基于单一成像传感器的摄影机装置及系统以及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种摄影机装置，其包含：单一成像传感器；多个成像物镜，其与所述单一成像传感器相关联；以及所述单一成像传感器内的多个专用影像区域，所述多个专用影像区域中的每一者对应于所述多个成像物镜中的各别者，使得可由所述单一成像传感器记录由所述多个成像物镜中的每一者所形成的影像。
【专利说明】
基于单一成像传感器的摄影机装置及系统以及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及摄像机，尤其涉及基于单一成像传感器的摄影机装置、系统及其制造方法。
【背景技术】
[0002]立体摄影机由在空间上彼此偏离的两个或两个以上摄影机系统组成。每一摄影机捕获同一场景的影像，且除标准二维影像之外，对所记录影像的后续分析提供距离信息。所述组态模拟一对眼睛的组态。人类藉由比较经由眼睛获得的视觉信息而感知距离。眼睛之间的距离导致两眼睛中所形成的影像存在微小差异。大脑处理此视差，以判定至场景中的各种对象的距离并提供深度感觉。类似地，归因于两个摄影机之间的距离，彼此相邻地置放且检视同一场景的两个摄影机将捕获略微不同的影像。来自场景的对象将出现于影像中的略微不同位置处。若摄影机彼此隔开已知距离，则可藉由三角量测自所捕获影像判定场景中的对象相对于立体摄影机的三维位置。三角量测是基于以下知识:(4两个摄影机相对于彼此的定位，以及(幻场景中的对象的成像位置。
[0003]愈来愈多的要求影像捕获以及场景中对象的距离信息的应用使用立体摄影机。举例而言，立体摄影机正实施于汽车中，以藉由监视周围环境并判定汽车是否过于接近其它对象或人员而有助于防止事故。除位置以及距离信息之外，立体摄影机亦可藉由将对象与立体摄影机之间的所判定距离应用于如在影像中量测的对象大小而提供对象的实际大小。在要求对象辨识的应用(诸如，监督、机器视觉以及机器人设备)中，此特征是有用的。
[0004]许多立体摄影机应用要求小型化装置，抑或可受益于小型化装置，且已开发出能够生产小型化装置(例如，微透镜)的光学制造技术。基于使用微光学制造方法所生产的成对公分大小型摄影机系统的立体摄影机可用。然而，对于立体摄影机而言，小型化意味着两个摄影机之间的距离较小，此情况又对系统容限以及所记录影像的质量两者提出较高要求。为了使用彼此极接近地置放的两个摄影机执行准确的三角量测，必须已知或高度准确地判定两个摄影机的相对定位，以及对象在两个所捕获影像中的成像位置。
【发明内容】
[0005]根据本文中的教示，具有两个或两个以上成像物镜的摄影机系统以及装置是基于单一成像成像传感器。藉由使用单一成像传感器以及精密制造方法(诸如，晶圆级制造)，此等系统以及装置提供个别成像系统在紧密封装中的相对定位的准确知识。对于对对象的三维位置的准确判定取决于个别成像系统的相对定位的准确知识的立体摄影机系统以及装置而言，此等特征是尤其有利的。在一些实施例中，摄影机系统以及装置包含成像传感器上的用以改良影像质量及/或传感器灵敏度的非均质涂层。
[0006]在实施例中，一种摄影机装置包含:单一成像传感器；与单一成像传感器相关联的多个成像物镜；以及单一成像传感器内的多个专用影像区域，多个专用影像区域中的每一者对应于多个成像物镜中的各别者，使得可由单一成像传感器记录由多个成像物镜中的每一者所形成的影像。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1以正视图说明根据实施例的基于共享单一成像传感器的两个成像系统的一个例示性立体摄影机装置。
[0008]图2以俯视平面图说明图1的立体摄影机装置。
[0009]图3以俯视平面图说明根据实施例的基于共享单一成像传感器的四个成像系统的一个例示性立体摄影机装置。
[0010]图4说明根据实施例的用于制造本文中所揭露的立体摄影机装置的一种例示性晶圆级制造方法。
[0011]图5以正视图说明根据实施例的一个例示性立体摄影机装置，所述立体摄影机装置在其两个成像系统之间包含光吸收涂层。
[0012]图6以俯视平面图说明图5的立体摄影机装置。
[0013]图7以俯视平面图说明根据实施例的一个例示性立体摄影机装置，所述立体摄影机装置在其四个成像系统之间包含光吸收涂层。
[0014]图8以正视图说明根据实施例的具有共享单一成像传感器的两个成像系统的一个例示性立体摄影机装置，其中成像传感器包含用于彩色影像捕获且减少两个成像系统之间的串扰的非均质涂层。
[0015]图9以俯视平面图说明图8的立体摄影机装置。
[0016]图10说明根据实施例的具有共享单一成像传感器的两个成像系统的一个例示性立体摄影机装置，其中成像传感器包含实现彩色以及单色影像的同时捕获且减少两个成像系统之间的串扰的非均质涂层。
[0017]图11说明根据实施例的具有共享单一成像传感器的四个成像系统的一个例示性立体摄影机装置，其中成像传感器包含实现彩色以及单色影像的同时捕获且减少四个成像系统之间的串扰的非均质涂层。
[0018]图12以正视图说明根据实施例的具有共享单一成像传感器的三个成像系统的一个例示性立体摄影机装置。
[0019]图13以俯视平面图说明图12的立体摄影机装置。
[0020]图14以正视图说明根据实施例的具有共享单一成像传感器的三个成像系统的一个例示性立体摄影机装置，其中成像传感器包含用以减少不同成像系统之间的串扰的光吸收涂层。
