CN101034713A

CN101034713A - 具有光传感器阵列的电子成像装置

Info

Publication number: CN101034713A
Application number: CNA2007101016172A
Authority: CN
Inventors: R·A·利亚
Original assignee: Everest Vit Inc
Current assignee: Waygate Technologies USA LP
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2007-02-13
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2027-02-13
Also published as: US7679041B2; EP1819144A1; US20070187574A1; JP2007221129A; CN101034713B

Abstract

一种包括多个第一光敏元件的电子成像装置。多个第一光敏元件中的每个具有第一光接收数值孔径。该电子成像装置进一步包括多个第二光敏元件，其中多个第二光敏元件中的每个光敏元件被布置成靠近多个第一光敏元件中相应的光敏元件，从而形成多个双光敏元件。多个第二光敏元件中的每个具有第二光接收数值孔径，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。

Description

具有光传感器阵列的电子成像装置

技术领域

本发明一般而言涉及电子成像装置，尤其涉及具有多个光传感器阵列的电子成像装置。

背景技术

传统的固态成像装置，例如基于CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)的那些成像装置，通常由分布在半导体芯片的表面或层上的光传感器的二维阵列以及用于将图像聚焦(以光通过孔径的形式)到阵列上的光学系统组成。阵列的每个光传感器通常被称为“图像元素”或“像素”。到达每个光传感器的光能的量被记录和存储，并且光传感器的输出集合形成捕获的图像。这样的成像装置或“成像器”可被配置为捕获灰度图像或彩色图像。彩色成像器通常被配置成具有形成光传感器阵列的相邻的红色、蓝色和绿色像素的分组。

期望这种成像器的光学系统收集尽可能多的光，同时仍然在所生产的成像器中提供最大可能的景深。如在此所用的术语“景深”是指图像在光学系统的主焦点的前面(即更靠近传感器阵列)和后面都保持清晰的区域。景深会受到光学系统的孔径和距所成像的物体的距离的影响，越靠近的物体产生越浅的景深，以及越短的焦距产生越大的景深。

光学系统的数值孔径(“NA”)是管理成像器可用的光的总量的控制特征，并且通常被定义为光学系统的透镜的孔径与透镜的焦距的比。在数学上来说，NA是孔径开口的直径d的一半除以透镜的焦距f。在数字成像器中，焦距是指在期望的图像被聚焦到阵列上时透镜组和光学传感器阵列的表面之间的光学距离。

成像器的景深和由成像器所捕获的成像器的亮度是NA和提供图像的空间分辨率的光学传感器的数目的函数。这些参数是互相联系的，从而实际上需要在捕获的图像的亮度和该图像的景深之间的折衷。换句话说，在现有的成像器中，期望的是亮图像(以照亮图像内的视觉细节)，但是图像越亮，景深越小，反之亦然。

这种折衷例如在常规的CCD型的内窥镜或管道镜中容易被说明，其中照明通常为环境条件所限制，因此有利于一种具有足够大的孔径以提供可用量的光并给予亮度的设计，但是对于特定应用需要足够小的孔径以提供足够的景深。时常地，这样的折衷牺牲了双方的最佳状况，从而导致具有差景深的暗图像。

与常规成像器相关联的另一个缺点起因于为了移动光学系统的透镜并改变光学系统的光进入孔径而需要的复杂且精密的(通常为机械的)系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种允许捕获并显示既明亮又有高景深的图像的电子成像装置。

在本发明的一个方面，提供一种包括多个第一光敏元件和多个第二光敏元件的成像器。多个第二光敏元件中的每个光敏元件被布置成靠近多个第一光敏元件中相应的光敏元件，从而形成多个双光敏元件。多个第一光敏元件中的每个具有第一光接收数值孔径。多个第二光敏元件中的每个具有第二光接收数值孔径，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收角。

在本发明的另一方面，提供一种包括多个光传感器的电荷耦合器件(CCD)。多个光传感器中的每个包括具有第一光接收数值孔径的第一光检测器和具有第二光接收角的第二光检测器，第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。

在本发明的又一方面，提供一种电荷耦合器件，该电荷耦合器件包括具有第一光接收数值孔径的多个第一光传感器元件。多个第一光传感器元件中的每个布置至少一个具有第二光接收数值孔径的第二光传感器元件来靠近它，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。

