用于分區(qū)圖像傳感器的透鏡陣列的制作方法
【專利摘要】本申請案涉及一種用于分區(qū)圖像傳感器的透鏡陣列。本發(fā)明涉及一種包括圖像傳感器的設(shè)備，所述圖像傳感器具有布置在其上的N個圖像傳感器區(qū)。包括N個透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡陣列接近所述圖像傳感器而安置。所述N個透鏡結(jié)構(gòu)中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上。所述N個透鏡結(jié)構(gòu)包括具有第一焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第一焦距而定位的第一透鏡結(jié)構(gòu)。具有第二焦距的第二透鏡結(jié)構(gòu)距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第二焦距而定位。具有第三焦距的第三透鏡結(jié)構(gòu)距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第三焦距而定位。所述第一、第二及第三焦距是不同的。
【專利說明】用于分區(qū)圖像傳感器的透鏡陣列
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及圖像傳感器，且更特定來說，涉及用于分區(qū)圖像傳感器的透鏡陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像俘獲單元通常包括圖像傳感器及成像透鏡。所述成像透鏡將光聚焦到所述圖像傳感器上以形成圖像，且所述圖像傳感器將光轉(zhuǎn)換成電信號。所述電信號從圖像俘獲單元輸出到主機(jī)電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的其它單元。所述電子系統(tǒng)可為移動電話、計算機(jī)、數(shù)碼相機(jī)或醫(yī)療裝置。
[0003]隨著電子系統(tǒng)中的圖像俘獲單元的使用增加，對圖像俘獲單元特征、能力及裝置尺寸的需求也增加。舉例來說，越來越需要圖像俘獲單元具有較低斷面(profile)，使得可減小包括圖像俘獲單元的電子系統(tǒng)的總尺寸，同時不犧牲所俘獲的光學(xué)圖像的質(zhì)量。圖像俘獲單元的斷面可與從圖像傳感器的底部到成像透鏡的頂部的距離相關(guān)聯(lián)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一方面涉及一種設(shè)備，其包含:圖像傳感器，其包括布置在其上的N個圖像傳感器區(qū)；及透鏡陣列，其包括接近所述圖像傳感器而安置的N個透鏡結(jié)構(gòu)，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)包括:第一透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第一焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第一焦距而定位；第二透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第二焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第二焦距而定位；及第三透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第三焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第三焦距而定位，其中所述第一、第二及第三焦距是不同的。
[0005]本發(fā)明的另一方面涉及一種設(shè)備，其包含:圖像傳感器，其包括布置在其上的N個圖像傳感器區(qū)；及透鏡陣列，其包括接近所述圖像傳感器而安置的N個透鏡結(jié)構(gòu)，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)包括:第一透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第一曲率半徑且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者某一焦距而定位；第二透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第二曲率半徑且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述焦距而定位；及第三透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第三曲率半徑且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述焦距而定位，其中所述第一、第二及第三曲率半徑是不同的。
