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KR101950726B1 - 멀티스케일 이미징 시스템 - Google Patents

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KR101950726B1
KR101950726B1 KR1020160175267A KR20160175267A KR101950726B1 KR 101950726 B1 KR101950726 B1 KR 101950726B1 KR 1020160175267 A KR1020160175267 A KR 1020160175267A KR 20160175267 A KR20160175267 A KR 20160175267A KR 101950726 B1 KR101950726 B1 KR 101950726B1
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KR
South Korea
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lens
image
mirror
plane
central axis
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KR1020160175267A
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임천석
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한남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 카메라 광학 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 해상도가 낮은 이미지 센서 어레이를 사용하여 고해상도의 이미지를 생성하는 광학적인 방식에 관한 것이다.
본 발명은 소형화가 가능하면서 기가픽셀 영상을 얻을 수 있는 멀티스케일 이미징 시스템을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 2개의 2축 구동 엑츄에이터(actuator) 및 복수의 이미지 센서 어레이를 조합하여 소형화가 가능한 기가픽셀 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.

Description

멀티스케일 이미징 시스템{A Multiscale imaging system}
본 발명은 카메라 광학 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 해상도가 낮은 이미지 센서 어레이를 사용하여 고해상도의 이미지를 생성하는 광학적인 방식에 관한 것이다.
기가픽셀 이미지란 109 개의 픽셀 이상으로 구성된 초고해상도의 디지털 이지를 말한다.
기가픽셀 이미지는 메가픽셀 급의 이미지 센서로부터 얻은 수백에서 수천 장의 요소사진들을 하나의 사진으로 합성하여 만들어진다.
구체적으로는, 메가픽셀 급의 이미지 센서로부터 촬영되는 인접한 요소사진들을 일정부분 서로 중첩시키고 중첩된 영역들을 이어 붙임으로써 전체적으로 거대한 스케일의 픽셀사진이 완성되는 것이다.
수백 또는 수천 장의 메가픽셀 급의 요소사진들을 한 장의 기가픽셀 급의 사진으로 변환시키는 과정은 소위 이미지 스티칭(image stitching)이라고 부르는 디지털 합성기술에 의하여 중첩영역을 이음새가 드러나지 않게 합성하여 하나의 이미지로 만들어 내는 공정이다.
듀크대의 연구팀은 미국 공개특허 US 2013-2242060호를 통하여 멀티스케일 이미징 시스템을 제안하였다.
이 시스템의 주요 특징으로는 볼모양의 6cm 공심 대물렌즈와 98개의 마이크로스코픽 카메라가 하나의 세트로 구성된다.
이 카메라는 사진을 찍을 때 어느 한 부분에 포커스를 맞출 필요가 없고 전체 장면을 찍은 후, 나중에 특정 부분을 줌인(zoom-in)하여 확대하는 방식이다.
줌인으로 확대된 부분은 일반사진과는 달리 픽셀이 깨지지 않고 선명한 화질을 그대로 보여줄 정도로 극도의 해상도를 가지며, 한 번의 촬영으로 전체 이미지를 찍은 다음에 마음대로 줌인하여 원하는 사진영역을 고를 수 있다.
듀크대 기술은 기가픽셀 영상을 획득하기 위해 공심렌즈라는 공통의 렌즈를 사용하여 시야각(Field of view; FOV)을 분할시키며, 분할된 시야각은 인접한 마이크로스코픽카메라에서 서로 중첩적으로 20~30 퍼센트 정도 공유되면서 개개의 요소 영상이 만들어진다.
결국, 메가픽셀 급의 마이크로스코픽카메라에서 얻어진 요소 영상들은 인접한 영상들끼리 서로 합성되어 하나의 거대한 스케일의 기가픽셀 영상으로 재탄생하게 된다.
듀크대 기술은 세계최초로 공심의 대물렌즈와 98개의 마이크로스코픽카메라 렌즈를 사용하여 기가픽셀의 렌즈시스템을 구성하였고, 이로부터 1.2 기가픽셀 영상을 획득하였다.
듀크대 기술은 렌즈만을 사용하는 순수한 광학방식이라는 점이 특징이 될 수 있으나, 이 기술은 98개의 마이크로스코픽카메라를 사용해야 하기 때문에 전체 카메라시스템의 부피는 크질 수밖에 없다는 단점이 발생한다. 결과적으로 전체 카메라시스템의 부피는 소형냉장고 크기가 되고 무게도 매우 무거운 45kg에 육박하게 된다.
