KR20170020803A

KR20170020803A - 폴딩된 광학 어레이 카메라들을 위한 자동초점

Info

Publication number: KR20170020803A
Application number: KR1020167035562A
Authority: KR
Inventors: 토도르 게오르기예프 게오르기예프
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2017-02-24
Also published as: CN106464787B; KR102113379B1; JP6837841B2; EP3158723B1; CA2952449A1; CA2952449C; US9549107B2; CN106464787A; BR112016029727A8; JP2017520025A; EP3158723A1; WO2015195901A1; US20150373252A1; BR112016029727A2

Abstract

양태들이, 예를 들어 대략 4 mm의 저-프로파일 높이를 갖는 어레이 카메라를 위한 자동초점 시스템들 및 기법들에 관련된다. 제 2 광 지향 표면의 수직 운동이 대응하는 센서의 초점 포지션을 변경시키는 것을 가능하게 하기 위해 보이스 코일 모터 (VCM) 가 어레이 카메라에서 폴딩된 광학 조립체에 근접하게 위치될 수 있다. 구동 부재가 수직 운동을 제공하기 위해 VCM의 코일 내부에 위치될 수 있고, 구동 부재는 제 2 광 지향 표면에, 예를 들어 레버에 의해 커플링될 수 있다. 따라서, VCM 구동 부재의 운동은 어떤 거리를 가로질러 제 2 광 지향 표면으로 전달되어, 어레이 카메라의 전체 높이를 증가시키는 일 없이 자동초점 능력들을 제공할 수 있다.

Description

폴딩된 광학 어레이 카메라들을 위한 자동초점{AUTOFOCUS FOR FOLDED OPTIC ARRAY CAMERAS}

본 개시물은 멀티-카메라 어레이를 포함하는 이미징 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 개시물은 이미지 품질을 유지 또는 개선하면서도 저-프로파일 이미징 시스템들 및 모바일 디바이스들을 가능하게 하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

많은 모바일 디바이스들, 이를테면 모바일 폰들 및 태블릿 컴퓨팅 디바이스들이, 스틸 및/또는 비디오 이미지들을 캡처하기 위해 사용자에 의해 동작될 수도 있는 카메라들을 포함한다. 모바일 디바이스들이 비교적 작게 되도록 통상 설계되기 때문에, 저-프로파일 모바일 디바이스를 유지하기 위하여 카메라들 또는 이미징 시스템들을 가능한 한 얇도록 설계하는 것이 중요할 수 있다. 폴딩된 광학 이미지 센서 어레이들 ("어레이 카메라들") 이 센서 어레이의 시야 전체에 걸쳐 초점 거리를 짧아지게 하거나 또는 이미지의 해상도를 감소시키는 일 없이 저-프로파일 이미지 캡처 디바이스들의 생성을 허용한다. 일차 및 이차 표면들을 사용하여 광을 그 어레이에서의 각각의 센서를 향하여 재지향시킴으로써, 그리고 일차 및 이차 표면들 간의 입사하는 광을 포커싱하는데 사용되는 렌즈 조립체들을 위치결정함으로써, 센서 어레이는 렌즈 조립체들에 수직인 편편한 기판 상에 위치될 수도 있다. 더 긴 초점 거리는 광학 줌과 같은 특징들을 구현하는 것과 전통적인 모바일 카메라에 의해 보통 제공되는 것보다 더 큰 공간을 요구하는 더욱 복잡한 광학 (optics) 을 통합하는, 이를테면 더 많은 광학 엘리먼트들을 추가하는 것을 가능하게 한다.

일부 어레이 카메라들은 타겟 이미지를 포함하는 입사하는 광을 어레이에서의 센서들에 의한 캡처를 위해 다수의 부분들로 분리하는 다수의 패싯 (facet) 들을 갖는 중앙의 거울 또는 프리즘을 채용하는데, 각각의 패싯은 타겟 이미지로부터의 광의 부분을 그 어레이에서의 센서로 지향시킨다. 분리 광의 각각의 부분은 렌즈 조립체를 통과하고 센서 바로 상측 또는 하측에 위치된 표면에서 반사되어서, 각각의 센서는 이미지의 부분을 캡처할 수도 있다. 센서 시야들은 캡처된 부분들을 완전한 이미지로 함께 스티칭하는 것을 돕기 위해 중첩될 수 있다.

본원에서 설명되는 자동초점 시스템들 및 기법들은 저-프로파일의, 폴딩된 광학 어레이 카메라에서 다수의 카메라들의 자동초점을 허용한다. 자동초점은, 특히 어레이 카메라 높이가, 예를 들어 약 4~5 mm로 제약되는 경우, 폴딩된 광학 어레이 카메라들과 함께하는 도전과제를 제시한다. 다수의 센서들로 향하는 다수의 표면들에서의 광의 반사와 카메라에 대한 높이 제한들로 인해, 전통적인 자동초점 모듈들 및 기법들은 이러한 폴딩된 광학적 저-프로파일 센서 어레이들에 적합하지 않다. 예를 들어, 각각의 센서 위에서 자동초점 렌즈 조립체를 상하로 이동시키면 시스템의 높이가 증가할 뿐만 아니라 센서들의 광 축들의 상대적 포지셔닝을 변경시킬 것이다. 심지어 최소 보이스 코일 모터들 (voice coil motors, VCM) 이, 어레이 카메라의 높이 제약조건들로 인해, 렌즈 조립체를 중앙의 거울 또는 프리즘과 센서 사이에서 앞뒤로 구동하기 위해 사용할 너무 큰 측면 길이 (대략 7.5 mm) 를 갖는다. 대안적인, 피에조 스테퍼 모터들은 비싸고 시끄럽고 느리게 그리고 덜 신뢰성 있게 동작한다.

위에서 설명된 문제들은, 무엇보다도, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 폴딩된 광학 어레이 카메라 자동초점 시스템들 및 기법들의 특정한 실시형태들에서 해결된다. 자동초점 시스템들 및 기법들과 함께 사용하기 위한 어레이 카메라 실시형태들은, 타겟 이미지를 포함하는 입사하는 광을, "제 1 광 지향 표면"으로서 본 명세서에서 지칭되는, 어레이에서의 센서들에 의한 캡처를 위한 다수의 부분들로 분리하기 위해, 예를 들어 다수의 표면들 또는 패싯들을 갖는 중앙의 거울 또는 프리즘을 채용할 수도 있다. 분리 광의 각각의 부분은 렌즈 조립체를 통과하고 추가적인 거울에 의해 반사되거나, 또는 센서 바로 상측 또는 하측에 위치된 추가적인 프리즘을 통해 반사되어, 각각의 센서는 이미지의 부분을 캡처할 수도 있다. 추가적인 반사성 또는 굴절성 표면은 본 명세서에서 "제 2 광 지향 표면"이라고 지칭된다. 제 1 및 제 2 광 지향 표면들, 렌즈, 및 센서의 조합은 본 명세서에서 "폴딩된 광학 조립체"라고 일반적으로 지칭된다.

본 명세서에서 설명되는 자동초점 시스템들 및 방법들의 예들 및 실시형태들은 초점 포지션을 변경하기 위한 제 2 광 지향 표면의 수직 운동을 대응하는 센서에 대해 가능하게 하기 위해 VCM을 사용할 수도 있다. 예를 들어, VCM이 폴딩된 광학 조립체에 근접하게 위치될 수 있다. 구동 부재가 수직 운동을 제공하기 위해 VCM의 코일 내에 위치될 수 있고, 구동 부재는, 예를 들어 레버 또는 다른 기계적 구조적 부재 (이는 일부 실시형태들에서 함께 커플링되는 여러 구조체들을 포함할 수도 있으며, 이 구조체들은 본 명세서에서 모두가 "레버"라고 지칭될 수도 있음) 에 의해 제 2 광 지향 표면에 커플링될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 광 지향 표면은 레버의 제 1 단부에 고정될 수도 있고 균형추 (counterweight) 가 레버의 제 2 단부에 고정될 수도 있고, 구동 부재는 레버의 중간 부분에 고정될 수 있다. 따라서, VCM 구동 부재의 운동은 어떤 거리를 가로질러 제 2 광 지향 표면으로 전달되어, 자동초점 능력들을 제공할 수 있고, 이러한 자동초점 메커니즘은 어레이 카메라의 전체 높이를 증가시키는 것을 요구하지 않는다. VCM들은 매우 기민하지만, 극히 낮은 마찰 머신들을 요구하고, 이는 레버 메커니즘에 의해 성취될 수도 있다.

멀티-센서 이미징 시스템의 각각의 센서는, 이미징 시스템의 다른 컴포넌트들과는 집단적으로, 타겟 이미지 장면의 정초점 (in-focus) 부분을 캡처하도록 구성된다. 일부 환경들에서, 어레이에서의 각각의 센서는 어레이에서의 이웃 센서들에 의해 캡처된 부분들과 약간 중첩하는 이미지의 부분을 캡처할 수도 있다. 이들 부분들은, 예를 들어 선형 블렌딩 또는 다른 이미지 스티칭 기법들에 의해 타겟 이미지로 집합될 수도 있다.

하나의 혁신은, 기판 상에 장착되어 제 1 평면을 정의하는 이미지 센서, 제 1 광 지향 표면, 제 2 광 지향 표면, 즉, 타겟 이미지 장면의 부분을 나타내는 광을 제 2 광 지향 표면을 향하여 지향시키도록 위치된 제 1 광 지향 표면 및 그 광을 이미지 센서를 향하여 지향시키도록 위치된 제 2 광 지향 표면, 기판 상에 장착되는 그리고 기판의 평면에 직교하는 방향으로 운동하도록 위치된 구동 부재를 구비하는 액추에이터; 및 구동 부재의 운동이 제 2 광 지향 표면으로 전달되도록 구동 부재와 제 2 광 지향 표면과 접촉하는 레버를 포함하는, 폴딩된 광학 어레이 카메라를 위한 자동초점 모듈을 포함한다.

자동초점 모듈의 실시형태들은, 예를 들어, 다음의 양태들 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서 액추에이터는 보이스 코일 모터를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 구동 부재는 보이스 코일 모터의 코일 내에 스레딩 (threading) 된다. 실질적으로 수평한 평면에 직교하는 방향에서의 운동은 대략 120 미크론 내지 대략 150 미크론의 범위 내에 있을 수도 있다. 자동초점 모듈은 제 1 광 지향 표면과 제 2 광 지향 표면 간에 위치된 렌즈 조립체를 더 포함할 수 있다. 렌즈 조립체의 직경은, 일부 실시형태들에서 대략 4 mm일 수도 있다. 자동초점 모듈은 레버의 제 1 단부에 커플링된 균형추를 더 포함할 수도 있는데, 구동 부재는 레버의 중간 부분에 커플링되고 제 2 광 지향 표면은 레버의 제 2 단부에 커플링된다. 균형추의 무게는 제 2 광 지향 표면의 무게와 적어도 부분적으로 평형을 맞추도록 선택될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 광 지향 표면은 반사성 거울 및 프리즘 중 하나를 포함한다. 자동초점 모듈은 힌지를 사용하여 레버의 제 1 단부에 커플링된 스트럿 (strut) 을 더 포함할 수 있다. 구동 부재는 레버의 중간 부분에 커플링될 수도 있고 제 2 광 지향 표면은 레버의 제 2 단부에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 스트럿은 제 1 광 지향 표면을 형성하는 구조체에 커플링되고, 제 2 광 지향은 레버의 중간 부분에 커플링되고 구동 부재는 레버의 제 2 단부에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 레버의 제 1 단부가 제 1 광 지향 표면을 형성하는 구조체에 커플링되고, 제 2 광 지향은 레버의 중간 부분에 커플링되고 구동 부재는 레버의 제 2 단부에 커플링된다.

다른 혁신은, 대응하는 복수의 광 폴딩 표면들을 제공하는 구조체 주위에 위치된 복수의 광학 조립체들을 포함하는, 폴딩된 광학 어레이 카메라를 오토포커싱하기 위한 시스템인데, 그 시스템은, 복수의 광학 조립체들의 각각에 대해, 기판 상에 장착되어 제 1 평면을 정의하는 이미지 센서, 제 2 광 지향 표면, 기판 상에 장착되는 그리고 기판의 평면에 직교하는 방향으로 운동하도록 위치된 구동 부재를 구비하는 액추에이터, 및 구동 부재의 운동이 제 2 광 지향 표면으로 전달되도록 구동 부재와 제 2 광 지향 표면과 접촉하는 레버를 포함하며, 복수의 광 폴딩 표면들 중 대응하는 광 폴딩 표면은 광을 제 2 광 지향 표면을 향하여 지향시키도록 위치되고 제 2 광 지향 표면은 그 광을 이미지 센서를 향하여 지향시키도록 위치된다. 그 시스템은 복수의 광학 조립체들의 각각을 대략적으로 동일한 거리에서 포커싱되게 유지시키기 위한 프로그램가능 컴퓨터 명령들을 포함하는 제어기를 더 포함할 수도 있는데, 그 제어기는 복수의 광학 조립체들 중 각각의 광학 조립체의 액추에이터와는 전자 통신한다. 일부 실시형태들에서, 복수의 광학 조립체들의 광학 조립체를 위한 액추에이터는 광학 조립체와 복수의 광학 조립체들 중 적어도 하나의 인접한 광학 조립체에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 복수의 광학 조립체들은 세 개의 광학 조립체들을 포함하고, 레버는 제 1 레버와 제 2 레버를 구비하는 T-자 형상의 부재를 포함하며, 제 1 레버는 구동 부재와 제 2 레버에 커플링되며, 제 2 레버는 제 1 단부에서는 광학 조립체에 그리고 제 2 단부에서는 인접한 광학 조립체에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 레버는 제 1 단부에서는 균형추에, 중간 부분에서는 구동 부재에, 그리고 제 2 단부에서는 제 2 레버의 중간 부분에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 복수의 광학 조립체들은 네 개의 광학 조립체들을 포함하고, 레버는 중간 부분에서는 구동 부재에, 제 1 단부에서는 광학 조립체에, 그리고 제 2 단부에서는 인접한 광학 조립체에 커플링된다.

