KR-102961511-B1 - OPTICAL SYSTEM

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Abstract

광학 시스템은 다중 스펙트럼 센서; 다중 스펙트럼 센서 위에 배치되는 복수의 광채널을 포함하는 광필터; 광필터 위에 배치되는 렌즈를 포함한다. 렌즈는 장면으로부터 광필터로 비롯되는 제1 광을 향하게 하도록 구성된다. 광필터는 제1 광의 하나 이상의 부분을 다중 스펙트럼 센서로 지나가게 하도록 구성된다. 다중 스펙트럼 센서는 제1 광의 하나 이상의 부분에 기초하여, 장면과 연관된 스펙트럼 데이터를 생성하도록 구성된다.

Inventors

하우크 윌리엄 디.

Assignees

비아비 솔루션즈 아이엔씨.

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20221202
Priority Date: 20221116

Claims (20)

광학 시스템으로서, 복수의 다중 스펙트럼 센서 구성요소를 포함하는 다중 스펙트럼 센서; 상기 다중 스펙트럼 센서 위에 배치되는 복수의 광채널을 포함하는 광필터; 상기 광필터 위에 배치되는 렌즈; 및 복수의 이미지 센서 구성요소를 포함하는 이미지 센서 를 포함하되, 상기 렌즈는 장면으로부터 유래되는 비초점 광(non-focused light)을 상기 광필터로 향하게 하고 상기 장면으로부터 유래되는 초점 광(focused light)을 상기 이미지 센서로 향하게 하도록 구성되되, 상기 초점 광은 상기 이미지 센서에 초점이 맞춰진 광이고, 상기 비초점 광은 상기 이미지 센서에 초점이 맞춰지지 않은 광이고, 상기 광필터는 상기 비초점 광의 하나 이상의 부분을 상기 다중 스펙트럼 센서로 지나가게 하도록 구성되고, 상기 다중 스펙트럼 센서는 상기 비초점 광의 상기 하나 이상의 부분에 기초하여, 상기 장면과 연관된 스펙트럼 데이터를 생성하도록 구성되고, 상기 이미지 센서는 상기 초점 광에 기초하여 이미지 데이터를 생성하도록 구성되는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광필터의 상기 복수의 광채널은, 스펙트럼 범위에 해당하는 광에 대해 90% 이상인 제1 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제1 세트; 및 상기 스펙트럼 범위에 해당하는 광에 대해 7% 이하인 제2 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제2 세트 를 포함하는, 광학 시스템.
제2항에 있어서, 상기 스펙트럼 범위는 420㎚ 이상 내지 780㎚ 미만인, 광학 시스템.
제2항에 있어서, 상기 광필터의 상기 복수의 광채널은, 하나 이상의 광채널의 하나 이상의 다른 세트를 더 포함하되, 상기 하나 이상의 다른 세트 중 특정 세트는 상기 스펙트럼 범위의 특정 스펙트럼 하위범위에 해당하는 광에 대해 20% 이상인 특정 투과율 레벨을 갖도록 구성되고, 상기 스펙트럼 하위범위는 상기 스펙트럼 범위 내의 파장 범위의 일부를 나타내는, 광학 시스템.
제4항에 있어서, 상기 제1 세트, 상기 제2 세트 및 상기 하나 이상의 다른 세트 중 각각의 광채널은, 제1 미러; 상기 제1 미러 상에 배치된 하나 이상의 스페이서층의 세트; 및 상기 하나 이상의 스페이서층의 세트 상에 배치된 제2 미러 를 포함하는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 렌즈는 제1 구역 및 제2 구역을 포함하고, 상기 렌즈의 상기 제1 구역은 상기 비초점 광을 상기 광필터로 향하게 하도록 구성되고; 상기 렌즈의 상기 제2 구역은 상기 초점 광을 상기 이미지 센서로 향하게 하도록 구성되는, 광학 시스템.
제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 스펙트럼 데이터를 처리하여 상기 장면과 연관된 백색 균형 정보(white balance information)를 결정하도록 구성되고; 상기 백색 균형 정보에 기초하여, 상기 이미지 데이터를 처리하여 상기 장면의 이미지를 생성하도록 구성되는, 광학 시스템.
