CN105030184B - 用于空间受限位置中的成像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

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，其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，具有仅与该第一矩形区域的共享侧，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是与该连接电路通讯耦接。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是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电性信号，该支撑电子装置是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。

Description

用于空间受限位置中的成像系统及方法
技术领域
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
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
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。
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
图1描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像系统。
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。
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。
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。
图5描绘先前技艺影像传感器。
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。
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。
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。
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。
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。
图10A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。
图10B是以与使用于图10A中的横剖面视图正交的横剖面视图描绘图10A的成像系统。
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。
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。
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。
图14描绘依据实施例的用于空间受限位置中的成像方法。
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
发明详述
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(CCD)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。
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。
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。影像传感器220的形成因子及成像性质二者的性质可与影像传感器210的该等者不同。例如，影像传感器210与选择性的影像传感器220具有不同的分辨率或不同的灵敏度。选择性地，或与之结合地，影像传感器210及选择性的影像传感器220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。
成像物镜250及影像传感器210是组构使得成像物镜250的光轴与像素数组215的表面法线实质地垂直。选择性的影像传感器220是定位使得对像素数组225的表面法线与成像物镜250的光轴实质地平行。在某些实施例中，反射表面230是组构使得对该处的表面法线与成像物镜250的光轴及像素数组215的表面法线在实质45度角处。
在某些实施例中，成像系统200进一步包含光源240，用以照明情景。光源240具有实用性，例如，在医学内视镜检查术及其中将被成像的区域是黑暗或照明不足的其他使用设想情况中。
虽然并未被显示于图2中，但成像系统200的替代实施例包含控制/处理系统160及连接170。