다른 혁신은, 기판에 장착되어 제 1 평면을 정의하는 그리고 대응하는 복수의 광 폴딩 표면들을 제공하는 구조체 주위에 위치되는 복수의 폴딩된 광학 조립체들을 포함하는, 폴딩된 광학 어레이 카메라를 사용하여 타겟 이미지 장면의 이미지를 캡처하는 방법을 포함한다. 그 방법은, 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 각각에 대해, 기판의 평면에 직교하는 방향에서 액추에이터의 구동 부재의 운동을 유발시키는 단계, 구동 부재의 운동을 제 2 광 지향 표면으로 전달함으로써, 타겟 이미지 장면의 부분을 나타내는 광의 초점 거리를 변경시키는 단계로서, 복수의 광 폴딩 표면들 중 대응하는 광 폴딩 표면은 광을 제 2 광 지향 표면을 향하여 지향시키도록 위치되고 제 2 광 지향 표면은 그 광을 이미지 센서를 향하여 지향시키도록 위치되는, 상기 변경시키는 단계, 및 이미지 센서를 사용하여 광의 부분을 나타내는 이미지를 캡처하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 그 운동은 구동 부재 및 제 2 광 지향 표면과는 접촉하는 레버에 의해 완수된다. 그 방법은 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 각각에 대한 구동 부재의 운동을 제어하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 그 방법은 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 폴딩된 광학 조립체를 대략적으로 동일한 거리에서 포커싱되게 유지시키는 단계를 더 포함한다. 그 방법은, 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 선택된 드라이버 조립체에 대한 운동의 양을 결정하고 운동의 양을 선택된 드라이버 조립체에 대해 사용하여 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 나머지 중 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대한 운동을 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 나머지 중 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대한 운동을 결정하는 단계는, 선택된 드라이버 조립체에 대한 운동의 양에 적어도 부분적으로 그리고 복수의 폴딩된 광학 조립체들 간의 관계를 정의하는 하나 이상의 계수들에 적어도 부분적으로 기초한다. 일부 실시형태들에서, 그 방법은, 타겟 이미지 장면의 이미지를 형성하기 위해 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 폴딩된 광학 조립체로부터의 광의 부분을 나타내는 이미지에 대해 스티칭 동작을 수행하는 단계를 더 포함한다.

다른 혁신은 명령들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체인데, 그 명령들은, 실행되는 경우, 하나 이상의 프로세서들로 하여금, 폴딩된 광학 카메라의 복수의 폴딩된 광학 조립체들이 기판에 장착되어 제 1 평면을 정의하는 그리고 대응하는 복수의 광 폴딩 표면들을 제공하는 구조체 주위에 위치된, 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대해, 하기의 동작들을 수행하게 한다: 원하는 초점 거리에 적어도 부분적으로 기초하여, 기판의 평면에 직교하는 방향에서 액추에이터의 구동 부재의 변위를 계산하는 동작으로서, 구동 부재의 변위는 타겟 이미지 장면의 부분을 나타내는 광을 이미지 센서를 향하여 지향시키도록 위치된 광 지향 표면에 대해 대응하는 변위 량을 유발하도록 계산되는, 상기 계산하는 동작, 구동 부재의 변위를 유발하게 하는 명령들을 생성하는 동작, 및 그 명령들을 구동 부재에 커플링된 액추에이터에 제공하는 동작. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체의 일부 실시형태들에서, 그 동작들은 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 선택된 드라이버 조립체의 구동 부재에 대한 제 1 변위 양을 결정하는 동작을 더 포함한다. 일부 실시형태들에서 그 동작들은, 제 1 변위 양에 적어도 부분적으로 기초하여 그리고 복수의 폴딩된 광학 조립체들 간의 관계를 정의하는 하나 이상의 계수들에 적어도 부분적으로 기초하여 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 다른 조립체의 구동 부재에 대한 조절된 변위 양을 결정하는 동작을 더 포함한다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체의 일부 실시형태들에서, 그 동작들은 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 폴딩된 광학 조립체를 대략적으로 동일한 거리에서 포커싱되게 유지시키는 동작을 더 포함한다.

다른 혁신은, 제 1 평면을 정의하는 이미지 센서로서, 타겟 이미지 장면의 적어도 부분을 나타내는 광을 수신하도록 구성된 상기 이미지 센서, 광을 포커싱하도록 구성된 렌즈 조립체로서, 광 축을 갖는 상기 렌즈 조립체, 렌즈 조립체로부터 수신된 광을 이미지 센서 상으로 지향시키도록 위치되는 광 지향 표면, 렌즈 조립체의 광 축에 수직인 방향에서의 운동을 위해 위치된 구동 부재를 포함하는 액추에이터, 및 광의 광 경로 길이를 변경하기 위해 광 축에 수직인 방향에서 제 2 광 지향 표면으로 구동 부재의 운동을 전달하는 수단을 포함하는, 폴딩된 광학 어레이 카메라를 위한 자동초점 모듈이다. 렌즈 조립체는 광 축이 제 1 평면에 실질적으로 평행하게 뻗어 있도록 위치될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 구동 부재의 운동을 전달하는 수단은, 구동 부재 및 제 2 광 지향 표면과 접촉하는 레버를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 구동 부재의 운동을 전달하는 수단은, 레버의 제 1 단부에 커플링된 균형추, 구동 부재에 커플링된 레버의 중간 부분 및 제 2 광 지향 표면에 커플링된 레버의 제 2 단부를 더 포함한다. 구동 부재의 운동을 전달하는 수단은, 레버의 제 1 단부에 커플링된 스트럿, 구동 부재에 커플링된 레버의 중간 부분 및 제 2 광 지향 표면에 커플링된 레버의 제 2 단부를 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 렌즈 조립체가 추가적인 광 지향 표면과 광 지향 표면 간에 있도록 위치된 추가적인 광 지향 표면을 갖는 구조체를 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 구동 부재의 운동을 전달하는 수단은, 구동 부재에 커플링된 레버의 제 1 단부, 광 지향 표면에 커플링된 레버의 중간 부분, 및 추가적인 광 지향 표면을 포함하는 구조체에 커플링된 레버의 제 2 단부를 더 포함한다. 일부 실시형태들에서, 레버의 제 2 단부는 스트럿 및 힌지 중 하나 또는 양쪽 모두를 통해 추가적인 광 지향 표면을 갖는 구조체에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 액추에이터는 보이스 코일 모터를 포함한다. 일부 실시형태들은, 복수의 카메라들 중 제 1 카메라를 더 포함하며, 제 1 카메라는 이미지 센서, 렌즈 조립체, 광 지향 표면, 액추에이터, 및 구동 부재의 운동을 전달하는 수단을 갖는 자동초점 모듈을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 복수의 카메라들 중 각각의 다른 카메라는 제 1 카메라에 유사한 자동초점 모듈을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 복수의 카메라들은 복수의 패싯들을 갖는 중앙의 피라미드 주위에 배치되는데, 복수의 패싯들 중 각각의 패싯은 타겟 이미지 장면을 나타내는 광의 부분을 복수의 카메라들 중 연관된 하나의 카메라를 향하여 지향시키도록 위치된다.

개시된 양태들은 이후로는 개시된 양태들을 예시하기 제공되고 제한하려는 것은 아닌 첨부의 도면들 및 부록들에 연계하여 설명될 것이며, 그 도면들 중에서 유사한 지정들이 유사한 엘리먼트들을 지시한다.
도 1a는 폴딩된 광학 센서 조립체의 일 실시형태의 단면 측면도를 도시한다.
도 1b는 폴딩된 광학 센서 조립체의 다른 실시형태의 단면 측면도를 도시한다.
도 2는 이미지 캡처 디바이스의 하나의 실시형태의 블록도를 예시한다.
도 3은 어레이 카메라 및 보이스 코일 모터에 대해 폴딩된 광학 조립체의 하나의 실시형태의 스케일에 대한 비교 (to-scale comparison) 를 예시한다.
도 4a는 거울을 포함하는 이차 광 폴딩 표면을 갖는 폴딩된 광학 조립체 자동초점 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
도 4b는 프리즘을 포함하는 이차 광 폴딩 표면을 갖는 폴딩된 광학 조립체 자동초점 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
도 4c는 레버 제 3 클래스로서 특징화되는 레버를 갖는 폴딩된 광학 조립체 자동초점 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
도 4d는 레버 제 2 클래스로서 특징화되는 레버를 갖는 폴딩된 광학 조립체 자동초점 시스템의 일 실시형태를 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 폴딩된 광학 어레이 카메라 자동초점 시스템의 다양한 실시형태들을 예시한다.
도 6은 폴딩된 광학 이미지 캡처 프로세스의 일 실시형태를 도시한다.

소개

본 명세서에서 개시되는 구현예들은 폴딩된 옵틱스를 갖는 어레이 카메라에서 자동초점을 위한 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 위에서 설명된 바와 같이, 보이스 코일 모터 (VCM) 가 제 2 광 지향 표면의 수직 운동이 대응하는 센서의 초점 포지션을 변경시키는 것을 가능하게 하기 위해 어레이 카메라에서의 폴딩된 광학 조립체에 근접하게 위치될 수 있다. 구동 부재가 수직 운동을 제공하기 위해 VCM의 코일 내부에 위치될 수 있고, 구동 부재는 제 2 광 지향 표면에, 예를 들어 레버에 의해 커플링될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 2 광 지향 표면은 레버의 제 1 단부에 고정될 수도 있고 균형추가 레버의 제 2 단부에 고정될 수도 있고, 구동 부재는 레버의 중간 부분에 고정될 수 있다. 따라서, VCM 구동 부재의 운동은 어떤 거리를 가로질러 제 2 광 지향 표면으로 전달되어, 자동초점 능력들을 제공할 수 있고, 이러한 자동초점 메커니즘은 어레이 카메라의 전체 높이를 증가시키는 것을 요구하지 않는다.

일부 예들에서, 별개의 VCM이 어레이 카메라에서의 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대한 자동초점을 개별적으로 제어하기 위해 제공될 수 있다. 다른 예들에서, 어레이 카메라에 대해 제공되는 다수의 VCM들의 레버들은, 예를 들어 고형의 (solid) 또는 선회하는 (pivoting) 기계적 연결 (linkage) 에 의해 접속되어서, 둘 이상의 VCM들의 구동 부재들의 모션은 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대한 자동초점을 제어할 수 있다. 추가의 예들에서, 적어도 하나의 VCM이 어레이에서의 각각의 폴딩된 광학 조립체의 제 2 광 지향 표면에 커플링되어서, 적어도 하나의 VCM의 구동 부재의 모션은 모든 폴딩된 광학 조립체들에 대한 자동초점을 제어할 수도 있다. 또 다른 예들에서, 다수의 VCM들이 폴딩된 광학 조립체들의 부분의 제 2 광 지향 표면에 각각 커플링되어서, 각각의 VCM의 구동 부재의 모션은 폴딩된 광학 조립체들의 대응하는 부분에 대한 자동초점을 제어할 수도 있다.

다음의 설명에서, 특정 세부사항들은 예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 주어진다. 그러나, 그 예들은 이들 특정 세부사항들 없이 실시될 수도 있다.

폴딩된 광학 어레이 카메라들의 개요

도 1a와 도 1b를 이제 참조하면, 본원에서 설명되는 자동초점 시스템들 및 기법들과 함께 사용하기에 적합한 폴딩된 광학 멀티-센서 조립체 (100A, 100B) 의 예들이 지금 더 상세히 설명될 것이다. 도 1a는 이미지 센서들 (105, 125), 반사성 이차 광 폴딩 표면들 (110, 135), 렌즈 조립체들 (115, 130), 및 기판 (150) 에 모두가 장착될 수도 있는 중앙의 반사성 표면 (120) 을 포함하는 폴딩된 광학 어레이 (100A) 의 일 예의 단면 측면도를 도시한다. 도 1b는 일차 광 폴딩 표면들 (122, 124) 을 위한 중앙의 프리즘들 (141, 146) 과 이차 광 폴딩 표면들 (135, 110) 을 위한 추가적인 프리즘들을 포함하는 폴딩된 광학 센서 어레이의 일 실시형태의 단면 측면도를 도시한다.

