專利名稱：成像裝置、成像傳感器及生產(chǎn)成像傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以獲得清晰彩色圖像的小型成像裝置及其生產(chǎn)方 法。本發(fā)明還涉及包括該成像裝置的便攜設(shè)備。本發(fā)明還涉及用于該 成像裝置中的成像傳感器及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
便攜設(shè)備，如具有照相機的移動電話等己經(jīng)廣為流行。由于便攜 設(shè)備變得更小、更薄以及更加多功能，就需要更小更薄更加多功能的 成像裝置。
常規(guī)而言，已知的成像裝置使用復(fù)合透鏡和成像傳感器，通過機 械地移動該復(fù)合透鏡的一部分以獲得放大的圖片(變焦圖片)(例如，參 見JP2003國255225A)。
圖33是常規(guī)成像裝置的橫截面視圖。
在圖33中，2001表示凹透鏡，2002表示凸透鏡，2003表示濾 光片，2004成像傳感器，2005表示包括如數(shù)字信號處理器(DSP)等計 算裝置的襯底。凹透鏡2001、凸透鏡2002、濾光片2003、成像傳感 器2004、以及襯底2005以這樣一種方式設(shè)置在殼體2007中，即使 得透鏡系統(tǒng)的光軸2006基本上穿過成像傳感器2004的中心。從物體 通過外殼的開口 2007a入射的光由凹透鏡2001和凸透鏡2002匯聚在 成像傳感器2004上。濾光片2003防止比如紅外等不需要的光進入成 像傳感器2004。在這種情況下，凹透鏡2001和凸透鏡2002以這樣 一種方式適當(dāng)組合，使得來自物體的光所包括的在紅光波段的光、在 藍光波段的光以及在綠光波段的光以同樣的圖像放大因子匯聚到同 樣的成像位置，由此使得可以阻止由于色散造成的采集圖像的退化。
匯聚在成像傳感器2004上的光通過成像傳感器2004轉(zhuǎn)換為電信號， 且該電信號通過襯底2005中包括的計算裝置進行處理。總之，取決 于物體和透鏡系統(tǒng)之間的距離，盡管圖33中沒有示出致動器，通過 移動整個透鏡系統(tǒng)的一部分以控制聚焦可以獲得清晰的圖像。此外， 通過移動凸透鏡2002以改變光學(xué)系統(tǒng)的放大因子，可以獲得放大的 圖片(變焦圖片)。用致動器執(zhí)行透鏡的移動，該致動器為電磁操作并 構(gòu)建為使用永磁體、電磁體，彈簧材料等。
然而，因為使用復(fù)合透鏡，上述常規(guī)成像裝置不能變得較薄，不 利地導(dǎo)致具有照相機的便攜設(shè)備的厚度增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決該常規(guī)問題。本發(fā)明的第一目的是提供一種薄的 成像裝置。本發(fā)明的第二目的是提供一種容易組裝的成像裝置。本發(fā) 明的第三目的是提供一種具有多種功能的成像裝置，諸如聚焦控制， 防止操作者抖動(operatOTJitterfree)，放大的圖片等。本發(fā)明的第四目 的是提供一種成像傳感器，其使得可以實現(xiàn)較薄的成像裝置。本發(fā)明 的第五目的是提供一種具有防止操作者抖動的功能的便攜設(shè)備。
本發(fā)明的第一成像裝置包括多個光學(xué)系統(tǒng)和多個與該多個光學(xué) 系統(tǒng)一一對應(yīng)的成像區(qū)域，其中每個成像區(qū)域具有多個像素，且該成 像區(qū)域以一對一的基礎(chǔ)設(shè)置在各個光學(xué)系統(tǒng)的光軸上。該裝置還包括 原點探測裝置，用于探測每個成像區(qū)域的原點，像素位置指定裝置， 用于使用該原點作為基準指定成像區(qū)域中包括的多個像素的位置，以 及組合裝置，用于組合由成像區(qū)域采集的多幅圖像。
本發(fā)明的便攜裝置包括本發(fā)明的第一成像裝置以及設(shè)置在成像 裝置附近的角速度傳感器，其中根據(jù)使用角速度傳感器探測到的成像 裝置移動量進行防止操作者抖動。
下面，本發(fā)明第一成像裝置的生產(chǎn)方法包括以一一對應(yīng)的基礎(chǔ)， 在各個光學(xué)系統(tǒng)的光軸上設(shè)置具有多個像素的多個成像區(qū)域，探測每
個成像區(qū)域的原點，并使用原點作為基準指定包括在每個成像區(qū)域中 的多個像素的位置。
本發(fā)明的成像傳感器包括多個像素，在多個像素中每個的光接收 部分上的光入射部分中設(shè)置高折射率光學(xué)材料，以及在高折射率光學(xué) 材料周圍設(shè)置低折射率光學(xué)材料。
本發(fā)明的第二成像裝置包括本發(fā)明的成像傳感器以及至少一個 光學(xué)系統(tǒng)。
生產(chǎn)本發(fā)明的成像傳感器的方法包括在多個像素的光接收部分 上形成低折射率光學(xué)材料的第一層，在第一層的光接收部分上的位置 形成第一孔，將高折射率光學(xué)材料填充進該第一孔，在該第一層和該 第一孔中填充的高折射率光學(xué)材料上形成低折射率光學(xué)材料的第二 層，在面對第二層的光接收部分的位置形成第二孔，并將高折射率光 學(xué)材料填充入該第二孔中。
下面，本發(fā)明的第三成像裝置包括至少一個光學(xué)系統(tǒng)，成像傳感
器，以及驅(qū)動裝置，用于在平行于或垂直于至少一個光學(xué)系統(tǒng)的光軸 的方向，改變該至少一個光學(xué)系統(tǒng)和該成像傳感器的相對位置，其中 該驅(qū)動裝置包括至少一個致動器，該致動器包括振蕩器，該振蕩器包 括彈性材料和安裝在該彈性材料至少一側(cè)上的壓電元件，以及與該振 蕩器連接的彈性彈簧部分，并且該致動器的振蕩器一側(cè)的邊緣固定， 且該彈簧部分一側(cè)的邊緣支撐該至少一個光學(xué)系統(tǒng)或成像傳感器。
附圖簡述
圖1是本發(fā)明實施例1的成像裝置的示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例1的成像裝置的橫截面圖； 圖3是從透鏡一側(cè)觀看的本發(fā)明實施例1的成像裝置的平面圖； 圖4是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置中四個單透鏡和四個成像 傳感器之間的非常精確的位置關(guān)系的示意圖5是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置中四個單透鏡和四個成像
傳感器之間大致位置關(guān)系的示意圖6A是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置中每個成像傳感器的原
點的探測方法的視圖；圖6B是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的每
個成像傳感器的原點附近的光強度分布的示意圖7是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的成像位置的示意圖； 圖8是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的視差方向的示意圖； 圖9是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的視差量化程序的流程
圖10是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的視差量化過程中使用 的像素組的示意圖11是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的視差量化過程中使用 的光強度分布的示意圖12是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的視差量化過程中使用 的像素組的另一例子的示意圖13是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的圖像處理程序的流程
圖14是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的三維驅(qū)動裝置透視圖； 圖15是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置中構(gòu)成三維驅(qū)動裝置的
致動器的截面圖16是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的致動器驅(qū)動方法的示
意圖17是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的另一種致動器驅(qū)動方 法的示意圖18是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的致動器的操作的示意
圖19是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的致動器的另一種操作 的示意圖20是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的另一致動器的截面圖; 圖21是示出本發(fā)明實施例1成像裝置的防止操作者抖動的示意
圖22A和22B是示出說明本發(fā)明實施例1成像裝置的電子變焦
圖片方法的視圖23A是示出根據(jù)本發(fā)明實施例1成像裝置例子的成像傳感器和
透鏡系統(tǒng)的頂視圖23B是示出本發(fā)明實施例1成像裝置的例子的截面圖24是示出本發(fā)明實施例2成像裝置的截面圖25是示出本發(fā)明實施例3成像裝置的示意性視圖26是示出本發(fā)明實施例3成像裝置的成像傳感器和透鏡系統(tǒng)
的頂視圖27是示出本發(fā)明實施例3成像裝置的截面圖28A和圖28B是示出透鏡系統(tǒng)的焦距和成像傳感器的光入射
角之間的關(guān)系的示意圖29是示出本發(fā)明實施例4成像裝置中使用的成像傳感器的截
面圖30A至30L是示出本發(fā)明實施例4成像裝置的成像傳感器的 生產(chǎn)過程的截面圖31A是包括本發(fā)明成像裝置的移動電話的實施例的正面視圖， 圖31B是其側(cè)面圖32是本發(fā)明實施例6的成像裝置的截面圖33是常規(guī)成像裝置的截面圖。
發(fā)明詳述
本發(fā)明的第一成像裝置包括多個光學(xué)系統(tǒng)以及與該多個光學(xué)系 統(tǒng)一一對應(yīng)的多個成像區(qū)域，其中每個成像區(qū)域具有多個像素，且該 成像區(qū)域根據(jù)一對一設(shè)置在各個光學(xué)系統(tǒng)的光軸上。該裝置進一步包
