KR102269599B1 - 직경이 상이한 렌즈 소자들을 구비하는 촬상 장치 - Google Patents

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Abstract

서로 다른 다수의 렌즈 소자들을 사용함으로써 두께의 증가 없이 줌 기능을 수행하는 동시에 깊이 정보를 획득할 수 있는 촬상 장치가 개시된다. 개시된 촬상 장치는, 직경이 서로 다른 적어도 2개의 렌즈 소자; 및 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들에 각각 대응하여 배치된 적어도 2개의 촬상 영역;을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 2개의 촬상 영역들은 서로 다른 크기를 가질 수 있고, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들 중에서 직경이 가장 큰 렌즈 소자에 대해 크기가 가장 작은 촬상 영역이 배치되고, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들 중에서 직경이 가장 작은 렌즈 소자에 대해 크기가 가장 큰 촬상 영역이 배치될 수 있다.

Description

직경이 상이한 렌즈 소자들을 구비하는 촬상 장치 {Image pickup apparatus including lens elements having different diameters}
개시된 실시예들은 직경이 서로 다른 렌즈 소자들을 구비하는 촬상 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직경이 서로 다른 다수의 렌즈 소자들을 사용함으로써 두께의 증가 없이 줌 기능을 수행하는 동시에 깊이 정보를 획득할 수 있는 촬상 장치에 관한 것이다.
휴대전화와 같은 모바일 장치의 두께는 계속해서 감소하는 추세이며, 이에 따라 모바일 장치 내에 장착된 카메라의 광학계에 대한 두께 감소가 요구되고 있다. 광학계의 두께 감소가 감소하면 광학계의 초점 거리가 짧아지게 되며, 그에 따라 이미지 센서의 크기도 역시 작아지게 되는데, 이로 인하여 영상의 화질이 열화될 수 있다. 이미지 센서의 크기가 작아지면 이미지 센서 내의 화소의 개수가 줄어들기 때문이다. 그러나 이미지 센서의 크기가 작아지더라도 이미지 센서의 화소가 그만큼 작아지면 고해상도의 영상을 얻을 수 있다. 이에 따라 이미지 센서의 화소 피치를 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있다. 예를 들어, 현재 이미지 센서의 화소 피치는 약 1um 수준까지 감소되었다.
한편, 모바일 장치의 카메라는 두께에 제한이 있기 때문에, 아직까지 초점거리가 가변인 줌 렌즈를 채용하지 못하고 초점거리가 짧은 단초점 렌즈를 대체로 사용하고 있다. 이로 인해 모바일 장치의 카메라는 줌 기능을 제공하기가 어렵다. 현재, 모바일 장치의 카메라에 채용된 줌 기능은 대부분 광학적 줌 기능이 아닌 디지털 줌 기능이다. 즉, 촬상된 원본 영상의 일부를 단순히 신호처리적으로 확대하는 방식이기 때문에 확대된 영상의 화각이 좁아질수록 화질이 나빠지게 된다.
두께의 증가 없이 줌 기능을 수행하는 동시에 깊이 정보를 획득할 수 있는 촬상 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 촬상 장치는, 적어도 2개의 렌즈 소자; 및 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들에 각각 대응하여 배치된 적어도 2개의 촬상 영역;을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들 중에서 일부가 서로 다른 직경을 갖고, 상기 적어도 2개의 촬상 영역들 중에서 일부가 서로 다른 크기를 가지며, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들 중에서 직경이 가장 큰 렌즈 소자에 대해 크기가 가장 작은 촬상 영역이 배치되고, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들 중에서 직경이 가장 작은 렌즈 소자에 대해 크기가 가장 큰 촬상 영역이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 촬상 영역들은 각각 물리적으로 분리된 별개의 이미지 센서를 포함할 수 있다.
상기 적어도 2개의 촬상 영역들 중에서 일부가 서로 다른 화소 피치를 가지며, 각각의 촬상 영역에 대응하는 렌즈 소자의 직경이 클수록 상기 촬상 영역의 화소 피치가 작아지고, 각각의 촬상 영역에 대응하는 렌즈 소자의 직경이 작을수록 상기 촬상 영역의 화소 피치가 커질 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 적어도 2개의 촬상 영역들은 하나의 이미지 센서 내에서 논리적으로 분할된 영역들일 수 있다.
상기 적어도 2개의 렌즈 소자들 중에서 직경이 서로 다른 렌즈 소자들은 상기 적어도 2개의 촬상 영역들 상에 각각 서로 다른 크기의 광스폿을 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 촬상 장치는, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들 및 그에 각각 대응하는 적어도 2개의 촬상 영역들을 이용하여 취득한 적어도 2개의 영상들로부터 깊이 정보를 추출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들은 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자, 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자, 및 제 2 직경보다 큰 제 3 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자를 포함할 수 있으며, 상기 적어도 2개의 촬상 영역들은 상기 제 1 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 1 촬상 영역, 상기 제 2 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 2 촬상 영역, 및 상기 제 3 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 3 촬상 영역을 포함할 수 있고, 상기 제 1 촬상 영역은 제 1 화소 피치를 갖고, 제 2 촬상 영역은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가지며, 제 3 촬상 영역은 제 2 화소 피치보다 작은 제 3 화소 피치를 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들은 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자, 제 1 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자, 및 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자를 포함하고, 상기 적어도 2개의 촬상 영역들은 상기 제 1 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 1 촬상 영역, 상기 제 2 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 2 촬상 영역, 및 상기 제 3 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 3 촬상 영역을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 촬상 영역은 제 1 화소 피치를 갖고, 상기 제 3 촬상 영역은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가질 수 있다.
상기 제 2 렌즈 소자와 제 3 렌즈 소자 사이에 상기 제 1 렌즈 소자가 배치되고, 상기 제 2 촬상 영역과 제 3 촬상 영역 사이에 상기 제 1 촬상 영역이 배치될 수 있다.
상기 제 1 렌즈 소자와 제 2 렌즈 소자 사이에 상기 제 3 렌즈 소자가 배치되고, 상기 제 1 촬상 영역과 제 2 촬상 영역 사이에 상기 제 3 촬상 영역이 배치될 수도 있다.
