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KR102638173B1 - 슈퍼-매크로 이미지의 초점면을 틸팅하기 위한 시스템 및 카메라 - Google Patents

슈퍼-매크로 이미지의 초점면을 틸팅하기 위한 시스템 및 카메라 Download PDF

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KR102638173B1
KR102638173B1 KR1020237007382A KR20237007382A KR102638173B1 KR 102638173 B1 KR102638173 B1 KR 102638173B1 KR 1020237007382 A KR1020237007382 A KR 1020237007382A KR 20237007382 A KR20237007382 A KR 20237007382A KR 102638173 B1 KR102638173 B1 KR 102638173B1
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KR
South Korea
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focal plane
camera
opfe
rotation axis
axis
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KR1020237007382A
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노이 코헨
마이클 슈어러
Original Assignee
코어포토닉스 리미티드
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Publication date
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Abstract

시스템은 와이드/울트라-와이드 카메라, 광학 경로 폴딩 요소와 텔레 렌즈 모듈을 포함하는 폴디드 텔레 카메라, 1:5 내지 25:1의 객체-대-이미지 배율을 가지면서 3.0cm 내지 35cm 사이의 객체-렌즈 거리에 포커싱하기 위해 텔레 렌즈 모듈을 이동시키는 렌즈 액추에이터, 및 애플리케이션 프로세서(AP)를 포함하고, 여기서 AP는 UW 카메라로부터의 이미지 데이터를 분석하여, 하나의 캡처된 매크로 이미지로부터 다른 하나의 캡처된 매크로 이미지로 약간 시프트된 초점면을 갖는 매크로 이미지들의 시퀀스에 대한 텔레 캡처 전략을 정의하고, 상기 시퀀스로부터 새로운 매크로 이미지를 생성하도록 구성되고, 상기 새로운 매크로 이미지의 초점면 및 피사계 심도는 연속적으로 제어될 수 있다.

Description

슈퍼-매크로 이미지의 초점면을 틸팅하기 위한 시스템 및 카메라
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 6월 8일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/208,186호, 2021년 11월 2일에 출원된 미국 가특허 출원 제63,274,700호 및 2021년 12월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 제63/288,047호의 우선권 이익을 주장하며, 이들은 그 전체 내용이 참조로서 여기에 포함된다.
본 명세서에 개시된 주제는 일반적으로 매크로 이미지, 특히 모바일 텔레포토("텔레") 카메라로 매크로 이미지를 획득하기 위한 방법에 관한 것이다.
멀티-카메라(두 대의 카메라가 있는 "듀얼 카메라"가 그 예임)는 현재 휴대용 전자 모바일 장치(또는 그냥 "모바일 장치", 예를 들어 스마트폰, 태블릿 등)에 널리 보급되어 있다. 멀티-카메라는 일반적으로 와이드 시야(또는 "광각") FOVW 카메라("와이드" 또는 "W" 카메라), 및 적어도 하나의 추가 카메라, 예를 들어 (FOVW보다) 좁은 FOV, 즉 FOVT를 갖는 "텔레"(또는 "T") 카메라를 포함한다.
W 카메라, 울트라-와이드(UW) 카메라 및 더블-폴디드 텔레 카메라를 포함하는 트리플 카메라가 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다.
"매크로-촬영" 모드는 대중적인 차별화 요소가 되고 있다. "매크로-촬영"은 이미지 센서에 기록된 이미지가 촬영되는 실제 객체와 거의 같은 크기가 되도록, 카메라에 근접해 있는 객체를 촬영하는 것을 지칭한다. 객체 크기 대 이미지 크기의 비율은 객체-대-이미지 배율("M")이다.
큰 M을 제공하는 매크로 카메라는 모바일 장치의 텔레 카메라로 구현될 수 있다. M이 크기 때문에, 카메라는 "슈퍼-매크로 카메라" 또는 "SM 카메라"로 지칭될 수 있고, 이미지는 "슈퍼-매크로 이미지" 또는 "SM 이미지"로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 공동 소유의 국제 특허 출원 PCT/IB2021/054186에는 모바일 슈퍼-매크로-촬영을 위한 텔레 카메라 및 방법이 기재되어 있다.
텔레 카메라의 유효 초점 거리(EFL)가 7mm 이상으로 크기 때문에, 근접한 객체에 포커싱된 텔레 카메라의 심도(DOF)는 매우 얕다(표 1 참조). DOF는 이미지에서 허용할 수 있을 정도의 선명한 포커스(sharp focus) 상태에 있는 가장 가까운 객체와 가장 먼 객체 사이의 거리이다. 결과적으로, 텔레 카메라를 사용하여 매크로-촬영 모드에서 매크로 이미지를 캡처하는 것은 매우 어렵다. 예를 들어, 더 유익한 라이트닝(lightning) 또는 더 편리한 캡처 경험을 얻기 위해, 모바일 장치의 후면과 매크로 카메라의 초점면에 대해 소정 각도(θ)로 배향된 객체를 캡처하기를 원할 수 있다(도 1a 참조). 이는 단지 부분적으로만 인-포커스된 이미지를 초래할 수 있다. 디지털 일안 반사식 카메라(DSLR)와 같은 독립형 카메라에서, 이러한 문제는 초점면을 틸팅 가능한 "틸트-시프트 렌즈"로 해결된다. 그러나, 스마트폰에 포함된 유형의 소형 카메라에서는 이러한 문제에 대한 만족스러운 해결책이 없다.
초점면을 틸팅 가능한 모바일 장치에 슈퍼-매크로 카메라가 구비되면, 유리할 것이다.
다양한 실시예에서, 제1 광학 경로(OP1)를 제2 광학 경로(OP2)로 폴딩하기 위한 객체 측 광학 경로 폴딩 요소(O-OPFE); 렌즈; 상기 제2 광학 경로(OP2)를 제3 광학 경로(OP3)로 폴딩하기 위한 이미지 측 광학 경로 폴딩 요소(I-OPFE), 여기서 상기 OP1 및 OP2 및 OP3는 서로에 대해 수직이고; I-OPFE 액추에이터; 및 예시적인 직교 XYZ 좌표계에서 X-Y 평면에 평행하게 배향된 이미지 평면을 갖는 이미지 센서를 포함하고, 상기 카메라는 슈퍼-매크로(SM) 카메라이고 초점면을 갖고, 제로-틸트 초점면 위치에서 상기 초점면은 X-Z 평면에 평행하고, 제로-틸트 I-OPFE 위치에서 상기 I-OPFE는 X-축 및 Z-축 모두와 45도의 각도를 형성하고 Y-축에 평행하고, 여기서 상기 I-OPFE 액추에이터는 상기 Y-축에 평행한 제1 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 Z-축에 평행한 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하고, 및/또는 상기 제로-틸트 I-OPFE 위치에 평행하며 상기 Y-축에 수직인 제2 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 X-축에 평행한 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하도록 작동한다.
일부 실시예에서, 상기 OP1 및 OP3은 상기 Y-축에 평행하게 배향되고, 상기 OP2는 X-축에 평행하게 배향되고, 상기 이미지 센서는 상기 X-Z 평면에 평행하게 배향되고, 상기 I-OPFE 액추에이터는 상기 Z-축에 평행한 제3 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하고, 및/또는 상기 제로-틸트 I-OPFE 위치에 평행하며 상기 Z-축에 수직인 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하도록 작동한다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 3.0 내지 15cm의 객체-렌즈 거리에 포커싱된다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 15 내지 50cm의 객체-렌즈 거리에 포커싱된다.