括原點探測裝置，用于探測每個成像區(qū)域的原點，像素位置指定裝置， 用于使用原點作為基準指定成像區(qū)域中包括的多個像素的位置，以及 結(jié)合裝置，用于結(jié)合由成像區(qū)域采集的多幅圖像。
由此，可以在裝配成像裝置之后探測每個成像區(qū)域的原點，并指 定每個成像區(qū)域中包括的像素位置。因此，在該裝配中，不必高度精 確地確定每個光學(xué)系統(tǒng)的光軸和相應(yīng)成像區(qū)域的原點之間的位置關(guān) 系，使得該成像裝置的裝配較簡便。此外，由于多個光學(xué)系統(tǒng)和多個 成像區(qū)域設(shè)置為彼此一一對應(yīng)，就使得每個光學(xué)系統(tǒng)的色差得以減 少，且可以使得光學(xué)系統(tǒng)更薄，由此使得可以提供更薄的成像裝置。
在本發(fā)明的第一成像裝置中，優(yōu)選該原點探測裝置使用由多個光 學(xué)系統(tǒng)以及多個成像區(qū)域采集的物體的多幅圖像，以探測每個成像區(qū) 域的原點。由此，可以更容易的探測原點。
在此情況下，優(yōu)選該物體基本上為白色，在基本無限遠的位置設(shè) 置基本上的點光源。這進一步改善了原點探測的精度。
在此情況下，優(yōu)選該原點探測裝置將該成像區(qū)域中包括的多個像 素中具有接收光最大光強的像素的位置探測為原點。這進一步改善了 原點探測的精度。
或者，優(yōu)選該原點探測裝置根據(jù)成像區(qū)域中包括的多個像素中接 收光的光強，在相鄰像素之間插值光強，以探測具有最大光強的位置 作為原點。這進一步改善了原點探測的精度。
在本發(fā)明的第一成像裝置中，光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)目和成像區(qū)域的數(shù)目 都是四個，而結(jié)合裝置將由四個成像區(qū)域采集的四個圖像結(jié)合。由此，
可以有效地實1L圖像結(jié)合。
在此情況下，四個成像區(qū)域以矩陣設(shè)置，且四個成像區(qū)域中設(shè)置 在對角線上的兩個采集綠色圖像，另外一個采集紅色圖像，而剩下的 一個采集藍色圖像。由此，來自物體的光在采集之前分為綠色、紅色 以及藍色波段。因此，對于與每個波段相對應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)的色差要求
可以減小，由此，可以使得每個光學(xué)系統(tǒng)和成像裝置更薄。
在此情況下，優(yōu)選第一成像裝置還包括綠色濾波片，設(shè)置在成像 綠色圖像的兩個成像區(qū)域的每個和對應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)之間，紅色濾波 片，設(shè)置在成像紅色圖像的成像區(qū)域和對應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)之間，藍色濾 波片，設(shè)置在成像藍色圖像的成像區(qū)域和對應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)之間，以及 遮光片，設(shè)置在每個濾色片之間的邊界上。由此，可以防止一個波段 的光進入采集其他波段光的成像區(qū)域，這就導(dǎo)致了清晰的彩色圖像。 還優(yōu)選的是，該第一成像裝置還包括用于比較兩幅綠色圖像的校 正裝置，其中該兩幅綠色圖像之一用作綠色基準圖像而另一個作為綠
色輔助圖像(subsidiary image),以探測綠色輔助圖像的視差，使用綠 色輔助圖像的視差以獲得紅色圖像的視差以及藍色圖像的視差，并校 正綠色輔助圖像，紅色圖像以及藍色圖像，使得綠色輔助圖像、紅色 圖像以及藍色圖像的視差減少或者消除，其中該結(jié)合裝置結(jié)合綠色基 準圖像、校正的綠色輔助圖像、校正的紅色圖像和校正的藍色圖像， 以獲得彩色圖像。由此，可以校正使用多個光學(xué)系統(tǒng)采集的圖像導(dǎo)致 的視差，就導(dǎo)致了清晰的彩色圖像。
或者，優(yōu)選第一成像裝置還包括用于比較兩幅綠色圖像的校正裝 置，其中該兩幅綠色圖像之一用作綠色基準圖像而另一幅作為綠色輔 助圖像，以探測綠色輔助圖像的視差，使用綠色輔助圖像的視差以獲 得紅色圖像的視差以及藍色圖像的視差，并校正紅色圖像以及藍色圖 像，使得紅色圖像以及藍色圖像的視差減少或者消除，其中該結(jié)合裝 置結(jié)合綠色基準圖像、校正的紅色圖像和校正的藍色圖像，以獲得彩 色圖像。由此，可以校正使用多個光學(xué)系統(tǒng)采集圖像導(dǎo)致的視差，就 導(dǎo)致了清晰的彩色圖像。此外，不必校正綠色輔助圖像的視差，且圖 像結(jié)合不需要校正的綠色輔助圖像，導(dǎo)致了簡單的圖像結(jié)合。
當(dāng)連接采集綠色基準圖像的成像區(qū)域的原點和采集綠色輔助圖 像的成像區(qū)域的原點的方向表示為G方向，連接采集綠色基準圖像
的成像區(qū)域的原點和采集紅色圖像的成像區(qū)域的原點的方向表示為
R方向，而連接采集綠色基準圖像的成像區(qū)域的原點和采集藍色圖像 的成像區(qū)域的原點的方向表示為B方向時，優(yōu)選該校正裝置使用綠 色基準圖像作為基準，確定綠色輔助圖像的視差的量，作為G方向 的矢量，根據(jù)作為矢量而量化的視差來校正紅色圖像的數(shù)據(jù)，使得在 紅色圖像在R方向的視差減少或消除，并且根據(jù)作為矢量而量化的 視差校正藍色圖像的數(shù)據(jù)，使得在藍色圖像在B方向的視差減少或 消除。這就改善了視差校正的精度。
還優(yōu)選的是，該校正裝置從一組構(gòu)成綠色基準圖像的像素中選擇 多個基準像素用作基準以獲得光強分布，從一組構(gòu)成綠色輔助圖像的 像素中選擇對應(yīng)于多個基準像素的多個檢査像素，以檢查視差，探測 多個基準像素中每個像素的光強以獲得光強分布，作為第一光強分 布，探測多個檢查像素中每個像素的光強以獲得光強分布，作為第二 光強度分布，比較第一光強分布和第二光強分布，以認出包括在每個 光強度分布中共同的特性部分，并計算第一光強分布的特性部分和第 二光強分布的特性部分之間的位移，并根據(jù)該位移確定綠色輔助圖像 的視差程度的數(shù)量。這進一步改善了校正視差的精度。
在此情況下，還優(yōu)選的是該校正裝置在多個基準像素之間插值虛 擬像素，以獲得第一光強分布，并在多個檢查像素之間插值虛擬像素 以獲得第二光強分布。這進一步改善了校正視差的精度。
在本發(fā)明第一成像裝置中，優(yōu)選在不同時刻采集多次圖像，在每 次由多個成像區(qū)域采集的多幅圖像被結(jié)合以產(chǎn)生多個第一結(jié)合圖像， 該多個第一結(jié)合圖像與多個采集操作一一對應(yīng)，比較該多個第一結(jié)合 圖像，且以這樣一種方式將多個第一結(jié)合圖像移動并結(jié)合，所述方式 使得每個第一結(jié)合圖像之間的匹配部分彼此重疊，以產(chǎn)生第二結(jié)合圖 像。由此，可以獲得防抖的圖像。
在此情況下，優(yōu)選多個成像區(qū)域采集的多幅圖像的每幅都是綠色
圖像、紅色圖像或藍色圖像，而該多幅第一結(jié)合圖像是彩色圖像。由 此，可以獲得清晰的防抖的彩色圖像，在其中校正了上述視差。
或者，優(yōu)選的是，在第一成像裝置中，在不同時刻多次采集圖像, 比較由同樣成像區(qū)域采集的多幅圖像，且這樣一種方式將該多幅圖像 移動并結(jié)合，所述方式使得每個圖像之間的匹配部分彼此重疊，以產(chǎn) 生與多個成像區(qū)域一一對應(yīng)的多個第一結(jié)合圖像，且將該多個第一結(jié) 合圖像進一步結(jié)合以產(chǎn)生第二結(jié)合圖像。由此可以獲得防抖的圖像。
在此情況下，優(yōu)選的是，將執(zhí)行多個采集操作的多個時刻之一用 作對于多個成像區(qū)域共同的基準時刻，并且在該基準時刻之外的其他 時刻采集的圖像相對于在該基準時刻采集的圖像移動，同時使得在基 準時刻采集的圖像保持坐標，并將其結(jié)合以產(chǎn)生多個第一結(jié)合圖像。 這改進了校正視差的精度。
還優(yōu)選的是，多個第一結(jié)合圖像中的每個為綠色圖像、紅色圖像 或藍色圖像，而第二結(jié)合圖像是彩色圖像。由此，可以獲得防抖的清 晰彩色圖像，在其中校正了上述視差。
本發(fā)明的便攜裝置包括本發(fā)明的第一成像裝置，以及設(shè)置在該成 像裝置附近的角速度傳感器，其中根據(jù)使用該角速度傳感器探測的成 像裝置的移動量，執(zhí)行防止操作者抖動。由此，可以提供能夠一種迅 速校正操作者抖動的便攜裝置。
還優(yōu)選的是，本發(fā)明的第一成像裝置還包括一個驅(qū)動裝置，用于 相對于多個成像區(qū)域一體地移動該多個光學(xué)系統(tǒng)，或相對于該多個光 學(xué)系統(tǒng)一體地移動多個成像區(qū)域，以在垂直于或平行于光學(xué)系統(tǒng)光軸 的方向上改變該多個光學(xué)系統(tǒng)和多個成像區(qū)域的相對位置。由此，可 以獲得聚焦控制功能和放大圖片功能。
在此情況下，優(yōu)選該驅(qū)動裝置在垂直于光學(xué)系統(tǒng)光軸并彼此正交 的兩個方向改變該多個光學(xué)系統(tǒng)和多個成像區(qū)域的相對位置。由此， 改善了放大圖片的質(zhì)量。
還優(yōu)選的是，在基本上平行于成像區(qū)域中包括的多個像素的陣列 方向上，驅(qū)動裝置改變多個光學(xué)系統(tǒng)和多個成像區(qū)域的相對位置。由 此，可以改善放大圖片的質(zhì)量。
還優(yōu)選的是，該驅(qū)動裝置包括至少一個致動器，該致動器包括振 蕩器，該振蕩器包括彈性材料和附在該彈性材料至少一側(cè)的壓電元 件，以及連接該振蕩器的彈簧部分，且在該致動器振蕩器一側(cè)的邊緣 固定，且在其彈簧部分一側(cè)的邊緣支撐多個光學(xué)系統(tǒng)或多個成像區(qū) 域。由此，可以提供一種特定的驅(qū)動裝置，其可以在平行和/或垂直 于各個光學(xué)系統(tǒng)光軸的方向，改變多個光學(xué)系統(tǒng)和多個成像區(qū)域的相 對位置。結(jié)果，可以獲得聚焦控制功能和放大圖片功能。
