減少光斑的成像系統和相關的圖像傳感器的制作方法

本發明涉及光學領域，尤其涉及減少光斑的成像系統和相關的圖像傳感器。

背景技術：

大容量消費品(例如移動設備和電動汽車)通常包括至少一個數字照相機。例如，圖1示出具有集成其中的照相機模塊180的移動設備190。照相機模塊180包括透鏡170下方的圖像傳感器110。圖像傳感器110包括像素陣列112。

照相機模塊180捕獲的圖像的質量取決于許多因素。這些因素的一個是到達圖像傳感器110的雜散光的量。改善圖像質量的一種方法是最小化由雜散光引起的圖像偽影(artifact)，即最小化經過透鏡170和像素陣列112之間的元件反射到達像素陣列112的透鏡170透射的光。

技術實現要素：

在此公開的實施例包括經過消除雜散光源的具有改善的圖像質量的圖像傳感器。

在第一方面中，減少光斑的成像系統包括圖像傳感器、透鏡和焊線。圖像傳感器具有在基板的上表面上形成的像素陣列，基板包括在像素陣列和基板的邊緣之間的基板上表面上的焊盤。透鏡在像素陣列之上且具有與其正交的光軸。焊線電連接至焊盤，并具有相對于基板上表面形成非零角且遠離光軸延伸的區域。非零角在用于最小化區域上的入射光的反射到達圖像傳感器的低角度范圍和高角度范圍的至少一個中。選擇低角度范圍使得區域將入射光遠離像素陣列朝向包括透鏡的平面反射。選擇高角度范圍使得區域將入射光反射至焊盤和像素陣列之間的空隙。

在第二方面中，能夠捕獲由具有與其正交的光軸的透鏡形成的像的減少光斑的圖像傳感器包括基板和焊線。基板具有其上形成的像素陣列，并包括在像素陣列和基板的邊緣之間的基板的上表面上的焊盤。焊線電連接至焊盤并具有相對于基板上表面形成非零角且遠離像素陣列延伸的區域。非零角在用于最小化區域上的入射光的反射到達圖像傳感器的低角度范圍和高角度范圍的至少一個中。選擇低角度范圍使得區域將入射光遠離像素陣列朝向包括透鏡的平面反射。選擇高角度范圍使得區域將入射光反射至焊盤和像素陣列之間的空隙。

附圖說明

圖1示出具有集成其中的照相機模塊的移動設備。

圖2是包括透鏡和圖像傳感器的成像系統的平面圖。

圖3是連接至圖像傳感器的示出焊線反射的光的路徑的圖2的成像系統的剖視圖。

圖4是實施例中具有減少光斑的圖像傳感器的減少光斑的成像系統的平面圖，其中減少光斑的圖像傳感器具有將光反射遠離圖像傳感器的像素陣列的焊線。

圖5是實施例中示出焊線反射的光的路徑的圖4的成像系統的剖視圖，其中路徑是遠離圖像傳感器。

圖6是實施例中使得入射光被反射遠離圖像傳感器的焊線的最大允許角的示例性圖。

圖7示出實施例中附接至圖4的減少光斑的圖像傳感器的具有相對于圖像傳感器平面形成不同角的部分的焊線。

圖8是實施例中具有將光朝向焊線和圖像傳感器的像素陣列之間的空隙反射的焊線的減少光斑的圖像傳感器的剖視圖。

圖9是實施例中使得入射光被朝向焊線和圖像傳感器的像素陣列之間的空隙反射的焊線的最小允許角的示例性圖。

圖10示出實施例中附接至圖8的減少光斑的圖像傳感器的具有相對于圖像傳感器平面形成不同角的部分的焊線。

具體實施方式

圖2和圖3分別是成像系統200的平面圖和剖視圖，成像系統200包括透鏡270和配置使得成像系統200具有像圈272的圖像傳感器210。圖3的剖視圖沿圖2的橫截面a-a'。圖3的剖視圖對應圖2的橫截面a-a'。

圖像傳感器210經由多個至少部分地在像圈272內的焊線230電連接至印刷電路板(pcb)202。透鏡270具有與圖像傳感器210的像素陣列212的平面正交的光軸271。圖像傳感器210和透鏡270可以分別用作圖1的圖像傳感器110和透鏡170。在下面描述中最好一起查看圖2和圖3。