图3描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统300。成像系统300是图1的成像系统100的实施例。成像系统300是与图2的成像系统200相似，除了分光器立方体335置换成像系统200的棱镜235之外。分光器立方体335包含接口330，其是反射表面130(图1)的实施例。
图4描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统400。成像系统400是图1的成像系统100的实施例。成像系统400是与图2的成像系统200相似，除了反射镜435置换成像系统200的棱镜235之外。反射镜435包含表面430，其是反射表面130(图1)的实施例。表面430可在面向成像物镜250的反射镜435的侧上，如图4中所描绘地，或在远离成像物镜250的反射镜435的侧上。表面430可包含电介质涂布或金属涂布，用以产生所欲的反射性质，如与图2的成像系统200相关联所描绘地。
图5描绘先前技艺影像传感器500。先前技艺影像传感器500包含像素数组510、电子电路520、及可焊接的连接器540。电子电路520包含支撑电子装置以供像素数组510的操作之用。连接器540是诸如接脚的对象，用以建立先前技艺影像传感器500与其外部的系统间的连接。当被实施于具有圆柱形的封闭体的传统医学内视镜相机之中时，先前技艺影像传感器500是取向使得对像素数组510的表面法线与圆柱体的轴平行。包容圆590描绘圆柱体所必须具有的最小的圆周，以使先前技艺影像传感器500适合在其内。
图6以顶部平面视图描绘用于空间受限位置中的一代表性影像传感器600。影像传感器600被有利地实施成图1的影像传感器120，或成图2、3、及4的影像传感器210。影像传感器600包含像素数组610、支撑电子装置630、及用以连接像素数组610与支撑电子装置630的连接电路620。像素数组610对入射其上的光产生电性回应。支撑电子装置630包含与像素数组610的条件相关联的功能，以产生电性响应。支撑电子装置630进一步包含用以处理由像素数组610所产生的响应入射光的电性信号，以产生表示被形成在像素数组610上的影像的电性影像信号的功能。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，以产生该电性影像信号的功能。连接电路620包含连接器，用以连接像素数组610的像素与支撑电子装置630。在某些实施例中，连接电路仅包含接头。
支撑电子装置630是设置临近像素数组610的一侧，而像素数组610的其他三侧仅与连接电路相关联。像素数组610及连接电路620是包含在第一矩形区域601内。支撑电子装置630是包含在第二矩形区域602内，其仅与第一矩形区域共享一侧603。支撑电子装置630包含诸如图2、3、及4的接口260的四个连接器640，用以建立支撑电子装置630与其外部的系统间的连接。选择性地，支撑电子装置630包含额外的选择性的连接器645。
在实施例中，于与共享侧603平行的尺寸中，支撑电子装置630的大小不大于在该相同尺寸中的像素数组610及连接电路620的大小。请参阅由x轴681及y轴682所组成的坐标系统，在此所考虑的尺寸是y尺寸。在此尺寸中的像素数组610及连接电路620的大小是由箭头680所指示。在另一实施例中，于与共享侧603平行的尺寸中，支撑电子装置630的大小是与在该相同尺寸中的像素数组610及连接电路620的大小相似。在又一实施例中，最接近共享侧603的像素数组610的侧边长度是与该相同侧边平行的尺寸中的支撑电子装置630的大小的至少90％。当与图6中的绘图相较时，在远离像素数组610的方向中的支撑电子装置630的大小可予以增加或减少，而不会背离关于此点的范畴。在某些实施例中，影像传感器600是由单一晶粒所形成，以致使像素数组610、连接电路620、及支撑电子装置630在相同的晶粒上。此在像素数组610与支撑电子装置630之间的连接电路620中，促成短的连接。所以，此实施例可在其中像素数组610及支撑电子装置630是在分离的晶粒上的系统上，提供增进的性能。在实施例中，影像传感器600是实施于，例如，医学内视镜的内视镜中。
影像传感器600的组态促成实施至，其中在像素数组的平面内的一尺寸中采取严厉的空间约束于影像传感器的大小上，而在像素数组的平面内的与该处正交的尺寸中具有较宽松的空间约束或无空间约束，的系统内。影像传感器600可被取向使得共享侧603在与较严厉的空间约束相关联的尺寸中。在一实施例中，矩形区域601的所有侧是在长度中，小于1毫米。在另一实施例中，矩形区域601的所有侧是在长度中，小于2毫米。
在实施例中，像素数组610具有与先前技艺影像传感器500(图5)的像素数组510的尺寸相同的尺寸。然而，影像传感器的所有支撑电子装置630是设置在仅邻近像素数组610的一侧的矩形区域602内。因此，在与共享侧603平行的尺寸中的影像传感器600的大小，可被做成比其中支撑电子装置在所有四侧包围像素数组510的先前技艺影像传感器500的对应大小更小。
