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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-30
(54)【発明の名称】空間変動偏光子を用いたカメラデバイス
(51)【国際特許分類】
G03B 11/00 20210101AFI20230323BHJP
G02B 27/28 20060101ALI20230323BHJP
G02F 1/1347 20060101ALI20230323BHJP
G02B 5/00 20060101ALI20230323BHJP
G03B 19/06 20210101ALI20230323BHJP
H04N 23/50 20230101ALI20230323BHJP
H04N 23/55 20230101ALI20230323BHJP
H04N 23/60 20230101ALI20230323BHJP
H04N 23/951 20230101ALI20230323BHJP
【ＦＩ】
G03B11/00
G02B27/28 Z
G02F1/1347
G02B5/00 Z
G03B19/06
H04N23/50
H04N23/55
H04N23/60
H04N23/951
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022536614
(86)(22)【出願日】2021-02-08
(85)【翻訳文提出日】2022-08-12
(86)【国際出願番号】 US2021017087
(87)【国際公開番号】W WO2021162989
(87)【国際公開日】2021-08-19
(31)【優先権主張番号】62/975,063
(32)【優先日】2020-02-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】517160525
【氏名又は名称】バルブ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ハッドマン、ジョシュア マーク
【テーマコード（参考）】
2H042
2H054
2H083
2H189
2H199
5C122
【Ｆターム（参考）】
2H042AA04
2H042AA05
2H042AA18
2H042AA19
2H042AA22
2H054BB07
2H054CA01
2H083AA06
2H083AA26
2H083AA52
2H189AA21
2H189AA29
2H189AA32
2H189JA05
2H189MA15
2H199AB45
2H199AB58
5C122EA37
5C122FA18
5C122FB07
5C122FB17
5C122FC06
5C122FH18
5C122GE11
5C122HA86
(57)【要約】
本開示のシステムおよび方法は、１つまたは複数のマルチツイストリターダなどの１つまたは複数の空間変動偏光子を利用するコンパクトなカメラデバイスを提供して、性能が改善されたコンパクトな設計を提供する。空間変動偏光子を使用して、カメラが受け取る光を多重化することができ、これにより、光学部品が、入ってくる光を、偏光固有のやり方で修正（例えば、集光）することが可能になって、より良い解像度、低減された形状因子、または、他の利点がもたらされる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を受け取ることと、前記光の第１の成分を第１の角度で回折させ、前記光の第２の成分を第２の角度で回折させることであって、前記第１の成分が、第１の偏光を有し、前記第２の成分が、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を有する、回折させることと
を行うように構成された空間変動偏光子と、
第１の光学部分および第２の光学部分であって、前記第１の成分および前記第２の成分をそれぞれ受け取るように位置決めされており、前記第１の成分および前記第２の成分に第１の光学補正および第２の光学補正をそれぞれ実行し、第１の光学的に補正された成分および第２の光学的に補正された成分をそれぞれ出力するように構成された第１の光学部分および第２の光学部分と、
前記光の前記第１の光学的に補正された成分および前記第２の光学的に補正された成分を捉えるように構成されたセンサと
を備えるカメラデバイス。
【請求項2】
前記第１の光学部分が、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを、前記第１の成分に実行するように構成されている、請求項１に記載のカメラデバイス。
【請求項3】
前記第２の光学部分が、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを、前記第２の成分に実行するように構成されている、請求項１または２に記載のカメラデバイス。
【請求項4】
前記空間変動偏光子が、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のカメラデバイス。
【請求項5】
前記空間変動偏光子をアクティブ状態と、非アクティブ状態とで切り替えるように構成されたコントローラを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のカメラデバイス。
【請求項6】
前記センサが、前記第１の光学的に補正された成分を捉えるように構成された第１のセンサと、