일부 실시예에서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 20도 틸팅된다.
일부 실시예에서, 상기 I-OPFE는 상기 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 20도 틸팅하기 위해, 상기 제1 I-OPFE 회전축 또는 상기 제3 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 40도 틸팅되고, 및/또는 상기 I-OPFE는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 20도 틸팅하기 위해, 상기 제2 I-OPFE 회전축 또는 상기 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 40도 틸팅된다.
일부 실시예에서, 상기 I-OPFE는 상기 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 40도 틸팅하기 위해, 상기 제1 I-OPFE 회전축 또는 상기 제3 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 60도 틸팅되고, 및/또는 상기 I-OPFE는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 40도 틸팅하기 위해, 상기 제2 I-OPFE 회전축 또는 상기 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 60도 틸팅된다.
일부 실시예에서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 40도 틸팅된다. 일부 실시예에서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 60도 틸팅된다. 일부 실시예에서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 80도 틸팅된다.
일부 실시예에서, 상기 제1 초점면 회전축 및 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하기 위한 제어신호를 계산하는데 캘리브레이션 데이터가 사용되고, 상기 캘리브레이션 데이터는 상기 SM 카메라와 캡처될 객체 사이의 거리에 의존한다.
일부 실시예에서, 상기 초점면이 상기 SM 카메라로부터 제1 거리에 위치할 때, 특정 초점면 틸트 스트로크에 의해 상기 제1 초점면 회전축 또는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하기 위해서는, 상기 제1 또는 제2 또는 제3 또는 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 제1 회전 스트로크가 필요하고, 상기 초점면이 상기 SM 카메라로부터 제2 거리에 위치할 때, 동일한 상기 특정 초점면 틸트 스트로크에 의해 상기 제1 초점면 회전축 또는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하기 위해서는, 상기 제1 또는 제2 또는 제3 또는 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 제2 회전 스트로크가 필요하고, 여기서 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 크고, 상기 제1 회전 스트로크는 상기 제2 회전 스트로크보다 작다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 7 내지 10mm의 유효 초점 거리(EFL)를 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 10 내지 20mm의 EFL을 갖는다. 일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 20 내지 40mm의 EFL을 갖는다.
일부 실시예에서, 상기 I-OPFE 액추에이터는 보이스 코일 모터이다.
일부 실시예에서, 상기 I-OPFE는 미러이다.
일부 실시예에서, 상기 O-OPFE는 프리즘이다.
일부 실시예에서, 상기 렌즈는 2개의 렌즈 그룹들로 구분되고, 제1 렌즈 그룹은 상기 O-OPFE의 객체 측에 위치하고, 제2 렌즈 그룹은 상기 O-OPFE의 이미지 측과 상기 I-OPFE의 객체 측 사이에 위치한다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 각각의 SM 시야를 갖는 장면을 스캔하는 스캐닝 카메라이다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 2개 이상의 개별(discrete) 줌 상태 사이에서 전환될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라는 최소 줌 상태와 최대 줌 상태 사이에서 연속적으로 전환될 수 있다.
일부 실시예에서, 최대 줌 상태의 줌 팩터는 최소 줌 상태의 줌 팩터의 2배이다.
일부 실시예에서, 최대 줌 상태의 줌 팩터는 최소 줌 상태의 줌 팩터보다 3배 이상 크다.
다양한 실시예에서, 상기 또는 하기의 카메라, 및 상기 초점면의 틸팅을 제어하도록 구성된 애플리케이션 프로세서(AP)를 포함하는 모바일 장치가 제공된다.
일부 실시예에서, 상기 모바일 장치는 스마트폰이다.
일부 실시예에서, 상기 AP는 상기 제1 및/또는 제2 초점면 회전축을 중심으로 한 상기 초점면의 틸팅을 제어하기 위하여, 상기 제1 및/또는 제2 및/또는 제3 및/또는 제4 I-OPFE 회전축의 회전각, 및 객체-렌즈 거리를 포함하는 캘리브레이션 데이터를 이용하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 AP는 사용자 입력에 따라 상기 초점면의 틸팅을 제어하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 AP는 상기 초점면을 자동으로 틸팅하기 위한 알고리즘을 실행하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 AP는 상기 초점면이 틸팅된 후에, 이미지 또는 이미지 스트림을 자동으로 캡처하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라로 캡처되는 관심 객체가 전체적으로 인-포커스되도록, 상기 초점면이 틸팅된다.
일부 실시예에서, 상기 SM 카메라로 캡처된 관심 객체가 특정 양의 아웃-오브-포커스 디블러를 갖도록, 상기 초점면이 틸팅된다.
일부 실시예에서, 모바일 장치는 와이드 카메라 및/또는 울트라-와이드 카메라를 더 포함하고, 상기 AP는 상기 초점면을 자동으로 틸팅하기 위해, 상기 SM 카메라, 상기 와이드 카메라, 상기 울트라-와이드 카메라 중 어느 하나로부터의 이미지 데이터를 분석하도록 추가로 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 이미지 데이터는 포토다이오드 오토포커스 이미지 데이터이다. 일부 실시예에서, 상기 이미지 데이터의 분석은 돌출 맵 및/또는 객체 검출 알고리즘을 사용한다.
일부 실시예에서, 상기 AP는 상기 와이드 카메라 또는 상기 울트라-와이드 카메라로부터의 이미지 데이터를 분석하여, 스캐닝 카메라의 시야(FOV)를 상기 와이드 카메라의 FOV 내의 특정 세그먼트를 향해 조향하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 상기 AP는 상기 와이드 카메라 또는 상기 울트라-와이드 카메라로부터의 이미지 데이터를 분석하여, 상기 SM 카메라를 특정 배율 및 특정 시야를 갖는 매크로 이미지를 캡처하기 위한 특정 줌 상태로 전환하도록 구성된다.
다양한 실시예에서, 각각의 와이드 시야(FOVW)를 갖는 와이드 이미지를 캡처하기 위한 와이드 카메라, FOVW보다 작은 각각의 SM 시야를 갖는 SM 이미지를 캡처하기 위한 슈퍼-매크로(SM) 카메라로서 그 초점면을 틸팅하도록 구성되는 SM 카메라, 및 프로세서를 포함하는 전자 모바일 장치를 제공하는 단계; 및 와이드 이미지 데이터 및/또는 SM 이미지 데이터를 사용하는 분석에 따라 상기 SM 카메라의 초점면을 자율적으로 틸팅하고, 주어진 초점면 틸트에서 SM 이미지를 자율적으로 캡처하도록, 상기 프로세서를 구성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
일부 실시예에서, 상기 초점면의 틸팅은 캡처된 SM 이미지가 전체적으로 인-포커스되도록, 수행된다.
일부 실시예에서, 상기 초점면의 틸팅은 캡처된 SM 이미지가 특정 양의 아웃-오브-포커스 디블러를 갖도록, 수행된다.
본 명세서에 개시된 실시예의 비-제한적 예는 본 단락 다음에 열거된 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 도면 및 설명은 본 명세서에 개시된 실시예를 조명하고 명확히 하기 위한 것이며, 어떤 식으로든 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 다른 도면에서 동일한 요소는 동일한 번호로 표시될 수 있다. 도면의 요소들은 반드시 축척에 맞게 그려지지 않는다.
도 1a는 당업계에 공지된 예시적인 SM 캡처 시나리오를 도시한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 시나리오에 따라 세로(portrait) 모드에서 캡처된 SM 이미지를 도시한다.
도 2a는 본 명세서에 개시된 바와 같은 SM 이미지 캡처 시나리오를 예시적으로 도시한다.
