具有進(jìn)一步的功能的、特別是用于計(jì)算成像的光學(xué)成像設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)，特別是微光學(xué)領(lǐng)域，并且具體涉及在成像時(shí)，特別是當(dāng)在并非僅專用于圖像捕獲的裝置或設(shè)備中完成計(jì)算成像時(shí)，有用的光學(xué)裝置或設(shè)備。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求的開放條款的方法和設(shè)備。這種裝置和設(shè)備可用于例如手持應(yīng)用中(如移動通ig和/或移動計(jì)算中)。
[0002]應(yīng)注意，成像和攝影，并且特別是計(jì)算成像和計(jì)算攝影，不限于靜態(tài)攝影(S卩，不限于以一般與時(shí)間方面無關(guān)的方式來捕獲單個(gè)圖像)，還可以包括捕獲圖像的序列(即，影片和視頻)。
_3] 術(shù)語的定義
[0004]“有源光學(xué)組件”:光傳感或光發(fā)射組件。例如，光電二極管、圖像傳感器、LED、0LED、激光芯片。有源光學(xué)組件可作為裸片而存在，或者存在于封裝中，即作為封裝的組件。
[0005]“無源光學(xué)組件”:通過折射和/或衍射和/或(內(nèi)部和/或外部)反射來重定向光的光學(xué)組件，例如透鏡、棱鏡、反射鏡或光學(xué)系統(tǒng)，其中，光學(xué)系統(tǒng)是這些光學(xué)組件的集合，其可能還包括機(jī)械元件，如孔徑光闌、圖像屏幕、支架。
[0006]“光電模塊”:其中包含了至少一個(gè)有源和至少一個(gè)無源光學(xué)組件的組件。
[0007]“復(fù)制”:通過該技術(shù)重新生產(chǎn)給定的結(jié)構(gòu)或其底片。例如，蝕刻、壓制、壓印、鑄造、模塑。
[0008]“晶圓”:大體似碟或盤形的物品，其在一個(gè)方向(z方向或垂直方向)上的延伸相對于其在其他兩個(gè)方向(X和y方向或橫向方向)上的延伸來說較小。通常，在(非空)晶圓上，一般在矩形網(wǎng)格上，在其中布置或提供多個(gè)類似的結(jié)構(gòu)或物品。晶圓可具有開口或孔，并且晶圓甚至可以沒有其橫向區(qū)域的主要部分中的材料。晶圓可具有任何橫向形狀，其中圓形和矩形是非常常見的。盡管在許多上下文中，晶圓被認(rèn)為主要由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，在本專利申請中，這明顯不是限制。相應(yīng)地，晶圓可主要由以下材料構(gòu)成:例如半導(dǎo)體材料、聚合材料、包括金屬和聚合物或者聚合物和玻璃材料的復(fù)合材料。特別地，諸如熱或紫外光固化聚合物的可硬化材料是與本發(fā)明結(jié)合使用的有趣的晶圓材料。
[0009]“光”:一般大多指電磁輻射；更具體地，電磁波譜的紅外、可見或紫外部分的電磁輻射。
【背景技術(shù)】
[0010]通過在移動通信裝置和手持計(jì)算裝置中提供相應(yīng)的功能，成像和攝影已被提供給非常廣泛的社會公眾。
[0011]在計(jì)算成像時(shí)，通過處理子圖像來獲得最終圖像，其中，至少通常來說，每個(gè)子圖像大體描述相同的場景，該場景自然也與最終圖像的場景大體相同。子圖像是使用光通道中的不同的光學(xué)性質(zhì)采集的，典型地并且舉例來說，子圖像是以不同的顏色采集的，例如，通過僅捕獲紅光來創(chuàng)建一個(gè)子圖像、通過僅捕獲藍(lán)光來創(chuàng)建另一個(gè)子圖像，以及通過僅捕獲綠光來創(chuàng)建另一個(gè)(或兩個(gè))子圖像。因此，最終圖像可以是全彩色圖像，如RGB圖像。
[0012]從US 2011/025905A1可得知計(jì)算攝影機(jī)的例子。
[0013]在US 2007/211164A1中公開了計(jì)算攝影機(jī)的例子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的一個(gè)目的是創(chuàng)建改進(jìn)的光學(xué)設(shè)備，更具體地，創(chuàng)建改進(jìn)點(diǎn)在于不僅提供了用于(計(jì)算)成像的裝置還提供了用于不同的目的的進(jìn)一步的裝置的光學(xué)設(shè)備。在一方面，將提供相應(yīng)的光學(xué)設(shè)備，其可以是從用于攝影機(jī)或者用于電子或其他裝置的光學(xué)模塊(更具體地，光電模塊)到電子或光學(xué)或計(jì)算裝置(如智能電話)之中的任何一個(gè)，并且在另一方面，將提供制造該光學(xué)設(shè)備的方法。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供特別小或緊湊的光學(xué)設(shè)備。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供特別高度集成的光學(xué)設(shè)備。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供其中特別有效地利用了半導(dǎo)體材料(通常是硅)的光學(xué)設(shè)備。