前記第２の光学的に補正された成分を捉えるように構成された第２のセンサと
を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載のカメラデバイス。
【請求項7】
複数の画素にて画像を捉えるように構成されたセンサと、光を受け取り、
第１の偏光状態を有する前記光の第１の成分、および、前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する前記光の第２の成分を出力する
ように構成された空間変動偏光子と、
前記第１の成分および前記第２の成分に光学補正をそれぞれ実行し、第１の光学的に補正された成分および第２の光学的に補正された成分をそれぞれ出力するように構成された光学部分と、
前記第１の偏光状態に基づいて、前記センサへの前記第１の光学的に補正された成分の通過を可能にするように、またはブロックするように動作可能であり、前記第２の偏光状態に基づいて、前記センサへの前記第２の光学的に補正された成分の通過を可能にするように、またはブロックするように動作可能である空間変動センサフィルタと
を備えるカメラデバイス。
【請求項8】
前記光学部分が、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを、前記第１の成分に実行する、請求項７に記載のカメラデバイス。
【請求項9】
前記光学部分が、回折パターンに応じた回折の実行、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを、前記第２の成分に実行する、請求項７または８に記載のカメラデバイス。
【請求項10】
前記空間変動偏光子および前記空間変動センサフィルタがそれぞれ、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を有する、請求項７から９のいずれか一項に記載のカメラデバイス。
【請求項11】
前記空間変動センサフィルタが、第１のフィルタパターンを有する第１の状態、および、第２のフィルタパターンを有する第２の状態で動作するように構成されている、請求項７から１０のいずれか一項に記載のカメラデバイス。
【請求項12】
前記空間変動センサフィルタが前記第１の状態で動作するべきか、または、前記第２の状態で動作するべきかを示す信号を前記空間変動センサフィルタに出力するように構成されたコントローラを備える、請求項１１に記載のカメラデバイス。
【請求項13】
前記第１の状態では、前記空間変動センサフィルタが、前記第１の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの第１の画素セットへの通過を可能にし、前記第２の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの前記第１の画素セットへの通過をブロックするように構成されている、請求項１１または１２に記載のカメラデバイス。
【請求項14】
前記第１の状態では、前記空間変動センサフィルタが、前記第１の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの第２の画素セットへの通過をブロックし、前記第２の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの前記第２の画素セットへの通過を可能するように構成されている、請求項１３に記載のカメラデバイス。
【請求項15】
前記第１の画素セットと、前記第２の画素セットとは相互に排他的であり、前記第１の画素セットと前記第２の画素セットとの組合せが、前記複数の画素を形成している、請求項１４に記載のカメラデバイス。
【請求項16】
前記コントローラが、画像取得または映像取得の連続したフレーム間で、前記空間変動センサフィルタを、前記第１の状態と、前記第２の状態とで交互に切り替えるように構成されている、請求項１２に記載のカメラデバイス。
【請求項17】
前記コントローラが、２つの連続したフレームを使用して、２つのフル解像度画像を生成するように動作可能であり、前記連続したフレームのそれぞれが、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態のそれぞれで受け取られた光についてのハーフ解像度画像を含む、請求項１６に記載のカメラデバイス。
【請求項18】
前記コントローラが、挟角での画像取得または映像取得について、前記空間変動センサフィルタを前記第１の状態または前記第２の状態で動作させるように構成されている、請求項１２に記載のカメラデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、カメラデバイスに関し、詳細には、空間変動偏光子を用いたカメラデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
様々な消費者電子デバイスで、カメラが広範囲に渡り採用されることで、画像取得能力を高めることと、カメラの形状因子（またはサイズ）を減らすこととの両方が必要になっている。スマートフォンカメラまたはヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）デバイス用のカメラなどの消費者電子デバイスカメラのサイズを減らして、消費者電子デバイスの全体的な形状因子をコンパクトに維持することは有利である。さらに、写真および映像を撮ることについて、ユーザがますます消費者電子デバイスカメラに依拠するにつれて、消費者電子デバイスカメラに、コンパクトな形状因子内で様々な機能を備え付けることがますます重要になっている。
