CN110381300A - 具有四个图像传感器的成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及一种具有四个图像传感器的成像系统。具有四个图像传感器的成像系统包括第一分色滤光器、第二分色滤光器及第三分色滤光器。所述第一分色滤光器将具有第一波长带及第二波长带的光朝向第二分色滤光器反射，且将具有第三波长带及第四波长带的光朝向所述第三分色滤光器透射。所述第二分色滤光器将具有所述第一波长带的光朝向第一图像传感器反射，且将具有所述第二波长带的光朝向第二图像传感器透射。所述第三分色滤光器将具有所述第三波长带的光朝向第三图像传感器反射，且将具有所述第四波长带的光朝向第四图像传感器透射。所述第一分色滤光器、所述第二分色滤光器及所述第三分色滤光器包含于集成部分中。

Description

具有四个图像传感器的成像系统

技术领域

本发明涉及一种成像系统，且更具体来说涉及一种具有四个图像传感器的成像系统。

背景技术

彩色图像传感器通常产生三原色图像。三原色通常是红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)。在对使用拜耳(Bayer)彩色滤光器阵列检测的图像进行内插之后获得三原色图像。或者，三个单色图像传感器可用于获得三原色图像。不需要内插。每一图像传感器在不进行内插的情况下检测原色图像。分色滤光器通常用于选择性地将特定色彩透射或反射，因此，具有特定色彩(红色、绿色或蓝色)的光将到达单色图像传感器且由单色图像传感器检测。单色图像传感器与彩色图像传感器相同，但不具有覆盖光敏像素的彩色滤光器阵列。

在一些应用中，可需要第四色彩或波长带。举例来说，在安全摄像机中，夜间视力需要IR图像检测。在另一实例中，IR图像检测用于姿势辨识。在又一实例中，飞行时间(TOF)检测需要IR像素。TOF IR像素可需要不同于RGB像素的常规电路且比所述常规电路更复杂的特定电路。TOF IR像素能够检测从目标到图像传感器或像素的距离。因此，在单个图像传感器中在RGB像素当中实施TOF IR像素可并非直截了当的。因此，需要具有四个图像传感器的成像系统。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种成像系统。所述成像系统包括：成像透镜；第一分色滤光器、第二分色滤光器及第三分色滤光器；以及第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器及第四图像传感器；其中所述第一分色滤光器将具有第一波长带及第二波长带的光朝向第二分色滤光器反射，且将具有第三波长带及第四波长带的光朝向所述第三分色滤光器透射，所述第二分色滤光器将具有所述第一波长带的光朝向所述第一图像传感器反射，且将具有所述第二波长带的光朝向所述第二图像传感器透射，且所述第三分色滤光器将具有所述第三波长带的光朝向所述第三图像传感器反射，且将具有所述第四波长带的光朝向所述第四图像传感器透射；其中所述成像透镜在所述第一图像传感器上形成所述第一波长带的2D图像，在所述第二图像传感器上形成所述第二波长带的2D图像，在所述第三图像传感器上形成所述第三波长带的2D图像，且在所述第四图像传感器上形成所述第四波长带的2D图像；且其中所述第一分色滤光器、所述第二分色滤光器及所述第三分色滤光器包含于集成部分中。

本发明的另一实施例涉及一种用于形成成像系统的方法。所述方法包括：提供具有交替地包含第一分色滤光器及第二分色滤光器的多个分束器立方体的分束器立方体晶片，所述第一分色滤光器将具有第一波长带及第二波长带的光反射且将具有第三波长带及第四波长带的光透射，且所述第二分色滤光器将具有所述第一波长带的光反射且将具有所述第二波长带的光透射；提供第一透镜晶片，所述第一透镜晶片具有第一衬底及在所述第一衬底上复制的多个第一晶片级透镜；将所述第一透镜晶片安置于所述分束器立方体晶片上，每一第一晶片级透镜与所述第一分色滤光器对准且无晶片级透镜与所述第二分色滤光器对准；切割所述第一透镜晶片及所述分束器立方体晶片以形成包括第一晶片透镜、所述第一分色滤光器及所述第二分色滤光器的单体化单元。

附图说明

参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似参考编号指代相似部件。

图1图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的包括三个分束器立方体的成像系统的示范性实施例。

图2图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的包括相同大小的两个棱镜及较小大小的两个棱镜的成像系统的示范性实施例。

图3图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的包括相同大小的两个棱镜及较大大小的一棱镜的成像系统的示范性实施例。

图4图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的包括三个分束器立方体的成像系统的另一示范性实施例。

图5A图解说明根据本发明的示范性分束器立方体晶片的横截面。

图5B图解说明根据本发明的示范性分束器立方体晶片的俯视图。

图5C图解说明根据本发明的示范性分束器立方体晶片的透视图。

图6图解说明根据本发明的用于制作分束器立方体晶片的方法。

图7A图解说明根据本发明的示范性透镜晶片的横截面。

图7B图解说明根据本发明的示范性透镜晶片的俯视图。

图7C图解说明根据本发明的示范性透镜晶片的透视图。

图8图解说明根据本发明的包括安置于分束器立方体晶片上的透镜晶片的实施例。

图9图解说明根据本发明的从图8的实施例单体化的示范性单元。

图9A图解说明根据本发明的从图8的实施例单体化的另一示范性单元。

图10图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的包括图9A的单体化单元的成像系统的示范性实施例。