다른 실시예에서, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들은 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자, 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자, 제 2 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자, 제 2 직경보다 큰 제 3 직경을 갖는 제 4 렌즈 소자, 및 제 3 직경을 갖는 제 5 렌즈 소자를 포함하고, 상기 적어도 2개의 촬상 영역들은 상기 제 1 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 1 촬상 영역, 상기 제 2 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 2 촬상 영역, 상기 제 3 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 3 촬상 영역, 상기 제 4 렌즈 소자에 대응하며 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 4 촬상 영역, 및 제 2 크기를 갖는 제 5 촬상 영역을 포함하며, 상기 제 1 촬상 영역은 제 1 화소 피치를 갖고, 제 2 및 제 3 촬상 영역은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가지며, 제 4 및 제 5 촬상 영역은 제 2 화소 피치보다 작은 제 3 화소 피치를 가질 수 있다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 5 렌즈 소자는 수평 방향을 따라 일렬로 배열되며, 상기 제 1 렌즈 소자가 중심에 배치되고, 상기 제 1 렌즈 소자와 제 4 렌즈 소자 사이에 상기 제 2 렌즈 소자가 배치되고, 상기 제 1 렌즈 소자와 제 5 렌즈 소자 사이에 상기 제 2 렌즈 소자가 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들은 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자, 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 2 내지 제 5 렌즈 소자, 및 제 2 직경보다 큰 제 3 직경을 갖는 제 6 내지 제 9 렌즈 소자를 포함하며, 상기 적어도 2개의 촬상 영역들은 상기 제 1 내지 제 5 렌즈 소자에 각각 대응하며 제 1 크기를 갖는 제 1 내지 제 5 촬상 영역, 및 상기 제 6 내지 제 9 렌즈 소자에 각각 대응하며 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 제 6 내지 제 9 촬상 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제 6 내지 제 9 렌즈 소자는 사각형 모양의 4개의 꼭지점 위치에 각각 배치되어 있으며, 상기 제 2 내지 제 5 렌즈 소자는 상기 사각형 모양의 4개의 변의 중심에 각각 배치되어 있고, 상기 제 1 렌즈 소자는 상기 사각형 모양의 중앙에 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 적어도 2개의 렌즈 소자들은 제 1 직경을 갖는 제 1 내지 제 3 렌즈 소자, 및 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 4 및 제 5 렌즈 소자를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈 소자들은 제 1 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, 상기 제 4 및 제 5 렌즈 소자들은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다.
개시된 실시예들에 따른 촬상 장치는 직경이 서로 다른 적어도 2개의 렌즈 소자들 및 상기 렌즈 소자들에 각각 대응하는 적어도 2개의 촬상 영역들을 구비한다. 여기서, 적어도 2개의 촬상 영역들의 크기가 서로 다를 수 있다. 개시된 실시예들에 따르면, 촬상 영역의 크기에 따라 취득된 영상의 화각이 달라지기 때문에, 화각이 상이한 다수의 영상들을 동시에 얻을 수 있다. 따라서 촬상 장치의 두께를 증가시키기 않으면서 광학적 줌 기능을 달성할 수 있다.
또한, 촬상 영역들의 화소 피치가 촬상 영역의 크기에 따라 달라지도록 구성하고, 화소 피치가 작은 촬상 영역에 대해서는 직경이 큰 렌즈 소자를 배치하여 광스폿(light spot)의 크기를 작게 형성함으로써, 좁은 화각의 영상에 대해서도 높은 해상도를 달성할 수 있다.
또한, 개시된 실시예들에 따르면, 다수의 렌즈 소자들의 위치에 따라 시차가 발생하므로, 다수의 렌즈 소자들을 이용하여 취득한 영상들로부터 깊이 정보를 추출하는 것도 가능하다.
도 1a는 일 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 촬상 장치에서 렌즈 소자들 및 촬상 영역들의 배치 구조를 보이고, 도 1c는 촬상 영역들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 2a는 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 촬상 장치에서 렌즈 소자들 및 촬상 영역들의 배치 구조를 보이고, 도 2c는 촬상 영역들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 3a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 촬상 장치에서 렌즈 소자들 및 촬상 영역들의 배치 구조를 보이고, 도 3c는 촬상 영역들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 4a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 촬상 장치에서 렌즈 소자들 및 촬상 영역들의 배치 구조를 보이고, 도 4c는 촬상 영역들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 5a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보이며, 도 5b는 도 5a에 도시된 촬상 장치에서 렌즈 소자들 및 촬상 영역들의 배치 구조를 보이고, 도 5c는 촬상 영역들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 6a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보이며, 도 6b는 도 6a에 도시된 촬상 장치에서 촬상 영역들의 한 예를 예시적으로 보이고, 도 6c는 촬상 영역들의 다른 예를 보인다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구조를 보인다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 직경이 상이한 렌즈 소자들을 구비하는 촬상 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
먼저, 도 1a는 일 실시예에 따른 촬상 장치(100)의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 예를 들어, 촬상 장치(100)는 휴대전화, 태블릿 PC 또는 노트북 PC 등과 같은 모바일 장치일 수 있다. 도 1a를 참조하면, 촬상 장치(100)는 직경이 서로 다른 제 1 렌즈 소자(101), 제 2 렌즈 소자(102) 및 제 3 렌즈 소자(103)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 렌즈 소자(101)는 가장 작은 제 1 직경을 가질 수 있고, 제 2 렌즈 소자(102)는 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖고, 제 3 렌즈 소자(103)는 제 2 직경보자 큰 제 3 직경을 가질 수 있다. 또한, 상기 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(101, 102, 103)는 수평 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 3 렌즈 소자(103)가 좌측에 배치되고 제 1 렌즈 소자(101)가 중심부에 배치되며 제 2 렌즈 소자(102)가 우측에 배치될 수 있다.