도 1a를 참조하면, 이미지 센서들 (105, 125) 은, 특정한 실시형태들에서, 전하 결합 소자 (charge-coupled device, CCD), 상보성 금속 산화물 반도체 센서 (complementary metal oxide semiconductor sensor, CMOS), 또는 광을 수신하고 수신된 이미지에 응답하여 이미지 데이터를 생성하는 임의의 다른 이미지 감지 디바이스를 포함할 수도 있다. 각각의 센서 (105, 125) 는 어레이에 배열된 복수의 센서들 (또는 센서 엘리먼트들) 을 포함할 수도 있다. 이미지 센서들 (105, 125) 은 정지 사진들의 이미지 데이터를 획득할 수도 있고 캡처된 비디오 스트림에서의 모션에 관한 정보를 또한 제공할 수도 있다. 센서들 (105 및 125) 은 개개의 센서 어레이일 수도 있거나, 또는 각각은 센서 어레이들의 배열들, 예를 들어, 센서 어레이들의 3x1 배열을 나타낼 수도 있다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 바와 같이, 임의의 적합한 센서들의 어레이는 개시된 구현예들에서 사용될 수도 있다.

센서들 (105, 125) 은 도 1a에 도시된 바와 같은 기판 (150) 상에 장착될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 모든 센서들은 편편한 기판 (150) 상에 장착됨으로써 하나의 평면 상에 있을 수도 있다. 기판 (150) 은 임의의 적합한 실질적으로 편편한 재질일 수도 있다. 중앙의 반사성 표면 (120) 과 렌즈 조립체들 (115, 130) 이 기판 (150) 상에도 장착될 수도 있다. 센서 어레이 또는 어레이들, 복수의 렌즈 조립체들, 그리고 복수의 일차 및 이차 반사성 또는 굴절성 표면들을 장착하기 위한 다수의 구성들이 가능하다.

일부 실시형태들에서, 중앙의 반사성 표면 (120) 이 타겟 이미지 장면으로부터의 광을 센서들 (105, 125) 을 향하여 재지향시키는데 사용될 수도 있다. 중앙의 반사성 표면 (120) 은 거울 또는 복수의 거울들일 수도 있고, 입사하는 광을 이미지 센서들 (105, 125) 로 적절히 재지향시키는데 필요한 대로의 형상이거나 또는 편편할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 중앙의 반사성 표면 (120) 은 입사하는 광선들을 렌즈 조립체들 (115, 130) 를 통해 센서들 (105, 125) 로 반사하는 사이즈 및 형상으로 된 거울일 수도 있다. 중앙의 반사성 표면 (120) 은 타겟 이미지를 포함하는 광을 다수의 부분들로 분리하고 각각의 부분을 상이한 센서로 재지향시킬 수도 있다. 예를 들어, 중앙의 반사성 표면 (120) 의 제 1 측면 (122) (또한 일차 광 폴딩 표면이라고 지칭되는데, 다른 실시형태들이 반사성 표면이 아니라 프리즘을 구현할 수도 있어서임) 이 제 1 시야 (140) 에 대응하는 광의 부분을 좌측 센서 (105) 를 향하여 전송하면서 동시에 제 2 측면 (124) 이 제 2 시야 (145) 에 대응하는 그 광의 제 2 부분을 좌측 센서 (125) 를 향하여 전송할 수도 있다. 이미지 센서들의 시야들 (140, 145) 이 함께 적어도 타겟 이미지를 커버한다는 것이 이해되어야 한다.

수신 센서들이 각각이 복수의 센서들의 어레이인 일부 실시형태들에서, 중앙의 반사성 표면은 타겟 이미지 장면의 상이한 부분을 센서들의 각각을 향하여 전송하기 위하여 서로에 대해 각이 진 다수의 반사성 표면들로 이루어질 수도 있다. 어레이에서의 각각의 센서는 실질적으로 상이한 시야를 가질 수도 있고, 일부 실시형태들에서 그 시야들은 중첩될 수도 있다. 중앙의 반사성 표면의 특정한 실시형태들이 렌즈 시스템을 설계하는 경우의 자유도를 증가시키는 복잡한 비-평면 표면들을 가질 수도 있다. 게다가, 비록 중앙의 표면이 반사성 표면인 것으로 논의되고 있지만, 다른 실시형태들에서 중앙의 표면은 굴절성일 수도 있다. 예를 들어, 중앙의 표면은, 각각의 패싯이 장면을 포함하는 광의 부분을 센서들 중 하나의 센서를 향하여 지향시키는, 복수의 패싯들을 갖도록 구성된 프리즘일 수도 있다.

중앙의 반사성 표면 (120) 에서 반사된 후, 입사하는 광의 적어도 부분이 렌즈 조립체들 (115, 130) 의 각각을 통해 전파할 수도 있다. 하나 이상의 렌즈 조립체들 (115, 130) 이 중앙의 반사성 표면 (120) 과 센서들 (105, 125) 과 반사성 표면들 (110, 135) 사이에 제공될 수도 있다. 렌즈 조립체들 (115, 130) 은 각각의 센서를 향하여 지향되는 타겟 이미지의 부분을 포커싱하는데 사용될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 각각의 렌즈 조립체는 하나 이상의 렌즈들과 하우징을 통해 복수의 상이한 렌즈 포지션들 사이에서 렌즈를 이동시키기 위한 액추에이터를 포함할 수도 있다. 액추에이터는 보이스 코일 모터 (VCM), 마이크로-전자 기계 시스템 (micro-electronic mechanical system, MEMS), 또는 형상 기억 합금 (shape memory alloy, SMA) 일 수도 있다. 렌즈 조립체는 액추에이터를 제어하기 위한 렌즈 드라이버를 더 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 전통적인 자동 초점 기법들은 각각의 카메라의 렌즈 (115, 130) 및 대응하는 센서 (105, 125) 간의 초점 거리를 변경함으로써 구현될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이는 렌즈 배럴을 이동시킴으로써 완수될 수도 있다. 다른 실시형태들은 중앙의 거울을 상 또는 하로 이동시킴으로써 또는 렌즈 조립체에 대해 거울의 각도를 조절함으로써 초점을 조절할 수도 있다. 특정한 실시형태들은 각각의 센서 위에서 측면 거울들을 이동시킴으로써 초점을 조절할 수도 있다. 이러한 실시형태들은 그 조립체가 각각의 센서의 초점을 개별적으로 조절하는 것을 허용할 수도 있다. 게다가, 일부 실시형태들이, 예를 들어 전체 조립체 위에 액체 렌즈같은 렌즈를 배치함으로써 전체 조립체의 초점을 한 번에 변경하는 것이 가능하다. 특정한 구현예들에서, 컴퓨터 사진술이 카메라 어레이의 초점을 변경하기 위해 사용될 수도 있다.

다수의 측면 반사성 표면들, 예를 들어, 반사성 표면들 (110 및 135) 이, 중앙의 거울 (120) 주위에 센서들과 마주보게 제공될 수 있다. 렌즈 조립체들을 통과한 후, 측면 반사성 표면들 (110, 135) (또한 이차 광 폴딩 표면이라고 지칭되는데, 다른 실시형태들이 반사성 표면이 아니라 프리즘, 예를 들어, 굴절성 프리즘을 구현할 수도 있어서임) 이 광을 (도 1a의 배향에서 묘사된 바와 같이, 하향으로) 센서들 (105, 125) 상으로 반사시킬 수 있다. 묘사된 바와 같이, 센서 (105) 는 반사성 표면 (110) 아래에 위치될 수도 있고 센서 (125) 는 반사성 표면 (135) 아래에 위치될 수도 있다. 그러나, 다른 실시형태들에서, 센서들은 측면 반사성 표면들 상측에 있을 수도 있고, 측면 반사성 표면들은 광을 상향으로 반사하도록 구성될 수도 있다 (예를 들어, 도 1b 참조). 각각의 렌즈 조립체로부터의 광이 센서들을 향하여 재지향되는 측면 반사성 표면들 및 센서들의 다른 적합한 구성들이 가능하다. 특정한 실시형태들은 측면 반사성 표면들 (110, 135) 의 운동이 연관된 센서의 초점 또는 시야를 변경시키는 것을 가능하게 할 수도 있다.

각각의 센서의 시야 (140, 145) 는 그 센서에 연관된 중앙의 거울 (120) 의 표면에 의해 대상 공간으로 조향될 수도 있다. 기계적 방법들이 각각의 카메라의 시야가 오브젝트 필드 상의 상이한 로케이션들로 조향될 수 있도록 어레이에서 거울들을 기울이고 그리고/또는 프리즘들을 이동시키기 위해 채용될 수도 있다. 이는, 예를 들어, 높은 동적 범위 카메라를 구현하여, 카메라 시스템의 해상도를 증가시키는데, 또는 플렌옵틱 카메라 시스템을 구현하는데 사용될 수도 있다. 각각의 센서의 (또는 각각의 3x1 어레이의) 시야는 대상 공간에 투영될 수도 있고, 각각의 센서는 그 센서의 시야에 따라 타겟 장면의 부분을 포함하는 부분적 이미지를 캡처할 수도 있다. 도 1a에 예시된 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 대향하는 센서 어레이들 (105, 125) 에 대한 시야들 (140, 145) 은 특정한 양 (150) 만큼 중첩될 수도 있다. 중첩 (150) 을 제거하고 단일 이미지를 형성하기 위해, 아래에서 설명되는 바와 같은 스티칭 프로세스가 두 개의 대향 센서 어레이들 (105, 125) 로부터 이미지들을 결합하기 위해 사용될 수도 있다. 스티칭 프로세스의 특정한 실시형태들이 부분 이미지들을 함께 스티칭함에 있어서 공통 특징들을 식별하기 위해 중첩 (150) 을 채용할 수도 있다. 중첩하는 이미지들을 함께 스티칭한 후, 스티칭된 이미지는, 최종 이미지를 형성하기 위해, 원하는 애스팩트 비, 예를 들어 4:3 또는 1:1로 크로핑될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 각각의 FOV에 관련한 광학 엘리먼트들의 정렬은 이미지들을 접합함에 있어서 요구되는 최소의 이미지 프로세싱으로 또는 그러한 이미지 프로세싱 없이 다수의 이미지들이 단일 이미지로 형성되게끔 중첩 (150) 을 최소화하도록 배열된다.

도 1b는 폴딩된 광학 어레이 카메라 (100B) 의 다른 실시형태의 단면 측면도를 도시한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 센서 조립체 (100B) 가 기판 (150) 에 각각 장착되는 한 쌍의 이미지 센서들 (105, 125), 이미지 센서들 (105, 125) 에 각각 대응하는 렌즈 조립체들 (115, 130), 및 각각 이미지 센서들 (105, 125) 의 덮개 유리 (106, 126) 위에 위치된 이차 광 폴딩 표면 (110, 135) 을 포함한다. 프리즘 (141) 의 일차 광 폴딩 표면 (122) 은 타겟 이미지 장면으로부터의 광의 부분을 광 축 (121) 을 따라 렌즈 조립체 (115) 를 통과하게 지향시키며, 이차 광 폴딩 표면 (110) 에서 재지향되며, 덮개 글라스 (106) 를 통과하고, 센서 (105) 에 입사한다. 프리즘 (146) 의 일차 광 폴딩 표면 (124) 은 타겟 이미지 장면으로부터의 광의 부분을 광 축 (123) 을 따라 렌즈 조립체 (130) 를 통과하게 지향시키며, 이차 광 폴딩 표면 (135) 에서 재지향되며, 덮개 글라스 (126) 를 통과하고, 센서 (125) 에 입사한다. 폴딩된 광학 어레이 카메라 (100B) 는 도 1a의 어레이 카메라 (100A) 의 반사성 표면들 대신 프리즘들을 구현하는 하나의 어레이 카메라 실시형태의 예시이다. 프리즘들 (141, 146) 의 각각은 일차 광 지향 표면들 (122, 124) 이 기판에 의해 형성된 평면 아래에 있고 타겟 이미지 장면을 나타내는 광을 수신하도록 기판 (150) 의 개구부에 제공된다.

센서들 (105, 125) 은 도 1b에 도시된 바와 같은 기판 (150) 상에 장착될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 모든 센서들은 편편한 기판 (150) 상에 장착됨으로써 하나의 평면 상에 있을 수도 있다. 기판 (150) 은 임의의 적합한 실질적으로 편편한 재질일 수도 있다. 기판 (150) 은 입사하는 광을 일차 광 폴딩 표면들 (122, 124) 으로 기판 (150) 을 통과시키는 것을 허용하는 위에서 설명된 바와 같은 개구부를 포함할 수 있다. 센서 어레이 또는 어레이들, 뿐만 아니라 예시된 다른 카메라 컴포넌트들을 기판 (150) 에 장착하기 위해 다수의 구성들이 가능하다.

