KR20230025008A - 내부 스페이스 프레임이 있는 저시차 이미징 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 저시차 이미징 장치용 프레임은 카메라를 장착하도록 구성된 복수의 상호 연결된 면을 포함한다. 상기 면은 기구학적 커넥션을 사용하여 주변 가장자리를 따라 장착된다. 프레임은 장착된 카메라가 인접한 카메라 사이의 시차를 최소화하면서 최대 약 360도까지 결합된 시야를 제공하는 구조를 제공한다.

Description

내부 스페이스 프레임이 있는 저시차 이미징 시스템

본 개시는 (1) 발명의 명칭이 "Low Parallax Imaging System with an Internal Space Frame"인 2021년 5월 4일에 출원된 미국 가출원 제63/183,961호; (2) 발명의 명칭이 "Panoramic Camera System for Enhanced Sensing"인 2021년 2월 9일에 출원된 국제 출원 제PCT/US21/17284호; (3) 발명의 명칭이 "Mounting Systems for Multi-Camera Imagers”인 2020년 12월 22일에 출원된 국제 출원 제PCT/US20/66702호; (4) 발명의 명칭이 "Opto-Mechanics of Panoramic Capture Devices with Abtting Cameras"인 2020년 6월 23일에 출원된 국제 출원 제PCT/US20/39197호; (5) 발명의 명칭이 "Multi-camera Panoramic Image Capture Devices with a Faceted Dome"인 2020년 6월 23일에 출원된 국제 출원 제PCT/US20/39200호; 및 (6) 발명의 명칭이 “Lens Desing for Low Parallax Panoramic Camera Systems"인 2020년 6월 23일에 출원된 국제 출원 제PCT/US20/39201호의 우선권을 주장한다. 마지막 4개의 열거된 국제 출원은 각각 발명의 명칭이 "Opto-Mechanics of Panoramic Capture Devices with Abtting Cameras"인 2019년 12월 23일에 출원된 미국 가출원 제62/952,973호 및 발명의 명칭이 "Multi-camera Panoramic Image Capture Devices with a Faceted Dome"인 2019년 12월 23일에 출원된 미국 가출원 제62/952,983호의 우선권을 주장한다. 상기 마지막 3개의 열거된 국제 출원은 2019년 6월 24일에 출원된 미국 가출원 제62/865,741호의 우선권을 주장한다. 각각의 국제 출원과 각각의 미국 가출원 전체가 참조로 본 명세서에 통합되어 있다.

본 발명은 복수의 인접 접촉한 다각형 카메라를 갖는 파노라마 저시차 다중 카메라 캡처 장치에 관한 것이다. 본 개시는 또한 다각형 형상의 이미지를 형성하기 위해 다각형 형상의 시야로부터 입사광을 포착하는 카메라의 광기계적 설계, 특히 내부 스페이스 프레임을 사용하는 그 버전에 관한 것이다.

파노라마 카메라는 넓은 시야의 이미지를 동시에 캡처할 수 있기 때문에 상당한 가치가 있다. 이러한 최초의 예는 넓은 파노라마 또는 반구형 이미지를 캡처하면서 강한 시각적 왜곡을 야기하는 초광각 렌즈인 어안 렌즈이다. 어안 렌즈의 FOV(시야각)는 일반적으로 100도 내지 180도 사이이나, US 3,524,697에서 Y. Shimizu가 제공한 것처럼 접근 방식은 220-270° 범위를 포함하여 더 큰 각도로 확장되었다. 대안으로, US 4,930,864에서 P. Greguss가 제안한 시스템과 같은 환상 파노라마 이미지를 캡처하는 미러 또는 반사 기반 카메라가 있다. 이러한 기술은 계속 발전해 왔지만, 현재 모뎀 애플리케이션이 추구하는 해상도와 이미지 품질로는 완전한 반구형 또는 구형 이미지를 제공하는 것은 어렵다.

다른 대안으로서, 복수의 카메라가 구 또는 구의 둘레 주위에 배열된 파노라마 다중 카메라 장치가 점점 보편화되고 있다. 그러나, Jaunt Inc.의 A. Van Hoff et al.이 US 9,451,162 및 US 9,911,454에 기술한 시스템들을 포함한 이러한 시스템들 대부분에서, 복수의 카메라는 장치의 외부면을 듬성하게 채우고 있다. 인접한 개별 카메라들 사이에 틈이나 이음새가 있는 경우를 포함하여 완전한 360도 파노라마 이미지를 캡처하기 위해, 카메라는 서로 겹치는 FOV를 넓혔다. 일부 경우에, 카메라의 FOV 또는 해상도의 50%가 카메라 간의 중첩에 사용될 수 있으며, 이는 또한 캡처된 이미지 간에 상당한 시차 차이(parallax differences)를 생성한다. 시차는 다른 위치에서 볼 때 물체의 위치 또는 방향이 다르게 보이는 시각적 인식이다. 그런 다음, 후속 이미지 처리에서, 과도한 이미지 겹침과 시차 차이로 인해 인접 카메라에서 캡처한 이미지에서 허용할만한 이미지를 적절하게 결합, 타일링 또는 스티칭 및 합성하려는 노력이 복잡해지고 상당히 느려진다.

또한, 복수의 카메라가 구 또는 구의 둘레에 배치되어 인접한 카메라들이 인접한 가장자리의 일부 또는 전체를 따라 접하도록 하는 파노라마 다중 카메라 장치도 있다. 예를 들어, K. Yoshikawa의 US 7,515,177에는 다수의 인접한 이미지 픽업 유닛(카메라)이 있는 이미징 장치가 나와 있다. 기계적 에러를 보상하기 위해 시야가 겹치는 카메라에서 이미지를 수집한다.

보다 광범위하게는, 다중 카메라 장치에서, 개별 카메라 및 서로 인접한 카메라의 조립 및 정렬의 기계적 변형으로 카메라 자체와 이음새를 따라 카메라 가장자리의 심 너비 및 평행도에 실제 물리적 변형을 유발할 수 있다. 이러한 변화는 개별 카메라에서 캡처한 FOV, 인접한 카메라에서 캡처한 이미지의 시차 오차, 이음새에 해당하는 FOV의 "사각점" 범위, 이음새 너비 및 보상하기 위해 필요한 이미지 중첩량에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 광학 및 광학 기계 설계 및 기타 측면과 관련하여 파노라마 다중 카메라 장치 및 저시차 카메라를 개선할 수 있는 기회가 있다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 내용에 포함됨.

도 1은 다중 카메라 캡처 장치의 일부, 및 특히 캡처 장치의 두 개의 인접한 카메라의 3D 뷰를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 렌즈 소자 및 광경로를 포함하는 카메라 렌즈 어셈블리의 부분을 도시한다.
도 3은 FOV 겹침, 시야, 겹침, 이음새 및 사각영역을 보여주는 표준 다중 카메라 캡처 장치의 일부에 대한 단면도를 도시한다.
도 4는 다중 카메라 캡처 장치가 설계되고 제작될 수 있는 정십이면체와 깎은 정이십면체의 2개의 다면체 형상을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 깎은 정이십면체의 기하학적 구조를 갖는 장치에서 발생할 수 있는 바와 같이, 인접한 육각형 및 오각형 렌즈의 시야각에 대한 광학적 기하학적 구조를 도시한다. 도 5b는 도 5a의 확대된 영역을 더 자세히 도시한다.
도 5c는 근축 NP 점 또는 입사동(entrance pupil) 및 장치 중심 모두 근처에 위치된 저시차(LP) 볼륨의 예를 도시한다.
도 5d는 원근 중심에 대한 2개의 인접한 카메라에 대한 시차 차이를 도시한다.
도 5e는 외부 컴프레서 렌즈 소자의 에지에서의 앞면 색상을 도시한다.
도 6은 부분 시야(fractional field)에 대한 왜곡 퍼센트를 나타내는 그래프에 플롯된 왜곡 보정 곡선을 도시한다.
도 7은 최적화된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치의 설계에 유용할 수 있는 코어 및 확장 시야(FOV)를 모두 포함하는 인접 카메라에 대한 시야를 도시한다.
도 8은 저시차 카메라 렌즈 또는 다중 컴프레서 렌즈 그룹을 갖는 대물 렌즈에 대한 개선된 설계를 도시한다.
도 9는 굴절 릴레이 광학 이미징 시스템과 조합하여 대물 렌즈로서 작용하는 개선된 카메라 렌즈 설계를 도시한다.
도 10은 다중 카메라 캡처 장치에 대한 전자 시스템 다이어그램을 도시한다.
도 11은 다중 카메라 캡처 장치에 카메라 채널을 장착하는 데 사용될 수 있는 내부 스페이스 프레임에 대한 개념을 도시한다.
도 12a는 기구학적 스페이스 프레임에 대한 개념을 도시한다.
도 12b 및 도 12c는 기구학적 스페이스 프레임에서 사용될 수 있는 기구학적 요소의 측면도 및 사시도를 도시한다.
도 12d는 기구학적 스페이스 프레임에서 사용될 수 있는 기구학적 요소의 투시도를 도시한다.
도 12e는 기구학적 스페이스 프레임의 부분 어셈블리에 대한 2개의 사시도를 도시한다.
도 12f는 기구학적 스페이스 프레임의 부분 어셈블리에 대한 제3 사시도를 도시한다.
도 12g는 기구학적 스페이스 프레임의 부분 어셈블리의 또 다른 사시도를 도시한다.
도 13a, 도 13b, 및 도 13c는 각각 대안적인 기구학적 스페이스 프레임 구조를 도시한다.
도 14a는 대안적인 기구학적 스페이스 프레임 구조를 도시한다.
도 14b 및 도 14c는 도 14a 스페이스 프레임의 어셈블리의 측면을 도시한다.
도 15a는 카메라 렌즈 하우징 부분의 사시도와 측면도 및 이를 스페이스 프레임 패싯과 인터페이스하기 위한 특징을 도시한다.
도 15b 및 도 15c는 스페이스 프레임에 대한 카메라 렌즈 하우징의 어셈블리를 도시한다.
도 15d는 스페이스 프레임에 대한 카메라 채널 렌즈 하우징의 어셈블리의 제2 예를 도시한다.

광학 분야에서 일반적으로 이해되는 바와 같이, 렌즈 또는 렌즈 어셈블리는 일반적으로 렌즈 배럴 또는 하우징에 장착되고 광학 이미지를 생성하기 위해 함께 작동하는 다중 렌즈 소자를 갖는 시스템 또는 장치를 포함한다. 이미징 렌즈는 렌즈 시스템에서 일정 거리(들)의 물체 공간에 있는 물체 또는 복수의 물체들에서 나오는 빛의 일부를 캡처한다. 그런 후, 이미징 렌즈는 출력 "평면"에서 이러한 물체의 이미지를 형성할 수 있다; 상기 이미지는 이미징 렌즈의 초점 거리와 상기 초점 거리에 대한 물체 및 이미지 평면까지의 공액 거리에 의해 결정되는 배율에 따라 달라지는 유한한 크기를 갖는다. 물체에서 이미지로 렌즈를 통과하는 이미지 광의 양은 대부분 이미징 렌즈의 조리개 크기에 따라 달라지며, 이는 일반적으로 개구수(NA) 또는 f값(F# 또는 F/#)에 대한 하나 이상의 값으로 정량화된다.

이미징 렌즈가 제공하는 이미지 품질은 렌즈 디자인에 사용된 광학 재료의 선택, 렌즈 소자의 크기, 모양(또는 곡률) 및 두께, 렌즈 소자들의 서로 상대 간격, 스펙트럼 대역폭, 편광, 투과광의 가벼운 부하(출력 또는 플럭스), 광학 회절 또는 산란, 및/또는 렌즈 제조 공차 또는 오차를 포함하여 렌즈 디자인의 다양한 속성에 따라 달라진다. 이미지 품질은 일반적으로 렌즈 수차(예를 들어, 구면, 코마 또는 왜곡) 또는 렌즈에서 제공하는 분해 가능한 스폿의 상대 크기로 설명되거나 정량화되며, 이는 종종 MTF(Modulation Transfer Function)로도 정량화된다.

일반적인 전자 또는 디지털 카메라에서, 이미지 센서는 공칭상 이미지 평면에 위치한다. 이 이미지 센서는 일반적으로 방열판 또는 기타 열 제거 수단에 물리적으로 부착된 CCD 또는 CMOS 장치이며, 센서에 전원을 공급하는 전자 장치와 이미지 데이터를 데이터 저장장치 또는 이미지 처리 전자장치에 제공하는 판독 및 통신 회로도 포함한다. 이미지 센서는 일반적으로 RGB(빨간색, 녹색, 파란색) 픽셀 배열을 제공하기 위해 컬러 필터 픽셀들이 이미지 픽셀과 정합 정렬된 장치 내에 Bayer 필터와 같은 컬러 필터 배열(CFA)을 갖고 있다. CYGM 필터(청록색, 노란색, 녹색, 마젠타색) 또는 RGBW 필터 배열(W = 흰색)를 포함한 대체 필터 배열 패턴을 대신 사용할 수 있다.

일반적인 사용으로, 많은 디지털 카메라는 사람이나 원격 시스템에 의해 상대적으로 격리된 상태에서 사용되어 어떤 다른 카메라 장치에 의존하거나 상호 작용하지 않고 장면의 이미지나 사진을 캡처한다. 감시 또는 보안과 같은 일부 경우에, 카메라 작동은 겹치거나 인접하거나 근접한 이미지 콘텐츠를 이미 캡처한 다른 카메라에서 본 이미지 콘텐츠를 기반으로 하는 사람 또는 알고리즘에 의해 지시될 수 있다. 다른 예에서, 사람들은 인접 이미지에 맞게 수동 또는 자동으로 이동하거나 피벗하면서 인접 이미지의 시퀀스를 순차적으로 캡처함으로써 풍경 장면과 같은 확장되거나 넓은 FOV로 장면의 파노라마 이미지를 캡처한다. 그런 다음, Photoshop 또는 Lightroom과 같은 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 인접한 이미지를 함께 스티칭, 모자이크 또는 타일링하여 더 큰 확장된 장면을 묘사할 수 있다. 이미지 스티칭 또는 포토 스티칭은 여러 장의 사진 이미지를 오버랩된 시야와 결합하여 분할된 파노라마 또는 고해상도 이미지를 생성하는 프로세스이다. 노출 또는 색상 보정을 포함한 이미지 품질 개선이 또한 실시간으로, 후처리로 또는 이미지 렌더링 단계로 또는 이들을 조합해 적용될 수 있다.

장면의 물체가 지향성으로 조명되고/되거나 (예를 들어, 반사율과 같은) 지향성 광학 응답을 갖지 않는 한, 사용 가능한 빛은 플렌옵틱(plenoptic)이다. 즉, 주어진 공간 또는 환경에서 모든 방향으로 또는 거의 그렇게 진행하는 빛(λ)이 있음을 의미한다. 그런 다음, 카메라는 이 광의 서브세트를 이미지 광으로 샘플링할 수 있으며, 이를 통해 시간 상 하나 이상의 순간에 장면의 다른 물체들에 대한 주어진 보기 또는 원근을 보여주는 결과 이미지를 제공한다. 카메라를 다른 가까운 위치로 이동하여 동일한 장면의 일부를 다른 이미지로 캡처하는 데 사용하면, 물체의 겉보기 관점과 상대 위치가 모두 변경될 것이다. 후자의 경우, 한 물체가 현재 다른 물체를 부분적으로 가리고 있는 반면, 이전에 숨겨진 물체가 적어도 부분적으로 보이게 된다. 물체의 겉보기 위치 또는 방향의 이러한 차이를 시차(parallax)라고 한다. 특히, 시차는 두 개의 다른 시선을 따라 보이는 물체의 겉보기 위치의 변위 또는 차이이며 두 시선 사이의 경사각 또는 반각으로 측정된다.

입체 이미지 캡처 또는 프로젝션 시스템에서, 이중 보기 시차는 섀도우, 가림(occlusion) 및 원근감과 함께 깊이감을 제공할 수 있는 큐(cue)이다. 예를 들어, 스테레오(3D) 프로젝션 시스템에서, 편광 또는 스펙트럼으로 인코딩된 이미지 쌍은 적절한 안경을 착용한 청중이 볼 수 있도록 스크린에 중첩 투사될 수 있다. 시차의 양은 최적의 범위를 가질 수 있으며, 이 범위를 벗어나면, 발생한 깊이감이 청중이 실제로 알아차릴 수 없을 정도로 작거나 너무 커서 인간의 시각 시스템이 적절하게 융합할 수 없다.

반면, 파노라마 이미지 캡처 애플리케이션에서, 시차 차이는 이미지 스티칭과 겉보기를 모두 복잡하게 만들 수 있는 에러로 간주될 수 있다. 풍경 이미지의 파노라마 시퀀스를 수동으로 캡처하는 개인의 예에서, 이미지 간의 원근감 또는 시차의 시각적 차이는 장면의 물체가 충분히 멀리 떨어져 있는지(예를 들어, 광학적으로는 무한대로) 알아차리기에는 너무 작을 수 있다. 회전하는 카메라 또는 여러 대의 카메라가 있는 통합 파노라마 캡처 장치는 수동 캡처의 불확실성에 따르지 않고 고해상도로 실시간 이미지 데이터를 연속적으로 캡처할 수 있는 가능성이 있다. 그러나, 이러한 장치는 시차, 원근감 및 노출을 포함하여 자신의 시각적 불일치, 이미지 아티팩트 또는 에러를 유발할 수도 있다. 결과적으로 발생한 이미지는 종종 이미지 처리 알고리즘과 함께 성공적으로 스티칭될 수 있지만, 입력 이미지 에러는 이미지 처리 시간을 복잡하게 하고 길어지게 하는 반면, 시각적으로 명백한 잔여 오차를 남기는 경우가 있다.

배경 상황을 제공하기 위해, 도 1은 감소된 시차 이미지 캡처를 위해 설계된 2개의 인접한 카메라(120)가 하우징(130)에 있는 개선된 통합 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(100)의 일부를 도시한다. 이러한 카메라를 대신에 이미지 픽업 유닛 또는 카메라 채널 또는 대물 렌즈 시스템이라고도 한다. 카메라(120)는 각각 렌즈 배럴 또는 하우징(130) 내에 장착된 복수의 렌즈 소자(도 2 참조)를 가지고 있다. 인접한 외부 렌즈 소자(137)는 인접한 경사진 에지(132)를 가지며 하나의 카메라 채널에서 다른 카메라 채널로 근접 위치하지만, 접촉하지 않을 수 있고, 따라서 유한한 폭의 갭 또는 이음새(160)에 의해 분리된다. 장면 또는 물체 공간(105)에서 사용 가능한 빛(λ) 또는 광선(110)의 일부가 카메라(120)에 들어가 제한된 FOV 내에서 캡처되어 이미지 평면으로 향하는 이미지 광이 되는 반면, 다른 광선은 카메라를 완전히 빗나간다. 일부 광선(110)은 카메라로 전파되고 구성 렌즈 소자를 에지-오브-필드(edge-of-field) 주광선(170) 또는 주변 광선으로서 통과하는 반면, 다른 광선은 잠재적으로 렌즈 소자를 통해 전파되어 미광 또는 고스트 라이트(ghost light) 및 잘못된 밝은 반점 또는 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 외부 렌즈 소자(137)의 외부면에 큰 각도로 입사하는 일부 광선(167)은 카메라의 렌즈 소자를 통해 복잡한 경로를 통과하고 이미지 평면(150)에서 검출 가능한 고스트 이미지(ghost image)를 생성할 수 있다.

보다 상세하게, 도 2a는 통합 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(100)의 일부 내의 하우징(130, 미도시)에 렌즈 소자(135) 세트가 장착된 카메라(120)의 일부의 횡단면도를 도시한다. 온축(on axis)에서 전역(full field) 오프축(off axis) 주광선까지의 범위에 걸쳐 있는 물체 공간(105)으로부터 광선(110)의 팬(fan)이 외부 렌즈 소자(137)에 입사하고 굴절되어 안쪽으로 투과된다. 개구 조리개(145)를 통해 추가 내부 렌즈 소자(140)를 통해 굴절되고 투과되는 이 이미지 광(115)은 이미지 센서(미도시)가 일반적으로 위치하는 이미지 평면(150)에서 또는 그 근처에서 초점이 맞춰진 이미지로 수렴한다. 도 2a의 렌즈 시스템(120)은 외부 렌즈 소자(137) 또는 컴프레서 렌즈 소자, 및 내부 렌즈 소자(140)로 구성된 렌즈 형태를 갖는 것으로 정의될 수 있으며, 이들 중 내부 렌즈 소자는 또한 프리-스톱(pre-stop) 광각 렌즈 그룹 및 포스트-스톱 접안렌즈 그룹으로 구성되는 것으로 정의될 수 있다. 이 컴프레서 렌즈 소자(137)는 이미지 광(115)을 급격하게 안쪽으로 향하게 하여 빛을 압축하여 전체 렌즈 어셈블리가 짧은 초점 거리를 제공할 수 있도록 하는 동시에 카메라 렌즈 하우징 또는 배럴에 필요한 공간이 렌즈 소자를 고정하거나 장착하고 인접한 카메라의 배럴 또는 하우징과 적절하게 인터페이스하는 데 필요한 기계적 기능을 제공하게 한다. 카메라 렌즈 어셈블리를 외부 렌즈 소자(137)에서 이미지 평면(150)으로 통과시킨 이미지 광은 이미지 해상도, 이미지 콘트라스트, 초점 심도 및 기타 속성에 의해 정량화될 수 있는 이미지 품질을 갖는 이미지를 제공하며, 그 품질은 카메라(120) 내의 렌즈 소자(137, 140) 각각에서 광을 통과시킴으로써 마주치는 광학 수차(예를 들어, 비점 수차, 왜곡 또는 구면) 및 색수차 또는 스펙트럼 수차로 정의되었다. 도 2b는 도 2a에 도시된 카메라 광학기(120)의 외부 렌즈 소자(137)의 경사진 에지(132)를 따라 또는 그 근처에서 입사하는 주광선(170) 또는 주변 광선의 팬을 도시한다. 도 2b는 또한 광축(185)으로부터 에지 광선과 일치하는 라인까지 뻗어 있는 포착된 다각형 또는 비대칭 FOV(125)의 일부를 도시한다.

도 2a에 도시된 카메라 렌즈 설계에서, 외부 렌즈 소자(137)는 제2 렌즈 소자(142)를 향해 통과한 이미지 광(115)을 재지향시키는 컴프레서 렌즈 소자로서 기능하고, 상기 제2 렌즈 소자는 내부 렌즈 소자(140) 그룹의 제1 렌즈 소자이다. 이 설계에서, 이 제2 렌즈 소자(142)는 어안형 이미징 렌즈에 사용되는 외부 렌즈 소자를 연상시키는 매우 오목한 모양을 가지고 있다. 이 컴프레서 렌즈 소자는 이미지 광(115)을 급격하게 안쪽으로 향하게 하거나 광선을 구부려 전체 렌즈 어셈블리가 짧은 초점 거리를 제공할 수 있도록 하는 동시에 카메라 렌즈 하우징(130) 또는 배럴에 필요한 공간이 렌즈 소자(135)를 고정하거나 장착하고 인접한 카메라의 배럴 또는 하우징과 적절하게 인터페이스하는 데 필요한 기계적 특징을 제공하게 한다. 그러나, 좋은 렌즈와 광기계공학적 설계 및 적절한 센서 선택으로, 카메라(120)는 애플리케이션 및 장치 구성에 따라 20-30픽셀/도, 많게는 110픽셀/도 또는 그 이상의 이미지 해상도를 지원하는 렌즈 어셈블리로 설계될 수 있다.

