KR20140130439A

KR20140130439A - 단일 광 경로 배축적 입체영상 이미징 장치

Info

Publication number: KR20140130439A
Application number: KR1020147022684A
Authority: KR
Inventors: 토마스 엔. 미쉘; 이치로 신코다
Original assignee: 스테로페스 테크놀로지스, 엘엘씨
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-11-10
Also published as: EP2802927A1; KR101699597B1; CN104254801A; WO2013104075A1; EP2802927A4

Abstract

프론트 렌즈 어셈블리의 광축의 반대측들 상에 두 애퍼처들을 통하여 단일 광축 프론트 렌즈 어셈블리를 통하여 단일 광 경로를 따라 획득한 광으로부터 단일 이미징 센서 상에 왜상 입체영상 이미지 쌍을 생성하기 위한 입체영상 이미징 장치가 제공된다. 왜상 요소는 하나 위에 다른 하나가 정렬되어 실질적으로 50%로 수직으로 압축되는 두 이미지들을 상기 동일한 센서 상에 맞추기 위하여 상기 입체 이미지 쌍의 화면 비율을 변화시킨다. 관련된 애퍼처들에 근접하고, 중첩되고, 배축적으로 위치하는 한쌍의 샘플링 렌즈는 상기 입체 이미지 쌍 내에 상기 이미지들의 배향을 상기 센서 상에 각각의 위치들에 가능하게 한다. 리어 렌즈 어셈블리는 상기 센서 상에 상기 입체 이미지 쌍을 물리적으로 형성하기 위하여 제공된다. 상기 장치는 카메라, 비디오 카메라, 내시경, 및 현미경을 포함하는 다른 광 시스템들에 통합될 수 있다.

Description

단일 광 경로 배축적 입체영상 이미징 장치{SINGLE OPTICAL PATH ANAMORPHIC STEREOSCOPIC IMAGER}

본 발명은 일반적으로 입체영상 이미징에 관한 것으로, 특히 본 발명은 단일 광 경로의 다른 부분들을 따라 발생된 장면의 입체영상 이미지 쌍의 화면 비율을 변경하는 것에 관한 것이다.

입체영상 시각의 현상, 또는 입체시(stereopsis)는 장면에서 깊이를 감지할 수 있는 쌍안시(binocular vision)를 가진 인간 및 동물들의 능력과 직접적으로 관련된다. 그것은 약간 다른 2-차원 광 데이터의 2세트를 동시에 처리하는 인간의 두뇌에 의해 유발된 지각의 효과이다. 도움을 받지 않은 인간 관찰자에 의해 경험한 바와 같이 이러한 현상은 관찰자의 두 눈에 의해 형성된 망막 이미지들이 약간 다르다는 사실에 기반한다. 상기 인간 관찰자에 의해 관찰되는 장면에서 점 피사체는 오른쪽 망막 상에 같은 장면의 이미지와 비교할 때 왼쪽 망막 이미지에서 약간 다른 위치에 이미징된다.

초기에 입체영상 이미지상은 두개의 분리된 카메라들에 의해 촬영된 이미지들을 사용하여 생성되었다. 비디오-이미징 분야에서 특히, 작업은 단일 입체영상 뷰어들로 영구적으로 통합되는 두개의 완벽한 이미징 시스템들 중심이었다. 그러한 뷰어들은 전형적으로 이중 광축과 두개의 광 경로들을 제공하는 한쌍의 피사체 광 서브시스템들을 가진다. 그것들은 전형적으로 두개의 이미지 센서들 상에 나란히 우안 및 좌안의 시각을 위한 두개의 완벽한 이미지들을 생성하기 위하여 우안의 시야를 위한 광축과 좌안의 시야를 위한 광축을 가진다.

상기 이미지들이 전형적인 4:3 (수평:수직) 가로보기 화면비율을 가지는 경우, 값비싼 센서의 면적의 최선의 사용을 위한 화면비율의 두개의 이미징 센서들이 요구된다. 상기 두개의 이미지들을 단일 4:3 화면비율의 이미징 센서 상에 투사하는 것은 상기 값비싼 센서의 상당한 부분을 낭비하는 것이 된다. 그와 같은 배열에서 효율적으로 단일 센서를 채용하기 위하여 전문화된 이중 수평 폭 이미징 센서가 화면비율 8:3으로 개발될 수 있었다. 16:9와 같은 더 큰 화면비율 센서들은 상업적으로 받아들여질 수 있는 화면비율의 두개의 이미지들이 이미지 사이즈의 감소와 상기 수직 방향에서 센서 표면의 결과적인 낭비없이 나란히 포획될 수 있도록 하지 못한다.

몇몇 실행에서, 입체영상 시스템들은 상기 배열의 센싱단 근처에 단일 광 경로를 가진다. 그러한 뷰어들은 두개의 이미지가 같은 센서 상에 시간에 따라 교대로 포획되도록 대부분 배열된다. 이러한 접근법은 두개의 뷰어들 중 오직 하나만이 상기 이미징 장치 상에 한 시점에 이미징되도록 하는 동기화된 시간 분할 배열들을 사용한다. 상기 판독 및 디스플레이 장비는 디스플레이의 시청자가 좌안 및 우안을 위한 이미지들 모두의 연속적인 디스플레이를 분명하게 관찰할 수 있도록 허용하는 비율로 좌측 및 우측 이미지들의 하나 또는 다른 하나를 교대로 디스플레이하기 위하여 배열된다. 그러한 시스템들은 보드 상에 변조기들 및 그러한 변조기들을 구동하기 위하여 기계적 절단, 광 밸브, 또는 "액정" 타입이 될 수 있는 전자부품들에 대한 추가적인 부담을 가진다. 특별한 이미지를 위하여, 이러한 배열은 전자-광 회로의 노이즈 성능에 대한 신호에 부정적인 결과를 가지면서 상기 센서들에게 이용 가능한 광을 양분한다. 편광(polarization) 또는 다른 필터링 기술들의 경우에 추가적인 전달 손실들이 있다.

추가적인 다른 단일 광 경로 입체영상 시스템들은 동일한 센서 영역내에 하나의 특성의 광을 센싱하는 세트 및 제2 특성의 광을 센싱하는 제2 세트인 두 세트의 센싱 요소를 가지는 전문화된 센서들을 채택한다. 상기 특성은 전형적으로 편광 또는 컬러가 될 수 있다. 두 눈을 위한 이미지들은 편광 또는 컬러에 기반하여 적절히 필터링됨으로써 구별된다. 그러한 장치에서 채택된 비-표준 센서들은 상업 무대에서 문제로 남는다.

본 발명은 상술한 문제점들 또는 그 밖의 문제점들을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 관점에서, 제1 이미지 및 상기 제1 이미지와 다른 시각의 제2 이미지를 포함하는 왜상 입체영상 이미지 쌍을 단일 광축을 가진 프론트 렌즈 어셈블리를 통하여 단일 광 경로를 따라 획득한 광으로부터 단일 이미지 센서 상에 형성하기 위한 입체영상 이미징 장치에 있어서, 상기 장치는 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 광축의 반대측들 상에, 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 구경면에 근접하게 배치되고 애퍼처 간의 분리에 의해 분리되는 제1 및 제2 애퍼처들; 상기 단일 광 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 왜상 요소; 상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제1 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제1 샘플링 렌즈; 상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제2 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제2 샘플링 렌즈; 및 상기 센서 상에 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들을 통하여 받아들여지는 광으로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 샘플링 렌즈와 상기 센서 사이에 배치되는 리어 렌즈 어셈블리를 포함하는 입체영상 이미징 장치가 제공된다. 상기 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 서로 다른 실질적으로 중첩되지 않는 위치들에 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 두 애퍼처들을 통하여 받아들여지는 광을 지향시키기 위해 배치될 수 있다. 상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 두 샘플링 렌즈들이 될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 요소가 될 수 있다. 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 수직으로 위에 서로 정렬되고 실질적으로 중첩되지 않는 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들 각각과 배축적으로 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 수평으로 옆에 서로 정렬되고 실질적으로 중첩되지 않는 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들 각각과 배축적으로 배치될 수 있다.