도 2b는 도 2a에 도시된 시나리오에 따라 세로 모드에서 캡처된 SM 이미지를 도시한다.
도 3a는 공지 기술의 더블-폴디드 카메라의 예를 단면도로 도시한다.
도 3b는 본 명세서에 개시된 틸팅가능한 초점면을 갖는 더블-폴디드 카메라의 예를 단면도로 도시한다.
도 4a는 제로-틸트 초점면 위치에 있는 본 명세서에 개시된 카메라를 예시적으로 도시한다.
도 4b는 논-제로 틸트 초점면 위치에 있는 도 4a의 카메라를 도시한다.
도 4c는 본 명세서에 개시된 초점면 틸팅의 자동 제어를 위한 방법의 실시예를 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 개시된 바와 같이 틸팅 가능한 초점면을 갖는 더블-폴디드 SM 카메라를 포함하는 모바일 장치의 예를 도시한다.
도 5b는 공지 기술의 더블-폴디드 텔레 카메라를 사시도로 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 개시된 I-OPFE 모듈을 평면도로 도시한다.
도 6b는 I-OPFE 및 OPFE 홀더가 없는 도 6a의 I-OPFE 모듈을 사시도로 도시한다.
도 6c는 도 6b와 동일한 사시도이지만, I-OPFE 및 OPFE 홀더가 도시된 I-OPFE 모듈을 사시도로 도시한다.
도 7은 본 명세서에 개시된 초점면을 틸팅 가능한 모바일 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다.
아래의 카메라 및 이미지는 이들이 두 가지 기준을 지원하는 경우 "SM"으로 인정된다.
- M 1:5 내지 25:1.
- 7mm 내지 50mm 범위의 EFL로 30mm 내지 750mm 범위의 객체-렌즈 거리에서 캡처한다.
1:5와 25:1의 배율은 캡처된 객체의 물리적 크기가 각각 1과 25인 것과 캡처된 객체의 이미지 크기가 각각 5와 1인 비율을 의미한다.
위의 SM 정의는 카메라 사양(예를 들어, 7mm 내지 50mm 범위의 EFL)과 이미지(또는 장면) 사양(예를 들어, 30mm 내지 750mm 범위의 객체-렌즈 거리)을 모두 나타냄에 유의해야 한다. 특히, 이것은 동일한 카메라가 SM 장면(예를 들어, 100mm의 예시적인 객체-렌즈 거리를 갖는 장면)과 다른 장면(예를 들어, 2m의 예시적인 객체-렌즈 거리를 갖는 장면) 모두에서 이미지 캡처를 위해 사용될 수 있음을 의미한다. SM 장면을 캡처할 때, 카메라는 SM 카메라로 지칭된다. 다른 장면을 캡처할 때, 카메라는 텔레 카메라로 지칭된다.
표 1은 SM 카메라의 피사계 심도(DOF)(mm)를 EFL(mm)과 카메라로부터 객체까지의 거리("객체-렌즈 거리" 또는 "u")(cm)의 함수로 도시한다. DOF 계산을 위해, f/3의 f 수와 1.5μm의 착란원(circle of confusion)을 가정했다. DOF는 EFL = 8mm 내지 40mm(열) 및 u = 2cm 내지 150cm(행) 범위에 대해 표시된다.
[표 1]
도 1a는 당업계에 공지된 예시적인 SM 캡처 시나리오를 도시한다. 모바일 장치(100)(예를 들어, 스마트폰)는 초점면(104)을 갖는 SM 카메라(102)를 포함한다. 초점면(104)은 모바일 장치(100)의 후면에 평행하게 배향되고 특정 DOF를 갖는다. DOF는 초점면(104)의 양쪽으로 확장된다(extend). SM 카메라(102)는 객체(106)를 캡처한다. 모바일 장치(100)는 객체(106)의 방향에 대해 각도(α)로 배향된다. 얕은 DOF(표 1 참조) 때문에, 객체(106)의 일부만이 DOF 영역 내에 놓일 수 있고 인-포커스(in-focus, 초점 맞음)될 수 있다(객체(106)의 점표 영역). 객체(106)의 다른 부분은 DOF 영역 외부에 놓일 수 있고 아웃 포커스(out-of-focus, 초점 맞지 않음)될 수 있다(객체(106)의 흰색 영역). 초점면(104)은 모바일 장치(100) 후면의 법선(108)과 각도(β) = 90도를 형성한다. 모바일 장치(100)는 당업계에 알려진 "세로 모드" 방향으로 도시되어 있는데, 이는 카메라 이미지의 길이 치수가 객체의 길이 치수와 평행하다는 것을 의미한다. 다른 실시예에서, 모바일 장치(100)는 당업계에 공지된 바와 같이 "가로 모드" 방향일 수 있다.
도 1b는 도 1a에 도시된 시나리오에 따라 세로 모드에서 캡처된 SM 이미지(110)를 도시한다. DOF 내에 있던 객체(106)의 세그먼트만 인-포커스되고, DOF 밖에 있던 객체(106)의 세그먼트는 아웃 포커스된다. 이러한 시나리오에서, SM 카메라의 DOF는 이미지의 Y-축에 평행한 방향으로 올-인-포커스(all-in-focus) 객체 캡처를 방지한다. 다른 시나리오에서, SM 카메라의 DOF는 이미지의 X-축에 평행한 수직 방향으로 올-인-포커스 객체 캡처를 방지할 수 있다.
도 2a는 본 명세서에 개시된 바와 같은 SM 이미지 캡처 시나리오를 예시적으로 도시한다. 모바일 장치(200)(예를 들어, 스마트폰)는 틸팅 가능한 초점면(204)을 갖는 SM 카메라(202)를 포함한다. "틸팅 가능함"은 초점면(204)이 모바일 장치(200)에 평행하지 않은 방향을 갖도록 틸팅될 수 있다는 사실을 지칭한다. 초점면(204)은 모바일 장치(200)의 후면의 법선(208)과 각도(β) < 90도를 형성한다.
SM 카메라(202)는 객체(106)를 캡처한다. 도 1a의 시나리오에서와 같이, 모바일 장치(200)는 객체(106)의 방향에 대해 각도(α)로 배향된다. 그러나, 대조적으로, SM 카메라(202)의 초점면(204)은 초점면(204)이 객체(106)에 평행하게 배향되도록, Z-축에 평행한 회전축을 중심으로 틸팅된다. 얕은 DOF에도 불구하고, 객체(106)의 모든 세그먼트는 DOF 영역 내에 놓여져서, 인-포커스 상태에 있게 된다. 도 1a의 모바일 장치(100)와 같이, 모바일 장치(200)는 세로 모드 방향으로 도시되어 있다.
도 2b는 도 2a에 도시된 시나리오에 따라 세로 모드에서 캡처된 SM 이미지(210)를 도시한다. 객체(106)의 모든 세그먼트가 인-포커스된다.
