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TWI538178B - 相機及製造複數相機的方法 - Google Patents

相機及製造複數相機的方法 Download PDF

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TWI538178B
TWI538178B TW100120560A TW100120560A TWI538178B TW I538178 B TWI538178 B TW I538178B TW 100120560 A TW100120560 A TW 100120560A TW 100120560 A TW100120560 A TW 100120560A TW I538178 B TWI538178 B TW I538178B
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哈馬特 盧德曼
史帝芬 海格那
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新加坡恒立私人有限公司
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Description

相機及製造複數相機的方法
本發明係於諸如CMOS或CCD相機的相機裝置之領域中。其有關相機或用於相機之光學模組，及有關製造複數相機之方法。
諸如相機或整合式相機光學元件之光學裝置現今被大百分比地整合於所製成之任何電子裝置中，包含行動電話、電腦等。其日益重要地是此等相機可譬如於一平行製程中被經濟地製成，且它們具有盡可能少之零件，該等零件在機械上係複雜的、難以製造、或難以處理的。再者，尤其用於行動電話應用而且亦用於其他應用，對於薄的相機有一增加之需求，亦即在該光軸方向中之延伸(z延伸)為小的。雖然如此，在應藉由此整合式相機所達成之解析度上亦有一增加之需求。
數位信號處理已增加有效地製成沒有可移動零件的相機。諸如先前必需被機械式地進行之聚焦的功能可藉由基於軟體按照已在“計算攝影學”名稱之下得知的概念來進行。已變為習知的一概念係所謂‘全光照相機’，其使用在輻射撞擊的方向上之資料，以計算所取得之影像的3D資訊。亦有可用之軟體，其可由複數從相同觀察位置同時取得之低解析度影像計算高解析度影像。基於教導的範例能被發現於歐洲專利第EP 1 357 514號及在其中所引用之 參考案。基於教導的有關相機陣列之另一範例被揭示於世界專利第WO 2009/151903號中。
通常在小巧相機中發生的一問題係雜散光之處理。該相機越薄及越小，則該雜散光之處理可變得更困難，尤其因為用於薄的相機，可有至亦用於由平坦之角度撞擊的光線之實際感測器雜散光路徑。
本發明之目的係提供一小巧、尤其為薄的、且可便宜製造之相機。本發明之另一目的係提供一用於製造相機或複數相機之省錢的方法。其又另一目的為提供具有頂抗雜散光衝擊之改良的堅固性之相當薄的相機。本發明之另一目的為提供用於此一相機之光學模組。
按照本發明的一態樣，相機或相機用之光學模組被提供，該相機或光學模組包括：-第一基板，具有第一光學裝置或複數光學裝置，-第二基板，具有第二光學裝置或複數光學裝置，及-隔片，於該第一基板與該第二基板之間，該隔片具有第一與第二附接表面，該第一基板附接至該第一附接表面，且該第二隔片附接至該第二附接表面，-該隔片具有由第一附接表面至該第二附接表面之穿透孔，以致在該第一基板及該第二基板之間有一內部空間，該內部空間譬如被不透氣地封閉，-該(等)第一光學裝置及該(等)第二光學裝置被互相地 配置，以致由物件側撞擊在該(等)第一光學裝置上之光線被引導至該(等)第二光學裝置，-該相機另包括在該內部空間中之屏蔽裝置，該屏蔽裝置阻斷雜散光部份。
該屏蔽裝置可譬如包括一屏蔽壁面或複數屏蔽壁面，其覆蓋該內部空間之橫側壁面(藉由該隔片所形成之壁面)及/或-如果複數第一及第二光學裝置係存在-其延伸經過該內部空間，以彼此分開第一光學裝置-第二光學裝置對。該等壁面可為薄的，具有本質上均勻的厚度及/或它們可為由一本體所形成，該本體具有至少一直立地延伸之穿透孔。