[0021]图15以俯视平面图说明图14的立体摄影机装置。
[0022]图16以正视图说明根据实施例的具有共享单一成像传感器的三个成像系统的一个例示性立体摄影机装置，其中成像传感器包含用以提供同时的彩色影像捕获以及高分辨率立体成像且减少不同成像系统之间的串扰的非均质涂层。
[0023]图17以俯视平面图说明图16的立体摄影机装置。
[0024]图18说明根据实施例的包含立体摄影机装置的一个例示性系统。
【具体实施方式】
[0025]本文中所揭露的立体摄影机系统、装置以及方法是基于单一成像传感器。使两个或两个以上成像物镜置放于同一成像传感器上，其中成像传感器的子部分专用于每一物镜。此等系统、装置以及方法固有地提供个别摄影机系统的相对定位的准确知识，所述摄影机系统各自包含成像物镜以及成像传感器的子部分。在一些实施例中，本发明所揭露的立体摄影机系统以及装置包含成像传感器上的用以改良影像质量及/或传感器灵敏度的非均质涂层。
[0026]可能结合取置方法而可使用晶圆级制造方法生产本文中所揭露的立体摄影机装置。大体而言，此等方法实现以低成本批量生产。重要的是，晶圆级制造方法简化对准以及后生产校准要求，此是因为由晶圆级组装所生产的每一个别项目与相同对准性质相关联。对于要求对准性质的准确知识的装置(诸如，本发明所揭露的立体摄影机装置)，此情况是尤其有利的。
[0027]藉由本揭露内容中的立体摄影机装置能达成其它优势。由于每一立体摄影机装置是基于单一成像传感器(与多个成像传感器相比)，因此当使用具有标准外观尺寸以及封装的成像传感器时，可使得此等立体摄影机装置较紧密。相比而言，归因于诸如支撑片件、基板以及电子组件的封装组件，基于用于装置内的每一个别成像系统的独立成像传感器的立体摄影机装置可能要求相关联透镜系统之间存在较大距离。基于单一成像传感器的立体摄影机装置亦使得能简单地整合至较大系统中。读出电子组件及/或通信接口的单一集合是足够的，且所有影像信息可用于单一读出。
[0028]图1以及图2为立体摄影机装置100的说明，其中在图1中以正视图绘示且在图2中以俯视平面图绘示。立体摄影机装置100是基于单一成像传感器110以及两个成像物镜121及122。在某些实施例中，成像传感器110为数字成像传感器，并含有(例如)(:0)或0108数组。成像传感器110包含成像传感器110上的用于捕获由成像物镜121所形成的影像的专用影像区域111。同样地，成像传感器110包含成像传感器110上的用于捕获由成像物镜122所形成的影像的专用影像区域112。影像区域111连同成像物镜121，以及影像区域112连同成像物镜122各自形成独立的成像系统。视情况，成像物镜121以及122含有多个透镜以及其它光学组件(诸如，光圈以及滤光片在实施例中，成像物镜121以及122包含晶圆级透镜堆栈。
[0029]成像传感器110视情况包含涂层130。在某些实施例中，涂层130为使得成像传感器110能够进行彩色影像捕获的彩色滤光片(例如，拜耳滤光片)。影像区域111以及112由成像传感器110的隔片部分115分离。隔片部分115可用以在影像区域111与112之间提供额外距离，以便减少由影像区域111连同成像物镜121组成的成像系统与由影像区域112连同成像物镜122组成的成像系统之间的串扰。隔片部分115亦可用以将影像区域111以及112彼此间隔开距离，从而提供用于成像物镜121以及122的所要求空间。在一些实施例中，不具有隔片部分115之范围，且影像区域111以及112定位成彼此紧邻。影像区域111及112以及隔片部分115可占用或可不占用成像传感器110的全部范围。
[0030]立体摄影机装置100更包含用于成像传感器110的支撑片件180，其与罩壳190接触。罩壳190可为成像物镜121以及122提供结构支撑。在某些实施例中，支撑片件180以及罩壳190协作，以防止光经由不当路线到达成像传感器110。在一些实施例中，罩壳190由(例如)藉由胶合或结合而组合的若干组件一体式形成或组成。视情况，建构罩壳190，使得光仅可藉由穿过成像物镜121或122的所有光学组件而到达成像传感器110。在某些实施例中，使用晶圆级制造方法生产系统100。举例而言，成像传感器110以及支撑片件180可为下部晶圆的部分，而成像物镜121、成像物镜122以及罩壳190可为上部晶圆的部分，使得上部以及下部晶圆之组装形成成像系统100。结合图4论述用于藉由晶圆级制造以及组装而制造系统100的一种方法。
[0031]可在不脱离本揭露内容的范畴的情况下，使用其它组态的支撑片件180以及罩壳190，以将成像传感器110以及成像物镜121及122固持于本揭露内容中所描述的相对位置中。此等其它组态包含并不用以防止光经由不当路线到达成像传感器110的组态，及/或并不促进晶圆级制造方法的组态。
[0032]图3以俯视平面图说明基于单一成像传感器的立体摄影机装置300。立体摄影机装置300类似于图1以及图2的立体摄影机装置100，并与其共享正视图。立体摄影机装置300为立体摄影机装置100(图1以及图2)自两个成像系统至共享单一成像传感器310的四个独立成像系统的扩展。成像传感器310包含专用于捕获分别由成像物镜321、322、323以及324所形成的影像的四个影像区域311、312、313以及314，所述影像区域等效于立体摄影机装置100(图1以及图2)的影像区域111以及112。成像区域311、312、313以及314由隔片部分315分离，所述隔片部分具有类似于图1以及图2的立体摄影机装置100中的隔片部分115的组态以及功能。同样地，罩壳390以及支撑片件(图3中未绘示)具有类似于立体摄影机装置100(图1以及图2)的罩壳190以及支撑片件180的组态，并服务与罩壳190以及支撑片件180相同的目的。
