KR101326039B1 - 센서 시스템 및 디지털 카메라 - Google Patents

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KR101326039B1
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게리 에드윈 서튼
더글러스 진 록키
이안 더글러스 존스턴
호세 마뉴엘 사시안-알바라도
윌리엄 메이너드 쥬니어 바튼
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게리 에드윈 서튼
윌리엄 메이너드 쥬니어 바튼
이안 더글러스 존스턴
더글러스 진 록키
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Abstract

카메라(150)는 비평면인 센서(160)를 가진다. 센서는 곡선의 외형을 가지는 배열을 형성하는 복수의 평평한 면들(162)을 포함하며, 중앙 영역에 있는 면들은 배열의 엣지에 더 가까이에 있는 면들보다 더 큰 픽셀 밀도를 가진다. 카메라는 외부에서 오는 광으로부터 렌즈를 가리며 시야각에 따라 연장될 수 있는 이동 가능한 셰이드 요소들(184, 186)을 가진다. 면들(162) 사이의 갭들(164)을 보상하기 위해, 복합 이미지가 두 개의 연속하는 노출들로부터 형성되며, 노출들 사이에서 렌즈를 틸팅하기 위한 메커니즘(190)이 구비된다.

Description

센서 시스템 및 디지털 카메라{SENSOR SYSTEMS AND DIGITAL CAMERAS}
본 발명은 이미징 및 센서에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명의 실시예들은 향상된 사진 촬영 성능을 제공하기 위해 디지털 카메라에 사용될 수 있다.
I. 카메라의 간단한 역사
세 개의 주요 카메라 타입의 진화
현재의 사진 촬영용 카메라는 제1의 "박스"와 "벨로즈" 모델로부터 20세기 후반에 세 개의 기본 포맷으로 진화하였다.
레인지파인더가 제일 먼저 나왔다. SLR, 즉, 싱글 렌즈 리플렉스가 그 다음에 나왔으며 마지막으로 콤팩트한 "포인트 앤드 슛(Point and Shoot)" 카메라가 나왔다. 대부분의 포터블 카메라는 오늘날 레인지파인더, SLR 또는 "포인트 앤드 슛" 포맷을 사용한다.
간단한 종래의 카메라
도1은 인클로저, 대물 렌즈 및 사진 필름의 평평한 부분 또는 평평한 센서를 포함하는 종래의 카메라의 단순화된 도면이다.
평평한 필름 또는 센서를 가지는 단순한 렌즈는 몇몇 문제점을 직면한다. 광은 이 광선들을 약화시키는 필름 또는 센서의 이미지 영역의 엣지들까지 더 긴 경로에 걸쳐서 진행한다. 더 약화되는 것 외에도, 이 광선들은 센서의 엣지들까지 더 진행하므로, 이들은 더 많은 "레인보우 효과" 또는 색수차를 겪는다.
도2는 이미지를 형성하기 위한 곡선 표면을 포함하는 인간의 눈의 단순화된 도면을 제공한다. 인간의 눈은, 예를 들어, 이미지를 형성하기 위해 단지 각막과 싱글 렌즈를 필요로 한다. 그러나 대체로, 하나의 인간의 망막은 2천 5백만 개의 간상체와 육백만 개의 추상체를 가진다. 오늘날의 고급 카메라는 6개 내지 20개의 요소를 가지는 렌즈를 사용한다. 오직 가장 희귀하고, 가장 값비싼 카메라만이 눈이 간상체와 추상체를 가지는 것처럼 많은 픽셀을 가지며, 이 카메라는 인공적인 조명이 없이는 일몰 후에 이미지를 포착하지 못한다.
독수리의 망막은 인간의 눈보다 8배 많은 망막 센서들을 가진다. 이들은 구슬 크기의 구체에 배치된다. 독수리의 둥근 센서들은 더 간단한 광학계를 가능하게 만든다. 오늘날 상업적으로 이용 가능한 카메라는 독수리의 눈에 있는 센서들의 수의 4분의 1과 동일한 픽셀 수도 가지지 못한다. 독수리 눈은 간단한 렌즈와 곡선 망막을 사용한다. 최고의 종래의 카메라는 정교한 코팅들, 독특한 재료들 및 복잡한 방식을 가지는 다중 소자 렌즈들을 사용한다. 이는 모두 이들의 평평한 센서들을 보상하기 위한 것이다. 독수리는 어떤 카메라보다 더 간단하며, 더 가벼우며 더 작은 광학계로 정오에, 낮에 또는 황혼에 명료하게 본다.
레인지파인더 카메라
레인지파인더 카메라는 전문가를 위한 초기의 LEICATM 35 밀리미터 카메라로부터 일반 대중을 위한 그 후의 "INSTAMATICTM" 필름 타입까지의 넓은 스펙트럼으로 유형화된다. (대부분의 KODAKTM의 INSTAMATICTM 카메라는 초점을 맞추지 못하였으며, 그러므로 이들은 진짜 레인지파인더는 아니었다. 몇몇의 "인스터매틱 타입" 모델들은 초점을 맞추었으며, 레인지파인더로서 이들에게 자격을 부여하는, "촬영" 렌즈로부터 분리되는 "관찰" 렌즈를 가졌다.)
레인지파인더 카메라는 기계적으로 또는 디지털로 셔터가 개방되고 폐쇄될 때, 필름(또는 오늘날 센서)의 위에 이미지를 배치하기 위해 "촬영" 렌즈를 가진다. 이 카메라는 장면을 관찰하기 위한 제2 렌즈를 사용한다. 포커싱은 촬영 렌즈에 연결되고 이에 초점을 맞추는 이 관찰 렌즈를 통해 일어난다.
촬영 렌즈와 관찰 렌즈는 상이하며, 촬영되는 장면에 대해 상이한 시각들을 가지기 때문에, 촬영된 이미지는 관찰된 이미지와 항상 조금 다르다. 시차라고 불리는 이 문제점은 대부분의 상황에서 별로 중요하지 않지만 가까운 거리에서는 심각해진다.
더 많이 확대되는 더 긴 망원사진 렌즈는 레인지파인더 포맷에 비실용적이다. 이는 두 개의 렌즈가 필요하기 때문이며, 이들은 고가이고 카메라 몸체의 내부에 존재하는 것보다 더 큰 측면-대-측면 공간을 필요로 한다. 이는 긴 망원사진 렌즈가 레인지파인더 카메라에 대해 존재하지 않는 이유이다.
몇몇의 레인지파인더 카메라는 초점이 바뀔 때 촬영 렌즈의 경계를 맞추기 위해 경계를 이동시키는 뷰파인더에 있는 프레임을 사용한다. 이는 실제로 촬영되는 사진과 뷰를 정렬하지만, 단지 초점 안에 있는 부분에 대한 것이다. 초점이 맞지 않는 배경과 전경은 이동하며, 그러므로 촬영된 이미지의 이 부분들은 여전히 뷰파인더에서 보여진 것과 약간 다르다.
교체 가능하거나 부착 가능한 렌즈를 사용하는 몇몇 레인지파인더 카메라가 있지만, 시차는 해결할 수 없는 문제점을 남기며 그러므로 제조업자는 조금 넓거나 알맞게 긴 망원사진 부속품들을 가지는 레인지파인더 카메라를 도입하였다. 어떤 추가된 레인지파인더 렌즈는 또한 유사한 뷰파인더 렌즈가 수반되어야 한다. 만약 뷰파인더 렌즈가 없다면, 관찰되는 것이 촬영된 사진과 전혀 맞지 않을 것이다. 이는 렌즈 비용을 두 배로 만든다.
액세서리 렌즈들에 대한 동일한 제한을 가지는 레인지파인더의 파생물은 ROLLEI-WERKETM 카메라에 의해 만들어지는 것들과 같은 트윈 렌즈 리플렉스이었다.
콤팩트, 또는 "포인트 앤드 슛" 카메라
현재, 보통의 사진사들에게 가장 인기 있는 포맷은 "포인트 앤드 슛" 카메라이다. 이들은 처음에 필름 카메라로 출시되었지만 지금은 거의 모두 디지털이다. 많은 것이 광학계를 교체할 가능성이 없이 영구히 부착된 광학 줌 렌즈를 가지고 있다. 광학 줌은 일반적으로 약간 광각 시야에서부터 알맞은 망원 시야까지 이르는 4 대 1의 범위를 가진다. 광학 줌은 수용 가능한 결과들과 속도에 대해 이 범위를 종종 많이 초과하지 않는다. 몇몇 제조업자들은 이 4 대 1의 범위를 초과하여 광학 줌을 밀지만, 결과로 나오는 이미지와 속도는 나빠진다. 다른 제조업자들은 이들의 광학적 범위를 늘리기 위해 디지털 줌을 추가하며, 다음의 단락에서 설명되는 이유들 때문에, 대부분의 간행물 편집자들과 사진사들이 현재 싫어하는 결과를 초래한다.
18 밀리미터 SLR 렌즈에 대해 시야만큼 넓은 광각 렌즈를 가지는 "포인트 앤드 슛" 카메라는 없다(상대적인 비교를 위해, 오래된 표준 35 밀리미터 필름 SLR 카메라에 대해 사용될 때). 200 밀리미터 SRL 렌즈가 가지는 정도의 긴 망원사진 렌즈를 가지는 "포인트 앤드 슛" 카메라는 없다(만약 동일한 오래된 35 밀리미터 필름 카메라 포맷에 사용된다면). 오늘날, 많은 사진이 종래의 카메라보다 휴대폰과 PDA에 의해 매일 촬영된다. 이들은 "포인트 앤드 슛" 카메라로서 여기에서 참고 문헌들에 포함될 것이다.
싱글 렌즈 리플렉스(SLR) 카메라
싱글 렌즈 리플렉스 카메라는 액세서리 렌즈들의 폭넓은 선택을 할 수 있기 때문에 오늘날 진지한 아마추어 및 전문가에 의해 가장 일반적으로 사용된다.
35 mm 필름 SLR에서, 이 렌즈들은 18 mm "어안(fisheye)" 렌즈로부터 1,000 mm 수퍼-망원사진 렌즈까지에 이르며, 이들 사이에 있는 많은 범위를 커버하는 광학 줌들이 있다.
35 mm SLR에서, 이미지를 뷰파인더 내로 반사하는 촬영 렌즈의 뒤에 거울이 있다. 셔터가 눌러질 때, 이 거울은 젖혀져서 이탈되며, 그러므로 이미지는 그 다음에 필름이나 센서에 직접 이르게 된다. 이 방식으로, 뷰파인더는, 넓은 전망에 있는 극단들로부터 원거리의 망원사진 촬영까지, 촬영되는 거의 정확한 이미지를 사진사에게 보여준다. "정확한" 이미지 포착에 대한 유일한 예외는 빠른 작동의 사진 촬영에서 나타나며, 거울 이동에 의해 야기되는 지체가 사진사가 일초의 일부분 더 빨리 보았던 이미지와 약간 다르게 촬영되는 영상을 초래할 수 있을 때이다.
다양한 렌즈들과 함께 작동하는 이 능력은, 몇몇의 고유의 단점에도 불구하고, SLR을 20세기 후반의 인기 있는 카메라 포맷으로 만들었다.
이 SLR의 단점은 메커니즘의 복잡성, 다른 포맷에 필요한 것보다 더 많은 가동 부품들의 필요, 및 거울 작동에 의해 야기되는 소음, 진동 및 지체이다. 또한, 렌즈가 더 무거워지고, 더 커지며 더 적게 최적화되도록 하는, 필름이나 센서로부터 더 멀어지는, 이동되는 거울의 경로의 전면에서 더 멀리 배치되는 것이 필요한 렌즈 때문에, 렌즈 디자인이 제한된다. 또한 렌즈가 교체될 때, 카메라 몸체 안으로 그리고 후방 렌즈 요소들 상에 먼지, 습기 및 다른 외부 물체들의 유입이 있다.
필름과 다르게, 센서는 고정되기 때문에, 디지털 SLR에 도달될 때 먼지는 더 나쁜 문제가 되었다. 필름은 먼지 얼룩을 롤링으로 제거할 수 있었으며 그러므로 단지 하나의 프레임이 영향을 받았다. 디지털 카메라에서, 모든 사진은 센서가 청소될 때까지 얼룩이 형성된다. 최근의 디자인은 센서를 청소하기 위해 간헐적인 진동을 사용한다. 이는 카메라로부터 먼지를 제거하지 못하며 유성 입자들을 제거하지 못한다. 이 문제점의 심각성을 인지한, 훨씬 더 최근의 디자인은 만약 먼지가 진동에 의해 센서로부터 떨어진다면 먼지를 포착하기 위해 카메라의 내측에 점착성 스트립을 가진다. 그러나, 이 점착성 스트립은 효과를 유지하기 위해 정기적으로 교체되어야 하며, 카메라 사용자는 일반적으로 서비스 기술자가 이렇게 하는 것을 필요로 할 것이다.
