KR101488831B1 - 곡면 센서 카메라를 갖는 이동통신장치, 이동형 광학부를 갖는 곡면 센서 카메라, 및 실리콘 섬유로 제작되는 곡면 센서 - Google Patents

Abstract

곡면 센서(160)가 내장된 카메라(150)와 이동통신 장치를 결합하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명은 평면 센서를 포함하는 종래의 전화기 카메라에 비해 높은 화질의 사진을 제공한다. 이러한 높은 화질의 사진을, 크고 비싼 렌즈 없이도 얻을 수 있다. 광 취득 용량이 커져서 주위 조명을 강화하기 위한 플래시 조명의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있다. 플래시 조명의 필요성이 줄어들거나 없어지기 때문에 배터리 사용 시간이 길어진다. 곡면 센서를 이용하는 카메라와 이동통신 장치를 결합함으로써, 사진 전용 휴대형 카메라의 필요성이 없어진다. 본 발명은 최초로, 고성능 카메라와 이동통신 장치를 결합함으로써 별도의 독립형 카메라를 휴대해야 하는 필요성을 줄이거나 없앤다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 향상된 영상을 얻기 위하여 다중 노출을 취하는 동안에 센서 및/또는 광학 요소를 의도적으로 이동시킨다.
또한, 본 발명은 실리콘 섬유를 이용하여 곡면 센서를 제조하는 방법 및 장치를 개시한다. 다른 실시예에 따르면, 곡면 센서는 다양한 크기의 미니센서로서 제조된다. 또다른 실시예에 따르면, 이러한 미니센서는 미니센서 열에 있는 각 미니센서가, 동일한 열에 있는 두 인접 미니센서보다 상대적으로 약간 위로 높게 위치하도록 구성된다.

Description

곡면 센서 카메라를 갖는 이동통신장치, 이동형 광학부를 갖는 곡면 센서 카메라, 및 실리콘 섬유로 제작되는 곡면 센서 {Mobile Communicator with Curved Sensor Camera, Curved Sensor Camera with Moving Optical Train, and Curved Sensors Formed from Silicon Fibers}

본 발명의 일실시예는 곡면 센서를 포함하는 카메라를 결합한 통신 장치에 관한 것이다. 이 장치에 의해 종래의 휴대전화(셀폰) 카메라로 얻을 수 있는 것보다 더 높은 화질의 사진을 얻을 수 있으며, 별도의 포켓용 카메라를 휴대할 필요가 없게 된다. 본 발명의 다른 실시예는 평면 또는 곡면 센서와, 영상을 생성하기 위해 의도적으로 광학부(optical train)를 이동시키는 요소들을 포함하는 카메라 조합에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예는 실리콘 섬유로 제작되는 오목한 곡면 센서에 관한 것이다.

I. 간략한 카메라의 역사

세 가지 기본 카메라 유형의 진화

최초의 "상자형" 및 "주름형"에서 진화한 카메라는 20세기 후반에 현재의 세 가지 기본 형태로 진화해 왔다. 거리계연동(rangefinder) 카메라가 가장 먼저 나왔고, 그 다음에 일안 반사식, 즉, SLR(single lens reflex) 카메라가, 마지막으로 컴팩트형 P&S(point and shoot) 카메라가 나왔다. 오늘날의 대부분의 휴대용 카메라는 이들 거리계연동식, SLR식, P&S식을 채택하고 있다.

단순하게 본 종래의 카메라

도 1은 외함, 대물 렌즈, 사진용 필름 또는 평면 센서를 포함하는 종래의 카메라를 단순화해서 보여주고 있다.

그러나 평면 필름 또는 센서와 단순한 렌즈는 몇 가지 문제에 직면해 있다. 필름이나 센서의 영상 영역의 가장자리에 도달하는 빛의 경로가 길어지게 되어 그 부분의 광량이 흐려진다. 센서 가장자리로 광선이 긴 경로를 통해 도달하기 때문에 이 부분의 광량이 약해지는 것은 물론, "무지개 효과", 즉, 색수차가 더 심해진다.

도 2는 영상 형성면이 곡면으로 되어 있는 인간의 눈을 단순화해 보여준다. 인간의 눈은, 예를 들어서, 영상을 형성하기 위하여 각막과 하나의 렌즈만이 필요하다. 그러나 평균적으로 인간의 망막 한 개에는 2,500만 개의 간상세포와 600만 개의 원추세포가 들어 있다. 오늘날의 고급형 카메라는 6 내지 20개의 부품으로 구성되는 렌즈를 사용한다. 아주 희귀하고 초고가의 카메라만이 인간의 눈이 갖는 간상세포와 원추세포와 같은 개수의 픽셀을 가질 뿐이며, 인공조명 없이 일몰 후의 영상을 촬영할 수 있는 카메라는 없다.

독수리의 망막에는 사람의 눈이 갖는 감각세포 수의 8배가 모여 있다. 독수리의 감각세포는 구슬 정도 크기의 구체 위에 배열되어 있다. 독수리의 눈에서는 둥근 감각세포에 의해 광학계가 단순해진다. 현재 존재하는 상용 카메라 중에서 독수리의 눈 속에 있는 감각세포수의 1/4에도 해당되는 픽셀수를 갖는 카메라는 없다. 독수리 눈은 간단한 렌즈와 곡면형 망막으로 이루어져 있다. 종래의 최고급 카메라는 정교한 코팅, 특수 재료, 복잡한 구성의 다중 렌즈를 사용하는데, 이들은 모두 평면형 센서를 보상하기 위한 것이다. 독수리는 어떠한 카메라보다도 단순하고 가볍고 작은 광학계를 이용하여, 낮에도, 해가 있어도, 해가 져도 사물을 명확하게 볼 수 있다.

거리계연동 카메라(rangefinder camera)

거리계연동 카메라는 초기의 전문가용 35mm 라이카(LEICA™) 카메라에서부터, 나중에 나온 일반인용 인스타매틱(INSTAMATIC™) 필름 카메라에까지 폭넓게 분포되어 있다. (KODAK™의 INSTAMATIC™ 카메라의 대부분은 초점 기능이 없어서 사실상은 거리계연동 카메라가 아니었다. 단, "INSTAMATIC 형" 모델 중 소수의 일부는 초점 기능이 있으며 "촬영용" 렌즈(taking lens)와 분리된 별도의 "뷰잉" 렌즈(viewing lens)를 갖고 있어서 거리연동계로 분류된다.) 거리계연동 카메라는 셔터를 기계적으로 또는 디지털적으로 열고 닫을 때 필름(혹은 오늘날에는 센서)에 상을 형성하는 "촬영용" 렌즈를 갖는다. 그리고 사용자가 피사체를 바라볼 수 있도록 하는 제2의 렌즈(뷰잉 렌즈)가 사용된다. 촬영용 렌즈와 연동하여 결상을 하는 이 뷰잉 렌즈를 통해서 카메라의 초점을 맞출수 있게 된다.

촬영용 렌즈와 뷰잉 렌즈가 다르고 피사체의 원근이 다르기 때문에, 촬영용 렌즈로 촬영한 영상은 항상 뷰잉 렌즈로 바라본 영상과 약간 다르게 된다. 시차(시각차)라고 부르는 이 문제점은 대부분의 상황에서는 경미하지만, 가까운 거리에서는 중요한 문제가 된다.

피사체 확대를 위한 긴 망원 렌즈는 거리계연동 형식에서는 실용적이지 못하다. 왜냐하면, 렌즈 두 개가 필요하고, 렌즈가 고가이며 카메라 바디 내에 위치하는 것보다 설치 공간이 더 넓어져야 하기 때문이다. 이 때문에 긴 망원 렌즈가 거리계연동 카메라에는 존재하지 않는다.

일부 거리계연동 카메라에서는 뷰파인더 속에 프레임을 표시하는데, 초점을 조절할 때에 이 프레임의 경계가 촬영용 렌즈의 경계와 일치되도록 한다. 이것은 사용자가 바라보는 장면을 실제 촬영되는 화상과 일치시키는 것이다(단, 초점이 맞는 부분에 대해서만 일치하게 된다). 초점이 맞지 않는 배경과 전경은 움직이기 때문에, 촬영된 영상의 해당 부분과 뷰파인더로 본 부분은 여전히 약간 차이를 갖는다.

몇몇 거리계연동 카메라에서는 교환식 또는 탈착식 렌즈를 사용하기도 하지만, 시각차 문제는 여전히 해결 불가능한 문제로 남게 되어, 약간 넓거나 살짝 긴 정도의 망원용 액세서리 수준을 훨씬 뛰어 넘는 거리계연동 카메라를 출시하여 성공한 카메라 제조자는 아직 없다. 거리계연동 렌즈를 부가할 경우에는 항상, 이와 유사한 뷰파인더 렌즈가 동반되어야 한다. 그렇지 않다면, 사용자가 바라본 장면과 촬영된 사진이 전혀 일치하지 않게 된다. 이에 렌즈 비용이 두 배로 들게 된다. 액세서리 렌즈에 대한 동일한 한계를 갖는, 거리계연동 카메라에서 파생된 것으로 2안 반사식(twin lens reflex) 카메라가 있는데, ROLLEI-WERKE™ 사에서 만든 카메라를 예로 들 수 있다.

컴팩트형, 또는 P&S("point and shoot") 카메라

현재 일반 사용자에게 가장 인기있는 형식은 "P&S" 카메라(일명, '똑딱이')이다. 이 카메라는 처음에 필름 카메라로서 등장했지만 지금은 거의 모두 디지털 카메라이다. 대부분의 이 카메라는 광학식 줌 렌즈를 영구적으로 부착하고 있으며 광학계를 교환할 수 없다. 줌렌즈는 일반적으로, 약간의 광각부터 저배율의 망원 기능까지 가능한 4×의 배율을 갖는다. 줌 기능시의 화질 및 속도를 보장하기 위해서 이 배율보다 큰 배율은 적용하지 않는다. 일부 업체에서는 이 4× 배율 이상의 줌 기능을 적용하고 있지만, 결과 영상의 화질과 속도가 나빠진다.

다른 카메라에서는 광학 배율을 크게 하기 위해 디지털 줌을 추가하기도 하지만, 대부분의 편집자와 사진 작가들은 디지털 줌으로 촬영한 사진을 싫어한다. 그 이유는 다음 단락에서 설명한다. 18mm의 SLR 렌즈(상대적 비교를 위해, 기존의 표준형 35mm 필름 SLR 카메라에 사용하는 렌즈로 전제함)에 해당하는 전경 만큼이나 넓은 광각 렌즈를 사용하는 P&S 카메라는 없다. 200mm의 SLR 렌즈(마찬가지로 표준형 35mm 필름 카메라에 사용하는 렌즈로 전제함) 만큼이나 긴 망원 렌즈를 사용하는 P&S 카메라는 없다. 오늘날에는 통상의 카메라보다도 이동전화기나 PDA를 이용하여 매일 사진을 촬영한 경우가 더 많다. 이들 이동전화기나 PDA도 본 명세서에서는 P&S 카메라에 포함시키기로 한다.

일안 반사식(SLR, single lens reflex) 카메라

일안 반사식 카메라에서는 액세서리 렌즈의 선택폭이 크기 때문에 오늘날 고급 아마추어와 전문가들에 의해 가장 일반적으로 사용된다. 35mm 필름 SLR 카메라에, 액세서리 렌즈가 18mm 어안 렌즈에서부터 1,000mm 초고배율 망원 렌즈까지 있으며, 여기에 더해 그 사이에 있는 다양한 배율을 사용할 수 있는 광학식 줌 렌즈도 있다.

SLR에서는, 뷰파인더로 들어가는 영상을 반사하는 거울이 촬영용 렌즈의 뒤에 있다. 셔터를 누르면 이 거울이 올라가 광로에서 벗어나 상이 필름이나 센서에 직접 맺게 된다. 이러한 방식에 의해서, 뷰파인더로 보는 장면이, 극도의 광각 촬영에서부터 망원 촬영에 이르기까지, 거의 정확한 영상이 된다. 이러한 "정확한" 영상 촬영에 대한 유일한 예외는 신속한 촬영 동작에 관한 것으로서, 거울의 움직임으로 인한 시간 지연으로 인해서 작가가 뷰파인더로 좀전에 본 장면과 실제 촬영되는 영상에 약간의 차이가 발생한다는 것이다.

일부 내재된 단점에도 불구하고, 아주 다양한 렌즈의 활용성 측면에서 SLR은 20세기 후반에 인기있는 카메라가 되었다. SLR의 단점은, 다른 형식의 카메라보다도 가동(움직이는) 부품이 많음에 따라 기구가 복잡해지고, 이와 더불어 거울의 움직임으로 인한 소음, 진동, 그리고 시간 지연을 들 수 있다. 또한, 움직이는 거울의 광로 앞 먼 곳에 있는 렌즈가 필름이나 센서에서부터 더 멀어야 하기 때문에 렌즈의 설계에 제약이 있고, 이에 따라 렌즈가 무겁고 커진다. 또한 렌즈 교환시에 카메라 바디 및 렌즈 후방부에 먼지, 습기, 기타 이물질이 들어가게 된다.

필름과 달리 센서는 고정되어 있기 때문에 디지털 SLR이 나오면서 먼지 유입이 큰 문제가 되었다. 필름은 감기면서 먼지 조각도 함께 감을 수 있기 때문에 사진 프레임 하나에만 영향을 줄 뿐이지만, 디지털 카메라의 경우에는 센서를 닦아내지 않는 한은 모든 사진에 먼지가 찍히게 된다. 최근의 설계에서는 센서를 청소하기 위해서 간헐적으로 센서를 진동시킨다. 그러나 이에 의해서도 카메라에 묻은 먼지는 제거할 수 없고 기름 입자도 제거하지 못한다. 보다 최근의 설계에서는 이 문제의 심각성을 인식하여, 카메라 내부에 접착띠를 설치하여 센서에서 진동에 의해 떨어지는 먼지가 여기에 달라붙도록 하고 있다. 그러나 이 접착띠를 정기적으로 교체해야 하기 때문에, 카메라 사용자는 이 작업을 하기 위한 서비스 기술자를 필요로 하게 된다.

SLR의 고유 기능은 교환가능한 렌즈를 사용하는 것이기 때문에, 상기 문제는 지속된다. 거울 관련 메카니즘과 뷰파인더 광학부에 의해 무게가 늘고 크기가 커진다. SLR에서는 정확한 렌즈 및 렌즈를 바디에 부착하는 메카니즘이 필요하기 때문에 SLR 렌즈와 SLR 바디 사이에 기계적, 전기적 연결이 이루어져야 한다. 이로써 무게, 복잡성, 비용이 더욱 커진다. 상기 "진동" 설계 중 일부에 있어서는, 수직 위치에 있는 동안에, 즉, 카메라가 하늘을 향하거나 땅을 향하거나 할 동안에 센서가 진동할 경우에 먼지를 잡을 접착띠가 없을 때에는, 모든 사진을 수평 형태로 촬영할 것으로 전제한다.