[0018]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有特別有用的功能組合的光學(xué)設(shè)備。
[0019]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供可大量制造的光學(xué)設(shè)備。
[0020]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有攝影(特別是計(jì)算攝影機(jī))能力和附加傳感器(特別是附加光學(xué)傳感器)的裝置，其中與不采用本發(fā)明的裝置相比，本發(fā)明提供的裝置更容易制造，和/或其中與不采用本發(fā)明的裝置相比，裝置的外殼具有較少的開口或透明區(qū)域或者較小的開口或透明區(qū)域。
[0021]下文的描述和實(shí)施例將給出進(jìn)一步的目的。
[0022]根據(jù)專利權(quán)利要求和/或下面描述的方面的設(shè)備和方法，至少部分實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)中的至少一個(gè)。
[0023]本發(fā)明有多個(gè)方面。大多數(shù)方面的共同之處在于:特別有效地利用了其中存在至少一個(gè)圖像傳感器的半導(dǎo)體裸片(半導(dǎo)體襯底)，即，將圖像捕獲不需要的半導(dǎo)體裸片上的空間用于不同的目的，尤其是用于附加傳感器。在半導(dǎo)體襯底上實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)或更多個(gè)圖像傳感器以用于在計(jì)算成像時(shí)捕獲子圖像的情況下，通過將捕獲子圖像不需要的半導(dǎo)體裸片上的空間用于不同的目的(尤其是用于附加傳感器)，特別有效地利用了該裸片。
[0024]在總體方面，本發(fā)明涉及在單個(gè)半導(dǎo)體裸片(半導(dǎo)體襯底)上的至少一個(gè)圖像傳感器和附加傳感器(或傳感器部分)的集成，其中所述附加傳感器(或傳感器部分)不是圖像傳感器，或者至少在基于所述至少一個(gè)圖像傳感器的檢測結(jié)果獲取圖像的期間，通過所述附加傳感器(或傳感器部分)獲得的檢測結(jié)果不被解釋為圖像和/或不被使用。應(yīng)注意，通常不限制圖像傳感器的種類(用于不同的波長范圍或顏色的一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)或者甚至更多個(gè)像素子集)和圖像傳感器的數(shù)量。例如，可能存在用于全彩色檢測的一個(gè)或兩個(gè)或者更多個(gè)圖像傳感器，例如，根據(jù)已知的拜耳圖案(RGGB)分布用于紅光、用于綠光和用于藍(lán)光的互相分散的像素；以及，作為對用于全彩色檢測的一個(gè)或多個(gè)這樣的圖像傳感器的替代或補(bǔ)充，可存在用于單色光檢測的另外的一個(gè)或兩個(gè)或三個(gè)或者更多個(gè)圖像傳感器，其中單色光可與白光檢測相對應(yīng)或者與僅特定顏色的光(例如僅紅光或者僅藍(lán)光或者僅綠光)的檢測相對應(yīng)。相應(yīng)地，可將用于紅光檢測的圖像傳感器、用于藍(lán)光檢測的圖像傳感器和用于綠光檢測的圖像傳感器與用于如上文描述的全彩色檢測的一個(gè)(或多個(gè))圖像傳感器進(jìn)行組合。當(dāng)然，一般來說可將任何圖像傳感器或者兩個(gè)或更多個(gè)圖像傳感器(如前面描述的圖像傳感器或者在下文進(jìn)一步描述的圖像傳感器)的組合與任何種類的附加(非圖像)傳感器(或傳感器部分)進(jìn)行組合，并且與任何數(shù)量的附加(非圖像)傳感器(或傳感器部分)進(jìn)行組合。可存在一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)或者甚至更多個(gè)這樣的附加傳感器(或傳感器部分)，該附加傳感器可以屬于不同的種類，或者部分地或全部地屬于相同種類。在本專利申請的各處提到了多種可能的附加傳感器，例如鄰近度傳感器(特別是光學(xué)鄰近度傳感器)、環(huán)境光傳感器、溫度傳感器。