도 1b는 도 1a에 도시된 촬상 장치(100)에서 렌즈 소자(101, 102, 103)들 및 촬상 영역(111, 112, 113)들의 배치 구조를 보이는 단면도이다. 도 1b를 참조하면, 각각의 렌즈 소자(101, 102, 103)에 대해 그에 대응하는 촬상 영역(111, 112, 113)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 렌즈 소자(101)의 초점 평면에 제 1 촬상 영역(111)이 배치되며, 제 2 렌즈 소자(102)의 초점 평면에 제 2 촬상 영역(112)이 배치되고, 제 3 렌즈 소자(103)의 초점 평면에 제 3 촬상 영역(113)이 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(111, 112, 113)들은 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(101, 102, 103)들에 의해 각각 포커싱되는 빛을 이용하여 각각 영상을 형성할 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 3 촬상 영역(111, 112, 113)들은 물리적으로 분리된 별개의 이미지 센서를 각각 포함할 수 있다. 이미지 센서는, 예를 들어, CCD(charge-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.
제 1 내지 제 3 렌즈 소자(101, 102, 103)의 초점거리는 서로 동일할 수도 있지만, 촬상 장치(100)의 내부 공간이 허용하는 범위 내에서 필요에 따라 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(101, 102, 103)의 초점거리가 서로 조금씩 달라질 수도 있다. 그러나, 촬상 장치(100)의 내부 공간이 협소하여 초점거리의 차이가 크지 않기 때문에, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(101, 102, 103)의 밝기는 주로 직경에 의해 결정된다. 예를 들어, 직경이 가장 작은 제 1 렌즈 소자(101)의 F 수는 2.2이고, 제 2 렌즈 소자(102)의 F 수는 1.5이며, 직경이 가장 큰 제 3 렌즈 소자(103)의 F 수는 1.0일 수 있다. 일반적으로, 렌즈 소자에 의해 포커싱되는 광스폿의 이론적인 크기는 렌즈 소자의 F 수에 의해 결정된다. 구체적으로, 렌즈 소자의 F 수가 감소함에 따라, 즉 렌즈 소자의 밝기가 밝을수록 광스폿의 크기가 작아지게 된다. 따라서, F 수가 가장 작은 제 3 렌즈 소자(103)에 의해 형성되는 광스폿의 크기가 가장 작을 수 있다.
도 1c는 도 1a에 도시된 촬상 장치(100)의 촬상 영역(111, 112, 113)들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 도시하고 있다. 도 1c를 참조하면, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(111, 112, 113)들의 크기가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 촬상 영역(111, 112)은 동일한 제 1 크기를 갖고, 제 3 촬상 영역(113)은 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(101, 102, 103)들의 초점거리가 동일하거나 또는 초점거리의 차이가 크지 않기 때문에, 화각은 촬상 영역(111, 112, 113)들의 크기에 의해 결정된다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 촬상 영역(111, 112)을 통해 취득된 영상은 동일한 제 1 화각을 가지며, 제 3 촬상 영역(113)을 통해 취득된 영상은 제 1 화각보다 좁은 제 2 화각을 가질 수 있다. 이러한 점에서, 제 3 촬상 영역(113)은 제 1 및 제 2 촬상 영역(111, 112)과 비교할 때 상대적으로 망원 줌의 역할을 할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 촬상 영역(111, 112)은 상대적으로 광각인 제 1 줌을 제공하고, 제 3 촬상 영역(113)은 상대적으로 망원인 제 2 줌을 제공할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 촬상 장치(100)는 광각의 제 1 줌과 망원의 제 2 줌을 갖는 줌 기능을 제공할 수 있다.
또한, 도 1c에는 각각의 촬상 영역(111, 112, 113)들 내에서 동일한 면적을 갖는 일부 영역을 동일한 비율로 확대하여 보인 화소(121, 122, 123)들이 각각 도시되어 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 촬상 영역(111, 112, 113)들은 서로 다른 화소 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 촬상 영역(111)은 제 1 화소 피치를 갖고, 제 2 촬상 영역(112)은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가지며, 제 3 촬상 영역(113)은 제 2 화소 피치보다 작은 제 3 화소 피치를 가질 수 있다. 즉, 각각의 촬상 영역(111, 112, 113)에 대응하는 렌즈 소자(101, 102, 103)의 F 수(또는 직경)가 클수록 촬상 영역(111, 112, 113)의 화소 피치가 작아지고, 각각의 촬상 영역(111, 112, 113)에 대응하는 렌즈 소자(101, 102, 103)의 F 수(또는 직경)가 작을수록 촬상 영역(111, 112, 113)의 화소 피치가 커질 수 있다. 예를 들어, F 수가 가장 큰 제 1 렌즈 소자(101)에 대응하는 촬상 영역(111)의 화소 피치가 가장 크고, F 수가 가장 작은 제 3 렌즈 소자(103)에 대응하는 촬상 영역(113)의 화소 피치가 가장 작을 수 있다.
일반적으로, 영상의 해상도는 광학계의 변조 전달 함수(modulation transfer function; MTF)와 화소의 주파수 응답 특성에 비례하며, 변조 전달 함수는 광학계의 F 수가 작아질수록 증가한다. 따라서, 광학계의 F 수가 작아지면 해상도를 향상시킬 수 있다. 그러나, 광스폿의 크기가 작아지더라도 화소 피치가 지나치게 크면 화소의 응답 특성이 저하되어 해상도가 향상되지 않는다. 따라서, 광스폿의 축소에 대응하여 화소 피치가 작아질 때 해상도가 향상될 수 있다.