【発明の概要】
【0003】
カメラデバイスは、光を受け取ることと、前記光の第１の成分を第１の角度で回折させ、前記光の第２の成分を第２の角度で回折させることであって、前記第１の成分が、第１の偏光を有し、前記第２の成分が、前記第１の偏光とは異なる第２の偏光を有する、回折させることとを行うように構成された空間変動偏光子と、第１の光学部分および第２の光学部分であって、前記第１の成分および前記第２の成分をそれぞれ受け取るように位置決めされており、前記第１の成分および前記第２の成分に第１の光学補正および第２の光学補正をそれぞれ実行し、第１の光学的に補正された成分および第２の光学的に補正された成分をそれぞれ出力するように構成された第１の光学部分および第２の光学部分と、前記光の前記第１の光学的に補正された成分および前記第２の光学的に補正された成分を捉えるように構成されたセンサとを備えるものとして要約することができる。前記第１の光学部分は、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを、前記第１の成分に実行するように構成され得る。前記第２の光学部分は、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを、前記第２の成分に実行するように構成され得る。前記空間変動偏光子は、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を含み得る。前記カメラデバイスは、前記空間変動偏光子をアクティブ状態と、非アクティブ状態とで切り替えるように構成されたコントローラを含み得る。前記センサは、前記第１の光学的に補正された成分を捉えるように構成された第１のセンサと、前記第２の光学的に補正された成分を捉えるように構成された第２のセンサとを含み得る。
【0004】
カメラデバイスは、複数の画素にて画像を捉えるように構成されたセンサと、光を受け取り、第１の偏光状態を有する前記光の第１の成分、および、前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する前記光の第２の成分を出力するように構成された空間変動偏光子と、前記第１の成分および前記第２の成分に光学補正をそれぞれ実行し、第１の光学的に補正された成分および第２の光学的に補正された成分をそれぞれ出力するように構成された光学部分と、前記第１の偏光状態に基づいて、前記センサへの前記第１の光学的に補正された成分の通過を可能にするように、またはブロックするように動作可能であり、前記第２の偏光状態に基づいて、前記センサへの前記第２の光学的に補正された成分の通過を可能にするように、またはブロックするように動作可能である空間変動センサフィルタとを備えるものとして要約することができる。前記光学部分は、回折パターンに応じた回折、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを、前記第１の成分に実行し得る。前記光学部分は、回折パターンに応じた回折の実行、光コリメーション、集光、画像鮮明化、角度分解能修正、焦点距離修正、または、収差補正のうちの少なくとも１つを前記第２の成分に実行し得る。前記空間変動偏光子および前記空間変動センサフィルタはそれぞれ、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）を含み得る。前記空間変動センサフィルタは、第１のフィルタパターンを有する第１の状態、および、第２のフィルタパターンを有する第２の状態で動作するように構成され得る。前記カメラデバイスは、前記空間変動センサフィルタが前記第１の状態で動作するべきか、または、前記第２の状態で動作するべきかを示す信号を前記空間変動センサフィルタに出力するように構成されたコントローラを含み得る。前記第１の状態では、前記空間変動センサフィルタは、前記第１の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの第１の画素セットへの通過を可能にし、前記第２の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの前記第１の画素セットへの通過をブロックするように構成され得る。前記第１の状態では、前記空間変動センサフィルタは、前記第１の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの第２の画素セットへの通過をブロックし、前記第２の偏光状態を有する光の、前記複数の画素のうちの前記第２の画素セットへの通過を可能にするように構成され得る。前記第１の画素セットと、前記第２の画素セットとは相互に排他的であり得、前記第１の画素セットと第２の画素セットとの組合せが、前記複数の画素を形成し得る。前記コントローラは、画像取得または映像取得の連続したフレーム間で、前記空間変動センサフィルタを、前記第１の状態と、前記第２の状態とで交互に切り替えるように構成され得る。前記コントローラは、２つの連続したフレームを使用して、２つのフル解像度画像を生成するように動作可能であり得、前記連続したフレームのそれぞれは、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態のそれぞれで受け取られた光についてのハーフ解像度画像を含む。前記コントローラは、挟角での画像取得または映像取得について、前記空間変動センサフィルタを前記第１の状態または前記第２の状態で動作するように構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】一実施形態によるカメラデバイスの概略ブロック図である。
