KR102108597B1 - 폴드형 광학계를 이용한 다중-카메라 시스템 - Google Patents

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토마스 웨슬리 오스본
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Abstract

본 명세서에서는 장면의 타겟 이미지를 캡처하기 위해 복수의 이미지 센서들을 채용하는 방법들 및 디바이스들이 기술된다. 기술된 바와 같이, 복수의 이미지 센서들 부근에 적어도 하나의 반사 또는 굴절 면을 포지셔닝시키는 것은 센서들이, 각 센서로 이미지 장면의 일부분을 가이드하기 위해 반사 또는 굴절 면을 이용함으로써 임의의 센서가 개별적으로 캡처하는 것보다 더 긴 초점 길이 및 더 넓은 시야의 이미지를 함께 캡처하는 것을 가능하게 한다. 센서들에 의해 캡처된 장면의 상이한 부분들은 오버랩될 수도 있고, 정렬 및 크로핑되어 타겟 이미지를 생성할 수도 있다.

Description

폴드형 광학계를 이용한 다중-카메라 시스템{MULTI-CAMERA SYSTEM USING FOLDED OPTICS}
본 개시물은 다중-카메라 어레이를 포함하는 이미징 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시물은 이미지 품질을 유지 또는 향상시키면서 저-프로필 이미징 시스템들 및 모바일 디바이스들을 가능하게 하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
모바일 전화기들 및 태블릿 컴퓨팅 디바이스들과 같은 많은 모바일 디바이스들은 스틸 및/또는 비디오 이미지들을 캡처하기 위해 사용자에 의해 작동될 수도 있는 카메라들을 포함한다. 모바일 디바이스들은 통상적으로 비교적 작도록 설계되기 때문에, 카메라 또는 이미징 시스템들을 저-프로필 모바일 디바이스를 유지하기 위해 가능한 한 얇게 설계하는 것이 중요해질 수 있다. 다양한 종래의 디바이스들에서, 모바일 디바이스들의 두께는, 이미징 센서를 그것의 측면으로 돌리고 광선들을 그 센서로 굽게 하기 위해 반사 디바이스들을 이용함으로써 가능한 한 작게 유지된다. 하지만, 이 특별한 솔루션 (solution) 은, 이미징 센서의 폭 및 픽셀 피치가 카메라의 최고 해상도를 결정할 수도 있기 때문에, 매우 견고하지는 않다.
다른 종래의 디바이스들에서, 모바일 디바이스의 두께는 이미징 시스템의 초점 길이를 짧게 함으로써 가능한 한 작게 유지된다. 하지만, 시스템의 초점 길이가 가능한 한 짧도록 설계되는 경우에 여러 문제점들이 발생할 수 있다. 예를 들어, 초점 길이와 시스템의 시야는 역의 관계가 있기 때문에, 초점 길이를 짧게 하는 것은, 이미지가 자연스러운 이미지로부터 예컨대 약 60 도 이상의 시야로 자연스럽지 못한 넓은 시야 이미지로 바뀔 수도 있을 정도로 시야를 증가시킬 수도 있다. 또한, 초점 길이가 감소함에 따라 렌즈 롤-오프 (roll-off), 예컨대, 이미지의 중앙에 비해 이미지의 에지 부근에서의 광 또는 휘도의 손실이 증가할 수도 있다. 따라서, 모바일 디바이스들에서의 이미징 시스템들의 초점 길이가 감소됨에 따라, 이미지 품질은 바람직하지 않은 렌즈 롤-오프로 인해 열화될 수도 있다.
또한, 다양한 모바일 디바이스들에서의 이미징 시스템들의 변조 전달 함수 (modulation transfer function; MTF) 는 이미지의 중앙에 비해 이미지의 에지 부근에서 보다 낮은 해상도를 생성할 수도 있고, 이는 MTF 롤-오프로서 지칭될 수도 있다. MTF 롤-오프는 또한 초점 길이에 대해 역의 관계일 수도 있기 때문에, 모바일 디바이스들에서의 감소된 초점 길이는 이미지의 에지들에서의 해상도를 감소시킬 수도 있다. 또한, 보다 짧은 초점 길이들은 렌즈의 주 광선의 입사각을 증가시킬 수도 있고, 이는 또한 픽셀들 사이의 증가된 광 및 전기적 크로스토크 (crosstalk) 및 더 낮은 센서 MTF 성능을 포함하는 바람직하지 않은 아티팩트들 (artifacts) 을 생성할 수 있다. 따라서, 이미지 품질을 유지하면서 모바일 디바이스들에서의 이미징 시스템들의 두께를 감소시키는 것이 이로울 수 있다.
본 명세서에서 기술된 폴드형 (folded) 광학 센서 어레이들 및 이미지 캡처 기술들은 초점 길이 (focal length) 를 짧게 하는 것 또는 센서 어레이의 시야 (field of view) 에 걸쳐 이미지의 해상도를 감소시키는 것 없이 저-프로필 (low-profile) 이미지 캡처 (capture) 디바이스들의 형성을 허용한다. 주 및 부 면을 이용하여 어레이에서 각 센서를 향해 광을 재지향시킴으로써, 그리고, 주 및 부 면들 사이에서 입사 광 (incoming light) 을 포커싱하기 위해 사용되는 렌즈 어셈블리들을 포지셔닝 (positioning) 시킴으로써, 센서 어레이는 렌즈 어셈블리들에 대해 직교하는 평평한 기판 (flat substrate) 상에 포지셔닝될 수도 있다. 보다 긴 초점 길이는 광학 줌과 같은 특징들을 구현하는 것, 및 보다 많은 광학 엘리먼트들을 부가하는 것과 같이, 전통적인 모바일 카메라에 의해 통상적으로 부여되는 보다 많은 공간을 필요로하는 보다 복잡한 광학들을 통합하는 것을 가능하게 한다. 카메라의 각도 해상도를 지칭하고 카메라가 얼마나 잘 멀리 떨어진 곳의 물체들을 해상하는지를 정의하는 카메라 애큐티 (acuity) 는 초점 길이에 비례하고 따라서 보다 긴 카메라들로부터 직접 혜택이 있다.
실시형태들의 일부는 타겟 이미지를 포함하는 입사 광을 어레이에서의 센서들에 의한 캡처를 위해 다수의 부분들로 분할하기 위해 예를 들어 다수의 면들을 갖는 중앙 거울을 채용할 수도 있다. 다른 실시형태들은 다수의 면들 (facets) 을 갖는 프리즘을 채용할 수도 있고, 여기서, 각 면은 타겟 이미지를 포함하는 광의 일부분을 어레이에서의 센서를 향해 지향시킨다. 분할 광 (split light) 의 각 부분은 렌즈 어셈블리를 통과하여 센서 바로 위 또는 아래에 포지셔닝된 면에서 반사되어, 각 센서가 이미지의 일부분을 캡처할 수도 있다. 몇몇 상황들에서, 어레이에서의 각 센서는 어레이에서의 이웃하는 (neighboring) 센서들에 의해 캡처된 부분들과 약간 오버랩 (overlap) 되는 이미지의 부분을 캡처할 수도 있고, 이들 부분들은 예를 들어 이미지 스티칭 (image stitching) 기법들에 의해 타겟 이미지로 어셈블링될 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 이미지 캡처 시스템은, 복수의 이미지 센서들로서, 복수의 이미지 센서들의 각각은 복수의 시야들 (fields of view) 중 하나를 가지고, 복수의 시야들의 각각은 장면 (scene) 의 실질적으로 (substantially) 상이한 부분을 포함하는, 상기 복수의 이미지 센서들; 복수의 렌즈 어셈블리들로서, 각 렌즈 어셈블리는 복수의 이미지 센서들 중의 하나에 대응하는, 상기 복수의 렌즈 어셈블리들; 장면의 적어도 일부분을 포함하는 광을 복수의 렌즈 어셈블리들 중 적어도 하나를 통과하도록 지향 (direct) 시키도록 포지셔닝된 주면 (primary surface); 복수의 부면들 (secondary surfaces) 로서, 부면들의 각각은 광의 적어도 일부분을 복수의 렌즈 어셈블리들 중의 하나로부터 복수의 이미지 센서들 중의 하나로 지향시키고, 복수의 이미지 센서들의 각각은 복수의 부분 이미지들 중 하나를 캡처하며, 복수의 부분 이미지들의 각각은 복수의 시야들 중 하나에 대응하는, 상기 복수의 부면들; 및 복수의 부분 이미지들을 타겟 이미지로 어셈블링하도록 구성된 프로세싱 모듈을 포함한다.
이미지 캡처 시스템은 실질적으로 평평한 기판을 더 포함할 수도 있다. 복수의 이미지 센서들, 복수의 렌즈 어셈블리들, 주면 및 부면들은 다양한 적합한 구성들로 기판 상에 탑재될 수도 있다. 주면은 하나 이상의 반사 면을 포함할 수도 있고, 일부 실시형태들에서는 타겟 이미지 장면을 포함하는 입사광을 재지향 (redirect) 시키도록 구성된 하나 이상의 면들을 포함하는 프리즘일 수도 있다.
다른 실시형태에 따르면, 타겟 이미지 장면을 캡처하는 방법이 제공되고, 이 방법은, 복수의 이미지 센서들을 제공하는 단계로서, 복수의 이미지 센서들의 각각은 복수의 시야들 중 하나를 가지고, 복수의 시야들의 각각은 장면의 실질적으로 상이한 부분을 포함하는, 상기 복수의 이미지 센서들을 제공하는 단계; 복수의 렌즈 어셈블리들을 제공하는 단계로서, 각 렌즈 어셈블리는 복수의 이미지 센서들 중의 하나에 대응하는, 상기 복수의 렌즈 어셈블리들을 제공하는 단계; 장면의 적어도 일부분을 포함하는 광을 적어도 하나의 주면을 이용하여 복수의 렌즈 어셈블리들의 각각을 향해 지향시키는 단계; 복수의 렌즈 어셈블리들의 각각으로부터의 광을 복수의 부면들을 이용하여 복수의 이미지 센서들 중의 대응하는 이미지 센서를 향해 지향시키는 단계; 복수의 부분 이미지들을 캡처하는 단계로서, 복수의 부분 이미지들의 각각은 복수의 이미지 센서들 중의 하나에 의해 캡처되고 복수의 시야들 중 하나에 대응하는, 상기 복수의 부분 이미지들을 캡처하는 단계; 및 복수의 부분 이미지들을 타겟 이미지로 어셈블링 (assembling) 하는 단계를 포함한다.
이미지 캡처의 다양한 양태들이 첨부 도면들에서 제한적 방식이 아닌 예시적인 방식으로 도시된다.
도 1a 는 폴드형 광학 센서 어셈블리의 일 실시형태의 횡단 측면도를 나타낸다.
도 1b 는 도 1a 의 폴드형 광학 센서 어셈블리의 투영된 시야들의 일 실시형태의 상면도를 나타낸다.
도 2 는 이미지 캡처 디바이스의 하나의 실시형태의 블록도를 나타낸다.
도 3a 는 폴드형 광학 센서 어레이의 일 실시형태의 블록도를 나타낸다.
도 3b 는 도 3a 의 폴드형 광학 센서 어레이의 일 실시형태의 투시도를 나타낸다.
