專(zhuān)利名稱(chēng)：具有芯片上的多個(gè)像素陣列的照相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及光學(xué)照相機(jī)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及使用集成電路(IC) 的光學(xué)照相機(jī)系統(tǒng)，所述集成電路在單個(gè)IC芯片上集成兩個(gè)或更多的單獨(dú)的成像像素陣 列。
背景技術(shù)：
光學(xué)照相機(jī)系統(tǒng)典型地包括光學(xué)鏡頭或鏡頭系統(tǒng)、以及光傳感元件。光傳感元件 可以是傳統(tǒng)的膠片或通過(guò)多個(gè)制造工藝中的任何工藝制作的集成電路傳感器，所述多個(gè)制 造工藝諸如CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)或CCD(電荷耦合器件)工藝。這樣的光傳感 IC傳統(tǒng)地具有按照單個(gè)一維(例如一行)或二維(例如許多行和列)陣列布置的被稱(chēng)作像 素的光傳感元件。像素陣列與通過(guò)光學(xué)鏡頭系統(tǒng)形成的圖像以及光學(xué)系統(tǒng)的聚焦深度內(nèi)的 位置對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)每個(gè)像素提供與像素被暴露到的入射光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電輸出。在典型的簡(jiǎn)單照相機(jī)系統(tǒng)中，使用具有像素陣列的傳感器芯片捕捉對(duì)象的一個(gè)圖 像。但是，許多應(yīng)用需要形成相同對(duì)象的多個(gè)圖像或形成不同對(duì)象的多個(gè)圖像。這樣的應(yīng) 用需要使用多個(gè)照相機(jī)，或可替代地使用具有多個(gè)傳感器陣列的照相機(jī)系統(tǒng)。例如，專(zhuān)業(yè)的 工作室攝像機(jī)使用三個(gè)傳感器陣列來(lái)分別捕捉紅、綠和藍(lán)色圖像。作為另一例子，全景成像 系統(tǒng)(例如在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)11/624209中描述的全景成像系統(tǒng))使用若干傳感器陣列來(lái)提 供重疊的視場(chǎng)(field ofview)，使得合成圖像可以包括完整的360°視場(chǎng)。對(duì)于這樣的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的成像系統(tǒng)使用多個(gè)單陣列圖像傳感器芯片(例如 CCD或CMOS傳感器)，其中每個(gè)傳感器芯片具有典型地位于傳感器芯片中央附近的2維像 素陣列。在這種布置中，單獨(dú)地制作每個(gè)傳感器芯片，并且每個(gè)傳感器芯片具有其自己的信 號(hào)處理鏈、數(shù)字圖像處理流水線(pipeline)或其兩者。這些芯片被對(duì)準(zhǔn)并被小心地定位以 與成像鏡頭系統(tǒng)適應(yīng)。作為結(jié)果，這樣的系統(tǒng)具有由芯片上重復(fù)的信號(hào)鏈導(dǎo)致的大的功率 消耗。由于對(duì)準(zhǔn)多個(gè)芯片的難度，這樣的系統(tǒng)還更復(fù)雜和龐大，并且可能制造成本更高。因此，存在對(duì)更簡(jiǎn)單和更小型的可以攝制多個(gè)圖像的照相機(jī)系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了更簡(jiǎn)單和更小型的用于捕捉多個(gè)圖像的照相機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明提供了使用一個(gè)或更多的圖像傳感器IC芯片的照相機(jī)系統(tǒng)，所述一個(gè)或
7更多的圖像傳感器IC芯片每個(gè)具有在相同的半導(dǎo)體襯底(substrate)上的多個(gè)像素陣列 (即“芯片上的多個(gè)像素陣列”)。在一個(gè)實(shí)施例中，這樣的照相機(jī)系統(tǒng)包括(a)產(chǎn)生多個(gè) 處于彼此的物理鄰近處(例如在幾毫米或幾厘米內(nèi))的圖像的光學(xué)組件；以及(b)包含多 個(gè)2維像素陣列的單個(gè)傳感器襯底(“芯片”)，所述多個(gè)2維像素陣列被對(duì)準(zhǔn)以捕捉這些 多個(gè)圖像，從而將所述多個(gè)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。可以使用C⑶兼容工藝或CMOS兼容工藝來(lái) 制造所述像素陣列。出于制造的原因，這樣的芯片典型地在一邊上為2厘米或更小。但是， 也可以制造大的芯片?？梢詡鞲衅餍酒?即在“片上系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)中)或在單獨(dú)的后端(back-end)專(zhuān)用 集成電路(ASIC)中形成用于對(duì)所捕捉的圖像進(jìn)行進(jìn)一步信號(hào)處理的可選電子組件。另外， 還可以以任何合適的組合來(lái)包括數(shù)字存儲(chǔ)組件、顯示元件、和有線或無(wú)線通信鏈接，以允許 所捕捉的圖像的瀏覽和進(jìn)一步處理。與傳統(tǒng)的使用多個(gè)照相機(jī)或多個(gè)圖像傳感器的成像系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供了若干 優(yōu)點(diǎn)，諸如更小型的設(shè)計(jì)、更容易的制作、更低的功率、以及更低的制造成本。在閱讀以下詳 細(xì)描述和附圖之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將更容易變得明顯。


