JP2017515144A - ロープロファイル屈曲光学系マルチカメラシステムにおけるオートフォーカス - Google Patents

Abstract

たとえば、屈曲光学系構成を使ってオートフォーカスする撮像システムおよび方法の実施形態が開示される。１つのシステムは、センサー要素のアレイを備える画像センサーと、受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、光を第２の方向に誘導するセカンダリ光屈曲表面を有する光学要素とを含む、ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを含む。システムはまた、セカンダリ光屈曲表面と画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズを有するレンズアセンブリと、少なくとも１つの固定レンズは、光学要素に機械的に結合された第１の表面と、画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、プライマリ光屈曲表面と光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズとを含み得る。【選択図】図１Ａ

Description

[0001]本開示は、撮像システムに関し、詳細には、屈曲光学系を有するマルチセンサー撮像システムのオートフォーカスに関する。

[0002]モバイルフォンおよびタブレットコンピューティングデバイスなどの多くのモバイルデバイスは、スチルおよび／またはビデオ画像をキャプチャするように、ユーザによって操作され得るカメラを含む。そのようなモバイルデバイスは通常、比較的薄くなるように設計されるので、ロープロファイルモバイルデバイスを保守するために、カメラまたは撮像システムを、可能な限り薄くなるように設計することが重要であり得る。モバイルカメラ、撮像システムまたはデバイスがどれだけ薄く構築され得るかについての制限要因のうちの１つはカメラであり、というのは、従来のモバイルデバイスカメラは、デバイスの高さに沿って直線状に並べられたいくつかの光学要素（たとえば、レンズシステム、オートフォーカスアセンブリ、および画像センサー）を有するからである。したがって、光学要素（たとえば屈折光学構成要素、レンズ、鏡胴または光学要素スペーサなどの支持構造）を含む光学スタック高さ、レンズシステムの焦点距離、オートフォーカス機構、および可能性としては他のカメラ要素が、モバイルデバイスがどれだけ薄く構築され得るかを制限する。デバイスがより薄くなるのに従って、カメラの焦点距離は短くされる必要があり得、これにより画像円径が低下し得る。画像センサーピクセルの数を増大させることが所望される場合、普通には、ピクセルピッチは、より小さくされる必要があり、またはオブジェクト空間中のシーンのカメラ視野（ＦＯＶ）が増大される必要がある。ピクセルピッチを低減することが可能でない場合、カメラのＦＯＶは、増大される必要があり得る。どこかの時点で、ＦＯＶを増大させ、またはピクセルピッチを低下させることによって焦点距離を低下させ続けることが実際的でも可能でもない場合がある。したがって、焦点距離を短くすることも画像の解像度を低下させることも必要なく、よりロープロファイルな画像キャプチャデバイスを実現することが所望され得る。

[0003]屈曲光学画像センサーアレイは、焦点距離を短くする必要なく、ロープロファイル画像キャプチャデバイスの作成を可能にする。いくつかの屈曲光学画像センサーアレイは、シーンのターゲット画像を備える入射光を、アレイ中のセンサーによるキャプチャのために複数の部分に分割するのに、複数のファセットをもつ中央鏡またはプリズムを利用し、ここにおいて、各ファセットは、光の部分を、ターゲット画像からアレイ中のセンサーの方へ誘導する。分割された光の各部分は、レンズアセンブリを通過させられ、各センサーが画像の部分をキャプチャするように、センサーのすぐ上または下に配置された表面から反射される。センサー視野は、キャプチャされた部分同士をスティッチして完全画像にするのを支援するようにオーバーラップする場合がある。

[0004]複数の表面から複数のセンサーへの光の反射と、カメラに対する高さ制限とにより、従来のオートフォーカスモジュールおよび技法は、そのような屈曲光学ロープロファイルセンサーアレイには適応されていない。そのようなセンサーアレイの屈曲光学系および他の構造的特徴は、オートフォーカス機構を実装しにくくし得る。今日、ほとんどのカメラ付きモバイルデバイスに対して通常行われるように、オートフォーカスレンズアセンブリを各センサーの上および下に動かすと、システムの高さを上げることになり、撮像平面の直交線に対して光軸の入射角および／または相対的な配置を変える場合がある。

[0005]上で述べたように、屈曲光学アレイカメラにおけるオートフォーカスに伴う別の問題は、スモールフォームファクタ（可能性としては４．５ｍｍ以下）であり、この場合、画像高さにわたる超高解像度が必要とされる。高さ制約と性能要件の両方を満足することは、広視野（ＦＯＶ）レンズで達成するのが困難である。レンズの焦点を合わせる最も簡単なやり方は、レンズアセンブリ全体をセンサーの上および下に持ち上げることであるが、こうすると、あるカメラの光軸の位置を、他のカメラの各々の光軸に対して変えるとともに、システムの全体的高さを上げてしまう場合がある。代替手法が必要とされ、以下に記載される。

[0006]上述した問題は、それ以外のものの中でも特に、オートフォーカスされた画像を各センサーに与えるための、本明細書に記載される屈曲光学アレイカメラオートフォーカス技法によって対処される。プライマリおよびセカンダリ表面を使って、アレイ中の各センサーの方へ光を方向変換することによって、ならびにプライマリおよびセカンダリ表面の間で入射光の焦点を合わせるのに使われるレンズアセンブリを配置することによって、センサーアレイは、レンズアセンブリの可動部分に平行な平坦基板上に配置され得る。そのようなアレイカメラのより長い焦点距離が、光学ズームなどの特徴を実装することと、より多くの光学要素を追加するなどして、従来のモバイルカメラによって一般に与えられるよりも多くの空間を要求する、より複雑な光学系を組み込むこととを可能にする。たとえば、複数のレンズの使用は、さらなる解像度が所望されるとき、光学ズームレンズ用に行われるように、カメラの焦点距離を増大させ、したがって、カメラのＦＯＶを低下させる場合があり、同様に、ＦＯＶがより広くなることを望まれるとき、焦点距離は低下され得る。さらに、システムの視野にわたる複数のレンズの使用は、マルチカメラアレイの視野全体にわたる総有効解像度を増大させ得る。

[0007]いくつかの実施形態では、レンズシステム設計が、たとえば、許容できる変調伝達関数（ＭＴＦ）値と、２０ｃｍと無限大との間のフォーカス範囲とを有することによって定義される、良好な画像性能を維持しながら、屈曲光学システムの機械公差内でのレンズアセンブリの可動部分の横方向動きを可能にする。可動部分は、画像センサーによって形成された平面に平行な方向で動かされ得る。レンズシステムは、レンズアセンブリの固定部分をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の可動レンズアセンブリは、ズームとＡＦとを実装するように組み込まれ得る。いくつかの実装形態では、レンズアセンブリの固定部分は、画像センサーの極近傍に置かれた、たとえば、センサーの上に配置されたガラスカバープレートに取り付けられた、フィールド補正レンズであってよい。

[0008]上述した２部レンズシステム設計を使うオートフォーカスアセンブリは、いくつかの実施形態ではガイドレールとアクチュエータとを実装してもよい。たとえば、レンズアセンブリの可動部分は、異なる焦点距離を達成するための位置の範囲中で可動部分を動かすアクチュエータに結合されてよい。いくつかの実施形態では、可動部分は、セカンダリセンサープリズムの端に沿って進むガイドレールによってアクチュエータに結合されてよく、セカンダリセンサープリズムはセンサーの下に配置される。ガイドレールを、セカンダリセンサープリズムの端に沿って動かすことによって、オートフォーカスアセンブリは、レンズ設計の許容差内の制約チルト、ロール、ピッチ、およびヨーならびにレンズ設計の許容差内の、光軸から離れる並進横方向運動の間、レンズアセンブリの可動部分を横方向に（たとえば、画像センサーによって形成された平面に平行な方向に）動かし得る。

[0009]いくつかの実施形態では、上述した２部レンズシステム設計を使うオートフォーカスアセンブリが、屈曲光学アレイ中の各センサー用に設けられ得る。

[0010]１つのイノベーションは、ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを含む撮像システムを含む。少なくとも１つのカメラは、センサー要素のアレイを備える画像センサーと、受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素と、セカンダリ光屈曲表面は、プライマリ光屈曲表面から受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、レンズアセンブリとを含む。レンズアセンブリは、セカンダリ光屈曲表面と画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズと、少なくとも１つの固定レンズは、光学要素に機械的に結合された第１の表面と、画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、プライマリ光屈曲表面と光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズとを含む。少なくとも１つのカメラは、レンズアセンブリを通って画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータをさらに含む。

[0011]１つまたは複数の追加態様をもつ様々な実施形態が企図される。いくつかの実施形態では、光学要素は、セカンダリ光屈曲表面によって第２の方向に方向変換された光が画像センサーの方へ伝播するための出力表面をさらに含み、ここにおいて、少なくとも１つの固定レンズは出力表面に接続される。撮像システムは、画像センサーと少なくとも１つの固定レンズとの間に配列されたカバーガラスを含み得る。カバーガラスは、少なくとも１つの固定レンズの出力表面に結合された第１のカバーガラス表面と、画像センサーに結合された第２のカバーガラス表面とを含み得る。カバーガラスは、画像センサーに結合された第２のカバーガラス表面を含み得る。光学要素、少なくとも１つの固定レンズ、カバーガラス、および画像センサーは、スタック中で機械的に連結され得る。

[0012]いくつかの実施形態では、センサー要素のアレイはセンサー要素ピッチを有し、ここにおいて、画像センサーは、センサー要素ピッチに最も少ない部分において基づいて決定されたナイキストサンプリングレートを有し、光学システムは、画像センサーナイキストサンプリングレートが約３０％以下のＭＴＦ性能を有するように構成される。いくつかの実施形態では、センサー要素ピッチは約１．４μｍ以下である。別の態様は、少なくとも１つのカメラが、レンズアセンブリのアクチュエータと少なくとも１つの可動レンズとの間に結合された少なくとも１つのガイドレールをさらに含み得ることであり、少なくとも１つのガイドレールは、光軸から離れる、または光軸の周りを回転する少なくとも１つの可動レンズの動きを抑制するために、カメラ内の表面とスライド可能にかみ合わせるように配置され、光軸は第１の方向に実質的に平行である。少なくとも１つのカメラは、ターゲット画像シーンの対応する複数の部分をキャプチャするように構成された複数のカメラを含むことができ、撮像システムは、対応する複数の部分に少なくとも部分的に基づいて、ターゲット画像シーンの最終画像を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える。いくつかの実施形態では、センサー要素ピッチはほぼ１．０μｍ以下であり得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの可動レンズの直径は４．５ｍｍ以下である。

[0013]システムのいくつかの実施形態では、少なくとも１つの固定レンズは、画像センサーに平行するとともに光学要素に近接して配列された実質的に平坦な面を有する平凹レンズと、実質的に平坦な面に対向して配列され、画像センサーに近接して配列された凹面とを含む。別の態様は、セカンダリ光屈曲表面が鏡を含み得ることである。いくつかの実施形態では、光学要素は、鏡に結合された支持構造をさらに含み、ここにおいて、画像センサーと鏡は、互いに対して固定するように機械的に連結される。

[0014]別のイノベーションは、ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを含む撮像システムであり、少なくとも１つのカメラは、センサー要素のアレイを備える画像センサーと、受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、プライマリ光屈曲表面から受信された光を第２の方向に方向変換するように構成された光を画像センサーに方向変換するための手段と、セカンダリ光屈曲表面と画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズを有するレンズアセンブリと、光を方向変換するための手段に機械的に結合された第１の表面と、画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する少なくとも１つの固定レンズと、プライマリ光屈曲表面と光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズとを含む。撮像システムは、少なくとも１つの可動レンズを、レンズアセンブリを通って画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように動かすための手段をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、光を方向変換するための手段は、光を第２の方向に方向変換するための光方向変換される手段が画像センサーに向かって伝播するための出力表面を備え、少なくとも１つの固定レンズは、出力表面に接続される。いくつかの実施形態では、システムは、画像センサーと少なくとも１つの固定レンズとの間に配列された画像センサーを保護するための手段をさらに備える。画像センサーを保護するための手段は、カバーガラスを含む。カバーガラスは、少なくとも１つの固定レンズの出力表面に結合された第１のカバーガラス表面を含み得る。カバーガラスは、画像センサーに結合された第２のカバーガラス表面を含み得る。様々な実施形態において、光を方向変換するための手段、少なくとも１つの固定レンズ、カバーガラス、および画像センサーは、互いに対して固定されるように機械的に連結される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの固定レンズは、画像センサーに平行するとともに光学要素に近接して配列された実質的に平坦な面を有する平凹レンズと、実質的に平坦な面に対向して配列され、画像センサーに近接して配列された凹面とを含む。

[0015]別のイノベーションは、ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを設けることを含む方法であって、少なくとも１つのカメラは、センサー要素のアレイを備える画像センサーと、受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素と、セカンダリ光屈曲表面は、プライマリ光屈曲表面から受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、セカンダリ光屈曲表面と画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズを有するレンズアセンブリと、少なくとも１つの固定レンズは、光学要素に機械的に結合された第１の表面と、画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、プライマリ光屈曲表面と光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズとを含む。レンズアセンブリを通って画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータをさらに有する少なくとも１つのカメラ。光学要素、少なくとも１つの固定レンズおよび画像センサーの相対的な配置を維持しながら、少なくとも１つの可動レンズを動かすことによって、ターゲット画像シーンに少なくとも１つのカメラの焦点を合わせることをさらに含む方法。少なくとも１つのカメラは複数のカメラを含んでよく、方法は、複数のカメラから画像を受信することをさらに含み、複数のカメラから受信された画像の少なくとも一部分を備える画像を形成する。

[0016]別のイノベーションは、ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラと、少なくとも１つのカメラは、センサー要素のアレイを備える画像センサーを含む、ここにおいて、センサー要素のアレイはセンサー要素ピッチを有し、画像センサーは、センサー要素ピッチに最も少ない部分において基づいて決定されたナイキストサンプリングレートを有する、セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素と、セカンダリ光屈曲表面は、セカンダリ光屈曲表面上で受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、セカンダリ光屈曲表面と画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズを有するレンズアセンブリと、少なくとも１つの固定レンズは、光学要素に機械的に結合された第１の表面と、画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、セカンダリ屈曲表面によって受信された光が少なくとも１つの可動レンズを通って伝播するように配置された少なくとも１つの可動レンズとを有する撮像システムを含む。撮像システムは、レンズアセンブリを通って画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータも含み得る。

[0017]開示する態様を限定するためではなく、開示する態様を例示するために与えられる、添付の図面および付属書類とともに、開示する態様について以下で説明し、そこにおいて、同様の表示は同様の要素を示す。
１つのセンサーアセンブリと関連オートフォーカスデバイスとを示す屈曲光学センサーアセンブリの実施形態の断面側面図。 ２つのセンサーアセンブリと関連オートフォーカスデバイスとを示す屈曲光学センサーアセンブリの実施形態の断面側面図。 図１Ｂのセンサーアセンブリの光学構成要素の実施形態の上面図。 図１Ｃの光学構成要素の実施形態の側面図。 図１Ｄの光学構成要素の実施形態の横断面図。 図１Ｃの光学構成要素の実施形態向けの例示的絞りの横断面図。 図１Ｃの光学構成要素の実施形態向けの例示的絞りの横断面図。 画像キャプチャデバイスの一実施形態のブロック図。 オートフォーカスを用いる屈曲光学画像キャプチャプロセスの実施形態を示す図。 屈曲光学センサーアセンブリの実施形態の透視図。 複数のセンサーアセンブリを使う撮像システムの透視図。 屈曲光学センサーアレイ実施形態の投影視野の実施形態を示す図。 −３０μｍの所に配置され、６７６７ｍｍの距離に焦点が合わされたレンズアセンブリを有する屈曲光学センサーアレイの実施形態を示す図。 図７Ａの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系（たとえば、レンズアセンブリおよびセンサープリズム）についての、シミュレートされたＭＴＦ対フィールド角性能データを示す図。 ＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数を示す図であって、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ａの屈曲光学センサーアレイ実施形態向けのサジタルおよび接線性能データの両方について選択されたフィールド角に関して示される図。 ０．０μｍの所に配置され、１０００ｍｍの距離に焦点が合わされたレンズアセンブリを有する屈曲光学センサーアレイの実施形態を示す図。 図７Ｄの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についての、シミュレートされたＭＴＦ対フィールド角性能データを示す図。 ＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数を示す図であって、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ｄの屈曲光学センサーアレイ実施形態向けのサジタルおよび接線性能データの両方について選択されたフィールド角に関して示される図。 １４２μｍの所に配置され、２００ｍｍの距離に焦点が合わされたレンズアセンブリを有する屈曲光学センサーアレイの実施形態を示す図。 図７Ｇの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についての、シミュレートされたＭＴＦ対フィールド角性能データを示す図。 ＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数を示す図であって、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ｇの屈曲光学センサーアレイ実施形態向けのサジタルおよび接線性能データの両方について選択されたフィールド角に関して示される図。 ＋３５μｍの所に配置され、５００ｍｍの距離に焦点が合わされたレンズアセンブリを有する屈曲光学センサーアレイの実施形態を示す図。 図７Ｊの屈曲光学センサーアレイ実施形態のための、ＭＴＦ対フィールド角性能データを示す図。 ＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数を示す図であって、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ｊの屈曲光学センサーアレイ実施形態向けのサジタルおよび接線性能データの両方について選択されたフィールド角に関して示される図。 図７Ａ、図７Ｄ、図７Ｇおよび図７Ｊに示す屈曲光学センサーアレイ実施形態についての相対照度を示す図。 オートフォーカスを得るために屈曲光学センサーアセンブリが動かされるところの実施形態を示す図。 オートフォーカスを得るために屈曲光学センサーアセンブリが動かされるところの実施形態を示す図。 オートフォーカスを得るために屈曲光学センサーアセンブリが動かされるところの実施形態を示す図。 屈曲光学画像センサー用のレンズアセンブリの実施形態を光が通過するときの光線追跡を示す図。 画像センサー上でのＰＳＦパターンの例を示す図。 画像解像度についてのレイリー性能基準を示す図。 画像解像度についてのレイリー性能基準を示す図。 画像解像度についてのレイリー性能基準を示す図。 画像解像度についてのレイリー性能基準を示す図。 画像解像度についてのレイリー性能基準を示す図。 本明細書に記載される光学システムをもつアレイカメラについての回折限界性能データを示す図。 単一のピクセルについてのＭＴＦ性能データを示す図。 光学系とセンサーの組合せの一実施形態についてのＭＴＦ性能基準を示す図。 光学系とセンサーの組合せの一実施形態についてのＭＴＦ性能基準を示す図。 光学系とセンサーの組合せの一実施形態についてのＭＴＦ性能基準を示す図。 光学系とセンサーの組合せの一実施形態についてのＭＴＦ性能基準を示す図。 光学系とセンサーの組合せの一実施形態についてのＭＴＦ性能基準を示す図。