在此情況下，優(yōu)選的是該壓電元件附加在彈性材料的兩側(cè)，且在 兩側(cè)的該壓電元件使用彼此獨立的信號驅(qū)動。由此，可以在平行和/ 或垂直于各個光學(xué)系統(tǒng)光軸的方向，獨立改變多個光學(xué)系統(tǒng)和多個成 像區(qū)域的相對位置。
優(yōu)選的是，該驅(qū)動裝置中包括的致動器的數(shù)量為兩個，而這兩個 致動器設(shè)置為越過多個光學(xué)系統(tǒng)或多個成像區(qū)域彼此相對。由此，可 以在平行和/或垂直于各個光學(xué)系統(tǒng)光軸的方向，改變多個光學(xué)系統(tǒng) 和多個成像區(qū)域的相對位置。
或者，優(yōu)選的是，該驅(qū)動裝置中包括的致動器的數(shù)量為四個，而 這四個致動器設(shè)置為在以多個光學(xué)系統(tǒng)或多個成像區(qū)域為中心的周 圍，在基本上同一平面內(nèi)以90度間隔設(shè)置。由此，可以在平行和域 垂直于各個光學(xué)系統(tǒng)光軸的兩個正交方向，穩(wěn)定地改變多個光學(xué)系統(tǒng) 和多個成像區(qū)域的相對位置。
優(yōu)選的是，在不同時刻多次采集圖像，而在垂直于光學(xué)系統(tǒng)光軸 的方向，以相鄰像素之間中心到中心間隔的一半，改變多個光學(xué)系統(tǒng) 和多個成像區(qū)域的相對位置，將在每個采集操作由多個成像區(qū)域采集 的多幅圖像結(jié)合，以產(chǎn)生一一對應(yīng)于多個采集操作的多個第一結(jié)合圖
像，并將該多個第一結(jié)合圖像進一步結(jié)合以產(chǎn)生第二結(jié)合圖像。由此， 可以得到放大的圖片。
在此情況下，優(yōu)選的是由多個成像區(qū)域采集的多幅圖像的每個是 綠色圖像、紅色圖像或藍色圖像，而多個第一結(jié)合圖像是彩色圖像。 由此，可以得到清晰的彩色放大圖片，其中校正了視差。
或者，優(yōu)選的是，在不同時刻多次采集圖像，而在垂直于光學(xué)系 統(tǒng)光軸的方向，以相鄰像素之間中心到中心間隔的一半，改變多個光 學(xué)系統(tǒng)和多個成像區(qū)域的相對位置，將在不同時刻由相同成像區(qū)域采 集的多幅圖像結(jié)合，以產(chǎn)生一一對應(yīng)于多個成像區(qū)域的多個第一結(jié)合 圖像，而將該多1^第一結(jié)合圖像進一步結(jié)合以產(chǎn)生第二結(jié)合圖像。由 此，可以得到放大的圖片。
在此情況下，優(yōu)選的是該多個第一結(jié)合圖像的每個是綠色圖像、 紅色圖像或藍色圖像，而多個第二結(jié)合圖像是彩色圖像。由此，可以 得到清晰的彩色放大圖片，其中校正了視差。
在本發(fā)明的第一成像裝置中，優(yōu)選的是多個光學(xué)系統(tǒng)中的每個都 包括單透鏡。由此，可以將光學(xué)系統(tǒng)做成較薄，使得可以將成像裝置 做成較薄。
在此情況下，優(yōu)選在單透鏡的至少一側(cè)設(shè)置衍射光柵。由此，可 以改善采集圖像的質(zhì)量。
在本發(fā)明的第一成像裝置中，優(yōu)選的是多個成像區(qū)域中的每個都 包括獨立的成像傳感器。由此，可以獲得快速的信號處理。
或者，在本發(fā)明第一成像裝置中，優(yōu)選該多個成像區(qū)域中的至少 兩個共享一個共同成像傳感器。由此，成像裝置的組裝可以較簡單。
下面，生產(chǎn)本發(fā)明第一成像裝置的方法，包括以一一對應(yīng)的基礎(chǔ) 在各個光學(xué)系統(tǒng)光軸之上設(shè)置具有多個像素的多個成像區(qū)域，探測每
個成像區(qū)域的原點，并使用原點作為基準，指定包括在每個成像區(qū)域 中的多個像素的位置。
由此，可以在成像裝置組裝之后探測每個成像區(qū)域的原點，并指 定每個成像區(qū)域中包括的像素位置。由此，在組裝中，不必以高精度 確定每個光學(xué)系統(tǒng)的光軸和相應(yīng)成像區(qū)域原點之間的位置關(guān)系，使得 組裝成像裝置很容易。
在用于本發(fā)明第一成像裝置的方法中，優(yōu)選的是，使用多個光學(xué) 系統(tǒng)和多個成像區(qū)域采集的物體多幅圖像用于探測每個成像區(qū)域的 原點。由此，可以簡便的探測原點。
在此情況下，優(yōu)選物體基本上是白色的，在基本上無限遠的位置 設(shè)置基本上的點光源。這提高了探測原點的精度。
在此情況下，優(yōu)選原點探測裝置在成像區(qū)域包括的多個像素中探 測具有接收光的最大光強的像素位置作為原點。這進一步提高了探測 原點的精度。
或者，優(yōu)選原點探測裝置根據(jù)成像區(qū)域包括的多個像素所接收光 的光強，在相鄰像素之間插值光強，以探測具有最大光強的像素位置 作為原點。這進一步提高了探測原點的精度。
本發(fā)明的成像傳感器包括多個像素，高折射率光學(xué)材料設(shè)置在多 個像素中每個的光接收部分的光入射部分上，且低折射率光學(xué)材料設(shè) 置在高折射率光學(xué)材料周圍。
由此，以廣角傾斜入射的光可以有效接收，使得焦距較短以及較 薄的成像裝置。
在本發(fā)明的成像裝置中，優(yōu)選該高折射率光學(xué)材料具有1.8或更 高的折射率，而該低折射率光學(xué)材料具有1.8或更低的折射率。由此， 可以更有效的接收以廣角傾斜入射的光。
此外，在本發(fā)明的成像裝置中，優(yōu)選靠近該光接收部分的高折射 率光學(xué)材料的直徑小于在其光入射一側(cè)的高折射率光學(xué)材料的直徑。 由此，可以更有效的接收以廣角傾斜入射的光。
本發(fā)明第二成像裝置包括本發(fā)明的成像傳感器以及至少一個光
學(xué)系統(tǒng)。由此，可以獲得較薄的成像裝置。
生產(chǎn)本發(fā)明的成像傳感器的方法包括在多個像素的光接收部分 上形成第一層低折射率光學(xué)材料，在第一層的光接收部分上的位置形 成第一孔，將高折射率光學(xué)材料注入第一孔中，在注入到第一孔中的 高折射率光學(xué)材料和第一層上形成第二層低折射率光學(xué)材料，在面對 第二層的光接收部分的位置形成第二孔，并將高折射率光學(xué)材料注入 第二孔中。
由此，可以有效地生產(chǎn)成像傳感器，這種傳感器可以有效的接收 以廣角傾斜入射的光。
在用于生產(chǎn)本發(fā)明成像傳感器的方法中，優(yōu)選高折射率光學(xué)材料 具有1.8或更高折射率，而該低折射率光學(xué)材料具有1.8或更低的折 射率。由此，可以獲得能有效接收以廣角傾斜入射光的成像傳感器。
此外，在用于生產(chǎn)本發(fā)明成像傳感器的方法中，優(yōu)選第一孔的開 口直徑小于第二孔的開口直徑。由此，可以獲得能更有效接收以廣角 傾斜入射光的成像傳感器。
下面，本發(fā)明的第三成像裝置包括至少一個光學(xué)系統(tǒng)、成像傳感 器、以及驅(qū)動裝置，其用于在平行于或者垂直于該至少一個光學(xué)系統(tǒng) 光軸的方向上，改變該至少一個光學(xué)系統(tǒng)和成像傳感器的相對位置， 其中該驅(qū)動裝置包括至少一個致動器，該致動器包括一個振蕩器，該 振蕩器包括彈性材料以及附加在該彈性材料至少一側(cè)上的壓電元件， 以及連接在該振蕩器上的彈簧部分，且在致動器上振蕩器一側(cè)的邊緣 固定，且在其彈簧部分一側(cè)的邊緣支撐至少一個光學(xué)系統(tǒng)或成像傳感 器。
由此，可以提供一種特定的驅(qū)動裝置，其可以在平行于或者垂直 于該至少一個光學(xué)系統(tǒng)光軸的方向上，改變該至少一個光學(xué)系統(tǒng)和成 像傳感器的相對位置。結(jié)果，可以獲得聚焦控制功能，放大圖片功能
和近攝圖片(close up picture)功能。在本發(fā)明第三成像裝置中，優(yōu)選壓電元件附加在彈性材料的兩 側(cè)，而在兩側(cè)的該壓電元件使用彼此獨立的信號驅(qū)動。由此，就可以 在平行于和/或垂直于該至少一個光學(xué)系統(tǒng)光軸的方向上，獨立的改 變該至少一個光學(xué)系統(tǒng)和成像傳感器的相對位置。
優(yōu)選在驅(qū)動裝置中包括的該致動器的數(shù)目為兩個，且這兩個致動 器設(shè)置為越過至少一個光學(xué)系統(tǒng)和成像傳感器彼此相對。由此，可以 在平行于和/或垂直于該至少一個光學(xué)系統(tǒng)光軸的方向上，穩(wěn)定地改 變該至少一個光學(xué)系統(tǒng)和成像傳感器的相對位置。
或者，優(yōu)選在驅(qū)動裝置中包括的該致動器的數(shù)目為四個，而這四 個致動器設(shè)置為在至少一個光學(xué)系統(tǒng)或成像傳感器為中心的周圍，以 卯度為間距設(shè)置基本在同一平面上。由此，可以在兩個平行于和域 垂直于該至少一個光學(xué)系統(tǒng)光軸的兩個正交方向上，穩(wěn)定地改變該至 少一個光學(xué)系統(tǒng)和成像傳感器的相對位置。
此后，本發(fā)明將利用優(yōu)選實施例詳細描述。
(實施例1)
將描述根據(jù)本發(fā)明實施例1的成像裝置。
圖1是本發(fā)明實施例1的成像裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明實施 例1的成像裝置的截面圖。圖3是從透鏡一側(cè)觀察的本發(fā)明實施例1 的成像裝置的平面圖。
在圖1中，實施例1的成像裝置具有四個單透鏡101, 102， 103， 和104，以及與其一一對應(yīng)的四個成像傳感器105， 106， 107和108。 如圖1所示，單透鏡101， 102， 103，和104的光軸109， 110， 111 和112的方向表示為Z軸，垂直于Z軸的方向表示為X軸，而垂直 于X軸和Z軸的方向表示為Y軸。X軸、Y軸、Z軸的正方向由圖1 中的箭頭表示。四個單透鏡101， 102， 103，和104在基本上相同平 面(平行于XY平面的平面)上設(shè)置在矩陣中。此外，四個成像傳感器
105， 106， 107和108在基本上相同平面(平行于XY平面的平面)上 設(shè)置在矩陣中。四個單透鏡101， 102， 103，和104和四個成像傳感 器105， 106， 107和108以這樣一種方式設(shè)置，使得各個單透鏡IOI， 102， 103，和104的光軸109， 110， 111和112基本上穿過各個成像 傳感器105， 106， 107和108的中心。