圖1示出了傳統(tǒng)的使用多個(gè)傳感器芯片的照相機(jī)系統(tǒng)；圖2示出了傳統(tǒng)的集成圖像傳感器芯片；圖3示出了本發(fā)明的示例實(shí)施例，其中照相機(jī)系統(tǒng)包括在物空間(object space) 中方位分開(kāi)(apart) 180°的兩個(gè)照相機(jī)物鏡(objective)的光軸；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在膠囊(capsule)外殼內(nèi)提供的照相機(jī)系 統(tǒng) 400 ；圖5詳細(xì)示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在膠囊照相機(jī)的外殼內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)；圖6示出了具有四個(gè)2維像素陣列的單個(gè)傳感器芯片的例子；圖7A示出了根據(jù)讀出和處理來(lái)自多個(gè)像素陣列的輸出的第一方法的、在單個(gè)傳 感器芯片上的共享讀出鏈和可選圖像處理后端的多個(gè)像素陣列。圖7B示出了根據(jù)讀出和處理來(lái)自多個(gè)像素陣列的輸出的第二方法的、每個(gè)被提 供了單獨(dú)的讀出鏈的多個(gè)像素陣列。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的在照相機(jī)外殼內(nèi)的照相機(jī)系統(tǒng)800。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了具有半導(dǎo)體襯底上(“芯片上”)的多個(gè)像素陣列的照相機(jī)系統(tǒng)。圖 1示出了傳統(tǒng)的具有多個(gè)圖像傳感器芯片的照相機(jī)系統(tǒng)100。如圖1中所示，照相機(jī)系統(tǒng) 100包括光學(xué)系統(tǒng)110，多個(gè)圖像傳感器IC芯片121、122和123、信號(hào)處理電路130、以及顯 示或存儲(chǔ)元件140。典型地包括鏡頭和分光器(beam splitter)的光學(xué)系統(tǒng)110從入射光 形成多個(gè)圖像。多個(gè)光傳感芯片121、122和123與這些多個(gè)圖像的位置在聚焦深度內(nèi)的位 置對(duì)準(zhǔn)，并且將所感測(cè)的光轉(zhuǎn)換為模擬或數(shù)字域內(nèi)的電信號(hào)。然后信號(hào)處理電路130組合 來(lái)自多個(gè)圖像傳感器121、122和123的輸出信號(hào)以進(jìn)行進(jìn)一步的處理。來(lái)自信號(hào)處理電路 130的輸出信號(hào)被發(fā)送至顯示或存儲(chǔ)元件140，以進(jìn)行存儲(chǔ)或顯示。
在照相機(jī)系統(tǒng)100中，多個(gè)傳感器芯片121、122和123可以是相同種類(lèi)或不同種 類(lèi)的集成電路芯片。在圖2中作為傳感器芯片200而提供了這樣的圖像傳感器芯片的例子。 圖像傳感器芯片200中的光傳感像素被布置為基本上在中央提供的二維像素陣列211。行 掃描器212和列掃描器213選擇要重置或讀出的像素。典型地，像素陣列211、行掃描器212 和列掃描器213在彼此的物理鄰近處，通常被稱(chēng)作作為傳感器陣列210的塊。除傳感器陣 列210之外，圖像傳感器芯片200還可以包括定時(shí)和控制塊220，其生成傳感器芯片操作所 需的一些或全部定時(shí)信號(hào)。還可以提供讀出鏈塊230來(lái)(以各種程度)處理來(lái)自塊傳感器 陣列210的光傳感像素的電輸出。由輸入/輸出(I/O)塊240來(lái)處理傳感器芯片200的輸 入和輸出信號(hào)。在如圖1的系統(tǒng)100的傳統(tǒng)的照相機(jī)系統(tǒng)中，需要對(duì)準(zhǔn)、定位和支持多個(gè)圖像傳感 器芯片121、122和123。例如，每個(gè)圖像傳感器芯片必須與其對(duì)應(yīng)的像平面對(duì)準(zhǔn)。在每個(gè)圖 像傳感器芯片處于其自己的封裝中的情況下，這樣的操作不是簡(jiǎn)單的任務(wù)，并且可能顯著 地增加照相機(jī)系統(tǒng)的制造成本和物理尺寸。通過(guò)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，可以對(duì)準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)110的不同的像平面以形成單個(gè)平面。禾O(píng)用 這樣的設(shè)計(jì)，可以在公共的PC板上放置多個(gè)分立的圖像傳感器以允許記錄多個(gè)圖像，其中 每個(gè)圖像傳感器記錄單個(gè)圖像。在這樣的系統(tǒng)中，可以多靠近地將傳感器的有效區(qū)封包 (pack)在一起決定了整個(gè)系統(tǒng)的尺寸。多個(gè)因素限制著封包密度。