【0006】
【図2】一実施形態によるカメラデバイスの光学システムの一例を示す図である。
【0007】
【図3】一実施形態によるカメラデバイスの光学システムの他の例を示す図である。
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下の説明では、開示される様々な実装形態の完全な理解をもたらすために、特定の具体的詳細が記載される。しかし、当業者は、これらの具体的詳細のうちの１つもしくは複数がなくても、または、他の方法、コンポーネント、材料などを用いて、実装形態が実践され得ることを認識するであろう。他の例では、実装形態の不要に曖昧な説明を避けるために、コンピュータシステム、サーバコンピュータ、および／または、通信ネットワークに関連する周知の構造の図示または詳細な説明を行っていない。
【0010】
文脈上他の意味に解するべき場合を除き、以下の明細書および特許請求の範囲を通して、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という単語は、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」と同義であり、包括的またはオープンエンドである（すなわち、記載されていない追加の要素または方法行為を排除しない）。本明細書では、特に断りのない限り、または、文脈と矛盾しない限り、「セット」という用語（例えば、「アイテムのセット」）を言った場合、１つまたは複数の部材または例を含む非空の集合と解釈される。
【0011】
本明細書を通して、「１つの実装形態」または「一実装形態」と言った場合、その実装形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または、性質が、少なくとも１つの実装形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な箇所で「１つの実装形態では」または「一実装形態では」という言い回しが現れた場合、必ずしも全てが同一の実装形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または、性質を、任意の適当な手法で、１つまたは複数の実装形態内で組み合わせることができる。
【0012】
文脈が明確に規定しない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲では、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および、「ｔｈｅ」は、複数の指示対象を含む。文脈が明確に規定しない限り、「または（ｏｒ）」という用語は、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を含む意味合いで一般に用いられることにも留意されたい。
【0013】
本明細書で提供される開示の見出しおよび要約は、便宜のみのためのものであり、実装形態の範囲または意味を解釈しない。
【0014】
図１は、一実施形態によるカメラデバイス１００のブロック図を示す。カメラデバイス１００は、コントローラ１０２、光学システム１０４、メモリ１０６、出力デバイス１０８、および、入力デバイス１１０を含む。コントローラ１０２は、光学システム１０４、メモリ１０６、出力デバイス１０８、および、入力デバイス１１０に動作可能に結合される。
【0015】
コントローラ１０２は、メモリ１０６に記憶される実行可能命令を実行するように構成される任意の種類のデバイスであり得る。実行可能命令がコントローラ１０２により実行されると、実行可能命令は、本明細書で説明される機能または技術をコントローラ１０２に実行させる。コントローラ１０２は、特には、プロセッサ、マイクロコントローラ、または、マイクロプロセッサであってよく、計算ユニット、特には、算術論理ユニット（ＡＬＵ）を含んでよい。コントローラ１０２は、本明細書で説明される技術を実行することができる。コントローラ１０２は、埋め込まれたシステムオンチップ（ＳｏＣ）であってもよい。コントローラ１０２は、特には、中央処理ユニット（ＣＰＵ）またはグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）を含み得る。
【0016】
光学システム１０４は、１つまたは複数の画像を捉えるように動作するアセンブリ、特には、本明細書で説明される１つまたは複数の画像センサ、レンズ、フィルタ、アパーチャ、および、空間変動偏光子のアセンブリであってもよい。コントローラ１０２は、光学システム１０４に制御データを送って、光学システム１０４を制御し、光学システム１０４の動作性質を指定することができる。コントローラ１０２は、光学システム１０４にコマンドを出力して、画像取得をトリガすることもできる。光学システム１０４は、１つまたは複数の画像を捉え、１つまたは複数の画像を表すデータをコントローラ１０２に出力することができる。
【0017】