일차 광 폴딩 표면들 (122, 124) 은 예시된 바와 같은 프리즘 표면들일 수도 있거나, 또는 거울 또는 복수의 거울들일 수도 있고, 편편하거나 또는 입사하는 광을 이미지 센서들 (105, 125) 로 적절히 재지향시키는데 필요한 대로의 형상일 수도 있다. 일부 실시형태들에서 일차 광 폴딩 표면들 (122, 124) 은 도 1a에 예시된 바와 같은 중앙의 거울 피라미드 또는 프리즘으로서 형성될 수도 있다. 중앙의 거울 피라미드, 프리즘, 또는 다른 반사성 표면은 타겟 이미지를 나타내는 광을 다수의 부분들로 분리하고 각각의 부분을 상이한 센서로 지향시킬 수도 있다. 예를 들어, 일차 광 폴딩 표면 (122) 은 제 1 시야에 대응하는 광의 부분을 좌측 센서 (105) 를 향해 전송하면서 동시에 일차 광 폴딩 표면 (124) 은 제 2 시야에 대응하는 광의 제 2 부분을 우측 센서 (125) 를 향해 전송할 수도 있다. 수신하는 센서들이 각각 복수의 센서들의 어레이인 일부 실시형태들에서, 광 폴딩 표면들은 타겟 이미지 장면의 상이한 부분을 센서들의 각각을 향해 전송하기 위하여 서로에 대해 각진 다수의 반사성 표면들로 이루어질 수도 있다. 카메라들의 시야들이 함께 적어도 타겟 이미지를 커버하고, 어레이의 합성 개구부에 의해 캡처된 최종 이미지를 형성하기 위해 캡처 후에 함께 정렬되고 스티칭될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

어레이에서의 각각의 센서는 실질적으로 상이한 시야를 가질 수도 있고, 일부 실시형태들에서 그 시야들은 중첩될 수도 있다.

도 1a와 1b에서 예시된 바와 같이, 각각의 어레이 카메라는 총 높이 H를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 총 높이 (H) 는 대략 4.5 mm 이하일 수 있다. 다른 실시형태들에서, 총 높이 (H) 는 대략 4.0 mm 이하일 수 있다. 비록 예시되지 않았지만, 전체 어레이 카메라 (100A, 100B) 는 대략 4.5 mm 이하 또는 대략 4.0 mm 이하의 대응하는 내부 높이를 갖는 하우징에 제공될 수도 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이, "카메라"라는 용어는 이미지 센서, 렌즈 시스템, 및 다수의 대응하는 광 폴딩 표면들, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 일차 광 폴딩 표면 (124), 렌즈 조립체 (130), 이차 광 폴딩 표면 (135), 및 센서 (125) 를 지칭한다. "어레이" 또는 "어레이 카메라"라고 지칭되는 폴딩된 광학 멀티-센서 어레이가, 복수의 이러한 카메라들을 다양한 구성들로 포함할 수 있다. 어레이 구성들의 일부 실시형태들이 2013년 3월 15일자로 출원된 그리고 그 명칭이 "MULTI-CAMERA SYSTEM USING FOLDED OPTICS"인 미국 출원 공개 제2014/0111650호에서 개시되어 있는데, 그 개시물은 참조로 본원에 포함된다. 본원에서 설명되는 자동초점 시스템들 및 기법들로부터 이익을 얻을 다른 어레이 카메라 구성들이 가능하다.

도 2는 하나 이상의 카메라들 (215a~215n) 에 링크된 이미지 프로세서 (220) 를 포함하는 컴포넌트들의 세트를 갖는 디바이스 (200) 의 하이-레벨 블록 다이어그램을 묘사한다. 이미지 프로세서 (220) 는 작업 메모리 (205), 메모리 컴포넌트 (230), 및 디바이스 프로세서 (250) 와 또한 통신하고 있는데, 디바이스 프로세서는 저장소 (210) 와 전자 디스플레이 (225) 와 통신하고 있다.

디바이스 (200) 는 셀 폰, 디지털 카메라, 태블릿 컴퓨터, 개인 정보 단말기 등일 수도 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 감소된 두께의 이미징 시스템이 장점들을 제공할 많은 휴대용 컴퓨팅 디바이스들이 있다. 디바이스 (200) 는 또한 정적 컴퓨팅 디바이스 또는 얇은 이미징 시스템이 유리할 것인 임의의 디바이스일 수도 있다. 복수의 애플리케이션들이 디바이스 (200) 에 대해 사용자에게 이용 가능할 수도 있다. 이들 애플리케이션들은 전통적인 사진 및 비디오 애플리케이션들, 높은 동적 범위 이미징, 파노라마 사진 및 비디오, 또는 3D 이미지들 또는 3D 비디오와 같은 스테레오스코픽 이미징을 포함할 수도 있다.

이미지 캡처 디바이스 (200) 는 외부 이미지들을 캡처하기 위한 카메라들 (215a~215n) 을 포함한다. 카메라들 (215a~215n) 은, 도 1에 관해 위에서 논의된 바와 같이, 센서, 렌즈 조립체, 그리고 타겟 이미지의 부분을 각각의 센서로 재지향시키기 위한 일차 및 이차 반사성 또는 굴절성 표면을 각각 포함할 수도 있다. 대체로, N 개의 카메라들 (215a~215n) 이 사용될 수도 있으며, 여기서 N ≥ 2 이다. 따라서, 타겟 이미지는 N 개의 카메라들의 각각의 센서가 그 센서의 시야에 따라 타겟 이미지의 하나의 부분을 캡처하는 N 개의 부분들로 분리될 수도 있다. 카메라들 (215a~215n) 이 본 명세서에서 설명되는 폴딩된 광학 이미징 디바이스의 구현예에 적합한 임의의 수의 카메라들을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 센서들의 수는, 도 4에 관해 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 시스템의 더 낮은 z-높이들을 성취하기 위해, 또는 이를테면 플렌옵틱 (plenoptic) 카메라의 시야와 유사한 중첩하는 시야들을 갖는 다른 목적들의 필요들을 충족시키기 위해 증가될 수도 있는데, 이는 사후-프로세싱 후에 이미지의 초점을 조절하는 능력을 가능하게 할 수도 있다. 다른 실시형태들은 두 개의 동시 이미지들을 캡처한 다음 그것들을 함께 병합하는 능력을 가능하게 하는 높은 동적 범위 카메라들에 적합한 시야 중첩 구성을 가질 수도 있다. 카메라들 (215a~215n) 은 캡처된 이미지들을 작업 메모리 (205) 로, 디바이스 프로세서 (250), 전자 디스플레이 (225) 로 그리고 저장소 (메모리) (210) 로 통신하기 위해 이미지 프로세서 (220) 에 커플링될 수도 있다.

이미지 프로세서 (220) 는, 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 고품질 스티칭된 이미지를 출력하기 위하여 타겟 이미지의 N 개의 부분들을 포함하는 수신된 이미지 데이터에 대해 다양한 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 이미지 프로세서 (220) 는 이미징 애플리케이션들을 위해 특히 설계된 범용 프로세싱 유닛 또는 프로세서일 수도 있다. 이미지 프로세싱 동작들의 예들은 크로핑, 스케일링 (예컨대, 상이한 해상도로임), 이미지 스티칭, 이미지 포맷 변환, 컬러 보간, 컬러 프로세싱, 이미지 필터링 (예를 들어, 공간적 이미지 필터링), 렌즈 아티팩트 또는 결함 정정 등을 포함한다. 이미지 프로세서 (220) 는, 일부 실시형태들에서, 복수의 프로세서들을 포함할 수도 있다. 특정한 실시형태들은 각각의 이미지 센서에 전용되는 프로세서를 가질 수도 있다. 이미지 프로세서 (220) 는 하나 이상의 전용 이미지 신호 프로세서들 (image signal processors, ISP들) 또는 프로세서의 소프트웨어 구현예일 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 운영 체제 (245) 를 저장한다. 이들 모듈들은 다양한 이미지 프로세싱 및 디바이스 관리 태스크들을 수행하기 위해 디바이스 프로세서 (250) 의 이미지 프로세서 (220) 를 구성하는 명령들을 포함한다. 작업 메모리 (205) 는 메모리 컴포넌트 (230) 의 모듈들에 포함되는 프로세서 명령들의 작업 세트를 저장하기 위해 이미지 프로세서 (220) 에 의해 사용될 수도 있다. 대안적으로, 작업 메모리 (205) 는 디바이스 (200) 의 동작 동안 생성된 동적 데이터를 저장하기 위해 이미지 프로세서 (220) 에 의해 또한 사용될 수도 있다.

위에서 언급했듯이, 이미지 프로세서 (220) 는 메모리들에 저장된 여러 모듈들에 의해 구성된다. 캡처 제어 모듈 (235) 은 카메라들 (215a~215n) 의 초점 포지션을 조절하기 위해 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 카메라들 (215a~215n) 을 사용하여 타겟 이미지 장면의 원시 이미지 데이터를 캡처하는 이미지 프로세서 (220) 를 구성하기 위한 서브루틴들을 호출하는 명령들을 포함할 수도 있다. 캡처 제어 모듈 (235) 은 그러면 카메라들 (215a~215n) 에 의해 캡처된 N 개의 부분적 이미지들에 대해 스티칭 기법을 수행하는 그리고 스티칭된 그리고 크로핑된 타겟 이미지를 이미징 프로세서 (220) 로 출력하는 이미지 스티칭 모듈 (240) 을 호출할 수도 있다. 캡처 제어 모듈 (235) 은, 캡처될 장면의 미리보기 이미지를 출력하기 위하여 원시 이미지 데이터에 대해 스티칭 동작을 수행하는, 그리고 특정한 시간 간격들로 또는 원시 이미지 데이터에서의 장면이 변경되는 경우에 미리보기 이미지를 업데이트하는 이미지 스티칭 모듈 (240) 을 또한 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~215n) 중 각각의 센서는 각각의 센서의 시야에 따라 타겟 이미지의 부분을 포함하는 부분 이미지를 캡처할 수도 있다. 시야들은, 위에서 설명된 바와 같이, 중첩의 영역들을 공유할 수도 있다. 단일 타겟 이미지를 출력하기 위하여, 이미지 스티칭 모듈 (240) 은 다수의 N 개의 부분적 이미지들을 결합하여 고-해상도 타겟 이미지를 생성하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성할 수도 있다. 타갯 이미지 생성은 알려진 이미지 스티칭 기법들을 통해 일어날 수도 있다. 이미지 스티칭의 예들은 그 전부가 참조로 본원에 포함되는 미국 특허 출원 제11/623,050호 (도킷 060170) 에서 발견될 수 있다.

예를 들면, 이미지 스티칭 모듈 (240) 은 N 개의 부분적 이미지들의 회전 및 정렬을 서로에 대해 결정하기 위하여 N 개의 부분적 이미지들의 에지들을 따라 중첩의 영역들을 비교하는 명령들을 포함할 수도 있다. 부분 이미지들의 회전 및/또는 각각의 센서의 시야의 형상으로 인해, 결합된 이미지가 불규칙 형상을 형성할 수도 있다. 그러므로, N 개의 부분적 이미지들을 정렬 및 결합한 후, 이미지 스티칭 모듈 (240) 은 결합된 이미지를 원하는 형상 및 애스팩트 비, 예를 들어 4:3 직사각형 또는 1:1 정사각형으로 크로핑도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성하는 서브루틴들을 호출할 수도 있다. 크로핑된 이미지는 디스플레이 (225) 상의 디스플레이를 위해 또는 저장소 (210) 에서의 저장을 위해 디바이스 프로세서 (250) 로 전송될 수도 있다.

운영 체제 모듈 (245) 는 디바이스 (200) 의 작업 메모리 (205) 및 프로세싱 리소스들을 관리하도록 이미지 프로세서 (220) 를 구성한다. 예를 들어, 운영 체제 모듈 (245) 은 카메라들 (215a~215n) 과 같은 하드웨어 자원들을 관리하는 디바이스 드라이버들을 포함할 수도 있다. 그러므로, 일부 실시형태들에서, 위에서 논의된 이미지 프로세싱 모듈들에 포함되는 명령들은 이들 하드웨어 자원들과는 직접적으로 상호작용하지 않지만, 대신 운영 체제 컴포넌트 (270) 에 위치된 표준 서브루틴들 또는 API들을 통해 상호작용할 수도 있다. 운영 체제 (245) 내의 명령들은 그 다음에 이들 하드웨어 컴포넌트들과 직접적으로 상호작용할 수도 있다. 운영 체제 모듈 (245) 은 디바이스 프로세서 (250) 와 정보를 공유하도록 이미지 프로세서 (220) 를 추가로 구성할 수도 있다.

디바이스 프로세서 (250) 는 캡처된 이미지, 또는 캡처된 이미지의 미리보기를 사용자에게 디스플레이하기 위해 디스플레이 (225) 를 제어하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 (225) 는 이미징 디바이스 (200) 외부에 있을 수도 있거나 또는 이미징 디바이스 (200) 의 일부일 수도 있다. 디스플레이 (225) 는 이미지를 캡처하는 것에 앞서는 사용을 위해 미리보기 이미지를 디스플레이하는 뷰 파인더를 제공하도록 또한 구성될 수도 있거나, 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 감응 기술들을 구현할 수도 있다.

