KR101758377B1

KR101758377B1 - 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101758377B1
Application number: KR1020107027161A
Authority: KR
Inventors: 토마스 엔. 미첼; 이치로 신코다
Original assignee: 아이씨3디 인크.
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2017-07-26
Also published as: TWI531209B; EP2452224A1; US20120188347A1; WO2011003208A1; KR20120093825A; CN102725688B; JP2012532348A; WO2011003168A1; JP5840607B2; US9442362B2; EP2452228A1; JP2012532347A; CN102725688A; CN102640036B; EP2452228A4; US9298078B2; KR101598653B1; EP2452224A4; CN102640036A; TW201108715A

Abstract

3 차원 이미지 정보를 발생시키는 방법 및 장치가 개시된다. 상기 방법은 상기 렌즈의 유효 시야 내에서 포획된 광을 상기 렌즈의 구경면에 지향시키는 단계, 상기 구경면에 근접하게 위치된 공간 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 판별기는 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 부분, 및 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 부분을 포함한다. 상기 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분은 상기 렌즈의 이미지면에 배치된 이미지 센서에서 각각의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 형성하는 렌즈의 유효 시야 내에서 각각의 제 1 원근 시점 및 제 2 원근 시점을 제공한다. 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 원근 시점으로부터 유효 시야 내의 피사체들을 나타내고, 상기 제 2 이미지는 상기 제 2 원근 시점으로부터 상기 피사체들을 나타내고, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지는 상기 피사체들의 3 차원 공간 속성을 나타내기 위해 함께 동작가능하다. 상기 방법은 또한, 상기 제 1 이미지를 상기 이미지 센서 상의 제 1 복수의 센서 소자들에서 수신하는 단계(상기 제 1 복수의 소자들은 상기 제 1 광학 상태를 가진 광에 반응함), 상기 제 2 이미지를 상기 이미지 센서 상의 제 2 복수의 센서 소자들에서 수신하는 단계(상기 제 2 복수의 소자들은 상기 제 2 광학 상태를 가진 광에 반응함)를 포함한다.

Description

3 차원 이미지 정보를 발생시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING THREE-DIMENSIONAL IMAGE INFORMATION}

본 발명은 일반적으로 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 것에 관한 것으로서, 특히, 단일 이미징 경로(single imaging path)를 사용하여 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 것에 관한 것이다.

종래의 2 차원(2D) 이미징에서, 3 차원(3D) 장면의 피사체를 나타내는 광선은 2D 이미지면(image plane) 상에 포획 및 맵핑되어(mapped), 이로써, 깊이 정보는 기록되지 않는다. 입체 영상 광학 시스템들(stereoscopic optical systems)은 서로 다른 원근 시점으로부터 이미지들을 분리시킴으로써, 깊이 정보를 나타내는 이미지를 만들어 낼 수 있다. 깊이 정보는 예를 들면, 장면의 지점들 사이에서 3D 계측을 만들기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 개별적인 이미지들은 사용자의 좌우 눈 각각에서 개별적으로 나타낼 수 있어서, 실제 장면을 보는 인간 눈의 동작을 흉내 낼 수 있고, 사용자가 표시된 시청물에서 깊이를 인식하도록 한다. 개별적인 이미지 또는 입체 이미지는, 서로 다른 원근 시점을 가진 이미지를 만들기 위해, 단일 이미징 경로의 서로 다른 부분들을 사용함으로써, 또는 공간적인 한 쌍의 분리된 이미징 경로를 가진 광학 시스템에 의해 일반적으로 만들어진다. 그 후, 이미지들은, 개별적인 이미지들이 사용자 각각의 좌측 눈 및 우측 눈에 선택적으로 이르도록 할 수 있는 안경류(eyewear)를 사용하여 나타낼 수 있다. 대안적으로, 특별한 표시는 사용자 각각의 좌측 눈 및 우측 눈을 향해 공간적으로 분리된 이미지들이 투영되기 위해 구성될 수 있다.

입체 영상 이미징의 사용은, 3D 내시경이 외과의사에게 3D 뷰어를 제공하기 위해 사용될 수 있는 수술 분야에서도 적용될 수 있다. 입체 영상 이미징은 해저 탐험 등의 원격 동작에서 사용될 수도 있고, 예를 들면, 로봇 액츄에이터(robotic actuator)의 제어는, 상기 액츄에이터로부터 멀리 떨어져 위치된 오퍼레이터에게 3D 이미지 정보를 제공함으로써, 용이하게 된다. 입체 영상 이미징의 다른 적용은 물리적인 계측 시스템에서, 그리고 오락 산업계에서 사용된 3D 필름 제품에서 발견될 수 있다.

본 발명의 목적은 일반적으로 단일 이미징 경로를 사용하여 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 것에 있다.

본 발명의 일 양태에 따라서, 본 발명에서는 단일 이미징 경로 및 이에 연관된 유효 시야(field of view)를 가진 렌즈를 사용하여 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 렌즈의 유효 시야 내에서 포획된 광을 상기 렌즈의 구경면에 지향시키는 단계, 상기 구경면에 근접하게 위치된 공간 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 판별기는 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 부분, 및 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 부분을 포함한다. 상기 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분은 상기 렌즈의 이미지면에 배치된 이미지 센서에서 각각의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 형성하는 렌즈의 유효 시야 내에서 각각의 제 1 원근 시점 및 제 2 원근 시점을 제공한다. 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 원근 시점으로부터 유효 시야 내의 피사체들을 나타내고, 상기 제 2 이미지는 상기 제 2 원근 시점으로부터 상기 피사체들을 나타내고, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지는 상기 피사체들의 3 차원 공간 속성을 나타내기 위해 함께 동작가능하다. 상기 방법은 또한, 상기 제 1 이미지를 상기 이미지 센서 상의 제 1 복수의 센서 소자들에서 수신하는 단계(상기 제 1 복수의 소자들은 상기 제 1 광학 상태를 가진 광에 반응함), 상기 제 2 이미지를 상기 이미지 센서 상의 제 2 복수의 센서 소자들에서 수신하는 단계(상기 제 2 복수의 소자들은 상기 제 2 광학 상태를 가진 광에 반응함)를 포함한다.

상기 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 각각의 제 1 복수의 센서 소자들 및 제 2 복수의 센서 소자들에서 수신하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 복수의 센서 소자들 및 상기 제 2 복수의 센서 소자들 각각은 대응하는 광학 상태를 가진 광을 전달하고 상기 대응하는 광학 상태와는 다른 것을 가진 광의 전달을 차단하는 동작가능한 선택 소자, 및 상기 선택 소자 아래에 위치하여 대응하는 센서 소자를 포함한다.

상기 대응하는 센서 소자 각각은 복수의 센서 소자들을 포함할 수 있다.

상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는, 상기 이미지 센서의 센서 소자들의 반복 회수로 인한 공간 간섭을 감소시키기 위해 동작가능한 반복적인 모자이크 패턴으로 배열된 각각의 제 1 복수의 센서 소자들 및 제 2 복수의 센서 소자들에서 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 판별기의 제 1 부분은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 편광기부를 포함할 수 있고, 상기 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 편광기부를 포함할 수 있다.

상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는, 상기 제 1 편광 상태를 가진 광을 대응하는 복수의 센서 소자들로 전달하기 위해, 그리고 상기 제 2 편광 상태를 가진 광의 전달을 차단하기 위해 배치된 제 1 복수의 편광기 소자들에서 상기 1 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는, 상기 제 2 편광 상태를 가진 광을 대응하는 복수의 센서 소자들로 전달하기 위해, 그리고 상기 제 1 편광 상태를 가진 광의 전달을 차단하기 위해 배치된 제 2 복수의 편광기 소자들에서 상기 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 포획된 광을 수신하는 단계는 상기 편광기의 제 1 부분을 통하여 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 수신하는 단계 및 상기 편광기의 제 2 부분을 통하여 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는, 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하고 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하는 동작가능한 제 1 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하고 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하는 동작가능한 제 2 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 1 이미지를 상기 제 1 복수의 편광기 소자들에서 수신하는 단계는 상기 우측편 타원형 편광 상태를 제 1 선형 편광 상태로 변화시키기 위해, 동작가능한 복수의 1/4 파장판들(quarter wave plates)에서, 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제 1 선형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 동작가능한 대응하는 복수의 선형 편광 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 이미지를 상기 제 2 복수의 편광기 소자들에서 수신하는 단계는 상기 좌측편 타원형 편광 상태를 제 2 선형 편광 상태로 변화시키기 위해, 동작가능한 복수의 1/4 파장판들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제 2 선형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 동작가능한 대응하는 복수의 선형 편광 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 좌측편 타원형 편광 상태는 좌측편 원형 편광 상태를 포함할 수 있고, 상기 우측편 타원형 편광 상태는 우측편 원형 편광 상태를 포함할 수 있다.