序論
[0050]本明細書に記載される、屈曲光学マルチカメラシステムのためのオートフォーカスシステムおよび技法の実施形態は、マルチカメラシステム中の各画像センサー用に設けられた、２部レンズシステムと、オートフォーカスアセンブリとを含み得る。マルチカメラシステムは、複数の画像センサーの各々に関連付けられたプライマリおよびセカンダリ光屈曲表面を含み得る。プライマリ光屈曲表面は、反射鏡または屈折プリズムであってよく、基板に搭載されてよく、ターゲット画像シーンからの入射光を、マルチカメラシステム中の画像センサーの数に対応する複数の部分に分割することができる。セカンダリ光屈曲表面は、反射鏡または屈折プリズムであってよく、プライマリ光屈曲表面からの光の部分を、画像センサーの方に方向変換することができ、たとえばここで、画像センサーは、プライマリ光屈曲表面が搭載されているのと同じ基板上に平らに搭載される。

[0051]そのような実施形態の１つの重要態様は、１つまたは複数の反射面またはプリズムを使って、アレイ中の各センサーの方に光を方向変換することによって、すべての画像センサーを共通平坦基板上に配置することが可能なことである。いくつかの実施形態では、すべてのセンサー表面が１つの共通ダイ上で形成され、ここで回路構成は、すべてのセンサーの間で共有されてよく、可能性としては、ダイエリアと、電力要件と、ダイの中および外の界面とを削減する。

[0052]上で述べたように、たとえば、画像センサーの光軸に沿って、画像センサーの上でレンズを上または下に動かす従来の方法は、カメラモジュールの高さを増大させ、潜在的には他の望ましくない特性または側面を生じる可能性があるので、望ましくない場合がある。

[0053]屈曲光学システムにおけるオートフォーカスに伴う別の潜在的問題は、画像センサー表面上に投影される画像の全視野（ＦＯＶ）にわたって、高変調伝達関数（ＭＴＦ）解像性能を達成する必要があることであり得る。レンズアセンブリの最大ＭＴＦ性能は、ｆ値と、レンズアセンブリを通過する光の波長とによって決定される、レンズアセンブリの回折限界によって制限される。レンズアセンブリは、レンズアセンブリの最初の表面から、画像センサー表面など、別の表面上に画像を投影する、レンズアセンブリの最後の表面までの、１つまたは複数の光学要素から作られる。１つの要素が、たとえば、光を屈折させ、または光を反射することができる１つまたは複数の光学表面からなり得る。

[0054]レンズアセンブリの実際のＭＴＦ性能は、使われる画像高さの全範囲にわたって回折限界未満であってよいが、レンズアセンブリの全ＦＯＶにわたってレンズアセンブリの回折限界に非常に接近しているサンプルのセットまたは大量のレンズアセンブリを製造することが可能であるようにレンズを設計することが望ましい。

[0055]レンズアセンブリのＭＴＦ性能要件が最大性能（たとえば、回折限界）まで増大すると、このことは、カメラ設計の他の態様を含む、レンズアセンブリの機械的オートフォーカス機構および／または光学構成要素の許容差に対してより多くの要望を課し得る。より厳しい許容差を要求し得る、光学構成要素または他のカメラ設計態様の例は、オートフォーカス機構、レンズ表面、レンズ材料、互いに対するレンズ表面の整列、およびオートフォーカス機構とレンズアセンブリとを、単一の動作ユニットとして組み合わせて製作することである。機械的オートフォーカス機構は、たとえば、レンズチルト誤差（たとえば、光軸の周りの回転誤差）ならびに／または並進誤差（たとえば、光軸の周りのＸ、ＹおよびＺ線形方向誤差）を生じ得る。わずか数個のサンプルから大量にまで及ぶ製作を意図した設計では、概して、レンズチルトおよびレンズ並進など、すべての主要変動について限界を確立し、次いで、レンズチルトまたは並進など、これらの変動を生じ得る、すべての構成要素、要素、または態様、およびそれらの変動によって影響され得る構成要素、要素または態様について許容差バジェットを決定することが良好な実践である。その影響は普通には、１つまたは複数の主要変動が量を変えたときのＭＴＦ低減で表される。すべての機械および光学構成要素、要素または設計態様についての許容差バジェットを決定した後、それらの構成要素、要素または態様は次いで、一定のレベルの統計的信頼性で、計上された許容差内に留まるように設計されてよい。そのような実践の使用は、たとえば、完全なシングルまたはマルチカメラオートフォーカスモジュールなど、最終完成製品の収率を増大させ得る。このシステムをこのように見ることによって、レンズアセンブリは、上述した変動によって引き起こされる要因に対して比較的敏感でないように、または上述した変動に比較的寄与しないように設計され得る。

[0056]オートフォーカス機構または他の同様の記述または言及が本明細書において使われるとき、そのような言及は、レンズの焦点を合わせるプロセスに関連付けられた、または関連付けられていないすべての関連リンク装置、構成要素、要素または態様を含み得る。たとえばオートフォーカス機構は、動きを引き起こすか、または渡し得る、１つもしくは複数のモータ、１つもしくは複数のアクチュエータ、リンク装置、デバイス、構成要素、要素、または態様を含んでよく、この動きは、レンズシステムを一定のレベルのフォーカスまで動かすか、またはそのためのアクションを引き起こす。他の要因はまた、モータまたはモータからの動きなしで、レンズアセンブリＭＴＦに影響を与え得る。フォーカスのレベルは、ＭＴＦ、パルス分布関数（ＰＳＦ）において、または他の適切な測度によってなど、様々なやり方で表され得る。

[0057]本明細書では、主にＭＴＦ性能のコンテキストにおいて論じるが、これは例示目的であり、レンズ性能は、他の実施形態では、ＰＳＦ、線広がり関数（ＬＳＦ）または同様の概念の他の直接もしくは間接的表し方など、同様の概念によって表される場合がある。

[0058]本明細書に記載する実施形態は、屈曲光学系の高ＭＴＦ解像度オートフォーカス設計に使われてよく、ここで、レンズアセンブリ設計とオートフォーカス機械構造設計は、起こり得る変動のタイプおよび規模についてのレンズアセンブリ、要素、態様のＭＴＦ解像度を低下させ、および／またはＭＴＦ敏感性を低減させるように、変動を削減するために協働することができる。ＭＴＦ性能の損失または低減につながり得る可能変動の範囲は、上述した可能変動、もしくは他のもの変動によって影響を受け、ＭＴＦ性能に影響し、または低減し得るセカンダリソース、ターシャリ（tertiary）ソースなどから生じ得る。

[0059]屈曲光学系システムを設計するためのプロセスの一例は、画像センサーピクセルピッチから始めることである。レンズは、光学ドメインにおけるアンチ−エイリアシングフィルタとして作用する必要がある。画像センサーピクセルピッチが、レンズ設計プロセスの始まりにおいて考慮に入れられない場合、得られるレンズ設計は、画像センサーのナイキストサンプルレートを下回る、フォーカス平面におけるサイクル数／ｍｍにおけるシーン周波数コンテンツをフィルタ除去してよい。あるいは、得られるレンズ設計は、（サイクル数／ｍｍで表した）ナイキストシーン周波数を上回るあまりにも多くのコンテンツを通過させる場合があり、この場合、画像は、顕著なエイリアシングアーティファクトを有する可能性がある。いくつかの実施形態では、レンズシステムは、ＭＴＦを、ナイキストサンプルレートにおいて２０％（またはわずかにそれ未満）まで低減するべきである。回折限界が次いで、レンズ設計のための開始点として使われてよく、ここで、２０％またはわずかに下回るというルールを満たすｆ値が決定され得る。ｆ値が決定されると、回折限界を増大させるべき量が、最終レンズアセンブリ設計がナイキストレートにおいて２０％ＭＴＦ以下を有するように推定されてよい。たとえば、レンズＭＴＦがナイキストサンプルレートの所または近くで回折限界の１０％以下である場合、ｆ値は潜在的には、２０％またはわずかに下回るというルールを達成するのを助けるように低下されてもよい。

[0060]回折限界がより増大されると、有効焦点距離がほぼ一定なままであるとするなら、クリアアパーチャがより広く増大される必要がある。クリアアパーチャが増大すると、レンズアセンブリの高さが増大し得る。屈曲光学系を可能な限り薄く保つためには、したがって、ＭＴＦ性能が回折限界に可能な限り接近するようにレンズアセンブリを設計することが重要である。さもなければ、シングルまたはマルチカメラオートフォーカスモジュール全体に対するモジュールの高さまたは薄さ要件を満たすことが可能でない場合がある。ｆ値は、カメラレンズシステムまたはアセンブリなどの撮像システムのクリアアパーチャによって分割される有効焦点距離に等しいことが当業者には認識されよう。

[0061]本明細書において提示する実施形態向けに、レンズアセンブリは、ナイキストサンプルレートまでの、サイクル数／ｍｍにおけるすべての空間周波数、および回折限界消失点の方への（out to the diffraction limit vanishing point）、サイクル数／ｍｍにおける、すべてのより高い周波数にわたる回折限界に可能な限り接近したままであるように設計されている。さらに、ＭＴＦ性能は、レンズアセンブリの全ＦＯＶにわたって、および無限大から２００ｍｍの近距離までのすべてのフォーカス距離において、回折限界に可能な限り接近したままであるように設計されている。

[0062]本明細書において提示する実施形態は、例として、ピクセルピッチが１．１μｍであり、ピクセル充填係数が１００％である撮像センサー方形ピクセルアレイを使うことに基づく。本明細書に記載する実施形態はしたがって、４５４サイクル／ｍｍのナイキストサンプルレートに基づく。サンプル理論についての当業者には、１．１μｍなどの方形アパーチャ幅が、サンプリングＭＴＦロールオフを導入し得ることが認識されよう。このサンプリングＭＴＦロールオフが算出されてよい。回折限界は、ナイキストサンプルレートにおいてレンズＭＴＦロールオフプラスサンプリングＭＴＦロールオフが全体で正味２０％のＭＴＦを、または、場合によってはある程度の他のわずかに劣るＭＴＦレベルを生じるようにサンプリングＭＴＦロールオフを補償するようにさらに増大され得る。

[0063]本明細書において提示する実施形態は、どのピクセルサイズ、形状、ピッチ、方形アレイ、非方形アレイ、またはピクセルサイズもしくは形状が画像センサーの表面において互いと異なり得る配置にも限定されないことも認識されたい。実施形態は、そのようなシステムを設計するのに使われ得る要因または態様と、本明細書に記載されるシステムの利益、属性および請求とを指摘することを意図している。実施形態は、実施形態について記載または参照するときにカバーされるピクセルサイズまたは他の要因に限定されない。

[0064]本明細書において提示する実施形態は、屈折センサープリズムまたはセンサーの上の反射鏡を使って実装され得る。屈折センサープリズムは、光をセンサー表面または屈折プリズム形状光学要素上の反射面に反射させるのに、全内部反射プロパティを使うことができる。

[0065]本明細書において提示する実施形態用に、センサープリズム反射面およびセンサー鏡面も、回転および並進変動に対する最大の敏感性を有し得る。これらの変動は、オートフォーカス機構、モータの動作、モータと他の機械および／または光学構成要素、要素または側面との対話ならびに動き、温度、および衝撃など、他の環境条件に由来し得る。回転および並進変動は、他の関連または無関連ソースに由来し得る。他の側面も、ＭＴＦ性能に影響を与える場合がある。

[0066]本明細書で説明する実施形態は、上述した変動を削減することを意図した方法を使用する。

[0067]いくつかの例では、２部レンズシステムは、１つの画像センサーの屈曲光学経路のプライマリおよびセカンダリ光屈曲表面の間に配置された可動部分を含み得る。レンズアセンブリの可動部分は、センサーによってキャプチャされた画像の焦点深度を変えるように、プライマリおよびセカンダリ光屈曲表面の間を横方向に（たとえば、画像センサーによって形成された平面に対して平行な方向に）動かすことができる。可動部分は、所望の焦点距離と解像度とを生じるように選択されたいくつかのレンズを含み得る。２部レンズシステムは、固定部分、たとえばセンサーの極近傍に配置されたフィールド補正レンズも含み得る。いくつかの実施形態では、フィールド補正レンズは、センサーの上に配置されたガラスカバープレートに取り付けられ（たとえば、接着され、または機械的に保持され）てよい。

[0068]いくつかの実施形態では、レンズシステムの可動部分を動かすのに使われるオートフォーカスアセンブリは、アクチュエータと、ガイドレールまたは他のガイドデバイスとを含み得る。アクチュエータは、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）、圧電性モータ、または形状記憶合金（ＳＭＡ）であってよい。アクチュエータは、レンズアセンブリの可動部分から、セカンダリ光屈曲表面の反対側において基板に結合されてよく、ガイドレールによって可動部分に結合されてよい。ガイドレールは、アクチュエータの動きを可動部分に中継することができ、いくつかの実施形態では、可動部分のチルト（たとえば、ロール、ピッチ、ヨー、および回転動き）ならびに横方向並進運動をレンズ設計の許容差内に抑制するために、セカンダリ光屈曲表面の表面とかみ合わせる（たとえば、スライド可能にかみ合わせる）ことができる。

[0069]様々な実施形態について、説明のために図面とともに以下に記載する。開示する概念の多くの他の実装形態が可能であり、開示する実装形態を用いて様々な利点が達成され得ることを諒解されたい。

オートフォーカスアセンブリの概要

[0070]ここで図１Ａおよび図１Ｂを参照して、屈曲光学マルチセンサーアセンブリ１００Ａ、１００Ｂのためのオートフォーカスシステムの実施形態の一例について、ここでより詳細に記載する。図１Ａは、１つのセンサーアセンブリと関連オートフォーカスデバイスとを示す、オートフォーカス能力をもつ屈曲光学センサーアセンブリ１００Ａの実施形態の断面側面図を示す。図１Ｂは、２つのセンサーアセンブリと関連オートフォーカスデバイスとを示す、オートフォーカス能力をもつ屈曲光学センサーアセンブリ１００Ｂの実施形態の断面側面図を示す。

[0071]図１Ａの例に示すように、画像センサー１２５が基板１５０上に配置される。基板１５０は、断面に示す一端において、光入射光を方向変換するように構成されるとともに、プライマリ光屈曲表面１２４を含む光学要素に隣接する。図示されるように、プライマリ光屈曲表面１２４は、屈折プリズム１４５の一部である。図示されるように、センサー１２５は、プリント回路基板１９５中に形成された方形スロット１１７内に搭載される。スタッドバンプ１０７が、たとえば、センサー１２５の１つの部品に接続され、プリント回路基板１９５上の導電パッドと接触するのに使われる。プリント回路基板１９５は、基板１５０上に搭載されてよく、基板１５０に対して固定されたままである。これは、センサー１２５がどのように基板１５０に搭載され、１９５のようなプリント回路基板と電気接触し得るかということの一例にすぎない。いくつかの実施形態では、センサー１２５は、接着剤を使って基板１５０に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、センサー１２５は、基板１５０の一部として形成されてよく、たとえば基板１５０は、その一部分中にセンサー１２５を形成するのに適したシリコンダイまたは他の半導体材料であってよい。図示されるように、センサー１２５は、カバーガラス１２６によって覆われ、レンズＬ６は、センサー１２５から、カバーガラス１２６の反対側に配置される。いくつかの例では、カバーガラス１２６は、連結された２つ以上の構成要素を含む。いくつかの例では、カバーガラス１２６は、センサーの受光表面の汚染を防止するために、製造中にセンサー１２５に結合される。しかしながら、いくつかの実施形態では、カバーガラス１２６は省かれてよく、レンズＬ６はセンサー１２５に直接結合されてよい。

[0072]レンズＬ６は、フィールド補正レンズであってよい。いくつかの実施形態では、レンズＬ６は、Ｌ１〜Ｌ６レンズシステムの固定構成要素である。いくつかの実施形態では、レンズＬ６は、レンズグループを形成する複数のレンズ要素を含んでよく、このグループは固定（「固定レンズグループ」）であり、つまり、オートフォーカス動作を実施するために動かない。Ｌ６は、１つのレンズであっても、固定レンズグループを形成する複数のレンズであってもよく、この場合、各レンズは、レンズのグループまたはスタックとして結び付けられる。セカンダリ光屈曲表面１３５は、レンズＬ６から離れて伸び、図示されるように、セカンダリ光屈曲表面１３５において支持ブロック１３６Ｂに結合された屈折プリズム１３６Ａとして形成される。光を方向変換するためにプリズムの内部反射特性を使う代わりに、１３６Ａと１３６Ｂとの間に鏡面が置かれることが可能である。

[0073]レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５を含むレンズシステムの可動部分１３０は、プライマリ光屈曲表面１２４とセカンダリ光屈曲表面１３５との間に配置される。光軸１２３は、光が、アレイカメラ１００Ａに入り、プライマリ光屈曲表面１２４から方向変換され、レンズシステムの可動部分１３０を通り、セカンダリ光屈曲表面１３５から方向変換され、レンズＬ６とカバーガラス１２６とを通り、センサー１２５に入射するときにとるであろう経路の一例を示す。可動部分１３０は、オブジェクト空間におけるフォーカス距離を変えるために、プライマリ光屈曲表面１２４を形成する屈折プリズム１４５の境界端１４１と、セカンダリ光屈曲表面１３５を形成する屈折プリズム１３６Ａの境界端１３１との間で、横方向に（たとえば、プライマリ光屈曲表面１２４およびセカンダリ光屈曲表面１３５から伸びる光軸１２３に沿って、およびセンサー１２５によって形成された平面に対して実質的に平行な方向に）移動し得る。レンズＬ６は、可動部分１３０の光軸に対して平行、または実質的に平行な平面に配置され得る。