メモリ１０６は、任意の非一時的コンピュータ可読記憶媒体であり得る。メモリ１０６は、実行可能命令を記憶するように構成することができ、これらの実行可能命令は、コントローラ１０２により実行されると、本明細書で説明される動作、方法、または技術をコントローラ１０２に実行させる。実行可能命令は、コンピュータプログラムまたはコンピュータコードであり得る。メモリ１０６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／またはリードオンリメモリ（ＲＯＭ）を含み得る。コントローラ１０２は、捉えられた画像をメモリ１０６に記憶させることができる。
【0018】
出力デバイス１０８は、データをユーザに出力するように構成される任意の種類のデバイスのうちの１つまたは複数であり得る。例えば、出力デバイス１０８は、特には、ディスプレイ、スピーカ、有線通信ポート、または、無線通信ポートであり得る。出力デバイス１０８がディスプレイである場合、出力デバイス１０８は、画像または映像をユーザに出力することができる。
【0019】
入力デバイス１１０は、ユーザ入力を受け取るように構成される任意の種類のデバイスのうちの１つまたは複数であり得る。入力デバイス１１０は、特には、キーボードまたはボタンであり得る。一実施形態では、入力デバイス１１０および出力デバイス１０８は、データまたは画像をユーザに表示することと、ユーザ入力を受け取ることとの両方を行うように動作可能なタッチスクリーンであり得る。ユーザは、入力デバイス１１０を使用して、光学システム１０４を制御することができる。ユーザは、入力デバイス１１０を使用して、光学システム１０４による画像取得をトリガすることができる。
【0020】
カメラデバイス１００は、外部デバイスと通信するように構成される１つまたは複数の有線通信インタフェースまたは無線通信インタフェースを含み得る。例えば、１つまたは複数の有線通信インタフェースまたは無線通信インタフェースは、モデムまたはトランシーバであり得る。１つまたは複数の有線通信インタフェースまたは無線通信インタフェースは、外部デバイスと通信することができ、外部デバイスに画像または映像を送ることができる。カメラデバイス１００は、説明を容易にするために簡略化されている図１に示されていない他の要素、デバイスまたはエンティティを含んでもよい。
【0021】
図２は、一実施形態による光学システム１０４ａの一例を示す。光学システム１０４ａは、アパーチャ２２０と、入力端２２３を含む空間変動偏光子２２２と、第１の光学部分２２４と、第２の光学部分２２６と、第１のセンサ２２８と、第２のセンサ２３０とを有する。アパーチャ２２０は、撮像のための光の通過を可能にするように動作可能な任意の種類の開口であり得る。
【0022】
空間変動偏光子２２２は、１つまたは複数のマルチツイストリターダ（ＭＴＲ）で形成することができ、マルチツイストリターダ（ＭＴＲ）は、カスタマイズされた正確な広帯域遅延レベル、狭帯域遅延レベル、または、複数帯域遅延レベルを単一の薄膜内にもたらす波長板に類似した位相差膜である。より具体的には、ＭＴＲは、単一基板上にあり、単一の位置合わせ層を伴う２つまたはそれより多くのツイスト液晶（ＬＣ）層を備える。次のＬＣ層が前の層により直接的に位置合わせされるので、簡単な作製が可能になり、自動的な層間位置合わせが実現され、継続的に変動する光軸を有するモノシリックな膜がもたらされる。自体の空間変動特性に起因して、マルチツイストリターダは、局所化された光学補正を提供する。この局所化された光学補正は、受け取られる光の一部分に作用することができる。
【0023】
空間変動偏光子２２２は、補正光学部品として動作し、自体を通過している光に屈折（屈折率に応じる）または回折（回折パターンに応じる）を受けさせるように構成することができる。空間変動偏光子２２２は、偏光が方向付けられるレンズとして形成し、通過光を集光するために電気的に制御可能な焦点距離を有することができ、通過光にコリメーションを実行することができる。自体の空間変動特性に起因して、マルチツイストリターダは、切り替え可能な（例えば、コントローラからの入力を介して切り替え可能な）局所化された光学補正を提供する。
【0024】
空間変動偏光子２２２は、受け取られた光を回折させることができる。この回折は、受け取られた光の偏光の関数であり得る。さらに、空間変動偏光子２２２は、受け取られた光の偏光を、１つの偏光状態から他の偏光状態に変換することができる。さらに、空間変動偏光子２２２は、受け取られた光について、２つまたはそれより多くの偏光状態を出力し、２つまたはそれより多くの偏光状態を、それぞれの偏光に応じてそれぞれ異なるように回折させることができる。空間変動偏光子２２２は、受け取られた光を、それぞれの偏光状態を有する２つまたはそれより多くの成分に分解し、２つまたはそれより多くの成分を、それぞれの偏光状態に応じてそれぞれ異なるように回折させることもできる。
【0025】
第１の光学部分２２４および第２の光学部分２２６はそれぞれ、横切っている光を光学的に修正するように動作可能な光学素子からなる構成、アセンブリ、または系統、特には、レンズおよび偏光子などの光学素子からなる構成、アセンブリ、または系統であり得る。光学部分２２４、２２６はそれぞれ、第１のセンサ２２８および第２のセンサ２３０それぞれによる取得より前に、横切っている光に作用することができる。
【0026】
第１のセンサ２２８および第２のセンサ２３０はそれぞれ、任意の種類の光学センサまたはカメラセンサであり得る。第１のセンサ２２８および第２のセンサ２３０はそれぞれ、特には、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）またはアクティブ画素相補対称型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）であり得る。少なくともいくつかの実装形態では、第１のセンサ２２８および第２のセンサ２３０が、単一のセンサのうちの異なる部分、例えば、単一のセンサの左部分および右部分を含む。