根据本发明的又一可选实施例，提供一种成像装置。该成像装置包括至少一个透镜和布置成靠近至少一个透镜元件的焦平面的半导体器件。该半导体器件包括光传感器的阵列。该光传感器的阵列包括具有第一光接收数值孔径的多个第一光传感器和具有第二光接收数值孔径的多个第二光传感器。多个第一光传感器中的每个被布置成靠近多个第二光传感器中相应的光传感器。该成像装置进一步包括与该半导体器件进行通信的图像处理器。

根据本发明的又一可选实施例，提供一种电荷耦合器件，该电荷耦合器件包括布置在第一平面(例如焦平面)中的多个第一光传感器和也布置在第一平面中的多个第二光传感器。该电荷耦合器件进一步包括布置成靠近第一平面的孔径掩模。该孔径掩模限定了多个第一开口和多个第二开口。多个第一开口中的每个限定了第一区域，以及多个第二开口中的每个限定了第二区域，其中第一区域大于第二区域。多个第一开口中的每个与多个第一光传感器中相应的光传感器相关联，以及多个第二开口中的每个与多个第二光传感器中相应的光传感器相关联。

本发明的附加特征和优点将在后面的具体实施方式中进行阐述，并且对于本领域技术人员而言根据该描述，部分将容易是显然的，或者通过实践如在此所述的本发明而被认识到，所述本发明包括后面的具体实施方式、权利要求书以及附图。

应当理解，前面的概括描述和后面的详细描述仅仅是本发明的说明性实例，并且打算提供用于理解所要求保护的本发明的特性和特征的概观或框架。附图被包括以提供对本发明的进一步理解，以及被结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明了本发明的各种实施例，并且与本说明书一起用来解释本发明的原理和操作。

附图说明

图1是根据本发明的视频检查装置；

图1A是根据本发明的成像装置的图示；

图1B是图1A的成像装置的可选实施例的图示；

图1C是图1B中示意性示出的多元光传感器的部分放大图；

图2A是本发明的图像传感器芯片的一个实施例的部分放大图；

图2B是本发明的图像传感器芯片的可选实施例的部分放大图；

图2C是本发明的图像传感器芯片的可选实施例的部分放大图；

图2D是本发明的图像传感器芯片的可选实施例的部分放大图；

图2E是本发明的图像传感器芯片的可选实施例的部分放大图；

图3A是来自本发明的多个小数值孔径光传感器的信号的图形表示；

图3B是来自与其信号被描绘在图3A中的小数值孔径光传感器相关联的多个大数值孔径光传感器的信号的图形表示；

图3C是图3A和图3B中所示的信号的组合在处理后的图形表示，图3A和图3B的幅度不需要相同；

图4A是根据本发明的图像传感器芯片的部分横截面图；

图4B是根据本发明的可选图像传感器芯片的部分横截面图；以及

图4C是本发明的图像传感器芯片的可选实施例的部分放大图。

具体实施方式

应当理解，本发明在其应用上并不限于这里在优选实施例的详细描述中所述或者在附图中所说明的部件的结构和排列的细节。本发明还可以具有其它实施例，并且可以以各种方式来实践或执行。

现在将详细参考本发明的当前优选实施例，它们的例子在附图中被说明。为了清楚起见，只要有可能，将在整个附图中使用同样的附图标记来指相同或类似的部分。

参考图1，说明了来自例如Everest VIT，Inc.of Flanders，New Jersey的市场上可买到的类型的根据本发明的视频成像检查装置200(在该说明性实施例中是管道镜)。如在该说明性实施例中所示，这样的装置可以包括便携式装运/操作箱202，该便携式装运/操作箱202包括该装置的电源204和光源例如金属卤化物弧光灯(未示出)。装运/操作箱202被示出为通过电缆208与手持装置(handpiece)206进行有效的通信。手持装置206可以包括例如LCD监视器210(其显示由成像装置所看到的图像)、操纵杆控制器212(用于控制(articulate)视频成像检查装置200的远端218)、以及按钮组216(用于访问测量、数字、以及与视频成像检查装置200相关联的测量控制)。手持装置206还与插入管214相连接，该插入管终止于远端218。如在此所用，术语“远”可以表示“在管道镜的尖端的方向上距手持装置206最远。”插入管220可以根据期望的应用通过改变插入管214的直径和长度来定尺寸。插入管214的内部(未示出)可以包括标准成像器线和通信/控制装置，例如纤维光学电缆和清晰度(articulation)电线。

