用于空间受限位置中的成像系统及方法
【技术领域】
[0001]对于递交高性能的精致相机系统的需求正随着成像系统的越来越多的使用，而在宽广种类的应用中增加。该等应用系在诸如消费者电子装置、机器视觉、汽车、以及医学诊断及程序的领域中，被发现。
【背景技术】
[0002]针对相机系统的尺寸而言，用以检查人体内部的医学内视镜成为具有挑战性的要求的实例。至少包含影像传感器、光学装置、及电子装置的该相机系统必须适合于在将被检查的区域内。较佳地，该相机系统应充分地精致，使得在所欲的方向中具有用以使相机通过而检查环境的空间。此外，该相机系统常经由诸如动脉的其本身采取尺寸约束的通道，而被引导至感兴趣的区域。同时，用以达成例如，准确诊断及成功手术的程序的所欲结果，医学内视镜相机系统的成像能力及性能系重要的。例如，许多程序将受益自高解析的成像，以获得足够详细的信息。惟，由使用设想情况所采取的空间要求将限制医学内视镜相机系统的可实现的性能。同样地，内视镜相机的尺寸亦将限制医学内视镜的使用。
【发明内容】
[0003]在实施例中，用于空间受限位置中的成像系统包含影像传感器，用以撷取影像，其中该影像传感器具有(a)第一矩形区域，包含像素数组及与该像素数组通讯耦接的连接电路，以及(b)第二矩形区域，具有与该第一矩形区域的仅一共享侧，并包含支撑电子装置，用于像素数组控制及信号获取，其中该支撑电子装置系与该连接电路通讯耦接。
[0004]在实施例中，用于空间受限位置中的成像方法包含(a)形成情景的影像于影像传感器的像素数组上，该影像传感器的该像素数组包含在具有第一侧的第一矩形区域内，以及(b)在该像素数组与支撑电子装置之间通讯第一电性信号，该支撑电子装置位于该影像传感器上且被包含在第二矩形区域内，该第二矩形区域仅与该第一矩形区域共享一侧。
【附图说明】
[0005]图1描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像系统。
[0006]图2描绘依据实施例的图1系统的实施例，其中成像路径是借由使用棱镜而被折曲。
[0007]图3描绘依据实施例的图1系统的实施例，其中成像路径是借由使用分光器立方体而被折曲。
[0008]图4描绘依据实施例的图1系统的实施例，其中成像路径是借由使用反射镜而被折曲。
[0009]图5描绘先前技艺影像传感器。
[0010]图6描绘依据实施例的用于空间受限位置中的非对称影像传感器，具有被设置至像素数组的一侧的支撑电子装置。
[0011]图7A是以横剖面视图描绘依据实施例的图1系统的实施例，实施有图6的影像传感器。
[0012]图7B是以与使用于图7A中的横剖面视图正交的横剖面视图描绘图7A的成像系统。
[0013]图8描绘依据实施例的图1系统的实施例，实施有图6的影像传感器。
[0014]图9描绘依据实施例的图7成像系统的实施例，实施有图6的影像传感器的放大实施例。
[0015]图1OA是以横剖面视图描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像系统，且其进一步包含第二影像传感器。
[0016]图1OB是以与使用于图1OA中的横剖面视图正交的横剖面视图描绘图1OA的成像系统。
[0017]图11描绘依据实施例的用于空间受限位置中的影像传感器，包含像素数组、支撑电子装置、及连接电路。
[0018]图12描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像系统，其利用图11的影像传感器。
[0019]图13描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像系统，且其是借由进一步包含第二影像传感器的图12成像系统的延伸。
[0020]图14描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像方法。
[0021]图15描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像方法，且其是借由进一步包含以第二影像传感器撷取影像的图14成像方法的延伸。
【具体实施方式】
[0022]发明详述
[0023]在此所揭示是用于空间受限位置中的成像系统及方法。所揭示的成像系统及方法在应用的范围中具有实用性。例如，内视镜相机系统，特别地，与医学程序相关联的该等者，常采取严格的空间要求。其他的应用包含其中，对于较小装置坚持需具有较大性能的消费者电子装置。
[0024]在此所揭示是具有非对称组态的影像传感器。该等影像传感器包含用以撷取被形成于其上的影像的光敏像素数组、支撑电子装置、以及连接该像素数组至该支撑电子装置的连接器。针对其各像素，像素数组产生对应该处之上所入射的光量的电性信号。支撑电子装置可包含诸如读出控制、增益控制、时序控制、及/或放大的功能，以产生表示被形成在像素数组上的影像的电性影像信号。与其中矩形像素数组是在矩形的所有四侧由支撑电子装置所包围的习知影像传感器不一样地，在此所揭示的非对称影像传感器的支撑电子装置是设置至像素数组的一侧。因此，该等非对称影像传感器的一侧长度可以比具有相同尺寸像素数组的习知影像传感器更大。而且，正交侧长度可被有效地做成比习知影像传感器的该者更小。当被实施于具有折曲成像路径的所揭示的成像系统之中时，所需的相机组件可以以比习知系统的该者更小的封闭体包装。