SLR의 고유의 기능이 교체 가능한 렌즈를 사용하는 것이기 때문에, 문제점은 지속된다.
추가적인 중량과 부피가 SLR에 대한 거울 메커니즘과 뷰파인더 광학계에 의해 추가된다. SLR은 정밀한 렌즈 및 몸체 설치 메커니즘을 필요로 하며, 이는 또한 SLR 렌즈와 SLR 몸체 사이에 기계적 연결 및 종종 전기적 연결을 가진다. 이는 중량, 복잡성 및 비용을 더 추가한다.
몇몇의 이 "진동" 디자인은 모든 사진이, 센서가 수직 위치에 있는 동안에 또는 하늘을 향할 때에 진동되면, 먼지를 포획하는 점착제가 없는 수평 포맷을 사용한다고 가정한다.
광학 줌 렌즈
광학 줌 렌즈는 렌즈를 SLR로 교체하는 필요를 감소시킨다. 사진사는 대부분의 촬영에 대해 간단하게 줌 인하거나 줌 아웃한다. 여전히, 몇몇 상황에서는, 더 넓거나 더 긴 액세서리 렌즈까지도 SLR과 함께 요구되며, 사진사는 하여간 렌즈를 교체한다.
많은 "포인트 앤드 슛" 카메라는 오늘날 영구히 부착된 줌 렌즈를 표준으로 가진다. 거의 모든 SLR은 부속품으로 줌 렌즈를 제공한다. 광학 기술이 계속 개선되고 있지만, 어떤 렌즈가 적당히 수행할 수 있는 줌 범위에 대한 과제가 있다. 줌 렌즈가 가지는 다른 딜레마는 이들이 이들의 표준 상대물보다 더 무거우며, 이들이 "더 느리며" 이는 더 적은 광이 이를 통해 획득되는 것을 의미하며, 유용성을 제한하며, 그리고 줌 렌즈가 비교되는 고정된 초점 길이 렌즈만큼 뚜렷하거나 양호한 색상 충실도를 전달하는 이미지를 결코 전달하지 못한다는 것이다. 그리고, 다시, 렌즈에 있는 더 많은 요소들을 이동시킴으로써, 광학 줌은 추가되는 비용에 더하여, 시간 및 사용과 함께 기계적 문제점에 이르게 할 수 있는, 더 많은 가동 부품들을 도입한다. 광학 줌은 기계적으로 확대되기 때문에, 이들은 또한 공기 펌프와 유사한 기능을 하며, 망원사진으로 줌되는 중에 외부의 공기를 흡입하며 더 큰 광각 시야를 향해 후퇴할 때 공기를 외부로 짜낸다. 이는 습기와 먼지를 내부 요소들에 유입시킬 수 있다.
이런 문제점들을 감소시키는 센서를 가지는 시스템의 개발은 주요한 기술적인 진보를 구성할 것이며, 이미징 사업에서 오래 동안 감지된 필요를 충족시킬 것이다.
본 발명의 양상들은 향상된 광학적 성능을 제공하는 카메라 또는 다른 적당한 광 수집 장치로 통합될 수 있는 센서에 관련된 방법 및 장치를 제공하려는 것이다. 특히, 본 발명의 양상들은 위에 언급된 문제점들 중의 하나 이상을 극복하거나, 적어도 감소시키는 센서를 제공하려는 것이다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 하우징 및 평평한 면들의 배열을 포함하는 센서에 이미지를 나타내는 입사 광을 유도하기 위해 배치되는 대물 렌즈를 포함하며, 센서는 출력 이미지 신호를 제공하기 위해 배치되는 카메라 장치가 제공되며, 면들은 그 배열이 2차원 평면으로부터 연장되도록 동일 평면에 있지 않은 것을 특징으로 한다.
비평면 렌즈의 사용은 더 유연한 카메라 디자인을 가능하게 한다. 이는 센서 엣지들에서 색수차와 광도의 저하의 문제점들을 감소시킨다. 더 빠른 렌즈들이 사용될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 면들은 광을 받아들이기 위한 픽셀들을 가지며, 배열의 중앙 영역에서 픽셀 밀도는 배열의 엣지를 향해 있는 픽셀 밀도보다 더 높다. 따라서 카메라가 망원사진 모드로 사용되는 중일 때, 이미지는 높은 분해능을 가지는 중앙 영역에 밀집된다. 일반 및 광각사진 촬영을 위해, 이에 따라 더 낮은 픽셀 밀도는 수용 가능한 분해능을 제공하는데 충분하다. 이는 고가인, 높은 픽셀 밀도를 가지는 면들이 단지 요구되는 경우에만 사용된다는 것을 의미한다. 바람직하게는 하우징은 사용자에 의해 선택되는 시야각에 따라 렌즈의 축에 일반적으로 평행한 방향으로 하우징으로부터 자동으로 연장될 수 있으며 하우징을 향해 되돌아서 후퇴될 수 있는 적어도 하나의 셰이드 요소(shade element)를 가진다. 따라서 단지 필요한 광선만이 렌즈에 입사되도록 허용되며, 이는 개선된 선택적인 성능에 이르게 한다. 외부에서 오는 광은 자동적으로 배제된다. 따라서 카메라는 적어도 셰이드 요소가 완전히 연장되며 입사 광선이 배열의 중앙 영역에 밀집되는 망원사진 줌 형태, 셰이드 요소가 부분적으로 연장되며 입사 광선이 중앙 영역과 배열의 직접 접하는 주변 영역에 밀집되는 일반 시야, 및 셰이드 요소가 완전히 후퇴되며 입사 광선이 전체 배열에 부딪치는 광각 시야 사이에서 디지털로 스위칭될 수 있다.
몇몇 바람직한 실시예들에서, 면들은 다각형이며 하나 이상의 대체로 중앙의 면들의 주위에 있는 연속하는 면들의 링들로 배치된다. 사각형이나 직사각형의 형태의 다각형이 제조하는데 가장 간단하며, 반면에 사각형이나 육각형은 최소의 갭으로 함께 끼우기에 가장 용이하다. 면들은 중앙 면들로부터 외부 면들로 크기가 줄어들 수 있으며, 이는 이들의 비평면 형태에 있는 면들 사이의 갭을 줄이는 역할을 한다.
다른 바람직한 실시예들에서, 복수의 긴 면들이 하나 이상의 중앙 면들로부터 외측을 향해 반경방향으로 연장되게 배치된다. 면들은 일반적으로 꽃잎 형상일 수 있으며 중앙 면(들)으로부터 떨어진 이들의 엣지에서 끝이 제거된 형상이나 둥근 형상일 수 있다.
바람직하게는, 하우징은 밀폐되게 밀봉되며 아르곤 또는 질소와 같은 다른 불활성 또는 비반응성 기체가 들어 있다. 이는 카메라 장치의 내부 구성요소들의 산화 또는 다른 열화를 방지하는 이점을 가진다. 카메라 장치의 디자인이 가동 부품들을 완전히 제거하거나 단지 최소 가동 부품들을 포함하기 때문에 영구적으로 밀봉을 유지하는 것이 가능하다. 따라서 밀봉에 대해 어떤 부하를 부여하기 위한 내부 압력 변화가 없거나 최소가 된다.
바람직한 실시예들에서, 카메라 장치는 장치가 상응하는 출력 이미지 신호를 생성하기 위해 상이한 위치에 있는 장치로 적어도 제1 및 제2 노출을 수행하게 하는 수단, 및 복합 이미지를 제공하기 위해 출력 이미지 신호를 처리하는 수단을 포함한다. 두 노출들의 수행은 면들 사이의 갭 때문에 제1 출력 이미지가 빠진 데이터가 제2 출력 이미지로부터 나온 데이터에 의해 보충되는 것을 가능하게 한다. 카메라 장치의 상이한 위치는 제1 위치로부터 제2 위치까지 이동되는 렌즈에 상응할 수 있으며, 예를 들어, 이는 하나 또는 두 개의 축의 둘레로 틸팅될 수 있다. 렌즈를 틸팅하기 위한 메커니즘의 적어도 일부분은 렌즈-포커싱 메커니즘의 일부분을 구성할 수 있다. 그 대신에 또는 그에 더하여, 카메라 장치의 상이한 위치는 센서의 상이한 위치에 상응할 수 있다. 특히, 제1 노출과 제2 노출 사이에 센서의 작은 회전이 있을 수 있다. 또는, 센서의 약간의 변위가 있을 수 있다.
렌즈는 복수의 이동 가능한 내부 렌즈 구성요소들을 포함할 수 있으며, 이런 경우에 카메라 장치의 상이한 위치가 렌즈 구성요소들의 상대적인 형태를 변경함으로써 달성될 수 있다.
실제 노출 중에, 즉 배치의 변화의 바로 전과 후에, 구성요소들은 원하지 않은 카메라의 진동이나 다른 운동을 상쇄하기 위해 하나 이상의 자이로스코프나 다른 관성 운동 유닛에 의해 정지되게 고정될 수 있다.
요구된다면, 세 개 이상의 상이한 노출이 수행될 수 있다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 하우징, 대물 렌즈, 및 렌즈를 통과하는 입사 광을 받아들이기 위해 배치되는 비평면 센서를 포함하는 카메라 장치가 제공되며, a) 센서는 복수의 픽셀들을 포함하며, 센서의 중앙 영역에서 픽셀 밀도는 센서의 중앙이 아닌 영역보다 높으며; b) 노출의 시야각에 따라 렌즈를 가리기 위해 하우징으로부터 자동으로 이동될 수 있는 적어도 하나의 이동 가능한 셰이드 요소가 구비되며; c) 센서는 이들 사이에 갭을 가지는 복수의 면들을 포함하며, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 렌즈를 틸팅하기 위한 수단이 구비되며, 및 제1 및 제2 위치에 상응하며 복합 이미지로 이들을 결합시키는 이미지 신호를 받아들이기 위한 다른 수단이 구비된다.
이 실시예의 변형으로, 장치는 특징들 a), b) 및 c) 중의 단지 하나 또는 두 개를 포함한다.
틸팅 수단의 적어도 일부분은 렌즈를 포커싱하기 위한 메커니즘의 일부분일 수 있다.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 동일 평면에 있지 않는 면들을 포함하는 센서를 가지는 카메라 장치를 사용하여 이미지를 생성하는 방법이 제공되며, 면들은 이들 사이에 있는 갭을 가지며, 방법은 제1 위치에서 대체로 정지되게 유지되는 카메라 구성요소들로 제1 노출을 수행하는 단계, 카메라 구성요소들이 제2 위치에 있도록 카메라 구성요소들 중의 적어도 하나를 이동시키는 단계, 및 제2 위치에서 대체로 정지되게 유지되는 카메라 구성요소들로 제2 노출을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제4 양상에 따르면, 인클로저 및 센서에 이미지를 나타내는 입사 광을 유도하도록 배치되는 대물 렌즈를 포함하며, 센서는 출력 이미지 신호를 제공하기 위해 배치되는 카메라 장치가 제공되며, 센서는 오목한 곡선 표면의 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 양상에 따르면, 대물 렌즈를 통해 입사되는 광에 응답하여 출력 이미지 데이터를 공급하기 위해 배치되는 비평면 센서를 포함하는 카메라 장치가 제공되며, 장치는 렌즈를 포커싱하며/포커싱하거나 안정하게 하며 불안정하게 하기 위한 메커니즘 및/또는 센서를 불안정하게 하기 위한 메커니즘을 제어하며, 카메라 장치의 셔터 컨트롤을 작동시키며, 또한 외부에서 오는 광으로부터 렌즈를 선택적으로 가리기 위한 메커니즘을 제어하는, 이미지 시퀀스 프로세서 또는 모니터의 형태인 컨트롤러, 이미지 시퀀스 프로세서 또는 모니터에 데이터를 피드백하며, 또한 픽셀 밀도 정규화 회로에 데이터를 공급하는, 센서 출력 데이터를 포착하기 위한 회로, 및 픽셀 밀도 정규화 회로의 출력을 입력으로 가지며 디스플레이 컨트롤러에 그리고 압축 및 저장 컨트롤러에 출력들을 공급하는 이미지 프로세싱 엔진을 포함한다.
센서 출력 데이터를 포착하기 위한 회로로부터 이미지 시퀀스 컨트롤러나 모니터로의 피드백은 오토 포커스, 오토 노출/게인(gain), 오토 화이트 밸런스 회로를 통해 이루어질 수 있다.
픽셀 밀도 정규화 회로는 픽셀 밀도가 상대적으로 높은 영역으로부터 나온 데이터의 압축을 수반할 수 있다.