그러므로 이러한 방식으로 수 기가픽셀의 영상을 획득하기 위해서는 98개보다 훨씬 더 많은 수백 개의 마이크로스코픽 카메라가 요구되기 때문에 체적도 소형냉장고의 몇 배가 될 수밖에 없다.
듀크대 기술은 세계최초라는 상징적인 면에서는 큰 의의를 가지게 되겠지만 실용성과 경제적인 측면에서는 많은 한계를 가지고 있다.
따라서 경제적이며 작은 부피를 제공할 수 있는 기가픽셀 영상장치가 요구된다.
한국등록특허 제10-1402449호 한국공개특허 제10-2013-7006685호 한국공개특허 제10-2013-0141462호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소형화가 가능하면서 기가픽셀 영상을 얻을 수 있는 멀티스케일 이미징 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 2개의 2축 구동 엑츄에이터(actuator) 및 복수의 이미지 센서 어레이를 조합하여 소형화가 가능한 기가픽셀 렌즈 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 제2 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 메인 2-자유도 미러; 상기 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 보조 2-자유도 미러; 및 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상하는 이미지 센서 어레이를 포함하는 멀티스케일 이미징 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이미지 센서 어레이는 복수 개이고, 상기 이미지 센서 어레이는 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에서 배치되고, 상기 분할 이미지를 스캐닝함에 따라, 상기 확대 분할이미지는 순차적으로 상기 이미지 센서 어레이에 촬상되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 메인 2-자유도 미러와 상기 보조 2-자유도 미러 사이에 구경조리개가 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제3 렌즈는 망원렌즈 형의 확대렌즈모듈인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보조 2-자유도 미러를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시키는 선형 운동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 제1 렌즈를 이용하여 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 단계; 제2 렌즈를 이용하여 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 단계; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치된 메인 2-자유도 미러를 이용하여 상기 제1 이미지 평면의 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 단계; 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치된 보조 2-자유도 미러를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심에서 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 단계; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할이미지를 생성하는 단계; 및 이미지 센서 어레이를 이용하여 상기 확대 분할이미지를 촬상하는 단계를 포함하는 멀티스케일 이미징 시스템을 사용한 촬상 방법을 제공한다.
본 발명은 소형화가 가능하면서 기가픽셀 영상을 얻을 수 있는 멀티스케일 이미징 시스템을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 2개의 2축 구동 엑츄에이터(actuator) 및 복수의 이미지 센서 어레이를 조합하여 소형화가 가능한 기가픽셀 렌즈 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 나타낸다.
도 2는 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 나타낸다.
도 3은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
도 1은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형(Retro Focus type) 렌즈 시스템을 나타낸다.
도면에서 β는 반시야각(Half Field of View, HFOV)을 의미하며, H1, H1’은 제1 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타내고, H2, H2’은 제2 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타낸다. H’은 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함한 전체 렌즈 시스템의 제2 주요점을 나타내고, EFL 및 BFL은 전체 렌즈 시스템의 유효초점거리(Effective Focal Length) 및 후초점거리(Back Focal Length)를 각각 의미한다.
상면은 렌즈로부터 충분히 멀리 떨어져 있어, 상면의 크기는 매우 클 수 있으며, 후초점거리가 클수록 상면의 크기는 더욱 커진다.
상기 리트로 포커스형 렌즈는 음의 굴절능과 양의 굴절능으로 구성되어 있지만, 전체 렌즈 시스템의 총 굴절능은 양의 굴절능을 가진다.
상기 제1 렌즈는 오목렌즈이며, 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키며 오목렌즈의 전면에 허상을 생성한다. 상기 오목렌즈는 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.
제2 렌즈는 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 제2 렌즈는 볼록렌즈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.
이미지 센서 어레이는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈를 통하여 상면에 생성된 이미지를 촬상한다.
고해상도의 이미지를 얻기 위해서는 상기 상면에 고해상도의 이미지 센서 어레이를 배치할 수 있으나, 이를 구현하는 것은 물리적으로 한계가 있다. 또한 이미지 센서 어레이의 전체 크기를 키우는 것도 한계가 있다.
따라서 상기 방법으로는 고해상도의 이미지를 얻을 수 없으며, 고해상도를 구현하기 위해서는 카메라의 부피를 크게 하거나 두께를 두껍게 할 수 밖에 없다.
도 2는 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형(Retro Focus type) 렌즈 시스템을 나타낸다.