도 3a는 공지 기술의 더블-폴디드 카메라(300)의 제1 예의 실시예를 단면도로 도시한다. 카메라(300)는 제1 객체-측 광학 경로 폴딩 요소("객체 OPFE" 또는 "O-OPFE", 예를 들어 프리즘 또는 미러)(302), 렌즈(304), 제2 이미지-측 OPFE("이미지 OPFE" 또는 "I-OPFE", 예를 들어 미러 또는 프리즘)(306) 및 이미지 센서(308)를 포함한다. 이미지 센서(308)는 X-Y 평면에 평행한 평면에 배향된다. 카메라(300)는 X-Z 평면에 평행하게 배향되는 초점면(310)을 갖는데, 즉 이미지 센서(308)에 수직이고 카메라(300)를 호스트하는 모바일 장치(미도시)의 후면에 평행한 초점면(310)을 갖는다. 카메라(300)의 광학 경로("OP")는 초점면(310)에 수직이고 Y-축에 평행한 제1 OP("OP1")(312)로부터, 초점면(310)에 평행하고 X-축에 평행한 제2 OP("OP2")(314)까지, 그리고 나서 초점면(310)에 수직이고 Z-축에 평행한 제3 OP("OP3")(316)까지, 두 번 폴딩된다. I-OPFE(306)는 이미지 센서에 대해, 그리고 OP2(314)와 OP3(316) 모두에 대해, 45도의 각도로 배향된다. 이하에서, I-OPFE(306)의 이러한 배향은 I-OPFE의 "제로-위치" 또는 "제로-틸트 위치"로 지칭된다. 공지 기술의 더블-폴디드 카메라(미도시)의 제2 실시예에서, OP3(316)은 OP1(312)에 평행하게(즉, Y-축에 평행하게) 배향되고, 이미지 센서(308)는 X-Z 평면에 평행한 평면에 배향될 수 있다.
도 3b는 본 명세서에 개시된 틸팅 가능한 초점면(330)을 갖는 더블-폴디드 카메라(320)의 제1 예의 실시예를 단면도로 도시한다. 카메라(300)와 유사하게, 카메라(320)는 O-OPFE(302'), 렌즈(304') 및 이미지 센서(308')를 포함하는데, 이는 카메라(300)의 각 요소와 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 또한, 카메라(320)는 틸팅 가능한 I-OPFE(322)(예를 들어, 미러 또는 프리즘)를 포함한다. 다른 실시예에서, 렌즈(304')는 2개 이상의 렌즈 그룹들(미도시)로 구분될 수 있으며, 여기서 하나 이상의 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 그룹은 O-OPFE(302')의 객체 측에 위치할 수 있고, 하나 이상의 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 그룹은 O-OPFE(302')의 이미지 측과 틸팅 가능한 I-OPFE(322)의 객체 측에 위치할 수 있다. 또 다른 실시예(미도시)에서, 렌즈(304')는 O-OPFE(302')의 객체 측에 위치할 수 있다. 즉, O-OPFE(302')의 이미지 측에 렌즈 요소가 위치하지 않을 수 있다. 카메라(320)의 OP는 도 3a에 도시된 바와 같이, 동일하게 구분되는 3개의 OP로, 두 번 폴딩된다. 특히, 이것은 이미지 센서(308')가 X-Y 평면에 평행하게 배향되고, (제로-위치에서) 틸팅 가능한 초점면(330)이 X-Z 평면에 평행하게 배향된다는 것을 의미한다. 틸팅 가능한 I-OPFE(322)는 (도 3a의 306과 같은) 제로-틸트 위치, 및 제로-틸트 위치에 대해 φ의 틸트 각도로 틸팅된 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 제로-틸트 위치에서, 틸팅 가능한 I-OPFE(322)는 Y-축에 평행하게 배향되고, 이미지 센서(308') 및 OP2(314)(이는 X-축에 평행함)와 OP3(316)(이는 Z-축에 평행함)에 대해 45도의 각도로 배향된다.
여기서 그리고 이하에서, 제1 I-OPFE 틸트각 "φ"는 Y-축에 평행하고 I-OPFE(322)의 반사면의 기하학적 중심과 교차할 수 있는 제1 I-OPFE 회전축(324)을 중심으로 하는 I-OPFE(322)의 회전각으로 정의된다. I-OPFE(322)를 제1 I-OPFE 회전축(324)을 중심으로 틸팅함으로써, 틸팅 가능한 초점면(330)은 Z-축에 평행한 제1 초점면 틸트축을 중심으로 틸팅된다.
제2 I-OPFE 틸트각은 I-OPFE(322)의 제로-틸트 위치에 평행한 제2 I-OPFE 회전축(미도시)을 중심으로 하는 I-OPFE(322)의 회전각으로 정의되고, 즉 제2 I-OPFE 회전축은 X-축과 Z-축 모두에서 45도의 각도를 형성하고 Y-축에 수직이다. I-OPFE(322)를 제2 I-OPFE 회전축을 중심으로 틸팅함으로써, 틸팅 가능한 초점면(330)은 X-축에 평행한 제2 초점면 틸트축을 중심으로 틸팅된다.
객체(106)와 같이 캡처될 객체의 방향에 따라, 초점면(330)을 제1 초점면 틸트축 중심으로, 제2 초점면 틸트축 중심으로, 또는 둘 조합을 중심으로 틸팅하는 것이 바람직할 수 있다. 객체(106)와 같이 캡처될 특정 객체의 방향이 주어지면, 카메라(320)를 포함하는 모바일 장치(예를 들어, 모바일 장치(700))가 이미지 캡처를 위해 당업계에 알려진 세로 모드(또는 방향)로 유지될 때, 제1 초점면 틸트축을 중심으로 초점면(330)을 틸팅하는 것이 바람직할 수 있고, 카메라(320)를 포함하는 모바일 장치가 이미지 캡처를 위해 당업계에 알려진 가로 모드로 유지될 때, 제2 초점면 틸트축을 중심으로 초점면(330)을 틸팅하는 것이 바람직할 수 있다. 또는, 그 반대로도 가능할 수 있다. 이는 초점면을 제1 또는 제2 틸트축을 중심으로 틸팅할지 여부에 대한 결정이 캡처할 객체의 방향과 모바일 장치를 호스팅하는 카메라의 방향 모두에 따라 달라짐을 의미한다.
Z-축에 평행한 제1 초점면 틸트축 중심으로 제2 예의 더블-폴디드 카메라(즉, OP3는 Y-축에 평행하고 이미지 센서는 X-Z 평면에 평행한 평면에 배향됨)의 초점면을 틸팅하기 위해, I-OPFE는 Z-축에 평행한 I-OPFE 틸트축 중심으로 틸팅될 수 있다. X-축에 평행한 제2 초점면 틸트축 중심으로 제2 예의 더블-폴디드 카메라의 초점면을 틸팅하기 위해, I-OPFE는 I-OPFE에 평행한 I-OPFE 틸트축 중심으로 틸팅될 수 있을 뿐만 아니라, Z-축에 수직으로 배향되어, X-축 및 Y-축에 대해 45도의 축을 형성한다.
카메라(320)의 틸팅 가능한 초점면(330)은 OP(312)에 수직이 아니지만 OP(312)에 수직으로 배향된 평면(334)과 각도(θ)를 형성하는 틸팅된 초점면이다. 도 1a 및 도 2a를 참조하면, 카메라(320)는 θ = α가 대략 충족되도록(α는 모바일 장치(200)와 객체(106) 사이의 각도임, 도 2a 참조), 초점면 틸팅이 수행되는 경우, 예를 들어 전체적으로 인-포커스된 객체(106)를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 여기서, "대략 충족됨"은 (도 1a 및 도 2a에 도시된 바와 같이) DOF의 유한한 두께로 인해 객체(106)와 같은 객체가 각도(θ) = α ± Δ에서도 전체적으로 인-포커스되어 캡처될 수 있음을 의미한다. Δ의 크기는 각도(α)와 객체-렌즈 거리("u")에 따라 달라진다.