상기 입체영상 이미징 장치는 상기 프론트 렌즈 어셈블리가 내시경 프론트 렌즈 어셈블리인 내시경에 적용될 수도 있다. 상기 입체영상 이미징 장치는 상기 프론트 렌즈 어셈블리가 현미경 대물 렌즈 어셈블리인 현미경에 적용될 수도 있다. 상기 제1 및 제2 애퍼처들은 상기 장치의 심도를 변화시킬 수 있는 아이리스들을 포함하는 변화 가능한 애퍼처들이 될 수 있다. 상기 애퍼처들 사이의 애퍼처 간의 분리는 상기 장치의 입체시를 조절하기 위하여 조절될 수 있다. 상기 샘플링 렌즈는 상기 애퍼처 간의 분리가 조절될 때 상기 애퍼처들과 협력하여 움직이도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 관점에서, 제1 이미지 및 상기 제1 이미지와 다른 시각의 제2 이미지를 포함하는 왜상 입체영상 이미지 쌍을 형성하기 위한 입체영상 이미징 장치에 있어서, 상기 장치는 유효 시야와 단일 광축을 가지는 적어도 대물렌즈를 포함하고 상기 광축에 대하여 일반적으로 단일 광 경로를 따라 유효 시야로부터의 광을 지향시키도록 구성되는 프론트 렌즈 어셈블리; 상기 프론트 렌즈 어셈블리 뒤에 상기 광축을 따라 배치되는 단일 이미징 센서; 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 광축의 반대측들 상에, 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 구경면에 근접하게 배치되고 애퍼처 간의 분리에 의해 분리되는 제1 및 제2 애퍼처들; 상기 단일 광 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 왜상 요소; 상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제1 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제1 샘플링 렌즈; 상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제2 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제2 샘플링 렌즈; 및 상기 센서 상에 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들을 통하여 받아들여지는 광으로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 샘플링 렌즈와 상기 센서 사이에 배치되는 리어 렌즈 어셈블리를 포함하는 입체영상 이미징 장치가 제공된다. 상기 프론트 렌즈 어셈블리 및 상기 리어 렌즈 어셈블리는 더블 가우스 렌즈를 형성할 수 있다.

상기 단일 왜상 요소는 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 앞에, 상기 프론트 렌즈 어셈블리 내에, 상기 샘플링 렌즈들과 상기 리어 렌즈 어셈블리 사이에, 상기 리어 렌즈 어셈블리 내에 또는 상기 리어 렌즈 어셈블리와 상기 이미지 센서 사이에 상기 광축 상에 배치될 수 있다.

상기 이미징 센서는 수평 크기에서 긴 축을 가진 가로보기 배향으로 배향될 수 있고, 또는 수평 크기에서 긴 축을 가진 가로보기 배향으로 배향될 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에서, 단일 이미징 센서 상에 제1 및 제2 이미지를 포함하는 왜상 입체영상 이미지 쌍을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 유효 시야 내에 피사체들로부터의 광을 모으는 단계; 상기 광축에 대하여 일반적으로 단일 광 경로를 따라 상기 모아진 광을 지향시키는 단계; 상기 광의 이미지 컨텐츠를 왜상적으로 확대하는 단계; 구경면에 근접한 상기 광축의 반대측들 상에 배치된 제1 및 제2 애퍼처들 중 상기 제1 애퍼처를 통하여 상기 단일 광 경로의 제1 부분으로부터의 광을 샘플링하는 단계 및 상기 제2 애퍼처를 통하여 상기 단일 광 경로의 제2 부분으로부터의 광을 샘플링하는 단계; 및 상기 광축을 따라 배치되는 상기 단일 이미징 센서 상에 상기 제1 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 및 상기 제2 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 각각으로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하는 단계는 상기 애퍼처들과 상기 센서 사이에 배치되는 제2 렌즈를 통하여 제2 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 및 제1 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 각각에 대해 처리하는 것이 될 수 있다. 상기 방법은 서로 상대적인 미리 설정된 위치들에 상기 제1 및 제2 이미지들을 각각 형성하기 위하여 상기 제1 애퍼처 및 제2 애퍼처 각각과 근접하고, 중첩되고 배축적인 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들 각각을 통하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들로부터의 광을 라우팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 라우팅하는 단계는 각각 근접한 애퍼처들로부터 각각 반대방향으로 배축적으로 상기 두 샘플링 렌즈들의 중심들을 이동하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 왜상적으로 확대하는 단계는 수직 크기에서 실질적으로 50%로 상기 모아진 광의 이미지 컨텐츠를 상대적으로 압축하는 단계가 될 수 있고, 상기 이동하는 단계는 상기 센서 상에 수직으로 위에 서로 상기 제1 및 제2 이미지들을 정렬하는 단계가 될 수 있다. 상기 왜상적으로 확대하는 단계는 수평 크기에서 실질적으로 50%로 상기 모아진 광의 이미지 컨텐츠를 상대적으로 압축하는 단계가 될 수 있고, 상기 이동하는 단계는 상기 센서 상에 수평으로 옆에 서로 상기 제1 및 제2 이미지들을 정렬하는 단계가 될 수 있다.

상기 방법은 상기 단일 이미징 센서로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 설명하는 데이터를 추출하는 단계 및 상기 제1 및 제2 이미지들의 화면 비율을 상기 왜상적으로 확대하는 단계 이전의 유효 시야 내에 상기 피사체로부터의 광의 이미지 컨텐츠에 속하는 값들로 디지털적으로 복원하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 앞선 그리고 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 함께 첨부된 도면과 연관된 상세한 설명으로부터 명백하다.
도 1은 단일 광 경로 왜상 입체영상 이미징 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 입체영상 이미지를 생성하기 위한 방법의 플로우 다이어그램이다.
도 3은 단일 광 경로 왜상 입체영상 내시경을 도시한 도면이다.

종래의 기술에서 제안되었던 이미징 센서들은 예를 들어, 4:3 및 16:9의 산업의 표준 가로보기 화면비율을 가진다. 그러나, 이러한 제안들은 통상적으로 특별한 렌즈 모양의 어레이들 또는 다른 복잡한 수단의 형태로 상기 센서들 상에 수행되는 특별한 변형들을 요구한다. 이 점은 대량 생산되는 산업의 표준 이미징 센서들의 사용과 거리가 멀다. 상업적인 Si-이미징 센서들의 대량 생산은 비표준 장비들의 조립을 대비하지 않는다. 낮은 단위 가격은 원활하게 계속되는 표준 생산 때문에 좋은 수율을 갖는 표준 사이즈의 장비들의 대량 생산에 기반한다. 그것은 비표준 장비들의 가격을 증가시키는 짧아지는 운영 기간 및 관련되어 비례적으로 더 높아지는 셋업 비용 뿐만 아니라 일상적이지 않은 생산에서 내재적으로 발생되는 낮은 수율이다.

따라서, 대량생산이 가능하도록 단일 산업 표준 이미징 센서들 및 간단하고, 컴팩트하고, 튼튼한 광 디자인을 채용하는 한편, 여기서 설명한 제한들을 극복할 수 있는 입체영상 뷰어에 대한 필요성은 남아 있게 된다.