首先，每個(gè)圖像傳感芯 片上的外圍電路(例如定時(shí)和控制電路220、讀出鏈230和I/O環(huán)240)占據(jù)每個(gè)傳感器陣 列210周?chē)目臻g。還必須考慮到晶片切割(dicing)和芯片封裝的機(jī)械容差。另外，在PCB 上在傳感器封裝之間需要縫隙以允許可靠的板組裝。典型地，每個(gè)封裝具有其自己的電源 (power)、接地和數(shù)據(jù)管腳。封裝相對(duì)于彼此被放置得越近，在PCB上路由發(fā)送(route)互 連信號(hào)就越困難。最后，每個(gè)圖像傳感器可能需要多個(gè)供電旁路電容器，其必須放置在電源 管腳附近。在如此多的約束的情況下，在這樣的傳統(tǒng)照相機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行尺寸減小是困難的。在原理上，具有大的像素陣列的足夠大的傳統(tǒng)圖像傳感器芯片可以將來(lái)自多個(gè)光 學(xué)目標(biāo)(objective)的圖像記錄在單個(gè)光傳感區(qū)域上。在這樣的情況中，圖像傳感器不限 制可以多靠近地將圖像封包在一起。此外，這樣的系統(tǒng)中的全部圖像共享公共的封裝、集成 電源總線、信號(hào)處理電路和信號(hào)I/O管腳。因此，減少了 PCB上的總管腳數(shù)目和電容器數(shù)目。 但是，機(jī)械和光學(xué)約束仍然限制可以多靠近地將圖像封包在傳感器上。作為結(jié)果，許多像素 不能用于形成作為結(jié)果的圖像。這些未使用的像素浪費(fèi)電力并且占據(jù)否則可以用于提供其 他傳感器功能的寶貴的芯片空間(real estate)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有芯片上的多個(gè)像素陣列的照相機(jī)系 統(tǒng)。如圖3中所示，照相機(jī)系統(tǒng)300包括(a)光學(xué)系統(tǒng)310，其產(chǎn)生在彼此的物理鄰近處(例 如在幾毫米或厘米內(nèi))提供的多個(gè)圖像，(b)單個(gè)圖像傳感器襯底(“芯片”)330，其在由光 學(xué)系統(tǒng)310形成的圖像的位置處提供多個(gè)2維像素陣列以捕捉所述圖像；(c)可選電子組 件340，其進(jìn)一步處理傳感器芯片330的所捕捉的圖像，以及(d)可選組件350，其可以是數(shù) 字存儲(chǔ)組件、顯示元件、進(jìn)一步處理元件、或用于有線或無(wú)線通信的傳送元件的任何組合。光學(xué)系統(tǒng)310可以具有用于產(chǎn)生相同對(duì)象或不同對(duì)象的多個(gè)圖像的多個(gè)元件。如 圖3中所示，光學(xué)系統(tǒng)310包括鏡頭子系統(tǒng)311和312，其中物鏡的光軸在物空間中方位分 開(kāi)180°，從而形成在單個(gè)像平面320上的圖像321和322。根據(jù)需要可以包括更多或更少
9的鏡頭系統(tǒng)。在實(shí)踐中，圖像321和322不需要被精確地對(duì)準(zhǔn)到單個(gè)像平面上，而可以具有 在光學(xué)系統(tǒng)310的容差限制內(nèi)的小的差別?？梢允褂肅XD兼容工藝或CMOS兼容工藝來(lái)制造圖像芯片330的像素陣列。出于 制造的原因，這樣的芯片典型地在一邊上不多于2厘米。但是，更大的芯片也是可能的。可以傳感器芯片330上(即在“片上系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)中)或在單獨(dú)的后端(back-end) 專(zhuān)用集成電路(ASIC)上形成可選電子組件340。現(xiàn)有技術(shù)允許在相同的ASIC上形成模擬 和數(shù)字組件兩者?？蛇x組件350允許所捕捉的圖像的瀏覽和進(jìn)一步處理。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可吞食膠囊中的照相機(jī)系統(tǒng)400的橫截面。照 相機(jī)系統(tǒng)400對(duì)人類(lèi)胃腸(GI)道成像。照相機(jī)系統(tǒng)400實(shí)質(zhì)上是照相機(jī)系統(tǒng)300在膠囊外 殼450中的實(shí)現(xiàn)。在該實(shí)施例中，雖然在圖4中只示出了鏡頭子系統(tǒng)411和412，但該光學(xué) 系統(tǒng)包括四個(gè)鏡頭子系統(tǒng)。沿與橫截面正交的方位提供另外兩個(gè)鏡頭子系統(tǒng)。每個(gè)鏡頭子 系統(tǒng)形成單獨(dú)的圖像(例如鏡頭子系統(tǒng)411和412形成圖像421和422)，所述單獨(dú)的圖像 在圖像傳感器芯片430上的四個(gè)像素陣列的一個(gè)中被捕捉。在由圖像處理器ASIC440進(jìn)行 的進(jìn)一步處理之前在圖像傳感器芯片430上組合和數(shù)字化來(lái)自全部四個(gè)像素陣列的輸出 信號(hào)。膠囊照相機(jī)系統(tǒng)400內(nèi)的其他組件包括(a)圖像壓縮器450，用于壓縮圖像處理器 ASIC 440的輸出圖像，從而減少數(shù)據(jù)I/O的量；(b)存儲(chǔ)器塊470，用于存儲(chǔ)壓縮后的圖像； (c)電源480，其典型地由一個(gè)或更多的電池組成，用于向膠囊照相機(jī)系統(tǒng)400供電；(d)輸 入/輸出塊490，其可以包括無(wú)線電鏈接，用于與外部主機(jī)通信；以及(e)照明系統(tǒng)，其包括 多個(gè)發(fā)光二極管(LED)(例如LED 401、402)。