330과 같이 틸팅 가능한 초점면의 경우, 인-포커스된 객체에 대한 객체-렌즈 거리(u)는 FOV 중심으로부터 카메라 렌즈까지 OP(312)를 따라 측정된다. 도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 초점면의 틸팅은 u를 변경하지 않는다. 더블-폴디드 카메라(320)에서, 연속적인 OP(예를 들어, OP1과 OP2, OP2와 OP3 등)는 서로 수직으로 배향된다. 다른 예에서, 연속적인 OP는 서로 다른 각도로 배향될 수 있다. 예를 들어, 90도에서 10도 또는 20도 이상으로 다를 수 있다. 특히, 여기서 제로-틸트 위치에 있는 O-OPFE 및/또는 I-OPFE는 광학 경로를 다른 각도로 폴딩하도록 배향될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 틸트각 φ와 θ(도 3b에 정의된 바와 같음) 사이의 관계를 도시한다. 단순함을 위해, 더블-폴디드 카메라(320)의 광학 시스템은 더 단순한 일반 또는 논-폴디드 카메라(400)로 표현된다. 예를 들어, 최대 φ=20도까지 너무 크지 않은 각도(φ)의 경우, 카메라의 OP(412)(316과 유사함)에 대해 90도에서 제로-틸트 위치에 대하여 이미지 센서(404)(308'와 유사함)와 같은 논-폴디드 카메라의 이미지 센서를 각도(φ)만큼 틸팅하는 것은 (더블-폴디드 카메라의 OP(314) 및 OP(316)에 대해 45도에서) 제로-틸트 위치에 대하여 I-OPFE(322)와 같은 I-OPFE를 동일한 틸트각(φ)만큼 틸팅함으로써 얻는 것과 유사한 틸트각(θ)을 초래한다고 가정할 수 있다. 이는 본 명세서에서 설명하는 초점면 틸팅이 더블-폴디드 카메라뿐만 아니라 일반 또는 논-폴디드 카메라에 의해서도 수행될 수 있음을 의미한다. 320과 같은 더블-폴디드 카메라에서, 322와 같은 I-OPFE는 초점면 틸팅을 위해 틸팅되는 반면, 일반 카메라에서는 카메라의 렌즈가 카메라의 이미지 센서 및 일반 카메라를 호스팅하는 모바일 장치에 대해 틸팅되거나, 또는 카메라의 이미지 센서가 카메라 렌즈 및 일반 카메라를 호스팅하는 모바일 장치에 대해 틸팅된다.
도 4a는 제로-틸트 초점면 위치에 있는 예시적인 카메라(400)를 도시한다. 카메라(400)는 렌즈(402) 및 틸팅 가능한 이미지 센서(404)를 포함하고, 장면의 특정 수평 시야(FOV)를 커버하는 일부 객체-렌즈 거리(u)에 대해 Y-축에 수직인 초점면(410)에 포커싱된다. 틸팅 가능한 이미지 센서는 당업계에 공지되어 있다. 도 4a에서, 이미지 센서(404)는 제로-틸트 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 제로-틸트 위치에서, 이미지 센서(404)는 Y-축에 대해 수직으로 배향된다. 당업계에 공지된 바와 같이, 광학 시스템은 초점면(410)이 이미지 센서(404)에 평행하고, 카메라(400)를 호스팅하는 모바일 장치(도시되지 않음)의 후면에 평행하고, 카메라(400)의 OP(412)에 수직으로 배향되도록 설계된다. (광선 번호 1 내지 3을 갖는) 3개의 예시적 필드(또는 "객체") 지점들이 도시되는데, 이들은 FOV 중앙 오른쪽 위치에 있는 제1 필드 지점("FP1"), FOV 중앙에 있는 제2 필드 지점("FP2") 및 FOV 중앙 왼쪽 위치에 있는 제3 필드 지점("FP3")이다. 카메라(400)의 초점면(410)이 이미지 센서(404)에 평행하게 배향되도록 광학 시스템을 설계하는 것은 동일한 객체-렌즈 거리(u)에서 필드들(1 내지 3)이 인-포커스됨을 의미한다. u에서의 필드 지점들은 이러한 필드 지점에서 나오는 모든 광선이 동일한 광학 경로 길이("OPL")를 전파하는 경우, 인-포커스되므로, FP1, FP2 및 FP3의 모든 광선은 특정 OPL(각각 OPL1, OPL2 및 OPL3)을 전파한다. OPL1, OPL2 및 OPL3은 초점면(410)에 놓이게 된다. 센서(404)의 폭은 "S"로 표시되고, FOV의 폭은 "X"로 표시된다.
도 4b는 논-제로 틸트 초점면 위치에 있는 카메라(400)를 도시한다. 이미지 센서(404)는 이제 틸팅되어 있고, Y-축에 수직이 아닌 평면에서 배향되지만, X-축과 각도(φ)를 형성한다. 이미지 센서(404)가 틸팅되면, OPL1, OPL2 및 OPL3은 Y-축에 수직인 초점면(410)에 놓이는 것이 아니라, Y-축과의 각도≠90도 및 X-축과의 각도(θ)를 형성하는 초점면(410)에 놓이게 된다. 객체-렌즈 거리(u)와 렌즈-이미지 거리(v)는 도 4a에 도시된 바와 같이 x에 대해 일정하지 않지만, x에 의존한다. 즉, u=u(x) 및 v=v(x)이다. FP1의 경우, u1=ucenter+Δu1 및 v1=vcenter+Δv1이다. FP3의 경우, u3=ucenter+Δu3 및 v3=vcenter+Δv3이다. "ucenter" 및 "vcenter"는 각각 FOV 중심 위치에서의 객체-렌즈 거리 및 이미지 센서 중심 위치에서의 렌즈-이미지 거리를 나타낸다. FP2의 경우, 변경 사항이 없으며, u2=ucenter 및 v2=vcenter이다. FP1과 FP3이 FP2에 대해 대칭적으로 위치하므로, Δu1=-Δu3, Δv1=-Δv3이라고 가정한다. 이하에서는 FP1만 고려할 것이다. 달리 명시적으로 언급하지 않으면, 여기와 이하에서 객체-렌즈 거리(u)는 ucenter를 나타낸다.
얇은(thin) 렌즈 방정식은 이제 x에도 의존한다(방정식 1).
표 2 내지 표 4는 3개의 이미지 센서 틸트각 φ1 = 5도(표 2), φ2 = 20도(표 3) 및 φ3 = 40도(표 4)에 대하여, SM 카메라 예(EFL(mm)로 특징지어짐)와 객체-렌즈 거리(u)(mm)의 조합과 초점면 틸트 스트로크(θ)와의 관계를 예시적으로 도시한다.
[표 2] (φ1 = 5도)
[표 3](φ2 = 20도)
[표 4](φ3 = 40도)
표 2 내지 표 4로부터, 특정 초점면 틸트 스트로크(θP)(특히 "P")에 의해 제1 초점면 회전축 또는 제2 초점면 회전축 중심으로 초점면을 틸팅하기 위해 특정 I-OPFE 회전 스트로크(φP)가 필요하며, 여기서 φP는 더 근접한 객체-렌즈 거리(u)에 대해 더 작다는 것이 명백하다. 이것은 2개의 서로 다른 객체-렌즈 거리(u1, u2)[여기서, u1<u2]에서 동일한 초점면 틸트 스트로크(θP)를 수행하기 위해, u2에서 보다 u1에서 I-OPFE의 더 작은 양의 회전(즉, 더 작은 회전 스트로크(φP))이 필요하다는 것을 의미한다. 즉, 특정 양의 초점면 틸팅에 대해, 다음 사항이 충족된다: 객체-렌즈 거리가 작을수록, 특정 양의 초점면 틸팅을 달성하기 위해 필요한 I-OPFE 회전 스트로크(φP)도 더 작아진다.