[0033]图1、图2的立体摄影机装置100以及图3的立体摄影机装置300为立体摄影机装置的例示性实施例，其中个别成像系统共享同一成像传感器。在此等装置中，由个别成像物镜所使用的“成像传感器”(例如，立体摄影机装置100的影像区域111以及112，或立体摄影机装置300的影像区域311312.313^^314)已知为处于同一平面中，具体而言处于成像传感器(例如，立体摄影机装置100的成像传感器110或立体摄影机装置300的成像传感器310)的平面中。此情况消除个别成像系统的相对定位的不确定性的重要态样。可藉由制造确保相对于成像传感器准确地对准成像物镜，例如，相对于立体摄影机装置100(图1以及图2)的成像传感器110对准成像物镜121以及122。晶圆级制造尤其适于达成准确的相对对准。
[0034]图4为用于使用晶圆级制造方法制造如本文中所揭露的立体摄影机的例示性晶圆集合400的图解说明。透镜晶圆410(1)(其中1 = 1......的集合用于制造成像物镜
(例如，图1以及图2中的立体摄影机装置100的成像物镜121)。晶圆410(1)中的每一者含有相同组件411(1)的集合。在某些实施例中，组件411(1)为(例如)透镜、光圈、滤光片或诸如罩壳(例如，图1以及图2中的立体摄影机装置100的罩壳190或其部分)的结构片件。透镜晶圆410(1)中的组件411(1)可相同或不同于透镜晶圆410 0)中的组件411 00，其中1不同于使用标准晶圆级制造方法组装透镜晶圆410 (1)，以生产相同成像物镜的集合。传感器晶圆430包含相同成像传感器431。根据一项实施例，传感器晶圆430为经重建构晶圆。
[0035]为制造基于两个或两个以上相同成像物镜的立体摄影机装置，使用已知取置方法中的任一者将所要求数目个成像物镜(例如，藉由组装透镜晶圆410(1)所形成的成像物镜)置放于成像传感器431上。在组装有成像物镜之前，将任何影像传感器涂层(例如，立体摄影机装置100(图1以及图2)的可选涂层130)涂覆至成像传感器431。对于基于不同成像物镜集合的立体摄影机装置(诸如，立体摄影机装置1200(图12以及图13).1400(图14以及图15)以及1600(图16以及图17)的某些实施例)，可藉由独立晶圆组装制程建构每一类型的成像物镜。为说明起见，第二集合的透镜晶圆420(1)(其中1 = 1......一各自含有对应组件421(0。应注意，III可不同于II，亦即，透镜晶圆410(1)的集合可含有不同于透镜晶圆420(1)的集合的数目个晶圆。组件421(1)的实例包含(但不限于)透镜、光圈、滤光片，或诸如罩壳(例如，图1以及图2中的立体摄影机装置100的罩壳190或其部分)的结构片件。组件421 (1)以及组件可相同或不同。组装透镜晶圆420(1)导致生产成像物镜。可以此方式生产任何数目个不同类型的成像系统，且随后使用标准取置方法将其置放至传感器晶圆430上。
[0036]立体摄影机装置的独立成像系统之间的串扰可不利地影响立体摄影机系统的效能，尤其在独立成像系统之间具有(若干)相对较短距离的紧密型装置中。此等紧密型系统将场景中的给定对象成像至独立形成的影像中的位置上，相较于独立成像系统之间具有较大距离的立体摄影机系统将出现的状况，所述影像相对于彼此很小程度地移位。计算对象相对于立体摄影机的实体位置部分地基于所成像对象在独立形成的影像中的位置以及对应的相对移位。因此，此等位置以及移位的量测准确性对于准确地判定对象的实体位置是至关重要的。成像系统之间的串扰为自一个成像系统传播至由另一成像系统所捕获的影像中的任何光。实例包含由个别成像物镜所形成的影像之间的重迭，以及个别成像系统之间传播的杂散光。串扰可不利地影响所捕获影像的质量，此情况又可能降低藉以判定所成像对象位置的准确性。
[0037]立体摄影机装置100 (图1以及图2)的隔片部分115以及立体摄影机装置300 (图3)的隔片部分315可分别用以避免由立体摄影机装置100的成像物镜121以及122所形成的影像之间的重迭，以及由立体摄影机装置300的成像物镜321、322、323以及324所形成的影像之间的重迭。隔片部分115(^1^^^2)以及315 (^3)可经进一步定位以及大小设定，以减少个别成像系统之间传播的杂散光。在某些实施例中，罩壳190(图1以及图2)以及390(图3)亦经组态以仅在罩壳与成像传感器之间留下较小间隙，籍此减少可在个别成像系统之间传播的杂散光的量。在具有如此处所论述的组态的情况下，个别成像系统之间的隔片部分(例如，隔片部分115(^1以及图2)或315(图3))以及罩壳190(图1以及图2)或390(图3)可因此一起起作用，以相较于并不具有用于减少个别成像系统之间的串扰的此等措施的立体摄影机装置，提供经改良的影像质量。
