KR20180072078A - A Multiscale imaging system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a camera optical system. More specifically, the present invention relates to an optical manner for generating a high-resolution image using an image sensor array with low-resolution. The present invention can provide a multi-scale imaging system which can be miniaturized, and obtain a gigapixel image. Moreover, the present invention can provide a gigapixel lens system capable of being miniaturized by combining two two-axis driving actuators and a plurality of image sensor arrays.

Description

멀티스케일 이미징 시스템{A Multiscale imaging system}[0002] A multiscale imaging system

본 발명은 카메라 광학 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 해상도가 낮은 이미지 센서 어레이를 사용하여 고해상도의 이미지를 생성하는 광학적인 방식에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a camera optical system, and more particularly, to an optical method for generating a high resolution image using a low resolution image sensor array.

기가픽셀 이미지란 109 개의 픽셀 이상으로 구성된 초고해상도의 디지털 이지를 말한다. Gigapixel image refers to an early resolution of the digital page consisting of nine 10 pixels.

기가픽셀 이미지는 메가픽셀 급의 이미지 센서로부터 얻은 수백에서 수천 장의 요소사진들을 하나의 사진으로 합성하여 만들어진다. Gigapixel images are created by compositing hundreds to thousands of elementary photographs from a megapixel image sensor into a single photograph.

구체적으로는, 메가픽셀 급의 이미지 센서로부터 촬영되는 인접한 요소사진들을 일정부분 서로 중첩시키고 중첩된 영역들을 이어 붙임으로써 전체적으로 거대한 스케일의 픽셀사진이 완성되는 것이다. Concretely, the neighboring element pictures photographed from the megapixel image sensor are superimposed on each other and the superimposed regions are connected to each other, thereby completing a large-scale pixel photograph as a whole.

수백 또는 수천 장의 메가픽셀 급의 요소사진들을 한 장의 기가픽셀 급의 사진으로 변환시키는 과정은 소위 이미지 스티칭(image stitching)이라고 부르는 디지털 합성기술에 의하여 중첩영역을 이음새가 드러나지 않게 합성하여 하나의 이미지로 만들어 내는 공정이다. The process of converting hundreds or even thousands of megapixel element photos into a single gigabyte-class photo is a process of synthesizing overlapping areas in a way that does not reveal the seams by means of so-called image stitching, It is a process to produce.

듀크대의 연구팀은 미국 공개특허 US 2013-2242060호를 통하여 멀티스케일 이미징 시스템을 제안하였다. The Duke team's research team proposed a multi-scale imaging system through US patent publication US 2013-2242060.

이 시스템의 주요 특징으로는 볼모양의 6cm 공심 대물렌즈와 98개의 마이크로스코픽 카메라가 하나의 세트로 구성된다. The main features of this system are a ball-shaped 6cm air-core objective lens and a set of 98 micro-scopic cameras.

이 카메라는 사진을 찍을 때 어느 한 부분에 포커스를 맞출 필요가 없고 전체 장면을 찍은 후, 나중에 특정 부분을 줌인(zoom-in)하여 확대하는 방식이다. This camera does not need to focus on one part when taking a picture, but zooms in on a specific part after taking the whole scene.

줌인으로 확대된 부분은 일반사진과는 달리 픽셀이 깨지지 않고 선명한 화질을 그대로 보여줄 정도로 극도의 해상도를 가지며, 한 번의 촬영으로 전체 이미지를 찍은 다음에 마음대로 줌인하여 원하는 사진영역을 고를 수 있다. Unlike ordinary photographs, the enlarged portion of the zoom-in has an extremely high resolution that does not break a pixel and shows sharp image quality. Once the entire image is taken in one shot, the user can zoom in freely to select a desired image area.

듀크대 기술은 기가픽셀 영상을 획득하기 위해 공심렌즈라는 공통의 렌즈를 사용하여 시야각(Field of view; FOV)을 분할시키며, 분할된 시야각은 인접한 마이크로스코픽카메라에서 서로 중첩적으로 20~30 퍼센트 정도 공유되면서 개개의 요소 영상이 만들어진다. Duke technology divides the field of view (FOV) using a common lens called an air-core lens to obtain gigapixel images, and the divided viewing angles are shared by adjacent micro-scopic cameras by 20 to 30 percent As a result, an individual element image is created.

결국, 메가픽셀 급의 마이크로스코픽카메라에서 얻어진 요소 영상들은 인접한 영상들끼리 서로 합성되어 하나의 거대한 스케일의 기가픽셀 영상으로 재탄생하게 된다. As a result, the elemental images obtained from the megapixel-level micro-scopic camera are synthesized with each other and re-created as one gigantic pixel image.

듀크대 기술은 세계최초로 공심의 대물렌즈와 98개의 마이크로스코픽카메라 렌즈를 사용하여 기가픽셀의 렌즈시스템을 구성하였고, 이로부터 1.2 기가픽셀 영상을 획득하였다. The Duke technology was the world's first to construct a gigapixel lens system using an objective lens of eccentricity and 98 microscopic camera lenses, from which 1.2 gigapixel images were acquired.

듀크대 기술은 렌즈만을 사용하는 순수한 광학방식이라는 점이 특징이 될 수 있으나, 이 기술은 98개의 마이크로스코픽카메라를 사용해야 하기 때문에 전체 카메라시스템의 부피는 크질 수밖에 없다는 단점이 발생한다. 결과적으로 전체 카메라시스템의 부피는 소형냉장고 크기가 되고 무게도 매우 무거운 45kg에 육박하게 된다. Dukes technology can be characterized as pure optical system using only lenses, but the disadvantage of this technology is that it requires the use of 98 micro-scopic cameras, which means that the volume of the entire camera system is inevitably large. As a result, the volume of the entire camera system is close to 45 kg, which is the size of a small refrigerator and the weight is very heavy.