본 실시예에 따르면, F 수가 가장 작은 제 3 렌즈 소자(103)에 의해 형성되는 광스폿의 크기가 가장 작고, F 수가 가장 큰 제 1 렌즈 소자(101)에 의해 형성되는 광스폿의 크기가 가장 크다. 또한, F 수가 가장 작은 제 1 렌즈 소자(101)에 대응하는 촬상 영역(111)의 화소 피치가 가장 크고, F 수가 가장 큰 제 3 렌즈 소자(103)에 대응하는 촬상 영역(113)의 화소 피치가 가장 작다. 그 결과, 제 3 렌즈 소자(103)와 제 3 촬상 영역(113)에 의해 형성되는 영상이 가장 높은 해상도를 가지며, 제 1 렌즈 소자(101)와 제 1 촬상 영역(111)에 의해 형성되는 영상이 가장 낮은 해상도를 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 3 렌즈 소자(103)와 제 3 촬상 영역(113)은 망원 줌의 역할을 할 수 있으므로, 제 3 렌즈 소자(103)와 제 3 촬상 영역(113)에 의해 형성되는 영상의 해상도를 향상시킴으로써 화각이 좁은 영상의 화질 열화 문제를 개선할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 촬상 장치(100)는 가변 초점거리를 갖는 광학계를 사용하지 않으면서도, 광각 줌과 망원 줌 사이의 전환시에 화질의 열화가 발생하지 않은 줌 기능을 제공할 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 촬상 영역(111, 112)의 크기가 동일하기 때문에, 제 1 및 제 2 촬상 영역(111, 112)을 통해 각각 취득된 제 1 및 제 2 영상은, 동일한 화각을 갖는 동시에, 제 1 및 제 2 렌즈 소자(101, 102)의 위치 차이로 인한 상이한 시차를 갖게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 촬상 장치(100)는 화각이 동일하고 시차가 다른 제 1 및 제 2 영상을 이용하여 깊이 정보를 추출하는 것이 가능하다. 즉, 제 1 렌즈 소자(101)와 제 1 촬상 영역(111) 및 제 2 렌즈 소자(102)와 제 2 촬상 영역(112)은 한 쌍의 스테레오 카메라(stereo camera)로 동작할 수 있다. 또한, 제 3 촬상 영역(113)을 통해 취득한 고해상도의 제 3 영상을 이용하여 보다 정밀한 깊이 정보를 추출할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 영상의 중심부는 화각이 좁은 제 3 영상에 대응할 수 있으므로, 중심 화각에 대해서는 제 1 영상보다 해상도가 높은 제 2 영상의 중심부와 제 3 영상을 이용하여 깊이 정보를 추출하고, 주변 화각에 대해서는 제 1 영상의 주변부와 제 2 영상의 주변부를 이용하여 깊이 정보를 추출할 수도 있다.
또한, 제 2 영상은 제 1 영상과 화각이 동일하고 제 1 영상보다 해상도가 높기 때문에, 사용자에게 제 1 줌의 영상을 디스플레이 할 때, 촬상 장치(100)는 제 2 영상을 선택하여 디스플레이 할 수 있다. 그 대신에, 제 3 영상은 제 2 영상보다 해상도가 높고 화각이 좁기 때문에, 사용자에게 제 1 줌의 영상을 디스플레이 할 때, 촬상 장치(100)는 제 3 영상에 대응하는 제 2 영상의 중심부 영역만을 제 3 영상으로 대체하여 사용자에게 디스플레이 할 수도 있다. 또한, 촬상 소자(100)는 제 1 줌과 제 2 줌 사이의 구간에 대해서는 영상 신호 처리를 통해 디지털 줌의 방식으로 사용자에게 제공할 수 있다. 이때, 제 1 줌과 제 2 줌 사이에서 매끄러운 디지털 줌을 제공할 수 있도록 해상도가 높은 제 2 영상과 제 3 영상을 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 촬상 장치(100)는 화각이 상이한 다수의 영상들을 동시에 얻을 수 있다. 따라서, 촬상 장치(100)의 두께를 증가시키기 않으면서 광학적 줌 기능을 달성할 수 있다. 또한, 좁은 화각의 영상에 대해서도 높은 해상도를 달성할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 실시예에서는, 촬상 장치(100)가 예시적으로 3개의 렌즈 소자(101, 102, 103)와 3개의 촬상 영역(101, 102, 103)들을 갖는 것으로 설명하였으나, 이는 단순한 예로서 본 실시예에는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 2개의 렌즈 소자와 2개의 촬상 영역 또는 4개 이상의 렌즈 소자와 4개 이상의 촬상 영역들을 다양한 방식으로 배치하는 것이 가능하다. 또한, 렌즈 소자들의 직경, 촬상 영역들의 크기, 및 촬상 영역들의 화소 피치도 목적에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 이하, 가능한 다양한 실시예들에 대해 예시적으로 설명하지만, 본 발명이 이하에서 예시된 실시예들에 제한되는 것은 아니다.
도 2a는 다른 실시예에 따른 촬상 장치(200)의 개략적인 구조를 보이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 촬상 장치(200)에서 렌즈 소자(201, 202, 203)들 및 촬상 영역(211, 212, 213)들의 배치 구조를 보이고, 도 2c는 촬상 영역(211, 212, 213)들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 2a를 참조하면, 본 실시예에 따른 촬상 장치(200)는 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자(201), 제 1 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자(202), 및 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자(203)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 렌즈 소자(201, 202)는 동일한 직경을 갖고, 제 3 렌즈 소자(203)는 상기 제 1 및 제 2 렌즈 소자(201, 202)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 제 3 렌즈 소자(203)가 가장 작은 F 수를 가지므로, 제 3 렌즈 소자(203)에 의해 형성되는 광스폿의 크기가 가장 작다. 또한, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(201, 202, 203)는 수평 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 3 렌즈 소자(203)가 좌측에 배치되고 제 1 렌즈 소자(201)가 중심부에 배치되며 제 2 렌즈 소자(202)가 우측에 배치될 수 있다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(201, 202, 203)에 대해 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 촬상 영역(211, 212, 213)이 각각 배치될 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 3 촬상 영역(211, 212, 213)들은 물리적으로 분리된 별개의 이미지 센서를 각각 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 촬상 영역(211, 212, 213)들은 서로 다른 크기 및 서로 다른 화소 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 촬상 영역(211, 212)은 동일한 제 1 크기를 갖고, 제 3 촬상 영역(213)은 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가질 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 촬상 영역(211, 212)을 통해 취득된 영상은 동일한 제 1 화각을 가지며, 제 3 촬상 영역(213)을 통해 취득된 영상은 제 1 화각보다 좁은 제 2 화각을 가질 수 있다.