초점면의 틸팅은 인간 사용자에 의해 제어되거나 알고리즘에 의해 자동으로 제어될 수 있다.
도 4c는 본 명세서에 개시된 초점면 틸팅의 자동 제어를 위한 방법의 실시예를 도시한다. 제1 단계(422)에서, OOI 검출기(742)(도 7)와 같은 관심 객체("OOI") 검출기는 SM 카메라의 FOV 내에서 OOI 및 그 위치를 검출할 수 있다. OOI는 사용자에 의해 선택될 수 있고 및/또는 예를 들어, 돌출 맵 또는 객체 검출 알고리즘을 사용함으로써, 알고리즘에 의해 제안될 수 있다. 일부 실시예에서, OOI 검출기(742)는 OOI를 검출하기 위해 와이드(W) 또는 울트라와이드(UW) 이미지 데이터를 사용할 수 있다. 단계(424)에서, 틸트 추정기(744)(도 7)와 같은 틸트 추정기는 SM 카메라의 초점면과 OOI 사이의 상대적인 틸트를 계산할 수 있다. 틸트 추정을 위해, SM, W 또는 UW 카메라의 이미지 데이터, 예를 들어 RGB 또는 포토다이오드 오토포커스(PDAF) 이미지 데이터를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 추가 카메라, 예를 들어 TOF(Time-of-Flight) 카메라로부터의 깊이 맵 데이터가 사용될 수 있다. 틸트 추정에 기초하여, 단계(426)에서, I-OPFE 제어부(746)(도 7)는 표 2 내지 표 4에 제시된 것과 같은 캘리브레이션 데이터를 LUT(Look-Up-Table)로서 사용할 수 있고, 이에 의해 SM 카메라의 초점면을 OOI의 방향과 정렬하기 위해 초점면을 틸팅하는 I-OPFE 액추에이터(예를 들어, I-OPFE 액추에이터(724))로 전송되는 I-OPFE 제어 신호를 계산할 수 있다.
캘리브레이션 데이터는 2개의 초점면 회전축 중심으로 초점면의 틸팅을 제어하기 위한 객체-렌즈 거리 및 4개의 I-OPFE 회전축의 틸트각을 포함할 수 있다. 캘리브레이션 데이터는 하나의 초점면 회전축 중심으로 초점면의 틸팅을 제어하기 위한 객체-렌즈 거리 및 2개의 I-OPFE 회전축의 틸트각을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 초점면은 OOI 방향과 정렬되지 않을 수 있지만, 초점면과 OOI 방향은 정의된 방식으로 서로에 대해 틸팅될 수 있으므로, SM 이미지에서 인-포커스 및 아웃 포커스 세그먼트들의 예술적(또는 미학적) 조합이 형성된다. 예를 들어, SM 이미지에서 인-포커스 및 아웃 포커스 세그먼트들의 예술적인 조합은 초점면 틸팅을 통해 제어할 수 있는 보케 효과일 수 있다. 일부 예에서, 예술적 조합은 장면의 특정 객체 또는 특정 세그먼트를 강조하는 데 사용될 수 있다.
일반 또는 논-폴디드 카메라를 참조하는 다른 예에서, 단계(426)에서, 렌즈 틸트 컨트롤러 또는 이미지 센서 틸트 컨트롤러는 초점면과 OOI의 방향을 정렬하기 위해 카메라의 렌즈 및/또는 카메라의 이미지 센서를 틸팅함으로써, 초점면을 틸팅하는 렌즈 제어 신호 또는 이미지 센서 제어 신호를 계산하기 위해 캘리브레이션 데이터를 사용할 수 있다.
두 번 이상, 예를 들어 3번 또는 4번 이상 폴딩되는 광학 경로를 갖는 카메라를 참조하는 또 다른 예에서, 단계(426)에서, OPFE 틸트 컨트롤러는 초점면과 OOI의 방향을 정렬하기 위해 OPFE 액추에이터에 의해 카메라의 OPFE 중 하나를 틸팅함으로써, 초점면을 틸팅하는 OPFE 제어 신호를 계산하기 위해 캘리브레이션 데이터를 사용할 수 있다. 각각 3번 또는 4번 폴딩되는 광학 경로를 갖는 카메라는 2개 이상의 OPFE(예를 들어, 프리즘 및/또는 미러)를 포함하고, 4개의 광학 경로 세그먼트(OP1-OP4) 또는 5개의 광학 경로 세그먼트(OP1-OP5)를 각각 가지며, 여기서 연속적인 OP(예를 들어, OP1 및 OP2 등)는 서로에 대해 90도 각도로 배향되거나, 다른 각도로 배향될 수 있다.
단계(428)에서, SM 이미지가 캡처된다. 일부 실시예에서, 복수의 SM 이미지가 캡처되어, 함께 비디오 스트림을 형성한다. 일부 예에서, 비디오 스트림의 특정 SM 이미지에서 인-포커스 세그먼트와 아웃 포커스 세그먼트의 서로 다른 예술적인 조합을 사용하여, 장면의 특정 객체 또는 특정 세그먼트를 강조할 수 있다.
일부 실시예에서, 그리고 스캐닝 SM 카메라의 경우, W 이미지 데이터가 스캐닝 SM 카메라의 고유(native) FOVN을 OOI로 조향하는 데 사용될 수 있다.
도 5a는 본 명세서에 개시된 바와 같이 틸팅 가능한 초점면을 갖는 더블-폴디드 SM 카메라(502)를 포함하는 모바일 장치(500)의 예를 도시한다. 모바일 장치(500)는 SM 카메라(502)의 역할을 하는 텔레 카메라에 더하여, 와이드 FOVW를 갖는 와이드(또는 "W") 카메라(504) 및 울트라-와이드 FOVUW를 갖는 울트라-와이드(또는 "UW") 카메라(506)를 포함하는 멀티-카메라를 포함한다. 멀티-카메라는 모바일 장치(500)의 후면(또는 세계를 향하는) 표면(508)에 통합되어 있다. 모바일 장치(500)는 모바일 장치(700)의 구성 요소 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 모바일 장치(500)는 예를 들어, 스마트폰일 수 있다.
도 5b는 공지 기술의 더블-폴디드 텔레 카메라(520)를 사시도로 도시한다. 카메라(520)는 객체 OPFE(522)(예를 들어 프리즘), 렌즈(524), I-OPFE(526)(예를 들어 미러) 및 이미지 센서(528)를 포함한다. 카메라(520)는 3개의 OP[OP1(532), OP2(534) 및 OP3(536)]를 갖는다. 더블-폴디드 텔레 카메라(520)는 전술한 바와 같이 제1 예에 따라 구현된다. 즉, OP1(532)은 Y-축에 평행하고, OP2(534)는 X-축에 평행하고, OP3(536)은 Z-축에 평행하다. 이미지 센서(528)는 X-Y 평면에 평행한 평면에 배향된다.