[0074]いくつかの実施形態では、センサー１２５と、カバーガラス１２６と、レンズＬ６と、屈折プリズム１３６Ａおよび／またはブロック１３６Ｂを含むユニット（本明細書では「光学要素」と呼ばれる）とが、これらの構成要素がカメラ内で互いに対して固定されるように、図示される構成において接着されるか、または別のやり方で取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、これらの構成要素は、互いに対する位置が同じままであるように、永久的に、または半永久的に互いと固定されてよく、それにより、要素を通る光の光学経路が安定する。いくつかの実施形態では、上述したように、カバーガラス１２６は省かれてよく、残りのセンサー１２５、レンズＬ６、ならびに屈折プリズム１３６Ａおよび／またはブロック１３６Ｂは、センサー１２５と屈折プリズム１３６Ａおよび／またはブロック１３６Ｂとの間に配置されたレンズＬ６と、互いに接着されるか、または別のやり方で取り付けられてよい。たとえば、レンズＬ６は、センサー１２５のある部分と、屈折プリズム１３６Ａおよび／またはブロック１３６Ｂとの間に物理的に配列されてよい。やはり例として、レンズＬ６は、ブロック１３６Ｂからセンサー１２５まで伝播する光の光学経路中に配列されてよい。図示されるように、光学要素は、プライマリ光屈曲表面１２４から通過された光を、レンズアセンブリ１３０の可動部分を通して受信するための入力表面（境界端１３１）と、セカンダリ光屈曲表面１３５と、出力表面（レンズＬ６に隣接する）と、ガイド表面１８６とを備える。

[0075]本明細書で使用する「カメラ」という用語は、画像センサーと、レンズシステムと、いくつかの対応する光屈曲（または反射）表面、たとえば図１Ａに示すプライマリ光屈曲表面１２４、可動レンズアセンブリ１３０、セカンダリ光屈曲表面１３５、固定レンズＬ６、およびセンサー１２５とを指す。屈曲光学マルチセンサーアレイは、様々な構成での、複数のそのようなカメラを含み得る。たとえば、アレイカメラ構成の実施形態が、２０１３年３月１５日に出願され、「ＭＵＬＴＩ−ＣＡＭＥＲＡ ＳＹＳＴＥＭ ＵＳＩＮＧ ＦＯＬＤＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」と題する米国出願公開第２０１４／０１１１６５０号に開示されており、その開示が、参照により本明細書に組み込まれている。本明細書に記載されるオートフォーカスシステムおよび方法から利益を得るであろう他のアレイカメラ構成が可能である。

[0076]アクチュエータ１８０は、可動部分１３０を横方向に動かすのに使われ得る。アクチュエータ１８０は、ＶＣＭ、ＭＥＭＳ、圧電性モータ、またはＳＭＡであり得る。アクチュエータ１８０は、屈折プリズム１３６Ａおよび／またはブロック１３６Ｂの下端１８６に沿って伸びるガイドレール１８５によって、可動部分１３０に結合され得る。ガイドレール１８５は、アクチュエータ１８０から可動部分１３０に動きを中継することができる。ガイドレール１８５は、可動部分１３０のチルト、ロール、ピッチ、ヨー、および並進線形動き（つまり、可動部分１３０の光軸から離れ、またはその周りをツイストする動き）を、レンズ設計の許容差内に抑制するために（たとえば、依然として、所望の品質の画像を提供しながら）、下端１８６（またはカメラ内の別の表面、たとえば、屈折プリズム１３６Ａおよび／またはブロック１３６Ｂの別の表面、カメラハウジングの隣接表面、中央屈折プリズム、光学要素に結合されたパッドまたはブロックの下部面など）とスライド可能にかみ合わせ得る。ただ１つのガイドレール１８５が図示されているが、いくつかの例は、レンズアセンブリの可動部分１３０の動きを抑制するために必要とされるいくつかのガイドレール１８５を含み得る。ガイドレール１８５と下端１８６との間の摩擦、ならびに可動レンズシステム１３０と周辺構成要素との間のいかなる摩擦も、任意の適切な手段、たとえばボールベアリング、潤滑液もしくは固体、磁界、またはそれらの組合せによって低減され得る。いくつかの実施形態では、可動部分１３０および／またはアクチュエータ１８０に巻き付けられた磁気コイルが、チルト、ロール、ピッチ、ヨー、および並進線形方向の望まれない運動をさらに最小化することができる。

[0077]ガイドレール１８５は主に、本明細書において、セカンダリ光屈曲表面１３５を形成するプリズム１３６Ａおよび／またはブロック１３６Ｂの下端１８６とスライド可能にかみ合わせるものとして論じられるが、ガイドレール１８５は、他の実施形態では他の表面とスライド可能にかみ合わせ得る。たとえば、ガイドレールの端部は、レンズシステムの可動部分を過ぎて伸び、プライマリ光屈曲表面１２４を形成するプリズム１４５の下部面とスライド可能にかみ合わせ得る。いくつかの実施形態では、カメラは、１つまたは複数の光屈曲表面を反射鏡として含み得る。そのような実施形態において、ガイドレールは、レンズアセンブリの可動部分の光軸の周りの望まれない回転および／または並進動きを抑制するために、鏡および／または鏡用の搭載ブロックのうちの１つまたは複数の、端と接触し得る。

[0078]本明細書に記載されるようなマルチカメラ屈曲光学アレイシステムのコンテキストにおいて主に論じられるが、オートフォーカスアセンブリは、１つまたは複数の画像センサーまたは屈曲光学系レンズアセンブリをもつ、どの屈曲光学システムにおいて使われてもよい。

[0079]図１Ｂに示すように、センサーアセンブリ１００Ｂは、基板１５０に各々が搭載された画像センサーのペア１０５、１２５と、画像センサー１０５、１２５にそれぞれ対応する可動レンズアセンブリ１１５、１３０と、それぞれ画像センサー１０５、１２５のカバーガラス１０６、１２６の上に配置された固定レンズＬ６（つまり、カバーガラス１０６、１２６は、固定レンズＬ６と画像センサー１０５、１２５との間に配置される）とを含む。各可動レンズアセンブリ１１５、１３０はガイドレール１８４、１８５に結合され、レールはアクチュエータ１８１、１８０に結合される。屈折プリズム１４０のプライマリ光屈曲表面１２２は、光のある部分を、ターゲット画像シーンから、光軸１２１に沿って、レンズシステムの可動部分１１５を通って誘導し、セカンダリ光屈曲表面１１０で方向変換され、レンズＬ６とカバーガラス１０６とを通過し、センサー１０５に入射する。屈折プリズム１４５のプライマリ光屈曲表面１２４は、レンズシステムの可動部分１３０を通って光軸１２３に沿ってターゲット画像シーンから光のある部分を誘導し、光はセカンダリ光屈曲表面１３５で方向変換され、レンズＬ６とカバーガラス１２６とを通過し、センサー１２５に入射する。

[0080]画像センサー１０５、１２５は、いくつかの実施形態において、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補金属酸化膜半導体センサー（ＣＭＯＳ）、または光を受信し、受信した画像に応答して画像データを生成する他のどの画像検知デバイスも備え得る。画像センサー１０５、１２５は、スチル写真の画像データを取得することが可能な場合があり、キャプチャされたビデオストリームにおける動きに関する情報を提供することもできる。センサー１０５および１２５は、個々のセンサーであってもよく、３×１アレイなど、センサーのアレイを表してもよい。開示する実装形態では、どの適切なセンサーアレイが使われてもよい。

[0081]センサー１０５、１２５は、図１Ｂに示すように基板１５０上に、たとえば、レンズアセンブリ１１５、１３０の移動およびレンズアセンブリ１３０の光軸に平行な（またはそれに近い）平面に搭載され得る。いくつかの実施形態では、すべてのセンサーが、平坦基板１５０に搭載されることによって、１つの平面上にあることができる。たとえば、様々な実施形態において、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、７つもしくは８つ、またはそれよりも多くのセンサーが、平面に配列され、基板１５０に搭載され、または結合されてよい。基板１５０は、どの適切な実質的に平らな材料であってもよい。基板１５０は、入射光を、基板１５０を通ってプライマリ光屈曲表面１２２、１２４まで通過させるための開口を含み得る。１つのセンサーアレイまたは複数のアレイ、ならびに図示される他のカメラ構成要素を基板１５０に搭載するための複数の構成が可能である。

[0082]プライマリ光屈曲表面１２２、１２４は、図示されるようにプリズム表面であってよく、または１つの鏡もしくは複数の鏡であってよく、平らであるか、もしくは入射光を画像センサー１０５、１２５に正しく方向変換するように、必要に応じて形作られてよい。いくつかの実施形態では、プライマリ光屈曲表面１２２、１２４は、中央鏡、角錐、もしくはプリズム、またはオーバーラップするか、それともオーバーラップしないかにかかわらず、オブジェクトフィールド中の画像シーンの別個の部分への別個のセクションもしくはファセットを利用する他の形状として形成されてよい。中央鏡、角錐、プリズム、または他の反射面は、ターゲット画像を表す光を複数の部分に分割し、各部分を異なるセンサーにおいて誘導し得る。たとえば、プライマリ光屈曲表面１２２は、第１の視野に対応する光の部分を左センサー１０５の方に送ることができ、プライマリ光屈曲表面１２４は、第２の視野に対応する光の第２の部分を右センサー１２５の方に送る。受信センサーが各々、複数のセンサーからなるアレイであるいくつかの実施形態では、光屈曲表面は、ターゲット画像シーンの異なる部分をセンサーの各々に向けて送るために互いに対して角度を付けられた複数の反射面からなり得る。カメラの視野は合同して、少なくともターゲット画像を覆うことを諒解されたい。視野は、たとえば、図２に示される画像スティッチングモジュール２４０とプロセッサとを参照してさらに以下で説明するように、キャプチャの後、最終画像を形成するように、アラインされ、互いとスティッチされ得る。

[0083]光屈曲表面は、様々な実施形態において平らであっても湾曲していてもよい。光屈曲表面は、光学システムの一部である湾曲部を有することができ、それによって、光の経路を、平らな表面のもの以外であるように変える。たとえば、そのような曲面は全体的レンズ光学設計の一部であってよく、この場合、そのような曲面を使わないと、レンズ設計および／または焦点を合わせる能力の性能は達成されない。光屈曲表面は、光学経路の光を変える他の材料または光学要素も有し得る。他の光学要素は、回折光学要素（ＤＯＥ）、被膜、偏光要素などを含み得るが、それに限定されない。

[0084]アレイ中の各センサー（および各カメラ）は、実質的に異なる視野を有してよく、いくつかの実施形態では、視野はオーバーラップしてよい。光屈曲表面のいくつかの実施形態は、レンズシステムを設計するときの自由度を増すための複雑な非平面を有し得る。

[0085]プライマリ光屈曲表面１２２、１２４で反射された後、光は、プライマリ光屈曲表面１２２、１２４と反射面１１０、１３５との間に設けられた可動レンズシステム１１５、１３０を通過させられ得る。可動レンズシステム１１５、１３０は、各センサーに向けられたターゲット画像の部分の焦点を合わせるのに使われ得る。可動レンズシステム１１５、１３０用のオートフォーカスアセンブリは、複数の異なるレンズ位置の間でレンズを動かすためのアクチュエータを含み得る。アクチュエータは、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）、または形状記憶合金（ＳＭＡ）であってよい。オートフォーカスアセンブリは、アクチュエータを制御するためのレンズドライバをさらに含み得る。図示されるように、センサー１０５は光屈曲表面１１０の上に配置されてよく、センサー１２５は光屈曲表面１３５の上に配置されてよい（「上」方向は、図１Ｂに示される実施形態の配向を指す）。しかしながら、他の実施形態では、センサーはセカンダリ反射表面の下にあってよい。本明細書で使われる限り、ターゲット画像シーンを表す光が入る、カメラハウジングにおける開口は、「上部」と見なされ、したがって、セカンダリ反射面の「下」に置かれたセンサーは、開口に対向するカメラハウジングの表面上にある。しかしながら、使用するとき、カメラハウジングは、たとえば、カメラと、画像キャプチャの対象シーンの関係に基づくどの配向に配置されてもよい。各レンズアセンブリからの光がセンサーの方に方向変換される、光屈曲表面およびセンサーの他の適切な構成が可能である。

[0086]各センサーの視野は、オブジェクト空間の中に投影されてよく、各センサーは、そのセンサーの視野によるターゲットシーンの部分を備える部分画像をキャプチャすることができる。いくつかの実施形態では、対向センサーアレイ１０５、１２５向けの視野は、一定の量だけオーバーラップし得る。単一の画像を形成するために、以下で説明するスティッチングプロセスが、２つの対向センサー１０５、１２５からの画像を合成するのに使われ得る。スティッチングプロセスのいくつかの実施形態は、部分画像同士をスティッチする際に共通特徴を識別するために、オーバーラップを利用し得る。オーバーラップする画像同士をスティッチした後、スティッチされた画像は、最終画像を形成するように、所望のアスペクト比、たとえば４：３または１：１までクロップされてよい。

[0087]図１Ａおよび図１Ｂによって示されるように、各カメラは全高Ｈを有する。いくつかの実施形態では、全高Ｈはほぼ４．５ｍｍ以下であり得る。他の実施形態では、全高Ｈはほぼ４．０ｍｍ以下であり得る。したがって、可動レンズシステム１１５、１３０の高さも、高さＨを超えない。他の実装形態では、高さは４．５ｍｍよりも大きくてよい。

[0088]図１Ｃ〜図１Ｇは、図１Ｂのセンサーアセンブリの光学構成要素（レンズＬ１〜Ｌ６と、センサー１２５と、カバーガラス１２６と、プリズム１３６Ａと、ブロック１３６Ｂとを含む）の実施形態の様々な図を、寸法データとともに示し、構成要素についての寸法値はマイクロメートルで与えられる（いくつかの寸法は、マイクロメートルを示すためのμｍで標示され、他の寸法は、図中の空間制限により「μｍ」の印では標示されていない）。図１Ｃは、図１Ｂのセンサーアセンブリの光学構成要素の実施形態の平面図を示す。図１Ｄは、図１Ｃの光学構成要素の実施形態の側面図を示す。図１Ｅは、図１Ｃに記される、Ａ−Ａ断面に沿った、図１Ｃの光学構成要素の実施形態の横断面図を示す。図１Ｆは、図１Ｄに記されるＢ−Ｂ断面に沿った、図１Ｃの光学構成要素の実施形態用の例示的絞りの横断面図を示す。図１Ｇは、図１Ｄに記されるＣ−Ｃ断面に沿った、図１Ｃの光学構成要素の実施形態用の絞りの横断面図の実施形態の例を示す。図Ｇに示される実施形態では、半径は８０３．４μｍであり得る。図１Ｃ〜図１Ｇに示す寸法は、光学構成要素についての１つの可能な設計パラメータセットを示すために与えられている。他の実装形態では他の設計パラメータが適し得ることが諒解されよう。図示されるパラメータまたは他の変動を使って、様々な既知の材料が、たとえばコスト、品質などの設計要因に基づいてレンズを作成するのに使われ得ることが当業者には諒解されよう。

[0089]図示されるパラメータまたは他の変形態を使って、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５およびＬ６について図示されるよりも多いかまたは少ないレンズ表面およびまたはレンズが存在してよいことが当業者には諒解されよう。たとえば、Ｌ６は、図１Ａにおいて、センサー１２５に最も近い側に１つのレンズ表面を有する１つのレンズであるように示されている。代わりに、Ｌ６は２つのレンズ表面を有してよく、この場合、図１Ａに示すように、表面１３５に最も近いレンズ表面、および図１Ａに示すように、センサー１２５に最も近いレンズ表面がある。カメラシステムにおいて使われるＬ６またはレンズのうちのいずれかの表面は、非球面または球面でない形状などの複合レンズ表面を有することで構成されてよく、球面でないことは、形状が、カメラシステムおよびまたはカメラシステム中のあるその光学構成要素のいずれかの光軸に対して対称的でないことを意味する。さらに、Ｌ６は、レンズのレンズスタックを形成する２つ以上のレンズを備えてよい。たとえば、Ｌ６は、各レンズが少なくとも１つのレンズ表面を有するレンズスタックを形成する２つ以上のレンズを備えてよい。さらに、Ｌ６は、２つ以上のレンズからなるレンズのスタックを形成する、図１Ａに示すような、表面１３５に最も近い１つのレンズと、図１Ａに示すような、センサー１２５に最も近い別のレンズとを有してよく、この場合、Ｌ６のレンズのスタック中の２つ以上のレンズの間に、より多くのレンズ表面のうちの１つが存在し得る。

例示的な画像キャプチャシステムの概要

[0090]図２は、複数のカメラ２１５ａ〜２１５ｎにリンクされた画像プロセッサ２２０を含む構成要素のセットを有するデバイス２００の１つの可能実施形態のハイレベルブロック図を示す。画像プロセッサ２２０は、作業メモリ２０５、メモリ２３０、およびデバイスプロセッサ２５０とも通信し、プロセッサ２５０は、電子記憶モジュール２１０および電子ディスプレイ２２５と通信している。いくつかの実施形態では、図２に示すように２つの別個のプロセッサではなく、単一のプロセッサが使われてよい。いくつかの実施形態は、３つ以上のプロセッサを含み得る。

[0091]デバイス２００は、セルフォン、デジタルカメラ、タブレットコンピュータ、携帯情報端末などであるか、またはそれらの一部であってよい。本明細書に記載されるような、厚さを薄くした撮像システムが利点をもたらす多くのポータブルコンピューティングデバイスがある。デバイス２００はまた、固定コンピューティングデバイスであっても、薄い撮像システムが有利になるどのデバイスであってもよい。デバイス２００上で、複数のアプリケーションがユーザにとって利用可能であり得る。これらのアプリケーションは、旧来の写真およびビデオアプリケーション、高ダイナミックレンジイメージング、パノラマ写真およびビデオ、または３Ｄ画像もしくは３Ｄビデオなどの立体視イメージングを含み得る。

[0092]画像キャプチャデバイス２００は、外部画像をキャプチャするためのカメラ２１５ａ〜２１５ｎを含む。上述したように、各カメラは、センサーと、レンズシステムと、オートフォーカスアセンブリと、光屈曲表面とを含み得る。カメラ２１５ａ〜２１５ｎは各々、センサーと、レンズアセンブリと、図１Ａを参照して上述したように、ターゲット画像の部分を各センサーに方向変換するためのプライマリおよびセカンダリ反射または屈折表面とを含み得る。概して、Ｎ個のカメラ２１５ａ〜２１５ｎが使われてよく、ここでＮ≧２である。したがって、ターゲット画像はＮ個の部分に分割されてよく、Ｎ個のセンサーアセンブリの各センサーは、そのセンサーの視野に従って、ターゲット画像の１つの部分をキャプチャする。しかしながら、いくつかの実施形態はただ１つの画像センサーアセンブリを利用してよく、カメラ２１５ａ〜２１５ｎは、本明細書に記載される屈曲光学撮像デバイスの実装に適した任意の数の画像センサーアセンブリを備え得ることが理解されよう。カメラの数は、図４を参照して下でより詳しく論じるように、システムのより低いｚ高を達成するように、または後処理の後に画像のフォーカスを調節することができるようにし得る、プレノプティクスカメラのものと同様に、オーバーラップする視野を有するなど、他の目的の必要性を満たすように、増大されてよい。他の実施形態は、２つの同時画像をキャプチャし、次いで、それらをマージすることができるようにし得る高ダイナミックレンジカメラに適した視野オーバーラップ構成を有してよい。カメラ２１５ａ〜２１５ｎは、キャプチャ済み画像を画像プロセッサ２２０に送信するために、カメラプロセッサ２２０に結合され得る。