[0038]图5为立体摄影机装置500的正视图，所述立体摄影机装置为立体摄影机装置100(图1以及图2)的修改。图6绘示立体摄影机装置500的俯视平面图。在立体摄影机500中，立体摄影机100的可选涂层130替换为非均质涂层540，其包含分别在影像区域111以及112上的可选涂层541及542，以及隔片部分115上的光吸收涂层545。在一项例示性实施例中，光吸收涂层545为黑色涂层。光吸收涂层545衰减经由隔片部分115传播至罩壳190与成像传感器110之间的空间中的杂散光。在一项实施例中，光吸收涂层545可具有90%的吸光度。相比于并不具有光吸收涂层的等效装置(例如，分别为图1以及图2的立体摄影机装置100以及图3的立体摄影机装置300)，根据此实施例，光吸收涂层545将在个别成像系统之间传播的杂散光减少90%，此是由于杂散光传播路径要求单次弹离光吸收涂层545。在罩壳190经组态以仅留下至成像传感器110的较小间隙的情况下，达成更大衰减。罩壳190与成像传感器110之间的较小间隙增加杂散光离开罩壳190以及光吸收涂层545两者将需要反弹的次数，以便完成至另一成像系统的传播路径。在光吸收涂层具有90%的吸光度的实施例中，将反弹离开光吸收涂层545的必要数目自一次增加至两次会将总吸光度自90%增加至99%。总吸光度为反弹离开光吸收涂层545的数目的指数函数，此情况意谓相对较小数目次反弹足以实际上消除个别成像系统之间传播的任何可侦测杂散光。
[0039]可使用熟知的习知方法(诸如，用于将拜耳滤光片应用于成像传感器上的方法)制造非均质涂层540。在替代性实施例中，将非均质涂层540涂覆至单独的基板，接着将所述基板置放于成像传感器110上。然而，直接将非均质涂层540涂覆至成像传感器110上要求较小数目个制造步骤。
[0040]图7说明将立体摄影机装置500扩展成图7中的俯视平面图中的四个个别成像系统。图7的立体摄影机装置700等效于图3的立体摄影机装置300，其中可选涂层330替换为非均质涂层740，其包含影像区域311、312、313以及314(图7中未绘示)上的可选涂层741、742、743及744，以及隔片部分315(图7中未绘示)上的光吸收涂层745。相同于上文关于立体摄影机装置500的非均质涂层540(图5以及图6)所论述的彼等性质的性质适用于非均质涂层740。
[0041]在实施例中，非均质涂层540的可选涂层541以及542中的一或多者是为立体摄影机装置500提供彩色影像捕获能力的彩色滤光片。图8以及图9分别以正视图以及俯视平面图说明具有彩色影像捕获能力的立体摄影机装置800。立体摄影机装置800为图5以及图6的立体摄影机装置500的修改，其中非均质涂层540替换为非均质涂层840，其包含影像区域111上的彩色滤光片841以及影像区域112上的彩色滤光片842。彩色滤光片841以及842可相同及/或可为拜耳滤光片。非均质涂层840更包含隔片部分115上的光吸收涂层845，其具有类似于立体摄影机装置500 (图5以及图6)的光吸收涂层545的性质以及功能。在不脱离本揭露内容的范畴的情况下，立体摄影机装置800可经扩展为具有较大数目个(例如，四个)个别成像系统。
[0042]可使用习知制造方法(诸如，用于将拜耳滤光片应用于成像传感器的彼等方法)生产非均质涂层840。拜耳滤光片由三种类型的涂层组成:吸收并不属于可见光谱的红色部分的所有光的涂层“8”、吸收除绿色之外的所有光的涂层“6”，以及吸收除蓝色之外的所有光的涂层“8”。通常藉由顺序涂覆并显影三个不同涂层以及8中的每一者而生产拜耳滤光片。在一项实施例中，藉由添加黑色涂覆以及显影以生产光吸收涂层845从而将顺序涂覆的数目自三增加至四来生产非均质涂层840。在另一实施例中，藉由(例如)在涂层8顶部上涂覆并显影涂层I？而生产光吸收涂层845。此组合式涂层将并不透射可见光。在使用组合式涂层方法的情况下，可使用标准拜耳滤光片生产制程在并不添加复杂性的情况下生产非均质涂层840。
[0043]彩色滤光片(诸如，拜耳滤光片)将给定彩色涂层(例如，1 或8)置放至每一个别像素上。因此，必须将若干像素分组在一起，以便获得全色信息。具体而言，拜耳滤光片是基于呈2X2组态的四个像素的群组，所述四个像素由一个I？涂布像素、两个涂布像素以及一个8涂布像素组成。因此，相比于并不具有彩色滤光片的等效单色传感器的分辨率，彩色成像传感器的分辨率降低一半。因此，相比于使用相同传感器的等效彩色立体摄影机装置，基于单色影像捕获的立体摄影机装置具有较高分辨率。另外，由彩色传感器上的单一像素所捕获的光的量仅为总入射光的一部分。此情况的原因是双重的:(4标准彩色滤光片(诸如，拜耳滤光片)是基于吸收性滤光，且由滤光片透射的波长范围中的最大透射率通常并不超过70%，以及(13)每一彩色涂层仅透射可见光谱的仅一部分中的光，波长范围常常窄于入射于给定像素上的光的全部光谱。相比于并不具有彩色滤光片的等效单色传感器，此等两个因素使得彩色传感器上的每一个别像素的信杂比减少。在弱光情况下，此情况可导致对象位置较不准确或损失定位某一对象的能力。概言之，相比于使用应用有彩色滤光片的相同成像传感器的等效立体摄影机装置，单色立体摄影机装置提供较准确的三维对象位置能力。然而，可出于无关于对象位置能力的原因而要求彩色影像捕获，且一些立体摄影机装置应用可要求判定场景中的对象的位置以及色彩两者。