또한, 도 2c에서 확대하여 보인 화소(221, 222, 223)들을 참조하면, 제 1 및 제 2 촬상 영역(211, 212)은 동일한 제 1 화소 피치를 갖고, 제 3 촬상 영역(213)은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가질 수 있다. 따라서 제 1 및 제 2 촬상 영역(211, 212)을 통해 취득된 영상은 제 3 촬상 영역(213)을 통해 취득된 영상보다 해상도가 낮다. 그러나, 예를 들어 슈퍼 레졸루션(super resolution)과 같은 해상도 향상 기법을 이용하여 제 1 및 제 2 촬상 영역(211, 212)을 통해 취득된 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 촬상 영역(211, 212)을 통해 각각 취득된 2개의 영상을 합성하여 해상도가 향상된 하나의 영상을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 슈퍼 레졸루션 기법을 이용하면, 제 1 화각과 제 2 화각 사이의 화각을 갖는 영상을 생성하는 디지털 줌 기능을 제공할 때, 매끄러운 영상 처리가 가능하다. 촬상 장치(200)의 그 외의 기능과 동작은 도 1a 내지 도 1c에서 설명한 것과 같을 수 있다.
도 3a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치(300)의 개략적인 구조를 보이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 촬상 장치(300)에서 렌즈 소자(301, 302, 303)들 및 촬상 영역(311, 312, 313)들의 배치 구조를 보이고, 도 3c는 촬상 영역(311, 312, 313)들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 3a를 참조하면, 본 실시예에 따른 촬상 장치(300)는 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자(301), 제 1 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자(302), 및 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자(303)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 렌즈 소자(301, 302)는 동일한 직경을 갖고, 제 3 렌즈 소자(303)는 상기 제 1 및 제 2 렌즈 소자(301, 302)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 제 3 렌즈 소자(303)가 가장 작은 F 수를 가지므로, 제 3 렌즈 소자(303)에 의해 형성되는 광스폿의 크기가 가장 작다.
도 3b 및 도 3c를 참조하면, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(301, 302, 303)에 대해 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 촬상 영역(311, 312, 313)이 각각 배치될 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 3 촬상 영역(311, 312, 313)들은 서로 다른 크기 및 서로 다른 화소 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 촬상 영역(311, 312)은 동일한 제 1 크기를 갖고, 제 3 촬상 영역(313)은 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가질 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 촬상 영역(311, 312)을 통해 취득된 영상은 동일한 제 1 화각을 가지며, 제 3 촬상 영역(313)을 통해 취득된 영상은 제 1 화각보다 좁은 제 2 화각을 가질 수 있다. 또한, 도 3c에서 확대하여 보인 화소(321, 322, 323)들을 참조하면, 제 1 및 제 2 촬상 영역(311, 312)은 동일한 제 1 화소 피치를 갖고, 제 3 촬상 영역(313)은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가질 수 있다. 따라서 제 3 촬상 영역(313)을 통해 취득된 영상은 제 1 및 제 2 촬상 영역(311, 312)을 통해 취득된 영상보다 해상도가 높다.
도 3a에 도시된 촬상 장치(300)는 도 2a에 도시된 촬상 장치(200)와 유사한 구조를 가지며, 단지 렌즈 소자(301, 302, 303)들 및 촬상 영역(311, 312, 313)들의 위치에 차이가 있다. 예를 들어, 제 3 렌즈 소자(303)가 중심에 배치되고, 그 양측에 제 1 렌즈 소자(301)와 제 2 렌즈 소자(302)가 배치될 수 있다. 따라서, 도 2a에 도시된 실시예에 비하여, 제 1 렌즈 소자(301)와 제 2 렌즈 소자(302) 사이의 간격이 멀어지기 때문에, 시차가 커져서 깊이 정보의 해상도 및 정확도가 향상될 수 있다.
도 4a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치(400)의 개략적인 구조를 보이며, 도 4b는 도 4a에 도시된 촬상 장치(400)에서 렌즈 소자(401, 402, 403)들 및 촬상 영역(411, 412, 413)들의 배치 구조를 보이고, 도 4c는 촬상 영역(411, 412, 413)들의 크기를 예시적으로 보인다.
도 4a를 참조하면, 본 실시예에 따른 촬상 장치(400)는 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자(401), 제 1 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자(402), 및 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자(403)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 렌즈 소자(401, 402)는 동일한 직경을 갖고, 제 3 렌즈 소자(403)는 상기 제 1 및 제 2 렌즈 소자(301, 302)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 제 3 렌즈 소자(403)가 가장 작은 F 수를 가지므로, 제 3 렌즈 소자(403)에 의해 형성되는 광스폿의 크기가 가장 작다.
도 4b 및 도 4c를 참조하면, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(401, 402, 403)에 대해 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 3 촬상 영역(411, 412, 413)들이 각각 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 내지 제 3 촬상 영역(411, 412, 413)들은 하나의 이미지 센서(410) 내에서 논리적으로 분할된 영역들일 수 있다. 예를 들어, 도 4c에 도시된 바와 같이, 하나의 이미지 센서(410) 내에서, 제 1 촬상 영역(411)은 제 1 렌즈 소자(401)에 의해 포커싱되는 빛을 감지하도록 분할된 영역이고, 제 2 촬상 영역(412)은 제 2 렌즈 소자(402)에 의해 포커싱되는 빛을 감지하도록 분할된 영역이며, 제 3 촬상 영역(413)은 제 3 렌즈 소자 (403)에 의해 포커싱되는 빛을 감지하도록 분할된 영역이다. 이 경우, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(411, 412, 413)들은 모두 동일한 화소 피치를 가질 수 있다.
