CN101606381A - 在利用光学堆栈的照相机系统中的杂散光控制及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种照相机系统可以包括:光学堆栈(140),其包括在垂直方向上固定在一起的两个基底(110,120)和在所述两个基底上的光学系统(112,124),所述两个基底具有暴露的侧面;在检测器基底(170)上的检测器;和直接在光学堆栈的至少一些侧面上的杂散光阻止器(192)。

Description

在利用光学堆栈的照相机系统中的杂散光控制及相关方法
技术领域
本发明涉及一种照相机系统及相关方法。更加具体的说,本发明涉及一种包括具有减少杂散光的光学堆栈的照相机系统。
背景技术
照相机可以包括彼此固定在其平面部分处的光学基底的光学堆栈。可例如在晶片层面同时制造多个这种光学堆栈。
另外,因为所述光学系统可以由彼此固定的基底的垂直堆栈形成,所以在所述光学系统中可能不需要壳体(例如,镜筒)来安装透镜。虽然消除这种壳体可以提供许多优点,包括增加简易性和降低成本,但这种光学系统本身可能具有透明侧,所述堆栈被沿着该透明侧与晶片其它部分分离开(例如切割开)。
这种侧面可以允许光在设计的入瞳之外的其它地方进入所述光学堆栈,和/或可以允许以较高角度入射到设计的入瞳上的光从一个边缘反射到检测器上。换句话说,从所述侧面外部进入的光会增加噪音,和/或从所述侧面内部反射的光会增加噪音。
发明内容
因此,本发明涉及一种利用光学堆栈的照相机系统及相关方法,其基本上克服了由于现有技术的限制和缺点带来的一个或多个问题。
因此本发明的特征是提供一种防止外部杂散光到达照相机系统的检测器的材料。
本发明的另一个特征是提供一种防止内部反射杂散光到达照相机系统的检测器的材料。
本发明的上述和其它特征和优点中的至少一个通过提供一种照相机系统而变得显而易见,所述照相机系统包括:光学堆栈,包括在垂直方向上固定在一起的两个基底和在所述两个基底上的光学系统,所述两个基底具有暴露的侧面;在检测器基底上的检测器;和直接在光学堆栈的至少一些侧面上的杂散光阻止器。
所述至少一些侧面包括在光学堆栈中的基底上的最远离检测器基底的侧面。所述杂散光阻止器可在光学堆栈的所有侧面上。
所述杂散光阻止器的折射系数可近似等于具有所述至少一些侧面的基底的折射系数。所述杂散光阻止器可以是密封剂。所述杂散光阻止器可以是涂层。所述杂散光阻止器对检测器能够检测的波长可以是不透光的。
所述光学堆栈中的一个基底具有小于所述检测器基底的表面面积。所述光学堆栈中的基底是同延的。
所述检测器基底可以在至少一个方向上延伸超过所述光学堆栈。在延伸超过所述光学堆栈的检测器基底上可以有焊盘。所述照相机系统可以包括具有将与所述焊盘电连接的元件的基底。
所述杂散光阻止器可以包括从光学堆栈的上表面延伸至检测器基底的密封剂。所述密封剂可覆盖所述焊盘和焊盘与基底之间的电连接器。所述照相机系统可以包括在基底上的限制密封剂的部件。
所述照相机系统可以包括围绕所述光学堆栈的壳体。所述检测器基底可在至少一个方向上延伸超过所述光学堆栈。在延伸超过所述光学堆栈的检测器基底上可以有焊盘。所述照相机系统可以包括具有与所述焊盘电连接的元件的基底。所述围绕光学堆栈的壳体可向下延伸至基底。
所述光学堆栈中的各基底可以不是同延的。所述壳体可延伸以覆盖延伸超过其它基底的光学堆栈的上部。所述杂散光阻止器可包括在所述壳体的上表面中的开口与延伸超过其它基底的光学堆栈的上部之间的密封剂。所述杂散光阻止器可包括在所述壳体与光学堆栈之间的密封剂。
所述光学堆栈中的各基底可以不是同延的。所述杂散光阻止器可包括沿所述光学堆栈的密封剂。
对光学堆栈中的基底进行分隔的间隔片可包括距所述暴露侧面的间隙。所述杂散光阻止器可包括沿所述光学堆栈的密封剂,所述密封剂填充所述间隙。
电互连通过所述检测器基底。