[0044]图10为基于使用同一成像传感器的两个个别成像系统的立体摄影机装置1000的俯视平面图，其中一个成像系统捕获单色影像，而另一成像系统具有彩色影像捕获能力。立体摄影机装置1000为具有不同非均质涂层的图5以及图6的立体摄影机装置500的实施例。相比于图5以及图6的立体摄影机装置500，立体摄影机装置1000的非均质涂层包含:对应于成像物镜121的影像区域111(图10中未绘示)上的彩色涂层1041 (例如，拜耳滤光片)、对应于成像物镜122的影像区域112(图10中未绘示)上的未经涂布部分1042，以及隔片部分115(图10中未绘示)上的光吸收涂层1045。光吸收涂层1045具有相同于立体摄影机装置500(图5以及图6)的光吸收涂层545的性质以及功能。立体摄影机装置1000藉由由成像物镜121、彩色涂层1041以及影像区域111(图10中未绘示)所组成的成像系统提供彩色影像捕获能力。同时，立体摄影机装置1000使用来自两个个别成像系统的组合信息，提供三维对象位置。然而，相比于图8以及图9的类似立体摄影机装置800，立体摄影机装置1000的两个个别成像系统中的一者(亦即，由成像物镜122、未经涂布部分1042以及影像区域112(图10中未绘示)组成的个别成像系统)具有经改良的分辨率。因此，立体摄影机装置1000提供优于立体摄影机装置800的经改良三维对象位置，同时提供同时彩色影像捕获。
[0045]图11绘示基于使用同一成像传感器的四个个别成像系统的立体摄影机装置1100。立体摄影机装置1100为具有不同非均质涂层1140的图7的立体摄影机装置700的实施例，所述非均质涂层包含影像区域311以及314(图11中未绘示)上的彩色涂层1141以及1144 (例如，拜耳滤光片)，其中影像区域311以及314对应于成像物镜321以及324。非均质涂层1140亦包含影像区域312以及313 (图11中未绘示)上的未经涂布部分1142以及1143，其中影像区域312以及313对应于成像物镜322以及323。非均质涂层1140更包含隔片部分315(图11中未绘示)上的光吸收涂层1145，其中光吸收涂层1145具有相同于立体摄影机装置500(图5以及图6)的光吸收涂层545的性质以及功能。立体摄影机装置1100使用对应于彩色涂层1141以及1144的成像系统中的一者或两者，提供彩色影像捕获以及未经损害的分辨率，且因此使用对应于未经涂布部分1142以及1143的成像系统，提供未经损害的三维对象位置。
[0046]在某些实施例中，在不脱离本揭露内容的范畴的情况下，分别使图8以及图9的立体摄影机装置800、图10的立体摄影机装置1000以及图11的立体摄影机装置1100无光吸收涂层845、1045以及1145。同样地，在一些实施例中，在不脱离本揭露内容的范畴的情况下，使立体摄影机装置800、1000以及1100(图8、图9、图10以及图11)无隔片部分115以及 315。
[0047]图12以及图13以正视图(图12)以及俯视平面图(图13)说明具有共享单一成像传感器的三个成像系统的立体摄影机装置1200。立体摄影机装置1200包含成像传感器1210以及三个成像物镜1221、1222及1223。在一些实施例中，成像物镜1221、1222以及1223含有多个透镜以及其它组件(诸如，光圈以及滤光片成像物镜1221、1222以及1223可包含晶圆级透镜堆栈，并经组态以实现晶圆级制造。在实施例中，成像物镜1221以及1222相同。在另一实施例中，成像物镜1223不同于成像物镜1221以及1222。成像传感器1210包含分别专用于捕获由成像物镜1221、1222以及1223所形成的影像的影像区域1211,1212以及1213、位于影像区域1211与1213之间的隔片部分1215，以及位于影像区域1212与1213之间的隔片部分1216。隔片部分1215以及1216具有相同于图1以及图2的立体摄影机装置100中的隔片部分115的性质以及功能。影像区域1211、1212、1213以及隔片部分1215及1216可占用或可不占用成像传感器1210的全部范围。
[0048]在实施例中，不具有隔片部分1215以及1216的范围，且影像区域1211、1213以及1212定位成彼此紧邻。成像传感器1210更包含实现立体摄影机装置1200的彩色影像捕获的可选涂层1230(例如，拜耳滤光片类型或类似类型的彩色滤光片涂层)。
[0049]立体摄影机装置1200包含具有相同于立体摄影机装置100 (图1以及图2)的支撑片件180以及罩壳190的性质以及功能的支撑片件1280以及罩壳1290。应理解，可不同于图12以及图13中所绘示地组态支撑片件1280以及罩壳1290。举例而言，支撑片件1280以及罩壳1290两者可由若干组件组成，及/或不同于图12中所绘示的组态而经匹配，其中支撑片件1280以及罩壳1290在与成像传感器1210的顶表面一致的平面处接合。
[0050]三维位置信息可自包含于立体摄影机装置1200中的任何成像系统对获得。在实施例中，由成像物镜1221以及影像区域1211所形成的成像系统相同于由成像物镜1222以及影像区域1212所形成的成像系统。由于此等两个成像系统构成立体摄影机装置1200中具有最远可能间距的成像系统对，因此其可有利地用于提供三维位置信息。在另一实施例中，由成像物镜1223以及影像区域1213所形成的成像系统不同于包含成像物镜1221以及1222的成像系统。此实施例可经组态以自包含成像物镜1221以及1222的成像系统提供三维位置信息，同时使用包含成像物镜1223的成像系统捕获不同性质的影像。在某些实施例中，由成像物镜1223以及影像区域1213所形成的成像系统经组态以记录具有不同于由立体摄影机装置1200中的其它两个成像系统所记录的影像的视野范围、影像大小、纵横比、放大率、像差、亮度、光谱性质及/或焦点的影像。视情况，由成像物镜1223以及影像区域1213所形成的成像系统包含自动聚焦及/或自动曝光能力。