본 발명의 제6 양상에 따르면, 카메라 인클로저로서, 카메라 인클로저는 대물 렌즈를 포함하며; 대물 렌즈는 카메라 인클로저에 설치되며; 대물 렌즈는 광의 흐름을 수집하기 위한 것인 카메라 인클로저; 및 비평면 센서를 포함하는 장치가 제공되며; 비평면 센서는 복수의 평평한 면들을 포함하며; 비평면 센서는 카메라 인클로저의 내부에 설치되며; 비평면 센서는 대물 렌즈와 정렬되며; 비평면 센서는 일반적으로 2차원 평면을 넘어서 연장되는 부분을 가지며; 비평면 센서는 이미지를 레코딩하기 위한 출력을 가진다. 센서는 일반적으로 구체의 일부분, 포물선의 회전 표면, 타원의 회전 표면으로 구성될 수 있다. 센서는 일반적으로 연속적인 표면으로 구성될 수 있거나, 복수의 세그먼트들을 포함할 수 있다. 센서는 복수의 면들을 포함할 수 있다. 센서는 일반적으로 곡선 표면에 유사하게 형성될 수 있다. 센서는 직선과 완전히 동일 선상에 있지 않는 2차원 프로파일을 가질 수 있다.
센서는 이미징 소자, 측정 소자, 트랜스듀서, 초점면 어레이, 전하결합 소자(charge-coupled device), 및/또는 CMOS 소자를 포함할 수 있다.
센서는 가시 스펙트럼의 내, 적외선 영역의 내 및/또는 자외선 영역의 내의 광에 응답할 수 있다. 센서는 신호에 응답할 수 있다.
센서는 일반적으로 흑백 이미지, 또는 칼라 이미지를 형성하기 위해 광을 포착할 수 있다.
센서는 정지 이미지, 또는 복수의 동영상을 형성하기 위해 광을 포착할 수 있다.
센서는 반도체 기판, 초박형 실리콘, 또는 폴리실리콘으로부터 제조될 수 있다.
센서는 복수의 반경방향 세그먼트들을 포함할 수 있다.
센서는 복수의 다각형들, 또는 지오데식 돔(geodesic dome)으로 형성될 수 있다.
비평면 센서는 바람직하게는 복수의 픽셀로 구성된다. 복수의 픽셀은 다양한 밀도로 비평면 센서의 위에 배치될 수 있다.
센서는 디지털 줌을 제공할 수 있다. 이는 극단의 줌에 여분의 광각을 제공할 수 있다.
센서를 사용하는 장치는 휴대폰 카메라에서, 이동 전화 카메라에서, 고성능 포켓 카메라에서, 나이트 비젼 장치에서, 현미경에서, 망원경에서, 한 쌍의 쌍안경에서, 및/또는 단안식 망원경에서, 머신 비전을 위해, 로봇 공학을 위해, 긴 거리 이미징을 위해 사용될 수 있다.
장치는 의료용 이미징을 위해, 및/또는, X선 이미지를 레코딩하기 위해 사용될 수 있다.
장치는 솔라 어레이에 사용될 수 있다.
장치는 분광학을 위해 사용될 수 있다.
센서는 항공기 탑재 플랫폼에 위치하는 카메라에, 또는 궤도 플랫폼에 위치하는 카메라에 사용될 수 있다.
다른 적용들에서, 센서는 원격 온도 감지 장치에서, 또는 측량 기구에서, 감시를 위한, 더 낮은 색수차로, 무선 안테나로 사용될 수 있다.
센서는 일반적으로 비평면 센서의 중심의 근처에서 상대적으로 더 높게 밀집된 픽셀들을 가지도록 구성될 수 있다. 이는 단지 일반적으로 비평면 센서의 중심의 근처에 상대적으로 높게 밀집된 픽셀들을 사용하여 망원사진 촬영으로 줌하는 것을 가능하게 하며, 동시에 상대적으로 높은 이미지 분해능을 유지하는 것을 가능하게 한다.
센서는 일반적으로 비평면 센서의 엣지의 근처에 상대적으로 더 낮게 밀집된 픽셀들을 가지도록 구성될 수 있다.
장치는 유입되는 광을 차단하기 위해 일반적으로 센서의 위에서 이동되도록 배치되는 셰이드를 포함할 수 있으며, 광각 이미지가 감지될 때, 셰이드는 유입되는 광을 차단하지 않도록 후퇴되며, 망원사진 이미지가 감지될 때, 셰이드는 유입되는 외부의 광을 이미지가 아닌 영역들로부터 차단하기 위해 연장된다.
카메라 인클로저는 밀봉될 수 있으며, 조립 중에 불활성 또는 비반응성 기체로 주입되거나 그렇지 않으면 채워질 수 있다.
장치는 반사체 평면을 포함할 수 있으며, 센서는 반사체 평면에 배치되며, 센서는 구멍을 포함하며 구멍은 구멍을 통과하고 반사체 평면으로부터 반사되어 센서에 의해 받아들여지는 광의 흐름을 허용한다.
장치는 제1 대물 렌즈, 거울, 볼록한 형상을 가지며 거울로부터 반사된 이미지를 포획하기 위해 배치되는 센서, 도넛 이미지를 도넛 구멍 이미지에 스티칭하기 위해 배치되는 프로세서 및 제2 대물 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 제7 양상에 따르면, 카메라를 제공하는 단계로서, 카메라는 비평면 센서를 포함하며, 비평면 센서는 복수의 갭들에 의해 일반적으로 경계가 정해지는 복수의 면들을 포함하며, 카메라는 광학 트레인에 의도적으로 운동을 부여하기 위한 광학 트레인 운동 수단을 포함하는 카메라를 제공하는 단계; 제1 노출을 레코딩하는 단계; 제2 노출을 수행하는 단계; 제2 노출이 수행되는 동안에 광학 트레인에 운동을 의도적으로 부여하기 위해 광학 트레인 운동 수단을 작동시키는 단계; 비평면 센서에 있는 복수의 갭들 때문에 원하는 이미지의 어떤 빠진 부분들을 검출하기 위해 제1 및 제2 노출을 비교하는 단계; 및 제1 및 제2 노출을 사용하여 완전한 이미지를 구성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
센서는 일반적으로 비평면 센서의 엣지의 근처에 상대적으로 더 낮게 밀집된 픽셀들을 가지도록 구성될 수 있다.
다음의 특징들의 조합은 또한 청구된 요지와 관계 없이 발명들을 구성한다.
A. 센서는 픽셀들을 각각 포함하는 수용 요소들의 배열을 포함하며, 배열의 중앙 영역에서 픽셀 밀도는 배열의 엣지를 향해 위치하는 영역들에서 밀도보다 더 높다.
B. 제1 위치에 있는 이의 렌즈로 카메라를 안정하게 하며 렌즈를 통해 제1 노출을 수행하는 단계, 렌즈가 제2 위치에 있도록 카메라의 하나 이상의 요소들을 이동시키는 단계, 및 카메라를 안정하게 하며 렌즈를 통해 제2 노출을 수행하는 단계를 포함하는 이미지를 생성하는 방법.
C. 줌 기능을 가지는 카메라로서, 카메라는 이의 렌즈에 대한 적어도 하나의 셰이드 요소를 가지며, 셰이드 요소는 카메라가 광각 형태로부터 멀어지거나 이를 향해 되돌아오도록 작동될 때 각각 연장되며 후퇴되도록 배치된다.
D. 제1 이미지 데이터를 생성하기 위해 제1 렌즈의 중앙 영역에 인접하게 위치하는 제1 센서로 광을 반사하는 곡선 거울로 광을 유도하도록 배치되는 제1의, 상대적으로 큰, 대물 렌즈, 및 제2 이미지 데이터를 생성하기 위해 제1 렌즈의 중앙 영역에 인접하게 위치하며 제2 센서로 광을 유도하도록 배치되는 제2의, 상대적으로 작은, 대물 렌즈, 및 제1 이미지 데이터와 제2 이미지 데이터를 결합하기 위한 수단을 포함하는 카메라.
E. 광을 입사 광 경로의 외부에 위치하는 센서로 반사하는 곡선 거울에 광을 유도하도록 배치되는 대물 렌즈를 포함하는 카메라.
F. 복수의 픽셀 요소들을 포함하는 비평면 센서를 제조하는 방법으로서, 센서는 다음을 포함한다:
a) 유연한 멤브레인에 부착되며 복수의 분리된 웨이퍼 요소들로 나눠지며, 멤브레인은 비평면 형태로 형상화되는 웨이퍼; 또는
b) 중앙 영역으로부터 방사상으로 펼쳐지며 비평면 형태로 굽혀지는 복수의 꽃잎 형상의 세그먼트들; 또는
c) 웨이퍼를 비평면 형태에 맞추기 위해 몰드에 있는 중에 가열되는 웨이퍼.
G. 어떤 배열을 위한 것이며 프로세서에 신호를 전달하도록 배치되는 센서 요소로서, 전기 전도체가 센서에 연결되며, 전도체는 다음을 가진다:
a) 일반적으로 나선 형상; 또는
b) 아코디언 타입의 형상; 또는
c) 링에 접촉하도록 배치되는 브러시에서 끝나는 일반적으로 반경방향의 형상.
H. 하우징 및 아르곤과 같은 불활성 또는 비반응성 기체를 함유하는 밀봉된 인클로저를 한정하는 렌즈를 가지는 카메라.
도1은 평평한 필름이나 평평한 센서를 가지는 일반화된 종래의 카메라를 도시한다.
도2는 인간의 눈의 단순화된 도시이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 곡선형의 센서를 가지는 디지털 카메라의 일반화된 개략도를 제공한다.
도4a, 4b, 및 4c는 일반적으로 곡선형의 센서의 도면들의 모음을 제공한다.
도5는 9개의 평평한 세그먼트들 또는 면들로부터 형성되는 센서를 도시한다.
도6은 다수의 평평한 면들을 포함하는 일반적으로 곡선형 표면의 단면도를 보인다.
도7은 도6에 도시된 곡선형 표면의 사시도를 제공한다.
도8은 도6 및 도7에 도시된 센서를 위한 전기 연결부들을 만드는 하나의 방법의 도면을 제공한다.
도9a 및 9b는 평평한 표면이 굽혀질 수 있는, 기판의 위의 갭들을 확대하기 전과 후의, 도7에 도시된 센서의 추가적인 상세 부분을 도시한다.
도10은 센서 연결부들의 도면을 제공한다.
도11a 및 11b는 굽혀지거나 그렇지 않으면 일반적으로 돔 형상의 표면을 만들어내기 위해 형성되는 초박형 실리콘의 일련의 꽃잎 형상의 세그먼트들을 도시한다.
도12는 센서 세그먼트들의 배열의 상세도를 제공한다.
도13은 도12에 도시된 세그먼트들이 결합될 때 형성되는 곡선형 형상의 사시도이다.
도14는 광각 사진 이미지를 촬영하는 카메라를 도시한다.
도15는 일반 시야 사진 이미지를 촬영하는 카메라를 도시한다.
도16은 망원사진 이미지를 촬영하는 카메라를 도시한다.
도17a 및 17b는 픽셀들이 중앙에 더 밀집되는, 본 발명의 실시예들 중의 하나와 종래의 센서의 도면들을 비교함으로써 가변 픽셀 밀도의 특징을 도시한다.
도18a, 18b, 18c 및 18d는 후퇴 가능하며 연장 가능한 셰이드를 가지는 카메라의 개략도를 제공한다. 카메라가 광각사진 촬영을 위해 사용될 때, 렌즈 셰이드는 후퇴된다. 망원사진 촬영을 위해, 렌즈 셰이드는 연장된다. 일반 시야를 위해, 렌즈 셰이드는 부분적으로 돌출된다.
도19는 멀티-렌즈 카메라 어셈블리의 대체 실시예의 도면을 제공한다.
도20은 도19에 도시된 멀티-렌즈 카메라 어셈블리의 단면 개략도이다.
도21은 거울을 가진 카메라/렌즈 조합인, 본 발명의 다른 실시예의 도면을 제공한다.
도22는 거울을 가진 카메라/렌즈 조합의 다른 실시예의 도면을 제공한다.
도23a 및 23b는 복합 센서의 두 개의 도면을 제공한다. 제1 도면에서, 센서는 이의 원래 위치에 정렬되며, 제1 이미지를 포착한다. 제2 도면에서, 센서는 회전되었으며, 제2 이미지를 포착한다. 두 개의 연속하는 이미지들은 포괄적인 최종 이미지를 생성하기 위해 결합된다.
도24a 및 24b는 도23a 및 23b에 도시된 것에 대한 대체 실시예를 제공하며, 센서 위치는 노출들 사이에서 대각선으로 이동된다.
도25a, 25b, 25c 및 25d는 센서 면들의 다양한 배열들 사이의 갭들을 포함하는 센서들의 4개의 도면들을 제공한다.
도26, 27 및 28은 전기 신호를 추출하는데 사용될 수 있는 다양한 연결 장치들을 보여주는, 이동하는 센서의 배면의 도면들을 제공한다.