圖5示出了穿過(guò)圖4的光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭子系統(tǒng)411和412的橫截面圖。由外殼 550內(nèi)的鏡頭支座(holder) 520將膠囊照相機(jī)系統(tǒng)400的光學(xué)系統(tǒng)保持(hold)在一起。 包括鏡頭子系統(tǒng)411和412的鏡頭子系統(tǒng)由鏡頭筒封裝，所述鏡頭筒為具有用于每個(gè)鏡頭 子系統(tǒng)的腔(bore)的模制(molded)塑料部件。如圖5中所示，在鏡頭筒的頂部提供擋板 (baffle) 570，以阻擋鏡頭子系統(tǒng)之間的漫射光，并且充當(dāng)與上方的部件(未示出)的機(jī)械 接口。每個(gè)鏡頭子系統(tǒng)包括多個(gè)鏡頭元件(例如鏡頭元件511、514、515和516)、光圈512 和棱鏡元件513。提供具有多個(gè)像素陣列的圖像傳感器530以捕捉來(lái)自光學(xué)系統(tǒng)的圖像。 圖像傳感器530具有在封裝期間提供的覆蓋玻璃540，并且被焊在印刷電路板(PCB) 560上。在該實(shí)施例中，鏡頭元件511具有負(fù)放大倍率(power)，而由鏡頭元件514、515和 516形成的鏡頭組(通常被稱(chēng)作“三元組(triplet)”的配置)具有正放大倍率、以及對(duì)色 差的合適的補(bǔ)償。整體鏡頭配置是“折疊反遠(yuǎn)攝(folded inverse tel印hoto) ”鏡頭設(shè)計(jì)。 反遠(yuǎn)攝是常見(jiàn)的廣角鏡頭配置。用于膠囊照相機(jī)的這樣的鏡頭配置例如在2008年5月10 日提交的，標(biāo)題為“折疊成像器(Folded Imager)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)(“共同待決的成 像器臨時(shí)申請(qǐng)”)序列號(hào)61/052，180中公開(kāi)。通過(guò)引用將所述共同待決的成像器臨時(shí)申請(qǐng) 的公開(kāi)整體并入與此。如圖5中所示，每個(gè)鏡頭子系統(tǒng)具有至少90°的橫向視場(chǎng)，其中各鏡頭子系統(tǒng)的 光軸位置分開(kāi)90°。通過(guò)組合來(lái)自這四個(gè)鏡頭子系統(tǒng)的四個(gè)圖像，可以重建覆蓋360°視 場(chǎng)的全景圖像。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于圖4的圖像傳感器芯片430的示例
10布局600。在典型地為半導(dǎo)體材料的公共襯底650上提供布局600。在公共襯底650的頂 部提供單獨(dú)的像素陣列611、612、613和614，所述單獨(dú)的像素陣列611、612、613和614被提 供在由四個(gè)鏡頭子系統(tǒng)形成的對(duì)應(yīng)圖像的預(yù)期位置處。例如，提供像素陣列614以捕捉由 鏡頭子系統(tǒng)411形成的圖像421、并且提供像素陣列612以捕捉由鏡頭子系統(tǒng)412形成的圖 像422?？梢韵蜻@些像素陣列中的每個(gè)提供專(zhuān)用的行和列掃描器，或這些像素陣列中的每個(gè) 可以與其他像素陣列共享行和列掃描器。多個(gè)像素陣列的位置被設(shè)計(jì)為與由光學(xué)系統(tǒng)形成 的多個(gè)圖像的位置適應(yīng)。像素陣列之間的距離典型地在毫米的數(shù)量級(jí)上，但可以在數(shù)十微 米至數(shù)厘米或英寸之間變化。除像素陣列611、612、613和614之外，還可以在襯底650上形成其他組件，包括 定時(shí)和控制塊620、用于從像素陣列讀出電輸出信號(hào)的一個(gè)或更多的讀出鏈(例如讀出鏈 60)、以及I/O環(huán)結(jié)構(gòu)640。這樣的組件可以具有傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖7A和圖7B示出了從多個(gè)像素陣列讀出圖像數(shù)據(jù)的不同的方法。例如，圖7A示 出了根據(jù)第一方法的在單個(gè)傳感器芯片上形成的、通過(guò)多路復(fù)用器714共享讀出鏈715的 像素陣列711、712...以及713。向可選圖像處理后端或處理器716提供來(lái)自讀出鏈715的 數(shù)據(jù)。圖7B示出了根據(jù)第二方法的分別被提供了單獨(dú)的讀出鏈724、725...以及726的像 素陣列721、722...以及723?？商娲?，可以使用組合圖7A和7B的方法的混合架構(gòu)。在 這樣的混合架構(gòu)中，來(lái)自一些像素陣列的輸出信號(hào)可以被多路復(fù)用以被一讀出鏈讀出，而 來(lái)自其他像素陣列的輸出信號(hào)可以被多路復(fù)用以被另一讀出鏈讀出。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的膠囊照相機(jī)系統(tǒng)800的橫截面。照相機(jī)系 統(tǒng)800包括使用多個(gè)鏡頭子系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)圖像的光學(xué)系統(tǒng)(例如鏡頭子系統(tǒng)811和812 提供圖像821和822)。在圖8的示例實(shí)施例中，合適數(shù)目的(例如四個(gè))合適地定位的鏡 頭子系統(tǒng)向圖像傳感器芯片830提供圖像，每個(gè)所述鏡頭子系統(tǒng)由鏡頭元件和棱鏡元件組 成?？