[0051]图14以及图15分别以正视图以及俯视平面图将立体摄影机装置1200(图12以及图13)的修改绘示为立体摄影机装置1400。在立体摄影机装置1400中，立体摄影机装置1200(图12以及图13)的可选涂层1230替换为非均质涂层1440。非均质涂层1440包含分别在影像区域1211、1212以及1213上的可选涂层1441、1442及1443，以及分别在隔片部分1215以及1216上的光吸收涂层1445及1446。在一些实施例中，可选涂层1441、1442以及1443中的一或多者为实现立体摄影机装置1200中的成像系统中的一或多者的彩色影像捕获的彩色滤光片涂层(例如，拜耳滤光片)。光吸收涂层1445以及1446具有相同于图5中所说明的立体摄影机装置500的光吸收涂层545的性质以及功能，且因此可提供立体摄影机装置1400优于立体摄影机装置1200的经增强效能。
[0052]含有单色以及彩色成像系统的组合的立体摄影机装置1400的实施例在图16 (正视图)以及图17(俯视平面图)中绘示为立体摄影机装置1600。立体摄影机装置1600仅在成像传感器1210的非均质涂层方面不同于图14以及图15的立体摄影机装置1400。立体摄影机装置1600包含非均质涂层1640，其又包含影像区域1213上的彩色滤光片1643，所述彩色滤光片实现由成像物镜1223、彩色滤光片1643以及影像区域1213所形成的成像系统的彩色影像捕获。非均质涂层1640更包含分别在隔片部分1215以及1216上的光吸收涂层1645以及1646，以及影像区域1221以及1212上的可选涂层1641以及1642。
[0053]在实施例中，可选涂层1641以及1642经组态，使得分别包含物镜1221以及1222的两个成像系统以成像传感器1210的最大分辨率捕获单色影像。可藉由(例如)省略可选涂层1641以及1642而达成此情况。在此组态中，使用包含成像物镜1221以及1222的单色成像系统对以最高可能质量提供三维位置，同时由包含成像物镜1223的成像系统记录彩色影像。在某些实施例中，自立体摄影机装置1600省略光吸收涂层1645及1646以及(视情况)隔片部分1215及1216。立体摄影机装置1600的此等实施例仍可经组态，以基于较高分辨率的单色影像提供同时彩色影像捕获以及三维位置信息。可实施其它方法，以减少个别成像系统之间的串扰及/或杂散光传播，诸如并入封闭罩壳1290与成像传感器1210(如其在图16中所组态)之间的间隙的实际障壁。或者，成像系统，尤其是成像物镜1221,1222以及1223可经设计，以在并不具有用于减少串扰及/或杂散光问题的任何额外特征的情况下，产生具有给定应用所要求的质量的影像。
[0054]图18说明利用立体摄影机装置1820的系统1800。立体摄影机装置1820可为(例如)立体摄影机装置100 (图1以及图2)、300 (图3)、500 (图5以及图6)、700 (图7)、800(图 8 以及图 9) ,1000(图 10) ,1100(图 11)、1200〈图 12 以及图 13)、1400〈图 14 以及图15)以及1600(图16以及图17)中的一者。将立体摄影机装置1820并入至摄影机系统1810中。摄影机系统1810包含微处理器1840，其经由内部通信接口 1830与立体摄影机装置1820通信。微处理器1840亦经由外部通信接口 1850与接收端1890通信。接收端1890可为(例如)个人、远程计算机或单独的显示器。外部通信接口 1850可包含(例如)显示器、有线通信埠(例如，口38、以太网络或？匕洲丨^)、无线通信埠(例如，蓝芽或蜂巢式服务〉、声讯警告以及触觉回馈中的一或多者。
[0055]摄影机系统1810包含可选电源供应器1860。在无可选电源供应器1860的实施例中，外部(若干)源将电力供应至摄影机系统1810。摄影机系统1810更包含可选罩壳1880 ；例如，用于环境保护摄影机系统1810的组件的摄影机主体或箱体。可选罩壳1880具有允许立体摄影机装置1820对可选罩壳1880外部的场景成像的开口(图18中未绘示摄影机系统1810可为蜂巢式电话、智能型手机、计算机、膝上型计算机、个人数字助理(904)、监督系统或仅摄影机系统，且在一些实施例中，摄影机系统1810包含图18中未绘示及/或执行不同于相关于立体影像捕获的彼等功能的其它功能的其它组件。在例示性实施例中，摄影机系统1810为智能型手机，微处理器1840为智能型手机的唯一机载微处理器，且外部通信接口 1850为智能电话的主要外部通信接口，包含(例如)显示器、蓝芽通信、及/或迷你或微型旧8。立体摄影机装置1820经组态于智能型手机内，并利用智能型手机的现存微处理器以及外部通信接口。