이러한 카메라의 결과적인 이미지 품질은 표면이나 렌즈 소자 내에서 산란되는 빛과 각 렌즈 표면에서 반사되거나 투과되는 빛에 따라 달라진다. 무반사(Anti-Reflection, AR) 코팅을 사용하여 표면 투과율과 카메라 렌즈 시스템 효율을 향상시킬 수 있다. 이미지 품질은 논-이미지 광의 결과에 따라 달라질 수도 있다. 다시 도 1을 고려하면, 이용 가능한 광의 다른 부분은 외부 렌즈 소자(137)에서 주로 반사될 수 있다. 그러나, 카메라(120)에 입사한 다른 광은 개구 조리개, 내부 렌즈 배럴 표면, 렌즈 소자 가장자리, 내부 배플 또는 광 트래핑 피처, 시야 조리개 또는 기타 표면에 또는 그 부분에 제공된 검은 영역(미도시)의 일부 조합에 의해 차단되거나 흡수될 수 있다. 그러나, 카메라에 들어오는 다른 빛은 이미지 평면에서도 잠재적으로 볼 수 있는 미광 또는 고스트 라이트(167)가 될 수 있다.

개선된 통합 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(100)(예를 들어, 도 1) 내의 복수의 인접한 카메라(120)에 의해 획득된 총 이미지 품질은 또한 개별 카메라에서 제공하는 초점 거리 및/또는 트랙 길이 및 배율에서 카메라 간의 변동을 포함한 다양한 기타 요인들에 따라 다를 수 있다. 이러한 파라미터는 유리 굴절률의 변화, 렌즈 소자 두께 및 곡률의 변화, 렌즈 소자 장착의 변화를 포함한 요인에 따라 달라질 수 있다. 예로서, 다수의 인접 카메라에서 함께 타일링되거나 모자이크 처리된 이미지는 일반적으로 카메라 배율 차이(예를 들어, ±2%)로 인한 이미지 크기 변화를 보상하기 위해 하나씩 수정되어야 한다.

통합 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(100)에서 복수의 카메라에 의해 생성된 이미지는 이미지 품질 및 이미지 모자이크 또는 타일링에 영향을 미치는 다른 방식으로 변경될 수도 있다. 특히, 임의의 주어진 카메라(120)의 이미지 센서에 대한 렌즈 소자를 통한 이미지 광의 방향 포인팅 또는 수집이 변할 수 있으므로, 카메라는 비스듬히 기울어진 또는 비대칭 FOV(FOV↔) 또는 크기가 맞지 않는 FOV(FOV±)를 캡처할 수 있다. 렌즈 포인팅 변화는 카메라(예를 들어, 렌즈 소자, 센서 및 하우징)를 제작하는 동안 또는 여러 카메라를 통합 파노라마 멀티 카메라 캡처 장치(100)로 결합하여 조립하는 동안 발생할 수 있으므로, 개개 카메라들의 정렬이 오정렬 또는 마운팅 스트레스로 인해 왜곡된다. 이러한 카메라 포인팅 에러가 카메라(120) 사이의 이음새(160)의 존재와 결합될 때, 캡처될 수 있는 이용 가능한 풍경 또는 파노라마 FOV의 부분에 대한 이미지가 대신 누락되거나 부적절하게 캡처될 수 있다. 카메라 포인팅 및 이음새의 가변성은 열 또는 빛(예를 들어, 이미지 콘텐츠), 및 특히 비대칭 하중과 같은 내부 또는 외부 환경 요인으로 인해 발생되는 기계적 이동 및 왜곡으로 인해 악화될 수 있다.

도 1의 시스템에 비해, 일반적으로 시판되는 파노라마 카메라에서, 카메라 사이의 이음새는 30-50mm 또는 그 이상이 될 수 있는 명백한 갭이다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(101)는 인접한 카메라(120) 또는 큰 갭 또는 이음새(160)에 의해 분리된 카메라 채널을 가질 수 있으며, 그 사이에는 어느 카메라도 이미지를 캡처할 수 없는 사각 지대 또는 영역(165)이 있다. 인접한 카메라 채널 또는 외부 렌즈 소자(137)(도 1 및 도 3) 사이의 실제 물리적 이음새(160)는 인접한 렌즈 소자 또는 렌즈 하우징 사이의 실제 물리적 거리, 손실된 FOV의 각도 범위, 또는 "손실된" 픽셀의 수와 같이 다양한 방식으로 측정될 수 있다. 그러나, 광학 이음새는 비네팅 또는 코팅 한계로 인해 야기된 광 수용에서의 갭으로 인해 한 카메라의 외부 주광선과 다른 카메라 사이의 거리가 더 커질 수 있다. 예를 들어, 무반사(AR) 코팅은 일반적으로 광학 장치의 가장자리에 증착되지 않지만, 코팅된 투명 조리개(CA)를 제공하기 위해 오프셋 마진이 제공된다.

카메라 오정렬 및 큰 이음새(160) 모두를 보상하고 사각 영역(165)의 크기를 줄이기 위해, 일반적인 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(101)(도 3)는 각각의 개별 카메라(120)가 겹침(127)을 제공하는 광 FOVs(125)에서 이미지 광(115)을 캡처하도록 하여, 사각영역(165)이 감소되고, 손실되는 캡처 가능한 잠재적인 이미지 콘텐츠가 작도록 한다. 다른 예로서, 시판되는 대부분의 다중 카메라 캡처 장치(101)에서, 갭은 폭이 25-50+ mm이고 카메라 간의 보상 FOV 중첩도 마찬가지로 크다; 예를 들어, 중첩되고 2개의 인접한 카메라(120)에 의해 캡처되는 FOV(125)의 일부는 카메라 FOV의 10-50%만큼 많을 수 있다. 공유 FOV(125)로부터의 이러한 큰 이미지 중첩이 있으므로 인해 잠재적인 이미지 해상도가 줄어들고 이미지 처리 및 이미지 스티칭 시간이 증가하면서 상당한 이미지 시차 및 원근 오차가 야기된한다. 이러한 에러는 스티칭 프로세스 중에 오차를 수정하거나 평균화해야 하므로 이미지 스티칭을 복잡하게 만든다. 이러한 시스템에서, 시차는 물체 거리의 함수로 변하기 때문에 예측할 수 없다. 물체 거리를 알면, 주어진 시야와 카메라 사이의 간격에 대한 시차를 예측할 수 있다. 그러나, 일반적으로 물체의 거리를 알 수 없기 때문에, 시차 오차로 인해 이미지 스티칭이 복잡해진다. 광학 플로우 및 일반적인 스티칭 알고리즘은 물체 깊이를 결정하고 이미지 스티칭을 가능하게 하지만, 처리 능력과 시간 부담이 있다.

마찬가지로, 밀접하게 통합된 카메라들이 있는 도 1의 유형의 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(100)에서, 이음새(160)의 폭과 구조는 전체 장치의 작동에 중요한 요소가 될 수 있다. 그러나, 이음새는 도 3에서보다 작게 만들어질 수 있고, 인접한 두 카메라의 FOV 가장자리 사이의 효과적인 광학 이음새 폭은 광학적 기여와 기계적 기여 모두에 의해 결정된다. 예를 들어, 하우징에 렌즈 어셈블리를 구축하기 위해 표준 광학 엔지니어링 관행을 사용함으로써, 인접한 카메라의 외부 렌즈 소자(137) 사이의 이음새(160)의 기계적 폭은 4-6mm로 감소될 수 있다. 예를 들어, 특히 최외각 렌즈 소자 근처에서 최소 반경 폭이 1-1.5mm인 렌즈 배럴 또는 하우징에 렌즈 소자를 조립하는 것이 표준 관행이다. 그런 다음, 표준 코팅된 투명 조리개 또는 코팅 마진을 고려하고, 가능한 비네팅, 입사동(entrance pupil)의 수차, 앞면 색상, 칩 가장자리를 고려하여, 표준 기술에 따라 인접한 렌즈 어셈블리 또는 하우징을 근접하게 장착하려고 한다. 따라서, 광학 및 기계공학을 모두 고려할 때, 인접한 렌즈 사이의 광학 이음새 폭은 쉽게 8-12mm 이상이 될 수 있다.

그러나, 훨씬 더 작은 이음새를 가능하게 하는 광학 및 광기계공학적 설계와 더욱 향상된 시차 성능을 가진 도 1의 유형의 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)의 개선된 버전이 가능하다. 첫 번째 예로서, 개선된 다각형 모양의 카메라를 위한 본 기술의 경우, 외부 렌즈 소자(137)의 제조의 초기 단계 동안, 이러한 렌즈는 원형 형상을 가질 수 있고 렌즈들의 물리적 에지에서 또는 그 근처에 AR 코팅될 수 있다. 이러한 렌즈가 경사진 에지(132)를 정의하는 다각형 형상을 추가하도록 후속적으로 처리될 때(예를 들어, 도 2b), AR 코팅이 본질적으로 경사진 렌즈 에지로 연장될 것이라는 결과가 될 수 있다. 효과적인 광학 또는 코팅된 투명 조리개는 기계적 마운팅 또는 에지 치핑(edge chipping)을 방지하기 위해 광학 제조에 사용되는 표준 가장자리 그라인드에 대한 임의의 허용으로 정의될 수 있다. 이 접근 방식과 이후에 논의될 다른 기술을 혼합하여, 광학 이음새를 1-5mm 폭으로 줄일 수 있다.

본 개시의 양태는 제1 예의 부분들이 도 8 및 도 9에 도시된 개선된 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)로부터 고품질의 저시차 파노라마 이미지를 생산한다. 이 광범위한 목표는 광학 및 광기계 렌즈 설계 노력, 광기계공학 장치 설계 및 제조 노력 뿐만 아니라 개선된 이미지 캡처 및 처리 전략을 알려주는 설계 전략의 체계적인 범위를 개발함으로써 가능해질 수 있다. 이 목표는 초기 및 진행 중인 카메라 및 장치 캘리브레이션을 제공하여 활성화할 수도 있다. 넓은 의미에서, 이미지 처리 또는 이미지 렌더링은 카메라 내부 요인(초점 거리 및 왜곡과 같은 기하학적 요인), 카메라 외부 요인(물체 공간에 대한 카메라 방향과 같은 기하학적 요인), 비네팅 및 투과와 같은 기타 카메라 파라미터, 색상 및 방향성과 같은 조명 파라미터에 따르는 캡처된 원시 이미지 데이터에서 고품질 이미지를 생성하는 방법이다. 개선된 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)와 관련하여, 장치에서 임의의 주어진 카메라(320)에 대한 카메라 내부 요인에 대한 지식은 복수의 인접한 카메라로부터 얻은 이미지의 신뢰할 수 있고 반복 가능한 타일링을 완료하는 방향으로 모두 도움이 된다. 따라서, 후속 논의는 원하는 이미지 품질을 가능하게 하는 광학(카메라 또는 대물 렌즈) 설계를 제공하는 것뿐만 아니라 카메라 및 장치 어셈블리 접근 방식, 주요 공차 관리, 카메라 캘리브레이션, 카메라 내부 및 외부 요인에 대한 지식, 및 마찬가지로 결과적인 장치 성능에 영향을 줄 수 있는 다른 요인들에 광범위하게 집중된다. 본 발명의 개선된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치는 영화 이미지 캡처, 증강 현실 또는 가상 현실(VR) 이미지 캡처, 감시 또는 보안 이미징, 스포츠 또는 이벤트 이미징, 매핑 또는 사진 측량, 차량 네비게이션 및 로봇 공학을 비롯한 다양한 애플리케이션 또는 시장을 지원하는 데 사용할 수 있다.

개선된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)를 가능하게 하기 위한 광기계공학적 수단을 탐구하기 전에, 이러한 시스템에서 사용하기 위해 개선된 카메라(120)를 제공하기 위한 수단이 개발된다. 따라서, 본 목표는 감소된 시차 오차 및 이미지 중첩을 모두 갖는 개선된 카메라(320, 920)를 제공하는 것을 포함한다. 현재 접근 방식의 일 양태로서, 한 목표는 인접한 쌍의 각 카메라에 의해 각각 수집된 에지 주광선에 대한 잔차 시차 오차(residual parallax errors)를 줄이는 것이다. 시차 오차는 물체 거리에 대한 시차의 변화로 정의된다(예를 들어, 장치에서 가까운 거리(예를 들어, 3피트) 대 원거리(예를 들어, 1마일)에 대한 주광선 궤적이 약간 다르다). 예를 들어, 감소된 시차를 위한, 또는 시차 오차가 유효하게 없거나 "시차가 없어지게" 되는 하나의 목표 또는 타켓으로서 인접 카메라의 주광선이 서로 평행관계에서 0.5-2.0도 이하, 바람직하게는 0.01-0.1도 이하로 벗어나야 한다는 것이다. 대안으로 또는 동등하게, 이미지 평면 상의 위치 측면에서 원근법 에러로 평가되는 시차 오차는 2픽셀 이하, 바람직하게는 0.5픽셀 이하로 감소되어야 한다. 본 접근법의 다른 양태로서, 자체 렌즈 하우징으로 조립된 인접한 카메라(예를 들어, 120, 320, 920) 사이의 이음새(160)의 폭이 감소되어야 한다. 이 목표는 절대 물리적 폭과 광학적 폭 또는 유효 폭 측면에서 모두 이음새의 폭를 줄이는 것이다. 예를 들어, 한 목표는 인접한 외부 렌즈 소자(137) 사이의 이음새(160)를 최대 갭 또는 불과 0.5-3.0mm 범위의 실제 물리적 이음새 폭를 갖도록 줄이고, 그런 다음 최대 광학 이음새 폭를 불과 약 1-6mm 범위로 줄이는 것이다. 예로서, 이러한 감소된 이음새 폭은 0.25-1.0°의 손실된 FOV의 감소된 각도 범위 또는 불과 2-20픽셀의 "손실된" 픽셀 수로 해석될 수 있다. 예를 들어, 360도 파노라마 정방형 이미지 주위에 8k 픽셀을 제공하는 장치의 경우, 잔상 아티팩트를 인식하기 어려울 수 있으므로 이음새에서 2-4픽셀의 손실만 허용될 수 있다. 효과적인 무시차 오차 또는 최대 광학 이음새 폭에 대한 실제 세부 사항 또는 수치 타겟은 개선된 카메라(320) 및 전체 장치(300)의 상세한 광기계공학적 설계, 공차 관리, 중심 오프셋 거리 또는 확장된 FOV(215)의 양과 그 안의 저시차를 위한 타켓들에 대해 가능한 허용, 및 전체 장치 사양(예를 들어, 직경, 센서 해상도 또는 이미지화된 FOV 또는 코어 FOV(205) 내 사용된 센서 픽셀(도 7))을 포함한 많은 요인들에 따른다. 위의 개선 사항의 일부 조합으로 가능해진 추가 목표는 각 카메라가 코어 FOV 이미지를 제공하기 위해 잘린 임베디드 센서 패키지로부터 출력 이미지를 안정적이고 신속하게 제공하고, 그런 후 인접 카메라에서 제공되는 잘린 이미지들로 각각의 잘린 이미지를 쉽게 연결하거나 타일링할 수 있어, 개선된 다중 카메라 캡처 장치(300)에서 실시간으로 파노라마 출력 이미지를 쉽게 제공하도록 하는 것이다.

개선된 멀티 카메라 캡처 장치(300)에 대한 본 출원에 있어서, 내부에 구비되는 개선된 카메라(320)는 이미지를 제공하는 복수의 렌즈 소자로 구성된 카메라 렌즈 또는 렌즈 시스템과, 렌즈 소자를 지지하고 지지 구조(예를 들어, 스페이스 프레임)와의 인터페이스하기 위한 카메라 렌즈 하우징을 포함한다. 카메라(320)를 또한 카메라 렌즈(320) 또는 카메라 채널(320)로 동등하게 지칭할 것이다.

도 15c의 장치와 같은 개선된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)는 도 15c에 제안된 바와 같이 카메라 채널(920) 또는 렌즈 하우징(905)를 함께 포함한 360도 환형 FOV를 캡처하기 위해 구의 둘레 주위에 배열된 복수의 카메라 채널(320)을 가질 수 있다. 대안으로, 파노라마 다중 카메라 캡처 장치는 구형 또는 다면체 형태 주위에 배열된 복수의 카메라를 가질 수 있다. 다면체는 가장자리에서 인접한 다각형들의 집합으로 구성된 3차원 입체이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 다면체 형상은 각각이 정오각형(55) 모양의 12개의 변 또는 면과 20개의 꼭짓점들 또는 모서리(예를 들어, 꼭짓점(60))를 갖는 십이면체(50)의 모양이다. 십이면체 모양으로 형성된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치에는 69.1°의 전체 폭 시야를 공칭상으로 이미징하는 오각형 모양의 외부 렌즈 소자가 있는 카메라가 있다. 또 다른 모양은 축구공과 같은 깎인 20면체 모양이며, 이는 또한 도 4에 도시된 바와 같고, 12개의 정오각형 측면(side) 또는 면(face), 20개의 정육각형 측면 또는 면, 60개의 꼭짓점 및 90개의 변의 조합을 갖는다. 정다면체, Goldberg 다면체 또는 8각형 면이 있는 모양 또는 일부 불규칙한 다면체 모양과 같이 면이 더 많은 복잡한 모양도 유용할 수 있다. 예를 들어, Goldberg 챔퍼 십이면체는 오각형 및 육각형 패싯이 모두 있고 총 42면이 있는 깎인 정이십면체와 유사하다. 그러나, 일반적으로, 현재 목적을 위한 바람직한 다면체는 모서리가 둔각으로 만나는 경사진 변(132)을 갖는 일반적으로 둥근 모양의 육각형 또는 오각형인 면 또는 패싯을 갖는다. 팔면체 또는 정이십면체와 같은 다른 다면체 모양도 삼각형 패싯을 갖고 있지만 사용될 수 있다. 정사각형 또는 삼각형 패싯과 같이 변이 더 가파르거나 예각인 다면체 패싯은 최외각 렌즈 소자 상에 다각형 변을 제공하도록 자르기 위한 몇몇 변들을 갖고 있어 캡처된 다각형 FOV를 정의하기 때문에 오각형 및/또는 육각형 패싯이 있는 패싯에 비해 제작이 더 쉬울 수 있다. 그러나, 날카로운 모서리로 인해 광학기를 컷팅, 베벨링 및 취급에 더 많은 주의가 필요할 수 있다. 또한, FOV가 크고 사면경사각을 갖는 렌즈 패싯의 경우, 광학 및 광기계공학적 성능을 위해 카메라 렌즈와 카메라 렌즈 하우징을 설계하는 것이 더 어려울 수 있다. 일반적으로, 360°다면체 카메라는 예를 들어, 마운팅 포스트(mounting post)를 통한 지지 피처와 전원 및 통신 케이블링을 허용하기 위해 한 패싯의 적어도 일부가 희생되기 때문에 완전한 구면 FOV를 캡처하지 않는다. 그러나, 장치가 무선으로 통신하고 꼭짓점에 가는 케이블로 매달린 경우, 이러한 물리적 연결로 손실되는 FOV를 줄일 수 있다.

도 1 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 카메라 채널(120)은 절두체 또는 절두체의 일부와 유사할 수 있으며, 절두체는 면을 절단하는 하나 또는 두 개의 평행 면들 사이에 있는 기하학적 고체(일반적으로 원뿔 또는 피라미드)이다. 그 맥락에서, 다각형 변에 대응하는 주광선(170)의 팬은 다면체 형상의 절두체 변과 공칭상 일치하도록 외부 컴프레서 렌즈 소자(137)에 의해 굴절될 수 있다.

카메라의 기하학적 형상과 관련된 일부 문제를 설명하는 데 도움을 주기 위해, 도 5a는 오각형 FOV(177)를 캡처하는 오각형 렌즈(175) 및 육각형 FOV(182)를 캡처하는 육각형 렌즈(180)의 횡단면을 도시한 것으로, 깎인 정이십면체로 발생할 수 있는 바와 같이 외부 렌즈 소자가 오각형 및 육각형 모양을 갖는 한 쌍의 인접한 카메라, 또는 축구공형의 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(예를 들어, 100, 300)를 나타낸다. 이론적인 육각형 FOV(182)는 정점 근처의 FOV가 더 크지만 측면을 따라 20.9°의 절반 FOV 또는 41.8°(θ₁)의 전체 FOV에 걸쳐 있다. 오각형 FOV(177)는 원형 영역 내에서 36.55°FOV(θ₂)를 지원하고 모서리 또는 정점 근처에서 더 큰 FOV를 지원한다. 특히, 이 단면에서, 오각형 FOV(177)는 비대칭이며 광축(185)의 한쪽 면에서 20도 FOV를 지원하고 광축의 다른 쪽 면에서 불과 16.5도 FOV만 지원한다.

광학 렌즈는 일반적으로 ZEMAX 또는 Code V와 같은 프로그램을 사용하여 설계된다. 설계 성공은 일반적으로, 부분적으로는, 메리트 함수에 사용할 피연산자로 식별되는 최선이거나 가장 적절한 렌즈 파라미터를 선택하는 데 달려 있다. 이는 성능에 영향을 미치는 여러 요소(특히 시차 포함)와 개별적으로 또는 집합적으로 최적화할 수 있는 여러 파라미터가 있어 제어할 수 있도록 하는 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)용 렌즈 시스템을 설계할 때도 마찬가지이다. 한 가지의 접근 방식은 "NP" 점의 최적화, 또는 더 중요하게는 이의 변형을 목표로 한다.

배경으로, 광학 분야에는, 물체 공간에서 볼 때 개구 조리개의 투영된 이미지인 입사동 또는 물체 공간에서 이미징된 광선이 제1 렌즈 소자에 의한 임의의 굴절 전에 전파되는 것처럼 보이는 가상 조리개의 개념이 있다. 표준 관행에 따르면, 입사동의 위치는 개구 조리개의 중심을 통과하는 물체 공간(105)에서 근축 주광선을 식별하고 물체 공간 방향을 광축(185)에 부딪히는 위치로 투영하거나 확장하여 찾을 수 있다. 광학기에서, 입사 가우스 또는 근축 광선은 광축에서 10°이하의 각도 범위 내에 있는 것으로 이해되며, 개구 조리개의 중심을 향해 지향되고 또한 입사동 위치를 정의하는 광선에 해당한다. 렌즈 속성에 따라, 입사동은 개구 조리개보다 크거나 작을 수 있으며 개구 조리개 앞이나 뒤에 위치한다.

이에 비해, 저시차 카메라 분야에는, 무시차점(No-parallax(NP) Point) 또는 시점 중심이라는 개념이 있다. 개념적으로, "NP 점"은 최외각 렌즈 소자의 바깥쪽 가장자리 또는 근처에서 입사하고 물체 공간 방향을 광축(185)에 닿는 위치까지 앞으로 투영하거나 확장하는 높은 FOV 주광선 또는 주요 광선과 관련있다. 예를 들어, 설계에 따라, 파노라마 다중 카메라 캡처 장치의 카메라 채널은 십이면체 유형 시스템(도 4)의 경우 31°보다 큰 각도 또는 깎인 정이십면체 유형의 시스템(도 4 및 도 5a 참조))의 경우 20°보다 큰 각도에서 비근축 주광선이 있는 절반 FOV를 지원할 수 있다. NP 점 투영의 이러한 개념은 인접 광학 시스템(카메라)에 대한 주광선 전파 및 시차 제어에 대한 기대와 관련하여 파노라마 다중 카메라 캡처 장치의 설계에 적용되었다. 또한 카메라가 NP 점을 중심으로 선회하거나 여러 대의 카메라가 공통 NP 점을 중심으로 회전하는 것처럼 보이면, 시차 오차가 줄어들고, 시차 오차나 원근감 차이가 거의 또는 전혀 없이 이미지를 정렬할 수 있다고 명시되어 있다. 그러나, 저시차 카메라 분야에서, NP 점은 또한 입사동 및 근축 시야각의 투영과 제1 렌즈 소자에서의 입사 광선 높이(도 2a, 2b 참조) 사이의 1차 광학 접선 관계를 사용하여 추정되는 입사동의 축 위치와 동일하게 취급한다.

따라서, 혼란스럽게도, 저시차 카메라 설계 분야에서, NP 점은 이전에 FOV 주광선의 투영 및 가우스 또는 근축 영역 내에 있는 주광선 투영과 모두 관련되었다. 앞으로 알겠지만, 실제로는 둘 다 가치가 있다. 특히, 근축 입사동과 관련된 NP 점은 렌즈 설계 및 렌즈를 설명하기 위한 초기 사양 개발에 도움이 될 수 있다. 비근축 EoF(Edge of field) 주광선과 관련된 NP 점은 시차 성능을 타겟팅하고 이해하며 렌즈 어셈블리가 상주할 수 있는 원뿔형 볼륨 또는 절두체를 정의하는 데 유용할 수 있다.