在实施例中，支撑电子装置630是组构使得连接器640的第一、第二、及第三者分别接收来自外部源的电力、电性接地连接、及频率信号，而连接器640的第四者传送输出信号至外部系统。该输出信号是例如，表示由影像传感器600所撷取的影像的电性影像信号。当与图5的先前技艺影像传感器500相较时，影像传感器600进一步包含额外的选择性的连接器645。虽然先前技艺影像传感器500仅具有用于四个连接器540的空间(图5)，但影像传感器600的支撑电子装置630可借由适当地定尺寸支撑电子装置630的区域，而使适应除了四个连接器640外的任何数目的选择性连接器645。诸如先前技艺影像传感器500的传统的影像传感器需要四个连接器，用以接收电力、电性接地、及频率信号，以及输出影像信号。支撑电子装置630可利用选择性的连接器以接收例如，要控制曝光时间、增益、及白平衡之中一者或多者的额外信号。支撑电子装置630可进一步利用额外的接脚，而接收要操作具有很小像素的像素数组所需的负电压。在远离像素数组610的方向中的支撑电子装置630的大小的增加将允许比图6中所示的四更大数目的选择性连接器645。该增加并不与在和共享侧平行的尺寸中的支撑电子装置630的增加的大小相关联。在某些实施例中，连接器640及选择性的连接器645是可焊接的连接器。除了供应额外的连接器645之外，当与先前技艺影像传感器500相较时，支撑电子装置630可供应诸如模拟至数字转换的额外的功能。而且，额外的连接器645可在支撑电子装置630内促成诸如自动增益控制及/或自动白平衡的功能。该功能可用以在各种情形下提供所欲的影像质量。
图7A及7B以相互正交的横剖面视图描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统700。图7A及7B是偶而在本文中统称为图7。成像系统700利用图6的影像传感器。成像系统700是具有被实施成影像传感器210(图2、3、及4)的影像传感器600(图6)的图1的成像系统100、图2的200、图3的300、及图4的400的实施例。在某些实施例中，成像系统700是实施于内视镜中。成像系统700包含影像传感器600(图6)、反射表面730、成像物镜750、接口760、封闭体790，及选择性地，光源240(图2、3、及4)。成像物镜750是成像物镜250(图2、3、及4)的实施例。反射表面730可使用如图2中所描绘的棱镜、如图3中所描绘的分光器立方体、如图4中所描绘的反射镜，而予以实施，或可被实施成为能反射光的任何其他的表面或接口，而不会背离关于此点的范畴。封闭体790是封闭体290(图2、3、及4)的实施例，且在形状上是圆柱形的。封闭体790可具有其他的形状，而不会背离关于此点的范畴。例如，封闭体790可具有实质椭圆的横剖面，可是矩形立方体，或可是具有弄成圆形的边缘的矩形立方体。虽然并未被显示于图7中，但成像系统700的替代实施例包含控制/处理系统160及连接170。
图7A以横剖面视图显示成像系统700，其中该横剖面是在由成像物镜750的光轴及对像素数组610的表面法线所跨越的平面中取得。影像传感器600是组构使得支撑电子装置630(图3)以沿着成像物镜750的光轴的方向延伸离开像素数组610。成像物镜750的光轴是与封闭体790的圆柱轴实质地平行。图7B以横剖面视图显示成像系统700，其中该横剖面是沿着图7A的线7B-7B而在与成像物镜750的光轴正交及与像素数组610的表面法线平行的平面中取得。在与邻近支撑电子装置的像素数组610(图6)的侧边620平行的尺寸中，影像传感器600的大小向下地限制封闭体790的直径。在此尺寸中的影像传感器600的大小是由像素数组610及连接电路620(图6)的大小所界定。用于比较，假定像素数组610具有与影像传感器500(图5)的像素数组510相同的面积，包容圆590(图5)是描绘于图7B中。明显地，封闭体790的直径是比包容圆590的该者更有效地小。因此，影像传感器600的非对称组态能提供更精致相机的解决方法。
在实施例中，系统700是医学内视镜相机。相关联的使用环境在与成像物镜的光轴正交的尺寸中采取严厉的空间约束于相机上，以及在与成像物镜的光轴平行的尺寸中采取较宽松的空间约束。对医学内视镜相机的共同要求在于，例如，不具有选择性的控制/处理系统160及选择性的连接170的影像系统700的相机可在与成像物镜的光轴正交的尺寸中，具有不大于10毫米的大小。
虽然图7A及7B描绘被组构以致使支撑电子装置630比像素数组610更靠近成像物镜750的影像传感器600，但影像传感器600可被重组构使得支撑电子装置630较远离成像物镜750，而不致背离关于此点的范畴。例如，影像传感器600可在影像系统700内具有对应如图7A中所描绘的影像传感器600的围绕像素数组610的表面法线旋转180度的组态，而不会背离关于此点的范畴。
在实施例中，影像传感器600是定位尽可能接近反射表面730。例如，像素数组610与提供反射表面730的对象间的距离可由像素数组610上的覆盖玻璃(未显示于图6或7中)的厚度所界定。在另一实施例中，成像物镜750与提供反射表面730的对象间的距离是小于3毫米。
图8以顶部平面视图描绘用于空间受限位置中的一代表性影像传感器800。影像传感器800是图6的影像传感器600的修正例。影像传感器800被有利地实施成图1的影像传感器120，或成图2、3、及4的影像传感器210。影像传感器800可被进一步实施于图7的系统700中，而取代影像传感器600。影像传感器800包含矩形像素数组810、支撑电子装置630(图6)、及用以连接像素数组810至支撑电子装置630的连接电路820。矩形像素数组810及连接电路820是包含在矩形区域801内。支撑电子装置630是包含在矩形区域602(图6)内。矩形区域801及602仅共享一侧803。矩形像素数组810具有相互正交的较短及较长侧，其中较短侧是与共享侧803实质地平行。