[0006]本發(fā)明的又一方面涉及一種成像系統(tǒng)，其包含:像素陣列，其包括具有布置在其中的N個圖像傳感器區(qū)的圖像傳感器，其中所述N個圖像傳感器區(qū)中的每一者具有布置在其中的多個像素；及透鏡陣列，其包括接近所述圖像傳感器而安置的N個透鏡結(jié)構(gòu)，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)包括:第一透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第一焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第一焦距而定位；第二透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第二焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第二焦距而定位；及第三透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第三焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第三焦距而定位，其中所述第一、第二及第三焦距是不同的；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述多個像素讀出圖像數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]參考以下圖式描述本發(fā)明的非限制性及非窮舉性實(shí)施例，其中相同參考數(shù)字在所有各種視圖中指代相同部件，除非另有指示。
[0008]圖1A為包括成像透鏡及圖像傳感器的圖像俘獲單元的示意圖。
[0009]圖1B為包括低斷面成像透鏡及圖像傳感器的低斷面圖像俘獲單元的示意圖。
[0010]圖2說明根據(jù)本發(fā)明的教示的具有四個分區(qū)區(qū)域的圖像傳感器的一個實(shí)例。
[0011]圖3為根據(jù)本發(fā)明的教示的說明低斷面圖像俘獲單元的一個實(shí)例的兩個透鏡及兩個分區(qū)區(qū)域的橫截面。
[0012]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的教示的用于分區(qū)圖像傳感器的2x2透鏡陣列的一個實(shí)例。
[0013]圖5說明根據(jù)本發(fā)明的教示的所設(shè)計的焦點(diǎn)處的透鏡的RGB平衡中的調(diào)制傳遞函數(shù)的一個實(shí)例。
[0014]圖6A說明根據(jù)本發(fā)明的教示的所設(shè)計的焦點(diǎn)處的透鏡的個別R中的調(diào)制傳遞函數(shù)的一個實(shí)例。
[0015]圖6B說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在焦點(diǎn)調(diào)整之后的透鏡的個別R中的調(diào)制傳遞函數(shù)的一個實(shí)例。
[0016]圖7A說明根據(jù)本發(fā)明的教示的所設(shè)計的焦點(diǎn)處的透鏡的個別B中的調(diào)制傳遞函數(shù)的一個實(shí)例。
[0017]圖7B說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在焦點(diǎn)調(diào)整之后的透鏡的個別B中的調(diào)制傳遞函數(shù)的一個實(shí)例。
[0018]圖8說明根據(jù)本發(fā)明的教示的所設(shè)計的焦點(diǎn)處的透鏡的個別G中的調(diào)制傳遞函數(shù)的一個實(shí)例。
[0019]圖9說明根據(jù)本發(fā)明的教示的分區(qū)圖像傳感器上的2x2透鏡陣列的一個實(shí)例。
[0020]圖10說明根據(jù)本發(fā)明的教示的分區(qū)圖像傳感器上的2x2透鏡陣列的一個實(shí)例的橫截面。
[0021]圖11說明根據(jù)本發(fā)明的教示的分區(qū)圖像傳感器上的2x2透鏡陣列的另一實(shí)例的橫截面。
[0022]圖12說明根據(jù)本發(fā)明的教示的分區(qū)圖像傳感器上的2x2透鏡陣列的另一實(shí)例的橫截面。
[0023]圖13為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的圖像傳感器的一個實(shí)例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在以下描述中，闡述許多特定細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白實(shí)踐本發(fā)明不需要使用所述特定細(xì)節(jié)。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)描述眾所周知的材料或方法以避免模糊本發(fā)明。
[0025]在整個本說明書中參考“ 一個實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、一個實(shí)例”或“ 一實(shí)例”表示結(jié)合所述實(shí)施例或?qū)嵗枋龅奶囟ㄌ卣?、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實(shí)施例中。因此，在本說明書的各種地方出現(xiàn)短語“在一個實(shí)施例中”、“在一實(shí)施例中”、“一個實(shí)例”或“一實(shí)例”不必都指代同一實(shí)施例或?qū)嵗４送?，在一個或一個以上實(shí)施例或?qū)嵗校梢匀魏魏线m組合及/或子組合來組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包括在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能性的其它合適組件中。此外，應(yīng)理解，本文提供的圖式是出于向所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員解釋的目的且所述圖式不必按比例描繪。