[0093]画像プロセッサ２２０は、以下でより詳細に説明するように、高品質のスティッチされた画像を出力するために、ターゲット画像のＮ個の部分を含む受信画像データに対して様々な処理動作を実施するように構成され得る。プロセッサ２２０は、汎用処理ユニット、または撮像アプリケーションのために特別に設計されたプロセッサであり得る。画像処理動作の例は、クロッピング、（たとえば、異なる解像度への）スケーリング、画像スティッチング、画像フォーマット変換、色補間、色処理、画像フィルタリング（たとえば、空間画像フィルタリング）、レンズ乱れまたは欠陥補正、レンズ光ロールオフまたはビネットによって引き起こされた光レベルの低減などを含む。プロセッサ２２０は、いくつかの実施形態では、複数のプロセッサを備え得る。いくつかの実施形態は、各画像センサーに専用のプロセッサを有し得る。画像プロセッサ２２０は、１つもしくは複数の専用画像信号プロセッサ（ＩＳＰ）またはプロセッサのソフトウェア実装であってよい。

[0094]図示のように、画像プロセッサ２２０は、メモリ２３０と作業メモリ２０５とに接続される。図示の実施形態では、メモリ２３０は、キャプチャ制御モジュール２３５と、画像スティッチングモジュール２４０と、オペレーティングシステム２４５と、オートフォーカスモジュール２５５とを格納する。これらのモジュールは、様々な画像処理タスクとデバイス管理タスクとを実施するようにデバイス２００の画像プロセッサ２２０を構成する命令を含む。作業メモリ２０５は、メモリ２３０のモジュール中に含まれているプロセッサ命令の作業セットを記憶するために画像プロセッサ２２０によって使用され得る。代替的に、作業メモリ２０５はまた、デバイス２００の動作中に作成された動的データを記憶するために画像プロセッサ２２０によって使用され得る。

[0095]上述のように、画像プロセッサ２２０は、メモリ２３０に記憶されたいくつかのモジュールによって構成され得る。キャプチャ制御モジュール２３５は、デバイス２００の全体的な画像キャプチャ機能を制御する命令を含み得る。たとえば、キャプチャ制御モジュール２３５は、カメラ２１５ａ〜２１５ｎを使用してターゲット画像シーンの未加工画像データをキャプチャするように画像プロセッサ２２０を構成するためのサブルーチンを呼び出す命令を含み得る。キャプチャ制御モジュール２３５は次いで、カメラ２１５ａ〜２１５ｎによってキャプチャされたＮ個の部分画像に対してスティッチング技法を実施し、スティッチおよびクロップされたターゲット画像を撮像プロセッサ２２０に出力するために、画像スティッチングモジュール２４０を呼び出すことができる。キャプチャ制御モジュール２３５は、キャプチャされるべきシーンのプレビュー画像を出力するため、およびプレビュー画像を一定の時間間隔で、または未加工画像データ中のシーンが変わったときに更新するために未加工画像データに対してスティッチング動作を実施するために、画像スティッチングモジュール２４０を呼び出すこともできる。

[0096]画像スティッチングモジュール２４０は、キャプチャされた画像データに対してスティッチング、クロッピング技法および他の画像処理技法を実施するように画像プロセッサ２２０を構成する命令を備え得る。たとえば、Ｎ個のカメラ２１５ａ〜２１５ｎの各々は、各センサーの視野によるターゲット画像の部分を備える部分画像をキャプチャすることができる。視野は、上述したように、オーバーラップエリアを共有し得る。単一のターゲット画像を出力するために、画像スティッチングモジュール２４０は、高解像度ターゲット画像を生じるために複数のＮ個の部分画像を合成するように画像プロセッサ２２０を構成してもよい。ターゲット画像生成は、既知の画像スティッチング技法を通して起こり得る。

[0097]たとえば、画像スティッチングモジュール２４０は、Ｎ個の部分画像の互いに対する回転と整列とを決定するために、一致する特徴について、Ｎ個の部分画像の端に沿ってオーバーラップエリアを比較するための命令を含み得る。部分画像の回転および／または各センサーの視野の形状により、複合画像は不ルールな形状を形成し得る。したがって、Ｎ個の部分画像をアラインし合成した後、画像スティッチングモジュール２４０は、複合画像を所望の形状およびアスペクト比、たとえば４：３矩形または１：１方形にクロップするように画像プロセッサ２２０を構成するサブルーチンを呼び出せばよい。クロップされた画像は、ディスプレイ２２５での表示のために、または電子記憶モジュール２１０に保存するために、デバイスプロセッサ２５０に送られ得る。

[0098]オペレーティングシステムモジュール２４５は、デバイス２００の作業メモリ２０５と処理リソースとを管理するように画像プロセッサ２２０を構成する。たとえば、オペレーティングシステムモジュール２４５は、カメラ２１５ａ〜２１５ｎなどのハードウェアリソースを管理するためのデバイスドライバを含み得る。したがって、いくつかの実施形態では、上記で説明した画像処理モジュール中に含まれている命令は、これらのハードウェアリソースと直接対話せず、代わりに、オペレーティングシステム構成要素２４５中にある標準サブルーチンまたはＡＰＩを通して対話し得る。オペレーティングシステム２４５内の命令は、次いで、これらのハードウェア構成要素と直接対話し得る。オペレーティングシステムモジュール２４５は、デバイスプロセッサ２５０と情報を共有するように画像プロセッサ２２０をさらに構成することができる。

[0099]オートフォーカスモジュール２５５は、カメラ２１５ａ〜２１５ｎの各々のフォーカス位置を、たとえば対応するオートフォーカスアセンブリの移動と配置とを制御することによって調節するように画像プロセッサ２２０を構成する命令を含み得る。オートフォーカスモジュール２５５は、いくつかの実施形態では、フォーカス分析を実施し、フォーカスパラメータを自動的に決定するように画像プロセッサ２２０を構成する命令を含むことができ、いくつかの実施形態では、ユーザ入力フォーカスコマンドに応答するように画像プロセッサ２２０を構成する命令を含むことができる。いくつかの実施形態では、アレイ中の各カメラのレンズシステムは別個に焦点が合わせられ得る。いくつかの実施形態では、アレイ中の各カメラのレンズシステムはグループとして焦点が合わせられ得る。

[0100]デバイスプロセッサ２５０は、キャプチャされた画像、またはキャプチャされた画像のプレビューをユーザに表示するためにディスプレイ２２５を制御するようにさらに構成され得る。ディスプレイ２２５は、撮像デバイス２００の外部にあってよく、または撮像デバイス２００の一部分であってもよい。ディスプレイ２２５はまた、画像をキャプチャするより前の使用のためのプレビュー画像を表示するためのビューファインダーを提供するように構成され得るか、または、メモリに記憶されているか、もしくはユーザによって最近キャプチャされた、キャプチャされた画像を表示するように構成され得る。ディスプレイ２２５は、パネルディスプレイ、たとえば、ＬＣＤスクリーン、ＬＥＤスクリーン、または他のディスプレイ技術を含むことができ、タッチセンシティブ技術を実装することができる。

[0101]デバイスプロセッサ２５０は、データ、たとえばキャプチャされた画像を表すデータを、記憶モジュール２１０に書き込むことができる。記憶モジュール２１０は、従来のディスクデバイスとして図式的に表されているが、記憶モジュール２１０が任意の記憶媒体デバイスとして構成され得ることが当業者には理解されよう。たとえば、記憶モジュール２１０は、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブもしくは光磁気ディスクドライブなどのディスクドライブ、またはフラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および／もしくはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などの固体メモリを含み得る。記憶モジュール２１０はまた、複数のメモリユニットを含むことができ、メモリユニットのうちのいずれか１つが、画像キャプチャデバイス２００の内部に構成されてよく、または画像キャプチャデバイス２００の外部にあってよい。たとえば、記憶モジュール２１０は、画像キャプチャデバイス２００内に記憶されたシステムプログラム命令を含んでいるＲＯＭメモリを含み得る。記憶モジュール２１０はまた、カメラから取外し可能であり得る、キャプチャされた画像を記憶するように構成されたメモリカードまたは高速メモリを含み得る。

[0102]図２は、プロセッサと撮像センサーとメモリとを含むように別個の構成要素を有するデバイスを示しているが、これらの別個の構成要素は、特定の設計目標を達成するために様々な方法で組み合わせられ得ることを当業者は認識されよう。たとえば、代替実施形態では、メモリ構成要素は、コストを節約し性能を改善するために、プロセッサ構成要素と組み合わされ得る。

[0103]さらに、図２は、いくつかのモジュールを備えるメモリ構成要素２３０と、作業メモリを備える別個のメモリ２０５とを含むいくつかのメモリ構成要素を示しているが、異なるメモリアーキテクチャを利用するいくつかの実施形態が当業者には認識されよう。たとえば、ある設計は、メモリ２３０中に含まれているモジュールを実装するプロセッサ命令の記憶のためのＲＯＭまたはスタティックＲＡＭメモリを利用し得る。プロセッサ命令は、画像プロセッサ２２０による実行を可能にするためにＲＡＭにロードされ得る。たとえば、作業メモリ２０５はＲＡＭメモリを備えてよく、命令は、画像プロセッサ２２０による実行の前に作業メモリ２０５にロードされる。

例示的な画像キャプチャプロセスの概要

[0104]図３は、屈曲光学画像キャプチャプロセス９００の実施形態を示す。プロセス９００はブロック９０５において始まり、ここで複数のカメラが設けられ、各々が、少なくとも１つの光屈曲表面とオートフォーカスアセンブリとを有する。カメラは、本明細書において論じるセンサーアレイ構成のうちのいずれをも形成し得る。カメラは、上述したように、センサーと、レンズシステムと、レンズシステムからの光をセンサー上に方向変換するように配置された反射面とを含み得る。

[0105]プロセス９００は次いで、ブロック９１０に移り、ここで、複数のカメラの光学経路が、シーンのターゲット画像を備える光を、少なくとも１つの光屈曲表面から、対応する撮像センサーの方へ方向変換させる。たとえば、光の部分が、複数の表面の各々から、複数のセンサーの各々の方へ方向変換され得る。このステップは、光を、各センサーに関連付けられたレンズシステムに通すことをさらに備えることができ、光を第２の表面からセンサー上へ方向変換することも含み得る。

[0106]プロセス９００は次いで、ブロック９１５に遷移し、ここで、カメラの各々に関連付けられたレンズアセンブリは、画像がセンサーに焦点が合わせられる、つまり、所望の焦点位置に「焦点が合わせられる」または「オートフォーカスされる」ような位置に動かされる。たとえば、これは、いくつかの実施形態では、上で論じたアクチュエータとガイドレールとを使って遂行され得る。いくつかの実施形態では、図２のオートフォーカスモジュール２５５がレンズフォーカシングを実施し得る。

[0107]プロセス９００は次いで、ブロック９２０に移ってよく、ここで、センサーはターゲット画像シーンの複数の画像をキャプチャする。たとえば、各センサーは、そのセンサーの視野に対応するシーンの部分の画像をキャプチャし得る。複数のセンサーの視野は、合同で、少なくともオブジェクト空間中のターゲット画像を覆う。

[0108]プロセス９００は次いで、ブロック９２５に移行してよく、ここで、複数の画像から単一の画像を生成するために画像スティッチング方法が実施される。いくつかの実施形態では、図２の画像スティッチングモジュール２４０がこのブロックを実施することができる。これは、既知の画像スティッチング技法を含み得る。さらに、視野中のどのオーバーラップエリアも、複数の画像におけるオーバーラップを生成する可能性があり、オーバーラップは、スティッチングプロセスにおいて画像をアラインする際に使われ得る。たとえば、ブロック９２５は、隣接画像のオーバーラップするエリア中の共通特徴を識別することと、画像をアラインさせるのに共通特徴を使うこととをさらに含み得る。

[0109]次に、プロセス９００は、ブロック９３０に遷移し、ここで、スティッチされた画像は、指定されたアスペクト比、たとえば４：３または１：１にクロップされる。最終的に、プロセスは、ブロック９３５において、クロップされた画像を記憶した後で終わる。たとえば、画像は、図２の記憶要素２１０に記憶されてよく、またはターゲットシーンのプレビューもしくはレビュー画像の表示のために、図２の作業メモリ２０５に記憶されてよい。

例示的アレイカメラオートフォーカスアセンブリの概要

[0110]図４は、ある実施形態によるアレイカメラアセンブリ１０００Ａを示す。カメラアセンブリ１０００Ａは、１００１に実装されるレンズ表面Ｌ１〜Ｌ５と、センサーダイ１００２と、センサープリズム１００３と、レンズ表面Ｌ６と、センサーカバーガラス１００５とを備える。センサープリズム１００３は、いくつかの実施形態では、ガラスキューブの２つの半部分または部分の間に鏡面を含み得る。

[0111]図５は、ある実施形態による、共通基板１１０４上に設置された複数のカメラアセンブリを使うアレイカメラ１０００Ｂを示す。アレイカメラ１０００Ｂは、図４に示すアセンブリ１０００Ａと同様、複数の個々のカメラアセンブリを含み、各々が、１００１に実装されるレンズ表面Ｌ１〜Ｌ５と、センサーダイ１００２と、センサープリズム１００３と、レンズ表面Ｌ６と、センサーカバーガラス１００５と、図２および図３について記載されるような全体的カメラシステムの別の部品または複数の部品に接続し得る電気コネクタ１００６とを備える。明確さのために、これらの構成要素は、個々のカメラアセンブリのうちの２つにおいて標示されているだけである。この例では、４つのカメラアセンブリ１０００Ａが使用される。より多くのカメラまたはより少ないカメラ（もしくは１つのカメラ）が使われてもよい。この例では、基板１００４は、４つの画像センサーダイ１００２が置かれ、やはり基板１００４の一部であり得る導電トレースに接続される方形スロットを設けることができる。いくつかの実施形態では、センサーダイ１００２は、基板１００４上に直接置かれ、スロットを使用せずに導電トレースに接続され得る。他の実施形態では、導電トレースに接続し得る画像センサーダイを基板に搭載するための様々なやり方があり、当業者は、他のそのような方法に精通しているであろう。電気コネクタ１１０６が、減算された１００４上の電気デバイスをカメラ画像処理システム（この図には示さず）に接続するのに使われる。

[0112]いくつかの実施形態では、１つまたは複数の画像センサーアレイは、上で参照によって組み込まれている、２０１３年３月１５日に出願され、「ＭＵＬＴＩ−ＣＡＭＥＲＡ ＳＹＳＴＥＭ ＵＳＩＮＧ ＦＯＬＤＥＤ ＯＰＴＩＣＳ」と題する米国出願公開第２０１４／０１１１６５０号の図８に示すような共通ダイ上にあってよい。この図は、１つの共通ダイ８１１上の２つの画像センサー画像表面の例を示す。この例では、オブジェクトプリズム８２０および８２１は、図１Ｂに示す中心とは反対の外側に配置される。画像センサープリズムまたは鏡８３０および８３１は中心に示されている。１つのレンズのレンズアセンブリは、レンズの描画８４０によって象徴され、レンズの描画８４１によって象徴されるレンズアセンブリについても同様である。光軸８６０および８６１は、ダイ８１１上の２つの別個の場所を指して示されている。ダイは、両方のレンズアセンブリ８４０および８４１の視野内の画像をキャプチャする複数の画像センサーアレイエリアまたは共通画像センサーアレイエリアを含み得る。この図に関連した概念は、複数のカメラに拡張され得る。オブジェクト空間中の複数の画像をキャプチャし、各カメラに関連付けられた複数の画像をキャプチャするのに１つのダイを使用するようにカメラをアラインさせる他のやり方があることを当業者は認識されたい。いくつかの実施形態では、２つ以上のダイが使われてよく、この場合、いくつかは、１つのダイでキャプチャされた複数の画像を有し、それ以外は、ダイごとにただ１つの画像を有し得る。

[0113]１つのダイ上の画像を、図４において１０００Ａとして示されるような複数のカメラアセンブリからキャプチャ可能であることの利点がある。そのような配置は、１つのカメラ画像が１つのダイ上でキャプチャされる、図５の１０００Ｂの示されるようなアレイカメラ設計と比較して、集合的ダイエリアと電力とを削減することができる。

[0114]２つのオブジェクトプリズム１０１０が、図５の例に示されており、ここで、２つのカメラが１つのオブジェクトプリズムを共有する。たとえば、１つ、２つ、３つ以上のカメラアセンブリ、そのようなアセンブリ１０００Ａ用に１つのオブジェクトプリズムが使われ得る多くの構成がある。それらは、各カメラアセンブリの光軸を、オブジェクト空間中を指すように屈曲させるのに使われるので、「オブジェクトプリズム」と呼ばれる。オブジェクトプリズムおよびカメラアセンブリの他の可能構成がある。ある実施形態では、オブジェクトプリズム１０１０は、プリズムの総内部反射プロパティを使うのではなく、プリズム上の反射面１０１１を使用し得る。オブジェクトプリズム１０１０は、プリズムを使う代わりに、鏡で置き換えられてよい。プリズム、プリズム反射面、または鏡は、光軸と、関連付けられたオブジェクト空間光線とを、カメラの入射瞳の方に反射することになる。

[0115]図６は、屈曲光学センサーアレイ実施形態の投影視野の実施形態を示す。視野６００Ａ〜６００Ｄは、図示されるように、オーバーラップエリア６０５を共有し得る。オーバーラップする視野６００Ａ〜６００Ｄは、ターゲット画像シーンの完全画像にスティッチされ、４：３または１：１などのアスペクト比で最終画像６１０にクロップされ得る。

例示的光学系性能の概要

[0116]図７Ａ〜図７Ｍは、Ｌ１〜Ｌ６アセンブリのシミュレートされたＭＴＦ性能を、本明細書に記載されるようにほぼ０とほぼ１７２μｍとの間の可動レンズアセンブリ７０５についての動き範囲内のセンサープリズムとともに示す。図７Ｄは、オブジェクト空間中における１０００ｍｍにカメラアセンブリの焦点を合わせるのに屈曲光学設計およびプロセスが使われる実施形態を示す。図７Ｄに示す実施形態において、レンズ要素Ｌ１〜Ｌ５を含むレンズアセンブリ７０５は、オブジェクト空間中における１０００ｍｍにカメラが焦点を合わされる位置である基準位置０．０マイクロメートル（μｍ）まで、アクチュエータ１８０によって動かされる。図７Ａ、図７Ｄ、図７Ｇ、および図７Ｊの各々において、中央プリズムの端１４１およびセンサープリズムの端１３１が境界線となる空間７１０内でのレンズアセンブリ７０５の配置は、垂直点線の配置によって示される。

