CAMERA SYSTEM USING FOLDED OPTICS」と題する米国出願公開第２０１４／０１１１６５０号に開示されている。本明細書で説明される視差アーティファクトの低減または除去のための幾何学的関係から恩恵を受けるであろう他のアレイカメラ構成が可能である。

[0041]図２は、１つまたは複数のカメラ２１５ａ〜ｎにリンクされた画像プロセッサ２２０を含む構成要素のセットを有するデバイス２００の高レベルブロック図を示している。画像プロセッサ２２０はまた、ワーキングメモリ２０５、メモリ２３０、およびデバイスプロセッサ２５０と通信しており、デバイスプロセッサ２５０は、ストレージ２１０および電子ディスプレイ２２５と通信している。

[0042]デバイス２００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。本明細書で説明されるような、厚さを薄くしたイメージングシステムが利点を与えるであろう、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２００はまた、固定コンピューティングデバイス、または薄型イメージングシステムが有益であろう任意のデバイスであり得る。複数のアプリケーションが、ユーザにとってデバイス２００上で利用可能であり得る。これらのアプリケーションは、旧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イメージング、パノラマ写真およびビデオ、あるいは３Ｄ画像または３Ｄビデオなどの立体視イメージングを含み得る。

[0043]画像キャプチャデバイス２００は、外部画像をキャプチャするためのカメラ２１５ａ〜ｎを含む。カメラ２１５ａ〜ｎは各々、図１に関して上記で説明されたように、センサーと、レンズの集合と、ターゲット画像の部分を各センサーにリダイレクトするための１次および２次反射または屈折面とを備え得る。概して、Ｎ個のカメラ２１５ａ〜ｎが使用され得、ただし、Ｎ≧２である。したがって、ターゲット画像はＮ個の部分にスプリットされ得、Ｎ個のカメラの各センサーは、そのセンサー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２１５ａ〜ｎは、本明細書で説明される屈曲光学イメージングデバイスの実装形態に好適な任意の数のカメラを備え得ることを理解されよう。センサーの数は、図４に関して以下でより詳細に説明されるように、システムのより低いｚ高を達成するために、または後処理の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(plenoptic)カメラのそれと同様の重複する視野を有するなど、他の目的の必要を満たすために、増加されることができる。他の実施形態は、２つの同時画像をキャプチャし、次いで、それらを互いにマージする(merge)能力を可能にする、高ダイナミックレンジカメラに好適な視野重複構成をすることができる。カメラ２１５ａ〜ｎは、キャプチャされた画像をデバイスプロセッサ２５０に送信するために、画像プロセッサ２２０に結合されることができる。

[0044] 画像プロセッサ２２０は、以下でより詳細に説明されるように、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信された画像データに対して様々な処理動作を実行するように構成されることができる。画像プロセッサ２２０は、一般の目的の処理ユニットまたはイメージングアプリケーションのために特別に設計されたプロセッサであることができる。画像処理動作の例としては、クロッピング(cropping)、（たとえば、異なる解像度への）スケーリング(scaling)、画像スティッチング、画像フォーマット変換、カラー補間、カラー処理、画像フィルタ処理（たとえば、空間画像フィルタ処理）、レンズアーティファクト(artifact)または欠陥訂正などがある。画像プロセッサ２２０は、いくつかの実施形態では、複数のプロセッサを備えることができる。いくつかの実施形態は、各画像センサーに専用のプロセッサをすることができる。画像プロセッサ２２０は、１つまた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施であることができる。

[0045]図示のように、画像プロセッサ２２０はメモリ２３０とワーキングメモリ２０５とに接続される。図示の実施形態では、メモリ２３０は、キャプチャ制御モジュール２３５と、画像スティッチングモジュール２４０と、オペレーティングシステム２４５とを記憶する。これらのモジュールは、様々な画像処理およびデバイス管理タスクを実行するためにデバイスプロセッサ２５０の画像プロセッサ２２０を構成する命令を含む。ワーキングメモリ２０５は、メモリ２３０のモジュール中に含まれているプロセッサ命令のワーキングセットを記憶するために、画像プロセッサ２２０によって使用されることができる。代替的に、ワーキングメモリ２０５はまた、デバイス２００の動作中に作成された動的データを記憶するために、画像プロセッサ２２０によって使用されることができる。

[0046]上述のように、画像プロセッサ２２０は、メモリに記憶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２３５は、カメラ２１５ａ〜ｎの焦点位置を調整するために画像プロセッサ２２０を構成する命令を含むことができる。キャプチャ制御モジュール２３５は、デバイス２００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むことができる。たとえば、キャプチャ制御モジュール２３５は、カメラ２１５ａ〜ｎを使用してターゲット画像シーンの生画像データをキャプチャするために画像プロセッサ２２０を構成するためのサブルーチンを呼び出す命令を含むことができる。キャプチャ制御モジュール２３５は、次いで、カメラ２１５ａ〜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、スティッチおよびクロップされたターゲット画像をイメージングプロセッサ２２０に出力するために、画像スティッチングモジュール２４０を呼び出すことができる。キャプチャ制御モジュール２３５はまた、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に、および一定の時間間隔で、または生画像データ中のシーンが変化したとき、プレビュー画像を更新するために、生画像データに対してスティッチング動作を実行するために画像スティッチングモジュール２４０を呼び出すことができる。

[0047]画像スティッチングモジュール２４０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ために画像プロセッサ２２０を構成する命令を備えることができる。たとえば、Ｎ個のセンサー２１５ａ〜ｎの各々は、各センサーの視野によるターゲット画像の部分を備える部分画像をキャプチャすることができる。視野は、上記および以下で説明されるように、重複エリアを共有することができる。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２４０は、高解像度ターゲット画像を生成するために複数のＮ個の部分画像を合成するために画像プロセッサ２２０を構成することができる。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行われることができる。画像スティッチングの例は、その全体が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号において見つけられることができる。

[0048]たとえば、画像スティッチングモジュール２４０は、Ｎ個の部分画像の互いに対する回転と整合とを決定するために、一致する特徴について、Ｎ個の部分画像のエッジに沿って重複エリアを比較するための命令を含むことができる。部分画像の回転および／または各センサーの視野の形状により、合成された画像は不規則形状を形成することができる。したがって、Ｎ個の部分画像を整合させ、合成した後、画像スティッチングモジュール２４０は、合成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矩形または１：１方形にクロップするために画像プロセッサ２２０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２２５上での表示のために、またはストレージ２１０に保存するために、デバイスプロセッサ２５０に送られることができる。

[0049]オペレーティングシステムモジュール２４５は、デバイス２００のワーキングメモリ２０５と処理リソースとを管理するために画像プロセッサ２２０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２４５は、カメラ２１５ａ〜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ことができる。したがって、いくつかの実施形態では、上記で説明された画像処理モジュール中に含まれている命令は、これらのハードウェアリソースと直接対話しないが、代わりに、オペレーティングシステム構成要素２７０中にある標準サブルーチンまたはＡＰＩを通して対話することができる。オペレーティングシステム２４５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対話することができる。オペレーティングシステムモジュール２４５は、デバイスプロセッサ２５０と情報を共有するように画像プロセッサ２２０をさらに構成することができる。