본 발명의 제1 관점에 따르면, 단일 이미징 센서 상에 장면에 대한 한 쌍의 입체영상 이미지들(stereoscopic images)을 동시에 획득하기 위한 단일 광 경로 입체영상 이미징 장치가 제공된다. 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 도 1의 100에 도식으로 그리고 일반적으로 보여지는 바와 같이, 입체영상 이미징 장치는 광축(103)을 따라 축이 일반적으로 배향된 렌즈(102) 및 라인들(138,114)에 의해 주어진 이미지 면에 "가로보기" 배향으로 위치하고, 상기 렌즈(102)로부터 이미지들을 입력받는 이미징 센서(132)를 포함한다. 상기 렌즈(102)는 프론트 렌즈 어셈블리(front lens assembly)(124)와 리어 렌즈 어셈블리(rear lens assembly)(126)를 포함한다. 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)는 상기 렌즈(124)의 유효 시야 내에서 포획된 광을 상기 렌즈(124)의 구경면(aperture plane)(104)으로 지향시킬 수 있다. 상기 구경면(104)은 상기 렌즈(102)의 물리적인 구경면 또는 물리적인 구경면의 접합체가 될 수 있다. 상기 "구경면"이라는 단어는 상기 물리적인 구경면 및 그것의 접합체들 중 어떤 것들 모두를 설명하기 위해 사용된다. 예를 들어, 프론트 렌즈 어셈블리(124)는 렌즈들(118,120,122)을 포함하고, 유사하게, 리어 렌즈 어셈블리(126)는 다수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 간략화를 위해, 리어 렌즈 어셈블리(126)는 도식적으로 단일 렌즈로서 도시된다.

애퍼처 플레이트(aperture plate)(108)는 구경면(104)에 근접하여 배치된다. 상기 애퍼처 플레이트(108)는 상기 광축(103)의 어느 일측에 배치되고 애퍼처 간의 거리에 의해 수평면에서 분리되는 제1 애퍼처(128)와 제2 애퍼처(130)을 포함한다. 상기 "애퍼처 간의 분리"라는 단어는 상기 두 애퍼처(128,130) 사이의 중심부터 중심까지의 거리를 설명하기 위하여 본 명세서에서 사용된다. 상기 "수평"이라는 단어는 광축(103)과 애퍼처들(128,130)의 중심들 사이의 라인을 포함하는 면에서 배향을 나타내기 위하여 본 명세서에서 사용된다. 상기 "수직"이라는 단어는 상기 광축(103)과 상기 애퍼처들(128,130)의 중심들 사이의 라인을 포함하는 면에 대하여 직각인 방향을 설명하기 위하여 사용된다. 도 1에서, '수직'은 라인(138)으로 보여진다.

상기 렌즈(102)는 상기 제1 애퍼처(128)에 근접하고 중첩되며 상기 구경면(104)과 센서(132) 사이에 위치하는 제1 샘플링 렌즈(sampling lens)(142)를 포함한다. 상기 렌즈(102)는 상기 광축(103)에 대하여 직각인 제1 샘플링 렌즈(142)와 실질적으로 동일 면에 상기 제2 애퍼처(130)에 근접하고 중첩되며 상기 구경면(104)과 센서(132) 사이에 위치하는 제2 샘플링 렌즈(144)를 포함한다. 제1 샘플링 렌즈(142)는 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)에 의해 상기 렌즈(102)의 유효 시야 내에서 제1 시각(perspective)으로 포획된 광을 조작한다. 제2 샘플링 렌즈(144)는 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)에 의해 상기 렌즈(102)의 유효 시야 내에서 제2 시각으로 포획된 광을 조작한다. 따라서, 상기 제1 샘플링 렌즈(142)는 상기 광축(103)에 대하여 일반적으로 광 경로의 제1 부분으로부터 광을 샘플링하고, 반면 상기 제2 샘플링 렌즈(144)는 동일한 광 경로의 제2 부분으로부터 광을 샘플링한다. 상기 제1 샘플링 렌즈(142)로부터의 광은 상기 렌즈(102)의 유효 시야 내에 배치되는 피사체(116)에 대한 제1 시각의 제1 이미지(134)를 형성하기 위해 상기 리어 렌즈 어셈블리(126)에 의해 상기 이미징 센서(132) 상에 이미징된다. 상기 제2 샘플링 렌즈(144)로부터의 광은 상기 피사체(116)에 대한 제2 시각의 제2 이미지(136)를 형성하기 위해 상기 리어 렌즈 어셈블리(126)에 의해 상기 이미징 센서(132) 상에 이미징된다.

일 실시예에서, 렌즈와 같은, 왜상(anamorphic) 요소(110)는 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)와 상기 구경면(104) 사이에 배치된다. 이것은 애퍼처들(128,130)을 통해 이동하는 광으로부터 센서(132) 상에 생성되는 어떠한 이미지들도 상기 피사체(116)의 왜상 이미지들이 되도록 보장한다. 더욱 일반적인 실행에 있어서, 상기 왜상 요소(110)는 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)의 앞에 또는 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)의 내부에 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 왜상 요소(110)는 수직에 비하여 수평으로 실질적으로 50%의 배율을 가진다. 이것은 애퍼처들(128,130)을 통해 이동하는 광으로부터 형성된 어떠한 이미지들도 수평 크기에서 실질적으로 50%까지 압축되도록 보장한다.

다른 실시예에서, 상기 왜상 요소(110)는 수평에 비하여 수직으로 실질적으로 50%의 배율을 가진다. 이것은 애퍼처들(128,130)을 통해 이동하는 광으로부터 형성된 어떠한 이미지들도 수직 크기에서 실질적으로 50%까지 압축되도록 보장한다.

상술한 설명들은 렌즈 형태인 왜상 요소(110)에 기반한 것이지만, 다른 굴절율의, 회절성의 또는 반사성의 광학 요소가 상기 제1,2 이미지들(134,136)의 적절한 왜상 변형을 제공하기 위하여 채용될 수 있다.

상기 이미지들(134,136)을 센서(132) 상에 중첩되지 않도록 지향시키는 문제는 애퍼처들(128,130) 각각에 배축(abaxial)되도록 상기 샘플링 렌즈들(142,144)을 배치하는 것으로 이야기될 수 있다. 도 1에는 실질적으로 50% 수직 압축을 가진 왜상 요소(110)를 채용한 실시예가 개시된다. 상기 샘플링 렌즈들(142,144)의 배축 이동의 정도는 명료성을 위해 도 1에서 과장되었다. 상기 단어 "배축"은 본 명세서에서 상호 배향(mutual orientation)을 설명하기 위해 사용된다. 상기 제1 애퍼처(128) 및 제1 샘플링 렌즈(142)의 중심들을 통한 축들은 평행하지만 일치하지는 않는다. 상기 단어 "배축 이동"은 상기 제1 애퍼처(128)의 중심을 관통하는 축과 상기 제1 샘플링 렌즈(142)의 중심을 관통하는 축 사이의 직각 거리를 설명하기 위해 사용된다. 상기 제2 애퍼처(130)의 광축으로부터 상기 제2 샘플링 렌즈(144)의 배축 이동의 방향 및 사이즈는 상기 제1 애퍼처(130)의 광축으로부터 상기 제1 샘플링 렌즈(142)의 배축 이동의 방향 및 사이즈와 반대 및 동일하다.

도 1에 도시된 "수직 압축" 실시예를 위하여, 샘플링 렌즈들(142,144)의 축들은 특별히 이미지들(134)을 발생시키고 수평으로 정렬되도록 하기 위하여 수평을 따라 이동될 뿐만 아니라 이미지들(134,136)을 발생시키고 실질적으로 중첩되지 않도록 반대 방향에서 수직으로 이동된다. 그 결과 수직으로 정렬되고 중첩되지 않도록 배열될 수 있으나, 실질적으로 그것들의 마주하는 수평 둘레들을 따라 인접하는 입체영상 이미지 쌍이 된다. 이러한 배열은 상기 센서 픽셀 분포의 최적 사용이 가능하게 한다. 더 일반적인 경우에서, 상기 두 이미지들(134,136)은 서로 인접하도록 해야만 하는 것은 아니다.