도 3c 는 도 3a 및 도 3b 의 폴드형 광학 센서 어레이의 투영된 시야들의 하나의 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 4 는 폴드형 광학 센서 어셈블리의 컴포넌트들의 각도 관계를 보여주는 폴드형 광학 센서 어셈블리의 하나의 실시형태의 횡단 측면도를 나타낸다.
도 5a 는 폴드형 광학 센서 어레이의 다른 실시형태의 투시도를 나타낸다.
도 5b 는 폴드형 광학 센서 어레이의 또 다른 실시형태의 투시도를 나타낸다.
도 5c 는 도 5a 및 도 5b 의 폴드형 광학 센서 어레이들의 투영된 시야들의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 6a 는 폴드형 광학 센서 어레이의 다른 실시형태의 투시도를 나타낸다.
도 6b 는 도 6a 의 폴드형 광학 센서 어레이의 투영된 시야들의 일 실시형태의 개략도를 나타낸다.
도 7 은 캐스케이드된 폴드형 광학 센서 어레이의 일 실시형태의 블록도를 나타낸다.
도 8 은 폴드형 광학 센서 어셈블리의 다른 실시형태의 횡단 측면도를 나타낸다.
도 9 는 폴드형 광학 이미지 캡처 프로세스의 일 실시형태를 나타낸다.
본 명세서에서 개시된 구현형태들은 모바일 이미징 애플리케이션들 (mobile imaging applications) 을 위한 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 이미지 품질을 유지 또는 향상시키면서 모바일 디바이스들의 폼 팩터 (form factor) 를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에서 개시된 구현형태들은 이미징 시스템의 시야에 걸쳐 다수의 이미징 센서들 및/또는 다수의 렌즈들을 채용함으로써 이미지 시스템들의 두께를 감소시키기 위해 모바일 디바이스들에서 이용될 수 있다. 다양한 구현들에서, 카메라들 및/또는 이미징 센서들의 어레이는 하나 이상의 반사 면들에 인접 (adjacent) 하여 제공될 수도 있다. 센서들의 어레이는 다수의, 중첩하는 (overlapping) 이미지들을 캡처할 수 있고, 이는 함께 스티치되어 높은 이미지 품질 및 해상도 (resolution) 를 유지하면서 단일 이미지를 형성할 수 있다. 다수의 센서들을 기판 상에서 측방으로 (laterally) 이격 배치하거나 그 외에 시스템에서 서로 인접하게 배치함으로써, 이미징 시스템의 전체 높이 또는 두께가 감소될 수 있다. 다양한 구현들에서, 개시된 시스템들은 비교적 긴 광학 경로 길이들을 포함하는 소위 폴드형 광학 시스템들일 수도 있다. 초점 길이를 실질적인 방식으로 감소시키지 않음으로써, 감소된 높이의 이미징 시스템을 여전히 유지하면서 상기 설명된 이미지 품질에서의 감소들이 회피될 수 있다.
개시된 개념들의 많은 다른 구현형태들이 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 다양한 이점들은 개시된 구현형태들로 달성될 수 있다. 예를 들어, 이미징 시스템을 포함하는 모바일 디바이스의 전체 두께는 모바일 디바이스들에서 사용되는 종래의 이미징 시스템들에 비해 감소될 수 있다. 또한, 센서 어레이의 시야에 걸친 이미지의 해상도가 향상될 수 있고, (예컨대, 해상도가 에지들에서 감소할 수도 있는) 전통적인 카메라들에서 발견되는 해상도에서의 롤-오프를 회피할 수 있다. 또한, 시스템의 시야에 걸친 다중 렌즈들의 사용은 전체 시야에 걸친 총 유효 해상도를 증가시킬 수 있다. 또한, 다중 렌즈들의 사용은 카메라의 초점 길이를 증가시키고 따라서 카메라의 애큐티를 증가시킬 수도 있다.
다양한 배열들에서, 각 카메라의 시야는 포스트-프로세싱 (post-processing) 후에 초점을 조정하기 위한 능력을 가능하게 하는 것과 같은 특정 목적들을 달성하기 위해 오버랩될 수도 있다. 또한, 하이 다이내믹 레인지 카메라들은 2 개의 동시적 이미지들을 캡처하고 그 다음 그들을 함께 병합 (merge) 하도록 구현될 수 있다. 또한, 렌즈들과 어레이에서의 각 카메라의 센서 사이의 초점 길이를 변화시킴으로써 오토포커스 애플리케이션이 구현될 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 다양한 다른 이점들 및 구현형태들이 달성될 수 있다.
당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 (이하, '통상의 기술자' 라 함) 는, 이들 실시형태들이 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 통상의 기술자는, 정보 및 신호들이 여러 상이한 기술들 및 기법들의 임의의 것을 이용하여 표현될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 설명 전체를 통해 언급될 수도 있는 데이터, 명령들, 커맨드들, 정보, 신호들, 비트들, 심볼들, 및 칩들은 전압들, 전류들, 전자기파들, 자기 필드들 또는 입자들, 광학 필드들 또는 입자들, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 표현될 수도 있다.
이하의 설명에서, 특정 상세들은 예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 주어진다. 하지만, 통상의 기술자는 예들이 이들 특정 상세들 없이도 실시될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 전기적 컴포넌트들/디바이스들은 불필요한 상세에서 예들을 모호하게 하지 않도록 블록도들로 보여질 수도 있다. 다른 견지들에서, 이러한 컴포넌트들, 다른 구조들 및 기법들은 예들을 추가적으로 설명하기 위해 상세하게 보여질 수도 있다.
예들은 플로우차트, 흐름도, 유한 상태도, 구조도, 또는 블록도로서 묘사되는 프로세스로서 설명될 수도 있다는 것을 또한 유의한다. 비록 플로우차트가 동작들을 순차적인 프로세스로서 설명할 수도 있지만, 많은 동작들은 병행하여 또는 동시에 수행될 수 있고 프로세스는 반복될 수 있다. 또한, 동작들의 순서는 재배열될 수도 있다. 프로세스는 그것의 동작들이 완료될 때 종결된다. 프로세스는 방법, 함수, 절차, 서브루틴, 서브프로그램 등에 대응할 수도 있다. 프로세스가 소프트웨어 함수에 대응하는 경우, 그것의 종결은 함수의 호출 함수 또는 메인 함수로의 복귀에 대응한다.
이제 도 1a 및 도 1b 를 참조하면, 예시적인 폴드형 광학 다중-센서 어셈블리 (100) 가 이제 보다 자세히 설명될 것이다. 도 1a 에서 보는 바와 같이, 센서 어셈블리 (100) 는 이미지 센서들 (105, 125), 반사 면들 (110, 135), 렌즈 어셈블리들 (115, 130), 중앙 반사 면 (120) 을 포함하고, 이들 모두는 기판 (150) 에 탑재된다.
이미지 센서들 (105, 125) 은, 어떤 실시형태들에서, 전하 결합형 디바이스 (CCD), 상보형 금속 산화물 반도체 센서 (CMOS), 또는 광을 수용하고 수용된 이미지에 응답하여 이미지 데이터를 생성하는 임의의 다른 이미지 감지 디바이스를 포함할 수도 있다. 이미지 센서들 (105, 125) 은 정지 사진의 이미지 데이터를 획득할 수도 있고, 또한 캡처된 비디오 스트림에서의 모션에 관한 정보를 제공할 수도 있다. 센서들 (105 및 125) 은 개별 센서들일 수도 있고, 또는, 3x1 어레이와 같은 센서들의 어레이를 나타낼 수도 있다. 하지만, 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 임의의 적합한 센서들의 어레이가 개시된 구현형태들에서 사용될 수도 있다.
센서들 (105, 125) 은 도 1a 에서 도시된 바와 같이 기판 (150) 상에 탑재될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 모든 센서들은 평평한 기판 (150) 에 탑재됨으로써 하나의 평면 상에 있을 수도 있다. 기판 (150) 은 임의의 적합한 실질적으로 평평한 재료일 수도 있다. 중앙 반사 면 (120) 및 렌즈 어셈블리들 (115, 130) 역시 기판 (150) 상에 탑재될 수도 있다. 센서 어레이 또는 어레이들, 복수의 렌즈 어셈블리들, 및 복수의 주 및 부 반사 또는 굴절 면들을 탑재하기 위한 다수의 구성들이 가능하다.
일부 실시형태들에서, 중앙 반사 면 (120) 은 타겟 이미지 장면으로부터의 광을 센서들 (105, 125) 을 향해 재지향시키도록 이용될 수도 있다. 중앙 반사 면 (120) 은 거울 또는 복수의 거울들일 수도 있고, 평평할 수도 있고 또는 입사 광을 이미지 센서들 (105, 125) 로 적절하게 재지향시키기 위해 필요한 형상으로 될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 중앙 반사 면 (120) 은 입사 광선들을 렌즈 어셈블리들 (115, 130) 을 통과하여 센서들 (105, 125) 로 반사시키기 위한 사이즈 및 형상의 거울일 수도 잇다. 중앙 반사 면 (120) 은 타겟 이미지를 포함하는 광을 다수의 부분들로 분할하고 각 부분을 상이한 센서에 지향시킬 수도 있다. 예를 들어, 중앙 반사 면 (120) 의 제 1 측 (122) 은 제 1 시야 (140) 에 대응하는 광의 일부분을 좌측 센서 (105) 를 향해 보낼 수도 있는 한편, 제 2 측 (124) 은 제 2 시야 (145) 에 대응하는 광의 제 2 부분을 우측 센서 (125) 를 향해 보낸다. 이미지 센서들의 시야들이 함께 적어도 타겟 이미지를 커버한다는 것을 이해하여야 한다.
수용 센서들이 복수의 센서들의 어레이의 각각인 일부 실시형태들에서, 중앙 반사 면은 타겟 이미지 장면의 상이한 부분을 센서들의 각각으로 보내도록 서로에 대해 각도를 가진 다수의 반사 면들로 이루어질 수도 있다. 어레이에서의 각 센서는 실질적으로 상이한 시야를 가질 수도 있고, 일부 실시형태들에서, 시야들은 오버랩할 수도 있다. 중앙 반사 면의 어떤 실시형태들은 렌즈 시스템을 설계할 때 자유도 (degree of freedom) 를 증가시키기 위해 복잡한 비-평면형 면들을 가질 수도 있다. 또한, 비록 중앙 면이 반사 면으로서 논의되지만, 다른 실시형태들에서, 중앙 면은 굴절형일 수도 있다. 예를 들어, 중앙 면은 복수의 면들로 구성된 프리즘일 수도 있고, 여기서, 각 면은 장면을 포함하는 광의 일부분을 센서들 중의 하나를 향해 지향시킨다.
중앙 반사 면 (120) 에서 반사된 후에, 광은 렌즈 어셈블리들 (115, 130) 을 통과할 수도 있다. 하나 이상의 렌즈 어셈블리들 (115, 130) 은 중앙 반사 면 (120) 과 센서들 (105, 125) 및 반사 면들 (110, 135) 사이에 제공될 수도 있다. 렌즈 어셈블리들 (115, 130) 은 각 센서를 향해 지향되는 타겟 이미지의 부분을 포커싱하기 위해 이용될 수도 있다.