[0050]デバイスプロセッサ２５０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対して表示するようにディスプレイ２２５を制御するように構成されることができる。ディスプレイ２２５は、イメージングデバイス２００の外部にあり得るか、またはイメージングデバイス２００の一部であることができる。ディスプレイ２２５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与えるように構成されることができるか、あるいは、メモリに記憶された、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ることができる。ディスプレイ２２５は、ＬＣＤまたはＬＥＤスクリーンを備えることができ、タッチセンシティブ技術を実装することができる。

[0051]デバイスプロセッサ２５０は、データ、たとえば、キャプチャされた画像を表すデータをストレージモジュール２１０に書き込むことができる。ストレージモジュール２１０は旧来のディスクデバイスとして図式的に表されているが、ストレージモジュール２１０は任意のストレージメディアデバイスとして構成されることができることを当業者は理解されよう。たとえば、ストレージモジュール２１０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むことができる。ストレージモジュール２１０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２００内にあるように構成されることができるか、または画像キャプチャデバイス２００の外部にあることができる。たとえば、ストレージモジュール２１０は、画像キャプチャデバイス２００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メモリを含むことができる。ストレージモジュール２１０はまた、カメラから取外し可能であり得、キャプチャされた画像を記憶するため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。

[0052]図２は、プロセッサとイメージングセンサー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せられることができる。いくつかの実施形態では、デバイスは、デバイスプロセッサ２５０および画像プロセッサ２２０に関して説明された機能を実行することができる単一のプロセッサを含むことができる。

[0053]さらに、図２は、いくつかのモジュールを備えるメモリ構成要素２３０と、ワーキングメモリを備える別個のメモリ２０５とを含む２つのメモリ構成要素を示しているが、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当業者は認識されよう。たとえば、メモリ２３０中に含まれてい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設計は、ＲＯＭまたはスタティックＲＡＭメモリを利用することができる。プロセッサ命令は、画像プロセッサ２２０による実行を可能にするためにＲＡＭにロードされることができる。たとえば、ワーキングメモリ２０５はＲＡＭメモリを備えることができ、命令は、画像プロセッサ２２０による実行の前にワーキングメモリ２０５にロードされる。

ＩＩＩ．視差およびチルトアーティファクト(Artifacts)からフリーな(free)屈曲光学アレイカメラの概観
[0054]図３Ａおよび図３Ｂは、以下で定義される、あらかじめ決定された空間関係による様々な構成要素の構成により視差およびチルトアーティファクト(tilt artifacts)がないアレイカメラの一実施形態を示している。図３Ａおよび図３Ｂによって示されるように、２つのミラー面３３０、３３５および２つの対応するセンサー３１１Ａ、３１１Ｂは、キャプチャされた画像において視差およびチルトアーティファクトを生じることを回避するために、あらかじめ定義された空間関係に基づいて構成されることができる。アレイのセンサーおよびそれの対応するレンズは「カメラ」と呼ばれ、アレイ中のすべてのカメラの協働は「仮想カメラ」と呼ばれる。図示されていないが、各カメラは、カメラの光軸に対して図示された角度に配置されないセンサーのほうへ光をリダイレクトするために、上記で説明されたように２次光リダイレクト面を有することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、すべてのセンサーは共通平面に配置されることができる。図示の実施形態では、仮想カメラ３２０は、仮想センサー３２１と、仮想センサーに関連する仮想レンズ３２２とを含む。理解されるように、仮想カメラ３２０は、物理的センサー３１１Ａ、３１１Ｂによってキャプチャされた画像をスティッチすることによって生成された全体的アレイ３００の合成開口（視野３４０）に対応する仮想センサー３２１および仮想レンズ３２２を示すために図示されており、仮想カメラは、アレイの実際の構築において物理的には存在しない。

[0055]各カメラ３１０Ａ、３１０Ｂは中央ミラープリズム３５０の頂点Ａに向いており、各カメラ３１０Ａ、３１０Ｂの光軸３１５Ａ、３１５Ｂは頂点Ａを通過する。カメラ３１０Ａ、３１０Ｂの各々に関連するレンズ３１２Ａ、３１２Ｂのレンズ中心は頂点から同じ距離にあり、各カメラ３１０Ａ、３１０Ｂは仮想カメラ３２０の視野３４０の半分を見る。垂直軸３２５に対する各カメラ３１０Ａ、３１０Ｂの光軸３１５Ａ、３１５Ｂの角度は、垂直軸３２５に対してそれの対応するミラー３３０、３３５によって形成される平面の角度の２倍であり得る。図示の実施形態では、垂直軸３２５は、アレイ３００の対称垂直軸を示し、また仮想光軸（たとえば、仮想センサー３２１および仮想レンズ３２２によって表される仮想カメラ３２０の光軸）である。

[0056]図示のように、ミラー面３３０、３３５によって形成される平面は、アレイの仮想光軸３２５に沿った、頂点と呼ばれる、図ではＡと標示された共通点において交差する。カメラ３１０Ａ、３１０Ｂは、各カメラの光軸３１５Ａ、３１５Ｂが頂点Ａと交差するように配置されることができる。さらに、各カメラ３１０Ａ、３１０Ｂは、カメラの光軸３１５Ａ、３１５Ｂと仮想光軸３２５との間に形成される（角度２αと標示された）角度が、対応するミラー面３３０、３３５と仮想光軸３２５との間に形成される（角度αと標示された）角度の２倍であるように配置されることができる。しかしながら、これらの角度は、アレイ中のすべてのカメラについて同じである必要はない。頂点Ａと投影中心３１３Ｂ（センサー３１１Ｂに対応するレンズ３１２Ｂ内に位置する）との間の距離Ｄは、アレイ中のすべてのカメラについて同じまたは本質的に同じであり得る。アレイのすべてのカメラ３１０Ａ、３１０Ｂは、アレイ３００の仮想光軸３２５に沿って上を向いている１つの単一の仮想カメラ３２０に仮想的にマージする(merge)（１つの単一の仮想カメラ３２０「として働く」と読み替えられる）。このようにして、各個々のカメラ／レンズ／ミラー組合せは全アレイ３００のサブ開口のみを表す。仮想カメラ３２０は、すべての個々の開口光線の総和からなる合成開口を有する。

[0057]図３Ｃは、アレイ３００中の１つのカメラ３１０Ｂのための上記で説明された設計制約の一例を示している。アレイ３００中のすべてのカメラ３１０Ａ、３１０Ｂからの画像をスティッチすることによって形成される仮想カメラ３２０の視野３４０は、システムの機械的パラメータの最適化に基づくことができる。しかしながら、概算推定は、無限に小さい（点サイズの）個々のカメラ３１０Ｂの仮定に基づいて取得されることができる。仮想カメラ３２０のための最大可能視野（ＦＯＶ）は図３Ｃにおける角度に関係し、だたし、
ＦＯＶ＝２β
β＝９０−α
ＦＯＶ＝１８０−２α
である。

