[发明专利]3D成像装置、用于制造该3D成像装置的方法及3D成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D(三维)成像装置、以及一种用于制造3D成像装置的方法。

本发明还涉及一种3D成像系统，其包括能够形成三维目标的体积图像(volume image)的元件和根据本发明的3D成像装置。

背景技术

本发明可应用于许多领域中，例如电影和电视设备、摄影装置、远程监控、遥测、生物和医学成像等。

从现有技术中获知了用于执行3D成像的几种方法。

这些方法中最为人所知的是体视法(stereoscopy)。体视法基于使用在空间上略微错开的两个相同的成像系统，每个成像系统均传递观察到的场景的图像。然后从成像系统所传递的两个图像构建3D图像。体视法的缺点是需要使用两个传感器。这两个传感器实际上构成庞大的组件，需精密地校准这两个传感器的相应位置。

为了抵消使用两个传感器的缺点，一种已知的方法是自动体视法，其包括使用由装配有微透镜的探测器的矩阵形成的单个传感器来产生3D图像，装配有微透镜的探测器的矩阵本身完全被设置在支架中的透镜覆盖。这样的传感器缺点在于该精密组件由不同元件构成。

另一种方法基于使用透镜景深。该方法的原理包括改变透镜的图像平面的位置，以在深度上解析要研究的目标。为此，一个人移动透镜并使目标的不同图像平面重组(recompose)。该方法的一个缺点是其实施起来非常复杂。

根据本发明的3D成像装置没有前述现有技术的缺点。

发明内容

实际上，本发明涉及一种3D成像装置，包括光电探测器矩阵，其特征在于，其包括：

-第一材料层，固定在光电探测器矩阵的一个表面上，该第一材料层能够反射或吸收入射到其表面中的任意一个上的光，每个光电探测器处的第一材料层中均形成有开口；以及

-第二材料层，由电绝缘材料形成，具有固定在第一材料层上的第一表面，第二材料层在其本体中包围一组G个波导件(waveguide)，G是大于或等于2的整数，这组G个波导件中的每个波导件均具有基本与第二材料层的第一表面齐平并基本面对开口设置的第一端以及基本与第二材料层的与第一表面相对的第二表面齐平的第二端，每个第二端均形成用于入射到第二材料层的第二表面上的光的传感器元件，将N个不同波导件的第一端与第二端分开的距离彼此不同，N是大于或等于2且小于或等于G的整数。

“能够反射或吸收入射到其任意一个表面上光的材料层”是指通过反射和/或吸收阻止入射到其任意一个表面上的光的透射的材料层。

“形成用于入射到第二材料层的第二表面上的光的传感器元件的第二端”意指波导件的第二端构成导向件的由此将入射光的一部分耦合到该导向件中的入口。

根据本发明的优选实施方式，波导件是由金属触点通过生长而形成的纳米导线(nanowire)。然而，本发明不考虑使用在微电子领域中已知的其他技术形成的其他类型的波导件，例如离子交换或蚀刻填充有这样的材料的层，即，该材料的折射率大于该层的折射率(例如使用CVD、或化学气相沉积型的方法)。

根据本发明的又一另外的特征，这G个波导件分布在光电探测器矩阵的表面上方，从而使分别与形成在Nd个相邻光电探测器处的Nd个开口相对地设置的至少一组Nd个波导件的Nd个波导件相对于第二材料层的第一表面具有N个不同高度，这Nd个相邻光电探测器形成P行和Q列的初等子矩阵，P和Q是大于或等于2的整数(P×Q＝Nd)，Nd为大于或等于N的整数。

根据本发明的又一另外的特征，当光电探测器矩阵包括Nd个波导件的几个不同组件，每组Nd个波导件的Nd个波导件根据对于各组Nd个波导件均相同的图案分布。

本发明还涉及一种用于制造3D成像装置的方法，其特征在于，其包括：

-用于形成第一结构的步骤，由光电探测器矩阵形成该第一结构，在该光电探测器矩阵的一个表面上沉积能够反射或吸收其任意一个表面上的入射光的第一材料层，在每个光电探测器处的第一材料层中形成开口，

-用于形成第二结构的步骤，由绝缘体型衬底上的硅形成该第二结构，将涂覆有第二电绝缘材料层的纳米导线固定在该第二结构上，将纳米导线以与分布形成在第一结构的第一材料层中的开口的方式基本相同的方式分布在绝缘体型衬底上的硅上，并使纳米导线与材料层的平面表面齐平，

-用于将第二结构附设到第一结构上从而将纳米导线的与第二材料层的平面表面齐平的端部与所述开口相对地设置的步骤，以及