[0056]微处理器1840以及外部通信接口 1850可经组态，使得接收端1890可控制摄影机系统1810的功能性的一些或所有态样。类似地，在实施例中，微处理器1840以及内部通信接口 1830经组态，使得微处理器1840控制由立体摄影机装置1820所执行的影像捕获。控制功能包含(但不限于)影像捕获速率、曝光时间、按需影像捕获。在另一实施例中，内部通信接口 1830经组态为仅能够自立体摄影机装置1820读出影像，并将此等影像发送至微处理器1840的单向通信接口。在此实施例中，立体摄影机装置1820可经预组态，以每当由可选电源供应器1860或外部电源供应器通电时，以某一速率捕获影像。
[0057]在一些实施例中，微处理器1840能够处理并储存由立体摄影机装置1820所捕获的影像。举例而言，微处理器1840可处理由立体摄影机装置1820所捕获的影像，以判定三维信息。微处理器1840可进一步处理三维信息，以侦测场景中的某些对象的存在，并经由外部通信接口 1850将发现传达至接收端1890，所述对象包含(但不限于)移动对象、某一大小或色彩的对象或处于指定位置的某一距离内的对象。侦测场景中的某一对象可起始由微处理器1840经由内部通信接口 1830发送至立体摄影机装置1820的捕获额外影像的请求。在替代性实施例中，摄影机系统1810包含单独的处理器以及内存而非微处理器1840。
[0058]本文中所揭露的立体摄影机装置的组态可经应用以生产其它类型的摄影机装置，在所述摄影机装置中，若干个别成像系统共享单一成像传感器。举例而言，图10的立体摄影机装置1000形成能够同时捕获彩色影像以及单色影像，且可在无关于三维成像的应用中如此起作用的摄影机装置。本发明所揭露的立体摄影机装置中的任一者可包含用于捕获具有(例如)不同视野、影像大小、亮度以及像差性质的影像的不相同成像物镜。此情况具体说明于(例如)图12以及图13的立体摄影机装置1200中。此等立体摄影机装置可用于以不同放大率捕获同一场景的影像，从而提供宽视野影像以及较窄视野影像的同时捕获，从而提供局部场景区域中的经增强细节。
[0059]特征组合
[0060]可在不脱离本揭露内容的范畴的情况下，以各种方式组合上文所描述的特征与下文所主张的彼等特征。举例而言，将了解，本文中所描述的一个摄影机装置/系统的态样可并有或交换本文中所描述的另一摄影机装置/系统的特征。以下实例说明上文所描述的实施例的可能非限制性组合。应了解，可在不脱离本发明的精神以及范畴的情况下，对本文中的装置、系统以及方法作出许多其它改变以及修改:
[0061](八)一种摄影机装置，其包含单一成像传感器以及与所述单一成像传感器相关联的多个成像物镜，所述单一成像传感器包含所述单一成像传感器内的多个专用影像区域，所述多个专用影像区域中的每一者对应于所述多个成像物镜中的各别者。
[0062](8)在如(八)所表示的装置中，所述单一成像传感器可包括所述多个专用影像区域中的至少两者之间的隔片部分。
[0063](0在如(8)所表示的装置中，所述隔片部分可包含光吸收材料，其能够减少光自所述多个成像物镜中的特定者，到达分别与不同于所述特定者的成像物镜相关联的所述专用影像区域中的特定者。
[0064](0)在如(八)至(0所表示的摄影机装置中，所述成像传感器可更包含入射有来自所述多个成像物镜的光的表面上的非均质涂层。
[0065](￡)在如(0)所表示的摄影机装置中，所述非均质涂层可经组态，使得所述多个专用影像区域中的至少两者具有彼此不同的涂层性质。
[0066](的在如(八)至(￡)所表示的摄影机装置中，所述多个成像物镜可包含至少两个成像物镜。
[0067](6)如㈧至⑶所表示的摄影机装置可经组态，使得当垂直于所述单一成像传感器的平面观察时，由光吸收隔片部分将所述多个专用影像区域彼此分离。
[0068](?)在如(八)以及￠)所表示的摄影机装置中，所述至少两个成像物镜可彼此相同。
[0069](1)在如㈧至⑶所表示的摄影机装置中，所述多个成像物镜可包含至少四个成像物镜。
[0070](了)如(1)所表示的摄影机装置可经组态，使得当垂直于所述单一成像传感器的平面观察时，所述至少四个成像物镜形成矩形形状。
[0071](1()在如(1)以及(了)所表示的摄影机装置中，所述至少四个成像物镜可彼此相同。
[0072](1)在如(了)以及(1()所表示的摄影机装置中，当垂直于所述单一成像传感器的平面观察时，可由光吸收隔片部分将所述多个影像区域彼此分离。
[0073](1)在如㈧至⑶所表示的摄影机装置中，所述多个成像物镜可包含沿着所述单一成像传感器线性配置的至少三个成像物镜。
[0074](吣在如(1)所表示的摄影机装置中，所述至少三个成像物镜中的中心者可不同于所述至少三个成像物镜中的两个外部者。
[0075](0)在如(1)以及(吣所表示的摄影机装置中，对应于所述至少三个成像物镜中的中心者的所述专用影像区域可经组态以用于彩色影像捕获。
[0076](巧在如(0)所表示的摄影机装置中，对应于所述至少三个成像物镜中的两个外部者的所述专用影像区域可经组态以用于单色影像捕获。
[0077](0)在如(0、(6)以及(1)所表示的摄影机装置中，所述光吸收隔片部分可包含光吸收涂层。
[0078](?如所表示的摄影机装置可更包含与所述光吸收涂层协作，以增加由所述光吸收涂层所吸收的光的量的结构组件。
[0079](8)如(八)至(?所表示的摄影机装置可包含非均质涂层，例如，彩色滤光片、单色涂层、未经涂布部分以及光吸收涂层中的一或多者。
[0080](1)在如(3)所表示的摄影机装置中，所述彩色滤光片可包含如8像素数组。
[0081]⑴)在如(八)至(1)所表示的摄影机装置中，所述单一成像传感器可包含冗0数组以及0103数组中的至少一者。