视频成像检查装置200的插入管214的远端218包括图像传感器100，该图像传感器100包括透镜系统和成像芯片100。

参考图1A，示出了其中实现本发明的成像装置100的图示。在共同拥有的2004年1月29日提交的顺序号为10/768,761的美国专利申请中公开了关于该成像装置的附加细节，该申请的整个公开由此被结合以作参考。成像装置100包括分别沿成像轴或光轴布置的透镜102和图像传感器104。透镜102被配置成将平行光线聚焦到焦平面103上，从而允许图像被聚焦到图像传感器104上。图像传感器104包括光敏芯片10，该光敏芯片10包括布置在基板20上的多元光传感器16、18的阵列。多个多元光传感器16、18中的每个被布置在透镜102的焦平面103处或其附近。多元光传感器16、18中的每个包括至少一个大数值孔径光传感器16和至少一个小数值孔径光传感器18。“数值孔径”在此被定义为可以进入或离开光学系统或元件的子午射线的最大圆锥的顶角的正弦乘以该锥的顶点所位于的介质的折射率。如在此所用，术语“大数值孔径光传感器”和“小数值孔径光传感器”是相对的参考术语，也就是说，大数值孔径光传感器是比小数值孔径光传感器具有更大的数值孔径或光接收角的光传感器。根据装置的特定需求，大数值孔径光传感器和小数值孔径光传感器都可以具有通常所认为的大的或小的数值孔径。光敏芯片10进一步包括孔径掩模层22。孔径掩模层22可以是例如使用常规半导体芯片制造技术所淀积的不透明材料层。使用常规的光刻和蚀刻技术来产生开口108。如图1A所示，大数值孔径光传感器16和孔径掩模层22中的相关开口108的尺寸一起限定了该大数值孔径光传感器的光接收角θ_L。类似地，小数值孔径光传感器18和孔径掩模层22中的相关开口108的尺寸一起限定了该小数值孔径光传感器的光接收角θ_S。

在一个实施例中，如图1B所示，其中多元光传感器16、18包括一个大数值孔径光传感器16和一个小数值孔径光传感器18，该大数值孔径光传感器16与其相关联的小数值孔径光传感器18被布置成使得它们各自的光接收角θ_L、θ_S的顶点尽可能地接近一致。这样的放置允许由小数值孔径光传感器18所接收的光的会聚锥基本上集中在由大数值孔径光传感器16所接收的光的会聚锥内。这样的安排允许捕获最清楚或最佳分辨率的图像，因为目标图像的相同点由两个光传感器捕获，从而使图像的模糊减到最低。图1C示出多元光传感器16、18的横截面放大示意图。示出了开口108的结构对大数值孔径光传感器16和小数值孔径光传感器18的数值孔径的影响。在孔径掩模层22中开口108的壁110可以倾斜以接近每个光传感器各自的光接收角，从而允许最大量的光到达每个光传感器16、18。侧面110的倾角取决于光学特性，举例来说，比如透镜102的焦距。

然而在本发明的其他实施例中，有可能以光的会聚锥仅仅部分重叠这样一种方式来安排大数值孔径光传感器16和小数值孔径光传感器18。此外，因为每个光传感器产生与入射到它的光成比例的电信号，并且这些信号中的每个被分开读取和存储，所以电信号可用信号处理算法以任何组合进行组合以在合成图像中实现期望的效果。

现在转向本发明的光敏芯片10的各种说明性实施例，参考图2A、图2B、图2C、图2D和图2E，示出了本发明的光敏芯片10的各种实施例的前平面图。芯片10包括多元光传感器的n×n阵列12。每个多元光传感器包括一个大数值孔径光传感器16和至少一个小数值孔径光传感器18。每个大数值孔径光传感器16和每个小数值孔径光传感器18产生与入射到相应光传感器的光的强度成比例的各个电信号。来自构成多元光传感器的大和小数值孔径光传感器16、18的这两个电信号使用数字信号处理技术进行组合以产生复合电信号。大数值孔径像素和小数值孔径像素的相对数值孔径基于成像装置的使用需求而被选择。例如，在管道镜应用中，大数值孔径像素可被设计成具有从约F1至约F4的F数，小数值孔径像素可被设计成具有从约F12至约F25的F数，并且大数值孔径与小数值孔径的比可在从约3到约25的范围中。