이러한 비근축 주광선의 투영은 이러한 렌즈 시스템과 관련된 실제 기하학 관련 요인 및 렌즈 수차로 인해 근축 주광선으로 정의된 입사동을 놓칠 수 있다. 전자에 비해, 잘 설계된 렌즈에서, 이미지 평면의 이미지 품질은 일반적으로 해상도, 텔레센트리시티(telecentricity) 및 기타 속성에 대한 수차의 영향을 제한하여 우선 순위를 지정한다. 렌즈 시스템 내에서, 개구 조리개를 포함한 중간 표면의 수차는 이미지 평면의 순 합에 중점을 두기 때문에 크게 다를 수 있다. 개구 조리개에서의 수차는 종종 비네팅을 피하기 위해 어느 정도 제어되지만, 비근축 주광선은 개구 조리개의 중심이나 투영된 근축에 위치한 입사동을 통과할 필요가 없다.

이러한 개념을 확장하고 개선된 저시차 렌즈 시스템의 설계를 가능하게 하기 위해, 도 2a의 카메라 렌즈 시스템(120)은 물체 공간(105)으로부터의 근축 주광선의 벡터 투영에 의해 정의된 입사동에 대응하는 제1 NP 점(190A)과, 물체 공간(105)으로부터의 비근축 주광선의 벡터 투영에 대응하는 오프셋 제2 NP 점(190B) 둘 다를 도시한 것이 주목된다. 이들 광선 투영 둘 모두는 렌즈 시스템과 이미지 평면(150) 뒤의 위치에서 광축(185)을 가로지른다. 이후에 논의되는 바와 같이, 투영된 점(190A 및 190B) 사이 및 이에 근접한 영역에서의 광선의 거동은 복잡할 수 있으며 어느 쪽도 투영된 위치 또는 점에는 결정적인 값 또는 크기가 없다. 주광선의 투영은 한 지점에서 광축을 가로지르지만, 주광선 그룹의 투영은 광축을 향해 수렴하고 밀접하게 클러스터될 수 있는 (예를 들어, 몇 또는 수십 미크론 내의) 다른 위치에서 교차하며, "점"의 범위 또는 크기는 분석에 사용된 근접 주광선의 집합에 따라 달라질 수 있다. 반면에, 큰 FOV를 이미징하는 저시차 이미징 렌즈를 설계할 때, 투영된 근축 및 비근축 주광선에 의해 제공되는 NP 점(190A 및 190B) 사이의 축 거리 또는 차이는 (예를 들어, 밀리미터로) 상당히 더 클 수 있다. 따라서, 또한 논의될 바와 같이, 축방향 차이는 현재의 파노라마 캡처 장치 및 애플리케이션을 위해 설계된 렌즈 시스템의 시차 최적화(예를 들어, 저시차 볼륨(188))의 가치 있는 척도를 나타낸다. 또한 알 수 있는 바와 같이, 개선된 장치(300)의 설계는 장치의 기하학적 중심 또는 장치 중심(196)을 외부에, 그러나, 이 저시차 볼륨(188)에 근접하거나 대안으로 내부에, 바람직하게는 비근축 주광선 NP 점에 근접해 위치시키도록 최적화될 수 있다.

일 양태로, 도 5a는 공통 지점(190)에 지향된 라인을 제공하기 위해, 2개의 인접한 카메라의 외부 렌즈 소자(렌즈(175 및 180))를 지나는 시야(FOV 가장자리(155))의 이론적인 가장자리의 투영을 도시한다. 이 선은 일반적으로 오각형 원뿔형 또는 육각형 원뿔형 제한 볼륨인 복잡한 "원추형" 광기계공학적 렌즈 어셈블리의 이론적 한계를 나타낸다. 다시 말하면, 이상적으로는, 시차가 없는 다중 카메라 시스템에서, 두 개의 인접한 카메라의 입사동 또는 NP 점이 같은 위치에 있다. 그러나, 기계적 충돌을 피하기 위해, 센서 패키지를 포함한 주어진 렌즈 어셈블리의 기계공학은 일반적으로 카메라 시스템의 절두체 외부와 인접한 렌즈 어셈블리의 원추형 공간 안으로 돌출되어서는 안 된다. 그러나, 다중 카메라 파노라마 캡처 장치의 실제 렌즈 어셈블리는 이음새(160)에 의해 또한 분리된다. 따라서, 기계적 이음새와 물리적 폭 또는 장착된 외부 렌즈 소자(렌즈(175 및 180))의 투명 조리개 내부에 있는 렌즈 가장자리에서 허용되는 실제 주광선(170)은, 근축 NP 점(190)를 향해 일반적으로 투영될 때, 오프셋 NP 점(192)에 대신 착지할 수 있고 NP 점 오프셋 거리(194)만큼 분리될 수 있다.

이는 도 5b에 상세히 도시된 바와 같이 공칭 또는 이상적인 지점(NP 190)에 근접한 확장된 영역 A-A를 고려함으로써 더 잘 이해될 수 있다. 육각형 FOV(182) 내에서, 가우스 또는 근축 영역(예를 들어, 근축 광선(173)) 내에서 전파되고 조리개의 공칭 중심을 통과하는 광선은 (입사동에 해당하는) 공칭 NP 점(190) 또는 공칭 NP 점(190)으로부터 작은 NP 점 차이 또는 오프셋(193)에서의 오프셋 NP 점(190A)으로 투영될 수 있다. 반면, 육각형 내의 최대 내접원과 관련된 실제 육각 렌즈 에지 주광선(170)은 더 큰 오프셋 거리(194A)에 있을 수 있는 공통 오프셋 NP 점(192A)에 착지하도록 투영될 수 있다. 도 5a,b의 인접한 2개의 카메라도 또한 일치하는 NP 점(예를 들어, 190)을 공유하거나 공유하지 않을 수 있다. 거리 오프셋은 카메라(인접한 육각형 및 오각형 카메라) 간의 기하학적 문제, (예를 들어, 오각형 카메라의 경우) 카메라 내의 기하학적 비대칭 또는 이음새(160)의 실제 폭의 제한으로 인해 또는 수차 광선들 간의 방향성 차이를 포함하는 다양한 이유로 발생할 수 있다.

방금 언급했듯이, 단순한 공칭 "NP 점"(190)을 향한 입사 주광선의 투영에는 잠재적인 기하학적 차이가 있다. 첫째, 육각형 또는 오각형 렌즈의 모서리 또는 정점 또는 중간 가장자리(중간 코드) 근처에서 입사하는 이미징 광경로는 공칭 근축 NP 점(190)과 오프셋 NP 점(192B) 사이의 설명된 범위 내에서 공통 NP 점으로 투영되거나 투영되지 않을 수 있다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 오각형 렌즈의 기하학적 비대칭으로부터, 실제 허용된 FOV에 대한 에지 주광선(170, 171)의 관련 쌍은 오프셋 거리(194B)만큼 근축 NP 점(190)로부터 그리고 오프셋 거리(194C)만큼 서로로부터 분리될 수 있는 서로 다른 공칭 NP 점(192B)으로 투영될 수 있다.

또 다른 문제로, 렌즈 설계 중에, 최상의 성능은 일반적으로 광축(185) 근처에서 축 또는 축에 근접해(예를 들어, 0.3 시야(정규화) 이하로) 발생한다. 많은 렌즈에서, 설계상 우수한 이미징 성능은 규정 준수를 강제하기 위해 최적화 가중치가 자주 사용되는 시야 에지 또는 그 근처에서 종종 발생한다. 그러면, 중간 필드(예를 들어, 정규화된 이미지 시야 높이의 0.7-0.8)에서 최악의 이미징 성능이 발생할 수 있다. 다시 도 5a,b를 고려하면, 근축 영역 외부의 중간 필드(θ)에서 나오나 에지 주광선(10°< θ < 20.9°)만큼 극단적이지는 않은 중간 오프축 광선이 공칭 NP 점(190) 및 오프셋 NP 점(192B) 사이의 중간 NP 점을 향해 투영할 수 있다. 그러나, 수차의 영향을 더 많이 받는 특히 0.7-0.8 중간 필드의 다른 더 극단적인 오프축 광선은 시야 오프셋 NP 점(192B)의 에지보다 공칭 NP 점(190)에서 다소 오프셋된 위치에서 NP 점으로 투영될 수 있다. 렌즈 디자인의 변화를 고려하면, 비근축 오프셋 "NP" 점은 도 5b에 제안된 바와 같이 근축 NP 점(입사동)보다 앞에(렌즈에 더 가깝게) 또는 (도 2a에 도시된 바와 같이) 그 뒤에 떨어질 수 있다.

이는 도 5c에 더 자세히 도시되어 있고, 도 5c는 도 5b의 추가 확대 영역 A-A를 본질적으로 도시하나, 이는 본 접근 방식의 방법을 사용하여 설계 및 최적화된 이미징 렌즈 시스템에 대해 근축 입사동(190)에서 및 그 근처에서 수렴하는, 수차 이미지 광선과 관련된 벡터 투영 광경로로부터의 영향을 도시한다. 도 5c에서, 카메라 렌즈 시스템으로부터의 다중 시야에서의 녹색 수차 이미지 광선의 투영된 광경로는 하나 이상의 "NP" 점 근처의 저시차 볼륨(188) 내에서 수렴된다. 적색 또는 청색광에 대해서도 유사한 광선 팬의 그림을 생성할 수 있다. 근축 광선(173)의 투영은 공칭 근축 NP 점(190), 또는 이미지 평면(150) 뒤의 거리(Z)에서 공칭 광축(185)에 위치한 입사동에서 또는 그 근처에서 수렴될 수 있다. 주광선(171)을 포함한 EoF 광선(172)의 투영은 광축(185)을 따라 오프셋 NP 점(192B)에서 또는 그 근처에서 수렴한다. NP 점(192B)은 예를 들어 모든 EoF 광선(172)의 질량 중심으로서 정량적으로 정의될 수 있다. 대안적인 오프셋 NP 점(192A)은 근축, 에지 및 중간 또는 중간 필드 광선이 가장 작은 지점에 모이는 "최소 혼동원"에 해당하는 것으로 식별된다. 이들 상이한 "NP" 점은 오프셋 거리(194A, 194B)만큼 근축 NP 점으로부터, 그리고 오프셋 거리(194C)만큼 서로로부터 분리된다. 따라서, 근축 FOV 또는 비대칭 FOV보다 큰 것을 지원하는 임의의 주어진 실제 이미징 렌즈 어셈블리 또는 카메라 렌즈에 대한 집계 "NP 점"은 일반적으로 한 점이 아니라, 대신 오프셋 저시차(LP) 스머지 또는 볼륨(188)일 수 있다.

스머지 또는 저시차 볼륨(188) 내에서, 다양한 가능한 최적 또는 바람직한 NP 점이 식별될 수 있다. 예를 들어, 시야 광선(172)의 에지에 대응하는 오프셋 NP 점은 개선된 이미지 타일링을 제공하는 것을 돕기 위해 강조될 수 있다. 대체 중간 필드(예를 들어, 0.6-0.8) NP 점(미도시)도 추적하고 최적화될 수 있다. 또한 전체 "LP" 스머지 또는 볼륨(188)의 크기 및 위치, 또는 그 안의 선호되는 NP 점(예를 들어, 192B)이 렌즈 설계 최적화에 따라 변경될 수 있다. 이러한 파라미터는 또한 렌즈 어셈블리 간의 제조 차이로 인해 주어진 설계의 제조된 렌즈 시스템에 대해 서로 렌즈 간에 다를 수 있다. 비록 도 5c는 근축 NP 점(190) 뒤에 위치하거나 렌즈 및 이미지 평면에서 더 멀리 위치하는 비근축 광선에 대한 이러한 대안적인 오프셋 "NP 점"(192A,B)을 도시하나, 본 발명의 방법을 사용하여 최적화된 이러한 유형의 다른 렌즈도 저시차 볼륨(188)으로 위치된 유사한 비근축 NP 점(192A,B)이 이미지 평면과 근축 NP 점 사이의 위치에서 발생할 수 있는 곳에 제공될 수 있다.

도 5c는 또한 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치의 중심, 즉, 장치 중심(196)의 위치를 도시한다. 광학적 고려를 기반으로, 개선된 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)는 바람직하게는 저시차 볼륨(188) 내에 장치 중심(196)을 공칭상 위치시키는데 최적화될 수 있다. 최적화된 위치는 오프셋 NP 점(192A 또는 192B) 중 하나에 위치하거나 그 부근에 위치하는 것을 포함할 수 있고, EoF 주광선에 대한 시차 제어를 우선시하기 위해 그들 사이의 오프셋 거리(194B) 내에 위치할 수 있다. 그 안의 실제 위치는 입사동의 구면수차에 대한 렌즈 최적화, 직접 주광선 제약, 왜곡, 또는 이들의 조합에 의해 결정될 수 있는 시차 최적화에 따라 달라진다. 예를 들어, 구면수차가 과도하게 보정되거나 과소 보정되도록 최적화되었는지 여부와 메리트 함수의 필드 피연산자에 대한 가중치가 사용되는 방식은 주변 시야 또는 중간 필드에 대한 비근축 "NP" 점의 위치 지정에 영향을 미칠 수 있다. "NP" 점 포지셔닝도 또한 렌즈 시스템 제작에 있어 제조 공차 및 잔여 변화의 관리에 따라 달라질 수 있다. 장치 중심(196)은 또한 중심 오프셋 거리(198)만큼 저시차 볼륨(188)에 근접하게 위치될 수 있지만 이로부터 오프셋 거리(198)만큼 떨어져 있다. 이 접근법은 또한 공차 관리를 돕고 케이블, 회로, 냉각 하드웨어, 및 관련 구조를 위한 장치 중심(196) 근처에 더 많은 공간을 제공할 수 있다. 그러한 경우에, 인접 카메라(120)는 일치하는 점들(도 5a, b) 대신에 "NP" 점(도 5d)의 오프셋된 저시차 볼륨(188)을 가질 수 있다. 이 예에서, 장치 중심(196)이 대신에 근축 입사동, NP 점(190)에 또는 이에 근접하게 위치된다면, 효과적으로 카메라(120)의 외부 렌즈 소자(137) 중 하나 이상이 다른 것보다 작아져 원하는 전체 FOV를 달성할 수 없다.

따라서, NP(no-parallax) 점은 작업하기에 유용한 개념이며, 파노라마 이미지 캡처 및 시스템 설계에 귀중한 정보를 제공하고 저시차 오차 렌즈 설계에 도움이 되지만, 이는 이상화된 것으로, 그 한계도 또한 알아야 한다. NP 점(들) 및 LP 스머지에 대한 이러한 논의를 고려할 때, 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(가령, 도 8의 렌즈 설계(320))를 가능하게 하는 데 있어서, 이 체제에서 광선 거동을 이해하고 최적화할 적절한 파라미터 또는 피연산자 및 목표로 할 적절한 성능 목표 수준을 정의하는 것이 중요하다. 성능 목표 수준을 정의하는 경우, 예를 들어, 트랙 길이가 65-70mm인 저시차 렌즈는 LP 스머지가 10mm 폭(예를 들어, 오프셋 거리(194A))만큼 큰 경우에 설계될 수 있다. 그러나, 이 파라미터가 더욱 개선된 대안적인 렌즈 설계는 길이방향 LP 스머지 폭 또는 수 밀리미터 이하의 광축(오프셋(194A))을 따른 폭을 갖는 저시차 볼륨(188)을 가질 수 있다.

저시차 볼륨(188)의 폭과 위치, 다양한 주광선의 투영의 벡터 방향, 및 저시차 볼륨 내에서의 NP 점 위치는 주광선(170)(예를 들어, 도 2a,b)의 팬과 관련된 피연산자를 사용하는 방법에 의해 렌즈 최적화 동안 제어될 수 있다. 그러나, 도 도 5c의 LP 스머지 또는 LP 볼륨(188)은 입사동의 구면수차의 횡방향 성분의 시각화로 이해될 수 있으며, 이 파라미터는 주광선 팬을 사용하는 것에 대안이나 동등한 설계 최적화 방법에 사용될 수 있다. 특히, 예를 들어 Code V를 사용하여 렌즈 최적화 동안, 렌즈 설계자는 입사동의 구면수차의 횡성분(예를 들어, 광선 높이)에 대한 특수 사용자 정의 함수 또는 피연산자를 생성할 수 있으며, 이는 다양한 방법으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 피연산자 값은 필드 피연산자에 균일하거나 불균일한 가중치를 사용하여 전체 FOV 또는 로컬화된 시야에 걸쳐 값의 잔차제곱합(RSS)으로 계산될 수 있다. 로컬화된 시야 선호도의 후자의 경우, 값은 근축, 중간 필드 또는 주변 시야에 대한 선호도에 따라 입사동 또는 그 근처의 위치, 또는 저시차 볼륨(188) 내의 다른 위치에 대해 계산될 수 있다. 등가 피연산자는 도 5c에 도시된 바와 같이 오프셋 NP 점(192A)의 평면 또는 오프셋 NP(192B)의 평면과 같은 평면에서 최소혼동원의 폭일 수 있다. 최적화 피연산자는 가중을 사용해 중간 필드보다 주변 시야 또는 에지 필드를 선호하는 불균형적인 가중으로 시야 전체에서 시차 오차를 불균일하게 줄이거나 제한하도록 계산될 수 있다. 대안으로, 최적화 피연산자는 모든 시야(예를 들어, 도 7에서와 같이 코어 FOV(205) 내에서 또는 이를 가로질러)에 걸쳐 공칭상 균일한 방식으로 공칭상 저시차 오차를 제공하기 위해 가중으로 계산될 수 있다. 이러한 유형의 최적화는 매핑 응용 프로그램에 특히 유용할 수 있다.

원근감의 중심에 대한 시차 보정의 개념이 도 5d에 도시되어 있다. 제1 카메라 렌즈(120A)는 물체 공간(105)으로부터의 빛을 수집하고 2개의 외부 광선 팬(179A 및 179B)으로부터의 빛을 포함해 적어도 코어 FOV로 이미지화하는데, 여기에는 주광선 투영이 저시차 볼륨(188A)을 향해 수렴한다. 도 2b 또는 도 5c에 도시된 바와 같이, 시야 광선(172)의 인근 에지 또는 에지 그룹에 해당할 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, LP 볼륨(188) 내에서, 일반적으로 이미지 공간을 향한 물체 공간으로부터의 이러한 광선의 벡터 투영은 EoF 광선을 선호하기 때문에 선택되거나 선호될 수 있는 대안적인 NP 점(192B)에서 또는 그 근처에서 이미지 평면을 넘어 광축(185)을 가로지를 수 있다. 그러나, 도 5c에 도시된 바와 같이, 그러한 EoF 광선(172)은 정확히 동일한 지점에서 광축(185)을 교차할 필요가 없다. 이러한 차이는, 물체 공간(105)으로 다시 옮겨질 때, 카메라 렌즈의 이미징된 FOV(예를 들어, 도 7에서와 같은 코어 FOV(205)) 내에서 또는 이를 가로질러 이미징된 광선 번들 또는 팬에 대한 시차 또는 원근의 작은 차이로 옮겨진다.

도 5d에 도시된 제2 인접 카메라 렌즈(120B)는 유사한 성능을 제공할 수 있고, 대응하는 저시차 볼륨(188B) 내에서 수렴하는 이들 주광선의 벡터 투영으로 코어 FOV(205) 내로부터 광선 팬(179C)을 포함하는 주광선(170)의 팬을 이미지화할 수 있다. LP 볼륨(188A 및 188B)은 인접한 카메라들 사이의 카메라 기하학적 구조 및 이음새, 또는 렌즈 시스템 제조 공차 및 보정기를 포함하는 요인에 따라, 또는 장치 중심(196)이 LP 볼륨(188)에서 오프셋되는지 여부에 따라 중첩되거나 일치하거나 오프셋될 수 있다. 이러한 LP 볼륨(188)이 더 많이 중첩되거나 일치할수록, 두 렌즈 시스템의 원근감 중심이 더 많이 오버랩된다. 카메라 렌즈(120A)의 광선 팬(179B)과 카메라 렌즈(120B)의 광선 팬(179C)도 공칭상 서로 평행하다; 예를 들어, 그들 사이에는 시차 오차가 없다. 그러나, 렌즈 설계가 FOV 에지에서 잔차 시차 오차를 거의 허용하지 않더라도, 렌즈 시스템 간의 제조 편차가 그 차이를 증가시킬 수 있다.

분석적으로, 실제 렌즈의 주광선 데이터는 색도 오차를 포함한 원근 오차의 관점에서 시야 각도의 함수로 표현될 수도 있다. 원근 오차는 다른 거리 또는 방향에 위치한 두 물체 사이의 이미지에서 위치 오차로 분석될 수 있다. 원근 오차는 COP 위치의 선택, 이미지화된 FOV 내의 각도 및 색도 오차에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 녹색 원근 오차를 최소화하기 위해 COP의 우선 순위를 지정하는 것이 유용할 수 있다. 투시 차이 또는 시차 오차는 이미징된 FOV 내의 하나 이상의 시야 각도에 대한 원근 중심과 관련된 LP 볼륨(188) 내의 색축 위치(Δz) 또는 폭을 최적화함으로써 감소될 수 있다. 원근의 중심은 Z(축) 인터셉트 위치(mm 단위의 거리) 대 시야 각도의 색상별 곡선 군(群)으로 그래프로 표시하고 분석할 수도 있다. 대안으로, 캡처된 이미지가 어떻게 보일지 더 잘 이해하기 위해, COP를 그래프로 표시하고 카메라 시스템의 곡선 군으로 이미지 픽셀에서, 색상별, 시야 대비 시차 오차로 분석할 수 있다.

설계 또는 카메라 렌즈 시스템 동안, 목표는 코어 FOV(205)(도 7) 내에서 이미징을 위해 시차 오차를 몇 픽셀 이하로 제한하는 것일 수 있다. 대안으로, 예를 들어, 코어 FOV의 외부 에지 및 (제공되는 경우) 확장된 FOV 영역에 대해 주변 시야에서 시차 오차를 특히 제한하는 것이 바람직할 수 있다. 카메라에 대한 잔차 시차 오차가 충분히 작으면, 공유된 이음새(160) 근처 또는 확장된 FOV 중첩 이미징의 이음새 관련 영역 내에 있는 두 개의 인접한 카메라 사이의 원근 오차로 보이는 시차 차이도 마찬가지로 몇 픽셀 이하로(예를 들어, 3-4픽셀 이하로) 제한될 수 있다. 렌즈 설계, 장치 설계 및 응용 프로그램에 따라, 원근 오차로 측정할 때, 렌즈 시스템의 시차 오차를 전체 코어 FOV, 주변 시야 또는 둘 다에 대해 0.5픽셀 이하로 더 줄이는 것이 가능하고 바람직할 수 있다. 2개의 인접한 카메라 각각에 대한 이러한 잔차 시차 오차가 충분히 작은 경우, 이미지가 획득되고, 잘리고, 쉽게 타일링될 수 있는 한편, 임의의 잔류 이음새(160) 또는 사각영역(165)으로부터 이미지 아티팩트를 보상하거나 숨길 수 있다.