도면에서 β는 반시야각(Half Field of View, HFOV)을 의미하며, H1, H1’은 제1 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타내고, H2, H2’은 제2 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타낸다. H’은 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함한 전체 렌즈 시스템의 제2 주요점을 나타내고, EFL 및 BFL은 전체 렌즈 시스템의 유효초점거리(Effective Focal Length) 및 후초점거리(Back Focal Length)를 각각 의미한다.
도 2는 도 1과 달리 제1 렌즈와 제2 렌즈를 포함한 전체 렌즈 시스템이 음의 굴절능을 가지기 때문에, 실상이 아닌 허상을 형성한다.
도 1에서 살핀 바와 같이, 상면은 렌즈로부터 충분히 멀리 떨어져 있어, 상면의 크기는 매우 클 수 있으며, 후초점거리가 클수록 상면의 크기는 더욱 커진다.
상기 제1 렌즈는 오목렌즈로서 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키며, 상기 오목렌즈는 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.
제2 렌즈는 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 제2 렌즈는 볼록렌즈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.
도 3은 음의 굴절능과 양의 굴절능의 렌즈로 구성된 리트로 포커스형(Retro Focus type) 렌즈 시스템을 나타낸다.
도면에서 H1, H1’은 제1 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타내고, H2, H2’은 제2 렌즈의 제1 주요점과 제2 주요점을 나타낸다.
제2 렌즈의 전면에는 구경조리개(stop)가 설치되며, 구경조리개 근처에 반사 미러를 배치하면 반사 미러의 크기를 최소화할 수 있으며, 부피나 두께의 증가 없이 고해상도의 이미지를 얻을 수 있다.
점선의 박스는 반사 미러를 효과적으로 배치할 수 있는 위치를 의미하며, 제1 렌즈와 제2 렌즈의 상면에 다수의 분할 이미지가 생성된다.
도 4는 제1 렌즈와 제2 렌즈로 구성된 리트로 포커스형 렌즈 시스템을 도입한 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티스케일 이미징 시스템을 나타낸다.
본 발명의 멀티스케일 이미징 시스템은 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 제1 렌즈; 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 제2 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈; 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 메인 2-자유도 미러; 상기 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 보조 2-자유도 미러; 및 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상하는 이미지 센서 어레이를 포함한다.
메인 2-자유도 미러와 보조 2-자유도 미러 사이에 구경조리개가 배치될 수 있다.
물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛은 상기 메인 2-자유도 미러 및 보조 2-자유도 미러에서 반사된 후, 확대렌즈모듈인 제3 렌즈의 좌측편에 상면이 형성되며, 상기 상면은 메인 2-자유도 미러와 보조 2-자유도 미러에 의하여 각각의 분할 이미지로 분할될 수 있다.
상기 제3 렌즈는 망원렌즈 형의 확대렌즈모듈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.
분할된 각각의 분할 이미지들은 확대렌즈인 제3 렌즈에 의하여, 제3 렌즈의 물체와 상거리인 L3 및 L3’의 비에 따라 확대된다. 즉, 확대배율(MT)은 L3’/L3 로 주어진다.
상기 멀티스케일 이미징 시스템은 오목렌즈와 볼록렌즈를 사용하여 고해상도 영상을 얻을 수 있다. 이러한 시스템은 부피가 작고 얇은 두께에서 적용 가능한 고해상도의 휴대폰 카메라, 보안 카메라 또는 군사용 카메라로 활용될 수 있다.
상기 제1 렌즈는 오목렌즈이며, 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키며 오목렌즈의 전면에 허상을 생성한다. 상기 오목렌즈는 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 제2 렌즈는 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 제2 렌즈는 볼록렌즈로서 한 장 이상의 복수의 렌즈로 구성될 수 있다.
상기 제2 렌즈는 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환한다.
상기 제3 렌즈는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가진다. 상기 제3 렌즈는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할 이미지를 생성한다.
상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 제1 중심축을 가지고, 제3 렌즈는 제2 중심축을 가지며, 상기 제1 중심축과 제2 중심축은 일직선에 배치될 수 있다.
상기 메인 2-자유도 미러는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시킨다.
상기 보조 2-자유도 미러는 상기 제3 렌즈의 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공한다.
이미지 센서 어레이는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상한다.
상기 제1 이미지 평면의 전체 이미지를 메가픽셀 수준의 이미지 센서로 촬상하는 경우, 영상 해상도는 낮다. 따라서 메가픽셀 수준의 이미지 센서로 고해상도의 영상을 얻기 위해서는, 각각의 분할 이미지를 확대하여 메가픽셀 수준의 이미지 센서로 차례대로 촬상할 필요가 있다.