그러므로 이러한 방식으로 수 기가픽셀의 영상을 획득하기 위해서는 98개보다 훨씬 더 많은 수백 개의 마이크로스코픽 카메라가 요구되기 때문에 체적도 소형냉장고의 몇 배가 될 수밖에 없다. Therefore, in order to acquire images of several gigabytes of pixels in this way, the volume is also several times smaller than that of a miniature refrigerator, as hundreds of microscopic cameras are required, far more than 98.

듀크대 기술은 세계최초라는 상징적인 면에서는 큰 의의를 가지게 되겠지만 실용성과 경제적인 측면에서는 많은 한계를 가지고 있다. The Duke University technology will have great significance in the symbolic aspect of being the first in the world, but it has many limitations in terms of practicality and economics.

따라서 경제적이며 작은 부피를 제공할 수 있는 기가픽셀 영상장치가 요구된다. Therefore, there is a need for a gigapixel imaging device that is economical and capable of providing a small volume.

한국등록특허 제10-1402449호Korean Patent No. 10-1402449 한국공개특허 제10-2013-7006685호Korean Patent Publication No. 10-2013-7006685 한국공개특허 제10-2013-0141462호Korean Patent Publication No. 10-2013-0141462

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형화가 가능하면서 기가픽셀 영상을 얻을 수 있는 멀티스케일 이미징 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a multi-scale imaging system capable of miniaturization and gigapixel imaging.

또한 본 발명은 2개의 2축 구동 엑츄에이터(actuator) 및 복수의 이미지 센서 어레이를 조합하여 소형화가 가능한 기가픽셀 렌즈 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a gigapixel lens system capable of downsizing by combining two biaxial driving actuators and a plurality of image sensor arrays.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 제2 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 메인 2-자유도 미러; 상기 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 보조 2-자유도 미러; 및 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상하는 이미지 센서 어레이를 포함하는 멀티스케일 이미징 시스템을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus comprising: a first lens that emits light incident from an image pickup object on an object plane; A second lens for converging or diverging light incident from the first lens and converting the object of the object plane into an entire image of the first image plane; A third lens disposed at a distance from the first central axis of the first lens and the second lens and having a second central axis; A first lens disposed in the first image plane at a first central axis of the first lens and a second lens and dividing the entire image of the first image plane into a plurality of divided images in the form of a matrix, A main two-degree-of-freedom mirror for selecting and reflecting; A second two-degree-of-freedom mirror disposed at a second central axis of the third lens and providing a divided image reflected by the main two-degree-of-freedom mirror as a center thereof to the third lens; And an image sensor array for picking up an enlarged divided image generated by enlarging the divided image reflected by the main 2-degree of freedom mirror and the auxiliary 2-degree of freedom mirror onto a second image plane of the third lens, Thereby providing an imaging system.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서 어레이는 복수 개이고, 상기 이미지 센서 어레이는 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에서 배치되고, 상기 분할 이미지를 스캐닝함에 따라, 상기 확대 분할이미지는 순차적으로 상기 이미지 센서 어레이에 촬상되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the image sensor array is arranged in a second image plane of the third lens, and the scanning of the divided image causes the enlarged divided image to be sequentially And is imaged onto the image sensor array.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 2-자유도 미러와 상기 보조 2-자유도 미러 사이에 구경조리개가 배치되는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, an aperture diaphragm is disposed between the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제3 렌즈는 망원렌즈 형의 확대렌즈모듈인 것을 특징으로 한다. In an embodiment of the present invention, the third lens is a zoom lens module of a telephoto lens type.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보조 2-자유도 미러를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시키는 선형 운동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present invention, there is further provided a linear motion part for moving the auxiliary two-degree-of-freedom mirror in the second central axis direction.

또한 본 발명은 제1 렌즈를 이용하여 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 단계; 제2 렌즈를 이용하여 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 단계; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치된 메인 2-자유도 미러를 이용하여 상기 제1 이미지 평면의 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 단계; 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치된 보조 2-자유도 미러를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심에서 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 단계; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할이미지를 생성하는 단계; 및 이미지 센서 어레이를 이용하여 상기 확대 분할이미지를 촬상하는 단계를 포함하는 멀티스케일 이미징 시스템을 사용한 촬상 방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of imaging an object, comprising: emitting light incident from an object to be imaged on an object plane using a first lens; Converging or diverging light incident from the first lens using a second lens and converting the object of the object plane into an entire image of the first image plane; Dividing an entire image of the first image plane into a plurality of divided images in a matrix form using a main 2-DOF mirror disposed in the first image plane at a first central axis of the first lens and a second lens Selecting one of the divided images and reflecting the same; Providing a segmented image reflected at the main 2-DOF mirror at the center thereof to the third lens using an auxiliary 2-DOF mirror disposed on a second central axis of the third lens; Degree mirror and the auxiliary two-degree-of-freedom mirror using a third lens disposed apart from the first central axis of the first lens and the second lens and having a second central axis, Enlarging the second image plane of the third lens to produce an enlarged divided image; And imaging the enlarged divided image using an image sensor array.

본 발명은 소형화가 가능하면서 기가픽셀 영상을 얻을 수 있는 멀티스케일 이미징 시스템을 제공할 수 있다. The present invention can provide a multi-scale imaging system capable of miniaturization and obtaining a gigapixel image.

또한 본 발명은 2개의 2축 구동 엑츄에이터(actuator) 및 복수의 이미지 센서 어레이를 조합하여 소형화가 가능한 기가픽셀 렌즈 시스템을 제공할 수 있다. Further, the present invention can provide a gigapixel lens system capable of miniaturization by combining two biaxial driving actuators and a plurality of image sensor arrays.