[0058]角度βを越えると、仮想カメラ３２０が「見る」光線は実カメラ３１０Ｂの物理的構造によって妨害されることができる。アレイカメラのいくつかの実施形態では、ＦＯＶはより小さいことがある。

[0059]さらに、アレイカメラは、いくつかの実施形態では、望ましくは薄型（たとえば、高さ４ｍｍ以下）であり、これは、角度αを、４５°未満に、およびある値よりも大きい値に制約する。他の実際的要件は、α＞３０°にし得る。様々な実施形態では、焦点距離および角度αは、すべてのカメラについて同じである必要はない。

[0060]図４は、ＦＯＶ＝（約）６０°を生じることができる、図３Ａ〜図３Ｃのアレイカメラ３００の１つのセンサー３１１Ｂおよびミラー３３５に対応する、設計パラメータの一例と、ミラー３３５に入射した光の様々な角度についての例示的な光線追跡とを示している。しかしながら、これは、一例であり、限定ではなく、より広い角度が現実的に可能である。実レンズについて同様の結果が予想される理想的なレンズ３１２Ｂを仮定すると、カメラ３１０Ｂの焦点距離は約５ｍｍであり、開口は２．５ｍｍであり、Ａからレンズ３１２Ｂ投影中心３１３Ｂまでの距離は約１０．９ｍｍであり、Ａは底面４００から約４ｍｍの高さＨにあり（ただし、高さＨは、アレイのための全体的厚さまたは高さに基づいて変動することがある）、レンズ投影中心３１３Ｂは底面４００から約２ｍｍの高さにあり、α＝４０°である。ＦＯＶ＝６０°は、相対照度を計算することから決定されることができ、ミラー３３５サイズと、レンズ投影中心３１３Ｂからミラー３３５までの距離とによって制約されることができる。約４ｍｍのミラー高さＨの制約は、アレイカメラのフォームファクタ制限により増加されないことがあり、ミラー３３５までの距離は低減されることができるが、物理的カメラが光線の一部を妨害するという犠牲を払うことになる。図示のように、センサー３１１Ｂは、センサー３１１Ｂが光軸３１５Ｂと中心を合わせて従来通り配置された場合にミラーによって与えられる視野よりも多くの視野から光を集めるために、光軸３１５Ｂから中心を外れて配置されることができる。他の実施形態では、センサーは、光軸に対して異なる位置および異なる角度に配置されることができ、光をセンサーにリダイレクトするために２次光リダイレクト面が含められることができる。たとえば、中央ミラーピラミッドの底面４００は基板上に配置（またはそれに挿入）されることができ、センサー３１１Ｂ（およびアレイ３００中のすべての他のセンサー）は基板上に配置（またはそれに挿入）されることができる。

ＩＶ．プリズムアレイカメラの概観
[0061]図５Ａ〜図５Ｃは、プリズムアレイカメラのためのプリズムの一実施形態を示している。図５Ａは、（仮想カメラＶの仮想光軸とも呼ばれる）アレイカメラ対称垂直軸７５０に直角に配置された（第１の面とも呼ばれる）上面７１０と、対称垂直軸７５０に対して角度αに配置されたプリズム７００の（第２の面とも呼ばれる）下側内面７２０と、上面７１０に直角に配置された（第３の面とも呼ばれる）下側外面７３０とを有するプリズム７００の破断側面図を示している。第１の面７１０は、ターゲット画像シーンの少なくとも一部分を表す光が第１の面７１０を通ってプリズム７００に入るように配置されることができる。第２の面７２０は、第１の面７１０から受けた光を第３の面７３０の方へリダイレクトするために、仮想光軸７５０に関して角度２に配置されることができ、ただし、角度２はαの角度値を有する。第３の面７３０は、プリズム７００を通過した光が第３の面７３０を出て、カメラＣに入るように、対応するカメラＣに対向していることができる。

[0062]Ｖは、イメージングシステムの屈曲光学系に基づくカメラＣの像である仮想カメラを表す。Ａは、仮想カメラＶの光軸でもある対称垂直軸７５０に沿って位置するプリズム７００の「頂点」を表す。Ｃは、プリズム７００の外部の、カメラ光軸７４５に沿ったどこかに位置するカメラを表し、ここで、カメラ光軸７４５は、プリズム７００の第２の面７２０に対して角度αに配置され、仮想光軸７５０に対して角度１に配置され、ただし、角度１は２αの角度値を有する。簡単および明快の目的で点として示されているが、カメラＣは複数の構成要素、たとえば、図１Ａに示されたようなレンズ集合１３０と、２次光リダイレクト面１３５と、センサー１２５とを含むことができる。プリズム７００は、いくつかの例では、図１Ｂに示された屈折プリズム１４１、１４６として使用されることができる。

[0063]いくつかの実施形態では、屈折率ｎ＝２を有する材料がプリズム７００のために使用されることができる。他の実施形態では、ｎ≧１．５の屈折率を有する材料がプリズム７００のために使用されることができる。たとえば、高指数ガラスが、プリズム７００をそれから構築するのに好適な材料であり得る。プリズムは、好適な材料から彫刻、切削、または成形されることができる。いくつかの実施形態では、プリズム７００の第２の面７２０は、その面の反射特性を向上させるために、反射性材料、たとえばアルミニウムまたは別の金属でコーティングされることができる。

[0064]いくつかの例では、ｎ＝２であるとき、角度α＝３０°である。ｎ＝２の屈折率を有する材料の内部全反射特性により、α＝３０°よりも大きい角度で上面７１０に当たる、右面７３０を通ってプリズムに入った光線は、上面７１０から反射されてプリズムに戻ることになる。カメラ光軸を表す点線のわずかに上のカメラから来る光線は、（例示的な光線７３５によって示されるように）内部全反射のそれを上回る角度で面７１０に当たり出てこない。したがって、カメラはプリズムの左上コーナーＡの上を何も見ない。画像シーンからの光は、その位置／方向からカメラ開口に入らない。カメラの視野を示すために、本明細書で提供される例では、光線はカメラ「から」来るものとして図示および説明されることができるが、実際には、光線は、ターゲット画像シーンにおいて発生し、カメラＣに入る前にプリズムを通過できることが諒解されよう。

[0065]（例示的な光線７４０によって示されるような）概して水平の光線は、内部全反射の角度２α＝６０°で第２の面７２０に当たり、水平方向にプリズムを出る。Ｃから出てくる光線の上の他の光線は、垂直までの異なる角度からプリズムを出る。したがって、このカメラは約９０°のＦＯＶをカバーし、そのようなカメラのアレイは約１８０°のＦＯＶをカバーするであろう。