在圖2中，四個單透鏡IOI, 102， 103,和104的每個都是非球 面透鏡，其在至少一側(cè)具有非球面表面，且結(jié)合為一體。例如，四個 單透鏡101， 102， 103，和104可以由玻璃或塑料整體形成。在每個 單透鏡和相應(yīng)成像傳感器之間設(shè)置濾色片。201表示設(shè)置在單透鏡 101和成像傳感器105之間的濾色片，202表示設(shè)置在單透鏡102和 成像傳感器106之間的濾色片，203表示設(shè)置在單透鏡103和成像元 件107之間的濾色片，且204表示設(shè)置在單透鏡104和成像元件108 之間的濾色片。每個濾色片使得在紅色波段、綠色波段或藍色波段的 光透過。205表示遮光片，使得每個成像傳感器僅僅接收一個波段的 光，并阻止從濾色片反射的波段的光進入其他濾色片。206表示包括 諸如數(shù)字信號處理器(DSP)等計算裝置的襯底，在其上設(shè)置有四個成 像傳感器105， 106， 107和108。 207表示用于成像裝置的殼體，其 以這樣一種方式保持四個單透鏡IOI， 102， 103和104，四個濾色片 201， 202， 203和204，四個成像傳感器105， 106， 107和108，和 襯底206，使得四個單透鏡的光軸穿過各個相應(yīng)成像傳感器。
在圖2中，成像傳感器105， 106， 107和108以及襯底206看似 飄浮在空氣中，然而，實際上它們是通過致動器(在別的地方進行說 明)由殼體207支撐的?？梢允褂弥聞悠髟谄叫杏诤?或垂直于單透鏡 光軸的方向上，改變該四個單透鏡IOI， 102, 103， 104和四個成像 傳感器105， 106， 107， 108的相對位置。
在圖3中，101， 102， 103和104表明單透鏡，201， 202， 203， 和204表明濾色片，205表示遮光片，而207表示殼體。"R"， "G"，
和"B"表示可以透過相應(yīng)于各個單透鏡101， 102， 103和104設(shè)置的 濾色片201， 202， 203和204的光的波段。即"R"， "G"，和"B，，分別 表明紅色波段，綠色波段和藍色波段。因此，圖3中實施例1的成像 裝置具有一個紅色波段透射濾波片201，兩個綠色波段透射濾波片 202和203，以及一個藍色波段透射濾波片204，其中兩個綠色波段 透射濾波片202和203設(shè)置在對角線上。
在圖1， 2和3的本發(fā)明實施例1中，從物體入射單透鏡101的 紅色波段光透過濾色片201進入成像傳感器105。從物體入射單透鏡 102的綠色波段光分別透過濾色片202和203進入成像傳感器106和 107。從物體入射單透鏡104的藍色波段光透過濾色片204進入成像 傳感器108。因此，將來自物體的光分成紅色波段的光，綠色波段的 光和藍色波段的光，這些光輪流由成像傳感器105， 106， 107和108 采集。結(jié)果，可以減少對色差的要求，由此甚至是用于獲得圖像的單 透鏡在紅色、藍色和綠色波段中的每個具有較小色差。不需使用由多 個透鏡組成的復(fù)合透鏡，可以獲得對每個波段中的光的較薄光學(xué)系 統(tǒng)，由此使得可以獲得較薄的成像裝置。在本發(fā)明實施例1中，使用 了一個非球面透鏡。
在本發(fā)明實施例1中，將由四個成像傳感器105， 106， 107和 108采集的四幅圖像結(jié)合，以獲得彩色圖像。由包括計算裝置的襯底 206執(zhí)行圖像結(jié)合，計算裝置諸如DSP等。每個成像傳感器包括多個 像素。為了結(jié)合由多個成像傳感器獲得的圖像，必須為每個成像傳感 器中包括的每個像素位置指定坐標。為每個像素指定的坐標需要原點 作為基準。
下面，對于實施例1的成像裝置描述每個成像傳感器的原點坐標 指定以及多個像素的坐標確定。
圖4是高度準確示出本發(fā)明實施例1中成像裝置的四個單透鏡和
四個成像傳感器之間位置關(guān)系的示意圖。圖5是示出本發(fā)明實施例1 中成像裝置的四個單透鏡和四個成像傳感器之間 一般位置關(guān)系的示 意圖。在圖4和圖5中，與圖1至3中同樣的部件用同樣的附圖標記 表示并不再說明。
在圖4中，105， 106， 107和108表示成像傳感器，且在每個成 像傳感器中由網(wǎng)格線分開的單個方形表示像素。在圖4中，為了簡便， 只示出了9行xl3列像素，盡管成像傳感器實際上包括更多像素。位 于單透鏡IOI， 102， 103和104中每個的光軸以及成像傳感器105, 106， 107和108中相應(yīng)一個的交點上的像素用陰影標出。在圖4的 配置中，單透鏡IOI， 102， 103和104的光軸穿過各個相對應(yīng)成像傳 感器105， 106， 107和108的中心。在此情況下，位于每個成像傳感 器中心的像素可以用作原點。每個成像傳感器的像素使用原點作為基 準指派坐標。例如，在成像傳感器105中，單透鏡101的光軸穿過的 中心像素指派為坐標(O， 0)。成像裝置105的像素在X方向具有從(一 6)到(+6)的范圍，且在Y方向具有從(—4)到(+4)的范圍的坐標。由 此，可以指定總共117個像素中每個的位置。類似的，在成像傳感器 106， 107和108中，各個單透鏡102， 103， 104的光軸穿過的中心 像素指定為坐標(O， 0)，并且該像素可以分別指派坐標。
例如圖4的配置中，其中四個單透鏡的光軸穿過相應(yīng)四個成像傳 感器中各個中心，需要相當(dāng)高的組裝準確度。傳統(tǒng)技術(shù)中，已經(jīng)提出 了使用四個透鏡和四個成像傳感器將四幅圖像結(jié)合成一幅彩色圖像。 例如，JP 2001-078213A， JP 2002-204462A和JP 2002-209226A根據(jù)
假設(shè)透鏡光軸和成像傳感器中心非常準確的位置關(guān)系，描述了一種成 像裝置。
然而，每個像素具有2至3拜的邊，因此，很難獲得如圖4所 示一致高精度的配置。總之，當(dāng)將四個單透鏡，四個成像傳感器和其 他部件(例如濾色片等)裝配在一起，四個單透鏡的光軸不必穿過各個
成像傳感器的中心像素。
在圖5中，四個成像傳感器105， 106， 107和108的配置相對于 圖4中的配置偏移，且四個單透鏡IOI， 102， 103，和104的配置相 對于圖4中的配置輕微的旋轉(zhuǎn)。在常規(guī)裝配精度的情況下，每個透鏡 系統(tǒng)的光軸不必穿過相應(yīng)成像傳感器的中心。將參照圖5作為例子描 述本發(fā)明實施例l。在成像傳感器105， 106， 107和108每個中，由 網(wǎng)格線隔開的每個單獨方塊表示像素。在圖5中，為了簡便，只示出 了9行xl3列像素，盡管成像傳感器實際上具有更多的像素。位于每 個單透鏡IOI， 102， 103和104的光軸以及成像傳感器105， 106， 107和108中相應(yīng)一個的交點上的像素用陰影標出。光軸上的像素可 以用作每個成像傳感器的原點。使用原點作為基準，可以指定每個成 像傳感器的像素的坐標。例如，在成像傳感器105中，單透鏡101的 光軸穿過的像素被指派為坐標(O， 0)。成像裝置105的像素在X方向 具有從(一7)到(+5)的范圍，且在Y方向具有從(一4)到(+4)的范圍的 坐標。在成像傳感器106中，單透鏡102的光軸穿過的像素被指派為 坐標(O， 0)。成像傳感器106的像素在X方向具有從(一6)到(+6)的 范圍，且在Y方向具有從(一3)到(+5)的范圍的坐標。類似的，使用 坐標(O， O)作為基準，在成像傳感器107中的像素在X方向具有從(一 6)到(+6)的范圍的坐標，且在Y方向具有從(一4)到(+4)的范圍的坐 標。使用坐標(O， O)作為基準，在成像傳感器108中的像素在X方向 具有從(—5)到(+7)的范圍的坐標，且在Y方向具有從(—3)到(+5) 的范圍的坐標。
當(dāng)組裝實施例1的成像裝置時，單透鏡的光軸和成像傳感器之間 的位置關(guān)系并非是特別指定的。在將四個單透鏡，四個成像傳感器以 及其他部件(例如濾色片等)固定在殼體上之后，探測每個成像傳感器 的原點(每個透鏡的光軸上的像素)，將原點上像素的坐標指定為(O， 0)，并且指定其他大量像素的坐標。在裝配之后，通過獲得某物體的
圖像并使用成像傳感器采集的圖像就可以探測每個成像傳感器的原 點。例如，考慮了一種方法，其中獲得遠處物體的圖像并在采集的圖 像中將對應(yīng)于特征點圖像的像素指定為原點。
下面，描述實施例1中成像裝置的原點探測方法。
圖6A是示出探測實施例1成像裝置中每個成像傳感器的原點的 方法的示意圖。圖6B是示出本發(fā)明實施例1成像裝置中每個成像傳 感器的原點的附近的光強分布的示意圖。
在圖6A中，601表示組裝后的成像裝置，而602表示具有基本 白色的基本上的點光源。由每個成像傳感器獲得放置在基本上無窮遠 的距離(g卩10m的距離)的基本上為白光源(例如縮小的燈泡)602的圖 像。由于基本上的白光源發(fā)射綠色、紅色以及藍色光，所以所有的四 個成像傳感器都獲得光源的圖像。
不僅是一個像素獲得基本上在無窮遠距離的基本上的白光源的 圖像。例如，來自基本上在無窮遠距離的基本上的白光源的光在每個 成像傳感器的光接收表面具有圖6B所示的光強度分布。在此情況下， 在接收來自光源的光的像素611、 612、和613中，接收最大光強的 像素612指定為成像傳感器的原點。以此方式，可以探測每個成像傳 感器的原點。例如，這些原點是圖5中陰影表示的像素，即位于單透 鏡的光軸和各個相應(yīng)成像傳感器的交點位置的像素。
優(yōu)選以虛擬像素插值像素。在插值中，例如像素間的間隔分成兩 份，三份或四份(或更多)。將虛擬的像素(多個像素)插入像素之間的 空隙。根據(jù)圍繞虛擬像素的實際像素的光強估算虛擬像素的光強。結(jié) 果，可以更加準確的探測來自基本上無窮遠距離的基本上的白光源的 光的光強分布，由此使得可以更準確的探測原點位置。
因此，在組裝之后通過探測成像傳感器的原點，不需要相當(dāng)高精 度的組裝，由此使得生產(chǎn)成像裝置較簡便。
此后，逐步描述實施例1的成像裝置的生產(chǎn)方法。
(1) 四個單透鏡IOI， 102， 103和104集成一體，制備四個成像裝 置105， 106， 107和108，包括計算裝置等的襯底206，諸如濾色片 201， 202， 203和204等的其他部件，以及殼體207。
(2) 四個單透鏡集成一體，四個成像傳感器，包括計算裝置等的襯 底206，以及諸如濾色片等的其他部件附加到殼體上。在此情況下， 四個成像傳感器設(shè)置在同一平面上的矩陣中，且集成一體的四個單透 鏡設(shè)置為盡可能與該平面平行。然而，對于每個成像傳感器對相應(yīng)單 透鏡的光軸的相對位置，不需要組裝的高度精確。