如圖3所示，成像系統200包括透鏡270和圖像傳感器210之間的保護玻璃340。焊線230連接至焊盤214并相對于與圖像傳感器210的上表面平行的平面210t形成角φ3。由于焊線230至少部分地在像圈272內，透鏡270能夠透射主光線380并將上邊緣光線382折射朝向焊線230。角φ3足夠高使得在被像素陣列112的像素檢測之前，上邊緣光線382被焊線230和保護玻璃340反射出去。在由透鏡270形成的并由圖像傳感器210檢測的像中，上邊緣光線382因此是雜散光的源并產生偽影(被稱為焊線光斑)。取決于角φ3的值，主光線380還可以被朝向保護玻璃340反射并導致焊線光斑。

申請人已經發現焊線光斑可以通過角φ3的戰略性選擇而被顯著地減少，如下文所示。圖4和圖5分別是減少光斑的成像系統400的平面圖和剖視圖，減少光斑的成像系統400包括配置使得減少光斑的成像系統400具有像圈472的減少光斑的圖像傳感器410之上的透鏡470。在下面描述中最好一同查看圖4和圖5。減少光斑的圖像傳感器410經由多個焊線430電連接至印刷電路板(pcb)202，多個焊線430例如經過本領域中已知的逆向焊接工藝連接至減少光斑的圖像傳感器410的各自的多個焊盤414。一個或多個焊線430至少部分地在像圈472內。減少光斑的圖像傳感器410包括與平面410t平行的像素陣列212，圖5。例如，平面410t與像素陣列212的一個或多個顯微透鏡(未示出)的光軸正交。平面410t可以與減少光斑的圖像傳感器410的上表面平行。

減少光斑的圖像傳感器410和像素陣列212具有各自的寬度410w和212w，如圖4所示。空隙413在像素陣列212和焊線430之間，使得焊線430與像素陣列212被分隔開空隙413。焊線430從焊接帶414上的其各自的焊接位置延伸距離430l。

透鏡470具有焦距f、直徑d和與平面410t正交的光軸471。減少光斑的圖像傳感器410和透鏡470可以分別用作圖1的圖像傳感器110和透鏡170。在實施例中，寬度410w等于6.2mm、寬度212w等于5.6mm、空隙413等于0.21mm且直徑d等于3.7mm。

如圖5所示，減少光斑的成像系統400包括透鏡470和圖像傳感器210之間的保護玻璃340。由于焊線430至少部分地在像圈472內，透鏡570能夠折射主光線580、下邊緣光線578和上邊緣光線582，使得它們在位置431r處入射到焊線430上。位置431r在距光軸471的垂直距離xr且在平面410t之上的高度h處，其中h＜＜f。例如，距離xr還可以是距像素陣列212的中點的距離并在圖4中標記的距離430l跨越的區域內。保護玻璃340具有遠遠小于f的厚度341使得在主光線角和邊緣光線角的下列表達式中可以忽略偏移δx。例如，厚度341小于300μm。

主光線580以相對于光軸471的主光線角χ傳播，其中下邊緣光線578和上邊緣光線582分別以相對于光軸471的角β-和β+傳播。角β±滿足等式(1)，其中且

焊線430電連接至減少光斑的圖像傳感器410的焊盤414并具有區域430p處的pcb202之上的峰高。焊線430包括在形成相對于平面410t的角φu(xr)的位置431r的周圍的區域431。角φu(xr)小于或等于最大角當角φu(xr)超過φmax時，如圖3所示(其中φ3＝φu)，區域431將上邊緣光線582朝向保護玻璃340和像素陣列212反射，使得保護玻璃340將上邊緣光線582的部分朝向像素陣列212反射。當角φu(xr)等于φmax時，區域431在與平面410t正交的方向上將上邊緣光線582朝向保護玻璃340反射，如圖4所示。當角φu(xr)小于φmax時，區域431將上邊緣光線582朝向保護玻璃340且遠離像素陣列212反射，其減少焊線光斑的風險并能夠在沒有所述光斑的風險的情況下使空隙412被減小。在實施例中，角φu(xr)小于φmax，且空隙413小于100微米。例如，空隙413等于70微米。