[0066]図５Ｂは、個々に示されたプリズム７００の斜視図と、４カメラプリズムアレイカメラにおいて使用されることができるような、４つのプリズムの集合７８０の斜視図とを示している。図示された構成はプリズム集合の一例として与えられており、他の実施形態では、２つ、３つ、５つまたはそれ以上のプリズム７００が集合において使用されることができる。図示のように、各個々のプリズムの頂点Ａは、他の各プリズムの頂点に実質的に隣接して配置されることができ、上面７１０は同一平面上にあることができる。各プリズム７００の第３の面７３０は、４つのプリズムを有する図示の例では、上面７１０を通って集合７８０に入った光が第３の面７３０を通って４つの方向において外部にリダイレクトされるように、集合７８０の外側を形成する。集合７８０は中実のように見えるが、プリズムの角度付き第２の面７２０は、プリズム集合７８０において空のピラミッド形の凹部を形成し、それの１つの部分が、プリズム７００に関連する負の空間７６０として図示されている。凹部は、空であるか、または様々な実施形態では、たとえば反射裏張り（backing）または反射固体で埋められることができる。本明細書で使用する「反射裏張り」は、プリズムの面に裏張りまたはコーティングとして適用される反射性材料を含む、１つまたは複数の材料を指すことがある。たとえば、プリズムに材料を接着し、噴霧し、塗布し、真空蒸着によって蒸着し、または他の方法で適用することによって、金属の薄い層、フィルム、または他の反射性材料が、材料の反射側が第２の面７２０の外側（すなわち、プリズムの外側）に隣接するように、プリズムの第２の面７２０上に与えられ得る。

[0067]図５Ｃは、プリズム７００を使用するプリズムアレイカメラが直面し得る潜在的問題を示している。問題を説明するために、ＢＫ７ガラスから作られたプリズムの一例を考える。ＢＫ７ガラスの屈折率ｎ＝１．５はα＝２４°をもたらす。１つの潜在的問題は、多くの場合、図７Ｃに示されているように、いくつかの光線（例示的な光線７７０参照）がプリズム自体によってクリッピングされ、したがって、ＦＯＶが約６０°に制限されることである。これは、約１２０°のＦＯＶを有するアレイカメラをさらに生成することがある。別の潜在的問題は、プリズムが分散性であり、したがって、プリズム７００「を通して」画像シーンを見るカメラＣによってキャプチャされた画像は、色収差を有する可能性があることである。色収差は、カラフルなおよび／またはぼやけたアーティファクト、たとえば、分散によるカラー化の方向におけるぼけとして視覚的に現れることがある。

[0068]図６Ａ〜図６Ｃは、図５Ａ〜図５ＣのカメラのＦＯＶ制限および色収差問題に対処する、プリズムアレイカメラのためのプリズムの別の実施形態を示している。（光学要素とも呼ばれる）プリズム８００は、第１の面８１０の長さと第３の面８３０の長さとが実質的に同じである二等辺三角形として形成された断面積を有することによって、それの対称性により、反射と屈折の両方を行い、図５Ａ〜図５Ｃのプリズムに関する上記で説明された問題を補正する。ターゲット画像シーンの少なくとも一部分からの光は、（光がその点において屈折されることができる）第１の面を通って光学要素に入り、第２の面から第３の面のほうへリダイレクトされ、カメラＣのほうへ進むために、第３の面を通って光学要素を出る。

[0069]第１の面８１０と第２の面８２０との間に形成される角度αの角度値と、第２の面８２０と第３の面８３０との間に形成される角度の角度値とは実質的に同じであり、９０−αに等しくなり得る。第２の面８２０と対称垂直軸８５０（また仮想光軸）との間に形成される角度２の角度値は、第２の面８２０とカメラ光軸８４５との間に形成される角度αの角度値に等しくなり得る。したがって、第２の面８２０によって形成される平面は、仮想光軸８５０とカメラ光軸８４５との間に形成される角度１を二等分し、角度１は、角度２の角度値の２倍の角度値を有する。第１の面８１０と第３の面８３０との間に形成される角度３は、角度１の角度値の２倍の角度値を有する。対称垂直軸８５０とカメラ光軸８４５とはプリズム８００の頂点Ａにおいて交差することができる。プリズム８００は、いくつかの例では、図１Ｂに示された屈折プリズム１４１、１４６として使用されることができる。

[0070]図６Ａは、アレイカメラ対称垂直軸８５０に直角に配置された第１の（または上）面８１０と、対称垂直軸に対して角度αに配置されたプリズム８００の第２の（または下側内）面８２０と、第１の面８１０に対して角度２αに配置された第３の（または下側外）面８３０とを有するプリズム８００の破断側面図を示している。いくつかの実施形態では、第２の面８２０は反射裏張りを備え得るか、または反射性材料が第２の面８２０に隣接して配置されることができる。第３の面８３０は、プリズム８００によって受けた光の部分をカメラに通すように、対応するカメラに対向して配置されることができる。（図６Ａに示されていない）カメラは、プリズム８００の外部の、カメラ光軸８４５上のどこかに位置することができる。

[0071]上記で説明された視差およびチルトなし設計原理に従って、カメラ光軸８４５は、対称垂直軸に対して角度２αの角度が付けられ、プリズムの頂点Ａを通過する。仮想カメラの投影中心は対称垂直軸８５０に沿って位置することができる。破断側面図として示されているが、第１の面、第２の面、および第３の面の各々によって形成される平面は、プリズムを実装するプリズムアレイカメラにおいてキャプチャされた画像における視差およびチルトアーティファクトを低減または除去するための幾何学的関係に従うことが諒解されよう。

[0072]そのようなプリズムは、分散がなく、したがって色収差を生じない。図６Ｂは、プリズム８００を通って進む例示的な光線８３５を示している。図６ＢにはカメラＣおよび仮想カメラＶが示されている。

[0073]プリズム８００は、仮想カメラＶの観点から見られるとき、平行な上面と下面とをもつガラス板と等価であり、ここで、Ｖは、プリズム８００の屈曲光学系により、実カメラＣの鏡像である。平行な面をもつガラスプレートを通って進む光に関する色問題がないので、プリズム８００も、キャプチャされた画像において色収差を呈しない。Ｃから来る水平光線８３５は、図示のように仮想カメラＶから出てくる光線８４０と等価である。光線は、光線セグメント８４１によって示されるように、光線がＶから入った方向（光線セグメント８４０によって表される）に平行にプリズムを出る。

[0074]さらに、光線はクリッピング(clipped)されない。光線がプリズムに入る限り、その光線がまた出る。その結果、カメラのＦＯＶは維持される。各々がＦＯＶ＝６０°を有する、カメラのアレイは１２０°をカバーすることになる。Ｖがプレートに接しており、αが内部全反射の角度である場合、１８０°までのアレイカメラのためのＦＯＶが可能である。

[0075]図６Ｃは、個々に示されたプリズム８００の斜視図と、４カメラプリズムアレイカメラにおいて使用されることができるような、４つのプリズム８００の集合８８０の斜視図とを示している。図示された構成はプリズム集合の一例として与えられており、他の実施形態では、２つ、３つ、５つまたはそれ以上のプリズムが集合において使用されることができる。図示のように、各個々のプリズム８００の頂点Ａは、他の各プリズムの頂点に実質的に隣接して配置されることができ、上（第１の）面は同一平面上にあることができる。各プリズム８００の第３の面８３０は、４つのプリズムを有する図示の例では、上面８１０を通って集合８８０に入った光が第３の面８３０を通って４つの方向において外部にリダイレクトされるように、集合８８０の外側を形成する。集合８８０は中実のように見えるが、プリズムの角度付き下側内（第２の）面８２０は、プリズム集合８８０において空のピラミッド形の凹部を形成し、それの一部分が、プリズム８００に関連する負の空間８６０によって図示されている。凹部は、空であるか、または様々な実施形態では、たとえば反射裏張りまたは反射固体で埋められ得る。