在一个实施例中，如图2A所示，每个多元光传感器14包括一个单独的大数值孔径光传感器16和一个单独的小数值孔径光传感器18。在图2A所示的实施例中，大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、 16g、16h、16i被示出为布置成具有约5μm周期性(periodicity)的二维矩形类栅格(grid-like)阵列。小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i同样被布置成二维类栅格阵列，其中每个小数值孔径光传感器18被布置成靠近相关联的大数值孔径光传感器16。图2A示出了与其相关联的大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i布置在相同行中的小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i。然而本领域技术人员将会认识到，大数值孔径像素16与其相关联的小数值孔径像素18的相对放置是取决于芯片制造工艺和将使用芯片10的光学系统的性能的设计选择。例如，图2B示出了本发明的芯片10的一个可选实施例。每个大数值孔径光传感器16仍然具有一个被布置成靠近与其相关联的大数值孔径光传感器16的小数值孔径光传感器18。然而在该说明性实施例中，大数值孔径光传感器16被排列成二维类栅格阵列16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i，小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i被布置成二维类栅格阵列，其中大数值孔径光传感器的行与小数值孔径光传感器的行交替。因此，大数值孔径光传感器16与其相关联的小数值孔径光传感器18被布置在相同的列中。孔径掩模层22(图1A所示)被应用于该芯片，并且与光传感器元件的所选择大小一起被使用以将每个光传感器元件配置成具有期望的数值孔径。

在芯片10的又一个可选实施例中，如图2C所示，大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i是排列成二维类栅格阵列的环形光传感器。大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i在形状上基本上是环形。小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i被定尺寸以在大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i的环的中心开口的范围内，并且被布置在其相关联的大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i的边界内。小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i可以是任何形状，举例来说，例如圆形、六边形或矩形。小数值孔径光传感器18的形状是取决于各种因素的设计选择，所述各种因素除了其它考虑之外还包括芯片制造工艺、大数值孔径光传感器的形状因子、以及相关光学系统的设计。在本发明的芯片10的一个实施例中，环形光传感器和中心传感器在彼此符合时被布置在距透镜102的不同距离处。在一个实施例中，小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i基本上集中在大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i内。在一个可选实施例中，小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i的质心与大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i的质心基本上不在同一位置。

然而应当注意，虽然大数值孔径光传感器16和小数值孔径光传感器18在图2A和图2B中已被描绘为矩形元件，以及在图2C中被描绘为圆形元件，但是这些几何表示仅仅是为了便于获得对本发明的可能实施例的理解。设计光敏芯片的本领域技术人员将会认识到，每个光传感器元件的几何形状是完全在本领域普通技术人员的能力范围之内的唯一的设计选择，并且用于说明附图的几何形状决不是对本发明的限制。

在又一个实施例中，如图2D所示，本发明的芯片10包括大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e、16f、16g、16h、16i、16j、16k、16m、16n、16p、16q的第一二维类栅格阵列以及小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d、18e、18f、18g、18h、18i、18j、18k、18m、18n、18p、18q的第二二维类栅格阵列。这两个阵列被布置成使得一个阵列的每个元件邻近另一阵列的四个元件。换句话说，大和小数值孔径的行和列都是交替的。这样的配置适用于非常灵活的图像捕获信号后处理。在这种配置中，每个多元光传感器14包括一个单独的大数值孔径光传感器16，它的电信号和与其相关联的高达四个小数值孔径光传感器18相组合，或者包括一个单独的小数值孔径光传感器18，它的电信号可以与高达四个相邻的大数值孔径光传感器相组合。本领域技术人员将会理解，芯片10的这种配置在选择来自哪些大数值孔径光传感器16的电信号与来自哪些小数值孔径光传感器18的电信号相组合时允许更多的灵活性。例如，在一个实施例中，本发明被配置成将来自小数值孔径光传感器18b、18d、18e和18h的电信号与来自大数值孔径光传感器16e的电信号相组合，并且将来自小数值孔径光传感器18c、18e、18f和18i的电信号与来自大数值孔径光传感器16f的电信号相组合。因此，来自多个小数值孔径光传感器的电信号可以与来自一个单独的大数值孔径光传感器的电信号相组合。