디바이스 프로세서 (250) 는 데이터, 예를 들어 캡처된 이미지들을 나타내는 데이터를 저장 모듈 (210) 에 쓸 수도 있다. 저장 모듈 (210) 이 전통적인 디스크 디바이스로서 그래픽적으로 나타내어지지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 저장 모듈 (210) 이 임의의 저장 미디어 디바이스로서 구성될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 저장 모듈 (210) 은 디스크 드라이브, 이를테면 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 광 디스크 드라이브 또는 광자기 디스크 드라이브, 또는 플래시 메모리, RAM, ROM, 및/또는 EEPROM과 같은 고체 상태 메모리를 포함할 수도 있다. 저장 모듈 (210) 은 다수의 메모리 유닛들을 또한 포함할 수 있고, 메모리 유닛들 중 어느 하나의 메모리 유닛은 이미지 캡처 디바이스 (200) 내에 있도록 구성될 수도 있거나, 또는 이미지 캡처 디바이스 (200) 외부에 있을 수도 있다. 예를 들어, 저장 모듈 (210) 은 이미지 캡처 디바이스 (200) 내에 저장된 시스템 프로그램 명령들을 포함하는 ROM 메모리을 구비할 수도 있다. 저장 모듈 (210) 은 카메라로부터 제거될 수도 있는, 캡처된 이미지들을 저장하도록 구성되는 메모리 카드들 또는 고속 메모리들을 또한 포함할 수도 있다.

비록 도 2가 프로세서, 이미징 센서, 및 메모리를 포함하는 별개의 컴포넌트들을 갖는 디바이스를 묘사하지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이들 별개의 컴포넌트들이 특정 설계 목적들을 성취하기 위해 다양한 방도들로 결합될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 대체 실시형태에서, 메모리 컴포넌트들은 비용을 절약하고 성능을 개선하기 위해 프로세서 컴포넌트들과 결합될 수도 있다.

덧붙여, 비록 도 2가 여러 모듈들을 포함한 메모리 컴포넌트 (230) 및 작업 메모리를 포함한 별개의 메모리 (205) 를 포함하는 두 개의 메모리 컴포넌트들을 예시하지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는, 상이한 메모리 아키텍처들을 이용하는 여러 실시형태들을 인식할 것이다. 예를 들어, 메모리 컴포넌트 (230) 에 포함되는 모듈들을 구현하는 프로세서 명령들의 저장을 위해 ROM 또는 스태틱 RAM 메모리를 설계가 이용할 수도 있다. 프로세서 명령들은 이미지 프로세서 (220) 에 의한 실행을 용이하게 하기 위해 RAM에 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 작업 메모리 (205) 는 프로세서 (220) 에 의한 실행 전에 작업 메모리 (205) 에 로딩되는 명령들을 갖는 RAM 메모리를 포함할 수도 있다.

자동초점 시스템들 및 기법들의 개요

도 3은 어레이 카메라 및 보이스 코일 모터 (310) 에 대해 폴딩된 광학 조립체 (300) 의 부분의 하나의 실시형태의 스케일에 대한 비교를 예시한다.

폴딩된 광학 조립체 (300) 의 부분은 센서 (125), 덮개 유리 (126), 렌즈들 (L1, L2, L3, L4, 및 L5) 을 포함하는 렌즈 시스템의 제 1 부분 (130), 덮개 유리 (126) 위에 위치된 렌즈 (L6) 를 포함하는 렌즈 시스템의 제 2 부분을 포함하며, 덮개 유리 (126) 는 센서 (125) 위에 위치된다. 예시된 바와 같은 폴딩된 광학 조립체 (300) 의 부분은 프리즘 (136A) 및 블록 (136B) (본 명세서에서 "광학 엘리먼트"라고 지칭됨) 을 포함하는 유닛을 또한 포함한다. 다른 실시형태들에서, 광학 엘리먼트는 블록 (136B) 없이 그냥 프리즘 (136A) 을 포함할 수 있거나 또는 거울과 같은 반사성 표면을 포함할 수 있다. 광학 엘리먼트는 카메라를 위한 폴딩된 광학 시스템에서 이차 광 폴딩 표면으로서 기능을 하여, 렌즈 시스템의 포커싱 부분 (130) 을 통과한 광을 센서 (125) 상으로 재지향시킬 수 있다.

렌즈 (L6) 는 일부 실시형태들에서 시역 정정자 렌즈 (field corrector lens) 일 수 있고 L1~L6 렌즈 시스템의 정적 컴포넌트일 수 있다. 이차 광 폴딩 표면 (135) 은 렌즈 (L6) 로부터 멀어지게 연장되고, 예시된 바와 같이 이차 광 폴딩 표면 (135) 에서 지지 블록 (136B) 에 커플링된 프리즘 (136A) 으로서 형성된다. 광을 반사하기 위해 프리즘의 내부 반사 특성들을 사용하는 대신 거울 표면이 136A 및 136B 사이에 위치되는 것이 가능하다.

예시된 바와 같이, 폴딩된 광학 조립체 (300) 의 부분은 대략 4.1 mm의 전체 높이를 가질 수 있다. 다른 실시형태들에서 그 높이는 대략 4.0 mm부터 4.5 mm까지의 범위일 수 있고, 일부 실시형태들에서 4 mm 이하일 수 있다.

폴?壅? 옵틱스에 기초한 얇은 카메라들이 광 경로를 접히게 하고 낮은 z-높이를 성취하기 위해 하나 이상의 렌즈들 더하기 거울들/프리즘들을 사용한다. 제 1 렌즈 조립체 (130) 에 대한 렌즈 직경은 카메라의 두께를 따르고 그것은 어레이의 전체 두께를 거의 완전히 결정한다. 이는 얇은 카메라를 생산하는데 유리하지만, 초점 및/또는 자동초점을 위한 보이스 코일 모터들 (VCM) 의 사용을 매우 어렵게 한다. 이는 도 5에서 VCM (310) 으로서 예시된 오늘날 이용 가능한 최소 VCM이, 대략 7.5 mm의 측면 길이를 갖기 때문이다. 그러므로, 그것이 (모터 (315) 에서 개공부 (325) 대신 실린더 (320) 의 포지션에서 스레딩된 렌즈를 이용하여) 의도된 대로 위치된다면, 어레이 카메라의 z-높이는 7.5 mm를 초과하는 두께일 것이다.

그러나, VCM들은 모바일 카메라들을 포커싱하기 위한 가장 효과적이고 성공적인 액추에이터들 중 하나이다. 포커싱을 위한 현재의 대안은 피에조 스테퍼 모터들이다. 그러나, 이러한 모터들은 VCM들과 비교하는 경우 더욱 비싸고, 시끄럽고, 느리고, 덜 신뢰성이 있다. 그 결과, 피에조 모터들은 모바일 카메라들에서 드물게 사용된다. 따라서, VCM들은 모바일 디바이스에서 구현된 어레이 카메라의 초점 메커니즘을 위한 액추에이터들로서 바람직할 수 있다. 도 3의 스케일에 대한 비교는, 기존에서처럼 포커싱 목적들을 위해 VCM들을 사용하는 경우, 폴딩된 광학 조립체 (300) 의 제 1 렌즈 그룹 (130) 이 VCM (310) 내에서 스레딩될 것이라면 발생할 높이 증가를 예시한다.

도 4a 내지 도 4d는 어레이 카메라에 대한 상당한 높이 증가 없이 VCM (160) 을 구현하는 폴딩된 광학 조립체 자동초점 시스템의 다양한 실시형태들을 예시한다. 예시된 바와 같이, 폴딩된 광학 카메라의 전체 높이 (H) 는 이차 광 폴딩 표면 (135) 의 운동 (190) 으로 인해 작은 양만큼만 증가된다. 일부 실시형태들에서, 운동 (190) 은 대략 120 미크론 내지 대략 150 미크론을 폴딩된 광학 시스템 높이 (H) 에 추가할 수 있다. 폴딩된 광학 시스템 높이 (H) 는 다양한 실시형태들에서 대략 4.5 mm 이하 또는 대략 4.1 mm 이하일 수 있다.

도 4a는 거울 (137) 을 이차 광 폴딩 표면 (135) 으로서 사용하는 폴딩된 광학 조립체 (405) 에서의 자동초점 조립체의 일 실시형태의 일 예를 도시한다. 폴딩된 광학 조립체 (405) 는 거울 (137), 렌즈 조립체 (130), 프리즘 (145) 에 통합되는 일차 광 폴딩 표면 (124), 덮개 유리 (126), 및 센서 (125) 를 포함한다. 예시된 바와 같이, 센서 (125) 는 인쇄 회로 보드 (195) 에 형성된 직사각형 슬롯 내에 장착된다. 스터드 범프들 (107) 은 센서 (125) 의 일부이고 인쇄 회로 보드 (195) 상의 도전 패드들과 접촉하는데 사용된다. 인쇄 회로 보드 (195) 는 기판 (150) 상에 장착되고 기판 (150) 에 대하여 정적으로 유지된다. 이는 센서 (125) 가 기판 (150) 상에 장착되고 195와 같은 인쇄 회로 보드와 전기 접촉하는 방법의 단지 하나의 예이다.

도 4a에 예시된 실시형태에서, VCM (160) 은 폴딩된 광학 조립체 (405) 에 인접하게 위치된다. 비록 단지 하나의 폴딩된 광학 조립체 (405) 가 도시되지만, VCM이 일부 실시형태들에서 어레이의 각각의 폴딩된 광학 조립체 (405) 에 인접하게 위치될 수 있다. VCM 운동은 렌즈 조립체 (130) 를 통과하는 광 축 (123) 에 수직이고 기판 (150) 에 의해 형성된 평면에 수직이고, 이러한 운동 (190) 은 극히 경량일 수 있는 거울 (137) 로 전송 (예를 들어, 직접적으로 전송) 될 수도 있다.

예시된 바와 같이, 타겟 이미지 장면의 부분을 나타내는 광이 프리즘 (145) 에 들어가고 렌즈 조립체 (130) 를 통 (과) 하는 광학 경로 (123) 를 추종한다. 렌즈 조립체 (130) 는 그 광을 포커싱할 수 있으며, 그러면 그 광은 이차 광 폴딩 표면 (135) 으로 이동하여 센서 (125) 상으로 반사된다. 이차 반사성 표면인, 거울 (135) 의 운동 (190) 은 광이 센서 (125) 에 입사하기 전에 렌즈 조립체로부터 수신되는 포커싱된 광의 경로 길이를 변경시킨다. 예를 들어, 이차 반사성 표면 (135) 을 센서 (135) 를 향하여 이동시키는 것은 광 경로 길이를 짧게 하는 반면, 이차 반사성 표면 (135) 을 센서 (135) 로부터 멀어지게 이동시키는 것은 광 경로 길이를 길어지게 한다. 이차 반사성 표면 (135) 의 이러한 운동은 센서 상에서 이미지의 로케이션을 시프트시킬 수 있다. 따라서, 센서 (125) 는 운동 (190) 의 범위 전체를 통해 이차 반사성 표면 (135) 로부터의 광을 수신하는 사이즈 및 위치로 될 수 있어서, 센서 (125) 의 일부 부분들은 이차 반사성 표면 (135) 의 다양한 포지션들에서 사용되지 않을 수도 있다.

여전히 도 4a를 참조하면, VCM (160) 은 가동 부분과 정지 몸체 (160) 를 포함한다. 기판 (150) 에 커플링된 (도시된 바와 같이) 인쇄 회로 보드 (195) 에 고정된 정치 몸체 VCM (160) (또는 다른 실시형태들에서, VCM (160) 은 기판 (150) 에 직접적으로 커플링될 수도 있음) 은 자기 회로의 에어 갭을 통해 자기장을 생성하기 위해 영구 자석과 철 요크 (iron yoke) 를 포함할 수 있다. 가동 부분은 코일 권선 (도시되지 않음) 과 하나의 말단이 코일 권선에 접속되는 전력 케이블 (도시되지 않음), 뿐만 아니라 코일 권선 내에서 스레딩되는 구동 부재 (165) 를 포함할 수 있다. 전류가 코일 권선에 공급되는 경우, 코일 권선은 전류 및 자기장 간의 상호작용의 결과로서 에어 갭을 통해 이동하여, 구동 부재 (165) 를 상하로 이동시킬 것이다. 일부 실시형태들에서, 그리고 도 4a에 예시된 실시형태에서, 구동 부재 (165) 는 레버 (180) 와 접촉하고, 제 2 광 폴딩 표면 (135) 은, 예를 들어 커플링 (184) (예를 들어, 아교 또는 다른 접착제 또는 다른 기계적 커플링) 에 의해 레버 (180) 의 하나의 단부에 커플링될 수 있다. 레버 (180) 의 다른 단부에 커플링될 수도 있는 옵션적인 균형추 (182) 가 거울의 모션 (190) 을 균형을 맞출 수 있다. 균형추는, 예를 들어 0.02 g의 대향 무게일 수도 있다.