도 1의 카메라 유형의 파노라마 카메라의 설계를 추구함에 있어서, 그러나, 다중 인접 카메라를 갖는 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)를 가능하게 하려면, 렌즈 최적화 방법 및 파라미터의 선택이 중요할 수 있다. 카메라 렌즈(120), 또는 도 2a와 같은 렌즈 소자(135)의 시스템이 시작점으로 사용될 수 있다. 카메라 렌즈는 컴프레서 렌즈 소자(들), 및 내부 렌즈 소자(140)를 가지며, 이들 중 내부 렌즈 소자는 또한 프리-스톱 광각 렌즈 그룹 및 포스트-스톱 접안경형 렌즈 그룹으로 구성되는 것으로 정의될 수 있다. 시차 오차를 줄이기 위해 이러한 렌즈를 설계할 때, 근축에서 비근축 주광선(125)의 팬(도 2a 참조) 또는 EoF 주광선(170)의 팬(도 2b 참조) 또는 EoF 주광선(172)(도 5c 참조) 또는 EoF 주광선(179A,B)(도 5d 참조)의 로컬화된 집합이 카메라 렌즈 어셈블리에 의해 어떻게 이미지화되는지 고려하는 것이 중요할 수 있다. 주광선의 집합 또는 세트(예를 들어, 31개의 정의된 광선)에 대해 메리트 함수 피연산자 세트를 사용하여 렌즈 디자인을 최적화할 수 있지만, 그 최적화 프로세스는 번거로울 수 있다. 대안으로, 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)의 설계를 추구함에 있어, 입사동, 또는 렌즈 시스템 뒤의 LP 스머지 부피(188) 내의 유사한 선택된 표면 또는 위치(예를 들어, 오프셋 NP 점(192A 또는 192B))에서의 구면수차의 횡방향 성분을 강조하는 감소된 광선 파라미터 또는 피연산자 세트를 사용하여 개선된 성능을 얻을 수도 있다고 판단되었다. 다른 비근축 입사동에서 구면수차의 횡방향 성분에 대한 최적화는 비근축 주광선을 강조하는 메리트 함수 가중치를 사용하여 수행할 수 있다.

다른 양태로서, 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치에서, 카메라(120)(도 2b 참조)의 외부 렌즈 소자의 경사진 에지에서 또는 그 근처에서 입사하는 주광선(170)의 팬은 인접한 카메라(도 1 참조)의 외부 렌즈 소자의 경사진 표면의 에지(132)에서 또는 그 근처에서 입사하는 주광선(170)의 팬에 평행해야 한다. 외부 렌즈 소자(137) 또는 컴프레서 렌즈의 "에지"는 유리 두께를 통해 절단된 평평한 에지를 가질 수 있고, 그 렌즈 소자, 전체 렌즈 어셈블리, 하우징(130), 인접한 이음새(160) 및 그 구조의 제조 공차가 적용되는 3차원 구조(도 2b 참조)이다. 경사진 에지가 외부 렌즈 소자에 잘리는 위치 정의는 재료 속성, 앞면 색상, 왜곡, 시차 보정, 공차 및 추가로 확장된 FOV(215)의 범위를 포함한 요인에 따라 다르다. 외부 렌즈 소자(137)는 경사진 에지(132)가 렌즈에 잘릴 때 패싯된 외부 렌즈 소자가 되고, 공칭상 다각형 패턴(예를 들어, 오각형 또는 육각형)을 따르는 다각형 형상의 에지의 세트를 생성한다.

그런 후, 다각형 모양의 시야로부터 입사광을 캡처하는 다각형 모양의 외부 렌즈 소자를 갖는 카메라 시스템(120)이 이미지 평면(150)에서 다각형 모양의 이미지를 형성할 수 있으며, 캡처된 다각형 시야의 모양은 공칭상 다각형 외부 렌즈 소자의 모양과 일치한다. 주어진 한 쌍의 인접 카메라에 대한 이러한 경사진 에지의 절단은 개입한 이음새(160) 또는 그 근처에서 이미징 및 광기계공학적 구성 모두에 영향을 미칠 수 있다.

또 다른 양태로서, 도 5e는 오프축 또는 에지 필드 포인트로 지시되는 바와 같이, 색상 대 시야에 의한 공칭 광경로의 차이인 "앞면 색상"을 도시한다. 일반적으로, 주어진 필드 포인트에 대해, 청색광선이 가장 먼 오프셋이다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈 소자(137) 상의 허용된 청색광(157)은 동일한 이미지 필드 포인트로 지향되는 허용된 적색 광선(158)보다 ΔX∼1mm 더 멀리 있다. 렌즈 소자(137)가 충분히 크지 않은 경우, 이 청색광이 잘리거나 비네팅될 수 있고 컬러 쉐이딩 아티팩트가 이미징된 시야의 에지에서 또는 그 근처에서 발생할 수 있다. 앞면 색상은 다각형 FOV의 협소한 무지개형 윤곽선 또는 광학 시스템의 시야 조리개 역할을 하는 외부 컴프레서 렌즈 소자(437)의 다각형 에지로서 캡처된 이미지 콘텐츠에 나타날 수 있다. 이미지 에지 근처의 앞면 색상 관련 색상 쉐이딩 아티팩트를 유발할 수 있는 로컬화된 색상 투과 차이는 외부 컴프레서 렌즈 소자(137)의 경사진 에지에서의 차등 비네팅 또는 컴프레서 렌즈 소자(438)(도 13a)의 에지 절단으로 인해 또는 개구 조리개(145)를 통해 발생할 수 있다. 개선된 저시차 카메라 렌즈(320)를 제공하기 위한 렌즈 설계 최적화 동안, 앞면 색상은 컴프레서 렌즈 그룹 또는 전체 렌즈 디자인 내에서 유리 선택에 의한 것을 포함하여 렌즈 설계의 색도 보정의 일부로 또는 측면 색상 보정 시 상쇄로서 감소될 수 있다(예를 들어, ΔX ≤ 0.5mm 폭). 캡처된 이미지에 대한 앞면 색상의 영향은 확장된 FOV(215)(도 7)를 갖도록 개선된 카메라 렌즈(320)를 설계하고 또한 확장된 FOV(215)의 에지에서 또는 그 너머로 직선 절단 또는 비스듬한 렌즈 에지(132)를 미는 광기계공학을 설계함으로써, 임의의 잔여 앞면 색상이 코어 FOV(220) 외부에서 발생하게 된다. 그러면, 앞면 색상 아티팩트는 이미지 처리 중 이미지 자르기 단계 동안 제거될 수 있다. 앞면 색상 또는 측면 색상의 영향은 이미지 처리 중 공간적으로 변형된 색상 보정을 통해 줄일 수도 있다. 다른 옵션으로서, 개선된 카메라 렌즈(320, 920)는 예를 들어 적색광 또는 녹색광에 대한 것보다 청색광에 대해 더 큰 투과 조리개(직경)를 제공할 수 있는 개구 조리개에서 또는 그 부근에서 색상 의존 조리개를 가질 수 있다.

이음새에서 또는 그 근처에서 광학 성능은 부분적으로 왜곡(도 6) 및 정의된 시야 세트(도 7)와 관련하여 이해될 수 있다. 특히, 도 7은 잠재적인 이미지 광이 2개의 인접한 카메라에 의해 수집될 수 있는 잠재적인 시야 세트를 도시한다. 예로서, 십이면체 또는 깎인 20면체 또는 다른 다각형 렌즈 카메라 어셈블리와 연관있든 간에 인접한 렌즈 또는 카메라 채널로부터 분리하는 이음새(160)가 있는 오각형 모양의 외부 렌즈 소자가 있는 카메라가 정점(60) 또는 렌즈가 상주한 절두체 또는 원추형 볼륨의 다각형 에지까지 확장된 이상적인 FOV(200)를 이미지화할 수 있다. 그러나, 렌즈 하우징의 유한한 두께, 경사진 렌즈 소자 에지의 물리적 측면, 기계적 웨지 및 공차를 포함하여 이음새에서 발생할 수 있는 다양한 물리적 제한으로 인해, 이미지 광을 통과하는 더 작은 코어 FOV(205)가 실제로 이미지화될 수 있다. 외부 렌즈 소자(137)용 코팅된 투명 조리개는 약간의 마진(예를 들어, 0.5-1.0mm)을 갖고 적어도 코어 FOV(205)를 둘러싸야 한다. 베벨링 전에 AR 코팅으로 렌즈를 제작할 수 있으므로, 코팅이 이음새까지 확장될 수 있다. 코어 FOV(205)는 주어진 실제 카메라(120)가 이미지화할 수 있는 가장 큰 저시차 시야로 정의될 수 있다. 동등하게, 코어 FOV(205)는 경계가 그 다각형 원뿔의 경계에 공칭상 평행인 카메라 채널의 서브-FOV로 정의될 수 있다(도 5a 및 5b 참조). 이상적으로, 작은 이음새(160)와 FOV 포인팅의 적절한 제어 및 보정을 통해, 공칭상의 코어 FOV(205)는 크기가 이상적인 FOV(200)에 접근하거나 일치한다.

카메라 정렬 및 보정 프로세스 동안, 일련의 이미지 기준점(210)이 코어 FOV(205)의 에지 중 하나 이상을 따라 설정되어 이미지 처리 및 이미지 타일링 또는 모자이크를 지원할 수 있다. 제1 카메라에 의해 지원되는 코어 FOV(205)와 인접한 카메라에 의해 지원되는 코어 FOV(205) 사이의 결과적인 갭으로 인해 사각영역(165)이 발생될 수 있다(도 5a 및 5b). 사각영역(165) 및 장면에서 이미지 콘텐츠의 관련된 손실을 보상하기 위해, 이음새 폭 및 공차를 고려하기에 충분한 추가 FOV를 제공할 수 있는 확장된 FOV(215) 또는 오프셋 장치 중심(196)을 지원하도록 카메라를 설계할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 확장된 FOV(215)는 인접 카메라의 코어 FOV(205)의 에지와의 오버랩(127)을 제공하기에 충분히 멀리 확장될 수 있지만, 확장된 FOV(215)는 아직 더 클 수 있다. 이 제한된 이미지 오버랩으로 인해 도 3과 관련하여 이전에 논의된 바와 같이 적당한 양의 이미지 해상도 손실, 시차 오차 및 이미지 처리의 일부 복잡성이 야기될 수 있으나, 이음새와 사각영역의 겉보기 폭를 줄이는 데도 또한 도움이 될 수 있다. 그러나, 추가 오버랩 FOV가 적당하고(예를 들어, 5% 이하이고) 그 안의 잔차 시차 오차가 본 접근 방식에 의해 제공되는 것처럼 충분히 작으면(예를 들어, 0.75 픽셀 원근 오차 이하이면), 이미지 처리 부담이 매우 적다. 확장된 FOV(215)로의 이미지 캡처는 또한 개선된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)의 작동 동안 카메라 캘리브레이션 및 이미지 보정을 지원하는 중간 캡처 단계를 가능하게 하는 데 사용될 수 있다. 도 7은 또한 코어 FOV(205), 즉, 해당 카메라로부터 모든 방향으로 캡처될 수 있는 공통 코어 FOV(220)의 서브세트에 대응하는 FOV 세트 중 하나 내의 내접원을 도시한다. 공통 코어 FOV(220)의 각도 폭는 카메라의 이미지 용량에 대한 빠른 참조로 유용할 수 있다. 전체 코어 FOV(205)를 포함하기 위해 더 큰 공통 코어 FOV(220)의 다른 정의도 유용할 수 있다. FOV(215)를 공칭상 포함하기 위해 공통 코어 FOV(220) 또는 코어 FOV(205)에서 이상적인 FOV(200)를 넘어 뻗어 있는 대시선(225)은 렌즈 설계가 주광선 또는 주요광선을 신중하게 매핑하거나 입사동의 구면수차 제어를 지원할 수 있어, 저시차 오차 이미징을 가능하게 하고 인접 카메라에서 캡처한 이미지를 쉽게 타일링할 수 있게 하는 영역을 나타낸다.

두 개의 인접한 카메라 사이의 두 개의 인접한 사용 가능한 투명 조리개 사이의 거리에 걸쳐 있는 이음새(160)를 가로질러, 시차를 줄이고 이미지 타일링을 개선하기 위해, 이미지 광이 유한한 거리에 걸쳐 상당한 직선성, 평행도 및 공통 간격으로 캡처되는 경우 유리할 수 있다. 확장된 FOV를 제공하고 사각영역을 제한하는 데 필요한 FOV 오버랩의 양은 입사동( NP 점) 또는 (예를 들어, 주변 광선을 강조하기 위해) 저시차 볼륨(188) 내에 대체 선호 평면을 장치 중심(196)으로(예를 들어, 십이면체 형상의 중심으로) 제어함으로써 결정될 수 있다. 확장된 FOV(215)의 양은 바람직하게는 5% 이하(예를 들어, 37.5°의 공칭 코어 FOV에 대해 1.8°이하의 추가 시야)이므로, 카메라의 주변 시야는 예를 들어 ∼0.85-1.05이다. 장치 중심의 간격 제약과 제조 공차가 잘 관리되면, 확장된 FOV(215)는 1% 미만의 추가 시야로 감소될 수 있다. 확장된 FOV(215) 내에서, 시차는 공칭 시스템 수준으로 제한되어야 하는 한편, 이미지 해상도와 상대 조도는 모두 만족스럽게 유지되어야 한다. 시차 오차를 줄이기 위한 시차 최적화는 확장된 FOV(215)에서 제공하는 추가 카메라 오버랩 영역(예를 들어, 도 7, ∼0.85-1.05의 프랙탈 시야 범위)을 포함하기 위해 주광선 또는 동공 수차 제약을 사용하고 높은 FOV 영역(예를 들어, 0.85-1.0 시야) 또는 그 이상에 대한 타겟팅 최적화를 사용할 수 있다.

또한, 제한된 시차 오차와 개선된 이미지 타일링으로 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)를 가능하게 함으로써, 외부 렌즈 소자의 FOV의 에지, 예를 들어, 주변 시야에서 또는 그 근처에서 통과하는 이미지 광에 대한 이미지 왜곡을 제어하는 것이 중요할 수 있다. 기하 광학에서, 왜곡은 장면의 직선이 이미지에서 직선으로 유지되는 바람직한 조건(예를 들어, 직선 투영)과의 편차이다. 이는 광학 수차의 한 형태로 장면의 광선이 이미지 평면에 매핑되는 방식을 설명한다. 일반적으로, 이미지 캡처에 사용되는 렌즈 어셈블리에서는, 사람이 보기에 이미지 왜곡을 최대 +/- 2%로 제한하는 것이 좋다. 현재 애플리케이션에서, 인접 카메라로 캡처한 이미지의 파노라마 이미지를 타일링하거나 결합하기 위해, 2% 이하의 적당한 왜곡을 갖는 것도 유용할 수 있다. 참고로, 배럴 왜곡에서, 광축에서 멀어질수록 이미지 배율이 감소하며, 겉보기 효과는 구(또는 배럴) 주위에 매핑된 이미지의 효과이다. 반구형 또는 파노라마 보기를 촬영하는 데 자주 사용되는 어안 렌즈는 일반적으로 무한히 넓은 물체 평면을 유한한 이미지 영역에 매핑하는 방법으로서 이러한 유형의 왜곡을 갖는다. 어안 렌즈 왜곡(251)은 f-세타 왜곡과의 편차로서 클 수 있지만(예를 들어, 전체 시야에서 15% 또는 90°반폭(HW)), 작은 시야(예를 들어, 30°HW 이하)에 대해 불과 몇 %이다. 또 다른 예로서, 레이저 프린팅 또는 스캐닝 시스템에서, f-세타 이미징 렌즈는 종종 픽셀 배치를 위한 최소 밴딩 아티팩트 및 이미지 처리 보정으로 이미지를 인쇄하는 데 사용된다. 특히, f-세타 렌즈는 거의 일정한 스폿 또는 픽셀 크기를 생성하는 배럴 왜곡과 시야 각도 (θ)(h = f*θ)에 선형인 픽셀 배치로 설계된다.

따라서, 35-40°이하의 절반 FOV를 캡처하는 개선된 저시차 카메라(320)는 왜곡이 충분히 낮을 수 있기 때문에 어안 왜곡(251)을 가질 수 있다. 그러나, 왜곡은 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)에 사용하기 위한 개선된 카메라 렌즈 어셈블리의 설계를 위해 더 유리하게 최적화될 수 있다. 제1 예로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 이미징된 시야의 에지 또는 그 근처에서 로컬화된 공칭 f-세타 왜곡(250A)을 카메라 렌즈 어셈블리에 제공하는 것이 유리할 수 있다. 일 예로, 이미지 왜곡(250)은 약 1%의 ∼0.75 시야에서 피크에 달하고, 렌즈 설계는 ∼0.85 시야 아래에서 f-세타 왜곡(250)을 제공하도록 최적화되지 않는다. 그러나, 렌즈 설계 과정에서, 메리트 함수는 ∼0.9-1.0의 프랙탈 시야 범위를 잇는 주변 시야와 같이 시야의 에지에서 또는 그 근처에서 이미징된 광선에 대해 공칭상 f-세타 유사 왜곡(250A) 또는 대략 평탄화된 왜곡(250B)을 제공하도록 제한될 수 있다. f-세타 유형 또는 평탄화된 왜곡 보정을 갖는 이러한 높은 시야 범위는 6각형 또는 오각형 외부 렌즈 소자(137)를 갖는 렌즈 어셈블리의 모서리 또는 정점과 같은 모서리 또는 정점(60)을 통해 이미징된 광선을 포함해 도 2b의 주광선(170) 또는 주변광선의 팬을 포함한다. 또한, 제조 공차 및 렌즈 소자(135)와 하우징(130) 모두를 포함한 카메라 및 파노라마 다중 카메라 캡처 장치의 카메라(120) 집합에 적용될 수 있는 동적 영향(예를 들어, 온도 변화)으로 인해, 주변 시야에서 공칭 f-세타 또는 평탄화된 왜곡 보정 영역을 공칭 전체 시야(예를 들어, 0.85-1.05) 너머로 확장하는 것이 유리할 수 있다. 이는 도 6에 도시되어 있고, 감소되거나 평탄화된 왜곡 영역이 전체 시야를 넘어 ∼1.05 시야로 확장된다. 이러한 주변 시야 범위에서, 전체 왜곡 변화를 0.5% 이하로 제한하는 것이 유리할 수 있다. 주변 시야 왜곡을 제어하면 이미지 "에지"가 인접한 오각형 모양 영역에서 직선으로 유지된다. 이렇게 하면 이미지를 타일링할 때 픽셀을 보다 효율적으로 사용할 수 있으므로 이미지 처리 속도가 더 빨라진다.

이전 논의는 고전적인 의미에서 왜곡을 이미지 평면에서의 이미지 수차로 취급한다. 그러나, 저시차 카메라에서, 이러한 잔류 왜곡은 일반적으로 컴프레서 렌즈 소자(도 13a의 137 또는 437 및 438)의 기여도 대 총 내부 렌즈 소자(도 13a의 140 또는 440)의 기여도를 상쇄이거나 공칭상 소거이다. 중요하게는, 외부 컴프레서 렌즈 소자의 왜곡 기여로 인한 광선 방향 전환은 이미징된 광경로와 저시차 볼륨을 향한 투영된 주 광경로 모두에 영향을 미친다. 이는 차례로 적어도 일부 저시차 렌즈의 설계에 대해 왜곡 최적화가 시차 또는 시야 NP 점의 에지 또는 원근 최적화 중심에 영향을 줄 수 있음을 의미한다.

시차, 왜곡, 상대 조도, 해상도 및 기타 성능 요인들이 이미지 타일링을 보조하기 위해 주의깊게 최적화될 수 있는 (예를 들어, ∼0.85-1.05, 또는 5% 이하의 추가 시야를 포함한) 주변 시야 또는 프랙탈 시야 범위(225) 정의는 장치 및 카메라 형상에 따라 달라질 수 있다. 예로서, 육각형 렌즈 및 시야의 경우, 주변 시야의 하단을 ∼0.83으로 정의하고 오각형 렌즈의 경우 ∼0.8로 정의할 수 있다. 비록 도 7은 두 개의 인접한 오각형 모양의 외부 렌즈 소자와 FOV 세트가 있는 경우에 대해 설명되었으나, 오버랩된 이미지 캡처의 작은 영역을 지원하기 위해 주변 시야 및 확장된 FOV를 정의하는 접근 방식이 인접한 오각형 및 육각형 카메라와 함께 다중 카메라 캡처 장치 설계에, 또는 인접한 육각형 카메라에, 또는 다른 다각형 모양을 갖거나 일반적으로 임의의 모양이나 윤곽의 인접한 에지가 있는 카메라에 적용될 수 있다.

확장된 FOV(215)가 기능적으로 유용하려면, 코어 FOV(205)에 해당하는 이미지 센서에 형성된 공칭 이미지는 적어도 확장된 FOV(215)도 이미지화될 수 있을 정도로 충분히 이미지 센서의 사용된 이미지 영역을 언더필해야 한다. 이는 이상(ideal)에서 제조된 렌즈 어셈블리의 실제 변동을 설명하거나 오프셋 장치 중심(196)를 갖는 디자인을 설명하는 데 뿐만 아니라 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)를 조립할 때의 제조 변동을 설명하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나, 이후에 논의되는 바와 같이, 렌즈 어셈블리의 신중한 기계적 설계는 주어진 카메라의 이미징된 시야와 카메라 사이의 이음새 모두에 영향을 주어 기계적 변위 또는 웨지를 제한하고 시차 오차와 FOV 오버랩 또는 언더랩을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다. 마찬가지로, 보정기 또는 기준점과 이미지 중심 추적 및 모양 추적을 사용하여 이미지 FOV(코어 FOV(205))의 크기와 위치를 조정하면 도움이 될 수 있다. 일부 조합을 종합하면, 왜곡의 최적화 및 확장된 주변 시야에 대한 0 또는 저시차 이미징, 구성요소 및 어셈블리 변동을 제한하고 보상하기 위한 세심한 기계 설계, 수정 기준점 또는 보정기의 사용을 통해 우수한 전체 시스템 솔루션을 제공할 수 있다. 결과적으로, 카메라에서 캡처한 이미지를 공칭 코어 FOV(205)에 대해 예상되는 공칭 크기와 모양으로 쉽게 자를 수 있으며, 여러 카메라의 이미지를 모자이크 처리하거나 함께 타일링하여 이미지 후 처리에 부담을 줄이면서 파노라마 이미지를 형성할 수 있다. 그러나, 필요한 경우, 확장된 FOV(215)는 이음새(θ₁ ≥ θ₂)에서 발생할 수 있는 예상 웨지 또는 경사 각도(θ₂)와 일치하거나 초과하기에 충분한 추가 각도 폭(예를 들어, θ₁ ≤ FOV의 5%)을 제공해야 한다.

저시차 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(100 또는 300)에 사용할 수 있는 유형의 개선된 이미징 렌즈(320, 920)를 설계할 때, 설계 노력을 알리기 위해 여러 1차 파라미터를 계산할 수 있다. 주요 파라미터는 선택한 다각형 구성(렌즈 크기(FOV) 및 렌즈 모양(예를 들어, 오각형)) 및 센서 패키지 크기를 기반으로 하는 절두체 또는 원추형 볼륨의 타겟 크기이다. 추정할 수 있는 다른 주요 파라미터로는 근축 입사동의 공칭 위치, 컴프레서 렌즈 그룹과 광각 렌즈 그룹의 초점 거리, 광각 그룹에서 보이는 FOV가 있다.

그러나, 개선된 저시차 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)에 사용하기 위한 개선된 카메라 렌즈(320, 920)에 대한 설계 최적화는 또한 수많은 다른 렌즈 속성 및 성능 메트릭의 우선 순위에 따라 달라진다. 특히, 관련 시스템 파라미터에는 주광선 팬 또는 입사동의 구면수차를 사용하여 최적화된 이미지 시야의 에지 또는 내부 시야 위치 또는 둘 다에 대한 시차 또는 원근 중심(COP) 오차의 제어가 포함될 수 있다. 이러한 파라미터는 "LP 스머지" 또는 볼륨(188)의 폭 및 위치, 입사동 또는 LP 스머지와 장치 중심(196) 사이의 임의의 중심 오프셋 거리의 크기, 갭 또는 이음새의 타겟 폭, 사각영역(165)의 범위, 및 오버랩을 제공하기 위한 임의의 주변 또는 확장된 FOV의 크기를 포함하는 다른 주요 파라미터와 밀접하게 연결되어 있다. 관련된 성능 메트릭스는 이미지 해상도 또는 MTF, 왜곡(특히 주변 시야 및 제1 컴프레서 렌즈 소자 및 컴프레서 렌즈 그룹의 왜곡), 측면 색상, 상대 조도, 앞면 색상 및 색상 비네팅, 텔레센트리시티, 및 고스팅을 포함할 수 있다. 다른 관련 설계 변수는 컴프레서 렌즈 소자의 수, 컴프레서 렌즈 그룹의 구성, 광각 렌즈 그룹 및 접안렌즈 그룹, 유리 선택, 제1 컴프레서 또는 외부 렌즈 소자의 허용되는 최대 크기, 센서 패키지 크기, 트랙 길이, 이미지 평면에서 가장 가까운 이전 렌즈 소자까지의 공칭 거리(예를 들어, 작동 거리), 이미지 평면에서 입사동까지의 공칭 거리, 이미지 평면 또는 입사동에서 다각형 중심 또는 장치 중심까지의 공칭 거리, 제조 허용차 및 한계, 및 보정기의 사용과 같은 기계적 및 물리적 파라미터를 포함할 수 있다.