도 1은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 나타낸다.
도 2는 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 나타낸다.
도 3은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
Fig. 1 shows a retrofocus type lens system composed of a lens having a negative refracting power and a positive refracting power.
Fig. 2 shows a retrofocus type lens system composed of a lens having a negative refracting power and a positive refracting power.
Fig. 3 shows a retrofocus type lens system composed of a lens having a negative refracting power and a positive refracting power.
4 illustrates a multi-scale imaging system in accordance with an embodiment of the present invention.
5 illustrates a multi-scale imaging system in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a multi-scale imaging system in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 7 illustrates a multi-scale imaging system in accordance with an embodiment of the present invention.

이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다. Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. It is to be understood that the terminology, examples and the like used in the present invention are merely illustrative of the present invention in order to more clearly explain the present invention and to facilitate understanding of the ordinary artisan, and should not be construed as being limited thereto.

본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.Technical terms and scientific terms used in the present invention mean what the person skilled in the art would normally understand unless otherwise defined.

도 1은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형(Retro Focus type) 렌즈 시스템을 나타낸다. Figure 1 shows a Retro Focus type lens system composed of lenses of negative refracting power and positive refracting power.

도면에서 β는 반시야각(Half Field of View, HFOV)을 의미하며, H1, H1’은 제1 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타내고, H2, H2’은 제2 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타낸다. H’은 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함한 전체 렌즈 시스템의 제2 주요점을 나타내고, EFL 및 BFL은 전체 렌즈 시스템의 유효초점거리(Effective Focal Length) 및 후초점거리(Back Focal Length)를 각각 의미한다. In the drawings, β denotes a half field of view (HFOV), H 1 and H 1 'represent a first principal point and a second principal point of the first lens, and H 2 and H 2 ' And represents the first principal point and the second principal point of the lens. H 'denotes the second principal point of the entire lens system including the first lens and the second lens, and EFL and BFL represent the effective focal length and back focal length of the entire lens system, respectively it means.

상면은 렌즈로부터 충분히 멀리 떨어져 있어, 상면의 크기는 매우 클 수 있으며, 후초점거리가 클수록 상면의 크기는 더욱 커진다. The top surface is far enough away from the lens, the size of the top surface can be very large, and the larger the back focal length, the larger the size of the top surface.

상기 리트로 포커스형 렌즈는 음의 굴절능과 양의 굴절능으로 구성되어 있지만, 전체 렌즈 시스템의 총 굴절능은 양의 굴절능을 가진다. Although the retrofocus type lens is composed of a negative refracting power and a positive refracting power, the total refracting power of the entire lens system has a positive refracting power.

상기 제1 렌즈는 오목렌즈이며, 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키며 오목렌즈의 전면에 허상을 생성한다. 상기 오목렌즈는 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. The first lens is a concave lens and emits light incident from an object to be imaged on the object plane, and creates a virtual image on the entire surface of the concave lens. The concave lens may be composed of one or more lenses.

제2 렌즈는 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 제2 렌즈는 볼록렌즈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. The second lens may converge or diverge light incident from the first lens, and the second lens may be composed of a plurality of lenses or more as a convex lens.

이미지 센서 어레이는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 통하여 상면에 생성된 이미지를 촬상한다. The image sensor array picks up an image generated on the upper surface through the first lens and the second lens.

고해상도의 이미지를 얻기 위해서는 상기 상면에 고해상도의 이미지 센서 어레이를 배치할 수 있으나, 이를 구현하는 것은 물리적으로 한계가 있다. 또한 이미지 센서 어레이의 전체 크기를 키우는 것도 한계가 있다. In order to obtain a high-resolution image, a high-resolution image sensor array can be disposed on the top surface, but it is physically limited to implement the image sensor array. There is also a limitation in increasing the overall size of the image sensor array.

따라서 상기 방법으로는 고해상도의 이미지를 얻을 수 없으며, 고해상도를 구현하기 위해서는 카메라의 부피를 크게 하거나 두께를 두껍게 할 수 밖에 없다. Therefore, in the above method, it is impossible to obtain a high-resolution image. In order to realize a high resolution, it is necessary to increase the volume of the camera or increase the thickness.

도 2는 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형(Retro Focus type) 렌즈 시스템을 나타낸다. Fig. 2 shows a Retro Focus type lens system composed of lenses having a negative refracting power and a positive refracting power.

도면에서 β는 반시야각(Half Field of View, HFOV)을 의미하며, H1, H1’은 제1 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타내고, H2, H2’은 제2 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타낸다. H’은 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함한 전체 렌즈 시스템의 제2 주요점을 나타내고, EFL 및 BFL은 전체 렌즈 시스템의 유효초점거리(Effective Focal Length) 및 후초점거리(Back Focal Length)를 각각 의미한다. In the drawings, β denotes a half field of view (HFOV), H 1 and H 1 'represent a first principal point and a second principal point of the first lens, and H 2 and H 2 ' And represents the first principal point and the second principal point of the lens. H 'denotes the second principal point of the entire lens system including the first lens and the second lens, and EFL and BFL represent the effective focal length and back focal length of the entire lens system, respectively it means.

도 2는 도 1과 달리 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함한 전체 렌즈 시스템이 음의 굴절능을 가지기 때문에, 실상이 아닌 허상을 형성한다. 2, unlike FIG. 1, the entire lens system including the first lens and the second lens has a negative refracting power, and thus forms a virtual image that is not a real image.

도 1에서 살핀 바와 같이, 상면은 렌즈로부터 충분히 멀리 떨어져 있어, 상면의 크기는 매우 클 수 있으며, 후초점거리가 클수록 상면의 크기는 더욱 커진다. As seen in Fig. 1, the upper surface is far enough away from the lens, and the size of the upper surface can be very large, and the larger the focal length is, the larger the size of the upper surface becomes.

상기 제1 렌즈는 오목렌즈로서 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키며, 상기 오목렌즈는 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. The first lens is a concave lens that emits light incident from an object to be imaged on an object plane, and the concave lens may be composed of a plurality of lenses or more.