실질적으로 50%의 상대적인 수평 배율을 가지도록 선택된 왜상 요소(110)의 경우, 샘플링 렌즈들(142,144)의 축들은 애퍼처들(128,130)의 축들로부터 각각 단지 수평 크기에서 이동되고, 상기 이미지들(134,136)은 그것에 의하여 실질적으로 중첩되지 않고 그들의 마주하는 수직 들레들을 따라 인접하도록 하기 위하여, 그리고 그것에 의하여 상기 센서(132) 상에 상기 센서 요소 분포의 최적 사용을 위하여, 상기 센서(132) 상에 수평적으로 시프트된다. 더욱 일반적인 경우에, 상기 두 이미지들(134,136)은 상호 인접하도록 해야 하는 것은 아니다. 만약, 몇몇 다른 이유로 상기 이미지들(134,136)이 완벽하게 정렬되지 않는다면, 상기 샘플링 렌즈들(142,144)의 수직적 배치는 상기 이미지들을 다시 정렬하기 위하여 약간 조절될 수 있다. 배축적으로 배치된 샘플링 렌즈들의 사용은 비싼 주문 제작 이미지 센서들의 사용을 피할 수 있고 이미지들(134,136)의 배치에 대한 통제를 할 수 있게 한다.

상기 제1 이미지(134) 및 제2 이미지(136)가 상기 피사체(116)의 다른 시각들을 대표하는 범위 내에서, 그것들은 상기 피사체(116)에 관한 3차원(3D) 정보를 얻기 위해 채용될 수도 있다. 더욱 특별하게, 상기 컨트롤러(115)는 이미지 데이터 출력 연결(117)을 통하여 이미징 센서로부터 상기 두 이미지들(134,136)을 대표하는 이미지 데이터를 추출할 수도 있다. 컨트롤러(115)는 상기 왜상 렌즈로 들어가기 전에 프론트 렌즈 어셈블리(124)의 유효 시야로부터의 광의 광학 이미지 정보 컨텐츠에 따라 최초의 화면 비율을 복원하기 위하여 상기 이미지들을 디지털적으로 처리할 수 있다. 이로써 상기 입체영상 이미지 쌍은 3차원 디스플레이 또는 감상 시스템(미도시)에 적절한 포맷으로 제공된다. 이미징 센서(132)는 CCD(Charge Coupled Device)를 포함하는 단일 어레이 이미징 센서가 될 수 있다. 다만 여기에 한정되는 것은 아니다.

상기 실질적으로 50%의 수직 압축 실행으로 돌아가면, 추가적인 처리 및 디스플레이를 위하여 상기 이미징 데이터가 상기 센서(132)로부터 추출될 때, 상기 센서(132)로부터의 상기 수직 축 데이터의 일 부분은 상기 이미지(136)와 관계되고 상기 센서(132)로부터의 상기 수직 축 데이터의 다른 부분은 상기 이미지(134)와 관계된다. 이러한 차이의 기반하여, 상기 두 이미지들(136,134)은 상기 센서(132)로부터 개별적으로 추출될 수 있다.

3차원 이미징 장치(3-dimensional imager)로 성취 가능한 입체시(stereopsis)의 정도는 기본적으로 상기 3차원 시각을 만들고 이미지들을 생성하기 위하여 사용되는 두 시각들 사이의 각도 차이에 의존한다. 본 설명에서 여전히 렌즈(102)에 의해 주어지는 짧은 초점 거리를 가지는 전체 렌즈 시스템을 생산하는 중에, 샘플링 렌즈들(142,144)의 특별한 사용은 상기 왜상 샘플링 렌즈들(142,144)와 비교할 때 큰 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)의 사용에 따라 큰 시각 차이의 장점을 제공한다. 이는 상기 렌즈(102)가 작고 저렴한 이미징 센서들을 채용할 수 있도록 한다. 애퍼처들(128,130) 사이의 애퍼처 간의 거리는 종래의 이미징 렌즈 배치와 함께 작은 이미징 센서들을 채택하는 3차원 이미징 장치들에서 성취 가능한 것보다 크다. 그 결과 비슷한 이미징 센서들에 적용되는 종래의 렌즈들로 성취할 수 있는 것보다 큰 입체시를 얻을 수 있다. 이는 적절한 입체시를 얻는 것이 어려운 카메라 어플리케이션들에서 특히 관련된다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 애퍼처들(128,130)은 렌즈(102)의 심도를 변화시키는 기능을 제공하기 위하여, 아이리스들(irises)을 포함하는 변화 가능한 애퍼처들이 될 수 있다. 다만, 여기에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예들에서, 애퍼처들(128,130)은 고정된 애퍼처들이 될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 애퍼처들(128,130)은 애퍼처들 간의 분리를 변화시키기는 것에 의해 상기 이미징 장치의 입체시를 변화시키는 것이 가능하도록 구성될 수 있다. 제1 샘플링 렌즈(142)는 제1 애퍼처(128)와 협력하여 움직이도록 구성될 수 있고 제2 샘플링 렌즈(144)는 제2 애퍼처(130)와 협력하여 움직이도록 구성될 수 있다. 상기 협력적 움직임은 상기 이미지들(134,136)이 이전과 같이 상호간에 위치되어 있도록 보장할 수 있다.

일 실시예에서, 프론트 렌즈 어셈블리(124)와 리어 렌즈 어셈블리(126)의 결합 구조는 더블-가우스 렌즈(double-Gauss lens)를 형성한다. 더블-가우스 광학 디자인들은 기술분야에서 시스템에서 광학 수차를 매우 낮게 유지하는 것에 대한 최고의 성능으로 알려져 있다. 더블 가우스 렌즈의 사용는 표준 35mm 카메라에 와이드-애퍼처 렌즈들의 분야에서 잘 도입된다. 상기 제1 샘플링 렌즈(142) 및 제2 샘플링 렌즈(144)의 초점 거리들은 상기 제1 샘플링 렌즈(142) 및 제2 샘플링 렌즈(144)가 없는 경우 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124) 및 상기 리어 렌즈 어셈블리(126)의 조합의 초점 거리의 반 보다 작을 수 있다. 초점 거리들의 선택으로, 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124), 리어 렌즈 어셈블리(126), 및 상기 제1 샘플링 렌즈(142) 및 제2 샘플링 렌즈(144) 중 어느 하나의 조합의 초점 거리는 상기 제1 샘플링 렌즈(142) 및 제2 샘플링 렌즈(144)가 없을 때 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124) 및 리어 렌즈 어셈블리(126)의 조합의 초점 거리보다 작을 수 있다.

샘플링 렌즈들(142,144)은 각각 정 배율(positive power)을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 샘플링 렌즈들(142,144)이 없는 렌즈(102)는 126mm의 초점 거리를 가질 수 있다. 샘플링 렌즈들(142,144)은 각각 44mm의 초점 거리를 가질 수 있다. 이러한 선택들에 기반하여, 상기 조합된 렌즈(102)는 결과적으로 60mm의 초점 거리를 가질 것이다. 이러한 배치는 60mm 렌즈가 관련된 더 큰 입사동(entrance pupil)을 가진 훨씬 더 큰 126mm 렌즈에 적용되는 더 큰 애퍼처 간의 거리를 채택할 수 있게 한다. 그 결과 더 넓은 앵글을 가지고 자연적으로 더 큰 유효 시야를 가진 전형적인 60mm 렌즈로부터 기대될 수 있는 것보다 상기 60mm 렌즈 배치로 얻을 수 있는 입체시가 더 크다. 그것은 3차원 이미징 어플리케이션들과 관련하여 126mm의 장점과 60mm 렌즈의 장점을 결합하는 것이다.