일부 실해형태들에서, 각 렌즈 어셈블리는 하나 이상의 렌즈들 및 렌즈를 하우징 (housing) 을 통해 복수의 상이한 렌즈 포지션들 (positions) 중에서 이동시키기 위한 액츄에이터 (actuator) 를 포함할 수도 있다. 액츄에이터는 보이스 코일 모터 (VCM), 마이크로-전자 기계 시스템 (MEMS), 또는 형상 메모리 합금 (SMA) 일 수도 있다. 렌즈 어셈블리는 액츄에이터를 제어하기 위한 렌즈 드라이버 (lens driver) 를 더 포함할 수도 있다.
전통적인 오토 포커스 기법들은 렌즈들 (115, 130) 과 각 센서 어셈블리의 대응하는 센서 (105, 125) 사이의 초점 길이를 변경함으로써 구현될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이것은 렌즈 배럴 (barrel) 을 이동시킴으로써 달성될 수도 있다. 다른 실시형태들은 렌즈 어셈블리에 대한 거울의 각도를 조정함으로써 또는 중앙 거울을 위 또는 아래로 이동시킴으로써 초점을 조정할 수도 있다. 어떤 실시형태들은 각 센서에 대해 측면 거울들을 이동시킴으로써 초점을 조정할 수도 있다. 이러한 실시형태들은 어셈블리가 각 센서의 초점을 개별적으로 조정하는 것을 허용할 수도 있다. 또한, 일부 실시형태들에 대해, 예를 들어 전체 어셈블리에 대해 액체 렌즈와 같은 렌즈를 배치함으로써, 전체 어셈블리의 초점을 한번에 변경하도록 하는 것이 가능하다. 어떤 구현형태들에서, 카메라 어레이의 초점 포인트를 변화시키기 위해 계산적인 사진촬영술이 이용될 수도 있다.
반사 면들 (110 및 135) 과 같은, 다수의 측면 반사 면들이 센서들과 대향하여 중앙 거울 (120) 주위에 제공될 수 있다. 렌즈 어셈블리들을 통과한 후에, 측면 반사 면들 (110, 135) 은 광을 평평한 센서들 (105, 125) 을 향해 아래로 반사시킬 수 있다. 묘사된 바와 같이, 센서 (105) 는 반사 면 (110) 아래에 포지셔닝될 수도 있고, 센서 (125) 는 반사 면 (135) 아래에 포지셔닝될 수도 있다. 하지만, 다른 실시형태들에서, 센서들은 측면 반사 면들 위에 있을 수도 있고, 측면 반사 면들은 광을 위로 반사시키도록 구성될 수도 있다. 각 렌즈 어셈블리로부터의 광이 센서들을 향해 재지향되는 측면 반사 면들 및 센서들의 다른 적합한 구성들이 가능하다. 어떤 실시형태들은 측면 반사 면들 (110, 135) 의 이동이 연관된 센서의 초점 또는 시야를 변화시키는 것을 가능하게 할 수도 있다.
도 1b 에서 도시된 바와 같이, 각 센서의 시야 (140, 145) 는 그 센서와 연관된 중앙 거울 (120) 의 면에 의해 대상 공간으로 방향이 틀어질 수도 있다. 각 카메라의 시야가 대상 필드 상의 상이한 로케이션들로 조향될 수 있도록 어레이에서의 프리즘들을 이동 및/또는 거울들을 경사시키기 위해 기계적인 방법들이 채용될 수도 있다. 이것은, 예를 들어, 하이 다이내믹 레인지 카메라를 구현하기 위해, 카메라 시스템의 해상도를 증가시키기 위해, 또는 플렌옵틱스 (plenoptics) 카메라 시스템을 구현하기 위해, 이용될 수도 있다. 각 센서의 (또는 각 3x1 어레이의) 시야는 대상 공간으로 투영될 수도 있고, 각 센서는 그 센서의 시야에 따라 타겟 장면의 일부분을 포함하는 부분 이미지를 캡처할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 대향 센서 어레이들 (105, 125) 에 대한 시야들 (140, 145) 은 소정 양 (150) 만큼 오버랩될 수도 있다. 오버랩 (150) 을 감소시키고 단일 이미지를 형성하기 위해, 이하 설명되는 스티칭 프로세스가 2 개의 대향하는 센서 어레이들 (105, 125) 로부터의 이미지들을 결합하기 위해 이용될 수도 있다. 스티칭 프로세스의 어떤 실시형태들은 부분 이미지들을 함께 스티칭함에 있어 공통적인 모습들을 식별하기 위해 오버랩 (150) 을 채용할 수도 있다. 중첩하는 이미지들을 함께 스티칭한 후에, 스티칭된 이미지는 최종 이미지를 형성하기 위해 원하는 애스펙트 비 (aspect ratio), 예컨대 4:3 또는 1:1 로 크로핑될 수도 있다.
도 2 는 하나 이상의 이미지 센서 어셈블리들 (215a-n) 에 연결된 이미지 프로세서 (220) 를 포함하는 컴포넌트들의 셋트를 갖는 디바이스 (200) 의 하이 레벨 블록도를 나타낸다. 이미지 프로세서 (220) 는 또한 작업 메모리 (205), 메모리 (230), 및 디바이스 프로세서 (250) 와 통신하고, 디바이스 프로세서 (250) 는 다시 스토리지 (storage) (210) 및 전자 디스플레이 (225) 와 통신한다.
디바이스 (200) 는 셀 전화기, 디지털 카메라, 태블릿 컴퓨터, PDA 등일 수도 있다. 본 명세서에서 기술된 것과 같은 감소된 두께의 이미징 시스템이 이점들을 제공할 수 있을 많은 휴대용 컴퓨팅 디바이스들이 존재한다. 디바이스 (200) 는 또한 정지형 컴퓨팅 디바이스 또는 얇은 이미징 시스템이 유리할 임의의 디바이스일 수도 있다. 디바이스 (200) 상의 사용자에 대해 복수의 애플리케이션들이 이용가능할 수도 있다. 이들 애플리케이션들은 전통적인 사진 및 비디오 애플리케이션들, 하이 다이내믹 레인지 이미징 (high dynamic range imaging), 파노라믹 포토 및 비디오, 또는 3D 이미지들 또는 3D 비디오와 같은 입체적 이미징을 포함할 수도 있다.
이미지 캡처 디바이스 (200) 는 외부 이미지들을 캡처하기 위한 이미지 센서 어셈블리들 (215a-n) 을 포함한다. 이미지 센서 어셈블리들 (215a-n) 은, 도 1a 에 대해 상기 논의된 바와 같이, 센서, 렌즈 어셈블리, 및 타겟 이미지의 일부분을 각 센서로 재지향시키기 위한 주 및 부 반사 또는 굴절 면을 각각 포함할 수도 있다. 일반적으로, N 개의 이미지 센서 어셈블리들 (215a-n) 이 사용될 수도 있고, 여기서, N ≥ 2 이다. 따라서, 타겟 이미지는 N 개의 부분들로 분할될 수도 있고, 여기서, N 센서 어셈블리들의 각 센서는 그 센서의 시야에 따라 타겟 이미지의 하나의 부분을 캡처한다. 하지만, 일부 실시형태들은 오직 하나의 이미지 센서 어셈블리만을 채용할 수도 있고, 이미지 센서 어셈블리들 (215a-n) 은 본 명세서에서 설명된 플드형 광학 이미징 디바이스의 구현을 위해 적합한 임의의 수의 이미지 센서 어셈블리들을 포함할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 센서들의 수는, 도 4 에 대해 이하 더 자세히 논의되는 바와 같이 시스템의 보다 낮은 z-높이를 달성하기 위해, 또는, 포스트-프로세싱 후에 이미지의 포커스를 조정하는 능력을 가능하게 할 수도 있는, 플렌옵틱스 카메라의 것과 유사한 중첩하는 시야들을 가지는 것과 같은 다른 목적들의 필요성들을 충족시키기 위해, 증가될 수도 있다. 다른 실시형태들은 2 개의 동시적인 이미지들을 캡처하고 그 다음 그들을 함께 병합하는 능력을 가능하게 하는 하이 다이내믹 레인지 카메라들에 적합한 시야 중첩 구성을 가질 수도 있다. 이미지 센서 어셈블리들 (215a-n) 은 캡처된 이미지를 이미지 프로세서 (220) 에 전송하기 위해 카메라 프로세서 (220) 에 커플링될 수도 있다.
이미지 프로세서 (220) 는, 이하 보다 자세히 설명될 바와 같이, 고품질의 스티칭된 이미지를 산출하기 위해 타겟 이미지의 N 개의 부분들을 포함하는 수신된 이미지 데이터에 대해 다양한 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 프로세서 (220) 는 범용 프로세싱 유닛 또는 이미징 애플리케이션들 (imaging applications) 을 위해 특별히 설계된 프로세서일 수도 있다. 이미징 프로세싱 동작들의 예들은 크로핑 (cropping), (예를 들어 상이한 해상도로의) 스케일링 (scaling), 이미지 스티칭, 이미지 포맷 변환, 컬러 보간, 컬러 프로세싱, 이미지 필터링 (예컨대, 공간 이미지 필터링), 렌즈 아티팩트 또는 결함 보정 등을 포함한다. 프로세서 (220) 는 일부 실시형태들에서 복수의 프로세서들을 포함할 수도 있다. 어떤 실시형태들은 각각의 이미지 센서에 대해 전용되는 프로세서를 가질 수도 있다. 프로세서 (220) 는 하나 이상의 전용 이미지 신호 프로세서들 (ISPs) 또는 프로세서의 소프트웨어 구현일 수도 있다.
도시된 바와 같이, 이미지 프로세서 (220) 는 메모리 (230) 및 작업 메모리 (205) 에 접속된다. 예시된 실시형태에서, 메모리 (230) 는 캡처 제어 모듈 (235), 이미지 스티칭 모듈 (240), 및 오퍼레이팅 시스템 (245) 을 저장한다. 이들 모듈들은 다양한 이미지 프로세싱 및 디바이스 관리 태스크들 (tasks) 을 수행하도록 디바이스 프로세서 (250) 의 이미지 프로세서 (220) 를 구성하는 명령들을 포함한다. 작업 메모리 (205) 는 메모리 (230) 의 모듈들에 포함된 프로세서 명령들의 작업 셋트를 저장하기 위해 이미지 프로세서 (220) 에 의해 이용될 수도 있다. 대안적으로, 작업 메모리 (205) 는 또한, 디바이스 (200) 의 동작 동안 생성된 동적 데이터를 저장하기 위해 이미지 프로세서 (220) 에 의해 이용될 수도 있다.
상기 언급된 바와 같이, 이미지 프로세서 (220) 는 메모리들에 저장된 수개의 모듈들에 의해 구성된다. 캡처 제어 모듈 (235) 은 이미징 센서 어셈블리들 (215a-n) 의 포커스 포지션을 조정하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성하는 명령들을 포함할 수도 있다. 캡처 제어 모듈 (235) 은 디바이스 (200) 의 전체 이미지 캡처 기능들을 제어하는 명령들을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 캡처 제어 모듈 (235) 은 이미징 센서 어셈블리들 (215a-n) 을 이용하여 타겟 이미지 장면의 로 (raw) 이미지 데이터를 캡처하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성하기 위한 서브루틴들을 호출하는 명령들을 포함할 수도 있다. 캡처 제어 모듈 (235) 은 그 다음, 센서 어셈블리들 (215a-n) 에 의해 캡처된 N 개의 부분 이미지들에 대해 스티칭 기법을 수행하고 스티칭되고 크로핑된 타겟 이미지를 이미징 프로세서 (220) 로 출력하기 위해 이미지 스티칭 모듈 (240) 을 호출할 수도 있다. 캡처 제어 모듈 (235) 은 또한, 캡처될 장면의 프리뷰 (preview) 이미지를 출력하기 위해 로 이미지 데이터에 대해 스티칭 동작을 수행하기 위해, 그리고, 소정 시간 간격들로 또는 로 이미지 데이터에서의 장면이 변경될 때 프리뷰 이미지를 업데이트하기 위해 이미지 스티칭 모듈 (240) 을 호출할 수도 있다.