[0076]集合８８０中の各プリズムは、視差およびチルトのない画像を生成するために、上記で定義された幾何学的関係に従って配置された切子面を有するように製造されることができる。下側外（第３の）面の角度は、集合８８０を、チルトされた側面を有するように見えさせることがある。

[0077]図７Ａ〜図７Ｃは、負レンズとも呼ばれる平凹レンズ９４０を有するプリズムアレイカメラのためのプリズム９００の別の実施形態を示している。図６Ａ〜図６Ｃに関して上記で説明された二等辺プリズム設計へのレンズ９４０の組込みは、カメラのＦＯＶをさらに増加させることができる。

[0078]図７Ａは、アレイカメラ対称垂直軸９５０に直角に配置された第１の面９１０と、対称垂直軸９５０に対して角度αに配置されたプリズム９００の第２の面９２０と、対称垂直軸９５０に対して角度２αに配置されたカメラ光軸９４５と、第１の面９１０に対して角度２αに配置された第３の面９３０とを有するプリズム９００の破断側面図を示している。第３の面９３０は、対応するカメラに対向していることができる。（図７Ａに示されていない）カメラは、プリズム９００の外部の、カメラ光軸９４５上のどこかに位置することができる。上記で説明された視差およびチルトなし設計原理に従って、カメラ光軸９４５は、対称垂直軸に対して角度２αの角度が付けられ、プリズムの頂点Ａを通過する。仮想カメラの投影中心は、対称垂直軸９５０に沿って位置し、また頂点Ａを通過することができる。プリズム９００は、いくつかの例では、図１Ｂに示された屈折プリズム１４１、１４６として使用されることができる。

[0079]負レンズ９４０は、第３の面９３０中に形成されるものとして示されている。負レンズ９４０は、様々な実施形態では、プリズム９００から彫刻または切削されることができるか、あるいはプリズム９００とともに、成形され、または他の方法で形成されることができる。他の実施形態では、第３の面は平坦であり得、負レンズは、たとえば接着剤によって面に結合されることができる。プリズム９００に彫刻されたレンズは、薄型フォームファクタアレイカメラ(a thin-factor array camera)とともに使用するのにより好適であり得る。

[0080]このレンズ９４０は、全光学設計の一部として考慮され、カメラを集束させるために使用されるであろうレンズ集合とともに最適化されるべきである。そのようなレンズ９４０は、カメラのほうへ進む光線を広げることによってＦＯＶを増加させる。一例では、レンズ面は、投影中心を中心とする球体の一部であり得る。すべての光線は、垂直に入り、屈折されない。光線がガラス内の小さい角度をカバーするときでも、それらがレンズ９４０の平坦面を通って出るとき、角度は増加する。光線の角度が内部全反射に近いとき、出口角は著しく増加する。

[0081]図７Ｂは、個々に示されたプリズム９００の斜視図と、４カメラプリズムアレイカメラにおいて使用されることができるような、４つのプリズム９００の集合９８０の斜視図とを示している。図示された構成はプリズム集合の一例として与えられており、他の実施形態では、２つ、３つ、５つまたはそれ以上のプリズムが集合において使用されることができる。図示のように、各個々のプリズムの頂点Ａは、他の各プリズムの頂点に実質的に隣接して配置されることができ、上（第１の）面９１０は同一平面上にあり得る。各プリズム９００の第３の面９３０は、４つのプリズムを有する図示の例では、上面９１０を通って集合９８０に入った光が第３の面９３０を通って４つの方向において外部にリダイレクトされるように、集合９８０の外側を形成する。集合９８０は中実のように見えるが、プリズムの角度付き下側内（第２の）面９２０は、プリズム集合９８０において空のピラミッド形の凹部を形成し、それの１つの部分が、プリズム９００に関連する負の空間９６０として図示されている。凹部は、空であるか、または様々な実施形態では、たとえば、第２の面９２０上の反射裏張りで、または反射固体で埋められ得る。第３の面９３０の角度は、集合９８０を、チルトされた側面を有するように見えさせることがある。第３の面９３０は、側面にある負レンズ９４０を示している。

[0082]図７Ｃは、仮想カメラＶの観点からの図７Ａの概念の表現を示している。図７Ｃは、曲がることなしに角度９０−αで仮想カメラＶから（負レンズ９４０の鏡像に対応する）仮想負レンズ９７０を通ってプリズム９００に入り、内部全反射の角度で第１の面９１０に達する光線９３５を示している。この光線９３５は、ほぼ水平方向に第１の面９１０を通ってプリズム９００を出る。同時に、仮想カメラからの垂直光線（図示せず。垂直光線は対称垂直軸９５０に沿って進むであろう）が垂直方向に出る。したがって、カメラが全ＦＯＶ９０−α度、ただし、αは内部全反射の角度である、を有する場合、それはガラスの外側で全視野９０°をカバーすることになる。さらに、２つまたはそれ以上のそのようなカメラは１８０°のＦＯＶをカバーするであろう。４つのそのようなカメラは、２つのそのようなカメラよりも広い直交カバレージをもつ１８０°のＦＯＶをカバーするであろう。

[0083]図示のように、カメラＣによってキャプチャされた画像と、追加のプリズム（たとえば、集合９８０中のプリズム９００とともに構成された別のプリズム）に対応するカメラによってキャプチャされた画像との間の視差アーティファクト(parallax artifacts)を低減するために、第２の面９２０によって形成される平面は、仮想光軸９５０とカメラ光軸９４５との間に形成される角度１を二等分し、角度１は、角度２の角度値の２倍の角度値を有する。第１の面９１０と第３の面９３０との間に形成される角度３は、角度１の角度値の２倍の角度値（２α）を有する。集合中の各プリズムおよびそれの対応するカメラは、これらの視差低減設計原理に従って整形および／または構成されることができる。図５Ａ〜図７Ｃでは簡単の目的で点光源として示されているが、カメラＣは様々な構成要素、たとえば、画像センサー、プリズムの第３の面を出た光がセンサーに入射する前にその光に２次リダイレクションを与えるミラーまたは屈折要素、画像センサーとミラーまたは屈折要素との間に配置されたレンズ集合のうちの１つまたは複数を含むことができることが諒解されよう。

[0084]プリズムアレイカメラの上記で説明された実施形態は、いくつかの例では、プリズムの下側内面によって形成される平面が、仮想光軸とカメラ光軸との間に形成される角度を二等分するように、対応するカメラ投影中心と仮想カメラの仮想投影中心との間に形成されるラインの中間点に、およびそれに直交して下側内面を位置決めする、視差なし設計原理に基づいて構築されることができる。そのような例では、アレイカメラは、チルトアーティファクトなしであることも、そうでないこともある。他の例では、プリズムアレイカメラの上記で説明された実施形態は、図３Ａ〜図４の視差およびチルトなし設計原理に基づき得る。この設計は図５Ａ〜図７Ｃの設計よりも限定的であるが、それはチルトと視差の両方を除去する。