图11图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的包括图9A的单体化单元的成像系统的另一示范性实施例。

贯穿图式的数个视图，对应参考字符指示对应组件。技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改善对本发明的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。

具体实施方式

在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明了，无需采用特定细节来实践本发明。在其它例子中，未详细描述众所周知的材料或方法以便避免使本发明模糊。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方中出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必全部是指相同实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何适合组合及/或子组合而组合于一或多个实施例中。

揭示一种具有四个图像传感器的成像系统。所述成像系统可用于姿势辨识，且还用于可在白天检测可见场景且在夜间检测IR场景的安全摄像机。所述成像系统还将用于较容易地实施TOF像素以进行3D成像。换句话说，不在RGB像素中植入TOF像素。TOF像素形成仅具有TOF像素的单独图像传感器。所述成像系统可用于检测及稍后显示由四个色彩(例如，红色、绿色、蓝色及黄色)表示的生动图像，所述生动图像比仅由三原色表示的图像更佳。

图1图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的成像系统的示范性实施例100。实施例100包括成像透镜102、第一分束器立方体104，第一分束器立方体104具有安置于第一分束器立方体104的对角平面106上的第一分色滤光器106F。第一分束器立方体104包含两个棱镜104A及104B，对角平面106是两个棱镜104A与104B的界面。棱镜104A及104B可由相同材料制成。

具有第一波长带λ1、第二波长带λ2、第三波长带λ3及第四波长带λ4的入射光130通过成像透镜102且进入到第一分束器立方体104。为入射光130的一部分的具有第一波长带λ1及第二波长带λ2的光132由第一分色滤光器106F反射以进入第二分束器立方体108。为入射光130的一部分的具有第三波长带λ3及第四波长带λ4的光134被透射穿过第一分色滤光器106F以进入第三分束器立方体112。

进入第二分束器立方体108的光132被分成光136及光138。具有第一波长带λ1的光136由安置于第二分束器立方体108的对角平面110上的第二分色滤光器110F朝向第一图像传感器120反射。对角平面110垂直于对角平面106。第二分束器立方体108包含两个棱镜108A及108B，对角平面110是两个棱镜108A与108B的界面。棱镜108A及108B可由相同材料制成。具有第二波长带λ2的光138被穿过第二分色滤光器110F而朝向第二图像传感器122透射。

进入第三分束器立方体112的光134被分成光140及光142。具有第三波长带λ3的光140由安置于第三分束器立方体112的对角平面114上的第三分色滤光器114F朝向第三图像传感器124反射。对角平面114垂直于对角平面106。第三分束器立方体112包含两个棱镜112A及112B，对角平面114是两个棱镜112A与112B的界面。棱镜112A及112B可由相同材料制成。具有第四波长带λ4的光142被穿过第三分色滤光器114F而朝向第四图像传感器126透射。

第一、第二及第三分束器立方体优选地具有相同大小且由相同材料制成。因此，棱镜104A、104B、108A、108B、112A及112B由相同材料制成。第二分束器立方体108可直接附接到第一分束器立方体104的一侧。第三分束器立方体112可直接附接到第一分束器立方体104的另一侧，从而形成L形集成部分。L形集成部分可在第一与第二分束器立方体之间不具有空间，且在第一与第三分束器立方体之间不具有空间。以此方式，第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器包含于L形集成部分中。第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器可为多层干涉滤光器。

在一实施例中，具有与第一、第二及第三分束器立方体相同的大小的立方体116安置于L形集成部分的第二与第三分束器立方体之间的拐角处，从而形成集成立方体。任选地，集成立方体可具有介于第二分束器立方体108与立方体116之间的第一黑色涂层150及介于第三分束器立方体112与立方体116之间的第二黑色涂层152。立方体116可为或可不为分束器立方体。立方体116可由与分束器立方体104、108及112相同的材料制成。应了解，立方体116是任选的。

第一图像传感器120安装于第二分束器立方体108的棱镜108A上，第二图像传感器122安装于第二分束器立方体108的棱镜108B上，第三图像传感器124安装于第三分束器立方体112的棱镜112A上，且第四图像传感器126安装于第三分束器立方体112的棱镜112B上。在一实施例中，图像传感器安装有覆盖玻璃，在另一实施例中，图像传感器未安装有覆盖玻璃。

以此方式，入射光130被分成：具有第一波长带λ1的光136，其到达第一图像传感器120且由第一图像传感器120检测；具有第二波长带λ2的光138，其到达第二图像传感器122且由第二图像传感器122检测；具有第三波长带λ3的光140，其到达第三图像传感器124且由第三图像传感器124检测；及具有第四波长带λ4的光142，其到达第四图像传感器126且由第四图像传感器126检测。从成像透镜102到第一图像传感器120、第二图像传感器122、第三图像传感器124及第四图像传感器126的光路径的长度是相同的。