이미지 스티칭 모듈 (240) 은 캡처된 이미지 데이터에 대해 스티칭 및 크로핑 기법들을 수행하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성하는 명령들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, N 개의 센서들 (215a-n) 의 각각은 각 센서의 시야에 따른 타겟 이미지의 부분을 포함하는 부분 이미지를 캡처할 수도 있다. 시야들은 도 1b 에 대해 상기 설명되고 도 3c, 도 4c, 도 5b 및 도 6b 에 대해 이하 설명되는 바와 같이, 오버랩 영역들을 공유할 수도 있다. 단일 타겟 이미지를 출력하기 위해, 이미지 스티칭 모듈 (240) 은 고해상도 타겟 이미지를 생성하기 위해 다수의 N 개의 부분 이미지들을 결합하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성할 수도 있다. 타겟 이미지 생성은 공지의 이미지 스티칭 기법들을 통해 발생할 수도 있다. 이미지 스티칭의 예들은, 참조에 의해 그 전체가 본원에 통합되는, 미국 특허 출원 번호 제 11/623,050 호 (문서 번호 060170) 에서 발견될 수 있다.
예를 들어, 이미지 스티칭 모듈 (240) 은 N 개의 부분 이미지들의 서로에 대한 회전 및 정렬을 결정하기 위해 피처들 (features) 을 매칭 (matching) 시키기 위해 N 개의 부분 이미지들의 에지들을 따라 오버랩 영역들을 비교하기 위한 명령들을 포함할 수도 있다. 각 센서의 시야의 형상 및/또는 부분 이미지들의 회전으로 인해, 결합된 이미지는 불규칙한 형상을 형성할 수도 있다. 따라서, N 개의 부분 이미지들을 정렬 및 결합한 후에, 이미지 스티칭 모듈 (240) 은 예컨대 4:3 직사각형 또는 1:1 정사각형과 같은 원하는 형상 및 애스펙트 비로 결합된 이미지를 크로핑하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성하는 서브루틴들을 호출할 수도 있다. 크로핑된 이미지는 스토리지 (210) 에의 저장을 위해 또는 디스플레이 (225) 상에서의 표시를 위해 디바이스 프로세서 (250) 로 전송될 수도 있다.
오퍼레이팅 시스템 모듈 (245) 은 디바이스 (200) 의 프로세싱 자원 및 작업 메모리 (205) 를 관리하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성한다. 예를 들어, 오퍼레이팅 시스템 모듈 (245) 은 이미징 센서 어셈블리들 (215a-n) 과 같은 하드웨어 자원을 관리하기 위한 디바이스 드라이버들을 포함할 수도 있다. 따라서, 일부 실시형태들에서, 상기 논의된 이미지 프로세싱 모듈들에 포함된 명령들은 이들 하드웨어 자원들과 직접 상호작용하지 않을 수도 있지만, 대신에, 오퍼레이팅 시스템 컴포넌트 (270) 에 위치된 표준 서브루틴들 또는 API 들을 통해 상호작용할 수도 있다. 오퍼레이팅 시스템 (245) 내의 명령들은 그 다음 이들 하드웨어 컴포넌트들과 직접 상호작용할 수도 있다. 오퍼레이팅 시스템 모듈 (245) 은 디바이스 프로세서 (250) 와 정보를 공유하도록 이미지 프로세서 (220) 를 추가로 구성할 수도 있다.
디바이스 프로세서 (250) 는 사용자에게 캡처된 이미지 또는 캡처된 이미지의 프리뷰를 표시하도록 디스플레이 (225) 를 제어하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 (225) 는 이미징 디바이스 (200) 의 외부에 있을 수도 있고, 또는 이미징 디바이스 (200) 의 일부일 수도 있다. 디스플레이 (225) 는 또한, 이미지를 캡처하기 이전에 사용자에 대해 프리뷰 이미지를 디스플레이하는 뷰 파인더 (view finder) 를 제공하도록 구성될 수도 있고, 또는, 사용자에 의해 최근에 캡처된 또는 메모리에 저장된 캡처된 이미지를 디스플레이하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 (225) 는 LCD 또는 LED 스크린을 포함할 수도 있고, 터치 감지 기술들을 구현할 수도 있다.
디바이스 프로세서 (250) 는 예를 들어 캡처된 이미지들을 나타내는 데이터를 스토리지 모듈 (210) 에 기입할 수도 있다. 스토리지 모듈 (210) 은 전통적인 디스크 디바이스로서 도표로 표현되지만, 통상의 기술자는, 스토리지 모듈 (210) 은 임의의 스토리지 매체 디바이스로서 구성될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 스토리지 모듈 (210) 은, 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 광학 디스크 드라이브 또는 광자기 디스크 드라이브와 같은 디스크 드라이브, 또는 플래시 메모리, RAM, ROM, 및/또는 EEPROM 과 같은 솔리드 스테이트 메모리를 포함할 수도 있다. 스토리지 모듈 (210) 은 또한 다수의 메모리 유닛들을 포함할 수 있고, 메모리 유닛들 중 임의의 것은 이미지 캡처 디바이스 (200) 내에 있도록 구성될 수도 있고, 또는, 이미지 캡처 디바이스 (200) 외부에 있을 수도 있다. 예를 들어, 스토리지 모듈 (210) 은 이미지 캡처 디바이스 (200) 내에 저장된 시스템 프로그램 명령들을 포함하는 ROM 메모리를 포함할 수도 있다. 저장 모듈 (210) 은 또한, 카메라로부터 착탈 가능할 수도 있는, 캡처된 이미지들을 저장하도록 구성된 메모리 카드들 또는 고속 메모리들을 포함할 수도 있다.
비록 도 2 는 프로세서, 이미징 센서, 및 메모리를 포함하도록 별개의 컴포넌트들을 갖는 디바이스를 묘사하지만, 통상의 기술자는, 이들 별개의 컴포넌트들은 특정 설계 목적들을 달성하기 위해 다양한 방식들로 결합될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 대안적인 실시형태에서, 메모리 컴포넌트들은 비용을 절약하고 성능을 향상시키기 위해 프로세서 컴포넌트들과 결합될 수도 있다.
또한, 비록 도 2 는 수개의 모듈들을 포함하는 메모리 컴포넌트 (230) 및 작업 메모리를 포함하는 별개의 메모리 (205) 를 포함하는 2 개의 메모리 컴포넌트들을 도시하지만, 통상의 기술자는 상이한 메모리 아키텍쳐들 (architectures) 을 이용한 수개의 실시형태들을 인식할 것이다. 예를 들어, 설계는 메모리 (230) 에 포함된 모듈들을 구현하는 프로세서 명령들의 스토리지를 위해 ROM 또는 정적 RAM 을 이용할 수도 있다. 프로세서 명령들은 이미지 프로세서 (220) 에 의한 실행을 용이하게 하기 위해 RAM 내로 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 작업 메모리 (205) 는, 프로세서 (220) 에 의한 실행 전에 작업 메모리 (205) 로 로딩되는 명령들을 갖는 RAM 메모리를 포함할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c 로 가서, 폴드형 광학 센서 어레이 (300) 의 하나의 실시형태가 보다 자세히 설명될 것이다. 어레이 (300) 는 2 개의 3x1 열들 (rows) 의 센서 어셈블리들 및 중앙 광 반사 면 (335), 예컨대 거울을 포함한다. 도 1a 에서 도시된 바와 같이, 센서 어셈블리들 A-F 은 각각, 이미지 센서, 렌즈 어셈블리, 및 부 반사 면을 포함할 수도 있다. 센서 어레이 (300) 구성의 일부 실시형태들은 82 도의 시야를 가질 수도 있다.
도 3a 및 도 3b 에서 도시된 바와 같이, 센서 어셈블리 A (305), 센서 어셈블리 B (310), 및 센서 어셈블리 C (315) 는 중앙 미러 (335) 의 일 측 (337) 에 제 1 축 (301) 을 따라 서로 인접하게 평행하게 정렬된다. 센서 어셈블리 D (320), 센서 어셈블리 E (325), 및 센서 어셈블리 F (330) 는 중앙 미러 (335) 의 대향 측 (338) 에 제 2 축 (302) 을 따라 서로 인접하게 평행하게 정렬된다. 제 1 및 제 2 축은 중앙 거울 (335) 의 대칭의 중앙 라인 (336) 에 대해 평행하게 정렬된다. 비록 축 상의 각 센서 어셈블리 사이에 균일한 갭 (gap) 이 존재하는 것으로 묘사되었지만, 이 갭의 양은 가변적이고, 일부 실시형태들은, 예를 들어 센서들을 실리콘 웨이퍼의 그룹으로서 컷팅함으로써, 그들 사이에 갭이 없이 센서들을 배열할 수도 있다.
도 3b 는 3 개의 구분 미러링되는 면들 (337, 338, 및 339) 을 디스플레이하는 중앙 거울 (335) 의 투시도를 나타낸다. 미러링된 면 (337) 은 타겟 이미지의 일부분을 포함하는 광을 센서 어셈블리 (320) 를 향해 재지향시킨다. 타겟 이미지의 이 부분은 센서 (320) 의 시야에 대응한다. 미러링된 면 (338) 은 타겟 이미지의 다른 부분을 센서 어셈블리 (325) 를 향해 재지향시키고, 미러링된 면 (339) 은 타겟 이미지의 제 3 부분을 센서 어셈블리 (330) 를 향해 재지향시킨다. 비록 도 3b 에 의해 도시된 도에서는 나타나지 않지만, 중앙 거울의 대향 측은 센서 어셈블리 (305, 310, 및 315) 를 향해 광을 반사시키는 3 개의 유사한 면들을 포함한다.
어레이 (300) 에서의 센서들의 각각의 시야들이 도 3c 에서 도시된다. 시야 (360) 는 센서 (320) 에 대응하고, 시야 (365) 는 센서 (325) 에 대응하며, 시야 (370) 는 센서 (330) 에 대응한다. 부분적으로 중앙 거울 면들 (337 및 338) 의 상대 각도로 인해, 시야들 (360 및 365) 은 삼각형의 오버랩을 공유한다. 시야들 (365 및 370) 은 또한 동일한 사양들의 삼각형의 오버랩을 공유할 수도 있다. 중앙 거울 (335) 이 대칭 라인 (336) 에 관해 대칭적이므로, 시야들 (345, 350, 및 355) 은 시야들 (360, 365, 및 370) 과 서로에 대해 유사한 관계를 보유할 수도 있다. 또한, 센서 어레이의 2 열들은 중첩하는 시야들을 공유할 수도 있다. 시야들 (365 및 350) 은 직사각형 오버랩을 공유한다. 일부 실시형태들에서, 어레이에서의 센서들은 예시된 시야들에 따라 복수의 이미지들을 캡처할 수도 있고, 복수의 이미지들은 함께 스티칭되고 직사각형 경계 (340) 로 크로핑되어 타겟 이미지를 생성할 수도 있다.
