具有进一步的功能的、特别是用于计算成像的光学成像设备的制造方法_5

文档序号:9476374阅读:来源:国知局
模块M中的杂散光检测以及定义模块M内的光路。间隔衬底SI可由具有通孔的诸如(固化的)不透明环氧树脂的不透明材料构成,通常每个光通道有一个通孔。可使用复制(如压制)来制造间隔衬底SI。
[0177]间隔衬底SI还可以由至少部分透明的材料构成,然而在这种情况下,可提供不透明的涂层,以避免模块M中的杂散光检测并且更好地定义模块M内的光路。
[0178]光学衬底01包括由一个或多个不透明部分η (图2中示出了一个不透明部分)包围的透明部分t (通常每个光通道有一个透明部分)。光学衬底01包括在透明部分t处(不一定在它们中的每一个处)的一个或多个透镜元件L,该透镜元件L可存在于面向半导体衬底s的光学衬底01的一侧和/或相对的一侧,在图1中,在两侧都示出了透镜元件L。
[0179]由于由不透明的材料构成和/或由于涂上的不透明涂层,不透明部分η可以是不透明的部分。
[0180]取代在光学衬底01中提供透明部分t和一个或多个不透明部分n,光学衬底01还可以是完全透明的。然而在这种情况下,光学衬底01将无法有助于(或者不太有助于)避免模块M中的杂散光检测以及定义模块M内的光路。
[0181]透镜元件L可以是折射透镜元件和/或衍射透镜元件。并且它们可以是凸面和/或凹面的,特别是平凸和/或平凹的。特别地,可以为与各个图像传感器il、i2、?3相关联的每个光通道提供标称大体相同的透镜元件L。该透镜元件可以以运行模块M所需的方式对光进行重定向以及聚焦或者散焦。例如,在邻近度传感器的检测通道中的透镜元件可被提供来收集尽可能多的光;并且在邻近度传感器的发射通道中的透镜元件可被提供来将尽可能多个光从光发射器E引导至模块M之外;以及在环境光传感器的光通道中的透镜元件可用于实现:增强有源区域ax2对于以较高的入射角(如高于40° )照射到模块M的前侧上的光的灵敏度,以及降低有源区域ax2对于以较低的入射角(如低于40° )照射到模块M的前侧上的光的灵敏度。并且对于图像传感器来说,可提供相应的透镜元件L,以便在相应的图像传感器上获得在前侧的前面的场景的特定锐化和无畸变图像。
[0182]通过每个图像传感器,以及通常还通过相关联的透镜元件,定义了光轴,如图1中由虚线指示的关于图像传感器il的标示为A的一个轴。
[0183]为了从使用不同的图像传感器il、i2、i3捕获的子图像中产生彩色图像,可在各个光通道中提供不同颜色的滤光镜,如作为涂层体现在光学衬底02上的图像传感器il的滤光镜F1。例如,可以分别对图像传感器il、i2和i3提供绿色滤光镜、红色滤光镜和蓝色滤光镜。从三个单色子图像中可计算(最终)彩色图像。
[0184](彩色)滤光镜还可以位于不同的地方,并且以不同的方式实现。例如,尤其在图案化滤光镜(其允许将不同颜色的光传到相同图像传感器的不同像素)的情况下,滤光镜还可以存在于半导体衬底s上,参见下面的示例。
[0185]与间隔衬底SI完全类似地,间隔衬底S2可具有功能并且被设计和制造。
[0186]与光学衬底01完全类似地,光学衬底02可具有功能并且被设计和制造,其中,让模块I的前面没有透镜元件可能是有利的,尤其是实现了模块M在装置D中的简化定位。
[0187]间隔衬底SI和S2的其中之一或者这两者可被集成到相邻的光学衬底01、02中的一个或多个。换句话说,光学衬底中的一个或者这两者可包含至少一个间隔衬底的设计和功能。
[0188]当然,光学衬底02 —般是可选的,并且如果光学衬底02不存在,则间隔衬底S2也是可选的。
[0189]一般地,并且如图1-4中所示的,模块M的衬底(在图1的示例中:衬底s、Sl、01、S2、02)有助于并且通常甚至(完整地)形成了模块M的外壳。并且(在堆叠的方向上,参见图2-4)它们通常为盘形并且具有矩形轮廓,该轮廓通常描述了相同的矩形。
[0190]图5示意性地示出了穿过另一个模块M的垂直剖面图。在这种情况下,仅存在一个间隔衬底和一个光学衬底。与如图1中所示的情况相比,这种情况降低了在模块M内引导光的可能性,并且可能因此提供较低的光学质量,然而,这种模块可以比较小,并且制造起来可以较为容易和便宜。
[0191]图1的模块和图5的模块之间的另一个显著差异在于:在图5中,半导体衬底s附着到基础衬底B。基础衬底B可以例如是印刷电路板或者中介层(interposer)。基础衬底B通过接触垫或者(如图5所示)通过焊球b提供了模块M到外部的电连接。并且,例如通过如图5中示意性示出的引线键合,还提供了在半导体衬底s和基础衬底B之间的电连接。
[0192]应注意,在提供了基础衬底B的情况下,半导体衬底s通常不对模块M的外壳有帮助,而是基础衬底B对其有帮助。
[0193]并且由图5示出了另一变体,也就是将诸如光发射器E的有源光学组件放置到基础衬底B上而不是半导体衬底s上。这样节省了半导体衬底s上的空间。应注意,半导体衬底上的空间是稀缺的并且很昂贵。然而,除了半导体衬底s之外,并不一定要将模块M的另一个有源光学组件放置到基础衬底B上,但可作为一个选择。
[0194]另外,并且通常在本专利申请中,相同的参考符号指示相同的或相应的物品。