在此本文中，該第一及第二基板與該隔片之附接表面界定一平面通常被稱為“水平的”。這不被了解為意指該相機必需於使用期間被固持在某一方位。反之，該“水平的”一詞僅只意指由物件至影像方向(或光軸)之正交方向。在該(等)影像感測器之位置，該水平面-或x-y平面-對應於該影像平面。平行於該物件至影像方向的方向被稱為“直立”或“z方向”。
如此，按照本發明之此第一態樣，在屏蔽裝置封閉之前或當其被封閉時，屏蔽功能被指定給放在該內部空間中之屏蔽裝置，且其可或不能被固定至該第一基板及/或該第二基板及/或該隔片。屏蔽裝置之使用具有實質之優點，該屏蔽裝置係一物理物件，且其係與該第一及/或第二基板上或該隔片上之僅只一塗覆層不同。
首先，該屏蔽裝置可具有直立之延伸部，且如此阻斷不能被該第一及/或第二基板之純粹水平塗層所阻斷之雜散光部份。
其次，藉由為一物理本體，該屏蔽裝置可具有部份，其貫穿該內部空間之內部及如此可阻斷光線部份免於由該內部空間的子體積進入至該內部空間的另一子體積。分別於該相機係多孔徑相機或該光學模組為多孔徑相機用之光學模組的狀態中、及該相機之影像感測器(其可為該(等)第二光學裝置或除了該第一及第二光學裝置以外可被提供者)包括一陣列之像素陣列的狀態中，這可為特別有利的，每一像素陣列構成子相機之子影像-感測器。
該相機或光學模組之具體實施例的第三優點係被放置於該內部體積中之屏蔽裝置可為相當容易及不貴地製造。特別地是，對比於該第一及第二光學裝置與其相互對齊以及該隔片之厚度，其全部通常必需被高度精密地製成，用於該屏蔽裝置之容差可為遠較不嚴格的。譬如，該直立延伸部可為比該隔片之直立延伸部較小達0微米及50微米之間或更多，該精確之直立延伸部不是一重要之參量。亦用於其他尺寸，該等製造容差比用於其他光學主動式元件係亦較不嚴格的。如此，本發明之第一態樣的概念之具體實施例使藉由一裝置採用屏蔽功能成為可能，亦即於該製造製程之各階段期間，該裝置與具有嚴格的製造容差之製造昂貴的裝置分開。譬如，該屏蔽裝置可為或可包括射出成形元件。雖然該射出成形之精密度通常係不足以用於諸 如透鏡的光學裝置，用於高數目之被製成零件的射出成形法係很省錢的。
於一範例中，該屏蔽裝置係使用射出成形工具表面及/或造成該裝置之至少部份表面的一些光學可見之粗糙度的材料被射出成形。再者，暗色材料(例如黑色材料)可被使用。適合用於射出成形該屏蔽裝置的一群材料之範例係液晶聚合物。
按照本發明之另一態樣，多孔徑相機或多孔徑相機用之光學模組被提供，該相機或光學模組包括：-第一基板，具有譬如被配置在一陣列中之複數第一光學裝置，-第二基板，具有譬如被配置在一陣列中之複數第二光學裝置，及-隔片，於該第一基板與該第二基板之間，該隔片具有第一與第二附接表面，該第一基板附接至該第一附接表面，且該第二隔片附接至該第二附接表面，-該隔片具有由第一附接表面至該第二附接表面之穿透孔，以致在該第一基板及該第二基板之間有一內部空間，該內部空間譬如被不透氣地封閉，-該等第一光學裝置及該等第二光學裝置被互相地配置，以致由物件側撞擊在第一光學裝置上之光線經過該內部空間被引導至指定的第二光學裝置，-該相機另包括在該內部空間中之屏蔽，該屏蔽阻斷來自第一裝置之光線部份到達異於所指定之第二裝置的第 二裝置。
於本發明之第二態樣的具體實施例中，該屏蔽可為藉由按照本發明之第一態樣的屏蔽裝置所形成。
另一選擇係，該屏蔽可譬如藉由該第一或第二基板之直立突出部件或藉由該隔片之部件所形成，且被配置成突出進入該穿透孔。
該屏蔽(亦即譬如該屏蔽裝置)之屏蔽壁面的範圍可由該第一基板之影像側表面至該第二基板之物件側表面。於此，它們界定該內部空間之子體積，每一個子體積被指定至第一裝置及一指定的第二裝置。該(等)壁面可為直立或大約直立的。它們對於可見光可為完全非透明的，且如此在該內部空間內，具有本質上沒有光線能由一子體積到達另一子體積之效果。然而，將亦可能的是提供具有一些殘餘透明度之屏蔽裝置及/或設計其形狀，以致該(等)壁面之範圍不會由該第一基板之影像側表面徹底至物件側表面，但譬如包括像尖頂或其它結構。
該第二態樣之多孔徑相機的屏蔽可譬如包括具有複數直立之穿透孔及/或具有複數屏蔽壁面之屏蔽本體，該等屏蔽壁面延伸於第一裝置及第二裝置對之間。
用於兩態樣，保持以下者：
該(等)第一光學裝置可為被動式光學裝置。該光學裝置或該等光學裝置之至少一者可包括相機透鏡或透鏡零件及/或孔徑、濾波器等；多數及/或組合功能性為可能的。該第二光學裝置或該等第二光學裝置之至少一者亦可 為被動式光學裝置，或其可為主動式光電裝置，特別是影像感測器。影像感測器可包括一像素陣列、亦即一陣列之感測元件。