상기 포획된 광을 수신하는 단계는 상기 편광기의 상기 제 1 부분을 통하여 제 1 선형 편광를 가진 광을 수신하는 단계, 및 상기 편광기의 상기 제 2 부분을 통하여 제 2 선형 편광 배향을 가진 광을 수신하는 단계(상기 제 1 선형 편광 배향은 상기 제 2 선형 편광 배향과 수직으로 배향됨)를 포함할 수 있고, 상기 제 1 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는 제 1 선형 편광 상태을 가진 광을 전달하고 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하는 동작가능한 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는 제 2 선형 편광 상태를 가진 광을 전달하고 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하는 동작가능한 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 1 선형 편광 배향은 45 도로 배향될 수 있다.

상기 제 1 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는 상기 제 1 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능한 복수의 선형 편광기 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 복수의 편광기 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는 상기 제 2 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 동작가능한 복수의 선형 편광기 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 풍경 배향(landscape orientation) 및 인물 배향(portrait orientation) 중 하나에서 이미지들을 발생시키기 위해서, 약 90 도만큼 상기 판별기를 선택적으로 회전하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 판별기의 제 1 부분은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 필터부를 포함할 수 있고, 상기 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 편광기부를 포함할 수 있고, 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는, 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하고 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하는 동작가능한 제 1 복수의 센서 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는, 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하고 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하는 동작가능한 제 2 복수의 센서 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 1 스펙트럼 속성은 제 1 세트의 파장을 포함할 수 있고, 상기 제 2 스펙트럼 속성은 제 2 세트의 파장을 포함할 수 있고, 상기 제 1 세트 및 상기 제 2 세트의 파장은 파장 차이만큼 파장에서 분리된다.

각각의 센서 소자는 복수의 필터 소자들을 포함할 수 있고, 각각의 필터 소자는 상기 세트의 파장 범위 내의 파장 범위에 있는 광을 전달하기 위해 동작가능하다.

상기 복수의 필터 소자들은, 상기 센서 소자를 통하여 나가는 광이 아래에 위치한 컬러 필터 어레이(color filter array)에 이르기 전에 필터 소자들 각각을 통하여 연속적으로 나아가도록 배치될 수 있다.

상기 복수의 필터 소자들은 서로 근접하게 배치될 수 있고, 대응하는 센서 소자들 위에 위치되고, 그리고 상기 필터 소자들은 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 동시에 발생시키기 위해 구성되면서, 컬러 정보를 발생시키는, 아래에 대응되게 위치한 센서 소자들로 광을 지향시키도록 구성된다.

상기 방법은 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 나타내는 이미지 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 1 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 1 이미지를 나타내는 제 1 이미징 신호를 발생시키고, 그리고 상기 제 2 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 2 이미지를 나타내는 제 2 이미징 신호를 발생시키는 이미징 신호를 처리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 처리하는 단계는, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지가 동일한 컬러 형상을 가지도록, 제 1 이미지 신호 및 제 2 이미지 신호를 이미지 처리하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 1 세트의 파장 및 상기 제 2 세트의 파장 각각은 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장을 포함할 수 있고, 상기 파장 차이는 약 1 나노미터 내지 약 100 나노미터 사이에 있을 수 있다.

상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는, 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하는 제 1 복수의 센서 소자들 위에 위치한 동작가능한 필터 소자를 가진 제 1 복수의 센서 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계, 및 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하는 제 2 복수의 센서 소자들 위에 위치한 동작가능한 필터 소자를 가진 제 2 복수의 센서 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 필터 소자들 각각은 상기 제 1 스펙트럼 속성 및 상기 제 2 스펙트럼 속 각각에 대응한 스펙트럼 응답을 가진 광학 협대역 통과 필터(narrow optical band pass filter)를 포함할 수 있다.

상기 판별기의 제 1 부분은 광의 제 1 세트의 파장을 전달하기 위해 동작가능한 필터 소자를 포함할 수 있고, 상기 판별기의 제 2 부분은 광의 제 2 세트의 파장을 전달하기 위해 동작가능한 필터 소자를 포함할 수 있다.

상기 방법은 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 나타내는 이미지 신호를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 이미징 신호를 발생시키는 단계는, 이미지 센서가 상기 제 1 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 1 이미지를 나타내는 제 1 이미징 신호를 발생시키도록 하는 단계, 및 이미지 센서가 상기 제 2 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 2 이미지를 나타내는 제 2 이미징 신호를 발생시키도록 하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 이미징 신호를 발생시키는 단계는 이미지 센서가 상기 제 1 복수의 센서 소자들 및 상기 제 2 복수의 센서 소자들 각각에서 수신된 광을 나타내는 이미징 신호를 발생시키도록 하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제 1 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 1 이미지를 나타내는 제 1 이미징 신호를 발생시키기 위하여, 그리고 상기 제 2 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 2 이미지를 나타내는 제 2 이미징 신호를 발생시키기 위하여, 상기 이미징 신호를 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 광을 렌즈의 구경면(aperture plane)에 지향시키는 단계는, 상기 렌즈의 유효 시야 내에서 포획된 광을, 상기 렌즈의 물리적인 소리개의 위치, 또는 상기 물리적인 조리개의 접합체(conjugate)의 위치 중 하나에 위치된 렌즈의 구경면에 지향시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계는, 상기 판별기의 제 1 부분 및 제 2 부분에 의한 비네팅(vignetting)으로 인한 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 강도 변화가 인간 눈에 의해 검출가능한 임계치 아래에 있도록, 충분히 작은 변위에 의해 상기 구경면으로부터 변위된 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 변위는 제 1 이미지 및 제 2 이미지에 연관된 이미지면에 걸쳐 30% 아래로 상기 강도 변화를 감소시키는데 충분히 작을 수 있다.

상기 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계는, 상기 구경면에 근접하게 배치된 렌즈 소자의 표면에 적용된 판별기 코팅에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함할 수 있고, 상기 포획된 광을 수신하는 단계는 상기 판별기의 좌측 절반을 통해 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계, 및 상기 판별기의 우측 절반을 통해 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 판별기의 좌측 및 우측 절반 각각은 상기 단일 이미징 경로의 좌측 반원형 부 및 우측 반원형 부 각각을 정의한다.

상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함할 수 있고, 상기 포획된 광을 수신하는 단계는 상기 판별기의 좌측 섹터부를 통해 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계, 및 상기 판별기의 우측 섹터부를 통해 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 좌측 섹터부 및 상기 우측 섹터부는 상기 렌즈의 수직 중심선 주위에 배치된다.

상기 방법은 상기 제 1 원근 시점 및 상기 제 2 원근 시점이 위치를 변화시키도록 하는 상기 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 범위를 변화시키면서, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 원근 시점 위치의 변화는 대응하는 변화를 상기 3 차원 공간 속성의 표시에 제공한다.

상기 렌즈는 상기 판별기의 제 1 부분에 충돌하거나, 상기 제 1 부분을 통과하여 전달되는 광을 차단하기 위해 배치된 제 1 조리개, 및 상기 판별기의 제 2 부분에 충돌하거나, 상기 제 2 부분을 통과하여 전달되는 광을 차단하기 위해 배치된 제 2 조리개를 포함할 수 있다.

상기 방법은 각각의 원근 시점 위치들 사이에서 감소된 간격(separation)을 가진 제 3 이미지 및 제 4 이미지를 발생시키기 위해, 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 이미지 정보를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 결합시키는 단계는 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지의 강도를 스케일링하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 본 발명에서는 단일 이미징 경로 및 이에 연관된 유효 시야를 가진 렌즈를 사용하여 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 장치를 제공한다. 상기 장치는 상기 렌즈의 유효 시야 내에서 포획된 광을 상기 렌즈의 구경면에 지향시키기 위해, 단일 이미징 경로를 가진 동작가능한 렌즈를 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 구경면에 근접하게 위치된 공간 판별기를 포함하고, 상기 판별기는 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 부분, 및 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 부분을 포함한다. 상기 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분은 상기 렌즈의 이미지면에서 각각의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 형성하는 렌즈의 유효 시야 내에서 각각의 제 1 원근 시점 및 제 2 원근 시점을 제공하고, 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 원근 시점으로부터 유효 시야 내의 피사체들을 나타내고, 상기 제 2 이미지는 상기 제 2 원근 시점으로부터 상기 피사체들을 나타낸다. 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지는 상기 피사체들의 3 차원 공간 속성을 나타내기 위해 함께 동작가능하다. 상기 장치는 상기 렌즈의 이미지면에 배치된 이미지 센서를 더 포함하고, 상기 이미지 센서는 상기 제 1 광학 상태를 가진 광에 반응하는 제 1 복수의 센서 소자들, 및 상기 제 2 광학 상태를 가진 광에 반응하는, 상기 이미지 센서 상의 제 2 복수의 센서 소자들을 포함한다.

상기 이미지 센서는 제 1 복수의 센서 소자들 및 제 2 복수의 센서 소자들을 포함할 수 있고, 상기 제 1 복수의 센서 소자들 및 제 2 복수의 센서 소자들 각각은 대응하는 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위한, 그리고 상기 대응하는 광학 상태와는 다른 것을 가진 광의 전달을 차단하기 위한, 동작가능한 선택 소자, 및 상기 선택 소자 아래에 위치하여 대응하는 센서 소자를 포함한다.

상기 제 1 복수의 센서 소자들 및 상기 제 2 복수의 센서 소자들은 상기 이미지 센서의 센서 소자들의 반복 회수로 인한 공간 간섭을 감소시키기 위해 동작가능한 반복적인 모자이크 패턴으로 배열될 수 있다.