도 6a 내지 도 6c는 약 ±30도의 범위에서 OPFE를 틸팅할 수 있게 하는 틸팅 가능한 I-OPFE 모듈(600)을 도시한다. 도 6a는 I-OPFE 모듈(600)을 평면도로 도시한다. I-OPFE 모듈(600)은 OPFE 홀더(604) 내의 I-OPFE(602)(예를 들어, 미러 또는 프리즘), 및 OPFE 틸트 메커니즘(610)을 포함한다. OPFE 틸트 메커니즘(610)은 피벗볼(612)에 위치하고 Z-축에 평행한 하나의 회전축(606) 중심으로 I-OPFE(602)를 회전시킨다. 지지볼(614, 616)이 회전을 매개한다. OPFE 틸트 메커니즘(610)은 또한 회전 작동을 위한 VCM 자석(622) 및 VCM 코일(624)을 구비하는 보이스 코일 모터("VCM") 액추에이터(620)를 포함한다. VCM 작동은 감지 및 압축 자석(632) 및 홀 센서(634)에 의해 감지된다.
도 6b는 I-OPFE(602) 및 OPFE 홀더(604)가 없는 OPFE 모듈(600)을 사시도로 도시한다. 요크(636)는 볼 수 있다. 도 6c는 도 6b와 동일한 사시도이지만 I-OPFE(602) 및 OPFE 홀더(604)가 도시된 OPFE 모듈(600)을 도시한다. 회전축(606)이 표시되어 있다.
2개의 개별 자석(622 및 632)을 사용함으로써, OPFE 모듈(600)은 감지 및 작동의 분리를 가능하게 한다. 홀 센서(634)는 코일(624)의 자기장으로부터 디커플링된다. 회전축(606)은 VCM 액추에이터(620)로부터 비교적 먼 거리에 있어서, 회전 작동을 위한 큰 레버를 제공한다. 회전축(606)은 홀 센서(634)로부터 비교적 짧은 거리에 있어서, 큰 회전 OPFE 작동의 감지가 작은 스트로크 내에서 수행될 수 있다.
도 7은 본 명세서에 개시되고 700으로 번호 매겨진, 초점면을 틸팅할 수 있는 모바일 장치(예를 들어, 스마트폰)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 모바일 장치(700)는 SM 카메라(710)를 포함하는데, 이는 렌즈(712), 이미지 센서(714), 각각 O-OPFE 및 I-OPFE의 회전 작동을 위한 O-OPFE(716) 및 O-OPFE 액추에이터(718), I-OPFE(722) 및 I-OPFE 액츄에이터(724)를 포함하는 더블-폴디드 카메라이다. I-OPFE의 회전 작동은 본 명세서에 개시된 방법에 대해 수행된다. I-OPFE 제어부(744)로부터의 제어 신호에 따른 I-OPFE의 회전 작동을 위한 캘리브레이션 데이터가 제1 메모리(726)(예를 들어, EEPROM 또는 "전기적으로 지울 수 있는 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리") 또는 제3 메모리(750)(예를 들어, NVM 또는 "비휘발성 메모리")에 저장된다. SM 렌즈(712)는 고정 줌 팩터(ZF)를 제공하는 고정 EFL, 또는 적응형 ZF를 제공하는 적응형 EFL을 가질 수 있다. 초점 거리의 적응은 불연속적(discrete)이거나 연속적일 수 있다. 즉, 특정 각각의 ZF를 갖는 2개 이상의 불연속 줌 상태를 제공하기 위한 불연속적인 수의 가변 초점 길이이거나, ZF의 적응이 연속적일 수 있다. O-OPFE 액추에이터(718) 및 I-OPFE 액추에이터(724)는 초점면 틸팅, OIS를 위해, 그리고 SM 카메라(710)가 스캐닝 폴디드 카메라인 경우 FOV 스캐닝을 위해, 각각 O-OPFE(716) 및 I-OPFE(722)를 작동시킬 수 있다. I-OPFE 액추에이터(724)는 원하는 초점면 틸트 방향에 따라 2개의 수직축 중심으로 I-OPFE(722)를 작동시킬 수 있다.
모바일 장치(700)는 W 렌즈(732), 이미지 센서(734) 및 제2 메모리(736)를 포함하는 W 카메라 모듈(730)을 더 포함한다.
모바일 장치(700)는 애플리케이션 프로세서(AP)(740)를 더 포함할 수 있다. AP(730)는 OOI 검출기(742), 모바일 장치(700)와 캡처될 OOI 사이의 상대 틸트(즉, 기울기)를 추정하기 위한 틸트 추정기(744)를 포함한다. 744의 틸트 추정기는 제어 신호에 따라 I-OPFE(722)를 회전시키는 I-OPFE 액추에이터(724)에 대한 제어 신호를 계산하기 위해 I-OPFE 제어부(746)에 의해 사용된다.
SM 카메라(710)는 예를 들어, 7mm 내지 50mm 이상의 EFL, 5도 내지 40도의 대각선 FOV, 및 f/# = 1.5 내지 7.5의 f 수를 가질 수 있다. W 카메라(730)는 예를 들어, 2.5mm 내지 15mm의 EFL, 50도 내지 130도의 대각선 FOV, 및 f/# = 1.0 내지 3.5를 가질 수 있다.
SM 카메라(710)는 스캐닝 카메라일 수 있다. O-OPFE(716) 및 I-OPFE(722)의 회전 작동에 의해, SM 카메라(710)의 고유(native)(대각선) FOV(FOVN)는 장면을 스캔하기 위해 조향될 수 있다. FOVN은 10 내지 40도일 수 있고, FOVN의 스캐닝 범위는 ±5도 내지 ±35도일 수 있다. 예를 들어, 20도 FOVN 및 ±20 FOVN 스캐닝을 갖는 스캐닝 SM 카메라는 60도의 텔레 FOV를 커버한다.
본 개시내용은 특정 실시예 및 일반적으로 연관된 방법의 관점에서 설명되었지만, 실시예 및 방법의 변경 및 치환은 당업자에게 명백할 것이다. 본 개시내용은 본 명세서에 기술된 특정 실시예에 의해 제한되지 않고, 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되어야 한다.
본 명세서에서 언급된 모든 참고문헌은 각각의 개별 참고문헌이 구체적이고 개별적으로 본 명세서에 참고문헌으로 포함되는 것과 동일한 정도로, 본 명세서에 참고문헌으로 그 전체가 포함된다. 또한, 본 출원에서 임의의 참조의 인용 또는 식별은 그러한 참조가 본 출원의 선행 기술로 이용 가능하다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (41)

  1. 카메라로서,
    제1 광학 경로(OP1)를 제2 광학 경로(OP2)로 폴딩하기 위한 객체 측 광학 경로 폴딩 요소(O-OPFE);
    렌즈;
    상기 제2 광학 경로(OP2)를 제3 광학 경로(OP3)로 폴딩하기 위한 이미지 측 광학 경로 폴딩 요소(I-OPFE), 여기서 상기 OP1 및 OP2 및 OP3는 서로에 대해 수직이고;
    I-OPFE 액추에이터; 및
    예시적인 직교 XYZ 좌표계에서 X-Y 평면에 평행하게 배향된 이미지 평면을 갖는 이미지 센서;
    를 포함하고,
    상기 카메라는 슈퍼-매크로(SM) 카메라이고 초점면을 갖고, 제로-틸트 초점면 위치에서 상기 초점면은 X-Z 평면에 평행하고, 제로-틸트 I-OPFE 위치에서 상기 I-OPFE는 X-축 및 Z-축 모두와 45도의 각도를 형성하고 Y-축에 평행하고, 여기서 상기 I-OPFE 액추에이터는 상기 Y-축에 평행한 제1 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 Z-축에 평행한 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하고, 및/또는 상기 제로-틸트 I-OPFE 위치에 평행하며 상기 Y-축에 수직인 제2 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 X-축에 평행한 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하도록, 작동하는 카메라.