[0026]揭示涉及低斷面圖像俘獲單元的實(shí)例方法及設(shè)備。如將理解，根據(jù)本發(fā)明的教示，可提供根據(jù)本發(fā)明的教示的低斷面圖像俘獲單元，同時不為低斷面犧牲所俘獲的光學(xué)圖像的質(zhì)量(例如分辨率(即，像素的數(shù)目)和清晰度)。
[0027]為進(jìn)行說明，圖1A為包括成像透鏡202及圖像傳感器204的圖像俘獲單元200的示意圖。透鏡202與圖像傳感器204之間的距離約為f，其中f為透鏡202的焦距。圖像傳感器204由透鏡202覆蓋的寬度為W,且透鏡直徑為D。為進(jìn)行比較，圖1B展示包括成像透鏡212及圖像傳感器214的低斷面圖像俘獲單元210的示意圖。透鏡212與圖像傳感器214之間的距離約為f/2，其中f/2為透鏡212的焦距。圖像傳感器214由透鏡212覆蓋的寬度為W/2，且透鏡直徑為D/2。
[0028]在低斷面圖像俘獲單元中，以低斷面成像透鏡替代所述成像透鏡，同時圖像傳感器不改變。圖像傳感器204及214為相同的圖像傳感器，且兩個圖像傳感器具有相同的像素陣列結(jié)構(gòu)。因?yàn)閳D像傳感器214的寬度是圖像傳感器204的寬度的一半，所以在一個維度中，與圖像傳感器204相比，圖像傳感器214將具有一半數(shù)目的像素。在兩個維度中，與圖像傳感器204相比，圖像傳感器214將具有四分之一數(shù)目的像素。換句話說，所俘獲的圖像的像素數(shù)目約與透鏡與圖像傳感器之間的距離的比例的平方成比例。
[0029]圖2說明根據(jù)本發(fā)明的教示的具有彼此接近而緊密布置的四個分區(qū)區(qū)域222、224、226及228的圖像傳感器220。每一分區(qū)區(qū)域222、224、226及228由相應(yīng)成像透鏡(例如，圖1B的透鏡212)覆蓋。以此方式，成像透鏡(例如，圖1B的透鏡212)的焦距可為圖像傳感器不分成四個區(qū)域時的成像透鏡(例如，圖1A的透鏡202)的一半。因此，可使用四個透鏡及圖像傳感器的四個分區(qū)區(qū)域來構(gòu)造低斷面圖像俘獲單元。因?yàn)槭褂脠D像傳感器的四個區(qū)域，所以與原始圖像俘獲單元相比，低斷面圖像俘獲單元將具有大約相同的分辨率(即，相同數(shù)目的像素)。圖像傳感器的一區(qū)域可與圖1B的圖像傳感器214類似。
[0030]為進(jìn)行說明，圖3展示根據(jù)本發(fā)明的教示的包括四個成像透鏡及圖像傳感器的四個分區(qū)區(qū)域的低斷面圖像俘獲單元300的橫截面。在一個實(shí)例中，圖3中說明的橫截面可與圖2的虛線A-A’對應(yīng)。圖像傳感器的四個分區(qū)區(qū)域可為圖2的圖像傳感器220的區(qū)域222、224、226及228。在圖3中僅展示分別具有焦距fl及f2的兩個成像透鏡302及304。類似地，在圖3中僅展示圖像傳感器220的兩個分區(qū)區(qū)域222及224。以此方式，可構(gòu)造具有低斷面的圖像俘獲系統(tǒng)，同時可維持所俘獲的圖像的分辨率(即，像素的數(shù)目)。
[0031]如所說明的實(shí)例中所展示，成像透鏡302距離相應(yīng)圖像傳感器222第一焦距fl而定位。成像透鏡304距離相應(yīng)圖像傳感器224第二焦距f2而定位。如所描繪的實(shí)例中所展示，當(dāng)與圖1中展示的透鏡202相比時，第二焦距f2約為所述焦距的一半。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，圖3的實(shí)例圖像俘獲單元300為低斷面圖像俘獲單元，使得圖像傳感器222及224由透鏡302及304覆蓋的寬度為W/2，且透鏡302及304的透鏡直徑為D/2。
[0032]典型圖像俘獲單元可包括圖像傳感器上的拜耳類型色彩過濾器陣列。相比之下，圖3的圖像傳感器222及224的分區(qū)區(qū)域可不包括拜耳類型色彩過濾器陣列。返回參考圖2，分區(qū)區(qū)域222、224、226及228可分別指定到紅色(R)、綠色(G)、空白(C)及藍(lán)色(B)區(qū)域。紅色區(qū)域可由單個紅色過濾器覆蓋、綠色區(qū)域可由單個綠色過濾器覆蓋、藍(lán)色區(qū)域可由單個藍(lán)色過濾器覆蓋，且空白區(qū)域或C區(qū)域可不由任何過濾器覆蓋或可由單個綠色過濾器覆蓋。
[0033]如所述實(shí)例中所展示，第一焦距fl與第二焦距f2不同。在一個實(shí)施例中，第一焦距fl與具有第一顏色(例如但不限于紅色(R))的光對應(yīng)，且第二焦距f2與具有第二顏色(例如但不限于綠色(G))的光對應(yīng)。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，具有第一顏色的單個圖像通過透鏡302聚焦到圖像傳感器222上且具有第二顏色的同一單個圖像通過透鏡304聚焦到圖像傳感器224上。