상기 이미지 센서는, 상기 제 1 편광 상태를 가진 광을 대응하는 복수의 센서 소자들로 전달하기 위해, 그리고 상기 제 2 편광 상태를 가진 광의 전달을 차단하기 위해 배치되는 제 1 복수의 센서 소자들을 포함할 수 있고, 상기 제 2 복수의 센서 소자들은 상기 제 2 편광 상태를 가진 광을 대응하는 복수의 센서 소자들로 전달하기 위해, 그리고 상기 제 1 편광 상태를 가진 광의 전달을 차단하기 위해 배치된다.

상기 편광기의 제 1 부분은 상기 편광기의 제 1 부분을 통하여 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 상기 편광기의 제 2 부분을 통하여 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능하게 구성될 수 있고, 상기 제 1 복수의 이미지 센서 소자들은, 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하기 위해 동작가능한 제 1 복수의 편광기 소자들을 포함할 수 있고, 상기 제 2 복수의 이미지 센서 소자들은 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하기 위해 동작가능한 제 2 복수의 편광기 소자들을 포함할 수 있다.

상기 제 1 복수의 편광기 소자들 각각은 상기 우측편 타원형 편광 상태를 제 1 선형 편광 상태로 변화시키기 위해 동작가능한 1/4 파장판, 및 상기 제 1 선형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능한 선형 편광 소자를 포함할 수 있고, 상기 제 2 복수의 편광기 소자들 각각은 상기 좌측편 타원형 편광 상태를 제 2 선형 편광 상태로 변화시키기 위해 동작가능한 1/4 파장판, 및 상기 제 2 선형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능한 선형 편광 소자를 포함할 수 있다.

상기 편광기의 제 1 부분은 제 1 선형 편광 배향을 가질 수 있고, 상기 편광기의 제 2 부분은 제 2 선형 편광 배향을 가질 수 있고, 상기 제 1 선형 편광 배향은 상기 제 2 편광 배향과 수직으로 배향되고, 상기 제 1 복수의 편광기 소자들 각각은 제 1 선형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하기 위해 동작가능한 편광기 소자를 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 복수의 편광기 소자들 각각은 제 2 선형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 차단하기 위해 동작가능한 편광기 소자를 포함할 수 있다.

상기 제 1 선형 편광 배향은 45 도로 배향될 수 있다.

상기 제 1 복수의 편광기 소자들은 상기 제 1 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능한 복수의 선형 편광기 소자들을 포함할 수 있고, 그리고 상기 제 2 복수의 편광기 소자들은 상기 제 2 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능한 복수의 선형 편광기 소자들을 포함할 수 있다.

상기 판별기는 풍경 배향 및 인물 배향 중 하나에서 이미지들을 발생시키기 위해서, 약 90 도만큼 선택적으로 회전되도록 동작가능하게 구성될 수 있다.

상기 판별기의 제 1 부분은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 필터부를 포함할 수 있고, 상기 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 편광기부를 포함할 수 있고, 상기 제 1 복수의 센서 소자들은 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하기 위해 동작가능하게 구성될 수 있고, 상기 제 2 복수의 센서 소자들은 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하기 위해 동작가능하게 구성된다.

상기 복수의 필터 소자들은, 상기 센서 소자를 통하여 나가는 광이 아래에 위치한 컬러 필터 어레이에 이르기 전에 필터 소자들 각각을 통하여 연속적으로 나아가도록 배치될 수 있다.

상기 이미지 센서는 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 나타내는 이미지 신호를 발생시키기 위해 동작가능하게 구성될 수 있으며, 상기 이미지 센서는, 상기 제 1 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 1 이미지를 나타내는 제 1 이미징 신호를 발생시키고, 그리고 상기 제 2 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 2 이미지를 나타내는 제 2 이미징 신호를 발생시키는 상기 이미징 신호를 처리하기 위해 동작가능하게 구성된 제어기를 더 포함할 수 있고, 상기 제어기는 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지가 동일한 컬러 형상을 가지도록, 제 1 이미지 신호 및 제 2 이미지 신호를 이미지 처리를 하기 위해 동작가능하게 구성된다.

상기 이미지 센서는, 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하고 제 1 복수의 센서 소자들 위에 위치한 동작가능한 필터 소자를 가진 제 1 복수의 센서 소자들, 및 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하는 제 2 복수의 센서 소자들 위에 위치한 동작가능한 필터 소자를 가진 제 2 복수의 센서 소자들을 포함할 수 있다.

상기 필터 소자들 각각은 상기 제 1 스펙트럼 속성 및 상기 제 2 스펙트럼 속 각각에 대응한 스펙트럼 응답을 가진 광학 협대역 통과 필터를 포함할 수 있다.

상기 이미지 센서는 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 나타내는 이미지 신호를 발생시키기 위해 동작가능하게 구성될 수 있다.

상기 이미지 센서는 상기 제 1 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 1 이미지를 나타내는 제 1 이미징 신호를 발생시키기 위해, 그리고 상기 제 2 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 2 이미지를 나타내는 제 2 이미징 신호를 발생시키기 위해 동작가능하게 구성될 수 있다.

상기 이미지 센서는 상기 제 1 복수의 센서 소자들 및 상기 제 2 복수의 센서 소자들 각각에서 수신되어 나타난 광을 발생시키기 위해, 상기 제 1 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 1 이미지를 나타내는 제 1 이미징 신호를 발생시키고 상기 제 2 복수의 센서 소자들에 의해 수신된 제 2 이미지를 나타내는 제 2 이미징 신호를 발생시키는 이미징 신호를 처리하기 위해 동작가능하게 구성될 수 있다.

상기 렌즈의 구경면은, 상기 렌즈의 물리적인 조리개의 위치, 또는 상기 물리적인 조리개의 접합체의 위치 중 하나에 위치된 렌즈의 구경면을 포함할 수 있다.

상기 판별기는, 상기 판별기의 제 1 부분 및 제 2 부분에 의한 비네팅으로 인한 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 강도 변화가 인간 눈에 의해 검출가능한 임계치 아래에 있을 수 있도록, 충분히 작은 변위에 의해 상기 구경면으로부터 변위될 수 있다.

상기 판별기는 상기 구경면에 근접하게 배치된 렌즈 소자의 표면에 적용된 판별기 코팅을 포함할 수 있다.

상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함할 수 있고, 상기 판별기는 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 좌측 절반 및 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 우측 절반을 포함할 수 있고, 상기 판별기의 좌측 절반 및 우측 절반 각각은 상기 단일 이미징 경로의 좌측 반원형 부 및 우측 반원형 부 각각을 정의한다.

상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함할 수 있고, 상기 판별기는 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 좌측 섹터부 및 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 우측 섹터부를 포함할 수 있고, 상기 좌측 섹터부 및 상기 우측 섹터부는 상기 렌즈의 수직 중심선 주위에 배치된다.

상기 판별기는, 상기 제 1 원근 시점 및 상기 제 2 원근 시점이 위치를 변화시키도록 하는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 범위를 변화시키면서, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 형성하기 위해 동작가능할 수 있고, 상기 원근 시점 위치의 변화는 대응하는 변화를 상기 3 차원 공간 속성의 표시에 제공한다.

상기 장치는 상기 판별기의 제 1 부분에 충돌하거나, 상기 제 1 부분을 통과하여 전달되는 광을 차단하기 위해 배치된 제 1 조리개, 및 상기 판별기의 제 2 부분에 충돌하거나, 상기 제 2 부분을 통과하여 전달되는 광을 차단하기 위해 배치된 제 2 조리개를 포함할 수 있다.

상기 장치는 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 이미지 정보를 결합시켜서, 각각의 원근 시점 위치들 사이에서 감소된 간격을 가진 제 3 이미지 및 제 4 이미지를 발생시키도록 동작가능하게 구성된 제어기를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지의 강도를 스케일링(scaling)함으로써 이미지 정보를 결합시키도록 동작가능하게 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 양태 및 특징은 첨부된 도면과 함께, 본 발명의 특정 실시예들의 다음 설명의 검토에 따라 기술분야의 당업자에게 있어 명백해질 것이다.

도면에서는 본 발명의 실시예들을 제시하고,
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 장치의 사시도;
도 2는 도 1에서 도시된 장치에 사용된 이미지 센서를 절개한 부분적인 사시도;
도 3은 도 2에서 도시된 이미지 센서의 일부의 분해도;
도 4는 도 1에서 도시된 장치의 동작 상태를 나타낸 상부도;
도 5는 도 4에서 도시된 장치에 의해 발생된 이미지를 나타내는 사시도;
도 6은 도 1 내지 도 4에 도시된 장치의 대안적인 실시예에서 사용된 간섭 필터에 대한 전달 스펙트럼의 그래픽 도면;
도 7은 본 발명의 대안적인 실시예에 따라서 도 2에서 도시된 이미지 센서의 일부의 분해도; 및
도 8 - 10은 도 1에서 도시된 장치에서 사용된 편광기의 대안적인 실시예를 제시한 일련의 도면이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 장치는 일반적으로 100으로 제시된다. 장치(100)는 중심 축(103)을 따라 일반적으로 배향된 단일 이미징 경로를 가진 렌즈(102)를 포함한다. 렌즈(102)는 렌즈의 유효 시야 내에 포획된 광을 렌즈의 구경면(104)으로 지향시키기 위해 동작가능하다.