도29는 센서와 프로세서 사이의 무선 연결을 도시하는 블록도이다.
도30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 장치의 개략적인 측면 단면도이다.
도31은 도30의 카메라 장치의 센서의 정면도이다.
도32는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 장치의 블록도이다.
본 발명은 일반적으로 비평면 또는 곡선 센서 시스템과 관련된 방법과 장치를 제공한다. 본 발명은 일반적으로 곡선형, 비구면 또는 비평면의 다양한 센서들 및 이들의 균등물들을 포함한다. 본 발명의 구조를 한정하는 비평면 표면들, 엣지들 또는 경계들은 연속될 수 있거나, 곡선형의 표면에 가까운 많은 작은 평평한 세그먼트들이나 다른 세그먼트들의 집합일 수 있다. 일반적으로, 센서는, 대체로 그리고 일반적으로 물리적인 2차원에 들어있는 평면인 종래의 센서와는 대조적으로, 3차원의 공간을 점유한다. 본 발명은 구형, 포물선형 및 타원형 표면들을 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는, 다양한 3차원 형상들로 구성되는 센서들을 포함한다. 더구나, 본 발명은 또한 곡선형 표면에 가까운 세그먼트들이나 면들을 포함하는 센서들을 포함한다.
본 상세한 설명에서, 용어들 "곡선" 및 "곡선형"은 직선과 완전히 동일 선상에 있지 않은 임의의 라인, 엣지, 경계, 세그먼트, 표면 또는 형태를 포함한다. 용어 "센서"는 임의의 검출기, 이미징 소자, 측정 소자, 트랜스듀서, 초점면 어레이, 전하결합소자(CCD), 상보성 금속산화물 반도체(CMOS) 또는 어떤 파장의 입사 광자에 응답하는 포토셀을 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예들은 광학 스펙트럼에서 있는 이미지를 레코딩하도록 구성되지만, 본 발명의 다른 실시예들은 다른 형태의 광을 수집하며, 감지하며/감지하거나 레코딩하는 것에 관련된 다양한 일에 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 칼라, 흑백, 적외선, 자외선, X선 또는 다른 형태의 광, 에머네이션(emanation), 파동 또는 입자를 수집하며/수집하거나 레코딩하는 시스템들을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 또한 정지 이미지 또는 부분적 모션 또는 완전한 모션의 동영상을 레코딩하는 시스템들을 포함한다.
도3은 곡선형 센서(12)를 가지는 디지털 카메라(10)의 일반화된 개략도를 제공한다. 하우징(14)은 이의 벽들 중의 하나에 설치되는 대물 렌즈(16)를 가진다. 대물 렌즈(16)는 유입되는 광(18)을 받아들인다. 일반적으로, 센서(12)는 유입되는 광자들(18)의 에너지를 전기 출력(20)으로 변환하고 그 다음에 이는 신호 또는 광자 프로세서(22)로 입력된다. 신호 프로세서(22)는 사용자 컨트롤들(24), 배터리 또는 파워 서플라이(26) 및 고체 상태 메모리(28)에 연결된다. 신호 프로세서(22)에 의해 생성된 이미지들은 메모리(28)에 저장된다. 이미지들은 USB 포트와 같은 출력 터미널(30)을 통해 카메라로부터 추출되거나 다운로드될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다음의 센서들을 포함하지만, 이들에 한정되지는 않는다:
1. 곡선형 센서들: 구체들의 일반적으로 연속되는 부분들, 또는 포물선들이나 타원들과 같은 원추 부분들의 회전부들 또는 다른 비평면 형상들. 일반적인 곡선형 센서(12)의 예는 도4a, 4b 및 4c에 나타난다. 본 명세서에서, 곡선형 센서들의 다양한 실시예들은 참조 부호 12, 12a, 12b, 12c, 기타 등등으로 확인된다.
2. 다면 센서들: 다각형 면들 또는 세그먼트들의 집합. 삼각형, 사다리꼴, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형 또는 다른 것들을 포함하는, 어떤 적당한 다각형이 사용될 수 있다. 도5는 9개의 평평한 다각형 세그먼트들 또는 면들(32a)을 포함하는 센서(12a)를 보여준다. 몇몇 적용들에 대해, 소수의 평평한 센서들의 단순화된 조립은 매끄러운 곡선의 대부분의 이점을 잃을 수 있지만, 훨씬 더 낮은 조립 비용을 달성할 수 있다. 도6 및 도7은 다수의 평평한 면들(32b)을 포함하는 일반적으로 구형의 센서 표면(12b)의 측면도 및 사시도를 제공한다. 도7은 면들 사이의 과장된 갭들(34)을 도시한다. 면들은 각각 수백, 수천 또는 수백만의 픽셀들을 가질 수 있다. 이 명세서에서, 센서(12)의 면들은 참조 부호 32, 32a, 32b, 32c 기타 등등으로 확인된다.
도8은 도7에 도시된 곡선형의 센서(12b)에 대한 전기 연결부들(36)의 도면을 제공한다. 반도체 면 어레이가 내부면에 배치된다. 외부면은 MYLARTM, KAPTONTM 또는 곡선형 형상에 형성되는 유사한 배선 백플레인(backplane)일 수 있다. 비아(via)들은 면 어레이와 배선 백플레인 사이에 전기 연결부를 제공한다. 일 실시예에서, 2개 내지 2천개 이상의 전기 경로들이 면 어레이와 배선 백플레인을 연결할 수 있다.
도9는 곡선형 센서(12b)에 있는 면들의 상세도를 제공한다. 일반적으로, 일반적으로 구형의 표면을 재현하는데 사용되는 다각형들이 많으면 많을수록, 센서는 매끄러운 곡선을 더 많이 닮을 것이다. 본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼는 각각의 카메라 센서가 모자이크식 면들을 가지도록 제조된다. 센서 칩들의 웨이퍼의 정면이나 배면이 (MYLARTM 또는 KAPTONTM과 같이) 약간 굽혀질 수 있지만 이들의 각각의 위치에서 개개의 면들을 유지할 정도로 충분히 강성이 있는 유연한 멤브레인에 부착된다. 얇은 라인이 유연한 멤브레인을 통하지 않고, 각각의 면 사이의 실리콘 칩에 에칭된다. 웨이퍼는 그 다음에 일반적으로 구형의 표면으로 형상화된다. 각각의 면은 배면 배선 하네스(wiring harness)를 연결하기 위해 웨이퍼를 통해 형성되는 비아들로 제조된다. 이 하네스는 또한 개개의 면들에 대한 기계적인 지지를 제공할 수 있다.
도9a 및 9b는 곡선형 센서의 내부에 존재하는 면들(32b), 및 센서 면들을 배선 백플레인과 연결하는 전기 상호접속체들의 도면들을 제공한다.
도10은 센서에 있는 면들로부터 출력 신호를 받는데 사용될 수 있는 배선 백플레인(38)을 도시한다.
도11a 및 11b는 다수의 초박형 실리콘 꽃잎 형상 세그먼트들(42)을 굽힌 다음에 결합함으로써 형성된 일반적으로 반구형의 형상(40)을 도시한다. 이 세그먼트들은 약간 굽혀지며, 그 다음에 곡선형 센서를 형성하기 위해 결합된다.
도12는 꽃잎 형상 세그먼트들(42)의 일 실시예의 도면을 제공한다. 종래의 제조 방법들이 이 세그먼트들을 제조하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 이 세그먼트들은 초박형 실리콘으로부터 형성되고, 이들은 파손되지 않고 어느 정도 굽혀질 수 있다. 다른 실시예에서, 픽셀 밀도는 세그먼트들의 포인트들에서 증가되며, 각각의 세그먼트의 베이스를 향해 점차 감소된다. 이 실시예는 픽셀들을 생성하는 소프트웨어에 대한 프로그래밍 변경에 의해 실행될 수 있다.
도13은 도12에 도시된 세그먼트들이 결합될 때 형성되는 곡선형의 형상의 일 실시예의 사시도를 제공한다. 센서들은 오목한 측면에 배치되지만, 전기 연결부들은 볼록한 측면에 만들어진다. 이 비평면 표면을 형성하기 위해 사용되는 꽃잎들의 개수는 어떤 적당한 수일 수 있다. 열이나 광이 실리콘을 원하는 형상으로 형성하기 위해 사용될 수 있다. 꽃잎들의 곡률은 어떤 특정한 센서 디자인에 맞추기 위해 변경될 수 있다.
하나의 대체 실시예에서, 평평한 중앙 센서는 제거된 포인트들을 가지는 이 "꽃잎들"에 의해 둘러싸일 수 있다.
디지털 줌
도14는 광각 사진을 촬영하는 카메라를 도시한다. 도15는 일반 시야 사진을 촬영하는 동일한 카메라를 도시하지만, 도16은 망원사진 시야를 도시한다. 각각의 시야에서, 장면은 동일하게 유지된다. 카메라 상의 뷰 스크린은 도14에서 파노라마, 도15에서 일반 시야, 및 도16에서 원거리의 세부사항을 보여준다. 광학 줌과 같이, 디지털 줌은 카메라 센서에 의해 포착된 장면을 정확하게 작동자에게 보여준다.
디지털 줌은 소프트웨어로 구동된다. 카메라는 중앙 이미지의 단지 작은 부분이나, 전체 장면 또는 그 사이에 있는 어떤 시야를 포착한다. 모니터는 전체 이미지의 어느 부분이 레코딩되는 중인가를 작동자에게 보여준다. 이의 중앙에서 더 조밀한 픽셀들을 사용하는 본 발명의 일 실시예에서 망원사진으로 디지털로 줌 아웃될 때, 소프트웨어는 모든 데이터를 사용할 수 있다. 중앙은 영역당 더 많은 픽셀들을 가지기 때문에, 망원사진 이미지는, 심지어 센서의 작은 부분으로 절단되더라도, 선명한 이미지를 생성한다. 이는 픽셀들이 중앙에서 더 조밀하기 때문이다.
카메라가 광각 시야로 "줌 백(zoomed back)되었을" 때, 소프트웨어는 이미지의 엣지들에 있는 픽셀들의 밀도에 가깝게 하기 위해 중앙에 있는 데이터를 압축할 수 있다. 상당히 많은 픽셀들이 이 광각 장면의 중앙에 포함되기 때문에, 이는 광각 이미지 품질에 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 압축되지 않는다면, 중앙의 픽셀들은 불필요하고 눈에 보이지 않는 포착된 세부 사항을 나타내며, 더 많은 저장 용량과 프로세싱 시간을 필요로 한다. 현재의 사진 용어는 중앙 부분을 망원사진을 촬영할 때 "RAW" 처리되거나 압축되지 않지만 이미지가 광각일 때 중앙에서 "JPEG"또는 다른 압축 알고리즘으로 처리되는 것으로 부를 수 있다.
본 발명의 실시예들은 더 가볍고, 더 빠르고, 더 값싸며 더 신뢰할 수 있는 카메라를 제공한다. 일 실시예에서, 본 발명은 디지털 줌을 제공한다. 이는 광학 줌을 필요로 하지 않기 때문에, 이는 더 적은 요소들을 가지는 본질적으로 더 가벼운 렌즈 디자인을 사용하며 움직이는 거울들이나 렌즈 설치 브래킷들을 가지지 않는다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 더 많은 픽셀들이 센서의 중앙에 밀집되며, 더 적은 픽셀들이 센서의 엣지들에 배치된다. 다양한 밀도가 중앙과 엣지들의 사이에 배치될 수 있다. 이 특징은 사용자가 중앙 부분만을 사용하여 망원사진 촬영으로 줌하는 것을 허용하며, 여전히 높은 분해능을 가진다.
넓은 시야의 사진을 관찰할 때, 중앙 픽셀들은 외부 픽셀 밀도의 값에 대한 분해능을 정규화하기 위해 "집합되거나(binned)" 합계된다.
망원사진 모드에서 사진을 관찰할 때, 중앙 픽셀들은 렌즈나 카메라 세팅들의 어떤 조절을 필요로 하지 않고 최대의 세부 사항을 보여주는, 이의 가장 높은 분해능에 이용된다.