이러한 메커니즘은 매우 가볍고 VCM (160) 을 어레이 카메라 내에서 수직으로 포지셔닝함으로써, VCM (160) 의 몸체의 대략 4.0 mm 높이는 어레이의 전체 높이를 증가시키지 않는다. 구동 부재 (165) 는 VCM (160) 의 정지 몸체로부터 약간 돌출할 수 있고, 폴딩된 광학 조립체에 대한 상대적으로 긴 초점 거리를 고려하여, 예를 들어, 초점을 효과적으로 변경하기 위해 대략 120 미크론 내지 대략 150 미크론까지 이동할 것이다 (본 예는 전형적인 4 mm 대신 6 mm 초점 거리임에 주의한다). 레버 (180) 는 매우 얇아서, 구동 부재의 운동 (165) 을 거울 (137) 로 전달하기에 적합한 재질의 조각을 길게 늘일 수 있다. 이와 같이, 구동 부재 (165), 운동 (190), 및 레버 (180) 는 어레이 카메라의 전체 높이를 상당히 추가하지 않는다. VCM (160) 운동은 기민하고 매우 빠르고, 적절히 동작하도록 낮은 마찰을 요구한다. 이는 이 개시된 레버 메커니즘에 의해, 그리고 극히 낮은 무게의 거울에 의해 추가적으로 성취될 수 있다.

예시된 자동초점 조립체는, 추가되는 구동 부재 (165), 레버 (180), 균형추 (182), 및 거울과 함께, 통상적으로 대량 제조업자로부터 직접적으로 제공되는 바와 같이, 표준 카메라 VCM을 사용할 수 있다. 표준 VCM을 사용하는 것은 자동초점 조립체의 쉬운 제조를 가능하게 한다.

도 4b는 프리즘인 제 2 광 재지향 표면 (135) 을 형성하는 광학 엘리먼트 (136C) (프리즘 (136A) 과 지지 블록 (136B) 을 포함하는 것으로서 예시됨) 를 사용하는 폴딩된 광학 조립체 (405) 에서의 자동초점 조립체의 일 실시형태의 일 예를 도시한다. 일부 실시형태들은 프리즘 (136A) 과 지지 블록 (136B) 사이의 반사 코팅을 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, VCM (160) 은 폴딩된 광학 조립체에 인접하게 위치될 수 있고, VCM (160) 의 구동 부재 (165) 는 일부 실시형태들에서 접착제의 층인 커플링 (184) 에서 레버 (180) 에 의해 광학 엘리먼트 (136C) 에 커플링된다. 도 6에 관해 위에서 논의된 거울 (137) 에 비하여 광학 엘리먼트 (136C) 의 더 많은 무게로 인해, 균형추 (182) 는 광학 엘리먼트 (136C) 와 평형을 맞추기 위해 적절히 커야 한다. 광학 엘리먼트 (136C) 및 균형추 (182) 의 더 많은 무게는 운동 (190) 동안 VCM (160) 으로부터의 가능한 진동들을 유익하게 감소시킬 수 있다.

도 4c는 지렛대작용을 위해 추가된 스트럿 (188) 을 갖는 폴딩된 광학 조립체에서의 자동초점 조립체의 일 실시형태의 일 예를 도시한다. 도 4c에 예시된 실시형태는 제 2 광 재지향 표면 (135) 을 형성하기 위해 프리즘 (136A) 과 지지 블록 (136B) 을 포함하는 광학 엘리먼트 (136C) 를 구비한다. 다양한 실시형태들에서, 제 2 광 재지향 표면은 프리즘 또는 거울일 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 예시된 바와 같이, 스트럿 (188) 은 거울 (137) 을 제 2 광 재지향 표면 (135) 으로서 갖는 폴딩된 광학 조립체 (405) 에서 구현될 수 있다. 레버 (180) 의 제 1 단부가 스트럿 (188) 에 커플링되며, 레버 (180) 의 중간 부분이 VCM (160) 의 구동 부재 (165) 에 접촉되고, 레버 (180) 의 제 2 단부가 광학 엘리먼트 (커플링 (184)) 에 커플링된다. 스트럿 (188) 은 추가된 지렛대 작용 및 안정성을 레버 (180) 의 운동에 제공한다. 이 실시형태에서, 레버 (180) 는, 예를 들어, 레버 제 3 클래스로서 특징화될 수 있다. 따라서, 균형추가 필요하지 않다. 레버 (180) 는 VCM (160) 의 구동 부재 (165) 의 운동으로 인해 일부 실시형태들에서 구부려질 수 있는 얇은, 스프링 같은 금속 조각일 수 있다. 스트럿 (188) 은 힌지 (186) 에서 레버에 커플링될 수 있는데, 힌지는 다양한 실시형태들에서 피봇, 가요성 커플링, 용접, 또는 만곡된 금속 조각일 수 있다. 이러한 설계는 일부 실시형태들에서의 긴 초점 거리를 갖는 카메라에 필요한 모션 (190) 의 범위를 증가시킬 수 있고, 그리고/또는 VCM 주위의 "시소 (see-saw)" 운동 (레버 (180) 의 앞뒤로의 티핑 (tipping)) 을 방지할 수 있다.

도 4d는 자동초점에 관련된 운동들에서 지렛대작용을 구현하는 자동초점 조립체의 다른 실시형태를 예시한다. 레버 (180) 의 제 1 단부가 VCM (160) 의 구동 부재 (165) 에 커플링되며, 레버의 중간 부분이 커플링 (184) 에서 광학 엘리먼트 (프리즘 (136A) 및 블록 (136B) 으로서 예시되지만 다른 실시형태들에서 이는 거울 (137) 일 수 있음) 에 커플링되고, 레버 (180) 의 제 2 단부가 중앙의 프리즘 (145) 의 하부 부분에 커플링된다. 예시된 바와 같이, 스트럿 (188) 과 힌지 (186) 는 레버 (180) 의 제 2 단부와 프리즘 (145) 사이에 위치된다. 이 실시형태에서, 레버 (180) 는, 예를 들어, 레버 제 2 클래스로서 특징화될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 레버 (180) 는 중앙의 프리즘 (145) 의 하부 부분에 접착되거나 또는 그렇지 않으면 직접적으로 커플링될 수 있다. 도 4d는 균형추가 필요하지 않도록 자동초점 조립체에 지렛대작용과 안정성을 제공하는 다른 방도를 예시한다. 이러한 설계는 일부 실시형태들에서의 짧은 초점 거리를 갖는 카메라에 필요한 모션 (190) 의 범위를 감소시킬 수 있고, 그리고/또는 VCM 주위의 "시소" 운동을 방지할 수 있다.

도 4a 내지 도 4d 중 임의의 것에서, 프리즘 (145) 대신 반사성 표면이 구현될 수 있다. 덧붙여서, 특정 렌즈 구성들은 다양한 예들을 나타내지만 폴딩된 광학 조립체를 제한할 의도는 아니다. 게다가, 일부 실시형태들에서 제 1 광 지향 표면 (프리즘 (145)) 은 생략될 수 있고 광은 렌즈 조립체 (130) 를 통해 직접적으로 조립체에 들어갈 수 있다. 다른 실시형태들에서 VCM은 제 1 광 지향 표면 (프리즘 (145)) 에 그 표면을 이동시키도록 커플링될 수도 있고 이차 광 지향 표면에서는 렌즈 조립체 (130) 로부터 광을 직접적으로 수신하도록 다시 위치된 센서가 생략될 수 있다. 도 4a 내지 도 4d에서 설명되는 VCM 구현예들은, 전체 카메라 높이의 작은 범위를 통해 광 폴딩 표면을 이동시키는 것에 의해 초점 값들의 범위를 제공함으로써 시스템 상의 높이 제한들로 인해 기존처럼 VCM의 내부를 통해 스레딩되는 렌즈 조립체를 이용하여 VCM이 위치될 수 없는 임의의 얇은 폴딩된 광학 카메라에서의 자동초점에 유익할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 다수의 VCM들 (515) 과 다수의 폴딩된 광학 조립체들 (510) 를 포함하는 폴딩된 광학 어레이 카메라 자동초점 시스템 (500A, 500B, 500C) 의 다양한 실시형태들을 예시한다.

도 5a는 세 개의 폴딩된 광학 조립체들 (510) 을 갖는 어레이 카메라에 대한 어레이 카메라 자동초점 시스템 (500A) 의 일 실시형태를 도시한다. 시스템 (500A) 은 대상 프리즘 (또는 피라미드) (505) 과, VCM 포커싱 모터 메커니즘 (515) 에 각각 연관되는 세 개의 개개의 카메라들 (510) 을 포함한다. 폴딩된 광학 조립체들 (510) 은 렌즈 조립체들, 이차 광 폴딩 표면들, 및 이미지 센서들에 대해 본 명세서에서 설명되는 구성들 중 임의의 것을 포함할 수 있고, 타겟 이미지 장면을 나타내는 광을 다수의 부분들로 분리하고 각각의 부분을 대응하는 폴딩된 광학 조립체 (510) 를 통해 지향시키도록 구성되는 프리즘 또는 거울형 피라미드일 수도 있는 제 1 광 폴딩 표면 (505) 주위에 위치된다. 각각의 폴딩된 광학 조립체 (510) 에 대한 자동초점은 대응하는 VCM (515) 에 의해 제어된다. 각각의 VCM은 대응하는 폴딩된 광학 조립체 (510) 에 레버 (520) 및 커플링들 (515) 을 통해, 뿐만 아니라 균형추 (530) 에 관해서도 커플링될 수도 있다. 위에서 논의된 레버, 균형추, 및/또는 스트럿의 조합들 중 임의의 것은 예시된 실시형태 대신 구현될 수 있다. 이러한 설계는 가변하는 수들의 폴딩된 광학 조립체들 (510) 및 대응하여 가변하는 일차 광 폴딩 표면들 (505) 을 포함하는 상이한 카메라 어레이들로 구현될 수 있지만, 예시된 예는 3-카메라 경우이다.

각각의 VCM (515) 의 운동은 모든 폴딩된 광학 조립체들 (510) 을 동일한 거리에서 포커싱되게 유지시키기 위해, 예를 들어 프로그램가능 컴퓨터 명령들 (예시되지 않음) 로 제어기에 의해, 신중히 제어될 수 있다. 전자 통신이 제어기와 일부 또는 전부의 VCM들 (515) 간에 제공될 수 있다. 제어기는 모든 폴딩된 광학 조립체들 (510) 이 동일한 거리에서 동일한 시간에 포커싱되도록 각각의 폴딩된 광학 조립체에 필요한 운동을 계산할 수 있다. 하나의 예에서, 폴딩된 광학 조립체들 (510) 중 각각의 폴딩된 광학 조립체의 제 2 광 지향 표면은 동일한 양으로 이동될 수 있다. 그러나, 제조 변동으로 인해, 일부 실시형태들에서, 폴딩된 광학 조립체들 (510) 중 각각의 폴딩된 광학 조립체의 제 2 광 지향 표면의 운동은, 예를 들어 폴딩된 광학 조립체들 (510) 간의 관계를 정의하는 계수에 기초하여, 그 변동을 고려하여 교정 (calibration) 될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 하나의 폴딩된 광학 조립체 (510) 는 다른 조립체들을 포커싱할 경우를 결정하기 위해 사용할 "드라이버"로서 선택될 수 있다.

도 5b는 3-카메라 어레이 자동초점 시스템 (500B) 을 위한 콤팩트 설계를 예시한다. 각각의 VCM (515) 은 하나의 균형추 (530) 에는 제 1 레버 (535) 에 의해 그리고 두 개의 인접한 폴딩된 광학 조립체들 (510) 에는 인접한 폴딩된 광학 조립체들 (510) 간을 연장하는 제 2 레버 (540) 에 의해 기계적으로 링크된다. 제 1 레버 (535) 와 제 2 레버 (540) 는 함께 커플링된 별개의 레버들일 수 있거나, 또는 일부 실시형태들에서는 하나의 고형의 T-자 형상 조각을 형성할 수 있다. 각각의 VCM (515) 의 모션은 두 개의 인접한 폴딩된 광학 조립체들 간에 그에 따라 분산되고, 각각의 폴딩된 광학 조립체의 제 2 광 지향 표면의 모션은 두 개의 이웃 VCM들에 의해 영향을 받는다. 비록 세 개의 폴딩된 광학 조립체들에 대한 세 개의 VCM들 간의 삼각형 연결이 도시되지만, 다른 실시형태들은 다른 수의 VCM들 및 폴딩된 광학 조립체들 그리고/또는 폴딩된 광학 조립체들 (510) 간의 연결들의 다른 구성들, 예를 들어, 몇몇 예들을 말하자면, 원형, 육각형, 또는 직사각형 연결을 가질 수 있다.

도 5b의 시스템에 대한 자동초점 제어의 일 예가 VCM 운동이 알려진 경우 거울 변위를 제공할 수 있거나, 또는 알려진 필요한 거울 변위를 위한 필요한 VCM 운동을 제공할 수 있다. 모든 개개의 모터들의 변위들은 3D 벡터, X = (x, y, z) 에 의해 설명될 수 있다. 모든 개개의 제 2 반사성 표면들의 변위들은 3D 벡터, V = (u, v, w) 에 의해 설명될 수 있다.