두 번째 예시적인 예로서, 도 8은 대안적인 개선된 카메라 렌즈(320) 또는 렌즈 소자(335)를 갖는 대물 렌즈, 즉 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 촬영 장치(300)에서 사용할 수 있는 도 2a의 렌즈(120)의 개선된 버전에 대한 렌즈 설계를 도시한다. 도 8은 좌측에 전체 렌즈 형태를 도시하고 내부 렌즈 소자(350)를 더 상세히 도시하는 확대된 부분을 도시하지만, 도 8은 이들 렌즈 소자를 지지하기 위한 렌즈 하우징의 예시를 포함하지 않는다. 또한 십이면체 시스템용으로 설계된 이 렌즈 시스템은 외부 렌즈 소자(345a)와, 컴프레서 렌즈 소자(345b 및 345c) 및 내부 렌즈 소자(350)로 구성된 제1 렌즈 소자 그룹 또는 컴프레서 렌즈 그룹 모두를 포함하는 렌즈 소자(335)를 갖는다. 이 설계에서, 컴프레서 소자(345b,c)는 합착 또는 에어 스페이스 더블릿으로 완전히 결합되지 않는다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 내부 렌즈 소자(350)는 전면 광각 렌즈 그룹(365) 및 후면 접안렌즈형 렌즈 그룹(367)으로 구성된다.

도 8에서, 카메라(320)의 렌즈 시스템은 물체 공간(305)으로부터 광선(310)을 수집하여 시야(325)로부터 이미지 광(315)을 제공하고, 외부 렌즈 소자(340) 및 내부 렌즈 요자(350)로 구성된 렌즈 소자(335)를 통해 광을 지향시켜 이미지 평면(360)에 이미지를 제공한다. 이 렌즈 시스템은 개선된 이미지 품질, 텔레센트리시티(telecentricity) 및 시차 제어를 제공하지만, 이러한 개선은 도 8에서 명백하지 않다. 이 예에서, 외부 렌즈 소자(340)는 3개의 컴프레서 렌즈 소자(345a, 345b, 345c) 그룹을 포함하고, 광학적 배율 또는 광 굽힘 부담은 다수의 외부 렌즈 소자 사이에서 공유된다. 물체 공간(305)으로부터의 이미지 광(310)은 굴절되어 제1 렌즈 소자 그룹 또는 3개의 렌즈 소자를 갖는 컴프레서 렌즈 그룹(340)을 통해 투과되어, 37.377도 정점에서 ~80도의 가파른 각도로 광축(385)을 향하여 재지향된다.

이 컴프레서 렌즈 소자 그룹 다음에는 컴프레서 렌즈 소자 그룹과 개구 조리개(355) 사이의 두 개의 렌즈 소자로 구성된 제2 렌즈 소자 그룹 또는 광각 렌즈 소자 그룹(365)이 온다. 5개의 렌즈 소자를 갖는 제3 렌즈 소자 그룹 또는 접안렌즈 그룹(367)이 개구 조리개(355)에서 나오는 이동하는 이미지 광의 방향을 바꾸어 이미지 평면(360)에 있는 이미지 센서에 F/2.8에서 텔레센트릭 방식으로 이미지 광을 제공한다. 이 렌즈는 십이면체 시스템용으로 설계되었기 때문에, 제1 렌즈 소자(345a)는 중간 코드에서 공칭상 31.717도의 FOV 폭에 대한 이미지 광을 받아들이다. 주광선 투영은 근축으로 정의된 입사동을 포함하는 LP 스머지(392)를 향하여 수렴하거나 가리킨다.

제1 렌즈 소자 그룹 또는 컴프레서 렌즈 그룹 또는 렌즈 소자(345a,b,c), 프리스톱 제2 렌즈 소자 그룹 또는 광각 렌즈 그룹(365) 및 포스트스톱 제3 렌즈 소자 그룹 또는 접안형 렌즈 그룹(367)과 함께 도 8에 예시된 바와 같이, 이러한 종류의 카메라 렌즈는 전체적으로 또는 부분적으로 어안 렌즈와 시각적으로 유사할 수 있지만 상당히 다르다. 본 렌즈 설계(예를 들어, 도 8a)와 달리, 어안 렌즈는 동공의 구면 수차를 매우 과도하게 교정한 초광각 렌즈로서 입사동이 제1 렌즈 소자에 가까운 렌즈의 전방 근처에 근접하게 위치한다. 이 입사동 수차는 또한 근축에 비해 비근축 입사동에 대해 상당한 이동 및 회전을 유발한다. 이러한 렌즈는 또한 역망원 렌즈로서 긴 후면 초점 거리를 제공하고 입사동 대 이미지 평면 거리(EPID)의 비율을 렌즈 초점 거리(EPID/EFL)로 나눈 양의 값을 제공한다. 어안 렌즈는 또한 일반적으로 단조 곡선(예를 들어, H = fθ(f-세타))을 따르는 강력한 시각적 왜곡을 제공하여 특징적인 볼록한 비직선 모양으로 이미지를 만든다. 일반적인 어안 렌즈는 공칭 180도 와이드 풀 FOV를 캡처하지만 더 큰 FOV(270-310도)로 이미지를 캡처하는 어안 렌즈가 문헌에 설명되어 있다. 이에 비해, 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)에 사용되는 본 접근법의 개선된 저시차 광각 카메라 렌즈(320)는 의도적으로 낮은 왜곡으로, 특히 이미징된 FOV의 가장자리에서 또는 그 근처에서 설계되어 이미지 크롭핑 및 타일링을 용이하게 한다. 또한, 본 카메라는 광각이지만 일반적으로 어안 렌즈보다 훨씬 작은 FOV에서 이미지 광을 캡처한다. 예를 들어, 정십이면체 장치용 카메라는 공칭상 63-75도의 전폭 FOV에서 이미지를 캡처한다. 팔면체 장치는 71-110도 폭의 전폭 FOV에서 공칭상 이미지 광을 캡처하는 카메라를 가질 수 있는 반면, 절단된 이십면체 장치는 40-45도 폭의 전폭 FOV에서 이미지 광을 공칭상 캡처하는 카메라를 가질 수 있다.

프리 스톱 광각 렌즈 그룹(365)과 포스트 스톱 접안렌즈 그룹(367)의 내부 조합이 본 출원을 위한 독립형 시스템으로 사용되지 않지만, 컴프레서 렌즈 그룹(345a,b,c)이 제거되면, 이 두 내부 그룹이 함께 작동하여 이미지 평면 또는 센서에서 또는 그 근처에서 이미지를 형성할 수도 있다. 카메라 렌즈(320)의 광학 설계에서, 이들 렌즈 그룹, 및 특히 광각 렌즈 그룹(365)은 시각적으로 도어 피퍼 렌즈 디자인과 유사하다. 그러나, 이 두 그룹의 렌즈 소자 조합은 시각적으로 어안 렌즈 또는 도어 피퍼 유형 렌즈와 비슷하게 보일 수 있지만, 다시 어안 유형의 f-세타 렌즈 왜곡(예를 들어, H = fθ)으로 이미지를 만들지 않는다.

이에 비해 후방 렌즈 그룹(367) 또는 서브 시스템의 광학 구성은 현미경 또는 망원 접안렌즈로 사용되는 것과 유사한 접안렌즈의 구성과 유사하지만 한쪽 눈이 없는 상태에서 역으로 사용된다. 접안렌즈는 입사동이 항상 시스템 외부에 위치하는 광학 시스템이다. 시각적 애플리케이션에서 눈이 위치하는 접안렌즈의 입사동은 개구 조리개(355)가 위치하는 평면과 공칭상 중첩된다. 마찬가지로, 시각적 애플리케이션의 공칭 입력 이미지 평면은 본 출원의 센서 평면(950)에 해당한다. 접안렌즈 그룹(367)은 눈으로 작동하도록 설계되지 않았으므로 안구 완화, 원근 조절, FOV 및 동공 크기에 대한 실제 접안렌즈의 요구 사항을 충족하지 않는다. 그러나, 이 접안렌즈 형태의 렌즈 그룹은 유사한 문제를 해결하므로 접안렌즈와 형태가 유사하다. 응용 분야에 따라, 광학 설계는 보다 일반적인 접안렌즈와 유사한 공칭 광학 성능을 제공할 수 있다.

도 8의 이러한 개선된 렌즈(320)는 도 2a 및 도 2b의 카메라 렌즈(120)와 유사하나, 시차 보정, 더 큰 이미지 크기(너비 4.3mm), 더 큰 센서 보드를 사용할 수 있는 더 많은 공간을 제공하기 위해 추가로 제거된 입사동과 관련하여 더 까다로운 조건 세트에 맞게 설계되었다. 다중 컴프레서 렌즈 소자가 있는 이러한 유형의 구성은 글래스 타입이 크라운 및 플린트 타입 글래스를 유리하게 사용하도록 다양할 수 있으므로 색 보정에 유용할 수 있다. 이 예에서, 외부 렌즈 소자(345a) 또는 제1 컴프레서 렌즈는 곡률 반경이 ~55.8mm인 외부 표면(338) 및 곡률 반경이 ~74.6mm인 내부 표면을 갖는 SLAH52 유리의 메니스커스 형상 렌즈 소자이다. 따라서, 전체적으로 최적화된 개선된 다중 카메라 캡처 장치(500)가 외부 렌즈 소자의 꼭지점으로부터 ~65mm의 공칭 NP 점 위치까지의 공칭 반경을 가질 수 있다. 이 예에서, 이미지 광(315)이 되는 물체 공간(305)으로부터의 입사광(310)이 외부 표면(338)과 조우할 때 안쪽으로(광축(385) 쪽으로) 상당히 굴절되지만, 도 2a 렌즈의 제1 표면에 의해 제공되는 것보다 덜 극적으로 안쪽으로 굴절된다.

더 큰 센서 보드를 사용해야 한다는 요구는 이미지 센서 면과 입사동 또는 저시차 볼륨(392) 사이의 거리를 증가시킨다. 특히, 큰 센서에 이미지를 투사하기 위해 초점 거리가 더 커진다(5.64mm). LP 스머지 또는 저시차 체적(392) 내에는 근축 입사동 또는 원근 중심의 위치 또는 비근축 주광선 NP 점에 대한 위치 또는 LP 스머지 또는 시차 볼륨이 광축에 접하는 평면에서 최소 크기를 갖는 최소 혼란의 원 위치를 포함하여 몇 가지 잠재적으로 유용한 평면 또는 기준 위치가 있다. 입사동은 일반적인 1차 광학 방정식에서 쉽게 계산되므로 좋은 참고 자료이다. 원근 중심의 축 위치도 인지된 이미지 품질과 직접적으로 관련되기 때문에 좋은 참고 자료이다. 이미지 평면(360)으로부터 임의의 이들 위치까지의 거리가 기준으로 사용될 수 있지만, 근축 입사동까지의 오프셋 거리(375)가 바람직할 수 있다. 이 예(도 8)에서, 입사동은 음의 입사동 거리 대 초점 거리 비율인 EPID/EFL = -5.3:1에 대해 이미지 평면(360) 뒤에 ~30mm에 위치한다. 측정 방법에 따라, LP 스머지(392)는 2mm 이하의 축 방향 폭을 가질 수 있다.

도 8의 개선된 카메라 렌즈 시스템(320)은 렌즈 형태가 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 어떻게 다를 수 있는지에 대한 예를 제공한다. 일반적으로 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)를 가능하게 하는 렌즈 형태는 광축을 향해 빛을 급격하게 굴절시키는 초기 컴프레서 렌즈 그룹, 개구 조리개로 광의 방향을 바꾸는 물리적으로 훨씬 더 작은 광각 렌즈 그룹, 및 이동하는 이미지 광을 이미지 평면으로 보내어 집속시키는 어안형 렌즈 그룹으로 구성된 공통 특징 세트를 가지고 있다. 시차 또는 원근법 오차를 줄이는 동시에 여러 개의 다각형 모양의 카메라를 인접해 붙이게 하여 더 크고 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)를 형성할 수 있는 요건으로 인해 극단적인 렌즈 형태가 발생하며, 컴프레서 렌즈 그룹의 렌즈 소자는 오히려 더 큰(예를 들어, 직경 80-120mm)인 반면, 일반적으로 광각 및 접안렌즈 그룹의 적어도 일부 렌즈 소자는 동시에 다소 작다(예를 들어, 직경이 5-10mm). 이러한 유형의 렌즈 설계에서, 제1 컴프레서 렌즈 소자 또는 최외측 렌즈 소자(345a) 및 인접한 렌즈 시스템의 인접한 외부 렌즈 소자는 번갈아 인접 면형성 돔 또는 쉘의 일부일 수 있다. 렌즈 소자 표면의 몇 개(예를 들어, 2-4개)가 비구면 또는 원추형 표면 프로파일을 가져, 렌즈 소자의 에지 근처에서 통과하는 광선을 중심축 또는 광축 근처에서 통과하는 광선과 다르게 구부리거나 지향시키는 것도 일반적이다. 전형적으로, 광각 렌즈 그룹(365)은 표면이 깊게 오목한 렌즈 소자도 갖는다. 경우에 따라, 최적화 중에, 해당 표면이 초반구형이 되기를 원할 수 있지만 소자 제조 가능성을 개선하기 위해 이러한 프로파일은 피하는 것이 바람직하다. 이 렌즈 형태의 극한 특성에 대한 또 다른 척도는 이미지 평면 뒤 또는 너머 근축 입사동(또는 유사하게 LP 스머지)의 오프셋 거리이다. 일반 렌즈와 달리, 입사동은 이미지 평면 앞에 있는 것이 아니라 훨씬 뒤로 또는 그 너머로 밀려난다. 이는 ─2:1에서 ─10:1 범위일 수 있지만 일반적으로 값이 ─4:1이상인 네거티브 입사동 대 이미지 평면 거리/초점 거리 비율, EPID/EFL로 강조된다.

도 8에 예시적으로 상세히 도시된 바와 같이, LP 스머지 또는 저시차 볼륨(392)의 크기, 위치 및 특성의 최적화는 개선된 카메라 렌즈 시스템(320)의 성능 및 설계에 영향을 미친다. 저시차 볼륨 최적화는 입사동의 구면 수차 및 입사동의 축 방향 또는 길이방향 색 수차 모두에 대한 주광선에 대한 메리트 함수 파라미터및 가중치에 의해 크게 영향을 받는다. 렌즈 소자 및 렌즈 배럴 제조 공차는 이 볼륨의 크기와 위치 또는 동등하게 렌즈에 의해 제공된는 잔여 시차 오차의 양에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 렌즈가 극단적인 형태를 가진 것으로 간주될 수 있지만, 최적화는 제작 오차에 대한 설계의 민감도를 낮추는 데 도움이 될 수 있으며 교정 조정 또는 보상기를 제공하는 방법과 위치에 대한 통찰력을 제공할 수 있다.

개선된 상황 인식은 적절한 렌즈 설계 및 광학 감지기 또는 센서 사용으로 도 8의 장치와 같은 저시차 카메라 렌즈(300)를 갖는 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)에 의해 직접 가능해질 수 있다. 예를 들어, Oculi SPU와 같은 광학 이벤트 감지 센서가 이미지 평면(360)에 위치할 수 있으며 빠른 응답과 넓은 동적 범위를 사용하여 장면에서 물체의 급격한 변화를 감지할 수 있다. 뉴로모픽 또는 이벤트 센서 기술은 아직 상대적으로 개발 초기 단계이며 현재 이러한 센서는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서에 비해 공간 해상도가 낮은 경향이 있다. 따라서, 상황 인식을 제공하기 위한 대안으로서, 주소 지정이 가능한 67메가 픽셀을 갖는 Teledyne Emerald 67M과 같은 고해상도, 큰 픽셀 수의 이미지 센서가 적절하게 설계된 렌즈(320)의 이미지 평면(360)에 위치할 수 있다. 그러나, 이 센서는 크고 카메라 채널(320)이 원추형 볼륨 또는 절두체 내에 맞아야 하므로, 앞면 컴프레서 렌즈 소자(345a,b,c)가 매우 커질 수 있고 제작하기 어려울 수 있다. 이러한 문제는 센서(예를 들어, Teledyne Emerald 16M 또는 36M) 크기를 줄이거나 카메라 렌즈로 이미징되는 FOV를 줄이거나 이들을 조합하여 해결할 수 있다. 예를 들어, 전체적인 다각형 형태를 정십이면체에서 정이십면체로 바꾸면, 카메라 렌즈(32)로 캡처되는 이미징 시야가 줄어들고, 더 큰 센서를 지원할 수 있어, 렌즈 화질이 향상되어, 결과적으로 분해능이 향상된다.

고해상도 이미징 또는 이중 방식 감지 및 다양한 상황 인식 가능성을 가능하게 할 수 있는 또 다른 접근법으로서, 개선된 저시차 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)는 이미징 릴레이 광학 시스템과 쌍으로 대물 렌즈 역할을 하는 저시차 카메라 렌즈(320)를 쌍으로 포함할 수 있다. 도 9는 컴프레서 렌즈 그룹(340)을 포함하는 대물 렌즈 또는 카메라 렌즈(320)가 이미징 릴레이(400)와 쌍을 이루는 그러한 시스템을 도시하며, 여기서 릴레이는 1.5x의 공칭 배율을 갖는 렌즈 시스템이다. 이들 렌즈는 공칭상 광축(385)을 따라 정렬된다. 도 9에서, 예시적인 카메라 렌즈(320)는 도 8의 렌즈와 유사하나, 앞면 컴프레서 렌즈 그룹(340)이 접합된 이더블릿을 포함한다. 이러한 유형의 시스템에서, 원래 이미지 평면(360)은 이미징 릴레이의 맨 끝에 있는 제2 이미지 평면(410)에 대한 중간 이미지인 실제 공중 이미지에 해당한다. 그런 다음 Teledyne 67M과 같은 대형 고해상도 이미지 센서가 이 제2 이미지 평면(410)에 제공될 수 있다. 광학 시스템은 광학 해상도와 센서 해상도가 거의 일치하도록 적절하게 설계된다. 대물 렌즈(320)의 개구 조리개(355)는 릴레이 광학 장치를 사용하여 공칭상 2차 개구 조리개(455)로 재이미징된다. 광학 릴레이 설계(400)는 또한 마지막 필드 렌즈 소자(430)의 외부 표면과 후속 렌즈 소자 사이의 갭 또는 간극(420)을 포함한다. 릴레이 광학 시스템은 또한 오프셋 또는 2차 이미지 평면에 제공되는 IR 이미징 센서 또는 이벤트 센서와 같은 2차 광학 센서로 광을 지향시키는 하나 이상의 빔 스플리터를 포함할 수 있다. 도 9의 광학 시스템은 다수의 카메라 채널로부터의 이미지 광의 다수의 이미징 빔이 서로 교차할 수 있는 중공 센터 또는 개방 공간을 제공하는 넥서스 유형 내부 프레임(예를 들어, 도 11)을 통해 조립될 수 있다.

도 10은 도 1의 유형의 다중 카메라 캡처 장치(300)에 대한 예시적인 전자 시스템 다이어그램을 도시한 것으로, 카메라 채널(120)은 십이면체 기하학 형상으로 배열되고 각각의 센서에 직접 이미지를 생성한다. 11대의 카메라(320) 각각으로부터 이미지 데이터를 수집할 수 있고, 인터페이스 입력-출력 모듈을 통해, 케이블 또는 케이블 다발을 통해, 실시간 이미지 크롭핑 및 스티칭 또는 타일링을 포함하는 이미지 처리 뿐만 아니라 카메라 및 장치 제어를 제공할 수 있는 휴대용 컴퓨터로 향하게 할 수 있다. 출력 이미지 데이터는 이미지 디스플레이, VR 헤드셋 또는 로컬 또는 멀리 있는 다른 컴퓨터로 보낼 수 있다. 전력 및 냉각도 필요에 따라 제공될 수 있다. 센서와 전자 장치, 및 광학 장치 사이의 열 그래디언트를 줄이기 위해, 마이크로 히트 파이프 또는 Peltier 장치를 사용하여 센서를 냉각하고 열 방향을 바꿀 수 있다. 열은 도 10에 도시된 열두 번째 카메라 위치에서 전기-기계 인터페이스를 통해 제공되는 능동 또는 수동 냉각에 의해 전체 장치로부터 제거될 수 있다. 이러한 냉각은 대류 또는 전도(액체 냉각 포함) 또는 이들의 조합에 의해 제공될 수 있다. 외부 주변 또는 환경 요인은 또한 다중 카메라 캡처 장치(300)의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 이 접근법은 이미징 릴레이(도 9)를 포함하는 카메라 채널을 갖는 것을 포함하여 다른 기하학적 구조를 갖는 다중 카메라 캡처 장치(300)와 함께 사용될 수도 있다.

도 11은 개선된 다중 카메라 캡처 장치(300)에서 사용될 수 있는 내부 스페이스 프레임에 대한 예시적인 기계적 구성을 도시한다. 도 11은 다수의 오각형 면(510)이 중공 센터를 갖는 정십이면체 패턴으로 배열된 넥서스 내부 프레임(500)을 포함하는 마운팅 어셈블리를 도시한다. 일반적으로, 내부 프레임(500)은 인접한 기계적 면의 어레이가 다각형 형상을 형성하고 장착 및 정렬 특징을 갖는 주변 에지를 갖는 다각형 형상 프레임이다. 내부 프레임(500)은 지지 포스트가 12번째 위치에 부착되어 있는(도 10과 유사) 11-카메라 시스템을 지지하기 위한 마운트 또는 기계적 어셈블리로서 설계될 수 있다. 다각형 내부 프레임 또는 절반 또는 일부 내부 프레임은 이미징 센서를 포함한 카메라 어셈블리가 프레임에 직접 또는 간접적으로 장착되는 부분 또는 반구형 시스템에서도 사용할 수 있다. 그런 다음 데이터 전송 및 냉각을 위한 커넥션, 케이블 및 배선이 면(510)의 개방 다각형 부분(530)을 통해 내부 프레임(500)의 중공 센터 안으로 그리고 또 다른 면(510)의 개방 다각형 부분(530)을 통해 밖으로 향할 수 있다. 대안으로, 내부 장착 프레임(500)을 갖는 반구형 시스템은 이미지 광 빔이 면(510)의 대향 쌍의 개방 다각형 부분(530)을 통과하여 후속 릴레이 광학 시스템(400)을 지나고 2차 이미지 평면(410)에서 원격 광학 센서에 도달할 수 있도록 중앙 중공 또는 개방 공간(예를 들어, 넥서스)을 제공할 수 있다. 위치적으로, 마지막 필드 렌즈 소자(430)의 외부 표면과 가장 가까운 후속 렌즈 소자(435) 사이의 릴레이 광학장치(도 9 참조)에서 갭 또는 간극(420)의 폭은 공칭상 넥서스 내부 프레임(500)에 의해 제공되는 대향 면(510) 사이의 중앙 중공 체적의 폭과 일치한다. 예를 들어, 간극(420)의 폭은 75mm일 수 있다. 그러나, 대물 렌즈 하우징 또는 릴레이 렌즈 필드 렌즈 소자(430) 및 그 하우징은 인접한 대물 렌즈(320)의 이미징 광을 차단하지 않는 한 면(510)의 개방 다각형 부분(530)을 통해 중공 센터(540)의 중앙 체적으로 적당히 돌출할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 경우, 렌즈 소자 사이의 간극은 내부 프레임(800)의 중공 센터의 폭보다 작을 것이다. 예를 들어, 간극(420)의 폭은 중공 센터(540)의 중심 폭보다 수 밀리미터 더 작을 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 넥서스 내부 프레임(500)은 오각형 면(510A)을 가질 수 있으며, 이 오각형 면(510A)은 공칭상 120도 떨어져 배향된 세트 스크류 또는 굴곡부와 같은 3개의 조정기(520)를 가질 수 있고, 이 조정기들은 카메라 하우징의 장착 및 정렬 특징부와 상호 작용할 수 있고 따라서 주어진 카메라 채널을 정렬하는 데 도움을 주게 사용될 수 있다. 십이면체 패턴으로 구성된 개선된 다중 카메라 파노라마 이미지 캡처 장치(300)의 경우, 내부 프레임도 오각형 면을 갖는 십이면체일 수 있고 외부 오각형 기하학적 형상과 공칭상 정렬된 내부 오각형 면으로 배향된다. 내부 스페이스 프레임 접근법은 팔면체, 이십면체 또는 모따기된 십이면체와 같은 다른 다각형 장치 구조와 함께 사용할 수 있다. 이러한 경우에, 스페이스 프레임 면의 적어도 일부는 육각형과 같은 다른 다각형 모양에 해당하는 주변을 따라 가장자리를 포함한다.