在又一个实施例中，如图5所示，本发明的芯片10包括大数值孔径光传感器16a、16b、16c、16d、16e的第一二维类栅格阵列以及小数值孔径光传感器18a、18b、18c、18d的第二二维类栅格阵列。这两个阵列被布置成使得一个阵列的每个元件邻近另一阵列的四个元件。换句话说，大和小数值孔径的行和列都是交替的。在这种配置中，大数值孔径光传感器16和小数值孔径光传感器18都是单色的，被配置成捕获灰度图像。当读出芯片时，小数值孔径光传感器的电信号与大数值孔径光传感器16的电信号保持分开。然后对这些分开的电信号进行一个插值过程，这显示在图5b中。该插值过程对于大数值孔径电信号和小数值孔径电信号是并行执行的。在图5a中的大数值孔径光传感器16a和16b的情况下，源自这些光传感器的电信号在小数值孔径光传感器18a被读出的时间周期期间具有不连续性。图5b的插值处理器计算一个合适的电信号值以取代这种不连续性。这个取代电信号由来自邻近单独的小数值孔径光传感器18a的四个大数值孔径光传感器的电信号的组合组成。类似地，在图5a中的小数值孔径光传感器18b和18c的情况下，源自这些光传感器的电信号在大数值孔径光传感器16c被读出的时间周期期间具有不连续性。图5b的插值处理器计算一个合适的电信号值以取代这种不连续性。这个取代电信号由来自邻近单独的大数值孔径光传感器16c的四个小数值孔径光传感器的电信号的组合组成。插值过程的输出是两个并行图像阵列，大数值孔径光传感器的一个如图5c所示，小数值孔径光传感器的另一个如图5d所示。这两个并行的图像阵列被输入到图5e的决策矩阵中。对于图5f的输出图像的每个元素，在来自图5c的阵列的大数值孔径元素的高亮度和来自图5d的阵列的小数值孔径元素的增大的景深之间做出决策。因此图5e的输出图像是大和小数值孔径元素的组合。这个实施例的例子将是具有良好照明的前景和黑暗背景的场景。决策矩阵将选择小数值孔径元素来对前景进行成像，并且对于更暗的背景选择大数值孔径元素，从而使得合成图像的质量好于由单独的数值孔径组成的图像的质量，后者必须在捕获的图像的亮度和图像的景深之间进行折衷。应当注意，虽然这个例子使用了3×3矩阵，但是其它尺寸的矩阵也可用来适合不同的成像器尺寸和处理需求。

转向图2E，示出了本发明的图像检测芯片10的一个可选实施例。图像传感器芯片10包括布置在基板20上的大数值孔径光传感器元件16的二维类栅格阵列和小数值孔径光传感器元件18的二维类栅格阵列。与先前讨论的实施例不同，在这个实施例中，大和小数值孔径光传感器16、18具有相同的光接收区域。通过转向图4B可以获得对图像检测芯片10的结构的更好理解。掩模层22的高度在图像检测芯片10的表面上进行变化，并且用来对每个光传感器设定数值孔径。可以看到，小数值孔径光传感器的顶角θ_S小于大数值孔径光传感器的顶角θ_L。