표면 및 모터 변위들은 V = A X에 의해 관련되며, 여기서 A는 다음의 변환의 매트릭스이다:

0.5 0.5 0.0

A = 0.0 0.5 0.5

0.5 0.0 0.5

따라서, 모터 변위 벡터 X에 변환 행렬 A를 곱하는 것은 제 2 반사성 표면들의 대응하는 운동을 제공할 수 있다. 전형적인 자동초점 기법들에서, 포커싱을 위해 필요한 제 2 반사성 표면 변위들은 알려지고, 대응하는 모터 운동은 필요하다. 대응하는 모터 운동들은 X = A ^-1 V를 사용하여 발견될 수 있으며, 여기서 역 변환 A ^-1은 다음이다:

1 -1 1

A ^-1 = 1 1 -1

-1 1 1

x, y, 및 z의 결과적인 값들은 알려진 제 2 반사성 표면 변위에 대해 필요한 모터 운동을 나타낸다. 이러한 x, y, z의 값들은 필요한 자동초점 운동을 재현하기 위해 모터 제어 시스템에 제공될 수 있다. 그 결과, 모든 제 2 반사성 표면들의 운동은 정확히 알려질 수 있고, 캡처된 이미지들의 운동은 직접적으로 추종된다. 이 운동은 최종 이미지를 생성하는데 사용되는 스티칭 기법들에서 설명될 수 있다.

비록 특정 벡터들 및 매트릭스들이 위에서 논의되지만, 이것들은 특정 세 개의 VCM, 세 개의 폴딩된 광학 조립체, 및 도 5b의 삼각형 연결 실시형태에 대한 하나의 예로서 제공된다. 벡터들 및 매트릭스들의 사이즈들 및 값들은 다른 어레이 카메라 자동초점 실시형태들에서의 VCM들 및 폴딩된 광학 조립체들 간의 연결들과, 그런 연결들의 수에 기초하여 변경될 수 있다. 이러한 실시형태들은 변위가 정확히 컴퓨팅되도록 바람직하게는 모터들의 운동과 제 2 반사성 표면들의 운동 간에 1:1 대응을 갖는다.

도 5c는 4-카메라 어레이 자동초점 시스템 (500C) 에 대한 콤팩트 설계를 예시한다. 그 어레이는 네 개의 VCM들 (515) 과 중앙의 거울 피라미드 또는 프리즘 (506) 의 일차 광 폴딩 표면들 주위에 위치된 네 개의 폴딩된 광학 조립체들 (510) 을 포함한다. 각각의 VCM (515) 은, 레버 (520) 를 사용하여, 두 개의 인접한 폴딩된 광학 조립체들 (510) 에 기계적으로 링크된다. 예시된 바와 같이, VCM들과 폴딩된 광학 조립체들 간의 직접 기계적 연결로 인해 균형추가 제공되지 않는다. 일부 실시형태들에서, 추가적인 연결들은 어레이를 대각선으로 가로질러 (예컨대, 우상부 VCM에서부터 좌하부 VCM으로 그리고/또는 좌상부 VCM으로부터 우하부 VCM으로) 제공될 수 있다. 이러한 설계가 공간의 효율적인 사용을 하게 하여, 자동초점 시스템 없이 어레이 카메라와는 실질적으로 동일한 직사각형 영역을 차지한다.

본 명세서에서의 어레이 카메라 자동초점 시스템 예들에서, VCM 모터가 도시되고 초점 포지션을 변경하기 위해 제 2 광 지향 표면을 이동시키도록 레버를 작동시키는 것으로서 설명된다. 그러나, 다른 실시형태들에서 VCM은 피에조 스테퍼 모터에 의해 또는 마이크로-전자기계 시스템 (MEMS) 모터에 의해 대체될 수 있다.

예시적인 이미지 캡처 프로세스의 개요

도 6은 폴딩된 광학 이미지 캡처 프로세스 (900) 의 일 실시형태를 도시한다. 프로세스 (900) 는 블록 905에서 시작하는데, 그 블록에서 복수의 이미징 센서 조립체들이 제공된다. 이는 이전의 이미지들에 관해 위에서 논의된 센서 어레이 구성들 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 센서 조립체들은, 도 3에 관해 위에서 논의된 바와 같이, 센서, 렌즈 시스템, 및 렌즈 시스템으로부터의 광을 센서 상으로 재지향시키도록 위치된 반사성 또는 굴절성 표면을 포함할 수도 있다.

프로세스 (900) 는 그 다음에 블록 910으로 이동하는데, 그 블록에서는 적어도 하나의 광 폴딩 표면이 복수의 이미지 센서들에 근접하게 장착된다. 예를 들어, 이 단계는 센서 어레이들의 두 개의 행들 간에 중앙의 거울 피라미드 또는 프리즘을 장착하는 것을 포함할 수 있으며, 중앙의 거울 피라미드 또는 프리즘은 어레이들에서의 각각의 센서에 연관된 표면 또는 패싯을 포함한다.

프로세스 (900) 는 그 다음에 블록 915로 전이하는데, 그 블록에서 장면의 타겟 이미지를 포함하는 광이 적어도 하나의 광 폴딩 표면을 사용하여 이미징 센서들을 향하여 재지향된다. 예를 들어, 그 광의 부분이 복수의 표면들의 각각에서 복수의 센서들의 각각으로 재지향될 수도 있다. 이는 각각의 센서에 연관된 렌즈 조립체를 통해 광을 통과시키는 것을 더 포함할 수도 있고, 그 광을 제 2 표면을 사용하여 센서 상으로 재지향시키는 것을 또한 포함할 수도 있다.

블록 915는 렌즈 조립체를 사용하여 그리고/또는 광 폴딩 표면들 중 임의의 것의 운동을 통해, 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 어레이의 높이에 실질적으로 평행한 축을 따라 광 폴딩 표면을 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 VCM을 제공함으로써 광을 포커싱하는 것을 더 포함할 수도 있다. 따라서, 블록 915는 다수의 폴딩된 광학 조립체들에 대해 다수의 VCM들에 의해 제공되는 포커싱을 동기화하기 위한 위에서 논의된 VCM 제어 기법들을 통합할 수 있다.

프로세스 (900) 는 그 다음에 블록 920으로 이동할 수도 있으며, 그 블록에서 센서들은 타겟 이미지 장면의 복수의 이미지들을 캡처한다. 예를 들어, 각각의 센서는 그 센서의 시야에 대응하는 장면의 부분의 이미지를 캡처할 수도 있다. 함께, 복수의 센서들의 시야들이 대상 공간에서의 적어도 타겟 이미지를 커버한다.

프로세스 (900) 는 그 다음에 이미지 스티칭 방법이 복수의 이미지들로부터 단일 이미지를 생성하기 위해 수행되는 블록 925로 전이할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 도 2의 이미지 스티칭 모듈 (240) 은 스티칭을 수행할 수도 있다. 이는 알려진 이미지 스티칭 기법들을 포함할 수도 있다. 게다가, 시야들에서의 임의의 중첩 영역들은 스티칭 프로세스에서 이미지들을 정렬함에 있어서 사용될 수도 있는, 복수의 이미지들에서의 중첩을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 블록 925는 인접한 이미지들의 중첩 영역에서 공통 특징들을 식별하고 그 공통 특징들을 사용하여 이미지들을 정렬하는 것을 더 포함할 수도 있다.

다음으로, 프로세스 (900) 는 스티칭된 이미지가 특정 애스팩트 비, 예를 들어 4:3 또는 1:1로 크로핑되는 블록 930으로 전이한다. 마지막으로, 프로세스는 블록 935에서 크로핑된 이미지를 저장한 후 종료된다. 예를 들어, 이미지는 도 2의 저장소 (210) 에 저장될 수도 있거나, 또는 타겟 장면의 미리보기 이미지로서의 디스플레이를 위해 도 2의 작업 메모리 (205) 에 저장될 수도 있다.

시스템들 및 기술용어들을 구현

본 명세서에서 개시되는 구현예들은 다수의 센서 어레이 카메라들을 오토포커싱하는 시스템들, 방법들 및 장치를 제공한다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 이들 실시형태들이 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 그것들의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다는 것을 인식할 것이다.

일부 실시형태들에서, 위에서 논의된 회로들, 프로세스들, 및 시스템들은 무선 통신 디바이스에서 이용될 수도 있다. 무선 통신 디바이스는 다른 전자 디바이스들과 무선으로 통신하는데 사용되는 전자 디바이스의 종류일 수도 있다. 무선 통신 디바이스들의 예들은 셀룰러 전화기들, 스마트 폰들, 개인 정보 단말기들 (Personal Digital Assistants, PDA들), e-리더들, 게이밍 시스템들, 뮤직 플레이어들, 넷북들, 무선 모뎀들, 랩톱 컴퓨터들, 태블릿 디바이스들 등을 포함한다.

무선 통신 디바이스는 하나 이상의 이미지 센서들, 둘 이상의 이미지 신호 프로세서들, 명령들을 포함하는 메모리 또는 위에서 논의된 프로세스들을 수행하기 위한 모듈들을 포함할 수도 있다. 그 디바이스는 데이터, 메모리로부터 명령들 및/또는 데이터를 로딩하는 프로세서, 하나 이상의 통신 인터페이스들, 하나 이상의 입력 디바이스들, 디스플레이 디바이스와 같은 하나 이상의 출력 디바이스들 및 전원/인터페이스를 또한 가질 수도 있다. 무선 통신 디바이스는 송신기와 수신기를 추가로 포함할 수도 있다. 송신기와 수신기는 합동으로 트랜시버라고 지칭될 수도 있다. 트랜시버는 무선 신호들을 송신 및/또는 수신하기 위해 하나 이상의 안테나들에 커플링될 수도 있다.

무선 통신 디바이스는 다른 전자 디바이스 (예컨대, 기지국) 에 무선으로 접속될 수도 있다. 무선 통신 디바이스는 다르게는 모바일 디바이스, 이동국, 가입자 스테이션, 사용자 장비 (user equipment, UE), 원격지국 (remote station), 액세스 단말, 모바일 단말, 단말기, 사용자 단말, 가입자 유닛 등이라고 지칭될 수도 있다. 무선 통신 디바이스들의 예들은 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터들, 셀룰러 폰들, 스마트 폰들, 무선 모뎀들, e-리더들, 태블릿 디바이스들, 게이밍 시스템들 등을 포함한다. 무선 통신 디바이스들은 3세대 파트너십 프로젝트 (3rd Generation Partnership Project, 3GPP) 와 같은 하나 이상의 업계 표준들에 따라 동작할 수도 있다. 그래서, 포괄하는 용어인 "무선 통신 디바이스"는 업계 표준들 (예컨대, 액세스 단말, 사용자 장비 (UE), 원격 단말 등) 에 따라 가변하는 명명법들로써 설명되는 무선 통신 디바이스들을 포함할 수도 있다.

본원에서 설명된 기능들은 프로세서 판독가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령들로서 저장될 수도 있다. "컴퓨터 판독가능 매체"라는 용어는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체를 지칭한다. 비제한적인 예로, 이러한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM 또는 다른 광 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지, 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 소망의 프로그램 코드를 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 저장하는데 사용될 수도 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수도 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수도 있다. 디스크 (disk 및 disc) 는 본원에서 사용되는 바와 같이, 콤팩트 디스크 (compact disc, CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다용도 디스크 (DVD), 플로피 디스크 (floppy disk) 및 Blu-ray® 디스크를 포함하는데, disk들은 보통 데이터를 자기적으로 재생하지만, disc들은 레이저들로써 광적으로 데이터를 재생한다. 컴퓨터 판독가능 매체는 유형이고 비일시적일 수도 있다는 것에 주의해야 한다. "컴퓨터 프로그램 제품"이란 용어는 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서에 의해 실행, 처리 또는 계산될 수도 있는 코드 또는 명령들 (예컨대, "프로그램") 과 결합하는 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서를 말한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "코드"라는 용어는 컴퓨팅 디바이스 또는 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령들, 코드 또는 데이터를 말할 수도 있다.

본원에 개시된 방법들은 설명된 방법을 성취하기 위한 하나 이상의 단계들 또는 액션들을 포함한다. 이 방법 단계들 및/또는 액션들은 청구항들의 범위로부터 벗어남 없이 서로 교환될 수도 있다. 다르게 말하면, 단계들 또는 액션들의 구체적인 순서가 설명되어 있는 방법의 적당한 순서를 필요로 하지 않는 한, 구체적인 단계들 및/또는 액션들의 순서 및/또는 사용은 청구항들의 범위로부터 벗어나는 일 없이 수정될 수도 있다.

용어들 "커플", "커플링", "커플링된" 또는 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 단어 커플의 다른 변형들은 간접 접속 또는 직접 접속 중 어느 하나를 나타낼 수도 있다. 예를 들어, 제 1 컴포넌트가 제 2 컴포넌트에 "커플링된"다면, 제 1 컴포넌트는 제 2 컴포넌트에 간접적으로 접속되거나 또는 제 2 컴포넌트에 직접적으로 접속되는 중 어느 하나로 접속될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "복수의"라는 용어는 둘 이상을 나타낸다. 예를 들어, 복수의 컴포넌트들은 둘 이상의 컴포넌트들을 나타낸다.