제2 렌즈는 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 제2 렌즈는 볼록렌즈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. The second lens may converge or diverge light incident from the first lens, and the second lens may be composed of a plurality of lenses or more as a convex lens.

도 3은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형(Retro Focus type) 렌즈 시스템을 나타낸다. FIG. 3 shows a Retro Focus type lens system composed of lenses having a negative refracting power and a positive refracting power.

도면에서 H1, H1’은 제1 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타내고, H2, H2’은 제2 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타낸다. In the figure, H 1 and H 1 'represent a first principal point and a second principal point of the first lens, and H 2 and H 2 ' represent a first principal point and a second principal point of the second lens.

제2 렌즈의 전면에는 구경조리개(stop)가 설치되며, 구경조리개 근처에 반사 미러를 배치하면 반사 미러의 크기를 최소화할 수 있으며, 부피나 두께의 증가 없이 고해상도의 이미지를 얻을 수 있다. A diameter stop is provided on the front surface of the second lens. By arranging the reflection mirror near the aperture stop, the size of the reflection mirror can be minimized, and a high resolution image can be obtained without increasing the volume or thickness.

점선의 박스는 반사 미러를 효과적으로 배치할 수 있는 위치를 의미하며, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 상면에 다수의 분할 이미지가 생성된다. A box with a dotted line indicates a position where the reflection mirror can be effectively disposed, and a plurality of divided images are generated on the upper surface of the first lens and the second lens.

도 4는 제1 렌즈와 제2 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 도입한 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다. 4 shows a multi-scale imaging system according to an embodiment of the present invention incorporating a retrofocus type lens system composed of a first lens and a second lens.

본 발명의 멀티스케일 이미징 시스템은 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 제2 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 메인 2-자유도 미러; 상기 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 보조 2-자유도 미러; 및 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상하는 이미지 센서 어레이를 포함한다. A multi-scale imaging system of the present invention includes a first lens that emits light incident from an object to be imaged on an object plane; A second lens for converging or diverging light incident from the first lens and converting the object of the object plane into an entire image of the first image plane; A third lens disposed at a distance from the first central axis of the first lens and the second lens and having a second central axis; A first lens disposed in the first image plane at a first central axis of the first lens and a second lens and dividing the entire image of the first image plane into a plurality of divided images in the form of a matrix, A main two-degree-of-freedom mirror for selecting and reflecting; A second two-degree-of-freedom mirror disposed at a second central axis of the third lens and providing a divided image reflected by the main two-degree-of-freedom mirror as a center thereof to the third lens; And an image sensor array for picking up an enlarged divided image generated by enlarging the split image, which is reflected by the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror, onto a second image plane of the third lens.

메인 2-자유도 미러와 보조 2-자유도 미러 사이에 구경조리개가 배치될 수 있다. An aperture diaphragm can be placed between the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror.

물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛은 상기 메인 2-자유도 미러 및 보조 2-자유도 미러에서 반사된 후, 확대렌즈모듈인 제3 렌즈의 좌측편에 상면이 형성되며, 상기 상면은 메인 2-자유도 미러와 보조 2-자유도 미러에 의하여 각각의 분할 이미지로 분할될 수 있다. The light incident from the object to be imaged on the object plane is reflected on the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror, and thereafter the image plane is formed on the left side of the third lens as the magnification lens module. - The degree of freedom can be divided into individual split images by a mirror and an auxiliary 2-degree-of-freedom mirror.

상기 제3 렌즈는 망원렌즈 형의 확대렌즈모듈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. The third lens may be an enlarged lens module of a telephoto lens type, and may comprise a plurality of lenses or more.

분할된 각각의 분할 이미지들은 확대렌즈인 제3 렌즈에 의하여, 제3 렌즈의 물체와 상거리인 L3 및 L3’의 비에 따라 확대된다. 즉, 확대배율(MT)은 L3’/L3 로 주어진다. Each of the divided divided images is enlarged by the third lens, which is an enlargement lens, according to the ratio of L 3 and L 3 ', which are the distances from the object of the third lens, to the third lens. That is, the enlargement magnification (M T ) is given by L 3 '/ L 3 .

상기 멀티스케일 이미징 시스템은 오목렌즈와 볼록렌즈를 사용하여 고해상도 영상을 얻을 수 있다. 이러한 시스템은 부피가 작고 얇은 두께에서 적용 가능한 고해상도의 휴대폰 카메라, 보안 카메라 또는 군사용 카메라로 활용될 수 있다. The multi-scale imaging system can obtain a high-resolution image using a concave lens and a convex lens. Such a system can be utilized as a high resolution cellular phone camera, a security camera, or a military camera, which is applicable in a small volume and at a thin thickness.

상기 제1 렌즈는 오목렌즈이며, 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키며 오목렌즈의 전면에 허상을 생성한다. 상기 오목렌즈는 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. The first lens is a concave lens and emits light incident from an object to be imaged on the object plane, and creates a virtual image on the entire surface of the concave lens. The concave lens may be composed of one or more lenses.

상기 제2 렌즈는 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 제2 렌즈는 볼록렌즈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. The second lens may converge or diverge the light incident from the first lens, and the second lens may be composed of a plurality of lenses or more as a convex lens.

상기 제2 렌즈는 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환한다. The second lens converts an object of the object plane into an entire image of the first image plane.

상기 제3 렌즈는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가진다. 상기 제3 렌즈는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할 이미지를 생성한다. The third lens is disposed apart from the first central axis of the first lens and the second lens and has a second central axis. And the third lens expands the split image, which is reflected by the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror, onto the second image plane of the third lens to produce an enlarged split image.

상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 제1 중심축을 가지고, 제3 렌즈는 제2 중심축을 가지며, 상기 제1 중심축과 제2 중심축은 일직선에 배치될 수 있다. The first lens and the second lens have a first central axis, the third lens has a second central axis, and the first central axis and the second central axis can be arranged in a straight line.