내부 프레임(500)은 별도로 가공되어 함께 장착된 2개 이상의 피스들로 조립되거나 주조 또는 3D 프린팅에 의해 단일 피스 구조로 만들어질 수 있다. 일체형 프레임의 제작은 더 복잡할 수 있지만, 결과 구조는 더 단단하고 견고할 수 있으며 더 엄격한 기계적 공차를 지원할 수 있다. 예를 들어, 중공 센터를 갖는 십이면체 프레임(500)은 스테인리스 스틸로 주조될 수 있고, 그런 후 평면, 비 슬롯(vee-slots) 또는 볼 장착 피처를 포함하는 정밀 기준 피처를 제공하기 위해 면(510)에 선택적으로 주조 후 기계 가공될 수 있다. 특히, 하나 이상의 오각형 면(510A, 510B, 또는 510C)에는 정밀 v-그루브 구조(도 11에 미도시)에 대해 각각의 카메라 채널을 조금씩 움직이기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 조절기(520)가 제공될 수 있다. 이러한 v-그루브 구조는 오각형 면의 오각형 꼭지점(60)의 내부 가장자리로 제작되거나 그 내부 가장자리로부터 돌출될 수 있다. 정렬 볼은 면(510)에 또는 인터페이싱하는 인접한 렌즈 하우징에, 또는 이들의 조합에 장착될 수 있다. 렌즈 하우징 사이 또는 렌즈 하우징과 스페이스 프레임(500) 사이에 기구학적 제약을 가능하게 하기 위해 볼, 비(vee), 플랫 및 소켓을 포함하는 다양한 피처가 사용될 수 있다. 이 내부 프레임(500)에는 기구학적 타입 조정을 제공하고 장치 어셈블리 및 사용 중 과도한 제약을 줄이거나 방지하기 위해 모든 또는 대부분의 오각형 면에 굴곡부 또는 조절기가 제공될 수 있다.

이전과 마찬가지로, 보조 채널의 장착 및 조정은 기본 채널과 다른 설계 또는 구성을 가질 수 있다. 이러한 개선된 장치(300)에서, 스프링, 굴곡부, 자석 또는 접착제는 인접한 카메라 채널의 렌즈 하우징 사이 및 또한 카메라 채널과 넥서스 내부 프레임(500) 사이, 또는 내부 프레임의 상이한 부분들 사이에 저응력 기계적 연결 또는 커넥션을 제공하기 위해 내부 프레임(500)에 또는 내부 프레임 내에 사용될 수 있어, 어셈블리 또는 렌즈 하우징 사이의 부족 제약 또는 과잉 제약을 제한하는 데 도움을 준다. 또 다른 옵션으로, 내부 프레임은 적어도 부분적으로 황동이나 인바(Invar)와 같은 보다 순응적인 재료로 만들 수 있다. 3D 프린팅 프레임은 플라스틱, 청동 또는 강철을 포함한 재료로 제작할 수 있다.

개선된 다중 카메라 캡처 장치(300)를 위한 내부 스페이스 프레임은 또한 개별 면(510)이 기구학적 피처를 사용하여 서로 부착되는 기구학적 구조일 수 있다. 그 결과 스페이스 프레임 구조는 덜 단단할 수 있지만, 전체 또는 단일 스페이스 프레임을 기계 가공하거나 주조하는 것보다 개별 면을 제작하고 조립하는 것이 더 쉽고 비용이 적게 든다. 그러나, 이 경우, 어셈블리된 스페이스 프레임은 외부 하중에 응답하고 보상하거나 수정할 수 있도록 기구학적 구조여야 한다. 스페이스 프레임 면 사이의 기구학적 인터페이스는 스페이스 프레임에 부착된 인접한 카메라 채널 간의 기구학적 상호 작용을 도울 수도 있다. 정확히 구속된 구조 또는 기구학적 구조(이 용어는 서로 바꿔서 사용할 수 있음)는 제조 변동에 직면하여 조립할 때 응력과 변형을 대부분 방지한다. 또한 균일한 온도 변화를 겪으면서 일관된 위치로 돌아가는 정밀도를 보여줄 것이다. 이러한 특성으로 인해 광학 지지 구조에 이상적이다. 기구학적 구성요소의 수는 시스템의 요구 사항을 기반으로 할 수 있다.

도 12a는 각각의 오각형 면(610)(또는 패싯 또는 측면)이 별개로 정확하게 구속된 요소인 십이면체의 정확히 구속된 스페이스 프레임 구조 또는 기구학적 스페이스 프레임(600)의 예를 도시한다. 각각의 면(610)은 이 예에서 오각형인 다각형 형상을 형성하기 위해 주변을 따라 공칭상 직선 에지를 갖는다. 다른 예에서, 에지는 직선이 아닐 수 있고/있거나 더 많거나 더 적은 에지가 있을 수 있다. 도 12a는 스페이스 프레임(600)의 기구학을 가능하게 하는 주요 특징을 도시한다. 각각의 오각형 면(610)은 10개의 장착 지점(690), 예를 들어 다각형 에지(680)당 2개를 포함한다. 구속 면(610)에는 10개의 공통 장착 지점(690)의 서브세트에서 기구학적 요소(650)의 특정 세트가 제공되며, 사용되는 기구학적 요소(650)의 유형은 면(610)의 위치와 전체 구조(스페이스 프레임(600)) 내의 관련 장착 지점(690)에 따라 다르다. 도 12a에서, 면(610)의 일부는 장착 지점(690)에 기구학적 요소(650)가 도시되어 있고, 장착 지점이 보일 수 있도록 일부는 없는 것으로 도시되어 있다. 이러한 장착 지점(690)은 직사각형 절단부로 묘사된다. 에지(680)를 따른 장착 지점(690)의 위치는 어디에나 있을 수 있지만, 정점(60)에 가까운 장착 지점(690)의 위치 지정은 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다. 기구학적 요소(650)는 기구학적 인터페이스 또는 연결을 제공하기 위해 2개의 인접한 면(610)의 인접한 장착 지점(690) 사이의 이음매(615)에 걸쳐 있다. 스페이스 프레임(600) 주위에 배열된 기구학적 요소(650)의 조합은 어셈블리 내의 과도한 구속을 방지하거나 감소시키도록 작용할 것이다. 도 12a는 개방 다각형 중심(630) 또는 카메라 채널 렌즈 하우징(미도시)이 장착되거나 삽입될 수 있는 개구를 포함하는 면(610)을 갖는 예시적인 기구학적 스페이스 프레임 구조를 도시한다. 그러나, 카메라 채널의 렌즈 하우징을 장착하거나 정렬하기 위한 오각형 면(610) 상의 추가적인 예시적 피처들이 도시되지 않았다.

한 지점(690)에 장착된 기구학적 요소(650)는 서로 다른 자유도(DOF)를 제거하기 위해 면(610) 사이에 비스듬히 적절하게 방향을 잡을 수 있다. 이러한 유형의 기구학적 요소(650)의 실시예가 도시되어 있다. 도 12b에서, 예를 들어 기구학적 요소(650)의 예로서, 단일 자유도를 제거하는 데 사용될 수 있는 기구학적 요소(650A)가 투시도 및 측면도 모두에 도시되어 있다. 이 기구학적 요소(650A)는 평면 상의 구로서 구현된다. 이는 2개의 구성요소, 즉, 볼(655) 또는 부분 볼을 갖는 볼 마운트(652) 및 평면(660)을 갖는 평면 마운트(657)를 포함한다. 유지력 또는 구속 벡터(664)를 제공하기 위한 피처(662)가 이 도면에서 부분적으로만 도시되어 있다. 이러한 유형의 기구학적 요소에 사용하기 위한 볼 또는 부분 볼은 Bal-tec(Los Angeles, CA)에서 구할 수 있다.

도 12c에서, 예를 들어 기구학적 요소(650)의 예로서 2개의 자유도를 제거하는 데 사용될 수 있는 제2 기구학적 요소(650B)가 투시도 및 측면도 모두에 도시되어 있다. 이 예에서, 기구학적 요소(650B)는 비 소켓(vee socket)의 구로 구현되며, 두 개의 구성요소, 즉, 단일 볼(655) 또는 단일 부분 볼이 있는 볼 마운트(652) 및 비(vee)(668)가 있는 비 마운트(vee mount)(666)를 포함한다. 도면에서, 볼 및 플랫 마운트의 두 구성요소는 구멍(662)을 포함한다. 스프링(미도시)과 같은 메커니즘이 구속 벡터(664)를 따라 제공하는 유지력을 제공할 수 있다.

도 12d에서, 제3 기구학적 요소(650C)는 3개의 자유도를 제거하는 데 사용될 수 있는 2개의 인접한 구성요소를 보여주는 사시도로 도시되어 있다. 이 예에서, 기구학적 요소(650C)는 3면체 소켓의 구로 구현되며, 두 개의 구성요소, 즉, 단일 볼(655) 또는 부분 볼이 있는 볼 마운트(652) 및 소켓(672)이 있는 소켓 마운트(670)를 포함한다. 다시, 유지력 메커니즘을 부착하기 위해 예시적인 구멍 피처(662)가 제공된다. 이 기구학적 요소는 구형 조인트 또는 Heim 조인트처럼 작동할 수 있다.

기구학적 스페이스 프레임(600)에서, 이러한 기구학적 요소(650)의 대체는 와이어, 블레이드 또는 노치 플랙셔 또는 볼 및 소켓 조인트의 조합과 같은 대체 요소로 구성해 사용될 수 있고 부착된 요소 사이의 표시된 자유도를 제거하기 위해서만 작용할 수 있다. 구속 벡터(664)의 합은 공칭상 인접면(610) 사이의 이등분 각도와 정렬될 것이다. 도시된 예시적인 기구학적 요소(650)에 대해, 네스팅 또는 유지력이 표면을 접촉 상태로 유지하고 구속 이하로 떨어지는 것을 방지하기 위해 적용될 수 있다고 가정한다. 구속 벡터(664)로 표현되는 이러한 힘은 구멍(662)에 장착된 홀딩 스프링(미도시)과 같은 힘 요소를 통해 달성될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 유지력은 자석, 탄성체, 접착제, 중력, 또는 압전 장치, 솔레노이드, 공기 또는 전동 실린더(공압 장치) 또는 이들의 조합과 같은 외부에서 가해지는 능동적인 힘에 의해 제공될 수 있다.

이러한 요소를 사용하여 정확하게 구속된 구조에 필요한 구속 패턴을 생성하는 방법에는 여러 가지가 있다. 스페이스 프레임(600)의 임의의 면(610)이 고정된 것으로 간주될 수 있지만, 이 설명적인 논의를 위해, 상단면이 지면(예를 들어, 제조 동안 안정한 장착 표면)에 고정되는 것으로 가정될 것이다. 좌측에, 도 12e는 상부면(611) 및 십이면체 형상 구조에 대해 적절한 각도로 아래쪽을 가리키는 인접면(610) 중 하나를 갖는 부분 스페이스 프레임(600)을 도시한다. 이음새(615)를 가로질러 면(610)을 연결하는 2개의 기구학적 요소(650)가 도시되어 있다. 이 예에서, 왼쪽의 기구학적 요소(650)는 3개의 자유도(DOF)를 제거하는 650C 유형이고, 오른쪽의 기구학적 요소는 2개의 자유도를 제거한 650B 유형이다. 생성된 구속조건 패턴은 두 구의 중심을 연결하는 선(파선으로 표시됨)을 중심으로 회전의 단일 자유도를 허용한다. 우측의 도 12e는 상부면(611) 또는 지면에 부착하는 동일한 구속 패턴이 제공된 추가 인접 면(610)을 갖는 더 완전한 부분 스페이스 프레임(600)을 도시한 것으로 이전 면에 제공된 바과 같이 왼쪽에서 오른쪽으로 한 쌍의 연결 기구학적 요소(650C 및 650B)를 갖는다. 여기서 2개의 구속은 2개의 회전 자유도를 제거할 것이다(각 면(610)에 대해 하나씩, 상단면(611)은 지면에 고정되어 있다). 2개의 DOF를 제거하기 위한 볼 및 비 타입(도 12C)의 기구학적 요소(650B)가 좌측 및 우측 면(610)을 함께 연결하기 위해 하부 이음새(615)에 제공된다. 결과는 견고한 구조이다. 이 예시적인 십이면체 스페이스 프레임(500)의 반구 부분의 나머지 부분은 이 하위 구조 위에 구축된다.

도 12f는 이 반구 부분에 추가된 다음 면(610)을 포함하는 부분 기구학적 스페이스 프레임(600)의 추가 어셈블리를 도시한다. 도 12e에 설명된 3개의 이전에 추가된 면(610)으로 강성 구조가 초래되므로, 반구 부분의 나머지 면(610)은 다르게 구속될 수 있다. 우측 하단에 추가된 면(610)은 두 면(610, 611)의 교차 방향으로 정렬된 비(668)의 방향과 함께 650B 유형의 두 요소를 통해 지면 상부면(611)에 구속된다. 이로 인해 표시된 파선을 중심으로 회전하고 해당 선을 따라 병진이동할 수 있다. 다시, 2개의 DOF를 제거하기 위한 볼 및 비 유형(도 12C)의 기구학적 요소(650B)가 하부 이음새(615)에 제공되어 우측 면(610)을 좌측 면의 쌍에 연결한다. 이전 강성 구조와 이 새 면 사이에 있는 650B 스타일의 이 기구학적 요소는 추가로 2개의 자유도를 제거하고 추가 강성 요소를 생성한다. 면(610)은 부분 기구학적 스페이스 프레임(600)의 반구 부분을 완성하기 위해 유사한 방식으로 상부 면(611) 주위에 추가될 수 있다.

대안으로, 부분 기구학적 스페이스 프레임(600)에 대한 유사한 강성 구조는 면 체인(610)의 끝과 시작 부분에 2개의 초기 면(단일 자유도 면)을 가짐으로써 달성될 수 있다. 또한, 단일 자유도 면은 동일한 강체 기구학적 구조로 인해 4 자유도로 면에 걸칠 수 있다.

이어서, 도 12g는 단일 십이면체 기구학적 스페이스 프레임(600)으로 결합된 2개의 반구 또는 부분 기구학적스페이스 프레임을 도시한다. 2개의 반구는 "맥스웰" 또는 2-2-2 유형 기구학적 연결의 기술 사상에 있는 연결을 통해 연결된다. 원칙적으로, 2-2-2 연결은 주로 120도 간격으로 3개의 비(vee)에 있는 3개의 구 또는 볼로 구성된다. 2-2-2 연결(675)의 일부가 도 12g에 도시되어 있고, 스페이스 프레임(600)은 스페이스 프레임의 상부 및 하반구 부분을 함께 연결하는 정점의 일측에 2개의 단일 자유도 기구학적 요소(650A)(예를 들어, 도 12b)를 갖는다. 이들 2개의 거의 인접한 단일 자유도 기구학적 요소(650A)는 이중 자유도 기구학적 요소(650B)로서 유효하게 작용한다. 이 경우 연결은 두 면(610)에 수직인 평면과 평면 요소 부착으로 그 면의 평면에 있는 구의 중심을 주로 통과하는 선을 중심으로 평면 요소의 90도 단순 회전에 의해 생성된다는 점에 유의하라. 2개의 자유도의 v-그루브 타입의 기구학적 요소(650B)인 2개의 다른 기구학적 연결은 스페이스 프레임의 반대쪽에 있고 그들이 보이지 않기 때문에 도시되지 않았다. 도 12c의 스타일의 이들 2개의 기구학적 요소(650B)는 2개의 인접한 면(610)의 상부에서 하반구 정점(60) 근처에 장착될 수 있다. 기구학적 요소들 3개의 배향은 열 운동에 의한 편심을 최소화하기 위해 대체로 대칭이다. 대안으로, 이들 2개의 기구학적 요소(650B)는 단일 면(610)의 2개의 장착 지점(690)에 장착될 수 있으며, 견고성을 증가시키기 위해 잠재적으로 일부 기구학적 순도를 희생시킬 수 있다.

시스템의 크기, 어셈블리 고려 사항 및/또는 요구 사항은 구속 패턴에서 수정 또는 적응을 유도할 수 있다. 도 13a는 솔리드 조인트 또는 연속 이음새(745)를 갖는 6개의 고정된 연속 면(730)의 배열을 갖는 크라운형 "솔리드" 상반구 부분(720)을 갖는 대안적인 예의 십이면체 기구학적 스페이스 프레임(700)을 도시한다. 크라운(715)은 적층 제조 공정 등을 통해 생성된 벌크 재료로부터 가공될 수 있다. 하반구 부분은 이전에 제시된 기구학적 요소(650A,B,C)와 같은 기구학적 요소(650)와 연결된 불연속면(710)으로 구성된다. 상반구형 부분(720)의 크라운 구조(715)는 더 큰 견고성 또는 강성을 요구하는 다른 시스템 기계와 인터페이스하는데 유용할 수 있다. 렌즈 하우징은 고정면(730)과 기구학적 면(710) 모두에 장착될 수 있다.

그러나, 크라운 구조(715)는 이미지 릴레이 시스템(도 9)을 지원할 수 있는 격자 작업(미도시)을 포함하여 다른 장치 또는 구조에 기계적으로 인터페이스하기 위해 더 많이 사용된다. 대안으로서, 크라운 구조(715)는 원통형 베이스 및 꼭지점에서 점에 도달하는 외측 플레어 확장 세트를 가질 수 있다. 이는 도 13a에서 대안적인 상부 구조일 수 있는 반면에, 하반구는 여전히 기구학적 요소(650)를 갖는 불연속 면(710)을 포함한다.

또 다른 대안적인 기구학적 스페이스 프레임(700)으로서, 도 13b는 중실 조인트 또는 연속 이음새(745)를 갖는 2개의 인접한 중실 또는 연속 다각형 면(740)을 갖는 "고정" 섹션(725)을 포함하는 반구형 상부 부분(720)을 도시한다. 예를 들어, 제2 크라운 구조(725)는 벌크 재료로부터 가공될 수 있다. 이 예에서, 상반구는 각각 2개의 면(740)을 갖는 3개의 동일한 섹션(725)으로 나뉜다. 하나의 고정 섹션(725)은 상단 면을 포함하고, 다른 고정 섹션은 유형(도 12c의 650B)의 기구학적 요소(650)의 어레이를 이용한 2-2-2 유형의 연결을 이용해 연결된다. 따라서, 2개의 고정 섹션(725)은 3개의 비에 3개의 구체로 서로 연결된다. 다시, 하반구 부분은 이전에 제시된 기구학적 요소(650A,B,C)와 같은 기구학적 요소(650)와 상호 연결된 불연속 면(710)으로 구성된다.

도 13c는 스페이스 프레임(700)이 각각 연속 면(740) 세트를 갖도록 기계 가공, 주조 또는 프린팅된 2개의 반구형 크라운 부분(715A 및 715B)으로 구성되는 제3 대안 예를 도시한다. 적절한 기구학적 요소(650) 세트를 이용한 기구학적 장착으로 2개의 크라운 반쪽이 서로에 위치되어, 완전한 스페이스 프레임(700)을 제공한다. 2개의 크라운 반쪽이 떨어져 있을 때, 카메라 렌즈 하우징을 스페이스 프레임에 고정하는 패스너에 대한 접근이 비교적 쉽다. 두 개의 크라운 반쪽은 하단의 개구부를 통해 접근되는 패스너로 함께 고정될 수 있다. 각 크라운(715)은 선택적 외부 가공을 통해 단일 피스 주조 부품이 될 수 있다. 일반적으로, 크라운의 내부 표면에는 정밀한 피처가 필요하지 않다. 그러나, 고정밀 정렬 공차를 필요로 하는 크라운형 스페이스 프레임 부분(예를 들어, 도 13a 및 13c)을 갖는 개선된 카메라 장치(300)의 경우, 이러한 구조를 제조하기 위해 5축 또는 6축 밀링 머신이 필요할 수 있다.

도 13a, 도 13b 및 도 13c의 예시적인 대체 스페이스 프레임에 대해, 스페이스 프레임(700)의 상반구 및 하반구 부분은 기구학적 요소(650)(예를 들어, 기구학적 요소(650A 또는 650B))의 적절한 배열을 사용하여 서로 연결된다. 이러한 대체 스페이스 프레임(700)은 구성 개별 부품의 수를 줄이고 전체 스페이스 프레임의 견고성을 개선하는 데 유용할 수 있다. 또한 다른 조합도 가능한다. 예를 들어, 도 13a의 상반구(720)에 도시된 바와 같은 크라운 구조(715)는 중간 개수의 연속 면(725)을 사용하는 도 13b의 상반구에 도시된 접근법과 조합될 수 있다. 기구학적으로 연결된 불연속 면과 솔리드 면의 부분 조합을 갖는 이러한 유형의 스페이스 프레임은 절단된 이십면체(축구공) 또는 모따기된 십이면체와 같은 다른 다중면 다각형 형상으로 확장될 수 있다.

도 14a는 다시 12개의 면 또는 패싯을 가진 십이면체 기하학 형상을 갖는 도 12a 및 도 13a, 도 13b, 도 13c의 프레임에 대한 다른 대안적인 예의 기구학적 스페이스 프레임(800)을 도시한다. 면(810)은 카메라 채널 렌즈 하우징(미도시)이 장착될 수 있는 채널 비(815)를 포함할 수 있다. 도 14b는 도 14a 스페이스 프레임에서 사용될 수 있는 플레이트 또는 면(810)에 대한 예시적인 어셈블리 프로세스를 도시한다. 면(810) 내에 고정된 스프링(825)을 갖는 천공된 구멍에 핀들을 핀(820)의 이용 가능한 단부에 장착함으로써 일련의 유지 핀(820)이 면(810)에 추가된다. 그 후, 원통형 핀(830)과 같은 롤링 핀이 추가되고, 에지(840)에 제공된 한 쌍의 가공된 v-그루브(835)에 대해 스프링(825)에 의해 당겨진다. 각 스프링은 유지핀(820)에서 원통형 핀(830)과 같은 롤링 핀의 좁은 단부까지의 거리에 걸쳐 있다. 하중을 받는 굽힘에 저항하기 위해, 이러한 원통형 핀(830)은 강철로 만들어질 수 있다.