[0082]在如(八)至⑴)所表示的摄影机装置中，所述多个成像物镜可包含一或多个光学组件。
[0083](1)在如⑷所表示的摄影机装置中，所述一或多个光学组件可包含透镜、光圈、滤光片及/或晶圆级透镜堆栈。
[0084](?如㈧至⑵所表示的摄影机装置可包含用于将所述多个成像物镜附接至所述单一成像传感器的结构组件。
[0085](1)在如(?所表示的摄影机装置中，所述结构组件可包含至少部分封围所述多个成像物镜以及所述单一成像传感器的罩壳。
[0086](2)在如⑴以及⑴所表示的摄影机装置中，所述结构组件可包含能够阻挡光自所述结构组件外部到达所述单一成像传感器的材料。
[0087](^)在如(?至(2)所表示的摄影机装置中，所述罩壳可包含与所述单一成像传感器的底部部分整合的至少一支撑片件。
[0088](八8)如(八)至(的所表示的摄影机装置可经组态，使得可由所述单一成像传感器记录由所述多个成像物镜中的每一者所形成的影像。
[0089]⑷如㈧至(八8)所表示的摄影机装置可更包含与所述单一成像传感器通信的微处理器。
【权利要求】
1.一种摄影机装置，其包括: 单一成像传感器； 多个成像物镜，其与所述单一成像传感器相关联；以及 所述单一成像传感器内的多个专用影像区域，所述多个专用影像区域中的每一者对应于所述多个成像物镜中的各别者， 使得可由所述单一成像传感器记录由所述多个成像物镜中的所述每一者所形成的影像。
2.根据权利要求1所述的摄影机装置，其中所述单一成像传感器包括所述多个专用影像区域中的至少两者之间的隔片部分。
3.根据权利要求2所述的摄影机装置，其中所述隔片部分包括光吸收材料，其能够减少光自所述多个成像物镜中的特定者，到达分别与不同于所述特定者的成像物镜相关联的所述专用影像区域中的特定者。
4.根据权利要求1所述的摄影机装置，所述成像传感器更包括入射有来自所述多个成像物镜的光的表面上的非均质涂层。
5.根据权利要求4所述的摄影机装置，其中所述非均质涂层经组态，使得所述多个专用影像区域中的至少两者具有彼此不同的涂层性质。
6.根据权利要求5所述的摄影机装置，其中所述非均质涂层包含彩色滤光片、单色涂层、未经涂布部分以及光吸收涂层中的一或多者。
7.根据权利要求6所述的摄影机装置，其中所述彩色滤光片包括RGB像素数组。
8.根据权利要求1所述的摄影机装置，其中所述单一成像传感器为包括CXD数组以及CMOS数组中的至少一者的数字成像传感器。
9.根据权利要求1所述的摄影机装置，其中所述多个成像物镜中的每一者包括一或多个光学组件。
10.根据权利要求9所述的摄影机装置，其中所述一或多个光学组件包含透镜、光圈、滤光片及/或晶圆级透镜堆栈。
11.根据权利要求1所述的摄影机装置，其更包括用于将所述多个成像物镜附接至所述单一成像传感器的结构组件。
12.根据权利要求11所述的摄影机装置，其中所述结构组件包括至少部分封围所述多个成像物镜以及所述单一成像传感器的罩壳。
13.根据权利要求12所述的摄影机装置，其中所述罩壳包括能够阻挡光自所述罩壳外部到达所述单一成像传感器的材料。
14.根据权利要求12所述的摄影机装置，其中所述罩壳包含与所述单一成像传感器的底部部分整合的至少一支撑片件。
15.根据权利要求1所述的摄影机装置，其中所述多个成像物镜包含至少两个成像物镜，且其中当垂直于所述单一成像传感器的平面观察时，由光吸收隔片部分将所述多个专用影像区域彼此分离。
16.根据权利要求15所述的摄影机装置，其中所述至少两个成像物镜彼此相同。
17.根据权利要求15所述的摄影机装置，其中所述至少两个成像物镜包含至少四个成像物镜，且其中当垂直于所述单一成像传感器的平面观察时，所述至少四个成像物镜形成矩形形状，且由光吸收隔片部分将所述多个影像区域各自彼此分离。
18.根据权利要求15所述的摄影机装置，其中所述光吸收隔片部分包括光吸收涂层。
19.根据权利要求18所述的摄影机装置，其更包括结构组件，所述结构组件与所述光吸收隔片部分协作，以增加由所述光吸收隔片部分所吸收的光的量。
20.根据权利要求17所述的摄影机装置，其中所述至少四个成像物镜彼此相同。
21.根据权利要求1所述的摄影机装置，其中所述多个成像物镜包含沿着所述单一成像传感器线性配置的至少三个成像物镜。
22.根据权利要求21所述的摄影机装置，其中所述至少三个成像物镜中的中心者不同于所述至少三个成像物镜中的两个外部者。
23.根据权利要求21所述的摄影机装置，其更包括非均质涂层。
24.根据权利要求23所述的摄影机装置，其中所述非均质涂层包括在对应于所述至少三个成像物镜中的中心者的所述影像区域上的彩色滤光片涂层，以及在对应于所述至少三个成像物镜中的两个外部者的影像区域上的未涂布部分或单色涂层。
25.根据权利要求22所述的摄影机装置，其更包括非均质涂层，所述非均质涂层包括在对应于所述至少三个成像物镜中的所述中心者的所述影像区域上的彩色滤光片涂层，以及在对应于所述至少三个成像物镜中的所述两个外部者的影像区域上的未涂布部分或单色涂层。
26.根据权利要求1所述的摄影机装置，其更包括与所述单一成像传感器通信的微处理器。
【文档编号】H04N13/02GK104427329SQ201410455502
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】凯文·佳奇·梁, 林文华 申请人:全视技术有限公司