광학 시스템으로서, 다중 스펙트럼 센서 위에 배치되는 복수의 광채널을 포함하는 광필터; 및 상기 광필터 위에 배치되는 렌즈 를 포함하되, 상기 렌즈는 장면으로부터 비롯되는 비초점 광을 상기 광필터로 향하게 하고, 상기 장면으로부터 유래되는 초점 광을 이미지 센서로 향하게 하도록 구성되되. 상기 초점 광은 상기 이미지 센서에 초점이 맞춰진 광이고, 상기 비초점 광은 상기 이미지 센서에 초점이 맞춰지지 않은 광이고, 상기 광필터는 상기 비초점 광의 하나 이상의 부분을 상기 다중 스펙트럼 센서로 지나가게 하여 상기 다중 스펙트럼 센서가 상기 장면과 연관된 백색 균형 정보를 결정하도록 사용될 수 있는 상기 장면과 연관된 스펙트럼 데이터를 생성하게 하도록 구성되는, 광학 시스템.
제8항에 있어서, 상기 복수의 광채널 중 각각의 광채널은, 제1 미러; 상기 제1 미러 상에 배치된 하나 이상의 스페이서층의 세트; 및 상기 하나 이상의 스페이서층의 세트 상에 배치된 제2 미러 를 포함하는, 광학 시스템.
제8항에 있어서, 상기 광필터의 상기 복수의 광채널은, 스펙트럼 범위에 해당하는 광에 대해 90% 이상인 제1 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제1 세트; 및 상기 스펙트럼 범위에 해당하는 광에 대해 7% 이하인 제2 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제2 세트 를 포함하는, 광학 시스템.
제10항에 있어서, 상기 광필터의 상기 복수의 광채널은, 하나 이상의 광채널의 하나 이상의 다른 세트를 더 포함하되, 하나 이상의 다른 세트 중 특정 세트는 상기 스펙트럼 범위의 특정 스펙트럼 하위범위에 해당하는 광에 대해 20% 이상인 특정 투과율 레벨을 갖도록 구성되고, 상기 스펙트럼 하위범위는 상기 스펙트럼 범위 내의 파장 범위의 일부를 나타내는, 광학 시스템.
제8항에 있어서, 상기 이미지 센서는, 상기 장면과 연관된 상기 백색 균형 정보와 공동으로 상기 장면의 이미지를 생성하도록 사용될 수 있는 상기 장면과 연관된 이미지 데이터를 상기 초점 광을 사용하여 생성하도록 더 구성되는, 광학 시스템.
제8항에 있어서, 상기 렌즈는 제1 구역 및 제2 구역을 포함하고, 상기 렌즈의 상기 제1 구역은 상기 비초점 광을 상기 광필터로 향하게 하도록 구성되고; 상기 렌즈의 상기 제2 구역은 상기 초점 광을 상기 이미지 센서로 향하게 하도록 구성되는, 광학 시스템.
광필터로서, 복수의 광채널을 포함하되, 상기 복수의 광채널은, 스펙트럼 범위에 해당하는 광에 대해 90% 이상인 제1 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제1 세트; 상기 스펙트럼 범위에 해당하는 광에 대해 7% 이하인 제2 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제2 세트; 및 하나 이상의 광채널의 복수의 다른 세트 를 포함하고, 상기 복수의 다른 세트 중 특정 세트는 상기 스펙트럼 범위의 특정 스펙트럼 하위범위에 해당하는 광에 대해 20% 이상인 특정 투과율 레벨을 갖도록 구성되고, 상기 스펙트럼 하위범위는 상기 스펙트럼 범위 내의 파장 범위의 일부를 나타내고, 상기 광필터는 장면으로부터 유래되는 비초점 광의 하나 이상의 부분을 지나가게 하여 렌즈에 의해 상기 광 필터로 향하게 하는 한편 상기 장면으로부터 유래되는 초점 광을 상기 렌즈에 의해 이미지 센서로 향하게 하도록 구성되되, 상기 초점 광은 상기 이미지 센서에 초점이 맞춰진 광이고, 상기 비초점 광은 상기 이미지 센서에 초점이 맞춰지지 않은 광인, 광필터.
제14항에 있어서, 상기 스펙트럼 범위는 420㎚ 이상 내지 780㎚ 미만인, 광필터.
제14항에 있어서, 상기 제1 세트, 상기 제2 세트 및 상기 복수의 다른 세트 중 각각의 광채널은, 제1 미러; 상기 제1 미러 상에 배치된 하나 이상의 스페이서층의 세트; 및 상기 하나 이상의 스페이서층의 세트 상에 배치된 제2 미러 를 포함하는, 광필터.
제14항에 있어서, 상기 제1 세트, 상기 제2 세트 및 상기 복수의 다른 세트는 비-주기적인, 2차원 패턴으로 배열되는, 광필터.
제16항에 있어서, 상기 제1 미러 또는 상기 제2 미러 중 적어도 하나는 유전체 미러인, 광필터.
제8항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 스펙트럼 데이터를 처리하여 상기 백색 균형 정보를 결정하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하는, 광학 시스템.
제19항에 있어서, 상기 광학 시스템은 상기 백색 균형 정보에 기초하여 상기 장면의 이미지를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하는, 광학 시스템.