於該堆疊中之隨後的內部空間中，其係亦可能於直立堆疊中提供複數屏蔽/屏蔽裝置。於此一組構中，另有第三基板，其具有一或個以上之第三光學裝置及另一隔片，且另一內部空間係形成於該第二基板、該另一隔片、及該第三基板之間，使另一屏蔽/屏蔽裝置位於該另一內部堆疊中。於此，在大部份案例中，該(等)第一及第二裝置將為被動式光學裝置，且該(等)第三光學裝置將為被動式或主動式光電裝置。
其將亦可能的是於三基板之此一直立堆疊中僅只提供具有屏蔽裝置的內部空間之一。
此教導能被延伸至甚至更多之直立堆疊基板，具有包括屏蔽裝置之內部空間的至少一者。
該相機-或分別地包括該光學模組及影像感測器之相機-具有複數子相機，每一子相機包括該第一裝置及該指定的第二裝置之一。每一子相機係可操作地擷取一前像。不同子相機的前像本質上可包括相同之影像區段，並對應於該最終影像。換句話說，該子相機可為使得每一子相機拍攝本質上相同風景之相片。該等子相機之光學元件可為完全相同的，或它們於至少部份該等相機之間可為不同的。另一選擇係，該等子相機可拍攝不同、但重疊影像區段的前像。該相機另包括用於由該等前像計算一影像之分 析單元。該分析單元可被整合在相機電子裝置中，或其可為外部工具、諸如在計算裝置上執行之軟體工具，該計算裝置可經由適當之介面被連接至該相機電子裝置。
每一子相機較佳地係具有它們自己之孔徑。不同子相機之孔徑本質上可為於相同(水平)之平面中。
於每一子相機具有它們自己之孔徑的具體實施例中，該屏蔽/屏蔽裝置具有以下之優點：經過某一子相機之孔徑進入該相機的光將不會到達鄰接子相機(該像素陣列等)之影像感測器。然而，如果該相機以延伸之觀點被最佳化，該等子相機必需彼此接近，且此種串音將必需被期待，尤其於不同透鏡之間或於該等透鏡及該等影像感測器之間的自由空間中。該屏蔽/屏蔽裝置具有在此自由空間或這些自由空間之區域中屏蔽彼此不同的子相機之功能。
較佳地是，該屏蔽係一屏蔽裝置，而為與該隔片分開之元件，被分開地製成且較佳地係僅只於組裝期間插入該隔片之穿透孔。其可為有利的是提供該屏蔽裝置當作一分開之嵌體(如此與該隔片不會為單一元件)。該屏蔽裝置可接著被與該隔片不同之技術所製成，且用很適合用於薄壁式、細微結構之材料。雖然如此，具有隔片晶圓的晶圓等級製造之優點被維持，該隔片晶圓隨後當作晶圓等級組件的一部份被切成個別之相機等級隔片。
該屏蔽裝置可於晶圓等級製造製程期間被插入。於此，該第一及第二基板係第一及第二基板晶圓之區段，且該隔片係晶圓等級隔片(或‘隔片晶圓’)之區段。該第一 基板晶圓、該第二基板晶圓、該隔片晶圓、及該複數屏蔽裝置(較佳地係每相機一個屏蔽裝置)被組裝，盡可能與其他晶圓等級零組件。該結果之晶圓等級組件接著被分開成該等個別之相機等級裝置或模組，而該內部空間不會受該切成小方塊所影響，且保持(不透氣地)密封。沿著其發生分離之切成小方塊的線如此係在鄰接相機或模組的內部空間之間，且不經過該內部空間。
在該第一及第二基板晶圓的第一者被附接或臨時地附接至該隔片晶圓之後、及於將該第一及第二基板晶圓的第二者帶至與該隔片晶圓接觸之前，該等屏蔽裝置可譬如被放置於該隔片晶圓之穿透孔中。
該屏蔽裝置可鬆弛地坐落在該等基板及該隔片間之內部空間中。譬如，該屏蔽裝置與該內部空間之形狀可被設計成彼此順應，以致該屏蔽裝置可僅只移動達某一最小範圍。
當作另一選擇，該屏蔽裝置可藉由定位該隔片及/或該第一及第二基板之至少一者的部件被固持在適當位置中；亦定位被加至該等基板之部件，譬如藉由複製係可能的。
此外或又當作另一選擇，該屏蔽裝置可藉由黏接劑或其他材料連接被固持在適當位置。黏接劑可譬如與一方面將該第一及/或該第二基板(可能當作該基板晶圓的一部份)固持在一起且另一方面固持該隔片之黏接劑同時被固化。
於每一者包括複數子相機之具體實施例中，以晶圓等級製造複數相機之製程包括以下步驟：提供第一基板晶圓、第二基板晶圓、及具有複數穿透孔之隔片晶圓；以任意之順序造成該隔片晶圓與該第一及該第二基板晶圓的其中之一接觸，使黏接劑之第一部份位於其中間，且在該等穿透孔之至少一者中導入屏蔽裝置；此後造成該第一及該第二基板晶圓的第二者與該隔片晶圓彼此接觸，使黏接劑之第二部份位於其中間；使該黏接劑之第二部份硬化；及將該結果之組件分成複數相機等級之裝置或模組，每一者具有藉由該等穿透孔的其中之一所形成之內部空間。