在检测器基底上的盖板可在至少一个方向上延伸超过所述光学堆栈。所述盖板的暴露表面可以是不透光材料。所述不透光材料与杂散光阻止器相同。所述盖板可具有一个成角的边缘,并且还包括覆盖所述盖板的成角边缘的不透光材料。所述不透光材料与杂散光阻止器相同。
本发明的上述和其它特征和优点中的至少一个通过提供一种制造照相机系统的方法而变得显而易见,所述制造照相机系统的方法包括:固定光学堆栈,该光学堆栈包括两个基底和在所述两个基底上的光学系统,所述两个基底在垂直方向上被固定起来,所述两个基底具有暴露的侧面和在检测器基底上的检测器;和直接在所述光学堆栈的至少一些侧面上提供杂散光阻止器。
附图说明
本发明的上面和其它特征和优点对于本领域技术人员来说通过参考附图对详细示例实施例的说明将变得更加明显,其中:
图1表示根据本发明第一示例实施例的照相机系统的横截面图;
图2表示根据本发明第二示例实施例的照相机系统的横截面图;
图3表示根据本发明第三示例实施例的照相机系统的横截面图;
图4表示根据本发明第四示例实施例的照相机系统的横截面图;
图5表示根据本发明第五示例实施例的照相机系统的横截面图;
图6表示根据本发明第六示例实施例的照相机系统的横截面图;
图7表示根据本发明第七示例实施例的照相机系统的横截面图;
图8表示根据本发明第八示例实施例的照相机系统的横截面图;
图9表示说明一般杂散光问题的照相机系统的示意前视图。
具体实施方式
此后将参照附图更完整地说明本发明,在附图中示出了本发明的优选实施例。然而本发明可以不同的形式来施行并且不应构成为限制于此处所述的实施例。相反,这些实施例被提供使得该公开将是全面的和完整的,并且将把本发明的概念完全传达给本领域技术人员。
在图中,为了清楚起见可能对层和区的厚度进行了夸大。还应理解当将一层被提及为在另一层或基底“之上”时,它可以直接在另一层或基底上面,或者可以存在中间层。另外,应该理解当一层被提及为在另一层“之下”时,它可以直接在另一层下面,或者也可以存在一个或多个中间层。另外,还应理解当一层被提及为在两层“之间”时,它可以是两层中间的唯一层,或者也可以存在一个或多个中间层。全部附图中同样的数字表示同样的部件。如此处所使用的,术语“晶片”将意指在其上形成多个部件的任何基底,所述多个部件在最终使用之前会被垂直分割开。另外,如此处所使用的,术语“照相机系统”将意指包括了将光学信号传递给检测器的光学成像系统(例如,输出如图像之类的信息的图像拍摄系统)的任何系统。
根据本发明的实施例,利用透镜的照相机系统可以包括具有固定在晶片层面上的至少两个基底的光学堆栈。所述光学堆栈可包括一个光学成像系统。在其上形成光学成像系统的基底可以具有可被暴露的透明边缘,所述边缘可以增加到达检测器的杂散光,从而增加噪音。通过在至少一些边缘上提供阻止材料,该杂散光可被减少或消除。
如图9的正面示意图所示的,照相机系统60可包括光学堆栈40和密封检测器50。光学堆栈40可包括第一透明基底10、第二透明基底20和第三透明基底30。光阻止材料12可被提供在第一透明基底10的上表面上以定义一个入瞳并阻止杂散光进入照相机系统60。然而,光学堆栈40的剩余透明表面可以允许光在设计的入瞳之外的地方进入光学堆栈40和/或可以允许以较高角度入射到设计的入瞳上的光从一个边缘反射到检测器上。例如,光束1可以从一侧外部进入光学堆栈40和/或光束2可以从光学堆栈40的一侧内部反射,上面两种情况中的任一种都可增加照相机系统60中的噪音。随着在其上形成光学系统的光学基底的尺寸被减小和各侧面更靠近检测器,这些问题可能被恶化。
在图1中示出了根据本发明第一实施例的照相机系统100。在图1中,可对所有颜色使用单透镜系统,并且可以在检测器阵列上提供滤色镜。可选择的,对于每个照相机系统,可以以任何数量的子照相机(例如三个或四个)来提供该透镜系统,而滤色镜的设计和/或位置可以改变。这种用于照相机的透镜堆栈设计可见诸于例如共同转让的未决美国临时专利申请第60/855,365号(2006年10月31日提交)和美国专利申请第11/487,580号(2006年7月17日提交)和第10/949,807号(2004年9月27日提交),所有这些文献在这里通过整体引用而被并入本文。