在又一个实施例中，如图6中所示，本发明的芯片10包括大数值孔径光传感器L1，L2，L4，L5...的第一二维类栅格阵列以及小数值孔径光传感器G1，R2，G3，R4，G5，B6，G7，B8，G9，B10...的第二二维类栅格阵列。这两个阵列如图6a所示那样布置。在这种配置中，大数值孔径光传感器L是单色的，被配置成捕获灰度图像。小数值孔径光传感器G1，R2，G3，R4，G5，B6，G7，B8，G9，B10...是彩色的，按照工业标准拜尔模式排列以捕获彩色图像。当芯片被读出时，小数值孔径彩色光传感器的电信号与大数值孔径单色光传感器16的电信号保持分开。图6a的输出是两个并行的图像阵列，一个是如图6c所示的大数值孔径光传感器的单色阵列，另一个是如图6b所示的小数值孔径光传感器的阵列。这两个并行的图像阵列被输入到图6d的合成器中。对于图6e的输出图像的每个元素，图6c的高亮度、单色、大数值孔径阵列的元素与来自图6b的小数值孔径阵列的彩色元素相组合。图6b中的彩色元素在与单色元素组合之前按照工业标准拜尔解码器(未示出)进行解码。因此图6e的输出图像是小孔径彩色和大孔径单色元素的组合。在一个良好照明的场景中，彩色元素占优势并且在图6e的输出中产生高景深的彩色图像。在一个黑暗的场景中，小数值孔径彩色元素的输出将减少，并且大数值孔径单色元素将占优势，从而在图6e的输出中产生明亮的、低景深的图像。在这方面，小数值孔径彩色元素和高数值孔径单色元素的组合模仿了人眼的杆和锥结构。应当注意，虽然这个例子使用了拜尔彩色编码，但是其它彩色编码方法也可以容易地被采用。

在一个未示出的可选实施例中，光传感器元件的数值孔径通过使孔径掩模层22具有基本均匀的厚度但是使大和小数值孔径光传感器16、18位于芯片10的基板20的不同的级或层上来控制。

通过转向图4A可以获得对于在对特定光传感器确定数值孔径时图像检测芯片10的结构以及光传感器尺寸与孔径掩模层厚度之间的相互关系更好的理解。图4A示出图2A的图像传感器芯片10的部分横截面图。可以看到，图像传感器芯片10包括基板20，在该基板20上布置大和小数值孔径光传感器16、18。在这个实施例中，大和小数值孔径光传感器16、18是两种不同的尺寸，大数值孔径光传感器16的尺寸比小数值孔径光传感器18的尺寸大。图像传感器芯片10进一步包括孔径掩模层22。该孔径掩模层22被淀积在基板20上，并且使用常规光刻技术来蚀刻以使大和小数值孔径光传感器阵列曝光。孔径掩模层22的厚度可以与光传感器16、18的尺寸一起被选择，以对于大和小数值孔径光传感器16、18提供期望的数值孔径。

图3A示出来自若干小数值孔径像素的代表性电信号，例如本发明的小数值孔径像素的一行或一列、或者部分行或部分列。小数值孔径像素提供高分辨率图像信号。这可以是黑白图像信号。

图3B示出来自图3a中所示的相同行或列或者部分的行或列的相应大数值孔径像素的代表性电信号。与小数值孔径像素对比，大数值孔径像素产生具有相对较低分辨率的信号。这可以是图3A的更低分辨率和不同幅度形式的彩色信息。

图3C示出代表性的处理的合成信号，其中来自大数值孔径像素与其对应的小数值孔径像素的电信号已被组合。该处理的合成信号是具有大幅度和高分辨率的电信号。因此，产生了在景深方面优于使用常规CCD图像传感器所捕获的图像的图像。处理的合成信号然后可以被存储在存储装置中，例如硬盘驱动器、可移动光学或磁介质等，以用于随后显示或被发送到显示器以进行即时观看。对于信号处理领域的技术人员而言，下述将容易是显而易见的，可以使用许多不同的方法来组合来自大数值孔径像素与其相关联的一个或多个小数值孔径像素的电信号，以便获得具有期望程度的亮度和分辨率的图像。合适的方法包括尤其是信噪比减去技术、图像缝合算法、插值技术、增益平衡和平滑技术的使用，以组合来自大和小数值孔径光传感器的电信号，并处理这些信号以实现明亮的大景深成像装置而不借助于移动透镜或改变孔径光阑。这些技术的使用被数字图像处理领域的技术人员很好地理解。

在一个方面，本发明包括一种电子成像装置，该电子成像装置包括：多个第一光敏元件，多个第一光敏元件中的每个具有第一光接收角；多个第二光敏元件，多个第二光敏元件中的每个具有第二光接收数值孔径，多个第二光敏元件中的每个光敏元件被布置成靠近多个第一光敏元件中相应的光敏元件从而形成多个双光敏元件；其中第一光接收角大于第二光接收角。