[0117]図７Ａは、基準位置０．０μｍに対して−３０μｍに配置されたレンズアセンブリを有する屈曲光学カメラの実施形態を示す。本実施形態では、図７Ａに示すように、カメラ１４０１は、６７６７ｍｍのハイパーフォーカス距離に焦点が合わせられる。図７Ｂは、図７Ａの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系（たとえば、レンズアセンブリおよびセンサープリズム）についての、シミュレートされたＭＴＦ対フィールド角性能データ１４０２ａを示す（光学伝達関数「ＯＴＦ」の係数がＭＴＦを表す）。図７Ｂにおいて、グラフ中の実線は、スターパターンについてのＭＴＦを表し、グラフ中の破線は、同心円についてのＭＴＦを表す。図７Ｃは、シミュレートされたＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数データ１４０２ｂを示し、ここで、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ａの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についてのサジタルおよび接線性能データの両方に対して選択されたオブジェクトフィールド角に関して示されている。シミュレートされたＭＴＦデータは、たとえば、ＯＳＬＯ、ＺＥＭＡＸ、コードＶなどのような光学シミュレーションプログラムを使って算出され（またはシミュレートされ）得る。

[0118]上述したように、図７Ｄは、０．０μｍに配置され、１０００ｍｍの距離に焦点が合わせられたレンズアセンブリを有する屈曲光学カメラの実施形態を示す。図７Ｅは、図７Ｄの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についての、シミュレートされたＭＴＦ対フィールド角性能データ１４０４ａを示す。図７Ｅにおいて、グラフ中の実線は、スターパターンについてのＭＴＦを表し、破線は、同心円についてのＭＴＦを表す。図７Ｆは、シミュレートされたＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数データ１４０４ｂを示し、ここで、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ｄの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についてのサジタルおよび接線性能データの両方に対して選択されたオブジェクトフィールド角に関して示されている。

[0119]図７Ｇは、基準位置０．０μｍに対して１４２μｍに配置されたレンズアセンブリを有する屈曲光学カメラの実施形態を示す。本実施形態では、図７Ｇに示すように、カメラ１４０５は、２００ｍｍの距離において焦点が合わされる。図７Ｈは、図７Ｇの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についての、シミュレートされたＭＴＦ対フィールド角性能データ１４０６ａを示す。図７Ｈにおいて、グラフ中の実線は、スターパターンについてのＭＴＦを表し、破線は、同心円についてのＭＴＦを表す。図７Ｉは、シミュレートされたＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数データ１４０６ｂを示し、ここで、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ｇの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についてのサジタルおよび接線性能データの両方に対して選択されたオブジェクトフィールド角に関して示されている。

[0120]図７Ｊは、基準位置０．０μｍに対して３５μｍに配置されたレンズアセンブリを有する屈曲光学カメラの実施形態の例を示す。本実施形態では、図７Ｊに示すように、カメラ１４０７は、５００ｍｍの距離において焦点が合わされる。図７Ｋは、図７Ｊの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についての、シミュレートされたＭＴＦ対フィールド角性能データ１４１０ａを示す。図７Ｋにおいて、グラフ中の実線は、スターパターンについてのＭＴＦを表し、破線は、同心円についてのＭＴＦを表す。図７Ｌは、シミュレートされたＭＴＦ対サイクル数／ｍｍで表した空間周波数データ１４１０ｂを示し、ここで、複数のＭＴＦ曲線は、図７Ｊの屈曲光学センサーアレイ実施形態の光学系についてのサジタルおよび接線性能データの両方に対して選択されたオブジェクトフィールド角に関して示されている。

[0121]図７Ｂ、図７Ｅ、図７Ｈ、および図７Ｋに１４０２ａ、１４０４ａ、１４０６ａ、および１４１０ａで示されるＭＴＦ曲線は、それぞれ、図７Ａ、図７Ｄ、図７Ｇ、および図７Ｊに示す距離でカメラが焦点を合わされるときのＬ１〜Ｌ６アセンブリのＭＴＦ性能の例である。これらのグラフは、「Ｙフィールド度数（Y Field in Degrees）」としてグラフ上に示される、カメラの視野（ＦＯＶ）における、光軸に対する角度方向におけるＭＴＦ曲線を示し、ここで空間変調周波数は２２５サイクル／ｍｍである。

[0122]各カメラのセンサーは、サンプリング理論に部分的に基づく独自のＭＴＦを有することができ、ここでＭＴＦは、ピクセルの１つのアパーチャ（または複数のアパーチャ）およびピクセルのサンプリングピッチに応じてロールオフし、ここでサンプリングピクセルピッチは、エイリアシングなどの乱れが存在するはずである場合、測定されたＭＴＦ性能に影響を与え得る。したがって、いくつかの例では、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｅ、図７Ｆ、図７Ｈ、および図７Ｉ 図７Ｋおよび図７Ｌのシミュレートされた光学系性能は、画像センサーの記録されたピクセル出力、たとえば、画像センサーピクセルから読み取られたピクセルの各々について記録されたデジタル値を使ってＭＴＦ測定が行われるとき、アレイカメラ中の各単一カメラの測定されたＭＴＦ性能と一致しない場合がある。ＭＴＦ測定対サイクル数／ｍｍをとるために、測定は、十分な数のピクセルにわたって行われてよい。いくつかの実装形態では、電気ノイズを加え、したがってメモリに記録されたピクセルの最終デジタル値に影響を与え得るアナログバッファにピクセル値が出力され得る。したがって、測定されたＭＴＦが、（たとえば、光学系のみの測定されたＭＴＦに影響を与える画像センサーまたは他の媒介手段の記録されたピクセル出力を使用しない）光学系のみのＭＴＦ性能と、測定されているあるその特定の光学系とともに使われるあるその画像センサーの記録されたピクセル出力のＭＴＦとを含むとき、ＭＴＦ測定値は、グラフ１４０２ａ、１４０２ｂ、１４０４ａ、１４０４ｂ、１４０６ａ、１４０６ｂ、１４１０ａ、および１４１０ｂに示すようなシミュレートされたＭＴＦ性能と一致しない場合がある。本開示に含まれず、検討されず、示されていない画像アレイ中のピクセルからの記録された出力の一部として含まれ得るノイズ成分など、センサーのＭＴＦに影響を与え得る他の要因があることも当業者は認識されたい。また、あるそのピクセルレベルを伝えるためにエレクトロニクスまたは他の媒体によって加えられるノイズ発生源など、本開示に含まれず、検討されず、示されていない、画像センサー中のピクセルからの記録された出力に影響を与え得る多くの他の要因と、可能性としては、あるその画像センサーピクセル出力をキャプチャするための記録プロセスの一部であり得るアナログデジタル（ＡＤＣ）コンバータシステムとがある。本明細書において本開示に含まれず、検討されず、示されていない、画像センサーのＭＴＦに影響を与え得る他の要因があり得る。光学系は、＋／−１６度にわたって使われるべき図７Ａ〜図７Ｍの実施形態で設計される。

[0123]フォーカス位置６７６７ｍｍ、１０００ｍｍ、および５００ｍｍについて、対応するＭＴＦ曲線１４０２ａ、１４０２ｂ、１４０４ａ、１４０４ｂ、１４１０ａおよび１４１０ｂが示されており、「Ｙフィールド度数」全体（たとえば、光軸周りの０度から−１６度まで）にわたる、およびゼロから、４５０サイクル／ｍｍを上回るまでの画像空間周波数の範囲にわたる、接線とサジタルＭＴＦシミュレートされた性能の両方についてほぼ等しい。

[0124]位置＋１４２μｍについて、サジタルシミュレートされた性能は、グラフ１４０６ａに示すように、ゼロから−１６度までのＹフィールド度数全体にわたって５０％ＭＴＦに近いままであり、１４０６ｂに示すように回折限界に接近したままであり、ここで、グラフ１４０２ｂ、１４０４ｂ、１４０６ｂおよび１４１０ｂに示す回折限界は、これらのグラフで示される最大ＭＴＦ曲線である。しかしながら、接線ＭＴＦ性能は、Ｙフィールド度数が増大されると、サジタル性能から逸脱する。このことは、本実施形態が、有用画像がキャプチャされ得る最短距離に近いことを意味し、ここで、有用ＭＴＦ解像度がサジタルＭＴＦ性能について達成され、有用だが低下したＭＴＦ性能が接線ＭＴＦ性能について達成される。

[0125]フォーカス位置６７６７ｍｍ（本実施形態では、ハイパーフォーカス位置）について、１０００ｍｍおよび５００ｍｍならびに対応するＭＴＦグラフ１４０２ａ、１４０２ｂ、１４０４ａ、１４０４ｂ、１４１０ａおよび１４１０ｂが示されており、Ｙフィールド度数（たとえば、光軸周りの０度から−１６度まで）全体にわたる、ならびにゼロから４５０サイクル／ｍｍでのナイキストまでの画像空間周波数の範囲にわたる接線およびサジタルＭＴＦ性能データの両方に対してほぼ等しい。１．１μｍの方形ピクセルを有するセンサーについてのナイキストサンプルレートは、４５４サイクル／ｍｍである。

[0126]図示されるように、グラフ１４０２ｂ、１４０４ｂおよび１４１０ｂに示すサジタルおよび接線ＭＴＦ性能データは、回折限界に接近し、ここでグラフ１４０２ｂ、１４０４ｂ、１４０６ｂおよび１４１０ｂに示す回折限界は、これらのグラフに示される最大ＭＴＦ曲線である。

[0127]位置＋１４２μｍに対して、グラフ１４０６ａ（図７Ｈ）中のサジタル性能データは、ゼロから−１６度までのオブジェクト角度フル全Ｙフィールド度数の範囲にわたって、５０％ＭＴＦに近いままであり、グラフ１４０６ｂに示すように回折限界に接近したままである。しかしながら、１４０６ｂにおける接線ＭＴＦ性能データは、図１４０６ａに示すＭＴＦが２２５サイクル／ｍｍについてであるとき、１６Ｙフィールド度数において約１８パーセントに低下する。ハーフナイキストサンプルレートは、ピクセルピッチが１．１ｕｍであるとき、ｍｍ当たり約２２５ピクセルサンプルである。２０パーセントの前後のＭＴＦ値は概して、当業者によって、検出可能であると見なされる。このことは、レンズシステムが、Ｙフィールド度数が１５度を上回るとき、２２５サイクル／ｍｍを上回る検出可能ＭＴＦデータを産出可能でない場合があることを意味する。

[0128]サジタルおよび接線ＭＴＦ性能データが、ゼロから画像センサー空間ナイキストサンプリングレートまでの空間周波数範囲にわたってレンズ回折限界曲線に接近するように、レンズアセンブリシステムを設計することが望ましい場合がある。いくつかの実施形態では、レンズアセンブリＭＴＦ性能が、カメラの全視野にわたって均一なＭＴＦ性能を有するために、ほぼすべてのオブジェクトフィールド角において回折限界曲線に近いことが望ましい場合がある。これらの条件が、２００ｍｍのフォーカス距離から６７６７ｍｍのハイパーフォーカス距離までなど、システムの全フォーカス範囲要件にわたって満たされることが望まれることもできる。

[0129]ｆ値およびレンズアセンブリアパーチャは、レンズアセンブリの回折ＭＴＦ限界曲線に影響を与え得る。図１Ａに示す最小達成可能高さＨは、部分的には、カメラシステムの視野と、レンズアセンブリＭＴＦ性能データ曲線と、ピクセルアパーチャ、およびピクセル数／ｍｍで表したセンサー空間サンプリングレート（たとえば、ピクセルピッチ）に関連付けられたセンサーアレイＭＴＦ応答とを知ることによって決定され得る。この情報から、レンズアセンブリの最小アパーチャを決定することが可能な場合があり、そうすることによって、最小達成可能高さＨを決定することが可能な場合がある。レンズアセンブリのＭＴＦ曲線が回折限界に接近している場合、レンズアセンブリ高さＨは特定のカメラ設計および関連回折限界について可能な最小高さに近い可能性がある。最適なカメラ設計（たとえば、ここで最適は、ＦＯＶにわたるレンズＭＴＦ曲線、およびナイキストサンプルレートまでの空間周波数が、所望のフォーカス距離の範囲にわたって回折限界に接近しており、光学設計は、達成可能な最小高さＨに近い可能性があることを意味する）の一実施形態は、ＭＴＦ２０％ルールを満たす最小クリアアパーチャを有するものと見なされてよく、つまり、ピクセルアパーチャおよびサンプルレートに関連付けられたＭＴＦ低減を含むカメラシステムのＭＴＦは、画像センサーナイキストサンプリングレートが約２０パーセントであるか、または実質的に約２０パーセントであるべきである。本明細書において指摘したように、他の要因が、この例において考慮に入れられていないＭＴＦに影響を与える場合もある。

[0130]ピクセルアパーチャおよびピクセル空間サンプルレート（たとえば、ピクセルピッチ）によって引き起こされたレンズアセンブリＭＴＦ曲線プラスＭＴＦ低減が、ＭＴＦをナイキストサンプルレートにおいて約２０パーセントから大幅に増大または低下させる場合、最終画像は、顕著なエイリアシングアーティファクトによって引き起こされる低下性能を有し得る、またはサイクル数／ｍｍが、センサーピクセルアパーチャおよび空間サンプルレート（すなわち、ピクセルピッチナイキストサンプルレート）について達成可能であるよりも低い解像度性能を有し得る。言い換えると、組み合わされた光学システムのＭＴＦと画像センサーのＭＴＦが、ナイキストサンプルレートにおいて２０％よりも大幅に低いＭＴＦを生じる場合、シーン中の空間周波数は、顕著なエイリアシングアーティファクトなしで達成されるより少なくまでに削減され得る。

[0131]システムの許容差（たとえば、他の側面の中でも、理想的な光軸周りの回転および並進変動に対して許容可能な動きの量）がＭＴＦを低くさせる場合、レンズアセンブリのアパーチャは潜在的には、ＭＴＦを、２０パーセントルールを上回って、またはその近くに保つように増大され得る。したがって、可能な限り接近した最適な高さＨのカメラ設計を達成するために、許容差と潜在的変動とを可能な限り低く保つことが望ましい。

[0132]図７Ｍは、レンズアセンブリのシミュレートされた相対照度を示す。図示されるように、相対照度は、ＦＯＶにわたって１０パーセントだけ低下しており、これは、＋／−１６度などの狭いＦＯＶを使うときに典型的である。このことは、画像同士がスティッチされると、低相対照度ロールオフを有することが可能であることを意味する。

[0133]本明細書に記載されるオートフォーカスアセンブリ実施形態のうちのいくつかにおいて、Ｌ６はセンサープリズムに取り付けられてよく、次いで、Ｌ６プラスセンサープリズムは、画像センサーカバーガラスに、または画像センサーに直接搭載されるか、または永久的に搭載されてよい。これにより、センサープリズムが、オートフォーカスプロセスが起きている間、センサーに対してチルトもしくはシフトするのを、または重力、動きもしくは温度など、他の要因の影響下でチルトもしくはシフトするのを防止することができる。

[0134]Ｌ６プラスセンサープリズムをセンサーまたはカバーガラスのいずれかに搭載することは、理想的な光軸１２３に対する回転量のチルト誤差および線形並進誤差に対して敏感であり得る、図１Ａおよび図１Ｂに示すレンズアセンブリ設計のＭＴＦ性能に対する潜在的悪影響を克服するという利益をもたらすことができる。この敏感性を克服するために、本明細書における実施形態は、レンズアセンブリと、センサープリズムプラスＬ６を画像センサーに対して動かすことを要求しないオートフォーカス方法とを提供し得る。センサープリズムプラスＬ６を画像センサー画像平面に取り付けることの利益は、画像センサー画像平面に対する理想的な光軸からの回転チルトおよび線形並進偏差に対するＭＴＦ敏感性を低減することを含む。アセンブリプロセス中に、一旦、画像センサープリズムプラスＬ６と画像センサー平面との間のアラインメントが正確に行われると、残りのチルトおよび並列誤差は、Ｌ１〜Ｌ５レンズアセンブリ７０５とセンサープリズムとの間でほとんど起こるべきである。本明細書に記載されるガイドレールまたは他の適切なデバイスの使用は、センサープリズム、Ｌ６および画像センサーから構成される固定ユニットに対するＬ１〜Ｌ５レンズアセンブリ７０５の理想的な光軸からのチルトまたは並進誤差を低減または制限するのに役立ち得る。

[0135]概念的に、画像センサー「可視化」画像平面を、光線が遮られずに通過し得る平面として表す場合、画像センサー画像表面を表す可視化画像平面にわたって測定される最も高い最適な均一ＭＴＦ性能を産出する理想的な可視化平面ロケーションと配向とを探せばよい。一例として、画像センサー画像平面の、平面の前および／または後ろの画像空間（または光フィールド）中で光学系によって形成された、最良または最も明確に焦点が合わされた画像は、画像センサー画像平面と並列にアラインされない場合があり、いくつかの例では、画像センサー画像平面の前および／または後ろの光フィールド空間中の最良に焦点が合わされた画像は平面ではなく、むしろ最良適合を形成するように平面を輪郭内にアラインすることが可能であり得る輪郭である場合がある。この事例において、画像センサー画像平面にわたるＭＴＦ性能は、光フィールド中の最良適合画像平面が画像センサー画像平面に、最適に焦点が合わされるとき、理想的な設計に対して画像センサー画像平面にわたる低減ＭＴＦ性能を有する場合がある。このトピックは、図９に示す光線追跡図について論じるときにさらにカバーされる。いくつかの実装形態では、セカンダリ光屈曲表面１３５（図１Ａおよび図１Ｂに示す）から画像センサー画像平面に移動する長い光線は、センサー画像平面と交差する理想的な光軸に対するセンサープリズムプラスＬ６の回転変動の影響を拡大する。

[0136]センサープリズムが、光軸１２３に沿って前後にのみ動かされる場合、Ｌ５レンズ表面からセカンダリ光屈曲表面１３５までの距離は、光軸１２３に沿って増大または低下する。光軸は、画像センサー画像平面上に投影されると、画像センサー画像平面上の基準点に対するその交点をシフトさせ得る。したがって、センサープリズムが所与の回転および／または並進範囲セット内を動くことを認められるとき、光軸１２３と画像センサー画像平面の交差は、画像センサー画像平面上の基準点から線形距離だけ逸脱し得る。