(3) 這樣組裝的成像裝置用于獲得遠距離處基本上白光源的圖像。 在每個成像傳感器中，探測具有接收光的最大光強的像素(或在像素 之間插值光強后，具有接收光最大光強的位置)，作為成像傳感器的 原點。對于白光源，使用可以當(dāng)作點光源的光源，諸如縮小的燈泡等。
(4) 將每個成像傳感器的原點用作基準，以指定每個成像傳感器中 其他許多像素的位置的坐標。
下面，描述實施例1成像裝置的圖像結(jié)合。
圖13是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的圖像處理程序的流程圖。
如圖13所示，當(dāng)開始圖像處理程序時，在步驟S21，圖9的視 差量化程序量化由于視差造成綠色輔助圖像相對于綠色基準圖像的 位移，作為G方向視差矢量(視差量化步驟)。在步驟S22，校正了綠 色輔助圖像的R方向和B方向視差。在步驟S23中，校正藍色圖像 的B方向視差。在步驟S24，校正紅色圖像的R方向視差。
步驟S22至S24將使用圖11中一個像素的視差的情況進行具體 描述。如上所述，G方向基本上與對角線方向一樣，B方向基本上與 X方向一樣，而R方向基本上與Y方向一樣。因此，當(dāng)視差為一個 像素大小的時候，G方向的視差校正基本上與對角線方向的校正一 樣，B方向的視差校正基本上與X方向的視差校正一樣，而R方向 的視差校正基本上與Y方向的視差校正一樣。通過將綠色輔助圖像 向與B方向相對的方向(一X方向)移動一個像素，并向與R方向相對 的方向(一Y方向)移動一個像素，就校正了綠色輔助圖像的視差。艮P, 將綠色輔助圖像中成像傳感器106在坐標(m， n)的像素數(shù)據(jù)替換在坐 標(m—l， n—l)的像素數(shù)據(jù)。此外，通過將藍色圖像向與B方向相對 的方向(一X方向)移動一個像素，校正了藍色圖像的視差。即，將藍
色圖像中成像傳感器108在坐標(m， n)的像素數(shù)據(jù)替換在坐標(m-l, n)的像素數(shù)據(jù)。此外，通過將紅色圖像向與R方向相對的方向(一Y 方向)移動一個像素，校正了紅色圖像的視差。即，將紅色圖像中成 像傳感器105在坐標(m， n)的像素數(shù)據(jù)替換在坐標(m， n—l)的像素
他/, m數(shù)據(jù)。
然而，當(dāng)物體接近于成像裝置，使得視差較大時，就需要考慮B 方向和X方向間的微小區(qū)別，R方向和Y方向間的微小區(qū)別，以及 G方向和對角線方向間的微小區(qū)別。例如，當(dāng)B方向相對于X方向 傾斜5度時，當(dāng)X方向需要校正11或12個像素時，同時，Y方向需 要校正一個像素。
結(jié)果，綠色輔助圖像、紅色圖像和藍色圖像的視差顯著減小或消 除。在步驟S25中，結(jié)合綠色基準圖像和校正的綠色輔助圖像、校正 的藍色圖像和校正的紅色圖像。由于校正了圖像的像素數(shù)據(jù)，使得綠 色輔助圖像、藍色圖像和紅色圖像中每個的視差減小或消除，獲得清 晰的彩色圖像。
或者，由于綠色基準圖像和綠色輔助圖像基本上是同樣的圖像， 將綠色基準圖像和校正的藍色圖像和校正的紅色圖像結(jié)合，以獲得基 本上一樣的清晰彩色結(jié)合圖像，而不使用校正的綠色輔助圖像。
對于安裝在移動電話等上的成像裝置，也需要諸如聚焦控制、防 止操作者抖動、放大圖片(變焦圖片)、近攝圖片(近拍圖片(macro picture))等的功能。為了獲得這些功能，需要在垂直或平行于透鏡系 統(tǒng)光軸的方向上改變透鏡系統(tǒng)和成像傳感器的相對位置。實施例1的 成像裝置具有三維驅(qū)動裝置，其可以在圖1的Z、 X和Y方向上分別 精密地移動成像傳感器。三維驅(qū)動裝置的功能和結(jié)構(gòu)將參照圖14至 圖19進行描述。
圖14是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的三維驅(qū)動裝置的透視 圖。圖15是示出構(gòu)成本發(fā)明實施例1的成像裝置中三維驅(qū)動裝置的 致動器的截面圖。圖16和圖17是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的 致動器驅(qū)動方法的示意圖。圖18和圖19是示出本發(fā)明實施例1的成 像裝置的致動器的操作的示意圖。圖20是示出本發(fā)明實施例1的成 像裝置的另一致動器的截面圖。在圖14至20中，與圖1至13相同 的部件使用同樣的附圖標記表示并不再進行說明。
在圖14中，206表示包括計算裝置的襯底，其上設(shè)置有成像傳 感器105， 106, 107和108。 310和320表示第一致動器和第二致動 器，其在X方向上跨過襯底206設(shè)置。330和340表示第三致動器和 第四致動器，其在Y方向上跨過襯底206設(shè)置。第一到第四致動器 310， 320， 330和340在襯底206的中心周圍以90度間隔設(shè)置在平 行于XY平面的平面上。
第一到第四致動器310， 320, 330和340具有同樣的結(jié)構(gòu)。第一、 第二、第三和第四致動器310， 320， 330和340包括振蕩器311， 321， 331，和341以及分別彼此相連的彈簧部分312， 322， 332和342。 第一、第二、第三和第四致動器310， 320， 330和340中振蕩器311， 321， 331，和341—側(cè)的邊緣固定在支撐部分300上。第一、第二、 第三和第四致動器310， 320, 330和340中彈簧部分312， 322， 332 和342 —側(cè)的邊緣連接到襯底206。支撐部分300可以是圖2或3中 殼體207的一部分。
在圖15中，振蕩器311包括由傳導(dǎo)彈性材料制成的彈性墊片材 料314，在其兩側(cè)附加有壓電元件313a和313b。彈性墊片材料314 在支撐部分300和襯底206之間延伸。彈性墊片材料314的一部分形 成彈簧部分312，該部分從振蕩器311向襯底206突出。類似的，振 蕩器321包括由傳導(dǎo)彈性材料制成的彈性墊片材料324，在其兩惻附 加有壓電元件323a和323b。彈性墊片材料324在支撐部分300和襯
底206之間延伸。彈性墊片材料324的一部分形成彈簧部分322，該 部分從振蕩器321向襯底206突出。
壓電元件313a、 313b、 323a和323b施加有在厚度方向(Z方向) 的極化，且電極(未示出)形成在其表面的上下。此后，將壓電元件 313a、 313b、 323a和323b使用粘合劑等附加在彈性墊片材料314和 324上?？紤]到極化和所施加電信號的關(guān)系，可以確定極化的方向。 在此實施例中，極化的方向與朝向作為中性面的彈性墊片材料314和 324的方向一致。因此， 一對壓電元件附加在彈性墊片材料314和324 的表面的頂部和底部，其中該對壓電元件具有彼此相對的極化方向。
彈簧部分312和322分別通過使彈性墊片材茅斗314和324成波浪 狀而形成。盡管在此使得彈簧部分312和322成波浪狀，但是線圈形 式的彈簧也可提供類似效果?；蛘?，可以例如通過蝕刻掉其中一部分， 以產(chǎn)生較窄部分或較薄部分，從而將彈性墊片材料314和324成型， 由此使其具有彈簧特性。在此情況下，可以預(yù)期類似效果。
第一和第二致動器310和320的振蕩器311和321側(cè)的邊緣固定 在支撐部分300上，其固定方式使得壓電元件不插在支撐部件300之 間，并且只有彈性墊片材料314和324插在支撐部件300之間。其原 因如下所述。如果壓電元件由支撐部分300直接保持，就會在振蕩器 311和321震動的時候，在支撐部件300振蕩器311和321 —側(cè)的邊 緣部分中插入的壓電元件顯著地產(chǎn)生較大壓力，有可能使得壓力輕易 超過壓電元件的破壞點。使用支撐部分300，通過保持彈性墊片材料 314和324沒有附加壓電元件的一部分，就可以阻止在震動過程中壓 電元件的折斷，由此顯著改善裝置的可靠性。
下面，描述成像裝置的操作。給壓電元件313a和313b以這樣一 種方式施加極性，使得獲得以下效果。當(dāng)圖16(a)中所示信號施加在 壓電元件313a和313b的外表面上的電極時，其中該壓電元件313a 和313b貼在第一致動器310的振蕩器311和彈性墊片材料314的頂
面和底面上(在壓電元件313a和313b的彈性墊片材料314 —側(cè)上的 電極貼在彈性墊片材料314上，使得可以與彈性墊片材料314相傳 導(dǎo))，壓電元件313a和313b都取決于信號的電位而延伸。因此，如 圖18所示，振蕩器311變形以增加其長度。另外，對壓電元件323a 和323b以這樣一種方式施加極性，使得獲得以下效果。當(dāng)圖16(b) 中所示信號施加在壓電元件323a和323b的外表面上的電極時，其中 該壓電元件323a和323b貼在第二致動器320的振蕩器321和彈性墊 片材料324的頂面和底面上，壓電元件323a和323b都取決于信號的 電位而收縮。因此，如圖18所示，振蕩器321變形以減少其長度。 振蕩器311和321的上述變形使得在X方向介于振蕩器311和321 之間的襯底206、和設(shè)置在其上的成像傳感器105、 106、 107和108 在圖18中箭頭351表示的方向(X軸正方向)移動，顯現(xiàn)出圖16(c)示 出的位移行為。在圖16(c)存在的振鈴(ringing)現(xiàn)象由振蕩器311和321 的共振導(dǎo)致，并且可以通過減少施加在壓電元件上的電壓的上升率而 減小。此外，通過對壓電元件施加與上述極性的相反極性的驅(qū)動信號， 就可以在圖18的箭頭351所示的相反方向上移動襯底206和成像傳 感器。
此外，圖17(a)中所示信號施加在壓電元件313a的外表面上的電 極和彈性墊片材料314之間，其中該壓電元件313a在第一致動器310 的振蕩器311中，而圖17(b)中所示信號施加在壓電元件313b外表面 的電極和彈性墊片材料314之間。在此情況下，壓電元件313a延伸 而壓電元件313b收縮。因此，振蕩器311彎曲并如圖19所示那樣變 形。此外，圖17(a)中所示信號施加在壓電元件323a的外表面上的電 極和彈性墊片材料324之間，其中該壓電元件323a在第二致動器320 的振蕩器321中，而圖17(b)中所示信號施加在壓電元件323b的外表 面上的電極和彈性墊片材料324之間。在此情況下，壓電元件323a 延伸而壓電元件323b收縮。因此，振蕩器321彎曲并與如圖19所示