장치(100)는 구경면(104)에 근접하게 위치된 공간 판별기(108)도 포함한다. 구경면(104)은 렌즈(102)의 물리적인 구경면일 수 있거나, 또는 구경면의 접합체일 수 있다. 판별기(108)는, 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 부분(110), 및 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 부분(112)을 포함한다. 단일 이미징 경로의 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)은 렌즈의 이미지면(114)에서 각각의 제 1 및 제 2 이미지를 형성하는 렌즈(102)의 유효 시야 내에서 각각의 제 1 및 제 2 원근 시점을 제공한다. 제 1 이미지는 제 1 원근 시점으로부터 유효 시야 내에 있는 피사체들(피사체(116) 등)을 나타내고, 제 2 이미지는 제 2 원근 시점으로부터 피사체들을 나타낸다. 제 1 및 제 2 이미지는 피사체들(116)의 3 차원 공간 속성을 나타내기 위해 함께 동작가능하다.

장치(100)는 렌즈(102)의 이미지면(114)에 배치된 이미지 센서(106)도 포함한다. 이미지 센서(106)는 제 1 광학 상태를 가진 광에 반응하는 제 1 복수의 센서 소자들(138), 및 제 2 광학 상태를 가진 광에 반응하는 제 2 복수의 센서 소자들(139)을 포함한다. 이미지 센서(106)는 전하 결합 장치 센서(CCD) 또는 능동 픽셀 센서(CMOS 능동 픽셀 센서 등)로서 실행될 수 있다.

이미지 센서(106)는 이미지 신호를 발생시키는 출력(128)을 포함한다. 장치(100)는 이미지 센서의 출력(128)으로부터 이미지 신호를 수신하는 입력(132)를 가진 제어기(130)도 포함한다. 일 실시예에서, 출력(128)은 이미지 센서(106)로부터의 이미지 신호를 평행하게 판독할 수 있기 위해 복수의 평행 신호 라인들을 포함할 수 있다. 제어기는 이미지 신호의 처리를 실행시키기 위해 동작가능하게 구성된 프로세서 회로를 포함할 수 있다.

도 1에 제시된 실시예에서, 렌즈(102)는 줌 렌즈 군(124)을 구성하고 구경면(104)의 위치를 정의하는 렌즈 소자들(118, 120 및 122)을 포함하는 복수의 렌즈 소자들을 포함한다. 줌 렌즈 군(124)의 초점 길이는 렌즈 소자들(118 및 120)을 이동시킴으로써 변화될 수 있다. 렌즈(102)는 이미지면(114)의 이미지들을 포커싱하는 초점 렌즈(126)도 포함한다. 다른 실시예에서, 렌즈(102)는 많거나 적은 렌즈 소자들로 구성될 수 있고, 프라임(prime), 텔레포토(telephoto) 또는 이미징에서 사용되는 다른 유형의 렌즈일 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이미지 센서는 일반적으로 200으로 제시된다. 이미지 센서(200)는 복수의 센서 소자들(204)을 포함하는 감광성층(202)을 포함하고, 상기 복수의 센서 소자들(204)은 유효 기간(a period of time) 동안 센서 소자에 입사된 광자 선속(photon flux)을 나타내는 전기 전하 또는 전압을 만들어내기 위해 동작가능하다. 이미지 센서(200)는, 감광성층(202) 상에 위치되고 복수의 컬러 필터 소자들(208)을 가진 컬러 필터 어레이(206)를 더 포함한다. 각각의 컬러 필터 소자들(208)은 컬러 필터 소자들과 센서 소자들 사이에서 1 대 1 대응을 제공하기 위해 센서 소자(204) 상에 위치된다. 층들(202 및 206)은 종래의 이미지 센서들과 유사한 CCD 이미지 센서 또는 CMOS 능동 픽셀 센서를 함께 포함할 수 있다.

이미지 센서(200)는 선택 층들(210 및 212)도 포함한다. 일 실시예에서, 층들(210 및 212)은 제 1 및 제 2 광학 상태 중 하나를 가진 광을 선택적으로 전달하기 위해, 그리고 다른 광학 상태를 가진 광의 전달을 차단하기 위해 동작할 수 있는 선택 소자들(214)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서(200)의 부분(216)은 도 3의 분해도에서 도시된다. 도 3을 참조하여, 이 실시예에서, 각각의 선택 소자(214)는 층(212) 상의 1/4 파장판 소자(218) 및 층(210) 상의 선형 편광기 소자(220)를 포함한다. 도 3에서, 층(212) 상의 1/4 파장판들(218)의 일부는 "R"로서 표기되고, 상기 "R"은 파장판이 우측편 원형 편광(right-hand circular polarized light)을, 제 1 편광 배향을 가진 선형 편광으로 변화시키기 위해 배향된 것을 나타낸다(예를 들면, -45°). 층(212) 상의 다른 1/4 파장판들(218)은 "L"로서 표기되고, 상기 "L"은 파장판이 좌측편 원형 편광을, 선형 편광으로 변화시키기 위해 배향된 것을 나타낸다(예를 들면 +45°). 유사하게, 층(210) 상의 선형 편광기들(220)의 일부는 "-"로서 표기되고, 상기 "-"는 편광기가 제 1 편광 배향을 가진 선형 편광을 전달하기 위해 배향된 것을 나타내고(예를 들면 -45°), 층(210) 상의 다른 선형 편광기들은 "+"로서 표기되고, 상기 "+"는 편광기가 제 2 편광 배향을 가진 선형 편광을 전달하기 위해 배향된 것을 나타낸다(예를 들면 +45°). 파장판들(218) 및 편광기들(220)은 실질적으로 동일한 크기를 가지고, "R"로 표기된 각각의 파장판은 "-"로서 표기된 편광기 상에 위치되고, "L"로 표기된 각각의 파장판은 "+"로서 표기된 편광기 상에 위치된다. 파장판들(218) 및 편광기들(220)은 예를 들면, 종래의 리소그래픽 증착(lithographic deposition) 또는 처리에 의해 제조될 수 있다.

컬러 필터 어레이 층(206)은 복수의 컬러 필터 소자들(208)을 포함하고, 이 실시예에서, 상기 복수의 컬러 필터 소자들(208)은 2 개의 녹색 또는 휘도 감광 소자들(G), 적색 색차 감광 소자(R) 및 청색 색차 감광 소자(B)를 가진 베이어 필터 패턴(Bayer filter pattern)에 배열된다. 각각의 G, R 및 B 컬러 필터 소자들(208)은 선택 소자들(214)(1/4 파장판 소자(218) 및 선형 편광기 소자(220)로 구성됨)의 크기의 1/4이고, 그 결과, 4 개의 컬러 필터 소자들(GRBG)의 베이어 셀(Bayer cell)(222)은 단일 선택 소자와 동일한 크기를 가지고, 그리고 대응하는 선택 소자 아래에 위치된다.

최종적으로, 감광성층(202) 상의 복수의 센서 소자들(204) 각각은 위에 위치한 컬러 필터 소자(208)에 대응하는 크기 및 배열을 가진다. 이로써, 센서 소자들(204)의 스펙트럼 반응은 이미지들의 컬러 정보가 이미지 신호로부터 복구되도록, 위에 위치한 컬러 필터 소자(208)에 의해 변형된다.

공간 판별기

일반적으로, 렌즈(102)의 유효 시야로부터 수신된 광은 임의의 선형 편광를 가질 것이다. 일 실시예에서, 공간 판별기(108)의 제 1 부분(110)은 1/4 파장판에 따른 선형 편광기를 포함한다. 선형 편광기는, 선형 편광기에 입사되고 제 1 편광 배향(예를 들면 -45°)을 가진 선형 편광 성분이 선형 편광기를 통하여 전달되도록 배향될 수 있다. 1/4 파장판은, -45° 편광 배향을 가진 광이 좌측편 원형 편광으로 변화하도록 배향된다. 이로써, 이 실시예에서 판결기의 제 1 부분(110)은 전달되는 좌측편 원형 편광을 초래한다.

이와 유사하게, 공간 판별기(108)의 제 2 부분(112)은, 선형 편광기 상에 입사되고 제 2 편광 배향(예를 들면 +45°)을 가진 선형 편광 성분이 선형 편광기를 통하여 전달되도록 배향된 선형 편광기도 포함할 수 있다. 1/4 파장판은, +45° 편광 배향을 가진 광이 우측편 원형 편광으로 변화하도록 배향된다. 이로써, 이 실시예에서 판결기의 제 2 부분(112)은 전달되는 우측편 원형 편광을 초래한다.

동작

도 2 및 도 3에서 도시된 이미지 센서(200)의 동작은 장치(100)를 상부도롤 나타낸 도 4 및 도 5를 더 참조하여 기술된다.