본 발명의 추가적인 실시예에서, 프론트 렌즈 어셈블리(124)와 리어 렌즈 어셈블리(126)의 결합 구조는 상기 렌즈(102)가 이미징 센서(132) 상의 이미지들(134,136)의 사이즈를 변화시키기 위한 줌 렌즈가 될 수 있도록 한다. 본 발명의 또 다른 실시예들에서, 추가적인 렌즈 조합들은 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)와 리어 렌즈 어셈블리(126)에 대해 가능하다. 단일 광 경로 배열 때문에, 상기 장치는 상기 렌즈(102)가 줌 및 매크로(macro) 렌즈 모두 또는 그것 중 하나로서 기능할 수 있게 한다. 이것은 종래 기술에서 설명되는 몇몇 시스템들과 비교하여 주된 장점이다. 또한 상기 단일 광 경로 배열은 몇몇 실시예들에서 상기 장치를 컴팩트하게 하고 미러들이 제거되도록 할 수 있고, 튼튼하고 내구성있게 할 수 있다. 또한, 상기 단일 광 경로 배열은 본 발명이 상업적인 카메라 및 비디오 장비 그리고 소비자 카메라 및 비디오 장비에 양립할 수 있게 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 입체영상 이미징 장치(100)는 제1 또는 제2 샘플링 렌즈(142 또는 144) 중 어느 하나와 리어 렌즈 어셈블리(126) 사이에 상기 피사체(100)의 실제 이미지를 만들지 않는다는 것을 알 수 있다. 이것은 샘플링 렌즈들 이후에 이미지를 형성하고 다시 그것을 전달하는 시스템과 비교하여 상기 샘플링 렌즈 배열의 복잡도를 줄인다. 상기 입체영상 이미징 장치(100)는 종래의 많은 단일 채널 입체영상 이미징 장치들과 달리, 동시에 광 경로의 제1 및 제2 부분들로부터 광을 샘플링하고 이미징 센서(132) 상에 제1 및 제2 이미지들(134,136)을 동시에 생성할 수 있다. 또한, 상기 입체영상 이미징 장치(100)는 동작하기 위하여 상기 피사체로부터 어떠한 광의 편광(polarization)을 필요로 하지 않는 장점을 가진다. 이것은 편광 기반 시스템과 비교할 때 광 레벨이 두배보다 많은 것을 암시한다. 상기 렌즈(102)의 더블 가우스 배열은 이미징 센서(132)의 넓은 영역 위에 우수한 수차 성능을 가진 고속 렌즈 시스템을 제공한다.

상기 수직 압축은 본 발명이 없는 경우에 상기 두 이미지들 중 하나를 위해 사용되었을 이미징 센서 상에 상기 이미지(134) 및 이미지(136) 모두를 맞추는 것을 보장하기 때문에, 본 발명은 산업적인 표준 이미징 센서들의 사용이 가능하다. 본 발명은 상기 센서의 포맷에 대해 규정하는 것이 아니고 모든 이미지 센서 화면 비율 및 사이즈 포맷들에 적용 가능하다.

본 발명의 실제적인 적용에서, 상기 이미징 센서(132)는 일본의 니콘 코포레이션에 의해 생산된 NiKon D50과 같은 표준 상업적인 디지털 SLR (D-SLR)의 "블랙 박스"에 있는 센서가 될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 특별한 상업적인 D-SLR 카메라는 수평 방향으로 3008 픽셀 해상도 및 수직 방향으로 2000 픽셀 해상도를 가진 센서를 포함한다. 상기 D50 D-SLR 카메라에 장착된 앞선 실시예들에 따른 렌즈(102)로, 상기 배열은 상기 수직 크기를 따라 어느 하나 위에 다른 하나가 배열되는 입체 영상 이미지 쌍을 포획할 수 있다. 이상적으로, 상기 이미지들은 실질적으로 서로 인접하고 사용자에게 불쾌할 정도로 중첩되지 않고, 상기 수직 크기에 따른 압축은 실질적으로 50%가 된다. 상기 두 이미지들 각각은 3008×1000 사이즈이고 상기 두 이미지들 각각의 수직 크기는 그것의 자연적인 크기의 실질적인 반이 된다. 상기 카메라로부터 상기 이미지를 다운로드한 후 상기 두 이미지들 각각을 3008×2000으로 다시 샘플링하는 것을 간단한 문제이다. 상기 이미지들 각각에 대한 수직 크기에서 실제 해상도는 상기 카메라가 본래적으로 할 수 있는 것의 반이라고 하더라도, 사용자에게 그렇게 다시 샘플링할 수 있도록 하는 많은 그래픽 소프트웨어 툴들이 있다. 수직 크기에 따른 해상도의 희생은 사용하기에 쉬운 포맷으로 모든 장면의 입체 영상 이미지들을 본질적으로 포획할 수 있는 장치의 장점에 의해 크게 보상된다.

도 2는 도 1의 이미징 센서(132) 상에 입체 영상 이미지 쌍을 형성하기 위한 방법의 흐름도이다. 상기 이미지 쌍은 상기 광축(103)을 따라 배치되는 도 1의 프론트 렌즈 어셈블리(124)가 되는 제1 렌즈의 유효 시야 내에 상기 피사체(116)의 두개의 상이한 시각들을 제공하는 제1 이미지(134) 및 제2 이미지(136)를 포함한다.

상기 방법은 프론트 렌즈 어셈블리(124)의 유효 시야에서 장면으로부터의 광을 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)를 통하여 모으는 단계[200]; 상기 광축(103)에 대하여 일반적으로 단일 광 경로를 따라 상기 모아진 광을 상기 구경면(104)으로 지향시키는 단계[210]; 왜상 요소(110) 또는 제1 및 제2 샘플링 렌즈들(142,144) 중 어느 하나인, 적어도 하나의 왜상 렌즈 수단으로 상기 광의 이미지 컨텐츠를 왜상적으로(anamorphically) 확대하는 단계[220]; 상기 광축(103)의 제1측 상에 상기 구경면(104)에 근접하게 배치되는 제1 애퍼처(128)를 통하여 상기 단일 광 경로의 제1 부분으로부터 광을 샘플링하는 단계[230]; 동시에 상기 제1 애퍼처(128)로부터 상기 광축(130)의 반대측 상에 상기 구경면(104)에 근접하게 배치되는 상기 제2 애퍼처(130)를 통하여 상기 단일 광 경로의 제2 부분으로부터 광을 샘플링하는 단계[235]; 및 상기 단일 광 경로의 제1 부분으로부터 샘플링된 광 및 상기 이미징 경로의 제2 부분으로부터 샘플링된 광의 각각으로부터 상기 광축(103)을 따라 배치되는 상기 이미징 센서(132) 상에 제1 및 제2 이미지들(134,136)을 형성하는 단계; 상기 광축(103) 상에 배치된, 도 1의 리어 렌즈 어셈블리(126)가 되는, 제2 렌즈를 통하여 상기 단일 광 경로의 제1 부분으로부터 샘플링된 광을 처리하여 상기 제1 이미지(134)를 형성하는 단계[240]; 및 상기 리어 렌즈 어셈블리(126)가 되는, 제2 렌즈를 통하여 상기 단일 광 경로의 제2 부분으로부터 제2 샘플링 렌즈(144)에 의해 샘플링된 광을 처리하여 상기 제2 이미지(136)를 형성하는 단계[245]를 포함한다.

상기 방법은 이미지들(134,136) 서로에 관하여 미리 설정된 위치들에 각각 이미지들(134,136)을 형성하기 위하여, 제1 애퍼처(128) 및 제2 애퍼처(130) 각각과 근접하고 중첩되고 배축으로 배치되는 각각의 샘플링 렌즈들(142,144)을 통하여 상기 제1 애퍼처(128)로부터 광을 라우팅하는 단계[250] 및 제2 애퍼처(130)로부터 광을 라우팅하는 단계[255]를 포함한다.