상기 메인 2-자유도 미러는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시킨다. Wherein the main two-degree-of-freedom mirror is disposed in the first image plane at a first central axis of the first lens and the second lens, and divides the entire image of the first image plane into a plurality of divided images in a matrix form And selects one of the divided images to reflect it.

상기 보조 2-자유도 미러는 상기 제3 렌즈의 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공한다. The auxiliary two-degree-of-freedom mirror is disposed at the central axis of the third lens and provides a divided image reflected by the main two-degree-of-freedom mirror as a center thereof to the third lens.

이미지 센서 어레이는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상한다. The image sensor array captures an enlarged divided image generated by enlarging the split image reflected by the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror on the second image plane.

상기 제1 이미지 평면의 전체 이미지를 메가픽셀 수준의 이미지 센서로 촬상하는 경우, 영상 해상도는 낮다. 따라서 메가픽셀 수준의 이미지 센서로 고해상도의 영상을 얻기 위해서는, 각각의 분할 이미지를 확대하여 메가픽셀 수준의 이미지 센서로 차례대로 촬상할 필요가 있다. When imaging the entire image of the first image plane with a megapixel level image sensor, the image resolution is low. Therefore, in order to obtain a high-resolution image with a megapixel level image sensor, it is necessary to enlarge each divided image and sequentially capture images with a megapixel level image sensor.

복수의 이미지 센서 어레이는 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 이미지 센서 어레이는 스캐닝 순서에 따라 차례로 촬상할 수 있으며, 상기 분할 이미지를 스캐닝함에 따라, 상기 확대 분할이미지는 순차적으로 상기 이미지 센서 어레이에 촬상된다. The plurality of image sensor arrays may be arranged in a matrix form in a second image plane of the third lens. The image sensor array can be sequentially picked up in accordance with the scanning order, and the enlarged divided image is sequentially picked up by the image sensor array as the divided image is scanned.

본 발명은 전체 이미지를 한꺼번에 촬상하는 것이 아니고, 각각의 분할 이미지를 메인 2-자유도 미러 및 보조 2-자유도 미러를 통하여 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상한 후, 이를 중첩하여 고해상도의 이미지를 얻는다. The present invention does not capture the entire images at once but captures an enlarged divided image generated by enlarging each divided image on the second image plane through the main two-degree of freedom mirror and the auxiliary two-degree of freedom mirror, Superimposed to obtain a high-resolution image.

즉, 메가픽셀 급의 이미지 센서에서 촬상된 각각의 분할 이미지들은 이미지 스티칭이라는 영상합성기법에 의해 다시 하나의 영상으로 합성되어 기가픽셀영상이 된다. That is, each divided image imaged by a megapixel image sensor is synthesized into a single image by the image synthesis technique called image stitching, and becomes a gigapixel image.

또한 본 발명은 제2 렌즈 및 제3 렌즈 사이에 2개의 미러를 상하로 배치함으로써 시스템의 부피나 두께를 크게 증가시키지 않더라도 고해상도의 이미지를 얻을 수 있다. Further, according to the present invention, by arranging the two mirrors vertically between the second lens and the third lens, a high-resolution image can be obtained without greatly increasing the volume or thickness of the system.

따라서 본 발명은 메가픽셀 급의 이미지 센서를 사용하더라도 부피나 두께의 증가 없이 고해상도의 이미지를 쉽게 얻을 수 있다.   Therefore, even if a megapixel image sensor is used, high resolution images can be easily obtained without increasing volume or thickness.

도 5는 도 4에 제시된 망원렌즈형의 확대렌즈모듈인 제3 렌즈를 예시하고 있다. Fig. 5 illustrates a third lens which is a magnifying lens module of the telephoto lens type shown in Fig.

상기 제3 렌즈는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가진다. 상기 제3 렌즈는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할 이미지를 생성한다. The third lens is disposed apart from the first central axis of the first lens and the second lens and has a second central axis. And the third lens expands the split image, which is reflected by the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror, onto the second image plane of the third lens to produce an enlarged split image.

상기 제3 렌즈는 망원렌즈형의 확대렌즈모듈로서 하나 이상의 볼록렌즈 및 하나 이상의 오목렌즈를 포함할 수 있으며, 제3 렌즈의 제1 주요면은 렌즈 밖에 위치할 수 있다. The third lens may include at least one convex lens and at least one concave lens as the magnifying lens module of the telephoto lens type, and the first principal surface of the third lens may be located outside the lens.

도 6 및 7은 본 발명의 멀티스케일 이미징 시스템으로서, 제2 렌즈(110) 이후의 이미지 생성 과정을 구체적으로 나타낸다. FIGS. 6 and 7 illustrate a multi-scale imaging system of the present invention, specifically illustrating an image generation process after the second lens 110. FIG.

제2 렌즈(110)의 중심을 통과한 제1 내지 제3 주광선(a,b,c)은 제1 이미지 평면에서 각각 주광선 점을 형성한다. 전체 이미지는 상기 주광선 점을 기준으로 동일한 크기의 분할 이미지들로 분할될 수 있다. The first to third principal rays (a, b, c) passing through the center of the second lens 110 form a principal ray spot in the first image plane, respectively. The entire image can be divided into divided images of the same size based on the principal ray point.