"결정하는 (determining)"이란 용어는 매우 다양한 액션들을 포괄하고, 그러므로, "결정하는"은 계산하는 (calculating), 컴퓨팅하는 (computing), 프로세싱하는, 유도하는 (deriving), 조사하는 (investigating), 찾아보는 (looking up) (예컨대, 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조체를 찾아보는), 확인하는 (ascertaining) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 수신하는 (예컨대, 정보를 수신하는), 액세스하는 (예컨대, 메모리 내의 데이터에 액세스하는) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 해결하는 (resolving), 선택하는 (selecting), 선정하는 (choosing), 확립하는 등을 포함할 수도 있다.

어구 "에 기초하여 (based on)"는 달리 특별히 명시되지 않는 한 "에만 기초하여 (based only on)"를 의미하지는 않는다. 다르게 말하면, "에 기초하여"라는 어구는 "에만 기초하여" 및 "에 적어도 기초하여 (based at least on)" 양쪽 모두를 설명한다.

앞서의 설명에서, 특정 세부사항들은 예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 주어진다. 그러나, 예들이 이들 특정 세부사항들 없이 실용화될 수도 있다는 것은 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 전기 컴포넌트들/디바이스들은 불필요하게 상세하여 예들을 이해하기 어렵게 하지 않기 위하여 블록도들로 보여질 수도 있다. 다른 사례들에서, 이러한 컴포넌트들, 다른 구조들 및 기법들은 예들을 추가로 설명하기 위해 상세히 보여질 수도 있다.

제목들이 참조를 위해 그리고 다양한 구역들을 위치 찾는 것을 돕기 위해 본 명세서에 포함된다. 이들 제목들은 본원에 관한 개념들의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 이러한 개념들은 온 명세서의 전체에 걸쳐 적용가능성을 가질 수도 있다.

예들은 플로차트, 흐름도, 유한 상태 도면, 구조도, 또는 블록도로서 묘사되는 프로세스로서 설명될 수도 있다는 점에 또한 주의한다. 비록 플로차트가 순차적 프로세스로서 동작들을 설명할 수도 있지만, 많은 동작들은 병행하여 또는 동시에 수행될 수 있고, 프로세스는 반복될 수 있다. 덧붙여서, 동작들의 순서는 재배열될 수도 있다. 프로세스는 그것의 동작들이 완료될 때 종료된다. 프로세스는 메소드, 함수, 프로시저, 서브루틴, 서브프로그램 등에 해당할 수도 있다. 프로세스가 소프트웨어 함수에 해당하는 경우, 그것의 종료는 호출 함수 또는 메인 함수로의 기능의 반환에 해당한다.

개시된 구현예들의 이전의 설명은 본 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 제작하고 사용하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이들 구현예들에 대한 다양한 변형예들이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 쉽사리 명확하게 될 것이고, 본 명세서에서 정의된 일반 원리들은 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어남 없이 다른 구현예들에 적용될 수도 있다. 그래서, 본 발명은 본원에서 보인 구현예들로 한정될 의도는 없으며 본원에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 부여하는 것을 의도한다.

Claims

폴딩된 광학 어레이 카메라를 위한 자동초점 모듈로서,
기판 상에 장착되어 제 1 평면을 정의하는 이미지 센서;
제 1 광 지향 표면;
제 2 광 지향 표면으로서, 상기 제 1 광 지향 표면은 타겟 이미지 장면의 부분을 나타내는 광을 제 2 광 지향 표면을 향하여 지향시키도록 위치되고 상기 제 2 광 지향 표면은 상기 광을 상기 이미지 센서를 향하여 지향시키도록 위치된, 상기 제 2 광 지향 표면;
상기 기판 상에 장착되는 그리고 상기 기판의 상기 평면에 직교하는 방향으로 운동하도록 위치된 구동 부재를 구비하는 액추에이터; 및
상기 구동 부재의 운동이 상기 제 2 광 지향 표면으로 전달되도록 상기 구동 부재와 제 2 광 지향 표면과 접촉하는 레버를 포함하는, 자동초점 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 액추에이터는 보이스 코일 모터를 포함하는, 자동초점 모듈.
제 2 항에 있어서,
상기 구동 부재는 상기 보이스 코일 모터의 코일 내에 스레딩되는, 자동초점 모듈.
제 1 항에 있어서,
실질적으로 수평한 상기 평면에 직교하는 방향에서의 운동은 대략 120 미크론 내지 대략 150 미크론의 범위 내에 있는, 자동초점 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 광 지향 표면과 상기 제 2 광 지향 표면 간에 위치된 렌즈 조립체를 더 포함하는, 자동초점 모듈.
제 5 항에 있어서,
상기 렌즈 조립체의 직경은 대략 4 mm인, 자동초점 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 레버의 제 1 단부에 커플링된 균형추를 더 포함하며,
상기 구동 부재는 상기 레버의 중간 부분에 커플링되고 상기 제 2 광 지향 표면은 상기 레버의 제 2 단부에 커플링되는, 자동초점 모듈.
제 7 항에 있어서,
상기 균형추의 무게는 상기 제 2 광 지향 표면의 무게와 적어도 부분적으로 평형을 맞추도록 선택되는, 자동초점 모듈.
제 8 항에 있어서,
상기 제 2 광 지향 표면은 반사성 거울 및 프리즘 중 하나를 포함하는, 자동초점 모듈.
제 1 항에 있어서,
힌지를 사용하여 상기 레버의 제 1 단부에 커플링된 스트럿을 더 포함하는, 자동초점 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 구동 부재는 상기 레버의 중간 부분에 커플링되고 상기 제 2 광 지향 표면은 상기 레버의 제 2 단부에 커플링되는, 자동초점 모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 스트럿은 상기 제 1 광 지향 표면을 형성하는 구조체에 커플링되고,
상기 제 2 광 지향은 상기 레버의 중간 부분에 커플링되고 상기 구동 부재는 상기 레버의 제 2 단부에 커플링되는, 자동초점 모듈.
제 1 항에 있어서,
상기 레버의 제 1 단부가 상기 제 1 광 지향 표면을 형성하는 구조체에 커플링되고,
상기 제 2 광 지향은 상기 레버의 중간 부분에 커플링되고 상기 구동 부재는 상기 레버의 제 2 단부에 커플링되는, 자동초점 모듈.
기판에 장착되어 제 1 평면을 정의하는 그리고 대응하는 복수의 광 폴딩 표면들을 제공하는 구조체 주위에 위치되는 복수의 폴딩된 광학 조립체들을 포함하는 폴딩된 광학 어레이 카메라를 사용하여 타겟 이미지 장면의 이미지를 캡처하는 방법으로서,
상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 각각에 대해:
상기 기판의 상기 평면에 직교하는 방향으로 액추에이터의 구동 부재의 운동을 유발하는 단계;
상기 구동 부재의 상기 운동을 제 2 광 지향 표면으로 전달함으로써, 상기 타겟 이미지 장면의 부분을 나타내는 광의 초점 거리를 변경시키는 단계로서, 상기 복수의 광 폴딩 표면들 중 대응하는 광 폴딩 표면은 상기 광을 상기 제 2 광 지향 표면을 향하여 지향시키도록 위치되고 상기 제 2 광 지향 표면은 상기 광을 이미지 센서를 향하여 지향시키도록 위치된, 상기 광의 초점 거리를 변경시키는 단계; 및
상기 이미지 센서를 사용하여 상기 광의 상기 부분을 나타내는 이미지를 캡처하는 단계
를 포함하는, 이미지 캡처 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 운동을 전달하는 것은 상기 구동 부재 및 제 2 광 지향 표면과 접촉하는 레버에 의해 완수되는, 이미지 캡처 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 폴딩된 광학 조립체를 대략적으로 동일한 거리에서 포커싱되게 유지시키는 단계를 더 포함하는, 이미지 캡처 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 선택된 드라이버 조립체에 대한 운동의 양을 결정하고 상기 운동의 양을 상기 선택된 드라이버 조립체에 대해 사용하여 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 나머지 중 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대한 운동을 결정하는 단계를 더 포함하는, 이미지 캡처 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 나머지 중 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대한 운동을 결정하는 단계는, 상기 선택된 드라이버 조립체에 대한 상기 운동의 양에 적어도 부분적으로 기초하는 그리고 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들 간의 관계를 정의하는 하나 이상의 계수들에 적어도 부분적으로 기초하는, 이미지 캡처 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 타겟 이미지 장면의 상기 이미지를 형성하기 위해 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 폴딩된 광학 조립체로부터의 상기 광의 상기 부분을 나타내는 상기 이미지에 대해 스티칭 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는, 이미지 캡처 방법.
명령들을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체로서,
상기 명령들은, 실행되는 경우, 하나 이상의 프로세서들로 하여금,
폴딩된 광학 카메라의 복수의 폴딩된 광학 조립체들이 기판에 장착되어 제 1 평면을 정의하는 그리고 대응하는 복수의 광 폴딩 표면들을 제공하는 구조체 주위에 위치된, 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 폴딩된 광학 조립체에 대해:
원하는 초점 거리에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 기판의 평면에 직교하는 방향에서 액추에이터의 구동 부재의 변위를 계산하는 동작으로서, 상기 구동 부재의 상기 변위는 타겟 이미지 장면의 부분을 나타내는 광을 이미지 센서를 향하여 지향시키도록 위치된 광 지향 표면에 대해 대응하는 변위 량을 유발하도록 계산되는, 상기 계산하는 동작;
상기 구동 부재의 상기 변위을 유발하도록 하는 명령들을 생성시키는 동작; 및
상기 구동 부재에 커플링된 액추에이터에 상기 명령들을 제공하는 동작
을 포함하는 동작들을 하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
제 20 항에 있어서,
상기 동작들은, 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들의 선택된 드라이버 조립체의 상기 구동 부재에 대한 제 1 변위 양을 결정하는 동작을 더 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
제 21 항에 있어서,
상기 동작들은, 상기 제 1 변위 양에 적어도 부분적으로 기초하여 그리고 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들 간의 관계를 정의하는 하나 이상의 계수들에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 복수의 폴딩된 광학 조립체들 중 각각의 다른 조립체의 상기 구동 부재에 대한 조절된 변위 양을 결정하는 동작을 더 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체.
폴딩된 광학 어레이 카메라를 위한 자동초점 모듈로서,
제 1 평면을 정의하는 이미지 센서로서, 타겟 이미지 장면의 적어도 부분을 나타내는 광을 수신하도록 구성되는 상기 이미지 센서;
상기 광을 포커싱하도록 구성되는 렌즈 조립체로서, 광 축을 갖는 상기 렌즈 조립체;
상기 렌즈 조립체로부터 수신된 광을 상기 이미지 센서 상으로 지향시키도록 위치되는 광 지향 표면;
상기 렌즈 조립체의 상기 광 축에 수직인 방향에서의 운동을 위해 위치된 구동 부재를 포함하는 액추에이터; 및
상기 광의 광 경로 길이를 변경하기 위해 상기 광 축에 수직인 방향에서 상기 제 2 광 지향 표면으로 상기 구동 부재의 상기 운동을 전달하는 수단을 포함하는, 자동초점 모듈.
제 23 항에 있어서,
상기 렌즈 조립체는 상기 광 축이 상기 제 1 평면에 실질적으로 평행하게 뻗어 있도록 위치되는, 자동초점 모듈.
제 23 항에 있어서,
상기 구동 부재의 상기 운동을 전달하는 수단은, 상기 구동 부재 및 제 2 광 지향 표면과 접촉하는 레버를 포함하는, 자동초점 모듈.
제 25 항에 있어서,
상기 구동 부재의 상기 운동을 전달하는 수단은, 상기 레버의 제 1 단부에 커플링된 균형추, 상기 구동 부재에 커플링된 상기 레버의 중간 부분 및 상기 제 2 광 지향 표면에 커플링된 상기 레버의 제 2 단부를 더 포함하는, 자동초점 모듈.
제 25 항에 있어서,
상기 구동 부재의 상기 운동을 전달하는 수단은, 상기 레버의 제 1 단부에 커플링된 스터럿, 상기 구동 부재에 커플링된 상기 레버의 중간 부분 및 상기 제 2 광 지향 표면에 커플링된 상기 레버의 제 2 단부를 더 포함하는, 자동초점 모듈.
제 25 항에 있어서,
상기 렌즈 조립체가 추가적인 광 지향 표면과 상기 광 지향 표면 간에 있도록 위치된 상기 추가적인 광 지향 표면을 포함하는 구조체를 더 포함하는, 자동초점 모듈.
제 28 항에 있어서,
상기 레버의 상기 제 2 단부는 스트럿 및 힌지 중 하나 또는 양쪽 모두를 통해 상기 추가적인 광 지향 표면을 포함하는 상기 구조체에 커플링되는, 자동초점 모듈.
제 29 항에 있어서,
복수의 카메라들 중 제 1 카메라를 더 포함하며, 상기 제 1 카메라는 상기 이미지 센서, 상기 렌즈 조립체, 상기 광 지향 표면, 상기 액추에이터, 및 상기 구동 부재의 상기 운동을 전달하는 수단을 포함하는 상기 자동초점 모듈을 포함하는, 자동초점 모듈.