도 4 는 센서 (405), 렌즈 시스템 (495), 제 1 반사면 (480) 및 제 2 반사 면 (401) 을 포함하는 폴드형 광학 센서 어셈블리 (400) 의 일 실시형태를 나타낸다.
폴드형 광학 센서 어셈블리 (400) 에서, 제 1 반사 면 (480) 은 센서 (405) 가 탑재되는 평면에 대해 각도 τO 로 포지셔닝될 수도 있다. 제 2 반사 면 (401) 은 센서 (405) 가 탑재되는 평면에 대해 각도 τi 로 포지셔닝될 수도 있다. 센서 (405) 는 적어도 부분적으로 센서 높이 (410) 에 의해 결정된 센서의 높이의 시야 (γH) 및 대각선 시야 (γ) 를 가질 수도 있다. 렌즈 시스템 (495) 은, 렌즈 시스템 (495) 의 수용 에지 상의 포인트 (dO) 로부터 반사 면 (480) 상의 포인트 (QO) 까지 중앙 축을 따라서 측정된, 제 1 반사 면 (480) 으로부터 거리 (445) 에 포지셔닝될 수도 있다. 렌즈 시스템은, 렌즈 시스템 (495) 의 송광 에지 상의 포인트 (di) 로부터 반사 면 (401) 상의 포인트 (Qi) 까지 중앙 축을 따라서 측정된, 제 2 반사 면 (401) 으로부터 거리 (430) 에 포지셔닝될 수도 있다.
타겟 이미지 장면을 포함하는 입사 광 (475) 은 제 1 반사면 (480) 을 향해 이동한다. 입사 빔 (475) 은 포인트 (PO) 에서 면 (480) 을 때리고, 그 다음, 면 (480) 에서 반사되어 렌즈 시스템 (495) 을 향해 반사된 빔 (470) 으로서 이동한다. 입사 빔 (475) 은 렌즈 시스템 (495) 의 수용 에지에 대해 각도 (αO) 를 형성하고, 반사된 빔 (470) 은 렌즈 시스템 (495) 의 수용 에지에 대해 각도 (βO) 를 형성한다. 입사 빔 (475) 과 반사된 빔 (470) 사이의 반사각은 변수 (δO) 에 의해 표시된다.
반사된 빔 (470) 은 그 다음 렌즈 시스템 (495) 으로 들어가고, 적어도 하나의 직경 (465) 의 렌즈를 통과한다. 렌즈 시스템 (495) 은 길이 (435) 및 직경 (425) 을 갖는다. 렌즈 시스템 내에서, 타겟 이미지는 높이 (460) 의 것이다. 거리 (440) 는 렌즈 시스템 (495) 의 에지로부터 렌즈 다이어프램의 포지션을 나타낸다. 수렴 렌즈를 채용하는 실시형태들에서, 광은 초점 포인트 R 에서 수렴할 수도 있고, 그 다음, 렌즈 시스템 (495) 의 다른 측으로 밖으로 이동한다.
렌즈 시스템 (495) 을 떠난 후에, 광의 빔 (455) 은 부 반사 면 (401) 에 입사한다. 입사 빔 (455) 은 포인트 (Pi) 에서 면 (480) 을 때리고, 그 다음, 면 (401) 에서 반사되어 센서 (405) 를 향해 반사된 빔 (450) 으로서 이동한다. 반사된 빔 (450) 은 렌즈 시스템 (495) 의 송광 에지에 대해 각도 (αi) 를 형성하고, 입사 빔 (455) 은 렌즈 시스템 (495) 의 송광 에지에 대해 각도 (βi) 를 형성한다. 입사 빔 (455) 과 반사 빔 (450) 사이의 반사의 각도는 변수 (δi) 에 의해 표시된다.
전술한 변수들 사이의 관계는, 일부 2D 실시형태들에서, 다음 식들에 의해 정의된다:
Figure 112015046494300-pct00001
폴드형 광학들을 갖는 시스템 (400) 의 최소 Z-높이 (490) 는 최소 백 초점 길이 (minimum back focal length) 에 의해 결정된다. 최소 백 초점 길이는 렌즈 시스템의 직경 (425) 에 대한 최대 값을 계산하기 위해 이용될 수도 있다. 렌즈 시스템의 직경 (425) 은 센서에 대한 Z-거리의 값 (420) 및 거울의 상부에 대한 Z-거리의 값 (485) 을 결정한다. 센서에 대한 Z-거리 (420) 및 거울의 상부에 대한 Z-거리 (485) 의 값들은 시스템 (480) 에 대한 최소 Z-높이를 제공한다.
일 실시형태에서, 센서에 대한 Z-거리 (420) 및 부 반사 면에 대한 거리 (430) 양자 모두는 최소이고, 따라서, 어셈블리 (400) 는 폴드형 광학들 (folded optics) 을 이용하기 위해 필요한 최소 백 초점 길이를 갖는다. 이것은, 반사된 빔 (450) 이 단지 렌즈 시스템 (495) 과 교차하지 않고 센서 (405) 가 단지 렌즈 시스템 (495) 및 부 반사 면 (401) 과 교차하지 않는 포인트까지 렌즈 시스템의 직경 (425) 이 증가될 때, 발생할 수도 있다. 이 포인트에서, 렌즈 시스템의 직경 (425) 은 또한 그것의 최대 값에 도달했을 수도 있다.
폴드형 광학들을 갖는 시스템 (490) 의 최소 Z-높이는 최소 백 초점 길이에 관련되고, 최소 백 초점 길이로부터, 렌즈 시스템의 직경 (425) 에 대한 최대 값이 계산될 수도 있다. 폴드형 광학들을 갖는 렌즈 시스템 (495) 의 백 초점 길이는 부 반사 면 (401) 까지의 거리와 센서 (415) 까지의 거리를 합산함으로써 계산될 수도 있다. 일 실시형태에서, 시야 (γH) 는 40 도로 고정될 수도 있고, 센서 (405) 의 높이는 1.6㎜ 일 수도 있으며, 센서 (405) 는 1Mpx 센서일 수도 있다. 백 초점 길이는 렌즈 직경 (465) 이 .5㎜ 인 경우에 2㎜ 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 폴드형 광학 센서 어레이에서의 센서들의 수는 보다 낮은 Z-높이들을 달성하기 위해 증가될 수도 있다.
일 실시형태들에서, 센서 (405) 는 1.4㎛ 픽셀 피치를 갖는 5MP 센서일 수도 있고, 시야 (γH) 는 65 도일 수도 있다. 이 실시형태의 유효 초점 길이는 유한에서 포커싱될 때 3.57㎜ 일 수도 있다. 유사하게, 1.12㎛ 픽셀 피치를 갖는 8MP 센서를 갖는 실시형태의 유효 초점 길이는 또한, 센서가 5MP 센서와 동일한 물리적 사이즈일 수 있으므로, 3.57㎜ 일 수도 있다. 이들 실시형태들의 시스템의 Z-높이 (490) 가 3.9㎜ 정도이도록 하는 것이 가능하다.
도 5a 및 도 5b 는 대응하는 시야들을 갖는 6 센서 폴드형 광학 어레이들의 2 개의 실시형태들을 나타낸다. 도 4 와 관련하여 상기 논의된 바와 같이, 이들 실시형태들의 센서 어셈블리들은 각각, 센서, 렌즈 시스템, 및 광을 센서 상으로 가이드하기 위해 포지셔닝된 반사 면을 포함할 수도 있다. 이들 실시형태들에서 논의된 중앙 거울은 별개의 반사 면들의 어셈블리 (assembly) 로서 제조될 수도 있고, 또는, 다중 반사 면들을 갖는 단일 프리즘으로서 제조될 수도 있다.
도 5a 는 중앙 거울 (505) 주위에 센서 어셈블리들 (510, 520, 및 530) 의 제 1 열 및 센서 어셈블리들 (540, 550, 및 560) 의 제 2 열을 갖는 폴드형 광학 센서 어레이 (500) 의 다른 실시형태를 나타낸다. 각 열의 센서 어셈블리들은, 센서들이 동일 평면에 탑재되지 않도록, 서로에 대해 회전 또는 경사될 수도 있다. 예를 들어, 외측 센서 어셈블리들 (510, 530 및 540, 560) 은 중앙 센서들 (520, 550) 에 대해 대략적으로 21 도 플러스 또는 마이너스로 회전될 수도 있다. 어셈블리들의 중앙 축들은 이미지 평면에 대해 평행한 하나의 평면 내에 있을 수도 있다. 센서 어셈블리 (500) 의 어떤 실시형태들은 11㎜ × 12㎜ - 4.5㎜ (W × L - Z-높이) 를 측정할 수도 있다. 물론, 실시형태들이 이들 회전에 제한되지 않고, 다른 정도의 회전이 고려된다.
중앙 거울 (505) 은 6 개의 면들을 포함할 수도 있고, 각 면은 타겟 이미지 장면의 일부분을 포함하는 광을 센서 어셈블리들 중의 하나를 향해 재지향시키도록 구성된다. 예를 들어, 면 (570) 은 광을 센서 어셈블리 (540) 에 지향시킬 수도 있고, 면 (580) 은 광을 센서 어셈블리 (550) 에 지향시킬 수도 있으며, 면 (590) 은 광을 센서 어셈블리 (560) 에 지향시킬 수도 있다. 일 실시형태에서, 면들 (570 및 590) 은 76 × 31.3 도 (상부 × 하부) 로 각을 이룰 수도 있고, 면 (580) 은 76.4 도 × 0 도 (상부 × 하부) 로 각도를 이룰 수도 있다. 비록 도 5a 의 투시도에서는 보이지 않지만, 중앙 거울 (505) 의 측면은 센서 어셈블리들 (510, 520, 및 530) 에 대응하는 3 개의 추가적인 면들을 포함할 수도 있다. 일 실시형태는 10 개의 면들을 갖는 복잡한 거울을 포함할 수도 있고, 이 중 6 개는 반사 면들일 수도 있다. 중앙 거울의 일부 실시형태들은 6 개의 면들을 갖는 복잡한 거울을 포함할 수도 있고, 다른 실시형태들은 3 개의 별개의 웨지 (wedge) 형상의 거울들을 포함할 수도 있다. N 개의 센서들을 갖는 다른 실시형태들에서, 중앙 거울은 N 개의 면들을 포함할 수도 있고, 여기서, N 개의 면들의 각각은 타겟 이미지 장면의 일부분을 포함하는 광을 N 개의 센서들 중의 하나를 향해 지향시키도록 구성된다.
도 5b 는 6 개의 센서 어셈블리들 (511, 521, 531, 541, 551, 및 561) 이 3 개의 중앙 거울들 (571, 581, 및 591) 의 클러스터 (cluster) 주위에 일반적으로 원형 패턴으로 주위에 탑재된 폴드형 광학 센서 어레이 (501) 의 다른 실시형태를 나타낸다. 일부 실시형태들에서, 센서 어셈블리들 (511 및 541) 및 센서 어셈블리들 (531 및 561) 사이에는 대략적으로 76 도의 각도가 존재할 수도 있다. 센서 어셈블리들은 동일 평면에, 예컨대 실질적으로 평평한 기판 상에 탑재될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 센서 어셈블리들에서의 센서들은 탑재 면에 대해 수직으로 배열될 수도 있다. 각 센서는 전체 시야의 상이한 부분을 보여줄 수도 있다.