[0034]簡要地返回參考圖2中描繪的實(shí)例，紅色(R)區(qū)域僅包括紅色像素，綠色(G)區(qū)域僅包括綠色像素且藍(lán)色(B)區(qū)域僅包括藍(lán)色像素。當(dāng)沒有過濾器被施加時空白或C區(qū)域可包括白色像素，且當(dāng)施加綠色過濾器時空白或C區(qū)域可包括綠色像素。讀出系統(tǒng)及/或處理器(未展示)可將紅色、綠色及藍(lán)色像素重新布置成拜耳圖案或任何圖案以進(jìn)一步處理彩色信號及形成彩色圖像。根據(jù)本發(fā)明的教示，C像素可針對特定處理而用作白色像素或簡單地作為綠色像素而起作用。
[0035]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的教示的用于分區(qū)圖像傳感器的透鏡陣列400。所述分區(qū)圖像傳感器可為圖2的圖像傳感器220。透鏡陣列400可為具有低斷面透鏡402、404、406及408的2x2陣列，低斷面透鏡402,404,406及408分別指定到紅色(R)、綠色(G)、空白(C)及藍(lán)色(B)區(qū)域。換句話說，透鏡402、404、406及408中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到紅色(R)、綠色(G)、空白(C)及藍(lán)色(B)區(qū)域圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上。因此，透鏡402僅形成紅色圖像，透鏡404僅形成綠色圖像且透鏡408僅形成藍(lán)色圖像。此外，在一個實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，透鏡402、404、406及408中的每一者具有與被聚焦到對應(yīng)圖像傳感器區(qū)上的光的特定顏色對應(yīng)的不同相應(yīng)焦距。在另一實(shí)例中且如下文將進(jìn)一步詳細(xì)論述，根據(jù)本發(fā)明的教示，透鏡402、404、406及408中的每一者具有對應(yīng)于被聚焦到對應(yīng)圖像傳感器區(qū)上的光的特定顏色的不同相應(yīng)曲率半徑。
[0036]相比之下，典型的圖像俘獲單元使用同時形成紅色、綠色及藍(lán)色圖像的單個成像透鏡。然而，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的教示的每一透鏡402、404、406及408個別地形成單個彩色圖像，所以可通過個別地調(diào)整每一透鏡與對應(yīng)圖像傳感器之間的焦距距離來提高每一個別圖像的光學(xué)質(zhì)量(例如，清晰度)。因此，在一個實(shí)例中，可根據(jù)光的波長來個別地調(diào)整透鏡402,404,406及408中的每一者與對應(yīng)分區(qū)圖像傳感器之間的焦距距離，以獲得根據(jù)本發(fā)明的教示的高質(zhì)量圖像。因此，在一個實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，紅色透鏡相對于圖像傳感器的紅色區(qū)域的位置、綠色透鏡相對于圖像傳感器的綠色區(qū)域的位置及藍(lán)色透鏡相對于圖像傳感器的藍(lán)色區(qū)域的位置是不同的。在一個實(shí)例中，C透鏡相對于圖像傳感器的C區(qū)域的位置可與綠色透鏡相對于圖像傳感器的綠色區(qū)域的位置相同。
[0037]為進(jìn)行說明，在以特定加權(quán)進(jìn)行的RGB顏色的平衡中設(shè)計透鏡。根據(jù)本發(fā)明的教示，在圖5中說明所設(shè)計的焦點(diǎn)處的RGB的平衡中的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。根據(jù)本發(fā)明的教示，如果透鏡僅用于紅色(例如，圖4的透鏡402)，那么在圖6A中說明所設(shè)計的焦點(diǎn)處的個別R中的MTF。在焦點(diǎn)調(diào)整之后，根據(jù)本發(fā)明的教示，在圖6B中說明個別R(R不再位于所設(shè)計的焦點(diǎn)處)中的MTF。如可理解，圖6B中說明的透鏡性能優(yōu)于圖6A中說明的透鏡性能是明顯的。類似地，根據(jù)本發(fā)明的教示，如果透鏡僅用于藍(lán)色(例如，圖4的透鏡408)，那么在圖7A中說明所設(shè)計的焦點(diǎn)處的個別B中的MTF。在焦點(diǎn)調(diào)整之后，根據(jù)本發(fā)明的教示，在圖7B中說明個別B(B不再位于所設(shè)計的焦點(diǎn)處)中的MTF。如可理解，圖7B中說明的透鏡性能優(yōu)于圖7A中說明的透鏡性能是明顯的。圖8說明根據(jù)本發(fā)明的教示的所設(shè)計焦點(diǎn)處的個別G中的MTF。在所描繪的實(shí)例中，綠色不需要焦點(diǎn)調(diào)整，因?yàn)樗鰧?shí)例中的平衡設(shè)計在綠色處最優(yōu)化。
[0038]比較圖6B與圖5，且比較圖7B與圖5，圖6B及圖7B中的MTF總體上高于圖5中的MTF是明顯的。舉例來說，圖5中的MTF的峰值小于0.7，同時圖6B及圖7B中的MTF的峰值大于0.7。因?yàn)槭褂貌ㄩL的個別窄帶寬，所以焦點(diǎn)調(diào)整提供甚至比原始設(shè)計更好的MTF。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的教示，由焦點(diǎn)經(jīng)調(diào)整的個別透鏡提供的圖像質(zhì)量(即，圖像清晰度)優(yōu)于如所設(shè)計(例如，圖5中的MTF)的圖像質(zhì)量(即，圖像清晰度)，且優(yōu)于個別焦點(diǎn)調(diào)整之前(例如，圖6A及圖7A中的MTF)的圖像質(zhì)量。