振蕩器311的變形方向一樣的方向變形。彈簧部分312、 322的效果 使得介于振蕩器311和321之間的襯底206、和設(shè)置在其上的成像傳 感器105、 106、 107和108在圖19中箭頭352表示的方向(Z軸正方 向)移動，顯現(xiàn)出圖17(c)示出的位移行為，同時保持水平狀態(tài)。在圖 17(c)存在的振鈴現(xiàn)象由振蕩器311和321的共振導(dǎo)致，并且可以通過 減少施加在壓電元件上的電壓的上升率而減小。此外，通過施加具有 對壓電元件所施加上述極性的相反極性的驅(qū)動信號，就可以在圖19 的箭頭352所示的相反方向上移動襯底206和成像傳感器。
因此，在X方向環(huán)繞襯底206的第一和第二致動器310和320 可以用于在垂直于透鏡系統(tǒng)光軸的方向(X方向)，以及平行于透鏡系 統(tǒng)光軸的方向(Z方向)上移動成像傳感器105、 106、 107和108。
因此，如圖14所示，通過使用第一到第四致動器310、 320、 330、 和340保持襯底206,就可以在平行于透鏡系統(tǒng)光軸的方向上(Z方向) 以及垂直于透鏡系統(tǒng)光軸的方向且彼此垂直的兩個方向上(X和Y方 向)移動成像傳感器105、 106、 107和108，其中第一到第四致動器 310、 320、 330和340設(shè)置在XY平面上并以襯底206為中心以90 度間隔環(huán)繞。結(jié)果，可以使得成像裝置具有各種功能。
取決于震動的程度或頻率，可以在支撐部分300中插入壓電元 件。圖20示出此例子。
在上述說明中，在一對第一和第二致動器310和320以及一對第 三和第四致動器330和340之中的任何一對可以省略，使得成像傳感 器105、 106、 107和108在平行于透鏡系統(tǒng)光軸的方向(Z方向)和垂 直于透鏡系統(tǒng)光軸的方向上(X和Y方向)移動。
或者，單透鏡IOI、 102、 103和104可以使用上述致動器保持， 使得單透鏡IOI、 102、 103和104相對于殼體207移動，取代成像傳 感器105、 106、 107和108的移動。
首先，將在實施例1中成像裝置的多個功能之中，描述其聚焦控 制功能。
當(dāng)物體位于遠離成像裝置時，設(shè)置在每個單透鏡焦點位置的成像 傳感器可以用于獲得聚焦圖像。在物體靠近成像裝置時，成像傳感器
需要從每個單透鏡的聚焦位置移動。包括圖14和15(或圖20)的第一 至第四致動器310、 320、 330和340的三維驅(qū)動裝置可以用于使成像 傳感器在Z方向移動，如圖19所示，由此獲得聚焦的圖像。
下面，描述實施例1成像裝置的防止操作者抖動功能。 圖21是示出本發(fā)明實施例1的成像裝置的防止操作者抖動方法 的視圖。
在實施例1的成像裝置中，防止操作者抖動不需要圖14至20的 上述三維驅(qū)動裝置，而是使用電子防抖方法。假定每秒鐘可以采集 30幀。就需要0.033秒采集一幅圖像。在明亮環(huán)境中，在此采集時間 內(nèi)可以充分獲得清晰的圖像。然而，在黑暗環(huán)境中，約0.033秒的采 集時間就不夠，并需要更長的采集時間。在此情形下，在此采集時間 內(nèi)很可能發(fā)生操作者抖動，導(dǎo)致可能未獲得清晰圖像。為了避免這種 情形，使用了下述成像方法。在黑暗環(huán)境中，每0.033秒采集一幅圖 像(多次)。將成像傳感器105、 106、 H)7和108在每次采集的四幅圖 像結(jié)合，以獲得多個彩色圖像，該彩色圖像與成像操作一一對應(yīng)。多 次中每次的彩色圖像可以使用參照圖8至13所述的圖像結(jié)合而獲得。 下面，比較多次獲得的彩色圖像，并以這樣一種方式疊加，使得每幅 圖像之間的相匹配部分彼此重疊。結(jié)果，獲得沒有操作者抖動的清晰 彩色圖像。
將參照圖21描述照相機防抖。將成像傳感器105、 106、 107和
108在第一成像操作(t-O秒)采集的四幅圖像結(jié)合，以產(chǎn)生第一結(jié)合 彩色圖像(A)。在經(jīng)過約0.033秒后，將成像傳感器105、 106、 107 和108在第二成像操作(t-0.033秒)采集的四幅圖像結(jié)合，以產(chǎn)生第 二結(jié)合彩色圖像(B)。在經(jīng)過另一個約0.033秒后，將成像傳感器105、 106、 107和108在第三成像操作(t二0.066秒)采集的四幅圖像結(jié)合， 以產(chǎn)生第三結(jié)合彩色圖像(C)。在經(jīng)過另一個約0.033秒后，將成像傳 感器105、 106、 107和108在第四成像操作(t-0.099秒)采集的四幅 圖像結(jié)合，以產(chǎn)生第四結(jié)合彩色圖像(D)。由于操作者抖動，第一到 第四結(jié)合四彩色圖像(A)到(D)中的物體位置不同。比較第一到第四結(jié) 合四彩色圖像(A)到(D)，并將其移動以進一步這樣一種方式結(jié)合，使 得每個圖像中的匹配部分彼此重疊。結(jié)果，甚至在物體從第一到第四 成像操作大約移動0.132秒時，獲得如(F)所示的清晰彩色圖像。這些 信號處理由包括計算裝置如數(shù)字信號處理器(DSP)等的襯底206進 行。為了比較，(E)示出通過簡單疊加獲得的圖像，所疊加的圖像是 在四次沒有防止操作者抖動的情況下采集的。由于操作者抖動，使得 圖像(E)的物體不清楚。
或者,可以使用下面的成像方法。每隔約0.033秒采集圖像(多次)。 將成像傳感器105、 106、 107和108中每個在多次采集的多幅圖像進 行比較，并將其移動以近一步結(jié)合，該結(jié)合的方法使得每個圖像之間 匹配部分彼此重疊。結(jié)果，獲得與四個成像傳感器一一相應(yīng)的四幅防 抖單色圖像。下面，使用四幅單色進行參照圖8至13所述的圖像結(jié) 合，由此獲得防抖的彩色圖像。在此情^L下，將使用同一成像傳感器 在不同時間采集的多幅圖像疊加，以獲得防抖單色圖像時，在每個成 像傳感器中的坐標關(guān)系需要匹配。為了獲得此目的，例如使用第一采 集時間作為對四個成像傳感器共同的基準時間。移動在第二和隨后采 集時間采集的圖像，以匹配第一圖像，同時保持第一采集圖像的坐標， 由此連續(xù)在第一圖像上疊加圖像。結(jié)果，在保持四個成像傳感器中坐
標關(guān)系在第一時間的坐標上的時候，可以進行視差探測、視差校正、 以及視差校正圖像的結(jié)合。不必多說,基準時間不限于第一采集時間,
并且可以是其他采集時間。如下參照圖21描述防止操作者抖動的方 法。圖像(A)到(D)是在第一到第四采集時間對于四個成像傳感器中任 意一個所采集的圖像，且圖像(F)是通過結(jié)合圖像(A)到(D)獲得的防抖 單色圖像，結(jié)合的方式使得圖像(A)到(D)間的匹配部分彼此重疊，同 時保持第一采集圖像(A)的坐標。
在上面的描述中，使用在不同時間(四次)采集的圖像作為例子進 行防止操作者抖動。所采集圖像的次數(shù)不限于四次。不必說，可以使 用在諸如兩次，三次或五次或更多不同時間(多次)所采集的圖像進行 防止操作者抖動。
這里，將示出實施例1成像裝置的具體形狀和大小。 圖23A是根據(jù)本發(fā)明實施例1成像裝置的例子的成像傳感器和透 鏡系統(tǒng)的頂視圖。圖23B是根據(jù)本發(fā)明實施例1成像裝置例子的截 面圖。在圖23A和圖23B中，與圖l至22相同的部件使用同樣的附 圖標記表示并不再說明。
在圖23A和圖23B中，101、 102、 103和104的每個表示非球面 單透鏡，該非球面單透鏡為整體成形的。207表示用于成像裝置的殼 體，整體成形的透鏡系統(tǒng)和濾色片201、 202、 203和204固定在該殼 體上。遮光片205設(shè)置在相鄰濾色片間的邊界上，以阻止不同波段的 光混合。此外，殼體207保持第一到第四致動器310、 320、 330和 340中每個的一個邊緣，致動器包括振蕩器和彈簧部分(圖23B中， 只示出第一和第二致動器310、 320)。第一到第四致動器310、 320、 330和340中每個的另一邊緣由包括計算裝置的襯底206支持。在襯 底206上，設(shè)置有成像傳感器105、 106、 107和108。每個成像傳感 器具有830行xl200列的像素(約一百萬像素)。每個像素為具有2拜 邊的方形。因此，每個成像傳感器是具有X方向尺寸2.4mm、 Y方 向1.66mm的矩形。每個成像傳感器的對角線長度為2.9mm。在例子 的成像裝置中，相鄰單透鏡光軸之間的距離D和每個單透鏡的焦距f
都是2.9mm。
當(dāng)物體位于無限遠距離時，在成像傳感器設(shè)置在各個相應(yīng)單透鏡 的聚焦位置時獲得物體的圖像。當(dāng)物體靠近成像裝置時，在平行于其 光軸的方向，成像傳感器遠離各個單透鏡移動。成像傳感器的移動通 過圖19所示的彎折第一至第四致動器的振蕩器311、 321、 331和341 而實現(xiàn)。例如，當(dāng)從成像裝置到物體的距離A為20cm，由于每個單 個透鏡的焦距為2.9mm，所以每個^;像傳感器從其聚焦位置移動約 43nm。
通過對于由四個成像傳感器采集的圖像實施如圖9至13所示的 圖像結(jié)合(視差探測、視差校正，以及視差校正圖像結(jié)合)，就獲得清 晰的彩色圖像。具體的說，估算視差的量。根據(jù)A-Dx(f/A)計算視 差A(yù)。當(dāng)物體距離成像裝置2.9m或更多時(A〉2.9m)，視差△為3拜 或更少，即1.5個像素的尺寸或更少。在此情況下，不需要視差校正， 而將由成像傳感器105、 106、 107和108采集的圖像簡單結(jié)合。當(dāng)物 體距離成像裝置1.7m至2.9m時，視差△為3至5nm，艮卩1.5至2.5 個像素的尺寸。在此情況下，在執(zhí)行一個像素的視差校正之后將圖像 結(jié)合。對于一般的人物圖片，可以通過一個像素的視差校正獲得清晰 的彩色圖像。對于遠景，不需要視差校正。
在振蕩器311、 321、 331和341中，如圖18所示，越過襯底206 彼此相對的一對振蕩器延伸/收縮，而如圖22A和22B所示，成像傳 感器在垂直于各個單透鏡的光軸的方向上一起移動。移動量為l拜， 這是像素間距的一半。如圖22A和22B所示，每個成像傳感器中的 像素數(shù)目看上去是四百萬，即，可以獲得四次折疊的放大圖像而沒有 分辨率惡化。
在上述實施例1的成像裝置中，用于采集綠色基準圖像和綠色輔 助圖像的一對成像傳感器設(shè)置在對角線上以探測視差。本發(fā)明不限于 此。用于采集紅色基準圖像和紅色輔助圖像的一對成像傳感器可以設(shè)
置在對角線上以探測視差。用于采集藍色基準圖像和藍色輔助圖像的 一對成像傳感器可以設(shè)置在對角線上以探測視差。