[0137]いくつかの実施形態では、図７Ａ、図７Ｄ、図７Ｇ、および図７Ｊに示すセンサープリズムプラスＬ６は、場所の変化を引き起こす場合があり、ここで、光軸は、センサープリズムプラスＬ６がページの平面中で上または下に動かされると、画像センサー画像平面と交差する。Ｌ６表面により、光軸１２３は、画像センサー画像平面に対して垂直である理想的な角度から角度が逸脱される場合があり、これにより、そのような並進変化の量およびＬ６レンズ要素設計の形状（たとえば、曲率）に応じてＭＴＦ性能が低減し得る。

[0138]これらの差異について記載する目的は、理想的な基準点と理想的な画像センサー画像平面に対するセンサープリズムの回転および並進変動を最小限にすることの重要性を指摘することである。これがどのように行われ得るかという例が、センサープリズムプラスＬ６を、存在する場合は画像センサーガラス板に、または画像センサーガラス板が存在しない場合は画像センサー画像平面に取り付けることである。これは、画像センサー平面上の基準点に対するセンサープリズムプラスＬ６の回転変動を防止することができる。これが行われると、残りの変動は、可動レンズアセンブリ１３０とセンサープリズムとの間、たとえば光軸１２３に対するレンズアセンブリ１３０の回転および並進変動となり、ここで、光軸は、画像センサー画像平面上の点から始まり、Ｌ６、センサープリズム中を移動し、反射面１３５で曲がり、光軸１２３に沿ってセンサープリズムから発生する。方法およびシステムは、上述した光軸１２３に対するレンズアセンブリ１３０のこれらの回転および並進変動を低減または最小化するのを助けることができる、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃに対して記載される。

例示的オートフォーカス構成要素の概要

[0139]図８Ａ〜図８Ｃは、レンズアセンブリＬ１〜Ｌ５ １３０がモータデバイス１５０１によってセンサープリズムに対して前後にどのように動かされるかについての設計１５００の一実施形態を示し、ここでセンサープリズムは、プリズム１３６Ａプラスブロック１３６Ｂと、反射面１３５とを含み得る。アセンブリ１３０を前後に動かすことによって、オブジェクト空間中のフォーカス位置が変えられ得る。図８Ａ〜図８Ｃは、本実施形態において、レンズ表面Ｌ５とセンサー画像平面との間の距離を増大または低下させ、そうすることによって焦点距離を増大または低下させるように、レンズ要素Ｌ１〜Ｌ５が前後にどのように動かされるかを示す。

[0140]図８Ａは、図１Ａを参照して上述した構成要素を含む完全アセンブリ１５００を示す。

[0141]図８Ｂは、基板１５０と、アクチュエータ１５０１と、センサー１２５と、カバーガラス１２６と、レンズＬ６と、プライマリ光屈曲表面１２４を含む屈折プリズム１４５と、屈折プリズム１３６Ａとブロック１３６Ｂとの間のセカンダリ光屈曲表面１３５とを含む完全カメラアセンブリ１５００の固定部分１５０２の例を示す。アクチュエータは支持部材（たとえば、回路板１９５）に固定されてよく、この部材は、センサー基板１５０に固定される。

[0142]図８Ｃは、ガイドレール１８５と、レンズ表面Ｌ１〜Ｌ５を含むレンズシステムの可動部分１３０と、アクチュエータ接触部材１５０６とを含むカメラ１５００の可動部分１５０３の例を示す。可動レンズアセンブリ１３０は、所望のフォーカス長を与えるように形作られ、配置されたいくつかのレンズを含み得る。可動レンズアセンブリ１３０用に示されている特定のレンズ構成は、例を与えることを意図しており、屈曲光学システムの許容差内で移動しながら良好な画像性能を維持することが可能などのレンズ構成が使われてもよい。ガイドレール１８５は、（ロール、ヨーおよびピッチ方向での）可動レンズアセンブリ１３０の回転運動を許容差内に、ならびに（上および下または左および右方向での）可動レンズアセンブリの並進運動を許容差内に安定させるために、屈折プリズム１３６Ａおよびブロック１３６Ｂの下部面に接触し得る。

[0143]本実施形態では、１５０３などのアセンブリをアセンブリ１５０２に保持するための方法については示さない。そのような方法の例は、グライドおよび／またはインターロックグルーブ（interlocking grooves）を使うことを含むが、それに限定されない。電力源および／または電力源を要求する／要求し得る磁界発生器を必要としない、磁石によって誘発されるような１つまたは複数の磁界が、カメラの固定部分１５０２（図８Ｂ）および可動部分１５０３（図８Ｃ）などの機械部品および／またはアセンブリの間の抵抗を下げるのに使われ得る。たとえば、２つの磁界を有する、たとえば、そのようなグライドおよび／またはインターロックグルーブ。１つの磁界は１３０の付近にあってよく、第２の磁界は、モータエリア１８０付近またはアセンブリ１５００などの中の他の場所にあってよい。ただし、従来のモバイルデバイスレンズ鏡胴は、普通には１つの磁界によって懸垂され、それにより、ロール、ピッチおよびヨーなど、より並進なＸ、ＹおよびＺ変位および／または回転変位をもたらす。

[0144]適切な屈曲光学システムの別の実施形態は、鏡面１３５を、周辺プリズムをもたないセカンダリ光誘導表面として使うものである。したがって、プリズム部分１３６Ａ、１３６Ｂの図示される要素は取り除かれ、鏡面１３５のみが残る。鏡１３５を固定するための構造設計が、ガイドレール１８５をガイドするのに使われる。

[0145]従来のモバイルデバイスのものよりも厳しい許容差で許容差を保持することによって、力の影響（たとえば、カメラシステムの加速および減速）ならびにカメラシステム内および外での影響からの振動が防止され、減じられ、および／または最小化され得る。

[0146]磁界以外の多くの他の形のサスペンションが存在し、たとえば、使われ得るそのような方法は、油、ボールベアリング、空気、ガス、潤滑液または固体などのうちの１つまたは複数を含む。

[0147]本明細書に記載される屈曲光学マルチセンサーアセンブリの１つの利点は、たとえば、カメラの固定部分１５０２と可動部分１５０３とを厳しい許容差内に保つのを助けるように、ただし必ずしもそうではなくデバイスを保つのに、磁界と、ボールベアリングと、油などの液体とを使うことなど、長いガイドと、１つまたは複数のサスペンションとを使うことが可能なことである。そのような許容差は、たとえば、Ｘ、ＹおよびＺ線形方向のような並進運動許容差ならびにロール、ピッチおよびヨーのような回転運動許容差であってよく、並進運動、回転運動、ピッチ運動、ロール運動、およびヨー運動の意味は、文中に見られ得る。これらの許容差の基準方向は、使われる特定の設計に依存するので、示されていない。

[0148]別の利点は、電気および／または機械的な構造をカメラアセンブリ１０００Ａおよび／または１５００の間およびその周りに設ける余地があることである。１つのそのような構造は、１つ、２つまたはより多くのカメラアセンブリ１０００Ａおよび／または１５００についてのフォーカス位置を制御するためのインターロッキング電気および／または機械デバイスであってよい。本出願の実施形態は、モバイルカメラデバイスに限定されるのではなく、どのタイプのカメラデバイスおよび撮像システムにも等しく適用可能である。

[0149]屈曲光学系の主要な利点は、位置インジケータが、適切なプロセスがこの情報を使用することができるように、使われ得ることである。そのような位置インジケータ用のより多くの余地が、レンズアセンブリ１０００Ａおよび／または１５００内にあり得る。１つまたは複数のカメラを保持するために、アレイカメラハウジング内により多くの余地があってもよい。そのような追加カメラは、アレイカメラの１つのレンズアセンブリまたは複数のレンズアセンブリの焦点を合わせるのを支援するのに使われるように、深さ検出を支援することができる。そのような位置インジケータは、図５に示すようなハウジングおよび／またはアセンブリ基板上に置かれ得る。

[0150]しかしながら、ハウジングは、アセンブリカメラモジュールおよび／またはアセンブリ基板１００４を部分的または完全に囲むことができる構造である。

[0151]他の実施形態、および光学設計では、レンズ表面、すなわちＬ１〜Ｌ６の間の移動の場所は異なり得るが、本明細書に記載されるのと同じ概念が当てはまる。表面の数は、他の光学設計用には異なってよい。液体レンズまたは他の技術の表面など、１つまたは複数の表面の曲率を変えるなど、他の実装形態が使われてもよい。そのような実装形態のいくつかの利点は、たとえば、１つのカメラの、アレイ中のそれ以外のカメラに対する光軸が位置を変えないことであり、これは、画像同士をスティッチするときの重要な検討事項である。可動レンズアセンブリの位置インジケータを実装することが可能である。この情報を用いて、画像センサープロセッサ（ＩＳＰ）のようなモジュールまたは外部デバイスは、カメラが焦点を合わされる距離を推定することができる。アレイ中の各カメラ用のフォーカスロケーションについての知識は、画像同士をどのようにしてスティッチするのかに役立ち、異なる距離に各カメラの焦点を合わせることによって、拡大された（被写界深度）ＤｏＦ画像を与えるような、一意の他の特徴を可能にし得る。妥当な確度の範囲内で、カメラの各々が良好なフォーカスを取得したかどうか決定するのに、較正が使われ得る。

[0152]別の実施形態は、プリズムブロック１３６Ａを取り除き、鏡面１３５のみを維持する。鏡面は、板、１３６Ｂのような支持ブロックまたは他の手段に取り付けられ得る。鏡の周りには、画像センサー１２５の画像平面に対して鏡を堅くアラインし、固定して保つための構造が置かれてよく、ここで、鏡、Ｌ６および画像センサー１２５は、互いに対して動かない。センサー１２５と、Ｌ６と、鏡面１３５とを正しい場所に堅く保持するのに使われる構造は、図８Ｃに示す可動システム１５０３を支持するように設計されてもよい。ただし、１３６Ａおよび１３６Ｂが本実施形態にある場合の、記載されるすべての項目はまた、このケースに当てはまり、それらは本実施形態にはない。

[0153]別の実施形態は、図８Ａおよび図８Ｃに示す１８５のような棒ではなく「Ｕ」ブラケットを使うものである。この「Ｕ」ブラケットは、上述した、センサープリズム１３６Ａおよびブロック１３６Ｂのすべての３つの表面または鏡支持構造の上をグライドすることができる。これは、チルトおよび線形並進変動または運動を最小化または制限するための追加支持を加える。

例示的光線追跡の概要

[0154]図９は、レンズアセンブリ１６００の実施形態を通過し、レンズ表面Ｌ１〜Ｌ５を通って移動し、表面１６０３で反射し、レンズ表面Ｌ６を、センサー表面１６０２の上まで通過するときの光の光線追跡を示す。本実施形態では、レンズアセンブリ１６００を通る光線のグループを追う際の明快のために、５つの光線グループが、異なる点線を使って示されている。各グループは、光軸に対して、オブジェクト空間中の異なる点からであり、無限大にあると見なされるのに十分に離れている。これらの光線は、光学表面Ｌ１〜Ｌ６を通って移動すると、センサー表面１６０２により接近するように動くので、図９に示すように、次第にクラスタ化し合う。

[0155]図９に示されるレンズアセンブリ１６００の実施形態は、図８Ａおよび図８Ｂに示す構造１３６Ａとブロック１３６Ｂとをもたず、代わりに、鏡面１６０３のみを示す。鏡面１６０３を保持する支持構造は示されておらず、図８Ｃに示す可動構造１５０３のための支持構造も図９に示されていない。図９において、光線は、オブジェクト空間のカメラのＦＯＶ中の５つの異なるオブジェクト高さからＬ１に入るように示され、光学レンズシステムＬ１〜Ｌ６を通って移動し、５つの異なる画像高さで、センサー画像平面において終わる。

[0156]鏡１６０３は、光線を画像センサー表面（たとえば、画像センサー画像平面１６０２）の方に反射するのに使われ得る。画像センサーのすぐ上のレンズＬ６が存在しないと仮定すると、光線は、水平レンズアセンブリ中のＬ５の最後のレンズ表面から（ここで水平とは、画像センサー表面１６０２の平面に平行な平面を指す）、鏡１６０３まで長距離を通らなければならず、次いで、センサー１６０２の表面に到達することが明らかである。したがって、「フィールド補正器」と呼ばれることがあるレンズ表面Ｌ６は、光線への最終補正を行うために画像平面に接近して置かれ、そうすることによって、センサー表面１６０２上の点に可能な限り接近して収束する。そのようなレンズは、画像平面に接近して置かれ、ここで、レンズの機能の一部は、全画像高さにわたってより良好に焦点を合わせるように光線の調節を行うことである。レンズＬ６は、システムを通る光のプログレッションに対する小規模な補正に耐えることができることによる利点を有し、それにより、画像センサー表面上で高解像度画像を撮像することが可能になり、Ｌ６などのレンズ表面をもたないシステムは、同じレベルのＭＴＦ解像度を達成することができない場合がある。

特定のピクセルピッチの場合の例示的光学性能の概要

[0157]図１０Ａは、たとえばアレイの画像センサーの画像センサー平面上で、オブジェクト空間中の点から撮像され得る点像分布関数（ＰＳＦ）パターンを示す。ＰＳＦパターンの以下の説明は、Ｌ１〜Ｌ６レンズアセンブリまたは本明細書に記載されるアレイカメラとともに使用するための性能基準を満足する別のレンズアセンブリとともに使用するための適切なピクセルピッチを決定することに関する。ほぼ１．１マイクロメートル、１．０マイクロメートルおよびミクロン以下のピクセルサイズの、より小さい方形ピクセルピッチセンサーの方への傾きは、２つの隣接点または２つの隣接細線など、画像中の精密特徴を解像可能であるために、より厳しい許容差要件をレンズ設計に対して課している。レンズアセンブリが、十分にシャープなフォーカスをもたない場合、そのような精密特徴は解像可能でない場合がある。このことは、時間領域における線形電気フィルタの応答など、システムについてのインパルス応答の類似概念によって理解され得る。ここでレンズシステムに移ると、電気フィルタのものなど、時間領域におけるインパルス応答を有するのではなく、レンズは、画像空間中の画像平面上で撮像され、その画像平面に焦点が合わせられるとき、オブジェクト空間中の点オブジェクトに対するＰＳＦ応答を有する。このＰＳＦ幅は、特定のレンズにふさわしい最も小さいピクセルサイズを決定するためのメトリックとして使われ得る。レイリー基準も、特定のレンズにふさわしいピクセルのサイズを決定するためのメトリックとして使われ得る。

[0158]Ｌ１〜Ｌ６レンズアセンブリ、またはＬ１〜Ｌ６アセンブリの代わりに使われる同様のアセンブリの目的は、１つまたは複数のカメラアセンブリから作られたアレイカメラを可能な限り薄く保ちながら、小さいピクセル、たとえば１マイクロメートルまたはマイクロメートル以下のピクセルについての、本明細書に記載されるＭＴＦおよびＰＳＦ解像度要件を満たすことである。

[0159]点像分布関数（ＰＳＦ）は、光学システムの解像力の測度である。点像分布関数が狭いほど、解像度はより良好になる。名称が暗示するように、点像分布関数は、画像平面上で撮像され、その画像平面に焦点が合わせられるとき、オブジェクト空間における点オブジェクトの分布を定義する。焦点が合わせられた画像平面上のオブジェクト空間における点オブジェクトの分布度は、Ｌ１〜Ｌ６などのレンズアセンブリの品質についての測度であり得る。図１０Ｂ〜図１０Ｅのプロット中の曲線は、オブジェクト空間中の２つの点が、画像平面上に焦点が合わせられるとき、ＰＳＦ応答中の分布またはずれの度合の解像可能測度である前にどれだけ接近し得るかを示す例である。図１０Ｂのグラフでは、次のようになる。
Ｚｏ＝１．２２＊λ＊（ｆ／＃）
ｆ／＃＝ｆ値＝ＥＦＬ／（クリアアパーチャ）
λ＝光波長＝５５０ｎｍ

[0160]図１０Ｂは、オブジェクト空間中の１つの点についての、ＰＳＦ関数の断面プロファイル曲線１７１０を示し、ここで、曲線上に示される１というピーク値は、正規化ＰＳＦの極大である。図１０Ｃは、解像されないＰＳＦのグラフを示す。図１０Ｃにおいて、たとえば、２つのＰＳＦ曲線１７１２および１７１３は、オブジェクト空間中の２つの隣接点の２つのＰＳＦ曲線を個々に示す。それらはともに、２つのＰＳＦ曲線に十分接近し、互いと重なる。これらの２つの曲線１７１２および１７１３が互いと足されると、結果は曲線１７１１になり、曲線１７１１は、よりわずかに広いが、オブジェクト空間中に２つの点があるのか、それともただ１つの点があるのかを見分けるのは困難である。

[0161]図１０Ｄは、十分に遠く隔てられた２つのＰＳＦパターン１７２２および１７２３の同様のグラフを示し、これらのパターンが互いと足されると、曲線１７２１が得られ、ここで、２つの隣接オブジェクト点を解像することはほとんどできない。図１０Ｅは、図１０Ｃおよび図１０Ｄと同様、オブジェクト空間中の２つの隣接点から互いと重なる２つのＰＳＦパターン１７３２および１７３３を示す例である。この例では、互いと足されると、曲線１７３１が得られ、この曲線は通常、解像可能であると見なされ、オブジェクト空間中に２つの隣接オブジェクト点があることを示す。画像センサーは次いで、たとえば、画像センサー画像平面上で撮像され、その画像平面に焦点が合わせられた光パターンのレベルを測定するのに使われる。一例として、曲線１７３１に示す２つのピークと、２つのピークの間の極小とにかぶさって示される隣接垂直矩形ボックス１７０５がある。これらの３つの光レベルを測定するために、たとえば、これらの２つのピークおよび中央のほぼ内側または近くの３つのピクセルが、極小において要求される。これらのピクセルがモノクロームである場合、これらのピクセルにおいて撮像される光レベルが測定され得る。ピクセルエリア（たとえば、アパーチャ）および光子を、たとえば電気信号などの信号に変換する時間期間は、所与のピクセル上での光レベルの測定値を表し得る。このようにして、たとえば、画像センサーピクセル上での光レベルを、特定の時間期間にわたって平均されるとき、電気信号に変換することができる。画像センサーアレイのサンプリングピクセルは、画像センサーの画像平面上に焦点が合わせられた光画像パターンを空間フィルタリングし得ることが、当業者には諒解されよう。たとえば、１つのモノクロームピクセル上での曲線１７３１のピークのうちの１つの、光レベルを平均すると、光レベルの実際のピークに匹敵する電気信号を産出するわけではなく、むしろ平均は、ピクセルのエリア（たとえば、アパーチャ）と、ピクセルによって光子がキャプチャされる時間期間とにわたる光レベルの統合であり得る。ただし、本明細書における例のために、ピクセル表面のエリアは、ピクセルのアパーチャと見なされる。