成像透镜102在第一图像传感器120上形成第一波长带λ1的2D图像，在第二图像传感器122上形成第二波长带λ2的2D图像，在第三图像传感器124上形成第三波长带λ3的2D图像，且在第四图像传感器126上形成第四波长带λ4的2D图像。

在一实施例中，第一波长带λ1对应于蓝色(B)，第二波长带λ2对应于绿色(G)，第三波长带λ3对应于红色(R)，且第四波长带λ4对应于红外光(IR)。所检测R、G及B图像可经组合以构成可见图像。具有四个图像传感器的成像系统可提供可见图像及其对应IR图像。在一实施例中，第一、第二、第三及第四图像传感器不具有彩色滤光器来覆盖所述图像传感器。无彩色滤光器阵列覆盖图像传感器的光敏像素。在其它实施例中，一些彩色滤光器可覆盖图像传感器的光敏像素。波长带λ1、λ2、λ3、λ4可或可不呈B、G、R、IR的次序。B、G、R、IR的任一次序或组合是可能的。

应了解，第一、第二、第三及第四波长带可对应于任一色彩。举例来说，第一波长带λ1对应于蓝色(B)，第二波长带λ2对应于绿色(G)，第三波长带λ3对应于红色(R)，且第四波长带λ4对应于黄色(Y)。B、G、R、Y的任一次序或组合是可能的。

成像透镜102可为透镜群组。在一实施例中，成像透镜102可为晶片级透镜。晶片级透镜可为从透镜晶片单体化。透镜晶片包括衬底及所述衬底上的多个复制透镜。应了解，成像透镜102可为适合于包含于具有四个图像传感器的成像系统中的任一透镜或透镜群组，不受晶片级透镜限制。

图2图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的成像系统的示范性实施例200。实施例200包括成像透镜102、第一棱镜204、第二棱镜212、第三棱镜208及第四棱镜214。所有棱镜优选地由相同材料制成。第一棱镜204及第二棱镜212具有相同大小。第三棱镜208及第四棱镜214具有为第一棱镜204的一半或第二棱镜212的一半的大小。第一分色滤光器106F安置于第一棱镜204与第二棱镜212的界面平面106上。第二分色滤光器110F安置于第一棱镜204与第三棱镜208的界面平面110上。第三分色滤光器114F安置于第二棱镜212与第四棱镜214的界面平面114上。

第一棱镜204、第二棱镜212、第三棱镜208及第四棱镜214形成L形集成部分。L形集成部分可在第一棱镜204与第二棱镜212之间不具有空间，在第一棱镜204与第三棱镜208之间不具有空间，且在第二棱镜212与第四棱镜214之间不具有空间。以此方式，第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器包含于L形集成部分中。第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器可为多层干涉滤光器。

在一实施例中，具有与第三棱镜208及第四棱镜214的边长相同的边长的立方体116安置于L形集成部分的第三棱镜208与第四棱镜214之间的拐角处，从而形成集成立方体。集成立方体可任选地具有介于第三棱镜208与立方体116之间的第一黑色涂层150及介于第四棱镜214与立方体116之间的第二黑色涂层152。立方体116可由与棱镜204、208、212及214相同的材料制成。应了解，立方体116是任选的。

具有第一波长带λ1、第二波长带λ2、第三波长带λ3及第四波长带λ4的入射光130通过成像透镜102且进入到第一棱镜204。为入射光130的一部分的具有第一波长带λ1及第二波长带λ2的光132由第一分色滤光器106F朝向第三棱镜208反射。为入射光130的一部分的具有第三波长带λ3及第四波长带λ4的光134被透射穿过第一分色滤光器106F以进入第二棱镜212。

光132被分成光136及光138。具有第一波长带λ1的光136由第二分色滤光器110F朝向第一图像传感器120反射。具有第二波长带λ2的光138被穿过第二分色滤光器110F而朝向第二图像传感器122透射。第二分色滤光器110F垂直于第一分色滤光器106F。

进入第二棱镜212的光134被分成光140及光142。具有第三波长带λ3的光140由第三分色滤光器114F朝向第三图像传感器124反射。具有第四波长带λ4的光142被穿过第三分色滤光器114F而朝向第四图像传感器126透射。第三分色滤光器114F垂直于第一分色滤光器106F。

第一图像传感器120安装于第一棱镜204上，第二图像传感器122安装于第三棱镜208上，第三图像传感器124安装于第二棱镜212上，且第四图像传感器126安装于第四棱镜214上。在一实施例中，图像传感器安装有覆盖玻璃，在另一实施例中，图像传感器未安装有覆盖玻璃。

以此方式，入射光130被分成：具有第一波长带λ1的光136，其到达第一图像传感器120且由第一图像传感器120检测；具有第二波长带λ2的光138，其到达第二图像传感器122且由第二图像传感器122检测；具有第三波长带λ3的光140，其到达第三图像传感器124且由第三图像传感器124检测；及具有第四波长带λ4的光142，其到达第四图像传感器126且由第四图像传感器126检测。从成像透镜102到第一图像传感器120、第二图像传感器122、第三图像传感器124及第四图像传感器126的光路径的长度是相同的。