黏接劑之第一部份可與該第二部份被同時地固化(例如按照PCT/CH 2009/000271之教導，其以引用的方式併入本文中)，或可於造成該等晶圓的第二者與該隔片晶圓接觸之前被固化。
固化該黏接劑的一部份/各部份之步驟可包括UV固化、亦即藉由用紫外線輻射照明來固化。通常，該第一基板晶圓及/或該第二基板晶圓具有用於該相機所需要之紅外線(IR)濾波器。用於UV輻射的IR濾波器之透明度通常被限制，以致該固化可僅只由該個別另一基板之側面發生。然而，如果另一基板為光電基板，其將不是透明的。此問題能被解決：-藉由使用熱固化及/或在室溫慢慢地固化、而代替藉由用UV照射來固化之黏接劑，-或藉由提供IR濾波器，其被建構至包括配置成與該 隔片之穿透孔對齊的複數IR濾波器區段。
如果該屏蔽裝置係亦藉著黏接劑所附接，該黏接劑之固化可與黏接劑之第一及/或該第二部份同時發生的，且亦對此黏接劑保有關於固化之相同考量。
在此本文中，‘晶圓’或‘晶圓等級’大致上意指趕得上半導體晶圓之各種尺寸的像盤片或像板片之基板的尺寸，諸如具有在5公分及40公分間之直徑的盤片或板片。在此本文中所使用之意義中，晶圓或基板係盤片或長方形之板片或任何尺寸穩定之材料的任何其他形狀之板片；如果該晶圓係光學晶圓，該材料通常為透明的。晶圓盤片之直徑典型於5公分及40公分之間，譬如於10公分及31公分之間。其通常為圓柱形，具有2、4、6、8或12英吋之直徑，一英吋大約為2.54公分。光學晶圓之晶圓厚度係譬如在0.2毫米及10毫米之間，典型於0.4毫米及6毫米之間。雖然較佳地係該等晶圓具有圓形盤之形狀、像半導體晶圓，其他形狀、諸如大約長方形之形狀、六角形之形狀等不被排除。在此本文中，‘晶圓’一詞大致上不被解釋為以形狀之觀點作限制。
圖1概要地描述複數相機之晶圓等級組件。該晶圓堆疊包括具有複數CMOS或CCD像素陣列之光電晶圓1、隔片晶圓2、及彼此上下堆疊之透明光學晶圓3。於此，用於本文之教導，該光學晶圓可被考慮當作第一基板晶 圓，且該光電晶圓可被考慮當作第二基板晶圓。
該光電晶圓1可為基於該技藝習知之技術、諸如矽基CMOS晶圓。然而，對比於數位相機之傳統晶圓，該等像素陣列11被描述為成群的，並例如呈四、六、九、十二、十六、二十、二十四、或二十五、或任何數目之像素陣列的群組，並例如以像陣列之方式配置，每一群組被指定至一相機。隨同所指定之光學元件，每一陣列本身係用作子相機，且具有造成本質上該整個風景之開始影像被擷取的功能。
該隔片晶圓可為透明或非透明之板狀元件，具有複數穿透孔，每一穿透孔之形狀被設計及配置，以對應於包括複數子相機之相機。該光電晶圓1及該光學晶圓3兩者被附接至該隔片晶圓，譬如藉著黏接劑，或可能藉著為塑膠且於不完全硬化狀態中被施加之隔片晶圓等。
該隔片晶圓係譬如世界專利第WO 2009/076 786號中所敘述者，其全部以引用的方式併入本文中。當作另一選擇，該隔片晶圓亦可為任何其他材料、諸如玻璃、或另一透明或非透明材料之隔片晶圓。
於圖1所描述之晶圓等級組裝狀態中，當該光電晶圓1及該光學晶圓3被附接至該隔片晶圓時，該隔片晶圓之穿透孔在該等像素陣列及該等透鏡之間形成中空之內部空間。
該光學晶圓3可在玻璃基板之一或二側面上包括複製的透鏡元件31、32，該等透鏡元件隨同該玻璃基板形成 光學透鏡，用於由物件側(對應於該等圖面中之上側)撞擊及被引導至影像側(對應於該等圖面中之下側)的光線。每一光學透鏡被指定至一像素陣列，且如此屬於一子相機。該等子相機之每一者可具有一光軸(在圖1中未示出)。
於該光電晶圓及該光學晶圓間之內部空間的每一者中，屏蔽裝置21被配置。在造成該光學晶圓與該光電晶圓的第二者與該隔片晶圓接觸之前，該等屏蔽裝置被插入該隔片晶圓之穿透孔。該屏蔽裝置可譬如在該隔片晶圓已被造成與該光學晶圓(或與該光電晶圓)接觸之後被插入該穿透孔，可能甚至在其已藉由固化該黏接劑被接合至該光學晶圓之後，但於該隔片晶圓被帶至分別與該光電晶圓(或該光學晶圓)接觸之前。
在此中所敘述之具體實施例中，該屏蔽裝置係包括配置在一圖案中之複數屏蔽壁面的單一屏蔽元件。其將亦可能組成複數元件、譬如複數壁面塊件之屏蔽裝置，其可於插入該隔片晶圓的穿透孔之前被組裝、或可被組裝同時被插入其中。因為該減少之製造及組裝成本，單一屏蔽元件通常係有利的。