当与影像传感器600的像素数组610(图6)相较时，像素数组810及连接电路820是以离开支撑电子装置630的方向延伸。请参阅由x轴681(图6)及y轴682(图6)所组成的坐标系统，像素数组810及连接电路820是以x尺寸延伸。当与影像传感器600相较时，像素数组810及连接电路820的大小是在y尺寸中不改变，且等于大小680(图6)。当取代影像传感器600而被实施于系统700之中时，影像传感器800是以实质沿着成像物镜750(图7)的光轴的方向延伸。在系统700的医学内视镜相机实施例中，与图7相关连所讨论地，影像传感器800是在系统700的较少受限的尺寸中延伸。因此，影像传感器800提供与影像传感器600的该等者不同的长宽比的影像，而不会与空间约束冲突，且当与像素数组610相较时，无需在任何尺寸中减少像素数组810的尺寸大小。
图9以横剖面视图描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统900。成像系统900是成像系统700(图7)的修正例。影像传感器905置换影像传感器600(图6及7)，反射表面930置换反射表面730(图7)，以及具有等于包容圆590的直径的直径的圆柱形封闭体990置换封闭体790(图7)。影像传感器905是影像传感器600(图6及7)的被按比例扩大的形式。影像传感器905包含像素数组910、连接电路920、及支撑电子装置(未显示于图9中)。影像传感器905的支撑电子装置是与像素数组910及连接电路相关联而被设置，如与像素数组610(图6及7)及连接电路620(图6及7)相关联的支撑电子装置630(图6及7)的情况一样地。
如在图7B中的成像系统700的情况中一样地，图9以横剖面视图显示成像系统900，其中该横剖面是沿着图7A的线7B-7B而在与成像物镜750的光轴正交及与像素数组910的表面法线平行的平面中取得。影像传感器905是影像传感器600(图6)的修正例，而在尺寸大小中按比例扩大以适合在包容圆之内590且使用其内的空间。反射表面930是反射表面730的被对应地按比例扩大的形式。
在实例中，先前技艺影像传感器500(图5)的像素数组510具有280x 280像素，且占有先前技艺影像传感器500的光接受面的52％的表面面积。在借由使用与图6相关联所讨论的影像传感器组态及与图7相关联所讨论的成像系统配置的比较中，影像传感器905的像素数组910可具有360x 360像素，其中各该像素具有与像素数组510的像素相同的尺寸大小。进一步地，像素数组910占有由像素数组910及连接电路920所占有的面积的86％。此实例说明的是，当与先前技艺影像传感器500相较时，与图6相关联所讨论的影像传感器组态及与图7相关联所讨论的成像系统的结合，将以在像素数目中的65％的增加提供增大的像素分辨率。在替代的实例中，当与像素数组510相较时，像素数组910具有与像素数组510相同的像素数目，但是各像素的面积增加33％。当与先前技艺影像传感器500相较时，此解决方法提供影像传感器905的增大的光敏性。
图10A及10B以相互正交的横剖面视图描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统1000。图10A及10B是偶而在本文中统称为图10。成像系统1000是图7的成像系统700的延伸，其进一步包含第二影像传感器。成像系统1000是组构使得其两个影像传感器可同时撷取影像。如与图2相关联所讨论地，该两个影像传感器可具有不同的性质。成像系统1000与成像系统700有三点不同：(a)成像系统1000进一步包含图5的先前技艺影像传感器500，(b)反射表面1030置换成像系统700的反射表面730，(c)封闭体1090置换成像系统700的封闭体790。在某些实施例中，成像系统1000是实施于，例如，医学内视镜的内视镜中。
图10A以横剖面视图显示成像系统1000，其中该横剖面是在由成像物镜750的光轴及对像素数组610的表面法线所跨越的平面中取得。图10B以横剖面视图显示成像系统1000，其中该横剖面是沿着图10A的线10B-10B而在与成像物镜750的光轴正交及与像素数组610的表面法线平行的尺寸中取得。先前技艺影像传感器500是设置使得像素数组510的表面法线(图5)与成像物镜750的光轴平行。成像系统1000是组构使得先前技艺影像传感器500成像由反射表面1030所传送的光。反射表面1030是反射表面730的实施例，具有适合以朝向影像传感器600及先前技艺影像传感器500二者指引光的反射及透射系数。当与封闭体790(图7)相较时，封闭体1090被放大以便适应先前技艺影像传感器500。从而，封闭体1090具有与图5的包容圆590相同的直径。此在图10B中是明显的，其中封闭体1090与包容圆590一致。
值得注意的是，若影像传感器600及反射表面1030被去除自成像系统1000时，则生成的成像系统将是例如，被组构用于医学内视镜中的实施的传统成像系统。然而，借由使用影像传感器600的非对称组态及反射表面1030的包括，成像系统1000提供两个影像传感器在与被使用于传统成像系统的相同的封闭体内。因此，成像系统1000提供凌驾于对应传统成像系统的增进的多功能性。