梢韵驁D像傳感器芯片830提供多個(gè)像素陣列以捕捉所述圖像。在圖像傳感器芯片 830上組合和數(shù)字化來(lái)自像素陣列的輸出信號(hào)，以由圖像處理器ASIC 840進(jìn)行處理。圖像 傳感器芯片830和圖像處理器ASIC 840兩者可以安裝在PCB 860上。圖像傳感器芯片830 和處理器ASIC 840可以安裝在相同的或單獨(dú)的PCB上。可替代地，如果希望的話，也可以 在照相機(jī)外殼850外部提供圖像處理器ASIC 840。膠囊照相機(jī)系統(tǒng)800可以從由光學(xué)鏡頭子系統(tǒng)提供的圖像構(gòu)造360°全景圖像， 所述光學(xué)鏡頭子系統(tǒng)每個(gè)具有90°或更大的橫向視場(chǎng)。這樣的照相機(jī)可以用于希望寬視場(chǎng) 的任何應(yīng)用，諸如監(jiān)視照相機(jī)或內(nèi)窺鏡照相機(jī)。因而，本發(fā)明在比使用多個(gè)照相機(jī)或圖像傳感器的現(xiàn)有技術(shù)成像系統(tǒng)較不復(fù)雜、 成本方面更高效的系統(tǒng)中處理多個(gè)圖像。通過(guò)在公共的傳感器芯片上制作多個(gè)像素陣列， 可以在制造期間對(duì)準(zhǔn)和支持圖像捕捉裝置。可以以一微米或更小的精度相對(duì)于彼此形成像 素陣列。這樣的公共的傳感器芯片基本上消除了與封裝和處理第一傳感器芯片之外的多個(gè) 傳感器芯片相關(guān)聯(lián)的附加成本。減少的復(fù)雜度導(dǎo)致更低的制造成本。此外，可以在多個(gè)像 素陣列之間共享在單個(gè)芯片上提供的信號(hào)處理元件。結(jié)果，減少了實(shí)施信號(hào)處理功能所需 的硅面積，導(dǎo)致更小的模具(die)尺寸、更低的功率、以及更低的制造成本。本發(fā)明的成像系統(tǒng)還更小型。在恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)下，使用單個(gè)圖像傳感器芯片和多個(gè) 像素陣列的照相機(jī)系統(tǒng)具有小的覆蓋區(qū)(footprint)，并且可以在任何希望小型設(shè)計(jì)的場(chǎng)
11合使用。例如，本發(fā)明的成像系統(tǒng)可以在用于對(duì)胃腸(GI)道成像的膠囊照相機(jī)中使用。 例如在被轉(zhuǎn)讓給Capso Vision公司的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)11/533，304中或在美國(guó)專(zhuān)利 5，604，531中描述了這樣的應(yīng)用。 以上詳細(xì)描述被提供以說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例，而并非意圖為限制性的。在本 發(fā)明的范圍內(nèi)的許多變化和修改是可能的。在權(quán)利要求書(shū)中闡述了本發(fā)明。
權(quán)利要求
一種照相機(jī)裝置，其包括形成多個(gè)光學(xué)路徑的多個(gè)光學(xué)元件，所述多個(gè)光學(xué)路徑每個(gè)從進(jìn)入照相機(jī)裝置的光形成單獨(dú)的圖像；在公共襯底上制作的多個(gè)傳感器陣列，每個(gè)傳感器陣列被定位以捕捉所述圖像中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)；以及與所述傳感器陣列耦接的一個(gè)或更多的讀出電路，用于從所述傳感器陣列讀取代表在所耦接的傳感器陣列處捕捉的圖像的電信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中在所述公共襯底上形成所述讀出電路。
3.如權(quán)利要求2所述的照相機(jī)裝置，其中在所述公共襯底上的中央位置處形成所述讀 出電路，并且其中在沿著所述讀出電路的外圍的位置處形成所述傳感器陣列。
4.如權(quán)利要求2所述的照相機(jī)裝置，其中在所述公共襯底上形成用于控制所述讀出電 路和傳感器陣列的定時(shí)和控制電路。
5.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中所述公共襯底包括半導(dǎo)體襯底。
6.如權(quán)利要求5所述的照相機(jī)裝置，其中所述傳感器陣列包括CMOS像素。
7.如權(quán)利要求5所述的照相機(jī)裝置，其中所述傳感器陣列包括CXD像素。
8.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中所述光學(xué)路徑每個(gè)包括光學(xué)子系統(tǒng)，每個(gè)光 學(xué)子系統(tǒng)具有大于預(yù)定角度的視場(chǎng)，并且其中將光學(xué)系統(tǒng)定位為分開(kāi)預(yù)定角度。
9.如權(quán)利要求8所述的照相機(jī)裝置，其中所述光學(xué)子系統(tǒng)的視場(chǎng)覆蓋大于180°的橫 向視野。
10.如權(quán)利要求8所述的照相機(jī)裝置，其中所述光學(xué)子系統(tǒng)的視場(chǎng)覆蓋基本上等于 360°的橫向視野。
11.如權(quán)利要求8所述的照相機(jī)裝置，還包括圖像處理器，所述圖像處理器組合來(lái)自所 述傳感器陣列的電信號(hào)以形成覆蓋光學(xué)子系統(tǒng)的視場(chǎng)的圖像。
12.如權(quán)利要求8所述的照相機(jī)裝置，其中預(yù)定角度基本上為90°。