在該光學晶圓3及該光電晶圓1與該隔片晶圓2及與該等屏蔽裝置21的組裝之後，可能進一步之晶圓等級製造步驟可被作成。此等進一步之晶圓等級製造步驟可包括加入另外之光學元件。如果此孔徑係業已不存在，用於此等另外之光學元件的範例係一孔徑，及/或如果此(等)另外之光學晶圓業已分別未與所描述之光學晶圓、與該等光 學晶圓間之第二隔片晶圓、或與該等光學晶圓間之第二隔片晶圓組裝，該光學元件的範例係一或個以上之另外的光學晶圓。
在達成該晶圓等級製造步驟之後，該結果之晶圓等級組裝被分成(“切丁”)個別之相機等級零組件。於該等圖面中，發生此分離之位置-“切丁線”或“切丁窄道”-係藉由虛線40所標示。
圖2描述一結果之相機模組具有光電裝置1'-被獲得作為該光電晶圓的一‘切丁’-、隔片裝置2'-由該隔片晶圓所獲得-、及光學裝置3'-由該光學晶圓所獲得。
於圖3中，隔片晶圓2及複數屏蔽裝置21被描述。該等屏蔽裝置21之每一者包括以直角交叉的壁面之結構。該等壁面間之空間具有該等子相機之x-y尺寸(面內尺寸)或係稍微較大的。該等屏蔽裝置21之壁面可為任何材料或適合用於形成比較薄的材料之組合，較佳地係光吸取壁面，諸如硬的、可能塗覆及/或黑色之塑膠、陶瓷、金屬等。如果該屏蔽裝置21係由塑膠所製成，它們亦可為藉由與該隔片2'不同的技術-或亦藉由相同之技術所製成。它們能夠譬如藉由射出成形法、藉由蝕刻法等所製成。
雖然於所描述之具體實施例中，特別相機之子相機的尺寸係大約相等，這不須為該情況。反之，相機可選擇性包括不同尺寸的子相機。於此一案例中，此一相機之屏蔽裝置21將據此被改造。
該等屏蔽裝置可被固持在該隔片晶圓的穿透孔22中之適當位置中-且最後於該內部空間中-譬如藉由以下手段之一或組合：
-該屏蔽裝置21的形狀及尺寸可被設計成順應該穿透孔22的形狀及尺寸，以致當該屏蔽裝置被放置於該穿透孔22中時，沒有用於在該x-y平面中移動之自由度。於此一案例中，該隔片晶圓2與該等屏蔽裝置之製造容差將被選擇，以致該等屏蔽裝置相對於該隔片晶圓之最大可能的殘餘移動係在可容許的限制之下。於圖3中，該上列之屏蔽裝置係藉由此手段所之定位。
-該隔片晶圓可包括與該等屏蔽裝置之結構合作的定位部件23，以將它們定位於該x-y平面中。此定位部件可譬如包括該等穿透孔的橫側壁面中之軸向溝槽(亦即在該z方向中延伸之溝槽)。該等屏蔽裝置之周邊壁面-該等屏蔽裝置接著係稍微超尺寸地-嚙合在該等溝槽中。於圖3中，該中間列中之二個第一孔洞包括此等定位部件。
-黏接劑可被用來將該屏蔽裝置固定至該光電裝置及/或至該光學裝置。此一黏接劑可譬如被與固化分別將該隔片晶圓與該光電晶圓及/或該光學晶圓固持在一起之黏接劑同時地固化。
-該光學晶圓及/或該光電晶圓可包括定位部件。此等定位部件可譬如與複製該透鏡元件同時地被複製在該光學晶圓上，及/或該等透鏡元件本身可形成-藉由其形狀及延伸部-此等定位部件。此外或當作另一選擇，該光電 晶圓及/或該光學晶圓可被適當地設有溝槽、或以別的方式設計其形狀，以包括一定位部件。
圖4多少更詳細地顯示一相機。所描述之相機具有該光學裝置3'之複製的定位部件38。然而，這些係選擇性的。於該相機之另一選擇具體實施例中，沒有此等定位部件38存在。代替之，採取其他先前所敘述的手段之一或組合，用於界定該屏蔽裝置之位置。
圖4之相機的每一子相機具有一孔徑。該等孔徑被共用之孔徑層14所形成-其可譬如為鉻基材料或材料組合-，其具有用於每一子相機之孔徑開口。該孔徑隨同該等透鏡元件31、32形成用於將物件成像至該像素陣列11的平面上之光學系統。(於另一選擇組構中，該成像亦可為使得用於一或個以上之子相機，該系統不會聚焦至該像素陣列11之真正平面上，但例如稍微在其上方。於與接近該像素陣列之微透鏡陣列組合中，所謂全光照相機之功能性可接著被獲得。)
除了形成該孔徑之層或另一屏蔽物件以外，該相機裝置可包括在圖4中未描述之另一光學機構，諸如至少一IR濾波器、擋板(例如可與該孔徑組合且為世界專利第WO 2009/076 787號中所示之種類、或世界專利第WO 2009/076 788號中所揭示之種類、或其它型式)、另外之透鏡等。
於所描述之組構中，每一子相機具有為筆直且形成該個別子相機的中心軸之光軸16。不同子相機之透鏡元件 可為完全相同的，或至少它們的一部份可為不同的。譬如，不同子相機之透鏡元件可被設計，以將不同距離之物件聚焦至該相機。對於不同的子相機，該等孔徑開口亦不須是完全相同的。