[0039]圖9說明根據(jù)本發(fā)明的教示的接近分區(qū)圖像傳感器501而安置的2x2透鏡陣列500。在一個實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，透鏡陣列500可包括個別晶片級透鏡立方體502、504、506及508(其為相同的透鏡)以將單個圖像聚焦到圖像傳感器501的相應(yīng)分區(qū)中的相應(yīng)一者上。在所描繪的實(shí)例中，透鏡502、504、506及508被分別指定到R、G、C及B區(qū)域。如先前描述，可根據(jù)來自所設(shè)計焦點(diǎn)的特定顏色來調(diào)整R透鏡502及B透鏡508的焦距位置。在一個實(shí)例中，G透鏡504及C透鏡506的位置可不需要從所設(shè)計焦點(diǎn)的調(diào)整。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的教示，紅色焦距及B焦距與G焦距不同。存在三個焦距，S卩，R焦距、B焦距及G焦距。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，R透鏡相對于圖像傳感器的R區(qū)域的位置、G透鏡相對于圖像傳感器的G區(qū)域的位置及B透鏡相對于圖像傳感器的B區(qū)域的位置是不同的。在一個實(shí)例中，C透鏡相對于圖像傳感器的C區(qū)域的位置與G透鏡相對于圖像傳感器的G區(qū)域的位置相同。
[0040]圖10說明根據(jù)本發(fā)明的教示的2x2透鏡陣列500的橫截面550。在圖10中僅展示透鏡立方體502及504。在一個實(shí)例中，圖10中說明的橫截面可與圖9的虛線B-B’對應(yīng)。注意，圖10中的透鏡立方體502及504等價于圖3中的透鏡302及304。因此，如所說明的實(shí)例中所展示，透鏡立方體502距離相應(yīng)圖像傳感器512第一焦距fl而定位且透鏡立方體504距離相應(yīng)圖像傳感器514第二焦距f2而定位。在所述實(shí)例中，第一焦距fl對應(yīng)于第一顏色且第二焦距f2對應(yīng)于第二顏色。在所述實(shí)例中，第一焦距Π與第二焦距f2不同且所述第一顏色與所述第二顏色不同。
[0041]如所描繪的實(shí)例中所展示，透鏡立方體502及504分別安置在背部間隔物516及518上。背部間隔物516及518安置在蓋玻片510上。單個圖像傳感器的分區(qū)區(qū)域512及514在蓋玻片510下方，分別與透鏡立方體502及504對準(zhǔn)。背部間隔物516的厚度與背部間隔物518的厚度不同以進(jìn)行個別焦點(diǎn)調(diào)整。可需要具有不同厚度的三種背部間隔物，每一種間隔物用于R、G及B。[0042]在一個實(shí)例中，每一晶片級透鏡立方體至少包括玻璃晶片及所述玻璃晶片上的透鏡。通常，每一晶片級透鏡立方體可包括玻璃晶片522上的透鏡520、玻璃晶片522的另一側(cè)上的透鏡524、玻璃晶片530上的透鏡528、玻璃晶片530的另一側(cè)上的透鏡532，及玻璃晶片522與玻璃晶片530之間的間隔物526，及玻璃晶片522及530。
[0043]應(yīng)理解，也可使用包括模制塑料透鏡的傳統(tǒng)透鏡。然而，晶片級透鏡立方體具有優(yōu)于傳統(tǒng)透鏡的一些優(yōu)勢。舉例來說，可將多個塑料透鏡插入到套筒中。所述套筒可螺合到可與圖像傳感器一起固定在印刷電路板上的固持器中。對應(yīng)的套筒及固持器可增加透鏡的總尺寸，這可需要圖像傳感器的分區(qū)區(qū)域之間的較大間隙。這可引起增加的硅晶片尺寸，其又可增加圖像傳感器的總成本。
[0044]圖11展示根據(jù)本發(fā)明的教示的2x2透鏡陣列600的另一實(shí)例的橫截面。在圖11中僅展示透鏡立方體602及604。在一個實(shí)例中，圖11中說明的橫截面也可與圖9中的虛線B-B’對應(yīng)。注意，圖11的2x2透鏡陣列600與圖10的2x2透鏡陣列550共享許多類似性。然而，當(dāng)與背部間隔物516及518相比時，透鏡陣列600的背部間隔物616及618具有相同的厚度。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，透鏡立方體602及604具有至少一個不同的曲率半徑(ROC)。舉例來說，R透鏡立方體602的R0C620與G透鏡立方體604的R0C622不同。ROC的差異引起R透鏡立方體602的紅色處的焦距Π等于G透鏡立方體604的綠色處的焦距
H。雖然未展示，但B透鏡立方體的ROC也與R及G透鏡立方體的ROC不同，且C透鏡立方體的ROC可與G透鏡立方體的ROC相同。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，R透鏡立方體的R0C、G透鏡立方體的ROC及B透鏡立方體的ROC是不相同的且對應(yīng)于聚焦到相應(yīng)圖像傳感器上的單個圖像的特定顏色。然而，R透鏡的紅色處的焦距、G透鏡的綠色處的聚焦及B透鏡的藍(lán)色處的焦距是相同的。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，每一透鏡相對于對應(yīng)分區(qū)圖像傳感器的位置是相同的(例如，如圖11中說明的fl)，即使透鏡的相應(yīng)曲率半徑取決于顏色是不同的。