盡管實施例1的成像裝置包括四個成像單元，其中每個成像單元 包括一個光學(xué)系統(tǒng)和一個成像傳感器，但該成像單元的數(shù)量不限于四 個。然而，該成像單元的數(shù)量為二個時，來自物體的光不可以分成三 原色，即紅、綠和藍波段，使得不能獲得清晰的彩色圖像。該成像單 元的數(shù)量為三個時，來自物體的光可以分成紅、綠和藍波段。然而， 對于紅、綠和藍波段的每個僅獲得一幅圖像。在此情況下，因此很難 使用上述實施例中的方法，其中將在同一波段的兩幅圖像進行比較以 探測視差，即，很難獲得清晰的彩色圖像。當(dāng)成像單元的數(shù)目為五個 或更多時，設(shè)置這些單元的區(qū)域較大而且該結(jié)構(gòu)是多余的，即，這不 是有效率的。
在上述實施例1的成像裝置中，使用了四個獨立的成像傳感器。 成像傳感器從物體接收光，并累積由于光電效應(yīng)的信號。累積的信號 轉(zhuǎn)移到計算裝置等，在其中使得信號輪流經(jīng)受信號處理，諸如圖像結(jié) 合?？傊?，累積信號的轉(zhuǎn)移速度隨像素數(shù)目的增加而減少。通過使用 獨立的成像傳感器，可以將每個成像傳感器的累積《言號獨立地轉(zhuǎn)移， 使得可以實現(xiàn)高速信號處理。
(實施例2)
將描述衍射光柵形成在透鏡表面上的衍射光柵透鏡。閃耀衍射光 柵在改進的效率方面是優(yōu)選的。然而，相對于某個波段優(yōu)化的閃耀光 柵(例如，綠色)具有相對于該波段的高衍射效率，但是對于其他波段 的效率較差(例如，紅色或藍色)，就造成不必要的光。成像系統(tǒng)需要 對綠色、紅色和藍色波段都具有高效率。因此，在成像系統(tǒng)中衍射光 柵的使用具有限制。
然而，實施例2的成像裝置中，多個透鏡系統(tǒng)和同樣數(shù)量的成像
傳感器以這樣的方式設(shè)置，使得以與實施例1中一樣的方式將成像傳 感器設(shè)置在各個透鏡系統(tǒng)的光軸上。每個透鏡系統(tǒng)僅對應(yīng)于一個紅 色、綠色或藍色波段。因此，可以使用對于每個波段優(yōu)化的閃耀衍射
兀微o
圖24是本發(fā)明實施例2的成像裝置的截面圖。與圖1至23中一 樣的部件使用同樣的標號描述并不再說明。
在圖24中，801、 802、 803和804表示衍射光柵透鏡，其中每 個的衍射光柵形成在單透鏡的表面上。其他部件與圖23B的實施例1 中的部件一樣，即具有同樣功能。
總之，衍射光柵透鏡比非球面透鏡可以更好改善焦平面的變形。 具體的說，當(dāng)使用衍射光柵時，甚至在成像傳感器的邊緣，都可以釆 集具有高分辨率的圖像，就導(dǎo)致清晰的圖像。此外，衍射光柵透鏡可 以做得比非球面透鏡更薄，由此可以減少成像裝置的厚度。因此，攜 帶該成像裝置的諸如移動電話等的便攜裝置可以做得較薄。
(實施例3)
盡管在實施例1中使用四個成像傳感器，但可以使用分成四個成 像區(qū)域的單個成像傳感器。
下面將描述本發(fā)明實施例3的成像裝置的結(jié)構(gòu)。
圖25是根據(jù)本發(fā)明實施例3的成像裝置的示意圖。圖26是示出 本發(fā)明實施例3的成像裝置中的透鏡系統(tǒng)和成像傳感器的頂視圖。圖 27是本發(fā)明實施例3的成像裝置的截面圖。在圖25至27中，與圖1 至24相同的部件使用同樣的附圖標記表示并不再描述。
在圖25中，成像裝置具有四個單透鏡101、 102、 103和104， 以及單個成像傳感器900。與圖1類似，單透鏡101、 102、 103和104 的光軸109、 110、 111和112的方向稱作Z軸，垂直于Z軸的方向稱 作X軸，垂直于Z軸和X軸的方向稱作Y軸。四個單透鏡IOI、 102、103和104整體構(gòu)造，例如，為玻璃或塑料整體形成。在實施例3中， 與在實施例1一樣使用非球面透鏡?；蛘?，可以使用在實施例2中描 述的衍射光柵透鏡801、 802、 803和804。
在圖26中，單個成像傳感器900分成四個成像區(qū)域卯1、卯2、 卯3和904。在圖26中，在每個區(qū)域中只示出了9行xl3列的像素， 盡管成像傳感器實際上包括更多像素?？傊?，在每個成像區(qū)域間還有 像素，這些像素沒有使用或沒有在實施例3中示出。四個單透鏡101、 102、 103和104和成像傳感器卯0以這樣一種方式設(shè)置，使得單透 鏡IOI、 102、 103和104的光軸109、 110、 111和112穿過各個相對 應(yīng)成像區(qū)域901、 902、卯3和904中心的附近。在每個成像區(qū)域中， 單透鏡IOI、 102、 103和104相應(yīng)一個的光軸穿過的像素標出陰影。 如實施例1所示，光軸上的像素用作原點以指定在各個相應(yīng)成像區(qū)域 中像素的坐標?？梢允褂脠D6A和6B中所示的方法探測原點。如圖3 所示的實施例1中，實施例3的成像裝置具有一個紅色波段透射濾波 片，兩個綠色波段透射濾波片，以及一個藍色波段透射濾波片。
在圖27中，在每個單透鏡和對應(yīng)成像區(qū)域之間設(shè)置濾色片。201 表示設(shè)置在單透鏡101和成像區(qū)域901之間的紅色波段透射濾波片。 202表示設(shè)置在單透鏡102和成像區(qū)域902之間的綠色波段透射濾波 片。203表示設(shè)置在單透鏡103和成像區(qū)域卯3之間的綠色波段透射 濾波片。204表示設(shè)置在單透鏡104和成像區(qū)域904之間的藍色波段 透射濾波片。205表示遮光片，其使得每個成像區(qū)域僅接收一個波段 的光，并阻止從濾色片反射的波段的光散射到其他濾色片中。206表 示包括諸如數(shù)字信號處理器(DSP)等計算裝置的襯底，在該襯底上設(shè) 置有成像傳感器900。 207表示用于該成像裝置的殼體。
在圖27中，襯底206和成像裝置900示出為似乎在空中漂浮。 實際上，他們由在圖14至20中描述的三維驅(qū)動裝置支撐。四個單透 鏡101、 102、 103和104和成像傳感器900的相對位置可以在垂直和/或平行于各個單透鏡光軸的方向上，使用三維驅(qū)動裝置而改變。
在實施例3中的成像裝置中，將四個成像區(qū)域901、 902、 903和 904所采集的四幅圖像結(jié)合，以獲得彩色圖像。可使用圖9至13所 示的方法而實現(xiàn)視差探測、視差校正以及結(jié)合視差校正的圖像。此外， 可以使用實施例1中所示的方法實現(xiàn)聚焦控希lj、防止操作者抖動、放 大圖片(變焦圖片)成像等。在此情況下，成像區(qū)域901、卯2、 903和 卯4分別用作實施例1中的成像傳感器105、 106、 107和108。上述 圖像結(jié)合由包括例如DSP等計算裝置的襯底206實施。
通過使用并將單個成像傳感器分割成實施例3中的多個成像區(qū) 域，就不需要多個成像傳感器的位置，使得裝配簡便且低價。
在實施例3中，將單個成像傳感器分割成四個成像區(qū)域。或者， 可以使用兩個成像傳感器，且每個成像傳感器可以分割成兩個成像區(qū) 域，使得總共可以使用四個成像區(qū)域。
(實施例4)
在實施例1至3中，使用多個透鏡系統(tǒng)且每個透鏡系統(tǒng)僅對應(yīng)于 綠色、紅色和藍色波長區(qū)域。因此，對于色差的要求可以減小，使得 可以縮短每個透鏡系統(tǒng)的焦距。在實施例2中，通過在透鏡表面上形 成衍射光柵以改善焦平面的變形，使得焦距可以進一步變得更短。
圖28A至28B是示出透鏡系統(tǒng)焦距和到成像傳感器的光的入射 角之間的關(guān)系的視圖。
圖28A示出具有相對較長焦距的透鏡911匯聚光到成像傳感器 920邊緣的狀態(tài)。圖28B示出具有相對較短焦距的透鏡912匯聚光到 成像傳感器920邊緣的狀態(tài)。從兩幅圖中可以看出，透鏡的焦距越短， 到成像裝置920的光的入射角越大。因此，為了生產(chǎn)較薄的成像裝置， 改變透鏡焦距以減小其焦距是有效的，此外，必須改變成像傳感器使 得其可以接收具有較大入射角的光。
下面，描述可以接收具有較大入射角的成像傳感器的結(jié)構(gòu)。
圖29為本發(fā)明實施例4的成像裝置使用的成像傳感器的截面圖。
在圖29中，1001表示微透鏡，1002表示具有較高折射率的光學(xué) 材料(此后稱作"高折射率材料")，1003表示具有較低折射率的光學(xué)材 料(此后稱作"低折射率材料")，1004表示遮光部分，1005表示光接收 部分，1006表示硅襯底，而1007表示配線部分。在一個像素中，設(shè) 置有一個微透鏡1001， 一個高折射率材料1002和一個光接收部分 1005。圖29示出每個像素的截面。光傾向于被限制在具有高折射率 的部分中。來自物體的光，入射到微透鏡1001上，透射通過高折射 率材料1002，到達光接收部分1005。在圖29中，也由具有與高折射 率材料1002相同的高折射率的光學(xué)材料形成微透鏡1001。如光路 1008所示，上述井(well)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以引導(dǎo)具有較大入射角的光到光 接收部分1005上。總之，高折射率材料1002優(yōu)選具有1.8或更高的 折射率，而低折射率材料1003優(yōu)選具有1.8或更少的折射率。
具有井波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的成像傳感器，例如圖29所示的，不僅對于實 施例1至4的具有多個透鏡系統(tǒng)和多個成像區(qū)域的成像裝置有效，還 對圖33中的常規(guī)成像裝置有效。
將描述諸如圖29所示具有井波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的成像傳感器的生產(chǎn)過程。
圖30A至30L是示出本發(fā)明實施例4的成像4專感器的生產(chǎn)過程。 在圖30A至30L中，與圖29中同樣的部件用同樣的附圖標記表示并 不再描述。
如圖30A所示，首先與用于通常成像傳感器的過程一樣，光接收 部分1005,配線部分1007和遮光部分1004形成在硅襯底1006以及 在得到的結(jié)構(gòu)上，形成一層低折射率材料1003(第一層)。作為低折射 率材料1003，例如可以使用折射率約為1.5的氧化硅。
下面，如圖30B所示，使用鎳等在低折射率材料1003上形成蝕
刻圖案1009。蝕刻圖案1009覆蓋低折射率材料1003的頂面，除了 圓形或四邊形開口 1010。開口 1010形成在對應(yīng)于光接收部分1005 的位置上。
下面，如圖30C所示，低折射率材料1003通過蝕刻去除，直到 到達開口 1010中的光接收部分1005,留下蝕刻圖案1009。
下面，如圖30D所示，去除剩余蝕刻圖案1009，以形成圓形或 四邊形的第一孔1011。