成像透镜102在第一图像传感器120上形成第一波长带λ1的2D图像，在第二图像传感器122上形成第二波长带λ2的2D图像，在第三图像传感器124上形成第三波长带λ3的2D图像，且在第四图像传感器126上形成第四波长带λ4的2D图像。

在一实施例中，第一波长带λ1对应于蓝色(B)，第二波长带λ2对应于绿色(G)，第三波长带λ3对应于红色(R)，且第四波长带λ4对应于红外光(IR)。所检测R、G及B图像可经组合以构成可见图像。具有第四图像传感器的成像系统可提供可见图像及其对应IR图像。在一实施例中，第一、第二、第三及第四图像传感器不具有彩色滤光器来覆盖所述图像传感器。无彩色滤光器阵列覆盖图像传感器的光敏像素。在其它实施例中，一些彩色滤光器可覆盖图像传感器的光敏像素。波长带λ1、λ2、λ3、λ4可或可不呈B、G、R、IR的次序。B、G、R、IR的任一次序或组合是可能的。

应了解，第一、第二、第三及第四波长带可对应于任一色彩。举例来说，第一波长带λ1对应于蓝色(B)，第二波长带λ2对应于绿色(G)，第三波长带λ3对应于红色(R)，且第四波长带λ4对应于黄色(Y)。B、G、R、Y的任一次序或组合是可能的。

成像透镜102可为透镜群组。在一实施例中，成像透镜102可为晶片级透镜。晶片级透镜可为从透镜晶片单体化。透镜晶片包括衬底及所述衬底上的多个复制透镜。应了解，成像透镜102可为适合于包含于具有四个图像传感器的成像系统中的任一透镜或透镜群组，不受晶片级透镜限制。

图3图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的成像系统的示范性实施例300。图3的实施例300类似于图2的实施例200。实施例300与实施例200的不同之处是实施例200的第三棱镜208、第四棱镜214及立方体116在实施例300中由单个大棱镜316替代。大棱镜316具有为第一棱镜204的大小的两倍或第二棱镜212的大小的两倍的大小。第二分色滤光器110F安置于第一棱镜204与大棱镜316的界面平面110上。第三分色滤光器114F安置于第二棱镜212与大棱镜316的界面平面114上。界面平面110及界面平面114形成平面。类似于实施例100及200，第二分色滤光器110F不同于第三分色滤光器114F。第一分色滤光器106F安置于第一棱镜204与第二棱镜212的界面平面106上。

第一棱镜204、第二棱镜212及大棱镜316形成可为立方体的集成部分。第一棱镜204、第二棱镜212及大棱镜316优选地由相同材料制成。集成立方体可在第一棱镜204与第二棱镜212之间不具有空间，在第一棱镜204与大棱镜316之间不具有空间，且在第二棱镜212与大棱镜316之间不具有空间。以此方式，第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器包含于集成部分中。第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器可为多层干涉滤光器。

具有第一波长带λ1、第二波长带λ2、第三波长带λ3及第四波长带λ4的入射光130通过成像透镜102且进入到第一棱镜204。为入射光130的一部分的具有第一波长带λ1及第二波长带λ2的光132由第一分色滤光器106F朝向大棱镜316反射。为入射光130的一部分的具有第三波长带λ3及第四波长带λ4的光134被透射穿过第一分色滤光器106F以进入第二棱镜212。

光132被分成光136及光138。具有第一波长带λ1的光136由第二分色滤光器110F朝向第一图像传感器120反射。具有第二波长带λ2的光138被穿过第二分色滤光器110F而朝向第二图像传感器122透射。第二分色滤光器110F垂直于第一分色滤光器106F。

进入第二棱镜212的光134被分成光140及光142。具有第三波长带λ3的光140由第三分色滤光器114F朝向第三图像传感器124反射。具有第四波长带λ4的光142被穿过第三分色滤光器114F而朝向第四图像传感器126透射。第三分色滤光器114F垂直于第一分色滤光器106F。

第一图像传感器120安装于第一棱镜204上，第二图像传感器122安装于大棱镜316上，第三图像传感器124安装于第二棱镜212上，且第四图像传感器126安装于第三棱镜316上。在一实施例中，图像传感器安装有覆盖玻璃，在另一实施例中，图像传感器未安装有覆盖玻璃。

以此方式，入射光130被分成：具有第一波长带λ1的光136，其到达第一图像传感器120且由第一图像传感器120检测；具有第二波长带λ2的光138，其到达第二图像传感器122且由第二图像传感器122检测；具有第三波长带λ3的光140，其到达第三图像传感器124且由第三图像传感器124检测；及具有第四波长带λ4的光142，其到达第四图像传感器126且由第四图像传感器126检测。从成像透镜102到第一图像传感器120、第二图像传感器122、第三图像传感器124及第四图像传感器126的光路径的长度是相同的。

成像透镜102在第一图像传感器120上形成第一波长带λ1的2D图像，在第二图像传感器122上形成第二波长带λ2的2D图像，在第三图像传感器124上形成第三波长带λ3的2D图像，且在第四图像传感器126上形成第四波长带λ4的2D图像。