【0027】
光学システム１０４ａは、アパーチャ２２０を介して光２３２を受け取る。光２３２は、空間変動偏光子２２２に入射する。光２３２は、非偏光、線形、円形または楕円などの任意の偏光状態を有し得る。空間変動偏光子２２２は、偏光依存性の回折光学部品として動作する。空間変動偏光子２２２は、２つの光成分である、角度θ１で回折された第１の成分２３４および角度θ２で回折された第２の成分２３６を出力する。第１の成分２３４は第１の偏光状態を有し、第２の成分２３６は第２の偏光状態を有する。第１の偏光状態および第２の偏光状態は、線形または非線形（例えば、円形もしくは楕円形）であり得、互いに直交していても（例えば、ｓ偏光、ｐ偏光）、互いに非直交であってもよい。
【0028】
第１の成分２３４および第２の成分２３６は、入射光２３２の構成成分であり得る。空間変動偏光子２２２は、入射光２３２を、第１の成分２３４および第２の成分２３６の形態の２つの偏光成分に分解または解体することができる。本明細書では、成分という用語は第１の成分２３４および第２の成分２３６を指すのに使用されるが、この用語は、第１の成分２３４および第２の成分２３６を、入射光２３２が解体または分解される、入射光２３２の構成成分に限定することを意図しないことに留意されたい。
【0029】
空間変動偏光子２２２は、入射光２３２の偏光を２つの偏光状態に変換することができる。空間変動偏光子２２２は、入射光２３２の偏光を第１の偏光に変換し、第１の偏光への偏光変換の結果として第１の成分２３４を出力することができる。空間変動偏光子２２２は、入射光２３２の偏光を第２の偏光に変換し、第２の偏光への偏光変換の結果として第２の成分２３６を出力することもできる。第１の成分２３４および第２の成分２３６の第１の偏光状態および第２の偏光状態は、特には、それぞれ水平および鉛直もしくは鉛直および水平、または、それぞれ右回りおよび左回りもしくは左回りおよび右回りであってもよい。
【0030】
空間変動偏光子２２２は、第１の成分２３４および第２の成分２３６を、これらの２つの成分が空間内で分離されるようなそれぞれの方向に出力する。図１に示されるように、第１の成分２３４は、基準に対して反時計方向にθ１の角度で出力され、第２の成分２３６は、基準に対して時計方向にθ２の角度で出力される。
【0031】
第１の光学部分２２４および第２の光学部分２２６は、空間変動偏光子２２２により回折される第１の成分２３４および第２の成分２３６を受け取るようにそれぞれ位置決めされる。回折角（θ１およびθ２）は既知であってもよく、空間変動偏光子２２２は、回折角（θ１およびθ２）に応じて光を回折するように形成することができる。回折角（θ１およびθ２）により、光学システム１０４ａ内での第１の光学部分２２４および第２の光学部分２２６の位置決めが分かる。
【0032】
本明細書で説明されるように、第１の光学部分２２４および第２の光学部分２２６は、第１の成分２３４および第２の成分２３６にそれぞれ作用する。各光学部分２２４、２２６は、それぞれ第１の成分２３４および第２の成分２３６を、特には収束すること、回折すること、コリメーションすること、集光すること、または、集光しないようにすることで、第１の成分２３４および第２の成分２３６にそれぞれ作用することができる。各光学部分２２４、２２６は、それぞれの成分２３４、２３６を光学的に補正する。第１の光学部分２２４および第２の光学部分２２６は、第１の光学的に補正された成分２３８および第２の光学的に補正された成分２４０をそれぞれ出力する。
【0033】
第１の光学的に補正された成分２３８および第２の光学的に補正された成分２４０は、第１のセンサ２２８および第２のセンサ２３０にそれぞれ入射する。第１のセンサ２２８および第２のセンサ２３０は、第１の画像および第２の画像をそれぞれ捉える。第１のセンサ２２８および第２のセンサ２３０は、別々に、または、同時に動作させる（コントローラ１０２により）ことができる。事実上、光学システム１０４ａは、１つのセンサまたは１つのカメラの形状因子を有する２カメラシステムまたは２センサシステムになり、光学システム１０４ａは、１つのアパーチャ２２０を用いて２つの画像を捉える。
【0034】
上記のように、センサ２２８、２３０の代わりに１つのセンサを使用することもできる。画素位置により、捉えられた光が第１の画像に関するか、または、第２の画像に関するかが分かり得る。図２を参照すると、センサ２２８および２３０の代わりに１つのセンサを使用した場合、センサの上部分に位置する画素が、第１の画像に関し得、センサの下部分に位置する画素が、第２の画像に関し得る。
【0035】
空間変動偏光子２２２の入力端２２３を、コントローラ１０２の出力端に結合することができる。空間変動偏光子２２２は、空間変動偏光子２２２がオン（アクティブ）であるべきか、または、オフ（非アクティブ）であるべきかを示す信号を、入力端２２３を介して受け取ることができる。非アクティブの場合、空間変動偏光子２２２は、本明細書で説明される、それが実行するように形成された光学補正を実行することができない。自体の材料組成に起因して、非アクティブの際には、空間変動偏光子２２２は、その材料組成に関連する固有の光学補正のみを実行することができる。様々な種類の材料が、光学特性を有し、光を変化させるように動作可能である。本明細書で説明されるように、空間変動偏光子２２２は、２つまたはそれより多くのツイスト液晶層で形成することができる。空間変動偏光子２２２の液晶層は、オフにされても、固有の光学補正を実行することできる。