도 4를 참조하여, 렌즈(102)의 유효 시야에서, 제 1 지점(140)으로부터 발산된 광선(142)은 임의의 편광을 포함할 수 있고, 렌즈(102)에 의해 포획되고, 상기 광선이 판별기(108)의 제 1 부분(110)을 통하여 나가는 구경면(104)으로 지향된다. 판별기(108)의 부분(110)을 통해 전달된 광선(144)은 좌측편 원형 편광을 가지고, 이미지면(114) 상의 지점(146)으로 포커싱된다. 도 3을 다시 참조하여, "L"로서 표기된 층(212) 상의 1/4 파장판들(218)에 충돌하는 좌측편 원형 편광을 가진 광선은 좌측편 원형 편광으로부터 +45°선형 편광으로 편광 상태가 변화한다. "+"으로 표기된 선형 편광기 소자들(220)은 제 1 이미지의 기록을 용이하게 하기 위해 대응하는 컬러 필터 소자들(208) 및 센서 소자들(204)을 통하여 +45°편광을 전달한다. "L"로서 표기된 층(212) 상의 1/4 파장판들(218)에 충돌하는 우측편 원형 편광을 가진 광선은 우측편 원형 편광으로부터 -45° 선형 편광으로 편광 상태가 변화하고, "+"로서 표기된 선형 편광기 소자들에 의해 차단된다.

도 4를 다시 참조하여, 이 실시예에서 제 2 지점(148)으로부터 발산된 광선(150)은 렌즈(102)에 의해 포획되고, 상기 광선이 판별기(108)의 제 2 부분(112)을 통하여 나가는 구경면(104)으로 지향된다. 판별기(108)의 부분(112)을 통해 전달된 광선(152)은 우측편 원형 편광을 가지고, 이미지면(114) 상의 지점(154)에 포커싱된다. 도 3을 다시 참조하여, "R"로서 표기된 층(212) 상의 1/4 파장판들(218)에 충돌된 우측편 원형 편광을 가진 광선은 우측편 원형 편광으로부터 -45°선형 편광으로 편광 상태가 변화한다. "-"으로 표기된 선형 편광기 소자들(220)은 제 2 이미지의 기록을 용이하게 하기 위해 대응하는 컬러 필터 소자들(208) 및 센서 소자들(204)을 통하여 -45°편광을 전달한다. "R"로서 표기된 층(212) 상의 1/4 파장판들(218)에 충돌하는 좌측편 원형 편광을 가진 광선은 우측편 원형 편광으로부터 +45° 선형 편광으로 편광 상태가 변화하고, "-"로서 표기된 선형 편광기 소자들에 의해 차단된다.

유리하게, 제 1 및 제 2 이미지는 이미지 센서 소자(204)에서 동시에 이용가능하고, 유효 시간 동안 센서 소자들(204)에 축적된 신호 값들을 판독함으로써 분리될 수 있다. 비디오 이미지들에 대해서 유효 시간 구간은 원하는 프레임율에 의해 설정될 수 있다(예를 들면, NTSC 비디오 신호에 대해서 초당 30 개의 프레임). 일 실시예에서, 모든 센서 소자들은 단일 동작에서 픽셀의 스트림(stream)으로서 이미지 센서(200)를 판독하고, 제어기(130)(도 1에 도시)는 이미지 센서(200)의 선택 층들(210 및 212) 상의 선택 소자들(214)의 특정 배치에 따라서, 상기 픽셀들을 제 1 이미지 픽셀들 및 제 2 이미지 픽셀들로 분리한다. 다른 실시예들에서, 제 1 이미지에 연관된 센서 소자들은 제 1 시간 구간 동안 판독될 수 있으면서, 제 2 이미지에 연관된 센서 소자들은 제 2 시간 구간 동안 판독될 수 있다.

도 5를 참조하여, 도 1에서 도시된 피사체(116)의 대표적인 제 1 및 제 2 이미지는 160 및 162로 나타낸다. 판별기(108)의 제 1 부분(110)에 의해 정의된 단일 이미징 경로의 제 1 부분이 중심 축(103)으로부터 오프셋(offset)되기 때문에, 제 1 이미지(160)는 피사체(116)의 일측으로부터의 원근 시점을 가지고, 이미지 중심(164)으로부터 좌측을 향해 오프셋된다. 제 2 이미지(162)는 피사체(116)의 타측으로부터의 원근 시점을 가지고, 이미지 중심(164)으로부터 우측을 향해 오프셋되게 형성된다. 제 1 및 제 2 이미지(160 및 162)가 사용자의 좌우 각각의 눈에 선택적으로 지향될 시에, 사용자는 이미지로부터 3D 정보를 식별할 수 있고, 동일한 방식으로 사용자는 실제 피사체(116)를 볼 시에 3D 정보를 식별할 수 있다.

제 1 및 제 2 이미지(160 및 162)는 별도의 비디오 분야로서 비디오 디스플레이 모니터 상에 대안적으로 표시될 수 있다. 다양한 유형의 능동 및 수동 안경류는 사용자의 눈에 상기와 같이 표시된 제 1 및 제 2 이미지(160 및 162)를 지향시키기 위해 이용가능하다. 수동 유형의 안경류는 일반적으로 안경류에 있는 수동 필터 소자들이 이미지들을 분리시킬 수 있게 하기 위하여, 표시된 이미지의 추가적인 파장 또는 편광 처리에 따라 달라진다. 능동 유형의 안경류는 일반적으로 각각의 좌우 눈에 제 1 및 제 2 이미지(160 및 162)가 전달되도록, 대안적으로 디스플레이로부터 동기 신호를 수신하는 수신기를 포함한다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 이미지(160 및 162)는 각각의 이미지에서 식별가능한 특징을 조화시키기 위해, 그리고 상기 식별된 특징들 사이에서 측면 이동을 판별하기 위해 처리될 수 있다. 판별된 측면 이동은, 장치(100)의 이미징 파라미터들의 정보와 함께, 피사체 상의 지점들 사이에서, 또는 서로 다른 깊이들에서의 피사체들 사이에서 깊이의 상이성을 계산하기 위해 사용될 수 있다.

유리하게, 판별기(108)는 수동 편광기 소자 등의 수동 소자일 수 있고, 흡수성 편광기 막 또는 박막 편광기 등의 상대적으로 얇은 물질의 사용을 가능케 한다. 상기와 같은 물질은 판별기(108)가 구경면(104)에 매우 근접하거나 가까이에 위치되도록 하고, 렌즈 소자들 사이에서 한정된 공간을 가지는 렌즈(102)에서도 그러하다. 단일 이미징 경로의 제 1 또는 제 2 부분을 통한 선택적인 광의 전달로 인해 이미지들의 비네팅을 감소시키거나 제거하기 위해 렌즈(102)의 구경면에서 적어도 근접하게 일어나는 제 1 및 제 2 이미지를 만들어 내는 선택적인 광의 전달/차단을 가지는 이점을 가진다. 일부 실시예에서, 판별기(108)는 시스템 조리개를 정의하고 렌즈(102)에 의해 포획된 광의 양을 제어하는 렌즈의 아이리스(iris)(미도시)에 근접하게 위치될 수 있다. 대안적으로, 판별기(108)의 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)은 코팅으로서 렌즈의 구경면을 정의하는 렌즈 소자 또는 렌즈의 구경면에 근접하게 위치된 렌즈 소자에 직접 적용될 수 있다.

특정 렌즈를 사용하여 원하는 이미징 품질 또는 성능을 달성하기 위해서, 광학 감광도 분석은 구경면(104)으로부터 판별기(108)의 최대 변위를 나타내는 거리 공차(distance tolerance)를 산출하기 위해 실행될 수 있다. 상기와 같은 분석은 판별기(108)의 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)으로 인한 비네팅 때문에 제 1 및 제 2 이미지의 기하학적인 오프셋을 고려할 수 있고, 거리 공차는 수용가능한 3D 이미징 품질에 대해 기준을 만족시키기 위해 구경면으로부터 최대 거리를 제공할 수 있다. 이미징 품질이 구경면으로부터 이격되게 판별기(108)를 이동시킴으로써 영향을 끼치는 정도는 렌즈(102)를 구성하는 렌즈 소자들의 구성 및 원하는 시스템의 이미징 성능에 따라 달라진다. 최고성능의 이미징 시스템에서, 판별기(108)는 비네팅을 최소화시키기 위해 구경면(104)에 매우 근접하게 위치되어야 하고, 이로써, 이미지에 걸친 이미지 강도를 실질적으로 균일하게 가진 제 1 및 제 2 이미지를 제공할 수 있다. 낮은 성능의 이미징 시스템에서, 상기 시스템은 이미지들의 에지들에서 이미지 강도가 매우 현저하게 저하(falloff)되도록 하는 것을 수용할 수 있는데, 이는 인간 눈이 상기와 같은 저하에 대해 매우 민감하지 않기 때문이다. 중요하지 않은 이미징 적용물에서, 이미지의 외부 에지들에서 30% 내지 90% 이미지 저하는 수용될 수 있고, 컴퓨터 이미지 처리 또는 다른 광학 처리에 의해 보상될 수 있다.