Description

광학 시스템{OPTICAL SYSTEM} 관련 출원 본 출원은 미국 특허 가출원 제63/264,985호(출원일: 2021년 12월 6일, 발명의 명칭: "OPTICAL SYSTEM")의 우선권을 주장하고, 상기 기초출원의 내용은 전문이 본 명세서에 참조에 의해 원용된다. 이미지 캡처 디바이스는 이미지 센서 및 이미지 센서와 연관된 다양한 컴포넌트, 예컨대, 렌즈, 구멍 및/또는 광원을 포함할 수도 있다. 이미지 캡처 디바이스의 하나의 예는 사용자 디바이스, 예컨대, 스마트폰 또는 태블릿이다. 이미지 캡처 디바이스는 다양한 이미지 캡처 모드, 예컨대, 다른 예 중에서, 인물촬영 모드, 매크로 모드 및/또는 파노라마 모드를 제공할 수도 있다. 일부 구현예에서, 광학 시스템은 복수의 다중 스펙트럼 센서 구성요소를 포함하는 다중 스펙트럼 센서; 다중 스펙트럼 센서 위에 배치되는 복수의 광채널을 포함하는 광필터; 광필터 위에 배치되는 렌즈; 및 복수의 이미지 센서 구성요소를 포함하는 이미지 센서를 포함하되, 렌즈는 장면으로부터 유래되는 제1 광을 광필터로 향하게 하도록 구성되고, 광필터는 제1 광의 하나 이상의 부분을 다중 스펙트럼 센서로 지나가게 하도록 구성되고, 다중 스펙트럼 센서는 제1 광의 하나 이상의 부분에 기초하여, 장면과 연관된 스펙트럼 데이터를 생성하도록 구성되고, 이미지 센서는 장면으로부터 유래되는 제2 광에 기초하여 이미지 데이터를 생성하도록 구성된다. 일부 구현예에서, 광학 시스템은 다중 스펙트럼 센서 위에 배치되는 복수의 광채널을 포함하는 광필터; 및 광필터 위에 배치되는 렌즈를 포함하되, 렌즈는 장면으로부터 유래되는 제1 광을 광필터로 향하게 하도록 구성되고, 광필터는 제1 광의 하나 이상의 부분을 다중 스펙트럼 센서로 지나가게 하여 다중 스펙트럼 센서가 장면과 연관된 백색 균형 정보(white balance information)를 결정하도록 사용될 수 있는 장면과 연관된 스펙트럼 데이터를 생성하게 하도록 구성된다. 일부 구현예에서, 광필터는 스펙트럼 범위와 연관된 광에 대해 90% 이상인 제1 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제1 세트; 스펙트럼 범위와 연관된 광에 대해 7% 이하인 제2 투과율 레벨을 갖도록 구성되는 하나 이상의 광채널의 제2 세트; 및 하나 이상의 광채널의 복수의 다른 세트를 포함하는 복수의 광채널을 포함하고, 하나 이상의 광채널의 복수의 다른 세트 중 하나 이상의 광채널의 특정한 세트는 스펙트럼 범위의 특정한 스펙트럼 하위범위와 연관된 광에 대해 20% 이상인 특정한 투과율 레벨을 갖도록 구성된다. 도 1a 내지 도 1d는 본 명세서에 설명된 예시적인 구현예의 도면. 도 2a 내지 도 2c는 본 명세서에 설명된 예시적인 구현예의 도면. 도 3a 내지 도 3c는 본 명세서에 설명된 광필터와 연관된 예시적인 투과 플롯의 도면. 도 4는 본 명세서에 설명된 시스템 및/또는 방법이 구현될 수도 있는 예시적인 환경의 도면. 도 5는 광학 시스템과 연관된 디바이스의 예시적인 컴포넌트의 도면. 도 6은 장면의 이미지를 생성하는 것과 관련된 예시적인 과정의 흐름도. 예시적인 구현예의 다음의 상세한 설명은 첨부 도면을 참조한다. 상이한 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 또는 유사한 구성요소를 식별할 수도 있다. 