如图1所示,根据本发明第一实施例的照相机系统100可以包括光学堆栈140和检测器基底170。光学堆栈140可包括通过各自的间隔片512和523固定的第一基底110、第二基底120和第三基底130。可在第一基底110上提供一个额外的间隔片501,以用作用于光学堆栈140的孔径光阑。
第一基底110可以包括第一折射凸表面112,其可以帮助对输入到其上的光进行成像。第一基底110的第二表面114可以是平的,并且可以在其上包括红外滤光片115。红外滤光片115可以在光学堆栈140中的任何一个表面上。
第二基底120的第一表面可具有位于其上的衍射元件123,其可以校正颜色和照相机象差。第二基底120的第二表面可具有第二折射凸表面124,其还可以帮助对光进行成像。
第三基底130可以具有一个位于其中的折射凹表面132。凹表面132可以使所述图像的场变平,使得所有图像点都可以在相同的平面处成像到检测器基底170上的检测器阵列的有效区域上。
在光学堆栈140与检测器基底170之间提供了精确间隔的盖板150和支架160可被布置在光学堆栈140和检测器基底170之间。盖板150和支架160可密封所述有效区域。除了有效区域外,检测器基底170可以包括显微透镜174的阵列和焊盘172。
虽然支架160被显示为是与检测器基底170和盖板150分开的元件,但支架160可以与检测器基底170和盖板150之一或二者集成起来。另外,虽然支架160的侧壁被显示为是直的,例如通过切割或模制形成,但也可根据形成支架160的方式(例如以用于支架160的特殊材料的蚀刻角)将它们形成一个角度。最后,支架160可以是如在共同转让的美国专利第6,669,803号中所公开的精确布置在检测器基底170和盖板150之一或二者上的粘结材料,所述文献通过引用而被并入本文。
类似地,虽然盖板159被显示为具有斜边,但这可以是用于产生盖板150的工艺的人造品,并且可以根据不同工艺而改变。尤其是,当在将要切割的表面下面的元件将被保护时,例如不是对所有固定的晶片进行切割时,可以利用斜角的切割刀片。另外,盖板150可以是透光的,例如玻璃,以便可以由照相机系统100进行记录。
如图1所示,基底110、120和130可以具有相对的平表面,在它们之间形成有光学元件112、115、123、124和132。平表面的使用是有利的,因为它允许对透镜系统中的所有元件的倾斜进行控制。平表面的使用还可以允许堆叠元件并直接将元件粘结到所述平表面上,这有助于晶片层级的装配。所述平表面可被保留在每个元件附近的外围,或者可以通过适当材料的沉积在每个透镜元件的周围形成平表面。
在其上具有光学元件的光学堆栈140中的基底对于被成像的波长是透明的。在没有附加结构的情况下,基底的边缘被暴露。因此,如上所述,即使使用不透明的间隔片,外部杂散光也可通过这些基底的边缘进入,并且可入射到所述有效区域上。另外,以较高角度即在照相机视场外进入的光可在这些边缘处被内反射。然而,通过在边缘上提供光阻止材料,到达所述有效区域的杂散光的数量可被减少。
在图1所示的第一实施例中,光阻止材料可以是密封剂192,所述密封剂可被容纳在壳体190中。与在没有结合光学堆栈的设计中所使用的壳体不同,壳体190非常简单,并且光学元件未直接固定于其中。壳体190可以是不透明的。密封剂192可以是不透明的,并且可具有与光学堆栈的基底的材料类似的折射系数。例如,当基底是具有大约1.5的折射系数的熔融石英时,密封剂192可以是硅凝胶密封剂,例如从Dow Corning公司获得的R6102 SEMICONDUCTORPROTECTIVE COATING。根据将要使用的密封剂的厚度,该已知密封剂可能不是足够不透光的。因此,可在该传统密封剂中加入碳以使传统的密封剂更加不透光。密封剂192可具有较低的模数,即不会对其他元件引入较多的应力,例如可避免丝焊176损坏。虽然作为密封剂192的不透光或吸光材料与在入瞳处相比可减少外部光进入光学堆栈140,但使用具有与所述边缘类似的折射系数的材料可减少光学堆栈140内的内反射。