图4图解说明根据本发明的具有四个图像传感器的成像系统的示范性实施例400。图4的实施例400类似于图1的实施例100。实施例400与实施例100的不同之处是对角平面110平行于对角平面106。因此，第二分色滤光器110F平行于第一分色滤光器106F。因此，具有第一波长带λ1的光136由第二分色滤光器110F向下朝向第一图像传感器120反射。实施例400中的第一图像传感器120安置于第三分束器立方体108的远离成像透镜102的侧上，而实施例100中的第一图像传感器120安置于第三分束器立方体108的接近于成像透镜102的侧上。

第一、第二及第三分束器立方体优选地具有相同大小且由相同材料制成。第二分束器立方体108可直接附接到第一分束器立方体104的一侧。第三分束器立方体112可直接附接到第一分束器立方体104的另一侧，从而形成L形集成部分。L形集成部分可在第一与第二分束器立方体之间不具有空间，且在第一与第三分束器立方体之间不具有空间。以此方式，第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器包含于L形集成部分中。第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器可为多层干涉滤光器。

此外，第一分束器立方体104及第二分束器立方体108可集成以形成具有第一分色滤光器106F及第二分色滤光器110F的单个部分。第一分束器立方体104的棱镜104A与第二分束器立方体108的棱镜108B集成在一起，在第一分束器立方体104与第二分束器立方体108之间不存在界面。以此方式，相同材料将填充平行四边形PQRS，在棱镜104A与108B之间不存在界面。

第一图像传感器120安装于第二分束器立方体108的棱镜108B上，第二图像传感器122安装于第二分束器立方体108的棱镜108A上，第三图像传感器124安装于第三分束器立方体112的棱镜112A上，且第四图像传感器126安装于第三分束器立方体112的棱镜112B上。在一实施例中，图像传感器安装有覆盖玻璃，在另一实施例中，图像传感器未安装有覆盖玻璃。

类似于图1的实施例100，入射光130被分成：具有第一波长带λ1的光136，其到达第一图像传感器120且由第一图像传感器120检测；具有第二波长带λ2的光138，其到达第二图像传感器122且由第二图像传感器122检测；具有第三波长带λ3的光140，其到达第三图像传感器124且由第三图像传感器124检测；及具有第四波长带λ4的光142，其到达第四图像传感器126且由第四图像传感器126检测。从成像透镜102到第一图像传感器120、第二图像传感器122、第三图像传感器124及第四图像传感器126的光路径的长度是相同的。

成像透镜102在第一图像传感器120上形成第一波长带λ1的2D图像，在第二图像传感器122上形成第二波长带λ2的2D图像，在第三图像传感器124上形成第三波长带λ3的2D图像，且在第四图像传感器126上形成第四波长带λ4的2D图像。

可采用晶片级过程来构造实施例400的具有四个图像传感器的成像系统。在一实施例中，第一分束器立方体104及第二分束器立方体108可为从分束器立方体晶片单体化的一对晶片级分束器立方体。举例来说，偏振分束器晶片及其制造方法揭示于2015年01月26日提出申请的让与本申请案的受让人的第14/605,554号美国专利申请案中。具有相同分色滤光器的分束器立方体的晶片及其制造方法揭示于2017年01月18日提出申请的属于与本申请案相同的发明人且让与本申请案的受让人的第15/408,724号美国专利申请案中。因此，第14/605,554号及第15/408,724号两个美国专利申请案以引用的方式并入本文中。偏振分束器将具有第一偏振的光透射且将具有第二偏振的光反射，其中第一偏振与第二偏振正交。另一方面，具有分色滤光器的分束器立方体将特定色彩带的光透射且将所述色彩带之外的所有色彩的光反射。在本发明中，分束器立方体晶片包含两个不同分色滤光器。

图5A图解说明根据本发明的示范性分束器立方体晶片502的横截面。图5B图解说明根据本发明的示范性分束器立方体晶片502的俯视图。图5C图解说明根据本发明的示范性分束器立方体晶片502的透视图。图5A是沿着图5B中的线AA的横截面。分束器立方体晶片502包括多个晶片级分束器立方体对504与508。注意，第一分束器立方体504对应于图4中的第一分束器立方体104。第一分束器立方体504包含第一分色滤光器106F。第二分束器立方体508对应于图4中的第二分束器立方体108。第二分束器立方体508包含第二分色滤光器110F。应了解，图5A到5C是示意性表示。分束器立方体晶片502具有比图5A到5C中所展示的多的分束器立方体对504-508。举例来说，为了单体化晶片级分束器立方体对504-508，沿正交方向(例如，线B及C方向与线E及F方向)重复地切割分束器立方体晶片502。

往回参考图4，由于棱镜104A、104B、108A、108B、112A及112B由相同材料制成，因此棱镜104A及108B可形成为具有平行四边形PQRS的横截面的单个平行六面体。在棱镜104A与108B之间不存在界面。