다음의 설명은 실시예로서 분광계를 사용한다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 기법, 원리, 절차, 및 방법은 다른 광센서 및 스펙트럼 센서를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 임의의 센서와 함께 사용될 수도 있다. (예를 들어, 분광계의) 다중 스펙트럼 센서는 전자기 스펙트럼에 걸친 특정한 파장 범위 내 다중 스펙트럼 데이터를 캡처한다. 이 다중 스펙트럼 데이터는 물질의 화학적 조성 분석, 다중 스펙트럼 센서의 시야의 특정한 영역에 존재하는 광의 양 및/또는 유형의 결정 및/또는 다른 예와 같은 다양한 목적을 위해 유용할 수도 있다. 일부 경우에, 다중 스펙트럼 센서는 초분광 이미징을 수행하도록 사용될 수 있고, 이는 다중 스펙트럼 이미징과 함께 일반적으로 사용되는 것보다 더 많은 스펙트럼 대역 및/또는 더 타이트한 스펙트럼 대역의 그룹화를 사용한다. 그러나, 용어 "다중 스펙트럼"과 "초분광"은 본 명세서에 설명된 구현예의 목적을 위해 교환 가능하게 사용된다. 이미지 센서는 (예를 들어, 사용자 소비를 위해 또는 사용자 디바이스의 애플리케이션과 함께 사용을 위해) 가시 스펙트럼 범위 내 장면의 이미지와 연관된 이미지 데이터를 캡처한다. 많은 경우에, 이미지 센서는 다른 예 중에서, 모바일 폰, 랩탑 및/또는 태블릿과 같은 사용자 디바이스의 카메라와 연관될 수도 있다. 그 다음에 사용자 디바이스와 연관된 프로세서는 하나 이상의 색 조정 정정을 수행하기 위해 이미지 데이터(예를 들어, 전반적 조명 색 정정 기법, 예컨대, 자동 백색 균형(automatic white balancing: AWB) 기법을 사용함)를 처리하고 사용자 디바이스의 사용자에게 "색 정정된" 것으로 보이는 이미지로서 이미지 데이터를 (예를 들어, 사용자 디바이스의 디스플레이를 통해) 제공한다. 예를 들어, 프로세서는 주변 광에 기초한(예를 들어, 장면과 연관된) 이미지 데이터를 자동으로 정정하기 위해(예를 들어, 사용자 디바이스의 사용자로부터 최소한의 입력으로) 하나 이상의 AWB 알고리즘을 사용할 수도 있다. 일부 경우에, 색에 대한 AWB 기법을 사용할 때, 사용자 디바이스의 프로세서는 장면의 조명을 추정하고, 추정된 조명에 기초하여, 이미지 데이터에 대한 하나 이상의 색 조정 정정을 수행한다. 프로세서는 사용자 입력(예를 들어, 외부 조명 조건, 흐린 조명 조건, 내부 조명 조건 또는 또 다른 조명 조건과 같은, 장면의 조명 조건을 나타냄)에 기초하여, 이미지의 이미지 데이터를 분석하는 소프트웨어를 사용하는 것에 기초하여 그리고/또는 주변 광 센서(예를 들어, 사용자 디바이스에 포함되거나 또는 이것과 연관됨)로부터 수신된 스펙트럼 데이터에 기초하여 추정된 조명을 결정할 수 있다. 그러나, 이 방식은 사용자 디바이스의 카메라에 의해(예를 들어, 카메라의 시야(field of view: FOV) 내에서) 캡처될 때 장면 내 조명을 정확하게 나타내지 않을 수도 있다. 그 결과, 사용자 디바이스의 프로세서는 종종 부정확한 또는 비대표적인, 추정된 장면의 조명에 기초하여 이미지의 이미지 데이터를 처리하고, 이는 프로세서가 부정확하게 색 정정된 이미지로서 이미지 데이터를 제공하게 한다. 본 명세서에 설명된 일부 구현예는 렌즈, 광필터, 다중 스펙트럼 센서 및/또는 하나 이상의 다른 광학 컴포넌트를 포함하는 광학 시스템을 제공한다. 