  2. 제1항에 있어서, 상기 OP1 및 OP3은 상기 Y-축에 평행하게 배향되고, 상기 OP2는 X-축에 평행하게 배향되고, 상기 이미지 센서는 상기 X-Z 평면에 평행하게 배향되고, 상기 I-OPFE 액추에이터는 상기 Z-축에 평행한 제3 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하고, 및/또는 상기 제로-틸트 I-OPFE 위치에 평행하며 상기 Z-축에 수직인 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 상기 I-OPFE의 회전 작동에 의해, 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하도록, 작동하는 카메라.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 3.0 내지 15cm의 객체-렌즈 거리에 포커싱되는 카메라.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 15 내지 50cm의 객체-렌즈 거리에 포커싱되는 카메라.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 20도 틸팅되는 카메라.
  6. 제5항에 있어서, 상기 I-OPFE는 상기 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 20도 틸팅하기 위해, 상기 제1 I-OPFE 회전축 또는 상기 제3 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 20도 틸팅되고, 및/또는 상기 I-OPFE는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 20도 틸팅하기 위해, 상기 제2 I-OPFE 회전축 또는 상기 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 20도 틸팅되는 카메라.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 40도 틸팅되는 카메라.
  8. 제7항에 있어서, 상기 I-OPFE는 상기 제1 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 40도 틸팅하기 위해, 상기 제1 I-OPFE 회전축 또는 상기 제3 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 40도 틸팅되고, 및/또는 상기 I-OPFE는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 0 내지 40도 틸팅하기 위해, 상기 제2 I-OPFE 회전축 또는 상기 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 0 내지 40도 틸팅되는 카메라.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 60도 틸팅되는 카메라.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초점면은 상기 제1 초점면 회전축 및/또는 상기 제2 초점면 회전축을 중심으로 0 내지 80도 틸팅되는 카메라.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 초점면 회전축 및 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하기 위한 제어신호를 계산하는데 캘리브레이션 데이터가 사용되고, 상기 캘리브레이션 데이터는 상기 SM 카메라와 캡처될 객체 사이의 거리에 의존하는 카메라.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초점면이 상기 SM 카메라로부터 제1 거리에 위치할 때, 특정 초점면 틸트 스트로크에 의해 상기 제1 초점면 회전축 또는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하기 위해서는, 상기 제1 또는 제2 또는 제3 또는 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 제1 회전 스트로크가 필요하고, 상기 초점면이 상기 SM 카메라로부터 제2 거리에 위치할 때, 동일한 상기 특정 초점면 틸트 스트로크에 의해 상기 제1 초점면 회전축 또는 상기 제2 초점면 회전축 중심으로 상기 초점면을 틸팅하기 위해서는, 상기 제1 또는 제2 또는 제3 또는 제4 I-OPFE 회전축을 중심으로 한 제2 회전 스트로크가 필요하고, 여기서 상기 제2 거리는 상기 제1 거리보다 크고, 상기 제1 회전 스트로크는 상기 제2 회전 스트로크보다 작은 카메라.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 7 내지 10mm의 유효 초점 거리를 갖는 카메라.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 10 내지 20mm의 유효 초점 거리를 갖는 카메라.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 20 내지 40mm의 유효 초점 거리를 갖는 카메라.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 I-OPFE 액추에이터는 보이스 코일 모터인 카메라.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 I-OPFE는 미러인 카메라.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 O-OPFE는 프리즘인 카메라.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 렌즈는 2개의 렌즈 그룹들로 구분되고, 제1 렌즈 그룹은 상기 O-OPFE의 객체 측에 위치하고, 제2 렌즈 그룹은 상기 O-OPFE의 이미지 측과 상기 I-OPFE의 객체 측 사이에 위치하는 카메라.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 각각의 SM 시야를 갖는 장면을 스캔하는 스캐닝 카메라인 카메라.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 2개 이상의 개별(discrete) 줌 상태 사이에서 전환될 수 있는 카메라.
  22. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 SM 카메라는 최소 줌 상태와 최대 줌 상태 사이에서 연속적으로 전환될 수 있는 카메라.
  23. 제1항 또는 제2항에 있어서, 최대 줌 상태의 줌 팩터는 최소 줌 상태의 줌 팩터의 2배인 카메라.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서, 최대 줌 상태의 줌 팩터는 최소 줌 상태의 줌 팩터보다 2배 이상 큰 카메라.
  25. 제1항 또는 제2항의 카메라를 포함하는 모바일 장치로서,
    초점면의 틸팅을 제어하도록 구성된 애플리케이션 프로세서(AP)를 포함하는 모바일 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 모바일 장치는 스마트폰인 모바일 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 AP는 제1 초점면 회전축 및/또는 제2 초점면 회전축을 중심으로 한 상기 초점면의 틸팅을 제어하기 위해, 제1 I-OPFE 회전축, 제2 I-OPFE 회전축, 제3 I-OPFE 회전축, 및 제4 I-OPFE 회전축 중 적어도 하나의 회전각, 및 객체-렌즈 거리를 포함하는 캘리브레이션 데이터를 이용하도록 구성되는 모바일 장치.
  28. 제25항에 있어서, 상기 AP는 사용자 입력에 따라 상기 초점면의 틸팅을 제어하도록 구성되는 모바일 장치.
  29. 제25항에 있어서, 상기 AP는 상기 초점면을 자동으로 틸팅하기 위한 알고리즘을 실행하도록 구성되는 모바일 장치.
  30. 제25항에 있어서, 상기 AP는 상기 초점면이 틸팅된 후에, 이미지 또는 이미지 스트림을 자동으로 캡처하도록 추가로 구성되는 모바일 장치.
  31. 제29항에 있어서, 상기 SM 카메라로 캡처되는 관심 객체가 전체적으로 인-포커스되도록, 상기 초점면이 틸팅되는 모바일 장치.
  32. 제29항에 있어서, 상기 SM 카메라로 캡처된 관심 객체가 특정 양의 아웃-오브-포커스 디블러를 갖도록, 상기 초점면이 틸팅되는 모바일 장치.
  33. 제29항에 있어서, 와이드 카메라 및/또는 울트라-와이드 카메라를 더 포함하고, 상기 AP는 상기 초점면을 자동으로 틸팅하기 위해, 상기 SM 카메라, 상기 와이드 카메라, 상기 울트라-와이드 카메라 중 어느 하나로부터의 이미지 데이터를 분석하도록 추가로 구성되는 모바일 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 이미지 데이터는 포토다이오드 오토포커스 이미지 데이터인 모바일 장치.
  35. 제33항에 있어서, 상기 이미지 데이터의 분석은 돌출 맵 및/또는 객체 검출 알고리즘을 사용하는 모바일 장치.
  36. 제33항에 있어서, 상기 SM 카메라는 각각의 SM 시야를 갖는 장면을 스캔하는 스캐닝 카메라이고, 상기 AP는 상기 와이드 카메라 또는 상기 울트라-와이드 카메라로부터의 이미지 데이터를 분석하여, 상기 스캐닝 카메라의 시야(FOV)를 상기 와이드 카메라의 FOV 내의 특정 세그먼트를 향해 조향하도록 구성되는 모바일 장치.
  37. 제33항에 있어서, 상기 SM 카메라는 상이한 줌 상태 사이에서 전환될 수 있고, 상기 AP는 상기 와이드 카메라 또는 상기 울트라-와이드 카메라로부터의 이미지 데이터를 분석하여, 상기 SM 카메라를 특정 배율 및 특정 시야를 갖는 매크로 이미지를 캡처하기 위한 특정 줌 상태로 전환하도록 구성되는 모바일 장치.
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