메인 2-자유도 미러(120)는 상기 제2 렌즈(110)의 제1 중심축에서 제1 이미지 평면에 배치된다. 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 제1 중심축에 대하여 비스듬하게 배치되고, 배치 평면(x′y′ 평면) 내에서 수직한 한 쌍의 좌표축(x′축과 y′축)을 기준으로 회전하여 기울기를 제공할 수 있다. 이에 따라, 선택된 하나의 분할 이미지(2b)는 상기 메인 2-자유도 미러(120)에 의하여 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달된다. The main 2-DOF mirror 120 is disposed in the first image plane at the first central axis of the second lens 110. The main two-degree-of-freedom mirror 120 is arranged obliquely with respect to the first central axis, and a pair of coordinate axes (x 'axis and y' axis) perpendicular to the arrangement plane (x'y 'plane) To provide a tilt. Accordingly, the selected one divided image 2b is transmitted to the center of the auxiliary two-degree of freedom mirror 130 by the main two-degree of freedom mirror 120. [

선택되지 않은 분할 이미지(a,c)는 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달되지 못한다. 따라서 상기 제3 렌즈(140)에 의하여 확대되어 확대 분할 이미지를 형성하지 못한다. The unselected divided images a and c are not transmitted to the center of the auxiliary two-degree-of-freedom mirror 130. Therefore, the enlarged divided image can not be formed by the third lens 140.

상기 보조 2-자유도 미러(130)는 x축 방향으로 상기 메인 2-자유도 미러(120)와 정렬될 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 제3 렌즈(140)의 제2 중심축에 배치될 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 전달된 분할 이미지(2b)를 상기 제3 렌즈(140)에 전달하기 위하여 상기 제3 렌즈(140)의 제2 중심축 상의 왼쪽에 가상 분할 이미지(2b′)를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 그 배치평면(x″y″평면) 내에서 수직한 한 쌍의 좌표축(x″축과 y″축)을 기준으로 회전하여 기울기를 제공할 수 있다. The auxiliary 2-DOF mirror 130 may be aligned with the main 2-DOF mirror 120 in the x-axis direction. The auxiliary two-degree-of-freedom mirror 130 may be disposed on the second central axis of the third lens 140. The auxiliary two-degree-of-freedom mirror 130 is arranged on the left side of the second center axis of the third lens 140 to transmit the transmitted divided image 2b to the third lens 140, '). To this end, the secondary two-degree of freedom mirror 130 rotates about a pair of coordinate axes (x "and y" axes) perpendicular to its plane of placement (x "y" .

상기 가상 분할 이미지(2b′)는 상기 제3 렌즈(140)의 가상 물체평면에 배치되고, 상기 제3 렌즈(140)의 촬상 대상으로 기능할 수 있다. The virtual divided image 2b 'is disposed on a virtual object plane of the third lens 140 and can function as an object to be imaged by the third lens 140. [

상기 제2 렌즈(110)의 제1 중심축을 지나는 주광선(b)의 경우, 주광선(b)을 기준으로 하는 분할 이미지(2b)는 상기 보조 2-자유도 미러(120)에 의하여 가상 분할 이미지(2b′)로 전달된다. 상기 가상 분할 이미지(2b′)는 상기 제3 렌즈(140)에 의하여 확대 분할 이미지(3b)로 전달된다. In the case of the principal ray (b) passing through the first central axis of the second lens 110, the divided image 2b based on the principal ray b is divided by the auxiliary divided- 2b '. The virtual divided image 2b 'is transmitted to the enlarged divided image 3b by the third lens 140. [

상기 메인 2-자유도 미러(120)의 중심에서 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심까지의 거리는 MD 이다. 또한, 가상 분할 이미지(2b′)와 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심까지의 거리도 MD 이다. The distance from the center of the main 2-DOF mirror 120 to the center of the auxiliary 2-DOF mirror 130 is MD. Also, the distance from the virtual divided image 2b 'to the center of the auxiliary 2-DOF mirror 130 is also MD.

상기 제2 렌즈(110)는 단일 렌즈 또는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 상기 제2 렌즈(110)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈(110)는 그 중심을 관통하는 제1 중심축을 가진다. The second lens 110 may be a single lens or a plurality of lenses. The second lens 110 may include a convex lens. The second lens 110 has a first central axis passing through the center thereof.

상기 제2 렌즈(110)의 중심을 지나는 주광선은 상기 제2 렌즈의 제1 이미지 평면에서 매트릭스 형태의 주광선 점을 형성한다. 시야각의 범위 내에 주광선 점들의 집합은 전체 이미지를 형성한다. A principal ray passing through the center of the second lens 110 forms a principal ray spot in the form of a matrix in the first image plane of the second lens. The set of principal ray points within the range of viewing angles form the entire image.

상기 전체 이미지를 메가 픽셀 수준의 이미지센서로 촬상하는 경우, When the whole image is imaged by a megapixel level image sensor,

영상 해상도는 낮다. 따라서 메가 픽셀 수준의 이미지센서로 고해상도의 영상을 얻기 위해서는, 각각의 분할 이미지를 확대하여 메가 픽셀 수준의 이미지센서에 차례대로 촬상할 필요가 있다. 각각의 분할 이미지를 새로운 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면에 확대하여 전달하기 위하여, 광전달 구조가 요구된다. 이를 위하여, 한 쌍의 2-자유도 미러가 사용될 수 있다.Video resolution is low. Therefore, in order to obtain a high-resolution image with a megapixel level image sensor, it is necessary to enlarge each divided image and sequentially capture images on a megapixel level image sensor. In order to enlarge and deliver each split image to the second image plane of the new third lens 140, a light transmission structure is required. To this end, a pair of 2-DOF mirrors may be used.

상기 제3 렌즈(140)는 상기 메인 2-자유도 미러(120) 및 상기 보조 2-자유도 미러(130)가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할 이미지를 생성한다. The third lens 140 enlarges the divided image reflected by the main 2-DOF mirror 120 and the auxiliary 2-DOF mirror 130 onto the second image plane of the third lens 140 Thereby generating an enlarged divided image.