图6图解说明根据本发明的用于制作分束器立方体晶片的方法。将第一平面分色滤光器106F安置于第一平面衬底604上。第一平面分色滤光器106F可为多层干涉滤光器。将第二平面衬底604安置于第一平面分色滤光器106F上。将第二平面分色滤光器110F安置于第二平面衬底604上。第二平面分色滤光器110F可为多层干涉滤光器。将第三平面衬底604安置于第二平面分色滤光器110F上，且将另一第一平面分色滤光器106F安置于第三平面衬底604上。重复所述过程以形成包括多个平面衬底604以及多个第一分色滤光器106F及多个第二分色滤光器110F的块600。第一分色滤光器106F及第二分色滤光器110F交替地安置于平面衬底604的顶部上。

沿着线L1、L2、L3、L4…对角地切割块600以产生具有交替的第一分色滤光器106F及第二分色滤光器110F的分束器立方体晶片620的切片。分束器立方体晶片602包括介于第二分色滤光器110F与第一分色滤光器106F之间的衬底层604，从而形成平行四边形PQRS的横截面。举例来说，分束器立方体晶片602可等效于图5C的分束器立方体晶片502。然而，在分束器立方体晶片602中第一分束器立方体504与第二分束器立方体508之间不存在边界。第一分色滤光器106F对应于第一分束器立方体504，且第二分色滤光器110F对应于第二分束器立方体508。

成像透镜102可为晶片级透镜。图7A图解说明根据本发明的示范性透镜晶片710的横截面。图7B图解说明根据本发明的示范性透镜晶片710的俯视图。图7C图解说明根据本发明的示范性透镜晶片710的透视图。图7A是沿着图7B中的线GG的横截面。透镜晶片710包括在衬底703上复制的多个晶片级透镜702。根据图4，晶片级透镜702与第一分色滤光器106F对准。无晶片级透镜702与第二分色滤光器110F对准。应了解，图7A到7C是示意性表示。透镜晶片710具有比图7A到7C中所展示的多的晶片级透镜702。举例来说，为了单体化晶片级透镜702以和图5的分束器立方体对504与508匹配，沿正交方向(例如，线H及I方向与线J及K方向)重复地切割透镜晶片710。以此方式，每一晶片级透镜702与图5的第一分色滤光器106F或分束器立方体504对准。无晶片级透镜702与图5的第二分色滤光器110F或分束器立方体508对准。

图8图解说明根据本发明的包括安置于图5的分束器立方体晶片502上的透镜晶片710的实施例800，分束器立方体晶片502等效于图6的分束器立方体晶片602。透镜晶片710包括衬底703及在衬底703上复制的多个晶片级透镜702。晶片级透镜702中的每一者与具有第一分色滤光器106F的第一分束器立方体504中的每一者对准。第一分束器立方体504对应于图4的第一分束器立方体104。

图9图解说明根据本发明的从图8的实施例800单体化的单元900。举例来说，沿着线M1、M2、M3…(参见图8)切割实施例800以形成单元900。单体化单元900包括具有第一分色滤光器106F的第一分束器立方体504及具有第二分色滤光器110F的第二分束器立方体508。包括衬底703及透镜702的晶片级透镜结构安置于一对分束器立方体504与508上。晶片级透镜702与第一分束器立方体504的第一分色滤光器106F对准。第二分束器立方体508上不存在透镜。为了容易理解及比较，图9图解说明对应于图4的第一分束器立方体104及第二分束器立方体108的第一分束器立方体504及第二分束器立方体508。

图9A图解说明根据本发明的类似于图9的单元900的单体化单元900A。然而，在图9A的实施例中，分束器立方体504及508由相同材料制成且被制作为如图6中所展示的单个部分。第一分束器立方体504与第二分束器立方体508之间不存在边界。第二分色滤光器110F及第一分色滤光器106F形成平行四边形PQRS的横截面。图9A的一对分束器立方体对应于图6的分束器立方体。

图10图解说明根据本发明的包括图9A的单元900A的安装有第一图像传感器120、第二图像传感器122及第三分束器立方体112的实施例1000。第三分束器立方体112包含第三分色滤光器114F。第三分束器立方体112安装有第三图像传感器124及第四图像传感器126。在一实施例中，图像传感器安装有覆盖玻璃，在另一实施例中，图像传感器未安装有覆盖玻璃。

举例来说，图10的实施例1000可为图4的实施例400。往回参考图4，第一分色滤光器106F将入射光(图10中未展示)分成：具有波长带λ1及λ2的光，其被朝向第二分色滤光器110F反射；及具有波长带λ3及λ4的光，其被朝向第三分束器立方体112中的第三分色滤光器114F透射。第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器114包含于集成部分中，所述集成部分包括第一分束器立方体504、第二分束器立方体508及第三分束器立方体112。第一分色滤光器106F、第二分色滤光器110F及第三分色滤光器可为多层干涉滤光器。

应了解，尽管图10展示第三分色滤光器114F垂直于第一分色滤光器106F，但第三分色滤光器114F可通过适当地旋转第三分束器立方体112而平行于第一分色滤光器106F。在此状况中，将第三图像传感器124从第三分束器立方体112的右侧移动到第三分束器立方体112的左侧。