成像系统1000可被组构以影像传感器905(图9)，以取代影像传感器600，以及选择性地，以反射表面930(图9)，以取代反射表面1030，而不会背离关于此点的范畴。如自图9显而易见地，影像传感器905将适合在封闭体1090内。在此实施例中，成像系统1000提供额外的影像传感器于对应的传统系统上，且该额外的影像传感器具有比先前技艺影像传感器500的像素数组510更大的像素数组910(图9)。此实施例可在传统系统上提供增强的成像能力。
图11描绘用以在空间受限位置中成像的一代表性影像传感器1100。影像传感器1100包含像素数组1110、连接电路1120、及支撑电子装置1130。支撑电子装置1130进一步包含连接器1140。像素数组1110是与连接电路1120通讯地耦接，其依序与支撑电子装置1130通讯地耦接。像素数组1110响应入射于其上的光而产生电性信号。该等电性信号是经由连接电路1120而被传送至支撑电子装置1130。支撑电子装置1130从经由连接电路1120而自像素数组1110接收的电性信号产生电性影像信号。此电性影像信号表示形成在像素数组1110上的影像，且可使用连接器1140而被传送至外部系统。支撑电子装置透过连接器1140而接收来自影像传感器1100的外部的电性信号。在实施例中，该等电性信号包含用于影像传感器1100的操作的电力、接地、及频率信号。在另一实施例中，自影像传感器1100的外部所接收的该等电性信号进一步包含诸如增益控制信号、曝光时间控制信号、白平衡控制信号之一或多个控制信号，及用于具有很小像素的像素数组的操作所需的负电压。
在一实施例中，影像传感器1100是图6的影像传感器600。在此实施例中，像素数组1110是像素数组610(图6)，连接电路1120是连接电路620(图6)，支撑电子装置1130是支撑电子装置630，以及连接器1140是连接器640(图6)且选择性地，是选择性的连接器645(图6)。在另一实施例中，影像传感器1100是图9的影像传感器905。在此实施例中，像素数组1110是像素数组910(图9)，连接电路1120是连接电路920(图9)，支撑电子装置1130是影像传感器905的支撑电子装置(未显示于图9中)，以及连接器1140是影像传感器905的连接器(亦未显示于图9中)。在某些实施例中，影像传感器1100是实施于，例如，医学内视镜的内视镜中。
图12描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统1200。成像系统1200包含图11的影像传感器1100；成像物镜1250，用以形成影像于像素数组1110(图11)上；控制/处理系统160；以及接口1260，与连接器1140(图11)及控制/处理系统160通讯地耦接，用以在影像传感器1100与控制/处理系统160(图1)之间传送电性信号。在某些实施例中，成像系统1200进一步包含反射表面1230，用以朝向像素数组1110重指引由成像物镜1250所传送的至少一部分的光。成像系统1200可进一步包含与接口1260通讯耦接的光源240(图2)，以致使接口1260控制光源240。选择性地，选择性的光源240是与连接器1140(未显示于图12中)通讯地耦接，且由支撑电子装置1130所控制。在实施例中，成像系统1200进一步包含用以保持且至少部分地包围影像传感器1100的封闭体1290，成像物镜1250，接口1260，选择性的反射表面1230，及选择性的光源240。控制/处理系统160控制影像传感器1100，且选择性地，光源240。此外，控制/处理系统160处理由支撑电子装置1130所产生的电性影像信号。例如，控制/处理系统160产生影像且显示影像至用户，或控制/处理系统160分析该电性影像信号。
在一实施例中，影像传感器1100是影像传感器600(图6及7)，成像物镜1250是成像物镜750(图7)，选择性的封闭体1290是封闭体790(图7)，接口1260是接口760(图7)，以及选择性的反射表面1230是反射表面730(图7)，其中成像系统1200是如与图7相关联所讨论地予以组构。在另一实施例中，影像传感器1100是影像传感器900(图9)，成像物镜1250是成像物镜750(图7)，选择性的封闭体1290是封闭体790(图7)，接口1260是接口760(图7)，以及选择性的反射表面1230是反射表面730(图7)，其中成像系统1200是如与图7相关联所讨论地予以组构。在某些实施例中，成像系统1200是实施于，例如，医学内视镜的内视镜中。
图13描绘用于空间受限位置中的一代表性成像系统1300。成像系统1300是成像系统1200(图12)的延伸，其进一步包含第二影像传感器1310。影像传感器1100成像由反射表面1230所反射的至少一部分的光。第二影像传感器1310是与反射表面1230及接口1260通讯地耦接。第二影像传感器1310成像由反射表面1230所传送的至少一部分的光。在实施例中，第二影像传感器1310是先前技艺影像传感器500(图5)，以及成像系统1300是如与图10相关联所讨论地予以组构。如与图2及10相关联所讨论地，成像系统1300借由提供两个影像传感器而提供增进的多功能性及/或性能。在某些实施例中，成像系统1300是实施于，例如，医学内视镜的内视镜中。