在另一方面，本发明包括一种电子成像装置，该电子成像装置包括：多个光传感器，每个光传感器包括：具有第一光接收数值孔径的第一光检测器；以及具有第二光接收数值孔径的第二光检测器，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。在又一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中每个光传感器包括具有第三光接收数值孔径的第三光检测器，其中第三光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。在另一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中每个光传感器包括具有第四光接收数值孔径的第四光检测器，其中第四光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。在另一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中每个光传感器包括具有第五光接收数值孔径的第五光检测器，其中第五光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。

在又一方面，本发明包括一种电子成像装置，该电子成像装置包括具有第一光接收数值孔径的多个第一光传感器元件，其中多个第一光传感器元件中的每个布置至少一个具有第二光接收数值孔径的第二光传感器元件来靠近它，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。

在又一方面，本发明包括一种成像装置，该成像装置包括：透镜；布置成靠近透镜的焦平面的半导体器件，该半导体器件包括多个光传感器；以及与该半导体器件通信的图像处理器，其中多个光传感器包括具有第一光接收数值孔径的多个第一光传感器和具有第二光接收数值孔径的多个第二光传感器；其中多个第一光传感器中的每个被布置成靠近多个第二光传感器中相应的光传感器。

在另一方面，本发明包括一种具有焦平面的电子成像装置，该电子成像装置包括：布置在第一平面中的多个第一光传感器，其中所述第一平面基本上平行于焦平面；布置在第一平面中的多个第二光传感器；以及布置成靠近多个第一光传感器的孔径掩模；该孔径掩模限定了多个第一开口和多个第二开口；其中多个第一开口中的每个具有第一区域；其中多个第二开口中的每个具有第二区域；其中第一区域大于第二区域；其中多个第一开口中的每个与多个第一光传感器中相应的光传感器相关联；以及其中多个第二开口中的每个与多个第二光传感器中相应的光传感器相关联。在又一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中多个第二光传感器包括至少与多个第一光传感器同样多的光传感器。在另一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中多个第一光传感器中的每个光传感器布置多个第二光传感器中的至少一个传感器来靠近它，从而形成多光传感器成像元件。在另一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中多光传感器成像元件包括多个第二光传感器中的至少两个光传感器。在又一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中多光传感器成像元件包括多个第二光传感器中的至少三个光传感器。在又一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中多光传感器成像元件包括多个第二光传感器中的至少四个光传感器。在另一方面，本发明包括一种电子成像装置，其中多个第一光传感器中的每个光传感器产生与入射到该光传感器的光量成比例的信号；其中多个第一光传感器中的每个光传感器产生与入射到该光传感器的光量成比例的信号；其中电荷耦合器件进一步包括控制电路，用于组合来自多个第一光传感器中所选择的光传感器的信号与来自多个第二光传感器中所选择的光传感器的信号。

在又一方面，本发明包括一种视频检查装置，该视频检查装置包括：显示器；具有在其远端布置的图像传感器和透镜的插入管，该图像传感器和显示器进行通信，该图像传感器包括电子成像器，该电子成像器包括：多个光传感器，每个光传感器包括：具有第一光接收数值孔径的第一光检测器；以及具有第二光接收数值孔径的第二光检测器，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径。

在又一方面，本发明包括一种远程通信装置，该远程通信装置包括：无线收发器；以及图像传感器，该图像传感器包括：多个光传感器，每个光传感器包括：具有第一光接收数值孔径的第一光检测器；以及具有第二光接收数值孔径的第二光检测器，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径；其中来自第一光检测器的电信号和来自第二光检测器的电信号进行组合以产生景深大于仅使用第一光检测器的电信号所构造的图像的景深的图像。

在另一方面，本发明包括一种数字照相机，该数字照相机包括：图像传感器，该图像传感器包括：多个光传感器，每个光传感器包括：具有第一光接收数值孔径的第一光检测器；以及具有第二光接收数值孔径的第二光检测器，其中第二光接收数值孔径小于第一光接收数值孔径；其中来自第一光检测器的电信号和来自第二光检测器的电信号进行组合以产生景深大于仅使用第一光检测器的电信号所构造的图像的景深的图像。