중앙 거울들 (571, 581, 및 591) 은 또한 기판 상에 탑재될 수도 있다. 중앙 거울들 (571, 581, 및 591) 은 각각 별개의 웨지 형상의 거울일 수도 있다. 면 (571) 은 광을 양 센서 어셈블리들 (511 및 541) 에 지향시킬 수도 있다. 면 (581) 은 2 개의 별개의 반사 면들을 포함할 수도 있고, 그것의 제 1 면은 광을 센서 어셈블리 (551) 에 지향시킬 수도 있고, 그것의 제 2 면은 광을 센서 어셈블리 (521) 에 지향시킬 수도 있다. 면 (591) 은 광을 양 센서 어셈블리들 (531 및 561) 에 지향시킬 수도 있다. 센서 어레이 (501) 의 어떤 실시형태들은 15㎜ × 17㎜ - 3.6㎜ (W × L - Z-높이) 를 측정할 수도 있다.
일 실시형태에서, 어레이 (501) 에서의 센서들은 1.4㎛ 픽셀 사이즈 및 4:3 비를 가지고 3.61 × 2.71 ㎜ (W × H) 를 갖는 5 메가픽셀들일 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 센서들은 1.12㎛ 픽셀 사이즈 및 4:3 비를 가지고 3.66 × 2.74 ㎜ (W × H) 를 갖는 8 메가픽셀들일 수도 있다. 각 센서의 시야는 40 도일 수도 있다. 어떤 실시형태들에서 어레이 (501) 의 전체 사이즈는 18 × 18 - 2.5 ㎜ (W × L - Z-높이) 보다 더 크지 않을 수도 있다. 20㎝ 이상인 대상 거리에서 여러 센서들의 시야들 사이에 5% 내지 10% 의 오버랩이 존재할 수도 있다. 각도 오버랩은 대상 거리의 함수로서 일정할 수도 있고, 또는, 적어도 점근적으로 일정하다.
어레이들 (500, 501) 의 어떤 실시형태들은 도 4 에서 묘사된 렌즈 시스템 (495) 에 유사한 렌즈 어셈블리를 채용할 수도 있다. 어레이의 어떤 실시형태들에서의 모든 렌즈 시스템들은 동일한 초점 길이, 렌즈 직경 및 길이를 가질 수도 있고, 이는 이용가능한 센서 면적을 최대화시키는 것과 관련하여 바람직한 결과들을 가져올 수도 있다. 이용가능한 센서 면적을 최대화하는 것은 또한 내측 및 외측 센서들의 렌즈 시스템들에 대해 상이한 설계들을 이용함으로써 달성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 렌즈 직경은 대략적으로 1.3㎜ 일 수도 있고, 초점 거리는 대략적으로 2.7㎜ 일 수도 있다. 렌즈 시스템의 최대 가능 길이는 대략적으로 2.3㎜ 일 수도 있고, 렌즈 시스템의 직경 (높이) 은 대략적으로 1.6㎜ 일 수도 있다. 어레이 (501) 의 총 시야는 83 도일 수도 있다.
도 5c 는 도 5a 및 도 5b 의 폴드형 광학 센서 어레이 실시형태들의 투영된 시야들의 일 실시형태를 나타낸다. 비록 2 개의 어레이 실시형태들 (500, 501) 사이에 센서 및 중앙 거울 구성들이 상이하지만, 그들은 동일한 시야 구성을 공유한다. 시야 (515) 는 센서들 (510, 511) 에 대응하고; 시야 (525) 는 센서들 (520, 521) 에 대응하고; 시야 (535) 는 센서들 (530, 531) 에 대응하고; 시야 (545) 는 센서들 (540, 541) 에 대응하며; 시야 (555) 는 센서들 (550, 551) 에 대응하고; 시야 (565) 는 센서들 (560, 561) 에 대응한다.
시야들 (515 및 525) 은 삼각형 오버랩을 공유하고, 여기서, 각도 오버랩은 X 및 Y-방향들에서 1-4 도 사이에서 변화한다. 일부 실시형태들에서, 오버랩은 4 도보다 더 크다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 센서 면적의 이용 효율 및 관련된 손실에 적어도 부분적으로 기초하여, 설계로서 적절할 수도 있는 경우에, 오버랩은 10 도 이상일 수도 있다. 각도 오버랩이 3 도인 일부 실시형태들에서, 1 미터 시야들 (515 및 525) 은 2 개의 중첩하는 시야들의 전체 캡처된 면적의 3.3% 를 포함하는 오버랩을 가질 수도 있다. 시야들 (525 및 535), 시야들 (545 및 555), 및 시야들 (555 및 565) 은 또한 동일 사양의 삼각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 또한, 시야들 (515 및 545) 은 4 도에서 5.1% 의 삼각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 시야들 (535 및 565) 은 유사한 오버랩을 공유할 수도 있다. 시야들 (525 및 555) 은 센서 어레이 (500, 501) 에 걸쳐 중첩될 수도 있고, 3 도에서 3.3% 를 공유할 수도 있다. 전체 어레이 (500, 501) 의 시야는 82 도일 수도 있다. 중첩하는 시야들의 일부 실시형태들은 직사각형 4:3 애스펙트 비 (596) 로 크로핑되어 18.8% 의 손실을 초래할 수도 있다. 다른 실시형태들은 1:1 정사각형 애스펙트 비 (595) 로 크로핑되어 11.3% 의 손실을 초래할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 시야들 (515 및 525) 은 2 개의 중첩하는 시야들의 전체 캡처된 면적의 6.7% 를 포함하는 5.2 도의 오버랩을 가질 수도 있다. 시야들 (525 및 535), 시야들 (545 및 555), 및 시야 (555 및 565) 는 또한 동일 사양들의 삼각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 또한, 시야들 (515 및 545) 은 4.9 도에서 8.5% 의 삼각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 도시된 바와 같이, 시야들 (535 및 565) 은 유사한 오버랩을 공유한다. 시야들 (525 및 555) 은 센서 어레이 (500, 501) 에 걸쳐 중첩하고, 5.3 도에서 7.5% 를 공유할 수도 있다. 다른 실시형태들은 다양한 각도들에서 더 크거나 더 작은 백분율의 캡처된 영역을 공유할 수도 있다. 중첩 시야들의 일부 실시형태들은 직사각형 4:3 의 애스펙트 비 (596) 로 크로핑되어 24.2% 의 손실을 초래할 수도 있다. 다른 실시형태들은 최대 직사각형으로 크로핑되어 6.6% 의 손실을 초래할 수도 있다. 전체 시야는 76 도일 수도 있다. 하지만, 이들 수들은 오버랩 영역들의 가시적 최적화에 기초하고, 허용가능한 손실 면적 및 대상 거리와 같은 팩터들에 따라 변화한다.
센서 어레이 (500) 의 일 실시형태에서, 중앙-중앙 오버랩 (525, 555) 은 3.7 도에서 5% 일 수도 있고, 측면-측면 오버랩은 4 도에서 5.1% 일 수도 있으며, 중앙-측면 오버랩은 3.3 도에서 3.3% 일 수도 있다. 4:3 직사각형 애스펙트 비에서의 크로핑은 18.8% 의 손실을 초래할 수도 있는 한편, 가능 최대 직사각형에서의 크로핑은 11.3% 의 손실을 초래할 수도 있다. 센서 어레이 (501) 의 일 실시형태에서, 중앙-중앙 오버랩 (525, 555) 은 4.7 도에서 5% 일 수도 있고, 측면-측면 오버랩은 4 도에서 5% 일 수도 있으며, 중앙-측면 오버랩은 2.2 도에서 3.6% 일 수도 있다. 4:3 직사각형 애스펙트 비에서의 크로핑은 19.4% 의 손실을 초래할 수도 있는 한편, 가능 최대 직사각형에서의 크로핑은 11.2% 의 손실을 초래할 수도 있다. 센서 어레이 (501) 의 다른 실시형태에서, 중앙-중앙 오버랩 (525, 555) 은 1.6 도에서 2.4% 일 수도 있고, 측면-측면 오버랩은 6.2 도에서 8% 일 수도 있으며, 중앙-측면 오버랩은 4.3 도에서 6.9% 일 수도 있다. 4:3 직사각형 애스펙트 비에서의 크로핑은 14.2% 의 손실을 초래할 수도 있는 한편, 가능 최대 직사각형에서의 크로핑은 14.2% 의 손실을 초래할 수도 있다. 전체 시야는 83 도일 수도 있다. 일 실시형태에서, 최종 이미지는 4:3 크로핑 후에 19 메가픽셀들 정도일 수도 있다.
시스템의 총 Z-높이를 제한하는 것은 어레이에서의 각 센서의 일부분이 각 부 거울의 제한된 높이로 인해 사용가능하지 않게 되는 결과를 초래할 수도 있다.예를 들어, 도 4 에서 기술된 것과 같은 센서 어셈블리들을 채용하는 어레이 (501) 의 일 실시형태에서, 그리고 시스템의 Z-높이가 2.5㎜ 로 제한되는 경우에, 센서들 (551 및 521) 은 54.2% 의 가용 면적을 가질 수도 있고, 센서들 (511, 531, 541, 및 561) 은 52.1% 의 가용 면적을 가질 수도 있다. 이용가능한 센서의 높이는 시스템에 대한 높이 제약 하에서 2㎜ 정도일 수도 있다.
도 6a 는 폴드형 광학 센서 어레이 (600) 의 다른 실시형태를 나타낸다. 센서 어레이 (600) 는 중앙 거울 (505) 주위로 제 1 열의 센서 어셈블리들 (610, 620, 및 630) 및 제 2 열의 센서 어셈블리들 (640, 650, 및 660) 을 갖는다. 각 열의 센서 어셈블리들은, 센서들이 동일 평면에 탑재되지 않도록, 서로에 대해 회전 또는 경사될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이러한 센서 구성은, 이미지 평면 및 초점 평면이 평행할 수도 있으므로, 복수의 직사각형 이미지들을 제공한다. 센서 어레이 (600) 의 어떤 실시형태들은 12㎜ × 15㎜ - 4.6㎜ (W × L - Z-높이) 를 측정할 수도 있다.
중앙 거울 (670) 은 6 개의 면들을 포함할 수도 있고, 각 면은 타겟 이미지 장면의 일부분을 포함하는 광을 센서 어셈블리들 중의 하나를 향해 재지향시키도록 구성된다. 중앙 거울의 일부 실시형태들은 6 개의 면들을 갖는 복합 거울을 포함할 수도 있고, 다른 실시형태들은 3 개의 별개의 웨지 형상의 거울들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 면 (673) 은 광을 센서 어셈블리 (640) 에 지향시킬 수도 있고, 면 (672) 은 광을 센서 어셈블리 (650) 에 지향시킬 수도 있으며, 면 (671) 은 광을 센서 어셈블리 (660) 에 지향시킬 수도 있고, 면 (674) 은 광을 센서 어셈블리 (630) 에 지향시킬 수도 있다. 비록 도 6a 의 투시도에서는 보이지 않지만, 중앙 거울 (505) 의 대향 측은 센서 어셈블리들 (510 및 520) 에 대응하는 2 개의 추가적인 면들을 포함할 수도 있다. N 개의 센서들을 갖는 다른 실시형태들에서, 중앙 거울은 N 개의 면들을 포함할 수도 있고, 여기서, N 개의 면들의 각각은 타겟 이미지 장면의 일부분을 포함하는 광을 N 개의 센서들 중의 하나를 향해 지향시키도록 구성된다.