제3 렌즈(140)는 상기 제2 렌즈(110)의 분할 이미지(2b)를 가상 물체 이미지로 취급하여 확대 분할 이미지(3b)를 생성할 수 있다. 여기서, 상기 가상 물체 이미지는 가상 분할 이미지 2b′이다. 상기 제2 렌즈(110)의 제1 중심축과 상기 제3 렌즈(140)의 상기 제2 중심축은 서로 평행할 수 있다. The third lens 140 can treat the divided image 2b of the second lens 110 as a virtual object image to generate the enlarged divided image 3b. Here, the virtual object image is a virtual divided image 2b '. The first central axis of the second lens 110 and the second central axis of the third lens 140 may be parallel to each other.

상기 메인 2-자유도 미러(120)는 상기 메인 2-자유도 미러의 배치평면에서 서로 수직한 2개의 축에 대하여 독립적으로 회전할 수 있다. 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 각각의 분할 이미지를 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달하는 기능을 수행한다. 따라서 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 그 배치 평면 내의 수직한 두 개의 수직한 축(x′, y′)을 기준으로 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 선택된 분할 이미지를 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달할 수 있다. 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 기울기를 제공하는 메인 2-자유도 미러 구동부(122)를 포함할 수 있다. The main 2-DOF mirror 120 can independently rotate about two axes perpendicular to each other in the arrangement plane of the main 2-DOF mirror. The main 2-DOF mirror 120 transmits each divided image to the center of the auxiliary 2-DOF mirror 130. Thus, the main two-degree-of-freedom mirror 120 can rotate based on two vertical axes (x ', y') perpendicular to the plane of its arrangement. Thus, the main 2-DOF mirror 120 can transmit the selected split image to the center of the auxiliary 2-DOF mirror 130. [ The main 2-DOF mirror 120 may include a main 2-DOF mirror driver 122 that provides a tilt.

상기 보조 2-자유도 미러(130)는 상기 보조 2-자유도 미러의 배치 평면에서 서로 수직한 2개의 축에 대하여 독립적으로 회전될 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러의 중심으로 전달된 분할 이미지는 상기 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면으로 전달되어야 한다. 이를 위하여, 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 그 배치 평면 내에서 수직한 두 개의 축(x″, y″)을 기준으로 회전할 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 기울기를 조절할 수 있는 보조 2-자유도 미러 구동부(132)를 포함할 수 있다. The auxiliary two-degree of freedom mirror 130 can be independently rotated about two axes perpendicular to each other in the arrangement plane of the auxiliary two-degree of freedom mirror. The split image transmitted to the center of the auxiliary 2-DOF mirror must be transmitted to the second image plane of the third lens 140. For this purpose, the auxiliary two-degree-of-freedom mirror 130 may rotate about two vertical axes (x ", y ") in its arrangement plane. The auxiliary 2-DOF mirror 130 may include an auxiliary 2-DOF mirror driver 132 capable of adjusting the tilt.

상기 보조 2-자유도 미러(130)가 상기 분할 이미지(또는 가상 분할 이미지)를 그 기울기만을 조절하여 제2 이미지 평면에 전달하는 경우, 상기 제3 렌즈(140)와 가상 분할 이미지(2b′) 사이의 물체 거리가 분할 이미지마다 다를 수 있다. 모든 분할 이미지에 대하여, 동일한 물체 거리를 확보하기 위하여, 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 제3 렌즈의 제2 중심축 방향으로 선형 운동할 수 있다. When the auxiliary two-degree-of-freedom mirror 130 adjusts the slice of the divided image (or the virtual divided image) to transfer the divided image to the second image plane, the third lens 140 and the virtual divided image 2b ' The object distance may be different for each divided image. For all the divided images, the auxiliary 2-DOF mirror 130 can linearly move in the second central axis direction of the third lens so as to secure the same object distance.

선형 운동부(134)는 상기 보조 2-자유도 미러(130)를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 선형 운동부(134)는 분할 이미지 별로 기하학적 구조에 의하여 계산된 거리를 이동시킬 수 있다. 빠른 스캐닝을 위하여, 상기 선형 운동부(134)는 고속의 보이스-코일 모터(voice coil motor) 등을 사용하여 고속 동작을 수행할 수 있다. The linear motion unit 134 can move the auxiliary two-degree of freedom mirror 130 in the second central axis direction. The linear motion unit 134 may move the distance calculated by the geometric structure for each divided image. For fast scanning, the linear motion unit 134 can perform a high-speed operation using a high-speed voice-coil motor or the like.

조리개(142)는 상기 보조 2-자유도 미러(130)와 상기 제3 렌즈(140) 사이에 배치되고, 이웃한 분할 이미지들은 상기 조리개(142)에 의하여 서로 중첩되는 영역을 가질 수 있다. 상기 조리개(142)는 개구부의 크기를 조절할 수 있다. A diaphragm 142 is disposed between the auxiliary two-degree-of-freedom mirror 130 and the third lens 140, and neighboring divided images may have areas overlapping each other by the diaphragm 142. The diaphragm 142 can adjust the size of the opening.

이미지 센서 어레이(150)는 상기 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면에 배치되어 상기 확대 분할 이미지(3b)를 촬상한다. 상기 이미지 센서 어레이(150)는 메가 픽셀급의 2차원 이미지 센서일 수 있다. The image sensor array 150 is disposed in the second image plane of the third lens 140 to capture the enlarged divided image 3b. The image sensor array 150 may be a megapixel-level two-dimensional image sensor.

메가픽셀 급의 이미지 센서에서 촬상된 각각의 분할 이미지들은 이미지 스티칭이라는 영상합성기법에 의해 다시 하나의 영상으로 합성되어 기가픽셀영상이 된다. 그런데, 여기서 개개의 분할 이미지들이 상호 스티칭 되기 위해 인접한 분할 상들끼리 보통 10~30 퍼센트 정도 중첩되는 영역을 가진다. Each divided image captured by a mega pixel class image sensor is synthesized into one image again by image synthesis technique called image stitching, and becomes a gigapixel image. Here, in order to stitch each of the divided images into one another, adjacent divided images usually have an overlapping area of 10 to 30 percent.