상기 방법은 상기 애퍼처 플레이트(108)에 상기 제1 애퍼처(128)의 사이즈를 변화시키는 단계[260]에 의해 상기 제1 이미지(134)의 심도를 변화시키는 단계 및 상기 애퍼처 플레이트(108)에 상기 제2 애퍼처(130)의 사이즈를 변화시키는 단계[265]에 의해 상기 제2 이미지(136)의 심도를 변화시키는 단계 중 적어도 하나를 더 포함한다.

상기 방법은 이미지 데이터 출력 연결(117)을 통하여 컨트롤러(115)를 사용하여 이미징 센서(132)로부터 제1 및 제2 이미지들(134,136)을 설명하는 데이터를 추출하는 단계[280] 및 예를 들어 컨트롤러(115)를 사용하여 이미지들(134,136)의 최초 화면 비율을 디지털적으로 복원하는 단계를 더 포함한다. 그렇게 함으로써 상기 복원된 화면 비율을 가진 두 이미지들(134,136)은 적합한 입체 감상 장비로 감상할 수도 있는 입체 이미지 쌍을 구성한다.

왜상 요소(110), 애퍼처들(128,130)을 갖는 애퍼처 플레이트(108), 샘플링 렌즈들(142,144), 및 리어 렌즈 어셈블리(126)를 포함하는 입체 영상 광 서브시스템(150)은 입체 영상 이미지들을 발생시키기 위하여 많은 다른 광 장치들에 적용될 수 있다. 특히, 도 1에서 설명된 장치는 다른 어플리케이션들 중에서 상술한 바와 같은 카메라 또는 비디오 역할을 한다. 추가적인 실시예에서, 도 1에 도시된 프론트 렌즈 어셈블리(124)는 현미경 렌즈 시스템이 될 수도 있다. 도 1에 있는 모든 구성요소들은 동일한 번호를 부여한다. 상기 현미경 렌즈 시스템은 모노스코픽(monoscopic) 현미경 시스템들의 다양한 것들이 될 수 있다. 예시에 의해 제한되는 것은 아니지만, 렌즈(122)는 현미경 렌즈 시스템의 접안 렌즈가 될 수 있고, 한편, 렌즈들(118,120)은 함께 현미경 렌즈 시스템의 대물렌즈 시스템이 될 수 있다. 동작에 있어서, (렌즈(118) 및 렌즈(120)을 포함하는) 현미경 대물렌즈 시스템의 유효 시야 내에서 모아진 광은 렌즈(122)의 전면에 이미징된다. 렌즈 시스템(122)은 다른 추가적인 광 서브시스템들의 입력 요구들을 맞추기 위하여 이미지화된 광을 조작하도록 선택될 수 있다. 입체 영상 광 서브시스템(150)은 그 추가적인 광 서브시스템 중 하나이다. 현미경에 대한 입체 영상 광 서브시스템(150)의 적용은 상기 현미경의 본래적 디자인의 일부분이 될 수 있고, 또는, 사용자에 의해 후공정으로 추가될 수 있고, 현장에서 수행될 수도 있다.

추가적인 실시예에서, 도 3에 도식적으로 그리고 크기 변경을 하지 않은 상태로 도시된 바와 같이, 도 1의 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)는 단일 광 채널 내시경 렌즈 시스템(160)으로 대체될 수 있다. 도 1과 같은 모든 구성요소들은 동일한 번호가 부여된다. 내시경 렌즈 시스템(160)은 단일 채널 내시경 시스템들의 다양한 것들이 될 수 있다. 예시에 의해 제한되는 것은 아니지만, 내시경 렌즈 시스템(160)은 도 3에 구체적으로 도시된 바와 같이, 대물렌즈 시스템(162); 릴레이렌즈(relay lens) 시스템(164); 및 선택적으로 출광렌즈(exit lens) 시스템(166)을 포함할 수 있다. 동작에 있어서, 내시경 대물렌즈 시스템의 유효 시야 내에서 모아진 광은 대물렌즈 시스템(162)에 의해 이미징되고, 따라서 형성된 상기 이미지는 상기 내시경 렌즈 시스템(160)의 길이를 따라 릴레이렌즈 시스템(164)에 의해 전달된다. 선택적인 출광 렌즈 시스템(166)은 다른 추가적인 광 서브시스템들의 입력 요구들을 맞추기 위하여 이미지화된 광을 조작하도록 선택될 수 있다. 입체 영상 광 서브시스템(150)은 그 추가적인 광 서브시스템 중 하나이다. 이러한 배열에서, 출광렌즈 시스템(166)은 내시경 렌즈 시스템(160)을 포함하는 내시경의 접안렌즈가 될 수 있다. 내시경에 대한 입체 영상 광 서브시스템(150)의 적용은 상기 내시경의 본래적 디자인의 일부분이 될 수 있고, 또는, 사용자에 의해 후공정으로 추가될 수 있고, 현장에서 수행될 수도 있다.

도 1을 통해 잘 설명된 다른 내시경 실시예에서, 도 1의 프론트 렌즈 어셈블리(124)는 내시경의 대물렌즈 어셈블리가 될 수 있고, 내시경의 삽입부의 프로브 팁(probe tip)에 위치될 수 있는 반면에, 입체영상 광 서브시스템(150) 및 센서(132) 모두는 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)에 근접한 삽입부 내에 위치될 수 있다. 이것은 일반적으로 내시경의 "칩 온 어 스틱(chip on a stick)" 구현으로 나타내질 수 있다. 따라서 이러한 구현은 상기 내시경의 삽입부의 좁은 공간내에의 결합을 위해 적절히 단순한 입체 영상 내시경을 제공한다. 입체영상 광 서브시스템 내에 특히 기계적인 변조기들과 같은 변조기들이 없는 것은 이러한 특별한 실행을 용이하게 한다.

다른 실시예에서, 상기 왜상 요소(110)는 상기 샘플링 렌즈들(142,144)와 상기 리어 렌즈 어셈블리(126) 사이의 상기 광축(103) 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서 상기 왜상 요소(110)는 리어 렌즈 어셈블리(126)의 내측 또는 상기 렌즈 어셈블리(126)와 센서(132) 사이에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예들에서 왜상 요소(110)는 생략될 수 있고, 샘플링 렌즈들(142,144)은 수직 크기에서 실질적으로 50%로 이미지들(134,138)을 압축하기 위하여 왜상적으로 만들어질 수 있다.

본 발명의 범위를 제한하지 않으면서, 상술한 바와 같은 모든 실시예들에서 상기 입체 영상 이미징 장치는 광을 변조하지 않으면서 상기 광축(103)에 대하여 일반적으로 단일 광 경로를 따라 적어도 하나의 왜상 렌즈를 통하여 단일 센서(132)로 광을 지향시키는 단일 제1 대물 렌즈를 채용한다고 말할 수 있도록 한다. 반면에 상기 프론트 렌즈 어셈블리(124)의 출사동(exit pupil)은 애퍼처들(128,130) 및 그것들에 상응하는 샘플링 렌즈들(142,144)의 조합에 의해 샘플링된다. 어떠한 반사, 프리즘, 또는 다른 빔-스프릿팅 요소들은 필요하지 않다. 본 명세서에서 제공되는 상기 입체 영상 이미징 장치는 관련된 최대한의 입체 영상 품질을 위하여 상기 수평 크기에서 최대한의 해상도를 유지하는 한편 대물 렌즈의 유효 시야의 다른 관점들을 가진 두 이미지들을 왜상적으로 변경한다. 상기 이미지들(134,136)은 이미징 센서(136) 상에 형성됨에 따라 상기 왜상 렌즈(들)에 의해 수직으로 압축되어 그것들의 해상도를 실질적으로 50% 잃는다고 하더라도 상기 희망했던 입체 영상 감상 경험은 수직으로 압축된 것과 반대로 수평 크기에서 관점의 차이들에 기반한다.