【0036】
光学システム１０４ａは、積み重ねることができる複数の空間変動偏光子２２２を含むことができる。各空間変動偏光子２２２は、コントローラ１０２によりアクティブ状態と、非アクティブ状態で切り替え可能であり得る。本明細書で説明される、空間変動偏光子２２２により実行される光学補正は、複数の空間変動偏光子２２２に分散させることができる。例えば、複数の空間変動偏光子のうちの第１の空間変動偏光子が、第１の成分２３４を出力してもよく、複数の空間変動偏光子のうちの第２の空間変動偏光子が、第１の成分２３４を回折させ、第１の成分２３４を第１の光学部分２２４に向かわせてもよい。同様に、第３の空間変動偏光子が、第２の成分２３６を出力してもよく、第４の空間変動偏光子が、第２の成分２３６を回折させ、第２の成分２３６を第２の光学部分２２６に向かわせてもよい。さらに、第１の光学部分２２４または第２の光学部分２２６は、光学部分２２４、２２６により実行される光学補正を実行するように動作可能な空間変動偏光子を含んでもよい。
【0037】
図３は、一実施形態による、単一の光路を利用するカメラの光学システム１０４ｂの一例を示す。光学システム１０４ｂは、アパーチャ３０２と、入力端３０６を含む空間変動偏光子３０４と、光学部分３０８と、入力端３１２を含む空間変動センサフィルタ３１０と、センサ３１４とを有する。アパーチャ３０２は、撮像のための光の通過を可能にするように動作可能な任意の種類の開口であり得る。
【0038】
空間変動偏光子３０４は、アパーチャ３０２を通過している光３１６を受け取り、光３１６に光学補正または光学的修正を実行する。光学補正または光学的修正を実行することは、特には、回折、光コリメーション、集光、焦点距離修正、偏光変換または収差補正、角偏向（例えば、偏光固有の角偏向）を実行することを含み得る。光学補正は、光３１６の偏光状態もしくはその成分に基づいてもよく、または、光３１６の偏光状態もしくはその成分の関数であってもよい。空間変動偏光子３０４は、フィルタリングされた光３１８を出力する。
【0039】
空間変動偏光子３０４は、光３１６の偏光を変化させること、または、光３１６を偏光成分に分解もしくは解体することができる。例えば、フィルタリングされた光３１８（空間変動偏光子３０４により出力される）は、第１の偏光Ｐ１（例えば、水平または右回り）および第１の焦点距離を有する第１の成分、ならびに、第２の偏光Ｐ２（例えば、鉛直または左回り）および第２の焦点距離を有する第２の成分を備え得る。第１の焦点距離と第２の焦点距離とは異なっていてもよい。例えば、第１の焦点距離は、２距離単位であってもよく、第２の焦点距離は、第１の焦点距離よりも５０％大きくても、または、第１の焦点距離の２倍であってよく、したがって、３距離単位または４距離単位であってもよい。さらに、第１の焦点距離と、第２の焦点距離とは実質的に同じでもよいが、画像の解像度または知覚を改善するために異ならせること、および修正することができる。第２の焦点距離は、第１の焦点距離よりも０．１％から５％大きくても、小さくてもよい。例としてのみ言うと、第１の焦点距離が２距離単位の場合、第２の焦点距離は、１．９距離単位から１．９９８距離単位、または、２．００２距離単位から２．１距離単位であり得る。一実施形態では、第２の焦点距離は、第１の焦点距離の０．５％から２％だけ第１の焦点距離と異なり得る。
【0040】
光学部分３０８は、第１の偏光Ｐ１を有する光および第２の偏光Ｐ２を有する光について共通の光学部品を提供してもよく、第１の成分および第２の成分を含む修正された光３２０を、空間変動センサフィルタ３１０およびセンサ３１４に出力する。
【0041】
フィルタリングされた光が、光学部分３０８に入射する。本明細書で説明されるように、光学部分３０８は、フィルタリングされた光３１８を光学的に修正するように動作可能な構成、アセンブリまたは系統、特には、レンズおよび偏光子などの光学素子からなる構成、アセンブリまたは系統であり得る。光学部分３０８は、特には他の種類の光学補正の中でも、フィルタリングされた光３１８を収束させること、回折すること、コリメーションすること、集光させること、または、集光させないことができる。
【0042】
図４は、第１の状態である空間変動センサフィルタ３１０の一例を示す。空間変動センサフィルタ３１０は、センサ３１４の画素のそれぞれに達する光を選択的に制御するために、センサ３１４上の画素の覆いに対応し得る複数の画素フィルタを備える。少なくともいくつかの実装形態では、空間変動センサフィルタ３１０は、オンにされた際に、交互になった画素が、第１の偏光Ｐ１を有する光または第２の偏光Ｐ２を有する光を通過させように構成され得る。図４では、画素フィルタ内の「Ｐ１」は、空間変動センサフィルタ３１０が偏光Ｐ１を有する修正された光３２０を通過させ、偏光Ｐ２を有する修正された光３２０の通過をブロックすることを示し、「Ｐ２」は、空間変動センサフィルタ３１０が偏光Ｐ２を有する修正された光３２０の通過を可能にし、偏光Ｐ１を有する修正された光３２０の通過をブロックすることを示す。
【0043】