在已经通过丝焊176将焊盘172电连接至另一个基底180(例如板上的芯片(COB))上之后,可布置密封剂194以保护丝焊176。基底180可在其上包括用于限制密封剂194的部件182,例如周界。这些部件182可在基底之中或之上以光刻的方式形成,并且可以是至少50微米高。密封剂194可以与密封剂192相同或不同。可以同时或顺序的方式来提供密封剂192、194。
根据正在使用的密封剂材料的粘度,可以与用于粘结材料类似的方式在照相机系统的整个晶片上布置密封剂材料。例如,如在美国专利第6,096,155号中所阐释的那样顺序地提供密封剂材料,或者如在美国专利6,669,803中所阐释的那样同时地提供密封剂材料,所述文献通过引用而被并入本文。如果同时提供密封剂材料,则可利用某种掩模来保护光学堆栈140的上表面。也可以使用其它技术,例如使用注射或喷射模塑法。另外,良好的覆盖可能需要多步工艺来施加密封剂,例如重复施加和固化密封剂。
在如图2所示的根据第二实施例的照相机系统200中,可消除壳体190,并且可以使用相同的密封剂192来减少光学堆栈140中的杂散光和保护丝焊176。第二实施例的其它元件与第一实施例中的相同,其详细说明将被省略。
在根据第三实施例的照相机系统300中,可例如使用球栅阵列将检测器基底370配置成表面安装到另一个基底上,由此消除丝焊。然而,可以仍然使用与图1所示相同的壳体190和密封剂192。另外,如图3所示,盖板350的边缘可以是垂直的。还如图3所示,壳体190、盖板350和检测器基底370可以是同延的。第三实施例中的其它元件与第一实施例相同,并且将省略对其的详细说明。
在如图4所示的根据第四实施例的照相机系统400中,涂层490可代替第三实施例的壳体190和密封剂192。涂层490可具有与密封剂192类似的性质,即可以是不透光的并且具有与基底类似的折射系数,并且可以是与密封剂192相同的材料。
如此处所使用的,术语“涂层”将意指在一个表面上具有充分受控的厚度的材料,而“密封剂”将意指被保形地沉积的材料。涂层490可通过蒸镀、喷绘、在例如液体墨汁中浸渍等来形成。甚至当光学堆栈140与检测器基底470同延时也可使用涂层490。
当涂敷的光学堆栈140、490不与检测器基底470或盖板150同延时,如图4所示,还可以在盖板150上提供光屏蔽元件154,例如与涂层490所用相同的材料或不同材料,例如金属。另外,可在所述斜边上提供光屏蔽元件152,并且所述光屏蔽元件152可与光屏蔽元件154相同或不同。
第四实施例的其它元件与第三实施例相同,其详细说明将被省略。
在如图5所示的根据第五实施例的照相机系统500中,壳体590(例如,不透光壳体)可保护丝焊176以及容纳密封剂材料592。光学堆栈540的第三基底530可延伸超过第一和第二基底110、120。第三基底530可包括另外帮助限制密封剂592的部件。可例如通过下列步骤来形成光学堆栈540的最终台阶式结构:通过在晶片层面上一起固定第一和第二基底110、120,将所固定的多个基底对切分(singulating),并且将切分的基底对固定到第三基底530上;或者通过在切分之前固定所有三个基底110、120、530,并通过例如用不同的刀片宽度从所固定基底的不同表面进行切割来切分。这里,密封剂592也可用于保护照相机系统500的元件免受潮气和其它环境污染物。第五实施例的其它元件与第一实施例相同,其详细说明将被省略。