디지털 줌 특징은 극단의 망원사진 줌에 대한 여분의 광각을 제공한다. 이 특징은 디지털 센서가 평평하지 않지만 인간의 눈의 망막과 다소 유사한 곡선형일 때 렌즈들이 전달할 수 있는 여분의 분해력, 콘트라스트, 속도 및 색 분해능 때문에 가능해진다. 각막과 싱글 렌즈 요소를 가지는 보통의 인간의 눈은 이미지를 포착하기 위해, 평균하여, 2천5백만 개의 간상체들과 6백만 개의 추상체들을 사용한다. 이는 하나 또는 둘의 희귀하며 값비싼 모델을 제외한 오늘날 상업적으로 이용 가능한 모든 카메라들에 의해 포착되는 것보다 더 많은 이미지 데이터이며, 이 카메라들은 평평한 센서들에 의해 제한되기 때문에 일반적으로 7개 내지 20개의 요소 렌즈들을 사용해야 한다. 이 카메라들은 인위적인 조명 없이 황혼 이미지를 포착할 수 없다. 이 고급 카메라는 현재 43 mm까지의 대각선 영역을 가지는 센서들을 사용하지만, 보통의 인간의 안구는 25 mm의 직경을 가진다. 훨씬 더 작은, 독수리 눈은 인간의 눈보다 8배만큼 많은 센서들을 가지며, 곡선형 센서나 망막이 제공하는 광학적 잠재력을 다시 보여준다. 본 발명의 실시예들은 더욱 신뢰할 수 있고, 더 저렴하며 더 높은 성능을 제공한다. 교체 가능한 렌즈가 더 이상 필요 없으며, 이는 이동하는 거울과 연결 메커니즘에 대한 필요를 제거한다. 곡선형의 표면들과 유사하지 않은 평평한 필름 및 센서들이 렌즈로부터 나오는 광으로부터 변하는 거리와 각도에 있기 때문에, 더 많은 절약이 더 적은 요소들을 가지는 더 간단한 렌즈 디자인으로 인해 실현된다. 이는 센서에 걸쳐 색수차와 변하는 강도를 야기한다. 이를 보상하기 위해, 현재의 렌즈들은 마지막 2세기에 걸쳐서 거의 완전히, 그러나, 큰 양보로, 문제점을 완화시켰다. 이런 양보는 속도, 분해력, 콘트라스트, 및 색 분해능에 대한 제한을 포함한다. 또한, 종래의 렌즈 디자인은 다수의 요소들, 몇몇 비구면 렌즈들, 독특한 재료들 및 각각의 표면에 대한 특별한 코팅들을 필요로 한다. 더구나, 광 및 반사광의 손실을 각각 야기하는, 더 많은 공기 대 유리 표면들과 더 많은 유리 대 공기 표면들이 있다.
픽셀의 가변 밀도
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 디지털로 줌되는 망원사진 이미지들이 포착되는 센서의 중앙은 더 높은 품질의 디지털로 줌되는 이미지를 가능하게 하는 조밀한 픽셀로 구성된다.
도17a 및 17b는 센서의 중앙에 있는 픽셀들(48)의 높은 밀도를 이용하는 이 특징을 도시한다. 센서의 중앙 영역의 근처에 픽셀들을 밀집시킴으로써, 디지털 줌이 이미지 세부 사항의 손실 없이 가능해진다. 이 독특한 접근방법은 평평하거나 곡선형의 센서들에 이점을 제공한다. 도17a에서, 센서(46)의 표면에 걸쳐 일반적으로 균일하게 배치되는 픽셀들(48)을 가지는 종래의 센서(46)가 도시된다. 도17b는 센서(50)의 중앙을 향해 더 조밀하게 배치되는 픽셀들(48)을 가지는, 본 발명에 따라 제조된 센서(50)를 도시한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 카메라가 광각 사진이 촬영되는 것을 감지할 때 적당한 소프트웨어는 이미지의 중앙으로부터 나온 조밀한 데이터를 압축한다. 이 특징은 일반적으로 시스템에 대한 프로세싱 및 저장 요구를 크게 감소시킨다.
렌즈 셰이드(Lens Shade)
본 발명의 다른 실시예들은 광각이든 망원사진이든 간에 포착되는 이미지를 감지하는, 렌즈 셰이드를 포함한다. 카메라가 광각 이미지를 감지할 때, 이는 셰이드를 후퇴시키며, 그 결과로 셰이드는 이미지 영역에 도달하지 않는다. 카메라가 이미지가 망원사진인 것을 감지할 때, 셰이드는 연장되며, 플레어(flare)와 흐린 이미지를 야기할 수 있는, 이미지가 아닌 영역으로부터 외부에서 오는 광을 차단한다.
도18a와 18b는 선택적인, 후퇴 가능한 렌즈 셰이드가 구비된 카메라의 도면을 제공한다. 광각사진 촬영을 위해, 렌즈 셰이드는 참조 부호 52에 의해 표시된 바와 같이 후퇴된다. 망원사진 촬영을 위해, 렌즈 셰이드는 참조 부호 54에 의해 표시된 바와 같이 연장된다.
도18c와 도18d는 도18a 및 18b와 유사하지만, 렌즈 셰이드 형태가 독립적으로 적용 가능한 것을 나타내는 평평한 센서를 가지는 카메라의 도면을 제공한다.
멀티-렌즈 카메라 어셈블리
도19는 멀티-렌즈 카메라(56)의 단면을 도시한다. 도20은 일반적으로 카메라의 인클로저(14)의 일 측면에 배치되는 다수의 대물 렌즈(58)를 통과할 때의 유입되는 광(18)을 도시하는 단면도이다. 각각의 렌즈의 뒤에 있는 곡선형 센서(12)는 신호를 발생시킨다. 모든 신호는 시임이 없이 이미지들을 함께 스티칭하는 하나 이상의 프로세서들(22)에 공급된다. 프로세서(22)는 사용자 컨트롤(24)에 의해 조정되며, 배터리(26)에 의해 동력을 공급받는다. 이미지들은 출력 포트(30)와 연결되는 메모리(28)에 공급된다. 일 실시예에서, 센서들은 약간 곡선형이다. 센서들의 픽셀 밀도는 중앙 렌즈에 대해 역할을 하는 것들이 센서들로 보다 조밀하게 커버되도록 변경될 수 있다. 이 형태는 더 높은 분해능의 줌을 가능하게 만든다.
먼지 감소
본 발명의 실시예들은 렌즈의 교체가 필요하지 않기 때문에 종래의 카메라를 악영향을 미치는 먼지 문제를 감소시킨다. 따라서 카메라 몸체와 렌즈는 밀봉된다. 이미지 품질을 해치는 먼지가 유입되지 않는다. 질소나 아르곤과 같은 불활성 기체가 인클로저(14)의 내부에 있는 렌즈 챔버와 센서 챔버에 밀봉될 수 있으며, 산화를 감소시킨다. 만약 아르곤이 사용된다면, 카메라는 아르곤의 단열 성능으로부터 몇 가지 이익을 얻으며 온도 변화가 완화될 것이다.
개선된 광학적 성능
광각 렌즈와 망원사진 렌즈가 SLR을 가지는 것보다 센서에 더 가깝게 영구히 고정되기 때문에, 본 발명의 실시예들의 광학적 성능은 종래의 카메라보다 더 양호하다. 이는 SLR 거울의 클리어런스에 대한 필요가 없기 때문이다. 이 개선은 더 고성능의 광학 디자인을 가능하게 할 것이다. 본 발명의 실시예들을 사용하는 새로운 카메라는 더 작으며, 더 가벼우며, 더 선명하며 그리고 더 빠르다. 더 낮은 광도 조건에서도 문제가 더 적게 된다.
곡선형 센서는 더 빠른 렌즈를 가능하게 만든다. 많은 현재의 카메라와 유사하게, 뷰파인더로서 LCD 또는 다른 모니터를 사용하는 것은 사진사가 보는 이미지를 촬영되는 장면과 정확하게 매칭하며, 관찰에서부터 촬영까지의 일반적으로 동시 스위칭이 기계적이 아닌 전자적으로 수행된다.
본 발명은 플래시 없는(또는 모션을 위한 투광조명이 없는) 감시 또는 빠른 동작 사진 촬영에 사용 가능한, 매우 고속의 렌즈와 함께 사용될 수 있다. 이는 비평면 센서로 인해 다시 가능해지며, 지금은 평평한 센서(또는 필름)에 의해 야기되는 제한이 사라졌기 때문에, f/0.7 또는 f/0.35 렌즈 디자인과 유사한 더 빠른 범위 및 실제 도달 범위 내에 있는 나머지의 범위를 만든다.
이 모든 향상은 새로운 렌즈 제조법이 가능해지기 때문에 실제적이 된다. 평평한 필름과 센서들에 대한 현재의 렌즈 디자인은 광이 더 멀리 진행되며 더 많이 굴절되는 센서 엣지에서 "레인보우 효과" 또는 색수차를 보상해야 한다. 현재의 렌즈 디자인은 엣지에서 감소된 광의 강도를 보상해야 한다. 이 보상은 성능의 실현 가능성을 제한한다.
카메라 렌즈와 몸체가 밀봉되기 때문에, 질소나 아르곤과 같은 불활성 기체가 삽입될 수 있으며, 예를 들어, 조립 중에 주입될 수 있으며, 부식과 녹을 감소시킨다.
거울이 구비된 카메라 & 렌즈 조합
도21은 거울이 구비된 카메라와 렌즈 조합(60)을 포함하는, 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 제1 및 제2 대물 렌즈들(62 및 64)은 유입되는 광(18)을 모은다. 제1 센서(66)는 중앙에 위치한 이미지를 포획하며, 제2 센서(68)는 거울(70)로부터 반사된 이미지를 포획한다. 프로세서는 "도넛" 이미지를 "도넛 구멍" 이미지에 함께 스티칭한다.
도22는 도21에 도시된 실시예의 변형인 다른 실시예를 도시한다. 도22에 도시된 실시예는 제1 렌즈에서부터의 광 경로에 대한 방해가 없이 센서에 이미지를 보내기 위해, 비구면일 수 있거나, 비대칭일 수 있거나, 비구면과 비대칭 모두일 수 있는, 거울(70)과 함께, 렌즈의 광 경로의 바로 외측에 설치되는 센서(72)를 포함한다.
유리의 중량이 형상을 지지하거나 유지하기 위해 큰 광학계를 단단하게 만들기 때문에, 거울 렌즈는 더 가벼우며, 더 저렴하며, 천문학을 위한 적용에서, 훨씬 더 실용적이다. 종래의 사진 촬영에 대해, 거울이 구비된 렌즈는 광학 렌즈보다 더 두꺼우며, 더 짧으며, 더 저렴하며 약간 더 나쁘게 수행된다. 순수하게 거울이 구비된 렌즈는 색수차가 없이 시작하며, 더 적은 보정을 필요로 하는 이점을 가진다. 그러나, 현재의 거울 렌즈는 이미지를 카메라 안으로 다시 반사하는, 렌즈의 전면의 중앙에 위치한 제2 거울을 사용한다. 망원경에서, 동일한 중앙 점이 관찰하거나 포착하기 위해 튜브로부터 측 방향으로 이미지를 전달하는데 사용된다.
도21에 도시된 발명의 실시예들에서, 중앙 렌즈, 정면 센서, 및 배면 센서를 가지는 트랜스미터가 추가된다. 이는 곡선형인 배면 거울로 이미지를 유도하기 위해 제1 렌즈를 사용한다. 카메라와 천문학용 거울 렌즈는 현재 이 중앙 점을 제자리에 유지하기 위해 이 제1 대물 렌즈를 사용한다. 본 실시예는 또한 이 동일한 중앙 점을 가지지만, 외측을 향해 대면하며 작은 센서로 중앙 이미지 데이터를 포커싱하는 작은 렌즈를 추가한다. "도넛 구멍" 데이터인 이 포착된 데이터는 그 다음에 "도넛" 데이터인 큰 거울로부터 반사되는 다른 렌즈 데이터와 조합된다. 그 다음에 이 두 가지의 데이터 세트는 다음에서 설명되는, "보케(bokeh)" 없는 이미지를 생성하기 위해 조합된다. 작은 중앙 점의 내측면은, 종래의 거울 렌즈와 마찬가지로, 더 큰 이미지 및 제2 센서에 포커싱되도록 더 큰 거울의 중앙에 있는 구멍을 통해 다시 보내지는 데이터를 반사하는 거울이다.
모든 현재의 거울 렌즈는 "보케(bokeh)"라는 문제점을 가지는데, "보케"는 "퍼지(fuzzy)"로 번역될 수 있는 일본어를 영문으로 표현한 것이다. 이는 중앙 이미지 부분의 손실이 비정상적인 얼룩을 야기하는, 사진의 더 적게 포커싱된 영역에서 두드러진다.
도21에 도시된 실시예는 다른 렌즈로서 중앙 점을 사용함으로써 "보케"를 제거한다. 도21은 어떻게 센서의 전면이 중앙 축 광선을 포착하며, 완전한 이미지를 형성하기 위해 외부 광선과 이들을 조합하는가를 도시한다.
도22는 "보케"를 제거하는 상이한 실시예를 도시한다. 도22는 광 경로의 외측에 있는 센서에 이미지를 반사하는, 비대칭이거나, 틸팅되거나, 비구면인 거울, 또는 조합을 사용한다. 이 배치는 중앙 장애물을 회피한다.