처리부(160)는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러를 제어할 수 있다. 또한, 상기 처리부(160)는 각각의 분할 이미지들을 이미지 스티칭이라는 영상합성기법에 의해 다시 하나의 영상으로 합성할 수 있다. The processing unit 160 may control the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror. In addition, the processing unit 160 may combine the divided images into one image again by an image synthesis technique called image stitching.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 보조 2-자유도 미러(130)를 제2 중심축 방향으로 이동시키는 대신에 상기 이미지 센서 어레이(150)가 제2 중심축 방향으로 이동할 수 있다. 2차원 이미지센서 어레이(150)의 위치를 변경하기 위하여, 센서 선형 운동부는 2차원 이미지센서 어레이(150)를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시킬 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, instead of moving the auxiliary two-degree of freedom mirror 130 in the second central axis direction, the image sensor array 150 can move in the second central axis direction. In order to change the position of the two-dimensional image sensor array 150, the sensor linear motion part may move the two-dimensional image sensor array 150 in the second central axis direction.

상기 센서 선형 운동부는 분할 이미지 별로 기하학적 구조에 의하여 계산된 거리를 이동시킬 수 있다. 빠른 스캐닝을 위하여, 상기 센서 선형 운동부는 고속의 보이스-코일 모터(voice coil motor) 등을 사용하여 고속 동작을 수행할 수 있다. The sensor linear motion unit can move the distance calculated by the geometric structure for each divided image. For fast scanning, the sensor linear motion unit can perform high-speed operation using a high-speed voice coil motor or the like.

110: 제2 렌즈 120: 메인 2-자유도 미러
122: 메인 2-자유도 미러 구동부 130: 보조 2-자유도 미러
132: 보조 2-자유도 미러 구동부 134: 선형 운동부
140: 제3 렌즈 142: 조리개
150: 이미지 센서 어레이 160: 처리부 110: second lens 120: main 2-
122: main 2-degree of freedom mirror driver 130: auxiliary 2-degree of freedom mirror
132: auxiliary two-degree-of-freedom mirror driver 134:
140: Third lens 142: Aperture
150: image sensor array 160:

Claims (6)

물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 제1 렌즈;
상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 제2 렌즈;
상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈;
상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 메인 2-자유도 미러;
상기 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 보조 2-자유도 미러; 및
상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상하는 이미지 센서 어레이를 포함하는 멀티스케일 이미징 시스템.
A first lens that emits light incident from an object to be imaged on an object plane;
A second lens for converging or diverging light incident from the first lens and converting the object of the object plane into an entire image of the first image plane;
A third lens disposed at a distance from the first central axis of the first lens and the second lens and having a second central axis;
A first lens disposed in the first image plane at a first central axis of the first lens and a second lens and dividing the entire image of the first image plane into a plurality of divided images in the form of a matrix, A main two-degree-of-freedom mirror for selecting and reflecting;
A second two-degree-of-freedom mirror disposed at a second central axis of the third lens and providing a divided image reflected by the main two-degree-of-freedom mirror as a center thereof to the third lens; And
And an image sensor array for picking up an enlarged divided image generated by enlarging the split image reflected by the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror on a second image plane of the third lens. system.
제1항에 있어서,
상기 이미지 센서 어레이는 복수 개이고,
상기 이미지 센서 어레이는 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에서 배치되고,
상기 분할 이미지를 스캐닝함에 따라, 상기 확대 분할이미지는 순차적으로 상기 이미지 센서 어레이에 촬상되는 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
The method according to claim 1,
The image sensor array includes a plurality of image sensors,
Wherein the image sensor array is disposed in a second image plane of the third lens,
And wherein, upon scanning the segmented image, the enlarged segmented image is sequentially captured in the image sensor array.
제1항에 있어서,
상기 메인 2-자유도 미러와 상기 보조 2-자유도 미러 사이에 구경조리개가 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
The method according to claim 1,
And an aperture diaphragm is disposed between the main 2-DOF mirror and the auxiliary 2-DOF mirror.
제1항에 있어서,
상기 제3 렌즈는 망원렌즈 형의 확대렌즈모듈인 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the third lens is a zoom lens module of a telephoto lens type.
제1항에 있어서,
상기 보조 2-자유도 미러를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시키는 선형 운동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a linear motion portion for moving the auxiliary 2-DOF mirror in the second center axis direction.
제1 렌즈를 이용하여 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 단계;
제2 렌즈를 이용하여 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 단계;
상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치된 메인 2-자유도 미러를 이용하여 상기 제1 이미지 평면의 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 단계;
제3 렌즈의 제2 중심축에 배치된 보조 2-자유도 미러를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심에서 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 단계;
상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할이미지를 생성하는 단계; 및
이미지 센서 어레이를 이용하여 상기 확대 분할이미지를 촬상하는 단계를 포함하는 멀티스케일 이미징 시스템을 사용한 촬상 방법.Radiating light incident from an object to be imaged on an object plane using a first lens;
Converging or diverging light incident from the first lens using a second lens and converting the object of the object plane into an entire image of the first image plane;
Dividing an entire image of the first image plane into a plurality of divided images in a matrix form using a main 2-DOF mirror disposed in the first image plane at a first central axis of the first lens and a second lens Selecting one of the divided images and reflecting the same;
Providing a segmented image reflected at the main 2-DOF mirror at the center thereof to the third lens using an auxiliary 2-DOF mirror disposed on a second central axis of the third lens;
Degree mirror and the auxiliary two-degree-of-freedom mirror using a third lens disposed apart from the first central axis of the first lens and the second lens and having a second central axis, Enlarging the second image plane of the third lens to produce an enlarged divided image; And
And imaging the enlarged segmented image using an image sensor array.
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