[0195]还应注意,间隔衬底(如图5中的SI)可包括(垂直)延伸了小于相邻衬底(图5中的01和s)之间的距离的材料部分,如图5所示。
[0196]可以在半导体衬底s中实现两个、三个或四个,甚至可能更多个图像传感器,并且很可能还可以在半导体衬底s中实现附加有源区域。例如,除了用于检测由光发射器E最初发射的红外光的有源区域之外,可在半导体衬底s中实现用于检测绿光的两个图像传感器、用于检测红光的一个图像传感器和用于检测蓝光的第四个图像传感器,使得在模块M中至少部分实现了计算摄影机和邻近度传感器。
[0197]图6示意性地示出了穿过包括模块M的另一个装置或光学设备D的垂直剖面图。装置D包括由控制单元c控制的显示器d,例如IXD或OLED显示器。此外,提供了评价单元e来评价模块M中存在的附加(非图像)传感器的检测结果;以及提供了图像处理单元P,以便从来自模块M中存在的一个或多个图像传感器的数据中获得(最终)图像,特别是从通过在半导体衬底s中实现的N ^ 2个图像传感器获得的子图像的图像数据集合中计算最终(彩色)图像。应注意,通常期望以如下方式设计模块M:在模块M中存在的每个图像传感器将大体成像相同的场景(至少是距离模块的前侧大于Icm的场景,或者更确切地说,大于30cm的场景)ο
[0198]在装置D的处理单元CPU中(例如,在装置D的中央处理器和/或图形处理器中)实现控制单元C、评价单元e和图像处理单元P是可能的。然而,在模块M中(并且更具体地,在半导体衬底s中)全部或部分地布置评价单元e和图像处理单元P中的一个或者这两者,(从充分利用半导体衬底s的角度,和/或从快速处理和/或紧凑的角度来说)可能是有用的。下文将示出示例。
[0199]如由图6中的箭头所指示的,数据从模块M传输到图像处理单元p。那些数据通常是来源于半导体衬底s的一个或多个图像传感器的那些数据。并且另外的数据从模块M传输到评价单元e,也就是通常来源于半导体衬底s的一个或多个附加有源区域(其不实现为图像传感器)的那些数据。
[0200]控制单元c可根据在评价单元e中执行的评价来执行其控制功能。例如,根据从半导体衬底s的一个或多个附加(非图像)传感器获得的数据,可控制显示器d,例如,可根据环境光传感器的检测结果和/或其背景光调节该显示器d的亮度,或者根据邻近度传感器的检测结果开启或关闭整个显示器d。从评价单元e到控制单元c (更普遍地,与仅控制显示器d相比,其在装置D中可具有不同的或者附加的控制功能)的箭头指示该功能连接。
[0201]此外,将在许多应用中规定:既不根据评价单元e的评价结果在图像处理单元P中执行图像处理,也不根据图像处理单元P的处理结果在评价单元e中执行评价。应注意,相应地,图6中没有连接单元P和e的箭头。
[0202]应注意,由于提供了如本专利申请中描述的模块M,对于具有不同功能的模块M的数个传感器,装置外壳H中的小的单个开口或透明部分T可足以向模块M提供光输入,并且在必要时提供来自模块M的光输出。这样可能特别有助于装置D的紧凑性以及提高可制造性。
[0203]图7到10示意性地示出了在半导体衬底s上提供和布置有源区域(图像传感器和附加传感器或其部分)的多种可能性。根据图1到4和5的描述将明确:为制造模块M,有多大的可能性来设计光学衬底和间隔衬底。
[0204]图7示意性地示出了具有(可选的)集成的评价单元e和图像处理单元P的半导体衬底s的俯视图。类似于图1,提供了三个图像传感器il、i2、i3,但该三个图像传感器的布置不同。类似于图1,在半导体衬底s上提供了诸如环境光传感器和邻近度传感器的两个附加传感器。取代让一个图像传感器用于绿光、一个用于红光以及一个用于蓝光,在图7中示出了让两个图像传感器(i2、i3)用于绿光也是可能的,然而第三个图像传感器il具有(在半导体衬底s上的)图案化滤光镜,S卩,使得以棋盘图案来分布红色和蓝色像素。为同一个颜色提供两个图像传感器可促成从(三个)图像传感器的子图像中计算最终(彩色)图像。
[0205]图8示意性地示出了另一个半导体衬底s的俯视图。这里,图像处理单元P和评价单元e同样(可选地)集成在衬底s中。取代使用三个图像传感器和一个图案化滤光镜,通过提供四个图像传感器来完成从子图像到最终图像的简化计算,其中两个图像传感器用于相同的颜色,例如,il和i3用于绿色并且i2用于红色以及i4用于蓝色。在四个图像传感器之间的中部的空间可用于检测光,例如,用于(基于有源区域axl)实现环境光传感器。
[0206]图9示意性地示出了又一个半导体衬底的俯视图。在这种情况下,在半导体衬底s中实现了非常大的像素阵列,并且读出该像素阵列的不同部分以用于不同的目的。有源区域al、a2和a3被读出并且被解释为子图像,这实现了三个图像传感器il、i2、i3。以及,读出另一部分(即,在附加有源区域axl中的那些像素),以用于实现(或促成)另一个(附加)传感器,如环境光传感器。即使有源区域axl基本上可以提供空间分辨率(由于像素的存在),但这在典型的应用中将不会被使用,因为只有在有源区域axl中所有像素上检测的光强度的和是相关的。在评价单元e中,来自
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