除了該等光學零組件(該等透鏡、孔徑、濾波器等)及該等像素陣列以外，該相機亦包括與該等像素陣列通訊之相機電子元件51，如圖4中所真正概要地顯示。該相機電子元件係能夠讀出藉由該像素陣列所獲得之影像。該相機電子元件可進一步能夠執行數位信號處理。另一選擇係，該相機電子元件可具有一允許計算裝置讀出該原始之影像資料的介面，以致數位信號處理可藉由該計算裝置來執行。該相機電子元件或該外部計算裝置之軟體係能夠從藉由該子相機所獲得之前像62評估一影像61。每一前像本質上可包括該最終影像61之影像區段，然而，以解析度、清晰度、清晰度之深度、照明色彩及/或其他光學性質的觀點，該最終影像之品質係優於該等子影像之品質。由該複數前像引導至該最終影像之數位信號處理步驟係不屬於本發明且在此不再更詳細地被敘述。
於該等先前所述具體實施例中，該相機被假設為每一子相機僅只包括影像感測器及一透鏡(包括二透鏡元件與在該二透鏡元件間之基板部份)。於此，不同子相機之透鏡係在大約對應之z位置。然而，實際上，通常超過一個透鏡-每一透鏡包括一或二個透鏡元件-係存在，該等不同的透鏡被直立地堆疊。於此組構中，超過一個光學基板 (在晶圓等級：光學晶圓)係存在，且另一隔片或另外隔片可被用作該等光學基板間之距離固持件。於此一組構中，在此中所敘述之屏蔽裝置種類可為位於：(i)包括該等影像感測器之光電裝置1'、與最接近該光電裝置的光學裝置(透鏡層)之間；(ii)二光學裝置(透鏡層)之間；或(iii)該光電裝置及該最接近的透鏡層之間、及該等透鏡層的二者之間兩者。
圖6描述用於具有複數子相機之相機的光學模組。該光學模組於直立之堆疊中包括第一基板3'及第二基板4'。該第一及第二基板之每一個具有一陣列之透鏡，該等透鏡藉由在對應位置之透鏡元件31、32、33、34及於它們間之基板部份所界定。於該第一基板3'、該隔片2'、及該第二基板4'間之內部空間中，前文所敘述之屏蔽裝置21種類被配置。用於將該屏蔽裝置固持在適當位置之機構亦可為參考該等具體實施例所討論之機構的任一者或組合，使該屏蔽裝置被配置於(被動式)光學基板及光電基板之間。
圖1-3之有關該屏蔽裝置21及該晶圓等級裝置的教導及其敘述亦已作必要的修正地應用至圖6之光學模組的屏蔽裝置及晶圓等級裝置，且進一步應用至下文參考圖7所敘述之相機模組。
除了所描述之元件以外，該光學模組可包括下文之多個或一個：-另一隔片，其附接至該第二基板4'，能被使用於稍 後組裝該光學模組與光電裝置，以製造該相機；-一個以上之另外被動式光學基板，具有一陣列之被動式光學元件、諸如另外之透鏡，及具有額外之隔片。
圖7又顯示一具有透鏡之第一光學基板3'、具有透鏡的第二光學基板4'、及具有成像感測器11之光電基板1'的相機模組。該相機模組具有二隔片2'，一隔片在該第一及該第二光學基板之間，且另一隔片在該第二光學基板及該光電基板之間。於所描述之組構中，藉由此組構所界定之兩內部空間的每一者包括一屏蔽裝置21。然而，其將亦可能僅只於該上方(較接近至該物件側)或於該下方(較接近至該影像側)內部空間中提供一屏蔽裝置。
除了該相機模組以外，基於圖7之相機模組的相機將亦包括相機電子元件。
各種其他具體實施例可被預見，而不會由本發明之範圍及精神脫開。譬如，對比於所描述之組構，該等子相機不須被配置在規則之陣列中，所有子相機具有大約相等之尺寸。另一選擇係，其將為可能具有配置於不規則圖案中之複數子相機，及/或一或個以上之子相機能具有異於其他子相機之尺寸(譬如水平延伸部)。這樣一來，譬如較大的子相機可為該主要子相機，而其他子相機係較小的及用於獲得某些修正等。
於所描述之組構中，不同子相機之影像感測器被顯示為分開之像素陣列。然而，其將亦可能使每一相機具有一大像素陣列，代替所描述之陣列群組；然後基於由該像素 陣列所獲得之信號所進行的信號處理將由該等信號所獲得之影像分開成子影像當作開始影像；再者本質上擷取該整個風景之每一開始影像。於此，該像素陣列指定至某一子相機的部分用作該等不同的影像感測器。
圖8a、8b及8c又顯示可被使用之另一選擇的屏蔽裝置21，譬如用於該上述架構之相機模組。
圖8a之屏蔽裝置21係藉由具有複數直立之屏蔽裝置穿透孔24的射出成形屏蔽裝置本體所形成，每一穿透孔對應於一孔徑。該屏蔽裝置本體可譬如為具有某一表面粗糙度之黑色材料，使其成為無光澤的。對比於該上述具體實施例，該屏蔽裝置21具有非恆定之屏蔽壁面厚度，因為該穿透孔24係大約圓柱形。