광학식 줌 렌즈

광학식 줌 렌즈는 SLR 렌즈의 교환 필요성을 줄여준다. 대부분의 촬영시에 사진 작가는 단순하게 줌인 줌아웃 기능을 이용한다. 그러나 어떤 상황에서는 여전히 더 넓고 긴 SLR용 액세서리 렌즈를 필요로 하게 되고, 어쨌든 사용자는 렌즈를 교환해야 한다.

오늘날 많은 P&S 카메라에는 기본적으로 줌 렌즈가 영구 장착되어 있고, 거의 모든 SLR는 부속품으로서 줌 렌즈를 제공하고 있다. 광학 기술의 발전이 계속 이루어지고 있다 하더라도, 줌의 범위에 대해서는 어떠한 렌즈라도 적절하게 작용가능해야 하는 기술적 한계가 있다. 줌 렌즈에 대한 또다른 딜레마는, 표준 렌즈보다 줌 렌즈가 더 무겁고, "느리고"(이 의미는 통과하는 광량이 적어서 유용성이 제한된다는 것임), 선명한 영상을 얻을 수 없으며, 초점거리 고정형 렌즈에 비해 색상 충실도가 떨어진다는 것이다.

또한, 광학식 줌은 렌즈 구성요소의 움직임이 더 많아야 하기 때문에 가동 부품이 늘어나게 되어 시간 및 사용상의 기계적 문제를 일으키며 비용이 추가된다. 광학식 줌은 기계적으로 신축되기 때문에 마치 공기펌프처럼 작용하여, 원거리 확대(줌인)시에는 외부 공기를 빨아들이고, 줌아웃에 의해 수축시에는 공기를 압축하게 된다. 이에 의해 습기(때로는 먼지)가 내부로 쉽게 유입된다.

II. 기존 휴대전화 카메라의 한계

가트너(Gartner) 그룹은 2009년에 세계적으로 10억이 넘는 휴대전화가 팔렸다고 보고했다. 현재 사용가능한 많은 휴대전화에는 카메라가 장착되고 있다. 이러한 카메라는 일반적으로, 통상의 렌즈 뒤에 단순한 구조로 평면 설치된 저화질 사진 장치이다. 이러한 휴대전화 카메라로 촬영하는 사진의 화질은, P&S급 이상의 사진 전용 카메라로 촬영한 사진의 화질보다 대체로 낮다. 일반적으로 휴대전화 카메라에는 셔터 속도, 망원 기능, 또는 기타 기능을 위한 고급 제어장치가 부족하다.

기존의 휴대전화 및 PDA 카메라의 네 가지 결점

1. 평면형 디지털 센서를 사용하므로 광학적 결점이 있어서 낮은 화질의 사진을 얻게 된다. 정상적인 해상도를 얻으려면 보다 큰 렌즈가 필요한데, 그렇게 하면 이러한 소형 장치를 거추장스럽게 할 수 있다.

2. 또다른 결점은 렌즈가 "느려서" 많은 빛을 집광할 수 없는 점이다. 이러한 장치로 찍는 사진의 대부분은 일몰 후에 또는 실내에서 촬영된다. 이 때문에 플래시 조명이 필요하게 된다.

소형 장치에서는 플래시 조명 가까이에 렌즈가 설치될 수 밖에 없는데, 이 때에 "적목" 현상이 자주 발생한다. 어두운 곳에서는 더 잘 보기 위해 눈의 동공이 크게 열린다. 이 때에 플래시 빛이 눈의 망막에서 반사되어 눈동자가 빨갛게 찍히게 된다. 적목을 없애기 위해 일부 카메라 제조자는 플래시를 사용해 사진을 찍기 전에 다른 플래시를 순간적으로 터뜨려서 동공이 닫히도록 카메라를 제작한다. 그러나 이 기능은 이따금씩 작동하며 자연스러운 포즈를 잡는 것을 늘 방해한다.

사용자가 적목을 없앨 수 있는 펜슬 기능도 있다. 사람용 적목 제거 펜슬이 있고, 심지어는 애완 동물용 적목 제거 펜슬도 있다. 일부 카메라 소프트웨어 개발자는 적목을 검출하여 인공적으로 적목을 제거하는 알고리즘을 만들었다. 이에 의해서 피사체의 실제 안구 색상과 일치시킬 수 있지만 항상 그러한 것은 아니다.

3. 플래시 조명을 이용하여 사진 촬영하므로 배터리 사용시간이 단축된다.

4. 플래시 조명에 의한 사진 촬영은 인공적이다. 즉, 배경은 어두워지고, 전경에 있는 얼굴은 하얗게 찍히게 된다. 턱선이 두드러지게 되고, 때로는 사람의 콧구멍이 들여다 볼 정도로 찍히기도 한다. 현재 고화질(HD) 텔레비전의 판매로 인해 대중의 선명한 영상 요구가 증가하고 있다.

과거에는 INSTAMATIC^® 카메라를 이용해서도 많은 사진 촬영을 했지만, 대중은 곧 이러한 저화질 사진에 싫증을 내게 되었다. 전문가와 진지한 애호가들이 35mm 카메라를 사용하게 되었고, 곧이어 이 카메라가 대중적인 시장 제품이 되었다. 현재는 전례없이 많은 사진이 휴대전화로 촬영되고 있으나 사진 품질이 이류이기 때문에, 그러한 싸이클이 반복될 가능성이 크다. 이러한 문제를 줄이기 위한 장치의 개발에 의해 주된 기술적 진보가 이루어질 것이고, 영상 취득 분야에서 오랫동안 요구되던 것들을 충족하게 될 것이다.

본 발명은 곡면 센서를 사용하는 카메라가 포함되는 이동통신 장치에 대한 방법과 장치를 제공한다. 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 이동통신 장치에는 휴대 또는 무선 전화, 스마트폰, 개인 디지털 보조장치(PDA), 랩톱 또는 노트북 컴퓨터, 또는 기타 휴대용 정보 기기가 포함될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 영상의 선명도를 향상시키기 위하여 다중 노출을 실행하면서, 센서 및/또는 광학 요소를 의도적으로 이동시킨다.

또한, 본 발명은 실리콘 등의 섬유로 곡면 센서를 제조하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 크기가 다른 픽셀들을 센서 상에 형성한다. 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 링 형태로 둘러싸도록 배열되는 픽셀들을 다른 인접한 두 픽셀들보다 약간 위에 위치시킨다.

이동통신 장치와 곡면 센서를 결합함으로써 다음의 효과를 얻게 된다.

1. 평면 센서를 갖는 기존의 휴대전화보다 더 높은 화질의 사진을 얻게 된다. 이러한 고화질의 사진을 크고 비싼 렌즈 없이도 얻을 수 있다.

2. 주위 조명을 밝게 하기 위해 필요한 플래시의 필요성을 줄이거나 없앨 수 있는 큰 집광 성능을 얻을 수 있다.

3. 배터리 사용 시간이 길어진다. 플래시의 필요성이 줄거나 없어지기 때문이다.

또한, 곡면 센서를 이용한 카메라와 이동통신 장치를 결합함으로써, 사진 전용 휴대형 카메라가 필요없게 된다. 마치, 최근에 휴대전화에 시계가 내장되어 있기 때문에 많은 사람들이 손목 시계를 차지 않는 것과 같다. 최초로 고성능 카메라와 이동통신 장치를 결합한 본 발명에 의해서, 별도의 카메라를 휴대해야 할 필요성이 줄거나 없어지게 될 것이다.

첨부 도면을 참조하여 이하의 실시예 설명을 연구함으로써, 본 발명의 다른 목표 및 목적의 평가, 그리고 본 발명의 보다 완전하고 포괄적인 이해가 가능해질 것이다.
도 1은 평면 필름 또는 평면 센서를 이용하는 종래의 일반적인 카메라를 도시하고 있다.
도 2는 사람의 안구를 단순하게 묘사하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 곡면 센서를 갖는 디지털 카메라의 개략적 전체 구성도이다.
도 4a, 4b, 4c는 대략 곡면을 이루고 있는 센서의 다양한 모습을 도시하고 있다.
도 5는 9 개의 평면 세그먼트 내지는 홑눈(facet)을 갖도록 제작한 센서를 도시하고 있다.
도 6은 다수의 홑눈(facet)으로 구성되어 대략 곡면을 형성하고 있는 물체의 단면을 나타낸다.
도 7은 도 6에 도시한 곡면의 사시도이다.
도 8은 도 6과 7에 도시한 센서를 전기적으로 연결하는 한 가지 방법을 제공한다.
도 9a와 9b는 도 7에 나타낸 센서의 또다른 상세도로서, 평평한 면을 구부릴 수 있도록 기재 상의 간극(gap)을 확장하기 전과 후의 모습을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 센서 연결 방식을 도시한다.
도 11a와 11b는 구부리는 등의 방법으로 우산 모양과 같이 대략 돔 형상의 표면을 형성하기 위한 초박형 실리콘으로 된 일련의 꽃잎 형태 세그먼트들을 나타낸다.
도 12는 센서 세그먼트의 배열을 상세하게 도시한다.
도 13은 도 12에 표시한 세그먼트를 결합하여 형성되는 곡면 형태의 사시도이다.
도 14a, 14b, 14c는 심형(心型)(mandrel)을 사용하여 얇은 반도체 재료층을 써서 대략 돔 형태의 면을 형성하는 다른 방법을 설명한다.
도 14d, 14e, 14f는 심형을 사용하여 대략 돔 형태의 면을 형성하는 방법을 설명한다.
도 14g는 돔 형태의 면에 센서를 배치한 모습을 나타낸다.
도 15a는 광각 사진을 촬영하고 있는 카메라를 나타낸다.
도 15b는 실제 배율 사진을 촬영하고 있는 카메라를 나타낸다.
도 15c는 망원 사진을 촬영하고 있는 카메라를 나타낸다.
도 16, 17은 픽셀이 상대적으로 중앙에 더 집중되어 있는 실시예들 중 하나와 기존 센서의 영상을 비교함으로써 픽셀 밀도가 변화하는 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 18, 19, 20, 21은 오므라들고 펼쳐지는 렌즈 차양을 갖는 카메라의 개략적 모습을 도시한다. 카메라가 광각 촬영시에는, 렌즈 차양이 오므라들고 망원 촬영의 경우에는 렌즈 차양이 펼쳐진다. 실제 배율 촬영의 경우에는 렌즈 차양이 부분적으로 펼쳐진다.
도 22, 23은 복합 센서의 두 가지 모습을 나타낸다. 첫번째 그림에서 센서는 원래의 위치에 정렬되어 있고 첫번째 영상을 캡쳐한다. 두번째 그림에서 센서는 회전하였으며 두번째 영상을 캡쳐한다. 이들 두 연속 영상을 결합하여 완전한 최종 영상을 생성한다.
도 24a와 24b는 도 22, 23의 다른 실시예를 나타내는 것으로서 노출 시에 센서가 대각선 위치로 이동하는 것을 나타낸다.
도 25a, 25b, 25c, 25d는 다양하게 배열된 센서 홑눈과 그 사이에 있는 간극을 포함하는 센서 네 가지를 도시하고 있다.
도 26, 27, 28은 전기 신호를 출력하기 위해 사용하는 다양한 연결 방식을 도시한 것으로서, 움직이는 센서의 뒷면을 나타내고 있는 것이다.
도 29는 센서와 처리기 사이의 무선 연결을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
도 30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 장치의 측단면도이다.
도 31은 도 30의 카메라 장치의 센서의 전면도이다.
도 32는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 장치의 블록 다이어그램이다.
도 33, 34, 35, 36, 37은 곡면 센서를 내장한 전자 장치의 다양한 모습을 나타낸다.
도 38~50은 센서가 기존에 캡쳐할 수 있는 것보다 더 선명한 영상을 캡쳐하는 방법을 나타낸다.
도 51은 고정형 평면 센서 위에서 광학 요소가 완전한 원형 경로를 따라 이동하는 것을 나타내는 개략도이다.
도 52는 도 51에 표시한 광학 요소와 센서를 위에서 본 그림이다.
도 53은 고정형 곡면 센서 위에 있는 이동형 광학 요소의 개략도이다.
도 54는 도 53에 표시한 광학 요소와 센서를 위에서 본 그림이다.
도 55는 고정형 광학 요소 아래에서 평면 센서를 회전 이동시키는 방법의 개략도이다.
도 56은 도 55에 표시한 광학 요소와 센서를 위에서 본 그림이다.
도 57은 도 55와 56에 표시된 것과 같이, 센서의 회전 운동을 일으키는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 58은 도 57에 나타낸 구성 요소의 사시도이다.
도 59는 고정형 광학 요소 아래에서 움직이는 곡면 센서의 회전 운동을 일으키는 방법의 개략도이다.
도 60은 도 59에 표시한 광학 요소와 센서를 위에서 본 그림이다.
도 61은 광학 요소를 원 운동시키는 방법의 개략도이다.
도 62는 단일 원형 경로를 따라 이동하는 평면 센서의 아홉 가지 모습을 나타낸다.
도 63은 픽셀이 배열된 평면 센서의 간략 묘사이다. 도 63에서 센서는 그 원래 위치에 있고, 도 64와 65에서는 센서가 원형 경로를 따라 계속해서 회전하고 있다.
도 66은 실리콘 섬유의 단일 가닥을 나타낸다.
도 67은 실리콘 섬유로 짠 메쉬를 나타낸다.
도 68과 69는 가열된 한 쌍의 심형(mandrel)을 이용하여 직조물로 돔 형태를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 70, 71은 평행 배열한 섬유를 가열해서, 반구면을 포함하는 융착 박막을 형성하는 방법을 도시하고 있다.
도 72는 직각으로 배열한 2조의 섬유를 가열하여, 융착 박막을 형성하는 방법을 도시하고 있다.
도 73은 다른 크기의 미니센서로 구성되는 곡면 센서를 나타낸다.
도 74는 도 73에 도시한 센서의 회전 상태를 나타낸다.
도 75는 어긋나게 배열된 픽셀 부분을 나타낸다.

I. 발명의 개요

본 발명은 비평면, 구부러진, 또는 곡면 센서를 갖는 카메라에 관한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 이동통신 장치와 결합가능하다. 본 명세서 및 특허청구범위에서, 용어 "이동통신 장치" 및 "이동통신 수단"은 정보, 데이터, 콘텐츠 또는 기타 형태의 신호나 정보를 통신(송신 및/또는 수신을 포함)하기 위해 사용가능한 장치 또는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합을 포함하는 것으로 의도하였다.