복수의 이미지 센서 어레이는 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 상기 이미지 센서 어레이는 스캐닝 순서에 따라 차례로 촬상할 수 있으며, 상기 분할 이미지를 스캐닝함에 따라, 상기 확대 분할이미지는 순차적으로 상기 이미지 센서 어레이에 촬상된다.
본 발명은 전체 이미지를 한꺼번에 촬상하는 것이 아니고, 각각의 분할 이미지를 메인 2-자유도 미러 및 보조 2-자유도 미러를 통하여 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상한 후, 이를 중첩하여 고해상도의 이미지를 얻는다.
즉, 메가픽셀 급의 이미지 센서에서 촬상된 각각의 분할 이미지들은 이미지 스티칭이라는 영상합성기법에 의해 다시 하나의 영상으로 합성되어 기가픽셀영상이 된다.
또한 본 발명은 제2 렌즈 및 제3 렌즈 사이에 2개의 미러를 상하로 배치함으로써 시스템의 부피나 두께를 크게 증가시키지 않더라도 고해상도의 이미지를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명은 메가픽셀 급의 이미지 센서를 사용하더라도 부피나 두께의 증가 없이 고해상도의 이미지를 쉽게 얻을 수 있다.
도 5는 도 4에 제시된 망원렌즈형의 확대렌즈모듈인 제3 렌즈를 예시하고 있다.
상기 제3 렌즈는 상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가진다. 상기 제3 렌즈는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할 이미지를 생성한다.
상기 제3 렌즈는 망원렌즈형의 확대렌즈모듈로서 하나 이상의 볼록렌즈 및 하나 이상의 오목렌즈를 포함할 수 있으며, 제3 렌즈의 제1 주요면은 렌즈 밖에 위치할 수 있다.
도 6 및 7은 본 발명의 멀티스케일 이미징 시스템으로서, 제2 렌즈(110) 이후의 이미지 생성 과정을 구체적으로 나타낸다.
제2 렌즈(110)의 중심을 통과한 제1 내지 제3 주광선(a,b,c)은 제1 이미지 평면에서 각각 주광선 점을 형성한다. 전체 이미지는 상기 주광선 점을 기준으로 동일한 크기의 분할 이미지들로 분할될 수 있다.
메인 2-자유도 미러(120)는 상기 제2 렌즈(110)의 제1 중심축에서 제1 이미지 평면에 배치된다. 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 제1 중심축에 대하여 비스듬하게 배치되고, 배치 평면(x′y′ 평면) 내에서 수직한 한 쌍의 좌표축(x′축과 y′축)을 기준으로 회전하여 기울기를 제공할 수 있다. 이에 따라, 선택된 하나의 분할 이미지(2b)는 상기 메인 2-자유도 미러(120)에 의하여 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달된다.
선택되지 않은 분할 이미지(a,c)는 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달되지 못한다. 따라서 상기 제3 렌즈(140)에 의하여 확대되어 확대 분할 이미지를 형성하지 못한다.
상기 보조 2-자유도 미러(130)는 x축 방향으로 상기 메인 2-자유도 미러(120)와 정렬될 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 제3 렌즈(140)의 제2 중심축에 배치될 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 전달된 분할 이미지(2b)를 상기 제3 렌즈(140)에 전달하기 위하여 상기 제3 렌즈(140)의 제2 중심축 상의 왼쪽에 가상 분할 이미지(2b′)를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 그 배치평면(x″y″평면) 내에서 수직한 한 쌍의 좌표축(x″축과 y″축)을 기준으로 회전하여 기울기를 제공할 수 있다.
상기 가상 분할 이미지(2b′)는 상기 제3 렌즈(140)의 가상 물체평면에 배치되고, 상기 제3 렌즈(140)의 촬상 대상으로 기능할 수 있다.
상기 제2 렌즈(110)의 제1 중심축을 지나는 주광선(b)의 경우, 주광선(b)을 기준으로 하는 분할 이미지(2b)는 상기 보조 2-자유도 미러(120)에 의하여 가상 분할 이미지(2b′)로 전달된다. 상기 가상 분할 이미지(2b′)는 상기 제3 렌즈(140)에 의하여 확대 분할 이미지(3b)로 전달된다.
상기 메인 2-자유도 미러(120)의 중심에서 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심까지의 거리는 MD 이다. 또한, 가상 분할 이미지(2b′)와 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심까지의 거리도 MD 이다.