[0025]而且，在此所揭示是具有折曲成像路径的成像系统。该等系统包含反射表面，用以朝向用于成像的像素数组重指引由成像物镜所传送的光。在实施例中，像素数组是取向使得其表面法线与成像物镜的光轴实质地正交。在某些实施例中，上述非对称影像传感器被有利地实施于具有折曲成像路径的成像系统中。此组合提供特殊的益处，因为非对称影像传感器可被定位而比习知影像传感器更有效率地利用可用的空间。
[0026]于某些实施例中，在此所揭示的成像系统进一步包含第二影像传感器，被设置以撷取由反射表面所传送的光的影像。此影像传感器可具有与撷取反射光的影像的影像传感器不同的性质，例如，不同的分辨率或不同的灵敏度。选择性地，或与之结合地，该二影像传感器的其中一者可是单色影像传感器，而另一者可是感色影像传感器。该等实施例可提供比单相机系统可实现者更多的功能，且同时遵循严厉的空间约束。
[0027]图1描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统100。成像系统100包含影像传感器120、成像物镜150、反射表面130、及封闭体190。影像传感器120进一步包含像素数组125。影像传感器120、成像物镜150、及反射表面130是组构使得成像物镜150形成情景的影像于像素数组125上。选择性地，成像系统100进一步包含控制/处理系统160，用于由影像传感器120所撷取的影像的处理，及/或藉影像传感器120的影像撷取以及在封闭体190内的组件的其他功能性的控制。选择性的控制/处理系统160透过选择性的连接170而与影像传感器通讯。例如，成像系统100是医学内视镜系统。封闭体190提供影像传感器120、反射表面130、及成像物镜150的结构的支撑及/或环境的保护。封闭体190可仅部分地包围成像物镜150，如图1中所描绘地，或者封闭体190可完全地包围成像物镜150，而允许来自情景的光到达成像物镜150。
[0028]在实施例中，像素数组125及成像物镜150是组构使得成像物镜150的光轴与像素数组125的表面法线实质地正交。在本发明中，用语“实质地正交”将被解读成自正交偏差不大于10度。某些实施例可获益自与像素数组125的表面法线精确正交的成像物镜150的光轴。然而，如熟习于本项技艺的人士所已知地，制造公差及诸如与时间有关的漂移可妨碍精确的正交性。进一步地，一些实施例可对成像物镜150的光轴与像素数组125的表面法线间的精确角度相对地无感觉，只要其是接近正交。针对该等实施例，对成像物镜150的光轴与像素数组125的表面法线间的角度的严格公差可在成像系统100的设计及制造二者上，施以非必要的要件。在大多数的情况下，可制造成像系统100使得成像物镜150的光轴与像素数组125的表面法线间的角度被维持在80至100度的范围内。同样地，随着相似的论点，用语“实质地平行”将在本发明中被解读成自平行偏差不大于10度。
[0029]影像传感器120是例如，互补金氧半(CMOS)影像传感器或电荷耦合装置(CXD)影像传感器。在实施例中，影像传感器120是提供模拟输出的CMOS影像传感器。在一实施例中，反射表面130是全反射的。在另一实施例中，反射表面是部分反射的。在后者的实施例中，成像系统100包含第二影像传感器(未显示于图1中)，用于根据传播自成像物镜150且由反射表面130所传送的光的影像的撷取。在实施例中，封闭体190是圆柱形的，而圆柱的轴是与成像物镜的光轴约略地平行。虽然图1描绘成像物镜150为单一透镜，但成像物镜150可包含多重透镜以及诸如滤光片或孔径之一或多个组件。
[0030]图2描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统200。成像系统200是图1的成像系统100的实施例。成像系统200包含影像传感器210、成像物镜250、棱镜235、界面260、及封闭体290。影像传感器210是影像传感器120(图1)的实施例且包含像素数组215，其是像素数组125的实施例。成像物镜250是成像物镜150 (图1)的实施例。封闭体290是封闭体190(图1)的实施例。棱镜235包含表面230，其是反射表面130 (图1)的实施例。在一实施例中，由于棱镜235与周遭媒质间的折射系数中的差异，表面230藉内反射而反射由成像物镜250所传送的至少一部分的光。例如，棱镜235是由具有折射系数在1.45至1.75的范围中的玻璃或塑料所制成，而周遭媒质是具有1.0的折射系数的空气。在另一实施例中，表面230包含涂布，以获得诸如大于90 %、大于95 %、或在45 %与55 %间的所欲的折射系数。该涂布是例如，电介质涂布或金属涂布。
[0031]选择性地，成像系统200包含具有像素数组225的第二影像传感器220。选择性的影像传感器220自表面230所传送的光撷取影像。影像