이동통신 장치의 구체적 예를 들자면, 셀룰러 또는 무선 전화, 스마트폰, 개인 디지털 보조기(PDA), 랩톱 또는 노트북 컴퓨터, 아이패드™ 또는 그 외의 리더/컴퓨터, 또는 통신용으로 사용하거나 영상 콘텐츠를 보거나 기록하는데 사용할 수 있는 다른 일반 휴대용 장치를 들 수 있다. 종래의 평면 센서를 포함하는 카메라가 장착된 기존 셀룰러 전화와는 달리, 본 발명에서는 곡면형, 그렇지 않으면 비평면형 센서를 포함하고 있다. 일실시예에 따르면, 본 발명에 사용되는 센서의 비평면 표면은 다수의 작은 평평한 세그먼트로 구성되는데, 이들이 모여서 대략적으로 곡면을 형성하고 있다. 종래의 센서는 거의 대체로 2차원 평면인 것과 달리, 본 발명에서 사용하는 센서는 전반적으로 3차원 공간을 점유하고 있다.

본 발명은, 다양한 3차원적 형상(구면, 포물면, 타원면을 포함. 그러나 이들에 국한되지는 않음)으로 이루어지는 센서를 이용할 수 있다. 본 명세서에서, 용어 "곡선"과 "곡면"은 직선과 완전히 동일선상에 있지 않은 모든 선, 엣지, 경계, 세그먼트, 표면 또는 특징을 망라하는 개념이다. 용어 "센서"는 입사된 임의 파장의 광자에 반응하는 검출기, 영상 형성기, 측정기, 트랜스듀서, 초점면 배열체, 전하결합 소자(CCD), 상보성 금속산화막 반도체(CMOS), 또는 광전지를 포괄하는 개념이다.

본 발명의 일부 실시예는 광학적 스펙트럼 상에서 영상을 기록하도록 구성되어 있고, 본 발명의 다른 실시예는 다른 형태의 광방사를 모으고 감지하고 기록하는 다양한 작업을 위해 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에는, 색상, 흑백, 적외선, 자외선, X선, 또는 기타 유형의 방사, 방출, 파동, 입자의 흐름을 취합하고/취합하거나 기록하는 장치가 포함된다. 본 발명의 실시예에는 또한, 정지 영상이나 동영상을 기록하는 장치가 포함된다.

II. 본 발명의 구체적 실시예들

도 3은 이동통신 장치에 결합될 수 있는, 곡면 센서(12)를 포함하고 있는 디지털 카메라의 전체 개략도이다. 외함(14)의 일측에 광학 요소(16)가 있다. 대물 렌즈(16)가 입사광(18)을 받는다. 본 실시예에 따르면 광학 요소가 대물 렌즈이다. 일반적으로, 센서(12)는 입사하는 광자(18)의 에너지를 전기 신호(20)으로 변환한 다음에, 신호 처리기 또는 광자 처리기(22)로 출력한다. 신호 처리기(22)는 사용자 조작기(24), 배터리 또는 전원공급 장치(26), 반도체 메모리(28)에 연결되어 있다. 신호 처리기(22)에서 생성된 영상은 메모리(28)에 저장된다. 영상은 USB 포트 등의 출력 단자(30)을 통해 카메라로부터 출력 또는 다운로드할 수 있다.

본 발명의 실시예들에는 다음과 같은 센서를 내장한 카메라가 장착된 이동통신 장치가 포함되지만, 이들에 국한되는 것은 아니다.

1. 곡면 센서 : 구체의 대체적으로 연속적인 부분, 또는 포물면이나 타원면과 같은 원뿔 부분의 회전 형상, 또는 기타 평면이 아닌 형상을 갖는 센서. 대체적으로 곡면인 센서(12)의 예는 도 4a, 4b, 4c에 도시하였다. 본 명세서에서는 곡면 센서의 다양한 실시예를 참조번호 12, 12a, 12b, 12c 등으로 지정하였다.

2. 홑눈(facet)으로 이루어진 센서 : 다각형 홑눈(또는 세그먼트)의 집합체. 임의의 적절한 다각형, 즉, 사각형, 직사각형, 삼각형, 사다리꼴, 5각형, 6각형, 7각형, 8각형 등을 사용할 수 있다. 도 5는 9개의 평면 다각형 세그먼트, 즉, 홑눈(32a)으로 구성된 센서(12a)를 나타낸다. 일부 응용을 위해서, 평면 센서 수 개를 단순하게 조립한 것은, 그 가격은 훨씬 낮아지겠지만 매끈한 곡면 센서의 이득을 잃을 수도 있다. 도 6과 7은, 다수의 홑눈(32b)이 모여 대체로 구형을 이루고 있는 센서 표면(12b)의 측면도 및 사시도이다. 도 7에서는 홑눈 사이의 간극(34)을 과장해서 표현하였다. 홑눈에는 각각 수백, 수천, 또는 수백만 개의 픽셀이 있을 수 있다. 본 명세서에서 센서(12)의 홑눈은 참조번호 32, 32a, 32b, 32c 등으로 지정하였다.

도 8은 도 7에 표시된 곡면 센서(12b)에 접속되는 전기 연결부(36)를 나타낸다. 내부 표면에는 반도체 면이 배열된다. 외부 표면은 MYLAR™, KAPTON™, 또는 이와 유사한 곡선 형태의 배선판일 수 있다. 반도체 면과 배선판은 관통홀(via)을 통해서 전기적으로 연결된다. 일실시예에 따르면, 홑눈 배열과 배선판을 연결하기 위해 2점 내지 2,000점 이상의 전기적 경로가 필요할 수 있다.

도 9는 곡면 센서(12b)의 홑눈의 상세도이다. 일반적으로, 구형 표면을 형성하기 위해 사용하는 다각형이 많을수록 센서가 더욱 더 매끈한 곡면을 이루게 될 것이다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 웨이퍼 제작시에 각 카메라 센서가 바둑판 모양의 홑눈을 갖도록 웨이퍼를 제작한다. 센서 칩 웨이퍼의 전면 또는 후면중 한 면에는, 약간 휘어질 수는 있지만 해당 위치에서 홑눈을 지지할 수 있을 정도의 강도를 갖는 유연한 막(예: MYLAR™ 또는 KAPTON™)을 부착한다. 가는 선을 각 홑눈 사이의 실리콘 칩에 에칭으로 형성한다. 단, 유연한 막을 통과시키면 안된다. 다음에, 웨이퍼를 대략 구면 형상으로 가공한다. 각 홑눈에는 웨이퍼를 통과하는 관통홀을 형성하여 뒷면의 배선 하네스와 연결한다. 이 배선 하네스는 또한 각 홑눈을 기계적으로 지지하는 역할을 한다.

도 9a와 9b는 곡면 센서의 내부에 있는 홑눈(32b)과, 센서의 홑눈과 배선판을 연결하는 전기 연결을 도시하고 있다.

도 10a와 10b는 센서의 홑눈에서 나오는 출력 신호를 받는 배선판(38)을 나타내고 있다.

도 11a와 11b는 다수의 초박형 실리콘 꽃잎 형태 세그먼트(42)를 구부려서 접합하여 형성한 대략적인 반구체(40)를 도시한다. 이들 세그먼트를 약간 구부려 결합함으로써 곡면 센서를 만든다.

도 12는 꽃잎 형태의 세그먼트(42)의 일실시예를 도시한다. 종래의 제조 방법을 이용하여 이러한 세그먼트를 만들 수 있다. 일실시예에 따르면, 이 세그먼트를 초박형 실리콘를 이용하여 만들면 세그먼트를 파손시키지 않고 어느 정도 구부릴 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에서, 용어 "초박형"은 50~250 미크론의 범위를 의미한다. 또다른 실시예에 따르면, 픽셀 밀도가 각 세그먼트의 꼭지점 쪽으로 증가하며, 각 세그먼트의 기저부로 가면서 서서히 감소한다. 본 실시예는 픽셀을 생성하는 소프트웨어 또는 마스크에 대한 변경을 프로그래밍하여 실현할 수 있다.

도 13은 도 12에 도시한 세그먼트를 결합하거나 약간 중첩함으로써 형성되는 곡면 형상의 일실시예의 사시도이다. 센서는 오목한 면에 배치되고, 전기 연결은 볼록한 면에서 이루어진다. 이러한 비평면 표면을 만드는 데 사용하는 꽃잎 형태 세그먼트의 수는 임의의 적절한 개수이면 된다. 열이나 복사파를 이용하여 원하는 형태로 실리콘을 가공할 수 있다. "꽃잎"의 곡률은 특정 센서 설계에 따라 변경할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 중앙에 평면 센서를 두고, 끝 부분을 네모나게 깎은 "꽃잎"을 이 센서 주위에 둘러싸도록 설치할 수도 있다.

도 14a, 14b, 14c는 곡면 센서 제작을 위한 다른 방법을 도시하고 있다. 도 14a는 기재(43b) 상에 있는 돔 형상의 제1심형(43a)을 도시하고 있다. 도 14b에서 열변형성 재료(43c)로 된 얇은 시트를 제1심형(43a) 위에 대고 누른다. 열변형성 재료(43c)의 중앙 영역은 도 14c에서와 같이 제1심형(43a)의 형상대로 변형되어 대략 반구형의 곡면 센서 기저부(43e)로 형성된다.

도 14d, 14e 및 14f는 곡면 센서의 기저부를 형성하기 위한 다른 방법을 도시하고 있다. 도 14d에서 제2 열변형성 시트(43f)를 제2심형(43G) 위에 올려놓는다. 진공 압력을 포트(43h)에 적용하여 제2심형(43g)으로 둘러싸인 공간부(43i) 내로 제2 열변형성 시트(43f)를 잡아당긴다. 도 14e는 본 과정의 다음 단계를 나타내는 것으로, 포트(43h)에 인가한 진공 압력에 의해서 제2심형의(43g)의 내부로 제2 열변형성 시트(43f)를 잡아당기고 있는 상태에서 히터(43j) 온도를 올려서 제2심형(43g)의 온도를 올린다. 도 14f에서 곡면 센서의 기저부로 사용할 대략 반구형 돔(43k)이 만들어진 것을 도시하고 있다. 도 14g는 기저부(43e 또는 43k)에 센서 픽셀(43l)을 형성한 후의 곡면 센서 기저부(43e 또는 43k)를 도시하고 있다.

디지털 줌의 개선

도 15a는 광각 사진을 촬영하고 있는 카메라를 나타내고, 도 15b는 동일한 카메라로 실제 배율 사진을 촬영하고 있는 것을 나타내고, 도 15c는 망원 사진을 촬영하고 있는 것을 나타낸다. 각 도면에서 피사체는 동일한 상태를 유지하고 있다. 카메라의 뷰스크린(모니터)에, 도 15a에서는 넓은 전경이, 도 15b에서는 실물 크기의 전경이, 도 15c에서는 원거리 영상을 확대한 영상이 표시됨을 알 수 있다. 광학식 줌과 동일하게, 디지털 줌을 이용하여 사용자는 카메라 센서에서 처리하고 있는 영상을 정확하게 볼 수 있다.

디지털 줌은 소프트웨어로 작동된다. 카메라는 영상 중앙의 작은 일부만을 캡쳐하거나, 전체 장면을 캡쳐하거나, 이들 사이의 임의 배율로 피사체를 캡쳐한다. 전체 영상의 기록되고 있는 부분을 모니터를 통해서 볼 수 있다. 중앙부에서 상대적으로 높은 밀도로 모여 있는 픽셀을 사용하는 일실시예에서, 디지털적으로 줌아웃을 하면 소프트웨어가 모든 데이터를 사용할 수 있다. 망원 촬영 영상의 경우에는, 이 망원 촬영 영상이 작은 센서 부분으로 잘려 들어간다 하더라도, 중앙부의 면적당 픽셀 수가 더 많기 때문에 선명한 영상이 된다. 그 이유는 중앙부의 픽셀 밀도가 더 높기 때문이다.

다시 광각으로 줌을 되돌리면, 소프트웨어는 중앙부의 데이터를 대략 영상 가장자리의 픽셀 밀도로 압축한다. 이렇게 해도 광각 영상의 중앙부에 아주 많은 픽셀이 있기 때문에 광각 영상의 화질에는 영향을 주지 않는다.

그러나 압축을 하지 않으면, 중앙부 픽셀에서는 불필요하며 보이지도 않는 미세한 캡쳐 부분까지 표시하게 되어, 저장 용량과 처리 시간이 더 많이 필요하게 된다. 현재의 사진 관련 용어에 따르면, 망원 사진을 찍을 때에는 중앙부에서 "RAW"로 처리하거나 압축하지 않는 것으로, 반면에 광각 영상인 때에는 중앙부에서 "JPEG" 또는 기타 압축 알고리즘으로 처리하는 것으로 불러도 좋다.

현재 디지털 줌은 업계의 전문가들이 경시하고 있다. 전통적인 센서로 캡쳐한 영상을 디지털 확대하면 들쭉날쭉한 선으로 쪼개지고 픽셀이 보이며 해상도가 나쁜 영상이 나오게 된다. 광학식 줌으로는 초점거리 고정 렌즈가 만들어낼 수 있는 선명한 영상을 결코 만들 수 없었고 지금도 만들 수 없다. 광학식 줌은 또한 느려서, 광학부를 통과하는 광량이 줄어들게 된다.

본 발명의 실시예는 가볍고, 빠르고, 저렴하고, 좀더 신뢰성 있는 카메라를 제공한다. 일실시예에 따르면, 본 발명은 디지털 줌을 제공한다. 광학식 줌이 필요없기 때문에 근본적으로 구성요소 수가 적어지고 가벼운 렌즈의 설계가 가능해진다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 많은 픽셀이 센서의 중앙부에 집중되며, 센서의 가장자리에는 적게 배치된다. 중앙부와 가장자리 사이에서 다양한 밀도 분포를 형성할 수 있다. 이러한 특징에 의해 사용자는, 해상도를 높게 유지하면서도 중앙부만을 이용하여 망원 촬영으로 줌인할 수 있다.

일실시예에 따르면, 넓은 시야의 영상을 볼 때에는, 바깥쪽의 픽셀 밀도값으로 해상도를 정규화하기 위하여 중앙부 픽셀을 "저장"하거나 모두 합산한다.

망원 모드로 영상을 볼 때에는, 중앙 픽셀의 높은 해상도를 활용하여, 렌즈나 카메라 설정을 전혀 바꾸지 않고도, 최대한 선명한 영상을 얻을 수 있게 된다. 디지털 줌 기능에 의해서 극단적인 망원 줌에 더하여 넓은 시야각을 얻을 수 있다. 이러한 특징은, 인간 눈의 망막처럼 디지털 센서가 평면이 아닌 곡면이라서 렌즈가 발휘할 수 있는 우수한 해상력, 콘트라스트, 속도, 색상 분해능에 의해서 가능해진다.