在如图6所示的根据第六实施例的照相机系统600中,壳体690(例如不透光壳体)可以保护丝焊176以及容纳密封剂材料692。光学堆栈640的第一基底610可具有比第二和第三基底620、630小的表面面积。第二基底620可包括另外帮助限制密封剂692的部件。可例如通过下列步骤来形成光学堆栈640的最终台阶式结构:通过将切分的第一基底固定在第二和第三基底上;或者通过在切分之前固定所有三个基底,并通过例如用不同的刀片宽度从所固定基底的不同表面进行切割来切分。这里,密封剂692也可用于与外界隔绝地密封照相机系统600。如与任何其它实施例相同的那样,光学堆栈640可以是任何适当的光学堆栈。
在如图7所示的根据第七实施例的照相机系统700中,可以使用仅使用一种密封剂792的台阶式光学堆栈740。该台阶式光学堆栈740可帮助限制密封剂792以确保其良好的覆盖性。在第七实施例的特定光学堆栈740中,第一基底710可以小于第二基底720,而第二基底可以小于第三基底730。
盖结构750在其中可包括一个凹透镜732。盖结构750可包括另外用于帮助限制密封剂792的部件。可例如通过下列步骤来形成光学堆栈740的最终台阶式结构:通过将第一至第三基底中的每一个进行切分,然后将它们固定在一起,将固定的基底对切分;或者通过在切分之前固定所有三个基底,并通过例如用不同的刀片宽度从所固定基底的不同表面进行切割来切分。
如图8所示的根据第八实施例的照相机系统800可包括具有如第一实施例或第五实施例中的第一至第三基底的光学堆栈840。然而第一基底与第二基底之间的间隔片512’和第二基底与第三基底之间的间隔片523’可以不延伸至这些基底的边缘。在间隔片512’和523’不是由通常要遭受切分(例如切割)的材料制成的时,这样做是有用的。例如,当间隔片512’、523’是SU8时,这些间隔片512’、523’可被提供来使得它们在其各自基底的分割路径的范围外。然后密封剂892可填充间隔片512’、523’与基底边缘之间的这些间隙以减少杂散光。盖结构150可包括用于限制密封剂892的部件158。
这里已经披露了本发明的示例实施例,并且虽然使用了特定的术语,但它们仅是以一般说明的意义并且不是限制的目的使用和阐释的。例如,虽然光学堆栈中的基底可以都是相同的材料,但也可以是不同的材料。当利用不同的基底材料时,光阻止材料的折射系数可最接近于最可能对光进行内反射的基底的折射系数,或者可以对各基底求平均。另外,光学堆栈中的一些或所有光学元件可被复制并可以是塑料的,而不是传递给基底。因此,本领域技术人员应该理解在不脱离如后附权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下可对形式和细节做出各种改变。

Claims (36)

1.一种照相机系统,包括:
光学堆栈,其包括在垂直方向上固定在一起的两个基底和在所述两个基底上的光学系统,所述两个基底具有暴露的侧面;
在检测器基底上的检测器;和
直接处在所述光学堆栈的至少一些侧面上的杂散光阻止器。
2.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述至少一些侧面包括在所述光学堆栈中的基底上的最远离所述检测器基底的侧面。
3.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器在所述光学堆栈的所有侧面上。
4.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器的折射系数近似等于具有所述至少一些侧面的基底的折射系数。
5.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述光学堆栈中的一个基底具有小于所述检测器基底的表面面积。
6.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器是密封剂。
7.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器是涂层。
8.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器对所述检测器能够检测到的波长不透光。