회전 & 이동된 센서
도23a 및 23b는 센서 조립을 용이하게 하기 위해 갭들(34)에 의해 분리되는 센서 세그먼트들(32c)을 가지는 일련의 대체 센서 어레이들을 도시한다. 이 실시예에서, 이 센서 어레이를 이용하는 스틸 카메라는 연속하여 두 개의 사진을 빠르게 촬영한다. 제1 센서 어레이는 이의 원래 위치(74)에 도시되며, 또한 회전된 위치(76)에 도시된다. 센서 어레이의 위치는 제1 및 제2 사진들이 촬영되는 시간들 사이에서 변경된다. 소프트웨어가 제1 노출로부터 빠진 이미지들을 인식하고, 제2 노출로부터 나온 데이터를 스티칭하는데 사용된다. 센서 운동의 변화나 방향 전환은 센서 면들의 패턴에 따라 다를 수 있다.
모션 카메라는 동일한 것을 할 수 있거나, 상이한 실시예에서, 단순히 센서를 이동시키며 갭들을 채우기 위해 이전의 위치로부터 나온 데이터를 사용하여 단지 새로운 이미지를 포착할 수 있다.
이 방법은 센서들의 배열에 있는 센서들 사이의 갭들을 가지는 이동 가능한 센서를 사용하여 이미지를 포착한다. 세그먼트들 사이의 공간들이 덜 중요하게 되기 때문에, 이 방법은 제조를 훨씬 더 쉽게 만든다. 그래서, 일 예에서, 중앙에 있는 사각형 센서는 8개의 사각형 센서들의 열에 의해 둘러싸이며, 이 열은, 그 다음에, 다른 열의 16개의 사각형 센서들에 의해 둘러싸인다. 센서들은 원형 광학 이미지에 맞추기 위해 트리밍되며, 각각의 열은 약간 더 굽혀지며, 비평면 전체 센서를 생성한다.
사용 중에, 카메라는 먼저 하나의 사진을 촬영한다. 센서는 즉시 회전되거나 조금 이동되며 제2 이미지가 즉시 포착된다. 소프트웨어는 갭들이 있었던 곳을 통지할 수 있으며 제2 촬영에서부터의 새로운 데이터를 제1 촬영으로 스티칭한다. 또는, 센서의 어레이 패턴에 따라, 이는 2차원에서 직선으로 이동될 수 있으며, 아마 곡선에 매칭하기 위해 3차원에서 원호로 이동될 것이다.
이 개념은 복합 센서들의 생산을 더 쉽게 만든다. 이 경우에, 복합 센서는 다수의 더 소형의 센서들을 포함하는 대형 센서이다. 이와 같은 복합 센서가 포커싱된 이미지를 포착하는데 사용될 때, 각각의 센서 사이의 갭들은 완전한 이미지를 만드는데 필수적인 데이터를 손실한다. 작은 갭들은 이 문제의 심각성을 감소시키지만, 보다 작은 갭들은 센서의 조립을 보다 어렵게 만든다. 더 큰 갭들은 조립을 보다 쉽고 경제적으로 만들지만, 덜 완전한 이미지를 생성한다. 그러나, 본 방법은 제1 이미지 후에 센서를 이동시키며, 제2 이미지를 빠르게 촬영함으로써 이 문제점을 해결한다. 이는 완전한 이미지를 제공하며 소프트웨어는 갭들로부터 나온 제2 이미지에 의해 수집된 데이터를 격리하며 이를 제1 이미지로 결합할 수 있다. 동일한 결과가 두 개의 빠른 연속 노출 중에 이미지를 조금 이동시키는 렌즈 요소를 틸팅함으로써 달성될 수 있다. 도23b에 도시된 일 예에서, 센서는 앞뒤로 회전된다. 대체 실시예에서, 센서는 측방향으로 또는 대각선으로 이동될 수 있거나, 이의 곡률도를 변경할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 센서는 연속적으로 회전될 수 있으며, 소프트웨어는 데이터를 완전한 이미지로 조합한다.
도24a 및 24b는 또한 제2의 세트의 센서들을 도시한다. 센서는 먼저 이의 원래의 위치(78)에 도시되며, 그 다음에 이동된 위치(80)에 도시된다.
센서 그리드 패턴들
도25a, 25b, 25c 및 25d는 센서들(82, 84, 86 및 88)의 네 개의 대체 실시예들을 위한 네 개의 대체 그리드 패턴들을 나타낸다. 면들(32e, 32f, 32g 및 32h) 사이의 갭들(34)은 곡선형 센서를 형성하는 제조 단계를 가능하게 한다.
센서들에 대한 전기 연결부들
도26, 27 및 28은 센서들에 대한 전기 연결부들의 대체 실시예들의 도면들을 제공한다.
도26은 일반적으로 나선형 전기 전도체(92)를 가지는 센서(90)를 도시한다. 전도체는 참조 부호 94에 의해 확인되는 점에서 센서에 연결되며, 참조 부호 96에 의해 확인되는 점에서 신호 프로세서에 연결된다. 전기 연결부의 이 실시예는 도23에 도시된 바와 같이, 센서가 제1과 제2 노출 사이에서 약간 회전될 때 사용될 수 있다. 이 배치는 전도체(92)의 휨을 감소시키며, 이의 수명을 연장시킨다. 프로세서는 센서 어셈블리 안에 만들어질 수 있다.
도27은 점(A)에서 센서에 그리고 점(B)에서 프로세서에 연결되는, "아코디언" 형상의 전도체(100)를 가지는 센서의 배면(102)을 도시한다. 이 실시예는 도24에 도시된 바와 같이, 센서가 제1 노출과 제2 노출 사이에서 이동되거나 변위될 때 사용될 수 있다.
이 타입의 연결부는, 코일형 와이어 연결부에 더하여, 20개의 앞뒤 또는 회전하는 센서 연결부를 견고하게 만든다.
도28은 일반적으로 반경방향으로 연장되는 전도체들을 가지는 센서의 배면(114)을 도시한다. 전도체들은 각각 링에 접촉할 수 있는 브러시(B)에서 끝난다. 브러시들은 링을 따라 이동되며 링에 접촉하며, 회전하는 센서로부터 출력을 수집하며, 그 다음에 중앙(C)에 있는 프로세서에 출력을 전송한다. 이 실시예는 센서가 노출들 사이에서 회전될 때 사용될 수 있다. 게다가, 이 연결부는 다른 실시예를 가능하게 만든다; 연속적으로 회전하는 센서. 이 실시예에서, 센서는 일정하게 일 방향으로 회전된다. 소프트웨어는 갭들을 검출하며, 이전의 노출로부터 빠진 데이터를 채운다.
무선 연결부
도29는 무선 연결부(118)의 블록도를 제공한다. 센서(12)는 리시버(122)에 신호를 무선으로 전송하는 트랜스미터(120)에 연결된다. 리시버는 신호 프로세서(124)에 연결된다.
이미지 불안정화
본 발명의 다른 대체 실시예에서, 카메라의 광학 트레인의 부분은 노출 중에 의도적으로 불안정하게 된다. 이 실시예는 센서의 면들 사이의 갭들 때문에 이미지의 상실된 부분들을 복구하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명의 이 실시예는 하나 이상의 자이로 또는 관성 운동 유닛을 포함한다.
사진이 촬영될 때, 카메라는 어떤 특별한 추가적인 단계들이 없이 먼저 통상의 노출을 수행한다. 그 다음에 카메라는 빠르게 연속하여 제2 노출을 수행한다. 제2 노출 중에, 자이로, 관성 운동 유닛, 또는 의도적으로 운동을 생성하기 위한 몇몇 다른 수단은 광학 트레인에 있는 렌즈, 프리즘, 거울 또는 센서를 이동시킴으로써 이미지를 의도적으로 불안정하게 하기 위해 작동된다. 이 의도적인 불안정화는 조금 상이한 이미지가 포착되게 한다.
제1 및 제2 이미지들은 그 다음에 제1 노출이 센서들의 면들 사이의 갭들 때문에 빠뜨릴 수 있는 이미지의 부분들을 포착하기 위해 비교된다. 최종의, 완성된 이미지는 그 다음에 제1 및 제2 노출들을 사용하여 구성된다.
요약하면, 본 발명에 의해 제공되는 이점들은 다음을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다:
높은 분해능의 디지털 줌
보다 빠름
보다 가벼움
보다 저렴함
보다 긴 포커싱 범위
보다 신뢰할 수 있음
보다 낮은 색수차
보다 정확한 픽셀 분해능
플래시 또는 투광조명에 대한 필요를 제거함
광각에서부터 망원사진으로의 줌
SLR이 더 이상 필요 없음
본 발명의 적용 & 실행
머신 비전 카메라
머신 비전 카메라들은 몇몇의 경우에 로봇으로 작동되며, 다른 경우에는 제조 공구로 작동된다. 생산된 필름의 시트에 있는 흠, 단지 반만 채워진 병, 또는 잘못 위치된 라벨과 같은, 결함을 감지하는 이들의 능력은 종종 고속에서, 적당한 분해능과 색상 충실도에 달려있다. 본 발명에 따라 실행될 때, 엣지에 있는 광선이 마치 중앙에 있는 광선과 같이 직각으로 센서에 부딪치기 때문에, 이미지 품질이 개선된다. 반사된 광은 감소된다. 이 곡선형의 형상은 또한 덜 복잡한 렌즈를 가지는 센서에 걸쳐 광의 강도의 균형을 유지한다. 센서의 엣지로 들어가는 광선이 더 이상 진행하지 않고, "레인보우 스프레드(rainbow spread)"를 감소시키기 때문에, 색수차가 또한 복잡한 렌즈 디자인을 필요로 하지 않고 엣지에서 감소된다. 유입되는 광자들이 직각에 가까운 각도로 센서들의 엣지에 부딪치므로, 반사광이 렌즈를 통해 카메라를 다시 떠나는 경향이 있다. 다음의 픽셀로 블리딩되는 것이 또한 감소된다. 유입되는 광은 또한 센서에 걸쳐 보다 균일하게 균형이 유지된다. 이는 모두 과도한 렌즈 보정을 필요로 하지 않고 달성되며, 광학 디자이너를 분해능과 콘트라스트를 더욱 밀집시키는 것에서 자유롭게 한다. 이 이점은 종래의 단안용 머신 비전 카메라에 적용할 수 있으며, 또한 스테레오 적응에 적용된다. 스테레오 적응은 교호 극성을 가지는 센서들 및 상이한 극성을 가지는 두 개의 렌즈들을 사용할 수 있다. 스테레오 버전은 또한 흑백으로 3-D 효과를 생성하는, 필터링 센서들을 가지는, 두 개의 상이한 렌즈들의 위에 또는 내부에 칼라 필터들을 사용할 수 있다. 언급되는 모든 버전들은 보다 빠른 렌즈를 생성하는 성능으로부터 이익을 얻으며, 그래서 이용 가능한 광이 덜 강하지만 여전히 시각 데이터를 포착한다. 또는, 렌즈 디자이너는 보다 정밀한 색상과 함께 보다 높은 콘트라스트와 분해능을 전달할 수 있으며, 종래의 렌즈들보다 더 빠른 속도를 가질 수 있다.
장거리 카메라
천문학, 야생 사진, 항공기 사진, 궤도 사진 및 스포츠 사진과 같은, 몇몇 적용들은 극도의 망원사진 렌즈를 가지는 카메라를 사용한다. 본 발명에 따라 실행될 때, 유입되는 광선이 평행에 더 가깝기 때문에 이 카메라를 위한 센서들은 종종 더 작은 곡률을 가질 수 있다. 그러나, 센서에서 작은 곡률은 이 광학계 디자인에 대한 동일한 이점을 만들어낸다. 색수차, 센서에 걸친 강도의 변화 및 엣지에서 인접한 개개의 픽셀들 내로 개개의 픽셀들의 아래에서 블리딩되는 것에 대한 걱정 없이, 모든 디자인 작업은 분해능과 콘트라스트, 또는 속도, 또는 둘 다에 대해 더 많이 포커싱될 수 있다. 몇몇 경우에, 이 카메라는 가시 스펙트럼의 외측에 있는 광을 포착하는 것으로부터 이익을 얻을 수 있다.
클로즈업 카메라
대부분의 카메라는 이들의 보통 렌즈로 일 미터 떨어진 것보다 더 가까이 포커싱할 수 없다. 클로즈업 사진을 촬영하기 위해, 교체 가능한 렌즈를 가지는 카메라는 종종 더 가까이 도달하는 것을 가능하게 만드는 다양한 "매크로" 렌즈들을 가지고 있다. 이들은 또한 여전히 근처에 있는 인물의 통상의 사진 또는 심지어 멀리 떨어진 수평선 사진을 촬영할 수 있다. 그러나, 단점은 매크로 렌즈가 느리다는 것이다. 대부분의 렌즈 라인들에서, 매크로 렌즈들은 이들의 표준 렌즈들로 통과되는 것의 4분의 1보다 적게 광을 통과시킨다. 본 발명은 보통 렌즈들과 매크로 렌즈들에 놓여지는 제한을 제거하기 때문에, 센서에 걸쳐 광을 균일하게 분포시키며 평균해서 직각에 가깝게 센서에 부딪침으로써, 새로운 렌즈 디자인은 속도의 손실 없이 더 가까운 포커싱에 집중할 수 있다. 또는, 광학계 디자이너는 종래의 매크로 렌즈들과 같이 느리게 되도록 선택할 수 있지만, 이전의 것보다 더 많은 분해능, 콘트라스트 또는 색상 충실도를 제공한다.