각막 및 수정체로 이루어진 평균적인 인간의 눈이 영상을 캡쳐하는데, 평균 2,500만 개의 간상세포와 600만 개의 원추세포를 사용한다. 이 정도의 영상 데이터는 희귀하고 값비싼 카메라 모델 또는 오늘날 상용되고 있는 두 가지 유형의 카메라가 캡처하는 영상 데이터보다 크다. 게다가 이러한 카메라는 평면 센서만을 사용하기 때문에 대체로 7~20개의 렌즈 요소를 사용해야만 한다. 이들 카메라는 인공 조명 없이 또는 ISO 증폭(이로써 영상의 미세한 부분이 상실됨) 없이는 황혼(해질녘) 영상을 캡쳐할 수 없다. 인간의 안구의 직경은 평균적으로 25mm이지만, 이러한 고급 카메라는 현재 대각선 길이가 최대 48mm인 센서를 사용한다. 훨씬 작은 눈을 가진 독수리 눈은 인간의 눈이 갖는 감각기관의 개수보다 8배나 더 많아서 곡면 센서 또는 망막이 발휘하는 광학적 잠재력을 다시금 보여주고 있다.

본 발명의 실시예는 보다 더 신뢰적이고 저렴하며, 높은 성능을 제공한다. 교환 렌즈가 더 이상 필요치 않으며 거울 작동 및 연결 메커니즘이 필요없게 된다. 렌즈 설계가 단순해지며 부품수가 적어서 절감 효과를 배가할 수 있다. 왜냐하면, 곡면과 달리 평면 필름 및 센서는, 렌즈에서 오는 빛으로부터의 거리와 각도가 변화하는 곳에 위치하기 때문에 색수차가 일어나고 센서를 가로 질러 광량이 달라지기 때문이다. 이를 보상하기 위해 현재의 렌즈는, 지난 2세기에 걸쳐서 이러한 문제를 거의 완전하게 완화시켰지만, 큰 타협을 봐야 했다.

그 타협에는 속도, 해상력, 콘트라스트, 색상 분해능에 대한 제한이 포함되어 있다. 또한, 종래의 렌즈 설계시에는 다수의 부품, 비구면 렌즈, 특별한 재료, 각 표면에의 특수 코팅이 필요하다. 또한, 공기-유리 계면 및 유리-공기 계면이 더 많아지게 되어 광손실 및 광반사의 문제가 일어난다.

픽셀 밀도의 가변

본 발명의 일부 실시예에 따르면 디지털 확대 영상을 캡쳐하는 센서의 중앙부는 더 높은 영상 품질의 디지털 확대를 가능케 하기 위해 고밀도로 픽셀을 배치하고 있다.

도 16과 17이 이러한 특징을 도시하고 있는데, 센서 중앙부에 픽셀(48)을 고밀도로 집중시킨다. 센서의 중앙부에 픽셀을 집중시킴으로써, 디지털 줌 기능시에 영상 선명도상의 손실이 없게 된다. 이러한 독특한 접근법은 평면 센서든 곡면 센서든 이득이 된다. 도 16에 나타낸 종래의 센서(46) 표면에는 대체로 균일하게 픽셀(48)이 배치되어 있다. 도 17은 본 발명에 따라 제작된 센서(50)를 나타내는 것으로, 센서의 중앙부에 픽셀(48)이 높은 밀도로 배치되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 카메라가 광각 사진을 촬영하고 있을 때에는 적절한 소프트웨어를 통해서 촬영되는 영상의 중앙부의 고밀도 데이터를 압축한다. 이에 의해 시스템의 처리시 및 기록시 요구 사항이 크게 줄어든다.

렌즈 차양

본 발명의 다른 실시예는, 캡쳐되고 있는 영상이 광각인지 망원인지 여부를 감지할 수 있는 렌즈 차양을 포함하고 있다. 카메라가 광각 영상을 감지할 경우에는 차양이 오므라들어 차양이 영상 영역에 들어가지 않도록 한다. 카메라가 망원 영상을 촬영하는 것으로 감지하면, 차양이 펼쳐져서 영상 영역 이외의 곳에서 오는 외부광(빛 번짐이나 뿌연 영상의 원인이 됨)을 차단한다.

도 18과 19는 신축 가능한 렌즈 차양이 옵션으로 장착된 카메라를 도시하고 있다. 광각 촬영 시에는 렌즈 차양이 참조번호 52와 같이 오므러진다. 망원 촬영의 경우에는 렌즈 차양이 참조번호 54와 같이 펼쳐진다. 도 20과 21은 도 18, 19와 유사하나 평면 센서가 사용된 카메라를 도시하고 있으며, 렌즈 차양 기능을 별도로 독립적으로 적용가능함을 나타내고 있다.

먼지의 감소

본 발명의 실시예는, 광학식 줌이 없고 렌즈 교환이 필요없기 때문에 종래 카메라에서 문제시되던 먼지를 줄여준다. 따라서 이동통신 장치에 내장되는 카메라를 밀폐할 수 있어서, 화질을 방해하는 먼지가 들어가지 못한다. 불활성 건조 기체(아르곤, 크세논, 크립톤 등)를 카메라 외함(14)에 있는 렌즈 속과 센서실 내에 밀봉함으로써 산화와 응축을 줄일 수 있다. 이러한 가스를 사용하는 경우, 카메라는 또한, 단열성이 좋아지고 온도 변화가 적어지는 이득을 얻을 수 있게 되고 카메라를 더 넓은 온도 범위에서 사용할 수 있게 된다.

완전 밀폐 카메라

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 카메라 전체를 아르곤, 크립톤, 크세논 등의 불활성 가스로 밀봉할 수 있다.

광학 성능의 향상

본 발명은 플래시 조명없이(또는 움직임을 위한 투광조명 없이) 감시하는 목적으로 혹은 빠른 동작을 촬영시에 유용한 초고속 렌즈와 함께 구현할 수 있다. 이것이 가능한 이유는 비평면 센서를 이용하기 때문이다. 그리고 평면 센서나 필름에 의한 제약이 사라지기 때문에, 실용적인 측면에서, f/0.7 또는 f/0.35 렌즈와 같이 더 빠른 범위가 가능해진다.

새로운 렌즈 구성이 가능해지기 때문에 이러한 모든 개선 사항이 실용화된다. 현재, 평면 필름과 센서용 렌즈의 설계시에는 빛이 더 멀리 지나가고 굴절이 더 많이 이루어지는 센서의 가장자리에서 발생하는 "무지개 효과" 또는 색수차를 보상해야 한다. 현재의 렌즈 및 센서 설계와, 이와 결합된 처리 알고리즘은 센서 가장자리에서 빛의 세기가 약한 것을 보상해줘야 한다. 이러한 보상에 의해서 성능향상의 가능성이 제한된다.

카메라 렌즈와 바디가 밀폐되어 있으므로, 부식 및 녹을 줄이기 위해 최종 조립시에 아르곤, 크세논, 크립톤 등같은 불활성 가스를 주입할 수 있다. 본 발명의 카메라는 더 넓은 온도 범위에서 작동할 수 있다. 이는 인공위성에 설치한 카메라 및 지상 모두에게 이득이 된다.

센서의 회전 및 이동

도 22, 23은, 센서 조립을 더 쉽게 하기 위해, 간극(34)으로 구분되어 있는 센서 세그먼트(32c)를 갖는 다른 구조의 센서 배열체를 나타낸다. 본 실시예에 따르면, 정지 카메라에 이러한 센서 배열을 적용하여 짧은 시간 동안에 연속해서 두 장의 사진을 찍을 수 있다.

도면에서 센서 배열이 원래 위치(74)와 회전 위치(76)에 있는 것을 각각 도시하였다. 첫 번째 사진 촬영시와 두 번째 사진 촬영시 사이에서 센서 배열체의 위치가 바뀐다. 첫 번째 노출시에 누락된 영상을 소프트웨어로 인식하고, 이 누락된 영상 데이터를 두 번째 노출시에 취득하여 다시 첫번째 영상에 끼워 넣는다(stitch). 센서의 움직임 또는 방향의 변경은 센서 홑눈의 패턴에 따라 달라질 수 있다.

동영상 카메라도 동일하게 동작할 수 있다. 아니면, 다른 실시예로서, 단순히 센서를 움직여서 이전 위치의 데이터를 이용하여 새로운 영상 만을 캡쳐함으로써, 계속되는 후속 처리과정에서 간극을 채울 수 있다. 이 방법은 배열된 센서 사이에 간극이 있는, 움직이는 센서를 사용하여 영상을 캡쳐하는 것이다. 이 방법에 의하면, 세그먼트 사이의 공간이 덜 중요하게 되기 때문에 제작이 훨씬 쉬어진다. 일례를 들어, 중앙의 사각형 센서를 8개의 사각형 센서로 한 줄 둘러싸고, 여기를 다시 16개의 사각형 센서로 한 줄 둘러싼다. 센서는 원형 광학 영상에 맞도록 그 크기를 정하고, 각 줄에는 약간 더 곡률을 주어서 전체적으로 비평면 센서를 만든다.

사용시에는 우선, 카메라로 하나의 사진을 찍는다. 그 다음에 즉시 센서를 약간 회전시키거나 그 위치를 이동하여 두 번째 영상을 바로 캡쳐한다. 소프트웨어에 의해서 간극이 있는 위치를 알아내고, 두 번째 사진으로부터 새로운 데이터를 첫 번째 사진에 끼워 넣는다(stitch). 다른 방식으로서, 센서의 배열 패턴에 따라, 센서가 2차원 공간에서 선형적으로 이동할 수도 있고, 곡면에 상응하도록 3차원에서 원호를 따라 이동하는 것도 가능하다.

이 개념에 의해 복잡한 센서를 보다 더 쉽게 제작할 수 있다. 이 경우에, 복잡한 센서는 여러 개의 작은 센서로 구성된 대형 센서이다. 이러한 복잡한 센서를 이용하여 초점 맞는 영상을 캡쳐하면 완전한 영상을 만드는 데 필수적인 데이터가 각 센서 사이의 간극에서 누락된다. 간극을 작게 하면 이 문제를 좀더 줄일 수 있지만, 작은 간극을 갖는 센서의 조립이 더 어려워진다. 간극이 크면 센서 조립이 더 쉽고 경제적이지만, 완전하지 못한 영상이 만들어지게 된다.

그러나 본 방법에 따르면, 첫 번째 영상 촬영 후에 센서를 이동하여 재빠르게 두 번째 영상을 촬영함으로써, 상기 문제를 해결한다. 이로써 완전한 영상을 얻을 수 있으며, 소프트웨어를 이용하여, 간극에서 온 두 번째 영상에 의해 취합된 데이터를 분리하여 첫번째 데이터에 접합시킨다.

신속하게 연속 노출하는 동안에 영상을 약간 이동시키기 위한 렌즈 요소 또는 반사기를 이동시키거나 기울임으로써 동일한 결과를 얻을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 본 발명의 카메라에서는 공지의 "영상 안정화(image stabilization)" 기법을 이용하는데, 단, 안정화 기능을 근본적으로 변경하여 적용한다. 본 카메라에는 첫 번째와 두 번째 영상 모두에서 영상 안정화를 활용할 수 있다. 이 방법은 노출 동안의 카메라 움직임의 영향을 중화시킨다. 이러한 움직임은 손 떨림이나 엔진 진동에서 올 수 있다. 그러나 본 실시예에 따르면, 첫 번째 노출 후에 영상 안정화를 반대로 적용하여 "영상 불안정화" 또는 "의도적 지터(jitter)"를 실시함으로써 두번째 노출 동안에 센서 상의 영상을 약간 이동시킨다. 제 위치에 고정되어 있는 센서와 함께 이 방법을 적용할 경우에도 역시, 두 번째 노출 시에 영상이 이동하게 됨으로써, 첫 번째 노출에서 홑눈 사이의 간극들을 검출할 수 있게 되고 누락된 영상을 최종 영상 속으로 기록 및 결합할 수 있게 된다.

도 23에 표시된 예에서는 센서가 앞뒤로 회전한다. 다른 실시예에 따르면, 센서를 옆으로 혹은 대각선으로 이동시킬 수 있다. 이 센서는 또한 전체 원 중 일부 원호만큼 회전할 수 있다. 또다른 실시예에 따르면, 소프트웨어가 데이터를 결합하여 완전한 영상을 만드는 동안에, 센서를 지속적으로 회전시킬 수도 있다.

도 24a와 24b는 또한 제2의 센서군을 도시한다. 센서는 처음에 원래 위치(78)에 있는 것으로 도시되어 있고, 다음에 이동된 위치(80)에 있는 것으로 도시되어 있다.

센서 그리드 패턴

도 25a, 25b, 25c, 25d는 센서(82, 84, 86, 88)의 네 가지 다른 격자 패턴에 대한 네 가지 다른 실시예를 나타내고 있다. 홑눈(32e 32f, 32g 및 32h) 사이의 간극(34)을 이용하여 곡면 센서의 제조가 가능하다.

센서의 전기적 연결

도 26, 27, 28은 센서에 연결하는 전기 연결선의 다른 실시예들을 나타낸다.

도 26은 센서(90)에 대략 나선형의 전기 연결 도체(92)가 적용된 것을 표시한다. 전기 도체는 참조 번호 94로 지정된 지점에서 센서에 연결되고, 참조 번호 96으로 지정된 지점에서 신호 처리기에 연결된다. 이 실시예는 도 23에 나타낸 것과 같이, 첫 번째와 두 번째 노출 사이에 센서가 회전하는 경우에 사용할 수 있는 전기 연결 방식이다. 이 배선 방식은 도체(92)의 구부러짐을 줄여서 수명을 늘려준다. 신호 처리기는 센서 조립체에 내장되어 있다.

도 27은 "아코디언" 형태의 도체(100)가 연결된 센서(102)의 뒷면을 보여주는데, A 지점에서 센서와 연결되고 B 지점에서 신호 처리기와 연결된다. 이 실시예는, 도 24에서와 같이 첫 번째와 두 번째 노출 동안에 센서가 회전하지 않고 이동하는 경우에 사용가능하다. 이러한 연결 방식에 의해, 코일 배선처럼, 앞뒤로의 20 센서 연결에도 견딜 수 있다.

도 28은 대략 방사상으로 도체가 배선된 센서(114)의 뒷면을 나타낸다. 각 도체는 링에 접촉되어 있는 브러시(B)에 연결된다. 브러시가 링 위에 접촉한 상태에서 움직이면서 회전 센서의 출력을 취합하여 중앙점 C에서 처리기로 전송한다. 본 실시예는 노출 중에 센서가 회전하는 경우에 사용할 수 있다. 또한, 이 연결 방식은 다른 실시예, 가령, 계속해서 회전하는 센서에도 적용 가능하다. 이러한 실시예에 따르면, 센서가 한 방향으로 계속해서 회전하고, 소프트웨어가 간극을 검출하여 첫번째 노출에서 누락된 데이터를 채워준다.

무선 연결

도 29는 무선 연결 장치(118)의 블록 다이어그램이다. 무선 수신기(122)로 신호를 보내는 송신기(120)에 센서(12)가 연결된다. 수신기는 신호 처리기(124)에 연결된다.

