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
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学，特别是微光学领域，并且具体涉及在成像时，特别是当在并非仅专用于图像捕获的装置或设备中完成计算成像时，有用的光学装置或设备。本发明涉及根据权利要求的开放条款的方法和设备。这种装置和设备可用于例如手持应用中(如移动通ig和/或移动计算中)。
[0002]应注意，成像和摄影，并且特别是计算成像和计算摄影，不限于静态摄影(S卩，不限于以一般与时间方面无关的方式来捕获单个图像)，还可以包括捕获图像的序列(即，影片和视频)。
_3] 术语的定义
[0004]“有源光学组件”:光传感或光发射组件。例如，光电二极管、图像传感器、LED、0LED、激光芯片。有源光学组件可作为裸片而存在，或者存在于封装中，即作为封装的组件。
[0005]“无源光学组件”:通过折射和/或衍射和/或(内部和/或外部)反射来重定向光的光学组件，例如透镜、棱镜、反射镜或光学系统，其中，光学系统是这些光学组件的集合，其可能还包括机械元件，如孔径光阑、图像屏幕、支架。
[0006]“光电模块”:其中包含了至少一个有源和至少一个无源光学组件的组件。
[0007]“复制”:通过该技术重新生产给定的结构或其底片。例如，蚀刻、压制、压印、铸造、模塑。
[0008]“晶圆”:大体似碟或盘形的物品，其在一个方向(z方向或垂直方向)上的延伸相对于其在其他两个方向(X和y方向或横向方向)上的延伸来说较小。通常，在(非空)晶圆上，一般在矩形网格上，在其中布置或提供多个类似的结构或物品。晶圆可具有开口或孔，并且晶圆甚至可以没有其横向区域的主要部分中的材料。晶圆可具有任何横向形状，其中圆形和矩形是非常常见的。尽管在许多上下文中，晶圆被认为主要由半导体材料构成，在本专利申请中，这明显不是限制。相应地，晶圆可主要由以下材料构成:例如半导体材料、聚合材料、包括金属和聚合物或者聚合物和玻璃材料的复合材料。特别地，诸如热或紫外光固化聚合物的可硬化材料是与本发明结合使用的有趣的晶圆材料。
[0009]“光”:一般大多指电磁辐射；更具体地，电磁波谱的红外、可见或紫外部分的电磁辐射。
【背景技术】
[0010]通过在移动通信装置和手持计算装置中提供相应的功能，成像和摄影已被提供给非常广泛的社会公众。
[0011]在计算成像时，通过处理子图像来获得最终图像，其中，至少通常来说，每个子图像大体描述相同的场景，该场景自然也与最终图像的场景大体相同。子图像是使用光通道中的不同的光学性质采集的，典型地并且举例来说，子图像是以不同的颜色采集的，例如，通过仅捕获红光来创建一个子图像、通过仅捕获蓝光来创建另一个子图像，以及通过仅捕获绿光来创建另一个(或两个)子图像。因此，最终图像可以是全彩色图像，如RGB图像。
[0012]从US 2011/025905A1可得知计算摄影机的例子。
[0013]在US 2007/211164A1中公开了计算摄影机的例子。
【发明内容】
[0014]本发明的一个目的是创建改进的光学设备，更具体地，创建改进点在于不仅提供了用于(计算)成像的装置还提供了用于不同的目的的进一步的装置的光学设备。在一方面，将提供相应的光学设备，其可以是从用于摄影机或者用于电子或其他装置的光学模块(更具体地，光电模块)到电子或光学或计算装置(如智能电话)之中的任何一个，并且在另一方面，将提供制造该光学设备的方法。
[0015]本发明的另一个目的是提供特别小或紧凑的光学设备。
[0016]本发明的另一个目的是提供特别高度集成的光学设备。
[0017]本发明的另一个目的是提供其中特别有效地利用了半导体材料(通常是硅)的光学设备。
[0018]本发明的另一个目的是提供具有特别有用的功能组合的光学设备。
[0019]本发明的另一个目的是提供可大量制造的光学设备。
[0020]本发明的另一个目的是提供具有摄影(特别是计算摄影机)能力和附加传感器(特别是附加光学传感器)的装置，其中与不采用本发明的装置相比，本发明提供的装置更容易制造，和/或其中与不采用本发明的装置相比，装置的外壳具有较少的开口或透明区域或者较小的开口或透明区域。
[0021]下文的描述和实施例将给出进一步的目的。
[0022]根据专利权利要求和/或下面描述的方面的设备和方法，至少部分实现了这些目标中的至少一个。
[0023]本发明有多个方面。大多数方面的共同之处在于:特别有效地利用了其中存在至少一个图像传感器的半导体裸片(半导体衬底)，即，将图像捕获不需要的半导体裸片上的空间用于不同的目的，尤其是用于附加传感器。在半导体衬底上实现了两个或更多个图像传感器以用于在计算成像时捕获子图像的情况下，通过将捕获子图像不需要的半导体裸片上的空间用于不同的目的(尤其是用于附加传感器)，特别有效地利用了该裸片。