图14描绘用于空间受限位置中的一代表性成像方法1400。成像方法1400可借由图7的成像系统700而予以执行。在步骤1410中，成像物镜形成情景的影像于像素数组上。例如，成像物镜750(图7)形成影像于影像传感器600(图6及7)的像素数组610上。选择性地，步骤1410包含步骤1420，其中由成像物镜所传送的至少一部分的光是朝向像素数组反射，而形成影像。例如，反射表面730(图7)朝向像素数组610(图6及7)反射由成像物镜750(图7)所传送的至少一部分的光。
在步骤1430中，像素数组响应步骤1410中所入射的光而产生电性信号。例如，像素数组610(图6及7)回应由成像物镜750(图7)所入射于其上的光而产生电性信号。在步骤1440中，由像素数组所产生的响应入射光的电性信号是自像素数组传送至被设置至像素数组的一侧的支撑电子装置。例如，依据与图11相关联的讨论，由像素数组610(图6及7)所产生的回应入射光的电性信号，是经由连接电路620(图6及7)而被传送至支撑电子装置630(图6及7)。在步骤1450中，支撑电子装置处理在步骤1440中所接收的电性信号，而产生表示在步骤1410中被形成于像素数组上的影像的电性影像信号。例如，依据与图11相关联的讨论，支撑电子装置630(图6及7)处理经由连接电路620(图6及7)所接收自像素数组610(图6及7)的电性信号，而产生表示被形成在像素数组610上的影像的电性影像信号。在选择性的步骤1460中，于步骤1450中所产生的电性影像信号是传送至外部系统。例如，依据与图12相关联的讨论，支撑电子装置630(图6及7)使用连接器640(图6及7)，及选择性地，连接器645(图6及7)，而经由接口760(图7)传送电性影像信号至控制/处理系统160(图1及12)。
方法1400进一步包含步骤1470及1480，以及选择性的步骤1490。该等步骤是与步骤1410、1430、1440、1450，及选择性地，步骤1460，并联地执行。在步骤1470中，外部系统传送电性信号至支撑电子装置。该等信号可包含例如，电力、接地、频率信号、及/或用以控制诸如增益、曝光时间、及白平衡的影像传感器更进步功能的控制信号。例如，依据与图12相关联的讨论，控制/处理系统160(图1及12)经由接口760(图7)而传送电力、接地、频率信号、及/或增益控制信号至支撑电子装置630(图6及7)的连接器640(图6及7)及/或选择性的连接器645(图6及7)。在步骤1480中，支撑电子装置处理在步骤1470中所接收的电性信号。例如，支撑电子装置630(图6及7)处理所接收自控制/处理系统160(图1及12)的电性信号。在选择性的步骤1490中，由支撑电子装置在步骤1480中所处理的一或多个电性信号是传送至像素数组以供其合适的操作之用。例如，支撑电子装置630(图6及7)经由连接电路620(图6及7)传送电力及接地至像素数组610(图6及7)。
图15描绘用于空间受限位置中的一代表性成像方法1500。成像方法1500是成像方法1400(图14)的延伸，而进一步包含自第二影像传感器获得影像。成像方法1500可借由图10的成像系统1000而予以执行。在步骤1510中，成像物镜自该成像物镜所传送且由反射表面朝向像素数组所反射的至少一部分的光，形成情景的影像于第一影像传感器的像素数组上。例如，成像物镜750(图7)以朝向像素数组610(图6及7)反射由成像物镜750(图7)所传送的至少一部分的光的反射表面730(图7)，形成影像于影像传感器600(图6及7)的像素数组610上。在步骤1520中，如与图14相关联所讨论地，方法1500执行方法1400的步骤1430、1440、1450、以及选择性的步骤1460，用于第一影像传感器。在与步骤1510及1520并联执行的步骤1530中，成像方法1500执行方法1400的步骤1470及1480、以及选择性的步骤1490，用于第一影像传感器。
与执行步骤1510、1520、及1530并联地，方法1500执行步骤1540及1550、以及选择性的步骤1460。在步骤1540中，影像是由物镜及反射表面所传送的至少一部分的光而被形成于第二影像传感器的像素数组上，其中该物镜及反射表面是与步骤1510中所使用者相同。例如，影像是由成像物镜750(图7及10)及反射表面1030(图10)所传送的至少一部分的光而被形成于先前技艺影像传感器500(图5及10)的像素数组510(图5及10)上。在步骤1550中，第二影像传感器产生表示在步骤1540中被形成在第二影像传感器的像素数组上的影像的电性影像信号。例如，先前技艺影像传感器500(图5及10)使用本项技艺中所已知的方法而产生表示被形成在像素数组510(图5及10)上的影像的电性影像信号。必要的电性信号是透过接口760而自例如，控制/处理系统160(图1及12)的外部系统传送至该处。在选择性的步骤1560中，由第二影像传感器所产生的电性影像信号是传送至外部系统。例如，先前技艺影像传感器500(图5及10)经由接口760而传送电性影像信号至诸如，控制/处理系统160(图1及12)的外部系统。
特性的组合
在此所叙述的特性以及下文所主张的该等申请专利范围可以以种种方式结合，而不会背离其范畴。例如，将被理解的是，在此所叙述的用于空间受限位置中的成像系统或方法的观点可结合或交换在此所叙述的用于空间受限位置中的另一成像系统或方法的特性。以下实施例描述上文所叙述的实施例的可能的，非限制的结合。应呈明显的是，许多其他的改变及修正可对本文的方法及系统予以做成，而不会背离此发明的精神及范畴。