본 발명에서 얻게 되는 이득을 요약하면 다음과 같다. 그러나 이들에 국한되는 것은 아니다.

고해상도 디지털 줌 기능

빠르다

가벼다

저렴하다

긴 초점 범위

신뢰성 우수

낮은 색수차

보다 정밀한 픽셀 해상도

플래시 또는 투광 조명의 불필요

광각에서 망원까지의 줌 기능

III. 추가 실시예

본 발명에 따른 많은 바람직한 특징을 갖는, 카메라(150)를 포함하는 이동통신 장치에 대해서 이제 도 30과 31을 참조하여 설명한다.

배터리, 셔터 릴리즈, 조리개 모니터, 모니터 화면 등과 같은 기존의 기능에 대해서는 명확하므로 설명을 생략한다.

카메라는 대략 곡면형 센서(160)와 렌즈(156)를 수용하고 있는 밀폐된 외함(154)을 포함하고 있다. 외함(154)에는 아르곤, 크세논, 크립톤으로 채워진다. 센서(160)의 전면을 도 31에 개략적으로 표시하고 있는데, 다수의 평면 사각형 픽셀 요소(즉, 홑눈)(162)가 서로 상대적으로 기울어져 전반적으로 곡면을 이루고 있다. 픽셀 요소(162) 사이에 생기는 대체로 삼각형 간극(164) 영역을 줄이기 위하여 중앙부 사각형(170)을 가장 크게 하고, 이를 둘러싸고 있는 8개의 인접 사각형은 그보다 약간 작게 만들어서 그 외곽 모서리들이 서로 닿거나 거의 닿도록 한다. 마찬가지로, 이들을 둘러싸고 있는 16개의 인접 사각형(176)은 그 내측 사각형(172)보다 약간 더 작게 만든다.

중앙부 사각형(170)은 가장 높은 픽셀 밀도를 갖는데, 이 사각형 홑눈을 단독으로 사용하여 망원 영상을 캡쳐한다. 안쪽에서 둘러싸고 있는 사각형(172)은 중간 밀도로 픽셀 배치하여, 실제 배율 사진의 화질을 제공한다.

바깥쪽을 둘러싸고 있는 사각형(176)은 최소 밀도의 픽셀을 갖는다. 본 실시예에서 픽셀 요소(162) 사이의 간극(164)은 전기 연결선이 지나는 통로로 사용한다. 카메라(150)는 또한, 렌즈 차양 신축부(180)를 추가로 포함하는데, 여기에는, 내측에 있는 고정된 차양부재(182), 제1 가동 차양부재(184), 방사상으로 최외곽에 있는 제2 가동 차양부재(186)가 포함된다. 도 30과 같이, 사용자가 광각 사진을 촬영하면 차양부재가 오므러진다. 이 경우에는 극도의 광각시에 들어오는 미광(迷光)만이 차단된다. 이 모드에서는 데이터 처리 시간 및 기록 요구조건을 줄이기 위해, 곡면 센서의 중앙 부분(170, 172)의 고밀도 픽셀 데이터를, 센서의 가장자리 홑눈(176)에서의 낮은 픽셀 밀도와 동일하게 하도록 전체 영상 영역에 걸쳐서 정규화할 수 있다.

실제 배율 사진의 경우에는, 차양부재(184)가 펼쳐져서 피사체 영역의 외부로부터 오는 미광을 차단한다. 이 모드에서는 곡면 센서의 데이터 홑눈(172)의 일부를 압축한다. 처리 시간 및 기록 요구조건을 줄이기 위해 픽셀 밀도가 높은 가장 중심 지역(170)의 데이터를 전체 영상 영역에 걸쳐서 정규화할 수 있다. 사용자가 디지털 줌을 이용하여 망원 사진을 찍게 되면, 차양부재(186)가 펼쳐진다. 이 모드에서는 곡면 센서(160)의 중앙부(170)만을 사용한다. 이 센서 중앙부에만 높은 밀도로 픽셀이 덮여 있기 때문에, 영상은 선명하게 될 것이다.

동작을 보면, 센서 범위 내에 있는 모든 간극을 채우기 위해, 즉, 한 번 노출 시에 간극(164)에서 누락되는 픽셀 데이터를 얻기 위해 카메라(150)는 두 번의 노출을 수행한다. 이를 위해 카메라는 다음과 같은 두 가지 방법 중 하나를 실행한다. 첫째, 이전에 설명한 것과 같이, 센서를 이동시킨 후에 연이어서 신속하게 두 번째 노출을 하는 방법이다. 처리 소프트웨어에 의해 영상 센서의 간극으로 인해 누락된 데이터를 첫번째 노출 시에 검출하고, 이 누락 데이터를 첫번째 영상에 끼워 넣는다. 이로써 완전한 영상이 생성된다. 동영상의 경우에는 이러한 처리를 연속으로 실행하여, 세번째 노출 시에 그 이전 또는 후속 노출 중 하나를 선택하도록 하여 완전한 영상을 생성한다.

둘째, 현재 업계에 공지되어 있는 "영상 안정화"를 이용하여 표준 프로세스를 근본적으로 변경하는 방법이다. 첫 번째 노출 시에 영상을 안정화시킨다. 일단 기록이 되면, 이 "영상 안정화"를 멈추고 영상을 안정화 장치에서 이동시키고, 다시 안정된 상태에서 두 번째 영상을 촬영한다. 이 방법에서는 센서를 전혀 움직이지 않고도 완전한 영상을 다시 만들 수 있다. 도 30에 표시된 점선은 초점 처리의 일실시예에서의 렌즈의 2차원적 이동을 나타내는 것이다. 의도적 지터링(jittering)에 관한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 렌즈가 앞뒤로 이동하지는 않지만, 대신에 센서에 맺히는 영상의 위치를 변경하기 위하여 기울어여진다.

위에서 설명한 카메라(150)에는 많은 장점이 있다. 아르곤 등의 가스가 채워진 외함(154)을 밀폐함으로써 부품의 산화가 방지되고 광범위한 온도 범위에 걸쳐서 동작상의 단열 효과를 얻을 수 있다.

높은 픽셀 밀도의 중앙부 사각형(170)의 가격이 상대적으로 비싸지만, 이것은 비교적 크기가 작고 한 개만 필요하기 때문에 전체 비용은 절감된다. 별도의 부속 렌즈 없이도 양호한 디지털 줌을 구현할 수 있다는 점에서 비용 절감 효과가 크다(부속 렌즈의 가격은 센서의 가격보다 훨씬 더 비싸며, 크고 무겁고 느리다). 바깥쪽을 둘러싸고 있는 센서(176)는 크기가 가장 작으며 픽셀 수가 적기 때문에 상대적으로 저렴하다. 따라서 사각형 요소의 전체 조립체를 볼 때, 센서의 총 비용은, 넓은 원근 범위에 걸쳐서 양호한 성능을 얻을 수 있다는 점을 고려할 때 낮은 것이다.

카메라(150)를 다양하게 변형할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(156)를 모놀리틱이 아닌 다수의 부품으로 구성할 수 있다. 외함(154)을 다른 불활성 가스 또는 무반응 가스(질소, 크립톤, 크세논, 아르곤 등)로 밀봉하거나, 전혀 밀봉하지 않을 수도 있다. 픽셀 또는 홑눈(170, 172, 176)은 직사각형, 육각형, 또는 기타 적절한 형상일 수 있다. 정사각형과 직사각형의 생산이 가장 용이할 것이다. 이상에서 중앙부 픽셀과 이를 2층으로 둘러싸는 사각형 픽셀에 대해서 설명하였지만, 둘러싸는 층수는 임의로, 원하는 층수로 구현할 수 있다.

도 32는 도 30과 31에 나타낸 카메라(150)의 많은 특징을 갖는 카메라(250)의 블록 다이어그램이다. 비평면 센서(260)는 높은 픽셀 밀도를 갖는 중앙 영역(270)과 낮은 픽셀 밀도를 갖는 홑눈으로 이루어진 주변 영역(272)으로 구성된다. 셔터 제어기(274)도 도시되어 있다. 렌즈(256)의 초점/안정화 작동 메커니즘(290)과 셔터 제어기(274)와 렌즈 차양 작동기(280)는 영상 시퀀스 처리기(200)에 의해 제어된다.

홑눈(270, 272)에 있는 픽셀로부터의 신호는 원시 센서 캡쳐 장치(202)에 입력된다. 이 장치(202)의 출력은 자동 초점, 자동 노출/게인, 자동 화이트 밸런스 작용을 하는 장치(204)에 연결되어 있다. 이 장치(202)의 또다른 출력은 픽셀 밀도 정규화 장치(206)에 입력되며, 그 출력은 영상처리 엔진(208)으로 입력된다. 엔진(208)의 제1출력은 디스플레이/LCD 컨트롤러(210)에 입력되고, 엔진(208)의 제2출력은 압축 및 저장 컨트롤러(212)에 입력된다. 본 발명의 다양한 실시예들의 특징과 변형은 원하는대로 결합 또는 대체할 수 있다.

IV. 곡면 센서 카메라를 갖는 이동통신 장치

도 33, 34, 35, 36은 이동통신 장치에 곡면 센서 카메라를 결합한, 본 발명의 일실시예를 나타낸다. 이동통신 장치로는 휴대전화, 랩톱, 노트북 또는 넷북 컴퓨터, 또는 기타 통신, 기록, 또는 계산을 위한 적절한 장치 또는 수단을 들 수 있다.

도 33은 이러한 장치의 특정 실시예를 나타내는 측면도로서, 앞면(305a)과 뒷면(305b) 모두에서 정지 사진과 비디오 영상을 촬영하는 진화된 형태의 카메라(150)를 포함한다. 외함(302)에 마이크로 컨트롤러(304), 디스플레이 화면(306), 터치스크린 인터페이스(308a), 사용자 인터페이스(308b)가 내장된다. 전원 및/또는 데이터 단자(310)와 마이크가 외함(302)의 하단에 위치하고 있다. 볼륨 및/또는 음소거 조작 스위치(318)가 외함(302)의 얇은 측면 중 하나에 설치된다. 스피커(314)와 안테나(315)가 외함(302)의 위쪽 부분 안쪽에 설치되어 있다.

도 34와 35는 다른 실시예(300a)의 사시도(330, 334)를 나타낸다. 도 36과 37은 또다른 실시예(300b)의 사시도(338, 340)를 나타낸다.

V. 센서가 기존에는 기록할 수 없는 세밀한 영상을 캡쳐하기 위한 방법

이 다른 방법은 여러번 신속하게 노출하되, 각 노출별로 정밀하게 약간씩 이동한다. 예로서, 동일한 장면을 네 번 촬영하되, 각 노출마다 각각 네 방향으로 영상을 ½ 픽셀씩 이동한다. (실제로는, 사용하는 영상의 이동량을 변화시켜서 3, 4, 5회 이상의 노출을 적용해도 좋다.)

예를 들어, 도 38의 나무는 카메라에서 멀리 떨어져 있고, 수평으로 4개 픽셀을 차지하고(픽셀과 픽셀 사이에는 공백이 있음), 수직으로는 공백을 포함하여 5개 픽셀을 차지하고 있다. (현재 출시되어 있는 카메라는 25만 픽셀의 해상도를 갖는바, 이 나무 영상은 영상 영역의 백만분의 일보다 작아서 극도로 확대하지 않는 한 육안으로는 구별할 수 없을 것이다.)

도 39는 평면이든 곡면이든 특정 카메라 센서의 일부분을 나타낸다. 이하의 설명에서 수직열은 문자로, 수평열은 숫자로 번호를 매겼다. 검은 부분은 픽셀 사이의 공백을 나타낸다.

도 40은 처음 노출시에 나무 영상이 픽셀 상에 어떻게 위치하는지를 나타내고 있다. 나무 영상이 픽셀 C2, C3, D3, C4, D4, B5, C5, D5에만 "다른 곳에서보다 더 많이 덮여 있음"을 주목해야 한다. 이들 픽셀을 해당 영상으로서 기록한다.

도 41은 노출을 1회 했을 때의 트리의 결과 영상을 나타낸다. 검게 된 픽셀들이 첫번째 영상이 될 것이다.

도 42는 두 번째 노출 데이터를 나타낸다. 이번 노출 시에는 영상이 오른쪽으로 ½ 픽셀만큼 이동되었음을 주목해야 한다. 영상의 이동을 위해서는 물리적으로 센서를 이동시켜도 좋고, 업계에서 공지되어 있는 "영상 안정화" 기법을 반대로 적용해도 좋다. 영상 안정화는 노출 시에 카메라가 움직임으로 인하여 발생하는 상 흐림 현상을 제거하는 방법이다. 두 번째 노출을 위해, 이 기법을 반대로 적용하여 센서에 결상된 영상을 이동시킨다. 노출과 노출 사이에서만 영상 안정화 기법을 역적용하는 것은 독특한 기법으로서 본 발명에서 특허청구할 것이다.

도 42에서, "다른 곳보다 더 많이 덮여있는" 영상의 픽셀은 D2, C3, D3, C4, D4, (E4는 어느 쪽이든 좋다), C5, D5, E5이다. 이에 따른 결과 영상 데이터를 도 43에 나타내었다.

도 44는 세 번째 노출 데이터를 나타낸다. 이번에는 영상을 두 번째 노출 데이터로부터 위로 ½ 픽셀만큼 이동시킨다. 결과적으로 나무가 픽셀 D2, C3, D3, C4, D4, E4, D5 위를 차지하고 있다. 이 세 번째 노출의 결과 데이터는 도 45와 같다.

계속해서, 도 46의 예제에서는 영상을 세 번째 노출 데이터로부터 ½ 픽셀만큼 왼쪽으로 이동시킨다. 그 결과로 영상이 픽셀 C2, C3, D3, B4, C4, D4, C5 위에 있게 된다.

도 47은 네 번째 노출 데이터를 기록한 영상을 나타낸다. 이제 카메라는 동일한 나무 영상에 대해서 네 가지 장면을 갖게 되었다.

현재의 영상 안정화는 1회 노출 동안에 발생하는 미세한 손떨림, 심지어는 모터 등의 진동을 중화하여 상 흐려짐을 제거하고 있다. 이러한 기능은 제2, 제3, 제4, 또는 그 이상의 위치로의 영상 이동이 신속하게 이루어질 수 있다는 것을 암시한다.

대부분의 디지털 카메라도 후속 모델의 향상에 의해 동영상 카메라가 되어가고 있는 것처럼(이전에는 정지영상 카메라 밖에 없었음), 픽셀 응답 시간도 또한 계속해서 개선되고 있다. 이는 또한 신속한 다중 노출을 할 수 있다는 것을 암시하는데, 이는 특히 동영상 촬영 기법의 본질적인 면이기 때문에 그러하다.