被朝向第二分色滤光器110F反射的光(图10中未展示)被分成：具有波长带λ1的光，其被朝向第一图像传感器120反射；及具有波长带λ2的光，其被朝向第二图像传感器122透射。被朝向第三分色滤光器114F透射的光(图10中未展示)被分成：具有波长带λ3的光，其被朝向第三图像传感器124反射；及具有波长带λ4的光，其被朝向第四传感器126透射。

以此方式，入射光(图10中未展示)被分成：具有第一波长带λ1的光，其到达第一图像传感器120且由第一图像传感器120检测；具有第二波长带λ2的光，其到达第二图像传感器122且由第二图像传感器122检测；具有第三波长带λ3的光，其到达第三图像传感器124且由第三图像传感器124检测；及具有第四波长带λ4的光，其到达第四图像传感器126且由第四图像传感器126检测。从成像透镜702到第一图像传感器120、第二图像传感器122、第三图像传感器124及第四图像传感器126的光路径的长度是相同的。

晶片级透镜702在第一图像传感器120上形成第一波长带λ1的2D图像，在第二图像传感器122上形成第二波长带λ2的2D图像，在第三图像传感器124上形成第三波长带λ3的2D图像，且在第四图像传感器126上形成第四波长带λ4的2D图像。

在一实施例中，第一波长带λ1、第二波长带λ2、第三波长带λ3及第四波长带λ4分别对应于蓝色、绿色、红色及红外光。在另一实施例中，第一波长带λ1、第二波长带λ2、第三波长带λ3及第四波长带λ4分别对应于蓝色、绿色、红色及黄色。在又一实施例中，第一波长带λ1、第二波长带λ2、第三波长带λ3及第四波长带λ4可对应于任一色彩。

图11图解说明根据本发明的类似于图10的实施例1000的实施例1100。实施例1100与实施例1000的不同之处在于，图10的晶片级透镜702及衬底703由包括两个晶片透镜702A及702B以及两个衬底703A及703B的晶片级透镜结构替代。晶片级透镜702B及衬底703B使用间隔件704安置于晶片级透镜702A及衬底703A上。应了解，晶片级透镜结构可包括多于两个晶片级透镜及/或两个衬底。晶片级透镜结构可以晶片形式制作且在单体化一对分束器立方体之前安置于分束器立方体晶片上。晶片级透镜结构等效于图1到4的成像透镜102。

在一实施例中，为了夜间视力或姿势辨识，至少一个图像传感器对红外光是敏感的。在一实施例中，IR图像传感器包括用于检测场景中的对象到图像传感器的距离以进行3D成像的TOF像素。TOF像素能够检测从目标到图像传感器或像素的距离。在一实施例中，图像传感器不具有覆盖光敏像素的彩色滤光器。

揭示一种具有四个图像传感器的成像系统。所述成像系统包括第一分色滤光器、第二分色滤光器及第三分色滤光器。所述第一分色滤光器将具有第一波长带及第二波长带的光朝向第二分色滤光器反射，且将具有第三波长带及第四波长带的光朝向所述第三分色滤光器透射。所述第二分色滤光器将具有所述第一波长带的光朝向第一图像传感器反射，且将具有所述第二波长带的光朝向第二图像传感器透射。所述第三分色滤光器将具有所述第三波长带的光朝向第三图像传感器反射，且将具有所述第四波长带的光朝向第四图像传感器透射。所述第一分色滤光器、所述第二分色滤光器及所述第三分色滤光器包含于集成部分中。

虽然本文中已关于示范性实施例及用于实践本发明的最佳模式描述了本发明，但所属领域的技术人员将明了，可在不背离本发明的精神及范围的情况下对本发明的各种实施例、更改形式及变化形式做出许多修改、改善及子组合。

所附权利要求书中使用的术语不应理解为将本发明限于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，所述范围将完全由所附权利要求书来确定，权利要求书将根据权利要求书解释的所建立原则加以理解。因此，本说明书及各图应视为说明性的而非限定性的。

Claims (20)

1.一种成像系统，其包括：

成像透镜；

第一分色滤光器、第二分色滤光器及第三分色滤光器；以及

第一图像传感器、第二图像传感器、第三图像传感器及第四图像传感器；

其中所述第一分色滤光器将具有第一波长带及第二波长带的光朝向第二分色滤光器反射，且将具有第三波长带及第四波长带的光朝向所述第三分色滤光器透射，

所述第二分色滤光器将具有所述第一波长带的光朝向所述第一图像传感器反射，且将具有所述第二波长带的光朝向所述第二图像传感器透射，且

所述第三分色滤光器将具有所述第三波长带的光朝向所述第三图像传感器反射，且将具有所述第四波长带的光朝向所述第四图像传感器透射；

其中所述成像透镜在所述第一图像传感器上形成所述第一波长带的2D图像，在所述第二图像传感器上形成所述第二波长带的2D图像，在所述第三图像传感器上形成所述第三波长带的2D图像，且在所述第四图像传感器上形成所述第四波长带的2D图像；且