(A)一种用于空间受限位置中的成像系统可包含第一影像传感器，用以撷取影像且具有(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，该支撑电子装置是与该连接电路通讯耦接。
(B)在如(A)所示的成像系统中，在与该共享侧平行的尺寸中，该共享侧具有由该像素数组与该连接电路的大小所界定的长度。
(C)在如(A)及(B)所示的成像系统中，该像素数组可是具有较长侧及较短侧的矩形，其中该较长侧与该较短侧是相互正交且该较短侧是与该共享侧平行。
(D)在如(A)至(C)所示的成像系统中，该支撑电子装置可包含至少六个连接器，用于与在该第一影像传感器的外部的系统形成电性接点。
(E)在如(D)所示的成像系统中，该支撑电子装置可被组构用以接收来自该等电性接点的信号，以供控制曝光时间、增益、及白平衡的至少一者之用。
(F)如(A)至(E)所示的成像系统可进一步包含成像物镜，用以形成该影像且具有第一光轴，该第一光轴是以非零角度对该像素数组的表面法线取向。
(G)如(F)所示的成像系统可进一步包含反射表面，用以朝向该像素数组反射由该成像物镜所传送的至少一部分的光。
(H)在如(G)所示的成像系统中，该光轴可与该表面法线实质正交。
(I)在如(H)所示的成像系统中，该共享侧可与该光轴及该表面法线实质正交。
(J)在如(G)至(I)所示的成像系统中，该反射表面可被组构以反射借由内反射的至少一部分的光。
(K)在如(G)至(I)所示的成像系统中，该反射表面可是反射镜的表面。
(L)在如(G)至(J)所示的成像系统中，该反射表面可是两组件间的接口。
(M)在如(A)至(L)所示的成像系统中，该第一影像传感器可是CMOS影像传感器。
(N)在如(A)至(L)所示的成像系统中，该第一影像传感器可是CCD影像传感器。
(O)如(A)至(M)所示的成像系统可进一步包含封闭体。
(P)如(G)至(M)所示的成像系统可进一步包含封闭体，用以保持该第一影像传感器、该反射表面、及该成像物镜，使得该系统在与该第一光轴正交的尺寸中具有不大于10毫米的大小。
(Q)如(A)至(P)所示的成像系统可进一步包含系统，在该第一影像传感器的外部，用于该第一影像传感器的功能的控制及/或由该第一影像传感器所撷取的影像的处理。
(R)如(G)至(Q)所示的成像系统可进一步包含第二影像传感器，用以撷取由来自该成像物镜及该反射表面的至少一部分的光所形成的影像。
(S)在如(R)所示的成像系统中，来自该成像物镜及该反射表面的至少一部分的光可由该反射表面所传送。
(T)在如(R)及(S)所示的成像系统中，该第二影像传感器可具有与该第一影像传感器的对应性质不同的至少一性质。
(U)在如(R)至(T)所示的成像系统中，该第二影像传感器可是CMOS影像传感器。
(V)在如(R)至(T)所示的成像系统中，该第二影像传感器可是CCD影像传感器。
(W)如(R)至(V)所示的成像系统可进一步包含系统，在该第一及第二影像传感器的外部，用于该第一及第二影像传感器的至少一者的功能的控制及/或由该第一及第二影像传感器的至少一者所撷取的影像的处理。
(X)如(A)至(R)所示的成像系统可被实施于医学内视镜中。
(Y)一种用于空间受限位置中的成像方法可包含(i)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是包含在具有第一侧的第一矩形区域内；以及(ii)在该像素数组与支撑电子装置之间通讯第一电性信号，该支撑电子装置是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。
(Z)如(Y)所示的成像方法可进一步包含使用该支撑电子装置以处理接收自该像素数组的第一电性信号，而产生表示该影像的电性影像信号。
(AA)如(Z)所示的成像方法可进一步包含传送来自该支撑电子装置的该电性影像信号至该影像传感器外部的控制/处理系统。
(AB)如(Y)及(Z)所示的成像方法可进一步包含传送来自该控制/处理系统的电性控制信号至该影像传感器。
(AC)如(AA)所示的成像方法可进一步包含传送来自该控制/处理系统的电性控制信号至该影像传感器。
(AD)在如(AB)及(AC)所示的成像方法中，传送电性控制信号的该步骤可包含传送用以控制曝光时间、增益、及白平衡的至少一者的电性控制信号。
(AE)在如(Y)至(AD)所示的成像方法中，形成影像的该步骤可进一步包含使用成像物镜。
(AF)在如(AE)所示的成像方法中，形成影像的该步骤可进一步包含朝向该影像传感器反射由该成像物镜所传送的至少一部分的光，以指引该至少一部分的光，其中该成像物镜具有与该影像传感器的表面法线实质正交的光轴。
(AG)如(AA)至(AF)所示的成像方法可进一步包含形成影像于第二影像传感器上。
(AH)如(AE)所示的成像方法可进一步包含由该成像物镜所传送及该反射表面所传送的至少一部分的光在第二影像传感器上形成影像。
改变可在上述系统、装置、及方法中予以做成，而不会背离其范畴。因此，应被注意的是，包含于上述说明中及显示于附图中的内容应被解读成描绘性的且非在限制的观念中。下文的申请专利范围是打算要涵盖本文所叙述的一般的及特定的特性，以及做成文字内容的本发明系统、装置、及方法的范畴的所有声明可说是落在其间。

Claims (23)

1.一种用于医学内视镜中的成像系统，其包含：