도 3을 다시 참조하여, "R" 및 "L"이 제시된 실시예에서, 1/4 파장판들(218)은 모자이크 패턴으로 반복된다. 제시된 실시예에서, 제 1 행은 반복 패턴 "RLLRLLR"을 가지고, 제 2 행은 반복 패턴 "LRRLRRL"을 가진다. 다른 반복적인 다양한 모자이크 패턴들은 사용될 수 있다. 반복적인 모자이크 패턴은 모아레 등의 공간 간섭 효과를 감소시키기 위해 동작가능하고, 이는 일정한 반복 패턴이 사용될 시에도 발생될 수 있다.

대안적으로, 또 다른 실시에에서, 판별기(108)는, -45° 편광을 전달하기 위해 구성된 제 1 부분(110) 및 +45° 편광을 전달하기 위해 구성된 제 2 부분(110)을 가지는 선형 편광기로서 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 층 선택 층(212)은 필요하지 않고, 층(210) 상의 소자들(220)은 선택 소자들의 기능을 실행할 것이다. 상기와 같은 실시예에서, 도 1에서 도시된 바와 같이 배향될 시에, 장치(100)는 "풍경 배향"(즉, 이미지의 가장 긴 치수는 수평으로 배향됨)으로 일반적으로 언급되는 이미지를 발생시키기 위해 구성된다. 최종적인 제 1 및 제 2 이미지는 우측 및 좌측 이미지로 분리되고, 제 1 및 제 2 이미지가 수평적으로 분리된 사용자의 우측 및 좌측 눈에 의해 일반적으로 보이는 이미지에 대응하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 특히, 이미지 사진 촬영에서, 카메라의 사용자가 풍경 배향 및 인물 배향(즉, 이미지의 긴 치수는 수직으로 배향됨) 모두에서 이미지를 포획하는 것은 일반적이다. 장치(100)의 대안적인 실시예에서, 장치는 풍경 모드 또는 인물 모드에서 구성이 가능케 하도록 구성될 수 있다. 특히, 판별기(108)는 화살표(136)에 의해 나타난 방향으로 약 90 도만큼 회전될 수 있고, 그 결과, 제 1 및 제 2 이미지는 도 1에서 도시된 바와 같이 장치의 배향에서 수직으로 분리된다. 이 구성에서, 장치(100)가 인물 모드에서 이미지를 포획하기 위해 배향될 시에, 제 1 및 제 2 이미지는 수평적으로 분리되어 남아있게 되고, 이로써, 각각의 우측 및 좌측 원근 시점을 가지는 제 1 및 제 2 이미지를 제공한다. 판별기(108)의 약 90 도 회전은 사용자에 의해 수동적으로 동작되는 액츄에이터를 가진 기계장치의 회전자를 사용하여 실행될 수 있다. 대안적으로, 기계장치의 회전자는, 인물 모드의 사용자 선택에 반응한 전자 모터에 의해, 또는 가속도계 또는 중력 센서(미도시) 등의 배향 센서에 의해 발생된 배향 신호에 반응하여 자동적으로 작동될 수 있다.

도 3 및 도 4에 제시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 편광 배향 각각은 수직에 대해 -45° 및 +45°로 되어 있지만, 다른 실시예에서, 편광은 이와 달리 (예를 들면, 수직 및 수평적으로) 배향될 수 있다. 유리하게, 광이 예를 들면 차도 또는 물 영역(body of water) 등의 표면에 반사되는 경우가 일어날 시, 제 1 및 제 2 편광 배향을 ±45°로 배향하는 것은 부분적으로 편광된 렌즈(102)의 유효 시야로부터 수신된 광으로 인한 제 1 및 제 2 이미지 사이의 차이를 방지한다.

또 다른 실시예에서, 판별기(108)의 제 1 부분(110)은 좌측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능한 편광기를 포함할 수 있고, 판별기(108)의 제 2 부분(112)은 우측편 타원형 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 동작가능한 편광기를 포함할 수 있다.

공간 판별기 실시예

다른 실시예에서, 판별기(108)의 부분들(110 및 112)은 제 1 및 제 2 이미지를 발생시키기 위해 광의 상태 또는 또 다른 속성에 영향을 끼치는 필터들 또는 다른 광학 소자들로 대체될 수 있다. 예를 들면, 판별기(108)의 제 1 부분(110)은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 스펙트럼 속성을 가지는 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 필터부를 포함할 수 있고, 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 필터부를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 이미지 센서(200)의 제 1 복수의 선택 소자들은 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달함으로써, 그리고 2 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단함으로써, 제 1 이미지를 형성하기 위해 대응되게 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 이미지 센서(200)의 제 2 복수의 선택 소자들은 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달함으로써, 그리고 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단함으로써, 제 2 이미지를 형성하기 위해 대응되게 구성될 수 있다.

도 6을 참조하여, 부분들(110 및 112)은 청색, 녹색 및 적색 광 등의 특정한 협 대역(narrow bands)의 파장을 전달하는 간섭 필터로서 실행될 수 있다. 상기와 같은 간섭 필터들에 대한 전달 스펙트럼은 도 6에서, 그래프처럼 700 및 702로 나타나 있다. 판별기(108)의 제 1 부분(110)은 700에서 도시된 바와 같이, 제 1 복수의 파장들(λ_B1, λ_G1, 및 λ_R1)을 전달하기 위해 구성될 수 있고, 제 2 부분(112)은 702에서 도시된 바와 같이, 제 2 복수의 파장(λ_B2, λ_G2, 및 λ_R2)을 통과하기 위해 구성될 수 있다.

도 7을 참조하여, 본 실시예에 따른 이미지 센서(200)의 부분(216)은 선택 층들(212 및 210)이 선택 층(750)으로 대체되도록 구성될 수 있다. 선택 층(750)은, 도 7에서 λ₁로 표기되고 제 1 복수의 파장으로 반응하는 선택 소자들(752)을 포함한다. 선택 층(750)은 선택 소자들(752)도 포함하고, 상기 선택 소자들(752)은 λ₂로 표기되고, 제 2 복수의 파장에 반응한다. 선택 소자들은 흡수성 간섭 필터들 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 이때 상기 필터는 매우 좁은 대역의 파장에만 반응한다. 다른 실시예들에서, 필터들은 전송 대역의 에지에서 날카로운 파장 변화를 제공하도록 제조될 수 있고, 이로 인해, 제 1 및 제 2 복수의 파장 각각에서 3 개 이상의 파장 범위는 수용될 수 있다.

제 2 복수의 파장(702)이 단일 이미징 경로를 통해 수신될 시에, 부분(110)은 이러한 파장을 차단하면서, 부분(112)은 이미지면(114)에서 제 1 이미지를 형성하기 위해 이미지화된 제 2 복수의 파장을 전달한다. 제 1 복수의 파장(700)이 단일 이미징 경로를 통해 수신될 시에, 부분(112)은 이러한 파장을 차단시키면서, 부분(110)은 이미지면(114)에서 제 2 이미지를 형성하기 위해 이미지화된 제 1 복수의 파장을 전달한다. 선택 소자들(752)은 판별기(108)의 대응하는 제 1 및 제 2 부분과 동일한 스펙트럼 응답을 실질적으로 가지고, 이로써, 선택 층(750)은 각각의 파장을, 아래에 위치한 복수의 컬러 필터 소자들(208) 및 복수의 센서 소자들(204)로 전달하고, 이로써, 제 1 및 제 2 이미지의 기록을 용이하게 한다.

그 후에, 제 1 및 제 2 이미지는 이미지의 컬러를 재구성하기 위해 처리될 수 있고, 그 결과, 인간 눈은 필터가 시스템에 존재하지 않는 경우에 인식되는 컬러 전 범위를 인식한다. 처리는 베이어 컬러 필터 어레이를 사용한 종래의 카메라들에서 컬러를 재구성하기 위해 사용된 처리와 일반적으로 유사하다. 파장 차이는 약 1 내지 약 100 나노미터 사이일 수 있다. 상기와 같은 이미지 처리는 제 1 및 제 2 복수의 파장의 특정 파장의 상대적인 강도를 변화시키는 것을 포함하고, 그 결과, 이미지들이 다소 오프셋된 스펙트럼을 가질지라도 사용자는 2 개의 이미지들 사이의 스펙트럼 차이를 식별할 수 없다.

도 7에 제시된 실시예에서, 각각의 λ₁선택 소자(752)는 도 6의 700에서 나타난 파장 범위 각각을 필터링시키기 위해 동작가능한 필터를 포함하고, 각각의 λ₂선택 소자(752)는 도 6의 702에서 도시된 파장 범위 각각을 필터링시키기 위해 동작가능한 필터를 포함한다. 이로써, 상기와 같은 필터들은 3 개의 개별적인 필터 층들을 포함할 수 있고, 각각의 층은 750 및 752에서 나타난 파장 범위들 중 하나를 필터링시키기 위해 맞춰질 수 있다.