다중 노출 시에 각 노출 동안에 영상을 안정시키면서, 각 노출마다 영상을 약간씩 일정한 양만큼 이동시키도록 영상 안정화 메커니즘의 모드를 바꾸는 것에 대해서는 이전에 실시했거나 암시하지 않았었다.

동일한 효과를 위한 다른 방식으로서 센서를 약간 이동하는 것도 또한 신규의 방법이다.

소프트웨어가 네 개의 캡쳐된 영상을 해석하는데, 이는 본 발명의 청구범위의 일부이다. 소프트웨어는 도 45와 47의 데이터를 "보고" 나서, 이 영상이 무엇이든간에 아래쪽 가운데에 짧은 토막이 있는 것으로 파악한다. 도 41과 43에서는 이 토막이 누락되어 있기 때문에, 소프트웨어는 이 토막의 폭은 1 픽셀이고 길이는 반(1/2) 픽셀인 것으로 결정한다.

소프트웨어는 전체 네 개의 장면을 보고 나서, 이 영상이 무엇이든간에 상기 토막 위에, 다른 부분보다 넓고 수평으로 3개 픽셀을 차지하는 기단부가 있는 것으로 파악한다. 이는 도 45와 도 47의 4행과, 도 41 및43의 5행을 근거로 결정한다.

또한, 소프트웨어는 도 41 및 도 43의 3행과 4행을 보고, 이 영상이 무엇인지는 모르지만 상기 넓은 기단부 위에 제2층이 폭 2 픽셀, 높이 2 픽셀을 차지하고 있다고 일단 파악한다. 그러나, 소프트웨어는 다시 도 45와 도 47의 3행을 보고서 상기 제2층의 폭은 2 픽셀이지만 높이는 1 픽셀밖에 안 될 수 있음을 확인한다. 소프트웨어는 이렇게 다른 결과를 평균해서 제2계층은 1½ 픽셀의 높이를 갖는 것으로 결론낸다.

소프트웨어는 네 개 영상 모두의 2행을 보고, 제2층 위에 더 좁은 영상이 또 있음을 인지하게 된다. 이 영상은 일관되게 1 픽셀의 폭과 1 픽셀의 넓이를 차지하며, 제2층 위에 올려져 있고, 가장 넓은 기단부 위의 중심에 위치하고 있다(맨 아래의 토막이 있는 경우에는 이 토막의 중심 위에 있음).

도 48은 다중 노출 시에 각 노출마다 각각 ½ 픽셀씩 이동하여 촬영하여 기록한 결과 데이터를 나타낸다. 데이터가 네 배의 정보를 갖고 있기 때문에, 합성된 영상은 화면으로 보든 인쇄를 하든 1/4로 세밀한 픽셀이 생성될 것이다. 이로써 한 번의 노출로, 기존에 센서 화면이 캡쳐할 수 없었던 세밀한 영상을 볼 수 있게 된다.

도 49는 센서를 4회 노출시키되 각 노출시마다 ½ 픽셀씩 이동하면서 디지털적으로 기록했을, 나무의 원래 영상을 나타낸다. 도 49는 나무 자체와, 이 나무를 네 번의 노출에 의해 기록했었을 네 개의 대표적인 디지털 영상을 나타낸다. 전혀 나무처럼 보이지 않는다.

나무 영상을 4회 디지털 캡쳐한다. 도 50은 원래의 나무를 다수의 영상으로 분해하는 방법, 및 이들 네 영상으로부터 소프트웨어에 의해 생성된 합성 영상이 얼마나 원래 나무와 닮은지를 나타낸다. 완전하게 닮지는 않지만 보다 더 근접하게 되었다. 이 영상의 영역이 대체로 0.000001%인 점을 감안하면, 이 정도로 영상이 닮는다면 감시용으로는 충분히 사용할 수 있을 것이다.

VI. 곡면 센서 형성을 위한 다른 방법

이 새로운 방법 중 한 실시예에 따르면, 거의 용융 상태로 웨이퍼를 가열하여 실리콘을 성형하기 위한 오목한 금형을 만드는 것을 제안한다. 그 다음에는 중력에 의해서 실리콘이 금형에 안착된다. 이러한 모든 방법에서는, 금형을 식히기 위해 빠르게 온도를 내림으로써 균일하게 원래의 두께를 유지하도록 할 수 있다.

원심력의 이용도 두 번째 가능한 방법이다. 세 번째 방법으로는 금형의 다공성에 의해 기압을 낮추는 것이고, 네 번째 방법은 압력 및/또는 매우 높은 비등점에서 사용되는 액체를 이용하여 증기의 온도를 올리는 것이다. 이 네 번째 방법은 웨이퍼 위에서 단순히 볼록한 금형을 눌러서 오목한 금형 속으로 들어가도록 하면 된다. 그러나 이때도 실리콘의 온도를 높인 다음에 시행한다.

가열은 여러 방법으로 실시할 수 있다. 종래의 "베이킹"이 그 한 방법이고, 다른 재료보다도 실리콘 재료에 훨씬 많은 영향을 미치는 복사 파장을 선택하는 것이 두 번째 방법이다. 이 두 번째 방법을 진행하기 위해, 복사파의 대부분을 흡수하는 그을음 등의 물질을 실리콘의 볼록하게 될 면에 바르고 나중에 제거해도 좋다. 이 물질이 복사파를 흡수함으로써 해당 부분에 대한 가열이 촉진되지만, 이에 의해 웨이퍼의 두께가 불균일하게 가열된다. 즉, 볼록한 면이 가장 많이 가열됨으로써 이 부분이 가장 많이 늘어나게 된다. 세 번째 방법으로는 복사파 흡수 물질을 양측면에 적용하는 것이다. 오목한 면에서는 압축 긴장이 흡수되고 볼록한 면은 인장 응력에 의해 잡아당겨지기 때문에, 웨이퍼의 파열없이 이들 변형력을 조절하도록 가열할 수 있다.

마지막 방법으로는 단순히, 곡면 센서를 만들기 위해 불필요한 부분을 가공, 연마, 레이저 에칭으로 제거하는 것이다.

첫 번째 구현 과정으로서, 실리콘 등의 잉곳 재료를 가공하여 곡면을 형성한다. 이 잉곳은 통상의 웨이퍼보다 두꺼워야 할 것이다. 가공으로는 레이저, 이온, 또는 기타 방법에 의한 기계적 가공을 이용할 수 있다. 두 번째 구현 과정으로서, 웨이퍼 재료를 오목한 원판이 배열된 패턴 위에 올려놓는다. 섬광으로 가열함으로써 이 웨이퍼 재료가 오목한 홈 속으로 떨어지게 된다. 이는 단순히 중력에 의해서 이루어질 수도 있고, 원심분리기를 이용할 수도 있다.

또 다른 방법으로서, 실리콘 등의 재료의 뒷면을 가열할 복사파의 특정 파장을 흡수하는 특정 물질을 뒷면에 "도포"함으로써, 센서의 중간 부분에 열이 적게 전달되도록 할 수 있다.

이로써 실리콘 등의 재료의 중간 부분이 덜 가열되면서도 늘어나는 면에서의 유연성이 커져서 금형에 딱 맞게 되어, 센서가 함께 지지되며 수축 또는 늘어나지 않게 되고, 다만 구부러지기만 하게 된다. 또 다른 실시예에 따르면, 앞면에 파장 흡수 물질을 "도포"하고 복사파를 조사함으로써, 해당 부분이 파열없이 수축되도록 할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 재형성 하기 직전에 양면을 동시에 가열한다. 도핑 물질(dopant)을 이미 주입한 경우에는, 복사 파장 및 흡수 물질의 "도포"가 도핑 물질에 미치는 영향을 최소화하거나 없앨 수 있도록 선택해야 할 것이다.

VII. 영상 선명도의 향상

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다중 노출 촬영하는 동안에, 센서 및/또는 광학 요소를 의도적으로 대략 일정하게 이동시킨다. 또 다른 실시예에 따르면, 이러한 이동을 간헐적으로 할 수 있다. 그리고 소프트웨어가 다중 노출을 처리하여 우수한 화질과 선명한 엣지를 갖는 향상된 영상을 생성한다. 소프트웨어는, 사용자가 결정할 수 있는 한 많은 노출을 취한다.

본 실시예에서 센서는 픽셀 밀도가 달라지도록 배열되는데, 센서의 중앙부에서 가장 밀도가 높다. 센서가 회전시에 바깥쪽 가장자리에서의 움직임이 중앙에서의 움직임보다 훨씬 크다. 픽셀 직경보다 작게 움직여서 사진을 촬영하면, 합성 영상에서 캡쳐되는 영상의 선명도가 향상된다. 바깥쪽 가장자리의 픽셀은 밀도가 가장 작으므로, 각 픽셀의 크기는 가장 클 것이다. 중앙에 있는 픽셀은 밀도가 가장 높으므로 픽셀 크기는 가장 작다. 이들 사이에서는, 중심에서 멀어짐에 따라 픽셀 크기가 점차 커진다. 이러한 방법에 있어서, 일정 정도 회전시킴에 의해서 픽셀 수의 변화가 영상 전역에서 동일하게 되어, 이 회전 방향으로의 화질이 향상될 수 있다. 픽셀을 일정 정도 회전시켜 두 번째 노출을 하게 되면, 영상의 엣지가 보다 선명하게 캡쳐되고 향상된다.

센서를 고정하고 영상을 이동시키는 경우

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 평면 또는 곡면 센서를 고정하고, 영상을 원형으로 이동시켜서 데이터를 취득하거나 영상을 생성할 수 있다. 이러한 실시예를 구현하는 하나의 예를 들면, 영상의 원형 이동 경로의 직경이 전체적으로 센서의 픽셀 폭보다 작다. 그 일실시예로서, 원형 이동 경로의 직경이 픽셀 폭의 절반이 된다. 이 실시예에 따르면, 픽셀 밀도는 센서 전역에서 일정하다. 만약 영상이 시계 사진이라면, 이 시계는 작은 원을 그리며 일정하게 이동할 것이고, 숫자 12는 항상 위에, 숫자 6은 항상 아래에 있게 될 것이다.

영상을 고정하고 센서를 이동시키는 경우

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 평면이나 곡면 센서가 대체로 일정하게 완전한 원을 그리며 이동하면서 데이터를 취득하거나 영상을 생성할 수 있다. 이러한 실시예를 구현하는 하나의 예를 들면, 이동형 센서의 원형 이동 경로의 직경이 전체적으로 센서의 픽셀 폭보다 작다.

그 일실시예로서, 원형 이동 경로의 직경이 픽셀 폭의 절반이 된다. 다른 실시예에서 원형 이동 경로는 4½ 픽셀, 또는 6¼ 픽셀, 또는 기타 적절한 직경을 가지고 있다.

이러한 실시예들의 이점은 다음과 같다.

왕복 이동이 전혀 없음

무진동

중지 및 이동 동작시에 에너지 손실이 없음

도 51은 평면 센서(346) 위에서 이동하는 광학 요소(344)의 개략도(342)이다. 광학 요소(344)를 평면 센서 위에서 완전한 원을 그리도록 움직여서 입사광이 완전한 원 경로(348)을 따라 평면 센서 위에서 이동하도록 한다. 본 실시예에서 광학 요소는 대물 렌즈로서 도시하였다.

다른 실시예에 따르면 다른 적절한 렌즈나 광학 부품을 사용할 수 있다. 또다른 실시예에 따르면, 광학 요소(344)를 대체로 지속적으로 또는 간헐적으로 앞뒤로 기울이거나 끄덕이도록 하여 고정형 평면 센서(346) 위에서 영상이 완전한 원을 그리도록 이동시킬 수 있다.

도 52는 도 51에 나타낸 것과 같이 고정형 평면 센서(346) 위에서 이동하는 광학 요소(344)를 위에서 본 그림(350)이다. 센서(346) 위에서 광학 요소(344)가 완전한 원 경로로 움직여서 평면 센서(346) 상에서 입사광을 이동시킨다.

도 53은 고정형 곡면 센서(354) 위에서 움직이는 광학 요소(344)의 개략도(352)이고, 도 54는 도 53에 나타낸 것과 같은 광학 요소(344) 및 센서(354)를 위에서 본 그림(356)이다.

도 55는 고정형 광학 요소(362) 아래에서 평면 센서(360)를 움직이는 방법의 개략도(358)이고, 도 56은 도 55에 나타낸 것과 같은 고정형 광학 요소(362) 및 센서(360)를 위에서 본 그림(372)이다.

도 57은 도 55와 56에 도시한 센서(360)의 회전 운동을 일으키는 구성 요소의 상세도(364)이다. 회전 원판(366) 위에 설치된 연결봉 또는 연결부(367)에 평면 센서(360)가 부착되어 있다. 즉, 회전 원판(366)은 센서(360) 아래에 위치한다. 센서의 부착은 원판(366)의 중심에서 벗어난 위치(368)에서 이루어진다. 원판은 원판 아래에 있는 전기 모터(370)에 의해 회전한다. 모터의 축(372)은 연결봉(367)의 부착점(368)과 정렬되지 않는다.

도 58은 도 57에 도시한 구성의 사시도이다.

도 59는 곡면 센서(376)위에 위치하는 고정형 광학 요소(362)의 개략도(374)이다. 고정형 광학 요소(362) 아래에서 곡면 센서(376)가 이동한다.

도 60은 도 59에 나타낸 광학 요소(362) 및 센서(376)를 위에서 본 그림이다.

도 61은 도 51과 52에 도시한 것과 같이 광학 요소(344)를 원형 이동시키는 방법의 개략도(378)이다. 광학 요소(344)의 주변에 밴드(380)가 둘러싸고 있는데, 이는 다수의 스프링(384)에 회전 접촉점(382)을 제공한다. 스프링 중 두 개에 캠(386 및 388)이 접촉하고, 각 캠은 전기 모터(390 및 392)에 장착되어 있다. 캠이 회전하면, 광학 요소를 둘러싼 밴드에 연결된 스프링이 광학 요소를 움직인다. 두 캠은 원운동을 일으키기 위해 90°로 위상이 어긋나 있다.

도 62는 원형 경로 상에서 단일 궤도를 따라 이동하는 평면 센서의 아홉 가지 모습을 보여주는 개략도(394)이다. 일실시예에 따르면, 원형 경로는 한 개의 픽셀 직경보다 작다. 각 그림에서, 사각형 센서의 좌측 하단 모서리 근처에 있는 회전축 C가 도시되어 있다. 모든 그림마다 반지름 선분이 도시되어 있는데, 이는 회전축과, 각 사각형 상단에 있는 지점을 연결하는 선분이다. 각 그림은 사각형 센서가 회전축 C를 중심으로 시계 방향으로 45°이동한 것을 나타낸다. 각 그림에서 점선으로 그린 사각형은 사각형 센서의 원래 위치를 나타낸다. 반지름 선분에 대해서는, 원에서의 8단계의 이동에 따라 r1에서 r9까지 번호를 매겼다.