이러한 제 1 내지 제 3 촬상 영역(411, 412, 413)들은 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 촬상 영역(411, 412)은 동일한 제 1 크기를 갖고, 제 3 촬상 영역(413)은 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가질 수 있다. 이를 위하여, 촬상 장치(400)의 도시되지 않은 영상 처리부가 이미지 센서(410) 내의 화소들을 미리 정해진 좌표에 따라 제 1 내지 제 3 촬상 영역(411, 412, 413) 및 그외의 더미 영역으로 분리할 수 있다. 그리고, 영상 처리부는 제 1 촬상 영역(411)에서 발생하는 신호만을 이용하여 제 1 영상을 생성하고, 제 2 촬상 영역(412)에서 발생하는 신호만을 이용하여 제 2 영상을 생성하며, 제 3 촬상 영역(413)에서 발생하는 신호만을 이용하여 제 3 영상을 생성하고, 그외의 더미 영역에서 발생하는 신호를 무시할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(411, 412, 413)에 대해 각각 별개의 이미지 센서를 사용하지 않고, 하나의 공통된 이미지 센서(410)를 사용하기 때문에, 조립 공정이 용이하고 제조 비용을 줄일 수 있다. 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 단일 이미지 센서(410)의 구조는 다른 실시예들에도 적용할 수 있다.
도 5a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치(500)의 개략적인 구조를 보이며, 도 5b는 도 5a에 도시된 촬상 장치(500)에서 렌즈 소자(501, 502, 503, 504, 505)들 및 촬상 영역(511, 512, 513, 514, 515)들의 배치 구조를 보이고, 도 5c는 촬상 영역(511, 512, 513, 514, 515)들의 크기 및 화소 피치를 예시적으로 보인다.
도 5a를 참조하면, 본 실시예에 따른 촬상 장치(500)는 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자(501), 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자(502), 제 2 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자(503), 제 2 직경보다 큰 제 3 직경을 갖는 제 4 렌즈 소자(504), 및 제 3 직경을 갖는 제 5 렌즈 소자(505)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 렌즈 소자(501)의 직경이 가장 작다. 그리고, 제 2 및 제 3 렌즈 소자(502, 503)의 직경이 서로 동일하며 제 1 렌즈 소자(501)의 직경보다 크고, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)의 직경이 가장 크다. 따라서, 제 1 렌즈 소자(501)가 가장 큰 F 수를 가지며, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)가 가장 작은 F 수를 갖는다. 이러한 제 1 내지 제 5 렌즈 소자(501, 502, 503, 504, 505)들은 수평 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 1 렌즈 소자(501)가 가운데 배치되고, 제 2 및 제 3 렌즈 소자(502, 503)가 제 1 렌즈 소자(501)의 양측에 배치되며, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)가 각각 가장 좌측과 가장 우측에 배치될 수 있다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 제 1 내지 제 5 렌즈 소자(501, 502, 503, 504, 505)에 대해 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 5 촬상 영역(511, 512, 513, 514, 515)이 각각 배치될 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 5 촬상 영역(511, 512, 513, 514, 515)들은 서로 다른 크기 및 서로 다른 화소 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(511, 512, 513)들은 동일한 제 1 크기를 갖고, 제 4 및 제 5 촬상 영역(514, 515)들은 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가질 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(511, 512, 513)들을 통해 취득된 영상은 동일한 제 1 화각을 가지며, 제 4 및 제 5 촬상 영역(514, 515)들을 통해 취득된 영상은 제 1 화각보다 좁은 제 2 화각을 가질 수 있다.
또한, 도 5c에서 확대하여 보인 화소(521, 522, 523, 524, 525)들을 참조하면, 제 1 촬상 영역(511)은 제 1 화소 피치를 갖고, 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가지며, 제 4 및 제 5 촬상 영역(514, 515)은 제 2 화소 피치보다 작은 제 3 화소 피치를 가질 수 있다. 따라서 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)을 통해 취득된 영상은 제 1 촬상 영역(511)을 통해 취득된 영상보다 해상도가 높고, 제 4 및 제 5 촬상 영역(514, 515)을 통해 취득된 영상은 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)을 통해 취득된 영상보다 해상도가 높다.
이러한 구조에서, 제 1 렌즈 소자(501)와 제 1 촬상 영역(511)으로 제 1 화각의 영상을 제공하고, 제 2 및 제 3 렌즈 소자(502, 503)와 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)으로 제 1 화각의 영상을 제공하며, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)와 제 4 및 제 5 촬상 영역(514, 515)으로 제 2 화각의 영상을 제공할 수 있다. 또한, 제 2 및 제 3 렌즈 소자(502, 503)와 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)을 통해 각각 취득된 2개의 영상을 이용하여 제 1 화각의 영상에 대한 깊이 정보의 추출이 가능하고, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)와 제 4 및 제 5 촬상 영역(514, 515)을 통해 각각 취득된 2개의 영상을 이용하여 제 2 화각의 영상에 대한 깊이 정보의 추출이 가능하다.
일반적으로, 거리가 멀어질수록 깊이 정보의 정확도가 저하되므로, 망원 줌 기능을 제공하는 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505) 사이의 간격이 가장 크도록 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)를 가장 바깥쪽에 배치할 수 있다. 그러면, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)를 통해 취득한 2개의 영상들 사이의 시차가 커져서 깊이 정보의 정확도 저하를 보상할 수 있다.
또한, 제 1 촬상 영역(511)에서 취득한 영상의 화각과 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)에서 취득한 영상의 화각이 동일하기 때문에, 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)을 통해 추출한 깊이 정보를 제 1 촬상 영역(511)에서 취득한 영상에 적용하는 것이 가능하다. 또는, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(511, 512, 513)에서 취득한 3개의 영상들을 모두 이용하여 깊이 정보를 추출할 수도 있다. 또는, 제 1 촬상 영역(511)에서 취득한 영상과 제 2 촬상 영역(512)에서 취득한 영상을 이용하여 깊이 정보를 추출하는 동시에, 제 2 촬상 영역(512)에서 취득한 영상과 제 3 촬상 영역(513)에서 취득한 영상을 이용하여 깊이 정보를 추출할 수도 있다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 촬상 장치(500)에서, 필요에 따라 일부 구성을 생략하거나 변형하는 것도 가능하다. 예컨대, 제 2 및 제 3 렌즈 소자(502, 503)들과 제 2 및 제 3 촬상 영역(512, 513)들을 제거하거나, 또는 제 4 및 제 5 렌즈 소자(504, 505)들과 제 4 및 제 5 촬상 영역(514, 515)들을 제거할 수도 있다. 이 경우, 촬상 장치(500)는 대칭적으로 배치된 3개의 렌즈 소자와 3개의 촬상 영역을 갖게 될 수 있다. 이때, 깊이 정보 추출의 편의상 3개의 촬상 영역의 크기를 동일하게 선택할 수도 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 촬상 영역(511, 512, 513)들의 화소 피치를 동일하게 선택하고, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(501, 502, 503)들의 직경을 동일하게 선택할 수도 있다. 그러면, 슈퍼 레졸루션과 같은 해상도 향상 기법을 이용하여 영상의 해상도를 향상시킬 수 있으며, 깊이 정보의 정확도를 향상시킬 수도 있다.