[0024]在总体方面，本发明涉及在单个半导体裸片(半导体衬底)上的至少一个图像传感器和附加传感器(或传感器部分)的集成，其中所述附加传感器(或传感器部分)不是图像传感器，或者至少在基于所述至少一个图像传感器的检测结果获取图像的期间，通过所述附加传感器(或传感器部分)获得的检测结果不被解释为图像和/或不被使用。应注意，通常不限制图像传感器的种类(用于不同的波长范围或颜色的一个、两个或三个或者甚至更多个像素子集)和图像传感器的数量。例如，可能存在用于全彩色检测的一个或两个或者更多个图像传感器，例如，根据已知的拜耳图案(RGGB)分布用于红光、用于绿光和用于蓝光的互相分散的像素；以及，作为对用于全彩色检测的一个或多个这样的图像传感器的替代或补充，可存在用于单色光检测的另外的一个或两个或三个或者更多个图像传感器，其中单色光可与白光检测相对应或者与仅特定颜色的光(例如仅红光或者仅蓝光或者仅绿光)的检测相对应。相应地，可将用于红光检测的图像传感器、用于蓝光检测的图像传感器和用于绿光检测的图像传感器与用于如上文描述的全彩色检测的一个(或多个)图像传感器进行组合。当然，一般来说可将任何图像传感器或者两个或更多个图像传感器(如前面描述的图像传感器或者在下文进一步描述的图像传感器)的组合与任何种类的附加(非图像)传感器(或传感器部分)进行组合，并且与任何数量的附加(非图像)传感器(或传感器部分)进行组合。可存在一个、两个或三个或者甚至更多个这样的附加传感器(或传感器部分)，该附加传感器可以属于不同的种类，或者部分地或全部地属于相同种类。在本专利申请的各处提到了多种可能的附加传感器，例如邻近度传感器(特别是光学邻近度传感器)、环境光传感器、温度传感器。
[0025]在所述总体方面的第一子方面，本发明涉及模块(具体为光电模块)，其包括至少一个图像传感器加上非图像传感器的附加传感器。在同一个半导体裸片中实现所有的传感器或者至少其有源光学组件。
[0026]在所述总体方面的第二子方面，本发明涉及装置或光学设备，其包括如在本方面中描述的半导体衬底(半导体裸片)和/或如在所述第一子方面中描述的模块。
[0027]在第一方面，本发明涉及在单个半导体裸片(半导体衬底)上的两个、可能三个或者甚至四个图像传感器和附加传感器(或传感器部分)的集成，其中，所述附加传感器(或传感器部分)不是图像传感器，或者至少在从通过所述图像传感器捕获的(子)图像重构最终图像的期间，通过所述附加传感器(或传感器部分)获得的检测检测结果不被解释为图像和/或不被使用。
[0028]在第二方面，本发明涉及包括两个图像传感器(用于捕获子图像以计算成像)加上附加传感器的模块，其中该附加传感器不是图像传感器。在同一个半导体裸片中实现所有这些传感器，或者它们之中每一个的至少一个或多个有源光学组件。特别地，通常在半导体裸片上的至少一个图像传感器可包括图案化滤光镜，该图案化滤光镜允许将不同颜色的光传到该图像传感器的不同像素。
[0029]在第二方面的第一子方面，至少两个图像传感器中的第一图像传感器具有棋盘图案，例如，使得允许将红光和蓝光部分传到相邻的像素。特别地，仅由绿光照射图像传感器中的第二图像传感器。对于后者来说，可以例如在半导体裸片上或者在附着到半导体裸片的光学衬底上提供绿色滤光镜。
[0030]在第二方面的第二子方面，至少两个图像传感器中的第一和第二图像传感器具有棋盘图案。特别地，可采用如下方式来设计这些图像传感器:允许将红光和绿光部分传到第一图像传感器的相邻像素，并且允许将蓝光和绿光部分传到第二图像传感器的相邻像素。这样，仅是已经具有这两个图像传感器，就可以在计算成像时获得(全)彩色图像，其中，由两个子图像中存在的绿色像素促成了(第一和第二图像传感器各自的)相应子图像的相互(计算)对准的事实，促成了获得该最终图像。
[0031]在第三方面，本发明涉及包括三个图像传感器(用于捕获子图像以计算成像)加上附加传感器(或其部分)的模块。在同一个半导体裸片中实现所有这些传感器，或者它们之中每一个的至少一个或多个有源光学组件。
[0032]在第三方面的第一子方面，提供三个图像传感器，每个图像传感器用于捕获不同颜色的子图像。例如，一个图像传感器仅检测红光，另一个仅检测蓝光，并且第三个图像传感器仅检测绿光。
[0033]在第三方面的第二子方面，图像传感器中的第一图像传感器包括图案化滤光镜，该图案化滤光镜允许将不同颜色的光传到该第一图像传感器的不同像素(类似于上文的第二方面，如红色和蓝色)，而另外两个图像传感器被提供来捕获相同颜色的子图像，如绿色。这样可促成从子图像构成最终图像。
[0034]在第三方面的第三子方面，在矩形的三个角上布置三个图像传感器(例如，根据它们各自的重心)，并且附加传感器(或其部分)位于可由(不存在的)第四图像传感器(与其他图像传感器大小相同)占用的区域(或者至少与该区域重叠)，其中，可在所述矩形的第四个角上以与在其他三个角上布置其他图像传感器相似的方式(根据其重心)布置第四图像传感器。
[0035]在第四方面，本发明涉及包括四个图像传感器(用于捕获子图像以计算成像)加上附加传感器(或其部分)的模块，其中该附加传感器不是图像传感器。在同一个半导体裸片中实现所有这些传感器，或者至少其有源光学组件。特别地，四个图像传感器都可以被提供来检测不同颜色的光；或者，图像