상기 제2 렌즈(110)는 단일 렌즈 또는 복수의 렌즈로 구성될 수 있다. 상기 제2 렌즈(110)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈(110)는 그 중심을 관통하는 제1 중심축을 가진다.
상기 제2 렌즈(110)의 중심을 지나는 주광선은 상기 제2 렌즈의 제1 이미지 평면에서 매트릭스 형태의 주광선 점을 형성한다. 시야각의 범위 내에 주광선 점들의 집합은 전체 이미지를 형성한다.
상기 전체 이미지를 메가 픽셀 수준의 이미지센서로 촬상하는 경우,
영상 해상도는 낮다. 따라서 메가 픽셀 수준의 이미지센서로 고해상도의 영상을 얻기 위해서는, 각각의 분할 이미지를 확대하여 메가 픽셀 수준의 이미지센서에 차례대로 촬상할 필요가 있다. 각각의 분할 이미지를 새로운 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면에 확대하여 전달하기 위하여, 광전달 구조가 요구된다. 이를 위하여, 한 쌍의 2-자유도 미러가 사용될 수 있다.
상기 제3 렌즈(140)는 상기 메인 2-자유도 미러(120) 및 상기 보조 2-자유도 미러(130)가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할 이미지를 생성한다.
제3 렌즈(140)는 상기 제2 렌즈(110)의 분할 이미지(2b)를 가상 물체 이미지로 취급하여 확대 분할 이미지(3b)를 생성할 수 있다. 여기서, 상기 가상 물체 이미지는 가상 분할 이미지 2b′이다. 상기 제2 렌즈(110)의 제1 중심축과 상기 제3 렌즈(140)의 상기 제2 중심축은 서로 평행할 수 있다.
상기 메인 2-자유도 미러(120)는 상기 메인 2-자유도 미러의 배치평면에서 서로 수직한 2개의 축에 대하여 독립적으로 회전할 수 있다. 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 각각의 분할 이미지를 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달하는 기능을 수행한다. 따라서 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 그 배치 평면 내의 수직한 두 개의 수직한 축(x′, y′)을 기준으로 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 선택된 분할 이미지를 상기 보조 2-자유도 미러(130)의 중심으로 전달할 수 있다. 상기 메인 2-자유도 미러(120)는 기울기를 제공하는 메인 2-자유도 미러 구동부(122)를 포함할 수 있다.
상기 보조 2-자유도 미러(130)는 상기 보조 2-자유도 미러의 배치 평면에서 서로 수직한 2개의 축에 대하여 독립적으로 회전될 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러의 중심으로 전달된 분할 이미지는 상기 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면으로 전달되어야 한다. 이를 위하여, 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 그 배치 평면 내에서 수직한 두 개의 축(x″, y″)을 기준으로 회전할 수 있다. 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 기울기를 조절할 수 있는 보조 2-자유도 미러 구동부(132)를 포함할 수 있다.
상기 보조 2-자유도 미러(130)가 상기 분할 이미지(또는 가상 분할 이미지)를 그 기울기만을 조절하여 제2 이미지 평면에 전달하는 경우, 상기 제3 렌즈(140)와 가상 분할 이미지(2b′) 사이의 물체 거리가 분할 이미지마다 다를 수 있다. 모든 분할 이미지에 대하여, 동일한 물체 거리를 확보하기 위하여, 상기 보조 2-자유도 미러(130)는 제3 렌즈의 제2 중심축 방향으로 선형 운동할 수 있다.
선형 운동부(134)는 상기 보조 2-자유도 미러(130)를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 선형 운동부(134)는 분할 이미지 별로 기하학적 구조에 의하여 계산된 거리를 이동시킬 수 있다. 빠른 스캐닝을 위하여, 상기 선형 운동부(134)는 고속의 보이스-코일 모터(voice coil motor) 등을 사용하여 고속 동작을 수행할 수 있다.
조리개(142)는 상기 보조 2-자유도 미러(130)와 상기 제3 렌즈(140) 사이에 배치되고, 이웃한 분할 이미지들은 상기 조리개(142)에 의하여 서로 중첩되는 영역을 가질 수 있다. 상기 조리개(142)는 개구부의 크기를 조절할 수 있다.
이미지 센서 어레이(150)는 상기 제3 렌즈(140)의 제2 이미지 평면에 배치되어 상기 확대 분할 이미지(3b)를 촬상한다. 상기 이미지 센서 어레이(150)는 메가 픽셀급의 2차원 이미지 센서일 수 있다.