圖8b之屏蔽裝置21係類似於圖3者，但除了該屏蔽壁面26之交叉圖案另包括對著傳輸通過該隔片本身之光線形成一屏蔽的周圍壁面27以外。圖3及圖8b兩者之屏蔽裝置亦可藉由射出成形塑膠材料所形成，或可由譬如黃銅片或任何其他遮光材料所形成。
圖8c之屏蔽裝置21係與圖8b之屏蔽裝置不同，其中該屏蔽裝置另包括橫側地突出之嚙合部件28，其可與圖3所描述之定位部件23種類嚙合。這些嚙合部件可為該周圍壁面之無用部，且該穿透孔22幾何形狀係充分精確的。
圖9描述複數單一孔徑相機之晶圓等級組件。該晶圓等級組件係藉由以下之部件而與圖1的組件不同。該等部 件之每一者能被單獨或以任何組合地實現，而脫開上文所敘述之任何種類的組件：
-單一孔徑：每一相機包括單一孔徑，其中不同相機之孔徑係又藉由連續之孔徑層14所形成。每一相機因此僅只包括一影像感測器範圍11。該屏蔽裝置亦係僅只包括周圍壁面之種類，且不包括經過分開其子體積的內部空間之任何‘內部’壁面。
-鬆弛裝配之屏蔽裝置21：該屏蔽裝置21之直立尺寸多少可為少於該隔片隨同黏著劑層9之厚度。該屏蔽裝置之正確尺寸對於該相機之光學性質為不重要的參量。
-透明蓋子：該光電晶圓1被譬如玻璃板之保護蓋層8所覆蓋。該光電晶圓1隨同該蓋層8形成該第二基板晶圓。
圖10a及10b又描述單一孔徑相機的屏蔽裝置21之二變型。圖10a之屏蔽裝置21係薄壁式，且可例如由一塊黃銅或彈性可彎曲片所製成。圖10b之屏蔽裝置21被描述為多少較厚的，且其可被射出成形。
1‧‧‧光電晶圓
1’‧‧‧光電裝置
2‧‧‧隔片晶圓
2’‧‧‧隔片裝置
3‧‧‧光學晶圓
3’‧‧‧光學裝置
4’‧‧‧基板
8‧‧‧蓋層
9‧‧‧黏著劑層
11‧‧‧像素陣列
14‧‧‧孔徑層
16‧‧‧光軸
21‧‧‧屏蔽裝置
22‧‧‧穿透孔
23‧‧‧定位部件
24‧‧‧穿透孔
26‧‧‧屏蔽壁面
27‧‧‧周圍壁面
28‧‧‧嚙合部件
31‧‧‧透鏡元件
32‧‧‧透鏡元件
33‧‧‧透鏡元件
34‧‧‧透鏡元件
38‧‧‧定位部件
40‧‧‧虛線
51‧‧‧相機電子元件
61‧‧‧影像
62‧‧‧前像
本發明之原理以及其具體實施例將在以下之本文中參考所附圖面更詳細地說明。於該等圖面中，相同之參考數字標示相同或類似之元件。該等圖面係全部概要及未按照一定比例的。它們顯示：圖1以剖面顯示複數多孔徑相機模組之晶圓等級組 件；圖2顯示相機模組；圖3顯示複數相機模組之局部組裝晶圓等級組件的俯視圖；圖4顯示相機；圖5顯示影像處理之概要圖；圖6顯示用於相機之光學模組；圖7顯示另一相機模組；圖8a-8c顯示另一選擇之屏蔽裝置；圖9顯示單一孔徑相機模組之相機晶圓等級組件；及圖10a及10b顯示用於單一孔徑相機之屏蔽裝置。
2‧‧‧隔片晶圓
21‧‧‧屏蔽裝置
22‧‧‧穿透孔
23‧‧‧定位部件
40‧‧‧虛線

Claims (18)

  1. 一種成像裝置，包括：-第一基板，具有第一光學裝置或複數光學裝置，-第二基板，具有第二光學裝置或複數光學裝置，及-隔片，於該第一基板與該第二基板之間，該隔片具有第一附接表面與第二附接表面，該第一基板附接至該第一附接表面，且該第二隔片附接至該第二附接表面，-該隔片具有由第一附接表面至該第二附接表面之穿透孔，以致在該第一基板及該第二基板之間有一內部空間，該內部空間被封閉，-該(等)第一光學裝置及該(等)第二光學裝置被互相地配置，以致由物件側撞擊在該(等)第一光學裝置上之光線被引導至該(等)第二光學裝置，-該成像裝置另包括在該內部空間中之屏蔽裝置，該屏蔽裝置係與該第一基板及/或該第二基板上或是該隔片上之塗覆層不同，且該屏蔽裝置阻斷雜散光部份；其中該成像裝置係相機和相機用的光學模組中之一者。
  2. 如申請專利範圍第1項之成像裝置，其中該第一基板包括複數第一光學裝置，其中該第二基板包括複數第二光學裝置，其中該第一光學裝置及該第二光學裝置係互相地配置，以致由物件側撞擊在該第一光學裝置上之光線經過該內部空間被引導至指定的第二光學裝置，且其中該屏蔽裝置包括一阻斷來自第一光學裝置之光線部份不能到達 異於所指定之第二光學裝置的第二光學裝置之部份。
  3. 如申請專利範圍第2項之成像裝置，其中該屏蔽裝置的該部份係至少一屏蔽壁面。