Ｖ．例示的な画像キャプチャプロセスの概観
[0085]図８は、屈曲光学画像キャプチャプロセス１０００の一実施形態を示している。プロセス１０００はブロック１００５において開始し、そこにおいて、複数のイメージングセンサー集合が設けられる。このステップは、前の図に関して上記で説明されたセンサーアレイ構成のいずれかを含む。センサー集合は、図１Ａおよび図１Ｂに関して上記で説明されたように、センサーと、レンズシステムと、レンズシステムからの光をセンサー上にリダイレクトするように配置された反射面とを含むことができる。センサー集合は、代替的に、センサーと、レンズシステムと、上記で説明された屈折プリズム例のいずれかとを含むことができる。プロセス１０００は、次いでブロック１０１０に移動し、そこにおいて、少なくとも１つの屈折面が複数の画像センサーに近接して装着される。たとえば、このステップは、センサーアレイの中心に中央プリズム集合を装着することを備えることができ、ここにおいて、中央プリズム集合は、アレイ中の各センサーに関連する少なくとも１つの面を備える。いくつかの実施形態では、２次ミラーまたはプリズムが設けられることができ、たとえば、アレイの全高を低減するために、各センサーと関連するレンズ集合との間に１つの２次ミラーまたはプリズムが配置される。

[0086]プロセス１０００は、次いでブロック１０１５に遷移し、そこにおいて、ターゲットシーンの画像を備える光が、少なくとも１つの屈折面を通してイメージングセンサーのほうへ屈折される。たとえば、光の部分が、プリズム集合中の複数のプリズムの各々を通して複数のセンサーの各々の対応する１つのほうへ屈折されることができる。このステップは、光を、各センサーに関連するレンズ集合に通すことをさらに備えることができ、光を第２の面からセンサー上に反射することをも含むことができ、ここで、レンズ集合は屈折面と反射面との間に配置される。ブロック１０１５は、レンズ集合を使用して、および／あるいは反射面または屈折面のいずれかの移動によって、光を集束させることをさらに備え得る。

[0087]プロセス１０００は、次いでブロック１０２０に移動し得、そこにおいて、センサーはターゲット画像シーンの複数の画像をキャプチャする。たとえば、各センサーは、そのセンサーの視野に対応するシーンの部分の画像をキャプチャすることができる。複数のセンサーの視野は、合同して、少なくとも、オブジェクト空間中のターゲット画像をカバーする。画像シーンからの光をセンサーのほうへリダイレクトするために使用される屈折プリズムの特性により、ロープロファイルを維持しながら、そのような屈折プリズムを実装しないシステムと比較して総視野が増加され得ることができる。

[0088]プロセス１０００は、次いでブロック１０２５に遷移することができ、そこにおいて、複数の画像から単一の画像を生成するために画像スティッチング方法が実行される。いくつかの実施形態では、図２の画像スティッチングモジュール２４０がこのステップを実行することができる。これは、知られている画像スティッチング技法を含むことができる。さらに、視野中の重複エリアは、スティッチングプロセスにおいて画像を整合させる際に使用されることができる、複数の画像における重複を生成することができる。たとえば、ブロック１０２５は、隣接する画像の重複するエリア中の共通特徴を識別することと、画像を整合させるために共通特徴を使用することとをさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、屈折プリズムの面間の幾何学的関係により、スティッチングより前の様々な部分画像間の視差またはチルトアーティファクトがないか、または実質的にないことがある。

[0089]次に、プロセス１０００はブロック１０３０に遷移し、そこにおいて、スティッチされた画像は、指定されたアスペクト比、たとえば４：３または１：１にクロップされる。最終的に、プロセスは、ブロック１０３５において、クロップされた画像を記憶した後に終了する。たとえば、画像は、図２のストレージ２１０に記憶されることができるか、またはターゲットシーンのプレビュー画像として表示のために図２のワーキングメモリ２０５に記憶されることができる。

ＶＩ．システムを実装することおよび用語
[0090]本明細書で開示される実装形態は、視差およびチルトアーティファクトがない複数のセンサー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。これらの実施形態は、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で実装されることができることを当業者は認識されよう。

[0091]いくつかの実施形態では、上記で説明された回路、プロセス、およびシステムは、ワイヤレス通信デバイスにおいて利用されることができる。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としては、セルラー電話、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。

[0092]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ー、２つまたはそれ以上の画像信号プロセッサ、上記で説明された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むことができる。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／電力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、さらに、送信機と受信機とを含むことができる。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ることができる。

[0093]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することができる。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することができる。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）を含むことができる。

[0094]本明細書で説明された機能は、１つまたは複数の命令としてプロセッサ可読媒体またはコンピュータ可読媒体上に記憶されることができる。「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ることができる任意の利用可能な媒体を指す。限定ではなく例として、そのような媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、あるいは命令また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ることができる任意の他の媒体を備えることができる。本明細書で使用されるディスク（disk）およびディスク（disc）は、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザディスク（登録商標）（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（disk）およびＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（disc）を含み、ディスク（disk）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）は、データをレーザで光学的に再生する。コンピュータ可読媒体は有形で非一時的であり得ることに留意されたい。「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ることができ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「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すことがある。

[0095]本明細書で開示された方法は、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。本方法のステップおよび／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互いに交換されることができる。言い換えれば、説明された方法の適切な動作のためにステップまたはアクションの特定の順序が必要とされない限り、その順序、ならびに／あるいは特定のステップおよび／またはアクションの使用は、特許請求の範囲を逸脱することなく変更されることができる。

[0096]「結合する（couple）」、「結合すること（coupling）」、「結合される（coupled）」という用語、または本明細書で使用される結合するという単語の他のバリエーションは、間接接続または直接接続のいずれかを示し得ることに留意されたい。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ることができる。本明細書で使用される「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。

[0097]「決定すること」という用語は多種多様なアクションを包含し、したがって、「決定すること」は、計算すること（calculating）、計算すること（computing）、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において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、選定すること、確立することなどを含むことができる。

[0098]「に基づいて」という句は、別段に明示されていない限り、「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「に少なくとも基づいて」の両方を表す。

[0099]上記の説明では、例の完全な理解を与えるために具体的な詳細を与えた。ただし、例はこれらの具体的な詳細なしに実施されることができることを当業者は理解されよう。たとえば、電気的構成要素／デバイスは、例を不必要な詳細で不明瞭にしないためにブロック図で示されることがある。他の事例では、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図示されることがある。

[0100]参照のために、および様々なセクションの位置を特定することを助けるために、本明細書に見出しが含まれている。これらの見出しは、それに関して説明された概念の範囲を限定するものではない。そのような概念は、本明細書全体にわたって適用可能性を有することができる。