第一影像传感器，其用以撷取医学内视镜影像且具有(a)第一矩形区域，所述第一矩形区域包含像素数组及与所述像素数组通讯耦接的连接电路，以及(b)第二矩形区域，其与所述第一矩形区域仅共享一个共享侧，并包含多个支撑电子装置，用于像素数组控制及信号获取，所述多个支撑电子装置是与所述连接电路通讯耦接；
成像物镜，其用以形成所述医学内视镜影像且具有第一光轴，所述第一光轴以非零角度对所述像素数组的表面法线取向；以及
反射表面，用以朝向所述像素数组光谱上非选择性地反射由所述成像物镜所传送的至少第一部分的光，
其中所述第一影像传感器、所述成像物镜和所述反射表面协同组构用于所述医学内视镜中的成像系统的实施。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中在与所述共享侧平行的尺寸中，所述共享侧具有由所述像素数组与所述连接电路的大小所界定的长度。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述像素数组是具有较长侧及较短侧的矩形，所述较长侧与所述较短侧相互正交且所述较短侧与所述共享侧平行。
4.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述多个支撑电子装置包含至少六个连接器，其用于与在所述第一影像传感器的外部的系统形成电性接点。
5.根据权利要求4所述的成像系统，其进一步包含在所述第一影像传感器的外部的所述系统。
6.根据权利要求4所述的成像系统，其中所述支撑电子装置是经组构用以接收来自所述电性接点的信号，以供控制曝光时间、增益、及白平衡的至少一个之用。
7.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述光轴与所述表面法线实质正交。
8.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述共享侧与所述光轴及所述表面法线实质正交。
9.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述反射表面是组构以借由全内反射反射所述至少第一部分的光。
10.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述反射表面是反射镜的表面。
11.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述反射表面是两组件间的接触面。
12.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包含医学内视镜封闭体，用以容纳所述第一影像传感器、所述反射表面、及所述成像物镜，所述成像系统在与所述第一光轴正交的尺寸中具有不大于10毫米的大小。
13.根据权利要求1所述的成像系统，其是实施于医学内视镜中。
14.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包含第二影像传感器，用以撷取由来自所述成像物镜及所述反射表面的至少一部分的光所形成的影像。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第二影像传感器具有至少一种性质，其与所述第一影像传感器的对应性质不同。
16.一种用于医学内视镜中的成像方法，其包含：
使用具有光轴且至少部分地定位在医学内视镜封闭体内的成像物镜形成场景的第一医学内视镜影像于影像传感器的像素数组上，所述影像传感器具有以非零角度对所述光轴取向的表面法线并定位在所述医学内视镜封闭体内，所述影像传感器的所述像素数组包含在具有第一侧的第一矩形区域内，所述形成场景的步骤包括不进行光谱上选择地反射来自所述场景的由所述成像物镜传送的至少第一部分的光，以将第一部分的光指引至所述像素数组；以及
在所述像素数组与多个支撑电子装置之间传送第一电性信号，所述多个支撑电子装置是位于所述影像传感器上且被包含在第二矩形区域内，所述第二矩形区域与所述第一矩形区域仅共享一侧。
17.根据权利要求16所述的成像方法，其进一步包含使用所述多个支撑电子装置以处理接收自所述像素数组的第一电性信号，而产生表示所述第一医学内视镜影像的电性影像信号。
18.根据权利要求17所述的成像方法，其进一步包含传送来自所述多个支撑电子装置的所述电性影像信号至所述影像传感器外部的控制/处理系统。
19.根据权利要求18所述的成像方法，其进一步包含传送来自所述控制/处理系统的电性控制信号至所述影像传感器。
20.根据权利要求19所述的成像方法，其中传送电性控制信号的步骤包含传送用以控制曝光时间、增益、及白平衡的至少一个的电性控制信号。
21.根据权利要求16所述的成像方法，其中在形成的步骤中，所述光轴与所述表面法线实质正交。
22.根据权利要求16所述的成像方法，其中反射的步骤包括：
在反射表面上反射所述第一部分的光；以及
从所述成像物镜和所述反射表面传送的第二部分的光在第二影像传感器上形成第二医学内视镜影像，所述第二影像传感器定位在所述医学内视镜封闭体内。
23.根据权利要求22所述的成像方法，其中所述反射表面为光谱上非选择性的，反射的步骤包括从相同谱成分的光形成所述第一医学内视镜影像和所述第二医学内视镜影像。
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