또 다른 실시예에서, 컬러 필터 어레이(206)는 생략될 수 있고, 각각의 선택 소자들(752)은 컬러 필터 어레이의 기능을 실행시키기 위해 구성될 수 있다. 예를 들면, 각각의 λ₁ 선택 소자(752)는 근접하게 배치된 4 개의 필터 소자들, 예를 들면, 예를 들면 λ_B1, 및 λ_R1 및 2 개의 λ_G1 소자들(베이어 유형의 컬러 필터 어레이의 경우)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 각각의 λ₂ 선택 소자(752) 또한, 근접하게 배치된 4 개의 필터 소자들, 예를 들면 λ_B2 및 λ_R 및 2 개의 λ_G2 소자들을 포함할 수 있다. 유리하게, 상기와 같은 실시예는 컬러 분리 기능 및 이미지 분리 기능 모두를 적합한 단일 구성 층 내로 통합시키기 위해 사용될 수 있다.

가변 입체 영상( Variable Steropsis )

도 1 및 도 3에서 도시된 실시예에서, 단일 이미징 경로는 원형 형상으로 되어 있고, 판별기(108)의 제 1 부분(110)은 이미징 경로의 제 1 반원형부를 덮기 위해 연장되는 반면, 제 2 부분(112)은 이미징 경로의 제 2 반원형부를 덮기 위해 연장된다. 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)이 선형 편광기들(예를 들면 -45°및 +45°)로서 구성되는 실시예에서, 상기 부분들은 도 8, 도 9 및 도 10에서 도시된 반원형 영역보다 작은 단일 이미징 경로의 섹터를 덮기 위해 각각 연장될 수 있다. 도 8을 참조하여, 판별기(108)는, 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)이 이미징 경로(406)를 지나 외부로 연장되도록 하는 크기를 가질 수 있다. 제 1 부분(110)에 의해 덮인 단일 이미징 경로(파선(406)으로 나타냄)의 영역의 중심은 550으로 나타내고, 제 2 부분(112)에 의해 덮인 단일 이미징 경로의 영역의 중심은 552로 나타낸다. 중심들(550 및 552)은 렌즈, 예를 들면 도 1에 도시된 렌즈(102)를 통하여 형성된 각각의 제 1 및 제 2 이미지에 대한 원근법의 중심을 정의함으로써 보일 수 있다. 2 개의 중심들(550 및 552) 사이의 거리(D)는 이미지들 사이의 입체 영상 분리(steroptic separation)를 나타내고, 장치에 의해 발생된 "3D의 양"과 대충(loosely) 동일하다.

도 9를 참조하여, 화살표(554)의 내부 방향으로 판별기(108)의 제 1 부분(110)을 이동시키고, 화살표(556)의 내부 방향으로 제 2 부분(112)을 이동시킴으로써, 겹침 영역(558)은 2 개의 편광기부들 사이에서 형성된다. 겹침 영역(558)을 통하여 나가는 광은 -45° 편광 배향을 가진 판별기(108)의 일부 및 +45° 편광 배향을 가진 일부 모두를 통해 나갈 수 있을 것이고, 이로써, 편광 배향에 상관없이 차단될 것이다. 이러한 조건들로, 중심들(550 및 552) 각각은 외부로 이동되고, 이로써, 원근 시점 또한 외부로 이동되어 제 1 이미지와 제 2 이미지 사이에서 더 큰 입체 영상 분리를 제공한다.

도 10을 참조하여, 화살표(560)의 내부 방향으로 판별기(108)의 제 1 부분(110)을 더 이동시키고, 화살표(562)의 내부 방향으로 제 2 부분(112)을 더 이동시키면, 2 개의 편광기부들 사이의 겹침 영역(564)은 크기면에서 증가된다. 겹침 영역(564)을 통해 나가는 광은 판별기(108)의 -45° 및 +45°편광부들 모두를 통해 다시 나갈 것이고, 이로써, 차단될 것이다. 이러한 조건으로, 중심(550 및 552)은 다시 외부로 이동되고, 이로써, 원근 시점을 더 변화시킨다.

일 실시예에서, 판별기(108)의 부분들(110 및 112)의 이동은 미니 스텝퍼 모터(mini stepper motor) 등의 액츄에이터에 의해 실행될 수 있고, 중심의 분리 정도는 변화될 수 있으면서, 제 1 및 제 2 이미지는 "METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING THREE DIMENSIONAL IMAGE INFORMATION USING A SINGLE IMAGING PATH"이라는 명칭을 가진, 본원에 참조로서 내용이 병합되는 2009년 7월 10일에 출원된 PCT 특허 출원 PCT/CA2009/000957에서 개시된 바와 같이 가변 입체 영상을 제공하기 위해 형성된다.

또 다른 실시예에서, 판별기(108)의 제 1 및 제 2 부분(110 및 112) 각각에 의해 형성된 제 1 및 제 2 이미지는 제 1 및 제 2 이미지를 조합함으로써 제 3 및 제 4 이미지를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 8, 9, 또는 10에 도시된 바와 같이 배치된 판별기(108)의 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)과 함께, 제 1 및 제 2 이미지의 부분들은 제 3 이미지를 발생시키기 위해 일부 원리(basis)와 조합될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 및 제 2 이미지의 부분들은 제 4 이미지를 발생시키기 위해 또 다른 원리와 조합될 수 있다. 일 실시예에서, 조합의 원리는 제 1 이미지의 강도를 제 1 비율만큼 스케일링할 수 있고, 제 2 이미지의 강도를 제 2 비율만큼 스케일링할 수 있고, 그 후에, 스케일링된 이미지를 표준화하고 조합하여 제 3 이미지를 발생시킬 수 있다. 이와 유사하게, 제 4 이미지는 제 1 이미지의 강도를 제 2 비율만큼 스케일링하고, 그리고 제 2 이미지의 강도를 제 1 비율만큼 스케일링하고, 그 후에 제 4 이미지를 형성하기 위해 스케일링된 이미지들을 표준화하고 조합함으로써 발생될 수 있다.

제 1 및 제 2 이미지의 부분 또는 비율을 포함하는 것은 제 3 이미지와 제 4 이미지 사이의 입체 영상 분리를 효과적으로 감소시킨다. 처리는 제어기(130)(도 1에서 도시)에 의해 실행될 수 있고, 도 8 - 10에서 제공된 것으로부터 입체 영상 분리를 더 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 상기와 같은 변화는 약하거나 입체 영상 분리가 없는 것(즉, 본질적으로 2D)에서 3D 이미지 발생을 위한 더 강력한 입체 영상 분리로의 변화를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 공간 판별기(108)의 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)(도 1에서 도시)은 각각의 부분들 위에 위치한 각각의 제 1 및 제 2 조정가능한 조리개(미도시)를 포함할 수 있다. 조리개는 제 1 및 제 2 이미지를 형성하는 단일 이미지 통로의 대응하는 제 1 및 제 2 부분의 선택을 용이하게 한다. 유리하게, 적합한 구성의 조리개 통합은, 제 1 및 제 2 이미지가 판별기(108)의 제 1 및 제 2 부분(110 및 112)의 영역의 일부만을 사용하여 형성되도록 한다. 예를 들면, 단일 이미지 경로의 제 1 및 제 2 부분 각각에 대해 조리개수 조건들을 변화시킴으로써, 제 1 및 제 2 이미지에서 초점의 깊이를 증가시키는 것은 바람직할 수 있다. 조리개 수의 변화는 이미징 경로의 각각의 부분들의 부분을 차단시키기 위해 제 1 및 제 2 개구부의 크기를 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 개구부들은 작동된 기계장치의 조리개, 예를 들면 기계장치의 아이리스로서 실행될 수 있다. 다른 실시예들에서, 조리개들은 전기-광학 조리개로서 실행될 수 있고, 예를 들면 액정 물질을 사용함으로써 실행될 수 있다. 전자 조리개는 판별기(108)의 부분으로서 실행될 수 있다.

유리하게, 본원에 개시된 실시예들은 단일 이미징 경로를 사용하여 3D 이미지 정보의 발생을 용이하게 한다. 또한, 제 1 및 제 2 이미지의 분리는 이미지 센서에서 발생되고, 상기 이미지들은 동시에 이미지 센서에서 이용가능하고, 이로써, 이미지들을 제때에 분리시키는 시스템보다 높은 프레임율로 비디오 이미지를 캡쳐하는 것을 용이하게 한다.

본 발명의 특정 실시예들이 기술되고 설명되었지만, 상기와 같은 실시예들은 단지 본 발명의 설명만으로 고려되어야 하고, 첨부된 청구항에 따라서 해석된 바와 같이, 본 발명을 제한시키지는 않는다.