초고속 카메라
이 카메라는 더 많은 광을 포착하기 위해 더 큰 렌즈들과 구멍들을 사용한다. 인위적인 광은 필요하지 않다. 이는 얼룩 없이 동작을 포착하는 셔터 속도에서 월광 사진 촬영을 가능하게 만든다. 렌즈 디자인이 평평한 센서에 의해 부여된 제한으로부터 자유롭게 되기 때문에, 이는, 처음으로, 곡선형 센서로 가능하다. 이 제한은 엣지에서 색수차를 감소시키기 위한 필요이다. 센서 디자인은 또한 평평한 센서의 엣지에서 더 약해지는 광의 균형을 다시 유지하기 위한 필요로부터 자유롭게 된다. 센서 디자인은 또한, 본 발명에 따르면, 광이 직각에 가깝게 픽셀들을 때리기 때문에, 엣지에서 픽셀들을 약화시키고 인접한 픽셀들로 블리딩되는 예각의 광에 대한 걱정으로부터 자유롭게 된다. 광학계 디자인은 이 더 빠른 렌즈들로 더 많은 광을 포착하는데 집중하는 것으로부터 자유롭게 된다.
고성능 포켓 카메라
오늘날 포켓 카메라의 가장 널리 보급된 예는 휴대폰에 의해 행해지는 광범위한 사진 촬영이다. 이 결과는 받아들여질 수 있지만 확대될 때 통상의 시각 표준에 미치지 못한다. 이들은 그 다음에 "픽셀화되며" 확대되거나 절단될 때 "톱니 모양들(jaggies)"을 얻는다. 광학계 및 센서 디자이너들이 평평한 센서들의 엣지에서 색수차와 블리딩에 집중해야 하기 때문에, 분해능이 나빠진다. 본 발명은 이 문제점들을 제거하기 때문에, 새로운 포켓 카메라는 보다 높은 품질의 이미지를 전달할 것이다.
나이트 비젼 고글 & 카메라
좁은 주파수가 종종 사용되고 증폭되기 때문에, 이 장치들은 센서들의 엣지에서 색수차에 의해 항상 제한을 받지는 않는다. 본 발명에 따라 실행될 때, 평평한 센서가 가지는 것보다 낮은 블리딩이 픽셀들 사이에 있기 때문에 보다 높은 분해능이 엣지들의 근처에서 가능해진다. 다시, 평균 광이 직각에 가까운 각도로 센서에 부딪치기 때문에 미광(stray light)이 감소된다.
평평한 센서로부터 직접 반사되는 광은 카메라 몸체의 내측 둘레로 반사된다. 이 반사되는 광자들의 작은 부분이 센서에 다시 부딪치며, 이미지를 약간 흐리게 한다. 곡선형 센서에서, 센서로부터 직접 반사되는 광은 렌즈를 통해 후방으로 통과되는 경향이 있다.
현미경
더 많은 광과 보다 나은 세부 사항이, 평평한 센서와 대조적으로, 본 발명이 실행될 때 보여진다. 광선이 직각에 더 가까운 각도로 센서에 부딪치기 때문에, 이는 감소된 미광에 기인한다. 이는 또한 더 짧은 거리를 진행하는 광선에 기인한, 센서의 엣지에서 색수차의 감소에 기인하다. 센서에 걸쳐 광의 강도에 균형을 유지할 필요가 감소된다. 이는 보다 큰 배율로, 광학계 디자인이 더 밝고 더 선명한 이미지들을 얻는데 보다 집중하게 한다.
의료 이미징 시스템
동맥, 소화관, 생식기 등에 들어가는 미니 카메라는 본 발명을 이용하여 더 작은 크기를 가지는 보다 양호한 이미지를 생성할 수 있다. 이는 둥글기 때문이다, 본 발명 자체는 상응하는 평평한 센서보다 더 작은 반경을 가진다. 광학계는 또한 더 간단할 수 있으며, 더 적은 색수차가 엣지에서 일어나기 때문에 여전히 보다 양호한 이미지를 전달하며, 엣지에서 센서들 사이의 블리딩이 감소되며, 각도를 이루어 렌즈 표면에 부딪치는 광선에 의해 생성되는 입사광 또는 미광이 감소된다. 내과 의사는 보다 상세하게 모세관, 폴립, 암 및 궤양을 볼 것이다.
복사기 카메라
본 발명을 사용한 광학계의 보다 우수한 분해 가능성 및 콘트라스트 가능성은 더 적은 가동 부품들과 더 양호한 이미지를 가지는 복사기를 가능하게 만든다.
추가적인 적용
본 발명을 포함할 수 있는 추가적인 적용은 다음을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다:
망원경
솔라 어레이
쌍안경 및 단안경
분광학
정찰
RFID 시스템, 원격 온도 감지 장치, IR 칩, 측량 기구
자기 공명 이미징
본 발명의 많은 바람직한 특징을 가지는 카메라(150)가 도30 및 도31을 참조하여 이제 설명될 것이다.
배터리, 셔터 릴리즈, 공극 모니터 및 모니터 스크린과 같은 수많은 종래 특징들은 명료성을 위해 생략된다는 것이 이해될 것이다.
카메라는 일반적으로 곡선형의 센서(160)와 렌즈(156)를 수용하는 밀폐되게 밀봉되는 인클로저(154)를 포함한다. 인클로저(154)는 아르곤으로 채워진다. 센서(160)의 정면도가 도31에 개략적으로 도시되며, 전체적인 곡선형 외형을 형성하기 위해 상대적으로 경사지도록 배치되는 복수의 평평한 사각형 픽셀 요소들 또는 면들(162)을 포함한다. 요소들(162)의 사이에 생기는 대체로 삼각형의 갭들(164)의 영역을 최소화하기 위해, 중앙의 사각형(170)이 가장 크며, 8개의 사각형들(172)의 인접한 링은 약간 더 작은 사각형으로 만들어지며 그 결과로 이들은 이들의 가장 외측 모서리에서 접촉하거나 거의 접촉한다. 16개의 사각형들(176)의 다음의 링은 내부 링(172)보다 약간 더 작은 사각형들을 가진다.
중앙의 사각형(170)은 가장 높은 밀도의 픽셀을 가지며; 이 사각형이 단독으로 망원사진 이미지들의 포착에 사용된다는 것에 주목하라. 내부 링(172)의 사각형들은 통상의 사진 촬영을 위해 합리적인 선명도를 제공하는, 중간의 밀도의 픽셀을 가진다. 16개 사각형들의 외부 링(176)은 최소로 조밀한 픽셀 수를 가진다.
요소들(162) 사이의 갭들(164)이 전기 커넥터들을 위한 경로로 사용된다.
카메라(150)는 고정된, 내부 셰이드 부재(182), 제1 이동 가능한 셰이드 부재(184) 및 제2의, 반경방향으로 최외측에 있는, 이동 가능한 셰이드 부재(186)를 포함하는 렌즈 셰이드 연장 장치(180)를 더 포함한다. 작동자가 광각 사진을 촬영 중일 때, 셰이드 부재들은 도30에 도시된 바와 같이 후퇴 위치에 있으며; 극도의 광각으로부터 나온 미광만이 차단된다. 이 모드에서, 데이터 프로세싱 시간 및 저장 요구를 감소시키기 위해, 곡선형 센서의 중앙 부분들(170, 172)로부터 나온 보다 조밀한 픽셀 데이터는 센서의 엣지 면들(176)의 더 적게 조밀한 픽셀 수에 매칭하기 위해 전체 이미지 필드에 걸쳐 정규화될 수 있다.
일반 시야 촬영을 위해, 셰이드 부재(184)는 관찰 영역의 외측으로부터 나온 미광이 차단되도록 연장된다. 이 모드에서, 곡선형 센서의 중앙 면들(172)의 일부분이 작동된다. 프로세싱 시간과 저장 요구를 감소시키기 위해, 더 높은 밀도의 픽셀을 가지는, 가장 중앙의 영역(170)으로부터 나온 데이터는 전체 이미지 필드에 걸쳐 정규화될 수 있다.
사용자가 망원사진 시야로 디지털로 줌 아웃할 때, 셰이드 부재(186)는 연장된다. 이 모드에서, 곡선형 센서(160)의 단지 중앙 부분(170)만이 사용된다. 단지 이 센서의 중앙만이 조밀하게 픽셀로 커버되기 때문에, 이미지 선명도가 좋아질 것이다.
본 발명에 따른 센서를 가지는 카메라는 단독 디지털 포커싱 장치를 가질 수 있다. 그러나, 카메라(150)는 상대적으로 가까운 물체에 대해 포커싱하기 위해, 도30에 실선으로 도시된, 전방 또는 연장 배치와, 멀리 있는 물체에 대해 포커싱하기 위해, 도30에 점선으로 도시된, 후방 또는 후퇴 배치 사이에서 렌즈(156)를 슬라이딩시키는 렌즈 이동 메커니즘(190)을 가진다.
렌즈(156)의 상대적으로 작은 정도의 이동은 밀폐되게 밀봉된 인클로저(154)의 내측에서 압력 차이로부터 생성된 어떤 저항이 매우 낮다는 것을 의미한다.
작동 중에, 카메라(150)는 센서 범위의 내에 있는 어떤 갭들을 채우기 위해, 즉 갭들(164)의 존재 때문에 단일 노출로부터 빠진 픽셀 데이터를 획득하기 위해 두 번의 노출을 사용한다. 이를 위해, 렌즈 이동 메커니즘(190)은 이미지 안정화 및 불안정화 장치로 사용된다. 예를 들어, 제1 노출은 도30에 도시된 배치에서 렌즈(156)로 수행된다.
제1 노출 후에, 메커니즘(190)은 동일한 위치에 도30의 렌즈의 하부를 남기지만 점선으로 표시되는 위치로 렌즈의 상부를 이동시킴으로써 렌즈 요소를 이동하기 위해 작동되며, 즉 렌즈는 도30의 지면으로부터 연장되는 수평 축의 둘레로 틸팅된다. 그 다음에 제2 노출이 갭들로부터 빠진 데이터를 포착하도록 수행된다.
위에 설명된 카메라(150)는 많은 이점을 가진다.
인클로저(154)의 밀봉은 부품들의 산화를 방지하며 광범위한 온도에 걸친 작동을 위한 단열을 제공한다. 렌즈(156)의 최소의 운동은 인클로저의 내측에서 압력 차이로부터 생성된 어떤 저항이 매우 낮다는 것을 의미한다. 따라서 밀봉부의 어떤 압력 변화가 또한 매우 낮다. 카메라의 변형으로, 다중 요소 렌즈가 제공되며, 이의 내부 요소 포커싱은 일정한 내부 압력이 유지되는 것을 가능하게 하며 이동에 대한 어떤 저항을 제거한다.
높은 픽셀 밀도를 가지는 중앙의 사각형(170)이 상대적으로 저렴하지만, 이는 상대적으로 작으며 단일의 이와 같은 사각형을 제공하는 것이 필요하며, 이는 전체 비용을 낮춘다. 중요한 이점은 이것이 액세서리 렌즈에 대한 필요 없이 수용 가능한 디지털 줌을 제공한다는 것이다. 외부 링(176)은 가장 작은 사각형들과 가장 적은 픽셀 수를 가지며 그러므로 이들은 상대적으로 저렴하다. 따라서, 사각형들의 전체 조립을 고려하면, 센서의 전체 비용은 낮아지며, 넓은 범위의 시야에 걸쳐 수용 가능한 성능을 제공할 수 있다는 것을 유념하라.
중앙 영역으로부터 멀어지게 더 작은 사각형들을 만듦으로써, 갭들(164)의 크기는 가능한 한 작게 유지된다.
많은 변형들이 카메라(150)에 만들어질 수 있다. 예를 들어 모놀리식이 되는 대신에, 렌즈(156)는 복수의 요소들을 포함할 수 있다.
인클로저(154)는 질소와 같은 다른 불활성 기체, 또는 비반응성 기체와 함께 밀봉될 수 있거나, 이는 진공을 가질 수 있거나, 또는 전혀 밀봉되지 않을 수 있다.