도 6b 는 도 6a 의 폴드형 광학 센서 어레이 (600) 의 투영된 시야들의 일 실시형태를 나타낸다. 시야 (615) 는 센서 (610) 에 대응하고; 시야 (625) 는 센서 (620) 에 대응하고; 시야 (635) 는 센서 (630) 에 대응하고; 시야 (645) 는 센서 (640) 에 대응하며; 시야 (655) 는 센서 (650) 에 대응하고; 시야 (665) 는 센서 (660) 에 대응한다.
시야들 (615 및 625) 은 X- 및 Y-방향에서 일정하고 Z-방향에서 점근적으로 일정한 직사각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 각도 오버랩이 1.8 도인 일부 실시형태들에서, 1 미터 시야들 (615 및 625) 은 2 개의 중첩하는 시야들의 전체 캡처된 면적의 3.3% 를 포함하는 오버랩을 가질 수도 있다. 시야들 (625 및 635), 시야들 (645 및 655), 및 시야들 (655 및 665) 은 또한 동일 사양들의 직사각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 중앙 시야들 (625 및 655) 은 3.4 도에서 5.1% 의 직사각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 측면 시야들 (615 및 645, 및 635 및 665) 은 3.6 도에서 5% 의 직사각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 직사각형 4:3 애스펙트 비로의 크로핑 (680) 은 15.6% 의 손실을 초래할 수도 있고, 1:1 정사각형 애스펙트 비로의 크로핑 (690) 은 4% 의 손실을 초래할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 시야들 (615 및 625) 사이의 각도 오버랩은 3-5 도일 수도 있고, 1 미터 시야들 (615 및 625) 은 2 개의 중첩하는 시야들의 전체 캡처된 면적의 4% - 6% 를 포함하는 오버랩을 가질 수도 있다. 시야들 (625 및 635), 시야들 (645 및 655), 및 시야들 (655 및 665) 은 또한 동일 사양들의 직사각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 중앙 시야들 (625 및 655) 은 4-8 도에서 6%-8% 의 직사각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 측면 시야들 (615 및 645, 및 635 및 665) 은 4-10 도에서 6% - 9% 의 직사각형 오버랩을 공유할 수도 있다. 직사각형 4:3 애스펙트 비로의 크로핑 (680) 은 17.8% 의 손실을 초래할 수도 있고, 최대 직사각형으로의 크로핑은 4.5% 의 손실을 초래할 수도 있다. 전체 시야는 70 도와 120 도 사이일 수도 있다. 하지만, 이들 수들은 오버랩 영역들의 가시적 최적화에 기초하고, 허용가능한 손실 면적 및 대상 거리와 같은 팩터들에 따라 변화한다.
도 7 은 복수의 센서 어셈블리들 (705) 및 복수의 중앙 거울들 (710) 을 갖는 폴드형 광학 센서 어레이 (700) 의 다른 실시형태를 나타낸다. 도 4 에 대해 상기 논의된 바와 같이, 각 센서 어셈블리는 센서, 렌즈 시스템, 및 렌즈 시스템으로부터의 광을 센서 상으로 재지향시키도록 구성된 반사 면을 포함할 수도 있다. 이 실시형태에서, 중앙 거울 (710) 의 양 측에 2 개의 3x1 어레이들을 포함하는 센서 어레이는, 센서 어레이들의 2x2 캐스케이딩 어레이가 존재하도록 반복되었다. 다른 실시형태들은 임의의 적합한 캐스케이드된 어레이 구성을 채용할 수도 있다.
도 8 은 폴드형 광학 센서 어셈블리 (800) 의 다른 실시형태를 나타낸다. 본질적으로, 거울들은 상기 설명된 실시형태들에 비해 역 포지션이다. 예를 들어, 타겟 이미지를 포함하는 광은 센서 (810, 811) 를 둘러싸는 2 개의 주 반사 면들 (820, 821) 에 입사한다. 광은 2 개의 렌즈 어셈블리들 (840, 841) 을 통해 안쪽으로 재지향되고, 그 다음, 중앙의 부 반사 면들 (830, 831) 에서 반사되어 센서들 (810, 811) 상으로 아래로 향한다. 센서들 (810, 811) 은 개별 센서들 또는 센서들의 어레이를 나타낼 수도 있다.
도 9 는 폴드형 광학 이미지 캡처 프로세스 (900) 의 일 실시형태를 나타낸다. 프로세스 (900) 는 복수의 이미징 센서 어셈블리들이 있는 단계 905 에서 시작한다. 이 단계는 이전 이미지들에 대해 상기 논의된 센서 어레이 구성들 중 임의의 것을 포함한다. 센서 어셈블리들은, 도 4 에 대해 상기 논의된 바와 같이, 센서, 렌즈 시스템, 렌즈 시스템으로부터의 광을 센서 상으로 재지향시키도록 포지셔닝된 반사 면을 포함할 수도 있다. 프로세스 (900) 는 그 다음 단계 910 로 이동하고, 여기서, 적어도 하나의 반사 면이 복수의 이미지 센서들에 근접하여 탑재된다. 예를 들어, 이 단계는 2 개 열의 센서 어레이들 사이에 중앙 거울을 탑재하는 것을 포함할 수 있을 것이고, 여기서, 중앙 거울은 어레이들에서의 각 센서와 연관된 면을 포함한다.
프로세스 (900) 는 그 다음 단계 915 로 천이하고, 여기서, 장면의 타겟 이미지를 포함하는 광이 이미징 센서들을 향해 적어도 하나의 반사 면에서 반사된다. 예를 들어, 광의 일부분은 복수의 면들의 각각에서 복수의 센서들의 각각을 향해 반사될 수도 있다. 이 단계는, 광을 각 센서와 연관된 렌즈 어셈블리를 통과하게 하는 것을 더 포함할 수도 있고, 제 2 면에서 센서 상으로 광을 반사시키는 것을 또한 포함할 수도 있다. 단계 915 는 렌즈 어셈블리를 이용하여 또는 반사 면들 중 임의의 것의 움직임을 통해 광을 포커싱 (focusing) 하는 것을 더 포함할 수도 있다.
프로세스 (900) 는 그 다음 단계 920 으로 이동할 수도 있고, 여기서, 센서들은 타겟 이미지 장면의 복수의 이미지들을 캡처한다. 예를 들어, 각 센서는 그 센서의 시야에 대응하는 장면의 일부분의 이미지를 캡처할 수도 있다. 함께, 복수의 센서들의 시야들은 적어도 대상 공간에서의 타겟 이미지를 커버한다.
프로세스 (900) 는 그 다음 단계 925 로 천이할 수도 있고, 여기서, 복수의 이미지들로부터 단일 이미지를 생성하기 위해 이미지 스티칭 방법이 수행된다. 일부 실시형태들에서, 도 2 의 이미지 스티칭 모듈 (240) 이 이 단계를 수행할 수도 있다. 이것은 공지의 이미지 스티칭 기법들을 포함할 수도 있다. 또한, 시야들에서의 오버랩의 임의의 영역들은, 스티칭 프로세스에서 이미지들을 정렬시키는데 사용될 수도 있는, 복수의 이미지들에서의 오버랩을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 단계 925 는 인접 이미지들의 중첩하는 영역에서의 공통 피처들을 식별하는 것 및 이미지들을 정렬하기 위해 그 공통 피처들을 이용하는 것을 더 포함할 수도 있다.
다음으로, 프로세스 (900) 는 단계 930 으로 천이하고, 여기서, 스티칭된 이미지는 특정 애프펙트 비, 예컨대 4:3 또는 1:1 로 크로핑된다. 마지막으로, 단계 935 에서 크로핑된 이미지를 저장한 후에 프로세스는 종료된다. 예를 들어, 이미지는 도 2 의 스토리지 (210) 에 저장될 수도 있고, 또는, 타겟 장면의 프리뷰 이미지로서의 디스플레이를 위해 도 2 의 작업 메모리 (205) 에 저장될 수도 있다.
용어에 관한 명확화
통상의 기술자는, 본 명세서에서 개시된 구현형태들과 관련하여 기술된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자적 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합으로서 구현될 수도 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 상호교환가능성을 명확히 예시하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 그들의 기능성 관점에서 일반적으로 상기 설명되었다. 이러한 기능성이 하드웨어로 구현될지 또는 소프트웨어로 구현될 지는 전체 시스템에 부과되는 설계 제약들 및 특정 애플리케이션들에 의존한다. 통상의 기술자는 각각의 특정 애플리케이션에 대하여 다양한 방식들로 기술된 기능성을 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정들이 본 발명의 범위로부터의 이탈을 야기하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 통상의 기술자는, 부분 또는 일부분은 전체보다 적거나 전체와 동일한 어떤 것을 포함할 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 픽셀들의 집합의 부분은 그들 픽셀들의 하위 집합을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 개시된 구현형태들과 관련하여 기술된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그래머블 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에서 기술된 기능들을 수행하도록 설계되는 이들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안적으로, 그 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수도 있다.
본 명세서에서 개시된 실시형태들과 함께 기술된 방법 또는 프로세스의 단계들은 직접 하드웨어에, 프로세서에 의해 실행된 소프트웨어 모듈에, 또는 이 둘의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터들, 하드 디스크, 착탈식 디스크, CD-ROM, 또는 당해 기술분야에 공지된 임의의 다른 형태의 비-일시적 (non-transitory) 저장 매체에 상주할 수도 있다. 일 예시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체는 프로세서가 컴퓨터 판독가능 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 정보를 기입할 수 있도록 프로세서에 커플링된다. 대안적으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 에 상주할 수도 있다. ASIC 은 사용자 단말기, 카메라, 또는 다른 디바이스에 상주할 수도 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 이산 컴포넌트들로서 사용자 단말기, 카메라, 또는 다른 디바이스에 상주할 수도 있다.
제목들은 참조를 위해 그리고 여러 섹션들을 위치시키는 것을 돕기 위해 본 명세서에 포함된다. 이들 제목들은 그에 대해 기술된 개념들의 범위를 제한하도록 의도되지 아니한다. 이러한 개념들은 전체 명세서에 걸쳐 적용성을 가질 수도 있다.
개시된 구현형태들의 이전 설명은 통상의 기술자가 본 발명을 실시 또는 이용할 수 있도록 하기 위해 제공된다. 이들 구현형태들에 대한 다양한 변형들은 통상의 기술자에게 자명할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고도 다른 구현형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 나타난 구현형태들로 제한되는 것으로 의도되지 않고, 본 명세서에 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위에 부합한다.