[0101]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。フローチャートは動作を逐次プロセスとして説明することがあるが、動作の多くは並行してまたは同時に実行されることができ、プロセスは繰り返されることができる。さらに、動作の順序は並べ替えられることができる。プロセスは、それの動作が完了したときに終了する。プロセスは、メソッド、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することができる。プロセスがソフトウェア関数に対応するとき、それの終了は呼出し関数またはメイン関数への関数の復帰に対応する。

[0102]開示された実装形態の以上の説明は、当業者が本発明を実施または使用することができるようにするために提供したものである。これらの実装形態への様々な変更は当業者には容易に明らかになり、本明細書で定義された一般原理は、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用されることができる。したがって、本発明は、本明細書で示された実装形態に限定されるものではなく、本明細書で開示された原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与られるべきである。
以下に本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
ターゲット画像シーンをキャプチャするためのプリズムアレイカメラであって、システムが、
前記プリズムアレイカメラの対称垂直軸の周りに配置された複数のカメラを備え、前記複数のカメラの各カメラが、
画像センサーと、
前記対称垂直軸に対して第１の角度に配置された光軸と、前記第１の角度は角度値に対応する、および
複数のプリズムと、各プリズムは、少なくとも部分的に屈折によって、前記複数のカメラのうちの対応するカメラの方へ前記ターゲット画像シーンを表す光の部分を向けるように構成される、
各プリズムは、
前記プリズムアレイカメラの前記対称垂直軸に直角に配置された第１の面と、前記第１の面は、前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分が前記第１の面を通って前記プリズムに入るように配置される、
第２の面によって形成される平面が、前記対応するカメラの前記光軸と前記対称垂直軸との間の前記第１の角度を二等分するように配置された前記第２の面と、
第３の面と、前記第２の面は、前記第１の面から受光された光の前記部分を前記第３の面のほうにリダイレクトするために構成され、前記第３の面は、前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分が、前記プリズムを出て、前記対応するカメラのほうへ進むように配置される、を備える、プリズムアレイカメラ。
［Ｃ２］
前記プリズムが、前記第１の面と前記第２の面との間の交点にある頂点をさらに備え、ここにおいて、前記複数のカメラの前記各カメラの前記光軸と前記プリズムアレイカメラシステムの前記対称垂直軸とが前記頂点を通過する、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ３］
前記第３の面が上面に対して第２の角度に配置され、前記第２の角度は前記角度値に対応する、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ４］
前記第１の面の長さと前記第３の面の長さとが実質的に等しい、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ５］
前記第３の面中に形成されたまたは取り付けられた負レンズをさらに備える、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ６］
前記第２の面上に設けられた反射裏張りをさらに備える、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ７］
第１の光屈曲面が屈折プリズムの下側内面を備え、前記複数のカメラの各カメラが、前記第１の光屈曲面と前記画像センサーとの間に配置された２次光屈曲面をさらに備える、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ８］
前記２次光屈曲面が反射面または追加のプリズムを備える、Ｃ７に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ９］
前記複数のカメラの各カメラが、前記プリズムの前記第３の面と前記画像センサーとの間に配置されたレンズ集合をさらに備える、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ１０］
前記複数のカメラの各々からの前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分から生成された画像を前記ターゲットシーンの最終画像内に合成するように構成されたプロセッサをさらに備える、Ｃ１に記載のプリズムアレイカメラ。
［Ｃ１１］
プリズムアレイカメラを製造する方法であって、前記方法は、
前記プリズムアレイカメラの対称垂直軸を決定することと、
前記プリズムアレイカメラの複数のカメラの各カメラについて、
前記カメラの光軸が前記対称垂直軸に対して第１の角度に配置されるように前記カメラを配置することと、前記第１の角度は角度値に対応する、
光学要素の第１の面が前記対称垂直軸に直角に配置され、および
前記光学要素の第２の面が、前記第２の面によって形成される平面が前記第１の角度を二等分するように配置されるように、前記光学要素を配置することと
を備える、方法。
［Ｃ１２］
前記光学要素の第３の面が前記光学要素の前記第１の面に対して第２の角度に配置されるように前記光学要素を配置することをさらに備え、前記第２の角度は前記角度値に対応する、Ｃ１１に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ１３］
前記光学要素が、前記第１の面に関する第１の長さと前記第３の面に関する第２の長さとを有し、ここにおいて、前記第１の長さは前記第２の長さに実質的に等しい、Ｃ１２に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ１４］
対応する光学要素の前記第３の面からターゲット画像シーンの部分を表す光を受光するために前記複数のカメラの各々を配置することをさらに備える、Ｃ１２に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ１５］
前記光学要素の前記第３の面内にまたはそれに固定された負レンズを供することをさらに備える、Ｃ１２に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ１６］
前記光学要素の前記第２の面上に反射裏張りを供することをさらに備える、Ｃ１１に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ１７］
前記複数のカメラの各々と電子通信中のプロセッサを供することをさらに備え、前記プロセッサは、前記ターゲット画像シーンの最終画像中に複数の画像を合成するように構成され、前記複数の画像の各々は、前記複数のカメラのうちの対応する１つから受光され、対応する光学要素の前記第３の面から受光された前記ターゲット画像シーンの前記部分の表現を備える、Ｃ１１に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ１８］
前記光学要素の前記第１の面と前記第２の面とが前記光学要素の頂点において交差し、前記プリズムアレイカメラを製造する前記方法が、前記複数のカメラのうちの対応する１つの前記光軸を前記光学要素の前記頂点と交差するように配置することをさらに備える、Ｃ１１に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ１９］
前記光学要素の前記頂点が前記対称垂直軸に沿って位置する、Ｃ１８に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ２０］
各光学要素の前記頂点が少なくとも１つの他の光学要素の前記頂点に隣接するように、前記複数のカメラの各々に関連する前記光学要素を配置することをさらに備える、Ｃ１９に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
［Ｃ２１］
アレイカメラにおいて使用するためのプリズム集合であって、前記プリズム集合が、
対称垂直軸と、
複数の屈折光学要素と、各々は前記アレイカメラの複数のカメラのうちの対応する１つに関連し、および前記複数のカメラのうちの前記対応する１つのほうへターゲット画像シーンを表す光の部分を通すように構成される、前記複数の屈折光学要素の各々は、
前記プリズムアレイカメラの前記対称垂直軸に直角に配置された第１の面と、前記第１の面は、前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分が前記第１の面を通って前記プリズムに入るように配置される、
第２の面によって形成される平面が、前記対応するカメラの光軸と前記対称垂直軸との間の第１の角度を二等分するように配置された前記第２の面と、
第３の面と、前記第２の面は、前記第１の面から受けた光の前記部分を前記第３の面のほうへリダイレクトするように構成され、前記第３の面は、前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分が、前記プリズムを出て、前記対応するカメラのほうへ進むように配置される、
前記第１の面と前記第２の面との交差部によって定義される頂点と
を備える、
プリズム集合。
［Ｃ２２］
前記複数の屈折光学要素の各々の前記第２の面上に供された反射裏張りをさらに備える、Ｃ２１に記載のプリズム集合。
［Ｃ２３］
前記複数の屈折光学要素の各々の前記頂点が、前記対称垂直軸に沿って配置された点である、Ｃ２１に記載のプリズム集合。
［Ｃ２４］
前記複数の屈折光学要素の各々の前記頂点が、前記複数の屈折光学要素の互いの前記頂点に実質的に隣接して配置される、Ｃ２２に記載のプリズム集合。
［Ｃ２５］
前記複数の屈折光学要素の前記第１の面が実質的に同一平面上にある、Ｃ２４に記載のプリズム集合。
［Ｃ２６］
前記複数の屈折光学要素の前記第２の面が前記プリズム集合内の凹部を定義する、Ｃ２５に記載のプリズム集合。
［Ｃ２７］
前記複数の屈折光学要素の各々の前記第３の面内に形成されたまたは取り付けられた負レンズをさらに備える、Ｃ２１に記載のプリズム集合。
［Ｃ２８］
前記複数の屈折光学要素の各々が、約１．５以上の屈折率を有する実質的に透明な材料から製造される、Ｃ２１に記載のプリズム集合。
［Ｃ２９］
画像をキャプチャするための装置であって、
ターゲット画像シーンの複数の部分をキャプチャするための手段と、
前記複数の部分の各部分を表す光を屈折させるための手段と、光を屈折させるための前記手段は、下記を備える幾何学的関係に配置された複数の切子面を備え、
光を屈折させるための前記手段の対称垂直軸に直角に配置された第１の平面と、
前記対称垂直軸に対して第１の角度に配置された第２の平面と、前記第１の角度は第１の角度値に対応し、および、
前記第１の面に対して第２の角度に配置された第３の平面と、前記第２の角度は、前記第１の角度値の２倍に実質的に等しい第２の角度値に対応する、および
前記複数の部分を前記ターゲット画像シーンの最終画像中に集合するための手段と
を備える、装置。
［Ｃ３０］
光を屈折させるための前記手段が、複数の屈折光学要素の集合を備え、前記複数の屈折光学要素の各々は、前記幾何学的関係で配置された少なくとも３つの切子面を有する、Ｃ２９に記載の装置。