由于β+(xr)＜χ(xr)＜β-(xr)，要求還保證和因此，當時，上邊緣光線582、主光線580和下邊緣光線578被反射遠離像素陣列212。這保證透鏡470透射的并在xr處入射到焊線430上的所有光線被反射遠離像素陣列212。

隨著角φu(xr)接近0使得區域431近乎與平面410t平行，短路成為風險。為避免此風險，角φu(xr)具有臨界最小角，例如其是5度，在此值之上，短路是低風險的。

圖6是對距離xr的示例性圖，其中上邊緣光線角β+(xr)由等式(1)給出且距離xr被傳感器寬度410w的一半歸一化。在此示例中，透鏡470的特征是f＝6.7mm、d＝3.7mm、f#＝1.8且寬度410w是6.2mm。在示出的xr值的范圍內，邊緣光線角β+隨xr增加而增加，且因此φmax也一樣，其指示在最接近于像素陣列212處(即，焊線430附接至焊盤414處)焊線430的角φu(xr)的上限是最受限的(φmax是最小的)。

在實施例中，焊線430包括在焊盤414和區域430p之間的與區域431相似的多個區域，每個區域相對于平面410t形成在臨界最小角之上和φmax之間的角。例如，圖7示出具有區域731(1-3)的焊線730。區域731(1-3)分別跨越水平位置x0-x1、x1-x2和x2-x3，其中x1、x2和x3是相鄰區域731之間的界面位置。在第一示例中，每個區域731(1-3)與平面410t形成滿足的各自的角φ，β+(x0)對應焊線430附接至焊盤414的x＝x0處的最大允許角。由于如圖6所示β+(x0)＜β+(x＞x0)(即，更加遠離圖像傳感器)，區域731(1-3)各自還滿足

在第二示例中，每個區域731(1-3)與平面410t形成滿足的各自的角φ。例如，區域731(2)是形成角的線性區域。為說明的清楚，示出焊線730具有3個線性區域。焊線730可以具有多于3個線性區域，例如，如此多以至于最好由具有由其斜率(即，φu(x)＝arctan(w'(x)))確定的角φu(x)的連續曲線w(x)表示焊線730。

焊線730可以包括與平面410t形成超過角φmax的角的不合格區域。例如，界面位置(例如x1、x2和x3)可以具有超過相鄰區域731的斜率的局部斜率，使得在界面區域處相對于平面410t的角超過φmax。由于這樣的區域可以潛在地導致焊線光斑，這些區域的長度應該被最小化。在實施例中，這樣的區域的長度小于位置x0和x3之間的焊線730的長度的10％。

圖8是減少光斑的成像系統800的部分的剖視圖，減少光斑的成像系統800與減少光斑的成像系統400相同，除了焊線430被焊線830替代。焊線830在焊點414p處接觸焊盤414，并在焊點414p處相對于平面410t形成角φd(xr)。焊點414p位于距像素陣列212的距離為空隙813的位置處。在圖8中，如如下所討論，角φd(xr)明顯地大于被要求以防止檢測雜散光的最小角φmin。

下邊緣光線578在位于平面410t之上的高度830h(以后還被稱為h)處的點830r處入射到焊線830上。在水平方向上，點830r距焊點414p的距離為hcotφ且距像素陣列212距離δ1，其中δ1＝-htan(2φd-β-)。點830r距光軸471距離xr，其中距離xr部分地確定如等式(1)所示的邊緣光線角β-。

如在圖5中，下邊緣光線578以相對于光軸471和與其平行的線(例如871)的角β-傳播。相對于焊線法線831，下邊緣光線578入射到焊線830上并從其以相對于焊線法線831的角θ被反射為反射的光線878r。反射的光線878r與焊線830形成角α并在距焊點414p的水平距離δr處入射到平面410t上。在圖8中，且使得φd＝β-+θ且距離δ1是與角相對的直角三角形的部分使得δ1＝htan(-2φd+β-+π)＝htan(-2φd+β-)。距離使得比被表示為等式(2)，其中等式(1)限定β-。