[0025]在所述總體方面的第一子方面，本發(fā)明涉及模塊(具體為光電模塊)，其包括至少一個(gè)圖像傳感器加上非圖像傳感器的附加傳感器。在同一個(gè)半導(dǎo)體裸片中實(shí)現(xiàn)所有的傳感器或者至少其有源光學(xué)組件。
[0026]在所述總體方面的第二子方面，本發(fā)明涉及裝置或光學(xué)設(shè)備，其包括如在本方面中描述的半導(dǎo)體襯底(半導(dǎo)體裸片)和/或如在所述第一子方面中描述的模塊。
[0027]在第一方面，本發(fā)明涉及在單個(gè)半導(dǎo)體裸片(半導(dǎo)體襯底)上的兩個(gè)、可能三個(gè)或者甚至四個(gè)圖像傳感器和附加傳感器(或傳感器部分)的集成，其中，所述附加傳感器(或傳感器部分)不是圖像傳感器，或者至少在從通過所述圖像傳感器捕獲的(子)圖像重構(gòu)最終圖像的期間，通過所述附加傳感器(或傳感器部分)獲得的檢測檢測結(jié)果不被解釋為圖像和/或不被使用。
[0028]在第二方面，本發(fā)明涉及包括兩個(gè)圖像傳感器(用于捕獲子圖像以計(jì)算成像)加上附加傳感器的模塊，其中該附加傳感器不是圖像傳感器。在同一個(gè)半導(dǎo)體裸片中實(shí)現(xiàn)所有這些傳感器，或者它們之中每一個(gè)的至少一個(gè)或多個(gè)有源光學(xué)組件。特別地，通常在半導(dǎo)體裸片上的至少一個(gè)圖像傳感器可包括圖案化濾光鏡，該圖案化濾光鏡允許將不同顏色的光傳到該圖像傳感器的不同像素。
[0029]在第二方面的第一子方面，至少兩個(gè)圖像傳感器中的第一圖像傳感器具有棋盤圖案，例如，使得允許將紅光和藍(lán)光部分傳到相鄰的像素。特別地，僅由綠光照射圖像傳感器中的第二圖像傳感器。對于后者來說，可以例如在半導(dǎo)體裸片上或者在附著到半導(dǎo)體裸片的光學(xué)襯底上提供綠色濾光鏡。
[0030]在第二方面的第二子方面，至少兩個(gè)圖像傳感器中的第一和第二圖像傳感器具有棋盤圖案。特別地，可采用如下方式來設(shè)計(jì)這些圖像傳感器:允許將紅光和綠光部分傳到第一圖像傳感器的相鄰像素，并且允許將藍(lán)光和綠光部分傳到第二圖像傳感器的相鄰像素。這樣，僅是已經(jīng)具有這兩個(gè)圖像傳感器，就可以在計(jì)算成像時(shí)獲得(全)彩色圖像，其中，由兩個(gè)子圖像中存在的綠色像素促成了(第一和第二圖像傳感器各自的)相應(yīng)子圖像的相互(計(jì)算)對準(zhǔn)的事實(shí)，促成了獲得該最終圖像。
[0031]在第三方面，本發(fā)明涉及包括三個(gè)圖像傳感器(用于捕獲子圖像以計(jì)算成像)加上附加傳感器(或其部分)的模塊。在同一個(gè)半導(dǎo)體裸片中實(shí)現(xiàn)所有這些傳感器，或者它們之中每一個(gè)的至少一個(gè)或多個(gè)有源光學(xué)組件。
[0032]在第三方面的第一子方面，提供三個(gè)圖像傳感器，每個(gè)圖像傳感器用于捕獲不同顏色的子圖像。例如，一個(gè)圖像傳感器僅檢測紅光，另一個(gè)僅檢測藍(lán)光，并且第三個(gè)圖像傳感器僅檢測綠光。
[0033]在第三方面的第二子方面，圖像傳感器中的第一圖像傳感器包括圖案化濾光鏡，該圖案化濾光鏡允許將不同顏色的光傳到該第一圖像傳感器的不同像素(類似于上文的第二方面，如紅色和藍(lán)色)，而另外兩個(gè)圖像傳感器被提供來捕獲相同顏色的子圖像，如綠色。這樣可促成從子圖像構(gòu)成最終圖像。
[0034]在第三方面的第三子方面，在矩形的三個(gè)角上布置三個(gè)圖像傳感器(例如，根據(jù)它們各自的重心)，并且附加傳感器(或其部分)位于可由(不存在的)第四圖像傳感器(與其他圖像傳感器大小相同)占用的區(qū)域(或者至少與該區(qū)域重疊)，其中，可在所述矩形的第四個(gè)角上以與在其他三個(gè)角上布置其他圖像傳感器相似的方式(根據(jù)其重心)布置第四圖像傳感器。
[0035]在第四方面，本發(fā)明涉及包括四個(gè)圖像傳感器(用于捕獲子圖像以計(jì)算成像)加上附加傳感器(或其部分)的模塊，其中該附加傳感器不是圖像傳感器。在同一個(gè)半導(dǎo)體裸片中實(shí)現(xiàn)所有這些傳感器，或者至少其有源光學(xué)組件。特別地，四個(gè)圖像傳感器都可以被提供來檢測不同顏色的光；或者，圖像