下面，如圖30E所示，在第一孔1011中填充高折射率材料1002。 作為高折射率材料，可以使用仔!l如具有約2.0折射率的氮化硅。作為 填充過程，例如可以使用CVD法。
下面，如圖30F所示，將得到的結(jié)構(gòu)的頂面變平。作為變平的過 程，例如可以使用蝕刻或打磨。
下面，如圖30G所示，在得到的結(jié)構(gòu)的表面上形成低折射率材料 1003(第二層)。
下面，如圖30B —樣形成蝕刻圖案，如圖30C中一樣以形成低 折射率材料1003中的第二孔1012。如在圖30D中一樣，去除蝕刻圖 案以在低折射率材料1003中形成圓形或四邊形第二孔1012，如圖 30H所示。第二孔1012形成在對應(yīng)于光接收部分1005和對應(yīng)于第一 孔1011的位置，并具有直徑大于第一孔1011直徑的開口。
下面，如圖30I所示，將高折射率材料1002按圖30E所示填充 入第二孔1012中，且將得到的結(jié)構(gòu)的頂面按圖30F所示變平。
下面，如圖30J中所示，在高折射率材料1002上形成光致抗蝕 劑層1013。
下面，如圖30K所示，將光致抗蝕劑層1013用高溫烘烤，以使 其頂面成為圓形。
下面，如圖30L所示，光致抗蝕劑層10n、高折射率材料1002 和低折射率材料1003同時從頂上蝕刻掉。適當(dāng)選擇這些材料的蝕刻
率，以形成由高折射率材料1002形成的微透鏡1001 。 因此，可以生產(chǎn)具有圖29的結(jié)構(gòu)的成像傳感器。
形成如圖29所示的井波導(dǎo)結(jié)構(gòu)時，如果該孔的縱橫比(孔深度/孔直徑) 較大，則很難在沒有空位置時而填充高折射率材料1002到該孔中。 根據(jù)本實施例的上述方法，高折射率材料1002的填充如圖30E和301 所示的兩步。因此，待在一個步驟中填充的孔的縱橫比可以做的較小， 而高折射率材料1002可以充分填充在整個孔中。
當(dāng)高折射率材l斗1002以兩步填充時，在每個步驟中填充的孔的 直徑，即上述實施例中第一孔1011和第二孔1012的直徑，可以做成 彼此不同。因此，如上述實施例中，遠離光接收部分1005的第二孔 1012的直徑可以大于靠近光接收部分的第一孔1011的直徑。以此結(jié) 構(gòu)，外部光入射的區(qū)域可以比光接收部分1005的光接收區(qū)域更大。 因此，如圖29中光路1008所示，傾斜入射微透鏡1001的光可以有 效引導(dǎo)到光接收部分1005中，同時限制在高折射率材料1002之內(nèi)。
(實施例5)
將描述移動電話，作為包括本發(fā)明成像裝置的便攜設(shè)備的例子。 圖31A是包括本發(fā)明成像裝置實施例的移動電話的正面圖。圖 31B是其側(cè)面圖。
在圖31A和圖31B中，1100表示移動電話，且1101表示在本發(fā) 明實施例1至4中任一所示的成像裝置。由于本發(fā)明實施例1至4的 成像裝置較薄，因此包括該成像裝置的移動電話1100也可以較薄。 此外，本發(fā)明的成像裝置具有焦距控制功能，該功能使得可以在不改 變透鏡系統(tǒng)的情況下，獲得從遠景圖片到近攝圖片，并可以電子地執(zhí) 行防止操作者抖動，并且可以進一步電子地獲得放大的圖片而沒有分 辨率惡化。因此，可以提供具有多功能成像裝置1101的較薄的移動
電話1100。
在防止操作者抖動中，如圖21所示，多次采集圖像，且得到的 多幅圖像以這樣一種方式結(jié)合，使得每幅圖像之間的匹配部分彼此重 疊，導(dǎo)致清晰的物體圖像。為了獲得電子防抖功能，需要以高速率執(zhí) 行圖像處理，諸如從多幅圖像等中識別出匹配的部分。
在圖31A中，1012A和1012B為角速度傳感器，其設(shè)置在成像 裝置1101附近。該角速度傳感器與通過機械運動透鏡系統(tǒng)一部分而 實施常規(guī)防抖功能的光學(xué)系統(tǒng)中所使用的角速度傳感器一樣。角速度 傳感器用于探測由于操作者抖動造成的成像裝置微小運動。計算在采 集的圖像中物體的運動量，并根據(jù)計算的結(jié)果，確定用于圖像結(jié)合的 圖像的運動量?；蛘?，計算結(jié)果用于協(xié)助用于圖像結(jié)合的圖像的運動 量。結(jié)果，與只有采集的圖像用于防抖的情況相比，可以獲得快速的 防抖功能。
(實施例6)
參照圖14至20描述的三維驅(qū)動裝置不僅可以用于諸如實施例1 至3中所述的具有多個成像系統(tǒng)和多個成像區(qū)域的成像裝置，還可以 用于在單光軸上裝配復(fù)合透鏡系統(tǒng)的成像裝置。
圖32是根據(jù)本發(fā)明實施例6的成像裝置的截面圖。在圖32中， 與圖1至31和圖33的相同部件使用同樣的附圖標記標出并不再說 明。
在圖32中，2001和2002的每個表示單透鏡，2003表示濾波片， 2004成像傳感器，而2005表示包括諸如數(shù)字信號處理器(DSP)等計 算裝置的襯底。單透鏡2001和2002、濾波片2003、成像裝置2004 和襯底2005以這樣一種方式設(shè)置在殼體2007中，使得透鏡系統(tǒng)的光 軸2006基本上穿過成像裝置2004的中心。來自物體的光通過殼體 2007的開口 2007a并進入殼體2007，通過透鏡2001和2002匯聚到 成像傳感器2004上。在此情況下，單透鏡2001和2002以這樣一種 方式適當(dāng)結(jié)合，使得來自物體的光中所包含的紅色波段光、藍色波段 光和綠色波段光以同樣的圖像放大因子匯聚到同樣的成像位置，由此 防止由于色差造成的采集圖像的惡化。匯聚到成像傳感器2004上的 光由該成像傳感器2004轉(zhuǎn)換為電信號，且該電信號通過襯底2005中 包括的計算裝置處理。
為了獲得遠景圖片和近攝圖片，需要聚焦控制，以在平行于透鏡 系統(tǒng)光軸2006的方向移動透鏡系統(tǒng)和成像傳感器的相對位置。此外， 在常規(guī)成像裝置中，如圖33所示，如果透鏡系統(tǒng)和成像傳感器的相 對位置可以如圖22A和22B所示在平行于透鏡系統(tǒng)光軸2006的方向 移動，就可以沒有分辨率惡化而電子獲得放大的圖片(變焦圖片)。在 圖32中，使用實施例1中所述驅(qū)動裝置改變透鏡系統(tǒng)和成像傳感器 的相對位置(見圖14至20)，該驅(qū)動裝置在平行于和垂直于光軸2006 的方向移動成像傳感器。包括振蕩器以及彈簧部分的兩個致動器設(shè)置 為越過成像傳感器2004彼此相對，或者可選的，四個致動器以成像 傳感器2004為中心在其周圍以卯度的間隔設(shè)置。致動器如圖18和 19所示一樣操作。通過使用驅(qū)動裝置，可以使得具有常規(guī)復(fù)合透鏡 的成像裝置獲得聚焦控制功能和電子放大圖片功能。
除了成像裝置2004，構(gòu)成透鏡系統(tǒng)的單透鏡2001和2002的全 部或部分可以使用實施例1所述的驅(qū)動裝置(見圖14至20)在平行于 和垂直于光軸2006的方向移動。
實施例1至6在各個方面都應(yīng)視作是示意性而不是限制性的。本 發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求表示而非上述說明表示。在所附權(quán)利要求 的相等物的含義和范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)包括其中。
本發(fā)明成像裝置的應(yīng)用領(lǐng)域沒有特定限制。具體的，由于該成像 裝置可以具有聚焦控制功能，防止操作者抖動功能以及放大圖片功 能，本發(fā)明可以用于諸如移動電話等便攜裝置包括的成像裝置。此外，
本發(fā)明可以應(yīng)用于諸如監(jiān)控攝像機，車內(nèi)攝像機等等應(yīng)用
權(quán)利要求
1.一種成像傳感器包括多個像素；高折射率光學(xué)材料，設(shè)置在該多個像素中每個的光接收部分的光入射部分中；以及低折射率光學(xué)材料，設(shè)置在該高折射率光學(xué)材料周圍，更靠近該光接收部分的高折射率光學(xué)材料的直徑比在其光入射一側(cè)上的高折射率光學(xué)材料的直徑更小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的成像傳感器，其中該高折射率光學(xué)材料具 有1.8或更高的折射率，而該低折射率光學(xué)材料具有1.8或更低的折 射率。
3. —種成像裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1的成像傳感器和至少一 個光學(xué)系統(tǒng)。
4. 一種生產(chǎn)成像傳感器的方法，包括在多個像素的光接收部分上形成低折射率光學(xué)材料的第一層； 在該第一層的光接收部分上的位置形成第一孔； 將高折射率光學(xué)材料填充入該第一孔中；在該第一孔中填充的高折射率光學(xué)材料上和該第一層上形成低 折射率光學(xué)材料的第二層；在面對該第二層的光接收部分的位置，形成第二孔；以及 將高折射率光學(xué)材料填充入該第二孔中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中該高折射率光學(xué)材料具有1.8或 更高的折射率，而該低折射率光學(xué)材料具有1.8或更低的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中該第一孔的開口直徑小于該第 二孔的開口直徑。
全文摘要
多個成像區(qū)域(105-108)，與多個光學(xué)系統(tǒng)(101-104)一一對應(yīng)地設(shè)置，并且設(shè)置在各個光學(xué)系統(tǒng)的光軸上。每個成像區(qū)域(105-108)具有多個像素。該成像裝置還包括原點探測裝置，用于探測每個成像區(qū)域(105-108)的原點，像素位置指定裝置，用于使用該原點作為基準指定每個成像區(qū)域(105-108)中包括的多個像素的位置，以及結(jié)合裝置，用于結(jié)合由該各個成像區(qū)域(105-108)采集的多幅圖像。由此，可以獲得容易組裝的較薄的成像裝置。
文檔編號H01L27/146GK101102410SQ20071014371
公開日2008年1月9日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者今田勝巳, 永島道芳, 西脅青兒 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社