當δr超過空隙813時，反射的光線878r入射到像素陣列212上并導致由減少光斑的圖像傳感器410產生的像中的焊線光斑。因此，限制δr使得δr小于空隙813防止這樣的焊線光斑。在實施例中，角φd(xr)超過最小角φmin使得δr(φd,β-)小于空隙813。在此實施例中，角φd(xr)還可以小于空隙813可以被處理以最小化入射其上的光的反射，例如，通過本領域已知的表面處理或附加的層。

在實施例中，通過最小化角使得下邊緣光線578以掠射角入射到位置830r處減小δr。在這樣的實施例中，角φ接近使得焊線角φd(xr)超過90度。

圖9是其中對于角φd(xr)的所有值下邊緣光線角β-＝30^°的等式(2)的示例性圖。在等式(2)中，當反射的光線878r水平地傳播(即，與平面410t平行地傳播)時，接近無窮大。這發生在時。在這樣的情況下，我們將φd記為其中對于下邊緣光線角β-＝30°，如圖9所示。

焊線830可以具有表面410t之上的高度w(xr)(高度830h是其的一個值)和斜率w'(xr)使得在各個位置xr(和對應的角β-(xr))處入射其上的下邊緣光線在與平面410t平行的方向上被反射。即在一個或多個那些位置xr處，這些反射的下邊緣光線平行于表面410t傳播，而不是通過從焊線830的直接反射或通過從保護玻璃340的中間反射到達像素陣列212。

取代確定w(xr)以將下邊緣光線平行于平面410t反射，可以確定w(xr)以將具有對應的主光線角χ(xr)的主光線平行于平面410t反射，使得在不同的實施例中，可以確定w(xr)以將具有對應的上邊緣光線角β+(xr)的上邊緣光線平行于平面410t反射，使得當上邊緣光線被平行于平面410t反射時，對應的主光線角和下邊緣光線角被反射遠離像素陣列212。

可選地，焊線830可以具有平面410t之上的高度w(xr)和斜率w'(xr)使得在各個位置xr(和對應的角β-(xr))處入射其上的一個或多個下邊緣光線被反射，使得距離δr小于空隙813。在實施例中，空隙813在200μm和600μm之間。在圖9的示例中，如果空隙813等于400μm且h＝50μm，φd應該超過63.3°以保證δr＜400μm。

圖10示出表示成像系統1000的部分的剖視圖，減少光斑的成像系統1000與減少光斑的成像系統400相同，除了焊線430被焊線1030替代,。焊線1030包括區域1031(1)和區域1031(2)。區域1031(1)跨越水平位置x0和x1，且對于預設的空隙1013和x0與x1之間與區域1031(1)反射上邊緣光線處對應的多個位置xr，滿足角φ1＞φmin的約束。注意，φmin取決于下邊緣光線角β-，且因此取決于位置xr。區域1031(2)跨越界面位置x1和x2，且對于在x1和x2之間與區域1031(2)反射上邊緣光線處對應的多個位置xr，滿足角的約束。

焊線1030可以包括與平面410t形成不在φmin和φmax之間的角的不合格區域。例如，一個或多個界面位置x1和x2可以具有超過相鄰區域1031的斜率的局部斜率w'(xr)，使得界面區域處的相對于平面410t的角不在φmin和φmax之間。由于這樣的區域可以潛在地導致焊線光斑，這些區域的長度應該被最小化。在實施例中，這樣的不合格區域的長度小于x0和x2位置之間的焊線1030的長度的10％。

特征組合

在不脫離其范圍的情況下，上述的和下面所請求的特征可以以各種方式進行組合。以下示例示出一些可能的、非限制性的組合：

(a1)一種減少光斑的成像系統包括圖像傳感器、透鏡和焊線。圖像傳感器具有在基板的上表面上形成的像素陣列，基板包括像素陣列和基板的邊緣之間的基板上表面上的焊盤。透鏡在像素陣列之上且具有與像素陣列正交的光軸。焊線電連接至焊盤，并具有相對于基板上表面形成非零角且遠離光軸延伸的區域。非零角在用于最小化區域上的入射光的反射到達圖像傳感器的低角度范圍和高角度范圍的至少一個中。選擇低角度范圍使得區域將入射光遠離像素陣列朝向包括透鏡的平面反射。選擇高角度范圍使得區域將入射光反射至焊盤和像素陣列之間的空隙。