13.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，還包括在所述傳感器陣列和所述讀出電路之間 提供的一個(gè)或更多的多路復(fù)用器，使得一個(gè)或更多的讀出電路每個(gè)從多于一個(gè)傳感器陣列 接收電信號(hào)。
14.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中來(lái)自每個(gè)傳感器陣列的電信號(hào)被提供至讀 出電路中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。
15.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，還包括在公共襯底的表面上提供的覆蓋玻璃。
16.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中定位光學(xué)元件使得所述圖像被基本上對(duì)準(zhǔn) 在像平面上。
17.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，還包括用于照相機(jī)裝置的可吞食膠囊形式的外tJXi O
18.如權(quán)利要求17所述的照相機(jī)裝置，還包括圖像處理器，所述圖像處理器接收光學(xué) 子系統(tǒng)的電信號(hào)以構(gòu)造組合由傳感器陣列捕捉的圖像的圖像。
19.如權(quán)利要求18所述的照相機(jī)裝置，其中在專(zhuān)用集成電路中提供所述圖像處理器。
20.如權(quán)利要求19所述的照相機(jī)裝置，其中所述公共襯底和所述專(zhuān)用集成電路被安裝 在印刷電路板上。
21.如權(quán)利要求17所述的照相機(jī)裝置，還包括光源和窗口，來(lái)自所述光源的光可以通 過(guò)所述窗口以提供在希望其圖像的對(duì)象上的照明。
22.如權(quán)利要求17所述的照相機(jī)裝置，還包括用于存儲(chǔ)代表所捕捉的圖像的數(shù)據(jù)的數(shù) 字存儲(chǔ)組件。
23.如權(quán)利要求17所述的照相機(jī)裝置，還包括顯示元件。
24.如權(quán)利要求17所述的照相機(jī)裝置，還包括用于傳送代表所捕捉的圖像的數(shù)據(jù)的傳 送元件。
25.如權(quán)利要求24所述的照相機(jī)裝置，其中所述傳送元件支持無(wú)線通信。
26.如權(quán)利要求17所述的照相機(jī)裝置，還包括圖像壓縮電路。
27.如權(quán)利要求17所述的照相機(jī)裝置，還包括用于對(duì)照相機(jī)裝置供電的電源。
28.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中所述電信號(hào)被數(shù)字化。
29.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中在鏡頭支座內(nèi)將所述光學(xué)元件保持在一起。
30.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中由具有用于每個(gè)光學(xué)路徑的光學(xué)元件的腔 的鏡頭筒所述光學(xué)元件。
31.如權(quán)利要求30所述的照相機(jī)裝置，還包括在所述鏡頭筒頂部的擋板。
32.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中所述光學(xué)元件被組織為子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng) 包括負(fù)放大倍率鏡頭元件和正放大倍率三元組。
33.如權(quán)利要求1所述的照相機(jī)裝置，其中所述光學(xué)元件補(bǔ)償色差。
34.如權(quán)利要求33所述的照相機(jī)裝置，其中所述光學(xué)元件被組織為提供折疊反遠(yuǎn)攝鏡頭。
35.一種用于在小型照相機(jī)中提供全景圖像的方法，包括從多個(gè)光學(xué)元件形成多個(gè)光學(xué)路徑，每個(gè)光學(xué)路徑從進(jìn)入照相機(jī)的光形成單獨(dú)的圖像；使用在公共襯底上制作的多個(gè)傳感器陣列來(lái)捕捉所述圖像，每個(gè)傳感器陣列被定位以 捕捉所述圖像中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)；從所述傳感器陣列讀取代表在所述傳感器陣列處捕捉的圖像的圖像數(shù)據(jù)。 處理所述圖像數(shù)據(jù)以提供全景圖像。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中由在所述公共襯底上形成的讀出電路讀出來(lái)自所 述傳感器陣列的圖像數(shù)據(jù)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中在所述公共襯底的中央位置形成所述讀出電路， 并且其中在沿著所述讀出電路的外圍的位置形成所述傳感器陣列。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，還包括通過(guò)在所述公共襯底上形成的定時(shí)和控制電路 控制所述讀出電路和所述傳感器陣列。