[0045]圖12展示根據(jù)本發(fā)明的教示的2x2透鏡陣列700的另一實(shí)施例的橫截面。在一個實(shí)例中，圖12中說明的橫截面可與圖9中的虛線B-B’對應(yīng)。在透鏡陣列700中，R晶片級透鏡立方體702、G晶片級透鏡立方體704、C晶片級透鏡立方體706及B晶片級透鏡立方體708形成在相同晶片上。舉例來說，所述相同晶片可為玻璃晶片720及722。在圖12中描繪的實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，立方體702、704及708具有對應(yīng)于聚焦到相應(yīng)圖像傳感器分區(qū)上的單個圖像的特定顏色的不同R0C。舉例來說，R透鏡立方體702的R0C710與G透鏡立方體704的R0C712不同。C透鏡立方體706具有R0C，其可與G透鏡立方體704的ROC相同。在圖12中僅展示透鏡立方體702及704。背部間隔物716及718具有相同的厚度。因此，R透鏡立方體的ROC、G透鏡立方體的ROC及B透鏡立方體的ROC是不同的。然而，R透鏡的紅色處的焦距、G透鏡的綠色處的焦距及B透鏡的藍(lán)色處的焦距具有相同的Π值。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，每一透鏡相對于對應(yīng)分區(qū)圖像傳感器的位置是相同的(例如，如圖12中說明的fl)，即使透鏡的相應(yīng)曲率半徑取決于顏色是不同的。
[0046]在一個實(shí)例中，單個色彩過濾器可安置在每一透鏡立方體上?；蛘撸瑔蝹€色彩過濾器可安置在每一透鏡立方體與單個圖像傳感器的每一分區(qū)區(qū)域之間。舉例來說，返回參考圖10，色彩過濾器540及542分別安置在透鏡立方體502及504上?；蛘撸蔬^濾器544及546可分別安置在透鏡立方體502與圖像傳感器的分區(qū)區(qū)域512之間，及透鏡立方體504與圖像傳感器的分區(qū)區(qū)域514之間，也如圖10中所展示。在圖像俘獲單元中僅包括用于每一透鏡立方體的單個色彩過濾器，舉例來說，色彩過濾器540或色彩過濾器544。
[0047]圖13為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的圖像傳感器800的框圖。圖像傳感器800為圖2的圖像傳感器220或圖9的圖像傳感器501的一個實(shí)例實(shí)施方案。圖像傳感器800的所說明的實(shí)施例包括像素陣列805、讀出電路810、功能邏輯815及控制電路820。像素陣列805可經(jīng)分區(qū)為例如圖2中展示的四個分區(qū)區(qū)域(在圖13中未展示)。
[0048]像素陣列805為圖像傳感器或像素(例如，像素P1、Ρ2...Ρη)的二維(2D)陣列。每一像素可為CMOS像素或CCD像素。如所說明，每一像素布置成行(例如,行Rl到Ry)及列(例如，列Cl到Cx)以獲取人、地方、對象等等的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)可接著用于呈現(xiàn)所述人、地方、對象等等的2D圖像。在一個實(shí)例中，像素陣列805為背照式(BSI)圖像傳感器。在一個實(shí)例中，像素陣列805為前照式(FSI)圖像實(shí)例，像素陣列805經(jīng)分區(qū)為多個分區(qū)區(qū)域。每一分區(qū)區(qū)域由色彩過濾器覆蓋。
[0049]在每一像素已獲得其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，所述圖像數(shù)據(jù)由讀出電路810讀出且轉(zhuǎn)移到功能邏輯815。讀出電路810可包括放大電路、模/數(shù)(ADC)轉(zhuǎn)換電路或其它。功能邏輯815可簡單地存儲圖像數(shù)據(jù)或甚至通過施加后圖像效果(例如，修剪、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對比度或其它)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)。在一個實(shí)例中，讀出電路810可沿著讀出列線(已說明)一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)或可使用多種其它技術(shù)(未說明)(例如，串行讀出或同時完全并行讀出所有像素)讀出圖像數(shù)據(jù)。
[0050]控制電路820耦合到像素陣列805以控制像素陣列805的操作特性。舉例來說，控制電路820可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號。在一個實(shí)施例中，快門信號為用于同時啟用像素陣列805內(nèi)的所有像素以在單個獲取窗期間同時獲取其相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的全局快門信號。在替代實(shí)施例中，快門信號為滾動快門信號，借此，像素的每一行、列或群組在連續(xù)獲取窗期間被循序地啟用。
[0051]應(yīng)理解，低斷面圖像傳俘獲單元不限于2x2透鏡陣列，任何尺寸的透鏡陣列是可能的。因此，所述圖像傳感器不限于四個分區(qū)區(qū)域，任何數(shù)目的分區(qū)區(qū)域是可能的。圖像傳感器的分區(qū)區(qū)域可為正方形或矩形。透鏡立方體的橫截面可為圓形、橢圓形、正方形或矩形。所述圖像傳感器可為CMOS圖像傳感器或(XD。