9.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述光学堆栈中的基底是同延的。
10.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述检测器基底在至少一个方向上延伸超过所述光学堆栈。
11.如权利要求10所述的照相机系统,还包括在延伸超过所述光学堆栈的所述检测器基底上的焊盘。
12.如权利要求11所述的照相机系统,还包括具有将与所述焊盘电连接的元件的基底。
13.如权利要求12所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器包括从所述光学堆栈的上表面延伸至所述检测器基底的密封剂。
14.如权利要求13所述的照相机系统,其中所述密封剂盖住所述焊盘和在所述焊盘与所述基底之间的电连接器。
15.如权利要求13所述的照相机系统,还包括在所述基底上的限制所述密封剂的部件。
16.如权利要求1所述的照相机系统,还包括围绕所述光学堆栈的壳体。
17.如权利要求16所述的照相机系统,其中所述检测器基底在至少一个方向上延伸超过所述光学堆栈。
18.如权利要求17所述的照相机系统,还包括在所述检测器基底上的延伸超过所述光学堆栈的焊盘。
19.如权利要求18所述的照相机系统,还包括具有与所述焊盘电连接的元件的基底。
20.如权利要求19所述的照相机系统,其中所述围绕光学堆栈的壳体向下延伸至所述基底。
21.如权利要求20所述的照相机系统,其中所述光学堆栈中的各基底不是同延的。
22.如权利要求21所述的照相机系统,其中所述壳体延伸以覆盖延伸超过其它基底的光学堆栈的上部。
23.如权利要求22所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器包括处于在所述壳体的上表面中的开口与延伸超过其它基底的光学堆栈的上部之间的密封剂。
24.如权利要求16所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器包括在所述壳体与所述光学堆栈之间的密封剂。
25.如权利要求16所述的照相机系统,其中所述壳体延伸以覆盖所述检测器基底上的盖板。
26.如权利要求1所述的照相机系统,其中所述光学堆栈中的各基底不是同延的。
27.如权利要求26所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器包括沿所述光学堆栈的密封剂。
28.如权利要求1所述的照相机系统,其中对所述光学堆栈中的所述基底进行分隔的间隔片包括距所述暴露侧面的间隙。
29.如权利要求28所述的照相机系统,其中所述杂散光阻止器包括沿所述光学堆栈的密封剂,所述密封剂填充所述间隙。
30.如权利要求1所述的照相机系统,还包括通过所述检测器基底的电互连。
31.如权利要求1所述的照相机系统,其中在一个检测器基底上的盖板在至少一个方向上延伸超过所述光学堆栈。
32.如权利要求31所述的照相机系统,还包括在所述盖板的暴露表面上的不透光材料。
33.如权利要求32所述的照相机系统,其中所述不透光材料与杂散光阻止器相同。
34.如权利要求31所述的照相机系统,其中所述盖板具有一个成角的边缘,并且还包括覆盖所述盖板的成角的边缘的不透光材料。
35.如权利要求34所述的照相机系统,其中所述不透光材料与所述杂散光阻止器相同。
36.一种制造照相机系统的方法,包括:
固定光学堆栈,所述光学堆栈包括两个基底和在所述两个基底上的光学系统,所述两个基底在垂直方向上被固定起来,所述两个基底具有暴露的侧面和在一个检测器基底上的检测器;和
直接在所述光学堆栈的至少一些侧面上提供杂散光阻止器。
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