일부 구현예에서, 광학 시스템은 이미지 센서를 포함한다. 광필터는 다중-채널 스펙트럼 필터일 수도 있고 다중 스펙트럼 센서 위에 또는 이것과 인접하게 배치될 수도 있다. 다중 스펙트럼 센서는 예컨대, 장면으로부터의 광(예를 들어, 주변 광)이 다중 스펙트럼 센서로 렌즈에 의해 향하게(그리고 광필터에 의해 여과되게) 될 때, 장면과 연관된 스펙트럼 데이터를 캡처할 수도 있다. 일부 구현예에서, 다중 스펙트럼 센서는 주변 광 센서이도록 구성될 수도 있다. 이미지 센서는 예컨대, 장면으로부터의 다른 광(예를 들어, 주변 광)이 이미지 센서로 렌즈(그리고 광학 시스템의 또 다른 렌즈)에 의해 향하게 될 때, 장면과 연관된 이미지 데이터를 캡처할 수도 있다. 일부 구현예에서, 광학 시스템의 렌즈는 이미지 센서의 FOV와 동일하거나 또는 유사한 FOV를 다중 스펙트럼 센서에 제공하도록 구성될 수도 있다. 렌즈는 다중 스펙트럼 센서에 광의 초점을 맞출 필요가 없을 수도 있고, 이는 렌즈가 광학 시스템 내 다른 곳에 배치되게 하여 광학 시스템의 크기(예를 들어, 풋프린트)가 전형적인 주변 광 검출 시스템의 크기보다 더 작다. 따라서, 광학 시스템은 사용자 디바이스 내에서 구현될 수도 있고, 이는 전형적인 주변 광 검출 시스템을 사용할 때 가능하지 않을 수도 있다. 게다가, 일부 구현예에서, 렌즈는 이미지 센서에 초점이 맞춰진 광을 제공하는 구역(예를 들어, 고 변조 전달 기능(modulation transfer function: MTF)을 가진 초점 구역), 및 초점이 맞지 않는 광을 (예를 들어, 광필터를 통해) 다중 스펙트럼 센서로 제공하는 또 다른 구역(예를 들어, 저 MTF를 가진 비-초점 구역)을 포함하는 이미징 렌즈일 수도 있다. 이 방식으로, 광학 시스템은 (예를 들어, 카메라의 이미지 센서에 대한 원하지 않은 광의 효과를 최소화하기 위해) 전형적인 카메라에 의해 다른 방식으로 차단될 초점이 맞지 않는 광을 (예를 들어, 스펙트럼 데이터의 생성을 용이하게 하기 위해) 사용한다. 광필터와 다중 스펙트럼 필터는 또한 광학 시스템 내에서 이미징 센서와 근접하게 배치될 수도 있다. 이 방식으로, 주변 광 감지 기능과 이미징 기능이 단일의 광학 시스템으로 결합될 수도 있고, 이는 유사한 결과를 생성하기 위해 별개의 주변 광 검출 디바이스 및 이미지 캡처링 디바이스를 사용하는 것과 비교할 때 광학 시스템의 크기, 비용 및 복잡성을 감소시킨다. 일부 구현예에서, 광학 시스템은 장면과 연관된 백색 균형 정보를 결정하기 위해 스펙트럼 데이터를 처리하는 프로세서를 포함할 수도 있다. 백색 균형 정보는 (예를 들어, 주변 광에 의한) 장면의 추정된 조명을 나타낼 수도 있다. 추정된 조명이 이미지 센서의 FOV와 동일하거나 또는 유사한, 다중 스펙트럼 센서의 FOV에 기초하기 때문에, 백색 균형 정보에 의해 나타난 장면의 추정된 조명은 또 다른 조명 추정 기법(예를 들어, 위에서 설명된 바와 같음)을 사용하여 결정되는 것보다 더 정확하다. 게다가, 광필터는 하나 이상의 "투명한" 광채널의 세트(예를 들어, 가시광선 범위와 같은 스펙트럼 범위와 연관된 광을 지나가게 함) 및 하나 이상의 "어두워진" 광채널의 세트(예를 들어, 스펙트럼 범위와 연관된 광을 차단하거나 또는 이 광의 통과를 최소화함)를 포함할 수도 있다. 따라서, 프로세서는 장면의 더 정확한 추정된 조명을 나타내는 백색 균형 정보를 제공하기 위해 스펙트럼 데이터를 정규화하고, 잡음제거하고/하거나 다른