[0052]對本發(fā)明的所說明的實(shí)例的以上描述(包括摘要中描述的內(nèi)容)不希望為窮舉性的或限于所揭示的精確形式。雖然出于說明目的描述本發(fā)明的特定實(shí)施例及實(shí)例，但在不脫離本發(fā)明的較寬精神及范圍的情況下各種等效修改是可能的。實(shí)際上，應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的教示，出于解釋目的提供特定實(shí)例電壓、電流、頻率、功率范圍值、時間等等且也可在其它實(shí)施例及實(shí)例中使用其它值。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，其包含: 圖像傳感器，其包括布置在其上的N個圖像傳感器區(qū)；及 透鏡陣列，其包括接近所述圖像傳感器而安置的N個透鏡結(jié)構(gòu)，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)包括:第一透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第一焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第一焦距而定位；第二透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第二焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第二焦距而定位；及第三透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第三焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第三焦距而定位，其中所述第一、第二及第三焦距是不同的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一焦距與具有第一顏色的光對應(yīng)，其中所述第二焦距與具有第二顏色的光對應(yīng)，且其中所述第三焦距與具有第三顏色的光對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第一顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上，其中所述第二透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第二顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上，且其中所述第三透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第三顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含分別接近所述第一、第二及第三透鏡結(jié)構(gòu)的第一、第二及第三色彩過濾器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括具有第四焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第四焦距而定位的第四透鏡結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述第四焦距與白色光對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所 述的設(shè)備，其中所述第四焦距實(shí)質(zhì)上等于所述第一、第二及第三焦距中的一者。
8.—種設(shè)備,其包含: 圖像傳感器，其包括布置在其上的N個圖像傳感器區(qū)；及 透鏡陣列，其包括接近所述圖像傳感器而安置的N個透鏡結(jié)構(gòu)，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)包括:第一透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第一曲率半徑且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者某一焦距而定位；第二透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第二曲率半徑且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述焦距而定位；及第三透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第三曲率半徑且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述焦距而定位，其中所述第一、第二及第三曲率半徑是不同的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述第一曲率半徑與具有第一顏色的光對應(yīng)，其中所述第二曲率半徑與具有第二顏色的光對應(yīng)且其中所述第三曲率半徑與具有第三顏色的光對應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第一透