다른 실시예에서, 센서(132)는 수직으로 그 긴 축을 가진 세로 보기(portrait orientation)로 배향될 수 있고, 왜상 렌즈(들)은 4×3 센서의 경우, 효과적으로 3×4 배향에 있는 상기 센서(132)를 맞도록 수평 크기를 따라 이미지들(142,144)을 압축하기 위해 선택될 수 있다. 이것은 더 큰 수직 해상도가 요구되고 약간의 수평 해상도의 손실을 받아들일 수 있는 어플리케이션들에서 장점이 될 수 있다.

비고

도면들과 관련된 설명들은 본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 제공되고 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 상기 명세서에서 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은 실시예와 관련되어 설명되는 특별한 특징, 구조, 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 가르키기 위한 것이다. 상기 명세서의 다양한 위치에서의 "일 실시예에서" 또는 "실시예" 문구의 등장은 필수적으로 같은 실시예에서 지칭되는 모든 것은 아니다. 여기 개시된 바와 같이, 다른 것을 요구하는 문맥을 제외하면, 상기 단어 "포함한다" 및 그 단어의 다양한 형태로서 "포함하는", "포함하다" 및 "포함된"는 다른 첨가물, 구성요소들, 정수들 또는 단계들을 배제하고자 하는 의도가 아니다.

또한, 상기 실시예들은 플로우챠트, 플로우 다이어그램, 스트럭쳐 다이어그램, 또는 블록 다이어그램으로 묘사되는 공정으로 개시된다는 점을 알아야 한다. 플로우챠트가 연속적 공정으로서 동작들의 다양한 단계들을 개시할 수도 있다고 하더라도 상기 많은 동작들은 병렬적 또는 동시에 수행될 수 있다. 보여지는 단계들은 제한하고자 하는 의도가 아닐 뿐만 아니라 단지 예시적 단계일 뿐 각 설명되는 단계가 상기 방법에 필수적인 것을 표시하려는 의도가 아니다.

앞서 설명한 명세서에서, 상기 발명은 구체적인 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 다양한 변화들 및 변경들이 가능하다는 것은 분명하다. 따라서, 본 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 설명적인 것으로 간주되어야 한다. 그리고 본 발명은 그러한 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

앞서 설명으로부터 본 발명은 많은 장점들이 있고, 그것들 중 일부는 여기에서 설명되었고 나머지들은 여기 클레임되고 설명된 발명의 실시예들에 내재한다는 것을 명백하다. 또한, 변경들은 여기 설명된 본 발명의 가르침들로부터 벗어나지 않고 여기 설명된 장비, 장치, 및 방법에게 있을 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그와 같이, 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 요구되는 것을 제외하고 설명된 실시예들에 제한되지 않는다.

예시된 실시예에서, 본 발명은 2012년 1월 13일에 듀얼 샘플링 렌즈들을 가진 단일 광 입체 영상 이미징 장치의 명칭으로 61/586,738으로 가출원된 내용과 결합될 수 있고 여기 참조로서 병합된다.

100. 단일 광 입체영상 이미징 장치
102. 렌즈
103. 광축
104. 구경면
108. 애퍼처 플레이트
110. 왜상 요소
118. 렌즈
120. 렌즈
122. 렌즈
124. 프론트 렌즈 어셈블리
126. 리어 렌즈 어셈블리
128. 제1 애퍼처
130. 제2 애퍼처
132. 이미징 센서
114. 이미지 면
116. 피사체
134. 제1 이미지
136. 제2 이미지
138. 수직선
142. 제1 샘플링 렌즈
144. 제2 샘플링 렌즈
150. 입체영상 광 서브시스템
160. 내시경 렌즈 시스템
162. 대물렌즈 시스템
164. 릴레이 렌즈 시스템
165. 출광 렌즈 시스템
115. 컨트롤러
117. 이미지 데이터 출력 연결
[200] 렌즈의 유효 시야로부터 광을 모으는 단계
[210] 단일 광 경로를 따라 광을 지향시키는 단계
[220] 광의 이미지 컨텐츠를 왜상적으로 확대하는 단계
[230] 제1 샘플링 렌즈로 상기 단일 광 경로의 제1 부분으로부터 광을 샘플링하는 단계
[235] 제2 샘플링 렌즈로 상기 단일 광 경로의 제2 부분으로부터 광을 샘플링하는 단계
[240] 제2 렌즈(리어 렌즈 어셈블리(126))를 사용하여 이미징 센서 상에 제1 이미지를 형성하는 단계
[245] 제2 렌즈(리어 렌즈 어셈블리(126))를 사용하여 이미징 센서 상에 제2 이미지를 형성하는 단계
[250] 제1 배축 샘플링 렌즈를 사용하여 제1 애퍼처로부터 광을 라우팅하는 단계
[255] 제2 배축 샘플링 렌즈를 사용하여 제2 애퍼처로부터 광을 라우팅하는 단계
[260] 제1 애퍼처의 사이즈를 변경하여 제1 이미지를 위한 심도를 조절하는 단계
[265] 제2 애퍼처의 사이즈를 변경하여 제2 이미즈를 위한 심도를 조절하는 단계
[270] 애퍼처 사이의 분리를 변경하는 단계
[280] 센서로부터 제1 및 제2 이미지들을 설명하는 데이터를 추출하는 단계
[290] 제1 및 제2 이미지들의 초기 화면 비율을 디지털적으로 복원하는 단계