[0162]たとえば、各モノクロームピクセル上で撮像される光スペクトルの色を決定することを可能にする測定を行うことを選ばなければならない場合、バイエル色パターンなどの色パターンを選択する必要がある場合があり、たとえば、次いで、各モノクロームピクセル用に４つのピクセルを加え、これらの４つのピクセルの各々は、４つの光カラーフィルタである赤、緑−赤、青、緑−青（たとえば、Ｒ、Ｇｒ、ＢおよびＧｂ）カラーフィルタパターンのうちの１つを有し、これは通常、バイエルカラーフィルタパターンのカラーフィルタの共通の呼び方である。そのようなパターンと、カラー画素Ｒ、Ｇｒ、ＢおよびＧｂ（たとえば、ＲＧｒＢＧｂパターン）の各々の出力を、モノクロームピクセルによって表されるピクセル内で、これらの４つのピクセルの色を表す値にどのようにして変換するかとが、当業者には意識されよう。図１０Ｅにおいて、水平パターン上で、Ｇｒピクセル１７５２およびＲピクセル１７５３がどこで互いに隣接するかがわかるであろう。ＧｒとＲの両方が、図１０Ｅに示す水平行にわたってペアとして繰り返される。ＢおよびＧｂピクセルは、ＧｒおよびＲピクセルのすぐ後ろの行にあるので、図示されず、ここで後ろは、図１０Ｅの平面のすぐ後ろの平面を意味する。各行および列中のピクセルの数が、ここでは２だけ増大していることが、当業者には認識できよう。

[0163]たとえば、レンズアセンブリの解像度を、撮像機センサーアレイと一緒に測定するやり方として、オブジェクト空間中の白黒ターゲットを使うことになっていた場合、各カラー画素は、ピクセルのアパーチャにおいて撮像される光を測定することが可能であることが、当業者は認識されることができ、というのは、白黒ターゲットは、Ｒ、Ｇｒ、Ｂ、およびＧｂカラーフィルタのカラーフィルタスペクトルを覆うのに十分に広い光スペクトルを投影するからである。このようにして、カラー画素の各々を、画像センサー画像平面上の白黒ターゲットの画像の別個のサンプルと見なすことができる。

[0164]図１０Ｆは、示し、明確に解像可能である、オブジェクト空間中の２つの隣接点オブジェクトの例。

[0165]レンズアセンブリのＰＳＦ性能は、レンズアセンブリとともに使用するための適切なピクセルピッチを決定するのに使われ得る。屈曲光学アレイカメラレンズアセンブリは、対応するセンサーピクセルサイズのピクセルを解像するか、または明確に解像することが可能であるべきである。

[0166]一実施形態では、画像センサーなしの屈曲光学系単一レンズアセンブリは、５５０ナノメートル（ｎｍ）の波長において、６．３のＥＦＬ、２．５のｆ／＃、３２度のＦＯＶ、３．５６ｍｍの画像円径を有し得る。そのような光学レンズアセンブリは、Ｌ１〜Ｌ６とともに使用するためのモノクローム方形画像センサーピクセルピッチに適したシステムとしてであってよく、または同様のレンズアセンブリは、ピクセルの各水平および垂直辺がほぼ０．８４μｍ（マイクロメートル）、および各辺がほぼ０．４２μｍの適切なバイエル画像センサー方形ピクセルサイズピッチであってよい。他の要因が、そのようなレンズアセンブリシステムの性能を、０．８４μｍモノクロームピクセルおよびまたは０．４２バイエルカラーフィルタ画像センサーピクセルに適した理想的なＭＴＦまたはＰＳＦ性能を達成することができない可能性がある所まで低減させる場合がある。

[0167]図１１は、屈曲光学系レンズアセンブリについての回折限界性能データ１７９１を示し、ここで、Ｌ１〜Ｌ６などのレンズアセンブリのアパーチャは、円形アパーチャを有し、レンズアセンブリのＭＴＦ性能を測定するのに使われるパターンは正弦パターンである。図１１は、１．０のＭＴＦから横軸の点０．９まで描かれた近似線１７９２も示し、グラフの横軸はＶ／Ｖｏにより、Ｖは、Ｖサイクル／ｍｍの空間周波数をもつ正弦パターンを表し、Ｖｏは、Ｖがほぼゼロ（０）のＭＴＦを有する「消失点」を表す。本明細書に記載されるレンズシステムをもつアレイカメラ、ここでオブジェクト空間中の正弦パターンは画像平面上で撮像され、ここで画像平面上の正弦パターンはｍｍ当たりのサイクル数で記述される。たとえば、本明細書に記載されるカメラアレイレンズアセンブリ、消失点Ｖｏは、曲線１７９１について示されるように、ほぼ７２７ｃｙｃ／ｍｍであり、横軸上の線１７９２のインターセプト点は６５４ｃｙｃ／ｍｍであり、これはＶｏの９０％である。

[0168]図１２は、画像センサーアレイ中のピクセルの行または列に沿って正弦光パターンが撮像されるときの画像センサーアレイの、サンプル理論に基づく理論的正規化ＭＴＦ空間周波数応答を示す。これは、サンプル理論に基づくピクセルサンプルの行または列の理論的応答であることを当業者は認識されたい。図１２に示す正規化曲線についての等式は、次のようになる。
Ｓｆ＝０のとき、ＭＴＦ_Detector（Ｓｆ）＝１。
このロールオフについての式は、次のようになる。
ＭＴＦ_Detector（Ｓｆ）＝ａｂｓ（ｓｉｎ（Ｐｉ＊ＰＷ＊Ｓｆ））／（ＰｉｘｅｌＰｉｔｃｈ＊Ｓｆ）
上式で、Ｓｆは、方形ピクセルの画像センサーアレイ上の行または列に沿って投影される正弦光パターンの正規化空間周波数であり、ＰＷは、水平または垂直方向での方形ピクセル幅を表し、ＰｉｘｅｌＰｉｔｃｈは、画像センサーアレイの水平および垂直ピクセルピッチを表す。ピクセル幅は普通には、典型的なカメラ画像センサー向けのピクセルピッチよりもわずかに小さいが、本明細書において提示する例の場合、ピクセル幅は、ピクセルピッチと同じと見なされることになる。「ピクセル幅」という用語は、センサーのピクセルピッチと、「充填率」という用語の共通の意味とを知ることによって決定されてよく、ここで充填率は、画像センサーが各ピクセル上にマイクロレンズを有するときに使われることを当業者は認識されたい。各ピクセルのマイクロレンズは、ピクセルの写真反応エリア上に光の焦点を合わせるのに使われる。いくつかのケースでは、充填率は、各ピクセルによって覆われるエリアの８０％以上であってよく、いくつかのケースでは、充填率は、ピクセルエリアの１００％近くと見なされ得る。本開示における例示的な実施形態では、別段に記載されていないか、またはコンテキストが別段に示さない限り、１００％の充填率が想定され得る。

[0169]図１３Ａ〜図１３Ｅは、レンズとセンサーの組合せについてのＭＴＦ性能基準を示す。レンズアセンブリは、Ｌ１〜Ｌ６の組合せでも、本明細書に記載される性能基準を満足する他のどのレンズシステムであってもよい。図１３Ａは、列２００１に示すように１．４μｍのピクセルピッチを使う画像センサーについての、列２００２に示すように１．１μｍのピクセルピッチを使う画像センサーについての、および列２００３に示すように０．５μｍのピクセルピッチを使う画像センサーについてのナイキストサンプリングレートのテーブルを示す。

[0170]図１３Ｂは、それぞれグラフ３３０１、３３０２および３３０３に示すように、１．４μｍ、１．１μｍおよび０．５μｍの水平および垂直画像センサーピクセル幅を有する３つの画像センサーアレイについての理論的サンプリングＭＴＦロールオフを示す。図１３Ｂには、図１１の１７９２について記述されたＬ１〜Ｌ６レンズアセンブリについての回折限界に近似する線３３０４も示す。図１３Ｃは、あるそのレンズアセンブリＬ１〜Ｌ６についての回折限界近似３３０４と比較した、あるその１．４μｍ方形ピクセル画像センサーアレイについてのＭＴＦロールオフ３３０１のズームイン図を示す。図１３Ｄは、あるそのレンズアセンブリＬ１〜Ｌ６についての回折限界近似３３０４と比較した、１．１μｍ方形ピクセル画像センサーアレイについてのＭＴＦロールオフ３３０２のズームイン図を示す。図１３Ｅは、あるそのレンズアセンブリＬ１〜Ｌ６についての回折限界近似３３０４と比較した、０．５μｍ方形ピクセル画像センサーアレイについてのＭＴＦロールオフ３３０３のズームイン図を示す。

[0171]図１３Ｃ、図１３Ｄおよび図１３Ｅ各々中の破線４５０１、４５０２および４５０３は、図１３Ｂの曲線３３０１、３３０２および３３０３と対応する、回折限界３３０４とＭＴＦロールオフの積を表す。立体垂直線４７０１および４７０２は、それぞれ、ピクセルピッチ１．４μｍおよび１．１μｍについてのナイキストサンプルレートを表す。三角形４６０１および４６０２はほぼ、エイリアシングから生じるエイリアシングフォールドバック干渉を表す。図１３Ｃおよび図１３Ｄによって示されるように、エイリアシングが起こり得る。概して、２０％ＭＴＦを下回るエイリアシング干渉が、顕著なエイリアシングアーティファクトをもたないという点において許容できる。それにもかかわらず、ナイキストを上回る細部が、フォールドバックし、ナイキストを下回る周波数と、顕著であるかどうかにかかわらず干渉し得る。したがって、１．１μｍのピクセルピッチは、本明細書に記載されるレンズアセンブリＬ１〜Ｌ６とともに使われるとき、許容できる結果を生じるはずである。図１３Ｃに示すように、１．４のピクセルピッチは、本明細書に記載されるレンズアセンブリＬ１〜Ｌ６とともに使われるとき、望ましくない可視的な（および顕著な）エイリアシング結果を生じ得る。というのは、２０％ＭＴＦを大幅に上回るエイリアシングは、可視的なエイリアシングアーティファクトを生じ得るからである。

[0172]図１０Ａ〜図１３Ｅによって論証されるように、解像度についてのレイリーの基準は、Ｌ１〜Ｌ６とともに使用するための適切なピクセルサイズをどのようにして決定するか、または同様にレンズアセンブリを実施することについての指針を与える。しかしながら、レンズ収差の影響は、レンズＭＴＦ性能を理想から低減させ、そうすることによってＰＳＦ応答幅を増大させ得る。したがって、レンズ解像度が理想的な性能のもの未満であることにより、より広いピクセルサイズが、レンズと適合するのに使われ得る。レンズ性能が回折限界に接近している場合、これは理想的なレンズの性能と同様なのだが（収差がないことと、円形アパーチャとを仮定する）、そのような高品質レンズが製造において、たとえば共通モバイルデバイス中で使用するための大量生産において確実に生じられ得るとすると、より小さいピクセルが使われてよい。

[0173]ウエハ光学系は本質的に、現在のスタック鏡胴設計のものよりも高いレンズ整列正確さを、より高い収率とともに生み出すことが可能である。単にサンプリング理論により、ピクセルサイズが広いほど、ピクセルＭＴＦ解像度は低くなり得る。より広いピクセルは、ナイキストサンプリングレートを下げる場合があり、このことは、エイリアシング効果を低減するために、さらなる画像エイリアシングまたはナイキスト周りのレンズ画像ＭＴＦ解像度を下げる必要性につながり得る。

[0174]結論として、ほぼ１．４μｍからマイクロメートル以下までのピクセルの、あるその現在および将来の画像センサーピクセルピッチに適合することが可能な高性能オートフォーカス大量生産レンズアセンブリを実装するのに使われ得る方法およびシステムについて、本明細書において提示している。たとえば、Ｌ６プラスセンサープリズムをセンサーまたはセンサークローバーガラスに取り付けると、レンズの焦点を合わせ、少なくとも０．５ｕｍ方形程度に小さいピクセルを蓄積するのに十分に適した近回折限界性能を達成することができる。焦点距離を変える目的でレンズ要素を動かすためのより初期のソリューションは、レンズアセンブリＬ１〜Ｌ６について本明細書で記載されるアレイカメラの性能を達成するのに必要とされる、必要な性能を提供しない。したがって、屈曲光学系の大量生産のための良好なソリューションに対処するための方法が必要とされる。与えられる実施形態は、それが行われ得ることを示す。本明細書に記載されるシステムおよび方法は、フィールド補正器を実装し、センサープリズムまたは鏡の精度アセンブリと、上述したように必要な精度性能を提供するオートフォーカス作動／移動設計とを要求する。

用語

[0175]本明細書で開示した実装形態は、マルチセンサー屈曲光学システムにおけるオートフォーカスのためのシステムと、方法と、装置とを提供する。これらの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得ることを当業者は認識されよう。

[0176]いくつかの実施形態では、上で説明した回路、プロセス、およびシステムは、ワイヤレス通信デバイス内で利用され得る。ワイヤレス通信デバイスは、他の電子デバイスとワイヤレス通信するために使用される一種の電子デバイスであり得る。ワイヤレス通信デバイスの例としては、セルラー電話、スマートフォン、携帯情報端末、ｅリーダー、ゲーミングシステム、音楽プレーヤ、ネットブック、ワイヤレスモデム、ラップトップコンピュータ、タブレットデバイスなどがある。

[0177]ワイヤレス通信デバイスは、１つまたは複数の画像センサーと、複数の画像信号プロセッサと、上で議論されたプロセスを実践するための命令またはモジュールを含むメモリとを含むことができる。デバイスは、データと、メモリから命令および／またはデータをロードするプロセッサと、１つまたは複数の通信インターフェースと、１つまたは複数の入力デバイスと、ディスプレイデバイスなどの１つまたは複数の出力デバイスと、電源／インターフェースとを有することもできる。ワイヤレス通信デバイスは、さらに、送信器と受信器とを含むことができる。送信器および受信器は、合同でトランシーバと呼ばれる場合がある。トランシーバは、ワイヤレス信号を送信し、および／または受信するために１つまたは複数のアンテナに結合され得る。

[0178]ワイヤレス通信デバイスは、別の電子デバイス（たとえば、基地局）にワイヤレスで接続することができる。ワイヤレス通信デバイスは、代替的に、モバイルデバイス、移動局、加入者局、ユーザ機器（ＵＥ）、リモート局、アクセス端末、モバイル端末、端末、ユーザ端末、加入者ユニットなどと呼ばれることがある。ワイヤレス通信デバイスの例は、ラップトップコンピュータまたはデスクトップコンピュータ、セルラー電話、スマートフォン、無線モデム、ｅリーダー、タブレットデバイス、ゲーミングシステムなどを含む。ワイヤレス通信デバイスは、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ（登録商標）：3rd Generation Partnership Project）などの１つまたは複数の業界標準に従って動作し得る。したがって、「ワイヤレス通信デバイス」という一般的な用語は、業界標準に応じて異なる名称で説明されるワイヤレス通信デバイス（たとえば、アクセス端末、ユーザ機器（ＵＥ）、リモート端末など）を含み得る。

[0179]本明細書で説明される機能は、プロセッサ可読媒体またはコンピュータ可読媒体上に１つまたは複数の命令として記憶され得る。「コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータまたはプロセッサによってアクセスされ得る任意の使用可能な媒体を指すことができる。例として、限定はされないが、そのような媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または所望のプログラムコードを命令もしくはデータ構造の形式で記憶するために使用され得るとともにコンピュータによってアクセスされ得る何らかの他の媒体を備え得る。本明細書で使用するディスク（disk）およびディスク（disc）は、コンパクトディスク（disc）（ＣＤ）、レーザーディスク（登録商標）（disc）、光ディスク（disc）、デジタル多用途ディスク（disc）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（disk）およびＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（disc）を含み、ディスク（disk）は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク（disc）は、データをレーザーで光学的に再生する。コンピュータ可読媒体が、有形で非一時的とされ得ることに留意されたい。「コンピュータプログラム製品」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行、処理、または計算され得るコードまたは命令（たとえば、「プログラム」）と組み合わされたコンピューティングデバイスまたはプロセッサを指す。本明細書で使用される「コード」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令、コードまたはデータを指すことがある。

[0180]本明細書で開示される方法は、記載の方法を達成するための１つまたは複数のステップまたはアクションを備える。本方法のステップおよび／またはアクションは、特許請求の範囲から逸脱することなく、互いに交換され得る。言い換えれば、本明細書で説明する方法の適切な動作のためにステップまたはアクションの特定の順序が必要とされない限り、特定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は、特許請求の範囲を逸脱することなく修正され得る。

[0181]「結合する」、「結合すること」、「結合された」、または本明細書で使用する結合という単語の他のバリエーションは、間接接続または直接接続のいずれかを示すことができることに留意されたい。たとえば、第１の構成要素が、第２の構成要素に「結合される」場合に、第１の構成要素は、第２の構成要素に間接的に接続されるか、または第２の構成要素に直接に接続されるかのいずれかとされ得る。本明細書で使用されるときに、「複数」という用語は、２つ以上を表す。たとえば、複数の構成要素は、２つ以上の構成要素を示す。

[0182]「決定すること」という用語は、様々なアクションを包含し、したがって、「決定すること」は、算出すること、計算すること、処理すること、導出すること、調査すること、ルックアップすること（たとえば、テーブル、データベース、または別のデータ構造内でルックアップすること）、確認することなどを含むことができる。また、「決定すること」は、受信すること（たとえば、情報を受信すること）、アクセスすること（たとえば、メモリ内のデータにアクセスすること）などを含み得る。また、「決定すること」は、解決すること、選択すること、選ぶこと、確立することなどを含むことができる。

[0183]「〜に基づく」という句は、別に明示的に指定されない限り、「〜にのみ基づく」を意味しない。言い換えれば、「〜に基づく」という句は、「〜にのみ基づく」と「〜に少なくとも基づく」の両方のことを述べている。