다른 실시예에 따르면, 도 62에 묘사한 센서를 직사각형이나 기타 다른 적절한 평면 형태로 구성할 수 있다. 또다른 실시예에 따르면, 센서를 곡면이나 반구형으로 만들 수도 있다. 이동은 시계 방향으로, 시계 반대 방향으로, 또는 본 발명의 목적 달성을 위한 적절한 위치로 이루어질 수 있다.

도 63은 픽셀이 배열된 평면 센서(396)의 개략도이다. 도 63에서 나타낸 센서는 원래 위치에 있는 것이고, 도 64와 65에 나타낸 센서는 원형 경로를 따라 연속해서 회전하고 있다.

센서가 회전하는 동안에, 다중 노출이 이루어지는데, 이는 소프트웨어에 의해 결정된다. 본 실시예에 따르면, 내측 픽셀 열과 외측 픽셀 열은 각각 동일한 수의 픽셀 간격만큼 이동한다. 본 실시예는 센서의 픽셀 수를 넘어서는 영상의 선명도를 강화시키며, 앞의 V장 "센서가 기존에는 기록할 수 없는 세밀한 영상을 캡쳐하기 위한 방법"에서 설명한 방법과 함께 사용할 수 있다.

센서 상의 픽셀 밀도가 급격히 증가하고 있지만, 픽셀 크기가 줄어들어서 각 픽셀이 광자 하나씩만 검출할 수 있게 되기 때문에, 픽셀 밀도의 한계에 부닥쳤다. 즉, 픽셀 크기가 작아짐에 따라 센서의 감도가 줄어든다.

본 실시예는 2010년 1월 6일에 공동 출원한 미국 특허출원 12/655,819 (미국 공개특허 US2010/0260494, 특히 101-113단락 참조)에 설명된 센서 연결 방법 및 장치와 함께 실시할 수 있다.

또다른 실시예로서, 소형 무선장치를 이용하여 센서와 마이크로프로세서를 연결할 수 있다.

VIII. 다른 실시예 - 실리콘 섬유 직조물로 제작하는 센서

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 센서를 실리콘 섬유로 짠 직조물로 제작한다. 본 실시예에서는 실리콘 섬유를 이용하고 있지만, 본 발명의 목적에 적합한 모든 광 투과성 섬유 소재를 사용하여 본 발명을 실시할 수 있다.

도 66은 실리콘으로 제작한 실리콘 섬유(400)의 한 가닥을 나타낸다. 도 67은 이러한 섬유(400) 2조로 짠 직조물(402)을 나타낸다.

1조의 섬유들은 서로 대략 평행하게 배치하고, 2조의 섬유는 1조 섬유와 직교하는데, 각 섬유의 위와 아래로 지나가도록 차례차례 짠다. 전통적인 섬유 직조에 있어서, 1조의 평행한 섬유들을 "날줄", 이 날줄을 아래와 위로 지나가면서 짜는 2조의 섬유들을 "씨줄"이라고 부른다. 실리콘 섬유를 열로 녹이면 질긴 직조 원단이 되기 때문에, 각 섬유의 위와 아래로 지나가면서 직조할 필요없이 섬유 2개마다, 10개마다, 또는 그 밖의 개수마다 직조하면 될 것이다. 가능한 예로서, 10가닥의 날줄 섬유를 10가닥의 씨줄 섬유 위와 아래로 짤 경우에는, 10가닥 단위로 동시에 짤 수 있게 될 것이다.

다른 방식으로, 첫번째 날줄을 10가닥의 씨줄 위로 지나가게 하고, 두번째 날줄은 9개의 씨줄 위로 지나간 다음부터 10개 씨줄의 위와 아래로 지나가게 할 수 있다. 그 다음에는 세 번째 날줄을 8개의 씨줄 위로 지나간 다음부터 직조물 끝에 이를 때까지 10개의 씨줄 위와 아래를 지나가도록 하는 패턴을 반복하여 직조할 수 있다.

섬유(402)를 직조한 후에 도 68에서와 같이, 가열된 제1심형(404) 위에 올려놓는다. 제1심형(404)의 상부는 곡면으로 되어 있다. 이와 유사한 곡면을 갖는 제2심형(505)이 제1심형(404) 위에 위치하고 있다. 직조된 섬유는 심형의 형상을 취하게 되며, 가열하면 실리콘 섬유가 서로 녹아들어서 도 69와 같이 된다. 이에 곡면 센서(406)가 제작되고, 불필요한 잉여 부분(408)을 잘라내어 손질한다.

다른 실시예에 따르면, 평행 배열한 섬유군(410)을 도 70, 71에서와 같이 가공하여 한 층의 부직(unwoven) 박막(412)으로 형성한다. 부직 박막(412)을 두 심형 사이에서 압착하여 가열하면, 실리콘 섬유가 녹으면서 곡면 센서가 제조된다. 가하는 열은 실리콘을 유연하게 만들 수 있으면 충분하다. 그리고 이 상태를 유지하기 위해서 심형을 먼저 따뜻하게 데워도 되지만, 실리콘이 최종 반구 형태로 안정되도록 신속하게 냉각시켜야 할 것이다.

또 다른 변형 실시예로서, 도 72에서와 같이 2조의 섬유를 직각으로 배치하고(414), 열을 가하여 융착 박막(416)을 형성할 수 있다.

IX. 다른 실시예 - 미니센서의 크기를 변화시켜 제조하는 곡면 센서

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 대체로 평면인 미니센서를 다수 배치하여 거의 곡면을 이루도록 함으로써 곡면 센서(418)를 제작한다.

본 실시예에 따르면 미니센서가 모여있는 각 열마다 조금씩 다른 제조 공정을 적용한다. 다른 실시예에 따르면 이 센서가 종래의 평면 센서일 수도 있다.

본 실시예에 따르면, 각 미니센서는 인접한 안쪽 열보다 약간씩 크기가 작아서, 곡면을 형성하기 위해 안쪽으로 센서를 기울여도 각 모서리가 중첩되지 않는다. 이에 본 명세서의 앞에서 설명한 간극이 생긴다. 또한 이러한 간극이 픽셀과 더 짧은 간격으로 연결되어서 공간의 낭비가 줄어든다. 앞에서 설명한 것과 같이, 영상 또는 센서 자체가 이동하며 이중 노출을 하기 때문에, 전체 센서 면에서 영상을 캡쳐하게 되며, 거의 100%의 "충만도(fill factor)"를 얻을 수 있다. "충만도"는 실제로 광자를 캡쳐하여 이를 신호 데이터로 변환하는 센서 면적을 일컫는 업계 용어이다.

본 실시예에 따르면 각각 다른 픽셀 밀도가 있다. 전체 센서의 중앙부에 있는 미니센서에서의 밀도가 가장 높기 때문에 디지털 줌의 효용이 커지고 과도한 비용 없이 선명한 영상을 얻을 수 있다. 그 다음 열에서의 밀도는 더 낮기 때문에, 비용이 절감되며, 실제 장면을 확대없이 촬영할 때에는 전체 픽셀 수에 의해 결정되는 것과 동일한 정도의 선명도를 얻게 된다. 외측 열(본 예에서는 간편하게 세 개의 열이 있는 것으로 가정함)은 선명도가 가장 낮고 개수가 가장 많으면서도 제조비용이 가장 저렴하다.

많은 가능한 예들 중에서 단 하나만에 대해서 전체를 "거의 곡면 센서"로 만들기 위한 "미니센서"가 3열로 배열되어 있다고 가정한다. 중앙부 센서는 디지털 줌기능에 의해 망원 촬영을 할 때에만 단독으로 사용될 것으로서, 여기에는 20MP의 센서가 포함된다. 이로써 광학식 줌에 의한 망원 영상 보다도 월등한 망원 영상이 생성된다. 작지만 고밀도로 픽셀이 배열된 "미니센서"의 비용은 경쟁력이 있다. 초고밀도 픽셀로 인해 비용은 올라갈 것이지만, "미니센서" 한 개의 크기가 작아도 되기 때문에 이 문제가 극복되고, 따라서 웨이퍼당 생산량이 많아진다. 이 중앙부 센서를 둘러싸고 있는 두 번째 열에는 좀더 작은 2.5MP의 "미니센서" 8개가 포함된다고 가정한다.

중앙의 "미니센서"를 최대 확대의 디지털 줌 영상에 사용하는 반면에, 제2열에 있는 "미니센서들"을 조합하여 함께 사용하게 되면 피사체가 실제 배율의 사진으로 바뀐다. 본 실시예에서 8개의 제2열 "미니센서"를 조합하여 20MP 영상을 만들기 때문에, 중앙부 센서는 자체적으로 2.5MP로 압축된다. 이것은, 실제 배율의 사진이 22.5MP로 이루어질 수 있다는 것을 의미한다. 이것도 역시 선명한 영상이다. 중앙부 "미니센서"의 데이터를 압축함으로써 처리가 신속해지고 기록에 대한 요구 조건이 줄어든다. 망원 영상을 실제 배율로 전환하여 영상을 캡쳐할 때에는 중앙부 센서의 고도한 선명성이 필요없다. 마찬가지로, 광각 사진용으로 설계한 실시예의 경우에 있어서, 최외곽 열에는 각 1MP의 "미니센서" 16개가 있다. 그러나, 안쪽 열과 중앙의 "미니센서"에서는 쓸데없이 많은 데이터량을 처리하고 있기 때문에, 이들을 모두 1MP로 압축한다. 이로써, 인간의 눈이 8"×10"로 확대시에 판독할 수 있는 것보다 더 큰 25MP의 광각 영상을 얻게된다. (25개의 "미니센서" 각각이 1MP의 데이터를 처리함.)

이러한 구성에 의해서, 망원, 실제 배율, 광각, 및 이들 사이의 모든 상황에 대해서 비용이 절감될 뿐만 아니라 최적의 메가급의 픽셀수(MP)를 얻게 된다.

또다른 실시예에 따르면, 도 73에서와 같이, 최외곽 열에 있는 상대적으로 밀도가 낮은 "미니센서"는 중앙부 센서에 가까이 다른 미니센서들보다 크기가 훨씬 더 크도록 구성되어 있다. 비교적 큰 미니센서는, 센서의 중심을 향해 있는 작은 센서들보다 감도가 더 크다. 크게 둘러싸고 있는 열의 미니센서가 큰 반면에, 중앙에 있는 미니센서는 상대적으로 작다. 도 73은 중앙의 미니센서(420), 제1렬에 있는 미니센서(422), 제2열에 있는 미니센서(424), 최외곽 열에 있는 미니센서(426)를 도시하고 있다.

또다른 실시예에 따르면, 이 센서는 도 74에서와 같이 대체로 계속해서 회전할 수 있다. 예를 들어, 센서가 0.001°를 회전할 경우, 이는 중앙부 센서, 제1렬 센서, 바깥쪽 센서의 세 열에 대해서 픽셀-영상 이동량과 거의 동일하다. 다중 노출을 이용함으로써 픽셀 수에 의해 암시되는 것보다 더 선명한 영상을 캡쳐할 수 있다. 왜냐하면, 두번째 노출 시에 영상의 가장자리에서 새로운 픽셀 부분을 센서가 캡쳐할 것이기 때문이다. 이 방법에 의해 회전 방향으로 선명한 영상을 얻게 되지만, 중심 방향으로는 아무 것도 얻어지지 않는다.

도 75에 또다른 실시예를 나타내는데, 이는 미니센서 상에 픽셀 부분을 어긋나게 배치하는 것이다.

본 발명에 대해서 다수의 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 관련분야에서 통상의 지식을 가진 자는 첨부한 특허청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형과 개량을 할 수 있음을 알 것이다. 이상에서 개시한 "이동하는 광학부를 갖는 곡면 센서 카메라"를 제공하는 다양한 대안들은, 독자에게 본 발명의 바람직한 실시예를 이해시키기 위하여 설명한 것일 뿐, 본 발명 또는 청구 범위의 한계를 제한하기 위한 것이 아니다.

10. 곡면 센서를 갖는 카메라
12. 곡면 센서
14. 외함
16. 대물 렌즈
18. 입사광
20. 센서로부터의 전기 출력
22. 신호 처리기
24. 사용자 조작기
26. 배터리
28. 메모리
30. 카메라 출력
32. 홑눈
34. 홑눈 사이의 간극
36. 관통홀
38. 배선판
40. 인접한 꽃잎 형태의 세그먼트로 제작한 곡면 센서
42. 꽃잎 형태의 세그먼트
43a. 제1심형
43b. 기재
43c. 제1 열변형성 시트
43d. 심형 위에 있는 변형성 내료의 돔 부분
43e. 곡면 센서의 반구형 기저부
43f. 제2 열변형성 시트
43g. 제2심형
43h. 포트
43i. 빈 영역
43j. 히터
43k. 곡면 센서의 반구형 기저부
43l. 기저부(43e 또는 43k)에 형성된 센서 픽셀
44. 카메라 모니터
46. 대체로 균일한 픽셀 밀도를 갖는 종래의 센서
48. 중앙부를 향해 높은 픽셀 밀도를 갖는 센서
50. 픽셀
52. 차양 오므림
54. 차양 펼쳐짐
56. 다중 렌즈 카메라 조립체
58. 대물 렌즈
60. 거울 내장 카메라/렌즈의 조합
50. 기본 대물 렌즈
52. 보조 대물 렌즈
66. 제1센서
68. 제2센서
70. 거울
72. 측면 설치 센서
74. 원래 위치의 센서
76. 회전된 위치의 센서
78. 원래 위치의 센서
80. 이동한 위치의 센서
82. 센서의 다른 실시예
84. 센서의 다른 실시예
86. 센서의 다른 실시예
88. 센서의 다른 실시예
90. 센서의 일실시예의 뒷면
92. 나선형 도체
94. 센서 연결점
96. 처리기 연결점
98. 센서의 일실시예의 뒷면
100. 아코디언형 도체
102. 센서 연결점
104. 처리기 연결점
106. 센서의 일실시예의 뒷면
108. 방사상 도체
110. 브러시
112. 브러시 접촉점
114. 환형 고리
116. 센서의 중심, 처리기 연결점
118. 무선 연결의 개략도
120. 송신기
122. 수신기
124. 처리기
150. 카메라
154. 외함
156. 렌즈
160. 센서
162. 홑눈
164. 간극
170. 중앙부 사각형
172. 둘러싸고 있는 사각형
176. 둘러싸고 있는 사각형
180. 차양 신축 장치
182. 내측 차양부재
184. 가동 차양부재
186. 외측 가동 차양부재
190. 렌즈 이동 메커니즘
200. 영상 처리기
202. 센서 캡쳐 장치
204. 자동 장치
206. 픽셀 밀도 정규화 장치
208. 영상 처리 엔진
210. 디스플레이/LCD 컨트롤러
212. 압축 및 저장 컨트롤러
250. 카메라
256. 렌즈
260. 센서
270. 중앙부 홑눈
272. 둘러싸고 있는 홑눈
274. 셔터 제어
280. 렌즈 차양 작동장치
290. 초점/안정화 작동장치
292. 렌즈 이동
300. 복합 장치의 제1실시예
300a. 복합 장치의 제1실시예
300b. 복합 장치의 제1실시예
302. 외함
304. 마이크로 컨트롤러
305a. 정면
305b. 후면
306. 디스플레이 화면
308a. 터치스크린 인터페이스
308B. 사용자 인터페이스
310. 전원 및/또는 데이터 단자
314. 스피커
315. 안테나
330. 다른 실시예
334. 다른 실시예
338. 다른 실시예
340. 다른 실시예
342. 고정형 평면 센서와 이동형 렌즈의 개략도
344. 이동형 렌즈
346. 고정형 평면 센서
348. 광로
350. 도 51을 위에서 본 그림
352. 고정형 곡면 센서와 이동형 렌즈의 개략도
354. 고정형 곡면 센서
356. 도 53을 위에서 본 그림
358. 이동형 평면 센서와 고정형 렌즈의 개략도
360. 이동형 평면 센서
362. 고정형 렌즈
364. 도 55를 위에서 본 그림
365. 센서의 원형 이동을 일으키는 부품의 개략도
366. 회전 원판
367. 연결봉
368. 부착점
370. 전기 모터
372. 모터 회전축
373. 도 57의 사시도
374. 이동형 곡면 센서 위의 고정형 렌즈의 개략도
376. 이동형 곡면 센서
377. 도 59를 위에서 본 그림
378. 렌즈를 이동시키는 부품의 개략도
380. 밴드
382. 스프링
384. 캠이 접촉되어 있는 스프링
386. 제1캠
388. 제2캠
390. 제1 전기 모터
392. 제2 전기 모터
394. 센서 회전시의 9가지 모습
396. 센서
398. 픽셀
400. 광섬유
402. 광섬유로 짠 메쉬
404. 가열된 제1심형
405. 상부 심형
406. 직조 돔
408. 불필요한 부분의 정리 및 제거
410. 평행 배열된 섬유
412. 융착된 박막
414. 직각으로 배치된 2조의 섬유
418. 크기가 증가하는 미니센서 열로 구성되는 센서
420. 센서
422. 미니센서의 제1렬
424. 미니센서의 제2열
426. 미니센서의 최외곽 열
428. 크기가 증가하는 미니센서 열로 구성되는 회전형 센서
430. 미니센서 열로 구성되는 센서로서, 각 미니센서가 차례로 위로 이동되어 있음