偏光Ｐ１の光および偏光Ｐ２の光の両方を含む修正された光３２０が、空間変動センサフィルタ３１０に、例えば、第１の画素４０２および第２の画素４０４に入射し得る。図４に示すように構成されると、空間変動センサフィルタ３１０は、第１の画素フィルタ４０２では、Ｐ１偏光を有する修正された光３２０の通過を可能にし、偏光Ｐ２を有する修正された光３２０の通過をブロックする。隣の第２の画素フィルタ４０４では、空間変動センサフィルタ３１０は、第１の画素フィルタ４０２で実行されるフィルタリングを反対にする。空間変動センサフィルタ３１０は、第２の画素フィルタ４０４では、偏光Ｐ１を有する修正された光３２０の通過をブロックし、偏光Ｐ２を有する修正された光３２０の通過を可能にする。少なくともいくつかの実装形態では、空間変動センサフィルタ３１０は切り替え可能であり、実行されるフィルタリングを反対にすること、そうでなければ変化させることができる。空間変動センサフィルタ３１０の第１の状態の第１のパターンを、空間変動センサフィルタ３１０の第２の状態の第２のパターンに切り替えることができる。空間変動センサフィルタ３１０は、空間変動センサフィルタ３１０が第１の状態で動作するべきか、第２の状態で動作するべきか、または、他の状態で動作するべきかを示す信号をコントローラ１０２から入力端３１２を介して受け取ることができる。
【0044】
図５は、第２の状態である空間変動センサフィルタ３１０の一例を示す。第２の状態では、空間変動センサフィルタ３１０の第１の画素フィルタ４０２は、偏光Ｐ１を有する修正された光３２０の通過をブロックし、偏光Ｐ２を有する修正された光３２０の通過を可能にする。隣の第２の画素フィルタ４０４では、空間変動センサフィルタ３１０は、偏光Ｐ２を有する修正された光３２０の通過を可能し、偏光Ｐ１を有する修正された光３２０の通過をブロックにする。
【0045】
コントローラ１０２は、入力端３１２を使用して、空間変動センサフィルタ３１０を第１の状態と、第２の状態とで切り替える。空間変動センサフィルタ３１０は、第１の状態の格子特性を有する第１の空間変動偏光子と、第２の状態の格子特性を有する第２の空間変動偏光子との２つの空間変動偏光子を備えることができる。コントローラ１０２は、第１の空間変動偏光子をオンに切り替え、第２の空間変動偏光子をオフに切り替えることにより、空間変動センサフィルタ３１０を第１の状態で動作させることができる。コントローラ１０２は、第１の空間変動偏光子をオフに切り替え（または、非アクティブにし）、第２の空間変動偏光子をオンに切り替えることにより、空間変動センサフィルタ３１０を第２の状態で動作させることができる。
【0046】
図３を再度参照すると、空間変動センサフィルタ３１０の画素フィルタが、センサ３１４の画素に対応するように、空間変動センサフィルタ３１０とセンサ３１４とを積み重ねること、または、層状にすることができる。センサ３１４により捉えられる交互のフレームが、第１の状態と第２の状態とで切り替わっている空間変動センサフィルタ３１０により交互にフィルタリングされるように、コントローラ１０２は、空間変動センサフィルタ３１０を動作させることができる。第１の状態を有する空間変動センサフィルタ３１０により、フレームを１つおきにフィルタリングすることができ、第２の状態を有する空間変動センサフィルタ３１０により、残りの１つおきのフレームをフィルタリングすることができる。
【0047】
修正された光３２０の第１の成分の焦点距離および第２の成分の焦点距離が実質的に同じである場合に、例えば０．１％から５％倍だけ異ならせると、空間変動センサフィルタ３１０の第１の状態および第２の状態に応じてそれぞれフィルタリングされる２つのフレーム（例えば、連続したフレーム）の組合せにより、「超解像度」画像または映像が、例えば、複数のフレームを平均して、より高い角度分解能を得ることで提供される。また、第１の状態または第２の状態は、挟角での動作もしくは画像取得のために別々に使用すること、または、広角での動作もしくは画像取得のために共同で使用することができる。
【0048】
修正された光３２０の第１の成分の焦点距離および第２の成分の焦点距離が異なる場合、各フレームがハーフ解像度画像を提供することができ（各ハーフ解像度画像は、例えば、異なる焦点距離を有する）、空間変動センサフィルタ３１０の第１の状態および第２の状態に応じてそれぞれフィルタリングされた２つのフレームの組合せにより、各偏光状態について、フル解像度の画像または映像が提供される。したがって、カメラは、各偏光状態について、最高限のフレームレートで、ハーフ解像度の画像もしくは映像を捉えることができ、または、各偏光状態について、最高限のフレームレートの半分のフレームレートで、フル解像度の画像もしくは映像を捉えることができる。よって、少なくともいくつかの実装形態では、解像度とフレームレートとの間にトレードオフが存在し得、これは、作業者が適宜選択することが可能である。
【0049】
先に説明した様々な実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供することが可能である。上記の詳細な説明に照らして、こうした変更および他の変更を実施形態に行うことが可能である。以下の特許請求の範囲では、一般には、使用される用語は、本明細書および特許請求の範囲で開示される特定の実施形態に請求項を限定するとみなされるべきでなく、考えられる全ての実施形態とともに、こうした請求項に与えられる均等物の全範囲を含むものとみなされるべきである。したがって、特許請求の範囲は、開示により限定されない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】