메가픽셀 급의 이미지 센서에서 촬상된 각각의 분할 이미지들은 이미지 스티칭이라는 영상합성기법에 의해 다시 하나의 영상으로 합성되어 기가픽셀영상이 된다. 그런데, 여기서 개개의 분할 이미지들이 상호 스티칭 되기 위해 인접한 분할 상들끼리 보통 10~30 퍼센트 정도 중첩되는 영역을 가진다.
처리부(160)는 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러를 제어할 수 있다. 또한, 상기 처리부(160)는 각각의 분할 이미지들을 이미지 스티칭이라는 영상합성기법에 의해 다시 하나의 영상으로 합성할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 보조 2-자유도 미러(130)를 제2 중심축 방향으로 이동시키는 대신에 상기 이미지 센서 어레이(150)가 제2 중심축 방향으로 이동할 수 있다. 2차원 이미지센서 어레이(150)의 위치를 변경하기 위하여, 센서 선형 운동부는 2차원 이미지센서 어레이(150)를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 센서 선형 운동부는 분할 이미지 별로 기하학적 구조에 의하여 계산된 거리를 이동시킬 수 있다. 빠른 스캐닝을 위하여, 상기 센서 선형 운동부는 고속의 보이스-코일 모터(voice coil motor) 등을 사용하여 고속 동작을 수행할 수 있다.
110: 제2 렌즈 120: 메인 2-자유도 미러
122: 메인 2-자유도 미러 구동부 130: 보조 2-자유도 미러
132: 보조 2-자유도 미러 구동부 134: 선형 운동부
140: 제3 렌즈 142: 조리개
150: 이미지 센서 어레이 160: 처리부

Claims (6)

  1. 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 제1 렌즈;
    상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 제2 렌즈;
    상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈;
    상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치되고, 상기 제1 이미지 평면의 상기 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 메인 2-자유도 미러;
    상기 제3 렌즈의 제2 중심축에 배치되고 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심으로 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 보조 2-자유도 미러; 및
    상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 생성된 확대 분할이미지를 촬상하는 이미지 센서 어레이를 포함하고,
    상기 메인 2-자유도 미러와 상기 보조 2-자유도 미러 사이에 구경조리개가 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서 어레이는 복수 개이고,
    상기 이미지 센서 어레이는 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에서 배치되고,
    상기 분할 이미지를 스캐닝함에 따라, 상기 확대 분할이미지는 순차적으로 상기 이미지 센서 어레이에 촬상되는 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 망원렌즈 형의 확대렌즈모듈인 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조 2-자유도 미러를 상기 제2 중심축 방향으로 이동시키는 선형 운동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티스케일 이미징 시스템.
  6. 제1 렌즈를 이용하여 물체 평면의 촬상 대상으로부터 입사되는 빛을 발산시키는 단계;
    제2 렌즈를 이용하여 상기 제1 렌즈로부터 입사되는 빛을 수렴시키거나 발산시키며, 상기 물체 평면의 촬상 대상을 제1 이미지 평면의 전체 이미지로 전환하는 단계;
    상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 상기 제1 이미지 평면에 배치된 메인 2-자유도 미러를 이용하여 상기 제1 이미지 평면의 전체 이미지를 매트릭스 형태의 복수의 분할 이미지로 분할하고, 상기 분할 이미지 중에서 하나를 선택하여 반사시키는 단계;
    제3 렌즈의 제2 중심축에 배치된 보조 2-자유도 미러를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러에서 반사된 분할 이미지를 그 중심에서 제공받아 상기 제3 렌즈에 제공하는 단계;
    상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈의 제1 중심축에서 이격되어 배치되고 제2 중심축을 가지는 제3 렌즈를 이용하여 상기 메인 2-자유도 미러 및 상기 보조 2-자유도 미러가 반사시킨 분할 이미지를 상기 제3 렌즈의 제2 이미지 평면에 확대하여 확대 분할이미지를 생성하는 단계; 및
    이미지 센서 어레이를 이용하여 상기 확대 분할이미지를 촬상하는 단계를 포함하고,
    상기 메인 2-자유도 미러와 상기 보조 2-자유도 미러 사이에 구경조리개가 배치되는 것을 특징으로 하는 제1항의 멀티스케일 이미징 시스템을 사용한 촬상 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5856116B2 (ja) * 2005-03-26 2016-02-09 カール ツアイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト 走査装置
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