  4. 一種成像裝置，包括：-第一基板，具有複數第一光學裝置，-第二基板，具有複數第二光學裝置，及-隔片，於該第一基板與該第二基板之間，該隔片具有第一附接表面與第二附接表面，該第一基板附接至該第一附接表面，且該第二隔片附接至該第二附接表面，-該隔片具有由第一附接表面至該第二附接表面之穿透孔，以致在該第一基板及該第二基板之間有一內部空間，-該等第一光學裝置及該等第二光學裝置被互相地配置，以致由物件側撞擊在第一光學裝置上之光線經過該內部空間被引導至指定的第二光學裝置，-該成像裝置另包括在該內部空間中之屏蔽裝置，該屏蔽裝置係與該第一基板及/或第二基板上或是該隔片上之塗覆層不同，且該屏蔽裝置阻斷來自第一光學裝置之光線部份不能到達異於所指定之第二光學裝置的第二光學裝置；其中該成像裝置係多孔徑相機和多孔徑相機用的光學模組中之一者。
  5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之成像裝置，其中該等第二光學裝置包括影像感測器，每一影像感測器 能夠擷取子影像，該相機另包括相機電子元件，其中該相機電子元件係能夠由該複數子影像計算單一影像、或包括至能夠由該複數子影像計算單一影像的計算裝置之介面。
  6. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之成像裝置，其中孔徑被指定至每一個第一光學裝置，藉此由物件側橫越該孔徑之光線經由該第一光學裝置被引導至所指定的第二光學裝置。
  7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成像裝置，另包括第三光學裝置或複數第三光學裝置，每一個第三光學裝置包括影像感測器。
  8. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之成像裝置，另包括複數第三光學裝置，每一個第三光學裝置包括影像感測器，其中每一個第三光學裝置被指定至第一光學裝置及至第二光學裝置，每一影像感測器能夠擷取子影像，該相機另包括相機電子元件，其中該相機電子元件係能夠由該複數子影像計算單一影像、或包括至能夠由該複數子影像計算單一影像的計算裝置之介面。
  9. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成像裝置，其中每一個第一光學裝置包括透鏡。
  10. 如申請專利範圍第9項之成像裝置，其中每一個第二光學裝置包括透鏡或影像感測器。
  11. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成像裝置，包括該屏蔽裝置，其中該屏蔽裝置鬆弛地坐落在該內部空間中。
  12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成像裝置，其中該屏蔽裝置藉由該隔片及/或該第一基板與第二基板之至少一者的定位部件被固持在適當位置中。
  13. 如申請專利範圍第12項之成像裝置，其中該定位部件包括該隔片之穿透孔的側壁中之溝槽。
  14. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成像裝置，其中該屏蔽裝置藉由屏蔽裝置黏接劑被附著至該第一基板與該第二基板之至少一者。
  15. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成像裝置，其中該內部空間係與外側不透氣地密封。
  16. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之成像裝置，其中該屏蔽裝置包括由該第一基板之影像側表面分佈至該第二基板之物件側表面的至少一屏蔽壁面。
  17. 一種以晶圓等級製造複數相機之方法，包括以下步驟：-提供第一基板晶圓、第二基板晶圓、及具有複數穿透孔之隔片晶圓，-以任意之順序造成該隔片晶圓與該第一基板晶圓及該第二基板晶圓的其中之一接觸，使黏接劑之第一部份位於其中間，且在該等穿透孔之至少一者中導入屏蔽裝置，-此後造成該第一基板晶圓及該第二基板晶圓的第二者與該隔片晶圓彼此接觸，使黏接劑之第二部份位於其中間，-使該黏接劑之第二部份硬化，及 -將該結果之組件分成複數相機等級之裝置。
  18. 如申請專利範圍第17項之以晶圓等級製造複數相機之方法，其中該屏蔽裝置係與該第一基板及/或該第二基板上或是該隔片上之塗覆層不同。
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