[0184]前述の説明では、特定の詳細が、例の完全な理解を提供するために与えられる。しかし、例が、これらの特定の詳細なしで実践され得ることが、当業者によって理解されるであろう。たとえば、電気構成要素／デバイスが、不必要な詳細で例を不明瞭にしないようにするために、ブロック図で示される場合がある。他の場合には、そのような構成要素、他の構造、および技法が、例をさらに説明するために詳細に示される場合がある。

[0185]本明細書には、参照のための、および様々なセクションを見つけるのを助けるための見出しが含まれる。これらの見出しは、それに関して説明される概念の範囲を限定することを意図されたものではない。そのような概念は、本明細書全体を通じた適用可能性を有する可能性がある。

[0186]また、例が、プロセスとして説明され、このプロセスが、フローチャート、流れ図、有限状態図、構造図、またはブロック図として示される場合があることに留意されたい。フローチャートは動作を逐次プロセスとして説明することがあるが、動作の多くを並行してまたは同時に実施することができ、プロセスを繰り返すことができる。さらに、動作の順序は並べ替えられ得る。プロセスは、それの動作が完了したときに終了する。プロセスは、メソッド、関数、手続き、サブルーチン、サブプログラムなどに対応することができる。プロセスがソフトウェア関数に対応するとき、その終了は呼出し関数またはメイン関数への関数の復帰に対応する。

[0187]開示する実装形態の以上の説明は、当業者が本発明の実施形態を実施または使用することができるように与えたものである。これらの実装形態への様々な修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の実施形態の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、実施形態は、本明細書で示した実装形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与られるべきである。

[0187]開示する実装形態の以上の説明は、当業者が本発明の実施形態を実施または使用することができるように与えたものである。これらの実装形態への様々な修正は当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般原理は、本発明の実施形態の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、実施形態は、本明細書で示した実装形態に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与られるべきである。
以下に本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[Ｃ１] ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを備える撮像システムであって、前記少なくとも１つのカメラは、
センサー要素のアレイを備える画像センサーと、
受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、
セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素、前記セカンダリ光屈曲表面は、前記プライマリ光屈曲表面から受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、と、
レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
前記セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズ、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記光学要素に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
前記プライマリ光屈曲表面と前記光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズと
を備える、と、
前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータと
を備える、撮像システム。
[Ｃ２] 前記センサー要素のアレイは、センサー要素ピッチを有し、前記画像センサーは、前記センサー要素ピッチに最も少ない部分において基づいて決定されたナイキストサンプリングレートを有し、前記光学システムは、前記画像センサーナイキストサンプリングレートが約３０％以下のＭＴＦ性能を有するように構成される、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ３] 前記光学要素は、前記セカンダリ光屈曲表面によって前記第２の方向に方向変換された光が前記画像センサーの方へ伝播するための出力表面をさらに備え、前記少なくとも１つの固定レンズは前記出力表面に接続される、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ４] 前記画像センサーと前記少なくとも１つの固定レンズとの間に配列されたカバーガラスをさらに備える、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ５] 前記カバーガラスは、前記少なくとも１つの固定レンズに結合された第１のカバーガラス表面を備える、
Ｃ４に記載の撮像システム。
[Ｃ６] 前記カバーガラスは、前記画像センサーに結合された第２のカバーガラス表面を備える、
Ｃ５に記載の撮像システム。
[Ｃ７] 前記光学要素、前記少なくとも１つの固定レンズ、前記カバーガラスおよび前記画像センサーは、互いに対して固定するようにスタック中で機械的に連結される、
Ｃ４に記載の撮像システム。
[Ｃ８] 前記センサー要素ピッチは約１．４μｍ以下である、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ９] 前記少なくとも１つのカメラは、前記レンズアセンブリの前記アクチュエータと前記少なくとも１つの可動レンズとの間に結合された少なくとも１つのガイドレールをさらに備え、前記少なくとも１つのガイドレールは、光軸から離れる、または前記光軸の周りを回転する前記少なくとも１つの可動レンズの動きを抑制するために、前記カメラ内の表面とスライド可能にかみ合わせるように配置され、前記光軸は、前記第１の方向に実質的に平行である、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ１０] 前記少なくとも１つのカメラは、前記ターゲット画像シーンの対応する複数の部分をキャプチャするように構成された複数のカメラを備え、前記撮像システムは、前記対応する複数の部分に少なくとも部分的に基づいて、前記ターゲット画像シーンの最終画像を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ１１] 前記センサー要素ピッチはほぼ１．４μｍ未満である、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ１２] ｆ値は、２．５以下である、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ１３] 前記少なくとも１つの固定レンズは、
前記画像センサーに平行するとともに前記光学要素に近接して配列された実質的に平坦な面を有する平凹レンズと、
前記実質的に平坦な面に対向して配列され、前記画像センサーに近接して配列された凹面と
を備える、Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ１４] 前記少なくとも１つの固定レンズは、少なくとも１つのレンズごとに少なくとも１つの曲面を有する前記少なくとも１つのレンズを備え、前記少なくとも１つのレンズは、前記光学要素と前記画像センサーとの間に配列される、
Ｃ１に記載のシステム。
[Ｃ１５] セカンダリ光屈曲表面は、鏡面を備える、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ１６] ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを備える撮像システムであって、前記少なくとも１つのカメラは、
センサー要素のアレイを備える画像センサーと、
受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、
前記プライマリ光屈曲表面から受信された光を前記画像センサーへと第２の方向に方向変換するように構成された、光を方向変換するための手段と、
レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズ、前記少なくとも１つの固定レンズは、光を方向変換するための前記手段に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
前記プライマリ光屈曲表面と前記光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズと
を備える、と、
前記少なくとも１つの可動レンズを、前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように動かすための手段と
を備える、撮像システム。
[Ｃ１７] 前記光を方向変換するための手段は、光を前記第２の方向に方向変換するための光方向変換される手段が前記画像センサーに向かって伝播するための出力表面を備え、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記出力表面に接続される、
Ｃ１６に記載の撮像システム。
[Ｃ１８] 前記画像センサーと前記少なくとも１つの固定レンズとの間に配列された前記画像センサーを保護するための手段をさらに備える、
Ｃ１６に記載の撮像システム。
[Ｃ１９] 前記画像センサーを前記保護するための手段は、カバーガラスを備える、
Ｃ１８に記載の撮像システム。
[Ｃ２０] 前記カバーガラスは、前記少なくとも１つの固定レンズに結合された第１のカバーガラス表面を備える、
Ｃ１９に記載の撮像システム。
[Ｃ２１] 前記カバーガラスは、前記画像センサーに結合された第２のカバーガラス表面を備える、
Ｃ２０に記載の撮像システム。
[Ｃ２２] 前記光を方向変換するための手段、前記少なくとも１つの固定レンズ、前記カバーガラス、および画像センサーは、互いに対して固定するように機械的に連結される、
Ｃ１９に記載の撮像システム。
[Ｃ２３] 前記少なくとも１つの固定レンズは、
前記画像センサーに平行するとともに前記光学要素に近接して配列された実質的に平坦な面を有する平凹レンズと、
前記実質的に平坦な面に対向して配列され、前記画像センサーに近接して配列された凹面と
を備える、Ｃ１６に記載の撮像システム。
[Ｃ２４] 前記光を方向変換するための手段は、プリズムを備える、
Ｃ１６に記載の撮像システム。
[Ｃ２５] 前記光を方向変換するための手段は鏡を備える、
Ｃ１６に記載の撮像システム。
[Ｃ２６] 前記少なくとも１つのカメラは、前記アクチュエータと前記少なくとも１つの可動レンズとの間で結合された前記少なくとも１つの可動レンズを安定させるための少なくとも１つの手段をさらに備え、前記安定させるための少なくとも１つの手段は、光軸から離れる、または前記光軸の周りを回転する前記少なくとも１つの可動レンズの動きを抑制するために、前記カメラ内の表面とスライド可能にかみ合わせるように配置され、前記光軸は前記第１の方向に実質的に平行である、
Ｃ１６に記載の撮像システム。
[Ｃ２７] 前記少なくとも１つのカメラは、前記ターゲット画像シーンの対応する複数の部分をキャプチャするように構成された複数のカメラを備え、前記撮像システムは、前記対応する複数の部分に少なくとも部分的に基づいて、前記ターゲット画像シーンの最終画像を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える、
Ｃ１に記載の撮像システム。
[Ｃ２８] ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを設けること、前記少なくとも１つのカメラは、
センサー要素のアレイを備える画像センサーと、
受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、
セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素、前記セカンダリ光屈曲表面は、前記プライマリ光屈曲表面から受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、と
レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
前記セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズと、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記光学要素に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
前記プライマリ光屈曲表面と前記光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズと
を備える、と、
前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータと
を備える、と、
前記光学要素、前記少なくとも１つの固定レンズおよび前記画像センサーの相対的な配置を維持したまま、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすことによって、前記ターゲット画像シーンに前記少なくとも１つのカメラの焦点を合わせることと
を備える、方法。
[Ｃ２９] 前記少なくとも１つのカメラは複数のカメラを備え、前記方法は、前記複数のカメラから画像を受信することをさらに備え、前記複数のカメラから受信された前記画像の少なくとも一部分を備える画像を形成する、
Ｃ２８に記載の方法。
[Ｃ３０] ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを備える撮像システムであって、前記少なくとも１つのカメラは、
センサー要素のアレイを備える画像センサー、ここにおいて、前記センサー要素のアレイはセンサー要素ピッチを有し、前記画像センサーは、前記センサー要素ピッチに最も少ない部分において基づいて決定されたナイキストサンプリングレートを有する、と、
セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素、前記セカンダリ光屈曲表面は、前記セカンダリ光屈曲表面上で受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、と、
レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
前記セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズ、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記光学要素に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
前記セカンダリ屈曲表面によって受信された光が前記少なくとも１つの可動レンズを通って伝播するように配置された少なくとも１つの可動レンズと
を備える、と、
前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータと
を備える、撮像システム。

Claims (30)

1. ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを備える撮像システムであって、前記少なくとも１つのカメラは、
   センサー要素のアレイを備える画像センサーと、
   受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、
   セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素、前記セカンダリ光屈曲表面は、前記プライマリ光屈曲表面から受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、と、
   レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
   前記セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズ、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記光学要素に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
   前記プライマリ光屈曲表面と前記光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズと
   を備える、と、
   前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータと
   を備える、撮像システム。
2. 前記センサー要素のアレイは、センサー要素ピッチを有し、前記画像センサーは、前記センサー要素ピッチに最も少ない部分において基づいて決定されたナイキストサンプリングレートを有し、前記光学システムは、前記画像センサーナイキストサンプリングレートが約３０％以下のＭＴＦ性能を有するように構成される、
   請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記光学要素は、前記セカンダリ光屈曲表面によって前記第２の方向に方向変換された光が前記画像センサーの方へ伝播するための出力表面をさらに備え、前記少なくとも１つの固定レンズは前記出力表面に接続される、
   請求項１に記載の撮像システム。
4. 前記画像センサーと前記少なくとも１つの固定レンズとの間に配列されたカバーガラスをさらに備える、
   請求項１に記載の撮像システム。
5. 前記カバーガラスは、前記少なくとも１つの固定レンズに結合された第１のカバーガラス表面を備える、
   請求項４に記載の撮像システム。
6. 前記カバーガラスは、前記画像センサーに結合された第２のカバーガラス表面を備える、
   請求項５に記載の撮像システム。
7. 前記光学要素、前記少なくとも１つの固定レンズ、前記カバーガラスおよび前記画像センサーは、互いに対して固定するようにスタック中で機械的に連結される、
   請求項４に記載の撮像システム。
8. 前記センサー要素ピッチは約１．４μｍ以下である、
   請求項１に記載の撮像システム。
9. 前記少なくとも１つのカメラは、前記レンズアセンブリの前記アクチュエータと前記少なくとも１つの可動レンズとの間に結合された少なくとも１つのガイドレールをさらに備え、前記少なくとも１つのガイドレールは、光軸から離れる、または前記光軸の周りを回転する前記少なくとも１つの可動レンズの動きを抑制するために、前記カメラ内の表面とスライド可能にかみ合わせるように配置され、前記光軸は、前記第１の方向に実質的に平行である、
   請求項１に記載の撮像システム。
10. 前記少なくとも１つのカメラは、前記ターゲット画像シーンの対応する複数の部分をキャプチャするように構成された複数のカメラを備え、前記撮像システムは、前記対応する複数の部分に少なくとも部分的に基づいて、前記ターゲット画像シーンの最終画像を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える、
    請求項１に記載の撮像システム。
11. 前記センサー要素ピッチはほぼ１．４μｍ未満である、
    請求項１に記載の撮像システム。
12. ｆ値は、２．５以下である、
    請求項１に記載の撮像システム。
13. 前記少なくとも１つの固定レンズは、
    前記画像センサーに平行するとともに前記光学要素に近接して配列された実質的に平坦な面を有する平凹レンズと、
    前記実質的に平坦な面に対向して配列され、前記画像センサーに近接して配列された凹面と
    を備える、請求項１に記載の撮像システム。
14. 前記少なくとも１つの固定レンズは、少なくとも１つのレンズごとに少なくとも１つの曲面を有する前記少なくとも１つのレンズを備え、前記少なくとも１つのレンズは、前記光学要素と前記画像センサーとの間に配列される、
    請求項１に記載のシステム。
15. セカンダリ光屈曲表面は、鏡面を備える、
    請求項１に記載の撮像システム。
16. ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを備える撮像システムであって、前記少なくとも１つのカメラは、
    センサー要素のアレイを備える画像センサーと、
    受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、
    前記プライマリ光屈曲表面から受信された光を前記画像センサーへと第２の方向に方向変換するように構成された、光を方向変換するための手段と、
    レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
    セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズ、前記少なくとも１つの固定レンズは、光を方向変換するための前記手段に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
    前記プライマリ光屈曲表面と前記光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズと
    を備える、と、
    前記少なくとも１つの可動レンズを、前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように動かすための手段と
    を備える、撮像システム。
17. 前記光を方向変換するための手段は、光を前記第２の方向に方向変換するための光方向変換される手段が前記画像センサーに向かって伝播するための出力表面を備え、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記出力表面に接続される、
    請求項１６に記載の撮像システム。
18. 前記画像センサーと前記少なくとも１つの固定レンズとの間に配列された前記画像センサーを保護するための手段をさらに備える、
    請求項１６に記載の撮像システム。
19. 前記画像センサーを前記保護するための手段は、カバーガラスを備える、
    請求項１８に記載の撮像システム。
20. 前記カバーガラスは、前記少なくとも１つの固定レンズに結合された第１のカバーガラス表面を備える、
    請求項１９に記載の撮像システム。
21. 前記カバーガラスは、前記画像センサーに結合された第２のカバーガラス表面を備える、
    請求項２０に記載の撮像システム。
22. 前記光を方向変換するための手段、前記少なくとも１つの固定レンズ、前記カバーガラス、および画像センサーは、互いに対して固定するように機械的に連結される、
    請求項１９に記載の撮像システム。
23. 前記少なくとも１つの固定レンズは、
    前記画像センサーに平行するとともに前記光学要素に近接して配列された実質的に平坦な面を有する平凹レンズと、
    前記実質的に平坦な面に対向して配列され、前記画像センサーに近接して配列された凹面と
    を備える、請求項１６に記載の撮像システム。
24. 前記光を方向変換するための手段は、プリズムを備える、
    請求項１６に記載の撮像システム。
25. 前記光を方向変換するための手段は鏡を備える、
    請求項１６に記載の撮像システム。
26. 前記少なくとも１つのカメラは、前記アクチュエータと前記少なくとも１つの可動レンズとの間で結合された前記少なくとも１つの可動レンズを安定させるための少なくとも１つの手段をさらに備え、前記安定させるための少なくとも１つの手段は、光軸から離れる、または前記光軸の周りを回転する前記少なくとも１つの可動レンズの動きを抑制するために、前記カメラ内の表面とスライド可能にかみ合わせるように配置され、前記光軸は前記第１の方向に実質的に平行である、
    請求項１６に記載の撮像システム。
27. 前記少なくとも１つのカメラは、前記ターゲット画像シーンの対応する複数の部分をキャプチャするように構成された複数のカメラを備え、前記撮像システムは、前記対応する複数の部分に少なくとも部分的に基づいて、前記ターゲット画像シーンの最終画像を生成するように構成されたプロセッサをさらに備える、
    請求項１に記載の撮像システム。
28. ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを設けること、前記少なくとも１つのカメラは、
    センサー要素のアレイを備える画像センサーと、
    受信された光の部分を第１の方向に誘導するように構成されたプライマリ光屈曲表面と、
    セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素、前記セカンダリ光屈曲表面は、前記プライマリ光屈曲表面から受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、と
    レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
    前記セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズと、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記光学要素に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
    前記プライマリ光屈曲表面と前記光学要素との間に配置された少なくとも１つの可動レンズと
    を備える、と、
    前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータと
    を備える、と、
    前記光学要素、前記少なくとも１つの固定レンズおよび前記画像センサーの相対的な配置を維持したまま、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすことによって、前記ターゲット画像シーンに前記少なくとも１つのカメラの焦点を合わせることと
    を備える、方法。
29. 前記少なくとも１つのカメラは複数のカメラを備え、前記方法は、前記複数のカメラから画像を受信することをさらに備え、前記複数のカメラから受信された前記画像の少なくとも一部分を備える画像を形成する、
    請求項２８に記載の方法。
30. ターゲット画像シーンをキャプチャするように構成された少なくとも１つのカメラを備える撮像システムであって、前記少なくとも１つのカメラは、
    センサー要素のアレイを備える画像センサー、ここにおいて、前記センサー要素のアレイはセンサー要素ピッチを有し、前記画像センサーは、前記センサー要素ピッチに最も少ない部分において基づいて決定されたナイキストサンプリングレートを有する、と、
    セカンダリ光屈曲表面を有する光学要素、前記セカンダリ光屈曲表面は、前記セカンダリ光屈曲表面上で受信された光を第２の方向に方向変換するように配置される、と、
    レンズアセンブリ、前記レンズアセンブリは、
    前記セカンダリ光屈曲表面と前記画像センサーとの間に配置された少なくとも１つの固定レンズ、前記少なくとも１つの固定レンズは、前記光学要素に機械的に結合された第１の表面と、前記画像センサーに機械的に結合された第２の表面とを有する、と、
    前記セカンダリ屈曲表面によって受信された光が前記少なくとも１つの可動レンズを通って伝播するように配置された少なくとも１つの可動レンズと
    を備える、と、
    前記レンズアセンブリを通って前記画像センサー上に伝播する光の焦点を合わせるように、前記少なくとも１つの可動レンズを動かすように構成されたアクチュエータと
    を備える、撮像システム。