39.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述公共襯底包括半導(dǎo)體襯底。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述傳感器陣列包括CMOS像素。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述傳感器陣列包括CXD像素。
42.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括將所述光學(xué)路徑每個(gè)組織為光學(xué)子系統(tǒng)，每個(gè) 光學(xué)子系統(tǒng)具有大于預(yù)定角度的視場(chǎng)，并且其中將光學(xué)系統(tǒng)定位為分開(kāi)預(yù)定角度。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述光學(xué)子系統(tǒng)的視場(chǎng)覆蓋大于180°的橫向視野。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述光學(xué)子系統(tǒng)的視場(chǎng)覆蓋基本上等于360°的 橫向視野。
45.如權(quán)利要求42所述的方法，處理圖像數(shù)據(jù)包括在圖像處理器中組合來(lái)自所述傳感 器陣列的圖像以形成覆蓋光學(xué)子系統(tǒng)的視場(chǎng)的圖像。
46.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述預(yù)定角度基本上為90°。
47.如權(quán)利要求35所述的方法，其中讀出圖像數(shù)據(jù)包括對(duì)讀出電路進(jìn)行多路復(fù)用以從 多于一個(gè)傳感器陣列接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)。
48.如權(quán)利要求35所述的方法，其中來(lái)自每個(gè)傳感器陣列的圖像數(shù)據(jù)被提供至對(duì)應(yīng)的 讀出電路。
49.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括在公共襯底的表面上方提供覆蓋玻璃。
50.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括定位光學(xué)元件使得所述圖像被基本上對(duì)準(zhǔn)在像 平面上。
51.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述照相機(jī)被裝在可吞食膠囊中。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括提供圖像處理器以接收來(lái)自光學(xué)子系統(tǒng)的圖像 數(shù)據(jù)以便構(gòu)造組合由傳感器陣列捕捉的圖像的圖像。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中在專(zhuān)用集成電路中提供所述圖像處理器。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，還包括在印刷電路板上安裝所述公共襯底和所述專(zhuān)用 集成電路。
55.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括提供光源和窗口，來(lái)自所述光源的光可以通過(guò) 所述窗口以提供在希望其圖像的對(duì)象上的照明。
56.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括在數(shù)字存儲(chǔ)組件中存儲(chǔ)代表所捕捉的圖像的數(shù)據(jù)。
57.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括在所述外殼內(nèi)部提供顯示元件。
58.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括向外部接收器傳送代表所捕捉的圖像的數(shù)據(jù)。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述傳送是經(jīng)由無(wú)線通信進(jìn)行的。
60.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括在圖像壓縮電路中壓縮所述全景圖像。
61.如權(quán)利要求51所述的方法，還包括通過(guò)板上電源對(duì)照相機(jī)供電。
62.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述圖像數(shù)據(jù)被數(shù)字化。
63.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括在鏡頭支座內(nèi)將所述光學(xué)元件保持在一起。
64.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括在鏡頭筒的腔中封裝每個(gè)光學(xué)路徑的光學(xué)元件。
65.如權(quán)利要求64所述的方法，還包括在鏡頭筒的頂部提供擋板。
66.如權(quán)利要求35所述的方法，還包括將所述光學(xué)元件組織為子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)包 括負(fù)放大倍率鏡頭元件和正放大倍率三元組。