在又一方面，本发明包括一种远程视觉检查装置，该远程视觉检查装置包括：基础模块；计算模块；可拆卸检查模块；互连模块；电源模块；单位显示模块和控制模块；以及成像传感器，其中该成像传感器包括多个第一光敏元件，多个第一光敏元件中的每个具有第一光接收角；多个第二光敏元件，多个第二光敏元件中的每个具有第二光接收数值孔径，多个第二光敏元件中的每个光敏元件被布置成靠近多个第一光敏元件中相应的光敏元件，从而形成多个双光敏元件；其中第一光接收角大于第二光接收角。等同物

虽然本发明已经参考特定实施例进行了特别地示出和描述，但是本领域技术人员应该理解，可以在其中进行在形式和细节上的各种改变，而不脱离如由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1、一种电子成像装置，包括：

多个传感器元件，其中第一预定数目的多个传感器元件具有第一数值孔径值，以及第二预定数目的多个传感器元件具有第二数值孔径值，以及其中第一数值孔径值和第二数值孔径值不同。

2、根据权利要求1所述的电子成像装置，其中多个传感器元件被排列成使得第一预定数目的多个传感器元件中的每个被布置成靠近第二预定数目的多个传感器元件中的每个。

3、根据权利要求1所述的电子成像装置，其中第一预定数目的多个传感器元件与第二预定数目的多个传感器元件相等。

4、根据权利要求1所述的电子成像装置，其中多个传感器元件被排列成具有多个行和多个列的类栅格阵列。

5、一种电子成像装置，包括：

多个第一光敏元件，其中多个第一光敏元件中的每个具有第一光接收角；

多个第二光敏元件，其中多个第二光敏元件中的每个具有第二光接收数值孔径，以及其中多个第二光敏元件中的每个光敏元件被布置成靠近多个第一光敏元件中相应的光敏元件，从而形成多个双光敏元件；以及

其中第一光接收角与第二光接收角不同。

6、一种电子成像装置，包括：

多个光传感器，其中多个光传感器中的每个包括多个光检测器，所述多个光检测器包括：

具有第一光接收数值孔径的第一光检测器；

具有第二光接收数值孔径的第二光检测器，其中第二光接收数值孔径与第一光接收数值孔径不同；以及

至少一个附加的光检测器，其中所述至少一个附加的光检测器中的至少一个具有与第一光接收数值孔径不同的光接收数值孔径。

7、一种成像装置，包括：

透镜；

布置成靠近透镜的焦平面的半导体器件，其中该半导体器件包括多个传感器元件；

与该半导体器件进行通信的图像处理器；以及

其中第一预定数目的多个传感器元件具有第一数值孔径值，以及第二预定数目的多个传感器元件具有第二数值孔径值，以及其中第一数值孔径值与第二数值孔径值不同。

8、一种具有焦平面的电子成像装置，包括：

布置在第一平面中的多个第一光传感器，其中所述第一平面基本上平行于焦平面；

布置在第一平面中的多个第二光传感器；以及

布置成靠近多个第一光传感器的孔径掩模，其中该孔径掩模限定了多个第一开口和多个第二开口，以及其中多个第一开口中的每个具有第一区域，以及多个第二开口中的每个具有第二区域，以及其中第一区域与第二区域不同，以及其中多个第一开口中的每个与多个第一光传感器中相应的光传感器相关联，以及其中多个第二开口中的每个与多个第二光传感器中相应的光传感器相关联。

9、一种视频检查装置，包括：

显示器；

具有在其远端布置的图像传感器和透镜的插入管，其中该图像传感器和该显示器进行通信并且包括电子成像器，其中该电子成像器包括：

多个传感器元件，其中第一预定数目的多个传感器元件具有第一数值孔径值，以及第二预定数目的多个传感器元件具有第二数值孔径值，以及其中第一数值孔径值与第二数值孔径值不同。

10、一种远程视觉检查装置，包括：

基础模块；

计算模块；

可拆卸检查模块；

互连模块；

电源模块；

单位显示模块和控制模块；以及

图像传感器，其中该图像传感器包括多个传感器元件，以及其中第一预定数目的多个传感器元件具有第一数值孔径值，以及第二预定数目的多个传感器元件具有第二数值孔径值，以及其中第一数值孔径值与第二数值孔径值不同。