其中所述第一分色滤光器、所述第二分色滤光器及所述第三分色滤光器包含于集成部分中。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述集成部分包括具有所述第一分色滤光器的第一分束器立方体、具有所述第二分色滤光器的第二分束器立方体及具有所述第三分色滤光器的第三分束器立方体。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其中所述第二分色滤光器垂直于所述第一分色滤光器，且所述第三分色滤光器垂直于所述第一分色滤光器。

4.根据权利要求2所述的成像系统，其中所述第二分色滤光器平行于所述第一分色滤光器。

5.根据权利要求4所述的成像系统，其中所述第一分束器立方体与所述第二分束器立方体集成在一起以形成具有所述第一分色滤光器及所述第二分色滤光器的单个部分。

6.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述集成部分包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜及第四棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜具有相同大小，所述第三棱镜及所述第四棱镜具有为所述第一棱镜的一半的大小。

7.根据权利要求6所述的成像系统，其中所述第一分色滤光器安置于所述第一棱镜与所述第二棱镜的界面上，所述第二分色滤光器安置于所述第一棱镜与所述第三棱镜的界面上，且所述第三分色滤光器安置于所述第二棱镜与所述第四棱镜的界面上。

8.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述集成部分包括第一棱镜、第二棱镜及第三棱镜，所述第一棱镜与所述第二棱镜具有相同大小，所述第三棱镜具有为所述第一棱镜的所述大小的两倍的大小。

9.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述第一分色滤光器安置于所述第一棱镜与所述第二棱镜的界面上，所述第二分色滤光器安置于所述第一棱镜与所述第三棱镜的界面上，且所述第三分色滤光器安置于所述第二棱镜与所述第三棱镜的界面上。

10.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述成像透镜是晶片级透镜。

11.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述第一图像传感器、所述第二图像传感器、所述第三图像传感器及所述第四图像传感器不具有覆盖光敏像素的彩色滤光器阵列。

12.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述第一波长带对应于蓝色，所述第二波长带对应于绿色，且所述第三波长带对应于红色。

13.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述第四波长带对应于黄色。

14.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述第四波长带对应于红外光。

15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第四图像传感器包括能够检测从目标到所述第四图像传感器的距离的飞行时间像素。

16.一种用于形成成像系统的方法，其包括：

提供具有交替地包含第一分色滤光器及第二分色滤光器的多个分束器立方体的分束器立方体晶片，

所述第一分色滤光器将具有第一波长带及第二波长带的光反射且将具有第三波长带及第四波长带的光透射，且

所述第二分色滤光器将具有所述第一波长带的光反射且将具有所述第二波长带的光透射；

提供第一透镜晶片，所述第一透镜晶片具有第一衬底及在所述第一衬底上复制的多个第一晶片级透镜；

将所述第一透镜晶片安置于所述分束器立方体晶片上，

每一第一晶片级透镜与所述第一分色滤光器对准且无晶片级透镜与所述第二分色滤光器对准；

切割所述第一透镜晶片及所述分束器立方体晶片以形成包括第一晶片透镜、所述第一分色滤光器及所述第二分色滤光器的单体化单元。

17.根据权利要求16所述的用于形成成像系统的方法，其进一步包括：

提供具有第三分色滤光器的分束器立方体，

所述第三分色滤光器将所述第三波长带反射且将所述第四波长带透射；

将具有所述第三分色滤光器的所述分束器立方体安装到所述单体化单元，所述第三分色滤光器与所述第一分色滤光器对准。

18.根据权利要求17所述的用于形成成像系统的方法，其进一步包括：

将第一图像传感器及第二图像传感器安装到所述单体化单元，

其中由所述第二分色滤光器反射的具有所述第一波长带的光朝向所述第一图像传感器，且由所述第二分色滤光器透射的具有所述第二波长带的光朝向所述第二图像传感器；

将第三图像传感器及第四图像传感器安装到具有所述第三分色滤光器的所述分束器立方体，

其中由所述第三分色滤光器反射的具有所述第三波长带的光朝向所述第三图像传感器，且由所述第三分色滤光器透射的具有所述第四波长带的光朝向所述第四图像传感器；

其中所述单体化单元的所述第一晶片级透镜在所述第一图像传感器上形成所述第一波长带的2D图像，在所述第二图像传感器上形成所述第二波长带的2D图像，在所述第三图像传感器上形成所述第三波长带的2D图像，且在所述第四图像传感器上形成所述第四波长带的2D图像。

19.根据权利要求16所述的用于形成成像系统的方法，其中提供具有交替地包含第一分色滤光器及第二分色滤光器的多个分束器立方体的分束器立方体晶片包括：

形成包括多个平面衬底、多个第一分色滤光器及多个所述第二分色滤光器的块，

每一第一分色滤光器及每一第二分色滤光器交替地安置于所述平面衬底上；对角地切割所形成的所述块。

20.根据权利要求16所述的用于形成成像系统的方法，其进一步包括：

提供至少第二透镜晶片，所述第二透镜晶片具有第二衬底及在所述第二衬底上复制的多个第二晶片级透镜；

在切割所述第一透镜晶片及所述分束器立方体晶片之前将所述第二透镜晶片安置于所述第一透镜晶片上。