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第一顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上，其中所述第二透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第二顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上，且其中所述第三透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第三顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含分別接近于所述第一、第二及第三透鏡結(jié)構(gòu)的第一、第二及第三色彩過濾器。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括具有第四曲率半徑且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述焦距而定位的第四透鏡結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述第四焦距與白色光對應(yīng)。
14.一種成像系統(tǒng),其包含: 像素陣列，其包括具有布置在其中的N個圖像傳感器區(qū)的圖像傳感器，其中所述N個圖像傳感器區(qū)中的每一者具有布置在其中的多個像素；及 透鏡陣列，其包括接近所述圖像傳感器而安置的N個透鏡結(jié)構(gòu)，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)中的每一者經(jīng)布置以將單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的相應(yīng)一者上，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)包括:第一透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第一焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第一焦距而定位；第二透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第二焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第二焦距而定位；及第三透鏡結(jié)構(gòu)，其具有第三焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第三焦距而定位，其中所述第一、第二及第三焦距是不同的； 控制電路，其耦合到所述像素陣 列以控制所述像素陣列的操作；及 讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述多個像素讀出圖像數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含功能邏輯，所述功能邏輯耦合到所述讀出電路以存儲從所述N個圖像傳感器區(qū)中的每一者讀出的單個圖像數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一焦距與具有第一顏色的光對應(yīng)，其中所述第二焦距與具有第二顏色的光對應(yīng)且其中所述第三焦距與具有第三顏色的光對應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第一顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上，其中所述第二透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第二顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上，且其中所述第三透鏡結(jié)構(gòu)將具有所述第三顏色的所述單個圖像聚焦到所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含分別接近于所述第一、第二及第三透鏡結(jié)構(gòu)的第一、第二及第三色彩過濾器。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述N個透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括具有第四焦距且距離所述N個圖像傳感器區(qū)中的所述相應(yīng)一者所述第四焦距而定位的第四透鏡結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的成像系統(tǒng)，其中所述第四焦距與白色光對應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的成像系統(tǒng)，其中所述第四焦距實(shí)質(zhì)上等于所述第一、第二及第三焦距中的一者。
【文檔編號】G02B3/00GK103458162SQ201310198538
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月1日
【發(fā)明者】王嘉偉, 鄧兆展, 徐運(yùn)強(qiáng) 申請人:全視科技有限公司