Claims (30)

  1. 광학 시스템으로서,
    제 1 시야를 갖도록 배열된 제 1 카메라로서,
    광을 재지향시키도록 구성된 광 재지향기;
    제 1 렌즈와 상기 제 1 렌즈를 이동시키기 위한 제 1 액츄에이터를 포함하는 제 1 렌즈 어셈블리로서, 상기 제 1 렌즈 어셈블리는 상기 광 재지향기의 광학적으로 하류 (downstream) 에 배치되는, 상기 제 1 렌즈 어셈블리; 및
    상기 제 1 시야를 나타내는 광을 수신하도록 구성되는 제 1 이미지 센서로서, 상기 제 1 이미지 센서는 상기 광 재지향기 및 상기 제 1 렌즈 어셈블리 둘 다의 광학적으로 하류에 배치되고, 상기 제 1 이미지 센서는 제 1 기준 평면을 정의하는 제 1 감광성 표면을 포함하는, 상기 제 1 이미지 센서를 포함하는, 상기 제 1 카메라; 및
    상기 제 1 시야와 적어도 부분적으로 오버랩되는 제 2 시야를 갖도록 배열된 제 2 카메라로서,
    제 2 렌즈와 상기 제 2 렌즈를 이동시키기 위한 제 2 액츄에이터를 포함하는 제 2 렌즈 어셈블리; 및
    상기 제 2 시야를 나타내는 광을 수신하도록 구성되는 제 2 이미지 센서로서, 상기 제 2 이미지 센서는 상기 제 2 센서 어셈블리의 광학적으로 하류에 배치되고, 상기 제 2 이미지 센서는 제 2 기준 평면을 정의하는 제 2 감광성 표면을 포함하고, 상기 제 1 기준 평면은 상기 제 2 기준 평면과는 상이한, 상기 제 2 이미지 센서를 포함하는, 상기 제 2 카메라
    를 포함하는, 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기준 평면은 상기 제 2 기준 평면과 평행하지 않아서, 상기 제 1 기준 평면과 상기 제 2 기준 평면이 비-제로 각도로 교차하는, 광학 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 감광성 표면은 상기 제 1 기준 평면에 법선으로 전파되는 적어도 하나의 광선을 수신하도록 구성되고, 상기 제 2 감광성 표면은 상기 제 2 기준 평면에 법선으로 전파되는 적어도 하나의 광선을 수신하도록 구성되는, 광학 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 어셈블리는 상기 광 재지향기와 상기 제 1 이미지 센서 사이에 배치되고, 상기 제 1 렌즈 어셈블리는 상기 제 1 이미지 센서를 교차하는 제 1 광학 축을 정의하는, 광학 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 어셈블리는 제 1 광학 축을 정의하고, 상기 광 재지향기는 상기 제 1 광학 축에 대해 비-제로 각도로 입사하는 광을 수용하고, 상기 제 1 광학 축과 동일 선상의 광을 출력하도록 구성되는, 광학 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 재지향기는 굴절을 통해 광을 재-각도를 이루도록 (re-angle) 구성되는 프리즘을 포함하는, 광학 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 액츄에이터는 제 1 명령을 수신한 것에 응답하여 상기 제 1 렌즈를 이동시키도록 구성되고, 상기 제 2 액츄에이터는 제 2 명령을 수신한 것에 응답하여 상기 제 2 렌즈를 이동시키도록 구성되는, 광학 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하나 이상의 프로세서들로서,
    상기 제 1 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 상기 제 1 명령을 상기 제 1 액츄에이터에 발행하고; 및
    상기 제 2 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 상기 제 2 명령을 상기 제 2 액츄에이터에 발생하도록 구성된, 상기 하나 이상의 프로세서들을 더 포함하는, 광학 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서들은:
    상기 제 1 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 장면의 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 상기 장면의 제 2 이미지를 마련하되, 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 시야를 갖고, 상기 제 2 이미지는 상기 제 2 시야를 가지고; 그리고
    상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 적어도 하나를 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 다른 하나에 대해 정렬시키도록 구성되는, 광학 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는 상기 제 2 렌즈와는 상이한 초점 거리를 갖는, 광학 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 재지향기는 거울 및 프리즘 중 적어도 하나를 포함하는, 광학 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 프로세서들로서,
    상기 제 1 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 제 1 명령을 상기 제 1 액츄에이터에 발행하고;
    상기 제 2 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 제 2 명령을 상기 제 2 액츄에이터에 발행하고;
    상기 제 1 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 장면의 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 센서로 측정된 광에 기초하여 상기 장면의 제 2 이미지를 마련하되, 상기 제 1 이미지는 상기 제 1 시야를 갖고, 상기 제 2 이미지는 상기 제 2 시야를 가지고;
    상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 적어도 하나를 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 다른 하나에 대해 정렬시키도록 구성되는, 상기 하나 이상의 프로세서들을 포함하고,
    상기 제 1 액츄에이터는 상기 제 1 명령을 수신한 것에 응답하여 상기 제 1 렌즈를 이동시키도록 구성되고, 상기 제 2 액츄에이터는 상기 제 2 명령을 수신한 것에 응답하여 상기 제 2 렌즈를 이동시키도록 구성되는, 광학 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서들은:
    정렬된 상기 제 1 이미지와 정렬된 상기 제 2 이미지를 합성하고; 그리고
    합성된 이미지를 메모리에 저장하도록 구성되는, 광학 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 합성된 이미지는 합성된 시야를 갖고, 상기 합성된 시야는 상기 제 1 시야와 상기 제 2 시야 사이에 오버랩되는 적어도 일부를 포함하는, 광학 시스템.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 프로세서들은:
    상기 제 1 시야와 상기 제 2 시야 사이의 오버랩을 구성하는 제 3 시야를 포함하는 제 3 이미지를 마련하도록 구성되는, 광학 시스템.
  16. 이미징 방법으로서,
    광학 시스템의 제 1 카메라로서, 상기 제 1 카메라는 제 1 시야를 갖도록 배열되고, 상기 제 1 카메라는: (a) 광 재지향기, (b) 제 1 렌즈 및 상기 제 1 렌즈를 이동하기 위한 제 1 액츄에이터를 포함하는 제 1 렌즈 어셈블리, 및 (c) 제 1 기준 평면을 정의하는 제 1 감광성 표면을 포함하는 제 1 이미지 센서를 포함하는, 상기 제 1 카메라를 이용하여,
    상기 광 재지향기로 상기 제 1 시야를 나타내는 제 1 광을 재지향시키고, 상기 제 1 렌즈를 통해 재지향된 상기 제 1 광을 흐르게 하고, 흘러든 상기 제 1 광을 상기 제 1 이미지 센서로 수신하는 단계; 및
    상기 광학 시스템의 제 2 카메라로서, 상기 제 2 카메라는 상기 제 1 시야와 적어도 부분적으로 오버랩되는 제 2 시야를 갖도록 배열되고, 상기 제 2 카메라는: (a) 제 2 렌즈 및 상기 제 2 렌즈를 움직이기 위한 제 2 액츄에이터를 포함하는 제 2 렌즈 어셈블리 및 (b) 제 2 기준 평면을 정의하는 제 2 감광성 표면을 포함하는 제 2 이미지 센서를 포함하며, 상기 제 1 기준 평면은 상기 제 2 기준 평면과는 상이한, 상기 제 2 카메라를 이용하여,
    상기 제 2 렌즈를 통해 상기 제 2 시야를 나타내는 제 2 광을 흐르게 하고, 흘러든 상기 제 2 광을 상기 제 2 이미지 센서로 수신하는 단계를 포함하는, 이미징 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 기준 평면은 상기 제 2 기준 평면과 평행하지 않아서, 상기 제 1 기준 평면과 상기 제 2 기준 평면이 비-제로 각도로 교차하는, 이미징 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 감광성 표면은 상기 제 1 기준 평면에 법선으로 전파되는 적어도 하나의 광선을 수신하도록 구성되고, 상기 제 2 감광성 표면은 상기 제 2 기준 평면에 법선으로 전파되는 적어도 하나의 광선을 수신하도록 구성되는, 이미징 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 어셈블리는 상기 광 재지향기와 상기 제 1 이미지 센서 사이에 배치되고, 상기 제 1 렌즈 어셈블리는 상기 제 1 이미지 센서를 교차하는 제 1 광학 축을 정의하는, 이미징 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 어셈블리는 제 1 광학 축을 정의하고, 상기 광 재지향기는 상기 제 1 광학 축에 대해 비-제로 각도로 입사하는 광을 수용하고, 상기 제 1 광학 축과 동일 선상의 광을 출력하도록 구성되는, 이미징 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 광 재지향기는 굴절을 통해 광을 재-각도를 이루도록 (re-angle) 구성되는 프리즘을 포함하는, 이미징 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 액츄에이터는 제 1 명령을 수신한 것에 응답하여 상기 제 1 렌즈를 이동시키도록 구성되고, 상기 제 2 액츄에이터는 제 2 명령을 수신한 것에 응답하여 상기 제 2 렌즈를 이동시키도록 구성되는, 이미징 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 이미지 센서로 수신된 제 1 광을 측정하는 단계;
    상기 제 2 이미지 센서로 수신된 제 2 광을 측정하는 단계;
    측정된 제 1 광에 기초하여 상기 제 1 명령을 상기 제 1 액츄에이터에 발행하는 단계; 및
    측정된 제 2 광에 기초하여 상기 제 2 명령을 상기 제 2 액츄에이터에 발행하는 단계를 더 포함하는, 이미징 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 명령에 응답하여 상기 제 1 액츄에이터가 이동된 후에, 제 1 이미지가 상기 제 1 시야를 갖도록 측정된 제 1 광에 기초하여 장면의 제 1 이미지를 마련하는 단계;
    상기 제 2 명령에 응답하여 상기 제 2 액츄에이터가 이동된 후에, 상기 제 2 이미지가 상기 제 2 시야를 갖도록 측정된 제 2 광에 기초하여 상기 장면의 제 2 이미지를 마련하는 단계; 및
    상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 적어도 하나를 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 다른 하나에 대해 정렬시키는 단계를 포함하는, 이미징 방법.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈는 상기 제 2 렌즈와는 상이한 초점 거리를 갖는, 이미징 방법.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 광 재지향기는 거울 및 프리즘 중 적어도 하나를 포함하는,
    이미징 방법.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 이미지 센서로 측정된 제 1 광에 기초하여 제 1 명령을 상기 제 1 액츄에이터에 발행하는 단계로서, 상기 제 1 액츄에이터는 상기 제 1 명령에 응답하여 이동하는, 상기 제 1 명령을 발행하는 단계;
    상기 제 2 이미지 센서로 측정된 제 2 광에 기초하여 제 2 명령을 상기 제 2 액츄에이터에 발행하는 단계로서, 상기 제 2 액츄에이터는 상기 제 2 명령에 응답하여 이동하는, 상기 제 2 명령을 발행하는 단계;
    상기 제 1 이미지 센서로 측정된 제 1 광에 기초하여 상기 제 1 시야를 갖는 장면의 제 1 이미지를 마련하는 단계;
    상기 제 2 이미지 센서로 측정된 제 2 광에 기초하여 상기 제 2 시야를 갖는 상기 장면의 제 2 이미지를 마련하는 단계; 및
    상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 적어도 하나를 상기 제 1 이미지 및 상기 제 2 이미지 중 다른 하나에 대해 정렬시키는 단계를 포함하는, 이미징 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    정렬된 상기 제 1 이미지와 정렬된 상기 제 2 이미지를 합성하는 단계; 및
    합성된 이미지를 메모리에 저장하는 단계를 포함하는, 이미징 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 합성된 이미지는 합성된 시야를 갖고, 상기 합성된 시야는 상기 제 1 시야와 상기 제 2 시야 사이에 오버랩되는 적어도 일부를 포함하는, 이미징 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 제 1 시야와 상기 제 2 시야 사이의 오버랩을 구성하는 제 3 시야를 포함하는 제 3 이미지를 마련하는 단계를 포함하는, 이미징 방법.
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