Claims

ターゲット画像シーンをキャプチャするためのプリズムアレイカメラであって、前記プリズムアレイカメラは、
前記プリズムアレイカメラの対称垂直軸の周りに配置された複数のカメラ（Ｃ）と、前記複数のカメラ（Ｃ）の各カメラ（Ｃ）は、
画像センサーと、
前記対称垂直軸に対して第１の角度に配置された光軸と、前記第１の角度は角度値に対応する、
を備える、
複数のプリズムと、各プリズムは、少なくとも部分的に屈折によって、前記複数のカメラ（Ｃ）のうちの対応するカメラ（Ｃ）の方へ前記ターゲット画像シーンを表す光の部分を向けるように構成され、各プリズムは、
前記プリズムアレイカメラの前記対称垂直軸に直角に配置された第１の面と、前記第１の面は、前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分が前記第１の面を通って前記プリズムに入るように配置される、
第２の面によって形成される平面が、前記対応するカメラ（Ｃ）の前記光軸と前記対称垂直軸との間の前記第１の角度を二等分するように配置された前記第２の面と、
第３の面と、前記第２の面は、前記第１の面から受光された光の前記部分を前記第３の面のほうにリダイレクトするように構成され、前記第３の面は、前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分が、前記第３の面を介して前記プリズムを出て、前記対応するカメラ（Ｃ）のほうへ進むように配置される、
を備える、
を備え、
前記プリズムアレイカメラが、
前記プリズムアレイカメラの前記対称垂直軸が、各プリズムの前記第１の面と前記第２の面との間の交点にある頂点（Ａ）を通過する
ように配置され、
前記複数のカメラ（Ｃ）の各カメラ（Ｃ）の前記光軸が、前記頂点（Ａ）を通過する、
ことを特徴とする、プリズムアレイカメラ。
前記第３の面が前記第１の面に対して第２の角度に配置され、前記第２の角度は前記角度値に対応する、請求項１に記載のプリズムアレイカメラ。
前記第１の面の長さと前記第３の面の長さとが実質的に等しい、請求項１に記載のプリズムアレイカメラ。
前記第３の面中に形成されたまたは取り付けられた負レンズをさらに備える、請求項１に記載のプリズムアレイカメラ。
前記第２の面上に設けられた反射裏張りをさらに備える、請求項１に記載のプリズムアレイカメラ。
第１の光屈曲面が前記プリズムの前記第２の面を備え、前記複数のカメラ（Ｃ）の各カメラ（Ｃ）が、前記第１の光屈曲面と前記画像センサーとの間に配置された２次光屈曲面をさらに備える、請求項１に記載のプリズムアレイカメラ。
前記２次光屈曲面が反射面または追加のプリズムを備える、請求項６に記載のプリズムアレイカメラ。
前記複数のカメラ（Ｃ）の各カメラ（Ｃ）が、前記プリズムの前記第３の面と前記画像センサーとの間に配置されたレンズ集合をさらに備える、請求項１に記載のプリズムアレイカメラ。
前記複数のカメラ（Ｃ）の各々からの前記ターゲット画像シーンを表す光の前記部分から生成された画像を前記ターゲットシーンの最終画像内に合成するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項１に記載のプリズムアレイカメラ。
プリズムアレイカメラを製造する方法であって、前記方法は、
前記プリズムアレイカメラの対称垂直軸を決定することと、
前記プリズムアレイカメラの複数のカメラ（Ｃ）の各カメラ（Ｃ）について、
前記カメラ（Ｃ）の光軸が前記対称垂直軸に対して第１の角度に配置されるように前記カメラ（Ｃ）を配置することと、前記第１の角度は角度値に対応する、
光学要素の第１の面が、前記対称垂直軸に直角に配置され、
前記光学要素の第２の面が、前記第２の面によって形成される平面が前記第１の角度を二等分するように配置され、前記プリズムアレイカメラの前記対称垂直軸が、前記光学要素の前記第１の面と前記第２の面との間の交点にある頂点（Ａ）を通過することを特徴とする、
ように、前記光学要素を配置することと、
前記カメラ（Ｃ）の前記光軸が前記光学要素の前記頂点（Ａ）を通過するように前記カメラ（Ｃ）を配置することと
を備える、方法。
前記光学要素の第３の面が前記光学要素の前記第１の面に対して第２の角度に配置されるように前記光学要素を配置することをさらに備え、前記第２の角度は前記角度値に対応する、請求項１０に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
前記光学要素が、前記第１の面に関する第１の長さと前記第３の面に関する第２の長さとを有し、ここにおいて、前記第１の長さは前記第２の長さに実質的に等しい、請求項１１に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
対応する光学要素の前記第３の面からターゲット画像シーンの部分を表す光を受光するように前記複数のカメラ（Ｃ）の各々を配置することをさらに備える、請求項１１に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
前記光学要素の前記第３の面内にまたはそれに固定された負レンズを設けることをさらに備える、請求項１１に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。
前記光学要素の前記第２の面上に反射裏張りを設けることをさらに備える、請求項１０に記載の前記プリズムアレイカメラを製造する方法。