도 6a는 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치(600)의 개략적인 구조를 보이며, 도 6b는 도 6a에 도시된 촬상 장치(600)에서 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)들의 한 예를 예시적으로 보이고, 도 6c는 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)들의 다른 예를 보인다.
도 6a를 참조하면, 본 실시예에 따른 촬상 장치(600)는 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자(601), 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 2 내지 제 5 렌즈 소자(602, 603, 604, 605), 및 제 2 직경보다 큰 제 3 직경을 갖는 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)들 포함할 수 있다. 즉, 제 1 렌즈 소자(601)의 직경이 가장 작다. 그리고, 제 2 내지 제 5 렌즈 소자(602, 603, 604, 605)의 직경이 서로 동일하며 제 1 렌즈 소자(601)의 직경보다 크고, 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)의 직경이 가장 크다. 따라서, 제 1 렌즈 소자(601)가 가장 큰 F 수를 가지며, 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)가 가장 작은 F 수를 갖는다.
이러한 제 1 내지 제 9 렌즈 소자(601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609)들은 수평 방향과 수직 방향을 따라 2차원적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 1 렌즈 소자(601)에 대해 수직 방향과 수평 방향으로 제 2 내지 제 5 렌즈 소자(602, 603, 604, 605)들이 각각 배치되고, 제 1 렌즈 소자(601)에 대해 45도 대각선 방향으로 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)들이 각각 배치될 수 있다. 바꾸어 말하자면, 사각형 모양의 4개의 꼭지점 위치에 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)들이 각각 배치되고, 상기 사각형 모양의 4개의 변의 중심에 제 2 내지 제 5 렌즈 소자(602, 603, 604, 605)들이 각각 배치되며, 상기 사각형 모양의 중앙에 제 1 렌즈 소자(601)가 배치될 수 있다.
또한, 도 6b를 참조하면, 제 1 내지 제 9 렌즈 소자(601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609)들에 대해 그에 각각 대응하는 제 1 내지 제 9 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)들이 각각 배치될 수 있다. 이러한 제 1 내지 제 9 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)들은 서로 다른 크기 및 서로 다른 화소 피치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 5 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615)들은 동일한 제 1 크기를 갖고, 제 6 및 제 9 촬상 영역(616, 617, 618, 619)들은 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가질 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 5 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615)들을 통해 취득된 영상은 동일한 제 1 화각을 가지며, 제 6 및 제 9 촬상 영역(616, 617, 618, 619)들을 통해 취득된 영상은 제 1 화각보다 좁은 제 2 화각을 가질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 1 내지 제 5 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615)들은 제 1 화소 피치를 갖고, 제 6 및 제 9 촬상 영역(616, 617, 618, 619)들 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가질 수 있다.
도 6b에는 제 1 내지 제 9 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)들이 각각 별개의 이미지 센서를 포함하는 예를 보이고 있지만, 도 6c에 도시된 바와 같이 제 1 내지 제 9 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)들은 하나의 이미지 센서(610) 내에서 논리적으로 분할된 영역들일 수 있다. 이 경우에도, 제 1 내지 제 5 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615)들은 동일한 제 1 크기를 갖고, 제 6 및 제 9 촬상 영역(616, 617, 618, 619)들은 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 가질 수 있다. 이 경우, 제 1 내지 제 9 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 618, 619)들은 모두 동일한 화소 피치를 가질 수 있다.
이러한 구조에서, 제 2 내지 제 5 렌즈 소자(602, 603, 604, 605)들의 쌍 및 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)들의 쌍이 좌우 시차뿐만 아니라 상하 시차도 갖기 때문에, 수평 방향으로의 깊이 정보뿐만 아니라 수직 방향으로의 깊이 정보도 추출하는 것이 가능하다. 여기서, 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)들을 가장 바깥쪽에 배치함으로써, 망원 줌 기능을 제공하는 제 6 내지 제 9 렌즈 소자(606, 607, 608, 609)들 사이의 간격이 가장 크도록 할 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 5 촬상 영역(611, 612, 613, 614, 615)들을 통해 취득한 5개의 제 1 화각의 영상에 대해 슈퍼 레졸류션 기법을 적용하여 해상도를 향상시킬 수 있으며, 제 6 및 제 9 촬상 영역(616, 617, 618, 619)들 통해 취득한 4개의 제 2 화각의 영상에 대해 슈퍼 레졸류션 기법을 적용하여 해상도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 슈퍼 레졸루션 기법을 이용하면, 제 1 화각과 제 2 화각 사이의 화각을 갖는 영상을 생성하는 디지털 줌 기능을 제공할 때, 매끄러운 영상 처리가 가능하다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 촬상 장치(700)의 개략적인 구조를 도시하고 있다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 촬상 장치(700)는 제 1 직경을 갖는 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703), 및 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)의 F 수가 서로 동일하고, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)의 F 수가 서로 동일하다. 그리고, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)의 F 수는 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)의 F 수보다 작다. 비록 도시되지는 않았지만, 앞서 설명한 실시예와 마찬가지로, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)에 각각 대응하는 촬상 영역의 크기는 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)에 각각 대응하는 촬상 영역의 크기보다 클 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)들은 수평 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있으며, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)들은 수직 방향을 따라 일렬로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 4 렌즈 소자(704)는 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)들의 하부에 배치되고, 제 5 렌즈 소자(705)는 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)들의 상부에 배치될 수 있다.