(a2)在如(a1)表示的減少光斑的成像系統中，非零角可以超過5度。

(a3)在如(a1)和(a2)的一個表示的減少光斑的成像系統中，區域可以在(a)焊盤和(b)圖像傳感器和透鏡之間的焊線的峰高區域之間。

(a4)在如(a1)至(a3)的一個表示的減少光斑的成像系統中，低角度范圍可以具有上限其中β+是上邊緣光線和光軸之間的角。

(a5)在如(a4)表示的減少光斑的成像系統中，其中透鏡具有焦距f和直徑d，上邊緣光線可以在距光軸的垂直距離xr且在上表面之上的高度h＜＜f處入射到焊線上，角β+可以滿足

(a6)在如(a5)和(a6)的一個表示的減少光斑的成像系統中，空隙可以小于100微米。

(a7)在如(a1)至(a6)的一個表示的減少光斑的成像系統中，高角度范圍可以具有相對于基板上表面的最小角φmin，使得空隙超過h(tan(π-2φmin+β-)-cotφmin)，其中β-是入射到上表面之上的高度h處的區域的下邊緣光線相對于光軸的傳播角。

(a8)在如(a7)表示的減少光斑的成像系統中，其中透鏡具有焦距f和直徑d，且焊線在距光軸的垂直距離xr且在上表面之上的高度h＜＜f處反射入射光，角β-可以滿足

(a9)在如(a7)和(a8)的一個表示的減少光斑的成像系統中，空隙可以小于600微米。

(b1)一種能夠捕獲透鏡形成的像的減少光斑的圖像傳感器，透鏡具有與圖像傳感器正交的光軸，圖像傳感器包括基板和焊線。基板具有其上形成的像素陣列，并包括像素陣列和基板的邊緣之間的基板的上表面上的焊盤。焊線電連接至焊盤并具有相對于基板上表面形成非零角且遠離像素陣列延伸的區域。非零角在用于最小化區域上的入射光的反射到達圖像傳感器的低角度范圍和高角度范圍的至少一個中。選擇低角度范圍使得區域將入射光遠離像素陣列朝向包括透鏡的平面反射。選擇高角度范圍使得區域將入射光反射至焊盤和像素陣列之間的空隙。

(b2)在如(b1)表示減少光斑的圖像傳感器中，非零角可以超過5度。

(b3)如(b1)和(b2)的一個表示的減少光斑的圖像傳感器中，區域可以在(a)焊盤和(b)包含基板上表面的平面之上的焊線的峰高區域之間。

(b4)在如(b1)至(b3)的一個表示的減少光斑的圖像傳感器中，低角度范圍可以具有上限其中β+是上邊緣光線和圖像傳感器法線之間的角。

(b5)在如(b4)表示的減少光斑的圖像傳感器中，其中透鏡具有焦距f和直徑d，上邊緣光線可以在距光軸的垂直距離xr且在上表面之上的高度h＜＜f處入射到焊線上，角β+可以滿足

(b6)在如(b5)和(b6)的一個表示的減少光斑的圖像傳感器中，空隙可以小于100微米。

(b7)在如(b1)至(b6)的一個表示的減少光斑的圖像傳感器中，高角度范圍可以具有相對于基板上表面的最小角φmin，使得空隙超過h(tan(π-2φmin+β-)-cotφmin)，其中β-是入射到在上表面之上的高度h處的區域的下邊緣光線相對于光軸的傳播角。

(b8)在如(b7)表示的減少光斑的圖像傳感器中，其中透鏡具有焦距f和直徑d，且焊線在距光軸的垂直距離xr且在上表面之上的高度h＜＜f處反射入射光，角β-可以滿足

(b9)在如(b7)和(b8)的一個表示的減少光斑的圖像傳感器中，空隙可以小于600微米。

在不脫離其范圍的情況下，可以對上述方法和系統做出改變。因此，應該注意的是，在上述描述中包含的或在附圖中示出的方式，應該被理解為說明性的且不具有限制意義。所附權利要求旨在覆蓋在此描述的所有通用和特定特征，以及本方法和本系統的范圍的在語言上的所有聲明應被認為落入其間。