렌즈 이동 메커니즘(190)은 두 개의 상이한 노출을 수행하는 것이 가능하게 하기 위해 다른 방식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 렌즈는 제2 노출 직후에 이의 원래의 위치로 되돌아가도록 이동될 수 있다. 또는, 이는 다음 사진을 위해 새로운 위치에 정지될 수 있으며, 이의 정지된 위치로부터 다음의 제1 노출을 수행할 수 있으며 그 다음에 다음 사진의 제2 노출을 위해 이의 원래의 위치로 되돌아가도록 이동될 수 있다. 노출 중에 어떤 원치 않은 카메라 이동의 영향을 감소시키기 위해, 자이로스코프 모션 센서들 및 전자석들과 같은 수단이 관성의 안정성을 위해 제공된다.
렌즈 셰이드 연장 장치(180)는 단일 셰이드 부재, 또는 세 개 이상의 셰이드 부재들을 포함할 수 있다.
렌즈(156)를 불안정하게 하는데 사용될 때, 메커니즘(190)은 도30에 있는 수평 축의 둘레로 이를 틸팅시킨다. 수직 축의 둘레로 틸팅 운동을 수행하기 위해(상부에서부터 하부까지 도30의 지면에서 연장되는) 추가적인 렌즈 이동 메커니즘(390)이 제공된다.
갭들(164)에 기인한 빠진 데이터를 포착하기 위해, 각각의 노출에 대한 상이한 배치의 렌즈(156)로, 두 번의 노출 이상이 수행될 수 있다. 제2 노출과 각각의 연이어지는 노출 중에, 이미지 불안정화 시스템은 모든 맹점들(blind spots)이 포착되도록 센서 어레이를 점진적으로 조정한다. 작동의 이 시퀀스는 통상적으로 신속하게 수행되지만, 특정한 적용들(예를 들어 천체 사진술)은 단지 상대적으로 느린 전환 시간을 필요로 한다. 각각의 노출이 평균화가 될 수 있으며/평균화가 될 수 있거나 상이한 픽셀들이 동일한 이미지 요소를 포착하는데 사용될 수 있으므로, 다중 노출은 또한 센서로부터 노이즈를 제거하는데 사용될 수 있다.
만약 렌즈가 다중 요소 렌즈라면, 이미지 안정화 및 불안정화는 이 요소들의 이동에 의해 수행될 수 있으며, 그 결과로 메커니즘들(190 및 390)은 이를 위해 필요하지 않다.
픽셀들 또는 면들(170, 172, 176)은 직사각형, 육각형 또는 어떤 다른 적당한 형상을 가질 수 있다. 사각형들과 직사각형들이 제조하기에 가장 쉽다. 비록 중앙의 픽셀과 픽셀들의 두 개의 둘러싸는 링들이 설명되지만, 센서는 어떤 원하는 수의 링들을 포함할 수 있다.
도32에서, 도30 및 도31의 카메라(150)의 많은 특징들을 가지는 카메라(250)의 블록도가 도시된다. 비평면 센서(260)는 높은 픽셀 밀도를 가지는 중앙 영역(270) 및 낮은 픽셀 밀도를 가지는 면들(272)을 포함하는 둘러싸는 영역을 가진다. 셔터 컨트롤(274)이 또한 도시된다. 렌즈(256)를 위한 포커스/안정화 작동 메커니즘(290), 센서 불안정화 액추에이터(240), 및 렌즈 셰이드 액추에이터(280)와 함께 셔터 컨트롤(274)이 이미지 시퀀스 프로세서(200)에 의해 제어된다. 면들(270, 272)에 있는 픽셀들로부터 나온 신호는 로 센서 포착 소자(raw sensor capture device)(202)에 공급된다. 소자(202)의 출력은 오토 포커스, 오토 노출/게인 및 오토 화이트 밸런스를 수행하기 위한 소자(204)에 공급된다. 소자(202)의 다른 출력은 픽셀 밀도 정규화를 수행하기 위한 소자(206)에 공급되며, 소자(206)의 출력은 이미지 프로세싱 엔진(208)에 공급된다. 엔진(208)의 제1 출력은 디스플레이/LCD 컨트롤러(210)에 공급된다. 엔진(208)의 제2 출력은 압축 및 저장 컨트롤러(212)에 공급된다.
설명되는 다양한 실시예들의 특징들 및 변형들은 원하는 대로 조합되거나 교체될 수 있다.
10 비평면 센서를 가지는 카메라
12 곡선형 센서
14 인클로저
16 대물 렌즈
18 유입되는 광
20 센서로부터의 전기적 출력
22 신호 프로세서
24 사용자 컨트롤들
26 배터리
28 메모리
30 카메라 출력
32 면
34 면들 사이의 갭
36 비아
38 배선 백플레인
40 인접한 꽃잎 형상 세그먼트들로부터 형성되는 곡선형 센서
42 꽃잎 형상 세그먼트
44 카메라 모니터
46 일반적으로 균일한 픽셀 밀도를 가지는 종래의 센서
48 중앙을 향해 더 높은 픽셀 밀도를 가지는 센서
50 픽셀
52 후퇴된 셰이드
54 연장된 셰이드
56 멀티-렌즈 카메라 어셈블리
58 대물 렌즈
60 거울이 구비된 카메라/렌즈 조합
62 제1 대물 렌즈
64 제2 대물 렌즈
66 제1 센서
68 제2 센서
70 거울
72 측면 설치 센서
74 원래 위치에 있는 센서
76 회전된 위치에 있는 센서
78 원래 위치에 있는 센서
80 변위된 위치에 있는 센서
82 대체 실시예의 센서
84 대체 실시예의 센서
86 대체 실시예의 센서
88 대체 실시예의 센서
90 일 실시예의 센서의 배면도
92 나선형의 전도체
94 센서에 대한 연결부
96 프로세서에 대한 연결부
98 일 실시예의 센서의 배면도
100 아코디언 형의 전도체
102 센서에 대한 연결부
104 프로세서에 대한 연결부
106 일 실시예의 센서의 배면도
108 반경방향의 전도체
110 브러시
112 브러시 접촉점
114 환형 링
116 센서의 중앙, 프로세서에 대한 연결점
118 무선 연결부의 개략도
120 트랜스미터
122 리시버
124 프로세서
150 카메라
154 인클로저
156 렌즈
160 센서
162 면들
164 갭들
170 중앙 사각형
172 사각형들의 링
176 사각형들의 링
180 셰이드 연장 장치
182 내부 셰이드 부재
184 이동 가능한 셰이드 부재
186 외부의, 이동 가능한 셰이드 부재들
190 렌즈 이동 메커니즘
200 이미지 시퀀스 프로세서
202 센서 포착 소자
204 오토 소자
206 픽셀 밀도 정규화 소자
208 이미지 프로세싱 엔진
210 디스플레이/LCD 컨트롤러
212 압축 및 저장 컨트롤러
240 센서 불안정화 액추에이터
250 카메라
256 렌즈
260 센서
270 중앙 영역 면
272 둘러싸는 영역 면들
274 셔터 컨트롤
280 렌즈 셰이드 액추에이터
290 렌즈 포커스/안정화 액추에이터
390 렌즈 이동 메커니즘

Claims (15)

  1. 하우징(154); 및
    이미지를 나타내는 입사 광을, 평평한 면들(162, 270, 272)의 배열을 포함하며 출력 이미지 신호를 제공하기 위해 배치되는 센서(160, 260)로 유도하기 위해 배치되는 대물 렌즈(156, 256);를 포함하는 카메라 장치(150, 250)로서,
    상기 배열이 2차원 평면을 벗어나는 방향으로 연장 형성되도록, 상기 면들은 하나의 동일 평면을 이루지 않게 형성되며,
    상기 면들은 상기 광을 받아들이기 위한 픽셀들(50)을 가지며, 상기 배열의 중앙 영역(170)에서의 픽셀 밀도는 상기 배열의 엣지를 향해 있는 픽셀 밀도보다 더 높은 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(154)은 사용자에 의해 선택되는 시야각에 따라 상기 렌즈의 축에 일반적으로 평행한 방향으로 상기 하우징으로부터 자동으로 연장될 수 있으며 상기 하우징을 향해 후퇴될 수 있는 적어도 하나의 셰이드 요소(184, 186)를 가지는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  4. 제1항 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 면들은 다각형이며, 하나 이상의 중앙의 면들(170)의 둘레에 상기 면들(172, 176)의 연속하는 링들로 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 면들은 상기 중앙의 면들(170)으로부터 상기 외부 면들(172, 176)까지 크기가 줄어드는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  6. 제1항 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    복수의 긴 면들(42)이 하나 이상의 중앙 면들로부터 반경방향 외측으로 연장되게 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  7. 제1항 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(154)은 밀폐되게 밀봉되며 아르곤이 들어 있는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  8. 제1항 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라 장치가 서로 다른 적어도 2개의 위치에서 적어도 제1 및 제2 노출을 수행하도록 하여, 상기 적어도 제1 및 제2 노출에 대응하는 출력 이미지 신호를 생성하도록 하는 수단, 및
    복합 이미지를 제공하기 위해 상기 출력 이미지 신호를 처리하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 카메라 장치의 상기 서로 다른 적어도 2개의 위치는 상기 렌즈(156)의 서로 다른 적어도 2개의 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 카메라 장치의 상기 서로 다른 적어도 2개의 위치는 상기 센서(160)의 서로 다른 적어도 2개의 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  11. 하우징(154), 대물 렌즈(156, 256), 및 상기 렌즈를 통과하는 입사 광을 받아들이기 위해 배치되는 비평면 센서(160, 260)를 포함하는 카메라 장치에 있어서,
    a) 상기 센서는 복수의 픽셀들(50)을 포함하되, 상기 센서의 중앙 영역에서의 픽셀 밀도가, 상기 중앙 영역을 제외한 상기 센서의 나머지 영역(172, 176)에서의 픽셀 밀도보다 높도록 픽셀 밀도가 설정된 복수의 픽셀들을 포함하며;
    b) 노출의 시야각에 따라 상기 렌즈를 어둡게 하기 위해 상기 하우징으로부터 자동으로 이동될 수 있는 적어도 하나의 이동 가능한 셰이드 요소(184, 186)가 제공되며;
    c) 상기 센서는, 이들 사이에 갭들(164)을 가지는 복수의 면들(162, 270, 272)을 포함하는 센서이며,
    상기 카메라 장치는, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 상기 렌즈를 틸팅하기 위한 수단, 및 상기 제1 및 제2 위치에 상응하는 이미지 신호들을 받아들이고 상기 이미지 신호들을 결합하여 복합 이미지를 생성하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
  12. 동일 평면에 있지 않으며, 각각의 사이에 갭들(164)을 가지는 면들(162, 270, 272)을 포함하는 센서(160, 260), 및 렌즈를 포함하는 카메라 구성요소를 구비하는 카메라 장치(150, 250)를 사용하여 이미지를 생성하는 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    상기 카메라 구성요소들이 제1 위치에서 정지된 상태를 유지하는 상태에서 상기 카메라 구성요소들로 제1 노출을 수행하는 단계,
    상기 카메라 구성요소들이 제2 위치에 위치하도록 상기 카메라 구성요소들 중의 적어도 하나를 이동시키는 단계, 및
    상기 카메라 구성요소들 중 적어도 하나가 상기 제2 위치에서 정지된 상태를 유지하는 상태에서 상기 카메라 구성요소들로 제2 노출을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지를 생성하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로의 변화는, 상기 렌즈(156, 256)의 이동, 상기 센서(160, 260)의 이동, 및 상기 렌즈의 내부 부품들의 상대적인 이동 중 적어도 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이미지를 생성하는 방법.
  14. 삭제
  15. 대물 렌즈를 통해 입사되는 광에 응답하여 출력 이미지 데이터를 공급하기 위해 배치되는 비평면 센서(260)를 포함하는 카메라 장치(250)에 있어서,
    상기 카메라 장치는:
    상기 렌즈의 포커싱, 상기 렌즈의 안정화, 및 상기 렌즈의 불안정화 중 적어도 하나를 수행하는 메커니즘(290), 및 상기 센서를 불안정화하기 위한 메커니즘(240) 중 적어도 하나를 제어하며,
    상기 카메라 장치의 셔터 컨트롤(274)을 작동시키며,
    외부에서 오는 광으로부터 상기 렌즈를 선택적으로 가리기 위한 메커니즘(280)을 제어하는, 이미지 시퀀스 프로세서 또는 모니터의 형태인 컨트롤러(200),
    상기 컨트롤러(200)에 데이터를 피드백하며, 또한 픽셀 밀도 정규화 회로(206)에 데이터를 공급하는, 센서 출력 데이터를 포착하기 위한 회로(202), 및
    입력으로서 상기 픽셀 밀도 정규화 회로의 출력을 가지며 디스플레이 컨트롤러(210), 및 압축 및 저장 컨트롤러(212)에 출력들을 공급하는 이미지 프로세싱 엔진(208)을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 장치.
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