67.如權(quán)利要求66所述的方法，其中所述光學(xué)元件補(bǔ)償色差。
68.如權(quán)利要求66所述的方法，其中所述光學(xué)元件被組織為提供折疊反遠(yuǎn)攝鏡頭。
69.一種集成電路，其包括在公共襯底上制作的多個(gè)傳感器陣列，每個(gè)傳感器陣列被定位以捕捉要投射在其上的圖像；以及與所述傳感器陣列耦接的一個(gè)或更多的讀出電路，用于從所述傳感器陣列讀取代表在 所耦接的傳感器陣列處捕捉的圖像的電信號(hào)。
70.如權(quán)利要求69所述的集成電路，其中在所述公共襯底上形成所述讀出電路。
71.如權(quán)利要求70所述的集成電路，其中在所述公共襯底的中央位置形成所述讀出電 路，并且其中在沿著所述讀出電路的外圍的位置形成所述傳感器陣列。
72.如權(quán)利要求70所述的集成電路，其中在所述公共襯底上形成用于控制所述讀出電 路和所述傳感器陣列的定時(shí)和控制電路。
73.如權(quán)利要求69所述的集成電路，其中所述公共襯底包括半導(dǎo)體襯底。
74.如權(quán)利要求73所述的集成電路，其中所述傳感器陣列包括CMOS像素。
75.如權(quán)利要求73所述的集成電路，其中所述傳感器陣列包括CCD像素。
76.如權(quán)利要求69所述的集成電路，其中所述傳感器陣列分開(kāi)90°。
77.如權(quán)利要求69所述的集成電路，其中所述傳感器陣列分開(kāi)180°。
78.如權(quán)利要求69所述的集成電路，其中所述傳感器陣列分開(kāi)360°。
79.如權(quán)利要求69所述的集成電路，還包括在所述傳感器陣列和所述讀出電路之間提 供的一個(gè)或更多的多路復(fù)用器，使得一個(gè)或更多的讀出電路每個(gè)從多于一個(gè)傳感器陣列接 收電信號(hào)。
80.如權(quán)利要求69所述的集成電路，其中來(lái)自每個(gè)傳感器陣列的電信號(hào)被提供至讀出 電路中對(duì)應(yīng)的一個(gè)。
81.如權(quán)利要求69所述的集成電路，還包括在公共襯底的表面上提供的覆蓋玻璃。
82.如權(quán)利要求69所述的集成電路，還包括圖像處理電路。
83.如權(quán)利要求69所述的集成電路，還包括圖像壓縮電路。
84.如權(quán)利要求69所述的集成電路，其中所述電信號(hào)被數(shù)字化。
85.一種與多個(gè)光學(xué)組件操作地耦接的集成圖像傳感器，包括在單個(gè)襯底上形成的多個(gè)像素陣列，每個(gè)像素陣列被定位以感測(cè)在所述光學(xué)組件中的 對(duì)應(yīng)的一個(gè)的視場(chǎng)中的圖像；以及在所述單個(gè)襯底上形成的處理電路，用于處理由所述像素陣列感測(cè)的圖像。
86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的集成圖像傳感器，其中所述處理電路的一部分位于兩個(gè)像 素陣列之間。
87.根據(jù)權(quán)利要求85所述的集成圖像傳感器，其中集成圖像傳感器的橫向尺寸比沿公 共軸的像素陣列的總橫向范圍大不超過(guò)20 %。
88.根據(jù)權(quán)利要求85所述的集成圖像傳感器，其中集成圖像傳感器具有比沿彼此垂直 的兩個(gè)軸中的每個(gè)軸的像素陣列的總橫向范圍大不超過(guò)20%的橫向尺寸。
89.根據(jù)權(quán)利要求85所述的集成圖像傳感器，其中所述像素陣列共享公共的片上數(shù)字 輸出接口。
90.根據(jù)權(quán)利要求85所述的集成圖像傳感器，其中所述光學(xué)組件中的至少兩個(gè)的物空 間中的光軸不平行。
91.根據(jù)權(quán)利要求90所述的集成圖像傳感器，其中所述光軸成基本上90°角布置。
92.根據(jù)權(quán)利要求91所述的集成圖像傳感器，其中所述光學(xué)組件的視場(chǎng)重疊，使得合成視場(chǎng)基本上包括360°全景。
全文摘要
一種照相機(jī)系統(tǒng)使用一個(gè)或更多的圖像傳感器IC芯片，所述一個(gè)或更多的圖像傳感器IC芯片每個(gè)具有相同的半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)像素陣列(即“芯片上的多個(gè)像素陣列”)。在一個(gè)實(shí)施例中，這樣的照相機(jī)系統(tǒng)包括(a)產(chǎn)生多個(gè)在彼此的物理鄰近處(例如在幾毫米或10厘米內(nèi))的圖像的光學(xué)組件；以及(b)包含多個(gè)2維像素陣列的單個(gè)傳感器襯底(“芯片”)，所述多個(gè)2維像素陣列被對(duì)準(zhǔn)以捕捉這些多個(gè)圖像，從而將多個(gè)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)?？梢允褂肅CD兼容工藝或CMOS兼容工藝來(lái)制造像素陣列。這樣的芯片典型地在一邊上為2厘米或更小。可以在傳感器芯片上(即在“片上系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)中)或在單獨(dú)的后端專(zhuān)用集成電路(ASIC)上形成用于對(duì)所捕捉的圖像進(jìn)行進(jìn)一步信號(hào)處理的可選電子組件。
文檔編號(hào)H04N7/00GK101926171SQ200880125638
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者戈登·威爾遜, 王康懷, 駱稼夫 申請(qǐng)人:卡普索影像股份有限公司