이러한 동일한 어셈블리 프로세스는 모든 12-스페이스 프레임 면(810) 및 수반하는 핀, 스프링 및 실린더에 대해 반복될 수 있지만, 모든 면(810)의 모든 에지(840)에 초기에 원통형 핀(830)이 장착되지는 않을 것이다. 도 14c에 도시된 바와 같이, 개별 면(810)이 연결되어 도 14a 유형의 스페이스 프레임(800)을 형성한다. 하나의 면(811) 및 장착 플레이트 또는 면(812) 반대편에 있는 대응하는 렌즈 채널이 1차 채널로 식별될 수 있다. 2차 면(810)은 스프링을 사용하여 1차 면에 연결되며, 2개의 인접한 면(810)의 다각형 에지 상의 스프링이 롤링 핀 실린더(830)의 줄어들거나 감소된 반경 부분에 연결된다. 일단 5개의 오각형 2차 면(810)이 1차 면(811)에 연결되면, 이들은 서로 연결될 수 있다. 3차 면은 2차 면에 유사하게 연결될 수 있고, 그 다음에는 서로 연결되며, 그 다음에는 장착 플레이트 면(812)에 연결되어 스페이스 프레임을 완성할 수 있다. 이 설계에서, 원통형 핀(830) 및 인접한 면(810)의 2개의 인접한 에지(840)로부터의 접촉 오프셋 v-그루브(835)가 기구학적 요소로서 작용하거나 기능한다. 오프셋 비와 실린더의 접촉은 과도한 구속을 방지하거나 저항하고 스프링(825)의 부착된 쌍은 부족한 구속을 방지하거나 저항한다. 따라서, 원통형 핀과 쌍 또는 오프셋 비 또는 비 그루브를 사용하는 이 기구학적 요소는 이전에 논의된 기구학적 요소(650A,B,C)와 다른 기구학적 요소의 예이다.

도 14a의 스페이스 프레임(800)이 스프링 적재 연결에 기구학적 어셈블리 요소를 제공하지만, 또한 공통 에지(840)를 따라 실린더 및 비 연결의 중복 구속을 포함한다. 결과적으로, 시스템의 강성이 크게 증가되고, 어셈블리 방법이 모든 에지(840)에 대해 공통이어서 제조를 전반적으로 단순화한다. 그러나, 다각형 면(810)의 다른 또는 상이한 에지(840)에 위치된 원통형 핀(830)을 갖는 기구학적 요소들과 기구학적 요소들(650)(예를 들어, 650A, 650B, 또는 650C)의 조합을 이용한 도 14a의 설계에 대한 중간 설계는 2개 이상의 다각형 면(810) 사이에 개선되거나 상이한 기구학을 제공하는데 사용될 수 있다. 이 시스템은 또한 큰 내부 빈 공간을 생성하고 부품의 현장 교체를 위해 전체 또는 부분 분해를 쉽게 할 수 있다. 다시 , 이 스페이스 프레임 구성은 십이면체 기하학에 제한되지 않으며 불연속면과 솔리드 연속면의 조합을 사용하여 구성할 수도 있다.

도 14a의 스페이스 프레임(800)의 저비용 버전에 대한 대안으로서, 개별 롤링 핀 실린더(830)는 다각형 면(810)의 주변을 형성하는 에지(840) 주위를 감싸는 강성 와이어로 대체될 수 있다. 이 예에서, 교번 면(810)이 이러한 와이어를 가질 것이다. 그러면, 스페이스 프레임의 제조 비용은 더 저렴해지지만, 일부 기계적 정밀도는 희생될 것이다.

도 11에 따르면, 내부 스페이스 프레임(500)은 가공, 주조 또는 프린팅된 연속 면(510)을 갖는 견고한 구조일 수 있다. 대안으로, 도 12a 내지 도 12g에 도시된 바와 같이, 기구학적 스페이스 프레임(600)은 일련의 이산면(610) 및 인터페이싱 기구학적 요소(650)를 사용하여 제공될 수 있다. 또한 도 13a, 도 13b, 도 13c에 도시된 바와 같이 이산 및 중실 또는 연속 면의 조합을 갖는 대안적인 기구학적 또는 부분적 기구학적 스페이스 프레임(700)이 제공될 수 있다. 도 14a에 도시된 또 다른 예시적인 스페이스 프레임(800)은 또한 부분적으로 기구학적 구조를 가질 수 있다. 이러한 예시적인 스페이스 프레임의 비교 기구학적 성능은 사용된 기구학적 요소의 설계 및 선택으로 이루어진 설계 선택으로 인해 이산 다각형 스페이스 프레임 면의 전체 세트의 사용(예를 들어, 도 12a 또는 도 14a) 대 몇 개의 연속적인 다각형 면을 갖는 구조의 사용(예를 들어, 도 13b) 대 몇몇 연속적인 다각형 면을 가진 하나 이상의 더 큰 구조(예를 들어, 도 13b의 크라운 구조)를 갖는 구성을 사용하는 것을 포함해 다양하다. 비교 기구학적 성능은 또한 다각형 면 또는 기구학적 요소가 (예를 들어, 강철, 알루미늄, 아연, 청동, 인바 또는 FRP) 제작되는 재료 같은 다른 요인에 따라 달라질 수 있다. 조립된 스페이스 프레임은 기구학적 성능에 대해 사전 테스트할 수 있다. 예를 들어, 고정밀 기구학적 스페이스 프레임은 ± 0.025mm 이하의 공간 공차로 한 면과 다른 면의 상대 위치를 제어할 수 있다.

도시된 바와 같이, 도 12a 및 12g의 스페이스 프레임(600)은 다양한 면(610) 사이의 기구학적 요소(650A,B,C)의 적절한 선택으로 인해 공칭상 완전히 기구학적이다. 특히, 도 14a의 스페이스 프레임(800)은 모든 다각형 에지(840) 사이의 모든 이음새에 위치한 실린더 핀(830) 기반 기구학적 요소를 갖고 있지만, 이 스페이스 프레임(800)은 과도하게 구속되거나 부분적으로 기구학적이다. 그러나, 기구학은 가령 다른 이음새들 중에 기구학적 요소(650A,B,C)의 적절한 선택을 이용해(도 12b 내지 도 12d 참조) 실린더 핀(830) 기반 기구학적 요소의 일부를 대체함으로써 개선될 수 있다. 적절한 선택으로, 이 스페이스 프레임(800)은 거의 또는 완전히 기구학적이 될 수 있다.

이에 비해, 도 13b의 스페이스 프레임(700)은 인접한 면(710)이 연속적이거나 단단하고 강성인 두 이음새와 인접한 면이 기구학적 요소(650)(예를 들어, 650A, 650B 또는 650C)에 의해 연결되는 많은 다른 개방 이음새를 포함한다. 이 프레임은 개방 이음새에 걸쳐 있는 기구학적 요소의 적절한 선택과 관련하여 완전히 기구학적일 수 있다. 그러나, 이들 면들이 연속 재료(예를 들어, 강철)로 가공(예를 들어, 기계 가공, 주조 또는 프린팅)되었기 때문에, 인접한 연속 면 사이의 이음새가 공칭상 견고함에 따라 부분적으로 기구학적이기도 하다. 이러한 다면 구조의 강성은 강화 리지로 면을 제작하여 향상시킬 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 유연한 재료(예를 들어, 폴리머 또는 플라스틱)로 이러한 연속 면을 제작하여 강성을 줄일 수 있다. 마찬가지로, 크라운형 부분을 포함하는 도 13a 및 13c의 스페이스 프레임(700)는 단지 부분적으로 기구적이지만, 개방 이음새는 예를 들어 완전한 기구학적 하반구를 제공하기 위해 기구학적으로 연결될 수 있다(예를 들어, 도 13a).

따라서, 부분 기구학적 스페이스 프레임은 인접한 면 사이의 모든 이음새에 기구학적 요소를 가질 수 있지만 완전한 기구학적 구조를 제공하기 위해 모든 이음새에 걸쳐 기구학적 요소를 적절하게 선택할 수는 없다. 결과 구조는 과도하거나 부족하게 구속될 수 있다. 부분 기구학적 스페이스 프레임은 예를 들어 면이 단일 연속 재료로 제작된 것처럼 단단한 인접한 면 사이에 교대로 일부 이음새를 또는 또한 일부 이음새를 가질 수 있다. 본 개시의 예에서, 요소 또는 바디는 의도적으로 그리고 적절하게 제거되는 6개의 자유도(DOF)로 정확히 구속되고 중복이나 미달 구속되지 않는(예를 들어, 요소 또는 바디가 부분적으로 구속되지 않는)다면 "완전히 기구학적"이다. 스페이스 프레임의 경우, 이는 개별 요소 또는 바디(예를 들어, 개별 면 또는 여러 연속 면이 있는 구조)가 이러한 바디 사이의 이음새에 정확하게 구속되어 복합재에서 견고한 구조로 작용하거나 거동한다는 것을 의미한다.

임의의 이러한 예시적인 기구학적 스페이스 프레임 또는 그 변형은 잠재적인 과잉 구속 조건 또는 미달 구속 조건(예를 들어, 하중력, 중력, 열 조건의 변화) 중에 구조적 무결성을 모두 유지하고 이에 따라 카메라 채널(320)을 적절하게 동일 정렬 상태로 유지하는 데 도움을 주기 위해 기구학적 성능을 향상시킨 개선된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)를 가능하게 하기 위한 목적에 적용될 수 있다. 그러나, 추가로, 개선된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)용의 카메라 채널(320)을 지지하기 위한 목적으로 이들 예시적인 스페이스 프레임 중 어느 하나를 적용하는 것도 또한 스페이스 프레임 면과 렌즈 하우징 또는 카메라 채널 사이에 기구학적 인터페이스를 제공하는 것을 포함할 수도 있다.

또한, 스페이스 프레임의 설계에서, 1차 면을 정의하는 것이 유용하다. 차례로, 1차 면에 해당하는 1차 카메라 채널을 정의하는 것이 유용할 수 있다. 일부 설계에서, 2차 또는 3차 카메라 채널에 대한 장착 및 조정은 1차 카메라 채널과 다른 설계 또는 구성을 가질 수 있다.

도 15a-c는 기구학적 볼 및 V자 접촉부 또는 피처를 사용하는 스페이스 프레임의 면 또는 패싯에 렌즈 하우징을 장착하기 위한 바람직한 접근법을 도시한다. 이 설계에서, 공칭상 모든 카메라 채널과 그 렌즈 하우징(905)은 다각형 스페이스 프레임 면(910)에 동일하게 조립된다. 예를 들어, 이들은 렌즈 하우징(905)에 부착하기 위해 Belleville 와셔를 관통하는 4-40개 볼트 및 스페이스 프레임(900)의 면(910)으로 부착될 수 있지만 다른 수단에 의해 네스팅 힘(예를 들어, 20N)이 제공될 수 있다. 비(940)에 대한 볼(930)의 상호 작용은 구속 문제를 제한하는 기구학적위치 지정을 제공한다. 특히, 각 볼(930)은 비(940)의 각 면에 하나씩 각 볼(930)에서 2개의 자유도를 제거하는 비(940)에 놓일 것이다. 볼과 v-그루브 피처가 인접한 카메라 채널 사이의 이음새(902)가 아닌 렌즈 하우징(905) 아래에 놓이기 때문에, 이음새 폭을 (예를 들어, 1mm 이하로) 제한하는 것이 더 쉽다.

도 15d는 렌즈 하우징(905)과 함께 카메라 채널(920)을 스페이스 프레임(900)의 면(910) 또는 패싯(facet)에 장착하는 제2 예를 도시한다. 이 도면에서, 예시적인 스페이스 프레임 부분은 도시된 바와 같이 일체형 크라운 구조일 수 있으나, 다수의 기구학적으로 부착된 피스들을 가진 구조일 수도 있다(예를 들어, 도 12a, 도 14a 또는 도 13a, b). 렌즈 하우징(905)을 갖는 카메라 채널(920)은 외부 컴프레서 렌즈 소자(925)의 돌출 형상을 나타낸다. 스페이스 프레임(900)의 면(910)은 면을 렌즈 하우징(905)에 기구학적으로 정렬하는 데 사용되는 3개의 채널 비 슬롯 또는 비(940)를 포함한다. 렌즈 하우징(905)은 또한 그 어셈블리를 인접면(910)의 비(vees)(940)에 정밀하게 정렬하는 데 사용되는 3개의 정밀 볼(940)을 갖는다. 그런 후 볼트 또는 자석과 같은 3개의 체결요소(미도시)가 스페이스 프레임(900)의 면(910)에 렌즈 하우징(905)을 보유하기 위해 유지력을 제공한다.

볼(930)에 대한 대안으로서, 렌즈 채널 하우징(905)의 하부 측면에 부착된 3개의 핀(미도시)이 스페이스 프레임의 면(910)에 있는 3개의 대응하는 비와 접촉할 수 있다. 렌즈 하우징의 핀 위치는 120° 떨어져 있다. 각 핀은 배치된 면의 렌즈 채널 아래쪽 가장자리에 수직이다. 캔틸레버 빔을 각 핀 위에 직접 배치하여 네스팅 힘을 얻을 수 있다. 핀/비 접촉의 정확한 위치에 대한 모호성을 제거하기 위해, 비(vees)는 점 접촉을 보장하기 위해 약간의 곡률을 가질 수 있다. 점 접촉을 생성하는 볼 및 비 접근 방식과 비교할 때, 핀은 훨씬 낮은 기계적 응력을 초래할 수 있는 선 접촉을 제공한다. 그러나, 돌출 핀은 더 많은 공간을 차지하므로, 이 애플리케이션에 제공하기 어려울 수 있다.

어느 한 경우, 카메라 채널의 6개 접점에서 힘의 범위를 최소화하는 것도 바람직한다. 이는 항복 응력 값을 초과하지 않고 모든 인터페이스에서 긍정적인 접촉력을 보장하기 위한 것이다. 도 15a-c의 설계 접근법은 기계적 접촉이 질량 중심에 더 가까워 모멘트 암을 줄일 수 있으므로 다른 접근 방식에 비해 향상된 성능을 가질 수 있다.

렌즈 하우징(920)과 스페이스 프레임(예를 들어, 500, 600, 700 또는 800) 사이에 설계된 구속 패턴이 정확한 구속을 초래하도록 보장하기 위해, 정확한 구속에 대한 Maxwell의 기준에 대해 설계를 평가했습니다(Douglass L. Blanding, 1995). 이 설계 예에서, 렌즈 하우징은 v-그루브에 놓인 핀을 사용하여 120° 떨어져 있는 관련 스페이스 프레임 다각형 패싯과 접촉한다. 렌즈 하우징(905)은 관련 스페이스 프레임 다각형 패싯에 볼트로 고정될 수 있으며, 이는 둘 사이의 미달 구속을 방지한다.

렌즈 하우징과 관련 다각형 패싯 사이의 과잉 구속은 Maxwell 기준을 사용하여 검사될 수 있다. 이러한 기준은 Maxwell이 5개 또는 6개의 구속 조건에 대한 사례를 논의하지 않기 때문에 4개의 구속 조건에 대해 설계되었지만, 그럼에도 불구하고 3개의 초기 구속 조건을 고려하고 나머지 각 구속 조건이 추가될 때 Maxwell의 조건을 위반하지 않도록 보장하여 과잉 구속 조건을 평가하는 데 사용할 수 있다. 6개의 구속 조건은 모두 3개의 동일 평면 구속 조건 쌍으로 구성된 세트이므로, 동일한 평면에 4개가 없으므로 첫 번째 기준이 충족된다. 또한, 임의의 점에서 교차하는 구속조건의 최대 개수는 2개이므로 두 번째 기준도 만족한다. 검사를 통해, 두 개의 구속 조건이 평행하지 않다는 것이 분명하므로 Maxwell의 세 번째 검사를 통과한다. 마지막 기준은 네 번째 구속 조건이 초기 세 구속 조건과 동일한 한 시트의 쌍곡면 생성기 세트에 속하지 않아야 한다는 것이다. 초기 3개의 기울기 구속조건을 각 비(vee)의 동일한 등가 면에서 돌출하는 구속조건으로 식별하면, 나머지 각 구속조건이 원래 기울기 선 두 개와 교차하므로 나머지 나머지 각 구속조건은 이 세트의 일부가 아님이 명백하다. 따라서, 이는 쌍곡면의 상호 생성기에 위치해야 하며 따라서 Maxwell의 네 번째이자 마지막 기준이 충족된다. 마지막으로 남은 검사는 구속 패턴이 열팽창에 민감하지 않은지 확인하는 것이다. 이를 위해, 각 구속면이 스페이스 프레임 면의 중심으로 정의된 원점에서 방사형으로 위치한다는 것이 관찰된다. 모든 것이 방사형 경로에 위치하기 때문에, 확장은 모든 구속 조건에 대해 원점에서 동일한 비례 거리가 된다. 즉, 중심이 변경되지 않으므로 기구학적 결합이 열적으로 안정적이다.

도 15b는 스페이스 프레임의 2개의 인접한 면(910)에 장착된 2개의 인접한 렌즈 채널 하우징(905)(렌즈 소자는 미도시)을 도시한다. 의도한 광학 성능을 가능하게 하기 위해, 인접한 카메라 채널(920) 사이의 기계적 이음매(902)의 폭 또는 갭은 간섭을 피하고 사용 중에 견고하게 유지되면서 작아야(예를 들어, 1mm 미만) 한다. 비 각도, 비 치수, 가장자리 길이, 핀 크기 및 볼 크기 변경과 같은 스페이스 프레임 수준의 작은 형상 변경도 모두 이음새 폭에 상당한 영향을 미친다. 그런 다음, 도 15c는 개선된 파노라마 다중 카메라 캡처 장치(300)를 가능하게 하기 위해 어셈블리된 렌즈 하우징(905) 어레이를 갖는 완전히 조립된 스페이스 프레임을 도시한다(주의: 렌즈 소자 및 다른 구성요소는 도시하지 않음). 장치 어셈블리 중에, 하나 이상의 렌즈 하우징(905) 또는 이미지 센서, 데이터 경로 또는 전력 전자 장치 또는 냉각 하드웨어와 같은 기타 구성요소가 부착되어야 한다. 이는 유연한 케이블 익스텐더가 있는 도구를 포함하여 다양한 피처와 도구를 사용하여 수행할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 카메라 채널은 Belleville 와셔를 통과하는 4-40개의 볼트와 렌즈 하우징에 부착할 스페이스 프레임의 한 면을 사용하여 스페이스 프레임에 동일하게 조립할 수 있다. 그러나, 어셈블리 순서가 중요할 수 있다. 예를 들어, 3차 카메라 채널이 2차 채널 면을 통해 4-40개의 볼트에 액세스하면서 먼저 장착될 수 있다. 1차 카메라 채널에 인접한 2차 카메라 채널은 유연한 드라이브를 사용하는 동안 상단 또는 1차 면을 통해 4-40개의 볼트에 액세스하여 다음에 추가될 수 있다. 연결된 장착 지점을 제거할 수 있는 경우 베이스 플레이트를 통해 4-40개의 볼트에 액세스하여 1차 또는 상단 채널을 마지막에 추가할 수 있다.

구조적 결함을 방지하기 위해 볼, 비 및 핀은 모두 표면 경화되어야 하는 것이 주목된다. 스페이스 프레임의 표면을 구성하는 데 사용되는 강철에 대해 표면 경화 공정을 수행하는 것이 유리할 수 있지만, 엄격한 공차 요구 사항과 작고 국부적인 영역의 경화 비용이 높기 때문에, 스페이스 프레임의 면에 오목한 부분을 설계하한 다음 사전 경화된 비를 부착는 것이 더 유리할 수 있다. 이러한 비는 Bal-tec과 같은 공급업체에서 쉽게 구할 수 있으며 스페이스 프레임 설계에 쉽게 통합될 수 있다.

여러 도시된 실시예에서, 자석을 포함하는 다른 고정 메커니즘이 사용될 수 있지만, 스페이스 프레임의 면을 함께 결합하는 스프링이 도시되어 있다. 특히, 자석은 스페이스 프레임을 함께 고정하는 데 도움이 되도록 및/또는 렌즈 하우징을 스페이스 프레임 면에 고정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, PA Pipersville 소재 K&J Magnetics의 부품 번호 D32SH는 직경 3/16" x 두께 1/8" 이고 인장력이 1-2 lbs인 영구 희토류 자석이 사용될 수 있다. 0.75mm의 두 마주보는 자석 사이의 대략적인 간격으로, 두 자석 사이의 인장력 강도는 ~0.5lbs가 될 수 있다.

또한, 도 15d에 도시된 바와 같이, 장치 어셈블리 동안, 렌즈 하우징(905)은 장착 표면(935)이 면(910)의 외부 표면(912)에 근접하게 위치된 개구부(915)에 끼워질 것이며, 정확한 장착은 볼(930)과 비(vee)(940)의 상호 작용에 의해 결정된다. 볼(930)과 비(940)는 공칭상 120도 간격으로 위치된다. 도시된 바와 같이, 장착 표면(935)은 렌즈 하우징(905)의 길이의 중간쯤에 있다. 그러나, 대안으로 장착 표면(935)은 이미지 평면 또는 이미지 센서의 위치에 더 가깝게 또는 외부 컴프레서 렌즈 소자(925)의 위치에 더 가깝게 제공될 수 있다. 바람직한 접근법으로서, 장착 표면(935)은 질량 중심 또는 카메라 채널의 무게 중심 근처에 위치될 수 있다.

또한 도 15d에 도시된 바와 같이, 카메라 채널(920)의 렌즈 하우징(905)은 렌즈 하우징의 측벽에 자석(945), 볼(950) 및 플랫(955)을 포함할 수 있다. 이러한 피처는 인접한 카메라 채널 간에 기구학적 구속을 제공할 수 있다. 특히, 자석은 하중력을 제공함으로써 제1 카메라 채널을 제2 인접 카메라 채널에 대한 기구학적 장착 및 정렬을 돕는 데 사용될 수 있다. 이러한 측벽 자석(또는 래치 또는 다른 메커니즘)의 사용은 장착 표면(935)이 (예를 들어, 도 15d에 도시된 바와 같이) 렌즈 하우징의 중간에 또는 카메라 채널의 질량 중심에 근접하기보다는 이미지 평면에 더 가깝거나 외부 컴프레서 렌즈에 더 가깝다면 더 큰 값을 가질 수 있다. 장착 지점이 카메라 채널 또는 대물 렌즈 어셈블리의 길이에 비해 극단적인 기계적 위치에 있거나 그 근처에 있는 그러한 경우, 측벽 기구학적 피처가 가해진 힘(중력 포함)에 대한 모멘트 암 유형의 회전 또는 피벗을 방지하는 데 도움이 될 수 있다.

스페이스 프레임(900)이 외부 컴프레서 렌즈 소자(925)의 외부 다각형 가장자리 근처의 장착 지점으로부터 카메라 채널을 지지하는 대체 설계에서, 개구(915)의 외부 가장자리와 인접한 가장자리(917) 사이의 재료 폭은 인접한 카메라 채널(920) 사이의 이음새(902)의 폭에 영향을 미칠 수 있다. 스페이스 프레임이 외부 컴프레서 렌즈 소자 또는 컴프레서 렌즈 그룹에 근접하게 제공되는 그러한 경우, 광학 및 기계적 설계 변경을 보상하는 것이 이음새 폭에 대한 영향을 줄이는 데 유리할 수 있다. 예를 들어, 외부 컴프레서 렌즈 소자(925) 및 렌즈 하우징(905)은 스페이스 프레임(900)이 이음새를 통해 외부 환경으로 돌출되지 않도록 은폐하게 설계될 수 있다. 광학적으로, 이는 외부 컴프레서 렌즈 소자(925)가 입사광을 다각형 렌즈 에지로부터 가파르게 휘게 하여 아래 스페이스 프레임에 대해 더 많은 공간이 생성된다는 것을 의미할 수 있다. 스페이스 프레임을 위한 공간을 제공하기 위한 또 다른 옵션으로서, 앞면 색상(도 5e)을 ≤ 0.5mm, 특히 ≤ 0.1mm로 제한하는 우수한 설계 제어가 도움이 될 수 있다.

또한, 도 2b에서 제안된 바와 같이(에지(132) 참조), 다각형 베벨 에지(927)의 컷 또는 컷들, 또는 렌즈 하우징(905) 및 관련 렌즈 고정 플레이트(907)의 디자인은 스페이스 프레임(900)을 위한 더 많은 공간을 제공하도록 수정될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 스페이스 프레임 면의 전술한 에지 사이의 (개구부(915)에서 에지(917)까지) 폭은 인접한 카메라 채널 사이의 이음새(902)의 폭에 미치는 영향을 줄이기 위해 얇아질 수 있다. 면(910)의 디자인은 유용한 피처 및 개선된 구조적 무결성을 제공하기 위해 덜 편평하고 보다 3차원적일 수 있다.