Claims

제1 이미지 및 상기 제1 이미지와 다른 시각의 제2 이미지를 포함하는 왜상 입체영상 이미지 쌍을 단일 광축을 가진 프론트 렌즈 어셈블리를 통하여 단일 광 경로를 따라 획득한 광으로부터 단일 이미지 센서 상에 형성하기 위한 입체영상 이미징 장치에 있어서, 상기 장치는
상기 프론트 렌즈 어셈블리의 광축의 반대측들 상에, 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 구경면에 근접하게 배치되고 애퍼처 간의 분리에 의해 분리되는 제1 및 제2 애퍼처들;
상기 단일 광 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 왜상 요소;
상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제1 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제1 샘플링 렌즈;
상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제2 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제2 샘플링 렌즈; 및
상기 센서 상에 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들을 통하여 받아들여지는 광으로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 샘플링 렌즈와 상기 센서 사이에 배치되는 리어 렌즈 어셈블리를 포함하는 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 서로 다른 실질적으로 중첩되지 않는 위치들에 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 두 애퍼처들을 통하여 받아들여지는 광을 지향시키기 위해 배치되는 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 수직으로 위에 서로 정렬되고 실질적으로 중첩되지 않는 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들 각각과 배축적으로 배치되는 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 수평으로 옆에 서로 정렬되고 실질적으로 중첩되지 않는 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들 각각과 배축적으로 배치되는 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 샘플링 렌즈들과 상기 리어 렌즈 어셈블리 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 리어 렌즈 어셈블리와 상기 이미지 센서 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 리어 렌즈 어셈블리 내에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 프론트 렌즈 어셈블리와 상기 샘플링 렌즈들 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 적어도 하나의 왜상 요소를 정의하는 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 프론트 렌즈 어셈블리는 내시경 프론트 렌즈 어셈블리인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 프론트 렌즈 어셈블리는 현미경 대물 렌즈 어셈블리인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 프론트 렌즈 어셈블리는 카메라 렌즈 어셈블리인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 애퍼처들은 변화 가능한 애퍼처들인 입체영상 이미징 장치.
제 1항에 있어서,
상기 애퍼처 간의 분리는 조절 가능한 입체영상 이미징 장치.
제 14항에 있어서,
상기 샘플링 렌즈들은 상기 애퍼처 간의 분리가 조절되면 상기 애퍼처들과 협력하여 움직이도록 구성되는 입체영상 이미징 장치.
제1 이미지 및 상기 제1 이미지와 다른 시각의 제2 이미지를 포함하는 왜상 입체영상 이미지 쌍을 형성하기 위한 입체영상 이미징 장치에 있어서, 상기 장치는
유효 시야와 단일 광축을 가지는 적어도 대물렌즈를 포함하고 상기 광축에 대하여 일반적으로 단일 광 경로를 따라 유효 시야로부터의 광을 지향시키도록 구성되는 프론트 렌즈 어셈블리;
상기 프론트 렌즈 어셈블리 뒤에 상기 광축을 따라 배치되는 단일 이미징 센서;
상기 프론트 렌즈 어셈블리의 광축의 반대측들 상에, 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 구경면에 근접하게 배치되고 애퍼처 간의 분리에 의해 분리되는 제1 및 제2 애퍼처들;
상기 단일 광 경로 내에 배치되는 적어도 하나의 왜상 요소;
상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제1 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제1 샘플링 렌즈;
상기 구경면과 상기 센서 사이에 위치되고 상기 제2 애퍼처와 근접하고 중첩되는 제2 샘플링 렌즈; 및
상기 센서 상에 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들을 통하여 받아들여지는 광으로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 샘플링 렌즈와 상기 센서 사이에 배치되는 리어 렌즈 어셈블리를 포함하는 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 프론트 렌즈 어셈블리 및 상기 리어 렌즈 어셈블리는 더블 가우스 렌즈를 형성하는 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 서로 다른 실질적으로 중첩되지 않는 위치들에 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 두 애퍼처들을 통하여 받아들여지는 광을 지향시키기 위해 배치되는 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 수직으로 위에 서로 정렬되고 실질적으로 중첩되지 않는 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들 각각과 배축적으로 배치되는 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 리어 렌즈 어셈블리를 통하여 상기 이미지 센서 상에 수평으로 옆에 서로 정렬되고 실질적으로 중첩되지 않는 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하기 위하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들 각각과 배축적으로 배치되는 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 샘플링 렌즈들과 상기 리어 렌즈 어셈블리 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 리어 렌즈 어셈블리와 상기 이미지 센서 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 리어 렌즈 어셈블리 내에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 프론트 렌즈 어셈블리와 상기 샘플링 렌즈들 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 앞에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 왜상 요소는 상기 프론트 렌즈 어셈블리 내에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들은 상기 적어도 하나의 왜상 요소를 정의하는 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 프론트 렌즈 어셈블리는 내시경 프론트 렌즈 어셈블리인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 프론트 렌즈 어셈블리는 현미경 대물 렌즈 어셈블리인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 프론트 렌즈 어셈블리는 카메라 렌즈 어셈블리인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 제1 및 제2 애퍼처들은 변화 가능한 애퍼처들인 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 애퍼처 간의 분리는 조절 가능한 입체영상 이미징 장치.
제 32항에 있어서,
상기 샘플링 렌즈들은 상기 애퍼처 간의 분리가 조절되면 상기 애퍼처들과 협력하여 움직이도록 구성되는 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 이미징 센서는 수평 크기에서 긴 축을 가진 가로보기 배향으로 배향된 입체영상 이미징 장치.
제 16항에 있어서,
상기 이미징 센서는 수직 크기에서 긴 축을 가진 세로보기로 배향된 입체영상 이미징 장치.
단일 이미징 센서 상에 제1 및 제2 이미지를 포함하는 왜상 입체영상 이미지 쌍을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
유효 시야 내에 피사체들로부터의 광을 모으는 단계;
상기 광축에 대하여 일반적으로 단일 광 경로를 따라 상기 모아진 광을 지향시키는 단계;
상기 광의 이미지 컨텐츠를 왜상적으로 확대하는 단계;
구경면에 근접한 상기 광축의 반대측들 상에 배치된 제1 및 제2 애퍼처들 중 상기 제1 애퍼처를 통하여 상기 단일 광 경로의 제1 부분으로부터의 광을 샘플링하는 단계 및 상기 제2 애퍼처를 통하여 상기 단일 광 경로의 제2 부분으로부터의 광을 샘플링하는 단계; 및
상기 광축을 따라 배치되는 상기 단일 이미징 센서 상에 상기 제1 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 및 상기 제2 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 각각으로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 제1 및 제2 이미지들을 형성하는 단계는 상기 애퍼처들과 상기 센서 사이에 배치되는 제2 렌즈를 통하여 제2 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 및 제1 애퍼처를 통하여 샘플링된 광 각각에 대해 처리하는 것에 의해 수행되는 방법.
제 37항에 있어서,
서로 상대적인 미리 설정된 위치들에 상기 제1 및 제2 이미지들을 각각 형성하기 위하여 상기 제1 애퍼처 및 제2 애퍼처 각각과 근접하고, 중첩되고 배축적인 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들 각각을 통하여 상기 제1 및 제2 애퍼처들로부터의 광을 라우팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 38항에 있어서,
상기 라우팅하는 단계는 각각 근접한 애퍼처들로부터 각각 반대방향으로 배축적으로 상기 두 샘플링 렌즈들의 중심들을 이동하는 단계를 포함하는 방법.
제 39항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 수평 크기에 비하여 수직 크기에서 실질적으로 50%로 상기 모아진 광의 이미지 컨텐츠를 상대적으로 압축하는 단계이고,
상기 이동하는 단계는 상기 센서 상에 수직으로 위에 서로 상기 제1 및 제2 이미지들을 정렬하는 단계를 포함하는 방법.
제 39항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 수직 크기에 비하여 수평 크기에서 실질적으로 50%로 상기 모아진 광의 이미지 컨텐츠를 상대적으로 압축하는 단계이고,
상기 이동하는 단계는 상기 센서 상에 수평으로 옆에 서로 상기 제1 및 제2 이미지들을 정렬하는 단계를 포함하는 방법.
제 38항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 상기 제1 및 제2 샘플링 렌즈들에 의해 수행되는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 상기 프론트 렌즈 어셈블리와 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 구경면 사이의 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 요소에 의해 수행되는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 상기 프론트 렌즈 어셈블리의 앞에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 요소에 의해 수행되는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 상기 프론트 렌즈 어셈블리 내에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 렌즈에 의해 수행되는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 상기 샘플링 렌즈들과 상기 리어 렌즈 어셈블리 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 요소에 의해 수행되는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 상기 리어 렌즈 어셈블리 및 상기 이미지 센서 사이에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 요소에 의해 수행되는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 왜상적으로 확대하는 단계는 상기 리어 렌즈 어셈블리 내에 상기 광축 상에 배치되는 단일 왜상 요소에 의해 수행되는 방법.
제 36항에 있어서,
광이 샘플링되는 상응하는 애퍼처의 사이즈를 변화시키는 것에 의해 상기 제1 이미지 및 제2 이미지 중 적어도 하나에 대한 심도를 조절하는 단계들 더 포함하는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 제1 애퍼처 및 제2 애퍼처 사이에 애퍼처 간의 분리를 변화시키는 것에 의하여 상기 제1 및 제2 이미지들 사이의 시각 차이를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 50항에 있어서,
상기 애퍼처 간의 분리를 변화시키는 동안 상기 제1 및 제2 애퍼처들 각각에 협력하여 제1 및 제2 샘플링 렌즈들의 위치를 이동하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 36항에 있어서,
상기 단일 이미징 센서로부터 상기 제1 및 제2 이미지들을 설명하는 데이터를 추출하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 52항에 있어서,
상기 제1 및 제2 이미지들의 화면 비율을 상기 왜상적으로 확대하는 단계 이전의 유효 시야 내에 상기 피사체로부터의 광의 이미지 컨텐츠에 속하는 값들로 디지털적으로 복원하는 단계를 더 포함하는 방법.