Claims

단일 이미징 경로 및 이에 연관된 유효 시야를 가진 렌즈를 사용하여 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
상기 렌즈의 유효 시야 내에서 포획된 광을 상기 렌즈의 구경면에 지향시키는 단계;
상기 구경면에 근접하게 위치된 공간 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계로, 상기 판별기는 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 부분, 및 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 부분을 포함하고, 상기 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분은 상기 렌즈의 이미지면(image plane)에 배치된 이미지 센서에서 각각의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 형성하는 렌즈의 유효 시야 내에서 각각의 제 1 원근 시점 및 제 2 원근 시점을 제공하고, 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 원근 시점으로부터 유효 시야 내의 피사체들을 나타내고, 상기 제 2 이미지는 상기 제 2 원근 시점으로부터 상기 피사체들을 나타내고, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지는 상기 피사체들의 3 차원 공간 속성을 나타내기 위해 함께 동작가능한, 단계;
상기 제 1 이미지를 상기 이미지 센서 상의 제 1 복수의 센서 소자들에서 수신하는 단계로, 상기 제 1 복수의 센서 소자들은 상기 제 1 광학 상태를 가진 광에 반응하는, 단계; 및
상기 제 2 이미지를 상기 이미지 센서 상의 제 2 복수의 센서 소자들에서 수신하는 단계로, 상기 제 2 복수의 센서 소자들은 상기 제 2 광학 상태를 가진 광에 반응하는, 단계를 포함하고,
상기 판별기의 제 1 부분은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 편광기부를 포함하고, 상기 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 편광기부를 포함하고,
상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는, 대응하는 복수의 센서 소자에 상기 제 1 편광기부로부터 받은 광을 전달하고, 상기 제 2 편광기부로부터 받은 광의 전달을 차단하도록 배치되는 제 1 복수의 선택 소자에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함하고,
상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는, 대응하는 복수의 센서 소자에 상기 제 2 편광기부로부터 받은 광을 전달하고, 상기 제 1 편광기부를 받은 광의 전달을 차단하도록 배치되는 제 2 복수의 선택 소자에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는, 상기 이미지 센서의 센서 소자들의 반복 회수로 인한 공간 간섭을 감소시키기 위해 동작가능한 반복적인 모자이크 패턴으로 배열된 각각의 제 1 복수의 센서 소자들 및 제 2 복수의 센서 소자들에서 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 판별기의 제 1 부분은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 필터부를 포함하고, 상기 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 필터부를 포함하고:
상기 제 1 이미지를 수신하는 단계는, 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하고 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하는 동작가능한 제 1 복수의 센서 소자들에서 상기 제 1 이미지를 수신하는 단계를 포함하고;
상기 제 2 이미지를 수신하는 단계는, 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하고 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하는 동작가능한 제 2 복수의 센서 소자들에서 상기 제 2 이미지를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 나타내는 이미지 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광을 렌즈의 구경면(aperture plane)에 지향시키는 단계는,
상기 렌즈의 유효 시야 내에서 포획된 광을, 상기 렌즈의 물리적인 조리개의 위치; 또는 상기 물리적인 조리개의 접합체의 위치 중 하나에 위치된 렌즈의 구경면에 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계는, 상기 판별기의 제 1 부분 및 제 2 부분에 의한 비네팅으로 인한 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 강도 변화가 인간 눈에 의해 검출가능한 임계치 아래에 있도록, 충분히 작은 변위에 의해 상기 구경면으로부터 변위된 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 판별기에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계는, 상기 구경면에 근접하게 배치된 렌즈 소자의 표면에 적용된 판별기 코팅에서 상기 포획된 광을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함하고,
상기 포획된 광을 수신하는 단계는 상기 판별기의 좌측 절반을 통해 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계, 및 상기 판별기의 우측 절반을 통해 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계를 포함하고,
상기 판별기의 좌측 및 우측 절반 각각은 상기 단일 이미징 경로의 좌측 반원형 부 및 우측 반원형 부 각각을 정의하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함하고,
상기 포획된 광을 수신하는 단계는 상기 판별기의 좌측 섹터부를 통해 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계, 및 상기 판별기의 우측 섹터부를 통해 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 단계를 포함하고,
상기 좌측 섹터부 및 상기 우측 섹터부는 상기 렌즈의 수직 중심선 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 원근 시점 및 상기 제 2 원근 시점이 위치를 변화시키도록 하는 상기 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 범위를 변화시키면서, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 원근 시점 위치의 변화는 대응하는 변화를 상기 3 차원 공간 속성의 표시에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 판별기의 제 1 부분에 충돌하거나, 상기 제 1 부분을 통과하여 전달되는 광을 차단하기 위해 배치된 제 1 조리개, 및 상기 판별기의 제 2 부분에 충돌하거나, 상기 제 2 부분을 통과하여 전달되는 광을 차단하기 위해 배치된 제 2 조리개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
각각의 원근 시점 위치들 사이에서 감소된 간격(separation)을 가진 제 3 이미지 및 제 4 이미지를 발생시키기 위해, 제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 이미지 정보를 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
단일 이미징 경로 및 이에 연관된 유효 시야를 가진 렌즈를 사용하여 3 차원 이미지 정보를 발생시키는 장치에 있어서, 상기 장치는:
상기 렌즈의 유효 시야 내에서 포획된 광을 상기 렌즈의 구경면에 지향시키기 위해, 단일 이미징 경로를 가진 동작가능한 렌즈;
상기 구경면에 근접하게 위치되고, 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 부분, 및 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 부분을 포함하는 공간 판별기로, 상기 단일 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분은 상기 렌즈의 이미지면에서 각각의 제 1 이미지 및 제 2 이미지를 형성하는 렌즈의 유효 시야 내에서 각각의 제 1 원근 시점 및 제 2 원근 시점을 제공하고, 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 원근 시점으로부터 유효 시야 내의 피사체들을 나타내고, 상기 제 2 이미지는 상기 제 2 원근 시점으로부터 상기 피사체들을 나타내고, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지는 상기 피사체들의 3 차원 공간 속성을 나타내기 위해 함께 동작가능한, 공간 판별기; 및
상기 렌즈의 이미지면에 배치된 이미지 센서로, 상기 제 1 광학 상태를 가진 광에 반응하는 제 1 복수의 센서 소자들, 및 상기 제 2 광학 상태를 가진 광에 반응하는, 상기 이미지 센서 상의 제 2 복수의 센서 소자들을 포함하는 이미지 센서를 포함하고,
상기 판별기의 제 1 부분은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 편광기부를 포함하고, 상기 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 편광 상태를 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 편광기부를 포함하고,
상기 제 1 복수의 센서 소자들은, 대응하는 복수의 센서 소자에 상기 제 1 편광기부로부터 받은 광을 전달하고, 상기 제 2 편광기부로부터 받은 광의 전달을 차단하도록 배치되는 제 1 복수의 선택 소자를 포함하고,
상기 제 2 복수의 센서 소자들은, 대응하는 복수의 센서 소자에 상기 제 2 편광기부로부터 받은 광을 전달하고, 상기 제 1 편광기부를 받은 광의 전달을 차단하도록 배치되는 제 2 복수의 선택 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 복수의 센서 소자들 및 상기 제 2 복수의 센서 소자들은 상기 이미지 센서의 센서 소자들의 반복 회수로 인한 공간 간섭을 감소시키기 위해 동작가능한 반복적인 모자이크 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
삭제
제 15 항에 있어서,
상기 판별기의 제 1 부분은 단일 이미징 경로의 제 1 부분을 통하여 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 1 필터부를 포함하고, 상기 판별기의 제 2 부분은 단일 이미징 경로의 제 2 부분을 통하여 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해 배치된 제 2 필터부를 포함하고:
상기 제 1 복수의 센서 소자들은 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하기 위해 동작가능하게 구성되고;
상기 제 2 복수의 센서 소자들은 상기 제 2 스펙트럼 속성을 가진 광을 전달하기 위해, 그리고 상기 제 1 스펙트럼 속성을 가진 광의 전달을 차단하기 위해 동작가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 나타내는 이미지 신호를 발생시키기 위해 동작가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 렌즈의 구경면은,
상기 렌즈의 물리적인 조리개의 위치; 또는 상기 물리적인 조리개의 접합체의 위치 중 하나에 위치된 렌즈의 구경면을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 판별기는, 상기 판별기의 제 1 부분 및 제 2 부분에 의한 비네팅으로 인한 제 1 이미지 및 제 2 이미지의 강도 변화가 인간 눈에 의해 검출가능한 임계치 아래에 있도록, 충분히 작은 변위에 의해 상기 구경면으로부터 변위되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 판별기는 상기 구경면에 근접하게 배치된 렌즈 소자의 표면에 적용된 판별기 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함하고,
상기 판별기는 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 좌측 절반 및 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 우측 절반을 포함하고,
상기 판별기의 좌측 절반 및 우측 절반 각각은 상기 단일 이미징 경로의 좌측 반원형 부 및 우측 반원형 부 각각을 정의하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 렌즈는 일반적인 원형 단면 단일 이미징 경로를 정의하는 일반적인 복수의 원형 렌즈 소자들을 포함하고,
상기 판별기는 상기 제 1 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 좌측 섹터부 및 상기 제 2 광학 상태를 가진 광을 전달하는 동작가능한 우측 섹터부를 포함하고,
상기 좌측 섹터부 및 상기 우측 섹터부는 상기 렌즈의 수직 중심선 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 판별기는, 상기 제 1 원근 시점 및 상기 제 2 원근 시점이 위치를 변화시키도록 하는 이미징 경로의 제 1 부분 및 제 2 부분의 범위를 변화시키면서, 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지를 형성하기 위해 동작가능하고,
상기 원근 시점 위치의 변화는 대응하는 변화를 상기 3 차원 공간 속성의 표시에 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 15 항에 있어서,
제 1 이미지 및 제 2 이미지로부터의 이미지 정보를 결합시켜서, 각각의 원근 시점 위치들 사이에서 감소된 간격을 가진 제 3 이미지 및 제 4 이미지를 발생시키도록 동작가능하게 구성된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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