Claims (56)

1. 삭제
2. 외함,
   상기 외함에 장착되고 방사광을 전달하는 광학 요소,
   상기 외함의 내부에 장착되며 상기 광학 요소와 위치 정렬되고, 경계선에 다수의 간극이 있는 다수의 홑눈을 포함하며 2차원 평면을 벗어나는 부분을 갖는 곡면 센서를 포함하되,
   상기 광학 요소는 영상을 향상시키기 위하여 상기 방사광을 집광하는 동안에 이동되며,
   상기 곡면 센서는 제1노출 데이터 기록을 위한 신호를 출력하고, 상기 광학 요소를 이동하여 기록한 제2노출 데이터 기록을 위한 신호를 출력하고,
   상기 제1노출 데이터와 상기 제2노출 데이터는 상기 곡면 센서의 상기 다수의 간극에 의해 희망영상에서 누락된 부분을 검출하여 완전한 영상을 구성하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 곡면 센서는 다수의 평면 홑눈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 곡면 센서는 다수의 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 다수의 세그먼트가 곡면을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 곡면 센서는 직선과 동일 선상에 있지 않는 2차원 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 곡면 센서는 초박형 실리콘으로 제작되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 초박형 실리콘의 두께는 일차원상의 50 내지 250 미크론의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 곡면 센서는 다결정 실리콘으로 제작하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제2항에 있어서,
    상기 곡면 센서는 다수의 방사상 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제2항에 있어서,
    상기 곡면 센서는 다수의 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제2항에 있어서,
    다수의 픽셀이 상기 곡면 센서에 밀도가 변화되면서 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제2항에 있어서,
    상기 곡면 센서는 이 곡면 센서의 중앙부에서 다른 부분보다 높은 밀도의 픽셀을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제2항에 있어서,
    상기 곡면 센서는 이 곡면 센서의 가장자리에서 다른 부분보다 낮은 밀도의 픽셀을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 곡면 센서의 중앙부에서 다른 부분보다 높은 밀도의 상기 픽셀을 이용하여, 다른 부분보다 높은 영상 해상도를 유지하면서 망원 촬영을 줌인하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제2항에 있어서,
    입사광을 차단하기 위해 이동하도록 배치되는 차양을 추가로 포함하되,
    상기 차양은 광각 영상이 감지되었을 때 오므라들어 입사광을 차단하지 않으며,
    상기 차양은 망원 영상이 감지되었을 때 펼쳐져서 비영상 영역에서 들어오는 외부 입사광을 차단하는 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제2항에 있어서,
    상기 외함은 밀폐되고,
    상기 외함에는 조립시에 불활성 가스가 주입되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제17항에 있어서,
    상기 불활성 가스는 아르곤, 크립톤, 크세논으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 삭제
20. 삭제
21. 제2항에 있어서,
    상기 곡면 센서는 나선형 전기 연결선, 아코디언 형태의 전기 연결선, 그리고 방사상으로 뻗어있는 전기 연결선 중 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제2항에 있어서,
    상기 곡면 센서에 연결되는 송신기,
    신호 처리기에 연결되는 수신기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제4항에 있어서,
    상기 다수의 세그먼트에 있어서, 상기 각 세그먼트 사이에 간극이 형성되고,
    상기 간극은 전기적 연결선의 통로로 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 방사광을 집광하는 대물 렌즈가 장착되는 외함을 포함하며 통신 기능을 제공하는 이동통신 수단을 제공하는 단계와,
    상기 외함 내부에 장착되며 상기 대물 렌즈와 위치 정렬되고, 경계선에 전체적으로 다수의 간극이 있는 다수의 평면 홑눈을 포함하며 2차원 평면을 벗어나는 부분을 갖는 곡면 센서를 형성하는 단계와,
    상기 곡면 센서의 출력을 이용하여 영상을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 영상을 생성하는 단계는,
    제1노출 데이터를 기록하는 단계,
    제2노출을 시행하는 동안에 상기 대물 렌즈를 이동시키는 상기 대물 렌즈 이동 수단을 활성화시키는 단계,
    제2노출 데이터를 기록하는 단계,
    상기 제1노출 데이터와 상기 제2노출 데이터를 비교하여 상기 곡면 센서의 상기 다수의 간극에 의해 희망영상에서 누락된 부분을 검출하는 단계, 및
    상기 제1, 제2노출 데이터를 사용하여 완전한 영상을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제24항에 있어서,
    상기 곡면 센서로 생성한 중앙 영상의 임의의 지점만을 캡쳐하는 단계,
    전체 영상의 상기 지점을 표시하기 위하여 모니터를 사용하는 단계,
    디지털 줌을 망원 영상 촬영 모드로 전환하는 단계,
    상기 곡면 센서의 중앙부에 있는 다른 부분보다 높은 밀도의 픽셀을 이용하여 향상된 화질의 영상을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제24항에 있어서,
    상기 곡면 센서로 생성한 중앙 영상의 임의의 지점만을 캡쳐하는 단계,
    전체 영상의 상기 지점을 표시하기 위하여 모니터를 사용하는 단계,
    디지털 줌을 광각 촬영 모드로 전환하는 단계,
    상기 전체 영상의 중앙부에 있는 데이터를, 상기 전체 영상의 가장자리에 있는 픽셀 밀도와 같은 수준으로 압축함으로써 향상된 화질의 영상을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제24항에 있어서,
    상기 곡면 센서가 제1위치에 있을 때에 제1영상을 촬영 후 상기 곡면 센서가 제2위치에 있도록 변경하여 제2영상을 촬영하는 단계;
    상기 제1영상에서 누락된 영상 데이터를 인식하는 단계;
    누락된 영상 데이터를 제2영상으로부터 가져와 제1영상에 끼워넣는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
28. 제27항에 있어서,
    상기 곡면 센서는 제2위치로 가기 위해 회전하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
29. 제27항에 있어서,
    상기 곡면 센서는 제2위치로 가기 위해 위치 이동을 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
30. 제24항에 있어서,
    영상 안정화를 위해 신속한 이중 연속 노출을 하는 동안에 대물 렌즈를 기울이는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제24항에 있어서,
    피사체에 제1노출을 하는 단계,
    촬영 장면을 상기 제1노출시에서보다 이동하여 피사체에 제2노출을 하는 단계,
    상기 촬영 장면에 있는 객체를 식별하기 위하여 상기 제1, 제2노출을 해석하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 제24항에 있어서,
    용융 상태로 웨이퍼를 가열한 후 실리콘을 형성하기 위한 오목한 금형을 만드는 단계,
    상기 곡면 센서를 만들기 위해 상기 오목한 금형 내로 상기 실리콘이 중력에 의해서 안착되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제32항에 있어서,
    신속하게 온도를 낮춤으로써 원래의 두께를 균일하게 유지토록 상기 오목한 금형을 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
34. 제32항에 있어서,
    상기 곡면 센서의 제조를 완료하기 위해 원심분리기를 사용하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
35. 제32항에 있어서,
    상기 곡면 센서의 제조를 완료하기 위해 상기 오목한 금형의 다공성에 의해 기압을 낮추는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
36. 제32항에 있어서,
    상기 곡면 센서의 제조를 완료하기 위해 증기를 사용하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
37. 제32항에 있어서,
    상기 웨이퍼 위쪽으로 볼록한 금형을 누르는 단계,
    온도를 올린 후 상기 오목한 금형 내로 상기 웨이퍼를 들여보내는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
38. 제32항에 있어서,
    상기 곡면 센서의 제조를 완료하기 위해 상기 웨이퍼를 가공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
39. 제32항에 있어서,
    상기 곡면 센서의 제조를 완료하기 위해 상기 웨이퍼를 연마하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
40. 제32항에 있어서,
    상기 곡면 센서의 제조를 완료하기 위해 상기 웨이퍼에 있는 잉여 물질을 레이저로 에칭하여 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
41. 제32항에 있어서,
    기재 상에 있는 돔 형태의 제1심형을 우선 제공하여 상기 곡면 센서의 기저부를 형성하는 단계,
    상기 제1심형 위에 열변형성 시트를 압착하는 단계,
    제2심형 위에 제2 열변형성 시트를 올려 놓는 단계,
    상기 제2 열변형성 시트를 아래로 끌어내리기 위해 진공압을 적용하는 단계,
    상기 제2심형을 가열하는 단계,
    상기 곡면 센서에 센서 픽셀을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
42. 광학부와 곡면 센서를 포함하는 카메라를 포함하는 이동통신 장치를 제공하는 단계;
    상기 곡면 센서는 그 경계선에 다수의 간극이 있는 다수의 홑눈을 포함함.
    상기 카메라는 상기 광학부를 이동시키는 광학부 이동 수단을 포함함.
    제1노출 데이터를 기록하는 단계;
    제2노출을 시행하는 동안에 상기 광학부를 이동시키는 상기 광학부 이동 수단을 활성화시키는 단계,
    제2노출 데이터를 기록하는 단계;
    상기 제1, 제2노출 데이터를 비교하여 상기 곡면 센서의 상기 다수의 간극에 의해 희망 영상에서 누락된 부분을 검출하는 단계,
    상기 제1, 제2노출 데이터를 사용하여 완전한 영상을 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
43. 다수의 광 투과성 섬유를 제공하는 단계;
    상기 다수의 광 투과성 섬유를 제1조와 제2조로 배치하는 단계;
    상기 다수의 광 투과성 섬유의 상기 제1조를, 모든 섬유가 서로 평행하게 되도록 구성하는 단계;
    상기 다수의 광 투과성 섬유의 상기 제1조 및 제2조는, 섬유들이 서로에 대해서 직교하도록 구성됨
    상기 다수의 광 투과성 섬유의 상기 제2조와 상기 다수의 광 투과성 섬유의 상기 제1조를 직조하여 직조 섬유를 만드는 단계;
    상기 직조 섬유를 가열된 제1심형 위에 올려놓는 단계;
    가열된 제2심형을 이용하여 상기 제1심형 위에 있는 상기 직조 섬유를 압착하는 단계;
    상기 다수의 광 투과성 섬유의 상기 제1조 및 제2조를 서로 융착하여 직조 섬유를 형성하는 단계;
    잉여 직조물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 제조 방법.
44. 제43항에 있어서, 상기 다수의 광 투과성 섬유는 실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
45. 제44항에 있어서, 상기 제1심형과 제2심형은 곡면 직조 섬유를 만들 수 있도록 굴곡되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
46. 다수의 광 투과성 섬유를 제공하는 단계;
    상기 다수의 광 투과성 섬유가 서로 평행하도록 배치하는 단계;
    상기 다수의 광 투과성 섬유를 가열하여 평평한 부직 박막을 성형하는 단계;
    금형 상에서 상기 부직 박막을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 제조 방법.
47. 제46항에 있어서, 상기 다수의 광 투과성 섬유는 실리콘으로 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
48. 제46항에 있어서, 상기 금형은 곡면 부직 박막을 만들기 위해 굴곡되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
49. 제1조와 제2조의 광 투과성 섬유를 제공하는 단계;
    상기 제1조와 제2조의 광 투과성 섬유를 직각으로 배치하는 단계;
    상기 제1조와 제2조의 광 투과성 섬유를 가열하여 융착 박막을 성형하는 단계;
    상기 융착 박막으로 센서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
50. 제49항에 있어서, 상기 제1조와 제2조의 광 투과성 섬유는 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
51. 제50항에 있어서, 상기 융착 박막으로 곡면 센서를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
52. 센서를 제공하는 단계;
    평면인 다수의 미니센서를 제공하는 단계;
    상기 평면 미니센서가 수평 열로 배치되고, 각 연속되는 열에는 상기 평면 미니센서가 인접한 안쪽 열보다 낮은 농도로 배열되도록, 상기 다수의 평면 미니센서를 상기 센서에 첨부하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
53. 제52항에 있어서, 상기 미니센서의 두 가장자리는 상기 센서의 기저부에 평행한 것을 특징으로 하는 방법.
54. 제52항에 있어서, 미니센서 열에 있는 각 미니센서가, 동일한 열에 있는 두 인접 미니센서보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
55. 제52항에 있어서, 상기 센서는 그 수직 축을 중심으로 계속해서 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
56. 제52항에 있어서, 상기 센서는 곡면 센서인 것을 특징으로 하는 방법.
    

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