또 다른 옵션으로서, 카메라 채널은 확장된 이음새 폭(902)을 광학적으로 숨기기 위해 추가로 확장된 FOV(215)(도 7)를 갖도록 설계될 수 있다. 확장된 이음새(902)와 스페이스 프레임(900)을 숨기기 위해 추가되는 확장된 FOV(215)의 양에 따라, 렌즈 설계에서 잔여 시차 또는 원근법 오차의 광학적 보정이 손상될 수 있다. 바람직하게는 이러한 오차는 서브픽셀로 유지되지만, 일부 애플리케이션의 경우, 몇몇 픽셀의 오차는 개선된 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)의 외부 원주 근처에 위치된 스페이스 프레임을 갖는 것에 대한 허용 가능한 절충안일 수 있다.

미리 조립된 카메라 채널을 정렬 고정 장치에 대해 테스트하여 크기, 모양 및 기준 피처에 대한 제어를 보장하게 하고 적절하게 조정될 수 있다. 그런 다음, 개선된 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)가 어셈블리될 때, 개별 카메라 채널은 하나 이상의 볼트, 자석 또는 래치 또는 접착제(들) 또는 이들의 조합을 사용하여 다각형 스페이스 프레임의 관련 면에 대해 보유되거나 유지될 수 있다. 그러나, 어떤 경우에는, 예를 들어 고장난 센서, 파손된 렌즈 소자 등의 경우, 부품 또는 카메라 채널의 빠른 교체가 필요할 수 있다. 이러한 변경은 공장에서 수행할 수 있지만, 현장 교체가 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 스페이스 프레임 접근 방식을 통해 카메라 채널을 현장 교체 가능 장치(FRU)로 사용할 수 있다.

하나 이상의 카메라 채널을 제거하는 한 가지 접근 방식으로, 장치는 모든 데이터 및 전원 케이블이 스페이스 프레임 주변을 통과하는 다각형 패싯을 통해 액세스할 수 있다. 필요한 경우, 장착 피처에 액세스하기 위해, 이 케이블을 제거할 수 있다. 적절한 도구는 교체 또는 수리를 위해 또는 다른 카메라 채널의 제거를 돕기 위해 제거해야 하는 카메라 채널의 부착 지점에 대한 스페이스 프레임의 내부 중공 센터 공동으로 확장될 수 있다. 주어진 다각형 기하학적 형상에서, 이 목적을 위해 사용되는 도구는 유연한 샤프트 또는 연장부를 가질 수 있어 액세스 포트 패싯에서 멀리 경사진 이미징 채널의 장착 피처 또는 메커니즘에 액세스하는 데 도움이 된다. 해제되면, 카메라 채널을 장치 중앙에서 당겨 빼내거나 제거할 수 있다. 데이터 경로 및 전원 케이블 연결은 아직 발생하지 않은 경우 제거할 수 있다. 교체용 사전 조립된 카메라 채널이 제거된 채널 대신 부착하거나 장착될 수 있다. 하나 이상의 재료 또는 접착제를 사용하여 인접한 카메라 채널 사이의 이음새 또는 틈을 밀봉하는 경우, 이들은 이 프로세스 중에 교체해야 할 가능성이 높다.

일부 예에서, 지지 포스트 또는 스토크는 장착 인터페이스인 스페이스 프레임 면에서 먼저 분리된다. 이를 통해 기본 어셈블리 하단의 베이스 플레이트와 패스너에 접근할 수 있다. 포스트가 제거되면, 기본 채널의 패스너 또는 볼트 나사에 접근할 수 있다. 그 후, 3차 채널용 패스너가 그 다음으로 가장 접근하기 쉽다. 마지막으로, 2차 어셈블리의 나사에 접근할 수 있다. 스페이스 프레임은 분해할 필요가 없으며, 렌즈 하우징 어셈블리에는 키네마틱 볼이 있어 새로운 카메라 채널 어셈블리로 교체가 정확한 공차로 가능해질 수 있다. 일부 예에서, 렌즈 하우징 및 렌즈 어셈블리를 포함한 카메라 채널은 공칭상 동일하다. 따라서, 어셈블리, 보관 및/또는 교체에는 하나의 부품 번호만 필요하다.

카메라 채널의 이미지 센서 어셈블리를 교체할 때 일반적으로 일치하는 세트이므로 해당 회로 기판도 바꿔야 할 수 있다. 또한, 장치가 십이면체 형상 이외의 형상을 갖고 있고 카메라 채널이 더 많은 경우, 프레임 면과 카메라 채널의 크기와 개수 공간이 어셈블리 또는 수리 활동을 복잡하게 만들 수 있다. 특히, 구성요소에 액세스할 수 있는 사용 가능한 공간과 구성요소의 수가 복잡할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 일부 장치 설계의 경우, 래치와 같은 고정 또는 잠금 메커니즘이 이미징 채널 사이의 이음새 내에 위치할 수 있다. 이 경우, 고정 장치를 해제하기 위해 이음새에 도구를 삽입할 수 있다.

다른 경우에는, 스페이스 프레임의 면이 손상되어 교체해야 할 수 있다. 손상 여부에 관계없이, 연결된 카메라 채널이 먼저 제거될 것으로 예상할 수 있다. 그러나, 먼저 여러 카메라 채널을 제거해야 할 수도 있다. 그러면, 스프링, 자석, 접착제 또는 기타 메커니즘과 같은 부착된 기구학적 요소의 고정 메커니즘이 이완되어 면을 해제하고 교체품을 설치할 수 있다.

예시된 스페이스 프레임 예는 모두 십이면체를 나타내지만, 다른 전체 모양도 고려된다. 예를 들어, 스페이스 프레임은 (측지선 및 Goldberg 다면체를 포함한) 다른 다면체 모양을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다른 3차원 모양을 형성하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 그 예는 일반적으로 360도 시야를 제공하는 구조물에 관한 것이지만, 다른 시스템에서, 스페이스 프레임은 다른 배열을 지원할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 스페이스 프레임은 반구형, 1/4구형, 환형 또는 기타 모양의 여러 카메라 채널을 지원할 수 있다.

앞의 예에서, 렌즈 하우징 및/또는 스페이스 프레임 부분(예를 들어, 다각형 면)은 기계가공된 금속 또는 스테인레스 스틸과 같은 주조 및 기계가공된 금속을 사용하여 형성될 수 있다. 다른 예에서, 다른 재료가 사용될 수 있다. 이러한 대체 재료 중 일부에는 엔지니어링 또는 복합 재료를 포함한 플라스틱이 포함된다. 예를 들어, 섬유 강화 플라스틱(FRP)은 섬유로 강화된 폴리머 매트릭스로 만들어진 복합 재료이다. 섬유는 일반적으로 유리(유리 섬유), 탄소(탄소 섬유 강화 폴리머), 아라미드 또는 현무암이다. 폴리머는 일반적으로 에폭시, 비닐 에스테르 또는 폴리에스테르 열경화성 플라스틱이다. 복합 플라스틱은 원하는 특정 재료 및 기계적 특성을 가진 최종 제품을 유도하기 위해 서로 다른 재료 특성을 가진 두 개 이상의 균질 재료를 본딩하여 생성되는 플라스틱 유형을 말한다. 섬유 강화 플라스틱은 특히 플라스틱의 강도와 탄성을 기계적으로 향상시키기 위해 섬유 재료를 사용하는 복합 플라스틱의 범주이다. 유리 섬유는 SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, CaO 또는 MgO를 포함한 재료에서 압출 및 인발된 다음 몰딩 중에 폴리머에 매립되는 매트로 형성되거나 직조된다. 강화 섬유의 배향을 지정하면 폴리머의 강도와 변형 저항을 높일 수 있다. 유리 강화 폴리머는 폴리머 섬유가 가해지는 힘과 평행할 때 변형력에 가장 강하고 저항력이 강하며 섬유가 수직일 때 가장 약하다. 유리 강화 폴리머로 만들어진 일부 주조 수지 구성요소에서, 섬유의 배향은 2차원 및 3차원 직조로 배향될 수 있다. 이는 힘이 한 방향에 수직일 가능성이 있을 때 다른 방향에 평행하다는 것을 의미한다; 이는 폴리머의 약한 부분에 대한 가능성을 제거한다. 섬유 강화 플라스틱은 중량 감소, 정밀 엔지니어링, 명확한 공차, 생산 및 작동 모두에서 부품 단순화를 요구하는 모든 설계 프로그램에 가장 적합하다. 성형 폴리머 제품은 주조 알루미늄 또는 강철 제품보다 저렴하고 빠르며 제조하기 쉽고 유사하거나 때로는 더 나은 공차 및 재료 강도를 유지하면서 성형 후 기계 가공할 수 있다.

일부 예에서, 렌즈 하우징 또는 스페이스 프레임 패싯은 섬유 강화 플라스틱으로 성형될 수 있다. 유리 섬유 강화 플라스틱의 CTE는 섬유 방향, 평행 또는 수직(예를 들어, 15-55×10^-6 / ℃)에 따라 다르지만. 일반적으로 값은 유리 CTE에서 광학 플라스틱 CTE 사이의 범위에 걸쳐 있다. 교차 직조 섬유로 성형된 렌즈 하우징은 유리하게 광학 유리와 플라스틱 사이의 평균인 CTE를 가질 수 있어, 내부에 배치된 렌즈 소자의 열적 안정성을 돕는다.

또 다른 예는 아연계 합금을 사용하여 다이 캐스트 금속 렌즈 하우징 또는 다각형 스페이스 프레임 패싯을 제조하는 것을 포함할 수 있다. 아연 다이캐스팅은 얇은 벽과 우수한 표면 평활성을 제공한다. 아연 합금은 유리하게는 비교적 대부분의 광학 유리와 대부분의 광학 플라스틱 사이의 CTE를 가지며, 따라서 이미징 렌즈 어셈블리의 열적 안정성을 용이하게 할 수 있다. 다이캐스트 아연 합금 부품은 주조 후 가공할 수 있지만, 일반적으로 정밀 아연 다이캐스팅에서는 몰딩된 유리 섬유 부품보다 ~5배 더 나은 정확도를 얻을 수 있기 때문에 가공이 거의 필요하지 않다. 또한, 다른 예에서, 재료는 부분마다 다를 수 있다. 예를 들어, 스페이스 프레임의 일부 면은 한 유형의 재료로 구성된 반면 다른 면은 제2 재료로 구성될 수 있다.

본 개시의 예에서, 개선된 다중 카메라 파노라마 캡처 장치(300)를 가능하게 하기 위해, 카메라 채널 어레이에 대한 정확하고 견고한 장착 지원을 모두 제공하기 위해 엔지니어링된 기구학적 구조로서 다각형 스페이스 프레임이 개발되었다. 스페이스 프레임은 이미징 하드웨어(예를 들어, 전원 및 데이터 경로 케이블)에 의해 유리하게 사용될 수 있는 유용한 중공 센터 볼륨 또는 릴레이된 이미지 광을 위한 통로를 제공한다. 또 다른 대안으로서, 지원되는 카메라(320)는 렌즈 시스템 기반 이미징 릴레이(예를 들어, 도 9)보다는 광섬유 릴레이에 광을 제공하는 대물 렌즈로서 작용할 수 있다. 이러한 시스템에서, 광섬유 릴레이는 대물 렌즈가 제공하는 각각의 이미지 평면에서 센서로 이미지 광을 전송하는 광섬유 번들을 사용할 수 있다. 이미지 전송을 위해, 자유 공간 광학장치 없이 이미지 센서에 이미지 광을 중계하기 위해 코히어런트 광섬유 번들을 사용할 수 있다. 각 카메라 채널에는 연결된 이미지 센서가 있거나 여러 개의 일관된 광섬유 번들이 단일 이미지 센서로 향할 수 있다.

이러한 유형의 엔지니어링된 기구학적 스페이스 프레임은 다른 광학 애플리케이션 또는 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 바깥쪽이 아닌 속이 빈 중앙을 들여다보는 카메라 어레이를 지원하는 데 사용할 수 있다. 또한 내부 또는 외부를 향하는 광원, 레이저 또는 센서와 같은 다른 광학 장치를 지원할 수 있다. 또 다른 예로서, 기구학적 스페이스 프레임은 카메라 채널 대신 라이트 프로젝션 채널 어레이를 지원할 수 있다. 일 구현으로, 이미지 센서는 발광 픽셀이 있는 주소 지정 가능한 광원 어레이 장치로 대체될 수 있다. 예를 들어, 이러한 장치는 마이크로 LED 어레이, 유기 LED 어레이(OLED) 또는 레이저 어레이일 수 있다. 대안으로, 이미지 센서를 광학 변조기 어레이(예를 들어, LCOS 또는 DLP/DMD)로 대체할 수 있으며 조명 광이 하나 이상의 별도 광원에 의해 제공할 수 있다. 특히, 이러한 스페이스 프레임은 이미지 캡처, 이미지 프로젝션 또는 렌즈 시스템의 광학 설계가 시차 또는 원근 교정을 위해 최적화되지 않은 다른 광학 목적을 위해 개선된 다중 렌즈 시스템 장치를 가능하게 하는 데 사용될 수 있다. 이러한 유형의 프로젝션 장치는 시뮬레이터, 천체투영관 또는 기타 돔형 극장에서 사용할 수 있다. 또한 예에서, 렌즈가 장착된 스페이스 프레임은 동심원 돔 또는 패싯 돔 내부에 포함될 수 있다. 제한 없이, 돔은 광학적 특성뿐만 아니라 프레임에 장착된 렌즈 소자를 위한 케이싱 또는 커버링을 제공할 수 있다.

이러한 유형의 엔지니어링된 기구학적 스페이스 프레임은 다른 비광학 애플리케이션 또는 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 다각형 스페이스 프레임은 대화형 어린이 장난감에도 사용되었다. 그러나, 스페이스 프레임은 격자 작업 지붕 지지대 또는 측지 돔을 구축하기 위해 건축 공학에서 더 일반적으로 사용된다. 일반적으로, 측지 돔은 측지 다면체를 기반으로 한 다면체 모양을 갖는 반구형 또는 구형의 얇은 쉘 구조(격자 쉘)이다. 기술적 역점이 종종 트러스 조인트에 장착되는 노드 구조에 적용된다. 돔은 끝이 평평한 스트럿이 있는 강철 프레임워크를 가질 수 있으며 단일 볼트가 스트럿의 꼭지점을 고정한다. 돔은 또한 함께 볼트로 고정하거나 용접하거나 더 유연한 절점/허브 연결로 연결될 수 있는 경량 알루미늄 프레임워크로 구성할 수 있다. 돔의 삼각형 요소는 구조적으로 견고하고 구조 전체에 구조적 응력을 분산시켜 측지 돔이 크기에 비해 매우 무거운 하중을 견딜 수 있도록 한다.

측지 돔에는 구조물을 함께 고정하는 데 도움이 되는 케이블 시스템이 있을 수 있다. 이와 같이, 이를 인장 완전성 또는 텐세그리티(tensegrity) 구조라고 하며 단순 인장 또는 압축을 받는 요소로 구성된다. 이러한 구조의 서브세트가 정확하게 구속된 구조로 나타내거나 나타날 수 있지만, 실제로는 이들은 정적으로 결정된 구조가 아닐 수 있다. 반면 정확히 구속된 구조는 항상 정적으로 결정된된다. 추가로, 텐세그리티 구조는 대부분의 광학 애플리케이션에 필요한 것과 같은 엄격한 공차를 유지할 수 있는 정밀 구조일 필요가 없다.

본 발명의 엔지니어링 기구학적 스페이스 프레임은 건축적 적용을 포함하는 비광학적 애플리케이션을 가질 수 있다. 예를 들어, 순응 프레임 또는 기초를 제공하는 것을 포함하여 많은 고층 건물이 내진성을 갖도록 설계되지만, 본 발명의 기구학적 스페이스 프레임 유형을 사용하여 설계 및 조립된 건물은 지진, 바람 또는 기타 방향력에 대한 향상된 내성을 가질 수 있다. 건축 구조로서, 스페이스 프레임은 미리 결정된 위치에서 장비의 한 피스를 견고하고 정확하게 고정할 수 있다. 대안으로, 엔지니어링된 기구학적 스페이스 프레임에 대한 현재의 접근 방식은 견고하고 조립하기 쉬운 비상 대피소(예를 들어, Shigeru Ban의 구조와 비슷하지만 다른 구조)를 가능하게 할 수 있다. 스페이스 프레임 외부에 지붕 또는 덮개를 제공할 수 있다.

Claims (20)

1. 복수의 제1 에지가 제1 주변부를 정의하는 제1 다각형 면, 복수의 제2 에지가 제2 주변부를 정의하는 제2 다각형 면, 및 복수의 제1 에지 중 제1 에지를 복수의 제2 에지 중 제1 에지에 연결하는 하나 이상의 기구학적 요소를 포함하는 프레임;
   제1 다각형 면에 결합되고 복수의 제1 렌즈 측면이 제1 렌즈 주변부를 정의하는 제1 렌즈를 갖는 제1 카메라; 및
   제2 다각형 면에 결합되고 복수의 제2 렌즈 측면이 제2 렌즈 주변부를 정의하는 제2 렌즈를 갖는 제2 카메라를 포함하고,
   제1 렌즈 측면의 제1 렌즈 측면이 제2 렌즈 측면의 제2 렌즈 측면과 접촉하는 이미징 장치.
2. 제1항에 있어서,
   프레임은:
   복수의 제3 에지가 제3 주변부를 정의하는 제3 다각형 면; 및
   복수의 제3 에지 중 제1 에지를 복수의 제1 에지 중 제2 에지에 연결하고 복수의 제3 에지 중 제2 에지를 복수의 제2 에지 중 제2 에지에 연결하는 추가적인 기구학적 요소를 더 포함하고,
   이미징 장치는:
   제3 다각형 면에 결합된 제3 카메라를 더 포함하는 이미징 장치.
3. 제2항에 있어서,
   프레임은:
   기구학적 스페이스 프레임을 형성하기 위해 제1 다각형 면, 제2 다각형 면 또는 제3 다각형 면 중 적어도 하나에 결합된 추가적인 다각형 면을 더 포함하고,
   이미징 장치는:
   추가 다각형 면에 결합된 추가 카메라를 더 포함하며, 제1 카메라, 제2 카메라, 제3 카메라, 및 추가 카메라는 실질적으로 인접한 시야를 제공하도록 구성되는 이미징 장치.
4. 제1항에 있어서,
   하나 이상의 기구학적 요소는 제1 기구학적 요소 및 제2 기구학적 요소를 포함하고, 상기 제1 기구학적 요소는 약 3 자유도로 제2 다각형 면을 제1 다각형 면에 결합하고, 상기 제2 기구학적 요소는 약 2 자유도로 제2 다각형 면을 제1 다각형 면에 고정시키는 이미징 장치.
5. 제1항에 있어서,
   하나 이상의 기구학적 요소는 복수의 제1 에지 중 제1 에지 및 복수의 제2 에지 중 제1 에지에 대체로 평행하게 연장되는 길이방향 축을 갖는 원통형 핀;
   제1 다각형 면과 원통형 핀에 결합된 제1 스프링; 및
   제2 다각형 면과 원통형 핀에 결합된 제2 스프링을 포함하고,
   상기 원통형 핀의 외부 표면은 제1 에지 상의 제1 기준면 및 제2 에지 상의 제2 기준면과 접촉하는 이미징 장치.
6. 제1항에 있어서,
   제1 주변부는 제1 렌즈 주변부와 명목상 일치하고 제2 주변부는 제2 렌즈 주변부와 공칭상 일치하는 이미징 장치.
7. 제1항에 있어서,
   하나 이상의 기구학적 요소들 중 한 기구학적 요소는 제1 다각형 면 또는 제2 다각형 면 중 하나에 고정된 제1 부분과 제1 다각형 면 또는 제2 다각형 면 중 다른 면에 고정된 제2 부분을 포함하고, 제1 부분은 볼을 포함하며, 제2 부분은 볼에 의해 접촉되는 평면, v-그루브 또는 삼면체 소켓 중 적어도 하나를 포함하는 이미징 장치.
8. 제1항에 있어서,
   하나 이상의 기구학적 요소는 원통형 핀 및 오프셋 비(offset vees)를 포함하는 이미징 장치.
9. 제1항에 있어서,
   유지력을 제공하기 위해 하나 이상의 기구학적 요소와 관련된 자석 또는 스프링을 더 포함하는 이미징 장치.
10. 제1항에 있어서,
    제1 렌즈 주변부의 제1 에지를 따라 배치되는 볼 및 제2 렌즈 주변부의 제2 에지를 따라 배치되는 플랫 또는 비(vee) 중 적어도 하나를 더 포함하고, 상기 볼은 적어도 제1 렌즈와 제2 렌즈 사이의 이음새를 유지하기 위해 플랫 또는 비 중 하나와 접촉하는 이미징 장치.
11. 제1항에 있어서,
    제1 카메라 중 적어도 하나가 제1 면에 결합되거나 제2 카메라가 제2 면에 자석, v-그루브, 플랫 및 얼라인먼트 볼 중 적어도 하나를 이용하여 결합되는 이미징 장치.
12. 제1항에 있어서,
    제1 카메라와 연관된 제1 저시차 볼륨이 제2 카메라와 관련된 제2 저시차 볼륨과 적어도 부분적으로 겹치도록 제1 카메라가 제2 카메라에 대해 위치되는 이미징 장치.
13. 제1항에 있어서,
    프레임은 중공 센터를 정의하는 이미징 장치.
14. 제13항에 있어서,
    적어도 부분적으로 상기 중공 센터 내로 그리고 상기 제1 면 반대편의 프레임 면에 있는 개구를 통해 연장하는 릴레이 광학 시스템을 더 포함하는 이미징 장치.
15. 복수의 제1 에지가 제1 주변부를 정의하는 제1 다각형 면,
    복수의 제2 에지가 제2 주변을 정의하는 제2 다각형 면, 및
    복수의 제1 에지 중 제1 에지를 복수의 제2 에지 중 제1 에지에 연결하는 하나 이상의 기구학적 요소를 포함하는 이미징 장치용 프레임.
16. 제15항에 있어서,
    하나 이상의 기구학적 요소들 중 한 기구학적 요소는:
    제1 에지 및 제2 에지에 대체로 평행하게 연장되는 길이방향 축을 갖는 원통형 핀;
    제1 다각형 면과 원통형 핀에 결합된 제1 스프링; 및
    제2 다각형 면과 원통형 핀에 결합된 제2 스프링을 포함하고,
    상기 원통형 핀의 외부 표면은 복수의 제1 에지들 중 제1 에지 상의 제1 기준면과 접촉하고 복수의 제2 에지들 중 제1 에지 상의 제2 기준면과 접촉하는 이미징 장치용 프레임.
17. 제15항에 있어서,
    복수의 제3 에지가 제3 주변부를 정의하는 제3 다각형 면; 및
    복수의 제3 에지들 중 제1 에지를 복수의 제1 에지들 중 제2 에지에 연결하고 복수의 제3 에지들 중 제2 에지를 복수의 제2 에지들 중 제2 에지에 연결하는 추가적인 기구학적 요소를 더 포함하는 이미징 장치용 프레임.
18. 제17항에 있어서,
    강체 기구학적 스페이스 프레임을 형성하기 위해 제1 다각형 면, 제2 다각형 면 또는 제3 다각형 면 중 적어도 하나에 결합된 추가적인 다각형 면을 더 포함하는 이미징 장치용 프레임.
19. 제15항에 있어서,
    하나 이상의 기구학적 요소는 제1 기구학적 요소 및 제2 기구학적 요소를 포함하고, 상기 제1 기구학적 요소는 약 3 자유도로 제2 다각형 면을 제1 다각형 면에 결합하고 상기 제2 기구학적 요소는 약 2 자유도로 제2 다각형 면을 제1 다각형 면에 고정시키는 이미징 장치용 프레임.
20. 제15항에 있어서,
    지지력을 제공하기 위해 하나 이상의 기구학적 요소와 연관된 하나 이상의 자석 또는 스프링을 더 포함하는 이미징 장치용 프레임.
    

Images