이러한 구조에서, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)들은 수평 방향의 시차를 갖기 때문에, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)들을 통해 취득한 3개의 영상을 이용하여 수평 방향으로의 깊이 정보를 추출할 수 있다. 또한, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)들은 수직 방향의 시차를 갖기 때문에, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)들을 통해 취득한 2개의 영상을 이용하여 수직 방향으로의 깊이 정보를 추출할 수 있다.
또한, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)들을 통해 제 1 화각의 영상을 취득할 수 있으며, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)들을 통해 제 1 화각보다 좁은 제 2 화각의 영상을 취득할 수 있다. 여기서, 제 1 내지 제 3 렌즈 소자(701, 702, 703)들을 통해 취득한 3개의 제 1 화각의 영상에 대해 슈퍼 레졸류션 기법을 적용하여 해상도를 향상시킬 수 있으며, 제 4 및 제 5 렌즈 소자(704, 705)들을 통해 취득한 2개의 제 2 화각의 영상에 대해 슈퍼 레졸류션 기법을 적용하여 해상도를 향상시킬 수 있다. 이러한 슈퍼 레졸루션 기법을 이용하면, 제 1 화각과 제 2 화각 사이의 화각을 갖는 영상을 생성하는 디지털 줌 기능을 제공할 때, 매끄러운 영상 처리가 가능하다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 직경이 상이한 렌즈 소자들을 구비하는 촬상 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600, 700.....촬상 장치
101, 102, 103, 201, 202, 203, 301, 302, 303, 401, 402, 403, 501, 502, 503, 504, 505, 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 609, 701, 702, 703, 704, 705.....렌즈 소자
111, 112, 113, 211, 212, 213, 311, 312, 313, 411, 412, 413, 511, 512, 513, 514, 515, 611, 612, 613, 614, 615, 616, 617, 619, 711, 712, 713, 714, 715.....촬상 영역

Claims (24)

  1. 제 1 직경을 갖는 제 1 렌즈 소자;
    제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 제 2 렌즈 소자;
    제 1 렌즈 소자에 대응하여 배치된 것으로, 제 1 크기를 갖는 제 1 촬상 영역; 및
    제 2 렌즈 소자에 대응하여 배치된 것으로, 제 1 크기보다 작은 제 2 크기를 갖는 제 2 촬상 영역;을 포함하고,
    상기 제 1 렌즈 소자와 상기 제 1 촬상 영역은 제 1 화각을 제공하도록 구성되며, 상기 제 2 렌즈 소자와 상기 제 2 촬상 영역은 제 1 화각보다 좁은 제 2 화각을 제공하도록 구성되는 촬상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 촬상 영역 및 제 2 촬상 영역은 각각 물리적으로 분리된 별개의 이미지 센서를 포함하는 촬상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 촬상 영역은 제 1 화소 피치를 가지며, 상기 제 2 촬상 영역은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 갖는 촬상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 촬상 영역 및 제 2 촬상 영역은 하나의 이미지 센서 내에서 논리적으로 분할된 영역들인 촬상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 소자는 상기 제 1 촬상 영역 상에서 제 1 크기의 광스폿을 형성하도록 구성되며, 상기 제 2 렌즈 소자는 상기 제 2 촬상 영역 상에서 제 1 크기보다 작은 제 2 크기의 광스폿을 형성하도록 구성된 촬상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 소자와 상기 제 1 촬상 영역을 이용하여 취득한 제 1 영상 및 상기 제 2 렌즈 소자와 상기 제 2 촬상 영역을 이용하여 취득한 제 2 영상으로부터 깊이 정보를 추출하도록 구성된 촬상 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 1 직경보다 크고 제 2 직경보다 작은 제 3 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자 및 상기 제 3 렌즈 소자에 대응하여 배치된 것으로 제 1 크기를 갖는 제 3 촬상 영역을 포함하며,
    상기 제 1 촬상 영역을 제 1 화소 피치를 갖고, 상기 제 2 촬상 영역은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 가지며, 상기 제 3 촬상 영역은 제 1 화소 피치보다 작으며 제 2 화소 피치보다 큰 제 3 화소 피치를 갖는 촬상 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 직경을 갖는 제 3 렌즈 소자 및 상기 제 3 렌즈 소자에 대응하여 배치된 것으로 제 1 크기를 갖는 제 3 촬상 영역을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 3 촬상 영역은 제 1 화소 피치를 갖고, 상기 제 2 촬상 영역은 제 1 화소 피치보다 작은 제 2 화소 피치를 갖는 촬상 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 렌즈 소자와 제 3 렌즈 소자 사이에 상기 제 1 렌즈 소자가 배치되고, 상기 제 2 촬상 영역과 제 3 촬상 영역 사이에 상기 제 1 촬상 영역이 배치되는 촬상 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 소자와 제 3 렌즈 소자 사이에 상기 제 2 렌즈 소자가 배치되고, 상기 제 1 촬상 영역과 제 3 촬상 영역 사이에 상기 제 2 촬상 영역이 배치되는 촬상 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 소자와 상기 제 2 렌즈 소자는 상기 촬상 장치의 동일 면에 배치되어 있는 촬상 장치.
  18. 삭제
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 소자의 F 수는 상기 제 2 렌즈 소자의 F 수와 상이한 촬상 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 소자의 F 수는 상기 제 2 렌즈 소자의 F 수 보다 1.5배 또는 2배 더 큰 촬상 장치.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 소자와 상기 제 1 촬상 영역을 이용하여 취득한 제 1 영상의 제 1 해상도는 상기 제 2 렌즈 소자와 상기 제 2 촬상 영역을 이용하여 취득한 제 2 영상의 제 2 해상도보다 낮은 촬상 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 상기 제 2 영상의 화각에 대응하는 상기 제 1 영상의 중심부를 상기 제 2 영상으로 대체하여 변형된 영상을 형성하도록 구성된 촬상 장치.
  23. 제 6 항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 상기 제 1 영상의 주변부를 이용하여 주변 화각에 대한 깊이 정보를 추출하고 상기 제 2 영상의 중심부를 이용하여 중심 화각에 대한 깊이 정보를 추출하도록 구성된 촬상 장치.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상 장치는 모바일 장치인 촬상 장치.
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